JP5567710B1 - 小型基地局、呼制御装置、呼制御方法、及び呼制御プログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】回線品質に応じて音声パケット通信サービスを提供する。
【解決手段】呼制御プログラム80は、パケット音声通信サービスの提供を受けるユーザ端末毎に回線品質を測定する処理を行う測定モジュール81と、各ユーザ端末の回線品質に応じて同時接続可能なユーザ端末数を動的に設定する処理を行う設定モジュール82と、同時接続可能なユーザ端末数を超える呼の受け付けを拒絶する処理を行う呼制御モジュール83とを備える。
【選択図】図3

Description

本発明はパケット音声通信の呼制御に関する。
LTE(Long Term Evolution)は、W−CDMA(Wideband Code Division Multiple Access)の拡張技術であるHSPA(High Speed Packet Access)から更に発展した標準規格である。LTEでは、下りリンクにおいて100Mbps以上、上りリンクにおいて50Mbps以上の高速通信が実現されており、遅延の改善や周波数の利用効率向上などが図られている。VoLTE(Voice over LTE)は、LTEネットワーク上で高速な音声パケット通信サービスを提供する通信方式として商用化されている。
この種の音声パケット通信サービスでは、伝送遅延と帯域不足が生じると、サービス品質が著しく低下するため、ある程度の回線品質を確保する必要がある。ところが、音声パケット通信サービスを利用するユーザ数は多数に上るため、移動通信事業者が各ユーザのブロードバンド回線の品質を測定し、音声パケット通信サービスを提供できる状態にあるか否かを判断することが事実上困難な状況にある。
そこで、本発明は、このような問題を解決し、回線品質に応じて音声パケット通信サービスを提供することを課題とする。
上記の課題を解決するため、本発明に係る小型基地局は、パケット音声通信サービスの提供を受けるユーザ端末毎に回線品質を測定する測定手段と、各ユーザ端末の回線品質に応じて同時接続可能なユーザ端末数を動的に設定する設定手段とを備える。各ユーザ端末の回線品質を測定することにより、同時接続可能なユーザ端末数を最適化することができる。設定手段は、何れかのユーザ端末の回線品質が閾値を下回った時点で回線品質が閾値を上回るユーザ端末の数を同時接続可能なユーザ端末数として設定してもよい。回線品質が閾値を下回るユーザ端末が検出されたときは、回線にゆらぎやパケット損失が生じているものと考えられるため、同時接続可能なユーザ端末数を引き下げることにより、十分な品質の音声通信サービスを提供できる。
本発明によれば、各ユーザ端末の回線品質を測定することにより、同時接続可能なユーザ端末数を最適化することができる。
本実施形態に係る移動通信システムのネットワーク構成図である。 本実施形態に係る小型基地局の構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態に係る呼制御プログラムのモジュール構成を示す説明図である。 本実施形態に係る静的同時接続ユーザ端末数の変動の一例を示すグラフである。 本実施形態に係る動的同時接続ユーザ端末数の変動の一例を示すグラフである。
以下、各図を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1は本実施形態に係る移動通信システム100のネットワーク構成を示す。移動通信システム100は、例えば、LTEネットワーク、GSM(Global System for Mobile Communications)ネットワーク、又はWCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)ネットワーク等によって構成される。LTEネットワークのノードの一つを構成する小型基地局10は、HeNB(Home eNode B)と呼ばれており、マクロセル基地局と同様の無線アクセス技術を用いてユーザ端末21,22,23に通信サービス(例えば音声パケット通信サービス、マルチメディアサービス等)を提供する。小型基地局10が形成するセル30は、そのセルサイズがマクロセルよりも小規模であることに由来して、スモールセル、フェムトセル、又はピコセルと呼ばれることがある。また、小型基地局10は、スモールセル基地局、フェムトセル基地局、又はピコセル基地局と呼ばれることもある。ユーザ端末21,22,23は、スマートフォン等の高機能携帯電話であり、UE(User Equipment)と呼ばれる。
LTEネットワークのノードの一つを構成するゲートウェイ50は、HeNB GW(Home eNodeB Gateway)と呼ばれており、ブローバンド回線40を介して小型基地局10に接続している。ブロードバンド回線40は、光ファイバー回線、非対称デジタル加入者線、又は同軸ケーブル等の高速データ回線である。小型基地局10は、ゲートウェイ50を介して移動通信事業者のコアネットワーク60に接続する。コアネットワーク60には、例えば、TR−069管理プロトコルに基づいて小型基地局10を遠隔管理するための管理サーバ70が配置されている。管理サーバ70は、例えば、オペレーションサポートシステムと呼ばれるコンピュータシステムである。管理サーバ70は、ブロードバンド回線40の回線帯域の情報を格納するファイル71を保持している。ファイル71は、例えば、1MB程度のファイルサイズを有しており、FTP(File Transfer Protocol)等のファイル転送プロトコルを通じて小型基地局10に転送可能である。なお、図1には図示しないが、コアネットワーク60には、ユーザ端末21,22,23の呼制御等を行うための交換局、ホームロケーションレジスタ、ビジタロケーションレジスタ等が配置されている。
図2は小型基地局10の構成を示す機能ブロック図である。小型基地局10は、ユーザ端末21,22,23との間で電波を送受信するためのアンテナ11、無線信号の周波数変換及び変復調処理等を行うRF処理部12、ユーザ端末21,22,23の通信プロトコルとブロードバンド回線40の通信プロトコルとの間でプロトコル変換を行うプロトコル変換部13、小型基地局10の動作を制御する制御部14、及びブロードバンド回線14に接続する通信インタフェース15を備える。
図3は本実施形態に係る呼制御プログラム80のモジュール構成を示す説明図である。呼制御プログラム80は、ユーザ端末21,22,23のパケット音声通信に係る呼制御を処理するためのコンピュータプログラムであり、測定モジュール81、設定モジュール82、及び呼制御モジュール83を備える。これらのモジュール81,82,83は、呼制御プログラム80の中で呼び出されて実行されるソフトウェアモジュール(例えば、プロシージャ、サブルーチン、メソッド、関数、及びデータ構造等を組み合わせたもの)である。但し、モジュール81,82,83の機能の一部又は全部は、小型基地局10のハードウェアモジュールによって実現されてもよい。呼制御プログラム80は、例えば、制御部14内の記憶資源(半導体メモリ、記録媒体等)に格納されており、制御部14内のプロセッサにより解釈及び実行される。
設定モジュール82は、回線帯域及び回線品質を考慮して同時接続可能なユーザ端末数を動的に設定する。説明の便宜上、本明細書では、「回線帯域」から一義的に定まる同時接続可能なユーザ端末数を「静的同時接続ユーザ端末数」と称する。静的同時接続ユーザ端末数と回線帯域との関係は、例えば、一対一の関係にあり、回線帯域の測定結果から静的同時接続ユーザ端末数が一義的に定まる。回線帯域は、定期的に測定されるため、静的同時接続ユーザ端末数も定期的に更新される。一方、ユーザ端末毎の「回線品質」を考慮して静的同時接続ユーザ端末数を補正して得られる同時接続可能なユーザ端末数を「動的同時接続ユーザ端末数」と称する。「静的同時接続ユーザ端末数」及び「動的同時接続ユーザ端末数」の用語は、両者を明確に区別する必要があるときに用いられるものとし、両者を区別する必要がないときは、「同時接続可能なユーザ端末数」の用語を用いるものとする。
測定モジュール81は、ブロードバンド回線40の回線帯域を定期的に測定する処理を行う。ここで、「回線帯域」は、複数のユーザ端末21,22,23によって共有される物理回線であるブロードバンド回線40の帯域を意味し、回線帯域の測定は、物理回線毎に行われる。例えば、小型基地局10の起動直後でユーザ端末21,22,23から呼を受け付ける準備段階にあるときに回線帯域が測定され、その後、呼受け付け準備段階からパケット音声通信サービス運用段階に移行してから一定の周期間隔で回線帯域が測定される。設定モジュール82は、ブロードバンド回線40の回線帯域に応じて予め定められた静的同時接続ユーザ端末数を動的同時接続ユーザ端末数の上限として取り扱う。設定モジュール82は、例えば、回線帯域が1.25Mbps以上あるきは、静的同時接続ユーザ端末数を8とし、回線帯域が300Kbps以上450Kbps未満のときは、静的同時接続ユーザ端末数を2とし、回線帯域が150Kbps以上300Kbps未満のときは、静的同時接続ユーザ端末数を1とし、回線帯域が150Kbps未満のときは、静的同時接続ユーザ端末数を0とする。回線帯域が広い程、静的同時接続ユーザ端末数を多く設定できる。回線帯域は、パケット音声通信サービス中に測定され、逐次更新されるため、静的同時接続ユーザ端末数も回線帯域に応じて逐次更新される。小型基地局10は、管理サーバ70からファイル71をダウンロードすることによりブロードバンド回線40の帯域を測定できる。ブロードバンド回線40の帯域は、一時的にゆらぐことがあるため、複数のファイル71をダウンロードし、各ファイル71に格納されている帯域情報の平均値から回線帯域を求めてもよい。
測定モジュール81は、パケット音声通信サービス中にユーザ端末21,22,23毎に回線品質を定期的に測定する処理を行う。「回線品質」は、例えば、小型基地局10とゲートウェイ50との間でブロードバンド回線40を介して送受信される音声パケットのフレームエラーレート、パケット欠落率、パケット欠落数、パケット遅延時間、又はこれらの二つ以上の組み合わせであり、回線品質の測定は、ユーザ端末毎に定期的に行われる。回線品質の測定は、例えば、上り方向と下り方向のそれぞれについて実施してもよい。上り方向のパケット欠落率は、例えば、ゲートウェイ50からのリアルタイムデータ伝送制御プロトコルに基づくRR(Receiver Report)パケットに格納されているパケット欠落率(Fraction Lost)から求めることができる。下り方向のパケット欠落率は、小型基地局10で測定したパケット欠落率(Fraction Lost)から求めることができる。上り方向のパケット欠落率と下り方向のパケット欠落率の何れか一方又は両方が閾値を上回るときに回線品質が異常であると判断してもよい。パケット欠落数は、RRパケットに格納されている累計パケット損失数(Cumulative Number of Packets Lost)から求めることができる。パケット欠落数が閾値を上回るときに回線品質が異常であると判断してもよい。パケット遅延時間は、SR(Sender Report)パケットの送信時刻、RRパケットの受信時刻、並びにRRパケットに格納されているLSR(Last SR Timestamp)及びDLSR(Delay Since Last SR)から求めることができる。上り方向(小型基地局10からゲートウェイ50へ流れる方向)のパケット遅延時間は、LSRが示す時刻とSRパケットの送信時刻との差分から求めることができる。下り方向(ゲートウェイ50から小型基地局10へ流れる方向)のパケット遅延時間は、RRパケットの受信時刻とDLSRが示す時刻との差分から求めることができる。上り方向のパケット遅延時間と下り方向のパケット遅延時間の何れか一方又は両方が閾値を上回るときに回線品質が異常であると判断してもよい。但し、SRパケットを受信した受信側がRRパケットを送信するために要する処理時間(DLSRが示す時刻とLSRが示す時刻との差分)は、パケット遅延時間に含めないものとする。各ユーザ端末21,22,23の回線品質は、一時的にゆらぐことがあるため、複数回の測定結果の平均値から回線品質を求めてもよい。
設定モジュール82は、各ユーザ端末21,22,23の回線品質に応じて同時接続可能なユーザ端末数を動的に設定する処理を行う。この処理は、静的同時接続ユーザ端末数を補正して動的同時接続ユーザ端末数を得る処理に相当する。設定モジュール82は、例えば、動的同時接続ユーザ端末数の上限値を静的同時接続ユーザ端末数と同じ値に初期設定し、その後、何れかのユーザ端末の回線品質が閾値を下回った時点で回線品質が閾値を上回るユーザ端末の数を動的同時接続ユーザ端末数として再設定する。回線品質が閾値を下回るユーザ端末が検出されたときは、回線にゆらぎやパケット損失が生じているものと判断し、同時接続可能なユーザ端末数を引き下げることにより、十分な品質の音声通信サービスを提供できる。ここで、「回線品質が閾値を下回る」とは、例えば、上りのフレームエラーレートと下りのフレームエラーレートのうち少なくとも何れか一方が閾値を超えることを意味する。例えば、二台のユーザ端末21,22がパケット音声通信サービスの提供を受けており、同時接続可能なユーザ端末数の上限が2である場合において、ユーザ端末21の上り方向のフレームエラーレートが1%、下り方向のフレームエラーレートが5%であり、ユーザ端末22の上り方向のフレームエラーレートが91%、下り方向のフレームエラーレートが88%であるときは、フレームエラーレートの閾値を90%に設定すると、同時接続可能なユーザ端末数は2−1=1となる。
なお、回線品質が閾値を下回ったユーザ端末の回線品質が後に閾値を上回ったとしても、同時接続可能なユーザ端末数を一旦引き下げた後は、回線にゆらぎやパケット損失が生じる可能性が依然として高いため、同時接続している全てのユーザ端末からの呼が解放されない限り、同時接続可能なユーザ端末数を引き上げないことが望ましい。設定モジュール82は、同時接続している全てのユーザ端末からの呼が解放されたことを契機として、同時接続可能なユーザ端末数を上限に引き上げる処理を行う。
呼制御モジュール83は、同時接続可能なユーザ端末数がゼロに低下したことを契機として、十分な品質のパケット音声通信サービスの提供が困難であると判断し、パケット音声通信サービスの提供を停止する処理を行う。同時接続可能なユーザ端末数がゼロに低下した場合には、小型基地局10は、パケット音声通信サービスを提供できない状況にあることを示す警報を管理サーバ70に通知してもよい。また、回線品質の一時的なゆらぎを考慮し、同時接続可能なユーザ端末数がゼロに低下する事象が複数回生じたことを条件として、パケット音声通信サービスの提供を停止してもよい。小型基地局10によるパケット音声通信サービスの停止は、管理サーバ70からの遠隔指示により解除可能である。
呼制御モジュール83は、同時接続可能なユーザ端末数を超えるユーザ端末21,22,23からの呼の受け付けを拒絶する処理を行う。呼制御モジュール83は、例えば、S1AP:INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST / S1AP:HANDOVER REQUEST / S1AP:E-RAB SETUP REQUEST / X2AP:HANDOVER REQUESTでE-RAB Level QoS Parameters.QCI=1を受信することにより、ユーザ端末21,22,23からの呼を認識できる。呼制御モジュール83は、呼の受け付けを拒絶するときに、3GPP TS36.331,TS36.413TS36.423に準拠するFailure処理(例えば、Failureメッセージ送信処理)を行ってもよい。小型基地局10から呼の受け付けを拒絶されたユーザ端末は、品質のよいセル(例えば、LTE方式のマクロセル又はW−CDMA方式のマクロセル)がその周辺で検出できるときは、品質のよいセルを通じてパケット音声通信サービスを利用できる。パケット音声通信サービス停止中の小型基地局10に対して音声呼の接続が発生した場合は、ハンドオーバー関連メッセージのときにFailureメッセージを送信してもよく、或いは3GPPに定義されている方法でCSFBを行ってもよい。
なお、呼制御モジュール83は、小型基地局10に設けられている発光素子(例えば発光ダイオード)を点灯させたり、或いは小型基地局10のディスプレイに呼受け付け拒絶のメッセージを表示したりすることにより、呼の受け付けを拒絶したことをユーザに通知してもよい。
図4は本実施形態に係る静的同時接続ユーザ端末数の変動の一例を示すグラフである。時刻t1は、小型基地局10が起動した時点を示しており、時刻t1から時刻t2までの呼受け付け準備段階の期間(例えば2分間)にブロードバンド回線40の帯域測定処理が実行される。その後、呼受け付け準備段階からパケット音声通信サービス運用段階に移行してから一定の周期間隔(時刻t7,t10,t13,t15,t17,t20,t24)で回線帯域が測定される。この周期間隔は、例えば1時間である。同図に示す例では、時刻t1から時刻t2までの呼受け付け準備段階における帯域測定の結果から静的同時接続ユーザ端末数が6と決定され、その後、パケット音声通信サービス運用段階における時刻t13の帯域測定の結果から静的同時接続ユーザ端末数が3と決定された場合を示している。また、時刻t17では、何れかのユーザ端末が回線を使用しているため、帯域確保の観点から帯域測定は実施されていない。
図5は本実施形態に係る動的同時接続ユーザ端末数の変動の一例を示すグラフである。同図において、実線グラフは、静的同時接続ユーザ端末数を示し、一点鎖線グラフは動的同時接続ユーザ端末数を示している。また、ユーザ1,2,3は、それぞれ、ユーザ端末21,22,23を示している。時刻t2で静的同時接続ユーザ端末数が6に決定されたため(図4参照)、動的接続ユーザ端末数は、初期値6に設定される。時刻5から時刻6の期間に呼接続している全てのユーザ1,2,3の回線品質は正常(閾値以上)であったが、時刻t6から時刻t8の期間でユーザ3の回線品質は異常(閾値未満)であったため、動的同時接続ユーザ端末数は、時刻t6の時点で回線品質が閾値を上回るユーザ端末の数(3−1=2)に補正される。時刻t8から時刻t9の期間でユーザ2の回線品質が正常から異常に変わり、ユーザ3の回線品質が異常から正常に変わっているが、時刻t8の時点で回線品質が閾値を上回るユーザ端末の数(3−1=2)に変化はないため、動的同時接続ユーザ端末数は2のままである。時刻t11から時刻t12の期間では、ユーザ1,2が呼接続しており、そのうちユーザ2の回線品質が異常であるため、動的同時接続ユーザ端末数は、時刻11の時点で回線品質が閾値を上回るユーザ端末の数(2−1=1)に補正される。時刻t12の時点で同時接続している全てのユーザからの呼が解放されたため、動的同時接続ユーザ端末数は、上限値である6に引き上げられる。時刻t13で静的同時接続ユーザ端末数が6から3に変更されたため(図4参照)、動的同時接続ユーザ端末数の上限が6から3に変更されている。時刻18から時刻t19の期間でユーザ3の回線品質は異常であったため、動的同時接続ユーザ端末数は、時刻t18の時点で回線品質が閾値を上回るユーザ端末の数(3−1=2)に補正される。時刻t19の時点で同時接続している全てのユーザからの呼が解放されたため、動的同時接続ユーザ端末数は、上限値である3に引き上げられる。時刻t22から時刻t23の期間では、ユーザ1のみが呼接続しており、ユーザ1の回線品質が異常であったため、同時接続可能なユーザ端末数は0に低下し、パケット音声通信サービスの提供が停止される。
なお、上述の説明では、小型基地局10がパケット音声通信サービスの呼制御を行う例を示したが、移動通信システム100を構成する何れかのノード(例えば、管理サーバ70)に呼制御プログラム80を実装することにより、そのノードがパケット音声通信サービスの呼制御を行うように構成してもよい。例えば、管理サーバ70に呼制御プログラム80を実装することにより、管理サーバ70は、測定モジュール81、設定モジュール82、及び呼制御モジュール83の各機能を実行する呼制御装置として機能する。
呼制御プログラム80は、移動通信システム100を構成する何れかのノード(例えば、小型基地局10又は管理サーバ80)のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、DVD等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶資源のことをいう。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、プログラムを一時的に保持しているものも含むものとする。また、コンピュータプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、或いは伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、コンピュータプログラムを伝送する伝送媒体は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
10…小型基地局 21,22,23…ユーザ端末 30…セル 40…ブロードバンド回線 50…ゲートウェイ 60…コアネットワーク 70…管理サーバ 71…ファイル 80…呼制御プログラム 81…測定モジュール 82…設定モジュール 83…呼制御モジュール

Claims (10)

  1. パケット音声通信サービスの提供を受けるユーザ端末毎に回線品質を測定する測定手段と、
    各ユーザ端末の回線品質に応じて同時接続可能なユーザ端末数を動的に設定する設定手段と、を備え、
    前記設定手段は、何れかのユーザ端末の回線品質が閾値を下回った時点で回線品質が閾値を上回るユーザ端末の数を同時接続可能なユーザ端末数として設定する、小型基地局。
  2. パケット音声通信サービスの提供を受けるユーザ端末毎に回線品質を測定する測定手段と、
    各ユーザ端末の回線品質に応じて同時接続可能なユーザ端末数を動的に設定する設定手段と、を備え、
    前記設定手段は、同時接続している全てのユーザ端末からの呼が解放されたことを契機として、同時接続可能なユーザ端末数を上限に引き上げる、小型基地局。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の小型基地局であって、
    前記測定手段は、回線帯域を定期的に測定し、
    前記設定手段は、前記回線帯域に応じて予め設定されたユーザ端末数を前記同時接続可能なユーザ端末数の上限とする、小型基地局。
  4. 請求項1乃至請求項のうち何れか1項に記載の小型基地局であって、
    前記同時接続可能なユーザ端末数を超える呼の受け付けを拒絶する呼制御手段を更に備える、小型基地局。
  5. 請求項に記載の小型基地局であって、
    前記呼制御手段は、前記同時接続可能なユーザ端末数がゼロに低下したことを契機として、パケット音声通信サービスの提供を停止する、小型基地局。
  6. パケット音声通信サービスの提供を受けるユーザ端末毎に回線品質を測定する測定手段と、
    各ユーザ端末の回線品質に応じて同時接続可能なユーザ端末数を動的に設定する設定手段と、を備え、
    前記設定手段は、何れかのユーザ端末の回線品質が閾値を下回った時点で回線品質が閾値を上回るユーザ端末の数を同時接続可能なユーザ端末数として設定する、呼制御装置。
  7. パケット音声通信サービスの提供を受けるユーザ端末毎に回線品質を測定する測定手段と、
    各ユーザ端末の回線品質に応じて同時接続可能なユーザ端末数を動的に設定する設定手段と、を備え、
    前記設定手段は、同時接続している全てのユーザ端末からの呼が解放されたことを契機として、同時接続可能なユーザ端末数を上限に引き上げる、呼制御装置。
  8. パケット音声通信サービスの提供を受けるユーザ端末毎に回線品質を測定するステップと、
    各ユーザ端末の回線品質に応じて同時接続可能なユーザ端末数を動的に設定するステップと、を備え、
    前記ユーザ端末数を動的に設定するステップは、何れかのユーザ端末の回線品質が閾値を下回った時点で回線品質が閾値を上回るユーザ端末の数を同時接続可能なユーザ端末数として設定する、呼制御方法。
  9. パケット音声通信サービスの提供を受けるユーザ端末毎に回線品質を測定するステップと、
    各ユーザ端末の回線品質に応じて同時接続可能なユーザ端末数を動的に設定するステップと、を備え、
    前記ユーザ端末数を動的に設定するステップは、同時接続している全てのユーザ端末からの呼が解放されたことを契機として、同時接続可能なユーザ端末数を上限に引き上げる、呼制御方法。
  10. 請求項8又は請求項9に記載の呼制御方法を小型基地局に実行させるための呼制御プログラム。
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