JP5581597B2 - 携帯式通信中継装置 - Google Patents
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Description
このように様々な無線アクセスシステムが提供される中で、家庭内や会社内で無線LANに接続する構成に限らず、外出先においても外部ネットワークとの接続を複数の通信端末で共有したいという要求や、無線アクセスシステムごとに異なる接続用の機器や接続処理を、通信端末本体から切り離したいという要求が生じている。
ホームアンテナ for イー・モバイル」では、HSDPAによるインターネットへの接続を中継し、無線LANにより端末に対して外部接続を提供する装置がある。(非特許文献1参照)
これは、有線ネットワークが利用できない場所においても、この装置を設置するだけで複数の端末に対してインターネット接続を可能にすることができる。
しかし、持ち運びには不適であるし、通信エリアなどを把握しながら手動で切り替えることは煩雑である。
本文献では、第1のネットワークに接続する第1無線インタフェースと、ネットワークとは異なる第2のネットワークに接続する第2無線インタフェースと、を有する携帯型ルータ装置を開示している。そして、第2無線インタフェースに接続される複数の通信端末に対し、予め自身が保有するIPアドレスを付与するアドレス付与部と、アドレス付与部が付与したIPアドレスを利用して第2無線インタフェースと第1無線インタフェースとを接続し、第1のネットワークと通信端末との間でパケットの送受信を行う通信制御部とを有する構成である。
すなわち、内部ネットワークと外部ネットワークとの間で通信を中継する装置であって、使用者が携帯可能な携帯式通信中継装置に、単数又は複数の特定の端末装置と接続する内部ネットワークに対応する内部ネットワーク通信アダプタと、2つ以上の外部ネットワークに対応する外部ネットワーク通信アダプタとを備えている。外部ネットワーク通信アダプタとしては、携帯電話回線網及び所在地における無線LANの2種を少なくとも含むことが望ましい。
そして、本発明は、外部ネットワークのうち、接続する1つ以上のネットワークを予め備えるプロファイル情報に従って自動的に選択するネットワーク選択処理部を備えることを特徴とし、所定の契機で選択された外部ネットワークに接続を確立又は再構成する外部ネットワーク接続処理部と、内部ネットワーク及び外部ネットワークで、端末装置上で実行処理されるアプリケーションが使用する通信を中継処理する。
その際に、ネットワーク選択処理部が、少なくとも内部ネットワーク通信アダプタ又は通信中継処理部で処理されるパケットを監視し、そのパケットの態様に基づいて外部ネットワークの選択を行うことを特徴とする。
そして、外部ネットワーク接続処理部又は内部ネットワーク接続処理部の少なくともいずれかが、現在地における空きチャネルの情報を取得する。空きチャネルがある場合には、各チャネルについて自チャネルから前後に連続して空いているチャネルの数を一覧にした空きチャネルテーブルを生成し、空きチャネルテーブルにおける空き状況に応じてチャネルを選択する。
そして、この信号強度テーブルにおけるチャネル毎の信号強度に応じてチャネルを選択することを特徴とする。
まず、携帯電話回線網と所在地における無線LANを含む外部ネットワークに対応する通信アダプタを備えた携帯式通信中継装置を提供することにより、広域に整備された携帯電話回線網によるネットワーク通信と、都市部やさまざまな施設で整備されている公衆用無線LANサービスによるネットワーク通信との両方に対応した通信中継装置を持ち運んで使用することができる。各ネットワークに少なくとも対応しているので、使用可能エリアが広く、装置の実用性が向上する。
上記と組み合わせて、前後が空いているチャネルがある場合にはそのチャネルを選択すると共に、それが無い場合には信号強度が弱いチャネルを選ぶこともできる。
さらに、どちらにおいても選択すべきチャネルが見つけられない場合には、他の外部ネットワークを選択することもできる。
また、たとえ端末が無線LANのみに対応している場合であっても、対応していない外部ネットワークを介して、端末に接続を提供することが可能になる。
本発明は、無線通信中継装置のうち、外部接続用のネットワークと1つ以上の通信端末を中継するものについて、その無線通信中継装置が移動する場合においても、無線通信中継装置が自ら周囲の電波環境や通信内容により外部接続用の最適な無線システムを動的に選択して接続し、通信端末が複数の無線システムを意識することなく、最適な無線システムを用いて通信を行うことを可能にする技術である。
図1は、本発明に係る携帯式無線通信中継装置の構成図である。本発明は、上記非特許文献1に開示されるような携帯式の無線LANルータに本発明の機能を実装して提供することが簡便である。
本装置(1)のハードウェアとしては、本発明における各処理を行う実行処理部を構成するCPU(10)と、外部ネットワーク通信アダプタとして携帯電話網(2)で通信する通信モジュールA(11)、街頭のホットスポット等において無線LAN(3)に接続する通信モジュールB(12)、使用者の端末(4)と通信する内部ネットワーク通信アダプタ(13)、後述するプロファイル情報(141)を格納したメモリ等の記憶手段(14)を備える。
一般的には通信モジュールにつき1つのアンテナが設けられているが、アンテナは使用周波数が近ければ共用可能であり、異なる通信モジュールでアンテナを共用してもよい。
さらに、ドメインネームとアドレスを相互変換するDNSサーバ(DNSフォワード)機能を備えることもできる。
一方、自宅や会社の無線LANと接続する場合や、街頭のホットスポットの無線LANとの接続は、エリアが非常に限られている反面、通信料や通信速度の点で有利である。
まず、表1に示すように接続候補となる外部ネットワークについて、予め接続の優先順位をプロファイル情報(141)に格納する。なお、優先順位の定義方法としては、表1のようにサービスやアクセスポイント毎に定義してもよいし、通信方式(プロトコル等)毎に定義してもよい。両方を定義してもよい。
このようにして優先順位の高いサービスに接続した後には、より上位のサービスが利用可能になっても接続を維持するようにしてもよいし、自動的に接続を再構成するようにしてもよい。
まず上述したように順位1のネットワークを設定(S10)して、接続を試行(S11)し、接続できなければ(S12)、次の順位のネットワークに設定(S13)する。接続試行(S11)を接続できるまで繰り返す。
そして、例えばA社ホットスポットのサービスが発見された場合(S16)には、PHSとの接続を解除してA社ホットスポットの無線LANに接続する。本発明ではこのように接続先を動的に変更する処理を再構成(S17)と呼ぶ。その後も、上位の優先順位のネットワークがある限りは、より上位のネットワークへの接続を試行(S15)する。
外部ネットワーク接続処理部(103)は、プロファイル情報(141)からこれらの諸情報を読み出して、ネットワーク接続処理を行う。
あるいは、基地局間で通信がハンドオーバしたことを検出したり、電波強度が所定値以上変化したときに再検索するようにしてもよい。
これらの閾値は、外部ネットワーク毎に、プロファイル情報(141)に格納することができる。
Speed Downlink Packet Access)、将来の規格としてWiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)、次世代PHSなどを用いることもできる。このほか、LANケーブル、USBケーブルなどで直接外部のネットワークに接続してもよい。
内部ネットワークの構成に必要な情報もプロファイル情報(141)に格納することができる。本実施例では、内部ネットワーク通信アダプタ(13)に無線LANモジュールを用い、端末(4)と無線LANにより接続する。無線LANは例えばIEEE802.11b/g準拠として、暗号化にWEPを使用する。
まず、内部ネットワーク接続処理部(104)の作用により、内部ネットワーク通信アダプタ(13)が本装置(1)の設置位置における空きチャネルのスキャン(S20)を行う。802.11bでは1〜14チャネル、802.11gでは1〜13チャネルが利用可能であるが、本実施例では1〜11チャネルまでを利用する。
例えば、表2に示すスキャン結果のように周辺のアクセスポイントが6ch、11chを使用していた場合の空きチャネルテーブルは表3のようになる。
そして、例えば4チャネル以上が前後に空いているチャネルを少ない番号のチャネルから順に検索して、最初に見つかったチャネルを選択(S23)する。表3の例では、1chにおいて前後の空きチャネルが4以上であることから1chが選択される。4チャネル以上としたのは、一般的に4チャネル以上の間隔が空いていれば、良好な通信が行えるためであり、この値は5チャネルや3チャネルなどでもよい。
空きチャネルが少ない場合、なるべく前後のチャネルが多くなるように選択する。次の表6及び7の例は、周辺のアクセスポイントが1ch、6ch、11chを使用していた場合である。
前後のチャネルの和だけであれば、5chの前3チャネル、後0チャネルも同じであるが、チャネルが隣接している場合(空きチャネル0の場合)は、より干渉しやすいため、前後に空きチャネルがある方を優先する。
このときの信号強度テーブルの例を表8に示す。
空きチャネルの有無により上記のチャネル選択処理(S23)(S26)を行い、その結果選択されたチャネルを内部ネットワークの無線LANチャネルとして設定(S27)する。内部ネットワーク接続処理部(104)は該チャネルで接続処理(S28)を行う。
本方法によれば、本装置(1)の位置おいて干渉しやすいチャネルを避けてアクセスポイントとの通信に用いるチャネルを設定することができる。
本発明では、ネットワーク選択処理部(102)において、端末(4)が必要とする通信パラメータの要求条件を満たすように、ネットワーク選択処理を行わせることができる。次に本処理について説明する。図4は実施例2に係る本装置(1)の構成図である。
特に、音声通話、ビデオストリーミング、ファイル転送、その他のアプリケーションに分類して種類を特定する方法を説明する。このように分類するのは、発明者らの知見によると、これらのアプリケーションでは単にスループットが高ければアプリケーション上の通信の品質が高くなるとは言えず、基地局毎のパケットのロスやジッタをも考慮して選択する必要があるためである。
これらのパケットの態様をパケット態様データベースとして外部記憶装置に格納する。該パケット態様データベースの例を表9に示す。
ここで、一般的な通信条件を考察すると、(1)無線情報、(2)通信品質、(3)安定性、(4)コスト、(5)消費電力の5つの視点が重要と考えられる。
携帯式通信中継装置(1)が無線リソースを利用するためには、まず本装置(1)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手法と、外部ネットワークのサーバ装置から情報を得る手法が考えられ、本システムではこれら2つの手法を適宜併用することができる。
これはすでに述べたように、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。
この利用可能帯域情報は、ネットワーク全体の負荷分散を図ることによって周波数利用効率の向上を図る本システムの目的を達成するためのも必要な情報となる。
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。
そこで、接続規則をプロファイル情報(141)に格納すると共に、CPU(10)に接続規則生成部(106)を設ける構成を説明する。
(1)無線情報
(1−1)無線の種類
まず、無線の種類の情報が必須である。これはどの通信モジュールを備えているかによって決まるため、本装置(1)において既知の情報である。
(1−2) RSSI(Received Signal Strength Indicator)
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通信モジュール(11)(12)からの情報に基づいて取得できる。
(2−1)ディレイ、通信の遅延時間
(2−2)ジッタ
(2−3)ロス率
以上3項目は、サービス品質を確保するための必須の情報である。アプリケーションの種類によって要求されるQoSレベルは異なる。これらは各通信モジュール(11)(12)及びルータ処理部(101)により周知の技術を用いて測定・算出することができる。
(2−4)アクセスポイントの帯域
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。例えば無線LAN(3)のアクセスポイントから取得する。
(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。上述したように、アプリケーションの種類を検出するか、端末(4)から実行中のアプリケーションの情報を取得してもよい。
(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。この情報は各アクセスポイントから通信条件に含めて取得することができる。
(3−2)本装置の位置
本装置(1)に図示しないGPS受信部を備えることにより装置の位置を取得できる。
(3−3)移動速度
本装置(1)に加速度センサ等を備えることで装置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、上述の装置の位置、移動速度情報を組み合わせて、本装置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記憶手段(14)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本装置の消費電力
本装置(1)は携帯式のため、バッテリによる駆動が可能である。そこで、バッテリ容量と消費電力から、本装置を利用できる時間を推定するための用いる情報である。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、ユーザの心理的な満足度も含む。従って、あるユーザ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規則に反映させるのかが問題となる。
ここで通信品質とは、RSSI、ディレイ、ジッタ、ロス率等の測定可能な品質情報を言う。
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 よりもユーザの心理的な満足度に近い評価基準である。
ユーザ満足度とは、各ユーザの嗜好を反映した、主観的な満足度を表す評価値である。
これらの情報を、ユーザ満足度とマッピングできるように変換することで、すべての情報を無線リソース選択に反映できると考えられる。
そこで、ユーザ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もいる。
図6に示すように、プロファイル情報(141)として、VoIPアプリケーション(61)の場合の要求QoS、接続する外部ネットワークの優先順位を設定する。同様にビデオアプリケーション(62)についても定義しておく。
最初に通信モジュールのスキャンにより得られるRSSI値が閾値を上回るa〜dを選択候補とする。
ネットワーク選択処理部(102)は接続規則テーブルを参照して、使用するアプリケーションに応じ、外部ネットワークを選択することができる。
特に、アプリケーションに応じたネットワークの選択と組み合わせることで、端末(4)側で意識することなく、最適な通信品質を得ることができる。
上部の左右両側に2本のアンテナ(71)(72)を設ける。上端のアンテナベース部(73)(74)を屈曲自在にして携帯時にはアンテナ(71)(72)の形状に合わせた凹部に収納できる。使用時には凹部から上方に直立させることで通信感度を向上させることができる。
使用者の操作系としては、右下端から順に電源を供給するジャック(76)、電源スイッチ(77)、外部ネットワークを再選択するためのサーチボタン(78)を有する。
また、インジケータとして内部ネットワーク(無線LAN)の接続状況を示すLED(79)、外部ネットワーク(無線LAN・CFカード・USB)の接続状況を示すLED(80)、電源表示(81)、動作状態を示すLED(82)、バッテリの残量表示(83)を備える。
また、USBコネクタ(88)も備えて、USB接続の通信モジュールを内蔵できる。本体下部には、携帯時に駆動するための充電池(89)を内蔵している。
2 携帯電話網
3 無線LAN
4 端末
10 CPU
101 ルータ処理部
102 ネットワーク選択処理部
103 外部ネットワーク接続処理部
104 内部ネットワーク接続処理部
11 通信モジュールA
12 通信モジュールB
13 内部ネットワーク通信アダプタ
14 記憶手段
141 プロファイル情報
Claims (10)
- 内部ネットワークと外部ネットワークとの間で通信を中継し、使用者が携帯可能な携帯式通信中継装置であって、
単数又は複数の特定の端末装置と接続する内部ネットワークに対応する内部ネットワーク通信アダプタと、
2つ以上の外部ネットワークに対応する外部ネットワーク通信アダプタと、
該外部ネットワークのうち、接続する1つ以上のネットワークを予め備えるプロファイル情報に従って自動的に選択するネットワーク選択処理部と、
所定の契機で選択された内部ネットワークに接続を確立又は再構成する内部ネットワーク接続処理部と、
所定の契機で選択された外部ネットワークに接続を確立又は再構成する外部ネットワーク接続処理部と、
内部ネットワークと外部ネットワークとの間で、該端末装置上で実行処理されるアプリケーションが使用する通信を中継処理する通信中継処理部と
を備え、
該ネットワーク選択処理部が、少なくとも該内部ネットワーク通信アダプタ又は該通信中継処理部で処理されるパケットを監視し、そのパケットの態様に基づいて外部ネットワークの選択を行う
ことを特徴とする携帯式通信中継装置。 - 前記プロファイル情報に、前記外部ネットワーク又は内部ネットワークが無線LANのときの通信チャネルの選択規則を備える構成において、
前記外部ネットワーク接続処理部又は内部ネットワーク接続処理部の少なくともいずれかが、
現在地における空きチャネルの情報を取得し、
空きチャネルがある場合には、各チャネルについて自チャネルから前後に連続して空いているチャネルの数を一覧にした空きチャネルテーブルを生成し、
該空きチャネルテーブルにおける空き状況に応じてチャネルを選択する
請求項1に記載の携帯式通信中継装置。 - 前記プロファイル情報に、
接続する外部ネットワークの優先順位を定義し、
前記ネットワーク選択処理部が、該優先順位に従って外部ネットワークを選択する
請求項1又は2に記載の携帯式通信中継装置。 - 前記プロファイル情報に、
各外部ネットワークとの接続に必要な認証情報を格納し、
前記外部ネットワーク接続処理部が、該認証情報を用いて外部ネットワークと接続を確立又は再構成する
請求項1ないし3のいずれかに記載の携帯式通信中継装置。 - 前記プロファイル情報に、前記外部ネットワーク又は内部ネットワークが無線LANのときの通信チャネルの選択規則を備える構成において、
前記外部ネットワーク接続処理部又は内部ネットワーク接続処理部の少なくともいずれかが、
現在地における使用中チャネルの信号強度を取得し、
使用中チャネルの信号強度を一覧にした信号強度テーブルを生成し、
該信号強度テーブルにおけるチャネル毎の信号強度に応じてチャネルを選択する
請求項1ないし4のいずれかに記載の携帯式通信中継装置。 - 前記携帯式通信中継装置の前記外部ネットワーク接続処理部又は内部ネットワーク接続処理部の少なくともいずれかが、
前記空きチャネルテーブルにおいて空きチャネルがある場合には、前後に連続する空きチャネル数が最も多いチャネルを選択する一方、
空きチャネルがない場合には、該信号強度テーブルから最も信号強度が弱いチャネルを選択する
請求項5に記載の携帯式通信中継装置。 - 予め外部ネットワーク側のいずれかのサーバ装置に通信端末とのトラフィックを複数のリンクに統合及び分散してリンクアグリゲートするリンクアグリゲート管理手段を備える構成において、
前記携帯式通信中継装置において、
該リンクアグリゲート管理手段との間でトラフィックをリンクアグリゲートする端末リンクアグリゲート管理手段を備え、
前記ネットワーク選択処理部が、
複数の外部ネットワーク及び無線LANにおける複数のチャネルから2以上の組み合わせを選択する
請求項1ないし6のいずれかに記載の携帯式通信中継装置。 - 前記ネットワーク選択処理部が、
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、又はプロファイル情報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、
該接続ポリシー情報テーブルに従ってネットワーク選択処理部がネットワークを選択する
請求項1ないし7のいずれかに記載の携帯式通信中継装置。 - 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8に記載の携帯式通信中継装置。 - 前記携帯式通信中継装置に、
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部を備え、
該通信ネットワーク測定情報収集部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8又は9に記載の携帯式通信中継装置。
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