JP5468579B2 - 無線中継装置および無線中継方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）に接続する無線端末と、ＷＡＮ側の複数種類のアクセスネットワークとの間で中継処理を行う無線中継装置および無線中継方法に関する。ここで、ＷＡＮ側の複数種類のアクセスネットワークとは、無線ＬＡＮ、ＨＳＰＡ（High speed packet access）、ＷＣＤＭＡ（Wide band code division multiple access ）、ＥＤＧＥ（Enhanced data rates for GSM evolution ）、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access ）、ＬＴＥ（Long Term Evolution ）などである。

ＨＳＰＡやＷｉＭＡＸ等の移動通信網と無線ＬＡＮを比較した場合、一般的に移動通信網はカバーエリアが広いが通信速度は遅く、無線ＬＡＮはカバーエリアが狭いが通信速度は速いという特徴がある。そこで、移動通信網と無線ＬＡＮのそれぞれの特徴を活かすために、移動通信網と無線ＬＡＮの双方に接続できる２つ以上の無線ＩＦを備え、通常は無線端末を移動通信網に接続しながら、無線ＬＡＮとの接続が可能な状況になれば無線ＬＡＮに切り替える無線中継装置がある（特許文献１）。

この場合は、移動通信網と無線ＬＡＮのハンドオーバ方法として、無線ＬＡＮの受信レベル（ＲＳＳＩ）を監視し、当該受信レベルが閾値以下であれば移動通信網に接続し、当該受信レベルが閾値を超えれば無線ＬＡＮに接続する方法がある。たとえば、移動通信網エリア内に無線ＬＡＮエリアが局所的に存在しているときに、無線中継装置が移動通信網エリア内かつ無線ＬＡＮエリア外にいれば、無線ＬＡＮの受信レベルが閾値以下であるので移動通信網に接続する。また、無線中継装置が無線ＬＡＮエリア内に入り、無線ＬＡＮの受信レベルが閾値を超えれば無線ＬＡＮに接続する。

図２は、従来の無線中継装置の構成例を示す。
図２において、無線端末１は、無線中継装置１０を介して無線インタフェースが異なる複数のアクセスネットワーク１０１，１０２，１０３のいずれかの無線基地局（ＡＰ）に接続され、さらに接続したアクセスネットワークを介して基幹ネットワーク１００に接続される。

無線中継装置１０は、アクセスネットワーク１０１，１０２，１０３とそれぞれ個別に無線接続するネットワーク側無線接続部１１，１２，１３と、無線端末１と無線接続するローカル側無線接続部１４と、ネットワーク側無線接続部１１，１２，１３とローカル側無線接続部１４との間の接続を制御する接続制御部１５を備える。アクセスネットワーク１０１，１０２，１０３は、たとえば無線ＬＡＮ、ＨＳＰＡ、ＷＣＤＭＡ、ＥＤＧＥ、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ等であり、ネットワーク側無線接続部１１，１２，１３はそれぞれ対応するアクセスネットワークと通信する無線ＩＦである。接続制御部１５は、アクセスネットワーク１０１，１０２，１０３とネットワーク側無線接続部１１，１２，１３との間の電波状態をそれぞれモニタし、電波状態が良好なネットワーク側無線接続部の１つを選択してローカル側無線接続部１４に接続する。

図３は、従来の無線中継装置の接続制御部１５の処理手順を示す。
図２および図３において、無線中継装置１０に電源が投入される、あるいは無線端末１から送信されたアクセス信号を受信して休止状態から通常状態に遷移すると、接続制御部１５はネットワーク側無線接続部１１〜１３を起動する（Ｓ１）。ネットワーク側無線接続部１１〜１３は、それぞれ対応するアクセスネットワーク１０１〜１０３との無線接続処理を開始し、接続処理が完了したときに接続制御部１５に通知する。

接続制御部１５は、最初に無線接続を確立できたネットワーク側無線接続部（ここでは１１とする）とローカル側無線接続部１４を接続し、無線端末１とネットワーク側無線接続部１１に接続されるアクセスネットワーク１０１との間で中継処理を開始する（Ｓ２，Ｓ３）。ここで、他のネットワーク側無線接続部１２，１３は無線接続処理を継続し、それぞれアクセスネットワーク１０２，１０３との無線接続が確立すると、そのまま無線接続状態を維持する。

接続制御部１５は、接続処理が完了したネットワーク側無線接続部の中で電波状態を比較し（Ｓ４）、最初に接続したネットワーク側無線接続部１１よりも良好な電波状態のものがあれば、当該ネットワーク側無線接続部に切り替えて中継処理を継続する（Ｓ５，Ｓ６）。ここでの切り替え処理は、異なるアクセスネットワーク間のハンドオーバ処理を利用することができる。

なお、ローカル側無線接続部１４と非接続となったネットワーク側無線接続部は、アクセスネットワークとの無線接続を維持することにより、電波状態の変化に対応することができる。また、接続制御部１５は、ローカル側無線接続部１４と無線端末１との無線接続が切断されたことを検出すると、ネットワーク側無線接続部１１〜１３に対してそれぞれアクセスネットワーク１０１〜１０３との無線接続の切断処理を行う。

以上のＳ３〜Ｓ６の処理により、無線端末１は短時間でアクセスネットワーク１０１〜１０３のいずれかを介して基幹ネットワーク１００に接続できるとともに、その後も電波状態の良好なアクセスネットワークに切り替えて基幹ネットワーク１００との接続を維持することができる。

なお、接続制御部１５は、接続情報設定部１６を参照し、アクセスネットワークごとの接続料金情報や消費電力情報や優先順位情報等に基づいて、アクセスネットワークとの無線接続が可能なネットワーク側無線接続部１１〜１３の中で適当なネットワーク側無線接続部を選択して接続するようにしてもよい。

特開２０１０−０２１８７８号公報

従来の無線中継装置は、最初に接続したアクセスネットワークを選択して中継処理を開始するとともに、その後も電波状態の良好なアクセスネットワークに切り替えることができる。これは、できるだけ早くアクセスネットワークに接続して中継処理を開始しながら、最初に接続したアクセスネットワークの電波状態が最良とは限らないことから、その後に電波状態が良好なアクセスネットワークがあれば切り替え可能にする機能である。

しかし、アクセスネットワークの切り替えに伴ってＩＰアドレスが変更になると、ＩＰレベル（延いてはアプリケーションレベル）でデータ通信が一旦中止になり、その後に切り替え先のアクセスネットワークとのデータ通信を開始する手順になる。したがって、アクセスネットワークに早く接続できるよりも、接続に多少時間がかかっても最初から電波状態が良好なアクセスネットワークに接続してデータ通信を継続する方が望ましいという要求がある。

一方、各アクセスネットワークに接続する無線中継装置のネットワーク側無線接続部はそれぞれモジュール化されているため、上記の要求に応えるために内部構造を変更すれば無線中継装置のコスト上昇を招く。したがって、無線中継装置の接続制御部における制御により上記の要求に応える構成が望まれている。

本発明は、複数のネットワーク側無線接続部の機能を変更することなく、接続処理が完了している複数のアクセスネットワークの中から電波状態が最良のアクセスネットワークを選択して中継処理を開始することができる無線中継装置および無線中継方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、無線インタフェースが互いに異なる複数のアクセスネットワークと無線端末との間の中継処理を行う無線中継装置において、無線端末に無線接続する無線インタフェースを有するローカル側無線接続部と、複数のアクセスネットワークにそれぞれ無線接続する無線インタフェースを有し、かつ、それぞれ対応するアクセスネットワークとの無線接続処理が完了したときに完了通知を出力する複数のネットワーク側無線接続部と、電源が投入あるいは休止状態から通常状態に遷移したときに、複数のネットワーク側無線接続部を起動し、所定の接続所要時間が経過するまでに完了通知があったネットワーク側無線接続部の中から電波状態が最良の１つを選択してローカル側無線接続部と接続し、無線端末を当該ネットワーク側無線接続部に対応するアクセスネットワークに接続する接続制御部とを備える。

第２の発明は、無線インタフェースが互いに異なる複数のアクセスネットワークと無線端末との間の中継処理を行う無線中継装置において、無線端末に無線接続する無線インタフェースを有するローカル側無線接続部と、複数のアクセスネットワークにそれぞれ無線接続する無線インタフェースを有し、かつ、それぞれ対応するアクセスネットワークとの無線接続処理が完了したときに完了通知を出力する複数のネットワーク側無線接続部と、電源が投入あるいは休止状態から通常状態に遷移したときに、接続所要時間が最大になるネットワーク側無線接続部を基準に、それより接続所要時間が短いネットワーク側無線接続部に対してその差分の時間を遅らせて起動し、アクセスネットワークとの無線接続処理が完了したネットワーク側無線接続部の中から電波状態が最良の１つを選択してローカル側無線接続部と接続し、無線端末を当該ネットワーク側無線接続部に対応するアクセスネットワークに接続する接続制御部とを備える。

第１の発明または第２の発明の無線中継装置において、ネットワーク側無線接続部は、電波状態として、受信レベル、実効スループット、遅延量、干渉量、伝送レートの少なくとも１つをモニタし、接続制御部に通知する構成である。

第３の発明は、無線端末に無線接続する無線インタフェースを有するローカル側無線接続部と、複数のアクセスネットワークにそれぞれ無線接続する無線インタフェースを有し、かつ、それぞれ対応するアクセスネットワークとの無線接続処理が完了したときに完了通知を出力する複数のネットワーク側無線接続部と、複数のネットワーク側無線接続部の１つを選択してローカル側無線接続部と接続し、無線端末を当該ネットワーク側無線接続部に対応するアクセスネットワークに接続する接続制御部とを備え、無線端末とアクセスネットワークとの間の中継処理を行う無線中継装置の無線中継方法において、接続制御部は、電源が投入あるいは休止状態から通常状態に遷移したときに、複数のネットワーク側無線接続部を起動し、所定の接続所要時間が経過するまでに完了通知があったネットワーク側無線接続部の中から電波状態が最良の１つを選択してローカル側無線接続部と接続し、無線端末を当該ネットワーク側無線接続部に対応するアクセスネットワークに接続する。

第４の発明は、無線端末に無線接続する無線インタフェースを有するローカル側無線接続部と、複数のアクセスネットワークにそれぞれ無線接続する無線インタフェースを有し、かつ、それぞれ対応するアクセスネットワークとの無線接続処理が完了したときに完了通知を出力する複数のネットワーク側無線接続部と、複数のネットワーク側無線接続部の１つを選択してローカル側無線接続部と接続し、無線端末を当該ネットワーク側無線接続部に対応するアクセスネットワークに接続する接続制御部とを備え、無線端末とアクセスネットワークとの間の中継処理を行う無線中継装置の無線中継方法において、接続制御部は、電源が投入あるいは休止状態から通常状態に遷移したときに、接続所要時間が最大になるネットワーク側無線接続部を基準に、それより接続所要時間が短いネットワーク側無線接続部に対してその差分の時間を遅らせて起動し、アクセスネットワークとの無線接続処理が完了したネットワーク側無線接続部の中から電波状態が最良の１つを選択してローカル側無線接続部と接続し、無線端末を当該ネットワーク側無線接続部に対応するアクセスネットワークに接続する。

第３の発明または第４の発明の無線中継方法において、ネットワーク側無線接続部は、電波状態として、受信レベル、実効スループット、遅延量、干渉量、伝送レートの少なくとも１つをモニタし、接続制御部に通知する。

本発明は、複数のネットワーク側無線接続部の接続処理の完了を待ち、その中から電波状態が最良のネットワーク側無線接続部を選択してアクセスネットワークとの中継処理を開始することができる。これにより、当該アクセスネットワークとの接続後に、他のアクセスネットワークへの切り替え処理が不要になり、通信の中断がない安定した中継処理が可能になる。

本発明の無線中継装置の接続制御部１５の処理手順を示すフローチャートである。 従来の無線中継装置の構成例を示す図である。 従来の無線中継装置の接続制御部１５の処理手順を示すフローチャートである。

本発明の無線中継装置は、図２に示す従来構成におけるネットワーク側無線接続部１１，１２，１３、ローカル側無線接続部１４、接続制御部１５、接続情報設定部１６の基本的な機能と同様の機能を有する。

本実施例の特徴は、接続制御部１５において、ネットワーク側無線接続部１１，１２，１３を起動してから所定の接続所要時間が経過した時点で、接続処理が完了している複数のネットワーク側無線接続部の中から、電波状態が最良（例えば受信レベルが最大）のネットワーク側無線接続部を選択し、中継処理を開始するところにある。

図１は、本発明の無線中継装置の接続制御部１５の処理手順を示す。
図１および図２において、無線中継装置１０に電源が投入される、あるいは休止状態から通常状態に遷移すると、接続制御部１５はネットワーク側無線接続部１１〜１３を起動する（Ｓ11）。ネットワーク側無線接続部１１〜１３は、それぞれ対応するアクセスネットワーク１０１〜１０３との無線接続処理を開始し、接続処理が完了したときに接続制御部１５に通知する。接続制御部１５は、ネットワーク側無線接続部１１〜１３からそれぞれ接続完了通知を受け付け（Ｓ12，Ｓ13）、すべてのネットワーク側無線接続部から接続完了通知があるか（Ｓ14：Yes ）、所定の接続所要時間がタイムアウトした時点で（Ｓ15：No）、無線接続処理が完了したネットワーク側無線接続部の中から、電波状態が最良のネットワーク側無線接続部を選択し、中継処理を開始する（Ｓ16）。

なお、ネットワーク側無線接続部１１〜１３は、電波状態として、受信レベル、接続処理完了後にダミーパケットを送受信して得られる実効スループット、遅延量、干渉量、伝送レートの少なくとも１つをモニタし、接続制御部１５に通知する構成とし、接続制御部１５はその中から電波状態が最良のネットワーク側無線接続部を選択するものとする。

ここで、Ｓ15でタイムアウトをみる所定の接続所要時間は、アクセスネットワークとの無線接続処理が一般的に最長になるネットワーク側無線接続部を基準に設定する。例えば、アクセスネットワークが無線ＬＡＮと移動通信網であれば、一般的に無線ＬＡＮの接続所要時間が長いのでその平均的な接続所要時間を基準に設定することができる。

また、接続制御部１５において、ネットワーク側無線接続部ごとに起動から接続処理が完了するまでの接続所要時間を逐次測定し、閾値を超える接続所要時間を除外しながら移動平均値を求め、その最大値を上記の所定の接続所要時間として逐次更新しながらＳ15の処理に用いてもよい。この場合には、閾値を超える接続所要時間は除外されるので、複数のネットワーク側無線接続部の接続処理完了を見極めるための「所定の接続所要時間」が必要以上に長くなることはない。

なお、接続制御部１５は、各ネットワーク側無線接続部１１〜１３から接続完了通知を受け付けた時刻と各ネットワーク側無線接続部１１〜１３を起動した時刻との差から、ネットワーク側無線接続部ごとの接続所要時間を算出する。

また、各ネットワーク側無線接続部ごとに接続所要時間の移動平均値が逐次更新される場合には、接続所要時間が最大になるネットワーク側無線接続部を基準に、それより接続所要時間が短いネットワーク側無線接続部に対して、その差分の時間を遅らせて（遅延値を設けて）起動するようにしてもよい。これにより、各ネットワーク側無線接続部がほぼ同時に接続処理を完了するので、その中から電波状態が最良のネットワーク側無線接続部を選択し、中継処理を開始するようにしてもよい。

なお、接続制御部１５は、各ネットワーク側無線接続部１１〜１３から接続完了通知を受け付けた時刻と各ネットワーク側無線接続部１１〜１３を起動した時刻との差から、ネットワーク側無線接続部ごとの接続所要時間を算出し、それぞれ移動平均値を求める。このとき、接続所要時間が最長となるネットワーク側無線接続部と他のネットワーク側無線接続部の接続所要時間との差が当該他のネットワーク側無線接続部に対する遅延値となる。

このように、オフセット時間を設けて起動することにより、全てのネットワーク側無線接続部を同時に起動する方法と比較して、各ネットワーク側無線接続部のオフセット時間に相当する動作時間分だけ消費電力を低減できる効果が得られる。

１ 無線端末
１０ 無線中継装置
１１〜１３ ネットワーク側無線接続部
１４ ローカル側無線接続部
１５ 接続制御部
１６ 接続情報設定部
１００ 基幹ネットワーク
１０１〜１０３ アクセスネットワーク

Claims (6)

1. 無線インタフェースが互いに異なる複数のアクセスネットワークと無線端末との間の中継処理を行う無線中継装置において、
   前記無線端末に無線接続する無線インタフェースを有するローカル側無線接続部と、
   前記複数のアクセスネットワークにそれぞれ無線接続する無線インタフェースを有し、かつ、それぞれ対応するアクセスネットワークとの無線接続処理が完了したときに完了通知を出力する複数のネットワーク側無線接続部と、
   電源が投入あるいは休止状態から通常状態に遷移したときに、前記複数のネットワーク側無線接続部を起動し、所定の接続所要時間が経過するまでに前記完了通知があったネットワーク側無線接続部の中から電波状態が最良の１つを選択して前記ローカル側無線接続部と接続し、前記無線端末を当該ネットワーク側無線接続部に対応するアクセスネットワークに接続する接続制御部と
   を備えたことを特徴とする無線中継装置。
2. 無線インタフェースが互いに異なる複数のアクセスネットワークと無線端末との間の中継処理を行う無線中継装置において、
   前記無線端末に無線接続する無線インタフェースを有するローカル側無線接続部と、
   前記複数のアクセスネットワークにそれぞれ無線接続する無線インタフェースを有し、かつ、それぞれ対応するアクセスネットワークとの無線接続処理が完了したときに完了通知を出力する複数のネットワーク側無線接続部と、
   電源が投入あるいは休止状態から通常状態に遷移したときに、接続所要時間が最大になるネットワーク側無線接続部を基準に、それより接続所要時間が短いネットワーク側無線接続部に対してその差分の時間を遅らせて起動し、前記アクセスネットワークとの無線接続処理が完了したネットワーク側無線接続部の中から電波状態が最良の１つを選択して前記ローカル側無線接続部と接続し、前記無線端末を当該ネットワーク側無線接続部に対応するアクセスネットワークに接続する接続制御部と
   を備えたことを特徴とする無線中継装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の無線中継装置において、
   前記ネットワーク側無線接続部は、前記電波状態として、受信レベル、実効スループット、遅延量、干渉量、伝送レートの少なくとも１つをモニタし、前記接続制御部に通知する構成である
   ことを特徴とする無線中継装置。
4. 無線端末に無線接続する無線インタフェースを有するローカル側無線接続部と、
   複数のアクセスネットワークにそれぞれ無線接続する無線インタフェースを有し、かつ、それぞれ対応するアクセスネットワークとの無線接続処理が完了したときに完了通知を出力する複数のネットワーク側無線接続部と、
   前記複数のネットワーク側無線接続部の１つを選択して前記ローカル側無線接続部と接続し、前記無線端末を当該ネットワーク側無線接続部に対応するアクセスネットワークに接続する接続制御部と
   を備え、前記無線端末と前記アクセスネットワークとの間の中継処理を行う無線中継装置の無線中継方法において、
   前記接続制御部は、電源が投入あるいは休止状態から通常状態に遷移したときに、前記複数のネットワーク側無線接続部を起動し、所定の接続所要時間が経過するまでに前記完了通知があったネットワーク側無線接続部の中から電波状態が最良の１つを選択して前記ローカル側無線接続部と接続し、前記無線端末を当該ネットワーク側無線接続部に対応するアクセスネットワークに接続する
   ことを特徴とする無線中継方法。
5. 無線端末に無線接続する無線インタフェースを有するローカル側無線接続部と、
   複数のアクセスネットワークにそれぞれ無線接続する無線インタフェースを有し、かつ、それぞれ対応するアクセスネットワークとの無線接続処理が完了したときに完了通知を出力する複数のネットワーク側無線接続部と、
   前記複数のネットワーク側無線接続部の１つを選択して前記ローカル側無線接続部と接続し、前記無線端末を当該ネットワーク側無線接続部に対応するアクセスネットワークに接続する接続制御部と
   を備え、前記無線端末と前記アクセスネットワークとの間の中継処理を行う無線中継装置の無線中継方法において、
   前記接続制御部は、電源が投入あるいは休止状態から通常状態に遷移したときに、接続所要時間が最大になるネットワーク側無線接続部を基準に、それより接続所要時間が短いネットワーク側無線接続部に対してその差分の時間を遅らせて起動し、前記アクセスネットワークとの無線接続処理が完了したネットワーク側無線接続部の中から電波状態が最良の１つを選択して前記ローカル側無線接続部と接続し、前記無線端末を当該ネットワーク側無線接続部に対応するアクセスネットワークに接続する
   ことを特徴とする無線中継方法。
6. 請求項４または請求項５に記載の無線中継方法において、
   前記ネットワーク側無線接続部は、前記電波状態として、受信レベル、実効スループット、遅延量、干渉量、伝送レートの少なくとも１つをモニタし、前記接続制御部に通知する
   ことを特徴とする無線中継方法。

Images