JP4509825B2 - 移動体通信システム - Google Patents

Description

本発明は、列車や車などの移動体内での通信に用いられる移動体通信システムに関し、詳しくは狭帯域通信エリアと広帯域通信エリアが混在する異種複合通信システムにおいてネットワークモビリティに基づいた通信を行う移動体通信システムに関するものである。

従来の列車無線システムでは、無線Ｉ／Ｆには漏洩同軸ケーブル無線(ＬＣＸ)を使用したデジタル化システムが使用されることが多い。ＬＣＸは、通信帯域が現在のブロードバンド環境に比べて小さく、一般的にインターネットアクセスの回線として使用することは難しい状況にあり、業務無線専用に使用されている。

一方、無線ＬＡＮ、ミリ波無線システム等の大容量の通信インフラが整備され、これらを列車システム等に適用するための実験が行われている。

無線ＬＡＮの場合には、通信帯域が10Mbps程度(IEEE802.11b)〜54Mbps(IEEE802.11a,g)程度確保されており、インターネットアクセスのインタフェースとして使用可能であるが、１つの無線基地局でカバー出来るエリアが狭い為、高速で移動する列車から１つの無線基地局に通信可能な時間が短い。このため、無線基地局を高密度に連続的に配置した場合でも、頻繁に無線基地局のハンドオーバー(Ｈ.Ｏ)が発生する問題がある。

ミリ波無線システムの場合には、通信帯域が数Mbpsから数10Mbps程度確保されており、無線ＬＡＮ同様にインタネットアクセスのインタフェースとして使用可能であるが、無線ＬＡＮと同様、１つの無線基地局でカバー出来るエリアが狭い為、高速で移動する列車から１つの無線基地局に通信可能な時間が短く、無線基地局を高密度に連続的に配置した場合でも、頻繁に無線基地局のハンドオーバー(Ｈ.Ｏ)が発生する問題がある。

列車無線システムにおいては、既設の漏洩同軸ケーブル無線による常時接続可能な通信インフラとは別に新設の無線ＬＡＮ、ミリ波無線システム等の広帯域通信インフラを常時接続可能とするように線路上に配置することは困難な為、エリアを区切って狭帯域通信インフラおよび広帯域通信インフラを配置したり、駅近くに広帯域通信インフラをスポット的に配置するなど、狭帯域で高速移動に対応可能な無線アクセスと、広帯域で間欠的に配置される無線アクセスとを組み合わせて通信を実現する異種無線の複合環境によるサービスが現実的な方法になる。

このような、異種複合無線システムに関する従来技術として、特許文献１，特許文献２がある。特許文献１においては、低速・広域無線(セルラー)と高速・狭域無線(無線ＬＡＮ)を持つ複合無線環境において、高速・狭域無線の通信エリア内の場合には高速・狭帯域無線を使用し、高速・狭域無線の通信エリア外で低速・広域無線の通信エリア内の場合は低速・広帯域無線を使用して通信するようにしており、スプーフィング機能を実行するとともに、通信時だけセルラー無線チャンネルを複数チャンネルに割り当てることで、高速且つ広域な無線ネットワークが存在するように見せかけるようにしている。

特許文献２では、２つの無線通信システムを持ち、２つの無線システム間のハンドオーバ実施する場合、事前に接続している無線システム経由でＨ.Ｏ先の無線システムと通信し、ハンドオーバ先のシステム参入情報(要求するサービス、伝送帯域等の各種通信サービス情報、Ｈ.Ｏ後のＭＡＣアドレスやＩＤ、暗号化キーなど)を入手するようにしている。

特表２００３−５１０８９７号公報 特開２００３−２３５０６４号公報

列車無線システムに異種無線システムを適用し、インターネットへの常時接続を実施した場合、低レートの漏洩同軸ケーブル無線だけを常時接続した場合、数１０kbps程度のアクセススピードしか得ることが出来ず、複数のユーザが同時使用することは出来ない。また、狭帯域の漏洩同軸ケーブル無線と広帯域の無線ＬＡＮやミリ波無線システムを併用した場合、狭帯域の無線から広帯域の無線へハンドオーバした際、直ぐにＴＣＰ/ＩＰによる通信が高速に使用可能になることは通常のスイッチでは有りえず、ハンドオーバ完了後に徐々に転送レートが上がることになる。

このように、狭帯域無線システムと広帯域無線システムを併用する異種無線システムを実現する場合、従来技術では、狭帯域の無線エリアから広帯域の無線エリアへのハンドオーバ後もしばらくの間は転送レートが上がらない為、広帯域無線区間を効率よく使用できないという問題が発生する。この問題は、広帯域無線区間がスポット的に点在する場合、更に効率が悪くなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、狭帯域無線区間から広帯域無線区間へのハンドオーバの完了後、即座に転送レートが上がるようにすることで、効率よく広帯域無線区間を使用することができる移動体通信システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、移動体に搭載され、配下に複数の端末を有するモバイルルータと、移動体の移動経路に沿って狭帯域通信エリアが連続的に得られるように配される複数の狭帯域無線基地局と、間欠的な広帯域通信エリアが得られるよう配される複数の広帯域無線基地局と、モバイルルータの移動検出／位置登録を行うとともに外部ネットワークに接続されるホームエージェントとを備え、ネットワークモビリティに基づいた通信を行う移動体通信システムにおいて、移動体位置に基づいて狭帯域通信エリアから広帯域通信エリアへのハンドオーバの直前時点を検出するハンドオーバ事前検出装置を備えるとともに、前記モバイルルータは、上記ハンドオーバ事前検出装置の検出信号に基づいて、配下の端末からの通信データに対する応答信号を擬似的に端末に返信しかつ配下の端末の通信相手からの応答信号を終端するスプーフィング処理および配下の端末からの通信データをバッファリングしてから出力するバッファリング処理を実行する第１のスプーフィング／バッファリング部備え、前記ホームエージェントは、上記ハンドオーバ事前検出装置の検出信号に基づいて、前記通信相手からの通信データに対する応答信号を擬似的に通信相手に返信しかつ前記端末からの応答信号を終端するスプーフィング処理および前記通信相手からの通信データをバッファリングしてから出力するバッファリング処理を実行する第２のスプーフィング／バッファリング部を備えることを特徴とする。

この発明によれば、狭帯域通信エリアから広帯域通信エリアへのハンドオーバの直前時点から、モバイルルータおよびホームエージェントにおいて、ＴＣＰスプーフィング／バッファリング機能を実行するようにしたので、ハンドオーバーが完了した時点で、転送レートを直ちに広帯域無線の転送レートレベルまで上昇させることが可能となり、これにより広帯域無線エリアを介した通信を効率良く行うことが可能となるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる移動体通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明にかかる移動体通信システムの実施の形態１のシステム構成を示す図である。図１に示す移動体通信システムは、基本的には、モバイルＩＰのネットワークモビリティ（Network Mobility、ＮＥＭＯ）技術に基づいて動作する。周知のように、モバイルＩＰは個々の端末が移動検出／位置登録を行うのに対し、ＮＥＭＯでは、移動するネットワーク（モバイルネットワーク）内のモバイルルータ（ＭＲ）がモバイルネットワーク単位での移動検出／位置登録を実行する。

図１に示す移動体通信システムにおいて、移動体としての列車５０には、モバイルルータ（ＭＲ）９と、モバイルルータ９に接続される情報端末（モバイルノード：ＭＮ）１０ａ，１０ｂ，…と、モバイルルータ９に接続される狭帯域無線（例えば、漏洩同軸ケーブル無線）用の無線アダプタ６と、モバイルルータ９に接続される広帯域無線（例えば、無線ＬＡＮ，ミリ波無線システム）用の無線アダプタ７と、列車位置を測定する列車位置検出装置１１とが設けられている。列車位置検出装置１１は、ＧＰＳによる位置検出情報や列車の速度、接続中の狭帯域無線基地局のＩＤなどの情報に基づいて列車位置を検出しており、この列車位置情報に基づいて現在位置から広帯域無線通信エリアへ侵入するまでの所要時間を正確に算出している。

列車５０の移動経路に沿って、複数の狭帯域無線ネットワークが連続して配置されている。５ａ〜５ｃは、各狭帯域無線ネットワークの無線基地局である。また、広帯域無線ネットワークがスポットエリアとして間欠的に配置されている。８は、広帯域無線ネットワークの無線基地局である。

狭帯域無線ネットワークの無線基地局５ａ〜５ｃは、これら無線基地局５ａ〜５ｃを収容するアクセスルータ２ａに接続されている。広帯域無線ネットワークの無線基地局８は、アクセスルータ２ｂに接続されている。ホームエージェント（ＨＡ）１は、ＭＲ９が本来存在するホームネットワーク上におけるホームアドレスとハンドオーバ先での複数の仮のアドレスとの対応関係をＭＲごとに管理するとともに、ＭＲ９がホーム・ネットワークから離れたときにＭＲ９へＩＰトンネルを使ってパケットを転送する役割などを有する。ＨＡ１は、コアのＩＰネットワーク３に接続されている。４はインタネット上にある通信相手ノード（ＣＮ）としてのウェブサーバであり、ウェブサーバ４は、ＨＴＴＰのリクエストに応じてコンテンツデータをＴＣＰで要求元に送信する。

図２は、ＭＲ９のプロトコルスタック構成を示すものである。ＭＲ９は、プロトコルスタック構成として、ＴＣＰスタック１００と、ネットワークモビリティ（ＮＥＭＯ）対応のモバイルＩＰスタック１０１と、ＩＰスタック１０２と、列車内用のイーサネットＭＡＣ層１０３と、狭帯域無線用のＭＡＣ層１０４と、広帯域無線用のＭＡＣ層１０５とを具えている。ＴＣＰスタック１００は、ＴＣＰスプーフィング／バッファ機能部１０６を有している。

図３はＨＡ１のプロトコルスタック構成を示すものである。ＨＡ１は、プロトコルスタック構成として、ＴＣＰスタック１２０と、ネットワークモビリティ（ＮＥＭＯ）対応のモバイルＩＰスタック１２１と、ＩＰスタック１２２、コアのＩＰネットワーク３用のイーサネットＭＡＣ層１２３と、モバイルネットワーク用のイーサネットＭＡＣ層１２４とを備えている。ＴＣＰスタック１２０は、ＴＣＰスプーフィング／バッファ機能部１２６を有している。

つぎに、図４に示すシーケンス図、図５に示すフローチャートなどに従って本移動体通信システムの動作について説明する。図４は、移動端末（ＭＮ）１０ａ、モバイルルータ（ＭＲ）９、狭帯域無線用の無線アダプタ(ＲＦ#1)６、広帯域無線用の無線アダプタ(ＲＦ#2)７、狭帯域無線ネットワークの無線基地局(ＢＳ#1)５、広帯域無線ネットワークの無線基地局(ＢＳ#2)８、狭帯域無線基地局５を収容するアクセスルータ(ＡＲ#1)２ａ、広帯域無線基地局８を収容するアクセスルータ(ＡＲ#2)２ｂ、ホームエージェント(ＨＡ)１、ウェブサーバ(ＣＮ)４間での信号の流れを示すシーケンス図である。図５はモバイルルータ（ＭＲ）９で行われるハンドオーバー（Ｈ．Ｏ）時のＴＣＰスプーフィング／バッファリングの動作手順を示すものである。

列車が狭帯域無線ネットワークのエリアに入っている通常通信の際は、列車内にある位置登録が完了した情報端末１０ａがＩＰネットワーク３上にあるウェブサーバ４にアクセスする場合、情報端末１０ａからのＩＰデータはモバイルルータ９でリバーストンネルリング機能を用いてＩＰトンネル化された後、狭帯域無線アダプタ６、狭帯域無線基地局５、アクセスルータ２ａを経由してホームエージェント１へ送信される。ホームエージェント１はモバイルＩＰトンネルからＩＰデータを取り出し、ウェブサーバ４へ送信する。一方、ウェブサーバ４からモバイルルータ９へのＩＰデータは、ホームエージェント１がインターセプトし、ＩＰｉｎＩＰカプセル化を行ってモバイルルータ９へ転送する。モバイルルータ９は受信後デカプセル化を行い、配下の情報端末１０ａに転送する。

これらのデータ送信の際、ウェブアクセスの場合、プロトコルとしてＴＣＰが使用される為、応答信号としてのＡＣＫが元来た経路を辿って情報端末１０に返信される。ＴＣＰのウインド制御やフロー制御の内容によって多少ことなるが、基本的にはＡＣＫが返信されることで、次のＴＣＰデータがウェブサーバ４に向けて送信されることになる。図２においては、このデータの流れを符号４０として示している。

この時点では、狭帯域無線経由で通信しているので帯域が制限されるため、列車上にある情報端末１０はＴＣＰデータを狭帯域無線の伝送レートに合わせて低レートに抑えて通信することになる。同様に、ウェブサーバ４からのＴＣＰデータも、狭帯域無線の伝送レートに合わせ低レートに抑えられて通信することになる。列車上に搭載されている列車位置検出装置１１は、常時列車の位置を検出しており、この検出した列車位置、列車の速度および予め記憶している広帯域無線通信エリアの位置情報などを用いて現時点から広帯域無線通信エリアへの侵入までの所要時間を算出している。列車位置検出装置１１は、計算している広帯域無線通信エリアまでの侵入時間が予め設定された所定時間に達した時点でモバイルルータ９に対して、図６に示すような、ハンドオーバー事前検出メッセージを送信する（図５、ステップＳ１００）。

図６に示すように、Ｈ．Ｏ事前検出メッセージは、ハンドオーバー事前検出メッセージであることを示すメッセージコード１４０と、現在の列車の位置情報１４１と、Ｈ．Ｏまでの所要時間１４２を含んで構成されている。

Ｈ．Ｏ事前検出メッセージを受信したモバイルルータ９は、列車位置情報１４１をキーとしてモバイルルータ内部で持つデータベースを検索し、これから進入する広帯域無線エリアの伝送レート情報を取り出す（ステップＳ１１０）。データベースには、各広帯域無線エリア毎に送信帯域情報としての伝送レートが登録記憶されている。さらに、モバイルルータ９は、この伝送レートと、現在使用している狭帯域無線の伝送レートと、モバイルルータ９が確保しているメモリサイズからＩＰデータをバッファリング可能な時間を算出し、バッファリング可能時間に達した時点から、配下の情報端末１０から送信されてきた通信要求（ＴＣＰデータ）に対する応答信号ＡＣＫを擬似的に返信するとともに、ウェブサーバ４側からのＡＣＫ信号を受信終端するＴＣＰスプーフィングと、情報端末１０からの通信要求（ＴＣＰデータ）をバッファリングするデータバッファリングとを開始する（ステップＳ１２０）。

一方、モバイルルータ９は、列車位置検出装置１１から上記Ｈ．Ｏ事前検出メッセージを受信した時点で、ホームエージェント１に対して、図７に示すような、Ｈ．Ｏ事前検出メッセージを送信する。図７に示すように、ホームエージェント１へのＨ．Ｏ事前検出メッセージは、ハンドオーバー事前検出メッセージであることを示すメッセージコード１５０と、ハンドオーバー先の広帯域無線エリアの伝送レート情報１５１と、変更されたウインドウサイズ情報１５２を含んで構成されている。ウインドウサイズ情報１５２とは、スライディングウインドウ方式で一度に受信することができるデータの大きさを云い、ホームエージェント１へのＨ．Ｏ事前検出メッセージ内に、狭帯域通信のときに比べ大きく設定したウインドウサイズ情報を含めて、ハンドオーバーの事前にホームエージェント１に送ることにより、事前に広帯域通信の準備をしておく（ステップＳ１２０）。

このＨ．Ｏ事前検出メッセージは、狭帯域無線用の無線アダプタ(ＲＦ#1)６、狭帯域無線ネットワークの無線基地局(ＢＳ#1)５、狭帯域無線基地局５を収容するアクセスルータ(ＡＲ#1)２ａを経由してホームエージェント(ＨＡ)１に転送される。このＨ．Ｏ事前検出メッセージの受信をトリガとして、ホームエージェント１は、ウェブサーバ４から送信されてきた通信要求（ＴＣＰデータ）に対する応答信号ＡＣＫを擬似的にウェブサーバ４に返信するとともに、情報端末１０ａ側からのＡＣＫ信号を受信終端するＴＣＰスプーフィングと、ウェブサーバ４からの通信要求（ＴＣＰデータ）をバッファリングするデータバッファリングとを開始する。また、ホームエージェント１は、受信したウインドウサイズ情報１５２に基づいて、モバイルルータ９へ送るデータのウインドウサイズを大きく変更する。

まず、モバイルルータ９で行われるＴＣＰスプーフィング処理においては、ＴＣＰスプーフィングが開始されると、モバイルルータ９は情報端末１０ａからのＴＣＰデータに対するＡＣＫを仮想的に情報端末１０に返信する。このＡＣＫの返信周期としては、いまからハンドオーバする広帯域無線ネットワークの無線接続時に準じた応答速度で擬似応答するようにする。また、モバイルルータ９は、ウェブサーバ４側から実際に送信されてくるＡＣＫ信号を受信した際は、このＡＣＫ信号を配下の情報端末１０ａに送ることなくモバイルルータ９でＡＣＫ信号を終端する。

このように、モバイルルータ９は、広帯域無線ネットワークの無線接続時に準じた応答速度でＡＣＫを擬似応答するようにしているので、情報端末１０からモバイルルータ９へのＴＣＰデータの送信間隔は短くなり、情報端末１０とモバイルルータ９との間のデータレートは徐々に上がっていく。しかし、この時点では、無線レイヤは、まだ、狭帯域無線を使用している為、実際の伝送レートは上がっておらず、情報端末１０とモバイルルータ９間の転送レートと、狭帯域無線ネットワークでの転送レートとの差に対応するデータ分が、モバイルルータ９でのデータバッファリング処理によって貯められることになる。

ホームエージェント１においても、同様であり、応答信号ＡＣＫが広帯域無線ネットワークの無線接続時に準じた応答速度で擬似的にウェブサーバ４に返信されることにより、ホームエージェント１とウェブサーバ４間の転送レートと、狭帯域無線ネットワークでの転送レートとの差に対応するデータ分が、ホームエージェント１でのデータバッファリング処理によって貯められることになる。また、ホームエージェント１からモバイルルータ９に送られるデータは、結果的には、モバイルルータ９で終端されるが、ウインドウサイズが大きくなっている。

列車が広帯域無線エリアに進入すると、広帯域無線用の無線アダプタ(ＲＦ#2)７からＨ.Ｏ要求３４がモバイルルータ９へ送信される（ステップＳ１３０）。モバイルルータ９はホームエージェント１に対する位置登録更新処理などのモバイルＩＰの処理を実施して、狭帯域無線アダプタ６から広帯域無線アダプタ７へ送信先を切替える。そして、モバイルルータ９は、バッファしているデータを順番に広帯域無線経由でホームエージェント１へ送信する。なお、バッファが空になるまでは、前述したＴＣＰスプーフィング機能とバッファ機能は動作させる。モバイルルータ９は、バッファが空になった時点で（ステップＳ１４０）、ＴＣＰスプーフィング機能およびバッファリング機能をオフにし、処理を通常の動作へ戻す（ステップＳ１５０）。通常動作へ戻ったトラフィックの流れが、図４の４１として示している。

このように、図２に示すモバイルルータ９内のプロトコルスタック上では、列車内用のイーサネットＭＡＣ層１０３から入ったデータは、ＴＣＰスプーフィング機能がＯＮのときは、ＴＣＰスプーフィング／バッファリング１０６を通過してＴＣＰ１００へ入り、モバイルＩＰスタック１０１を経由して、狭帯域無線用のＭＡＣ層１０４または広帯域無線用のＭＡＣ層１０５を通り無線レイヤに送信される。また、ＴＣＰの擬似ＡＣＫは、ＴＣＰスプーフィング１０６からＩＰ層１０２を通り列車内用のイーサネットＭＡＣ層１０３へ送信される。

一方、ホームエージェント１では、上記位置登録更新処理により、モバイルルータ９が広帯域無線エリアに進入したことを検出する。この検出をトリガとして、ホームエージェント１は、バッファしているデータを、先に変更されたウインドウサイズをもって順番に広帯域無線エリア経由でモバイルルータ９へ送信する。なお、バッファが空になるまでは、前述したＴＣＰスプーフィング機能とバッファ機能は動作させる。ホームエージェント１は、バッファが空になった時点で、ＴＣＰスプーフィング機能およびバッファリング機能をオフにし、処理を通常の動作へ戻す。

このように、図４に示すホームエージェント１のプロトコルスタック上では、コアのＩＰネットワーク３用のイーサネットＭＡＣ層１２３から入ったデータは、ＴＣＰスプーフィング機能がＯＮのときは、ＴＣＰスプーフィング／バッファリング１２６を通過してＴＣＰ１２０へ入り、モバイルＩＰスタック１２１を経由して、モバイルネットワーク用のイーサネットＭＡＣ層１２４を通り送信される。ＴＣＰの擬似ＡＣＫは、ＴＣＰスプーフィング１２６からＩＰ層１２２を通りコアのＩＰネットワーク３用のイーサネットＭＡＣ層１２３へ送信される。

次に、図８を用いてＴＣＰスプーフィング＋バッファリング機能の有無による、狭帯域無線通信から広帯域無線通信へのＨ.Ｏ時のデータレートの変化について説明する。図８において、実線がＴＣＰスプーフィング＋バッファリング機能が有りの場合を、破線が同機能がなしの場合を示している。

図８において、破線で示すＴＣＰスプーフィング／バッファリング機能がない従来技術の場合、狭帯域の無線から広帯域の無線へのＨ．Ｏ完了後、徐々に転送レートが上昇している。これに対し、ＴＣＰスプーフィング／バッファリング機能がＯＮの場合には、Ｈ.Ｏ事前検出した時点から擬似ＡＣＫが送信され、ＴＣＰデータがバッファリングされているので、破線で示すように、Ｈ．Ｏ完了後、即座に、データレートが広帯域無線の転送レートレベルまで上昇している。

このように本実施の形態１においては、狭帯域通信エリアから広帯域通信エリアへのハンドオーバの事前時点から、モバイルルータ９およびホームエージェント１において、ＴＣＰスプーフィング／バッファリング機能を実行するとともに、事前にウインドウサイズも大きくしておくようにしたので、上記ハンドオーバーが完了した時点で転送レートを直ちに広帯域無線の転送レートレベルまで上昇させることが可能となり、これにより広帯域無線エリアが狭い区間であっても高速で移動する移動体からの広帯域無線エリアを介した通信を効率良く行うことが可能となる。

また、検出した移動体の位置に基づいてハンドオーバする広帯域通信エリアの伝送レート情報を求め、該伝送レート情報と、現在使用している狭帯域無線の伝送レートと、モバイルルータが確保しているメモリサイズとから通信データをバッファリング可能な時間を算出し、バッファリング可能時間に達した時点からＴＣＰスプーフィング／バッファリング機能を実行させるようにしているので、バッファサイズに応じた適正な時間だけＴＣＰスプーフィング／バッファリング機能を実行させることができる。

なお、上記では、ウインドウサイズの変更通知をモバイルルータ９からホームエージェント１に対して行うようにしたが、ホームエージェント１からモバイルルータ９に対してもウインドウサイズの変更通知を送信して、全二重でウインドウサイズを変更させるようにしてもよい。

実施の形態２．
つぎに、図９および図１０に従って本発明の実施の形態２について説明する。図９は、実施の形態２の移動体通信システムのシステム構成図であり、図１に示す実施の形態１のシステム構成図とほぼ同一の構成であるが、列車内に搭載されている列車位置検出装置１１の代わりにＩＰネットワーク上に列車位置管理サーバ１２を配置している。図１０は、実施の形態２のシステムの信号の流れを示すシーケンス図である。図１０の場合は、列車位置管理サーバ（Ｐ−ＳＶ）１２が前述の事前位置検出メッセージをホームエージェント１およびモバイルルータ９に送信されるように構成されている。

実施の形態２のシステムにおいては、ＩＰネットワーク上にある列車位置管理サーバ１２は、ホームエージェント１によるモバイルルータ９の位置登録動作から常に列車の位置情報を把握している。すなわち、列車位置管理サーバ１２は、ホームエージェント１からモバイルルータ９の位置登録情報を取得している。列車位置管理サーバ１２は、列車が狭帯域無線エリアにおける広帯域無線通信エリアへのハンドオーバ直前の位置に進入したことを検出すると、内部で持つデータベースを検索し、これから進入する広帯域無線エリアの伝送レート情報を取り出す。列車位置管理サーバ１２内のデータベースには、各広帯域無線エリア毎に送信帯域情報としての伝送レートが登録記憶されている。

そして、列車位置管理サーバ１２は、この伝送レートと、現在使用している狭帯域無線の伝送レートと、予め記憶しているホームエージェント１、モバイルルータ９が確保しているメモリサイズからＩＰデータをバッファリング可能な時間を算出し、バッファリング可能時間に達した時点に、ホームエージェント１およびモバイルルータ９へ、先の図７に示したような、Ｈ．Ｏ事前検出メッセージを送信する。

これらＨ．Ｏ事前検出メッセージを受信したホームエージェント１およびモバイルルータ９では、実施の形態１と同様の、ＴＣＰスプーフィングおよびデータバッファリングを開始する。このようにして、ホームエージェント１においては、情報端末１０からの上りデータがバッファリングされ、ホームエージェント１においては、ウェブサーバ４からの下りデータがバッファリングされる。そして、列車が広帯域無線エリアに進入すると、実施の形態１と同様にして、モバイルルータ９は、バッファしているデータを順番に広帯域無線経由でホームエージェント１へ送信するとともに、ホームエージェント１は、バッファしているデータを、順番に広帯域無線エリア経由でモバイルルータ９へ送信する。このような動作およびＴＣＰスプーフィング機能は、バッファが空になるまで実行され、モバイルルータ９およびホームエージェント１は、バッファが空になった時点で、ＴＣＰスプーフィング機能およびバッファリング機能をオフにし、処理を通常の動作へ戻す。

このように実施の形態２においては、ハンドオーバ事前検出装置が前記外部ネットワーク上に列車位置管理サーバ１２として存在するようにし、列車位置管理サーバ１２は、ホームエージェント１の位置登録動作から検出した移動体の位置に基づいてハンドオーバする広帯域通信エリアの伝送レート情報を求め、該伝送レート情報と、現在使用している狭帯域無線の伝送レートと、モバイルルータが確保しているメモリサイズとから通信データをバッファリング可能な時間を算出し、バッファリング可能時間に達した時点に前記検出信号を出力するようにしている。この実施の形態２においても、狭帯域通信エリアから広帯域通信エリアへのハンドオーバの事前時点から、モバイルルータ９およびホームエージェント１において、ＴＣＰスプーフィング／バッファリング機能を実行するとともに、事前にウインドウサイズも大きくしておくようにしたので、上記ハンドオーバーが完了した時点で転送レートを直ちに広帯域無線の転送レートレベルまで上昇させることが可能となり、これにより広帯域無線エリアが狭い区間であっても高速で移動する移動体からの広帯域無線エリアを介した通信を効率良く行うことが可能となる。

以上のように、本発明にかかる移動体通信システムは、狭帯域通信エリアと広帯域通信エリアが混在する異種複合通信システムにおいてネットワークモビリティに基づいて列車や車などの移動体内で通信を行うシステムに有用である。

実施の形態１の移動体通信システムを示す図である。 モバイルルータのプロトコルスタックを示す図である。 ホームエージェントのプロトコルスタックを示す図である。 実施の形態１の移動体通信システムの信号の流れを示すシーケンス図である。 モバイルルータでのＴＣＰスプーフィングおよびバッファリング動作を示すフローチャートである。 移動体位置検出装置がモバイルルータへ出力するハンドオーバー事前検出メッセージのフォーマットを示す図である。 モバイルルータがホームエージェントへ出力するハンドオーバー事前検出メッセージのフォーマットを示す図である。 実施の形態１によるハンドオーバー前後の伝送レートの変化を示す図である。 実施の形態２の移動体通信システムを示す図である。 実施の形態２の移動体通信システムの信号の流れを示すシーケンス図である。

符号の説明

１ ホームエージェント（ＨＡ）
２ａ，２ｂ アクセスルータ
３ ネットワーク
４ ウェブサーバ
５ａ〜５ｃ 狭帯域無線基地局
６ 狭帯域無線アダプタ
６ 狭帯域無線アダプタ
７ 広帯域無線アダプタ
８ 広帯域無線基地局
９ モバイルルータ（ＭＲ）
１０，１０ａ，１０ｂ 情報端末
１１ 列車位置検出装置
１２ 列車位置管理サーバ
５０ 列車（移動体）

Claims (5)

1. 移動体に搭載され、配下に複数の端末を有するモバイルルータと、移動体の移動経路に沿って狭帯域通信エリアが連続的に得られるように配される複数の狭帯域無線基地局と、間欠的な広帯域通信エリアが得られるよう配される複数の広帯域無線基地局と、モバイルルータの移動検出／位置登録を行うとともに外部ネットワークに接続されるホームエージェントとを備え、ネットワークモビリティに基づいた通信を行う移動体通信システムにおいて、
   移動体位置に基づいて狭帯域通信エリアから広帯域通信エリアへのハンドオーバの直前時点を検出するハンドオーバ事前検出装置
   を備えるとともに、
   前記モバイルルータは、
   上記ハンドオーバ事前検出装置の検出信号に基づいて、配下の端末からの通信データに対する応答信号を擬似的に端末に返信しかつ配下の端末の通信相手からの応答信号を終端するスプーフィング処理および配下の端末からの通信データをバッファリングしてから出力するバッファリング処理を実行する第１のスプーフィング／バッファリング部、
   を備え、
   前記ホームエージェントは、上記ハンドオーバ事前検出装置の検出信号に基づいて、前記通信相手からの通信データに対する応答信号を擬似的に通信相手に返信しかつ前記端末からの応答信号を終端するスプーフィング処理および前記通信相手からの通信データをバッファリングしてから出力するバッファリング処理を実行する第２のスプーフィング／バッファリング部、
   を備えることを特徴とする移動体通信システム。
2. 前記第１及び第２のスプーフィング／バッファリング部は、ハンドオーバ完了後、当該バッファされたデータが無くなり次第、スプーフィング処理およびバッファリング処理を終了させることを特徴とする請求項１に記載の移動体通信システム。
3. 前記第１及び第２のスプーフィング／バッファリング部は、前記応答信号の擬似的返信を、ハンドオーバする広帯域通信エリアへの接続時に準じた応答速度をもって実行することを特徴とする請求項１または２に記載の移動体通信システム。
4. 前記ハンドオーバ事前検出装置は、移動体に搭載されるものであって、
   前記モバイルルータは、前記ハンドオーバ事前検出装置の検出信号の受信に基づいてハンドオーバする広帯域通信エリアの伝送レート情報を求め、該伝送レート情報と、現在使用している狭帯域無線の伝送レートと、モバイルルータが確保しているメモリサイズとから通信データをバッファリング可能な時間を算出し、バッファリング可能時間に達した時点に前記応答信号を擬似的に通信相手に返信しかつ前記スプーフィング処理および前記バッファリング処理を実行し、
   さらに、前記モバイルルータは、前記ハンドオーバ事前検出装置の検出信号の受信に基づき、ハンドオーバする広帯域通信エリアの伝送レート情報を含む前記ハンドオーバ事前検出装置の検出信号を前記ホームエージェントに送信することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の移動体通信システム。
5. 前記ハンドオーバ事前検出装置は、前記外部ネットワーク上に存在し、
   前記ホームエージェントの位置登録動作から検出した移動体の位置に基づいてハンドオーバする広帯域通信エリアの伝送レート情報を求め、該伝送レート情報と、現在使用している狭帯域無線の伝送レートと、モバイルルータが確保しているメモリサイズとから通信データをバッファリング可能な時間を算出し、バッファリング可能時間に達した時点に前記検出信号を出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の移動体通信システム。

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