JPWO2007074515A1 - 移動制御装置及びハンドオーバ制御方法 - Google Patents

Abstract

移動端末の移動に伴って該移動端末が通信する基地局を切り替えるハンドオーバ制御を行う移動通信システムにおけるハンドオーバ制御方法である。このハンドオーバ制御方法において、移動制御装置は、通信状態に基づいて１以上のハンドオーバ基地局の候補を選定し、各ハンドオーバ基地局候補の通信能力に基づいて通信データをマルチキャストする伝送レートを決定し、該伝送レートで通信データを各ハンドオーバ基地局候補へ伝送し、ハンドオーバ基地局として決定されたハンドオーバ基地局候補はマルチキャストされて保存してある通信データを移動端末へ送信する。

Description

本発明は、移動制御装置及びハンドオーバ制御方法に係わり、特に、移動端末の移動に伴って該移動端末が通信する基地局を切り替えるハンドオーバ制御を行う移動通信システムにおける移動制御装置及びハンドオーバ制御方法に関する。

図３０はIP（Internet Protocol）を使った移動体通信システムの構成図であり、移動制御装置MCA、無線基地局BTS1〜BTSn及び多数の移動端末MS(１台のみ図示)を備えている。移動制御装置MCAは上位の有線ネットワークとしてのIP網に接続すると共に多数の基地局BTS1〜BTSnと有線で接続してこれらを制御する。基地局BTS1〜BTSnはセルCL1〜CLn内の移動端末MSと無線で通信する。
図示しない端末から移動端末MS宛に発せられたパケットは、IP網を介して、該移動端末を収容する移動制御装置MCAに送信される。移動端末MSがセルCL1に在圏していれば、移動制御装置MCAは該セルを収容している基地局BTS1にパケットを送信し、基地局BTS1は該パケットを移動端末MSに無線で送信する。以後、移動端末MSがセルCL1に在圏しつづければ移動制御装置MCAは上記経路で移動端末MSと相手端末とが通信するように制御する。移動端末MSが移動して隣接セルCL2に移動すれば、移動制御装置MCAは、ハンドオーバ制御により中継の基地局を、基地局BTS1から基地局BTS2に切り替える。

かかるIPを使った移動体通信において、IP層におけるモビリティ制御を可能とするMobile IP（RFC2002、RFC3775）の適用が考えられている。この技術を移動体ネットワークに適用することにより、図３０に示すように移動端末MSが通信中に接続先の基地局を変更（ハンドオーバ）しても、IPによる通信を継続することが可能となる。Mobile IPは、次世代のセルラ型移動体通信においてもモビリティ制御プロトコルとして導入が検討されている。次世代のセルラ型移動体通信では、現在の主流である3Gシステムと比較してより大容量高速通信が要求されているため、高速パケット伝送を実現するためにMobile IPを高速に動作させる仕組が必要不可欠となる。
Mobile IPの大きな特徴は、パケット伝送を行うためのシグナリングに関するフレームワークを与えているが、具体的なパケット伝送制御に関する仕様を与えていないことである。このため、Mobile IPを高速に動作させるには、(1)シグナリングによる遅延を減少させる技術、(2)パケットを高速に伝送するための伝送方式が必要である。

Mobile IPを高速に動作させるための上記(1)に関する手法として、Hierarchical Mobile IPv6 Mobility Management（HMIPv6）が提案されている(非特許文献１)。また、上記(2)に関する手法としてFast Handovers for Mobile IPv6（FHO）（非特許文献２）や、移動端末の複数の移動候補先基地局に予めパケットをマルチキャストする手法が提案されている（特許文献１）。また、HMIPv6を拡張し、パケット伝送制御手法を備えたHierarchical
Mobile IPv6 with Buffering（HMIPv6-B）（非特許文献３）も提案されている。しかし、これらの方式には以下の問題点がある。

HMIPv6の問題点：HMIPは、Mobile IPにおけるシグナリングの削減を目的とした方式である。HMIPはシグナリングの削減によるパケット伝送の高速化には効果はあるが、伝送技術そのものの高速化については何も提案していない。
FHOの問題点：FHOは、パケット伝送技術の高速化手法である。具体的には、移動端末のハンドオーバ時に移動元基地局から移動先基地局に対して残留しているパケットを予め転送しておくという手法である。しかし、この手法では移動先基地局が既知であることが前提であるため、移動先の基地局が決定しないとパケットの転送が行えない問題がある。

HMIPv6-Bの問題点：HMIPv6-Bは、HMIPv6の各種機能にパケットのバッファリング機能を追加し、パケット伝送の高速化をも同時に考慮した手法である。バッファリング機能は、複数のハンドオーバ基地局候補を管理する移動制御装置により行われる。この手法により、シグナリング遅延とパケットロスを減少させたハンドオーバが可能となる。しかし、パケットのバッファリングにより遅延時間が増加するという問題点がある。

マルチキャストの問題点：マルチキャストは、ハンドオーバ時に図３１に示すように移動端末MSの複数のハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4に予めパケットをマルチキャストする手法である。
図３２はマルチキャストを説明するための移動制御装置MCAおよび基地局装置BTS1〜BTSnの構成例である。移動制御装置MCAは、IP網との間のインターフェース制御を行う有線ネットワークインターフェース部(以後インターフェースをI/Fと記す)101a、基地局との間のインターフェース制御を行う基地局I/F部101b、ユーザパケットや制御パケットの通信制御を行う送信データ処理部101c、ハンドオーバ及びマルチキャスト制御を行うハンドオーバ/マルチキャスト制御部101dを有している。各基地局BTS1〜BTSnは同一の構成を備え、移動制御装置MCAとの間のインターフェース制御を行う移動制御装置I/F部 102a、移動端末MSとの間のインターフェース制御を行う無線通信I/F部102b、ユーザパケットや制御パケットの通信制御を行う送信データ処理部102c、ハンドオーバ制御を行うハンドオーバ制御部102dを有している。移動制御装置MCAと各基地局BTS1〜BTSn間はそれぞれ1本のケーブルで接続され、制御チャネル、データチャネルによりそれらの間で制御パケット、ユーザパケットを自由に送受信できるようになっている。

図３３は移動制御装置MCAの詳細な構成図であり、下り方向通信に重点を置いて示している。送信データ処理部101cにおいて、パケットコピー部111は入力するパケットをコピーして送信バッファ112とマルチキャスト部113に入力する。送信バッファ部112は入力パケットを一時的に蓄積して適宜基地局I/F部101bに送信し、マルチキャスト部113はハンドオーバ/マルチキャスト制御部101dからマルチキャストが指示されると、入力するパケットをコピーして送信バッファ114a〜114c及び基地局I/F部101bを介してハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4にマルチキャストする。ハンドオーバ/マルチキャスト制御部101dにおいて、ハンドオーバ制御部121はハンドオーバの全体を制御し、マルチキャスト制御部122はハンドオーバ時のマルチキャスト制御を実行する。

図３４はマルチキャストを採用した場合のハンドオーバ制御シーケンスの要部説明図、図３５はハンドオーバ/マルチキャスト制御部101dの処理フローである。
移動制御装置MCAのハンドオーバ制御部121は、移動端末MSが基地局BTS1と通信している時、定期的に無線状態を測定して報告するよう移動端末MSに要求する。移動端末MSは無線状態測定報告要求を受信すれば周辺基地局BTS2〜BTSnからの受信レベルを測定して通信中の基地局BTS1を介して移動制御装置MCAに報告する。ハンドオーバ制御部121はこの報告を受信すると、報告された信号レベルを参照してハンドオーバが必要であるか判断し(ステップ151〜152)、ハンドオーバが必要であれば、閾値を越えている信号レベルに応じた複数の基地局をハンドオーバ基地局候補として決定し(ステップ153)、該ハンドオーバ基地局候補をマルチキャスト制御部122に通知する。図３４では、基地局BTS2、BTS3、BTS4がハンドオーバ基地局候補である。

ハンドオーバ基地局候補が決定すると、マルチキャスト制御部122は該当する各基地局のインターフェースアドレス、例えばMACアドレス（Media Access Control Address）が判明しているか調べ、MACアドレスが不明であれば、MACアドレス探索パケットを送信することにより該当する基地局のインターフェースアドレスを取得する。これらの手続きが終了すると、マルチキャスト制御部122はマルチキャスト部113にマルチキャスト指示する。
これによりマルチキャスト部113はパケットをコピーしハンドオーバ基地局候補BTS2、BTS3、BTS4にマルチキャストする(ステップ154)。
上記マルチキャストと並行してハンドオーバ制御部121はハンドオーバ基地局を決定する(ステップ155)。例えば、基地局BTS2からの受信電界強度が設定値以上になれば、該基地局BTS2をハンドオーバ基地局と決定する。ついで、ハンドオーバ制御部121は該基地局BTS2に無線チャネルの設定を要求する(ステップ156)。そして、基地局BTS2より無線チャネル設定応答を受信すれば(ステップ157)、該基地局BTS2に対してマルチキャストしたパケットの移動端末MSへの送信を指示すると共に、IP網より受信するパケットを、基地局BTS2を介して移動端末BSに送信するよう制御する。また、マルチキャスト制御部122はマルチキャストを停止すると共に、ハンドオーバ基地局に選ばれなかったハンドオーバ基地局候補にマルチキャストしたパケットの廃棄を指示し、かつ、ハンドオーバ終了処理を行う(ステップ158)。

図３６はハンドオーバ制御の別のシーケンスの要部説明図である。この例でも、移動端末MSが現在基地局BTS1と通信中であり、基地局BTS1の周辺に基地局BTS2〜BTSnが設置されているものとしている。移動制御装置MCAは図３４のシーケンスと同様に移動端末MSから報告される周辺基地局の受信信号レベルを参照することによりハンドオーバ基地局候補を決定する。ただし、図３４のシーケンス例では信号レベルの報告は基地局BTS1を経由して行われていたが、本例では各基地局を通じて行われる。この場合、各基地局は移動制御装置MCAに信号レベルの報告を行う際、MACアドレスを通知する。したがって、図３４のシーケンスと異なり、移動制御装置MCAは基地局のインターフェースアドレスを問い合わせる必要がなく、ハンドオーバ基地局候補を決定すれば直ちにマルチキャストすることができる。
以上のマルチキャスト手法を利用することにより、移動端末MSはハンドオーバ後にハンドオーバ基地局BTS2から即座にデータを受信することが可能となり、このため、高速なハンドオーバが可能となる。この技術はMobile IPを用いた移動体ネットワークに適用することが可能であるため、HMIPv6、FHO、およびHMIPv6-Bの問題を改善することが可能となる有力な高速パケット伝送手法である。

しかし、従来のマルチキャスト手法において、マルチキャストの伝送レートは、移動端末MSがハンドオーバ前に接続している基地局の伝送レートに応じて単一的に決定される。したがって、複数のハンドオーバ基地局候補の通信能力に違いがあると、例えばバッファサイズや無線アクセス方式が異なっていると、ある基地局はマルチキャストされたパケットを収容できずにパケットの廃棄が生じる。このため、廃棄されたパケットの再送による遅延時間が生じ、総合的に高速なハンドオーバを実現できない可能性が生じる。図３１を用いて従来のマルチキャストにおけるパケット廃棄を説明する。図３１では、移動端末MSが在圏する基地局BTS1から、次のハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS3にマルチキャストしている例を示している。基地局BTS1〜BTS3はIEEE802.11a（最大54 Mb/s）対応の基地局であり、BTS4は3G（最大384 Kb/s）対応の基地局である場合を考える。従来のマルチキャスト制御において、マルチキャストの伝送レートはそれまでの基地局BTS1の伝送レートに基づいて単一的に決定され、その最大伝送レートは54 Mb/sとなる。

各基地局のバッファ容量は、無線アクセス方式の伝送レートに応じたサイズに設計されるため、ハンドオーバ基地局候補BTS4のバッファ容量はハンドオーバ基地局候補BTS1〜BTS3のバッファ容量よりも少なく設計されている。したがって、ハンドオーバ基地局候補BTS4にマルチキャストされてくるパケットの伝送レート54 Mb/sは、3G基地局に収容可能となる最大伝送レート384 Kb/sを大きく上回るため、マルチキャストされる全てのパケットは基地局BTS4のバッファに収容されず、バッファ溢れにより廃棄される。したがって、移動端末MSが基地局BTS4にハンドオーバすれば、廃棄されたパケットを再送するため、再送に伴う遅延時間により高速ハンドオーバが実現できない。
この問題は、上記の例のように異種システム間のハンドオーバだけではなく、同一システムにおけるハンドオーバでも生じる。例えば、移動元基地局と移動先基地局において、移動端末の信号レベルが極端に異なっている場合に生じる。

以上、まとめると、移動端末のハンドオーバにおいて、移動制御装置が複数のハンドオーバ基地局候補の性能を考慮せずに単一的な伝送レートでマルチキャストを行うと、配下に位置する複数のハンドオーバ基地局候補でバッファ溢れによるパケット廃棄が生じ、次のような問題点が生じる。
まず、バッファ溢れによるパケットの廃棄が生じると、廃棄されたパケットはエンドツーエンドレベルで再送を行わなければならず、パケットの伝送遅延が増加するという問題が生じる。よって、高速なハンドオーバが実現できなくなる。
また、基地局BTS4においては、マルチキャストされてきたパケットにより、他の移動端末が利用可能となるリソースが減少するため、それら端末の性能が悪化するという問題や、新たに通信を開始する移動端末を収容できなくなるという問題が生じる。

したがって、本発明の目的は、ハンドオーバ制御におけるマルチキャストにおいて、ハンドオーバ基地局候補でバッファ溢れによるパケット廃棄が生じないようにする移動制御装置及びハンドオーバ制御方法を提供することである。
本発明の別の目的は、各基地局の通信能力（バッファ容量、無線リソースの利用状況、および通信品質QoS（Quality of Service））を考慮して、基地局に送出するマルチキャストパケットの伝送レートをパケット廃棄が生じないように設定する移動制御装置及びハンドオーバ制御方法を提供することである。
Network Working Group Request for Comments 4140 (RFC4140) "Hierarchical Mobile IPv6 Mobility Management（HMIPv6）" Network Working Group Request for Comments 4068 (RFC4068）" Fast Handovers for Mobile IPv6" VTC-2003 Spring "Transmission Quality Evaluation for Hierarchical Mobile IPv6 with Buffering Using Test Bed" 特開2004‐282249号公報

本発明は、移動端末の移動に伴って該移動端末が通信する基地局を切り替えるハンドオーバ制御を行う移動通信システムにおける移動制御装置およびハンドオーバ制御方法である。
・本発明のハンドオーバ制御方法
本発明のハンドオーバ制御方法は、通信状態に基づいて１以上のハンドオーバ基地局の候補を選定する第１ステップ、各ハンドオーバ基地局候補の通信能力に基づいて通信データをマルチキャストする伝送レートを決定する第２ステップ、該伝送レートで通信データを各ハンドオーバ基地局候補へ伝送する第３ステップ、ハンドオーバ基地局として決定されたハンドオーバ基地局候補は前記マルチキャストされて保存してある通信データを移動端末へ送信する第４ステップを有している。
前記第２ステップにおいて、前記通信能力は各ハンドオーバ基地局候補の有するバッファのバッファ容量であり、該バッファ容量に基づいて前記ハンドオーバ基地局候補個別に通信データをマルチキャストする伝送レートを決定し、あるいは、前記ハンドオーバ基地局候補のうち最低の伝送レートを共通のマルチキャスト伝送レートとする。
前記第２ステップにおいて、前記通信能力は各ハンドオーバ基地局候補における無線リソースの空き状態であり、該無線リソースの空き状態に基づいて前記ハンドオーバ基地局候補個別に通信データをマルチキャストする伝送レートを決定する。
前記第２ステップにおいて、前記通信能力は各ハンドオーバ基地局候補における実施可能なQoS(サービス品質)であり、該実施可能なQoSに基づいて前記ハンドオーバ基地局候補
個別に通信データをマルチキャストする伝送レートを決定する。
前記第３ステップにおいて、マルチキャストの途中において前記ハンドオーバ基地局候補における通信能力の変化を検出し、変化後の該通信能力に基づいて適応的に前記ハンドオーバ基地局候補に対するマルチキャストの伝送レートを変更し、または前記ハンドオーバ基地局候補をマルチキャストの宛先から除外しマルチキャストの停止をおこなう。

・本発明の移動制御装置
本発明の移動制御装置は、通信状態に基づいて１以上のハンドオーバ基地局の候補を選定するハンドオーバ基地局候補決定部、各ハンドオーバ基地局候補の通信能力に基づいて通信データをマルチキャストする伝送レートを決定する伝送レート決定部、該伝送レートで通信データを各ハンドオーバ基地局候補へ伝送するマルチキャスト部、前記複数のハンドオーバ基地局候補の１つをハンドオーバ基地局として決定するハンドオーバ基地局決定部を有している。
前記各ハンドオーバ基地局候補はマルチキャストされたデータを保存すると共に、ハンドオーバ基地局として決定されたハンドオーバ基地局候補は該保存してある通信データを移動端末へ送信する。
前記伝送レート決定部は、各ハンドオーバ基地局候補の有するバッファのバッファ容量を前記通信能力とみなし、該バッファ容量に基づいて前記ハンドオーバ基地局候補個別に通信データをマルチキャストする伝送レートを決定し、あるいは、前記ハンドオーバ基地局候補のうち最低の伝送レートを共通のマルチキャスト伝送レートとして決定する。
前記伝送レート決定部は、各ハンドオーバ基地局候補における無線リソースの空き状態を前記通信能力とみなし、該無線リソースの空き状態に基づいて前記ハンドオーバ基地局候補個別に通信データをマルチキャストする伝送レートを決定する。
前記伝送レート決定部は、各ハンドオーバ基地局候補における実施可能なQoS(サービス品質)を前記通信能力とみなし、該QoSに基づいて前記ハンドオーバ基地局候補個別に通信データをマルチキャストする伝送レートを決定する。
前記マルチキャスト部は、前記決定した伝送レートで前記各ハンドオーバ基地局候補に通信データをマルチキャストする伝送レート調整部を備え、該伝送レート調整部は、ネットワークから入力する通信データ速度と前記マルチキャスト速度との差分に応じたデータを各ハンドオーバ基地局候補個別に保存するバッファを備える。
前記伝送レート決定部は、マルチキャストの途中において前記ハンドオーバ基地局候補における通信能力の変化を検出したとき、変化後の該通信能力に基づいて適応的に前記ハンドオーバ基地局候補に対するマルチキャストの伝送レートを変更し、または前記ハンドオーバ基地局候補をマルチキャストの宛先から除外しマルチキャストの停止を行なう。

本発明を説明するための通信システム構成例である。 移動制御装置の構成図である。 基地局装置の構成図である。 本発明のハンドオーバ制御シーケンスである。 伝送レート決定処理フローである。 ハンドオーバ基地局候補個別にマルチキャストの伝送レートを計算する処理フローである。 メッセージフォーマットの例である。 図７のフォーマットで表１のメッセージを表現した例である。 図７のフォーマットで表２のメッセージを表現した例ある。 移動制御装置のハンドオーバ/マルチキャスト制御部のハンドオーバ制御の処理フローである。 ハンドオーバ停止制御処理である。 本発明の別のハンドオーバ制御シーケンス説明図である。 第１実施例の効果説明図である。 第１実施例の効果説明図である。 第１実施例の効果説明図である。 第１実施例の効果説明図である。 第２実施例の全体図である。 ハンドオーバ/マルチキャスト制御機能を備えた基地局の構成図である。 第２実施例のハンドオーバ制御シーケンスである。 第３実施例の概略説明図である。 ハンドオーバ途中の状態図である。 リソース不足となってハンドオーバ基地局候補へのマルチキャスト制御を停止した状態である。 第３実施例のハンドオーバ制御シーケンスの要部説明図である。 第３実施例の第２態様の概略説明図である。 ハンドオーバ制御シーケンスの要部説明図である。 第３実施例の第３態様概略説明図である。 従来のマルチキャスト説明図である。 第４実施例のマルチキャスト説明図である。 第４実施例の第２態様のマルチキャスト説明図である。 IP（Internet Protocol）を使った移動体通信システムの構成図である。 ハンドオーバ時のマルチキャスト説明図である。 移動制御装置および基地局装置の構成例である。 移動制御装置の詳細な構成図である。 マルチキャストを採用した場合のハンドオーバ制御シーケンスの要部説明図である。 ハンドオーバ/マルチキャスト制御部の処理フローである。 ハンドオーバ制御の別のシーケンスの要部説明図である。

（Ａ）第１実施例
（a）通信システム構成
図1は本発明を説明するための通信システム構成例であり、移動制御装置MCA、無線基地局BTS1〜BTS5及び多数の移動端末MS(１台のみ図示)が示されている。移動制御装置MCAは上位のIP網に接続すると共に多数の基地局BTS1〜BTSnと有線で接続してこれらを制御し、基地局BTS1〜BTSnはセルCL1〜CLn内の移動端末MSと無線で通信する。
移動端末MSは基地局BTS1に在圏しており、移動により該移動端末のハンドオーバ基地局候補としてBTS2〜BTS4が選択され、これらの基地局に対して移動制御装置MCAがパケットのマルチキャスト伝送を行っている。図１において、基地局BTS1はIEEE802.11a（54 Mb/s）に対応した基地局であり、基地局BTS2、BTS3はHSDPA（３GPPのHigh Speed Downlink Packet Access）に対応した基地局（最大伝送レート14.4Mb/s）であり、基地局BTS4は3GPPに対応した基地局（最大伝送レート384 Kb/s）であるとする。

（ｂ）移動制御装置
移動制御装置MCAは図２に示すように、有線ネットワーク(IP網)との間のインターフェース制御を行う有線I/F部1a、基地局との間のインターフェース制御を行う基地局I/F部1b、ユーザパケットや制御パケットの通信制御を行う送信データ処理部1c、ハンドオーバ及びマルチキャスト制御を行うハンドオーバ/マルチキャスト制御部1dを有している。
送信データ処理部1cにおいて、パケットコピー部11は入力するパケットをコピーして伝送レート調整バッファ部12とマルチキャスト部13に入力する。マルチキャスト部13はハンドオーバ/マルチキャスト制御部1dからマルチキャストが指示されると、入力するパケットをコピーして伝送レート調整バッファ部14a〜14cに格納する。伝送レート調整バッファ部12、14a〜14cはパケットの入力速度と出力速度の差を調整するものである。伝送レート調整バッファ部14a〜14cはハンドオーバ基地局候補毎にマルチキャストの伝送レートが異なる可能性があるため、移送制御装置MCA内においてハンドオーバ基地局候補毎に設置されることが望ましい。
伝送レート調整部15は、ハンドオーバ時にハンドオーバ/マルチキャスト制御部1ｄから指示されたマルチキャスト伝送レートに基づいて伝送レート調整バッファ部12、14a〜14cに格納されているパケットを読み出して送信バッファ16,17a〜17ｃに入力する。送信バッファ16は入力パケットを基地局I/F部1bを介して通信中基地局BTS1に送信すると共に、送信バッファ17a〜17cは、入力パケットを一時的に蓄積して適宜基地局I/F部1bを介してハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4にマルチキャストする。

通常、IP網からのパケットは有線ネットワークI/F部１a→パケットコピー部11→伝送レート調整バッファ部12→伝送レート調整部15→送信バッファ16→基地局I/F部1bを介して伝送レート調整せずに、移動端末MSと通信中の基地局BTS1に送信される。一方、ハンドオーバ制御におけるマルチキャストに際して、IP網からのパケットはマルチキャスト部13で
コピーされ、伝送レート調整バッファ部14a〜14c →伝送レート調整部15→送信バッファ17a〜17c →基地局I/F部1bを介して各ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS3にマルチキャストされる。
ハンドオーバ/マルチキャスト制御部1dにおいて、ハンドオーバ制御部21はハンドオーバの全体を制御し、マルチキャスト制御部22はマルチキャスト制御指示部22aと制御データ送信部22bを備えている。マルチキャスト制御指示部22aは、マルチキャスト部13にハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4を通知してマルチキャストを行なわせると共に、ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4の通信能力に基づいてマルチキャスト伝送レートを決定し、該伝送レートを伝送レート調整部15に入力する。制御データ送信部22bは各ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4から制御パケットにより各基地局の通信能力などのデータを取得して保持する。

(ｃ)基地局
図３は基地局BTS1〜BTSnの構成図であり、各基地局は同一の構成を備えている。基地局は、移動制御装置MCAとの間のインターフェース制御を行う移動制御装置I/F部 2a、移動端末MSとの間のインターフェース制御を行う無線通信I/F部2b、ユーザパケットや制御パケットの通信制御を行う送信データ処理部2c、ハンドオーバ制御を行うハンドオーバ制御部2d、制御パケットを移動制御装置MCAに送信する制御情報送信部2e、通信状態管理部2fを有している。通信状態管理部2fは、基地局の通信能力を示す状態を管理する部分であり、バッファ容量を管理するバッファ管理部31、無線リソースの状態(チャネル、帯域などの使用状況)を管理する無線リソース管理部32、実行可能な通信品質（QoS）を管理する通信品質管理部33を備えている。移動制御装置MCAと各基地局BTS1〜BTSn間はそれぞれ1本のケーブルで接続され、制御チャネル、データチャネルによりそれらの間で制御パケット、ユーザパケットを自由に送受できるようになっている。

（ｄ）ハンドオーバ制御シーケンス
図4は本発明のハンドオーバ制御シーケンスである。
移動制御装置MCAのハンドオーバ制御部21は、移動端末MSが基地局BTS1と通信している時(図１参照)、定期的に無線状態を測定して報告するよう移動端末MSに要求する。移動端末MSは無線状態測定報告要求を受信すれば周辺基地局BTS2〜BTSnからの受信レベルを測定して通信中の基地局BTS1を介して移動制御装置MCAに報告する。
ハンドオーバ制御部21はこの報告を受信すると、報告された信号レベルを参照してハンドオーバが必要であるか判断し、ハンドオーバが必要であれば、閾値を越えている信号レベルに応じた1以上の基地局をハンドオーバ基地局候補として決定し、該ハンドオーバ基地局候補をマルチキャスト制御部22に通知する。図４では、基地局BTS2、BTS3、BTS4がハンドオーバ基地局候補となっている。

ハンドオーバ基地局候補が決定すると、マルチキャスト制御部22のマルチキャスト制御指示部22aは該当する各基地局のMACアドレスが判明しているか調べ、MACアドレスが不明であれば、MACアドレス探索パケットを送信することにより該当する基地局のインターフェースアドレスを取得する。これらの手続きが終了すると、マルチキャスト制御指示部22aは、制御データ送信部22bを制御してメッセージ送信により各ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4の通信能力を示す情報を取得する制御を行う。なお、取得した通信能力を示す情報はマルチキャスト伝送レートを決定するために使用する。
基地局の通信能力を示す状態には、
(1)確保可能であるバッファ容量
(2)無線リソースの空き状況
(3)移動端末が希望するQoSの確保の可否
などがある。そこで、制御データ送信部22bは上記各状態を調査する制御パケットを各ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4に送信する。この通信能力調査用の制御パケットに対す
る基地局からの報告を参照することにより、マルチキャスト制御指示部22aは、各ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4の通信能力を把握し、その通信能力に応じてマルチキャスト伝送レートを決定する。

制御データ送信部22bが送信する通信能力調査メッセージおよび基地局が報告する通信能力報告メッセージはそれぞれ表1、表２に示すように表現できる。なお、表１はQoSの確保が可能か否かを基地局に対して調査していない例を示している。

QoSの確保が可能か否かを基地局に対して調査していない理由は、エンドツーエンドのデータ伝送プロトコルとしてTCP（Transmission Control Protocol）を想定しているためである。また、基地局BTS5はハンドオーバ基地局候補でないため、調査用制御パケットは送信しない。また、表２において、(1)は実際に確保できるバッファ容量を示している。ハンドオーバ時間が500 msと仮定し、各基地局は最大伝送レートに相当するバッファ容量が確保可能であるとすると、BTS2〜BTS4においては、表２に示したバッファ容量7（＝14.4×0.5）Mb,7Mb,192（＝384×0.5）kbが確保可能である。表２の列(2)において、値が０の場合は無線リソースが確保不可能であり、値が１の場合は無線リソースが確保可能であることを意味している。また、表２の列(3)においても同様に、値が０の場合は移動端末
が要求するQoSを提供不可能であり、値が１の場合は移動端末が要求するQoSを提供可能であることを意味している。

以上により、マルチキャスト制御指示部22aは、各ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4の通信能力を示す情報を取得すれば、該情報を用いてマルチキャスト伝送レートを決定する。
図５は伝送レート決定処理フローである。マルチキャスト制御指示部22aは、iを０に初期化し(ステップ201)、ついで、iを歩進して各ハンドオーバ基地局候補BTSiに通信能力調査用の制御メッセージを送信し(ステップ202〜204)、各ハンドオーバ基地局候補BTSiから通信能力を報告する報告メッセージを受信する(ステップ205)。このステップ202〜204の制御により、マルチキャスト制御指示部22aは、第i番目のハンドオーバ基地局候補BTSiについて、バッファ容量Bi(b)を受信すれば、次式
Fi(b/s)=Bi/ HO#TIME
により、移動端末BTSiに提供可能な伝送レート(提供可能伝送レート)Fi(b/s)を計算する(ステップ206)。ただし、HO#TIMEはハンドオーバ時間である。ついで、全ハンドオーバ基地局候補BTSi（i＝1,2,…,m）における提供可能伝送レートFi(b/s)（i＝1,2,…,m）を求め、それらのうち最小の提供可能伝送レートMiを求め、該最小の提供可能伝送レートMiを各ハンドオーバ基地局候補BTSiに対する共通なマルチキャスト伝送レートとする。

図５ではステップ207において各ハンドオーバ基地局候補BTSiに対する共通のマルチキャスト伝送レートを求めたが、ハンドオーバ基地局候補BTSi個別にマルチキャストの伝送レートを計算することもできる。図６はハンドオーバ基地局候補BTSi個別にマルチキャストの伝送レートを計算する処理フローであり、Ri(b/s)はハンドオーバ基地局候補BTSiにおける送信可能な最大の伝送レートである。ステップ201〜206は図５のフローと同じである。
ステップ206により全ハンドオーバ基地局候補BTSi（i＝1,2,…m）における提供可能伝送レートFi(b/s)（i＝1,2,…m）が求まれば、マルチキャスト制御指示部22aは、iを０に初期化し(ステップ301)、ついで、iを歩進する(ステップ302)。しかる後、ハンドオーバ基地局候補BTSiの提供可能伝送レートFi(b/s)とハンドオーバ基地局候補BTSiにおける送信可能な最大の伝送レートRi(b/s)のうち、小さいほうの伝送レートを求めてMiとし(ステップ303)、全ハンドオーバ基地局候補BTSi（i＝1,2,…m）について上記処理を繰り返し(ステップ304)、Miをハンドオーバ基地局候補BTSiに対するマルチキャスト伝送レートする(ステップ305)。

マルチキャストの伝送レートが決定すれば、マルチキャスト制御指示部22aはマルチキャスト部13にマルチキャスト指示すると共に、伝送レート調整部15にマルチキャスト伝送レートを入力する。これによりマルチキャスト部13はパケットをコピーして伝送レート調整バッファ部14a〜14cに入力する。なお、マルチキャスト部13は、マルチキャストするパケットと通常のパケットを区別するために、マルチキャストパケットに識別子を付加する。
伝送レート調整部15は各ハンドオーバ基地局候補BTS2、BTS3、BTS4に対するマルチキャスト伝送レートに基づいて伝送レート調整バッファ部14a〜14cからパケットを読出し、送信バッファ部17a〜17c、基地局I/F部1bを介して各ハンドオーバ基地局候補BTS2、BTS3、BTS4にマルチキャストする。

上記マルチキャストと並行してハンドオーバ制御部21はハンドオーバ基地局を決定する。たとえば、基地局BTS2からの受信電界強度が設定値以上になれば、該基地局BTS2をハンドオーバ基地局と決定する。ついで、ハンドオーバ制御部21は該基地局BTS2に無線ベアラ設定要求（RB Setup要求）する。そして、基地局BTS2より無線ベアラ設定応答（RB Setup応答）を受信すれば、基地局BTS1を介して移動端末MSにハンドオーバ要求（HO指示）を送
信する。これにより、移動端末MSは基地局BTS1からMTS2へのハンドオーバを実行し、ハンドオーバ実行後に基地局BTS2にハンドオーバ応答（HO応答）を送信する。
基地局BTS2はハンドオーバ応答によりマルチキャストされて保持しているパケットを移動端末MSに送信すると共に移動制御装置MCAにデータ伝送要求を送る。移動制御装置MCAはデータ伝送要求によりマルチキャストを停止すると共に、IP網より受信するパケットを以後基地局BTS2を介して移動端末MSに送信する。これにより、基地局BTS2はハンドオーバ完了通知を移動制御装置MCAに送り、移動制御装置MCAのマルチキャスト制御指示部22aはハンドオーバ基地局として選ばれなかったハンドオーバ基地局候補BTS3,BTS4にマルチキャストしたパケットの廃棄を指示する。

マルチキャストしたパケットの廃棄指示は、表3に示す制御メッセージをハンドオーバ基地局候補BTS3,BTS4に送信することにより行なう。

図７はメッセージフォーマットの例であり、(a）は基地局BTSiから移動制御装置MCAへのメッセージのフォーマット例であり、(b)は移動制御装置MCAから基地局BTSiへのメッセージのフォーマット例である。
メッセージフォーマットにおいて、(1)〜(4)はメッセージ番号であり、(1)は確保可能であるバッファ容量、(2)は無線リソースの空き状況、(3)は移動端末が希望するQoSの確保の可否、(4)はパケットの廃棄実行である。メッセージ番号(1)のバッファ容量は8ビットで表現し、メッセージ番号(2)〜(4)は1ビットで表現する。また、基地局IDは8ビットで表現し、基地局BTS1から順に00000001，00000010、00000011、…としている。移動制御装置MCAのIDは00001000である。識別は1ビットで表現し、そのフィールドを参照する場合は“１”、参照しない場合は“０”である。又、単位は3ビットで表現し、100はGb/s,010はMb/s、001はＫb/sである。

図８は図７のフォーマットで表１のメッセージを表現した例であり、(a）は移動制御装置MCAから基地局BTS2への通信能力調査用メッセージ、(b)は移動制御装置MCAから基地局BTS３への通信能力調査用メッセージ、(c)は移動制御装置MCAから基地局BTS４への通信能力調査用メッセージである。
図９は図７のフォーマットで表２のメッセージを表現した例であり、(a）は基地局BTS2
から移動制御装置MCAへの通信能力報告用のメッセージ、(b)は基地局BTS3から移動制御装置MCAへの通信能力報告用のメッセージ、(c)は基地局BTS4から移動制御装置MCAへの通信能力報告用のメッセージである。

(ｅ) ハンドオーバ制御の処理フロー
図１０は移動制御装置MCAのハンドオーバ/マルチキャスト制御部1dのハンドオーバ制御の処理フローである。
ハンドオーバ制御部21は移動端末MSが測定した信号レベルを参照してハンドオーバが必要であるか判断し、ハンドオーバが必要であれば、閾値を越えている信号レベルに応じた基地局をハンドオーバ基地局候補として決定する(ステップ401)。
ハンドオーバ基地局候補が決定すると、マルチキャスト制御部22はメッセージ送信により各ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4の通信能力を示す情報を取得する制御を行う(ステップ402)。しかる後、マルチキャスト伝送レートのレート調整が必要であるか判断し(ステップ403)、必要であれば図５または図６のフローに従って伝送レートを決定し(ステップ404)、該伝送レートでマルチキャストする(ステップ405)。
上記マルチキャストと並行してハンドオーバ制御部21はハンドオーバ基地局を決定するとともに、該ハンドオーバ基地局（基地局BTS2とする）に無線ベアラ設定要求する(ステップ406)。そして、基地局BTS2より無線ベアラ設定応答を受信すれば(ステップ407)、マルチキャスト制御部22はマルチキャストを停止すると共に基地局BTS2に対してマルチキャストしたパケットの移動端末MSへの送信を指示する(ステップ408)。ついで、ハンドオーバ制御部21は、ハンドオーバ終了処理を行う(ステップ409)。以後、移動制御装置MCAはIP網より受信するパケットを、基地局BTS2を介して移動端末BSに送信するよう制御する。
ステップ409のハンドオーバ停止制御において、ハンドオーバ制御部21は図１１のステップ409a〜409dに示すように、ハンドオーバ基地局として選ばれた基地局BTSk以外のハンドオーバ基地局候補BTSi（i=1,2,..,k-1,k+1,..,m）にマルチキャストしたパケットの廃棄を指示する。パケット廃棄指示されたハンドオーバ基地局候補BTSi（i=1,2,..,k-1,k+1,..,m）は、マルチキャストパケット識別子が付加されたパケットの廃棄を実行する。
図１2は本発明の別のハンドオーバ制御シーケンス説明図である。本シーケンスでは、図４のシーケンスにおけるアドレス探索メッセージと通信能力調査用の制御メッセージ(表１参照)を同時に送信し、アドレス通知メッセージと通信能力報告メッセージ(表２参照)を同時に受信する。このように、２つのメッセージを同時に送受信することによりメッセージ送受信遅延を減少することができる。

（ｆ）第１実施例の効果
図１３〜図１６は第１実施例の効果説明図である。ただし、移動端末MSは基地局BTS1から基地局BTS4にハンドオーバするものとする。
図１３に示すように、移動元の基地局BTS1へはdata Aまで伝送が完了し、その後ハンドオーバが生じたものとし、その後に移動制御装置MCAにIP網から伝送されてきたdata Bをマルチキャスト伝送するものとする。
このとき、移動端末MSは平均スループット1 Mb/sのTCP（Transmission Control Protocol）通信を行っているとすると、ハンドオーバ時間である500 msの間に500 Kbのデータが伝送される。このため、ハンドオーバ時にパケット廃棄を回避するためには、基地局BTS4は少なくとも500 Kbのバッファ容量を確保する必要がある。図１４は、従来のマルチキャスト手法におけるハンドオーバ直後の様子を示すものである。従来手法では、基地局BTS1のTCP通信の伝送レートである1 Mb/sでマルチキャストを行なうため、ハンドオーバ時間である500 msの間に、基地局BTS4には500 Kbのデータがマルチキャストされる。しかし、基地局BTS4のバッファBF4は最大でも192 Kbのバッファ容量しか確保できないため、バッファ溢れによるパケット廃棄が生じる。廃棄されたパケットはTCPのエンドツーエンドの再送制御機構により再送されるため、再送により遅延時間が生じる。

一方、第1実施例によれば、基地局BTS4のバッファBF4のバッファ容量(＝192Kb)を考慮して図5の処理フローに従って移動制御装置MCAはマルチキャスト伝送レートを決定する。例えば、マルチキャストの伝送レートを図１５に示すように、単一的に380 Kb/sに決定する。このようにマルチキャスト伝送レートを決定すると、ハンドオーバ時間である500 msの間に、基地局BTS1と基地局BTS4には190 Kbのデータがマルチキャストされ、残りのデータは移動制御装置MCAの伝送レート調整バッファ12,14cに蓄積される。この制御により、従来手法で生じていたパケット廃棄が回避され、移動端末MSはハンドオーバ直後からパケットのTCP通信を開始することが可能になる。このため、TCPの再送制御に伴う遅延時間を回避した通信を行うことが可能になる。
また、図１６に示したように、移動制御装置MCAは図6の処理フローに従って、各基地局BTS１、BTS4の通信能力(バッファ容量)に応じて基地局毎にマルチキャスト時の伝送レートを設定することも可能である。例えば、基地局BTS1には1 Mb/sでデータの伝送を行い、BTS4には380 Kb/sの伝送レートでデータを伝送する。これにより、ハンドオーバ時間である500 msの間に、基地局BTS1には500 Kb、基地局BTS4には190 Kbのデータが伝送され、バッファ溢れによるパケット廃棄が生じない。このとき、移動制御装置MCAに設置された基地局BTS4の伝送レート調整バッファ部14cに310 Kbのデータが蓄積される。

（B）第２実施例
（ａ）概略
第1実施例では、移動制御装置MCAは基地局の上位に位置するものとした。しかし、第２実施例では、それまで通信していた基地局にハンドオーバ/マルチキャスト制御機能を持たせている。
図１７は第２実施例の全体図であり、ハンドオーバ前まで移動端末MSと通信していた基地局BTS1がハンドオーバ制御を行ってハンドオーバするか判断し、ハンドオーバする場合にはハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4を決定し、各ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4の通信能力に基づいてマルチキャスト伝送レートを決定し、該マルチキャスト伝送レートで各ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4へパケットをマルチキャストする。また、基地局BTS1はマルチキャストと並行してハンドオーバ基地局を決定するとともに、該ハンドオーバ基地局（基地局BTS2とする）に無線チャネルを設定させ、しかる後、マルチキャストを停止すると共に基地局BTS2に対してマルチキャストしたパケットの移動端末MSへの送信を指示する。ついで、基地局BTS1は、ハンドオーバ終了処理を行い、ハンドオーバ基地局として選ばれた基地局BTS２以外のハンドオーバ基地局候補BTS3、BTS4にマルチキャストしたパケットの廃棄を指示する。

（ｂ）基地局の構成
図１８は上記のハンドオーバ/マルチキャスト制御機能を備えた基地局BTS1の構成図であり、第１実施例の図２、図３に示した移動制御装置と基地局の両方の構成を備えている。すなわち、基地局BTS1には、移動制御装置MCAとの間のインターフェース制御を行う移動制御装置I/F部3a、移動端末MSとの間のインターフェース制御を行う無線通信インターフェース部3b、ユーザパケットや制御パケットの通信制御及びパケットのマルチキャストを行う送信データ処理部３c、基地局としてのハンドオーバ制御を行うハンドオーバ制御部３d、基地局としての通信能力を示す状態を管理する通信状態管理部3e、システム全体のハンドオーバ及びマルチキャスト制御を行うハンドオーバ/マルチキャスト制御部3fを有している。
送信データ処理部3cにおいて、パケットコピー部４１は入力するパケットをコピーして伝送レート調整バッファ部42とマルチキャスト部43に入力する。マルチキャスト部43はハンドオーバ/マルチキャスト制御部3fからマルチキャストが指示されると、入力するパケットをコピーして伝送レート調整バッファ部44a〜44cに格納する。伝送レート調整バッファ部42、44a〜44cはパケットの入力速度と出力速度の差を調整するものである。
伝送レート調整部45は、ハンドオーバ時にハンドオーバ/マルチキャスト制御部3fから
指示されたマルチキャスト伝送レートに基づいて伝送レート調整バッファ部42、44a〜44cに格納されているパケットを読み出して送信バッファ46,47a〜47ｃに入力する。送信バッファ46は入力パケットを一時的に蓄積して適宜基地局I/F部3bを介して移動端末MSに送信し、又、送信バッファ47a〜47cは、入力パケットを一時的に蓄積して適宜ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4にマルチキャストする。
通信状態管理部3eは、基地局の通信能力を示す状態を管理する部分であり、バッファ容量を管理するバッファ管理部51、無線リソースの状態(チャネル、帯域などの使用状況)を管理する無線リソース管理部52、実行可能な通信品質（QoS）を管理する通信品質管理部53を備えている。

ハンドオーバ/マルチキャスト制御部3fにおいて、ハンドオーバ制御部61はハンドオーバの全体を制御し、マルチキャスト制御部62はマルチキャスト制御指示部62aと制御データ送信部62bを備えている。マルチキャスト制御指示部62aは、マルチキャスト部43にハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4を通知してマルチキャストを行なわせると共に、ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4の通信能力に基づいてマルチキャスト伝送レートを決定し、該伝送レートを伝送レート調整部45に入力する。制御データ送信部62bは各ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4からの制御パケットにより各基地局の通信能力などのデータを取得して保持する。

（ｃ）ハンドオーバ制御シーケンス
図１９は第２実施例のハンドオーバ制御シーケンスであり、移動端末と通信中の基地局BTS1がハンドオーバ/マルチキャスト制御を行う点で図4のシーケンスと異なる。
移動端末と通信中の基地局BTS1のハンドオーバ制御部61は、定期的に無線状態を測定して報告するよう移動端末MSに要求する。移動端末MSは無線状態測定報告要求を受信すれば周辺基地局BTS2〜BTSnからの受信レベルを測定して通信中の基地局BTS1に報告する。
ハンドオーバ制御部61はこの報告を受信すると、報告された信号レベルを参照してハンドオーバが必要であるか判断し、ハンドオーバが必要であれば、閾値を越えている信号レベルに応じた複数の基地局をハンドオーバ基地局候補として決定し、該ハンドオーバ基地局候補をマルチキャスト制御部62に通知する。
ハンドオーバ基地局候補が決定すると、マルチキャスト制御部62のマルチキャスト制御指示部62aは該当する各基地局のMACアドレスが判明しているか調べ、MACアドレスが不明であれば、MACアドレス探索パケットを送信することにより該当する基地局のインターフェースアドレスを取得する。これらの手続きが終了すると、マルチキャスト制御指示部62aは、制御データ送信部62bを制御してメッセージ送信により各ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4の通信能力を示す情報を取得し、該通信能力を示す情報を用いてマルチキャスト伝送レートを決定する。

マルチキャストの伝送レートが決定すれば、マルチキャスト制御指示部62aはマルチキャスト部43にマルチキャスト指示すると共に、伝送レート調整部45にマルチキャスト伝送レートを入力する。これによりマルチキャスト部43はパケットをコピーして伝送レート調整バッファ部44a〜44cに入力する。なお、マルチキャスト部43は、マルチキャストするパケットと通常のパケットを区別するために、マルチキャストパケットに識別子を付加する。
伝送レート調整部45は各ハンドオーバ基地局候補BTS2、BTS3、BTS4に対するマルチキャスト伝送レートに基づいて伝送レート調整バッファ部44a〜44cからパケットを読出し、送信バッファ部47a〜47cを介して各ハンドオーバ基地局候補BTS2、BTS3、BTS4にマルチキャストする。
上記マルチキャストと並行してハンドオーバ制御部61はハンドオーバ基地局を決定する(基地局BTS2がハンドオーバ基地局であるとする)。ついで、ハンドオーバ制御部61は該基地局BTS2に無線ベアラ設定要求（RB Setup要求）する。そして、基地局BTS2より無線ベア
ラ設定応答（RB Setup応答）を受信すれば、移動端末MSにハンドオーバ要求（HO指示）をする。これにより、移動端末MSは基地局BTS1からMTS2へのハンドオーバを実行し、ハンドオーバ実行後に基地局BTS2にハンドオーバ応答を送信する。

基地局BTS2はハンドオーバ応答によりマルチキャストされて保持しているパケットを移動端末MSに送信すると共に移動制御装置MCAにデータ伝送要求を送る。移動制御装置MCAはデータ伝送要求によりマルチキャストを停止すると共に、IP網より受信するパケットを基地局BTS2を介して移動端末MSに送信する。これにより、基地局BTS2はハンドオーバ完了通知を基地局BTS1に送り、基地局BTS1のマルチキャスト制御指示部62aはハンドオーバ基地局として選ばれなかったハンドオーバ基地局候補BTS3,BTS4にマルチキャストしたパケットの廃棄を指示する。
第２実施例によれば、第１実施例に比べて、移動通信システムの構築が簡単になるという特徴が挙げられる。つまり、第１実施例では移動制御装置と基地局が連携してマルチキャスト伝送制御を行う必要があるが、第２実施例では基地局単独でマルチキャスト伝送制御が可能になる。

（C）第３実施例
（a）第３実施例の第１態様
第１、第２実施例では、ハンドオーバ開始から終了に至るまで、マルチキャスト時の伝送レートは変化しないものとしていた。しかし、基地局の通信状況は時々刻々と変化するため、ハンドオーバの途中に基地局の通信能力が変化する場合がある。第３実施例はハンドオーバの途中に基地局の通信能力が変化する場合を考慮した実施例であり、移動制御装置及び基地局は図２、図３に示す構成を備えている。
図２０は第３実施例の概略説明図であり、移動制御装置MCAは基地局BTSiの上位に位置している。移動制御装置MCAは移動端末MSの移動によりハンドオーバ制御を行い、現在、ハンドオーバ基地局候補BTS2,BTS3,BTS4にパケットをマルチキャストしている。かかる状態において、ハンドオーバ基地局候補BTS4の通信能力が低下し、バッファ溢れによるパケット廃棄が発生する状態になったとき、あるいは無線リソースが足りなくなったとき、あるいは移動端末が要求するQoSを満足できなくなったとき、移動制御装置MCAはハンドオーバ基地局候補BTS4へのマルチキャストを停止する。

図２１はハンドオーバ途中の状態であり、２つのハンドオーバ基地局候補BTS2,BTS4を示している。BFはバッファで、BF2,BF4により各基地局のバッファサイズを示し、白で空き部分を示している。RMはリソースマネージャであり、RM2,RM4により各基地局のリソース量（たとえば帯域）を示し、白で未使用分のリソース量（使用可能帯域）を示している。
ハンドオーバ基地局候補BTS4はdata Aのマルチキャストの開始において、バッファ容量を確保することは可能であったが、該data Aのマルチキャストの途中で無線のリソースが利用できなくなったものとする。かかる状況は、通信中の移動端末MSと比較して高いレベルのQoSを要求する移動端末が新たにハンドオーバ基地局候補BTS4に接続したときに生じる。これは高いQoSを要求している移動端末に無線リソースが優先的に割り当てられてリソース不足（帯域不足）となるためである。リソース不足となれば、ハンドオーバ基地局候補BTS4は通信中であった移動端末MSを収容することは不可能になる。
図２２はリソース不足となってハンドオーバ基地局候補BTS4へのマルチキャスト制御を停止した状態を示している。

リソース不足になってマルチキャストの停止制御を行うためには表４に示す通信能力報告メッセージを移動制御装置に送信する。

なお、図７のフォーマットに従えばこの通信能力報告メッセージは表５に示すようになる。

上記通信能力報告メッセージを受信した移動制御装置MCAは無線リソースの確保が不可能であることを認識し、基地局BTS4をハンドオーバ基地局候補から除外すると共にマルチキャスト伝送を停止し、該マルチキャストの停止を基地局BTS4に通知する。また、マルチキャスト停止通知と共に、移動制御装置MCAはマルチキャスト済みのパケット廃棄を基地局BTS4に指示する。パケット廃棄指示は表６の制御メッセージを基地局BTS4に送信することにより実施する。

なお、図７のフォーマットに従えばパケット廃棄の制御メッセージは表７に示すようになる。

以上の制御で、基地局BTS4へのマルチキャスト伝送が停止しても移動制御装置MCAは引き続いて上位から到着するdata Aを基地局BTS4以外のハンドオーバ基地局候補BTS2,BTS3にマルチキャストする。

図２３は第３実施例のハンドオーバ制御シーケンスの要部説明図であり、通信能力調査用のメッセージ（表１）の送信タイミングからマルチキャスト継続までのシーケンスが示されている。
ハンドオーバ基地局候補が決定すれば、移動制御装置MCAは、メッセージ送受信により各ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4の通信能力を示す情報を取得し、該通信能力を示す情報を用いてマルチキャスト伝送レートを決定する。
マルチキャストの伝送レートが決定すれば、移動制御装置MCAは、マルチキャストを開始する。該マルチキャスト中にハンドオーバ基地局候補BTS4は通信能力の変化を検出すると、表４に示す通信能力報告メッセージを移動制御装置MCAに送信する。この通信能力報告メッセージを受信すれば、移動制御装置MCAは基地局BTS4へのマルチキャスト伝送を停止し、表６の制御メッセージを基地局BTS4に送信してパケット廃棄を指示する。以後、移動制御装置MCAは引き続いて上位から到着するパケットをハンドオーバ基地局候補BTS2,BTS3にマルチキャスト伝送する。以後のシーケンスは図４と同じである。
以上のように、第３実施例の第１態様によれば、即座にハンドオーバ基地局候補をマルチキャスト伝送の宛先から除外し、かつ除外した基地局に対してはこれまでにマルチキャストしたパケットの廃棄を行うことにより、より効率的にネットワークリソースを利用することが可能となる。

（ｂ）第３実施例の第２態様
上記第１の態様において、移動制御装置MCAはハンドオーバ基地局候補の通信能力低下により該基地局をマルチキャスト宛先から除外すると共に、該基地局へのマルチキャスト伝送を停止した。しかし、再び無線リソースに空きが生じ、ハンドオーバ基地局候補BTS4が移動端末MSを収容できるようになる可能性もある。そこで、第３実施例の第２態様においては、通信能力低下により基地局BTS4の無線リソースが利用不可能になったとき、即座にマルチキャスト宛先から除外しマルチキャスト伝送の停止を行わずに、マルチキャストの伝送レートを0に設定し、通信能力が回復したときマルチキャストできるようにする。
図２４は第３実施例の第２態様の概略説明図であり、data Aのマルチキャストの途中でハンドオーバ基地局候補BTS4の無線リソースが不足したとき、基地局BTS4へのマルチキャストの伝送レートを0とした状態を示している。
移動制御装置MCAの伝送レート調整バッファ14aには、IP網から到着するdata-Aが順次送信されるため、データは滞留しない。一方、伝送レート調整バッファ14cには、ハンドオーバ基地局候補BTS4へのマルチキャスト伝送レートを0とするため、IP網から到着するdata-Aが送信されずに滞留する。しかし、ハンドオーバ基地局候補BTS4の通信能力が回復すれば、伝送レート調整バッファ14cに滞留するデータは該基地局BTS4に送信される。

図２５は第２態様のハンドオーバ制御シーケンスの要部説明図であり、通信能力調査用のメッセージ（表１）の送信タイミングからマルチキャスト継続までのシーケンスが示されている。
ハンドオーバ基地局候補が決定すれば、移動制御装置MCAは、メッセージ送受信により各ハンドオーバ基地局候補BTS2〜BTS4の通信能力を示す情報を取得し、該通信能力を示す情報を用いてマルチキャスト伝送レートを決定する。マルチキャストの伝送レートが決定すれば、移動制御装置MCAはマルチキャストを開始する。該マルチキャスト中にハンドオーバ基地局候補BTS4は通信能力の変化を検出すると、表８に示す通信能力報告メッセージを移動制御装置MCAに送信する。

なお、図７のフォーマットに従えば通信能力報告メッセージパケットは表９に示すようになる。

この通信能力報告メッセージを受信すれば、移動制御装置MCAはリソース空き情況が“１” （表４では“０”）で、バッファ容量が0Kbであるため、情況基地局BTS4へのマルチキャスト伝送レートを０にする。
以後、移動制御装置MCAは引き続いて上位から到着するパケットをハンドオーバ基地局候補BTS2,BTS3にマルチキャストする。以後のシーケンスは図４と同じである。
第３実施例の第２態様によれば、通信能力が低下した場合にマルチキャスト伝送レートを０にし、通信能力が回復したとき伝送レートを戻すことによりマルチキャストを継続することが可能となる。

（ｃ）第３実施例の第３態様
第２態様では、通信能力低下によりハンドオーバ基地局候補BTS4が移動端末MSを収容できなくなった場合を示した。しかし、ハンドオーバ基地局候補BTS4は移動端末MSに提供する伝送レートを減少させることにより、該移動端末MSに対する帯域幅を確保し、移動端末MSを収容できる場合がある。図２６は第３実施例の第３態様の概略説明図であり、data Aのマルチキャストの途中でハンドオーバ基地局候補BTS4の無線リソースが低下したとき、移動制御装置MCAが基地局BTS4へのマルチキャストの伝送レートを該基地局の無線リソースに応じた伝送レートとした状態を示している。
第２態様では、マルチキャストの伝送レートを0 Kb/sとしてマルチキャストを見かけ上停止した。しかし第３態様では、基地局BTS4が移動端末BSに提供する伝送レートを減少させることにより（例えば384 Kb/sから64 Kb/sに変更）、マルチキャストを継続する。

第３態様におけるシーケンスは図２５と同一であるが、基地局BTS4が移動制御装置MCAに送信する報告メッセージが異なる。すなわち、第２態様では表８に示したようにバッファ容量の値は0 Kbであったが、第３態様では表１０に示すように、例えばハンドオーバ時間である500 msで、64 Kb/sの伝送レートで送信されてくるデータを受信するために、バッファ容量を基地局BTS4の現使用可能帯域32Kbとする。

なお、図７のフォーマットに従えば上記の通信能力報告メッセージは表１１に示すよう
になる。

移動制御装置MCAの伝送レート調整バッファ14aには、IP網から到着するdata-Aが順次送信されるため、データは滞留しない。一方、伝送レート調整バッファ14cには、ハンドオーバ基地局候補BTS4へのマルチキャスト伝送レートがdata-Aの入力速度以下となるため、差分に応じた分のdata-Aが送信されずに滞留する。
第３実施例の第３態様によれば、ハンドオーバ基地局候補の通信能力が低下した場合、マルチキャスト伝送レートを該基地局候補の残存する通信能力に応じた値にしてマルチキャストを継続することができ、該ハンドオーバ基地局候補がハンドオーバ基地局に選ばれた場合であっても移動端末と通信を行うことができる。

（D）第４実施例
（ａ）第１態様
第１実施例ではエンドツーエンドの通信プロトコルとしてTCPを想定した。第４実施例では、エンドツーエンドの通信プロトコルとしてリアルタイム通信に利用されるUDP（User Datagram Protocol）を想定した場合を説明する。移動端末MSは1 Mb/sのストリーミング通信を行っており、かつ, 移動端末MSは1 Mb/sの伝送レートを満足するというQoSを要求しているものとする。
図２７は従来のマルチキャスト説明図、図２８は第４実施例のマルチキャスト説明図であり、２つのハンドオーバ基地局候補BTS2,BTS4が示されている。図２７、図２８において、BFはバッファであり、BF2,BF4により各基地局のバッファサイズを示し、白で空き部分を示している。QMはQoS管理マネージャであり、QM2,QM4により各基地局の実施可能なQoSのレベルを示している。
図２７の従来例において、移動制御装置MCAはハンドオーバ基地局候補BTS4が移動端末の要求するQoSを提供できるか否かを調査してない。このため、移動端末の要求するQoSを満足できない場合には図示するようにバッファ溢れによるパケット廃棄が生じ無駄なマルチキャストが行なわれ、ネットワークリソースを無駄に利用していた。
しかし、第４実施例によれば、移動制御装置MCAはマルチキャストの開始前に各ハンドオーバ基地局候補の通信能力を取得し、ハンドオーバ基地局候補BTS4が移動体端末の要求するQoSを提供できるか否かを認識できる。そして、移動制御装置MCAは移動体端末が要求するQoSを提供することが不可能であると判断すれば、ハンドオーバ基地局候補BTS4をマルチキャスト先から除外し、通信相手のストリーミングサーバから伝送されるデータのマルチキャストは行わない。このようにすることにより、QoSを満足できない場合にパケット廃棄が生じるのを防止でき、またネットワークリソースを有効に利用することが可能となる。

（ｂ）第２態様
移動端末ＭＳのハンドオーバ基地局候補がQoSとして該移動端末が要求する1Mb/sのストリーミング通信が行えない場合でも、画像や音声の品質を低下させればストリーミング通信を維持することができる。第２態様では、移動端末が要求するQoSを満足できなくてもストリーミング通信を維持することが移動端末により要求されていれば、ハンドオーバ基地局候補が提供可能なQoSに応じた伝送レートでマルチキャストする。
図２９は第４実施例の第２態様のマルチキャスト説明図であり、図２８と同一部分には
同一符号を付している。移動制御装置MCAは、ハンドオーバ開始前にハンドオーバ基地局候補BTS4が報告するバッファ容量を参照し、64 Kb/sのストリーミングであれば収容可能であると判定すると、1 Mb/sの伝送レートでエンコードされているdata Bを64 Kb/sの伝送レートでハンドオーバ基地局候補BTS1に伝送する。これにより、移動端末MSはdata Bを64 Kb/sの伝送レートで受信し、ストリーミングの伝送レートの劣化を検出し、ストリーミングサーバにエンコードのレートと伝送レートの両者を1 Mb/sから64 Kb/sに低下させることを通知する。その後に移動制御装置MCAに伝送されてくるデータが図２９に示したdata Cである。
移動制御装置MCAは、data Cの伝送レートが64 Kb/に低下したことを検出すると、その検出のタイミングでハンドオーバ基地局候補BTS2とBTS4に向けてマルチキャスト伝送を行う。以上のように、ハンドオーバ基地局候補BTS4にハンドオーバを行う前に,移動端末MSに対するストリーミングの伝送レートを低下させるため、ハンドオーバ基地局候補BTS4へハンドオーバしても移動端末MSは64 Kb/sのストリーミングを受信することが可能になる。
以上のように、ハンドオーバ前の大容量・高速通信が可能である基地局において、予めQoSを適応的に変更することが可能となり、これによりパケット廃棄をなくせ、しかも、ハンドオーバ後に確実にストリーミング通信が可能となる。

（Ｅ）発明の効果
本発明によれば、各ハンドオーバ基地局候補の通信能力に応じてハンドオーバ制御時のマルチキャスト伝送レートを決定するようにしたから、ネットワークリソースを効率的に利用した高速ハンドオーバを実現することが可能となる。
本発明によれば、ハンドオーバ後のスループットの劣化を軽減できる。また、品質のよい通信を即座に提供することができる。また、システム全体の通信容量の増加を行うことができる。

Claims (21)

1. 移動端末の移動に伴って該移動端末が通信する基地局を切り替えるハンドオーバ制御を行う移動通信システムにおけるハンドオーバ制御方法において、
   通信状態に基づいて１以上のハンドオーバ基地局の候補を選定する第１ステップ、
   各ハンドオーバ基地局候補の通信能力に基づいて通信データをマルチキャストする伝送レートを決定する第２ステップ、
   該伝送レートで通信データを各ハンドオーバ基地局候補へ伝送する第３ステップ、
   ハンドオーバ基地局として決定されたハンドオーバ基地局候補は前記マルチキャストされて保存してある通信データを移動端末へ送信する第４ステップ、
   を有することを特徴とするハンドオーバ制御方法。
2. 前記第２ステップにおいて、前記通信能力は各ハンドオーバ基地局候補の有するバッファのバッファ容量であり、該バッファ容量に基づいて前記ハンドオーバ基地局候補個別に通信データをマルチキャストする伝送レートを決定し、あるいは、前記ハンドオーバ基地局候補のうち最低の伝送レートを共通のマルチキャスト伝送レートとする、
   ことを特徴とする請求項１記載のハンドオーバ制御方法。
3. 前記第２ステップにおいて、前記通信能力は各ハンドオーバ基地局候補における無線リソースの空き状態であり、該無線リソースの空き状態に基づいて前記ハンドオーバ基地局候補個別に通信データをマルチキャストする伝送レートを決定する、
   ことを特徴とする請求項１記載のハンドオーバ制御方法。
4. 前記第２ステップにおいて、前記通信能力は各ハンドオーバ基地局候補における実施可能なQoS(サービス品質)であり、該実施可能なQoSに基づいて前記ハンドオーバ基地局候補個別に通信データをマルチキャストする伝送レートを決定する、
   ことを特徴とする請求項１記載のハンドオーバ制御方法。
5. 基地局より上位の移動制御装置において、あるいは、移動端末と通信中の基地局において前記各ステップを実行する、
   ことを特徴とする請求項１記載のハンドオーバ制御方法。
6. 前記第２ステップにおいて、前記各ハンドオーバ基地局候補に対して前記通信能力を問い合わせることにより各ハンドオーバ基地局候補の通信能力を取得する、
   ことを特徴とする請求項１記載のハンドオーバ制御方法。
7. 前記第２ステップにおいて、ネットワークから入力する通信データ速度とマルチキャスト速度との差分に応じたデータを各ハンドオーバ基地局候補個別に保存する、
   ことを特徴とする請求項１記載のハンドオーバ制御方法。
8. 前記第３ステップにおいて、マルチキャストするパケットと通常のパケットを区別するために、マルチキャストパケットに識別子を付加する、
   ことを特徴とする請求項１記載のハンドオーバ制御方法。
9. 前記第３ステップにおいて、マルチキャストの途中において前記ハンドオーバ基地局候補における通信能力の変化を検出し、
   変化後の該通信能力に基づいて適応的に前記ハンドオーバ基地局候補に対するマルチキャストの伝送レートを変更し、または前記ハンドオーバ基地局候補をマルチキャストの宛先から除外しマルチキャストの停止を行なう、
   ことを特徴とする請求項１記載のハンドオーバ制御方法。
10. 前記ハンドオーバ基地局候補をマルチキャストの宛先から除外するとき、マルチキャストパケット用の識別子が付加されたパケットの廃棄を通知する、
    ことを特徴とすることを特徴とする請求項９記載のハンドオーバ制御方法。
11. 前記ハンドオーバ基地局候補はパケット廃棄通知を受信すると前記識別子が付加されているパケットの廃棄を行う、
    ことを特徴とする請求項１０記載のハンドオーバ制御方法。
12. 移動端末の移動に伴って該移動端末が通信する基地局を切り替えるハンドオーバ制御を行う移動通信システムにおける移動制御装置において、
    通信状態に基づいて１以上のハンドオーバ基地局の候補を選定するハンドオーバ基地局候補決定部、
    各ハンドオーバ基地局候補の通信能力に基づいて通信データをマルチキャストする伝送レートを決定する伝送レート決定部、
    該伝送レートで通信データを各ハンドオーバ基地局候補へ伝送するマルチキャスト部、
    前記複数のハンドオーバ基地局候補の１つをハンドオーバ基地局として決定するハンドオーバ基地局決定部、
    を有することを特徴とする移動制御装置。
13. 前記各ハンドオーバ基地局候補はマルチキャストされたデータを保存すると共に、ハンドオーバ基地局として決定されたハンドオーバ基地局候補は保存してある通信データを移動端末へ送信する、
    ことを特徴とする請求項１２記載の移動制御装置。
14. 前記伝送レート決定部は、各ハンドオーバ基地局候補の有するバッファのバッファ容量を前記通信能力とみなし、該バッファ容量に基づいて前記ハンドオーバ基地局候補個別に通信データをマルチキャストする伝送レートを決定し、あるいは、前記ハンドオーバ基地局候補のうち最低の伝送レートを共通のマルチキャスト伝送レートとして決定する、
    ことを特徴とする請求項１２記載の移動制御装置。
15. 前記伝送レート決定部は、各ハンドオーバ基地局候補における無線リソースの空き状態を前記通信能力とみなし、該無線リソースの空き状態に基づいて前記ハンドオーバ基地局候補個別に通信データをマルチキャストする伝送レートを決定する、
    ことを特徴とする請求項１２記載の移動制御装置。
16. 前記伝送レート決定部は、各ハンドオーバ基地局候補における実施可能なQoS(サービス品質)を前記通信能力とみなし、該QoSに基づいて前記ハンドオーバ基地局候補個別に通信データをマルチキャストする伝送レートを決定する、
    ことを特徴とする請求項１２記載の移動制御装置。
17. 前記伝送レート決定部は、前記各ハンドオーバ基地局候補に対して前記通信能力を問い合わせることにより各ハンドオーバ基地局候補の通信能力を取得する、
    ことを特徴とする請求項１２記載の移動制御装置。
18. 前記マルチキャスト部は、
    前記決定した伝送レートで前記各ハンドオーバ基地局候補に通信データをマルチキャストする伝送レート調整部を備え、
    該伝送レート調整部は、ネットワークから入力する通信データ速度と前記マルチキャスト速度との差分に応じたデータを各ハンドオーバ基地局候補個別に保存するバッファを備える、
    ことを特徴とする請求項１２記載の移動制御装置。
19. 前記マルチキャスト部は、マルチキャストするパケットと通常のパケットを区別するために、マルチキャストパケットに識別子を付加する、
    ことを特徴とする請求項１２記載の移動制御装置。
20. 前記伝送レート決定部は、マルチキャストの途中において前記ハンドオーバ基地局候補における通信能力の変化を検出したとき、変化後の該通信能力に基づいて適応的に前記ハンドオーバ基地局候補に対するマルチキャストの伝送レートを変更し、または前記ハンドオーバ基地局候補をマルチキャストの宛先から除外しマルチキャストの停止を行なう、
    ことを特徴とする請求項１２記載の移動制御装置。
21. 前記伝送レート決定部は、前記ハンドオーバ基地局候補をマルチキャストの宛先から除外するとき、マルチキャストパケット用の識別子が付加されたパケットの廃棄を通知する、
    ことを特徴とすることを特徴とする請求項２０記載の移動制御装置。
    
    

Images