JP4015395B2 - 移動通信システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動通信システムにおいてトランスポート制御プロトコル（ＴＣＰ）を使用してデータの転送を行う際の再送制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ネットワークにおける通信に用いるネットワーク・プロトコルとして、トランスポート制御プロトコル（Transport Control Protocol：以下「ＴＣＰ」という。）が知られている。このＴＣＰは、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）参照モデルにおける第４層（トランスポート層）に位置し、フロー制御や再送制御などを行うプロトコルである。また、ＴＣＰはインターネットにおける通信の標準的なネットワーク・プロトコルとして用いられている。また、このＴＣＰは、携帯電話などの移動端末から無線通信回線を含む移動通信網を介してインターネットへ接続して通信するときにも使用される。
【０００３】
ネットワークにおけるクライアントがサーバへＴＣＰの接続を要求して通信する際の接続確立処理およびデータ送信のシーケンスの一例を図４に示す。
ＴＣＰの接続確立処理では図４に示すように、まず、ＴＣＰの接続を要求するクライアントがSYNフラグをオンにし、クライアントにおけるシーケンス番号（ＳＥＱ）を初期値（この場合は「１００」とする）とし、ＡＣＫフラグをオフにしたセグメント１をサーバへ送信する。このように、ＳＹＮフラグをオンにしたセグメントを送ることで接続状態に入る。セグメント１を受信したサーバは、サーバにおけるシーケンス番号の初期値（この場合は「３０」とする）と、「１０１」のＡＣＫ番号としたセグメント２をクライアントへ送信する。このようにSYNセグメントを受信することで接続状態に入る。この場合の、ＡＣＫ番号はクライアントから送信されたシーケンス番号に１を加えた数とされる。
【０００４】
このセグメント２を受信したクライアントは、ＡＣＫフラグをオンにし、クライアントにおけるシーケンス番号を１つだけインクリメントして「１０１」とし、「３１」のＡＣＫ番号としたセグメント３をサーバに送信する。この場合のＡＣＫ番号はサーバから送信されたシーケンス番号に１を加えた数とされる。これにより、クライアントとサーバがシーケンス番号を交換してＴＣＰの接続が確立したことになり、以降は発信元がシーケンス番号を付けたデータを送信し、送信先はデータの受信ができた場合にＡＣＫ番号（シーケンス番号＋伝送されたデータ数＋１）を返すことで通信を行う。例えば、図４に示すようにクライアントが、シーケンス番号１０２の１０バイトとされたセグメント４をサーバに送信し、サーバがこのセグメント４を受信したとする。この場合、サーバはＡＣＫ番号「１１２」のセグメント５をクライアントへ返し、このＡＣＫのセグメント５を受信したクライアントはシーケンス１０２のデータが正常に受信されたことを知る。このようにして、クライアントはサーバへデータを順次転送していくことができる。
【０００５】
また、発信元であるクライアントは送信したシーケンス番号に対応するＡＣＫ番号が一定時間戻ってこない場合は、そのシーケンス番号のデータを再送する。この一定時間は再送タイムアウト時間（ＲＴＯ）といわれ、ＲＴＯはクライアントがサーバーへセグメントを送信してからサーバーからＡＣＫセグメントを受信するまでの往復時間（ＲＴＴ：Round Trip Time）に基づいて、そのときの回線品質に応じて算出される。例えば、図５に示すようにクライアントが、シーケンス番号１０の１０バイトとされたセグメント４をサーバに送信した際に、セグメント４が途中で消失しサーバが受信できなかったとする。この場合は、サーバはセグメント４を受信できなかったことから、ＡＣＫ番号「２０」を返さない。クライアントはセグメント４を送信した際に、ＲＴＯ値をセットした再送タイマを起動しており、この再送タイマがタイムアウトした時点において、図５に示すようにＡＣＫ番号「２０」が返らないシーケンス１０のセグメント１０を再送する。サーバがこの再送されたセグメント４を受信したとする。この場合、サーバはＡＣＫ番号「２０」のセグメント１１をクライアントへ返し、このＡＣＫを受信したクライアントはシーケンス１０のデータが正常に受信されたことを知る。このような再送制御が行われることにより、ＴＣＰを使用する通信の信頼性を向上することができる。なお、再送制御においてはＡＣＫが返るまで数次にわたり再送が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、移動通信システムにおいては、無線通信回線側と有線通信回線側との間に、一般に通信回線間の相違を吸収するための中間ノードが設けられている。この場合における、ウェブサーバ１０３から移動機１０１へＴＣＰを使用してデータを転送する際の再送制御を表すシーケンス図を図６に示す。図６において、ウェブサーバ１０３と中間ノード１０２との間においては、第４層（トランスポート層）に位置するＴＣＰにより再送制御が行われる。すなわち、ウェブサーバ１０３がＲＴＴに基づいて算出したＲＴＯ値を再送タイマにセットし、再送タイマがタイムアウトした時点において再送が行われる。これに対して、中間ノード１０２と移動機１０１間においては、ＯＳＩ参照モデルの第２層（データリンク層）において再送制御が行われる。この第２層で行われる再送制御は、第４層で行われるＴＣＰの再送制御より短時間で再送が行われる。
【０００７】
特に、無線通信回線は有線通信回線に比べて回線品質が悪く、その品質も一定ではないため、無線通信回線においてはセグメントを送信してからＡＣＫセグメントを受信するまでの往復時間ＲＴＴが長くなってしまう傾向がある。そのため、無線通信回線を含む通信網においては通信回線上でパケットの消失が発生していないにもかかわらず、再送タイムアウト時間ＲＴＯの経過に基づいてセグメントを再送してしまうおそれがある。この再送はＴＣＰの再送制御によりウェブサーバ１０３から再送されることに加えて、中間ノード１０２からも第２層の再送制御により再送されるようになる。このようにＴＣＰの再送制御と第２層の再送制御とが競合したり、再送セグメントが誤って再送されたりすると、通信回線上に無駄なパケットが存在するようになり、通信回線の利用効率が低下してしまうことになる。すなわち、再送セグメントにより無線回線のデータ帯域が使用されて、無線回線の帯域を圧迫するという問題点が生じる。無線回線の場合は帯域が狭いため、再送セグメントによりデータ帯域が無駄に使用されることは大きな問題である。
【０００８】
そこで、本発明は、移動通信システムにおいてＴＣＰを用いたデータ通信を行う場合に、再送制御による無線回線の帯域が無駄に使用されることを防止して通信回線の利用効率の低下を抑制するようにした移動通信システムを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の移動通信システムは、無線アクセスネットワークにおける移動端末と、コアネットワークにおけるサーバ間においてトランスポート制御プロトコル（ＴＣＰ）を用いてデータの転送が可能とされている移動通信システムであって、前記移動端末と前記サーバ間において前記トランスポート制御プロトコルを使用する通信の確立を行う際に、前記移動端末に保持されている再送タイムアウト時間の情報が、前記トランスポート制御プロトコルの接続を要求するセグメントにおけるオプション領域を使用して、前記移動端末から前記サーバに与えられて、前記サーバは与えられた再送タイムアウト時間の情報に従って再送制御を行うようにしている。
【００１０】
また、上記本発明の移動通信システムにおいて、前記サーバが、前記移動端末から前記サーバに与えられた前記再送タイムアウト時間の情報を受け入れられない場合は、前記サーバは通常の再送タイムアウト時間に従って再送制御を行うようにしてもよい。
さらに、上記本発明の移動通信システムにおいて、前記サーバにおいて行われる再送制御における再送タイムアウト時間が固定の時間とされていてもよい。
さらにまた、上記本発明の移動通信システムにおいて、前記サーバにおいて行われる再送制御における再送タイムアウト時間が、タイムアウトする毎に所定長ずつ長くされるようにしてもよい。
【００１１】
さらにまた、上記本発明の移動通信システムにおいて、前記移動端末は、回線交換とパケット交換とをサポートしていると共に、回線交換用の固定の再送タイムアウト時間と、パケット交換用の固定の再送タイムアウト時間とを保持しており、隣接するノード間において回線交換を使用する場合は、前記移動端末と前記サーバ間において前記トランスポート制御プロトコルを使用する通信の確立を行う場合に、前記回線交換用の固定の再送タイムアウト時間の情報を前記サーバに与えるようにし、隣接するノード間においてパケット交換を使用する場合は、前記移動端末と前記サーバ間において前記トランスポート制御プロトコルを使用する通信の確立を行う場合に、前記パケット交換用の固定の再送タイムアウト時間の情報を前記サーバに与えるようにしてもよい。
【００１２】
このような本発明によれば、移動端末に保持されている再送タイムアウト時間の情報をサーバに与えて再送タイムアウト時間として設定するようにしたので、無線通信回線に最適の再送タイムアウト時間をサーバに設定することができるようになる。このため、サーバが移動機にデータの転送を行う場合においても、誤った再送が行われることを極力防止することができ、通信回線の利用効率が低下することを防止することができる。すなわち、無線回線の帯域が無駄に使用されることを防止することができる。
また、移動端末の通信システムが種々のシステムであっても、当該移動端末に保持されている再送タイムアウト時間により再送制御が行われるため、当該通信システムに最適の再送制御を行うことができるようになる。
さらに、移動端末とサーバ間においてＴＣＰによる再送制御を行うようにしたので、ＴＣＰの再送制御と第２層の再送制御との相違を吸収するための中間ノードを省略することができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる移動通信システムの概要の構成を図１に示す。
図１において、移動機１は情報端末装置としての携帯電話機からなる移動端末であり、インターネット上のウェブサーバ４との間で移動通信網を介してデータ通信を行なうことができるようにされている。移動通信網は、移動機１と基地局２間における無線通信回線を含む無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）と、各種のノードが設けられている有線通信回線からなるコアネットワークから構成されている。移動機１が、ウェブサーバ４へアクセスする際にはブラウザを立ち上げてウェブサーバ４のＵＲＬ（Uniform Resource Locators）を指定して発信することにより、ＨＴＭＬファイルや画像ファイルがウェブサーバ４から移動機１へ送り返されて、移動機１のブラウザ画面上に表示されるようになる。ＨＴＭＬファイルや画像ファイルの送受信は、ＯＳＩ参照モデルの第５層（セッション層）以上に位置するＨＴＴＰ（Hypertext Transfer Protocol）を用いて行われる。
【００１４】
この場合、移動機１とウェブサーバ４間のＥｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄは第４層（トランスポート層）に位置するトランスポート制御プロトコル（ＴＣＰ）により接続される。また、移動機１と基地局２間、および、基地局２と交換機３間は第２層（データリンク層）に位置する回線交換をサポートする回線交換ベアラ、あるいは、パケット交換をサポートするパケットベアラにより接続される。さらに、交換機３とウェブサーバ４間は第２層（データリンク層）に位置するイーサネットなどの有線回線で接続される。
【００１５】
次に、本発明の実施の形態にかかる移動通信システムにおける特徴点を図２に示すシーケンス図を参照して説明する。
図２に示すシーケンス図は、移動通信システムにおける移動機１がウェブサーバ４へＴＣＰの接続を要求して通信する際の接続確立処理のシーケンスとされている。ＴＣＰの接続確立処理では図２に示すように、まず、ＴＣＰの接続を要求する移動機１がSYNフラグをオンにし、移動機１におけるシーケンス番号（ＳＥＱ）を初期値（この場合は「１００」とする）とし、ＡＣＫフラグをオフにしたSYNセグメントをウェブサーバ４へ送信する。本発明においては、このSYNセグメントには、オプション領域を使用して再送タイムアウト時間ＲＴＯの値が付加されている。ＲＴＯ値は、固定値とされ例えば１０ｓｅｃが設定されている。この再送タイムアウト時間ＲＴＯの値は、移動機１の移動通信システムに最適のＲＴＯ値とされて、移動機１に保持されている。また、ＲＴＯ値は、移動機１がパケットベアラを使用する場合と回線交換ベアラを使用する場合とでは、最適のＲＴＯ値が異なることからそれぞれのベアラに最適のＲＴＯ値が移動機１内に保持されている。そして、使用するベアラに応じたＲＴＯ値が読み出されてSYNセグメントのオプション領域に設定されるようになされている。
【００１６】
SYNセグメントを受信したウェブサーバ４では、SYNセグメント内のＲＴＯ値を取り出し、指定されたＲＴＯ値がウェブサーバ４において設定可能か否かが判断される（ステップＳ１０）。ここで、設定可能と判断された場合は、ウェブサーバ４において再送タイムアウト値として移動機１から送られたＲＴＯ値が再送タイマに設定される（ステップＳ１１）。次いで、ウェブサーバ４におけるシーケンス番号の初期値（この場合は「３０」とする）と、ＡＣＫ番号「１０１」と、ＲＴＯ値のECHOをSYN ACKセグメントにセットして（ステップＳ１２）、移動機１へ送信する。この場合の、ＡＣＫ番号は移動機１から送信されたシーケンス番号に１を加えた数とされる。
【００１７】
また、ウェブサーバ４がＲＴＯ値のオプションをサポートしていないか、または認識できない場合はステップＳ１０においてＮＯと判断され、ステップＳ１３に分岐して通常のＲＴＯ値が再送タイマに設定される。この場合は、ウェブサーバ４におけるシーケンス番号の初期値（この場合は「３０」）と、ＡＣＫ番号「１０１」がSYN ACKセグメントにセットされて移動機１へ送信される。このＲＴＯ値は、ウェブサーバ４においてＲＴＴ時間から算出されたＲＴＯ値とされる。そして、このSYN ACKセグメントを受信した移動機１は、ＡＣＫフラグをオンにし、移動機１におけるシーケンス番号を１つだけインクリメントして「１０１」とし、「３１」のＡＣＫ番号としたACKセグメントをウェブサーバ４に送信する。この場合のＡＣＫ番号はウェブサーバ４から送信されたシーケンス番号に１を加えた数とされる。
これにより、移動機１とウェブサーバ４がシーケンス番号を交換してＴＣＰの接続が確立したことになり、以降は発信元がシーケンス番号を付けたデータを送信し、送信先はデータの受信ができた場合にＡＣＫ番号（シーケンス番号＋伝送されたデータ数＋１）を返すことで、通信を行うことができるようになる。
【００１８】
ここで、ＴＣＰセグメントのデータ構成を図３に示す。図３に示すＴＣＰセグメントにおいて、オプションまでがＴＣＰヘッダとされている。ＴＣＰヘッダは、送信元の送信元ポート番号（１６ビット）、宛先の宛先ポート番号（１６ビット）、シーケンス番号（３２ビット）、確認応答番号（ＡＣＫ番号：３２ビット９、ヘッダの長さ（HLen：４ビット）、リザーブ（６ビット）の各フィールドを含んでいる。さらに、緊急フラグ（URG），ACKフラグ，PSHフラグ，RSTフラグ，SYNフラグ，FINフラグからなる６ビットのフラグ・ビットを含んでいる。ここで、ACKフラグが“１”とされている場合はACK番号が有効とされ、SYNフラグが“１“とされている場合は、シーケンス番号フィールドに初期値が入っていることを示している。さらに、FINフラグが“１”とされている場合は、これ以上送るデータがないことを示している。さらに、バッファの量を相手に示すためのウィンドウフィールド（１６ビット）と、ヘッダとデータに対するエラーの検出に用いるチェックサムフィールド（１６ビット）と、緊急ポインタフィールド（１６ビット）と、本発明においてＲＴＯ値をセットするオプションフィールドとが含まれている。ＴＣＰヘッダに続くフィールドは、データフィールドとされている。
【００１９】
ところで、送信元がウェブサーバ４とされ宛先が移動機１とされている場合に、ウェブサーバ４から送信したシーケンス番号に対応するデータのＡＣＫ番号が移動機１から返ってこない場合は、ウェブサーバ４の再送タイマに設定されているＲＴＯ値がタイムアウトした際に、当該シーケンス番号に対応するデータを再送する。このＲＴＯ値が、前述したＴＣＰ接続確立処理時における移動機１からウェブサーバ４へ与えたＲＴＯ値とされている場合は、移動通信システムおよび使用するベアラに応じた最適のＲＴＯ値とされていることから、誤った再送が行われることを極力防止することができ、通信回線の利用効率が低下することを防止することができる。なお、移動通信システムとしては、ＰＤＣ（Personal Digital Cellular）、ＷＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）ＧＳＭ（global system for mobile communication）、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）等の移動通信システムとすることができる。
【００２０】
また、送信元が移動機１とされ宛先がウェブサーバ４とされている場合に、移動機１から送信したシーケンス番号に対応するデータのＡＣＫ番号がウェブサーバ４から返ってこない場合は、移動機１の再送タイマに設定されているＲＴＯ値がタイムアウトした際に、当該シーケンス番号に対応するデータを再送する。このＲＴＯ値は、移動機１に保持されている固定のＲＴＯ値とされて、移動通信システムおよび使用するベアラに応じた最適のＲＴＯ値とされていることから、誤った再送が行われることを極力防止することができ、通信回線の利用効率が低下することを防止することができる。
このように、移動機１とウェブサーバ４とのＥｎｄ−ｔｏ−ＥｎｄにおいてＴＣＰの再送制御を行っても、通信回線の利用効率が低下することを防止することができることから、ＴＣＰの再送制御と第２層（データリンク層）の再送制御との相違を吸収するための中間ノードを省略することができるようになる。
【００２１】
以上の説明において、ＴＣＰの接続確立処理時にSYNセグメントによりＲＴＯ値を送るようにしたが、ＲＴＯ値に替えてＲＴＯ値を指示する情報を送るようにしても良い。例えば、移動通信システムの種類毎に再送制御のメカニズムが異なることからＲＴＯ値の最適値は異なるようになる。そして、この最適値は予め移動通信システムの種類毎のＲＴＯ値としてテーブル等に設定しておくことができる。そこで、ＲＴＯ値の替わりにテーブル上の特定のＲＴＯ値を指示する情報を送るようにしてもよい。
【００２２】
なお、移動機１とウェブサーバ４とのＥｎｄ−ｔｏ−ＥｎｄにおいてＴＣＰの再送制御を行いつつ、第２層（データリンク層）に位置する回線交換ベアラあるいはパケットベアラにおいて再送制御を行うようにしても良い。
また、再送したシーケンス番号に対するＡＣＫ番号が返らない場合は、再度再送が行われるが、この場合の再送タイムアウト時間は、再送タイマにセットされている固定のＲＴＯ値とされる。すなわち、予め設定されている最大時間に到達するまで、例えば１０ｓｅｃ毎に繰り返し再送が行われるようになる。ただし、障害があった時のことを考慮して最初のＲＴＯ値が１０ｓｅｃであった場合に、２回目のＲＴＯ値は２０ｓｅｃ、３回目は４０ｓｅｃとする指数バックオフを組み込むようにしても良い。さらに、ＲＴＯ値に所定の値をタイムアウトされる毎に加算することにより、ＲＴＯ値を増加させていくようにしてもよい。
【００２３】
なお、上記の説明では、移動機１に保持させる再送タイムアウト時間ＲＴＯを１０ｓｅｃに設定するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。この再送タイムアウト時間ＲＴＯは、使用するベアラ別に無線アクセスネットワークにおける往復時間（ＲＴＴ）等の伝送特性に基づいて最適値に設定するのが好適である。
また、上記の説明では、移動機１とウェブサーバ４間における第４層（トランスポート層）のプロトコルとしてＴＣＰを用いるようにしたが、ＴＣＰに替えてトランザクション型のＴ／ＴＣＰを用いるようにしても良い。
さらに、移動端末は携帯電話機に限らず携帯情報端末等であってもよいし、サーバはインターネットにおけるウェブサーバに限らず、ネットワーク上のサーバであればよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、移動端末に保持されている再送タイムアウト時間の情報をサーバに与えて再送タイムアウト時間として設定するようにしたので、無線通信回線に最適の再送タイムアウト時間をサーバに設定することができるようになる。このため、サーバが移動機にデータの転送を行う場合においても、誤った再送が行われることを極力防止することができ、通信回線の利用効率が低下することを防止することができる。すなわち、無線回線の帯域が無駄に使用されることを防止することができる。
また、移動端末の通信システムが種々のシステムであっても、当該移動端末に保持されている再送タイムアウト時間により再送制御が行われるため、当該通信システムに最適の再送制御を行うことができるようになる。
さらに、移動端末とサーバ間においてＴＣＰによる再送制御を行うようにしたので、ＴＣＰの再送制御と第２層の再送制御との相違を吸収するための中間ノードを省略することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態にかかる移動通信システムの概要の構成を示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態にかかる移動通信システムにおける特徴点を示すシーケンス図である。
【図３】 本発明の実施の形態にかかる移動通信システムにおけるＴＣＰセグメントのデータ構成を示す図である。
【図４】 従来のＴＣＰを用いた接続確立処理及びデータ送信処理を示すシーケンス図である。
【図５】 従来のＴＣＰを用いた再送制御処理を示すシーケンス図である。
【図６】 従来の移動通信システムにおける再送制御を示すシーケンス図である。
【符号の説明】
１ 移動機、２ 基地局、３ 交換機、４ ウェブサーバ、１０１ 移動機、１０２ 中間ノード、１０３ ウェブサーバ

Claims (5)

1. 無線アクセスネットワークにおける移動端末と、コアネットワークにおけるサーバ間においてトランスポート制御プロトコル（ＴＣＰ）を用いてデータの転送が可能とされている移動通信システムであって、
   前記移動端末と前記サーバ間において前記トランスポート制御プロトコルを使用する通信の確立を行う際に、前記移動端末に保持されている再送タイムアウト時間の情報が、前記トランスポート制御プロトコルの接続を要求するセグメントにおけるオプション領域を使用して、前記移動端末から前記サーバに与えられて、前記サーバは与えられた再送タイムアウト時間の情報に従って再送制御を行うようにしたことを特徴とする移動通信システム。
2. 前記サーバが、前記移動端末から前記サーバに与えられた前記再送タイムアウト時間の情報を受け入れられない場合は、前記サーバは通常の再送タイムアウト時間に従って再送制御を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の移動通信システム。
3. 前記サーバにおいて行われる再送制御における再送タイムアウト時間が固定の時間とされていることを特徴とする請求項１記載の移動通信システム。
4. 前記サーバにおいて行われる再送制御における再送タイムアウト時間が、タイムアウトする毎に所定長ずつ長くされるようにしたことを特徴とする請求項１記載の移動通信システム。
5. 前記移動端末は、回線交換とパケット交換とをサポートしていると共に、回線交換用の固定の再送タイムアウト時間と、パケット交換用の固定の再送タイムアウト時間とを保持しており、隣接するノード間において回線交換を使用する場合は、前記移動端末と前記サーバ間において前記トランスポート制御プロトコルを使用する通信の確立を行う場合に、前記回線交換用の固定の再送タイムアウト時間の情報を前記サーバに与えるようにし、隣接するノード間においてパケット交換を使用する場合は、前記移動端末と前記サーバ間において前記トランスポート制御プロトコルを使用する通信の確立を行う場合に、前記パケット交換用の固定の再送タイムアウト時間の情報を前記サーバに与えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の移動通信システム。

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