JP4597065B2 - ハンドオーバ時の信号損失補償方法及びパケット交換機 - Google Patents

Description

本発明は移動通信システムにおけるハンドオーバ時の信号損失補償方法及びパケット交換機に関する。

移動通信システム設計において、基地局間ハンドオーバ時にユーザデータが欠落しないようにすることは極めて重要である。移動通信システムの国際標準方式の１つであるIMT-2000方式では、非リアルタイムサービスのユーザデータに関し、基地局上位の無線制御局と移動局との間でデータリンクレイヤ用の再送プロトコルが用意されている（これについては非特許文献１参照。）。基地局間でハンドオーバがなされる場合であっても、それら上位の無線制御局は同じである。従ってハンドオーバ時にユーザデータが欠落しそうな場合でも、無線制御局がそれらを再送することで信号損失を補償することができる。
3GPP標準化仕様書TS25.322

ハンドオーバ時にユーザデータが欠落する要因としては、（ａ）無線チャネル切替時に一時的に通信が途絶え、基地局はユーザデータを送信したがそれらを移動局が受信できなかった場合や、（ｂ）ハンドオーバ元基地局でユーザデータを送信することができずに滞留していたユーザデータがハンドオーバ後に破棄される場合等が考えられる。特に後者はワールドワイドウエブ（ＷＷＷ）アクセス等のＴＣＰプロトコルを用いた非リアルタイムサービスで発生することが多い。これは無線伝送速度及びＴＣＰプロトコルの送信量制御の双方に起因する。様々に変動する無線チャネル状態に合わせて適宜最大スループットが得られるように無線伝送速度は制御されるので、汎用のＴＣＰプロトコルが使用される限り、基地局にユーザデータが滞留することを回避するのは困難である。

しかしながら、このような再送プロトコルは、個々のユーザデータについて送達確認を行う必要があること、ユーザデータの受信の成否を示す肯定応答（ＡＣＫ）又は否定応答（ＮＡＣＫ）のような状態管理が必要なこと、送信量を制御するためのウインドウ制御（スライディングウインドウ制御等）が必要なこと、各種の制御を行うためのパラメータを最適化しなければならないこと等の点で複雑である。また、移動局は肯定応答（ＡＣＫ）を無線送信するので、そのような制御情報のための上りリンクのリソースも確保されなければならない。これは制御情報用のリソースを節約する観点からは望ましくない。

本発明は、上記問題点の少なくとも１つに対処するためになされたものであり、その課題は、ハードハンドオーバ時の再送制御を簡易化することである。

本発明による方法は、無線基地局、移動局、複数の無線基地局に接続されるパケット交換機により構成される移動通信システムで使用される。パケット交換機は下りユーザデータを基地局に中継する場合に、全ての下りユーザデータの複製を行い予め定めた一定期間保持する。ハンドオーバ元の基地局は送信未完了となった下りユーザデータを破棄し、破棄した下りユーザデータをパケット交換機に通知する。パケット交換機は保持している下りユーザデータに関して、ハンドオーバ元から破棄通知を受けた場合、破棄したユーザデータをハンドオーバ先の基地局に送信する。

本発明により、ハードハンドオーバ時の再送制御を簡易化することができる。

本発明によれば、複数の基地局に接続されたパケット交換機は、下りのユーザデータ全てを複製し、それらを一旦保持する。ハンドオーバ元基地局から受信した破棄通知（未送信情報）に従って、パケット交換機は移動局に未送信のユーザデータを特定し、それらをハンドオーバ先基地局に転送する。未送信情報はハンドオーバ元基地局が移動局に未だ送信していないユーザデータが何であるかを示す情報を含む。これらのユーザデータはハンドオーバに起因して最早移動局に送信できないので、ハンドオーバ元基地局で破棄される。パケット交換機で複製されたユーザデータが保持される期間は一定の期間であり、その期間経過後に、複製及び保持されたユーザデータは破棄される。下りのユーザデータ全てが複製され、それらが一旦保持されるので、パケット交換機が個々のユーザデータの状態管理を行わなくてもよい。パケット交換機は基地局からの要請に応じて、保持しているユーザデータを再送できるからである。また、肯定応答（ＡＣＫ）に基づくスライディングウインドウ制御も行われなくてよい。

パケット交換機は、複製されたユーザデータを保持した後、一定の期間経過後に破棄してもよい。一定の期間はユーザデータの種別に応じて異なってもよい。例えばノンリアルタイムデータとは異なり、リアルタイムデータのようなユーザデータが長期間保持されていたとしてもそれらの利用価値は低いので、比較的短い期間経過後にそれらは破棄されてよい。

図１は本発明の一実施例による移動通信システムを示す。図１には移動局１０１、基地局１０２、パケット交換機１０３及びパケットネットワーク１０４が示されている。移動局１０１は物理レイヤからアプリケーションレイヤまでの全レイヤの機能を有する。特に移動局１０１は発着信やハンドオーバ等の無線制御機能を有する。本実施例では基地局１０１は１つの基地局としか接続できず、ハンドオーバ時にはネットワーク側から指示されたタイミングで無線チャネルが切り替えられる。即ちセル又はセクタの切替はハードハンドオーバ(hard hand over)で行われる。

基地局１０２も発着信やハンドオーバ等の無線制御機能を有することに加えて、基地局１０２は無線側と有線側のプロトコル変換機能、経路切替要求をパケット交換機に送出する機能等を有する。更に基地局１０２はハンドオーバの際に送信バッファに滞留しているユーザデータを破棄し、破棄したユーザデータが何であるかを特定する情報（未送信情報）をパケット交換機に通知する機能を有する。後述されるようにハンドオーバ元基地局で破棄され移動局に未送信のユーザデータと同一内容のユーザデータ（複製物）が、ハンドーバ先基地局から移動局に伝送される。

パケット交換機１０３は上位側のパケットネットワークと基地局との間でユーザデータの中継すること、ユーザデータの経路を選択すること等のようなユーザデータに関する処理を行う。パケット交換機１０３については図２を参照しながら更に説明される。

パケットネットワーク１０４は例えばインターネットプロトコル（ＩＰ）を使用するネットワークであり、様々なサービスアプリケーションサーバや端末等に接続されている。

図２はパケット交換機１０３の機能を説明するための図を示す。実際のパケット交換機には図示の機能だけでなく他の様々な機能があるが、図示の簡明化及び本発明の理解を促すために、本発明に直結しない事項は省略されている（他の図でも同様である。）。説明の便宜上、パケット交換機１０３がパケットネットワーク１０４からユーザデータＡ〜Ｆを順に受信したとする。パケット交換機はユーザデータを受信し、複製し（２０１）、何らかの記憶装置にそれらを保持する。図中左側に、ユーザデータＡ〜Ｆが時間順に保持されている様子が示されている。そして、パケット交換機は転送先の基地局を特定し、受信したユーザデータをそこに転送する（２０２）。保持された後一定の期間経過後にユーザデータは破棄される（２０３）。一定の期間はユーザデータの種別に応じて異なってもよい。例えば非リアルタイムデータとは異なり、リアルタイムデータのようなユーザデータが長期間保持されていたとしてもそれらの利用価値は低い。従ってリアルタイムデータの複製物は比較的短い期間経過後に破棄されてよいかもしれない。

ユーザデータが保持されている間に、ハンドオーバ元基地局１０２からの未送信情報に応答して、パケット交換機１０３は未送信情報で指定されるユーザデータを抽出する。未送信情報は、ハンドオーバ元の基地局で受信済みであるが、未だ移動局に転送されていないユーザデータを示す。抽出されたユーザデータはハンドオーバ先基地局に送信され、それらは移動局に伝送される。

図３は本発明の一実施例による基地局間ハンドオーバ方法例を示す。実際には他の様々な手順がなされるが、図３では本発明に直結する事項（特に、ハンドオーバに関する手順）に特化して説明が行われ、他の手順やシグナリングが付加的に行われてもよい。

或る移動局宛のユーザデータＡ〜Ｆがその順序で或る周期で又は不定期的にパケット交換機１０３で受信されるとする（３０１）。これらのユーザデータは、そのユーザが接続中のハンドオーバ元基地局（ＨＯ元基地局）に転送され、ＨＯ元基地局のバッファに格納される。ＨＯ元基地局は無線チャネル状態に応じて適切なデータ伝送速度でユーザデータを移動局に順に無線送信する。従って無線チャネル状態によっては−例えば無線品質の悪化やトラフィック輻輳等によって−ＨＯ元基地局はユーザデータを受信済みであるが移動局に送信できないこともある。

移動局がセル端に移動したりするとハンドオーバすべきことが検出され（３０２）、ハンドオーバ要求（ＨＯ要求）がＨＯ元基地局に送信される（３０３）。ハンドオーバのトリガは他のイベントでもよい。この要求を受信したＨＯ元基地局はハンドオーバ先基地局（ＨＯ先基地局）を選択し、その旨を移動局に指示する（３０４）。ハンドオーバの要否判断やハンドオーバ先の決定等のハンドオーバに関する処理は、ユーザデータの送受信処理とは独立して行われる。

ＨＯ元基地局は、移動局に未送信のユーザデータを破棄し（３０５）、どのユーザデータが破棄されたかを示す未送信情報をパケット交換機に通知する（３０６）。図示の例ではＨＯ元基地局はユーザデータＡ〜Ｆを受信し、ユーザデータＡ，Ｂ，Ｃは移動局に送信済みであるが、ユーザデータＤ，Ｅ，Ｆはハンドオーバすべきことが通知された時点で未だ送信されていない。この場合に、ＨＯ元基地局はユーザデータＤ，Ｅ，Ｆを破棄し、そのことを示す未送信情報がパケット交換機に通知される。ＨＯ元基地局が破棄してパケット交換機に通知するユーザデータは、ＨＯ元基地局が一度も送信しなかったユーザデータだけでなく、送達未確認のユーザデータをも含んでよい。

パケット交換機は未送信情報の通知を受けたことに応答して、未送信情報で特定されるユーザデータＤ，Ｅ，Ｆを記憶手段から抽出し、それらをＨＯ先基地局に転送する（３０７）。ユーザデータの転送先がＨＯ元基地局からＨＯ先基地局へ変更されるべきことは、ＨＯ元基地局でハンドオーバすべきことが決定された後に、ＨＯ元基地局からパケット交換機に通知される。本実施例では未送信情報の通知が、ユーザデータの転送先変更の通知も兼ねている点に留意を要する。この通知は未送信情報の通知とは別に行われてもよい。

ハンドオーバが完了すると、移動局はＨＯ先基地局にその旨を通知する。この通知に応答して、ＨＯ先基地局はユーザデータＤ，Ｅ，Ｆを移動局に送信する。以後、パケット交換機に到着したそのユーザ宛のユーザデータはＨＯ先基地局を通じて移動局に伝送される。

これにより、ユーザはユーザデータＡ〜Ｆの全てを損失なく受信できる。下りのユーザデータは全てパケット交換機で一定の期間の間記憶されるので、ハンドオーバのタイミングがその期間内に収まっている限り、ユーザはユーザデータを損失なく受信できる。従ってパケット交換機がユーザデータを保持する時間はラウンドトリップ時間（ＲＴＴ）や許容遅延量を考慮して決定されることが望ましい。

移動通信システムを示す図である。 パケット交換機の機能を説明するための図を示す。 本発明の一実施例による基地局間ハンドオーバ方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１ 移動局
１０２ 基地局
１０３ パケット交換機
１０４ パケットネットワーク

Claims (4)

1. 無線基地局、移動局、複数の無線基地局に接続されるパケット交換機により構成される移動通信システムで使用されるハンドオーバ時の信号損失補償方法であって、
   パケット交換機は下りユーザデータを基地局に中継する場合に、全ての下りユーザデータの複製を行い予め定めた一定期間保持し、
   ハンドオーバ元の基地局は送信未完了となった下りユーザデータを破棄し、破棄した下りユーザデータをパケット交換機に通知し、
   パケット交換機は保持している下りユーザデータに関して、ハンドオーバ元から破棄通知を受けた場合、破棄したユーザデータをハンドオーバ先の基地局に送信する
   ことを特徴とするハンドオーバ時の信号損失補償方法。
2. 複製したユーザデータを保持する期間は、ユーザデータ毎に設定可能で、該当ユーザデータのリアルタイム性に応じて異なる設定を行う
   ことを特徴とする請求項１記載の信号損失補償方法。
3. 複数の無線基地局に接続されたパケット交換機であって、
   下りユーザデータを無線基地局に中継する場合に、全ての下りユーザデータの複製を行い予め定めた一定期間保持し、
   ハンドオーバ元の無線基地局で送信未完了となりハンドオーバ元の無線基地局で破棄された下りユーザデータを示す破棄通知を受信し、
   破棄通知により示される下りユーザデータを、保持している下りユーザデータから抽出し、ハンドオーバ先の無線基地局に送信する
   ことを特徴とするパケット交換機。
4. 複製したユーザデータを保持する期間は、ユーザデータ毎に設定可能で、該当ユーザデータのリアルタイム性に応じて異なる設定を行う
   ことを特徴とする請求項３記載のパケット交換機。

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