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JP2008289080A - 端末装置、ネットワーク装置およびデータ通信方法 - Google Patents

端末装置、ネットワーク装置およびデータ通信方法 Download PDF

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JP2008289080A JP2007134423A JP2007134423A JP2008289080A JP 2008289080 A JP2008289080 A JP 2008289080A JP 2007134423 A JP2007134423 A JP 2007134423A JP 2007134423 A JP2007134423 A JP 2007134423A JP 2008289080 A JP2008289080 A JP 2008289080A
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Abstract

【課題】全体のスループットを向上させ、または無駄な再送を削減すること。
【解決手段】移動局101と移動通信システム、例えば無線制御装置100との間で無線ベアラが確立されると(S401)、予め用意された複数のTCP RWINから、無線ベアラの種類またはトランスポートチャネルの種別に応じて適切なTCP RWINを選択して、移動局101に設定する(S402)。その後、移動局101と移動通信システムとの間で無線ベアラの変更があると(S403)、さらに無線ベアラの種類またはトランスポートチャネルの種別に応じて適切なTCP RWINを選択して、移動局101に設定する(S404)。
【選択図】図4

Description

本発明は、端末装置、ネットワーク装置およびデータ通信方法に関し、特に携帯電話などの移動端末を用いてネットワークに接続されたサーバ等と通信を行う端末装置、ネットワーク装置およびデータ通信方法に関する。
従来の第3世代移動通信システムでは、TCPパケットの転送を行う場合に、受信側から送信側への応答を待たずに送信側がデータを送信できるデータ容量を示す伝送制御ウィンドウサイズ(TCP Receive Window Size:TCP RWIN)の値は、通常移動局ごとに固定されることが多い。また、同様にパーソナルコンピュータ等の端末からダイアルアップを行ってサーバに接続する場合、TCPの終端となる端末に設定するTCP RWINの値は固定とされる場合が多い。TCP RWINの値としては、通常例えば最大無線ベアラを使用した速度に関して最適化したものを設定している。また移動通信システムの無線リンク制御伝送ウィンドウサイズ(RLC Transmission window size:RLC TWIN)の値、移動局の無線リンク制御受信ウィンドウサイズ(RLC Reception window size:RLC RWIN)の値も固定にされる場合が多い。
このように、単にウィンドウサイズを固定的に設定して変更しないシステムが通常である(例えば、特許文献1および2を参照)
特開2005−20550号公報 特開2006−211015号公報
しかしながら、従来のTCPパケットの転送を行う場合、TCP RWINで定められる容量に達すると受信側は、データを容量分受信し終わったことを送信側に伝えるが、TCP RWINの値を大きくすると、処理遅延を含めた伝送遅延時間が大きい場合は連続でデータを転送できるため、TCPデータ帯域が高速になるが、TCP RWINが無線等の物理回線の伝送速度に比べて十分小さい場合、TCP RWINの制限により物理回線の伝送速度を最大限使用することができず、TCPデータ帯域は飽和して一定速度以上は出なくなる。また、データの受信で1個のTCPパケットでも受信に失敗した場合は、失敗したことを送信側にNACKで伝えた後、NACKとなったTCPパケット以降のTCP RWINのバッファ内の全データを再送しなければならず、TCP RWINが小さい場合に比べると余計にTCPパケットを再送する必要があり、再送にかかるオーバヘッドが大きくなる結果、スループットが低下することとなる。さらに、TCPパケットの課金が従量制の場合、TCP RWINが大きいことにより、余計なパケット再送分が課金され、ユーザに余分な料金がかかる。このように、従来技術によると通信チャネル、通信状態、転送データサイズに応じて、適切なTCP RWINを設定されることが無く全体としてスループットが低下したり、通信料金が不必要に加算されたりするという問題がある。
また、RLC RWINの値を大きくすると、処理遅延を含めた伝送遅延時間が大きい場合は連続でデータを転送できるため、RLCスループットが高速になるが、データの受信で1個のRLC PDUでも受信に失敗した場合は、失敗したことを送信側にNACKで伝えた後、NACKとなったRLC PDU以降のRLC RWINのバッファ内の全データを再送しなければならず、RLC RWINが小さい場合に比べると余計なTCPパケットの再送が必要とあって、再送にかかるオーバヘッドが大きくなる結果、スループットが低下し、余分な通信料金が発生するという問題がる。移動局が選択することで、通信速度を高速化させ、通信料金を抑えることが可能である。
本発明はこのような問題を解決するものであり、無線通信経路の種別や、通信状況にあわせて適切なTCP RWINあるいはRLC RWINを動的に設定することにより全体のスループットを向上させ、または無駄な再送を削減することができる端末装置、ネットワーク装置およびデータ通信方法を提供することを目的とする。
このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、端末装置であって、受信したデータを格納する受信バッファと、サーバと無線通信によりデータの送受信を行う送受信手段と、使用する無線通信経路に基づいて、サーバから送信確認をせずに送信することができるデータ量である受信ウィンドウサイズを、受信バッファのバッファサイズを超えない範囲で変更するウィンドウ変更手段と、変更された受信ウィンドウサイズをサーバに通知する変更結果通知手段とを備えたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、受信ウィンドウサイズは、請求項1に記載の端末装置において、無線通信経路の種別ごとに予め定められており、ウィンドウ変更手段は、無線通信経路に基づいて、予め定められた受信ウィンドウサイズを選択して変更することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の端末装置において、無線通信経路の種別は、無線ベアラ種別またはトランスポートチャネルのフォーマット種別であることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の端末装置において、無線通信経路の状態を取得する通信状態取得手段をさらに備え、ウィンドウ変更手段は、無線通信経路に基づいて、取得した無線通信経路の状態により受信ウィンドウサイズを選択して変更することを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の端末装置において、無線通信経路の状態は、通信速度、メディアアクセス制御の伝送帯域幅、無線リンク制御の伝送帯域幅、受信信号強度、希望波受信強度、および希望波受信強度比のいずれかであることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、ネットワーク装置において、サーバから受信したデータを無線通信により端末装置に端末装置の受信ウィンドウサイズごとに送信確認を行って送信する送受信手段と、使用する無線通信経路に基づいて、受信ウィンドウサイズを、端末装置の受信バッファのバッファサイズを超えない範囲で決定するウィンドウ変更手段と、決定された受信ウィンドウサイズを端末装置に通知する変更結果通知手段とを備えたことを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、端末装置とサーバとの間で無線を介してデータの通信を行うデータ通信方法であって、端末装置において、サーバから無線通信によりデータを受信して、受信したデータを受信バッファに格納する送受信ステップと、使用する無線通信経路に基づいて、サーバから送信確認をせずに送信することができるデータ量である受信ウィンドウサイズを、受信バッファのバッファサイズを超えない範囲で変更するウィンドウ変更ステップと、変更された受信ウィンドウサイズをサーバに通知する変更結果通知ステップとを備えたことを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、端末装置とサーバとの間で無線通信ネットワーク装置を介してデータの通信を行うデータ通信方法であって、無線通信ネットワーク装置において、サーバから受信したデータを無線通信により端末装置に端末装置の受信ウィンドウサイズごとに送信確認を行って送信する送受信ステップと、使用する無線通信経路に基づいて、受信ウィンドウサイズを、端末装置の受信バッファのバッファサイズを超えない範囲で決定するウィンドウ変更ステップと、決定された受信ウィンドウサイズを端末装置に通知する変更結果通知ステップとを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、使用する無線通信経路に基づいて、サーバから送信確認をせずに送信することができるデータ量である受信ウィンドウサイズを、受信バッファのバッファサイズを超えない範囲で変更するウィンドウ変更手段と、変更された受信ウィンドウサイズをサーバに通知する変更結果通知手段とを備えているので、全体のスループットを向上させ、または無駄な再送を削減することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳しく説明する。
(第1実施形態)
図1は、本願発明の一実施形態におけるネットワーク構成を示す図である。図1のように無線移動局101〜103は、無線リンク(基地局10〜40)を介して無線制御装置100、200およびパケットサービスノードや移動先位置登録装置/交換装置200〜204などに接続され移動通信システム内またはインターネット上のサーバ120と通信を行っている。本実施形態では、基地局100、200からインターネットにいたる経路に図1に示す各システム、装置が配置され、種々の処理が行われるように機能するが、本願発明を実施するためにはこれに限られること無く、本実施形態で知られた種々のシステムで構成することができる。また、図1に示すような各構成要素の機能を別の構成要素に実装したり、図1とは異なる機能を実装させて各構成要素を割当てたりすることもできる。したがって、本願発明のネットワーク装置は基地局からゲートウェイまでのいずれかの装置、システムに実装することができる。
さらに、図1を参照すると端末104が無線モジュール103を接続した形態で無線通信を行うことが理解できるが、端末104はノートパソコンなど移動可能ないずれかのコンピュータとすることができる。また、無線モジュール103は、無線通信カードのような機器を使用することができるが、これに限られず携帯電話や携帯端末の無線通信機能のみを端末104に提供可能なものであればいずれのものも使用することができる。この場合、端末101、102と、モジュール103を接続した端末104とはサーバ120から見ると全く同じ処理が行われ、以下の本実施形態の処理もほぼ同様であり基本的に処理は端末104側で行われるが、主に無線に関する処理を中心に実装される無線モジュール103がこのような処理の一部を実行するときは、受信バッファを内蔵することもある。一方、このようなときも含め端末104側のメモリを種々のバッファとして使用することもできる。
本システムの全体の構成は以上のようなものであるが、本実施形態の個別のシステムを構成する端末、ネットワーク装置、サーバは少なくともネットワークに接続可能な通常のコンピュータの機能を有している必要がある。このようなハードウェアの条件の下、本実施形態の個別のシステムの処理の実行はソフトウェアプログラムがこのようなハードウェアにインストールされて行われる。各ソフトウェアは例えば図2および図3に示すようなモジュール構成で示すことができるが、これは単なる例示であり、各モジュールの機能をさらにいくつかのモジュールで分担したり、いくつかのモジュールの機能を統合したモジュールを想定したりすることができるのはいうまでもない。以下に、各個別システムのモジュール構成を説明するが、これらのモジュールが相互に連携を取って実行され、後述する本実施形態の処理が達成されるのである。
図2は、本実施形態の端末装置101のモジュール構成を示す図である。端末装置101は、サーバと無線通信によりデータの送受信を行う送受信部210、受信ウィンドウサイズであるTCP RWINを適切な値に変更するウィンドウ変更部220、変更された受信ウィンドウサイズをサーバに通知する変更結果通知部230および受信したデータを格納する受信バッファを備えている。
図3は、本実施形態の移動通信システムのモジュール構成を示す図である。ネットワーク装置である移動通信システムは、例えば無線制御装置100とすることもでき、その他の装置、機器と組み合わせたりすることもできるが、サーバから受信したデータを無線通信により端末装置に送信するネットワーク送受信部301、適切な受信ウィンドウサイズを決定するネットワークウィンドウ変更部302および決定された受信ウィンドウサイズを端末装置に通知するネットワーク変更結果通知部303を備える。
本実施形態では、TCPのデータ帯域と受信ウィンドウサイズである伝送制御ウィンドウサイズの値TCP RWIN、TCPの往復遅延時間の関係は以下のとおりである。
[データ帯域(bit/s)] = [TCP RWIN(bit)]/[往復遅延時間(sec)]又は
[TCP RWIN(bit)] = [データ帯域(bit/s)] [往復遅延時間(sec)]
したがって、往復遅延時間を200msecとした場合、例えば64KbpsのTCPデータ帯域を満たす場合TCP RWINは1.6KByteとする必要があり、384KbpsのTCPデータ帯域を満たす場合TCP RWINは9.6KByteとなる。3.6MbpsのTCPデータ帯域を満たす場合TCP RWINは90KByteとなり、7.2MbpsのTCPデータ帯域を満たす場合TCP RWINは180KByteとなる。
一方、移動局101〜103は無線リンクで使用する無線ベアラの種別、トランスポートチャネルのフォーマットに応じてTCP RWINサイズを変更することもできる。例えば384Kbpsのチャネルから3.6Mbpsのチャネルに変更する場合、TCP RWINを9.6Kbyteから90Kbyteへ変更する。64Kbpsの個別チャネルから384Kbpsの個別チャネルに変更する場合には、TCP RWINを1.6KByteから9.6KByteへ変更する。384Kbpsのトランスポートチャネルフォーマットから64Kbpsのトランスポートチャネルフォーマットに変更する場合は、TCP RWINを9.6KByteから1.6KByteへ変更する。TCP RWINの変更を適宜行うことも可能だが、最初に設定される無線ベアラの種別、トランスポートチャネルのフォーマットに対して1回だけ移動局101〜103で保持する複数のTCP RWINの中から1つを選ぶことも可能である。
図4に本実施形態の処理のフローチャートを、図6に本実施形態のシステムのシーケンスを示す。まず、移動局101と移動通信システム、例えば無線制御装置100との間で無線ベアラが確立されると(S401)、予め用意された複数のTCP RWINから、無線ベアラの種類またはトランスポートチャネルの種別に応じて適切なTCP RWINを選択して、移動局101に設定する(S402)。その後、移動局101と移動通信システムとの間で無線ベアラの変更があると(S403)、さらに無線ベアラの種類またはトランスポートチャネルの種別に応じて適切なTCP RWINを選択して、移動局101に設定する(S404)。
ここで、無線ベアラの種別、トランスポートチャネルのフォーマットによらず、メディアアクセス制御(MAC:Medium Access Control)、無線リンク制御(RLC:Radio Link Control)の伝送帯域幅またはスループットをTCP RWIN変更の基準とし、MAC、RLCの伝送帯域幅またはスループットが64Kbps以下の時はTCP RWINを1.6Kbyteとし、64Kbpsから384Kbpsの時はTCP RWINは9.6Kbyte、384Kbpsから3.6Mbpsの時はTCP RWINは90KByte、3.6Mbps以上の時はTCP RWINは180Kbyteとなるよう、移動局101が適宜選択することも可能である。
無線通信状態により移動局での受信信号強度(RSSI:Received Signal Strength Indicator)、希望波受信電力(CPICH RSCP:Received Signal Code Power)、最勢力局の受信電力と全受信電力との比である希望波受信電力比Ec/Noをウィンドウサイズ変更の基準として、移動局がTCP RWINを適宜変更することも可能である。図5に本実施形態のこのような処理例のフローチャートを、図7に本実施形態のシステムのシーケンス示す。すなわち、移動局101と移動通信システムとの間で無線ベアラが確立されると(S501)、予め移動局101のRSSI、CPICH RSCP、Ec/No、またはMAC、RLCの伝送帯域幅やスループットに応じてTCP RWINを複数用意しておき、この複数のTCP RWINから、適切なTCP RWINを選択して、移動局101に設定する(S502)。
このようにして、TCP RWINが設定されると、移動局はそのサイズの受信バッファを用意しておき、このウィンドウサイズまで受信するごとに移動通信システムに受信したことを確認する送信確認メッセージを送信し、移動通信システムは、移動局にデータを送信する際、新たに設定された受信ウィンドウサイズRLC RWINのデータを送信すると送信確認を受信するまで送信をとめるよう制御される。本実施形態では、このような制御により受信ウィンドウサイズの管理、活用を行うが、これに限られることなく、本願発明により適切なウィンドウサイズが選択あるいは計算等されると本技術分野で知られた方法で無線データ通信を行うことができる。
(第2実施形態)
本実施形態では、移動通信システムにおける移動局の無線リンク制御受信ウィンドウサイズ(RLC Reception window size:RLC RWIN)の値を、通信経路に基づいて適切な値に設定するものであり、システム構成は基本的に上述の第1実施形態と同様である。ただし、本実施形態では無線リンク制御における処理であるため、適切なRLC RWINを選択し設定する処理はネットワーク装置である無線制御装置などにより実行されることとなる。
本実施形態では、RLCのデータ帯域と受信ウィンドウサイズである受信ウィンドウサイズの値RLC RWIN、RLCの往復遅延時間の関係は以下のとおりである。
[データ帯域(bit/s)] = [RLC RWIN(bit)]/[往復遅延時間(sec)]又は
[RLC RWIN(bit)] = [データ帯域(bit/s)] [往復遅延時間(sec)]
往復遅延時間を200msecとした場合、例えば64KbpsのRLCデータ帯域を満たす場合RLC RWINは1.6KByteとする必要があり、384KbpsのRLCデータ帯域を満たす場合RLC RWINは9.6KByteとなる。3.6MbpsのRLCデータ帯域を満たす場合RLC RWINは90KByteとなり、7.2MbpsのRLCデータ帯域を満たす場合RLC RWINは180KByteとなる。
一方、移動局101〜103は無線リンクで使用する無線ベアラの種別、トランスポートチャネルのフォーマットに応じてRLC RWINサイズを変更することもできる。例えば384Kbpsのチャネルから3.6Mbpsのチャネルに変更する場合、RLC RWINを9.6Kbyteから90Kbyteへ変更する。64Kbpsの個別チャネルから384Kbpsの個別チャネルに変更する場合には、RLC RWINを1.6KByteから9.6KByteへ変更する。384Kbpsのトランスポートチャネルフォーマットから64Kbpsのトランスポートチャネルフォーマットに変更する場合は、RLC RWINを9.6KByteから1.6KByteへ変更する。RLC RWINの変更を適宜行うことも可能だが、最初に設定される無線ベアラの種別、トランスポートチャネルのフォーマットに対して、1回だけ保持されている複数のRLC RWINの中から1つを選ぶことも可能である。
図8に本実施形態の処理のフローチャートを、図10に本実施形態の処理のシーケンスを示す。まず、移動局101と移動通信システム100との間で無線ベアラが確立されると(S801)、予め用意された複数のRLC RWINから、無線ベアラの種類またはトランスポートチャネルの種別に応じて適切なRLC RWINを選択して、移動通信システム、例えば無線制御装置100が設定する(S802)。その後、移動局101と移動通信システム100との間で無線ベアラの変更があると(S803)、さらに無線ベアラの種類またはトランスポートチャネルの種別に応じて適切なRLC RWINを選択して、移動通信システムに設定する(S804)。
ここで、無線ベアラの種別、トランスポートチャネルのフォーマットによらず、メディアアクセス制御(MAC:Medium Access Control)、無線リンク制御(RLC:Radio Link Control)の伝送帯域幅またはスループットをRLC RWIN変更の基準とし、MAC、RLCの伝送帯域幅またはスループットが64Kbps以下の時はRLC RWINを1.6Kbyteとし、64Kbpsから384Kbpsの時はRLC RWINは9.6Kbyte、384Kbpsから3.6Mbpsの時はRLC RWINは90KByte、3.6Mbps以上の時はRLC RWINは180Kbyteとなるよう、移動通信システムが適宜選択することも可能である。
無線通信状態により移動局から報告される下りの受信信号強度(RSSI:Received Signal Strength Indicator)、希望波受信電力(CPICH RSCP:Received Signal Code Power)、希望波受信電力比Ec/Noをウィンドウサイズ変更の基準として、移動通信システムがRLC RWINを適宜変更することも可能である。図9に本実施形態のこのような処理例のフローチャートを、図11に本実施形態の処理例のシーケンス示す。すなわち、移動局101と移動通信システム100との間で無線ベアラが確立されると(S901)、予め移動局101〜報告されている、RSSI、CPICH RSCP、Ec/No、またはMAC、RLCの伝送帯域幅やスループットに応じてRLC RWINを複数用意しておき、この複数のRLC RWINから、適切なRLC RWINを選択して、移動通信システムに設定する(S902)。その後、設定された受信ウィンドウサイズRLC RWINを移動局101等に送信する(S903)。
RLC RWINを受け取った移動局はそのサイズの受信バッファを用意しておき、このウィンドウサイズまで受信するごとに移動通信システムに受信したことを確認する送信確認メッセージを送信し、移動通信システムは、移動局にデータを送信する際、新たに設定された受信ウィンドウサイズRLC RWINのデータを送信すると送信確認を受信するまで送信をとめるよう制御される。
本願発明の一実施形態におけるネットワーク構成を示す図である。 本実施形態の端末装置のモジュール構成を示す図である。 実施形態の移動通信システムのモジュール構成を示す図である。 本実施形態の処理のフローチャートを示す図である。 本実施形態の処理の別の例のフローチャートを示す図である。 本実施形態のシステムのシーケンスを示す図である。 本実施形態のシステムの別の例のシーケンスを示す図である。 本実施形態の処理のフローチャートを示す図である。 本実施形態の処理の別の例のフローチャートを示す図である。 本実施形態のシステムのシーケンスを示す図である。 本実施形態のシステムの別の例のシーケンスを示す図である。
符号の説明
10、20、30、40 基地局
101、102 無線端末
103 無線モジュール
104 端末
100、200 無線制御装置
110 ゲートウェイ
120 サーバ
201、203 位置登録/交換装置
202、204 パケットサービスノード
210 送受信部
220 ウィンドウ変更部
230 変更結果通知部
240 送受信バッファ
301 ネットワーク送受信部
302 ネットワークウィンドウ変更部
303 ネットワーク変更結果通知部

Claims (8)

  1. 受信したデータを格納する受信バッファと、
    サーバと無線通信によりデータの送受信を行う送受信手段と、
    使用する無線通信経路に基づいて、前記サーバから送信確認をせずに送信することができるデータ量である受信ウィンドウサイズを、前記受信バッファのバッファサイズを超えない範囲で変更するウィンドウ変更手段と、
    前記変更された受信ウィンドウサイズを前記サーバに通知する変更結果通知手段と
    を備えたことを特徴とする端末装置。
  2. 前記受信ウィンドウサイズは、前記無線通信経路の種別ごとに予め定められており、前記ウィンドウ変更手段は、前記無線通信経路に基づいて、前記予め定められた受信ウィンドウサイズを選択して変更することを特徴とする請求項1に記載の端末装置。
  3. 前記無線通信経路の種別は、無線ベアラ種別またはトランスポートチャネルのフォーマット種別であることを特徴とする請求項2に記載の端末装置。
  4. 前記無線通信経路の状態を取得する通信状態取得手段をさらに備え、前記ウィンドウ変更手段は、前記無線通信経路に基づいて、前記取得した無線通信経路の状態により受信ウィンドウサイズを選択して変更することを特徴とする請求項1に記載の端末装置。
  5. 前記無線通信経路の状態は、通信速度、メディアアクセス制御の伝送帯域幅、無線リンク制御の伝送帯域幅、受信信号強度、希望波受信強度、および希望波受信強度比のいずれかであることを特徴とする請求項4に記載の端末装置。
  6. サーバから受信したデータを無線通信により端末装置に該端末装置の受信ウィンドウサイズごとに送信確認を行って送信する送受信手段と、
    使用する無線通信経路に基づいて、前記受信ウィンドウサイズを、前記端末装置の受信バッファのバッファサイズを超えない範囲で決定するウィンドウ変更手段と、
    前記決定された受信ウィンドウサイズを前記端末装置に通知する変更結果通知手段と
    を備えたことを特徴とするネットワーク装置。
  7. 端末装置とサーバとの間で無線を介してデータの通信を行うデータ通信方法であって、
    前記端末装置において、前記サーバから無線通信によりデータを受信して、当該受信したデータを受信バッファに格納する送受信ステップと、
    使用する無線通信経路に基づいて、前記サーバから送信確認をせずに送信することができるデータ量である受信ウィンドウサイズを、前記受信バッファのバッファサイズを超えない範囲で変更するウィンドウ変更ステップと、
    前記変更された受信ウィンドウサイズを前記サーバに通知する変更結果通知ステップと
    を備えたことを特徴とするデータ通信方法。
  8. 端末装置とサーバとの間で無線通信ネットワーク装置を介してデータの通信を行うデータ通信方法であって、
    前記無線通信ネットワーク装置において、前記サーバから受信したデータを無線通信により端末装置に該端末装置の受信ウィンドウサイズごとに送信確認を行って送信する送受信ステップと、
    使用する無線通信経路に基づいて、前記受信ウィンドウサイズを、前記端末装置の受信バッファのバッファサイズを超えない範囲で決定するウィンドウ変更ステップと、
    前記決定された受信ウィンドウサイズを前記端末装置に通知する変更結果通知ステップと
    を備えたことを特徴とするデータ通信方法。
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