WO2024018634A1 - 基地局の稼働予定に応じた通信機の接続状態への遷移 - Google Patents

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WO2024018634A1
WO2024018634A1 PCT/JP2022/028523 JP2022028523W WO2024018634A1 WO 2024018634 A1 WO2024018634 A1 WO 2024018634A1 JP 2022028523 W JP2022028523 W JP 2022028523W WO 2024018634 A1 WO2024018634 A1 WO 2024018634A1
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WO
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base station
communication
connection
state
communication device
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PCT/JP2022/028523
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French (fr)
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健一郎 青柳
幸一郎 北川
パンケージ シェト
アウン ムハンマド
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楽天モバイル株式会社
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W36/00—Hand-off or reselection arrangements
    • H04W36/16—Performing reselection for specific purposes
    • H04W36/18—Performing reselection for specific purposes for allowing seamless reselection, e.g. soft reselection
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W48/00—Access restriction; Network selection; Access point selection
    • H04W48/16—Discovering, processing access restriction or access information
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/04—Large scale networks; Deep hierarchical networks
    • H04W84/06—Airborne or Satellite Networks

Definitions

  • the present disclosure relates to transition of a communication device to a connected state according to the operation schedule of a base station.
  • wireless communication devices such as smartphones and IoT (Internet of Things) devices
  • 5G fifth generation mobile communication system
  • 3GPP Third Generation Partnership Project
  • Efforts have also begun to formulate standards for 6G, or the 6th generation mobile communication system, as the next generation wireless communication standard following 5G.
  • Mobile communication (hereinafter also referred to as mobile communication) networks for mobile objects or mobile communication devices (hereinafter collectively referred to as communication devices) such as smartphones and mobile phones are based on base stations installed on the ground (hereinafter also referred to as terrestrial base stations). It was generally constructed using communication cells (hereinafter also referred to as terrestrial communication cells) provided by However, depending on the region, it may be difficult to install a sufficient number of terrestrial base stations for various reasons, leading to the problem that the quality of mobile communication becomes relatively low.
  • NTN non-terrestrial networks
  • communication satellites and unmanned aerial vehicles that fly in outer space and the atmosphere such as the stratosphere function as base stations (hereinafter also referred to as non-ground base stations, and in particular, communication satellites are also referred to as satellite base stations), and communication cells (
  • base stations hereinafter also referred to as non-ground base stations, and in particular, communication satellites are also referred to as satellite base stations
  • communication cells hereinafter, it is also referred to as a non-terrestrial communication cell, and in particular, a communication cell provided by a communication satellite is also referred to as a satellite communication cell).
  • a communicator within a non-terrestrial communication cell communicates directly or indirectly through other communication equipment with a non-terrestrial base station.
  • the present disclosure has been made in view of these circumstances, and aims to provide a communication control device and the like that can alleviate the concentration of signal processing load caused by changes in the operating status of base stations.
  • a communication control device includes an operation schedule acquisition unit that acquires an operation schedule of a base station, and a communication device identification unit that sets the communication control device to a standby state for connection with the base station. Identifying a certain communication device that can transition to a state in which connection with the base station is disabled according to the operation schedule, and before the connection control unit transitions the communication device into a state in which connection is not possible with the base station.
  • the base station includes at least one processor that executes transition from a connection standby state to a connection state with a base station and/or another base station.
  • a communication device in a connection standby state (hereinafter also referred to as an idle state) with a base station is transitioned from a connection standby state to a connected state before transitioning to a connection impossible state with the base station.
  • the communication device can start searching for other base stations before it becomes “out of range” (unconnectable), which can alleviate the concentration of signal processing load on the network side.
  • Another aspect of the present disclosure is a communication control method. This method involves acquiring the operation schedule of a base station, and identifying a communication device that is in a state of standby for connection with a base station and can transition to a state of being unable to connect to the base station depending on the operation schedule. and causing the communication device to transition from a connection standby state to a connection state with a base station and/or another base station before transitioning to a connection-disabled state.
  • Yet another aspect of the present disclosure is a storage medium.
  • This storage medium is used to acquire the operation schedule of the base station, and is a communication device that is in a state of waiting for connection with the base station, and that can transition to a state of being unable to connect with the base station depending on the operation schedule.
  • a communication control program that causes a computer to execute the following steps: specifying a communication device, and causing a communication device to transition from a connection standby state to a connection state with a base station and/or another base station before transitioning to a connection-disabled state. I remember.
  • concentration of signal processing load caused by changes in the operating status of base stations can be alleviated.
  • FIG. 1 schematically shows an overview of a wireless communication system to which a communication control device is applied.
  • An example of a location registration area configured by a terrestrial communication cell and a non-terrestrial communication cell is schematically shown.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a communication control device.
  • FIG. 1 schematically shows an overview of a wireless communication system 1 to which a communication control device according to an embodiment of the present disclosure is applied.
  • the wireless communication system 1 uses NR (New Radio) or 5G NR (Fifth Generation New Radio) as the radio access technology (RAT) and 5GC (Fifth Generation Core) as the core network (CN).
  • a 5G wireless communication system 11 that is compliant with the 5th generation mobile communication system (5G) using It includes a 4G wireless communication system 12 compliant with the fourth generation mobile communication system (4G) to be used, and a satellite communication system 13 responsible for satellite communication via a communication satellite 131.
  • the wireless communication system 1 may include a wireless communication system of a generation before 4G, a wireless communication system of a generation after 5G (such as 6G), or a Wi-Fi ( may include any wireless communication system that is not associated with a generation, such as a registered trademark.
  • the 5G wireless communication system 11 can communicate with communication devices 2A, 2B, 2C, and 2D (hereinafter sometimes collectively referred to as communication devices 2) such as smartphones, which are installed on the ground and are also called UE (User Equipment), using 5G NR. It includes a plurality of 5G base stations 111A, 111B, and 111C (hereinafter sometimes collectively referred to as 5G base stations 111). Base station 111 in 5G is also called gNodeB (gNB). The communicable range or support range of each 5G base station 111A, 111B, and 111C is called a cell, and is illustrated as 112A, 112B, and 112C (hereinafter sometimes collectively referred to as 5G cell 112), respectively.
  • communication devices 2A, 2B, 2C, and 2D hereinafter sometimes collectively referred to as communication devices 2A, 2B, 2C, and 2D
  • communication devices 2A, 2B, 2C, and 2D such as smartphones, which are
  • the size of the 5G cell 112 of each 5G base station 111 is arbitrary, but typically has a radius of several meters to several tens of kilometers. Although there is no established definition, cells with a radius of several meters to ten meters are called femtocells, cells with a radius of ten meters to several tens of meters are called picocells, and cells with a radius of several tens of meters to several hundred meters are called microcells. A cell with a radius of more than several hundred meters is sometimes called a macro cell. 5G often uses radio waves with high frequencies such as millimeter waves, and because they travel in a straight line, the radio waves can be blocked by obstacles, shortening the communication distance. For this reason, 5G tends to use smaller cells more frequently than previous generations of 4G.
  • the communication device 2 can perform 5G communication if it is inside at least one of the plurality of 5G cells 112A, 112B, and 112C.
  • communication device 2B in 5G cells 112A and 112B can communicate with both 5G base stations 111A and 111B using 5G NR.
  • the communication device 2C in the 5G cell 112C can communicate with the 5G base station 111C using 5G NR. Since the communication devices 2A and 2D are located outside of all 5G cells 112A, 112B, and 112C, they are in a state where they cannot communicate using 5G NR.
  • 5G communication using 5G NR between each communication device 2 and each 5G base station 111 is managed by 5GC, which is a core network.
  • the 5GC sends and receives data to and from each 5G base station 111, sends and receives data to and from external networks such as the EPC, the satellite communication system 13, and the Internet, and manages the movement of the communication device 2.
  • the 4G wireless communication system 12 includes a plurality of 4G base stations 121 (only one is shown in FIG. 1) that are installed on the ground and can communicate with the communication device 2 by LTE or LTE-Advanced.
  • Base station 121 in 4G is also called eNodeB (eNB).
  • eNB eNodeB
  • the coverage or support range of each 4G base station 121 is also referred to as a cell and illustrated as 122.
  • the communication device 2 can perform 4G communication.
  • communication devices 2A and 2B in the 4G cell 122 can communicate with the 4G base station 121 using LTE or LTE-Advanced. Since the communication devices 2C and 2D are located outside the 4G cell 122, they are in a state in which communication by LTE or LTE-Advanced is not possible.
  • 4G communication by LTE or LTE-Advanced between each communication device 2 and each 4G base station 121 is managed by EPC, which is a core network.
  • the EPC sends and receives data to and from each 4G base station 121, sends and receives data to and from external networks such as the 5GC, the satellite communication system 13, and the Internet, and manages the movement of the communication device 2.
  • communication device 2A is in a state where 4G communication is possible with 4G base station 121
  • communication device 2B is in a state where 4G communication is possible with 5G base station 111A, 111B.
  • 5G communication and 4G communication with the 4G base station 121 are possible
  • the communication device 2C is in a state where 5G communication with the 5G base station 111C is possible. If there are multiple base stations (111A, 111B, 121) that can communicate, such as communication device 2B, the one judged to be optimal in terms of communication quality etc. is selected under the management of the core network 5GC and/or EPC.
  • One base station is selected and communicates with the communication device 2B. Furthermore, since the communication device 2D is not in a state where it can communicate with any of the 5G base stations 111 and 4G base stations 121, it performs communication using the satellite communication system 13, which will be described next.
  • the satellite communication system 13 is a wireless communication system that uses a communication satellite 131 as a low-orbit satellite that flies in space in a low orbit at a height of about 500 km to 700 km from the earth's surface as a non-ground base station. Similar to 5G base station 111 and 4G base station 121, the communication coverage or support range of communication satellite 131 is also called a cell and is illustrated as 132. In this way, the communication satellite 131 as a non-terrestrial base station provides the satellite communication cell 132 as a non-terrestrial communication cell on the ground. If the communication device 2 on the ground is inside the satellite communication cell 132, it can perform satellite communication.
  • the communication satellite 131 as a base station in the satellite communication system 13 is directly connected to the communication device 2 in the satellite communication cell 132.
  • Wireless communication is possible directly or indirectly via an aircraft or the like.
  • the radio access technology used by the communication satellite 131 for wireless communication with the communication device 2 in the satellite communication cell 132 may be 5G NR, which is the same as the 5G base station 111, or may be LTE or LTE-Advanced, which is the same as the 4G base station 121.
  • any other wireless access technology that can be used by the communicator 2 may be used. Therefore, the communication device 2 does not need to be provided with any special functions or parts for satellite communication.
  • the satellite communication system 13 includes a gateway 133 as a ground station installed on the ground and capable of communicating with the communication satellite 131.
  • the gateway 133 includes a satellite antenna for communicating with the communication satellite 131, and is connected to a 5G base station 111 and a 4G base station 121 as terrestrial base stations that constitute a terrestrial network (TN).
  • TN terrestrial network
  • the gateway 133 connects a non-terrestrial network (NTN) made up of the communication satellite 131 as a non-terrestrial base station or satellite base station, and a TN made up of the terrestrial base stations 111 and 121. Connect so that they can communicate with each other.
  • NTN non-terrestrial network
  • the communication satellite 131 When the communication satellite 131 performs 5G communication with the communication device 2 in the satellite communication cell 132 using 5G NR, the 5GC connected via the gateway 133 and the 5G base station 111 (or 5G radio access network) in the TN is used as the core network.
  • the communication satellite 131 performs 4G communication with the communication device 2 in the satellite communication cell 132 using LTE or LTE-Advanced, the communication satellite 131 is connected via the gateway 133 and the 4G base station 121 (or 4G radio access network) in the TN.
  • Use EPC as the core network. In this way, appropriate cooperation is established between different wireless communication systems such as 5G communication, 4G communication, and satellite communication via the gateway 133.
  • Satellite communication using the communication satellite 131 is mainly used to cover areas where terrestrial base stations such as the 5G base station 111 and 4G base station 121 are not installed or are few.
  • a communication device 2D located outside the communication cells of all ground base stations communicates with the communication satellite 131.
  • the communication devices 2A, 2B, and 2C that are able to communicate well with any of the ground base stations are also within the satellite communication cell 132 and can communicate with the communication satellite 131;
  • the limited communication resources (including power) of the communication satellite 131 are saved for the communication device 2D and the like.
  • the communication satellite 131 improves the quality of communication with the communication device 2D by directing communication radio waves to the communication device 2D in the satellite communication cell 132 by beamforming.
  • the size of the satellite communication cell 132 of the communication satellite 131 as a satellite base station can be arbitrarily set depending on the number of beams emitted by the communication satellite 131. For example, by combining up to 2,800 beams, the size of the satellite communication cell 132 of the communication satellite 131 can be set arbitrarily.
  • a 24 km satellite communication cell 132 can be formed.
  • satellite communication cell 132 is typically larger than terrestrial communication cells, such as 5G cell 112 and 4G cell 122, and may include one or more 5G cells 112 and/or 4G cells 122 therein. .
  • the communication satellite 131 that flies in outer space in a low orbit at a height of about 500 km to 700 km above the earth's surface is illustrated as a flying non-ground base station, it is also possible to In addition to or in place of the communication satellite 131, a flying communication satellite or an unmanned or manned aircraft flying lower in the atmosphere (for example, about 20 km above the earth's surface), such as the stratosphere, may be used as a non-ground base station.
  • FIG. 2 shows terrestrial communication cells 112 and 122 (denoted as "TN Cell” in FIG. 2) provided on the ground by terrestrial base stations 111 and 121 installed on the ground, and a flying non-terrestrial base station 131 provided on the ground.
  • An example of a location registration area or a tracking area (denoted as “TA” in FIG. 2) configured by the provided non-terrestrial communication cell 132 (denoted as "NTN Cell” in FIG. 2) is schematically shown.
  • the location registration area or tracking area is set to track or detect the approximate location of the communication device 2.
  • Each location registration area is composed of one or more base stations 111, 121, and 131.
  • the entire area including the communication cells 112, 122, 132 provided on the ground by the base stations 111, 121, 131 corresponds to each location registration area.
  • a mobile network operator (MNO) in Japan covers the entire country with dozens of location registration areas.
  • the first location registration area TA1 is a location registration area configured by one or more (plurality in FIG. 2) terrestrial communication cells 112, 122 that are geographically adjacent or close to each other
  • the second location registration area TA2 is a location registration area configured by one or more (one in FIG. 2) non-terrestrial communication cells 132 that are geographically adjacent or nearby
  • the third location registration area TA3 is a location registration area that is geographically adjacent or nearby. This is a location registration area formed by one or more (plural in FIG. 2) terrestrial communication cells 112, 122.
  • Each location registration area TA1 to TA3 is assigned a code or ID called a TAC (Tracking Area Code) that uniquely identifies the location registration area. ” is shown. Specifically, the TAC or ID of the first location registration area TA1 is "#1", the TAC or ID of the second location registration area TA2 is “#2", and the TAC or ID of the third location registration area TA3 is "#1". The ID is "#3". However, as will be described later, the TAC or ID of the second location registration area TA2 may be set to "#1", which is the same as that of the first location registration area TA1. In this way, one location registration area may include communication cells of different types (terrestrial communication cells 112, 122 and non-terrestrial communication cell 132).
  • the communication device 2E is located in the first location registration area TA1
  • the communication device 2F is located in the overlapping area of the first location registration area TA1 and the second location registration area TA2
  • the communication device 2G is located in the second location registration area TA1.
  • the communication device 2H is located in the location registration area TA2, the communication device 2H is located in the overlapping area of the second location registration area TA2 and the third location registration area TA3, and the communication device 2I is located in the third location registration area TA3.
  • 2E to 2I are also collectively referred to as communication device 2).
  • the communication device 2 moves to the mobile communication cell.
  • the communication satellite 131 becomes outside the satellite communication cell 132 and transitions from "within range” to "out of range” of the communication satellite 131. If a large number of communication devices 2 suddenly become “out of range” in this way, the core The signal processing load on the network side increases intensively.
  • TAC "#2" of the second location registration area TA2 made up of the non-terrestrial communication cells 132
  • TAC "#1" of the first location registration area TA1 made up of the terrestrial communication cells 112 and 122
  • the third If it is different from TAC "#3" in location registration area TA3, the communication devices 2 (2F, 2G, 2H) that are "out of range” of the non-terrestrial communication cell 132 register or connect to the terrestrial communication cells 112 and 122 all at once.
  • the core network side sends a large number of area change notifications or location registration area update notifications (TA Update: Tracking Area Update) must be processed. As a result, the signal processing load on the core network side increases further.
  • a situation similar to the above may also occur, for example, when the base stations 111, 121, 131 whose operating hours are limited transition from an operating state to a stopped state.
  • the base stations 111, 121, and 131 transition to a stopped state, a large number of communication devices 2 simultaneously transition from "within range” to "outside range” of the base stations 111, 121, and 131, and the core network side
  • the present embodiment aims to provide a communication control device 3 that can alleviate the concentration of signal processing load on the core network side caused by changes in the operating status of the base stations 111, 121, and 131 as described above.
  • the "operating state" of the base stations 111, 121, and 131 is not limited to the narrowly defined operating state or stopped state as described above, but is also a concept that includes the position and movement state of mobile base stations that move in the air or on the ground. be.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the communication control device 3 according to this embodiment.
  • the communication control device 3 includes an operation schedule acquisition section 31, a communication device identification section 32, and a connection control section 33. Some of these functional blocks can be omitted as long as the communication control device 3 exhibits at least some of the functions and/or effects described below. These functional blocks are realized through the collaboration of hardware resources such as the computer's central processing unit, memory, input devices, output devices, and peripheral devices connected to the computer, and the software that is executed using them. . Regardless of the type of computer or installation location, each of the above functional blocks may be realized using the hardware resources of a single computer, or may be realized by combining hardware resources distributed across multiple computers. .
  • some or all of the functional blocks of the communication control device 3 are centrally or decentrally implemented by computers and processors provided in the communication device 2, base stations 111, 121, 131, and a core network (not shown). It may be realized.
  • the "transition source" base station which is the flying non-terrestrial base station 131, may be the terrestrial base stations 111 and 121 fixedly installed on the ground, or the terrestrial mobile base station that moves on the ground. (not shown) may be used.
  • the "transition destination" base stations which are the terrestrial base stations 111 and 121 fixedly installed on the ground, may be the flying non-terrestrial base station 131, or the terrestrial base stations 111 and 121 that are fixedly installed on the ground. It may also be a mobile terrestrial base station (not shown).
  • the operation schedule acquisition unit 31 acquires the operation schedule of the transition source non-terrestrial base station 131. Specifically, the operation schedule acquisition unit 31 acquires the movement schedule of the non-terrestrial base station 131 as a mobile base station that moves relative to the communication device 2 and the operating time of the non-terrestrial base station 131.
  • the movement schedule of the non-terrestrial base station 131 is managed on the core network side in the form of, for example, orbit information and operation information of the communication satellite 131. Such orbit information and the like may be obtained from a GPS module etc. mounted on the communication satellite 131 itself, or may be obtained from a positioning module that remotely positions the communication satellite 131.
  • the operating time of the non-terrestrial base station 131 is managed on the core network side, for example, in the form of an operating schedule that includes the operating time and stop time of the communication satellite 131.
  • an operating schedule or the like may be notified to the ground base stations 111, 121, gateway 133, communication device 2, etc. from the communication satellite 131 itself or the core network.
  • the communication device identification unit 32 identifies one or more communication devices 2 that are in a connection standby state (idle state) with the transition source non-terrestrial base station 131 and that is a non-terrestrial base station that has been acquired by the operation schedule acquisition unit 31.
  • One or more communication devices 2 that are likely to transition to a state in which connection with the non-terrestrial base station 131 is disabled according to the operation schedule of the non-terrestrial base station 131 are identified.
  • the communication device identification unit 32 identifies the communication device 2 that is in a connection standby state (idle state) with a non-terrestrial base station 131 as a mobile base station, and that is a non-terrestrial base station acquired by the operation schedule acquisition unit 31.
  • a communication device 2 that may be outside the non-terrestrial communication cell 132 (mobile communication cell) provided by the non-terrestrial base station 131 is identified.
  • the communication device identifying unit 32 identifies communication devices 2F, 2G, and 2H that can move relatively from inside to outside of the satellite communication cell 132 when the communication satellite 131 passes.
  • the communication device identification unit 32 also identifies the communication device 2 that is in a standby state (idle state) for connection with the non-terrestrial base station 131 and that the non-terrestrial base station 131 is outside the operating hours acquired by the operation schedule acquisition unit 31. (that is, within the stop time), the communication devices 2 (in the example of FIG. 2, the communication devices 2F, 2G, and 2H as described above) that can transition to a state in which connection with the non-terrestrial base station 131 is disabled are identified.
  • the communication device identification unit 32 may measure the position of each communication device 2 using a GPS module installed in each communication device 2 itself, or may measure the position of each communication device 2 using a beacon that positions each communication device 2. It may be measured by other positioning modules, or it may be recognized from various location-related information managed on the core network side, such as location information managed by TAC or LMF (Location Management Function). By comparing the position information of each communication device 2 with the trajectory information, operation information, etc. of the non-terrestrial base station 131 acquired by the operation schedule acquisition section 31, the communication device identification section 32 determines the position information of each communication device 2. It is possible to accurately predict the time at which the non-terrestrial base station 131 becomes unconnectable.
  • the connection control unit 33 transitions one or more communication devices 2 that are in an idle state to the non-terrestrial base station 131 identified by the communication device identification unit 32 to a state in which connection to the non-terrestrial base station 131 is disabled. , to transition from the idle state to the connected state with the non-terrestrial base station 131 and/or the terrestrial base stations 111 and 121 (other base stations). In other words, the communication device 2 that is in an idle state with respect to the non-terrestrial base station 131 is forcibly transitioned from the idle state to the connected state before transitioning to the unconnectable state with the non-terrestrial base station 131.
  • connection control unit 33 connects the communication device 2 identified by the communication device identification unit 32 to the non-terrestrial base station 131 before leaving the non-terrestrial communication cell 132 as a mobile communication cell. Force a transition from an idle state to a connected state before it goes out of operating hours. Note that the connection control unit 33 may restrict or prohibit the communication device 2 that has been forcibly transitioned to the connected state from transitioning to the idle state for at least a predetermined period of time.
  • the communication device 2 can start searching for other base stations (terrestrial base stations 111, 121) before the non-terrestrial base station 131 becomes “out of range” (unable to connect), so the signal on the core network side Concentration of processing load can be alleviated.
  • the communication device 2 forcibly transitioned to the connected state by the connection control unit 33 connects directly to the transition destination terrestrial base station 111, 121 without reconnecting to the transition source non-terrestrial base station 131.
  • the transition destination terrestrial base station 111, 121 may be searched.
  • TAC "#2" in the location registration area of the transition source non-terrestrial communication cell 132 is ), the location registration area is different from TAC "#1" and "#3" when the communication device 2 that is "out of range” of the non-terrestrial communication cell 132 registers or connects to the terrestrial communication cell 112 or 122. Since the change occurs, it becomes necessary to process the area change notification of each communication device 2 on the core network side.
  • the communication device 2 does not simultaneously transition to the terrestrial communication cells 112, 122, but instead It is possible to make a transition to the terrestrial communication cells 112 and 122 with plenty of time before this happens. In this way, it is possible to prevent the area change notifications of each communication device 2 from being concentrated at the moment when the non-terrestrial communication cell 132 becomes "out of range", so that the concentration of signal processing load on the core network side can be alleviated.
  • the connection control section 33 may divide the plurality of communication devices 2 specified by the communication device identification section 32 into at least two groups.
  • N or more communication devices 2 identified by the communication device identification unit 32 are grouped into N groups (first group, second group, . . . Nth group), where N is a natural number of 2 or more. It is divided.
  • Each set includes at least one communicator 2.
  • the method of grouping the communication devices 2 by the connection control unit 33 is arbitrary, for example, the plurality of communication devices 2 may be randomly divided into N groups based on random numbers. Furthermore, grouping may be performed based on identification information of the communication device 2 such as IMEI (International Mobile Equipment Identity). For example, each communication device 2 may be divided into N groups according to the remainder (0, 1...N-1) when the IMEI is divided by N.
  • IMEI International Mobile Equipment Identity
  • the connection control unit 33 may cause each set of communication devices 2 to transition from the idle state to the connected state at different transition times. Specifically, the connection control unit 33 transitions the first set of communication devices 2 from the idle state to the connected state at the first transition time, and connects the second set of communication devices 2 from the idle state to the second transition time. Thereafter, the communication devices 2 of the Nth group are similarly caused to transition from the idle state to the connected state at the Nth transition time.
  • the first transition time to the Nth transition time are different from each other, and are all times before each set of communication device 2 transitions to a state in which connection with the non-terrestrial base station 131 is disabled. In this way, by staggering the transition times at which each set of communication devices 2 transitions from the idle state to the connected state, the signal processing load on the core network side can be further distributed in time.
  • connection control unit 33 connects only some of the plurality of communication devices 2 (for example, the first to N-1st groups of communication devices 2) identified by the communication device identification unit 32 to the non-terrestrial base station 131.
  • the idle state may be transitioned to the connected state before transitioning to the unconnectable state.
  • the communication device 2 of the N-th group transitions to a state where it cannot connect with the non-terrestrial base station 131, it searches for other available base stations (terrestrial base stations 111 and 121) and tries to connect. Since there is substantially no overlap with the signal processing related to the transition of the other communication devices 2 of the first to N-1 sets, it is possible to avoid a situation where the signal processing load on the core network side increases intensively.
  • the operation schedule acquisition section 31 recognizes the positions of the terrestrial base stations 111 and 121 and the communicable ranges of the terrestrial communication cells 112 and 122, and the communication device identification section 32 recognizes the position and movement schedule of each communication device 2.
  • the communication device identification unit 32 determines that each communication device 2 is in a state where it is unable to connect to the terrestrial base station 111 and 121.
  • connection control unit 33 forces the communication device 2 that is in an idle state with respect to the terrestrial base stations 111 and 121 from an idle state to a connected state before transitioning to a state in which connection with the terrestrial base stations 111 and 121 is disabled. to make a transition.
  • each device and each method described in the embodiments can be realized by hardware resources or software resources, or by cooperation of hardware resources and software resources.
  • hardware resources for example, a processor, ROM, RAM, and various integrated circuits can be used.
  • software resources for example, programs such as operating systems and applications can be used.
  • the present disclosure may be expressed as the following items.
  • Item 1 Obtaining the operation schedule of the base station by the operation schedule acquisition unit;
  • a communication device identifying unit identifies a communication device that is in a state of waiting for connection with the base station and that can transition to a state of being unable to connect to the base station according to the operation schedule;
  • a connection control unit causes the communication device to transition from the connection standby state to a connection state with the base station and/or another base station, before transitioning to the connection disabled state;
  • a communication control device comprising at least one processor that executes.
  • the base station is a mobile base station that moves relative to the communication device
  • the operation schedule acquisition unit acquires a movement schedule of the mobile base station
  • the communication device identifying unit identifies a communication device that is in a standby state for connection with the mobile base station and that may be outside a mobile communication cell provided by the mobile base station according to the movement schedule
  • the connection control unit causes the communication device to transition from the connection standby state to a connection state with the mobile base station and/or another base station before leaving the mobile communication cell.
  • the communication control device according to item 1.
  • Item 3 The communication control device according to item 2, wherein the mobile base station is a flying non-terrestrial base station.
  • Item 4 The communication control device according to item 3, wherein the non-terrestrial base station is a communication satellite flying in outer space.
  • Item 5 The communication control device according to any one of items 1 to 4, wherein the other base station is a ground base station fixedly installed on the ground.
  • Item 6 The operation schedule acquisition unit acquires the operation time of the base station, The communication device identification unit identifies a communication device that is in a standby state for connection with the base station and that can transition to a state in which connection with the base station is disabled when the base station is out of the operating hours. identify, The connection control unit causes the communication device to transition from the connection standby state to a connection state with the base station and/or another base station before the base station goes out of operation hours.
  • the communication control device according to any one of items 1 to 5.
  • Item 7 The communication device identifying unit identifies a plurality of communication devices that are in a standby state for connection with the base station and that may transition to a state in which connection with the base station is disabled according to the operation schedule.
  • the connection control unit includes a first set that causes the plurality of communication devices to transition to the connected state at a first transition time before the transition to the disconnectable state; dividing into at least two groups, a second group to be transitioned to the connected state at a second transition time different from the first transition time;
  • the communication control device according to any one of items 1 to 6.
  • Item 8 The communication control device according to item 7, wherein the connection control unit divides the plurality of communication devices into the first group and the second group based on random numbers.
  • Item 9 The communication device identifying unit identifies a plurality of communication devices that are in a standby state for connection with the base station and that may transition to a state in which connection with the base station is disabled according to the operation schedule. , The connection control unit causes some of the plurality of communication devices to transition to the connected state before transitioning to the unconnectable state.
  • the communication control device according to any one of items 1 to 8.
  • Item 10 The communication control device according to any one of items 1 to 9, wherein the base station and the other base station belong to different location registration areas.
  • Item 11 Obtaining the operation schedule of the base station, identifying a communication device that is in a standby state for connection with the base station and can transition to a state in which connection with the base station is disabled according to the operation schedule; Transitioning the communication device from the connection standby state to a connection state with the base station and/or another base station before transitioning to the connection disabled state;
  • a communication control method comprising: Item 12: Obtaining the operation schedule of the base station, identifying a communication device that is in a standby state for connection with the base station and can transition to a state in which connection with the base station is disabled according to the operation schedule; Transitioning the communication device from the connection standby state to a connection state with the base station and/or another base station before transitioning to the connection disabled state;
  • a storage medium that stores a communication control program that causes a computer to execute.
  • the present disclosure relates to transition of a communication device to a connected state according to the operation schedule of a base station.
  • 1 Wireless communication system 2 Communication device, 3 Communication control device, 11 5G wireless communication system, 12 4G wireless communication system, 13 Satellite communication system, 31 Operation schedule acquisition unit, 32 Communication device identification unit, 33 Connection control unit, 111 5G Base station, 112 5G cell, 121 4G base station, 122 4G cell, 131 communication satellite, 132 satellite communication cell, 133 gateway.

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Abstract

通信制御装置は、稼働予定取得部によって、基地局の稼働予定を取得することと、通信機特定部によって、基地局との接続待機状態にある通信機であって、稼働予定に応じて当該基地局との接続不能状態に遷移しうる通信機を特定することと、接続制御部によって、通信機を、接続不能状態に遷移する前に、接続待機状態から基地局および／または他の基地局との接続状態に遷移させることと、を実行する少なくとも一つのプロセッサを備える。基地局は、通信機に対して移動する移動基地局であり、稼働予定取得部は、移動基地局の移動予定を取得し、通信機特定部は、移動基地局との接続待機状態にある通信機であって、移動予定に応じて当該移動基地局が提供する移動通信セル外となりうる通信機を特定し、接続制御部は、通信機を、移動通信セル外となる前に、接続待機状態から移動基地局および／または他の基地局との接続状態に遷移させる（図３）。

Description

基地局の稼働予定に応じた通信機の接続状態への遷移
　本開示は、基地局の稼働予定に応じた通信機の接続状態への遷移に関する。
　スマートフォンやIoT（Internet of Things）デバイスに代表される無線通信デバイスの数、種類、用途は増加の一途を辿っており、無線通信規格の拡張や改善が続けられている。例えば「5G」として知られる第５世代移動通信システムの商用サービスは2018年に開始したが、現在も3GPP（Third Generation Partnership Project）で規格策定が進められている。また、5Gに続く次世代の無線通信規格としての「6G」または第６世代移動通信システムの規格策定に向けた取り組みも始まっている。
　スマートフォンや携帯電話等の移動体または携帯通信機器（以下では通信機と総称する）向けの移動通信（以下ではモバイル通信ともいう）ネットワークは、地上に設置される基地局（以下では地上基地局ともいう）が提供する通信セル（以下では地上通信セルともいう）によって構築されるのが一般的であった。しかし、地域によっては様々な理由で十分な数の地上基地局を設置することが難しい場合もあり、モバイル通信の品質が相対的に低くなってしまうという問題があった。
　このような地域によるモバイル通信の品質格差の問題や、地域によっては通信機がモバイル通信できないといういわゆる「圏外」の問題を解決するために、非地上系ネットワーク（ＮＴＮ：Non-Terrestrial Network）の検討が進められている。ＮＴＮでは、宇宙空間や成層圏等の大気圏を飛行する通信衛星や無人航空機が基地局（以下では非地上基地局ともいい、特に通信衛星を衛星基地局ともいう）となって、地上に通信セル（以下では非地上通信セルともいい、特に通信衛星が提供する通信セルを衛星通信セルともいう）を提供する。非地上通信セル内にいる通信機は直接的または他の通信機器を介して間接的に非地上基地局と通信する。地上通信セルが不足している地域に非地上通信セルを提供することで、当該地域におけるモバイル通信の品質を向上させることができる。
特開２０１０－２７８８８６号公報
　通信衛星に代表される移動基地局が通信機に対して移動することで、通信機が当該移動基地局の「圏内」から「圏外」に遷移する可能性がある。このように突然「圏外」となった通信機が多数の場合、一斉に他の利用可能な基地局を探索して接続を試みるため、ネットワーク側の信号処理負荷が集中的に増大してしまう。同様の事態は、例えば稼働時間が限定されている基地局が、稼働状態から停止状態に遷移する場合にも発生しうる。
　本開示はこうした状況に鑑みてなされたものであり、基地局の稼働状態の変化に起因する信号処理負荷の集中を緩和できる通信制御装置等を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示のある態様の通信制御装置は、稼働予定取得部によって、基地局の稼働予定を取得することと、通信機特定部によって、基地局との接続待機状態にある通信機であって、稼働予定に応じて当該基地局との接続不能状態に遷移しうる通信機を特定することと、接続制御部によって、通信機を、接続不能状態に遷移する前に、接続待機状態から基地局および／または他の基地局との接続状態に遷移させることと、を実行する少なくとも一つのプロセッサを備える。
　この態様では、基地局との接続待機状態（以下ではアイドル状態ともいう）にある通信機が、当該基地局との接続不能状態に遷移する前に接続待機状態から接続状態に遷移される。このように通信機は、「圏外」（接続不能状態）になる前に他の基地局の探索を開始できるため、ネットワーク側の信号処理負荷の集中を緩和できる。
　本開示の別の態様は、通信制御方法である。この方法は、基地局の稼働予定を取得することと、基地局との接続待機状態にある通信機であって、稼働予定に応じて当該基地局との接続不能状態に遷移しうる通信機を特定することと、通信機を、接続不能状態に遷移する前に、接続待機状態から基地局および／または他の基地局との接続状態に遷移させることと、を備える。
　本開示の更に別の態様は、記憶媒体である。この記憶媒体は、基地局の稼働予定を取得することと、基地局との接続待機状態にある通信機であって、稼働予定に応じて当該基地局との接続不能状態に遷移しうる通信機を特定することと、通信機を、接続不能状態に遷移する前に、接続待機状態から基地局および／または他の基地局との接続状態に遷移させることと、をコンピュータに実行させる通信制御プログラムを記憶している。
　なお、以上の構成要素の任意の組合せや、これらの表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラム等に変換したものも、本開示に包含される。
　本開示によれば、基地局の稼働状態の変化に起因する信号処理負荷の集中を緩和できる。
通信制御装置が適用される無線通信システムの概要を模式的に示す。 地上通信セルおよび非地上通信セルによって構成される位置登録エリアの例を模式的に示す。 通信制御装置の機能ブロック図である。
　図１は、本開示の実施形態に係る通信制御装置が適用される無線通信システム１の概要を模式的に示す。無線通信システム１は、無線アクセス技術（RAT: Radio Access Technology）としてNR（New Radio）または5G NR（Fifth Generation New Radio）を使用し、コアネットワーク（ＣＮ：Core Network）として5GC（Fifth Generation Core）を使用する第５世代移動通信システム（5G）に準拠する５Ｇ無線通信システム１１と、無線アクセス技術としてLTE（Long Term Evolution）やLTE-Advancedを使用し、コアネットワークとしてEPC（Evolved Packet Core）を使用する第４世代移動通信システム（4G）に準拠する４Ｇ無線通信システム１２と、通信衛星１３１を介した衛星通信を担う衛星通信システム１３を含む。図示は省略するが、無線通信システム１は、4Gより前の世代の無線通信システムを含んでもよいし、5Gより後の世代（6G等）の無線通信システムを含んでもよいし、Wi-Fi（登録商標）等の世代と関係づけられない任意の無線通信システムを含んでもよい。
　５Ｇ無線通信システム１１は、地上に設置されてUE（User Equipment）とも呼ばれるスマートフォン等の通信機２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ（以下では通信機２と総称することがある）と5G NRによって通信可能な複数の５Ｇ基地局１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ（以下では５Ｇ基地局１１１と総称することがある）を含む。5Gにおける基地局１１１はgNodeB（gNB）とも呼ばれる。各５Ｇ基地局１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃの通信可能範囲またはサポート範囲はセルと呼ばれ、それぞれ１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ（以下では５Ｇセル１１２と総称することがある）として図示される。
　各５Ｇ基地局１１１の５Ｇセル１１２の大きさは任意であるが、典型的には半径数メートルから数十キロメートルである。確立した定義はないものの、半径数メートルから十メートルのセルはフェムトセルと呼ばれ、半径十メートルから数十メートルのセルはピコセルと呼ばれ、半径数十メートルから数百メートルのセルはマイクロセルと呼ばれ、半径数百メートルを超えるセルはマクロセルと呼ばれることがある。5Gではミリ波等の高い周波数の電波が使用されることも多く、直進性の高さ故に電波が障害物に遮られて通信可能距離が短くなる。このため、5Gでは4G以前の世代に比べて小さいセルが多用される傾向がある。
　通信機２は、複数の５Ｇセル１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃの少なくとも一つの内部にあれば、5G通信を行える。図示の例では、５Ｇセル１１２Ａおよび１１２Ｂ内にある通信機２Ｂは、５Ｇ基地局１１１Ａおよび１１１Ｂのいずれとも5G NRによって通信可能である。また、５Ｇセル１１２Ｃ内にある通信機２Ｃは、５Ｇ基地局１１１Ｃと5G NRによって通信可能である。通信機２Ａおよび２Ｄは、全ての５Ｇセル１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃの外にあるため、5G NRによる通信ができない状態にある。各通信機２と各５Ｇ基地局１１１の間の5G NRによる5G通信は、コアネットワークである5GCによって管理される。例えば、5GCは、各５Ｇ基地局１１１との間のデータの授受、EPC、衛星通信システム１３、インターネット等の外部ネットワークとの間のデータの授受、通信機２の移動管理等を行う。
　４Ｇ無線通信システム１２は、地上に設置されて通信機２とLTEやLTE-Advancedによって通信可能な複数の４Ｇ基地局１２１（図１では一つのみを示す）を含む。4Gにおける基地局１２１はeNodeB（eNB）とも呼ばれる。各５Ｇ基地局１１１と同様に、各４Ｇ基地局１２１の通信可能範囲またはサポート範囲もセルと呼ばれ１２２として図示される。
　通信機２は４Ｇセル１２２の内部にあれば4G通信を行える。図示の例では、４Ｇセル１２２内にある通信機２Ａおよび２Ｂは、４Ｇ基地局１２１とLTEやLTE-Advancedによって通信可能である。通信機２Ｃおよび２Ｄは、４Ｇセル１２２の外にあるため、LTEやLTE-Advancedによる通信ができない状態にある。各通信機２と各４Ｇ基地局１２１の間のLTEやLTE-Advancedによる4G通信は、コアネットワークであるEPCによって管理される。例えば、EPCは、各４Ｇ基地局１２１との間のデータの授受、5GC、衛星通信システム１３、インターネット等の外部ネットワークとの間のデータの授受、通信機２の移動管理等を行う。
　各通信機２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄに着目すると、図示の例では、通信機２Ａは４Ｇ基地局１２１との4G通信が可能な状態にあり、通信機２Ｂは５Ｇ基地局１１１Ａ、１１１Ｂとの5G通信および４Ｇ基地局１２１との4G通信が可能な状態にあり、通信機２Ｃは５Ｇ基地局１１１Ｃとの5G通信が可能な状態にある。通信機２Ｂのように通信可能な基地局（１１１Ａ、１１１Ｂ、１２１）が複数ある場合は、コアネットワークである5GCおよび／またはEPCによる管理の下、通信品質等の観点で最適と判断された一つの基地局が選択されて通信機２Ｂとの通信を行う。また、通信機２Ｄはいずれの５Ｇ基地局１１１および４Ｇ基地局１２１とも通信が可能な状態にないため、次に説明する衛星通信システム１３による通信を行う。
　衛星通信システム１３は、地表から500km～700km程度の高さの低軌道の宇宙空間を飛行する低軌道衛星としての通信衛星１３１を非地上基地局として用いる無線通信システムである。５Ｇ基地局１１１および４Ｇ基地局１２１と同様に、通信衛星１３１の通信可能範囲またはサポート範囲もセルと呼ばれ１３２として図示される。このように、非地上基地局としての通信衛星１３１は、非地上通信セルとしての衛星通信セル１３２を地上に提供する。地上の通信機２は衛星通信セル１３２の内部にあれば衛星通信を行える。５Ｇ無線通信システム１１における５Ｇ基地局１１１および４Ｇ無線通信システム１２における４Ｇ基地局１２１と同様に、衛星通信システム１３における基地局としての通信衛星１３１は、衛星通信セル１３２内の通信機２と直接的にまたは航空機等を介して間接的に無線通信可能である。通信衛星１３１が衛星通信セル１３２内の通信機２との無線通信に使用する無線アクセス技術は、５Ｇ基地局１１１と同じ5G NRでもよいし、４Ｇ基地局１２１と同じLTEやLTE-Advancedでもよいし、通信機２が使用可能な任意の他の無線アクセス技術でもよい。このため、通信機２には衛星通信のための特別な機能や部品を設けなくてもよい。
　衛星通信システム１３は、地上に設置されて通信衛星１３１と通信可能な地上局としてのゲートウェイ１３３を備える。ゲートウェイ１３３は、通信衛星１３１と通信するための衛星アンテナを備え、地上系ネットワーク（ＴＮ：Terrestrial Network）を構成する地上基地局としての５Ｇ基地局１１１および４Ｇ基地局１２１と接続されている。このように、ゲートウェイ１３３は、非地上基地局または衛星基地局としての通信衛星１３１によって構成される非地上系ネットワーク（ＮＴＮ：Non-Terrestrial Network）と地上基地局１１１、１２１によって構成されるＴＮを相互通信可能に接続する。通信衛星１３１が5G NRによって衛星通信セル１３２内の通信機２と5G通信する場合は、ゲートウェイ１３３およびＴＮにおける５Ｇ基地局１１１（または５Ｇ無線アクセスネットワーク）を介して接続される5GCをコアネットワークとして利用し、通信衛星１３１がLTEやLTE-Advancedによって衛星通信セル１３２内の通信機２と4G通信する場合は、ゲートウェイ１３３およびＴＮにおける４Ｇ基地局１２１（または４Ｇ無線アクセスネットワーク）を介して接続されるEPCをコアネットワークとして利用する。このように、ゲートウェイ１３３を介して5G通信、4G通信、衛星通信等の異なる無線通信システムの間で適切な連携が取られる。
　通信衛星１３１による衛星通信は、主に、５Ｇ基地局１１１や４Ｇ基地局１２１等の地上基地局が設けられないまたは少ない地域をカバーするために利用される。図示の例では、全ての地上基地局の通信セル外にいる通信機２Ｄが通信衛星１３１と通信する。一方、いずれかの地上基地局と良好に通信できる状態にある通信機２Ａ、２Ｂ、２Ｃも、衛星通信セル１３２内にいるため通信衛星１３１と通信可能ではあるが、原則として衛星基地局としての通信衛星１３１ではなく地上基地局と通信を行うことで、通信衛星１３１の限られた通信リソース（電力を含む）が通信機２Ｄ等のために節約される。通信衛星１３１は、ビームフォーミングによって通信電波を衛星通信セル１３２内の通信機２Ｄに向けることで、通信機２Ｄとの通信品質を向上させる。
　衛星基地局としての通信衛星１３１の衛星通信セル１３２の大きさは、通信衛星１３１が発するビームの本数に応じて任意に設定することができ、例えば、最大2,800本のビームを組み合わせることで直径約24kmの衛星通信セル１３２を形成できる。図示されるように、衛星通信セル１３２は、典型的には５Ｇセル１１２や４Ｇセル１２２等の地上通信セルより大きく、その内部に一または複数の５Ｇセル１１２および／または４Ｇセル１２２を含みうる。なお、以上では飛行する非地上基地局として、地表から500km～700km程度の高さの低軌道の宇宙空間を飛行する通信衛星１３１を例示したが、より高い静止軌道等の高軌道の宇宙空間を飛行する通信衛星や、より低い（例えば地表から20km程度）成層圏等の大気圏を飛行する無人または有人の航空機を非地上基地局として、通信衛星１３１に加えてまたは代えて使用してもよい。
　図２は、地上に設置される地上基地局１１１、１２１が地上に提供する地上通信セル１１２、１２２（図２では「TN Cell」と表記される）および飛行する非地上基地局１３１が地上に提供する非地上通信セル１３２（図２では「NTN Cell」と表記される）によって構成される位置登録エリアまたはトラッキングエリア（図２では「TA」と表記される）の例を模式的に示す。位置登録エリアまたはトラッキングエリアは、通信機２のおおよその位置を追跡または検知するために設定されている。各位置登録エリアは一または複数の基地局１１１、１２１、１３１によって構成される。具体的には、当該各基地局１１１、１２１、１３１が地上に提供する各通信セル１１２、１２２、１３２を合わせた領域全体が当該各位置登録エリアに相当する。例えば、日本のある移動体通信事業者（ＭＮＯ：Mobile Network Operator）は、数十の位置登録エリアによって日本全国をカバーしている。
　図２において、第１位置登録エリアＴＡ１は、地理的に隣接または近接する一または複数（図２では複数）の地上通信セル１１２、１２２によって構成される位置登録エリアであり、第２位置登録エリアＴＡ２は、地理的に隣接または近接する一または複数（図２では一つ）の非地上通信セル１３２によって構成される位置登録エリアであり、第３位置登録エリアＴＡ３は、地理的に隣接または近接する一または複数（図２では複数）の地上通信セル１１２、１２２によって構成される位置登録エリアである。
　各位置登録エリアＴＡ１～ＴＡ３には、TAC（Tracking Area Code）と呼ばれる位置登録エリアを一意的に特定するコードまたはIDが付与されており、図２では簡易的に「#1」～「#3」と示されている。具体的には、第１位置登録エリアＴＡ１のTACまたはIDは「#1」であり、第２位置登録エリアＴＡ２のTACまたはIDは「#2」であり、第３位置登録エリアＴＡ３のTACまたはIDは「#3」である。但し、後述するように、第２位置登録エリアＴＡ２のTACまたはIDが第１位置登録エリアＴＡ１と同じ「#1」に設定される場合もある。このように、一つの位置登録エリアは種別の異なる通信セル（地上通信セル１１２、１２２および非地上通信セル１３２）を含んでもよい。図２の例では、通信機２Ｅが第１位置登録エリアＴＡ１内にあり、通信機２Ｆが第１位置登録エリアＴＡ１および第２位置登録エリアＴＡ２の重複エリア内にあり、通信機２Ｇが第２位置登録エリアＴＡ２内にあり、通信機２Ｈが第２位置登録エリアＴＡ２および第３位置登録エリアＴＡ３の重複エリア内にあり、通信機２Ｉが第３位置登録エリアＴＡ３内にある（以下では通信機２Ｅ～２Ｉも通信機２と総称する）。
　通信衛星１３１に代表される移動基地局が通信機２（図２では、特に、衛星通信セル１３２内の通信機２Ｆ、２Ｇ、２Ｈ）に対して移動することで、通信機２が移動通信セルとしての衛星通信セル１３２外となって、通信衛星１３１の「圏内」から「圏外」に遷移する可能性がある。このように突然「圏外」となった通信機２が多数の場合、一斉に他の利用可能な基地局（例えば、５Ｇ基地局１１１や４Ｇ基地局１２１）を探索して接続を試みるため、コアネットワーク側の信号処理負荷が集中的に増大してしまう。
　特に、非地上通信セル１３２によって構成される第２位置登録エリアＴＡ２のTAC「#2」が、地上通信セル１１２、１２２によって構成される第１位置登録エリアＴＡ１のTAC「#1」および第３位置登録エリアＴＡ３のTAC「#3」と異なる場合、非地上通信セル１３２の「圏外」となった通信機２（２Ｆ、２Ｇ、２Ｈ）が地上通信セル１１２、１２２に一斉に登録または接続する際に、位置登録エリアの変更（「#2」から「#1」または「#2」から「#3」）が生じるため、コアネットワーク側で大量のエリア変更通知または位置登録エリア更新通知（TA Update: Tracking Area Update）を処理しなければならない。この結果、コアネットワーク側の信号処理負荷が更に増大してしまう。
　以上と同様の事態は、例えば稼働時間が限定されている基地局１１１、１２１、１３１が、稼働状態から停止状態に遷移する場合にも発生しうる。すなわち、基地局１１１、１２１、１３１が停止状態に遷移することで、大量の通信機２が当該基地局１１１、１２１、１３１の「圏内」から「圏外」に一斉に遷移し、コアネットワーク側の信号処理負荷が集中的に増大してしまう可能性がある。本実施形態は、以上のような基地局１１１、１２１、１３１の稼働状態の変化に起因するコアネットワーク側の信号処理負荷の集中を緩和できる通信制御装置３を提供することを目的とする。なお、基地局１１１、１２１、１３１の「稼働状態」は、上記のような狭義の稼働状態や停止状態に限らず、空中や地上を移動する移動基地局の位置や移動状態も包含する概念である。
　図３は、本実施形態に係る通信制御装置３の機能ブロック図である。通信制御装置３は、稼働予定取得部３１と、通信機特定部３２と、接続制御部３３を備える。通信制御装置３が以下で説明する作用および／または効果の少なくとも一部を奏する限り、これらの機能ブロックの一部は省略できる。これらの機能ブロックは、コンピュータの中央演算処理装置、メモリ、入力装置、出力装置、コンピュータに接続される周辺機器等のハードウェア資源と、それらを用いて実行されるソフトウェアの協働により実現される。コンピュータの種類や設置場所は問わず、上記の各機能ブロックは、単一のコンピュータのハードウェア資源で実現してもよいし、複数のコンピュータに分散したハードウェア資源を組み合わせて実現してもよい。特に本実施形態では、通信制御装置３の機能ブロックの一部または全部は、通信機２、基地局１１１、１２１、１３１、不図示のコアネットワークに設けられるコンピュータやプロセッサで集中的または分散的に実現してもよい。
　図示の例では、非地上基地局１３１に対してアイドル状態（接続待機状態）にある通信機２群を、非地上基地局１３１が「圏外」になる前に地上基地局１１１、１２１に順次接続させる。但し、本開示の適用範囲が図示の例に限られるものではない。例えば、図示の例では飛行する非地上基地局１３１である「遷移元」の基地局は、地上に固定的に設置される地上基地局１１１、１２１でもよいし、地上を移動する地上移動基地局（不図示）でもよい。また、図示の例では地上に固定的に設置される地上基地局１１１、１２１である「遷移先」の基地局（他の基地局）は、飛行する非地上基地局１３１でもよいし、地上を移動する地上移動基地局（不図示）でもよい。
　稼働予定取得部３１は、遷移元の非地上基地局１３１の稼働予定を取得する。具体的には、稼働予定取得部３１は、通信機２に対して移動する移動基地局としての非地上基地局１３１の移動予定や、非地上基地局１３１の稼働時間を取得する。非地上基地局１３１の移動予定は、例えば、通信衛星１３１の軌道情報や運行情報等の形でコアネットワーク側において管理されている。このような軌道情報等は、通信衛星１３１自体に搭載されたGPSモジュール等から取得されてもよいし、通信衛星１３１を遠隔から測位する測位モジュールから取得されてもよい。また、非地上基地局１３１の稼働時間は、例えば、通信衛星１３１の稼働時間および停止時間を含む稼働スケジュール等の形でコアネットワーク側において管理されている。このような稼働スケジュール等は、通信衛星１３１自体やコアネットワークから地上基地局１１１、１２１、ゲートウェイ１３３、通信機２等に報知されてもよい。
　通信機特定部３２は、遷移元の非地上基地局１３１との接続待機状態（アイドル状態）にある一または複数の通信機２であって、稼働予定取得部３１によって取得された非地上基地局１３１の稼働予定に応じて当該非地上基地局１３１との接続不能状態に遷移しうる一または複数の通信機２を特定する。例えば、通信機特定部３２は、移動基地局としての非地上基地局１３１との接続待機状態（アイドル状態）にある通信機２であって、稼働予定取得部３１によって取得された非地上基地局１３１の移動予定に応じて当該非地上基地局１３１が提供する非地上通信セル１３２（移動通信セル）外となりうる通信機２を特定する。図２の例では、通信機特定部３２は、通信衛星１３１が通過することで衛星通信セル１３２の内部から外部に相対的に移動しうる通信機２Ｆ、２Ｇ、２Ｈを特定する。また、通信機特定部３２は、非地上基地局１３１との接続待機状態（アイドル状態）にある通信機２であって、非地上基地局１３１が稼働予定取得部３１によって取得された稼働時間外（すなわち停止時間内）となることで当該非地上基地局１３１との接続不能状態に遷移しうる通信機２（図２の例では、上記と同じく通信機２Ｆ、２Ｇ、２Ｈ）を特定する。
　具体的には、通信機特定部３２は、各通信機２の位置を、当該各通信機２自体に搭載されたGPSモジュール等によって測定してもよいし、当該各通信機２を測位するビーコンその他の測位モジュールによって測定してもよいし、TACやLMF（Location Management Function）で管理されている位置情報等のコアネットワーク側において管理されている各種の位置関連情報から認識してもよい。これらの各通信機２の位置情報を、稼働予定取得部３１によって取得された非地上基地局１３１の軌道情報や運行情報等と比較することで、通信機特定部３２は、当該各通信機２が当該非地上基地局１３１との接続不能状態に遷移する時刻を正確に予測できる。
　接続制御部３３は、通信機特定部３２によって特定された非地上基地局１３１に対してアイドル状態にある一または複数の通信機２を、非地上基地局１３１に対する接続不能状態に遷移する前に、アイドル状態から非地上基地局１３１および／または地上基地局１１１、１２１（他の基地局）との接続状態に遷移させる。つまり、非地上基地局１３１に対してアイドル状態にある通信機２が、当該非地上基地局１３１との接続不能状態に遷移する前にアイドル状態から接続状態に強制的に遷移される。具体的には、接続制御部３３は、通信機特定部３２によって特定された通信機２を、移動通信セルとしての非地上通信セル１３２外となる前に、および／または、非地上基地局１３１が稼働時間外となる前に、アイドル状態から接続状態に強制的に遷移させる。なお、接続制御部３３は、強制的に接続状態に遷移させた通信機２が、少なくとも所定時間に亘ってアイドル状態に遷移することを制限または禁止してもよい。
　このように通信機２は、非地上基地局１３１の「圏外」（接続不能状態）になる前に他の基地局（地上基地局１１１、１２１）の探索を開始できるため、コアネットワーク側の信号処理負荷の集中を緩和できる。なお、接続制御部３３によって強制的に接続状態に遷移される通信機２は、遷移元の非地上基地局１３１に再接続することなく遷移先の地上基地局１１１、１２１に直接的に接続してもよいし、遷移元の非地上基地局１３１に再接続した上で遷移先の地上基地局１１１、１２１を探索してもよい。
　図示の例のように、遷移元の非地上通信セル１３２（非地上基地局１３１）の位置登録エリアのTAC「#2」が、遷移先の地上通信セル１１２、１２２（地上基地局１１１、１２１）の位置登録エリアのTAC「#1」「#3」と異なる場合、非地上通信セル１３２の「圏外」となる通信機２が地上通信セル１１２、１２２に登録または接続する際に位置登録エリアの変更が生じるため、コアネットワーク側で各通信機２のエリア変更通知を処理する必要が生じる。しかし、本実施形態では、各通信機２が非地上通信セル１３２の「圏外」となった瞬間に一斉に地上通信セル１１２、１２２に遷移するのではなく、非地上通信セル１３２の「圏外」となる前に余裕を持って地上通信セル１１２、１２２に遷移できる。このように、各通信機２のエリア変更通知が非地上通信セル１３２の「圏外」となる瞬間に集中することを防止できるため、コアネットワーク側の信号処理負荷の集中を緩和できる。
　以上のように、本実施形態によれば、通信機２が非地上通信セル１３２の「圏外」となる瞬間に、地上通信セル１１２、１２２への遷移に伴う信号処理負荷が集中することを効果的に防止できる。このような信号処理負荷の分散効果を更に高めるため、接続制御部３３は、通信機特定部３２によって特定された複数の通信機２を少なくとも二つの組に分けてもよい。図示の例では、Ｎを２以上の自然数として、通信機特定部３２によって特定されたＮ個以上の通信機２がＮ個の組（第１組、第２組・・・第Ｎ組）に分けられている。各組は少なくとも一つの通信機２を含む。接続制御部３３による通信機２の組分けの方法は任意であるが、例えば、乱数に基づいて複数の通信機２をランダムにＮ個の組に分けてもよい。また、IMEI（International Mobile Equipment Identity）等の通信機２の識別情報に基づいて組分けがなされてもよい。例えば、IMEIをＮで除した際の剰余（０、１・・・Ｎ－１）に応じて、各通信機２をＮ個の組に分けてもよい。
　接続制御部３３は、各組の通信機２を異なる遷移時刻にアイドル状態から接続状態に遷移させてもよい。具体的には、接続制御部３３は、第１組の通信機２を第１遷移時刻にアイドル状態から接続状態に遷移させ、第２組の通信機２を第２遷移時刻にアイドル状態から接続状態に遷移させ、以降は同様に第Ｎ組の通信機２を第Ｎ遷移時刻にアイドル状態から接続状態に遷移させる。ここで、第１遷移時刻～第Ｎ遷移時刻は互いに異なり、いずれも各組の通信機２が非地上基地局１３１との接続不能状態に遷移する前の時刻である。このように、各組の通信機２をアイドル状態から接続状態に遷移させる遷移時刻を互いにずらすことによって、コアネットワーク側の信号処理負荷を時間的に更に分散できる。
　なお、接続制御部３３は、通信機特定部３２によって特定された複数の通信機２の一部のみ（例えば、第１組～第Ｎ－１組の通信機２）を、非地上基地局１３１との接続不能状態に遷移する前にアイドル状態から接続状態に遷移させてもよい。この場合、第Ｎ組の通信機２は非地上基地局１３１との接続不能状態に遷移した後に、他の利用可能な基地局（地上基地局１１１、１２１）を探索して接続を試みるが、他の第１組～第Ｎ－１組の通信機２の遷移に関する信号処理とは実質的に重複しないため、コアネットワーク側の信号処理負荷が集中的に増大する事態を回避できる。
　以上、本開示を実施形態に基づいて説明した。例示としての実施形態における各構成要素や各処理の組合せには様々な変形例が可能であり、そのような変形例が本開示の範囲に含まれることは当業者にとって自明である。
　実施形態では、移動基地局としての非地上基地局１３１が通信機２に対して移動する場合について記述したが、通信機２が例えば固定基地局としての地上基地局１１１、１２１に対して移動する場合にも同様の処理を適用できる。例えば、稼働予定取得部３１によって地上基地局１１１、１２１の位置や地上通信セル１１２、１２２の通信可能範囲を認識し、通信機特定部３２によって各通信機２の位置や移動予定を認識する。このような地上基地局１１１、１２１に関する情報と各通信機２に関する情報を比較することで、通信機特定部３２は、当該各通信機２が当該地上基地局１１１、１２１との接続不能状態に遷移する時刻を正確に予測できる。そして、接続制御部３３は、地上基地局１１１、１２１に対してアイドル状態にある通信機２を、当該地上基地局１１１、１２１との接続不能状態に遷移する前にアイドル状態から接続状態に強制的に遷移させる。
　なお、実施形態で説明した各装置や各方法の構成、作用、機能は、ハードウェア資源またはソフトウェア資源によって、あるいは、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働によって実現できる。ハードウェア資源としては、例えば、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種の集積回路を利用できる。ソフトウェア資源としては、例えば、オペレーティングシステム、アプリケーション等のプログラムを利用できる。
　本開示は以下の項目のように表現してもよい。
　項目１：
　稼働予定取得部によって、基地局の稼働予定を取得することと、
　通信機特定部によって、前記基地局との接続待機状態にある通信機であって、前記稼働予定に応じて当該基地局との接続不能状態に遷移しうる通信機を特定することと、
　接続制御部によって、前記通信機を、前記接続不能状態に遷移する前に、前記接続待機状態から前記基地局および／または他の基地局との接続状態に遷移させることと、
　を実行する少なくとも一つのプロセッサを備える通信制御装置。
　項目２：
　前記基地局は、通信機に対して移動する移動基地局であり、
　前記稼働予定取得部は、前記移動基地局の移動予定を取得し、
　前記通信機特定部は、前記移動基地局との接続待機状態にある通信機であって、前記移動予定に応じて当該移動基地局が提供する移動通信セル外となりうる通信機を特定し、
　前記接続制御部は、前記通信機を、前記移動通信セル外となる前に、前記接続待機状態から前記移動基地局および／または他の基地局との接続状態に遷移させる、
　項目１に記載の通信制御装置。
　項目３：
　前記移動基地局は、飛行する非地上基地局である、項目２に記載の通信制御装置。
　項目４：
　前記非地上基地局は、宇宙空間を飛行する通信衛星である、項目３に記載の通信制御装置。
　項目５：
　前記他の基地局は、地上に固定的に設置される地上基地局である、項目１から４のいずれかに記載の通信制御装置。
　項目６：
　前記稼働予定取得部は、前記基地局の稼働時間を取得し、
　前記通信機特定部は、前記基地局との接続待機状態にある通信機であって、前記基地局が前記稼働時間外となることで当該基地局との接続不能状態に遷移しうる通信機を特定し、
　前記接続制御部は、前記通信機を、前記基地局が前記稼働時間外となる前に、前記接続待機状態から前記基地局および／または他の基地局との接続状態に遷移させる、
　項目１から５のいずれかに記載の通信制御装置。
　項目７：
　前記通信機特定部は、前記基地局との接続待機状態にある複数の通信機であって、前記稼働予定に応じて当該基地局との接続不能状態に遷移しうる複数の通信機を特定し、
　前記接続制御部は、前記複数の通信機を、前記接続不能状態に遷移する前の第１遷移時刻に前記接続状態に遷移させる第１組と、前記接続不能状態に遷移する前であって前記第１遷移時刻と異なる第２遷移時刻に前記接続状態に遷移させる第２組の、少なくとも二つの組に分ける、
　項目１から６のいずれかに記載の通信制御装置。
　項目８：
　前記接続制御部は、乱数に基づいて前記複数の通信機を前記第１組と前記第２組に分ける、項目７に記載の通信制御装置。
　項目９：
　前記通信機特定部は、前記基地局との接続待機状態にある複数の通信機であって、前記稼働予定に応じて当該基地局との接続不能状態に遷移しうる複数の通信機を特定し、
　前記接続制御部は、前記複数の通信機の一部を、前記接続不能状態に遷移する前に前記接続状態に遷移させる、
　項目１から８のいずれかに記載の通信制御装置。
　項目１０：
　前記基地局および前記他の基地局は、異なる位置登録エリアに属する、項目１から９のいずれかに記載の通信制御装置。
　項目１１：
　基地局の稼働予定を取得することと、
　前記基地局との接続待機状態にある通信機であって、前記稼働予定に応じて当該基地局との接続不能状態に遷移しうる通信機を特定することと、
　前記通信機を、前記接続不能状態に遷移する前に、前記接続待機状態から前記基地局および／または他の基地局との接続状態に遷移させることと、
　を備える通信制御方法。
　項目１２：
　基地局の稼働予定を取得することと、
　前記基地局との接続待機状態にある通信機であって、前記稼働予定に応じて当該基地局との接続不能状態に遷移しうる通信機を特定することと、
　前記通信機を、前記接続不能状態に遷移する前に、前記接続待機状態から前記基地局および／または他の基地局との接続状態に遷移させることと、
　をコンピュータに実行させる通信制御プログラムを記憶している記憶媒体。
　本開示は、基地局の稼働予定に応じた通信機の接続状態への遷移に関する。
　１　無線通信システム、２　通信機、３　通信制御装置、１１　５Ｇ無線通信システム、１２　４Ｇ無線通信システム、１３　衛星通信システム、３１　稼働予定取得部、３２　通信機特定部、３３　接続制御部、１１１　５Ｇ基地局、１１２　５Ｇセル、１２１　４Ｇ基地局、１２２　４Ｇセル、１３１　通信衛星、１３２　衛星通信セル、１３３　ゲートウェイ。

Claims (12)

  1. 　稼働予定取得部によって、基地局の稼働予定を取得することと、
    　通信機特定部によって、前記基地局との接続待機状態にある通信機であって、前記稼働予定に応じて当該基地局との接続不能状態に遷移しうる通信機を特定することと、
    　接続制御部によって、前記通信機を、前記接続不能状態に遷移する前に、前記接続待機状態から前記基地局および／または他の基地局との接続状態に遷移させることと、
    　を実行する少なくとも一つのプロセッサを備える通信制御装置。
  2. 　前記基地局は、通信機に対して移動する移動基地局であり、
    　前記稼働予定取得部は、前記移動基地局の移動予定を取得し、
    　前記通信機特定部は、前記移動基地局との接続待機状態にある通信機であって、前記移動予定に応じて当該移動基地局が提供する移動通信セル外となりうる通信機を特定し、
    　前記接続制御部は、前記通信機を、前記移動通信セル外となる前に、前記接続待機状態から前記移動基地局および／または他の基地局との接続状態に遷移させる、
    　請求項１に記載の通信制御装置。
  3. 　前記移動基地局は、飛行する非地上基地局である、請求項２に記載の通信制御装置。
  4. 　前記非地上基地局は、宇宙空間を飛行する通信衛星である、請求項３に記載の通信制御装置。
  5. 　前記他の基地局は、地上に固定的に設置される地上基地局である、請求項１に記載の通信制御装置。
  6. 　前記稼働予定取得部は、前記基地局の稼働時間を取得し、
    　前記通信機特定部は、前記基地局との接続待機状態にある通信機であって、前記基地局が前記稼働時間外となることで当該基地局との接続不能状態に遷移しうる通信機を特定し、
    　前記接続制御部は、前記通信機を、前記基地局が前記稼働時間外となる前に、前記接続待機状態から前記基地局および／または他の基地局との接続状態に遷移させる、
    　請求項１に記載の通信制御装置。
  7. 　前記通信機特定部は、前記基地局との接続待機状態にある複数の通信機であって、前記稼働予定に応じて当該基地局との接続不能状態に遷移しうる複数の通信機を特定し、
    　前記接続制御部は、前記複数の通信機を、前記接続不能状態に遷移する前の第１遷移時刻に前記接続状態に遷移させる第１組と、前記接続不能状態に遷移する前であって前記第１遷移時刻と異なる第２遷移時刻に前記接続状態に遷移させる第２組の、少なくとも二つの組に分ける、
    　請求項１に記載の通信制御装置。
  8. 　前記接続制御部は、乱数に基づいて前記複数の通信機を前記第１組と前記第２組に分ける、請求項７に記載の通信制御装置。
  9. 　前記通信機特定部は、前記基地局との接続待機状態にある複数の通信機であって、前記稼働予定に応じて当該基地局との接続不能状態に遷移しうる複数の通信機を特定し、
    　前記接続制御部は、前記複数の通信機の一部を、前記接続不能状態に遷移する前に前記接続状態に遷移させる、
    　請求項１に記載の通信制御装置。
  10. 　前記基地局および前記他の基地局は、異なる位置登録エリアに属する、請求項１に記載の通信制御装置。
  11. 　基地局の稼働予定を取得することと、
    　前記基地局との接続待機状態にある通信機であって、前記稼働予定に応じて当該基地局との接続不能状態に遷移しうる通信機を特定することと、
    　前記通信機を、前記接続不能状態に遷移する前に、前記接続待機状態から前記基地局および／または他の基地局との接続状態に遷移させることと、
    　を備える通信制御方法。
  12. 　基地局の稼働予定を取得することと、
    　前記基地局との接続待機状態にある通信機であって、前記稼働予定に応じて当該基地局との接続不能状態に遷移しうる通信機を特定することと、
    　前記通信機を、前記接続不能状態に遷移する前に、前記接続待機状態から前記基地局および／または他の基地局との接続状態に遷移させることと、
    　をコンピュータに実行させる通信制御プログラムを記憶している記憶媒体。
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