JP6913065B2 - 無線ネットワークシステムおよび無線端末 - Google Patents
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本発明は、無線ネットワークシステムおよび無線端末に係り、特に、ユーザデータ信号を取り扱うプロトコル階層のユーザプレーン（U-plane）と、制御信号を取り扱うプロトコル階層の制御プレーン（C-plane）とを分離（C/U分離）し、各プレーンが異なる周波数帯域で通信することが可能な無線ネットワークシステムおよび無線端末に関する。
ユーザ端末UEと無線基地局BSとは、接続を制御する「C-plane」（制御信号）および実際のデータが流れる「U-plane」（ユーザデータ信号）の各信号を送受する。C/U分離された無線ネットワークでは、スモールセルを収容するマクロセルはC-Planeを用いて接続や移動の管理を行うことにより接続性を維持し、スモールセルは、広帯域の周波数を用いたU-Planeを扱うことにより高スループットを提供する
特許文献１には、C-planeとU-planeを分離したSoftware-Defined Network（SDN）におけるネットワーク構成方法として集中制御方式が開示されている。
特許文献２には、マクロセルとスモールセルとで構成される無線ネットワークにおいて、C-planeの通信をマクロセルが行い、U-planeの通信をスモールセルが行う方式が開示されている。
図８は、従来のC/U分離ネットワークの構成を示した図であり、ユーザ端末UEを収容する複数のスモールセルsと、ユーザ端末UEおよび複数のスモールセルsを収容するマクロセルmとから構成される。
スモールセルsに在圏するユーザ端末UEは、ユーザデータ信号をスモールセル基地局BS3との間でU-planeにより通信する。U-planeの通信にはC-planeの通信よりも相対的に低い周波数帯（例えば、2GHz帯）が用いられる。
前記ユーザ端末UEは、制御信号をC-planeによりマクロセル基地局BS1と直接通信する。C-planeの通信にはU-planeの通信よりも相対的に高い周波数帯（例えば、3.5GHz帯）が用いられる。スモールセルsから移動したユーザ端末UEは、ユーザデータ信号を他のスモールセル基地局BS1を経由して、またはマクロセル基地局BS1と直接、U-planeにより通信する。
A. Gudipati, D. Perry, L. E. Li, S. Katti, and B. Labs, "SoftRAN:Software Defined Radio Access Network," in ACM HotSDN, 2013.
H. Ishii, Y. Kishiyama, and H. Takahashi, "A novel architecture for LTE-B :C-plane/U-plane split and phantom cell concept," in Proc. IEEE Globecom Workshops, 2012.
特許文献１の構成方法では、集中制御方式を用いているためスケーラビリティに欠けるという問題点がある。特許文献２の構成方法では、C-planeの通信を全てマクロセルに委ねるため、マクロセルに通信負荷が集中し、特許文献１と同様にスケーラビリティに欠けるという問題点がある。
このよう技術課題に対して、本発明の発明者等は、無線ネットワークシステムを、ユーザ端末UEを収容する複数のスモールセルsと、ユーザ端末UEおよび複数のスモールセルsを収容する複数のミドルセルMと、ユーザ端末UE、複数のスモールセルsおよび複数のミドルセルMを収容するマクロセルmとから構成する無線ネットワークを提案し、さらにミドルセルMに収容されたスモールセルsに在圏するユーザ端末UEは、制御信号をマクロセルmまたはミドルセルMの各コントローラとC-Planeで通信することで負荷を分散するシステムを発明し、特許出願（P2018-0237）した。
ここで、ミドルセルMに収容されたスモールセルsに在圏するユーザ端末UEは、制御信号の通信先としてマクロセルmまたはミドルセルMを適切に選択することを要求される。
本発明の目的は、上記の技術課題を解決し、制御信号をC-PlaneでマクロセルmおよびミドルセルMのいずれとも通信できる無線端末が、制御信号の通信先としてマクロセルmおよびミドルセルMの一方を適切に選択できる無線ネットワークシステムおよび無線端末を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、スモールセルが無線端末を収容し、ミドルセルが無線端末およびスモールセルを収容し、マクロセルが無線端末、スモールセルおよびミドルセルを収容し、制御信号を取り扱うC-Planeとユーザデータ信号を取り扱うU-Planeとが分離した無線ネットワークシステムおよびその無線端末において、以下の構成を具備した点に特徴がある。
(1) 無線端末が、ミドルセルに収容されているスモールセルに在圏するか否かを判定する手段と、ミドルセルおよびマクロセルに対する空きチャネルのサーチ順序を決定する手段とを具備し、前記決定されたサーチ順序で空きチャネルをサーチするようにした。
(2) 無線端末は、初めにマクロセルの空きチャネルをサーチし、空きチャネルが見つからなければミドルセルの空きチャネルをサーチするようにした。
(3) 無線端末は、初めにミドルセルの空きチャネルをサーチし、空きチャネルが見つからなければマクロセルの空きチャネルをサーチするようにした。
(4) 無線端末は、マクロセルおよびミドルセルから空きチャネルをランダムにサーチするようにした。
(5) 無線端末が、自身の移動速度を検知する手段を更に具備し、検知された移動速度が所定の基準値未満であればミドルセルの空きチャネルを優先的にサーチし、前記移動速度が前記基準値以上であればマクロセルの空きチャネルを優先的にサーチするようにした。
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1) ミドルセルに収容されているスモールセルに在圏する無線端末は、制御信号の通信先としてマクロセルmおよびミドルセルMの一方を適切に選択できるようになるので、C-planeの処理負荷をマクロセルmおよびミドルセルMに分散させることができるようになる。
(2) C-planeによる通信の空きチャネルが、マクロセルmおよびミドルセルMの順にサーチされるので、マクロセルmの処理負荷が高くなると、その一部をミドルセルMに分散させることが可能となり、一部のセルに負荷が集中することを防止できるようになる。
(3) C-planeによる通信の空きチャネルが、ミドルセルMおよびマクロセルmの順にサーチされるので、ミドルセルMの処理負荷が高くなると、その一部をマクロセルmに分散させることが可能となり、一部のセルに負荷が集中することを防止できるようになる。
(4) C-planeによる通信の空きチャネルが、マクロセルmおよびミドルセルMを対象にランダムにサーチされるので、C-planeによる通信の処理負荷をマクロセルおよびミドルセルに分散させることができるようになる。
(5) 無線端末の移動速度Vが低く（V＜Vref）、ハンドオーバの起こる可能性が相対的に低い場合には、ミドルセルの空きチャネルが優先的にサーチされるので、C-planeによる通信の処理負荷がマクロセルに集中することを防止できる。一方、無線端末の移動速度Vが高く（V≧Vref）、ハンドオーバの起こる可能性が相対的に高い場合には、カバレッジの広いマクロセルmの空きチャネルが優先的にサーチされるので、ハンドオーバを起こりにくくすることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明を適用した無線ネットワークの構成を示した図であり、無線端末としてのユーザ端末UEを収容する複数のスモールセルsと、ユーザ端末UEおよび複数のスモールセルsを収容できる複数のミドルセルMと、ユーザ端末UE、複数のスモールセルsおよび複数のミドルセルMを収容できるマクロセルmとから構成される。マクロセルmを管理するマクロセル基地局BS1は、ゲートウェイGWを中継してバックボーン（インターネット）に接続される。
このような構成において、ミドルセルに収容されるスモールセルsに在圏するユーザ端末UEは、図１に示したように、制御信号をマクロセルmまたはミドルセルMの各コントローラとC-Planeで通信できる。したがって、配下に多数のユーザ端末UEが収容されている場合でも、その制御信号に関する処理負荷をマクロセルmおよびミドルセルMに分散させることが可能となり、処理負荷がマクロセルmに集中することを防止できる。
また、ミドルセルに収容されるスモールセルsに在圏するユーザ端末UEは、ユーザデータ信号を、在圏するスモールセルsのコントローラBS3とU-Planeで通信するので、速度低下を抑えることができる。
一方、ミドルセルMまたはマクロセルmに在圏するユーザ端末UEは、制御信号をマクロセルのコントローラとC-Planeで通信することができるので、ハンドオーバを起こりにくくすることができる。また、ユーザデータ信号は、在圏するミドルセルMのコントローラBS2とU-Planeで通信するので、速度低下を抑えることができる。
図２は、前記ユーザ端末UEの第１実施形態の機能ブロック図であり、UE機能部１は、ユーザ端末UEが一般に備える必須機能として、電話機能、データ通信機能、表示機能、GPS機能あるいは3Dジャイロ機能等の各種の機能を備える。収容状態判定部２は、各セルの無線基地局が出力するメッセージ信号を受信することで、自身が在圏するセルおよび当該セルの収容状態を判定する。
サーチ順序決定部３は、予め指定されているサーチポリシーに基づいて、空きチャネルをサーチするセルの順序を決定する。前記UE機能部１は、前記決定された順序で各セルの空きチャネルをサーチし、空きチャネルを利用してC-planeの通信セッションを確立する。
図３は、前記ユーザ端末UEの第２実施形態の機能ブロック図であり、前記UE機能部１のGPS機能による測位結果または前記3Dジャイロ機能が出力する加速度データの時系列に基づいて、ユーザ端末UEの移動速度Vを検知する移動速度検知部３を更に具備した点に特徴がある。前記サーチ順序決定部３は、前記移動速度Vの検知結果に基づいて空きチャネルのサーチ順序を決定する。
図４は、前記第１実施形態に係るユーザ端末UE(1)によるチャネルサーチの第１実施形態の手順を示したフローチャートである。
ステップＳ１１では、前記収容状態判定部２により、ユーザ端末UE(1)がミドルセルに収容されているスモールセルに在圏しているか否かが判断される。判定結果が肯定であればステップＳ１２以降へ進み、前記サーチ順序決定部３により決定されるサーチ手順に従って空きチャネルのサーチが実行される。
ステップＳ１２では、初めにマクロセルmを対象に空きチャネルがサーチされる。ステップＳ１３では、空きチャネルの有無が判断され、空きチャネルが見つかれば、当該空きチャネルで通信セッションが確立される。
マクロセルmで空きチャネルが見つからなければステップＳ１４へ進み、ミドルセルMを対象に空きチャネルがサーチされる。ステップＳ１５では、空きチャネルの有無が判断され、空きチャネルが見つかれば、当該空きチャネルで通信セッションが確立される。ミドルセルMでも空きチャネルが見つからなければ当該処理を終了する。
本実施形態によれば、C-planeによる通信の空きチャネルが、マクロセルmおよびミドルセルMの順にサーチされるので、マクロセルmの処理負荷が高くなると、その一部をミドルセルMに分散させることが可能となり、一部のセルに負荷が集中することを防止できるようになる。
図５は、前記第１実施形態に係るユーザ端末UEによるチャネルサーチの第２実施形態の手順を示したフローチャートである。
ステップＳ２１では、前記収容状態判定部２により、ユーザ端末UE(1)がミドルセルに収容されているスモールセルに在圏しているか否かが判断される。判定結果が肯定であればステップＳ２２以降へ進み、前記サーチ順序決定部３により決定されるサーチ手順に従って空きチャネルのサーチが実行される。
ステップＳ２２では、初めにミドルセルMを対象に空きチャネルがサーチされる。ステップＳ２３では、空きチャネルの有無が判断され、空きチャネルが見つかれば、当該空きチャネルで通信セッションが確立される。
ミドルセルmで空きチャネルが見つからなければステップＳ２４へ進み、マクロセルmを対象に空きチャネルがサーチされる。ステップＳ２５では、空きチャネルの有無が判断され、空きチャネルが見つかれば、当該空きチャネルで通信セッションが確立される。マクロセルmでも空きチャネルが見つからなければ当該処理を終了する。
本実施形態によれば、C-planeによる通信の空きチャネルが、ミドルセルMおよびマクロセルmの順にサーチされるので、ミドルセルMの処理負荷が高くなると、その一部をマクロセルmに分散させることが可能となり、一部のセルに負荷が集中することを防止できるようになる。
図６は、前記第１実施形態に係るユーザ端末UE(1)によるチャネルサーチの第３実施形態の手順を示したフローチャートである。
ステップＳ３１では、前記収容状態判定部２により、ユーザ端末UE(1)がミドルセルに収容されているスモールセルに在圏しているか否かが判断される。判定結果が肯定であればステップＳ３２以降へ進み、前記サーチ順序決定部３により決定されるサーチ手順に従って空きチャネルのサーチが実行される。
ステップＳ３２では、マクロセルmおよびミドルセルMを対象に空きチャネルがランダムにサーチされる。ステップＳ３３では、空きチャネルの有無が判断され、空きチャネルが見つかれば、当該空きチャネルで通信セッションが確立される。空きチャネルが見つからなければ当該処理を終了する。
第３実施形態によれば、C-planeによる通信の空きチャネルが、マクロセルmおよびミドルセルMを対象にランダムにサーチされるので、C-planeによる通信の処理負荷をマクロセルおよびミドルセルに分散させることができるようになる。
図７は、前記第２実施形態に係るユーザ端末UE(2)によるチャネルサーチの手順を示したフローチャートである。
ステップＳ４１では、前記収容状態判定部２により、ユーザ端末UE(2)がミドルセルに収容されているスモールセルに収容されているか否かが判断される。判定結果が肯定であればステップＳ４２へ進み、前記移動速度検知部４によりユーザ端末UE(2)の移動速度Vが取得される。
ステップＳ４３では、移動速度Vが所定の基準速度Vrefと比較され、V＜VrefであればステップＳ４４へ進む。ステップＳ４４では、ミドルセルMを対象に空きチャネルがサーチされる。ステップＳ４５では、空きチャネルの有無が判断され、空きチャネルが見つかれば、当該空きチャネルで通信セッションが確立される。
ミドルセルmで空きチャネルが見つからなければステップＳ４６へ進み、マクロセルmを対象に空きチャネルがサーチされる。ステップＳ４７では、空きチャネルの有無が判断され、空きチャネルが見つかれば、当該空きチャネルで通信セッションが確立される。マクロセルmも空きチャネルが見つからなければ当該処理を終了する。
一方、前記ステップＳ４３において、V≧Vrefであると判断されていればステップＳ４８へ進み、マクロセルmを対象に空きチャネルがサーチされる。ステップＳ４９では、空きチャネルの有無が判断され、空きチャネルが見つかれば、当該空きチャネルで通信セッションが確立される。
マクロセルmで空きチャネルが見つからなければステップＳ５０へ進み、ミドルセルMを対象に空きチャネルがサーチされる。ステップＳ５１では、空きチャネルの有無が判断され、空きチャネルが見つかれば、当該空きチャネルで通信セッションが確立される。ミドルセルMでも空きチャネルが見つからなければ当該処理を終了する。
第４実施形態によれば、ユーザ端末UEの移動速度Vが低く（V＜Vref）、ハンドオーバの起こる可能性が相対的に低い場合には、ミドルセルの空きチャネルが優先的にサーチされるので、C-planeによる通信の処理負荷がマクロセルに集中することを防止できる。
一方、ユーザ端末UEの移動速度Vが高く（V≧Vref）、ハンドオーバの起こる可能性が相対的に高い場合には、カバレッジの広いマクロセルmの空きチャネルが優先的にサーチされるので、ハンドオーバを起こりにくくすることができる。
１…UE機能部，２…収容状態判定部，３…サーチ順序決定部，４…移動速度検知部
Claims (6)
- 無線端末を収容する複数のスモールセルと、
前記無線端末およびスモールセルを収容する複数のミドルセルと、
前記無線端末、スモールセルおよびミドルセルを収容するマクロセルとを含み、
制御信号を取り扱うC-Planeとユーザデータ信号を取り扱うU-Planeとが分離した無線ネットワークシステムであって、
前記ミドルセルに収容されているスモールセルに在圏する無線端末は、制御信号をマクロセルまたはミドルセルのコントローラとC-Planeで通信し、
前記ミドルセルに収容されているスモールセルに在圏する無線端末は、初めにミドルセルの空きチャネルをサーチし、空きチャネルが見つからなければマクロセルの空きチャネルをサーチすることを特徴とする無線ネットワークシステム。 - 無線端末を収容する複数のスモールセルと、
前記無線端末およびスモールセルを収容する複数のミドルセルと、
前記無線端末、スモールセルおよびミドルセルを収容するマクロセルとを含み、
制御信号を取り扱うC-Planeとユーザデータ信号を取り扱うU-Planeとが分離した無線ネットワークシステムであって、
前記ミドルセルに収容されているスモールセルに在圏する無線端末は、制御信号をマクロセルまたはミドルセルのコントローラとC-Planeで通信し、
前記ミドルセルに収容されているスモールセルに在圏する無線端末は、マクロセルおよびミドルセルから空きチャネルをランダムにサーチすることを特徴とする無線ネットワークシステム。 - 無線端末を収容する複数のスモールセルと、
前記無線端末およびスモールセルを収容する複数のミドルセルと、
前記無線端末、スモールセルおよびミドルセルを収容するマクロセルとを含み、
制御信号を取り扱うC-Planeとユーザデータ信号を取り扱うU-Planeとが分離した無線ネットワークシステムであって、
前記ミドルセルに収容されているスモールセルに在圏する無線端末は、制御信号をマクロセルまたはミドルセルのコントローラとC-Planeで通信し、
前記無線端末が、自身の移動速度を検知する手段を具備し、
前記ミドルセルに収容されているスモールセルに在圏する無線端末は、前記検知された移動速度が所定の基準値未満であればミドルセルの空きチャネルを優先的にサーチし、前記移動速度が前記基準値以上であればマクロセルの空きチャネルを優先的にサーチすることを特徴とする無線ネットワークシステム。 - スモールセルが無線端末を収容し、ミドルセルが無線端末およびスモールセルを収容し、マクロセルが無線端末、スモールセルおよびミドルセルを収容し、制御信号を取り扱うC-Planeとユーザデータ信号を取り扱うU-Planeとが分離した無線ネットワークで無線通信を行う無線端末であって、
ミドルセルに収容されているスモールセルに在圏するか否かを判定する手段と、
ミドルセルおよびマクロセルに対する空きチャネルのサーチ順序を決定する手段とを具備し、
ミドルセルに収容されているスモールセルに在圏すると、初めにミドルセルの空きチャネルをサーチし、空きチャネルが見つからなければマクロセルの空きチャネルをサーチすることを特徴とする無線端末。 - スモールセルが無線端末を収容し、ミドルセルが無線端末およびスモールセルを収容し、マクロセルが無線端末、スモールセルおよびミドルセルを収容し、制御信号を取り扱うC-Planeとユーザデータ信号を取り扱うU-Planeとが分離した無線ネットワークで無線通信を行う無線端末であって、
ミドルセルに収容されているスモールセルに在圏するか否かを判定する手段と、
ミドルセルおよびマクロセルに対する空きチャネルのサーチ順序を決定する手段とを具備し、
ミドルセルに収容されているスモールセルに在圏すると、マクロセルおよびミドルセルから空きチャネルをランダムにサーチすることを特徴とする無線端末。 - スモールセルが無線端末を収容し、ミドルセルが無線端末およびスモールセルを収容し、マクロセルが無線端末、スモールセルおよびミドルセルを収容し、制御信号を取り扱うC-Planeとユーザデータ信号を取り扱うU-Planeとが分離した無線ネットワークで無線通信を行う無線端末であって、
ミドルセルに収容されているスモールセルに在圏するか否かを判定する手段と、
ミドルセルおよびマクロセルに対する空きチャネルのサーチ順序を決定する手段と、
自身の移動速度を検知する手段とを具備し、
ミドルセルに収容されているスモールセルに在圏すると、前記検知された移動速度が所定の基準値未満であればミドルセルの空きチャネルを優先的にサーチし、前記移動速度が前記基準値以上であればマクロセルの空きチャネルを優先的にサーチすることを特徴とする無線端末。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2018173223A JP6913065B2 (ja) | 2018-09-18 | 2018-09-18 | 無線ネットワークシステムおよび無線端末 |
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