JP4800162B2 - 無線通信装置およびその制御方法 - Google Patents

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本発明は、無線通信装置およびその制御方法に関する。
近年、移動体通信システムでは、無線アクセスネットワーク(RAN)とIPネットワークとの通信に対するリソース割当制御技法が開発されている。例えは、RANとIPネットワークとの間の通信に使用される無線アクセスチャネルと送受信ポートとを対応付けて割当制御および振り分け制御を行う技術(特許文献1を参照されたい。)が提案されている。
特開2004-172897号公報(段落0008-0011、図1)
上述した提案技術は、異種ネットワークを接続する際の制御負荷の偏りや遅延を低減することは可能であるが、無線ネットワーク側における個々のセッションに対して適切なQoS制御を提供するものではない。例えば、同一移動端末内の複数のPPPセッションが存在すると仮定する。このような状況において、例えば、Diffserve技法に基づき各PPPセッションのパケット転送の優先順位をQoS値で設定された場合には、有線側(IPネットワーク)では機能するが、無線側では必ずしも適正に機能しない。各PPPセッションの無線側のリソースである無線帯域の確保は、前述のQoS値に基づき保証されるものではなく、無線帯域が全く確保されない状況(即ち、無線チャネルが割り当てられないケース)が十分に起こり得る。従来のQoS制御は優先側を対象に開発されたものであるため、無線側でのチャネル割当・開放の制御までは対応できないのが現状の技術である。従って、従来技術では、各PPPセッション間でのQoSによる優先制御と各PPPセッションで必要とされる無線帯域の割当制御とが独立して別個に管理されているため、有線側(IPネットワーク)での豊富なリソース(広帯域)と、これに比較して圧倒的に少ない無線側のリソース(狭帯域)とを適正に対応付けたり、割り振ったりすることができなかった。よって、従来は、同一移動端末内に複数のセッションが存在し、かつ、無線リソースが不足している場合には、同一移動端末内の各セッションに的確なQoS制御を提供することができなかった。
そこで、本発明は、マルチセッションにおけるセッション間の優先順位(QoS値)に基づくパケット制御を考慮した無線リソースの割当制御を行うことができる無線通信装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
上述した諸課題を解決すべく、第1の発明による無線通信装置(基地局、通信端末など)は、
(PPPセッション開始時にPPPセッション毎に規定された優先順位(QoS)を格納する格納部(メモリなど)と、)
セッション毎に規定されている優先順位(例えば、PPPセッション毎に規定されるDiffserveによるQoS値など)に基づき、複数のPPPセッションに対して無線リソースの割当制御を行う無線リソース割当部(回路など)と、
例えば、或るPPP(Point to Point Protocol)等のセッションを介して送信するべきデータが自装置内にあるとき(例えばQueueing中のパケットがあるとき)、前記優先順位に基づく割当制御では前記或るPPPセッションに対して使用可能な無線リソースが存在しない場合(即ち、使用可能な無線リソースを割り当てられている他のPPPセッションの優先順位の全てが、前記或るPPPセッションの優先順位よりも高い場合)、無線リソースを割り当てられている他のPPPセッションから少なくとも1つの無線リソースを(優先順位にかかわらず)強制的に開放し、前記或るPPPセッションに開放した無線リソースを割り当てるように(即ち、一時的に優先順位に基づかない例外割当制御を行う)、前記無線リソース割当部を制御する制御部(回路、CPU、ソフトウァアモジュールなど)と、を備え
前記制御部が、
前記或るPPPセッションに開放した無線リソースを割り当てた場合、前記或るPPPセッションを介して送信すべきデータに応じた時間(即ち、保証時間)は、当該無線リソースの割り当てを維持する(即ち、開放しない)ように前記無線リソース割当部を制御する、
ることを特徴とする。
また、第の発明による無線通信装置は、
前記或るPPPセッションを介して送信すべきデータが、PPPセッションを維持するために或る期間内に送信しなければならないデータである(典型的には、相手端末から受信したLCPエコー要求信号への応答信号のデータを搭載したパケット)、
ことを特徴とする。
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
例えば、本発明を方法として実現させた第の発明による無線通信装置の制御方法は、
(PPPセッション開始時にPPPセッション毎に規定された優先順位(QoS)をメモリに格納する格納ステップと、)
PPPセッション毎に規定されている優先順位に基づき、複数のPPPセッションに対して無線リソース(タイムスロット、チャネルなど)の割当制御を行う無線リソース割当ステップと、
或るPPPセッションを介して送信するべきデータが自装置内にあるとき(Queueing中のパケットがあるとき)、前記優先順位に基づく割当制御では前記或るPPPセッションに対して使用可能な無線リソースが存在しない場合(即ち、使用可能な無線リソースを割り当てられている他のPPPセッションの優先順位の全てが、前記或るPPPセッションの優先順位よりも高い場合)、無線リソースを割り当てられている他のPPPセッションから少なくとも1つの無線リソースを強制的に開放し、前記或るPPPセッションに開放した無線リソースを割り当てるように制御する制御ステップと、
前記制御ステップはさらに、前記或るセッションに開放した無線リソースを割り当てた場合、前記或るセッションを介して送信すべきデータに応じた時間は、当該無線リソースの割り当てを維持するように前記無線リソース割当部を制御する
ことを特徴とする。
本発明によれば、無線通信端末とのマルチセッション中におけるセッション間の優先順位(QoS)に基づいたパケット制御が可能となる。また、マルチセッションでの使用可能無線リソースに制限がある場合に優先順位の低いセッションでも必要最低限の帯域を確保でき、セッションの維持が安定して行われる。
以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。図1は、本発明の実施態様による無線通信装置のブロック図である。図に示すように、無線通信装置100は、PPPセッション開始時にPPPセッション毎に規定された優先順位(QoS)を格納する格納部110と、PPPセッション毎に規定されている優先順位(DiffserveによるQoS値など)に基づき、複数のPPPセッションに対して無線リソースの割当制御を行う無線リソース割当部120と、或るPPPセッションを介して送信するべきデータが自装置内にあるとき、前記優先順位に基づく割当制御では前記或るPPPセッションに対して使用可能な無線リソースが存在しない場合、無線リソースを割り当てられている他のPPPセッションから少なくとも1つの無線リソースを強制的に開放し、前記或るPPPセッションに開放した無線リソースを割り当てるように(即ち、一時的に優先順位に基づかない例外割当制御を行う)、前記無線リソース割当部を制御する制御部130とを備える。また、無線通信装置100は、割り当てられた無線リソースを使ってデータを受信する無線受信部140、前記無線リソースを使ってデータを送信する無線送信部150、およびアンテナANTをさらに備える。
無線リソース割当部120は、格納部110に格納されたセッション別に規定されている優先順位(QoS値)に基づき、各セッションへの無線リソースの割当制御を行う。具体的には、高い優先順位を持つセッションに送信すべきデータ(パケット)がキューイングされている場合には、この高い優先順位を持つセッションに対してさらに無線リソースを与え、その引き換えに低い優先順位を持つセッションから無線リソースを開放する。優先順位に基づく割当制御下では、低い優先順位を持つセッションに割り当てるべき無線リソースが存在しない場合、条件(これについては後で詳述する)によっては、強制的に高い優先順位を持つセッションから無線リソースを開放し、低い優先順位を持つセッションに割り当てる。
図2は、複数PPPセッション開通可能な無線通信システム基地局と移動端末とのセッション構成例を示すネットワーク構成図である。図に示すように、移動端末MSと基地局BSとの間は無線で通信を行い、3本のPPPセッションS1−S3を開通可能である。この3本のPPPセッションS1−S3は、別々に開通/閉鎖が可能であり、個々に通信が可能である。個々のPPPセッションで通信を開始する場合に、移動端末MSと基地局BS間での無線リソースは個々に獲得され、それぞれのPPPセッションの通信を担う。基地局はネットワークNWに接続されており、ネットワークNWより先にはサーバ(図示せず)、このサーバに接続しているPPPセッションの相手端末(図示せず)などがある。
一般的にセッション維持のためには、セッションに関連する装置間で、相互に定期的に何らかの信号を送信し合う必要がある。例えば、相手端末がWindowsなどの場合はalive信号としてLCPエコー要求信号への応答信号を送信しなければPPPセッションがタイムアウトで切断されてしまう仕様になっている。例えば、1分毎に相手端末からLCPエコー要求信号が送信され、これに応答しない場合は、10秒などの間隔でLCPエコー要求信号が何回か再送され、これにも端末が応答しなければ、端末側がセッション終了処理をせずセッションを終了したもの、或いは、何らかの異常があったものとして、相手端末側からPPPセッションが強制的に終了されてしまう。ユーザにとっては、何らかのエラーによって、継続中のセッションが突然ダウンすることになり、所定の再接続動作(アイコンやラジオボタンなどのクリックや選択動作など)をユーザに強いることになる。さらには、自装置ではなく相手の無線通信装置が無線リソース割当の制御権を持つ場合には、セッション終了によって開放された当該無線リソースを他の通信端末(ノード)に横取りされてしまう恐れもある。従って、ユーザにとってはPPPセッションが一時的であっても終了してしまうデメリットは非常に大きい。なお、他のシステム、例えばLinuxであっても同様にPPPセッションを維持するためのalive信号の送信が必要とされる。後で詳細に説明するが、本発明によれば、PPPセッションの維持を保証して、セッション切断を防止することが可能となる。
このような装置において、さらにDiffserveによるDSCP Marking等による手法を用いてPPPセッションにQoS値を設定するシステムを考えた場合、当然、図1における3本のPPPセッションS1、S2、S3に対して個別にQoS値(優先順位)を設定することが可能となる。このようにQoS値を設定した場合には、各PPPセッションを通過するパケットの処理されるべき優先順位が設定されることと同義になる。従って、パケットの優先順位による処理を実施するために、図1のような無線通信システムでは基地局BSと移動端末MS間の無線区間でのストリーム使用において、その無線リソースの使用頻度に対し優先度をつけるシステムが一般的である。
そのようなシステムの場合、異なる移動端末である場合には基本的に優先順位に従って無線リソースを割り当てることにより対応できる。本発明では、1つの移動端末に複数のPPPセッションが存在するマルチセッションの場合には、使用可能な無線リソースが制限される状況が発生するためにこれを考慮し、且つ優先順位を考慮した無線リソースの割り当てアルゴリズムを提供する。
図3は、図2の構成において各セッションに優先順位が設定されたネットワーク構成図である。図に示すように、3本のPPPセッションS1−S3には、QoSに基づき、BE(ベストエフォート)型、AF−PHB(Assured Forwarding)型、EF−PHB(Expedited Forwarding)/型の優先順位が設定される。BE(ベストエフォート)型が最も優先順位が低く、AF−PHB型が中くらいの優先順位であり、EF−PHB型が最も高い優先順位であり、よってそのパケット通過優先順位は
S3(EF−PHB型)>S2(AF−PHB型)>S1(BE型)
となる。
また、この無線システムが、TDMA(時分割多元接続)によってタイムスロットが3つに分割されているものとすると、各PPPセッションがストリームを開始することができるのは最大3本であり、また、それぞれのタイムスロットは異なるチャネルを選択しなければならない。従って、使用可能な無線リソースが制限されることとなっている。
図4は、図3のセッション構成における無線リソース割当の一例を示す図である。BE型であるPPPセッションS1に送信が必要なデータが発生した場合に、まず無線リソースを1つ(即ち、上下で一対の無線リソース)消費してストリームを開始する(アップリンクスロットU1、ダウンリンクスロットD1)。送信すべきデータが多い場合にはさらにストリームを開始し、最大3ストリームまで開始することとなる(アップリンクスロットU2、U3、ダウンリンクスロットD2、D3)。この状態においてAF−PHB型であるPPPセッションS2にて送信すべきデータが発生した場合、PPPセッションS2とPPPセッションS1はマルチセッションであるが為に無線リソースを共有せざるを得ない。従って、既にPPPセッションS1でアップリンクスロットU1−U3、ダウンリンクスロットD1−D3を使用しているため、ストリームを新たに開始することが出来ない。従って、PPPセッションS1で使用しているストリームを1本切断して無線リソースを確保してから、PPPセッションS2にてストリームを新たに開始する。
図5は、図3のセッション構成における無線リソース割当の一例を示す図である。図4の状態で、さらにPPPセッションS2において送信すべきデータがある場合には、それを送信する為に帯域を確保する必要がある。従って、PPPセッションS1で使用しているストリームであるアップリンクスロットU2およびダウンリンクスロットD2をさらに切断し(開放し)、空いた無線リソースをPPPセッションS2に割り当て直して使用する。
ここまでの動作については、従来技術と基本的に同様であり、優先度の高いセッションが優先的に無線リソースを使用し、一方で、優先度の低いセッションが保持していた無線リソースを開放する動作を行う。
図6は、図3のセッション構成における無線リソース割当の一例を示す図である。図5の状態において、PPPセッションS2において、さらに送信すべきデータがある場合には、セッションS1で使用している無線リソース(アップリンクスロットU3およびダウンリンクスロットD3)をさらに開放(切断)し、空いた無線リソースをPPPセッションS2に割り当てる。このときPPPセッションS1では使用可能な無線リソースが0となる為、送信すべきパケットが溜まってしまう、即ち、キューイングされてしまう。そこで、基地局もしくは移動端末より再度無線リソースの獲得を行う必要がある。特に、キューイングされているパケットがセッション維持に必須のものである場合は、前述したようにタイムアウトでセッション自体が切断されてしまう恐れもある。
図7は、図3のセッション構成における無線リソース割当の一例を示す図である。図に示すように、無線リソースは全てPPPセッションS1から、優先順位がより上位のQoSであるPPPセッションS2に切り替えられてしまい、PPPセッションS2に占有されているが、PPPセッションS1の為に無線リソース(アップリンクスロットU3、ダウンリンクスロットD3)を切断(開放)し、空いた無線リソースをPPPセッションS1に割り当てる。通常のQoS制御ではこのような優先順位の逆転(例外処理)は行わないが、無線システムの場合には通信チャネルを開通しない限り、パケットを全く送受信させることが出来ないため、優先順位を逆転させてパケットを透過させるために無線リソースの確保を行う。
図7の操作によって一旦、PPPセッションS2にて使用可能な無線リソースが2本となるが、必要があれば再度PPPセッションS1の無線リソースを切断する動作を行われる場合がある。このとき、PPPセッションS1を開通して、すぐに無線リソースを切断してしまうとパケットの送受信がほとんど出来ないまま終わってしまう可能性があるため、一旦確保した無線リソースはある程度の時間にわたって占有することを保証する仕組みが必要となる。この保証時間についてはどのようなパケットを送受信するか、何が目的で通信するのか、どのようなシステムか等によって決定されるべきであるが、これについては後で詳細に述べる。
図8−10は、図3のセッション構成における無線リソース割当の一例を示す図である。図7の状態においてさらにEF−PHBであるPPPセッションS3にて通信チャネルを開通する要求が発生した場合に、無線リソースの確保を行う必要がある。この無線リソースの確保の為に、優先順位の最も低いPPPセッションS1で使用している無線リソース(アップリンクスロットU3、ダウンリンクスロットD3)を切断(開放)する。
PPPセッションS3にて、さらに無線リソースを必要とした場合に、PPPセッションS2の無線リソース(アップリンクスロットU2、ダウンリンクスロットD2)を切断する。このとき保証時間を考慮し、これを満たした場合には図9に示すように切断を行い、PPPセッションS2で使用している無線リソースがいずれも保証時間を満たさない場合には、PPPセッションS3における無線リソースの確保を一時保留し、無線リソースが切断可能となるよう保証時間が経過後に改めて、図9のようにPPPセッションS2の無線リソースを切断するといった動作が必要となる。
PPPセッションS1にて、さらに無線リソースを必要とした場合には、PPPセッションS2の無線リソースを切断することを試み、保証時間未満であった場合には、図10のように、PPPセッションS3の無線リソースを切断することも有り得る。
このようにマルチセッションにおいて無線リソースの確保が必要な状況が発生した場合に使用可能な無線リソースが存在しなかったならば、QoS等による優先順位に基づいて現在使用中の無線リソースを切断すること、または必要ならば優先順位を逆転させることにより確実に無線リソースの確保を行う。これらの方式によって、基本的な優先順位を遵守しつつ、但し、低優先順位のセッションであっても必要最低限の通信を維持できる動作が実現できる。この必要最低限の通信の維持・確保により、通セッション自体の維持が可能となり、不要なセッション切断を回避することができるようになる。
図12は、本発明の実施態様による保証時間を考慮した無線通信装置の制御方法の処理を示すフローチャートである。図に示すように、ステップP11にて、ストリームを開通するためにStreamOpenRequest(送信パケット発生など)を検出する。これを受け、空き無線リソースがあるか否かをリソース管理テーブルなどを参照して判定する(ステップP12)。無線リソースがある場合は、ステップP13に進み、無線リソースを確保して、StreamOpenを行って処理を終える(ステップP14)。
ステップP12にて空き無線リソースがないと判定された場合は、マルチセッション中で他セッションが無線リソースを使用中であるか否かを判定する(ステップP15)。他セッションが無線リソースを使用中でない場合は、使用可能無線リソースがないと判断し(ステップP16)、StreamOpenFailed処理を行い、処理を終える(ステップP17)。ステップP15にて、他セッションが無線リソースを使用中であると判定された場合は、ステップP18に進み、使用中のセッションが2以上あるか否かを判定する。使用中のセッションが2以上ある場合は、使用中セッション群から最も低いQoSを持つ他セッションを取得する(ステップP19)。ステップP20では、ストリーム開通対象である自ストリームのQoSと他セッションのQoSとを式1で比較する。
自QoS ≧ 他QoS (式1)
式1を満たさない場合は、ステップP24に進み、さらに式2で判定を行う。
他QoSのセッションストリーム継続時間 ≧ ストリーム保証時間 (式2)
式2を満たさない場合は、ステップP25に進み、今回選択された他QoSのセッションを選択外に設定し、その後、ステップP15に処理を戻す。
ステップP20、P24の式1、式2のいずれかを満たす場合は、ステップP21に進み、対象となっている他QoSのセッションをクローズして(無線リソースも開放して)、他QoSのセッションから開放された無線リソースを新たなストリーム用に確保し(ステップP22)、確保された無線リソースを使ってStreamOpen処理を行い(ステップP23)、処理を終える。本アルゴリズムによれば、各セッションが保証時間の間、無線リソースを確保することが保証され、効率的な割当制御を行うことが可能となる。
上述したように、本発明によれば、無線通信システム基地局等の複数の周波数を制御可能であり、またそれらの周波数において移動端末と通信が可能となるシステム、かつ、無線通信システム基地局等と移動端末との間に複数のPPPセッションを開通することが可能であるシステムにおいて、同一移動端末における複数PPPセッション間(マルチセッション)でのQoS等による優先順位を用いて無線帯域におけるQoS制御を実現することが可能になる。
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
本発明の実施態様による無線通信装置のブロック図である。 複数PPPセッション開通可能な無線通信システム基地局と移動端末とのセッション構成例を示すネットワーク構成図である。 図2の構成において各セッションに優先順位が設定されたネットワーク構成図である。 図3のセッション構成における無線リソース割当の一例を示す図である。 図3のセッション構成における無線リソース割当の一例を示す図である。 図3のセッション構成における無線リソース割当の一例を示す図である。 図3のセッション構成における無線リソース割当の一例を示す図である。 図3のセッション構成における無線リソース割当の一例を示す図である。 図3のセッション構成における無線リソース割当の一例を示す図である。 図3のセッション構成における無線リソース割当の一例を示す図である。 図3のセッション構成における無線リソース割当の一例を示す図である。 本発明の実施態様による保証時間を考慮した無線通信装置の制御方法の処理を示すフローチャートである。
符号の説明
100 無線通信装置
110 格納部
120 無線リソース割当部
130 制御部
140 無線受信部
150 無線送信部
ANT アンテナ
BS 基地局
MS 移動端末
NW ネットワーク
S1−S3 PPPセッション
U1 アップリンクスロット
U2 アップリンクスロット
U3 アップリンクスロット
D1 ダウンリンクスロット
D2 ダウンリンクスロット
D3 ダウンリンクスロット

Claims (3)

  1. セッション毎に規定されている優先順位に基づき、複数のセッションに対して無線リソースの割当制御を行う無線リソース割当部と、
    或るセッションを介して送信するべきデータが自装置内にあるとき、前記優先順位に基づく割当制御では前記或るセッションに対して使用可能な無線リソースが存在しない場合、無線リソースを割り当てられている他のセッションから少なくとも1つの無線リソースを強制的に開放し、前記或るセッションに開放した無線リソースを割り当てるように、前記無線リソース割当部を制御する制御部と、
    を備え
    前記制御部は、前記或るセッションに開放した無線リソースを割り当てた場合、前記或るセッションを介して送信すべきデータに応じた時間は、当該無線リソースの割り当てを維持するように前記無線リソース割当部を制御する、
    ことを特徴とする無線通信装置。
  2. 請求項に記載の無線通信装置において、
    前記或るセッションを介して送信すべきデータが、セッションを維持するために或る期間内に送信しなければならないデータである、
    ことを特徴とする無線通信装置。
  3. セッション毎に規定されている優先順位に基づき、複数のセッションに対して無線リソースの割当制御を行う無線リソース割当ステップと、
    或るセッションを介して送信するべきデータが自装置内にあるとき、前記優先順位に基づく割当制御では前記或るセッションに対して使用可能な無線リソースが存在しない場合、無線リソースを割り当てられている他のセッションから少なくとも1つの無線リソースを強制的に開放し、前記或るセッションに開放した無線リソースを割り当てるように制御する制御ステップと、
    前記制御ステップはさらに、前記或るセッションに開放した無線リソースを割り当てた場合、前記或るセッションを介して送信すべきデータに応じた時間は、当該無線リソースの割り当てを維持するように前記無線リソース割当部を制御することを特徴とする無線通信装置の制御方法。
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