JP5787294B2

JP5787294B2 - 無線通信システム、基地局及び端末

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Publication number: JP5787294B2
Application number: JP2012086303A
Authority: JP
Inventors: 修治大坪; 桑原　幹夫; 幹夫桑原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2032-04-05
Also published as: JP2013219455A

Description

本発明は、無線基地局に複数の産業用機器が収容される無線通信システムに関する。特に通信の際に利用する無線リソースの消費量を抑制する技術に関する。

自動販売機やスマートメータ等の産業用機器が、ＩＰネットワークに接続された機器同士で、相互に通信を行うＭ２Ｍ(Machine to MachineもしくはMachine to Management)システムにより、人間の手を介さずに機器の情報収集や、最適な制御を行う事が可能となる。

点在するＭ２Ｍシステムの端末（以下、Ｍ２Ｍ端末）は無線基地局に収容され、Ｍ２Ｍ端末は定期的に自身の管理データをサーバに送信する為、無線基地局とセッションを確立して通信を行う。

近年、Ｍ２Ｍ端末はスマートメータの普及などにより、爆発的な増加が予測されており、また、より精度の高い制御を実施する為、Ｍ２Ｍ端末の情報送信タイミングの短縮が見込まれ、無線リソースの逼迫が問題となっている。

上記特許文献１では、セッション管理手段が、固定端末のためのセッションと移動端末のためのセッションとについて、端末の種別を示す種別情報と通信の実施の状態を示す状態情報とを含むセッション情報を保持する。そして、セッション整理手段は、セッション管理手段にて保持されているセッション情報に基づき、種別情報が移動端末であり、かつ通信が行われない状態が第１の監視時間以上継続しているセッションを切断するという方法を開示しており、移動しない固定端末については、セッションを切らないことで産業用機器のセッションを張る際のオーバヘッドを削減する先行技術が開示されている。

特開２０１０−４１２２号公報

近年では、スマートメータ等の位置が固定されたＭ２Ｍ機器端末の増加が予測される。このような固定端末の増加により無線リソースが逼迫すると考えられる。Ｍ２Ｍ端末からデータを送信する際には、一般的には送信データ量は小さく、通信の開始、終了等の制御に掛る無線リソースのオーバヘッドが大きいことが問題である。こうした課題の解決手段として、上記特許文献１において、位置が固定された端末については、その種別情報を元に、セッションを切断しないという技術が知られている。

また、通常、基地局装置が接続されるネットワークはＩＰ網（インターネットプロトコル・ネットワーク）によって構成され、各情報はパケットに分割され、各パケットには、送信元と宛先のＩＰアドレス情報などの、オーバヘッドが存在する。従来技術では、端末を特定するセッションＩＤ等を用いて、上記のＩＰアドレスなどのオーバヘッドを圧縮する技術（ヘッダコンプレッション）が公知である。

しかしながら、固定端末の数が増加することは、切断されないセッションが増加することを意味し、セッション数の増大は、セッションを識別するためのセッションＩＤのビット数が増加することを示し、セッションＩＤのビット数の増大によって、端末や基地局では通信処理のオーバヘッドが大きくなってしまう、という問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、通信の開始、終了等の制御に掛る無線リソースの消費を抑制しながら、セッション数の増大も抑制して、固定端末が増加した場合であっても無線リソースの逼迫を回避する技術を提供することを目的とする。

本発明は、所定のデータを測定するデータ測定部と、基地局と無線通信を行う第１の無線通信部と、前記データを含むパケットを生成して前記第１の無線通信部に前記パケットの送信を指令する端末制御部と、を有して位置が固定された端末と、複数の前記端末と無線通信を行う第２の無線通信部と、前記第２の無線通信部で受信したパケットを解析する基地局制御部と、前記基地局制御部からの指令に応じて前記受信したパケットを転送する転送部と、を有する基地局と、を備えた無線通信システムであって、前記基地局制御部は、ひとつの受信周期を複数のセグメントに分割し、各セグメント毎にユニークなセッションＩＤを設定して、前記端末に前記セグメントとセッションＩＤを固定して割り当て、前記セッションＩＤと前記セグメントに対応して前記端末が送信する前記パケットのヘッダ情報を変換情報として保持し、前記端末制御部は、前記基地局から前記割り当てられた前記セグメントとセッションＩＤを保持し、前記セッションＩＤと前記測定したデータを含むパケットを生成してヘッダコンプレッションを実行し、前記割り当てられたセグメントに対応する前記受信周期になると前記生成したパケットを前記基地局に送信し、前記基地局制御部は、前記端末から受信した前記パケットから前記セッションＩＤを抽出し、前記パケットを受信した前記受信周期から前記セグメントを特定し、前記抽出したセッションＩＤと前記特定したセグメントで前記変換情報を検索して前記セッションＩＤとセグメントが一致するヘッダ情報を取得し、前記パケットのデータと前記ヘッダ情報から新たなパケットを生成するヘッダデコンプレッションを実行し、前記生成した新たなパケットを前記転送部から送信し、前記基地局制御部は、前記端末にセッションＩＤを固定して割り当てるか否かを判定する送信頻度閾値を前記端末に送信し、前記端末から前記セッションＩＤを固定化する要求を受け付けたときに前記セッションＩＤとセグメントを固定化して割り当て、前記端末制御部は、当該端末が前記パケットを送信する頻度が、前記基地局から受信した送信頻度閾値以上になると、前記基地局へセッションＩＤを固定化する要求を送信する。

本発明によれば、無線基地局へのデータ送信頻度が閾値以上である端末は、データ送信タイミング毎に行っていたセッションの確立に関する制御上のオーバヘッドを削減するのに加え、ヘッダ情報（ＩＰアドレス情報）などのＩＰネットワーク上で情報を伝送するために必要となるオーバヘッドの削減も合わせて実現可能である。これにより、端末が増加した場合であっても無線リソースの逼迫を回避することが可能となる。

本発明の第１の実施形態を示し、端末とゲートウェイ、ネットワーク及びサーバで構成された通信システムの一例を示すブロック図である。本発明の実施形態を示し、端末の構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施形態を示し、基地局の構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施形態を示し、ヘッダコンプレッションとヘッダデコンプレッションの一例を示す説明図である。本発明の実施形態を示し、セグメント／固定セッションID変換テーブルの一例を示す説明図である。本発明の実施形態を示し、セグメントの一例を示す説明図である。本発明の実施形態を示し、端末のセッションＩＤを固定化する通信の一例を示すシーケンス図である。本発明の実施形態を示し、閾値管理テーブルの一例を示すシーケンス図である。本発明の実施形態を示し、端末のセッションＩＤを固定化した後の通信の一例を示すシーケンス図である。本発明の実施形態を示し、端末で行われる処理の一例を示すフローチャートである。本発明の実施形態を示し、基地局で行われる処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態を示し、本発明を適用する通信システムのブロック図である。本実施形態は例示であり、本発明は図に示す実施形態の構成に限定されるものではない。

図１に本発明を適用する無線通信システムの構成例を示す。位置が固定された端末（固定端末）１０１は基地局１０２と通信を行う。端末１０１は、少ない情報量のデータを間欠的にサーバ１０４に送信する。端末１０１と無線によって接続する基地局１０２は、有線にてゲートウェイ１０３に接続される。ゲートウェイ１０３は更にはＩＰ網（またはネットワーク）１０５に接続しており、端末１０１からの情報を収集するサーバ１０４と接続している。

ここで、端末１０１は、前記背景技術で述べたように、自動販売機やスマートメータ等の産業用機器を構成し、ＩＰネットワークに接続された機器同士で、相互に通信を行うＭ２Ｍ(Machine to MachineもしくはMachine to Management)システムを構成するものである。

図２は本発明が適用される端末１０１のブロック図である。端末１０１はＲＦインタフェース１４０１にて基地局とデータ送受信を行い、高周波信号とベースバンド信号の相互変換はＲＦ信号処理部１４０２にて行われる。セグメント／固定セッションＩＤ情報１００３と、セッションＩＤ固定化閾値１００１及びデータ送信頻度１００２は端末メモリ１４０３に格納される。また、端末制御部１４０４が実行するプログラムは通信制御部１４１０として端末メモリ１４０３に格納される。端末制御部１４０４は、プログラムを実行するプロセッサを含む。端末制御部１４０４のプロセッサは、端末メモリ１４０３に読み込んだプログラムを実行することで機能部位として動作する。例えば、端末制御部１４０４のプロセッサは、通信制御プログラムを実行することで通信制御部１４１０として機能する。通信制御部１４１０は、後述するように、端末１０１の通信の頻度に基づいてセッションＩＤの固定化要求を行う。さらに、端末１０１がデータを送信するタイミングは、基地局１０２から受け付けたセグメントによって決定する。

また、端末１０１は、定期的にデータの収集を行うデータ収集インタフェース１４０５を具備する。データ収集インタフェース１４０５は、端末１０１の環境情報（例えば、温度）や監視対象の値（例えば、端末１０１を設置した装置の商品数など）を所定の周期または所定のタイミングで測定する。端末制御部１４０４は所定のタイミングでデータ収集インタフェース１４０５から所定の測定値をデータとして取得して基地局１０２へ送信する。なお、上記ではデータ収集インタフェース１４０５で環境情報や監視対象の値を測定する例を示したが、図示はしないが、データ収集インタフェース１４０５に代わって、ひとつまたは複数種のセンサを用いて、複数種類の値を測定してもよい。

図３は本発明が適用される基地局１０２のブロック図である。基地局１０２は、ＲＦインタフェース１５０１にて基地局１０２とデータ送受信を行い、高周波信号と、ベースバンド信号の相互変換はＲＦ信号処理部１５０２にて行われる。セグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル５０２と、セッションＩＤ固定化閾値管理テーブルは基地局メモリ１２０３に格納される。

また、基地局制御部１５０４が実行するプログラムは通信管理部１５１０として基地局メモリ１５０３に格納される。基地局制御部１５０４は、プログラムを実行するプロセッサを含む。基地局制御部１５０４のプロセッサは、基地局メモリ１５０３に読み込んだプログラムを実行することで機能部位として動作する。例えば、基地局制御部１５０４のプロセッサは、通信管理プログラムを実行することで通信管理部１５１０として機能する。なお、通信管理部１５１０は、後述するようにセッションＩＤ固定化閾値１００１の決定、及びセグメント／固定セッションＩＤの決定等を実行する。また、通信管理部１５１０は、ゲートウェイ１０３とデータの送受信を行う有線インタフェース（転送部）１５０５に接続される。

基地局１０２は、端末１０１からデータを受信すると、ゲートウェイ１０３及びＩＰ網１０５を介してサーバ１０４に転送する。また、基地局１０２は端末１０１からセッションＩＤの固定化要求を受け付けると、端末１０１にセッションＩＤを割り当てて、当該端末１０１とはＩＰヘッダを削除したパケットで通信を行う。ここで、パケットからＩＰヘッダを削除することをヘッダコンプレッションという。そして、ＩＰヘッダのないパケットを受信した基地局１０２は、セグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル１５２０からＩＰヘッダを生成し、データにＩＰヘッダを付加したパケットを生成してゲートウェイ１０３へ送信する。ここで、データにＩＰヘッダを付加したパケットを生成することをヘッダデコンプレッションという。

一方、基地局１０２は端末１０１からセッションＩＤの解放通知を受け付けると、端末１０１にセッションＩＤに割り当てたセッションＩＤを削除して、当該端末１０１とはＩＰヘッダ付加したパケットで通信を行う。

なお、基地局１０２は、図６で示すように、ひとつの受信フレーム周期を複数のセグメントに分割して端末１０１と通信を行う。このため、基地局１０２は端末１０１と通信を開始する際にセグメントＩＤを端末１０１に付与する。端末１０１は、セグメントＩＤで特定される時刻になると測定したデータを基地局１０２へ送信することができる。

また、基地局１０２は、ＲＦインタフェース１５０１で受信したパケットを、有線インタフェース１５０５からゲートウェイ１０３へ転送する例を示したが、有線インタフェース１５０５に代わって図示しない無線インタフェースからゲートウェイ１０３へパケットを転送しても良い。

図４はヘッダコンプレッション３０１とヘッダデコンプレッション３０２の一例を示す説明図である。

本実施形態の通信システムでは、通信頻度が所定値以上の端末１０１についてはヘッダコンプレッション３０１を実施してＩＰヘッダ１４２１に代わって固定セッションＩＤ１４２２を用いて通信量を低減することで、無線リソースの利用を低減する。ヘッダコンプレッション３０１では、イーサネット（登録商標）・フレームで構成されるＩＰパケット２０００からＩＰヘッダ１４２１に代わって、基地局１０２が発行した固定セッションＩＤ１４２２を付与してデータ１４２０を含むパケット２００１を送信する。ここで、固定セッションＩＤ１４２２は、例えば、１２ｂｉｔなどで構成され、ＩＰヘッダ１４２１に比してデータ量が小さい分、通信量を低減することができる。また、後述するように、基地局１０２が管理するセッション数を増大させるために、パケット２００１の送信は所定のセグメントで行われる。

一方、通信頻度が所定値未満の端末１０１についてはＩＰヘッダ１４２１を削除せずに、通常のＩＰパケット２０００（ＩＰヘッダ１４２１＋データ１４２０）で通信を行う。なお、図中、ＩＰパケット２０００、パケット２００１では、イーサネット（登録商標）・フレームのプリアンブル（宛先ＭＡＣ、送信元ＭＡＣ）やＣＲＣ等の図示は省略した。なお、端末１０１は通信開始時などで基地局１０２からセッションＩＤ１４２２とセグメントを受信し、セグメント／固定セッションＩＤ情報１００３に保持しておく。

ヘッダコンプレッションを実施したパケット２００１を受信した基地局１０２側では、端末１０１の送信元と送信先のＩＰアドレス情報（ＩＰヘッダ１４２１）と、発行した固定セッションＩＤ１４２２から作成したセグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル１５２０からＩＰヘッダ１４２１を復元するヘッダデコンプレッション３０２が実施される。

基地局１０２では、端末１０１から受信したパケット２００１から固定セッションＩＤ１４２２を抽出し、パケット２００１を受信した時刻から、後述するようにセグメントＩＤを特定する。そして、基地局１０２は、セッションＩＤ１４２２とセグメントＩＤからセグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル１５２０を検索してＩＰアドレス情報を取得してＩＰヘッダ１４２１を復元する。基地局１０２は復元したＩＰヘッダ１４２１をデータ１４２０に付加してＩＰパケット２０００を復元し、ゲートウェイ１０３へ送信する。

上記の処理で全ての端末１０１にセッションＩＤを固定で割り付けた場合、基地局１０２が管理できるセッションＩＤには限りがあるため、端末１０１の数が増大していくと、セッションＩＤの枯渇が問題となる。ＩＥＥＥ８０２．１６ｅでは無線基地局１０２が管理できるセッションＩＤは４０９６個とされており、セッションＩＤを固定化した場合、全ての端末１０１を収容出来ない場合がある。

そこで、本実施形態では、十分な数のセッションＩＤを確保する為、基地局１０２の受信データフレームをセグメントに分け、それぞれのセグメントにおいて、セッションＩＤを定義する管理とする。異なるセグメントに属する同一のセッションＩＤは、異なる端末として区別する。このような管理とすることでセッションＩＤの使いまわしを可能とする。端末１０１には基地局１０２からセグメントを指定しデータを送信させる。

さらには、基地局１０２は受信したセッションＩＤとセグメントをインデックスとして、ＩＰパケット２０００のＩＰヘッダ１４２１を検索する新たなパケットコンプレッション／パケットデコンプレッションを備える。

更に、基地局１０２が管理するセッションＩＤの増加により基地局１０２のメモリが不足する事態を防止する為、端末１０１のセッションＩＤの固定化について条件を設け、基地局１０２が設定した送信頻度がセッションＩＤ固定化閾値１００１未満の端末１０１に対しては、セッションＩＤを固定で割り当てない。一方、基地局１０２は、送信頻度がセッションＩＤ固定化閾値１００１以上の端末１０１に着いてのみ、セッションＩＤを固定して割り当てる。

図５は、基地局１０２が管理するセグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル１５２０の一例を示す。セグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル１５２０は、端末１０１を特定する情報を格納する識別子１５２１と、端末１０１に割り当てたセッションＩＤ１４２２を格納するセッションＩＤ１５２２と、端末１０１の送信先のＩＰアドレスを格納する宛先ＩＰ１５２３と、送信元である端末１０１のＩＰアドレスを格納する送信元ＩＰ１５２４と、端末１０１に割り当てたセグメントを格納するセグメントＩＤ１５２５からひとつのエントリが構成される。

基地局１０２は、セグメントＩＤ１４２２の固定要求を受信した端末１０１からＭＡＣアドレスを取得して識別子１５２１へ格納し、送信先のＩＰアドレスと端末１０１のＩＰアドレスを取得して、それぞれ宛先ＩＰ１５２３と送信元ＩＰ１５２４へ格納する。さらに、基地局１０２は、端末１０１の通信を許可する時間帯を示すセグメントＩＤを決定し、セグメントＩＤ１５２５に格納する。基地局１０２は、決定したセッションＩＤとセグメントＩＤを端末１０１に通知する。

なお、基地局１０２は、セグメントＩＤ１４２２の固定化を要求しない端末１０１については、識別子１５２１とセッションＩＤ１５２２及びセグメントＩＤ１５２５を付与することができる。

なお、セッションＩＤは同一のセグメントＩＤ内でユニークな値であればよい。また、識別子１５２１は端末１０１のＭＡＣアドレスに限定されるものではなく、無線通信システム内でユニークな識別子であればよい。

図６は、基地局１０２が管理するセグメントの一例を示す図である。図示の例では、基地局１０２のひとつの受信フレーム周期を４つのセグメントに分割した例を示す。図示の例では、セグメントＩＤ＝１に割り当てられた端末１０１は、基地局１０２の受信フレーム周期の０〜１／４の期間で基地局１０２と通信を行い、セグメントＩＤ＝２に割り当てられた端末１０１は、基地局１０２の受信フレーム周期の１／４〜２／４の期間で基地局１０２と通信を行い、セグメントＩＤ＝３に割り当てられた端末１０１は、基地局１０２の受信フレーム周期の２／４〜３／４の期間で基地局１０２と通信を行い、セグメントＩＤ＝４に割り当てられた端末１０１は、基地局１０２の受信フレーム周期の３／４〜４／４の期間で基地局１０２と通信を行うことを示している。

ひとつの受信フレーム周期を複数のセグメントに分割することで、セッションＩＤを増やすことなく、基地局１０２が管理可能なセッションＩＤをセグメントの数に応じて増大させることができる。

なお、基地局１０２が図示しない移動端末を収容する場合も、移動端末にセグメントＩＤとセッションＩＤを発行するようにしても良い。

図７は、端末１０１が基地局１０２に対してセグメントＩＤを固定することを依頼したときのシーケンス図である。図示の例では、端末１０１は通信開始時に基地局１０２からセグメントＩＤとセッションＩＤ固定化閾値１００１を受信して、セグメントＩＤをセグメント／固定セッションＩＤ情報１００３に格納する。その後、端末１０１は所定の送信タイミングになると、セグメントＩＤに対応する期間内で基地局１０２へデータ１４２０を送信する（Ｓ７０１）。

データ送信頻度１００２は、端末１０１毎に無線通信システムの管理者などが設定した１日当たりのアクセス回数を保持する。なお、端末１０１が基地局１０２へアクセスする度に、端末制御部１４０４はデータ送信頻度１００２を測定するようにしてもよい。端末制御部１４０４は、所定のタイミング（例えば、１日ごと）でデータ送信頻度１００２をセッションＩＤ固定化閾値１００１と比較する。端末１０１では、基地局１０２が管理するセッション数の増加により基地局１０２のメモリ等のリソースが不足するのを防止する為、端末１０１のセッションＩＤを固定化する必要があるか否かを判定する（Ｓ７０２）。

この判定の結果、データ送信頻度１００２が、セッションＩＤ固定化閾値１００１よりも大きい場合、端末１０１は基地局１０２に対して、セッションＩＤ固定依頼５０１を発行する（Ｓ７０３）。逆に、データ送信頻度１００２が、セッションＩＤ固定化閾値１００１よりも小さい場合、セッションＩＤ固定依頼を発行しない。この場合端末１０１と基地局１０２間でヘッダコンプレッションは行われない。

基地局１０２により発行されるセッションＩＤ固定化閾値１００１は、基地局１０２が管理する全セグメントに対しての固定セッションＩＤの払い出し数によって決定される。固定セッションＩＤの払い出し数と、セッションＩＤ固定化閾値１００１については、後述する。セッションＩＤ固定化依頼を受け付けた基地局１０２は、セグメントＩＤ内で未使用のセッションＩＤとセグメントＩＤを取得して、セグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル１５２０内の対象の端末１０１のエントリに格納する（Ｓ７０４）。

そして、基地局１０２は、固定化するセッションＩＤとセグメントＩＤを端末１０１へ送信する（Ｓ７０５）。さらに、基地局１０２は、端末１０１に対してヘッダコンプレッションの実施通知を送信する（Ｓ７０６）。

セッションＩＤとセグメントＩＤ及びヘッダコンプレッションの実施通知を受信した端末１０１は、セッションＩＤとセグメントＩＤをセグメント／固定セッションＩＤ情報１００３へ格納して、次回の通信からヘッダコンプレッションを実施する。

図８は、基地局１０２にて管理されるセッションＩＤの固定化を判定するための閾値管理テーブル１５３０の一例である。

セッションＩＤの固定化を判定するための閾値管理テーブル１５３０は、全セグメントに対しての固定セッションＩＤの払い出し数１５３１と、端末１０１のデータ送信頻度閾値（／ｄａｙ）１５３２の２つのパラメータが設定される。２つのパラメータの設定は無線通信システムの管理者などにより行われ、端末１０１への通知は、端末１０１の初回登録アクセス時、および端末１０１からのデータ受信のａｃｋにて行われる。

基地局１０２は全セグメントのセッションＩＤ払い出し数を管理し、セッションＩＤ払い出し数に応じて端末１０１に通知するデータ送信頻度の閾値１５３２を決定し、セッションＩＤ固定化閾値１００１をとして端末１０１へ送信する。

例えば、全てのセグメントにおいて固定セッションＩＤの払い出し数が、７０００であった場合、一日の送信頻度が５回以上の端末１０１のみがセッションＩＤを固定化する。セッションＩＤを固定化するための閾値管理テーブル１５３０により、固定セッションＩＤの払い出し数が多くなった場合、よりアクセス頻度の高い端末１０１の固定セッションＩＤを優先して維持する事が出来る。一方、端末１０１の一日のデータ送信頻度が５階未満になると、端末１０１に割り当てられたセグメントＩＤは解放されて固定化を終了する。

図８の閾値管理テーブル１５３０では、セッションＩＤを固定化した端末１０１の数が増大するにつれて、データ送信頻度閾値（回数／ｄａｙ）を増大させて、通信頻度の高い端末１０１のみにセッションＩＤを固定させ、通信頻度の低い端末１０１のセッションＩＤは固定化しない。

以上の図７の処理と図８の閾値管理テーブル１５３０によって、データ送信頻度１００２が、セッションＩＤ固定化閾値１００１よりも大きい端末１０１は、セッションＩＤを固定化して、ＩＰヘッダ１４２１に代わって固定のセッションＩＤ１４２２を付加したパケット２００１によって基地局１０２と通信する。セッションＩＤはＩＰヘッダ１４２１よりもデータ量が少ないため、無線通信リソースの消費を抑制できる。

また、基地局１０２は、１回の受信フレーム周期を複数のセグメントに分割し、セッションＩＤをセグメント内でユニークな値とすることで、セッションＩＤの最大値を増大することなくセグメントの数に応じて管理するセッション数を増大させることができる。

図９は、ヘッダコンプレッションの実施通知を受信した後に、端末１０１から基地局１０２へデータを送信する為のシーケンス図である。端末１０１はデータ送信タイミングになると、データの収集を行い、割り当てられたセグメントＩＤに対応する時刻を待って、データ送信頻度１００２とセッションＩＤ固定化閾値１００１の比較を行う（Ｓ７０２）。データ送信頻度１００２がセッションＩＤ固定化閾値１００１以上であれば、ヘッダコンプレッション３０１を実行する。ヘッダコンプレッション３０１では固定セッションＩＤ１４２２とデータ１４２０からパケット２００１を生成し、基地局１０２へ送信する。

基地局１０２では、ヘッダコンプレッションを実施されたパケット２００１を受信すると、ヘッダデコンプレッション３０２を実施してＩＰヘッダ１４２１を再生する。ヘッダデコンプレッション３０２では、パケット２００１からセッションＩＤ１４２２を抽出し、受信フレーム周期からセグメントＩＤを決定する。基地局１０２は、セッションＩＤ１４２２とセグメントＩＤからセグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル１５２０を検索し、セッションＩＤ１５２２とセグメントＩＤ１５２５が一致するエントリから宛先ＩＰ１５２３と送信元ＩＰ１５２４を取得する。そして、基地局１０２はセグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル１５２０から取得した宛先ＩＰ１５２３と送信元ＩＰ１５２４からＩＰヘッダ１４２１を生成し、ＩＰパケット２０００を再生してゲートウェイ１０３からサーバ１０４へ送信する。

なお、データ送信頻度１００２がセッションＩＤ固定化閾値１００１未満であれば、後述するように、セッションＩＤの解放を基地局１０２へ通知して、セッションＩＤの固定化を終了する。

図１０は、端末１０１の通信制御部１４１０で行われるデータ送信処理の一例を示すフローチャートである。端末１０１の通信制御部１４１０は所定のデータ送信タイミングになると（Ｓ１１）、データ収集インターフェース１４０５から送信するデータの収集を行う（Ｓ１２）。次に、通信制御部１４１０は、管理者によって設定されたデータ送信頻度１００２と、基地局１０２より通知されたセッションＩＤ固定化閾値１００１の比較を行う（Ｓ１３）。データ送信頻度１００２がセッションＩＤ固定化閾値１００１以上で、かつヘッダコンプレッション実施通知受領済みである場合（Ｓ１４でＹｅｓ）は、割り当てられたセグメントＩＤに対応する時刻になるまで待機する（Ｓ１５）。セグメントＩＤに、対応する時刻になると通信制御部１４１０は、割り当てられたセッションＩＤとセグメントＩＤでヘッダコンプレッションを実施し（Ｓ１６）、基地局１０２にデータを送信する（Ｓ１７）。

一方、データ送信頻度１００２がセッションＩＤ固定化閾値１００１以上ではあるが、基地局１０２からヘッダコンプレッション実施通知を受信済みでない場合（Ｓ１３，Ｓ１４でＮｏ）はステップＳ１８に進む。この場合では、ヘッダコンプレッション実施通知を受信していないので、ステップＳ１８へ進んで、固定セッションＩＤ発行依頼を基地局１０２に送信した後、ステップＳ１９でデータ１４２０にＩＰヘッダ１４２１を付加したＩＰパケット２０００を基地局１０２に送信する（Ｓ１７）。

ステップＳ１３の判定で、データ送信頻度１００２がセッションＩＤ固定化閾値１００１未満の場合は、セッションＩＤを固定化した後に、図８で示したように固定セッションＩＤ払い出し数１５３１が増大したことからセッションＩＤ固定化閾値１００１も増大し、データ送信頻度１００２がセッションＩＤ固定化閾値１００１未満に変化した場合と、セッションＩＤ固定化閾値１００１とデータ送信頻度１００２が共に変化せずに、データ送信頻度１００２がセッションＩＤ固定化閾値１００１未満でセッションＩＤの固定化を行っていない場合の二通りがある。

通信制御部１４１０は、前記二通りの場合を判定して、端末１０１のデータ送信頻度１００２がセッションＩＤ固定化閾値１００１よりも低く、かつ固定セッションＩＤが割り当てられていない場合（Ｓ２０でＮｏ）はＩＰヘッダ１４２１をデータ１４２０に付加した（Ｓ２３）ＩＰパケット２０００を基地局１０２に送信する（Ｓ１７）。一方、固定セッションＩＤが割り当てられている場合は、固定セッションＩＤの解放を行い（Ｓ２１）、基地局１０２に固定セッションＩＤ開放通知を行う（Ｓ２２）。そして、通信制御部１４１０は固定セッションＩＤの解放後、データ１４２０にＩＰヘッダ１４２１を付加したＩＰパケット２０００を基地局１０２に送信する（Ｓ２３、Ｓ１７）。

以上の処理により、端末１０１の通信制御部１４１０は、所定の送信タイミング（所定の周期等）になる度に、セッションＩＤが固定化されていればヘッダコンプレッションを実行して送信するデータ量を低減する。また、通信制御部１４１０は、所定の送信タイミングになる度にデータ送信頻度１００２とセッションＩＤ固定化閾値１００１を比較して、セッションＩＤ固定化の要否の判定を行うため、セッションＩＤ固定化閾値１００１の変化に応じて、セッションＩＤの固定化と解放を行うことができ、有限のセッションＩＤ固定化を有効に利用することができる。

図１１は、基地局１０２の通信管理部１５１０で行われるデータ送受信処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、基地局１０２が端末１０１からパケット２００１またはＩＰパケット２０００を受信する度に実行される。

基地局１０２の通信管理部１５１０は、端末１０１からのデータを受信した後、受信データがヘッダコンプレッションされているか否かの判定を行う（Ｓ３０）。受信したパケットにＩＰヘッダ１４２１が無ければヘッダコンプレッションが施されたパケット２００１であると判定してステップＳ３１へ進む。

ステップＳ３１では、受信したパケット２００１が、固定セッションＩＤ解放通知であるか否かを判定する。通信管理部１５１０は、受信したパケット２００１が、固定セッションＩＤ解放通知でなければステップＳ３２へ進む。

ステップＳ３２では、通信管理部１５１０がパケット２００１から固定セッションＩＤの抽出を行う。また、通信管理部１５１０はパケット２００１を受信した時刻からセッションＩＤを決定する。

そして、ステップＳ３３で通信管理部１５１０は、抽出したセッションＩＤとセグメントＩＤを、セグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル１５２０から検索して宛先ＩＰ１５２３と送信元ＩＰ１５２４を取得してヘッダデコンプレッションを実施する。通信管理部１５１０はヘッダデコンプレッションによりＩＰヘッダ１４２１を復元する。

ステップＳ３４では、通信管理部１５１０が受信したパケットに含まれるデータ１４２０に、ＩＰヘッダ１４２１を付加してＩＰパケット２０００を生成する。

ステップＳ３５で、通信管理部１５１０は生成したＩＰパケット２０００をゲートウェイ１０３へ送信する。

一方、ステップＳ３１の判定で、受信したパケット２００１が、固定セッションＩＤ解放通知である場合にはステップＳ３６に進む。

ステップＳ３６では、通信管理部１５１０が固定セッションＩＤ解放通知を送信した端末１０１のＭＡＣアドレスを取得して、セグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル１５２０を検索する。そして、通信管理部１５１０は取得したＭＡＣアドレスを含むエントリを削除してセグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル１５２０を更新し、当該端末１０１の固定セッションＩＤを解放する。

一方、ステップＳ３０の判定で、受信したパケットにＩＰヘッダ１４２１があればヘッダコンプレッションのないＩＰパケット２０００であると判定してステップＳ３７へ進む。ステップＳ３７では、通信管理部１５１０がＩＰパケット２０００の内容を解析する。ステップＳ３８では、ＩＰパケット２０００の内容が固定セッションＩＤ発行依頼であるか否かを判定し、固定セッションＩＤ発行依頼の場合は、ステップＳ３９へ進む。

ステップＳ３９では、固定セッションＩＤ発行依頼を送信した端末１０１に割り当てる固定セッションＩＤとセグメントＩＤを決定する。また、通信管理部１５１０は端末１０１のＭＡＣアドレスを受信したパケット２００１から抽出する。

そして、ステップＳ４０では、セグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル１５２０のＭＡＣアドレスを識別子１５２１とするエントリを加えて、ＩＰヘッダ１４２１の情報と、固定セッションＩＤ及びセグメントＩＤをそれぞれ格納する。これにより、通信管理部１５１０は、固定セッションＩＤを発行した端末１０１の情報についてセグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル１５２０を更新する。

ステップＳ４１では、通信管理部１５１０が端末１０１に対するヘッダコンプレッションの実施通知を生成する。そして、ステップＳ４２で通信管理部１５１０が固定セッションＩＤとセグメントＩＤ及びヘッダコンプレッションの実施通知を端末１０１に送信して処理を終了する。

一方、ステップＳ３６の判定で、受信したＩＰパケット２０００の内容が固定セッションＩＤ発行依頼でない場合には、ステップＳ３４へ進んで、サーバ１０４を宛先とするＩＰパケット２０００を生成してから、ステップＳ３５でゲートウェイ１０３へ送信する。

上記の処理により、基地局１０２は、ヘッダコンプレッションを実施したパケット２００１を受信すると、セグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル１５２０からＩＰヘッダ１４２１を復元し、ＩＰパケット２０００を生成してゲートウェイ１０３へ送信することができる。また、基地局１０２は、固定セッションＩＤ発行依頼を受信すると、端末１０１のＭＡＣアドレスを識別子１５２１とするエントリを生成して、固定セッションＩＤとセグメントＩＤを割り当ててから、ヘッダコンプレッションの実施通知を送信することで、端末１０１にヘッダコンプレッションを実行させることができる。また、基地局１０２は、固定セッションＩＤ解放通知を受信すると、端末１０１のＭＡＣアドレスを識別子１５２１とするエントリを削除して、当該端末１０１に割り当てられた固定セッションＩＤとセグメントＩＤを解放することができる。これにより、閾値管理テーブル１５３０の固定セッションＩＤ発行依頼払い出し数１５３１の変化に応じてデータ送信頻度閾値１５３２が変化したばあいでも通信量を低減するヘッダコンプレッションを実施する端末１０１の数を自動的に変更することができる。

本発明によれば、無線の基地局１０２へのデータ送信頻度が閾値以上である端末は、データ送信タイミング毎に行っていたセッションの確立に関する制御上のオーバヘッドを削減するのに加え、ＩＰアドレス情報などのＩＰネットワーク上で情報を伝送するために必要となるオーバヘッドの削減も合わせて実現可能である。これにより、端末が増加した場合であっても無線リソースの逼迫を回避することが可能となる。

以上のように、本発明は、端末を収容する基地局がＩＰネットワークに接続される無線通信システムに適用するができる。

１０１端末
１０２基地局
１０３ゲートウェイ
１０４サーバ
１０５ＩＰネットワーク
１００１セッションＩＤ固定化閾値
１００２データ送信頻度
１００３セグメント／固定セッションＩＤ情報
１４０３端末メモリ
１４０４端末制御部
１４１０通信制御部
１５０４基地局制御部
１５０３メモリ
１５１０通信管理部
１５２０セグメント／固定セッションＩＤ変換テーブル
１５３０閾値管理テーブル

Claims

所定のデータを測定するデータ測定部と、
基地局と無線通信を行う第１の無線通信部と、
前記データを含むパケットを生成して前記第１の無線通信部に前記パケットの送信を指令する端末制御部と、を有して位置が固定された端末と、
複数の前記端末と無線通信を行う第２の無線通信部と、
前記第２の無線通信部で受信したパケットを解析する基地局制御部と、
前記基地局制御部からの指令に応じて前記受信したパケットを転送する転送部と、を有する基地局と、を備えた無線通信システムであって、
前記基地局制御部は、
ひとつの受信周期を複数のセグメントに分割し、各セグメント毎にユニークなセッションＩＤを設定して、前記端末に前記セグメントとセッションＩＤを固定して割り当て、
前記セッションＩＤと前記セグメントに対応して前記端末が送信する前記パケットのヘッダ情報を変換情報として保持し、
前記端末制御部は、
前記基地局から前記割り当てられた前記セグメントとセッションＩＤを保持し、前記セッションＩＤと前記測定したデータを含むパケットを生成してヘッダコンプレッションを実行し、前記割り当てられたセグメントに対応する前記受信周期になると前記生成したパケットを前記基地局に送信し、
前記基地局制御部は、
前記端末から受信した前記パケットから前記セッションＩＤを抽出し、前記パケットを受信した前記受信周期から前記セグメントを特定し、前記抽出したセッションＩＤと前記特定したセグメントで前記変換情報を検索して前記セッションＩＤとセグメントが一致するヘッダ情報を取得し、前記パケットのデータと前記ヘッダ情報から新たなパケットを生成するヘッダデコンプレッションを実行し、前記生成した新たなパケットを前記転送部から送信し、
前記基地局制御部は、
前記端末にセッションＩＤを固定して割り当てるか否かを判定する送信頻度閾値を前記端末に送信し、前記端末から前記セッションＩＤを固定化する要求を受け付けたときに前記セッションＩＤとセグメントを固定化して割り当て、
前記端末制御部は、
当該端末が前記パケットを送信する頻度が、前記基地局から受信した送信頻度閾値以上になると、前記基地局へセッションＩＤを固定化する要求を送信することを特徴とする無線通信システム。
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記セグメントは、
前記分割した受信周期のうちセグメントのＩＤに応じた受信タイミングを特定することを特徴とする無線通信システム。
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記変換情報は、
前記ヘッダ情報として前記端末が送信する前記パケットの宛先と送信元を含むＩＰヘッダと、セッションＩＤと、セグメントのＩＤとを対応付けて保持することを特徴とする無線通信システム。
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記基地局制御部は、
前記端末にセッションＩＤを固定して割り当てるか否かを判定する送信頻度閾値を前記端末に送信し、前記端末から前記セッションＩＤを固定化する要求を受け付けたときに前記セッションＩＤとセグメントを前記端末に固定化して割り当てた後に、前記ヘッダコンプレッションを実行可能な通知を前記端末に送信し、
前記端末制御部は、
前記セッションＩＤとセグメントを前記基地局から受信し、前記ヘッダコンプレッションを実行可能な通知を前記基地局から受信した後に、前記ヘッダコンプレッションの実行を開始することを特徴とする無線通信システム。
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記基地局制御部は、
前記送信頻度閾値を格納する閾値管理情報を有し、
前記閾値管理情報は、
全ての前記セグメントの固定化したセッションＩＤの払い出し数の変化に応じた前記端末の送信頻度閾値を格納し、
前記基地局制御部は、
前記端末に前記送信頻度閾値を送信することを特徴とする無線通信システム。
請求項５に記載の無線通信システムであって、
前記閾値管理情報は、
全ての前記セグメントの固定化したセッションＩＤの払い出し数が増大するにつれて、前記端末の送信頻度閾値を増大することを特徴とする無線通信システム。
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記端末制御部は、
前記基地局が前記セッションＩＤを固定化して当該端末に割り当てた後、当該端末が前記パケットを送信する頻度が、前記基地局から受信した送信頻度閾値未満になると、前記基地局へセッションＩＤを解放する通知を送信することを特徴とする無線通信システム。
複数の端末と無線通信を行う第２の無線通信部と、
前記第２の無線通信部で受信したパケットを解析する基地局制御部と、
前記基地局制御部からの指令に応じて前記受信したパケットを転送する転送部と、を有する基地局であって、
前記基地局制御部は、
ひとつの受信周期を複数のセグメントに分割し、各セグメント毎にユニークなセッションＩＤを設定して、前記端末にセッションＩＤを固定して割り当てるか否かを判定する送信頻度閾値を前記端末に送信し、前記端末から前記セッションＩＤを固定化する要求を受け付けたときに前記セッションＩＤとセグメントを固定化して割り当て、
前記セッションＩＤと前記セグメントに対応して前記端末が送信する前記パケットのヘッダ情報を変換情報として保持し、
前記端末から受信した前記パケットから前記セッションＩＤを抽出し、前記パケットを受信した前記受信周期から前記セグメントを特定し、前記抽出したセッションＩＤと前記特定したセグメントで前記変換情報を検索して前記セッションＩＤとセグメントが一致するヘッダ情報を取得し、前記パケットのデータと前記ヘッダ情報から新たなパケットを生成するヘッダデコンプレッションを実行し、前記生成した新たなパケットを前記転送部から送信することを特徴とする基地局。
請求項８に記載の基地局であって、
前記基地局制御部は、
前記送信頻度閾値を格納する閾値管理情報を有し、
前記閾値管理情報は、
全ての前記セグメントの固定化したセッションＩＤの払い出し数の変化に応じた前記端末の送信頻度閾値を格納し、
前記基地局制御部は、
前記端末に前記送信頻度閾値を送信することを特徴とする基地局。
所定のデータを測定するデータ測定部と、
基地局と無線通信を行う第１の無線通信部と、
前記データを含むパケットを生成して前記第１の無線通信部に前記パケットの送信を指令する端末制御部と、を有して位置が固定された端末であって、
前記端末制御部は、
前記基地局の受信周期を複数に分割したセグメントと、各セグメント毎にユニークなセッションＩＤを当該端末にセッションＩＤを固定して割り当てるか否かを判定する送信頻度閾値を前記基地局から受信し、当該端末が前記パケットを送信する頻度が、前記基地局から受信した送信頻度閾値以上になると、前記基地局へセッションＩＤを固定化する要求を送信し、前記基地局から割り当てられた前記セグメントとセッションＩＤを保持し、前記セッションＩＤと前記測定したデータを含むパケットを生成してヘッダコンプレッションを実行し、前記割り当てられたセグメントに対応する前記受信周期になると前記生成したパケットを前記基地局に送信することを特徴とする端末。
所定のデータを測定するデータ測定部と、
基地局と無線通信を行う第１の無線通信部と、
前記データを含むパケットを生成して前記第１の無線通信部に前記パケットの送信を指令する端末制御部と、を有して位置が固定された端末であって、
前記端末制御部は、
前記基地局の受信周期を複数に分割したセグメントと、各セグメント毎にユニークなセッションＩＤを前記基地局から固定化して割り当てられた後、前記割り当てられた前記セグメントとセッションＩＤを保持し、前記セッションＩＤと前記測定したデータを含むパケットを生成してヘッダコンプレッションを実行し、前記割り当てられたセグメントに対応する前記受信周期になると前記生成したパケットを前記基地局に送信し、
当該端末が前記パケットを送信する頻度が、前記基地局から受信した送信頻度閾値未満になると、前記基地局へセッションＩＤを解放する通知を送信することを特徴とする端末。