JP4714751B2 - 異種の移動通信ネットワークの物理層の同期化のための方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は、無線通信ネットワークに関する。さらに詳しくは、異種混成ネットワーク構成におけるセルラー無線ネットワークと無線ローカルエリアネットワークとの物理層間の同期化に関する。このような同期化は、上記システムの双方をサポートする無線通信インフラノード又は装置の効率的な動作に不可欠である。
GSM/GPRS又はUMTSのようなセルラーネットワークのパケットサービスでは、無線リソースは、通常、予め規定された固定長の時間間隔単位で管理される。例えば、GSMのGPRSでは、パケットチャネルは、タイムスロットの時間単位で割り当てられる。UMTSの場合、データは送信時間間隔(TTI)の時間単位で物理チャネル上を送信される。一つのTTI中に、一つのいわゆるトランスポートブロックセットが無線インタフェース上の物理層によって伝送される。TTIは、常に、最小インタリーブ期間(例えば、一つのRF(無線フレーム)の長さに相当する10ms)の倍数である。MAC(媒体アクセス制御)は、TTI毎に一つのトランスポートブロックセットを物理層へ転送する。一般性を失うことなく、UMTSの用語を以下の本発明の説明で使用する。UMTS技術の高速パケット伝送用の拡張として、高速ダウンリンクパケットアクセス(HSDPA)がある。これは、最大20Mbpsのデータ伝送を行うW−CDMAダウンリンクにおけるパケットベースのデータサービスを可能にする。HSDPAの実現は、適応変調符号化(AMC)、多入力多出力(MIMO)、ハイブリッド自動再送要求(HARQ)、高速セルサーチ、及び高度な受信機設計を含む。
数ある適用可能なセルラーRAN技術の中には、高速パケット伝送1xEV−DVを行うCDMA2000がある。
UMTSにおけるTTIは、固定のサイズであり、2、10、20、40、80msの値をとり得る。TTI値は、あまり動的には変化し得ない。セッション内で、TTIサイズは上記の値の内の一つからの他の値へ変化し得るが、これはユーザ端末とネットワークとの間のシグナリングを必要とする。しかし、TTI値の変化が起きるとしても、それはTTIサイズが上記の値のうちの一つの値から同グループ内の他の値へ変化するにすぎない。
さらに、UMTSでは、各フレーム及び各スロットへの付番によるタイミング構成がある。UMTSが他の無線アクセス技術と緊密に協働する場合、無線アクセススケジューラが必要になる。無線アクセススケジューラは、予め規定された動作周期とクロック又はカウンタによって制御されるタイミング構成とを有する必要がある。こうした理由により、UMTSが無線ローカルエリアネットワークと緊密に協働しているとき、無線アクセススケジューリング周期は、UMTSのTTIの倍数Mに等しくなると仮定するのは正しい。
無線アクセススケジューリング周期=M×UMTS_TTI (1)
さらに、無線アクセススケジューリング周期は、TTIの開始時に始まるものと仮定される。
例えば、IEEE802.11プロトコルに準拠した無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)では、同一チャネル上での異なる送信の衝突を避けるために、無線インタフェースリソースは送信機又は送信リンクのために予約されなければならない。上記のようなネットワークは、一般に、複数の非同期の装置からなるので、この予約メカニズムを同期させるためのクロックはなく、予約の持続時間は、送信の瞬時的な要求に応じて可変とされ得る。一般性を失うことなく、IEEE802.11gの用語を以下の本発明の説明で使用する。
IEEE802.11gでは、チャネルが予約される期間の長さは、0〜32767μsecの範囲の任意の値をとり得る。さらに、各チャネル予約が終了するとその後に休止(idle)期間が続く。この期間は、フレーム間時間間隔(IFS:inter-frame space)と呼ばれ、WLAN基本サービスセット(BSS)内の調整(coordination)タイプにより異なる値をとり得る。分散調整機能(DCF)の場合、このフレーム間はDIFS(DCFフレーム間時間間隔)と呼ばれる。集中制御の場合、つまりポイント調整機能(PCF)の場合には、この間隔はPIFS(PCFフレーム間時間間隔)と呼ばれる。これらのフレーム間時間間隔が異なる値を有するのは、MACが多くの優先度をユーザに与えるためにこれらの間隔時間を使用するからである。PCF制御がリアル(ほぼリアル)トラヒック、つまりパケットデータよりも高い優先度を有するトラヒックに使用されると考えれば、PIFSはDIFSよりも小さくなる。実際、PIFSの値は25μsecに等しく、DIFSの値は34μsecに等しい。さらに、別のタイプのIFS、拡張IFS(EIFS)が規定される。これは、局が送信失敗パケットの再送信を試みるとき再送信とその前のフレームシーケンスとの間に入れる必要がある間隔時間である。再送信パケットは新たに送信するパケットよりも優先度が低いので、EIFSの値は、前述のIFSの値よりも大きく、43μsecに等しい。
無線データ伝送の使用が増加の一途をたどる中、異なる無線アクセス技術を異種混成ネットワークに統合することがより一層重要になってきている。例えば、車で移動中の人がノートブックコンピュータからセルラーネットワークのパケット指向サービスを介してインターネットへアクセスする場合がある。オフィスに到着した際、IPトラヒックは、地上回線接続(例えばグラスファイバ)を介してインターネットへ接続されるWLANにシームレスにハンドオーバされるべきである。境界エリアでは、双方のネットワーク間のハンドオーバが繰り返し発生する可能性がある。したがって、異なる無線アクセス技術の異種混成無線ネットワークへのシームレスな統合が必要になる。
異なる無線アクセス技術の結合は、様々な特許出願の主題になってきた。
特許文献1は、マルチ無線統合プロトコル(MUP:Multi-Radio Unification Protocol)を記載している。無線ノードに実装すると、このプロトコルは、複数のネットワークインタフェースカードの使用を調整し、ノードのネットワークプロトコルスタックの上位層から複数のネットワークインタフェースカードを隠す仮想的な層を提供する。
マルチモード無線通信装置及びインフラノードにおいて異なる無線アクセス技術の動作を同期化する課題が、特許文献2に記載されている。より正確には、異なる無線アクセス技術(RAT)のプロセッサの同期化が論じられている。ある一時に二つのシステムの一方だけがアクティブであるケースが検討されている。したがって、密結合のケースは対象とされていない。さらに、特許文献2は、メッセージ及び割り込み信号の交換による二つのタイマ/カウンタ間の同期化メカニズムを提案している。この信号の交換は避けることが望ましい。
単一のトラヒックフローの伝送に異なるRATを使用するという思想が、特許文献3に記載されている。認可された周波数帯及びシステムと認可されていない周波数帯及びシステムとの併用が述べられ、伝送中に適切なRATを選択するための機能及び方法が提案されている。しかし、この文献はより長い時間スケールでの無線の選択を扱っており、密結合のケースを対象としていない。
上記先行技術に記載されたソリューションが異なる無線アクセス技術の調整を扱うとしても、物理層での送信の同期化、すなわち時間的整合の問題を対象としていない。例えば、緊密なマルチ無線協働の場合、各送信時間間隔(TTI)で、あるユーザ宛ての送信データを二つのシステムの一方にスケジューリングすることができる。この選択は、特許文献1に述べられているように、無線パラメータ(例えば、負荷)、サービスQoSパラメータ(例えば、往復遅延時間)等に基づいて行うことができる。上述した機能及びその他の関連した機能の実現のためには、マルチ無線統合プロトコルが必要である。このプロトコルは、伝送を実行するRATの選択を担う。したがって、無線アクセススケジューラを具備するメカニズムがMUPに含まれる。さらに、MUPは、マルチRAT自動再送要求(ARQ)も担う。セルラーRANとWLANとが緊密に協働する場合の典型的なプロトコルスタックが図2に示される。
WLANとセルラーシステムのRANとの緊密協働において、物理層での伝送は、図3に示すような様相を示す。データは二つのシステムの一方で送信される。無線アクセススケジューラは、一定の時間間隔、つまり無線アクセススケジューリング周期で動作する。
各物理層のタイミングは、これらの同期化のために何もしなければ独立している。この場合、マルチRATスケジューラの動作は、通常、図4に示されるように、RANの物理層の動作に同期される。
図6aは、RAN602がWLAN601と緊密に協働するときの物理層での伝送の例を示す。RANは、固定長の送信時間間隔(TTI)603を使用する。さらに、IEEE802.11標準に基づいたWLAN601側のデータ伝送の手順が示される。データ伝送は、送信要求(RTS:Request to Send)604のメッセージによって起動される。このメッセージは、とりわけ、「持続時間(Duration)」と名付けられたフィールドを含む。このフィールドにおいて、送信機はチャネル使用を予約する時間605を指定する。この時間は、データ伝送に必要な期間に、その応答(acknowledgement)に必要な時間を加えたものに等しい。持続時間フィールドは、0〜32767μsecの値を有し得る。持続時間の値がRAN側のTTIサイズに整合しなければ、WLAN側の伝送の終了がRANのTTIの境界を越えてしまうので、WLANはスケジューリングに利用可能でなくなる。このシナリオは図5に示される。
このような場合、スケジューラは次の二つの選択肢を有する。RAN上のユーザにリソースを割り当てるか、又はWLAN側の伝送が終了し、その結果WLANも自由にスケジューリングできるようになるまで待つ。第一の選択肢を選択する場合、スケジューラはその規則に反してリソースを割り当てることになる可能性が極めて高い。一例として、図5で瞬間t2においてユーザDにリソースを割り当てる場合を考えると、WLANはまだユーザAに占有された状態であるので、当該リソースはユーザDに許可できない。
第二の選択肢を選択する場合、図6aに示すように、伝送に時間空白606が発生する可能性がある。
物理層伝送における時間空白を回避するため、そしてマルチRATスケジューラの動作を実現可能にするためには、二つの異なる物理層を時間的に整合させなければならない。したがって、WLANのMACプロトコルにおいて、この時間的整合すなわち同期化を提供するメカニズムが強く求められている。
以上説明したとおり、セルラーRANとWLANとの物理層の時間的整合が、これらのネットワークを密結合する場合に必要である。
米国特許出願公開第2004/0185887号明細書
米国特許出願公開第2004/0185899号明細書
米国特許出願公開第2004/0203815号明細書
本発明の基本思想によれば、WLANのチャネルが単一のユーザのために予約されるチャネル予約期間(IFSを含む)は、WLANとRANとの密結合の場合にはRANのTTI周期の終了と一致して終了する。WLANチャネルを、TTIの開始に一致して始まる次の無線アクセススケジューリング期間に利用可能にするには、WLANチャネル予約期間の持続時間は、以下に示す規則を満たさなければならない。
tn+持続時間+EIFS=n×RAN_TTI (2)
ここで、tnはWLAN伝送開始の瞬間であり、nは任意の整数であり、RAN_TTIはRANのTTI長である。
本発明の一つの実施形態では、異種混成移動通信ネットワークにおいて、相互運用のために、可変の持続時間である無線チャネル予約期間において媒体がサービス又はユーザのために予約される無線ローカルエリアネットワークを、予め規定された持続時間である送信時間間隔においてデータを伝送する無線アクセスネットワークに同期化する方法は、無線アクセスネットワークのプロトコル実行エンティティから無線ローカルエリアネットワークのプロトコル実行エンティティへ送信時間間隔の持続時間と時間的整合とに関する情報を送信するステップと、無線チャネル予約期間の可変の持続時間が送信時間間隔の終了前の予め規定された期間までに終了するように無線チャネル予約期間の可変の持続時間を規定するステップと、無線ローカルエリアネットワークの媒体を無線チャネル予約期間中にサービス又はユーザに個別に予約するステップとを含む。
この方法は、コストのかかる追加のハードウェアを必要としない、無線アクセス技術間のシームレスなハンドオーバという利点を提供する。
本発明の別の実施形態において、コンピュータにより読取り可能な記憶媒体は、無線通信ネットワークのアクセスポイントのプロセッサ上又は移動局のプロセッサ上で実行されるとき、アクセスポイント又は移動局に本発明による方法を実行させる命令を記憶する。
これは、本発明の経済的かつ柔軟な運用という利点を提供する。例えば、既存のハードウェアをソフトウェア更新によってアップグレードすることができる。
本発明のさらに別の実施形態において、異種混成無線通信ネットワークのアクセスポイントは、可変の持続時間である無線チャネル予約期間において媒体をサービス又はユーザのために予約するように構成された無線ローカルエリアネットワークを介した移動局への接続を提供するように構成された無線ローカルエリアネットワーク通信手段と、予め規定された持続時間である送信時間間隔においてデータを伝送する無線アクセスネットワークを介した前記移動局への接続を提供する無線アクセスネットワークインタフェースと、前記無線アクセスネットワークから送信時間間隔の持続時間と時間的整合とに関する情報を受信するように構成された情報転送手段と、無線チャネル予約期間の可変の持続時間が送信時間間隔の終了前の予め規定された期間までに終了するように無線ローカルエリアネットワーク通信手段を制御するように構成された同期化手段とを具備する。
本発明のこの実施形態によるアクセスポイントは、異なる無線アクセス技術を一つの異種混成ネットワークへ統合する最適な統合を提供する。このようにして、変動的な送信リンクの状態のもとで移動電話機への最適なダウンリンク接続が提供される。
本発明のさらに別の実施形態では、異種混成無線通信ネットワーク用の移動局は、可変の持続時間である無線チャネル予約期間において媒体をサービス又はユーザのために予約するように構成された無線ローカルエリアネットワークを介した異種混成無線通信ネットワークへの接続を提供するように構成された無線ローカルエリアネットワーク通信手段と、予め規定された持続時間である送信時間間隔においてデータを伝送する無線アクセスネットワークを介した前記異種混成無線通信ネットワークへの接続を提供するように構成された無線アクセスネットワーク接続手段と、前記無線アクセスネットワーク接続手段から前記無線ローカルエリアネットワーク通信手段へ送信時間間隔の持続時間と時間的整合とに関する情報を転送するように構成された情報転送手段と、無線チャネル予約期間の可変の持続時間が送信時間間隔の終了前の予め規定された期間までに終了するように無線ローカルエリアネットワーク通信手段を制御するように構成された同期化手段とを具備する。
この実施形態による移動局は、変動的な送信リンクの状態のもとで最適なアップリンク接続を提供する。
添付の図面は、発明の原理を説明する目的で本明細書に組み込まれてその一部をなす。当該図面は、発明がどのようになされ利用され得るかを図示し説明する例にのみ発明を限定するものと解釈すべきではない。さらに他の特徴及び利点は、添付の図面に示された発明についての下記のより具体的な説明から明らかとなる。
本発明の例示的な実施形態を、図面を参照して説明する。図中では、同様の要素及び構成は同じ参照番号により示される。
図1は、セルラーRANとWLANとの両方をサポートするインフラノードの動作を示す。あるユーザ宛てのIPパケット102は、異なる無線アクセス技術を使用して伝送され得る。少なくとも二つの無線アクセス技術が利用可能であり、一つはWLAN技術であり、もう一つは予め規定された送信時間間隔を有する無線アクセスネットワークである。送信時間間隔の持続時間は、ある時間フレーム内で一定であるものとみなされるが、所与の値からなる集合に含まれた値間で時々切り換えられ得る。このようなTTI持続時間の変更がある場合、以下に述べる方法は新しいTTI値で再初期化される必要があろう。
WLANは、図1では、そのMACプロトコル層104と物理層105とによって象徴的に示されている。RANは、MAC層106と物理層107とからなる。他のプロトコル層も存在し得るし、一般的には存在するであろうが、パケット伝送に関与するエンティティのみがここでは示されている。二つのRATは緊密に結合されているので、それぞれの無線リソースも緊密に管理される。さらに、二つのシステムの統括制御機能が他にもいくつか実装される。これらの機能は、異なるRATの密結合を可能にするマルチ無線統合プロトコル103に特に含まれる。
密結合は、ユーザがセッション中に両方のRATへアクセスできるようにする。所与の瞬間に、ユーザは二つの利用可能なRATの一つを選択する。その結果、伝送は異なる物理層上で択一的に行われ得る。このような伝送は、異なるサイズのMACプロトコルデータユニット(PDU)を提供するバッファがあれば実現可能である。
伝送が実行されるRATの選択は、MUPレベルで行われる。この層には、RATスケジューラ101が存在する。RATスケジューラは、下位の物理層及びMAC層から測定報告を受け取り、無線パラメータ又は他のネットワークパラメータに基づいてRATスケジューリングを行う。
スケジューラ101は、いわゆる無線アクセススケジューリング周期によって区切られた一定の瞬間に、周期的に動作する。RAN及びWLANの各物理層での伝送は、無線アクセススケジューラ101の動作の間隔に時間的に整合される必要がある。UMTSでは、無線アクセススケジューラのタイミングと時間的整合可能な時間同期化のメカニズムがある。IEEE802.11gには、このような時間同期化のメカニズムは存在しないので、IEEE802.11gがUMTSと緊密に結合される場合には、補充追加の仕様によってこのメカニズムを組み込まなければならない。
図2は、セルラーRANとWLANとの両方をサポートするインフラノード又は移動端末のプロトコルスタックを示す。二つの無線アクセス技術が、マルチ無線統合プロトコル103に支援されて緊密に結合される。二つのRATの物理層及びMAC層の上に、下位層のシステムの統括制御を担うMUP103がある。さらに、MUPは、IP層201への統一のインタフェースを提供することにより、下位層のRATの異種性をIP層201から隠す。本発明によるこの方法は、ダウンリンクとアップリンクとの両方に適用可能である。ダウンリンクの場合には、当該方法はネットワークのアクセスポイントにおいて実行され、アップリンクの場合には、当該方法は移動端末において実行されるが、ダウンリンクについても、アップリンクについても、ほとんどの場合、スケジューリングはネットワーク側で決定される。
図3は、RANとWLANとの密結合の場合の物理層での継続伝送を示す。RATスケジューリング周期301によって区切られた一定の瞬間302に無線アクセススケジューラが周期的に動作することが分かる。さらに、異なるサイズのMAC PDU#1〜#6が考慮される。ほとんどの場合、RATスケジューリング周期が送信時間間隔の整数倍であるような形でスケジューリングはRANに同期化されることとなる。
図4は、RANとWLANとの整合が存在しない場合のRAN、WLANの、マルチRATスケジューラのタイミングを示す。クロック401はRANのタイミングを制御し、プロトコルタスクは周期的に繰り返される。WLANにはこれと同様のタイミングが存在しないので、両方の無線アクセス技術のタイミングは協調しない。マルチRATスケジューラ103は、この場合も周期的な時間間隔で動作し、RANタイミングに同期化される。
図5は、ユーザAにまだ占有されているためにマルチRATスケジューラがWLANにおいてスケジュールされたユーザにリソースを割り当てることができない場合を示す。WLANを介したデータ伝送の場合、データ伝送は図6に示した手順に従って行われる。
図6aは、二つのRAT間の同期化なしでRANとWLANとが緊密に結合されている場合、物理層伝送に伝送空白606ができることを示す。マルチRATスケジューラが、依然として占有されているためにWLANにおいてユーザにリソースを割り当てることができないといった状況は、RANとWLANとの時間的整合がない場合に起こる可能性が極めて高い。RTSメッセージ604が送信機から受信機へ送信される。このメッセージにおいて、送信機は共通チャネルの使用を予約する期間605をμsecで指定する。この予約期間を指定するフィールドは、IEEE802.11gプロトコルでは「持続時間」と呼ばれる。このメッセージを受信時、同一BSS内のすべての局は、自局のネットワーク割り当てベクトル(NAV)を更新し、予約期間605の間は当該チャネルにアクセスしないようにする。CTSメッセージ608も持続時間値を含むが、この持続時間は原初の持続時間から、両方の持続時間が同じ瞬間に終了するように計算される。その持続時間の値が適正に選択されていなければ、物理層伝送に時間空白606が発生する可能性がある。これは、無線アクセススケジューラの動作の瞬間607の後にWLANのチャネルの占有が終了し、例えば無線チャネル状態等の何らかの理由でWLANでの伝送が継続できないときに発生する。この場合、RAN上でデータをスケジューリングするための時間はもはやなく、WLANはこれらの特別な状態により使用できないので、伝送空白606中ずっと、個々のユーザ又はサービスのためにデータを伝送できない。
この状況は、図6bに示すように、WLAN無線チャネル予約期間の持続時間を調整することによって回避できる。持続時間605は、フレーム間時間間隔609の開始前にこの持続時間が終わるように計算される。すなわち、無線チャネル予約期間は、RANの送信間隔の終了前の予め規定された期間IFSまでに終了する。スケジューラがこの瞬間以後RAN上でデータを伝送するように決定した場合、このデータ伝送は次のTTIの開始に合わせて開始できる。したがって、データ伝送はWLANからRANへシームレスにハンドオーバされる。
図6において、一方の「RTS」、「CTS」及び「ACK」並びにフレーム間時間間隔と他方のデータ伝送との時間的関係は、明確に分かるように誇張されている。実際には、伝送時間の大部分はデータ伝送に利用可能である。
図7は、WLANチャネル予約期間の一部に持続時間規則を適用する例を示す。規則(2)は、無線アクセススケジューリング周期の終了に近い瞬間に発生するWLANにおける伝送に適用される。ここに図示した説明用の例では、マルチRATスケジューリング周期302は、UMTSのTTIサイズの2倍である。各マルチRATスケジューリング周期において、スケジューラ101はどのユーザをどのRATに割り当てるか、及び(次のマルチRATスケジュール周期までの)時間のどの期間に割り当てるかを決定する。例えば、瞬間t4に、スケジューラは、ユーザBとユーザDにIEEE802.11g側のリソースを許可し、ユーザCとユーザAにUMTS側のリソースを許可するように決定する。IEEE802.11gを介したユーザBの伝送は、次のマルチRATスケジューラの境界から遠い時点で終了するので、時間的整合規則は適用されない。しかし、IEEE802.11gを介したユーザDの伝送については、この伝送の終了がマルチRATスケジューリングの瞬間に近いので、時間的整合規則に従う。
スケジューリング瞬間703に対する伝送の「近さ」を判定するために、時間距離限界e704を規定することができる。無線チャネル予約期間702ごとに、最初に推定持続時間がWLAN仕様に従って計算される。次に、各マルチRATスケジューラ周期302の終了及び開始点であるスケジューリング瞬間703付近の±eの時間窓701において、伝送の推定持続時間が終了する場合、この伝送はスケジューリング瞬間703に近いとみなされる。
これは、RAN側のタイミングがWLANのMACプロトコルに利用可能であることを暗に示す。それには、個別のメッセージの送信により実現できるRANのクロックからWLANのMACプロトコルへの情報フローが必要になる。これは、WLAN側のクロック/タイマがRAN側の同等物に同期されるべきであることを意味するのではない。ここでのアプローチは、RANのTTIに関する情報及びRANのクロック/カウンタに関する情報をIEEE802.11gへ単に送信することによりこの同期化メカニズムを回避することである。この情報は、RANのTTIサイズ又はRANのクロックのいずれかが変更されたとき送信される。
MACプロトコルは、RANと緊密に結合されている事実をそのことを通知された後に認識しなければならない。この通知は、MAC層管理エンティティ(MLME)へプリミティブの形で着信し得る。
図8は、MAC層104及び物理層105の管理エンティティと局管理エンティティ801との他、IEEE802.11システムにおけるプロトコルスタックを示す。その他のWLANプロトコルにも、記載したエンティティに相当するものが存在するであろう。MAC層104の一部であるMAC管理エンティティ(MLME)802と局管理エンティティ801(SME)との間には、SAP803があり、そこを介してプリミティブが交換される。プリミティブの一つは、MLME起動要求(MLME-START.request)である。このプリミティブは、BSS(基本サービスセット)の開始を要求するために、MLMEエンティティ802からMACエンティティ104へ送信される。したがって、AP内のMACエンティティの動作を起動するために、このプリミティブを使用できる。1ビット(0と1の値をとる)に等しいサイズの「他RAと協働(Coorperation with Other RA)」と呼ばれるフィールドが、このプリミティブに追加され得る。このフィールドの値が1に等しい場合、新提案のプリミティブであるMLME時間的整合要求(MLME-TIME_ALIGN.request)がMLMEエンティティ802からMACエンティティ104へ送信される。このプリミティブは、「他RATタイプ(Other RAT Types)」、「他RATのTTIサイズ(Other RAT TTI Sizes)」及び「他RATのタイミング情報(Other RAT Timing Information)」と名付けられたフィールドを含む。「他RATタイプ」フィールドは、協働が行われるRATのタイプを含む。「他RATのTTIサイズ」フィールドは、他RA(例えばUMTS)でのTTIサイズ(ms単位)を含む。「他RATのタイミング情報」フィールドは、TTIの開始時間に関する情報を含む。
このような時間的整合は、アップリンクでのマルチ無線協働の場合には不可欠である。したがって、アップリンクの場合、追加フィールドとしては「他RAと協働」が挙げられるであろう。
現在、SMEは802.11仕様の範囲外である。したがって、SMEは、ドライバソフトウェア又はAPIのどちらかとして各ベンダーにより個別に実施される。密結合の場合、SMEは無線リソースの統括管理を実行するエンティティと通信可能にされる。したがって、上記の情報は、この場合、無線リソースを統括的に管理するエンティティによってSMEへ提供される。
IEEE802.21プロトコルは、本発明による方法の実施に有利である。図9は、IEEE802.21に準拠した媒体間ハンドオーバ(MIH:media independent handover)の参照モデルを示す。この図においても、SAP901がMIH層902とMAC104との間に示され、ここを介して、以下提案するプリミティブが送信される。IEEE802.21対応APの場合、後者はその基地局サブシステム(BSS)内の移動局(STA)のリンク品質に関する情報を受信する。あるSTAのリンクの変動は、MIH_PHY_SAPを介してそのSTAのMIH層へ通知される。MIH層902は、MLMEエンティティ802(図9)と通信する。STAのMLMEエンティティは、図10に示すように、様々なイベントに関する情報をAPにおける対応するピアエンティティに送信する。MIH層に通知可能なイベントの一つに、リンク品質の低下がある。リンク品質の変動は、MLME−EVENT確認プリミティブ(MLME-EVENT.confirm primitive)を利用してMIH層へ通知される。この場合、プリミティブのイベント識別フィールドは「リンク低下(Link_Going_Down)」であり、加えて(とりわけ)STAのMACアドレス(MAC Address)や時間間隔(TimeInterval)等の追加フィールドを有する。この時間間隔の経過後にリンクの低下が予想される。このメッセージをAP側で受信後、MIH層は、MAC(IEEE802.11)に時間的整合規則を適用すべきことを指示するために、「MIH_MAC時間的整合要求(MIH_MAC_TimeAlign.request)」と呼ばれる新規定のプリミティブを送信できる。提案されるプリミティブは、次の三つのフィールドを含む。
− 有効化(Activate)
− STA_MACアドレス(STA_MAC_Address)
− 時間間隔(Time_Interval)
「有効化(Activate)」フィールドは、単一のビットからなる。このフィールドは、時間的整合規則を有効化するか又は無効化するかを指示する。「STA_MACアドレス(STA_MAC_Address)」フィールドは、当該イベントをAPに報告したSTAのMACアドレスを含む。「時間間隔(Time_Interval)」フィールドは、この特定のSTAへのリンクが低下すると予想される瞬間までの時間間隔を指示する(この瞬間は「MIH_MAC時間的整合要求(MIH_MAC_TimeAlign.request)」プリミティブの個別の「時間間隔(TimeInterval)」フィールドにおける指示値に相当する)。このプリミティブを受信後、「STA_MACアドレス(STA_MAC_Address)」フィールドによって指定されたアドレスを有するSTAでは、MACが「時間間隔(Time_Interval)」フィールドによって指定された時間境界に近い割り当て対してこの時間的整合規則を適用する。
− STA_MACアドレス(STA_MAC_Address)
− 時間間隔(Time_Interval)
「有効化(Activate)」フィールドは、単一のビットからなる。このフィールドは、時間的整合規則を有効化するか又は無効化するかを指示する。「STA_MACアドレス(STA_MAC_Address)」フィールドは、当該イベントをAPに報告したSTAのMACアドレスを含む。「時間間隔(Time_Interval)」フィールドは、この特定のSTAへのリンクが低下すると予想される瞬間までの時間間隔を指示する(この瞬間は「MIH_MAC時間的整合要求(MIH_MAC_TimeAlign.request)」プリミティブの個別の「時間間隔(TimeInterval)」フィールドにおける指示値に相当する)。このプリミティブを受信後、「STA_MACアドレス(STA_MAC_Address)」フィールドによって指定されたアドレスを有するSTAでは、MACが「時間間隔(Time_Interval)」フィールドによって指定された時間境界に近い割り当て対してこの時間的整合規則を適用する。
提案プリミティブは、事前予測したようにはリンクが結局低下しない場合にも適用できる。この場合、STAはAPに通知する。APのMIHエンティティは、「MLME−EVENT確認(MLME-EVENT.confirm)」プリミティブを利用したこの通知を受信する。このプリミティブのイベント識別は「リンクイベントロールバック(Link Event Rollback)」である。このイベント識別を有するプリミティブを受信後、MIHエンティティは、下位層のMACにリンクの予想した低下が結局発生していないことを知らせ得る。したがって、この場合、有効化フィールドを0の値にした「MIH_MAC時間的整合要求(MIH_MAC_TimeAlign.request)」プリミティブを送信することになる。プリミティブの「STA_MACアドレス」フィールドは、時間的整合を有効化しないSTAのMACアドレスを含み、この場合「時間間隔」フィールドは空きである(又は0値に設定される)。
図11は、APの起動及び再設定をする場合と、RANのTTIサイズを変更する場合とのフローチャートを示す。ステップS1101において、プロセスはシステムの起動又は再設定コマンドのどちらかによって開始される。これに伴い、ステップS1102で局管理エンティティ(SME)が動作を開始する。ステップS1103は、他の無線アクセス技術との同期化がSMEによって要求されているか否かをチェックする。「MLME起動要求(MLME-START.request)」プリミティブ中の該当フラグが0であれば、手順はチャネル予約期間の持続時間の規定方法を変更せずにS1104で終了する。フラグが1であれば、ステップS1105において、MLME時間的整合要求(MLME-TIME_ALIGN.request)と呼ばれる別のプリミティブがSMEからMLMEによって受信される。ステップS1106において、MLMEは、それに応じてMAC層を制御することによって、式(2)に従ったチャネル予約期間の持続時間の規定方法を変更する。
図12は、MIH対応AP(IEEE802.21)におけるイベント通知の処理についてのフローチャートを示す。ステップS1201において、MIHエンティティは、MLMEから「MLME−EVENT確認(MLME-EVENT.confirm)」プリミティブを受信する。このプリミティブの内容はステップS1202で調べられる。「イベント識別」フィールドが「リンク低下」になっている場合、異なる無線アクセス技術間のハンドオーバが予想されることになる。したがって、ステップS1203において、MIHエンティティは、「有効化」ビットを1に設定した「MIH_MAC時間的整合要求(MIH_MAC_TimeAlign.request)」をMLMEへ送信する。「有効化」ビットが1に設定されているので、これにより、式(2)に従ったチャネル予約期間の持続時間の規定方法の変更がステップS1204で行われる。ステップS1202をもう一度参照し、「イベント識別」フィールドが「リンク低下」とは異なる場合、次にS1205においてこのフィールドが「リンクイベントロールバック」になっているか否かがチェックされる。そうである場合、ハンドオーバはもはや必要でないので、「有効化」ビットを0に設定した「MIH_MAC時間的整合要求(MIH_MAC_TimeAlign.request)」をMLMEへ送信することにより同期化は無効にされる。この後、新しい「リンク低下」のメッセージが受信されるまで同期化は無効のままになる。ステップS1205において「イベント識別」フィールドが「リンクイベントロールバック」とは異なる場合、チャネル予約期間の持続時間を規定する方法を変更しないでおくために、手順はステップS1207へ進む。
図13は、時間的整合手順のフローチャートを示す。ステップS1300において、時間距離限界eが規定される。これは、メモリ記憶位置から定数を単に読み出すことによって規定してもよいし、又はマルチRATスケジューリング周期の長さ又は関与する無線アクセス技術のタイプ等の他のパラメータにより計算することによって規定してもよい。その後、ステップ1301において、他の無線アクセス技術のRANとの同期化を得るように、無線チャネル予約期間の持続時間の規定を変更するよう指示するメッセージをMLMEが受信すると、次のように変更を行う。まず、ステップS1302において、次の無線チャネル予約期間の推定持続時間がWLAN標準に準拠した規定を使用して計算される。ステップS1303において、推定持続時間を有する次の無線チャネル予約期間が、マルチ無線アクセス技術スケジューラのスケジュール動作瞬間付近の±eの時間窓内に終了するか否かがチェックされる。この瞬間は次のマルチRATスケジューリング周期の開始に一致する。eは、このスケジューリング瞬間付近の時間距離限界を表わす。ステップS1303で、推定持続時間を有する次の無線チャネル予約期間が、マルチ無線アクセス技術スケジューラのスケジュール動作瞬間付近の±eの時間窓内に終了すると判定される場合、ステップS1304において持続時間は式(2)に関連して前述したとおりに再計算される。次の無線チャネル予約期間の推定終了時が上記の時間窓に入らないと判定される場合は、推定持続時間がそのまま適用される。IEEE802.11gの場合、持続時間値は送信要求(RTS)メッセージの「持続時間」フィールドに挿入される。
RANのTTIの開始時を示すタイミング情報を解釈できるようにするために、WLANプロトコルを実行するエンティティ(AP)はRANの時間スケールに関する情報も有する。
この目的のために、UMTS/HSDPA(又は同期化されたいずれかのRAN)は、その現在時間をIEEE802.11(又はあらゆる種類のWLAN)プロトコル実行エンティティへ送信する。RANとWLANとが共に同じ物理的構成要素内に配置されている場合、RANプロトコルスタックからWLANプロトコルへのこの情報の伝送遅延は一定かつ既知の値であり得る。
二つのRATが同一場所に配置されていない場合、両者間の接続は、ある場合には一定の遅延値を有し得る、例えば、SONET(同期光ネットワーク:synchronized optical networks)は二つのポイント間の一定の遅延値を提供し得る。遅延が一定である場合は、TTI(又はマルチRATスケジューラ周期)が「t_現在+時間_ヒステリシス」の瞬間に変化し開始するという情報をUMTSのノードBはAPに送信することができる。ここで「時間_ヒステリシス」値はUMTSのノードとAP間の一定遅延よりも長い。
どちらの場合にも、一定の遅延値が両エンティティに事前に知られていることが前提となる。
代替的に、APはRANからの無線インタフェースから時間情報を取得することができる。この目的のために、APは、システムクロックの情報が含まれるRANの同期化チャネル及び/又はブロードキャストチャネルを受信するユニットを具備する。
別の代替案は、WLAN時間スケールに関係付けるRANタイミングの情報を、移動局を介して得る。この移動局は、APと通信しているどの移動局でもよいし、又は当該予約期間にそこへデータを送信する特定の移動局でもよい。移動局は、自局のRANプロトコルスタックから得たTTIタイミングの情報をAPに転送し得る、あるいはTTIタイミング情報が優先ネットワークを介して送信される場合には、RANシステム時間の情報だけをAPに転送してもよい。
図14は、上述した方法を適用可能なアクセスポイント1400の構成の例を示す。アクセスポイントは、その他の構成要素を制御する中央演算処理装置(CPU)1401を具備する。アクセスポイントは、無線ローカルエリアネットワークを介した移動局への接続を提供するように構成されたWLAN通信手段1402をさらに具備する。無線周波数及び中間周波数部1410は他のエンティティに配置されてもよいが、アクセスポイント1400に含まれたWLAN通信手段1402は、少なくともプロトコル実行手段1403を備える。アクセスポイント1400は、無線アクセスネットワークを介した移動局への無線接続を提供可能な無線エリアネットワークインタフェース1404をさらに具備する。このインタフェースは、基地局コントローラへ直接接続されることも、あるいはコアネットワーク又は集約ネットワークを介して無線アクセスドメインへ接続されることも可能である。
WLANプロトコル実行手段1403は、ハードウェアとして実施されても、LAN通信手段1402の専用プロセッサで実行されるソフトウェアとして、又はCPU1401で実行されるソフトウェアとして実施されてもよい。WLANプロトコル実行手段は、RANから同期化に必要な情報を、RANインタフェースを介して取得するための手段1406と、上記に詳しく説明したようにWLAN無線チャネル予約期間をRANのTTIに同期させるための同期化手段1407を具備する。情報転送手段1406は、例示の目的で、別個の接続として図14では描かれているが、情報は一つのソフトウェアプロセスから別のプロセスへCPU1401を介して又はCPU内で転送することも可能である。代替的に、情報転送手段1406は、RAN無線信号を受信するための受信部と無線信号から同期化情報を取得するための手段を具備してもよい。WLANプロトコル実行手段1403は、上記に詳しく説明した方法を実行するように構成された同期化手段1407をさらに具備する。
CPU1401に本発明による方法を実行させるプログラム命令は、不揮発メモリ(NVM)1408に記憶させることができる。NVM1408は、半導体フラッシュメモリ又は磁気ハードウェアディスクドライブのようないずれかの不揮発データ記憶媒体であればよい。AP1400は、磁気ディスク若しくは磁気テープ、CD若しくはDVDのような光ディスク若しくは磁気光ディスク、又はフラッシュカード、SDカード等の半導体記憶カードというようなコンピュータにより読出し可能な媒体1401を読み出すための媒体読出装置1409をさらに具備することができる。このような媒体から、CPU又はその他のプロセッサに本発明の方法を実行させる、コンピュータにより実行可能なコードを読み込むことができる。この読み込みは、例えば、初期プログラムローディングのために又はプログラム更新のために行うことができる。
本発明による方法を実行可能な移動電話機又は移動局を図15に示す。移動電話機又は移動局は、中央演算処理装置(CPU)1501、プロトコル実行手段1503を備えたWLAN通信手段1502、及びプロトコル実行手段1505を備えたRAN通信手段1504を具備する。ここでも、プロトコル実行手段1503及び1505は、論理回路として実現されても、専用プロセッサ上のソフトウェア又はCPU1501上のソフトウェアとして実現されてもよい。移動電話機1500はさらに、不揮発性メモリ1506と表示部1507、キーボード1508、音声インタフェース1509又は外部インタフェース1510といった標準周辺構成要素、又は図15には示していない他の構成要素を選択的に具備する。外部インタフェース1510は、移動電話機に本発明による方法を実行させるソフトウェアを初期化又は更新の目的でダウンロードするために使用することができる。
移動局1500は、電話機の他にも、携帯型コンピュータに装備されたモジュールでもよいし、あるいは、自動販売機、自動車、又は無線によって若しくは接続ケーブルによって接続される複数の装置からなるパーソナルエリアネットワークといった何らかの装置内の機能エンティティでもよい。
WLANプロトコル実行手段1503は、WLAN通信手段1502の専用プロセッサとして実現されてもよいし、CPU1501内部で動作するソフトウェアとして実現されてもよい。WLANプロトコル実行手段は、RANから同期化に必要な情報を、RAN通信手段1504を介して取得するための手段1511を具備する。情報転送手段1511は、例示の目的で、別個の接続として図14では描かれているが、情報は一つのソフトウェアプロセスから別のプロセスへCPU1501を介して又はCPU内で転送することも可能である。WLANプロトコル実行手段1503は、上記に詳しく説明したように、WLAN無線チャネル予約期間をRANのTTIに同期させるように構成された同期化手段1512をさらに具備する。
CPU1501に本発明による方法を実行させるプログラム命令は、不揮発メモリ(NVM)1506に記憶させることができる。さらに、CPU又は他のプロセッサに本発明による方法を実行させるソフトウェアは、磁気ディスク若しくは磁気テープ、CD若しくはDVDのような光ディスク若しくは磁気光ディスク、又はフラッシュカード、SDカード等の半導体記憶カードというようなコンピュータにより読出し可能な媒体から外部のメディアリーダを介してダウンロードすることもできる。ダウンロードは、例えば、初期プログラムローディングのために又はプログラム更新のために行うことができる。
Claims (17)
- 異種混成移動通信ネットワークにおいて相互運用のために、可変の持続時間である無線チャネル予約期間(702)において媒体がサービス又はユーザのために予約される無線ローカルエリアネットワークを、予め規定された持続時間である送信時間間隔(603)においてデータを伝送する無線アクセスネットワークに同期化する方法であって、
前記無線アクセスネットワークのプロトコル実行エンティティ(1405、1505)から前記無線ローカルエリアネットワークのプロトコル実行エンティティ(1403、1503)へ前記送信時間間隔(603)の持続時間と時間的整合とに関する情報を送信するステップと、
無線チャネル予約期間(702)の可変の持続時間が送信時間間隔(603)の終了前の予め規定された期間(609)までに終了するように前記無線チャネル予約期間の可変の持続時間を規定するステップと、
前記無線ローカルエリアネットワークの媒体を前記無線チャネル予約期間(702)中にサービス又はユーザに個別に予約するステップとを含む方法。 - 前記無線チャネル予約期間(702)の持続時間を示す変数である持続時間は、数式
tn+持続時間+IFS=n×RAN_TTI
を用いて規定され、
ここで、tnは前記無線チャネル予約期間の開始と現在の送信時間間隔の開始との時間差であり、IFSは予め規定された期間(609)であり、RAN_TTIは前記送信時間間隔(603)の予め規定された持続時間である、請求項1に記載の方法。 - マルチ無線アクセススケジューリング周期(302)は、前記送信時間間隔の持続時間の整数倍の持続時間を有し、前記送信時間間隔(603)の開始時に開始するように規定され、前記マルチ無線アクセススケジューリング周期は、前記無線ローカルエリアネットワーク又は前記無線アクセスネットワークのどちらかでデータが伝送されるようにスケジュールされる時間単位であり、前記無線チャネル予約期間の可変の持続時間は、前記マルチ無線アクセススケジューリング周期の終了(703)前の予め規定された期間(609)までに終了するように規定される、請求項1又は請求項2に記載の方法。
- 現在の無線チャネル予約期間(702)の予備的な持続時間を規定するステップ(S1302)と、
時間距離限界(704)を規定するステップ(S1300)と、
現在のマルチ無線アクセススケジューリング周期(302)の終了(703)時付近の前記時間距離限界によって定められた時間窓(701)において、前記予備的な持続時間を有する前記現在の無線チャネル予約期間が終了すると判定された場合、前記現在の無線チャネル予約期間の持続時間を請求項3に規定されたように再計算するステップ(S1304)とをさらに含む、請求項3に記載の方法。 - 他の無線アクセスネットワークとの同期化が要求されるか否かに関する情報を含むプリミティブを局管理エンティティ(801)から媒体アクセス制御管理エンティティ(802)へ送信するステップ(S1102)をさらに含む、請求項1から請求項4のいずれかに記載の方法。
- 同期化が要求される無線アクセスネットワークのタイプ、前記送信時間間隔の持続時間及び/又は送信時間間隔の開始時間に関する情報を含むプリミティブを局管理エンティティ(801)から媒体アクセス制御管理エンティティ(802)へ送信するステップ(S1105)をさらに含む、請求項1から請求項5のいずれかに記載の方法。
- 前記無線ローカルエリアネットワークはIEEE802.11g標準に準拠する、請求項1から請求項6のいずれかに記載の方法。
- 前記無線ローカルエリアネットワークはIEEE802.21標準にさらに準拠し、
移動局から関係リンクの品質の変動を通知するメッセージの受信時(S1201)に、媒体間ハンドオーバを管理するプロトコル層(902)から媒体アクセスを制御する前記無線ローカルエリアネットワークのプロトコル層(104)へ、請求項1から請求項4に記載の法を有効にするか又は無効にするかに関する情報を含むプリミティブを送信するステップ(S1203、S1206)をさらに含む、請求項7に記載の方法。 - 前記無線アクセスネットワーク内のリンクが最終的にダウンしないというメッセージを移動局から受信時(S1201)に、媒体間ハンドオーバを管理するプロトコル層(902)から媒体アクセスを制御する前記無線ローカルエリアネットワークのプロトコル層(104)へ、請求項1から請求項4に記載の方法の無効化を要求する情報を含むプリミティブを送信するステップ(S1206)をさらに含む、請求項8に記載の方法。
- 前記無線アクセスネットワークはUMTS標準に準拠する、請求項1から請求項9のいずれかに記載の方法。
- 前記無線アクセスネットワークはHSDPA標準に準拠する、請求項1から請求項9のいずれかに記載の方法。
- 無線通信ネットワークのアクセスポイントのプロセッサ(1401)上又は移動局のプロセッサ(1501)上で実行されるとき、前記アクセスポイント又は前記移動局に請求項1から請求項11のいずれかに記載の方法を実行させる命令を記憶した、コンピュータにより読取り可能な記憶媒体(1410)。
- 異種混成無線通信ネットワークのアクセスポイントを構成する装置(1400)であって、
可変の持続時間である無線チャネル予約期間(702)において媒体をサービス又はユーザに予約するように構成された無線ローカルエリアネットワークを介した移動局への接続を提供するように構成された無線ローカルエリアネットワーク通信手段(1402)と、
予め規定された持続時間である送信時間間隔(603)においてデータを伝送する無線アクセスネットワークを介した前記移動局への接続を提供する無線アクセスネットワークインタフェース(1404)と、
前記無線アクセスネットワークから前記送信時間間隔の持続時間と時間的整合とに関する情報を受信するように構成された情報転送手段(1406)と、
無線チャネル予約期間(702)の可変の持続時間が送信時間間隔(603)の終了前の予め規定された期間(609)までに終了するように前記無線ローカルエリアネットワーク通信手段(702)を制御するように構成された同期化手段(1407)とを具備する装置。 - 異種混成無線通信ネットワーク用の移動局を構成する装置(1500)であって、
可変の持続時間である無線チャネル予約期間(702)において媒体をサービス又はユーザに予約するように構成された無線ローカルエリアネットワークを介した異種混成無線通信ネットワークへの接続を提供するように構成された無線ローカルエリアネットワーク通信手段(1502)と、
予め規定された持続時間である送信時間間隔(603)においてデータを伝送する無線アクセスネットワークを介した前記異種混成無線通信ネットワークへの接続を提供するように構成された無線アクセスネットワーク接続手段(1504)と、
前記無線アクセスネットワーク接続手段から前記無線ローカルエリアネットワーク通信手段へ前記送信時間間隔の持続時間と時間的整合とに関する情報を転送するように構成された情報転送手段(1511)と、
無線チャネル予約期間(702)の可変の持続時間が送信時間間隔(603)の終了前の予め規定された期間(609)までに終了するように前記無線ローカルエリアネットワーク通信手段を制御するように構成された同期化手段(1512)とを具備する装置。 - 前記同期化手段は、前記無線チャネル予約期間(702)の持続時間を示す変数である持続時間を数式
tn+持続時間+IFS=n×RAN_TTI
を用いて規定する手段を具備し、
ここで、tnは前記無線チャネル予約期間の開始と現在の送信時間間隔の開始との時間差であり、IFSは予め規定された期間(609)であり、RAN_TTIは前記送信時間間隔(603)の予め規定された持続時間である、請求項13又は請求項14に記載の装置。 - マルチ無線アクセススケジューリング周期は、前記送信時間間隔の持続時間の倍数の持続時間を有し、送信時間間隔の開始時に開始するように規定された無線アクセスネットワークにおいて動作するようにさらに構成され、前記同期化手段(1407、1512)は、前記無線チャネル予約期間(702)の可変の持続時間が前記マルチ無線アクセススケジューリング周期(302)の終了(703)前の予め規定された期間(609)までに終了するように前記無線チャネル予約期間(702)の可変の持続時間を制御するようにさらに構成される、請求項13から請求項15のいずれかに記載の装置。
- 前記同期化手段(1407、1512)は、
現在の無線チャネル予約期間の予備的な持続時間を規定し、時間距離限界(704)を規定し、現在のマルチ無線アクセススケジューリング周期(302)の終了(703)時付近の前記時間距離限界によって定められた時間窓(701)において、前記予備的な持続時間を有する現在の無線チャネル予約期間が終了するか否かを判定する判定手段をさらに具備し、
前記判定手段は、前記予備的な持続時間を有する前記現在の無線アクセススケジューリング期間が前記時間窓(701)において終了すると判定された場合、前記現在の無線チャネル予約期間の持続時間を請求項16に規定されたように再計算するように前記同期化手段を制御するようにさらに構成される、請求項16に記載の装置。
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