JP4414395B2 - ローカルネットワークにおける利用可能帯域幅の変動への適応方法、および、その装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には、通信ネットワークに関し、特に、ローカルネットワークにおける利用可能な帯域幅への適応化に関する。

最近、いわゆる、第３世代の後継（Ｂ３Ｇ）となる無線システムに対する関心が高まってきている。これらのシステムが、端末側（自動車・携帯電話、ラップトップ、ＰＤＡなど）および、ネットワーク側（固定無線アクセス、伝送システムなど）の両方において異質技術で構成されるであろうということについて共通の理解があるように思われる[1][2]。エンドユーザーの視点からみれば、これらのシステムにより、ユビキタス型の接続可能性[3]と、広範囲において高い通信品質[4][5]の提供が約束されるということでもある。

ユビキタスサービスが提供されるということは、バス、列車、ボート、航空機のような乗り物の乗客に対して、通信接続の可能性が与えられるというシナリオを意味する[3][6]。事実、最近、そのようなローカル移動ネットワークまたは車内ネットワークが、ＩＥＴＦ（インターネット技術標準化委員会）による重要な標準化の対象分野であることが認識されてきている[7]。

車両が固定アクセスポイント（基地局）に接続される無線リンク（衛星、セルラー、無線ＬＡＮ）を使用する移動ネットワークにおいて、車両内のローカルネットワークと、ある定常アクセスポイントまたはアクセスルータとの間の利用可能な帯域幅は、車両がアクセスポイントとの間を移動するたびに変動する。一般的には、これらのアクセスポイントは、同じ無線アクセス技術（ＲＡＴ）で動作する必要はない。例えば、列車がある駅に到着した時、大容量の無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）を通して無線接続が可能な状態を提供することができる。列車が駅を出ると、今度は３Ｇ（第３世代）ネットワーク方式またはＵＭＴＳ[ユニバーサル・モバイル・通信システム(Universal Mobile Telecommunication System)]ネットワークのようなセルラーアクセス方式に切り替えをしてもよい。また、同一のＲＡＴで動作している間は、利用可能な帯域幅は無線状態の移動性や変化（フェージング、シャドーイングなどのため）により変動する。この車内ネットワーク用の利用可能な帯域幅の変動のために、全体の利用可能な帯域幅を共用する各個人のユーザーも、それぞれが利用できる帯域幅での変動を経験することになる。

車内ネットワークにおける多元接続では、無線ゲートウエイに接続されている各ユーザーから伝送されるすべてのトラフィックを、広い帯域幅を有するいくつかの共通ベアラに集約させることが可能である。各ベアラは、それぞれ固有タイプのトラフィックを搬送する。つまり、数人のユーザーからのデータトラフィックが類似タイプである場合には、それらのトラフィックは多重化されて、同じ集約ベアラまたは共通ベアラとなる。

車両が、あるセルに移動するか、別の帯域幅での通信アクセスを始めたときには、適応化が必要となる。例えば、車内ネットワークと別のネットワークの利用可能なアクセスルータとの間に存在する１つまたはそれ以上の共通無線チャネル（つまり、共通ベアラ）は、解除されるか、あるいは、好ましい場合には、各帯域幅が適切なレベルに修正されることになる。直進手順では、それぞれの帯域幅が変化する以前にトラフィックが共通ベアラに多重化されてしまっている状態で通信している１人またはそれ以上のユーザーが脱落することになる。

車内ネットワークに関する従来技術の一般的な問題は、利用可能な帯域幅の減少が、不規則かつ予測不可能なユーザートラフィックの中断を引き起こすことである。この点に鑑みて、本発明の目的は、ローカルネットワークにおける利用可能な帯域幅の変動への適応方法とその装置を提供することである。

本発明のもうひとつの目的は、可能な限り多くのユーザーが少なくてもある程度の通信品質を持った状態で通信接続を維持できるようにすること、および、各ユーザーがローカルネットワークの全体の利用可能な帯域幅の変動に対応するために、各ユーザーの帯域幅を適応させることができるようにすることである。

本発明のさらに別の目的は、共通ベアラの利用可能な帯域幅の変動によって影響を受けるユーザーを特定する方法、および、その特定されたユーザーに、その変動への適応化について通知する方法を提供することである。

これらの目的は、下記に記載したクレームの方法とその装置で達成される。

簡単に言えば、すべての集約ベアラ、そのそれぞれに対応したＱｏＳ（通信品質）値に関する情報を、連続的に、収集し、保存し、更新することである。さらに、各接続ユーザーとそのユーザーの継続中のセッションに関する情報を収集することである。このユーザー情報には、ＱｏＳパラメータ、ＩＰ（インターネットプロトコル）情報、使用されているベアラに関する情報が含まれていることが好ましい。集約ベアラに変動が検出されると、本発明の方法によれば、ビットレートを適応させるのに適しているユーザーを特定するために、ベアラに関する情報、そのベアラを使用しているユーザーの情報を利用することになる。この特定は、ユーザーが現在通信しているビットレートを、その最小または最大のビットレートと比較することで達成でき、その比較を基礎にして、そのユーザーを、割り当てられた帯域幅への適応化のターゲットユーザーとして選択すべきかどうかを決定することにより達成する。その結果、その特定されたユーザーに、必要な適応化についての通知をする。最終的には、その特定されたユーザーに対して、割り当てられた帯域幅への適応化させることになる。

本発明による上記の方法を実施するために、このような適応化を可能にするための装置を提供する。その装置は、ネットワークにおいて利用可能な帯域幅の変動を検出する手段、適応の必要なユーザーを特定する手段、特定されたユーザーに適応化の必要性を通知する手段、特定されたユーザーに、割り当てられた帯域幅を適応化する手段で構成される。さらに、上記のような検出と特定を可能にするために、この装置を、ネットワーク内のユーザーとベアラに関する情報を収集し保存するための２つのデータベースにより構成することが好ましい。

本発明の利点は、可能なかぎり多くのユーザーに、少なくとも最小のＱｏＳを維持することができると同時に、ローカルネットワークで利用できる帯域幅の変動にユーザーを適応させることを可能にすることである。さらに、ユーザーに適応化を通知するステップを導入することで、この帯域幅の変化に影響を受けるユーザーが、その変動についての通知を受信し、どのようにすれば、帯域幅の変動に適応化できるかの方法をユーザー自身が選択できることである。

本発明および本発明の目的・特徴は、下記の記述と図面を参照することで最大に理解できる。

本発明を十分に理解するために、下記にさらに背景を記載し、その中では、本発明の特質に加えて、記載した問題の状況について詳しく述べている。

本発明は、一般的には、ローカルネットワークに適用可能であるが、特に車内無線ネットワークについて記載している。その理由は、帯域幅の変動に関する問題が、車内ローカルネットワークにおいて一層深刻になっているからである。

本発明の方法は、以下の実施例の中では、車内無線ネットワークにおける無線ゲートウエイの機能の一部として実施されるものとして記載されている。但し、この機能は、モバイル・ルータにも、車内無線ネットワークにも、あるいは、他の対応付けがなされている通信ネットワークの別の部分にも存在してよいことが示唆されている。

この実施例を実現するには、アクセスルータから無線ゲートウエイに送信される「レイヤ２（Ｌ２）通知メーセージ」が使用可能であることが唯一の前提となっている。

本発明は、主に、車内ネットワークにおいて帯域幅変動の影響を受け、その変動への適応化が必要であると考えられるユーザー機器の特定と通知に関するものであるので、無線ゲートウエイの他のすべての機能は、当業者に既知の事実に従って実施できるとの前提に基づいており、それ以上については詳細には記載していない。

図１には、固定ネットワーク９０（例えば、ＵＭＴＳ、ＷＬＡＮ）に接続された車内ネットワーク１０の概略ブロック図が示されている。車内ネットワーク１０は、複数のユーザー機器２０と、それらに接続されたモバイルルータ３０で構成されている。それぞれのユーザー機器２０では、各ユーザー機器と個別に対応付けされたベアラまたはチャネルが設定され、モバイルルータ３０との接続が可能となるように割り当てられた帯域幅、あるいは、個別の帯域幅を使用して通信を行っている。モバイルルータ３０には、いくつかの集約ベアラが設定されており、これによって固定ネットワーク９０との接続が可能となり、これらのベアラがまとまってネットワーク１０とネットワーク９０間の通信に利用可能な帯域幅を提供している。

モバイルルータ３０は、車内ネットワーク１０の基礎的な構成要素である「レイヤ３（Ｌ３）エンティティ」であり、車内ネットワークの一部を構成するものである。このモバイルルータ３０も、車内ネットワークでの、Ｌ３・ルーティング・サービスと、車内ネットワーク内のユーザーまたはユーザー機器とのパケット転送サービスを提供するという点で、標準ＩＰルータと類似している。しかし、モバイルルータ３０の場合には、ＩＰバックボーンへの接続点を変更することができ、車内のユーザーのＩＰ移動性を隠すことができる点でＩＰバックボーンとは相違している[7]。実際には、モバイルルータ３０は、機能拡張がなされ、ウエブ・キャッシュのような上位レイヤ機能、多様なシグナリング機能 [例えば、ＳＩＰ(Session Initiation Protocol)・ＳＤＰ(Session Description Protocol)]、その他のプロキシ機能 [例えば、ＴＣＰ(トランスミッション・コントロール・プロトコル, Transmission Control Protocol)[9]を有する。しかし、これらの機能は、基本的な移動ネットワーク機能の一部ではない。このために、ＱｏＳの提供維持、および、適応化を支援するための技術的ソリューション（解決）が、上位レイヤ５/７（Ｌ５/Ｌ７）エンティティが存在するかどうかや、モバイルルータと同じ場所に存在するかどうかということに関係なく実現できるのである。

モバイルルータ３０では、Ｌ３ルーティングとパケット転送サービスを行えることが必要であるので、無線アクセス技術のサポート機能を備えることが好ましい。そのため、モバイルルータ３０は、車内のモバイルルータ３０と陸上回線の基幹ネットワーク９０との間における無線ベアラを設定し、ベアラのメンテナンスを行い、ベアラの解除をする無線ゲートウエイ機能を有していることが前提となっている。車内ネットワークまたは車外ネットワークにおけるどの場所にでも無線ゲートウエイ機能を設けてもよいことも示唆されている。

各ユーザー機器２０には、それぞれのユーザーが各種のサービスにアクセスするときに使用するアプリケーション（ＶｏＩＰ、ストリーミングクライアント、ウエブブラウザなどのサポートアプリケーション）が、既知の方法により、インストールされている。このユーザー機器には、無線インターフェースを備えたラップトップやブルートゥース機能を備えたＰＤＡ（携帯情報端末）も含まれる。ユーザー機器２０には、ＯＳのほかにＳＩＰ／ＳＤＰ[11, 12]、ＲＴＳＰ(Real Time Signaling Protocol) [13]、ＲＴＣＰ(Real Time Control Protocol) [14]、ＮＳＩＳ(Next Steps in Signaling)プロトコル[15]などのような、いくつかのシグナリング・モジュール（図示していない）がインストールされている。これらは、既知のエンティティであるので、これ以上は詳しくは記載していない。

各ユーザー機器２０に、イーサネット（登録商標）、赤外線通信インターフェース、ブルートゥース、無線ＬＡＮなどの、いくつかのレイヤ２（Ｌ２）ドライバおよびＬ２インターフェースを接続してもよい。これらのＬ２インターフェースを通して、ユーザー機器２０は無線ゲートウエイ機能を利用することができる。

図２は、通信ネットワーク１０、９０を示す別のブロック図である。ここで、ローカルネットワークまたは車内ネットワーク１０は、ノードまたは無線ゲートウエイ５０を備え、このとき、この無線ゲートウエイ５０を、モバイルルータ３０の一部として機能させてもよいし、上で述べたように、この無線ゲートウエイ５０を、接続されたユーザー機器と共に、車内ネットワークや通信システムのどの場所に設置してもよい。各ユーザー機器には、無線ゲートウエイ５０との通信に必要な帯域幅が割り当てられた、対応ベアラ７０が設定され、無線ゲートウエイ５０は、固定ネットワーク９０のアクセスルータ１００との通信に必要な帯域幅を提供する、複数の対応付けされた共通ベアラまたは集約ベアラ６０が設定されている。

車内ネットワーク１０に接続された各ユーザー側または各ユーザー機器２０側には、モバイルルータ３０と地上回線アクセスルータ１００（いずれかの無線アクセスポイントを通して）との間に無線ベアラサービスを提供するために使用されるアクセス技術については、知らされていないということに留意することが重要である。

例えば、車内の乗員は、「オンボード・エンタテインメント・サーバー」（無線ゲートウエイを含む）との接続のために、イーサネット（登録商標）または無線ＬＡＮ技術を使用し、一方、サーバーはアクセスポイント（そのあと、インターネットや企業内ネットワークのような公衆または構内のＩＰネットワークのアクセスルータ）へと接続するためにセルラーリンクまたは衛星リンクを使用する。ＩＰレイヤの構造から分かるように、無線ゲートウエイとアクセス間のパケット転送サービスは最初のＩＰホップを表しており、「無線ベアラサービス」と呼ばれている。この無線ベアラサービスには、すべての必要な制御と、モバイルルータ３０とアクセスルータとの間の信頼できる、しかも、ＱｏＳを意識したパケット転送サービスを提供するために必要となるユーザープレーン機能が含まれる。例えば、ＵＭＴＳでのベアラサービスには、ＰＤＰ[パケット・データ・プロトコル(Packet Data Protocol)]オペレーションと、種々のユーザートラフィック（通話用トラフィック、ストリーミング用トラフィック、インタラクティブ用トラフィック、バックグランド用トラフィック、シグナリング用トラフィック）のユーザー・プレーン・オペレーション（例えば、スケジューリング）が含まれている[8]。

無線ゲートウエイ９０は、既知の方法により、アクセスポイントとのいくつかの無線接続を使用する。アクセスポイントとの接続のあと、いくつかのベアラ６０により、アクセスルータに接続されることになる。この場合の通信におけるＱｏＳとして、対応付けのなされたＱｏＳレベルが提供されることになる。すでに述べたように、類似の品質クラスに属し、類似のサービス品質が期待されている乗員またはユーザーのデータトラフィックは、多重化されて、集約ベアラまたは共通ベアラとなる。このようなソリューションを使用することで、例えば、インターネットブラウジングのユーザーからＶｏＩＰのユーザーを分離することができ、あるいは、「ビジネスクラス」のユーザーから「エコノミークラス」のユーザーを分離できることなる。

上記のような問題が発生する車内ネットワークの例として、列車で旅行中の乗客があると仮定し、そのような状況の下では、モバイルルータが上位装置として機能している。この列車が輻輳するＵＴＲＡＮ（ＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワーク）のセル内に入ったとする、つまり、利用できる帯域幅が減少しているセルに移動したと仮定する。このＵＴＲＡＮには、ＷＣＤＭＡ（広帯域ＣＤＭＡ）の輻輳制御アルゴリズムが含まれており、それにより、無線チャネルを解消したりはできないが、無線チャネルを減少させるか、あるいは、共通無線チャネルまたはベアラの帯域幅を適切な値に適応させることが可能である（例えば、２Ｍｂ／ｓから１２８Ｋｂ／ｓに）。そのような状況においては、共通ベアラを使用している（その後、適応化後の）ユーザーは、個別のＩＰフローに使用できるビットレートの合計が減少した値を超えないような適切なレートにそのユーザーの通信サービスを適応化させる（つまり、ダウンスイッチ（低下）させる）必要がある（例の場合は、１２８ｋｂｐｓ）。より高いビットレートでの通信サービスが継続される場合には、ネットワーク内のデータバッファ（例えば、ＲＣＮ（データ受領完了通知）にオーバフローが発生して、パケットロスとなる。これに逆のメカニズムもある。つまり、無線ゲートウエイがビットレートの制限されたセルから無負荷セルにハンドオフ（切り替え）を行うか、または、より高い帯域幅が必要な新しいアクセスを行った場合には、より多くの帯域幅が共有チャネルのために用意されることになり、その結果として、適応化がなされる（つまり、アップスイッチ（増加）させる）ユーザーもある。

車内ネットワークまたはローカルネットワークにおける、利用可能な帯域幅の変動への適応化についての、本発明による方法の実施例のより詳細な説明は、第３図を参照して行う。

車内ネットワークが開始された最初の段階で、既知の方法により、ベアラの設定またはベアラサービスの提供のための設定がなされる（これらは両方とも車内ネットワーク内において行われ、設定の相手側は固定ネットワークである）。

本発明によれば、最初のステップＳ０では、各ベアラの情報を収集して、収集した情報をテーブルまたはベアラデータベースに保存する。収集する情報の態様は、多様であってもよいが、少なくとも、各ベアラを特定するベアララベル（例えば、Ａ、Ｂ、Ｃなど）および、対応付けがなされて集約された共用のＬ２のＱｏＳ情報が必要である。このベアラデータベースは、ＱｏＳ値が輻輳または輻輳緩和により変化するたびに更新され、または、車内ネットワークを運用している列車が一回のアクセスで新しいセルに移動するたびに、また新しいアクセスを行うたびに、新しいベアラが設定されるか、あるいは、古いベアラが解除されるたびに更新される。

さらに、上記の第一ステップＳ０において、ユーザーセッションの設定フェーズの期間中に、各ユーザーまたは各ユーザー機器は、ＩＰプロトコル、または、より上位レベルのプロトコル[例えば、資源保存のためのＮＳＩＳ、テレビ会議セッションを設定するためのＳＩＰ、ストリーミングセッションを設定するためのＲＳＴＰ(Rapid Spanning Tree Protocol)]を使用して、ピアエンティティと情報の交換を行うことになる。この情報には、ＱｏＳパラメータ（例えば、ビットレート情報、遅延情報など）、および、データ・フローを特徴づけるＩＰパラメータ（例えば、ＩＰ送信先・送信元情報、ポート情報）が含まれている。

無線ゲートウエイは、上記のメッセージを傍受することができるので、ユーザー機器が車内ネットワーク、つまり、モバイルルータまたはノード、または無線ゲートウエイに接続されるたびに、ＱｏＳパラメータ情報、インターネットプロトコル（ＩＰ）情報、使用されているベアラの情報が収集され、その情報がテーブルまたはユーザーデータベースに保存される。このＱｏＳ情報には、少なくとも、現在のビットレート情報が含まれていることが好ましく、ＩＰ情報には、少なくとも、各ユーザー機器のＩＰアドレスが含まれていることが好ましい。

ユーザーデータベースに保存される収集情報には以下のものが含まれていることが好ましい。
・ＩＰ情報（５タプル）：プロトコルの種類、発信元・発信先ＩＰアドレス、ユーザーと、そのピアエンティティの発信元・発信先ポート、アップリンク・ダウンリンク方向。
・ＱｏＳ情報：データに必要な帯域幅、遅延、ジッターなどのようなＱｏＳパラメータおよびユーザーに関係するその他の情報（例：契約の種類、つまり、ゴールド契約か、シルバー契約か、ブロンズ契約かなど）
好ましくは、ＱｏＳパラメータ情報には、最小ビットレート、最大ビットレートを含んでいること。最小ビットレートとは、それ以下のビットレートでは、ユーザー機器が要求したＱｏＳを享受できないビットレートのことである。

ユーザーデータベースは、連続的か、ユーザー機器が車内ネットワークに接続されるたびか、または、非接続となるたびの少なくとも一つごとに更新される。この更新は、ユーザー機器において、あるデータトラフィックから別のトラフィックへの切り替えがなされたときに、可能となり、好ましくは、更新を必ず行うことである。これにより、トラフィックは別の集約ベアラに変化する。

さらに、どのＬ２ベアラがユーザートラフィックを搬送するかを、無線ゲートウエイが知るにつれて、各ユーザーをベアララベルに対応付ける（例えば、Ａはストリーミング用のベアラ、ＢはＷＷＷトラフィック用であり、Ｃはリアルタイムトラフィック用というように）。このパラメータ（すなわち、Ｌ２ベアララベルに対応付けされた５タプル）は、適応化済みのベアラと帯域幅の変動の影響を受けるユーザーとの連結を実行するのに使用される。

本発明の実施例によれば、次のステップＳ１において、ネットワークまたはモバイルルータまたはその他のオプションのエンティティが、利用可能な帯域幅での変化を検出し（好ましくは、ベアラデータベースをモニターすることで検出）、ネットワーク内のユーザー機器の接続を適応化された状態にさせる必要がある。

図３に示された実施例によれば、その次のステップＳ２において、無線ゲートウエイまたはモバイルルータは、ベアラデータベースの接続情報を基に、帯域幅の適応化が完了しているベアラを特定する。ユーザーデータベースの中の「ベアラ」の項目では、無線ゲートウエイがベアラを使用しているすべてのユーザーを見つけ出すようになっている。１人またはそれ以上のユーザーは、切り替えが必要となるが、そのユーザーの選択は、ユーザーデータベースの中の「ＱｏＳ情報」の項目を見ながら行うことになる。簡単な選択方法としては、より多くの帯域幅を使っているユーザー機器を見つけて、それを選択することであるが、より複雑な要素を考慮に入れて選択する方法もあり、例えば、それぞれのユーザーが契約している通信契約の種類または契約のクラス（つまり、ゴールド契約のユーザーなのか、シルバー契約のユーザーか、ブロンズ契約のユーザーかなど）などを考慮して選択する場合である。

「ダウンスイッチ」が必要な場合について、図３に示された実施例のステップＳ２の特定方法を、さらに図４を参照して説明する。

最初に、ユーザーデータベース内に登録されている第１番目のユーザー機器を選択する。選択したユーザー機器における現在のビットレートと最小ビットレートの差を算出する。その差がゼロである場合には、そのユーザー機器は最小のビットレートで通信しているということなので、適応化の対象とはしないで、そのままの状態とする。その差がゼロよりも大きい場合には、そのユーザー機器が最小のビットレートで通信していないということであり、そのユーザー機器は「ダウンスイッチ」の対象となる。

好ましくは、そのユーザー機器がダウンスイッチの対象とされて、その結果、最小のビットレートで通信するようになることであるが、その場合でも、ダウンスイッチの対象となるユーザー機器の数を少なくすることは可能である。

次に、ダウンスイッチ対象のユーザー機器の数を、適応化のために必要である数と比較する。追加のユーザー機器のダウンスイッチがさらに必要である場合には、ユーザーデータベース内に記載された、その次のユーザー機器を選択して、そのユーザー機器が動作している現在のビットレートと最小のビットレートを比較するステップを繰り返す。

必要な適応化が達成されるまで、このプロセスを繰り返す。つまり、全体の対象となったダウンスイッチ合計数（または累積数）が、変化数または利用可能な帯域幅の適応化必要数と、少なくとも、等しくなるまで繰り返す。しかし、仮に全部のユーザー機器が最小のビットレートで通信しているのに、必要な適応化が達成できない場合には、そのうちのいくつかのユーザー機器は通信が終了され、そのユーザー機器を非接続とする必要がある。このことは、ランダムな選択基準により、または、例えば、最小ビットレート、トラフィックの種類、通信契約の種類などのような予め決められた選択基準によっても達成することも可能である。

必要な適応が達成されて、ある数のユーザー機器がダウンスイッチのターゲットとなった時点で、図３のステップ３において示したように、ダウンスイッチの対象となったユーザー機器に、ダウンスイッチが要求されていることが告げられる。

オプションとして、トラフィックの種類によっては、ユーザー機器のピアエンティティに適応化が必要であることを通知してもよい。

無線ゲートウエイは、ＮＳＩＳ、ＲＴＳＰ、ＳＩＰプロキシなどのプロトコルで動作するので、切り替えメッセージを直接にサーバー等に発信してもよい。例えば、無線ゲートウエイのストリーミングの場合には、ＲＴＳＰ ＰＡＵＳＥ−ＰＬＡＹ（ＲＴＳＰ一時停止停止／再生）メッセージをストリーミングサーバに伝送してもよい。一方、リアルタイムサービスの場合には、ＮＳＩＳメッセージ（新しいＱｏＳパラメータを含む）をユーザーや遠隔側の少なくとも一方に送信してもよい。無線ゲートウエイは、これらのメッセージのためのＩＰアドレスおよびポートについては、ユーザーデータベース内の「ＩＰ情報」の項目があるので、すでに知っている状態である。

最後に、ステップＳ４において、各特定されたユーザー機器のそれぞれの帯域幅が適応化されて、ターゲットとなったダウンスイッチに従って、新しいビットレートが採用される。

結果として、ユーザーデータベースが再度更新される。さらに多くの帯域幅が利用できる場合には、本発明の対応する方法が適用され、それにより、ユーザー機器のアップスイッチが可能となる。この場合には、利用できる帯域幅の全体の変動については適応化が不要である。

多数のベアラがある場合には、さらに追加の１ステップが必要である。つまり、この場合には、この発明による選択方法での第１ステップとして、１個の適応済みのベアラを使用して全部のユーザー装置を特定するというプロセスを含むことになる。その次に、上記ような方法で、適応の対象となるユーザー機器がどれであるかを特定するという手順に移る。

図５には、図４の実施例の追加態様が記載されている。この実施例は、基本的には図４で示された本発明の実施例と同じであるが、ユーザーを選択する際の基準としては、ユーザーが交わしている通信サービス契約と、そのクラス（例えば、ブロンズ契約か、シルバー契約か、またはゴールド契約かなど）を採用している点で相違する。この場合、より低い通信サービス契約をしている全ユーザーは、より高い契約をしているユーザーがダウンスイッチの対象となる前に、ダウンスイッチのターゲットとなる。順序としては、まず、ブロンズ契約のユーザーがダウンスイッチのターゲットとなり、次にシルバー契約のユーザーが、最後にゴールド契約のユーザーという順序になる。これは不公平であるけれども、簡単な選択アルゴリズムではある。しかし、この選択方法の調整は可能であり、より公平さを重要視した方法、より複雑な方法を選ぶこともできる。

本発明の方法を使用することで、車内ネットワークに接続されている大多数のユーザー機器において、少なくとも、最小のＱｏＳを維持することが可能となる。また、この方法を採用することで、ユーザー機器が帯域幅の変動に適応することが可能となり、ユーザー機器の通信途絶によるデータロスのリスクが最小になろう。

図６は、本発明の無線ゲートウエイ５０に係る実施例の概略ブロック図である。この無線ゲートウエイは、入出力装置、利用できる帯域幅の変動を検出する、つまり、ベアラ６０の利用できる帯域幅の変化を検出する検出手段５１、検出された変動の影響を受けるユーザー機器２０を特定するための特定手段５２、ユーザー機器２０に必要な適応化について通知する手段５３、ベアラデータベース５４、および、ユーザーデータベース５５で構成されている。また、無線ゲートウエイ５０は、個々の帯域幅を特定ユーザー機器２０に適応するための適応手段５６を有する。上記の他に、無線ゲートウエイ５０は、種々のＬ２インターフェースをユーザー機器２０に、インターフェースセットを地上回線の基地局やアクセスポイントの少なくとも一方に提供する。さらに、無線ゲートウエイ５０には、ＵＭＴＳ、ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）２０００、ＧＰＲＳ（グローバル・パケット・無線サービス）、ＥＤＧＥ(Enhanced Data rates for GSM and TDMA-156 Evolution) のような、無線ベアラサービス６０を設定、修正、解消するための制御ロジックが採用されている。さらに、無線ゲートウエイ５０は、ユーザー信号のフロー管理を行い、そのユーザー信号フローを適切な無線ベアラ６０にマッピングする変換機能エンティティを有している。無線ゲートウエイ５０は、例えば、Ｌ３／５プロトコルおよびＱｏＳ情報を基にして、ストリーミングのユーザートラフィックを無線ストリーミングベアラにマッピングして、ＶｏＩＰトラフィックを通話ベアラにマッピングする。特別なケースとして、ユーザーＩＰフローとＵＭＴＳベアラとの間に１対１の対応がある場合があるが、そこで必要なマッピング機能については、文献 [6]に記載されている。

ベアラデータベース５４には、ベアララベルのような集約ベアラに関する情報と、集約された利用可能なＬ２のＱｏＳ値が含まれている。このベアラデータベース５４は、輻輳または輻輳緩和が原因で、または、ベアラ６０への新規のアクセスなどが原因で、利用可能な帯域幅に変化が発生したときは、必ず、つまり、ＱｏＳ値に変動があったときは、必ず、更新されるようになっている。

ユーザーデータベース５５は、ＱｏＳ情報、ＩＰ情報、車内ネットワーク１０に接続されたユーザー機器２０のそれぞれに使用されるベアラの情報で構成されている。

この発明の方法、装置の長所は、ユーザー機器、アクセスルータ、アクセスネットワークなどで使用しているプロトコルを、ＲＴＳＰ、ＮＳＩＳなどような、より高度のプロトコルに変更する必要がないことである。

さらに、切り替え情報の伝送に使う高レベルプロトコルを導入すれば、本発明の技術により、各ユーザー機器がすでに採用している基礎的アクセス技術とは独立して動作するので、それぞれ別々の種類の無線アクセス法が使用されている一般的なケースにも適用が可能である。

本発明は、発明の技術的思想に逸脱することなく、種々の改良と変更を行うことができることは、当業者の理解するところであり、発明の具体的内容はクレームにより定義されるものである。

［文献］
[1] W. W. Lu, “Fourth Generation Mobile Initiatives and Technologies”, IEEE Communications Magazine, Vol. 40, No.3, p. 104, March 2002.
[2] R. Berezdivin, R. Breinig and R. Topp, “Next Generation Wireless Communications Concepts and Technologies”, IEEE Communications Magazine, Vo. 40, No. 3, pp.108-116, March, 2002.
[3] E. Gustafsson and A. Jonson, “Always Best Connected”, IEEE Wireless Communications, pp.49-55, February 2003.
[4] A. Jamalipour and S.Tekinary, “Fourth Generation Wireless Networks and Interconnecting Standards”, IEEE Personal Communications Magazine, pp.8-9, October 2001.
[5] 弓場、今井、藪崎：「ＩＰ−準拠のＩＭＴネットワーク・プラットフォーム」、IEEE Personal Communications Magazine, p.p.18-23,October 2001.
[6] G. Fodor, A. Eriksson, A. Tuoriniemi, “Providing QoS in Always Best Connected Networks”, IEEE Communications Magazine, Vol. 41, No. 7, pp. 154-163, July 2003.
[7] Network Mobility WG Charter,
http://www.ietf.org/html. charters / nemocharter. html.
[8] S. Dixit, Y.Gou and Z. Antoniou, “Resources Management and QoS in Third Generation Wireless Networks”, IEEE Communications Magazine, Vol. 39, No. 2, pp.125-133, March 2002.
[9] http: // www. ist-overdrive. org
[10] S. Chemiakina, L. D. Antonio, F. Forti, R. LAlli, J. Peterson and A. Terzani, “QoS Enhancement for adaptive Services over WCDOMA” to appear in the Journal of Selected Areas in Communications, 2003.
[11] The Session Initiation Protocol (SIP), IETF RFC 3261,
http: // www.ieft. org/rfc/rfc3261.txt
[12] The Session Description Protocol (SDP), IETF draft,
http: // www. ietf.org / internet- drafts / draft-ieft-music-sdp-new-15.txt
[13] Real Time Streaming Protocol (RTSP), IETF RFC 2326,
http: // www. ietf.org / rfc / rfc2326.txt
[14] Real Time Protocol (RTP), IETF RFC 1889
http: // www. ietf. org / rfc / rfc 1889. txt
[15] Next Steps in Signalling (NSIS)
http: // www. ietf.org / html.charters / nsis-charter. html

図１は、車内ネットワークと固定ネットワークの概略ブロック図である。 図２は、通信ネットワークのブロック図である。 図３は、本発明による方法の実施例の主要ステップを示すフローチャートである。 図４は、本発明による方法の別の実施例を部分的に示すフローチャートである。 図５は、図４の実施例の特別なケースを示すフローチャートであり、ユーザーとサービスクラスを対応付けした場合である。 図６は、本発明による無線ゲートウエイの実施例の概略ブロック図である。

Claims (20)

1. 通信システムと第１の無線区間を介して接続される無線ゲートウェイにおいて、前記第１の無線区間において利用できる帯域幅の変動に適応させるための適応方法であって、前記無線ゲートウェイは車両に搭載されており該車両とともに移動し、さらに、該車両には、該無線ゲートウェイと第２の無線区間を介して接続され、該無線ゲートウェイを介して前記通信ネットワークと通信する複数のユーザー機器（２０）が搭載されており、
   前記適法方法は、
   前記通信システムと前記無線ゲートウェイとを接続する前記第１の無線区間で利用できる帯域幅の変動を検出するステップ（Ｓ１）と、
   前記複数のユーザー機器のそれぞれのサービス品質パラメータと、該複数のユーザー機器のそれぞれに予め設定されているサービス品質についての最小限度の値との差に基づいて、検出された前記帯域幅の変動を吸収するために帯域幅の適応化を実行されることになるユーザー機器（２０）を決定するステップ（Ｓ２）と、
   決定された前記ユーザー機器に割り当てられている帯域幅への適応化を、該ユーザー機器へ通知するステップ（Ｓ３）と、
   決定された前記ユーザー機器に割り当てられている帯域幅を適応化するステップ（Ｓ４）と
   を含むことを特徴とする適法方法。
2. 前記サービス品質パラメータは、少なくとも現在のビットレートを含むことを特徴とする請求項１に記載の適法方法。
3. 前記検出のステップ（Ｓ１）は、前記第１の無線区間における複数のベアラ（６０）のうち少なくとも１つのベアラにおける、利用可能な帯域幅の変動を検出するステップを含み、前記複数のベアラ（６０）により、前記無線ゲートウェイとの通信で利用可能な帯域幅が提供されることを特徴とする請求項１または２に記載の適応方法。
4. 前記複数のベアラ（６０）のそれぞれは集約ベアラであり、前記複数のユーザー機器（２０）のうちそれぞれ別々のユーザー機器から伝送される類似のデータトラフィックが１つの集約ベアラ（６０）に多重化されることを特徴とする請求項３に記載の適応方法。
5. 前記検出のステップ（Ｓ１）が、
   前記複数のベアラ（６０）を構成する少なくとも１つのベアラにおける、利用可能な帯域幅の変動を検出するステップと、
   前記複数のベアラ（６０）を構成する各ベアラに関する情報と前記複数のベアラ（６０）を構成する各ベアラのサービス品質値に関する情報とを収集するステップと、
   現在の前記ベアラに関する情報および前記サービス品質値に関する情報をベアラデータベース（５４）内の以前の前記ベアラに関する情報および前記サービス品質値に関する情報と比較するステップと
   を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の適応方法。
6. さらに、前記複数のユーザー機器（２０）のそれぞれのサービス品質パラメータを含む情報を収集し、ユーザーデータベース（５５）内に収集した前記サービス品質パラメータを含む情報を保存するステップ（Ｓ０）を含み、
   前記決定のステップ（Ｓ２）が、前記ユーザーデータベース（５５）内の前記ユーザー機器（２０）のサービス品質パラメータを構成している複数の通信品質を比較するステップを含む
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の適応方法。
7. 前記決定のステップ（Ｓ２）が、
   前記複数のユーザー機器（２０）のそれぞれについて、前記サービス品質パラメータである現在のビットレートと、前記最小限度の値である最小ビットレートとの差を算出するステップと、
   前記複数のユーザー機器のうち、算出された前記差がゼロよりも大きい差であるユーザー機器（２０）を、ビットレートを低下させる対象として選択するステップと
   を含み、
   前記複数のユーザー機器のうちできるだけ多くのユーザー機器が最低限度での接続を維持できるようにしたことを特徴とする請求項６に記載の適応方法。
8. 前記ユーザーデータベース（５５）内の情報を、前記ユーザー機器（２０）が前記無線ゲートウェイと接続しているかまたは非接続であるかに応じて、更新することを特徴とする請求項６に記載の適応方法。
9. 前記ベアラデータベース（５４）内の情報を、サービス品質の変動、前記無線ゲートウェイへの新規のアクセスとの少なくとも一方に応じて、更新することを特徴とする請求項５に記載の適応方法。
10. 前記収集して保存するステップ（Ｓ０）が、送信元ＩＰアドレスおよび送信先ＩＰアドレス、最大ビットレートおよび最小ビットレート、各ユーザー機器（２０）に使用されているベアラ、各ピアエンティティに関する情報を収集するステップ、および、前記情報をユーザーデータベース（５５）に保存するステップを含むことを特徴とする請求項６または８のいずれか１項に記載の適応方法。
11. 前記収集ステップ（Ｓ０）が、送信元ポートおよび送信先ポート、各ユーザー機器（２０）のプロトコル、ピアエンティティに関する情報を収集するステップ、および、前記情報をユーザーデータベース（５５）に保存するステップを含むことを特徴とする請求項６、８または１０のいずれか１項に記載の適応方法。
12. 前記ユーザー機器を決定する（Ｓ０）ために使用する選択方法が、
    前記ユーザーデータベース（５５）内において第１のユーザー機器（２０）を選択するステップと、
    ビットレートを低下させる必要がある場合には、前記第１のユーザー機器（２０）における現在のビットレートと最小ビットレートとの差を算出するステップと、
    前記差がゼロ以上の場合には、前記第１のユーザー機器（２０）を最小ビットレートで通信するようビットレートを低下させるターゲットとするステップと、
    前記差がゼロの場合には、前記ユーザーデータベース（５５）内の次のユーザー機器（２０）を選択することで、選択された該ユーザー機器（２０）がすでに最小ビットレートで通信していることを示すステップと、
    ビットレートの増加が可能である場合には、前記第１のユーザー機器（２０）における現在のビットレートと最大のビットレートとの差を算出するステップと、
    前記差がゼロよりも大きい場合には、前記第１のユーザー機器（２０）を最大ビットレートによる通信へとビットレートを増加させるターゲットとするステップと、
    前記差がゼロに等しい場合には、前記ユーザーデータベース（５５）内の次のユーザー機器（２０）を選択し、選択された該ユーザー機器がすでに最大ビットレートで通信していることを示すステップと、
    ビットレートを低下させる場合には、低下されるビットレートの合計が少なくとも利用可能な帯域幅の変化に等しくなるまで前記の各ステップを繰り返し実行し、ビットレートを増加させる場合には、増加されるビットレートの合計が多くても利用可能な帯域幅の変化に等しくなるまで前記の各ステップを繰り返すステップと
    を含むことを特徴とする請求項６に記載の適応方法。
13. 前記ビットレートを低下または増加させることに応じて、前記ユーザーデータベース（５５）を更新することを特徴とする請求項１２に記載の適応方法。
14. 個別の契約に基づいて前記ユーザー機器（２０）を決定することを特徴とする請求項１２または１３に記載の適応方法。
15. 全部のユーザー機器（２０）がすでに最小のビットレートで通信しているにもかかわらず、ビットレートの低下が必要である場合には、一個のユーザー機器を終了させるステップを含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載の適応方法。
16. 通信システムと第１の無線区間を介して接続される無線ゲートウェイに設けられたゲートウェイノード（５０）であって、前記無線ゲートウェイは車両に搭載されており該車両とともに移動し、さらに、該車両には、該無線ゲートウェイと第２の無線区間を介して接続され、該無線ゲートウェイを介して前記通信ネットワークと通信する複数のユーザー機器（２０）が搭載されており、
    前記ゲートウェイノード（５０）は、
    前記通信システムと前記無線ゲートウェイとを接続する前記第１の無線区間で利用可能な帯域幅の変動を検出する検出手段（５１）と、
    前記複数のユーザー機器のそれぞれのサービス品質パラメータと、該複数のユーザー機器のそれぞれに予め設定されているサービス品質についての最小限度の値との差に基づいて、検出された前記帯域幅の変動を吸収するために帯域幅の適応化を実行されることになるユーザー機器（２０）を決定する決定手段（５２）と、
    決定された前記ユーザー機器に割り当てられている帯域幅を適応化することを該ユーザ機器へ通知する通知手段（５３）と、
    決定された前記ユーザー機器に割り当てられている帯域幅を適応化する適応化手段（５６）と
    を含むことを特徴とするゲートウェイノード。
17. 前記検出手段（５１）は、複数のベアラ（６０）を構成する少なくとも１つのベアラに係る利用可能な帯域幅の変動を検出する手段であり、該ベアラにより、前記無線ゲートウェイとの通信に利用可能な帯域幅が提供されていることを特徴とする請求項１６に記載のゲートウェイノード。
18. 前記検出手段（５１）は、ベアラデータベース（５４）を含み、該ベアラデータベース（５４）には、少なくとも、各ベアラに関する情報および各ベアラ（６０）のサービス品質に関する情報が含まれていることを特徴とする請求項１６または１７に記載のゲートウェイノード（５０）。
19. 前記決定手段（５０）は、ユーザーデータベース（５５）を含み、該ユーザーデータベース（５５）には、少なくとも、前記ユーザー機器に係る現在のビットレート、最大のビットレート、最小ビットレートの少なくとも一つが含まれていることを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載のゲートウェイノード。
20. 前記ユーザーデータベース（５５）には、サービス品質パラメータ、インターネットプロトコル情報、各ユーザー機器（２０）に使用されているベアラの情報が含まれていることを特徴とする請求項１９に記載のゲートウェイノード。

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