JP4919890B2 - 無線システム、基地局および移動局 - Google Patents

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Description

本発明はパケット交換によりリアルタイム通信を行う無線システムに関する。
無線システムのパケット交換網において、インターネット等のデータ通信のみならず、VoIP(Voice over IP)やＴＶ電話等のリアルタイム通信が行われるようになってきており、リアルタイム通信のトラヒックが増加傾向にある。一方、QoS(Quality of Service)制御やポリシー制御、動的アドレス割り当て、認証等、無線システムが高機能化且つ複雑化し、ハンドオーバー時間は増加傾向にある。ハンドオーバー時においてもリアルタイム通信の品質を保てるようにすることが重要になってきている。
無線システムにおいて、基地局及び移動局は、通常、IP（Internet Protocol）等のパケットから無線伝送用の情報単位を構成して、無線に伝送する。また、無線システムは、送信情報の衝突や無送信時間を減らして無線リソースを効率的に使う為、無線伝送用の情報単位での送信のスケジューリングを行う。移動局からの帯域要求や自局の所要帯域に基づいて基地局がスケジューリングを行うことや、その手順については、例えば非特許文献１に開示されている。また、メッセージフォーマットについては、例えば非特許文献２に開示されている。また、無線伝送用の情報のフォーマットについては、例えば非特許文献３に開示されている。
IEEE Std 802.16e-2005、（2006年2月28日）/IEEE Std 802.16-2004/Corl 6.3.5.2 IEEE Std 802.16e-2005、（2006年2月28日）/IEEE Std 802.16-2004/Corl 6.3.2.1.2.1.1 IEEE Std 802.16e-2005、（2006年2月28日）/IEEE Std 802.16-2004/Corl 8.3.5.1
図１に、無線システムの１例を示す。AP(Access Point)1, AP2は基地局である。AGW(Access GateWay)3はアクセスゲートウェイである。IP network 4はIP（Internet Protocol）のネットワークである。CN(Correspondent Node)5は対応ノードである。AT(Access Terminal)6, AT8, AT10は移動局である。TE(Terminal Equipment)7, TE9, TE11は端末である。HA(Home Agent)12はMobile IPのホームエージェントである。AAA(Authentication Authorization and Accounting)13は認証、課金を行うサーバである。本システムにおいてTE7とCN５がAT6とAP1を介して通信しているとする。
図２に、AT6がAP1からAP2にハンドオーバーするときの、下り（FL:Forward Link）パケットの送信タイミングの１例を示す。AP1,AP2は、バッファ時間TbでAGW3から入力するパケットをバッファリングし、無線媒体にパケットから作成した無線伝送用の情報であるバーストを、送信するものとする。
VoIP等のアプリケーションによっては、一定時間の間隔毎に、一定サイズのパケットが送られる。例えば、パケットは一定間隔で発生するものとし、AP1がパケットA,B,C,Dを送信したところでAT6がAP1からAP2にハンドオーバーしたとする。
所定のハンドオーバー手続きにより、AP2にはA,B,C,Dに継続するパケットＥ，Ｆ，Ｇ，Ｈ…が入力する。但し、所定のハンドオーバーの手続きに時間がかかるため、AP2にパケットE,F,Gが纏めて到来し、パケットＨ， Ｉ， …から該一定間隔で到来する状況が起こり得る。
無線伝送後にAT6がTE7に一定間隔でパケットを送出する制御を行う場合、AT6がパケットDを送出後にパケットEを送出する時間になっても送出するパケットが無い状態になる。この場合、AT6からTE7へ出力されるパケット間隔が一定にならず、パケットＥ，Ｆ，Ｇ，Ｈ…の遅延や遅延揺らぎ（ジッタ）が増加することとなる。さらに、遅延揺らぎの増加等のQoS(Quality of Service)劣化の結果、TE7で再生される音声や画像の乱れが発生する。
図２は下りの例であるが、上り(RL: Reverse Link)の場合も同様の問題が起こる。パケット伝送における遅延の低減、及びハンドオーバー時におけるパケット伝送の遅延揺らぎの低減が、本発明の課題である。
一般に、パケット伝送の遅延揺らぎは、伝送区間の受信側でのバッファ（デジッタバッファ）でパケットの時間間隔を調整することにより除去出来る。この調整は、可変遅延を固定遅延に変換するもので、除去する遅延揺らぎの量が増えると、付加される固定遅延が増えることとなる。また、付加する固定遅延の増加に伴い、所要バッファ量が増加する。リアルタイム通信では、伝送遅延やバッファ量は、必要最低であることが望ましい。無線状況に応じて、伝送遅延やバッファ量を必要最小に出来るようにすることが、本発明の他の課題である。
上記課題を解決するために、本発明に係る無線システムでは、移動局は、パケットを保持する記憶手段と、上記記憶手段に保持されたパケットからバーストを構成する手段とを有し、上記基地局は、パケットを保持する記憶手段と、上記記憶手段に保持されたパケットからバーストを構成する手段と、上記基地局及び移動局が送信するバーストのスケジューリングを行う手段とを有する。この無線システムにおいてハンドオーバーが予測されると、上記移動局はパケットをバッファリングする時間を増加させ、上記基地局はパケットをバッファリングする時間を増加させ、且つ上記バーストのスケジューリング方法を変更し、上記基地局と移動局とは、前のバーストの送信が終わってから後のバーストの送信が
始まるまでの間に、ハンドオーバーに必要なメッセージ交換を行うことを特徴とする。
ハンドオーバーに必要なメッセージ交換を行うことにより、無線媒体への情報バーストの送信タイミングがハンドオーバーに必要なメッセージ交換によって影響を受けないようにできる。
上記スケジューリング方法を変更する手段は、第一の長さの期間に基地局若しくは移動局に入力したパケットを格納した情報バーストを繰り返し構成して無線送信を行う方法から、第一の長さより長い第二の長さの期間にそれぞれ基地局も若くは移動局に入力したパケットを格納した情報バーストを繰り返し構成し無線送信を行う方法に変更する。また該手段は変更前の第一の長さの期間毎に送信される情報バーストの間に、ハンドオーバーに必要なメッセージ交換が完了しない場合でも、変更後の第二の長さの期間毎に送信される情報バーストの間には完了するように期間を調整する。
これにより、無線媒体への情報バーストの送信タイミングがハンドオーバーに必要なメッセージ交換によって影響を受けないようにできる。
また本発明の移動局および基地局は、ハンドオーバーの発生を予測する手段でハンドオーバーが予測されると該記憶手段のパケット保持に割り当てられた記憶領域（バッファ容量）を増加させる。
本発明によれば、遅延揺らぎの増大が予想されるハンドオーバー時に、ダイナミックにATおよびAPのバッファ容量とAPにおけるスケジューリング方法を変更することにより、パケットの伝送遅延揺らぎが低減出来る。
本発明を適用した無線システム、基地局及び移動局について、図面を参照して詳細に説明する。
この無線システムは、要するに、複数の基地局間で移動局のパケット通信のハンドオーバーを行う無線システムで、移動局および基地局はパケットを保持する記憶手段と、記憶手段に保持されたパケットから無線伝送用の情報バーストを構成する手段を備える。基地局は、基地局と移動局が送信する情報バーストのスケジューリングを行う手段を備えている。移動局もしくは基地局の何れかは、ハンドオーバーの発生を予測する手段を備え、基地局は前記手段でハンドオーバーが予測されるとスケジューリング方法を変更する。そして、複数の基地局と移動局は、情報バースト送信の合間にハンドオーバーに必要なメッセージ交換を行う。
ここで、「スケジューリング」とは、パケットの送信時間の決定、つまりパケットから情報バーストを構成し、情報バーストの送信タイミングを決めること、を意味する。また、「スケジューリング方法」とは、スケジューリングの際に送信タイミングを規定する方法、例えば情報バーストにどれだけのパケットを格納するか、また送信バーストの送信間隔をどうするか、を意味する。
[下り動的バッファ・スケジューリング方法変更の例]
図３に、本発明の無線システムにおいて、下り（APからAT方向）パケットを伝送するとき、バッファ時間と無線媒体へのパケット送信のスケジューリング方法を動的に変更する時系列の1例を示す。
ＡＰ１にパケットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが入力する前に、ＡＰ１とＡＴ６はハンドオーバーが起こることを予測し、バッファ時間をＴｂからＴｂ’に増加させるものとする。また、ＡＰ１にパケットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが入力する前に、ＡＰ１は、ハンドオーバーが起こることを予測し、スケジューリング方法を変更するものとする。
図２の従来例のスケジューリング方法では、ＡＰ１がバッファ時間Ｔｂ毎に入力したパケットＡ， Ｂ， Ｃ， Ｄをバッファ時間毎に独立に無線区間に送信している。スケジューリング方法の変更により、図３の例に示すように、ＡＰ１がバッファ時間Ｔｂ’に入力したパケットＡ， Ｂ， Ｃ， Ｄをまとめたバーストを構成し無線区間に送信する。
基地局は、Ｔｂ’毎に該基地局に入力したパケットから作成するバーストを、送信するようになる。ここで例えば、ＡＰ１は、制御情報として受信するＡＴ６の無線チャンネル品質から、ハンドオーバーが起こることを予測出来る。また例えば、ＡＴ６は、ＡＰ１から受信する信号の強度や情報の伝送誤り率等の通信品質から、ハンドオーバーが起こることを予測出来る。
状況により、ＡＴもしくはＡＰが実際にハンドオーバーを行う決定をすると、ＡＴとＡＰ間でハンドオーバー手続きを行う。本発明を適用した実施例では、ＡＴ６とＡＰ１，ＡＰ２は、バースト送信の合間に、ハンドオーバーを行う。例えば図３で、ＡＰ１がパケットＤを受信した時点に、ＡＴ６が、ハンドオーバーを行う決定をしたとする。ＡＴ６とＡＰ１，ＡＰ２は、ＡＰ１がパケットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄからなるバーストを送信した後から、ＡＰ２がパケットＥ，Ｆ，Ｇ，Ｈからなるバーストを送信するまでの間にメッセージを交換し、ハンドオーバーを行う。
ハンドオーバー手続きに時間がかかり、パケット送信間隔内に終わらない場合でも、無線区間のバースト送信間隔（例えばパケットＡ，Ｂ，Ｃ，ＤからなるバーストとパケットＥ，Ｆ，Ｇ，Ｈからなるバーストの間）内には、ハンドオーバーが完了するように出来る。バースト送信間隔を、ハンドオーバーの影響を受けずに一定にすることが出来る。ＡＴ６は、ＴＥ７へパケットを一定間隔で送出できる。
ＡＴ６は、トークンバケット等のシェーピング方式でＴＥ７へのパケット送出を制御しても良い。また、ＣＮ５でアプリケーションがパケット生成時刻のタイムスタンプを付加している場合には、ＡＴ６が、タイムスタンプに指定された時刻に各パケットをＴＥ７に送出しても良い。バースト受信後に、ＡＴ６からＴＥ７へ出力されるパケットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ…の間隔を一定に出来、遅延揺らぎを無くすことが出来る。
ハンドオーバー開始から一定時間経過すると、ＡＰ２とＡＴ６は、バッファ時間をＴｂ’からＴｂに戻す。またＡＰ２は、スケジューリング方法を回復する。即ち、ＡＰ２は、バッファ時間Ｔｂ毎にＡＰ２に入力したパケットを、バッファ時間毎に独立に無線区間に送信するようにする。遅延揺らぎが大きいハンドオーバー時のみ、バッファ時間をＴｂからＴｂ’に増加させる為、ハンドオーバー以外の通信時の遅延やバッファ量を、逓減することが出来る。
尚、信号強度や誤り率の劣化等ハンドオーバーが予測される状況になっても、直ちにバッファ時間やスケジュールの変更を行わずとも良い。例えば、連続するパケットの通信中に上記変更を行うと、遅延が増加するため、通信品質に影響することがある。この場合、例えば、上記状況でかつＶｏＩＰの有音区間から無音区間に移りパケットが途切れたタイミングで、バッファ時間やスケジュールの変更を行っても良い。ハンドオーバー後に、バッファ時間やスケジュールを元に戻す場合も同様に、有音区間から無音区間に移ったタイミングで行っても良い。
また、ＡＴ，ＡＰにおけるバッファ時間を、常にハンドオーバーにかかる時間に比較して十分に長くしておく方法が考えられるが、バッファ時間が増加しエンド・トゥ・エンドの遅延が増加する。音声通信等の主観評価で、ユーザの満足度を満たす為にはエンド・トゥ・エンドの遅延が小さい程良く、また遅延を一定以下にする必要があることが知られている。本方法は、ハンドオーバーの前後以外はエンド・トゥ・エンドの固定遅延を増加させなくて良い。また、ハンドオーバー前後以外はバッファ時間が短くて済む為、ＡＴ，ＡＰのメモリー容量が削減出来る。
ＴＥやＣＮで動作する音声・画像等のアプリケーションが生成するパケット間隔を、ハンドオーバーの所要時間に比較して十分大きくする為に、無線状態によりアプリケーションが生成するパケットの間隔やサイズ等のトラヒック特性を変える方式が考えられる。しかしながら、エンド・トゥ・エンドのシグナリングが必要となり、時間がかかる。本発明によると、アクセスシステム内のシグナリングのみで対応することが出来る。
［上り動的バッファ・スケジューリング方法変更の例］
図４に、本発明の無線システムにおいて上り（ＡＴからＡＰ方向）パケットを伝送するとき、バッファ時間と無線媒体へのパケット送信のスケジューリング方法を動的に変更する時系列の１例を示す。
上りリンクと下りリンクのハンドオーバーは同時に行っても良い。またシステムによっては上りと下りリンクのハンドオーバーを独立に行い、例えば下りのパケット伝送はＡＰ１経由、上りのパケット伝送はＡＰ２経由で行っても良い。
ＡＴ６にパケットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが入力する前に、ＡＰ１とＡＴ６は、ハンドオーバーが起こることを予測し、バッファ時間をＴｂからＴｂ’に増加させるものとする。ここで例えば、ハンドオーバーの所要時間が２０ｍｓとすると、ＡＰ１とＡＴ６は、バッファ時間をＴｂ＝１０ｍｓからＴｂ’＝４０ｍｓに増加させる。一般に、Ｔｂ’は、ハンドオーバーの所要時間に比較して十分長い時間とする。
ＡＴ６にパケットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが入力する前に、ＡＰ１は、ハンドオーバーが起こることを予測し、スケジューリング方法を変更するものとする。
図２の従来例のスケジューリング方法では、ＡＰ１がバッファ時間Ｔｂ毎に入力したパケットＡ， Ｂ， Ｃ， Ｄを、バッファ時間毎に独立に無線区間に送信している。スケジューリング方法の変更により、図４の例に示すように、ＡＴ６が、バッファ時間Ｔｂ’に入力したパケットＡ， Ｂ， Ｃ， Ｄをまとめたバーストを構成し、無線区間に送信する。
後述のように、ＡＰ１がＡＴ６のパケット送信のスケジューリングを行い、送信タイミングを制御情報としてＡＴに伝える。また、ハンドオーバー先のＡＰ２は、パケットをバースト（例えば図４のパケットＥ，Ｆ，Ｇ，Ｈからなるバースト）で伝送するスケジューリングを継続する。基地局は、Ｔｂ’毎にバーストを送信するようになる。ここで例えば、ＡＰ１は、制御情報として受信するＡＴ６の無線の通信品質から、ハンドオーバーが起こることを予測出来る。また例えば、ＡＴ６は、ＡＰ１から受信する信号の強度や情報の伝送誤り率等の通信品質から、ハンドオーバーが起こることを予測出来る。
状況により、ＡＴもしくはＡＰが、実際にハンドオーバーを行う決定をするとＡＴとＡＰ間でハンドオーバー手続きを行う。本発明を適用した実施例では、ＡＴ６とＡＰ１，ＡＰ２は、バースト送信の合間にハンドオーバーを行う。例えば図４で、ＡＴ６が、パケットＤを受信した時点にＡＴ６がハンドオーバーを行う決定をしたとする。ＡＴ６とＡＰ１，ＡＰ２は、ＡＴ６がパケットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄからなるバーストを送信した後から、ＡＴ６がパケットＥ，Ｆ，Ｇ，Ｈからなるバーストを送信するまでの間に、メッセージを交換しハンドオーバーを行う。ＡＰは、受信したバーストからパケットを取り出し、一定間隔でＡＧＷ３に送出できる。
ＡＰ１，ＡＰ２は、トークンバケット等のシェーピング方式でＡＧＷ３へのパケット送出を制御しても良い。また、ＴＥ７でアプリケーションがパケット生成時刻のタイムスタンプを付加している場合には、ＡＰ１，ＡＰ２が、タイムスタンプに指定された時刻に各パケットをＡＧＷ３に送出しても良い。
ハンドオーバーの手続きに時間がかかりパケット送信間隔内に終わらない場合でも、無線区間のバースト送信間隔（例えばパケットＡ，Ｂ，Ｃ，ＤからなるバーストとパケットＥ，Ｆ，Ｇ，Ｈからなるバーストの間）内には、ハンドオーバーが完了するように出来る。バースト送信間隔は、ハンドオーバーの影響を受けずに一定に出来るため、バースト受信後にＡＧＷ３が受信するパケットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ…の間隔を一定に出来、遅延揺らぎを無くすことが出来る。
ハンドオーバー開始から一定時間経過すると、ＡＰ２とＡＴ６は、バッファ時間をＴｂ’からTbに戻す。また、AP2は、スケジューリング方法を回復する。即ち、AP2は、バッファ時間Tb毎にAT6に入力したパケットをバッファ時間毎に、独立に無線区間に送信するようにする。遅延揺らぎが大きいハンドオーバー時のみ、バッファ時間をＴｂからＴｂ’に増加させる為、ハンドオーバー以外の通信時の遅延やバッファ量を逓減することが出来る。
尚、信号強度や誤り率の劣化等ハンドオーバーが予測される状況になっても、直ちにバッファ時間やスケジュールの変更を行わずとも良い。例えば、連続するパケットの通信中に上記変更を行うと、遅延が増加するため、通信品質に影響することがある。この場合、例えば、上記状況でかつVoIPの有音区間から無音区間に移りパケットが途切れたタイミングで、バッファ時間やスケジュールの変更を行っても良い。ハンドオーバー完了後にバッファ時間やスケジュールを元に戻す場合も同様に、有音区間から無音区間に移ったタイミングで良い。
また、AT,APにおけるバッファ時間を、常にハンドオーバーにかかる時間に比較して十分に長くしておく方法が考えられるが、バッファ時間が増加しエンド・トゥ・エンドの遅延が増加する。音声通信等の主観評価で、ユーザの満足度を満たす為にはエンド・トゥ・エンドの遅延が小さい程良く、また遅延を一定以下にする必要があることが知られている。
本方法は、ハンドオーバーの前後以外はエンド・トゥ・エンドの固定遅延を増加させなくて良い。また、ハンドオーバー前後以外はバッファ時間が短くて済む為、AT,APのメモリー容量が削減出来る。
TEやCNで動作する音声・画像等のアプリケーションが生成するパケット間隔を、ハンドオーバーの所要時間に比較して十分大きくする為に、無線状態によりアプリケーションが生成するパケットの間隔やサイズ等のトラヒック特性を変える方式が考えられる。しかしながら、エンド・トゥ・エンドのシグナリングが必要となり、時間がかかる。本発明によると、アクセスシステム内のシグナリングのみで対応することが出来る。
[ハンドオーバーのコールフローの例：処理の説明]
図5に、AT6がAP1からAP2にハンドオーバーするときの、本発明によるコールフローの１例を示す。
データ伝送の向きは、上りでも下りでも良い。AT6が、Data flow 21,22でAP1経由の通信を行っているとする。無線品質が劣化してハンドオーバーが予測される状況23になったとする。
AT6は、CQI(Channel Quality Index)24で無線品質の情報をAP1に送る。また、AT6はバッファ時間変更の処理２５で、バッファ時間をＴｂからＴｂ’に変更する。
AP1は、CQI24に基づきバッファ時間およびスケジューリング方法変更の処理26をする。
電波状況が変化し、AT6がハンドオーバー開始の判断27を行い、ハンドオーバーを要求するメッセージであるHO Request28をAP1に送信する。
ハンドオーバーを行う判断及びハンドオーバーを要求するメッセージの送信は、AP1が開始しても良い。またAP１は、HO Request28受信後に、AP1の都合で、ハンドオーバー実行のタイミングを調整しても良い。
AT6は、HO request 28をAP2に送信すると、バッファの変更時間を管理するタイマーを起動する。またAP2は、HO request 28を受信すると、バッファ/スケジューラの変更時間を管理するタイマーを起動する。
Control Sequences 29,30で、ハンドオーバーの為、AT6, AP1, AP2間のメッセージ交換を行う。これらは、無線接続切り替え、ATアドレス割り当て、QoS設定、アドミッション制御、課金、認証等無線システムの規格に応じたメッセージ交換である。
AP2は、Control Sequences 29,30のメッセージ交換後、AT6にHO Response 31を送る。また、AP2は、AGW3とAP2間の接続を確立するために、AGW3にRegistration Request 32を送る。
AGW3は、AP2にRegistration Response 33を返し、AP1経由の経路をAP2経由に切り替える。
AT6は、Data flow 34,35でAP2経由の通信を行う。タイマー計測により一定時間経過後、AT6は、バッファ時間の回復処理36をする。
またAP2は、バッファ時間とスケジューリング方法の回復処理37をする。
[ハンドオーバーのコールフローの例：データバーストとハンドオーバー処理とのタイミングの関係]
図6に、AT6がAP1からAP2にハンドオーバーするときの、コールフローの１例を示す。
データ伝送の向きは、上りでも下りでも良い。AT6が、AP1とData burst 40,41,42,43の送受信を行っているとする。Data burst 40,41,42,43は、例えば図２に示すように、バッファ時間TbにAPもしくはATが受信したパケットから作成されたバーストであって、期間a毎に送信される。
無線品質が劣化してハンドオーバーが予測される状況になったとすると、AT6は、バッファ時間をTbからＴｂ’に変更するバッファ時間変更処理25をする。
AP1は、バッファ時間およびスケジューリング方法を変更する処理26をする。
スケジューリング方法の変更により、APもしくはAT6は、バッファ時間Ｔｂ’にAPもしくはATが受信したパケットから作成されたData burst 44, 45を送信する。
Data burst 44は、例えば図3および図４のパケットA,B,C,Dからなるバーストに対応し、Data burst 45はパケットE,F,G,Hからなるバーストに対応する。Data burst 44, 45はaより長い期間b毎に送信される。
Data burst 44が送信されると、AT6, AP1, AP2はData burst 45が送信されるまでにHO request 28, Control Sequences 29, HO Response 31のメッセージ交換を行う。
ハンドオーバー完了後、AT6は、バッファ時間を回復する処理36をする。
また、AP2は、バッファ時間とスケジューリング方法を回復する処理37をする。
スケジューリング方法を回復すると、AT6およびAP2は、期間a毎にData burst 46, 47, 48を送信する。期間aのバースト送信間隔内にHO Request 28, Control Sequences 29, HO Response 31のメッセージ交換が完了しない場合でも、期間bのバースト送信間隔(例えばData burst 44と45の間)内に完了するように出来る。
[上りスケジューリングのコールフローの例]
図７に、上りスケジューリングのコールフローの１例を示す。
TE7からAT6に、Data 50が入力される。Data 50は、例えば図４のパケットA,B,C,Dである。
AT6は、BW(BandWidth) Request 51でData50の情報量をAP1に伝え、送信帯域を要求する。また、AT6は、必要に応じてBW Request 51でData50以外の制御情報量をAP1に伝え、送信帯域を要求する。送信帯域を要求するメッセージフォーマットの１例は、非特許文献1の6.3.2.1.2.1.2節に記載されている。
AP1の制御部91は、スケジューリング処理52でData 50の送信時間の決定を行う。
AP1は、複数のATからBW Request 51を受信した場合、各ATの送信時間が衝突しないように調整を行う。AP1の制御部91は、例えば図４に示すパケットA,B,C,D分のサイズのバーストを、図6に示すData burst 44のタイミングで送る決定を行う。AP1の制御部91は、AT6が送信する制御情報を持つ場合、該制御情報を送るサイズとタイミングを決定する。AP1の制御部91は、AT6が無線送信するData burstと制御情報のサイズとタイミングを指定するMAP53を作成し、AT6に伝える。上り送信情報のサイズとタイミングを指定するメッセージフォーマットの１例は、非特許文献1の6.3.2.3.4節に記載されている。
AT6の制御部81は、受信したMAP53を解析する。
AT6は、指定されたサイズとタイミングでData50を格納したData burst 54を、無線媒体に送信する。また、AT6は、指定されたサイズとタイミングで、ハンドオーバーに必要なメッセージ等の制御情報を無線媒体に送信する。
例えば、AT6は、図４のパケットA,B,C,DをData burst 54に格納して送信する。AT6,AP1間で以上の手順を繰り返し行い、AP1のスケジューリングで、AT6がバーストの無線送信を行う。例えば、基地局と移動局は、上記手順を、通常は期間a毎に繰り返し、ハンドオーバーが予測されるか実行中の状況では期間b毎に繰り返しても良い。また、例えば期間aの単位でしかスケジューリングが出来ない場合は、上記手順を、通常は期間a毎に繰り返し、ハンドオーバーが予測されるか実行中の状況では期間aの数倍の期間毎に繰り返しても良い。
[下りスケジューリングのコールフローの例]
図８に、下りスケジューリングのコールフローの１例を示す。
AGW3からAP1に、Data 55が入力される。Data 55は、例えば図3のパケットA,B,C,Dである。
AP1の制御部91は、スケジューリング処理52でData 55の送信時間の決定を行う。また、AP1がData 55以外送信する制御情報を持つ場合、制御部91は、スケジューリング処理56で該制御情報の送信時間の決定を行う。
AP1は、複数のATとの送受信情報がある場合、APと各ATの送信時間が衝突しないように調整を行う。AP1は、例えば図3に示すパケットA,B,C,D分のサイズのバーストを、図6に示すData burst 44のタイミングで送る決定を行う。
AP1の制御部91は、AP1が無線送信するData burstと制御情報のサイズとタイミングを、MAP57でAT6に伝える。下り送信情報のサイズとタイミングを指定するメッセージフォーマットの１例は、非特許文献1の6.3.2.3.2節に記載されている。
AP1は、決定したサイズとタイミングで、Data55と制御情報を格納したData burst 58を無線媒体に送信する。例えば、AP1は、図3のパケットA,B,C,DをData burst 58に格納して送信する。また、例えば、AP1は、ハンドオーバーに必要なメッセージ等の制御情報を送信する。
AT6の制御部は、受信したMAP57を解析する。
AT6は、MAP57に指定されたサイズとタイミングの情報を、自局宛と認識して受信処理を行う。
AT6,AP1間で以上の手順を繰り返し行い、AP1のスケジューリングで、AT6がバーストの無線送信を行う。例えば、基地局と移動局は、上記手順を通常は期間a毎に繰り返し、ハンドオーバーが予測されるか実行中の状況では期間b毎に繰り返しても良い。また、例えば、期間aの単位でしかスケジューリングが出来ない場合は、上記手順を通常は期間a毎に繰り返し、ハンドオーバーが予測されるか実行中の状況では期間aの数倍の期間毎に繰り返しても良い。
[HO予測の例]
本発明のAT若しくはAPの制御部が行うハンドオーバーの予測と開始の例を図9に示す。
ATの無線部は、受信された信号からAP1の電力101, AP2の電力102を計測し、制御部に伝える。ATの制御部は、受信電力を、例えばCQI24のようなメッセージで、APに伝えるものとする。AP1に接続しているATが、AP1からAP2に移動する場合を考える。AP2に近づくにつれてAP1の電力101が減少し、AP2の電力102が増加する。ATもしくはAPの制御部は、AP1の電力101がAP2の電力102に比較してある閾値（Th1）以下となると、ハンドオーバーが起こると予測し、バッファやスケジューリング方法の変更を行う。または、ATもしくはAPの制御部は、AP1の電力101がある値（P0）以下となると、ハンドオーバーが起こると予測し、バッファやスケジューリング方法の変更を行っても良い。
ATが更にAP2に近づいたとする。ATもしくはAPの制御部は、AP2の電力102がAP1の電力101に比較してある閾値（Th2）以上となると、AP1からAP2へのハンドオーバーを開始する。本例は、APの電力を用いてハンドオーバーの予測と開始を行う例であるが、誤り率やデータスループット等他の指標を用いても良い。
[スケジューリングとバースト送信の具体例]
図10にAPがスケジューリングとバーストの送信を行う具体例を示す。
AP1が、期間a[sec]毎にバーストを構成し送信している。例えばAP1の制御部は、ｋ個(k=1でも良い)のパケット１０５， １０６， …，１０７からData burst 43を構成し送信する。
AP1の制御部は、記憶部に少なくともｋ個のパケットを格納できる領域を確保しておく。例えば、パケットサイズをd [Byte]とすると、制御部は、少なくともk*d[Byte]分を確保する。その後、ハンドオーバーが予測される状況になると、AP1はバッファを増加させる。
このとき、例えば、AP1の制御部は、記憶部に少なくともn個のパケットを格納できる領域を確保するようにする。例えば、パケットサイズをd [Byte]とすると、制御部は少なくともn*d[Byte]分を確保する。また、AP1の制御部はスケジューリング方法を変更し、期間b[sec]毎にバーストを構成して送信するようにする。
例えば、AP1は、n個のパケット１０８， １０９， …，１１０からData burst 44を構成し送信する。その後ATがAP1からAP2へハンドオーバーを行い、AP2がバーストを送信する。例えばAP1は、AP2へパケット１１１， １１２，…， １１３を転送し、AP2が、Data burst 45を送信する。
AP1,AP2,ATがハンドオーバーに必要なメッセージを交換する時間を、x[sec]とする。Data burst 44の長さをz[sec]とする。AP1の制御部は(b-z) > xとなり、かつ、Data burst 44の送信後にハンドオーバーに必要なメッセージを交換するように、スケジューリングを行う。
パケット間隔をy[sec]とすると、b=n＊y[sec]である。また、Ｄａｔａ ｂｕｒｓｔ ４４， ４５…のサイズをe[Byte]、無線伝送速度をf[Byte/sec]とすると、z=e/f[sec]である。(b-z) > xと前記の関係より、n > (x + e/f)/yである。つまり、AP1の制御部は、(x + e/f)/yより多くの個数のパケットから、Data burst 44, 45を構成するようにする。
[ATの例]
図11に本発明のAT6の１例を示す。AT8, AT10についても本例と同様である。
BB(ベースバンド部)84は、無線送受信信号のベースバンド処理を行う。送信信号を変調し、受信信号の同期補足および復調を行う。
IF85は、無線の中間周波数（IF: Intermediate Frequency）の信号処理を行う。IF85は、BB84から入力されるベースバンド信号をDA（Digital to Analog ）変換の上、中間周波数へ変換し、RF86に出力する。また、IF85は、RF86から入力される無線信号をAD（Analog to Digital）変換して、BB84に出力する。
RF（無線部）86、は無線周波数（RF: Radio Frequency）の信号処理を行う。RF86は、IF85から入力した信号を無線周波数にアップコンバートし、送信電力を増幅の上アンテナ87に出力する。また、RF86は、アンテナ87から入力した無線信号を中間周波数にダウンコンバートの上、IF85へ出力する。
制御部81は、AT全体の管理機能を有する。また、制御部81は、送受信するパケットの組み立て・分解・廃棄等や、情報の送信タイミング制御、記憶部82の情報管理、メッセージの送信、受信したメッセージの解析とメッセージに応じた各種処理、ハンドオーバーの予測と実行の決定を行う。
記憶部82は、送受信するデータおよび各種制御に必要な管理情報を保持する。
UIF83は、キーボード、ディスプレイ、スピーカ等のユーザインタフェースである。IO IF80は、TEと接続する入出力インタフェースである。
[APの例]
図12に本発明のAP1の1例を示す。AP2についても本例と同様である。
NW IF93は、AGW3があるネットワークに接続するためのネットワークインタフェースである。
BB(Base Band)94は、送受信信号のベースバンド処理を行う。BB94は、送信信号を変調し、受信信号の同期補足および復調を行う。
IF95は、中間周波数（IF: Intermediate Frequency）の信号処理を行う。IF95は、BB94から入力されるベースバンド信号をDA（Digital to Analog ）変換の上、中間周波数へ変換し、RF96に出力する。また、IF95は、RF96から入力される信号をAD（Analog to Digital）変換してBB94に出力する。
RF（無線部）96、は無線周波数（RF: Radio Frequency）の信号処理を行う。RF96は、IF95から入力した信号を無線周波数にアップコンバートし、送信電力を増幅の上アンテナ97に出力する。また、RF96は、アンテナ97から入力した無線信号を中間周波数にダウンコンバートの上、IF95へ出力する。
制御部91は、AP全体の管理機能を有する。無線およびNW IF239を介して送受信するパケットの組み立て・分解・廃棄や、送信タイミング制御、自局と自局に接続するATの無線送信スケジュールの決定（スケジューリング）、記憶部92の情報管理、メッセージ組み立て・送信・解析、ハンドオーバーの予測と実行の決定を行う。
記憶部92は、送受信するデータおよび各種制御に必要な管理情報を保持する。
[ATの処理の例：通信品質モニタ]
図13にATの制御部81が行う通信品質モニタの処理の１例を示す。
S1：制御部81は、無線部が計測する通信品質情報を得る。通信品質情報は、例えばATが基地局から受信する信号の強度である。
S2：制御部81は、通信品質情報を用いてCQI 24を作成し、APに送信する。
[ATの処理の例：ハンドオーバー]
図14にATの制御部81が行うハンドオーバーの処理の１例を示す。
S3：制御部81は、S１で得た情報を用い、ハンドオーバーが予測される状況かを判定する。ここで制御部81は、前述の通り、例えばAP1の電力101がAP2の電力102に比較してある閾値（Th1）以下となると、ハンドオーバーが予測される状況と判定する。
S4：制御部81は、記憶部82に確保されたパケット用のバッファ領域を増加させる。ここで制御部81は、前述の通り例えばバッファ領域をk*d[Byte]からn*d[Byte]に増加させる。
S5：制御部81は、S１で得た情報を用い、ハンドオーバーを実行するかを判定する。ここで制御部81は、前述の通り例えばAP2の電力102がAP1の電力101に比較してある閾値（Th2）以上となると、AP1からAP2へのハンドオーバーを実行すると判定する。
S9：S5においてハンドオーバーを実行すると判定されない場合、制御部81は、S１で得た情報を用いてハンドオーバーが予測される状況かを判定する。S9の処理はS3と同様である。
S9においてハンドオーバーが予測される状況の場合、制御部81はS5に戻って処理を行う。
S8：S9において状況が戻ってハンドオーバーが予測される状況ではなくなった場合、制御部81は、バッファ領域を回復する。ここで制御部81は、例えばパケット用に確保するバッファ領域をn*d[Byte] からk*d[Byte]に戻す。
S6：S5においてハンドオーバーを実行すると判定された場合、制御部81は、ハンドオーバー処理を行う。制御部81は、ハンドオーバー開始からの時間を計測するタイマー(HO timer)を起動し、ハンドオーバーに必要なメッセージ交換(例えばHO Request 28, Control Sequence 29, HO Response 31の交換)を行う。
S7：制御部81は、 HO timerが満了したか確認する。
S8：S7においてHO timer満了すると、バッファ領域を回復する。S8の処理が終わると、その後制御部81はS1に戻って処理を繰り返す。
[ATの処理の例：スケジューリング]
図15にATの制御部81が行うスケジューリングの処理の１例を示す。
S10：制御部81は、パケットデータ若しくは制御情報の何れかの送信情報があるか調べる。
S11：S10において送信情報が有る場合、制御部81は、APに情報を送信する帯域を要求する。例えば制御部81は、BW Request 51を作成しAPに送信する。
S12：制御部81は、APからの送信タイミングを指示するメッセージの受信を待つ。ここで例えばATは、MAP53を受信し制御部81が解析する。
S12においてMAPの受信が無かった場合、制御部81はS10に戻って処理を繰り返す。
S13：S12においてMAPの受信があった場合、制御部81は、MAPに指定されたタイミングでの情報の送受信を行う。
[APの処理の例：ハンドオーバー元APのハンドオーバー]
図16にAPの制御部91が行うハンドオーバーの処理の１例を示す。
S14：制御部91は、ATから得たCQI 24の情報を用い、ハンドオーバーが予測される状況かを判定する。ここで制御部91は、前述の通り例えばAP1の電力101がAP2の電力102に比較してある閾値（Th1）以下となると、ハンドオーバーが予測される状況と判定する。
S15：制御部91は、記憶部92に確保されたパケット用のバッファ領域を増加させ、スケジューリング方法を変更する。ここで制御部91は、前述の通り例えばバッファ領域をk*d[Byte]からn*d[Byte]に増加させる。また制御部91は、前述の通り例えば期間a毎にk個のパケットをバーストに格納して送信していたものを、期間b毎にn個のパケットをバーストに格納して送信するように変更する。
S16：制御部91は、CQI 24から得た情報を用い、ハンドオーバーを実行するかを判定する。ここで制御部91は、前述の通り例えばAP2の電力102がAP1の電力101に比較してある閾値（Th2）以上となると、AP1からAP2へのハンドオーバーを実行すると判定する。
S19：S16においてハンドオーバーを実行すると判定されない場合に、制御部91はCQI 24で得た情報を用いてハンドオーバーが予測される状況かを判定する。S19の処理はS14と同様である。
S19においてハンドオーバーが予測される状況の場合、制御部91はS16に戻って処理を行う。
S20：S19において状況が戻ってハンドオーバーが予測される状況ではなくなった場合、制御部91は、バッファ領域とスケジューリング方法を回復する。ここで制御部91は、例えばパケット用に確保するバッファ領域を、n*d[Byte] からk*d[Byte]に戻す。また制御部91は、例えば期間b毎にn個のパケットをバーストに格納して送信していたものを、期間a毎にk個のパケットをバーストに格納して送信するように、スケジューリング方法を戻す。S20の処理が終わると、その後制御部91はS14に戻って処理を繰り返す。
S17：S16においてハンドオーバーを実行すると判定された場合、制御部91は、ハンドオーバー処理を行う。制御部91は、ハンドオーバーに必要なメッセージ交換(例えばHO request 28, Control sequence 29, HO Response 31の交換)を行う。
S18：制御部91は、S17におけるハンドオーバー後に、ハンドオーバーしたAT用に記憶部92に確保されたバッファ領域を解放し、該ATに関するスケジューリングを終了する。
[APの処理の例：ハンドオーバー先APのハンドオーバー]
図17にAPの制御部91が行うハンドオーバーの処理の１例を示す。
S21：制御部91は、HO request 28の受信を待つ。
S22：HO request 28が受信されると、制御部91は、ハンドオーバー開始からの時間を計測するタイマー(HO timer)を起動する。
S23：制御部91は、ハンドオーバー時に適したサイズのバッファ領域を確保する。ここで例えば制御部91は、n*d[Byte]のバッファ領域を確保する。また、制御部91は、ハンドオーバーするATとの送受信についてハンドオーバー時に適したスケジューリングを開始する。ここで例えば制御部91は、期間b毎にn個のパケットをバーストに格納して送信するスケジューリングを開始する。APを切り替えるときも、バースト送信間隔を一定に出来る。AP間で同期することにより、AP間で時計を合わせる事が出来る。同期の方法は、各APが衛星から受信するGPS信号を用いても良く、またNTP（Network Time Protocol）のようなプロトコルを用いても良い。バースト送信が一定間隔となるように、予め決まった時刻に送出するようにしておいても良い。例えば、ハンドオーバー先と元のAPの時計の時刻がx[sec]+b[sec]*mの関係を満たすときにバーストを送信するように、予めAPに設定しておいても良い。ここで、ｘは適当なオフセット、mは自然数である。または、ハンドオーバー時のAP間メッセージによって、ハンドオーバー元のAPからハンドオーバー先のAPに、ハンドオーバー直後のバースト送信の時間を指示しても良い。
S24：制御部91は、ハンドオーバー処理を行う。ここで制御部91は、例えばControl sequence 29, HO Response 31の交換を行う。APの制御部91は、バースト間（例えばData burst 44, 45間）にこれらのメッセージ交換が完了するようにスケジューリングを行う。
S25：制御部91は、HO timerが満了したか確認する。
S26：S25においてHO timerが満了すると、バッファ領域とスケジューリング方法を回復する。ここで例えば制御部91は、パケット用に確保するバッファ領域をn*d[Byte] からk*d[Byte]に戻す。ここで例えば制御部91は、期間b毎にn個のパケットをバーストに格納して送信していたものを、期間a毎にk個のパケットをバーストに格納して送信するようにスケジューリング方法を戻す。S25においてHO timerが満了しない場合、制御部91はS25を繰り返してHO timerの満了を待つ。
[APの処理の例：スケジューリング]
図18にAPの制御部91が行うスケジューリングの処理の１例を示す。
S27：制御部91は、AP若しくはATが送信するパケットデータか制御情報かの何れかの送信情報があるか調べる。ATの送信情報は、APが受信する帯域要求（例えばBW Request 51）から分かる。
S28：S27においてATもしくはAPの送信情報が有る場合、制御部91は、送信する情報のタイミングを決定する。
S29：制御部91は、送信タイミングを指示するメッセージを作成しATに送信する。ここで例えば制御部91は、MAP53を作成し送信する。
S30：制御部91は、MAPに指定したタイミングでの情報の送受信を行う。
なお、上述した本発明の無線システムの規格は任意で、例えばEVDO、無線LAN、WiMAXの何れであっても良い。AGW3は無線システムの規格によって、例えばEVDOのPDSN(Packet Data Service Node)、無線LANのPDIF（Packet Data Interworking Function）、WiMAXのASN GW(Access Service Network GateWay)の何れであっても良い。また、本発明の移動局はATとTEとが一体の実装であっても良い。
上記では、同一AGW配下のAP間でのハンドオーバーの例を示したが、異なるAGW配下のAP間のハンドオーバーであっても良い。また、AGW3とAPとが一体の実装であっても良い。また上記では、VoIP等の一定時間の間隔毎に一定サイズのパケットが送られるアプリケーションの例を説明したが、パケット間隔とパケットサイズが可変であるアプリケーションを利用する場合でも同様に本発明が適用出来る。
また前記のスケジューリング方法は1例であり、無線媒体に送信するバーストは前記aやbのように一定間隔でなくても良い。また前期の例ではAT,APがタイマー計測により一定時間経過後に、バッファ時間および/もしくはスケジューリング方法を回復するが、メッセージの送受信を契機としてバッファ時間および/もしくはスケジューリング方法を回復しても良い。例えば、AP1は図５のHO Response 31の送信後にバッファ時間とスケジューリング方法を回復し、AT6はHO Response 31の受信後にバッファ時間を回復しても良い。
本発明を適用した無線システム。 無線システムにおける従来のパケット送受信の時系列図。 無線システムにおける本発明のパケット送受信の時系列図。 無線システムにおける本発明のパケット送受信の時系列図。 本発明を適用したハンドオーバーのコールフローの模式図。 本発明を適用したハンドオーバーのコールフローの模式図。 本発明を適用したスケジューリングのコールフローの模式図。 本発明を適用したスケジューリングのコールフローの模式図。 本発明を適用したハンドオーバー予測の模式図。 無線システムにおける本発明を適用したパケット送受信の時系列の１例。 本発明を適用した移動局の模式図。 本発明を適用した基地局の模式図。 本発明を適用した移動局のフローチャート。 本発明を適用した移動局のフローチャート。 本発明を適用した移動局のフローチャート。 本発明を適用した基地局のフローチャート。 本発明を適用した基地局のフローチャート。 本発明を適用した基地局のフローチャート。
符号の説明
1,2: 基地局、3:アクセスゲートウェイ、4: IPネットワーク、5:ノード、6,8,10: 移動局、7,9,11:端末、12：ホームエージェント、13:サーバ、60,61,62,63,64,65,66,67,68,69:パケット、21,22,34,35:データフロー、40,41,42,43,44,45,46,47,48,54,58:バースト。101,102:電力。101,102,103,104,105,106,107,108,109,110,111,112,113:パケット、84:BB、85:IF、86:RF、87:アンテナ、81:制御部、82:記憶部、83:UIF、80:IO IF、93:NW IF、94:BB、95:IF、96:RF、97:アンテナ、91:制御部、92:記憶部。

Claims (9)

  1. 複数の基地局と複数の移動局との間でパケット通信を行う無線システムにおいて、
    上記移動局は、パケットを保持する記憶手段と、上記記憶手段に保持されたパケットからバーストを構成する手段とを有し、
    上記基地局は、パケットを保持する記憶手段と、上記記憶手段に保持されたパケットからバーストを構成する手段と、上記基地局及び移動局が送信するバーストのスケジューリングを行う手段とを有し、
    ハンドオーバーが予測されると、
    上記移動局はパケットをバッファリングする時間を増加させ、
    上記基地局はパケットをバッファリングする時間を増加させ、且つ上記バーストのスケジューリング方法を変更し、
    上記基地局と移動局とは、前のバーストの送信が終わってから後のバーストの送信が始まるまでの間に、ハンドオーバーに必要なメッセージ交換を行う
    ことを特徴とする無線システム。
  2. 上記基地局又は移動局は、ハンドオーバーの発生を予測する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の無線システム。
  3. 請求項１に記載の無線システムにおいて、
    上記スケジューリング方法を変更する手段は、第一の長さの期間に基地局若しくは移動局に入力したパケットを格納した情報バーストを繰り返し構成して無線送信を行う方法から、第一の長さより長い第二の長さの期間にそれぞれ基地局も若くは移動局に入力したパケットを格納した情報バーストを繰り返し構成し無線送信を行う方法にする無線システム。
  4. 請求項１に記載の無線システムにおいて、
    上記手段でハンドオーバーが予測されると、上記移動局の記憶手段の上記基地局へ送信するパケット保持に割り当てられた記憶領域、又は上記基地局の記憶手段の上記移動局へ送信するパケット保持に割り当てられた記憶領域のうち少なくとも何れかを増加させる無線システム。
  5. 移動局とパケット通信を行う基地局において、
    パケットを保持する記憶手段と、
    上記記憶手段に保持されたパケットから無線伝送用の情報バーストを構成する手段と、
    上記基地局と移動局が送信する情報バーストのスケジューリングを行う手段と、
    ハンドオーバーの発生を予測する手段と、
    上記手段でハンドオーバーが予測されるとスケジューリング方法を変更する手段を備え、
    前のバーストの送信が終わってから後のバーストの送信が始まるまでの間に、ハンドオーバーに必要なメッセージ交換を、上記移動局と行う基地局。
  6. 請求項５に記載の基地局において、
    上記スケジューリング方法を変更する手段は、第一の長さの期間に基地局若しくは移動局に入力したパケットを格納した情報バーストを繰り返し構成して無線送信を行う方法から、第一の長さより長い第二の長さの期間にそれぞれ基地局若くは移動局に入力したパケットを格納した情報バーストを繰り返し構成し無線送信を行う方法にする基地局。
  7. 請求項５に記載の基地局において、
    上記手段でハンドオーバーが予測されると、上記基地局の記憶手段の上記移動局へ送信するパケット保持に割り当てられた記憶領域を増加させる基地局。
  8. 基地局とパケット通信を行う移動局において、
    パケットを保持する記憶手段と、
    上記記憶手段に保持されたパケットから無線伝送用の情報バーストを構成する手段と、
    ハンドオーバーの発生を予測する手段を備え、
    上記手段でハンドオーバーが予測されると上記記憶手段のパケット保持に割り当てられた記憶領域を増加させ、前のバーストの送信が終わってから後のバーストの送信が始まるまでの間に、ハンドオーバーに必要なメッセージ交換を、ハンドオーバー元及びハンドオーバー先の基地局と行い、上記後のバーストをハンドオーバ先の基地局の送信する移動局。
  9. 請求項８に記載の移動局であって、
    上記移動局は、
    上記記憶手段のパケット保持に割り当てられた記憶領域を増加させた後にハンドオーバー先の基地局にハンドオーバー要求を送信し、
    上記記憶領域を増加させてから一定時間経過後あるいは、上記ハンドオーバ要求に対するハンドオーバ応答を受信後に、上記増加させた記憶領域を回復させることを特徴とする移動局。
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