JP4829906B2 - 無線通信システム、無線基地局および通信制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線基地局が複数存在する公衆無線ＬＡＮなどの無線通信システムにおいて、ＶｏＩＰやビデオ等の優先度が高いデータ通信を行う優先端末を対象とし、無線基地局に新規接続要求の優先端末よりも、ハンドオーバによる継続接続要求の優先端末に対して優先的にチャネル割当を行うための無線通信システム、無線基地局、および各無線基地局を制御する通信制御装置に関する。

なお、本発明が適用される無線通信システムでは、優先端末よりも優先度が低い一般の無線端末はハンドオーバか否かを区別せず、それぞれの優先度に応じたチャネル割当制御を行えばよい。

IEEE802.11e 無線ＬＡＮでは、自律分散的なアクセス制御手順であるＤＣＦ（Distributed Coordination Function)と、ポーリングを使用する集中制御手順であるＰＣＦ（Point Coordination Function)の機能を統合したＨＣＦ（Hybrid Coordination Function) を規定している。このＨＣＦには、ＱｏＳ（通信品質）をサポートするため、提供するＱｏＳの性質に応じて次の２種類の無線アクセス制御方法の規定が盛り込まれている。

(1) ＥＤＣＡ(Enhanced Distributed Channel Access) は、従来のＣＳＭＡ／ＣＡ方式を拡張し、無線基地局や無線端末が優先度に対応するキューをもち、データ送信時にデータの優先度に基づいて優先制御を行うＱｏＳをサポートするアクセス制御手順である。

(2) ＨＣＣＡ（ＨＣＦ Controlled Channel Access）は、従来のポーリング手順を拡張し、指定された帯域幅や遅延時間などのＱｏＳパラメータを保証するためのアクセス制御手順である。データ通信を開始する前、無線端末は無線基地局との間で、ＡＤＤＴＳ(Add TSPEC:Add Traffic Specification) という制御フレームを用いたＴＳＰＥＣネゴシエーション機能によりチャネル割当制御を行う。この制御フレームには、無線端末側から要求として無線基地局に送信されるＡＤＤＴＳリクエストフレームと、無線基地局がそれに対する応答として要求元の無線端末に返すＡＤＤＴＳレスポンスフレームがある。

すなわち、図２３に示すように、無線端末は、ＡＤＤＴＳリクエストフレームにより、これから通信するアプリケーションの要求品質（平均パケット生成間隔、パケット長、最低物理速度等）を無線基地局に通知する。無線基地局は、通知された要求品質と管理する空きチャネル容量からチャネル割当可否を判断し、その結果をＡＤＤＴＳレスポンスフレームにより通知する。

また、非特許文献１では、無線ＬＡＮでこのＴＳＰＥＣネゴシエーション機能を用い、高優先度トラヒックが許可容量を超えないように制御し、また低優先度トラヒックの上限値を抑えるように制御することにより、高優先度トラヒックの通信品質を確保するチャネル割当制御が提案されている。

以上のＴＳＰＥＣネゴシエーション機能を用い、無線端末がハンドオーバを行う場合の従来の処理手順について、図２４を参照して説明する。なお、無線ＬＡＮでは、携帯電話やＰＨＳ等のセルラーシステムのハンドオーバと異なり、ハンドオーバのための制御チャネルを持たないので、新規接続要求の無線端末かハンドオーバによる継続接続要求の無線端末か区別することができない。

図２４において、無線基地局５１，５２が隣接し、それぞれの無線エリアの一部が重なっているものとする。まず、無線端末５３は、ＡＤＤＴＳリクエストフレームａ１を用いて、これから通信するアプリケーションの要求品質を無線基地局５１に通知する。無線基地局５１は、通知された要求品質と空きチャネル容量からチャネル割当可否を判断し、ＡＤＤＴＳレスポンスフレームｂ１を用いてその結果を無線端末５３に通知する。ここで、無線端末５３の要求品質に対して無線基地局５１のチャネル容量に余裕があればチャネル割当が行われ、無線端末５３が無線基地局５１に接続されて通信開始となる。

次に、無線基地局５１と接続中の無線端末５３が、隣接する無線基地局５２の無線アリアに入るとハンドオーバの処理に入る。すなわち、無線端末５３は、ＡＤＤＴＳリクエストフレームａ２を用いて、通信中のアプリケーションの要求品質を無線基地局５２に通知する。無線基地局５２は、通知された要求品質と空きチャネル容量からチャネル割当可否を判断し、ＡＤＤＴＳレスポンスフレームｂ２を用いてその結果を無線端末５３に通知する。ここで、無線端末５３の要求品質に対して無線基地局５２の空きチャネル容量が足りない場合にはチャネル割当を拒否され、無線端末５３はハンドオーバによって通信を継続することができなくなる。
宮野とも子、小笠原守、飯塚正孝、「IEEE802.11e 無線ＬＡＮにおけるリアルタイム系トラヒック品質保証のための受付制御およびトラヒック制御方法の提案」、電子情報通信学会技術研究報告、社団法人電子情報通信学会、2006年９月７日、Vol.106 、No.243、pp.31-36

従来の無線ＬＡＮでは、ＴＳＰＥＣネゴシエーション機能を用いてチャネル割当を行う場合に、新規接続要求の無線端末とハンドオーバによる継続接続要求の無線端末を区別する手段をもっていない。

そのため、無線基地局はＴＳＰＥＣネゴシエーション機能を用いて接続要求をしてきた無線端末の種類に関係なく、すなわち新規接続要求の無線端末かハンドオーバによる継続接続要求の無線端末かに関係なく、要求品質と空きチャネル容量のみからチャネル割当の可否を判定していた。したがって、ある無線基地局で新規接続要求の無線端末にチャネル割当が行われた後に、ハンドオーバによる無線端末が継続接続要求を行ったときに、空きチャネル容量の不足からチャネル割当が拒否されることがあった。

特に、ＶｏＩＰやビデオ等の優先度が高いデータ通信を行う優先端末については、ハンドオーバ時にチャネル割当が拒否されると通信が中断し、サービスの著しい低下を招くことになるので、改善方法が求められていた。

なお、音声通信を主目的としたセルラーシステムでは、システムで共通の特定タイムスロットを確保することによりハンドオーバ先で通話を継続することが容易であり、またハンドオーバする無線端末か否かは所定の制御チャネルによってハンドオーバ先に通知可能であった。しかし、無線ＬＡＮシステムでは、システムで共通の特定タイムスロットや制御チャネルをもっていないので、ハンドオーバによる継続接続要求の優先端末を区別して優先的にチャネル割当を行うことはできなかった。

本発明は、ハンドオーバによる継続接続要求の優先端末にチャネル割当を優先的に行うことができる無線通信システム、無線基地局、および各無線基地局を制御する通信制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、複数の無線基地局を備え、各無線基地局が無線端末からの接続要求に対してチャネル割当の可否を判断し、隣接する無線基地局間で無線端末が接続先の無線基地局を切り替えるハンドオーバを行う無線通信システムにおいて、無線基地局は、優先度が高いデータ通信を行う無線端末（以下「優先端末」という）について、自局に接続している優先端末の識別子と、他の無線基地局に接続している優先端末の識別子を管理するハンドオーバ情報テーブルと、優先端末から接続要求を受信したときに、ハンドオーバ情報テーブルを参照して新規接続要求の優先端末か、他の無線基地局からハンドオーバによる継続接続要求の優先端末かを判定する判定手段と、継続接続要求の優先端末に対して、新規接続要求の優先端末よりも優先的にチャネル割当を行うチャネル割当手段とを備える。

第１の発明の無線通信システムにおいて、無線基地局は、ハンドオーバ情報テーブルの情報を他の無線基地局に通知し、各無線基地局が接続する優先端末の識別子を共有する構成である。

第２の発明は、複数の無線基地局を備え、各無線基地局が無線端末からの接続要求に対してチャネル割当の可否を判断し、隣接する無線基地局間で無線端末が接続先の無線基地局を切り替えるハンドオーバを行う無線通信システムにおいて、複数の無線基地局に接続され、各無線基地局に接続している全ての優先端末の識別子と、各優先端末の接続先である帰属無線基地局を管理するハンドオーバ情報テーブルを有する通信制御装置を備え、無線基地局は、優先端末から接続要求を受信したときに、通信制御装置のハンドオーバ情報テーブルを参照して新規接続要求の優先端末か、他の無線基地局からハンドオーバによる継続接続要求の優先端末かを判定する判定手段と、継続接続要求の優先端末に対して、新規接続要求の優先端末よりも優先的にチャネル割当を行うチャネル割当手段とを備える。

第１または第２の発明の無線通信システムにおいて、チャネル割当手段は、新規接続要求の優先端末に割当可能なチャネル容量の閾値Ａを設定し、継続接続要求の優先端末に割当可能なチャネル容量の閾値Ｂを設定し、かつＡ＜Ｂとして継続接続要求の無線端末に優先的なチャネル割当を行う構成である。さらに、閾値Ａおよび閾値Ｂは、伝送レートや各無線基地局に接続される端末台数を含む通信状況またはネットワーク状況に関するパラメータに基づいて決定される。

第３の発明は、無線端末からの接続要求に対してチャネル割当の可否を判断し、隣接する無線基地局間で無線端末が接続先の無線基地局を切り替えるハンドオーバを行う無線通信システムの無線基地局において、優先度が高いデータ通信を行う無線端末（以下「優先端末」という）について、自局に接続している優先端末の識別子と、他の無線基地局に接続している優先端末の識別子を管理するハンドオーバ情報テーブルと、優先端末から接続要求を受信したときに、ハンドオーバ情報テーブルを参照して新規接続要求の優先端末か、他の無線基地局からハンドオーバによる継続接続要求の優先端末かを判定する判定手段と、継続接続要求の優先端末に対して、新規接続要求の優先端末よりも優先的にチャネル割当を行うチャネル割当手段とを備える。

第３の発明の無線基地局において、ハンドオーバ情報テーブルの情報を他の無線基地局に通知し、各無線基地局が接続する優先端末の識別子を共有する構成である。

第３の発明の無線基地局において、チャネル割当手段は、新規接続要求の優先端末に割当可能なチャネル容量の閾値Ａを設定し、継続接続要求の優先端末に割当可能なチャネル容量の閾値Ｂを設定し、かつＡ＜Ｂとして継続接続要求の無線端末に優先的なチャネル割当を行う構成である。さらに、閾値Ａおよび閾値Ｂは、伝送レートや各無線基地局に接続される端末台数を含む通信状況またはネットワーク状況に関するパラメータに基づいて決定される。

第４の発明の通信制御装置は、第３の発明の無線基地局に接続され、その無線基地局が備えるハンドオーバ情報テーブルに代えて、各無線基地局に接続している全ての優先端末の識別子と、各優先端末の接続先である帰属無線基地局を記載したハンドオーバ情報テーブルを備え、無線基地局の判定手段に接続要求のあった優先端末の帰属無線基地局を通知する構成である。

本発明は、優先端末からチャネル割当を求める接続要求を受信したときに、新規接続要求かハンドオーバによる継続接続要求の優先端末かを判定し、ハンドオーバの優先端末に優先的にチャネル割当を行うことにより、ハンドオーバ時の優先端末がハンドオーバ先の無線基地局の帯域不足によって通信断となる可能性を低減することができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の無線通信システムの第１の実施形態を示す。
図１において、無線基地局１１，１２が隣接し、それぞれの無線エリアの一部が重なっているものとする。無線基地局１１，１２は無線によるマルチホップ中継または有線接続による中継伝送路１３を介して接続される。ここでは、無線基地局１１に接続されていた優先端末１４が無線基地局１２にハンドオーバする場合を想定する。また、無線基地局１２には優先端末１５が新規接続要求を行うものとする。

本実施形態では、無線基地局１２において、ハンドオーバによる継続接続要求の優先端末（ハンドオーバ端末）１４と新規接続要求の優先端末（非ハンドオーバ端末）１５を区別し、ハンドオーバ端末に対して優先的なチャネル割当を可能にする。このハンドオーバ端末と非ハンドオーバ端末の区別方法およびハンドオーバ端末に対する優先的なチャネル割当制御方法の詳細については後述する。なお、優先端末以外の一般の無線端末は、優先端末に比べて優先度が低いために優先端末のチャネル割当に影響を与えないので、本チャネル割当制御は優先端末のみを対象とすればよい。また、優先端末以外の一般の無線端末に対しては、ハンドオーバによる継続接続要求と新規接続要求を区別する必要もない。

図２は、無線基地局１１（１２）の構成例を示す。
図２において、無線基地局は、アンテナを介して優先端末と無線接続するアクセス用無線ＩＦ（インタフェース）部２１、他の無線基地局と有線または無線で接続する有線（無線）ＩＦ部２２、アクセス用無線ＩＦ部２１および有線（無線）ＩＦ部２２を制御し、チャネル割当制御を行う通信制御部２３、チャネル容量使用率を監視するチャネル容量監視部２４、自無線基地局および他の無線基地局に接続している優先端末の識別子を記載したハンドオーバ情報テーブル（ＨＯＩＴ）を管理する識別子管理部２５により構成される。なお、無線基地局に接続される無線端末は、優先端末に限らずＴＳＰＥＣネゴシエーション機能またはそれに類する機能を備えたものであればよい。

図３は、第１の実施形態のハンドオーバ情報テーブル（ＨＯＩＴ）の例を示す。
図３(1) に記載のＨＯＩＴには、自無線基地局に接続している優先端末の識別子および有効時間が記載される領域Ｓと、他の無線基地局に接続している優先端末の識別子および有効時間が記載される領域Ｏがある。優先端末の識別子としては例えばＭＡＣアドレス等を用いることができる。識別子管理部２５は識別子の有効時間を管理し、有効時間中にキープアライブ情報等の受信がなく、優先端末の存在が確認できないときにその識別子をＨＯＩＴから削除する。

図３(2) に記載のＨＯＩＴは、図３(1) に記載のＨＯＩＴにおける有効時間の欄をキープアライブ（Keep alive）連続未応答の規定回数に変えたものである。すなわち、識別子管理部２５は識別子のキープアライブ連続未応答回数を管理し、所定時間ごとのキープアライブ情報等が連続未応答となって規定回数に達し、優先端末の存在が確認できないときにその識別子をＨＯＩＴから削除する。

図４はＨＯＩＴの領域Ｓの設定・更新制御手順を示し、図５はＨＯＩＴの領域Ｏの設定・更新制御手順を示す。

図４において、無線基地局が新規接続要求の優先端末ｉにチャネル割当を行うと（Ｓ１）、ＨＯＩＴの領域Ｓに優先端末ｉの識別子ｉを記載し（Ｓ２）、識別子ｉの有効時間ｘ(i) またはキープアライブ連続未応答の規定回数ｙ(i) をセットする（Ｓ３）。そして、所定時間ごとに優先端末ｉに関するキープアライブ情報等の信号および接続解除要求を監視し（Ｓ４，Ｓ５）、キープアライブ情報等の信号を受信した場合にはＳ３に戻ってｘ(i) またはｙ(i) をリセットし、キープアライブ情報等の信号および接続解除要求を受信しない場合にはｘ(i) またはｙ(i) を減算し（Ｓ６）、ｘ(i) ＝０またはｙ(i) ＝０になったか否かを判断する（Ｓ７）。ｘ(i) ＝０またはｙ(i) ＝０でなければＳ４に戻り、ｘ(i) ＝０またはｙ(i) ＝０であれば、所定の待機時間が経過したものと判断してＨＯＩＴの領域Ｓから優先端末ｉの識別子ｉを削除する（Ｓ８）。また、Ｓ５で接続中の優先端末ｉから接続解除要求があれば、ＨＯＩＴの領域Ｓから優先端末ｉの識別子ｉを削除する（Ｓ８）。

ここで、無線基地局が保持するＨＯＩＴ情報は、定期的に送信されるビーコン信号を用いて、または優先端末ｉへチャネル割当を行ったときにアクションフレームを用いて、他の無線基地局に通知される。ＨＯＩＴの領域Ｏの更新は、他の無線基地局からビーコン信号またはアクションフレームを用いてＨＯＩＴ情報を通知されたときに行われる。

図５において、他の無線基地局からＨＯＩＴ情報を受信すると（Ｓ11）、ＨＯＩＴの領域Ｓに記載のすべての優先端末ｉの識別子ｉを領域Ｏに記載し（Ｓ12）、識別子ｉの有効時間ｘ(i) またはキープアライブ連続未応答数ｙ(i) をセットする（Ｓ13）。そして、所定時間ごとに他の無線基地局からビーコン信号またはアクションフレームで通知されるＨＯＩＴ情報を監視し（Ｓ14）、優先端末ｉの識別子ｉに関するＨＯＩＴ情報を受信した場合にはＳ13に戻り、当該ＨＯＩＴ情報を受信しない場合にはｘ(i) またはｙ(i) を減算し（Ｓ15）、ｘ(i) ＝０またはｙ(i) ＝０になったか否かを判断する（Ｓ16）。ｘ(i) ＝０またはｙ(i) ＝０でなければＳ14に戻り、ｘ(i) ＝０またはｙ(i) ＝０であれば、所定の待機時間が経過したものと判断してＨＯＩＴの領域Ｏから優先端末ｉの識別子ｉを削除する（Ｓ17）。

また、図４および図５に記載のＨＯＩＴの更新処理について、上記の識別子ｉの削除手順とは別に、領域Ｓと領域Ｏの各記載内容が矛盾しないような削除処理が実施されるが、詳しくは以下に説明する。

図６〜図９は、無線基地局１および無線基地局２で行われるＨＯＩＴの更新処理例を示す。なお、ここではＨＯＩＴの領域Ｓおよび領域Ｏに識別子ｉのみを示し、対応する有効時間ｘ(i) またはキープアライブ連続未応答の規定回数ｙ(i) は省略して説明する。

図６は、新規接続要求の優先端末に対するチャネル割当完了時の更新処理例を示す。無線基地局１は、優先端末１の新規接続要求に対してチャネル割当を許可すると、ＨＯＩＴの領域Ｓに優先端末１に対応する識別子１を記載するとともに、アクションフレームにこのＨＯＩＴ情報を載せて無線基地局２に通知する。無線基地局２では、アクションフレームのＨＯＩＴ情報の領域Ｓに記載された識別子１を自局のＨＯＩＴの領域Ｏに記載する。

図７は、一定周期で送信されるビーコン信号を用いて行われる更新処理例を示す。無線基地局１は、優先端末１，２のキープアライブ情報等の信号により、定期的に図４のＳ３の処理でＨＯＩＴの領域Ｓに記載の識別子１，２を更新する。無線基地局１は、ビーコン信号にこのＨＯＩＴ情報を載せて無線基地局２に通知する。無線基地局２では、アクションフレームのＨＯＩＴ情報の領域Ｓに記載された識別子１，２を自局のＨＯＩＴの領域Ｏに記載し、ビーコン信号を受信するごとに図５のＳ13の処理で自局のＨＯＩＴの領域Ｏに記載の識別子１，２を更新する。

図８は、継続接続要求の優先端末に対するチャネル割当完了時の更新処理例である。無線基地局１は、ＨＯＩＴの領域Ｓに接続中の優先端末１に対応する識別子１を記載し、無線基地局２は、ＨＯＩＴの領域Ｏに識別子１を記載している。無線基地局２は、ハンドオーバする優先端末１の継続接続要求を受け、優先端末１の識別子がＨＯＩＴの領域Ｏに記載されていることから、優先端末１をハンドオーバ端末と判定してチャネル割当を許可すると（この処理の詳細については後述する）、ＨＯＩＴの領域Ｓに識別子１を記載するとともにＯ領域の識別子１を削除する。さらに、無線基地局２はアクションフレームにこのＨＯＩＴ情報を載せて無線基地局１に通知する。無線基地局１では、アクションフレームのＨＯＩＴ情報の領域Ｓに記載された識別子１を自局のＨＯＩＴの領域Ｏに記載する。このとき、無線基地局１のＨＯＩＴの領域Ｓに記載の識別子１が、図４に示すＳ８の手順に従って削除されていなければ、領域Ｏに識別子１が記載された時点で領域Ｓから削除される。

図９は、優先端末から接続解除要求があったとき、または優先端末の存在を一定時間確認できないときの削除処理例を示す。無線基地局１は、ＨＯＩＴの領域Ｓに接続中の優先端末１に対応する識別子１を記載し、無線基地局２は、ＨＯＩＴの領域Ｏに優先端末１に対応する識別子１を記載している。無線基地局１は、優先端末１から接続解除要求を受けたとき、または優先端末１のキープアライブ情報等の応答が規定時間ないときに、ＨＯＩＴの領域Ｓから優先端末１に対応する識別子１を削除する。その後、無線基地局１から無線基地局２に通知されるビーコン信号に記載されるＨＯＩＴの領域Ｓは空白となる。無線基地局２では、このビーコン信号から領域Ｓが空白のＨＯＩＴ情報を受信すると、ＨＯＩＴの領域Ｏの識別子１の更新はせず、図５のＳ17の処理により、所定の待機時間後にＨＯＩＴの領域Ｏから識別子１を削除する。

このように、無線基地局１のＨＯＩＴの領域Ｓから優先端末１に対応する識別子１が削除されても、無線基地局２のＨＯＩＴの領域Ｏから直ちに識別子１を削除することはせず、所定の待機時間後に削除処理を行うのは、図８のようにハンドオーバしている優先端末１を想定し、ＨＯＩＴの領域Ｏを参照して優先端末１のチャネル割当の優先制御を行うためである。

（通信制御部２３のチャネル割当制御処理手順）
図１０は、通信制御部２３の受付制御処理手順を示す。
図１０において、通信制御部２３は、優先端末１の接続要求があったときに（Ｓ21）、以上説明した識別子管理部２５のハンドオーバ情報テーブル（ＨＯＩＴ）を参照し、優先端末１の識別子１がＨＯＩＴの領域Ｏに記載されているか否かを判定し（Ｓ22）、新規接続要求の優先端末（非ハンドオーバ端末）とハンドオーバによる継続接続要求の優先端末（ハンドオーバ端末）を区別する。例えば、図１の無線基地局１２において、ＨＯＩＴの領域Ｏに記載されていない識別子をもつ優先端末１５に対しては新規接続要求の非ハンドオーバ端末と見なし、ＨＯＩＴの領域Ｏに記載されている優先端末１４に対してはハンドオーバによる継続接続要求のハンドオーバ端末と見なす。

次に、通信制御部２３は、図１１に示すようにチャネル容量使用率の閾値として、非ハンドオーバ端末に割当可能な最大チャネル容量を示す閾値Ｔ＝Ａを設定し（Ｓ23）、ハンドオーバ端末に割当可能な最大チャネル容量を示す閾値Ｔ＝Ｂ（Ｂ＞Ａ）を設定する（Ｓ24）。次に、優先端末１の要求割当チャネル容量をＲ、既存通信の占有チャネル容量をＣとし、優先端末１に対するチャネル割当の可否を次のように判断する。（Ｃ＋Ｒ）と閾値Ｔを比較し（Ｓ25）、（Ｃ＋Ｒ）＜Ｔであればチャネル割当を許可し（Ｓ26）、（Ｃ＋Ｒ）≧Ｔであればチャネル割当を不許可とする（Ｓ27）。これにより、非ハンドオーバ端末に対しては（Ｃ＋Ｒ）がＡ未満の場合のみチャネル割当が許可され、ハンドオーバ端末に対しては（Ｃ＋Ｒ）がＢ未満の場合のみチャネル割当を許可される。

ここで、（Ｃ＋Ｒ）＜Ａ＜Ｂの関係であれば、非ハンドオーバ端末およびハンドオーバ端末のいずれにもチャネル割当が可能である。一方、既存通信の占有チャネル容量ＣがＡ以上になった場合（Ａ≦Ｃ＜Ｂ）は、非ハンドオーバ端末の接続要求（新規呼）は受付拒否され、ハンドオーバ端末の接続要求（ハンドオーバ呼）は占有チャネル容量ＣがＢに達するまで受付可能となり、（Ｃ＋Ｒ）＜Ｂの場合にチャネル割当が許可される。これにより、ハンドオーバ呼に対して（Ｂ−Ａ）の帯域が常に確保され、ハンドオーバ呼が新規呼に対して優先的にチャネル割当が行われることになり、優先端末のハンドオーバによる通信断の回避が容易になる。

なお、この新規呼に対する閾値Ｔ＝Ａおよびハンドオーバ呼に対する閾値Ｔ＝Ｂは、例えば非特許文献１に記載の手法を用い、伝送レートや各無線基地局に接続される端末台数を含む通信状況またはネットワーク状況に関するパラメータに基づいて決定することができる。例えば、閾値Ｔ＝Ｂは、チャネルの総容量（単位時間）からデータ通信不能時間（再送や通信失敗による時間的ロス、無線基地局の信号処理時間等）を差し引いた値を設定することができる。閾値Ｔ＝Ａは、チャネルの総容量（単位時間）あたりの優先端末１台の通信時間と、ハンドオーバ端末用に確保する台数（任意）に応じた容量（通信時間×台数）が（Ｂ−Ａ）になるように設定する。ここで、単位時間あたりの有線端末１台の通信時間は、平均パケット長・平均速度、最低物理速度、余剰帯域係数、無線占有時間から算出可能である。

また、ハンドオーバ端末用に確保する台数に応じて、閾値Ｔ＝Ａを動的に変更するようにしてもよい。例えば、隣接する無線基地局から自局にハンドオーバする確率は、隣接する無線基地局に帰属する優先端末が多いほど高くなる。また、隣接する無線基地局に帰属する優先端末数と自局に帰属する優先端末数に差がある場合、無線基地局間でハンドオーバする優先端末は、帰属する優先端末数が多い方から少ない方に流れることが想定される。このため、帰属する優先端末数が少ない無線基地局はハンドオーバ用の帯域を多く確保し、帰属する優先端末数が多い無線基地局はハンドオーバ用の帯域を少なく確保することにより、自局内の新規呼をより多く受け付ける制御が、無線リソースの有効利用という観点から有用である。

（第１の実施形態の動作例）
図１２は、本発明の無線通信システムの第１の実施形態の動作例を示す。ここでは、図１に示すように、優先端末１４が無線基地局１１から無線基地局１２にハンドオーバする場合について説明する。

図１２において、優先端末１４（識別子14）は、無線基地局１１に接続要求を行う。なお、接続要求信号に対するＡＣＫ信号は省略する。以下同様に、各信号に対するＡＣＫ信号は省略する。無線基地局１１では、ＨＯＩＴの領域Ｏに優先端末１４の識別子の記載がないことから、非ハンドオーバ端末による新規接続要求と判断し、優先端末１４の要求割当チャネル容量Ｒ１と既存通信の占有チャネル容量Ｃ１の和（Ｃ１＋Ｒ１）が閾値Ａ未満であればチャネル割当を許可する。さらに無線基地局１１は、ＨＯＩＴの領域Ｓに優先端末１４の識別子14を記載する。

無線基地局１１は、アクションフレームまたはビーコン信号にＨＯＩＴを付加して無線基地局１２に通知する。無線基地局１２では、通知されたＨＯＩＴの領域Ｓに記載された識別子14を自局のＨＯＩＴの領域Ｏに記載する。

次に、優先端末１４は、ハンドオーバ先の無線基地局１２に継続接続要求を行う。無線基地局１２では、ＨＯＩＴの領域Ｏに優先端末１４の識別子14の記載があることから、ハンドオーバ端末による継続接続要求と判断し、優先端末１４の要求割当チャネル容量Ｒ２と既存通信の占有チャネル容量Ｃ２の和（Ｃ２＋Ｒ２）が閾値Ｂ未満であればチャネル割当を許可する。さらに、無線基地局１２は、ＨＯＩＴの領域Ｓに優先端末１４の識別子14を記載し、領域Ｏから優先端末１４の識別子14を削除する。

次に、無線基地局１２は、アクションフレームまたはビーコン信号にＨＯＩＴを付加して無線基地局１１に通知する。無線基地局１１では、通知されたＨＯＩＴの領域Ｓに記載された優先端末１４の識別子14を自局のＨＯＩＴの領域Ｏに記載し、領域Ｓに記載されていた優先端末１４の識別子14を削除する。あるいは、優先端末１４がハンドオーバ先の無線基地局１２からチャネル割当許可を受けたときに、優先端末１４は無線基地局１１に対して接続解除要求を送信し、無線基地局１１はその接続解除要求に応じてＨＯＩＴの領域Ｓから優先端末１４の識別子14を削除してもよい。あるいは、無線基地局１１は、優先端末１４の応答がなく所定の待機時間が経過した場合には、その時点で優先端末１４の識別子14を削除してもよい。以上によりハンドオーバが終了する。

（第２の実施形態）
図１３は、本発明の無線通信システムの第２の実施形態を示す。
図１３において、無線基地局３１，３２が隣接し、それぞれの無線エリアの一部が重なっているものとする。無線基地局３１，３２に接続される通信制御装置３３は、無線基地局３１，３２および各無線基地局３１，３２に接続される優先端末を集中管理する。ここでは、無線基地局３１に接続されていた優先端末３４が無線基地局３２にハンドオーバする場合を想定する。また、無線基地局３２には優先端末３５が新規接続要求を行うものとする。

本実施形態では、各無線基地局３１，３２は識別子管理部およびハンドオーバ情報テーブル（ＨＯＩＴ）を保持せず、通信制御装置３３がＨＯＩＴを管理する識別子管理部を保持し、各無線基地局に帰属する優先端末を一元的に管理することを特徴とする。これにより、各無線基地局３１，３２がビーコン信号やアクションフレームにＨＯＩＴを付加し、他の無線基地局に通知する必要がなくなる。なお、各無線基地局３１，３２は、ハンドオーバによる継続接続要求の優先端末（ハンドオーバ端末）３４と新規接続要求の優先端末（非ハンドオーバ端末）３５を区別し、ハンドオーバ端末に対して優先的なチャネル割当を行う際に、通信制御装置３３のＨＯＩＴを参照する他は、基本的な制御処理は第１の実施形態と同様である。

図１４は、第２の実施形態の無線基地局３１（３２）および通信制御装置３３の構成例を示す。
図１４において、無線基地局３１（３２）は、アンテナを介して優先端末と無線接続するアクセス用無線ＩＦ（インタフェース）部４１、通信制御装置３３と有線で接続する有線ＩＦ部４２、アクセス用無線ＩＦ部４１および有線ＩＦ部４２を制御し、チャネル割当制御を行う通信制御部４３、チャネル容量使用率を監視するチャネル容量監視部４４により構成される。なお、無線基地局に接続される無線端末は、優先端末に限らずＴＳＰＥＣネゴシエーション機能またはそれに類する機能を備えたものであればよい。

通信制御装置３３は、無線基地局３１（３２）と有線で接続する有線ＩＦ部４５、各無線基地局および優先端末を集中管理する無線基地局／優先端末管理部４６、無線エリア内の全優先端末の識別子と帰属する無線基地局を記載したＨＯＩＴを管理する識別子管理部４７により構成される。

図１５は、第２の実施形態のハンドオーバ情報テーブル（ＨＯＩＴ）の例を示す。
図１５(1) に記載のＨＯＩＴには、いずれかの無線基地局に接続している優先端末の識別子が記載される領域Ｉと、その優先端末が帰属している無線基地局および識別子の有効時間が記載される領域Ｐがある。優先端末の識別子としては例えばＭＡＣアドレス等を用いることができる。識別子管理部４７は識別子の有効時間を管理し、有効時間中に優先端末の存在が確認できないときにその識別子をＨＯＩＴから削除する。

図１５(2) に記載のＨＯＩＴは、図１５(1) に記載のＨＯＩＴにおける有効時間の欄をキープアライブ（Keep alive）連続未応答の規定回数に変えたものである。すなわち、識別子管理部４７は識別子のキープアライブ連続未応答回数を管理し、所定時間ごとのキープアライブ情報等が連続未応答となって規定回数に達し、優先端末の存在が確認できないときにその識別子をＨＯＩＴから削除する。

図１６は、ＨＯＩＴの設定・更新制御手順を示す。
図１６において、無線基地局が新規接続要求の優先端末ｉにチャネル割当を行い、その情報が通信制御装置に通知されると（Ｓ31）、ＨＯＩＴに優先端末ｉの識別子ｉと帰属無線基地局を記載し（Ｓ32）、識別子ｉの有効時間ｘ(i) またはキープアライブ連続未応答の規定回数ｙ(i) をセットする（Ｓ33）。そして、無線基地局から通知される優先端末ｉに関するキープアライブ情報等を監視し（Ｓ34）、キープアライブ情報等の通知を受信した場合には、Ｓ33に戻ってｘ(i) またはｙ(i) をリセットする。一方、無線基地局からキープアライブ情報等の通知がない場合にはｘ(i) またはｙ(i) を減算し（Ｓ35）、ｘ(i) ＝０またはｙ(i) ＝０になったか否かを判断する（Ｓ36）。ｘ(i) ＝０またはｙ(i) ＝０でなければＳ34に戻り、ｘ(i) ＝０またはｙ(i) ＝０であれば、所定の待機時間が経過したものと判断してＨＯＩＴから優先端末ｉの識別子ｉを削除する（Ｓ37）。

なお、第１の実施形態では、無線基地局が優先端末ｉから接続解除要求を受けると、図４に示すように直ちにＨＯＩＴの領域Ｓから識別子ｉを削除する処理を行っていたが、本実施形態の無線基地局は、優先端末ｉの接続解除要求を受けても通信制御装置に通知せず、その後は優先端末ｉのキープアライブ情報等も通知しなくなるので、通信制御装置では所定の待機時間の経過後にＨＯＩＴから優先端末ｉの識別子ｉを削除することになる。

図１７〜図２０は、通信制御装置で行われるＨＯＩＴの更新処理例を示す。なお、ここではＨＯＩＴの領域Ｉの識別子ｉおよび領域Ｐの帰属無線基地局のみを示し、対応する有効時間ｘ(i) またはキープアライブ連続未応答の規定回数ｙ(i) は省略して説明する。

図１７は、新規接続要求の優先端末に対するチャネル割当完了時の更新処理例を示す。無線基地局１は、優先端末１の新規接続要求に対してチャネル割当を許可すると、通信制御装置に通知し、通信制御装置はＨＯＩＴに優先端末１に対応する識別子１および無線基地局１を記載する。

図１８は、一定周期で送信されるビーコン信号を用いて行われる更新処理例を示す。通信制御装置は、無線基地局１，２から優先端末１，２のキープアライブ情報等の通知を受けてＨＯＩＴを更新する他に、ビーコン信号で定期的に無線基地局１，２に問い合わせ、無線基地局１，２からそれぞれ接続中の優先端末１，２の情報を取得してＨＯＩＴを更新する。ここで、無線基地局１から優先端末１の情報が所定の待機時間中に得られない場合には、ＨＯＩＴから優先端末１の識別子１を削除することになる。

図１９は、継続接続要求の優先端末に対するチャネル割当完了時の更新処理例である。通信制御装置は、ＨＯＩＴに優先端末１の識別子１および帰属先の無線基地局１を記載している。無線基地局２は、ハンドオーバする優先端末１の継続接続要求を受け、通信制御装置に問い合わせて優先端末１の識別子１がＨＯＩＴに記載されていることから、優先端末１をハンドオーバ端末と判定してチャネル割当を許可すると、ＨＯＩＴの識別子１に対応する帰属先を無線基地局１から無線基地局２に変更する。

図２０は、優先端末から接続解除要求があったとき、または優先端末の存在を一定時間確認できないときの削除処理例を示す。無線基地局１は、優先端末１から接続解除要求を受けたとき、または優先端末１の応答が一定時間ないときは、接続制御装置になにも通知しない。接続制御装置は、図１６のＳ37の処理により、所定の待機時間後にＨＯＩＴから識別子１を削除する。

このように、無線基地局で接続解除要求を受けても、通信制御装置はＨＯＩＴから直ちに識別子１を削除することはせず、所定の待機時間後に削除処理を行うのは、図１９に示すようにハンドオーバしている優先端末１を想定し、ＨＯＩＴの領域Ｏを参照して優先端末１のチャネル割当の優先制御を行うためである。

（通信制御部４３の受付制御処理手順）
図２１は、通信制御部４３のチャネル割当制御処理手順を示す。
図２１において、通信制御部４３は、優先端末１の接続要求があったときに（Ｓ51）、通信制御装置３３に優先端末１の帰属情報を問い合わせ、優先端末１が他の無線基地局に帰属しているか否かを判定し（Ｓ52）、新規接続要求の優先端末（非ハンドオーバ端末）とハンドオーバによる継続接続要求の優先端末（ハンドオーバ端末）を区別する。例えば、図１３の無線基地局３２において、ＨＯＩＴに記載されていない識別子をもつ優先端末３５に対しては新規接続要求の非ハンドオーバ端末と見なし、ＨＯＩＴに識別子が記載されかつ帰属先が無線基地局３１の優先端末３４に対してはハンドオーバによる継続接続要求のハンドオーバ端末と見なす。

次に、通信制御部４３は、図１１に示すようにチャネル容量使用率の閾値として、非ハンドオーバ端末に割当可能な最大チャネル容量を示す閾値Ｔ＝Ａを設定し（Ｓ53）、ハンドオーバ端末に割当可能な最大チャネル容量を示す閾値Ｔ＝Ｂ（Ｂ＞Ａ）を設定する（Ｓ54）。次に、接続要求してきた優先端末の要求割当チャネル容量をＲ、既存通信の占有チャネル容量をＣとし、接続要求してきた優先端末に対するチャネル割当の可否を次のように判断する。（Ｃ＋Ｒ）と閾値Ｔを比較し（Ｓ55）、（Ｃ＋Ｒ）＜Ｔであればチャネル割当を許可し（Ｓ56）、（Ｃ＋Ｒ）≧Ｔであればチャネル割当を不許可とする（Ｓ57）。これにより、非ハンドオーバ端末（新規呼）に対しては（Ｃ＋Ｒ）がＡ未満の場合のみチャネル割当が許可され、ハンドオーバ端末（ハンドオーバ呼）に対しては（Ｃ＋Ｒ）がＢ未満の場合のみチャネル割当を許可される。

以上により、第１の実施形態と同様に、ハンドオーバ呼に対して（Ｂ−Ａ）の帯域が常に確保され、ハンドオーバ呼が新規呼に対して優先的にチャネル割当が行われることになり、優先端末のハンドオーバによる通信断を回避することができる。なお、この新規呼に対する閾値Ｔ＝Ａおよびハンドオーバ呼に対する閾値Ｔ＝Ｂは、例えば非特許文献１に記載の手法を用い、通信状況に関する伝送レートや接続台数などのパラメータに応じて変化させてもよい。

（第２の実施形態の動作例）
図２２は、本発明の無線通信システムの第２の実施形態の動作例を示す。ここでは、図１３に示すように、優先端末３４が無線基地局３１から無線基地局３２にハンドオーバする場合について説明する。

図２２において、優先端末３４は、無線基地局３１に新規接続要求を行う。なお、接続要求信号に対するＡＣＫ信号は省略する。以下同様に、各信号に対するＡＣＫ信号は省略する。無線基地局３１は、通信制御装置３３に優先端末３４の帰属情報を問い合わせ、ＨＯＩＴに優先端末３４の識別子34の記載がないことから、非ハンドオーバ端末による新規接続要求と判断し、優先端末３４の要求割当チャネル容量Ｒ１と既存通信の占有チャネル容量Ｃ１の和（Ｃ１＋Ｒ１）が閾値Ａ未満であればチャネル割当を許可する。無線基地局３１は、通信制御装置３３に優先端末３４の識別子と帰属情報を通知し、通信制御装置３３はＨＯＩＴに優先端末３４の識別子34と帰属無線基地局３１を記載する。

次に、優先端末３４は、ハンドオーバ先の無線基地局３２に継続接続要求を行う。無線基地局３２は、通信制御装置３３に優先端末３４の帰属情報を問い合わせ、ＨＯＩＴに優先端末３４の識別子34が記載されかつ帰属先が無線基地局３１であることから、ハンドオーバ端末による継続接続要求と判断し、優先端末３４の要求割当チャネル容量Ｒ２と既存通信の占有チャネル容量Ｃ２の和（Ｃ２＋Ｒ２）が閾値Ｂ未満であればチャネル割当を許可する。さらに、無線基地局３２は、通信制御装置３３に優先端末３４の識別子と帰属情報を通知し、通信制御装置３３はＨＯＩＴの優先端末３４の識別子34の帰属情報を無線基地局３１から無線基地局３２に変更する。以上によりハンドオーバが終了する。

本発明の無線通信システムの第１の実施形態を示す図。 第１の実施形態の無線基地局１１（１２）の構成例を示す図。 第１の実施形態のハンドオーバ情報テーブル（ＨＯＩＴ）の例を示す図。 ＨＯＩＴの領域Ｓの設定・更新制御手順を示すフローチャート。 ＨＯＩＴの領域Ｏの設定・更新制御手順を示すフローチャート。 新規接続要求の優先端末に対するチャネル割当完了時の更新処理例を説明する図。 ビーコン信号を用いて行われる更新処理例を説明する図。 継続接続要求の優先端末に対するチャネル割当完了時の更新処理例を説明する図。 ＨＯＩＴの削除処理例を説明する図。 通信制御部２３のチャネル割当制御処理手順を示すフローチャート。 チャネル容量使用率の閾値を説明する図。 本発明の無線通信システムの第１の実施形態の動作例を示す図。 本発明の無線通信システムの第２の実施形態を示す図。 第２の実施形態の無線基地局３１（３２）および通信制御装置３３の構成例を示す図。 第２の実施形態のハンドオーバ情報テーブル（ＨＯＩＴ）の例を示す図。 ＨＯＩＴの設定・更新制御手順を示すフローチャート。 新規接続要求の優先端末に対するチャネル割当完了時の更新処理例を説明する図。 ビーコン信号を用いて行われる更新処理例を説明する図。 継続接続要求の優先端末に対するチャネル割当完了時の更新処理例を説明する図。 ＨＯＩＴの削除処理例を説明する図。 通信制御部４３のチャネル割当制御処理手順を示すフローチャート。 本発明の無線通信システムの第２の実施形態の動作例を示す図。 ＴＳＰＥＣネゴシエーション機能によるチャネル割当手順を説明する図。 従来のハンドオーバ処理手順を示す図。

符号の説明

１１，１２，３１，３２ 無線基地局
１３ 中継伝送路
１４，１５，３４，３５ 優先端末
２１ アクセス用無線ＩＦ
２２ 有線（無線）ＩＦ
２３ 通信制御部
２４ チャネル容量監視部
２５ 識別子管理部
３３ 通信制御装置
４１ アクセス用無線ＩＦ
４２ 有線ＩＦ
４３ 通信制御部
４４ チャネル容量監視部
４６ 無線基地局／優先端末管理部
４７ 識別子管理部
５１，５２ 無線基地局
５３ 無線端末

Claims (10)

1. 複数の無線基地局を備え、各無線基地局が無線端末からの接続要求に対してチャネル割当の可否を判断し、隣接する無線基地局間で無線端末が接続先の無線基地局を切り替えるハンドオーバを行う無線通信システムにおいて、
   前記無線基地局は、
   優先度が高いデータ通信を行う無線端末（以下「優先端末」という）について、自局に接続している優先端末の識別子と、他の無線基地局に接続している優先端末の識別子を管理するハンドオーバ情報テーブルと、
   前記優先端末から接続要求を受信したときに、前記ハンドオーバ情報テーブルを参照して新規接続要求の優先端末か、他の無線基地局からハンドオーバによる継続接続要求の優先端末かを判定する判定手段と、
   前記継続接続要求の優先端末に対して、前記新規接続要求の優先端末よりも優先的にチャネル割当を行うチャネル割当手段と
   を備えたことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記無線基地局は、前記ハンドオーバ情報テーブルの情報を他の無線基地局に通知し、各無線基地局が接続する優先端末の識別子を共有する構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 複数の無線基地局を備え、各無線基地局が無線端末からの接続要求に対してチャネル割当の可否を判断し、隣接する無線基地局間で無線端末が接続先の無線基地局を切り替えるハンドオーバを行う無線通信システムにおいて、
   前記複数の無線基地局に接続され、各無線基地局に接続している全ての優先端末の識別子と、各優先端末の接続先である帰属無線基地局を管理するハンドオーバ情報テーブルを有する通信制御装置を備え、
   前記無線基地局は、
   前記優先端末から接続要求を受信したときに、前記通信制御装置のハンドオーバ情報テーブルを参照して新規接続要求の優先端末か、他の無線基地局からハンドオーバによる継続接続要求の優先端末かを判定する判定手段と、
   前記継続接続要求の優先端末に対して、前記新規接続要求の優先端末よりも優先的にチャネル割当を行うチャネル割当手段と
   を備えたことを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項１または請求項３に記載の無線通信システムにおいて、
   前記チャネル割当手段は、前記新規接続要求の優先端末に割当可能なチャネル容量の閾値Ａを設定し、前記継続接続要求の優先端末に割当可能なチャネル容量の閾値Ｂを設定し、かつＡ＜Ｂとして前記継続接続要求の無線端末に優先的なチャネル割当を行う構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
5. 請求項４に記載の無線通信システムにおいて、
   前記閾値Ａおよび閾値Ｂは、伝送レートや各無線基地局に接続される端末台数を含む通信状況またはネットワーク状況に関するパラメータに基づいて決定される
   ことを特徴とする無線通信システム。
6. 無線端末からの接続要求に対してチャネル割当の可否を判断し、隣接する無線基地局間で無線端末が接続先の無線基地局を切り替えるハンドオーバを行う無線通信システムの無線基地局において、
   優先度が高いデータ通信を行う無線端末（以下「優先端末」という）について、自局に接続している優先端末の識別子と、他の無線基地局に接続している優先端末の識別子を管理するハンドオーバ情報テーブルと、
   前記優先端末から接続要求を受信したときに、前記ハンドオーバ情報テーブルを参照して新規接続要求の優先端末か、他の無線基地局からハンドオーバによる継続接続要求の優先端末かを判定する判定手段と、
   前記継続接続要求の優先端末に対して、前記新規接続要求の優先端末よりも優先的にチャネル割当を行うチャネル割当手段と
   を備えたことを特徴とする無線基地局。
7. 請求項６に記載の無線基地局において、
   前記ハンドオーバ情報テーブルの情報を他の無線基地局に通知し、各無線基地局が接続する優先端末の識別子を共有する構成である
   ことを特徴とする無線基地局。
8. 請求項６に記載の無線基地局において、
   前記チャネル割当手段は、前記新規接続要求の優先端末に割当可能なチャネル容量の閾値Ａを設定し、前記継続接続要求の優先端末に割当可能なチャネル容量の閾値Ｂを設定し、かつＡ＜Ｂとして前記継続接続要求の無線端末に優先的なチャネル割当を行う構成である
   ことを特徴とする無線基地局。
9. 請求項８に記載の無線基地局において、
   前記閾値Ａおよび閾値Ｂは、伝送レートや各無線基地局に接続される端末台数を含む通信状況またはネットワーク状況に関するパラメータに基づいて決定される
   ことを特徴とする無線基地局。
10. 請求項６に記載の無線基地局に接続され、前記無線基地局が備えるハンドオーバ情報テーブルに代えて、各無線基地局に接続している全ての優先端末の識別子と、各優先端末の接続先である帰属無線基地局を記載したハンドオーバ情報テーブルを備え、前記無線基地局の判定手段に接続要求のあった優先端末の帰属無線基地局を通知する構成である
    ことを特徴とする通信制御装置。

Images