WO2022180751A1 - 通信システム、経路制御装置、及び経路制御方法 - Google Patents

通信システム、経路制御装置、及び経路制御方法 Download PDF

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wireless
switching
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優花 岡本
達也 島田
慈仁 酒井
裕隆 氏川
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a communication system, a route control device, and a route control method.
  • Non-Patent Document 1 wireless environment information of unlicensed bands, quality information of cellular lines, etc. are stored in a database on the network, and based on this information, the control engine uses its own algorithm to set access points and terminal assignments. is disclosed from the network side.
  • Non-Patent Document 2 discloses a technique for improving the wireless communication capacity by optimizing the overall usage of wireless accesses that make up a 5G wireless cell, including the wireless LAN, under control from the network side.
  • Non-Patent Document 3 discloses a technique for switching each interface when both a cellular system and a wireless LAN are available at the same time, and a technique for simultaneously using both interfaces.
  • Kenichi Kawamura 7 others, “Latest Trends in Wireless LAN and Collaborative Wireless LAN Technology", NTT Technical Journal, January 2017, pp18-21 Kenichi Kawamura, 8 others, “Study of throughput improvement of high-density wireless LAN by cellular cooperative control in 5G era”, IEICE Technical Report, Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, October 2017, vol. 117, no. 246, RCS2017 -179, pp.63-68 Akira Yamada, 1 person, ⁇ Cooperation technology between cellular systems and wireless LANs,'' The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Communication Society Magazine, No.43 Winter, 2017, pp.173-178
  • the EtoE delay time may increase, or a large amount of traffic may flow in a band with a small capacity. there were.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a communication system, a route control device, and a route control method that can improve the communication quality in EtoE by integrating a plurality of different radio access systems. intended to provide
  • a route control device switches a route through which a wireless terminal communicates with a server to one of a plurality of routes including at least one of a plurality of different wireless sections and one of a plurality of wired sections.
  • a route control device that performs control, an information collecting unit that collects at a predetermined timing information transmitted in each of a plurality of wireless sections and a plurality of wired sections via a switching device that switches the plurality of routes; and the information collecting unit.
  • a band estimating unit for estimating the respective bands of the plurality of wireless sections and the plurality of wired sections based on the information collected by the information collecting section; and the plurality of wireless sections and the plurality of wired sections based on the information collected by the information collecting section
  • a route corresponding to a predetermined priority is determined based on each of the delay time calculation unit that calculates the delay time, the band estimated by the band estimation unit, and the delay time calculated by the delay time calculation unit.
  • a switching control unit for controlling a switching device for switching the plurality of routes to switch to the route determined by the route deciding unit.
  • a communication system is communication in which wireless terminals communicate with a server via any one of a plurality of paths including at least one of a plurality of wireless sections and any of a plurality of wired sections.
  • a switching device for switching between a plurality of paths; throughput and delay times in each of a plurality of wireless sections and a plurality of wired sections through the switching devices are obtained at predetermined timing; and based on the obtained throughput and delay time and a route control device for controlling the route to be switched by the switching device according to a predetermined priority.
  • the route for the wireless terminal to communicate with the server is any one of a plurality of routes including at least one of a plurality of different wireless sections and one of a plurality of wired sections.
  • an information collecting step of collecting at a predetermined timing information transmitted in each of a plurality of wireless sections and a plurality of wired sections via a switching device for switching the plurality of routes;
  • a bandwidth estimation step of estimating the bandwidth of each of the plurality of wireless sections and the plurality of wired sections based on the information, and a delay time of calculating the delay time of each of the plurality of wireless sections and the plurality of wired sections based on the collected information.
  • a route determination step of determining a route according to a predetermined priority based on a calculation step, each of the estimated bandwidths, and each of the calculated delay times; and a switching control step of controlling to switch to the path.
  • a plurality of different radio access systems can be aggregated to improve communication quality in EtoE.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating four processes (a-1) to (a-4) included in operation (a);
  • FIG. 10 is a diagram showing a specific method example for performing each of processes (a-1) to (a-4);
  • FIG. 10 is a sequence diagram illustrating an operation (a) when a line is congested;
  • FIG. 4 is a diagram illustrating two processes (b-1) and (b-2) included in operation (b);
  • FIG. 10 is a diagram showing a specific method example for performing each of processes (b-1) and (b-2);
  • FIG. 11 is a sequence diagram illustrating operation (b);
  • FIG. 5 is a diagram illustrating five processes (c-1) to (c-5) included in operation (c);
  • FIG. 10 is a diagram showing the contents of determination when performing processes (c-1) to (c-5); It is a figure which illustrates the process which a route control apparatus performs by operation
  • FIG. 10 is a diagram illustrating two processes (d ⁇ 1) and (d ⁇ 2) included in operation (d); It is a sequence diagram which shows an example of operation
  • FIG. 11 is a sequence diagram showing another example of operation (d);
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a communication system of a comparative example;
  • FIG. 16 is a diagram showing a configuration example of a communication system 100 of a comparative example.
  • the communication system 100 enables a UE (user equipment: wireless terminal) 20 to access a server 30 via a network that links 5G and wireless LAN (WiFi (registered trademark)), for example.
  • 5G and wireless LAN WiFi (registered trademark)
  • the UE 20 uses a predetermined reference signal and a received reference signal to calculate and transmit a CQI (Channel Quality Indicator) signal that indicates the channel quality of the communication path.
  • CQI Channel Quality Indicator
  • the communication system 100 includes an RU (Radio unit: radio station) 41a, a DU (Distribution unit: remote station) 42a, a CU (Central unit: aggregation base station) 43a, and a communication path through CN (Core network) 70 ( First route 110), RU 41b, DU 42b, CU 43b, and communication route (second route 120) passing through CN 70, wireless LAN access point (AP) 51, ONU (Optical Network Unit) 52, OLT ( Optical Line Terminal) 53 and a communication path (third path 130) passing through the CN 70, communication between the UE 20 and the server 30 is realized.
  • RU Radio unit: radio station
  • DU Distribution unit: remote station
  • CU Central unit: aggregation base station
  • the control device 600 determines the communication route between the UE 20 and the server 30 based on the radio environment information of the wireless LAN and the quality information of the cellular line (5G) held in the database 602 (information on the radio access section). decide.
  • the CN 70 is configured such that routers 71 to 75, for example, relay data.
  • the communication system 100 integrates a plurality of different wireless access systems, and enables the UE 20 and the server 30 to communicate with each other via a network including wireless access sections and wired access sections. ing.
  • the control device 600 determines one of the first route 110, the second route 120, and the third route 130 as the communication route between the UE 20 and the server 30 based only on the information on the radio access section. ing. Therefore, in the communication (EtoE communication) between the UE 20 and the server 30, the communication system 100 may not necessarily have the optimal communication band and throughput, and may degrade the communication quality.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a communication system 10 according to one embodiment.
  • the communication system 10 enables the UE 20 to access the server 30 via a network that links 5G and wireless LAN (WiFi (registered trademark)), for example.
  • WiFi wireless LAN
  • the same reference numerals are assigned to substantially the same configurations as the communication system 100 shown in FIG.
  • the communication system 10 includes a communication route (first route 210) passing through RU 41a, DU 42a, CU 43a, switching device 60, and CN 70, and a communication route (second route 210) passing through RU 41b, DU 42b, CU 43b, switching device 60, and CN 70. path 220) and a communication path (third path 230) passing through the wireless LAN access point 51, ONU 52, OLT 53, switching device 60, and CN 70.
  • the switching device 60 includes, for example, an L2SW (Layer 2 switch) 61 and an L2SW (Layer 2 switch) 62, and implements communication (EtoE communication) between the UE 20 and the server 30 under the control of the routing control device 80.
  • the route is switched to one of the first route 210, the second route 220, and the third route 230.
  • the L2SW 61 has IF (interface) #1, IF#2, and IF#4, for example, and connects either the CU 43a or the CU 43b to the router 71 according to the control of the routing control device 80.
  • the L2SW 62 has IF#3 and IF#5, for example, and connects the OLT 53 to the router 72 under the control of the routing control device 80.
  • the communication system 100 integrates a plurality of different wireless access systems, and enables the UE 20 and the server 30 to communicate with each other via a network including wireless access sections and wired access sections. ing.
  • FIG. 2 is a functional block diagram illustrating functions of the route control device 80 according to one embodiment.
  • the route control device 80 has, for example, a measurement unit 81, a route determination unit 82, and a switching control unit 83.
  • the measurement unit 81 includes, for example, an information collection unit 84, a delay time calculation unit 85, a bandwidth estimation unit 86, a route information calculation unit 87, and a storage unit 88, and acquires information in the communication system 10 via the switching device 60. , and outputs the acquired information to the route determination unit 82 .
  • the measurement unit 81 collects data by continuously measuring the bandwidth and delay time of each communication path at predetermined timings.
  • the information collecting unit 84 collects information such as line quality information, time stamps, retransmission request signals, etc. from each of the IFs #1 to #5 provided in the switching device 60 at a predetermined timing, and uses the collected information as a delay time calculating unit 85 and Output to band estimation section 86 .
  • the information collection unit 84 collects information on other routes. In this way, the information collecting unit 84 collects, at a predetermined timing, information transmitted in each of a plurality of wireless sections and a plurality of wired sections via the switching device 60 that switches a plurality of paths.
  • the delay time calculation unit 85 calculates the delay times from the end terminal device to IF#1 to IF#5 based on the information output by the information collection unit 84, and the calculated delay times are added to the route information calculation unit 87. and output to the storage unit 88 .
  • the delay time calculation unit 85 calculates the delay time based on the time when the switching device 60 receives the timestamp transmitted by the server 30 .
  • the delay time calculation unit 85 calculates the delay time based on the Ping transmitted to the route on which the UE 20 and the server 30 are not communicating and the throughput of the route on which the UE 20 and the server 30 are communicating. can be calculated.
  • the delay time calculation unit 85 may calculate the delay time based on the time when the switching device 60 receives the timestamp transmitted by the UE 20 .
  • the delay time calculation unit 85 calculates delay times for each of the plurality of wireless sections and the plurality of wired sections based on the information collected by the information collection unit 84.
  • the band estimating unit 86 estimates the band (communication band or throughput) from the end terminal device to IF #1 to #5, and stores the estimated band in the route information. Output to the calculation unit 87 and the storage unit 88 .
  • the band estimating unit 86 estimates the band of the wireless section and the wired section in which the downlink signal is transmitted, based on the packet interval of the downlink signal. Further, the band estimating unit 86 may estimate the band of the wireless section and the wired section based on the Ping transmitted to the route on which the UE 20 and the server 30 are not communicating. Also, the band estimation unit 86 may estimate the bands of the wireless section and the wired section based on the CQI signal transmitted by the UE 20 .
  • the band estimation unit 86 estimates the band of each of the plurality of wireless sections and the plurality of wired sections based on the information collected by the information collection unit 84.
  • the route information calculation unit 87 calculates the bandwidth and throughput of each EtoE route based on each delay time calculated by the delay time calculation unit 85 and each band estimated by the bandwidth estimation unit 86, and calculates the delay time, The bandwidth and throughput are output to the routing section 82 .
  • the storage unit 88 stores each delay time calculated by the delay time calculation unit 85 and each band estimated by the band estimation unit 86 .
  • the storage unit 88 may also store the priority of items (for example, delay time and throughput) that the communication system 10 should prioritize as communication quality.
  • the route information calculation unit 87 calculates each EtoE based on the delay time and bandwidth on the CN 70 side stored in the storage unit 88. , and outputs the delay time, bandwidth, and throughput to the route determination unit 82 .
  • the route determination unit 82 determines and determines the optimum route that satisfies predetermined requirements (throughput) for communication between the UE 20 and the server 30. Determined route information indicating the route is output to the switching control unit 83 .
  • the route determination unit 82 determines the optimum route according to the priority. , outputs determined route information indicating the determined route to the switching control unit 83 .
  • the route determination unit 82 determines a route according to a predetermined priority based on each band estimated by the band estimation unit 86 and each delay time calculated by the delay time calculation unit 85 .
  • the switching control unit 83 controls switching of communication routes in the communication system 10 by controlling the switching device 60 based on the determined route information output by the route determining unit 82 .
  • the switching control unit 83 controls the switching device 60 by outputting switching information for switching the IF of the switching device 60 to the switching device 60 .
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an overview of the overall operation of the communication system 10 according to one embodiment. As shown in FIG. 3, for example, when the UE 20 transmits a data transmission request to the server 30, the communication system 10 performs the following four operations (a) to (d).
  • FIG. 4 is a diagram illustrating four processes (a-1) to (a-4) included in operation (a).
  • a route during data transmission is defined as a main path, and a route without data transmission is defined as a secondary path (another path).
  • the operation (a) includes a process (a-1) for calculating or measuring the throughput for the route (main path) during data transmission, and a delay time for the route (main path) during data transmission.
  • a process (a-2) for calculating or measuring, a process (a-3) for calculating or measuring throughput for a route without data transmission (secondary path), and a delay time for a route without data transmission (secondary path) Calculation or measurement processing (a-4) is included.
  • FIG. 5 is a diagram showing a specific method example for performing each of the processes (a-1) to (a-4).
  • Processing (a-1) includes, for example, the following three methods. 1. "Sneak a peek at the signal that was actually sent in the downlink” (estimate the throughput from the packet interval) 2. “Measure the transmitted data before the retransmission request and transmit the throughput value at the same time” 3. “Hold the requested throughput when executing an uplink data transmission request"
  • Processing includes, for example, the following two methods. 1. "Send Ping (64 bytes, once) and set half of RTT (Round-Trip Time) as one-way delay” 2. “Send timestamp and calculate from L2SW receipt time”
  • Processing includes, for example, the following two methods. 1. “Send Ping (1514 bytes, twice) and measure the throughput based on the difference in return time” 2. “Measure throughput under load with iperf"
  • Processing (a-4) includes, for example, the following two methods. 1. “Send Ping (64 bytes, once) and set half of RTT as one-way delay” 2. “Send Ping (1514 bytes, twice) and calculate from RTT according to main path throughput”
  • FIG. 6 is a sequence diagram illustrating the operation (a) when the line is congested. As shown in FIG. 6, first, the UE 20 makes a data transmission request to the server 30 through the main path (S100).
  • the switching device 60 transmits Ping to the server 30 via another connected path (secondary path) and measures the throughput up to the server 30 (S102). For example, if the L2SW 62 has not transmitted data from IF#5 to the server 30, the routing control device 80 transmits a packet from IF#5 of the L2SW 62 to the server 30 via the secondary path and measures the bandwidth. At the same time, the RTT is measured.
  • the switching device 60 transmits the server time stamp #1 to the route control device 80 through the primary path (S106), and transmits the throughput and RTT through the secondary path (S108). Note that, when receiving a transmission request from the UE 20, the switching device 60 notifies the routing device 80 by a TCP SYN packet, an HTTP GET request, or the like.
  • the information collection unit 84 collects information indicating the server time stamp #1, the RTT, and the number of transmitted packets transmitted by the switching device 60, and uses the collected information as the delay time calculation unit 85 and the bandwidth. Output to the estimation unit 86 .
  • the UE 20 When the UE 20 detects an error in the data received from the server 30, it makes a retransmission request to the server 30 via the switching device 60 (S110). At this time, the switching device 60 confirms that the UE 20 has made a retransmission request, and notifies the route control device 80 that the UE 20 has made the retransmission request (that the channel quality is poor) (S112). Upon receiving the notification from the switching device 60 , the route control device 80 starts processing by the measuring section 81 , the route determining section 82 and the switching control section 83 . When the data received from the server 30 has no error (when the line is good), the UE 20 transmits a reception confirmation without making a retransmission request.
  • the server 30 Upon receiving the retransmission request, the server 30 transmits the data along with the server time stamp #2 to the UE 20 via the main path (S114).
  • the UE 20 transmits a reception confirmation to the server 30 via the switching device 60 (S116).
  • FIG. 7 is a diagram illustrating two processes (b-1) and (b-2) included in operation (b). As shown in FIG. 7, the operation (b) includes a process (b-1) for calculating or measuring throughput and a process for calculating or measuring delay time ( b-2).
  • FIG. 8 is a diagram showing a specific method example for performing each of the processes (b-1) and (b-2).
  • Processing (b-1) includes, for example, the following three methods. 1.
  • "DU 42 collects CQI signals as a line quality signal and transmits to routing control device 80", "Route control device 80 estimates throughput from CQI signal” 2.
  • "DU 42 transmits the CQI signal as it is to the routing control device 80", "The routing control device 80 estimates the throughput from the CQI signal” 3.
  • Processing (b-2) includes, for example, the following two methods. 1. "Send Ping (64 bytes, once) and set half of RTT (Round-Trip Time) as one-way delay” 2. “Send timestamp and calculate from L2SW receipt time”
  • FIG. 9 is a sequence diagram illustrating operation (b).
  • the UE 20 calculates channel quality based on the reference signal transmitted by the RU 41, and collectively transmits the CQI signal and the UE timestamp to the DU 42 via the main path (S200).
  • DU 42 transmits channel quality signal #1 and UE time stamp to switching device 60 (S202).
  • the switching device 60 then transmits the channel quality signal #1 and the UE time stamp to the route control device 80 (S204).
  • the UE 20 calculates channel quality based on the reference signal transmitted by the access point 51, and transmits the CQI signal and the UE timestamp to the access point 51 via the secondary path (S206).
  • the access point 51 transmits the line quality signal #2 and the time stamp to the switching device 60 (S208).
  • the switching device 60 transmits the line quality signal #2 and the time stamp to the route control device 80 (S210).
  • FIG. 10 is a diagram illustrating five processes (c-1) to (c-5) included in operation (c).
  • the operation (c) includes a process (c-1) for calculating or measuring throughput using the optimum route determined by the route control device 80 as a single route, and a process (c-1) for calculating or measuring throughput using the optimum route as a single route. Processing to calculate or measure time (c-2), best effort processing considering both throughput and delay time (c-3), and route selection processing (c-3) according to requirements (throughput and delay time) -4).
  • operation (c) includes processing (c-5) in which the optimum route determined by the route control device 80 is link aggregation (selection of multiple routes simultaneously).
  • FIG. 11 is a diagram showing the contents of judgment when performing the processes (c-1) to (c-5).
  • the route control device 80 determines the throughput in the process (c-1), determines the delay time in the process (c-2), and determines (c-1) and (c-2) in the process (c-3).
  • the route design is determined by weighting, the optimal route design corresponding to the required throughput is determined in process (c-4), and the link aggregation is determined in process (c-5).
  • the route control device 80 determines the optimum route in the communication system 10 based on, for example, the following expressions (1) to (4).
  • x wifi EtoE throughput in wireless LAN (wifi)
  • x du EtoE throughput in 5G (cellular)
  • x demand Requested throughput in data transmission
  • t wifi EtoE delay time in wireless LAN (wifi) t du : 5G (cellular ) in EtoE delay time
  • the throughput and delay time in the above equation are parameters that take into consideration the loss time when the route is switched from the primary path to the secondary path, and the constant (1.2) is an arbitrary set value.
  • ⁇ is a parameter (0 ⁇ 1) that weights throughput and delay time. Therefore, the closer the ⁇ is to 1, the more weight is given to the throughput, and the closer to 0 the ⁇ is, the more weight is given to the delay time.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating processing performed by the route control device 80 in operation (c).
  • the route control device 80 (FIG. 1) collects the Ping information of the secondary path (1).
  • the routing device 80 collects the throughput x wifi_core in the CN 70 from the router and the delay time t wifi_core in the CN 70 based on the RTT.
  • the routing control device 80 collects the throughput x du_core for the server 30 based on the delay time t du_core of the main path to the server 30 via DU, the data of the main path (the number of received packets) and the time stamp. (2).
  • the path control device 80 collects (3) the line quality signal and the time stamp from the DU, and collects (4) the line quality signal and the time stamp from the access point 51 as a trigger.
  • the path control device 80 distributes the channel quality signal and time stamp collected by the information collection unit 84 to the delay time calculation unit 85 and the bandwidth estimation unit 86 .
  • the route information calculation unit 87 calculates the network from the UE 20 to the server 30. EtoE throughput and delay time are calculated and output to the route determination unit 82 .
  • the route determination unit 82 determines the optimum route based on the EtoE throughput and delay time output by the route information calculation unit, and outputs information indicating the optimum route to the switching control unit 83 . Then, the switching control unit 83 outputs to the switching device 60 a route control signal for controlling the route of the communication system 10 to be optimal. For example, the switching control unit 83 switches paths when the secondary path is optimal for maximizing throughput.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating two processes (d-1) and (d-2) included in operation (d).
  • the route change method included in operation (d) includes route change by handover and route change using the ANDSF function.
  • the route control device 80 uses the ANDSF function to perform control so as to transmit a route determination signal to the UE 20 as an ISRP (communication selection policy).
  • FIG. 14 is a sequence diagram showing an example of operation (d). As shown in FIG. 14, when the routing control device 80 outputs a routing control signal to the switching device 60 (S300), the switching device 60 outputs a routing determination signal to the DUs (S302). The DU outputs routing signals and scheduling signals to the UE 20 (S304).
  • the UE 20 transmits a data transmission request to the server 30 (S306).
  • the server 30 transmits data and server time stamp #3 to the UE 20 (S308). That is, the UE 20 determines the route according to the route determination signal and establishes the communication route.
  • FIG. 15 is a sequence diagram showing another example of operation (d).
  • the route control device 80 outputs a route switching signal to the switching device 60 (S400).
  • the switching device 60 outputs a path switching signal to the DU (S402), outputs a switching signal to the server 30 (S404), and outputs a path switching signal to the access point 51 (S406).
  • the DU outputs a switching signal to the UE 20 (S408).
  • the route control device 80 performs control to transmit switching signals to both the primary path and the secondary path. Then, the data and server time stamp #3 can be transmitted from the server 30 to the UE 20 (S410).
  • the throughput between the UE 20 and the switching device 60 is [1] 66.4 Mbps (RU 41a), [2] 38.3 Mbps (RU 41b), and [3] 52 Mbps (access point 51). It is also assumed that the throughput between the switching device 60 and the server 30 is [4] 40 Mbps (RU41a, RU41b) and [5] 200 Mbps (path on the access point 51 side).
  • the optimum communication route considering only the wireless section is the route passing through the RU 41a of [1], which has the largest throughput.
  • the CN 70 side of [1] is congested, as a result, data can only be transmitted up to 40 Mbps.
  • the throughput of EtoE (UE 20 to server 30) is [1] 40 Mbps (RU 41a), [2] 38.3 Mbps (RU 41b), [3] 52 Mbps (access point 51 side route).
  • the optimum communication route is the access point 51 side route of [3].
  • the server 30 transmits data and time stamps to the UE 20 via a specified route based on a data transmission request from the UE 20 .
  • the switching device 60 transmits the time stamp to the route control device 80.
  • the route control device 80 calculates the delay time (for example, 20 ms) of the route from the server 30 via the IF#4, and calculates the throughput (for example, 40 Mbps) from the received packets.
  • route control device 80 when route control device 80 is notified from switching device 60 (IF#4) that there is a data transmission request, route control device 80 transmits data from switching device 60 (IF#5) to server 30 on another route. A ping is sent, and the throughput (eg, 200 Mbps) and delay time (eg, 15 ms) are measured from the response time.
  • throughput eg, 200 Mbps
  • delay time eg, 15 ms
  • RU41a, RU41b, and access point 51 each transmit a reference signal to UE20.
  • the UE 20 calculates channel quality based on the reference signals transmitted from each of the RU 41 a , RU 41 b and the access point 51 , and transmits to RU 41 a , RU 41 b and the access point 51 a connection signal including the channel quality signal and time stamp information.
  • RU 41 a , RU 41 b and access point 51 each transmit line quality and time stamp to route control device 80 .
  • the delay time of the route through IF#1 is 2 ms
  • the delay time of the route through IF#2 is 1 ms
  • the delay time of the route through IF#3 is 10 ms
  • the delay time of the route through IF#4 is 1 ms.
  • the delay time for the route through IF#5 is 15 ms, for example.
  • the route control device 80 transmits the received line quality signal and the delay time from the UE 20 .
  • the throughput and delay time of the CU 43a, CU 43b and OLT 53 are as follows.
  • CU43a throughput 66.4 Mbps
  • delay time 2 ms CU43b throughput 38.3 Mbps
  • delay time 1 ms OLT53 throughput 129Mbps
  • the EtoE throughput is the narrowest band value, so the RU41a route is 40 Mbps, the RU41b route is 38.3 Mbps, and the access point 51 route is 129 Mbps.
  • the route control device 80 transmits to the UE 20 a route determination signal that determines the route via the access point 51 as the optimum route. Based on the route determination signal, the UE 20 switches the communication route to the route via the access point 51 that maximizes the throughput.
  • the EtoE delay time is the sum of the delay time between the UE 20 and the switching device 60 and the delay time between the server 30 and the switching device 60. is 21 ms, and the route of the access point 51 is 25 ms.
  • the route control device 80 transmits to the UE 20 a route determination signal that designates the route via the RU 41b as the communication route. Therefore, based on the route determination signal, the UE 20 switches the communication route to the route via the RU 41b with the minimum delay time.
  • the throughput and delay time in EtoE are 40 Mbps and 22 ms for the route via RU 41 a, 38.3 Mbps and 21 ms for the route via RU 41 b, and 129 Mbps and 25 ms for the route via access point 51 .
  • the UE 20 sets ⁇ as the line priority parameter and transmits the parameter ⁇ to the route control device 80 when transmitting the CQI.
  • ⁇ is a parameter that satisfies 0 ⁇ 1.
  • the route control device 80 uses ⁇ and the throughput and delay time of each route to calculate the priority P by the following formula (5), and determines the route with the maximum value of P as the optimum route.
  • ⁇ 0.8 (80% priority for throughput, 20% priority for delay time).
  • the route control device 80 transmits a route determination signal to the UE 20 with the route via the access point 51 as the optimum communication route.
  • the UE 20 switches the communication route to the route via the access point 51 based on the route determination signal.
  • the communication system 10 selects an optimal route (route settings).
  • the communication system 10 can improve EtoE communication quality by consolidating a plurality of different wireless access systems such as 5G and wireless LAN.
  • the communication system 10 compares each EtoE route and finds a more suitable route even when the radio environment is good but the traffic on the CN 70 side with priority is large, or when the radio environment is somewhat bad but the traffic on the CN 70 side is small. route can be selected.
  • the route control device 80 collects the throughput of each route to the server 30, so that the optimum route can be quickly determined. can be done.
  • each function of each of the route control device 80, UE 20, and server 30 described above may be partially or wholly configured by hardware such as PLD (Programmable Logic Device) or FPGA (Field Programmable Gate Array). Alternatively, it may be configured as a program executed by a processor such as a CPU.
  • the route control device 80 can be implemented using a computer and a program, and the program can be recorded on a storage medium or provided through a network.
  • 10 communication system, 20... UE, 30... server, 41a, 41b... RU, 42a, 42b... DU, 43a, 43b... CU, 51... access point, 52...ONU, 53...OLT, 60...switching device, 61...L2SW, 62...L2SW, 70...CN, 71 to 75...router, 80...route Control device, 81... Measurement unit, 82... Route determination unit, 83... Switching control unit, 84... Information collection unit, 85... Delay time calculation unit, 86... Band estimation unit , 87... Route information calculation unit, 210... First route, 220... Second route, 230... Third route

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Abstract

複数の経路を切替える切替装置を介して複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれで伝送される情報を所定のタイミングで収集し、収集した情報に基づいて、複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれの帯域を推定し、収集した情報に基づいて、複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれの遅延時間を算出し、推定した帯域それぞれ、及び算出した遅延時間それぞれに基づいて、予め定められた優先度に応じた経路を決定し、複数の経路を切替える切替装置に対し、決定した経路に切替えるように制御する。

Description

通信システム、経路制御装置、及び経路制御方法
　本発明は、通信システム、経路制御装置、及び経路制御方法に関する。
　通信システムにおけるトラフィックの増加に対応するために、例えば５Ｇ（第５世代移動通信システム）と、免許不要の無線周波数（アンライセンスバンド）を用いる無線ＬＡＮとを連携させる技術が知られている。この場合、異なる複数の無線アクセスシステムを集約させることにより、増加したトラフィックを効率的に処理することが可能となる。
　例えば、非特許文献１には、アンライセンスバンドの無線環境情報、セルラー回線の品質情報などをネットワーク上にデータベース化し、その情報に基づいて制御エンジンが独自アルゴリズムによりアクセスポイントの設定や端末の帰属先をネットワーク側から最適制御する技術が開示されている。
　また、非特許文献２には、ネットワーク側からの制御により、５Ｇの無線セルを構成する無線アクセスの利用状況を、無線ＬＡＮを含めて全体最適化し、無線通信容量を改善する技術が開示されている。
　また、非特許文献３には、セルラシステムと無線ＬＡＮの両方が同時に利用可能な場合に、各々のインターフェースを切替える技術と、両方のインターフェースを同時利用する技術とが開示されている。
河村憲一、外７名、「無線ＬＡＮの最新動向と協調無線ＬＡＮ技術」、ＮＴＴ技術ジャーナル、2017年1月号、pp18-21 河村憲一、外８名、「５Ｇ時代におけるセルラー連携制御による高密度無線ＬＡＮのスループット改善の検討」、信学技報、電子情報通信学会、2017年10月、vol. 117、no. 246、RCS2017-179、pp.63-68 山田曉、外１名、「セルラシステムと無線ＬＡＮ間の連携技術」、電子情報通信学会、通信ソサイエティマガジン、No.43　冬号、2017年、pp.173-178
　しかしながら、従来技術では、無線アクセス区間のみを考慮して最適化を行っており、例えば有線のコアネットワーク（ＣＮ）を含めたＥｔｏＥ（end-to-end）での最適化を行うことはできなかった。
　例えば、コアネットワーク側のトラフィックに混雑が生じた場合、無線アクセス区間の最適化を行っても、ＥｔｏＥでは遅延時間が大きくなってしまったり、容量の少ない帯域に大量のトラフィックが流れてしまうことがあった。
　また、従来技術では、回線情報をデータベース化した後に最適化を行う場合、通信経路が（パス）が切り替わるまでに時間がかかり、遅延が大きい状態が続いてしまうことがあった。
　本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、異なる複数の無線アクセスシステムを集約させて、ＥｔｏＥでの通信品質を向上させることができる通信システム、経路制御装置、及び経路制御方法を提供することを目的とする。
　本発明の一実施形態にかかる経路制御装置は、無線端末がサーバと通信を行う経路を、異なる複数の無線区間の少なくともいずれかと複数の有線区間のいずれかとを含む複数の経路のいずれかに切替える制御を行う経路制御装置において、複数の前記経路を切替える切替装置を介して複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれで伝送される情報を所定のタイミングで収集する情報収集部と、前記情報収集部が収集した情報に基づいて、複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれの帯域を推定する帯域推定部と、前記情報収集部が収集した情報に基づいて、複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれの遅延時間を算出する遅延時間算出部と、前記帯域推定部が推定した帯域それぞれ、及び前記遅延時間算出部が算出した遅延時間それぞれに基づいて、予め定められた優先度に応じた経路を決定する経路決定部と、複数の前記経路を切替える切替装置に対し、前記経路決定部が決定した経路に切替えるように制御する切替制御部とを有することを特徴とする。
　また、本発明の一実施形態にかかる通信システムは、無線端末が異なる複数の無線区間の少なくともいずれかと複数の有線区間のいずれかとを含む複数の経路のいずれかを介してサーバと通信を行う通信システムにおいて、複数の前記経路を切替える切替装置と、前記切替装置を介して複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれにおけるスループット及び遅延時間を所定のタイミングで取得し、取得したスループット及び遅延時間に基づいて、予め定められた優先度に応じて前記切替装置が切替える経路を制御する経路制御装置とを有することを特徴とする。
　また、本発明の一実施形態にかかる経路制御方法は、無線端末がサーバと通信を行う経路を、異なる複数の無線区間の少なくともいずれかと複数の有線区間のいずれかとを含む複数の経路のいずれかに切替える制御を行う経路制御方法において、複数の前記経路を切替える切替装置を介して複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれで伝送される情報を所定のタイミングで収集する情報収集工程と、収集した情報に基づいて、複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれの帯域を推定する帯域推定工程と、収集した情報に基づいて、複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれの遅延時間を算出する遅延時間算出工程と、推定した帯域それぞれ、及び算出した遅延時間それぞれに基づいて、予め定められた優先度に応じた経路を決定する経路決定工程と、複数の前記経路を切替える切替装置に対し、決定した経路に切替えるように制御する切替制御工程とを含むことを特徴とする。
　本発明によれば、異なる複数の無線アクセスシステムを集約させて、ＥｔｏＥでの通信品質を向上させることができる。
一実施形態にかかる通信システムの構成例を示す図である。 一実施形態にかかる経路制御装置が有する機能を例示する機能ブロック図である。 一実施形態にかかる通信システムの全体動作の概要を例示する図である。 動作（ａ）に含まれる４つの処理（ａ－１）～（ａ－４）を例示する図である。 処理（ａ－１）～（ａ－４）それぞれを行う具体的な方法例を示す図である。 回線が混雑していた場合の動作（ａ）を例示するシーケンス図である。 動作（ｂ）に含まれる２つの処理（ｂ－１）、（ｂ－２）を例示する図である。 処理（ｂ－１）、（ｂ－２）それぞれを行う具体的な方法例を示す図である。 動作（ｂ）を例示するシーケンス図である。 動作（ｃ）に含まれる５つの処理（ｃ－１）～（ｃ－５）を例示する図である。 処理（ｃ－１）～（ｃ－５）を行う場合に判断する内容をそれぞれ示す図である。 動作（ｃ）により経路制御装置が行う処理を例示する図である。 動作（ｄ）に含まれる２つの処理（ｄ－１）、（ｄ－２）を例示する図である。 動作（ｄ）の一例を示すシーケンス図である。 動作（ｄ）の他の例を示すシーケンス図である。 比較例の通信システムの構成例を示す図である。
　まず、本発明がなされるに至った背景について説明する。図１６は、比較例の通信システム１００の構成例を示す図である。通信システム１００は、例えば５Ｇと無線ＬＡＮ（WiFi（登録商標））を連携させたネットワークを介して、ＵＥ（User equipment：無線端末）２０がサーバ３０に対してアクセスすることを可能にしている。
　なお、ＵＥ２０は、予め定められた参照信号と、受信した参照信号とを用いて、通信経路の回線品質を示すＣＱＩ（Channel Quality Indicator：チャネル品質指標）信号を算出して送信する機能を備えている。
　例えば、通信システム１００は、ＲＵ（Radio unit：無線局）４１ａ、ＤＵ（Distribution unit：リモート局）４２ａ、ＣＵ（Central unit：集約基地局）４３ａ、及びＣＮ（Core network）７０を通る通信経路（第１経路１１０）と、ＲＵ４１ｂ、ＤＵ４２ｂ、ＣＵ４３ｂ、及びＣＮ７０を通る通信経路（第２経路１２０）と、無線ＬＡＮのアクセスポイント（Access point：AP）５１、ＯＮＵ（Optical Network Unit）５２、ＯＬＴ（Optical Line Terminal）５３、及びＣＮ７０を通る通信経路（第３経路１３０）のいずれかの通信経路を介して、ＵＥ２０とサーバ３０との通信を実現している。
　制御装置６００は、データベース６０２が保持している無線ＬＡＮの無線環境情報及びセルラー回線（５Ｇ）の品質情報など（無線アクセス区間の情報）に基づいて、ＵＥ２０とサーバ３０とが行う通信の経路を決定する。なお、ＣＮ７０は、例えばルータ７１～７５などがデータを中継するように構成されている。
　このように、通信システム１００は、異なる複数の無線アクセスシステムを集約させており、無線アクセス区間及び有線アクセス区間を含むネットワークを介して、ＵＥ２０とサーバ３０とが相互に通信を行うことを可能にしている。
　通信システム１００は、制御装置６００が無線アクセス区間の情報のみに基づいて、ＵＥ２０とサーバ３０とが行う通信の経路を第１経路１１０、第２経路１２０及び第３経路１３０のいずれかに決定している。このため、通信システム１００は、ＵＥ２０とサーバ３０との通信（ＥｔｏＥの通信）においては、通信帯域やスループットが必ずしも最適であるとはいえず、通信品質を低下させる場合がある。
　次に、一実施形態にかかる通信システムについて、以下のように図面を用いて説明する。図１は、一実施形態にかかる通信システム１０の構成例を示す図である。通信システム１０は、例えば５Ｇと無線ＬＡＮ（WiFi（登録商標））を連携させたネットワークを介して、ＵＥ２０がサーバ３０に対してアクセスすることを可能にしている。なお、図１に示した通信システム１０において、図１６に示した通信システム１００の構成と実質的に同一の構成には同一の符号が付してある。
　例えば、通信システム１０は、ＲＵ４１ａ、ＤＵ４２ａ、ＣＵ４３ａ、切替装置６０、及びＣＮ７０を通る通信経路（第１経路２１０）と、ＲＵ４１ｂ、ＤＵ４２ｂ、ＣＵ４３ｂ、切替装置６０、及びＣＮ７０を通る通信経路（第２経路２２０）と、無線ＬＡＮのアクセスポイント５１、ＯＮＵ５２、ＯＬＴ５３、切替装置６０、及びＣＮ７０を通る通信経路（第３経路２３０）のいずれかの通信経路を介して、ＵＥ２０とサーバ３０との通信を実現している。
　切替装置６０は、例えばＬ２ＳＷ（レイヤ２スイッチ）６１及びＬ２ＳＷ（レイヤ２スイッチ）６２を備え、経路制御装置８０の制御に応じて、ＵＥ２０とサーバ３０との通信（ＥｔｏＥの通信）を実現する通信経路を第１経路２１０、第２経路２２０、及び第３経路２３０のいずれかに切替える。
　Ｌ２ＳＷ６１は、例えばＩＦ（インターフェース）＃１、ＩＦ＃２、及びＩＦ＃４を備え、経路制御装置８０の制御に応じて、ＣＵ４３ａ又はＣＵ４３ｂのいずれかをルータ７１に接続する。Ｌ２ＳＷ６２は、例えばＩＦ＃３及びＩＦ＃５を備え、経路制御装置８０の制御に応じて、ＯＬＴ５３をルータ７２に接続する。
　このように、通信システム１００は、異なる複数の無線アクセスシステムを集約させており、無線アクセス区間及び有線アクセス区間を含むネットワークを介して、ＵＥ２０とサーバ３０とが相互に通信を行うことを可能にしている。
　次に、一実施形態にかかる経路制御装置８０が有する機能について詳述する。図２は、一実施形態にかかる経路制御装置８０が有する機能を例示する機能ブロック図である。図２に示すように、経路制御装置８０は、例えば測定部８１、経路決定部８２、及び切替制御部８３を有する。
　測定部８１は、例えば情報収集部８４、遅延時間算出部８５、帯域推定部８６、経路情報算出部８７、及び記憶部８８を有し、切替装置６０を介して通信システム１０における情報を取得し、取得した情報を経路決定部８２に対して出力する。例えば、測定部８１は、所定のタイミングで継続的に各通信経路の帯域と遅延時間をそれぞれ測定することによって収集する。
　情報収集部８４は、切替装置６０が備えるＩＦ＃１～＃５それぞれから回線品質情報、タイムスタンプ、再送要求信号などの情報を所定のタイミングで収集し、収集した情報を遅延時間算出部８５及び帯域推定部８６に対して出力する。
　例えば、情報収集部８４は、ＵＥ２０が複数の経路のいずれかを介してサーバ３０に接続要求をしたときに、他の経路の情報を収集する。このように、情報収集部８４は、複数の経路を切替える切替装置６０を介して複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれで伝送される情報を所定のタイミングで収集する。
　遅延時間算出部８５は、情報収集部８４が出力した情報に基づいて、ｅｎｄ端末となる装置からＩＦ＃１～＃５までの遅延時間をそれぞれ算出し、算出した遅延時間を経路情報算出部８７及び記憶部８８に対して出力する。
　例えば、遅延時間算出部８５は、サーバ３０が送信したタイムスタンプを切替装置６０が受信した時間に基づいて遅延時間を算出する。また、遅延時間算出部８５は、ＵＥ２０とサーバ３０とが通信を行っていない経路に対して送信されたＰｉｎｇ、及びＵＥ２０とサーバ３０とが通信を行っている経路のスループットに基づいて遅延時間を算出してもよい。また、遅延時間算出部８５は、ＵＥ２０が送信したタイムスタンプを切替装置６０が受信した時間に基づいて遅延時間を算出してもよい。
　このように、遅延時間算出部８５は、情報収集部８４が収集した情報に基づいて、複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれの遅延時間を算出する。
　帯域推定部８６は、情報収集部８４が出力した情報に基づいて、ｅｎｄ端末となる装置からＩＦ＃１～＃５までの帯域（通信帯域又はスループット）をそれぞれ推定し、推定した帯域を経路情報算出部８７及び記憶部８８に対して出力する。
　例えば、帯域推定部８６は、下り信号のパケット間隔に基づいて、下り信号を伝送している無線区間及び有線区間の帯域を推定する。また、帯域推定部８６は、ＵＥ２０とサーバ３０とが通信を行っていない経路に対して送信されたＰｉｎｇに基づいて無線区間及び有線区間の帯域を推定してもよい。また、帯域推定部８６は、ＵＥ２０が送信するＣＱＩ信号に基づいて、無線区間及び有線区間の帯域を推定してもよい。
　このように、帯域推定部８６は、情報収集部８４が収集した情報に基づいて、複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれの帯域を推定する。
　経路情報算出部８７は、遅延時間算出部８５が算出した遅延時間それぞれと、帯域推定部８６が推定した帯域それぞれとに基づいて、各ＥｔｏＥの経路の帯域とスループットをそれぞれ算出し、遅延時間、帯域及びスループットを経路決定部８２に対して出力する。
　記憶部８８は、遅延時間算出部８５が算出した遅延時間それぞれ、及び帯域推定部８６が推定した帯域それぞれを記憶する。また、記憶部８８は、通信システム１０が通信品質として優先すべき項目（例えば遅延時間及びスループット）の優先度を記憶していてもよい。
　なお、経路情報算出部８７は、記憶部８８がＣＮ７０側の遅延時間及び帯域を記憶している場合には、記憶部８８が記憶しているＣＮ７０側の遅延時間及び帯域に基づいて、各ＥｔｏＥの経路の帯域とスループットをそれぞれ算出し、遅延時間、帯域及びスループットを経路決定部８２に対して出力する。
　経路決定部８２は、経路情報算出部８７の算出結果に基づいて、ＵＥ２０とサーバ３０との間の通信に対して予め定められた要求条件（スループット）を満たす最適な経路を決定し、決定した経路を示す決定経路情報を切替制御部８３に対して出力する。
　なお、経路決定部８２は、記憶部８８が通信品質として優先すべき項目（例えば遅延時間及び帯域）の優先度を記憶している場合には、当該優先度に応じて最適な経路を決定し、決定した経路を示す決定経路情報を切替制御部８３に対して出力する。このように、経路決定部８２は、帯域推定部８６が推定した帯域それぞれ、及び遅延時間算出部８５が算出した遅延時間それぞれに基づいて、予め定められた優先度に応じた経路を決定する。
　切替制御部８３は、経路決定部８２が出力した決定経路情報に基づいて切替装置６０を制御することにより、通信システム１０における通信経路を切替える制御を行う。例えば、切替制御部８３は、切替装置６０のＩＦを切替える切替情報を切替装置６０に対して出力することによって切替装置６０を制御する。
　次に、通信システム１０の動作例についてさらに説明する。図３は、一実施形態にかかる通信システム１０の全体動作の概要を例示する図である。図３に示すように、通信システム１０は、例えばＵＥ２０がサーバ３０に対してデータ送信要求を送信すると、以下に示す４つの動作（ａ）～（ｄ）を行う。
　（ａ）：サーバ３０と経路制御装置８０との間のスループット・遅延時間測定
　（ｂ）：ＵＥ２０と経路制御装置８０との間のスループット・遅延時間測定
　（ｃ）：経路制御装置８０による経路決定
　（ｄ）：決定した通信経路によりＵＥ２０からサーバ３０へデータ送信
　まず、動作（ａ）について説明する。図４は、動作（ａ）に含まれる４つの処理（ａ－１）～（ａ－４）を例示する図である。経路制御装置８０とサーバ３０の間には、複数の経路があり（図１参照）、データ送信中の経路を主パスとし、データ送信なしの経路を副パス（別パス）とする。
　図４に示すように、動作（ａ）には、データ送信中の経路（主パス）に対するスループットを算出又は測定する処理（ａ－１）と、データ送信中の経路（主パス）に対する遅延時間を算出又は測定する処理（ａ－２）と、データ送信なしの経路（副パス）に対するスループットを算出又は測定する処理（ａ－３）と、データ送信なしの経路（副パス）に対する遅延時間を算出又は測定する処理（ａ－４）とが含まれる。
　図５は、処理（ａ－１）～（ａ－４）それぞれを行う具体的な方法例を示す図である。処理（ａ－１）には、例えば次の３つの方法などがある。
　１．「下りで実際に送られてきた信号を盗み見る」（パケット間隔からスループットを推定）
　２．「再送要求前の送信データを測定し、スループットの値を同時に送信する」
　３．「上りデータ送信要求を実施時に、要求スループットを保持する」
　処理（ａ－２）には、例えば次の２つの方法などがある。
　１．「Ｐｉｎｇを送信（６４ｂｙｔｅ、１回）し、ＲＴＴ（Round-Trip Time）の半分を片道遅延とする」
　２．「タイムスタンプを送信し、Ｌ２ＳＷの受取時間から算出する」
　処理（ａ－３）には、例えば次の２つの方法などがある。
　１．「Ｐｉｎｇを送信（１５１４ｂｙｔｅ、２回）し、戻る時間差によりスループットを測定する」
　２．「ｉｐｅｒｆにより負荷をかけてスループットを測定する」
　処理（ａ－４）には、例えば次の２つの方法などがある。
　１．「Ｐｉｎｇを送信（６４ｂｙｔｅ、１回）し、ＲＴＴの半分を片道遅延とする」
　２．「Ｐｉｎｇを送信（１５１４ｂｙｔｅ、２回）し、主パスのスループットに応じてＲＴＴから算出する」
　図６は、回線が混雑していた場合の動作（ａ）を例示するシーケンス図である。図６に示したように、まず、ＵＥ２０は、サーバ３０に対して主パスによりデータ送信要求を行う（Ｓ１００）。
　主パスにおいてデータ送信要求があった場合、切替装置６０は、他の接続されているパス（副パス）によりＰｉｎｇをサーバ３０へ送信し、サーバ３０までのスループットを測定する（Ｓ１０２）。例えば、Ｌ２ＳＷ６２がＩＦ＃５からデータをサーバ３０に向けて送信していない場合、経路制御装置８０は、Ｌ２ＳＷ６２のＩＦ＃５から副パスによりサーバ３０に対してパケットを送信し、帯域を測定するとともに、ＲＴＴの測定を行う。
　主パスによりデータ送信要求をされたサーバ３０は、主パスによりＵＥ２０に対してサーバタイムスタンプ＃１とともにデータを送信する（Ｓ１０４）。
　切替装置６０は、経路制御装置８０に対して主パスによりサーバタイムスタンプ＃１を送信し（Ｓ１０６）、副パスによりスループットとＲＴＴを送信する（Ｓ１０８）。なお、切替装置６０は、ＵＥ２０から送信要求があった場合に、ＴＣＰのＳＹＮパケット又はＨＴＴＰのＧＥＴリクエストなどにより、経路制御装置８０に対する通知を行う。
　経路制御装置８０において、情報収集部８４は、切替装置６０が送信したサーバタイムスタンプ＃１、ＲＴＴ、及び送信されたパケット数を示す情報を収集し、収集した情報を遅延時間算出部８５及び帯域推定部８６に対して出力する。
　ＵＥ２０は、サーバ３０から受信したデータに誤りを検出した場合、切替装置６０を介してサーバ３０に再送要求を行う（Ｓ１１０）。このとき、切替装置６０は、ＵＥ２０が再送要求したことを確認し、ＵＥ２０が再送要求を行ったこと（回線品質がよくないこと）を経路制御装置８０に対して通知する（Ｓ１１２）。経路制御装置８０は、切替装置６０から通知を受け取ると、測定部８１、経路決定部８２、及び切替制御部８３による処理を開始する。なお、ＵＥ２０は、サーバ３０から受信したデータに誤りがない場合（回線が良好な場合）には、再送要求をすることなく、受信確認を送信する。
　再送要求を受信したサーバ３０は、主パスによりＵＥ２０に対してサーバタイムスタンプ＃２とともにデータを送信する（Ｓ１１４）。
　ＵＥ２０は、サーバ３０から受信したデータに誤りがない場合には、切替装置６０を介して受信確認をサーバ３０へ送信する（Ｓ１１６）。
　次に、動作（ｂ）について説明する。図７は、動作（ｂ）に含まれる２つの処理（ｂ－１）、（ｂ－２）を例示する図である。図７に示すように、動作（ｂ）には、ＵＥ２０と経路制御装置８０との間の経路において、スループットを算出又は測定する処理（ｂ－１）と、遅延時間を算出又は測定する処理（ｂ－２）とが含まれる。
　図８は、処理（ｂ－１）、（ｂ－２）それぞれを行う具体的な方法例を示す図である。処理（ｂ－１）には、例えば次の３つの方法などがある。
　１．「ＤＵ４２がＣＱＩ信号をまとめて回線品質信号とし、経路制御装置８０へ送信する」、「経路制御装置８０がＣＱＩ信号からスループットを推定する」
　２．「ＤＵ４２がＣＱＩ信号をそのまま経路制御装置８０へ送信する」、「経路制御装置８０がＣＱＩ信号からスループットを推定する」
　３．「Ｈｙｂｒｉｄ　ＡＲＱ（Automatic Repeat reQuest））又はＲＬＣ（Radio Link Control）での再送要求情報に基づいて、経路制御装置８０がパケットロスを算出する」、「経路制御装置８０がスループットを推定する」
　処理（ｂ－２）には、例えば次の２つの方法などがある。
　１．「Ｐｉｎｇを送信（６４ｂｙｔｅ、１回）し、ＲＴＴ（Round-Trip Time）の半分を片道遅延とする」
　２．「タイムスタンプを送信し、Ｌ２ＳＷの受取時間から算出する」
　図９は、動作（ｂ）を例示するシーケンス図である。図９に示したように、まず、ＵＥ２０は、ＲＵ４１が送信した参照信号に基づいて回線品質を算出し、主パスによりＤＵ４２に対してＣＱＩ信号及びＵＥタイムスタンプをまとめて送信する（Ｓ２００）。ＤＵ４２は、切替装置６０に対して回線品質信号＃１、ＵＥタイムスタンプを送信する（Ｓ２０２）。そして、切替装置６０は、経路制御装置８０に対して回線品質信号＃１、ＵＥタイムスタンプを送信する（Ｓ２０４）。
　また、ＵＥ２０は、アクセスポイント５１が送信した参照信号に基づいて回線品質を算出し、副パスによりアクセスポイント５１に対してＣＱＩ信号及びＵＥタイムスタンプを送信する（Ｓ２０６）。アクセスポイント５１は、切替装置６０に対して回線品質信号＃２、タイムスタンプを送信する（Ｓ２０８）。切替装置６０は、経路制御装置８０に対して回線品質信号＃２、タイムスタンプを送信する（Ｓ２１０）。
　次に、動作（ｃ）について説明する。図１０は、動作（ｃ）に含まれる５つの処理（ｃ－１）～（ｃ－５）を例示する図である。図１０に示すように、動作（ｃ）には、経路制御装置８０が決定した最適経路を単一経路としてスループットを算出又は測定する処理（ｃ－１）と、最適経路を単一経路として遅延時間を算出又は測定する処理（ｃ－２）と、スループットと遅延時間を共に考慮したベストエフォートの処理（ｃ－３）と、要求条件（スループットと遅延時間）に応じて経路選択する処理（ｃ－４）とが含まれる。
　さらに、動作（ｃ）には、経路制御装置８０が決定した最適経路がリンクアグリゲーション（複数経路同時選択）となる処理（ｃ－５）が含まれる。
　図１１は、処理（ｃ－１）～（ｃ－５）を行う場合に判断する内容をそれぞれ示す図である。経路制御装置８０は、処理（ｃ－１）ではスループットを判断し、処理（ｃ－２）では遅延時間を判断し、処理（ｃ－３）では（ｃ－１）・（ｃ－２）の重みづけを行って経路設計を判断し、処理（ｃ－４）では必要スループットに応じた最適な経路設計を判断し、処理（ｃ－５）ではリンクアグリゲーションを判断する。
　より具体的には、経路制御装置８０は、例えば下式（１）～（４）に基づいて、通信システム１０における最適な経路を決定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　　　xwifi　：無線ＬＡＮ（wifi）におけるＥｔｏＥのスループット
　　　xdu　　：５Ｇ（セルラー）におけるＥｔｏＥのスループット
　　　xdemand：データ送信における要求スループット
　　　twifi　：無線ＬＡＮ（wifi）におけるＥｔｏＥの遅延時間
　　　tdu　　：５Ｇ（セルラー）におけるＥｔｏＥの遅延時間
　なお、上式におけるスループットと遅延時間は、主パスから副パスへ経路を切替える場合のロス時間を顧慮したパラメータであり、定数（１．２）は、任意の設定値である。
　αは、スループットと遅延時間の重みづけを行うパラメータ（０＜α＜１）である。したがって、αが１に近いほどスループットに重みをおき、αが０に近いほど遅延時間に重みをおくこととなる。
　図１２は、動作（ｃ）により経路制御装置８０が行う処理を例示する図である。経路制御装置８０（図１）は、副パスのＰｉｎｇ情報を収集する（１）。例えば、経路制御装置８０は、ＣＮ７０におけるスループットxwifi_coreをルータから収集し、ＣＮ７０における遅延時間twifi_coreをＲＴＴに基づいて収集する。
　また、経路制御装置８０は、ＤＵを介した主パスのサーバ３０までの遅延時間tdu_coreと、主パスのデータ（パケットの受信数）とタイムスタンプに基づいて、サーバ３０に対するスループットxdu_coreを収集する（２）。
　次に、経路制御装置８０は、ＤＵから回線品質信号及びタイムスタンプを収集（３）し、アクセスポイント５１から回線品質信号及びタイムスタンプを収集（４）したことを契機として、主パスのスループットxdu_access及び遅延時間tdu_accessと、副パスのスループットxwifi_access及び遅延時間twifi_accessを推定する。
　このとき、経路制御装置８０は、情報収集部８４が収集した回線品質信号及びタイムスタンプを遅延時間算出部８５及び帯域推定部８６に振り分ける。
　そして、経路情報算出部８７は、遅延時間算出部８５及び帯域推定部８６から入力されたＵＥ２０から経路制御装置８０までの遅延時間と帯域（スループット）に基づいて、ＵＥ２０からサーバ３０までのネットワークのＥｔｏＥのスループット及び遅延時間を算出し、経路決定部８２に対して出力する。
　経路決定部８２は、経路情報算出部が出力したＥｔｏＥのスループット及び遅延時間に基づいて最適経路を決定し、切替制御部８３に対して最適経路を示す情報を出力する。そして、切替制御部８３は、通信システム１０の経路が最適となるように制御する経路制御信号を切替装置６０に対して出力する。例えば、切替制御部８３は、副パスがスループットの最大化に最適である場合には、経路の切替を行う。
　次に、動作（ｄ）について説明する。図１３は、動作（ｄ）に含まれる２つの処理（ｄ－１）、（ｄ－２）を例示する図である。図１３に示すように、動作（ｄ）に含まれる経路変更の方法として、ハンドオーバーによる経路変更と、ＡＮＤＳＦ機能を用いた経路変更とがある。なお、経路制御装置８０は、ＡＮＤＳＦ機能を用いて、ＩＳＲＰ（通信選択ポリシー）として経路決定信号をＵＥ２０へ送信するように制御を行う。
　図１４は、動作（ｄ）の一例を示すシーケンス図である。図１４に示したように、経路制御装置８０が切替装置６０に対して経路制御信号を出力すると（Ｓ３００）、切替装置６０はＤＵに対して経路決定信号を出力する（Ｓ３０２）。ＤＵは、ＵＥ２０に対して経路決定信号及びスケジューリング信号を出力する（Ｓ３０４）。
　ＵＥ２０は、サーバ３０に対してデータ送信要求を送信する（Ｓ３０６）。サーバ３０は、ＵＥ２０に対してデータ送信、及びサーバタイムスタンプ＃３を送信する（Ｓ３０８）。つまり、ＵＥ２０は、経路決定信号に従って経路を確定し、通信経路を確立する。
　図１５は、動作（ｄ）の他の例を示すシーケンス図である。図１５に示したように、経路制御装置８０は、切替装置６０に対して経路切替信号を出力する（Ｓ４００）。切替装置６０は、ＤＵに対して経路切替信号を出力し（Ｓ４０２）、サーバ３０に対して切替信号を出力し（Ｓ４０４）、アクセスポイント５１に対して経路切替信号を出力する（Ｓ４０６）。また、ＤＵは、ＵＥ２０に対して切替信号を出力する（Ｓ４０８）。
　つまり、経路制御装置８０は、主パスと副パスの両方に切替信号を送信する制御を行う。そして、サーバ３０からＵＥ２０に対するデータ及びサーバタイムスタンプ＃３の送信が可能になる（Ｓ４１０）。
　次に、通信システム１０（図１）の具体的な実施例について説明する。例えば、ＵＥ２０と切替装置６０との間のスループットが［１］６６．４Ｍｂｐｓ（ＲＵ４１ａ）、［２］３８．３Ｍｂｐｓ（ＲＵ４１ｂ）、［３］５２Ｍｂｐｓ（アクセスポイント５１）であるとする。また、切替装置６０とサーバ３０との間のスループットが［４］４０Ｍｂｐｓ（ＲＵ４１ａ、ＲＵ４１ｂ）、［５］２００Ｍｂｐｓ（アクセスポイント５１側経路）であるとする。
　このとき、無線区間のみを考慮した最適な通信経路は、最もスループットが大きくなる［１］のＲＵ４１ａを通る経路となる。しかし、［１］のＣＮ７０側が混雑していると、結果として４０Ｍｂｐｓまでしかデータを伝送できないこととなる。
　一方、ＥｔｏＥ（ＵＥ２０～サーバ３０）のスループットは、［１］４０Ｍｂｐｓ（ＲＵ４１ａ）、［２］３８．３Ｍｂｐｓ（ＲＵ４１ｂ）、［３］５２Ｍｂｐｓ（アクセスポイント５１側経路）となる。つまり、最適な通信経路は、［３］のアクセスポイント５１側経路となる。
　以下、通信システム１０の上述した動作について、より具体的な例を用いて説明する。例えば、サーバ３０は、ＵＥ２０からのデータ送信要求に基づいて、指定された経路を介してＵＥ２０にデータとタイムスタンプを送信する。
　切替装置６０は、タイムスタンプを経路制御装置８０に送信する。経路制御装置８０は、サーバ３０からＩＦ＃４を介した経路の遅延時間（例えば２０ｍｓ）を算出し、受信したパケットからスループット（例えば４０Ｍｂｐｓ）を算出する。
　また、経路制御装置８０は、データ送信要求があったことを切替装置６０（ＩＦ＃４）から通知されると、別の経路に対して切替装置６０（ＩＦ＃５）からサーバ３０に向けてＰｉｎｇを送信し、応答時間からスループット（例えば２００Ｍｂｐｓ）と遅延時間（例えば１５ｍｓ）を測定する。
　ＲＵ４１ａ、ＲＵ４１ｂ及びアクセスポイント５１は、それぞれＵＥ２０に対して参照信号を送信する。ＵＥ２０は、ＲＵ４１ａ、ＲＵ４１ｂ及びアクセスポイント５１それぞれから送信された参照信号に基づいて回線品質を算出し、回線品質信号とタイムスタンプ情報をまとめた接続信号をＲＵ４１ａ、ＲＵ４１ｂ及びアクセスポイント５１に送信する。
　この時、ＲＵ４１ａの回線品質はＣＱＩ＝８、ＲＵ４１ｂの回線品質はＣＱＩ＝５、アクセスポイント５１の回線品質はＭＣＳ＝１０とする。ＲＵ４１ａ、ＲＵ４１ｂ及びアクセスポイント５１は、それぞれ回線品質とタイムスタンプを経路制御装置８０に送信する。
　なお、ＩＦ＃１を介した経路の遅延時間を例えば２ｍｓとし、ＩＦ＃２を介した経路の遅延時間を例えば１ｍｓとし、ＩＦ＃３を介した経路の遅延時間を例えば１０ｍｓとし、ＩＦ＃４を介した経路の遅延時間を例えば２０ｍｓとし、ＩＦ＃５を介した経路の遅延時間を例えば１５ｍｓとする。経路制御装置８０は、受信した回線品質信号とＵＥ２０からの遅延時間を送信する。
　この時、５Ｇの無線区間も無線ＬＡＮの区間も帯域幅を２０ＭＨｚとすると、ＣＵ４３ａ、ＣＵ４３ｂ及びＯＬＴ５３のスループットと遅延時間は以下のようになる。
　ＣＵ４３ａ：スループット６６．４Ｍｂｐｓ、遅延時間２ｍｓ
　ＣＵ４３ｂ：スループット３８．３Ｍｂｐｓ、遅延時間１ｍｓ
　ＯＬＴ５３：スループット１２９Ｍｂｐｓ、遅延時間２０ｍｓ
　ＥｔｏＥのスループットは、最も狭い帯域の値となるため、ＲＵ４１ａの経路は４０Ｍｂｐｓ、ＲＵ４１ｂの経路は３８．３Ｍｂｐｓ、アクセスポイント５１の経路は１２９Ｍｂｐｓとなる。
　そして、経路制御装置８０は、スループットを優先させる場合、アクセスポイント５１を介する経路を最適な経路と決定する経路決定信号をＵＥ２０に送信する。ＵＥ２０は、経路決定信号に基づいて、スループットが最大となるアクセスポイント５１を介する経路に通信経路を切り替える。
　なお、ＥｔｏＥの遅延時間は、ＵＥ２０と切替装置６０との間の遅延時間と、サーバ３０と切替装置６０との間の遅延時間を加算したものとなるため、ＲＵ４１ａの経路は２２ｍｓ、ＲＵ４１ｂの経路は２１ｍｓ、アクセスポイント５１の経路は２５ｍｓとなる。
　そのため、経路制御装置８０は、遅延時間を優先させる場合、ＲＵ４１ｂを介する経路を通信経路とする経路決定信号をＵＥ２０に送信する。従って、ＵＥ２０は、経路決定信号に基づいて、最小の遅延時間となるＲＵ４１ｂを介する経路に通信経路を切替える。
　次に、ＥｔｏＥにおけるスループットと遅延時間を共に考慮した通信システム１０の動作例について説明する。ＥｔｏＥでのスループットと遅延時間は、ＲＵ４１ａを介する経路で４０Ｍｂｐｓと２２ｍｓ、ＲＵ４１ｂを介する経路で３８．３Ｍｂｐｓと２１ｍｓ、アクセスポイント５１を介する経路で１２９Ｍｂｐｓと２５ｍｓとなる。
　例えば、ＵＥ２０は、回線優先パラメータをαとして、ＣＱＩを送信する時にパラメータαを経路制御装置８０に送信する。αは、０＜α＜１となる値であり、１に近いほどスループットを考慮した経路選択となり、０に近いほど遅延時間を考慮した経路選択となるパラメータである。
　経路制御装置８０は、αと各経路のループット及び遅延時間を用いて下式（５）により優先度Ｐを算出し、Ｐの値が最大となる経路を最適な経路として決定する。ここでは、α＝０．８（スループットの優先度８０％、遅延時間の優先度２０％）とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　つまり、ＥｔｏＥでの優先度Ｐは、ＲＵ４１ａを介する経路で１０．３、ＲＵ４１ｂを介する経路で１０．０、アクセスポイント５１を介する経路で２５．６となる。よって、経路制御装置８０は、アクセスポイント５１を介する経路を最適な通信経路として、経路決定信号をＵＥ２０に送信する。ＵＥ２０は、経路決定信号に基づいて、アクセスポイント５１を介する経路に通信経路を切替える。
　このように、実施形態にかかる通信システム１０は、無線区間だけではなく、無線以外の区間の通信品質にも基づいて、ＥｔｏＥ（ＵＥ２０とサーバ３０との間）の経路について最適な経路選択（経路設定）を行うことができる。
　また、実施形態にかかる通信システム１０は、例えば５Ｇや無線ＬＡＮなどの異なる複数の無線アクセスシステムを集約させて、ＥｔｏＥでの通信品質を向上させることができる。
　つまり、通信システム１０は、無線環境はよいが優先のＣＮ７０側でトラフィックが多い場合や、無線環境はやや悪いがＣＮ７０側のトラフィックが少ない場合などでも、ＥｔｏＥの各経路を比較して、より適した経路を選択することができる。
　また、通信システム１０は、ＵＥ２０からサーバ３０に対してデータ送信要求を行ったときに、経路制御装置８０がサーバ３０までの各経路のスループットを収集するので、迅速に最適な経路を決定することができる。
　なお、上述した経路制御装置８０、ＵＥ２０、及びサーバ３０それぞれが有する各機能は、それぞれ一部又は全部がＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアによって構成されてもよいし、ＣＰＵ等のプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。
　例えば、一実施形態にかかる経路制御装置８０は、コンピュータとプログラムを用いて実現することができ、プログラムを記憶媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
　１０・・・通信システム、２０・・・ＵＥ、３０・・・サーバ、４１ａ，４１ｂ・・・ＲＵ、４２ａ，４２ｂ・・・ＤＵ、４３ａ，４３ｂ・・・ＣＵ、５１・・・アクセスポイント、５２・・・ＯＮＵ、５３・・・ＯＬＴ、６０・・・切替装置、６１・・・Ｌ２ＳＷ、６２・・・Ｌ２ＳＷ、７０・・・ＣＮ、７１～７５・・・ルータ、８０・・・経路制御装置、８１・・・測定部、８２・・・経路決定部、８３・・・切替制御部、８４・・・情報収集部、８５・・・遅延時間算出部、８６・・・帯域推定部、８７・・・経路情報算出部、２１０・・・第１経路、２２０・・・第２経路、２３０・・・第３経路

Claims (8)

  1. 　無線端末がサーバと通信を行う経路を、異なる複数の無線区間の少なくともいずれかと複数の有線区間のいずれかとを含む複数の経路のいずれかに切替える制御を行う経路制御装置において、
    　複数の前記経路を切替える切替装置を介して複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれで伝送される情報を所定のタイミングで収集する情報収集部と、
    　前記情報収集部が収集した情報に基づいて、複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれの帯域を推定する帯域推定部と、
    　前記情報収集部が収集した情報に基づいて、複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれの遅延時間を算出する遅延時間算出部と、
    　前記帯域推定部が推定した帯域それぞれ、及び前記遅延時間算出部が算出した遅延時間それぞれに基づいて、予め定められた優先度に応じた経路を決定する経路決定部と、
    　複数の前記経路を切替える切替装置に対し、前記経路決定部が決定した経路に切替えるように制御する切替制御部と
    　を有することを特徴とする経路制御装置。
  2. 　前記情報収集部は、
    　前記無線端末が前記経路のいずれかを介して前記サーバに接続要求をしたときに、他の前記経路の情報を収集すること
    　を特徴とする請求項１に記載の経路制御装置。
  3. 　前記帯域推定部が推定した帯域それぞれ、及び前記遅延時間算出部が算出した遅延時間それぞれを記憶する記憶部をさらに有し、
    　前記経路決定部は、
    　前記記憶部が複数の有線区間それぞれの帯域及び遅延時間を記憶している場合には、前記記憶部が記憶している帯域及び遅延時間に基づいて経路を決定すること
    　を特徴とする請求項１又は２に記載の経路制御装置。
  4. 　前記経路決定部は、
    　前記無線端末と前記サーバとの間の通信に対して予め定められた条件を満たすように経路を決定すること
    　を特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の経路制御装置。
  5. 　前記帯域推定部は、
    　下り信号のパケット間隔に基づいて、下り信号を伝送している無線区間及び有線区間の帯域を推定、前記無線端末と前記サーバとが通信を行っていない経路に対して送信されたＰｉｎｇに基づいて無線区間及び有線区間の帯域を推定、又は、前記無線端末が送信するＣＱＩ信号に基づいて、無線区間及び有線区間の帯域を推定すること
    　を特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の経路制御装置。
  6. 　前記遅延時間算出部は、
    　前記サーバが送信したタイムスタンプを前記切替装置が受信した時間に基づいて遅延時間を算出、前記無線端末と前記サーバとが通信を行っていない経路に対して送信されたＰｉｎｇ、及び前記無線端末と前記サーバとが通信を行っている経路のスループットに基づいて遅延時間を算出、又は、前記無線端末が送信したタイムスタンプを前記切替装置が受信した時間に基づいて遅延時間を算出すること
    　を特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の経路制御装置。
  7. 　無線端末が異なる複数の無線区間の少なくともいずれかと複数の有線区間のいずれかとを含む複数の経路のいずれかを介してサーバと通信を行う通信システムにおいて、
    　複数の前記経路を切替える切替装置と、
    　前記切替装置を介して複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれにおけるスループット及び遅延時間を所定のタイミングで取得し、取得したスループット及び遅延時間に基づいて、予め定められた優先度に応じて前記切替装置が切替える経路を制御する経路制御装置と
    　を有することを特徴とする通信システム。
  8. 　無線端末がサーバと通信を行う経路を、異なる複数の無線区間の少なくともいずれかと複数の有線区間のいずれかとを含む複数の経路のいずれかに切替える制御を行う経路制御方法において、
    　複数の前記経路を切替える切替装置を介して複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれで伝送される情報を所定のタイミングで収集する情報収集工程と、
    　収集した情報に基づいて、複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれの帯域を推定する帯域推定工程と、
    　収集した情報に基づいて、複数の無線区間及び複数の有線区間それぞれの遅延時間を算出する遅延時間算出工程と、
    　推定した帯域それぞれ、及び算出した遅延時間それぞれに基づいて、予め定められた優先度に応じた経路を決定する経路決定工程と、
    　複数の前記経路を切替える切替装置に対し、決定した経路に切替えるように制御する切替制御工程と
    　を含むことを特徴とする経路制御方法。
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