JP4664144B2 - 移動体通信システム - Google Patents
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Description
このシステムでは無線チャネルが音声チャネルとデータチャネル(帯域により2系統)に分かれており、音声チャネルは音声通話時にチャネルを確保して使用し、データチャネルは、必要時にチャネルを確保し通信するように構成されている。
無線通信はデジタル化されているが、通信プロトコルはIP(Internet Protocol)化されていない。
また、モバイルルータを自動車に搭載し、無線LANや携帯電話ネットワークを通してインターネットアクセスする実験も通信機器メーカー等で実施されている。このシステムも同様にモバイルIPを適用している。
このため、無線Link接続からハンドオーバ完了するまでの間に待ち時間が発生し、通信が待たされるという問題があった。
移動体に搭載され、配下にネットワークで接続された複数の端末を有するモバイルルータと、前記移動体の移動経路に沿って形成され、それぞれ無線基地局を有する複数の無線ネットワークと、前記モバイルルータの使用可能帯域を算出すると共に外部ネットワークに接続されるホームエージェントを備え、モバイルIP(Internet Protocol)ネットワークモビリティ技術に基づいた移動体通信システムにおいて、
前記モバイルルータが、隣接する無線ネットワークに移動したこと無線Linkの階層で検出し、その検出信号には無線Linkの情報を含むハンドオーバ事前検出装置をさらに備え、
前記モバイルルータはハンドオーバ事前検出装置の検出信号に含まれる情報に基づいて通信に必要な帯域を算出し、通信帯域要求を前記ホームエージェントに送信し、かつ前記ホームエージェントからの使用可能帯域を送信パケットが越えないようUp Link無線通信帯域の制限機能を有し、、
前記ホームエージェントは前記モバイルルータからの通信帯域要求に対してモバイルルータが侵入した無線ネットワークの無線基地局の使用可能な通信帯域を計算し、モバイルルータに使用可能帯域を通知するとともに、Down Link無線通信帯域の制限機能を有することを特徴とする。
また、通信帯域を常に算出する機能を有することで、通信帯域を公平に分配または意図的に通信帯域の大小を調整することが出来る。
図1は、この発明に係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、基本的にモバイルIPのネットワークモビリティ(NEMO)技術に基づいて動作する。周知のようにモバイルIPは個々の端末が位置登録/更新を行うのに対して、モバイルIP ネットワークモビリティでは移動するネットワーク(モバイルネットワーク)をモバイルネットワーク単位でモバイルルータが位置登録/更新を実行する。従って、モバイルルータ配下に接続されている端末はモバイルIPの位置登録/更新の手続きをする必要がない。
地上系ネットワークには、無線基地局10a、10b、10c、アクセスルータ11a、11b、モバイルルータ1の位置を捕捉するホームエージェント12、このホームエージェント12の外部のIPネットワーク14に設けられたWebサーバ13を備える。
各無線ネットワーク15a〜15cはIPレベルで異なるサブネットワークに分かれている。各サブネットワーク間を移動する場合はモバイルIPのハンドオーバが発生する。
無線ネットワーク15a〜15cの基地局10a〜10cは、これら無線基地局を収容するアクセスルータ11a〜11bに接続されている。
ホームエージェント12は、モバイルルータ1のホームアドレスと気付けアドレスの関係を管理し、外部のネットワークからモバイルルータ1の配下にあるネットワーク宛てのパケットを捕捉して、ホームエージェント12とモバイルルータ1間のIPトンネル内にパケットを流し、モバイルルータ1でIPトンネルから配下のネットワークにパケットをフォワードする。
まず、通常のユーザデータの流れを、列車5内の移動端末3bが地上系ネットワークの外部IPネットワーク14にあるWebサーバ13と通信する場合を例にとって説明する。
列車5に設置されたモバイルルータ1と無線インタフェースアダプタ2aが基地局10bのネットワークに進入すると、無線インタフェースアダプタ2aは、基地局10bのネットワークに入ったことをレイヤ2トリガとしてモバイルルータ1にメッセージで報告する(201)。レイヤ2トリガのメッセージには図3に示すように各無線チャネルのLinkのステータス(Link Up/link Down)、無線Linkの信頼性(高・中・低)、無線Linkの帯域情報(レート)が含まれている。
モバイルルータ1は、レイヤ2トリガのメッセージを受信すると、通信帯域を計算し(202)、無線帯域分の通信帯域要求メッセージを基地局10b、アクセスルータ11aを経由してホームエージェント12に送信する(203)。
ホームエージェント12は計算した通信帯域に合わせて、モバイルルータ1宛のパケットが通信帯域を越えないように帯域抑制機能にて調整する(207)。
モバイルルータ1は最終的な使用可能帯域通知をホームエージェント12から受信すると、ホームエージェント12に対して位置登録要求を無線インタフェースアダプタ2a、漏洩同軸ケーブル15b、基地局10b、アクセスルータ11a経由にて実施する(205)。
また、モバイルルータ1は最終的な使用可能帯域通知をホームエージェント12から受信すると、ホームエージェント12と同様にホームエージェント12宛のパケットが通信帯域を越えないように帯域抑制機能にて調整する(208)。
位置登録完了後、ホームエージェント12からモバイルルータ1までモバイルIPの仮想的なトンネリングが張られる(207)。
また、ホームエージェント12はモバイルルータ1に使用可能帯域を通知後、モバイルルータ1へのIPトンネリング時のみ帯域を使用可能帯域に制限する機能を有効とする。
使用可能帯域の通知を受けた(204)モバイルルータ1はホームエージェント12と同様にIPトンネリング時のみ帯域を使用可能帯域に制限する。位置登録完了後、モバイルルータ1からホームエージェント12までモバイルIPの仮想的なトンネリングが張られ(208)、前記ユーザートラフィックがモバイルルータ1とホームエージェント12間のIPトンネル内を通過するようになる。
サブネットワーク間の移動が無い限り、前記のIPトンネルを通して外部のIPネットワーク14との通信が継続される。
列車5に設置されたモバイルルータ1と無線インタフェースアダプタ2aが基地局10bのネットワークから基地局10cのネットワークに進入すると、無線インタフェースアダプタ2aは、基地局10cのネットワークに入ったことをレイヤ2トリガとしてモバイルルータ1にメッセージで報告する(301)。レイヤ2トリガのメッセージには図3に示すように各無線チャネルのLinkのステータス(Link Up/link Down)、無線Linkの信頼性(高・中・低)、無線Linkの帯域情報(レート)が含まれている。
モバイルルータ1は、レイヤ2トリガのメッセージを受信すると、無線基地局間ハンドオーバと認識し通信帯域を計算し(302)、無線帯域分の通信帯域要求メッセージを基地局10c、アクセスルータ11bを経由してホームエージェント12に送信する(303)。
ホームエージェント12は計算した通信帯域に合わせて、モバイルルータ1宛のパケットが通信帯域を越えないように帯域抑制機能にて調整する(308)。
モバイルルータ1は最終的な使用可能帯域通知をホームエージェント12から受信すると、ホームエージェント12に対して位置登録要求を無線インタフェースアダプタ2a、漏洩同軸ケーブル15c、基地局10c、アクセスルータ11b経由にて実施する(305)。
また、モバイルルータ1は最終的な使用可能帯域通知をホームエージェント12から受信すると、ホームエージェント12と同様にホームエージェント12宛のパケットが通信帯域を越えないように帯域抑制機能にて調整する(309)。
位置登録完了後、ホームエージェント12からモバイルルータ1までモバイルIPの仮想的なトンネリングが張られる。モバイルルータ1は位置登録応答を受信すると、配下の移動端末3bにアプリケーショントリガを送信する(310)。移動端末3bはこのアプリケーショントリガで通信を開始する。
無線基地局10a→無線基地局10bへのハンドオーバを例にとり、図5を参照して説明する。
基地局10aに接続されていた無線インタフェースアダプタ2aが列車5の移動により、基地局10bに接続されると無線インタフェースアダプタ2aは、無線Linkが変更されたことをレイヤ2トリガとしてモバイルルータ1にメッセージで報告する(S501)。
モバイルルータ1は、予め設定されているハンドオーバ条件に合致するか否か判定する(S502)。合致した場合にハンドオーバ動作を開始する。(例えば、無線チャネル1、2がLink Upしている状態の時、ハンドオーバ条件成立とするなど。)
ハンドオーバ条件の設定は、各移動体に固定的に設定されても、随時変更されても構わないが、本実施の形態では説明を簡略化する為に、固定的に設定されているものとする。
モバイルルータ1は、無線帯域分の通信帯域要求メッセージをアクセスルータ11aに送信する(S503)。アクセスルータ11aはモバイルルータ1からの通信帯域要求メッセージをホームエージェント12に送信する(S504)。ホームエージェント12は基地局10bの使用可能な通信帯域を計算(S505)し、モバイルルータ1に最終的な使用可能帯域をアクセスルータ11a経由で通知する(S506)。
ホームエージェント12はモバイルルータ1に使用可能帯域を通知後、モバイルルータ1へのIPトンネリング時のみ帯域を使用可能帯域に制限する機能を有効とする。
使用可能帯域の通知を受けた(S507)モバイルルータ1はホームエージェント12と同様にIPトンネリング時のみ帯域を使用可能帯域に制限(S508)し、無線チャネルCh1/Ch2を使用して、ホームエージェント12に対して新しいネットワークの位置登録を実施する(S509)。
前記位置登録完了後、ユーザートラフィックがモバイルルータ1とホームエージェント12間のIPトンネル内を通過するようになる。
図4は同一無線エリア内に他のモバイルルータが進入してきた場合の通信帯域の変動をグラフ化したものである。
最初、ホームエージェント12は列車Aが進入時に通信帯域を割り当てる。通信帯域割当てのメカニズムは前記の方式により、列車Aの要求してきた通信帯域は通信帯域全体より少ない為、要求通り通信帯域が割り当てられる。
通信帯域の削減は、接続チャネルの切断による無線Linkの削減とモバイルルータ1、ホームエージェント12の通信帯域抑制機能の設定値を変更することで実現する。
図6は、実施の形態2のシステム構成図である。
基本的に実施の形態1と同じだが無線ネットワークシステムの構成が異なる。図6において無線ネットワークは無線LANアクセスポイント18a〜18cで構成されている。
図7は実施の形態2のレイヤ2トリガを説明する図である。
通信に関する基本的な動作(通常のユーザデータの流れ)は実施の形態1と同じになる為、説明は省略し、移動時の動作について説明する。
無線基地局18a→無線基地局18bへのハンドオーバを例にとって説明する。
基地局18aに接続されていた無線インタフェースアダプタ2bが、基地局18bに接続されると無線インタフェースアダプタ2bは、無線Linkが変更されたことをレイヤ2トリガとしてモバイルルータ1にメッセージで報告する。
レイヤ2トリガは各無線チャネルのステータスが変化する度に無線インタフェースアダプタ2bからモバイルルータ1に送信される。
モバイルルータ1は、予め設定されているハンドオーバ条件に合致した場合にハンドオーバ動作を開始する。(例えば、Rateが5Mを越えたときに条件成立とするなど。)
ハンドオーバ条件の設定は、各移動体に固定的に設定されても、随時変更されても構わないもとするが、本実施の形態では説明を簡略化する為に、固定的に設定されているものとする。
モバイルルータ1は、無線帯域分の通信帯域要求メッセージをホームエージェント12に送信する。ホームエージェント12は基地局18bの使用可能な通信帯域を計算し、モバイルルータ1に最終的な使用可能帯域を通知する。
ホームエージェント12はモバイルルータ1に使用可能帯域を通知後、モバイルルータ1へのIPトンネリング時のみ帯域を使用可能帯域に制限する機能を有効とする。
使用可能帯域の通知を受けたモバイルルータ1はホームエージェント1と同様にIPトンネリング時のみ帯域を使用可能帯域に制限し、ホームエージェント12に対して新しいネットワークの位置登録を実施する。
前記位置登録完了後、ユーザートラフィックがモバイルルータ1とホームエージェント12間のIPトンネル内を通過するようになる。
無線帯域調整は無線LAN Linkの通信帯域を例えば、11Mbpsから2Mbpsに変更しそれに通信帯域制限機能を合わせる形で実施する。
図8は実施の形態3のシステム構成図である。
実施の形態3は、基本的には実施の形態1、実施の形態2と同じであるが、無線I/Fが漏洩同軸ケーブル無線と無線LANの複数種類設置されていることが他の実施の形態と異なり、実施の形態1と実施の形態2を組み合わせたシステムである。
この実施の形態の動作は、無線I/Fに漏洩同軸ケーブル無線を用いる場合は実施の形態1と、無線I/Fに無線LANを用いる場合は実施の形態2と同様な動作をする。
実施の形態3のように複数の異なる無線インタフェースを実装することにより、夫々の無線インタフェースのシステムに対応可能となる。
Claims (4)
- 移動体に搭載され、配下にネットワークで接続された複数の端末を有するモバイルルータと、
前記移動体の移動経路に沿って形成され、それぞれ無線基地局を有する複数の無線ネットワークと、
前記モバイルルータの使用可能帯域を算出すると共に外部ネットワークに接続されるホームエージェントを備え、モバイルIP(Internet Protocol)ネットワークモビリティ技術に基づいた移動体通信システムにおいて、
前記モバイルルータが、隣接する無線ネットワークに移動したこと無線Linkの階層で検出し、その検出信号には無線Linkの情報を含むハンドオーバ事前検出装置をさらに備え、
前記モバイルルータはハンドオーバ事前検出装置の検出信号に含まれる情報に基づいて通信に必要な帯域を算出し、通信帯域要求を前記ホームエージェントに送信し、かつ前記ホームエージェントからの使用可能帯域を送信パケットが越えないようUp Link無線通信帯域の制限機能を有し、、
前記ホームエージェントは前記モバイルルータからの通信帯域要求に対してモバイルルータが侵入した無線ネットワークの無線基地局の使用可能な通信帯域を計算し、モバイルルータに使用可能帯域を通知するとともに、Down Link無線通信帯域の制限機能を有することを特徴とする移動体通信システム。 - 前記ホームエージェントは、移動体に搭載されたモバイルルータが接続されている同一無線基地局に他の移動体に搭載されたモバイルルータが接続された場合に、無線基地局及び通信経路の通信帯域内に実行中の全ての通信が収まるように帯域調整して、接続されている各モバイルルータに通知し、前記各モバイルルータは前記ホームエージェントからの帯域調整により自己の使用可能帯域の帯域調整をする機能を備えた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。
- 前記ハンドオーバ事前検出装置はその検出信号に無線Linkの接続・切断以外に接続した無線Linkの通信帯域、通信品質情報を含み、モバイルルータへ検出信号を送信する機能を有する機構を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の移動体通信システム。
- 前記モバイルルータは、ハンドオーバを実行し、ホームエージェントからモバイルルータまで仮想的なトンネリングが確保された時点でモバイルルータ配下に接続されているノード装置へ通信開始を支持するメッセージを送信する機能を有する機構を備えたことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の移動体通信システム。
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