JP2008172759A - 中継ネットワークにおいてパケットを通信する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トラフィック管理を簡略化しシステムパフォーマンスを向上させるために、トラフィックの集中は適切に処理されるべきである。
【解決手段】本発明による方法は、中継ネットワークにおいてパケットを通信する。パケットは、一組のコネクションを使用して一組の移動局から中継局に通信され、各移動局と中継局との間に１つのコネクションがある。パケットは、中継トンネルコネクションを使用して中継局と基地局との間で通信され、また、パケットは、中継トンネルコネクションを使用して中継局とその隣接する中継局との間で通信される。
【選択図】図１

Description

本発明は、包括的には無線マルチユーザモバイルネットワークに関し、特に、無線モバイルマルチユーザマルチホップネットワークにおける中継トンネリングに関する。

ＩＥＥＥ規格
以下の規格仕様は、参照として本明細書に援用される。

上記規格仕様とは、「ＩＥＥＥ ８０２．１６ｊ Ｍｏｂｉｌｅ Ｍｕｌｔｉｈｏｐ Ｒｅｌａｙ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ａｕｔｈｏｒｉｚａｔｉｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔ （ＰＡＲ）」（Ｏｆｆｉｃｉａｌ ＩＥＥＥ ８０２．１６ｊ， Ｍａｒｃｈ ２００６）、「ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｌｏｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ‐ Ｐａｒｔ １６： Ａｉｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｏｒ Ｆｉｘｅｄ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ」（ＩＥＥＥ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｏｃｉｅｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ， Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００４）及び「ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｌｏｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ‐ Ｐａｒｔ １６： Ａｉｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｏｒ Ｆｉｘｅｄ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ ２： Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌａｙｅｒｓ ｆｏｒ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｆｉｘｅｄ ａｎｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ｌｉｃｅｎｓｅｄ Ｂａｎｄｓ」（ＩＥＥＥ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｏｃｉｅｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ， Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２００６）である。

ＯＦＤＭ
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）は、多数の無線ネットワーク、たとえばＩＥＥＥ ８０２．１１ａ／ｇ規格及びＩＥＥＥ ８０２．１６／１６ｅ規格に従って設計されているネットワークの物理層（ＰＨＹ：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ）において使用される変調方式である。

ＯＦＤＭＡ
直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）は、ＯＦＤＭに基づくマルチアクセス方式である。ＯＦＤＭＡでは、複数の送受信機（ユーザ）に、直交トーン（サブチャンネル）及びタイムスロットの別個のセットが割り当てられ、それによってこれらの送受信機が同時に通信することができる。一例として、ＩＥＥＥ ８０２．１６／１６ｅ規格は、１１ＧＨｚを下回る周波数帯域での見通し外（ＮＬＯＳ：ｎｏｎ−ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）通信のためのマルチチャネルアクセス方法としてＯＦＤＭＡを採用した。

図５は、従来のＯＦＤＭＡベースのセルラネットワーク１００、たとえば、ＩＥＥＥ ８０２．１６／１６ｅ規格による無線ネットワークを示す。本ネットワークは、ポイント・ツー・マルチポイント（ｐｏｉｎｔ‐ｔｏ‐ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ）トポロジで動作し、そこでは、２つのタイプのネットワークエンティティ、すなわち基地局（ＢＳ：ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎｓ）及び移動局（ＭＳ：ｍｏｂｉｌｅ ｓｔａｔｉｏｎｓ）のみが存在する。ＢＳは、コネクション１０１〜１０３で特定のセルのＭＳとの全通信を管理及び調整する。各ＭＳは、ＢＳのみと直接通信し、ＢＳのみが、インフラストラクチャ１１０、又はネットワークの「バックボーン」と通信する。すなわち、ＭＳとＢＳとの間には１ホップしかない。ＭＳ間の全通信は、ＢＳを通過しなければならない。さらに、ＢＳと各ＭＳとの間には１コネクションしかない。

一定のスペクトルに対するコネクションの間に信号強度が大幅に失われるため、無線サービスのカバー範囲は地理的サイズが限られることが多い。さらに、ブロッキング及びランダムフェージングにより、受信障害地域、又はさらにはデッドスポットがもたらされることが多い。従来、この問題は、ＢＳをより高密度で配備することによって対処されてきた。しかしながら、特に、ＢＳのコストが高く、且つ干渉が増大する可能性があるため、この手法はあまり望ましくない。

代替手法として図６に示すように、中継ベースのネットワーク１５０を使用することができる。このネットワークは、複数の移動局（ＭＳ）及び／又は加入者局（ＳＳ：ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｓｔａｔｉｏｎｓ）を含む。比較的低コストの中継局（ＲＳ：ｒｅｌａｙ ｓｔａｔｉｏｎｓ）がＢＳの範囲を拡大する。局のうちのいくつか（ＭＳ１及びＳＳ１）は、コネクションＣ１及びＣ２を使用してＢＳと直接通信する。他の局（ＭＳ２、ＭＳ３及びＳＳ２）は、コネクションＣ３、Ｃ４及びＣ５を使用してＲＳと直接通信し、対応するコネクション１５１を介して２つのホップを使用してＢＳと間接的に通信する。

しかしながら、明らかに、中継リンク（すなわち、ＲＳとＢＳとの間のリンク、及び一対の隣接するＲＳ間のリンク）において、トラフィックが集中するという問題が発生する。トラフィック管理を簡略化しシステムパフォーマンスを向上させるために、トラフィックの集中は適切に処理されるべきである。

本発明の実施の形態による方法は、中継ネットワークにおいてパケットを通信する。パケットは、一組のコネクションを使用して一組の移動局から中継局に通信され、各移動局と中継局との間に１つのコネクションがある。パケットは、中継トンネルコネクションを使用して中継局と基地局との間で通信され、また、パケットは、中継トンネルコネクションを使用して中継局とその隣接する中継局との間で通信される。

本発明に係る中継ネットワークにおいてパケットを通信する方法によれば、トラフィック管理を簡略化してシステムパフォーマンスを向上させることができる。

定義
本発明を明確にして説明するために、本明細書では以下の用語を定義しそれに従って使用する。

基地局（ＢＳ）
加入者機器とインフラストラクチャ又はネットワークのバックボーンとの間の無線通信を提供する機器である。

加入者局（ＳＳ）
加入者機器と基地局（ＢＳ）との間の通信を提供する汎用機器セットである。

移動局（ＭＳ）
移動している間か又は不特定の場所で使用されるように意図される無線送受信機である。ＭＳは、別途特に指定しない限り常に加入者局（ＳＳ）である。

中継局（ＲＳ）
無線送受信機であって、その機能は、他の局との間でデータを中継し情報を制御すること、及びマルチホップ通信をサポートするプロセスを実行することである。

中継リンク
中継リンクは、ＢＳとＲＳとを直接接続するか又は２つの隣接するＲＳ間を直接接続する無線リンクである。

コネクション
物理層において、コネクションは、或る局のＲＦ送信機から１つ又は複数の送信アンテナを介して無線チャネルを通り、１つ又は複数の受信アンテナを介して別の局のＲＦ受信機に至る。物理的には、コネクションは、所定のサブチャネル及びタイムスロットの組を使用してＲＦ信号を通信する。論理層では、コネクションの対象部分は、送信機のプロトコルスタックの媒体アクセス制御（ＭＡＣ：ｍｅｄｉａ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ）層から受信機の媒体アクセス制御層に至る。論理的には、コネクションは、データ及び制御情報を単一ビットストリームとして搬送する。

ＭＡＣサービスデータユニット（ＭＳＤＵ：ＭＡＣ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ）
与えられた層のプロトコルにおいて指定され、且つその層のプロトコル制御情報から構成される一組のデータ、及び場合によってはその層のユーザデータである。

ＭＡＣプロトコルデータユニット（ＭＰＤＵ：ＭＡＣ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ）
プロトコルの与えられた層のプロトコルデータユニットであって、それよりも上位の層から来るサービスデータユニットとその層のプロトコル制御情報とを含んでいる。

本明細書で使用する他のすべての従来の頭字語は、上記ＩＥＥＥ規格において定義されている。また、ともに本明細書に援用される「Ｈａｒｍｏｎｉｚｅｄ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ８０２．１６ｊ Ｍｏｂｉｌｅ Ｍｕｌｔｉｈｏｐ Ｒｅｌａｙ」（ＩＥＥＥ ８０２．１６ｊ‐０６／０１４ｒ１， Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００６）及びＷ．Ｓｔａｌｌｉｎｇｓ著「Ｄａｔａ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」（Ｓｅｖｅｎｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ ２００３）もまた参照されたい。

ネットワーク構造
本発明の実施の形態１について図１に示すように、ネットワーク２００は、一組のコネクション（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）を使用して一組の移動局（ＭＳ）から中継局（ＲＳ）にパケットを通信する。各移動局と中継局との間には１つのコネクションがある。中継局と基地局（ＢＳ）とは、単一コネクション２１０を使用してパケットを通信する。ＢＳはまた、直接コネクションＣ４及びＣ５を使用して他のＭＳ及びＳＳと通信することも可能である。ＢＳは、インフラストラクチャ２２０と通信することができる。

ＩＥＥＥ ８０２．１６規格によれば、サービスフローのビットストリーム（トラフィック）を通信する目的で、ＢＳとＭＳ／ＳＳとの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層の間で、単方向マッピングが確立され維持される。サービスフローがコネクションレス型プロトコル、たとえばＩＰで実装される場合であっても、すべてのトラフィックはコネクションで搬送される。

図５に示すような従来のポイント・ツー・マルチポイント（ＰＭＰ）ネットワークでは、資源割当ては、ＢＳによってコネクション単位で実行され、すべてのＭＳが実質的に等しく扱われる。これは、中位のサイズの単一ホップＰＭＰネットワークには意味を成す。

しかしながら、複数のＳＳ／ＭＳから収集されそれらに分散されるトラフィックは、中継リンクにおいて集中する傾向にあるため、トンネリング手法は、自然な解決法である。

中継トンネリングの概念
図２に示すように、中継トンネル（Ｌ１〜Ｌ３）は、基地局（ＢＳ）と中継局（ＲＳ）との間、又は中継局間の中継リンクにおいてリンク単位で確立することができる単方向論理コネクションである。一定の基準、たとえば同じ品質のサービス要求を共有することを満たす、１つ又は複数のＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ ＭＡＣレベルコネクション、たとえば図２の３２０、３３０及び３４０は、論理的に合わせてグループ化して１つの中継トンネル、たとえば図２の３１０とすることができる。明らかに、中継リンクに広範にわたって種々の特徴及び要件のトラフィックが存在する可能性があるため、各中継リンクにおいて２つ以上の中継リンクを生成することができる。

中継トンネルが単方向性であるため、双方向トラフィックストリームの場合、各方向において２つの別々のトンネルを生成しなければならない。

なお、従来のＭＡＣコネクションは、ＢＳとＳＳ／ＭＳとの間のエンド・ツー・エンドコネクションであるのに対し、中継トンネルコネクションは、リンク毎のトンネルコネクションであることに留意されたい。

中継トンネル識別
中継トンネルを一意に識別し、それを従来のＭＡＣコネクション及びエンド・ツー・エンドトンネルコネクションから区別するために、中継トンネルコネクション識別子（Ｒ−ＣＩＤ：ｒｅｌａｙ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）が使用される。

したがって、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ−２００５規格における表３４５は、表１においてイタリック体で示すように、中継トンネルＣＩＤを組み込むように変更される。

中継トンネルＭＡＣ ＰＤＵ構成
中継トンネルＭＡＣ ＰＤＵを構成するために、個々の構成ＭＡＣコネクションからのＭＡＣ ＰＤＵすべてを、単一伝送バーストであるように合わせて連結することができる。別法として、中継トンネルＭＡＣヘッダをＭＡＣ連結の前に添付することができる。第２の手法が使用される場合、中継トンネルＭＡＣヘッダにおいて中継トンネルコネクションＣＩＤが使用される。

中継トンネル生成、終了及び寿命
中継トンネルコネクションは、現ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ規格で定義されるダイナミックサービス追加要求（ＤＳＡ−ＲＥＱ：ｄｙｎａｍｉｃ ｓｅｒｖｉｃｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｒｅｑｕｅｓｔ）及びダイナミックサービス追加応答（ＤＳＡ−ＲＳＰ：ｄｙｎａｍｉｃ ｓｅｒｖｉｃｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）メッセージを使用して確立される。確立された後には、トラフィックの流れがあるか否かに関わらず、中継トンネルは存在する。適切な要件、たとえばサービス品質、帯域幅等を満たすことができる場合、既存の中継トンネル内に新たなＭＡＣコネクションを追加することも可能である。

実際には、すべての現構成ＭＡＣコネクションが終了した場合であっても、将来新たなＭＡＣコネクションがトンネルに加わる可能性があるため、対応する中継トンネルはアクティブなままである。発信側ＢＳ又はＲＳの電源が切断された場合にのみ、中継トンネルは終了する。したがって、中継トンネルコネクションは、半永久的論理コネクションである。

中継トンネルを確立するか否か、及びいずれのＭＡＣコネクションをいずれの中継トンネルに含めるべきかの判断は、完全にトラフィックの送信元であるＢＳ又はＲＳの判断に基づく。

中継トンネルが生成された後、それぞれの個々の構成ＭＡＣコネクションに属するＭＡＣ ＰＤＵは、対応する中継トンネルでトランスポートされる。

中継トンネルコネクションを使用するトラフィック管理
サービス品質（ＱｏＳ：ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ）制御及びトラフィック管理が中継トンネル単位で管理される場合、それらを大幅に簡略化することができる。多数のＭＡＣコネクションを処理する代わりに、ＭＡＣ、たとえばＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ規格における帯域幅要求サブヘッダ及び認可管理サブヘッダは、この時、トラフィックポリシング及びＱｏＳ保証のために、はるかに少ない数の中継トンネルコネクションを処理するだけでよい。

中継トンネルコネクションでのルーティング管理
図３に示すように、中継トンネルのエンドポイントであるＢＳ及びＲＳは、トランスポートＣＩＤ等の個々のＭＡＣコネクションと中継トンネルとの間のマッピングに関して完全な情報を有する。ＢＳ及びＲＳにおける中継機能４１０は、中継トンネルコネクション単位でトラフィックを中継することができる。中継機能はまた、着信トンネルコネクションからＭＡＣ ＰＤＵを取り出し、各ＭＡＣ ＰＤＵのＣＩＤに基づいて、ＭＡＣ ＰＤＵをどこに送信するか、及びそれらがいずれの発信中継トンネルを通じて送信されるべきであるかを確定する。これを図３に示す。

中継トンネルコネクションにより、モバイル中継局のハンドオーバの処理も容易になる。それは、多数の個々のＭＡＣコネクション又はエンド・ツー・エンドトンネルコネクションではなく、少数の中継トンネルコネクションに対しハンドオーバを適用するだけでよいためである。

ＨＡＲＱとの中継トンネルコネクション
中継トンネルコネクションがハイブリッド自動再送（ＨＡＲＱ：ｈｙｂｒｉｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｒｅｐｅａｔ ｒｅｑｕｅｓｔ）とともに使用される場合、ＨＡＲＱに対する縮小ＣＩＤ（ＲＣＩＤ）フィールドにおいて、適切な形態の中継トンネルＣＩＤが使用されるものとする。図４は、ＭＡＣコネクションから中継トンネルコネクションへの、またその後のＨＡＲＱチャネルへのマッピングを示す。

さらに、１つの中継トンネルコネクションのＭＡＣ ＰＤＵをトランスポートするために複数のＨＡＲＱチャネルが使用される場合、中継トンネルＭＡＣ ＰＤＵは中継トンネルＭＡＣヘッダを含むものとする。さらに、起こり得る順序の狂ったデータ配信問題を回避するために、中継トンネルＭＡＣヘッダの直後にＰＤＵ連続番号（ＳＮ：ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｎｕｍｂｅｒ）拡張サブヘッダが挿入されるものとする。

本発明を好ましい実施形態の例として説明したが、本発明の精神及び範囲内で他のさまざまな適応及び変更を行うことができるということが理解されるべきである。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神及び範囲内にあるこうしたすべての変形及び変更を包含することである。

本発明の実施の形態１による無線モバイル中継ネットワークの概略図である。 本発明の実施の形態１による無線モバイル中継ネットワーク及び中継トンネルの概略図である。 本発明の実施の形態１による中継トンネルに対するトンネル機能のブロック図である。 本発明の実施の形態１による、ＭＡＣコネクションから中継トンネルコネクションへの、またその後のＨＡＲＱチャネルへのマッピングのブロック図である。 従来技術による無線モバイルネットワークの概略図である。 従来技術による無線モバイル中継ネットワークの概略図である。

符号の説明

２１０ 単一コネクション、２２０ インフラストラクチャ、３１０ 中継トンネル、４１０ 中継機能。

Claims (8)

1. 各移動局と中継局との間に１つのコネクションが存在し、一組のコネクションを使用して一組の移動局から前記中継局に複数のパケットを通信するステップと、
   中継トンネルコネクションを使用して前記中継局と基地局との間で前記複数のパケットを通信するステップと、
   前記中継トンネルコネクションを使用して前記中継局とその隣接する中継局との間で前記複数のパケットを通信するステップと、
   を含むことを特徴とする中継ネットワークにおいてパケットを通信する方法。
2. 前記中継トンネルコネクションは、リンク単位で確立され、無線リンクの一端から発生し他端で終了する単方向論理コネクションであることを特徴とする請求項１に記載の中継ネットワークにおいてパケットを通信する方法。
3. 前記中継トンネルコネクションは、前記移動局への１つ又は複数のＭＡＣコネクションを含むことを特徴とする請求項１に記載の中継ネットワークにおいてパケットを通信する方法。
4. 前記中継トンネルコネクションは、前記中継トンネルコネクションが発生する前記中継局から発生する１つ又は複数のＭＡＣコネクションを含むことを特徴とする請求項１に記載の中継ネットワークにおいてパケットを通信する方法。
5. 前記中継トンネルコネクションは、前記中継トンネルコネクションが発生する前記基地局から発生する１つ又は複数のＭＡＣコネクションを含むことを特徴とする請求項１に記載の中継ネットワークにおいてパケットを通信する方法。
6. 中継トンネルＭＡＣ ＰＤＵは、個々の構成ＭＡＣコネクションに属するＭＡＣ ＰＤＵを連結することによって構成されることを特徴とする請求項１に記載の中継ネットワークにおいてパケットを通信する方法。
7. 中継トンネルＭＡＣ ＰＤＵは、個々の構成ＭＡＣコネクションに属する連結されたＭＡＣ ＰＤＵの前に、中継ＭＡＣヘッダを添付することによって構成されることを特徴とする請求項１に記載の中継ネットワークにおいてパケットを通信する方法。
8. 中継トンネルＭＡＣ ＰＤＵは、連結されたＭＡＣ ＰＤＵの前に中継トンネルＭＡＣヘッダを添付するとともに、前記中継トンネルＭＡＣヘッダの直後にＰＤＵ連続番号（ＳＮ）拡張サブヘッダを挿入することによって構成されることを特徴とする請求項１に記載の中継ネットワークにおいてパケットを通信する方法。

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