JP2013232878A - 無線基地局および無線基地局の輻輳回避方法 - Google Patents

無線基地局および無線基地局の輻輳回避方法 Download PDF

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Abstract

【課題】多くの無線端末が接続した場合においても輻輳状態を緩和して、各無線端末のサービス品質を向上させることのできる無線基地局を提供する。
【解決手段】無線基地局100は、接続無線端末数などから、現在の自局の輻輳コスト(CPU使用率など)を算出し、算出された輻輳コストの値と予め設定された基地局状態値とに基づいてHO decisionの基準値を変更する。無線基地局100は、無線端末200からMeasurement Reportにより通知された受信信号強度(RSSI)と、変更されたHO decisionの基準値とを比較してHO decisionを行い、HO decisionによってハンドオーバの対象となった無線端末にハンドオーバの処理を実行する。
【選択図】図3

Description

本発明は、無線基地局および無線基地局の輻輳回避方法に関する。
3GPP(Third Generation Partnership Project)で現在規格策定中のLTE(Long Term Evolution)などの無線通信システムでは、ハンドオーバ機能が定義されており、LTE同士に限らず様々な無線通信システムに対してハンドオーバすることが規定されている(例えば、非特許文献1参照)。
図7は、非特許文献1に記載されているLTEの無線通信システムでのハンドオーバのシーケンスを示す図である。LTEの無線通信システムでは、ハンドオーバは、基地局主導で実施される。つまり、基地局(Source eNB)は、無線端末(UE:User Equipment)にMeasurement Control(図7の1番)を通知し、無線端末(UE)からBroadcastされるMeasurement Report(図7の2番)を定期的に受信して、そのメッセージパラメータを基にして、無線端末(UE)をハンドオーバさせるべきかどうかを決定する。このハンドオーバ(HO)の契機を与える処理は“HO decision”(図7の3番)と呼ばれている。このHO decisionの設定パラメータに関する3GPPでの取り決めはなく、各ベンダー固有の条件によって設定できる処理となっている。HO decisionは、各ベンダーにより様々な条件設定が行われるが、基本的には電界強度やMeasurement Reportの隣接セルの基準信号受信電力(RSRP)などを基に判定されるものと考えられる。
HO decisionによって、無線端末(UE)をハンドオーバさせることが決定されると、ターゲット基地局(Target eNB)には“(RRC) Handover Request”(図7の4番)が送信され、ターゲット基地局(Target eNB)側でAdmission Control(図7の5番)が実施される。Admission Controlは、ネットワークリソースの状態を考慮する機能であり、ターゲット基地局(Target eNB)に無線端末(UE)を収容できるかどうかの判断材料として取り扱われる。ターゲット基地局(Target eNB)は、Admission Controlを実施して、ハンドオーバができる状態になっていれば、“(RRC) Handover Request Acknowledge”(図7の6番)に適切なパラメータを取り入れて、ソース基地局(Source eNB)に送信する。ターゲット基地局(Target eNB)は、ハンドオーバできない状態であると判断した場合は、“(RRC) Handover Request Acknowledge”にネガティブなパラメータを取り入れて、ソース基地局(Source eNB)に送信し、ハンドオーバを実施させないようにする。
3GPP Spec 36.300 8b0
ところで、基地局は、多くの無線端末が接続した場合、トラフィックが増大し、輻輳状態となる。この時、基地局側では十分な処理を行うことができないため、各無線端末は十分なサービス品質を得られない状況となる。
従来のLTE等の無線通信システムでは、無線端末のハンドオーバは、HO decisionの一律の基準に従って実施されることになっているため、基地局は、状況に応じた無線端末接続数を保持することができない。このため、基地局は輻輳状態になることがあり、基地局は、輻輳状態になっても、サービス品質を落としたまま運用が続けられることになっているため、各無線端末に提供するサービス品質が劣化することになる。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、多くの無線端末が接続した場合においても輻輳状態を緩和して、各無線端末のサービス品質を向上させることのできる無線基地局を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明にかかる無線基地局の構成は、無線端末と無線通信を行う無線基地局であって、自局の輻輳状態を表す輻輳コストを算出する輻輳コスト算出部と、算出された前記輻輳コストの値に基づいてHO decisionの基準値を変更するHO decision変更部とを備え、変更された前記HO decisionの基準値に基づいてHO decisionを行い、HO decisionによってハンドオーバの対象となった無線端末にハンドオーバの処理を実行することを特徴とする。
上記無線基地局は、予め基地局状態値を設定し、前記HO decisionの基準値の変更を、[基地局状態値]=[HO decision]×[輻輳コスト]の式に基づいて行うことが好ましい。
上記無線基地局は、前記HO decisionの基準値の変更を、前記輻輳コストと前記HO decisionの基準値との関係を表すテーブルを用いて行ってもよい。
上記輻輳コストは、データ流入量、接続ユーザ数、ベアラ数、CPU使用率などが考えられ、これらに限定される必要はない。
また、本発明にかかる無線基地局の他の構成は、無線端末と無線通信を行う無線基地局であって、近接基地局ごとにその負荷状況を取得する負荷状況取得部と、取得された近接基地局ごとの負荷状況に基づいて、それぞれの近接基地局に対するHO decisionの基準値を設定するHO decision設定部とを備え、設定されたそれぞれのHO decisionの基準値に基づいてHO decisionを行い、HO decisionによってハンドオーバの対象となった無線端末にハンドオーバの処理を実行することを特徴とする。
上記無線基地局は3GPP(Third Generation Partnership Project)に準拠しており、前記負荷状況取得部は、3GPPに規定されているResource Status ReportingのResource Status Updateによって前記負荷状況を取得することが好ましい。
また、本発明にかかる無線基地局の輻輳回避方法の構成は、自局の輻輳状態を表す輻輳コストを算出するステップと、算出された前記輻輳コストの値に基づいてHO decisionの基準値を変更するステップと、変更された前記HO decisionの基準値に基づいてHO decisionを行うステップと、HO decisionによってハンドオーバの対象となった無線端末にハンドオーバの処理を実行するステップとを含むことを特徴とする。
また、本発明にかかる無線基地局の輻輳回避方法の他の構成は、近接基地局ごとにその負荷状況を取得するステップと、取得された前記近接基地局ごとの負荷状況に基づいて、それぞれの近接基地局に対するHO decisionの基準値を設定するステップと、設定されたそれぞれの前記HO decisionの基準値に基づいてHO decisionを行うステップと、HO decisionによってハンドオーバの対象となった無線端末にハンドオーバの処理を実行するステップと、を含むことを特徴とする。
本発明は、自局または他局の輻輳状態に応じてHO decisionの基準値を動的に変更するため、多くの無線端末が接続した場合においても輻輳状態を緩和することができ、そのために各無線端末のサービス品質を向上させることができる。
また、本発明は、HO decisionの基準値を動的に変更することによって、無線基地局の状況に応じた接続無線端末数を保持することができるため、システム全体の基地局のロードバランスを実現することができる。
第1実施形態に係る無線基地局を含む無線通信システムの概略構成図である。 第1実施形態に係る無線基地局の概略構成を示す機能ブロック図である。 第1実施形態に係る無線基地局の動作を説明するフローチャートである。 第2実施形態に係る無線基地局の概略構成を示す機能ブロック図である。 第2実施形態に係る無線基地局を使用したLTEシステムでのハンドオーバのシーケンスを示す図である。 第2実施形態に係る無線基地局の動作を説明するフローチャートである。 LTEでのハンドオーバのシーケンスを示す図である。
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では、本発明を3GPPのLTEシステムに適用した場合について説明する。図1は、第1実施形態に係る無線基地局を含む無線通信システムの概略構成図である。図1に示す無線通信システムは、無線基地局(eNB)100と、無線端末(UE)200と、MME(Mobile Management Entity)310と、S−GW(Serving Gateway)320と、P−GW(Packet Data Network Gateway)330と、IMS(IP Multimedia Subsystem)400とを含んで構成される。図1に示す無線通信システムの例は、無線基地局を3つ含み、それぞれ、無線基地局100A、無線基地局100Bおよび無線基地局100Cとして表してある。なお、本実施の形態に係る無線通信システムにおいては、無線基地局は2つ以上の任意の数とすることができる。
無線基地局100は、無線端末200に対して、無線基地局100の周囲に存在する無線基地局について所定の測定を行うための設定を通知し、また、無線端末200から所定の測定結果を通知される。無線端末200は、無線基地局100を介して無線通信を行い、また、無線基地局100から通知された設定に基づいて、無線基地局100の周囲に存在する無線基地局についての所定の測定を行う。
MME310は、無線端末200の位置登録や着信時の無線端末呼び出し処理、および無線基地局100の間のハンドオーバといったモビリティ管理を行う。S−GW320は、音声やパケットなどのユーザデータを処理する。P−GW330は、IMS400とのインターフェースを有している。IMS400は、SIP(Session Initiation Protocol)を用いたマルチメディアサービスに対応した公衆通信網である。
図1において、無線基地局100A、無線基地局100Bおよび無線基地局100Cの間は、それぞれX2と呼ばれるインターフェースで接続される。MME310と、無線基地局100A、無線基地局100Bおよび無線基地局100Cとの間は、それぞれS1−MMEと呼ばれるインターフェースで接続される。S−GW320と、無線基地局100A、無線基地局100Bおよび無線基地局100Cとの間は、それぞれS1−Uと呼ばれるインターフェースで接続される。MME310と、S−GW320との間は、S11と呼ばれるインターフェースで接続される。S−GW320と、P−GW330との間は、S5と呼ばれるインターフェースで接続される。また、P−GW330と、IMS400との間は、SGiと呼ばれるインターフェースで接続される。
図2は、第1実施形態に係る無線基地局の概略構成を示す機能ブロック図である。無線基地局100は、無線通信部10と、制御部20と、IF(インターフェース)部30と、記憶部40を備えている。また、制御部20は、輻輳コスト算出部21と、HO decision変更部22を備えている。
無線通信部10は、無線端末200と無線通信を行う。IF部30は、LTEネットワークを介して、他の無線基地局との間でデータを送受信する。
輻輳コスト算出部21は、自局の輻輳状態を表す輻輳コストを算出する。HO decision変更部22は、算出された輻輳コストの値に基づいてHO decisionの基準値を変更する。制御部20は、HO decision変更部22にて変更したHO decisionの基準値と、無線端末200からMeasurement Reportにより通知された受信信号強度(RSSI)の値とを比較してHO decisionを行う。
記憶部40は、HO decision変更部22にて変更したHO decisionの基準値、および管理者により設定された基地局状態値を格納する。記憶部40には、後述する輻輳コストとHO decisionの基準値との関係を表すテーブルを格納するようにしてもよい。
図2に示す無線基地局の動作を説明する前に、本発明に係る無線基地局でポイントとなる“HO decision”、“輻輳コスト”、“基地局状態値”の3つのパラメータについて説明する。
<HO decision>
LTEにおいてハンドオーバが発生した場合、図7に示すようなシーケンスが実行される。ハンドオーバの実行にあたって、ソース基地局(Source eNB)が判断を行う処理は“HO decision”と呼ばれている。このパラメータ条件に抵触した無線端末200は、ハンドオーバの対象となり、図7に示すハンドオーバシーケンスが実行されることになる。また、この“HO decision”に関する詳細なパラメータ設定(基準値設定)は、3GPPによる厳密な規定が特になく、各ベンダーが固有のパラメータを設定する(基準とする)ことができるものとなっている。以降の例では、“HO decision”に受信信号強度(RSSI:Received Signal Strength Indicator)をベースとしたパラメータを設定するものとする。
<輻輳コスト>
本発明に係る無線基地局は、自局の輻輳状態を検出するための仕組みを保持していることとする。輻輳状態の検出は、PPS(Packet per Second)、データ流入量(BPS)、接続ユーザ数、接続ベアラ数、CPU使用率など、自局の輻輳状態を表す様々なパラメータを勘案して行われる。ここでは、輻輳状態の検出にCPU使用率を用いることとし、以下、検出条件の設定値を“輻輳コスト”と呼ぶ。
<基地局状態値>
管理者は、無線基地局の輻輳状態を管理するためのパラメータとして、“基地局状態値”を設定できるものとする。この設定値は、無線基地局の状態指針を示すパラメータ(固定値)であり、常に以下の等式を満たすものとする。
[基地局状態値]=[HO decisionの基準値]×[輻輳コスト]…(1)
一例として、基地局状態値=50(設定による固定値)、輻輳コストの値=0.8(80%)の場合、HO decisionの基準値(絶対値)は、50/0.8=62.5なので、RSSIが−62.5(dBm)を下回る無線端末200がハンドオーバの対象に設定されることになる。
図2に示す無線基地局は、上記した3つのパラメータを用いて輻輳制御を実現する。具体的には、接続無線端末数の増加などにより輻輳コストが上昇した時、無線基地局は、数式(1)によってHO decisionの基準値を変更できるものとする。HO decisionの基準値(絶対値)が小さく設定されると、接続無線端末は、ハンドオーバし易い環境が整うことになり、逆にHO decisionの基準値(絶対値)が大きく設定されると、接続無線端末は、ハンドオーバし難い環境が整うことになる。無線基地局は、ハンドオーバの発生により接続無線端末数が減少することになると、それに応じて輻輳コストも減少することが考えられる。そのため、各無線基地局は、基地局の状態に応じた接続数を保持することができるため、全体的なロードバランスを実現することが可能となる。
図3は、第1実施形態に係る無線基地局(Source eNB)の動作を説明するフローチャートである。
無線基地局100は、無線端末200からBroadcastされるMeasurement Reportを定期的に受信する(ステップS101)。次に、無線基地局100は、接続無線端末数などから、現在の輻輳コスト(CPU使用率)を算出し(ステップS102)、数式(1)に基づいて、現在の輻輳コストからHO decisionの基準値を算出する(ステップS103)。即ち、基地局状態値(例えば50)を輻輳コストの値(例えば0.8)で除算することによりHO decisionの値(62.5)を算出してHO decisionの基準値を−62.5dBmに変更する。
次に、無線基地局100は、無線端末200からMeasurement Reportにより通知された受信信号強度(RSSI)と、HO decisionの基準値(−62.5dBm)とを比較してHO decisionを行い(ステップS104)、HO decisionによって無線端末200をハンドオーバさせることを決定すると(ステップS104Yes)、ターゲット基地局(Target eNB)にHandover Requestを送信する(ステップS105)。
これ以降は、3GPPで規定されているハンドオーバシーケンスに基づいて、HO decisionによってハンドオーバの対象となった無線端末200にハンドオーバ処理が実行される。無線基地局100は、無線端末200のハンドオーバ処理により接続無線端末数が減少することによって、輻輳コストが減少する。
なお、輻輳コストの値の算出およびHO decisionの値の算出は、必ずしもMeasurement Report受信時に計算しなければならないわけではない。他に、タイマー制御により定期的(例えば、5分毎など)にHO decisionを見直す方法でもよい。また、現在の接続無線端末数、接続ベアラ数などの輻輳コストとHO decisionの基準値をテーブル(表1参照)で管理して、各ユーザ・ベアラ接続時にこのテーブルを用いてHO decisionを見直すなどの方法でもよい。
表1は、HO decisionの見直しに用いられる輻輳コスト(接続ベアラ数)とHO decisionの基準値との関係を表すテーブルの一例である。
Figure 2013232878

表1では、HO decisionの基準値が大きいほど、ハンドオーバが発生し易いことを示している。
図4は、第2実施形態に係る無線基地局の概略構成を示す機能ブロック図である。なお、第1実施形態と実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。無線基地局102は、無線通信部10と、制御部20と、IF(インターフェース)部30と、記憶部40を備えている。また、制御部20は、負荷状況取得部23と、HO decision設定部24を備えている。
負荷状況取得部23は、IF部30を通じて近接基地局ごとにその負荷状況を取得する。HO decision設定部24は、取得された近接基地局ごとの負荷状況に基づいて、それぞれの近接基地局に対するHO decisionの基準値を設定する。設定されたそれぞれの近接基地局に対するHO decisionの基準値は、記憶部40に格納される。すなわち、第2実施形態では、無線基地局(Source eNB)102は、近隣基地局ごとにそのHO decisionの基準値を管理・設定できるようにする。
基本的にHO decisionは共通の処理であって、従来、無線基地局(Source eNB)が近隣基地局ごとにHO decisionの基準値を管理・設定するような仕組みはない。また、ハンドオーバを実行するにあたり、ハンドオーバ先のターゲット基地局(Target eNB)の負荷状況を考慮することもない。一方、第2実施形態によれば、ハンドオーバ先のターゲット基地局(Target eNB)の負荷状況を踏まえてハンドオーバを実行するので、ロードバランス(負荷分散)を柔軟に実現することができる。以下、具体的に説明する。
図5は、第2実施形態に係る無線基地局を使用したLTEシステムでのハンドオーバのシーケンスを示す図である。3GPPでは、ハンドオーバ処理とは別にX2AP(X2 Application Protocol)の処理としてResource Status Reporting Initiationが定義されている。Resource Status Reporting InitiationのResource Status Request、Resource Status Responseにより、Resource Status ReportingのResource Status Updateの送信が開始される。
無線基地局(Source eNB)102は、それぞれの近接基地局からResource Status Updateと呼ばれるメッセージを取得することで、その近接基地局の負荷状況を取得することができる。詳しくは、”PRB(Physical Resource Block)”, “TNL(Transport Network Load)”, “HW(Hard Ware)”のそれぞれについて、負荷状況が4段階(LowLoad, MediumLoad, HighLoad, OverLoad)のいずれに当たるかを取得することができる。
Resource Status Update受信時の無線基地局が実行すべき処理について3GPPでは取り決めがなく、ベンダー(業者)に依存した処理を実行することが可能となっている。そのため第2実施形態では、無線基地局(Source eNB)102が、Resource Status Updateを受信して、これに含まれる負荷状況に基いてそれぞれの近接基地局に対するHO decisionの基準値を設定するようにする。なお、Resource Status Updateは、通常、Resource Status Reporting Initiationを実行することで近接基地局から定期的に送信されるが、近接基地局のパラメータが変化したタイミングで送信されるようにしてもよい。
図6は、第2実施形態に係る無線基地局(Source eNB)の動作を説明するフローチャートである。
無線基地局(Source eNB)102は、その負荷状況取得部23がそれぞれの近接基地局から送信されるResource Status Updateを定期的に取得する(ステップS110)。次に、無線基地局102は、Resource Status Updateに含まれる負荷状況から、HO decision設定部24がそれぞれの近接基地局に対するHO decisionの基準値を設定、変更する(ステップS112)。
例えば無線基地局102(HO decision設定部24)は通常のHO decisionの基準値を保持していて、近接基地局から受信したResource Status Updateに含まれる“HW(Hard Ware)”の負荷状況に応じて、下記の表2のように、通常のHO decisionの基準値に重み付けをする。そして、重み付けをしたものをその近接基地局のHO decisionの基準値として設定(再設定)する。
Figure 2013232878

“HW(Hard Ware)”の負荷状況に換えて、”PRB(Physical Resource Block)”, “TNL(Transport Network Load)”の負荷状況を用いてもよい。
なお、HO decisionの基準値の設定方法や計算方法は多数考えられる。したがって、当然ながらここに例示した重み付けをする方法以外のHO decisionの基準値の設定方法や計算方法を用いてもよい。
次に、無線基地局102は、無線端末200からMeasurement Reportを受信すると(ステップS101)、Measurement Reportにより通知された受信信号強度(RSSI)と、ステップS112にて設定、変更されたHO decisionの基準値とを比較してHO decisionを行う(ステップS104)。そして、HO decisionによって無線端末200をハンドオーバさせることを決定すると(ステップS104Yes)、ターゲット基地局(Target eNB)にHandover Requestを送信する(ステップS105)。
これ以降は、3GPPで規定されているハンドオーバシーケンスに基づいて、HO decisionによってハンドオーバの対象となった無線端末200にハンドオーバ処理が実行される。上述した第2実施形態によれば、無線基地局(Source eNB)102が近接基地局ごとにハンドオーバ実行基準を動的に設定、変更することによって、適切な基地局をハンドオーバ先として選定することができる。なお第2実施形態は、3GPPの処理を変更することなく、3GPPに準拠して実現することが可能である。
なお、上記のResource Status Updateから負荷状況を取得する方法はあくまでも例示であって、Resource Status Updateを用いずとも、無線基地局(Source eNB)102が近接基地局ごとにハンドオーバ実行基準を動的に設定、変更することは可能である。例えば、ハンドオーバを実行するときのHandover Forwarding Data転送量(合計量/単位時間)、単位時間あたりのHandover実行ユーザ数などを、無線基地局(Source eNB)102側で監視して、HO decisionの基準値を設定、変更してもよい。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
なお上述したように、“HO decision”に関する詳細なパラメータ設定(基準値設定)は、3GPPによる厳密な規定が特になく、各ベンダーが固有のパラメータを設定する(基準とする)ことができる。したがって、本発明の実施形態では“HO decision”に受信信号強度(RSSI:Received Signal Strength Indicator)をベースとしたパラメータを設定するものとして説明したが、これに限られる訳ではなく、RSSIはあくまで一例である。
100 無線基地局
200 無線端末
10 無線通信部
20 制御部
21 輻輳コスト算出部
22 HO decision変更部
23 負荷状況取得部
24 HO decision設定部
30 IF(インターフェース)部
40 記憶部
310 MME
320 S−GW
330 P−GW
400 IMS

Claims (8)

  1. 無線端末と無線通信を行う無線基地局であって、
    自局の輻輳状態を表す輻輳コストを算出する輻輳コスト算出部と、
    算出された前記輻輳コストの値に基づいてHO decisionの基準値を変更するHO decision変更部とを備え、
    変更された前記HO decisionの基準値に基づいてHO decisionを行い、HO decisionによってハンドオーバの対象となった無線端末にハンドオーバの処理を実行することを特徴とする無線基地局。
  2. 予め基地局状態値を設定し、前記HO decisionの基準値の変更を、[基地局状態値]=[HO decision]×[輻輳コスト]の式に基づいて行うことを特徴とする請求項1に記載の無線基地局。
  3. 前記HO decisionの基準値の変更を、前記輻輳コストと前記HO decisionの基準値との関係を表すテーブルを用いて行うことを特徴とする請求項1に記載の無線基地局。
  4. 前記輻輳コストは、データ流入量、接続ユーザ数、ベアラ数、CPU使用率のいずれかであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の無線基地局。
  5. 無線端末と無線通信を行う無線基地局であって、
    近接基地局ごとにその負荷状況を取得する負荷状況取得部と、
    取得された前記近接基地局ごとの負荷状況に基づいて、それぞれの近接基地局に対するHO decisionの基準値を設定するHO decision設定部とを備え、
    設定されたそれぞれの前記HO decisionの基準値に基づいてHO decisionを行い、HO decisionによってハンドオーバの対象となった無線端末にハンドオーバの処理を実行することを特徴とする無線基地局。
  6. 当該無線基地局は3GPP(Third Generation Partnership Project)に準拠しており、
    前記負荷状況取得部は、3GPPに規定されているResource Status ReportingのResource Status Updateによって前記負荷状況を取得することを特徴とする請求項5に記載の無線基地局。
  7. 自局の輻輳状態を表す輻輳コストを算出するステップと、
    算出された前記輻輳コストの値に基づいてHO decisionの基準値を変更するステップと、
    変更された前記HO decisionの基準値に基づいてHO decisionを行うステップと、
    HO decisionによってハンドオーバの対象となった無線端末にハンドオーバの処理を実行するステップと、
    を含むことを特徴とする無線基地局の輻輳回避方法。
  8. 近接基地局ごとにその負荷状況を取得するステップと、
    取得された前記近接基地局ごとの負荷状況に基づいて、それぞれの近接基地局に対するHO decisionの基準値を設定するステップと、
    設定されたそれぞれの前記HO decisionの基準値に基づいてHO decisionを行うステップと、
    HO decisionによってハンドオーバの対象となった無線端末にハンドオーバの処理を実行するステップと、
    を含むことを特徴とする無線基地局の輻輳回避方法。
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