JP3540183B2

JP3540183B2 - Multilink communication device

Info

Publication number: JP3540183B2
Application number: JP1306699A
Authority: JP
Inventors: 伸一馬場
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2019-01-21
Also published as: JP2000216815A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
複数の回線を仮想的な一つの回線として提供するマルチリンク機能を持つ通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
データ通信の需要の急増により、大容量の通信回線が必要とされている。しかし、単なる高速化は技術やシステム構築に必要な投資・時間の点で制約される場合も多い。この様な場合に既存の通信回線を複数同時に使いながら、上位レイヤには仮想的に一つの通信回線として扱えるインターフェースを提供することにより、上位レイヤに手を加えることなく通信容量を拡大することができる。この手法は「マルチリンク」あるいは「マルチコネクション」などと呼ばれる。マルチリンクは一般にはリンク層機能として設けられ、上位のネットワーク層機能は、個々の通信回線を区別することなく通信情報をマルチリンクに流すことができる。またネットワーク層機能がサービス品質の異なる通信を複数サポートしている場合も、ネットワーク層機能は、各通信の品質をマルチリンク機能に提示して通信情報の転送を行なわさせれば良く、要求された通信品質に応じた個々の回線の使いわけはマルチリンク機能が行なう。従ってこの場合も、ネットワーク層機能はマルチリンク内の個々の回線を区別する必要が無い。ネットワーク上に張られた仮想的／論理的な回線を複数用いてマルチリンクを構成することもできる。この形態では、マルチリンク機能はネットワーク層機能の上位層として動作するが、その内部での処理はリンク層での処理と同一で、さらに当該マルチリンク機能の上にネットワーク層機能と同様な機能がくるため、マルチリンク機能はリンク層機能として設けられた場合と本質的に変わらない。従って、本明細書における以下の説明も、この様な形態も含めているものとする。
【０００３】
マルチリンク機能を実現する手法の例として、ＩＰ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）通信においては、マルチリンクプロトコル（ＭＰ：ＭｕｌｔｉｌｉｎｋＰｒｏｔｏｃｏｌ，ＲＦＣ１９９０）が知られている。このＭＰでは、複数の回線を使うことと、その過程で扱うＩＰパケットの伝送順序が入れ替わるのを防ぐことが重視されてプロトコルが設計されている。これは、ＩＰ通信を用いるアプリケーションにパケットが送出順に着くことを仮定して動作するものがあるからである。そして、ＭＰを用いることにより大容量の通信路を容易に設定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のマルチリンクは誤り率の低い回線での利用を中心に考えられており、各回線の伝送速度は一定と見なされてきた。従って、通信の各回線への振り分けは、一度設定されると固定的に行なわれていた。しかしこれを、無線回線の様な有線回線に比較して誤り率が高く、あるいは回線の品質が時間と共に変動する様な系で用いると、通信の振り分ける量が各回線の実効的な伝送速度に一致せず、通信がなかなか終了しない回線が生じる。この結果、全体としても実効的な帯域使用効率が低くなるという問題があった。特に、ＭＰの様に順序逆転を防止する機能を持つ制御を行なっている場合は、平均伝送遅延も増大し、この傾向が顕著になる。
【０００５】
そこで本発明では、マルチリンク処理に、回線監視の機能を設け、通信の振り分けを監視結果をベースに、各回線の実効的な伝送速度に応じて実施する機能を備えることにより、全体として、低遅延で効率的なマルチリンクによる通信を実現する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、対向する装置の間で、最大伝送能力とは別にデータ伝送の際に定まる実効的な伝送速度が変動する通信回線を含む、複数の論理的な通信回線を同時に用いて一つの仮想的な通信回線に見せることにより、上位機能との間で種々のデータを前記複数の回線の個々を区別することなくやりとりできるマルチリンク通信の機能を有する通信装置において、前記伝送速度が変動する通信回線のそれぞれについて実効的な伝送速度を監視する機能と、伝送すべきデータのうち、該監視して得られた通信回線の伝送速度に応じたデータ量を各回線に振り分ける機能とを有することを特徴とするマルチリンク通信装置を提供する。
【０００７】
特に、前記通信回線に無線通信回線を含む場合は、無線通信回線の実行的な伝送速度を監視する機能も備える。
【０００８】
この通信装置により通信品質が変動する回線を含んでいても、常にマルチリンクを構成する各回線の実効的な通信速度に応じた容量のデータが転送されるので、通信に過剰な遅延を与えたりや回線に過剰な負荷をかけることがなく、最適の通信状態を保持することができる。特に、移動を伴う無線回線利用時の様な回線状況が変動している場合にも、本発明により動的なデータ転送振り分けを行なうことにより、安定した通信が確保される。
【０００９】
さらに本発明は、前記回線には通信誤りに対して再送を行なう機能を持つ回線を含み、前記監視する機能は、前記再送を行なう回線に対しては、前記回線で生じる再送の回数を基に前記実効的な速度を計算することを特徴とするマルチリンク通信装置を供する。
【００１０】
これにより、簡単な処理により、当該回線の実効的な伝送速度を容易に推定する。
【００１１】
あるいは、前記無線通信回線のひとつを提供するシステムは前記通信装置を利用する移動体が移動する路線に沿って展開されていて、前記伝送速度が変動する通信回線のそれぞれについて実効的な伝送速度を監視する機能と、伝送すべきデータのうち、前記路線に沿って展開されている無線通信回線で生じる通信状況変化の周期と、前記監視して得られた無線通信回線の伝送速度に応じたデータ量を各無線通信回線に振り分ける機能とを有することを特徴とするマルチリンク通信装置を提供する。
【００１２】
この様な装置を用いることにより、ＩＴＳ（ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＴｒａｎｓｐｏｒｔＳｙｓｔｅｍ）などのハンドオーバやフェージングの谷が定期的に生じる無線回線を含むマルチリンクにおいても、その品質変化をあらかじめ考慮したデータ振り分けが実現できるため、本発明は、回線使用効率を高く保つマルチリンク通信を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図を用いて、本発明の実施例を示す。
【００１４】
図１は、本発明によるマルチリンク通信装置を示す第一の実施例である。通信装置１０は、通信制御部１３、マルチリンク処理部１４、送受信部１５−１〜３からなる。通信装置１０は、３つの送受信部を備えており、それぞれが回線を介して、対向する通信装置１１に接続されている。この通信装置１１の構成は、通信装置１０と同様のものであり、通信制御部２１、マルチリンク処理部２０、送受信部１９−１〜３、送受話器２２及びデータ信号端子２３からなる。この様な構成により、通信装置１０と１１の間で通信が行なわれる。通信制御部は、通信装置に必要な処理一般を行なう。例えば、送受話器１６から入力された音声を通信に用いる形式の信号に変換し、マルチリンク処理部１４に届ける。あるいは、受信された信号が送受信部、マルチリンク処理部１４を介して入力されると、それを元の信号形式に戻す処理を行ない、たとえばそれがデータ信号であれば、データ信号端子１７に出力する。マルチリンク処理部１４は、通信制御部からの信号を接続して入る複数の回線１８−１ｋａｒａに割り振り、また、各回線が受信した信号を集め、分割前の信号に復元する機能を持つ。送受信部１５−１〜３は、回線１８−１〜３を介して信号の送受を行なう。なおマルチリンク処理部１４は、図２に示すように、通信制御部からの入出力線３６に接続されるパケット分割部３３とパケット復元部３４、パケット分割部３３に接続したカウンタ３１、送受信号の状況を監視し、その情報をパケット分割部３３に出力する回線監視部３２、及びパケット復元部４３に接続されて受信信号を一時的に保持するバッファ３５から構成される。
【００１５】
前記マルチリンク処理部１４が通信制御部との間でやりとりする信号の形式は、パケットの様な有限な長さを持つ形式である。図２に示すマルチリンク処理部１４は、送出するパケットをパケット分割部３３で各出力回線の帯域に応じた長さの短パケットに分割し、各短パケットを対応する送受信部１５−１〜３に送り出す。図３に短パケット４１の構成例を示す。先頭にはシーケンス部４２がある。マルチリンク処理部１４は、その処理を開始した時に初期値を与えられるカウンタ３１を持っていて、分割処理の際に各短パケットに順番に番号をつけていく。そのシーケンス番号が当該部分に挿入される。また、該短パケットが元パケットの先頭か、最後尾の部分から成る場合、それを示すフラグビット４３，４４がある。各送受信部は当該短パケットを回線に送り出す。対向している各送受信部１９−１〜３は短パケットを受信するとマルチリンク処理部２０へ短パケットを渡す。マルチリンク処理部２０は、各送受信部１９−１〜３から渡された短パケットを当該パケットにつけられたシーケンス番号を基に、元のパケットの合成・復元を行なう。復元されたパケットは、通信制御部２１に渡され、そこで必要な処理をされて出力される。通信装置１１から通信装置１０への方向の通信も同様にして行なわれる。各マルチリンク処理部が持つカウンタには、十分周期の長くなる様に１６ビットあるいは３２ビット長のカウンタを用いる。このため、カウンタが番号を繰り返し使っても、同時期に通信される短パケットに同じ番号がつくことはほとんどあり得ない。そして、受信したマルチリンク処理部では、正しくパケットを再生することができる。
【００１６】
前述のとおり、マルチリンク処理部でのパケットの復元においては、受信した短パケットについているシーケンス番号を基に復元する。また短パケットには復元した際のパケットの先頭、最後尾を示すフラグもついており、どの回線にどの短パケットを伝送しても、元のパケットが復元できる。
【００１７】
回線部分で再送などにより短パケットの順序逆転がないシステムでは、雑音による誤りなどで途中で短パケットが消失した場合は、後続の短パケットにより次のパケットが復元されることにより、それが検出される。この場合、復元できなかったパケットに関わる短パケットは破棄される。また、パケット長が短いパケットの場合、回線数だけ分割すると各々の短パケットが小さくなりすぎて逆に転送効率を低減させるので、パケットを回線数より少ない数に分割することがある。この様なパケットがある場合には、前述のパケット消失の検出法が誤る可能性や、アプリケーションを混乱させるパケットの順序入換えが生じる可能性がある。例えば、３つの回線ａ，ｂ，ｃがあってパケットＡが３つの短パケットＡ−ａ，Ａ−ｂ，Ａ−ｃに分割されてそれぞれの回線に送出され、次の短いパケットＢが２つの短パケットＢ−ａ，Ｂ−ｂに分割され、回線ａとｂに割り当てられた場合を考える。この時、Ｂ−ａ，Ｂ−ｂが転送されなかった回線ｃで再送などによる大きな遅延が生じると、正常な回線ａ、ｂを通った短パケットＢ−ａ，Ｂ−ｂがＡ−ｃより先に受信側に届いて、元のパケットＢに再生されてしまう。すると、先に受信されていたＡ−ａ，Ａ−ｂは破棄され、再生したパケットＢが通信制御部に渡される。あるいは、Ａ−ａ，Ａ−ｂを破棄しない場合でも、Ａ−ｃが受信されるより先に再生された短いパケットＢが通信制御部に渡され、その後に、Ａ−ａ，Ａ−ｂ，Ａ−ｃから元のパケットＡが再生され、通信制御部に渡されるため、アプリケーションの側で受けとるパケットの順序の入換えが生じる。これはアプリケーションの動作を劣化させる場合がある。この様なことを防ぐため、受信側ではタイマを設け、後から来たパケットが先に再生された場合でもタイマで設定された時間だけ待ち、その間に先着の短パケットが再生されなかった時にはじめてそれら先着の短パケットを廃棄し、再生済みのパケットを出力する構成をとる。ただし、この構成を用いると、最適なタイマ設定の問題や前述の待機により全体的に遅延が増えてしまう欠点がある。
【００１８】
これに対して、送受信部で発生する誤り検出や再送要求の状況をマルチリンク処理部で把握することにより、未着の短パケットを待つかどうかを判断する構成による解決が可能である。未着の短パケットが伝送されているはずの回線で再送中の短パケットの有無を調べることにより、残りの短パケットの到着を待つか、どうかの判断ができるからである。この構成は、受信動作のためにマルチリンク処理部と送受信部との連携が必要になるが、未着短パケットの発生時に生じる遅延、パケットロス、パケットの順序入換防止の点で最適な処理が行なえる。
【００１９】
回線部で再送を行なう際に短パケットの順序逆転が生じる様な系では、個々のパケットを常に全回線に振り分ける様に分割しても、再送により前述の様なパケットの順序入換えが生じる。この場合も前記同様な対策が必要となる。
【００２０】
マルチリンク処理部１４，２０は、各送受信器１５−１〜３，１９−１〜３が接続されている回線の実効的な伝送速度を常時監視する機能を備えている。通常各回線は平均値あるいは最高値で定められた定格の伝送速度があるが、無線回線やｘＤＳＬによる有線回線を使っているために生じる、移動状況や他の通信の状況などに応じたその品質の時間的な変動や、ＡＴＭ回線のＡＢＲサービスなどで生じる、システムから与えられる伝送可能速度の変動などにより、実効的な伝送速度は動的に変化してしまう。この様な環境においても、当該監視機能を用いて各回線の実効伝送速度を得、マルチリンク処理部１４，２０のパケット分割部３３は、入力されたパケットをそれに応じたサイズの短パケットに分割する。これにより、回線全体では常にその時の状況下での最適な遅延で最大の伝送速度を得ることができる。当該監視機能は、各回線の状況を各送受信部から得ている。ｘＤＳＬやＡＴＭのＡＢＲサービスの例の場合では実効伝送速度そのものが送受信部で管理されており、その情報を得ることができる。無線回線の例では、再送回数などの情報を得ることにより監視部において実効伝送速度を推定することができる。もし本機能がないと、実効的には伝送速度が劣化した回線にも定格の容量のデータを伝送させようとすることになるため、データに遅延が蓄積したり、キューに溜る短パケットが増えてバッファから溢れるようになったりする。これは当該回線での損失だけでなく、その影響を受けた短パケットを含む元のパケット自身にも同様の遅延や廃棄の影響を与えてしまう。本発明によるマルチリンク処理では、監視機能とそれに基づくパケット振分けの制御機能を備えることにより、この様な総合的な通信効率の劣化を生じず、また前述のとおりパケット復元での遅延の抑圧への効果などもあり、前記機能がシステムの効率を常に最適にする、重要なものとなっている。
【００２１】
図４に、これまで説明したマルチリンク処理部１４、２０で行なわれるパケット分割に関する処理の流れを示す。パケットの入力があるかを判断し（Ｓ５１）、パケット入力があれば、入力されたパケットをあらかじめ計算されている分割比で回線数分に分割する（Ｓ５２）。次に、分割されたパケットにシーケンス番号を含むヘッダを付加して短パケットを構成する（Ｓ５３）。そして、短パケットを対応する送受信部へ送り出す（Ｓ５４）。
【００２２】
パケット分割部がこの流れに基づいてパケットを短パケットに変換することにより、各回線の実効的な伝送速度に応じた短パケットの振り分けが実現できる。この図の中では、各回線に対する分割比はあらかじめ計算されているとした。この分割比は、前述の様に回線監視部で適宜得ている情報に基づいて決めるため、定期的あるいは回線監視部からの情報が変わる度にマルチリンク処理部で別途計算している。
【００２３】
図５に、パケット分割に関わる別の処理例を示す。まず、パケット入力の有無を判断し（Ｓ５５）、パケット入力があれば、入力されたパケットをあらかじめ決められた固定長で分割し（Ｓ５６）、分割されたパケットにシーケンス番号を含むヘッダを付加して短パケットを構成する（Ｓ５７）。そして、短パケットをあらかじめ計算された分配比で各回線に割り当てる（Ｓ５８）。続いて、短パケットを対応する送受信部へ送り出す（Ｓ５９）。
【００２４】
例えば無線回線などは、回線に固有の固定長のフレームを用いて通信が行なわれている場合が多い。この様な回線では、マルチリンク処理部で生成した短パケットが回線固有のフレームにデータとして挿入されるが、短パケットの長さによっては、フレームに用意されているデータ用のスペースのごく一部しか満たさないで通信をすることになる場合が生じる。これは、回線部の伝送容量を無駄にすることになる。この無駄を低減するために、マルチリンク処理部では、パケットを分割して得られる短パケットの長さが、回線で用いるフレームのデータ領域の長さに合う様な固定長で、パケットを分割する。そして、生成された短パケットの各回線への振り分け数の比が回線監視部から得られる各回線の実効的な伝送速度情報に応じた分配比となる様に、短パケットを各送受信器へ振り分ける。これにより、回線部での伝送容量の無駄が低減され、実効的な伝送速度に見合うデータ転送が維持できる。また、短パケットのサイズが固定長でパケットの分割が容易になるし、全短パケットが同じ長さになるので短パケットの振り分け処理が簡便になるメリットがある。この方式では、１パケットから生成される短パケットの数が少ない場合は、各パケットの処理毎では計算された目標の分配比に対する実際に振り分ける短パケットの数の比との差が大きくなる場合がある。これを避けるために複数のパケットに渡って、短パケットの分配比が目標の帯域分配比に近付くように振り分けを制御することにより、本発明を用いる効果を高めることができる。
【００２５】
ここまで、分割の制御をパケット単位で行なう例を示してきたが、この図５で示す様な固定長の短パケットを用いる場合は、パケット単位で分割を行なわない手法によっても、本発明は効果がある。例えば、前記の様に単位時間当たりに割り当てる固定長短パケットの数で振り分け比を調整し、各短パケットには、パケットを一定長で分割したものを機械的に挿入していく。パケットの最後尾部分が短く残った場合は、次のパケットの先頭から対応する長さだけ分割し、合わせて前記固定長の短パケットのデータ領域に挿入する。これにより、短パケットのデータ領域は常に満たされるので、データ転送の効率がさらに上がるとともに、短パケットの各回線への分配比の制御とパケットの分割・短パケット生成が独立に構成できるので、マルチリンク処理部内の処理がさらに簡易になる。この例を図７に示す。図は、パケット１〜３（８１−１〜３）が分割され、短パケット１〜（８６−１〜５）へ変換されている様子を図示している。短パケットのヘッダには、パケットの境目を示す長さ領域８５が設けられる。短パケット中のフラグ、先頭ビットと最後尾ビットがともに１で、さらに前記長さ領域が１００であれば、データ領域の前半１００バイトが前のパケットの最後尾部分であり、残りのバイトが次のパケットの先頭部分であることを示す。先頭ビットと最後尾ビットのどちらか、あるいは両方が０の場合は、長さ領域は無視される。
【００２６】
さらに別の分割処理の例を図６に示す。まず、入力パケットの有無を判断し（Ｓ６０）、入力が有れば、Ｎ本のリンクの中で、新たな再送が生じたリンクの数Ｍを調査する（Ｓ６１）。それに応じて、パケットをＮ−Ｍに分割する（Ｓ６２）。そして、分割されたパケットにシーケンス番号を含むヘッダを付加して短パケットを構成する（Ｓ６３）。短パケットを対応するＮ−Ｍ個の送受信部へ送り出す（Ｓ６４）。
【００２７】
この処理では、回線監視部は回線での再送の発生を監視している。そして、ある回線で一回再送が発生したら、当該回線への短パケットの割当を一回停止する様に、パケット分割部はパケットを分割し、回線に振り分ける。従って、パケット分割部は、パケットを分割する際には、まず、その一回前の分割・振り分け以降に各回線で新たな再送が発生していないかを回線監視部から情報を得る。そして、パケットを再送が発生していない回線の数に分割する。今、回線数をＮ、その中で再送が生じた回線数をＭとすると、Ｎ−Ｍコに分割することになる。生成された短パケットは、再送が発生していない回線に振り分けられる。この方式は、各回線の実効的な伝送速度をその再送回数を基準に判断しているため、回線監視が非常に容易になる利点がある。また、前例と同様に固定長の短パケットへの分割手法と組み合わせることにより、再送されている短パケットと振り分けをしなかった短パケットの長さが不一致なために生じる分配比の目標からのズレを低く抑えることができ、全体のパケット転送の速度を全体の実効的な伝送速度に近い状態に保持することができる。
【００２８】
次に、本発明の効果を示す第二の実施例について説明する。
【００２９】
図８は、複数の無線回線を介してデータ通信を行なうシステムを示している。ユーザ通信装置１００は、本発明を用いるマルチリンク処理部１０３を有する通信装置で、例えば、データ信号端子１０１に端末装置を接続して用いられる。あるいは、携帯型小型計算機の中に組み込まれている通信モジュールの形態をとる場合もある。通信制御部１０２は、データ信号端子を介して送受する制御信号により通信全般の制御を行なったり、その状況を知らせたりするとともに、送受するデータ信号に対しては形式変換などの処理を施す。当該通信装置は、３つの無線通信部１０４−１〜３を持ち、それぞれ、マルチリンク処理部に接続されている。無線通信部は、アンテナ１０７−１〜３、無線信号の送受信を行なう部分１０６−１〜３と無線通信区間の通信制御を行なうプロトコル部１０５−１〜３からなる。プロトコル部では、伝送するデータを無線回線に適したパケット形式に変換・逆変換する処理や、伝送したパケットの誤りや消失を検出し、再送などを確実に行なう処理、無線回線の起動、休止、復旧、停止の制御処理などを行なう。例えば、無線システムがＰＨＳ（ＰｅｒｓｏｎａｌＨａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅＳｙｓｔｅｍ）の場合、ＰＩＡＦＳ（ＰＨＳＩｎｔｅｒｎｅｔＡｃｃｅｓｓＦｏｒｕｍＳｔａｎｄａｒｄ）プロトコルがこの役割をする。そしてデータは複数の無線回線１０８−１〜３を介して、中継通信装置１２０に伝送される。３つの無線回線、回線ａ，回線ｂ，回線ｃは、異なる無線システムにより提供されているかもしれないし、同じシステムで周波数や接続基地局が異なる場合もある。図８中の回線ａ，回線ｂは、ネットワーク側の無線通信装置１０９−１，２が前述のプロトコル部を有している。プロトコル部に入出力されるデータは、図に示されていない通信装置を使って、基幹ネットワークを介して中継通信装置との間で送受信する。また回線ｃは中継通信装置が属しているシステムが提供しているので、無線信号を送受信する基地局１１０から、図に示されていない通信部を介して直接中継通信装置に接続されている。このため、中継通信装置は回線ｃとの信号を処理するプロトコル部をその装置内に有している。回線ａ，ｂの信号に対しては、そのための送受信部１２５，１２６を備える。そして、回線ａ〜ｃを介しての通信を管理するマルチリンク処理部１２３とさらにデータ信号端子１２１を介してサーバや他のネットワークへ接続するための通信中継部１２２を有する。これにより利用者がユーザ通信装置−中継通信装置を介して各種通信サービスにアクセスする場合、ユーザ通信装置−中継通信装置間では回線ａ〜ｃの持つ伝送速度を統合した伝送容量を利用することが出来、快適な通信が確保される。
【００３０】
今、行なわれる通信がＩＰパケットをベースとした通信であるとし、マルチリンク処理部で利用される基本プロトコルが、マルチリンクプロトコル機能を持つＰｏｉｎｔ−ｔｏ−ＰｏｉｎｔＰｒｏｔｏｃｏｌ（ＰＰＰ）であるとする。ＰＰＰおよびそのマルチリンクプロトコル（ＭＰ）機構は、ＩｎｔｅｒｎｅｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴａｓｋＦｏｒｃｅ（ＩＥＴＦ）が発行するＲＦＣ
１６６１，ＲＦＣ１９９０に記述されている。
【００３１】
ユーザ側で生成されたＩＰパケットは、通信制御部１０２を介してマルチリンク処理部１０３に渡される。マルチリンク処理部１０３では、あらかじめ対向する中継通信装置のマルチリンク処理部との間で各回線上にＰＰＰに基づくコネクションが張られており、それらをまとめてマルチリンクとして扱う設定が相互になされている。そこで、マルチリンク処理部はＩＰパケットを分割して必要なヘッダ、フッタを付加した短パケットを生成する。図９に、この短パケットのフレームを示す。左上から右下に向かって転送されるこのフレームは、最初と最後にフレーム区切り検出用の１バイト長のフラグ領域１３１，１３６を持つ。その他ＰＰＰが規定するヘッダ１３２と誤り検出用のフレームチェックシーケンス（ＦＣＳ）１３５があり、さらにＭＰが規定するヘッダ１３３が入る。前記の分割においては、回線監視部の情報より得られる各回線の実効的な伝送速度に応じて短パケットが各回線に振り分けられるように前記実施例で述べた手法が用いられる。マルチリンク処理部１０３で生成された短パケットはそれぞれ対応する回線の無線通信部１０４−１〜３に渡される。無線通信部１０４−１〜３では、短パケットにさらに無線通信区間用プロトコルに関わる処理を施し、無線区間独自のフレーム構成で送受信部１０６−１〜３より送信する。受信された無線区間フレームは、プロトコル処理されて、含まれていた該短パケットが取り出され、それが中継通信装置１２０のマルチリンク処理部１２３に渡される。無線区間でデータ誤りやデータ消失が発生した場合は、無線通信区間用プロトコルの間で再送などの処理が自動的に行なわれるなど、無線通信区間用プロトコルにより、無線回線の信頼性が独自に保証される。また、無線区間フレームは図中回線ｃの様にユーザ近くの基地局で受信された後、図示されていない通信手段により中継通信装置１２０に渡され、中継通信装置内の対向するプロトコル部で終端処理される場合や、図中回線ａ，ｂの様に、遠隔の装置あるいはシステム内に無線区間用プロトコルが備えられ、そこで終端処理されて、得られた短パケットのみがさらに種々の基幹ネットワーク経由で中継通信装置１２０に渡される場合がある。これらの過程を経て中継通信装置１２０のマルチリンク処理部１２３に、短パケットが届くと、マルチリンク処理部１２３はパケット復元部で短パケット中のシーケンス番号を基に、元のＩＰパケットを復元し、当該ＩＰパケットは通信中継部を介してさらに外部へ送り出される。この際の復元の手順、遅延・消失短パケットの処理に関しても前記実施例と同様の手法が取られる。従って、本構成の実施例においても、回線監視部を持つマルチリンク処理部で各回線の実効的な伝送速度に応じたパケット振り分けを行なうことにより、低遅延で効率的に多回線を用いた通信が実現できる。
【００３２】
中継通信装置１２０からユーザ通信装置１００方向への通信も同様にして行なわれる。ただし、回線ａ，ｂの様に、無線回線部分の装置が遠隔にある場合、ユーザ通信装置１００で行なっていた様に、無線通信部１０４−１〜３から直接回線部の状況に関する情報を入手できなくなる場合がある。この時、遠隔の無線通信装置と中継通信装置１２０との間で別途回線状況に関する情報の通信を行なえば回線監視部は所望の動作が可能である。あるいは、遠隔の無線通信装置と中継通信装置との間での短パケットの転送でフロー制御が行なわれている場合は、無線通信装置側で短パケットの転送が滞り、バッファがいっぱいになると、短パケットの転送中止要求が中継通信装置に通知されるので、回線監視部はこの情報を基に回線監視を行ない、実効的な伝送速度の推定を行なうことができる。さらに以上の様な機構がなく、無線回線を管理するシステムから情報入手が困難な場合は、対向するマルチリンク処理部間での情報のやりとりにより回線監視を行なうことができる。例えば、ユーザ通信装置側の情報を定期的に入手する方法や、本例では、ＰＰＰのＥｃｈｏ−Ｒｅｑｕｅｓｔ機能を用いる方法がある。後者では、中継通信装置側１２０のマルチリンク処理部からＥｃｈｏ−Ｒｅｑｕｅｓｔパケットを監視したい回線上に送り出すと、対向するユーザ通信装置のマルチリンク処理部１２３でただちにＥｃｈｏ−Ｒｅｐｌｙパケットを送り返す。中継通信装置側のマルチリンク処理部はこのパケットの往復に要する時間を計測する。この動作を定期的に行ない、対象回線のパケット往復の通信時間を監視することにより回線の状況が分かり、実効的な伝送速度が推定できる。以上の様な手法を用いることにより、マルチリンク処理部が回線通信装置と密接に接続されていない場合でも本発明の効果を得るための回線監視手法が実現でき、マルチリンクを用いた効率的な通信が実現できる。
【００３３】
さらに、ユーザ通信装置１００が移動する装置であり、当該装置から固定的なネットワークに接続してサービスを享受する場合、中継通信装置１２０の機能はネットワークの種々の場所に置かれ得る。中継通信装置１２０の機能が、移動端末をサポートする無線ネットワークの移動補助サーバに備えられる場合、移動するユーザから前記サーバまでは本発明によるマルチリンクを用いた通信で、効率の高い通信を実現すると同時に、さらに前記サーバから実際にユーザが要求するサービスを提供するサービスサーバとの間は直接データをやりとりすることができる。この様な移動補助のサーバ機能として、ＩＥＴＦによるＭｏｂｉｌｅＩＰと呼ばれる移動通信装置を動的にネットワークに収容する方式におけるフォーリン・エージェント（ＦＡ）がある。図８の例で説明すると、移動するユーザ通信装置１００が回線ｃを有する無線ネットワークに接続した時に、ユーザの認証や、ユーザとインターネットなどを接続する際のゲートウェイ機能を行なうのがＦＡである。そして、このＦＡに本発明のマルチリンク通信機能を備えることにより、ユーザは必要な伝送速度に応じてユーザ通信装置から他の無線回線ａやｂを介してのＦＡへの接続も設定して、ユーザ装置とＦＡの間で効率的な大容量の通信を実現できる。そして、ＦＡを介して種々のサービスサーバに接続することができる。この場合、ＦＡからサービスサーバまでは最も効率的なルートをデータが流れるので、サービスサーバからユーザまでの間で総合的に快適な通信が実現される。
【００３４】
また移動補助サーバがなく、あるいはあっても本発明によるマルチリンクの効率化が普及していない場合、ユーザが移動時に必ずアクセスする中継ゲートウェイ装置を固定的なネットワークの内部に用意し、このゲートウェイ装置に前記中継通信装置の機能を備える場合もある。このゲートウェイ装置に本発明によるマルチリンクの効率化の機能を組み込むことにより、ユーザがどこに移動しても当該ゲートウェイを介して種々のサービスサーバにアクセスすると、それらの通信は本発明の効果を享受できる。前記のＭｏｂｉｌｅＩＰ方式でのホーム・エージェント（ＨＡ）に本発明によるマルチリンクの効率化の機能を組み込むのは、この場合にあたる。
【００３５】
あるいは、サービスサーバや通信を中継するルータが、そこで使うプロトコルをユーザが指定／プログラミングできる機能を備えている場合は、その機能を用いて本発明のマルチリンクの効率化の機能を前記サービスサーバやルータに組み込んで通信を行なうことにより本発明の効果を享受できる。
【００３６】
移動するユーザが本発明によるマルチリンクを用いる通信を行なうことにより、効率的な回線切替えが可能な効果もある。図１０にその例を示す。移動する車２００に備えられたユーザ装置２０１からインターネット２０８上のサービスにアクセスしている場合に、ユーザ装置が持つ携帯電話システム用通信装置２０４と高度交通通信システム（ＩＴＳ）用通信装置２０３を活用することができる。当初、ＩＴＳ用通信装置のみにより通信を行なっていたところ、帯域が不足したため携帯電話システム用通信装置も用いて伝送容量の拡大を行なう際、この追加する通信をユーザ装置から携帯電話システム経由でＩＴＳ網内に提供されている移動補助サーバ２０６との間に設定する。この時、新しく設定する回線を決める際にも他に使い得る回線がある場合は、各回線の通信品質あるいは実効的な回線容量を検出し、それを基に決定することにより、複数の回線の中で悪い回線の影響を受けることが多いマルチリンクを用いる通信においても、新しい回線の設定後の通信品質を高く保つことができる。携帯電話システムとＩＴＳは公衆通信網あるいは専用線、インターネットなどで接続されているので、携帯電話システム制御局２１０からこの接続２１１を介することにより、当該追加する通信が設定できる。ユーザ装置、移動補助サーバはそれぞれ本発明の機能を有するマルチリンク処理部２０２，２０７を有する。そして、この移動補助サーバとユーザ装置の間で本発明にかかるマルチリンクを設定する。これによりユーザ装置はインターネットを介したサービスサーバへのアクセスにおいて最も回線容量が制限されていた車−ＩＴＳ移動補助サーバ間の容量を増強できる。ＩＴＳを利用する間においてもセル間移動時のハンドオーバや大型トラックの陰に入っての一時的な回線不通があるし、携帯電話システム側においても、トンネルによるサービス中断などがある。これらの回線品質の変化に、本発明によるマルチリンク処理部は、回線品質を常に監視して、得られる情報を基に状況・品質の変化に動的に対応して、常時、低遅延で回線利用効率の高い最適な通信を保持する。以上の例ではＩＴＳと携帯電話システムを用いたマルチリンクについて説明したが、ＩＴＳ内での車からの路車間通信による直接アクセスと、車車間通信を用いて他の車を経由するＩＴＳ基幹網への間接アクセスとのマルチリンク、携帯電話システムと衛星通信システムなどあらゆる移動通信システムの組合せで同様の効果が得られる。
【００３７】
ＩＰ通信の場合、ネットワーク層レベルでのルーティング機能も回線の状況に応じて、データ転送に利用するリンクを動的に選択する機能があるが、これはルーティング機能間で回線状況の情報をやりとりして、ネットワーク全体で統一性のあるルーティングを決定するため、その動的な変更が比較的ゆっくりにしか行なわれない。このため細かな回線状況の変化に追随できない。従って、本発明によるマルチリンクを用いてエンドユーザ主導でリンク間のデータ転送の振り分けの調整により低遅延で回線利用効率を高める方式の方が数十秒単位で回線状況の変わる移動通信などを含む場合はより効果的である。
【００３８】
またＩＴＳ内での場合、道路に沿って通信セルが配置されているため、車の進行に連れて定期的にセル間を移動するハンドオーバが生じる。つまり、定期的な通信回線の実効伝送速度の変化が生じる。マルチリンク処理部でこの周期を考慮にいれたデータ転送の振り分けを行なうことにより、さらに実効的な回線使用効率を高く保つことができる。特に、車車間通信も用いて前後の車経由で前記移動補助サーバにアクセスする回線もマルチリンクに取り込むことにより、自車からの直接ＩＴＳへ接続する回線と他車経由の回線は、ハンドオーバや障害物による遮閉などが同時に起こり難いので、より効果が得られ易い。ユーザがある路線上に移動し、その路線に沿って展開される移動通信システムを使う様な場合に、この様なことが言える。
【００３９】
以上の様に、本発明は、回線の状況の変わり易い移動通信においても、複数の通信回線を設定しそれらを束ねて常に効果的に利用する手段を提供する。
【００４０】
【発明の効果】
以上、説明してきた様に、本発明は、回線監視の機能を設けるとともに、監視結果をベースに、各回線の実効的な伝送速度に応じて通信の振り分けを実施する機能を備えるマルチリンク通信装置を与えることにより、特に無線通信回線の移動利用の様な回線状況が動的に激しく変化する環境においても、全体として、低遅延で効率的なマルチリンクによる通信を実現できる効果がある。さらに、移動体で用いる場合の頻繁な回線品質の変化に対しても、効果的に追随する回線切替えを実現する効果もある。
【００４１】
また、通信回線における再送の発生に基づき回線の実効的な伝送速度を推定することにより、簡易な計算で前記効果を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マルチリンク通信装置を用いた通信システム例である。
【図２】本発明によるマルチリンク処理部の構成例である。
【図３】短パケットのフレーム構成例である。
【図４】パケット分割処理の流れの第一の例である。
【図５】パケット分割処理の流れの第二の例である。
【図６】パケット分割処理の流れの第三の例である。
【図７】固定長短パケットの構成例である。
【図８】マルチリンク通信装置を用いた通信システムの第二の例である。
【図９】マルチリンクパケットフレームである。
【図１０】車載のマルチリンク通信装置をによる通信の例である。
【符号の説明】
１０，１１ユーザ通信装置
１３，２１通信制御部
１４，２０マルチリンク処理部
１５−１〜３，１９−１〜３送受信部
１６，２２送受話器
１７，２３データ信号端子
３１カウンタ
３２回線監視部
３３パケット分割部
３４パケット復元部
３５バッファ
４１短パケットフレーム
４２シーケンス部
４５データ部
８１−１〜３．．．入力パケットフレーム
８２シーケンス番号領域
８５長さ領域
８６−１〜５．．．出力短パケットフレーム
１０４−１〜３無線通信部
１０５−１〜３無線区間用プロトコル処理部
１０６−１〜３無線送受信部
１１０基地局
１１２基幹ネットワーク
１２０中継通信装置
１２２通信中継部
１３２ＰＰＰヘッダ
１３３ＭＰヘッダ
２００車
２０１ユーザ装置
２０２，２０７マルチリンク処理部
２０５ＩＴＳ基地局およびアンテナ
２０６ＩＴＳ移動補助サーバ
２０８インターネット
２０９携帯電話システム基地局およびアンテナ
２１０携帯電話システム制御局[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a communication device having a multilink function of providing a plurality of lines as one virtual line.
[0002]
[Prior art]
Due to the rapid increase in demand for data communication, large-capacity communication lines are required. However, mere increase in speed is often limited by the investment and time required for technology and system construction. In such a case, by simultaneously using a plurality of existing communication lines and providing an interface that can be virtually treated as one communication line to the upper layer, the communication capacity can be expanded without changing the upper layer. it can. This method is called “multi-link” or “multi-connection”. Multilink is generally provided as a link layer function, and an upper network layer function can transmit communication information to the multilink without distinguishing individual communication lines. Also, even when the network layer function supports a plurality of communications having different service qualities, the network layer function only needs to present the quality of each communication to the multilink function to transfer the communication information. The use of individual lines according to the communication quality is performed by the multilink function. Therefore, also in this case, the network layer function does not need to distinguish individual lines in the multilink. A multi-link can also be configured using a plurality of virtual / logical lines set up on a network. In this mode, the multilink function operates as an upper layer of the network layer function, but the processing inside is the same as the processing in the link layer, and a function similar to the network layer function is added on the multilink function. Therefore, the multi-link function is essentially the same as the case where it is provided as a link layer function. Therefore, the following description in this specification includes such a form.
[0003]
As an example of a technique for realizing the multilink function, a multilink protocol (MP: Multilink Protocol, RFC 1990) is known in IP (Internet Protocol) communication. In this MP, a protocol is designed with emphasis on using a plurality of lines and preventing the transmission order of IP packets handled in the process from being changed. This is because some applications operate on the assumption that packets arrive in the order of transmission to applications using IP communication. By using the MP, a large-capacity communication path can be easily set.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the conventional multilink is considered mainly for use on a line having a low error rate, and the transmission speed of each line has been regarded as constant. Therefore, the distribution of communication to each line has been fixed once set. However, if this is used in a system where the error rate is higher than that of a wired line such as a wireless line or the quality of the line fluctuates with time, the amount of communication is reduced to the effective transmission speed of each line. There is a line that does not match and communication is not easily completed. As a result, there is a problem that the effective band use efficiency is reduced as a whole. In particular, when control having a function of preventing order reversal is performed like MP, the average transmission delay also increases, and this tendency becomes remarkable.
[0005]
Accordingly, in the present invention, a multi-link process is provided with a function of line monitoring, and a function of performing communication distribution according to the effective transmission speed of each line based on the monitoring result is provided. Achieve delay and efficient multilink communication.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a method comprising:Determined when transmitting data separately from the maximum transmission capacityIncluding a communication line whose effective transmission speed fluctuates, by using a plurality of logical communication lines simultaneously to make it look like one virtual communication line, various types of data can be exchanged with a higher-level function by using the plurality of lines. In a communication device having a function of multi-link communication that can be exchanged without distinguishing each of theFor each of the communication lines where the transmission speed fluctuatesA function to monitor the effective transmission speedA function of distributing, among the data to be transmitted, a data amount according to the transmission speed of the communication line obtained by monitoring to each line.And a multi-link communication device characterized by having:
[0007]
In particular, when the communication line includes a wireless communication line, a function of monitoring an effective transmission speed of the wireless communication line is also provided.
[0008]
Even if the communication device includes a line whose communication quality fluctuates, data of a capacity corresponding to the effective communication speed of each line constituting the multilink is always transferred, so that an excessive delay may be given to the communication. An optimal communication state can be maintained without applying an excessive load to the communication line. In particular, even when the line condition fluctuates, such as when using a wireless line involving movement, stable data communication can be ensured by performing dynamic data transfer distribution according to the present invention.
[0009]
Further, in the present invention, the line includes a line having a function of retransmitting a communication error, and the monitoring function is based on the number of retransmissions occurring on the line for the line to be retransmitted. A multi-link communication device is provided, wherein the effective speed is calculated.
[0010]
Thus, the effective transmission speed of the line is easily estimated by a simple process.
[0011]
Alternatively, a system for providing one of the wireless communication lines is deployed along a route on which a mobile using the communication device moves,For each of the communication lines where the transmission speed fluctuatesA function to monitor the effective transmission speed,Of the data to be transmitted,The period of the communication state change occurring in the wireless communication line deployed along the route;The amount of data corresponding to the transmission speed of the wireless communication line obtained by monitoring is written to each wireless communication line.Sorting functionWhenAnd a multi-link communication device characterized by having:
[0012]
By using such a device, even in a multilink including a wireless line in which a handover such as ITS (Intelligent Transport System) or a valley of fading occurs periodically, data distribution can be realized in consideration of the quality change. The present invention provides a multilink communication that keeps the line use efficiency high.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a first embodiment showing a multilink communication device according to the present invention. The communication device 10 includes a communication control unit 13, a multilink processing unit 14, and transmission / reception units 15-1 to 15-1. The communication device 10 includes three transmission / reception units, each of which is connected to the opposing communication device 11 via a line. The configuration of the communication device 1110The communication control unit 21 and the multilink processing unit20, Transmission / reception units 19-1 to 3, handset 22, and data signal terminal23Consists of With such a configuration, communication is performed between the communication devices 10 and 11. The communication control unit performs general processing necessary for the communication device. For example, the voice input from the handset 16 is converted into a signal in a format used for communication and delivered to the multilink processing unit 14. Alternatively, when the received signal is input via the transmission / reception unit and the multilink processing unit 14, the signal is returned to the original signal format. For example, if the signal is a data signal, the signal is output to the data signal terminal 17. I do. The multilink processing unit 14 has a function of allocating a signal from the communication control unit to a plurality of connected lines 18-1kara, collecting signals received by each line, and restoring a signal before division. The transmission / reception units 15-1 to 15-3 transmit and receive signals via the lines 18-1 to 18-1.As shown in FIG. 2, the multilink processing unit 14 includes a packet division unit 33 and a packet restoration unit 34 connected to the input / output line 36 from the communication control unit, a counter 31 connected to the packet division unit 33, And a buffer 35 which is connected to the packet restoration unit 43 and temporarily stores the received signal.
[0015]
The format of the signal exchanged between the multilink processing unit 14 and the communication control unit is a format having a finite length such as a packet. The multilink processing unit 14 shown in FIG. 2 divides a packet to be transmitted into short packets of a length corresponding to the bandwidth of each output line by the packet dividing unit 33, and divides each short packet into the corresponding transmitting / receiving units 15-1 to 15-3. Send to FIG. 3 shows a configuration example of the short packet 41. At the head is a sequence section 42. The multilink processing unit 14 has a counter 31 to which an initial value is given when the processing is started, and sequentially numbers each short packet at the time of division processing. The sequence number is inserted into that part. If the short packet consists of the beginning or end of the original packet, there are flag bits 43 and 44 indicating this. Each transmission / reception unit sends the short packet to the line. Each of the opposing transmission / reception units 19-1 to 3-1 receives the short packet and passes the short packet to the multilink processing unit 20. The multilink processing unit 20 combines and restores the original packet based on the sequence number assigned to the short packet passed from each of the transmission / reception units 19-1 to 19-3. The restored packet is passed to the communication control unit 21, where necessary processing is performed and output. Communication in the direction from the communication device 11 to the communication device 10 is performed in the same manner. As the counter of each multilink processing unit, a 16-bit or 32-bit length counter is used so that the period becomes sufficiently long. For this reason, even if the counter repeatedly uses the number, it is almost impossible that the same number is given to the short packets transmitted at the same time. Then, the received multilink processing unit can correctly reproduce the packet.
[0016]
As described above, when restoring a packet in the multilink processing unit, restoration is performed based on the sequence number of the received short packet. Also, the short packet has flags indicating the head and tail of the restored packet, so that the original packet can be restored regardless of which short packet is transmitted to which line.
[0017]
In a system in which short packets are not reversed due to retransmission or the like in the line section, if a short packet is lost in the middle due to an error due to noise, etc., the next packet is restored by the subsequent short packet, which is detected. You. In this case, short packets related to packets that could not be restored are discarded. Further, in the case of a packet having a short packet length, if the packet is divided by the number of lines, each short packet becomes too small and the transfer efficiency is reduced, so that the packet may be divided into a number smaller than the number of lines. If there is such a packet, there is a possibility that the above-described packet loss detection method may be erroneous, and that the order of the packets that confuses the application may be changed. For example, there are three lines a, b, and c, and packet A is divided into three short packets Aa, Ab, and Ac and sent to each line, and the next short packet B Consider a case where the packet is divided into short packets Ba and Bb and assigned to lines a and b. At this time, if a large delay occurs due to retransmission or the like on the line c to which Ba and Bb were not transferred, the short packets Ba and Bb passing through the normal lines a and b are more than Ac. The packet arrives at the receiving side first and is reproduced in the original packet B. Then, the previously received Aa and Ab are discarded, and the reproduced packet B is passed to the communication control unit. Alternatively, even when Aa and Ab are not discarded, a short packet B reproduced before receiving Ac is passed to the communication control unit, and thereafter, Aa, Ab, and Since the original packet A is reproduced from A-c and passed to the communication control unit, the order of the packets received on the application side is changed. This may degrade the operation of the application. In order to prevent such a situation, a timer is provided on the receiving side. Even if a later packet is reproduced first, the receiver waits for the time set by the timer, and only when the first short packet is not reproduced during that time. The first short packet is discarded, and the reproduced packet is output. However, when this configuration is used, there is a problem in that an optimum timer is set and a delay is increased as a whole due to the standby described above.
[0018]
On the other hand, it is possible to solve the problem by a configuration that determines whether to wait for a short packet that has not arrived by grasping the state of error detection or retransmission request occurring in the transmission / reception unit by the multilink processing unit. This is because it is possible to determine whether to wait for the arrival of the remaining short packets by checking for the presence or absence of the retransmitted short packets on the line through which the unarrived short packets are supposed to be transmitted. This configuration requires cooperation between the multilink processing unit and the transmission / reception unit for the reception operation, but is optimal in terms of delay that occurs when unarrived short packets occur, packet loss, and prevention of packet rearrangement. Can be done.
[0019]
In a system in which the order of short packets is reversed when retransmission is performed in the line section, even if individual packets are always distributed to all the lines, the reordering of the packets occurs as described above due to retransmission. In this case, the same countermeasure is required.
[0020]
The multilink processing units 14 and 20 have a function of constantly monitoring the effective transmission speed of the line to which each of the transceivers 15-1 to 15-1 and 19-1 to 3 is connected. Normally, each line has a rated transmission rate defined by the average or maximum value, but its quality depends on the mobile situation and other communication situations caused by using a wireless line or a wired line using xDSL. The effective transmission speed dynamically changes due to the temporal fluctuation of the transmission speed, the fluctuation of the available transmission speed given by the system caused by the ABR service of the ATM line, and the like. Even in such an environment, the effective transmission speed of each line is obtained using the monitoring function, and the packet division unit 33 of the multilink processing units 14 and 20 divides the input packet into short packets of a size corresponding to the input packet. I do. As a result, the maximum transmission speed can be always obtained with the optimum delay under the circumstances at the time of the entire line. The monitoring function obtains the status of each line from each transmitting / receiving unit. In the case of xDSL or ATM ABR service, the effective transmission rate itself is managed by the transmission / reception unit, and that information can be obtained. In the case of a wireless line, the monitoring unit can estimate the effective transmission rate by obtaining information such as the number of retransmissions. If this function is not provided, it will be effective to transmit data of the rated capacity even on the line whose transmission speed has deteriorated, so that data will accumulate delay and the number of short packets stored in the queue will increase. Or overflow the buffer. This affects not only the loss on the line but also the original packet itself including the affected short packet by the same delay and discard. In the multilink processing according to the present invention, by providing a monitoring function and a packet distribution control function based on the monitoring function, such a deterioration in overall communication efficiency does not occur, and as described above, delay in packet restoration is suppressed. There are also effects and the like, and these functions are important to always optimize the efficiency of the system.
[0021]
FIG. 4 shows a flow of processing related to packet division performed by the multilink processing units 14 and 20 described above. It is determined whether there is a packet input (S51). If there is a packet input, the input packet is divided into the number of lines according to a previously calculated division ratio (S52). Next, the divided packetsSequence numberIs added to form a short packet (S53). Then, the short packet is sent to the corresponding transmitting / receiving unit (S54).
[0022]
The packet division unit converts packets into short packets based on this flow, so that short packets can be sorted according to the effective transmission speed of each line. In this figure, it is assumed that the division ratio for each line has been calculated in advance. Since the division ratio is determined based on information appropriately obtained by the line monitoring unit as described above, the division ratio is separately calculated by the multilink processing unit periodically or whenever information from the line monitoring unit changes.
[0023]
FIG. 5 shows another processing example relating to packet division. First, it is determined whether a packet has been input (S55). If a packet has been input, the input packet is divided into predetermined fixed lengths (S56), and a header including a sequence number is added to the divided packet. To form a short packet (S57). Then, short packets are allocated to each line at a distribution ratio calculated in advance (S58). Subsequently, the short packet is sent to the corresponding transmitting / receiving section (S59).
[0024]
For example, in a wireless line or the like, communication is often performed using a fixed-length frame unique to the line. In such a line, a short packet generated by the multilink processing unit is inserted as data in a line-specific frame. However, depending on the length of the short packet, only a small part of the data space prepared in the frame is used. There is a case where communication is performed only when the above conditions are satisfied. This wastes the transmission capacity of the line unit. In order to reduce this waste, the multilink processing unit divides the packet into packets having a fixed length such that the length of the short packet obtained by dividing the packet matches the length of the data area of the frame used on the line. . The short packets are distributed to the transceivers so that the ratio of the number of distributions of the generated short packets to each line is a distribution ratio according to the effective transmission speed information of each line obtained from the line monitoring unit. . As a result, waste of transmission capacity in the line section is reduced, and data transfer suitable for the effective transmission speed can be maintained. In addition, there is an advantage in that the size of the short packet is fixed length, which facilitates packet division, and that all short packets have the same length, so that short packet distribution processing is simplified. In this method, if the number of short packets generated from one packet is small, the difference between the calculated target distribution ratio and the ratio of the number of short packets actually distributed to the calculated target distribution ratio may increase in each packet processing. is there. In order to avoid this, by controlling distribution so that the distribution ratio of short packets approaches the target band distribution ratio over a plurality of packets, the effect of using the present invention can be enhanced.
[0025]
Up to this point, an example has been shown in which division control is performed on a packet basis. However, when a short packet having a fixed length is used as shown in FIG. There is. For example, as described above, the distribution ratio is adjusted based on the number of fixed-length short packets allocated per unit time, and a packet obtained by dividing a packet into a fixed length is mechanically inserted into each short packet. If the last part of the packet remains short, it is divided by the corresponding length from the beginning of the next packet, and inserted into the data area of the fixed-length short packet. As a result, the data area of the short packet is always filled, so that the efficiency of data transfer is further improved, and the control of the distribution ratio of the short packet to each line and the division of the packet and the generation of the short packet can be configured independently. The processing in the link processing unit is further simplified. This example is shown in FIG. The figure shows how packets 1 to 3 (81-1 to 3) are divided and converted into short packets 1 to (86-1 to 5). In the header of the short packet, a length area 85 indicating the boundary of the packet is provided. If the flag, the first bit and the last bit in the short packet are both 1 and the length area is 100, the first 100 bytes of the data area are the last part of the previous packet and the remaining bytes are the next byte. This is the first part of the packet. If either or both of the first bit and the last bit are 0, the length area is ignored.
[0026]
FIG. 6 shows another example of the division processing. First, it is determined whether or not there is an input packet (S60). If there is an input, the number M of links for which new retransmission has occurred among N links is checked (S61). In response, the packet is divided into NM (S62). Then, a short packet is configured by adding a header including a sequence number to the divided packets (S63). The short packet is sent to the corresponding NM transmitting / receiving units (S64).
[0027]
In this process, the line monitoring unit monitors the occurrence of retransmission on the line. Then, when a retransmission occurs once on a certain line, the packet division unit divides the packet and distributes the packet to the line so as to stop once the assignment of the short packet to the line. Therefore, when dividing a packet, the packet dividing unit first obtains information from the line monitoring unit as to whether a new retransmission has occurred on each line after the previous division / distribution. Then, the packet is divided into the number of lines on which no retransmission has occurred. Now, assuming that the number of lines is N and the number of lines in which retransmission occurs is M, the number of lines is divided into NM. The generated short packet is distributed to a line on which no retransmission has occurred. This method has an advantage that line monitoring is very easy because the effective transmission speed of each line is determined based on the number of retransmissions. Also, as in the previous example, by combining with the method of dividing into fixed-length short packets, the distribution ratio deviation from the target caused by the mismatch between the length of the short packet being retransmitted and the length of the short packet that has not been distributed. Can be kept low, and the overall packet transfer speed can be kept close to the overall effective transmission speed.
[0028]
Next, a second embodiment showing the effects of the present invention will be described.
[0029]
FIG. 8 shows a system for performing data communication via a plurality of wireless lines. The user communication device 100 is a communication device having a multilink processing unit 103 using the present invention, and is used by connecting a terminal device to the data signal terminal 101, for example. Alternatively, it may take the form of a communication module incorporated in a small portable computer. The communication control unit 102 controls the overall communication with a control signal transmitted / received via a data signal terminal, notifies the status thereof, and performs processing such as format conversion on the transmitted / received data signal. The communication device has three wireless communication units 104-1 to 104-3, each of which is connected to a multilink processing unit. The wireless communication unit includes antennas 107-1 to 107-3, parts 106-1 to 3-3 for transmitting and receiving wireless signals, and protocol units 105-1 to 3-5 for controlling communication in a wireless communication section. The protocol section converts and reverse-converts the data to be transmitted into a packet format suitable for the wireless line, detects errors or loss of the transmitted packet, and performs retransmission reliably. It performs recovery and stop control processing. For example, when the wireless system is a PHS (Personal Handy-phone System), the PIAFS (PHS Internet Access Forum Standard) protocol plays this role. Then, the data is transmitted to the relay communication device 120 via the plurality of wireless lines 108-1 to 108-3. The three wireless lines, line a, line b, and line c, may be provided by different wireless systems, or the same system may have different frequencies and different connection base stations. In lines a and b in FIG. 8, the wireless communication devices 109-1 and 102-1 on the network side have the above-described protocol unit. Data input / output to / from the protocol unit is transmitted / received to / from a relay communication device via a backbone network using a communication device not shown. Since the line c is provided by the system to which the relay communication device belongs, the line c is directly connected to the relay communication device from the base station 110 that transmits and receives wireless signals via a communication unit (not shown). Therefore, the relay communication device has a protocol unit for processing a signal with the line c in the device. Transmission / reception units 125 and 126 for the signals on the lines a and b are provided. It has a multilink processing unit 123 for managing communication via the lines a to c, and a communication relay unit 122 for connecting to a server or another network via the data signal terminal 121. Accordingly, when the user accesses various communication services via the user communication device and the relay communication device, the transmission capacity integrating the transmission speeds of the lines a to c can be used between the user communication device and the relay communication device. And comfortable communication is ensured.
[0030]
It is assumed that communication to be performed is communication based on an IP packet, and that a basic protocol used in the multilink processing unit is Point-to-Point Protocol (PPP) having a multilink protocol function. PPP and its Multilink Protocol (MP) mechanism are described in RFC published by the Internet Engineering Task Force (IETF).
1661, RFC 1990.
[0031]
The IP packet generated on the user side is passed to the multilink processing unit 103 via the communication control unit 102. In the multilink processing unit 103, a connection based on PPP is established on each line in advance with the multilink processing unit of the opposite relay communication device, and settings are collectively handled as a multilink. . Therefore, the multilink processing unit divides the IP packet and generates a short packet to which a necessary header and footer are added. FIG. 9 shows a frame of this short packet. This frame transferred from the upper left to the lower right has first and last one-byte length flag areas 131 and 136 for detecting a frame break. In addition, there are a header 132 defined by the PPP and a frame check sequence (FCS) 135 for error detection, and a header 133 defined by the MP. In the above division, the method described in the above embodiment is used so that short packets are distributed to each line according to the effective transmission speed of each line obtained from the information of the line monitoring unit. The short packets generated by the multilink processing unit 103 are passed to the wireless communication units 104-1 to 104-3 of the corresponding lines. The wireless communication units 104-1 to 104-3 further perform processing related to the wireless communication section protocol on the short packets, and transmit the short packets from the transmission / reception units 106-1 to 106-3 in a frame configuration unique to the wireless section. The received wireless section frame is subjected to protocol processing, the included short packet is extracted, and is passed to the multilink processing unit 123 of the relay communication device 120. If a data error or data loss occurs in the wireless section, the wireless communication section protocol guarantees the reliability of the wireless link independently, such as automatic retransmission between the wireless communication section protocols. Is done. Further, the radio section frame is received by a base station near the user as shown by the line c in the figure, passed to the relay communication device 120 by communication means (not shown), and terminated by an opposite protocol unit in the relay communication device. In the case of processing, or as shown by lines a and b in the figure, a remote section or system is provided with a protocol for a wireless section, and is terminated there, and only the obtained short packets are further passed through various backbone networks. May be passed to the relay communication device 120. When a short packet arrives at the multilink processing unit 123 of the relay communication device 120 through these processes, the multilink processing unit 123 restores the original IP packet based on the sequence number in the short packet by the packet restoration unit. The IP packet is further sent to the outside via the communication relay unit. In this case, the same procedure as in the above embodiment is applied to the restoration procedure and the processing of the delayed / lost short packets. Therefore, also in the embodiment of this configuration, by using the multilink processing unit having the line monitoring unit to perform packet distribution according to the effective transmission speed of each line, communication using multiple lines efficiently with low delay is achieved. Can be realized.
[0032]
Communication from the relay communication device 120 to the user communication device 100 is performed in the same manner. However, when the device of the wireless line portion is remote such as the lines a and b, information on the status of the line portion is directly obtained from the wireless communication units 104-1 to 104-3 as in the case of the user communication device 100. May not be possible. At this time, the line monitoring unit can perform a desired operation if information on the line status is separately communicated between the remote wireless communication device and the relay communication device 120. Alternatively, when flow control is performed by transferring short packets between a remote wireless communication device and a relay communication device, if the transfer of short packets is delayed on the wireless communication device side and the buffer becomes full, short packets are transferred. Since the transfer stop request of the packet is notified to the relay communication device, the line monitoring unit monitors the line based on this information, and can estimate the effective transmission speed. Further, when there is no such mechanism and it is difficult to obtain information from a system that manages a wireless line, line monitoring can be performed by exchanging information between the opposing multilink processing units. For example, there is a method of periodically acquiring information on the user communication device side, and in this example, a method of using an Echo-Request function of PPP. In the latter case, when an Echo-Request packet is sent out from the multilink processing unit of the relay communication device side 120 onto the line to be monitored, the Echo-Reply packet is immediately sent back by the multilink processing unit 123 of the opposite user communication device. The multilink processing unit on the side of the relay communication device measures the time required for the round trip of the packet. By performing this operation periodically and monitoring the communication time of the target line for packet round-trip, the state of the line can be known, and the effective transmission speed can be estimated. By using the above-described method, a line monitoring method for obtaining the effect of the present invention can be realized even when the multilink processing unit is not closely connected to the line communication device. Communication can be realized.
[0033]
Further, when the user communication device 100 is a mobile device, and when the user communication device 100 is connected to a fixed network to enjoy services, the functions of the relay communication device 120 can be placed in various places on the network. When the function of the relay communication device 120 is provided in a mobility assistance server of a wireless network supporting mobile terminals, communication from a moving user to the server is realized using multilink according to the present invention, and highly efficient communication is realized. At the same time, data can be directly exchanged between the server and a service server that actually provides a service requested by the user. As a server function of such a movement assistance, there is a foreign agent (FA) in a method of dynamically accommodating a mobile communication device called Mobile IP by IETF in a network. Referring to the example of FIG. 8, when a moving user communication device 100 connects to a wireless network having a line c, the FA performs user authentication and performs a gateway function for connecting the user to the Internet or the like. And, by providing the FA with the multi-link communication function of the present invention, the user also sets the connection from the user communication device to the FA via another wireless line a or b according to the required transmission speed, Efficient large-capacity communication can be realized between the user apparatus and the FA. Then, it can be connected to various service servers via the FA. In this case, since data flows through the most efficient route from the FA to the service server, comprehensively comfortable communication is realized between the service server and the user.
[0034]
In addition, if there is no mobility support server, or even if the efficiency of multilink according to the present invention is not widespread, a relay gateway device that a user always accesses when moving is prepared inside a fixed network, and this gateway device is provided. May have the function of the relay communication device. By incorporating the function of increasing the efficiency of multilink according to the present invention into this gateway device, if the user moves to any of the various service servers via the gateway wherever he moves, those communications can enjoy the effects of the present invention. . In this case, the function of improving the efficiency of multilink according to the present invention is incorporated in the home agent (HA) in the Mobile IP system.
[0035]
Alternatively, when a service server or a router for relaying communication has a function that allows a user to specify / program a protocol to be used therein, the function for improving the efficiency of multilink of the present invention is provided using the function. The effect of the present invention can be enjoyed by performing communication by incorporating it in a router.
[0036]
When the moving user performs communication using the multilink according to the present invention, there is also an effect that the line can be efficiently switched. FIG. 10 shows an example. When a service on the Internet 208 is accessed from the user device 201 provided in the moving vehicle 200, the communication device 204 for the mobile phone system and the communication device 203 for the advanced traffic communication system (ITS) of the user device are utilized. can do. Initially, only the ITS communication device was used for communication, but when the transmission capacity was expanded using the mobile phone system communication device due to lack of bandwidth, the additional communication was performed by the user device via the ITS via the mobile phone system. It is set between the mobile assistant server 206 provided in the network. At this time, if there are other lines that can be used when deciding a new line to be set, the communication quality or effective line capacity of each line is detected and determined based on that. Even in communication using a multilink, which is often affected by a bad line, the communication quality after setting a new line can be kept high. Since the mobile phone system and the ITS are connected by a public communication network, a dedicated line, the Internet, or the like, the additional communication can be set by the mobile phone system control station 210 via the connection 211. Each of the user device and the mobility assistance server has multilink processing units 202 and 207 having the functions of the present invention. Then, a multilink according to the present invention is set between the movement assistance server and the user device. As a result, the user device can increase the capacity between the car and the ITS movement assistance server, which had the most limited line capacity when accessing the service server via the Internet. Even while using the ITS, there is a handover when moving between cells or a temporary interruption of the line behind a large truck, and the mobile phone system also has a service interruption due to a tunnel. In response to these changes in line quality, the multilink processing unit according to the present invention constantly monitors the line quality, dynamically responds to changes in the situation and quality based on the obtained information, Maintain optimal communication with high usage efficiency. In the above example, the multi-link using the ITS and the mobile phone system was described. A similar effect can be obtained in any combination of mobile communication systems such as multilink with indirect access, a mobile phone system and a satellite communication system.
[0037]
In the case of IP communication, the routing function at the network layer level also has a function of dynamically selecting a link to be used for data transfer according to the state of the line, but this exchanges line state information between the routing functions. Thus, the dynamic changes are made relatively slowly to determine uniform routing throughout the network. For this reason, it cannot follow minute changes in line conditions. Therefore, the method of improving the line utilization efficiency with low delay by adjusting the distribution of data transfer between links using the multilink according to the present invention by end users includes mobile communication in which the line status changes in units of tens of seconds. If it is more effective.
[0038]
In the case of ITS, since communication cells are arranged along a road, a handover that periodically moves between cells occurs as the vehicle progresses. That is, the effective transmission speed of the communication line changes periodically. By allocating the data transfer in consideration of this cycle in the multilink processing unit, it is possible to keep the effective line use efficiency higher. In particular, by using the inter-vehicle communication, the line that accesses the mobility assistance server via the preceding and following vehicles is also incorporated into the multilink, so that the line directly connected to the ITS from the own vehicle and the line via the other vehicle can be handovers or obstacles. Since it is difficult for the shielding by the object to occur at the same time, the effect can be more easily obtained. This is the case when the user moves on a route and uses a mobile communication system deployed along the route.
[0039]
As described above, the present invention provides means for setting a plurality of communication lines, bundling them, and always using them effectively even in mobile communication in which line conditions are easily changed.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a multilink communication apparatus having a function of monitoring a line and a function of distributing communication according to the effective transmission speed of each line based on the monitoring result. In particular, even in an environment where line conditions dynamically change drastically, such as mobile use of a wireless communication line, low delay and efficient multilink communication can be realized as a whole. Further, there is also an effect of realizing line switching that effectively follows a frequent change in line quality when used in a mobile body.
[0041]
Further, by estimating the effective transmission speed of the communication line based on the occurrence of retransmission on the communication line, the above-described effect can be realized with a simple calculation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an example of a communication system using a multilink communication device.
FIG. 2 is a configuration example of a multilink processing unit according to the present invention.
FIG. 3 is an example of a frame configuration of a short packet.
FIG. 4 is a first example of a flow of a packet division process.
FIG. 5 is a second example of the flow of the packet division processing.
FIG. 6 is a third example of the flow of the packet division processing.
FIG. 7 is a configuration example of a fixed-length short packet.
FIG. 8 is a second example of a communication system using a multilink communication device.
FIG. 9 is a multilink packet frame.
FIG. 10 is an example of communication by a multilink communication device mounted on a vehicle.
[Explanation of symbols]
10,11 user communication device
13, 21 Communication control unit
14,20 Multilink processing unit
15-1 to 3-1, 19-1 to 3
16,22 handset
17,23 Data signal terminal
31 counter
32 Line monitoring unit
33 Packet division unit
34 Packet restoration unit
35 buffers
41 short packet frame
42 Sequence part
45 Data Division
81-1-3. . . Ingress packet frame
82 Sequence number area
85 Length area
86-1 to 5-5. . . Output short packet frame
104-1 to 3 Wireless communication unit
105-1 to 3 Protocol section for wireless section
106-1-3 Wireless transceiver
110 base station
112 Backbone Network
120 relay communication device
122 Communication relay unit
132 PPP header
133 MP header
200 cars
201 User equipment
202, 207 Multilink processing unit
205 ITS base station and antenna
206 ITS mobility support server
208 Internet
209 Cellular phone system base station and antenna
210 Mobile phone system control station

Claims

One virtual communication line using multiple logical communication lines at the same time, including a communication line that varies in effective transmission speed determined at the time of data transmission apart from the maximum transmission capacity between opposing devices In the communication device having a multi-link communication function capable of exchanging various data with the higher-level function without distinguishing each of the plurality of lines,
A function of monitoring an effective transmission speed for each of the communication lines in which the transmission speed fluctuates ,
A multilink communication device having a function of distributing, to each line, a data amount according to the transmission speed of a communication line obtained by monitoring the data to be transmitted .

The multilink communication device according to claim 1 , wherein the communication line includes a wireless communication line, and the monitoring function includes a function of monitoring an effective transmission speed of the wireless communication line.

The line includes a unit having a function of performing retransmission for a communication error, and the monitoring function includes, for the line performing the retransmission, the effective transmission based on the number of retransmissions occurring in the line. multilink communication apparatus according to claim 1 or 2, wherein the calculating the velocity.

A single virtual communication line can be simultaneously used between opposing devices by using a plurality of logical communication lines, including a communication line whose effective transmission speed, which is determined at the time of data transmission, varies in addition to the maximum transmission capacity. By showing, in a communication device having a multi-link communication function capable of exchanging various data with a higher-level function without distinguishing each of the plurality of lines,
The communication line includes a wireless communication line, and a system for providing one of the wireless communication lines is deployed along a route on which a mobile using the communication device moves,
A function of monitoring an effective transmission speed for each of the communication lines in which the transmission speed fluctuates ,
Of the data to be transmitted, the amount of data corresponding to the period of the communication state change occurring in the wireless communication line deployed along the route and the transmission speed of the monitored wireless communication line is determined by each wireless communication. multilink communication apparatus characterized by having a <br/> and functions to distribute the line.