JP5005798B2

JP5005798B2 - 通信端末

Info

Publication number: JP5005798B2
Application number: JP2010141891A
Authority: JP
Inventors: 忠行福原; 晴紀泉川
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: JP2010268484A

Description

本発明は、通信端末に関する。

近年、セルラや無線ＬＡＮなど複数の異なる無線ネットワークへのアクセスを適応的に切り替えて通信を行う、シームレス通信の技術を確立することが重要となっている。
一般的に伝送速度は通信メディアによって大きな差があるため、異なるメディア間でハンドオーバを行う際には、ハンドオーバ前の伝送レートを維持することが困難となる場合も生じてくる。また、メディアによって遅延時間に差があることに起因して、ハンドオーバの際に瞬断が発生するおそれもある。シームレス通信は、状況に応じて最適な通信メディアにアクセスを切り替え、動画ファイル等のストリーミングデータやテレビ電話の映像・音声データの伝送を途切れなく行って正常に通信を継続させるための技術である。

こうした技術の一つとして、伝送するデータを通信メディアに合った品質に変換することで伝送レートを変化させる方法が、特許文献１に記載されている。しかし、この方法はフレームレートをハンドオーバの前と後とで変化させているだけであるので、メディア間の遅延時間差と、通常のハンドオーバにおいて発生する切り替え時間およびレート変換後のパケットバッファリング時間の影響とを吸収できない。そのため、受信側で映像と音声が途切れてしまうことが問題となっていた。

また非特許文献１では、ハンドオーバ時にネットワーク内のサーバにおいてパケットを複製し、これをハンドオーバの前と後のリンク双方に対して送信（バイキャスト）することで、リンク切り替え時間の影響によって生じるパケットロスを防止して、これによりシームレスなハンドオーバを実現する技術が提案されている。しかしながら、この方法を伝送速度の大きく異なるメディア間のハンドオーバでそのまま利用しただけでは、伝送速度の高いメディアで伝送されていたパケットの全てを伝送速度の低いメディアによって正常に送信することは不可能なため、シームレスな切り替えを行うことはできないという問題がある。

さらに非特許文献２には、ストリーミングアプリケーションに特化したシームレス通信の一手法として、コンテンツサーバ側で通信メディアに応じたレートに伝送データを変換した上でバイキャストすることで、伝送速度が大きく異なるネットワーク間でハンドオーバを行ってもシームレスに通信を継続可能にする技術が記載されている。しかしながら、この技術はテレビ電話のような双方向かつリアルタイムのアプリケーションに適用することが不可能であるという問題点を有していた。

特開平１０−１２６８５６号公報

Karim El Malki他、"Simultaneous Bindings for Mobile IPv6 Fast Handovers"、２００１年７月、IETF、Mobile IP Working Group、Internet-draft、draft-elmalki-mobileip-bicasting-v6-00.txt "無線ＬＡＮスポットにおける利用者端末の利用促進技術を開発；別紙２（３）シームレスハンドオーバ技術"、平成１６年８月２４日、モバイル・ホームシステム協議会、＜URL:http://mhsf.jeita.or.jp/pressrelease/040824.pdf＞

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、異なる通信メディア間でハンドオーバを行っても双方向かつリアルタイムのアプリケーションを途切れなくシームレスに通信することが可能な通信端末を提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、請求項１に記載の発明は、複数の送受信部により受信した映像品質の互いに異なるデータを個別に復調する、前記送受信部のそれぞれに対応して設けられた複数の復調部と、入力されたデータの映像品質を変換する、前記復調部のそれぞれに対応して設けられた複数の映像品質変換部と、前記データを再生する再生部と、を備え、前記映像品質変換部は、一の復調されたデータの映像品質を他の復調されたデータの映像品質と同一の映像品質となるように連続的に変換し、前記再生部は、前記他の復調されたデータを再生している際に、前記一の復調されたデータの映像品質と前記他の復調されたデータの映像品質とが同一の映像品質となった場合、再生する前記データを前記他の復調されたデータから前記一の復調されたデータに切り替えることを特徴とする通信端末である。

本発明によれば、通信経路の特性を考慮して最適な伝送レートやエラー耐性強度を判断し、その伝送レートまたは／およびエラー耐性強度にデータを変換して送信された異なる映像品質のデータを選択的に復調して再生するので、通信速度の低いメディアでも映像を途切れさせることなく通信を行うことができる。
また、複数の通信経路を使ってそれぞれの経路に合った映像品質でデータを復調するので、万一通信経路の一つが使用不可能な状態になっても通信を継続させることができる。
また、通信経路を切り替える際に、中間に複数の通信経路によりデータが中継される状態を経由しているので、ハンドオーバによって通常起きるような映像の途切れがなく、シームレスに通信を行うことができる。
さらにまた、異なる伝送レートで送信されるデータを選択的に再生し、若しくは伝送レートを連続的に変化させてから再生するので、途切れなく滑らかな映像再生を行うことができる。

第１の実施形態による無線ネットワークの構成図である。バイキャストサーバの構成を示すブロック図である。バイキャストサーバと同じ機能を有するサーバ群の構成図である。デュアル通信端末の構成を示すブロック図である。第２の実施形態による無線ネットワークの構成図である。デュアル通信端末の別の構成を示すブロック図である。デュアル通信端末の別の構成を示すブロック図である。デュアル通信端末の別の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
≪第１の実施形態≫
図１は、本発明の第１の実施形態による無線ネットワークの構成を概略的に示したものである。同図において、この無線ネットワークは、バイキャストサーバ１０と、セルラ基地局２０と、無線ＬＡＮ基地局３０と、デュアル通信端末４０と、シングル通信端末５０とを有している。ここで、デュアル通信端末４０は「通信端末」に、それぞれ対応する。

セルラ基地局２０は、携帯電話による通信を行う際に各端末が接続する基地局であり、無線ＬＡＮ基地局３０は、無線ＬＡＮによる通信を行う際に各端末が接続する基地局である。このセルラ基地局２０と無線ＬＡＮ基地局３０は、それぞれその電波出力強度や周辺の地形的環境などによって決まる通信エリアを持っており、各端末はこの通信エリア内にいる場合に当該基地局に接続して通信を行う。ここで図１において、セルラ基地局２０の通信エリアと無線ＬＡＮ基地局３０の通信エリアは、一部が重なっているものとする。また、セルラ基地局２０と無線ＬＡＮ基地局３０は、共にコアネットワーク６０に接続されているものとする。

デュアル通信端末４０は、携帯電話の通信インタフェースと無線ＬＡＮの通信インタフェースを持った携帯電話端末であり、セルラ基地局２０の通信エリア内にいる時は携帯電話インタフェースを使ってセルラ基地局２０と、無線ＬＡＮ基地局３０の通信エリア内にいる時は無線ＬＡＮインタフェースを使って無線ＬＡＮ基地局３０と、それぞれ接続して通信をすることが可能である。また、両基地局の通信エリアが重なったエリアにいる時には、通信状況に応じて適応的に接続先の基地局を切り替えるようになっている。例えば、無線ＬＡＮ基地局３０の通信エリアからセルラ基地局２０の通信エリアに向かってデュアル通信端末４０が移動している場合には、無線ＬＡＮ基地局３０からセルラ基地局２０への切り替え（ハンドオーバ）が行われる。

シングル通信端末５０は、無線ＬＡＮの通信インタフェースのみを持っている携帯電話端末であり、接続可能な基地局は無線ＬＡＮ基地局３０に限られている。
なお、デュアル通信端末４０とシングル通信端末５０は、上記の通り通信インタフェースを複数持っているか１つしか持っていないかという点だけが異なり、その他の構成、機能は同じであって、共にテレビ電話の機能を備えているものとする。
以下、本実施形態では、デュアル通信端末４０とシングル通信端末５０との間でテレビ電話の通信を行いながらハンドオーバすることを前提に、説明を行う。

図２は、バイキャストサーバ１０の機能的構成を示したブロック図である。バイキャストサーバ１０は、テレビ電話等の双方向リアルタイムアプリケーションで伝送されるデータを通信メディア（ここでは携帯電話による通信か無線ＬＡＮによる通信かのいずれか）に合った映像品質に変換してバイキャストを行うためのサーバ装置であり、前述した２つの基地局と同じくコアネットワーク６０に接続されている。

図２において、バイキャストサーバ１０は映像品質変換部１０２、伝送品質判断部１０４、および送受信部１０６を有している。
映像品質変換部１０２は、送受信部１０６から入力された映像データ（テレビ電話の映像データ）に対して、伝送品質判断部１０４の指示に従ってその伝送レートとエラー耐性強度を変換する処理を施す。伝送品質判断部１０４は、映像品質変換部１０２へ入力されたデータの伝送レートを常時計測している。また、伝送品質判断部１０４には、コアネットワーク６０に接続されている各基地局で使われる無線システム（ここでは携帯電話と無線ＬＡＮ）のそれぞれに関して、伝送速度や遅延時間、パケットロス率等の通信パラメータについての各種情報が通知されている。伝送品質判断部１０４は、これらの情報に基づいて、上記の映像データをどのような伝送レートとエラー耐性強度で伝送することが適当であるかを判断し、その結果を映像品質変換部１０２に知らせて映像データの変換を指示する。

ここで、伝送レートとは単位時間当りに伝送されるデータのビット数である。伝送レートの変換の方法としては、例えば、１秒間の映像コマ数であるフレームレートを変換したり、１フレーム内の画像のピクセル数を変換したりする方法が適用できる。また、エラー耐性強度の変換は、パケットロス率に応じて、データに付与する冗長度を最適調整することによって行う。そして、エラー耐性処理を施した後にフレームレートやピクセル数を変化させ、配信に用いる無線システムで送信可能な伝送レートに変換する。

データの送信先がデュアル通信端末４０である場合、映像品質変換部１０２で伝送レートとエラー耐性強度を変換された映像データは、変換前の映像データと共に送受信部１０６からコアネットワーク６０側に送り出される。この時、送り出される２つの映像データは、映像として同期が取られた状態であってもよいし、非同期の状態であってもよい。
また、データの送信先がシングル通信端末５０である場合は、伝送品質判断部１０４の判断に基づいて、変換後もしくは変換前のいずれか一方の映像データが送受信部１０６から送り出される。

なお、上記のバイキャストサーバ１０に代えて、図３に示すように別々のサーバ（伝送品質判断サーバ７０と映像品質変換サーバ８０）からなる構成とすることもできる。

図４は、デュアル通信端末４０の機能的構成を示したブロック図である。
同図において、デュアル通信端末４０は、２つの送受信部４０２ａ、４０２ｂと、復調部４０４と、再生部４０６とを有している。

２つの送受信部のうち、一方の送受信部４０２ａは携帯電話の通信インタフェース、もう一方の送受信部４０２ｂは無線ＬＡＮの通信インタフェースである。これらの送受信部４０２ａ、４０２ｂは、各無線システムで送信されてくるデータをそれぞれ独立して受信し復調部４０４へ出力する。受信された各データは、携帯電話または無線ＬＡＮの各システムに合った映像品質（伝送レート、エラー耐性強度）を有している。

復調部４０４は、入力されたこれら受信データのうち、通信状態や映像品質を基準として一方のデータを選択し、選択したデータについて復調処理を行って映像データを抽出する。この映像データは再生部４０６へ送られ、映像が再生される。
ここで、復調部４０４で行われる上記のデータ選択について、具体的には、例えば無線ＬＡＮでの通信状態が悪い場合には携帯電話のシステムで受信したデータを選択したり、あるいは無線ＬＡＮも携帯電話も同程度の通信状態で受信できている場合にはより伝送レートの高い方のデータを選択したりする、というような判断を行う。なお、復調部４０４でデータを一方から他方へ切り替える際には、復調部４０４の前段に設けたバッファ（図示していない）を利用することでデータの同期を取って、再生する映像に途切れが生じないように制御が行われるものとする。

次に、本実施形態におけるハンドオーバの動作について説明する。
前提として、デュアル通信端末４０がＡ地点→Ｂ地点→Ｃ地点（図１参照）のように移動していくものとし、Ａ〜Ｃ地点がそれぞれ、Ａ地点…無線ＬＡＮ基地局３０の通信エリア内、Ｂ地点…セルラ基地局２０の通信エリアと無線ＬＡＮ基地局３０の通信エリアが重なっているエリア内、Ｃ地点…セルラ基地局２０の通信エリア内、に位置しているものとする。また、無線ＬＡＮのシステムを使った場合の伝送速度を２Ｍｂｐｓ、携帯電話のシステムを使った場合の伝送速度を２００ｋｂｐｓとする。さらに、伝送されるデータは、デュアル通信端末４０の位置によらず必ずバイキャストサーバ１０を経由して通信されるものとする。

まず、デュアル通信端末４０がＡ地点に存在している時、デュアル通信端末４０とシングル通信端末５０間の通信は、無線ＬＡＮ基地局３０を介して、無線ＬＡＮのシステムを使って行われる。この場合、同一の通信システム（無線ＬＡＮ）が使われており伝送速度が等しいので、バイキャストサーバ１０は伝送レートの変換を行わず、データをそのまま送信先に転送する。すなわち、いずれの方向でも２Ｍｂｐｓの伝送レートで通信が行われる。

次に、デュアル通信端末４０がＢ地点に移動すると、シングル通信端末５０から送信される２Ｍｂｐｓのデータは、映像品質変換部１０２においてコピーされ携帯電話の伝送速度２００ｋｂｐｓに変換される。バイキャストサーバ１０は、コピー元の２Ｍｂｐｓのデータと変換された２００ｋｂｐｓのデータを通信相手であるデュアル通信端末４０に送信する。この時、２Ｍｂｐｓのデータは無線ＬＡＮ基地局３０から、２００ｋｂｐｓのデータはセルラ基地局２０からそれぞれデュアル通信端末４０へ送り出される。デュアル通信端末４０は、受信した伝送レートの異なる２つのデータに対して、上述した選択を適宜行ってデータの復調と映像の再生を行う。

また、デュアル通信端末４０からは、２Ｍｂｐｓのデータが無線ＬＡＮ基地局３０へ、２００ｋｂｐｓのデータがセルラ基地局２０へ、それぞれ送信され、これら２つのデータのいずれもがバイキャストサーバ１０へ届けられる。バイキャストサーバ１０は、送信先であるシングル通信端末５０が使っている通信システムに合った伝送レートでデータを送り出すが、ここではシングル通信端末５０は２Ｍｂｐｓの通信が可能であるので、受信したデータのうち２Ｍｂｐｓのデータをそのまま送り出すことになる。ただし、デュアル通信端末４０における無線ＬＡＮの通信状態が悪く２Ｍｂｐｓのデータが受信できていない場合には、例外として２００ｋｂｐｓのデータが利用される。シングル通信端末５０は、バイキャストサーバ１０からのデータを無線ＬＡＮ基地局３０を介して受信して、復調後に映像を再生する。

このようにＢ地点においては、両方向の通信共に、シングル通信端末５０−バイキャストサーバ１０間の伝送レートは２Ｍｂｐｓ（上記例外の場合以外）、バイキャストサーバ１０−デュアル通信端末４０間の伝送レートは状況に応じて２Ｍｂｐｓまたは２００ｋｂｐｓとなるように、制御が行われる。
なお、もし仮にシングル通信端末５０の通信が５００ｋｂｐｓの伝送レートに制限されていたとすると、バイキャストサーバ１０は、デュアル通信端末４０から受信した２Ｍｂｐｓのデータを伝送レート５００ｋｂｐｓに変換し、変換後のデータをシングル通信端末５０に送信することになる。

デュアル通信端末４０がさらに移動してＣ地点に達すると、バイキャストサーバ１０はシングル通信端末５０からの２Ｍｂｐｓのデータを２００ｋｂｐｓに変換して送り出す。このデータはセルラ基地局２０を介してデュアル通信端末４０によって受信される。またデュアル通信端末４０が送信する２００ｋｂｐｓのデータは、バイキャストサーバ１０によってそのままの伝送レートでシングル通信端末５０へと送られる。

このように、本実施形態によれば、セルラシステムと無線ＬＡＮシステムが併存している環境下において、伝送されるテレビ電話の映像データに対してバイキャストサーバ１０が伝送レートとエラー耐性強度の変換を施し、セルラおよび無線ＬＡＮそれぞれのシステムに合った品質によるバイキャスト通信が行われる。デュアル通信端末４０はハンドオーバの際に、バイキャストされる２つの異なる映像品質のデータを受信した上で、状況に応じてどちらか一方の映像データを再生する。これにより、ハンドオーバを行っても途切れなくシームレスに通信を継続することができる。

≪第２の実施形態≫
次に他の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態による無線ネットワークの構成を概略的に示したものである。本実施形態と第１の実施形態との違いは、本実施形態ではバイキャストサーバ１０の機能をネットワーク内に設けた複数のサーバに分散させたところにある。すなわち、伝送品質判断サーバ７０は第１の実施形態における伝送品質判断部１０４に該当し、映像品質変換サーバ８１〜８４はいずれも第１の実施形態における映像品質変換部１０２に該当する。

図５において、各デュアル通信端末４１、４２が送受信するデータは、ネットワーク的に最も近い場所に存在する映像品質変換サーバ８１、８２を経由して伝送される。映像品質変換サーバ８１〜８４は、通過していくそれらのデータの伝送レートを計測し、その計測結果を随時伝送品質判断サーバ７０に通知している。伝送品質判断サーバ７０は、通知された伝送レートの値を基にして、各映像品質変換サーバ８１〜８４に対して伝送レートの変換を指示する。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

例えば、デュアル通信端末４０の機能構成は第１の実施形態（図４）のところで説明した構成に限定されず、図６〜図８に示すような構成とすることも可能である。
すなわち、図６において、デュアル通信端末４３は、各送受信部４０２ａ、４０２ｂに対応する別個の復調部４０５ａ、４０５ｂを有している。この構成の場合、受信されたデータは各復調部４０５ａ、４０５ｂで復調された後に、再生部４０６において一方が選択されて再生される。

また、図７のデュアル通信端末４４は、図６のデュアル通信端末４３において、復調部４０５ａ、４０５ｂの後段にそれぞれ映像品質変換部１０３ａ、１０３ｂを設けたものである。このデュアル通信端末４４では、伝送レート２Ｍｂｐｓで通信している無線ＬＡＮ（送受信部４０２ａと復調部４０５ａを使用）から２００ｋｂｐｓの携帯電話（送受信部４０２ｂと復調部４０５ｂを使用）へハンドオーバする際に、映像品質変換部１０３ａが伝送レートを２Ｍｂｐｓから徐々に連続的に２００ｋｂｐｓまで変化させていき、レートが２００ｋｂｐｓになった時点で通信メディアの切り替え（無線ＬＡＮから携帯電話へ）が行われる。このようにすることで、映像を滑らかに切り替えることが可能となる。

また図８の場合、デュアル通信端末４５は、送受信部４０２ｃ（無線ＬＡＮの通信インタフェース）に対応する２つの復調部４０５ｃ、４０５ｄと、送受信部４０２ｄ（携帯電話の通信インタフェース）に対応する１つの復調部４０５ｅとを有している。このデュアル通信端末４５が使われる無線ネットワークでは、無線ＬＡＮ（伝送速度は２Ｍｂｐｓ）から携帯電話（伝送速度は２００ｋｂｐｓ）へのハンドオーバにおいて、バイキャストサーバ１０は伝送レートを２Ｍｂｐｓから例えば５００ｋｂｐｓ、２００ｋｂｐｓと段階的に変換していき、初めに通信メディアを無線ＬＡＮとしたまま２Ｍｂｐｓと５００ｋｂｐｓでバイキャストし、次いで無線ＬＡＮの５００ｋｂｐｓと携帯電話の２００ｋｂｐｓでバイキャストする。デュアル通信端末４５は、このようなバイキャスト通信に対応して、初めのバイキャストの時は復調部４０５ｃと４０５ｄで復調を行って映像を２Ｍｂｐｓから５００ｋｂｐｓに切り替え、次のバイキャストの時に復調部４０５ｄと４０５ｅで復調してさらに映像を２００ｋｂｐｓに切り替える。

また、これまでに説明したデュアル通信端末４０〜４５は、いずれも２つの送受信部を持ち、通信メディアとしては携帯電話と無線ＬＡＮに対応したものであったが、このような構成には限定されず、送受信部を３つ以上有し、他の通信メディア（有線を含む）にも対応するように構成することができることは言うまでもない。
また、バイキャストサーバ１０は、図１においてデュアル通信端末４０がＢ地点に存在する場合だけでなく、Ａ地点でもＣ地点でも常にバイキャストするようにしてもよい。

１０…バイキャストサーバ２０…セルラ基地局３０…無線ＬＡＮ基地局４０〜４５…デュアル通信端末５０…シングル通信端末６０…コアネットワーク７０…伝送品質判断サーバ８０〜８４…映像品質変換サーバ１０２、１０３…映像品質変換部１０４…伝送品質判断部１０６…送受信部４０２…送受信部４０４、４０５…復調部４０６…再生部

Claims

複数の送受信部により受信した映像品質の互いに異なるデータを個別に復調する、前記送受信部のそれぞれに対応して設けられた複数の復調部と、
入力されたデータの映像品質を変換する、前記復調部のそれぞれに対応して設けられた複数の映像品質変換部と、
前記データを再生する再生部と、
を備え、
前記映像品質変換部は、一の復調されたデータの映像品質を他の復調されたデータの映像品質と同一の映像品質となるように連続的に変換し、
前記再生部は、前記他の復調されたデータを再生している際に、前記一の復調されたデータの映像品質と前記他の復調されたデータの映像品質とが同一の映像品質となった場合、再生する前記データを前記他の復調されたデータから前記一の復調されたデータに切り替える
ことを特徴とする通信端末。