JP2007251941A - モバイルノードおよびその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モバイルノードの動作方法において、できるだけ円滑なハンドオーバを実現し、パケット損失を最小化し、サービスの連続性を最大化する。
【解決手段】ノード１は、好ましくは３ＧＰＰネットワークのように最適なエリアカバレージを有するモバイル無線ネットワーク２と、好ましくはＩＥＥＥ８０２．１１標準によるＷＬＡＮのような無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）３とで動作することができるというデュアル機能を有する。ノード１は、垂直ハンドオーバに関して、あるネットワーク（２；３）から別のネットワーク（３；２）に切替可能である。ノード１での受信ＷＬＡＮ信号強度について２つの閾値（４，５）を設定し、第１の閾値４を超えた場合にＷＬＡＮ３に切り替え、第２の閾値５を下回った場合にモバイル無線ネットワーク２に再び切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、モバイルノードの動作方法に関する。ここでノードは、好ましくは３ＧＰＰネットワークのように最適なエリアカバレージを有するモバイル無線ネットワークと、好ましくはＩＥＥＥ８０２．１１標準によるＷＬＡＮのような無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）とで動作可能なデュアル機能を有する。ノードは、垂直ハンドオーバの意味で、あるネットワークから別のネットワークに切替可能である。

近年、上記のような方法が当技術分野で知られている。無線ブロードバンドインターネットへのアクセスが最近顕著に増大していることから、上記のような方法はますます重要となっている。現在では、ＷＬＡＮホットスポットが多くの公共環境に存在し、ビジネスおよび娯楽に利用可能となっている。この無線ブロードバンドアクセスによれば、モバイルユーザが、ほとんどいつでもどこでも多様なサービスを利用することができる。この進展と並行して、モバイル機器がますます高度化し、例えばＷＬＡＮ、ＵＭＴＳあるいはＤＶＢ−Ｈのような多種類のテクノロジを搭載して、市場に投入されている。

近い将来、特にＷＬＡＮ／３Ｇ混合環境が重要となり、広範囲に展開されるようになると思われる。以下の説明では、３Ｇネットワークとは、３ＧＰＰ／３ＧＰＰ２ネットワークをはじめとする最適なエリアカバレージを有する最新のモバイル無線ネットワークと解されるべきである。３Ｇネットワークがユニバーサルなカバレージを提供するのに対し、一般にＩＥＥＥ８０２．１１標準による最新のＷＬＡＮは、局所的に限定されたアクセスエリアでしか利用可能でなく、例えば、駅や空港の待合所やホテルのロビーなどに限定される。ＷＬＡＮアクセスが可能な場合、モバイルノードは、例えばより広い帯域幅が利用可能であることから、３ＧネットワークよりもＷＬＡＮのほうを優先する場合が多い。

上記のような環境において、モバイルノードには、種々のテクノロジによるマクロセルおよびマイクロセルの組合せが提供される。重要な点は、ノードが、ネットワーク利用可能性、ユーザプロファイル、アプリケーション要求等を考慮して、適切なネットワークをどのようにして選択するかである。この問題を解決するための重要なステップとして、ＩＥＥＥ８０２．２１標準がある。これは、８０２．ｘファミリのネットワークと３ＧＰＰ／３ＧＰＰ２ネットワークとの間の垂直ハンドオーバに関するものである。残念ながら、この標準は単にフレームワークを表しているに過ぎず、垂直ハンドオーバのためにどのパラメータを考慮すべきかを示してもいなければ、そうしたパラメータをどのように使用すべきかについても何ら言及していない。

そこで、本発明は、上記のような方法を提供することにより、容易に実施可能な手段でできるだけ円滑なハンドオーバを実現し、パケット損失を最小化し、サービスの連続性を最大化するという課題を解決しようとするものである。

本発明によれば、上記の課題は請求項１に記載の特徴を備えた方法によって解決される。本発明による方法では、ノードでの受信ＷＬＡＮ信号強度について２つの閾値を設定する。第１の閾値を超えた場合にＷＬＡＮに切り替え、第２の閾値を下回った場合にモバイル無線ネットワークに再び切り替える。

本発明により初めて認識されたこととして、モバイルノードでの受信ＷＬＡＮ信号強度は、ネットワークの検出と選択プロセスに関して非常に重要なパラメータを表している。そこで、本発明によれば、ＷＬＡＮへのハンドオーバは、ノードでの受信ＷＬＡＮ信号強度が十分に強く、所定の第１の閾値を超える場合にのみ実行される。これにより、ＷＬＡＮ信号強度が弱すぎることによるパケット損失やサービス中断が最適に抑制される。また、本発明によれば、第２の閾値が設定され、これを下回る場合に、モバイル無線ネットワークに再び切り替えられる。２つの閾値を設定し、閾値および受信ＷＬＡＮ信号強度に応じてネットワーク間でモバイルノードを遷移させることは、現在のＩＥＥＥ８０２．２１の動作において問題なく実現可能である。

以下の説明では、最適なエリアカバレージを有するモバイル無線ネットワークを単に３Ｇネットワークと称する。なお、この呼称は単なる略称であり、いかなる意味でも限定的に解釈されてはならない。本発明による方法はさらに、最適なエリアカバレージを有するすべてのモバイル無線ネットワークに関するものであり、特に、現在の３ＧＰＰネットワークや、次世代以降のネットワーク（例えば４Ｇネットワーク）にも当てはまる。

特に好ましい実施形態に関して、閾値は、モバイルノードの速度に応じて動的に設定される。ノードがＷＬＡＮを検出する必要がある時点と、ハンドオーバを実行する必要がある時点は、モバイルノードの速度に依存する。一例として、ＷＬＡＮのアクセスエリアで通常見られる１ｍ／ｓから最高１０ｍ／ｓまでの速度範囲では、上記の時点は大きく変わり得る。

ノードの速度を考慮することにより、ノードの複数の応答時点を考慮することができ、それらの複数の応答時点にかかわらず、閾値を常に最適化することができる。

ノードの現在の速度は、センサで測定すると有利である。具体的には、ノードは、例えばＧＰＳ機能を備えることにより、ノードの正確な速度をいつでも測定できる。別法として、速度は速度プロファイルから設定することもできる。この場合、例えば、それぞれの速度プロファイルの選択はユーザが行うことができる。具体的には、プロファイルとしては、例えば、自宅プロファイル、歩行時プロファイル、列車内プロファイル等が挙げられる。

特に、パケット損失の最小化に関して、モバイルノードの速度が大きいほど、閾値をより高く設定すると特に有利である。ここで「より高い」とは、より強い受信強度を意味する。すなわち、「高い」とは、閾値をパワーレベルで、例えばｄＢｍ単位で示す場合には、パワーレベルがより負でなくなることを意味する。

ピンポン効果を避けるため、第１の閾値は第２の閾値よりも高く設定される。あらかじめこのように設定することにより、受信ＷＬＡＮ信号強度が第１の閾値よりも高いという理由でモバイルノードが３ＧからＷＬＡＮへのハンドオーバを実行したが、ＷＬＡＮ信号強度が第２の閾値よりも低いという理由で直ちに３Ｇネットワークに再び切り替わるということが避けられる。

現実の条件下では、２つの閾値の差がノードでの受信ＷＬＡＮ信号強度の変動よりも大きくなるように閾値を設定するとさらに有利であることが分かる。これにより、ＷＬＡＮ信号強度が変動する現実的条件化でも、上記のピンポン効果を効率的に抑制することができる。

容易な実施に関して、ノードでの受信ＷＬＡＮ信号強度は、ＷＬＡＮによってブロードキャストされるビーコンのＲＳＳＩ（受信信号強度指標：received signal strength indication）値に基づいて分析できる。この分析は、無線データトラフィック用の従来のネットワークカードに対する追加的負担なしで実行可能である。

また、容易な実現に関して、ノードでの受信ＷＬＡＮ信号強度を閾値と比較するために、最近の受信ビーコン信号のみを考慮することができる。その場合、ｎ番目のビーコン信号の受信ＷＬＡＮ信号強度をｘ［ｎ］とすると、ｎ番目の比較値ｙ［ｎ］について、ｙ［ｎ］＝ｘ［ｎ］が成り立つ。

変動範囲の低減に関して、最近の数個の受信ビーコン信号の重み付き平均値に基づいて比較を行うことができる。例えば、最近の２個または最近の３個のビーコン信号の重み付き平均値を求める。ここで、例えば、より古いビーコン信号には、より新しいビーコン信号よりも大きく重み付けすることで、ＷＬＡＮ信号強度の傾向を反映することができる。そこで、最近の３個のビーコン信号を考慮する場合、求める比較値ｙ［ｎ］はｙ［ｎ］＝αｘ［ｎ−２］＋βｘ［ｎ−１］＋γｘ［ｎ］となる。α、β、およびγはそれぞれの重み係数を表す。

ハンドオーバをさらに最適化することに関して、比較に取り入れるビーコンの個数と、それに加えて、またはその代わりに、それらのビーコンの重み付けとを、ノードの速度に応じて動的に設定することができる。この点、例えば、特に高速の場合、好ましくは６ｍ／ｓよりも高速の場合には、最近の３個のビーコン信号の重み付き平均値を、閾値との比較に取り入れることができる。より低速の場合、特に６ｍ／ｓよりも低速の場合には、比較のために、最近のビーコン信号と、前に求めた重み付き平均値とから、重み付き平均値を求めると有利であることが分かる。すなわち、ｙ［ｎ］＝αｙ［ｎ−１］＋βｘ［ｎ］とする。

ハンドオーバの微調整に関して、閾値は、モバイル無線ネットワークのラウンドトリップ時間（ＲＴＴ）を考慮して設定することができる。ＵＭＴＳチャネルの典型的なＲＴＴは１９０ｍｓから２２０ｍｓまでの範囲にある。ＲＴＴが大きいほど、ハンドオーバを実行するのに要する時間が長い。大きいＲＴＴを検出した場合、好ましくは、第２の閾値をより高く設定する。

本発明を有利な態様で構成し実施するためのいくつかの選択肢がある。これに関しては、一方で請求項１に従属する請求項を参照し、他方で、本発明によるモバイルノードの動作方法の好ましい実施例に関する以下の説明を図面とともに参照されたい。

好ましい実施例および図面の説明においては、一般的に本発明の好ましい実施形態および改良形態も説明される。

図１は、最適なエリアカバレージを有するモバイル無線ネットワーク２と、無線ローカルネットワーク３（ＷＬＡＮ）とを有する環境を示す概略図であり、この環境に、本発明による方法を適用することができる。図示した状況において、モバイルノード１は、モバイル無線ネットワーク２内のポイントＡに位置し、点線に沿ってモバイル無線ネットワーク２内を移動する。モバイルノード１は、ポイントＢに到着すると、ＷＬＡＮ３の信号を検出する。ＷＬＡＮ３の局所的に限定されたカバレージエリアは、図中に楕円で示されている。ポイントＢでは、ノード１での受信ＷＬＡＮ信号強度はまだ所定の第１の閾値４（図２参照）よりも低いため、ＷＬＡＮ３へのハンドオーバは、本発明によれば、まだ実行されない。ポイントＣにおいて、ノード１での受信ＷＬＡＮ信号強度が上昇した結果、所定の第１の閾値４を超過し、ノード１はＷＬＡＮ３への切替を行う。ポイントＤにおいて、ノード１での受信ＷＬＡＮ信号強度が所定の第２の閾値５（図２参照）を下回る。本発明によれば、ノード１はＷＬＡＮ３への接続を終了し、モバイル無線ネットワーク２に戻る。

図２は、本発明の方法の実施形態による種々の閾値の定義を示す概略図である。

閾値はリング状に示され、これはＷＬＡＮであるとする。そのアクセスポイントＡＰは、空間的に一様な電波伝搬特性を有し、リングの中心に位置する。外側のリングは感度閾値６、すなわち、モバイルノード１の受信機が検出可能な最小信号強度を示す。この閾値６はデバイス固有であり、一般に約−９０ｄＢｍ程度である。一般に約−８０ｄＢｍ程度である次の閾値７において、ノード１は、ＷＬＡＮへの遷移を行うために、他のアクセスポイントに対するアクティブなスキャンを開始する。

内側の２つのリングはいずれも、３Ｇネットワーク２からＷＬＡＮ３への切替またはその逆の切替を制御する閾値を示す。最も内側のリングは第１の閾値４を表す。本発明によれば、これを超えると、ＷＬＡＮ３への切替が行われる。２つのリングのうちの外側のほうのリングは第２の閾値５を表す。本発明によれば、これを下回ると、モバイル無線ネットワーク２への再切替が開始される。第１の閾値４と第２の閾値５との差は、ノード１での受信ＷＬＡＮ信号強度の変動よりも大きくなるように選択するのが好ましい。

図１に示すノード１が高速で移動するほど、第１の閾値４および／または第２の閾値５を高く選択するのが好ましい。この点で、例えば、ノード１の速度上昇によるＷＬＡＮ利用時間の品質低下やハンドオーバ回数の増大は、第１の閾値４および／または第２の閾値５を上昇させることによって補償することができる。具体的な状況として、例えば、速度が２ｍ／ｓから３ｍ／ｓに上昇した場合、それによるＷＬＡＮ利用時間の品質低下は、第１の閾値４を−７４ｄＢｍから−７０ｄＢｍに変えることによって補償することができる。

図３は本発明の一実施例による端末の概略的な構成を示すブロック図である。デュアル無線システム１０は、ＷＬＡＮ信号のサンプル値を受け取り、その信号強度を算出する。サンプル値は重み付き平均算出部１１へ出力され、そこで端末の速度に依存して重み付けされた重み付き平均が算出される。重み付け平均値は比較部１２によって第１閾値および第２閾値と比較される。これらの閾値は、端末の速度に従って閾値設定部１３により設定されている。比較部１２による比較結果は制御部１４へ送られ、制御部１４によって他の情報も加えてハンドオーバが必要か否かが評価される。制御部１４がハンドオーバが必要であると判断すれば、ＷＬＡＮ／３Ｇモード切替部１５は無線システム１０のモードをＷＬＡＮと３Ｇモードとの間で切り替える。

重複を避けるため、本発明による方法のその他の好ましい実施形態に関しては、本明細書の概要説明部分と、添付の特許請求の範囲を参照されたい。

最後に、留意すべき特に重要な点であるが、上記実施例は本発明による教示の実例としての役割を果たすに過ぎず、本発明を上記実施例に限定するものでは全くない。

大きいカバレージエリアを有する３Ｇネットワークと、ＷＬＡＮとが存在する状況の概略図である。 本発明の方法の実施例による閾値の定義を示す概略図である。 本発明による端末の一実施例を示す概略的ブロック図である。

符号の説明

１ モバイルノード
２ モバイル無線ネットワーク
３ ＷＬＡＮ
４ 第１の閾値
５ 第２の閾値
６ 感度閾値

Claims (17)

1. モバイルノードの動作方法において、
   前記モバイルノードは、好ましくは３ＧＰＰネットワークのようにワイドエリアカバレージを有するモバイル無線ネットワークと、好ましくはＩＥＥＥ８０２．１１標準によるＷＬＡＮのような無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）とで動作可能なデュアル機能を有し、あるネットワークから別のネットワークに切り替え（垂直ハンドオーバ）可能であり、
   前記モバイルノードでの受信ＷＬＡＮ信号強度について異なる第１の閾値および第２の閾値を設定し、前記第１の閾値を超えた場合に前記ＷＬＡＮに切り替え、前記第２の閾値を下回った場合に前記モバイル無線ネットワークに切り替える、
   ことを特徴とするモバイルノードの動作方法。
2. 前記第１の閾値および第２の閾値を前記モバイルノードの速度に応じて動的に設定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記モバイルノードの速度が他の方法（好ましくはＧＰＳ）によって測定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記モバイルノードの速度が速度プロファイルによって設定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記速度プロファイルがユーザによって選択可能であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記モバイルノードの速度が大きいほど、前記第１の閾値および／または前記第２の閾値を高く設定することを特徴とする請求項２−５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記第１の閾値を前記第２の閾値よりも高く設定することを特徴とする請求項１−６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記第１の閾値と前記第２の閾値との差が前記モバイルノードでの受信ＷＬＡＮ信号強度の変動よりも大きくなるように、前記第１の閾値および前記第２の閾値を設定することを特徴とする請求項１−７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記モバイルノードでの受信ＷＬＡＮ信号強度が、前記ＷＬＡＮによってブロードキャストされるビーコンのＲＳＳＩ値に基づいて求められることを特徴とする請求項１−８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記モバイルノードでの受信ＷＬＡＮ信号強度と前記第１の閾値および前記第２の閾値とを比較するために、最近の受信ビーコン信号のみを使用することを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記モバイルノードでの受信ＷＬＡＮ信号強度と前記第１の閾値および前記第２の閾値とを比較するために、最近の数個の受信ビーコン信号の重み付き平均値を使用することを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. より古いビーコン信号に、より新しいビーコン信号よりも大きく重み付けすることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記比較に取り入れるビーコンの個数および／または重み付けを、前記モバイルノードの速度に応じて動的に設定することを特徴とする請求項９−１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 高速の場合、好ましくは６ｍ／ｓよりも高速の場合に、最近の３個のビーコン信号の重み付き平均値を、前記第１の閾値および前記第２の閾値との比較のために使用することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. より低速の場合、好ましくは６ｍ／ｓよりも低速の場合に、最近のビーコン信号と前の重み付き平均値との重み付き平均値を、前記第１の閾値および前記第２の閾値との比較のために使用することを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。
16. 前記モバイル無線ネットワークのラウンドトリップ時間（ＲＴＴ）を考慮して前記第１の閾値および前記第２の閾値を設定することを特徴とする請求項１−１５のいずれか１項に記載の方法。
17. ワイドエリアカバレージを有するモバイル無線ネットワークと、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）とで動作可能なデュアル機能を有する無線通信手段と、
    あるネットワークから別のネットワークに切り替え（垂直ハンドオーバ）可能であり、受信ＷＬＡＮ信号強度について異なる第１の閾値および第２の閾値を設定し、前記第１の閾値を超えた場合に前記ＷＬＡＮに切り替え、前記第２の閾値を下回った場合に前記モバイル無線ネットワークに切り替える制御手段と、
    を有することを特徴とするモバイルノード。

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