JP6618429B2 - 無線通信端末、無線通信システム及び通信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のルートで選択的にデータを送信する無線通信端末に関する。

近年、コンピュータなどの情報・通信機器だけでなく、様々なモノに通信機能を持たせ、インターネットに接続したり相互に通信したりすることにより、自動認識、自動制御及び遠隔計測などを行うＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）サービスに対する期待が高まっている。このＩｏＴサービスの形態の一つとして、自動車などの移動体が無線通信機を搭載することで移動通信端末として機能し、クラウド（サーバやストレージ装置）とデータを送受信する場合がある。通信事業者は、このような形態のＩｏＴサービス向けに、カバレッジが広い既存のセルラネットワークを利用した、従量課金制の無線通信サービスを提供している。

前述した形態のＩｏＴサービスにおいて、移動通信端末よりリアルタイムにセンシングデータ等をクラウドに送信し、それらのデータの分析結果に基づいて、クラウドから制御されるようなユースケースが考えられる。例えば、自動車が搭載しているカメラが取得した連続画像をクラウドへ送信し、連続画像によって判断を行ってクラウド側のオペレータが自動車を制御する遠隔制御サービスにおいては、時々刻々と自動車の周辺環境が変化するため、数十ミリ秒のオーダーの片道遅延で、画像がクラウドまで送信される必要がある。このような要求を満たす技術として、複数のルート（例えば、異なる通信キャリアが運用する通信システム）を利用して、複製された同一データを送信し、受信側で重複パケットを判定し廃棄するマルチルート通信技術がある。複数の異なる通信キャリアを同時に利用し、受信側では先着順に到着したデータを受信することで、低遅延通信を保証できる。

しかしながら、このように複数の異なる通信キャリアを常に同時に利用して通信を行うと、通信データ量が増加し、通信コストが増大する。この問題を回避するためには、必要性がある場合にのみ、データを送信する際に使用する無線通信システムを複数選択する、マルチルート制御技術が必要となる。

複数の選択肢から使用する通信システムを選択する先行技術として、特許文献１（特開２０００−１７４７７０号公報）、特許文献２（特開２０１５−９５８７０号公報）、特許文献３（特開２００１−３６５８５号公報）がある。

特許文献１には、マルチリンク方法により複数の回線を用いて無線データ通信を行う無線データ通信装置であって、回線状態を監視して得られた監視情報によりデータパスを切り替えて回線選択を行う安定化部１７を有する無線データ通信方法が開示されている。

特許文献２には、移動局の送信バッファに蓄積されている送信データ量である送信バッファ情報を収集するバッファ情報収集手段と、移動局の送信データ速度である送信スループット情報を収集するスループット情報収集手段と、送信バッファ情報及び送信スループット情報を、各情報を収集したときの時刻及び列車の位置の情報と関連付けて通信情報として格納する通信情報データベースと、列車に搭載されたユーザ端末からデータを受信した場合に、データを受信したときの時刻及び列車の位置と関連する２以上の通信情報に基づいて、データを移動局に振り分けて送信する送信データ振り分け手段と、を備える通信装置が開示されている。

特許文献３には、送信側端末の送信部は、受信側端末宛データをゲートウェイ送信装置に送信する。ゲートウェイ送信装置の受信部は、受信側端末宛データを受信し、選択部は、複数の通信路からいずれか一つを選択し、送信部は、選択した通信路を介して、受信側端末宛データをゲートウェイ受信装置に送信する。選択の際には、送信データ量、通信路に対応付けられた送信用バッファの使用量、アクセス区間の回線速度、あらかじめ測定等して記憶した伝送遅延時間を考慮する。ゲートウェイ受信装置の受信部は、受信側端末宛データを受信し、送信部は、受信側端末宛データを受信側端末に送信する。受信側端末宛データの順序を考慮すべき場合には、必要に応じて受信側端末宛データの送信を一時中断してデータの順序を整える。受信側端末の受信部は、受信側端末宛データを受信する通信システムが開示されている。

特開２０００−１７４７７０号公報 特開２０１５−９５８７０号公報 特開２００１−３６５８５号公報

前述した遠隔運転サービスのような遅延に敏感なＩｏＴサービスを提供するためには、無線品質の変動が大きくても、低い（例えば、数十ミリ秒のオーダの）遅延で移動通信端末からクラウドに向けた上り通信の経路を制御し、低遅延の安定したデータ通信を実現する必要がある。特許文献１では、無線の状態に関する統計的なパラメータに基づいてマルチルートを選択しているが、統計情報を取得するために数秒オーダの計測が必要となるため、無線環境の急激な変化に対応できない。また、特許文献２では、過去の履歴情報に基づいて使用する通信システムを選択している。また、特許文献３では、パケットサイズ等のリアルタイムなパラメータを利用するが、事前に測定した情報である伝送遅延が支配項となる。したがって、特許文献２及び特許文献３では、少なくとも数秒以上前の履歴情報を利用して制御する。すなわち、従来技術では、通信品質の変化に応じたマルチルート制御による、低遅延の安定したデータ通信を提供できない。

そこで、本発明は、無線通信端末からのデータ送信時の遅延に関する通信品質変化に応じてマルチルートを制御し、低遅延の安定したデータ通信を提供することを目的とする。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、複数の無線通信システムと接続可能な無線通信端末であって、送信されるデータが格納される送信バッファと、前記送信バッファに格納されるデータの量と所定の閾値とを比較した結果に基づいて、前記複数の無線通信システムの通信品質を判定する判定部と、前記通信品質の判定結果に基づいて、データを送信する無線通信システムの数を制御する選択部と、前記複数の無線通信システムを介して、それぞれ、異なる無線方式又は異なる通信事業者の無線基地局にデータを送信する複数の無線インターフェースと、前記複数の無線通信システムでデータを送信する場合、当該送信すべきデータを複製バッファに複製する複製処理部とを備え、前記選択部がデータを送信する無線インターフェースを新たに選択した場合、前記複製処理部は、前記複製バッファに格納されているデータを読み出し、前記新たに選択された無線インターフェースに送る。

本発明の一態様によれば、通信コストを抑制しつつ、低遅延の安定したデータ通信を実現できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

本発明の第１実施例における通信システムのシステム構成図である。 本発明の第１実施例における移動通信端末の物理構成図である。 本発明の第１実施例における移動通信端末の機能ブロック図である。 本発明の第１実施例における移動通信端末の通信品質判定部に格納された送信バッファ情報テーブルの説明図である。 本発明の第１実施例における移動通信端末の通信経路選択部に格納された無線ＩＦ管理テーブルの説明図である。 本発明の第１実施例における移動通信端末の複製処理部に格納された複製処理情報テーブルの説明図である。 本発明の第１実施例における複製処理部の送信データ処理のフローチャートである。 本発明の第１実施例における移動通信端末における使用無線ＩＦ部の変更処理のフローチャートである。 本発明の第１実施例における移動通信端末における使用無線ＩＦ部の変更処理のフローチャートである。 本発明の第１実施例における通信経路選択部の無線ＩＦ部選択処理のフローチャートである。 本発明の第１実施例におけるシングルルート通信からマルチルート通信に変更する場合の動作シーケンスである。 本発明の第１実施例におけるマルチルート通信からシングルルート通信に変更する場合の動作シーケンスである。 本発明の第１実施例における移動通信端末の優先度判定部に格納された優先度判定テーブルの説明図である。 本発明の第２実施例における移動通信端末の機能ブロック図である。 本発明の第２実施例における優先データ監視部の閾値設定処理のフローチャートである。 本発明の第３実施例における移動通信端末の機能ブロック図である。 本発明の第３実施例における蓄積データ計測部の閾値設定処理のフローチャートである。 本発明の第４実施例における移動通信端末の機能ブロック図である。 本発明の第４実施例における移動速度計測部の閾値設定処理のフローチャートである。

以下、図面を参照して実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例の通信システムの構成図である。

本実施例の通信システムでは、移動通信端末１０が、複数の異なる通信キャリアＡ〜Ｃが運用する基地局２０−１〜２０−３及びキャリアネットワーク３０−１〜３０−３によって構成される無線通信システム４０−１〜４０−３を経由してインターネット５０に接続し、クラウド６０とデータ通信を行う。なお、基地局２０−１〜２０−３を区別せずに総称する場合には基地局２０と記述し、キャリアネットワーク３０−１〜３０−３を区別せずに総称する場合にはキャリアネットワーク３０と記述し、無線通信システム４０−１〜４０−３を区別せずに総称する場合には無線通信システム４０と記述する。

本実施例では、移動通信端末１０から、複数の異なる通信キャリアのネットワーク３０を経由する複数のルートでデータを送信する。各キャリアネットワーク３０は、異なる基地局２０を介して移動通信端末１０と通信する。各キャリアネットワーク３０は、異なる通信事業者が同じ通信方式（例えば、ＬＴＥ）によって提供するネットワークでも、同じ通信事業者が異なる通信方式（例えば、ＬＴＥと３Ｇ）によって提供するネットワークでもよい。

移動通信端末１０は、搭載されたアプリケーションによって、クラウド６０と間でデータを送受信し、ユーザにＩｏＴサービスを提供する。移動通信端末１０は、複数の異なる通信キャリアが運用する無線通信システム４０−１〜４０−３に接続が可能であり、また、通信品質（特に、遅延）の判定に応じて、上り通信で利用する無線通信システム４０の数を切り替える。また、移動通信端末１０は、送信データにシーケンス番号を付与して送信し、マルチルート通信を行う場合は、同一データを複製して、複数の無線通信システム４０によって送信する。

各無線通信システム４０は、移動通信端末１０と電波で通信する基地局２０と、複数の基地局２０間及び基地局２０を集約してインターネット５０に接続するバックボーンネットワークであるキャリアネットワーク３０によって構成される。無線通信システム４０は、例えばセルラネットワークなどである。

クラウド６０は、データセンタ内のサーバ群によって構成され、移動通信端末１０とデータを送受信する。また、クラウド６０は、移動通信端末１０から送信されたデータを受信する際に、シーケンス番号を参照して受信データの重複を判定し、重複データを廃棄する機能を有する。

本発明の第１実施例について図２〜図１２を用いて説明する。

図２は、第１実施例の移動通信端末１０の物理構成図である。

移動通信端末１０は、ＣＰＵ１１と、メモリ１２と、複数の無線ＩＦモジュール１３−１、１３−２と、それらを接続するバス１４によって構成される。

ＣＰＵ１１は、メモリ１２に格納されたプログラムを実行するプロセッサである。ＣＰＵ１１がプログラムを実行することによって、図３に示す移動通信端末１０の各機能ブロックが実現する。メモリ１２は、不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ及び揮発性の記憶素子であるＲＡＭを含む。ＲＯＭは、不変のプログラム（例えば、ＢＩＯＳ）などを格納する。ＲＡＭは、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）のような高速かつ揮発性の記憶素子であり、ＣＰＵ１１が実行するプログラム及びプログラムの実行時に使用されるデータを一時的に格納する。ＣＰＵ１１が実行するプログラムは、リムーバブルメディアネットワークを介して移動通信端末１０に提供され、非一時的記憶媒体である不揮発性のメモリ１２に格納される。

なお、プログラムによって実現される機能部の全部又は一部の機能をハードウェア（例えば、Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）によって実現してもよい。

無線ＩＦモジュール１３−１、１３−２は、各々異なる無線通信システムと接続可能なＩＦ装置である。

図３は、移動通信端末１０の機能ブロック図である。

移動通信端末１０は、アプリケーション１０１と、トランスポート処理部１０２と、優先度判定部１０３と、優先データ蓄積部１０４と、一般データ蓄積部１０５と、送信制御部１０６と、通信品質判定部１０７と、通信経路選択部１０８と、複製処理部１０９と、送信バッファ１１０と、受信バッファ１１１と、無線ＩＦ部１１２と、受信処理部１１４を有する。

アプリケーション１０１は、ＩｏＴサービスを提供するための通信アプリケーションプログラムを含むソフトウェアであり、ＯＳＩ参照モデルのうち、アプリケーション層、プレゼンテーション層、セッション層の処理を行う。クラウド６０側のアプリケーションにデータを送信する場合、送信すべきデータをトランスポート処理部１０２に出力し、クラウド６０側のアプリケーションより送信されたデータは、トランスポート処理部１０２から入力される。

トランスポート処理部１０２は、ＴＣＰ／ＵＤＰなどの、ＯＳＩ参照モデルにおけるトランスポート層の処理を行う。トランスポート処理部１０２は、アプリケーション１０１よりデータが入力されると、トランスポート層の処理を行い、データを優先度判定部１０３に出力する。また、受信処理部１１４よりデータが入力されると、トランスポート層の処理を行いアプリケーション１０１に出力する。

優先度判定部１０３は、トランスポート処理部１０２より送信データを入力されると、データのヘッダ情報と優先度判定テーブル９００を参照し、送信データの優先度を判定する。送信データのヘッダ情報として、例えば、測定データの種別等がある。

図１２を参照して、優先度判定テーブル９００の構成を説明する。

優先度判定テーブル９００は、データ種別９０１及び優先度９０２を含む。優先度判定部１０３は、優先度判定テーブル９００を用いて、データの種類によって送信の優先度を判定する。例えば、図１２に示す優先度判定テーブル９００の場合、画像データは送信の優先度が高いので、送信すべき画像データを優先データ蓄積部１０４へ入力する。一方、温度データは送信の優先度が一般なので、送信すべき温度データを一般デ一タ蓄積部１０５へ入力する。以降、優先データ蓄積部１０４へ入力される送信データを優先データ、一般データ蓄積部１０５へ入力される送信データを一般データと称する。

優先データ蓄積部１０４は、優先度判定部１０３から入力される優先データを蓄積する。また、一般データ蓄積部１０５は、優先度判定部１０３から入力される一般データを蓄積する。

送信制御部１０６は、優先データ蓄積部１０４及び一般データ蓄積部１０５からデータを取り出し、複製処理部１０９へ出力する。具体的には、送信制御部１０６は、優先データが優先データ蓄積部１０４に蓄積されているかを判定し、優先データが優先データ蓄積部１０４に蓄積されている場合、優先データを優先データ蓄積部１０４から取り出し、複製処理部１０９へ出力する。また、送信制御部１０６は、優先データが優先データ蓄積部１０４に蓄積されていない場合、一般データが一般データ蓄積部１０５に蓄積されているかを判定し、一般データが一般データ蓄積部１０５に蓄積されている場合、一般データを一般データ蓄積部１０５から取り出し、複製処理部１０９へ入力する。

通信品質判定部１０７は、送信バッファ情報テーブル２００を用いて、移動通信端末１０が搭載する全ての無線インターフェース（ＩＦ）部１１２に対応する送信バッファ１１０に蓄積されているデータ量（バッファ量）を管理する。

図４を参照して、送信バッファ情報テーブル２００の構成例を説明する。送信バッファ情報テーブル２００は、各送信バッファに対応する無線ＩＦ部１１２の識別情報を示すＩＦＩＤ２０１及びバッファ量２０２を含む。

また、送信バッファ情報テーブル２００は、送信バッファ量に基づいて判定された遅延に関する通信品質の状態（品質良好状態か品質劣化状態か）を保持してもよい。初期状態（システム利用開始時）の初期値は品質良好状態である。本実施例においては、品質良好状態である場合、少ないルートでデータを送信し（例えば、一つの無線ＩＦ部１１２を利用するシングルルート通信を利用し）、品質劣化状態である場合、多いルートでデータを送信する（複数の無線ＩＦ部１１２を利用するマルチルート通信を利用する）例を説明する。

遅延に関する通信品質の判定方法の具体例を説明する。通信品質判定部１０７は、バッファ量取得周期Ｔ毎に、各送信バッファ１１０のバッファ量を取得し、バッファ量２０２の値を更新する。周期Ｔは目標保証遅延より十分小さい値であり、目標保証遅延が５０ミリ秒である場合、例えば５ミリ秒に設定するとよい。また、バッファ量の閾値αを設け、品質良好状態において、使用中の無線ＩＦ部１１２に対応する送信バッファ１１０のバッファ量が閾値α以上となった場合、品質劣化状態と判定し、当該送信バッファ１１０に対応するＩＦＩＤ２０１を通信経路選択部１０８に通知する。閾値αは、例えば下記の数式１により決定できる。
α ＝ 目標保証遅延 × 予測無線伝送速度 … （１）

ここで目標保証遅延を５０ミリ秒、予測無線伝送速度を２０Ｍｂｐｓとすると、閾値αは１Ｍビットとなる。さらに、品質良好状態であることを判定するための、バッファ量の閾値βを設ける。品質劣化状態において、複数の使用中の無線ＩＦ部１１２に対応する送信バッファ１１０のバッファ量が、連続Ｘ回した取得において、閾値β未満である送信バッファ１１０があれば、品質良好状態と判定し、当該送信バッファ１１０に対応するＩＦＩＤ２０１を通信経路選択部１０８に通知する。

複数のＩＦＩＤ２０１が該当する場合、一つ（例えば、最小のＩＤ）を選択して通知するとよい。βはαより小さい値であり、例えば、αが１Ｍビットに、βは０．２Ｍビットに設定されるとよい。また、取得回数Ｘは、目標保証遅延より小さい値であり、頻繁な切替を防ぐために、目標保証遅延５０ミリ秒、取得周期Ｔが５ミリ秒である場合、例えば３に設定される。本実施例では、前述の閾値α、閾値β、バッファ量取得周期Ｔ及びバッファ量取得回数Ｘは、例えば、システム運用者が静的に設定してもよい。

通信経路選択部１０８は、無線ＩＦ管理テーブル３００を用いて、移動通信端末１０が搭載する全ての無線ＩＦ部１１２を、品質劣化時に使用するか否か、また現在使用しているか否かを管理する。

図５を参照して、無線ＩＦ管理テーブル３００の構成例を説明する。無線ＩＦ管理テーブル３００は、各送信バッファに対応する無線ＩＦ部１１２の識別情報を示すＩＦＩＤ３０１と、品質劣化時指定情報３０２と、使用指定情報３０３とを含む。

ＩＦＩＤ３０１は、ＩＦＩＤ２０１と同様に、各送信バッファに対応する無線ＩＦ部１１２の識別情報を示す。品質劣化時指定情報３０２は、ＩＦＩＤ３０１に対応する無線ＩＦ部１１２が、品質劣化状態時の使用する無線ＩＦ部に指定されているか否かを示す情報であり、例えばシステム運用者により静的に設定される。また、使用指定情報３０３は、現時点で使用されている無線ＩＦ部１１２を示す情報であり、リアルタイムに更新するとよい。システム利用開始時に使用する無線ＩＦ部１１２は、例えばシステム運用者により設定される。システム利用開始後は、通信品質判定部１０７からの品質劣化の通知及び品質良好の通知に基づいて選択される。

図９を参照して、通信経路選択部１０８が実行する無線ＩＦ部選択処理を説明する。

通信経路選択部１０８は、通信品質判定部１０７より通知を受信すると、受信した通知が品質劣化の通知か品質良好の通知かを判定する（Ｆ６０１）。受信した通知が品質劣化の通知である場合、品質劣化時指定情報３０２が指定ありに設定されているＩＦＩＤ３０１を検索し、検索されたＩＦＩＤ３０１の使用指定情報３０３を使用中に設定する。また、品質劣化時指定情報３０２が指定なしに設定されているＩＦＩＤ３０１の使用指定情報３０３を非使用に設定して（Ｆ６０２）、ステップＦ６０４に進む。

一方、通信品質判定部１０７より受信した通知が品質良好の通知である場合、受信した品質良好の通知に含まれるＩＦＩＤと同一のＩＦＩＤ３０１を検索し、検索されたＩＦＩＤ３０１の使用指定情報３０３を使用中に設定する。また、当該ＩＦＩＤ３０１以外のＩＦＩＤの使用指定情報３０３を非使用に設定して（Ｆ６０３）、ステップＦ６０４に進む。

ステップＦ６０４では、品質劣化及び品質良好の通知いずれを受信した場合も、使用指定情報３０３を使用中に設定したＩＦＩＤ３０１を複製処理部１０９に通知する（Ｆ６０４）。

複製処理部１０９は、複製処理情報テーブル４００に従って、送信制御部１０６より入力される送信データに送信データ処理を実行する。また、複製処理部１０９は、送信制御部１０６より入力される送信データを格納する複製用バッファ１０９Ａを有する。

図７を参照して、複製処理部１０９が実行する送信データ処理を説明する。

複製処理部１０９は、送信制御部１０６より送信データを受信すると、送信データにシーケンス番号を付与する（Ｆ９０１）。次に、シーケンス番号を付与した送信データを複製し、新しい送信データから所定量を複製用バッファ１０９Ａに保持する。送信データを保持するための容量が不足する場合、最も古い送信データを削除する（Ｆ９０２）。以降、複製処理部１０９が複製用バッファ１０９Ａに保持している送信データを「保持データ」と称する。保持データを格納する複製用バッファ１０９Ａの容量は、前述の閾値αの値より大きいとよい。例えば、αが１Ｍビットである場合、複製用バッファ１０９Ａの容量は１．５Ｍビットとする。保持データは、データを送信するルートを増やす（例えば、シングルルート通信からマルチルート通信に変更する）際に遅延保証のために使われるデータであり、この動作は後述する。

その後、複製処理情報テーブル４００を参照し、送信データを複製する（Ｆ９０３）。

図６を参照して、複製処理情報テーブル４００の構成例を説明する。複製処理情報テーブル４００は、各送信バッファに対応する無線ＩＦ部１１２のＩＤを示すＩＦＩＤ４０１と、使用指定情報４０２とを含む。

複製処理部１０９は、通信経路選択部１０８より受信した品質良好の通知に含まれるＩＦＩＤと同一のＩＦＩＤ４０１を検索し、検索されたＩＦＩＤ４０１に対応する使用指定情報４０２を使用中に設定され、当該ＩＦＩＤ以外のＩＦＩＤ４０１に対応する使用指定情報４０２を非使用に設定する。

また、複製処理部１０９は、複製処理情報テーブル４００の使用指定情報４０２が使用中に設定されているＩＦＩＤ４０１の数に従い送信データを複製する。そして、使用指定情報４０２が使用中に設定されているＩＦＩＤ４０１が示す無線ＩＦ部１１２に対応したＯＳＩ参照モデルにおけるネットワーク層の処理を行い、当該無線ＩＦ部１１２に対応した送信バッファ１１０に複製した送信データを出力する。

送信バッファ１１０は、複製処理部１０９から入力される送信データを蓄積するキューである。送信バッファ１１０のデータ入出力方法としては、例えば、ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ、Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）が用いられる。送信バッファ１１０の容量は、前述した閾値αに対して十分大きく、後述する無線ＩＦ部１１２が有する再送バッファ１１３と比較して大きい。例えば、閾値αが１Ｍビットである場合、送信バッファ１１０の容量は２Ｍビットとする。

受信バッファ１１１は、無線ＩＦ部１１２より入力される受信データを蓄積するキューである。

無線ＩＦ部１１２は、ＯＳＩ参照モデルにおけるデータリンク層、物理層の処理を行う機能を有する。また、各無線ＩＦ部１１２は、それぞれ異なる無線通信システム４０に対応し、送信バッファ１１０より送信データが入力されると、データリンク層、物理層の処理を行い、通信可能な基地局２０にデータを送信する。また、無線ＩＦ部１１２は、無線プロトコルのパケット再送処理に必要な、数キロバイト程度の再送バッファ１１３を有する。無線ＩＦ部１１２は、基地局２０より受信データが入力されると、データリンク層、物理層の処理を行い、受信バッファ１１１に出力する。

受信処理部１１４は、受信バッファ１１１より入力された受信データに、ＯＳＩ参照モデルにおけるネットワーク層の処理を行い、トランスポート処理部１０２に出力する。

次に、使用無線ＩＦ部の変更処理を説明する。図８Ａ、図８Ｂは、使用無線ＩＦ部の変更処理を示すフローチャートである。また、図１０は、データを送信するルートを増やす（例えば、シングルルート通信からマルチルート通信に変更する）動作シーケンスであり、図１１は、データを送信するルートを減らす（例えば、マルチルート通信からシングルルート通信に変更する）動作シーケンスである。

通信品質判定部１０７は、バッファ量取得周期Ｔに到達すると、各送信バッファ１１０のバッファ量を取得し、送信バッファ情報テーブル２００のバッファ量２０２を更新する（Ｆ５０１、Ｓ７０１、Ｓ８０１）。そして、取得したバッファ量が、シングルルート通信を利用する品質良好状態と判定できるか、マルチルート通信を利用する品質劣化状態と判定できるかにより動作が異なる（Ｆ５０２）。

まず、シングルルート通信からマルチルート通信に変更する動作を説明する。品質良好状態と判定された場合、通信品質判定部１０７は、取得したバッファ量と閾値αとを比較する（Ｆ５０３、Ｓ７０２）。このときバッファ量が閾値α未満である場合は処理を終了する。一方、バッファ量が閾値α以上である場合はステップＦ５０５に進む（Ｆ５０４）。ステップＦ５０５では、通信品質判定部１０７は、品質劣化の通知を通信経路選択部１０８に送信する（Ｆ５０５、Ｓ７０３）。

通信経路選択部１０８は、品質劣化の通知を受信すると、品質劣化時指定情報３０２が指定ありに設定されているＩＦＩＤ３０１の使用指定情報３０３を使用中に設定し、また品質劣化時指定情報３０２が指定なしに設定されているＩＦＩＤ３０１の使用指定情報３０３を非使用に設定する（Ｆ５０６、Ｓ７０４）。そして、通信経路選択部１０８は、使用指定情報３０３を使用中に設定したＩＦＩＤ３０１を複製処理部１０９に通知する（Ｆ５０６、Ｓ７０５）。

複製処理部１０９は、ＩＦＩＤを含む通知を受信すると、複製処理情報テーブル４００の当該ＩＦＩＤと同一のＩＦＩＤ４０１に対応する使用指定情報４０２を使用中に変更し、それ以外のＩＦＩＤ４０１の使用指定情報４０２を非使用に変更する（Ｆ５０７、Ｓ７０６）。そして、品質良好状態時に使用しておらず、新規に使用する無線ＩＦ部１１２から送信するため、前述した保持データを読み出して、ネットワーク層の処理を実行して、当該無線ＩＦ部１１２に対応する送信バッファ１１０に格納し（Ｆ５０８、Ｓ７０７）、処理を終了する。新規に使用する無線ＩＦ部１１２は、対応する送信バッファ１１０に格納されたデータを読み出して、送信する。

次に、マルチルート通信からシングルルート通信に変更する動作を説明する。品質劣化状態と判定された場合、通信品質判定部１０７は、取得した複数のバッファ量の各々と閾値βとを比較する（Ｆ５０９、Ｓ８０２）。このとき取得した全てのバッファ量が閾値β以上である場合は処理を終了する。一方、閾値β未満のバッファ量があった場合はステップＦ５１１に進む（Ｆ５１０）。ステップＦ５１１では、当該送信バッファ１１０のバッファ量が閾値β未満となった回数が連続Ｘ回未満である場合は処理を終了する。一方、当該送信バッファ１１０のバッファ量が閾値β未満となった回数が連続Ｘ回となった場合、通信品質判定部１０７は、当該送信バッファ１１０に対応する無線ＩＦ部１１２のＩＦＩＤ２０１を含む品質良好の通知を通信経路選択部１０８に送信する（Ｆ５１１、Ｆ５１２、Ｓ８０３）。

通信経路選択部１０８は、品質良好の通知を受信すると、品質良好の通知に含まれるＩＦＩＤの使用指定情報３０３を使用中に設定し、それ以外のＩＦＩＤ３０１の使用指定情報３０３を非使用に設定する（Ｆ５１３、Ｓ８０４）。そして、通信経路選択部１０８は、使用指定情報３０３を使用中に設定したＩＦＩＤ３０１を複製処理部１０９に通知する（Ｆ５１３、Ｓ８０５）。

複製処理部１０９は、ＩＦＩＤを含む通知を受信すると、複製処理情報テーブル４００の当該ＩＦＩＤと同一のＩＤＩＤ４０１に対応する使用指定情報４０２を使用中に変更し、それ以外のＩＦＩＤ４０１の使用指定情報４０２を非使用に変更し（Ｆ５１４、Ｓ８０６）、処理を終了する。

以上に説明した使用無線ＩＦ部の変更処理では、品質良好状態では一つの無線ＩＦ部１１２を使用する例を説明したが、本発明の本質は、品質良好状態ではデータを転送するルートの数を減らし、品質劣化状態ではデータを転送するルートの数を増やすことにあるので、各状態で使用する無線ＩＦ部の数は実施例で説明したものに限らない。すなわち、品質良好状態で複数の無線ＩＦ部１１２を使用してもよい。

具体的には、品質良好状態において、Ｙ個の無線ＩＦ部１１２を使用する場合、品質良好状態において、使用している無線ＩＦ部１１２に対応した送信バッファ１１０の全てのバッファ量が閾値α以上となった場合に品質劣化状態と判定する。また、品質劣化状態において、使用している無線ＩＦ部１１２に対応した送信バッファ１１０の、いずれかのバッファ量が閾値β未満となった回数が連続Ｘ回となった場合、当該送信バッファ１１０に対応した無線ＩＦ部１１２に加え、合計Ｙ個になるようにＩＦＩＤを選択してもよい。

さらに、一つの無線ＩＦ部１１２が複数のルートでデータを転送できる場合、品質良好状態か品質劣化状態かによって、当該無線ＩＦ部１１２でデータを転送するルートの数を変えてもよい。

以上に説明したように、第１実施例では、送信バッファに格納されたデータの量に基づいて遅延に関する通信品質を判定し、品質劣化時にはデータを送信するルート数を増加し、品質良好時にはデータを送信するルート数を低減する。このため、、品質劣化時に安定した通信を実現でき、品質良好時に安定した通信を維持できる範囲で通信コストを抑制できる。このため、クラウドとの間で安定してデータを通信できる。

次に、本発明の第２実施例を説明する。第２実施例は、優先データが存在するか否かによって、前述したバッファ量に対する閾値を動的に変更することを特徴とする。第２実施例では、図１３、図１４を用いて、第１実施例と異なる部分を説明し、第１実施例と同じ部分の説明は省略する。

図１３は、第２実施例の移動通信端末１０の機能ブロック図である。

第２実施例の移動通信端末１０は、第１実施例の構成に加え、優先データ監視部１１６を有する。優先データ監視部１１６は、優先データ蓄積部１０４を所定の周期Ｔ２で監視し、優先データが格納されているか否かを判定し、該判定結果に応じて前述した閾値を決定し、通信品質判定部１０７に設定する。

図１４は、優先データ監視部１１６が実行する閾値設定処理のフローチャートである。

優先データ監視部１１６は、監視周期Ｔ２に到達すると、優先データが優先データ蓄積部１０４に格納されているか否かの情報を取得する（Ｆ１００１）。優先データが優先データ蓄積部１０４に格納されている場合、優先データ監視部１１６は、閾値α及びβとして、それぞれａ及びｂを通信品質判定部１０７に設定して、処理を終了する。一方、優先データが優先データ蓄積部１０４に格納されていない場合、優先データ監視部１１６は、閾値α及びβとして、それぞれａ’及びｂ’を通信品質判定部１０７に設定して、処理を終了する。

第２実施例において、ａ’はａより小さい値であり、ｂはｂ’より小さい値である。このため、通信品質判定部１０７は、優先データが存在する場合、バッファ量がより小さい値で通信劣化状態となるため、低遅延を保証できる。これにより、移動通信端末１０が搭載するアプリケーション１０１が優先度の高いデータを迅速に送信するという要求条件に対応できる。また、設定する閾値はアプリケーションの要求条件により異なり、例えば、システム運用者により静的に設定されるとよい。すなわち、データを送信するアプリケーションによって閾値は異なるので、データを送信するアプリケーションが変わると、閾値は動的に変更される。

次に、本発明の第３実施例を説明する。第３実施例は、送信データのデータ量に基づいて、前述したバッファ量に対する閾値を動的に変更することを特徴とする。第３実施例では、図１５、図１６を用いて、第１実施例と異なる部分を説明し、第１実施例と同じ部分の説明は省略する。

図１５は、第３実施例の移動通信端末１０の機能ブロック図である。

第３実施例の移動通信端末１０は、第１実施例の構成に加え、蓄積データ計測部１１７を有する。蓄積データ計測部１１７は、優先データ蓄積部１０４及び一般データ蓄積部１０５を所定の周期Ｔ３で監視し、各蓄積部に格納されているデータの量を取得し、取得したデータ量に応じて前述した閾値を決定し、通信品質判定部１０７に設定する。

図１６は、蓄積データ計測部１１７が実行する閾値設定処理のフローチャートである。

蓄積データ計測部１１７は、監視周期Ｔ３に到達すると、優先データ蓄積部１０４及び一般データ蓄積部１０５に格納されている送信データのデータ量を取得する。各々のデータ量の合計値をＭとする（Ｆ１１０１）。そして、蓄積データ計測部１１７は、閾値α及びβとしてｃ／Ｍ及びｄ／Ｍを通信品質判定部１０７に設定して（Ｆ１１０２）、処理を終了する。

第３実施例において、ｃ、ｂは定数であり、通信品質判定部１０７は、大きいサイズのデータを送信する場合、バッファ量が小さい値で通信劣化状態であると判定する。従って、移動通信端末１０が搭載するアプリケーション１０１が大きいサイズのデータを迅速に送信するという要求条件に対応できる。また、定数ｃ、ｄはアプリケーションの要求条件によって異なり、例えば、システム運用者により静的に設定されるとよい。また、第３実施例では、優先データ蓄積部１０４及び一般データ蓄積部１０５に格納されている送信データの合計値をＭとしたが、優先データ蓄積部１０４及び一般データ蓄積部１０５いずれかに格納されている送信データ量をＭとしてもよい。

次に、本発明の第４実施例を説明する。第４実施例は、移動通信端末１０の移動速度に基づいて、前述したバッファ量に対する閾値を動的に変更することを特徴とする。第４実施例では、図１７、図１８を用いて、第１実施例と異なる部分を説明し、第１実施例と同じ部分の説明は省略する。

図１７は、第４実施例の移動通信端末１０の機能ブロック図である。

第４実施例の移動通信端末１０は、第１実施例の構成に加え、移動速度計測部１１５を有する。移動速度計測部１１５は、移動通信端末１０の移動速度を測定し、移動速度に応じて前述した閾値を決定し、通信品質判定部１０７に設定する。移動速度計測部１１５の移動速度計測は、例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の利用により実現できる。

図１８は、移動速度計測部１１５が実行する閾値設定処理のフローチャートである。

移動速度計測部１１５は、監視周期Ｔ４に到達すると、移動通信端末の移動速度Ｖを取得する（Ｆ１２０１）。そして、閾値α及びβとしてｅ／Ｖ及びｆ／Ｖを通信品質判定部１０７に設定して（Ｆ１２０２）、処理を終了する。

第４実施例において、ｅ、ｆは定数であり、通信品質判定部１０７は、移動速度が速い場合、バッファ量が小さい値で通信劣化状態であると判定する。従って、より低遅延が保証される。これにより、移動通信端末１０が搭載するアプリケーション１０１が遠隔運転サービスを実現するためのアプリケーションである場合、制御対象の自動車の速度が速ければ、クラウドからの迅速なフィードバック制御によって、安全性を担保できる。また、定数ｅ、ｆはアプリケーションの要求条件により異なり、例えばシステム運用者により静的に設定されるとよい。

なお、第２実施例から第４実施例において、通信品質を判定するための閾値を変更する例を説明したが、これらの二つ以上を組み合わせて移動通信端末１０に適用してもよい。

以上に説明したように、本発明の実施例によると、移動通信端末１０は、送信されるデータが格納される送信バッファ１１０と、送信バッファ１１０に格納されるデータの量と所定の閾値とを比較した結果に基づいて、複数の無線通信システム４０の通信品質を判定する通信品質判定部１０７と、通信品質の判定結果に基づいて、データを送信する無線通信システムの数を制御する通信経路選択部１０８と、選択された数の無線通信システム４０を介して無線基地局２０にデータを送信する少なくとも一つの無線ＩＦ部１１２とを有するので、通信コストを抑制しつつ、安定したデータ通信を実現できる。

また、通信経路選択部１０８は、通信品質が劣化していると判定された場合、データを送信する無線通信システム４０の数を増加するように制御し、通信品質が良好であると判定された場合、データを送信する無線通信システム４０の数を減少するように制御するので、品質劣化時にはマルチルート数を増加させて安定した通信を実現し、品質良好時には安定した通信を維持できる程度にマルチルート数を低減して通信コストを抑制できる。

また、無線ＩＦ部１１２は、複数の無線通信システム４０を介して、それぞれ、異なる無線方式又は異なる通信事業者の無線基地局２０と通信する複数の無線インターフェースを含むので、通信品質が異なる複数のルートを利用し、安定したデータ通信を実現できる。

また、移動通信端末１０は、複数の無線通信システム４０でデータを送信する場合、送信すべきデータを複製する複製処理部１０９を備えるので、同じデータを複数のルートで送信し、安定したデータ通信を実現できる。

また、複製処理部１０９は、複製元のデータを所定量保持する複製用バッファ１０９Ａを有し、通信経路選択部１０８がデータを送信する無線インターフェースを新たに選択した場合、複製バッファ１０９Ａに格納されている複製元のデータを読み出し、新たに選択された無線インターフェースに送るので、品質劣化時に、既に送信したデータを他のルートで再送できる。

また、通信品質判定部１０７による通信品質の判定条件は、移動通信端末１０に搭載されるアプリケーション１０１の要求条件に基づいて動的に変更されるので、閾値を固定した場合より、マルチルートの必要性を正確に判定できる。このため、無駄にマルチルートを使用しないので、通信コストを削減できる。

また、通信品質判定部１０７による通信品質の判定条件は、送信バッファ１１０に格納されるデータの量に基づいて動的に変更されるので、バッファに格納されているデータを早く送信し、低い遅延でデータを送信できる。

また、通信品質判定部１０７による通信品質の判定条件は、送信バッファ１１０に格納されるデータの優先度に基づいて動的に変更されるので、優先的に送信すべきデータを低い遅延で送信できる。

また、通信品質判定部１０７による通信品質の判定条件は、移動通信端末１０の移動速度に基づいて動的に変更されるので、早いフィードバックが必要な高速走行時に、低い遅延でデータを送信でき、移動体の安全性を担保できる。

また、無線ＩＦ部１１２は、データリンク層又は物理層における無線プロトコルのパケット再送処理に必要な再送バッファ１１３を有し、送信バッファ１１０は、無線ＩＦ部１１２から送信すべきデータを格納するので、ＯＳＩ参照モデルにおける上位のレイヤでアプリケーションの要求に応じたルート数の制御を実行できる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。

１０ 移動通信端末
２０ 基地局
３０ キャリアネットワーク
４０ 無線通信システム
５０ インターネット
６０ クラウド
１１ ＣＰＵ
１２ メモリ
１３ 無線ＩＦモジュール
１０１ アプリケーション
１０２ トランスポート処理部
１０３ 優先度判定部
１０４ 優先データ蓄積部
１０５ 一般データ蓄積部
１０６ 送信制御部
１０７ 通信品質判定部
１０８ 通信経路選択部
１０９ 複製処理部
１１０ 送信バッファ
１１１ 受信バッファ
１１２ 無線ＩＦ部
１１３ 再送バッファ
１１４ 受信処理部
１１５ 移動速度計測部
１１６ 優先データ監視部
１１７ 蓄積データ監視部

Claims (9)

1. 複数の無線通信システムと接続可能な無線通信端末であって、
   送信されるデータが格納される送信バッファと、
   前記送信バッファに格納されるデータの量と所定の閾値とを比較した結果に基づいて、前記複数の無線通信システムの通信品質を判定する判定部と、
   前記通信品質の判定結果に基づいて、データを送信する無線通信システムの数を制御する選択部と、
   前記複数の無線通信システムを介して、それぞれ、異なる無線方式又は異なる通信事業者の無線基地局にデータを送信する複数の無線インターフェースと、
   前記複数の無線通信システムでデータを送信する場合、当該送信すべきデータを複製バッファに複製する複製処理部とを備え、
   前記選択部がデータを送信する無線インターフェースを新たに選択した場合、前記複製処理部は、前記複製バッファに格納されているデータを読み出し、前記新たに選択された無線インターフェースに送る無線通信端末。
2. 請求項１に記載の無線通信端末であって、
   前記選択部は、
   前記通信品質が劣化していると判定された場合、データを送信する無線通信システムの数を増加するように制御し、
   前記通信品質が良好であると判定された場合、データを送信する無線通信システムの数を減少するように制御する無線通信端末。
3. 請求項１に記載の無線通信端末であって、
   前記判定部による通信品質の判定条件は、前記無線通信端末に搭載されるアプリケーションの要求条件、送信バッファに格納されるデータの量、送信バッファに格納されるデータの優先度及び前記無線通信端末の移動速度の少なくとも一つに基づいて動的に変更される無線通信端末。
4. 請求項１に記載の無線通信端末であって、
   前記無線インターフェースは、データリンク層又は物理層における無線プロトコルのパケット再送処理に必要な再送バッファを有し、
   前記送信バッファは、前記無線インターフェースから送信すべきデータを格納する無線通信端末。
5. 複数の無線通信システムと接続可能な無線通信端末と、前記無線通信端末からデータを受信し、該データを計算機システムへ送信する無線基地局とを備える無線通信システムであって、
   前記無線通信端末は、
   送信されるデータが格納される送信バッファと、
   前記送信バッファに格納されるデータの量と所定の閾値とを比較した結果に基づいて、前記複数の無線通信システムの通信品質を判定する判定部と、
   前記通信品質の判定結果に基づいて、データを送信する無線通信システムの数を制御する選択部と、
   前記複数の無線通信システムを介して、それぞれ、異なる無線方式又は異なる通信事業者の無線基地局にデータを送信する複数の無線インターフェースと、
   複数の前記無線通信システムでデータを送信する場合、当該送信すべきデータを複製バッファに複製する複製処理部とを有し、
   前記選択部がデータを送信する無線インターフェースを新たに選択した場合、前記複製処理部は、前記複製バッファに格納されているデータを読み出し、前記新たに選択された無線インターフェースに送る無線通信システム。
6. 請求項５に記載の無線通信システムであって、
   前記選択部は、
   前記通信品質が劣化していると判定された場合、データを送信する無線通信システムの数を増加するように制御し、
   前記通信品質が良好であると判定された場合、データを送信する無線通信システムの数を減少するように制御する無線通信システム。
7. 請求項５に記載の無線通信システムであって、
   前記判定部による通信品質の判定条件は、前記無線通信端末に搭載されるアプリケーションの要求条件、送信バッファに格納されるデータの量、送信バッファに格納されるデータの優先度及び前記無線通信端末の移動速度の少なくとも一つに基づいて動的に変更される無線通信システム。
8. 請求項５に記載の無線通信システムであって、
   前記無線インターフェースは、データリンク層又は物理層における無線プロトコルのパケット再送処理に必要な再送バッファを有し、
   前記送信バッファは、前記無線インターフェースから送信すべきデータを格納する無線通信システム。
9. 無線通信システムにおける通信制御方法であって、
   前記無線通信システムは、複数の無線通信システムと接続可能な無線通信端末と、前記無線通信端末からデータを受信し、該データを計算機システムへ送信する無線基地局とを有し、
   前記無線通信端末は、送信されるデータが格納される送信バッファと、前記複数の無線通信システムを介して、それぞれ、異なる無線方式又は異なる通信事業者の無線基地局にデータを送信する複数の無線インターフェースとを有し、
   前記方法は、
   前記無線通信端末が、
   前記送信バッファに格納されるデータの量と所定の閾値とを比較した結果に基づいて判定した無線通信システムの通信品質に基づいて、データを送信する無線通信システムの数を制御し、前記制御された数の無線通信システムを介して前記無線基地局にデータを送信するものであって、
   前記複数の無線通信システムでデータを送信する場合、送信すべきデータを複製バッファに複製し、
   前記選択部がデータを送信する無線インターフェースを新たに選択した場合、前記複製バッファに格納されているデータを読み出し、前記新たに選択された無線インターフェースに送る通信制御方法。

Images