JP4152404B2

JP4152404B2 - リアルタイムパケットの揺らぎを補う無線伝送装置および方法

Info

Publication number: JP4152404B2
Application number: JP2005196018A
Authority: JP
Inventors: 貴之堤
Original assignee: NEC Infrontia Corp
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2025-07-05
Also published as: JP2007019588A

Description

本発明は、無線通信で発生したパケットの揺らぎを補う無線伝送装置に関する。

従来、無線による通信には、通信経路上の電波干渉等により送信パケットの欠損が起こることがよく知られている。従来は、この欠損を補う為に再送することで欠損したデータを補い、その再送により遅延が発生していた。

リアルタイム性を重視するＶｏＩＰ(Voice over IP)やＶＯＤ(Video On Demand)などのコンテンツの場合は、この通信パケットの遅延による転送の揺らぎが発生し、そのコンテンツの品質が低下してしまう現象が発生している。

図８を参照して従来の再送による揺らぎについて説明する。例えば図１のＶｏＩＰ端末１０１と無線端末１０５が通信しているとする。ＶｏＩＰ端末１０１の出力が図８の送信側アプリケーション出力８０１に相当し、送信側無線伝送装置出力８０２が図１の無線基地局１０２に相当し、受信側無線伝送装置入力８０３が図１の無線端末１０５に相当し、受信側アプリケーション入力８０４が図１のアプリケーション１０５ａに相当する。ここで、送信側アプリケーション出力８０１からパケット１（８０５）が受信側アプリケーションに向けて送信される。

無線基地局１０２は、受信したパケット１を無線端末１０５へ送信する。特に無線上に問題がない場合は、正常に無線端末１０５はパケット１を受信し、その受信成功を示すパケット（図８のＡＣＫ）を無線基地局へ送信する。

パケット１が無線伝搬中にデータが欠損したことにより、無線基地局１０２は、予め定めた時間、受信応答（ＡＣＫ）が届かない場合、同じパケット１を再び送信する。

しかし、再び送信したパケット１が何度も正常に到着しない場合、送信側アプリケーション出力８０１は、パケット１が受信アプリケーション入力８０４に到着していなくても定期的に次のパケットを送信する為、無線基地局１０２でパケット１の次のパケット２が送信できず、送信待ちが発生する。

以上から正常に到着した場合の時間（８１８）から再送によって遅延した時間（８１９）の間隔とパケット１が到着した時間（８１９）とパケット２の到着した時間（８２０）の差が揺らぎを発生させ、リアルタイム通信の品質を低下していた。

また、パケットを監視して一定時間経過後に次のパケットを受信しない場合、記憶された１つ前のパケットデータに基づき補間を行い、揺らぎを補う音声伝送方式がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２７８２７号公報

しかしながら、従来は揺らぎを防ぐ為にリアルタイムパケットを使用するアプリケーションにジッタバッファと呼ばれる機能を持たせることにより揺らぎを軽減していたが、ジッタバッファを有していないアプリケーションや、ジッタバッファの許容範囲を超えた場合に、効果を発揮しない課題があった。

そこで本発明は、アプリケーションに特別な処理を追加する必要が無くリアルタイムパケットの揺らぎを補う無線基地局および方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、無線ネットワークを介して行われるパケット通信においてパケットの中継をする無線基地局であって、受信パケットからシーケンス番号を検出するヘッダ解析部と、前記ヘッダ解析部で検出したシーケンス番号を管理し、予め定めた時間が経っても次のシーケンス番号のパケットが無い場合に、届いていないパケットの補完指示を行うシーケンス管理部と、前記シーケンス管理部からの指示に従い、該当する補完パケットを作成する補完部と、作成された補完パケットを送信する送信部とを有することを特徴とする。

無線基地局は、無線通信で発生したパケットの欠損により受信できなかったパケットを、既に送信したパケットを元に補完し、揺らぎを解消する。

以上の構成によって、欠損パケットを再送することなくデータを補完することができる。

本発明によれば、無線ネットワークで発生するリアルタイムパケットの揺らぎを無線伝送装置間で防ぐ効果があり、本発明を無線基地局に実装することで、リアルタイムパケットを使用しているアプリケーションに特別な処理を追加する必要無く揺らぎを補うことができるので、アプリケーションの低コスト化ができる。

次に、本発明の最良の形態について図面を参照して説明する。なお、請求項記載の無線伝送装置は、以下の実施形態では、無線基地局および無線端末として説明する。

図１は、本発明を適用したシステム構成を示す。アプリケーション１０１ａを搭載したＶｏＩＰ端末（１）１０１は、有線ネットワーク１０６を介して無線基地局（１）１０２と接続されている。無線基地局１０２は、無線ネットワーク１０７を介して無線基地局（２）１０３および無線端末１０５とパケット通信する機能を有している。無線基地局１０３には、アプリケーション１０４ａを搭載したＶｏＩＰ端末（２）１０４が有線接続されている。無線端末１０５は、アプリケーション１０５ａを搭載している。

図２は、無線基地局の機能ブロックを示し、有線ネットワークと無線ネットワークとのブリッジ機能を有する。

図３は、無線端末の機能ブロックを示し、無線ネットワークと通信して終端する機能を有し、アプリケーションを搭載している。

無線基地局は、他の無線基地局または無線端末から送信されたパケットを受信部（図２の２０１または図３の３０１）で受信し、そのパケットをヘッダ解析部（２０２または３０２）によりパケットの種別、セッションを管理する情報、シーケンス番号を検出する。

シーケンス番号は、シーケンス管理部（２０３または３０３）によってセッション毎に管理され、シーケンス番号を随時更新する。この時、予め定めた時間、例えば定期的に送信するリアルタイムパケットの場合、その送信される間隔の時間が経っても次のシーケンス番号のパケットを受信できなかった場合、補完部（２０５または３０５）へ補完指示を通知し、補完部は補完指示に従った送信元、送信先等のセッション情報と不着しているシーケンス番号の補完パケットを生成し、中継部（２０６）またはドライバ受信部（３０６）へ送信する。

中継部は、送信先の宛先が有線ネットワークの場合は、有線通信部（２０７）へパケットを送り、無線ネットワークの場合は、無線送信部へ送信する。

以上により、届くべき時間に届かなかったパケットを生成して送信することで、再送で発生する遅延を発生させることなく定期的にパケットを宛先へ送ることができる。

パケット種別は、ＴＣＰ(Transport Control Protocol)やＵＤＰ(User Datagram Protocol)、ＲＴＰ(Real-time Transport Protocol)といったプロトコルを示し、セッション管理する情報は、送信元と受信先のＩＰアドレスやポート番号、ＭＡＣアドレス等を示し、これに限定しない。シーケンス番号は、例えばＲＴＰのシーケンス番号や新規にペイロードにシーケンス番号を追加したものでもよい。

次に図４を参照して、本実施例の動作を説明する。図１のＶｏＩＰ端末１０１と無線端末１０５が通信しているとする。ＶｏＩＰ端末１０１の出力が図４の送信側アプリケーション出力４０１に相当し、送信側無線伝送装置出力４０２が図１の無線基地局１０２に相当し、受信側無線伝送装置入力４０３が図１の無線端末１０５に相当し、受信側アプリケーション入力４０４が図１のアプリケーション１０５ａに相当する。

送信側アプリケーション出力（４０１）から送信されたパケット１（４０５）は、無線基地局１０２で受信される。無線基地局１０２から無線端末１０５へ送信したパケット１が正常に届かなかった場合、無線端末１０５は、補完部３０５でパケット１の補完パケットを生成する（４１１）。無線端末１０５は、補完パケットを受信側アプリケーション入力４０４へ送信する（４１４）。以上により、届くべき時間に届かなかったパケットを生成して送信することで、再送で発生する遅延を発生させることなく定期的にパケットを宛先へ送ることができる。

次に本発明の第２の実施例を示す。第２の実施例は、第１の実施例の構成の補完部が、補完部内にパケットを保存するバッファ部を有し、バッファ部は、シーケンス管理部で管理されたセッション毎にパケットを保存する手段を有し、さらにセッションが更新される毎に保存されたパケットを更新する手段を有する。

補完部は、シーケンス管理部から補完指示が来た場合、バッファ部からパケットを取り出し、シーケンス管理部からの送信元、送信先等のセッション情報と不着しているシーケンス番号へ保存部で保存したパケットを送信する手段を有している。届くべき時間に届かなかったパケットを生成して送信することで、再送で発生する遅延を発生させることなく定期的にパケットを宛先へ送ることができる。

本発明を無線基地局及び無線端末に適用することで、リアルタイムパケットを利用している末端のアプリケーションは、特別な機能を追加することなく途切れのないリアルタイム通信を行うことができる。

次に図５を参照して、本実施例の動作を説明する。図１のＶｏＩＰ端末１０１と無線端末１０５が通信しているとする。ＶｏＩＰ端末１０１の出力が図５の送信側アプリケーション出力５０１に相当し、送信側無線伝送装置出力５０２が図１の無線基地局１０２に相当し、受信側無線伝送装置入力５０３が図１の無線端末１０５に相当し、受信側アプリケーション入力５０４が図１のアプリケーション１０５ａに相当する。

ＶｏＩＰ端末１０１が送信したパケット１（５０５）が送信先の無線端末１０５（受信側アプリケーション入力５０４）に到着する（５１２）。このとき、無線基地局１０２の補完部は、パケット１のデータを保存する。このパケット１の前にパケットが保存されている場合は、パケット１のデータに更新する。

次のパケット２（５０６）を無線端末１０５へ送信する際に、無線基地局１０２と無線端末１０５間でパケット２が欠損した場合、無線基地局のシーケンス管理部（２０３または３０３）は、パケット１を受信してからタイマー（２０４または３０４）を使用して予め定めた時間パケット２の到着を待つ。予め定めた時間パケット２が到着しない場合、シーケンス管理部は、補完部にパケット２の補完を指示する。

補完部は、シーケンス管理部からの指示により保存していたパケット１のデータを使用し、パケット１の送信先へパケット２のシーケンス番号をつけて送信する（５１１）。受信側アプリケーション入力５０４は、到着したパケット１をパケット２として処理することでパケットの揺らぎを防ぐ。

次に本発明の第３の実施例を示す。第３の実施例は、第１の実施例の構成に、リアルタイムパケットかそれ以外かを検出するヘッダ比較部（２０８または３０８）とリアルタイムパケットの場合、パケットを保存する手段と、少なくとも「１つ前のパケット」と「送信するパケット」を「一つのパケット」へ合成するカプセル部を有し、補完部は、受信した「一つのパケット」を分解して元のパケットに戻し、「一つ前のパケット」を送信する手段を有する。

届くべき時間に届かなかったパケットを生成し送信することで、再送で発生する遅延を発生させることなく定期的にパケットを宛先へ送ることができる。

次に図６を参照して、本実施例の動作を説明する。第２の実施例と同様に、図１のＶｏＩＰ端末１０１と無線端末１０５が通信しているとする。ＶｏＩＰ端末１０１の出力が図６の送信側アプリケーション出力６０１に相当し、送信側無線伝送装置出力６０２が図１の無線基地局１０２に相当し、受信側無線伝送装置入力６０３が図１の無線端末１０５に相当し、受信側アプリケーション入力６０４が図１のアプリケーション１０５ａに相当する。

ＶｏＩＰ端末１０１が送信したパケット１は、無線基地局１０４の無線受信部２０１で受信され、ヘッダ解析部で送信元、送信先情報などのセッション情報とシーケンス番号を検出される。

ヘッダ解析部で検出した結果とシーケンス管理部に登録されている情報を比較し、シーケンス管理部で登録しているシーケンス番号の次の番号である場合、そのパケット１は中継部へ送信される。中継部で無線端末１０２が無線ネットワーク１０７に接続していると判断し、ヘッダ比較部２０８へパケット１を送る。

パケット１を受信したヘッダ比較部は、パケット１のヘッダを解析し、リアルタイムパケットか判定する。リアルタイムパケットの場合、カプセル部２０９へ送信する。それ以外のパケットの場合は無線送信部２１０へ送信する。

カプセル部は、受信したパケット１に一つ前のパケット０を繋げる。ここで２つのパケットを繋げる方法は、ＩＰヘッダごと繋げてもよいし、それ以外でもよい。例えば図７の様にパケット１とパケット０のペイロードを繋げ、再び分解できる情報としてパケット１の長さとパケット１のシーケンス番号を記したヘッダを付けてＩＰのペイロードとする方法でもよい。

カプセル部２０９は、カプセルしたパケットを無線端末１０５へ無線送信部を介して送信する。カプセル化されたパケットを受信した無線端末１０５は、ヘッダ解析部３０２でヘッダを解析され補完部でパケット１を保存され、パケット０を受信側アプリケーション入力へ送信する。

以上から送信元のパケットよりも受信先に到着するパケットは、一つ前のパケットになる。

さらに、同様の手順でカプセル化したパケット２とパケット１のパケット（６０８）が無線上で欠損して無線端末１０５に到着しなかった場合、無線端末の補完部３０５は、補完部で保存しているパケット１を受信側アプリケーション入力へ送信する。

次に本発明の第４の実施例を示す。第２の実施例と第３の実施例に記載された無線基地局及び無線端末において、さらに、パケットを送信する送信部のパケット送信からの時間をカウントし、再送の開始と停止を行う再送管理部を有する。再送管理部は、送信部がパケットを送信してから予め定めた時間を超えた場合、再送を停止してパケットを廃棄する手段を有する。

次に本実施例の動作を説明する。第２の実施例と第３の実施例の動作に加え、無線基地及び無線端末は、無線へパケットを送信する時に再送管理部（２１１または３１１）が、パケット送信からの時間をカウントする。

パケットを送信してから予め定めた時間を超えた場合、再送管理部は、再送を停止してパケットを廃棄する。予め定めた時間は、リアルタイムパケットを送信している定期的な間隔よりも小さくするとよい。

以上から再送を繰り返してしまうことで、次ぎのパケットが送信できなくなることを防ぐ効果があり、無線ネットワーク中で発生する揺らぎの復旧を早めることができる。

次に本発明の第５の実施例を示す。第３の実施例の無線基地局及び無線端末において、補完部は、補完処理を行った回数を単位時間あたりでカウントする手段を有し、そのカウントした結果を送信元の無線基地局または無線端末に送信する補完回数管理部を備える。ヘッダ解析部は、送信先の補完回数管理部からのカウント結果を検出し、その検出したカウント結果を、自身の補完回数管理部へ送信する。

補完回数管理部は、単位時間あたりの補完回数が予め定めた値を超えている場合、カプセル部にカプセル化するパケット数を変更指示し、カプセル部は合成するパケットの数を増やす。以上から、増やした分のパケットが連続して不着しても補完できる効果があり、無線ネットワーク中で発生する揺らぎの復旧を早めることができる。

次に本実施例の動作を説明する。第３の実施例の無線基地局及び無線端末の動作に加え、補完部（図２の２０５と図３の３０５）は、補完処理を行った回数を単位時間あたりでカウントする。カウントした結果を補完回数管理部（図２の２１３または図３の３１３）へ送信する。補完回数管理部は、単位時間あたりの補完回数をパケットにして送信元の無線基地局または無線端末へ送信する。

無線基地局及び無線端末のヘッダ解析部（２０２）は、受信したパケットから補完回数管理部の補完回数情報を検出し、その補完回数情報を自身の補完回数管理部へ送信する。

補完回数管理部（２１３）は、受信した補完回数が予め定めた値を超えている場合、カプセル部（２０９）にカプセル化するパケット数を変更する指示を通知する。カプセル部（２０９）は、補完回数管理部の指示に従い、カプセル化するパケットを変更する。

以上から、増やした分のパケットが連続して不着しても補完できる効果があり、無線ネットワーク中で発生する揺らぎの復旧を早めることができる。

本発明は、リアルタイム性を重視するＶｏＩＰ(Voice over IP)やＶＯＤ(Video On Demand)と言ったコンテンツを使用したリアルタイムアプリケーションが動作する無線端末や、アプリケーションが動作する端末の通信データを中継するネットワーク機器に適用できる。さらに、パケットが到着したことを示すＡＣＫ（応答）を使用した到着確認手順を有する通信を行う無線端末や、通信手順が動作するネットワーク機器にも適用できる。あるいは、パケットが不着と判断した場合、再び同じパケットを送信する再送手順を有する通信を行う無線端末や、通信手順が動作するネットワーク機器にも適用できる。

さらに、無線ネットワークを介した無線基地局及び無線端末に限らず、リアルタイムパケットを中継（Proxy)するネットワーク機器全般に適用し、非同期な通信網に適用できる。

本発明を適用したシステム構成図である。無線基地局の機能ブロック図である。無線端末の機能ブロック図である。実施例１の動作説明図である。実施例２の動作説明図である。実施例３の動作説明図である。実施例３のカプセルパケット構成例を示す図である。従来の再送による遅延説明図である。

符号の説明

１０１，１０４ＶｏＩＰ端末
１０２，１０３無線基地局
１０５無線端末
１０６有線ネットワーク
１０７無線ネットワーク

Claims

無線ネットワークを介して行われるパケット通信においてパケットの中継をする無線基地局であって、
受信パケットからシーケンス番号を検出するヘッダ解析部と、
前記ヘッダ解析部で検出したシーケンス番号を管理し、予め定めた時間が経っても次のシーケンス番号のパケットが無い場合に、届いていないパケットの補完指示を行うシーケンス管理部と、
前記シーケンス管理部からの指示に従い、該当する補完パケットを作成する補完部と、
作成された補完パケットを送信する送信部とを有することを特徴とする無線基地局。
前記補完部は、受信パケットを保存するバッファ部を有し、
前記シーケンス管理部からの指示に従い、欠損または不着しているパケットの一つ前のパケットをバッファ部から取り出し、シーケンス番号を欠損または不着しているパケットのシーケンス番号に書き換えて送信することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
無線ネットワークを介して受信したパケットのヘッダを解析し、リアルタイムパケットとそれ以外を判断し、リアルタイムパケット以外は前記送信部へパケットを送り、リアルタイムパケットはカプセル部へ送るヘッダ比較部と、
少なくとも「１つ前のパケット」と「送信するパケット」を「一つのパケット」へ合成するカプセル部とを有し、
前記補完部は、受信した前記「一つのパケット」を分解して元のパケットに戻し、「一つ前のパケット」を送信することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
前記送信部のパケット送信からの時間をカウントし、再送の開始と停止を行う再送管理部を有し、
前記再送管理部は、前記送信部がパケットを送信してから予め定めた時間を超えた場合、再送を停止してパケットを廃棄することを特徴とする請求項２又は３に記載の無線基地局。
前記補完部が、補完処理を行った回数を単位時間あたりでカウントする手段を有し、
そのカウントした結果を送信元の無線伝送装置へ送信する補完回数管理部を備え、
前記ヘッダ解析部が、送信先の補完回数管理部からのカウント結果を検出して、その検出したカウント結果を、自身の補完回数管理部へ送信する手段を有し、
前記補完回数管理部は、受信した補完回数が予め定めた値を超えている場合、前記カプセル部にカプセル化するパケット数を変更する指示を通知し、
前記カプセル部は、この指示に従い、カプセル化するパケットを変更することを特徴とする請求項３に記載の無線基地局。
無線ネットワークを介して行われるパケット通信においてパケットの中継をする無線中継方法において、
受信パケットからシーケンス番号を検出し、
検出したシーケンス番号を管理し、予め定めた時間が経っても次のシーケンス番号のパケットが無い場合に、届いていないパケットの補完指示を行い、
前記補完指示に従い、該当する補完パケットを作成し、
作成された補完パケットを送信する各ステップを含むことを特徴とする無線中継方法。