無線通信方法および無線通信装置
【課題】複数無線システムのリンク多重において、リンク毎の遅延特性を考慮し、多重するリンク間のパケット分配率を決定でき、また、目標品質を満足するようにリンク切替またはリンク多重を使い分ける。
【解決手段】各無線システムのスループットおよび遅延時間を測定すると共に、前記各リンク間の遅延時間差を算出するステップＳ１０１と、前記測定の結果に基づいて、単独で目標品質を満足する無線システムがあるかどうかを判断するステップＳ１０２と、前記判断の結果、単独で目標品質を満足する無線リンクが無い場合は、前記各リンク間の遅延時間差と閾値とを比較し、前記遅延時間差が前記閾値以下である場合は、前記各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択する一方、前記遅延時間差が前記閾値を超える場合は、リンク切替を行なうリンク切替モードを選択するステップＳ１０６と、を少なくとも含む。
【解決手段】各無線システムのスループットおよび遅延時間を測定すると共に、前記各リンク間の遅延時間差を算出するステップＳ１０１と、前記測定の結果に基づいて、単独で目標品質を満足する無線システムがあるかどうかを判断するステップＳ１０２と、前記判断の結果、単独で目標品質を満足する無線リンクが無い場合は、前記各リンク間の遅延時間差と閾値とを比較し、前記遅延時間差が前記閾値以下である場合は、前記各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択する一方、前記遅延時間差が前記閾値を超える場合は、リンク切替を行なうリンク切替モードを選択するステップＳ１０６と、を少なくとも含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異種無線方式を動的に利用する無線通信方法および無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、異種無線システムに対応したマルチモード端末の活用法として、最適な無線リンクを常に選択するリンク切替、複数の無線リンクを多重させるリンク多重の２種類がある。従来、無線資源が豊富に存在する状況を想定して、リンク切替に焦点を当てた検討が行なわれてきた。しかしながら、輻輳時など、無線資源が逼迫する場合には１リンクで所望の品質を確保することが困難である。そこで、複数無線システムの残無線資源を束ねて、所望の品質を提供するリンク多重が必要となる。
【０００３】
これについて、無線ＬＡＮ、携帯電話等の異なる無線システムを統合するための技術が提案されている。例えば、特許文献１は、ピコセル、マイクロセル、マクロセルなる異なるセルサイズを有する異種無線システムを、コグニティブ基地局、コグニティブ端末を用いて統合する技術が開示されている。コグニティブ基地局、コグニティブ端末は、スイッチ、複数の無線モジュール、無線環境認識部を備えており、無線環境認識部は、無線環境を認識して、その認識結果に基づき、スイッチに対してリンクフレームの分配先である無線モジュールを指示する。リンクフレームは指示された無線モジュールを介して送受信される。
【０００４】
また、特許文献２は、電波環境の変動に応じて、通信品質に関する指標を通知する方式が提案されている。具体的には、一つの無線方式に閉じて、受信ＣＩＲ（Carrier to Interference Ratio：搬送波対干渉電力比）を測定して、その将来予測値を算出して出力する技術である。また、非特許文献１は、ＷｉＭＡＸ、Ｗｉ−Ｆｉに対して、パケット毎の送信時間をＡｉｒ ｔｉｍｅ ｃｏｓｔとして定義し、その比率から多重するリンクへのパケット分配率を求める技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０８５７５９号公報
【特許文献２】特開２００４−２５３８３０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】IEICE TRANS. COMMUN., VOL.E91-B. NO.10 OCTOBER 2008「Adaptive Multimedia Flow Splitting over WIMAX and Wi-Fi Links」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、リンク多重では、リンク間に特性差が存在する場合に、パケットの到着順序が前後する等の不具合が生じる。これは、パケット再送の発生、再送に伴うリソースの消費等の悪影響をもたらす。また、これらを回避する為に、リンクの品質に応じて、パケットを適切に分配する必要がある。また、限られた無線資源を多重させる背景から、多重後のリンクの品質を見積もった上で、リンク多重を実行することが好ましい。
【０００８】
一方、複数無線システムの残無線資源を束ねて、所望の品質を提供するリンク多重について検討が進められている。特許文献１は、無線リンク多重を行なう機構を示しているが、具体的な方式を示していない。非特許文献１は、複数無線リンクへパケットを分配する率を求めているが、多重するリンクの選択、リンク品質の変動、目標品質の設定を考慮していない。特許文献２は、遅延時間等のアプリケーションよりの指標を用いておらず、異種無線リンク制御の視点に立っていない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、複数無線システムのリンク多重において、リンク毎の遅延特性を考慮し、多重するリンク間のパケット分配率を決定でき、また、目標品質を満足するようにリンク切替またはリンク多重を使い分けることができる無線通信方法および無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の無線通信方法は、複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線リンクを選択して無線通信を行なう無線通信方法であって、前記各無線システムのスループット、遅延時間を測定すると共に、前記各リンク間の遅延時間差を算出するステップと、前記測定の結果に基づいて、単独で目標品質を満足する無線システムがあるかどうかを判断するステップと、前記判断の結果、単独で目標品質を満足する無線リンクが無い場合は、前記各リンク間の遅延時間差と閾値とを比較するステップと、前記比較の結果、前記遅延時間差が前記閾値以下である場合は、前記各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択する一方、前記遅延時間差が前記閾値を超える場合は、リンク切替を行なうリンク切替モードを選択するステップと、前記選択したリンク多重モードまたはリンク切替モードのいずれか一方のモードで信号を送信するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする。
【００１１】
このように、遅延時間差が閾値以下である場合は、各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択する一方、遅延時間差が閾値を超える場合は、リンク切替を行なうリンク切替モードを選択するステップと、選択したリンク多重モードまたはリンク切替モードのいずれか一方のモードで信号を送信するので、目標品質を満たすように一つもしくは複数の無線システムを選択した上で、リンク切替とリンク多重とを使い分けることが可能となる。また、遅延時間差が閾値以下である場合に、各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択するので、帯域を確保するとともに、パケット到着順序の逆転を防ぐことが可能となる。
【００１２】
（２）また、本発明の無線通信方法は、前記判断の結果、単独で目標品質を満足する無線システムがある場合は、前記リンク切替モードを選択することを特徴とする。
【００１３】
このように、判断の結果、単独で目標品質を満足する無線システムがある場合は、リンク切替モードを選択するので、リンク切替とリンク多重とを使い分けることが可能となる。
【００１４】
（３）また、本発明の無線通信方法は、リンクの遅延時間、ＣＩＲ（Carrier to Interference Ratio）、パケットサイズおよび同時無線資源割当率間の特性を示すテーブルを用いて、前記各リンク間の遅延時間差を算出することを特徴とする。
【００１５】
この構成により、目標品質を満たすように一つもしくは複数の無線システムを選択した上で、リンク切替とリンク多重とを使い分けることが可能となる。
【００１６】
（４）また、本発明の無線通信方法は、前記ＣＩＲおよび前記パケットサイズの変動に応じて、前記テーブルの内容を更新することを特徴とする。
【００１７】
この構成により、短い時間スケールで変動するＣＩＲおよびパケットサイズについて、変動を考慮した処理を行なうことが可能となる。
【００１８】
（５）また、本発明の無線通信方法は、前記リンク多重モードを選択した場合、多重する各リンクのスループット、遅延時間を考慮して、パケットを分配することを特徴とする。
【００１９】
このように、パケットを分配するので、いずれかのリンクから過剰なパケットが送信されて、パケットの到着順序が逆転する事態を回避することができる。この結果、スループットの向上を図ることが可能となる。
【００２０】
（６）また、本発明の無線通信方法は、前記各リンクのスループットおよび遅延時間を用いて指標を算出し、前記指標に基づいて、パケットを分配することを特徴とする。
【００２１】
このように、各リンクのスループットおよび遅延時間で定まる指標を算出し、前記指標に基づいて、パケットを分配するので、いずれかのリンクから過剰なパケットが送信されて、パケットの到着順序が逆転する事態を回避することができる。この結果、スループットの向上を図ることが可能となる。この指標は、例えば、第１の指標として、指標BDP=Σ{(パケットサイズPi+オーバヘッドOi) ×Delayi}を用いて算出しても良いし、また、第２の指標として、指標２= Σ{（パケットサイズPi＋オーバーヘッドOi）÷Delayi ｝を用いて算出しても良い。なお、上式のΣ{}は、単位時間内に送信されたパケットサイズと遅延時間の積の総和である。
【００２２】
（７）また、本発明の無線通信装置は、複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線システムを選択して無線通信を行なう無線通信装置であって、前記各無線システムのスループット及び遅延時間を測定すると共に、前記各リンク間の遅延時間差を算出する無線環境認識部と、前記測定の結果に基づいて、単独で目標品質を満足する無線システムがあるかどうかを判断し、前記判断の結果、単独で目標品質を満足する無線システムが無い場合は、前記各リンク間の遅延時間差と閾値とを比較し、前記比較の結果、前記遅延時間差が前記閾値以下である場合は、前記各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択する一方、前記遅延時間差が前記閾値を超える場合は、リンク切替を行なうリンク切替モードを選択する送信制御部と、前記選択されたリンク多重モードまたはリンク切替モードのいずれか一方のモードに基づいて信号を送信する複数の無線モジュールと、を備えることを特徴とする。
【００２３】
このように、遅延時間差が閾値以下である場合は、各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択する一方、遅延時間差が閾値を超える場合は、リンク切替を行なうリンク切替モードを選択するステップと、選択したリンク多重モードまたはリンク切替モードのいずれか一方のモードで信号を送信するので、目標品質を満たすように一つもしくは複数の無線システムを選択した上で、リンク切替とリンク多重とを使い分けることが可能となる。また、遅延時間差が閾値以下である場合に、各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択するので、帯域を確保するとともに、パケット到着順序の逆転を防ぐことが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、目標品質を満たすように一つもしくは複数の無線システムを選択した上で、リンク切替とリンク多重とを使い分けることが可能となる。さらに、リンク多重において、品質の変動を加味した指標を用いることにより、動的な制御が可能となる。さらに、指標を考慮したパケット分配率を求めて、パケット分配率に応じてパケットを各リンクに分配するので、順序逆転を抑制することができ、再送を軽減するリンク多重が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の無線通信システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の基地局装置１０の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の移動局装置１００の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の基地局装置１０（図２）と移動局装置１００（図３）の無線接続の関係を示す図である。
【図５Ａ】ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ等の無線システムにおいて、ＣＩＲを変化させた時の、パケットサイズＰと遅延時間Ｄｅｌａｙの関係を示すグラフである。
【図５Ｂ】ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ等の無線システムにおいて、無線資源割当率Ｒを変化させた時の、パケットサイズＰと遅延時間Ｄｅｌａｙの関係を示すグラフである。
【図５Ｃ】本発明の第１の実施形態に係る無線資源割当率Ｒと補正値ｆ２（R）の関係を表すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るパケットサイズＰの度数分布を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るパケットサイズＰの累積度数分布を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るＣＩＲの累積度数分布を示すグラフである。
【図９】本発明の第４の実施形態におけるリンク切替とリンク多重を使い分ける手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。まず、本発明の前提となるシステム構成に関する説明を行なう。
【００２７】
図１は、本発明の無線通信システムの構成を示す図である。図１に示すように、本発明の無線通信システムのネットワークは、マクロセル無線モジュール１４ａによるマクロセル、マイクロセル無線モジュール１４ｂによるマイクロセル、ピコセル無線モジュール１４ｃによるピコセル、移動局装置１００、スイッチ部１３から構成される（以下、マクロセル無線モジュール１４ａ、マイクロセル無線モジュール１４ｂ、ピコセル無線モジュール１４ｃを合わせて無線モジュール１４と表す）。マクロセルとしては、例えば、携帯電話サービスを提供するセルラーシステムのセルである。マイクロセル無線モジュール１４ｂは、マクロセルよりも狭い範囲の通信エリアを提供するマイクロセルを形成する。マイクロセルとしては、例えば、「IEEE802.16」または「IEEE802.20」準拠のセルである。ピコセル無線モジュール１４ｃは、マイクロセルよりも狭い範囲の通信エリアを提供するピコセルを形成する。ピコセルとしては、例えば、「IEEE802.11」準拠のセルである。マイクロセルおよびピコセルは、マクロセル内に配置される。
【００２８】
マクロセル無線モジュール１４ａ、マイクロセル無線モジュール１４ｂおよびピコセル無線モジュール１４ｃは、各々のセルの配置に対応した場所に設置される。各無線モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、別途設けられたスイッチ部１３に通信回線を介して接続される。なお、図１では、基地局装置１０が備える他の構成（コア網側インタフェイス１１、仮想ＭＡＣ処理部１２、無線環境認識部１５）については省略している。図１に示されるように、スイッチ部１３には、マクロセルが一つだけ収容される。そして、そのマクロセルに内含されるマイクロセルおよびピコセルの全てが、そのマクロセルと同じスイッチ部１３に収容される。これにより、一つのマクロセルと、そのマクロセルに内含されるマイクロセルおよびピコセルの全てとは、同一のスイッチ部１３に収容され、同じリンク層で処理される。
【００２９】
図２は、本発明の基地局装置１０の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、基地局装置１０は、コア網側インタフェイス１１、仮想ＭＡＣ処理部１２、スイッチ部１３、マクロセル無線モジュール１４ａ、マイクロセル無線モジュール１４ｂ、ピコセル無線モジュール１４ｃ、無線環境認識部１５、センサ１６から構成される。基地局装置１０は、コア網側インタフェイス１１を介して、無線通信ネットワークのコアネットワークと接続する。各基地局装置１０は、コアネットワークを介して相互に接続される。また、各基地局装置１０は、コアネットワークを介して、インターネット等の無線通信ネットワークの外部のネットワークに接続することができる。
【００３０】
コア網側インタフェイス１１は、コアネットワークとの間で、ネットワーク層の通信データとして、本発明ではパケットを送受する。仮想ＭＡＣ処理部１２は、仮想ＭＡＣアドレスを用いたリンクを確立するための処理を行なう。仮想ＭＡＣアドレスは、物理アドレスであり、基地局装置１０および移動局装置１００の各々に対して、唯一に予め付与される。基地局装置１０の仮想ＭＡＣ処理部１２は、移動局装置１００の仮想ＭＡＣ処理部との間で、仮想ＭＡＣアドレスを用いたリンクを確立する。仮想ＭＡＣ処理部１２は、このリンクを用いて伝送するフレームを生成する。このフレームのことを、説明の便宜上、「リンクフレーム」と称する。リンクフレームには、コアネットワークから受信されたパケットが格納される。仮想ＭＡＣ処理部１２は、生成したリンクフレームをスイッチ部１３に出力する。また、仮想ＭＡＣ処理部１２は、スイッチ部１３からリンクフレームを受け取り、そのリンクフレームからパケットを取り出してコア網側インタフェイス１１に出力する。
【００３１】
スイッチ部１３は、仮想ＭＡＣ処理部１２から入力されるリンクフレームを各無線モジュール１４へ分配し、又、各無線モジュール１４から入力されるリンクフレームを仮想ＭＡＣ処理部１２へ出力する。
【００３２】
無線モジュール１４は、自己に固有のＭＡＣアドレスを有する。無線モジュール１４に固有のＭＡＣアドレスのことを、仮想ＭＡＣアドレスと区別するために、説明の便宜上、「実ＭＡＣアドレス」と称する。実ＭＡＣアドレスは、従来、利用されているものである。無線モジュール１４は、同じ無線通信方式の無線モジュールとの間で、実ＭＡＣアドレスを用いた無線リンクを確立する。無線リンクは、周波数チャネル単位で確立される。無線モジュール１４は、無線リンクを用いて伝送する無線フレームを生成する。無線フレームには、スイッチ部１３から受け取ったリンクフレームが格納される。また、無線モジュール１４は、無線リンクにより受信した無線フレームからリンクフレームを取り出してスイッチ部１３に出力する。
【００３３】
無線環境認識部１５は、無線環境を認識し、その認識結果に基づき、スイッチ部１３に対して、仮想ＭＡＣ処理部１２から入力されるリンクフレームの分配先を指示する。無線環境認識部１５は、各無線モジュール１４から無線情報を取得する。また、図示しないセンサーアンテナで観測したデータから無線情報を得てもよい。無線情報としては、例えば、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）の値、バックグラウンド雑音レベル、変調方式、送信バッファに蓄積されている送信待ちのデータ量、送信失敗を示すＮＡＣＫ信号を相手局から受信した回数、相手局から受信した無線フレームの不良率などが挙げられる。
【００３４】
無線環境認識部１５は、その無線情報に基づいて、各無線通信方式の通信状況を判断する。例えば、どの無線通信方式が良好な通信状態であるのかを判断する。さらに、どの無線通信方式のどの周波数チャネルが良好な通信状態であるのかを判断する。また、長期的な統計データや短期的な統計データを用いて、将来的に良好な通信状態が得られる可能性がある無線通信方式、さらにはその周波数チャネルを特定する推定処理を行なう。無線環境認識部１５は、各無線通信方式の通信状況に基づき、スイッチ部１３に対して、仮想ＭＡＣ処理部１２から入力されるリンクフレームの分配先を指示する。リンクフレームの分配先としては、現時点で良好の通信状態であるもの、もしくは、将来的に良好な通信状態が得られるであろうものであって、一つ若しくは複数の無線モジュール１４を指示し、さらにはその無線モジュール１４における周波数チャネルを一つ若しくは複数を指示する。また、分配比率についても、各無線通信方式の通信状況に基づいて決定し、スイッチ部１３に指示するようにしてよい。
【００３５】
スイッチ部１３は、無線環境認識部１５から指示された分配先へ、仮想ＭＡＣ処理部１２から受け取ったリンクフレームを順番に出力する。なお、無線環境認識部１５から分配比率が指示された場合には、その分配比率に従って、各分配先へリンクフレームを分配し出力する。なお、基地局装置１０は、仮想ＭＡＣ処理部１２を有しているが、これに限定されるわけではない。このように、基地局装置１０は、無線環境認識部１５が取得した通信品質などの情報に基づき、最適な無線モジュールを選択するようにスイッチ部１３を制御する。
【００３６】
図３は、本発明の移動局装置１００の概略構成を示すブロック図である。また、図３に示すように、移動局装置１００は、ユーザ網側インタフェイス１０１、仮想ＭＡＣ処理部１０２、スイッチ部１０３、マクロセル無線モジュール１０４ａ、マイクロセル無線モジュール１０４ｂ、ピコセル無線モジュール１０４ｃ、無線環境認識部１０５、センサ１０６から構成される。図３において、移動局装置１００も、図２の基地局装置１０と概ね同様の構成を採る。移動局装置１００において、ユーザ側インタフェイスはネットワーク層の処理を行なう。なお、移動局装置１００は、仮想ＭＡＣ処理部１０２を有しているが、これに限定されるわけではない。移動局装置１００は、無線環境認識部１０５が取得した通信品質などの情報に基づき、最適な無線モジュールを選択するようにスイッチ部１０３を制御する。
【００３７】
図４は、本発明の基地局装置１０（図２）と移動局装置１００（図３）の無線接続の関係を示す図である。基地局装置１０、移動局装置１００の間では、同種の無線モジュール間で接続が行なわれる。なお、基地局装置１０および移動局装置１００は、無線通信装置を構成し、仮想ＭＡＣ処理部１２、１０２およびスイッチ部１３、１０３は、送信制御部を構成する。次に、本発明の無線リンク多重方式の内容について説明を行なう。
【００３８】
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、基地局装置１０は、リンク毎の遅延特性を、いくつかのパラメータの関数として規定して、概算式あるいはテーブルとして保持する。このリンク毎の遅延特性を用いることで、第３の実施形態に述べる指標を求めることができる。
【００３９】
＜リンク毎の遅延時間の算出方式＞
図５Ａは、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ等の無線システムにおいて、ＣＩＲを変化させた時の、パケットサイズＰと遅延時間Ｄｅｌａｙの関係を示すグラフである。横軸はパケットサイズＰ、縦軸は遅延時間Ｄｅｌａｙを表している。無線資源割当率Ｒが一定値の場合、パケットサイズＰが大きく、ＣＩＲ値が低い程、遅延時間が長い傾向を示す。低ＣＩＲの場合、リンクの伝送速度が下がり、パケット伝送に時間を要する為である。また、パケットサイズＰが小さい場合、ＣＩＲ値に関わらず、遅延時間は一定値を示す。ある程度のパケットサイズＰまでは、伝送速度が低くても、一定の遅延時間で送信が可能だからである。
【００４０】
図５Ｂは、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ等の無線システムにおいて、無線資源割当率Ｒを変化させた時の、パケットサイズＰと遅延時間Ｄｅｌａｙの関係を示すグラフである。横軸はパケットサイズＰ、縦軸は遅延時間Ｄｅｌａｙを表している。ＣＩＲが一定値の場合、パケットサイズＰが大きく、無線資源割当率Ｒが高いほど、遅延時間Ｄｅｌａｙが長い特性を示す。無線資源割当率Ｒが高い場合、送信する機会が減少し、実効スループットが低下する為である。また、図５Ａと同様に、ある程度のパケットサイズＰまでは、無線資源割当率Ｒに係わらず、遅延時間は一定値を示す。
【００４１】
基地局装置１０は、図５Ａ、５Ｂに示す遅延時間を実測しておき、これをテーブルとして保持する。基地局装置１０は、パケットサイズＰ、ＣＩＲ、無線資源割当率Ｒを設定して、この保持しておいたテーブルを参照することで、遅延時間Ｄｅｌａｙを得ることが可能となる。また、図５Ａ、５Ｂに示す遅延時間を、式で求めることも可能である。
(Delay)=パケットサイズP[bit]÷{f1(CIR、P)[bit]÷TPDU[時間]×f2(R)}…(1)
【００４２】
無線システムでは、パケットをＰＤＵ（Protocol Data Unit）に分割して伝送する場合があり、そのＰＤＵサイズは状況により変化する。ｆ１（CIR、P）とは、搬送波対干渉電力比がＣＩＲの時に、パケットサイズがＰのパケットを伝送する際のＰＤＵサイズ［bit］を示す。基地局装置１０は、ｆ１（CIR、P）をテーブルとして保持してもよい。ＴＰＤＵ［時間］とは、１ＰＤＵの送信に要する時間を示す。
【００４３】
式（１）において、ｆ２（R）とは、補正値を示す。無線資源割当率Ｒが上昇すると、すなわち、残資源が減少すると、送信する機会が減少する。これは、リンクの伝送速度（瞬時速度）が高くとも、送信する機会が減少する為に、実効スループットを確保できないケースを意味する。そこで、この補正をｆ２（R）で行なう。ｆ２（R）は割合を表し、０≦ｆ２（R）≦１を値域とする（単位なし）。
【００４４】
図５Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る無線資源割当率Ｒとｆ２（R）の関係を表すグラフである。図５Ｃでは、横軸を無線資源割当率Ｒとして、縦軸にｆ２（R）を示している。無線資源割り当て率Ｒが低い場合、無線資源に余裕があるため、当該移動局装置１００のスループットは低下せず、ｆ２（R）は１に近い値をとる。Ｒが高くなるにつれて、移動局装置１００のスループットが低下する為、ｆ２（R）は低下する。特にＲが１００％となる場合、余剰無線資源が存在しない為、ｆ２（R）は０となる（この場合、Delay＝∞となり、当該無線システムは通信不可とみなして、本制御の対象から除外される）。基地局装置１０は、図５Ｃに示すｆ２（R）の特性をテーブルとして保持してもよい。
【００４５】
なお、図５Ａのように、パケットサイズＰが一定値以下の場合、ＣＩＲ値に関わらず、Ｄｅｌａｙは一定値となる。よって、これに該当する場合、一定値を直接に参照してもよい。第１の実施形態に示した処理により、パケット単位の遅延時間Ｄｅｌａｙを得ることが可能となり、この遅延時間Ｄｅｌａｙを用いることで、パケット単位の遅延時間を把握することができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
パケットサイズＰ、ＣＩＲは短い時間スケールで変動する。第２の実施形態では、第１の実施形態のリンク毎の遅延特性を把握する際の、リンク毎のパラメータである、パケットサイズＰ、ＣＩＲが変動する場合の追加処理について説明する。
【００４７】
＜パケットサイズＰの選択＞
パケットサイズＰは、アプリケーションにより異なり、アプリケーション毎に設定される。よって、アプリケーションが変われば、パケットサイズＰが変動することになる。また、複数のアプリケーションが同時に使用されることも一般的である。このような場合にも、当然パケットサイズＰは変動する。このようにパケットサイズＰが変動する場合には、アプリケーション毎のパケットサイズのＰ分布を、遅延時間に反映させる。詳細には、以下の方式（Ｐ−１）、（Ｐ−２）、（Ｐ−３）のいずれかの方式を採用する。
【００４８】
方式（Ｐ−１）：アプリケーション毎のパケットサイズのＰ分布から最長パケットサイズＰを求め、最長パケットサイズＰを代表値（最悪値）として、第１の実施形態のパケットサイズＰに設定する。
【００４９】
方式（Ｐ−２）：まず、パケットサイズＰの分布を、アプリケーション種別から推測（あるいは実測）により求める。
【００５０】
図６は、本発明の第２の実施形態に係るパケットサイズＰの度数分布を示すグラフである。横軸はパケットサイズＰ、縦軸は度数を表す。この度数分布から、度数がピークとなるパケットサイズＰを上位からｉ個選び、第１の実施形態のパケットサイズＰに設定する。そして、同一のアプリケーションについて、パケットサイズ毎に遅延時間を求める。図６においては、２つの度数ピーク（ｉ＝１、２）が存在するので、２つの遅延時間を求める。
【００５１】
方式（Ｐ−３）：まず、方式（Ｐ−２）同様、パケットサイズＰの分布を、アプリケーション種別から推測（あるいは実測）により求める。
【００５２】
図７は、本発明の第２の実施形態に係るパケットサイズＰの累積度数分布を示すグラフである。横軸はパケットサイズＰ、縦軸は累積度を表す。この累積度数分布から、Ｘ％値（例えばＸ＝５０）、すなわち、累積度がＸ％に達した時のパケットサイズＰを求めて、これを第１の実施形態のパケットサイズＰに設定する。
【００５３】
＜ＣＩＲの選択＞
ＣＩＲの変動は、移動局装置１００の静止状態、基地局装置１０の見通し状態では少ないが、移動局装置１００の移動状態等では多い。このようにＣＩＲが変動する場合には、ＣＩＲの分布を、遅延時間に反映させる。詳細には、以下の方式（Ｃ−１）、（Ｃ−２）、（Ｃ−３）のいずれかの方式を採用する。
方式（Ｃ−１）：ＣＩＲの瞬時値を、第１の実施形態のＣＩＲに設定する。
方式（Ｃ−２）：まず、ＣＩＲの分布を観測する。
【００５４】
図８は、本発明の第２の実施形態に係るＣＩＲの累積度数分布を示すグラフである。この累積度数分布から、Ｙ％値（例えばＹ＝９０）、すなわち、累積度がＹ％に達した時のＣＩＲを求めて、これを第１の実施形態のＣＩＲに設定する。あるいは、ＣＩＲ瞬時値に対する遅延時間を求めた後に、そのＹ％値を算出する。
方式（Ｃ−３）：ＣＩＲの変動を観測して、ＣＩＲの変動に応じて方式Ｃ−１、方式Ｃ−２を切り替え、併用する。
【００５５】
＜パケットサイズＰの選択方式とＣＩＲの選択方式の組み合わせ例＞
パケットサイズＰ、ＣＩＲの変動は同時に発生しうるため、方式Ｐ−＃、方式Ｃ−＃の組み合わせを考える。組み合わせの例を以下の（case-1）、（case-2）に示す。
【００５６】
ＣＡＳＥ−１（方式P-1&C-1）：最長パケットサイズＰ、ＣＩＲ瞬時値を用いて、第１の実施形態に沿って遅延時間を求める。この組み合わせは、統計的な処理量が少ない反面、小さいパケットに対して過剰に遅延時間を見積もる欠点がある。
【００５７】
ＣＡＳＥ−２（方式P-3&C-2）：パケットサイズＰのＸ％値、ＣＩＲのＹ％値を用いて、第１の実施形態に沿ってリンク特性を求める。このように第２の実施形態では、第１の実施形態示したリンク毎の遅延時間を得る際に用いるパラメータが変動する場合に、パラメータに２次的な統計処理を行なう。これにより、パラメータの変動を考慮した遅延時間を取得することができる。
【００５８】
（第３の実施形態）
第１の実施形態、第２の実施形態により、リンク毎の遅延時間Ｄｅｌａｙｉを取得する。本実施形態では、多重するリンクのスループット、遅延時間を考慮する指標を用いることで、一方のリンクから過剰なパケットが送信されて順序逆転が発生する状況を避ける。指標として、スループットと遅延時間を乗じた帯域幅遅延積ＢＤＰを式２に従って求める。式２より、単位時間当たりの、オーバヘッドを含めたパケットサイズと遅延時間の積の総和を指標として求める。同式のΣ{}は、単位時間内に送信されたパケットサイズと遅延時間の積の総和である。
指標BDP=Σ{(パケットサイズPi+オーバヘッドOi) ×Delayi}…(2)
【００５９】
ここで、ｉは無線リンク内で送信されたパケットの番号（インデックス）を示す。パケットサイズＰとして、第２の実施形態の＜パケットサイズＰの選択＞で示した追加処理後の値を代表として用いてもよく、１個ずつのパケットサイズＰを監視して用いてもよい。オーバヘッドＯｉは無線システム毎に異なる値であり、テーブルに保持してもよい。Ｄｅｌａｙｉは、第１の実施形態で求める値である。
【００６０】
上記のように本実施形態では、基地局装置１０は、各リンクの指標ＢＤＰに分配率を乗じた結果が一致するように、パケットを分配する。説明上、条件を簡略化してオーバーヘッドＯｉ＝０、パケットサイズＰを一定と仮定すると、Ｄｅｌａｙｉの比率だけで、分配率を求められる。Ｄｅｌａｙｉの逆数を指標Ｆｉとすると、Ｄｅｌａｙ１＝５０ｍｓ、Ｄｅｌａｙ２＝２０ｍｓの場合、Ｆ１＝２０、Ｆ１＝５０となり、分配率を以下のように求められる。これにより、基地局装置１０は、到着パケットの２８．５％をリンク１、７１．５％をリンク２に分配する。
分配率1=F1÷(F1+F2)=20÷(20+50)=28.5% ・・・(3)
分配率2=F2÷(F1+F2)=50÷(20+50)=71.5% ・・・(4)
【００６１】
このように、第３の実施形態では、基地局装置１０はリンク多重を行なう際に、指標ＢＤＰを用いてパケット分配率を求める。これにより、基地局装置１０は、リンク毎の遅延時間の差異を吸収する。
【００６２】
（第４の実施形態）
リンク多重は、順序逆転が生じる等の問題が生じる可能性がある為、その利用を制約することが好ましい。そこで、第４の実施形態では、スループット、遅延時間の目標品質と状況の差異に応じて、リンク切替をするか、リンク多重をするかを判定する。また、リンク多重を使う場合には、適切なリンクを選択した多重を行なう。具体的には、目標遅延時間をＤｅｌａｙＴａｒｇｅｔ、目標スループットをＴｈｒＴａｒｇｅｔ、目標ジッタをＪｉｔｔｅｒＴａｒｇｅｔを設定し、これらを参照しながら、無線システムｉのリンク特性である、遅延時間Ｄｅｌａｙｉ、無線システムｉの期待実効スループットＴｈｒｉ、ジッタＪｉｔｔｅｒｉに基づいてリンク切替をするか、リンク多重をするかの判定を行なう。尚、Ｔｈｒｉは式（５）に従って求める。Ｊｉｔｔｅｒｉは、Ｄｅｌａｙｉの分散として求める。
Thri=f1i(CIR、P)[bit]×f2i(R)…(5)
Jitteri=f3i(Delayi)…(6)
【００６３】
図９は、本発明の第４の実施形態におけるリンク切替とリンク多重を使い分ける手順を示すフローチャートである。まず、基地局装置１０は、無線リンク毎のスループット、遅延時間、ジッタを測定する（ステップＳ１０１）。次に、基地局装置１０は、それらと目標品質を比較して、目標品質を単独で満足できる無線リンクを検索する。判断条件を以下に示す（ステップＳ１０２）。
【００６４】
（i）ＤｅｌａｙＴａｒｇｅｔのみが設定されている場合：式（７）を満たすシステムの存在を検索する。
Delayi<DelayTarget…(7)
（ii）ＴｈｒＴａｒｇｅｔのみが設定されている場合：式（８）を満たすシステムの存在を検索する。
Thri>ThrTarget…(8)
（iii）ＪｉｔｔｅｒＴａｒｇｅｔのみが設定されている場合：式（９）を満たすシステムの存在を検索する。
Jitteri<JitterTarget…(9)
【００６５】
（iv）（i）、（ii）、（iii）の組み合わせとして、目標品質が設定されている場合、式（７）、（８）、（９）の組み合わせ条件を満たすリンクを検索する。
【００６６】
続いて、単独で目標品質を満足する無線リンクが一つ以上存在する場合（ステップＳ１０２：YES）、基地局装置１０は、それらとの間でリンクを切り替えるモードに移行する（ステップＳ１０３）。基地局装置１０は、ステップＳ１０２の(i)、(ii)、(iii)、(iv)のいずれかを満たすリンクを切替先候補として、リンク切替方式に沿って動作する。なお、目標品質がベストエフォットである場合および目標品質がスループットのみである場合、単独で目標品質を満足する無線リンクが存在していても、リンク多重モードへ移行してもよい。これは、輻輳状態にある無線リンクの残無線資源を束ねて活用することで、無線資源の分割損を削減する効果を狙うものである。この場合、上記ステップＳ１０２の(ii)の条件を満たしつつ、混雑度が閾値を超えている無線リンクを、多重候補として選択する。
【００６７】
また、単独で満足できる無線リンクが存在しない場合（ステップＳ１０２：NO）、品質目標がＴｈｒＴａｒｇｅｔのみであるかどうかを判断する（ステップＳ１０４）。品質目標がＴｈｒＴａｒｇｅｔのみである場合（ステップＳ１０４：YES）、リンク多重モードへ移行する（ステップＳ１０５）。この場合、リンク多重する候補リンクは、式（１０）を満たすリンクの存在を検索し、その中から選択する。
(ΣThri)×α>ThrTarget…(10)
α：リンク多重の効率を示す補正係数
【００６８】
また、品質目標がＴｈｒＴａｒｇｅｔのみでない場合（ステップＳ１０４：NO）、設定された品質目標に対して、式（７）、（８）、（９）の中から対応する条件式を満たすリンクを多重対象の候補とする。特にオプションとして、候補リンクが２リンク以上となる場合、式（１１）を満たす候補リンクのペアが存在するかどうかを判断する（ステップＳ１０６）。
min{abs(Delayi-Delayj)}≦Delay_diffTarget…(11)
【００６９】
式（１１）を満たす無線リンクのペアが存在する場合（ステップＳ１０６：YES）、その無線リンクのペアをリンク多重の対象に絞り込む（ステップＳ１０５）。これは、遅延時間差が少ないリンクのペアを優先してリンク多重させることで、順序逆転の発生を軽減するためである。式（１１）に該当するリンクのペアが存在しない場合（ステップＳ１０６：NO）、リンク多重を中止して、リンク切替に移行する（ステップＳ１０３）。基地局装置１０は、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６の処理を繰り返し実行して、適応的にリンク切替、リンク多重を使い分ける。
【００７０】
このように第４の実施形態では、基地局装置１０は、目標品質に応じてリンク切替、リンク多重を動的に使い分ける。これにより、パケットの順序逆転を生じさせるリンク多重を使わずに、目標品質を満たす無線リンクに切り替えることが可能となる。また、リンク多重する際に、目標品質を満たしうる一つもしくは複数の無線リンクを候補として選択する。これにより、目標品質を満たすリンク多重が可能となる。
【００７１】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態では、第３の実施形態における式(2)の代わりに、式(2’)のように定義する指標2を用いる。
指標２= Σ{（パケットサイズPi＋オーバーヘッドOi）÷Delayi ｝(2’)
【００７２】
ここで、第３の実施形態と同様に、ｉは無線リンク内で送信されたパケットの番号（インデックス）である。パケットサイズPi＋オーバーヘッドOiの値として、平均的な値で代表してもよく、その値に対応する平均的なDelayiを用いてもよい。式(2’)を用いる場合、基地局装置１０は、指標２に比例するようにパケットを分配する。例えば、
無線リンク1の期待スループットが5Mbps、遅延時間が100msecである場合、
無線リンク1の指標2＝50 ( 5 [Mbit/s] ÷ 0.1 [s] )
無線リンク2の期待スループットが10Mbps、遅延時間が50msecである場合、
無線リンク2の指標2＝200 (10[Mbit/s] ÷ 0.05[s] )
指標２の値に比例するように、無線リンク1、無線リンク2の分配率を設定する（1対4）に設定する。なお、式(2’)において、Delayiの代わりに、係数を乗じたもの、n乗したもの、Delayiと共に単調増加する関数を用いるなどの派生も含む。
【００７３】
第１の実施形態〜第５の実施形態では、基地局装置１０におけるリンク多重方式およびリンク切替・多重の使い分けについて述べた。移動局装置１００においても、第１の実施形態〜第４の実施形態を提供することで、当該コントロールを行なう事が可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 基地局装置
１１ コア網側インタフェイス
１２ 仮想ＭＡＣ処理部
１３ スイッチ部
１４ａ マクロセル無線モジュール
１４ｂ マイクロセル無線モジュール
１４ｃ ピコセル無線モジュール
１５ 無線環境認識部
１６ センサ
１００ 移動局装置
１０１ ユーザ網側インタフェイス
１０２ 仮想ＭＡＣ処理部
１０３ スイッチ部
１０４ａ マクロセル無線モジュール
１０４ｂ マイクロセル無線モジュール
１０４ｃ ピコセル無線モジュール
１０５ 無線環境認識部
１０６ センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異種無線方式を動的に利用する無線通信方法および無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、異種無線システムに対応したマルチモード端末の活用法として、最適な無線リンクを常に選択するリンク切替、複数の無線リンクを多重させるリンク多重の２種類がある。従来、無線資源が豊富に存在する状況を想定して、リンク切替に焦点を当てた検討が行なわれてきた。しかしながら、輻輳時など、無線資源が逼迫する場合には１リンクで所望の品質を確保することが困難である。そこで、複数無線システムの残無線資源を束ねて、所望の品質を提供するリンク多重が必要となる。
【０００３】
これについて、無線ＬＡＮ、携帯電話等の異なる無線システムを統合するための技術が提案されている。例えば、特許文献１は、ピコセル、マイクロセル、マクロセルなる異なるセルサイズを有する異種無線システムを、コグニティブ基地局、コグニティブ端末を用いて統合する技術が開示されている。コグニティブ基地局、コグニティブ端末は、スイッチ、複数の無線モジュール、無線環境認識部を備えており、無線環境認識部は、無線環境を認識して、その認識結果に基づき、スイッチに対してリンクフレームの分配先である無線モジュールを指示する。リンクフレームは指示された無線モジュールを介して送受信される。
【０００４】
また、特許文献２は、電波環境の変動に応じて、通信品質に関する指標を通知する方式が提案されている。具体的には、一つの無線方式に閉じて、受信ＣＩＲ（Carrier to Interference Ratio：搬送波対干渉電力比）を測定して、その将来予測値を算出して出力する技術である。また、非特許文献１は、ＷｉＭＡＸ、Ｗｉ−Ｆｉに対して、パケット毎の送信時間をＡｉｒ ｔｉｍｅ ｃｏｓｔとして定義し、その比率から多重するリンクへのパケット分配率を求める技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０８５７５９号公報
【特許文献２】特開２００４−２５３８３０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】IEICE TRANS. COMMUN., VOL.E91-B. NO.10 OCTOBER 2008「Adaptive Multimedia Flow Splitting over WIMAX and Wi-Fi Links」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、リンク多重では、リンク間に特性差が存在する場合に、パケットの到着順序が前後する等の不具合が生じる。これは、パケット再送の発生、再送に伴うリソースの消費等の悪影響をもたらす。また、これらを回避する為に、リンクの品質に応じて、パケットを適切に分配する必要がある。また、限られた無線資源を多重させる背景から、多重後のリンクの品質を見積もった上で、リンク多重を実行することが好ましい。
【０００８】
一方、複数無線システムの残無線資源を束ねて、所望の品質を提供するリンク多重について検討が進められている。特許文献１は、無線リンク多重を行なう機構を示しているが、具体的な方式を示していない。非特許文献１は、複数無線リンクへパケットを分配する率を求めているが、多重するリンクの選択、リンク品質の変動、目標品質の設定を考慮していない。特許文献２は、遅延時間等のアプリケーションよりの指標を用いておらず、異種無線リンク制御の視点に立っていない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、複数無線システムのリンク多重において、リンク毎の遅延特性を考慮し、多重するリンク間のパケット分配率を決定でき、また、目標品質を満足するようにリンク切替またはリンク多重を使い分けることができる無線通信方法および無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の無線通信方法は、複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線リンクを選択して無線通信を行なう無線通信方法であって、前記各無線システムのスループット、遅延時間を測定すると共に、前記各リンク間の遅延時間差を算出するステップと、前記測定の結果に基づいて、単独で目標品質を満足する無線システムがあるかどうかを判断するステップと、前記判断の結果、単独で目標品質を満足する無線リンクが無い場合は、前記各リンク間の遅延時間差と閾値とを比較するステップと、前記比較の結果、前記遅延時間差が前記閾値以下である場合は、前記各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択する一方、前記遅延時間差が前記閾値を超える場合は、リンク切替を行なうリンク切替モードを選択するステップと、前記選択したリンク多重モードまたはリンク切替モードのいずれか一方のモードで信号を送信するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする。
【００１１】
このように、遅延時間差が閾値以下である場合は、各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択する一方、遅延時間差が閾値を超える場合は、リンク切替を行なうリンク切替モードを選択するステップと、選択したリンク多重モードまたはリンク切替モードのいずれか一方のモードで信号を送信するので、目標品質を満たすように一つもしくは複数の無線システムを選択した上で、リンク切替とリンク多重とを使い分けることが可能となる。また、遅延時間差が閾値以下である場合に、各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択するので、帯域を確保するとともに、パケット到着順序の逆転を防ぐことが可能となる。
【００１２】
（２）また、本発明の無線通信方法は、前記判断の結果、単独で目標品質を満足する無線システムがある場合は、前記リンク切替モードを選択することを特徴とする。
【００１３】
このように、判断の結果、単独で目標品質を満足する無線システムがある場合は、リンク切替モードを選択するので、リンク切替とリンク多重とを使い分けることが可能となる。
【００１４】
（３）また、本発明の無線通信方法は、リンクの遅延時間、ＣＩＲ（Carrier to Interference Ratio）、パケットサイズおよび同時無線資源割当率間の特性を示すテーブルを用いて、前記各リンク間の遅延時間差を算出することを特徴とする。
【００１５】
この構成により、目標品質を満たすように一つもしくは複数の無線システムを選択した上で、リンク切替とリンク多重とを使い分けることが可能となる。
【００１６】
（４）また、本発明の無線通信方法は、前記ＣＩＲおよび前記パケットサイズの変動に応じて、前記テーブルの内容を更新することを特徴とする。
【００１７】
この構成により、短い時間スケールで変動するＣＩＲおよびパケットサイズについて、変動を考慮した処理を行なうことが可能となる。
【００１８】
（５）また、本発明の無線通信方法は、前記リンク多重モードを選択した場合、多重する各リンクのスループット、遅延時間を考慮して、パケットを分配することを特徴とする。
【００１９】
このように、パケットを分配するので、いずれかのリンクから過剰なパケットが送信されて、パケットの到着順序が逆転する事態を回避することができる。この結果、スループットの向上を図ることが可能となる。
【００２０】
（６）また、本発明の無線通信方法は、前記各リンクのスループットおよび遅延時間を用いて指標を算出し、前記指標に基づいて、パケットを分配することを特徴とする。
【００２１】
このように、各リンクのスループットおよび遅延時間で定まる指標を算出し、前記指標に基づいて、パケットを分配するので、いずれかのリンクから過剰なパケットが送信されて、パケットの到着順序が逆転する事態を回避することができる。この結果、スループットの向上を図ることが可能となる。この指標は、例えば、第１の指標として、指標BDP=Σ{(パケットサイズPi+オーバヘッドOi) ×Delayi}を用いて算出しても良いし、また、第２の指標として、指標２= Σ{（パケットサイズPi＋オーバーヘッドOi）÷Delayi ｝を用いて算出しても良い。なお、上式のΣ{}は、単位時間内に送信されたパケットサイズと遅延時間の積の総和である。
【００２２】
（７）また、本発明の無線通信装置は、複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線システムを選択して無線通信を行なう無線通信装置であって、前記各無線システムのスループット及び遅延時間を測定すると共に、前記各リンク間の遅延時間差を算出する無線環境認識部と、前記測定の結果に基づいて、単独で目標品質を満足する無線システムがあるかどうかを判断し、前記判断の結果、単独で目標品質を満足する無線システムが無い場合は、前記各リンク間の遅延時間差と閾値とを比較し、前記比較の結果、前記遅延時間差が前記閾値以下である場合は、前記各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択する一方、前記遅延時間差が前記閾値を超える場合は、リンク切替を行なうリンク切替モードを選択する送信制御部と、前記選択されたリンク多重モードまたはリンク切替モードのいずれか一方のモードに基づいて信号を送信する複数の無線モジュールと、を備えることを特徴とする。
【００２３】
このように、遅延時間差が閾値以下である場合は、各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択する一方、遅延時間差が閾値を超える場合は、リンク切替を行なうリンク切替モードを選択するステップと、選択したリンク多重モードまたはリンク切替モードのいずれか一方のモードで信号を送信するので、目標品質を満たすように一つもしくは複数の無線システムを選択した上で、リンク切替とリンク多重とを使い分けることが可能となる。また、遅延時間差が閾値以下である場合に、各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択するので、帯域を確保するとともに、パケット到着順序の逆転を防ぐことが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、目標品質を満たすように一つもしくは複数の無線システムを選択した上で、リンク切替とリンク多重とを使い分けることが可能となる。さらに、リンク多重において、品質の変動を加味した指標を用いることにより、動的な制御が可能となる。さらに、指標を考慮したパケット分配率を求めて、パケット分配率に応じてパケットを各リンクに分配するので、順序逆転を抑制することができ、再送を軽減するリンク多重が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の無線通信システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の基地局装置１０の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の移動局装置１００の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の基地局装置１０（図２）と移動局装置１００（図３）の無線接続の関係を示す図である。
【図５Ａ】ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ等の無線システムにおいて、ＣＩＲを変化させた時の、パケットサイズＰと遅延時間Ｄｅｌａｙの関係を示すグラフである。
【図５Ｂ】ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ等の無線システムにおいて、無線資源割当率Ｒを変化させた時の、パケットサイズＰと遅延時間Ｄｅｌａｙの関係を示すグラフである。
【図５Ｃ】本発明の第１の実施形態に係る無線資源割当率Ｒと補正値ｆ２（R）の関係を表すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るパケットサイズＰの度数分布を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るパケットサイズＰの累積度数分布を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るＣＩＲの累積度数分布を示すグラフである。
【図９】本発明の第４の実施形態におけるリンク切替とリンク多重を使い分ける手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。まず、本発明の前提となるシステム構成に関する説明を行なう。
【００２７】
図１は、本発明の無線通信システムの構成を示す図である。図１に示すように、本発明の無線通信システムのネットワークは、マクロセル無線モジュール１４ａによるマクロセル、マイクロセル無線モジュール１４ｂによるマイクロセル、ピコセル無線モジュール１４ｃによるピコセル、移動局装置１００、スイッチ部１３から構成される（以下、マクロセル無線モジュール１４ａ、マイクロセル無線モジュール１４ｂ、ピコセル無線モジュール１４ｃを合わせて無線モジュール１４と表す）。マクロセルとしては、例えば、携帯電話サービスを提供するセルラーシステムのセルである。マイクロセル無線モジュール１４ｂは、マクロセルよりも狭い範囲の通信エリアを提供するマイクロセルを形成する。マイクロセルとしては、例えば、「IEEE802.16」または「IEEE802.20」準拠のセルである。ピコセル無線モジュール１４ｃは、マイクロセルよりも狭い範囲の通信エリアを提供するピコセルを形成する。ピコセルとしては、例えば、「IEEE802.11」準拠のセルである。マイクロセルおよびピコセルは、マクロセル内に配置される。
【００２８】
マクロセル無線モジュール１４ａ、マイクロセル無線モジュール１４ｂおよびピコセル無線モジュール１４ｃは、各々のセルの配置に対応した場所に設置される。各無線モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、別途設けられたスイッチ部１３に通信回線を介して接続される。なお、図１では、基地局装置１０が備える他の構成（コア網側インタフェイス１１、仮想ＭＡＣ処理部１２、無線環境認識部１５）については省略している。図１に示されるように、スイッチ部１３には、マクロセルが一つだけ収容される。そして、そのマクロセルに内含されるマイクロセルおよびピコセルの全てが、そのマクロセルと同じスイッチ部１３に収容される。これにより、一つのマクロセルと、そのマクロセルに内含されるマイクロセルおよびピコセルの全てとは、同一のスイッチ部１３に収容され、同じリンク層で処理される。
【００２９】
図２は、本発明の基地局装置１０の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、基地局装置１０は、コア網側インタフェイス１１、仮想ＭＡＣ処理部１２、スイッチ部１３、マクロセル無線モジュール１４ａ、マイクロセル無線モジュール１４ｂ、ピコセル無線モジュール１４ｃ、無線環境認識部１５、センサ１６から構成される。基地局装置１０は、コア網側インタフェイス１１を介して、無線通信ネットワークのコアネットワークと接続する。各基地局装置１０は、コアネットワークを介して相互に接続される。また、各基地局装置１０は、コアネットワークを介して、インターネット等の無線通信ネットワークの外部のネットワークに接続することができる。
【００３０】
コア網側インタフェイス１１は、コアネットワークとの間で、ネットワーク層の通信データとして、本発明ではパケットを送受する。仮想ＭＡＣ処理部１２は、仮想ＭＡＣアドレスを用いたリンクを確立するための処理を行なう。仮想ＭＡＣアドレスは、物理アドレスであり、基地局装置１０および移動局装置１００の各々に対して、唯一に予め付与される。基地局装置１０の仮想ＭＡＣ処理部１２は、移動局装置１００の仮想ＭＡＣ処理部との間で、仮想ＭＡＣアドレスを用いたリンクを確立する。仮想ＭＡＣ処理部１２は、このリンクを用いて伝送するフレームを生成する。このフレームのことを、説明の便宜上、「リンクフレーム」と称する。リンクフレームには、コアネットワークから受信されたパケットが格納される。仮想ＭＡＣ処理部１２は、生成したリンクフレームをスイッチ部１３に出力する。また、仮想ＭＡＣ処理部１２は、スイッチ部１３からリンクフレームを受け取り、そのリンクフレームからパケットを取り出してコア網側インタフェイス１１に出力する。
【００３１】
スイッチ部１３は、仮想ＭＡＣ処理部１２から入力されるリンクフレームを各無線モジュール１４へ分配し、又、各無線モジュール１４から入力されるリンクフレームを仮想ＭＡＣ処理部１２へ出力する。
【００３２】
無線モジュール１４は、自己に固有のＭＡＣアドレスを有する。無線モジュール１４に固有のＭＡＣアドレスのことを、仮想ＭＡＣアドレスと区別するために、説明の便宜上、「実ＭＡＣアドレス」と称する。実ＭＡＣアドレスは、従来、利用されているものである。無線モジュール１４は、同じ無線通信方式の無線モジュールとの間で、実ＭＡＣアドレスを用いた無線リンクを確立する。無線リンクは、周波数チャネル単位で確立される。無線モジュール１４は、無線リンクを用いて伝送する無線フレームを生成する。無線フレームには、スイッチ部１３から受け取ったリンクフレームが格納される。また、無線モジュール１４は、無線リンクにより受信した無線フレームからリンクフレームを取り出してスイッチ部１３に出力する。
【００３３】
無線環境認識部１５は、無線環境を認識し、その認識結果に基づき、スイッチ部１３に対して、仮想ＭＡＣ処理部１２から入力されるリンクフレームの分配先を指示する。無線環境認識部１５は、各無線モジュール１４から無線情報を取得する。また、図示しないセンサーアンテナで観測したデータから無線情報を得てもよい。無線情報としては、例えば、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）の値、バックグラウンド雑音レベル、変調方式、送信バッファに蓄積されている送信待ちのデータ量、送信失敗を示すＮＡＣＫ信号を相手局から受信した回数、相手局から受信した無線フレームの不良率などが挙げられる。
【００３４】
無線環境認識部１５は、その無線情報に基づいて、各無線通信方式の通信状況を判断する。例えば、どの無線通信方式が良好な通信状態であるのかを判断する。さらに、どの無線通信方式のどの周波数チャネルが良好な通信状態であるのかを判断する。また、長期的な統計データや短期的な統計データを用いて、将来的に良好な通信状態が得られる可能性がある無線通信方式、さらにはその周波数チャネルを特定する推定処理を行なう。無線環境認識部１５は、各無線通信方式の通信状況に基づき、スイッチ部１３に対して、仮想ＭＡＣ処理部１２から入力されるリンクフレームの分配先を指示する。リンクフレームの分配先としては、現時点で良好の通信状態であるもの、もしくは、将来的に良好な通信状態が得られるであろうものであって、一つ若しくは複数の無線モジュール１４を指示し、さらにはその無線モジュール１４における周波数チャネルを一つ若しくは複数を指示する。また、分配比率についても、各無線通信方式の通信状況に基づいて決定し、スイッチ部１３に指示するようにしてよい。
【００３５】
スイッチ部１３は、無線環境認識部１５から指示された分配先へ、仮想ＭＡＣ処理部１２から受け取ったリンクフレームを順番に出力する。なお、無線環境認識部１５から分配比率が指示された場合には、その分配比率に従って、各分配先へリンクフレームを分配し出力する。なお、基地局装置１０は、仮想ＭＡＣ処理部１２を有しているが、これに限定されるわけではない。このように、基地局装置１０は、無線環境認識部１５が取得した通信品質などの情報に基づき、最適な無線モジュールを選択するようにスイッチ部１３を制御する。
【００３６】
図３は、本発明の移動局装置１００の概略構成を示すブロック図である。また、図３に示すように、移動局装置１００は、ユーザ網側インタフェイス１０１、仮想ＭＡＣ処理部１０２、スイッチ部１０３、マクロセル無線モジュール１０４ａ、マイクロセル無線モジュール１０４ｂ、ピコセル無線モジュール１０４ｃ、無線環境認識部１０５、センサ１０６から構成される。図３において、移動局装置１００も、図２の基地局装置１０と概ね同様の構成を採る。移動局装置１００において、ユーザ側インタフェイスはネットワーク層の処理を行なう。なお、移動局装置１００は、仮想ＭＡＣ処理部１０２を有しているが、これに限定されるわけではない。移動局装置１００は、無線環境認識部１０５が取得した通信品質などの情報に基づき、最適な無線モジュールを選択するようにスイッチ部１０３を制御する。
【００３７】
図４は、本発明の基地局装置１０（図２）と移動局装置１００（図３）の無線接続の関係を示す図である。基地局装置１０、移動局装置１００の間では、同種の無線モジュール間で接続が行なわれる。なお、基地局装置１０および移動局装置１００は、無線通信装置を構成し、仮想ＭＡＣ処理部１２、１０２およびスイッチ部１３、１０３は、送信制御部を構成する。次に、本発明の無線リンク多重方式の内容について説明を行なう。
【００３８】
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、基地局装置１０は、リンク毎の遅延特性を、いくつかのパラメータの関数として規定して、概算式あるいはテーブルとして保持する。このリンク毎の遅延特性を用いることで、第３の実施形態に述べる指標を求めることができる。
【００３９】
＜リンク毎の遅延時間の算出方式＞
図５Ａは、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ等の無線システムにおいて、ＣＩＲを変化させた時の、パケットサイズＰと遅延時間Ｄｅｌａｙの関係を示すグラフである。横軸はパケットサイズＰ、縦軸は遅延時間Ｄｅｌａｙを表している。無線資源割当率Ｒが一定値の場合、パケットサイズＰが大きく、ＣＩＲ値が低い程、遅延時間が長い傾向を示す。低ＣＩＲの場合、リンクの伝送速度が下がり、パケット伝送に時間を要する為である。また、パケットサイズＰが小さい場合、ＣＩＲ値に関わらず、遅延時間は一定値を示す。ある程度のパケットサイズＰまでは、伝送速度が低くても、一定の遅延時間で送信が可能だからである。
【００４０】
図５Ｂは、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ等の無線システムにおいて、無線資源割当率Ｒを変化させた時の、パケットサイズＰと遅延時間Ｄｅｌａｙの関係を示すグラフである。横軸はパケットサイズＰ、縦軸は遅延時間Ｄｅｌａｙを表している。ＣＩＲが一定値の場合、パケットサイズＰが大きく、無線資源割当率Ｒが高いほど、遅延時間Ｄｅｌａｙが長い特性を示す。無線資源割当率Ｒが高い場合、送信する機会が減少し、実効スループットが低下する為である。また、図５Ａと同様に、ある程度のパケットサイズＰまでは、無線資源割当率Ｒに係わらず、遅延時間は一定値を示す。
【００４１】
基地局装置１０は、図５Ａ、５Ｂに示す遅延時間を実測しておき、これをテーブルとして保持する。基地局装置１０は、パケットサイズＰ、ＣＩＲ、無線資源割当率Ｒを設定して、この保持しておいたテーブルを参照することで、遅延時間Ｄｅｌａｙを得ることが可能となる。また、図５Ａ、５Ｂに示す遅延時間を、式で求めることも可能である。
(Delay)=パケットサイズP[bit]÷{f1(CIR、P)[bit]÷TPDU[時間]×f2(R)}…(1)
【００４２】
無線システムでは、パケットをＰＤＵ（Protocol Data Unit）に分割して伝送する場合があり、そのＰＤＵサイズは状況により変化する。ｆ１（CIR、P）とは、搬送波対干渉電力比がＣＩＲの時に、パケットサイズがＰのパケットを伝送する際のＰＤＵサイズ［bit］を示す。基地局装置１０は、ｆ１（CIR、P）をテーブルとして保持してもよい。ＴＰＤＵ［時間］とは、１ＰＤＵの送信に要する時間を示す。
【００４３】
式（１）において、ｆ２（R）とは、補正値を示す。無線資源割当率Ｒが上昇すると、すなわち、残資源が減少すると、送信する機会が減少する。これは、リンクの伝送速度（瞬時速度）が高くとも、送信する機会が減少する為に、実効スループットを確保できないケースを意味する。そこで、この補正をｆ２（R）で行なう。ｆ２（R）は割合を表し、０≦ｆ２（R）≦１を値域とする（単位なし）。
【００４４】
図５Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る無線資源割当率Ｒとｆ２（R）の関係を表すグラフである。図５Ｃでは、横軸を無線資源割当率Ｒとして、縦軸にｆ２（R）を示している。無線資源割り当て率Ｒが低い場合、無線資源に余裕があるため、当該移動局装置１００のスループットは低下せず、ｆ２（R）は１に近い値をとる。Ｒが高くなるにつれて、移動局装置１００のスループットが低下する為、ｆ２（R）は低下する。特にＲが１００％となる場合、余剰無線資源が存在しない為、ｆ２（R）は０となる（この場合、Delay＝∞となり、当該無線システムは通信不可とみなして、本制御の対象から除外される）。基地局装置１０は、図５Ｃに示すｆ２（R）の特性をテーブルとして保持してもよい。
【００４５】
なお、図５Ａのように、パケットサイズＰが一定値以下の場合、ＣＩＲ値に関わらず、Ｄｅｌａｙは一定値となる。よって、これに該当する場合、一定値を直接に参照してもよい。第１の実施形態に示した処理により、パケット単位の遅延時間Ｄｅｌａｙを得ることが可能となり、この遅延時間Ｄｅｌａｙを用いることで、パケット単位の遅延時間を把握することができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
パケットサイズＰ、ＣＩＲは短い時間スケールで変動する。第２の実施形態では、第１の実施形態のリンク毎の遅延特性を把握する際の、リンク毎のパラメータである、パケットサイズＰ、ＣＩＲが変動する場合の追加処理について説明する。
【００４７】
＜パケットサイズＰの選択＞
パケットサイズＰは、アプリケーションにより異なり、アプリケーション毎に設定される。よって、アプリケーションが変われば、パケットサイズＰが変動することになる。また、複数のアプリケーションが同時に使用されることも一般的である。このような場合にも、当然パケットサイズＰは変動する。このようにパケットサイズＰが変動する場合には、アプリケーション毎のパケットサイズのＰ分布を、遅延時間に反映させる。詳細には、以下の方式（Ｐ−１）、（Ｐ−２）、（Ｐ−３）のいずれかの方式を採用する。
【００４８】
方式（Ｐ−１）：アプリケーション毎のパケットサイズのＰ分布から最長パケットサイズＰを求め、最長パケットサイズＰを代表値（最悪値）として、第１の実施形態のパケットサイズＰに設定する。
【００４９】
方式（Ｐ−２）：まず、パケットサイズＰの分布を、アプリケーション種別から推測（あるいは実測）により求める。
【００５０】
図６は、本発明の第２の実施形態に係るパケットサイズＰの度数分布を示すグラフである。横軸はパケットサイズＰ、縦軸は度数を表す。この度数分布から、度数がピークとなるパケットサイズＰを上位からｉ個選び、第１の実施形態のパケットサイズＰに設定する。そして、同一のアプリケーションについて、パケットサイズ毎に遅延時間を求める。図６においては、２つの度数ピーク（ｉ＝１、２）が存在するので、２つの遅延時間を求める。
【００５１】
方式（Ｐ−３）：まず、方式（Ｐ−２）同様、パケットサイズＰの分布を、アプリケーション種別から推測（あるいは実測）により求める。
【００５２】
図７は、本発明の第２の実施形態に係るパケットサイズＰの累積度数分布を示すグラフである。横軸はパケットサイズＰ、縦軸は累積度を表す。この累積度数分布から、Ｘ％値（例えばＸ＝５０）、すなわち、累積度がＸ％に達した時のパケットサイズＰを求めて、これを第１の実施形態のパケットサイズＰに設定する。
【００５３】
＜ＣＩＲの選択＞
ＣＩＲの変動は、移動局装置１００の静止状態、基地局装置１０の見通し状態では少ないが、移動局装置１００の移動状態等では多い。このようにＣＩＲが変動する場合には、ＣＩＲの分布を、遅延時間に反映させる。詳細には、以下の方式（Ｃ−１）、（Ｃ−２）、（Ｃ−３）のいずれかの方式を採用する。
方式（Ｃ−１）：ＣＩＲの瞬時値を、第１の実施形態のＣＩＲに設定する。
方式（Ｃ−２）：まず、ＣＩＲの分布を観測する。
【００５４】
図８は、本発明の第２の実施形態に係るＣＩＲの累積度数分布を示すグラフである。この累積度数分布から、Ｙ％値（例えばＹ＝９０）、すなわち、累積度がＹ％に達した時のＣＩＲを求めて、これを第１の実施形態のＣＩＲに設定する。あるいは、ＣＩＲ瞬時値に対する遅延時間を求めた後に、そのＹ％値を算出する。
方式（Ｃ−３）：ＣＩＲの変動を観測して、ＣＩＲの変動に応じて方式Ｃ−１、方式Ｃ−２を切り替え、併用する。
【００５５】
＜パケットサイズＰの選択方式とＣＩＲの選択方式の組み合わせ例＞
パケットサイズＰ、ＣＩＲの変動は同時に発生しうるため、方式Ｐ−＃、方式Ｃ−＃の組み合わせを考える。組み合わせの例を以下の（case-1）、（case-2）に示す。
【００５６】
ＣＡＳＥ−１（方式P-1&C-1）：最長パケットサイズＰ、ＣＩＲ瞬時値を用いて、第１の実施形態に沿って遅延時間を求める。この組み合わせは、統計的な処理量が少ない反面、小さいパケットに対して過剰に遅延時間を見積もる欠点がある。
【００５７】
ＣＡＳＥ−２（方式P-3&C-2）：パケットサイズＰのＸ％値、ＣＩＲのＹ％値を用いて、第１の実施形態に沿ってリンク特性を求める。このように第２の実施形態では、第１の実施形態示したリンク毎の遅延時間を得る際に用いるパラメータが変動する場合に、パラメータに２次的な統計処理を行なう。これにより、パラメータの変動を考慮した遅延時間を取得することができる。
【００５８】
（第３の実施形態）
第１の実施形態、第２の実施形態により、リンク毎の遅延時間Ｄｅｌａｙｉを取得する。本実施形態では、多重するリンクのスループット、遅延時間を考慮する指標を用いることで、一方のリンクから過剰なパケットが送信されて順序逆転が発生する状況を避ける。指標として、スループットと遅延時間を乗じた帯域幅遅延積ＢＤＰを式２に従って求める。式２より、単位時間当たりの、オーバヘッドを含めたパケットサイズと遅延時間の積の総和を指標として求める。同式のΣ{}は、単位時間内に送信されたパケットサイズと遅延時間の積の総和である。
指標BDP=Σ{(パケットサイズPi+オーバヘッドOi) ×Delayi}…(2)
【００５９】
ここで、ｉは無線リンク内で送信されたパケットの番号（インデックス）を示す。パケットサイズＰとして、第２の実施形態の＜パケットサイズＰの選択＞で示した追加処理後の値を代表として用いてもよく、１個ずつのパケットサイズＰを監視して用いてもよい。オーバヘッドＯｉは無線システム毎に異なる値であり、テーブルに保持してもよい。Ｄｅｌａｙｉは、第１の実施形態で求める値である。
【００６０】
上記のように本実施形態では、基地局装置１０は、各リンクの指標ＢＤＰに分配率を乗じた結果が一致するように、パケットを分配する。説明上、条件を簡略化してオーバーヘッドＯｉ＝０、パケットサイズＰを一定と仮定すると、Ｄｅｌａｙｉの比率だけで、分配率を求められる。Ｄｅｌａｙｉの逆数を指標Ｆｉとすると、Ｄｅｌａｙ１＝５０ｍｓ、Ｄｅｌａｙ２＝２０ｍｓの場合、Ｆ１＝２０、Ｆ１＝５０となり、分配率を以下のように求められる。これにより、基地局装置１０は、到着パケットの２８．５％をリンク１、７１．５％をリンク２に分配する。
分配率1=F1÷(F1+F2)=20÷(20+50)=28.5% ・・・(3)
分配率2=F2÷(F1+F2)=50÷(20+50)=71.5% ・・・(4)
【００６１】
このように、第３の実施形態では、基地局装置１０はリンク多重を行なう際に、指標ＢＤＰを用いてパケット分配率を求める。これにより、基地局装置１０は、リンク毎の遅延時間の差異を吸収する。
【００６２】
（第４の実施形態）
リンク多重は、順序逆転が生じる等の問題が生じる可能性がある為、その利用を制約することが好ましい。そこで、第４の実施形態では、スループット、遅延時間の目標品質と状況の差異に応じて、リンク切替をするか、リンク多重をするかを判定する。また、リンク多重を使う場合には、適切なリンクを選択した多重を行なう。具体的には、目標遅延時間をＤｅｌａｙＴａｒｇｅｔ、目標スループットをＴｈｒＴａｒｇｅｔ、目標ジッタをＪｉｔｔｅｒＴａｒｇｅｔを設定し、これらを参照しながら、無線システムｉのリンク特性である、遅延時間Ｄｅｌａｙｉ、無線システムｉの期待実効スループットＴｈｒｉ、ジッタＪｉｔｔｅｒｉに基づいてリンク切替をするか、リンク多重をするかの判定を行なう。尚、Ｔｈｒｉは式（５）に従って求める。Ｊｉｔｔｅｒｉは、Ｄｅｌａｙｉの分散として求める。
Thri=f1i(CIR、P)[bit]×f2i(R)…(5)
Jitteri=f3i(Delayi)…(6)
【００６３】
図９は、本発明の第４の実施形態におけるリンク切替とリンク多重を使い分ける手順を示すフローチャートである。まず、基地局装置１０は、無線リンク毎のスループット、遅延時間、ジッタを測定する（ステップＳ１０１）。次に、基地局装置１０は、それらと目標品質を比較して、目標品質を単独で満足できる無線リンクを検索する。判断条件を以下に示す（ステップＳ１０２）。
【００６４】
（i）ＤｅｌａｙＴａｒｇｅｔのみが設定されている場合：式（７）を満たすシステムの存在を検索する。
Delayi<DelayTarget…(7)
（ii）ＴｈｒＴａｒｇｅｔのみが設定されている場合：式（８）を満たすシステムの存在を検索する。
Thri>ThrTarget…(8)
（iii）ＪｉｔｔｅｒＴａｒｇｅｔのみが設定されている場合：式（９）を満たすシステムの存在を検索する。
Jitteri<JitterTarget…(9)
【００６５】
（iv）（i）、（ii）、（iii）の組み合わせとして、目標品質が設定されている場合、式（７）、（８）、（９）の組み合わせ条件を満たすリンクを検索する。
【００６６】
続いて、単独で目標品質を満足する無線リンクが一つ以上存在する場合（ステップＳ１０２：YES）、基地局装置１０は、それらとの間でリンクを切り替えるモードに移行する（ステップＳ１０３）。基地局装置１０は、ステップＳ１０２の(i)、(ii)、(iii)、(iv)のいずれかを満たすリンクを切替先候補として、リンク切替方式に沿って動作する。なお、目標品質がベストエフォットである場合および目標品質がスループットのみである場合、単独で目標品質を満足する無線リンクが存在していても、リンク多重モードへ移行してもよい。これは、輻輳状態にある無線リンクの残無線資源を束ねて活用することで、無線資源の分割損を削減する効果を狙うものである。この場合、上記ステップＳ１０２の(ii)の条件を満たしつつ、混雑度が閾値を超えている無線リンクを、多重候補として選択する。
【００６７】
また、単独で満足できる無線リンクが存在しない場合（ステップＳ１０２：NO）、品質目標がＴｈｒＴａｒｇｅｔのみであるかどうかを判断する（ステップＳ１０４）。品質目標がＴｈｒＴａｒｇｅｔのみである場合（ステップＳ１０４：YES）、リンク多重モードへ移行する（ステップＳ１０５）。この場合、リンク多重する候補リンクは、式（１０）を満たすリンクの存在を検索し、その中から選択する。
(ΣThri)×α>ThrTarget…(10)
α：リンク多重の効率を示す補正係数
【００６８】
また、品質目標がＴｈｒＴａｒｇｅｔのみでない場合（ステップＳ１０４：NO）、設定された品質目標に対して、式（７）、（８）、（９）の中から対応する条件式を満たすリンクを多重対象の候補とする。特にオプションとして、候補リンクが２リンク以上となる場合、式（１１）を満たす候補リンクのペアが存在するかどうかを判断する（ステップＳ１０６）。
min{abs(Delayi-Delayj)}≦Delay_diffTarget…(11)
【００６９】
式（１１）を満たす無線リンクのペアが存在する場合（ステップＳ１０６：YES）、その無線リンクのペアをリンク多重の対象に絞り込む（ステップＳ１０５）。これは、遅延時間差が少ないリンクのペアを優先してリンク多重させることで、順序逆転の発生を軽減するためである。式（１１）に該当するリンクのペアが存在しない場合（ステップＳ１０６：NO）、リンク多重を中止して、リンク切替に移行する（ステップＳ１０３）。基地局装置１０は、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６の処理を繰り返し実行して、適応的にリンク切替、リンク多重を使い分ける。
【００７０】
このように第４の実施形態では、基地局装置１０は、目標品質に応じてリンク切替、リンク多重を動的に使い分ける。これにより、パケットの順序逆転を生じさせるリンク多重を使わずに、目標品質を満たす無線リンクに切り替えることが可能となる。また、リンク多重する際に、目標品質を満たしうる一つもしくは複数の無線リンクを候補として選択する。これにより、目標品質を満たすリンク多重が可能となる。
【００７１】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態では、第３の実施形態における式(2)の代わりに、式(2’)のように定義する指標2を用いる。
指標２= Σ{（パケットサイズPi＋オーバーヘッドOi）÷Delayi ｝(2’)
【００７２】
ここで、第３の実施形態と同様に、ｉは無線リンク内で送信されたパケットの番号（インデックス）である。パケットサイズPi＋オーバーヘッドOiの値として、平均的な値で代表してもよく、その値に対応する平均的なDelayiを用いてもよい。式(2’)を用いる場合、基地局装置１０は、指標２に比例するようにパケットを分配する。例えば、
無線リンク1の期待スループットが5Mbps、遅延時間が100msecである場合、
無線リンク1の指標2＝50 ( 5 [Mbit/s] ÷ 0.1 [s] )
無線リンク2の期待スループットが10Mbps、遅延時間が50msecである場合、
無線リンク2の指標2＝200 (10[Mbit/s] ÷ 0.05[s] )
指標２の値に比例するように、無線リンク1、無線リンク2の分配率を設定する（1対4）に設定する。なお、式(2’)において、Delayiの代わりに、係数を乗じたもの、n乗したもの、Delayiと共に単調増加する関数を用いるなどの派生も含む。
【００７３】
第１の実施形態〜第５の実施形態では、基地局装置１０におけるリンク多重方式およびリンク切替・多重の使い分けについて述べた。移動局装置１００においても、第１の実施形態〜第４の実施形態を提供することで、当該コントロールを行なう事が可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 基地局装置
１１ コア網側インタフェイス
１２ 仮想ＭＡＣ処理部
１３ スイッチ部
１４ａ マクロセル無線モジュール
１４ｂ マイクロセル無線モジュール
１４ｃ ピコセル無線モジュール
１５ 無線環境認識部
１６ センサ
１００ 移動局装置
１０１ ユーザ網側インタフェイス
１０２ 仮想ＭＡＣ処理部
１０３ スイッチ部
１０４ａ マクロセル無線モジュール
１０４ｂ マイクロセル無線モジュール
１０４ｃ ピコセル無線モジュール
１０５ 無線環境認識部
１０６ センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線リンクを選択して無線通信を行なう無線通信方法であって、
前記各無線システムのスループットおよび遅延時間を測定すると共に、前記各リンク間の遅延時間差を算出するステップと、
前記測定の結果に基づいて、単独で目標品質を満足する無線システムがあるかどうかを判断するステップと、
前記判断の結果、単独で目標品質を満足する無線リンクが無い場合は、前記各リンク間の遅延時間差と閾値とを比較するステップと、
前記比較の結果、前記遅延時間差が前記閾値以下である場合は、前記各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択する一方、前記遅延時間差が前記閾値を超える場合は、リンク切替を行なうリンク切替モードを選択するステップと、
前記選択したリンク多重モードまたはリンク切替モードのいずれか一方のモードで信号を送信するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
前記判断の結果、単独で目標品質を満足する無線システムがある場合は、前記リンク切替モードを選択することを特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
【請求項３】
リンクの遅延時間、ＣＩＲ（Carrier to Interference Ratio）、パケットサイズおよび同時無線資源割当率間の特性を示すテーブルを用いて、前記各リンク間の遅延時間差を算出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線通信方法。
【請求項４】
前記ＣＩＲおよび前記パケットサイズの変動に応じて、前記テーブルの内容を更新することを特徴とする請求項３記載の無線通信方法。
【請求項５】
前記リンク多重モードを選択した場合、多重する各リンクのスループットおよび遅延時間を考慮して、パケットを分配することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線通信方法。
【請求項６】
前記各リンクのスループットおよび遅延時間を用いて指標を算出し、前記指標に基づいて、パケットを分配することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線通信方法。
【請求項７】
複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線リンクを選択して無線通信を行なう無線通信装置であって、
前記各無線システムのスループットおよび遅延時間を測定すると共に、前記各リンク間の遅延時間差を算出する無線環境認識部と、
前記測定の結果に基づいて、単独で目標品質を満足する無線システムがあるかどうかを判断し、前記判断の結果、単独で目標品質を満足する無線リンクが無い場合は、前記各リンク間の遅延時間差と閾値とを比較し、前記比較の結果、前記遅延時間差が前記閾値以下である場合は、前記各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択する一方、前記遅延時間差が前記閾値を超える場合は、リンク切替を行なうリンク切替モードを選択する送信制御部と、
前記選択されたリンク多重モードまたはリンク切替モードのいずれか一方のモードに基づいて信号を送信する複数の無線モジュールと、を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項１】
複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線リンクを選択して無線通信を行なう無線通信方法であって、
前記各無線システムのスループットおよび遅延時間を測定すると共に、前記各リンク間の遅延時間差を算出するステップと、
前記測定の結果に基づいて、単独で目標品質を満足する無線システムがあるかどうかを判断するステップと、
前記判断の結果、単独で目標品質を満足する無線リンクが無い場合は、前記各リンク間の遅延時間差と閾値とを比較するステップと、
前記比較の結果、前記遅延時間差が前記閾値以下である場合は、前記各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択する一方、前記遅延時間差が前記閾値を超える場合は、リンク切替を行なうリンク切替モードを選択するステップと、
前記選択したリンク多重モードまたはリンク切替モードのいずれか一方のモードで信号を送信するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
前記判断の結果、単独で目標品質を満足する無線システムがある場合は、前記リンク切替モードを選択することを特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
【請求項３】
リンクの遅延時間、ＣＩＲ（Carrier to Interference Ratio）、パケットサイズおよび同時無線資源割当率間の特性を示すテーブルを用いて、前記各リンク間の遅延時間差を算出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線通信方法。
【請求項４】
前記ＣＩＲおよび前記パケットサイズの変動に応じて、前記テーブルの内容を更新することを特徴とする請求項３記載の無線通信方法。
【請求項５】
前記リンク多重モードを選択した場合、多重する各リンクのスループットおよび遅延時間を考慮して、パケットを分配することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線通信方法。
【請求項６】
前記各リンクのスループットおよび遅延時間を用いて指標を算出し、前記指標に基づいて、パケットを分配することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線通信方法。
【請求項７】
複数の異種無線システムから、少なくとも一つの無線リンクを選択して無線通信を行なう無線通信装置であって、
前記各無線システムのスループットおよび遅延時間を測定すると共に、前記各リンク間の遅延時間差を算出する無線環境認識部と、
前記測定の結果に基づいて、単独で目標品質を満足する無線システムがあるかどうかを判断し、前記判断の結果、単独で目標品質を満足する無線リンクが無い場合は、前記各リンク間の遅延時間差と閾値とを比較し、前記比較の結果、前記遅延時間差が前記閾値以下である場合は、前記各リンクのリンク多重を行なうリンク多重モードを選択する一方、前記遅延時間差が前記閾値を超える場合は、リンク切替を行なうリンク切替モードを選択する送信制御部と、
前記選択されたリンク多重モードまたはリンク切替モードのいずれか一方のモードに基づいて信号を送信する複数の無線モジュールと、を備えることを特徴とする無線通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１４２６０２（Ｐ２０１１−１４２６０２Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４７８２２（Ｐ２０１０−４７８２２）
【出願日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、総務省、「電波資源拡大のための研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５９９１０８２６４）株式会社ＫＤＤＩ研究所 (233)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、総務省、「電波資源拡大のための研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５９９１０８２６４）株式会社ＫＤＤＩ研究所 (233)
【Ｆターム（参考）】
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