本実施の形態は、複数のバックホール回線の各々を介して一つ以上の異なるRATとそれぞれ接続する複数の基地局の間で、無線端末が無線ベアラを介して接続すべき基地局を無線網内のポリシー制御サーバが切り替える仕組みを開示する。具体的には、本実施の形態はまず最初に、複数の基地局の各々が接続するバックホール回線の回線容量、回線種別、実効スループットおよび通信遅延などを記述する情報を無線網内に設置されたポリシー制御サーバが各基地局から収集する。そのために、当該ポリシー制御サーバは無線網内の複数の基地局に対して上述したバックホール回線に関する情報の報告を要求し、当該要求への各基地局からの応答として各基地局が接続するバックホール回線に関する情報を各基地局から受け取る。続いて、本実施の形態は、無線網内の各無線端末が報告するトラフィック伝送特性を収集し、各無線端末が通信中の基地局毎に前記報告されたトラフィック特性を集約した基地局毎のトラフィック特性情報を生成する。続いて、本実施の形態は、複数の基地局から収集したバックホール回線に関する情報と上述した基地局毎のトラフィック特性情報に基づいて、前記無線端末が各基地局に接続した場合のバックホール回線毎のオフロード効果を評価する。最後に本実施の形態は、バックホール回線毎のオフロード効果を無線網全体に渡って総合的に評価し、当該総合的な評価に基づいて各無線端末が無線ベアラを介して接続すべき基地局を選択する。
なお、基地局毎のバックホール回線種別やバックホール回線の負荷状態などに関する情報は、無線網内部のネットワーク構成やネットワーク稼働状況に関する情報に相当する。このようなネットワーク構成やネットワーク稼働状況に関する情報をネットワーク全体にわたって収集し、無線端末と通信相手ノードとの間のエンド・ツー・エンド通信に対する適切な通信経路制御を行う技術の例として、例えば、特許文献3に開示されるようなポリシー制御技術が知られている。無線端末が無線ベアラの接続先を複数の異なるRATの間で切り替える動作は、当該無線端末と通信相手との間の通信経路の取捨選択を不可避的に伴うから、上述したポリシー制御は通信経路ポリシー制御の一形態である。そこで、本実施の形態では、無線端末上での無線ベアラ接続先RATの切り替えを、基地局毎のバックホール回線の回線種別や負荷状態などのような無線網内のネットワーク構成やネットワーク稼働状況に応じた形で制御する仕組みとして通信経路ポリシー制御の仕組みを採用する。
以下、図面を使用して、本実施の形態について具体的に説明する。以下の説明においては、まず、本実施の形態が実現される無線通信システムのネットワーク構成と当該無線通信システム内においてユーザが使用する無線端末のハードウェア構成を図1および図2を使用して説明する。続いて、図1に示すネットワーク構成および図2に示す無線端末の装置構成を前提として本実施の形態が実現するポリシー制御の概要を、従来技術におけるポリシー制御との間の相違点を中心に説明する。続いて、図1を使用して、本実施の形態に係るポリシー制御の仕組みを図1に示すネットワーク構成と図2に示す無線端末の上でそれぞれ実現するための機能モジュール構成を説明する。続いて、本実施の形態に係るポリシー制御の動作の流れと共に、無線端末が当該ポリシー制御動作と連携しながら、端末消費電力を節約するような態様で、異なるRATに対応する複数の無線ベアラの切り替えや同時並列アクセスを制御する仕組みを説明する。最後に、本実施の形態に従って、多数の無線端末から同一RATに対するアクセスや接続要求の集中を防止するような態様で、無線端末が、上述したポリシー制御機構と連携しながら、異なるRATに対応する複数の無線ベアラの切り替えや同時並列アクセスを制御する仕組みを説明する。
<1>本実施の形態に係る無線通信システムのネットワーク構成
以下、図1を使用して、本実施の形態に係る無線通信システムのネットワーク構成を説明する。図1の無線通信システムは、UE10、一つ以上の無線アクセス網40A〜40C、無線アクセス網40A〜40Cとコア網ゲートウェイ61〜62を介して接続された一つ以上のコア網(CN: Core Network)51/52、コア網51/52とPDNゲートウェイ71/72を介して接続されたインターネット網80およびインターネット網80に接続されたサーバ20から構成される。
無線アクセス網40A〜40Cは、無線通信を介したコア網への無線アクセス経路をUE10に対して提供するネットワークであり、無線アクセス網40A〜40Cの各々は、互いに異なるRATに基づくことが可能である。例えば、無線アクセス網40Aは、3GPPが標準化を進めるE−UTRAN標準に基づいたLTE網とすることが出来、無線アクセス網40Bは、IEEE802.16e標準に基づいたWiMAX網とすることが出来、無線アクセス網40Cは、Wi−Fiのような無線LAN網とすることが出来る。なお、無線アクセス網40Cは、一つ以上の無線LANアクセス・ポイントとそれらを結ぶイーサネット・ハブ、ブロードバンド・ルータおよびケーブルモデム等から構成されることが可能である。
コア網51および52は、無線通信サービス提供事業者内において多数のルータ機器やネットワーク制御用サーバ機器を高速回線で接続することによって形成され、UEのインターネットへの接続(E−UTRANのコア網においてはP−GW(PDN-Gateway)の機能に相当する)、UEの端末モビリティ管理(E−UTRANのコア網においてはMMEの機能に相当する)またはUEの通信サービス認証(E−UTRANのコア網においてはHSSの機能に相当する)などの機能を実行する。例えば、コア網51は、無線アクセス網40Aおよびコア網ゲートウェイ61を介してUE10から無線アクセスが可能である。他方、コア網52は、無線アクセス網40Bおよびコア網ゲートウェイ62を介してUE10から無線アクセスが可能である。図2には示されていないが、2つ以上の異なる無線アクセス網を介して同一のコア網に無線アクセスすることも可能である。
ISP網53は、無線LAN網40Cをルータ網(PDN: Packet Data Network)54に接続するためのFTTH(Fiber-To-The-Home)回線、DSL(Digital Subscriber Line)回線、LAN間接続広域網、広域イーサネット等とすることが可能である。
PDNゲートウェイ71/72は、コア網51/52をルータ網(PDN: Packet Data Network)54にそれぞれ接続し、これにより、コア網51/52は、ルータ網(PDN: Packet Data Network)54を経由してインターネット網80との間でトラフィックを通信することが可能となる。コア網51がE−UTRAN標準に基づいて構成されている場合には、PDNゲートウェイ71は、P−GW(PDN-Gateway)とすることが可能である。
ルータ網(PDN: Packet Data Network)54は、コア網51/52とインターネット網80との間およびISP網53とインターネット網80との間に介在するパケット交換型のネットワークであり、無線通信事業者網間でのローミング・トラフィックの転送制御も提供する。
図1に示すネットワーク構成において、無線網内の通信に対するポリシー制御動作を管理するポリシー制御サーバをコア網51/52内、ルータ網(PDN: Packet Data Network)54内またはインターネット網80内に設置することが可能である。コア網51/52が3GPPリリース7の規定に従って構成されている場合、当該ポリシー制御サーバはコア網51/52内のP−GW(PDN-Gateway)の機能の一部として実装することが可能である。この場合、P−GW(PDN-Gateway)は図1のコア網51内に設置された外部接続ゲートウェイ71としても良い。なお、本実施の形態に係るポリシー制御サーバは特定のコア網や特定の無線アクセス網に限定されないポリシー制御を実行する。そのため、当該ポリシー制御サーバが例えば、コア網51内に設置されている場合であっても、当該ポリシー制御サーバは、インターネット網80を介して他のコア網内のネットワーク機器との間でポリシー制御に関する通信を実行することが可能である。また、当該ポリシー制御サーバがインターネット網80内に設置される場合、当該ポリシー制御サーバは、コア網51/52との間でポリシー情報を通信するためにTCP/IPプロトコル層構造と互換性を有するCOPS(Common Open Policy Service)プロトコルを使用しても良い。また、コア網51内に設置されたポリシー制御サーバがインターネット網80を介して他のコア網52内のネットワーク機器との間でポリシー情報を通信するために、TCP/IPプロトコル層構造と互換性を有するCOPS(Common Open Policy Service)プロトコルを使用しても良い。
図1において、無線ベアラ30Aは、UE10をLTE網である無線アクセス網40Aに接続する無線接続手段である。同様に、無線ベアラ30Bは、UE10をWiMAX網である無線アクセス網40Bに接続する無線接続手段である。無線ベアラ30Cは、UE10をWi−Fi網である無線アクセス網40Cに接続する無線接続手段である。
図1において、UE10は、無線ベアラ30A〜30Cのいずれか一つ以上を使用して、無線アクセス網40A〜40Cのいずれか一つ以上と無線接続する。続いて、UE10は、無線アクセス網、コア網51/52およびインターネット網80を経由してサーバ20との間でTCP/IPに基づくエンド・ツー・エンド通信を行う。
なお、UE10から、無線ベアラ30A〜30Cのいずれか一つ以上を使用して、無線アクセス網40A〜40Cのいずれか一つ以上と無線接続するには、無線アクセス網40A〜40Cの各々の配下にある複数の基地局または無線アクセス・ポイントのいずれかを網接続ポイントとして接続する必要が有る。本明細書においては、これら複数の基地局または無線アクセス・ポイントの各々からそれらを配下に有する無線アクセス網40A〜40Cを経由してコア網51/52に至る多種多様な物理的通信経路を総称してバックホール回線と呼ぶ。すなわち、無線アクセス網40A〜40Cの各々の配下にある複数の基地局の各々は、基地局毎に専用のバックホール回線を介して無線アクセス網40A〜40Cおよびその背後にあるコア網51/52と接続されている。
<2>本実施の形態において使用されるUEのハードウェア構成
以下、図2を使用して、本実施の形態に係る無線通信システム内において使用されるUE10のハードウェア構成を説明する。
図2において、UEは、無線信号を送受信するアンテナ101、アンテナ101と接続された無線インターフェース102a〜102n、メモリ103、制御プロセッサ104、制御プロセッサ104との間で入出力データをやり取りしながらユーザとUE10との間のユーザ・インターフェースを制御するユーザ入出力装置105、およびUE10の設定パラメータなどを記憶する永続的な記憶媒体であるストレージ106およびバス107から構成される。上述したメモリ103、制御プロセッサ104、ユーザ入出力装置105、およびストレージ106は、バス107を介して相互に接続されている。
無線インターフェース102a〜102nの各々は、受信したRF信号を周波数ダウンコンバートしてデジタル化し、復調し、そして復号化することにより、デジタル情報に変換して後続の情報処理のために提供する。これとは逆に、無線インターフェース102a〜102nの各々は、UE10内で生成されたデジタル情報を、符号化し、変調し、そして周波数アップコンバートすることによりRF信号に変換して無線送信のためにアンテナ101に提供する。無線インターフェース102a〜102nの各々は、LTE、WiMAXまたは無線LANなどのような複数の異なる種類のRATに対応した信号処理を実行可能となるように構成されている。すなわち、無線インターフェース102a〜102nの各々は、n種類のRATの各々と一対一に対応する。例えば、無線インターフェース102aは、LTE網に対応した無線信号の送受信処理を実行可能に構成され、無線インターフェース102bは、WiMAX網に対応した無線信号の送受信処理を実行可能に構成され、無線インターフェース102cは、無線LAN網に対応した無線信号の送受信処理を実行可能に構成されている。
メモリ103は、無線インターフェース102a〜102nが後述する制御プロセッサ104との間でやり取りするデジタル情報やUE10全体を制御するプログラムなどを記憶する。
制御プロセッサ104は、メモリ103からプログラムを読み出してUE10全体の制御、無線インターフェース102a〜102nを介してアンテナ101から送信されるデジタル情報の生成、無線インターフェース102a〜102nを介してアンテナ101から受信したデジタル情報の更なる処理などを実行する。
制御プロセッサ104は、無線インターフェース102a〜102nの中のいずれか一つ以上を選択的にイネーブルし、バス107を介して当該イネーブルされた無線インターフェースのみを介してデジタル情報をやり取りすることにより、特定のRATを選択的に使用して通信することが出来る。また、制御プロセッサ104は、無線インターフェース102a〜102nの全てをイネーブルし、バス107を介して全ての無線インターフェース102a〜102nを介してデジタル情報をやり取りすることにより、同時利用可能な全てのRAT(無線アクセス網)を同時に使用して通信することが出来る。
ユーザ入出力装置105は、UE10上に設けられた画面表示ディスプレイやキーパッドと制御プロセッサ104との間で入出力データのやり取りを行うと同時に、ユーザとUE10の間のユーザ・インターフェースの制御を行う。加えて、ユーザ入出力装置105は、UE10上に設けられた画面表示ディスプレイやキーパッドのデバイス状態や入出力ステータスが変化した際に、バス107を介して当該変化と関係付けられた割り込み処理を制御プロセッサ104に対して指示する。このような割り込み制御を可能とするために、ユーザ入出力装置105は、自身が管理する画面表示ディスプレイやキーパッドなどの入出力デバイス状態を電気的にモニタリングする機能を備えている。
<3>無線通信システム内における通信経路のポリシー制御の概要
ポリシー制御におけるポリシーは、運用ポリシーと機器設定ポリシーの2種類に大別される。運用ポリシーは無線網のネットワーク運用管理者が定めた網運用指針を記述するもの、無線網上で実行される個々の通信アプリケーション毎に、当該通信アプリケーションが要求する通信サービスの機能や品質を記述するもの等である。また運用ポリシーは、無線端末の通信制御機能の中でユーザが選択したい機能を記述するものであっても良い。他方、機器設定ポリシーは、運用ポリシーを無線網内の個々のネットワーク機器の動作に反映させるために、ポリシー制御の主体が運用ポリシーを解析した結果から生成するものであり、ポリシー制御主体によって個々のネットワーク機器に対して設定されるポリシーである。
無線端末が無線網を経由して通信するトラフィック・フローに対してポリシーに基づく通信経路制御を行う場合、ポリシー制御動作の各々は、判断段階と施行段階とに分けられる。判断段階は、無線端末側または無線網側からの要求によって開始され、無線端末側または無線網側から受信したトラフィック・フロー記述情報や無線網内のネットワーク機器の稼動情報に基づいて、当該トラフィック・フローに適用すべきポリシーの具体的内容を判断する。施行段階は、判断段階において決定されたポリシーの具体的内容を無線端末または無線網内のいずれか一つ以上のネットワーク機器に設定し、設定されたポリシーに従ってトラフィック・フローを転送するように、当該無線端末または当該ネットワーク機器に対して指示する。
上述したポリシー制御動作を無線網内において実装するためには、(1)ポリシー制御の対象となるネットワーク機器上において、外部から受信した機器設定ポリシーにより設定されたポリシー内容に従って、トラフィック・フローを転送するためのポリシー実施機能を実装し、さらに(2)無線網内において、ポリシー制御の対象となるネットワーク機器に対して設定すべき機器設定ポリシーを運用ポリシーの解析結果と状況に応じて判断し、当該ネットワーク機器に対して当該判断した機器設定ポリシーを設定するポリシー制御機構を実装することが必要となる。3GPPリリース7の規定によれば、3GPPコア網(図1のコア網51など)内において、ポリシー制御の対象となるネットワーク機器(図1のコア網ゲートウェイ61〜63など)に対して設定すべき機器設定ポリシーを運用ポリシーと状況に応じて判断する主体は、PCRF(ポリシーおよび課金ルール機能)であり、ネットワーク機器に対して当該判断した機器設定ポリシーを設定する主体は、PCEF(ポリシーおよび課金施行機能)である。PCRFおよびPCEFは、コア網(図1のコア網51など)内においてポリシー制御機構を実装するポリシー制御サーバ(図1の外部接続ゲートウェイ71/72など)の機能として実現することが出来る。
<4>本実施の形態に係る第1実施例
以下、図3を参照しながら、図1に示すネットワーク構成と図2に示す無線端末の装置構成を前提として無線ベアラ接続先RATの切り替え制御を行うための第1実施例について説明する。
第1実施例におけるポリシー制御の仕組みは以下の構成(i)および(ii)を具備する。
(i)無線網側から供給されるポリシーを参照しながら、無線端末(UE)10上において異なるRATにそれぞれ接続する複数の無線ベアラの切り替えや同時並列アクセスを制御する無線端末(UE)10側の仕組み。
(ii)無線端末(UE)10に対して供給するポリシーを決定し、当該決定されたポリシーを無線網から無線端末内に設定する無線網側のポリシー制御機構。
図1に示したネットワーク構成においては、上記(ii)のポリシー制御機構は、コア網51/52内またはインターネット網80内に設置されたポリシー制御サーバが実行する機能として実装することが可能である。上述した(i)および(ii)の仕組みの詳細については後述する。
(4−1)ポリシー制御の全体構成の概観
図3において、上記(ii)で述べた無線網側のポリシー制御機構に相当するポリシー制御機構200は、バックホール設定部210および外部情報取得部220の2つの機能モジュールから構成される。バックホール設定部210および外部情報取得部220は、無線網内に設置されたポリシー制御サーバが、専用のサーバ・ソフトウェアを実行することにより実現される。図3に示すポリシー制御機構200は特定の無線コア網や特定の無線アクセス網に限定されない共通のポリシー制御の仕組みを、無線端末(UE)10から利用可能な全ての無線網に対して提供する。そのため、ポリシー制御機構200を実装するポリシー制御サーバはインターネット網80や特定の無線コア網から独立したルータ網(PDN(Packet Data Network))54の中に設置するのが好適である。ポリシー制御サーバが特定のコア網内に設置される場合は、当該ポリシー制御サーバは、他のコア網内のポリシー設定対象機器との間でCOPSプロトコルなどを使用してポリシー情報のやり取りをする。
ポリシー制御機構200は、無線ベアラ1、無線ベアラ2、…、無線ベアラNを介して無線端末(UE)10と接続されており、無線ベアラ1〜無線ベアラNを介したN本の無線通信経路は、それぞれN個の異なる無線アクセス網(第1のRAT〜第NのRAT)を経由し、さらにそれら無線アクセス網の背後にある一つ以上の無線コア網のいずれかを経由する。ポリシー制御機構200が特定の無線ベアラと関連した機器設定ポリシーを無線端末(UE)10に設定する際には、当該特定の無線ベアラを介して当該機器設定ポリシーを配信する。図3においては、無線ベアラ1〜無線ベアラNがそれぞれ接続する無線アクセス網を、それらの背後にある無線コア網とまとめた形で、無線網3001〜無線網300nとして図示している。例えば、図3の無線網3001は、LTE網などのセルラー無線網とその背後にある無線コア網とを一体的に図示するものであり、図3の無線網300nは、無線LANとその背後にある無線コア網とを一体的に図示するものである。無線端末10が第1のRAT〜第NのRATにそれぞれ対応する複数の異なる無線アクセス網に接続するには、各無線アクセス網の配下にあって網接続ポイントとして機能する基地局のいずれか(例えば図3において基地局または無線アクセス・ポイントとして示す無線局90A〜90Dおよび91など)を介して接続しなくてはならない。無線アクセス網及びその背後のコア網の配下にあって網接続ポイントとして機能する各基地局とこれらの無線アクセス網やコア網との間はバックホール回線によって接続されている。本明細書における以下の説明では、無線アクセス網及びその背後のコア網の配下にあって網接続ポイントとして機能する各基地局とこれらの無線アクセス網やコア網との間を接続する個別の物理回線のことを単に「バックホール回線」と呼ぶ。そなわち、無線アクセス網及びその背後のコア網の配下にあって網接続ポイントとして機能する複数の基地局の各々は、基地局毎に専用の「バックホール回線」を経由して上述した無線アクセス網やコア網と接続されている。例えば、図3において基地局または無線アクセス・ポイントとして示す無線局90A〜90Dおよび91は、図3のバックホール回線1〜バックホール回線5をそれぞれ経由して無線網3001〜無線網300nのいずれかと接続されている。図3において、バックホール回線1およびバックホール回線2は、LTE網である無線網3001と基地局91および基地局90Aをそれぞれ接続する3G網回線またはLTE網回線である。また、図3において、バックホール回線3は、基地局90BをLTE網である無線網3001と接続し、さらに、無線LANのバックホール網として機能するモバイルIP網(図3の無線網300n)にも接続するSIPTO(Selected IP Traffic Offload)接続である。また、バックホール回線4およびバックホール回線5は、基地局90Cおよび基地局90Dを無線LANのバックホール網として機能する無線網300nにそれぞれ接続するメタル回線と光ファイバー回線である。
(4−2)無線網側のポリシー制御機構200の機能モジュール構成
次に、ポリシー制御機構200の機能モジュール構成を以下のとおりに説明する。
バックホール設定部210は、異なるRATに接続する複数の無線ベアラを無線端末(UE)10が取捨選択する動作をポリシーに基づいて制御するために、当該無線端末に対して所定の機器設定ポリシーを設定する。この時、異なるRATに接続する複数の無線ベアラを無線端末上で取捨選択する動作は、無線ベアラから同時接続可能な複数の基地局のそれぞれの背後に有るバックホール回線の回線種別や負荷状態に応じて制御される。当該無線端末に対する機器設定ポリシーの設定は、以下のようにして達成される。まず最初に、当該ポリシー制御サーバが当該無線端末に対してCOPSプロトコルなどのポリシー伝達プロトコルを使用して設定すべき機器設定ポリシーの内容を送信する。続いて、当該無線端末内のポリシー実施機構が、当該送信された機器設定ポリシーの内容に従って、自身の動作制御パラメータなどを設定変更する。
バックホール設定部210は、取得情報分析部211とポリシー配信部212とから構成される。取得情報分析部211は、無線網のネットワーク運用管理者が手動で設定した運用ポリシーや無線網を構成する多数のネットワーク機器から収集したネットワーク機器情報を分析して個々の無線端末(UE)10に設定すべき機器設定ポリシーの内容を決定する。ポリシー配信部212は、無線ベアラ1〜無線ベアラNのいずれか一つ以上を介して無線端末(UE)10と接続される。ポリシー配信部212は、取得情報分析部211が決定した機器設定ポリシーをポリシー制御対象となる無線端末に設定するために、無線端末(UE)10に対して当該決定された機器設定ポリシーを、無線ベアラ1〜無線ベアラNのいずれか一つ以上を介して配信する。
外部情報取得部220は、ネットワーク情報取得部221、オペレーター・ポリシー取得部222および端末位置情報取得部223から構成される。
ネットワーク情報取得部221は、無線網内の各ネットワーク機器からその機器の現在の稼動状態や現在の通信能力に関するネットワーク機器情報を収集する。例えば、ネットワーク情報取得部221は、無線ベアラ1〜無線ベアラNがそれぞれ接続する無線網3001〜無線網300nを構成するルータ機器やネットワーク機器から、その機器の構成、機能、稼働状況および通信性能に関するネットワーク機器情報を収集する。
また、ネットワーク情報収集部221は、外部ベアラ設定部210を介して、無線網に接続中の多数の無線端末10から無線端末毎のトラフィック伝送特性を記述する情報を収集する。この場合、上述したトラフィック伝送特性の例としては、通信アプリケーション種別毎の各無線端末によるトラフィック送受信タイミングの所定の時系列パターン、通信アプリケーション種別毎に各無線端末がトラフィック伝送を要求する頻度、端末上で実行される通信アプリケーションによる接続要求のタイミングや頻度、または通信アプリケーション種別毎に各無線端末がトラフィック伝送のために要求する通信帯域幅などが考えられる。また、無線端末毎のトラフィック伝送特性を記述する情報には、当該トラフィック伝送特性に対応する通信アプリケーション種別の識別情報も含まれている。ネットワーク情報収集部221により収集された無線端末毎のトラフィック伝送特性は、後述する方法により、無線端末から複数のバックホール回線への通信要求を多数の無線端末間で調整するために分析処理される。この分析処理により、多数の無線端末の各々について複数のバックホール回線に対する接続機会のスケジューリングが生成され、各無線端末が当該スケジューリングに従ってバックホール回線上での通信を実行することにより、特定のバックホール回線に通信要求が偏るのを防止することができる。
オペレーター・ポリシー取得部222は、無線網のネットワーク運用管理者が手動で設定した運用ポリシーを取得する。
端末位置情報取得部223は、無線網内の端末モビリティ管理ノードから各無線端末の位置情報を取得する。各無線端末の位置情報は、各無線端末が、無線網全体を構成する複数の無線アクセス網の中のいずれに対して接続中であり、当該無線アクセス網を構成する複数の基地局の中のいずれを介して当該無線アクセス網に接続中であるかに関する情報を含む。言い換えると、各無線端末の位置情報は、各無線端末が、無線網全体を構成する複数のRATの中のいずれの配下にあるどの通信セルに在圏しているかを示す情報を含む。端末モビリティ管理ノードとは、例えば、3GPPコア網(Evolved Core Network)内においてMME機能を実装する網管理サーバやゲートウェイ装置のように、コア網の配下にある一つ以上の無線端末の各々に関する上述した位置情報や端末ネットワーク・アドレスの割り当てを管理する網管理エンティティである。
外部情報取得部220は、ネットワーク情報取得部221とオペレーター・ポリシー取得部222がそれぞれ取得したネットワーク機器情報、運用ポリシーおよび端末位置情報を取得情報分析部211に伝達する。
(4−3)無線端末(UE)10側の機能モジュール構成
次に、図3における無線端末(UE)10側の機能モジュール構成について説明する。この機能モジュール構成は、無線網側から供給されるポリシーを参照しながら、無線端末(UE)10上において異なるRATにそれぞれ接続する複数の無線ベアラの切り替えや同時並列アクセスを制御するための上記(i)の仕組みに相当する。無線端末(UE)10側の機能モジュール構成は、ベアラ切替部110およびバックホール情報取得部120の2つの機能モジュールから構成される。無線端末(UE)10側の上述した機能モジュールは、無線端末(UE)10内の制御プロセッサ104が、ストレージ106からメモリ103上に読み込んだ専用のソフトウェア・プログラムを実行することによって実現される。
ベアラ切替部110は、無線端末10から同時アクセス可能な複数のRATにそれぞれ接続する無線ベアラ1〜無線ベアラNの中から無線端末10が通信するために使用する一つ以上の無線ベアラを取捨選択する機能を実行する。ベアラ切替部110は、無線ベアラ1〜無線ベアラNの中から無線端末10が通信するために使用する単一の無線ベアラを選択する。代替的な実施態様として、無線端末10が無線網に接続するために、2つ以上の無線ベアラが選択される場合には、ベアラ切替部110は、当該2つ以上の無線ベアラ上で通信するトラフィック量を当該2つ以上の無線ベアラの間で最適に配分する動作を実行する。この時、ベアラ切替部110が上述のとおり実行する無線ベアラの選択、および当該選択された無線ベアラ間でのトラフィック最適配分は、オフロード効果を最大化するような基準に従って実行される。この場合のオフロード効果とは、同一バックホール回線に対する無線端末からの通信要求を無線端末間で調整した結果として生じるオフロード効果である。具体的には、多数の無線端末からの通信要求が集中しているバックホール回線から他のバックホール回線へと無線端末のトラフィック負荷がオフロードされることにより、負荷の重いバックホール回線における通信負荷が軽減される度合いである。
ベアラ切替部110は、まず最初に、後述する基地局接続スケジューリング情報に従って、同時接続可能な複数の基地局にそれぞれ接続する無線ベアラ1〜無線ベアラNの中から無線端末10が通信に使用する一つ以上の無線ベアラを取捨選択する動作を時系列的に実行する。ベアラ切替部110は、端末トラフィックの送受信のために選択された無線ベアラを介して上りリンク信号を送信し、下りリンク信号を受信する。代替的にベアラ切替部110は、まず最初に、無線端末10から同時アクセス可能な複数のRATにそれぞれ接続する複数の無線ベアラの各々についてバックホール回線上での上述したオフロード効果を評価する。その上で、ベアラ切替部110は、無線ベアラ毎に評価したオフロード効果の評価値に基づいて、無線ベアラ毎に伝送可能な情報信号のビット数を割り当てる。続いて、ベアラ切替部110は、各無線ベアラを介して、各無線ベアラに割り当てたビット数だけ上りリンク信号を送信する。なお、ベアラ切替部110は、無線ベアラ1〜無線ベアラNの一つ以上を介して下りリンク信号を無線網側から受信する場合にも、上記と同様の制御を行う。この時、無線ベアラ1〜無線ベアラNの中で、上りリンク信号または下りリンク信号の送受信のために選択されない無線ベアラに関しては、ベアラ切替部110は、伝送可能な情報信号のビット数として0ビットを割り当てることにより、当該無線ベアラを選択対象から外すことができる。以上のようにして、ベアラ切替部110は、上述したオフロード効果を最大化するような態様で、複数の無線ベアラ間での上りリンクおよび下りリンクのトラフィック配分を最適化する。
バックホール情報取得部120は、無線ベアラ1〜無線ベアラNの中から通信に使用する単一の無線ベアラを選択する機能を実行開始するタイミングをベアラ切替部110に対して指示する。代替的な実施態様として、バックホール情報取得部120は、無線ベアラ1〜無線ベアラNの中から通信に使用する一つ以上の無線ベアラの間でトラフィックの最適配分を実行開始するタイミングをベアラ切替部110に対して指示する。バックホール情報取得部120は、ベアラ切替部110による無線ベアラ間の取捨選択動作の実行を上述した基地局接続スケジューリング情報に従って指示する。
また、バックホール情報取得部120は、無線端末10に関するトラフィック伝送特性を推定し、当該推定されたトラフィック伝送特性を記述する情報を生成し、ベアラ切替部110を介して当該情報を無線網側のポリシー制御機構200に送信する。この時、バックホール情報取得部120は、当該トラフィック伝送特性を記述する情報の中に、当該トラフィック伝送特性に対応する通信アプリケーション種別の識別情報を追記した上で、当該トラフィック伝送特性を記述する情報をポリシー制御機構200に送信する。同時に、バックホール情報取得部120は、基地局接続スケジューリング情報を無線網側のポリシー制御機構200から受信し、上述した基地局接続スケジューリング情報に従って、ベアラ切替部110による無線ベアラ間の取捨選択動作の実行を指示する。この基地局接続スケジューリング情報は、同時接続可能な一つ以上の基地局に対して無線端末10が接続して通信するための機会の時系列的な割り当てを記述する。同時接続可能な一つ以上の基地局に対する上述した接続機会の割り当ては、無線網側のポリシー制御機構200が決定する。ポリシー制御機構200による上述した接続機会の割り当ては、無線端末から複数の基地局への接続タイミングや通信リソース要求を無線端末間で調整することにより、多数の無線端末から特定のバックホール回線への通信負荷が偏るのを防止するような態様で実行される。
図3に示すとおり、バックホール情報取得部120は、バックホール情報分析部121、内部情報取得部122およびポリシー受信部123から構成される。
バックホール情報分析部121は、内部情報取得部122から内部情報を受け取り、当該内部情報に基づいて無線端末10に関するトラフィック伝送特性を通信アプリケーション種別毎に推定する。内部情報とは、無線端末10の動作中に無線端末10上において生じた通信イベントを内部情報取得部122がログ情報として記録したものであり、無線端末10上でのパケット送受信時刻や送受信されたパケットのサイズに関する記録を含む。
また、バックホール情報分析部121は、無線網側のポリシー配信部212が配信した機器設定ポリシーをポリシー受信部123を介して受け取り、当該機器設定ポリシーから上述した基地局接続スケジューリング情報取り出し、上述した基地局接続スケジューリング情報に従って、ベアラ切替部110による無線ベアラ間の取捨選択動作の実行を指示する。
内部情報取得部122は、無線端末10の通信ログを記録し、無線端末10内部の通信性能、通信設定、通信品質(無線信号の受信品質)および通信状態などを計測し、当該通信ログおよび当該計測の結果を内部情報として内部に記憶しておく。そして内部情報取得部122は、当該記憶しておいた内部情報をアクティベート部113からの要求に応じてトラフィック特性情報分析部121に伝達する。内部情報取得部122が、無線端末10内部の通信性能、通信設定、通信品質(無線信号の受信品質)および通信状態などを計測する動作は、以下のように実現することが出来る。例えば、無線端末10内において、内部情報取得部122を実行中の制御プロセッサ104(図3)が、メモリ103(図3)上に常駐するオペレーティング・システムによって提供される通信動作モニタリング用のAPIを呼び出して実行することにより上述した計測を行える。内部情報取得部122からトラフィック特性情報分析部121に伝達されたこの内部情報は、トラフィック特性情報分析部121が無線端末10に関するトラフィック伝送特性を推定するために使用される。
ポリシー受信部123は、無線網側のポリシー制御機構200が生成した機器設定ポリシーをポリシー配信部212から受信し、当該受信した機器設定ポリシーをバックホール情報分析部121に渡す。
(4−4)ポリシー制御動作の流れ
以下、図3〜図4を参照しながら、図3に示された無線網側と無線端末側の機能モジュール群が互いに連携してポリシー制御動作を実現する際の動作の流れを説明する。なお、図3の無線網3001は、LTE網などのセルラー無線網とその背後にあるコア網とを一体的に図示するものであり、図3の無線網300nは、無線LANとその背後にあるコア網とを一体的に図示するものである。図3の無線網3001は、バックホール回線1を介して基地局の機能を兼ねたBTS91に接続され、バックホール回線2を介して基地局90Aと接続され、バックホール回線3を介して基地局90Bと接続される。同様に、図3の無線網300nは、バックホール回線4を介して基地局90Cと接続され、バックホール回線5を介して基地局90Dと接続される。本実施例において、基地局90A〜90Dおよび91を含む複数の基地局や無線アクセス・ポイントの各々は、セルIDやSSIDによって識別されることが可能である。また、代替的な実施態様として、個々のバックホール回線および当該回線に接続する無線アクセス・ポイントをBSSIDによって識別することも可能である。
(4−4−1)ポリシー制御機構200側の動作の流れ
まず、外部情報取得部220内のネットワーク情報取得部221は、無線網3001〜300n内において無線ベアラ1〜無線ベアラNに接続する通信経路上に位置する全てのルータ機器やネットワーク機器の機器稼動情報を収集する。同時に、ネットワーク情報取得部221は、無線網3001〜300nと複数のバックホール回線を介してそれぞれ接続する複数の基地局の各々から、基地局毎のバックホール回線に関して、回線種別、回線容量および同時サポート可能な最大接続数を記述する情報を収集する。図3の記載に基づいて具体例を説明するならば、外部情報取得部220内のネットワーク情報取得部221は、無線網3001〜無線網300nと複数のバックホール回線を介してそれぞれ接続する複数の基地局90A〜90Dおよび91に対してバックホール回線に関する情報の報告を要求する。この報告要求は、ネットワーク情報取得部221からバックホール設定部210および無線網3001〜無線網300nを経由して複数の基地局90A〜90Dおよび91の各々に配信される。これに応答する形で、複数の基地局90A〜90Dおよび91の各々は、自局と無線網3001〜無線網300nとの間を接続するバックホール回線の回線種別、回線容量および同時サポート可能な最大接続数を記述する情報をネットワーク情報取得部221に送信する。この際、各基地局は、基地局毎のバックホール回線に関する情報を自局のMACアドレスと関連付けてネットワーク情報取得部221に報告する。これにより、ネットワーク情報取得部221は、基地局毎のバックホール回線に関する情報を各バックホール回線が接続する基地局の装置識別情報と関連付けて無線網内から収集することが出来る。
これと並行して、ネットワーク情報取得部221は、バックホール設定部210を経由して無線網3001〜300n内に接続する多数の無線端末10の各々に対して、各無線端末上で推定された通信アプリケーション種別毎のトラフィック伝送特性を送信するよう要求する。すなわち、外部情報取得部220内のネットワーク情報取得部221は、バックホール設定部210を経由して各無線端末10に対してトラフィック伝送特性の報告要求を送信する。バックホール設定部210内のポリシー配信部212から無線網内に配信された上記の報告要求は、無線網3001〜300nの配下にあるセルラー基地局または無線アクセス・ポイントに一旦蓄積される。その後に、この報告要求は、当該セルラー基地局または無線アクセス・ポイントの通信カバレージ・エリア内に在圏する各無線端末10にブロードキャストされる。当該要求に応答する形で、各無線端末10は、自端末上で通信アプリケーション種別毎に計測されたトラフィック伝送特性を記述する情報を現在通信中の基地局または無線アクセス・ポイントに送信する。この際、各無線端末10が2つ以上の基地局のセル内に在圏しており、2つ以上の基地局と同時通信可能な場合には、同時通信可能な全ての基地局にトラフィック伝送特性を記述する情報を送信する。各無線端末10からトラフィック伝送特性を記述する情報を受信した基地局又は無線アクセス・ポイントは、バックホール設定部210を介して当該情報をネットワーク情報取得部221に転送する。なお、ネットワーク情報取得部221が各無線端末10からトラフィック伝送特性を収集する際、無線端末毎のトラフィック伝送特性は、各無線端末が接続中の基地局または無線アクセス・ポイントの識別子と対応付けて収集されなくてはならない。なぜなら、無線端末毎のトラフィック伝送特性は、各無線端末が接続中の基地局または無線アクセス・ポイントの上で多重化された形で無線網3001〜無線網300nから観測されるからである。従って、無線端末毎のトラフィック伝送特性と基地局毎のバックホール回線の未使用通信帯域幅を考慮して、各無線端末の通信要求を各基地局にスケジューリングするには、同一の基地局と通信中の一つ以上の無線端末から収集したトラフィック伝送特性を基地局単位で集約しなくてはならない。
また、無線端末毎のトラフィック伝送特性を表す情報は、無線端末10上での通信アプリケーション種別毎のトラフィック伝送特性を表す情報として、無線端末10内のバックホール情報分析部121により生成される。上述したトラフィック伝送特性の例としては、通信アプリケーション種別毎の各無線端末によるトラフィック送受信タイミングの所定の時系列パターン、通信アプリケーション種別毎に各無線端末がトラフィック伝送を要求する頻度、または通信アプリケーション種別毎に各無線端末がトラフィック伝送のために要求する通信帯域幅などが考えられる。
続いて、外部情報取得部220は、ネットワーク情報取得部221により多数の無線端末10から収集された各無線端末10のトラフィック伝送特性に関する情報をバックホール設定部210に出力する。同時に、外部情報取得部220は、ネットワーク情報取得部221により無線網内のネットワーク機器から収集されたネットワーク機器情報をバックホール設定部210に出力する。
さらに、これと並行して、オペレーター・ポリシー取得部222は、ネットワーク運用管理者から無線網の運用ポリシーを手動で入力されると、当該入力された運用ポリシーを取得情報分析部211に送信する。
続いて、バックホール設定部210内の取得情報分析部211は、ネットワーク情報取得部221から取得した無線網内のネットワーク機器の機器稼動情報およびオペレーター・ポリシー取得部222から取得した運用ポリシーに基づいて、網側情報を決定する。上述した網側情報の一例として、無線ベアラ1〜無線ベアラNをそれぞれ経由して無線端末10から無線網3001〜300nへと至る複数のバックホール回線の各々における未使用の通信帯域幅を推定した推定値を考える。この場合、取得情報分析部211は、以下の(S1)〜(S3)のようにして上記バックホール回線の各々における使用中の通信帯域幅に相当する実効スループットを推定することが可能である。
(S1)取得情報分析部211は、まず、一つ以上の無線通信事業者網に対応する無線網3001〜300nのそれぞれから収集したネットワーク機器情報を分析する。収集したネットワーク機器情報(例えば、網運用管理プロトコルSNMPによって規定されるMIB情報)は、無線網3001〜300nのそれぞれを構成するルータ機器やネットワーク機器の構成、機能、稼働状況および通信性能を表す。
(S2)続いて、取得情報分析部211は、当該分析の結果から、無線網3001〜300nを構成する無線アクセス網、コア網またはルータ網と各基地局との間の通信経路上での接続関係を導出する。例えば、取得情報分析部211は、上記(S1)の分析の結果から、無線網3001〜無線網300n内のルータ機器間の接続トポロジーや通信経路を流れるパケットの追跡情報を抽出することができる。そして、取得情報分析部211は、これらの抽出結果に基づいて無線網3001〜無線網300nを構成する無線アクセス網、コア網またはルータ網と各基地局との間の通信経路上での接続関係を導出することが可能である。
(S3)続いて、取得情報分析部211は、上記(S1)および(S2)の分析の結果から、無線ベアラ1〜無線ベアラNの各々を通る通信経路上にある無線アクセス網、コア網またはルータ網において、通信帯域幅を消費して得られる実効スループットを推定する。具体的には、各網を構成するルータ機器やネットワーク機器の現在のパケット転送レートからバックホール回線におけるエンド・ツー・エンドの実効スループットを推定することが出来る。
続いて、取得情報分析部211は、同時接続可能な複数の基地局の各々を介して基地局毎のバックホール回線に多数の無線端末10から接続するための接続機会を無線端末間でタイミング調整するためのスケジューリングを生成する。取得情報分析部211は、以下の情報に基づいて上述したスケジューリングを生成する。
(A1)ネットワーク情報取得部221が無線網内の多数のネットワーク機器から収集したネットワーク機器情報を元に、上述した(S1)〜(S3)の手順に従って推定したバックホール回線毎のエンド・ツー・エンドの実効スループット。
(A2)ネットワーク情報取得部221が無線網内の多数の基地局や無線アクセス・ポイントから収集したバックホール回線に関する情報(バックホール回線毎の回線種別や回線容量等)。
(A3)ネットワーク情報取得部221が無線網内の多数の無線端末から無線端末毎のトラフィック伝送特性を収集し、続いて、同一の基地局に接続する複数の無線端末から収集したトラフィック伝送特性を、取得情報分析部211が基地局単位で集約して得られる基地局毎のトラフィック伝送特性。
なお、取得情報分析部211が上記(A3)においてトラフィック伝送特性を基地局単位で集約するには、無線網内の多数の無線端末の各々が現在どの基地局に接続中であるかに関する情報が必要となる。従って、取得情報分析部211は、上記(A3)においてトラフィック伝送特性を基地局単位で集約して基地局毎のトラフィック伝送特性を得るために、端末位置情報取得部223に対して各無線端末が現在接続中の基地局を問い合わせなければならない。
取得情報分析部211は、上述した(A1)〜(A3)の情報に基づいてバックホール回線毎に通信帯域幅の空き容量や通信負荷を推定する。その上で、取得情報分析部211は、高負荷のバックホール回線から通信帯域幅に余裕のあるバックホール回線に各無線端末の通信トラフィックをオフロードするような態様で、各無線端末からの通信要求を各バックホール回線に対してスケジューリングする。すなわち、取得情報分析部211は、無線網3001〜無線網300n内の全てのバックホール回線に渡るオフロード効果が最大となるように、各無線端末からの通信要求を各バックホール回線に対してスケジューリングする。この際、上記(A3)の情報を生成するために多数の無線端末の各々から収集されたトラフィック伝送特性は、通信アプリケーション種別毎に収集されたトラフィック伝送特性であり、通信アプリケーション種別に関する情報を含む。従って、取得情報分析部211は、各無線端末からの通信要求を各バックホール回線に対してスケジューリングする際に、各無線端末が送受信するトラフィックが属する通信アプリケーション種別を考慮して通信要求のスケジューリングを最適化することが可能である。取得情報分析部211が上述したスケジューリングを生成する方法の詳細なアルゴリズムについては後述する。
続いて、バックホール設定部210内のポリシー配信部212は、取得情報分析部211が上述のように生成したスケジューリング結果を取得情報分析部211から受け取り、当該スケジューリング結果から無線端末10に設定すべき機器設定ポリシーを生成する。
最後に、バックホール設定部210内のポリシー配信部212は、無線端末10に設定するために生成した機器設定ポリシーと取得情報分析部211から受け取った網側情報を無線ベアラ1〜無線ベアラNのいずれかを介して無線端末10に配信する。すなわち、ポリシー配信部212により配信された機器設定ポリシーは、無線網3001〜無線網300nの配下にあるセルラー基地局または無線アクセス・ポイントに一旦蓄積される。その後に、上記の機器設定ポリシーは、当該セルラー基地局または無線アクセス・ポイントの通信カバレージ・エリア内に在圏する各無線端末10にブロードキャストされる。
なお、ポリシー制御機構200が各基地局からバックホール回線に関する情報を収集する際、各基地局から無線網3001〜無線網300nを経由してポリシー制御機構200を実装するポリシー制御サーバに向けて各バックホール回線に関する情報を運ぶパケットのフォーマットを図4の(a)に示す。図4の(a)のパケット・フォーマットは、IPヘッダー部、TCP/UDPヘッダー部、フレーム・タイプ指定フィールドおよび基地局情報フィールドから構成される。IPヘッダー部の送信元アドレスは各基地局のIPアドレスを表し、宛先アドレスは、上述したポリシー制御サーバのIPアドレスを表す。フレーム・タイプ指定フィールドは、図4の(a)のパケットが運ぶデータリンク・フレームが各バックホール回線に関する情報を含むフレームである旨を示す。基地局情報フィールドは、各基地局が接続するバックホール回線の回線種別や回線容量などを記述する情報を各基地局のMACアドレスと対応付ける形で格納する。
また、ポリシー制御機構200が各無線端末に対して機器設定ポリシーを配信する際、ポリシー制御機構200を実装するポリシー制御サーバから無線網3001〜無線網300nを経由して無線端末10に向けて機器設定ポリシーを運ぶパケットのフォーマットを図4の(b)に示す。図4の(b)のパケット・フォーマットは、IPヘッダー部、TCP/UDPヘッダー部、フレーム・タイプ指定フィールドおよびポリシー情報フィールドから構成される。IPヘッダー部の送信元アドレスは上述したポリシー制御サーバのIPアドレスを表し、宛先アドレスは、無線端末10のIPアドレス表す。フレーム・タイプ指定フィールドは、図4の(b)のパケットが運ぶデータリンク・フレームが機器設定ポリシーを含むフレームである旨を示す。ポリシー情報フィールドは、取得情報分析部211が生成した基地局接続スケジューリング情報およびその他のポリシー関連情報を格納する。
(4−4−2)無線端末(UE)10側の動作の流れ
以下、無線端末10側の動作の流れとして、(B1)ポリシー制御機構200から機器設定ポリシーを受信した際の動作の流れ、および(B2)ポリシー制御機構200から無線端末10上のトラフィック特性をポリシー制御機構200に報告すべき旨の要求を受けた際の動作を説明する。無線端末10の制御プロセッサ104(図2)は、これら3つの動作(B1)〜(B3)は、互いに並行に実行することが可能である。
(B1)無線端末10が無線網側のポリシー制御機構から機器設定ポリシーを受信した際の動作の流れ
バックホール情報取得部120は、ポリシー配信部212から配信された機器設定ポリシーを受信する。続いて、バックホール情報取得部120は、当該機器設定ポリシーから基地局接続スケジューリング情報を抽出する。この基地局接続スケジューリング情報は、同時接続可能な一つ以上の基地局に対して無線端末10が接続するための機会の時系列的な割り当てを記述する。同時接続可能な一つ以上の基地局に対する上述した接続機会の割り当ては、無線網側のポリシー制御機構200が決定する。ポリシー制御機構200による上述した接続機会の割り当ては、無線端末から複数の基地局への接続タイミングや通信リソース要求を無線端末間で調整することにより、多数の無線端末から特定のバックホール回線への通信要求が偏るのを防止するような態様で実行される。バックホール情報取得部120は、上述した基地局接続スケジューリング情報に従って、ベアラ切替部110が同時使用可能な一つ以上の無線ベアラを取捨選択する動作の実行を制御する。ベアラ切替部110は、バックホール情報取得部120による制御に従い、同時接続可能な複数の基地局のバックホール回線にそれぞれ対応する無線ベアラの中から無線端末10が通信に使用する一つ以上の無線ベアラを取捨選択する動作を時系列的に実行する。この際、同時接続可能な基地局とは、基地局接続スケジューリング情報に従って無線端末10が接続機会をスケジューリングされている一つ以上の基地局を意味する。そして、ベアラ切替部110は、端末トラフィックの送受信のために選択された無線ベアラを介して上りリンク信号を送信し、下りリンク信号を受信する。
代替的な実施態様として、ベアラ切替部110は、まず最初に、無線端末10から同時接続可能な複数の基地局にそれぞれ接続する複数の無線ベアラの各々について好適性を評価する。この際、無線端末10から同時接続可能な基地局とは、基地局接続スケジューリング情報に従って無線端末10が接続機会をスケジューリングされている一つ以上の基地局を意味する。その上で、ベアラ切替部110は、無線ベアラ毎に評価した好適性の評価値に基づいて、無線ベアラ毎に伝送可能な情報信号のビット数を割り当てる。続いて、ベアラ切替部110は、各無線ベアラを介して、各無線ベアラに割り当てたビット数だけ上りリンク信号を送信する。なお、ベアラ切替部110は、無線ベアラ1〜無線ベアラNの一つ以上を介して下りリンク信号を無線網側から受信する場合にも、上記と同様の制御を行う。この時、無線ベアラ1〜無線ベアラNの中で、上りリンク信号または下りリンク信号の送受信のために選択されない無線ベアラに関しては、ベアラ切替部110は、伝送可能な情報信号のビット数として0ビットを割り当てることにより、当該無線ベアラを選択対象から外すことができる。以上のようにして、ベアラ切替部110は、複数の無線ベアラ間での上りリンクおよび下りリンクのトラフィック配分を最適化する。なお、ベアラ切替部110が同時接続可能な複数の無線ベアラ間で端末トラフィックの配分比率を決定する基準となる無線ベアラ毎の好適性として、各無線ベアラが接続する基地局毎のバックホール回線の上におけるオフロード効果の評価値を使用することが可能である。基地局毎のバックホール回線の上におけるオフロード効果の評価値は、ポリシー制御機構200内の取得情報分析部211により生成され、無線端末10に設定されるべき機器設定ポリシーの中に含められた上で、ポリシー配信部212により無線端末10に配信されても良い。
バックホール情報取得部120は、無線ベアラ1〜無線ベアラNの中から通信に使用する単一の無線ベアラを選択する機能を実行開始するタイミングをベアラ切替部110に対して指示する。代替的に、バックホール情報取得部120は、無線ベアラ1〜無線ベアラNの中から通信に使用する一つ以上の無線ベアラの間でトラフィックの最適配分を実行開始するタイミングをベアラ切替部110に対して指示する。バックホール情報取得部120は、ベアラ切替部110による無線ベアラ間の取捨選択動作の実行を上述した基地局接続スケジューリング情報に従って指示する。バックホール情報取得部120が無線ベアラ間の取捨選択動作の実行を上述した基地局接続スケジューリング情報に従って指示する際、バックホール情報取得部120は、複数の無線ベアラの中で端末トラフィックの伝送のために通信機会をスケジューリングされている一つ以上の無線ベアラを、ベアラ接続先となる基地局の一覧で指定することが可能である。この場合、上述した基地局の一覧は、無線端末10から無線ベアラを介して接続が可能な一つ以上の基地局のSSIDを列挙したSSIDホワイトリストとして実装することが可能である。逆に、バックホール情報取得部120は、複数の無線ベアラの中で端末トラフィックの伝送のために通信機会をスケジューリングされていない一つ以上の無線ベアラを、ベアラ接続先となる基地局の一覧で指定することが可能である。この場合、上述した基地局の一覧は、無線端末10から無線ベアラを介した接続が禁止される一つ以上の基地局のSSIDを列挙したSSIDブラックリストとして実装することが可能である。
(B2)無線端末10が無線網側のポリシー制御機構200からトラフィック伝送特性の報告要求を受信した(無線端末10上のトラフィック伝送特性をポリシー制御機構200に報告するよう要求された)際の動作の流れ。
内部情報取得部122は、内部に記憶しておいた内部情報をアクティベート部113からの要求に応じてトラフィック特性情報分析部121に伝達する。バックホール情報分析部121は、内部情報取得部122から内部情報を受け取り、当該内部情報に基づいて無線端末10に関するトラフィック伝送特性を通信アプリケーション種別毎に推定する。内部情報とは、無線端末10の動作中に無線端末10上において生じた通信イベントを内部情報取得部122がログ情報として記録したものであり、無線端末10上でのパケット送受信時刻や送受信されたパケットのサイズに関する記録を含む。
バックホール情報取得部120は、無線端末10に関して推定されたトラフィック伝送特性をバックホール情報分析部121から受け取り、当該推定されたトラフィック伝送特性を記述する情報を生成し、ベアラ切替部110を介して当該情報を無線網側のポリシー制御機構200に送信する。この時、バックホール情報取得部120は、当該トラフィック伝送特性を記述する情報の中に、当該トラフィック伝送特性に対応する通信アプリケーション種別の識別情報を追記した上で、当該トラフィック伝送特性を記述する情報をポリシー制御機構200に送信する。
(4−5)無線端末間での各基地局に対する接続機会のスケジューリング
以下、ネットワーク情報収集部221が多数の無線端末から収集したトラフィック伝送特性および無線網3001〜無線網300nの配下にある多数の基地局から収集したバックホール回線に関する情報に基づいて、取得情報分析部211が、同時接続可能な複数の基地局に対する無線端末毎の接続機会のスケジューリングを生成する方法について説明する。
取得情報分析部211は、同時接続可能な複数の基地局の各々を介して基地局毎のバックホール回線に多数の無線端末10から接続するための接続機会を複数の無線端末相互間でタイミング調整するためのスケジューリングを以下の手順で生成する。
<ステップ1>まず、取得情報分析部211は、以下の情報を取得する。
(A1)バックホール回線毎のエンド・ツー・エンドの実効スループット。
(A2)バックホール回線に関する情報(バックホール回線毎の回線種別や回線容量等)。
(A3)基地局単位で集約して得られる基地局毎のトラフィック伝送特性。
<ステップ2>取得情報分析部211は、上述した(A1)〜(A3)の情報に基づいてバックホール回線毎に通信帯域幅の空き容量や通信負荷を推定する。具体的には、バックホール回線毎に、(A1)の実効スループットをバックホール回線毎の使用済み帯域幅として評価し、(A3)のトラフィック伝送特性から基地局毎の新たな通信帯域幅要求を推定する。続いて、バックホール回線毎に評価した使用済み帯域幅とバックホール回線毎に推定した通信帯域幅要求を(A2)により記述されるバックホール回線毎の物理回線容量と対比して、バックホール回線毎に通信負荷や未使用の通信リソース量を推定する。この時、基地局毎のトラフィック伝送特性に従って、基地局毎に集約されている無線端末毎の端末トラフィック負荷を基地局毎のバックホール回線上に初期割り当てし、基地局接続スケジューリング情報の初期値とする。
<ステップ3>取得情報分析部211は、高負荷のバックホール回線から通信リソースに余裕のあるバックホール回線にトラフィック負荷をオフロードするような態様で、基地局毎に集約されている無線端末毎のトラフィック負荷を無線端末単位で基地局間に再割り当てし、これにより、基地局接続スケジューリング情報を更新する。
<ステップ4>取得情報分析部211は、全基地局に接続する全バックホール回線について、各無線端末からの通信要求を高負荷のバックホール回線から通信帯域に余裕のあるバックホール回線へとオフロードする効果の大きさを評価する。
<ステップ5>取得情報分析部211は、ステップ4で評価したオフロード効果の大きさが所定の閾値を上回るならば、最後に更新された基地局接続スケジューリング情報を出力してスケジューリング処理を終え、そうでなければステップ3の実行に戻る。
(4−6)第1実施例の変形実施例
上述した第1実施例においては、ネットワーク情報取得部221が無線網内の各基地局からバックホール回線の回線種別や回線容量などに関する情報を収集した。しかしながら、第1実施例の変形実施例においては、各バックホール回線に関するこれらの情報は網運用管理者によって手動で設定されてもよい。すなわち、オペレーター・ポリシー取得部222に対して網運用管理者が手動で設定する運用ポリシーの一部として、網運用管理者は、各バックホール回線に関するこれらの情報を手動で設定することが出来る。
その上で、本実施例は、無線網内の各無線端末から収集したトラフィック伝送特性を上述したようにサービング基地局単位で集約し、当該基地局単位で集約されたトラフィック伝送特性と運用ポリシーとして手動で設定された各バックホール回線に関する情報とに基づいて各バックホール回線に対する各無線端末からの通信要求をスケジューリングする。最後に、スケジューリングの結果は機器設定ポリシーとしてポリシー配信部212から各無線端末に配信される。無線端末側での動作の流れは第1実施例と同様である。
また、第1実施例の別の変形実施例においては、ポリシー配信部212から配信された機器設定ポリシーは基地局に一旦蓄積される。この時、ポリシー配信部212から機器設定ポリシーを配信された基地局が図3における基地局91のようにBTS機能を兼ね備える基地局であった場合、基地局91は配信された機器設定ポリシーを当該BTS機能の配下にある他の基地局に対しても転送する。続いて、機器設定ポリシーを配信された基地局は、無線端末10に対して、当該機器設定ポリシー中に含まれる基地局接続スケジューリング情報を報知情報パケットに載せて配信する。当該報知情報パケットを受信した無線端末10のバックホール情報取得部120は、当該報知情報パケットの中から基地局接続スケジューリング情報を取り出す。最後に、バックホール情報取得部120は、基地局接続スケジューリング情報に従って、無線端末10からの接続要求を同時接続可能な一つ以上の基地局に対してスケジューリングする。
さらに別の代替的な変形実施例として、取得情報分析部211は、同時接続可能な複数の基地局の各々が有するバックホール回線に多数の無線端末10から接続するための接続機会をスケジューリングする際、バックホール回線毎の回線種別を考慮することが可能である。例えば、ポリシー制御機構200が多数の無線端末の各々から通信アプリケーション種別毎に収集したトラフィック特性の中に、大きな通信遅延を許容することができない通信アプリケーション種別に対応するものが含まれていた場合を考える。言い換えるならば、取得情報分析部211が、上記(A3)の情報として取得した「基地局単位で集約して得られる基地局毎のトラフィック伝送特性」の中に通信遅延に敏感な通信アプリケーション種別に対応するものが含まれていると判定した場合を考える。これらの通信アプリケーションの具体例としては、VoIPアプリケーションやテレビ会議アプリケーションなどがある。この場合、図3に示すバックホール回線4とバックホール回線5は無線LANアクセス・ポイント90Cと90Dを無線通信事業者網300nにそれぞれ接続するメタル回線とファイバー回線であるが、メタル回線は通信遅延量が大きい。そのため、上記のような通信遅延に敏感な通信アプリケーションに属する端末トラフィックは、ファイバー回線であるバックホール回線5の上で伝送すべきである。従って、一部の無線端末による通信機会のスケジューリング要求が通信遅延に敏感な通信アプリケーションに属する端末トラフィックを送受信しようとするものである場合には、上述したバックホール回線間のオフロード効果とは無関係に例外的な取り扱いが必要となる。すなわち、取得情報分析部211は、上記一部の無線端末からの上記通信機会を各バックホール回線上にスケジューリングする際、回線種別がメタル回線であるバックホール回線をスケジューリング先から除外すべきである。以上のように、取得情報分析部211は、各バックホール回線に多数の無線端末10からの通信機会をスケジューリングする際、通信アプリケーション種別によっては、上述したバックホール回線間のオフロード効果とは無関係に例外的なスケジューリングを実行する。すなわち、上記のような例外的な場合においては、取得情報分析部211は、各バックホール回線毎の回線容量よりも回線種別を優先的に考慮して、各バックホール回線に多数の無線端末10からの通信機会をスケジューリングする。
<5>本実施の形態に係る第2実施例
以下、図5および図6を使用して、本実施の形態に係る第2実施例について説明する。上述した第1実施例とは異なり、第2実施例においては、ポリシー配信部212から配信された機器設定ポリシーは基地局に一旦蓄積される。続いて、当該基地局は、アクセス・ポイント機能を兼ね備える無線端末10Aに対して、当該機器設定ポリシー中に含まれる基地局接続スケジューリング情報を報知情報パケットに載せて配信する。無線端末10Aは、当該基地局接続スケジューリング情報を乗せた報知情報パケットを一旦受信した上で、当該情報を無線端末10Aのテザリング機能を介して無線端末10Bに中継転送する。
なお、無線網側のポリシー制御機構200の機能モジュール構成と動作の流れは第1実施例と同様であるので、第2実施例に関する以下の説明においては、第1実施例との相違部分のみを説明する。
第2実施例においては、図5に示す無線端末10Bの機能モジュール構成は第1実施例と同様である。第2実施例においては、図5記載のアクセス・ポイント機能を兼ね備える無線端末10Aは、ベアラ切替部110およびバックホール情報取得部120に加えて、テザリング実施情報配信部130を追加の新たな機能モジュールとして備えている。
テザリング実施情報配信部130は、ポリシー配信部212からサービング基地局を介して基地局接続スケジューリング情報を配信された無線端末が、テザリング機能を介して当該情報を他の無線端末に中継転送するか否かを当該サービング基地局に通知する。その後、アクセス・ポイント機能を兼ね備える無線端末が当該サービング基地局から基地局接続スケジューリング情報を配信されると、当該無線端末は、自端末のアクセス・ポイント機能によってサービスされる他の無線端末に対して上述した基地局接続スケジューリング情報を中継転送する。
図5に示す具体例に沿って説明するならば、ポリシー配信部212から配信された機器設定ポリシーは基地局91に一旦蓄積される。これと並行して、ポリシー配信部212からサービング基地局91を介して基地局接続スケジューリング情報を載せた報知情報パケットを配信された無線端末10A内のテザリング実施情報配信部130は、テザリング機能を介して当該情報を他の無線端末に中継転送することが可能である旨を当該サービング基地局91に通知する。この時、サービング基地局91を介して無線端末10Aに配信された基地局接続スケジューリング情報は、無線端末10Aを最終的な宛先としてポリシー制御機構200から配信されたものである。続いて、当該基地局91は、アクセス・ポイント機能を兼ね備える無線端末10Aに対して、当該機器設定ポリシー中に含まれる基地局接続スケジューリング情報を乗せた報知情報パケットを再度配信する。この時、基地局接続スケジューリング情報を受信した無線端末10Aは、テザリング機能による転送先となる無線端末10Bを最終的な宛先として上述のとおり再度配信された基地局接続スケジューリング情報と無線端末10Aを最終的な宛先として以前に配信された基地局接続スケジューリング情報の内容とを結合する。この際、無線端末10Bを最終的な宛先として再度配信される報知情報パケットの宛先端末アドレスは、無線端末10Bに設定されている。無線端末10Aが、無線端末10Bを最終的な宛先として再度配信される報知情報パケットを受信すると、無線端末10Aは、自端末のアクセス・ポイント機能によってサービスされる無線端末10Bに対して上述した報知情報パケットを中継転送する。
なお、ポリシー制御機構200が各基地局からバックホール回線に関する情報を収集する際、各基地局から無線網3001〜無線網300nを経由してポリシー制御機構200を実装するポリシー制御サーバに向けて各バックホール回線に関する情報を運ぶパケットのフォーマットは、図4の(a)に示すものと同様である。
また、ポリシー制御機構200が各無線端末に対して機器設定ポリシーを配信する際、ポリシー制御機構200を実装するポリシー制御サーバから無線網3001〜無線網300nを経由して無線端末10に向けて機器設定ポリシーを運ぶパケットのフォーマットは、図4の(b)に示すものと同様である。
また、図5の基地局90A〜90Dおよび91の各々がポリシー配信部212から受信した機器設定ポリシーに含まれる基地局接続スケジューリング情報を、これらの基地局が配下の無線端末10に転送する報知情報パケットのフォーマットを図6の(a)に示す。図6の(a)のパケット・フォーマットは、フレーム・タイプ指定フィールド、宛先MACアドレス、発信元MACアドレスおよびポリシー情報フィールドから構成される。フレーム・タイプ指定フィールドは、図6の(a)に示すパケットのデータリンク・フレーム部分が、基地局から無線端末に転送される機器設定ポリシーを運ぶフレームであることを示す。宛先MACアドレスは、ポリシー配信部212からの機器設定ポリシーが最終的に配信されるべき無線端末10のMACアドレスを表す。発信元MACアドレスは、上述した報知情報パケットの送信元の基地局のMACアドレスを表す。ポリシー情報フィールドは、ポリシー配信部212から図5の基地局90A〜90Dおよび91のいずれかを経由して報知情報パケットにより無線端末10に配信される機器設定ポリシーの内容を含む。すなわち、ポリシー情報フィールドは、無線端末10に配信されるべき基地局接続スケジューリング情報および他の関連するポリシー情報を含む。
図5において、無線端末10A内のテザリング実施情報配信部130が、テザリング機能を介して基地局接続スケジューリング情報を他の無線端末に中継転送することが可能である旨をサービング基地局91に通知する際、当該通知を乗せて無線端末10Aからサービング基地局91に送信されるパケットのフォーマットを図6の(b)に示す。図6の(b)のパケット・フォーマットは、フレーム・タイプ指定フィールド、宛先MACアドレス、発信元MACアドレスおよびテザリング通信情報フィールドから構成される。フレーム・タイプ指定フィールドは、図6の(b)に示すパケットのデータリンク・フレーム部分が、上述したような無線端末10Aによるテザリング機能を介した中継転送の可否を通知するフレームであることを示す。発信元MACアドレスは、図5の無線端末10AのMACアドレスを表す。宛先MACアドレスは、図5の基地局91のMACアドレスを表す。
以上のように、第2実施例においては、無線端末10Bが基地局91の通信カバレージ圏内に在圏していなくても、基地局91から無線端末10Aを中継して基地局接続スケジューリング情報の配信を受けることができる。特に、第2実施例は、無線端末10Bが基地局90A〜90Dおよび91のいずれの通信カバレージ圏内にも在圏していない場合に、無線端末10Bが基地局91と無線端末10Aを経由して基地局接続スケジューリング情報の配信を受けることができる点で有利である。
<6>本実施の形態の動作フロー
上述した第1実施例および第2実施例を踏まえて、本実施の形態の動作フローを図7のフローチャートに沿って以下のとおりに説明する。
処理フローはステップS10AおよびステップS10Bから開始する。ステップS10AおよびステップS10Bは互いに並列に実行されても逐次的に任意の順番で実行されても良い。ステップS10Aにおいては、無線網内の各基地局から各バックホール回線に関する情報が報告され、無線網内の各無線端末からトラフィック伝送特性が報告され、さらに、無線網内のネットワーク機器から機器稼動情報が報告される。ステップS10Bにおいては、網運用管理者は外部情報取得部220に対して他の補助的な情報を手動で入力する。続いて、処理フローは、ステップS20A、ステップS20BおよびステップS20Cの実行に進む。ステップS20A、ステップS20BおよびステップS20Cは互いに並列に実行されても逐次的に任意の順番で実行されても良い。ステップS20Aにおいては、オペレーター・ポリシー取得部222は、網運用管理者が手動で入力した運用ポリシーを取得する。ステップS20Bにおいては、ネットワーク情報取得部221は、各基地局から報告されるバックホール回線情報を収集し、各無線端末から報告されるトラフィック伝送特性を収集し、各ネットワーク機器から機器稼動情報を収集する。ステップS20Cにおいては、端末位置情報取得部223は、無線網内の各無線端末が接続中の基地局を特定する情報、すなわち、各無線端末が在圏中の通信セルや通信エリアを特定する情報を無線端末毎に収集する。
続いて、処理フローは、ステップS30に進み、ステップS20A、ステップS20BおよびステップS20Cにおいて取得又は収集された情報は、取得情報分析部211に送られる。続いて、取得情報分析部211はこれらの情報を基にして、各無線端末からの通信要求を基地局毎のバックホール回線の上にスケジューリングし、基地局接続スケジューリング情報を生成する。
続いて、処理フローは、ステップS40に進み、取得情報分析部211から基地局接続スケジューリング情報を受け取ったポリシー配信部212は、当該情報を機器設定ポリシー内に含めて各無線端末をセル配下に有する各基地局に配信する。この時、機器設定ポリシーの配信先となる基地局が図5に示す基地局91のようにBTS機能を兼ね備える基地局である場合、処理フローの実行はステップS110に進みそうでなければ処理フローの実行はステップS50に進む。
ステップS50において、無線端末10は通信中の基地局を介してポリシー配信部212が配信した機器設定ポリシーに含まれる基地局接続スケジューリング情報を受信し、処理フローはステップS60に進む。ステップS60において、基地局接続スケジューリング情報を受信した無線端末10は、自端末が図5に示す無線端末10Aのようにアクセス・ポイント機能を兼ね備えた無線端末であるか否かを判定する。基地局接続スケジューリング情報を受信した無線端末10がアクセス・ポイント機能を兼ね備えた端末ならば処理フローはステップS100に進み、そうでなければ、処理フローはステップS70に進む。これと並行して、ステップS90Aにおいて、無線端末10上の内部情報取得部122は、上述した内部情報を取得して無線端末10上のバックホール情報分析部121に出力する。さらにこれと並行して、ステップS90Bにおいて、無線端末10上の内部情報取得部122は、基地局と無線端末10との間の無線通信における通信品質を測定し、当該測定の結果を無線端末10上のバックホール情報分析部121に出力する。
ステップS70においては、バックホール情報分析部121は、内部情報取得部122から取得した情報を元に無線端末10のトラフィック特性を推定してベアラ切替部110を介してポリシー制御機構200に送信する。これと並行して、ベアラ切替部110は、ステップS60において受信した基地局接続スケジューリング情報に従って、同時使用可能な複数の無線ベアラの中から端末トラフィックの伝送に使用する無線ベアラを取捨選択する動作を実行し、処理フローはステップS80に進む。
ステップS80においては、ベアラ切替部110は、基地局接続スケジューリング情報によって接続機会を割り当てられたバックホール回線を使用して通信するために、ステップS70において選択された無線ベアラの上で端末トラフィックを送受信する。
ステップS100においては、基地局接続スケジューリング情報を受信した無線端末10は、テザリング機能を使用して、自端末のアクセス・ポイント機能によってサービスされる他の無線端末に基地局接続スケジューリング情報を含む報知情報パケットを転送する必要が有るか否かを判定する。テザリング機能を使用して報知情報パケットを転送する必要が有るならば、処理フローはステップS110に進み、そうでなければ、処理フローはステップS70に進む。
ステップS110において、基地局接続スケジューリング情報を受信した無線端末10は、テザリング機能を使用して転送される報知情報パケットに含まれる基地局接続スケジューリング情報に対して、自端末に宛てて以前に配信された基地局接続スケジューリング情報の内容を追加する。最後に、無線端末10は、上述のように内容が追加された基地局接続スケジューリング情報をテザリング機能による転送先となる無線端末に転送する。