JP5137967B2 - バックホール接続において無線リンクを用いる方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は電気通信のシステム及び方法に関する。より具体的には、本発明は、基地局を配備する際のバックホールとしてWorldwide Interoperability for Microwave Access（ＷｉＭａｘ）技術及び／又はWireless Fidelity（ＷｉＦｉ）を用いるシステム及び方法に関する。ＷｉＭａｘはＩＥＥＥ８０２.１６無線ブロードバンド標準に関し、ＷｉＦｉはＩＥＥＥ８０２.１１ｂ無線ネットワーク標準に関係する。

従来の無線通信ネットワークは通常、無線接続を１以上の地理的エリア（それらは普通セルと言われる）に提供する複数の基地局を含む。移動局は、ユニバーサル移動体通信サービス（ＵＭＴＳ）、移動体通信のためのグローバルシステム（ＧＳＭ）、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００）等の１以上の無線通信プロトコルに従って１以上の基地局と無線通信リンクを確立することができる。ここで使用するにあたり、移動局とは、携帯電話、パーソナルデータアシスタント、スマートフォン、テキストメッセージング装置、ラップトップコンピュータ等を含む。

基地局は通常、バックホール接続によって無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）又は移動体交換センター（ＭＳＣ）のような交換機によって無線通信ネットワークに接続されている。複数の基地局及び交換機は同じ物理バックホールを共有することができる。バックホールの容量は通常、サービスプロバイダが時々バックホール接続の一部を借りることに少なくともある程度起因して、無線通信ネットワークにおける最も供給の少ないリソースの１つと考えられている。例えば、サービスプロバイダはＴ１接続の一部を借りてバックホール接続として使用することができる。そして、サービスプロバイダはバックホール接続を、それが最悪の場合のシナリオを含まないように処理することができる。最悪の場合のシナリオとは、全基地局がそれら個々の最大容量で同時に送信及び受信するシナリオである。バックホール接続のこの計画的な処理過程によって、バックホール接続は異なるユーザ間及び／又は異なるデータフロー間で発生し続けることになる。

従来的にはバックホール接続は有線接続であった。例えば、従来のバックホール接続は、例えば、Ｔ１キャリア、Ｅ１キャリア及びＳＴＭ／ＯＣ３キャリアを含む。Ｔ１、Ｅ１及びＳＴＭ／ＯＣ３は周知の有線ネットワークラインであり、従って、説明の簡明のため、これらのキャリアの詳細はここでは議論しない。しかし、これらのキャリアが有線接続であるがために、それらのキャリアをバックホール接続用に使用することに関連する種々の不利益及びコストが存在する。例えば、都市エリアにケーブルを敷設するのは困難及び／又は高コストとなる。都市によっては地上にキャリアを配備することについて禁止規定を有している場合もあり、従って、全てのバックホールケーブルは地中に配備することが必要となり、追加のコストがかかってしまう。

本発明の実施例（本願の以降の項目で詳述される）は従来のバックホールシステムに関する問題に対処することに向けられ、ＷｉＭａｘ及びＦｉＷｉ接続のような無線接続を実施するバックホールシステム及び方法に関する。

本発明はバックホール接続において無線リンクを用いるシステム及び／又は方法に関する。

例えば、通信システムの一実施例は、交換機、少なくとも１つの基地局、及び少なくとも１つの基地局と交換機を接続する少なくとも１つの無線リンクを含むバックホール接続を含む。無線リンクはＷｉＭａｘキャリア及びＷｉＦｉキャリアの少なくとも一方を含むことができる。

バックホール接続において無線リンクの帯域幅（例えば、少なくとも１つのＷｉＭａｘキャリア及び／又は少なくとも１つのＷｉＦｉキャリア）を割り当てる方法の実施例は、無線リンク帯域幅の第１の帯域幅分量をＷｉＭＡｘサービスに、及び無線リンク帯域幅の第２の帯域幅分量を他の通信サービスに割り当てることを含む。通信システムの少なくとも１つの条件が変化したことをシグナリングするトリガが受信されると、そのトリガに応じて第１の帯域幅分量及び第２の帯域幅分量が調整される。

例えば、方法は通信システムの少なくとも１つの条件をモニタすることを含むことができる。少なくとも１つの条件は、バックホール使用量、バックホール輻輳、第１の帯域幅分量の第１の不使用分量、第２の帯域幅分量の第２の不使用分量、及び時間のうちの少なくとも１つを含む。トリガは、その少なくとも１つのモニタされる条件が関連のしきい値に到達したことに基づいて生成される。

本発明の実施例は以下に与えられる詳細な説明及び添付図面からより完全に理解される。ここで、同様の要素は同様の符号で表されている。これらは例示のみのために与えられ、本発明を限定するものではない。

図１は本発明による通信システムにおいてバックホール用の無線接続を用いるシステム及び関連の方法を実施するための例示の通信ネットワークアーキテクチャのブロック図である。 図２は図１の例示の通信ネットワークアーキテクチャにおいて提供される通信サービスを割り当てるための方法の実施例を示す。

本発明の実施例が以下に記載される。説明の簡明のため、実際の実施の全ての可能な構成が本明細書に記載されているわけではない。そのようなあらゆる実際の実施例の開発では、システム関係の要求及び事業関係の制約等、実施例によって変わり得る開発者の具体的な目的を達成するために多数の実施特有の決定がなされるべきであることが分かるはずである。さらに、そのような開発の労力は複雑で時間のかかるものではあるが、それでもこの開示の利益を受けた当業者にとっては日常的な試行となるであろうことが分かるはずである。

実施例は添付の図面を参照して説明される。図面においては、説明の目的のみのために、そして、当業者には周知の詳細事項によって本発明を分かり難くしないために、種々の構造、システム及び装置は概略的に描かれている。ここで使用される用語及び表現は当業者によるそれらの用語及び表現の理解に従う意味を持つものとして理解及び解釈されるべきである。用語又は表現の特別な定義、即ち、当業者に理解されるような通常かつ慣例の意味とは異なる定義は、ここでの用語及び表現の一貫した使用によって示唆されることはない。用語及び表現が特別の意味、即ち、当業者に理解されるもの以外の意味を持つ場合には、そのような特別の定義は当該用語又は表現に特別の定義を直接的に明確に与える定義的態様で明細書において明確に説明される。

図１は本発明による通信システムにおいてバックホール用の無線接続を用いるシステム及び関連の方法を実施するための例示の通信ネットワークアーキテクチャのブロック図である。

図１において、１以上の基地局１０５は無線接続を各基地局１０５に関連する地理的エリア（以下、セル１１５という）内の移動局１１０に提供する。当業者であれば、基地局１０５、移動局１１０及びセル１１５の具体的な数は本発明の本質ではなく、任意数の基地局１０５、移動局１１０及びセル１１５が無線通信システム１００に含まれ得ることが分かるはずである。種々の代替実施例では、基地局１０５は、限定するわけではないが、例えば、ユニバーサル移動体通信サービス（ＵＭＴＳ）プロトコル、移動体通信のためのグローバルシステム（ＧＳＭ）プロトコル、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００）プロトコル、Evolved Data Optimized（ＥＶＤＯ）プロトコル、ブルートゥース（登録商標）及び１以上のＩＥＥＥ８０２.１１プロトコル等の任意の所望のプロトコルに従って無線通信接続を提供することができる。

図１に示すように、ルータ１２０は専用リンク１３０（ロングホールリンク１３０ともi
われる）によって交換機１２５に通信可能に結合されている。ルータ１２０は基地局１０５によって提供される情報を収集し、収集された情報を交換機１２５に専用リンク１３０を介して送信することを試行できる。ルータ１２０はまた、交換機１２５から専用リンク１３０を介して基地局１０５の１以上に送信されることを意図された情報を受信することもできる。そして、ルータ１２０は交換機１２５から受信された情報を適切な基地局１０５に中間リンク１２２を介して供給することを試行できる。

基地局１０５は移動局１１０からデータを受信し、このデータをルータ１２０に中間リンク１２２を介して供給することができる。基地局１０５はまた、ルータ１２０から移動局１１０の１以上に向けられたデータを受信することができる。一実施例では、ルータ１２０に供給され、又はそこから受信されたデータは１以上のデータパケットを含み、それはインターネットプロトコル(ＩＰ）のようなプロトコルに従って形成され得る。

ルータ１２０に供給され、又はそこから受信されたデータは１以上のアプリケーションデータフローに関連付けられる。ここで使用する用語「アプリケーションデータフロー」は、移動局１１０の１以上に関連する特定のアプリケーションに関連するデータフローを意味する。アプリケーションデータフローとは、パケットを形成し、送信し、受信し及び／又は復号するために使用されるハードウェア及び／又はソフトウェアと同様に、アプリケーション及び／又は移動局１１０によって形成され、送信され、受信され、及び／又は復号されたパケットを意味する。種々の代替の実施例では、移動局１１０は単一のアプリケーションデータフロー及び／又は複数の同時アプリケーションデータフローをサポートする能力がある。例えば、移動局１１０は、ＶｏＩＰアプリケーション及び双方向ギャンブルアプリケーションのような遅延の影響を受け易い複数のアプリケーションに対する同時アプリケーションデータフロー（複数）をサポートすることができる。他の例では、移動局１１０はＶｏＩＰアプリケーション及びインターネットブラウジングアプリケーションのような遅延の影響を受け易いアプリケーション及び遅延の影響を受け難いアプリケーションのための同時アプリケーションデータフローをサポートすることができる。

本発明の実施例によると、中間リンク１２２、ルータ１２０及び専用リンク１３０は移動局１１０と交換機１２５の間のバックホール接続を形成する。ここで使用する用語「バックホール接続」は１以上のアクセスポイント又は基地局１０５と１以上の交換機１２５の間で情報を送信する接続を意味する。１以上の交換機１２５は他のネットワーク（不図示）に接続され得る。無線通信システムのある実施例では、バックホール接続は１以上の基地局１０５と交換機１２５としての無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）の間の通信リンクを提供する。しかし、当業者であれば、バックホール接続は他のタイプの装置を接続することもできることが分かるはずである。例えば、バックホール接続の終点は無線アクセスポイント、移動体スイッチングセンター（ＭＳＣ）等を含み得る。さらに、当業者であれば図１に示した実施例は例示であり本発明を限定するものではないことが分かるはずである。例えば、代替の実施例はより多い又はより少ない基地局、ルータ及び／又は交換機を含み得る。

実施例によると、バックホール接続に含まれるリンクの１以上は無線リンクである。第１の例として、リンク１２２及び１３０の一方がＷｉＭａｘ又はＷｉＦｉキャリアである。第２の例として、通信システムのためのバックホールに関連するリンク１２２及び１３０の全てがＷｉＭａｘ又はＷｉＦｉキャリアである。

一般的に、ＷｉＭａｘは種々のデータ特化アプリケーションのための帯域幅を増加させる手段として使用され得る。本発明の実施例によると、従来のＴ１及びＥ１キャリアではなくＷｉＭａｘキャリアが、通信システムにバックホールを提供するためのリンクの少なくとも１つにおいて使用されてバックホールに関連するコストを低減する。発展途上国における制限された有線インフラを考慮すると、既存のセルラタワー（又は個別のハブとして）との関連でＷｉＭａｘを導入するコストは、従来の有線による解決手段と比べて低くできそうである。人口密度が低く平らな地形のエリアはＷｉＭａｘに特に適しており、ＷｉＭａｘキャリアによって提供される範囲を最大限活かすことになる。

ＷｉＭａｘキャリアと同様に、ＷｉＦｉキャリアもローカルアクセスネットワーク（ＬＡＮ）がケーブル敷設なしに配備されることを可能とし、通常はネットワーク配備及び拡張のコストを低減する。本発明の実施例によると、ＷｉＦｉキャリアも通信システムのバックホールのための１以上のキャリアとして使用され得る。

本発明の実施例によると、基地局１０５、ルータ１２０又は交換機１２５の１以上がバックホールコントローラ１３５を含む。図１では、バックホールコントローラ１３５は交換機１２５に含まれるものとして示されている。バックホールコントローラ１３５は図１の通信システムにおいてＷｉＭａｘ又はＷｉＦｉキャリアの帯域幅の割当てを制御する。バックホールコントローラ１３５はバックホール使用量、輻輳状態、ＷｉＭａｘ帯域幅使用量、及び他の通信サービス使用量を測定し、バックホール使用量、輻輳状態又はＷｉＭａｘ帯域幅を考慮したアルゴリズムに基づいて帯域幅の割当てを調整することができる。代替的に、バックホールコントローラ１３５は一般的な使用パターンに基づいて帯域幅の割当てを調整することができる。バックホールコントローラ１３５によって実行される例示の方法が図２に関して記載される。

図２は図１の例示の通信ネットワークアーキテクチャ１００に提供される通信サービスを割り当てるための方法の実施例を示す。例示の通信ネットワークアーキテクチャ１００では、リンク１２２及び１３０の１以上が無線接続である。例えば、リンク１２２及び１３０の全てがＷｉＭａｘキャリアであってもよい。

本発明の実施例によると、ＷｉＭａｘサービス及び通信サービスは図１のネットワークアーキテクチャを用いて提供される。ＷｉＭａｘサービスを提供するために、システムはＷｉＭａｘサービス帯域幅としてＷｉＭａｘキャリアの第１の分量の帯域幅を使用する。図１のＷｉＭａｘ移動局１１０はこの第１の分量の帯域幅を用いて基地局と通信する。さらに、システムはＷｉＭａｘサービスと同時に他の通信サービスを提供する。これらの通信サービスは、限定するわけではないが、ＧＳＭ、ＷＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００、ＣＤＭＡ９５、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ等を含む。これらの通信サービスを提供するために、システムはＷｉＭａｘキャリアの第２の分量の帯域幅を使用する。しかし、システムはまた、ＷｉＭａｘ及び通信サービス双方に対してバックホールとして作用する所定量の帯域幅を使用し、他の無線通信システムとバックホールを共有し、又はローカルマネージドＩＰネットワーク(不図示）に直接接続しなければならない。

ＷｉＭａｘサービス及び通信サービスの使用量は、ＷｉＭａｘサービス及び通信サービスに必要なバックホールの量に影響する。従って、使用されているＷｉＭａｘサービスの量が使用されている通信サービスの量よりも多い場合、ＷｉＭａｘサービスは通信サービスよりも多い量の帯域幅を必要とする。（１）より多い量のＷｉＭａｘサービスが使用されているため、及び（２）使用されているＷｉＭａｘサービスの量が増加するにつれてＷｉＭａｘサービスを提供するのに必要なバックホールが増加するため、より多い量の帯域幅が必要とされる。

従って、図２のステップＳ６１０は、バックホールコントローラ１３５がＷｉＭａｘキャリアの帯域幅の第１の分量をＷｉＭａｘサービスに割り当て、ＷｉＭａｘキャリアの帯域幅の第２の分量を他の通信サービスに割り当てることを示している。例えば、バックホールコントローラ１３５の初期設定中に、バックホールコントローラ１３５は、ＷｉＭａｘの利用可能な帯域幅の半分が他の通信サービス及びそれらの他の通信サービスに関係するバックホールに提供され、ＷｉＭａｘキャリアの利用可能な帯域幅の残りの半分がＷｉＭａｘサービス及びＷｉＭａｘサービスに関するバックホールに提供されるように構成された設定をデフォルトとする。

ステップＳ６２０において、バックホールコントローラ１３５はトリガが受信されたかを判定する。トリガは内部又は外部トリガとすることができる。トリガは、例えば、測定されたバックホール使用量、輻輳、ＷｉＭａｘ帯域幅、他の通信サービスの帯域幅、又は使用パターンに基づくものとすることができる。使用量パターンに基づく例、及び測定され及び／又はモニタされたパラメータに基づく他の例が以下に記載される。

使用量パターンは、例えば、営業時間中にはＷｉＭａｘサービスのためにより大きな帯域幅が必要とされる一方で、非営業時間中には通信サービスのためにより大きな帯域幅が必要とされることを示し得る。営業時間が通常は午後５：００に終わるものとすると、コントローラ１３５は営業時間の終了をシグナリングするトリガを午後５：００に生成及び／又は受信する。

他の例として、バックホールコントローラ１３５はＷｉＭａｘサービスについての不使用の第１の帯域幅の分量及び他の通信サービスのための不使用の第２の帯域幅の分量をモニタする。上側及び下側のしきい値が、ＷｉＭａｘサービスの不使用帯域幅及びその他の不使用帯域幅の双方について設定される。ＷｉＭａｘサービスの不使用の第１の帯域幅の分量が、追加のＷｉＭａｘサービス及び関係するバックホールをサポートするために利用できる帯域幅の第１の分量について比較的少ない部分しかないことを示す下側のしきい値を下回った場合、及び通信サービスの不使用の第２の帯域幅の分量が、追加の他の通信サービス及び関係するバックホールをサポートするためにさらに利用できる帯域幅の第２の分量について比較的大きい部分があることを示す上側のしきい値を上回った場合、バックホールコントローラ１３５はＷｉＭａｘキャリアの帯域幅が帯域幅の第１の分量及び第２の分量を再割り当てすべきことを示すトリガを生成及び／又は受信する。

ステップＳ６２０でトリガが受信されると、図２の方法はステップＳ６３０に進み、そこでは通信システムのバックホールのために十分な帯域幅があることを確実にするために帯域幅の第１の分量及び帯域幅の第２の分量が再割り当てされる。例えば、ＷｉＭａｘサービス及び関係するバックホールに割り当てられた帯域幅の第１の分量が当初ＷｉＭａｘキャリアの帯域幅の５０％であり、他の通信サービス及び関係するバックホールに割り当てられた帯域幅の第２の分量が当初５０％である場合、より多くの帯域幅がＷｉＭａｘサービスについて必要であることを示すトリガに応じて、バックホールコントローラ１３５はＷｉＭａｘサービス及び関係するバックホールに割り当てられた帯域幅の第１の分量をＷｉＭａｘキャリアの帯域幅の７５％になるように、そして他の通信サービスに割り当てられた帯域幅の第２の分量をＷｉＭａｘキャリアの帯域の２５％となるように調整する。

二者択一的に、ステップＳ６２０でトリガが受信されない場合、図２の方法はステップＳ６４０に進み、バックホールコントローラはＷｉＭａｘキャリアの帯域幅を再割り当てしない。

本発明の実施例に従って上記に説明したように、ＷｉＭａｘキャリアの帯域幅は、ＷｉＭａｘサービス、他の通信サービス、並びにＷｉＭａｘ及び他の通信サービスに関係するバックホールをサポートするように十分な帯域幅が提供されることを確実にするために動的又は静的に調整されることができる。

上記の技術の１以上が従来の実施に対して有利な効果を有する。例えば、バックホール接続における輻輳の表示に基づいてリソースを割り当てることによってパケット遅延及び／又は廃棄され得るパケット数を低減できる。従って、バックホール接続における輻輳の表示に基づいてリソースを割り当てるワイヤレス無線アクセスネットワークは、ビデオ・オーバー・インターネット・プロトコル（ＶｏＩＰ）、ビデオ電話及び／又は双方向ギャンブルに使用され得る遅延の影響を受け易いデータパケットのようなデータパケットに関連するサービス品質要件を満たすことができる。

発明は、この開示の利益を受けた当業者には明らかな、異なっていても同様の態様に修正され実施され得るので、上記の特定の実施例は例示のみのものである。さらに、以下の特許請求の範囲に記載されるもの以外に、ここに開示した構成又は設計の詳細について限定は意図されていない。従って、上記に開示した特定の実施例は変更又は修正することができ、そのような全ての変形例は本発明の範囲と精神内のものとみなされることは明らかである。

Claims (9)

1. 通信システムであって、
   交換機（１２５）、
   少なくとも１つの基地局（１０５）、及び
   該少なくとも１つの基地局を該交換機に接続する少なくとも１つの無線リンク（１２２、１３０）を含むバックホール接続
   からなり、
   該交換機及び該少なくとも１つの基地局の少なくとも一方がバックホールコントローラ（１３５）を含み、
   該バックホールコントローラが、全バックホール無線リンク帯域幅の第１の帯域幅分量をＷｉＭａｘサービスに、該全バックホール無線リンク帯域幅の第２の帯域幅分量を他の通信サービスに割り当て、該通信システムの少なくとも１つの条件が変化したことをシグナリングするトリガを受信し、該トリガに応じて該第１の帯域幅分量及び該第２の帯域幅分量を調整する、通信システム。
2. 請求項１の通信システムにおいて、該少なくとも１つの無線リンクがＷｉＭａｘキャリア及びＷｉＦｉキャリアの少なくとも１つを含む通信システム。
3. 請求項２の通信システムにおいて、
   該交換機がＷｉＭａｘサービス及び他の通信サービスを受信し、該ＷｉＭａｘサービス及び他の通信サービスを該少なくとも１つの基地局に該無線リンクを介して提供し、
   該基地局が該ＷｉＭａｘサービス及び該他の通信サービスをユーザに送信する
   通信システム。
4. 請求項１記載の通信システムにおいて、該トリガが少なくとも１つのモニタされる条件に基づき、該モニタされる条件がバックホール使用量、バックホール輻輳、該第１の帯域幅分量のうちの第１の不使用分量、該第２の帯域幅分量のうちの第２の不使用分量、及び時間のうちの少なくとも１つである通信システム。
5. 通信システムにおいてバックホール接続における無線リンクの帯域幅を割り当てる方法であって、該方法が、
   バックホール無線リンク帯域幅の第１の帯域幅分量をＷｉＭａｘサービスに、該バックホール無線リンク帯域幅の第２の帯域幅分量を他の通信サービスに割り当てるステップ（Ｓ６１０）、
   該通信システムの少なくとも１つの条件が変化したことをシグナリングするトリガを受信するステップ（Ｓ６２０）、及び
   該トリガに応じて該第１の帯域幅分量及び該第２の帯域幅分量を調整するステップ（Ｓ６３０）
   からなる方法。
6. 請求項５の方法であって、さらに、
   該通信システムの該少なくとも１つの条件をモニタするステップであって、該少なくとも１つの条件がバックホール使用量、バックホール輻輳、該第１の帯域幅分量のうちの第１の不使用分量、該第２の帯域幅分量のうちの第２の不使用分量、及び時間のうちの少なくとも１つである、ステップ、及び
   該モニタされた少なくとも１つの条件が関連のしきい値に到達したことに基づいて該トリガを生成するステップ
   からなる方法。
7. 請求項６の方法において、該調整するステップが、
   該トリガに基づいて、該第１の帯域幅分量及び該第２の帯域幅分量の一方を増加させることを決定するステップ、
   該第１の帯域幅分量及び該第２の帯域幅分量のうちの決定された一方を増加させるステップ、及び
   該第１の帯域幅分量及び該第２の帯域幅分量のうちの他方を減少させるステップ
   からなる方法。
8. 請求項５の方法であって、さらに、
   該第１の帯域幅分量の第１の不使用量及び該第２の帯域幅分量の第２の不使用量をモニタするステップ、及び
   該第２の不使用量が第１のしきい値量を下回った場合、及び該第１の帯域幅分量が第２のしきい値量を上回った場合に該トリガを生成するステップ
   を備え、
   該調整するステップによって該トリガに応じて該第２の帯域幅分量を増加させ、該第１の帯域幅分量を減少させる方法。
9. 請求項５の方法において、該無線リンクがＷｉＭａｘキャリア及びＷｉＦｉキャリアの少なくとも１つを含む方法。

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