JP5206436B2 - 基地局、並びにその通信制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、基地局、並びにその通信制御方法及びプログラムに関し、特にフェムト基地局として動作させるのに好適な基地局、並びにその通信制御方法及びプログラムに関する。

ここで、フェムト基地局とは、一般家庭等の屋内での運用や、小規模事業者による運用を想定して開発された無線基地局である。このフェムト基地局により形成されるセルは、そのカバーエリアが、屋外に設置され且つ通信事業者により運用される無線基地局(以下、マクロ基地局と呼称する)と比較して極めて小さいことから、一般にフェムトセルと呼ばれる。なお、以降の説明においては、マクロ基地局により形成されるセルをマクロセルと呼称し、フェムトセルと区別する。

一般的なマクロ基地局には、電源及びネットワークのバックアップ設備が設けられており、以て停電やネットワーク障害が発生した場合であっても運用を継続することができる。

なお、参考技術として、特許文献１には、メインバッテリの残量が規定値より少なくなった場合や当該メインバッテリが取り外された場合に、予備バッテリからの電力供給により継続して動作する移動局が記載されている。

特開２００７−３２５０８６号公報

しかしながら、一般的なフェムト基地局には、停電等の発生に因り外部からの電力供給が遮断された場合、マクロ基地局における輻輳を引き起こしてしまうという課題があった。これは、フェムト基地局の動作停止に伴って、当該フェムト基地局に無線接続する複数の移動局からマクロ基地局に対する位置登録が一斉に開始され、以てマクロ基地局の処理負荷を増大させてしまうためである。

この課題を、図４及び図５を参照してより具体的に説明する。図４に示す２台のフェムト基地局１＿１及び１＿２は、それぞれ、マクロ基地局２により形成されたマクロセルＣＬ２内にフェムトセルＣＬ１＿１及びＣＬ１＿２を形成し、これらのフェムトセルＣＬ１＿１及びＣＬ１＿２に在圏する移動局３＿１及び３＿２との無線通信を行っている。

今、図５に示す時刻ｔ２０において、移動局３＿１がフェムト基地局１＿１に在圏しているとする(ステップＳ３０１＿１)。この場合、移動局３＿１は、フェムト基地局１＿１から定期的に無線送出される共通情報ＩＮＦＯ１を受信すると共に、この共通情報ＩＮＦＯ１に基づきフェムト基地局１＿１に接続して、所望の通信を行う。一方、同時刻ｔ２０において、移動局３＿２がフェムト基地局１＿２に在圏しているとする(ステップＳ３０１＿２)。この場合、移動局３＿２は、移動局３＿１と同様、フェムト基地局１＿２から定期的に受信する共通情報ＩＮＦＯ２に基づき、フェムト基地局１＿２に接続する。ここで、共通情報には、報知情報やパイロット信号等が含まれる。

この後、時刻ｔ２１において、図４に示したマクロセルＣＬ２のカバーエリア全体に停電が発生した場合、フェムト基地局１＿１及び１＿２に対する電力供給が遮断され、共通情報ＩＮＦＯ１及びＩＮＦＯ２の無線送出が略同時に停止される。

時刻ｔ２２において、移動局３＿１及び３＿２は、フェムト基地局１＿１及び１＿２を認識出来ず、周辺基地局の検索をそれぞれ開始する(ステップＳ３０２＿１及びＳ３０２＿２)。この結果、移動局３＿１及び３＿２は、上述したバックアップ設備により運用継続中のマクロ基地局２をそれぞれ検出する(ステップＳ３０３＿１及びＳ３０３＿２)。そして、時刻ｔ２３において、移動局３＿１及び３＿２は、位置登録要求ＲＥＱをマクロ基地局２に対して送信する(ステップＳ３０４＿１及びＳ３０４＿２)。

これにより、マクロ基地局２には、移動局３＿１及び３＿２(並びに、フェムト基地局を同様に認識出来ない他の移動局)からの位置登録要求ＲＥＱが殺到し、マクロ基地局２の処理負荷が局所的に増大することとなる。位置登録要求数が処理能力を超過すると、マクロ基地局２は、輻輳状態となり、正常な運用の継続が困難となる(ステップＳ２０１)。

上記の課題への対策として、フェムト基地局をＵＰＳ(Ｕｎｉｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ)等の無停電設備によりバックアップする手法が考えられる。しかしながら、この手法ではゲートウェイ等のネットワーク機器を含めたバックアップが必要であるため、その導入技術やコストが、一般家庭のユーザや小規模事業者にとって高い障壁となる。このため、当該手法の実現は困難である。

従って、本発明は、電力供給が遮断された際のマクロ基地局における輻輳の発生を低減することが可能な基地局、並びにその通信制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る基地局は、予備電源と、自基地局との接続に必要な共通情報を無線送出する無線部と、自基地局に対する外部電源からの電力供給を監視し、前記電力供給の遮断を検出した場合に、前記予備電源に切り替えて自基地局を動作させる監視部と、前記検出に際して、前記無線部による前記無線送出の継続時間を、前記予備電源により自基地局が動作可能な最大時間内でランダムに決定する制御部とを備える。

また、本発明の一態様に係る通信制御方法は、予備電源を備えた基地局における通信制御方法を提供する。この通信制御方法は、前記基地局に対する外部電源からの電力供給を監視し、前記電力供給の遮断を検出した場合に、前記予備電源に切り替えて前記基地局を動作させると共に、前記基地局との接続に必要な共通情報を、前記予備電源により前記基地局が動作可能な最大時間内のランダムな時間だけ無線送出する。

さらに、本発明の一態様に係る通信制御プログラムは、予備電源を備えた基地局に、前記基地局に対する外部電源からの電力供給を監視する処理と、前記電力供給の遮断を検出した場合に、前記予備電源により動作すると共に、前記基地局との接続に必要な共通情報を、前記予備電源により動作可能な最大時間内のランダムな時間だけ無線送出する処理とを実行させる。

本発明では、外部電源からの電力供給が遮断された場合に、共通情報の無線送出を、予備電源による動作可能時間内のランダムな時間だけ継続する。このため、本発明を適用する基地局同士間で、複数の移動局からのマクロ基地局に対する位置登録の開始タイミングを分散させることができる。従って、マクロ基地局における輻輳の発生を低減することが可能である。

また、本発明の導入に際しては、ネットワーク機器を含めたバックアップ設備の設置等の特殊な技術を要さない。

本発明に係る基地局の実施の形態の構成例を示したブロック図である。 本発明に係る基地局の実施の形態における電力供給遮断時の動作例を示したシーケンス図である。 本発明に係る基地局の実施の形態における電力供給再開時の動作例を示したシーケンス図である。 一般的なフェムト基地局におけるセル形成例を示した図である。 一般的なフェムト基地局における電力供給遮断時の動作例を示したシーケンス図である。

以下、本発明に係る基地局の実施の形態を、図１〜図３を参照して説明する。なお、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。

図１に示す本実施の形態に係る基地局１は、予備電源１０と、無線部２０と、監視部３０と、制御部４０とを備えている。

無線部２０は、アンテナＡＮＴを介して、基地局１との接続に必要な共通情報(報知情報やパイロット信号等を含む)を無線送出する。

監視部３０は、外部に設置された商用電源４からの電力供給を監視する。監視部３０は、商用電源４から正常に電力が供給されている場合、当該電力を無線部２０及び制御部４０の動作電力ＰＷＲとする。一方、商用電源４からの電力供給の遮断を検出した場合、監視部３０は、予備電源１０からの電力を動作電力ＰＷＲとする。また、監視部３０は、商用電源４の監視結果を示す信号(以下、監視結果信号と呼称する)ＳＧを生成して制御部４０に与える。なお、予備電源１０として充電可能な二次電池を用いた場合、監視部３０は、商用電源４からの電力を利用して予備電源１０を充電する。

制御部４０は、インターネット等の公衆網(図示せず)を介してコアネットワーク５に接続され、コアネットワーク５からの基地局１に対する制御信号、及び基地局１−移動局(図示せず)間の各種信号の授受を行い、以て基地局１をフェムト基地局として動作させる。また、制御部４０は、監視部３０から受けた監視結果信号ＳＧが商用電源４の遮断を示す場合、無線部２０による共通情報の無線送出の継続時間を、予備電源１０により基地局１が動作可能な最大時間内でランダムに決定すると共に、当該継続時間を無線部２０に対して指示する。

次に、本実施の形態の動作を、基地局１を図４に示したフェムト基地局１＿１及び１＿２として適用する場合を例に取って説明する。

図２に示す時刻ｔ０において、移動局３＿１がフェムト基地局１＿１に在圏し(ステップＳ３１＿１)、移動局３＿２がフェムト基地局１＿２に在圏しているとする(ステップＳ３１＿２)。この場合、フェムト基地局１＿１内の無線部２０は、共通情報ＩＮＦＯ１を定期的に無線送出する。一方、フェムト基地局１＿２内の無線部２０は、共通情報ＩＮＦＯ２を定期的に無線送出する。これにより、移動局３＿１及び３＿２は、フェムト基地局１＿１及び１＿２にそれぞれ接続し、所望の通信を行うことができる。なお、以降の説明においては、共通情報ＩＮＦＯ１及びＩＮＦＯ２を、符号ＩＮＦＯで総称することがある。

この後、時刻ｔ１において、図４に示したマクロセルＣＬ２のカバーエリア全体に停電が発生した場合、フェムト基地局１＿１及び１＿２に対する商用電源４からの電力供給が遮断される(ステップＳ１１_１及びＳ１１_２)。これを検出したフェムト基地局１＿１及び１＿２内の各監視部３０は、各無線部２０及び各制御部４０に対する動作電力ＰＷＲの供給源を、商用電源４から各予備電源１０へ切り替える。また、各監視部３０は、商用電源４の遮断を示す監視結果信号ＳＧを各制御部４０に与える。

監視結果信号ＳＧを受けた各制御部４０は、各無線部２０における共通情報ＩＮＦＯの無線送出の継続時間を、各予備電源１０により各フェムト基地局１＿１及び１＿２が動作可能な最大時間内でランダムに決定する。図示の例では、フェムト基地局１＿１における継続時間Ｔｃ１が、フェムト基地局１＿２における継続時間Ｔｃ２よりも長い時間に設定されている(ステップＳ１２＿１及びＳ１２＿２)。なお、以降の説明においては、継続時間Ｔｃ１及びＴｃ２を、符号Ｔｃで総称することがある。

そして、各制御部４０は、各無線部２０に対して、継続時間Ｔｃだけ共通情報ＩＮＦＯの無線送出を継続するよう指示し、以て各フェムト基地局１＿１及び１＿２を待機状態とする(ステップＳ１３＿１及びＳ１３＿２)。

この後、時刻ｔ２において継続時間Ｔｃ２が満了した場合、フェムト基地局１＿２内の無線部２０は、共通情報ＩＮＦＯ２の無線送出を停止する。これにより、移動局３＿２は、フェムト基地局１＿２を認識出来なくなるため、周辺基地局の検索を開始する(ステップＳ３２＿２)。この結果、移動局３＿２は、上述したバックアップ設備により運用継続中のマクロ基地局２を検出する(ステップＳ３３＿２)。そして、時刻ｔ４において、移動局３＿２は、位置登録要求ＲＥＱをマクロ基地局２に対して送信する(Ｓ３４＿２)。

一方、時刻ｔ３において継続時間Ｔｃ１が満了した場合、フェムト基地局１＿１内の無線部２０は、共通情報ＩＮＦＯ１の無線送出を停止する。これにより、移動局３＿１は、フェムト基地局１＿１を認識出来なくなるため、周辺基地局の検索を開始する(ステップＳ３２＿１)。この結果、移動局３＿１は、マクロ基地局２を検出する(ステップＳ３３＿１)。そして、時刻ｔ５において、移動局３＿２は、位置登録要求ＲＥＱをマクロ基地局２に対して送信する(Ｓ３４＿１)。ここで、この時刻ｔ５と上記の時刻ｔ４の時間差は、継続時間Ｔｃ１と継続時間Ｔｃ２の時間差に依存する。

このように、移動局３＿１及び３＿２からマクロ基地局２に対する位置登録の開始タイミングを分散させることができる。また、マクロセルＣＬ２のカバーエリア内に本発明を適用する他のフェムト基地局を設置した場合には、当該他のフェムト基地局に在圏していた移動局による位置登録の開始タイミングが、各移動局３＿１及び３＿２による位置登録の開始タイミングと異なるものとなる。従って、マクロ基地局２における輻輳の発生を回避することができる。また、図１に示した予備電源１０には、各移動局による位置登録の開始タイミングを分散させるのに必要な短時間だけ、フェムト基地局を動作させる小容量且つ廉価な電源を用いることができる。また、各フェムト基地局が単独で動作するため、ネットワーク機器を含めたバックアップ設備の設置等は不要である。

なお、上記の継続時間Ｔｃの満了時、各フェムト基地局１＿１及び１＿２内の各無線部２０は、例えばページング信号を用いて、各移動局３＿１及び３＿２に対しマクロ基地局２への接続を即座に促しても良い。

また、各フェムト基地局１＿１及び１＿２内の各制御部４０は、コアネットワーク５との接続状態を監視し、接続異常を検出した場合に、各無線部２０に対して、継続時間Ｔｃだけ共通情報ＩＮＦＯを無線送出するよう指示しても良い。これにより、コアネットワークと各フェムト基地局の間に局所的なネットワーク障害が発生した場合であっても、各フェムト基地局同士間で、各移動局からマクロ基地局に対する位置登録の開始タイミングを分散させることができる。

さらに、商用電源からの電力供給が再開された場合、各フェムト基地局が、例えばＳＭＳ(Ｓｈｏｒｔ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ)を利用して、自基地局に在圏していた移動局に対して再接続を促すとより好適である。この場合、各移動局による各フェムト基地局に対する位置登録の開始タイミングを分散させ、以てコアネットワークの負荷を低減させることができる。

より具体的には、図３に示す時刻ｔ６において、移動局３＿１及び３＿２が共にマクロ基地局２に在圏しているとする(ステップＳ３５＿１及びＳ３５＿２)。

この後、時刻ｔ７において、図２に示した停電が復旧した場合、フェムト基地局１＿１及び１＿２に対する商用電源４からの電力供給が再開される(ステップＳ１４_１及びＳ１４_２)。これを検出したフェムト基地局１＿１及び１＿２内の各監視部３０は、各無線部２０及び各制御部４０に対する動作電力ＰＷＲの供給源を、各予備電源１０から商用電源４へ切り替える。また、各監視部３０は、商用電源４の再開を示す監視結果信号ＳＧを各制御部４０に与える。

監視結果信号ＳＧを受けた各制御部４０は、各移動局３＿１及び３＿２に対して各フェムト基地局１＿１及び１＿２への再接続を促すメッセージ(以下、再接続促進メッセージと呼称する)を生成すると共に、各再接続促進メッセージの送信を開始する迄の待機時間を決定する。

ここで、上記の待機時間は、ランダムに設定しても良いし、下記の式(１)に従って設定しても良い。後者の場合、上述した継続時間Ｔｃと待機時間Ｔｗの合計時間が、各フェムト基地局に共通の固定時間Ｔｆに平準化される。

待機時間Ｔｗ ＝ 固定時間Ｔｆ −継続時間Ｔｃ …式(１)

図示の例では、フェムト基地局１＿１における待機時間Ｔｗ１が、フェムト基地局１＿２における待機時間Ｔｗ２よりも短い時間に設定されている(ステップＳ１５＿１及びＳ１５＿２)。

この後、時刻ｔ８において待機時間Ｔｗ１が満了した場合、フェムト基地局１＿１内の制御部４０は、移動局３＿１宛ての再接続促進メッセージＭＳＧ１をコアネットワーク５へ送信する(ステップＳ１６＿１)。このメッセージＭＳＧ１は、コアネットワーク５内の交換機(図示せず)等によりマクロ基地局２へ転送され、次いでマクロ基地局２から移動局３＿１に対して送信される。

再接続促進メッセージＭＳＧ１を受信した移動局３＿１は、例えば、ディスプレイ(図示せず)上に、移動局３＿１を所持するユーザ(図示せず)に対してフェムト基地局１＿１へ再接続するか否かを選択させる画面を表示する。当該ユーザによりフェムト基地局１＿１への再接続が選択されると(ステップＳ３６＿１)、移動局３＿１は、位置登録要求ＲＥＱをフェムト基地局１＿１に対して送信する(Ｓ３７＿１)。

時刻ｔ１０において、この位置登録要求ＲＥＱを受信したフェムト基地局１＿１内の制御部４０は、コアネットワーク５に対して、移動局３＿１に関する位置情報の登録を要求する。コアネットワーク５内の交換機は、当該位置情報を、図示を省略するＶＬＲ(Ｖｉｓｉｔｏｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ)或いはＨＬＲ(Ｈｏｍｅ Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ)等に登録する。

一方、時刻ｔ９において待機時間Ｔｗ２が満了した場合、フェムト基地局１＿２内の制御部４０は、フェムト基地局１＿１と同様、移動局３＿２宛ての再接続促進メッセージＭＳＧ２をコアネットワーク５へ送信する(ステップＳ１６＿２)。このメッセージＭＳＧ２は、マクロ基地局２を経由して移動局３＿２で受信される。

再接続促進メッセージＭＳＧ２を受信した移動局３＿２は、移動局３＿２を所持するユーザによりフェムト基地局１＿２への再接続が選択されると(ステップＳ３６＿２)、位置登録要求ＲＥＱをフェムト基地局１＿２に対して送信する(Ｓ３７＿２)。

時刻ｔ１１において、この位置登録要求ＲＥＱを受信したフェムト基地局１＿２内の制御部４０は、コアネットワーク５に対して、移動局３＿２に関する位置情報の登録を要求する。コアネットワーク５内の交換機は、当該位置情報を、ＶＬＲ或いはＨＬＲ等に登録する。ここで、この時刻ｔ１１と上記の時刻ｔ１０の時間差は、待機時間Ｔｗ２と待機時間Ｔｗ１の時間差に依存する。

このように、コアネットワーク５における位置情報登録処理の実行タイミングを分散させることができる。なお、上記の待機時間Ｔｗの設定(すなわち、再接続促進メッセージの送信待機)は必須では無い。これは、少なくともフェムト基地局への再接続に係る選択操作時間にはユーザ毎のバラツキがあり、以て各移動局による各フェムト基地局に対する位置登録の開始タイミングがある程度は分散されるためである。

なお、上記の実施の形態によって本発明は限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づき、当業者によって種々の変更が可能なことは明らかである。例えば、上記の実施の形態に示した基地局の各処理を、コンピュータに実行させるためのプログラム(例えば、基地局に組み込まれたファームウェアへのプラグイン)として提供することもできる。

１ 基地局
１＿１, １＿２ フェムト基地局
２ マクロ基地局
３＿１, ３＿２ 移動局
４ 商用電源
５ コアネットワーク
１０ 予備電源
２０ 無線部
３０ 監視部
４０ 制御部
ＡＮＴ アンテナ
ＳＧ 監視結果信号
ＰＷＲ 電力
ｔ０〜ｔ１１, ｔ２０〜ｔ２３ 時刻
ＩＮＦＯ１, ＩＮＦＯ２ 共通情報
Ｔｃ１, Ｔｃ２ 継続時間
ＲＥＱ 位置登録要求
Ｔｗ１, Ｔｗ２ 待機時間
ＭＳＧ１, ＭＳＧ２ 再接続促進メッセージ
ＣＬ１＿１, ＣＬ１＿２ フェムトセル
ＣＬ２ マクロセル

Claims (13)

1. 予備電源と、
   自基地局との接続に必要な共通情報を無線送出する無線部と、
   自基地局に対する外部電源からの電力供給を監視し、前記電力供給の遮断を検出した場合に、前記予備電源に切り替えて自基地局を動作させる監視部と、
   前記検出に際して、前記無線部による前記無線送出の継続時間を、前記予備電源により自基地局が動作可能な最大時間内でランダムに決定する制御部と、
   を備えた基地局。
2. 請求項１において、
   前記無線部が、前記継続時間の経過時、他の基地局への接続を促すメッセージを無線送出することを特徴とした基地局。
3. 請求項１又は２において、
   前記制御部が、前記監視部により前記電力供給の再開が検出された場合、自基地局に接続していた移動局に対して再接続を促すメッセージを、コアネットワークを介して送信することを特徴とした基地局。
4. 請求項３おいて、
   前記制御部が、前記電力供給の再開が検出された時点から、前記再接続を促すメッセージの送信を開始する迄の待機時間をランダムに決定することを特徴とした基地局。
5. 請求項３おいて、
   前記制御部が、前記電力供給の再開が検出された時点から、前記再接続を促すメッセージの送信を開始する迄の待機時間を、前記継続時間に応じて決定することを特徴とした基地局。
6. 請求項１又は２において、
   前記制御部は、コアネットワークとの接続異常を検出した場合、前記無線部に、前記継続時間だけ前記共通情報を無線送出させることを特徴とする基地局。
7. 予備電源を備えた基地局における通信制御方法であって、
   前記基地局に対する外部電源からの電力供給を監視し、
   前記電力供給の遮断を検出した場合に、前記予備電源に切り替えて前記基地局を動作させると共に、前記基地局との接続に必要な共通情報を、前記予備電源により前記基地局が動作可能な最大時間内のランダムな時間だけ無線送出する通信制御方法。
8. 請求項７において、
   前記ランダムな時間の経過時、他の基地局への接続を促すメッセージを無線送出することを特徴とした通信制御方法。
9. 請求項７又は８において、
   前記電力供給の再開を検出した場合、前記基地局に接続していた移動局に対して再接続を促すメッセージを、コアネットワークを介して送信することを特徴とした通信制御方法。
10. 請求項９おいて、
    前記電力供給の再開を検出した時点から、前記再接続を促すメッセージの送信を開始する迄の待機時間をランダムに決定することを特徴とした通信制御方法。
11. 請求項９おいて、
    前記電力供給の再開を検出した時点から、前記再接続を促すメッセージの送信を開始する迄の待機時間を、前記ランダムな時間に応じて決定することを特徴とした通信制御方法。
12. 請求項７又は８において、
    コアネットワークとの接続異常を検出した場合、前記ランダムな時間だけ前記共通情報を無線送出することを特徴とする通信制御方法。
13. 予備電源を備えた基地局に、
    前記基地局に対する外部電源からの電力供給を監視する処理と、
    前記電力供給の遮断を検出した場合に、前記予備電源により動作すると共に、前記基地局との接続に必要な共通情報を、前記予備電源により動作可能な最大時間内のランダムな時間だけ無線送出する処理と、
    を実行させるための通信制御プログラム。

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