JP2006100932A - 通信システム、無線通信端末および基地局 - Google Patents

Abstract

【課題】 受信状況の劣化要因に応じた適切な通信制御を行うことを実現する。
【解決手段】 無線通信端末の制御部は、自端末におけるデータの受信状況を検出する（Ｓ１）。この受信状況にはパケット損失の有無が含まれる。次に、制御部はパケット損失の有無を判断し（Ｓ２）、損失がある場合は所定期間における基地局の受信量と自端末の無線区間における受信データ量とを比較する（Ｓ３）。この後、制御部は、サーバと基地局との間の受信データ量と基地局と無線通信端末との間の受信データ量とに基づいて、前記検出されたデータ受信状況の劣化に対応するための通信制御処理を起動する（Ｓ４〜Ｓ７）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、通信システム、無線通信端末および基地局に関する。

セルラー通信システムは、１つの無線基地局が複数の無線通信端末と同時に無線通信を行うもので、近年の需要増加に伴い、伝送効率を高めることが要求されている。無線基地局から無線通信端末への下り回線の伝送効率を高めた高速な無線データ通信方式として高速パケットデータに最適化したcdma2000 1xEV-DO方式が知られている。

上記cdma2000 1xEV-DO方式は、Qualcomm社によるcdma2000 1xの拡張方式であるHDR（High Data Rate）方式を標準化した方式として、電波産業界ARIBにおいてStd.T-64 1S-2000 C.S.0024“cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification"で標準化されているもので、現在国内ではKDDI社によりサービスされているcdmaOne方式（国内ではARIB T-53、北米、韓国等ではEIA/TIA/IS-95等）を拡張し、第３世代方式（３Ｇ）に対応させたcdma2000 1x方式を更にデータ通信に特化して通信速度を改善することを目的とした方式である。なお、cdma2000 lxEV-DOにおいて、EVはEvolution、DOはData onlyの意である。

cdma2000 1xEV-DO方式では、携帯通信端末から受信した受信状態を通知する情報に基づいて、無線基地局が当該端末へ送信するデータの変調方式を切り替えることにより、当該端末の受信状態が良好なときは誤り耐性が低いが高速な通信レート、受信状態が悪いときは低速だが誤り耐性の高い通信レートを使用することが可能となる。

また、cdma2000 1xEV-DO方式の下り方向（無線基地局から携帯通信端末への方向）では、時間を1/600秒単位で分割し、その時間内では一つの携帯通信端末だけとの通信を行い、通信相手の携帯通信端末を時間により切り替えることにより複数の携帯通信端末と通信を行う、時分割多重アクセス（TDMA；time division multiplex access）を採用している。これにより、無線基地局は、常に、個々の携帯通信端末に対して最大の電力を持ってデータ送信を行うことが可能となり、携帯通信端末間で行うデータ通信を最速の通信速度で行うことができる（例えば特許文献１参照）。

上記したcdma2000 1xEV-DO方式の無線通信システムにおいて、無線通信端末が無線パケット通信により、インターネット等のＩＰ（Internet Protocol）ネットワークに接続された配信サーバにアクセスし、動画像データ等のストリーミングデータを受信して再生することが実現されている。このストリーミングデータ配信システムでは、配信サーバが、無線通信端末からの配信要求によりストリーミングデータをパケット化して当該無線通信端末宛に送信する。送信されたパケットは、ＩＰネットワークを介して無線通信システムによるパケットネットワーク（無線パケットネットワーク）に転送され、宛先の無線通信端末と接続中の無線基地局に転送される。無線基地局は受信したパケットを無線通信プロトコルに従って宛先の無線通信端末に無線送信する。無線通信端末は無線受信したパケットのデータを検証し、問題なければストリーミングデータの再生を行う。

無線基地局と無線通信端末間の無線区間では、電波状態等の無線環境の劣化により伝送データに誤りが生じることがある。無線通信端末は、受信パケットのデータに誤りがあった場合や、ある定められた時間内に受信できなかったパケットについては無線基地局に対して再送を要求する。無線基地局は、再送要求を受信すると、再送用に保持している該当パケットを再送要求元の無線基地局へ送信する。これにより、無線区間のみで再送処理が実行されて無線区間で生じるパケットロスの低減が図られている。

しかし、上記した無線区間での再送処理は、ストリーミングデータの再生上、大きな遅延やジッタを生じさせる原因となる。このため、従来、再送処理にある時限値を設定し、再送処理時間が時限値を超えた場合には、再送対象となるパケットを廃棄して再送を中止し、データストリームの次のパケットに送信対象を切り替える技術（従来技術１）が知られている。

また、ＩＰネットワーク上での伝送速度は時々刻々と変化するトラヒック量に応じて変動するが、配信サーバが送信するパケットの送信速度よりもＩＰネットワーク上での伝送速度が遅い場合には、パケットのロスが発生してしまうことになる。このため、受信端末で得られるデータ損失率やデータ遅延時間などの受信状況に応じて動的に配信サーバの送信速度を変更させる技術（従来技術２）が知られている。
特開２００２−３００６４４号公報

しかし、上述した従来技術１では、パケットロスの原因がＩＰネットワークでの輻輳にある場合、無線区間でのパケットの再送処理を中止したとしても、結局、ＩＰネットワーク上でパケットロスが発生し、このロスに起因した無線区間の再送処理が開始される。この結果、ＩＰネットワーク上でのパケットロスに起因したパケットの再送処理と当該再送処理の中止とが繰り返されることになり、ストリーミングデータの再生が正常に行われないという問題が生じる。

この問題は、無線パケットネットワーク内の輻輳発生によりパケットロスが発生した場合にも生じる。上記したようにcdma2000 1xEV-DO方式の下り方向では、時分割多重アクセスにより一つの無線基地局が複数の携帯通信端末と無線通信するので、同時に接続中の端末数に応じて一端末当たりの通信速度が変動する。これにより、携帯通信端末の通信速度が配信サーバからのストリーミングデータの送信速度に満たなくなると、携帯通信端末に送信できないパケットは無線基地局内のバッファに蓄積される。この蓄積量が増大すると、携帯通信端末では所定の時間内にパケットが到着しなくなるので、パケットロスとして検出して無線基地局に再送を要求する。この場合でも、従来技術１により再送処理を中止し、無線基地局内でバッファリングされたパケットを廃棄したとしても、無線パケットネットワーク内の輻輳が解消しない限り、携帯通信端末に送信できないパケットが無線基地局内にバッファリングされるので、パケットの再送処理と当該再送処理の中止とが繰り返されることになる。

また、上述した従来技術２では、上記した無線通信システム特有の無線区間で受信エラー（無線区間での伝送エラーによるパケットロスなど）の場合であっても、配信サーバの送信速度を下げる制御を行ってしまう。これにより、無線区間のパケット再送中に配信サーバの送出速度が下げられることになるが、これはストリーミングデータの再生上の遅延を解消することに寄与するものではなく、リアルタイム性が要求されるストリーミングアプリケーションには適さない。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、受信状況の劣化要因に応じた適切な通信制御を行うことができる通信システム、無線通信端末および基地局を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る通信システムは、サーバと基地局との間の受信データ量を監視する第１監視手段と、該第１監視手段により得られた受信データ量に関する情報を無線通信端末へ通知する通知手段と、を有する基地局と、前記受信データ量に関する情報を受信する受信手段と、前記基地局と無線通信端末との間の受信データ量を監視する第２監視手段と、該第２監視手段に基づく受信データ量に関する情報と、前記受信した受信データ量に関する情報とに基づいて、前記基地局と無線通信端末との間の通信の制御を行う制御手段と、を有する無線通信端末とから構成されることを特徴とする。

本発明に係る通信システムにおいては、前記無線通信端末は、前記基地局から送信されるデータのパケットロスを検出する検出手段を有し、前記制御手段は、前記検出手段がパケットロスを検出した場合に、前記第２監視手段に基づく受信データ量に関する情報と、前記受信した受信データ量に関する情報とに基づいて、前記基地局と無線通信端末との間の通信の制御を行うことを特徴とする。

本発明に係る通信システムにおいては、前記制御手段は、基地局と無線通信端末との間の受信データ量がサーバと基地局との間の受信データ量よりも少ない場合、前記基地局との間の再送制御を行わないことを特徴とする。

本発明に係る基地局は、サーバと基地局との間の受信データ量を監視する監視手段と、該監視手段により得られた受信データ量に関する情報を無線通信端末へ通知する通知手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る無線通信端末は、サーバと基地局との間の受信データ量に関する情報を基地局から受信する受信手段と、前記基地局と無線通信端末との間の受信データ量を監視する監視手段と、該監視手段に基づく受信データ量に関する情報と、前記受信した受信データ量に関する情報とに基づいて、前記基地局と無線通信端末との間の通信の制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る通信システムは、サーバと基地局との間の受信データ量を監視する第１監視手段と、該第１監視手段により得られた受信デー夕量に関する情報を無線通信端末へ通知する通知手段と、を有する基地局と、前記受信データ量に関する情報を受信する受信手段と、前記基地局と無線通信端末との間の受信データ量を監視する第２監視手段と、該第２監視手段に基づく受信データ量に関する情報と、前記受信した受信データ量に関する情報とに基づいて、前記サーバに対し送信レート変更指示を行う制御手段と、を有する無線通信端末とから構成されることを特徴とする。

本発明に係る通信システムにおいては、前記無線通信端末は、前記基地局から送信されるデータのパケットロスを検出する検出手段を有し、前記制御手段は、前記検出手段がパケットロスを検出した場合に、前記第２監視手段に基づく受信データ量に関する情報と、前記受信した受信データ量に関する情報とに基づいて、前記サーバに対し送信レート変更指示を行うことを特徴とする。

本発明に係る通信システムにおいては、前記制御手段は、基地局と無線通信端末との間の受信データ量がサーバと基地局との間の受信データ量よりも多い場合、前記サーバに対し送信レートを上げる変更指示を行うことを特徴とする。

本発明に係る基地局は、サーバと基地局との間の受信データ量を監視する監視手段と、該監視手段により得られた受信データ量に関する情報を無線通信端末へ通知する通知手段と、前記無線通信端末から受信した前記サーバに対する送信レート変更指示を当該サーバに送信する送信手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る無線通信端末は、サーバと基地局との間の受信データ量に関する情報を基地局から受信する受信手段と、前記基地局と無線通信端末との間の受信データ量を監視する監視手段と、該監視手段に基づく受信データ量に関する情報と、前記受信した受信データ量に関する情報とに基づいて、前記サーバに対し送信レート変更指示を行う制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、基地局側と無線通信端末側の各々の受信データ量に基づいた受信状況劣化要因の判別による適切な通信制御を行うことができる。これにより、ＩＰネットワークや無線パケットネットワークの状態に応じたストリーミングデータの配信制御を行うことができ、ストリーミングデータの再生品質を向上させることができる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る通信システムの構成を示すブロック図である。図１において、本発明の一実施形態に係る無線通信端末１は、cdma2000 1xEV-DO方式の無線通信端末であり、例えば携帯電話機である。なお、本発明に係る無線通信端末は携帯型に限定されない。無線基地局２は、cdma2000 1xEV-DO方式の基地局である。無線通信端末１は、無線基地局２と無線通信接続し、音声通信（例えばＶｏＩＰ）やデータ通信などを行う。

無線基地局２は、無線パケットネットワーク（図示せず）を介してインターネット等のＩＰネットワーク３との間でパケットを送受する。無線通信端末１は、無線基地局２を介してＩＰネットワーク３に接続することができる。

配信サーバ４は、ＩＰネットワーク３に接続されており、動画像データ等のストリーミングデータをパケット化してＩＰネットワーク３を介して配信要求元の端末へ配信する。

図１では、無線通信端末１は、無線パケット通信により、ＩＰネットワーク３に接続された配信サーバ４にアクセスし、動画像データ等のストリーミングデータを要求する。配信サーバ４は、無線通信端末１からの配信要求によりストリーミングデータをパケット化して当該無線通信端末１宛に送信する。送信されたパケットは、ＩＰネットワーク３を介して宛先の無線通信端末１と接続中の無線基地局２に転送される。無線基地局２は受信したパケットを無線通信プロトコルに従って宛先の無線通信端末１に無線回線を介して送信する。無線通信端末１は無線回線を介して受信したパケットのデータを検証し、問題なければストリーミングデータの再生を行う。

図２は、図１に示す無線通信端末１の構成を示すブロック図である。図２において、制御部１１は、ＣＰＵ、メモリ等から構成されており、無線通信端末１の各部を制御する。操作部１２は、電話番号等の入力用のテンキー、各種ファンクションキー等を有し、入力されたデータを制御部１１へ出力する。表示部１３は、液晶表示パネル等の表示パネルと表示制御回路を有する。表示部１３は、制御部１１から表示データが入力され、表示制御する。

無線部１４は、アンテナを介して無線基地局２との間で無線信号を送受信し、音声通話又はデータ通信を行う。音声制御部１５は、無線部１４を介して送受される音声を処理する。マイク１６は、制御部１１の制御により音声制御部１５に音声を入力する。スピーカ１７は、音声制御部１５により処理された通話音声等を制御部１１の制御により出力する。記憶部１８は、制御部１１により使用される各種のデータを記憶する。配信サーバ４から配信されたストリーミングデータは、記憶部２４に保存され、再生時に記憶部２４から読み出される。受信データ量監視部１９は、無線基地局２から受信する受信パケットに基づき、受信データ量を監視する。監視データは制御部１１に通知される。

図３は、図１に示す無線基地局２の構成を示すブロック図である。図３において、制御部２１は、ＣＰＵ、メモリ等から構成されており、無線基地局２の各部を制御する。無線部２２は、アンテナを介して無線通信端末１との間で無線信号を送受信し、無線通信端末１による音声通話又はデータ通信に係るデータを送受する。通信部２３は、ＩＰネットワーク３に接続してパケットを送受信する。例えば図１の配信サーバ４からのパケットを受信し、又、無線通信端末１からのパケットをＩＰネットワーク３に送信する。

記憶部２４は、制御部２１により使用される各種のデータを記憶する。記憶部２４には、無線通信端末１に送信できないパケットを蓄積するためのバッファが設けられている。また、再送用にパケットを保持するためのバッファが設けられている。受信データ量監視部２５は、ＩＰネットワーク３を介して配信サーバ４から受信する受信パケットに基づいて、無線通信端末１毎の受信データ量を監視する。監視データは制御部２１に通知される。

次に、図１に示す通信システムにおいて、配信サーバ４から無線通信端末１へストリーミングデータをパケット化して配信する際の動作を説明する。
図４は、図２に示す無線通信端末１の制御部１１によるデータ通信制御処理の流れを示すフローチャートである。

無線通信端末１は、接続中の無線基地局２から当該基地局の受信データ量情報を定期的に受信する。この受信データ量情報は、予め定められた一定期間内において、無線基地局２がＩＰネットワーク３を介して配信サーバ４から受信する受信パケットに基づき当該無線基地局２宛に受信したデータ量を示す情報である。無線通信端末１の制御部１１は、無線基地局２から受信する受信データ量情報に基づいて、当該基地局における受信データ量の推移データを算出する。例えば、一定期間ごとのデータ受信速度を算出する。また、無線通信端末１の制御部１１は、受信データ量監視部１９から得た無線基地局２から送信される自端末の受信データ量に基づいて、一定期間の自端末での無線区間における受信データ量の推移データを同様に算出する。

無線通信端末１の制御部１１は、一定の周期で図４の処理を起動する。図４において、制御部１１は、自端末における受信状況を検出する（ステップＳ１）。この受信状況には、パケット損失の有無が含まれる。次いで、制御部１１は、パケット損失の有無を判断する（ステップＳ２）。この判断の結果、パケット損失有りの場合には（ステップＳ２がＹＥＳ）、制御部１１は、所定期間における上記した基地局における受信データ量と自端末の無線区間における受信データ量とを比較する（なお、推移データを用いてもよい）（ステップＳ３）。この比較の結果、無線区間の方が基地局と配信サーバ４との間の区間よりも大きな受信データ量（又は推移）ならば（ステップＳ４がＹＥＳ）、基地局には受信パケットが滞っておらず、配信サーバ４からの受信パケットは円滑に無線通信端末１へ転送されていると判断できる。つまり、パケット損失はＩＰネットワーク３の経路途中で発生していると判断できる。これにより、制御部１１は、配信サーバ４に対してパケットの送信速度を下げるよう要求する（ステップＳ５）。この要求により、配信サーバ４は送信速度を下げてパケット送信を行う。これにより、配信サーバ４からの送信速度がＩＰネットワーク３上の伝送速度以下に抑えられれば、パケットは損失することなく無線通信端末１に到着するようになり、ストリーミングデータの再生が正常に行われるようになる。

一方、ステップＳ３の比較の結果、無線区間の受信データ量（又は推移）が基地局と配信サーバ４との間の区間の受信データ量（又は推移）に満たないならば（ステップＳ４がＮＯ）、基地局には受信パケットが滞っており、配信サーバ４からの受信パケットは円滑に無線通信端末１へ転送されていないと判断できる。この場合には、制御部１１は、ステップＳ６で無線区間における再送要求の有無を判断する（ステップＳ６）。この判断の結果、再送要求有りの場合には（ステップＳ６がＹＥＳ）、無線区間における再送の結果として基地局に受信パケットが滞ったものと判断できる。これにより、制御部１１は、無線区間の再送を中止させる（ステップＳ７）。この再送中止要求により、無線基地局２は再送を中止すると共に、再送用に保持している受信パケットを廃棄する。

上記ステップＳ６の判断の結果、再送要求なしの場合には（ステップＳ６がＮＯ）、無線区間の輻輳の結果として基地局に受信パケットが滞ったものと判断できる。つまり、同一基地局に接続中の端末数が多く、一端末当たりの通信速度が不十分であるために、配信サーバからの受信パケットが基地局から無線通信端末１へ円滑に転送されていないと判断できる。これにより、制御部１１は、配信サーバ４に対してパケットの送信速度を下げるよう要求する（ステップＳ５）。この要求により、配信サーバ４は送信速度を下げてパケット送信を行い、この結果として配信サーバ４からの送信速度が無線区間の伝送速度以下に抑えられれば、パケットは基地局に滞ることなく、損失することなく無線通信端末１に到着するようになり、ストリーミングデータの再生が正常に行われるようになる。

上記ステップＳ２の判断の結果、パケット損失なしの場合には（ステップＳ２がＮＯ）、制御部１１は、ストリーミングデータの再生状況を考慮し、必要に応じて、配信サーバ４に対してパケットの送信速度を上げるよう要求する（ステップＳ８）。この要求により、配信サーバ４は送信速度を上げてパケット送信を行う。これにより、例えば無線通信端末１は高品質の映像ストリーミングを受けることができる。

上述したように本実施形態によれば、無線基地局側と無線通信端末側の各々の受信データ量に基づいた受信状況劣化要因の判別による適切な通信制御を行うことができる。これにより、ＩＰネットワークや無線パケットネットワークの状態に応じたストリーミングデータの配信制御を行うことができ、ストリーミングデータのリアルタイム性や再生品質を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態に係る通信システムの構成を示すブロック図である。 図１に示す無線通信端末１の構成を示すブロック図である。 図１に示す無線基地局２の構成を示すブロック図である。 図２に示す無線通信端末１の制御部１１によるデータ通信制御処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…無線通信端末、２…無線基地局、３…ＩＰネットワーク、４…配信サーバ、１１，２１…制御部、１２…操作部、１３…表示部、１４，２２…無線部、１５…音声制御部、１６…マイク、１７…スピーカ、１８，２４…記憶部、１９，２５…受信データ量監視部、２３…通信部。

Claims (10)

1. サーバと基地局との間の受信データ量を監視する第１監視手段と、該第１監視手段により得られた受信データ量に関する情報を無線通信端末へ通知する通知手段と、を有する基地局と、
   前記受信データ量に関する情報を受信する受信手段と、前記基地局と無線通信端末との間の受信データ量を監視する第２監視手段と、該第２監視手段に基づく受信データ量に関する情報と、前記受信した受信データ量に関する情報とに基づいて、前記基地局と無線通信端末との間の通信の制御を行う制御手段と、を有する無線通信端末と、
   から構成されることを特徴とする通信システム。
2. 前記無線通信端末は、前記基地局から送信されるデータのパケットロスを検出する検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記検出手段がパケットロスを検出した場合に、前記第２監視手段に基づく受信データ量に関する情報と、前記受信した受信データ量に関する情報とに基づいて、前記基地局と無線通信端末との間の通信の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記制御手段は、基地局と無線通信端末との間の受信データ量がサーバと基地局との間の受信データ量よりも少ない場合、前記基地局との間の再送制御を行わないことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
4. サーバと基地局との間の受信データ量を監視する監視手段と、
   該監視手段により得られた受信データ量に関する情報を無線通信端末へ通知する通知手段と、
   を備えることを特徴とする基地局。
5. サーバと基地局との間の受信データ量に関する情報を基地局から受信する受信手段と、
   前記基地局と無線通信端末との間の受信データ量を監視する監視手段と、
   該監視手段に基づく受信データ量に関する情報と、前記受信した受信データ量に関する情報とに基づいて、前記基地局と無線通信端末との間の通信の制御を行う制御手段と、
   を備えることを特徴とする無線通信端末。
6. サーバと基地局との間の受信データ量を監視する第１監視手段と、該第１監視手段により得られた受信デー夕量に関する情報を無線通信端末へ通知する通知手段と、を有する基地局と、
   前記受信データ量に関する情報を受信する受信手段と、前記基地局と無線通信端末との間の受信データ量を監視する第２監視手段と、該第２監視手段に基づく受信データ量に関する情報と、前記受信した受信データ量に関する情報とに基づいて、前記サーバに対し送信レート変更指示を行う制御手段と、を有する無線通信端末と、
   から構成されることを特徴とする通信システム。
7. 前記無線通信端末は、前記基地局から送信されるデータのパケットロスを検出する検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記検出手段がパケットロスを検出した場合に、前記第２監視手段に基づく受信データ量に関する情報と、前記受信した受信データ量に関する情報とに基づいて、前記サーバに対し送信レート変更指示を行うことを特徴とする請求項６に記載の通信システム。
8. 前記制御手段は、基地局と無線通信端末との間の受信データ量がサーバと基地局との間の受信データ量よりも多い場合、前記サーバに対し送信レートを上げる変更指示を行うことを特徴とする請求項６に記載の通信システム。
9. サーバと基地局との間の受信データ量を監視する監視手段と、
   該監視手段により得られた受信データ量に関する情報を無線通信端末へ通知する通知手段と、
   前記無線通信端末から受信した前記サーバに対する送信レート変更指示を当該サーバに送信する送信手段と、
   を備えることを特徴とする基地局。
10. サーバと基地局との間の受信データ量に関する情報を基地局から受信する受信手段と、
    前記基地局と無線通信端末との間の受信データ量を監視する監視手段と、
    該監視手段に基づく受信データ量に関する情報と、前記受信した受信データ量に関する情報とに基づいて、前記サーバに対し送信レート変更指示を行う制御手段と、
    を備えることを特徴とする無線通信端末。
    
    
    

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