JP3959288B2 - パケット送信システム、パケット送信方法、パケット送信装置、ホームエージェント、移動端末、及びアクセスルータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネットワークから移動ノードへ下りパケット送信を行うためのパケット送信システム、パケット送信方法、パケット送信装置、ホームエージェント、移動端末、及びアクセスルータに関し、特に、送信パケットのスループットの向上を効果的に行うものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＰ（インターネットプロトコル）系サービスの急激な増加によって、移動通信システムでもＩＰトラフィックに親和性の高いシステム形態が検討されている。このＩＰをベースとした移動通信システム（以下、本例では、パケット送信システムと略記）では、移動ノード（例：携帯電話など）に向けたパケットの送信は、該移動ノードと通信可能な位置にあるアクセスルータ（移動ノードとの無線通信が可能な無線送信機等が備えたルータ）を通じて行われる。
【０００３】
例えば、移動ノードがアクセスルータの送信可能な領域（以下、セルと略記）の端まで移動したとき、単一のアクセスルータによる送信では、送信不可能な状態が断続的に発生して品質劣化が生じることがある。従来のパケット送信システムでは、このような品質劣化を避けるため、移動ノードがセル端付近にいる場合には、隣接する複数のアクセスルータからの送信が可能になるようセルを若干重ねてアクセスルータの配置を決定している。さらに、ハンドオーバ技術を適用することで、上記のような品質劣化を補償していた。ハンドオーバ技術には、ハードハンドオーバ技術と、ソフトハンドオーバ技術がある。ハードハンドオーバ技術は、ある時刻において、最も移動ノードと良好な通信を行うことができるアクセスルータを選択し、そのアクセスルータを通じて移動ノードと通信を行わせる技術で、一方のソフトハンドオーバ技術は、移動ノードへの送信が可能であるアクセスルータを複数選択し、それらのアクセスルータを通じて同一のパケットを、同時刻に移動ノードへ送信する技術である。
【０００４】
また、従来の移動ノードは、複数の無線受信機を装備し、移動ノードの所在地において利用可能な無線アクセス方式（例：ＴＤＭＡやＣＤＭＡ等）に応じて無線受信機を切り替えることが可能であった。移動ノードが複数の無線受信機を装備することにより、それらのうちの少なくとも１つが利用可能であれば、その場所において移動ノードによる通信が可能となるという利点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したパケット送信システムでは、ある時刻においては、移動ノードは、ハンドオーバ技術を問わず１つのパケットしか同時には受信しなかった。そのため、複数のアクセスルータが移動ノードに対し、十分な品質でパケット伝送が可能な場合においても、単一のパケットしか伝送せず、スループットが低いという、問題があった。
【０００６】
また、従来のパケット送信システムでは、移動ノードが複数の無線アクセス方式を装備していて、かつそれらのうちの複数の無線アクセス方式が利用可能である場合でも、複数を同時に選択せず、１つの無線アクセス方式のみを用いて伝送していたので、スループットが低いという、問題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、移動ノードに対する下りパケット送信のスループットを向上させることのできるパケット送信システム及びパケット送信方法を提供することである。
【０００８】
また、そのようなパケット送信システムで用いられるパケット送信装置、ホームエージェント、移動端末、及びアクセスルータを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されるように、移動ノードと、該移動ノードとの間に無線回線を設定してパケットの送信を行うネットワークと、該移動ノードの該ネットワークにおける接続点情報を管理するホームエージェントとから構成され、該ネットワークから該移動ノードへ下りパケットを送信するパケット送信システムにおいて、前記ネットワークは、前記移動ノードに対して送信するパケットを入力して分配するパケット分配手段と、該パケット分配手段により分配されたパケットをあらかじめ備えられる複数の無線送信装置に分配し、それぞれの無線送信装置から並行してパケットを送信するパケット並行送信手段とを有し、前記移動ノードは、前記パケット並行送信手段により送信されてくるパケットを、複数の無線受信装置で受信するパケット受信手段と、受信したパケットを元のパケット列に統合するパケット統合手段とを有し、前記ホームエージェントは、前記パケット分配手段の論理的な位置を表す情報を、前記ネットワーク上における移動ノードとの接続点情報として保持する分配器位置情報保持手段を有し、
前記ネットワークは、前記移動ノードに対して送信するパケットを得た際に、前記ホームエージェントの分配器位置情報保持手段から、前記接続点情報を取得し、その取得した接続点情報で指定される論理的位置にあるパケット分配手段に当該パケットを入力することを特徴としている。
【００１０】
このようなパケット送信システムによれば、送信すべきパケットを分配ノードにより複数の無線送信装置に分配し、それぞれの無線送信装置から移動ノードに並行してパケットを送信させている。それぞれのパケットは、移動ノード側で、複数の無線受信装置によって受信された後、統合器で元のパケット列へと統合されるので、ネットワーク側から送信される下りパケット送信のスループットを向上させることができる。
【００１１】
上記無線送信装置の構成は、例えば、請求項２に記載されるように、前記パケット送信システムにおいて、前記無線送信装置が１又は複数の無線送信機を有する１又は複数のアクセスルータとなることを特徴としている。
【００１２】
また、上記分配ノードの設置位置は、例えば、請求項３に記載されるように、前記パケット送信システムにおいて、前記パケット分配手段が、前記１又は複数のアクセスルータ内に備えられることを特徴としている。
【００１３】
このようなパケット送信システムによれば、分配ノードをアクセスルータの近傍に設置することにより、パケット受信を行える無線受信機のグループが移動ノードから直接分配ノードに通知されるので、より的確なパケット送信が行える。
【００１４】
また、本発明は、請求項４に記載されるように、前記パケット送信システムにおいて、前記パケット分配手段は、前記複数の無線送信装置のそれぞれが、前記移動ノードと通信可能であるかどうかを検出する送信可能無線送信機検出手段を有することを特徴としている。
【００１５】
このようなパケット送信システムによれば、分配ノードは、分配先の無線送信装置となる可能性のある複数の無線送信装置のそれぞれに対し、移動ノードが有する無線受信装置が通信可能帯域内に存在するかを問合せ、その問いに対し存在すると回答した無線送信装置を移動ノードとの通信相手として検出するので、より的確な下りパケット送信を行うことができる。
【００１６】
また、下り回線の通信可否判定を移動ノード側で行えるという観点から、本発明は、請求項５に記載されるように、前記パケット送信システムにおいて、前記移動ノードは、前記複数の無線送信装置との通信可否を判定し、その判定結果を、前記パケット分配手段を備える分配ノードに通知する通信可否通知手段を有することを特徴ととしている。
【００１７】
本発明のパケット送信システムは、請求項６に記載されるように、前記パケット送信システムにおいて、前記パケット分配手段は、送信すべきパケットを、等比率又は所定の分配比率に分配するパケット分配比率設定手段を有することを特徴としている。
【００１８】
このようなパケット送信システムによれば、パケットの分配比率を同一の分配比率とすることにより、各無線伝送路の帯域幅がほぼ同じである場合は、パケット分配にかかる制御を簡素化することができる。
【００１９】
また、パケットの分配比率を、通信上の条件やシステム上の制約等に応じて柔軟に決定することができるという観点から、本発明は、請求項７に記載されるように、前記パケット送信システムにおいて、各アクセスルータは、通信可能帯域に基づく情報及び、通信料金に基づく情報及び、前記パケット分配手段から前記１又は複数の無線送信機へのパケット転送遅延量に基づく情報及び、通信品質の情報の少なくとも１つの情報を、申告情報として該パケット分配手段に通知する申告情報通知手段を有することを特徴としている。
【００２０】
上記同様の観点から、本発明は、請求項８に記載されるように、前記パケット送信システムにおいて、前記パケット分配手段は、前記申告情報通知手段により、通知された申告情報に基づいて、送信すべきパケットの分配比率を変えることを特徴としている。
【００２１】
このようなパケット送信システムによれば、申告情報として、
▲１▼通信可能帯域に基づいた情報を用いることにより、各無線伝送路の規格・品質に基づいてパケット分配を行うことができるため、各無線リンクの性能や混雑具合を反映させた分配量に基づいたパケット送信を行うことができる。
【００２２】
▲２▼各無線伝送路に対する課金額が異なる場合、通信料金情報を用いることにより、ユーザにとって経済性の高いパケット送信を行うことができる。
【００２３】
▲３▼分配ノードからアクセスルータへのパケット転送遅延に基づく情報を用いることにより、より転送遅延の小さな無線送信機へ優先的にパケットを転送することができ、分配ノードと移動ノード側の統合器間のパケット転送遅延を小さくすることが可能である。
【００２４】
▲４▼通信品質（ＱｏＳ：Quality of Service）に基づいた情報を用いることにより、サービス内容に見合った品質でパケット送信を行うことができる。
【００２５】
また、本発明のパケット送信システムは、請求項９に記載されるように、前記パケット送信システムにおいて、前記パケット分配手段は、前記複数の無線送信装置に分配したパケットを、下位レイヤのプロトコルにしたがって前記パケット統合手段に転送するパケット転送手段を有し、前記パケット統合手段は、前記パケット転送手段にて転送されたパケットを下位レイヤのプロトコルに基づいて、取得するパケット取得手段を有することを特徴としている。
【００２６】
このようなパケット送信システムによれば、パケットの分配及び統合の処理を、より低いレイヤにおいて処理できるため、これらにかかわる処理遅延を小さくすることができる。また、本構成によれば、上位レイヤとの接続点となる分配ノードの論理的な位置情報の登録処理や、局所的な移動ノードの移動に伴う分配比の可変制御をすべて下位レイヤにて処理するので、上位レイヤから局所的なハンドオーバを隠蔽することができる。このため、ホームエージェントが分配ノードから遠い位置（制御用データの往復に要する処理遅延が大きい位置）にあったとしても、ハンドオーバ処理の遅延を小さくすることができる。さらに、ホームエージェントが複数の分配ノードから同様のハンドオーバ処理要求を受けるために負荷が高くなる場合に、負荷の低減を行うことが可能である
また、本発明のパケット送信システムは、請求項１０に記載されるように、前記パケット送信システムにおいて、前記パケット分配手段は、前記複数の無線送信装置に分配するパケットを、専用の通信路により転送するパケット専用線転送手段を有することを特徴としている。
【００２７】
このようなパケット送信システムによれば、分配ノードから無線送信装置への転送の一部又は全部を、上位レイヤを経由せずに専用の通信路を用いるので、パケット転送遅延を小さくすることができる。
【００２８】
また、本発明のパケット送信システムは、請求項１１に記載されるように、前記パケット送信システムにおいて、前記パケット分配手段は、前記複数の無線送信装置に分配するパケットを、上位レイヤのプロトコルにより転送するパケット上位レイヤ転送手段を有することを特徴としている。
【００２９】
このようなパケット送信システムによれば、分配ノードから無線送信装置への転送の一部又は全部を、上位レイヤの転送機能を用いて行うので、上位レイヤにおける接続性さえ確保されていればパケットを任意の無線送信装置へ分配することができ、スループットの向上をはかることが可能である。
【００３０】
また、本発明のパケット送信システムは、請求項１２に記載されるように、前記パケット送信システムにおいて、前記分配器位置情報保持手段は、前記移動ノードが利用しているパケット分配手段からのパケット転送先となる無線送信装置から、当該移動ノードが所定距離離れたときに、その距離に応じて決定される他のパケット分配手段の論理的な位置情報を新たな利用先パケット分配手段として登録する分配ノード登録・更新手段を有することを特徴としている。
【００３１】
このようなパケット送信システムによれば、ホームエージェントが有する分配器位置情報保持手段に登録する分配ノードの論理的な位置情報（上位レイヤの接続点情報）の更新の頻度を、移動ノードに対して主にパケット送信を行うアクセスルータの入れ替わりの頻度に比べて十分低くすることにより、上位レイヤにおけるハンドオーバ頻度を低減させることができる。この結果、上位レイヤのハンドオーバに必要な処理量を低減することができ、ハンドオーバの高速化が可能となる。
【００３２】
また、上記パケット分配手段の論理的な位置情報の更新を、移動ノードから通知される情報に基づいて行えるという観点から、本発明は、請求項１３に記載されるように、前記パケット送信システムにおいて、前記分配ノード登録・更新手段は、移動ノードから通知される情報に基づいて、登録されているパケット分配手段の論理的な位置情報を、更新して登録し直すことを特徴としている。
【００３３】
また、本発明のパケット送信システムで用いされる移動ノードは、請求項１４に記載されるように、前記パケット送信システムにおいて、前記移動ノードが、移動通信用端末であることを特徴としている。
【００３４】
さらに、本発明のパケット送信システムによれば、請求項１５に記載されるように、前記パケット送信システムにおいて、前記ネットワークからのパケットを、前記複数の無線送信装置に中継するルータを備え、前記ホームエージェントの分配器位置情報保持手段を、前記ルータに備えたことを特徴としている。
【００３５】
このようなパケット送信システムによれば、ホームエージェントに登録する上位レイヤの接続点情報をルータで保持することで、より簡素化したパケット送信システムを実現することができる。
【００３６】
また、上記課題を解決するため、本発明は、請求項１６に記載されるように、ネットワーク上の移動ノードとの接続点情報を管理するホームエージェントと接続される当該ネットワークから該移動ノードに対して下りパケットを送信するパケット送信方法において、前記ネットワークは、パケットを入力して分配する分配ノードを備え、前記移動ノードに対してパケットを送信しようとする際に、前記ホームエージェントから、保持されている前記分配ノードの論理的な位置に関わる情報を前記接続点情報として取得し、その取得により得られた接続点情報で指定される論理的位置にある分配ノードに当該パケットを入力し、前記分配ノードにより、分配されたパケットをあらかじめ備えられる複数の無線送信装置を通じて前記移動ノードに送信し、前記移動ノードは、前記複数の無線送信装置により送信されてきたそれぞれのパケットを受信して元のパケット列に統合することを特徴としている。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３８】
図１は、本発明の一実施形態に係るパケット送信システムの基本構成の一例を示す図である。同図に示されるように、本発明のパケット送信システムは、ネットワーク１５０と、移動ノード（＝移動端末）１０７とに大別される（点線枠内）。
【００３９】
ネットワーク１５０には、移動ノード１０７のネットワーク１５０上の上位レイヤ（インターネットプロトコルなど）接続点情報を保持するホームエージェント１０１と、移動ノード１０７宛の送信パケットを分配する分配ノード１０２と、移動ノード１０７に無線リンクを提供する無線送信装置（以下、アクセスルータという）１０３−１,…,１０３−Mとから構成される。各アクセスルータ１０３−１,…,１０３−Mには、それぞれＮ_１,Ｎ_２,…,Ｎ_Ｍ個の無線送信機１０４−１,…,１０４−Σ_Ｎｉ（Σ_Ｎｉ＝Ｎ_１＋Ｎ_２＋,…,＋Ｎ_Ｍ）が備えられ、アクセスルータの個数Ｍは１又は複数である。また、各アクセスルータ１０３−１,…,１０３−Mが有する無線送信機の数は１又は複数で構成される。分配ノード１０２は、ネットワーク１５０上に独立して存在していても良いし、任意のアクセスルータ１０３−１,…,１０３−M上に備わっていても良い。本例では、分配ノード１０２は、ネットワーク１５０上に独立しているものとしている。また、分配ノード１０２として動作しうる装置は、複数存在していても良いが、ある時刻において、１つの移動ノードに対応して分配ノードとして動作するのは常に１つのみである。
【００４０】
移動ノード１０７は、ネットワーク１５０側のアクセスルータ１０３−１,…,１０３−Mから送信されてくるパケットを受信する１又は複数の無線受信機１０５−１,…,１０５−Ｌと、受信したパケットを統合してパケット列にする統合器１０６とから構成される。この移動ノード１０７に備えられる無線受信機１０５−１,…,１０５−Ｌの個数Ｌは、無線アクセス方式において、同時に受信したい無線信号の数によって任意の個数とすることができる。また、この移動ノード１０７は、例えば、携帯電話端末であってもよいし、上記の無線受信機を備えた携帯情報端末、あるいは車載用端末であってもよい。なお、ネットワーク１５０内のいずれの無線送信機１０４−１,…,１０４−Σ_Ｎｉも移動ノード１０７内の無線受信機１０５−１,…,１０５−Ｌの一又は複数と通信できる機能が備えられる。
【００４１】
次に、図１を用いて本発明の動作概念について説明する。なお、図中に省略しているが、本パケット送信システムには、パケットを送信するための送信ノードがネットワーク１５０内にあらかじめ備えられていることとする。この送信ノードには、上位レイヤとしてＩＰ（インターネットプロトコルなど）が実装されており、受信ノード（この場合、移動ノード１０７）とのパケット通信には、ＩＰにしたがったパケット伝送が行われる。以下、このような前提のもとで本発明の動作について説明する。
【００４２】
（動作概念）
送信ノード、つまりネットワーク１５０側から移動ノード１０７にパケットを送信する場合、送信ノードは、ホームエージェント１０１に対し、ネットワーク１５０上のどのアクセスルータ１０３−１,…,１０３−Mにパケットを転送すれば移動ノード１０７へ送信することができるのかを問合せて調べる。送信ノードは、ホームエージェント１０１から、移動ノード１０７にパケットを送信するのに適したアクセスルータにパケットを分配する分配ノード１０２の論理的な位置となる情報を取得し、その位置にある分配ノード１０２に送信パケットを送出する。分配ノード１０２は、送信ノードの上位レイヤからパケットを受取ると、アクセスルータ１０３−１,…,１０３−Mが有する無線送信機の一部又は全部１０４−１,…,１０４−Σ_Ｎｉに受取ったパケットを分配する。それぞれの無線送信機に分配されたパケットは、それぞれの無線送信機から送信され、無線伝送路を通じて移動ノード１０７へと送られる。
【００４３】
上記のようにして無線送信機から送信されたパケットは、移動ノード１０７の無線受信機１０５−１,…,１０５−Ｌで受信された後、統合器１０６で元のパケット列へと統合されて次段に出力される。
【００４４】
このように、上記実施例では、ネットワーク１５０は、送信ノードの上位レイヤから送られてきたパケットを分配ノード１０２により１又は複数の無線送信機１０４−１,…,１０４−Σ_Ｎｉに分配（異なるパケットを分配）し、移動ノード１０７では、無線伝送路を通じて送信されてきた上記パケットを受信して統合するので、スループットを向上させることが可能である。また、無線送信機を備えるアクセスルータの配置をオーバラップして配置させれば、移動ノードにおける通信可能のアクセスルータが増加するので、オーバラップ部におけるスループットが向上し、設置したアクセスルータの数に応じたパケット転送速度を上げることができる。
【００４５】
次に、上記のようなパケット送信システムを、ＩＰベースのセルラシステム（以下、セルラシステムと略記）に適用し、ハンドオーバ動作させた場合について説明する。ここでは、この例を第１の実施形態とする。
【００４６】
（第１の実施形態）
図２は、セルラシステムにおけるセルの構成例を示す図である。同図に示すように、各セル内（範囲）１０８−１,…,１０８−Ｍには、アクセスルータ１０３−１,…,１０３−Ｍがあらかじめ配置されている。各セル１０８−１,…,１０８−Ｍの大きさは、各アクセスルータ１０３−１,…,１０３−Ｍにおけるパケット送信可能な範囲となっている。
【００４７】
移動ノード１０７は、１つ以上のセル内に存在する場合に、いずれかのアクセスルータ１０３−１,…,１０３−Ｍからパケットの送信を受けることができるように構成されている。また、セル端においては、移動ノード１０７があるセルから他のセルへ移動する際にサービスが途切れないように、隣接するセル同士が重なり合うよう構成されている。このため、セル端においては、移動ノード１０７は、複数のアクセスルータと通信が行えるようになっている。
【００４８】
図３は、上記セルラシステムのシステム構成例を示すものである。
【００４９】
図３において、このセルラシステムは、ネットワーク１０９、ホームエージェント１０１、送信ノード１１２、ルータ１１０、アクセスルータ１０３−１,…,１０３−M、及び移動ノード１０７で構成される。同図に示されるように、ネットワーク１０９には、ホームエージェント１０１と、移動ノード１０７にパケット送信を行うための送信ノード１１２と、該送信ノード１１２からの送られてくるパケットを指定のアクセスルータに中継伝送するルータ（エッジルータ）１１０が接続される。ネットワーク１０９内の各アクセスルータ１０３−１,…,１０３−Mは、各１つの無線送信機１０４−１,…,１０４−Ｍを具備して構成される。これらの無線送信機１０４−１,…,１０４−Ｍのアクセス方式は、移動ノード１０７で受信可能なものであれば、単一の方式でも良いし、複数の方式が混在していてもかまわない。また、各アクセスルータ１０３−１,…,１０３−Mには、それぞれパケットの分配機能を備えた分配ノード１０２−１,…,１０２−Ｍが備えられる。さらに、アクセスルータ１０３−１,…,１０３−Mは、地理的に近い場所に配置され、局地高速ネットワーク１１１を通じて相互接続されているものとする。また、移動ノード１０７には、アクセスルータから無線区間を介して送信されてくるパケットを受信する複数の無線受信機１０５−１,…,１０５−Ｌと、その無線受信機１０５−１,…,１０５−Ｌから出力されるパケットを統合する統合器１０６が備えられる。
【００５０】
本実施形態においては、局所的なハンドオーバ処理（分配ノードから統合器に至るまで）をリンクレイヤのプロトコルとする。それ以外の大局的なハンドオーバ処理（送信ノード１０１がホームエージェント１０１を参照して接続点となるアクセスルータにパケットを転送する処理）は、モバイルＩＰなどのネットワークレイヤプロトコルに含まれている処理とする。
【００５１】
続いて、上記構成において、ネットワーク１０９内の送信ノード１１２から移動ノード１０７に下りパケットを送信する場合の動作を説明する。
【００５２】
まず、移動ノード１０７は、あらかじめ自身が有する無線受信機１０５−１,…,１０５−Ｌが通信しうるネットワーク１０９側の無線送信機１０４−１,…,１０４−Ｍを検知する。この検知は、例えば、移動ノード１０７が有する無線受信機１０５−１,…,１０５−Ｌを用い、ネットワーク１０９側の各無線送信機１０４−１,…,１０４−Ｍから既知の送信電力値で送出される報知信号の受信強度を測定し、測定結果が規定の閾値を上回った無線送信機のみを選択し、さらに、移動ノード１０７が同時にパケット受信を行える無線送信機の種類や個数を制限することにより実行される。例えば、移動ノード１０７が、同時に３個の無線送信機からの信号を受信する能力しか有しない場合は、報知信号の受信強度を測定し、その結果、規定の閾値を上回った無線送信機の数が４以上であっても、受信強度の強い上位３個の無線送信機が検知される。なお、上記規定の閾値は、あらかじめ定めた一定の電力値してもよいし、状況に応じて変化する電力値（例えば、最も受信強度の強い、無線送信機からの受信強度に、あらかじめ定めた０より大きく１未満の係数を乗じたもの）としてもよい。
【００５３】
次に、移動ノード１０７は、無線送信機１０４−１,…,１０４−Ｍのうち、伝送路状態がよく定常的に良好な伝送の行える無線送信機（例えば、無線送信機１０４−１）を１つ決定（本例では、説明を平易にするために１つの無線送信機を決定）する。移動ノード１０７は、ネットワーク１０９を介してホームエージェントに対し、自分の上位レイヤに対する接続点として、先に決定した定常的に良好な伝送の行える無線送信機と同一のアクセスルータにある分配ノード（この例では、分配ノード１０２−１）の論理的な位置情報を登録するよう要求する。さらに、移動ノードは、その分配ノード１０２−１に対し、自身がパケットを受信することができる無線送信機のグループ１０４−１,…,１０４−Ｍを登録させる。
【００５４】
送信ノード１１２は、移動ノード１０７宛の送信パケットを得ると、ＩＰに基づいて、該移動ノード１０７にパケットを伝送するための経路をホームエージェント１０１に問合せて決定する。前述したように、ホームエージェント１０１には、移動ノード１０７の所在地として分配ノード１０２−１の論理的な位置情報が登録されているので、送信ノードからの上記問いに対しては、「分配ノード１０２−１」の論理的な位置を示す情報が提供される。送信ノード１１２は、ホームエージェント１０１から得られた分配ノード１０２−１にパケットが届くようルータ１１０に送信パケットを転送する。
【００５５】
ルータ１１０でルーティングされ、分配ノード１０２−１に到着したパケットは、分配ノード１０１−２において、移動ノード１０７で受信可能な無線送信機のグループ１０４−１,…,１０４−Ｍに等分して分配する。この分配は、局地高速ネットワーク１１１によってわずかな転送遅延によって実行される。本例では、パケットの分配方法は、等分配される例を取り上げたが、パケットの分配の比率を変化させても勿論かまわない。この場合、▲１▼移動ノード１０７に対する通信可能帯域に基づく情報、▲２▼通信料金に基づく情報、▲３▼分配ノードから該無線送信機へのパケット転送遅延量に基づく情報のいずれか又は複数に基づいて変化させる。
【００５６】
例えば、ある無線送信機の通信可能帯域が大きいとき（▲１▼）、ある無線送信機による通信料金が低廉であるとき（▲２▼）、分配ノードから該無線送信機へのパケット転送遅延量が小さいとき、分配ノード１０２−１は該無線送信機に対するパケット分配量を増加させる。これによって、分配ノード１０２−１は、等分して分配する場合と比べ、各無線送信機１０４−１,…,１０４−Ｍのそれぞれについての上記情報（▲１▼〜▲３▼）に基づいた、より適切なパケット分配の分配を行うことができる。なお、通信可能帯域に基づく情報は、例えば、無線送信機又は移動ノードが伝送路の状態又は無線リンクの混雑具合を測定することにより得られる。また、通信料金に基づく情報は、例えば、ネットワーク上の課金情報を管理するサーバに問合せることにより得ることができる。さらに、パケット転送遅延量は、例えば、分配ノード１０２−１が無線送信機１０４−１,…,１０４−Ｍへの往復のネットワーク遅延を測定し、これに１/２を乗ずることにより得ることができる。
【００５７】
移動ノード１０７は任意のタイミングにおいて、受信可能な無線受信機のグループの変化（受信状態など）を監視し、変化があった場合には、その結果をアクセスルータ１０３−１内の分配ノード１０２−１に通知する。また、移動ノード１０７がアクセスルータ１０３−１から遠く離れていった場合、分配ノード１０２−１から他の分配ノードへ、移動ノード１０７に対して提供している分配機能を移動することができる。すなわち、移動ノード１０７では、ホームエージェント１０１に、新しい分配ノードの論理的な位置情報を通知し、さらに、当該分配ノードに対し、移動ノード１０７がパケット受信可能な無線受信機のグループを通知することができる。これは、上位レイヤにおけるハンドオーバに相当する。なお、最も良好な伝送の行える無線送信機が変化したからといって、必ずしも、直ちに分配機能を移動する必要はない。しかし、直ちに、分配機能をハンドオーバ先となる新たな分配ノードに移動することによって、分配ノードから各アクセスルータへのデータ転送遅延を低減できる効果が期待できる。また、分配機能を、現在利用している分配ノードの属するアクセスルータから、移動ノード１０７がある程度離れてから（例えば、現在利用している分配ノードに属するアクセスルータ上の無線送信機が、分配ノードによるパケット分配先のリストから外されてから）分配機能を移動することにより、分配機能の移動（すなわち、上位レイヤにおけるハンドオーバ）の頻度を減らし、これにかかわる制御を少なくすることができる。このようにパケットを送信することで、移動ノード１０７の上位レイヤ接続点の更新情報を、ホームエージェント１０１に上げる頻度が減るため、ホームエージェント１０１が遠隔地にあったとしても、ホームエージェント１０１と上位レイヤ接続点の間の伝送遅延に起因する性能の劣化や、ハンドオーバ制御信号によるトラヒックの増大を抑えることができる。
【００５８】
また、局地的なハンドオーバは、上位レイヤから隠蔽されているため、上位レイヤの設計においては、ハンドオーバの過渡的な状況（ソフトハンドオーバやバッファリングなど）を考慮する必要がなくなり、上位レイヤにおけるハンドオーバのプロトコルが簡素化できる。さらに、局地的なパケットの転送には局地高速ネットワーク１１１を用いるため、上位レイヤによるパケット転送と比較して、転送遅延を低減でき、より遅延の小さいパケット送信を行うことができる。
【００５９】
なお、上記実施例では、無線送信機１０４−１,…,１０４−Ｍからの信号を、１つの無線受信機で受信可能な無線アクセス方式あるいは無線受信機構成を採用した場合は、図４のように、移動ノードの有する無線受信機の数を１とすることができる。例えば、無線送信機１０４−１,…,１０４−Ｍからの信号を、時間的に重ならないように送信し、受信側の無線受信機においては、時間的に切り替えて各無線送信機からの信号を受信するようにすることで実現可能である。このように、無線受信機の数が１となるように構成すれば、移動ノード１０７側の無線受信機数を増やすことなく、スループットの向上をはかることができる。
【００６０】
次に、第２の実施例として、異なる種類のネットワークによるオーバレイシステムを用いた動作について説明する。
【００６１】
（第２の実施例）
図５は、シングルセルシステム（無線ＬＡＮのような屋内モードで利用されるシステム）と、セルラシステムのオーバレイによるセルの構成例を示す図である。図５において、アクセスルータ１０３−１,…,１０３−Mがセル１０８−１,…,１０８−（Ｍ+１）内に配置されている。このうち、アクセスルータ１０３−１については、二種類の無線アクセス方式（例：ＣＤＭＡ方式、ＯＦＤＭ方式等）による無線送信機が実装され、それぞれ異なるセル１０８−１、１０８−２に対してパケット送信が可能である。アクセスルータ１０３−１,…,１０３−Mが送信可能な範囲は、それぞれセル１０８−１,…,１０８−（Ｍ+１）と表され、移動ノード１０７は、１つ以上のセル内に存在する場合に、いずれかのアクセスルータからパケットの送信を受けることができるように構成されている。セル１０８−２,…,１０８−（Ｍ+１）は同一無線アクセス方式によるセルラシステムであり、セル端においては、一般的には図５のように、移動ノード１０７があるセルから他のセルへ移動する際に、サービスが途切れないように、隣接するセル同士の通信可能範囲が重なるように構成されている。また、セル１０８−１は単一のセル（シングルセル）から構成されるシングルセルシステムである。このように、複数の通信システムをオーバレイさせることにより、セル端のみならず、広い範囲においても複数のアクセスルータと通信を行うことが可能である。
【００６２】
図５のようなシングルセルシステムとセルラシステムが混在するシステムは、例えば、図６のように構成することができる。
【００６３】
図６において、このシステムは、ホームエージェント１０１、分配ノード１０２、アクセスルータ１０３−１,…,１０３−M、移動ノード１０７、ネットワーク１０９、ルータ１１０,…,１１０−Ｎ、及び送信ノード１１２で構成される。同図に示されるように、ネットワーク１０９には、ホームエージェント１０１と、パケット送信を行う送信ノード１１２と、該送信ノード１１２からのパケットをアクセスルータに中継する複数のルータ（エッジルータ）１１０−１,…,１１０−Ｎが接続され、さらに、それぞれのルータ１１０,…,１１０−Ｎが複数のアクセスルータ１０３−１,…,１０３−Mと接続される。各アクセスルータ１０３−１,…,１０３−Mには、それぞれＮ種類の無線送信機を備える例を示しているが、必ずしもＮ種類全ての無線送信機を備える必要はない。移動ノード１０７は各アクセルルータ１０３−１,…,１０３−Mが有する無線送信機からの信号を受信できるように１又は複数の無線受信機と、それらの無線受信機で受信したパケットを統合する統合器１０６が備えられる。
【００６４】
図６では、アクセスルータ内の無線送信機と、移動ノード１０７内の無線受信機の個数を同一（ＭＮ）としたが、互いに通信が行えるのであれば、必ずしも同一の個数は必要ない。必要な無線送信機及び無線受信機の数は、無線アクセス方式や移動ノードにおいて同時に受信したい信号の数によって任意の個数による構成とすることができる。
【００６５】
また、本例では、分配ノード１０２は、アクセスルータの内部でなく、ネットワーク１０９上に独立して接続されており、ルータ１１０−１,…,１１０−Ｎを介してアクセスルータ１０３−１,…,１０３−M内の無線送信機１０４−１,…,１０４−（ＭＮ）と接続されている。
【００６６】
送信ノード１１２はホームエージェント１０１から、移動ノードが利用する分配ノードの論理的な位置（この例では、分配ノード１０２）情報、つまりネットワーク１０９上における上位レイヤ接続点情報を得ると、パケットをその上位レイヤ接続点（分配ノード１０２）に送信する。分配ノード１０２は、各無線送信機１０４−１,…,１０４−（ＭＮ）へパケットを分配するが、このとき、第１の実施形態とは異なり、パケットの転送には上位レイヤのプロトコル（例えば、インターネットプロトコル）を用いて、ルータ１１０−１,…,１１０−Ｎを介してパケットを転送する。このパケットの転送に上位レイヤプロトコルを用いることで、専用のネットワークを用いる場合と比較してパケット転送による遅延の増大が予想されるが、各無線送信機を専用ネットワークで接続する必要がなく、よりフレキシブルに無線送信機を選んで、パケットを分配し送信することができるという利点がある。このため、パケット送信に対する遅延要求がそれほど厳しくないアプリケーション（テキストデータ伝送など）のパケット送信においては容易に適用することが可能であり、スループットの向上効果が得られる。
【００６７】
また、パケット送信に対する遅延要求が厳しいアプリケーション（ＴＶ会議における映像伝送など）のパケット送信においても、上位レイヤを用いてパケット転送することによる転送遅延が該遅延要求を比較して十分小さくなるようにあらかじめネットワークとルータと無線送信機間の接続を設計すれば、本実施の形態での適用が可能になり、スループットの向上効果が得られる。
【００６８】
なお、必要に応じて、無線送信機１０４−１,…,１０４−（ＭＮ）の一部又は全部を、第１の実施形態のように、局地高速ネットワークによって相互接続することができる。局地高速ネットワークによって無線送信機１０４−１,…,１０４−（ＭＮ）の一部又は全部を相互接続することによって、本実施例による送信遅延の増加を抑制することができる。
【００６９】
上記第１の実施形態及び上記第２の実施形態では、ホームエージェント１０１に上位レイヤの接続点情報が保持される形態であったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ルータ１１０、１１０−１,…,１１０−Ｎに上記接続点情報保持させるような形態であってもかまわない。この場合、送信ノード１１２はルータ１１０、１１０−１,…,１１０−Ｎから接続点情報を取得してパケット分配先のアクセスルータにパケットを送出すればよい。
【００７０】
また、上記第１の実施形態及び上記第２の実施形態では、１つの移動ノードのみを対象に下りパケット送信を行う形態であったが、相互に非常に近い範囲に存在する複数の移動ノードを１つの仮想移動ノードとみたてることで、本発明をマルチホップ通信に適用することも可能である。この場合、複数の移動ノードのうち、任意の１つの移動ノードに対し分配したパケットを送信すれば、そのパケットを受信した移動ノードが他の移動ノードと直接通信を行って受信パケットを転送するので、すべての移動ノードがネットワークを通じたパケットの受信を行う必要がない。その結果、ネットワークのリソースをより有効に活用することが可能となる。
【００７１】
上記例において、分配ノード１０２、１０２−１,…,１０２−Ｍのパケット分配機能がパケット分配手段に、移動ノード１０７の統合器１０６のパケット統合機能がパケット統合手段及びパケット取得手段に、同ノード１０７の下り回線品質判定通知機能が、通信可否通知手段に、ホームエージェント１０１の接続点情報保持機能が分配器位置情報保持手段、分配ノード登録・更新手段に対応する。また、各アクセスルータ１０３−１,…,１０３−Mの無線送信機能がパケット並行送信手段に、移動ノード１０７の無線受信機１０５、１０５−１,…,１０５−Ｌ、１０５−１,…,１０５−（ＭＮ）の受信機能がパケット受信手段に対応する。さらに、分配ノード１０２、１０２−１,…,１０２−Ｍの制御機能が送信可能無線送信機検出手段に、同ノードのパケット分配制御機能がパケット分配比率設定手段、パケット転送手段に、また同ノードの通信機能がパケット専用線転送手段、パケット上位レイヤ転送手段に対応する。また、さらに、アクセスルータ１０３−１,…,１０３−Mのシステム情報通知機能が申告情報通知手段に対応し、ルータ１１０、１１０−１,…,１１０−Ｎの情報保持・制御機能が分配器位置情報保持手段に対応する。
【００７２】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明によれば、ネットワーク側は、送信すべきパケットを分配ノードにより、複数の無線送信装置（アクセスルータ）に分配し、それぞれの無線送信装置から移動ノード側に向けて異なるパケットを並行して送信する。それぞれの無線送信装置から送信された各々のパケットは、移動ノード側の無線受信装置によって受信され、統合器で元のパケット列へと統合される。すなわち、送信可能な無線送信装置により、単一でない異なるパケットが並行して送信されるので、スループットの向上がはかれる。
【００７３】
また、無線送信装置の配置をオーバラップして配置させることで、移動ノードにおける通信可能の無線送信装置が増加するので、オーバラップ部におけるスループットが向上し、設置したアクセスルータの数に応じたパケット転送速度を上げることができる。
【００７４】
さらに、局所的なハンドオーバ処理をリンクレイヤのプロトコルにしたがって行うので、該ハンドオーバの処理の高速化が可能になるとともに、上位レイヤにおける該ハンドオーバの処理負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るパケット送信システムの基本構成の一例を示す図である。
【図２】セルラシステムにおけるセルの構成例を示す図である。
【図３】図２で示したセルラシステムのシステム構成例（その１）を示す図である。
【図４】図２で示したセルラシステムのシステム構成例（その２）を示す図である。
【図５】シングルセルシステムとセルラシステムのオーバレイによるセルの構成例を示す図である。
【図６】図５で示した複数の通信システムの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０１ ホームエージェント
１０２、１０２−１,…,１０２−Ｍ 分配ノード
１０３−１,…,１０３−M アクセスルータ
１０４−１,…,１０４−Σ_Ｎｉ、１０４−１,…,１０４−Ｍ、１０４−１,…,１０４−（ＭＮ） 無線送信機
１０５、１０５−１,…,１０５−Ｌ、１０５−１,…,１０５−（ＭＮ） 無線受信機
１０６ 統合器
１０７ 移動ノード
１０８−１,…,１０８−Ｍ、１０８−１,…,１０８−（Ｍ+１） セル
１０９、１５０ ネットワーク
１１０、１１０−１,…,１１０−Ｎ ルータ

Claims (16)

1. 移動ノードと、該移動ノードとの間に無線回線を設定してパケットの送信を行うネットワークと、該移動ノードの該ネットワークにおける接続点情報を管理するホームエージェントとから構成され、該ネットワークから該移動ノードへ下りパケットを送信するパケット送信システムにおいて、
   前記ネットワークは、前記移動ノードに対して送信するパケットを入力して分配するパケット分配手段と、該パケット分配手段により分配されたパケットをあらかじめ備えられる複数の無線送信装置に分配し、それぞれの無線送信装置から時間的に重ならないように並行してパケットを送信するパケット並行送信手段とを有し、
   前記移動ノードは、前記パケット並行送信手段との接続を時間的に切り替えて、前記パケット並行送信手段により送信されてくるパケットを、１つの無線受信装置で受信するパケット受信手段と、受信したパケットを元のパケット列に統合するパケット統合手段とを有し、
   前記ホームエージェントは、前記パケット分配手段の論理的な位置を表す情報を、前記ネットワーク上における移動ノードとの接続点情報として保持する分配器位置情報保持手段を有し、
   前記ネットワークは、前記移動ノードに対して送信するパケットを得た際に、前記ホームエージェントの分配器位置情報保持手段から、前記接続点情報を取得し、その取得した接続点情報で指定される論理的位置にあるパケット分配手段に当該パケットを入力することを特徴とするパケット送信システム。
2. 請求項１記載のパケット送信システムにおいて、
   前記無線送信装置が１又は複数の無線送信機を有する１又は複数のアクセスルータとなることを特徴とするパケット送信システム。
3. 請求項１又は２記載のパケット送信システムにおいて、
   前記パケット分配手段が、前記１又は複数のアクセスルータ内に備えられることを特徴とするパケット送信システム。
4. 請求項１又は３記載のパケット送信システムにおいて、
   前記パケット分配手段は、前記複数の無線送信装置のそれぞれが、前記移動ノードと通信可能であるかどうかを検出する送信可能無線送信機検出手段を有することを特徴とするパケット送信システム。
5. 請求項１又は３記載のパケット送信システムにおいて、
   前記移動ノードは、前記複数の無線送信装置との通信可否を判定し、その判定結果を、前記パケット分配手段を備える分配ノードに通知する通信可否通知手段を有することを特徴とするパケット送信システム。
6. 請求項１又は３記載のパケット送信システムにおいて、
   前記パケット分配手段は、送信すべきパケットを、等比率又は所定の分配比率に分配するパケット分配比率設定手段を有することを特徴とするパケット送信システム。
7. 請求項２又は３記載のパケット送信システムにおいて、
   各アクセスルータは、通信可能帯域に基づく情報及び、通信料金に基づく情報及び、前記パケット分配手段から前記１又は複数の無線送信機へのパケット転送遅延量に基づく情報及び、通信品質の情報の少なくとも１つの情報を、申告情報として該パケット分配手段に通知する申告情報通知手段を有することを特徴とするパケット送信システム。
8. 請求項７記載のパケット送信システムにおいて、
   前記パケット分配手段は、前記申告情報通知手段により、通知された申告情報に基づいて、送信すべきパケットの分配比率を変えることを特徴とするパケット送信システム。
9. 請求項１乃至３いずれか一項記載のパケット送信システムにおいて、
   前記パケット分配手段は、前記複数の無線送信装置に分配したパケットを、下位レイヤのプロトコルにしたがって前記パケット統合手段に転送するパケット転送手段を有し、
   前記パケット統合手段は、前記パケット転送手段にて転送されたパケットを下位レイヤのプロトコルに基づいて、取得するパケット取得手段を有することを特徴とするパケット送信システム。
10. 請求項９記載のパケット送信システムにおいて、
    前記パケット分配手段は、前記複数の無線送信装置に分配するパケットを、専用の通信路により転送するパケット専用線転送手段を有することを特徴とするパケット送信システム。
11. 請求項９又は１０記載のパケット送信システムにおいて、
    前記パケット分配手段は、前記複数の無線送信装置に分配するパケットを、上位レイヤのプロトコルにより転送するパケット上位レイヤ転送手段を有することを特徴とするパケット送信システム。
12. 請求項１乃至１１いずれか一項記載のパケット送信システムにおいて、
    前記移動ノードが、移動通信用端末であることを特徴とするパケット送信システム。
13. 請求項１乃至３いずれか一項記載のパケット送信システムにおいて、
    前記ネットワークからのパケットを、前記複数の無線送信装置に中継するルータを備え、
    前記ホームエージェントの分配器位置情報保持手段を、前記ルータに備えたことを特徴とするパケット送信システム。
14. ネットワーク上の移動ノードとの接続点情報を管理するホームエージェントと接続される当該ネットワークから該移動ノードに対して下りパケットを送信するパケット送信方法において、
    前記ネットワークは、パケットを入力して分配する分配ノードを備え、
    前記移動ノードに対してパケットを送信しようとする際に、前記ホームエージェントから、保持されている前記分配ノードの論理的な位置に関わる情報を前記接続点情報として取得し、
    その取得により得られた接続点情報で指定される論理的位置にある分配ノードに当該パケットを入力し、
    前記分配ノードにより、分配されたパケットをあらかじめ備えられる複数の無線送信装置から時間的に重ならないように前記移動ノードに送信し、
    前記移動ノードは、前記複数の無線装置との接続を時間的に切り替えて、前記複数の無線送信装置により送信されてきたそれぞれのパケットを受信して元のパケット列に統合することを特徴とするパケット送信方法。
15. ネットワークからの下り送信パケットを受信する移動端末において、
    前記ネットワークは、前記移動端末に対して送信するパケットを入力して分配する分配ノードと、該分配ノードにより分配されたパケットをあらかじめ備えられる複数の無線送信機に分配し、それぞれの無線送信機から時間的に重ならないように並行してパケットを送信するパケット並行送信手段とを備え、
    前記移動端末は、前記パケット並行送信手段との接続を時間的に切り替えて、前記複数の無線送信機から送信されたパケットを、自身に備えられた１つの無線受信機で受信して統合するパケット統合手段を有することを特徴とする移動端末。
16. 請求項１５記載の移動端末において、
    複数の無線送信機との通信可否を判定し、その判定結果を、前記分配ノードに通知する通信可否通知手段を有することを特徴とする移動端末。

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