WO2009110103A1

WO2009110103A1 - ネットワークシステム及び監視ノード

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Publication number: WO2009110103A1
Application number: PCT/JP2008/054244
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Inventors: 片岡幹雄; 花岡誠之
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Filing date: 2008-03-04
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Abstract

従来は複数の無線システムが利用できる無線環境において、ある端末が新たに無線システムを利用する場合、ユーザ端末主導にて当該無線システムに接続することにより、当該無線システムの提供可能なスループットの最大値を越え、システム全体のスループットが低下する問題があった。　端末が新たに無線システムに接続する、もしくは他の無線システムに切替える前に、当該端末がある無線システムへの接続した場合のシステム全体のスループットや、遅延時間の予測値を計算し、予測結果に応じて当該端末が利用する無線システムを制御する。

Description

明細書ネットワークシステム及び監視ノード技術分野

特に複数の無線通信システム間の高速な切替技術、及び周波数の時間利用効率向上のためのコグニティブ無線技術に関する。背景技術

現在、第 3世代携帯電話や無線 L ANなどのシステムはそれぞれの事業者等により個別に運用 ·管理されておりこれら複数のシステムを利用するためにはそれぞれの事業者と契約 ·加入する必要がある。またこの場合それぞれシステムは個々の事業者毎に独立なシステムであるため、ネットワーク接続に欠かせない端末の I Pァドレスはそれぞれのシステム毎に独立して付与され、複数のシステムを同時に使用する場合には複数の I Pアドレスを用いて行うことが一般的であつた。

しかしながら、移動通信システムにとって使い勝手の良い 6 G H z以下の帯域 (V H F、 U H F、低マイクロ波帯）については、現在第 3世代携帯電話や無線 L ANなど稠密に利用されており、深刻な電波の逼迫状況が生じている。こうした状況の中、逼迫している電波をより有効かつ効率的に活用しつつ、特にニーズの高い移動通信に必要な周波数帯域を確保するためには、移動通信をはじめとする複数の電波利用システム間における電波の高度な共同利用を実現する技術が求められている。

政策的な位置付けとしても、総務省 I T戦略本部の「e— J a p a n重点計画一 2 0 0 4」（平成 1 6年 6月）において、「周囲の電波利用状況や利用するァプリケーシヨンの要求条件を的確に判断し、周波数帯域幅、変調方式、多重化方式等を柔軟に選択して、最適な通信環境を確立することのできる無線通信システムについて 201 1年までに実用化を図る」と記されており、上記を実現する技術が求められている。

これらを実現するため、 1999 年に無線の状況を認知しその状況に応じて無線システムのリソース制御を行う「コグ二ティブ無線」の概念が発表された（例えば、 Mitora, "Cognitive radio for flexible mobile multimedia communications", 1999 IEEE Int Workshop on Mobile Multimedia Communications Digest (Nov.1999)、又は Mitora, etc. , "Cognitive Radio: Making Software Radios More Personal", 1999 IEEE Personal Communication, Vol.6, No.4 (1999)) 。しかしながらコグニティブ無線を実現するための手法については様々なアプローチがあり現在も検討が行われているところである。

従来における、複数の無線システムが接続されているシステムの全体構成を図 1に示す。図 1に示す例ではセルラシステムとして c dm a 1 x E VDO (1 x E v o 1 u t i o n Da t a O n 1 y ) 、都市部における屋外の無線ブロ一ドバンドシステムとして W i MAX, 近距離及び室内向けブロードバンドシステムとして無線 LAN (L o c a l Ar e a Ne t wo r k) の 3つのシステムが接続されている様子を示している。以降の説明ではこの 3つのシステムを例に説明を行うが、これら以外の無線システムでも同等の機能をもっていれば適用可能である。

システムはこれらの複数の無線システムでの通信に対応した端末（101) 、各無線システムのアクセスポイント（EVDOの場合は（102) 、無線 LAN の場合は（103) 、 Wi MAXの場合は（104) ) 、各無線システムを終端するゲートウエイ（EVDOの場合は PD SN (P a c k e t Da t a S e r v i n g No d e) ( 105 ) に相当し、無線 L ANの場合は P D I F ( P a c k e t Da t a I n t e rwo r k i n g Fun c t i o n) (10 6) に相当、 W i MAXの場合は ASN— GW (Ac c e s s S e r v i c e Ne t wo r k Ga t ewa y) (107) に相当）と、各システム毎にユーザ認証のための認証局（E VDOの場合は EVDO— AAA (Au t h e n t i c a t i o n Au t h o r i z a t i o n Ac c o un t i n g) (10 9) 、無線 LANの場合は W i F i— AAA (110) 、 W i MAXの場合は W i MAX— AAA (111) ) と HA (Home Ag e n t ： 108) から構成され、各システムを終端するゲートウェイ、 HA、認証局の間はネットヮーク（112) で互いに接続されている。

ここで各無線システムのアクセスポイント（102、 103、 104) は端末との無線区間を終端する機能をもつ。

また PDSNや PD I F、 ASN— GWなどのゲートウエイは HAに対する F A (F o r e i g n Ag e n t) の機能を有し、また無線システムを終端する機能を有する。図 1では一つの無線システムのゲートウエイにつき一つのァクセスポイントが接続されているが、アクセスポイントの数は一つに限定されるものではなく、複数のアクセスボイントが各ゲートウエイに接続されるのが一般的である。

従来はそれぞれのシステムが独立に運用されているため、認証局（109、 1 10、 1 1 1) は、それぞれ独立して存在し、ユーザ認証もそれぞれの無線システムを使用する毎に独立して行われる。

この時、 HA (108) は現在端末がどの無線システムを用いて通信を行っているかの管理を行っている。具体的には E VDOにおける PD SN (105) 、無線 LANにおける PD I F (106) 、 W i MAXにおける A S N— GW (1 07) が HAから見た時に FAとして振るまい、 HAは現在通信を行っている無線システムのゲートウエイの I Pアドレスと端末に付与された I Pアドレスとの対応関係をテーブルとして保持している。

次に従来における端末に付与される I Pァドレスの取得方法と、端末が移動等の理由により使用するシステムを切り替える場合のフロー及び、ゲートウェイと端末 I Pアドレスの对応関係を図 2に示す。

端末（101) がまず EVDOに接続する場合、手順（201) に示すように、 P AP//CHAPと呼ばれる端末認証を E VDOゲートウエイである PD S N (105) との間で行い、 PDSNが認証完了するとこの端末（101) からの Ac c e s s Re q u e s tを EVDO認証局（109) に送信する。 E VD O認証局においてはこの要求に対する応答として端末に付与する I Pアドレス (図 2の場合、端末 I P=a. b. c . d) と D N S情報や HAの I Pアドレス (図 2の場合、 1"1八の 1 ?=1. 2. 3. 4) などの情報を PDSN (105) に送信し、 PDSN (105) はこの情報を端末（101) に転送することにより端末の I Pアドレスが割り当てられる。この時 HA (108) においては、端末の I Pアドレスと F Aとして PDSNの I Pアドレス（図 2の場合、 PDSN の I P = x. X . X . Xのため、？の欄に1 ?= . . X . X) の対応関係 (202) が保持される。

この端末が移動し（205) 、例えば EVDOとは別の無線 LANシステムに新たに接続する場合、手順（203) に示すように、例えば I KE V 2と呼ばれる端末認証を無線 LANゲートウェイである PD I F (106) との間で行い、 PD I Fが認証完了するとこの端末（101) 力らの Ac c e s s Re qu e s tを Wi F i認証局（1 10) に送信する。 Wi F i認証局においてはこの要求に対する応答として端末に付与する I Pアドレス（図 2の場合、端末 I P = e. f . g. h) と DNS情報や HAの I Pアドレス（図 2の場合、 HAの I P= 1. 2. 3. 4) などの情報を PD I F (106) に送信し、 PD I F (106) はこの情報を端末（101) に転送することにより端末の I Pアドレスが割り当てられる。この時 HA (108) においては、端末の I Pアドレスと FAとして P D I Fの I Pアドレス（図 2の場合、 PD I Fの I P = y. y. y . yのため、の欄に1 ? = 7. y. y. y) の対応関係（204) が保持される。

これらの説明で示す通り、従来のシステムにおいては複数の無線システムを切り替える場合はそれぞれのシステムにおけるユーザ認証が行われること、またシステム間の切り替えに伴って端末に付与される I Pァドレスが異なる。またユーザ認証が端末からゲートウエイを経由してその都度行われるため秒オーダーの時間を要する。

端末が移動し、同一システム内で接続されるゲートウェイが複数となるハンドオーバの場合はシステムの切り替えは生じないため端末に対して同一の I Pアドレスが付与されることになる。この様子を図 3に示す。

端末（101) がまず無線 LANに接続する場合、図 2での説明と同様（20 3) I KE V 2でのユーザ認証後、 W i F i認証局（109) より端末 I Pアドレス I P=e. f . g. hが割り振られる。この端末が移動し（303) 、同一無線 LANシステムの別の PD I Fの配下となる場合、手順（301) に示すように、再ぴ接続先の PD I F (304) と端末（101) との間で端末認証を行う。この端末は同一システム内に既に登録されていることを W i F i認証局（1 09) が確認し、同一の I Pアドレスを割り振る。この時、 H Aでは端末（10 1) に対して、ハンドオーバ状態にある、すなわち両方のゲートウェイからデータ伝送を行う状態にあることから二つの PD I F (106、 304) を FAとして登録する（302) 。この時ネットワーク側にある通信相手からのデータは H Aを参照し PD I F (106) と PD I F (304) それぞれにマルチキャストされる。

ハンドオーバ状態が終了し、端末（101) が完全に移動先の PD I F (30 4) のみと接続する場合には、 . I Pアドレスと FAとの対応が、 I P = e. f . g . hに対して F Aの I P = z . z . z . zのみとなる（3 0 2 ) 。

以上示したように従来のシステムにおいては、同一のシステム内では H Aにおいて一つの端末 I Pァドレスに対して複数の F Aァドレスを有することは可能であるがこの場合データはそれぞれの F Aに対してマルチキャストされる。またュ一ザ認証はゲートウェイが変わる度に行われるため切り替えには秒オーダーの時間を要する。発明の開示

従来のシステムでは、複数の無線システムが利用できる無線環境において、ある端末が新たに無線システムを利用する場合、ユーザ端末主導にて当該無線システムに接続することにより、当該無線システムの提供可能なスループットの最大値を越え、当該端末が要求する通信帯域を利用できず、さらにはそれまで当該無線システムを利用していたユーザのスループットにも影響を与え、システム全体のスループットが低下する問題があった。

また、従来のシステムでは、ユーザ端末の移動等に伴う無線環境の変化により当該端末が利用している無線システムの通信品質が低下してもセッションが途切れない限りは同一の無線システムを利用しつづけ、ユーザスループットの低下がネットワーク遅延の増加が発生する問題があった。

時々刻々と変化する無線の状況に応じて複数のシステムを効率よく使用するために、端末が新たに無線システムに接続する、もしくは他の無線システムに切替える前に、当該端末がある無線システムへの接続した場合のシステム全体のスル一プットや、遅延時間の予測値を計算し、予測結果に応じて当該端末が利用する無線システムを制御する。

また、各端末のスループットや遅延時間を監視し、スループットの減少や遅延時間の増加等の通信品質の劣化が認められた場合に、他の無線システムへの切替えにより通信品質が向上するか否かを予測し、予測結果に応じて当該端末が利用する無線システムを選択する。

本発明では、システムに接続する全ての端末の無線環境を考慮し、各端末に対して適切な無線システムの割当が可能となりシステム全体のスループットの向上が見込める。図面の簡単な説明

図 1は従来の複数の無線システムを収容するシステム構成図である。

図 2はシステム間を移動する場合の従来の I Pァドレス割当シーケンスを示す図である。

図 3は同一システム内の異なるゲートウェイ間を移動する場合の従来の I Pァドレス割当シーケンスを示す図である。

図 4は本発明における複数の無線システムを収容するシステム構成図である。図 5は本発明によるシステム全体スループットを優先する場合の無線システム選択処理を示すフローチャートである。

図 6は本発明によるシステム全体スループットを優先する場合の無線システム選択処理フローにおける接続可能無線システム数カウント処理を示すフローチヤ一トである。

図 7は本発明によるシステム全体スループットを優先する場合の無線システム選択処理フローにおけるシステム選択処理の詳細を示すフローチヤ一トである。図 8は本発明によるシステム全体スループットを優先する場合の無線システム選択処理フローにおけるシステム選択処理の詳細フローにおいて接続可能システム数が 0である場合の無線システム選択処理を示すフローチヤ一トである。図 9は本発明によるシステム全体スループットを優先する場合の無線システム選択処理フローにおけるシステム選択処理の詳細フローにおいて接続可能システム数が 1である場合の無線システム選択処理を示すフローチヤ一トである。

図 1 0は本発明によるシステム全体スループットを優先する場合の無線システム選択処理フローにおけるシステム選択処理の詳細フローにお！/、て接続可能システム数が 2である場合の無線システム選択処理を示すフローチヤ一トである。図 1 1は本発明による伝送遅延時間を優先する場合の無線システム選択処理を示すフローチャートである。

図 1 2は本発明の監視ノードにて管理される各端末の現選択無線システムとトラフィックソースレートの対応付けるテーブルを示す図である。

図 1 3は本発明による伝送遅延時間を優先する場合の無線システム選択処理フローにおけるシステム選択処理の詳細を示すフローチャートである。

図 1 4は本発明に監視ノードにて管理される W i MA Xレート対応 D e 1 a y 値テーブル、および W i F i レート対応 D e 1 a y値テーブルを示す図である。図 1 5は本発明による伝送遅延時間を優先する場合の無線システム選択処理フローにおける W i F i D e 1 a y値算出処理の詳細処理を示すフローチャートである。

図 1 6は本発明による伝送遅延時間を優先する場合の無線システム選択処理フローにおける W i MAX D e 1 a y値算出処理の詳細処理を示すフローチヤ一トである。

図 1 7は本発明によるスループット減少をトリガとした無線システム選択処理を示すフローチャートである。

図 1 8は本発明によるスループット減少をトリガとした無線システム選択の詳細を示す処理フローチヤ一トである。

図 1 9は本発明による伝送遅延時間増加をトリガとした無線システム選択処理を示すフローチヤ一トである。

図 2 0は本発明による伝送遅延時間増加をトリガとした無線システム選択の詳細を示す処理フローチヤ一トである。発明を実施するための最良の形態

第 1実施形態

本発明における第一の実施形態について説明する。本実施形態では、端末が無線システムを切替える際にシステムスループットを最大とするように、端末が接続する無線システムが決定される。

本発明におけるシステムの構成を図 4に示す。異なる無線システムのそれぞれの無線の状況を把握するために監視ノード（CMT ： C o g n i t i v e Mo n i t o r i n g To o l ) (404) を設け、各システムのアクセスポイントから無線に関する情報を収集する。無線に関する情報としては受信電力値、 R S S I値、各ユーザのスループット、伝送速度、伝送遅延時間、バケツトロス率やアクセスポイントに収容されている端末数、端末との a s s o c i a t i o n 数、アクセスポイントにおける処理負荷などが挙げられる。 EVDOの場合はこれ以外にも DRCの値や RR Iの値等、無線区間におけるスケジューリングのために用いられている各種パラメータの値も無線情報に含まれる。

また監視ノードでは、各ユーザが利用しているアプリケーションの情報として、 I Pヘッダ内の TO S値や、アプリケーションが利用している通信ポート番号などが挙げられる。

これらの情報は監視ノード内において統計処理され、また端末の位置や移動方向等の空間情報も加味した上で端末毎に割当てる無線システムの決定が行われる。また各無線システムのゲートウェイ（105、 106、 107) の上位側とネットワーク（1 1 2) の間に制御ノード（P SF : P a c k e t Sw i t c h i n g Fu n c t i o n) ( 405 ) を設け、監視ノード（ 404 ) からの指示に従いパケットのスイッチングを行う。さらに複数のシステムに共通の認証局 ( 4 0 3 ) を設け、複数システム間にわたって、複数の無線システムに対応した同一端末に対して同一の I Pアドレスを割り当てる。なお図 4では利用する無線システムとして、 E V D O、 W i MA X , W i F i (無線 L AN) の 3つの無線システムを示しているが、他の既存の無線システムでよいし、今後開発される次世代の無線システムでもよい。また利用する無線システムの数も 3システム以上であってもよい。

監視ノードの無線システム決定処理のフローを図 5に示す。無線システム決定処理フローはある端末が新たに他の無線システムに切替えることを実施しようとしたことをトリガとして実行される。無線システム決定処理のトリガは端末の他システムへの切替え以外にも、システムに新たな端末が接続を開始しょうとしていることをトリガにしてもよい。また、システムに接続している既存の端末の移動により新たに他の無線システムが利用可能になったことをトリガにしてもよいし、現在端末が利用している無線システムの利用が不可能になったことをトリガにしてもよい。さらにユーザの新規アプリケーションの実行による通信の開始、アプリケーションの終了による通信の終了をトリガとしてもよい。また、定期的に全てのシステム配下の端末に対して実施されるのでもよい。

無線システム決定処理では、まず初めに各無線システムの通信可否を判断するための受信電力のしきい値や、各無線システムで利用可能な最大スループット等の初期化を実行する（5 0 1 ) 。次に処理実行のトリガとなった端末（対象端末）以外で、システムに接続している端末の数をカウントする（5 0 2 ) 。それから各無線システムそれぞれに対して、最大スループットから対象端末以外の端末が実際に占有している通信帯域を引くことにより、現在の空き帯域を求める ( 5 0 3 ) 。各無線システムに対して、対象端末の受信電力と初期時に設定したしきい値とを比較し、受信電力がしきい値を越える場合はフラグを立てる（5 0 4 ) ₀ 次に対象端末の接続可能な無線システム数をカウント（5 0 5 ) 、対象端末が接続するシステム選択処理（5 0 5 ) を行い、対象端末が利用すべき無線システム（決定システム）を決定する。

対象端末が利用すべき無線システムを決定した監視ノードは、制御ノードに対して対象端末との通信を決定システムにて実施するように指示し、制御ノードは監視ノードからの指示により対象端末との通信に利用する無線システムを切替える。

図 6は、図 5内の対象端末の接続可能な無線システム数をカウントする処理 ( 5 0 4 ) を詳細に示したものである。対象端末が接続可能な無線システムの力ゥント処理は、システム内にて利用される無線システムの数だけ実施する（6 0 1 ) 。選択した無線システムが、全ての移動エリアをカバーする E V D Oの場合、端末がどの場所にいたとしても接続可能であると判断しスキップする（6 0 2 ) 。なお、本実施の形態は端末が移動する全てのエリアをカバーする無線システムとして E V D Oを挙げているが、他の無線システムであって全ての移動エリアを力バーする無線システムが存在する場合には、それらの無線システムに対しても処理をスキップしてもよい。

次に、選択した無線システムの受信電力がしきい値を越えているか否かのフラグが立っているか否かをチェックする（6 0 3 ) 。選択した無線システムの受信電力がしきい値を越えているか否かのフラグが立っていない場合は当該無線システムでの接続は不可能であるため、次の無線システム判定にうつる。フラグが立つている場合は、対象端末が必要とする帯域と（5 0 3 ) にて求めた当該システムの空き帯域とを比較する（6 0 4 ) 。空き帯域が要求帯域以上である場合は、当該無線システムの接続可能フラグを O Nにし（6 0 5 ) 、接続可能システム数をカウントアップする。以上の動作をシステム内の全ての無線システムに対して実施する。次に対象端末が接続可能な無線システムのカウント処理にて得られた接続可能な無線システムの個数により、それぞれ対象端末が接続すべき無線システムの選択処理を実行する（図 7、 701) 。

図 8に接続可能無線システム数が 0の場合（702) の、無線システム選択処理のフローを示す。この場合、受信電力が受信しきい値を満たす無線システムを優先してシステムを決定する。まず、 W i MAXの受信電力がしきい値を越えているかをチェックする（801) 。しきい値を越えていない場合は、 W i F iの受信電力がしきい値を越えているかチェックし（802) し、 Wi F iの受信電力もしきい値を越えていない場合は、接続可能な無線システムとしては EVDO しか存在しないため、接続システムを EVDOに決定する（803) 。 Wi F i の受信電力がしきい値を越えている場合は、接続システムを Wi F iに決定する (804) 。

W i MAXの受信電力がしきい値を越えている場合、 Wi F iの受信電力をチエックし（805) 、しきい値を越えていない場合、接続システムを Wi MAX に決定する。しきい値を越えている場合、次にユーザが要求する通信が Q o S必要であるかを確認する（807) 。本実施の形態では Qo Sが必要か否かの判断基準として I Pバケツト内の TO Sフィールドの値を用い、 TO S値が 0であれば Q o Sが必要ないと判断する。 Q o Sの必要か否かの判断には、当該通信にて利用するポート番号と、予め作成しておいたポート番号と Q o Sの必要か否かの対応表を参照することにより実施してもよい。

W i MAXと W i F iとの空き帯域を比較し（808) 、 W i MAXの空き帯域のほうが大きい場合は、接続システムを Wi MAXに決定する。そうでない場合は、 Wi F iに決定する。 Qo Sが必要な場合は、 Wi MAXを選択する。本実施の形態では Q o Sを保証可能な W i MAXと、 Qo Sを保証できない W i F iとの間での無線システム選択であるが、 Qo Sを保証可能な無線システムが複数あった場合には、その中から空き帯域の大きい無線システムを選択する。また Q o Sを保証可能な無線システム内にてそれそれの保証品質等により順位をつけ、さらにアプリケーションに要求される通信品質等にて順位づけし、その順位の対応付けにより接続無線システムを決定してもよい。 Q o Sを保証できない無線システムが複数あった場合も同様である。

図 9に接続可能無線システム数が 1の場合（7 0 3 ) の、無線システム選択処理のフローを示す。この場合、まず接続可能な無線システムが W i MAXか W i F iのどちらであるかを判定する（9 0 1 ) 。接続可能な無線システムが W i M A Xの場合は、 Q o Sが保証され空き帯域も十分にあると判断できるので、 W i MA Xに決定する。

接続可能無線システムが W i F iの場合は、次に W i MA Xの受信電力がしきい値を越えているか否かをチェックする（9 0 2 ) 。 W i MA Xの受信,電力がしきい値を越えていない場合は、接続する無線システムとして、 W i F iを選択する。 W i MAXの受信電力がしきい値を越えている場合以降の動作は、図 8にて説明した処理と同様であり、図 8と同一の番号を付与し説明を省略する。

図 1 0は、接続可能無線システム数が 2の場合（7 0 4 ) の、無線システム選択処理のフローであり、処理のフロー自体は、図 8で示した処理フローの一部と同様の処理であり、図 8と同一の番号を付与し説明を省略する。

以上、第 1の実施形態により、端末が利用する無線システムを切替える際に、無線システムを切替えた場合に推定されるスループットを事前に算出し、算出結果を元にシステムスループットが最大となるように端末が接続すべき無線システムを決定することが可能となる。第 2実施形態

本発明における第 2の実施形態について説明する。本実施形態では端末がシステムを切替える際に、遅延時間が最小となるように、端末が接続すべき無線システムが決定される。

本実施形態においては第 1と同じく、図 4に示すシステム構成をとる。ある端末 A T 0が接続システムを W i MA Xから、別のシステムに切替えようとする場合の無線システム決定処理に関して説明する。

監視ノードの無線システム決定処理のフローを図 1 1に示す。図 1 1にて示した処理の一部は図 5の処理と同様であり、同一の番号を付与している。無線システム決定処理フローは、端末 A T 0が現在接続している W i MAXから他の無線システムに切替えることを実施しようとしたことをトリガとして実行される。無線システム決定処理のトリガは端末の他システムへの切替え以外にも、システムに新たな端末が接続を開始しようとしていることをトリガにしてもよい。また、システムに接続している既存の端末の移動により新たに他の無線システムが利用可能になったことをトリガにしてもよいし、現在端末が利用している無線システムの利用が不可能になったことをトリガにしてもよい。さらにユーザの新規アブリケーシヨンの実行による通信の開始、アプリケーションの終了による通信の終了をトリガとしてもよい。また、定期的に全てのシステム配下の端末に対して実施されるのでもよい。

無線システム決定処理では、まず初めに各無線システムの通信可否を判断するための受信電力のしきい値や、各無線システムで利用可能な最大スループット等の初期化を実行する（5 0 1 ) 。次に各無線システムに対して、対象端末の受信電力と初期時に設定したしきい値とを比較し、受信電力がしきい値を越える場合はフラグを立てる（5 0 4 ) 。処理実行のトリガとなった端末（対象端末）以外で、システムに接続している端末の数をカウントする（5 0 2 ) 。

次に無線システム毎の自端末（A T 0 ) を除くトラフィックソースレートの合計を算出する。例えば監視ノードが、図 1 2に示すような各端末の現在接続している無線システム（1 203) と、その端末のトラフィックソースのレート（1 204) とを対応付けたテーブル（1 20 1) を保持している場合、 W i MAX のトラフィックソースレ一トは、 W i MAXに接続している AT 1 と AT 3のトラフィックソースレートの合計である 4. 2Mb p s、 W i F iのトラフィックソースレートは、 W i F iに接続している AT 2のトラフィックソースレートである 28. 8Mb p sとなる。

そして、対象端末が接続すべきシステムの選択処理（1 1 02) を行い、対象端末が利用すべき無線システム（決定システム）を決定する。対象端末が利用すべき無線システムを決定した監視ノードは、制御ノードに対して対象端末との通信を決定システムにて実施するように指示し、制御ノードは監視ノードからの指示により対象端末との通信に利用する無線システムを切替える。

図 1 3にシステム選択処理（1 1 0 2) の詳細フローを示す。システム選択処理では、まず、 W i MAXの受信電力がしきい値を越えているかをチェックする (1 30 1) 。しきい値を越えていない場合は、 W i F iの受信電力がしきい値を越えているかチェックし（1 30 2) し、 W i F iの受信電力もしきい値を越えていない場合は、接続可能な無線システムとしては EVDOしか存在しないため、接続システムを EVDOに決定する（803) 。 Wi F iの受信電力がしきい値を越えている場合は、接続システムを Wi F iに決定する（804) 。

W i MAXの受信電力がしきい値を越えている場合、 W i F iの受信電力をチエッグし（1 303) 、しきい値を越えていない場合、接続システムを W iMA Xに決定する（806) 。しきい値を越えている場合、対象端末が Wi F iに接続した場合、 W i MAXに接続し続けた場合のそれぞれの伝送遅延時間を計算する（1 304、 1 30 5) 。そして、（1 304) 、 (1 30 5) で求めた伝送遅延予測値を比較し（1 306) 、遅延時間が小さいほうの無線システムを選択し、対象端末が接続すべき無線システムとして決定する。図 14は、伝送遅延時間を予測する場合に使用するスループット（1405) と遅延時間（1406) との対応を格納したテーブルである。ここでは、常時接続可能である E VDOを除いた W i MAXと W i F iのスループットに対応する遅延時間テーブルを示している（1401、 1404) 。本テーブル内の情報は、事前に測定した値、もしくはシミュレーション等を利用して得られた計算値を用いる。

図 15に Wi F iの遅延時間算出の処理（1307) の詳細フローを示す。まず、図 11 (1101) にて求めた各無線システム毎のトラフィックソースレートに対象端末（AT0) 自身のトラフィックレートを足し、 Wi F iの最大スループットと比較する（1501) 。端末の総トラフィックレートカ SWi F iの最大スループットより小さい場合は、 Wi F iレート対応 De 1 a y値テーブルから、 ATOのトラフィックソースレートをキーとして、 D e 1 a y値を求める (1502) 。

端末の総トラフィックレートが W i F iの最大スループットより大きい場合は、 W i F iレート対応 D e 1 a y値テーブルから、 AT 0のトラフィックソースレートをキーとして D e 1 a y値を求めた後（1502) 、求めた D e 1 a y値と Wi F iに接続する端末数（対象端末が接続してるものとしてカウント）を掛け合せた値を Wi F i D e 1 a y値とする（1503) 。

本実施形態では、 Wi F iのトラフィックソースレートである 28. 8Mb p sに ATOのトラフィックソースレートが 4. 8Mb ρ sであるので、 W i F i の総トラフィックソースレートは 33. 6Mb p sとなる。 Wi F iの最大スル一プットを 28. 8Mb p sとした場合は、最大スループットを超えているので、 ATOのトラフィックソースレートである 4. 8Mb p sをキーとして W i F i レート対応 D e 1 a y値テーブルから取得した D e l a y値（6. 728E— 0 3) に接続端末数 2 (既存で W i F iに接続している AT 2 +AT 0) を掛け合せた値が Wi F i D e 1 a y値として返される。

図 16に W i MAXの遅延時間算出の処理（1308) の詳細フローを示す。まず、図 11 (1101) にて求めた各無線システム毎のトラフィックソースレートに対象端末（AT0) 自身のトラフィックレートを足し、 Wi MAXの最大スループットと比較する（1601) 。端末の総トラフィックレートが WiMA Xの最大スループットより小さい場合は、 WiMAXレート対応 De 1 a y値テーブノレから、 ATOのトラフィックソースレートをキーとして、 D e 1 a y値を求める（1602) 。

端末の総トラフィックレートが W i MAXの最大スループットより大きい場合は、 W i MAXレート対応 D e 1 a y値テーブルから、 AT 0のトラフィックソースレートをキーとして D e 1 a y値を求めた後（1602) 、求めた D e 1 a y値と W i MAXに接続する端末数（対象端末が接続してるものとしてカウント）を掛け合せた値を W i MAX D e 1 a y値とする（1603) 。

本実施形態では、 W i MAXのトラフィックソースレートである 4. 2Mb p sに ATOのトラフィックソースレートが 4. 8Mb p sであるので、 W i MA Xの総トラフィックソースレートは 9. 0 Mb p sとなる。 Wi MAXの最大スループットを 6. 4Mb p sとした場合は、最大スループットを超えているので、 AT 0のトラフィックソースレートである 4. 8Mb p sをキーとして W i MA Xレート対応 D e 1 a y値テーブルから取得した D e l a y値（3. 889 E- 02) に接続端末数 3 (既存で W i MAXに接続している AT 1、 AT 3+ AT 0) を掛け合せた値が W i MAX D e 1 a y値として返される（1604) 。端末 ATOが Wi F iに接続した場合の De 1 a y値（6. 728 E- 03) 2と、 \\^1^八に接続した場合に計算された D e 1 a y値（3. 889 E -02) X 3を比較した場合、 Wi F iに接続した場合の予測 D e 1 a y値の方が小さいので、端末 AT 0が接続すべき無線システムとしては、 Wi F iが選択される。現時点での A T 0が接続していた無線システムは W i MA Xであったので、 W i MA Xから W i F iへの無線システムの切替えが発生する。

以上、第 2の実施形態により、端末が利用する無線システムを切替える際に、無線システムを切替えた場合に推定される遅延時間を事前に算出し、遅延時間が最小となるように端末が接続すべき無線システムを決定することが可能となる。第 1の実施の形態、第 2の実施の形態にて示した監視ノードでは、システム全体のスループットの最大化、システム全体の伝送遅延時間の最小化を目標値として、端末が接続すべき無線システムを選択しているが、その他にも、システム全体のユーザ Q o Sの満足度（保証度）の最大化、およびシステム全体の伝送時間ゆらぎの最小化を目標値として監視ノードが、端末が接続すべき無線システムを選択してもよい。第 3実施形態

本発明における第 3の実施形態について説明する。本実施形態では監視ノードが各端末のスループットを定期的に監視しスループットの減少が見られた際に、無線システムを切替えるか否かを判断することで、システム全体の帯域の効率的な利用を可能とする。

本実施形態においては第 1の実施形態と同じく、図 4に示すシステム構成をとる。監視ノードはシステムに接続している全ての端末に対して現在のスループットを定期的に測定し、各端末に対して無線システムの切替えが必要か否かの判断を実施する。

監視ノードの無線システム切替え決定処理のフローを図 1 7に示す。図 1 7にて示した処理の一部は図 5の処理と同様であり、同一の番号を付与している。監視ノードは、まず各無線システムの受信しきい値、最大スループットの初期化等を実施する（1 7 0 1 ) 。次に無線システム切替え決定処理の対象となった端末にして、各無線システムの受信電力が受信しきい値を越えているか否かをチエツクし、しきい値を越えていた場合は、フラグを立てる（504) 。

次に、スループットを用いたシステム選択処理を実施し（1702) 、対象端末が接続すべき無線システムを決定する。その後次に判定に利用するために、 (1702) で求めた当該対象端末の現在のスループットを保存する（1 70 3) 。

対象端末が利用すべき無線システムを決定した監視ノードは、制御ノードに対して対象端末との通信を決定システムにて実施するように指示し、制御ノードは監視ノードからの指示により対象端末との通信に利用する無線システムを切替える。決定システムがそれまで対象端末が接続していた無線システムであった場合には、監視ノードは制御ノードに対しての無線システム切替え指示は実施しない。図 18にの、本実施形態における無線システム選択処理（1702) のフローの詳細を示す。まず、 W i MAXの受信電力がしきい値を越えているかをチエツクする（1801) 。しきい値を越えていない場合は、 Wi F iの受信電力がしきい値を越えているかチヱックし（1802) し、 W i F iの受信電力もしきい値を越えていない場合は、接続可能な無線システムとしては EVDOしか存在しないため、接続システムを EVDOに決定する（803) 。 Wi F iの受信電力がしきい値を越えている場合は、接続システムを W i F iに決定する（804) 。

W i MAXの受信電力がしきい値を越えている場合、 Wi F iの受信電力をチエックし（805) 、しきい値を越えていない場合、接続システムを Wi MAX に決定する。しきい値を越えている場合、次に対象端末の現在のスループット (現スループット）を取得し、以前に保存した対象端末のスループット（旧スル一プット）と比較する（1804) 。現スループットが旧スループットと比較して減少がない場合は、対象端末が現在接続している無線システムが EVDOであるか否かをチヱックする（1805) 。対象端末が現在接続している無線システムが E V D Oでない場合は、現システムをキープして無線システム切替を行わない（1 8 0 6 ) 。現システムが E V D Oである場合は、対象端末が接続する無線システムを W i F iに決定する。

現スループッ卜が旧スループットと比較して減少がある場合は、システム切替えを行う。なお、スループットのわずかな変動による頻繁な無線システム切替えの発生を防ぐために、特定の範囲内に収まるスループットの減少は、スループットが減少したと判断しない。ここで、特定の範囲内としては 3 %以内のスループッ卜の変動といったものを示す。

次に対象端末が接続している現システムを確認し（1 8 0 7 ) 、現システムが W i MA Xであった場合には、 W i F i と決定し、現システムが W i F iであつた場合には、 W i MA Xと決定し、 E V D Oであった場合には、 W i F i と決定する。ここで、本実施形態ではできるだけ通信速度の速い無線システムに切替えるように、切替えるべき無線システムの選択を実施しているが、通信速度ではなく、ユーザ利用のアプリケーションが要求する通信品質を指標として無線システムを切替えるのでもよい。

以上、第 3の実施形態により、監視ノードが各端末のスループットを定期的に監視しスループットの減少が見られた際に、無線システムを切替えるか否かを判断することで、システム全体の帯域の効率的な利用を可能とする。第 4実施形態

本発明における第 4の実施形態について説明する。本実施形態では監視ノードが各端末の伝送遅延時間を定期的に監視し伝送遅延時間の増加が見られた際に、無線システムを切替えるか否かを判断することで、システム全体での伝送遅延時間の最小化を可能とする。

本実施形態においては第 1の実施形態と同じく、図 4に示すシステム構成をとる。監視ノードはシステムに接続している全ての端末に対して定期的に伝送遅延時間を確認し、各端末に対して無線システムの切替えが必要か否かの判断を実施する。

監視ノードの無線システム切替え決定処理のフローを図 1 9に示す。図 1 9にて示した処理の一部は図 5、図 1 7の処理と同様であり、同一の番号を付与している。監視ノードは、まず各無線システムの受信しきい値、最大スループットの初期化等を実施する（1 7 0 1 ) 。次に無線システム切替え決定処理の対象となつた端末にして、各無線システムの受信電力が受信しきい値を越えているか否かをチェックし、しきい値を越えていた場合は、フラグを立てる（5 0 4 ) 。

次に、スループットを用いたシステム選択処理を実施し（1 9 0 1 ) 、対象端末が接続すべき無線システムを決定する。その後次に判定に利用するために、 ( 1 9 0 1 ) で求めた当該対象端末の現在の伝送遅延時間を保存する（1 9 0 2 ) o

対象端末が利用すべき無線システムを決定した監視ノードは、制御ノードに対して対象端末との通信を決定システムにて実施するように指示し、制御ノードは監視ノードからの指示により対象端末との通信に利用する無線システムを切替える。決定システムがそれまで対象端末が接続していた無線システムであった場合には、監視ノードは制御ノードに対しての無線システム切替え指示は実施しない。図 2 0に、本実施形態における無線システム選択処理（1 9 0 1 ) のフローの詳細を示す。図 2 0に示した処理の一部は、図 8、図 1 8にて示した処理と同様であり、同一の番号を付与している。図 2 0にて図 8、図 1 8と比較して異なる点は、（2 0 0 1 ) の旧 D e 1 a y値と、現 D e 1 a y値を比較して、 D e 1 a y値の増加の有無により対象端末が接続すべき無線システムを決定している点である。なお、 D e 1 a y値のわずかな変動による頻繁な無線システム切替えの発生を防ぐために、特定の範囲内に収まる D e 1 a y値の増加は、 D e 1 a y値が增加したと判断しない。ここで、特定の範囲内としては 2 %以内の D e 1 a y値の変動といったものを示す。

以上、第 4の実施形態により、監視ノードが各端末の伝送遅延時間を定期的に監視し伝送遅延時間の増加が見られた際に、無線システムを切替えるか否かを判断することで、システム全体の伝送遅延時間の最小化を可能とする。

なお、第 3の実施の形態、第.4の実施の形態において、無線システムを切替えるか否かの判断の指標として、スループット及び遅延時間を用いたが、他にパケットのロス率（パケットロス率が高くなつたら、無線システムを切替えるか否かの判断を実施する）、各無線システムに接続している端末数、および a s s o c i a t i o n数（各無線システムに接続している端末数や a s s o c i a t i o n数が増加したら無線システムを切替えるか否かの判断を実施する）等の指標を用いることが挙げられる。

また、本発明にて示した実施形態では、システム切替えの判断する場合の指標を 1とした場合の無線システム選択方式に関して説明したが、 2つ以上の指標を組合わせて端末が接続すべき無線システムを決定してもよい。例えば、スループットと遅延時間を組合わせてシステム全体のスループットをできるだけ向上させ、伝送遅延の小さい無線システムを選択するといつたことが挙げられる。ここで組合わせる指標としては、スループット、伝送遅延、パケットロス率、各無線システムに接続している端末数、および a s s o c i a t i o n数、ユーザが利用するアプリケーションの要求品質等が挙げられる。産業上の利用可能性

携帯電話や線 L A Nなどの複数の無線通信システムを同時に用いたシステムとして運用され、周波数の時間利用効率向上や各無線システムの負荷分散を図つたシステムに適用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 各無線システムのアクセスポイントと各無線システムを終端するゲートゥヱイ、認証局、ホームエージェント、監視ノード、制御ノード及ぴこれら複数システムに対応した端末装置から構成される複数の無線システムを収容するネットワークシステムであって、

監視ノードは各無線システムのアクセスポイントと接続され各端末装置の情報を取得し、制御ノードは監視ノードからの指示により各端末が接続する無線システムを切替えるシステムであって、

監視ノードが取得した各端末装置の情報から各端末が接続すべき無線システムを選択することを特徴とするネットワークシステム。

2 . 請求項 1記載の複数の無線システムを収容するネットワークシステムであつて、

端末装置が新しい無線システムに切替えようとするタイミングで、監視ノードが当該端末装置が新しい無線システムに接続した場合のスループットを推定し、推定結果を元にシステム全体のスループットが最大となるように当該端末装置が接続する無線システムを選択することを特徴とするネットヮークシステム。

3 . 請求項 1記載の複数の無線システムを収容するネットワークシステムであつて、

端末装置が新しい無線システムに切替えようとするタイミングで、監視ノ一ドが当該端末装置が新しい無線システムに接続した場合の伝送遅延時間を推定し、推定結果を元にシステム全体の伝送遅延時間が最小となるように当該端末装置が接続する無線システムを選択することを特徴とするネットヮークシステム。

4 . 各無線システムのアクセスポイントと各無線システムを終端するゲートゥエイ、認証局、ホームエージェント制御ノード及ぴこれら複数システムに対応した端末装置に接続される監視ノードであって、

各無線システムのアクセスポイントと接続され各端末装置の情報を取得し、取得した各端末装置の情報から各端末が接続すべき無線システムを選択することを特徴とする監視ノード。

5 . 請求項 4記載の監視ノードであって、

端末装置が新しい無線システムに切替えようとするタイミングで、当該端末装置が新しい無線システムに接続した場合のスループットを推定し、推定結果を元にシステム全体のスループットが最大となるように当該端末装置が接続する無線システムを選択することを特徴とする監視ノード。

6 . 請求項 4記載の監視ノードであって、

端末装置が新しい無線システムに切替えようとするタイミングで、当該端末装置が新しい無線システムに接続した場合の伝送遅延時間を推定し、推定結果を元にシステム全体の伝送遅延時間が最小となるように当該端末装置が接続する無線システムを選択することを特徴とする監視ノード。

7 . 請求項 1記載の複数の無線システムを収容するネットワークシステムであつて、

監視ノードが定期的に端末装置のスループットを取得し、当該端末装置の以前に取得したスループットより減少していた場合に、監視ノードが当該端末装置が接続すベき新しい無線システムを選択することを特徴とするネットワークシステム。請求項 1記載の複数の無線システムを収容するネットワークシステムであつて、

監視ノードが定期的に端末装置の伝送遅延時間を取得し、当該端末装置の以前に取得した伝送遅延時間より増加していた場合に、監視ノードが当該端末装置が接続すべき新しい無線システムを選択することを特徴とするネットワークシステム。