JP2004221680A

JP2004221680A - 通信システム

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Publication number: JP2004221680A
Application number: JP2003003567A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Oto; 康紀大戸; Yuichi Ueda; 裕一上田; Kenji Kameda; 健司亀田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2004-08-05
Also published as: US7047021B2; US20060143266A1; US20040137917A1

Abstract

【課題】セルの微細化などに伴うサービス空間上への基地局の配置やルーティングなど、基地局の設営の問題を解決する。
【解決手段】移動端末と基地局間の接続において、通信有効範囲が狭い通信手段を採用し、個々のサーバが担当する範囲を小さくし、各サーバが存在する地理的な位置情報を取得してその位置分布を示すネットワーク情報を形成することにより、地理上の位置に関連した情報をあらかじめ配信しておいたり、サーバと端末の位置関係を利用して、配信するデータ量とそのタイミングを予測してデータを配信したりして、処理の負荷分散を図る。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の移動端末が１つの基地局と同時に通信を行なう多元接続環境下で動作する通信システムに係り、特に、端末数の増大に伴う基地局の負荷集中の問題を回避することができる通信システムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、セルの微細化などに伴うサービス空間上への基地局の配置やルーティングなど、基地局の設営の問題を解決することができる通信システムに係り、特に、設置された各基地局の位置に応じた基地局ネットワークを動的に再構成することができる通信システムに関する。
【０００３】
【従来の技術】
移動体通信は、そもそも電磁波の発見に由来し、その後、船舶・航空機や列車に対する通信の必要性から研究開発が進められてきた。さらに通信する対象が自動車や人なども拡大してきた。伝送データも、電信や電話だけでなく、コンピュータ・データや、画像などのマルチメディア・コンテンツも伝送することができるようになってきた。
【０００４】
最近では、製造技術の向上などにより、移動体端末の小型化、低価格化が急速に進んでいる。また、情報通信サービスの拡充などにより、携帯電話のように移動体端末はパーソナライズ化していきている。さらに、通信の自由化や通信料金の引き下げなどにより、ユーザ層がますます拡大してきている。
【０００５】
移動体通信は、車載電話や携帯電話などの移動局が最寄りの基地局を見つけて、移動局〜基地局間で電波のやり取りをすることを基本とする。１つの基地局からの電波が届く通信可能範囲のことを、「セル（Ｃｅｌｌ）」と呼ぶ。セルは、通常、基地局アンテナを中心とした所定半径の円となる。そして、セルを隙間なく配置していくことにより、通信サービス・エリアが構成される。
【０００６】
図２２には、セルラーシステムに代表されるような複数の基地局によりサービス・エリアを面展開する移動体無線通信システムにおけるセル構成を模式的に図解している。ある一定の場所間隔に基地局（図示しない）を設置して、同図に示すように、各基地局が提供する複数のセルを途切れなく敷設していくことによって、広域的なサービス・エリアが構築される。
【０００７】
このように移動体通信システムがセルを使用しているのは、セル中にしか基地局の電波が届かないようにすることで、他のセルでも同じ周波数を繰り返して使用して、限られた周波数資源を有効に利用できることや、セルに区切ることにより、通信のための電波出力を小さくして、通常はバッテリ駆動の携帯機として実装される移動体の小型化や省電力化を図ること、などのメリットがあるからである。
【０００８】
最近では、携帯電話ユーザ数（セルラ）の増加などにより、なるべく多くのユーザをセルに収容し、且つ限られた周波数資源を最大限に有効活用することがますます求められるようになってきている。１つのセル内には複数の移動端末が存在し、これらが１つの基地局と同時に通信する。このため、基地局側から見れば、無線信号を多重化して、どの信号がどのユーザのものかを検出する。
【０００９】
従来、端末との接続を行なう基地局は大きな施設として実現されており、カバーするサービス地域すなわちセルが広い。このため、端末数の増大に伴い、同一基地局に接続する端末が多くなると、負荷の集中が起こり易い状況になっている。このような負荷集中により、データ転送時間が長くなるという問題がある。このため、セルの微細化が図られるが、基地局数の増大に伴い、サービス空間上への基地局の配置やルーティングなど、基地局の設営の問題が生じる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、複数の移動端末が１つの基地局と同時に通信を行なう多元接続環境下で好適に運営される、優れた通信システムを提供することにある。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、端末数の増大に伴う基地局の負荷集中の問題を回避することができる、優れた通信システムを提供することにある。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、セルの微細化などに伴うサービス空間上への基地局の配置やルーティングなど、基地局の設営の問題を解決することができる、優れた通信システムを提供することにある。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、設置された各基地局の位置に応じた基地局ネットワークを動的に再構成することができる、優れた通信システムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、接続サーバ経由で移動端末間のデータ通信を行なう通信システムであって、
各接続サーバの位置情報を計測する手段と、
各接続サーバの位置情報に基づいてネットワーク情報を更新する手段と、
を具備することを特徴とする通信システムである。
【００１５】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００１６】
本発明によれば、移動端末と基地局間の接続において、通信有効範囲が狭い通信手段を採用し、個々のサーバが担当する範囲を小さくし、各サーバが存在する地理的な位置情報を取得してその位置分布を示すネットワーク情報を形成することにより、地理上の位置に関連した情報をあらかじめ配信しておいたり、サーバと端末の位置関係を利用して、配信するデータ量とそのタイミングを予測してデータを配信したりして、処理の負荷分散を図ることができる。
【００１７】
すなわち、本発明によれば、接続有効範囲が狭いサーバを基地局として用いて、実際の物理ネットワークにとらわれることなく、サーバの存在する地理上の位置情報に対応した隣接サーバ情報を形成し、これを用いることによって、位置に応じた予測ベースのデータ配信やキャッシュ、並びに負荷分散を行なうことができる。本発明によれば、移動端末と基地局間の接続において、通信有効範囲が狭い通信手段を採用し、個々のサーバが担当する範囲を小さくし、各サーバが存在する地理的な位置情報を取得してその位置分布を示すネットワーク情報を形成することにより、地理上の位置に関連した情報をあらかじめ配信しておいたり、サーバと端末の位置関係を利用して、配信するデータ量とそのタイミングを予測してデータを配信したりして、処理の負荷分散を図ることができる。
【００１８】
すなわち、本発明によれば、接続有効範囲が狭いサーバを基地局として用いて、実際の物理ネットワークにとらわれることなく、サーバの存在する地理上の位置情報に対応した隣接サーバ情報を形成し、これを用いることによって、位置に応じた予測ベースのデータ配信やキャッシュ、並びに負荷分散を行なうことができる。
【００１９】
ここで、各接続サーバは、自セル内の移動端末と接続する。そして、前記のネットワーク情報を更新する手段は、隣接する接続サーバ間のセル状況に基づいて接続サーバ同士の接続関係を更新するようにしてもよい。
【００２０】
また、前記の通信システムは新規の接続サーバの設置を許容するようにしてもよい。例えば、出展者ブースが隣接するような比較的規模の大きな展示会などにおいて、可動式の接続サーバが設置されている場合をイメージしている。
【００２１】
このような場合、前記のネットワーク情報を更新する手段は、新規の接続サーバに隣接する接続サーバを抽出し、新規の接続サーバの設置により影響を受けるセルを特定し、各セル毎に接続サーバ間の距離に基づいて接続サーバ間の接続関係を組み替えるようにすればよい。
【００２２】
また、移動端末のセルを跨いだ移動に伴って、該移動端末へコンテンツを送信する接続サーバを次の通信予定の接続サーバに切り替えるコンテンツ送信管理手段をさらに備えるようにしてもよい。
【００２３】
また、各接続サーバの処理能力を監視し、接続サーバの地理的位置に応じた負荷分散を制御する負荷分散制御手段をさらに備えるようにしてもよい。前記負荷分散制御手段は、移動端末の予測される移動先を考慮して負荷分散を制御するようにしてもよい。
【００２４】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００２６】
本発明に係る通信システムでは、移動端末と基地局間の接続において、通信有効範囲が狭い通信手段を採用し、個々のサーバが担当する範囲を小さくし、各サーバが存在する地理的な位置情報を取得してその位置分布を示すネットワーク情報を形成することにより、地理上の位置に関連した情報をあらかじめ配信しておいたり、サーバと端末の位置関係を利用して、配信するデータ量とそのタイミングを予測してデータを配信したりして、処理の負荷分散を図る。
【００２７】
すなわち、接続有効範囲が狭いサーバを基地局として用いて、実際の物理ネットワークにとらわれることなく、サーバの存在する地理上の位置情報に対応した隣接サーバ情報を形成し、これを用いることによって、位置に応じた予測ベースのデータ配信やキャッシュ、並びに負荷分散を行なうようにした。
【００２８】
図１には、本発明に係る通信システムにおいて、設置した接続サーバの有効範囲と端末の接続先の関係を模式的に示している。同図に示す例では、例えば、出展者ブースが隣接するような比較的規模の大きな展示会などにおいて、可動式の接続サーバが設置されている場合をイメージしている。
【００２９】
同図において、参照番号１１〜１７は、幾つかのブースが集まったブロック単位で端末接続サーバを設置していることを示している。また、参照番号２１〜２７は、それぞれのサーバが端末と接続する有効範囲を示している。このような短距離内での通信のみを対象とした無線通信システムとして、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈを挙げることができる。図示の例では、通信可能なエリアが隙間なく埋まっているようになっているが、どの接続サーバに対しても通信可能でない場所があってもよい。
【００３０】
また、参照番号２は、携帯端末を持つユーザが展示会場で移動する軌跡を示している。ここで、携帯端末は、通信エリアに収容されることで、任意の接続サーバと接続可能であるとする。図示の例では、携帯端末は、まず参照番号２１で示されるエリアに突入し、参照番号１１で示されるサーバと通信を行なう。次いで、参照番号２２で示されるエリアに移動し、参照番号１１で示されるサーバ又は参照番号１２で示されるサーバのうちいずれか一方、あるいはその両方と通信を行なう。このように、携帯端末は、ユーザの移動に伴って、次々と接続サーバを切り替えていく。
【００３１】
図２には、本実施形態に係る通信システムの階層的なネットワーク構成を模式的に示している。各携帯端末３４は、現在のエリアを管轄する接続サーバ３３と無線による通信を行なう。また、各接続サーバ３３間は、接続サーバ間でルーティングを行なう機能を持ったサーバ３１，３２によってデータ転送が行なわれる。このルーティング・サーバ層は、ネットワーク規模に応じて階層化されている。これらサーバ３１〜３３は、バックボーン通信網を介して接続されている。
【００３２】
図３には、携帯端末と接続する接続サーバ３３の機能構成を模式的に示している。
【００３３】
メイン・コントローラであるＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１０１は、オペレーティング・システム（ＯＳ）の制御下で、各種のアプリケーションを実行する。本実施形態では、ＣＰＵ１０１は、例えば、管轄エリア内の携帯端末との接続やデータ転送や、上位のサーバを介したルーティングなどを実行するサーバ・アプリケーションを実行することができる。図示の通り、ＣＰＵ１０１は、バス１１０によって他の機器類（後述）と相互接続されている。
【００３４】
主メモリ１０２は、ＣＰＵ１０１において実行されるプログラム・コードをロードしたり、実行プログラムの作業データを一時保管したりするために使用される記憶装置であり、ＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲＡＭ）のような半導体メモリが使用される。例えば、管轄エリア内の携帯端末との接続やデータ転送や上位のサーバを介したルーティングなどを実行するサーバ・アプリケーションなどが実行プログラムとして主メモリ１０２にロードされる。また、サーバ状態や現在のネットワーク構成などが主メモリ１０２に一時的に格納される。
【００３５】
また、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）１０３は、データを恒久的に格納する半導体メモリであり、例えば、起動時の自己診断テスト（ＰＯＳＴ：ＰｏｗｅｒＯｎＳｅｌｆＴｅｓｔ）や、ハードウェア入出力用のプログラム・コード（ＢＩＯＳ：ＢａｓｉｃＩｎｐｕｔ／ＯｕｔｐｕｔＳｙｓｔｅｍ）などが書き込まれている。また、エリア内の携帯端末との通信手続きや、バックボーン通信網１０４を介したサーバ間の通信手続きなどがＲＯＭ１０３に格納されている。
【００３６】
通信部１０５は、所定の通信プロトコルに従って、バックボーン通信網１０８を介した通信処理を行なう。
【００３７】
シリコン・ディスク１０６は、コンテンツの高速な保存と読み出しを実現する大容量の外部記憶装置である。
【００３８】
位置計測システム１０７は、例えばＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）やＬＰＳ（ＬｏｃａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）などの既存の位置決めシステムを利用して、当該サーバ３３の存在する位置の測定を行なう。
【００３９】
端末間通信部１０８は、エリア内に入った携帯端末１０９との接続やその後のデータ通信などの無線通信を行なう。
【００４０】
また、図４には、図３に示した接続サーバ３３間のルーティングやその他の接続サーバ３３のコントロールを行なうコントロール・サーバ３１，３２の機能構成を模式的に示している。
【００４１】
図示のコントロール・サーバ３１，３２は、バックボーン通信網１０４上に存在し、ネットワークの再構成や接続サーバ３３間のルーティングなどを行なう。
【００４２】
ネットワーク情報管理部１５１は、通信システム環境下で散在する接続サーバ３３の地理に対応したネットワーク情報の管理を行なう。
【００４３】
負荷分散制御部１５２は、各接続サーバ３３の処理能力をモニタして、接続サーバの地理的位置に応じた負荷分散を制御する。
【００４４】
通信部１５３は、所定の通信プロトコルに従って、バックボーン通信網１０８を介した通信処理を行なう。
【００４５】
シリコン・ディスク１５５は、コンテンツの高速な保存と読み出しを実現する大容量の外部記憶装置である。また、配信用コンテンツ蓄積装置１５６は、携帯端末に配信するコンテンツを蓄積する巨大な補助記憶装置である。
【００４６】
図５には、本実施形態に係る通信システムにおいてコンテンツ送信を行なう流れを示している。但し、同図に示す例では、コンテンツを要求する携帯端末は移動しないものとする。
【００４７】
まず、上位のコントロール・サーバ３１，３２から、接続サーバの存在する位置に応じたコンテンツの送信を行なう（Ｔ１）。
【００４８】
接続サーバ３３は、コンテンツを受け取ると、これをシリコン・ディスク１０６に一旦保存する（Ｔ２）。
【００４９】
そして、携帯端末３４から接続サーバ３３にコンテンツ要求が来ると（Ｔ３）、要求されたコンテンツが既にシリコン・ディスク１０６上に保存されていれば、そのコンテンツを要求元の端末３４に向けて送信する（Ｔ４）。このとき、端末ＩＤなどを用いて携帯端末３４を認証処理してもよい。
【００５０】
一方、携帯端末３４からのコンテンツ要求に対し（Ｔ５）、接続サーバ３３が要求されたコンテンツを未だシリコン・ディスク１０６上に蓄積していない場合には、さらにコントロール・サーバ３１，３２に対してコンテンツの要求を行なう（Ｔ６）。
【００５１】
コントロール・サーバ３１，３２は、コンテンツ要求に応じて、配信コンテンツ蓄積装置１５６からコンテンツを取り出して、要求元の接続サーバ３３に送信する（Ｔ７）。そして、接続サーバ３３は、コンテンツを受け取ると、これをシリコン・ディスク１０６に一旦保存する（Ｔ８）。
【００５２】
このとき、シリコン・ディスク１０６には容量に制限があることから、各コンテンツの最終アクセス時間、アクセス頻度、アクセス・ユーザ数に適当な重み付けを行なった後、評価値の最も小さいものから順に、保存しようとしているコンテンツの大きさになるまで破棄して空き領域を確保した後、コンテンツの記録を行なうようにしてもよい。
【００５３】
その後、接続サーバ３３は、そのコンテンツを要求元の端末３４に向けて送信する（Ｔ９）。
【００５４】
また、図６には、コンテンツ要求元の携帯端末の移動を想定した場合のコンテンツ送信を行なう流れを示している。
【００５５】
まず、コントロール・サーバ３１，３２は、接続サーバ３３と通信を行なっている携帯端末の地理的な位置ログを基に、将来的に接続するであろう接続サーバ３３を予測して、これに対してコンテンツを配信する（Ｔ１１）。
【００５６】
将来の接続先となる接続サーバ３３は、配信コンテンツを受け取ると、これをシリコン・ディスク１０６に一旦保存する（Ｔ１２）。その後、接続サーバ３３に携帯端末３４からのコンテンツ要求が来ると（Ｔ１３）、当該コンテンツを要求元の携帯端末３４に向けて送信する（Ｔ１４）。このとき、端末ＩＤなどを用いて携帯端末３４を認証処理し、予測した携帯端末であるかどうかを確認するようにしてもよい。
【００５７】
一方、携帯端末３４からのコンテンツ要求に対して（Ｔ１５）、予測したコンテンツを要求するものでなかった場合には、接続サーバ３３は、コントロール・サーバ３１，３２に対してコンテンツの要求を行なう（Ｔ１６）。
【００５８】
コントロール・サーバ３１，３２は、コンテンツ要求に応じて、配信コンテンツ蓄積装置１５６からコンテンツを取り出して、要求元の接続サーバ３３に送信する（Ｔ１７）。そして、接続サーバ３３は、コンテンツを受け取ると、これをシリコン・ディスク１０６に一旦保存する（Ｔ１８）。
【００５９】
このとき、シリコン・ディスク１０６には容量に制限があることから、各コンテンツの最終アクセス時間、アクセス頻度、アクセス・ユーザ数に適当な重み付けを行なった後、評価値の最も小さいものから順に、保存しようとしているコンテンツの大きさになるまで破棄して空き領域を確保した後、コンテンツの記録を行なうようにしてもよい。
【００６０】
その後、接続サーバ３３は、そのコンテンツを要求元の端末３４に向けて送信する（Ｔ１９）。
【００６１】
図７には、接続サーバ３３の空間的配置をボロノイ（Ｖｏｒｏｎｏｉ）図の形式で示している。ここで、ボロノイ図とは、平面上に幾つかの点が配置されているときに、その平面内の点がどの点に最も近いかによって分割して形成される図である。配置された点のことを「母点」といい、分割された領域のことを「ボロノイ領域」といい、ボロノイ領域の境目の線のことを「ボロノイ境界」という。また、ボロノイ境界の交点のことを「ボロノイ点」と呼ぶ。
【００６２】
図７において、参照番号２は、携帯端末３４の移動経路を示している。また、参照番号４１〜４９は接続サーバを示している。
【００６３】
図１に示した例では、携帯端末３４が２以上の接続サーバの通信範囲に入ったときにはいずれか一方又は両方のサーバと通信を行なうと説明したが、図７に示す例では、携帯端末３４は同時に単一の接続サーバのみと通信を行なうものとする。
【００６４】
各接続サーバ４１〜４９は、位置計測システム１０７を使って、自らの地理的な位置情報を取得している。各接続サーバは、位置情報をバックボーン通信網１０８を通じて、コントロール・サーバ３１，３２へ送る。そして、コントロール・サーバ３１，３２は、ネットワーク情報管理部１５１において、接続サーバの地理に対応したネットワーク情報の管理を行ない、自分の下に位置する接続サーバ位置を頂点とするボロノイ図を作成する。
【００６５】
ここで、携帯端末３４を所持するユーザが参照番号２で示す経路をたどったとき、通信を行なう接続サーバは、参照番号４１から４９まで、各セル内に入った時点で、順番に接続が変更されていく。但し、各サーバとの接続をスムースに切り替えるためには、セル境界においては同時に２つの接続サーバとの通信を行なうなどのハンドオフ処理が必要である。
【００６６】
図８には、ユーザの移動を予測してストリーム・コンテンツの一部を転送する様子を示している。
【００６７】
図７中の参照番号５３で示すようなセル内にある携帯端末に対して、当該セルの頂点である接続サーバ４３へ転送するデータは、当該セルを通過する予想時間ｔ１で示される部分、すなわち、ストリーミング・コンテンツのうちＣ１及びＣ２の部分を接続サーバへ転送する。
【００６８】
また、次に接続する予定の接続サーバ４４に対して、糊代部分に相当するＣ２とともに、Ｃ３及びＣ４を転送する。同様にして、糊代部分に相当するＣ４を含むＣ５を、次に接続すると予測される接続サーバ４５へ転送する。
【００６９】
図９には、接続サーバが隣接サーバに対して負荷分散を行なう様子を示している。同図において、参照番号６１及び７１は携帯端末を有するユーザを示し、参照番号６２及び７２は各ユーザの移動しようとする経路をそれぞれ示している。
【００７０】
各携帯端末６１，７１が接続サーバ８０と接続を行なっているとき、他の処理への時間配分などによって、近隣のサーバ８１〜８４よりも負荷が重くなる場合がある。このとき、各サーバ８０〜８４における負荷率が平等になるように、当該サーバ８０の負荷を分散させる。ここで、「負荷が平等」とは、各接続サーバ８０〜８４の計算能力に応じて、処理に要するであろう時間を同じにすることを指している。
【００７１】
負荷分散のために移動する処理とは、ユーザの進行先を考慮したものとなる。図９において、参照番号６１で示されるユーザは、将来的には参照番号８４で示される接続サーバへ処理を依頼する。
【００７２】
一方、参照番号７１で示されるユーザは、将来的には参照番号８３で示されるサーバと接続するため、当該ユーザが要求している処理が負荷分散される場合、接続サーバ８３へ処理を依頼する。
【００７３】
図１０には、ある携帯端末のユーザの移動に伴って、接続先となる接続サーバを切り替える様子を示している。
【００７４】
同図に示す通信環境は、接続サーバ１並びにこの近隣の接続サーバ２〜５で構成されている。いま、ユーザが所持する携帯端末は、このうち接続サーバ１と接続しているが、図示の矢印方向への移動が進行するに伴って、接続先が接続サーバ２へと変更される通信予定とされている。
【００７５】
図１１には、携帯端末が図１０に示すような通信予定の場合における、携帯端末と元の接続先及び通信予定の接続サーバとの間で行なわれる動作シーケンスを示している。但し、各接続サーバ１〜２は、それぞれ独自にネットワーク構成を表すボロノイ図を作成し、隣接サーバ情報や携帯端末の次の通信予定を把握できるものとする。
【００７６】
移動中の携帯端末は、現在の位置情報と、必要に応じてコンテンツその他の情報要求を、端末ＩＤを添えて、現在接続先の接続サーバ１に送信する（Ｔ２１）。
【００７７】
接続サーバ１は、受け取った端末ＩＤを基に携帯端末を確認し（Ｔ２２）、接続サーバＩＤを含んだ応答メッセージを携帯端末に返す（Ｔ２３）。携帯端末は、この応答メッセージを受け取る。
【００７８】
以後、携帯端末が現在の位置情報を接続サーバ１に送信し（Ｔ２４）、接続サーバ１がこれを確認する（Ｔ２５）という手続きが繰り返し行なわれる。
【００７９】
そして、ユーザの移動が進行して、接続先サーバの変更が必要となったとき、現在の接続先である接続サーバ１は、通信予定となっている近隣の接続サーバ２に対して接続サーバ変更依頼を送信する（Ｔ２６）。
【００８０】
近隣の接続サーバ２は、接続サーバ変更依頼を受領すると（Ｔ２７）、接続サーバＩＤを含んだ応答メッセージを返す。
【００８１】
依頼元の接続サーバ１は、この応答メッセージを受け取ると（Ｔ２８）、携帯端末に対して、変更後サーバＩＤを含んだ接続サーバ変更通知を送信する（Ｔ２９）。そして、携帯端末は、この応答メッセージを受け取る（Ｔ３０）。
【００８２】
その後、携帯端末は、通信予定であった接続サーバ２に対して、現在の位置情報と、必要に応じてコンテンツその他の情報要求を、端末ＩＤを添えて、現在接続先の接続サーバ１に送信する（Ｔ３１）。
【００８３】
図１２には、携帯端末が図１０に示すように元の接続先の接続サーバから通信予定の接続サーバに切り替えるときの各装置が実行する処理手順をフローチャートの形式で示している。但し、各接続サーバ１〜２は、それぞれ独自にネットワーク構成を表すボロノイ図を作成し、隣接サーバ情報や携帯端末の次の通信予定を把握できるものとする。
【００８４】
携帯端末は、コンテンツのリクエストを発信する（ステップＳ１１）。これに対し、近隣の接続サーバ１は、リクエストを受信すると（ステップＳ２１）、リクエスト応答発信を行なう。
【００８５】
携帯端末側では、リクエスト応答を受信すると（ステップＳ１２）、応答したサーバの１つ（この場合は接続サーバ１）を現在の接続先の基地局（ＣＳ）として登録する（ステップＳ１３）。
【００８６】
また、携帯端末は、位置計測システムよりＧＰＳ情報を取得すると（ステップＳ１４）、これを現在の接続先である接続サーバ１に送信する（ステップＳ１５）。
【００８７】
接続サーバ１は、携帯端末から現在位置情報を受信すると（ステップＳ２３）、携帯端末の予測される移動経路に従って、接続サーバの選択処理を行なう（ステップＳ２４）。そして、携帯端末の移動が進行して、接続サーバの変更が必要になってきたら、通信予定となっている近隣の接続サーバ２にその旨を通知する（ステップＳ２５）。また、携帯端末に対しては、通信相手先を送信する（ステップＳ２６）。
【００８８】
携帯端末側では、通信相手を受信すると（ステップＳ１６）、これを新しい基地局として登録する（ステップＳ１８）。その後、携帯端末は、新しい接続先である接続サーバ２との間でデータ送受信を行なう（ステップＳ１８，Ｓ３７）。
【００８９】
既に述べたように、本実施形態に係る通信システムでは、各接続サーバの空間的配置がボロノイ図を用いて管理されている。そして、例えば、展示会などのように一時的に通信負荷が高まるような領域には臨時（新規）の接続サーバが設置され、ボロノイ図を利用して階層化ネットワーク構成が動的に再構成される。
【００９０】
図１３〜図１５には、新規サーバ１０が通信システムに設置されたときの新しいセルを求める流れを段階的に図解している。
【００９１】
まず始めに、各接続サーバは、当該ネットワーク構成において固有のＩＤを持っているものとする。また、ネットワーク上において、直接リンクで結ばれた位置に存在する隣接サーバのリストを有しており、各々のサーバＩＤと存在位置を把握しているものとする。
【００９２】
新規サーバ２１０は、ネットワーク参加リストとして、このＩＤと自身が持っているＧＰＳから得られた自身の位置座標をブロードキャストする。このリクエストを受信する接続サーバは、求めるセル２７０を構成するものではない可能性がある。
【００９３】
図１３では、接続サーバ２１１が新規サーバ２１０の発するリクエストを受信したところを示している。当該サーバ２１１は、新規サーバ２１０の存在する方向を計算し、この方向ベクトルとの内積が正となるもの（参照番号２１２，２１６，２１７）のうち、左右において最も角度の小さい接続サーバ２１２，２１６へリクエストを通知する（参照番号２４４，２４５）。
【００９４】
図１４では、リクエストが通知された各接続サーバ２１２，２１６が次のサーバへデータを送る様子を示している。接続サーバ２１６が接続サーバ２１２へ情報を送ったところ（参照番号２３１）、別ルート（参照番号２４５）で既に同じ情報が送られていることから、接続サーバ２１２はその旨を接続サーバ２１６に返信する。接続サーバ２１６は、この返信を受けて、次のデータ転送は行なわない。
【００９５】
また、接続サーバ２１２は、矢印２３１で示されるメッセージが送られてきたことから、この方向へはメッセージを送らない。もう一方の接続パス２３２を通して、メッセージが接続サーバ２１４へ送られる。
【００９６】
同様にして、図１５では、接続サーバ２１４からこれに隣接する接続サーバ２１２，２１６へメッセージ２３２，２３３を転送するが、いずれのサーバ２１２，２１６も既に同じメッセージを受け取っていることを返す。これによって、当該接続サーバ２１４が新規接続サーバ２１０を含むセル２７０の一端に位置していることを認識する。
【００９７】
図１６〜図１８には、新規サーバの参入に伴うネットワークの再構成すなわち接続サーバ間の接続関係を変更する様子を示している。
【００９８】
図１６では、まず始めに、セル２７０を構成する他の接続サーバ２１２，２１６に対して、隣接サーバとして新規サーバ２１０を入れるように依頼する。接続サーバ２１４は、自身における隣接リストにも新規サーバ２１０の登録を行なう。また、新規サーバ２１０に対して、セル２７０を構成する接続サーバ・リスト２１２，２１４，２１６をリストに加えるよう、依頼する。これによって、参照番号２２１〜２２３で示される接続関係が形成される。
【００９９】
次いで、図１７に示すように、接続関係２２１〜２２３が挿入されることによって影響を受けるセル２７１〜２７３の対角線の長さを評価し、変更を行なう。参照番号２７２で示されるセルでは、既存の対角線２３３がもう一方の対角線２４３より長いため、接続サーバ２１６に対して、隣接サーバ・リストから自身を削除するように依頼し、また、自身の隣接サーバ・リストから接続サーバ２１６を削除する。
【０１００】
続いて、新しい接続関係を形成するために、接続サーバ２１０に対して、接続サーバ２１５の登録を依頼し、また逆に、接続サーバ２１５には、接続サーバ２１０の登録を依頼する。これによって、参照番号２３３で示される接続関係はなくなり、新たに参照番号２４３で示される接続関係が形成される。
【０１０１】
同様にして、参照番号２７１並びに２７３で示される各セルについても、対角線のチェックを行なう。図示の例では、対角線の接続関係の更新は行なっていない。
【０１０２】
次いで、図１８に示すように、対角線の変更に伴うセルの対角線チェックを伝播的に実行していく。図示の例では、参照番号２４３で示される接続関係が新たに作成されたことから、接続サーバ２１４は、この影響による変更を行なうことを、接続サーバ２１５に依頼する。依頼を受けた接続サーバ２１５は、新たに追加された接続関係２４３に隣接するセル２７４，２７５について、図１７で示したのと同様の対角線チェックを行なう。図１８に示す例では、セル２７４において、既存の対角線２５２の長さに対して、新しい対角線２６２の長さを求めている。個々では、既存の対角線の長さの方が短いことから、接続関係の更新は行なっていない。
【０１０３】
このようにして、影響を計算しないといけないセルがネットワーク上からなくなるまで、上述した処理を繰り返し実行する。
【０１０４】
なお、この一連の処理は、通常の移動端末に対する通信サービスと並行して常に実行されるものとする。実際には、携帯端末との通信を行なう周波数帯とは異なる周波数帯を用いて行なうこともできるし、また、パケットによる振り分けを行なってもよい。また、処理は専用のハードウェアによって完全に並行して行なうことも、１つ乃至複数の演算装置によるタイム・シェアリングによって行なってもよい。具体的な実装については、本発明の目的がネットワークの動的変更にあることから、本明細書中では説明を省略している。
【０１０５】
図１９には、図１３〜図１５に示す新規サーバが設置されたときの新しいセルを求めるための処理手順をフローチャートの形式で示している。
【０１０６】
接続サーバは、新規接続サーバから参加リクエストを受信すると（ステップＳ４１）、新規サーバ・リストにあるかどうかをチェックする（ステップＳ４２）。
【０１０７】
新規サーバ・リストにない場合には、これを隣接する他の接続サーバへ通知する（ステップＳ４３）。
【０１０８】
そして、すべての隣接サーバから登録済み応答が届いたことに応答して（ステップＳ４４）、ネットワーク構成の変更処理を実行する（ステップＳ４５）。
【０１０９】
図２０には、ステップＳ４５におけるネットワーク構成の変更処理の手順をフローチャートの形式で示している。これは、前述の図１６〜図１７に相当する処理である。
【０１１０】
まず、依頼したサーバｒの隣接サーバＣを特定し（ステップＳ５１）、次いで、隣接サーバＣのさらに隣接するサーバＤを特定する（ステップＳ５２）。
【０１１１】
ここで、ＧＰＳなどの位置計測システムによって得られる位置情報に基づいて、依頼したサーバｒと隣接サーバＣ間の距離、並びに、サーバｒと隣接サーバＤ間の距離を計算する（ステップＳ５３）。
【０１１２】
このとき、依頼したサーバｒと隣接サーバＣ間の距離の方が長い場合には（ステップＳ５４）、隣接サーバＣに対し、自身を隣接リストから除去する旨の依頼を発行するとともに（ステップＳ５５）、隣接サーバＤに対してネットワーク変更を依頼する（ステップＳ５６）。
【０１１３】
また、図２１には、新規接続サーバの参加に伴い隣接する接続サーバ間で接続関係を変更するための処理手順をフローチャートの形式で示している。これは、前述の図１９に相当する処理である。
【０１１４】
まず、新規サーバＮに隣接サーバ・リストを通知する（ステップＳ６１）。
【０１１５】
次いで、隣接サーバの隣接リストに新規サーバＮの追加を依頼する（ステップＳ６２）。
【０１１６】
次いで、隣接サーバＡの隣にあるサーバＢを選択し（ステップＳ６３）、このサーバＢから新規サーバまでの距離ｂを取得する（ステップＳ６４）。そして、自身とサーバＡとの距離ａを取得する（ステップＳ６５）。
【０１１７】
ここで、距離ｂまでの距離の方が長い場合には（ステップＳ６６）、サーバＡに対して隣接リストからの削除を依頼する（ステップＳ６７）。
【０１１８】
次いで、新規サーバに対してサーバＢを隣接リストへ追加するよう依頼するとともに（ステップＳ６８）、サーバＢに対して新規サーバを隣接リストへ追加するよう依頼する（ステップＳ６９）。
【０１１９】
そして、サーバＢに対し、ネットワーク変更を依頼する（ステップＳ７０）。
【０１２０】
［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【０１２１】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、セルの微細化などに伴うサービス空間上への基地局の配置やルーティングなど、基地局の設営の問題を解決することができる、優れた通信システムを提供することができる。
【０１２２】
また、本発明によれば、設置された各基地局の位置に応じた基地局ネットワークを動的に再構成することができる、優れた通信システムを提供することができる。
【０１２３】
本発明によれば、移動端末と基地局間の接続において、通信有効範囲が狭い通信手段を採用し、個々のサーバが担当する範囲を小さくし、各サーバが存在する地理的な位置情報を取得してその位置分布を示すネットワーク情報を形成することにより、地理上の位置に関連した情報をあらかじめ配信しておいたり、サーバと端末の位置関係を利用して、配信するデータ量とそのタイミングを予測してデータを配信したりして、処理の負荷分散を図ることができる。
【０１２４】
すなわち、本発明によれば、接続有効範囲が狭いサーバを基地局として用いて、実際の物理ネットワークにとらわれることなく、サーバの存在する地理上の位置情報に対応した隣接サーバ情報を形成し、これを用いることによって、位置に応じた予測ベースのデータ配信やキャッシュ、並びに負荷分散を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】設置した接続サーバの有効範囲と端末の接続先の関係を模式的に示した図である。
【図２】本発明の実施形態に係る通信システムの階層的なネットワーク構成を模式的に示した図である。
【図３】携帯端末と接続するサーバ３３の機能構成を模式的に示した図である。
【図４】図３に示した接続サーバ３３間のルーティングやその他の接続サーバ３３のコントロールを行なうコントロール・サーバ３１，３２の機能構成を模式的に示した図である。
【図５】コンテンツ送信を行なう流れを示した図である。
【図６】コンテンツ要求元の携帯端末の移動を想定した場合のコンテンツ送信を行なう流れを示した図である。
【図７】接続サーバ３３の空間的配置をボロノイ（Ｖｏｒｏｎｏｉ）図の形式で示した図である。
【図８】ユーザの移動を予測してストリーム・コンテンツの一部を転送する様子を示した図である。
【図９】接続サーバが隣接サーバに対して負荷分散を行なう様子を示した図である。
【図１０】ある携帯端末のユーザの移動に伴って、接続先となる接続サーバを切り替える様子を示した図である。
【図１１】携帯端末が図１０に示すような通信予定の場合における、携帯端末と元の接続先及び通信予定の接続サーバとの間で行なわれる動作シーケンスを示した図である。
【図１２】携帯端末が図１０に示すように元の接続先の接続サーバから通信予定の接続サーバに切り替えるときの各装置が実行する処理手順を示したフローチャートである。
【図１３】新規サーバ２１０が通信システムに設置されたときの新しいセルを求める流れを説明するための図である。
【図１４】新規サーバ２１０が通信システムに設置されたときの新しいセルを求める流れを説明するための図である。
【図１５】新規サーバ２１０が通信システムに設置されたときの新しいセルを求める流れを説明するための図である。
【図１６】新規サーバの参入に伴うネットワークの再構成すなわち接続サーバ間の接続関係を変更する動作を説明するための図である。
【図１７】新規サーバの参入に伴うネットワークの再構成すなわち接続サーバ間の接続関係を変更する動作を説明するための図である。
【図１８】新規サーバの参入に伴うネットワークの再構成すなわち接続サーバ間の接続関係を変更する動作を説明するための図である。
【図１９】図１３〜図１５に示す新規サーバが設置されたときの新しいセルを求めるための処理手順を示したフローチャートである。
【図２０】ネットワーク構成の変更処理の手順を示したフローチャートである。
【図２１】新規接続サーバの参加に伴い隣接する接続サーバ間で接続関係を変更するための処理手順を示したフローチャートである。
【図２２】複数の基地局によりサービス・エリアを面展開する移動体無線通信システムにおけるセル構成を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１０１…ＣＰＵ
１０２…ＲＡＭ
１０３…ＲＯＭ
１０４…バックボーン通信網
１０５…通信部
１０６…シリコン・ディスク
１０７…位置計測システム
１０８…端末間通信部
１１０…バス
１５１…サーバ・ネットワーク管理部
１５２…負荷分散制御部
１５３…通信部
１５５…シリコン・ディスク
１５６…配信用コンテンツ蓄積部
１５７…バス

Claims

接続サーバ経由で移動端末間のデータ通信を行なう通信システムであって、
各接続サーバの位置情報を計測する手段と、
各接続サーバの位置情報に基づいてネットワーク情報を更新する手段と、
を具備することを特徴とする通信システム。
各接続サーバは、自セル内の移動端末と接続し、
前記のネットワーク情報を更新する手段は、隣接する接続サーバ間のセル状況に基づいて接続サーバ同士の接続関係を更新する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
前記の通信システムは新規の接続サーバの設置を許容し、
前記のネットワーク情報を更新する手段は、新規の接続サーバに隣接する接続サーバを抽出し、新規の接続サーバの設置により影響を受けるセルを特定し、各セル毎に接続サーバ間の距離に基づいて接続サーバ間の接続関係を組み替える、ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
移動端末のセルを跨いだ移動に伴って、該移動端末へコンテンツを送信する接続サーバを次の通信予定の接続サーバに切り替えるコンテンツ送信管理手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
各接続サーバの処理能力を監視し、接続サーバの地理的位置に応じた負荷分散を制御する負荷分散制御手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
前記負荷分散制御手段は、移動端末の予測される移動先を考慮して負荷分散を制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載の通信システム。