JP4572229B2 - 無線通信システム、無線端末、輻輳制御方法、及び、コンピュータプログラム - Google Patents
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無線基地局がアクセス群規制を行う特許文献1や非特許文献1の技術では、無線基地局が輻輳の状況に応じてアクセス群規制を行うものであり、上記のような問題が生じる。一方、非特許文献2の技術は、無線端末においてアクセスの規制を行うものではあるが、一定の時間に複数の無線端末が通信を開始するような、同じアクセス周期毎に発生する輻輳を解決することはできない。
例えば、ランダムアクセス手段、及び、データ送信手段は、無線端末2bの制御部21及び無線信号処理部23に対応する。また、通知手段は、無線端末2bの制御部21b及びセンサ接続インタフェース部22に対応する。
また、本発明は、上述する無線通信システムであって、前記輻輳状態の情報は、前記無線基地局から報知される、輻輳状況の情報であることを特徴とする。
例えば、待機時間生成手段は、無線端末2bのバックオフ時間生成部28に対応する。
図1は、本発明の第1の実施形態による無線通信システムの構成図である。
同図において、センサなどのTE(Terminal Equipment:端末機器)1は無線端末2に接続されており、無線基地局3は複数の無線端末2を収容する。無線基地局3は、有線のネットワーク(以下、「NW」と記載)4を介して、無線端末2から定期的に通知されるデータ、例えば、TE1によるセンサ検出値をセンサデータサーバ5へ通知する。
制御部21は、当該無線端末2の制御を行うための機能を有する。無線端末2の制御とは、例えば無線チャネルの割当に関する処理、輻輳制御など通信可否の処理等を行うことである。TE接続インタフェース部22は、当該無線端末2と、当該無線端末2に接続するTE1間の接続インタフェースを実現する。無線信号処理部23は、当該無線端末2から無線基地局3に無線区間を介して信号を送信するための変調処理、及び、無線基地局3から当該無線端末2への無線区間を介した信号を受信するための復調処理を行う機能を有する。RTC24は、クロックを発信し、制御部21、無線信号処理部23、アクセス履歴記憶部25へクロックを提供する機能を有する。アクセス履歴記憶部25は、当該無線端末2による無線基地局3への過去のランダムアクセス履歴を示す履歴情報を記憶し、制御部21からの要求に対して当該履歴情報を検索する。
無線信号処理部31は、当該無線基地局3から無線端末2に無線区間を介して信号を送信するための変調処理、あるいは無線端末2から当該無線基地局3への無線区間を介した信号を受信するための復調処理を行う機能を有する。アクセス制御部32は、無線端末2からの無線チャネル(スロット)の割当要求を受信して無線チャネルの割当可否を判断し、割当可能な場合に割り当てるチャネルを選択して当該無線端末2へ通知する。データ転送部33は、チャネル割当を受けた無線端末2から当該無線基地局3へ送信されたデータを、有線インタフェース部34を介してセンサデータサーバ5に送信する機能と、センサデータサーバ5からTE1宛に送信されたデータを、当該TE1が接続されている無線端末2へ送信するためにデータを無線信号処理部31へ送信する機能を有する。有線インタフェース部34は、NW4を介してセンサデータサーバ5と接続するためのインタフェースを実現する。
同図に示すように、本実施形態に用いられるフレームは、1秒周期であり、1フレーム内に無線基地局3から当該無線基地局3配下の全ての無線端末2への報知に用いられる報知チャネル61、無線基地局3から特定の無線端末2へのデータ送信に用いられるダウンリンク(Downlink)ユーザデータチャネル62があり、同一フレーム内に、無線端末2から無線基地局3方向へのデータ送信に用いられるアップリンク(Uplink)ユーザデータチャネル63がある構成とする。アップリンクユーザデータチャネル63は、無線チャネルの割当要求に用いられるランダムアクセス領域631と、割り当てられた無線チャネルによってデータを送信するためのユーザデータ領域632とから構成される。
同図において、まず無線端末2の無線信号処理部23は、フレームのランダムアクセス領域631(図4)にて、無線基地局3との無線通信の確立を要求するために、スロット割当要求を無線基地局3に送信する(ステップS110)。無線基地局3のアクセス制御部32は、無線信号処理部31を介してスロット割当要求を受信すると、アップリンクユーザデータ内にてスロット割当を行う。無線信号処理部31は、アクセス制御部32の割当てたスロットを通知するためのスロット割当応答を報知チャネル61(図4)にて報知する(ステップS120)。当該スロット割当応答を受信した無線端末2の無線信号処理部23は、無線基地局3により割り当てられたスロットを用い、ユーザデータ領域632にてデータ送信を行う(ステップS130)。
センサ(TE1)にてセンサ検出値の送信等のために呼が生起し、無線端末2に対してセンサデータサーバ5へセンサ検出値を示すデータの送信を要求すると、無線端末2は、発信処理を行う(ステップS210)。当該無線端末2の制御部21は、TE接続インタフェース部22を介してTE1から送信データを受信すると、RTC24へ現在時刻の問い合わせを行い、現在時刻を取得する(ステップS220)。制御部21は、アクセス履歴記憶部25へ、RTC24から取得した現在時刻に対応する過去のアクセス履歴の問い合わせを行い、現在時刻に対応するアクセス履歴情報を取得する(ステップS230)。
図7のステップS210〜ステップS240の処理のように、無線端末2は、TE1からデータ送信要求を受け(ステップS410)、無線端末2の制御部21がアクセス履歴記憶部25から取得したアクセス履歴情報をチェックする(ステップS420)。無線端末2の制御部21は、試行回数が閾値以上であると判断した場合に、当該データ送信を要求したTE1にエラーを応答する(ステップS430、図7:ステップS310)。無線端末2は、データ送信要求を廃棄する。
このように、タイマ値生成部27にてタイマ値を生成することにより、過去の履歴情報を利用した輻輳制御を実施している同様の無線端末2間でタイマ待ち時間がランダムとなり、輻輳制御後の発信タイミングが分散される。
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。第1の実施の形態では、無線端末2が、チャネル割当要求の送信可否を当該無線端末2のアクセス履歴により判断していたが、本実施の形態では、無線基地局3から報知される輻輳状況を示す情報を用いて、チャネル割当要求の送信可否を判断する。
同図において、センサなどのTE1bは無線端末2bに接続されており、無線基地局3bは複数の無線端末2bを収容する。無線基地局3bは、NW4を介して、無線端末2bから受信したデータ、例えば、TE1によるセンサ検出値をセンサデータサーバ5へ通知する。
同図において、無線基地局3bは、無線信号処理部31、アクセス制御部32b、データ転送部33、有線インタフェース部34、トラヒック記憶部35、トラヒック管理部36、送信フレーム構成部37を備える。無線信号処理部31、データ転送部33、有線インタフェース部34については、第1の実施形態と同様である。
同図に示すように、本実施形態に用いられるフレームは、1フレーム内に無線基地局3bから当該無線基地局3b配下の全ての無線端末2bへの報知に用いられる報知チャネル61b、無線基地局3bから特定の無線端末2bへのデータ送信に用いられるダウンリンクユーザデータチャネル62があり、同一フレーム内に、無線端末2から無線基地局3方向へのアップリンクユーザデータチャネル63がある構成とする。報知チャネル61bは、輻輳状況情報611を含んでいる。また、アップリンクユーザデータチャネル63は、ランダムアクセス領域631と、ユーザデータ領域632とから構成される。
本実施形態の無線通信システムにおいて、センサ(TE1b)にてセンサ検出値の送信等のために呼が生起し、無線端末2bに対してセンサデータサーバ5へセンサ検出値を示すデータの送信を要求すると、無線端末2bは、無線基地局3bからの報知チャネルにより輻輳状況情報を受信する。輻輳状況情報により示される輻輳状況のレベルが閾値に満たなければ、無線基地局3bへランダムアクセス要求を送信し、無線基地局3bとの間の無線通信を確立してデータ送信処理を行う。一方、輻輳状況のレベルが閾値以上である場合は、以下のいずれかの再送処理を行う。
TE1bからデータ送信を受信した無線端末2bの制御部21bは(ステップS510)、輻輳状況のレベルが閾値以上である場合、この輻輳状況のレベルの情報をバックオフ時間生成部28に通知する。当該通知を受信したバックオフ時間生成部28は、受信した輻輳状況レベルに応じたバックオフ時間を生成し、制御部21bに通知する(ステップS520)。これは、例えば、輻輳状況レベルをパラメータとして用いた所定の関数によりバックオフ時間を求める。制御部21bは、バックオフ時間生成部28から受信したバックオフ時間の情報を、エラー応答とともにTE1bへ通知する(ステップS530)。TE1bは、無線端末2bから受信したバックオフ時間経過後に、無線端末2bへデータ送信要求を再送する(ステップS540)。
次に、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態では、第1の実施形態によるアクセス制御と、第2の実施形態によるバックオフ時間の組み合わせである。第1または第2の実施形態と同じ構成には同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。以下では、第2の実施形態との差分として説明する。本発明の第3の実施形態による無線通信システムの構成は、図11の第2の実施形態における無線端末2bを、図17に示す無線端末2cに置き換えたものである。
同図において、無線端末2cは、制御部21c、TE接続インタフェース部22、無線信号処理部23、RTC24、アクセス履歴記憶部25、バックオフ時間生成部28を備える。TE接続インタフェース部22、無線信号処理部23、RTC24、アクセス履歴記憶部25は第1の実施形態と、バックオフ時間生成部28は第2の実施形態と同様である。制御部21cは、当該無線端末2cの制御を行うための機能を有しており、輻輳制御においては、無線基地局3bから報知される輻輳状況の情報と、自身の保持するアクセス履歴情報を用いる。
TE1bからデータ送信要求を受信した無線端末2cの制御部21cは(ステップS610)、無線基地局3bから報知される報知情報から輻輳状況情報を取得する。また、制御部21cは、RTC24から現在時刻を取得し、取得した時刻に対応したアクセス履歴情報をアクセス履歴記憶部25から取得する。制御部21cは、輻輳状況情報で示される輻輳状況のレベル、アクセス履歴情報で示される当該時刻に対応したランダムアクセス平均試行回数の両者が、それぞれについて予め決められた閾値に満たない場合、無線基地局3bへランダムアクセスによりスロット割当要求を送信し、スロット割当応答を受信すると無線基地局3bとの無線通信を確立し、TE1bから送信要求された送信データをセンサデータサーバ5へ送信する。
なお、無線端末2cのアクセス履歴記憶部25が保持するアクセス履歴情報の更新は、第1の実施の形態と同様に行う。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
以下に、上記無線通信システムに適用されうる広域ユビキタスネットワークについて説明する。なお、広域ユビキタスネットワークについては、斎藤 洋、梅比良 正弘、守倉
正博、「広域ユビキタスネットワークインフラストラクチャに向けた考察」、電子情報通信学会論文誌 2005/11 Vol.J88−B No.11等に記載されている。
広域なネットワークインフラから見て、端末収容形態は、直接収容(直収)とゲートウェイを介しての収容の二つに分かれ、さらに後者はゲートウェイから先のネットワーク(「ローカルネットワーク」と記載)の形態で、ゲートウェイの端末収容とゲートウェイのネットワーク収容に分かれる。ゲートウェイの端末収容は、ローカルネットワーク内端末がゲートウェイとのみ通信する形態であり、ゲートウェイのネットワーク終了はローカルネットワーク内端末がローカルネットワーク内の他端末とも通信する形態である。
直収の場合のネットワークインフラは、現状では、携帯電話網が最有力である。ゲートウェイ収容の場合のネットワークインフラは、インターネットアクセスネットワークとインターネット・IP網、あるいは、携帯電話網と想定される。
図22は、広域ユビキタスネットワークシステムの構成例を示す。同図において、広域ユビキタスネットワークシステムは、無線端末101と、該無線端末101との無線通信が可能なゲートウェイノード(以下、GWノードと記す。)102〜105と、無線端末101の位置情報を保持する位置登録データベース109とを有する移動体通信ネットワークと、無線端末101からのメッセージ送信先としてのパーソナルコンピュータ(以下、PCと記す。)111、112が接続されるインターネット110とがインターネットゲートウェイ(以下、インターネットGWと記す。)113を介して接続されてなるネットワークシステムである。
無線端末101と、PC111またはPC112との間では、概略、次のように通信が行われる。
無線端末101からPC111、またはPC112へメッセージを送信する際には、GWノード102〜105のいずれかは、無線端末101より無線フレームを受信すると、登録管理システム108にアクセスして、無線端末ごとにメッセージの送信先の端末アドレスを特定し、該特定した送信先の端末であるPC111、またはPC112宛にインターネットGW113を介してメッセージを送信する。
ここでは、GWノード102〜105、中継ノード106、107、インターネットGW113は、すべてIPアドレスをもち、インターネット110を介してPC111,112と通信可能としている。
在圏端末リストに、もともとあった場合は、参照時刻を現在時刻に更新して保持する。
上記TCP/IPパケットを受信したPCは、メッセージを取り出し、GWノードにACKを返送する。上記ACKを受信したGWノードは、IPアドレスから、対応する保持しているメッセージを特定し、それを消去する。
2、2b、2c…無線端末
21、21b、21c…制御部
22…TE接続インタフェース部
23…無線信号処理部
24…RTC
25…アクセス履歴記憶部
26、26b、26c…データ一時記憶部
27…タイマ値生成部
28…バックオフ時間生成部
3…無線基地局
31…無線信号処理部
32、32b…アクセス制御部
33…データ転送部
34…有線インタフェース部
35…トラヒック記憶部
36…トラヒック管理部
37…送信フレーム構成部
4…NW
5…センサデータサーバ
101…無線端末
102〜105…GWノード
106、107…中継ノード
108…登録管理システム
109…位置登録データベース
110…インターネット
111、112…PC
113…インターネットGW
Claims (8)
- 端末機器に接続される無線端末と、前記無線端末と無線通信する無線基地局と、前記無線基地局に接続されるネットワークとからなる無線通信システムであって、
前記端末機器は、
前記ネットワーク上の装置宛のデータ送信要求を当該端末機器に接続される前記無線端末へ送信する送信手段
を備え、
前記無線端末は、
前記端末機器から前記データ送信要求を受信したときに、前記無線基地局との間の通信の輻輳状態の情報を取得し、取得した情報で示される輻輳状態が、ランダムアクセスを許可する所定の条件を満たしている場合に、前記無線基地局へランダムアクセスにより通信の要求を送信するランダムアクセス手段と、
送信した通信の要求に対応した応答を受信して確立された無線通信によって、前記端末機器から受信したデータ送信要求により要求された前記ネットワーク上の装置宛の送信データを前記無線基地局へ送信するデータ送信手段と、
前記ランダムアクセス手段により取得した前記情報で示される前記輻輳状態が、ランダムアクセスを許可する所定の条件を満たしていない場合に、前記端末機器へ待機時間を通知する通知手段と
を備え、
前記端末機器において、
前記送信手段は、前記無線端末から待機時間を受信した場合、受信した前記待機時間経過後に、前記データ送信要求を再送する、
ことを特徴とする無線通信システム。 - 前記輻輳状態の情報は、前記無線端末において保持される、時刻と、当該無線端末において当該時刻において行ったランダムアクセスの頻度とを対応づけたランダムアクセス履歴情報であることを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
- 前記輻輳状態の情報は、前記無線基地局から報知される、輻輳状況の情報であることを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
- 前記無線基地局は、
前記無線端末から受信したランダムアクセスに基づく輻輳状況を前記無線端末へ報知する報知手段を備え、
前記無線端末において、
前記ランダムアクセス手段は、前記データ送信要求を受信した時刻に対応したランダムアクセスの頻度、及び、前記無線基地局から報知される輻輳状況がランダムアクセスを許可する所定の条件を満たしている場合に、前記無線基地局へランダムアクセスにより通信の要求を送信する、
ことを特徴とする請求項2に記載の無線通信システム。 - 前記無線端末は、
前記無線基地局から報知される輻輳状況が、ランダムアクセスを許可する所定の条件を満たしていない場合に、複数の他の無線端末間において時間が分散されるように待機時間を生成する待機時間生成手段をさらに備え、
前記通知手段は、前記待機時間生成手段により生成した待機時間を前記端末機器へ通知する、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の無線通信システム。 - 端末機器に接続される無線端末と、前記無線端末と無線通信する無線基地局と、前記無線基地局に接続されるネットワークとからなる無線通信システムにおける前記無線端末であって、
前記端末機器から前記ネットワーク上の装置宛のデータ送信要求を受信したときに、前記無線基地局との間の通信の輻輳状態の情報を取得し、取得した情報で示される輻輳状態が、ランダムアクセスを許可する所定の条件を満たしている場合に、前記無線基地局へランダムアクセスにより通信の要求を送信するランダムアクセス手段と、
送信した通信の要求に対応した応答を受信して確立された無線通信によって、前記端末機器から受信したデータ送信要求により要求された前記ネットワーク上の装置宛の送信データを前記無線基地局へ送信するデータ送信手段と、
前記ランダムアクセス手段により取得した前記情報で示される前記輻輳状態が、前記輻輳状態がランダムアクセスを許可する所定の条件を満たしていない場合に、前記端末機器へ待機時間を通知する通知手段と、
を備えることを特徴とする無線端末。 - 端末機器に接続される無線端末と、前記無線端末と無線通信する無線基地局と、前記無線基地局に接続されるネットワークとからなる無線通信システムに用いられる輻輳制御方法であって、
前記端末機器が、
前記ネットワーク上の装置宛のデータ送信要求を当該端末機器に接続される前記無線端末へ送信する送信過程と、
前記無線端末が、
前記端末機器から前記データ送信要求を受信したときに、前記無線基地局との間の通信の輻輳状態の情報を取得し、取得した情報で示される輻輳状態が、ランダムアクセスを許可する所定の条件を満たしている場合に、前記無線基地局へランダムアクセスにより通信の要求を送信するランダムアクセス過程と、
送信した通信の要求に対応した応答を受信して確立された無線通信によって、前記端末機器から受信したデータ送信要求により要求された前記ネットワーク上の装置宛の送信データを前記無線基地局へ送信するデータ送信過程と、
前記ランダムアクセス過程で取得した前記情報で示される前記輻輳状態が、ランダムアクセスを許可する所定の条件を満たしていない場合に、前記端末機器へ待機時間を通知する通知過程と、
前記端末機器が、
前記無線端末から待機時間を受信した場合に、受信した前記待機時間経過後に、前記データ送信要求を再送する再送過程と
を有することを特徴とする輻輳制御方法。 - 端末機器に接続される無線端末と、前記無線端末と無線通信する無線基地局と、前記無線基地局に接続されるネットワークとからなる無線通信システムにおける前記無線端末として用いられるコンピュータを、
前記端末機器から前記ネットワーク上の装置宛のデータ送信要求を受信したときに、前記無線基地局との間の通信の輻輳状態の情報を取得し、取得した情報で示される輻輳状態が、ランダムアクセスを許可する所定の条件を満たしている場合に、前記無線基地局へランダムアクセスにより通信の要求を送信するランダムアクセス手段、
送信した通信の要求に対応した応答を受信して確立された無線通信によって、前記端末機器から受信したデータ送信要求により要求された前記ネットワーク上の装置宛の送信データを前記無線基地局へ送信するデータ送信手段、
前記ランダムアクセス手段により取得した前記情報で示される前記輻輳状態が、ランダムアクセスを許可する所定の条件を満たしていない場合に、前記端末機器へ待機時間を通知する通知手段、
として動作させることを特徴とするコンピュータプログラム。
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