JP2004297127A

JP2004297127A - 携帯端末及びサーバ

Info

Publication number: JP2004297127A
Application number: JP2003082711A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Tano; 真稔田埜
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: JP4166602B2

Abstract

【課題】コネクション確立時でも携帯端末の受信レベルに適したデータの送受信をサーバーとの間で行うことを可能とし、更に、エラー率が高いと言われる無線網においても、無駄な再転送処理によるネットワークにかかる負荷の軽減を図る。
【解決手段】携帯端末から与えられるデータ転送レート要求値に基づいて変調方式を決定する適応変調方式を用いた無線パケットネットワークに接続する携帯端末にて、データ転送レート要求値に基づき、通信先のサーバの送信レートの予測値であってこのサーバにおける輻輳制御のために用いる送信レート予測値を求め、さらに、通信時のエラー率推移からエラー率の予測値を算出し、この予測値に基づき前記送信レート予測値を補正して、補正した送信レート予測値をサーバに与える。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、適応変調方式を用いたベストエフォート型の無線パケットネットワークを介してデータを送受信する携帯端末及び、サーバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機等の移動体端末装置には、データの送受信を行えるものがある。また、無線通信回線も高ビットレート化が進んでおり、その１つとしてベストエフォート型の無線パケットネットワークがある。
しかしながら、ベストエフォート型の無線パケットネットワークでは、無線通信の特性上、ビットエラー率やパケットロス率、パケット遅延時間などが有線ネットワークのそれと比較して高く、また、ｃｄｍａ２０００１ｘ−ＥＶＤＯ方式（これは電波産業会ＡＲＩＢにおいてＳｔｄ．Ｔ−６４１Ｓ−２０００Ｃ．Ｓ．００２４“ｃｄｍａ２０００ＨｉｇｈＲａｔｅＰａｃｋｅｔＤａｔａＡｉｒＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ”で標準化されている）などの適応変調方式を使用した無線パケットネットワークにおいては、そのデータ伝送帯域幅も急激に変動するという問題を持っている。
【０００３】
一方、有線ネットワークにおける業界標準の通信プロトコルであるＴＣＰ／ＩＰが普及している。このＴＣＰ／ＩＰの場合、送信側であるサーバでのトランスポートレイヤ：ＴＣＰスタックでは、ＴＣＰスタック内で管理されている輻輳ウインドウサイズ値に基づいて、ＴＣＰセグメントの送信処理が行われる。輻輳ウインドウサイズ値決定の代表的なアルゴリズムでは、輻輳ウインドウサイズを１セグメント分から始め、受信側である他エンドからのＡＣＫ（確認応答）の受信毎に２倍し、送信後の再転送タイムアウト時間内にＡＣＫを受信できなかった場合には、輻輳ウインドウサイズ値を１セグメントに初期化している（スロースタートアルゴリズム）。
【０００４】
その他、サービスノードが、移動端末から通知された広告ウインドウサイズと送信データの送達状況に応じた輻輳ウインドウサイズのうち、より小さい方を送信ウインドウのサイズとして採用し、この送信ウインドウを用いてＴＣＰセグメントを基地局経由で移動端末へ送信する一方、移動端末が、このＴＣＰセグメントの受信時に無線リンクの電波強度に基づいて広告ウインドウサイズを決定し、この広告ウインドウサイズを指定したＡＣＫ（確認応答）セグメントを送信するといったものもある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３４４５６０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、有線で用いられているＴＣＰスタックでは、前述のスロースタートアルゴリズム等が有効となることから、コネクション確立後、輻輳ウインドウが初期化され、そのウインドウサイズが非常に小さい値になっていることから、ｃｄｍａ２０００１ｘ−ＥＶＤＯ方式などの適応変調方式を用いた、ベストエフォート型の無線パケットネットワークで、高い送信レートが可能な場合であっても、他エンドからのＡＣＫ（確認応答）が無い限り、ウインドウサイズを越えないデータ量の送信は行われない。そのため、データ送信を要求している携帯端末側では、高い送信レートが可能であっても、最も低い送信レートから開始しなければならず、実際の高い送信レートに達するまでに時間を要する欠点がある。
【０００７】
また、データ送信中においても、無線網で多々発生が想定されるエラーなどで再転送が発生した場合、輻輳ウインドウサイズを縮小するため、輻輳ウインドウサイズが、再度低い送信レートから実送信レートまで拡大するまで時間を要する欠点がある。更に、ネットワークレイヤでの再転送処理制御とは別に、上位レイヤにあたるトランスポートレイヤ：ＴＣＰにおいても、ＲＴＴ（ラウンド・トリップ・タイム）値に基づいた再転送タイマを管理しており（この再転送タイマ値は、送信側であるサーバから送出されたセグメントに対する受信側である他エンドからのＡＣＫを受信するまでの経過時間であるＲＴＴから算出される）、トランスポートレイヤより下位レイヤでの再転送アルゴリズムとは非同期に動作している。そのため、下位レイヤで再転送処理を行っているにも関わらず、上位レイヤであるＴＣＰでも再転送タイマをカウントしており、下位レイヤリンク間での再転送処理にて確認応答がされた後、再び上位レイヤであるＴＣＰからの再転送セグメントの送信が行われ、ネットワークに無駄なパケットデータを送出する欠点がある。
【０００８】
その他、特許文献１に記載のように、移動端末側にて無線リンクの電波強度に基づいて広告ウインドウサイズを決定し、この広告されたウインドウサイズとサービスノード側の輻輳ウインドウにて、送信ウインドウサイズを決定する方式では、送達遅延時間の増加が想定できる無線網通信ではリアルタイム性の低下から、移動端末側で急激な送信レートの低下が発生した場合においても、以前の高い通信品質に基づいた輻輳ウインドウサイズを用いるケースが想定され、更なる負荷をネットワークにかける懸念がある。また逆に、急激な送信レートの拡大時でも、以前の低い通信品質に基づいた輻輳ウインドウサイズを用いることが想定され、その場合においてもネットワーク資源を有効に活用できない恐れがある。また、トランスポートレイヤでの再転送処理と、下位レイヤでの再転送処理が非同期であるがために想定される前述の問題に関した考慮はなされていない。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、コネクション確立時でも携帯端末の受信レベルに適したデータの送受信をサーバーとの間で行うことを可能とし、更に、エラー率が高いと言われる無線網においても、無駄な再転送処理によるネットワークにかかる負荷の軽減を図ることができる適応変調方式を用いたベストエフォート型の無線パケットネットワークに接続する携帯端末及びサーバを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、携帯端末から与えられるデータ転送レート要求値に基づいて変調方式を決定する適応変調方式を用いた無線パケットネットワークに接続する携帯端末であって、前記データ転送レート要求値に基づき、通信先のサーバの送信レートの予測値を求め、通信時のエラー率推移からエラー率の予測値を算出し、該予測値に基づき前記送信レート予測値を補正して、補正した送信レート予測値を前記サーバに与えることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、携帯端末から与えられるデータ転送レート要求値に基づいて変調方式を決定する適応変調方式を用いた無線パケットネットワークに接続するサーバであって、通信時のエラー率推移から算出されるエラー予測値を前記携帯端末から受け、該エラー予測値に基づいてパケット再送処理のための再転送タイマを制御することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のサーバにおいて、前記エラー予測値が高い場合には、再転送タイマ値を大きく、前記エラー予測値が低い場合には、再転送タイマ値を小さくすることを特徴としている。
【００１３】
上述した課題を解決するために、本発明は、下記のように携帯端末とサーバを含む無線パケットネットワークとして構成してもよい。
すなわち、無線パケットネットワークの構成１として、無線基地局に接続された携帯端末からのデータ転送レート要求値に基づいて接続時間と変調方式を決定する適応変調方式を使用したベストエフォート型の無線パケットネットワークにおいて、インターネット網に接続され、ネットワークの帯域幅に応じて可変ビットレート送信するサーバ（サーバー−クライアント間に位置するゲートウェイが可変ビットレート制御を行う場合にはそのゲートウェイ）と、インターネット網に接続された無線網に接続されて前記サーバから可変帯域幅にて転送されるデータを受信する携帯端末間の通信に関して、前記携帯端末及び、サーバでのトランスポート・レイヤ・プロトコルにＴＣＰスタックを用い、前記携帯端末での受信レベルによって算出される前記データ転送レート要求値に基づき算出される送信レート予測値及び、前記携帯端末におけるデータ受信エラー率推移から算出されるエラー予測値に基づいて、サーバでのＴＣＰスタックにおける輻輳制御を行う構成としてもよい。
【００１４】
また、前記構成１の無線パケットネットワークにおいて、データ受信中である前記携帯端末での受信レベル推移から算出される、前記サーバがデータ送信可能な送信レート予測値と、前記携帯端末におけるデータ受信エラー率推移から算出されるエラー予測値を、前記サーバへ通知することにより、送信を行うサーバでのＴＣＰスタック内で管理されている輻輳ウインドウサイズ値を決定する構成としてもよい。
【００１５】
また、前記構成１の携帯端末におけるデータ受信エラー率推移から算出されるエラー予測値を、前記構成１のサーバへ通知することにより、該サーバーでのＴＣＰスタック内で管理されている再転送タイマ値を制御する構成としてもよい。
【００１６】
また、前記構成１の携帯端末が送信する送信レート予測値及び、エラー予測値の通知に関して、予測結果に変動があった場合のみ、前記サーバへ通知し、通知されない場合にはサーバにて前値を使用する構成としてもよい。
【００１７】
また、前記サーバからのデータ受信側である携帯端末は、データ通信を制御する無線網インターフェース部と、無線網との受信レベルを監視する受信レベル品質監視部と、前記受信レベルの結果によって適応したデータ転送レートを算出するデータ転送レート要求演算部と、前記データ転送レート要求演算部の結果より受信レベルに適した送信レートを予測する送信レート予測部と、受信したデータに対するエラー率を算出するエラー率算出部と、前記エラー率算出部の結果に基づいてエラー率を予測するエラー率予測部と、前記送信レート予測部で予測した送信レート値と、前記エラー率予測部で予測したエラー予測値をサーバへ通知するための通知手段とで構成されることが好ましい。
【００１８】
上記のように、前記無線パケットネットワークでは、携帯端末での受信レベルによって算出されるデータ転送レート要求値に基づく送信レート予測値及び、エラー予測値に基づいて、サーバが有するＴＣＰスタックにおける輻輳制御を行う。この場合の輻輳ウインドウサイズ値決定では、データ受信中である携帯端末での受信レベル推移から算出される、サーバ側がデータ送信可能な送信レート予測値と、携帯端末におけるデータ受信エラー率推移から算出されるエラー予測値に基づいて行われる。
また、携帯端末におけるデータ受信エラー率推移から算出されるエラー予測値を、サーバへ通知することにより、サーバが有するＴＣＰスタック内で管理されている再転送タイマ値を変動させる。
【００１９】
この発明によれば、無線網を介してコネクションを確立したＴＣＰ／ＩＰ通信で、コネクション確立時及び、エラー発生前後においても、受信側である携帯端末での受信レベルに適した輻輳ウインドウサイズ値に基づいて送信側であるサーバがデータを送出可能なため、帯域幅変動が大きな適応変調方式を使用したベストエフォート型の無線パケットネットワークにおけるネットワーク資源を有効に活用することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明についての一実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の携帯端末（１００）を用いた、携帯端末（１００）が通知するデータ転送レート要求値に基づいてこの携帯端末（１００）と無線基地局間の接続時間と変調方式を決定する適応変調方式を用いたベストエフォート型の無線パケットネットワークの構成例を示す概念図である。
この図１における携帯端末（１００）は、適応変調方式を用いた無線網上でＴＣＰ／ＩＰに従った通信を行うための通信機能を実装し、無線基地局（１０１）との間で無線データリンク層の通信を行うと共にＩＰ網（１０３）及び、無線基地局（１０１）を介してサーバ（１０２）からＴＣＰセグメントの送信を受ける。
【００２１】
図２は、携帯端末（１００）のハードウェア構成を示すブロック図である。
この図２において、２００はデータ通信を制御する無線網インターフェース部、２０１は無線網との受信レベルを監視する受信レベル品質監視部、２０２はこの受信レベルの結果によって最適なデータ転送レートの要求値を算出するデータ転送レート要求演算部、２０３はデータ転送レート要求演算部（２０２）の結果より受信レベルに適した送信レートを予測する送信レート予測部、２０４は受信したデータに対するエラー率を算出するエラー率算出部、２０５はエラー率算出部（２０４）の結果に基づいて後述するようにエラー予測値を予測し求めるエラー率予測部、２０６は送信レート予測部（２０３）で予測した送信レート値と、エラー率予測部（２０５）で予測したエラー予測値を含んだＴＣＰセグメントを生成するためのＴＣＰスタック部、２０７はデータ転送レート要求値からその平均値を算出するための時間間隔及び、エラー率からエラー予測値を算出するための時間間隔を通知するために用いるタイマ部、２０８はパケットスロット毎に算出されるデータ転送レート要求値、このデータ転送レート要求値から算出されるその平均値、さらにこの平均値から算出された送信レート予測値、パケットスロット毎に算出されるエラー率、このエラー率から算出されるエラー予測値などのデータを格納するためのメモリ部である。
【００２２】
なお、適応変調方式として、ｃｄｍａ２０００１ｘ−ＥＶＤＯ方式を用いる場合、この方式では、予測や過去の下りデータ伝送の誤り率等の統計データによる補正等を考慮して求められた極めて正確なデータ通信速度を直接的に示す予測下りデータ通信速度（ＤＲＣ；ＤａｔａＲａｔｅＣｏｎｔｒｏｌＢｉｔ）をテーブルとして端末側が備え、このテーブルに基づいて、上記予測下りデータ通信速度を端末から前記基地局へ通知するようになっているが、この予測下りデータ通信速度を上記データ転送レート要求値として用いる。
【００２３】
以下に、上記構成による動作を、図３〜５に示すフローチャートを用いて説明する。
携帯端末（１００）内受信レベル品質監視部（２０１）において、無線基地局（１０１）との間の無線網における受信レベル測定を行う（Ｓ３００）。
受信レベル品質監視部（２０１）から測定された受信レベルを受けたデータ転送レート要求演算部（２０２）では、データ転送レート要求値の算出を行う（Ｓ３０１）。Ｓ３００及びＳ３０１における測定及び算出については、ネットワークレイヤでのパケットスロット毎に行われるものとする。更に、算出されたデータ転送レート要求値については、携帯端末（１００）内メモリ部（２０８）へ、時系列的に格納される（Ｓ３０２）。
【００２４】
次に、決められた一定時間間隔毎（各パケットスロットに同期）に割り込みを発生する携帯端末（１００）内タイマ部（２０７）からの割り込み要求により、メモリ部（２０８）に格納された時系列なデータ転送レート要求値を読み出し（Ｓ３０３）、決められた一定時間当たりのデータ転送レート要求値の平均値を算出する（Ｓ３０４）。おおよそ、通常の有線で用いられるＴＣＰでは、ＲＴＴ値毎に輻輳ウインドウサイズの変動を行っていることが知られていることから、一定時間として同じようにＲＴＴ値を用いることが望ましい。更に、算出された平均値は携帯端末（１００）内メモリ部（２０８）に時系列的に格納される（Ｓ３０５）。ここで、時間経過と共に、メモリ部（２０８）に上記平均値が格納されることとなる。
【００２５】
次に、メモリ部（２０８）に格納された上記平均値を使用して、送信レートの予測を送信レート予測部（２０３）にて行う（Ｓ３０６）。以下に、その予測方法の概略を説明するが、以下の説明で用いる予測方法は一例であり、これに限定するものではない。
メモリ部（２０８）に格納されたデータ転送レート要求値から算出されたその平均値を時間の古い順にａ、ｂとし、その平均値から予測される値をｃとする。これらａ、ｂの値を比較した場合、「ａ＜ｂ」であったとする。この場合「ｂ」が変動する帯域幅の上限値でない限り、送信レート値「ｃ」は「ｂ＜ｃ」であることが予想されるので、この送信レート予測値「ｃ」は、「ｂ−ａ」での推移（帯域幅拡大）を基に予測することができる（例えば、ｃ＝ｂ＋（ｂ−ａ）、ただし上限値以下として求めることができる）。
【００２６】
今度は、「ａ＞ｂ」の場合を想定する。この場合「ｂ」がネットワークの下限値でない限り、予測される送信レート値「ｃ」は「ｂ＞ｃ」であることが予想されるので、この送信レートは、「ｂ−ａ」（このとき負値）での推移（帯域幅縮小）を基に予測することができる（例えば、ｃ＝ｂ＋（ｂ−ａ）、ただし下限値以上として求めることができる）。これらデータ転送レート要求値からの予測値算出については、実際に携帯端末（１００）とサーバ（１０２）間にて送受信されるデータの有無に関わらず演算し、メモリ部（２０８）へ新たな送信レート予測値としてアップデートする（Ｓ３０７）。
以上のようにして、送信レートの予測を行う。
【００２７】
次に、携帯端末（１００）がサーバ（１０２）との間でＴＣＰコネクションを確立して、データの送受を行う場合について説明をする。
【００２８】
まず、携帯端末（１００）からの発呼にて、サーバ（１０２）とのネゴシエーションを開始する。この場合、携帯端末（１００）は、ネゴシエーション時に送信するＴＣＰＡＣＫセグメント送信時にＴＣＰセグメントのヘッダまたは、ペイロードフィールド中に、メモリ部（２０８）に格納された最新の送信レート予測値を含めたセグメントの送信を行う。送信レート予測値を受信したサーバ（１０２）では、内部ＴＣＰスタックが管理している輻輳ウインドウサイズ値として、携帯端末（１００）から受信した送信レート予測値を使用する。そのため、サーバ（１０２）では、携帯端末（１００）からのＡＣＫ受信がない場合でも、携帯端末（１００）へ送出するＴＣＰセグメントに関して送信レート予測値までデータ量を送出することが可能となる。
【００２９】
次に、サーバ（１０２）からのＴＣＰセグメントを受信し始めた携帯端末（１００）は、前述の送信レート予測演算を行うと共に、下位レイヤからのエラーパケット情報を取得して、下位レイヤであるネットワークレイヤでのエラー率の算出をエラー率算出部（２０４）にて行う（Ｓ３０８）。算出については、データ転送レート要求演算部（２０２）同様、ネットワークレイヤでのパケットスロット毎に行われるものとする。
【００３０】
次に、ここで得られたエラー率の値をメモリ部（２０８）へ時系列的に格納する（Ｓ３０９）。更に、時系列的に格納されたエラー率から、送信レート予測部（２０３）で行う送信レート予測同様、エラー予測値をタイマ部からの割り込みによるある一定時間間隔毎に演算する（Ｓ３１０）。ここでは、メモリ部（２０８）から、エラー率を読み出し、その平均値をエラー予測値として算出しメモリ部（２０８）に格納する。
【００３１】
一方、携帯端末（１００）は、サーバ（１０２）とのデータ送受信を行っているコネクション確立時であれば、送信レート予測演算を行う場合、データ転送レート要求値から得られた平均値に基づいて算出された送信レート予測値から、エラー予測値に相当するデータレート及び、ＴＣＰレイヤを含む下位のレイヤにおけるヘッダ情報分を差し引いたものが、サーバでの輻輳ウインドウサイズに使用される送信レート予測値となり（Ｓ３１１）、携帯端末（１００）からのＴＣＰＡＣＫセグメント内ヘッダまたは、ペイロードフィールドに含まれた形でサーバへ送信、通知される（Ｓ３１２）。このように、サーバでの輻輳ウインドウサイズに使用される送信レート予測値を、エラー予測値に基づきその値を小さくするように補正することで、エラーの発生を抑える。
【００３２】
そして更に、携帯端末（１００）で算出されたエラー予測値をサーバ（１０２）へ通知することによって、サーバ（１０２）が有するＴＣＰスタックでの再転送タイマを変動させる。
例えば、ＴＣＰセグメントを送出する場合、エラー予測値が高い通知を受信したサーバ（１０２）では、このＴＣＰセグメントにおける再転送タイマを通常の「Ｎ倍（Ｎは１以上の数）」とし、一方、エラー予測値が低い通知を受信したサーバ（１０２）では、このＴＣＰセグメントにおける再転送タイマを通常の「Ｍ倍（Ｍは１以下の数）」とすることによって、無駄な再転送パケットをネットワーク上に送出することを低減させる。
【００３３】
上述のようにこの発明を用いれば、適応変調方式を用いた無線網を介してコネクションを確立したＴＣＰ／ＩＰ通信で、コネクション確立時及び、エラー発生前後においても、受信側である携帯端末での受信レベルに適した輻輳ウインドウサイズ値に基づいて送信側であるサーバがデータを送出可能なため、帯域幅変動が大きな適応変調方式を使用したベストエフォート型の無線パケットネットワークにおけるネットワーク資源を有効に活用することが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上で述べた様に本発明によれば、帯域幅変動が大きな適応変調方式を使用したベストエフォート型の無線パケットネットワークにおいて、コネクション確立時でも、前記無線パケットネットワークに接続された携帯端末の受信レベルに適したデータの送受をサーバとの間で行うことが可能となる。更に、エラー率が高いと言われる無線網においても、無駄な再転送処理によるネットワーク負荷の軽減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における無線パケットネットワークの構成例である。
【図２】本発明の一実施の形態における無線パケットネットワークで用いられる携帯端末のブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態における携帯端末内での処理フローチャートである。
【図４】本発明の一実施の形態における携帯端末内での処理フローチャート（図３の続き）である。
【図５】本発明の一実施の形態における携帯端末内での処理フローチャート（エラー予測値の算出）である。
【符号の説明】
１００…携帯端末
１０１…無線基地局
１０２…サーバ
１０３…ＩＰ網
２００…無線網インターフェース部
２０１…受信レベル品質監視部
２０２…データ転送レート要求演算部
２０３…送信レート予測部
２０４…エラー率算出部
２０５…エラー率予測部
２０６…ＴＣＰスタック部
２０７…タイマ部
２０８…メモリ部

Claims

携帯端末から与えられるデータ転送レート要求値に基づいて変調方式を決定する適応変調方式を用いた無線パケットネットワークに接続する携帯端末であって、
前記データ転送レート要求値に基づき、通信先のサーバの送信レートの予測値を求め、通信時のエラー率推移からエラー率の予測値を算出し、該予測値に基づき前記送信レート予測値を補正して、補正した送信レート予測値を前記サーバに与える
ことを特徴とする携帯端末。
携帯端末から与えられるデータ転送レート要求値に基づいて変調方式を決定する適応変調方式を用いた無線パケットネットワークに接続するサーバであって、
通信時のエラー率推移から算出されるエラー予測値を前記携帯端末から受け、該エラー予測値に基づいてパケット再送処理のための再転送タイマを制御する
ことを特徴とするサーバ。
前記エラー予測値が高い場合には、再転送タイマ値を大きく、前記エラー予測値が低い場合には、再転送タイマ値を小さくする
ことを特徴とする請求項２に記載のサーバ。