JP5382764B2 - 通信端末及び通信ネットワークシステム - Google Patents
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Description
例えば、ある無線ネットワーク事業者はUSBインターフェイスのデータ通信装置を提供し、別の無線ネットワーク事業者はPCMCIAインターフェイスのデータ通信装置を提供している場合などがある。
また、複数の無線ネットワーク事業者への接続を単一のデータ通信装置により行うことも技術的には可能であるが、各無線ネットワーク事業者は専用のデータ通信装置を提供している場合が多い。従って、一般的には複数のデータ通信装置を通信端末に接続することが必要になる。
さらに、データ通信装置は、無線の送受信を行う上に、通常、フロー制御や誤り訂正等の処理も行うので、モバイル端末の本体やこれに接続する他の装置と比較して電力消費に占める割合が大きい場合が多く、モバイル端末にとって重要な電池稼働時間を短くしてしまう、といった問題がある。
通信方式や管理方式が異なる無線アクセス装置を統合して管理するためには、機能の共通化や異なる装置間の通信インターフェイスが要求される。しかしながら、従来の技術では、このような機能は無線システムに特化して開発された装置により実現されており、装置内の機能が異なる上、装置間のインターフェイスも共通化されておらず、汎用の機器が開発できないという問題がある。
すなわち、請求項1に記載の発明によれば、複数の無線通信ネットワークとの接続の有無又は接続方式を動的に再構成可能な通信端末であって、データ通信集約装置と、通信アプリケーション実行装置と、該データ通信集約装置と該通信アプリケーション実行装置とを接続するローカル通信経路とを備えた通信端末を提供する。
以下の実施例において、接続の有無と切り替え可能な接続方式をあわせて接続方式等と呼ぶ。
具体的には、データ通信集約装置は、通信手段の選択や、通信手段における接続、切断、帯域の集約、通信内容の判別と振り分け、等の機能を持つ。
本発明によれば、複数のデータ通信装置を収容するためのデータ通信集約装置を新たに導入し、複数のデータ通信装置の制御に関わる機能をユーザーが持つ通信アプリケーション実行装置から切り離して提供する。
従来の方式では、モバイル端末が直接データ通信装置を収容していたため、収容できるデータ通信装置の数に制限があり、可搬性の低下や電力消費の増加という問題が発生していた。本発明により、データ通信装置の選択、接続、切断、帯域の集約、通信内容の判別と振り分け、等の機能をアプリケーション実行装置から切り離すことが可能になり、新たな機能をアプリケーション実行装置に導入する必要がなくなる。
図1には、本発明に係るネットワークシステムの全体構成を示す。3G携帯電話回線網や、PHS、無線LANなどの外部ネットワーク(10)(11)(12)の基地局(アクセスポイント)(13)(14)(15)と無線通信ネットワーク(16)により接続する通信端末(20)に特徴がある。
データ通信集約装置(21)と通信アプリケーション実行装置(22)との間は、有線又は無線のローカル通信経路(23)で結ばれる。
一般的には第1通信モジュールのように通信モジュールにつき1つのアンテナ(211a)が設けられているが、本来はアンテナは使用周波数が近ければ共用可能であり、第2通信モジュール(212)や第3通信モジュール(213)のようにアンテナ(212a)を共用してもよい。
ここでCPU(210)には通信ネットワーク再構成管理手段(2101)と、通信ネットワーク再構成実行手段(2102)との2つの処理手段が実現される。
CPU(221)にはアプリケーション実行処理部(221a)により、ハードディスク等に保存された実行ソフト(223a)のプログラムを実行処理する。この方法は公知であり、ここでは詳述しない。
実行ソフトの種類は任意である。
まず、通信ネットワーク再構成管理手段の接続ポリシー情報生成部(2101b)が、要求条件情報(2162)を参照して接続ポリシー情報を生成する。(S10)
次いで、ネットワーク制御部(2101a)が接続ポリシー情報(2161)に基づいて通信ネットワークの選択を行う。(S11)
そして、ネットワーク制御部(2101a)から指令を受けたネットワーク再構成実行処理部(2102a)が通信ネットワークの再構成を実行処理(S12)する。
無線情報としての要求条件には、(1)無線情報、(2)通信品質、(3)安定性、(4)コスト、(5)端末の消費電力の5つの視点が重要である。
端末が無線リソースを利用するためには、まずその端末が無線リソースのカバーエリア内である必要がある。ある端末がある位置にいるときにどの無線リソースが利用可能であるかは、端末自身がスキャンして探索することができる。
本発明では、各通信モジュール(211〜213)が通信可能であるかの情報を取得するのが簡便である。
使用するアプリケーションによって必要とされる通信品質が異なるため、(1)で述べた接続できるかどうかといった2値情報だけではなく、より細かなQoS情報が必要である。このQoS情報としては、ディレイ、ジッタ、ロス率、利用可能帯域が挙げられる。
通信品質がダイナミックに変動する無線通信においては、(2)で述べた瞬時的なQoS情報のみならず、その安定性も重要なパラメータとなる。例えば、一時的に広帯域が使える無線リソースよりも、帯域が狭くても安定しているほうが望まれる場合があると考えられる。
このような目的のためには、その無線リソースを継続して利用できる時間を推定することが有効である。
ユーザーもしくは用途によって、QoS保証よりも通信料金が低いことが優先される場合があると考えられる。ユーザーの満足度の観点から通信料金も無線リソース選択の重要なパラメータとなる。
無線通信の利用中、端末のバッテリが切れてしまうとそれ以上の通信は不可能であるため、無線リソースの選択において、その通信にどれだけの消費電力を必要とするかも重要な要素となる。
(1−1)無線の種類
まず、無線の種類の情報が必須である。これらは各通信モジュール(211〜213)においてどのような無線通信ネットワークと接続可能であるかは自明である。
通信品質を推定するための情報である。無線の種類によってBER(Bit Error Rate)等の他のパラメータを利用することもある。これらについても周知技術により各通信モジュール(211〜213)から取得できる。
(2−1)ディレイ、通信の遅延時間
(2−2)ジッタ
(2−3)ロス率
アクセスポイントに固有の値となる。(1−1)無線の種類から導かれる値である。
(2−5)利用可能帯域
アクセスポイントの他の端末の利用状況により変化する動的情報となる。
(2−6)アクセスポイントに接続している端末数
アクセスポイントの混雑度を示す指標となる。空き帯域を計測することは困難な場合があり、接続端末数をパラメータとして使用することが多い。以上の2つのパラメータはアクセスポイント側から取得する。
(2−7)アプリケーションの種類
アプリケーションの種類によって要求されるQoSレベルが異なるために必要な情報である。通信アプリケーション実行装置(22)のアプリケーション実行処理部(221a)が実行中のアプリケーションを取得することができる。
(3−1)アクセスポイントに接続している端末数
アクセスポイントの混雑度を示す指標となる。空き帯域を計測することは困難な場合があり、接続端末数をパラメータとして使用することが多い。
(3−2)端末の位置
通信端末に図示しないGPS受信部を備えることにより端末の位置を取得できる。
(3−3)移動速度
通信端末に加速度センサ等を備えることで端末の移動速度を取得することができる。カバーエリアからそのアクセスポイントにどれ程の時間とどまることができるかの推定が可能である。
(3−4)カバーエリア
各無線アクセスのカバーエリアと、上述の端末の位置、移動速度情報を組み合わせて、端末がその無線アクセスに滞在できる時間を推定することができる。この情報の取得のために無線アクセス毎の通信可能エリアのマップ情報をハードディスク等に備えておく。
(4−1)通信料金
最適な無線リソースの基準は、保証されるQoSと通信料金の兼ね合いとなると考えられる。よって各無線リソースを利用した際の料金情報が必要となる。具体的には計時手段と、料金表のデータテーブルにより通信料金を算出することができる。
(5−1)各無線アクセスに接続した場合の通信端末の消費電力
通信端末のバッテリ容量と消費電力から、通信端末を利用できる時間を推定するために用いる情報である。予め消費電力のデータを格納しておいてもよいし、実際に消費電力を計測する手段を備えてもよい。
本システムでは、通信品質がダイナミックに変動する環境で、個々のユーザーの嗜好による満足度を最大化するためのアーキテクチャを備えている。ここでユーザーの満足度とは、単なるアプリケーションQoSのことではなく、ユーザーの心理的な満足度も含む。従って、あるユーザーがある無線リソースを利用したときの満足度をいかに数値化して接続ポリシー情報に反映させるのかが問題となる。
アプリケーションQoSとはビデオアプリケーションにおけるS/N 等の、アプリケーションレイヤにおける品質情報を言う。
主観評価値とは、アプリケーションの品質に対して人間が評価した値を言う。人間の五感を通すことで、アプリケーションQoSよりもユーザーの心理的な満足度に近い評価基準である。
ユーザー満足度とは、各ユーザーの嗜好を反映した、主観的な満足度を表す評価値である。
そこで、ユーザー満足度と主観評価値との変換が残る課題となる。主観評価は、ITU−Rなどで厳密に定められた測定環境において評価を行う。しかし、例えばビデオストリーミングの場合、同じ評点を得たビデオ再生でも、「これだけの料金を払ったのにこの程度の画質なのか」と満足しないユーザーもいれば、「モバイルなのにこんなに良い画質なのか」と十分満足するユーザーもいる。
本発明の簡便な実施態様としては、ネットワーク再構成処理について、既存のハンドオーバ技術など、ネットワークの切り替えに関する技術を適宜用いることができる。また、後述するようにリンクアグリゲーションによりリンクする通信ネットワークの組み合わせを切り替える技術を適用することもできる。これらは公知の技術であるから、本発明のネットワーク再構成実行処理部(2102a)の構成は適宜設計することができる。
上記実施例に加えて、通信ネットワーク再構成管理手段(2101)に接続ポリシー情報評価部(2101c)を備え、通信ネットワーク再構成実行処理(S12)の後に、測定情報収集部(2103a)と周波数測定部(2103b)による通信ネットワーク測定情報収集ステップ(S13)、接続ポリシー情報評価部(2101c)による接続ポリシー情報評価ステップ(S14)、接続ポリシー情報生成部(2101b)による接続ポリシー情報更新ステップ(S15)を有する。
例えば、ある通信アプリケーション実行装置(22)で動画再生を行っていて必要な通信速度が1Mbpsであるとき、別の通信アプリケーション実行装置(22)がデータ通信集約装置(24)と接続を開始して、通信速度0.5Mbpsを必要とするときに、データ通信集約装置(24)は現行のリンクのみでは1.5Mbpsの通信速度を得られない場合には別なリンクを確立するように処理する。
このように、要求値統合処理部(240)の処理は、通信パラメータの特性に応じて、あるいは実際に適当となるような選択に従って、統計値又は所定の計算式による要求値の算出を行うことができる。
この場合、接続先の外部サーバのIPアドレスや、使用されるポート番号を調べることで各通信アプリケーション実行装置(22)で実行中のアプリケーションを取得することもできる。
また、トラフィック監視装置においても、組織内でどのアプリケーションがどのくらい使われているかを把握する技術として、アプリケーションの種類を取得する技術が用いられている。
さらに、ファイヤウォールの設定においても、アプリケーションを同定する機能が備えられており、この場合にはポート番号などによって判別している。ポート番号は、well−known portとして定められており、例えば非特許文献7にはこの一覧が記載されている。
なお、各通信アプリケーション実行装置(22)からローカル通信経路(23)を通して直接通知するようにしてもよい。
すなわち、災害発生時等において通常の通信回線が切断された場合、衛星通信やその他の利用可能な広域・遠距離通信のデータ通信装置をデータ通信集約装置が収容することにより、利用可能な方式を最大限利用して、安定した広帯域の通信を提供できるため、復旧までの間に周辺の被災者が通信を継続することができる。
また、イベント等により臨時に新たな通信帯域が必要になる場合でも、データ通信集約装置をアクセスポイントのように設置することにより、通信速度がより高速、あるいは、利用者の収容量がより多い通信を、利用者に提供することが可能になる。
さらに、家庭内の無線LANルータの機能として実装し、実行する通信アプリケーションの要求や、通信コストの要求に合わせて最適な接続先を自動的に選択することができる。
11 PHS
12 WiFi(無線LAN)
13 アクセスポイント1
14 アクセスポイント2
15 アクセスポイント3
16 無線通信ネットワーク
20 通信端末
21 データ通信集約装置
22 通信アプリケーション実行装置
23 ローカル通信経路
Claims (6)
- 複数の無線通信ネットワークとの接続の有無又は接続方式(以下、接続方式等という)を動的に再構成可能な通信端末であって、データ通信集約装置と、通信アプリケーション実行装置と、該データ通信集約装置と該通信アプリケーション実行装置とを接続するローカル通信経路とを備え、
該データ通信集約装置が、
物理的又は論理的に構成される複数の無線通信ネットワークに対応する単数又は複数の通信手段と、
該ローカル通信経路を通して該通信アプリケーション実行装置と通信する第1ローカル通信手段と、
記憶手段に格納される接続ポリシー情報テーブルと、
少なくとも該接続ポリシー情報に基づいて無線通信ネットワークの接続方式等を選択する通信ネットワーク再構成管理手段と、
選択された接続方式等に接続を再構成する通信ネットワーク再構成実行手段と
を備える構成において、
該通信ネットワーク再構成管理手段が、
無線通信ネットワークにおける所定の通信パラメータに関して入力手段から入力されるか、又は記憶手段に格納されている要求条件情報を用い、
該要求条件情報に基づいて前記接続ポリシー情報テーブルを生成する接続ポリシー情報生成部を備え、
該通信アプリケーション実行装置が、
該ローカル通信経路を通して該データ通信集約装置と通信する第2ローカル通信手段と、
少なくとも外部の通信ネットワークと通信するアプリケーションを実行するアプリケーション実行手段と
を備えた
ことを特徴とする通信端末。 - 前記通信パラメータが、通信速度、通信量、回線負荷、パケットロス率、通信遅延、ジッタ、電波強度、通信料金、又はこれら各パラメータの値から所定の計算式により計算される値、の1つ、又はその組み合わせである
請求項1に記載の通信端末。 - 前記データ通信集約装置に、
各無線通信ネットワークから前記通信パラメータの少なくともいずれかの情報を抽出する通信ネットワーク測定情報収集手段を備え、
前記通信ネットワーク再構成管理手段が、
該通信ネットワーク測定情報収集手段が収集した情報に基づいて前記接続ポリシー情報テーブルの内容を評価する接続ポリシー情報評価部を備えると共に、
前記接続ポリシー情報生成部が、該評価に従って該接続ポリシー情報テーブルを更新する
請求項1又は2に記載の通信端末。 - 前記データ通信集約装置に、
各無線通信ネットワークによる周波数の利用状況を測定する周波数測定手段を備え、
前記接続ポリシー情報生成部が、周波数の利用状況に応じて、前記接続ポリシー情報テーブルを更新する
請求項1ないし3のいずれかに記載の通信端末。 - 前記通信端末において、
前記データ通信集約装置に対して、複数の前記通信アプリケーション実行装置を備えて、該データ通信集約装置が、各通信アプリケーション実行装置のために作動する
請求項1ないし4のいずれかに記載の通信端末。 - 前記請求項1ないし5のいずれかに記載の通信端末と、
前記複数の無線通信ネットワークと、
該無線通信ネットワークを介して接続される複数のサーバ装置と
から構成される通信ネットワークシステム。
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