JP2010171520A - リソース混雑度に応じた異種無線システムの切替制御方法、無線端末、基地局及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】リソース混雑度に応じて無線システムを切り替えることができる方法、無線端末、基地局及びプログラムを提供する。
【解決手段】複数の無線端末とコグニティブ基地局とが、セルサイズの異なる複数の無線モジュール局を介して接続される。無線モジュール局毎に、周期的リソースにおける周期的リソース混雑度と、動的リソースにおける動的リソース混雑度とが取得される。無線モジュール局毎に、周期的リソースについて、周期的リソース混雑度が低いほど高い優先度を割り当て、動的リソースについて、動的リソース混雑度が低いほど高い優先度を割り当てる。通信中のアプリケーションに基づくデータパケットが周期的リソース又は動的リソースのいずれかを判定し、そのデータパケットを、全ての無線モジュール局の中で、優先度が最も高い周期的リソース又は動的リソースに割り当てる。
【選択図】図４

Description

本発明は、異種無線システムの切替制御方法、無線端末、基地局及びプログラムに関する。

セルサイズに応じた様々な異種無線システムを統合的に制御することができる「コグニティブ(cognitive、認知的)無線」技術がある（例えば特許文献１参照）。この技術は、無線端末がその周囲の無線品質を取得し、ユーザ自ら通信モードを変更することなく、無線品質に応じて自動的に無線システム（又は周波数）を切り替えることができる。セルサイズは、例えばマクロセル、マイクロセル及びピコセルのような異なるセルサイズに分類される。この技術によれば、大きいセルサイズの無線モジュール局の配下に、小さいセルサイズの無線モジュール局が重畳的に配置される。そして、無線システムの切り替えは、基地局が主体的に判断して制御する。

また、モバイル通信の標準化団体である３ＧＰＰ(3rd Generation Partnership Project)では、モバイル通信及び非モバイル通信のような異種無線システムを１つのネットワークに収容する技術を提案している。ここでは、異種無線システムを統合するネットワーク構成と、無線端末が異種無線システムを切り替えるハンドオフ方法とが規定されている。

更に、無線ＬＡＮ(Local Area Network)を対象として、無線チャネルのリソース混雑度を測定する技術もある（例えば非特許文献１参照）。この技術によれば、伝送可能容量を、伝送速度と非混雑度（１００％−混雑度％）との積として算出する。これによって、伝送可能容量が高い無線チャネルほど、優先的に選択される。

特開２００８−０８５７５９号公報

竹内和則、金子尚史、福原忠行、田哲郎、藤本貴、樫木勘四郎、山口明、「コグニティブ無線におけるメディア選択方式の一検討」、電子情報通信学会、通信ソサイエティ大会、Ｂ−１７−１０、２００８年 3GPP TS 36.300、「E-UTRA and E-UTRANOverall description Stage 2(Release 8)」、Section 11.1.1、pp.63 3GPP TSG RAN WG2 #62 R2-082229、「HARQ Process management forPersistent scheduling」

コグニティブ無線技術によれば、各無線モジュール局との間の無線品質に応じて、それら無線モジュール局を切り替えることができる。一般的に、無線モジュール局における無線システムの「リソース混雑度」が高いと、通信中の通信品質（スループット、遅延時間等）も劣化する。「リソース混雑度」とは、全体の無線リソース量に対する使用中の無線リソース量の割合を意味する。無線システムの「リソース混雑度」は、無線モジュール局配下の無線端末数の増加、及び／又は、トラフィックの増大によって高まる。

また、１つの無線システムの中で、異なる種類のリソースを同時に利用することができる高速伝送方式も規格化されている。この伝送方式によれば、データパケットは、そのアプリケーションに適したリソースにスケジューリングされる。

そのリソースの１つに、リソース割当メッセージを要することなく、周期的にリソース（サブチャネル及び時間スロット）を確保し続ける「周期的リソース」がある。特に、周期的に発生するデータパケットに対しては、周期的リソースが割り当てられるのが好ましい。しかしながら、無線システムの切替を有効にする場合、無線システム毎に、そのデータパケットに対して周期的リソースが予約確保される必要がある。この場合、通信中の無線システム以外の他方の無線システムの周期的リソースは、無駄に確保され続けることとなる。

そこで、本発明によれば、異なる種類のリソースを同時に利用することができる無線システムについて、全リソース混雑度が閾値以上である場合、周期的に確保されるリソースをできる限り無駄に確保することなく、無線システムを切り替えることができる方法、無線端末、基地局及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明によれば、異なるセルサイズを有する異種無線システム毎に配置され、無線端末と通信する複数の無線モジュール局と、該無線モジュール局を切り替えて無線端末と通信するコグニティブ基地局とを有するシステムにおける無線端末又はコグニティブ基地局の無線システムの切替制御方法において、
無線システムは、無線リソース割当として、周期的リソース及び動的リソースを有しており、
現に通信中の第１の無線システムにおける無線モジュール局の全リソース混雑度を取得する第１のステップと、
全リソース混雑度が所定閾値以上であるか否かを判定する第２のステップと、
全リソース混雑度が所定閾値未満である場合にのみ、他の第２の無線システムにおける無線モジュール局の周期的リソースを予約すると共に、第１の無線システムから第２の無線システムへの切り替えを有効とするように制御する第３のステップと
を有することを特徴とする。

本発明の無線システムの切替制御方法における他の実施形態によれば、
第３のステップについて、全リソース混雑度が所定閾値以上である場合、
他の無線システムへの切り替えを無効とするように制御すると共に、第１の無線システムにおける無線モジュール局との通信を継続する第１の制御ステップか、
又は、第２の無線システムにおける動的リソースを用いて、第２の無線システムにおける無線モジュール局への切り替えを有効とするように制御する第２の制御ステップ
のいずれか一方を実行することも好ましい。

本発明の無線システムの切替制御方法における他の実施形態によれば、
第３のステップについて、第１の無線システムで現に通信中のデータパケットのアプリケーションに応じて、第１の制御ステップ又は第２の制御ステップのいずれか一方を選択することも好ましい。

本発明の無線システムの切替制御方法における他の実施形態によれば、
第３のステップについて、
周期的であって且つ許容遅延時間が短いデータパケットを転送するアプリケーションの場合、第１の制御ステップが選択され、
周期的であって且つ必要帯域が大きいデータパケットを転送するアプリケーションの場合、第２の制御ステップが選択される
ことも好ましい。

本発明の無線システムの切替制御方法における他の実施形態によれば、
第１のステップについて、現に通信中の第１の無線システムにおける無線モジュール局の全リソースの全リソース混雑度に応じて空き帯域幅を更に算出し、
第２のステップについて、空き帯域幅が所定閾値以上であるか否かを判定し、
第３のステップについて、空き帯域幅が所定閾値未満である場合にのみ、他の第２の無線システムにおける無線モジュール局の周期的リソースを予約すると共に、第１の無線システムから第２の無線システムへの切り替えを有効とするように制御する
ことも好ましい。

本発明の無線システムの切替制御方法における他の実施形態によれば、
異種無線システムは、
マクロセルとして、セルラ又はＥｖＤＯ(Evolution Data Only)の無線システムがあり、
マイクロセルとして、ＬＴＥ(Long Term Evolution)、ＷｉＭＡＸ(Worldwide Interoperability for Microwave Access, IEEE802.16)又はＰＨＳ(Personal Handyphone System)の無線システムがあり、
ピコセルとして、無線ＬＡＮ(Local Area Network, IEEE802.11)の無線システムがあり、
無線端末又はコグニティブ基地局は、これら無線システムのいずれか複数の無線モジュール局と通信可能であることも好ましい。

本発明によれば、異なるセルサイズを有する異種無線システム毎の複数の無線モジュール局へデータパケットを送信すると共に、無線モジュール局を切替可能な無線端末又はコグニティブ基地局において、
無線システムは、無線リソース割当として、周期的リソース及び動的リソースを有しており、
現に通信中の第１の無線システムにおける無線モジュール局の全リソース混雑度を取得するリソース混雑度取得手段と、
全リソース混雑度が所定閾値以上であるか否かを判定する混雑度判定手段と、
全リソース混雑度が所定閾値未満である場合にのみ、他の第２の無線システムにおける無線モジュール局の周期的リソースを予約すると共に、第１の無線システムから第２の無線システムへの切り替えを有効とするように制御する切替制御手段と
を有することを特徴とする。

本発明の無線端末又はコグニティブ基地局における他の実施形態によれば、
切替制御手段は、
全リソース混雑度が所定閾値以上である場合、
他の無線システムへの切り替えを無効とするように制御すると共に、第１の無線システムにおける無線モジュール局との通信を継続する第１のサブ制御手段か、
又は、第２の無線システムにおける動的リソースを用いて、第２の無線システムにおける無線モジュール局への切り替えを有効とするように制御する第２のサブ制御手段
のいずれか一方を実行することも好ましい。

本発明の無線端末又はコグニティブ基地局における他の実施形態によれば、
切替制御手段は、第１のサブ制御手段と第２サブ制御手段との両方を有し、
第１の無線システムで現に通信中のデータパケットのアプリケーションに応じて、第１のサブ制御手段又は第２のサブ制御手段のいずれか一方を選択することも好ましい。

本発明の無線端末又はコグニティブ基地局における他の実施形態によれば、
切替制御手段は、
周期的であって且つ許容遅延時間が短いデータパケットを転送するアプリケーションの場合、第１のサブ制御手段が選択され、
周期的であって且つ必要帯域が大きいデータパケットを転送するアプリケーションの場合、第２のサブ制御手段が選択される
ことも好ましい。

本発明の無線端末又はコグニティブ基地局における他の実施形態によれば、
リソース混雑度取得手段は、現に通信中の第１の無線システムにおける無線モジュール局の全リソースの全リソース混雑度に応じて空き帯域幅を更に算出し、
混雑度判定手段は、空き帯域幅が所定閾値以上であるか否かを判定し、
切替制御手段は、空き帯域幅が所定閾値未満である場合にのみ、他の第２の無線システムにおける無線モジュール局の周期的リソースを予約すると共に、第１の無線システムから第２の無線システムへの切り替えを有効とするように制御する
ことも好ましい。

本発明の無線端末又はコグニティブ基地局における他の実施形態によれば、
異種無線システムは、
マクロセルとして、セルラ又はＥｖＤＯの無線システムがあり、
マイクロセルとして、ＬＴＥ、ＷｉＭＡＸ又はＰＨＳの無線システムがあり、
ピコセルとして、無線ＬＡＮの無線システムがあり、
無線端末又はコグニティブ基地局は、これら無線システムのいずれか複数の無線モジュール局と通信可能であることも好ましい。

本発明によれば、異なるセルサイズを有する異種無線システム毎の複数の無線モジュール局へデータパケットを送信すると共に、無線モジュール局を切替可能な無線端末又はコグニティブ基地局に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
無線システムは、無線リソース割当として、周期的リソース及び動的リソースを有しており、
現に通信中の第１の無線システムにおける無線モジュール局の全リソース混雑度を取得するリソース混雑度取得手段と、
全リソース混雑度が所定閾値以上であるか否かを判定する混雑度判定手段と、
全リソース混雑度が所定閾値未満である場合にのみ、他の第２の無線システムにおける無線モジュール局の周期的リソースを予約すると共に、第１の無線システムから第２の無線システムへの切り替えを有効とするように制御する切替制御手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする無線端末又はコグニティブ基地局用のプログラム。

本発明の無線システムの切替制御方法、無線端末、基地局及びプログラムによれば、全リソース混雑度が閾値以上の場合、無線システムの切替を無効にするか、又は、他方の無線システムの動的リソースへの切替を有効にする。これによって、異なる種類のリソースを同時に利用することができる無線システムについて、全リソース混雑度が閾値以上である場合、周期的に確保されるリソースをできる限り無駄に確保することなく、無線システムを切り替えることができる。

無線システムにおけるリソースブロックの構成図である。 対象となるシステム構成図である。 無線端末及びコグニティブ基地局の基本的な機能構成図である。 本発明における概念的なリソースの説明図である。 本発明における２つのサブ制御機能を表す説明図である。 本発明における無線端末及びコグニティブ基地局の機能構成図である。 本発明のフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

１つの無線システムに、異なる種類のリソースブロックが備えられ、１つの無線端末が、複数のリソースブロックを同時に利用することができる高速伝送方式がある。例えば、３ＧＰＰによれば、ＬＴＥ(Long Term Evolution)方式が規定されている。この方式は、Ｗ−ＣＤＭＡ（ワイドバンド符号分割多重接続）方式、ＨＳＤＰＡ（高速ダウンリンクパケットアクセス）方式、ＨＳＵＰＡ（高速アップリンクパケットアクセス）方式等の後継として規定されたものである。ＬＴＥ方式によれば、下りリンクについてはＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式が用いられ、上りリンクについてはＳＣ−ＦＤＭＡ(Single-Carrier Frequency Division Multiple Access)方式が用いられる。

例えばＬＴＥ方式によれば、異なる種類の無線リソースは、多数の無線端末によって共有される。無線リソースとしては、サブ（周波数）チャネル及び時間スロットが動的に割り当てられる動的リソース(Dynamic resource)と、サブチャネル及び時間スロットが周期的に予約して割り当てられる周期的リソース(Persistent resource)とが規定されている。周期的リソースの場合、送信元の通信装置が、無線システムに対して、リソース割当メッセージを送信する必要がない。

図１は、無線システムにおけるリソースブロックの構成図である。

リソースブロックは、時間方向に連続する複数の時間スロットの各々を、サブチャネル毎に区分して構成されている。送信元となる無線端末又はコグニティブ基地局は、データパケットをいずれのリソースブロックに割り当てるかをスケジューリングする。

図１によれば、縦軸に、サブチャネルが表され、横軸に、時間タイミング（例えば１ｍｓ）としての時間スロットが表されている。ここで、時間スロットは、複数個のインタレースＩＤの繰り返しによって表される。図１によれば、８つの時間スロット毎に、インタレースＩＤが繰り返されている。インタレースＩＤは、Ｈ−ＡＲＱ(Hybrid - Automatic Repeat reQuest)の再送間隔に基づいて決定される（例えば非特許文献２参照）。

ここで、無線リソースの割当について、スループット特性（伝送帯域、伝送速度）の向上と、周期的なデータ送信量の増大とは、相反する関係にある。フェージング（電波レベルの強弱に影響を与える事象）に追従して、そのフェージングピッチがピークになるタイミングで、集中的にトラフィックを送信することによって、スループット特性を向上させることができる。しかしながら、そのピークが訪れるタイミングは、周期的とは限らず、アプリケーションが要求する一定時間周期と一致するとも限らない。

一方で、ＶｏＩＰ(Voice over IP)のように、一定周期でパケットが発生する場合、無線リソースを予約して割り当てることができる。この場合、スループット特性は低下するものの、フェージングピッチの変動に関わらず、リソース割当メッセージを送信することなく、周期的に無線リソースが割り当てられる。

従って、許容遅延時間が短いデータパケット（例えばＶｏＩＰ）は「周期的リソース」に割り当て、必要帯域が大きいデータパケット（例えばストリーミング）は「動的リソース」に割り当てるのが好ましい（例えば非特許文献２参照）。周期的リソースによれば、リソース割当メッセージを要することなく、予定周期のリソースブロックを予約して確保することができる。一方で、動的リソースによれば、リソース割当メッセージを要するが、大きい必要帯域を確保することができる。

図２は、対象となるシステム構成図である。

図２によれば、無線端末１は、複数の無線モジュール局２と通信可能であって、複数の無線モジュール局２は、コグニティブ基地局３に収容されている。図２によれば、無線モジュール局として、マクロセル無線モジュール局２１と、マイクロセル無線モジュール局２２と、ピコセル無線モジュール局２３とに分類されている。同種の無線モジュール局は、互いに干渉することなく配置され、異種の無線モジュール局は、通信エリアとして重畳的に配置される。

マクロセル無線モジュール局２１は、例えば、最も広域の通信エリアをカバーするセルラ又はＥｖＤＯのような無線システムを用いて通信する。また、マイクロセル無線モジュール局２２は、例えば、マクロセルよりも狭い範囲の通信エリアをカバーするＬＴＥ、ＷｉＭＡＸ(IEEE802.16)又はＰＨＳのような無線システムを用いて通信する。更に、ピコセル無線モジュール局２３は、例えば、マイクロセルよりも狭い通信エリアをカバーする無線ＬＡＮ(IEEE802.11)のような無線システムを用いて通信する。全ての無線モジュール局２は、通信回線（例えば光ファイバ）を介して、コグニティブ基地局３に接続される。

図１によれば、１つのマクロセル無線モジュール局２１によってカバーされる通信エリア内に、ピコセル及びマイクロセルが配置されている。複数の無線モジュール局２を制御することによって、サービスエリア全体における周波数利用効率を向上させることができる。具体的には、現在使用中の無線システムの通信品質が悪化した場合（例えばリソース混雑度が高まった場合）、通信品質が良好な他の無線システムに切り替えることができる。

図３は、無線端末及びコグニティブ基地局の基本的な機能構成図である。無線端末１及びコグニティブ基地局３は、本発明の本質的部分については同じ機能構成を有する。

無線端末１は、複数の無線モジュール局２と通信可能であって、上りリンクのデータパケットについて、無線モジュール局を切替可能である。図３によれば、無線端末１は、複数のモジュール１０と、無線システム切替部（スイッチ）１１と、仮想ＭＡＣ副層部１２と、データ送受信部１３とを有する。

モジュール１０は、例えばマクロセル無線モジュール、マイクロセル無線モジュール及びピコセル無線モジュールである。モジュールは、ハードウェア的モジュール素子であってもよいし、ソフトウェア無線技術によって構成されるものであってもよい。

無線システム切替部１１は、複数のモジュール１０を収容し、リンクフレームの分配先である無線モジュール局を切り替えることができる。仮想ＭＡＣ(Media Access Control)副層部１２は、無線システム切替部１１の上位層として備えられる。これによって、異種無線システムの切り替えが、仮想ＭＡＣ副層より下のスイッチによって実行できる。そのため、異種無線システムの切り替えが、ネットワーク層の通信リンクに対して全く影響を及ぼさない。即ち、無線システムのセル間移動の際、ネットワーク層（見かけ上のリンク層）の切り替えが不要となる。仮想ＭＡＣ副層部１２は、データ送受信部１３に接続される。

コグニティブ基地局３は、無線端末１と同様に、無線モジュール局に接続される複数のモジュール３０と、無線システム切替部３１と、仮想ＭＡＣ副層部３２と、コアネットワークインタフェース部３３とを有する。コグニティブ基地局３の場合、仮想ＭＡＣ副層部１２は、コアネットワークインタフェース部３３を介してコアネットワークに接続される。

図４は、本発明における概念的なリソースの説明図である。

無線システムの「リソース混雑度」は、モバイル無線システムの場合、アクティブスロット率、ＭＡＣ割り当て率等によって規定することもできる。無線ＬＡＮの場合、IEEE802.11kによって標準化された無線時間占有率によって規定することもできる。

図４によれば、無線端末又はコグニティブ基地局は、異なる無線システムとしてモジュールＡ及びモジュールＢを有する。モジュールＡ及びモジュールＢは、周期的リソース及び動的リソースを有する。

従来技術（例えば非特許文献３参照）によれば、全リソース混雑度によって無線システムが切り替えられる。従って、図４の場合、そのデータパケットのアプリケーションが、周期的リソースに割り当てられるべきものである場合、そのデータパケットは、単に、全リソース混雑度が低い無線システムＢの周期的リソースへ割り当てられる。

しかしながら、無線システムの切替を有効にする場合、無線システム毎に、そのデータパケットに対して周期的リソースを確保する必要がある。この場合、通信中の無線システム以外の他方の無線システムの周期的リソースは、無駄に確保され続けることとなる。例えば、無線システムＡと無線システムＢとを、５０：５０の時間率で切り替えて用いる場合を想定する。この場合、各無線システムにおいて、予約された周期的リソース（Persistent resource）の１／２は無駄に確保され続けることとなる。周期的リソース割当の場合、周期的な伝送を優先するために、無線リソースの有効利用を制限することとなる。

そこで、本発明によれば、無線端末及びコグニティブ基地局は、図４のような２つのサブ制御機能を有する。

第１のサブ制御機能は、周期的であって且つ許容遅延時間が短いデータパケットを転送するアプリケーションの場合（例えばＶｏＩＰ）に選択される。図４によれば、現在通信中の無線システムについて、周期的リソースが確保されている。このとき、全リソース混雑度が判定閾値以上である場合、他の無線システムへの切替を無効とするように制御される。これによって、リソース混雑時には、現に通信中の無線システムと他の無線システムとの両方で、周期的リソースを二重に予約確保することを防ぐことができる。

一方で、全リソース混雑度が判定閾値以上である場合、他の無線システムの周期的リソースを確保した上で、その他の無線システムへの切替を有効とするように制御される。これによって、リソース非混雑時には、現に通信中の無線システムと他の無線システムとの両方で、周期的リソースを二重に予約確保し、無線システムの迅速な切替を可能とする。

第２のサブ制御機能は、周期的であって且つ必要帯域が大きいデータパケットを転送するアプリケーションの場合（例えばストリーミング）に選択される。図４によれば、現在通信中の無線システムについて、周期的リソースが確保されている。このとき、全リソース混雑度が判定閾値以上である場合、他の無線システムの動的リソースを確保した上で、その他の無線システムへの切替を有効とするように制御される。これによって、リソース混雑時に、現に通信中の無線システムから他の無線システムへ切り替える場合に、できる限り必要帯域を確保できるようにする。

一方で、全リソース混雑度が判定閾値以上である場合、第１のサブ制御機能と同様に制御される。

図５は、本発明における２つのサブ制御機能を表す説明図である。

判定テーブルＡによれば、無線システムＡは、判定閾値となる混雑度が３０％に設定されている。また、無線システムＡは、ＶｏＩＰのデータパケットを通信中であって、全リソース混雑度が、判定閾値以上の４０％となっている。この場合、図５によれば、第１のサブ制御機能における「判定閾値以上」の制御が実行される。

また、判定テーブルＡによれば、無線システムＢは、判定閾値となる混雑度が５０％に設定されている。また、無線システムＢは、ストリーミングのデータパケットを通信中であって、全リソース混雑度が、判定閾値以上の３０％となっている。この場合、図５によれば、第２のサブ制御機能における「判定閾値未満」の制御が実行される。

判定テーブルＢによれば、無線システムＡは、全リソース帯域幅が１００Ｍｂｐｓであって、判定空き帯域幅が７０Ｍｂｐｓに設定されている。また、無線システムＡは、ＶｏＩＰのデータパケットを通信中であって、全リソース混雑度が４０％となっている。そのため、空き帯域幅は６０Ｍｂｐｓ(=100Mbps-(100Mbps×40%))となり、判定空き帯域幅７０Ｍｂｐｓ未満となる。この場合、図５によれば、第１のサブ制御機能における「判定閾値未満」の制御が実行される。

また、判定テーブルＢによれば、無線システムＢは、全リソース帯域幅が５０Ｍｂｐｓであって、判定空き帯域幅が２５Ｍｂｐｓに設定されている。また、無線システムＢは、ストリーミングのデータパケットを通信中であって、全リソース混雑度が３０％となっている。そのため、空き帯域幅は３５Ｍｂｐｓ(=50Mbps-(50bps×30%))となり、判定空き帯域幅２５Ｍｂｐｓ以上となる。この場合、図５によれば、第２のサブ制御機能における「判定閾値以上」の制御が実行される。

図６は、本発明における無線端末及びコグニティブ基地局の機能構成図である。

図６によれば、無線端末１及びコグニティブ基地局３は、図３の機能構成に加えて、混雑度取得部１４と、混雑度判定部１５と、切替制御部１６とを更に有する。これら機能構成部は、無線端末又はコグニティブ基地局に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって実現される。

混雑度取得部１４は、現に通信中の無線システムにおける無線モジュール局の全リソース混雑度を取得する。「リソース混雑度」とは、無線システムの各リソースについて、許容通信量に対する実通信量によって表される。リソース混雑度は、各無線モジュール局から受信するものであってもよいし、無線端末自ら計測した通信品質（スループット、遅延等）を用いて導出したものであってもよい。無線システム毎に取得されたリソース混雑度は、混雑度判定部１５へ出力される。

混雑度判定部１５は、全リソース混雑度によって判定テーブルを更新し、全リソース混雑度が所定閾値以上であるか否かを判定する。判定結果は、切替制御部１６へ出力される。

切替制御部１６は、全リソース混雑度が所定閾値未満である場合にのみ、他の第２の無線システムにおける無線モジュール局の周期的リソースを予約すると共に、第１の無線システムから第２の無線システムへの切り替えを有効とするように、無線システム切替部１２を制御する。

特に、切替制御部１６は、全リソース混雑度が所定閾値以上である場合、２つのサブ制御部によって機能する。第１のサブ制御部は、他の無線システムへの切り替えを無効とするように制御すると共に、第１の無線システムにおける無線モジュール局との通信を継続する。また、第２のサブ制御部は、第２の無線システムにおける動的リソースを用いて、第２の無線システムにおける無線モジュール局への切り替えを有効とするように制御する。切替制御部１６は、第１の無線システムで現に通信中のデータパケットのアプリケーションに応じて、第１のサブ制御部又は第２のサブ制御部のいずれか一方を選択する。アプリケーションとしては、周期的であって且つ許容遅延時間が短いデータパケットを転送する場合、第１のサブ制御部が選択される。一方で、周期的であって且つ必要帯域が大きいデータパケットを転送する場合、第２のサブ制御部が選択される。
手段が選択される

尚、切替制御部１６について、全リソース混雑度と閾値とを比較して判定しているが、全リソース混雑度に基づく空き帯域幅と、閾値（判定空き帯域幅）とを比較するものであってもよい。

無線システム切替部１１は、切替制御部１６からの指示に応じて、データパケットに対する無線システムを切り替える。通信中のアプリケーションに基づくデータパケットが、周期的リソースに対応するか又は動的リソースに対応するかは、データパケットのポート番号、アプリケーション識別子、端末カテゴリ等を参照して決定される。「ポート番号ｘｘ：周期的リソース」「アプリケーション識別子ｙｙ：動的リソース」のように予め規定される。例えば無線ＬＡＮについては、IEEE802.11eに基づく品質保証を実現する標準規格がある。この場合、遅延に敏感なアプリケーションに基づくデータパケットは、周期的リソースに割り当てられる。

図７は、本発明のフローチャートである。

図７（ａ）によれば、リソース混雑度を収集し、判定テーブルを更新するフローチャートである。このフローは、周期的、混雑度の更新時、又は任意時点で実行され、リソース混雑度が更新される。このフローは、上りリンクのデータパケットについては無線端末が実行し、下りリンクのデータパケットについてはコグニティブ基地局が実行する。

（Ｓ７０１）無線モジュール局毎に、全リソース混雑度を取得する。
（Ｓ７０２）取得された全リソース混雑度によって、判定テーブルが更新される。

図７（ｂ）によれば、無線システムの切替を制御するフローチャートである。
（Ｓ７１０）通信中のデータパケットにおけるアプリケーションを判定する。
（Ｓ７１１）周期的であって且つ許容遅延時間が短いデータパケットを転送するアプリケーション（例えばＶｏＩＰ）の場合、全リソース混雑度が所定閾値以上であるか否かを判定する。
（Ｓ７１２）全リソース混雑度が判定閾値以上である場合、他の無線システムへの切替を無効とするように制御される。
（Ｓ７１３）全リソース混雑度が判定閾値未満である場合、他の無線システムの周期的リソースを確保する。
（Ｓ７１４）そして、他の無線システムへの切替を有効とするように制御される。

（Ｓ７２１）周期的であって且つ必要帯域が大きいデータパケットを転送するアプリケーション（例えばストリーミング）の場合、全リソース混雑度が所定閾値以上であるか否かを判定する。
（Ｓ７２２）全リソース混雑度が判定閾値以上である場合、他の無線システムへの切替を有効とするように制御される。他の無線システムへ切り替えられた場合、他の無線システムにおける動的リソースが使用される。
（Ｓ７２３）全リソース混雑度が判定閾値未満である場合、他の無線システムの周期的リソースを確保する。
（Ｓ７２４）そして、他の無線システムへの切替を有効とするように制御される。

尚、Ｓ７１１及びＳ７２１について、全リソース混雑度と閾値とを比較して判定しているが、全リソース混雑度に基づく空き帯域幅と、閾値（判定空き帯域幅）とを比較するものであってもよい。

以上、詳細に説明したように、本発明の異種無線システムの切替制御方法、無線端末、基地局及びプログラムによれば、全リソース混雑度が閾値以上の場合、無線システムの切替を無効にするか、又は、他方の無線システムの動的リソースへの切替を有効にする。これによって、異なる種類のリソースを同時に利用することができる無線システムについて、全リソース混雑度が閾値以上である場合、周期的に確保されるリソースをできる限り無駄に確保することなく、無線システムを切り替えることができる。

尚、本発明におけるコグニティブ通信システムによれば、ピコセルを宅内のホームネットワークとして配置し、更に重畳的にマイクロセルをＭＡＮとして配置し、更に重畳的にマクロセルをＷＡＮとして配置することができる。宅内のアクセスポイント（ピコセル無線モジュール局）は、光ファイバ又はＡＤＳＬ(Asymmetric Digital Subscriber Line)を介して、通信事業者のコグニティブ基地局に接続される。

前述した本発明の種々の実施形態において、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

本発明は、複数の無線端末と、これら無線端末との間で複数の無線モジュール局を介して通信するコグニティブ基地局とを有するシステムにおける無線システムの切り替えに適用できる。

１ 無線端末
２ 無線モジュール局
３ コグニティブ基地局
１０１ マクロセル無線モジュール
１０２ マイクロセル無線モジュール
１０３ ピコセル無線モジュール
１１、３１ 無線システム切替部
１２、３２ 仮想ＭＡＣ副層部
１３ データ送受信部
１４ 混雑度取得部
１５ 混雑度判定部
１６ 切替制御部
３３ コアネットワークインタフェース部
２１ マクロセル無線モジュール局
２２ マイクロセル無線モジュール局
２３ ピコセル無線モジュール局

Claims (13)

1. 異なるセルサイズを有する異種無線システム毎に配置され、無線端末と通信する複数の無線モジュール局と、該無線モジュール局を切り替えて無線端末と通信するコグニティブ基地局とを有するシステムにおける無線端末又はコグニティブ基地局の無線システムの切替制御方法において、
   前記無線システムは、無線リソース割当として、周期的リソース及び動的リソースを有しており、
   現に通信中の第１の無線システムにおける無線モジュール局の全リソース混雑度を取得する第１のステップと、
   前記全リソース混雑度が所定閾値以上であるか否かを判定する第２のステップと、
   前記全リソース混雑度が所定閾値未満である場合にのみ、他の第２の無線システムにおける無線モジュール局の周期的リソースを予約すると共に、第１の無線システムから第２の無線システムへの切り替えを有効とするように制御する第３のステップと
   を有することを特徴とする無線システムの切替制御方法。
2. 第３のステップについて、前記全リソース混雑度が所定閾値以上である場合、
   他の無線システムへの切り替えを無効とするように制御すると共に、第１の無線システムにおける無線モジュール局との通信を継続する第１の制御ステップか、
   又は、第２の無線システムにおける動的リソースを用いて、第２の無線システムにおける無線モジュール局への切り替えを有効とするように制御する第２の制御ステップ
   のいずれか一方を実行することを特徴とする請求項１に記載の無線システムの切替制御方法。
3. 第３のステップについて、第１の無線システムで現に通信中のデータパケットのアプリケーションに応じて、第１の制御ステップ又は第２の制御ステップのいずれか一方を選択することを特徴とする請求項２に記載の無線システムの切替制御方法。
4. 第３のステップについて、
   周期的であって且つ許容遅延時間が短いデータパケットを転送するアプリケーションの場合、第１の制御ステップが選択され、
   周期的であって且つ必要帯域が大きいデータパケットを転送するアプリケーションの場合、第２の制御ステップが選択される
   ことを特徴とする請求項３に記載の無線システムの切替制御方法。
5. 第１のステップについて、現に通信中の第１の無線システムにおける無線モジュール局の全リソースの全リソース混雑度に応じて空き帯域幅を更に算出し、
   第２のステップについて、前記空き帯域幅が所定閾値以上であるか否かを判定し、
   第３のステップについて、前記空き帯域幅が所定閾値未満である場合にのみ、他の第２の無線システムにおける無線モジュール局の周期的リソースを予約すると共に、第１の無線システムから第２の無線システムへの切り替えを有効とするように制御する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無線システムの切替制御方法。
6. 前記異種無線システムは、
   マクロセルとして、セルラ又はＥｖＤＯ(Evolution Data Only)の無線システムがあり、
   マイクロセルとして、ＬＴＥ(Long Term Evolution)、ＷｉＭＡＸ(Worldwide Interoperability for Microwave Access, IEEE802.16)又はＰＨＳ(Personal Handyphone System)の無線システムがあり、
   ピコセルとして、無線ＬＡＮ(Local Area Network, IEEE802.11)の無線システムがあり、
   前記無線端末又は前記コグニティブ基地局は、これら無線システムのいずれか複数の無線モジュール局と通信可能であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の無線システムの切替制御方法。
7. 異なるセルサイズを有する異種無線システム毎の複数の無線モジュール局へデータパケットを送信すると共に、前記無線モジュール局を切替可能な無線端末又はコグニティブ基地局において、
   前記無線システムは、無線リソース割当として、周期的リソース及び動的リソースを有しており、
   現に通信中の第１の無線システムにおける無線モジュール局の全リソース混雑度を取得するリソース混雑度取得手段と、
   前記全リソース混雑度が所定閾値以上であるか否かを判定する混雑度判定手段と、
   前記全リソース混雑度が所定閾値未満である場合にのみ、他の第２の無線システムにおける無線モジュール局の周期的リソースを予約すると共に、第１の無線システムから第２の無線システムへの切り替えを有効とするように制御する切替制御手段と
   を有することを特徴とする無線端末又はコグニティブ基地局。
8. 前記切替制御手段は、
   前記全リソース混雑度が所定閾値以上である場合、
   他の無線システムへの切り替えを無効とするように制御すると共に、第１の無線システムにおける無線モジュール局との通信を継続する第１のサブ制御手段か、
   又は、第２の無線システムにおける動的リソースを用いて、第２の無線システムにおける無線モジュール局への切り替えを有効とするように制御する第２のサブ制御手段
   のいずれか一方を実行することを特徴とする請求項７に記載の無線端末又はコグニティブ基地局。
9. 前記切替制御手段は、第１のサブ制御手段と第２サブ制御手段との両方を有し、
   第１の無線システムで現に通信中のデータパケットのアプリケーションに応じて、第１のサブ制御手段又は第２のサブ制御手段のいずれか一方を選択することを特徴とする請求項８に記載の無線端末又はコグニティブ基地局。
10. 前記切替制御手段は、
    周期的であって且つ許容遅延時間が短いデータパケットを転送するアプリケーションの場合、第１のサブ制御手段が選択され、
    周期的であって且つ必要帯域が大きいデータパケットを転送するアプリケーションの場合、第２のサブ制御手段が選択される
    ことを特徴とする請求項９に記載の無線端末又はコグニティブ基地局。
11. 前記リソース混雑度取得手段は、現に通信中の第１の無線システムにおける無線モジュール局の全リソースの全リソース混雑度に応じて空き帯域幅を更に算出し、
    前記混雑度判定手段は、前記空き帯域幅が所定閾値以上であるか否かを判定し、
    前記切替制御手段は、前記空き帯域幅が所定閾値未満である場合にのみ、他の第２の無線システムにおける無線モジュール局の周期的リソースを予約すると共に、第１の無線システムから第２の無線システムへの切り替えを有効とするように制御する
    ことを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の無線端末又はコグニティブ基地局。
12. 前記異種無線システムは、
    マクロセルとして、セルラ又はＥｖＤＯの無線システムがあり、
    マイクロセルとして、ＬＴＥ、ＷｉＭＡＸ又はＰＨＳの無線システムがあり、
    ピコセルとして、無線ＬＡＮの無線システムがあり、
    前記無線端末又は前記コグニティブ基地局は、これら無線システムのいずれか複数の無線モジュール局と通信可能であることを特徴とする請求項６から１１のいずれか１項に記載の無線端末又はコグニティブ基地局。
13. 異なるセルサイズを有する異種無線システム毎の複数の無線モジュール局へデータパケットを送信すると共に、前記無線モジュール局を切替可能な無線端末又はコグニティブ基地局に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
    前記無線システムは、無線リソース割当として、周期的リソース及び動的リソースを有しており、
    現に通信中の第１の無線システムにおける無線モジュール局の全リソース混雑度を取得するリソース混雑度取得手段と、
    前記全リソース混雑度が所定閾値以上であるか否かを判定する混雑度判定手段と、
    前記全リソース混雑度が所定閾値未満である場合にのみ、他の第２の無線システムにおける無線モジュール局の周期的リソースを予約すると共に、第１の無線システムから第２の無線システムへの切り替えを有効とするように制御する切替制御手段と
    してコンピュータを機能させることを特徴とする無線端末又はコグニティブ基地局用のプログラム。

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