JP5280775B2

JP5280775B2 - 無線端末装置

Info

Publication number: JP5280775B2
Application number: JP2008229776A
Authority: JP
Inventors: 亨尚木本
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc; Kokusai Denki Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2028-09-08
Also published as: JP2010068025A; US20110211528A1; WO2010026707A1; US8804514B2

Description

本発明は、広帯域無線アクセスシステム（Broadband Wireless Access system：ＢＷＡ）に用いられる無線端末装置に係り、特に、通信プロトコル（protocol）で指定されているLayer 2のＱｏＳ（Quality of Service：品質確保）レベルとＳＤＰ（Session Description Protocol：セッションに関する情報を表記したプロトコル）の内容をマッピングする無線端末装置に関する。

尚、ＱｏＳとは、ネットワーク内で、特定の通信のための帯域を予約し、一定の通信品質を確保するサービス機能のことである。
また、ＳＤＰとは、具体的に、端末と端末との間のセッションに関する情報を表現し、ビデオやオーディオ信号を送受信するために必要な情報をやりとりするためのプロトコルである。

広帯域無線アクセスシステム用の無線端末装置は、以下に示す、非特許文献１と非特許文献２のIEEE802.16e規格に則って、製作される。

しかし、IEEE802.16e規格では、図２に示すように、Layer 2までしか規定していない。つまり、ＢＷＡ用の無線端末装置とＢＷＡ用無線基地局間のLayer 2におけるＱｏＳはIEEE802.16e規格で規定されてはいるが、無線端末装置のアプリケーションのＱｏＳとLayer 2のＱｏＳのマッピング方法については規定されていない。

また、図１に示すネットワーク全体における無線基地局の有線区間におけるＱｏＳについても規定されていない。そのため、End-to-End（図１のＢＷＡ無線端末装置からVoice over IP用電話機までの区間）でのＱｏＳを保証することができない。

また、現在、有線のCore Networks側では、Next Generation Network（ＮＧＮ：次世代ネットワーク）の開発が着々と進んでおり、以下の非特許文献４で示されるように、非特許文献３に示すＳＤＰを用いてＱｏＳを制御することが決まっているが、非特許文献４の中で、非特許文献１と非特許文献２のIEEE802.16e規格のＱｏＳレベルとの関係は示されていない。

そのため、非特許文献４の次世代ネットワークのアクセス系にIEEE802.16eを使用する場合には、図１１に示すNext Generation Network側のＱｏＳレベルとIEEE802.16e区間（無線基地局とＢＷＡ用の無線端末装置との区間）のＱｏＳを合わせる必要がある。

また、ＢＷＡ用の無線端末装置から通信を始める場合、端末装置内部のアプリケーションがＢＷＡにおける無線区間のＱｏＳを決めて、ＢＷＡ用の無線区間でＱｏＳが働くように明示する必要がある。

上述の問題を解決するために、特許文献１のように、コアネットワークにPolicy Serverを配置し、また、ＢＷＡ用の無線端末装置内部にそのPolicy ServerのＱｏＳに対応したApplication ＱｏＳ機能を配置する方法がある。

US 2007/0255793 A1，“METHOD FOR PROVIDING SERVICE BETWEEN HETEROGENEOUS NETWORK” IEEE Std 802.16-2004，Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems IEEE Std 802.16e-2005 and IEEE Std 802.16-2004/Cor1-2005，Part 16: Air Interface for Broadband Wireless Access Systems，Amendment 2: Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands and Corrigendum 1 IETF RFC4566 "SDP: Session Description Protocol" 次世代ネットワークインタフェース資料（IP 通信網・LAN 型通信網）―網間インタフェース（NNI）―別表２：IPトランスポート仕様，

しかしながら、上記特許文献１のＦＩＧ．３やＦＩＧ．４の通信シーケンスにあるように、通信の途中でＱｏＳパラメータのやりとりをPolicy Serverと無線端末装置の間で行わなくてはならないため、VoIPなどのリアルタイム性が必要なアプリケーションの場合、VoIP通信の応答性が悪くなるという問題が発生する。

また、コアネットワーク内にPolicy Serverを用意しなければならず、このPolicy ServerがダウンするとＱｏＳが働かなくなるという問題が発生する。
そのため、Serverダウンによる問題発生を減らすために、Policy Serverを冗長構成とすることにより、システム全体でServerがダウンする確率を下げることができるが、冗長構成とするにより設備投資額が増えるという問題が発生する。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、次世代ネットワークのアクセス系にIEEE802.16eを使用しても、End-to-EndのＱｏＳが保たれ、快適な通信ができる無線端末装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、Policy Serverを用いないことにより、設備投資額を下げ、なおかつ、Serverダウンによる通信障害をなくすことができる無線端末装置を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、コアネットワークを備える無線アクセスシステムに接続する無線端末装置であって、無線アクセスシステムを介した通信を行うアプリケーションのアプリケーションデータを出力するアプリケーション部と、コアネットワークにおける通信セッションに関するプロトコルのパラメータであって、アプリケーションの通信セッションの優先度クラス及びポート番号を少なくとも含むパラメータを生成するパラメータ生成部と、優先度クラスと無線アクセスシステムの無線区間における上りリンクのＱｏＳ制御に用いるＱｏＳレベルを予め対応付ける対応表に従って、優先度クラスを有する通信セッションのＱｏＳレベルを決定すると共に、当該決定されたＱｏＳレベルと当該優先度クラスを有する通信セッションのポート番号を対応付けるパラメータ解析部と、アプリケーション部から出力されるアプリケーションデータのパケットであって、パラメータ解析部で決定されたＱｏＳレベルと対応付けられたポート番号を有するパケットを、当該ＱｏＳレベルの送信キューに振り分けるパケット分配部と、を備えることを特徴とする。

本発明は、上記無線端末装置において、無線アクセスシステムの無線区間が当該無線端末装置と無線基地局の間であることを特徴とする。
本発明は、上記無線端末装置において、無線アクセスシステムの無線区間における上りリンクのＱｏＳ制御に用いるＱｏＳレベルが、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格において規定されたものであることを特徴とする。
本発明は、上記無線端末装置において、コアネットワークにおける通信セッションに関するプロトコルが、セッション・ディスクリプション・プロトコル（ＳＤＰ）であることを特徴とする。

本発明は、上記無線端末装置において、無線アクセスシステムの無線区間における上りリンクのＱｏＳレベルを設定するために無線基地局に通知されるメッセージを生成するメッセージ生成部を備え、メッセージ生成部が、パラメータ解析部で対応付けられたＱｏＳレベルをメッセージに設定することを特徴とする。

本発明によれば、コアネットワークを備える無線アクセスシステムに接続する無線端末装置であって、アプリケーション部が、無線アクセスシステムを介した通信を行うアプリケーションのアプリケーションデータを出力し、パラメータ生成部が、コアネットワークにおける通信セッションに関するプロトコルのパラメータであって、アプリケーションの通信セッションの優先度クラス及びポート番号を少なくとも含むパラメータを生成し、パラメータ解析部が、優先度クラスと無線アクセスシステムの無線区間における上りリンクのＱｏＳ制御に用いるＱｏＳレベルを予め対応付ける対応表に従って、優先度クラスを有する通信セッションのＱｏＳレベルを決定すると共に、当該決定されたＱｏＳレベルと当該優先度クラスを有する通信セッションのポート番号を対応付け、パケット分配部が、アプリケーション部から出力されるアプリケーションデータのパケットであって、パラメータ解析部で決定されたＱｏＳレベルと対応付けられたポート番号を有するパケットを、当該ＱｏＳレベルの送信キューに振り分けるようにしているので、ＱｏＳレベルとパラメータとのマッピングを実現でき、快適な通信を可能とし、コアネットワークにポリシーサーバの設置を不要にできる効果がある。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る無線端末装置（以下、本無線端末装置）は、次世代ネットワークをコアネットワークとする無線アクセスネットワークシステムにおける上りリンクのＱｏＳを、アプリケーションのサービスを利用する無線端末装置の方から主導的に設定するようにしたものであり、これにより、快適な通信を実現でき、コアネットワークにポリシーサーバ等を設ける必要がないものである。

本無線端末装置は、ＳＤＰの内容と上りリンクのＱｏＳレベルの対応付け機能を持った無線端末装置である。

また、本無線端末装置は、ＳＤＰ内のm＝port番号で指定されるport番号を使うIPパケットと上記ＱｏＳレベルを対応付けし、そのport番号を通過するIPパケットをそのＱｏＳレベルのキュー（Queue）に振り分ける機能、パケット分配機能（Packet Classifier）を備えた無線端末装置である。

また、本無線端末装置は、ＢＷＡ用端末から始まる通信フロー（MS initiated Service Flow）において、ＳＤＰがmedia-type ＝ video かつ a ＝ sendrecvの場合、ＵＧＳ（unsolicited grant service）のService Flowを選択し、そして、DSA-REQ message内のUL Grant Scheduling Type
parameter でＵＧＳを指定し、また、ＳＤＰ内のm＝port番号で指定されるport番号を使うIPパケットをＵＧＳのＱｏＳレベルで送信するものである。

また、本無線端末装置は、ＢＷＡ用端末から始まる通信フローにおいて、ＳＤＰでmedia-type ＝ audio かつ a ＝ sendrecvの場合、ＵＧＳのService Flowを選択し、そして、DSA-REQ message内のUL Grant Scheduling Type
parameter でＵＧＳを指定し、また、ＳＤＰ内のm＝port番号で指定されるport番号を使うIPパケットをＵＧＳのＱｏＳレベルで送信するものである。

また、本無線端末装置は、ＢＷＡ用端末から始まる通信フローにおいて、ＳＤＰでmedia-type ＝ video かつ a ＝ sendonlyの場合、rtPS （Real-time polling service）のService Flowを選択し、そして、DSA-REQ message内のUL Grant Scheduling Type
parameter でrtPSを指定し、また、ＳＤＰ内のm＝port番号で指定されるport番号を使うIPパケットをrtPSのＱｏＳレベルで送信するものである。

また、本無線端末装置は、ＢＷＡ用端末から始まる通信フローにおいて、ＳＤＰでmedia-type ＝ audio かつ a ＝ sendonlyの場合、rtPS （Real-time polling service）のService Flowを選択し、そして、DSA-REQ message内のUL Grant Scheduling Type
parameter でrtPSを指定し、また、ＳＤＰ内のm＝port番号で指定されるport番号を使うIPパケットをrtPSのＱｏＳレベルで送信するものである。

また、本無線端末装置は、ＢＷＡ用端末から始まる通信フローにおいて、ＳＤＰでmedia-type ＝ dataの場合、nrtPS （Non-real-time polling service）のService Flowを選択し、そして、DSA-REQ message内のUL Grant Scheduling Type
parameter でnrtPSを指定し、また、ＳＤＰ内のm＝port番号で指定されるport番号を使うIPパケットをnrtPSのＱｏＳレベルで送信するものである。

また、本無線端末装置は、ＢＷＡ用端末から始まる通信フローにおいて、ＳＤＰを用いない通信フローの場合、BE （Best Effort）のService Flowを選択し、そして、DSA-REQ message内のUL Grant Scheduling Type
parameter でBEを指定するものである。

また、本無線端末装置は、ＳＤＰ内にa＝ptime：値（例：a＝ptime：20）が存在する場合、このＳＤＰに該当する通信のDSA-REQ Messageを生成する時に、この値をDSA-REQ message内のUnsolicited Polling Intervalの値に設定するものである。

また、本無線端末装置は、ＳＤＰ内にa＝rtpmap：0 PCMU/8000が存在する場合、このＳＤＰに該当する通信のDSA-REQ Messageを生成する時に、DSA-REQ message内のMinimum Reserved Traffic Rateの値に100000から160000の値を設定するものである。

［ネットワークシステムの概要：図１］
本発明の実施の形態に係るネットワークシステムについて図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るネットワークシステムの構成ブロック図である。
本発明の実施の形態に係るネットワークシステム（本システム）は、図１に示すように、次世代ネットワーク（ＮＧＮ）１０を中心として、そのＮＧＮ１０にＳＩＰ（Session Initiation Protocol）サーバ１１と、Video On Demand （VoD）サーバ１２と、Voice over IP （VoIP）用電話機１３と、ホームサーバ１４が接続し、更に、ＮＧＮ１０にホームエージェント（Home Agent）２０と、ＡＳＮ−ＧＷ（Access Service Network-Gateway）３０を介してＢＷＡ用無線基地局３１が接続し、当該基地局３１に無線にて接続するＢＷＡ用端末４０ａ，４０ｂを基本的に有している。
ここで、ＢＷＡ用端末４０ａとして無線通信の電話機、ＢＷＡ用端末４０ｂとして無線通信のビデオカメラを例示している。

［ネットワークシステムの各部］
次ぎに、本システムにおける各部について具体的に説明する。
ＮＧＮ１０は、上記先行技術文献で説明されている次世代ネットワークである。
ＳＩＰサーバ１１は、インターネットプロトコル（IP）に基づいた通信により呼制御を行うためのサーバである。

VoD サーバ１２は、映像コンテンツを記憶しており、視聴者が見たいときにそれら映像コンテンツを提供するサーバである。
VoIP 用電話機１３は、VoIP 対応の電話機である。

ホームサーバ１４は、家庭内の通信ネットワーク(家庭内ＬＡＮ)の中核を担い、ネットワークに接続された各部屋の機器に様々なデータやサービスを提供するサーバである。特に、映像や音楽などのデータを蓄積・配信する機能を持った大容量の専用機器のことである。

ホームエージェント２０は、Mobile IPをサポートし、ＢＷＡ用端末４０の移動を可能とする。
ＡＳＮ−ＧＷ３０は、複数のＢＷＡ用無線基地局３１を束ね、ハンドオーバーやページングをサポートし、また、パケットのルーティング機能を有する機器である。

ＢＷＡ用無線基地局３１は、エリア毎に複数配置され、ＡＳＮ−ＧＷ３０に接続し、ＢＷＡ用端末４０との広帯域無線アクセスを行うものである。
ＢＷＡ用端末４０ａ，４０ｂは、エリア内のＢＷＡ用無線基地局３１と広帯域無線アクセスで接続するものである。ＢＷＡ用端末４０の具体的構成及び処理については後述する。

尚、上記ネットワークシステムにおける各部のサーバは、基本的にコンピュータで構成され、従って、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御部、主メモリ、ハードディスク等の記憶部等を備え、コンピュータプログラムの動作によって各機能を実行する処理手段を備えるようになっている。

また、図１における本システムの特徴としては、ポリシーサーバ（Policy Server）がないことである。Policy Serverがいらないので、Policy Serverダウンによる通信障害を防ぐことができる。

［プロトコルアーキテクチャモデル：図２］
ここで、非特許文献１で規定されている、IEEE Std.802.16 Protocol Architecture Modelを図２に示す。図２は、IEEE Std.802.16のプロトコルアーキテクチャモデルを示す図である。
図２に示すように、IEEE規格では、Layer2のＭＡＣまでしか規定していない。

［プロトコルスタック：図３］
次ぎに、ＢＷＡ用端末のプロトコルスタックの例について図３を用いて説明する。図３は、ＢＷＡ用端末のプロトコルスタックの例を示す図である。
図３に示すように、プロトコルスタックでは、ＳＩＰとＳＤＰをサポートしていることを特徴としている。また、アプリケーションの一例として、音声と映像を載せている。これ以外にも、e-MailクライアントやWWWブラウザーなどが挙げられる。

また、ＢＷＡ用端末なので、Layer2はIEEE802.16e ＭＡＣ（Media Access Control）、Layer1はIEEE802.16e ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）ＰＨＹ（Physical layer）となっている。

［ＢＷＡ用端末内部構成：図４］
次ぎに、ＢＷＡ用端末内部における構成及びアプリケーションデータの流れについて図４を用いて説明する。図４は、ＢＷＡ用端末内部における構成及びアプリケーションデータの流れを示す図である。
ＢＷＡ用端末内部において、図４に示すように、ＳＤＰ生成部４１と、ＳＤＰ解析部４２と、ＤＳＡ−ＲＥＱ Message 生成部４３と、アプリケーション部４４と、ＴＣＰ／ＵＤＰ部４５と、ＩＰ部４６と、Packet Classifier 部４７と、ＵＧＳ部４８と、Extended rtPS部４９と、rtPS部５０と、nrtPS部５１と、ＢＥ部５２と、Scheduler部５３と、IEEE802.16e ＯＦＤＭＡＰＨＹ部５４とを備えている。

ＳＤＰ生成部４１は、ＢＷＡ用端末４０の用途に応じてＳＤＰを生成する。ＳＤＰ生成部４１の詳細は後述する。
ＳＤＰ解析部４２は、ＮＧＮの優先度クラスとＢＷＡのＱｏＳクラスの対応表を備え、ＳＤＰを解析してＮＧＮの優先度クラスに対応したＢＷＡのＱｏＳクラスを決定し、ポート番号と決定したＱｏＳクラスの対応表を生成し、その対応表をPacket Classifier部４７に通知して、IPパケットをそれぞれのＱｏＳクラスのキューに振り分けさせる。
また、ＳＤＰ解析部４２は、ＳＤＰを解析してＮＧＮの優先度クラスに対応したＢＷＡのＱｏＳクラスを決定すると、そのＱｏＳクラスをDSA-REQ message内に設定するよう指示し、その他指示を行う。
ＳＤＰ解析部４２の詳細は後述する。

ＤＳＡ−ＲＥＱ Message 生成部４３は、ＳＤＰ解析部４２の指示に従って、DSA-REQ MessageのＱｏＳパラメータを設定して、DSA-REQ Messageを生成し、ＢＷＡ用無線基地局に通知する。

アプリケーション部４４は、音声・映像のデータを入力し、当該データの内容をＳＤＰ生成部４１に通知して、当該データをＴＣＰ／ＵＤＰ部４５に出力する。
ＴＣＰ／ＵＤＰ部４５は、トランスポート層のプロトコルとしてＴＣＰ（Transmission Control Protocol）／ＵＤＰ（User Datagram Protocol）に従い、アプリケーション部４４からのデータとＳＤＰ生成部４１から通信相手に通知するためのＳＤＰを入力し、データ転送管理の処理が為されてＩＰ部４６に処理されたデータが出力される。

ＩＰ部４６は、ネットワークレイヤにおけるIPデータグラムの道筋を決めるルート決定等を行い、データをPacket Classifier 部４７に出力する。
Packet Classifier 部４７は、ＳＤＰ解析部４２から通知されたポート番号とＱｏＳクラスの対応表に基づいて、IPパケットをそれぞれのＱｏＳクラスのキューに振り分ける処理を行う。

ＵＧＳ部４８は、固定量のデータをリアルタイムで伝送するＵＧＳ（Unsolicited Grant Service）モードでデータ処理を行う。
Extended rtPS部４９は、無音圧縮機能でデータを伝送するExtended rtPS（Real Time Polling Service）モードでデータ処理を行う。
rtPS部５０は、可変量のデータをリアルタイムで伝送するrtPS（Real Time Polling Service）モードでデータ処理を行う。
nrtPS部５１は、時間遅延が許されるが不定期に可変量のデータ伝送を行うnrtPS（Non Real Time Polling Service）モードでデータ処理を行う。
ＢＥ部５２は、遅延について規定せず、ジッターについても規定しない無保証のＢＥ（Best Effort）モードでデータ処理を行う。

Scheduler部５３は、ＤＳＡ−ＲＥＱ Message 生成部４３で生成されたDSA-REQ Messageに従い、各ＱｏＳのクラスで処理されたデータを各端末の無線フレームにおいて帯域及び時間割り当てを行う。
IEEE802.16e ＯＦＤＭＡＰＨＹ部５４は、Scheduler部５３から入力された無線フレームをIEEE802.16eのＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式により物理層（Physical Layer：ＰＨＹ）での伝送を実現する。

図４において、ＳＤＰ生成部４１からＳＤＰ解析部４２へ、更にＤＳＡ−ＲＥＱ Message 生成部４３及びPacket Classifier部４７への太い線は、ＳＤＰによる、各機能部への制御情報の流れを示している。また、アプリケーション部４４からIEEE802.16e ＯＦＤＭＡＰＨＹ部５４への細い線は、アプリケーションデータの流れで、アップリンクの通信にフォーカスして、示している。

［ＳＤＰ生成部４１］
次ぎに、ＳＤＰ生成部４１について説明する。
ＢＷＡ用端末がＴＶ電話で、動画データの双方向通信を行う場合、動画アプリケーションとＳＤＰ生成部４１が連携して、ＳＤＰ生成部４１で、media-type ＝ video かつ a ＝ sendrecvのＳＤＰを生成する。ＳＤＰの詳細は、非特許文献３に記載されている。

また、ＢＷＡ用端末がVoIP電話を行う場合、VoIPアプリケーションとＳＤＰ生成部４１が連携して、ＳＤＰ生成部４１で、media-type ＝ audio かつ a ＝ sendrecvのＳＤＰを生成する。また、VoIPの音声CodecがG.711の場合、a＝rtpmap：0 PCMU/8000のＳＤＰを生成する。そして、VoIPのPacket化の周期が20msecの場合、ＳＤＰ生成部４１でa＝ptime：20を生成する。
また、ＳＤＰ生成部４１は、アプリケーションデータが使用する通信ポートをＳＤＰにm＝port番号として書き込む。

このＳＤＰ生成部４１は、非特許文献３のＳＤＰ（Session Description Protocol）に従ったアプリケーションの呼制御情報を生成する機能部で、VoIP電話機などに用いられている一般的なものである。また、このＳＤＰ生成部４１で作成されたＳＤＰは、ＳＤＰ解析部４２と通信相手に通知するためにＴＣＰ／ＵＤＰ部４５に送られる。

［ＳＤＰ解析部４２］
次に、ＳＤＰ解析部４２について説明する。このＳＤＰ解析部４２がこの発明で一番重要な機能である。
［優先度クラスとＢＷＡのＱｏＳの対応：図５，６］
ＳＤＰ解析部４２では、図６のＮＧＮの優先度クラスとＢＷＡのＱｏＳの対応表を有する。図６の対応表は、図５の表とＢＷＡのＱｏＳクラスを対応付けたものである。ここで、図５は、ＳＤＰによる転送品質クラスの指定方法を示す図であり、図６は、ＮＧＮの優先度クラスとＢＷＡのＱｏＳの対応表を示す図である。

このＳＤＰ解析部４２では、ＳＤＰのｍ行／ａ行を解析して、このｍ行／ａ行に対応した図６のＢＷＡのＱｏＳクラスを決定する。
［ポート番号とＢＷＡのＱｏＳクラスの対応：図７］
また、ＳＤＰのm＝port番号のport番号と前に決定したＱｏＳクラスより、図７に示すポート番号とＢＷＡのＱｏＳクラスの対応表を生成し、この対応表を図４のPacket Classifier部４７に通知する。図７は、ＳＤＰのm＝port番号のport番号とＢＷＡのＱｏＳクラスの対応表の例を示す図である。

図４のPacket Classifier部４７では、この図７の対応表に従って、IPパケットをそれぞれのＱｏＳクラスのキューに振り分ける。また、図７の対応表でポート番号が明示されていないIPパケットについては、BEとして扱う。

［ＤＳＡ−ＲＥＱ Message 生成部４３への指示］
次ぎに、ＳＤＰ解析部４２からＤＳＡ−ＲＥＱ Message 生成部４３に対して為される指示について説明する。
ＳＤＰ解析部４２は、ＤＳＡ−ＲＥＱ Message 生成部４３に対しては、ＳＤＰのｍ行／ａ行を解析して、図６のＢＷＡのＱｏＳクラスを決定し、そのＱｏＳクラスをDSA-REQ message内のUL Grant Scheduling Type
parameterに設定するように指示する。

また、ＳＤＰ解析部４２は、ＳＤＰ内にa＝ptime：値が存在する場合には、この値をDSA-REQ message内のUnsolicited Polling Intervalの値に設定するように指示する。
また、ＳＤＰ解析部４２は、ＳＤＰ内にa＝rtpmap：0 PCMU/8000が存在する場合、DSA-REQ message内のMinimum Reserved Traffic Rateの値に10000から160000の間の値を設定するように指示する。

PCMU/8000の場合、片方向通信のIPパケット量は80000bpsであるが、ＢＷＡ無線通信区間では、このIPパケットに対してＢＷＡのMAC Headerが追加され、さらに、ＢＷＡの通信ではPiggybackによる通信も可能なので、Piggybackによるデータ量の増加がおきる。そのため、80000bpsより大きい伝送量が必要である。Piggybackの量は、無線の電波レベルの変動量にも依存するため、一概に決めることができない。そのため、100000から160000の値としている。

［ＤＳＡ−ＲＥＱ Message 生成部４３］
ＤＳＡ−ＲＥＱ Message 生成部４３は、ＳＤＰ解析部４２の指示に従って、以下に示すDSA-REQ MessageのＱｏＳパラメータを設定して、DSA-REQ Messageを生成する。
DSA-REQ Message
UL Grant Scheduling Type
parameter
Minimum Reserved Traffic Rate
unsolicited polling interval
この生成されたDSA-REQ Messageは、図４のScheduler部５３とIEEE802.16e ＯＦＤＭＡＰＨＹ部５４を通って、ＢＷＡ用無線無線基地局に通知される。

図７の通信シーケンスは、ＢＷＡ無線区間のアップリンク通信におけるＱｏＳクラスの設定シーケンスで、先のDSA-REQ Messageもこのシーケンスを使う。DSA-ACKが終了すると、ＢＷＡ無線区間でのＱｏＳクラスの設定が終了して、無線区間におけるＱｏＳが働くようになる。

例えば、ＢＷＡ用端末が発信元となるVoIP通信を例にすると、ＳＤＰ生成部４１はVoIPアプリケーションと連携して、以下の内容を含むＳＤＰを生成する。
M＝audio 26696 RTP/AVP 0
a＝rtpmap：0 PCMU/8000
a＝sendrecv
a＝ptime：20

次に、ＳＤＰ解析部４２がこのＳＤＰを解析して、ポート番号：26696，ＢＷＡのＱｏＳクラス：ＵＧＳというポート番号とＢＷＡのＱｏＳクラスを図７の対応表に追加して、図４のPacket Classifier部４７に通知する。

図４のPacket Classifier部４７では、ポート番号26696のIPパケットをＵＧＳのキューに入れる。
また、ＳＤＰ解析部４２は、ＤＳＡ−ＲＥＱ Message生成部４３に、DSA-REQ Messageを以下のように設定するように指示する。
DSA-REQ Message
UL Grant Scheduling Type
parameter：UGS
Minimum Reserved Traffic Rate： 104000
unsolicited polling interval：20

［通信シーケンス：図８］
ＤＳＡ−ＲＥＱ Message生成部４３では、上記値をセットしたDSA-REQ Messageを生成し、ＢＷＡ用無線基地局に通知する。その後の通信シーケンスは、図８のようになり、ＢＷＡ無線区間でのアップリンクのＱｏＳが設定される。ＢＷＡ無線区間でのＱｏＳクラスがＵＧＳとなるため、ＢＷＡ無線区間では、最優先となる。図８は、ＢＷＡ無線区間でのＱｏＳクラスの設定シーケンスを示す図である。

また、このＳＤＰの通信は、図５のＮＧＮの優先度クラスで最優先クラスとなるので、ＮＧＮネットワーク内でも最優先となる。
ＢＷＡ無線区間でも、ＮＧＮ内でも最優先となるので、End-to-Endで最優先となり、遅延の少ないVoIP通信が可能となる。

DSA-REQ MessageのＱｏＳパラメータの一部が、非特許文献１で規定されている。これらのパラメータを設定することで、ＢＷＡ用無線基地局とＢＷＡ用端末間の無線区間でのＱｏＳが受けられる。

［DSA-REQ Message内のＱｏＳパラメータ：図９〜１１］
図９〜図１１に示したものは、DSA-REQ Message内のＱｏＳパラメータの一つ一つを詳細化したものであり、非特許文献１と非特許文献２で規定されている。図９は、Minimum Reserved Traffic Rate
parameterを示す図であり、図１０は、UL Grant Scheduling Type
parameterを示す図であり、図１１は、Unsolicited Polling Interval
parameterを示す図である。

また、ＢＷＡ用無線基地局が送信側、ＢＷＡ用端末が受信側となるダウンリンク通信では、DSA-REQ MessageはＢＷＡ用無線基地局が発行する。逆に、ＢＷＡ用無線基地局が受信側、ＢＷＡ用端末が送信側となる上りリンクの通信では、DSA-REQ MessageはＢＷＡ用端末が発行する。

ＢＷＡ通信方式の場合、ＢＷＡ用無線基地局のMAC Schedulerによる集中制御方式なので、上りリンクの通信でＱｏＳを行うには、ＢＷＡ用端末がDSA-REQ Messageを発行して、どのようなＱｏＳレベルの通信を行いたいかをＢＷＡ用無線基地局に通知しなければならない。

ＢＷＡ用無線基地局のMAC Schedulerでは、各端末からのDSA-REQ MessageのＱｏＳレベルやパラメータを見て、各端末の無線Frameの帯域割当量や割当時間を制御する。
ＢＷＡでは、一般的に、図４のＵＧＳが一番優先度が高く、BEが一番優先度が低い仕組みになっている。そのため、優先度の高さは、ＵＧＳ＞ Extended rtPS ＞ rtPS ＞ nrtPS ＞ BEの順番となる。

図５では、図１の次世代ネットワーク（ＮＧＮ）内での優先度レベルとそのレベルに対応したＳＤＰの内容が表となって示されている。この表は、非特許文献４表a−1：ＳＤＰによる転送品質クラス指定に書かれている。

本実施の形態において、図５のＮＧＮ側での優先度クラス（最優先クラス、高優先度クラス、優先度クラス）と、図４のＢＷＡ無線区間での５段階のＱｏＳクラス（ＵＧＳ、Extended rtPS、rtPS、nrtPS、BE）の対応付けをおこなっており、図６がその対応表である。

ＢＷＡのExtended rtPSは、無音圧縮機能を有するVoIP用のＱｏＳクラスであり、ＮＧＮでは無音圧縮を用いたVoIP通信を行わないため、このＱｏＳクラスへの対応付けは行っていない。
また、ＮＧＮの優先クラスがない部分に、ＢＷＡのBEを対応付けている。この理由としては、ＮＧＮを含めたEnd-to-EndのＱｏＳが保証できないため、ＢＷＡ無線区間でもBEと設定している。

［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態によれば、次世代ネットワークのアクセス系に、広帯域無線アクセスシステム（ＢＷＡ）を使用しても、End-to-EndのＱｏＳ（Quality of Service）が行うことができ、快適な通信を実現できる効果がある。

また、本システムによれば、Policy Serverを用いていないので、Policy Serverダウンによる通信障害を防ぐことができると共に、コストを削減できる効果がある。

本発明は、次世代ネットワークのアクセス系にIEEE802.16eを使用しても、End-to-EndのＱｏＳが保たれ、快適な通信ができる無線端末装置に好適である。

本発明の実施の形態に係るネットワークシステムの構成ブロック図である。 IEEE Std.802.16のプロトコルアーキテクチャモデルを示す図である。ＢＷＡ用端末のプロトコルスタックの例を示す図である。ＢＷＡ用端末内部における構成及びアプリケーションデータの流れを示す図である。ＳＤＰによる転送品質クラスの指定方法を示す図である。ＮＧＮの優先度クラスとＢＷＡのＱｏＳの対応表を示す図である。ＳＤＰのm＝port番号のport番号とＢＷＡのＱｏＳクラスの対応表の例を示す図である。ＢＷＡ無線区間でのＱｏＳクラスの設定シーケンスを示す図である。 Minimum Reserved Traffic Rate parameterを示す図でである。 UL Grant Scheduling Type parameterを示す図でである。 Unsolicited Polling Interval parameterを示す図である。

符号の説明

１０…次世代ネットワーク（ＮＧＮ）、１１…ＳＩＰ（Session Initiation Protocol）サーバ、１２…Video On Demand （VoD）サーバ、１３…Voice over IP （VoIP）用電話機、１４…ホームサーバ、２０…ホームエージェント（Home Agent）、３０…ＡＳＮ−ＧＷ（Access Service Network-Gateway）、３１…ＢＷＡ用無線基地局、４０ａ，４０ｂ…ＢＷＡ用端末、４１…ＳＤＰ生成部、４２…ＳＤＰ解析部、４３…ＤＳＡ−ＲＥＱ Message 生成部、４４…アプリケーション部、４５…ＴＣＰ／ＵＤＰ部、４６…ＩＰ部、４７…Packet Classifier 部、４８…ＵＧＳ部、４９…Extended rtPS部、５０…rtPS部、５１…nrtPS部、５２…ＢＥ部、５３…Scheduler部、５４…IEEE802.16e ＯＦＤＭＡＰＨＹ部

Claims

コアネットワークを備える無線アクセスシステムに接続する無線端末装置であって、
前記無線アクセスシステムを介した通信を行うアプリケーションのアプリケーションデータを出力するアプリケーション部と、
前記コアネットワークにおける通信セッションに関するプロトコルのパラメータであって、前記アプリケーションの通信セッションの優先度クラス及びポート番号を少なくとも含むパラメータを生成するパラメータ生成部と、
前記優先度クラスと前記無線アクセスシステムの無線区間における上りリンクのＱｏＳ制御に用いるＱｏＳレベルを予め対応付ける対応表に従って、前記優先度クラスを有する通信セッションの前記ＱｏＳレベルを決定すると共に、当該決定された前記ＱｏＳレベルと当該優先度クラスを有する通信セッションのポート番号を対応付けるパラメータ解析部と、
前記アプリケーション部から出力されるアプリケーションデータのパケットであって、前記パラメータ解析部で決定された前記ＱｏＳレベルと対応付けられたポート番号を有するパケットを、当該ＱｏＳレベルの送信キューに振り分けるパケット分配部と、
を備えることを特徴とする無線端末装置。
前記無線アクセスシステムの無線区間は当該無線端末装置と無線基地局の間であること、
を特徴とする請求項１記載の無線端末装置。
前記無線アクセスシステムの無線区間における上りリンクのＱｏＳ制御に用いるＱｏＳレベルは、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格において規定されたものであること、
を特徴とする請求項１記載の無線端末装置。
前記コアネットワークにおける通信セッションに関するプロトコルは、セッション・ディスクリプション・プロトコル（ＳＤＰ）であること、
を特徴とする請求項１記載の無線端末装置。
前記無線アクセスシステムの無線区間における上りリンクのＱｏＳレベルを設定するために無線基地局に通知されるメッセージを生成するメッセージ生成部を備え、
前記メッセージ生成部は、前記パラメータ解析部で対応付けられたＱｏＳレベルを前記メッセージに設定すること、
を特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の無線端末装置。