JP2004007565A - ハンドオフ・プロセス期間中のQoS劣化の低減 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】システムは複数セルを有し、各々は対応する基地局を含む。モバイル・ユーザの位置の履歴に基づいて、ユーザが位置するセルの基地局はユーザの将来の位置を予測する。将来の位置が、別の基地局(つまりターゲット基地局)によってカバーされる領域にある場合、基地局はターゲット基地局とQoS交渉を開始する。モバイル・ユーザが予測されたターゲット基地局によってカバーされる領域に侵入すれば、ターゲット基地局は交渉されたQoSに従って資源を割り付ける。
【選択図】 図3
Description
【従来の技術】
セルラー通信システムは、モバイル・ユーザに無線通信サービスを提供する。システムのカバレージ領域は、本質的に同じサイズの複数のセルに分割される。セルの各々は、セル内のモバイル・ユーザを遠隔の受信あて先に接続する基地局を含む。基地局は、同じセル内のモバイル・ユーザに無線接続を提供する。さらに、基地局は、典型的には、遠隔の受信あて先への接続を、地上線、公衆交換電話網(PSTN)または無線および有線バックボーン・ネットワークの組合せを介して、他の基地局経由で中継する。基地局は、またセル内のモバイル・ユーザに資源を配分する。資源の配分は、時間スロットの割り当て、周波数分配およびQoS(Quality of Service:サービスの質)の保証を含んでもよい。
【0002】
モバイル・ユーザは、第1のセルから離れて第2のセルへ移動することがある。それが生じると、第1のセル(つまり現在の基地局)の基地局で受信されるモバイル・ユーザの信号は、非常に弱い電力となるので、その信号は干渉やノイズに極めて影響を受けやすくなる。接続品質を維持するために、現在の基地局は、第2のセル(つまりターゲット基地局)の基地局へ接続を受け渡す(ハンド・オーバ)。ターゲット基地局は、ユーザに警告を出さずに、モバイル・ユーザのための新しい接続を確立する。現在の基地局からターゲット基地局へ接続を受け渡すこのプロセスは、ハンドオフ・プロセスと呼ばれる。
【0003】
ハンドオフ・プロセスは、一般に現在の基地局によって開始される。現在の基地局は、ユーザに受理可能なQoSレベルを有するモバイル・ユーザにターゲット基地局が資源を配分することを最初に要求する。その後、ターゲット基地局は、要求されたQoSでモバイル・ユーザのための新しい接続を設定する。新しい接続が設定された後、現在の基地局はユーザへの現在の接続を切断し、それにより、ハンドオフ・プロセスを完了する。
【0004】
ハンドオフ・プロセスは、呼を落としたりまたはグリッチを生成したりしないように、タイムリーな方法で終了するように一般に要求される。複合メディア送信については、約600−800ミリ秒のハンドオフ・プロセスにおける遅延は、およそ20−38個の典型的なビデオ・フレームまたは30−40個の典型的な音声スピーチ・フレームの欠落を引き起こすことがある。
【0005】
【詳細な説明】
図1は、複数セル、その内セル11,12,13,14だけを示すが、それらを含むセルラー通信システム10の実施例を図示する。セル11,12,13,14は、基地局111,121,131,141をそれぞれ含んでいる。基地局111,121,131,141は、それぞれのセル内のモバイル・ユーザから発信されたあるいはモバイル・ユーザによって受信される呼を管理する。
【0006】
1つのシナリオでは、セル11のモバイル・ユーザ15は、時間tの場所16から時間t+1の場所17へ移動する間、遠隔のユーザとの呼を保持する状態にある。移動の経路から、システム10は、次の時間t+2でユーザ15の将来の位置18を予測することができる。予測された位置18が、別のセル、例えば図1の中で示されるようなセル12にある場合、ユーザ15がターゲット・セル12に入る前に、現在の基地局111はハンドオフ・プロセスを開始することができる。
【0007】
ほとんどの状況下で、ユーザは、短い予測期間内に(例えばt+1から上記シナリオ中のt+2まで)本質的に直線的な経路の中で移動するのが典型的であるので、その予測は線形である。その線形予測は、ユーザがハイウェー上で運転しているか、通りに沿って歩いている状況にふさわしい。他の状況で、スプライン関数または他の適切な関数に基づいた予測モデルが使用されてもよい。
【0008】
その予測によって、現在およびターゲット基地局がハンドオフ・プロセスを行なうためにより多くの時間が許容される。予測がハンドオフ・プロセスの開始に至る時間の総量は、予測先取り時間(T_la)と呼ばれる。T_laの選択は、システム性能に影響する。大きなT_laは、ハンドオフ・プロセスが完成するより多くの時間を許容するが、ユーザが予測期間の移動方向を急に変更する公算が増加するために、予測精度を減退させることがある。いくつかの実施例では、T_laは1秒未満であってよい。
【0009】
基地局111,121,131,141の各々は、その予測を実行するためのハンドオフ・マネージャ21を含む。図2に示されるように、ハンドオフ・マネージャ21は、予め決められた標本化率(T_update)でユーザの移動をサンプリングし、移動の履歴に基づいたユーザの将来位置を予測する。
【0010】
図2は、ハンドオフ・マネージャ21の実施例を示す。その実施例は、ハードウェアまたはソフトウェアで実現することができる。ハンドオフ・マネージャ21は、周期的にユーザ15に位置情報を求めるモバイル位置レコーダ22を含む。位置情報は、GPS(全地球測位システム)または他の位置検出手段の使用を通じて得られる。その後、モバイル位置レコーダ22は、位置情報を登録する。ハンドオフ・マネージャ21は、さらに登録された位置に基づくユーザの将来位置を予測するモバイル位置予測機23を含めてもよい。ユーザ15が現在セル11に位置するが、予測位置がセル12にあると、モバイル位置予測機23は現在の基地局111内の基地局制御装置24を起動する。その後、基地局制御装置24は、ターゲット基地局121に要求を送り、資源予約プロセスを開始する。ターゲット基地局121内の予約ロジック26は、その要求を受け取り、資源予約プロセスを始める。
【0011】
ハンドオフ・マネージャ21は、ユーザのモバイル・ユニット28から位置情報を得る。モバイル・ユニット28は、ユーザのGPS位置を連続的に獲得するGPSデータ・ユニット25を含んでもよい。モバイル・ユニット28は、さらに獲得したGPSの位置を備えたモバイル位置レコーダ22からの照会に応答する探索応答機(probing responder)27を含む。
【0012】
図3は、バックボーン・ネットワーク32を介して信号経路30を通り受信あて先33にユーザ15を接続する基地局111の例を示す。基地局の無線タワー31とユーザのモバイル・ユニット28との間で、一連の信号302は、ユーザ15の位置を更新するために交換される。照会360およびその応答370を含む信号302無線チャンネルを通して送信される。
【0013】
図3は、さらに、現在の基地局111の基地局制御装置24からターゲット基地局121へ送られた要求である資源予約要求310によって開始されるハンドシェイク・プロセス300の例を示す。要求310を受領した後に、基地局121は、基地局111へ承認320を返送する。基地局111,121は続いてQoS交渉330を開始する。
【0014】
現在の基地局111は、モバイル・ユニット28のQoS要求をターゲット基地局121に通知することにより、QoS交渉330を開始する。その後、ターゲット基地局121は、バックボーン・ネットワーク32と交渉する。ターゲット基地局121とバックボーン・ネットワーク32との間の交渉は、データ速度、帯域幅、レイテンシおよび損失率補償を含んでよいが、しかそれらに制限されるものではない。予測に基づき、ユーザ15がターゲット基地局121のカバレージ領域に進入する前に、交渉を開始してもよい。したがって、予測どおりに、一旦ユーザ15が領域に入れば、ターゲット基地局121は、推測上の信号経路34を受信あて先33へ要求されたQoSをもって素早く設定する。
【0015】
予測されたようにユーザ15が基地局121のカバレージ領域へ移動すれば、基地局111は、「委託」信号340を基地局121へ送る。「委託」信号340の受理で、基地局121は、交渉したQoSのために資源を予約しかつ配分する。その資源は、基地局121のスイッチでのバッファ空間、接続に与えられた帯域幅の総量、およびキュー・スロットまたは接続に割り当てられるプライオリティ・スロット含むが、しかしそれらに制限されない。いくつかの実施例では、演算上の資源が接続、例えばトランスコーディング(transcoding)技術を使用する接続を確立するために使用されるが、基地局121は、交渉されたQoSを満たすために接続に多くの処理サイクルを分配する。
【0016】
他方では、予測が正しくないと判明すると、例えば、ユーザ15が他のところに移動するか、または呼を終了する場合、基地局111は「キャンセル」信号350を基地局121へ送ることによってその要求を打切る。従って、資源は保存されない。
【0017】
ハンドシェイク・プロセス300は、基地局111,121間の複数のメッセージ交換を要求する。したがって、ハンドシェイク・プロセス300は、ハンドオフ・プロセスへの遅延(HS_delay)を生成する。HS_delayは、予測先取り時間(T_la)によってもたらされる利点を部分的に相殺するが、しかしながら、T_laは予測による利益を保持するHS_delayを超過するために選択されてもよい。いくつかの実施例では、HS_delayは、100−200ミリ秒の範囲に、また可能なら多くてもよい。
【0018】
予測を使用することの利点は、呼欠陥率(call impairment rate)の改良によって計量化してもよい。呼の欠陥は、ハンドオフ・プロセスで生じる、呼の欠落および呼のグリッチを含む。より明確には、呼の欠陥は、ハンドオフ・デッドライン(H_deadline)の前にハンドオフ・プロセスを終了することができない呼をすべて含む。呼の欠陥率は、予測ルックアヘッド時間(T_la)、ユーザ位置の標本化率(T_update)、0と1の間の数値である予測ヒット率(P_Hit)、資源配分が所定の時間t_raより遅れずに完了するイベントのPDF(確率分布関数:Probability Distribution Function)、ハンドオフ・デッドライン(H_deadline)、および現在およびターゲット基地局間のハンドシェイク・プロセスによる遅延(HS_delay)を含むパラメータに依存するが、それらに制限されるものではない。
【0019】
図4は、PDF_RA(t_ra)曲線41,42の例であるが、その予測を備えたおよびその予測のない状況をそれぞれ表わす。2つの曲線41,42は、両方とも重後部配分(heavy−tail distribution)を有し、時間が無限大へ及ぶとき、その値は0に接近する。TaおよびTbは、資源予約プロセスが予測をもって開始される時間、およびその予測なしに開始される時間を、それぞれ表す。Taは、予測先取り時間T_laだけTbに先行する。同様に、曲線41は、さらに時間間隔Pcだけ曲線42より進み、その間隔は予測先取り時間(T_la)マイナス遅延(HS_delay)に等しい。しかしながら、両方の曲線41,42に対するハンドオフ・デッドラインは同じのままである。したがって、予測は、曲線41に対しハンドオフ・デッドラインを有効に延長する。
【0020】
ハンドオフ・デッドラインの右側で、かつ曲線41,42の下側にある領域43,44は、それぞれ、予測を備えた場合、およびその予測のない状況における呼欠陥の可能性を表わす。より小さな領域(つまり領域44)は、呼欠陥がよい小さな可能性であることを示すので、予測を備えた状況は予測のない状況より改善されることを示す。
【0021】
呼欠陥率は、次式で特徴づけられる。
【0022】
【数1】
【0023】
ここで、次式が示される。
【0024】
【数2】
【0025】
したがって、予測ヒット率P_Hitが増加するにつれ、呼欠陥率は減少する。P_hitの値は、T_la、T_updateおよび例えば線形関数またはスプライン関数で用いられる予測モデルに依存する。
【0026】
本明細書の情報はその精神または本質的特質から外れずに、他の特定の形式で具体化されてもよい。従って、他のすべての実施例は次の請求項の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本明細書において記述されたセルラー通信システムの実施例である。
【図2】図1のシステムでの基地局およびモバイル・ユニットのコンポーネントを図示する。
【図3】モバイル・ユニットから受信あて先への理論的な信号経路、および理論的な経路を設定するハンドシェイク・プロセスを図示する。
【図4】本明細書に記述された予測の影響を図示する確率分布関数の例である。
Claims (20)
- 第1カバレージ領域に位置するユーザに対し通信リンクを提供する方法であって、
ユーザの位置の履歴に基づいて将来位置を予測する段階と、
前記将来位置が第2カバレージ領域にあるかどうかを判断する段階と、
前記将来位置が前記第2カバレージ領域にある場合に、前記第2カバレージ領域の局とリンク品質を交渉する段階と、
から構成されることを特徴とする方法。 - 交渉されたリンク品質を備えた通信リンクを確立するために他方のセルの前記局での資源を保存する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記ユーザの位置の履歴は、全地球測位システムから得られることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記将来位置は、ユーザの現在位置を先行する予め定められた先取り時間を選択する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記将来位置は、線形予測モデルを使用して予測することを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記将来位置は、スプライン予測モデルを使用して予測することを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記リンク品質は、予め定められたサービスの質(QoS)のために交渉されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 複数のセルと、
複数の基地局であって、前記複数の基地局の各々は前記複数のセル内および対応して位置する、複数の基地局と、
モバイル・ユニットの対応するセル内の位置を記録する前記基地局の各々の位置レコーダと、
前記位置レコーダの各々に結合され、記録された位置を受領し、かつそれに基づいた将来位置を予測する予測機と、
から構成されることを特徴とするシステム。 - 前記基地局の各々は、前記将来位置が対応するセルにあると予測される場合、資源を保存するために予約ロジックをさらに含むことを特徴とする請求項8記載のシステム。
- 前記予約された資源は、サービスの質(QoS)要求を満たすことを特徴とする請求項9記載のシステム。
- 前記位置レコーダは、前記モバイル・ユニット上の全地球測位システム(GPS)装置からモバイル・ユニットの位置を獲得することを特徴とする請求項8記載のシステム。
- 前記予測された将来位置は、予め定める先取り時間だけモバイル・ユニットの現在位置を先行することを特徴とする請求項8記載のシステム。
- 前記基地局を相互に結合するネットワークをさらに含むことを特徴とする請求項8記載のシステム。
- 前記基地局の各々を対応するセルのモバイル・ユニットに接続する無線ネットワークをさらに含むことを特徴とする請求項8記載のシステム。
- ユーザの位置の履歴に基づいてユーザの将来位置を予測する段階と、
ユーザの将来位置をカバーする局の資源を保存する段階と、
から構成されることを特徴とする方法。 - 前記資源は、サービスの質(QoS)要求を満たすために保存されることを特徴とする請求項15記載の方法。
- ユーザの位置の履歴は、全地球測位システムから得られることを特徴とする請求項15記載の方法。
- 前記将来位置は、ユーザの現在位置を先行する予め定められた先取り時間を選択する段階をさらに含むことを特徴とする請求項15記載の方法。
- 機械アクセスが可能な媒体であって、その上に実行可能な命令を格納し、アクセスされた時、
ユーザの位置の履歴に基づいてユーザの将来位置を予測し、
前記ユーザの将来位置をカバーする局の資源を保存する、
動作を実行する命令を具備することを特徴とする媒体。 - 前記命令は、前記機械がサービスの質(QoS)要求を満たすために資源を保存させる動作を行なえることを特徴とする請求項19記載の媒体。
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