JP4832483B2 - 移動体通信システム及び移動体通信方法 - Google Patents

Description

移動体と地上局の間でデータを送受信する移動体通信装置及び移動体通信方法に関する。

従来、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）のような、送信端末と受信端末の間で応答確認を行いながらパケットの送受信を行うデータ通信では、通信スループットを向上させる方法として、例えば、〔特許文献１〕に記載の再送制御方法が知られている。

この方法は、通信中に測定した送信端末と受信端末の間の往復遅延時間（以下、ＲＴＴと言い、Round Trip Timeの略である）から、受信端末が、送信端末の再送タイムアウト時間を推定し、受信端末が、送信端末からパケットを受信した時点から再送タイムアウト時間を経過しても次のパケットを受信しない場合は、受信端末は、次のパケットが伝送路内で消失したと判断して、再送を促すパケット（セグメント促進信号）を送信端末へ送信する方法である。

セグメント促進信号を受信した送信端末は、受信端末に対し、再送すべきパケットが存在する場合は、再送すべきパケットを再送し、再送すべきパケットが存在しない場合はデータレス信号を送信する。

このようにして、消失したパケットの再送を早期に実現させ、通信スループットを向上している。

特開２００７−２７４２０６号公報

移動体通信システム、すなわち送受信端末の一方が移動体上に存在し、他方が地上に存在する通信システムや、送受信端末がそれぞれ異なる移動体上に存在し、地上の通信網を介して通信する通信システムでは、ハンドオーバにより通信中断期間が発生するが、通信中断期間が終わった後の無線通信回復時には、できるだけ早期にパケット送受信を再開する必要がある。

しかし、ＲＴＴが大きい通信システムでは、１回目の再送タイムアウト時間がハンドオーバによる通信中断期間に比べて長い場合があり、〔特許文献１〕に記載の従来の技術のように、再送タイムアウト時間の経過後に、送信端末にパケットの再送を促すと、通信中断期間終了直後からパケットが再送されるまでの間は、パケットが送受信できない長い期間が存在し、無線伝送路の利用効率が低下し、通信スループットが低下するという問題がある。

また、ＲＴＴが異なる複数のアプリケーションが並行してＴＣＰ通信している場合、上記従来の技術では、再送タイムアウト時間が短いアプリケーションのパケットの順に再送が開始されるため、ＲＴＴが異なるアプリケーション間で通信スループットの不公平が生じるという問題もある。

また、上記従来技術は、送受信端末にラウンドトリップ時間計測部，再送タイムアウト時間算出部，セグメント促進送信部等を実装する必要があるが、インタネットアクセスのように不特定多数の端末間で行う通信では、アクセスし得る全ての送受信端末に実装することは現実的ではない。

本発明の第１の目的は、ＲＴＴを待つことなく、データパケットを再送でき、無線伝送路の利用効率を向上させ、通信スループットを向上させることができる移動体通信システム及び移動体通信方法を提供することにある。

本発明の第２の目的は、ハンドオーバによる通信中断期間が終わった後の無線通信回復後、直ちに送信端末にパケットの再送を行わせる中継処理を行うことにより、インタネットアクセスのように不特定多数の端末間で行うＴＣＰ通信においても無線伝送路の利用効率を向上させ、通信スループットを向上させることができる移動体通信システム及び移動体通信方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、地上側と移動体との間で送受信されるパケットを中継するための中継装置を、地上側無線機に接続された地上側中継装置，移動体側無線機に接続された移動体側中継装置として設け、各中継装置は、送信端末側あるいは受信端末と通信網を介して接続され、各中継装置には、無線機側から受けたパケット（確認応答パケットを含む）を送信端末側あるいは受信端末側へ中継するパケット中継手段と、受信端末側から無線機側の方向に中継するＴＣＰ通信の最新の確認応答パケット（以下、ＡＣＫパケットという）を蓄積するＡＣＫパケット蓄積手段と、地上側無線機と移動体側無線機との間の無線リンクの接続状態を監視する無線リンク監視手段とを含んで構成したものである。

無線リンク監視手段は、地上側中継装置と移動体側中継装置の間で無線伝送路を監視することにより無線リンクの接続状態を検出し、パケット中継手段は、無線機側から受けた全てのパケットを、無線リンク監視手段が無線リンクが接続状態にあると検出した場合は、送信端末側あるいは受信端末側へそのまま中継する。無線リンク監視手段が、無線リンクが非接続状態と検出した場合はデータパケットを廃棄し、ＡＣＫパケット蓄積手段は、受信端末側から受けた最新のＡＣＫパケットを蓄積し、無線リンクが非接続状態から接続状態に復帰したことが無線リンク監視手段により検出されると、蓄積しておいたＡＣＫパケットをデータパケットの送信側の中継装置へ指定した回数だけ複製して送信する。ＡＣＫパケットを受信した端末は、受信したＡＣＫパケットに基づいて再送するデータパケットを含めて送信するデータパケットを決定する。

本発明によれば、移動体通信においてインタネットアクセスのように不特定多数の端末間で行うＴＣＰ通信を行っても、無線伝送路の利用効率を向上させ、通信スループットを向上させることが可能な移動体通信装置及び移動体通信方法を提供できる。

以下、本発明の各実施形態について図面を用いて説明する。以下の説明では、「移動体」とは、列車やバス，航空機，船舶，自動車，移動する人間が携帯している端末などを指す。

第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態の移動体通信システムの構成図である。

図１に示す移動体通信システムは、次のように構成されている。地上側に設置され、データ送受信を行う地上端末１と複数の地上局３が、地上データ伝送路２を介して接続される。地上局３は、地上データ伝送路２に接続された地上局中継装置３０と、移動体４と無線通信を行う地上局無線機３１と、無線電波を送受信する地上局アンテナ３２で構成される。

移動体４は、データ送受信を行う移動体端末４１と、移動局４３と、移動体端末４１と移動局４３を接続する移動体データ伝送路４２で構成される。移動体４は、移動体データ伝送路４２と接続された移動局中継装置４３０と、地上局３と無線通信を行う移動局無線機４３１と、無線電波を送受信する移動局アンテナ４３２で構成される。

ここで、地上端末１と移動体端末４１は、送受信端末であり、トランスポート層の通信プロトコルであるＴＣＰなどの確認応答パケット（ＡＣＫパケットという）によりデータ送達確認ができるプロトコルを使用するものとする。

地上端末１や移動体端末４１は複数存在してもよく、各端末は例えばＩＰ（Internet Protocol）アドレスなどで識別される。また、同一構造の地上端末１や移動体端末４１は、複数の異なるアプリケーションにより通信してもよく、各通信の接続は例えばＩＰアドレスとポート番号の組み合わせなどで識別される。また、移動体４も複数存在してもよく、各移動体は例えば移動局無線機４３１のＭＡＣ（Media Access Control）アドレスや移動局中継装置４３０のＩＰアドレスなどで識別される。

地上局中継装置３０は、地上局無線機３１から受けたパケットを地上端末１へ中継するパケット中継手段と、地上端末１側から地上局無線機３１へ中継するＴＣＰ通信の最新のＡＣＫパケットを蓄積するＡＣＫパケット蓄積手段と、地上局無線機３１と移動局無線機４３１との間の無線リンクの接続状態を常時監視する無線リンク監視手段を含んで構成される。

移動局中継装置４３０は、移動局無線機４３１から受けたパケットを移動体端末４１へ中継するパケット中継手段と、移動体端末４１側から移動局無線機４３１へ中継するＴＣＰ通信の最新のＡＣＫパケットを蓄積するＡＣＫパケット蓄積手段と、移動局無線機４３１と地上局無線機３１との間の無線リンクの接続状態を常時監視する無線リンク監視手段を含んで構成される。

無線リンク監視手段は、無線リンクの接続状態を検出するために、例えばＩＥＴＦのＲＦＣ７９２で規定されているＩＣＭＰ（Internet Control Message Protocol）の一機能であるエコー要求機能、及びエコー応答機能により発せられるデータを用いている。

地上局中継装置３０および移動局中継装置４３０は、上述の各手段の機能を論理記号で表し、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などでＬＳＩ化したり、ネットワークプロセッサなどで各機能を並列に動作させることで実現される。

この他、地上局中継装置３０および移動局中継装置４３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えたコンピュータ上で動作するソフトウェアで実現可能であり、その場合のハードウェア構成例を図２に示す。

図２に示すように、地上局中継装置３０および移動局中継装置４３０は、上述の各手段の処理を行うＣＰＵ，キャッシュメモリ，主記憶メモリなどを搭載する演算装置６００と、設定項目を入力するスイッチやキーボードなどの入力装置６０１と、設定項目入力時の確認や、動作状態やログ情報を表示するＬＥＤ表示器や液晶パネルなどの出力装置６０２と、パケットを蓄積したり、ログ情報などを蓄積しておくハードディスクやシリコンディスク，不揮発性メモリなどの記憶装置６０３と、地上データ伝送路２や移動体データ伝送路４２、および地上局無線機３１や移動局無線機４３１との間でパケット送受信を行うインタフェース機能を持つ複数の外部インタフェース装置６０４で構成される。

以下では、地上局中継装置３０および移動局中継装置４３０を、図２に示すコンピュータ上で動作するソフトウェアにおいて実現した場合を例として説明する。

地上データ伝送路２および移動体データ伝送路４２は、例えば、イーサネット（登録商標）やＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode）などの有線伝送手段を使用するか、ＩＥＥＥ８０２.１１規格準拠の無線ＬＡＮなどの無線伝送手段を使用している。また、有線伝送手段又は無線伝送手段とスイッチングハブ，ルータ，ＷＡＮ（Wide Area Network）を組み合せてネットワークを構成している。

地上局無線機３１および移動局無線機４３１は、例えば、ＩＥＥＥ８０２.１１規格準拠の無線送受信機やＩＥＥＥ８０２.１６規格準拠の無線送受信機などの無線通信装置を使用するか、電気信号を無線信号に相互変換するメディアコンバータを使用している。

地上局中継装置３０又は移動局中継装置４３０における動作手順を図３により説明する。

図３に示す動作手順は、地上局中継装置３０と移動局中継装置４３０に共通であり、地上局中継装置３０の動作であれば、「伝送路」は地上データ伝送路２を、「無線機」は地上局無線機３１を意味し、移動局中継装置４３０の動作であれば、「伝送路」は移動体データ伝送路４２を、「無線機」は移動局無線機４３１を意味する。

パケット中継手段が、伝送路からＡＣＫパケットを受信すると（手順９００１）、ＡＣＫパケット蓄積手段は、受信したＡＣＫパケットをＴＣＰセッションに蓄積し（手順９００２）、無線リンク監視手段が、無線リンクが非接続状態ではない、すなわち接続状態であると検出していれば（手順９００３）、パケット中継手段は、受信したＡＣＫパケットを無線機へ中継し（手順９００４）、無線リンク監視手段が無線リンクが非接続状態と検出していれば（手順９００３）、パケット中継手段は受信したＡＣＫパケットを無線機へ中継しない。無線リンク監視手段が、無線リンクが接続状態を検出すると（手順９００５）、ＡＣＫパケット蓄積手段は、ＴＣＰセッションにおいて最後に蓄積したＡＣＫパケットを１個以上（ｎ個）複製し（手順９００６）、パケット中継手段は複製したＡＣＫパケットを全て無線機へ送信する（手順９００７）。

手順９００６では、送受信端末である地上端末１と移動体端末４１に実装されているＴＣＰに、ＲＦＣ２５８１などに記載されている高速再送（Fast Retransmit）および高速復帰（Fast Recovery）機能が含まれている場合を考慮して、３個以上の複製したＡＣＫパケットを送信端末に送るために、３個以上複製してもよい。

本実施形態におけるパケット送受信のフローの例を図４に示す。図４に示すフローは、地上側と移動側で共通であり、地上端末１が送信端末の場合は、送信端末９１は地上端末１を、送信側中継装置９２は地上局中継装置３０を、送信側無線機９３は地上局無線機３１を、受信側無線機９４は移動局無線機４３１を、受信側中継装置９５は移動局中継装置４３０を、受信端末９６は移動体端末４１を意味する。

一方、移動体端末４１が送信端末の場合は、送信端末９１は移動体端末４１を、送信側中継装置９２は移動局中継装置４３０を、送信側無線機９３は移動局無線機４３１を、受信側無線機９４は地上局無線機３１を、受信側中継装置９５は地上局中継装置３０を、受信端末９６は地上端末１を意味する。

図４に示すように、送信端末９１がデータパケット１〜４を送信し、受信端末９６が受信する。受信端末９６は、データパケット１〜４に対する確認応答としてＡＣＫパケット１〜４を送信し、送信端末９１が受信する。このとき、受信側中継装置９５は、中継するＡＣＫパケットのうち最新のものを蓄積するので、ＡＣＫパケット４を受信した時点ではＡＣＫパケット４を蓄積している。

その直後、ハンドオーバが発生し、送信端末９１から送信されたデータパケット５〜８が消失したとする。ハンドオーバ中は無線リンクが非接続状態となるが、ハンドオーバが終了して無線リンクの接続状態が回復し、受信側無線機９４が無線リンクの回復を確認すると、受信側中継装置９５が蓄積していたＡＣＫパケット４を複数個、送信端末９１側に送信する。送信端末９１は、ＡＣＫパケット４を受信することにより、データパケット５以降が消失したと判断して、データパケット５〜８を再送する。

受信端末９６がデータパケット５〜８を受信すると、データパケット５〜８に対する確認応答としてＡＣＫパケット５〜８を送信し、送信端末９１が受信する。送信端末９１は、ＡＣＫパケット５〜８を受信することにより、データパケットの消失がなかったと判断して、データパケット９〜１２を送信し、以降、この動作を繰り返す。

図５は、本実施形態の効果を説明する図である。図５に示すグラフは、ＴＣＰによるデータ転送開始からの経過時間（横軸）に対する積算した転送データ量（縦軸）の関係を表している。

グラフ７００は、ハンドオーバが発生するまでの転送データ量の変化を示しており、ここまでは、ＲＴＴで判断する従来の技術と同等である。ハンドオーバが発生すると、従来の技術では、再送タイムアウト時間を経過するまでパケットが送信できないので、送信端末への再送通知期間を加えた時点から再送が開始されるため、グラフ７０１に示すように転送データ量が変化する。

これに対して、本実施形態では、上述したように、ＡＣＫパケット４を受信することにより、データパケット５以降が消失したと判断して、データパケット５〜８を再送するので、ハンドオーバ期間に送信端末への再送通知期間を加えた時点から再送が開始されるため、グラフ７０２に示すように転送データ量が変化する。

このように、ハンドオーバ期間終了後に必要な送信端末へのパケット再送通知期間が、従来技術と等しいと仮定しても、本実施形態のように再送開始時点が早いと、データ転送にかかるトータル時間が短くなり、転送データ量÷データ転送にかかるトータル時間で定義される通信スループットが向上する。また、パケットが流れない期間が短縮されることにより無線伝送路の利用効率も向上する。

このように、本実施形態によれば、ハンドオーバ後に無線リンクが非接続状態から接続状態へ回復した時、送信端末の再送タイムアウト時間あるいは受信端末での推定再送タイムアウト時間を待たずに、送信端末はデータパケットの消失を検出可能であり、早期にデータパケットを再送でき、移動体通信におけるＴＣＰ通信において、無線伝送路の利用効率を向上でき、通信スループットを向上させることが可能である。

第１の実施形態では、ＴＣＰセッションは１個の場合を説明したが、１個の端末が複数の端末と同時に異なるセッションを開設してＴＣＰ通信を行ったり、一対の送受信端末間で複数のアプリケーションが異なるセッションを同時に開設してＴＣＰ通信を行ったり、複数対の送受信端末間で並行してセッションを開設してＴＣＰ通信を行うことがある。

データ転送時間や通信スループットに対する要求が異なる複数のセッションが混在する場合、中継処理するセッションに優先度を与え、ハンドオーバ後の通信回復時に、優先度の高いセッションから先にパケットの再送を開始させた方がよい場合もある。

第２の実施形態では、地上局中継装置３０および移動局中継装置４３０において、判断項目に関してセッションごとに優先順位を予め設定しておき、無線リンク監視手段が無線リンクが非接続状態から接続状態と変わったことを検出すると、ＡＣＫパケット蓄積手段は、予め設定された優先順位に基づいて、各ＴＣＰセッションにおいて最後に蓄積したＡＣＫパケットを１個以上（ｎ個）複製し、パケット中継手段は、複製したＡＣＫパケットを無線機へ送信するようにしている。

予め設定する優先順位は、ＡＣＫパケット蓄積手段に記憶させるが、設定テーブルの例を図６に示す。図６に示すように、設定テーブル８０１には、判断項目ごとにＡＣＫ蓄積の要否とＡＣＫ送信優先順位が設定されている。

ここで、判断項目には、例えば、アプリケーション，ポート番号，アドレス，プロバイダなどがある。

アプリケーションを判断項目とする場合、アプリケーションには、例えばＷＷＷ（World Wide Web）やＳＭＴＰ（Simple Mail Transfer Protocol），ＰＯＰ（Post Office Protocol），ＦＴＰ（File Transfer Protocol）などがあり、パケットのＴＣＰヘッダ内に記載されている宛先ポート番号あるいは送信元ポート番号にて識別される。

これらのアプリケーション以外にも、特別なポート番号を指定してＴＣＰ通信を行うアプリケーションがあり、このアプリケーションに関しても、パケットのＴＣＰヘッダ内に記載されている宛先ポート番号あるいは送信元ポート番号にて識別される。

また、ＩＰ（Internet Protocol）アドレス、あるいはＭＡＣ（Media Access Control）アドレスなどの特定のアドレスを判断項目とする場合は、パケットのＩＰヘッダ内に記載されている宛先ＩＰアドレス，送信元ＩＰアドレス，ＭＡＣヘッダ内に記載されている宛先ＭＡＣアドレス、あるいは送信元ＭＡＣアドレスにて識別される。

また、プロバイダを判断項目とする場合は、パケットのＩＰヘッダ内のＩＰアドレス、あるいはＭＡＣヘッダ内のＶＬＡＮ（Virtual LAN）識別子にて識別される。

設定テーブル８０１により、各判断項目ごとにＡＣＫ蓄積の必要と不要が設定され、ＡＣＫ蓄積が必要な判断項目に対して優先順位が設定される。なお、ＡＣＫ蓄積が不要な判断項目に対しては優先順位を設定する必要は無く、図６に示す例では、優先順位０としている。

地上局中継装置３０と移動局中継装置４３０における動作手順を、図７により説明する。図７においても図３と同様に、地上局中継装置３０の動作であれば、「伝送路」は地上データ伝送路２を、「無線機」は地上局無線機３１を意味し、移動局中継装置４３０の動作であれば、「伝送路」は移動体データ伝送路４２を、「無線機」は移動局無線機４３１を意味する。

パケット中継手段が伝送路からＡＣＫパケットを受信すると（手順９０２１）、ＡＣＫパケット蓄積手段は、優先度が設定された各ＴＣＰセッションにおいて、受信したＡＣＫパケットをＴＣＰセッション別に蓄積し（手順９０２２）、無線リンク監視手段が無線リンクが接続状態であると検出していれば（手順９０２３）、パケット中継手段は受信したＡＣＫパケットを無線機へ中継する（手順９０２４）。無線リンク監視手段が、無線リンクが非接続状態と検出していれば（手順９０２３）、パケット中継手段は、受信したＡＣＫパケットを無線機へ中継せず、無線リンク監視手段が、無線リンクが接続状態と検出すると、ＡＣＫパケット蓄積手段は設定された優先順位の順番に、各ＴＣＰセッションにおいて最後に蓄積したＡＣＫパケットを１個以上（ｎ個）複製し（手順９０２６）、パケット中継手段は、複製したＡＣＫパケットを無線機へ送信する（手順９０２７）。

なお、手順９０２６では、送受信端末に実装されているＴＣＰに、ＲＦＣ２５８１などに記載されている高速再送（Fast Retransmit）および高速復帰（Fast Recovery）機能が含まれている場合を考慮して、３個以上の複製したＡＣＫパケットを送信端末に送るために、３個以上複製してもよい。

本実施形態におけるパケット送受信のフローの例を図８に示す。図８に示す例では、判断項目はアプリケーションと想定し、送信端末のアプリケーションＡ〜Ｄがそれぞれ受信端末のアプリケーションＡ〜Ｄとの間でＴＣＰ通信を行う場合を想定している。そのため、設定テーブル８０１の判断項目は各アプリケーションとなり、アプリケーションごとに優先順位が設定される。

図８においても図４と同様、地上端末が送信端末の場合、送信端末９１は地上端末１を、送信側中継装置９２は地上局中継装置３０を、送信側無線機９３は地上局無線機３１を、受信側無線機９４は移動局無線機４３１を、受信側中継装置９５は移動局中継装置４３０を、受信端末９６は移動体端末４１を意味し、移動体端末が送信端末の場合、送信端末９１は移動体端末４１を、送信側中継装置９２は移動局中継装置４３０を、送信側無線機９３は移動局無線機４３１を、受信側無線機９４は地上局無線機３１を、受信側中継装置９５は地上局中継装置３０を、受信端末９６は地上端末１を意味する。

図８に示すように、送信端末９１がアプリケーションＡ〜ＤのデータパケットＡ１〜Ｄ１を送信し、受信端末９６が受信する。受信端末９６は、データパケットＡ１〜Ｄ１に対する確認応答としてＡＣＫパケットＡ１〜Ｄ１を送信し、送信端末９１が受信する。ここで、設定テーブル８０１は、図６に示すように、アプリケーションＡ，Ｂ，ＣはＡＣＫ蓄積が必要であり、ＡＣＫ送信優先順位が、それぞれ２，３，１に設定され、アプリケーションＤはＡＣＫ蓄積が不要であると設定している。

このとき、受信側中継装置９５は、中継するＡＣＫパケットのうち、設定テーブル８０１で優先度が設定された判断項目であるアプリケーションＡ，Ｂ，Ｃの最新のＡＣＫパケットＡ１，Ｂ１，Ｃ１を蓄積している。

その直後、ハンドオーバが発生し、送信端末９１から送信されたデータパケットＡ２〜Ｄ２が消失したとする。ハンドオーバ中は無線リンクが非接続状態となるが、ハンドオーバが終了して無線リンクの接続状態が回復し、受信側無線機９４が無線リンクの回復を確認すると、蓄積していたＡＣＫパケットのうち、優先順位の高いアプリケーションＣ，Ａ，Ｂの順に、ＡＣＫパケットＣ１，Ａ１，Ｂ１をそれぞれ複数個、送信端末側に送信する。送信端末９１は、ＡＣＫパケットＣ１，Ａ１，Ｂ１を受信することにより、データパケットの消失が発生したと判断して、データパケットＣ２，Ａ２，Ｂ２の順に再送する。

なお、アプリケーションＤは、設定テーブル８０１では優先度設定されていないため、アプリケーションＡ，Ｂ，Ｃのような処理は行わず、従来のＴＣＰの再送手順である再送タイムアウトによるパケット再送を行っている。

このように、本実施形態によれば、ハンドオーバ発生後に無線リンクが非接続状態から接続状態へ回復した時、設定した優先順位に従い、送信端末はデータパケットの消失を検出可能であり、早期にデータパケットを再送できる。

第１および第２の実施形態では、ハンドオーバ発生後に無線リンクが非接続状態から接続状態へ回復したことを検出した直後に、受信側無線機９４から送信端末９１に向けて蓄積していた最新のＡＣＫパケットを送信することにより、送信端末９１からのパケット再送タイミングの早期化を図った。

第３の実施形態では、送信端末９１からのパケット再送タイミングをさらに早期化する方法について説明する。

移動体通信システムの構成例は第１および第２の実施形態と同様であるが、地上局中継装置３０は、地上局無線機３１から受けたパケットを地上端末１へ中継するパケット中継手段と、地上端末１側から地上局無線機３１へ中継するＴＣＰ通信の最新の複数個のデータパケットを蓄積するデータパケット蓄積手段と、地上局無線機３１と移動局無線機４３１との間の無線リンクの接続状態を常時監視する無線リンク監視手段を含んで構成される。

移動局中継装置４３０は、移動局無線機４３１から受けたパケットを移動体端末４１へ中継するパケット中継手段と、移動体端末４１側から移動局無線機４３１へ中継するＴＣＰ通信の最新の複数個のデータパケットを蓄積するデータパケット蓄積手段と、移動局無線機４３１と地上局無線機３１との間の無線リンクの接続状態を常時監視する無線リンク監視手段を含んで構成される。

無線リンク監視手段、無線リンクの接続状態を検出する方法は、第１および第２の実施形態と同様であり、本実施形態では、第１実施形態と同様にコンピュータ上で動作するソフトウェアにおいて実現した場合を例として説明する。また、地上データ伝送路２および移動体データ伝送路４２，地上局無線機３１および移動局無線機４３１は、第１および第２の実施形態と同様である。

本実施形態の地上局中継装置３０と移動局中継装置４３０における動作手順を図９により説明する。

図７に示す動作手順は、地上局中継装置３０の動作であれば、「伝送路」は地上データ伝送路２を、「無線機」は地上局無線機３１を意味し、移動局中継装置４３０の動作であれば、「伝送路」は移動体データ伝送路４２を、「無線機」は移動局無線機４３１を意味する。

パケット中継手段が伝送路からデータパケットを受信すると（手順９０４１）、データパケット蓄積手段は受信したデータパケットをＴＣＰセッション別に蓄積し（手順９０４２）、無線リンク監視手段が無線リンクが接続状態であると検出していれば（手順９０４３）、パケット中継手段は受信したデータパケットを無線機へ中継し（手順９０４４）、無線リンク監視手段が無線リンクが非接続状態と検出していれば（手順９０４３）、パケット中継手段は受信した前記データパケットを無線機へ中継しない。無線リンク監視手段が、無線リンクが接続状態を検出すると（手順９０４５）、データパケット蓄積手段が各ＴＣＰセッション毎に蓄積していた最新の複数個のデータパケットを、パケット中継手段が無線機へ送信する（手順９０４６）。

手順９０４６では、パケット中継手段が無線機へ送信するデータパケットは、最後に蓄積されたものから遡って３個以上とすればよい。

本実施形態におけるパケット送受信のフローの例を図１０に示す。

図１０では、地上端末が送信端末の場合、送信端末９１は地上端末１を、送信側中継装置９２は地上局中継装置３０を、送信側無線機９３は地上局無線機３１を、受信側無線機９４は移動局無線機４３１を、受信側中継装置９５は移動局中継装置４３０を、受信端末９６は移動体端末４１を意味し、移動体端末が送信端末の場合、送信端末９１は移動体端末４１を、送信側中継装置９２は移動局中継装置４３０を、送信側無線機９３は移動局無線機４３１を、受信側無線機９４は地上局無線機３１を、受信側中継装置９５は地上局中継装置３０を、受信端末９６は地上端末１を意味する。

図１０において、送信端末９１がデータパケット１〜４を送信し、受信端末９６が受信する。受信端末９６は、データパケット１〜４に対する確認応答としてＡＣＫパケット１〜４を送信し、送信端末９１が受信する。

その直後、ハンドオーバが発生し、ハンドオーバ中に送信側中継装置９２は送信端末９１からデータパケット５〜８を受信したとする。このとき、送信側中継装置９２は、中継するデータパケットの最新の複数個を蓄積するが、図１０に示す例では最新の３個を蓄積する場合を想定し、データパケット８を受信した時点では、データパケット６〜８を蓄積している。但し、データパケット５〜８は受信端末９６へは届いていない。

ハンドオーバ中は無線リンクが非接続状態となるが、ハンドオーバが終了して無線リンクの接続状態が回復し、送信側中継装置９２が無線リンクの回復を確認すると、蓄積していたデータパケット６〜８を受信端末側に送信する。

受信端末９６は、データパケット６〜８を受信したが、それ以前にはデータパケット４までしか受信していなかったため、データパケット５が消失したと判断して、重複セレクティブＡＣＫ６〜８を送信端末９１に返す。

送信端末９１は、複数の重複セレクティブＡＣＫを受信するため、データパケット５が消失したことを検出して、データパケット５を再送し、その後はデータパケット９以降を送信する。

なお、本実施形態においても、第２の実施形態のように、判断項目に基づきＴＣＰセッションに優先順位を設定することは可能であり、この場合は、設定された優先順位にしたがって送信側中継装置９２はデータパケットを再送すればよい。

このように、本実施形態では、ＡＣＫパケットを蓄積する第１および第２の実施形態に比べて、データパケットを蓄積するため、記憶装置６０３の記憶容量が大きくなるが、無線リンクが接続状態に回復後にデータパケットを再送開始できるため、早期にデータパケットを再送でき、移動体通信におけるＴＣＰ通信において、無線伝送路の利用効率を向上でき、通信スループットを向上させることが可能である。

なお、これまでの第１〜第３の実施形態の説明では、送受信端末の一方が地上端末１である場合を想定しているが、送受信端末の双方が移動体４の場合でも、実現可能である。

すなわち、図１に示す移動体４が複数存在し、移動体４と他方の移動体４とを対向通信するため、第１〜第３の実施形態の説明において、「地上端末１」を「他方の移動体端末４１」、「地上データ伝送路２」を「他方の移動体データ伝送路４２」、「地上局３」を「他方の移動局４３」、「地上局中継装置３０」を「他方の移動局中継装置４３０」、「地上局無線機３１」を「他方の移動局無線機４３１」、「地上局アンテナ３２」を「他方の移動局アンテナ４３２」とすることにより実現できる。

第１と第３の実施形態では、受信側中継装置あるいは送信側中継装置のいずれか一方にパケットを蓄積し、ハンドオーバ時の無線リンク回復後に蓄積したパケットを無線機側に送信する方法を説明したが、第１と第３の実施形態を組み合わせ、受信側中継装置と送信側中継装置を連携させた第４の実施形態について説明する。

移動体通信システムの構成例は、第１〜第３の実施形態と同様であるが、地上局中継装置３０は、地上局無線機３１から受けたパケットを地上端末１へ中継するパケット中継手段と、地上端末１側から地上局無線機３１へ中継するＴＣＰ通信の最新の複数個のデータパケットを蓄積するデータパケット蓄積手段と、地上端末１側から地上局無線機３１へ中継するＴＣＰ通信の最新のＡＣＫパケットを蓄積するＡＣＫパケット蓄積手段と、地上局無線機３１と移動局無線機４３１との間の無線リンクの接続状態を常時監視する無線リンク監視手段を含んで構成される。

移動局中継装置４３０は、移動局無線機４３１から受けたパケットを移動体端末４１へ中継するパケット中継手段と、移動体端末４１側から移動局無線機４３１へ中継するＴＣＰ通信の最新の複数個のデータパケットを蓄積するデータパケット蓄積手段と、移動体端末４１側から移動局無線機４３１へ中継するＴＣＰ通信の最新のＡＣＫパケットを蓄積するＡＣＫパケット蓄積手段と、移動局無線機４３１と地上局無線機３１との間の無線リンクの接続状態を常時監視する無線リンク監視手段を含んで構成される。

無線リンク監視手段、無線リンクの接続状態を検出する方法は、第１〜第３の実施形態と同様であり、本実施形態では、第１実施形態と同様にコンピュータ上で動作するソフトウェアにおいて実現した場合を例として説明する。また、地上データ伝送路２および移動体データ伝送路４２，地上局無線機３１および移動局無線機４３１は、第１および第２の実施形態と同様である。

地上局中継装置３０と移動局中継装置４３０における動作手順を図１１および図１２により説明する。

図１１および図１２に示す動作手順は、地上局中継装置３０の動作であれば、「伝送路」は地上データ伝送路２を、「無線機」は地上局無線機３１を意味し、移動局中継装置４３０の動作であれば、「伝送路」は移動体データ伝送路４２を、「無線機」は移動局無線機４３１を意味する。

まず、受信側中継装置の動作手順を図１１により説明する。

パケット中継手段が、無線機からデータパケットを受信すると（手順９０６１）、受信したデータパケットを伝送路へ送信し（手順９０６２）、パケット中継手段が伝送路からＡＣＫパケットを受信すると（手順９０６３）、ＡＣＫパケット蓄積手段は受信したＡＣＫパケットを蓄積し（手順９０６４）、無線リンク監視手段が、無線リンクが接続状態であると検出していれば（手順９０６５）、パケット中継手段は受信したＡＣＫパケットを無線機へ中継し（手順９０６６）、無線リンク監視手段が無線リンクが非接続状態と検出していれば（手順９０６５）、パケット中継手段は受信したＡＣＫパケットを無線機へ中継せず、無線リンク監視手段が無線リンクが接続状態を検出すると（手順９０６７）、ＡＣＫパケット蓄積手段は最後に蓄積したＡＣＫパケットをパケット中継手段は無線機へ送信する（手順９０６８）。

なお、手順９０６４から手順９０６８までの動作手順は、各ＴＣＰセッション別に独立に実施される。

次に、送信側中継装置の動作手順を図１２により説明する。

パケット中継手段が無線機からＡＣＫパケットを受信すると（手順９０７１）、受信したＡＣＫパケットを伝送路へ送信し（手順９０７２）、パケット中継手段が伝送路からデータパケットを受信すると（手順９０７３）、データパケット蓄積手段は受信したデータパケットを蓄積し（手順９０７４）、無線リンク監視手段が、無線リンクが接続状態であると検出していれば（手順９０７５）、パケット中継手段は受信したデータパケットを無線機へ中継し（手順９０７６）、無線リンク監視手段が無線リンクが非接続状態と検出していれば（手順９０７５）、パケット中継手段は受信したデータパケットを無線機へ中継せず、無線リンク監視手段が無線リンクが接続状態を検出すると（手順９０７７）、無線機からＡＣＫパケットの受信を待ち（手順９０７８）、無線機からＡＣＫパケットを受信すると、受信したＡＣＫパケットのシーケンス番号の値以上のシーケンス番号を持つ全ての蓄積したデータパケットを無線機へ送信する（手順９０７９）。

なお、手順９０７４から手順９０７９までの動作手順は、各ＴＣＰセッション別に独立に実施される。

本実施形態におけるパケット送受信のフローの例を図１３により説明する。

図１３に示すフローにおいて、地上端末が送信端末の場合は、送信端末９１は地上端末１を、送信側中継装置９２は地上局中継装置３０を、送信側無線機９３は地上局無線機３１を、受信側無線機９４は移動局無線機４３１を、受信側中継装置９５は移動局中継装置４３０を、受信端末９６は移動体端末４１を意味し、移動体端末が送信端末の場合は、送信端末９１は移動体端末４１を、送信側中継装置９２は移動局中継装置４３０を、送信側無線機９３は移動局無線機４３１を、受信側無線機９４は地上局無線機３１を、受信側中継装置９５は地上局中継装置３０を、受信端末９６は地上端末１を意味する。

図１３に示すように、送信端末９１がデータパケット１〜４を送信し、受信端末９６が受信する。受信端末９６は、データパケット１〜４に対する確認応答としてＡＣＫパケット１〜４を送信するが、その後ハンドオーバが発生し、ＡＣＫパケット１と２を送信端末９１が受信し、ＡＣＫパケット３と４は消失し送信端末９１まで届かなかったとする。

このとき、受信側中継装置９５は、中継するＡＣＫパケットのうち最新のものを蓄積するので、ＡＣＫパケット４を受信した時点ではＡＣＫパケット４を蓄積している。

また、送信端末９１からデータパケット５と６が送信されるが、ハンドオーバ発生のためデータパケット５と６は消失したとする。

このとき、受信側中継装置９５は、中継するデータパケットのうち最新のものを複数個蓄積するが、図１３の例で５個蓄積するとすれば、データパケット６を受信した時点ではデータパケット２〜６を蓄積している。

ハンドオーバ中は無線リンクが非接続状態となるが、ハンドオーバが終了して無線リンクが接続状態に回復し、受信側無線機９４が無線リンクの回復を確認すると、蓄積していたＡＣＫパケット４を受信側無線機９４に送信する。

送信側中継装置９２は、ＡＣＫパケット４を受信することにより、データパケット５以降が消失したと判断して、蓄積していたデータパケット５と６を送信側無線機９３側へ送信する。

受信端末９６は、データパケット５と６を受信し、それらに対してＡＣＫパケット５と６を送信し送信端末９１が受信する。

送信端末９１は、ＡＣＫパケット５と６を受信することにより、受信端末側にはデータパケット６まで届いたと判断し、以下、データパケット７から順に送信する。

送信端末はデータパケット３〜６を再送するところを、図１３に示す本実施形態により、送信端末９１がデータパケット３を送信してからＡＣＫパケット６を受信するまでの経過時間が再送タイムアウト時間未満であれば、送信端末９１は再送処理を発生させることなく継続してデータ送信が可能である。再送処理が発生しなければ、無駄な再送パケットの発生を抑制でき、パケット再送時のスロースタートや輻輳回避が必要なくなるので、データパケット７以降の送信速度（通信スループット）の低下を防止できる。

また、図５で示したものと同様に、通信スループットの向上や無線伝送路の利用効率の向上も実現できる。

本実施形態においても、第２の実施形態のように、判断項目に基づきＴＣＰセッションに優先順位を設定することは可能であり、この場合は、設定された優先順位にしたがった順番で受信側中継装置９５はＡＣＫパケットを受信側無線機９４側へ送信し、設定された優先順位にしたがった順番で送信側中継装置９２はデータパケットを送信側無線機９３側へ送信すればよい。

なお、第４の実施形態で説明したように、本実施形態では、送受信端末の一方が地上端末１である場合を説明したが、送受信端末の双方が移動体４の場合でも、同様に実現できる。

本発明の１実施形態に係る移動体通信システムの構成図である。 本実施形態に係る中継装置の構成図である。 本実施形態に係る中継装置の動作手順を示す図である。 本実施形態に係るパケットの中継フローの例を示す図である。 本実施形態に係るデータ転送時間の短縮効果を説明する図である。 本発明の２実施形態に係る優先順位の設定テーブルを示す図である。 本実施形態に係る中継装置の動作手順を示す図である。 本実施形態に係るパケットの中継フローの例を示す図である。 本発明の３実施形態に係る中継装置の動作手順を示す図である。 本実施形態に係るパケットの中継フローの例を示す図である。 本発明の４実施形態に係る中継装置の動作手順を示す図である。 本実施形態に係る中継装置の動作手順を示す図である。 本実施形態に係るパケットの中継フローの例を示す図である。

符号の説明

１ 地上端末
２ 地上データ伝送路
３ 地上局
４ 移動体
３０ 地上局中継装置
３１ 地上局無線機
３２ 地上局アンテナ
４１ 移動体端末
４２ 移動体データ伝送路
４３ 移動局
９１ 送信端末
９２ 送信側中継装置
９３ 送信側無線機
９４ 受信側無線機
９５ 受信側中継装置
９６ 受信端末
４３０ 移動局中継装置
４３１ 移動局無線機
４３２ 移動局アンテナ
６００ 演算装置
６０１ 入力装置
６０２ 出力装置
６０３ 記憶装置
６０４ 外部インタフェース装置
８０１ 設定テーブル

Claims (9)

1. 移動体端末と地上端末とを含む複数の端末それぞれに無線機が接続されており、無線伝送路を介して前記移動体端末と前記地上端末間でパケットの送受信を行う移動体通信システムであって、
   前記移動体端末にデータ伝送路で接続された移動体側の中継装置と、前記地上端末にデータ伝送路で接続された地上端末側の中継装置とがそれぞれ、
   前記無線機を介して通信相手の前記端末から受けたパケットを自中継装置と接続する前記端末へ中継するとともに、前記通信相手に対する確認応答パケットを前記無線機へ中継するパケット中継手段と、
   前記通信相手の端末からパケット受けるごとに作成された前記確認応答パケットを逐次蓄積する確認応答パケット蓄積手段と、
   前記無線伝送路の無線リンクの接続状態を、前記移動体側の中継装置と前記地上端末側の中継装置との間でデータをやり取りして監視する無線リンク監視手段と、を含んで構成され、
   前記無線リンク監視手段が無線リンクの接続状態が非接続から接続に復帰したことを検出すると、前記確認応答パケット蓄積手段に蓄積された前記確認応答パケットのうち最新の確認応答パケットを前記無線伝送路に送信し、前記最新の確認応答パケットを受信した前記通信相手の端末は、受信した確認応答パケットに基づいて再送するデータパケットを含めて送信するデータパケットを決定する移動体通信システム。
2. 複数の端末それぞれに無線機が接続されており、無線伝送路を介して前記複数の端末間でパケットの送受信を行う移動体通信システムであって、
   前記複数の端末はそれぞれ、データ伝送路で接続された中継装置を備え、
   前記複数の端末それぞれ備えられた前記中継装置は、
   前記複数の端末のうち通信相手の前記端末から前記無線機を介して受けたパケットを自中継装置と接続する前記端末へ中継するとともに、前記通信相手の端末に対する確認応答パケットを前記無線機へ中継するパケット中継手段と、
   前記通信相手の端末からパケットを受けて前記確認応答パケットが作成されるごとに、新たに作成された確認応答パケットを逐次更新して蓄積する確認応答パケット蓄積手段と、
   前記無線伝送路の無線リンクの接続状態を、前記移動体側の中継装置と前記地上端末側の中継装置との間でデータをやり取りして監視する無線リンク監視手段を含んで構成され、
   前記無線リンク監視手段が無線リンクの接続状態が非接続から接続に復帰したことを検出すると、前記確認応答パケット蓄積手段に蓄積された前記確認応答パケットを前記無線伝送路に送信し、前記通信相手の端末は、受信した確認応答パケットに基づいて再送するデータパケットを含めて送信するデータパケットを決定する移動体通信システム。
3. 前記確認応答パケットを複数個複製して前記無線伝送路に送信する請求項１又は２に記載の移動体通信システム。
4. 前記確認応答パケット蓄積手段は、複数の異なるセッション毎に確認応答パケットを蓄積するものであって、セッション毎に設定した優先順位の順序で、前記蓄積した最新の確認応答パケットをセッション毎に前記無線伝送路に送信する請求項１又は２に記載の移動体通信システム。
5. 前記中継装置が端末から無線機へ中継する最新の複数個のデータパケットを蓄積するデータパケット蓄積手段を有するものであって、受信した前記確認応答パケットのシーケンス番号の値以上のシーケンス番号を有するデータパケットを前記無線機へ送信する請求項１又は２に記載の移動体通信システム。
6. 前記データパケット蓄積手段は、複数の異なるセッション毎にデータパケットを蓄積するものであって、セッション毎に設定した優先順位の順序で、前記蓄積した最新のデータパケットをセッション毎に前記無線伝送路に送信する請求項５に記載の移動体通信システム。
7. 移動体端末と地上端末とを含む複数の端末それぞれに無線機が接続され、
   前記移動体端末にデータ伝送路で接続された移動体側の中継装置と、前記地上端末にデータ伝送路で接続された地上端末側の中継装置とがそれぞれ、
   前記無線機を介して通信相手の前記端末から受けたパケットを自中継装置と接続する前記端末へ中継するとともに、前記通信相手に対する確認応答パケットを前記無線機へ中継するパケット中継手段と、
   前記通信相手の端末からパケットを受けるごとに作成された前記確認応答パケットを逐次蓄積する確認応答パケット蓄積手段と、
   前記無線伝送路の無線リンクの接続状態を、前記移動体側の中継装置と前記地上端末側の中継装置との間でデータをやり取りして監視する無線リンク監視手段と、を含んで構成され、
   前記無線リンク監視手段が無線リンクの接続状態が非接続から接続に復帰したことを検出すると、前記確認応答パケット蓄積手段に蓄積された前記確認応答パケットのうち最新の確認応答パケットを前記無線伝送路に送信し、前記最新の確認応答パケットを受信した前記通信相手の端末は、受信した確認応答パケットに基づいて再送するデータパケットを含めて送信するデータパケットを決定し、該決定されたデータパケットを送信して前記無線伝送路を介して移動体端末と地上端末間でパケットの送受信を行う移動体通信方法。
8. 前記確認応答パケット蓄積手段は、複数の異なるセッション毎に確認応答パケットを蓄積するものであって、セッション毎に設定した優先順位の順序で、前記蓄積した最新の確認応答パケットをセッション毎に前記無線伝送路に送信する請求項７に記載の移動体通信方法。
9. 前記確認応答パケットが複数の異なるセッション毎に蓄積され、データパケットが複数の異なるセッション毎に蓄積され、設定したセッションの優先順位に基づいた順序で、前記蓄積した最新の確認応答パケットをセッション毎に無線伝送路に送信し、前記蓄積したデータパケットをセッション毎に前記無線伝送路に送信する請求項７に記載の移動体通信方法。

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