JP5753125B2 - 無線端末及び位置登録システム及び位置登録方法 - Google Patents

無線端末及び位置登録システム及び位置登録方法 Download PDF

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Description

本発明は、無線端末及び位置登録システム及び位置登録方法に係り、特に、モバイル通信における位置登録、ハンドオーバの制御信号を削減するための無線端末及び位置登録システム及び位置登録方法に関する。
携帯電話などのモバイル通信においては、3GPPにおいて標準化された通信方式を用いている（例えば、非特許文献1参照）。
無線端末は一般的に、自身がどこにいるのかをネットワーク側に通知する位置登録と呼ばれる処理を行う。無線端末は移動するため、場所が変わった際にもネットワーク側から呼び出す必要性から、ネットワーク側へ現在接続している無線基地局の情報を伝えることで位置を登録する。これによりネットワーク側から端末を呼び出す際に、すべての基地局に呼び出しのための信号を送信することなく、無線端末が存在するであろう無線基地局に対して呼び出しを行うことができる。例えば、図1に示すような3GPPで標準化されているLTE（Long Term Evolution）標準手続では、この処理をTracking Area Update(TAU)と呼び、端末は周期的もしくは、ある無線基地局（eNodeB）から別のeNodeBにハンドオーバした際に、移動先のeNodeBが異なるTAI(Tracking Area Indicator)を報知している場合にTAUを実行する。TAIはTAUの実行を促すためのeNodeBのグループである。このTAUの処理信号は、主にMME(Mobility Management Entity)と呼ばれる端末の移動を管理する制御装置に送信され、負荷がかかる。
一方で、将来の無線端末の動向の推測では、M2M(Machine-to-Machine)通信のための端末が増加すると考えられている。M2Mではこれまで人が所有して使用し、人の数以上に著しく増えることがなかった携帯電話に比べ、飛躍的に端末数が増加すると考えられる。予想される端末の分野としては、自動車、家電、スマートメータ、センサなどがあり、また、物流に使用されるRFID(Radio Frequency Identification)などにも拡大する可能性がある。将来の端末数としては数十億台といった規模になると考えられ、ネットワーク設計にインパクトを与える。M2M端末で数量的に多数となるRFID、センサなどの端末では、トラフィック量としては、例えば、数分に一度、小さいデータをアップロードするといった使用方法になると思われ、トラフィック総量としてのインパクトよりも、端末数が増加することによる、制御信号の増加が、ネットワークの移動管理ノードに負荷を与えることが問題である。このうち、位置登録の処理負荷の増大がMMEへ重大な影響を及ぼす可能性があり、処理する信号量の削減が課題となる。
従来の研究では、移動端末の位置登録の信号を削減するため、移動特性が同じ端末をまとめ、代表端末が制御する方式が考えられている（例えば、非特許文献２参照）。この方式では、図２に示すように、列車や自動車に代表となる端末が存在し、各端末はその代表端末と通信し、代表端末がまとめて、共に移動する端末の位置登録やハンドオーバ制御を行う。
従来の方式では、代表端末を予め決めて設置する必要があり、代表端末がある環境以外は位置登録削減の効果を得ることができない。また、代表端末とネットワークを形成する必要があり、端末の動作としても複雑なものとなり、端末の実装規模の増大と、消費電力が増加するという課題がある。
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、位置登録の信号量を自律分散的に削減することが可能な無線端末及び位置登録システム及び位置登録方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明（請求項１）は、モバイル通信における位置登録及びハンドオーバの制御信号を制御する無線端末であって、
ビーコン信号に自端末のＩＤと属するキャリア識別子を重畳させて送信する送信手段と、
前記ビーコン信号を受信する受信手段と、
一定時間受信した前記ビーコン信号に、自身の端末と同じキャリア識別子が含まれている場合は、該ビーコン信号の送出元の端末の数をカウントするカウント手段と、
カウント数に応じて位置登録制御装置に対して位置登録を実行する位置登録手段と、を有し、
前記位置登録手段は、
前記カウント数ｎに対して、１／ｎの実行確率とする手段を含む。
また、本発明（請求項２）は、 モバイル通信における位置登録及びハンドオーバの制御信号を制御する無線端末であって、
ビーコン信号に自端末のＩＤと属するキャリア識別子を重畳させて送信する送信手段と、
前記ビーコン信号を受信する受信手段と、
一定時間受信した前記ビーコン信号に、自身の端末と同じキャリア識別子が含まれている場合は、該ビーコン信号の送出元の端末の数をカウントするカウント手段と、
カウント手段でカウントされたカウント数に応じて位置登録制御装置に対して位置登録を実行する位置登録手段と、を有し、
前記位置登録手段は、
前記位置登録を行う際に、同じキャリア識別子と判別した端末のＩＤリストを位置登録のフレームに付加して前記位置登録制御装置に送信する手段を含む。
上述のように、本発明は、無線端末が自身の端末ＩＤとキャリア情報を無線によりビーコン信号を発信すると共に、周囲の端末のビーコン信号を受信し、その台数に応じて位置登録回数を減少させ、また、位置登録実施時には、周囲のＩＤリストを含めた信号により位置登録を行うことで位置登録の信号量を自律分散的に削減することが可能となる。
LTEのネットワーク構成と位置登録の例である。 端末のグルーピングによる位置登録の削減例である。 本発明の一実施の形態におけるシステム構成図である。 本発明の一実施の形態における端末の構成図である。 本発明の一実施の形態におけるシステムのシーケンスチャートである。 本発明の一実施の形態における無線端末の処理のフローチャートである。 本発明の一実施の形態におけるビーコン信号の構成例である。 本発明の一実施の形態におけるTAUフレーム＋周囲の端末情報の例である。 本発明の一実施の形態におけるネットワーク内の制御信号量の削減例である。 本発明の一実施の形態におけるネットワーク側からの端末確認手順である。 本発明の一実施の形態におけるネットワーク側装置（MME）の構成図である。
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。
以下、本発明をLTEのシステムを例にとり説明する。本発明の実施形態として、LTEのシステムに限定されるものではなく、モバイル通信に一般的に用いることができるものである。
図３は、本発明の一実施の形態におけるシステム構成を示す。
無線端末１０１，１０７が無線基地局（eNodeB）１０２と通信を行う。eNodeB１０２は、MME１０３と接続されている。MME１０３は、通常、複数のeNodeB102を管理する。無線端末１０１，１０７は、自身の端末ID及びキャリア情報を、ビーコン信号として送信する。例として、図３の無線端末１０７が送信するビーコン信号の送達範囲を１０４としている。
図４は、本発明の一実施の形態における無線端末の構成を示す。
同図に示す無線端末１０１，１０７は、通常の無線端末が所持する機能、LTE端末機能部２０４及びその無線信号伝送用のアンテナ２０２を有する。
LTE端末機能部２０４には、一機能として、TAU制御部２０７が備わっている。無線端末１０１，１０７は、ビーコン信号の送受信を行うビーコン信号送受信部２０３、及びその無線信号送受信アンテナ２０１でビーコン信号を送受信する。このビーコン信号送受信部２０３の実装としては、例えば、WiFi（登録商標）やBluetooth（登録商標）、Zigbee（登録商標）などに例示される、LTE以外の無線規格のシステムを利用することが考えられ、または、LTEの無線通信方式を拡張して、ビーコン信号送受信機能を備えることも考えられる。
無線端末１０１，１０７は、端末ID・キャリア情報格納部２０６を備え、自端末の情報を予め格納する。この実装としては、例えば、端末IDとして３GPPが定めるIMEI(International Mobile Equipment)を用いることが考えられ、また、キャリア情報としては、同じく３GPPが定めるMNC(Mobile Network Code)、MCC(Mobile Country Code)を利用することが考えられる。さらに、無線端末１０１，１０７は、判断部２０５を備え、ビーコン信号の受信結果からTAUの送信間隔の制御を行う機能を有する。
以下、図５、図６を参照しながら本発明の動作を説明する。
図５は、本発明の一実施の形態におけるシステムのシーケンスチャートであり、図６は、本発明の一実施の形態における無線端末の処理のフローチャートである。
eNodeB１０２に接続された無線端末１０１，１０７は、ビーコン信号送受信部２０３において、予め定められた周期により、ビーコン信号を送信し、また、周囲からのビーコン信号を受信する（ステップ４０２）。無線端末１０１，１０７は、予め定めた一定周期内に受信したビーコン信号の情報をメモリ（図示せず）に記憶し、リストアップする（ステップ４０４）。そのビーコン信号のリストから自端末が所属しているキャリアと同じキャリア情報を持つビーコンのみを取り出し（ステップ４０５）、端末IDのリストIDlist(t)を作成する。IDlist(t)とその前の周期でリストアップしたIDlist(t-1)を比較し、両リストに記載されている端末IDリストを作成する（ステップ４０６）。その数を用いて、TAUの実行頻度を削減する。例えば、IDリストに５台の端末がある場合、自身のTAUの実行確率を１/5とするように、n台の端末がある場合、通常の１/nの実行頻度とする。
この削減例は一例であり、その削減のための数式としては様々な実装が考えられる。具体的な例を以下に示す。
T：更新後のTAU実施周期；
Td：TAU実施周期の初期値；
N：周囲の端末数
とする。
例１） T＝Td*N
例２） T＝Td*2N
例３） Ｎ≦5：T＝Td
5＜Ｎ＜10： T＝2*Td
N≧10：T＝4*Td
例４） 端末の特性を加味した例
Ta：閾値
Td＞Taの端末：T＝Td
Td≦Taの端末：T＝Td*N
例５） 異なる無線セル（eNodeB）間のハンドオーバ時に実施するTAUの実施確率
Pa＝1／N （通常はPa＝１）
例６） ネットワーク側から一斉TAU実施の指示が来た場合のTAUの実施確率
Pb＝1／N （通常はPb＝1）
また、TAUの送信の際には、通常のTAUフレームに、IDリストを追加したフレームをMME１０３に送信する。これにより、同じ移動特性を持つ端末が周囲に存在する場合には、確率的に選択された端末が周囲の端末を代表してTAUを実施する。当該処理は、周囲の端末からのビーコン情報を受信しているため、その受信結果をもとに、周囲の端末の存在を検知して、定めら得た計算式（例えば、上記の例１）〜例６））に基づいて各端末がTAU送信の判断を行う。これにより、基本的には通常よりも回数は削減される。この処理は自律分散的に行われるため、端末間でコネクションを張る必要や、ネットワーク側とのネゴシエーションが必要ない。
図７は、本発明の一実施の形態におけるビーコン信号の構成例を示す。ビーコン信号５０１は、その伝送方式に必要なヘッダ部５０２以外に、端末ID５０３、キャリア情報５０４を有する。
図８は、本発明の一実施の形態におけるTAUフレームの構成を示す。同図に示すフレームは、通常のTAUフレーム６０２に、端末IDのリスト６０３〜６０７を追加したものである。
図９に、上記の処理を行った場合のネットワークを流れる制御信号のフレームの削減の例を示す。同図の例では、MME１０３が受信するTAIUのフレーム数は端末１０１、端末１０７の通信頻度が１／２となり、通常と比べて削減されていることがわかる。
また、本発明の実装として、端末の送信頻度を極端に下げる実装も考えられる。
その場合、TAUの実行頻度が少なくなりすぎてしまい、ネットワーク側の管理情報と、端末の実際の位置に齟齬が生じる可能性がある。それを防ぐため、ネットワーク側の装置（MME）から確認する手順を図１０に示す。
MME１０３は、自身が管理する端末のＩＤの確認を行う必要が生じた際に、管理するeNodeB１０２配下の端末１０１，１０７に向かって、確認のためのブロードキャストを送信する（ステップ７０１）。なお、端末のＩＤの確認を行う必要が発生する場合とは、ネットワーク側の装置（MME）の管理情報が、以下のように実際と状況と合わなくなったときを指す。
１）はっきりと合わなくなった可能性がある場合：
その場所に存在すると思っていた端末にパケットを送信したが、不達になった場合。
２）一定周期以上TAUが実施されておらず、管理情報の信憑性が下がってきたため、MMEが自発的に行う場合。
ステップ７０１における、このブロードキャストフレーム内には、そのeNodeB１０２配下に存在すると認識されている端末のＩＤリストが記載されている。このブロードキャストフレームを受信した端末１０１，１０７は、端末ＩＤリストに自信の端末が記載されているかどうかを確認する（ステップ７０２）。自身の端末が記載されていない場合は、自身が認識されていないと判断し、TAU手順を速やかに実行する（ステップ７０３）。
MME１０３は、以下に示す構成により上記の処理を実現する。
図１１は、本発明の一実施の形態におけるネットワーク装置（例えば、MME）の構成を示す。MME１０３は、通信インタフェース部８０３、端末が管理するeNodeB102配下に存在するかどうかを管理する端末情報記憶部８０１、上記ブロードキャストによる確認の必要性を判断する判断部８０２、上記の付加情報を追記したTAU手順（ステップ７０３）を処理するTAU処理部８０３を備える。
上記のように、本発明では、無線端末１０１，１０７が自身の端末ＩＤとキャリア情報を無線によりビーコン信号を発信すると共に、周囲の端末のビーコン信号を受信し、その情報をもとに自身と共に移動する端末を判断し、その台数に応じて確率的に位置登録回数を減少させ、また、位置登録実施時には、周囲の端末のＩＤリストを含めた信号により、位置登録を行うことで、モバイル通信における位置登録の信号量を削減する。
なお、上記の図４に示す端末１０１，１０７及び図１０に示すMME１０３の各構成要素の動作をプログラムとして構築し、端末のメモリやMMEにインストールして実行させる、または、ネットワークを介して流通させることが可能である。
本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。
１０１，１０７ 端末
１０２ eNodeB
１０３ MME
２０１，２０２ 無線信号送受信アンテナ
２０３ ビーコン信号送受信部
２０４ LTE端末機能部
２０５ 判断部
２０６ 端末ＩＤ・キャリア情報格納部
２０７ TAU制御部
５０１ ビーコン信号
５０２ ヘッダ
５０３ 端末ＩＤ
５０４ キャリアＩＤ
６０１ TAUフレーム及び周囲の端末情報
６０２ Tracking Area Updateフレーム
６０３〜６０７ 端末ＩＤ
８０１ 端末情報記憶部
８０２ 判断部
８０３ 通信インタフェース部
８０４ TAU処理部

Claims (7)

  1. モバイル通信における位置登録及びハンドオーバの制御信号を制御する無線端末であって、
    ビーコン信号に自端末のＩＤと属するキャリア識別子を重畳させて送信する送信手段と、
    前記ビーコン信号を受信する受信手段と、
    一定時間受信した前記ビーコン信号に、自身の端末と同じキャリア識別子が含まれている場合は、該ビーコン信号の送出元の端末の数をカウントするカウント手段と、
    カウント手段でカウントされたカウント数に応じて位置登録制御装置に対して位置登録を実行する位置登録手段と、を有し、
    前記位置登録手段は、
    前記カウント数ｎに対して、１／ｎの実行確率とする手段を含む
    ことを特徴とする無線端末。
  2. モバイル通信における位置登録及びハンドオーバの制御信号を制御する無線端末であって、
    ビーコン信号に自端末のＩＤと属するキャリア識別子を重畳させて送信する送信手段と、
    前記ビーコン信号を受信する受信手段と、
    一定時間受信した前記ビーコン信号に、自身の端末と同じキャリア識別子が含まれている場合は、該ビーコン信号の送出元の端末の数をカウントするカウント手段と、
    カウント手段でカウントされたカウント数に応じて位置登録制御装置に対して位置登録を実行する位置登録手段と、を有し、
    前記位置登録手段は、
    前記位置登録を行う際に、同じキャリア識別子と判別した端末のＩＤリストを位置登録のフレームに付加して前記位置登録制御装置に送信する手段を含む
    ことを特徴とする無線端末。
  3. 無線端末、該無線端末からの位置登録を受け付ける位置登録制御装置、及び、無線基地局から構成される位置登録システムであって、
    前記無線端末は、
    ビーコン信号に自端末のＩＤと属するキャリア識別子を重畳させて送信する送信手段と、
    前記ビーコン信号を受信する受信手段と、
    一定時間受信した前記ビーコン信号に、自身の端末と同じキャリア識別子が含まれている場合は、該ビーコン信号の送出元の端末の数をカウントするカウント手段と、
    カウント数に応じて位置登録制御装置に対して、同じキャリア識別子と判別した端末のＩＤリストである端末ＩＤリストを位置登録フレームに含めて位置登録を実行する位置登録手段と、を有し、
    前記位置登録制御装置は、
    前記無線端末から前記位置登録フレームを受信すると、該位置登録フレームに含まれる端末ＩＤリストから端末ＩＤを認識し、該端末ＩＤに対応する無線端末の位置登録処理を実施する手段を有する
    ことを特徴とする位置登録システム。
  4. 前記位置登録制御装置は、
    前記無線基地局に接続されている無線端末に対して、前記端末ＩＤリストを含むブロードキャストフレームをブロードキャスト送信する手段を含み、
    前記無線端末は、
    前記ブロードキャストフレームに含まれる前記端末ＩＤリストに自身の端末が記載されていない場合は、位置登録処理を即時実行する手段を含む
    請求項３記載の位置登録システム。
  5. 無線端末、該無線端末からの位置登録を受け付ける位置登録制御装置、及び、無線基地局から構成されるシステムにおける位置登録方法であって、
    前記無線端末において、
    ビーコン信号に自端末のＩＤと属するキャリア識別子を重畳させて送信し、
    他の無線端末から一定時間受信した前記ビーコン信号に、自身の端末と同じキャリア識別子が含まれている場合は、該ビーコン信号の送出元の端末の数をカウントし、カウント数に応じて位置登録制御装置に対して、同じキャリア識別子と判別した端末のＩＤリストである端末ＩＤリストを位置登録フレームに含めて位置登録を実行し、
    前記位置登録制御装置において、
    前記無線端末から前記位置登録フレームを受信すると、該位置登録フレームに含まれる端末ＩＤリストから端末ＩＤを認識し、該端末ＩＤに対応する無線端末の位置登録処理を実施する
    ことを特徴とする位置登録方法。
  6. 前記位置登録制御装置において、
    前記無線基地局に接続されている無線端末に対して、前記端末ＩＤリストを含むブロードキャストフレームをブロードキャスト送信し、
    前記無線端末において、
    前記ブロードキャストフレームに含まれる前記端末ＩＤリストに自身の端末が記載されていない場合は、位置登録処理を即時実行する
    請求項５記載の位置登録方法。
  7. 前記無線端末において、
    前記カウント数ｎに対して、１／ｎの実行確率とする
    請求項５記載の位置登録方法。
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