JP2005039822A - 階層オーバレイ・ネットワーク内の適応およびオンライン割り当ての方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】階層オーバレイ・ネットワーク内の適応およびオンライン割り当ての方法および装置を提供すること。
【解決手段】無線通信ネットワークの複数の層のうちの１つの層に対してユーザからのデータ伝送を割り当てるために使用される閾値を計算するための方法および装置が開示される。ユーザのデータ伝送の特性に応じてネットワーク内の１つの層に関して平衡メトリックが計算される。この平衡メトリックは次いで、同様にユーザの伝送の特性に応じてネットワークの第２の層に関して計算される。閾値は次いで、第２の平衡メトリックに対する第１の平衡メトリックの値に応じて調整される。データ・ユーザは次いで、同ユーザの特性の値に対する閾値の比較に基づいてネットワーク内の１つの層に割り当てられる。
【選択図】図１

Description

本発明は無線通信システムに関し、より詳細には、階層データ・オーバレイ・ネットワークのユーザ割り当て戦略に関する。

無線通信システムは、現代における通信において益々不可欠な様相を呈するようになってきている。次世代の無線ネットワークが直面している主要な課題の一部は、多数の高データ転送速度のユーザに対応できる効率的資源割り当ておよび移動性管理戦略にある。階層または多層ネットワーク・アーキテクチャは、例えばマクロセル層とミクロセル層を有するものだが、これらが最近では上記用途のために提案されている。

このような２層の階層ネットワークでは、異なるユーザを異なる層に割り当てる割り当て戦略は、今日まで、サービス・ブロックまたはコール・ドロップの確率を低減するために音声ユーザおよび回線交換サービスに適合されてきた。当業者では周知のこれらの割り当て戦略は、ミクロセルまたはマクロセルのセンターに対する移動ユーザの速度と、ハンドオフおよび切り替え回数に比例したミクロセルおよびマクロセルの横断回数とに焦点を合わせてきた。このような割り当て戦略は、固定したスループット率と限界のあるデータ遅延要件を有し、その着呼と呼の長さの処理が特定の統計モデルに準拠した音声ユーザに適している。

しかし、データ・ユーザは、場合によっては音声ユーザより集合した帯域幅を必要とするが、一般には遅延および最低限の連続データ転送速度要件に関しては音声ユーザよりも柔軟性が高く、使用パターンは音声ユーザと比較して異なる統計的分布を示す。例えば、電子メール通信は音声通信よりも伝送の遅延および中断による影響を受けにくい。インターネット・アクセスおよびファイル転送も同様に、合理的な応答時間と合理的な平均スループットが維持される限りバーストのある通信チャネルを許容することができる。さらに、音声装置と比較してデータ装置で通常使用可能なバッファリングが増加するため、またその通信の実質的に単向性であるという性質のため、ストリーミング・データの応用例でさえ音声通信よりもデータの中断に対してより高度な強固さを示す。

データ伝送と音声伝送の間の違いに対応するために、ユーザ割り当てでの最近の１つの試みは、伝送のデータ特性を考慮するかもしくは伝送の速度特性と共にデータ特性を考慮した。この試みは、本願（「‘８４４出願」）と同じ発明者による２００３年４月１１日出願の「Ｕｓｅｒ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ Ｆｏｒ Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ Ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ｏｖｅｒｌａｙ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」という名称の、本発明の譲受人に譲渡された同時継続の米国特許第１０／４１１８４４号に記載されている。本願は、音声およびデータ・ユーザの両方に対してこのようなユーザの伝送の異なる特性を考慮することによって通信ネットワーク内の異なる層に対する割り当て決定を行う割り当てシステムを記載している。
米国特許第１０／４１１８４４号

本発明者らは、音声ユーザに適した割り当て戦略が、音声ユーザとデータ・ユーザの両方をサポートする次世代の無線ネットワークにとっては非効率的かつ／または不適切である場合があることを認識している。具体的には、本発明者らは、音声メッセージを伝送するユーザを割り当てるために使用されるのと同じ割り当て基準に必ずしも基づく必要のないデータを伝送するユーザに対して割り当て方法を使用することが有利であると理解している。‘８４４出願は多くの点で有用だが、同出願の教示により開発された割り当て戦略が必要とする計算は比較的集約的かつ複雑であった。

本発明者らは、ユーザからのデータ伝送を無線通信ネットワーク内の複数の層のうちの１つの層に割り当てるために割り当て戦略で使用される伝送特性閾値を計算するためのさらに効率的で複雑でない方法および装置を発明した。具体的には、ユーザのデータ伝送の特性に応じてネットワーク内の１つの層に関して平衡メトリックが計算される。この平衡メトリックは次いで、同様にユーザの伝送の特性に応じてネットワークの第２の層に関して計算される。伝送特性閾値は次いで、第２の平衡メトリックに対する第１の平衡メトリックの値に応じて調整される。データ・ユーザは、同ユーザの特性の値に対する調整された閾値の比較に基づいてネットワーク内の１つの層に割り当てられる。本発明の方法および装置は、過度に複雑な計算を必要とせず、したがってユーザの要望の変化に適宜対応するよう割り当て戦略を調整するためにリアルタイムに近いオンラインとすることができる。

図１は、本発明の一実施形態による階層割り当てマネージャ（ＨＡＭ）１３０を有する階層ネットワークの一例を示している。簡潔にするため、層を２つのみとしたネットワークを示したが、当業者には、このようなネットワークは３つ以上の層に拡張することができることが理解されよう。図面の２つの層はマクロセル層およびミクロセル層と称する。マクロセル層１０２は、通常は地理的領域を対象として構成されている１つまたは複数のマクロセル（例えば、マクロセル１０４および１０６）を含んでいる。ミクロセル層１１６は、通常は局在する高使用量地域（すなわち、例えば空港、商店街、交通の拠点、および会議場内およびその周辺など、高使用量が予想されるか、または既に高使用量となっている地域）に高スループットを提供するために使用される１つまたは複数のミクロセル（例えば、ミクロセル１０８、１１０、１１２、および１１４）を含んでいる。

図１は、ミクロセル層またはマクロセル層を介してデータを送受信する移動局１１８、移動局１２０、および移動局１２２も示している。同時に、例えば速度ｖ_１の移動局１１８はマクロセル１０４に割り当てられているが、これは一例として伝送すべきデータ量Ｄ_ｒ１を有している。速度ｖ_２の移動局１２０はミクロセル１１２に割り当てられているが、これは一例として伝送すべきデータ量Ｄ_ｒ２を有している。最後に、速度ｖ_３の移動局１２２はマクロセル１０６に割り当てられているが、これは一例として伝送すべきデータ量Ｄ_ｒ３を有している。

マクロセルおよびミクロセルはセルサイトに集中されるが、それぞれのセルサイトはそのセルに割り当てられた無線ユーザ（例えば、移動ユーザ１１８、１２０、および１２２）をサポートするためのトランシーバ設備を含む。マクロセルおよびミクロセルは移動ユーザ交換局（ＭＵＳＯ）１２６にリンクされるが（リンクは図示せず）、この移動ユーザ交換局（ＭＵＳＯ）１２６は公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１２４への／からの音声呼に対する接続と、例示の通信リンク１３２を介した専用データネットワークまたは例示の通信リンク１３６を介した公共インターネット１２８への／からのデータ呼に対する接続を提供する。インターネット１２８は、例示の移動ユーザ１１８、１２２、および１２２と階層割り当てマネージャ（ＨＡＭ）１３０との間の接続も提供する。ＨＡＭ １３０は、本明細書ではミクロセル層１１６またはマクロセル層１０２である階層ネットワークの層のうちの１つにユーザのデータ伝送を割り当てるよう機能する。当業者には、ＨＡＭ １３０はＭＵＳＯ １２６の一部であるかまたはＭＵＳＯ １２６で共同ホストされるか、もしくはネットワークおよび／または基地局中のいかなる他の位置に配置されるかまたは分散されてもよいということが理解されよう。

図２は、図１のＨＡＭ １３０の一実施態様を示している。具体的には、図２はＨＡＭ １３０の２つの例示のコンポーネントである割り当てユニット（ＡＵ）２０２と最適化ユニット（ＯＵ）２０４を示している。ＡＵ ２０２は、計算された伝送特性閾値に基づいてシステムのマクロセル層またはミクロ層に対するユーザの動的割り当てを扱い、ＯＵ ２０４は伝送データを処理し、動的割り当て決定の際にＡＵによって使用される上記で参照した閾値の決定の際に使用されるメトリックを生成する。ＯＵによるメトリックおよび閾値の計算は、以下でより詳細に説明するが、例えば１〜５分ごとに定期的にまたは略リアルタイムで達成することができる。当業者には、このような計算に別の時間枠を利用することができることが理解されよう。

ＡＵ ２０２は、インターネットとの割り当てをインターフェースし、それによってＡＵと移動加入者の間に図１の移動ユーザ交換局１２６を介した接続を提供するネットワーク・インターフェース・ユニット２０６を含む。伝送すべきデータの速度および／またはサイズのような所望のユーザ伝送特性に関する情報を含む移動ユーザからの呼要求は、ネットワーク・インターフェース・ユニット２０６によって受信され、処理のために割り当てエンジン２０８に渡される。割り当て決定を行うために、割り当てエンジン（ＡＥ）２０８は、例えば最適化ユニットによって計算される特定の速度閾値などのような所望のユーザ伝送特性のために伝送特性閾値を利用する。特定ユーザによる伝送の所望の特性がこの閾値の範囲内にある場合（例えば、ユーザが閾値速度より遅く移動している場合）、同ユーザからの伝送はネットワークの１つの層（例えば、ミクロセル）に割り当てられる。一方、ユーザ伝送特性が閾値より大きい場合（例えば、ユーザが閾値速度より速く移動している場合）、同ユーザからの伝送はネットワークの第２の層（例えば、マクロセル）に割り当てられる。ＡＥの割り当て結果は（例えば、マクロまたはミクロセルのどちらか）はネットワーク・インターフェース・ユニット２０６を介して移動ユーザに伝達され、低レベルのハンドオフによって層割り当てを維持するために他の識別情報と共に移動ユーザ交換局１２６のユーザ・データベースに任意選択で記憶される。

上記のように、ＯＵ ２０４は、ネットワークの特定の層に対してユーザを割り当てる際にＡＵ ２０２によって使用される伝送特性閾値を生成するために特定のメトリックを計算する。本発明の原理による一実施形態では、これらの計算はネットワークで使用される割り当てシステムのタイプに依存する。例えば、速度割り当てシステム（ＶＡＳ）では、ＯＵ ２０４は、ユーザが何時ネットワークの特定の層に割り当てられるべきかを決定するために使用される速度閾値を計算する。あるいは、データ割り当てシステム（ＤＡＳ）では、ＯＵ ２０４は、ユーザが何時特定の層に割り当てられるべきかを決定するために使用されるデータ基準閾値（例えば、データ・サイズ閾値）を計算する。計算された閾値は、その閾値が割り当て決定を行うために使用される場合に本明細書のマクロセル層とミクロセル層のようなネットワークの異なる層の間のシステム使用量に最適なバランスがあるようなものであることが理想的である。

ＶＡＳまたはＤＡＳベースのシステムなど、いかなる割り当てシステムの場合でも、異なるシステム層の間に最適なバランスが存在するか否かを判定するために、システム層の動作特性に基づく特定の目標を設定する必要がある。例えば、いかなる割り当てシステムでも、動作特性はシステムのユーザ平均数であってよく、したがって目標はこのユーザ平均数を最低限に抑えることであってよい。この特定の目標は、ユーザが必要最低限の時間で伝送し、次いでシステムを出て、残りのユーザまたはいかなる新しく入ってきたユーザに対して使用可能な資源を解放することを可能にする。あるいは、そのようなシステムの別の動作特性はそのシステムの新しいユーザによって見られる予想されるシステム負荷であってよく、したがって目標はこの予想されたシステム負荷を最低限に抑えることであってよい。この目標は、新しいユーザのデータ要件を考慮した場合にすべてのユーザに漸増して伝送されるべき情報の合計ビット数（すなわち、ユーザ数に各ユーザが伝送しなければならないビット数を乗じた数）を最低限に抑える特定層への最良の割り当てをそれぞれの新しいユーザに与える。ユーザをネットワークの層に割り当てるための目標を構築するために使用される上記２つの動作特性は実際は単なる例示に過ぎない。当業者には、割り当て戦略を行うためのこのような目標を構築するために使用されるいかなる関連の動作特性でも同様に機能することが理解されよう。

例えばマクロセル層とミクロセル層の間にシステム・バランスがあるか否かを判定するために、これら２つの異なる層の間のいかなる所与の時点におけるバランスでも平衡メトリックの使用によって測定することができる。この平衡メトリックは、達成されるべき特定の動作特性に直接関連している（例えば、システムのユーザ平均数またはシステムの新しいユーザによって見られる予想されるシステム負荷）。

本発明の原理による一実施形態では、割り当てシステムが選択されるが、この割り当てシステムのパフォーマンス目標はシステムのユーザ平均数を最低限に抑えることである。システムのユーザ平均数は次の式によって定義することができる。
Ｅ［Ｎ_ｓｙｓ］＝Ｅ［Ｎ_ｍ］＋Ｅ［Ｎ_μ］ （１）
上式で、Ｅ［Ｎ_ｓｙｓ］はシステムのユーザ平均数であり、Ｅ［Ｎ_ｍ］はマクロセル層のユーザ平均数であり、Ｅ［Ｎ_μ］はミクロセル層のユーザ平均数である。等式１から分かるように、システムのユーザ平均数を最低限に抑えるには、項Ｅ［Ｎ_ｍ］とＥ［Ｎ_μ］の合計が最低限に抑えられるような方法でＥ［Ｎ_ｍ］とＥ［Ｎ_μ］を調整すべきである。

目標がユーザ平均数を最低限に抑えることである場合、この調整を達成するためには、マクロセル層とミクロセル層を比較するために使用される平衡メトリックの目標は次のように示すことができる。
Ｘ_ｍ＝Ｘ_μ （２Ａ）
上式で、

であり、また

である。
等式２Ａ、２Ｂ、および２Ｃで、Ｃ_ｍはマクロセル層のセル容量（すなわち、マクロセルでの合計セル・スループット）であり、λ_ｍはマクロセルに対するユーザ割り当て後の着呼率であり、Ｃ_μはミクロセル層のセル容量（すなわち、ミクロセルでの合計セル・スループット）であり、λ_μはミクロセルに対するユーザ割り当て後の着呼率であり、Ｘ_ｍはマクロセル層に対する平衡メトリックであり、Ｘ_μはミクロセル層に対する平衡メトリックであり、

はマクロセルでのユーザの平均データ・サイズであり、

はミクロセルでのユーザの平均データ・サイズであり、式

はネットワークでの例示の層「ｘ」に対する平衡メトリックである。ＤＡＳシステムでは、

は、式

によって定義され、

は、式

によって定義される。同様に、ＶＡＳシステムでは、

は、式

によって定義され、

は、Ｅ［Ｄ］をユーザ母集団の全ユーザの平均データ・サイズとして、式

によって定義される。

等式２Ａ〜２Ｃでは、Ｃ_μおよびＣ_ｍは割り当て戦略から独立しているが、λ_ｍおよびλ_μは使用される特定の割り当て戦略（例えば、ＶＡＳまたはＤＡＳ）に依存しており、割り当て決定がなされる前にシステムの着呼率の累積に応じて定義することができる。ネットワークのミクロセル層（本明細書では呼の率λ_１で示す）とネットワークのマクロセル層（本明細書では呼の率λ_２で示す）の累積率はこのようになる。ミクロセルの率λ_１で計数された呼の一部はミクロセル層に割り当てられず、代わりにマクロセル層に割り当てられるので、これらの累積率の使用は必須である。したがって、一部には累積データ率λ_１およびλ_２に依存して、ネットワークの２つの層の間に割り当て決定がなされ、その結果、割り当て後データ率λ_μおよびλ_ｍがミクロおよびマクロセル層で達成される。したがって、等式２Ｂおよび２Ｃのλ_μおよびλ_ｍ（それぞれに、ミクロセルおよびマクロセル層に実際に割り当てられた呼の率を表す）は、さらに具体的には次のように定義される。
λ_μ＝λ_１ｑ_μ （３）
および
λ_ｍ＝λ_２＋λ_１ｑ_ｍ （４）
上式で、ｑ_μはユーザがミクロセル層に対する割り当てに関する基準を満たす確率であり、ｑ_ｍはユーザがマクロセル層に対する割り当てに関する基準を満たす確率である。

上記のように、λ_μおよびλ_ｍは使用される割り当てシステムに依存する。具体的には、この依存関係は、割り当て戦略によって異なるｑ_μおよびｑ_ｍの確率の計算に反映される。具体的には、ＶＡＳベースのシステムでは、ｑ_ｍおよびｑ_μは次のように計算される。

および

上式で、ｄはユーザが伝送するデータであり、Ｄ_ｍｉｎはユーザ母集団のいかなるユーザによっても伝送されるべき最低データ量であり、Ｄ_ｍａｘはユーザが伝送すべき最大データ量であり、ｖはユーザの速度であり、Ｖ_ｍｉｎはユーザ母集団での最低速度であり、Ｖ_ｍａｘはユーザ母集団での最大速度であり、Ｖ_０はユーザがそれより上でシステムの特定層に割り当てられる速度閾値である（すなわち、本明細書では、一例として、ハンドオフを最低限に抑えるために平均速度Ｖ＞Ｖ_０のユーザがマクロ層に割り当てられる）。一方、ＤＡＳベースのシステムでは、ｑ_μおよびｑ_ｍは次のように計算することができる。

および

上式で、変数は上記のＶＡＳシステムと定義され、Ｄ_０はユーザがこれより上でシステムの特定層に割り当てられるデータ・サイズ閾値である（すなわち、本明細書では、一例として、マクロセルに比べてミクロセルの容量が本質的に大きいため、そのデータ量がＤ＞Ｄ_０であるユーザがミクロ層に割り当てられる）。

したがって、上記の等式３〜８は、等式２Ａの平衡メトリックの両側を決定するために必須の計算を提供する。マクロセル層を表す等式２Ａの側（すなわち、Ｘ_ｍ）がミクロセル層を表す側（すなわち、Ｘμ）より大きい場合、一例として、ユーザがマクロセル層に割り当てられる閾値は適切に変更される（例えば、ＶＡＳベースのシステムではユーザがマクロセル層に割り当てられる速度が上げられ、ＤＡＳベースのシステムではユーザがマクロセル層に割り当てられるデータ・サイズが低減される）。ＸμがＸ_ｍより大きい場合はこの反対のことが行われる（すなわち、マクロセル層に割り当てるための閾値がＶＡＳシステムでは低減され、ＤＡＳシステムでは上げられる）。

続いて、本発明の原理により、バランスが等式２Ａに従って達成される閾値を決定することができる（すなわち、等式２Ａの２つの側が等価である閾値）。この閾値を、本明細書では最適閾値と呼ぶ。目標がＤＡＳベースのシステムのユーザ平均数を最低限に抑えることであるシステムでは、最適なデータ・サイズの閾値は次の式によって決定することができる。

また、ＶＡＳベースのシステムでは、最適速度閾値は次の式によって決定することができる。

等式９および１０では変数は上記のように定義されるが、Ｄ_０ ^＊は間隔［Ｄ_ｍｉｎ，Ｄ_ｍａｘ］内になるよう制約される最適なデータ閾値であり、Ｖ_０ ^＊は間隔［Ｖ_ｍｉｎ，Ｖ_ｍａｘ］内になるよう制約される最適な速度閾値である。Ｅ［Ｄ］は、ここでもまた、結合されたマクロセル層とミクロセル層のユーザ母集団の全ユーザの平均データ・サイズである。したがって、ＤＡＳおよびＶＡＳシステムでの最適データ閾値Ｄ_０ ^＊および／または最適速度閾値Ｖ_０ ^＊は、それぞれにネットワークのマクロおよびミクロセル層に対するユーザの最適な割り当てを許可するために計算することができる。したがって、これらのマクロおよびミクロセル層の間でバランスが達成される。

上記説明では本発明の原理により一実施形態を考慮しており、したがってＶＡＳまたはＤＡＳベースのどちらかの割り当てシステムの目標はネットワーク内のユーザ平均数を最低限に抑えることである。上記のように、当業者には、選ばれた割り当てシステムの最適なパフォーマンスを達成するために多くの別の目標を使用できることが理解されよう。１つのこのような代わりの目標は、本発明の原理による代替形態で、ネットワークのマクロまたはミクロセル層の１つに割り当てられるべき新しく入ってきたユーザによって見られる予想されるシステム負荷を最低限に抑えることである。本明細書では、ユーザからの新しい呼がネットワークに到着した際に予想されるシステム負荷は伝送を待ち受けるネットワークの平均ビット数であると定義される。このような予想されるシステム負荷は次のように定義される。

上式で、Ｅ［Ｌ_ｓｙｓ］は予想されるシステム負荷であり、Ｐｒ（ｍ）およびＰｒ（μ）はそれぞれユーザがマクロおよびミクロセル層に割り当てられる確率であり、Ｅ［Ｎ_ｍ］およびＥ［Ｎ_μ］はそれぞれマクロおよびミクロセルのユーザ平均数であり、

および

はそれぞれマクロセルおよびミクロセルに割り当たられたユーザによって伝送されるべき平均データ量である。
この場合、平衡メトリックの目標は、

および

として、ここでもまた等式２Ａによって計算することができる。しかし、当業者には、

はＥ［Ｎ_ｍ］、すなわちマクロセル層の平均ユーザ数に等しいだけであることが理解されよう。同様に、

はＥ［Ｎ_μ］、すなわちミクロセル層の平均ユーザ数に等しい。したがって、予想されるシステム負荷を最低限に抑える目標の平衡メトリックはＸ_ｍ＝Ｅ［Ｎ_ｍ］およびＸ_μ＝Ｅ［Ｎ_μ］で表すことができる。この平衡等式には、マクロおよびミクロセル層の両方で所与の時間に亘りユーザ平均数が容易に使用可能であり、セル容量を事前に知っている必要はないという利点がある。

続いて、本発明の原理により、割り当てシステムの目標が予想されるシステム負荷を最低限に抑えることである場合、上記の平衡等式Ｅ［Ｎ_ｍ］＝Ｅ［Ｎ_μ］に従ってバランスが達成されるように、ＤＡＳベースのシステムの最適データ・サイズ閾値Ｄ_０ ^＊は次の式によって決定することができる。

ＶＡＳベースのシステムでは、この等式のバランスは、次のように最適速度閾値Ｖ_０ ^＊を計算することによって達成することができる。

等式１４および１５の変数は上記のように定義される。ここでもまた、等式１４では、Ｄ_０ ^＊は間隔［Ｄ_ｍｉｎ，Ｄ_ｍａｘ］内になるよう制約されており、等式１５では、Ｖ_０ ^＊は間隔［Ｖ_ｍｉｎ，Ｖ_ｍａｘ］内になるよう制約されている。

したがって、上記の説明では、ユーザをそれぞれＤＡＳベースのシステムまたはＶＡＳベースのシステムのネットワーク層に割り当てるために最適なデータ・サイズ閾値と最適な速度閾値を決定することに集中した。２つの異なる例示のシステム目標（多くの可能な目標のうちから）、すなわちシステムのユーザ最少平均数と最低予想システム負荷を考慮した。等式９、１０、１４、および１５の最適データ・サイズおよび速度閾値は有用だが、これらはそれぞれに最適値を計算するためにシステムに関するある程度の量の事前情報を必要とする。具体的には、これらの等式はそれぞれにマクロおよびミクロセル容量、ユーザ母集団全体における速度およびデータ・サイズの側面分布、および着呼率の知識を必要とする。残念ながら、実際のシステムではこのような知識は入手可能でない場合があり、したがって推定しなければならない。推定されるべき情報は時間依存性である場合がしばしばであるため推定は難しく、したがってこのような計算を実行する唯一の実際的な方法はオフライン方式でこれらの計算を遂行することである（すなわち、最適閾値に更新を実行し、新しいユーザをネットワーク層に割り当てるには時間が不十分である）。

本発明者らは、そのような推定を行わず、ユーザをオンライン方式でリアルタイムまたはリアルタイムに近い方法でネットワーク層に割り当てることが割り当てシステムの望ましい目標であるということを理解している。したがって、本発明の原理により、推定を必要としないこのような等式は、計算された最適閾値を所与の期間に亘って一定に保つことにより得ることができる。閾値は短期間（例えば、１分未満）で大きく変動する可能性はないのでこれは可能である。計算された最適閾値は各更新間隔の始まりにだけ更新される。したがって、等式２Ａに表した平衡メトリックの目標は次のように表すことができる。
Ｘ_ｍ［ｋ］＝Ｘ_μ［ｋ］ （１６）
上式で、Ｘ_ｍ［ｋ］およびＸ_μ［ｋ］は、ｋ番目の更新間隔の始まりのマクロおよびミクロセル層の平衡メトリックの値を表している。この間隔の始まりに、Ｘ_ｍ［ｋ］およびＸ_μ［ｋ］の値の間に存在するいかなる不均衡にでも応じて最適閾値（データ・サイズまたは速度のどちらか）が更新される。

このような更新方法により、ＶＡＳベースのシステムでは最適速度閾値が、

に従って更新される。上式で、Ｖ_０［ｋ］はｋ番目の更新間隔での最適速度閾値であり、β_ｖはアルゴリズムの収束速度を調整するために調節することのできる更新量パラメータであり、γ_ｖは、実行される更新回数が増えるにつれて（したがって速度閾値が対象となる値に近づくにつれて）アルゴリズムが行う調整をより少なくする時間割引係数であり、Ｖ_０［ｋ−１］はｋ−１更新間隔で使用される速度閾値である。項

は、速度閾値に対して行う増分変更を少なくすることによって更新アルゴリズムの収束を保証し、リミット・サイクル（すなわち、どちらも適切な閾値でない閾値の２つの値の間で前後に飛ぶこと）を回避する。当業者には、β_ｖおよびγ_ｖのような変数は多くの形をとることができることが理解されよう。したがって当業者は、これらの変数で使用するのに適した異なる値および／または式を考案することができよう。

マクロおよびミクロセル層の両方に対する計算がＸ_ｍ［ｋ］＞Ｘ_μ［ｋ］という結果を生じる場合、マクロセル層に割り当てられているユーザ数が多すぎ、ミクロセル層に都合のよい不均衡が生じることになる。したがって最適速度閾値は、ミクロセルのユーザ数を増やすような方法で調整すべきである（すなわち、Ｖ_０を増やすべきである）。同様に、Ｘ_ｍ［ｋ］＜Ｘ_μ［ｋ］ならば、Ｖ_０は減らされる。当業者には、等式１７によって得られるＶ_０［ｋ］の更新された値が間隔［Ｖ_ｍｉｎ，Ｖ_ｍａｘ］になるよう制約されることが理解されよう。

等式１７の最適速度閾値は有用だが、この等式の潜在的な欠点は、この等式が最後の更新間隔ｋ−１で取られた測定値の影響を非常に受け易い場合があるということである。したがって、本発明の原理により、平衡メトリックの違いの指数加重移動平均を考慮する「より平滑な」更新規則を使用することができる。このような規則は以前の更新間隔で取られた測定値ほど影響を受けないので、このような規則はより平滑であると見なされる。平衡メトリックの違いの指数加重移動平均は次のように表現することができる。
Δ［ｋ］＝（１−α_ｖ）［Ｘ_ｍ［ｋ］−Ｘ_μ［ｋ］］＋α_ｖ・Δ［ｋ−１］ （１８）
上式で、Δ［ｋ］は加重移動平均であり、Ｘ_ｍ［ｋ］はｋ番目の更新間隔でのマクロセル層に対する平衡メトリックであり、Ｘ_μ［ｋ］］はｋ番目の更新間隔でのミクロセル層に対する平衡メトリックであり、α_ｖはα_ｖ∈［０，１］とした場合の平滑化係数であり、Δ［ｋ−１］はｋ−１更新間隔での計算済み加重移動平均である。過去の測定値により多くの重みまたはより少ない重みを与えるために、項α_ｖを選ぶかまたは調節することができる。

等式１８の加重平均を考慮し、したがって以前の更新からの平衡メトリックの瞬時の変更から受ける影響の少ない、得られた最適速度閾値更新は次のように表現することができる。

アルゴリズムが収束した場合（すなわち、速度閾値の連続値が事実上等価である場合）、Δ［ｋ］＝０となり、これは適宜、Ｘ_ｍ［ｋ］＝Ｘ_μ［ｋ］を導く。着呼率および／またはマクロおよびミクロセルに対するユーザの分布の変化は、Δ［ｋ］の値を増大させる平衡メトリックの不均衡によって間接的に検出されるが、この不均衡は速度閾値の更新をトリガする。当業者には、上記に鑑み、加重平均が着呼率および／またはユーザの分布の変化に比較的迅速に反応することを可能にするために定期的にｋの値を１にリセットすることが望ましい場合があることが理解されよう。例えば、ｋの値は所与の回数（例えば、一例として２０回の更新）の更新計算後に変更することができる。あるいは、マクロおよびミクロ層の間の平衡メトリックの違いが小さい場合は何時でもｋの値をリセットすることができる。

等式１６〜１９の上記説明はＶＡＳベースのシステムにのみ適用されたが、この説明の原理は同様に有利な結果を有するＤＡＳベースのシステムにも同様に適用することができる。このようなシステムでは、データ閾値は等式１９のそれを厳密に反映する。具体的には、ｋ番目の更新間隔でのデータ閾値は次のように表現することができる。

上式で、

であり、また上式ではΔ［０］＝０であり、ここでもまたα_ｄ∈［０，１］である。等式１９と２０の間の唯一の違いは、一方がＤＡＳ関連であり他方がＶＡＳ関連である以外は、等式の項の間の記号の変更であるということに留意されたい。この違いは、ミクロセル層のユーザ数を増やすにはデータ閾値Ｄ_０を減らすべきであるが、同じ目標を達成するために速度閾値は増やすべきであるということに由来している。等式１６〜１９に関する上記のすべての解説は等式２０および２１の説明にも同様に適用される。当業者には、上記のようにＶＡＳベースのシステムに対して選ばれたものと同様に調節可能なパラメータβ_ｄおよびγ_ｄを選ぶか、ＤＡＳベースのシステムのパフォーマンスを最適化するために別の方法でそれらのパラメータを選ぶこともできるということが理解されよう。

図３は、本発明の割り当て戦略による方法の一実施形態の工程を表す流れ図を示している。当業者には、この方法は、例えばソフトウェア命令を処理するコンピュータ・プロセッサで実行することができるということが理解されよう。このようなコンピュータ・プロセッサは、図２の最適化ユニット２０４内に、または図２に示すネットワークに内蔵かまたは外付けのいかなるコンピュータ・ハードウェア・コンポーネントの一部としてなど、いかなるネットワーク・コンポーネントにでも常駐することができる。

図３に戻り、工程３０１で、着呼の少なくとも１つのユーザ伝送特性に対して閾値が設定される。この閾値は、ユーザをネットワークの層に割り当てるために使用される。上記のように、この特性は、一例としてユーザのデータ・サイズまたは速度であってよい。次に工程３０２で、ネットワークの層ごとに平衡メトリックが、例えば図２の最適化ユニット（ＯＵ）２０４で計算される。工程３０３では、層ごとに平衡メトリックが本質的に同じであるか否かに関する判定が、ここでもまた一例としてＯＵ ２０４で行われる。各層に対するメトリックが本質的に同じ場合、これはこれらの層が最適に平衡を保っていることを示しており、工程３０５では、ユーザの伝送の特性に対応する値は閾値と比較され、そのユーザはその比較に応じてネットワーク層に割り当てられる。工程３０５での比較は、例えば図２の割り当てユニット（ＡＵ）２０２内の割り当てエンジン（ＡＥ）２０８によって行われる。

工程３０３で、層ごとの平衡メトリックは本質的に同じでないという判定が行われた場合、工程３０４で、層の間の最適なバランスを達成するために一例としてＯＵ ２０４によって（例えば、層の間の不均衡に比例して）閾値が調整される。工程３０４で一度閾値が調整されると、工程３０５で着呼の特性は調整された閾値に対してＡＵ ２０１のＡＥ ２０８で再度比較される。呼の特性が閾値と比較された後、その閾値が工程３０１で設定されたか工程３０４で調整されたかに関わらず、工程３０５での比較に応じ、また上記のように工程３０６ではユーザ伝送がネットワークの層に割り当てられる。

工程３０７で、それが次の更新間隔の始まりであるか否かに関して判定が行われる。始まりでない場合、システムは上記のように入ってくるユーザごとに工程３０５の比較に戻り、工程３０７でそれが次の更新間隔の始まりであると判定されるまでネットワークの層に工程３０６でのユーザを割り当て続ける。工程３０７でそれが次の更新間隔の始まりであると判定された場合、システムは工程３０３に戻り、ネットワークの各層に対する平衡メトリックが本質的に同じであるか否かに関して判定が行われ、閾値を調整するか（不均衡がある場合）または既に設定された閾値に基づいてユーザを割り当て続ける（不均衡がない場合）ために上記で概説した処理が続けられる。

上記は本発明の原理を例示したに過ぎない。したがって、本明細書では明示的に説明しまたは図示しないが、本発明の原理を実施し、本発明の趣旨および範囲内に含まれる様々な構成を当業者が考案することができるということが理解されよう。さらに、本明細書に記載のすべての実施例および条件付きの用語は、読者が本発明の原理を理解することを助けるための教示的な目的のみのために特別に意図されたものであり、またそのような具体的に記載された実施例および条件に限定するものではないと見なされるべきである。さらに、本発明の態様および実施形態を記載した本明細書のすべての表現ならびにその具体的な実施例は、その機能的等価物を包含するものである。

本発明の一実施形態による階層ネットワークおよび割り当てコントローラの一例を示す図である。 図１のネットワークの階層割り当てマネージャの一実施態様を示す図である。 図２の階層割り当てマネージャの動作を示す流れ図である。

Claims (10)

1. ユーザを無線通信ネットワークの複数の層のうちの１つの層に割り当てる際に使用するための伝送特性閾値を計算する方法において、
   第１の層の動作特性に基づいて第１の平衡メトリックを計算する工程と、
   第２の層の動作特性に基づいて第２の平衡メトリックを計算する工程と、
   前記第２の平衡メトリックに対する前記第１の平衡メトリックの値に応じて前記伝送特性閾値を調整する工程と
   を特徴とする方法。
2. 前記調整された伝送特性閾値に対する前記ユーザからの伝送の第１のユーザ伝送特性の値に応じて前記ユーザを層に割り当てる工程をさらに特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記伝送特性閾値が前記ユーザに／から伝送されるべきデータのサイズに対応する閾値であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記閾値が、等式
   

   

   に従って調整され、上式でＤ_０［ｋ］は前記閾値のｋ番目の更新間隔での最適なデータ・サイズ閾値であり、β_ｄは更新量パラメータであり、γ_ｄは時間割引係数であり、Ｄ_０［ｋ−１］はｋ−１更新間隔で使用されるデータ・サイズ閾値であり、Δ［ｋ］はマクロセル層とミクロセル層の間の前記平衡メトリックの違いの以前の値の加重移動平均であり、Ｄｍｉｎはユーザ母集団のいかなるユーザによっても伝送されるべき最低データ量であり、Ｄ_ｍａｘは前記ユーザに対応する最大可能データ・サイズであることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記伝送特性閾値が前記ユーザの速度に対応する閾値であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. ユーザを無線通信ネットワークの複数の層のうちの１つの層に割り当てる際に使用するための伝送特性閾値を計算するための装置において、
   第１の層の動作特性に基づいて第１の平衡メトリックを計算する手段と、
   第２の層の動作特性に基づいて第２の平衡メトリックを計算する手段と、
   前記第２の平衡メトリックに対する前記第１の平衡メトリックの値に応じて前記伝送特性閾値を調整する手段と
   を含むことを特徴とする装置。
7. 前記調整された伝送特性閾値に対する前記ユーザからの伝送の第１のユーザ伝送特性の値に応じて前記ユーザを層に割り当てる手段をさらに特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記伝送特性閾値が前記ユーザに／から伝送されるべきデータのサイズに対応する閾値であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
9. 前記閾値が、等式
   

   

   に従って調整され、上式でＤ_０［ｋ］は前記閾値のｋ番目の更新間隔での最適なデータ・サイズ閾値であり、β_ｄは更新量パラメータであり、γ_ｄは時間割引係数であり、Ｄ_０［ｋ−１］はｋ−１更新間隔で使用されるデータ・サイズ閾値であり、Δ［ｋ］はマクロセル層とミクロセル層の間の前記平衡メトリックの違いの以前の値の加重移動平均であり、Ｄｍｉｎはユーザ母集団のいかなるユーザによっても伝送されるべき最低データ量であり、Ｄ_ｍａｘは前記ユーザに対応する最大可能データ・サイズであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
10. 前記伝送特性閾値が前記ユーザの速度に対応する閾値であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
    

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