JP4221200B2 - 移動体通信システムにおける負荷分散システム及び交換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話網（セルラー通信網）等の移動体通信システムにおける負荷分散システム及び交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の移動体通信システムにおいては、交換設備の投資計画上、あるいは過密地域における端末在圏数などの要因から、特定の交換ノードにおいて一時的に呼接続数が増加して高負荷となってしまう場合が存在し（発信時の一局集中の可能性が高い）、その結果、通信網に輻輳を発生・波及させてしまう問題があった。
【０００３】
通信網に輻輳が生じるとユーザの無線端末による呼接続に関し呼損が発生してサービス品質が大きく低下してしまうことから、移動体通信システムの交換系（交換網）における負荷の偏り及び輻輳の発生を回避させる負荷分散の機構が必要ではないかと考える。また、交換網における負荷分散の機構を設けることによって、交換設備のリソースを有効利用して輻輳を抑止しユーザの無線接続に対するサービス品質を高めると共に、移動体通信システムの設備（無線アクセス網におけるセルのオーバーラップや交換網における交換機台数投入による大容量化）の最小化への適応にも繋がることとなる。
【０００４】
なお、従来の移動体通信システムは、ユーザの無線端末との無線アクセスを処理する無線基地局及びその制御装置を含む無線アクセス網と、呼接続、端末認証・位置登録、無線チャネル設定等に関する管理及び制御を行い、交換処理つまり呼の通話路の設定及び中継処理を行う交換網（基幹網、コアネットワーク）とを有して構成される。システムによって詳細構成及び使用される用語は異なるが、本明細書では、移動体通信システムにおいて、上記交換及び中継処理を行う網設備を交換網（交換系）と呼ぶことにする。
【０００５】
図７に従来の移動体通信システムの構成例を示す。交換ノードとして複数の移動端局（ＭＣＣ）とこれを収容して中継・交換処理を行う移動中継局（ＭＧＣ）とを有する交換系（交換網）が有り、移動端局（ＭＣＣ）は、複数の無線基地局（ＢＳ）を有する無線アクセス網（Ｎ）を収容して無線端末（ＭＳ）の交換処理を行う。上述したように、特定の無線アクセス網（図７：Ｎ１）の交換ノード（移動端局ＭＣＣ）において呼接続が一時的に増加・集中して高い負荷状態となってしまうことがあるという問題がある。一方で、状況に応じて有休リソースの有るあるいは低い負荷状態の無線アクセス網（交換ノード）も存在するから、移動体通信システム全体において負荷に偏りが有り、サービス品質に偏りが有ることになる。
【０００６】
従来の移動体通信システムにおいて呼接続による輻輳を回避するための機構として、ハンドオーバの一手法として無線端末（移動局）の通信相手となる無線基地局を無線端末に対して確保する最低帯域に基づき切り替える処理を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。この技術では、無線基地局と通信中の無線端末について、予め定めた最低帯域を確保した状態での通信ができなくなったことを検出すると、この無線端末の通信相手を他の無線基地局に切り替えるハンドオーバ処理を行う。しかしながら、このようなハンドオーバ技術は、ハンドオーバの実行のために当然ながら無線端末の位置・移動や制御移行先の対象となる局などに関し条件が存在するし、移動体通信システムの交換系における負荷分散という観点で考えられたものではないと言える。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２５１６５８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、従来の移動体通信システムの交換網において存在しなかった負荷分散の機構を実現して交換設備のリソース（ノード、チャネル）の有効利用を図ることにより、交換網における特に移動端局における呼接続数の増加による高負荷及びそれにより発生し得る輻輳を回避・抑止でき、結果、無線接続のサービス品質を高めることができ、また移動体通信システム設備の最小化へと繋がる、移動体通信システムにおける負荷分散システム及び交換装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、移動体通信システムにおける負荷分散システムであって、交換網を構成し交換処理を行う交換ノードの負荷状態を監視する負荷監視手段と、無線端末による呼接続の発生に伴い、交換網内の交換ノードの負荷状態に応じて無線端末の収容される交換ノードから他の交換ノードへと呼設定、通信、呼開放を含む無線端末の制御を移管し、呼接続に関して移管元の交換ノード及び移管先の交換ノードを経由する通話路を設定する制御手段と、を有し、交換網は、無線端末を収容する移動端局と、移動端局を収容する移動中継局と、を有して構成され、移動中継局は、収容される移動端局の負荷状態を監視する機能を有し、制御手段は、無線端末による呼接続の発生に伴い、無線端末の収容される移動端局の負荷状態に応じて他の移動端局へと無線端末の制御を移管し、呼接続に関して移管元の移動端局、移動中継局、及び移管先の移動端局を経由する通話路を設定することを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、移動中継局は、収容される移動端局の負荷状態及び移動端局とのリンクにおける局間チャネル使用率を監視する機能と、負荷状態の認識に基づき端末制御の移管先ノードの選択決定を行う機能と、呼接続に関して移管元の移動端局、自ノード、及び移管先の移動端局を経由する通話路を設定する機能と、を有することを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、移管元の移動端局は、自ノードの負荷状態を認識する機能と、無線端末による呼接続の発生に伴い、無線端末を収容する自ノードの負荷状態を認識して無線端末の制御の移管を行うか否か判断する機能と、呼接続に関して移管元となる自ノードと移動中継局とを経由する通話路を設定する機能とを有することを特徴としている。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、移管先の移動端局は、自ノードの負荷状態を認識する機能と、端末制御移管の要求に基づき無線端末を収容する移管元移動端局を経由して無線端末の制御を行う機能と、呼接続に関して移管先となる自ノードと移動中継局とを経由する通話路を設定する機能とを有することを特徴としている。
【００１７】
請求項５記載の発明は、移動体通信システムの交換網において無線端末を収容する移動端局を収容する移動中継局となる交換装置であって、収容される移動端局の負荷状態及び移動端局とのリンクにおける局間チャネル容量を監視する機能と、負荷状態の認識に基づき端末制御の移管先ノードの決定を行う機能と、呼接続に関して移管元の移動端局、自ノード、及び移管先の移動端局を経由する通話路を設定する機能と、を有することを特徴としている。
【００１８】
請求項６記載の発明は、移動体通信システムの交換網において無線端末を収容する移動端局となる交換装置であって、自ノードの負荷状態を認識する機能と、無線端末による呼接続の発生に伴い、無線端末を収容する自ノードの負荷状態を認識して無線端末の制御の移管を行うか否か判断する機能と、呼接続に関して移管元となる自ノードと移動中継局とを経由する通話路を設定する機能とを有することを特徴としている。
【００１９】
請求項７記載の発明は、移動体通信システムの交換網において無線端末を収容する移動端局となる交換装置であって、自ノードの負荷状態を認識する機能と、端末制御移管の要求に基づき無線端末を収容する移管元移動端局を経由して無線端末の制御を行う機能と、無線端末による呼接続に関して移管先となる自ノードと移動中継局とを経由する通話路を設定する機能とを有することを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。構成要素には記号を付与して区別する。図１は、本発明の実施の形態における負荷分散システムの構成を示す図である。本負荷分散システムは、移動体通信システムの交換網において適用される。本実施形態の負荷分散システムでは、本発明の実施の形態における端末仮想接続方法に従った呼接続処理が実行される。
【００２１】
本発明は、移動体通信システムの交換系（交換網）において、交換網を構成する各交換ノードの負荷状態に基づき、交換ノード間で無線端末の制御の切り替え（移行）を行うものである。つまり、無線端末による呼接続において、無線端末を無線基地局を介して収容する交換ノードが負荷の高い状態にあると判断されたときに、交換系内で負荷の低い状態にある別の交換ノードへと無線端末の制御を移管する処理を行う（以下、端末制御移管と呼ぶ）。移管先の交換ノードでは、移管元の交換ノード配下の無線端末ＭＳの主要な制御を代行する。また、端末制御移管と同時に、移管元交換ノードと移管先交換ノードとを通過ノードとして含んだ経路である通話路（図：ｐ１）を設定し、この通話路（ｐ１）上で、移管先交換ノードは移管元交換ノード配下の無線端末ＭＳの主要な制御を行い、移管元の交換ノードでは中継処理のみ行う（以下、端末仮想接続と呼ぶ）。
【００２２】
上記端末制御移管及び端末仮想接続を行わない場合の通常の通話路は図５に参照されるような通話路ｐ２である。
【００２３】
上記のような制御により、移動体通信システムの交換網において、負荷状態の低い（有休リソースの多い）交換ノードを積極的に利用して、輻輳を発生・波及させないように負荷の偏りを回避して網内負荷分散を実現し、無線端末の呼損を減少させる。
【００２４】
本発明は、移動体通信システムの交換系における交換ノード（中継ノード）を含む交換設備全般に適用されるものである。また、本実施形態において、接続に関するアーキテクチャは、所定方式例えば時分割方式のチャネルを通話路とするパス設定制御で実現している、信号線制御を有する通信システムであるものとする。
【００２５】
図１で、ユーザの無線端末をＭＳとし、無線端末ＭＳと無線リンクで接続する無線基地局をＢＳとする。また、複数の基地局ＢＳを介して複数の端末ＭＳを収容するＬＳ（Local Switch）相当ノードを移動端局ＭＣＣとする。移動端局ＭＣＣは、交換網における端ノードである。複数の移動端局ＭＣＣを収容して交換・中継処理を行う中継ノード及び関門ノードを移動中継局ＭＧＣとする。なお関門ノード（ゲートウェイ）は特に移動体通信網と他網（固定電話網、ＩＰ網等）との接続・変換を行うノードである。
【００２６】
用語の定義として、「通話路（パス）」は、無線端末ＭＳを含む２つのノード間に設定される経路であるとする。特に、呼接続の発生により２つの無線端末ＭＳノード間に通話路が設定される。「チャネル」は、データ送受信や各種制御等のためにリンクあるいはパスにおいて設定確保されるリソースである。
【００２７】
交換網は、所定のトポロジで接続される複数の交換ノード及びそのリンクを有して成る網である。本実施形態では、交換網は、特に、移動端局ＭＣＣと移動中継局ＭＧＣの２種の交換ノードから成る。複数の移動端局ＭＣＣが移動中継局ＭＧＣに接続（収容）される。
【００２８】
無線端末（移動端末）ＭＳは、無線チャネルを通じて無線基地局ＢＳと接続し、ＢＳ−ＭＣＣ間パス（またはチャネル）を通して、移動端局ＭＣＣを含む交換網による交換処理（呼制御その他の制御）を受ける移動ノードである。
【００２９】
移動端局ＭＣＣは交換網における端ノードであり、無線アクセス網を収容するノードである。配下の複数の基地局ＢＳを介して複数の無線端末ＭＳを収容し、その呼接続を処理する。
【００３０】
移動中継局ＭＧＣは、移動端局ＭＣＣを収容して交換・中継処理（呼のルーティング処理、通話路の設定処理、データ中継処理等）を行う。また、ノードＭＣＣ及びＭＧＣを含む交換網では、無線端末ＭＳの地理的位置情報を随時登録管理し、端末位置情報及び加入者情報等を参照して呼接続処理を行う。
【００３１】
また、移動中継局ＭＧＣは、交換網内の各ノードＭＣＣへの方路のチャネル容量（使用率）と対局負荷状態を恒常的に監視し、また、有休リソースを優先順（端末制御の移管先候補の優先順位）に算出、検索する負荷監視機能（２１）を有する。
【００３２】
また、移動端局ＭＣＣでは、端末仮想接続時に、図２に参照されるような中継用の経路ｐ４を介して通常の通話路ｐ２に直接接続する（結果、通話路ｐ１が設定される）機能を有する。
【００３３】
図２を参照して、本実施形態の負荷分散システムでの端末制御移管及び端末仮想接続における通話路ｐ１について説明する。図２の例では、左下のノードＭＣＣは、端末制御の移管元のノードであり、右下のノードＭＣＣは、端末制御の移管先のノードである。また、中央のノードＭＧＣは、交換網内の負荷状態の把握に基づき端末制御移管先の判断・決定を行うと共に、通話路ｐ１を設定して通話路ｐ１において中継用の経路ｐ４を介して移管先ノードＭＣＣへの直接中継を行う中継ノードである。
【００３４】
本例では、左下の無線端末ＭＳによる呼接続に関し、この端末ＭＳを収容する左下の移動端局ＭＣＣにおいて高負荷であり、右下の別の移動端局ＭＣＣが低負荷であるため、この右下のノードＭＣＣに端末制御を移管する例を示している。移管先ノードの決定は、移動中継局ＭＧＣが行っている。
【００３５】
端末制御移管と同時に通話路ｐ１が設定され、通話路ｐ１上の経路ｐ３を通じて移管先ノードＭＣＣからの無線端末ＭＳの制御が行われる。移管元交換ノードＭＣＣは、端末制御を移管後、該当呼に関しては中継処理のみ行う。
【００３６】
次に、図３を参照して、本実施形態の負荷分散システム及び端末仮想接続方法を実現するために交換ノード（本発明の実施の形態における交換装置）の備える機能について説明する。
【００３７】
端末制御移管元の交換ノード（移動端局ＭＣＣ）は、負荷認識機能１１、移管判断機能１２、通話路設定機能１３を有する。
【００３８】
負荷認識機能１１は、自ノード（ＭＣＣ）の負荷状態を認識する機能である。負荷は所定の評価手法により算出する。例えば、自ノードの備える総バッファメモリにおける呼処理での使用量、使用率（図４：Ｌ１「負荷状態（ＣＣ／ＢＵＦ）」）を算出する。
【００３９】
移管判断機能１２は、自ノード（ＭＣＣ）における負荷状態を負荷認識機能１１により認識して端末制御移管及び仮想接続を起動するタイミングを判断する機能である。ノードＭＣＣは、自ノードの負荷が規定以上となったとき等の所定の契機に基づき上記端末制御移管及び仮想接続を起動してこのモードに移行することとし、上記起動を決定すると移動端局ＭＧＣに対して上記起動を要求する信号を発行、送信する。
【００４０】
通話路設定機能１３は、移管元移動端局における通話路ｐ１の設定処理（及び開放処理）を行う機能である。端末制御移管及び通話路ｐ１の設定後は、該当呼の通話に関して中継処理のみをパス設定に従って行う。
【００４１】
中継ノード（移動中継局）ＭＧＣは、負荷監視機能２１、移管先決定機能２２、通話路設定機能３３を有する。
【００４２】
負荷監視機能２１は、交換網における交換ノード群の負荷状態を監視し認識する機能である。ノードＭＧＣは、負荷監視機能２１により例えば図４に参照されるような負荷状態管理テーブルｔを保持し管理する。本実施形態の負荷分散システムでは、交換網内の移動中継局ＭＧＣは、自ノードに１次的なリンクで接続される（あるいは階層的に直接収容される）移動端局ＭＣＣに関して負荷状態の把握を行う。
【００４３】
ノードＭＧＣは、交換ノードの負荷状態として、自ノードが収容するノードＭＣＣの負荷状態（図４：Ｌ１「負荷状態（ＣＣ／ＢＵＦ）」）と、このノードＭＣＣへの方路（ＭＧＣ−ＭＣＣ間リンク）におけるチャネル容量あるいはチャネル使用率（図４：Ｌ２「局間ｃｈ使用率」）を把握する。ノードＭＧＣ側からノードＭＣＣにアクセスして負荷状態情報を取得する処理形態、あるいは、ノードＭＣＣ側からノードＭＧＣへ負荷状態情報を通知する処理形態などにより、交換網内の負荷状態の把握が行われる。各交換ノードＭＣＣでの自ノード負荷状態の変化点検出によるノードＭＧＣへの通知により同様の機能を実現する処理形態も可能である。
【００４４】
図４は、負荷監視機能２１により管理される負荷状態管理テーブルｔの例を示す。この例では、負荷監視機能２１は、交換網内の交換ノードの負荷状態の把握として、負荷状態管理テーブルｔに、交換ノードＩＤ（識別子）で特定される交換ノード群について、ノードの負荷状態Ｌ２と、ノードへの方路におけるチャネル使用率Ｌ２とを情報として管理している。ノードの負荷状態Ｌ２は、ノードの備える総バッファメモリにおける呼処理での使用率や呼接続数等の所定基準で評価する。また、局間チャネル使用率Ｌ２は、ノードＭＧＣ−ＭＣＣ間のリンクで使用されるチャネルに関する使用率を評価した値である。
【００４５】
移管先決定機能２２は、移管元ノードＭＣＣからの要求、負荷監視機能２１による負荷状態の把握等に基づき、端末制御の移管先の交換ノードを所定基準により判断・選択決定する機能である。負荷状態管理テーブルｔを参照するなどして、絶対的にあるいは相対的に負荷の低いノード、有休リソースの多いノード、局間チャネル使用率が低いノード等の評価基準で、移管先の候補となる交換ノードを算出、検索する。この際、所定の評価基準に基づき移管先候補の優先順位を求めておく等の処理形態でも良い。また、予め移管先を優先順位とともに算出しておき、端末制御移管の要求（接続要求ＭＲＲ）の発生に伴って上記優先順位に基づき移管先候補を検索して移管先ノードを決定する処理形態でも良い。端末制御移管の要求（接続要求ＭＲＲ）の発生に伴って随時移管先を算出し決定する処理形態でも良い。
【００４６】
通話路設定機能２３は、移動中継局ＭＧＣにおける通話路ｐ１の設定処理（及び開放処理）を行う機能である。端末制御移管及び通話路ｐ１の設定後は、該当呼の通話に関して、移管先ＭＣＣへの中継（接続）、及び、移管先ＭＣＣからの折り返しについての元の通話路（移管元ＭＣＣ）への中継（接続）をパス設定に従って行う。移管先ＭＣＣとの間での中継処理は経路ｐ４が使用される。
【００４７】
端末制御移管先の交換ノード（移動端局ＭＣＣ）は、負荷認識機能１４、端末制御代行機能１５、通話路設定機能１６を有する。
【００４８】
負荷認識機能１４は、負荷認識機能１１と同様に、自ノード（ＭＣＣ）の負荷状態を認識する機能である。負荷は所定の評価手法により算出する。例えば、自ノードの備える総バッファメモリにおける呼処理での使用量、使用率（図４：Ｌ１「負荷状態（ＣＣ／ＢＵＦ）」）を算出する。
【００４９】
端末制御代行機能１５は、端末制御移管及び端末仮想接続の発生（端末仮想接続モードへの移行）により、移管元ノードＭＣＣの配下エリアに存在する無線端末ＭＳの端末制御を代行する機能である。移管先ノードＭＣＣは、通話路ｐ１上で経路ｐ３を通じて移管元ノードＭＣＣを経由して移管元ノード配下の無線端末ＭＳの制御を行う。移管先ノードＭＣＣ側において、配下のエリアに居ない無線端末ＭＳに関する端末制御を仮想的に行うこととなる。換言すると、移管先ノードＭＣＣにとっては、配下エリアに仮想的な無線端末が居るものと想定してその端末制御を行う。
【００５０】
通話路設定機能１６は、移管先移動端局ＭＣＣにおける通話路ｐ１の設定処理（及び開放処理）を行う機能である。端末制御移管及び通話路ｐ１の設定後は、該当呼の通話に関して、元の通話路（ｐ２）及び移動中継局ＭＧＣからの中継、及び、元の通話路（ｐ２）及び移動中継局ＭＧＣへの折り返しをパス設定に従って行う。移動中継局ＭＧＣとの間での中継・折り返しには、経路ｐ４が使用される。
【００５１】
移動端局ＭＣＣは、端末制御の移管元にも移管先にも成り得るノードであるため、上記機能１１〜１６を備える。また、上記の通話路設定機能１３、３３、１６のそれぞれは、図１に示したような１つの通話路ｐ１の設定に関する各ノードでの処理を行うものである。なお、交換ノード（交換装置）の備える各機能は、所定のハードウェア及びソフトウェアの構成により実現される。基本的なハードウェア構成等は既存技術であるため省略する。
【００５２】
呼接続として無線端末ＭＳからの発信時の場合、発呼の初期動作が開始された時点で、交換ノードＭＣＣは自ノードの負荷状態を負荷認識機能１１によりチェックする。そして、移管判断機能１２により、自ノードの負荷が規定以上有る場合には、負荷分散のために端末制御移管及び端末仮想接続の起動を決定し、端末優先レベル（加入者情報に基づく）に応じて無線端末ＭＳを交換網内の別の交換ノードの収容として仮想接続処理させるべく、端末制御移管要求＝端末仮想接続要求を移動中継局ＭＧＣに対して発行・送信する。
【００５３】
移動中継局ＭＧＣでは、発行された仮想接続要求に基づき、交換網内の交換ノード（ＭＣＣ）群の負荷状態を負荷状態管理テーブルｔを参照して確認し、移管先決定機能２２による判断により移管先交換ノードを決定する。そして、移管先ノードＭＣＣに対し端末制御移管指示＝端末仮想接続指示を行って端末制御移管及び仮想接続の設定の諸手順を行う。
【００５４】
端末制御移管に伴って、移管先交換ノードを経由して移管元交換ノードに繋がるような通話路ｐ１が設定される。本実施形態では、通話路ｐ１は、通常の通話路ｐ２をもとに移動中継局（中継ノード）ＭＧＣから移管先ノードＭＣＣに経路ｐ４を通じて中継され、また移管先ノードＭＣＣから折り返されて移動中継局ＭＧＣに繋がり、移管元ノードＭＣＣを経由して無線端末ＭＳに繋がるパスとなる（発信時／着信時の場合とも同様の性質のパスとなる）。
【００５５】
通話路ｐ１の設定完了後、この通話路ｐ１上において該当呼の通話処理が行われる。通話路ｐ１上において、移管先交換ノードは移管元交換ノードＭＣＣに収容される無線端末ＭＳの主要な制御を移管元ノードＭＣＣの替わりに行う。移管元交換ノードＭＣＣは、移管先交換ノードＭＣＣを経由して送受信されるデータを配下エリアの無線端末ＭＳに中継する処理のみ行う。以上のような制御により、移管元交換ノードは呼処理に関わる負荷が軽減され、移管先交換ノードのリソースが有効利用され、交換網における負荷分散が実現される。
【００５６】
なお、本実施形態では、図１等に示したように、移動中継局ＭＧＣは１次的なリンクで接続される（あるいは交換網のツリー状の階層構成において直接収容される）移動端局ＭＣＣについて負荷状態の監視を行い、この範囲内の交換ノード間で端末制御移管を行う形態について示している。交換網の構成が階層的／非階層的に関わらず本発明は適用できる。その他の形態として、交換網においてこのような範囲の交換ノードＭＣＣのみならずより広範囲の交換ノードＭＣＣについて負荷状態の把握を行って端末制御移管を行う形態でも良い。
【００５７】
図６は、本実施形態の負荷分散システム及び端末仮想接続方法における端末制御移管及び仮想接続の処理に関わる各ノード間での信号手順の概要を示すシーケンス図である。以下、図６に従って端末制御移管及び仮想接続を行う場合の処理手順について説明する。
【００５８】
呼接続として、まず、無線端末ＭＳからの発信時の場合、発呼の初期動作が開始された時点で、交換ノードＭＣＣでは自ノードの負荷状態をチェックし、規定以上の負荷が有る場合には、負荷分散のために端末制御移管の起動を決定し、端末制御移管要求＝端末仮想接続要求を発行する。
【００５９】
ノードＭＣＣは、自ノードの高負荷状態などを契機として端末制御移管及び仮想接続のモードを起動する際は、ＢＳ−ＭＣＣ間の無線チャネル設定プロトコルの処理（ＲＴ手順）（ステップＳ１）の完了後、ＭＣＣ−ＭＧＣ間の半固定パスを使用してノードＭＧＣへ仮想接続要求（ＭＲＲ信号とする）を送信する（ステップＳ２）。
【００６０】
負荷監視機能２１、移管先決定機能２２、及び通話路設定機能２３を有したノードＭＧＣでは、ノードＭＣＣから仮想接続要求（ＭＲＲ）を受けると、要求に合致する移管先ノードを決定して移管先ノードＭＣＣへ仮想接続指示（ＭＲＩ信号とする）を送信する（ステップＳ３）。この際、ノードＭＧＣは、交換網内交換ノードの負荷状態の認識に基づき、低い負荷状態にある、あるいは有休リソースの多い状態にある交換ノードＭＣＣを判断、検索する処理を行い、端末制御移管先の交換ノードＭＣＣを決定する。
【００６１】
移管先ノードＭＣＣでは、ノードＭＧＣからの仮想接続指示（ＭＲＩ）に基づき、端末制御移管及び仮想接続を受け付け可能であれば肯定の旨を示す仮想接続応答（ＭＲＦ信号とする）を送信する（ステップＳ４）。また、受け付け不可の場合は否定応答を返す。ノードＭＧＣでは、移管先ノードＭＣＣからの応答（ＭＲＦ）に応じて通話路ｐ１の設定を行い、移管元ノードＭＣＣへ仮想接続確認（ＭＲＡ信号とする）を送信し（ステップＳ５）、端末制御移管及び仮想接続を実現させる。
【００６２】
移管元ノードＭＣＣはノードＭＧＣから仮想接続確認（ＭＲＡ）を受信すると、通話路ｐ１の設定を行って無線端末ＭＳの制御を移管先ノードＭＣＣに移管する。ステップＳ６では、各ノードにおいて通話路ｐ１の確立処理を行っている。その後、ＭＭ手順（端末認証プロトコルの処理）（ステップＳ７）、ＣＣ手順（呼制御プロトコルの処理）（ステップＳ８）を行って呼のセットアップを完了する。
【００６３】
同じく図６において、呼接続として、無線端末ＭＳへの着信時の場合には、ノードＭＧＣからＰａｇｉｎｇ処理（ページング処理、一斉呼出処理）が行われ（ステップＳ１１、Ｓ１２）、ノードＭＣＣでは、配下エリアの無線端末ＭＳからの応答（ステップＳ１３）があった時点を契機として、自ノードの負荷状態をチェックし、規定以上の負荷がある場合には、端末制御移管及び仮想接続の起動を決定する。
【００６４】
移管元ノードＭＣＣは、配下の無線端末ＭＳを端末優先レベルに応じて交換網内の別の交換ノード収容として端末制御移管し仮想接続するべく、仮想接続要求（ＭＲＲ）をノードＭＧＣに対して送信する（ステップＳ１４）。以降、ＢＳ−ＭＣＣ間の無線チャネル設定プロトコルの処理（ＲＴ手順：ステップＳ１８）、ノードＭＧＣへの仮想接続要求（ＭＲＲ）の送信から仮想接続確認（ＭＲＡ）の受信（ステップＳ１４〜Ｓ１７）、及び各ノードでの通話路ｐ１の確立（ステップＳ１９）までの処理は前述の発信時の場合と同様である。
【００６５】
上記発信時／着信時の場合とも、無線チャネル設定及び通話路ｐ１の確立後、移管元ノードＭＣＣは配下の無線端末ＭＳの端末制御は行わず中継処理のみとなり、通話路ｐ１を通じた移管先ノードＭＣＣからの無線端末ＭＳの制御が開始される。
【００６６】
端末認証プロトコル（ＭＭ手順：ステップＳ２０）の処理の完結後、着信時の場合では、移管先ノードＭＣＣはＰａｇｉｎｇ応答をノードＭＧＣへ送信し（ステップＳ２１）、ＣＣ手順として局間着信手順（例：ＩＡＭの受信）が行われる（ステップＳ２２）。また、発信時の場合では、局間発信手順（例：ＩＡＭの送出）が開始される（ステップＳ８）。
【００６７】
なお、ノードＭＧＣあるいはＭＣＣにおいて、端末制御移管及び仮想接続のために利用可能な経路やノードやリソースが無いと判断した場合（ロジックで困難と判断した場合）、仮想接続確認（ＭＲＡ）信号等には「ＮＧ：利用不可」の情報が設定されて端末制御移管及び仮想接続への移行は却下されることとなる。発信時あるいは着信時における端末制御移管及び仮想接続の処理手順の概要は以上の通りである。
【００６８】
なお、ＲＴ（※Radio Transmission management ：無線管理）手順は、無線チャネル設定プロトコルを示し、無線チャネル割り当て等の処理を行う。ＭＭ（※Mobility Management ：移動管理）手順は、端末認証プロトコルを示し、位置登録、認証、暗号化等の処理を行う。ＣＣ（※Call Control：呼制御）手順は、呼制御プロトコルを示し、呼の設定・開放を行う呼制御処理を行う。
【００６９】
他の実施形態として、上述した実施形態の負荷分散システム及び端末仮想接続方法では、端末制御移管及び仮想接続の起動（端末制御移管及び仮想接続のモードへの移行）の判断を移動端局ＭＣＣが行ったが、移動中継局ＭＧＣが行う処理形態でも良い。また、上述した実施形態の負荷分散システム及び端末仮想接続方法では、端末制御の移管先ノードの決定を負荷状態管理テーブルｔの参照に基づき移動中継局ＭＧＣが行ったが、移管元の移動端局ＭＣＣが行う処理形態でも良い。
【００７０】
付記として、通常、移動体通信システムでは、無線端末のセルゾーン移行に伴いその端末と接続する無線基地局や管理制御する制御局を切り替える処理つまりハンドオーバ処理を所定の手法に基づき行っている。本発明のシステム及び方法でも無線端末ＭＳによる呼接続に関し端末制御の移管を行うが、ハンドオーバ処理とは異なる処理であり、交換網側における負荷状態の管理に基づき交換ノード間での端末制御の移管を行って負荷分散するものである。無線端末はあくまで移管元の交換ノードを通じて網に接続する。本発明のシステム及び方法の適用される移動体通信システムにおいても無線端末のセルゾーン移行に伴う所定のハンドオーバ処理が行われるが、本発明での端末制御移管及び端末仮想接続の処理とは別処理として行われる。
【００７１】
以上により本発明の実施の形態について説明した。なお、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、移動体通信システムの交換系において無線端末による呼接続により交換ノードにおける高負荷及びそれによる輻輳を発生・波及させないための回避・負荷分散の機構として、交換網内の各交換ノードの負荷状態の把握に基づき低負荷あるいは有休リソースの多い他の交換ノードへと端末制御を移管し、移管先ノード及び移管元ノードを経由する通話路を設定して呼処理を行う端末仮想接続を行う機構を提供するので、交換設備のリソース（ノード、チャネル）を極力有効利用して交換網内の負荷分散を実現できる。これにより網の輻輳を回避、抑止し、端末の呼損を減少させて無線接続のサービス向上を実現できる。また、交換設備を有効利用することから、移動体通信システムにおいて無線設備の大量投入・交換設備の大量設置を行うことが不要となりシステム設備最小化への適応へと繋がることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における負荷分散システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における負荷分散システムでの端末制御移管及び端末仮想接続のための通話路ｐ１について説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態における負荷分散システムで交換ノードの備える機能について示す図である。
【図４】負荷状態管理テーブルｔの例を示す図である。
【図５】端末制御移管及び端末仮想接続を行わない場合の通常の通話路（ｐ２）について示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における負荷分散システムにおける端末制御移管及び端末仮想接続の処理手順を示すシーケンス図である。
【図７】従来のシステムについて説明するための図である。
【符号の説明】
ＭＧＣ 移動中継局
ＭＣＣ 移動端局
ＢＳ 無線基地局
ＭＳ 無線端末
１１ 負荷認識機能
１２ 移管判断機能
１３ 通話路設定機能
１４ 負荷認識機能
１５ 端末制御代行機能
１６ 通話路設定機能
２１ 負荷監視機能
２２ 移管先決定機能
２３ 通話路設定機能
ｐ１ 端末制御移管及び端末仮想接続後の通話路
ｐ２ 通常の通話路
ｐ３ 端末制御用の経路
ｐ４ 移管先ノードへの中継用の経路
ｔ 負荷状態管理テーブル
Ｌ１ 対局負荷状態（バッファ使用率）
Ｌ２ 局間チャネル使用率
ＭＲＲ 仮想接続要求
ＭＲＩ 仮想接続指示
ＭＲＦ 仮想接続応答
ＭＲＡ 仮想接続確認
Ｎ１〜Ｎ３ 無線アクセス網
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話網（セルラー通信網）等の移動体通信システムにおける負荷分散システム及び交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の移動体通信システムにおいては、交換設備の投資計画上、あるいは過密地域における端末在圏数などの要因から、特定の交換ノードにおいて一時的に呼接続数が増加して高負荷となってしまう場合が存在し（発信時の一局集中の可能性が高い）、その結果、通信網に輻輳を発生・波及させてしまう問題があった。
【０００３】
通信網に輻輳が生じるとユーザの無線端末による呼接続に関し呼損が発生してサービス品質が大きく低下してしまうことから、移動体通信システムの交換系（交換網）における負荷の偏り及び輻輳の発生を回避させる負荷分散の機構が必要ではないかと考える。また、交換網における負荷分散の機構を設けることによって、交換設備のリソースを有効利用して輻輳を抑止しユーザの無線接続に対するサービス品質を高めると共に、移動体通信システムの設備（無線アクセス網におけるセルのオーバーラップや交換網における交換機台数投入による大容量化）の最小化への適応にも繋がることとなる。
【０００４】
なお、従来の移動体通信システムは、ユーザの無線端末との無線アクセスを処理する無線基地局及びその制御装置を含む無線アクセス網と、呼接続、端末認証・位置登録、無線チャネル設定等に関する管理及び制御を行い、交換処理つまり呼の通話路の設定及び中継処理を行う交換網（基幹網、コアネットワーク）とを有して構成される。システムによって詳細構成及び使用される用語は異なるが、本明細書では、移動体通信システムにおいて、上記交換及び中継処理を行う網設備を交換網（交換系）と呼ぶことにする。
【０００５】
図７に従来の移動体通信システムの構成例を示す。交換ノードとして複数の移動端局（ＭＣＣ）とこれを収容して中継・交換処理を行う移動中継局（ＭＧＣ）とを有する交換系（交換網）が有り、移動端局（ＭＣＣ）は、複数の無線基地局（ＢＳ）を有する無線アクセス網（Ｎ）を収容して無線端末（ＭＳ）の交換処理を行う。上述したように、特定の無線アクセス網（図７：Ｎ１）の交換ノード（移動端局ＭＣＣ）において呼接続が一時的に増加・集中して高い負荷状態となってしまうことがあるという問題がある。一方で、状況に応じて有休リソースの有るあるいは低い負荷状態の無線アクセス網（交換ノード）も存在するから、移動体通信システム全体において負荷に偏りが有り、サービス品質に偏りが有ることになる。
【０００６】
従来の移動体通信システムにおいて呼接続による輻輳を回避するための機構として、ハンドオーバの一手法として無線端末（移動局）の通信相手となる無線基地局を無線端末に対して確保する最低帯域に基づき切り替える処理を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。この技術では、無線基地局と通信中の無線端末について、予め定めた最低帯域を確保した状態での通信ができなくなったことを検出すると、この無線端末の通信相手を他の無線基地局に切り替えるハンドオーバ処理を行う。しかしながら、このようなハンドオーバ技術は、ハンドオーバの実行のために当然ながら無線端末の位置・移動や制御移行先の対象となる局などに関し条件が存在するし、移動体通信システムの交換系における負荷分散という観点で考えられたものではないと言える。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２５１６５８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、従来の移動体通信システムの交換網において存在しなかった負荷分散の機構を実現して交換設備のリソース（ノード、チャネル）の有効利用を図ることにより、交換網における特に移動端局における呼接続数の増加による高負荷及びそれにより発生し得る輻輳を回避・抑止でき、結果、無線接続のサービス品質を高めることができ、また移動体通信システム設備の最小化へと繋がる、移動体通信システムにおける負荷分散システム及び交換装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、移動体通信システムにおける負荷分散システムであって、交換網を構成し交換処理を行う交換ノードの負荷状態を監視する負荷監視手段と、無線端末による呼接続の発生に伴い、交換網内の交換ノードの負荷状態に応じて無線端末の収容される交換ノードから他の交換ノードへと呼設定、通信、呼開放を含む無線端末の制御を移管し、呼接続に関して移管元の交換ノード及び移管先の交換ノードを経由する通話路を設定する制御手段と、を有し、交換網は、無線端末を収容する移動端局と、移動端局を収容する移動中継局と、を有して構成され、移動中継局は、収容される移動端局の負荷状態を監視する機能を有し、制御手段は、無線端末による呼接続の発生に伴い、無線端末の収容される移動端局の負荷状態に応じて他の移動端局へと無線端末の制御を移管し、呼接続に関して移管元の移動端局、移動中継局、及び移管先の移動端局を経由する通話路を設定することを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、移動中継局は、収容される移動端局の負荷状態及び移動端局とのリンクにおける局間チャネル使用率を監視する機能と、負荷状態の認識に基づき端末制御の移管先ノードの選択決定を行う機能と、呼接続に関して移管元の移動端局、自ノード、及び移管先の移動端局を経由する通話路を設定する機能と、を有することを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、移管元の移動端局は、自ノードの負荷状態を認識する機能と、無線端末による呼接続の発生に伴い、無線端末を収容する自ノードの負荷状態を認識して無線端末の制御の移管を行うか否か判断する機能と、呼接続に関して移管元となる自ノードと移動中継局とを経由する通話路を設定する機能とを有することを特徴としている。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、移管先の移動端局は、自ノードの負荷状態を認識する機能と、端末制御移管の要求に基づき無線端末を収容する移管元移動端局を経由して無線端末の制御を行う機能と、呼接続に関して移管先となる自ノードと移動中継局とを経由する通話路を設定する機能とを有することを特徴としている。
【００１７】
請求項５記載の発明は、移動体通信システムの交換網において無線端末を収容する移動端局を収容する移動中継局となる交換装置であって、収容される移動端局の負荷状態及び移動端局とのリンクにおける局間チャネル容量を監視する機能と、負荷状態の認識に基づき端末制御の移管先ノードの決定を行う機能と、呼接続に関して移管元の移動端局、自ノード、及び移管先の移動端局を経由する通話路を設定する機能と、を有することを特徴としている。
【００１８】
請求項６記載の発明は、移動体通信システムの交換網において無線端末を収容する移動端局となる交換装置であって、自ノードの負荷状態を認識する機能と、無線端末による呼接続の発生に伴い、無線端末を収容する自ノードの負荷状態を認識して無線端末の制御の移管を行うか否か判断する機能と、呼接続に関して移管元となる自ノードと移動中継局とを経由する通話路を設定する機能とを有することを特徴としている。
【００１９】
請求項７記載の発明は、移動体通信システムの交換網において無線端末を収容する移動端局となる交換装置であって、自ノードの負荷状態を認識する機能と、端末制御移管の要求に基づき無線端末を収容する移管元移動端局を経由して無線端末の制御を行う機能と、無線端末による呼接続に関して移管先となる自ノードと移動中継局とを経由する通話路を設定する機能とを有することを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。構成要素には記号を付与して区別する。図１は、本発明の実施の形態における負荷分散システムの構成を示す図である。本負荷分散システムは、移動体通信システムの交換網において適用される。本実施形態の負荷分散システムでは、本発明の実施の形態における端末仮想接続方法に従った呼接続処理が実行される。
【００２１】
本発明は、移動体通信システムの交換系（交換網）において、交換網を構成する各交換ノードの負荷状態に基づき、交換ノード間で無線端末の制御の切り替え（移行）を行うものである。つまり、無線端末による呼接続において、無線端末を無線基地局を介して収容する交換ノードが負荷の高い状態にあると判断されたときに、交換系内で負荷の低い状態にある別の交換ノードへと無線端末の制御を移管する処理を行う（以下、端末制御移管と呼ぶ）。移管先の交換ノードでは、移管元の交換ノード配下の無線端末ＭＳの主要な制御を代行する。また、端末制御移管と同時に、移管元交換ノードと移管先交換ノードとを通過ノードとして含んだ経路である通話路（図：ｐ１）を設定し、この通話路（ｐ１）上で、移管先交換ノードは移管元交換ノード配下の無線端末ＭＳの主要な制御を行い、移管元の交換ノードでは中継処理のみ行う（以下、端末仮想接続と呼ぶ）。
【００２２】
上記端末制御移管及び端末仮想接続を行わない場合の通常の通話路は図５に参照されるような通話路ｐ２である。
【００２３】
上記のような制御により、移動体通信システムの交換網において、負荷状態の低い（有休リソースの多い）交換ノードを積極的に利用して、輻輳を発生・波及させないように負荷の偏りを回避して網内負荷分散を実現し、無線端末の呼損を減少させる。
【００２４】
本発明は、移動体通信システムの交換系における交換ノード（中継ノード）を含む交換設備全般に適用されるものである。また、本実施形態において、接続に関するアーキテクチャは、所定方式例えば時分割方式のチャネルを通話路とするパス設定制御で実現している、信号線制御を有する通信システムであるものとする。
【００２５】
図１で、ユーザの無線端末をＭＳとし、無線端末ＭＳと無線リンクで接続する無線基地局をＢＳとする。また、複数の基地局ＢＳを介して複数の端末ＭＳを収容するＬＳ（Local Switch）相当ノードを移動端局ＭＣＣとする。移動端局ＭＣＣは、交換網における端ノードである。複数の移動端局ＭＣＣを収容して交換・中継処理を行う中継ノード及び関門ノードを移動中継局ＭＧＣとする。なお関門ノード（ゲートウェイ）は特に移動体通信網と他網（固定電話網、ＩＰ網等）との接続・変換を行うノードである。
【００２６】
用語の定義として、「通話路（パス）」は、無線端末ＭＳを含む２つのノード間に設定される経路であるとする。特に、呼接続の発生により２つの無線端末ＭＳノード間に通話路が設定される。「チャネル」は、データ送受信や各種制御等のためにリンクあるいはパスにおいて設定確保されるリソースである。
【００２７】
交換網は、所定のトポロジで接続される複数の交換ノード及びそのリンクを有して成る網である。本実施形態では、交換網は、特に、移動端局ＭＣＣと移動中継局ＭＧＣの２種の交換ノードから成る。複数の移動端局ＭＣＣが移動中継局ＭＧＣに接続（収容）される。
【００２８】
無線端末（移動端末）ＭＳは、無線チャネルを通じて無線基地局ＢＳと接続し、ＢＳ−ＭＣＣ間パス（またはチャネル）を通して、移動端局ＭＣＣを含む交換網による交換処理（呼制御その他の制御）を受ける移動ノードである。
【００２９】
移動端局ＭＣＣは交換網における端ノードであり、無線アクセス網を収容するノードである。配下の複数の基地局ＢＳを介して複数の無線端末ＭＳを収容し、その呼接続を処理する。
【００３０】
移動中継局ＭＧＣは、移動端局ＭＣＣを収容して交換・中継処理（呼のルーティング処理、通話路の設定処理、データ中継処理等）を行う。また、ノードＭＣＣ及びＭＧＣを含む交換網では、無線端末ＭＳの地理的位置情報を随時登録管理し、端末位置情報及び加入者情報等を参照して呼接続処理を行う。
【００３１】
また、移動中継局ＭＧＣは、交換網内の各ノードＭＣＣへの方路のチャネル容量（使用率）と対局負荷状態を恒常的に監視し、また、有休リソースを優先順（端末制御の移管先候補の優先順位）に算出、検索する負荷監視機能（２１）を有する。
【００３２】
また、移動端局ＭＣＣでは、端末仮想接続時に、図２に参照されるような中継用の経路ｐ４を介して通常の通話路ｐ２に直接接続する（結果、通話路ｐ１が設定される）機能を有する。
【００３３】
図２を参照して、本実施形態の負荷分散システムでの端末制御移管及び端末仮想接続における通話路ｐ１について説明する。図２の例では、左下のノードＭＣＣは、端末制御の移管元のノードであり、右下のノードＭＣＣは、端末制御の移管先のノードである。また、中央のノードＭＧＣは、交換網内の負荷状態の把握に基づき端末制御移管先の判断・決定を行うと共に、通話路ｐ１を設定して通話路ｐ１において中継用の経路ｐ４を介して移管先ノードＭＣＣへの直接中継を行う中継ノードである。
【００３４】
本例では、左下の無線端末ＭＳによる呼接続に関し、この端末ＭＳを収容する左下の移動端局ＭＣＣにおいて高負荷であり、右下の別の移動端局ＭＣＣが低負荷であるため、この右下のノードＭＣＣに端末制御を移管する例を示している。移管先ノードの決定は、移動中継局ＭＧＣが行っている。
【００３５】
端末制御移管と同時に通話路ｐ１が設定され、通話路ｐ１上の経路ｐ３を通じて移管先ノードＭＣＣからの無線端末ＭＳの制御が行われる。移管元交換ノードＭＣＣは、端末制御を移管後、該当呼に関しては中継処理のみ行う。
【００３６】
次に、図３を参照して、本実施形態の負荷分散システム及び端末仮想接続方法を実現するために交換ノード（本発明の実施の形態における交換装置）の備える機能について説明する。
【００３７】
端末制御移管元の交換ノード（移動端局ＭＣＣ）は、負荷認識機能１１、移管判断機能１２、通話路設定機能１３を有する。
【００３８】
負荷認識機能１１は、自ノード（ＭＣＣ）の負荷状態を認識する機能である。負荷は所定の評価手法により算出する。例えば、自ノードの備える総バッファメモリにおける呼処理での使用量、使用率（図４：Ｌ１「負荷状態（ＣＣ／ＢＵＦ）」）を算出する。
【００３９】
移管判断機能１２は、自ノード（ＭＣＣ）における負荷状態を負荷認識機能１１により認識して端末制御移管及び仮想接続を起動するタイミングを判断する機能である。ノードＭＣＣは、自ノードの負荷が規定以上となったとき等の所定の契機に基づき上記端末制御移管及び仮想接続を起動してこのモードに移行することとし、上記起動を決定すると移動端局ＭＧＣに対して上記起動を要求する信号を発行、送信する。
【００４０】
通話路設定機能１３は、移管元移動端局における通話路ｐ１の設定処理（及び開放処理）を行う機能である。端末制御移管及び通話路ｐ１の設定後は、該当呼の通話に関して中継処理のみをパス設定に従って行う。
【００４１】
中継ノード（移動中継局）ＭＧＣは、負荷監視機能２１、移管先決定機能２２、通話路設定機能３３を有する。
【００４２】
負荷監視機能２１は、交換網における交換ノード群の負荷状態を監視し認識する機能である。ノードＭＧＣは、負荷監視機能２１により例えば図４に参照されるような負荷状態管理テーブルｔを保持し管理する。本実施形態の負荷分散システムでは、交換網内の移動中継局ＭＧＣは、自ノードに１次的なリンクで接続される（あるいは階層的に直接収容される）移動端局ＭＣＣに関して負荷状態の把握を行う。
【００４３】
ノードＭＧＣは、交換ノードの負荷状態として、自ノードが収容するノードＭＣＣの負荷状態（図４：Ｌ１「負荷状態（ＣＣ／ＢＵＦ）」）と、このノードＭＣＣへの方路（ＭＧＣ−ＭＣＣ間リンク）におけるチャネル容量あるいはチャネル使用率（図４：Ｌ２「局間ｃｈ使用率」）を把握する。ノードＭＧＣ側からノードＭＣＣにアクセスして負荷状態情報を取得する処理形態、あるいは、ノードＭＣＣ側からノードＭＧＣへ負荷状態情報を通知する処理形態などにより、交換網内の負荷状態の把握が行われる。各交換ノードＭＣＣでの自ノード負荷状態の変化点検出によるノードＭＧＣへの通知により同様の機能を実現する処理形態も可能である。
【００４４】
図４は、負荷監視機能２１により管理される負荷状態管理テーブルｔの例を示す。この例では、負荷監視機能２１は、交換網内の交換ノードの負荷状態の把握として、負荷状態管理テーブルｔに、交換ノードＩＤ（識別子）で特定される交換ノード群について、ノードの負荷状態Ｌ２と、ノードへの方路におけるチャネル使用率Ｌ２とを情報として管理している。ノードの負荷状態Ｌ２は、ノードの備える総バッファメモリにおける呼処理での使用率や呼接続数等の所定基準で評価する。また、局間チャネル使用率Ｌ２は、ノードＭＧＣ−ＭＣＣ間のリンクで使用されるチャネルに関する使用率を評価した値である。
【００４５】
移管先決定機能２２は、移管元ノードＭＣＣからの要求、負荷監視機能２１による負荷状態の把握等に基づき、端末制御の移管先の交換ノードを所定基準により判断・選択決定する機能である。負荷状態管理テーブルｔを参照するなどして、絶対的にあるいは相対的に負荷の低いノード、有休リソースの多いノード、局間チャネル使用率が低いノード等の評価基準で、移管先の候補となる交換ノードを算出、検索する。この際、所定の評価基準に基づき移管先候補の優先順位を求めておく等の処理形態でも良い。また、予め移管先を優先順位とともに算出しておき、端末制御移管の要求（接続要求ＭＲＲ）の発生に伴って上記優先順位に基づき移管先候補を検索して移管先ノードを決定する処理形態でも良い。端末制御移管の要求（接続要求ＭＲＲ）の発生に伴って随時移管先を算出し決定する処理形態でも良い。
【００４６】
通話路設定機能２３は、移動中継局ＭＧＣにおける通話路ｐ１の設定処理（及び開放処理）を行う機能である。端末制御移管及び通話路ｐ１の設定後は、該当呼の通話に関して、移管先ＭＣＣへの中継（接続）、及び、移管先ＭＣＣからの折り返しについての元の通話路（移管元ＭＣＣ）への中継（接続）をパス設定に従って行う。移管先ＭＣＣとの間での中継処理は経路ｐ４が使用される。
【００４７】
端末制御移管先の交換ノード（移動端局ＭＣＣ）は、負荷認識機能１４、端末制御代行機能１５、通話路設定機能１６を有する。
【００４８】
負荷認識機能１４は、負荷認識機能１１と同様に、自ノード（ＭＣＣ）の負荷状態を認識する機能である。負荷は所定の評価手法により算出する。例えば、自ノードの備える総バッファメモリにおける呼処理での使用量、使用率（図４：Ｌ１「負荷状態（ＣＣ／ＢＵＦ）」）を算出する。
【００４９】
端末制御代行機能１５は、端末制御移管及び端末仮想接続の発生（端末仮想接続モードへの移行）により、移管元ノードＭＣＣの配下エリアに存在する無線端末ＭＳの端末制御を代行する機能である。移管先ノードＭＣＣは、通話路ｐ１上で経路ｐ３を通じて移管元ノードＭＣＣを経由して移管元ノード配下の無線端末ＭＳの制御を行う。移管先ノードＭＣＣ側において、配下のエリアに居ない無線端末ＭＳに関する端末制御を仮想的に行うこととなる。換言すると、移管先ノードＭＣＣにとっては、配下エリアに仮想的な無線端末が居るものと想定してその端末制御を行う。
【００５０】
通話路設定機能１６は、移管先移動端局ＭＣＣにおける通話路ｐ１の設定処理（及び開放処理）を行う機能である。端末制御移管及び通話路ｐ１の設定後は、該当呼の通話に関して、元の通話路（ｐ２）及び移動中継局ＭＧＣからの中継、及び、元の通話路（ｐ２）及び移動中継局ＭＧＣへの折り返しをパス設定に従って行う。移動中継局ＭＧＣとの間での中継・折り返しには、経路ｐ４が使用される。
【００５１】
移動端局ＭＣＣは、端末制御の移管元にも移管先にも成り得るノードであるため、上記機能１１〜１６を備える。また、上記の通話路設定機能１３、３３、１６のそれぞれは、図１に示したような１つの通話路ｐ１の設定に関する各ノードでの処理を行うものである。なお、交換ノード（交換装置）の備える各機能は、所定のハードウェア及びソフトウェアの構成により実現される。基本的なハードウェア構成等は既存技術であるため省略する。
【００５２】
呼接続として無線端末ＭＳからの発信時の場合、発呼の初期動作が開始された時点で、交換ノードＭＣＣは自ノードの負荷状態を負荷認識機能１１によりチェックする。そして、移管判断機能１２により、自ノードの負荷が規定以上有る場合には、負荷分散のために端末制御移管及び端末仮想接続の起動を決定し、端末優先レベル（加入者情報に基づく）に応じて無線端末ＭＳを交換網内の別の交換ノードの収容として仮想接続処理させるべく、端末制御移管要求＝端末仮想接続要求を移動中継局ＭＧＣに対して発行・送信する。
【００５３】
移動中継局ＭＧＣでは、発行された仮想接続要求に基づき、交換網内の交換ノード（ＭＣＣ）群の負荷状態を負荷状態管理テーブルｔを参照して確認し、移管先決定機能２２による判断により移管先交換ノードを決定する。そして、移管先ノードＭＣＣに対し端末制御移管指示＝端末仮想接続指示を行って端末制御移管及び仮想接続の設定の諸手順を行う。
【００５４】
端末制御移管に伴って、移管先交換ノードを経由して移管元交換ノードに繋がるような通話路ｐ１が設定される。本実施形態では、通話路ｐ１は、通常の通話路ｐ２をもとに移動中継局（中継ノード）ＭＧＣから移管先ノードＭＣＣに経路ｐ４を通じて中継され、また移管先ノードＭＣＣから折り返されて移動中継局ＭＧＣに繋がり、移管元ノードＭＣＣを経由して無線端末ＭＳに繋がるパスとなる（発信時／着信時の場合とも同様の性質のパスとなる）。
【００５５】
通話路ｐ１の設定完了後、この通話路ｐ１上において該当呼の通話処理が行われる。通話路ｐ１上において、移管先交換ノードは移管元交換ノードＭＣＣに収容される無線端末ＭＳの主要な制御を移管元ノードＭＣＣの替わりに行う。移管元交換ノードＭＣＣは、移管先交換ノードＭＣＣを経由して送受信されるデータを配下エリアの無線端末ＭＳに中継する処理のみ行う。以上のような制御により、移管元交換ノードは呼処理に関わる負荷が軽減され、移管先交換ノードのリソースが有効利用され、交換網における負荷分散が実現される。
【００５６】
なお、本実施形態では、図１等に示したように、移動中継局ＭＧＣは１次的なリンクで接続される（あるいは交換網のツリー状の階層構成において直接収容される）移動端局ＭＣＣについて負荷状態の監視を行い、この範囲内の交換ノード間で端末制御移管を行う形態について示している。交換網の構成が階層的／非階層的に関わらず本発明は適用できる。その他の形態として、交換網においてこのような範囲の交換ノードＭＣＣのみならずより広範囲の交換ノードＭＣＣについて負荷状態の把握を行って端末制御移管を行う形態でも良い。
【００５７】
図６は、本実施形態の負荷分散システム及び端末仮想接続方法における端末制御移管及び仮想接続の処理に関わる各ノード間での信号手順の概要を示すシーケンス図である。以下、図６に従って端末制御移管及び仮想接続を行う場合の処理手順について説明する。
【００５８】
呼接続として、まず、無線端末ＭＳからの発信時の場合、発呼の初期動作が開始された時点で、交換ノードＭＣＣでは自ノードの負荷状態をチェックし、規定以上の負荷が有る場合には、負荷分散のために端末制御移管の起動を決定し、端末制御移管要求＝端末仮想接続要求を発行する。
【００５９】
ノードＭＣＣは、自ノードの高負荷状態などを契機として端末制御移管及び仮想接続のモードを起動する際は、ＢＳ−ＭＣＣ間の無線チャネル設定プロトコルの処理（ＲＴ手順）（ステップＳ１）の完了後、ＭＣＣ−ＭＧＣ間の半固定パスを使用してノードＭＧＣへ仮想接続要求（ＭＲＲ信号とする）を送信する（ステップＳ２）。
【００６０】
負荷監視機能２１、移管先決定機能２２、及び通話路設定機能２３を有したノードＭＧＣでは、ノードＭＣＣから仮想接続要求（ＭＲＲ）を受けると、要求に合致する移管先ノードを決定して移管先ノードＭＣＣへ仮想接続指示（ＭＲＩ信号とする）を送信する（ステップＳ３）。この際、ノードＭＧＣは、交換網内交換ノードの負荷状態の認識に基づき、低い負荷状態にある、あるいは有休リソースの多い状態にある交換ノードＭＣＣを判断、検索する処理を行い、端末制御移管先の交換ノードＭＣＣを決定する。
【００６１】
移管先ノードＭＣＣでは、ノードＭＧＣからの仮想接続指示（ＭＲＩ）に基づき、端末制御移管及び仮想接続を受け付け可能であれば肯定の旨を示す仮想接続応答（ＭＲＦ信号とする）を送信する（ステップＳ４）。また、受け付け不可の場合は否定応答を返す。ノードＭＧＣでは、移管先ノードＭＣＣからの応答（ＭＲＦ）に応じて通話路ｐ１の設定を行い、移管元ノードＭＣＣへ仮想接続確認（ＭＲＡ信号とする）を送信し（ステップＳ５）、端末制御移管及び仮想接続を実現させる。
【００６２】
移管元ノードＭＣＣはノードＭＧＣから仮想接続確認（ＭＲＡ）を受信すると、通話路ｐ１の設定を行って無線端末ＭＳの制御を移管先ノードＭＣＣに移管する。ステップＳ６では、各ノードにおいて通話路ｐ１の確立処理を行っている。その後、ＭＭ手順（端末認証プロトコルの処理）（ステップＳ７）、ＣＣ手順（呼制御プロトコルの処理）（ステップＳ８）を行って呼のセットアップを完了する。
【００６３】
同じく図６において、呼接続として、無線端末ＭＳへの着信時の場合には、ノードＭＧＣからＰａｇｉｎｇ処理（ページング処理、一斉呼出処理）が行われ（ステップＳ１１、Ｓ１２）、ノードＭＣＣでは、配下エリアの無線端末ＭＳからの応答（ステップＳ１３）があった時点を契機として、自ノードの負荷状態をチェックし、規定以上の負荷がある場合には、端末制御移管及び仮想接続の起動を決定する。
【００６４】
移管元ノードＭＣＣは、配下の無線端末ＭＳを端末優先レベルに応じて交換網内の別の交換ノード収容として端末制御移管し仮想接続するべく、仮想接続要求（ＭＲＲ）をノードＭＧＣに対して送信する（ステップＳ１４）。以降、ＢＳ−ＭＣＣ間の無線チャネル設定プロトコルの処理（ＲＴ手順：ステップＳ１８）、ノードＭＧＣへの仮想接続要求（ＭＲＲ）の送信から仮想接続確認（ＭＲＡ）の受信（ステップＳ１４〜Ｓ１７）、及び各ノードでの通話路ｐ１の確立（ステップＳ１９）までの処理は前述の発信時の場合と同様である。
【００６５】
上記発信時／着信時の場合とも、無線チャネル設定及び通話路ｐ１の確立後、移管元ノードＭＣＣは配下の無線端末ＭＳの端末制御は行わず中継処理のみとなり、通話路ｐ１を通じた移管先ノードＭＣＣからの無線端末ＭＳの制御が開始される。
【００６６】
端末認証プロトコル（ＭＭ手順：ステップＳ２０）の処理の完結後、着信時の場合では、移管先ノードＭＣＣはＰａｇｉｎｇ応答をノードＭＧＣへ送信し（ステップＳ２１）、ＣＣ手順として局間着信手順（例：ＩＡＭの受信）が行われる（ステップＳ２２）。また、発信時の場合では、局間発信手順（例：ＩＡＭの送出）が開始される（ステップＳ８）。
【００６７】
なお、ノードＭＧＣあるいはＭＣＣにおいて、端末制御移管及び仮想接続のために利用可能な経路やノードやリソースが無いと判断した場合（ロジックで困難と判断した場合）、仮想接続確認（ＭＲＡ）信号等には「ＮＧ：利用不可」の情報が設定されて端末制御移管及び仮想接続への移行は却下されることとなる。発信時あるいは着信時における端末制御移管及び仮想接続の処理手順の概要は以上の通りである。
【００６８】
なお、ＲＴ（※Radio Transmission management ：無線管理）手順は、無線チャネル設定プロトコルを示し、無線チャネル割り当て等の処理を行う。ＭＭ（※Mobility Management ：移動管理）手順は、端末認証プロトコルを示し、位置登録、認証、暗号化等の処理を行う。ＣＣ（※Call Control：呼制御）手順は、呼制御プロトコルを示し、呼の設定・開放を行う呼制御処理を行う。
【００６９】
他の実施形態として、上述した実施形態の負荷分散システム及び端末仮想接続方法では、端末制御移管及び仮想接続の起動（端末制御移管及び仮想接続のモードへの移行）の判断を移動端局ＭＣＣが行ったが、移動中継局ＭＧＣが行う処理形態でも良い。また、上述した実施形態の負荷分散システム及び端末仮想接続方法では、端末制御の移管先ノードの決定を負荷状態管理テーブルｔの参照に基づき移動中継局ＭＧＣが行ったが、移管元の移動端局ＭＣＣが行う処理形態でも良い。
【００７０】
付記として、通常、移動体通信システムでは、無線端末のセルゾーン移行に伴いその端末と接続する無線基地局や管理制御する制御局を切り替える処理つまりハンドオーバ処理を所定の手法に基づき行っている。本発明のシステム及び方法でも無線端末ＭＳによる呼接続に関し端末制御の移管を行うが、ハンドオーバ処理とは異なる処理であり、交換網側における負荷状態の管理に基づき交換ノード間での端末制御の移管を行って負荷分散するものである。無線端末はあくまで移管元の交換ノードを通じて網に接続する。本発明のシステム及び方法の適用される移動体通信システムにおいても無線端末のセルゾーン移行に伴う所定のハンドオーバ処理が行われるが、本発明での端末制御移管及び端末仮想接続の処理とは別処理として行われる。
【００７１】
以上により本発明の実施の形態について説明した。なお、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、移動体通信システムの交換系において無線端末による呼接続により交換ノードにおける高負荷及びそれによる輻輳を発生・波及させないための回避・負荷分散の機構として、交換網内の各交換ノードの負荷状態の把握に基づき低負荷あるいは有休リソースの多い他の交換ノードへと端末制御を移管し、移管先ノード及び移管元ノードを経由する通話路を設定して呼処理を行う端末仮想接続を行う機構を提供するので、交換設備のリソース（ノード、チャネル）を極力有効利用して交換網内の負荷分散を実現できる。これにより網の輻輳を回避、抑止し、端末の呼損を減少させて無線接続のサービス向上を実現できる。また、交換設備を有効利用することから、移動体通信システムにおいて無線設備の大量投入・交換設備の大量設置を行うことが不要となりシステム設備最小化への適応へと繋がることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における負荷分散システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における負荷分散システムでの端末制御移管及び端末仮想接続のための通話路ｐ１について説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態における負荷分散システムで交換ノードの備える機能について示す図である。
【図４】負荷状態管理テーブルｔの例を示す図である。
【図５】端末制御移管及び端末仮想接続を行わない場合の通常の通話路（ｐ２）について示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における負荷分散システムにおける端末制御移管及び端末仮想接続の処理手順を示すシーケンス図である。
【図７】従来のシステムについて説明するための図である。
【符号の説明】
ＭＧＣ 移動中継局
ＭＣＣ 移動端局
ＢＳ 無線基地局
ＭＳ 無線端末
１１ 負荷認識機能
１２ 移管判断機能
１３ 通話路設定機能
１４ 負荷認識機能
１５ 端末制御代行機能
１６ 通話路設定機能
２１ 負荷監視機能
２２ 移管先決定機能
２３ 通話路設定機能
ｐ１ 端末制御移管及び端末仮想接続後の通話路
ｐ２ 通常の通話路
ｐ３ 端末制御用の経路
ｐ４ 移管先ノードへの中継用の経路
ｔ 負荷状態管理テーブル
Ｌ１ 対局負荷状態（バッファ使用率）
Ｌ２ 局間チャネル使用率
ＭＲＲ 仮想接続要求
ＭＲＩ 仮想接続指示
ＭＲＦ 仮想接続応答
ＭＲＡ 仮想接続確認
Ｎ１〜Ｎ３ 無線アクセス網
Claims (7)
- 移動体通信システムにおける負荷分散システムであって、
交換網を構成し交換処理を行う交換ノードの負荷状態を監視する負荷監視手段と、
無線端末による呼接続の発生に伴い、前記交換網内の交換ノードの負荷状態に応じて前記無線端末の収容される交換ノードから他の交換ノードへと呼設定、通信、呼開放を含む前記無線端末の制御を移管し、該呼接続に関して前記移管元の交換ノード及び前記移管先の交換ノードを経由する通話路を設定する制御手段と、を有し、
前記交換網は、前記無線端末を収容する移動端局と、該移動端局を収容する移動中継局と、を有して構成され、
前記移動中継局は、前記収容される移動端局の負荷状態を監視する機能を有し、
前記制御手段は、前記無線端末による呼接続の発生に伴い、該無線端末の収容される移動端局の負荷状態に応じて他の移動端局へと前記無線端末の制御を移管し、該呼接続に関して前記移管元の移動端局、前記移動中継局、及び前記移管先の移動端局を経由する通話路を設定することを特徴とする負荷分散システム。 - 前記移動中継局は、
前記収容される移動端局の負荷状態及び該移動端局とのリンクにおける局間チャネル使用率を監視する機能と、
前記負荷状態の認識に基づき前記端末制御の移管先ノードの選択決定を行う機能と、
前記呼接続に関して前記移管元の移動端局、自ノード、及び前記移管先の移動端局を経由する通話路を設定する機能と、を有することを特徴とする請求項１記載の負荷分散システム。 - 前記移管元の移動端局は、
自ノードの負荷状態を認識する機能と、
前記無線端末による呼接続の発生に伴い、該無線端末を収容する自ノードの負荷状態を認識して該無線端末の制御の移管を行うか否か判断する機能と、
前記呼接続に関して前記移管元となる自ノードと前記移動中継局とを経由する通話路を設定する機能とを有することを特徴とする請求項１記載の負荷分散システム。 - 前記移管先の移動端局は、
自ノードの負荷状態を認識する機能と、
前記端末制御移管の要求に基づき前記無線端末を収容する移管元移動端局を経由して該無線端末の制御を行う機能と、
前記呼接続に関して前記移管先となる自ノードと前記移動中継局とを経由する通話路を設定する機能とを有することを特徴とする請求項１記載の負荷分散システム。 - 移動体通信システムの交換網において無線端末を収容する移動端局を収容する移動中継局となる交換装置であって、
前記収容される移動端局の負荷状態及び該移動端局とのリンクにおける局間チャネル容量を監視する機能と、
前記負荷状態の認識に基づき前記端末制御の移管先ノードの決定を行う機能と、
前記呼接続に関して前記移管元の移動端局、自ノード、及び前記移管先の移動端局を経由する通話路を設定する機能と、を有することを特徴とする交換装置。 - 移動体通信システムの交換網において無線端末を収容する移動端局となる交換装置であって、
自ノードの負荷状態を認識する機能と、
前記無線端末による呼接続の発生に伴い、該無線端末を収容する自ノードの負荷状態を認識して該無線端末の制御の移管を行うか否か判断する機能と、
前記呼接続に関して移管元となる自ノードと移動中継局とを経由する通話路を設定する機能とを有することを特徴とする交換装置。 - 移動体通信システムの交換網において無線端末を収容する移動端局となる交換装置であって、
自ノードの負荷状態を認識する機能と、
端末制御移管の要求に基づき前記無線端末を収容する移管元移動端局を経由して該無線端末の制御を行う機能と、
前記無線端末による呼接続に関して移管先となる自ノードと移動中継局とを経由する通話路を設定する機能とを有することを特徴とする交換装置。
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