JP4769322B2 - 携帯電話の無線通信システムでのハンドオーバ実行のための決定機構 - Google Patents

Description

本発明は概して、携帯電話の無線通信システムでのハンドオーバ機構に関し、具体的にはハンドオーバを実行するか否かを決定する方法に関する。

携帯電話の無線通信システムでは通信ネットワークの対象地域は複数のセルに分割されており、前記通信ネットワークとその特定のセル内に配置されたモバイル機器との間の通信は、各セル内で少なくとも１つのアクセスポイントによってサポートされている。典型的にはハンドオーバ機構は、モバイル機器が１つのセルから他のセルに移動するとき、モバイル機器に対するシームレスなサービス適応範囲を提供するために前記携帯電話の通信システムで使用されるが、ハンドオーバアルゴリズムはモバイル機器の移動の管理に限定されなくてよい。ハンドオーバはネットワークトラフィックの負荷分散の目的のために実行されてよい。

アクセスポイント間での負荷分散は、各アクセスポイントが限定された容量を有するので必要とされる。通信ネットワークは、あるセルが最大のまたはあるレベルのリソース容量の使用に達したことを検出し、モバイル機器と前記セルとの間で動作中の接続を負荷の少ない他のセルに転送するように決定することができる。

ハンドオーバ機構の性能は、ハンドオーバがネットワーク性能およびユーザの満足度に直接影響を及ぼすので極めて重要である。煩雑なハンドオーバは、各ハンドオーバが確立された接続を新しいセルに再ルーティングするために著しい量のネットワークリソースを必要とするのでサービス品質を低減させ、通信ネットワークの信号負荷を増大させる。これは、例えばモバイル機器が２つのセル間の重複領域に移動し、アクセスポイントによって受信される信号強度の変動によって接続が前記アクセスポイント間で行ったり来たり繰り返しハンドオーバされる状態で生じ、知られている「ピンポン現象」を引き起こす。

いくつかのシステムではこの影響を防止するヒステリシスアルゴリズムが信号強度の示度の比較に適用されるが、一方、それは、ピンポン現象によって影響されないハンドオーバに対して不必要な遅延を引き起こし、さらにネットワーク性能を低減させる。

ネットワークトラフィックの負荷分散の目的のためのハンドオーバの場合、多くのピンポンハンドオーバが、モバイル機器が第１のセルから第２のセルにハンドオーバされる場合に生じる可能性もあり、ハンドオーバが第１のセルより高い負荷状態を第２のセルで引き起こし、次いで負荷分散の機構がモバイル機器を第１のセルに戻すようにハンドオーバする。本発明の出発点であり上述の問題を被るモバイル通信ネットワークが米国特許第４，６７０，８９９号明細書で開示されている。前記特許では、トラフィックレベルにより隣接したセルから動作中の通話を選択的に転送することによってセル間での負荷を平準化する方法が具現化されている。

ハンドオーバプロセスは、移動またはトラフィックの負荷分散によるハンドオーバの必要性を評価する検出ステップと、どの条件で前記ハンドオーバが実行されるまたは回避されるかを決定する決定または保護ステップと、ネットワークおよび暗黙の無線リソースを使用して確立された接続を新しいセルに転送する再ルーティングステップとを備えることができる。決定または保護ステップの機構が存在せず、ハンドオーバを実行するという決定が、ハンドオーバの必要性が検出されるときに単になされる場合もある。

本発明の目的は、通信システムにとって不利となるハンドオーバを低減する移動またはトラフィック負荷制御によるハンドオーバのための改良されたハンドオーバ決定機構を提供することである。

目的は、請求項１によるハンドオーバの決定を行う方法、請求項１０によるネットワーク要素および請求項１１による通信ネットワークによって実現される。

本発明の基本的考えは、ハンドオーバの必要性が、例えば移動またはトラフィック負荷分散の理由のためにセル内すなわちソースセル内で検出されるとき、通信ネットワークが、ソースセルからターゲットセルへのモバイル機器の仮想のハンドオーバ実行後のターゲットセルの仮想の負荷トラフィック値とソースセルの仮想のトラフィック負荷値とを比較し、前記比較結果に基づいて決定を行うネットワークベースのハンドオーバ決定機構を提供することである。次いでネットワークは、前記決定に基づいて前記ハンドオーバ（モバイル機器の接続の再ルーティング）を実行することができるまたはできない。あるいは、セルのトラフィック負荷値を比較するのではなくセルの残存のトラフィック負荷容量が比較されることも可能である。

これは、通信ネットワークがハンドオーバの決定を行うためにソースセルおよびターゲットセルの実際のトラフィック負荷状態を比較しないことを意味する。本発明による通信ネットワークは、前記ハンドオーバの実行によりソースセルでのトラフィック負荷の減少およびターゲットセルでのトラフィック負荷の増大のそれぞれを考慮することによってハンドオーバを実行するか否かの決定を行う。

本発明によるネットワークベースのハンドオーバ決定機構の重要な利点は、それが負荷分散の理由による不必要なピンポンハンドオーバを低減させることによって全体のネットワーク性能を向上することである。セル間で動作中の接続の不必要な再ルーティングを回避することによって貴重なネットワークリソースが浪費されない。さらに、それは、ハンドオーバのターゲットセルでトラフィックの過負荷状態を引き起こしうるハンドオーバを実行することから通信ネットワークを保護する。

本発明による方法の他の重要な利点は、ネットワークトラフィックの負荷分散またはモバイル機器の移動の理由によるハンドオーバの実行に対して異なる処理の必要性がないことである。トラフィック負荷分散の目的のためのハンドオーバ実行プロセスは、モバイル機器の移動管理の目的のためのものと同一の信号手順を備えることができる。

本発明による方法の他の重要な利点は、それが事前の（ｐｒｏａｃｔｉｖｅ）ハンドオーバの準備を備えるシステムで動作する、つまりハンドオーバ実行前にシステムは、事前にハンドオーバの必要性を検出し、複数のターゲットセルの候補から１つのターゲットセルを選択することさえできる。これはより高速なハンドオーバ実行の決定を可能にする。事前のハンドオーバの準備は、すべての可能性のあるモバイル機器間で負荷によるハンドオーバを公平な方法で分配するおよび／または例えば、所定の閾値もしくはヒステリシスのトラフィック値レベルおよびこれらの値に関連したタイマを導入することによってセルのトラフィック負荷値の急速な変動を除去するように設計されることさえできる。

本発明のさらなる有利な構成は、従属クレーム、下記の説明および図面から明らかになる。

本発明の好ましい実施形態では、ハンドオーバ決定機構は通信ネットワークの１つのアクセスポイントで行われる。これを実現するために通信ネットワークシステムのアクセスポイントは、それらの隣接のアクセスポイントにそれらのセルのトラフィック負荷状態の示度を提供する。この情報を用いてソースセルのアクセスポイントは、仮想のハンドオーバ実行後のソースセルおよびターゲットセルの仮想のトラフィック負荷状態を計算することができる。通信ネットワークのアクセスポイントは、それらの隣接セルにそれらのセルのトラフィック負荷状態の示度を定期的に、または例えばセル内での負荷状態が変わるもしくはターゲットセルが選択される場合にあるイベントにより、または例えばソースセルのアクセスポイントによる要求に応じて提供することができる。

この好ましい実施形態の重要な利点は、ハンドオーバ決定機構が、通信ネットワークのアクセスポイントに関するハンドオーバ機構を制御するより高度の管理中枢要素の存在を必要としないことである。本発明によればアクセスポイントは、ハンドオーバ決定の目的のためにアクセスポイント間でセルのトラフィック負荷状態の示度を提供し、前記決定によりハンドオーバを実行する。次いで、本発明の方法は、携帯電話の通信ネットワークでの分散化したハンドオーバ機構の実装形態を可能にする。

本発明の他の好ましい実施形態ではターゲットセルのアクセスポイントは、仮想のハンドオーバが実行された後の仮想のトラフィック負荷状態の示度をソースセルのアクセスポイントに提供する。前記示度は、例えば仮想のハンドオーバ実行後のトラフィック負荷値、トラフィック負荷残存容量、トラフィック負荷増大ベクトルまたはトラフィック負荷減少容量ベクトルであってよい。この手法の利点は、ソースセルが、ターゲットセルの実際のおよび仮想のトラフィック負荷状態を計算するために複雑なアルゴリズムを使用する必要がないことである。これは、通信ネットワークのアクセスポイントが様々な製造業者に属し、セルのトラフィック負荷状態の決定のために専有の複雑な測定基準およびアルゴリズムを使用するときに有利である。この場合、ターゲットアクセスポイントは、仮想のハンドオーバが実行された後のセルの仮想のトラフィック負荷状態を計算し、簡単な示度、例えば残存のビットレートをソースセルに送信することができる。ターゲットセルに対してさらに高いトラフィック過負荷保護を提供するために、例えばソースセルが過負荷状態にある場合、ターゲットセルは、ある量のトラフィック負荷マージンを仮想のハンドオーバ後のその仮想のトラフィック負荷状態の示度に加えることができる。あるいは、ソースセルは、ターゲットセルから受信した仮想のハンドオーバ実行後のトラフィック負荷増大ベクトルをターゲットセルの実際のトラフィック負荷状態に加え、仮想のハンドオーバ実行後のターゲットセルの仮想のトラフィック負荷状態を計算するために前記保護トラフィック負荷マージンをさらに加えることができる。

本発明の他の好ましい実施形態によれば、ソースセルのアクセスポイントは、候補のターゲットセルのトラフィック負荷状態を考慮して複数の候補のターゲットセルから最も適切なターゲットセルを選択する一助となる。これは、受信される信号強度により複数の候補のターゲットセルが利用可能であり、本発明によるネットワークが無線信号強度の状態に関してだけでなく候補のターゲットセルのトラフィック負荷状態を考慮して前記ターゲットセルのうちの１つを選択するトポロジーの状態にモバイル機器がいる可能性がある状態で有利である。これは、例えば候補のターゲットセルが過負荷状態に近いまたはソースセルより高いトラフィック負荷を有する場合、トラフィック負荷状態の観点から最良の選択肢ではないターゲットセルが選択されることを回避する。

本発明のさらなる他の好ましい実施形態によれば、ハンドオーバを実行するまたは実行しないという決定は、モバイル機器がいるハンドオーバ状態、例えば、適応範囲の状態、ネットワークまたはターゲットセルのトラフィック負荷状態、ハンドオーバの種類などをさらに考慮することができる。例えば、ハンドオーバを実行するという決定は、ターゲットセルのトラフィック負荷値が重要ではない（例えば、あるトラフィック負荷値の閾値を超えていない）と見なされる場合にはターゲットセルの仮想のトラフィック負荷値がソースセルの仮想のトラフィック負荷値よりも高い場合でもなされてよい。これは、負荷分散によるハンドオーバが動作中でない、または負荷分散の機構が、あるネットワークトラフィック負荷値が達せられたときだけ動作するシステムで有利であろう。さらに、移動によるハンドオーバを有するシステムでは、１つの候補のターゲットセルだけが存在し、したがってハンドオーバが、ターゲットセルの仮想のトラフィック負荷値がソースセルの仮想のトラフィック負荷値より高い場合でも可能とされ、次いで本発明の方法が、利用可能なハンドオーバの種類および候補のターゲットセルの数を考慮することになることが起こってよい。移動によるハンドオーバが、トラフィック過負荷状態に近いまたはトラフィック過負荷状態にある（したがって、あるトラフィック負荷の閾値を超えている）ターゲットセル内で行われる上記の状態の組合せも可能であり、次いで方法は、この種のハンドオーバを回避し、これが実際に可能である（すなわち、信号強度リンクが十分であり、ターゲットセル内の状態が変わっていない）限りソースセルとの接続をモバイル機器に維持させる。

本発明が明らかに理解され、容易に実行されることができるためにその１つの実施形態が、例としてだけ図１および図２の助けを用いてここで説明される。

図１は、情報Ｉ１を提供する検出ステップＳ１と、決定Ｄ２を行う決定ステップＳ２と、実行ステップＳ３とを備えるハンドオーバプロセスを示す。

典型的には検出ステップは、例えばモバイル機器がセル間を移動するときまたはセルのトラフィック負荷がある閾値に達するとき、移動またはトラフィック負荷分散によるハンドオーバの必要性を評価するために使用される。検出ステップＳ１は、モバイル機器によってまたはネットワーク側から引き起こされてよい。検出ステップＳ１は、候補のターゲットセルの数を検出し、例えばモバイル機器によって受信される無線信号強度により候補のターゲットセルのうちの１つを選択することさえできる。いくつかのシステムではこのステップは、すべての可能性のあるモバイル機器間で負荷によるハンドオーバを公平な方法で分配する能力および／または例えば所定の閾値もしくはヒステリシスレベルおよびこれらのレベルに関連したタイマを導入することによって無線信号強度の受信もしくはセルのトラフィック負荷測定値の急速な変動を除去する手段を備えることもできる。本発明によれば検出ステップＳ１は、ハンドオーバの必要性と、例えば候補のターゲットセルまたは選択されたターゲットセルを計算した他の任意の追加情報とを有する情報Ｉ１を決定ステップＳ２に提供する。

本発明により実行される決定ステップＳ２は、ステップＳ３でハンドオーバ実行を引き起こすまたはソースセルおよびターゲットセルの仮想のトラフィック負荷状態の比較により前記実行を妨げる決定情報Ｄ２を提供する。本発明の方法により通信ネットワークは、ソースセルからターゲットセルへのモバイル機器の仮想のハンドオーバ実行後のソースセルの仮想のトラフィック負荷のインジケータを計算し、ソースセルからターゲットセルへのモバイル機器の仮想のハンドオーバ実行後のターゲットセルの仮想のトラフィック負荷のインジケータを計算し、計算された仮想のトラフィック負荷のインジケータを比較し、前記比較により前記ハンドオーバを実行するまたは実行しないという決定Ｄ２を提供する。前記トラフィック負荷のインジケータが、例えばトラフィック負荷値またはセルの残存のトラフィック負荷容量に対して表される条件に応じて比較が前記条件に適応される。すなわち、前記ハンドオーバを実行するという決定は、ターゲットセルの仮想のトラフィック負荷値がソースセルの仮想のトラフィック負荷値より低い場合またはターゲットセルの仮想の残存のトラフィック負荷容量がソースセルの仮想の残存のトラフィック負荷容量より高い場合になされる。トラフィック負荷のインジケータを表す他の相対的な条件が使用されることができるが、比較の原理は同一であり、所定のモバイル機器の接続の仮想のハンドオーバが前記ターゲットセルに対して実行された後のソースセルのトラフィック負荷より高いトラフィック負荷を有するターゲットセル内でのハンドオーバの実行を回避することができる。

本発明による方法のさらなる有利な実装形態は、既に上述され従属クレームの助けを用いて説明されている。例えば、本発明の方法は、モバイル機器がいるハンドオーバ状態に応じてハンドオーバを実行するまたは妨げるという決定を行うために他のパラメータを考慮することができる。この種のパラメータは、例えば、ハンドオーバの種類（移動または負荷による）、ターゲットセル内でのトラフィック負荷状態（閾値の上または下）、または候補のターゲットセルの数であってよい。

あるいは、本発明の方法に関するアクティブ化機構または非アクティブ化機構が提供されることも可能であり、アクティブ化とは、仮想のトラフィック負荷の比較を行い、前記比較に基づいて決定を提供する方法を意味し、非アクティブ化とは、例えばネットワークオペレータによって「実行する」または「実行しない」ように設定されることができる所定の決定を常に提供する方法を意味する。上述のように、前記アクティブ化または非アクティブ化が、例えばモバイル機器がいるハンドオーバ状態を解析することによって自動的に実現されることも可能である。

最後に、本発明によれば第３のステップＳ３では、通信ネットワークは、その必要性が決定ステップＳ２によって提供される決定情報Ｄ２に応じて第１の検出ステップＳ１で検出されたハンドオーバを実行することができる。既に上述のように、ハンドオーバが実行されるとき、著しいネットワークリソースが、モバイル機器の接続をソースセルからターゲットセルに転送するまたは再ルーティングするために使用される。不必要なまたは不利となるハンドオーバの実行を回避すると貴重なネットワークリソースを節約し、ネットワーク性能を増大する。

図２は、本発明の利点を要約する簡単な一例を示す。

図２Ａに示されるように、その例はハンドオーバ実行前の下記の仮定に基づいている。すなわち、ソースセルのトラフィック負荷は９０％であり、ターゲットセルのトラフィック負荷は８５％であり、選択されたターゲットセルにハンドオーバされるモバイル機器によって引き起こされるトラフィック負荷は４％である。この状態では、ソースセルの現在のトラフィック負荷９０％とハンドオーバ実行前のターゲットセルのトラフィック負荷８５％を比較するだけである従来の通信システムの決定機構は、ターゲットアクセスポイントの負荷がソースアクセスポイントの負荷より低いのでハンドオーバを実行するという決定を行うであろう。しかし、ハンドオーバ実行後、ソースセルおよびターゲットセルの新しいトラフィック負荷状態は、ターゲットセルの負荷８９％がソースセルの負荷８６％より高いのでトラフィック負荷による理由のためにピンポン現象を生じることになる。負荷分散の目的のためのピンポン現象は、ソースセルおよびターゲットセルのトラフィック状態がネットワークリソースを浪費する前記トラフィック負荷レベルで維持する限り繰り返すことになる。

図２Ｂは、ソースセルの現在のトラフィック負荷９０％がハンドオーバ実行後のターゲットセルのトラフィック負荷８９％と比較される決定機構を備えるシステムでの第２の可能性を示す。この比較に基づいてソースアクセスポイントはまた、ターゲットセルの負荷がソースセルの負荷より低いのでハンドオーバを実行するという決定を行うであろう。しかし、ハンドオーバ実行後、ソースセルおよびターゲットセルのトラフィック負荷状態は、ターゲットセルの負荷８９％がソースセルの負荷８６％より高いのでトラフィック負荷による理由のためにピンポン現象を生じることになる。負荷分散の目的のためのピンポン現象は、ソースセルおよびターゲットセルのトラフィック状態がネットワークリソースを浪費する前記トラフィック負荷レベルを維持する限り繰り返すことになる。

本発明の方法によればハンドオーバは、図１による決定ステップＳ２が前記ハンドオーバを妨げるという決定Ｄ２を提供するのでこの場合には実行されないであろう。本発明による解決策は、ソースセルおよびターゲットセルの仮想のトラフィック負荷状態が仮想のハンドオーバ実行後に計算され比較される図２Ｃで示される。図２Ｃの例では、ソースセルの計算された仮想のトラフィック負荷値は８６％であり、ターゲットセルの計算された仮想のトラフィック負荷値は８９％であり、それは、ターゲットセルのトラフィック負荷値が、前記ハンドオーバが実行される場合にソースセルのトラフィック負荷値より高いことになることを意味し、これはターゲットセル内でより多くのトラフィック負荷を引き起こし（既にその制限容量に接近している）、ネットワークトラフィックの負荷分散の理由のためにソースセルに戻すピンポンハンドオーバのリスクを増大させるであろう。次いで、本発明による方法は、前記不利になるハンドオーバを実行しないという決定を行うことになる。

モバイル機器が、携帯電話、ＰＤＡ、ラップトップまたは通信ネットワークのアクセスポイントと通信する手段を備える任意の同様の電子機器であってよいことは当業者には理解されよう。同じ意味で、アクセスポイントは携帯電話の通信システムの従来の基地局であってよい。

本発明によるハンドオーバ決定方法のステップを実行する場合、いくつかの基地局のトラフィック負荷状態の集約情報を備える無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）などの通信ネットワーク要素が使用されることができる。あるいは、ＲＮＣなしの通信ネットワークでは、基地局またはアクセスポイントが本発明の方法を実行する手段を備えることができる。

最後に、本発明によるハンドオーバの決定を行う方法は、同一の表現を使用するが異なるステップを必要とする従来技術の文書でそのように表されることもできるこの種の決定を行う単一の動作によって限定されるものではなく、通信ネットワーク内でハンドオーバを実行するまたは妨げるためのこの決定が実行される方法によって限定されることに留意されたい。

本発明によるハンドオーバプロセスの構成図である。 本発明の方法の利点を示す応用例の図である。

Claims (11)

1. 複数のセルに分割された通信ネットワークを備え、前記通信ネットワークとその特定のセル内に配置された複数のモバイル機器との間の通信が各セル内で少なくとも１つのアクセスポイントによってサポートされ、通信ネットワークがソースセルから選択されたターゲットセルへの少なくとも１つのモバイル機器に関するハンドオーバを開始する必要性を検出する携帯電話の通信システムでハンドオーバの決定を行う方法であって、
   前記ソースセルから前記ターゲットセルへのモバイル機器の仮想のハンドオーバ実行後のソースセルに関する仮想のトラフィック負荷のインジケータを計算するステップと、
   前記ソースセルから前記ターゲットセルへのモバイル機器の仮想のハンドオーバ実行後のターゲットセルに関する仮想のトラフィック負荷のインジケータを計算するステップと、
   計算された仮想のトラフィック負荷のインジケータを比較するステップと、
   前記比較により前記ハンドオーバを実行するまたは実行しないという決定を行うステップとを有すること
   を特徴とする、方法。
2. 仮想のトラフィック負荷のインジケータがセルのトラフィック負荷値に関係し、前記ハンドオーバを実行するという決定が、ターゲットセルの仮想のトラフィック負荷値がソースセルの仮想のトラフィック負荷値より低い場合になされる、請求項１に記載の方法。
3. 仮想のトラフィック負荷のインジケータがセルの残存のトラフィック負荷容量に関係し、前記ハンドオーバを実行するという決定が、ターゲットセルの仮想の残存のトラフィック負荷容量がソースセルの残存の仮想のトラフィック負荷容量より高い場合になされる、請求項１に記載の方法。
4. ソースセルのアクセスポイントが、ターゲットセルのトラフィック負荷状態の示度を受信し、ハンドオーバの決定を行い、前記決定に応じてハンドオーバを実行する、請求項１に記載の方法。
5. ターゲットセルのアクセスポイントが、仮想のハンドオーバ実行後のターゲットセルの仮想のトラフィック負荷のインジケータを提供する、請求項４に記載の方法。
6. ターゲットセルによって提供される仮想のトラフィック負荷のインジケータが仮想の負荷増大ベクトルである、請求項５に記載の方法。
7. ターゲットセルによって提供される仮想のトラフィック負荷のインジケータが、仮想のハンドオーバ後の計算されたトラフィック負荷状態に加えられるある過負荷トラフィック負荷保護マージンを備える、請求項５に記載の方法。
8. 候補のターゲットセルのトラフィック負荷状態を考慮して複数の前記候補のターゲットセルから最も適切なターゲットセルを選択するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
9. ハンドオーバを実行するまたは実行しないという決定を行うように他のパラメータをさらに考慮する、請求項１に記載の方法。
10. 少なくとも複数のアクセスポイントとの通信手段と、少なくとも１つのアクセスポイントのトラフィック負荷状態についての情報の格納手段と、移動または負荷分散の理由のためにソースセルのアクセスポイントからターゲットセルのアクセスポイントに少なくとも１つのモバイル機器のハンドオーバを開始する必要性の検出手段と、前記ハンドオーバを実行する手段とを備える、携帯電話の通信システムの無線ネットワーク制御装置またはアクセスポイントなどのネットワーク要素であって、
    前記ソースセルから前記ターゲットセルへのモバイル機器の仮想のハンドオーバ実行後のソースセルに関する仮想のトラフィック負荷のインジケータを計算する手段と、
    前記ソースセルから前記ターゲットセルへのモバイル機器の仮想のハンドオーバ実行後のターゲットセルに関する仮想のトラフィック負荷のインジケータを計算する手段と、
    計算された仮想のトラフィック負荷のインジケータを比較する手段と、
    前記比較により前記ハンドオーバを実行するまたは実行しないという決定を行う手段と
    をさらに備えることを特徴とする、ネットワーク要素。
11. 請求項１０に記載のネットワーク要素を備える、通信ネットワーク。

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