JP5104240B2 - 通信システム、基地局及びポリシ決定装置並びに通信方法及び通信プログラム - Google Patents

Description

本発明は通信システム、方法及びプログラムに関し、特に効率的なＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）の実現が可能な通信システム、方法及びプログラムに関する。

近年、３Ｇモバイルネットワーク（非特許文献１）やＡＬＬ−ＩＰネットワーク等の次世代ＳＡＥ（Ｓｙｓｔｅｍ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）が注目されている。これらのネットワークでは、高度な品質管理機能が必須であり、ベアラレベルのＱｏＳが実施される。

図６は従来の移動通信システムの構成、図７は従来の移動通信システムの動作のシーケンス図、図８は従来の移動通信システムのＱｏＳ制御のフローチャートを示す。

図６を参照すると、従来の移動通信システムは、端末１１０、基地局１２０、基地局制御装置１３０、ゲートウェイ１４０、ポリシ決定装置１５０を備える。

端末１１０は移動端末であり、基地局１２０、基地局制御装置１３０及びゲートウェイ１４０を経由して、インターネットに存在する相手端末（非図示）と通信を行う。

基地局１２０は、モバイル網のエッジ部に設置され、端末１１０と直接通信を行う装置であり、データ処理部１２１及び通信品質計測部１２２を備える。データ処理部１２１は、データの転送処理、すなわち、端末１１０から受信したデータの基地局制御装置１３０への送信、及び、基地局制御装置１３０から受信したデータの端末１１０への送信を行う。通信品質計測部１２２は、端末１１０と基地局１２０の間の無線区間において時々刻々と変化する通信品質をフレーム／ビット誤り率などによって計測する。

基地局制御装置１３０は、端末１１０が接続する基地局１２０を制御する装置である。

ゲートウェイ１４０は、基地局制御装置１３０をインターネット６０へ接続するとともにＱｏＳポリシを実施するＰＥＰ（Ｐｏｌｉｃｙ Ｅｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ Ｐｏｉｎｔ、ポリシ実行点）であって、データ処理部１４１、ポリシ管理部１４２及びポリシ実施部１４３を備える。データ処理部１４１は、データの転送処理、すなわち、基地局制御装置１３０から受信したデータのインターネット６０への送信、及び、インターネット６０から受信したデータの基地局制御装置１３０への送信を行う。ポリシ管理部１４２は、ポリシ決定装置１５０からＱｏＳを実施するためのポリシ情報を受信して保持する。ポリシ実施部１４３は、ポリシ決定装置１５０から受信したポリシ情報を守った通信が実現されるように、データ処理部１４１と協働して、パケットフィルタによるシェーピング等の制御を行う。

ポリシ決定装置１５０は、ユーザへ割り当てるＱｏＳポリシを決定するＰＤＰ（Ｐｏｌｉｃｙ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｐｏｉｎｔ、ポリシ決定点）であり、ポリシ制御部１５１及びポリシ送信部１５２を有する。ポリシ制御部１５１は、ユーザから要求されたＱｏＳとシステム装置内の空きリソースや通信相手の能力情報を比較して割り当てるＱｏＳポリシを決定する。ポリシ送信部１５２は、ポリシ制御部１５１で決定されたＱｏＳポリシを保持し、ＰＥＰであるゲートウェイ１４０へ送信する。

図７のシーケンス図を参照して、従来の移動通信システムの動作を説明する。端末１１０の電源がオンされると、アタッチ要求信号が送信され、認証処理が行われた後に、基地局制御装置１３０、ゲートウェイ１４０及びポリシ決定装置１５０の間においてデフォルト通信ベアラによる通信が確立され、基地局１２０がアタッチ応答信号を受信した後に、無線ベアラ確立処理が行われ、アタッチ処理が完了する。その後、通信相手端末と通信セッションが確立され、データ通信が開始される。

図８のフローチャートを参照して、従来の移動通信システムの動作を説明する。呼接続処理中のベアラ確立処理を実施する際に、そのベアラに割り当てられるＱｏＳが決定される。ポリシ決定装置１５０は、まず帯域保証が必要か否かを判別し（ステップＳ１１１）、帯域保証の要求がない場合（ステップＳ１１１のＮｏ）、非保証型ＱｏＳポリシを決定して割り当てる（ステップＳ１１４）。一方、帯域保証要求がある場合（ステップＳ１１１のＹｅｓ）には、要求された（必要な）通信帯域が空いているかを確認し（ステップＳ１１２）、空き帯域がある場合（ステップＳ１１２のＹｅｓ）には、必要な帯域を割り当てたＱｏＳポリシを決定して割り当てを行う（ステップＳ１１４）。空き帯域がない場合（ステップＳ１１２のＮｏ）には、呼接続ＮＧ（ステップＳ１１３）となり、再接続処理が必要となる。

なお、特許文献１において、無線基地局と無線端末局との間で通信されるデータ量及びサービス内容の監視及び集計の結果を示すトラフィック情報に基づいてＱｏＳポリシを変更する装置が開示されている。

特開２００７−１８０８８９号公報 ３ＧＰＰ ＴＳ２３．４０１ Ｖ１．１．０（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．３ｇｐｐ．ｏｒｇ／ｆｔｐ／Ｓｐｅｃｓ／ａｃｈｉｖｅ／２３＿ｓｅｒｉｅｓ／２３．４０１／２３４０１−１１０．ｚｉｐ

以下の分析は、本発明者によってなされたものである。上述の従来の移動通信システムにおいては、特にユーザの通信品質（特に無線通信品質）は考慮せずに、要求される帯域のシステム側の空き状態に従ってＱｏＳポリシを割り当てている。しかし、実際の通信環境においては、無線通信品質が悪い場合、ユーザに割り当てられた帯域分のデータ通信は不可能な状態であるにも関わらず、帯域は割り当てられたままとなり、帯域を浪費してしまっている。その結果、帯域の利用効率が悪化し、呼接続においてＮＧを誘発してしまうという問題がある。

また、特許文献１に開示されたＱｏＳポリシを変更する装置においても、無線通信品質を考慮することなく、トラフィック情報のみに基づいてＱｏＳポリシを変更しているため、無駄な通信帯域の割り当てが発生しうる。

そこで、通信帯域を効率的に利用することができる通信システムを提供することが課題となる。

本発明の第１の視点に係る通信システムは、
第１及び第２のノードを備えた通信システムであって、
前記第１のノードは、端末と通信を行うとともにその通信品質を計測して前記第２のノードへ送信するように構成され、
前記第２のノードは、受信した通信品質に基づいて前記端末へ割り当てるべき通信帯域を含む通信品質ポリシを決定するとともに、前記通信品質ポリシの決定において、前記通信品質と所定の閾値とを比較し、その結果に応じて帯域保証型クラス又は帯域非保証型クラスのいずれかを前記端末へ割り当てる。

本発明の第２の視点に係る基地局は、端末と基地局制御装置間のデータ送受信処理を行うように構成されたデータ処理部と、
端末と自身との間で通信品質を計測するように構成された通信品質計測部と、
その計測結果をポリシ決定装置へ送信するように構成された通信品質管理部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第３の視点に係るポリシ決定装置は、基地局から送信される通信品質を受信して保持するように構成された通信品質管理部と、
前記通信品質に応じて端末へ割り当てる通信品質ポリシを決定するポリシ制御部と、
決定した通信品質ポリシをゲートウェイへ送信するポリシ送信部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第４の視点に係る通信方法は、
端末と通信を行うとともにその通信品質を計測する工程と、
その通信品質に基づいて前記端末へ割り当てる通信帯域を含む通信品質ポリシを決定する決定工程と、を含み、
前記決定工程において、前記通信品質と所定の閾値とを比較し、その結果に応じて帯域保証型クラス又は帯域非保証型クラスのいずれかを前記端末へ割り当てる。

本発明の第５の視点に係る通信プログラムは、端末と通信を行って計測された通信品質と所定の閾値とを比較し、その結果に応じて帯域保証型クラス又は帯域非保証型クラスのいずれかを前記端末へ割り当てる処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明の第６の視点に係る通信プログラムは、端末と通信を行って計測された通信品質と所定の閾値とを比較し、通信帯域の割り当てが可能な場合には、前記通信品質に応じて割り当てる通信帯域を変化させる処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。

第１の展開形態の通信システムは、前記第２のノードが、前記通信品質ポリシの決定において、前記通信品質と所定の閾値とを比較し、その結果に応じて帯域保証型クラス又は帯域非保証型クラスのいずれかを前記端末へ割り当てるように構成されてもよい。

第２の展開形態の通信システムは、前記第２のノードが、前記通信品質ポリシの決定において、前記通信品質と所定の閾値とを比較し、通信帯域の割り当てが可能な場合には、前記通信品質に応じて割り当てる通信帯域を変化させるように構成されてもよい。

第３の展開形態の通信システムは、前記第１のノードを設けた基地局と、前記第２のノードを設けたポリシ決定装置とを備えることが好ましい。

第４の展開形態の通信システムは、前記第１のノードが、端末と基地局制御装置間のデータ送受信を行うように構成されたデータ処理部と、
端末と自身との間の通信品質を計測するように構成された通信品質計測部と、
その計測結果をポリシ決定装置へ送信するように構成された通信品質送信部と、を備えてもよい。

第５の展開形態の通信システムは、前記第２のノードが、前記基地局から送信される通信品質を受信して保持するように構成された通信品質管理部と、
前記通信品質に応じて前記端末へ割り当てる通信品質ポリシを決定するように構成されたポリシ制御部と、
決定した通信品質ポリシをゲートウェイへ送信するポリシ送信部と、を備えてもよい。

第６の展開形態の通信方法は、前記通信品質ポリシ決定工程において、前記通信品質と所定の閾値とを比較し、その結果に応じて帯域保証型クラス又は帯域非保証型クラスのいずれかを前記端末へ割り当ててもよい。

第７の展開形態の通信方法は、前記通信品質ポリシ決定工程において、前記通信品質と所定の閾値とを比較し、通信帯域の割り当てが可能な場合には、前記通信品質に応じて割り当てる通信帯域を変化させてもよい。

本発明によれば、時々刻々と変動する端末の通信状況に応じて、通信帯域を端末へ割り当てることによって、通信帯域という有限なリソースを効率良く利用することができる。したがって、通信システムにおいて収容することのできるユーザ数（キャパシティ）を増加させ、通信帯域不足に伴う呼接続のＮＧの頻度を削減し、ユーザに快適な通信環境を提供することができる。

本発明の実施形態に係る通信システムは、端末と直接通信を行い、その区間の通信品質を計測する第１のノードと、第１のノードで計測した通信品質情報を受信し、それに基づいて端末へ割り当てる通信帯域、すなわち、ＱｏＳポリシを決定する第２のノードを含む通信システムであって、第１のノードで計測した通信品質情報に応じたＱｏＳ割り当てを動的に実施することによって、割り当てられた通信帯域が使用されずに無駄となる状態を回避し、通信帯域を効率的に利用することができる。

ここで、本発明の実施形態に係る通信システムを移動通信システムに適用した場合、第１のノードは基地局、第２のノードはポリシ決定装置にそれぞれ対応する。

また、本発明の基地局は、端末と基地局制御装置間を接続し、その通信データの送受信を行い、端末と基地局間の通信品質を計測し、その計測結果をポリシ決定装置へ送信するように構成され、端末と基地局制御装置間のデータ転送を行うデータ処理部と、端末と基地局間の通信品質を計測する通信品質計測部と、前記通信品質計測部で計測された通信品質結果を保持し、ポリシ決定装置へ送信する通信品質送信部と、を備える。

さらに、本発明のポリシ決定装置は、基地局から受信した通信品質情報に基づいて、通信帯域の割り当てに無駄がないように、時間的にダイナミックにＱｏＳポリシを切り替える機能を有するポリシ決定装置であって、基地局から送信された通信品質情報を受信し、保持する通信品質管理部と、その通信品質情報に基づいて効率的なＱｏＳポリシ決定を行うポリシ制御部と、決定したＱｏＳポリシをＰＥＰであるゲートウェイへ送信するポリシ送信部と、を備える。

次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明の第１の実施例に係る移動通信システムは、端末１０、基地局２０、基地局制御装置３０、ゲートウェイ４０及びポリシ決定装置５０を備える。

端末１０は、移動端末であり、基地局２０、基地局制御装置３０及びゲートウェイ４０を経由して、インターネット６０に存在する相手端末（図示せず）と通信を行う。

基地局２０は、端末１０と基地局制御装置３０を接続する装置であり、実際のデータ通信処理を行うデータ処理部２１と、端末１０と基地局２０間の通信品質を計測する通信品質計測部２２と、計測した通信品質結果をポリシ決定装置５０へ送信する通信品質送信部２３と、を備える。

基地局制御装置３０は、基地局２０を制御する装置であり、基地局２０とゲートウェイ４０間を接続する装置である。

ゲートウェイ４０は、基地局制御装置３０をインターネット６０へ接続し、ポリシ決定装置５０から受信したＱｏＳポリシに従った通信が実現されるように、パケットフィルタ等によって通信環境を制御する。すなわち、ゲートウェイ４０は、ＱｏＳポリシを実施するＰＥＰであって、データ処理部４１、ポリシ管理部４２及びポリシ実施部４３を備える。データ処理部４１は、データの転送処理、すなわち、基地局制御装置３０から受信したデータのインターネット６０への送信、及び、インターネット６０から受信したデータの基地局制御装置３０への送信を行う。ポリシ管理部４２は、ポリシ決定装置５０からＱｏＳを実施するためのポリシ情報を受信して保持する。ポリシ実施部４３は、ポリシ決定装置５０から受信したポリシ情報を守った通信が実現されるように、データ処理部４１と協働して、パケットフィルタによるシェーピング等の制御を行う。

ポリシ決定装置５０は、基地局２０から受信した通信品質情報に基づき、通信帯域消費に無駄がないようにＱｏＳポリシを時間的にダイナミックに決定する装置であり、基地局２０から送信された通信品質情報を受信し、保持する通信品質管理部５３と、その通信品質情報に基づいてＱｏＳポリシを決定するポリシ制御部５１と、決定したＱｏＳポリシをゲートウェイ４０へ送信するポリシ送信部５２と、を備える。

図２を参照すると、端末１０の電源をオンした後、アタッチ処理、認証処理、位置登録処理を完了し、実際に通信相手とのデータ通信を実施している状態において、通信品質計測部２２は、端末１０と基地局２０間の通信品質をフレーム誤り率やビット誤り率に基づいて計測する。

通信品質計測部２２で計測された通信品質情報は、通信品質送信部２３において保持され、基地局制御装置３０及びゲートウェイ４０を経由してポリシ決定装置５０へ送信される。

基地局２０から送信された通信品質情報は、ポリシ決定装置５０の通信品質管理部５３において受信され、保持される。

ポリシ制御部５１は、受信した通信品質情報に基づいて、通信可能な帯域と割り当てた帯域とを比較し、効率的な割り当てが行われているかを判定し、必要に応じてＱｏＳポリシの変更を行う。変更を行った場合、ポリシ送信部５２は、変更後のポリシをゲートウェイ４０へ送信する。

ゲートウェイ４０のポリシ管理部４２は、変更後のポリシを受信し、その変更をポリシ実施部４３へ反映し、適用ポリシを変更し、ダイナミックなＱｏＳポリシ制御が実現される。

図３を参照すると、ポリシ制御部５１は、帯域保証要求があるか否かを判定し（ステップＳ１１）、帯域保証要求がない場合（ステップＳ１１のＮｏ）には、ポリシを決定し（ステップＳ１４）、呼接続を完了する。

帯域保証要求がある場合（ステップＳ１１のＹｅｓ）には、空き帯域があるか否かを判定し（ステップＳ１２）、空き帯域がない場合（ステップＳ１２のＮｏ）は、呼接続はＮＧとなり（ステップＳ１３）、再接続の試みがなされる。

一方、空き帯域がある場合（ステップＳ１２のＹｅｓ）、その空き帯域を割り当てたＱｏＳポリシを決定し（ステップＳ１５）、呼接続を完了する（ステップＳ１６）。

呼接続完了（ステップＳ１６）の後、適当な周期で、定期的に通信品質を計測し（ステップＳ１７）、その通信品質結果と割り当てている通信帯域とを比較し、両者が極端に離れておらず、妥当な通信帯域が割り当てられているか否かを判定し（ステップＳ１８）、妥当な値が割り当てられている場合（ステップＳ１８のＹｅｓ）には、ポリシ変更は行わず、呼接続を終了するか否かを判定する（ステップＳ２０）。呼接続を終了しない場合（ステップＳ２０のＮｏ）には、周期的な通信品質計測処理（ステップＳ１７）へ戻って、上記の処理を繰り返す。呼接続を終了する場合（ステップＳ２０のＹｅｓ）には、呼処理を終了する。

一方、妥当な値が割り当てられていない場合（ステップＳ１８でＮｏ）、最適な値を定義し、ポリシ変更および更新（アップデート）処理を行う（ステップＳ１９）。その後、呼接続を終了するか否かを判定し（ステップＳ２０）、呼接続を終了しない場合（ステップＳ２０のＮｏ）には、周期的な通信品質計測処理（ステップＳ１７）へ戻り、上記の処理を繰り返す。呼接続を終了する場合（ステップＳ２０のＹｅｓ）には、呼処理を終了する。

図４を参照すると、前記のポリシ変更処理（ステップＳ１９）において、実際の通信品質と予め設定された所定の閾値を比較し（ステップＳ３１）、通信品質が所定閾値よりも良好な場合（ステップＳ３１のＹｅｓ）、帯域保証型ＱｏＳクラスを割り当て（ステップＳ３２）、その品質に応じて通信帯域の値を設定し（ステップＳ３４）、ポリシ変更および変更反映処理を行う。

一方、通信品質が所定閾値よりも劣悪な場合（ステップＳ３１のＮｏ）、帯域非保証ＱｏＳクラスを割り当て（ステップＳ３３）、ポリシ変更および変更反映処理を終了する。

本実施例に係る移動通信システムによって、通信品質が劣悪な環境に端末が多数存在する場合において、実際には通信することができない端末へ通信帯域が無駄に割り当てられることを回避することができ、余った通信帯域を良好な通信環境に存在する端末へ割り当てることができる。したがって、本実施例に係る移動通信システムによって、通信帯域の効率的な運用が可能となり、収容可能なユーザ数を増加させることができるとともに、ユーザに対して良好な通信環境を提供することもできる。

次に、本発明の第２の実施例について図面を参照して説明する。図５を参照すると、ポリシ変更処理(図３のステップＳ１９)において、通信品質と所定閾値とを比較（ステップＳ４１）し、通信品質が良好な場合（ステップＳ４１のＹｅｓ）には、帯域保証型ＱｏＳを割り当てた（ステップＳ４２）後、通信品質に応じて通信帯域を設定せずに、固定的な通信帯域（例えば、要求された通信帯域）を割り当てる処理を行い、ポリシ変更処理を完了する。

一方、通信品質が所定閾値よりも劣悪な場合（ステップＳ４１のＮｏ）、帯域非保証ＱｏＳクラスを割り当て（ステップＳ４３）、ポリシ変更処理を終了する。以上述べた以外の構成と動作は第１の実施例と同じである。

本実施例によれば、割り当てる通信帯域を少ない候補の中から設定すれば良く、ポリシ決定装置５０やポリシ実施部４３の装置構成が簡易化でき、かつ変更処理負荷の軽減に伴い、処理の高速化ができる効果が期待できる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明は以上の実施例に限定されず、その他各種の付加変更が可能である。また、端末１０、基地局２０、基地局制御装置３０、ゲートウェイ４０、ポリシ決定装置５０は、それぞれの機能をハードウェアとして実現することは勿論、コンピュータとプログラムによって実現することもできる。プログラムは、磁気ディスクや半導体メモリ等のコンピュータ可読記録媒体に記録されて提供され、コンピュータの立ち上げ時などにコンピュータに読み取られ、そのコンピュータの動作を制御することにより、前述の各実施例における端末１０、基地局２０、基地局制御装置３０、ゲートウェイ４０、ポリシ決定装置５０の処理をコンピュータに行わせる。

本発明の第１の実施例に係る移動通信システムのブロック図である。 本発明の第１の実施例に係る移動通信システムにおける通信処理シーケンスを示す図である。 本発明の第１の実施例における呼接続処理例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施例におけるポリシ変更処理例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例におけるポリシ変更処理例を示すフローチャートである。 従来の移動通信システムのブロック図である。 従来の移動通信システムにおける通信処理シーケンスを示す図である。 従来の移動通信システムにおける呼接続処理例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０、１１０ 端末
２０、１２０ 基地局
２１、１２１ データ処理部
２２、１２２ 通信品質計測部
２３ 通信品質送信部
３０、１３０ 基地局制御装置
４０、１４０ ゲートウェイ
４１、１４１ データ処理部
４２、１４２ ポリシ管理部
４３、１４３ ポリシ実施部
５０、１５０ ポリシ決定装置
５１、１５１ ポリシ制御部
５２、１５２ ポリシ送信部
５３ 通信品質管理部
６０ インターネット

Claims (7)

1. 第１及び第２のノードを備えた通信システムであって、
   前記第１のノードは、端末と通信を行うとともにその通信品質を計測して前記第２のノードへ送信するように構成され、
   前記第２のノードは、受信した通信品質に基づいて前記端末へ割り当てるべき通信帯域を含む通信品質ポリシを決定するとともに、前記通信品質ポリシの決定において、前記通信品質と所定の閾値とを比較し、その結果に応じて帯域保証型クラス又は帯域非保証型クラスのいずれかを前記端末へ割り当てる通信システム。
2. 前記第２のノードは、前記通信品質ポリシの決定において、前記通信品質と所定の閾値とを比較し、通信帯域の割り当てが可能な場合には、前記通信品質に応じて割り当てる通信帯域を変化させる、請求項１に記載の通信システム。
3. 前記第１のノードを設けた基地局と、前記第２のノードを設けたポリシ決定装置とを備える、請求項１または２に記載の通信システム。
4. 前記第１のノードは、端末と基地局制御装置間のデータ送受信を行うデータ処理部と、
   端末と自身との間の通信品質を計測する通信品質計測部と、
   その計測結果をポリシ決定装置へ送信する通信品質送信部と、を備える、請求項３に記載の通信システム。
5. 前記第２のノードは、前記基地局から送信される通信品質を受信して保持する通信品質管理部と、
   前記通信品質に応じて前記端末へ割り当てる通信品質ポリシを決定するポリシ制御部と、
   決定した通信品質ポリシをゲートウェイへ送信するポリシ送信部と、を備える、請求項３または４に記載の通信システム。
6. 端末と通信を行うとともにその通信品質を計測する工程と、
   その通信品質に基づいて前記端末へ割り当てる通信帯域を含む通信品質ポリシを決定する決定工程と、を含み、
   前記決定工程において、前記通信品質と所定の閾値とを比較し、その結果に応じて帯域保証型クラス又は帯域非保証型クラスのいずれかを前記端末へ割り当てる通信方法。
7. 前記決定工程において、前記通信品質と所定の閾値とを比較し、通信帯域の割り当てが可能な場合には、前記通信品質に応じて割り当てる通信帯域を変化させる、請求項６に記載の通信方法。

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