JP2012029063A

JP2012029063A - 無線端末装置及び制御方法

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Publication number: JP2012029063A
Application number: JP2010166238A
Authority: JP
Inventors: 永麗 ▲シュウ▼; Eirei Shu
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2030-07-23
Also published as: JP5524750B2

Abstract

【課題】効率的に通信リソースを使用できる無線端末装置及び制御方法を提供すること。
【解決手段】データパケットを基地局との間で伝送する際に、トークンバケット方式による伝送量の抑制処理を実行可能な携帯電話機１は、複数の基地局のいずれかを選択して通信を確立する通信部６０と、通信を確立した基地局から取得した識別情報により、当該基地局が特定の基地局であるか否かを判定する判定部３１と、トークンバケット方式におけるトークンレートを制御するトークン制御部３２と、を備え、トークン制御部３２は、データパケットの伝送中に、通信を確立した基地局が特定の基地局であると判定された場合、抑制処理を行っていれば当該抑制処理を停止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、データパケットを基地局との間で伝送する際に、トークンバケット方式による伝送量の抑制処理を実行可能な無線端末装置及びその制御方法に関する。

従来、ＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）等の端末に接続されて、又は単独で無線通信を行う無線端末装置が知られている。また、このような無線端末装置において、ネットワークのリソースを使いすぎないように、通信速度（スループット）を制御するトークンバケットと呼ばれる方式がある。

トークンバケット機構は、入力されたパケットを蓄積するパケットバッファと、トークンを蓄積するトークンバッファ（トークンバケット）とを備える。トークンバッファに規定量のトークンが溜まるとパケットバッファからパケットが出力され、トークンバッファのトークンが減少する。このように、外部ネットワークへ出力されるパケットのスループットは、単位時間当たりにトークンバッファにトークンが補充される量（トークンレート）によって制御される。このトークンレートは、所定のパラメータとネットワーク環境によって動的に変化し、ネットワークが混雑している時は低く、空いている時は高く調整される。

例えば、特許文献１では、トークンの増減状態に基づく所定のタイミングで、パケットのスループットに基づいてトークンレートを算出する方法が提案されている。

特開２００７−２２１５２９号公報

ところで、無線端末装置は、屋外では、通信事業者の無線リソースを利用する公衆網によりインターネットと接続し、屋内では、有線リソースを利用するローカル網によりインターネットと接続することもできる。例えば、フェムトセルと呼ばれる狭域セルを構成する特定の基地局は、ローカル網であるブロードバンド回線等を使用して音声又はデータ通信を行う。したがって、無線端末装置は、屋内に移動して特定の基地局と通信する際には、少数の無線端末装置でローカル網を独占することにより、高速通信が可能となる。

しかしながら、上述のトークンバケット方式では、特定の端末が通信リソースを使いすぎないように、スループットが制限される。すると、無線端末装置は、ローカル網を使用する環境に移動した場合に、スループットの上昇が抑制されてしまっていた。

本発明は、効率的に通信リソースを使用できる無線端末装置及び制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る無線端末装置は、データパケットを基地局との間で伝送する際に、トークンバケット方式による伝送量の抑制処理を実行可能な無線端末装置であって、複数の基地局のいずれかを選択して通信を確立する通信部と、前記通信を確立した基地局から取得した識別情報により、当該基地局が特定の基地局であるか否かを判定する判定部と、前記トークンバケット方式におけるトークンレートを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、データパケットの伝送中に、前記判定部により前記通信を確立した基地局が前記特定の基地局であると判定された場合、前記抑制処理を行っていれば当該抑制処理を停止する。

また、前記制御部は、前記抑制処理を停止する際に、送出用のパケットバッファにデータパケットが存在する場合、前記抑制処理を停止する前に前記トークンレートを上昇させることが好ましい。

また、前記制御部は、前記トークンレートを段階的に上昇させることが好ましい。

また、前記制御部は、前記基地局から取得するネットワークの混雑状況を示すデータに応じて、前記トークンレートの上昇率を決定することが好ましい。

また、前記制御部は、前記送出用のパケットバッファにデータパケットがなくなると、前記抑制処理を停止することが好ましい。

また、前記制御部は、前記抑制処理を停止した後に、前記判定部により、前記通信を確立した基地局が前記特定の基地局でないと判定された場合、前記トークンレートを所定値に設定し、前記抑制処理を再開することが好ましい。

また、前記通信部は、広域セルを提供する第１種基地局と、当該第１種基地局よりも狭い狭域セルを提供する第２種基地局との双方と通信可能であり、前記特定の基地局は、前記第２種基地局であることが好ましい。

本発明に係る制御方法は、データパケットを基地局との間で伝送する際に、トークンバケット方式による伝送量の抑制処理を実行可能な無線端末装置の制御方法であって、複数の基地局のいずれかを選択して通信を確立する通信確立ステップと、前記通信を確立した基地局から取得した識別情報により、当該基地局が特定の基地局であるか否かを判定する判定ステップと、前記トークンバケット方式におけるトークンレートを制御する制御ステップと、を含み、前記制御ステップにおいては、データパケットの伝送中に、前記判定ステップで前記通信を確立した基地局が前記特定の基地局であると判定された場合、前記抑制処理を行っていれば当該抑制処理を停止する。

本発明によれば、無線端末装置において、効率的に通信リソースを使用できる。

本発明の実施形態に係る携帯電話機の外観斜視図である。本発明の実施形態に係る携帯電話機の機能構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係るトークンバケット機構における上りデータフローの構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る携帯電話機が基地局を介してインターネットと接続される形態を例示する図である。本発明の実施形態に係る第１制御パターンによるスループットの変化を示す図である。本発明の実施形態に係る第２制御パターンによるスループットの変化を示す図である。本発明の実施形態に係る携帯電話機の制御部における処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。本発明に係る無線端末装置は、データパケットを基地局との間で伝送する際に、トークンバケット方式による伝送量の抑制処理を実行可能な装置であり、本実施形態では、無線端末装置の一例として、携帯電話機１を説明する。

図１は、本実施形態に係る携帯電話機１の外観斜視図である。
携帯電話機１は、操作部側筐体２と、表示部側筐体３と、を備えて構成される。操作部側筐体２は、表面部１０に、操作部１１と、携帯電話機１の使用者が通話時や音声認識アプリケーションを利用時に発した音声が入力されるマイク１２と、を備えて構成される。操作部１１は、各種設定機能や電話帳機能やメール機能等の各種機能を作動させるための機能設定操作ボタン１３と、電話番号の数字やメールの文字等を入力するための入力操作ボタン１４と、各種操作における決定やスクロール等を行う決定操作ボタン１５と、から構成されている。

また、表示部側筐体３は、表面部２０に、各種情報を表示するための表示部２１と、通話の相手側の音声を出力するレシーバ２２と、を備えて構成されている。

また、操作部側筐体２の上端部と表示部側筐体３の下端部とは、ヒンジ機構４を介して連結されている。また、携帯電話機１は、ヒンジ機構４を介して連結された操作部側筐体２と表示部側筐体３とを相対的に回転することにより、操作部側筐体２と表示部側筐体３とが互いに開いた状態（開放状態）にしたり、操作部側筐体２と表示部側筐体３とを折り畳んだ状態（折畳み状態）にしたりできる。

図２は、本実施形態に係る携帯電話機１の機能構成を示すブロック図である。
携帯電話機１は、制御部３０と、記憶部４０と、インタフェース部５０と、通信部６０と、トークンバケット機構７０とを備える。

制御部３０は、携帯電話機１の全体を制御しており、例えば、インタフェース部５０、通信部６０、トークンバケット機構７０等に対して所定の制御を行う。また、制御部３０は、通信部６０等から入力を受け付けて、各種処理を実行する。そして、制御部３０は、処理実行の際には、記憶部４０を制御し、各種プログラム及びデータの読み出し、並びにデータの書き込みを行う。なお、制御部３０が備える各部の機能は後述する。

記憶部４０は、例えば、ワーキングメモリを含み、制御部３０による演算処理に利用される。また、本実施形態では、後述の処理を実行するプログラムや各種データ等が記憶される。なお、記憶部４０は、着脱可能な外部メモリを兼ねていてもよい。

インタフェース部５０は、ＰＣ１００とデータパケットの送受信を行うインタフェースであり、ＰＣ１００から受信したパケットをトークンバケット機構７０へ入力し、トークンバケット機構７０から出力されたパケットをＰＣ１００へ送信する。

通信部６０は、所定の周波数帯（例えば、２ＧＨｚ帯や８００ＭＨｚ帯等）で複数の基地局のいずれかを捕捉して通信を確立する。そして、通信部６０は、アンテナ６１より受信した信号を復調処理し、処理後の信号をトークンバケット機構７０に供給し、また、トークンバケット機構７０から供給された信号を変調処理し、アンテナ６１から基地局へ送信する。

トークンバケット機構７０は、トークンバケット方式により、ＰＣ１００から外部ネットワーク（基地局）への上りデータフローと、外部ネットワーク（基地局）からＰＣ１００への下りデータフローとのパケットのスループットを制御する。

図３は、本実施形態に係るトークンバケット機構７０における上りデータフローの構成を示すブロック図である。

まず、ＰＣ１００からの入力パケットは、パケットバッファ７１に蓄えられる。また、一定（例えば、３０ｍｓｅｃ）間隔で、トークンバッファ７２にトークンが追加される。

トークンバケット機構７０は、充分な量のトークンがトークンバッファ７２にあれば、パケットバッファ７１に蓄えられているパケットを外部ネットワークへ出力し、トークンバッファ７２のトークンを減少させる。また、トークンバッファ７２のトークンがなくなると、トークンが溜まるまでパケットは出力されず、パケットバッファ７１に溜まり続ける。

なお、トークンバケット機構７０における下りデータフローの構成も同様であり、この場合、図３の「ＰＣ１００からの入力」は「ネットワークからの入力」と読み替えられ、「ネットワークへの出力」は「ＰＣ１００への出力」と読み替えられる。

図２に戻り、本実施形態に係る制御部３０の各部の機能を詳述する。
制御部３０は、判定部３１と、トークン制御部３２とを備える。

判定部３１は、通信を確立した基地局から取得したメッセージに含まれるシステム識別番号（ＳＩＤ、ＳｙｓｔｅｍＩＤ）及びネットワーク識別番号（ＮＩＤ、ＮｅｔｗｏｒｋＩＤ）を取得する。判定部３１は、これらの識別番号により、通信を確立した基地局が特定の基地局であるか否かを判定する。一例として、本実施形態では、判定部３１は、基地局がフェムトセルを構成するものであるか否かを判定する。

トークン制御部３２は、通信状況に応じて、トークンバケット機構７０におけるトークンレートを制御する。

具体的には、トークン制御部３２は、例えば、以下の計算方法（１）又は（２）により、トークンレートを決定する。

（１）簡易計算の場合
トークン制御部３２は、トークンの減少状態が終了した時点でのスループット、又はトークン減少状態での最大スループットを取得し、この取得したスループットに許容係数を乗じた値を、更新後のトークンレートとして決定する。
なお、入力スループットに対してトークンレートに許容する割合を許容係数と呼び、許容係数は、予め設定され、記憶部４０に記憶されている。

また、トークン制御部３２は、トークンの増加状態が始まった時点から一定時間が経過した時のスループット、又はこの間の最大スループットを取得し、この取得したスループットに許容係数を乗じた値を、更新後のトークンレートとして決定する。

（２）指数平滑化平均処理の場合
トークン制御部３２は、トークンの減少状態中に定期的にサンプリングしたスループットに対して指数平滑化平均処理を行う。トークン制御部３２は、トークンの減少状態が終了した時点で、指数平滑化平均処理後の最大値又は最後の値を取得し、この取得した値に許容係数を乗じた値を、更新後のトークンレートとして決定する。

ここで、スループットのｎ番目のサンプル値Ｘ_ｎが時刻ｔ_ｎで得られたとすると、指数平滑化平均処理後の値Ａ_ｎは、
Ａ_ｎ＝（１−Ｃ）Ａ_ｎ−１＋ＣＸ_ｎ
Ｃ＝１−ｅｘｐ（−１／Ｔ）Δｔ
Δｔ＝ｔ_ｎ−ｔ_ｎ−１
として求められる。なお、Ｔは任意の定数である。

また、トークン制御部３２は、トークンの増加状態中に定期的にサンプリングしたスループットに対して指数平滑化平均処理を行う。トークン制御部３２は、トークンの増加状態が始まった時点から一定時間が経過した時点で、指数平滑化平均処理後の最大値又は最後の値を取得し、この取得した値に許容係数を乗じた値を、更新後のトークンレートとして決定する。

ここで、携帯電話機１は、通信部６０を介してデータ通信を行いつつ、位置登録先の基地局を変更（ハンドオフ）する場合がある。
図４は、本実施形態に係る携帯電話機１が基地局を介してインターネットと接続される形態を例示する図である。

例えば、携帯電話機１は、屋外では、マクロセル（広域セル）を提供するマクロ基地局２００（第１種基地局）に位置登録して、通信事業者の無線リソースを使用する公衆網２１０を経由してインターネット４００と接続する。一方、屋内では、マクロセルよりも狭いフェムトセル（狭域セル）を提供するフェムト基地局３００（第２種基地局）に位置登録（ハンドオフ）して、ローカル網リソースを占有し、ブロードバンドルータ３１０を経由してインターネット４００と接続する。
このように、携帯電話機１は、マクロ基地局２００からフェムト基地局３００へハンドオフすると、より高速なデータ通信が可能となるため、スループットの向上を図ることができる。

そこで、トークン制御部３２は、判定部３１により、通信を確立した基地局が特定の基地局（フェムト基地局３００）であると判定された場合、トークンバケット方式の停止状態へ移行する。すなわち、トークン制御部３２は、トークンバケット機構７０によるスループットの制御を停止させ、制限されていたスループットを向上させる。

また、トークン制御部３２は、トークンバケット方式の停止状態へ移行する際に、送出用のパケットバッファ７１にデータパケットが存在する場合、トークンバケット方式を停止する前に、トークンレートを上昇させて、データパケットの損失を防ぐ。

＜第１制御パターン＞
図５は、本実施形態に係る第１制御パターンによるスループットの変化を示す図である。

時刻ｔ１において、判定部３１により、特定の基地局へハンドオフしたと判定されると、トークン制御部３２は、パケットバッファ７１にあるデータパケットを送出するために、トークンバッファ７２にトークンを強制追加する。

すると、出力スループットは急上昇し（ｃ）、時刻ｔ２において、パケットバッファ７１のデータパケットがなくなると、出力スループットは低下する（ｂ）。
以降、トークン制御部３２は、送出用のパケットバッファ７１にデータパケットがなくなると、トークンバケット方式によるスループットの制御を停止するので、出力スループットは、ハンドオフ前（ａ）よりも高い値（ｂ）に落ち着く。

＜第２制御パターン＞
第１制御パターンの場合、トークン制御部３２は、トークンの強制追加により、出力スループットを急上昇させるため、ハンドオフ先のフェムトセルにおいて輻輳が発生し、ルータによってデータパケットが破棄される場合がある。

そこで、トークン制御部３２は、トークンバッファ７２へ追加するトークンレートを段階的に上昇させる。
図６は、本実施形態に係る第２制御パターンによるスループットの変化を示す図である。

トークン制御部３２は、一定周期（例えば、３０ｍｓｅｃ）ごとにトークンレートを再計算する。具体的には、トークン制御部３２は、再計算の度に、前回のトークンレートに所定の係数（１＋Ｒ）を乗じて算出する。ここで、Ｒは、０より大きい値として、適宜設定可能である。

例えば、トークン制御部３２は、基地局から、ネットワークの混雑状況を示すデータとして、ＳｌｏｔＲａｔｉｏを取得し、この値が大きいほど、トークンレートの上昇率Ｒが大きくなるように決定する。なお、ＳｌｏｔＲａｔｉｏとは、基地局が有する通信リソースのうち、対象の携帯電話機１が使用可能な割り当て率を示す０以上１以下の値である。例えば、「ＳｌｏｔＲａｔｉｏ＝０」は、通信ができない状態であり、「ＳｌｏｔＲａｔｉｏ＝１」は、通信リソースを占有している状態である。

時刻ｔ１において、判定部３１により、特定の基地局へハンドオフしたと判定されると、トークン制御部３２は、トークンレートを段階的に上昇させ、これに従って出力スループットも段階的に上昇する。

そして、時刻ｔ３において、出力スループットが（ｄ）まで上昇してパケットバッファ７１のデータパケットがなくなると、出力スループットは低下する（ｂ）。
以降、トークン制御部３２は、送出用のパケットバッファ７１にデータパケットがなくなると、トークンバケット方式によるスループットの制御を停止するので、出力スループットは、ハンドオフ前（ａ）よりも高い値（ｂ）に落ち着く。

その後、トークン制御部３２は、トークンバケット方式の停止状態であるときに、判定部３１により、ハンドオフして通信を確立した基地局が特定の基地局でないと判定された場合、トークンレートを初期値に設定し、トークンバケット方式の処理を再開する。

図７は、本実施形態に係る携帯電話機１の制御部３０における処理を示すフローチャートである。本処理は、携帯電話機１がデータ通信中にハンドオフして通信を確立したことを契機に実行される。

ステップＳ１において、制御部３０（判定部３１）は、ハンドオフした基地局からシステム識別番号及びネットワーク識別番号を取得し、この基地局がフェムトセルを構成している基地局であるか否かを判定する。制御部３０は、この判定がＹＥＳの場合、処理をステップＳ２に移し、判定がＮＯの場合、処理を終了する。

ステップＳ２において、制御部３０（トークン制御部３２）は、トークンバケット機構７０におけるパケットバッファ７１にデータパケットがあるか否かを判定する。制御部３０は、この判定がＹＥＳの場合、処理をステップＳ３に移し、判定がＮＯの場合、処理をステップＳ５に移す。

ステップＳ３において、制御部３０（トークン制御部３２）は、基地局から、ネットワークの混雑状況を示すデータとして、ＳｌｏｔＲａｔｉｏを取得する。

ステップＳ４において、制御部３０（トークン制御部３２）は、パケットバッファ７１のデータパケットを送出するため、トークンバッファ７２へ追加するトークンレートを再計算して上昇させる。そして、制御部３０は、処理をステップＳ２に戻し、パケットバッファ７１のデータパケットがなくなるまで、トークンレートを上昇させていく。

ステップＳ５において、制御部３０（トークン制御部３２）は、トークンバケット機構７０によるスループット制御を停止させ、出力スループットをフェムトセルにおける高速通信に追従させる。

以上のように、本実施形態によれば、携帯電話機１は、高速通信が可能な特定の基地局へハンドオフした場合に、トークンバケット方式によるデータパケットの伝送量の抑制処理が停止されるので、出力スループットの制限が緩和され、高速通信ができるようになるのに長時間を要することがなくなる。したがって、携帯電話機１は、データ通信中にハンドオフが発生した場合にも、効率的に通信リソースを使用できる。

また、携帯電話機１は、トークンバケット方式を停止する前に、トークンレートを上昇させてパケットバッファに存在するデータパケットを送出するので、未送出のデータパケットが破棄されるのを抑制できる。
さらに、このとき、携帯電話機１は、トークンレートを段階的に上昇させるので、ネットワークの輻輳を抑制し、データパケットが破棄されるのをさらに抑制できる。

また、携帯電話機１は、トークンレートの上昇率を、基地局から取得するＳｌｏｔＲａｔｉｏに応じて決定するので、ネットワークの混雑状況に応じて効率的に出力スループットを調整できる。

また、携帯電話機１は、未送出のデータパケットがなくなり次第、トークンバケット方式によるスループット制御を停止するので、データパケットの損失を抑制しつつ、早急に出力スループットを向上できる。

また、携帯電話機１は、トークンバケット方式の停止状態であるときに、フェムトセル以外の基地局へのハンドオフが発生した場合、トークンバケット方式によるスループット制御を再開する。したがって、携帯電話機１は、位置登録している基地局の種類に応じて出力スループットを調整でき、効率的に通信リソースを使用できる。

以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されることなく種々の形態で実施することができる。また、前述の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、前述のものに限定されない。

本実施形態では、無線端末装置の一例として、ＰＣ１００に接続される携帯電話機１を説明したが、本発明はこれに限られない。無線端末装置は、ＰＨＳ（登録商標；ＰｅｒｓｏｎａｌＨａｎｄｙｐｈｏｎｅＳｙｓｔｅｍ）の他、ＰＣカード、ＵＳＢ端末、車載通信モジュール等、無線データ通信機能を提供する様々な装置であってよい。
また、無線端末装置は、ＰＣ１００等の外部端末に接続されることなく、単独でデータパケットを送受信する機能を有していてもよい。

１携帯電話機（無線端末装置）
１１操作部
２１表示部
３０制御部
３１判定部
３２トークン制御部
４０記憶部
５０インタフェース部
６０通信部
６１アンテナ
７０トークンバケット機構
７１パケットバッファ
７２トークンバッファ
２００マクロ基地局（第１種基地局）
３００フェムト基地局（第２種基地局）

Claims

データパケットを基地局との間で伝送する際に、トークンバケット方式による伝送量の抑制処理を実行可能な無線端末装置であって、
複数の基地局のいずれかを選択して通信を確立する通信部と、
前記通信を確立した基地局から取得した識別情報により、当該基地局が特定の基地局であるか否かを判定する判定部と、
前記トークンバケット方式におけるトークンレートを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、データパケットの伝送中に、前記判定部により前記通信を確立した基地局が前記特定の基地局であると判定された場合、前記抑制処理を行っていれば当該抑制処理を停止する無線端末装置。
前記制御部は、前記抑制処理を停止する際に、送出用のパケットバッファにデータパケットが存在する場合、前記抑制処理を停止する前に前記トークンレートを上昇させる請求項１に記載の無線端末装置。
前記制御部は、前記トークンレートを段階的に上昇させる請求項２に記載の無線端末装置。
前記制御部は、前記基地局から取得するネットワークの混雑状況を示すデータに応じて、前記トークンレートの上昇率を決定する請求項２又は請求項３に記載の無線端末装置。
前記制御部は、前記送出用のパケットバッファにデータパケットがなくなると、前記抑制処理を停止する請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の無線端末装置。
前記制御部は、前記抑制処理を停止した後に、前記判定部により、前記通信を確立した基地局が前記特定の基地局でないと判定された場合、前記トークンレートを所定値に設定し、前記抑制処理を再開する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線端末装置。
前記通信部は、広域セルを提供する第１種基地局と、当該第１種基地局よりも狭い狭域セルを提供する第２種基地局との双方と通信可能であり、
前記特定の基地局は、前記第２種基地局である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の無線端末装置。
データパケットを基地局との間で伝送する際に、トークンバケット方式による伝送量の抑制処理を実行可能な無線端末装置の制御方法であって、
複数の基地局のいずれかを選択して通信を確立する通信確立ステップと、
前記通信を確立した基地局から取得した識別情報により、当該基地局が特定の基地局であるか否かを判定する判定ステップと、
前記トークンバケット方式におけるトークンレートを制御する制御ステップと、を含み、
前記制御ステップにおいては、データパケットの伝送中に、前記判定ステップで前記通信を確立した基地局が前記特定の基地局であると判定された場合、前記抑制処理を行っていれば当該抑制処理を停止する制御方法。