JP5720007B2

JP5720007B2 - 移動端末装置、それと通信を行う通信装置およびそれらを備えた通信ネットワーク

Info

Publication number: JP5720007B2
Application number: JP2011037449A
Authority: JP
Inventors: 森彦玉井; 憲吾酒井; 晃朗長谷川; 達雄柴田; 貞夫小花
Original assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Current assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: JP2012175563A

Description

この発明は、移動端末装置、それと通信を行う通信装置およびそれらを備えた通信ネットワークに関するものである。

無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）やＷｉＭＡＸ等の様々な無線通信インフラの整備に伴い、複数の無線ＮＩＣ（Ｎｅｔwork ＩｎｔｅｒｆａｃｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を搭載した携帯端末の普及が進んでいる。これらの端末では、複数のＮＩＣを同時利用し、複数の無線ネットワークに対して適切な割合でトラフィックを分配することで、単一の無線ネットワークでは得られない高い通信品質（例えば、高スループットで、かつ、低遅延の通信）を達成することが期待できる。

同種で、かつ、通信品質の比較的安定した複数の通信リンクの集約を可能とするためのデータリンク層レベルでのトラフィック分散方式が提案されている（非特許文献１）。

また、ＭＩＰｖ６に基づき、ネットワーク層レベルでの複数のＩＰアドレスの集約を可能とするための方式が提案されている（非特許文献２）。通常のＭＩＰｖ６では、単一のホームアドレス（ＨｏＡ：ＨｏｍｅＡｄｄｒｅｓｓ）に対し、単一の気付アドレス（ＣｏＡ:Ｃａｒｅ−ｏｆＡｄｄｒｅｓｓ）のみを対応付けることが可能である。

一方、この方式では、ＭＩＰｖ６を拡張することで、単一のＨｏＡに対し、複数のＣｏＡを対応付けることを可能とする。これによって、複数のＮＩＣを備える端末は、ＮＩＣごとに異なったＣｏＡを取得してＨｏＡと対応付けることで、端末のＨｏＡ宛てのトラフィックをホームエージェント（ＨＡ：ＨｏｍｅＡｇｅｎｔ）上で、その端末のＨｏＡに対応した複数のＣｏＡに分配することが可能となる。

更に、非特許文献２において提案されている方式等を基盤技術として用い、ネットワーク層レベルのトラフィック分散が実現されている（非特許文献３）。この方式では、端末が接続する複数のネットワークに対し、パケットを分配の単位として、それぞれのパケットを適切な割合で各ネットワークへ振り分けることで、単一のリンクでは得られない高いスループットを実現している。

J. Duncanson, "Inverse Multiplexing," IEEE Communications Magazine, Vol. 32, No. 4, pp.34-41, 1994. R. Wakikawa, V. Devarapalli, G. Tsirtsis, T. Ernst, and K. Nagami, "Multiple Care-of Addresses Registration," RFC 5648, 2009. K. Chebrolu, B. Raman, and R. R. Rao, "A Network Layer Approach to Enable TCP over Multiple Interfaces," Wireless Networks, pp. 637-650, 2005.

しかし、非特許文献１の方式では、ＩＳＤＮ回線のような同種のデータリンク層のプロトコルに基づいた複数のリンクを集約することを想定しているため、複数の通信回線事業者が提供するアクセスネットワークを跨ったようなリンクを集約することが困難である。

また、非特許文献３の方式では、端末が持つ複数のＮＩＣに対し、パケットを分配の単位としてトラフィックの分散を行う。しかし、各ネットワークの通信品質の特性は、その通信方式のデータリンク層以下のプロトコルによって大きく異なる。例えば、ＷｉＦｉ網とＷｉＭＡＸ網では、ＭＡＣ層のプロトコルとして、前者がコンテンションに基づくアクセス制御を行うのに対し、後者は、スケジューリングに基づくアクセス制御を行うため、両網のパケット送信における遅延特性は、大きく異なる。

このような遅延特性の異なる複数のネットワークに対し、パケット単位の分配を行うと、パケットの到着順の入れ替わりが頻発し、トランスポート層以上におけるスループットの低下や遅延の増大を招くという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、トラフィック量の変動による輻輳の発生に耐性を持つ移動端末装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、トラフィック量の変動による輻輳の発生に耐性を持つ移動端末装置と通信を行う通信装置を提供することである。

更に、この発明の別の目的は、トラフィック量の変動による輻輳の発生に耐性を持つ移動端末装置を備えた通信ネットワークを提供することである。

この発明の実施の形態によれば、移動端末装置は、複数の無線通信器と、制御装置とを備える。複数の無線通信器の各々は、基地局を介して通信を行う。制御装置は、ネットワーク上に設置された通信装置と複数の無線通信器との間の通信を制御する。そして、制御装置は、通信装置から基地局を介して各無線通信器まで到るネットワーク上のパスであり、かつ、通信装置から無線通信器への方向と無線通信器から通信装置への方向とを区別するパスを経路として定義し、経路上におけるトラフィックの流れをフローとして定義した場合、フローが通っている全ての経路の容量と全ての経路の利用可能帯域とを検出し、全ての経路のうちのいずれかの経路の容量がオーバーしたとき、全ての経路の利用可能帯域の最小値が最大になるように、容量がオーバーした経路を通るフローを別の経路へ移動させる。

この発明の実施の形態によれば、通信装置は、ネットワーク上に設置された通信装置であって、通信器と、制御装置とを備える。通信器は、基地局を介して通信を行う。制御装置は、移動端末装置に装備された複数の無線通信器と通信器との間の通信を制御する。複数の無線通信器の各々は、基地局を介して通信器と通信を行う。制御装置は、通信器から基地局を介して各無線通信器まで到るネットワーク上のパスであり、かつ、通信器から無線通信器への方向と無線通信器から通信器への方向とを区別するパスを経路として定義し、経路上におけるトラフィックの流れをフローとして定義した場合、フローが通っている全ての経路の容量と、全ての経路の利用可能帯域とを検出し、全ての経路のうちのいずれかの経路の容量がオーバーしたとき、全ての経路の利用可能帯域の最小値が最大になるように、容量がオーバーした経路を通るフローを別の経路へ移動させる。

更に、この発明の実施の形態によれば、通信ネットワークは、複数の移動端末装置と、通信装置と、制御装置とを備える。複数の移動端末装置の各々は、複数の無線通信器を装備している。通信装置は、ネットワーク上に設置され、基地局を介して複数の移動端末装置と通信を行う。制御装置は、複数の移動端末装置と通信装置との間の無線通信を制御する。複数の無線通信器の各々は、基地局を介して通信装置と通信を行う。制御装置は、通信装置から基地局を介して各無線通信器まで到るネットワーク上のパスであり、かつ、通信装置から無線通信器への方向と無線通信器から通信装置への方向とを区別するパスを経路として定義し、経路上におけるトラフィックの流れをフローとして定義した場合、フローが通っている全ての経路の容量と、全ての経路の利用可能帯域とを検出し、全ての経路のうちのいずれかの経路の容量がオーバーしたとき、全ての経路の利用可能帯域の最小値が最大になるように、容量がオーバーした経路を通るフローを別の経路へ移動させる。

この発明の実施の形態においては、制御装置は、通信器と移動端末装置の無線通信器との間の全経路の利用可能帯域の最小値が最大になるように容量がオーバーフローしている経路を通るフローを別の経路へ移動させる。その結果、通信ネットワークの利用可能帯域に最大限の余裕が生まれる。

従って、トラフィック量の変動による輻輳の発生に対して耐性を持つことができる。

この発明の実施の形態による通信ネットワークの概略図である。図１に示すホームエージェントの構成図である。図１に示す移動端末装置の構成図である。経路およびフローを説明するための図である。経路の容量と利用可能帯域との関係を示す図である。送信レートおよび受信レートを測定するノードを示す図である。経路の容量のオーバーフローの概念図である。経路の集約の概念図である。フローの移動の要否を判定する条件を示す図である。フローの移動の概念図である。フロー分配アルゴリズムを示すフローチャートである。フローを移動する全体の動作を示すタイミングチャートである。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による通信ネットワークの概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による通信ネットワーク１００は、ホームエージェント１０と、ネットワーク２０と、アクセスポイント３０，４０，５０と、移動端末装置６０，７０と、端末装置８０，９０とを備える。

ホームエージェント１０は、ネットワーク２０上に配置される。そして、ホームエージェント１０は、ネットワーク２０およびアクセスポイント３０，４０，５０を介して移動端末装置６０，７０からパケットを受信し、その受信したパケットを端末装置８０，９０へ送信する。また、ホームエージェント１０は、端末装置８０，９０からパケットを受信し、その受信したパケットをネットワーク２０および基地局３０，４０，５０を介して移動端末装置６０，７０へ送信する。

更に、ホームエージェント１０は、後述する方法によって、自己と移動端末装置６０，７０との間の通信を制御する。

アクセスポイント３０は、有線ケーブルによってネットワーク２０に接続される。そして、アクセスポイント３０は、例えば、ＷｉＦｉのネットワークを形成する。アクセスポイント３０は、ホームエージェント１０からパケットを受信し、その受信したパケットを無線通信によって移動端末装置６０へ送信する。また、アクセスポイント３０は、移動端末装置６０から無線通信によってパケットを受信し、その受信したパケットをホームエージェント１０へ送信する。

アクセスポイント４０は、有線ケーブルによってネットワーク２０に接続される。そして、アクセスポイント４０は、例えば、ＷｉＦｉのネットワークを形成する。アクセスポイント４０は、ホームエージェント１０からパケットを受信し、その受信したパケットを無線通信によって移動端末装置６０または移動端末装置７０へ送信する。また、アクセスポイント４０は、移動端末装置６０または移動端末装置７０から無線通信によってパケットを受信し、その受信したパケットをホームエージェント１０へ送信する。

アクセスポイント５０は、有線ケーブルによってネットワーク２０に接続される。そして、アクセスポイント５０は、例えば、ＷｉＭＡＸのネットワークを形成する。アクセスポイント５０は、ホームエージェント１０からパケットを受信し、その受信したパケットを無線通信によって移動端末装置７０へ送信する。また、アクセスポイント５０は、移動端末装置７０から無線通信によってパケットを受信し、その受信したパケットをホームエージェント１０へ送信する。

移動端末装置６０は、ＷｉＦi(ＩＥＥＥ８０２．１１)、ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６）および３Ｇ（Ｗ−ＣＤＭＡ，ＣＤＭＡ２０００）等のいずれかの無線通信方式でアクセスポイント３０，４０と無線通信を行う。

また、移動端末装置７０は、ＷｉＦi(ＩＥＥＥ８０２．１１)、ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６）および３Ｇ（Ｗ−ＣＤＭＡ，ＣＤＭＡ２０００）等のいずれかの無線通信方式でアクセスポイント４０，５０と無線通信を行う。

端末装置８０，９０の各々は、有線ケーブルによってホームエージェント１０に接続される。そして、端末装置８０，９０の各々は、移動端末装置６０，７０宛てのパケットをホームエージェント１０へ送信し、自己宛てのパケットをホームエージェント１０から受信する。

図２は、図１に示すホームエージェント１０の構成図である。図２を参照して、ホームエージェント１０は、通信器１１，１３と、制御装置１２とを含む。

通信器１１は、有線ケーブルを介してアクセスポイント３０，４０，５０からパケットを受信し、その受信したパケットを制御装置１２へ出力する。

また、通信器１１は、制御装置１２からパケットを受け、その受けたパケットを有線ケーブルを介してアクセスポイント３０，４０，５０へ送信する。

制御装置１２は、通信器１１からパケットを受ける。そして、制御装置１２は、その受けたパケットの送信先が端末装置８０，９０である場合、そのパケットを通信器１３へ出力する。また、制御装置１２は、その受けたパケットの送信先がホームエージェント１０である場合、そのパケットを受理する。

また、制御装置１２は、通信器１３からパケットを受け、その受けたパケットを通信器１１へ出力する。

更に、制御装置１２は、後述する方法によって、通信器１１と移動端末装置６０，７０との間の通信を制御する。

通信器１３は、制御装置１２からパケットを受け、その受けたパケットを端末装置８０，９０へ送信する。また、通信器１３は、端末装置８０，９０からパケットを受信し、その受信したパケットを制御装置１２へ出力する。

図３は、図１に示す移動端末装置６０の構成図である。図３を参照して、移動端末装置６０は、アンテナ６１，６２と、無線通信器６３，６４とを含む。

無線通信器６３は、ＷｉＦｉの通信方式に従ってアクセスポイント３０とアンテナ６１を介して無線通信を行う。また、無線通信器６４は、ＷｉＦｉの通信方式に従ってアクセスポイント４０とアンテナ６２を介して無線通信を行う。

このように、無線通信器６３，６４は、同じ通信方式または異なる通信方式に従ってそれぞれアクセスポイント３０，４０と無線通信を行う。

なお、図１に示す移動端末装置７０も、図３に示す移動端末装置６０と同じ構成からなる。

図４は、経路およびフローを説明するための図である。図４を参照して、経路ｒ１は、ホームエージェント１０の通信器１１、アクセスポイント３０および移動端末装置６０の無線通信器６３からなるパスである。

また、経路ｒ２は、移動端末装置６０の無線通信器６３、アクセスポイント３０およびホームエージェント１０の通信器１１からなるパスである。

更に、経路ｒ３は、移動端末装置６０の無線通信器６４、アクセスポイント４０およびホームエージェント１０の通信器１１からなるパスである。

更に、経路ｒ４は、ホームエージェント１０の通信器１１、アクセスポイント４０および移動端末装置６０の無線通信器６４からなるパスである。

このように、経路ｒ１〜ｒ４は、ホームエージェント１０の通信器１１と、移動端末装置６０，７０の無線通信器６３，６４との間のパスからなる。そして、経路ｒ１〜ｒ４は、方向が異なれば、別の経路になる。従って、この発明の実施の形態においては、経路とは、ホームエージェント１０からアクセスポイント３０，４０，５０を介して各無線通信器６３，６４まで到るネットワーク上のパスであり、かつ、ホームエージェント１０から無線通信器６３，６４への方向と無線通信器６３，６４からホームエージェント１０への方向とを区別するパスとして定義される。

また、この発明の実施の形態においては、フローとは、経路上におけるトラフィックの流れとして定義される。

そして、フローを識別する方法として次の２つの方法のいずれかが用いられる。まず、一つ目の方法は、送信元ＩＰアドレス、受信先ＩＰアドレス、送信元ポート番号、受信先ポート番号およびトランスポート層識別番号を用いてフローを識別する。もう一つの方法は、ＩＰｖ６パケットに対して用いられ、送信元ＩＰアドレス、受信先ＩＰアドレス、およびフローラベルを用いてフローを識別する。

更に、この発明の実施の形態においては、経路の容量とは、あるフローをある経路に流すときに、その経路を流れる他のフローが存在しない場合において、そのフローが達成可能な最大レートを言い、ｂｐｓ単位で表される。

更に、この発明の実施の形態においては、利用可能帯域とは、あるフローをある経路に流すとき、その経路を流れる他のフローの受信レートに影響を与えない範囲内で、そのフローが達成可能な最大レートを言う。そして、利用可能帯域は、フローの送信レートと受信レートとを用いて後述する方法によって算出される。

図５は、経路の容量と利用可能帯域との関係を示す図である。図５を参照して、利用可能帯域は、経路の容量から消費帯域を減算することによって算出される。

図６は、送信レートおよび受信レートを測定するノードを示す図である。図６を参照して、ホームエージェント１０から移動端末装置６０の方向へ流れるフローは、ダウンリンクフローである。また、移動端末装置６０からホームエージェント１０の方向へ流れるフローは、アップリンクフローである。

そして、ダウンリンクフローにおいては、ホームエージェント１０の通信器１１は、送信レートを測定し、移動端末装置６０の無線通信器６３（または無線通信器６４）は、受信レートを測定する。また、アップリンクフローにおいては、移動端末装置６０の無線通信器６３（または無線通信器６４）は、送信レートを測定し、ホームエージェント１０の通信器１１は、受信レートを測定する。

この場合、送信レートおよび受信レートは、単位時間当たりのビット数（ｂｐｓ）で表される。

あるフローの送信レートは、例えば、ＯＳ内部において、そのフローに属するパケットをｔ秒当たりにｎパケット送信処理したとして、各パケットｐ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）のビット数をＢ（ｐ_ｉ）とすると、送信レートは、（ＳＵＭ^ｎ _ｉ＝１Ｂ（ｐ_ｉ））／ｔによって表される。受信レートも、同様にして算出される。

なお、表記ＳＵＭは、ｉ＝１，２，・・・，ｎについて、Ｂ（ｐ_ｉ）の和を演算することを意味する。

そして、移動端末装置６０，７０の無線通信器６３（または無線通信器６４）は、その測定した送信レートおよび受信レートを定期的にホームエージェント１０の制御装置１２へ送信する。

ある経路ｒにおいて、その経路を通る全てのフローの集合をＦ（ｒ）とする。また、経路ｒを通るフローｆ∈Ｆ（ｒ）に対して、そのフローｆの送信レートをＳ（ｆ）とし、受信レートをＲ（ｆ）とする。

そうすると、ある経路において、その経路の容量がオーバーしていない状態とは、その経路を通る全てのフローにおいて、送信レートＳ（ｆ）と等しい受信レートＲ（ｆ）が達成されている状態を言う。即ち、経路ｒの容量がオーバーしていない状態とは、経路ｒについて次式が成立していることを言う。

また、経路ｒの容量がオーバーしている状態とは、経路ｒについて次式が成立していることを言う。

図７は、経路の容量のオーバーフローの概念図である。図７の（ａ）を参照して、８Ｍｂｐｓの容量を有する経路を２つのフローが流れている。そして、一方のフローの送信レートが３Ｍｂｐｓであり、他方のフローの送信レートが２Ｍｂｐｓである。また、一方のフローの受信レートが３Ｍｂｐｓであり、他方のフローの受信レートが２Ｍｂｐｓである。

従って、８Ｍｂｐｓの容量を有する経路を取る２つのフローにおいて、送信レートと等しい受信レートが達成されている。即ち、経路の容量がオーバーフローしていない。

図７の（ｂ）を参照して、８Ｍｂｐｓの容量を有する経路を２つのフローが流れている。そして、一方のフローの送信レートが７Ｍｂｐｓであり、他方のフローの送信レートが４Ｍｂｐｓである。また、一方のフローの受信レートが５Ｍｂｐｓであり、他方のフローの受信レートが３Ｍｂｐｓである。

従って、８Ｍｂｐｓの容量を有する経路を取る２つのフローにおいて、送信レートと等しい受信レートが達成されておらず、受信レートの総和（＝８Ｍｂｐｓ）が送信レートの総和（＝１１Ｍｂｐｓ）よりも小さい。即ち、経路の容量がオーバーフローしている。この場合、受信レートの総和（＝８Ｍｂｐｓ）は、その経路の容量を表す。

ホームエージェント１０の制御装置１２は、通信器１１が測定した送信レートおよび受信レートと、移動端末装置６０，７０の無線通信器６３，６４が測定した送信レートおよび受信レートとを定期的に収集する。

そして、ホームエージェント１０の制御装置１２は、その収集した送信レートおよび受信レートに基づいて、通信器１１と、移動端末装置６０，７０の無線通信器６３，６４との間の全ての経路のうち少なくとも１つの経路の容量がオーバーフローしているか否かを判定する。即ち、ホームエージェント１０の制御装置１２は、その収集した送信レートおよび受信レートに基づいて、式（２）が成立するか否かを判定することによって、全ての経路のうち少なくとも１つの経路の容量がオーバーフローしているか否かを判定する。

ホームエージェント１０の制御装置１２は、全ての経路のうち少なくとも１つの経路の容量がオーバーフローしていると判定したとき、通信器１１と、移動端末装置６０，７０の無線通信器６３，６４との間の全ての経路における利用可能帯域の最小値が最大になるように、容量がオーバーフローしている経路のフローを別の経路へ移動させる。これを「フロー分配アルゴリズム」と言う。

この場合、ホームエージェント１０の制御装置１２は、ある経路ｒにおいて式（２）が成立すれば、経路ｒの容量をＳＵＭ_{ｆ∈Ｆ（ｒ）}Ｒ（ｆ）と推定する。

各経路の容量は、時間の経過とともに、その時点で最新の送信レートおよび受信レートを用いて更新される。実際の環境においては、フローの送信レートと受信レートとの測定誤差により、実際には、経路の容量がオーバーフローしていないにも拘わらず、式（２）が成立してしまう場合がある。このような場合に経路の容量の推定値が誤った値に更新されるのを防止するために、ホームエージェント１０の制御装置１２は、閾値Ｔを保持しており、次式が成立する経路においてのみ、経路の容量を更新する。

なお、閾値Ｔは、例えば、１Ｍｂｐｓに設定される。

また、経路の容量は、式（２）が成立して初めて推定されるため、ホームエージェント１０の制御装置１２は、制御の初期段階においては、容量の推定が一度も行なわれない経路に関しては、初期値を与え、それを経路の容量とみなしてフロー分配アルゴリズムを実行する。経路の容量の初期値は、例えば、１０Ｍｂｐｓに設定される。

図８は、経路の集約の概念図である。無線通信環境においては、ある経路の容量は、他の経路と共有されることが多い。例えば、図８に示すように、２つの移動端末装置６０，７０が同じアクセスポイント４０に接続して通信を行う場合を想定する。

下り方向（ホームエージェント１０から移動端末装置６０，７０への方向）の経路に関しては、各移動端末装置６０，７０ごとに１つの経路が存在するため、上述した経路の容量の推定値は、各経路ごとに算出される。

しかし、実際には、２つの移動端末装置６０，７０は、両方とも同じアクセスポイント４０の電波範囲内に位置し、お互いに空間を共有して無線通信を行なう。その結果、例えば、ＷｉＦｉによるアクセス制御の元では、２つの移動端末装置６０，７０は、アクセスポイント４０と同時に無線通信を行なうことができず、どの瞬間においても、アクセスポイント４０と通信可能であるのは、移動端末装置６０，７０のいずれか一方の移動端末装置である。従って、移動端末装置６０と移動端末装置７０とは、お互いに経路の容量を共有している状態である。

このような状態においては、２つの経路をそれぞれ独立したものとみなして容量を推定するのは、望ましくない。

そこで、この発明の実施の形態においては、同じアクセスポイントを通る複数の経路を集約し、その複数の経路を１つの経路とみなして容量を推定することにする。

より具体的には、ホームエージェント１０の制御装置１２は、ｍ（ｍは２以上の整数）個の経路ｒ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を集約して容量を推定する場合、集約後の経路をｒとすると、ｒを通る全てのフローの集合をＦ（ｒ）＝Ｕ^ｍ _ｉ＝１Ｆ（ｒ_ｉ）とし、Ｆ（ｒ）に対して式（２）が成立すれば、経路ｒの容量をＳＵＭ_{ｆ∈Ｆ（ｒ）}Ｒ（ｆ）と推定する。

以下においては、実際に集約された経路であっても、単に経路と呼ぶ。

フロー分配アルゴリズムについて説明する。制御対象のネットワークにおける全ての経路の集合をＰとし、フロー分配アルゴリズムを実行する前の各経路ｒ∈Ｐを通る全フローの集合をＦ（ｒ）とする。

ホームエージェント１０の制御装置１２は、全フローの送信レートおよび受信レートに基づいて、全経路Ｐの利用可能帯域を算出する。そして、ホームエージェント１０の制御装置１２は、その算出した全経路Ｐの利用可能帯域の最小値が最大になるように容量がオーバーフローしている経路を通るフローを別の経路へ移動させる。具体的に説明する。

フロー分配アルゴリズムを実行する前における各経路ｒ∈Ｐの容量の推定値をＣ（ｒ）としたとき、利用可能帯域Ａ（ｒ）は、次式によって求められる。

即ち、利用可能帯域Ａ（ｒ）は、経路ｒの容量の推定値Ｃ（ｒ）から経路ｒを通る全てフローの送信レートの総和を差し引いた値からなる。

なお、容量がオーバーフローしている状態では、Ａ（ｒ）は、負の値からなる。

フロー分配アルゴリズムは、ある経路ｒ∈Ｐを通るフローｆ∈Ｆ（ｒ）を別の経路ｒ’∈Ｐを通るように変更することによって、両経路ｒ，ｒ’における利用可能帯域Ａ（ｒ）の最小値が増加する場合、そのフローｆを経路ｒから経路ｒ’へ移動させる。

図９は、フローの移動の要否を判定する条件を示す図である。図９の（ａ）を参照して、２つの経路ｒ，ｒ’において、利用可能帯域Ａ（ｒ），Ａ（ｒ’）がそれそれ４Ｍｂｐｓ，１Ｍｂｐｓである。

このとき、経路ｒ’を通るフローｆを経路ｒを通るように変更すると、利用可能帯域Ａ（ｒ），Ａ（ｒ’）は、それぞれ、３Ｍｂｐｓ，２Ｍｂｐｓとなる（図９の（ｂ）参照）。

その結果、利用可能帯域の最小値は、フローの移動前には、１Ｍｂｐｓであるが、フローの移動後には、２Ｍｂｐｓへ増加する。

フロー分配アルゴリズムは、各フローについて、フローを移動させることによって２つの経路ｒ，ｒ’の利用可能帯域Ａ（ｒ），Ａ（ｒ’）の最小値が増加する場合、フローの移動を行なう。

ホームエージェント１０の制御装置１２は、上述したフロー分配アルゴリズムを容量がオーバーフローした全ての経路について実行する。その結果、ホームエージェント１０の制御装置１２は、通信ネットワーク１００における全経路の利用可能帯域の最小値が最大になるように容量がオーバーフローしている経路を通るフローを別の経路へ移動させる。

なお、ある経路ｒを通るフローｆを別の経路ｒ’へ移動することは、常に実行可能であるとは限らない。即ち、フローｆを経路ｒから経路ｒ’へ移動可能であるとは、経路ｒと経路ｒ’との方向が同じであり、かつ、フローの送信元（または受信先）の移動端末装置が経路ｒ’上のアクセスポイントに対して接続する無線通信器を装備している場合に限られる。

図１０は、フローの移動の概念図である。図１０の（ａ）を参照して、フローｆ１は、アクセスポイント３０を経由して移動端末装置６０へ至る経路を流れている。このフローｆアクセスポイント４０を経由して移動端末装置６０に至る経路へ移動させることは可能である（図１０の（ｂ）参照）。

アクセスポイント３０を経由する経路ｒと、アクセスポイント４０を経由する経路ｒ’との方向が同じであり、フローｆの受信先の移動端末装置６０が経路ｒ’上のアクセスポイント４０に対して接続する無線通信器６４を装備しているからである。

しかし、移動端末装置６０は、アクセスポイント５０に対して接続する無線通信器を装備していないため、フローｆを経路ｒからアクセスポイント５０を経由する経路へ移動させることはできない。

従って、ホームエージェント１０の制御装置１２は、上述した条件に合致する経路ｒ’を移動可能先の経路として選択する。

以下においては、フローｆを移動可能な移動可能先の経路の集合をＭ（ｆ）と表記する。

図１１は、フロー分配アルゴリズムを示すフローチャートである。図１１を参照して、フロー分配アルゴリズムが開始されると、ホームエージェント１０の制御装置１２は、各経路ｒ∈Ｐを通る全フローの集合Ｆ（ｒ）および移動可能先の経路の集合Ｍ（ｆ）を取得し、各経路ｒ∈Ｐの容量の推定値Ｃ（ｒ）および利用可能帯域Ａ（ｒ）を算出する（ステップＳ１）。

そして、ホームエージェント１０の制御装置１２は、１つのフローｆを選択し（ステップＳ２）、その選択したフローｆが流れる経路ｒを選択する（ステップＳ３）。

その後、ホームエージェント１０の制御装置１２は、経路ｒの移動可能先の経路ｒ’を選択し（ステップＳ４）、ｘ＝ｍｉｎ（Ａ（ｒ），Ａ（ｒ’））およびｘ’＝ｍｉｎ（Ａ（ｒ）＋Ｓ（ｆ），Ａ（ｒ’）−Ｓ（ｆ））を算出する（ステップＳ５）。

そうすると、ホームエージェント１０の制御装置１２は、ｘ’がｘよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６）。

ステップＳ６において、ｘ’がｘよりも大きくないと判定されたとき、ホームエージェント１０の制御装置１２は、別の経路ｒ’を選択する（ステップＳ７）。その後、一連の動作は、ステップＳ５へ戻り、ステップＳ６において、ｘ’がｘよりも大きいと判定されるまで、上述したステップＳ５〜ステップＳ７が繰り返し実行される。

そして、ステップＳ６において、ｘ’がｘよりも大きいと判定されると、ホームエージェント１０の制御装置１２は、Ａ（ｒ）＝Ａ（ｒ）＋Ｓ（ｆ）およびＡ（ｒ’）＝Ａ（ｒ’）−Ｓ（ｆ）を設定する（ステップＳ８）。即ち、ホームエージェント１０の制御装置１２は、利用可能帯域Ａ（ｒ），Ａ（ｒ’）を更新する。

そして、ホームエージェント１０の制御装置１２は、フローｆを経路ｒから経路ｒ’へ移動する（ステップＳ９）。

この場合、ホームエージェント１０の制御装置１２は、移動するフローが下り方向であるとき、そのフローの受信先アドレス（アクセスポイントのアドレス）を変更するように通信器１１を制御することによってフローを移動する。また、ホームエージェント１０の制御装置１２は、移動するフローが上り方向であるとき、そのフローの移動要求を移動端末装置（移動端末装置６０，７０のいずれか）へ送信し、移動端末装置（移動端末装置６０，７０のいずれか）が移動要求に従ってフローの送信元アドレスを変更することによってフローの移動が実現される。

その後、ホームエージェント１０の制御装置１２は、ステップＳ５〜ステップＳ９が全てのフローＦ（ｆ）に対して実行されたか否かを更に判定する（ステップＳ１０）。

ステップＳ１０において、ステップＳ５〜ステップＳ９が全てのフローＦ（ｆ）に対して実行されていないと判定されたとき、ホームエージェント１０の制御装置１２は、別のフローを選択する（ステップＳ１１）。そして、一連の動作は、ステップＳ３へ戻り、ステップＳ１１において、ステップＳ５〜ステップＳ９が全てのフローＦ（ｆ）に対して実行されたと判定されるまで、ステップＳ３〜ステップＳ１１が繰り返し実行される。

そして、ステップＳ１１において、ステップＳ５〜ステップＳ９が全てのフローＦ（ｆ）に対して実行されたと判定されたとき、フロー分配アルゴリズムが終了する。

図１２は、フローを移動する全体の動作を示すタイミングチャートである。図１２を参照して、ホームエージェント１０は、周期Ｊ（Ｊは正の整数）において、移動端末装置Ａ〜Ｚから各フローの送信レートおよび受信レートを受信する。

そして、ホームエージェント１０は、その受信した送信レートおよび受信レートを用いて図１１に示すフロー分配アルゴリズムを実行する。この場合、上り方向のフローが移動される場合、ホームエージェント１０は、そのフローの移動要求を移動端末装置（移動端末装置Ａ〜Ｚのいずれか）へ送信し、移動端末装置（移動端末装置Ａ〜Ｚのいずれか）が移動要求に従ってフローの送信元アドレスを変更する。また、下り方向のフローが移動される場合、ホームエージェント１０は、そのフローの受信先アドレス（アクセスポイントのアドレス）を変更するように通信器１１を制御する。これによって、フローが移動される。

そして、周期Ｊが終了すると、周期Ｊ＋１において、上述した動作が繰り返される。その後、上述した動作が周期的に繰り返される。

このように、この発明の実施の形態においては、ホームエージェント１０の制御装置１２は、通信器１１と移動端末装置６０，７０の無線通信器６３，６４との間の全経路の利用可能帯域の最小値が最大になるように容量がオーバーフローしている経路を通るフローを別の経路へ移動させる。

その結果、通信ネットワーク１００の利用可能帯域に最大限の余裕が生まれる。従って、トラフィック量の変動による輻輳の発生に対して耐性を持つことができる。

なお、上記においては、フロー分配アルゴリズムを実行する制御装置１２は、ホームエージェント１０に装備されると説明したが、この発明の実施の実施の形態においては、これに限らず、制御装置１２は、移動端末装置６０，７０のいずれかに装備されていてもよく、一般的には、通信ネットワーク１００内であれば、いずれの位置に存在してもよい。

また、上記においては、移動端末装置６０，７０の各々は、２個の無線通信器６３，６４を備えると説明したが、この発明の実施の実施の形態においては、これに限らず、移動端末装置６０，７０の各々は、３個以上の無線通信器を備えていてもよい。その場合、移動端末装置６０，７０の各々は、同じ無線通信方式に従って無線通信を行なう複数の無線通信器を備えていてもよく、相互に異なる無線通信方式に従って無線通信を行なう複数の無線通信器を備えていれもよい。

更に、この発明の実施の形態においては、ホームエージェント１０は、「通信装置」を構成し、移動端末装置６０，７０は、「複数の移動端末装置」を構成する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、移動端末装置、それと通信を行う通信装置およびそれらを備えた通信ネットワークに適用される。

１０ホームエージェント、１１，１３通信器、１２制御装置、２０ネットワーク、３０，４０，５０アクセスポイント、６０，７０移動端末装置、６１，６２アンテナ、６３，６４無線通信器、８０，９０端末装置、１００通信ネットワーク。

Claims

各々が基地局を介して通信を行う複数の無線通信器と、
ネットワーク上に設置された通信装置と前記複数の無線通信器との間の通信を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記通信装置から前記基地局を介して各無線通信器まで到るネットワーク上のパスであり、かつ、前記通信装置から前記無線通信器への方向と前記無線通信器から前記通信装置への方向とを区別するパスを経路として定義し、前記経路上におけるトラフィックの流れをフローとして定義した場合、前記フローが通っている全ての経路の容量と、前記全ての経路の利用可能帯域とを検出し、前記全ての経路のうちのいずれかの経路の容量がオーバーしたとき、前記全ての経路の利用可能帯域のうちの最小値からなる前記容量がオーバーした経路の利用可能領域が増加するように、前記容量がオーバーした経路を通るフローを別の経路へ移動させる、移動端末装置。
ネットワーク上に設置された通信装置であって、
基地局を介して通信を行う通信器と、
移動端末装置に装備された複数の無線通信器と前記通信器との間の通信を制御する制御装置とを備え、
前記複数の無線通信器の各々は、前記基地局を介して前記通信器と通信を行い、
前記制御装置は、前記通信器から前記基地局を介して各無線通信器まで到るネットワーク上のパスであり、かつ、前記通信器から前記無線通信器への方向と前記無線通信器から前記通信器への方向とを区別するパスを経路として定義し、前記経路上におけるトラフィックの流れをフローとして定義した場合、前記フローが通っている全ての経路の容量と、前記全ての経路の利用可能帯域とを検出し、前記全ての経路のうちのいずれかの経路の容量がオーバーしたとき、前記全ての経路の利用可能帯域のうちの最小値からなる前記容量がオーバーした経路の利用可能領域が増加するように、前記容量がオーバーした経路を通るフローを別の経路へ移動させる、通信装置。
各々が複数の無線通信器を装備した複数の移動端末装置と、
ネットワーク上に設置され、基地局を介して前記複数の移動端末装置と通信を行う通信装置と、
前記複数の移動端末装置と前記通信装置との間の無線通信を制御する制御装置とを備え、
前記複数の無線通信器の各々は、前記基地局を介して前記通信装置と通信を行い、
前記制御装置は、前記通信装置から前記基地局を介して各無線通信器まで到るネットワーク上のパスであり、かつ、前記通信装置から前記無線通信器への方向と前記無線通信器から前記通信装置への方向とを区別するパスを経路として定義し、前記経路上におけるトラフィックの流れをフローとして定義した場合、前記フローが通っている全ての経路の容量と、前記全ての経路の利用可能帯域とを検出し、前記全ての経路のうちのいずれかの経路の容量がオーバーしたとき、前記全ての経路の利用可能帯域のうちの最小値からなる前記容量がオーバーした経路の利用可能領域が増加するように、前記容量がオーバーした経路を通るフローを別の経路へ移動させる、通信ネットワーク。
前記制御装置は、前記通信装置に装備されている、請求項３に記載の通信ネットワーク。
前記制御装置は、複数の無線通信器が１つの基地局を介して無線通信を行っている場合、前記通信装置と前記複数の無線通信器との間の複数の経路を１つの経路に集約し、前記全ての経路のうちのいずれかの経路の容量がオーバーしたとき、その集約した経路を用いて、前記全ての経路の利用可能帯域のうちの最小値からなる前記容量がオーバーした経路の利用可能領域が増加するように、前記容量がオーバーした経路を通るフローを別の経路へ移動させる、請求項３または請求項４に記載の通信ネットワーク。
前記制御装置は、各フローの送信レートおよび受信レートに基づいて、１つの経路を通る全てのフローの送信レートの総和と前記１つの経路を通る全てのフローの受信レートの総和との差が閾値よりも大きいと判定したとき、前記１つの経路の容量の推定値を更新する更新処理を前記差が前記閾値よりも大きい経路について実行する、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の通信ネットワーク。