JP3868507B2 - 制御信号処理装置および通信システム - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、レイヤ１〜７からなるＯＳＩ（開放型システム間相互接続）参照モデルに対応した通信システムに係り、レイヤ１リンク（物理信号リンク）およびレイヤ２リンク（論理リンク）を介して制御情報を含むフレームの送受信を行う制御信号処理装置およびこの制御信号処理装置を含む通信システムに関する。
技術背景
次世代の移動通信網においては、発呼時に、網側がユーザ（発呼者）に対して認証処理を行うことが予定されている。この認証処理では、移動機を網に接続するに当たり、移動機と網との間で認証情報の授受を行うが、不正利用を防止するため、この認証情報の量がかなり多くなってしまう。しかも、接続遅延を短くするためには、この認証情報の授受に長時間を要してはならない。従って、次世代の移動通信網では、発呼時に使用するレイヤ１リンク（物理信号リンク）の能力（物理的なデータ転送速度）を高くし、移動機と網との間で短時間のうちに認証情報の授受を行う必要がある。
しかし、接続が終了して移動機が通信可能な状態となった後は、移動機と網側との間で授受される制御情報の量は僅かであるため、要求される物理信号リンクの能力は発呼時に比べて著しく低くなる。
このため、現在、発呼時にはユーザに対して一時的な物理信号リンクを割り当て、認証処理により正当性が確認された後に、一時的な物理信号リンクに代えて、当該リンクよりも能力が低い物理信号リンクを新たに割り当てる通信方式が検討されている。
また、このような発呼時の制御のみならず、上位レイヤで行われる信号処理に応じて物理信号リンクを随時張り替え、当該信号処理を遅延なく実行することができ、かつ、限られたチャネル資源を有効に利用することができる通信方式の検討が行われている。
ところで、仮に従来の移動通信網における物理信号リンクの制御方法をそのまま用いて、このような「物理信号リンクの張り替え」を行うものとすると、確立しているレイヤ２リンク（論理リンク）を一旦解放し、新たにレイヤ２リンクを確立し直すこととなる。
しかし、このようなレイヤ２リンクの切替を伴った物理信号リンクの切替方法を次世代の移動通信網に適用したとすると、物理信号リンクを張り替える度にレイヤ２リンクを解放し再度確立するための信号を送受する必要があり、オーバヘッドが増大してしまうという問題がある。
また、物理信号リンクを張り替える際にレイヤ２リンクを再確立するものとすると、レイヤ２リンクの解放時に損失した情報（フレーム）は、新たなレイヤ２リンクにおいては再送されない。したがって、より上位のレイヤ３信号（メッセージ）が消失し、制御手順が行き詰まってしまう虞がある。
発明の明示
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、少ないオーバヘッドで制御信号の送受信のための物理信号リンクの切替を行うことができる制御信号処理装置および通信システムを提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、物理信号リンクの張り替え時のフレーム損失を極力低減することにある。
上述した課題を解決するために、この発明は、物理信号リンクおよび論理リンクの設定および維持の管理を行う制御機能を有し、設定した物理信号リンクおよび論理リンクを介して、制御信号を含むフレームの送受信を行う制御信号処理装置において、
既に設定されている論理リンクに対応した物理信号リンクを他の物理信号リンクに切り替えるべき旨の物理信号リンク切替要求が生じた場合に、当該論理リンクを解放することなく、制御信号の送受信に使用する物理信号リンクを新たな物理信号リンクに切り替える物理信号リンク切替手段と、前記物理信号リンク切替手段により、たとえ前記切り替えが実行されているときでも論理リンクを保持し、当該論理リンクに係るレイヤ２に相当する処理を行うレイヤ２処理部とを具備することを特徴とする制御信号処理装置であって、前記物理信号リンク切替手段は、切替先の物理信号リンクの設定を要求し、切替先の物理信号リンクおよび切替元の物理信号リンクの両方を使用した制御信号の受信を開始し、切替先の物理信号リンクの確立の確認後、制御信号の送信に使用する物理リンクを当該切替先の物理リンクのみに切り替えるとともに前記切替元の物理信号リンクの解放を指示し、当該切替元の物理信号リンクの解放の確認後、制御信号の受信のための物理信号リンクを当該切替先の物理リンクのみに切り替えることを特徴とする制御信号処理装置を提供するものである。
かかる発明によれば、論理リンクを解放することなく、物理信号リンクの切替が行われるため、物理信号リンクの切替のためのオーバヘッドを低減することができる。
物理信号リンク切替の契機としては、例えば以下のものが挙げられる。
ａ．発呼があり、情報チャネルが確立したときに前記物理信号リンク切替要求を発生し、制御信号の送受信のための物理信号リンクを、容量の少ないものに切り替える。
ｂ．ベアラ切替に伴って前記物理信号リンク切替要求を発生し、制御信号の送受信のための物理信号リンクを、切替後のベアラに対応したものに切り替える。
ｃ．複数の呼の通信を行っており、制御信号の送受信用の物理信号リンクを使用している呼が終了した場合に前記物理信号リンク切替要求を発生し、制御信号の送受信のための物理信号リンクを、その後残存する呼に対応した物理信号リンクに切り替える。
さらに、本発明によれば、切替先の物理信号リンクの設定後、切替元の物理信号リンクが解放されるまでの間は、切替先の物理信号リンクおよび切替元の物理信号リンクの両方を使用した制御信号の受信が行われるので、物理信号リンクの切替に伴うフレーム損失を極力回避することができる。
また、この発明の別の好ましい態様では、使用可能な複数の物理信号リンクの各々に対応し、前記フレームの最大長を記憶したデータベースと、
前記物理信号リンク切替要求が与えられたとき、切替先の物理信号リンクを選定する選定手段と、
前記切替先の物理信号リンクに対応した最大長を前記データベースから取得し、前記制御信号をこの最大長のフレームに載せて送信する送信手段と
が制御信号処理装置に設けられている。
かかる発明の態様においては、切替前後に亙り、常に物理信号リンクに適した最大長でフレームを送ることができるため、物理信号リンクの切替を行う場合でも、高い伝送効率を維持することができる。
また、この発明の別の態様である制御信号処理装置は、移動体通信システムの移動機に設けられる制御信号処理装置である、対向装置から送られてきたフレームが損失フレームとなった後、当該損失フレームに対応した再送フレームを前記対向装置から受信する前に物理信号リンクの切替要求を行った場合に、当該再送フレームが受信されるまでの間、切替元の物理信号リンクに対応したフレームと切替先の物理信号リンクに対応したフレームの両方を受信可能な状態を維持するものである。
かかる発明の態様によれば、物理信号リンクの切替に伴うフレーム損失を極力回避することができる。
また、この発明は、物理信号リンクおよび論理リンクの設定および維持の管理を行う制御機能を有し、設定した物理信号リンクおよび論理リンクを介して、制御信号を含むフレームの送受信を行う制御信号処理装置を網内に有し、該制御信号処理装置が、既に設定されている論理リンクに対応した物理信号リンクを他の物理信号リンクに切り替えるべき旨の物理信号リンク切替要求が与えられた場合に、当該論理リンクを解放することなく、制御信号の送受信に使用する物理信号リンクを新たな物理信号リンクに切り替える物理信号リンク切替手段と、前記物理信号リンク切替手段により、たとえ前記切り替えが実行されているときでも論理リンクを保持し、当該論理リンクに係るレイヤ２に相当する処理を行うレイヤ２処理部とを具備し、前記物理信号リンク切替手段は、切替先の物理信号リンクの設定を要求し、切替先の物理信号リンクおよび切替元の物理信号リンクの両方を使用した制御受信を開始し、切替先の物理信号リンクの確立の確認後、制御信号の送信に使用する物理リンクを当該切替先の物理リンクのみに切り替えるとともに前記切替元の物理信号リンクの解放を指示し、当該切替元の物理信号リンクの解放の確認後、制御信号の受信のための物理信号リンクを当該切替先の物理リンクのみに切り替えることを特徴とする通信システムを提供するものである。
かかる発明によれば、少ないオーバヘッドで、網内のノード間の制御信号の授受のための物理信号リンクの切替を行うことができ、リソースの有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施形態による制御信号処理装置の構成を示すブロック図である。
図２は、本実施形態における物理信号リンクの切替動作に従ったＭＬ２フレームの送出過程を示す図である。
図３は、図２に対応した切替動作の制御フローを示すフローチャートである。
図４は、本実施形態における物理信号リンクの切替動作に従ったＭＬ２フレームの送出過程を示す図である。
図５は、図４に対応した切替動作の制御フローを示すフローチャートである。
図６は、本実施形態における物理信号リンクの切替動作に従ったＭＬ２フレームの送出過程を示す図である。
図７は、図６に対応した切替動作の制御フローを示すフローチャートである。
図８は、本実施形態における移動機からの発信時のシーケンスを示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
Ａ：実施形態の構成
図１は本発明の一実施形態による制御信号処理装置の構成を示す図である。この図に示す制御信号処理装置は移動通信システムの網側に配置される。なお、移動機には、この図１に示す制御信号処理装置との間で制御信号の授受を行う制御信号処理装置が設けられている。この移動機側の制御信号処理装置は、レイヤ２の終端機能に関しては図１に示すものと同様の構成を有している。
図１に示すように、本実施形態による制御信号処理装置は、１つの共通制御信号処理装置１と複数の個別制御信号処理装置２とから構成されている。ここで、複数の個別制御信号処理装置２は、各々が単一のレイヤ２リンクに対応している。なお、このように個別制御信号処理装置２を複数設けるのではなく、１つにまとめても構わない。
共通制御信号処理装置１および各個別制御信号処理装置２は、実際にはＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリィ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなるＰＲＵ（プロセッサ・ユニット）により構成されている。これらの装置は、ＲＯＭあるいはＲＡＭに格納された制御プログラムをＣＰＵが実行することにより、各々の機能を営む。
共通制御信号処理装置１は、物理信号リンク−レイヤ２ＰＤＵ最大長対応データベース１１と、管理部１２とを有している。
ここで、物理信号リンク−レイヤ２ＰＤＵ最大長対応データベース１１は、複数の物理信号リンクと各物理信号リンクの能力に応じて定まるレイヤ２（データリンク層）のＰＤＵ（プロトコルデータ単位：レイヤ２フレーム）の最大長とを対応付けて格納したデータベースである。
また、管理部１２は、このデータベース１１を参照して複数の個別制御信号処理装置２を管理する手段である。この管理部１２は、物理信号リンク選定管理部１２１と、物理信号リンク切替管理部１２２とを有している。
ここで、物理信号リンク選定管理部１２１は、外部から物理信号リンクの切替が指示されたレイヤ２リンク（以後、対象レイヤ２リンクという）に対して切替先の物理信号リンクを選定する手段である。
また、物理信号リンク切替管理部１２２は、対象レイヤ２リンクが使用する物理信号リンクを物理信号リンク選定管理部１２１で選定された物理信号リンクに切り替えるべき旨の指示を、当該対象レイヤ２リンクに対応した個別制御信号処理装置２へ供給する手段である。
一方、個別制御信号処理装置２は、複数のレイヤ１処理部２１と、物理インタフェース切替部２２と、レイヤ２処理部２３と、レイヤ３処理部２４とを有している。
ここで、各レイヤ１処理部２１は、物理層（レイヤ１）のインタフェースを提供する物理インタフェース部に接続されており、物理信号リンク切替管理部１２２からの指示に応じて動作を開始し、あるいは停止する。このレイヤ１処理部２１は、その動作中には物理インタフェース部の資源を用いて物理信号リンクを形成する。
物理インタフェース切替部２２は、物理信号リンク切替管理部１２２からの指示に応じて、１つまたは複数の物理信号リンクをレイヤ２処理部２３に接続する。
レイヤ２処理部２３は、レイヤ２に相当する処理を行う手段であり、共通部２３１および可変部２３２からなる。
共通部２３１は、使用する物理信号リンクに関わらず共通した処理を行う手段であり、ＬＡＰＤＭ（移動通信向けＤチャネル用リンクアクセス手順）等のプロトコルを処理するプロトコル処理部や、転送に失敗したデータの再送処理を行う再送処理部を有する。
一方、可変部２３２は、使用する物理信号リンクに応じた処理を行う手段である。この可変部２３２は、レイヤ１側から渡されるレイヤ２ＰＤＵを結合して共通部２３１へ渡すとともに、共通部２３１から渡されたデータを内部の最大長格納部（図示略）に書き込まれた長さを最大長とするデータユニットに分割してレイヤ２ＰＤＵを作成し、レイヤ１側へ渡す。
レイヤ３処理部２４は、レイヤ３（ネットワーク層）に相当する処理を行う手段である。
Ｂ：実施形態の動作
次に、本実施形態の動作について説明する。
Ｂ−１：概要
まず、本実施形態のレイヤ２リンク確立時および物理信号リンク切替時の動作の概要について述べる。
外部からレイヤ２リンクの確立を要求するメッセージが共通制御信号処理装置１に到来すると、物理信号リンク選定管理部１２１により第１物理信号リンクが選定される。
次いで、物理信号リンク選定管理部１２１または物理信号リンク切替管理部１２２により、この第１物理信号リンクに対応したレイヤ２フレームの最大長（ここではＡとする）がデータベース１１から読み出される。
上記第１物理信号リンクを表す情報およびこの最大長Ａを表す情報は、物理信号リンク切替管理部１２２から個別制御信号処理装置２へ通知される。
そして、物理インタフェース切替部２２により、上記第１物理信号リンクを表す情報に対応した第１物理信号リンク（レイヤ１処理部２１）が選択される。また、可変部２３２のＰＤＵ分割結合部では、最大長Ａが最大長格納部に書き込まれる。
次に、物理信号リンクを第２物理信号リンクへ切り替える旨のメッセージが共通制御信号処理装置１に到来すると、共通制御信号処理装置１において上述した第１物理信号リンクの確立時と同様の処理が行われ、第２物理信号リンクを表す情報および最大長Ｂを表す情報が個別制御信号処理装置２へ通知される。
そして、個別制御信号処理装置２のＰＤＵ分割結合部では、最大長Ｂが最大長格納部に書き込まれる。
また、物理インタフェース切替部２２では、上記第２物理信号リンクを表す情報に対応した第２物理信号リンク（レイヤ１処理部２１）が選択され、物理信号リンクが第１物理信号リンクから第２物理信号リンクへ切り替えられる。
この際、第１物理信号リンク使用時に確立されたレイヤ２リンクは、そのまま保持され、物理信号リンクのみが切り替えられる。従って、物理信号リンクを切り替えたことの影響は、上位レイヤ（レイヤ３）には及ばない。なお、本制御信号処理装置の詳細な動作については、「Ｂ−３：移動通信システム全体の動作」において例示する。
以上説明したように、本実施形態においては、レイヤ２リンクを解放することなく、物理信号リンクの切替が行われるので、レイヤ２リンクの解放および設定のための制御信号の送受信を行う必要がなく、オーバヘッドを削除することができる。
また、物理信号リンクの切替においては、データベース１１に問い合わせることで物理信号リンクの能力から規定されるレイヤ２フレームの最大長を取得し、この最大長でレイヤ２リンクの送受信を行うようにしたので、切替前後に亙り、常に物理信号リンクに適した最大長のレイヤ２フレームを送受することができる。
Ｂ−２：切替動作
次に、第１物理信号リンクから第２物理信号リンクへの切替動作について、図２〜図７を参照し、レイヤ２フレームの挙動に着目して説明する。ただし、各図および以降の説明において、ＭＬ３（Mobile Layer 3：移動無線用レイヤ３）は上記のレイヤ３に相当する移動通信用の制御信号等を伝達するためのレイヤ、ＭＬ２は上記のレイヤ２に相当する移動通信用の制御信号等を伝達するためのレイヤである。また、ＲＯＭまたはＲＡＭに格納する制御プログラムは、必ずしも１つである必要はなく、いくつかの制御プログラムからいずれか１つを実行するようにしてもよい。したがって、以下では、本実施形態において採用可能な制御プログラムによる代表的な動作を場合分けして説明する。
（１）切替動作１
図２は本実施形態において行われる切替動作１を示す図である。この切替動作１では、１つのＭＬ３フレームを分割することにより複数のＭＬ２フレームが生成され、全てのＭＬ２フレームが送信された後に損失フレームの再送処理や第２物理信号リンクへの切替処理に関する判断が行われる。また、図３は当該切替動作１を行うための制御信号処理装置の制御フローを示すフローチャートである。なお、この切替動作１では、全ての物理信号リンクに対する最大長を、各物理信号リンクの能力に応じて物理信号リンク毎に独立して設定することを前提としている。
図２に示すように、レイヤ３処理部２４によるレイヤ３処理において組み立てられたＭＬ３フレームＡがレイヤ２処理部２３に渡されると、レイヤ２処理部２３では、ＭＬ３フレームからＭＬ２フレームを生成する分解処理およびＭＬ２フッタ処理が行われる。
具体的には、ＰＤＵ分割結合部の最大長格納部に書き込まれた長さ（第１物理信号リンクの最大長）のＭＬ２フレームを上記ＭＬ３フレームＡから切り出す処理を、切り出せるＭＬ２フレームがなくなるまで繰り返す（図３のステップＳＡ１，ＳＡ２）。
次に、こうして作成された全てのＭＬ２フレームＡ−１，Ａ−２，Ａ−３が順に送信される（ステップＳＡ３）。
この送信を終えた後にフレーム損失が生じたか否かが判断される（ステップＳＡ４）。
そして、フレーム損失が生じた場合には、損失フレームの再送処理が行われる（ステップＳＡ５）。この再送処理の後、物理信号リンクの切替があったか否かが判断される（ステップＳＡ６）。
なお、フレーム損失が生じなかった場合にはステップＳＡ４の直後に、物理信号リンクの切替についての判断が行われる（ステップＳＡ６）。
ところで、図２に示す例では、ＭＬ２フレームＡ−２が損失しているので、当該フレームの再送処理が行われるが、その再送処理以前に第１物理信号リンクが第２物理信号リンクに切り替わっている。
この場合、第２物理信号リンクにおける最大長ではなく、第１物理信号リンクに対応した最大長のレイヤ２フレームが上記損失フレーム（ＭＬ２フレームＡ−２）に対応した再送フレームとして生成され、第２物理信号リンクを使用して再送される。
このように物理信号リンクの切替以前に損失したレイヤ２フレームの再送を、切替元の物理信号リンクに応じた最大長のレイヤ２フレームを使用して行うようにしているのは、損失フレームと再送フレームの長さを常に同じにし、かつ、両者を１：１に対応させ、再送処理のための制御を簡素化するためである。
受信側（移動機側）では、第２物理信号リンクへ切り替わった後でも、第１物理信号リンクを介した伝送の際に生じた損失フレーム（この例ではＭＬ２フレームＡ−２）の再送フレームを受け取っていない場合には、その再送フレームが到着するまでの間、第２物理信号リンクに対応した最大長のフレームのみならず、第１物理信号リンクに対応した最大長のフレームをも受信可能な状態を維持する。
そして、この第１物理信号リンクに対応した最大長の再送フレームが第２物理信号リンクを介して移動機に到着すると、移動機は損失フレームの送達確認を網側へ送る。
図２の例において、網側の制御信号処理装置のレイヤ２処理部２３は、この損失フレームの送達確認を受け取ると、次にレイヤ３処理部２４から渡されるＭＬ３フレームが第２物理信号リンクの最大長で分割されてＭＬ２フレームが作成され、順に第２物理信号リンク経由で送信される（ステップＳＡ７）。
なお、図３では、以降の処理の図示を省略しているが、実際には、「第１物理信号」を「第２物理信号」で置き換えたステップＳＡ２以降の処理が続くことになる。
また、図３では、ＭＬ２フレームの送信時の動作のみが示されている。ＭＬ３フレームの受信時の動作については「Ｂ−３：移動通信システム全体の動作」において詳述する。
（２）切替動作２
図４は本実施形態における切替動作２を示す図である。この切替動作２では、１つのＭＬ３フレームを分解して複数のＭＬ２フレームを生成し、これらのＭＬ２フレームのうち１つのＭＬ２フレームを送信する毎に損失フレームの再送処理や第２物理信号リンクへの切替処理に関する判断を行う。また、図５はこの切替動作２を実行するための制御フローを示すフローチャートである。なお、この切替動作２では、切替動作１と同様に、全ての物理信号リンクに対する最大長を物理信号リンク毎に独立して設定することを前提としている。
図４に示すように、レイヤ３処理部２４によるレイヤ３処理において組み立てられたＭＬ３フレームＡがレイヤ２処理部２３に渡されると、レイヤ２処理部２３では、ＭＬ３フレームからＭＬ２フレームを生成する分解処理およびＭＬ２フッタ処理が行われる（図５のステップＳＢ１〜ＳＢ５）。具体的には次の通りである。
まず、レイヤ２処理部２３は、上記ＭＬ３フレームＡから、ＰＤＵ分割結合部の最大長格納部に書き込まれた長さ（第１物理信号リンクの最大長）を最大長とするＭＬ２フレームＡ−１を切り出す（ステップＳＢ１）。そして、この切り出したＭＬ２フレームＡ−１を第１物理信号リンク経由で送信する（ステップＳＢ２）。
次に、送信したＭＬ２フレームＡ−１の送達確認を受信した場合にはフレーム損失がなかったものと判定し（ステップＳＢ３）、物理信号リンクの切替の有無を確認する（ステップＳＢ５）。そして、物理信号リンクが切り替えられない場合には次のＭＬ２フレームＡ−２を切り出して送信する（ステップＳＢ１，ＳＢ２）。
ところで、図４の例では、ＭＬ２フレームＡ−２が損失している。従って、当該フレームの再送処理を行うこととなる（ステップＳＢ４）。しかし、この再送処理以前に第１物理信号リンクが第２物理信号リンクに切り替わっている。この場合、図２に示した例と同様に、損失フレーム（ＭＬ２フレームＡ−２）は第１物理信号リンクに対応した最大長で再送される。従って、受信側の動作も、図２の例と同様となる。
そして、図４の例では、損失フレームの受信確認を受け取ると、次に、ＭＬ３フレームＡの未送信部分が第２物理信号リンクの最大長で分割されてＭＬ２フレームＡ−３が作成され、第２物理信号リンク経由で送信される（ステップＳＢ６）。なお、図４では、以降の処理の図示を省略しているが、実際には、「第１物理信号」を「第２物理信号」で置き換えたステップＳＢ２以降の処理が続くことになる。
（３）切替動作３
図６は本実施形態における切替動作３を示す図である。この切替動作３では、１つのＭＬ３フレームを複数のＭＬ２フレームに分割し、１つのＭＬ２フレームを送信する毎に、損失フレームの再送処理や第２物理信号リンクへの切替処理を行う場合の切替動作を行う。また、この切替動作３では、全ての物理信号リンクに対する最大長を同一に設定することを前提としている。図７はこの切替動作３を実行するための制御フローを示すフローチャートである。
この切替動作３では、図６に示すように、切替前の第１物理信号リンクの最大長と切替後の第２物理信号リンクの最大長とが一致することとなる。従って、この切替動作３の制御をするための制御フローは、上記切替動作２のものに比べて簡略化することができる。
すなわち、図７と図５とを比較すると明らかなように、図７に示す処理は、ステップＳＢ１〜ＳＢ４と同一処理のステップＳＣ１〜ＳＣ４を包含しているが、物理信号リンクの切替に応じてＭＬ２フレームの最大長を切り替える処理（図５におけるステップＳＢ５，ＳＢ６に相当する処理）が取り除かれている。
このように、物理信号リンクの切替時にＭＬ２フレームの最大長が変化しないことが予め分かっている場合には、損失フレーム（ＭＬ２フレームＡ−２）の再送処理以前に第１物理信号リンクが第２物理信号リンクに切り替わっても特別な処理は不要である。従って、図７に示すように、処理は簡素化するのである。ただし、ＭＬ２フレームのフレーム長は、必ずしも使用する物理信号リンクの能力に適した長さとなる訳ではないので、前述の切替動作１および２に比較して、スループットの低下が予想される。
Ｂ−３：移動通信システム全体の動作
次に、本実施形態による制御信号処理装置を使用した移動通信システム全体の切替動作について説明する。本システムにおいて物理信号リンクの切替作動が行われる契機としては、例えばユーザ発呼時、ベアラ切替時、複数コールが挙げられる。各々の概要を説明すると次の通りである。
ａ．ユーザ発呼時における物理信号リンクの切替処理
移動通信システムでは、接続遅延を短時間に抑えることが要求される。そこで、次世代移動通信網では、ユーザの発呼時、制御信号の送受信のために個別の高速の物理信号リンク（ＳＤＣＣＨ）を割り当てて、認証などのネゴシエーションを迅速に行うこととなっている。また、認証等の確認が終了し、ＴＣＨ（Traffic Channel；情報チャネル）が確立した後は、移動機と網側との間で送受信すべき制御信号の量が少なくなる。そこで、ＴＣＨ確立後は、無線リソースを有効利用するため、制御信号の送受信のための物理信号リンクをＴＣＨに付随したＡＣＣＨ（Associated Control Channel；付随制御チャネル）に切り替えることとされている。この制御信号用の物理信号リンクの切替の際に一旦確立したレイヤ２リンクを解放したのでは、レイヤ２リンクの解放および再設定のための制御信号の送受信が新たに必要となり、無線リソースが無駄に使用されることとなる。そこで、無線リソースの有効利用を図るため、ＴＣＨの確立を契機として物理信号リンクの切替要求を発生し、レイヤ２リンクを解放することなく、制御信号用の物理信号リンクをＳＤＣＣＨからＡＣＣＨに切り替えるのである。
ｂ．ベアラ変更時における物理信号リンクの切替処理
ユーザアプリケーションの変更、すなわち、例えば音声通信をしているユーザがそのままファクシミリ通信に変更するというようなテレサービス変更が行われる場合があるが、かかる場合に無線リソース上の制約等の理由によりベアラ変更が行われることがある。このベアラ変更を行うと、無線区間では無線フレームの構造が変更となり、ベアラ速度が変更となるため、ＴＣＨの再確立となる。ここで、音声通信やファクシミリ通信の制御のための制御信号はＴＣＨに付随したＡＣＣＨを介して送受信される。従って、音声通信からファクシミリ通信への切替に伴ってＴＣＨが切り替わると、当然、ＡＣＣＨも切り替えることとなる。また、有線区間も、無線フレームをそのまま継承する形で伝送が行われるので、有線区間についても制御信号用の物理信号リンクの変更が必要となる。
また、以上のようなアプリケーションの変更の場合の他、アプリケーションはそのままで、ベアラ（例えば非制限６４ｋｂｐｓ）を統合してベアラ速度を変更するような場合にもベアラ変更が行われる。例えば６４ｋｂｐｓ〜１２８ｋｂｐｓというような非制限データサービスがあり、網が混雑しているときは６４ｋｂｐｓの速度のベアラを提供し、リソースに余裕が生じた時点で２つの６４ｋｂｐｓのベアラを統合して１２８ｋｂｐｓのベアラを供給するような場合がある。この場合も無線フレームの速度が異なったものとなるので、ＡＣＣＨを切り替える必要が生じる。
以上のようなＡＣＣＨの切替が生じた場合に、上記物理信号リンクの切替要求を発生し、レイヤ２リンクを解放することなく、ＡＣＣＨの切替を行うのである。
ｃ．複数呼が生起しているときの物理信号リンクの切替処理
次世代移動通信網では、１つの移動局の配下に複数の端末を接続し、同時に複数の呼を扱うサービスが検討されている。この場合、第１呼のＴＣＨに付随したＡＣＣＨ（Associated Control Channel；付随制御チャネル）を全ての呼が共有して使用することとなる。しかし、他の呼が継続しているにも拘わらず第１呼が終了するような場合がある。この場合、何等策を施さないとすると、第１呼の終了によりＡＣＣＨがなくなってしまうため、残った呼についての制御信号の送受信をすることができなくなってしまう。そこで、このような場合には、上述した物理信号リンクの切替要求を発生し、残った呼に対応したレイヤ２リンクを解放することなく、残った呼の１つのＴＣＨ内にＡＣＣＨを設定し、このＡＣＣＨを使用して、残った呼を維持するための制御信号の送受信を続行するのである。
ここで、上記ａ〜ｃの契機の中からユーザの発呼時における物理信号リンクの切替動作を取り挙げ、その切替動作の例について説明する。以下説明する例では、物理信号リンクの切替トリガは、ＭＬ３処理部（レイヤ３処理部２４）からの指示により行われる。
図８において、ＭＳは移動機、ＢＴＳは基地局、ＭＳＣは移動通信交換局である。ここで、移動通信交換局ＭＳＣは、ＲＮＣ（Radio Access Network Controller；無線アクセス制限装置）を含んでおり、このＲＮＣは移動機対向の信号を終端する網側の装置Ｍ−ＳＩＧ（移動機対向信号処理装置）、すなわち、本実施形態による個別制御信号処理装置に相当する装置を含んでいる。なお、ＭＳＣがＲＮＣを含んでおらず、ＭＳＣとは部個にＲＮＣを設ける場合があるが、かかる場合においてもＲＮＣに装置Ｍ−ＳＩＧが設けられる。また、移動機ＭＳも、このＭ−ＳＩＧと対向して制御信号の送受信を行う制御信号処理装置を含んでいる（図示略）。
図８に示すように、移動機からの発信時には、以下の（１）〜（４）の処理が順に行われる。なお、以下の（１）〜（５）は図８に示した（１）〜（４）に各々対応している。
（１）交換局ＭＳＣに設けられた網側の装置Ｍ−ＳＩＧのＰＲＵは、認証等の処理を行うための一時的な物理信号リンク（第１物理信号リンク）の確立を要求するトリガメッセージ（Signaling Channel Setup request indication）を移動機ＭＳから受け、これに応じて第１物理信号リンクを確立する。この第１物理信号リンクは、例えばＳＤＣＣＨである。
実際には、上記ＰＲＵは、上記トリガメッセージに応じたメッセージ（Signaling Channel Setup requested request indication）を基地局ＢＴＳから受け、これに応じて第１物理信号リンクを確立する。
この第１物理信号リンクが確立すると、移動機ＭＳは認証等の処理を第１物理信号を使用して行う。この結果、レイヤ２リンクが確立し、第１物理信号リンクを介してＭＬ２フレームが送受されることとなる。
（２）第１物理信号を使用した認証等の処理が終了すると、装置Ｍ−ＳＩＧのＰＲＵは、制御チャネルを第１物理信号から第２物理信号へ切り替える処理を開始する。すなわち、装置Ｍ−ＳＩＧのＰＲＵは、まず、有線区間の第２物理信号用のリンク確立を要求するメッセージ（Bearer & Redio Bearer Setup request in dication）を移動通信交換局ＭＳＣから基地局ＢＴＳへ送る。ここで、第２物理信号リンクは、例えばＴＣＨに付随したＡＣＣＨである。
この時、装置Ｍ−ＳＩＧは、制御信号の送信は第１物理信号を使用して行う状態にある。
そして、装置Ｍ−ＳＩＧのＰＲＵは、有線区間の第２物理信号用のリンクが確立した時点で、無線区間の第２物理信号リンクを確立するためのトリガメッセージ（Radio Bearer Setup request indication）を第１物理信号リンク経由で移動通信交換局ＭＳＣから移動機ＭＳへ送る。このトリガメッセージの送信により、装置Ｍ−ＳＩＧは、第１物理信号リンクおよび第２物理信号リンクの両方を使用して制御信号の受信するすることが可能なマルチ受信状態となる。
（３）そして、第２物理信号の無線リンクが確立したことを表すメッセージ（Bearer & Radio Bearer Setup response confirmation）が基地局ＢＴＳから移動通信交換局ＭＳＣへ送られると、これをトリガとして、装置Ｍ−ＳＩＧのＰＲＵは、送信に使用するリンクを第１物理信号リンクから第２物理信号リンクへ切り替える。ただし、この時点では、受信については、第１物理信号および第２物理信号のマルチ受信状態のままである。
ここで、装置Ｍ−ＳＩＧをマルチ受信状態としておく理由について説明する。
例えば、送信における第１物理信号リンクから第２物理信号リンクへの切替時に、受信においても第１物理信号リンクから第２物理信号リンクに切り替えるようにすると、移動機ＭＳから第１物理信号リンク経由で転送中のユーザデータより先に、第１物理信号リンクから第２物理信号リンクへ切り替えるトリガメッセージ（第２物理信号の無線リンクが確立したことを表すメッセージ）が移動交換局ＭＳＣに到着し、受信において上記切替が行われてしまうと、その後に到着した第１物理信号リンク経由のユーザデータを受信することができない虞がある。そしてこの場合には、損失したデータの再送を第２物理信号リンク経由で行うことになり、結果的にスループットが低下することになる。このような理由から、本実施形態では、送信に使用する物理信号リンクを切り替えても、マルチ受信状態を維持するようにしている。
次に、装置Ｍ−ＳＩＧは、基地局ＢＴＳへ第１物理信号リンクの解放を要求するメッセージ（Signaling Connection Release release request indication）を送信し、第１物理信号リンクを解放する。
（４）そして、第１物理信号リンクを解放した旨の解放確認メッセージ（Signaling Connection Release response confirmation）をトリガとして、制御信号の受信に使用する物理信号リンクを第２物理信号リンクのみに切り替える。すなわち、送受信に使用する物理信号リンクが第２物理信号リンクのみとなる。
以上のような手順で物理信号リンクの切替を行うため、切替に伴うフレーム消失を極力回避することができるのである。
本発明は、レイヤ１〜７からなるＯＳＩ（開放型システム間相互接続）参照モデルに対応した通信システムに係り、レイヤ１リンク（物理信号リンク）およびレイヤ２リンク（論理リンク）を介して制御情報を含むフレームの送受信を行う制御信号処理装置およびこの制御信号処理装置を含む通信システムに関する。
技術背景
次世代の移動通信網においては、発呼時に、網側がユーザ（発呼者）に対して認証処理を行うことが予定されている。この認証処理では、移動機を網に接続するに当たり、移動機と網との間で認証情報の授受を行うが、不正利用を防止するため、この認証情報の量がかなり多くなってしまう。しかも、接続遅延を短くするためには、この認証情報の授受に長時間を要してはならない。従って、次世代の移動通信網では、発呼時に使用するレイヤ１リンク（物理信号リンク）の能力（物理的なデータ転送速度）を高くし、移動機と網との間で短時間のうちに認証情報の授受を行う必要がある。
しかし、接続が終了して移動機が通信可能な状態となった後は、移動機と網側との間で授受される制御情報の量は僅かであるため、要求される物理信号リンクの能力は発呼時に比べて著しく低くなる。
このため、現在、発呼時にはユーザに対して一時的な物理信号リンクを割り当て、認証処理により正当性が確認された後に、一時的な物理信号リンクに代えて、当該リンクよりも能力が低い物理信号リンクを新たに割り当てる通信方式が検討されている。
また、このような発呼時の制御のみならず、上位レイヤで行われる信号処理に応じて物理信号リンクを随時張り替え、当該信号処理を遅延なく実行することができ、かつ、限られたチャネル資源を有効に利用することができる通信方式の検討が行われている。
ところで、仮に従来の移動通信網における物理信号リンクの制御方法をそのまま用いて、このような「物理信号リンクの張り替え」を行うものとすると、確立しているレイヤ２リンク（論理リンク）を一旦解放し、新たにレイヤ２リンクを確立し直すこととなる。
しかし、このようなレイヤ２リンクの切替を伴った物理信号リンクの切替方法を次世代の移動通信網に適用したとすると、物理信号リンクを張り替える度にレイヤ２リンクを解放し再度確立するための信号を送受する必要があり、オーバヘッドが増大してしまうという問題がある。
また、物理信号リンクを張り替える際にレイヤ２リンクを再確立するものとすると、レイヤ２リンクの解放時に損失した情報（フレーム）は、新たなレイヤ２リンクにおいては再送されない。したがって、より上位のレイヤ３信号（メッセージ）が消失し、制御手順が行き詰まってしまう虞がある。
発明の明示
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、少ないオーバヘッドで制御信号の送受信のための物理信号リンクの切替を行うことができる制御信号処理装置および通信システムを提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、物理信号リンクの張り替え時のフレーム損失を極力低減することにある。
上述した課題を解決するために、この発明は、物理信号リンクおよび論理リンクの設定および維持の管理を行う制御機能を有し、設定した物理信号リンクおよび論理リンクを介して、制御信号を含むフレームの送受信を行う制御信号処理装置において、
既に設定されている論理リンクに対応した物理信号リンクを他の物理信号リンクに切り替えるべき旨の物理信号リンク切替要求が生じた場合に、当該論理リンクを解放することなく、制御信号の送受信に使用する物理信号リンクを新たな物理信号リンクに切り替える物理信号リンク切替手段と、前記物理信号リンク切替手段により、たとえ前記切り替えが実行されているときでも論理リンクを保持し、当該論理リンクに係るレイヤ２に相当する処理を行うレイヤ２処理部とを具備することを特徴とする制御信号処理装置であって、前記物理信号リンク切替手段は、切替先の物理信号リンクの設定を要求し、切替先の物理信号リンクおよび切替元の物理信号リンクの両方を使用した制御信号の受信を開始し、切替先の物理信号リンクの確立の確認後、制御信号の送信に使用する物理リンクを当該切替先の物理リンクのみに切り替えるとともに前記切替元の物理信号リンクの解放を指示し、当該切替元の物理信号リンクの解放の確認後、制御信号の受信のための物理信号リンクを当該切替先の物理リンクのみに切り替えることを特徴とする制御信号処理装置を提供するものである。
かかる発明によれば、論理リンクを解放することなく、物理信号リンクの切替が行われるため、物理信号リンクの切替のためのオーバヘッドを低減することができる。
物理信号リンク切替の契機としては、例えば以下のものが挙げられる。
ａ．発呼があり、情報チャネルが確立したときに前記物理信号リンク切替要求を発生し、制御信号の送受信のための物理信号リンクを、容量の少ないものに切り替える。
ｂ．ベアラ切替に伴って前記物理信号リンク切替要求を発生し、制御信号の送受信のための物理信号リンクを、切替後のベアラに対応したものに切り替える。
ｃ．複数の呼の通信を行っており、制御信号の送受信用の物理信号リンクを使用している呼が終了した場合に前記物理信号リンク切替要求を発生し、制御信号の送受信のための物理信号リンクを、その後残存する呼に対応した物理信号リンクに切り替える。
さらに、本発明によれば、切替先の物理信号リンクの設定後、切替元の物理信号リンクが解放されるまでの間は、切替先の物理信号リンクおよび切替元の物理信号リンクの両方を使用した制御信号の受信が行われるので、物理信号リンクの切替に伴うフレーム損失を極力回避することができる。
また、この発明の別の好ましい態様では、使用可能な複数の物理信号リンクの各々に対応し、前記フレームの最大長を記憶したデータベースと、
前記物理信号リンク切替要求が与えられたとき、切替先の物理信号リンクを選定する選定手段と、
前記切替先の物理信号リンクに対応した最大長を前記データベースから取得し、前記制御信号をこの最大長のフレームに載せて送信する送信手段と
が制御信号処理装置に設けられている。
かかる発明の態様においては、切替前後に亙り、常に物理信号リンクに適した最大長でフレームを送ることができるため、物理信号リンクの切替を行う場合でも、高い伝送効率を維持することができる。
また、この発明の別の態様である制御信号処理装置は、移動体通信システムの移動機に設けられる制御信号処理装置である、対向装置から送られてきたフレームが損失フレームとなった後、当該損失フレームに対応した再送フレームを前記対向装置から受信する前に物理信号リンクの切替要求を行った場合に、当該再送フレームが受信されるまでの間、切替元の物理信号リンクに対応したフレームと切替先の物理信号リンクに対応したフレームの両方を受信可能な状態を維持するものである。
かかる発明の態様によれば、物理信号リンクの切替に伴うフレーム損失を極力回避することができる。
また、この発明は、物理信号リンクおよび論理リンクの設定および維持の管理を行う制御機能を有し、設定した物理信号リンクおよび論理リンクを介して、制御信号を含むフレームの送受信を行う制御信号処理装置を網内に有し、該制御信号処理装置が、既に設定されている論理リンクに対応した物理信号リンクを他の物理信号リンクに切り替えるべき旨の物理信号リンク切替要求が与えられた場合に、当該論理リンクを解放することなく、制御信号の送受信に使用する物理信号リンクを新たな物理信号リンクに切り替える物理信号リンク切替手段と、前記物理信号リンク切替手段により、たとえ前記切り替えが実行されているときでも論理リンクを保持し、当該論理リンクに係るレイヤ２に相当する処理を行うレイヤ２処理部とを具備し、前記物理信号リンク切替手段は、切替先の物理信号リンクの設定を要求し、切替先の物理信号リンクおよび切替元の物理信号リンクの両方を使用した制御受信を開始し、切替先の物理信号リンクの確立の確認後、制御信号の送信に使用する物理リンクを当該切替先の物理リンクのみに切り替えるとともに前記切替元の物理信号リンクの解放を指示し、当該切替元の物理信号リンクの解放の確認後、制御信号の受信のための物理信号リンクを当該切替先の物理リンクのみに切り替えることを特徴とする通信システムを提供するものである。
かかる発明によれば、少ないオーバヘッドで、網内のノード間の制御信号の授受のための物理信号リンクの切替を行うことができ、リソースの有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施形態による制御信号処理装置の構成を示すブロック図である。
図２は、本実施形態における物理信号リンクの切替動作に従ったＭＬ２フレームの送出過程を示す図である。
図３は、図２に対応した切替動作の制御フローを示すフローチャートである。
図４は、本実施形態における物理信号リンクの切替動作に従ったＭＬ２フレームの送出過程を示す図である。
図５は、図４に対応した切替動作の制御フローを示すフローチャートである。
図６は、本実施形態における物理信号リンクの切替動作に従ったＭＬ２フレームの送出過程を示す図である。
図７は、図６に対応した切替動作の制御フローを示すフローチャートである。
図８は、本実施形態における移動機からの発信時のシーケンスを示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
Ａ：実施形態の構成
図１は本発明の一実施形態による制御信号処理装置の構成を示す図である。この図に示す制御信号処理装置は移動通信システムの網側に配置される。なお、移動機には、この図１に示す制御信号処理装置との間で制御信号の授受を行う制御信号処理装置が設けられている。この移動機側の制御信号処理装置は、レイヤ２の終端機能に関しては図１に示すものと同様の構成を有している。
図１に示すように、本実施形態による制御信号処理装置は、１つの共通制御信号処理装置１と複数の個別制御信号処理装置２とから構成されている。ここで、複数の個別制御信号処理装置２は、各々が単一のレイヤ２リンクに対応している。なお、このように個別制御信号処理装置２を複数設けるのではなく、１つにまとめても構わない。
共通制御信号処理装置１および各個別制御信号処理装置２は、実際にはＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリィ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなるＰＲＵ（プロセッサ・ユニット）により構成されている。これらの装置は、ＲＯＭあるいはＲＡＭに格納された制御プログラムをＣＰＵが実行することにより、各々の機能を営む。
共通制御信号処理装置１は、物理信号リンク−レイヤ２ＰＤＵ最大長対応データベース１１と、管理部１２とを有している。
ここで、物理信号リンク−レイヤ２ＰＤＵ最大長対応データベース１１は、複数の物理信号リンクと各物理信号リンクの能力に応じて定まるレイヤ２（データリンク層）のＰＤＵ（プロトコルデータ単位：レイヤ２フレーム）の最大長とを対応付けて格納したデータベースである。
また、管理部１２は、このデータベース１１を参照して複数の個別制御信号処理装置２を管理する手段である。この管理部１２は、物理信号リンク選定管理部１２１と、物理信号リンク切替管理部１２２とを有している。
ここで、物理信号リンク選定管理部１２１は、外部から物理信号リンクの切替が指示されたレイヤ２リンク（以後、対象レイヤ２リンクという）に対して切替先の物理信号リンクを選定する手段である。
また、物理信号リンク切替管理部１２２は、対象レイヤ２リンクが使用する物理信号リンクを物理信号リンク選定管理部１２１で選定された物理信号リンクに切り替えるべき旨の指示を、当該対象レイヤ２リンクに対応した個別制御信号処理装置２へ供給する手段である。
一方、個別制御信号処理装置２は、複数のレイヤ１処理部２１と、物理インタフェース切替部２２と、レイヤ２処理部２３と、レイヤ３処理部２４とを有している。
ここで、各レイヤ１処理部２１は、物理層（レイヤ１）のインタフェースを提供する物理インタフェース部に接続されており、物理信号リンク切替管理部１２２からの指示に応じて動作を開始し、あるいは停止する。このレイヤ１処理部２１は、その動作中には物理インタフェース部の資源を用いて物理信号リンクを形成する。
物理インタフェース切替部２２は、物理信号リンク切替管理部１２２からの指示に応じて、１つまたは複数の物理信号リンクをレイヤ２処理部２３に接続する。
レイヤ２処理部２３は、レイヤ２に相当する処理を行う手段であり、共通部２３１および可変部２３２からなる。
共通部２３１は、使用する物理信号リンクに関わらず共通した処理を行う手段であり、ＬＡＰＤＭ（移動通信向けＤチャネル用リンクアクセス手順）等のプロトコルを処理するプロトコル処理部や、転送に失敗したデータの再送処理を行う再送処理部を有する。
一方、可変部２３２は、使用する物理信号リンクに応じた処理を行う手段である。この可変部２３２は、レイヤ１側から渡されるレイヤ２ＰＤＵを結合して共通部２３１へ渡すとともに、共通部２３１から渡されたデータを内部の最大長格納部（図示略）に書き込まれた長さを最大長とするデータユニットに分割してレイヤ２ＰＤＵを作成し、レイヤ１側へ渡す。
レイヤ３処理部２４は、レイヤ３（ネットワーク層）に相当する処理を行う手段である。
Ｂ：実施形態の動作
次に、本実施形態の動作について説明する。
Ｂ−１：概要
まず、本実施形態のレイヤ２リンク確立時および物理信号リンク切替時の動作の概要について述べる。
外部からレイヤ２リンクの確立を要求するメッセージが共通制御信号処理装置１に到来すると、物理信号リンク選定管理部１２１により第１物理信号リンクが選定される。
次いで、物理信号リンク選定管理部１２１または物理信号リンク切替管理部１２２により、この第１物理信号リンクに対応したレイヤ２フレームの最大長（ここではＡとする）がデータベース１１から読み出される。
上記第１物理信号リンクを表す情報およびこの最大長Ａを表す情報は、物理信号リンク切替管理部１２２から個別制御信号処理装置２へ通知される。
そして、物理インタフェース切替部２２により、上記第１物理信号リンクを表す情報に対応した第１物理信号リンク（レイヤ１処理部２１）が選択される。また、可変部２３２のＰＤＵ分割結合部では、最大長Ａが最大長格納部に書き込まれる。
次に、物理信号リンクを第２物理信号リンクへ切り替える旨のメッセージが共通制御信号処理装置１に到来すると、共通制御信号処理装置１において上述した第１物理信号リンクの確立時と同様の処理が行われ、第２物理信号リンクを表す情報および最大長Ｂを表す情報が個別制御信号処理装置２へ通知される。
そして、個別制御信号処理装置２のＰＤＵ分割結合部では、最大長Ｂが最大長格納部に書き込まれる。
また、物理インタフェース切替部２２では、上記第２物理信号リンクを表す情報に対応した第２物理信号リンク（レイヤ１処理部２１）が選択され、物理信号リンクが第１物理信号リンクから第２物理信号リンクへ切り替えられる。
この際、第１物理信号リンク使用時に確立されたレイヤ２リンクは、そのまま保持され、物理信号リンクのみが切り替えられる。従って、物理信号リンクを切り替えたことの影響は、上位レイヤ（レイヤ３）には及ばない。なお、本制御信号処理装置の詳細な動作については、「Ｂ−３：移動通信システム全体の動作」において例示する。
以上説明したように、本実施形態においては、レイヤ２リンクを解放することなく、物理信号リンクの切替が行われるので、レイヤ２リンクの解放および設定のための制御信号の送受信を行う必要がなく、オーバヘッドを削除することができる。
また、物理信号リンクの切替においては、データベース１１に問い合わせることで物理信号リンクの能力から規定されるレイヤ２フレームの最大長を取得し、この最大長でレイヤ２リンクの送受信を行うようにしたので、切替前後に亙り、常に物理信号リンクに適した最大長のレイヤ２フレームを送受することができる。
Ｂ−２：切替動作
次に、第１物理信号リンクから第２物理信号リンクへの切替動作について、図２〜図７を参照し、レイヤ２フレームの挙動に着目して説明する。ただし、各図および以降の説明において、ＭＬ３（Mobile Layer 3：移動無線用レイヤ３）は上記のレイヤ３に相当する移動通信用の制御信号等を伝達するためのレイヤ、ＭＬ２は上記のレイヤ２に相当する移動通信用の制御信号等を伝達するためのレイヤである。また、ＲＯＭまたはＲＡＭに格納する制御プログラムは、必ずしも１つである必要はなく、いくつかの制御プログラムからいずれか１つを実行するようにしてもよい。したがって、以下では、本実施形態において採用可能な制御プログラムによる代表的な動作を場合分けして説明する。
（１）切替動作１
図２は本実施形態において行われる切替動作１を示す図である。この切替動作１では、１つのＭＬ３フレームを分割することにより複数のＭＬ２フレームが生成され、全てのＭＬ２フレームが送信された後に損失フレームの再送処理や第２物理信号リンクへの切替処理に関する判断が行われる。また、図３は当該切替動作１を行うための制御信号処理装置の制御フローを示すフローチャートである。なお、この切替動作１では、全ての物理信号リンクに対する最大長を、各物理信号リンクの能力に応じて物理信号リンク毎に独立して設定することを前提としている。
図２に示すように、レイヤ３処理部２４によるレイヤ３処理において組み立てられたＭＬ３フレームＡがレイヤ２処理部２３に渡されると、レイヤ２処理部２３では、ＭＬ３フレームからＭＬ２フレームを生成する分解処理およびＭＬ２フッタ処理が行われる。
具体的には、ＰＤＵ分割結合部の最大長格納部に書き込まれた長さ（第１物理信号リンクの最大長）のＭＬ２フレームを上記ＭＬ３フレームＡから切り出す処理を、切り出せるＭＬ２フレームがなくなるまで繰り返す（図３のステップＳＡ１，ＳＡ２）。
次に、こうして作成された全てのＭＬ２フレームＡ−１，Ａ−２，Ａ−３が順に送信される（ステップＳＡ３）。
この送信を終えた後にフレーム損失が生じたか否かが判断される（ステップＳＡ４）。
そして、フレーム損失が生じた場合には、損失フレームの再送処理が行われる（ステップＳＡ５）。この再送処理の後、物理信号リンクの切替があったか否かが判断される（ステップＳＡ６）。
なお、フレーム損失が生じなかった場合にはステップＳＡ４の直後に、物理信号リンクの切替についての判断が行われる（ステップＳＡ６）。
ところで、図２に示す例では、ＭＬ２フレームＡ−２が損失しているので、当該フレームの再送処理が行われるが、その再送処理以前に第１物理信号リンクが第２物理信号リンクに切り替わっている。
この場合、第２物理信号リンクにおける最大長ではなく、第１物理信号リンクに対応した最大長のレイヤ２フレームが上記損失フレーム（ＭＬ２フレームＡ−２）に対応した再送フレームとして生成され、第２物理信号リンクを使用して再送される。
このように物理信号リンクの切替以前に損失したレイヤ２フレームの再送を、切替元の物理信号リンクに応じた最大長のレイヤ２フレームを使用して行うようにしているのは、損失フレームと再送フレームの長さを常に同じにし、かつ、両者を１：１に対応させ、再送処理のための制御を簡素化するためである。
受信側（移動機側）では、第２物理信号リンクへ切り替わった後でも、第１物理信号リンクを介した伝送の際に生じた損失フレーム（この例ではＭＬ２フレームＡ−２）の再送フレームを受け取っていない場合には、その再送フレームが到着するまでの間、第２物理信号リンクに対応した最大長のフレームのみならず、第１物理信号リンクに対応した最大長のフレームをも受信可能な状態を維持する。
そして、この第１物理信号リンクに対応した最大長の再送フレームが第２物理信号リンクを介して移動機に到着すると、移動機は損失フレームの送達確認を網側へ送る。
図２の例において、網側の制御信号処理装置のレイヤ２処理部２３は、この損失フレームの送達確認を受け取ると、次にレイヤ３処理部２４から渡されるＭＬ３フレームが第２物理信号リンクの最大長で分割されてＭＬ２フレームが作成され、順に第２物理信号リンク経由で送信される（ステップＳＡ７）。
なお、図３では、以降の処理の図示を省略しているが、実際には、「第１物理信号」を「第２物理信号」で置き換えたステップＳＡ２以降の処理が続くことになる。
また、図３では、ＭＬ２フレームの送信時の動作のみが示されている。ＭＬ３フレームの受信時の動作については「Ｂ−３：移動通信システム全体の動作」において詳述する。
（２）切替動作２
図４は本実施形態における切替動作２を示す図である。この切替動作２では、１つのＭＬ３フレームを分解して複数のＭＬ２フレームを生成し、これらのＭＬ２フレームのうち１つのＭＬ２フレームを送信する毎に損失フレームの再送処理や第２物理信号リンクへの切替処理に関する判断を行う。また、図５はこの切替動作２を実行するための制御フローを示すフローチャートである。なお、この切替動作２では、切替動作１と同様に、全ての物理信号リンクに対する最大長を物理信号リンク毎に独立して設定することを前提としている。
図４に示すように、レイヤ３処理部２４によるレイヤ３処理において組み立てられたＭＬ３フレームＡがレイヤ２処理部２３に渡されると、レイヤ２処理部２３では、ＭＬ３フレームからＭＬ２フレームを生成する分解処理およびＭＬ２フッタ処理が行われる（図５のステップＳＢ１〜ＳＢ５）。具体的には次の通りである。
まず、レイヤ２処理部２３は、上記ＭＬ３フレームＡから、ＰＤＵ分割結合部の最大長格納部に書き込まれた長さ（第１物理信号リンクの最大長）を最大長とするＭＬ２フレームＡ−１を切り出す（ステップＳＢ１）。そして、この切り出したＭＬ２フレームＡ−１を第１物理信号リンク経由で送信する（ステップＳＢ２）。
次に、送信したＭＬ２フレームＡ−１の送達確認を受信した場合にはフレーム損失がなかったものと判定し（ステップＳＢ３）、物理信号リンクの切替の有無を確認する（ステップＳＢ５）。そして、物理信号リンクが切り替えられない場合には次のＭＬ２フレームＡ−２を切り出して送信する（ステップＳＢ１，ＳＢ２）。
ところで、図４の例では、ＭＬ２フレームＡ−２が損失している。従って、当該フレームの再送処理を行うこととなる（ステップＳＢ４）。しかし、この再送処理以前に第１物理信号リンクが第２物理信号リンクに切り替わっている。この場合、図２に示した例と同様に、損失フレーム（ＭＬ２フレームＡ−２）は第１物理信号リンクに対応した最大長で再送される。従って、受信側の動作も、図２の例と同様となる。
そして、図４の例では、損失フレームの受信確認を受け取ると、次に、ＭＬ３フレームＡの未送信部分が第２物理信号リンクの最大長で分割されてＭＬ２フレームＡ−３が作成され、第２物理信号リンク経由で送信される（ステップＳＢ６）。なお、図４では、以降の処理の図示を省略しているが、実際には、「第１物理信号」を「第２物理信号」で置き換えたステップＳＢ２以降の処理が続くことになる。
（３）切替動作３
図６は本実施形態における切替動作３を示す図である。この切替動作３では、１つのＭＬ３フレームを複数のＭＬ２フレームに分割し、１つのＭＬ２フレームを送信する毎に、損失フレームの再送処理や第２物理信号リンクへの切替処理を行う場合の切替動作を行う。また、この切替動作３では、全ての物理信号リンクに対する最大長を同一に設定することを前提としている。図７はこの切替動作３を実行するための制御フローを示すフローチャートである。
この切替動作３では、図６に示すように、切替前の第１物理信号リンクの最大長と切替後の第２物理信号リンクの最大長とが一致することとなる。従って、この切替動作３の制御をするための制御フローは、上記切替動作２のものに比べて簡略化することができる。
すなわち、図７と図５とを比較すると明らかなように、図７に示す処理は、ステップＳＢ１〜ＳＢ４と同一処理のステップＳＣ１〜ＳＣ４を包含しているが、物理信号リンクの切替に応じてＭＬ２フレームの最大長を切り替える処理（図５におけるステップＳＢ５，ＳＢ６に相当する処理）が取り除かれている。
このように、物理信号リンクの切替時にＭＬ２フレームの最大長が変化しないことが予め分かっている場合には、損失フレーム（ＭＬ２フレームＡ−２）の再送処理以前に第１物理信号リンクが第２物理信号リンクに切り替わっても特別な処理は不要である。従って、図７に示すように、処理は簡素化するのである。ただし、ＭＬ２フレームのフレーム長は、必ずしも使用する物理信号リンクの能力に適した長さとなる訳ではないので、前述の切替動作１および２に比較して、スループットの低下が予想される。
Ｂ−３：移動通信システム全体の動作
次に、本実施形態による制御信号処理装置を使用した移動通信システム全体の切替動作について説明する。本システムにおいて物理信号リンクの切替作動が行われる契機としては、例えばユーザ発呼時、ベアラ切替時、複数コールが挙げられる。各々の概要を説明すると次の通りである。
ａ．ユーザ発呼時における物理信号リンクの切替処理
移動通信システムでは、接続遅延を短時間に抑えることが要求される。そこで、次世代移動通信網では、ユーザの発呼時、制御信号の送受信のために個別の高速の物理信号リンク（ＳＤＣＣＨ）を割り当てて、認証などのネゴシエーションを迅速に行うこととなっている。また、認証等の確認が終了し、ＴＣＨ（Traffic Channel；情報チャネル）が確立した後は、移動機と網側との間で送受信すべき制御信号の量が少なくなる。そこで、ＴＣＨ確立後は、無線リソースを有効利用するため、制御信号の送受信のための物理信号リンクをＴＣＨに付随したＡＣＣＨ（Associated Control Channel；付随制御チャネル）に切り替えることとされている。この制御信号用の物理信号リンクの切替の際に一旦確立したレイヤ２リンクを解放したのでは、レイヤ２リンクの解放および再設定のための制御信号の送受信が新たに必要となり、無線リソースが無駄に使用されることとなる。そこで、無線リソースの有効利用を図るため、ＴＣＨの確立を契機として物理信号リンクの切替要求を発生し、レイヤ２リンクを解放することなく、制御信号用の物理信号リンクをＳＤＣＣＨからＡＣＣＨに切り替えるのである。
ｂ．ベアラ変更時における物理信号リンクの切替処理
ユーザアプリケーションの変更、すなわち、例えば音声通信をしているユーザがそのままファクシミリ通信に変更するというようなテレサービス変更が行われる場合があるが、かかる場合に無線リソース上の制約等の理由によりベアラ変更が行われることがある。このベアラ変更を行うと、無線区間では無線フレームの構造が変更となり、ベアラ速度が変更となるため、ＴＣＨの再確立となる。ここで、音声通信やファクシミリ通信の制御のための制御信号はＴＣＨに付随したＡＣＣＨを介して送受信される。従って、音声通信からファクシミリ通信への切替に伴ってＴＣＨが切り替わると、当然、ＡＣＣＨも切り替えることとなる。また、有線区間も、無線フレームをそのまま継承する形で伝送が行われるので、有線区間についても制御信号用の物理信号リンクの変更が必要となる。
また、以上のようなアプリケーションの変更の場合の他、アプリケーションはそのままで、ベアラ（例えば非制限６４ｋｂｐｓ）を統合してベアラ速度を変更するような場合にもベアラ変更が行われる。例えば６４ｋｂｐｓ〜１２８ｋｂｐｓというような非制限データサービスがあり、網が混雑しているときは６４ｋｂｐｓの速度のベアラを提供し、リソースに余裕が生じた時点で２つの６４ｋｂｐｓのベアラを統合して１２８ｋｂｐｓのベアラを供給するような場合がある。この場合も無線フレームの速度が異なったものとなるので、ＡＣＣＨを切り替える必要が生じる。
以上のようなＡＣＣＨの切替が生じた場合に、上記物理信号リンクの切替要求を発生し、レイヤ２リンクを解放することなく、ＡＣＣＨの切替を行うのである。
ｃ．複数呼が生起しているときの物理信号リンクの切替処理
次世代移動通信網では、１つの移動局の配下に複数の端末を接続し、同時に複数の呼を扱うサービスが検討されている。この場合、第１呼のＴＣＨに付随したＡＣＣＨ（Associated Control Channel；付随制御チャネル）を全ての呼が共有して使用することとなる。しかし、他の呼が継続しているにも拘わらず第１呼が終了するような場合がある。この場合、何等策を施さないとすると、第１呼の終了によりＡＣＣＨがなくなってしまうため、残った呼についての制御信号の送受信をすることができなくなってしまう。そこで、このような場合には、上述した物理信号リンクの切替要求を発生し、残った呼に対応したレイヤ２リンクを解放することなく、残った呼の１つのＴＣＨ内にＡＣＣＨを設定し、このＡＣＣＨを使用して、残った呼を維持するための制御信号の送受信を続行するのである。
ここで、上記ａ〜ｃの契機の中からユーザの発呼時における物理信号リンクの切替動作を取り挙げ、その切替動作の例について説明する。以下説明する例では、物理信号リンクの切替トリガは、ＭＬ３処理部（レイヤ３処理部２４）からの指示により行われる。
図８において、ＭＳは移動機、ＢＴＳは基地局、ＭＳＣは移動通信交換局である。ここで、移動通信交換局ＭＳＣは、ＲＮＣ（Radio Access Network Controller；無線アクセス制限装置）を含んでおり、このＲＮＣは移動機対向の信号を終端する網側の装置Ｍ−ＳＩＧ（移動機対向信号処理装置）、すなわち、本実施形態による個別制御信号処理装置に相当する装置を含んでいる。なお、ＭＳＣがＲＮＣを含んでおらず、ＭＳＣとは部個にＲＮＣを設ける場合があるが、かかる場合においてもＲＮＣに装置Ｍ−ＳＩＧが設けられる。また、移動機ＭＳも、このＭ−ＳＩＧと対向して制御信号の送受信を行う制御信号処理装置を含んでいる（図示略）。
図８に示すように、移動機からの発信時には、以下の（１）〜（４）の処理が順に行われる。なお、以下の（１）〜（５）は図８に示した（１）〜（４）に各々対応している。
（１）交換局ＭＳＣに設けられた網側の装置Ｍ−ＳＩＧのＰＲＵは、認証等の処理を行うための一時的な物理信号リンク（第１物理信号リンク）の確立を要求するトリガメッセージ（Signaling Channel Setup request indication）を移動機ＭＳから受け、これに応じて第１物理信号リンクを確立する。この第１物理信号リンクは、例えばＳＤＣＣＨである。
実際には、上記ＰＲＵは、上記トリガメッセージに応じたメッセージ（Signaling Channel Setup requested request indication）を基地局ＢＴＳから受け、これに応じて第１物理信号リンクを確立する。
この第１物理信号リンクが確立すると、移動機ＭＳは認証等の処理を第１物理信号を使用して行う。この結果、レイヤ２リンクが確立し、第１物理信号リンクを介してＭＬ２フレームが送受されることとなる。
（２）第１物理信号を使用した認証等の処理が終了すると、装置Ｍ−ＳＩＧのＰＲＵは、制御チャネルを第１物理信号から第２物理信号へ切り替える処理を開始する。すなわち、装置Ｍ−ＳＩＧのＰＲＵは、まず、有線区間の第２物理信号用のリンク確立を要求するメッセージ（Bearer & Redio Bearer Setup request in dication）を移動通信交換局ＭＳＣから基地局ＢＴＳへ送る。ここで、第２物理信号リンクは、例えばＴＣＨに付随したＡＣＣＨである。
この時、装置Ｍ−ＳＩＧは、制御信号の送信は第１物理信号を使用して行う状態にある。
そして、装置Ｍ−ＳＩＧのＰＲＵは、有線区間の第２物理信号用のリンクが確立した時点で、無線区間の第２物理信号リンクを確立するためのトリガメッセージ（Radio Bearer Setup request indication）を第１物理信号リンク経由で移動通信交換局ＭＳＣから移動機ＭＳへ送る。このトリガメッセージの送信により、装置Ｍ−ＳＩＧは、第１物理信号リンクおよび第２物理信号リンクの両方を使用して制御信号の受信するすることが可能なマルチ受信状態となる。
（３）そして、第２物理信号の無線リンクが確立したことを表すメッセージ（Bearer & Radio Bearer Setup response confirmation）が基地局ＢＴＳから移動通信交換局ＭＳＣへ送られると、これをトリガとして、装置Ｍ−ＳＩＧのＰＲＵは、送信に使用するリンクを第１物理信号リンクから第２物理信号リンクへ切り替える。ただし、この時点では、受信については、第１物理信号および第２物理信号のマルチ受信状態のままである。
ここで、装置Ｍ−ＳＩＧをマルチ受信状態としておく理由について説明する。
例えば、送信における第１物理信号リンクから第２物理信号リンクへの切替時に、受信においても第１物理信号リンクから第２物理信号リンクに切り替えるようにすると、移動機ＭＳから第１物理信号リンク経由で転送中のユーザデータより先に、第１物理信号リンクから第２物理信号リンクへ切り替えるトリガメッセージ（第２物理信号の無線リンクが確立したことを表すメッセージ）が移動交換局ＭＳＣに到着し、受信において上記切替が行われてしまうと、その後に到着した第１物理信号リンク経由のユーザデータを受信することができない虞がある。そしてこの場合には、損失したデータの再送を第２物理信号リンク経由で行うことになり、結果的にスループットが低下することになる。このような理由から、本実施形態では、送信に使用する物理信号リンクを切り替えても、マルチ受信状態を維持するようにしている。
次に、装置Ｍ−ＳＩＧは、基地局ＢＴＳへ第１物理信号リンクの解放を要求するメッセージ（Signaling Connection Release release request indication）を送信し、第１物理信号リンクを解放する。
（４）そして、第１物理信号リンクを解放した旨の解放確認メッセージ（Signaling Connection Release response confirmation）をトリガとして、制御信号の受信に使用する物理信号リンクを第２物理信号リンクのみに切り替える。すなわち、送受信に使用する物理信号リンクが第２物理信号リンクのみとなる。
以上のような手順で物理信号リンクの切替を行うため、切替に伴うフレーム消失を極力回避することができるのである。
Claims (9)
- 物理信号リンクおよび論理リンクの設定および維持の管理を行う制御機能を有し、設定した物理信号リンクおよび論理リンクを介して、制御信号を含むフレームの送受信を行う制御信号処理装置において、
既に設定されている論理リンクに対応した物理信号リンクを他の物理信号リンクに切り替えるべき旨の物理信号リンク切替要求が生じた場合に、当該論理リンクを解放することなく、制御信号の送受信に使用する物理信号リンクを新たな物理信号リンクに切り替える物理信号リンク切替手段と、
前記物理信号リンク切替手段により、たとえ前記切り替えが実行されているときでも論理リンクを保持し、当該論理リンクに係るレイヤ２に相当する処理を行うレイヤ２処理部と
を具備することを特徴とする制御信号処理装置であって、
前記物理信号リンク切替手段は、
切替先の物理信号リンクの設定を要求し、
切替先の物理信号リンクおよび切替元の物理信号リンクの両方を使用した制御信号の受信を開始し、
切替先の物理信号リンクの確立の確認後、制御信号の送信に使用する物理リンクを当該切替先の物理リンクのみに切り替えるとともに前記切替元の物理信号リンクの解放を指示し、
当該切替元の物理信号リンクの解放の確認後、制御信号の受信のための物理信号リンクを当該切替先の物理リンクのみに切り替える
ことを特徴とする制御信号処理装置。 - 使用可能な複数の物理信号リンクの各々に対応し、前記フレームの最大長を記憶したデータベースと、
前記物理信号リンク切替要求が与えられたとき、切り替え先の物理信号リンクを選定する選定手段と、
前記切替先の物理信号リンクに対応した最大長を前記データベースから取得し、前記制御信号をこの最大長のフレームに載せて送信する送信手段と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の制御信号処理装置。 - 損失フレームの再送を行う前に、前記物理信号リンク切替要求が与えられた場合に、前記送信手段は、当該損失フレームに載せられていた情報を含む切替元の物理信号リンクに対応した最大長を有し、かつ、当該損失フレームに載せられていた情報を含む再送フレームを、切替先の物理信号リンクを使用して送信することを特徴とする請求項２に記載の制御信号処理装置。
- 前記最大長が各物理信号リンクの能力に対応して決定されていることを特徴とする請求項３に記載の制御信号処理装置。
- 対向装置から送られてきたフレームが損失フレームとなった後、当該損失フレームに対応した再送フレームを前記対向装置から受信する前に物理信号リンクの切替要求を行った場合に、当該再送フレームが受信されるまでの間、切替元の物理信号リンクに対応したフレームと切替先の物理信号リンクに対応したフレームの両方を受信可能な状態を維持することを特徴とする請求項１に記載の制御信号処理装置。
- 発呼があり、情報チャネルが確立したときに前記物理信号リンク切替要求を発生し、制御信号の送受信のための物理信号リンクを、容量の少ないものに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の制御信号処理装置。
- ベアラ切替に伴って前記物理信号リンク切替要求を発生し、制御信号の送受信のための物理信号リンクを、切替後のベアラに対応したものに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の制御信号処理装置。
- 複数の呼の通信を行っており、制御信号の送受信用の物理信号リンクを使用している呼が終了した場合に前記物理信号リンク切替要求を発生し、制御信号の送受信のための物理信号リンクを、その後残存する呼に対応した物理信号リンクに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の制御信号処理装置。
- 物理信号リンクおよび論理リンクの設定および維持の管理を行う制御機能を有し、設定した物理信号リンクおよび論理リンクを介して、制御信号を含むフレームの送受信を行う制御信号処理装置を網内に有し、
該制御信号処理装置が、
既に設定されている論理リンクに対応した物理信号リンクを他の物理信号リンクに切り替えるべき旨の物理信号リンク切替要求が与えられた場合に、当該論理リンクを解放することなく、制御信号の送受信に使用する物理信号リンクを新たな物理信号リンクに切り替える物理信号リンク切替手段と、
前記物理信号リンク切替手段により、たとえ前記切り替えが実行されているときでも論理リンクを保持し、当該論理リンクに係るレイヤ２に相当する処理を行うレイヤ２処理部と
を具備し、
前記物理信号リンク切替手段は、
切替先の物理信号リンクの設定を要求し、
切替先の物理信号リンクおよび切替元の物理信号リンクの両方を使用した制御信号の受信を開始し、
切替先の物理信号リンクの確立の確認後、制御信号の送信に使用する物理リンクを当該切替先の物理リンクのみに切り替えるとともに前記切替元の物理信号リンクの解放を指示し、
当該切替元の物理信号リンクの解放の確認後、制御信号の受信のための物理信号リンクを当該切替先の物理リンクのみに切り替える
ことを特徴とする通信システム。
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