JP2999470B1 - フロ―制御方法、フロ―制御機能を有する交換網および端末装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 ハンドオーバ時にデータの損失を防ぐ経路切
替え方法において、さらに遅延揺らぎを防止する方法お
よび装置を提供すること。 【解決手段】 交換機１０は、ハンドオーバによる通信
中断中に伝送されてきたデータを一時的にバッファ１２
に蓄積し、通信再開後に送出する。また、交換機１０
は、前記通信中断時間を測定する手段と、通信開始時に
端末に対して前記通信中断時間を通知する手段とを備え
る。移動端末２０は、受信バッファ手段２１を備え、通
信開始時に交換網から受信した通信中断時間情報に基づ
き、受信バッファに蓄積すべきデータ量を決定する。本
発明においては、ハンドオーバによるデータの瞬断が発
生せず、かつデータの遅延も接続した交換網の特性に応
じて最小限に抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、フロー制御方法
およびフロー制御装置に関し、特にセルラー方式の移動
通信網にＡＴＭ方式を適用した際のハンドオーバ（移動
による基地局の切り換え）のような通信中の経路切り替
え時にデータの損失と、遅延揺らぎを防止するフロー制
御方法およびフロー制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動通信において高速・マルチメ
ディア伝送に関する研究・開発が盛んに行われている。
このようなシステムでは、送信電力を低く抑えるため
に、これまでの自動車・携帯電話において一つの無線基
地局がカバーする無線通話範囲が数Ｋｍ（マクロセル）
であるのに対し、１００ｍ程度の無線通話範囲（マイク
ロセル）になるとされている。

【０００３】このように無線通話範囲が小さいと、高速
で移動する移動局はすぐに通話範囲外に出てしまうの
で、無線基地局間のハンドオーバを行う機能が必要とさ
れる。なお、ハンドオーバとは移動局が通話中に無線ゾ
ーン間を移動しても通話を継続させるために無線基地局
を切り換えることをいう。

【０００４】従来、無線通話範囲１００ｍ程度の狭いシ
ステムとしてはＰＨＳがあるが、通話の対象として歩行
者程度の速度で移動する移動局を前提にしており、高速
で移動する移動局のハンドオーバはできない。一方、従
来の自動車電話システムでは通話中のチャネル切り替え
時には０．７〜０．８秒の瞬断がある。これはハンドオ
ーバ中に伝送路に流れているデータが単に捨てられてし
まうために起こるものである。

【０００５】このような瞬断が発生すると音声や動画像
の伝送の場合には音飛び、画質劣化等の現象として現
れ、コンピュータデータ伝送の場合はデータ損失とな
り、データの再送が発生して、トラフィックの混雑を招
くという問題点がある。マイクロセルの場合にはマクロ
セルに比べて短い周期でハンドオーバが発生するので、
この問題はより顕著となる。このような瞬断の問題を解
決するためには無線レベルのチャネル切り替え技術のみ
ならず、通信システム全体としてデータを損失しない技
術が必要となる。

【０００６】また、移動通信システムでは、移動局と無
線基地局間の無線部分と、無線基地局、在圏制御局、関
門制御局を結ぶ有線部分とが存在する。この有線部分と
して、自動車・携帯電話システムでは専用網、ＰＨＳで
はＮ−ＩＳＤＮ網が用いられているが、いずれもサービ
ス品質として音声を前提としており、動画像やコンピュ
ータデータをも統合して伝送するには能力不足であると
いう問題点がある。そこで高速・マルチメディア伝送を
行う有線網としてＡＴＭ方式によるネットワークが有望
視されている。

【０００７】ＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode：非
同期転送モード）では、データはセルと呼ばれるヘッダ
部分５バイト、ペイロード部分４８バイトの計５３バイ
ト固定長の形式で運ばれる。ヘッダ部分には仮想パス及
び仮想チャネルと呼ばれるルーティングのための情報が
記述されているが、これは送信源ノード（交換機）から
最終目的ノードに至るまで同じ値が設定されているわけ
ではなくて、通常各ＡＴＭノード間でのみ有効で、各Ａ
ＴＭノードに入力時適宜変更される。またその際出力伝
送路が決定される。

【０００８】頻繁にハンドオーバが発生するような移動
体通信網の有線部分にＡＴＭ方式を採用するためには、
通信中に経路を切替え、かつデータを損失しない技術が
必要となる。そこでハンドオーバ処理を開始する前にセ
ルを蓄積し、ハンドオーバ処理が終了した後出力伝送路
を変更し、その後蓄積していたセルを送出する方法が考
えられる。この技術に関して、特開平１０−２２４３７
５号公報には本願の発明者が提案した技術が開示されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のＡＴＭ
交換網において、ハンドオーバ処理中に交換機に到着し
たセルは、交換機の入り口に設けられたフロー制御モジ
ュールのバッファに蓄積される。そして、次回のハンド
オーバではこの交換機が通信経路から外れる可能性があ
るため、ハンドオーバ処理後、次のハンドオーバが発生
するまでにバッファ内のセルの蓄積を解消しておく必要
がある。しかし、蓄積解消中にも通常伝送速度で新たな
セルが到着するため、蓄積解消時間中は通常伝送速度以
上（バースト伝送速度）で送出する必要がある。

【００１０】通常伝送速度をｖ 、バースト伝送速度を
ｎｖ(通常伝送速度のｎ倍)、蓄積時間をt 、蓄積解消時
間をＴとすると、蓄積時間中に通常伝送速度で到着した
セルと蓄積解消時間中に通常伝送速度で到着したセルの
合計をバースト伝送速度で蓄積解消時間送出することに
なるため、

【００１１】ｎｖＴ = ｖｔ + ｖＴ

【００１２】これを書き換えると

【００１３】Ｔ = ｔ/(ｎ - １) （１）

【００１４】である。Ｔは有限でなければならないか
ら、

【００１５】ｎ＞１ （２）

【００１６】となる。上記式(2)より、蓄積を解消する
ためには、バースト伝送速度を通常伝送速度より大きく
しなければならないことがわかる。例えば、バースト伝
送速度を通常伝送速度の２倍とすると、蓄積を解消する
ために、蓄積時間と同じ時間が必要である。

【００１７】従来のＡＴＭ交換網においては、ハンドオ
ーバが発生する度に、上記したような蓄積時間中の遅延
と蓄積解消時間中のバースト伝送が発生し、大きなセル
遅延揺らぎとなるという問題点があった。また、揺らぎ
を吸収するためには容量の大きな受信バッファを用いれ
ばよいが、そうすると、ハードウェアの増加あるいはコ
ストアップの原因となり、かつデータの遅延量が増大し
てしまうという問題点があった。

【００１８】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、本発明の目的は、ハンドオーバ時
にデータの損失を防ぐ経路切替え方法において、さらに
遅延揺らぎを防止する方法および装置を提供することで
ある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、通信を中断す
る場合に、中断中に伝送されてきたデータを一時的に蓄
積し、通信再開後に送出する機能を有する交換網におけ
るフロー制御方法であって、交換網内において発生する
通信中断時間を測定する第１の工程と、端末とのコネク
ション確立時に、前記交換網から前記端末に対して前記
通信中断時間を通知する第２の工程と、端末において、
前記通信中断時間に基づき、通信開始時に受信バッファ
に蓄積すべきデータ量を決定する第３の工程とを含むこ
とを特徴とする。

【００２０】また、フロー制御機能を有する交換網であ
って、通信を中断する場合に、中断中に伝送されてきた
データを一時的に蓄積し、通信再開後に送出するデータ
蓄積手段と、交換網内において発生する通信中断時間を
測定する通信中断時間測定手段と、通信開始時に端末に
対して前記通信中断時間を通知する通知手段とを備えた
点にも特徴がある。

【００２１】更に、フロー制御機能を有する端末装置に
おいて、受信情報を一時的に蓄積する受信バッファ手段
と、通信開始時に交換網から通信中断時間情報を受信す
る通信中断時間情報受信手段と、前記通信中断時間情報
に基づき、通信開始時に前記受信バッファに蓄積すべき
データ量を決定し、前記受信バッファ手段を制御する受
信バッファ制御手段とを備えた点にも特徴がある。

【００２２】本発明においては、ハンドオーバなどによ
る交換網内における通信の中断時間を測定して記憶して
おき、通信の開始時に、この中断時間情報に基づき例え
ば端末の受信バッファにおける蓄積量を制御する。従っ
て、例えば移動端末がデータを受信する場合に、ハンド
オーバによるデータの瞬断が発生せず、かつデータの遅
延も接続した交換網の特性に応じて最小限に抑えること
が可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を説明する。図１は、本発明の移動体通信網の一実施
例である、新基地局と旧基地局が同じＡＴＭ交換機に接
続されている場合の構成を示すブロック図である。移動
端末２０は旧基地局１４と無線回線を介して通信を行っ
ている。また、新、旧基地局１５、１４とＡＴＭ交換機
１０はそれぞれ入出力ＡＴＭ伝送路で接続されている。
さらにＡＴＭ交換機１０は、入出力ＡＴＭ伝送路によっ
て上流ノードである他のＡＴＭ交換機に接続され、その
先に移動端末の通信相手端末を収容した終端ＡＴＭノー
ドが存在する。ＡＴＭ交換機１０は、ＡＴＭスイッチ１
１、フロー制御モジュール１２、交換機バッファ１３を
備えている。移動端末２０は、移動端末バッファ２１を
備えている。

【００２４】移動端末２０が旧基地局１４のセルから新
基地局１５のセルに移動する場合には、例えば移動端末
２０から新基地局１５の情報を含むハンドオーバ開始要
求を送出し、交換網においては、提案されている公知の
方法によって経路を切り替える交換機を決定し、該交換
機１０から移動端末２０にハンドオーバ開始応答を返送
すると共に、交換機バッファ１２へのセルの蓄積を開始
する。移動端末２０がハンドオーバ処理を行い、新基地
局１５と接続されると、交換機１０にハンドオーバ終了
通知が送出され、交換機１０は、スイッチ１１により伝
送路を新基地局１５に接続して、交換機バッファ１３に
蓄積されているセルを送出する。

【００２５】図２、３、４は共有フラグによって共有バ
ッファの状態を通知する場合の、呼の確立後、通常伝送
（図２）、伝送中断（図３）、バースト伝送（図４）の
順で状態が推移した場合の交換機バッファ１２、移動端
末バッファ２１、共有バッファへのデータの蓄積状況を
示す説明図である。図において黒四角は有効データを表
し、白四角は空きデータを表す。共有バッファ２２、共
有フラグ２３は、移動端末２０内の通信機能部（複数存
在する場合もある）とアプリケーション機能部（プログ
ラム、複数存在する場合もある）とがデータの転送制御
のために使用するバッファおよびフラグであり、フラグ
は"データなし(書き込み可能)"、"データ有り(書き込み
可能)"、"データ満杯(書き込み不可)"の状態を取り得
る。

【００２６】図２は、通常伝送時の状況を示す説明図で
ある。有効データと空きデータが交互に挿入されている
状態で通常伝送を表す。呼の確立後、通信機能部は、後
述する所定量のデータが移動端末バッファ２１に蓄積さ
れるまで共有バッファ２２への転送を保留する。このと
き共有フラグ２３は"データなし"を示している。共有バ
ッファ２２への転送を開始すると通信機能部は、共有フ
ラグ２３に"データ有り"をセットする。共有バッファ２
２に処理単位のデータが溜まるとアプリケーション機能
部は共有フラグ２３に"データ満杯"をセットする。デー
タを処理するとアプリケーション機能部は共有フラグ２
３に"データなし"をセットする。アプリケーション機能
部は通常伝送速度と同じ速度で共有バッファ２２のデー
タを処理するので、伝送揺らぎがなければ移動端末バッ
ファ２１のデータ量は維持される。

【００２７】図３は、伝送中断時の状況を示す説明図で
ある。交換機１０において例えばハンドオーバを行うた
めに、伝送されてきたセルの交換機バッファ１３への蓄
積を開始すると、伝送路は空きデータのみの状態とな
る。一方、端末のアプリケーション機能部は通常伝送速
度と同じ速度で共有バッファ２２のデータを処理し続け
るので、移動端末バッファ２１のデータ量は減少してい
く。

【００２８】図４は、バースト伝送時の状況を示す説明
図である。交換機１０から端末２０への伝送路は通常伝
送時よりも多数の有効データが伝送されるバースト伝送
状態となる。一方、端末のアプリケーション機能部は通
常伝送速度と同じ速度で共有バッファ２２のデータを処
理するので、移動端末バッファ２１のデータ量は増加
し、バースト伝送が終了して、元の通常伝送状態に戻っ
た時には、移動端末バッファ２１の蓄積量は図２に示す
ハンドオーバ前の状態に戻っている。

【００２９】以上の動作で、例えば動画像データを伝送
した場合には、通信開始時に移動端末バッファ２１に蓄
積されるデータ量の設定の仕方によって再生動画像の品
質に大きな差が生じることが判明した。即ち、蓄積する
データ量が少ない場合には、通信中断中に移動端末バッ
ファ２１内のデータが無くなり、アプリケーション機能
部においてデータの瞬断が発生して画質が劣化する。ま
た、蓄積するデータ量を多くすると瞬断は発生しなくな
るが、再生画像の遅延時間が大きくなり、例えばテレビ
電話などリアルタイムの双方向通信を行う場合にはスム
ーズに会話ができないなどの問題が発生する。

【００３０】移動体通信網においては、ハンドオーバに
よる揺らぎ（中断、バースト）は通常の伝送に伴う揺ら
ぎよりも遙かに大きいが、例えばハンドオーバによる中
断時間は、交換機の性能や切り替える経路中に存在する
装置の数や性能、トラフィック量などによって変動す
る。そこで、本発明においては、移動端末バッファのデ
ータ蓄積量を最適な値、即ちデータの瞬断が発生しない
範囲で最小の値とするために、交換網内において予めハ
ンドオーバによる通信中断時間の最大値を測定してお
き、通信開始時に交換網から蓄積量を算出するために必
要な情報として通信中断時間情報を移動端末に伝送し、
移動端末においては、受信した情報に基づき、移動端末
バッファのデータ蓄積量を制御するものである。

【００３１】図５は、移動端末におけるバッファ蓄積量
の設定方法を示す説明図である。交換機１０は、ハンド
オーバを行う度に、交換機バッファ１３に蓄積されるデ
ータ量Ｌ（あるいは蓄積開始から終了までの時間ｔその
もの）を測定し、このデータ量Ｌ（ビット）を伝送速度
Ｖ（ビット／秒）で割ることによって通信中断時間ｔを
算出し、更に所定の期間毎にその最大値ｔmaxを抽出し
て、メモリ１６に記憶しておく。

【００３２】例えば移動端末２０が発呼した場合には、
基地局１４、交換機１０を介して相手端末と接続される
が、交換機１０からは、例えば発呼応答の中に上記通話
中断時間の最大値ｔmaxを含ませて端末２０に返送す
る。端末２０は受信した中断時間最大値ｔmaxに基づ
き、例えば呼の伝送速度Ｖ’とｔmaxとを乗算すること
により、通信開始時に端末バッファ２１に蓄積すべきデ
ータ量Ｌ’を算出する。そして端末バッファ２１に受信
データがＬ’だけ蓄積されてから、アプリケーション機
能部への転送を開始する。

【００３３】なお、交換機１０においてメモリに蓄積さ
れる最大値ｔmax、あるいは通信開始時に端末に通知さ
れる値、更には、端末において算出されたデータ量Ｌ’
のいずれかに、更にマージンを加算してもよい。また交
換機１０においてハンドオーバ毎に算出される中断時間
の中には、何らかの障害等によって異常に長いものが含
まれる恐れがあり、このような異常データが発生する
と、正常なフロー制御ができなくなる。従って、例えば
中断時間に上限を設け、それ以上の中断時間データは破
棄するか、あるいは所定の期間の中断時間の平均値や分
散（標準偏差）を算出し、該平均値等に基づいて、端末
に通知すべき中断時間を決定してもよい。以上のような
制御を行うことにより、データの瞬断が防止でき、かつ
遅延も最小限に抑えることが可能となる。

【００３４】図６は、階層構造を有する交換網における
端末バッファ蓄積量の設定方法の一例を示す説明図であ
る。図５の実施例においては無線基地局１４を収容する
交換機１０における中断時間の最大値を端末に通知する
例を開示したが、例えば、移動端末２０が他の交換機の
管理するセル領域に移動した場合には、上位の交換機に
おいてハンドオーバ処理が実行され、より多くの中断時
間がかかる可能性もある。そこで、図６に示す実施例に
おいては、上位階層の交換機３０が、例えば定期的に下
位階層の交換機３１、３２の中断時間最大値ｔ31max、
ｔ32maxを収集し、最大値選択部３３は、収集した中断
時間最大値ｔ31max、ｔ32maxおよび自局の最大値ｔ30ma
xの中から最大値を選択してｔmaxとしてメモリ３４に記
憶する。通信の開始時には、下位階層の交換機３１は何
もせず、上位階層の交換機３４から中断時間最大値ｔma
xが端末２０に通知される。端末の動作は図５の場合と
同じである。

【００３５】図７は、３階層の階層構造を有する交換網
における端末バッファ蓄積量の設定方法の一例を示す説
明図である。基本的な動作は図６に示したものと同一で
あるが、複数階層の場合には、各交換機は、自交換機よ
りも１つ下の階層に交換機が存在する場合には該交換機
の中断時間最大値を収集し、自交換機の中断時間最大値
も含めて最大値を選択する。そして、自交換機よりも上
位の交換機から中断時間の問い合わせがあった場合に
は、選択した中断時間最大値を報告する。このように動
作することによって、最上位の交換機には、交換網内の
中断時間の最大値が設定される。なお、自交換機よりも
上位に交換機が存在する場合には、通信開始時には何も
せず、最上位の交換機が中断時間を端末に通知する。

【００３６】なお、網内の中断時間の最大値を得る方法
は他にも考えられる。例えば階層構造の無い交換網にお
いて、任意の１つの交換機が周期的にその他の複数の交
換機の中断時間最大値をポーリングにより収集し、網内
の中断時間最大値を決定して、その値を再び他の全ての
交換機に配信する方法、あるいは全ての交換機の中断時
間最大値の格納エリアを備え、全ての交換機間を巡回す
るパケットを設け、各交換機はパケットを受け取ると自
交換機の中断時間最大値を書き込むと共に、パケットに
格納されている他交換機の中断時間最大値データに基づ
き、網内の中断時間最大値を決定する方法などが考えら
える。

【００３７】以上、実施例を開示したが、更に以下に述
べるような変形例も考えられる。実施例としては、移動
体通信網におけるハンドオーバに伴う中断によって生じ
る揺らぎを吸収する例を開示したが、例えば固定端末を
収容する交換網においても、網内の伝送揺らぎを吸収す
るために本発明を適用可能である。この場合には、各交
換機は、網の出口における伝送揺らぎを測定し、揺らぎ
の大きさに応じて端末のデータ蓄積量を制御するように
する。また、固定端末を収容する交換機の場合には、端
末にではなく、交換機の出口に揺らぎ吸収用のバッファ
を設け、該バッファの蓄積量を制御してもよい。実施例
としては、中断時間情報を端末に通知する例を開示した
が、端末に通知する情報は、例えば前記したマージンを
含んだ値であってもよく、また、端末に蓄積すべきデー
タ量そのものを算出して通知してもよい。実施例におい
てはＡＴＭ交換網において実施する例を開示したが、本
発明は例えばパケット交換網など任意の伝送方式の通信
網に適用可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、ハンドオーバなどによる交換網内における通信の中
断時間を測定して記憶しておき、通信の開始時に、この
中断時間情報に基づき例えば端末の受信バッファにおけ
る蓄積量を制御する。従って、例えば移動端末がデータ
を受信する場合に、ハンドオーバによるデータの瞬断が
発生せず、かつデータの遅延も接続した交換網の特性に
応じて最小限に抑えることが可能となるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の移動体通信網の一実施例の構成を示す
ブロック図である。

【図２】通常伝送時の状況を示す説明図である。

【図３】伝送中断時の状況を示す説明図である。

【図４】バースト伝送時の状況を示す説明図である。

【図５】移動端末におけるバッファ蓄積量の設定方法を
示す説明図である。

【図６】階層構造を有する交換網における端末バッファ
蓄積量の設定方法の一例を示す説明図である。

【図７】３階層の階層構造を有する交換網における端末
バッファ蓄積量の設定方法の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０…ＡＴＭ交換機、１１…ＡＴＭスイッチ、１２…制
御モジュール、１３…交換機バッファ、１４…旧基地
局、１５…新基地局、１６…メモリ、２０…移動端末、
２１…移動端末バッファ、２３…共有フラグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｑ 7/30 (56)参考文献 特開 平10−308775（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−224375（ＪＰ，Ａ) 電子情報通信学会技術研究報告 ＲＣ Ｓ98−136（1998年10月24日) 1998年電子情報通信学会総合大会 Ｂ −５−77（1998年３月６日) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04L 12/28 H04L 12/56 H04Q 7/20 - 7/38 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通信を中断する場合に、中断中に伝送さ
   れてきたデータを一時的に蓄積し、通信再開後に送出す
   る機能を有する交換網におけるフロー制御方法であっ
   て、 交換網内において発生する通信中断時間を測定する第１
   の工程と、 端末とのコネクション確立時に、前記交換網から前記端
   末に対して前記通信中断時間を通知する第２の工程と、 端末において、前記通信中断時間に基づき、通信開始時
   に受信バッファに蓄積すべきデータ量を決定する第３の
   工程とを含むことを特徴とするフロー制御方法。
2. 【請求項２】前記交換網はＡＴＭ交換網であり、前記端
   末は移動端末であり、前記通信中断時間はハンドオーバ
   によって生じることを特徴とする請求項１に記載のフロ
   ー制御方法。
3. 【請求項３】 通信を中断する場合に、中断中に伝送さ
   れてきたデータを一時的に蓄積し、通信再開後に送出す
   るデータ蓄積手段と、 交換網内において発生する通信中断時間を測定する通信
   中断時間測定手段と、 通信開始時に端末に対して前記通信中断時間を通知する
   通知手段とを備えたことを特徴とするフロー制御機能を
   有する交換網。
4. 【請求項４】前記交換網には階層的に接続されている複
   数の交換機が含まれ、上位階層の交換機は、 下位階層の交換機の通信中断時間情報を収集する収集手
   段と、 収集した通信中断時間および自交換機の通信中断時間の
   内の最大値を選択する選択手段と、 前記最大値を端末に対して通知する前記通知手段とを備
   えたことを特徴とする請求項３に記載のフロー制御機能
   を有する交換網。
5. 【請求項５】 受信情報を一時的に蓄積する受信バッフ
   ァ手段と、 通信開始時に交換網から通信中断時間情報を受信する通
   信中断時間情報受信手段と、 前記通信中断時間情報に基づき、通信開始時に前記受信
   バッファに蓄積すべきデータ量を決定し、前記受信バッ
   ファ手段を制御する受信バッファ制御手段とを備えたこ
   とを特徴とするフロー制御機能を有する端末装置。
6. 【請求項６】 前記受信バッファ制御手段は、前記通信
   中断時間以上の時間データを出力できるだけのデータ量
   を受信バッファに蓄積するように制御することを特徴と
   する請求項５に記載のフロー制御機能を有する端末装
   置。