JP5324412B2 - 無線送信装置、移動局装置、基地局装置および無線送信方法 - Google Patents

Description

本発明は、異種無線メディアを統合する無線通信技術に関する。

従来から、無線ＬＡＮ、携帯電話等の異なる無線メディアを統合するための技術が提案されている。特許文献１には、ピコセル、マイクロセル、マクロセルなる異なるセルサイズを有する異種無線システムを、コグニティブ基地局、コグニティブ端末を用いて統合する技術が開示されている。コグニティブ基地局、コグニティブ端末は、スイッチ、複数の無線モジュール、無線環境認識部を備えており、無線環境認識部は、無線環境を認識して、その認識結果に基づき、スイッチに対してリンクフレームの分配先である無線モジュールの切り替えを指示する。リンクフレームは指示された無線モジュールを介して送受信される。

また、非特許文献１には、無線ＬＡＮ端末が、基地局のカバレッジエリアから出るときにＴＣＰ（Transmission Control Protocol）パラメータを記憶し、再度カバレッジエリアに入って通信を再開する際に、記憶したＴＣＰパラメータから、ＴＣＰ動作を再開する技術が開示されている。これにより、通信再開時のＴＣＰ動作を迅速に開始させようとしている。

ここで、ＴＣＰはパケットを送受信するプロトコルとして最も利用されているプロトコルの一つである。ＴＣＰは信頼性のある通信を提供するプロトコルであるため、チェックサムやシーケンス番号、確認応答、再送制御、コネクション管理、ウィンドウ制御、輻輳制御などさまざまな制御を行なっている。また、ＴＣＰはリンクを確立してから通信を始める際、１セグメント（TCPでの最小送出パケット単位）からパケット送信を開始し、輻輳していない事を確認しながら指数的にパケットの送信量を増やす、スロースタートを行なう。また、ＴＣＰは、タイムアウトやセグメント損失が発生した場合、輻輳発生と判断してパケット送信量をコントロールする（パケット送信量を減らす）輻輳回避プロセスを行なう。これらは、ＴＰＣが、通信経路の状態を正確に把握できないことを前提として作られたプロトコルであることに起因する。

特開２００８−０８５７５９号公報

２００４春全国大会Ｂ６−５７「散在する無線LANネットワークの間の高速TCPハンドオフに関する検討」

近年、ネットワーク転送メディアの高速化が望まれている。これに伴い、複数の無線方式を同時に使って通信を行なう技術について提案がなされている。

しかしながら、複数の無線方式を同時に使って通信を行なう場合、通信方式システムに起因する固定遅延、無線通信品質の変化および適応変調（Adaptive Modulation and channel Coding）による通信可能最大スループットの変化により、受信側でパケットの遅延、ジッタ、順序逆転が固定通信の場合に比べ高い頻度で発生することとなる。これらによって従来のＴＣＰの制御では、複数の無線方式を同時に利用する際、輻輳回避プロセスが高い頻度で発生することとなり、十分なスループットを確保できないという問題が発生する。すなわち、複数の無線方式を同時に使って通信を行なう場合、各無線方式間では遅延差が生じる。これにより、送信側が順番通りにパケット送信したとしても、到着パケットに遅延、ジッタ、順序逆転が発生する。この結果、ＴＣＰの輻輳回避プロセスが起動し、再送を促す為のＡＣＫパケット、再送パケット等の無駄なパケットが飛ぶ。さらに、送信側のＴＣＰは、輻輳が発生したと認識し自主的にスループットを抑える動作を行なう。

また、特許文献１は、無線リンク多重を行なう機構を示しているが、具体的な方式を示していない。また、非特許文献１は同一システム内のハンドオーバに関するものであり、複数の無線方式を同時に利用するものではない。また、ＴＣＰの制御については触れてはいるが、ＴＣＰの制御を一旦停止しているだけであり、使用する無線方式（リンク）の状態に応じて適応的かつ適切な制御を行なうものではない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、複数の無線通信方式を使って同時に通信を行なう場合に、受信側で生じるパケットの遅延、ジッタ、順序逆転等の通信品質の変化に依存するＴＣＰ輻輳回避プロセスを低減し、十分なスループットを確保すると共に、無駄な再送パケットを送信しないことを可能とする無線送信装置、移動局装置、基地局装置および無線送信方法を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の無線送信装置は、複数種類の無線通信方式を同時に使用して無線通信を行なう異種無線通信システムに適用される無線送信装置であって、相互に異なる方式で無線送信を行なう複数の無線モジュールと、前記無線通信方式毎に設けられ、送信パケットを一時的に格納する複数の送信バッファと、前記各無線通信方式信号の無線システム区間における遅延時間を測定し、前記無線通信方式毎の遅延差を算出すると共に、前記算出した遅延差に基づいて、前記遅延時間が小さい無線通信方式で送信される送信パケットが、前記送信バッファに格納されてから前記遅延時間経過後に送信されるように前記各送信バッファを制御する送信制御部と、を備えることを特徴とする。

このように、算出した遅延差に基づいて、遅延時間が小さい無線通信方式で送信される送信パケットが、送信バッファに格納されてから遅延時間経過後に送信されるように各送信バッファを制御するので、送信パケット到着時の順序逆転や送信パケットの遅延の発生を極力、回避することができる。これにより、無駄なパケットの送出を防止することができ、ＴＣＰのご認識による輻輳回避プロセスの起動を抑制することができる。その結果、スループットの向上を図ることが可能となる。

（２）また、本発明の無線送信装置において、前記送信制御部は、前記各無線モジュールを介して無線環境を認識し、使用可能無線リソース数および現在割り当てられているリソースの無線変調方式に基づいて、前記無線システム区間における最大送信可能スループットを算出し、前記送信バッファ量と前記最大送信可能スループットとに基づいて、再送タイムアウト時間を算出し、前記算出した再送タイムアウト時間をＴＣＰ（Transmission Control Protocol）に設定することを特徴とする。

このように、送信バッファ量と前記最大送信可能スループットとに基づいて、再送タイムアウト時間を算出し、算出した再送タイムアウト時間をＴＣＰに設定するので、再送タイムアウト時間内はＴＣＰのタイムアウトによる制御を行なわないようにすることができる。これにより、一時的にＴＣＰの輻輳回避プロセスが働かなくなり、再送パケットの送出停止および無用な輻輳制御を回避することができる。その結果、スループットの向上を図ることが可能となる。

（３）また、本発明の無線送信装置は、第１式および第２式を同時に満足する最大送信セグメント数を算出し、算出した最大送信セグメント数をＴＣＰに設定するＴＣＰコントローラを更に備えることを特徴とする。（第１式）：（受信側で受信可能な最大のセグメントサイズ）＞（最大送信セグメントサイズ）×（ユーザ数）、（第２式）：（最大送信可能スループット）＞（最大送信セグメントサイズ）×（ユーザ数）／（１秒）

このように、算出した最大送信セグメント数をＴＣＰに設定するので、通信開始時や輻輳検出時に従来行なわれていたスロースタートではなく、常に最大のスループットで送信セグメントを送出することが可能となる。その結果、スループットの向上を図ることが可能となる。

（４）また、本発明の移動局装置は、上記（１）から（３）のいずれかに記載の無線送信装置を備えることを特徴とする。

これにより、無駄なパケットの送出を防止することができ、ＴＣＰのご認識による輻輳回避プロセスの起動を抑制することができる。その結果、スループットの向上を図ることが可能となる。

（５）また、本発明の基地局装置は、上記（１）から（３）のいずれかに記載の無線送信装置を備えることを特徴とする。

これにより、無駄なパケットの送出を防止することができ、ＴＣＰのご認識による輻輳回避プロセスの起動を抑制することができる。その結果、スループットの向上を図ることが可能となる。

（６）また、本発明の無線送信方法は、複数種類の無線通信方式を同時に使用して無線通信を行なう異種無線通信システムに適用される無線送信方法であって、無線送信装置の送信制御部において、前記各無線通信方式信号の無線システム区間における遅延時間を測定し、前記無線通信方式毎の遅延差を算出するステップと、前記算出された遅延差に基づいて、前記遅延時間が小さい無線通信方式で送信される送信パケットが、送信バッファに格納されてから前記遅延時間経過後に送信されるように前記各送信バッファを制御するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする。

このように、算出した遅延差に基づいて、遅延時間が小さい無線通信方式で送信される送信パケットが、送信バッファに格納されてから遅延時間経過後に送信されるように各送信バッファを制御するので、送信パケット到着時の順序逆転や送信パケットの遅延の発生を極力、回避することができる。これにより、無駄なパケットの送出を防止することができ、ＴＣＰのご認識による輻輳回避プロセスの起動を抑制することができる。その結果、スループットの向上を図ることが可能となる。

本発明によれば、システム遅延の異なる無線方式を同時に使用して通信を行なう場合に問題となる、異種無線間でのパケットの到着順序逆転や、遅延を抑えことができる。これにより、無駄な再送パケットの送信を低減することができる。さらに、無線区間における利用可能最大通信レートパケットの送信を行なう事ができ、システム、ユーザ共に最適なパフォーマンスでの通信を実現することができる。

本発明の異種無線通信システムの概要を示す図である。 本発明のコグニティブ基地局１０およびコグニティブ端末１００の概略構成を示すブロック図である。 本発明のシステム区間区分を示す図である。 本発明のコグニティブ端末１００の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における、固定遅延の測定動作を示すシーケンスチャートである。 本発明の第１の実施形態に係るコグニティブ端末１００の制御方法およびデータの配信方法を示すシーケンスチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態〜第３の実施形態では、コグニティブ端末は、ＴＣＰの各種動作パラメータを外部からコントロールすることで最適なパケット制御を実現する。つまり、本発明のコグニティブ端末は、従来のＴＣＰ単独で行なっている輻輳制御プロセスに用いる動作パラメータとして、無線モジュールから収集した無線環境情報、無線リソース管理情報から得られた情報を用いる。尚、各実施形態では、無線システムＡ、無線システムＢの２つのシステムを束ねて通信を行なう場合を例として示している。束ねるシステム数が増えても、各実施形態で示す内容と同様の考え方で対応するものとする。

第１の実施形態では、複数の無線通信方式を使って同時に通信を行なう場合、各無線方式の遅延差を送信時に極力抑える制御を行なう事で、パケットの順序逆転および遅延が極力起きないようにし、無駄なパケットの送出、ＴＣＰの誤認識による輻輳回避プロセスの起動を抑える。

図１は、本発明の異種無線通信システムの概要を示す図である。図１において、コグニティブ基地局は、マクロセル無線モジュール１４ａ、マイクロセル無線モジュール１４ｂおよびピコセル無線モジュール１４ｃを備えている。マクロセル無線モジュール１４ａは、最も広範な通信エリアを提供するマクロセルを形成する。マクロセルとしては、例えば、携帯電話サービスを提供するセルラーシステムのセルである。マイクロセル無線モジュール１４ｂは、マクロセルよりも狭い範囲の通信エリアを提供するマイクロセルを形成する。マイクロセルとしては、例えば、「IEEE802.16」または「IEEE802.20」準拠のセルである。ピコセル無線モジュール１４ｃは、マイクロセルよりも狭い範囲の通信エリアを提供するピコセルを形成する。ピコセルとしては、例えば、「IEEE802.11」準拠のセルである。マイクロセルおよびピコセルは、マクロセル内に配置される。

マクロセル無線モジュール１４ａ、マイクロセル無線モジュール１４ｂおよびピコセル無線モジュール１４ｃは、各々のセルの配置に対応した場所に設置される。各無線モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、別途設けられたスイッチ部１３に通信回線を介して接続される。なお、図１では、コグニティブ基地局が備える他の構成（コア網側インタフェース）については省略している。図１に示されるように、スイッチ部１３には、マクロセルが一つだけ収容される。そして、そのマクロセルに内含されるマイクロセルおよびピコセルの全てが、そのマクロセルと同じスイッチ部１３に収容される。これにより、一つのマクロセルと、そのマクロセルに内含されるマイクロセルおよびピコセルの全てとは、同一のスイッチ部１３に収容され、同じリンク層で処理される。

図２は、本発明のコグニティブ基地局１０およびコグニティブ端末１００の概略構成を示すブロック図である。図２において、コグニティブ基地局１０は、コア網側インタフェース１１、スイッチ部１３、複数の無線通信方式の無線モジュール１４−１〜１４−５、および無線環境認識部１５を備える。本発明では、複数の無線通信方式の無線モジュール１４−１〜１４−５として、IEEE802.11gの無線モジュール１４−１、１４−２と、IEEE802.11jの無線モジュール１４−３、１４−４と、IEEE802.16eの無線モジュール１４−５とを有する。以下、特に区別しないときは「無線モジュール１４」と呼称する。

IEEE802.16eの無線モジュール１４−５は、最も広範な通信エリアを提供する第１のセルを形成する。IEEE802.11gの無線モジュール１４−１、１４−２およびIEEE802.11jの無線モジュール１４−３、１４−４の各々は、その第１のセルに内含され、その第１のセルよりも狭い範囲の通信エリアを提供する第２のセルを形成する。なお、無線通信方式の種類は、本実施形態で扱うものに限定されない。例えば、携帯電話サービスを提供するセルラーシステムの無線モジュールや、IEEE802.20の無線モジュールなどを備えるようにしてもよい。

コグニティブ基地局１０は、コア網側インタフェース１１を介して、無線通信ネットワークのコアネットワークと接続する。各コグニティブ基地局１０は、コアネットワークを介して相互に接続される。また、各コグニティブ基地局１０は、コアネットワークを介して、インターネット等の無線通信ネットワークの外部のネットワークに接続することができる。コア網側インタフェース１１は、コアネットワークとの間で、ネットワーク層の通信データとして、本発明ではパケットを送受する。スイッチ部１３は、パケットを各無線モジュール１４へ分配し、又、各無線モジュール１４から入力されるパケットをコア網側インタフェース１１へ出力する。

無線モジュール１４は、自己に固有のＭＡＣアドレスを有する。無線モジュール１４は、同じ無線通信方式の無線モジュールとの間で、ＭＡＣアドレスを用いた無線リンクを確立する。無線リンクは、周波数チャネル単位で確立される。無線モジュール１４は、無線リンクを用いて伝送する無線フレームを生成する。無線フレームには、スイッチ部１３から受け取ったパケットが格納される。また、無線モジュール１４は、無線リンクにより受信した無線フレームからパケットを取り出してスイッチ部１３に出力する。

無線環境認識部１５は、各無線モジュール１４から無線情報を取得する。また、図示しないセンサーアンテナで観測したデータから無線情報を得てもよい。無線情報としては、例えば、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）の値、バックグラウンド雑音レベル、変調方式、送信バッファに蓄積されている送信待ちのデータ量、送信失敗を示すＮＡＣＫ信号を相手局から受信した回数、相手局から受信した無線フレームの不良率などが挙げられる。無線環境認識部１５は、その無線情報に基づいて、各無線通信方式の通信状況を判断する。例えば、どの無線通信方式が良好な通信状態であるのかを判断する。さらに、どの無線通信方式のどの周波数チャネルが良好な通信状態であるのかを判断する。また、長期的な統計データや短期的な統計データを用いて、将来的に良好な通信状態が得られる可能性がある無線通信方式、さらにはその周波数チャネルを特定する推定処理を行なう。

無線環境認識部１５は、各無線通信方式の通信状況に基づき、スイッチ部１３に対して、パケットの分配先を指示する。パケットの分配先としては、現時点で良好の通信状態であるもの、もしくは、将来的に良好な通信状態が得られるであろうものであって、一つ若しくは複数の無線モジュール１４を指示し、さらにはその無線モジュール１４における周波数チャネルを一つ若しくは複数を指示する。また、分配比率についても、各無線通信方式の通信状況に基づいて決定し、スイッチ部１３に指示するようにしてよい。スイッチ部１３は、無線環境認識部１５から指示された分配先へ、パケットを順番に出力する。なお、無線環境認識部１５から分配比率が指示された場合には、その分配比率に従って、各分配先へパケットを分配し出力する。

図２において、コグニティブ端末１００も、コグニティブ基地局１０と概ね同様の構成を採る。同一の機能ブロックについては、同一の参照番号を付して示してある。コグニティブ端末１００において、ＯＳ１７はネットワーク層の処理を行なう。

図３は、本発明のシステム区間区分を示す図である。本発明のシステム区間区分は、大きく固定ネットワーク区間と無線システム区間の２つに分けることができる。固定ネットワーク区間には、インターネット２００が存在する。無線システム区間には、無線システム３００（３００Ａ、３００Ｂ）とコグニティブ端末１００が存在する。インターネット２００には、アプリサーバ等２１０が含まれる。アプリサーバ等２１０は、無線システム３００にパケットを送る。図３において、複数の無線システム３００（３００Ａ、３００Ｂ）があり、それぞれの無線システム３００Ａ、３００Ｂには、ゲートウェイ装置３１０（３１０Ａ、３１０Ｂ）とコグニティブ基地局１０Ａ、１０Ｂがある。ゲートウェイ装置３１０とは、各無線システム３００が、外部ネットワークとのインタワークを取る為の装置を言う。コグニティブ基地局１０（１０Ａ、１０Ｂ）はコグニティブ端末１００と無線通信を行なう。

図３のように、Ｅｎｄ−Ｅｎｄでの遅延時間は、大きく固定ネットワーク区間と無線システム区間の２つに分けることができる。ここで、複数の無線通信方式を同時に使用して通信を行なう場合には、無線システム区間において、パケットの遅延や順序逆転が定常的に発生する事となる。そこで、本実施形態では、無線システム区間に注目し、この区間における各無線システム３００の経路間の遅延差を極力小さくする事により、Ｅｎｄ−ＥｎｄでＴＣＰの無駄なパケットが飛ばないようにし、また、輻輳制御アルゴリズムによるスループット低下の影響を最小限のものにする。

＜各無線システムの固定遅延の測定＞
固定遅延の測定タイミングは“コグニティブ端末１００の装置の工場出荷時”、“ユーザのコグニティブ端末１００購入後の新規登録時”等、実際に通信を行なう前に行なうものとする。尚、固定遅延は、システム構成等が変わらない限り変化しないが、システム変更等にも対応できるように定期的に更新を行なうものとする。また、固定遅延のコントロールを行なっているにも関わらず、パケットの遅延、順序逆転の抑制に効果が見られないと判断した場合は再測定を行なう等により固定遅延の値を更新するものとする。

図４は、本発明のコグニティブ端末１００の構成を示すブロック図である。図４では、図２のコグニティブ端末１００について、より詳細に説明する。図２と同一の機能ブロックについては、同一の参照番号を付して示してある。コグニティブ端末１００には、既に説明した、スイッチ部１３、無線モジュール１４（１４Ａ、１４Ｂ）、無線環境認識部１５以外に、クライアント（アプリケーション）部１１０、送信パケットコントローラ１２０、送信バッファ１３０（１３０Ａ、１３０Ｂ）が存在する。ここで、スイッチ部１３、無線環境認識部１５、および送信パケットコントローラ１２０は、送信制御部１０１を構成する。

また、クライアント（アプリケーション）部１１０には、システム固定遅延管理部１１１、ＴＣＰコントローラ１１３、ＴＣＰ１１５がある。システム固定遅延管理部１１１とＴＣＰコントローラ１１３は、無線環境認識部１５から無線情報を取得する。ＴＣＰコントローラ１１３は、ＴＣＰ１１５に対して送信セグメント数等の制御情報の指示を行なう。システム固定遅延管理部１１１は、ＴＣＰコントローラ１１３の指示を受け、ＲＴＴ（Round Trip Time）を測定する。続いて、システム固定遅延管理部１１１は、測定したＲＴＴから各無線システム３００間の遅延差を算出する。システム固定遅延管理部１１１は、算出した遅延差の情報を送信パケットコントローラ１２０に通知する。

送信パケットコントローラ１２０は、複数の無線を同時に利用して送信するモードの場合、固定遅延時間が短い方の送信バッファ１３０（１３０Ａ、１３０Ｂ）をコントロールする。具体的には、送信パケットが送信バッファに格納されてから遅延差の時間だけ遅らせてパケットを送信するように固定遅延時間の短い方の送信バッファ１３０を制御する。送信バッファ１３０は、制御情報に基づいて送信パケットを各無線モジュール１４に送る。

図５は、本発明の第１の実施形態における、固定遅延の測定動作を示すシーケンスチャートである。まず、図４のコグニティブ端末１００の構成ブロック図で示したシステム固定遅延管理部１１１は、各無線システムのゲートウェイ装置３１０Ａ、３１０Ｂにｐｉｎｇパケット等のプロブパケットを送信する（ステップＳ１０１Ａ、ステップＳ１０１Ｂ）。続いて、システム固定遅延管理部１１１は、各ゲートウェイ装置３１０Ａ、３１０Ｂからｐｉｎｇパケットの応答を受け取る（ステップＳ１０２Ａ、ステップＳ１０２Ｂ）。ｐｉｎｇの送信から応答までの時間を測定することで、ＲＴＴを測定する（ステップＳ１０３Ａ、ステップＳ１０３Ｂ）。次に、以下の式（１）により、システム固定遅延を算出する（ステップＳ１０４Ａ、ステップＳ１０４Ｂ）。

システム固定遅延（ｄ）＝ＲＴＴ（pingでの測定値）÷２ …（１）
（上の式において、２で除算しているのは、片側の遅延時間を算出するためである。）

＜測定した固定遅延を用いた制御方法＞
まず、システム固定遅延管理部１１１は、測定した各システムの固定遅延から、遅延差を求める。
遅延差（ｄｄ）＝システム固定遅延Ａ（ｄａ）−システム固定遅延Ｂ（ｄｂ）…（２）

次に、システム固定遅延管理部１１１は、送信バッファをコントロールする送信パケットコントローラ１２０に遅延差ｄｄの情報を通知する。送信パケットコントローラ１２０は、複数の無線を同時に利用して送信するモードの場合、固定遅延時間が短い方の送信バッファ１３０をコントロールし、送信パケットが送信バッファ１３０に格納されてから遅延差ｄｄミリ秒間後にパケットを送信するよう制御する。

図６は、本発明の第１の実施形態に係るコグニティブ端末１００の制御方法およびデータの配信方法を示すシーケンスチャートである。まず、システム固定遅延管理部１１１は、無線システム３００毎の固定遅延を測定する（ステップＳ２０１）。システム固定遅延管理部１１１は、測定したシステム固定遅延から、式（２）により、遅延差（ｄｄ）を算出し、遅延差の情報を送信パケットコントローラ１２０に通知する（ステップＳ２０２）。クライアント（アプリケーション）部１１０は、送信パケットコントローラ１２０にユーザデータを送る（ステップＳ２０３）。

送信パケットコントローラ１２０は、遅延差の情報に基づいてユーザデータの送信コントロール情報を生成する（ステップＳ２０４）。図６において、コグニティブ基地局１０Ｂに送信する方が、遅延時間が短い場合、送信パケットコントローラ１２０は、まず、コグニティブ基地局１０Ａ宛てのパケットを送信する（ステップＳ２０５）。次に、送信パケットコントローラ１２０は、コグニティブ基地局１０Ｂ宛てのパケットを、コグニティブ基地局１０Ａに対する送信から遅延差ｄｄミリ秒後に送信する（ステップＳ２０６）。

このように、第１の実施形態の制御により、パケットの順序逆転および遅延が極力起きないようにし、無駄なパケットの送出、ＴＣＰ１１５の誤認識による輻輳回避プロセスの起動を抑えることができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態で無線方式間の遅延差を完全に取り除けたとしても、無線区間の品質の変動の影響によって、到着パケットにジッタおよび順序逆転が生じてしまう。これは、従来のＴＰＣでは、無線区間の品質の変動は予測が困難であることに起因する。第２の実施形態では、従来のＴＣＰ１１５の考え方と異なり、複数無線方式を使用する場合に、定常的にパケットの順序逆転および遅延が発生する事を前提として輻輳アルゴリズムを動作させる。

まず、ＴＣＰ１１５の再送タイムアウト時間の制御について説明する。無線通信では、特にコグニティブ端末１００が移動している場合には、通信時の変調レート等が変化する。また、利用ユーザ数の増減等により、利用可能な無線リソース数が刻々と変化する。これらの無線環境の変化は、無線区間でのパケット送受信についての遅延に大きな影響を及ぼすこととなる。

そこで、第２の実施形態では、コグニティブ端末１００が、これらの無線環境情報を収集し、無線区間の環境の変化に伴う遅延時間を算出すると共に、この時間内には、ＴＣＰ１１５のタイムアウトによる制御を行なわないように制御する。実際には、送信制御部１０１（例えば、送信パケットコントローラ１２０）が、ＴＣＰ再送タイムアウト時間（RTO）を測定し、ＴＣＰコントローラ１１３が、ＴＣＰ１１５にＲＴＯの情報を通知することで、ＴＣＰ１１５のタイムアウトをコントロールする。尚、本制御で決定したＲＴＯの時間を経過しても、パケットがコグニティブ基地局１０に到達しない等の状況となった場合は、コグニティブ端末１００は、従来のＴＣＰ１１５の制御に従い、パケットの再送等の、輻輳制御を行なうものとする。

＜無線区間の最大スループット測定＞
図４において、無線環境認識部１５は、定期的に無線モジュール１４より使用可能無線リソース数および、現在割り当てられているリソースの無線変調方式（符号化率含む）を取得している。送信制御部１０１（例えば、送信パケットコントローラ１２０）は、これらの情報から無線区間における最大送信可能スループット（Ｒ−Ｔｈ_ｍａｘ）を算出する。以下に、ＬＴＥシステムでの無線区間の最大スループットの算出方法を例として示す。尚、ＬＴＥのように無線リソースを細かく管理しているシステムであれば同様の考え方で最大スループットの計算が可能である。ＬＴＥ装置（無線モジュール）から、パケット送信時の変調方式および符号化率の組合せ（MCS）および、コグニティブ基地局１０が割り当てている無線リソース数（ＲＢ_ａｌｌ）、基地局割り当て可能最大無線リソース数（ＲＢ_{ｔｏｔａｌ}）を取得し、以下の通り最大送信可能スループット（Ｒ−Ｔｈ_ｍａｘ）を算出する。
Ｒ−Ｔｈ_ｍａｘ＝Ｔｈ_ｍｃｓ ×（１−ＲＢ_ａｌｌ÷ＲＢ_{ｔｏｔａｌ}） …（３）
Ｔｈ_ｍｃｓ＝取得したＭＣＳから、換算テーブルを用いて算出したスループット。

ここで、換算テーブルは３ＧＰＰ ＴＳ３６．２１３（Table7.1.7.2.1-1）による。尚、ＬＴＥシステムでの無線区間の最大スループットの算出方法の例を記載したが、本発明は、これに限定されるものではない。

＜ＴＣＰ再送タイムアウト時間（RTO）算出＞
ＴＣＰ１１５の再送タイムアウト時間は、送信制御部１０１（例えば、送信パケットコントローラ１２０）が、送信バッファ量から最大送信可能スループットを除算することにより、算出する（式４）。送信バッファ量とは、ここでは送信済みバッファ量から送信済みパケット量を除算し、送信予定のパケット量を加算した量を言う。
ＲＴＯ（s）＝送信バッファ量（bit）÷Ｒ−Ｔｈ_ｍａｘ（bit/s） …（４）
ここで、送信済みのセグメント量（bit）は除く。

ＴＣＰコントローラ１１３は、通信を開始するタイミングで、上記の通りに求めたＲＴＯ値をＴＣＰ１１５に対して設定するものとする。また、無線環境認識部１５は、通信中においても変調方式および送信バッファ量は変動する為、逐次これらのパラメータの測定を行ない、ＴＰＣコントローラ１１３は、ＲＴＯ値に変更がある場合は、その都度、ＴＣＰ１１５に通知を行ない、値を更新することとする。尚、異種無線方式を多重する際には、送信制御部１０１（例えば、送信パケットコントローラ１２０）は、多重される無線方式のＲＴＯを個別に求めて、ＴＰＣコントローラ１１３は、その最大値をＴＣＰ１１５に対して設定する。

このように、第２の実施形態では、コグニティブ端末１００は、無用なスループットのコントロール（送信制御）を行なわないように制御する。コグニティブ端末１００は、各無線方式（モジュール）から、無線環境情報、無線リソース管理情報を収集する。また、コグニティブ端末１００は、順序逆転および遅延が発生した場合に、パケットが到着する時間を算出することができ、この時間の間、一時的に従来の輻輳制御プロセスが働かないように制御する。これにより、再送パケットの送出の停止および、無用な輻輳コントロールを回避することができる。尚、パケットの到着予想時間が過ぎても、パケットの順序逆転、遅延が解消されない場合、従来の輻輳制御プロセスが動作するようにする必要がある。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、コグニティブ端末１００は、無線環境情報および無線リソース管理情報を基に、無線区間での最大送信可能スループットを算出し、常にこの最大スループットでＴＣＰ１１５のセグメントを送出し通信を行なうようコントロールを行なう。

まず、ＴＣＰ１１５の送信ウィンドウの制御について説明する。従来方式では、パケットの遅延、ジッタ、順序逆転から輻輳を検知し、パケットの送信量のコントロールを行なっているが、この方法は実際の通信可能スループットに対し効率が良くない。本実施形態では、送信可能スループットが無線環境および利用ユーザ数等で逐次最大可能スループットが変動する無線通信において、第２の実施形態で示したように正確なスループットが把握可能である事を利用し、常に最適な送信パケット量で通信を行なえるようにするものである。従来のＴＣＰ１１５の輻輳制御では、通信の状態に応じてスロースタート、送信コントロールが行なわれる。

これに対し、本実施形態では、ＴＣＰコントローラ１１３は、以下の式（５）および式（６）の条件を同時に満たす送信セグメント数で送信を行なうように、ＴＣＰ１１５に指示を行なう。これにより、コグニティブ端末１００は、常に受信側の能力および無線での最大送信可能スループットを考慮に入れた通信を実現する。
ｒｗｎｄ ＜ （ＭＳＳ × ｎ） …（５）
Ｒ−Ｔｈ_ｍａｘ ＜ （ＭＳＳ × ｎ）／１秒 …（６）

ここで、ｒｗｎｄは、受信側で受信可能な最大サイズ、ＭＳＳは、最大送信セグメントサイズ、Ｒ−Ｔｈ_ｍａｘは、最大送信可能スループットを意味する。

本実施形態では、複数の無線を同時に利用して通信を行なう場合、ＴＣＰコントローラ１１３は、上記で求めた最大送信セグメント数をＴＣＰ１１５に対して通知し、コグニティブ端末１００は、これに基づきパケットの送信を行なう。尚、この最大送信セグメント数は各無線方式毎にそれぞれ計算し通知を行なうものとする。これにより、コグニティブ端末１００は、常にこの最大スループットでＴＣＰ１１５のセグメントを送出し通信を行なうようコントロールを行なうことができる。

尚、通常輻輳の主要因が有線区間では無く無線区間であることが多い事から、本発明ではインターネット等の固定回線区間での最大送信スループットは従来の制御に準ずる事とする（従来のTCP１１５の機能である受信側のウィンドウサイズ、送信側での送信タイムアウト以上の遅延の発生で輻輳制御機能が動作する事とする）。

第１の実施形態〜第３の実施形態では、コグニティブ端末１００におけるＴＣＰ送信コントロール手法について述べた。コグニティブ基地局１０においても、本ＴＣＰ制御を行なうプロキシーノードを設け、そこでＴＣＰ１１５を終端する構成を取り、第１の実施形態〜第３の実施形態を提供することで、当該コントロールを行なう事が可能である。

１０ コグニティブ基地局
１１ コア網側インタフェース
１３ スイッチ部
１４−１〜１４−５ 無線モジュール
１４ａ マクロセル無線モジュール
１４ｂ マイクロセル無線モジュール
１４ｃ ピコセル無線モジュール
１５ 無線環境認識部
１００ コグニティブ端末
１１０ クライアント（アプリケーション）部
１１１ システム固定遅延管理部
１１３ ＴＣＰコントローラ
１２０ 送信パケットコントローラ
１３０Ａ、１３０Ｂ 送信バッファ
２００ インターネット
２１０ アプリサーバ等
３００Ａ、３００Ｂ 無線システム
３１０Ａ、３１０Ｂ ゲートウェイ装置

Claims (6)

1. 複数種類の無線通信方式を同時に使用して無線通信を行なう異種無線通信システムに適用される無線送信装置であって、
   相互に異なる方式で無線送信を行なう複数の無線モジュールと、
   前記無線通信方式毎に設けられ、送信パケットを一時的に格納する複数の送信バッファと、
   前記各無線通信方式信号の無線システム区間における遅延時間を測定し、前記無線通信方式毎の遅延差を算出すると共に、前記算出した遅延差に基づいて、前記遅延時間が小さい無線通信方式で送信される送信パケットが、前記送信バッファに格納されてから前記遅延差の時間経過後に送信されるように前記各送信バッファを制御する送信制御部と、を備えることを特徴とする無線送信装置。
2. 前記送信制御部は、前記各無線モジュールを介して無線環境を認識し、使用可能無線リソース数および現在割り当てられているリソースの無線変調方式に基づいて、前記無線システム区間における最大送信可能スループットを算出し、前記送信バッファ量と前記最大送信可能スループットとに基づいて、再送タイムアウト時間を算出し、前記算出した再送タイムアウト時間をＴＣＰ（Transmission Control Protocol）に設定することを特徴とする請求項１記載の無線送信装置。
3. 第１式および第２式を同時に満足する最大送信セグメント数を算出し、算出した最大送信セグメント数をＴＣＰに設定するＴＣＰコントローラを更に備えることを特徴とする請求項２記載の無線送信装置。
   （第１式）：（受信側で受信可能な最大のセグメントサイズ）＞（最大送信セグメントサイズ）×（ユーザ数）
   （第２式）：（最大送信可能スループット）＞（最大送信セグメントサイズ）×（ユーザ数）／（１秒）
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線送信装置を備えることを特徴とする移動局装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線送信装置を備えることを特徴とする基地局装置。
6. 複数種類の無線通信方式を同時に使用して無線通信を行なう異種無線通信システムに適用される無線送信方法であって、
   無線送信装置の送信制御部において、
   前記各無線通信方式信号の無線システム区間における遅延時間を測定し、前記無線通信方式毎の遅延差を算出するステップと、
   前記算出された遅延差に基づいて、前記遅延時間が小さい無線通信方式で送信される送信パケットが、送信バッファに格納されてから前記遅延差の時間経過後に送信されるように前記各送信バッファを制御するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする無線送信方法。
   

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