JP2005176326A - 複数の接続によって共有される無線媒体へのアクセスを制御するための方法 - Google Patents

複数の接続によって共有される無線媒体へのアクセスを制御するための方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、共有無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御方法に関する。
【解決手段】 本発明の方法は、それぞれ新たな接続に対してリソースの提供の可否を判定するために判定基準を適用する。その判定基準は、必要とされるフレームの再送信の回数(R)を計算するステップであって、該再送信の回数(R)は、目標アプリケーションPDU誤差率(ε)と、データリンク層平均誤差率(BER)と、送信されたフレームの前記最大サイズ(L)とに基づく、再送信の回数を計算するステップと、目標アプリケーションPDU誤差率(ε)の場合に、計算された再送信の回数(R)に基づいて達成可能なサービス品質パラメータ(T’)を計算するステップと、前記それぞれの達成可能なサービス品質パラメータ(T’)に基づいて、リソースを接続に対して提供できるか否かを判定するステップとを含む。
【選択図】 図2

Description

本発明は、共有される無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御(admission control)方法に関し、各接続は所定の目標アプリケーションプロトコルデータユニット誤差率と少なくとも1つの付加的なサービス品質要件とを必要とし、共有無線媒体上での伝送は、あるデータリンク層平均誤差率の場合に、所定の最大サイズのフレームを伝送するように行われ、その方法は、新たな接続のためにリソースを割り当てられるか否かを判定するために、新たな接続毎に1つの判定基準を適用する。本発明では、データリンク層レベルにおいて、自動再送要求(ARQ)アルゴリズムが実施されるものと仮定される。
そのような方法は、サービス品質要件を伴う接続の認証制御のために用いられる。
本明細書において用いられる「接続」は、2つの異なるネットワーク装置間に、1つまたは複数のデータフローを伝送するために確立される専用の経路を意味する。1つの接続はいくつかのフローを移送し、各データリンク層プロトコルデータユニット(PDU)は異なるフローから発行されるデータを含んでもよい。
サービス品質要件を達成するために、その認証制御方法は、新たな接続に関連する負荷が、各共有リンク上の残りの許容可能な容量よりも小さい場合にのみ、この新たな接続の確立を容認する。Cがあるリンクの全容量であり、ρが許容可能な負荷であると仮定すると、このリンクの許容可能な容量はρ×Cである。そのリンク上に既にk個の接続が確立されており、接続iがD’に等しい帯域幅を使用するものと仮定すると、残りの許容可能な容量は以下の式に等しい。
Figure 2005176326
各接続は、0、1あるいはいくつかのサービス品質要件を有する場合があり、サービス品質は、そのフローを受信した後に、各ユーザを満足させるために必要とされる。
たとえば、あるアプリケーションが、最小スループット要件で1つのフローを生成する場合には、データリンク層は、このスループットに少なくとも等しい帯域幅を割り当てるべきである。
さらに、いくつかのフレームが誤差を含むことがある。これらのフレームは、目標アプリメーションPDU誤差率を達成するために、ARQアルゴリズムによって再送信されなければならない。
既知の認証制御方法では、そのリンクを共有する接続毎に必要とされる全ての再送信を実施して、その目標アプリケーションPDU誤差率を達成できるようにするほど、共有されるリンクの容量が十分であることを確保するための手段は提供されない。
本発明の目的は、1つのリンク上で利用可能なリソースの管理を改善するための方法を提供することである。
従って、本発明の主題は、共有無線媒体に対する接続の認証制御方法であって、
該判定基準は、
目標アプリケーションPDU誤差率と、それぞれのサービス品質要件とを達成するために必要とされるフレームの再送信の回数を計算するステップであって、該再送信の回数は、
目標アプリケーションPDU誤差率と、
データリンク層平均誤差率と、
送信されるフレームの最大サイズとに基づく、再送信の回数を計算するステップと、
目標アプリケーション誤差率の場合に、計算された再送信の回数に基づいて達成可能なサービス品質要件を計算するステップと、
該それぞれの達成可能なサービス品質要件に基づいて、リソースを接続に対して提供できるか否かを判定するステップとを含むことを特徴とする。
特定の実施形態では、その方法は1つまたは複数の従属請求項の特徴を含む。
本発明は、図面を参照しながら、例示的に与えられるにすぎないが、以下に記載される説明を読むことにより、より理解が深められるであろう。
図1は、受信側エンティティ14とエアインターフェイスを介して通信するようになっている送信側エンティティ12を含む無線通信ネットワーク10を示す図である。このネットワークには、たとえばIEEE 802.11 WLANを用いることができる。
送信側エンティティ12は、最大サイズLバイトのロングフレーム(LF)を受信側エンティティ14に送信するようになっている送信装置16を備える。データリンク層は、ある平均ビット誤差率(BER)を有するものと仮定される。
送信側エンティティ12は、送信装置16にリンクされるいくつかのタイプのサービス18a、18b、18cおよび18dを含む。各タイプのサービスは、受信側エンティティ14に送信するために、送信装置16に1つまたは複数のフローを供給することができる。サービスタイプ18dはベストエフォートサービス(best effort service)専用のものである。この場合には、ユーザに対する保証が提供されないので、本発明は当てはまらない。
サービスタイプが18a、18b、18cのいずれかである各フローは、ユーザを満足させるために、ある最大アプリケーションPDU誤差率εで、受信側エンティティ14によって受信されなければならない。
最大アプリケーションPDU誤差率εを達成するために、受信側エンティティによって誤差のあるフレームが検出されるとき、データリンク層は、それらのフレームを再送信するようになっている。誤差のある1つのフレームが受信されるとき、データリンク層プロトコルに従って、全フレームが再送信される。
さらに、接続毎に1つまたは複数のサービス品質要件が達成されなければならない。
たとえば、音声サービスの場合、端末相互間伝送遅延が、最大許容遅延Dよりも小さく抑えられなければならない。
テレビ会議サービスの場合、その接続に割り当てられる帯域幅は、アプリケーションレベルにおける最小スループットTを保証しなければならない。
サービスによっては、目標アプリケーションPDU誤差率εに加えて、スループットまたは遅延要件が達成されなければならない。
サービス品質要件D、Tおよび目標アプリケーションPDU誤差率εは、受信側エンティティの出力において満たされなければならない。
最大アプリケーションPDU誤差率εならびにサービス品質要件Dおよび/またはTが達成されることを確保するために、送信装置16は、以下に開示されるような認証制御方法を実施するための役割を果たす認証制御装置20を備える。
あるアプリケーションが最大サイズTバイトのPDU TSを出力するものと仮定される。
ロングフレームの場合には、図1に示されるような最大サイズLバイトの新たなフレームLFを構成するために、アプリケーションPDUが送信装置16によって統合される。それぞれ新たに統合されたフレームLFの最大サイズLは、それぞれ出力されるアプリケーションPDU TSに全ての中間層ヘッダを加えた最大サイズTよりも大きい。
認証制御方法の第1の実施形態が図2に開示される。その方法によれば、最小スループットTが、最大伝送アプリケーションPDU誤差率εとともに達成できるようになる。
第1のステージ100では、目標アプリケーションPDU誤差率εを達成するために必要とされる再送信の数Rが以下のように計算される。
Figure 2005176326
ただし、φは関数であり、その関数には、たとえばφ(x)=x,∀xあるいはφ(x)=αx,∀xを用いることができ、α∈Rである。
κを、中間層を横断する間に生じるトラフィックとする。
ステップ102では、サービス品質要件(複数も可)を達成するためにデータリンク層レベルにおいて確保するための帯域幅T’が、アプリケーションスループットT、再送信の回数Rおよびパラメータκに基づいて決定される。
帯域幅T’は以下のように定義される。
Figure 2005176326
アプリケーションPDUが周期的プロファイル(2つの連続するアプリケーションPDU間にP秒)に従って送出され、Hが中間層ヘッダのビットサイズを表す場合、κは、κ=H/Pで計算できる。
ステップ104では、残りのリンク容量が、新たな接続に帯域幅T’k+1を割り当てるのに十分であるか否かが検査される。たとえば、Cが送信装置16から受信機14へのリンクの容量であり、ρがこのリンク上で許容可能な負荷である場合には、ステップ104において、そのリンクが依然として、新たな接続に対する帯域幅T’k+1を確保するだけの十分に許容可能な容量を残しているか否かが判定される。各接続iが帯域幅T’を必要とするものと仮定すると、残りの許容可能な容量は以下の式に等しい。
Figure 2005176326
従って、以下の式が成り立つか否かが検査される。
Figure 2005176326
その容量が十分である場合には、ステップ106において、新たな接続が確立され、そうでない場合には、ステップ108において、その接続は拒否される。
図3は、端末相互間の伝送遅延要件Dが、最大伝送アプリケーションPDU誤差率εとともに達成されるようにする方法のアルゴリズムを示す。
前述したように、ステップ200において、必要とされる再送信の回数Rが、ε、BERおよびLの関数として計算される。
ステップ202では、再送信によってもたらされる送信持続時間が、D’=(R+1)×RTTとして推定される。ここで、RTTはラウンドトリップ時間である。すなわち、このRTTは、送信装置から受信機までの端末相互間の時間の伝送遅延であり、逆方向の経路の場合、LFフレーム毎の処理および待機時間を含む。
ステップ204の認証制御方法では、新たに計算された端末相互間の伝送遅延D’が要求される最大の相互端末間伝送遅延Dよりも小さいか否かを判定する。D’<Dである場合には、ステップ206において、その接続が確立され、そうでない場合には、ステップ208において、その接続は拒否される。
図2および図3のアルゴリズムでは、2つの異なるサービス品質要件が開示されており、各要件は個別に達成される。実際には、両方の要件が必要とされる場合があり、この場合には、その認証制御方法によって、両方の要件が満たされた場合にのみ、接続が確立されることができる。
図4は、アプリケーションPDUを分割する別の無線通信ネットワークを示す。そのネットワークには、たとえばハイパーLAN2 WLANを用いることができる。
図4では、図1と同じ参照番号は、図1と同じユニットを参照する。
分割の場合、データリンク層PDUはSFによって示されるショートフレームである。それらの最大バイトサイズはSによって表され、TSで示されるアプリケーションPDUの最大サイズTよりも小さい。結果として、各アプリケーションPDU TSに中間層のヘッダを加えたものが、送信装置16によってn個のショートフレームSFに分割される。
分割される場合には、再送信の回数Rは、TSアプリケーションPDUを構成するn個のショートフレームSF間に割り当てられる。
以下の式によって、α(n,R)を定義する。
Figure 2005176326
また以下の式によって、LERを定義する。
Figure 2005176326
ここで、φは関数であり、その関数には、たとえばφ(x)=x,∀xあるいはφ(x)=αx,∀xを用いることができ、α∈Rである。
が「r回SFを再送信した後に、アプリケーションPDU TSが誤差を含む」なるイベントを表すものとする。
確率IP(E)は、以下のように帰納法によって計算される。
Figure 2005176326
アプリケーションPDU誤差率の目標値を達成するために必要とされる再送信の回数を計算するために、R=inf{r∈IN:IP(E)≦ε}が達成されるまで、IP(E)が帰納によって計算される。再送信されたSFの数はRによって与えられるのに対して、送信されたSFの全数はR+nに等しい。
認証制御の1つの実施形態が図5に開示される。その方法によれば、最大スループットTが、最大伝送アプリケーションPDU誤差率εとともに達成されるようになる。
ステップ300では、必要とされる再送信の回数Rが、ε、BER、nおよびSの関数として先に説明されたように計算される。
要求されるスループットTを達成するために、確保するための帯域幅T’が、ステップ302の場合には、T’=(1+R/n)×(T+κ)として計算される。ここで、κは中間層を横断する間に生じるトラフィックである。アプリケーションPDUが周期的プロファイル(2つの連続するアプリケーションPDU間にP秒)に従って送出され、Hが中間層ヘッダのビットサイズを表す場合、このパラメータは、κ=H/Pとして計算されることができる。
その後、図2のステップ104、106および108に対応する検査ステップ304および接続ステップ306あるいは接続拒否ステップ308が実施される。
遅延のおおよその上限は、図3に説明された事例の場合と同様に計算されることができる。ただし、D’は、D’=(1+R)RTTとして計算される。
図6は、端末相互間の伝送遅延要件Dが、最大伝送アプリケーションPDU誤差率εとともに達成されるようにする方法の別のアルゴリズムを示す。その事例では、D’が、確率論によってさらに正確に計算される。
ステップ400では、必要とされる再送信の回数Rが、ε、BER、nおよびSの関数として先に説明されたように計算される。
ステップ402では、D’が、確率分布関数として計算される。
この場合、以下の式が得られる。
Figure 2005176326
ここで、xが部分集合Aの中に存在する場合に限って、II(x)=1である。
ステップ404では、最大遅延Dδが、δで示される誤差の許容されるマージンに従って計算される。
δは、IP(D’≧Dδ)≦δになるように選択される。
ステップ406では、テストが実行され、その要求される遅延DがDδ以下である場合に、ステップ408において、新たな接続が容認されるようになる。そうでない場合には、その接続はステップ410において拒否される。
いくつかのアプリケーションPDUを1つのロングフレームに統合するネットワークを示す図である。 本発明の実施形態1による認証制御方法のフローチャートである。 本発明の実施形態2による認証制御方法のフローチャートである。 各アプリケーションPDUをいくつかのショートフレームに分割するネットワークを示す図である。 本発明の実施形態3による認証制御方法のフローチャートである。 本発明の実施形態4による認証制御方法のフローチャートである。

Claims (15)

  1. 共有無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御方法であって、各接続は、所定の目標アプリケーションプロトコルデータユニット(PDU)誤差率(ε)と少なくとも1つの付加的なサービス品質要件(D;T)とを要求し、前記共有無線媒体上の伝送は、データリンク層平均誤差率(BER)で、所定の最大サイズ(L;S)のフレーム(LF;SF)を伝送するように行われ、この認証制御方法は、それぞれ新たな接続に対してリソースを提供できるか否かを判定するために、その新たな接続に対してある判定基準を適用し、
    その判定基準は、
    前記目標アプリケーションPDU誤差率(ε)と、それぞれの前記サービス品質要件(D;T)とを達成するために必要とされるフレーム(LF;SF)の再送信の回数(R)を計算するステップであって、
    前記目標アプリケーションPDU誤差率(ε)と、
    前記データリンク層平均誤差率(BER)と、
    送信された前記フレーム(LF;SF)の最大サイズ(L;S)とに基づいて、再送信の回数を計算するステップと、
    前記目標アプリケーションPDU誤差率(ε)において、前記計算された再送信の回数(R)に基づいて達成可能なサービス品質パラメータ(D’;T’)を計算するステップと、
    それぞれの達成可能な前記サービス品質パラメータ(D’;T’)に基づいて、リソースを前記接続に対して提供できるか否かを判定するステップとを含むことを特徴とする、共有無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御方法。
  2. 前記サービス品質要件は、1つの接続によって要求される最大端末相互間伝送遅延(D)であることを特徴とする、請求項1に記載の共有無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御方法。
  3. 前記サービス品質要件は、1つの接続によって要求される最小スループット(T)であることを特徴とする、請求項1に記載の共有無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御方法。
  4. いくつかのアプリケーションPDUがロングフレーム(LF)に統合され、前記共有無線媒体上で伝送される該ロングフレーム(LF)の最大サイズ(L)は、前記アプリケーションPDUに全ての中間層のヘッダを加えた最大サイズ(T)よりも大きいことを特徴とし、前記必要とされる再送信の回数(R)は、
    Figure 2005176326
    であり、ここで、
    BERは前記データリンク層の前記平均ビット誤差率であり、
    Lは伝送されたデータリンク層PDU(LF)の最大バイトサイズであり、
    εは前記目標アプリケーションPDU誤差率であり、
    φはある関数であることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか一項に記載の共有無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御方法。
  5. ロングフレーム(LF)毎のラウンドトリップ時間をRTTとしたとき、達成可能な前記最大端末相互間伝送遅延D’は、D’=(1+R)RTTで表されることを特徴とする請求項2または4に記載の共有無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御方法。
  6. 確保するための帯域幅T’は、T’=(1+R)×(T+κ)であり、ここで、Dはアプリケーションスループットであり、κは中間層によってもたらされる付加的な帯域幅であることを特徴とする、請求項3または4に記載の共有無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御方法。
  7. 各アプリケーションPDUがいくつかのショートフレーム(SF)に分割され、前記共有無線媒体上で伝送される該ショートフレーム(SF)の最大サイズ(S)は、前記アプリケーションPDU(TS)に全ての中間層のヘッダを加えた最大サイズ(T)よりも小さく、結果として、該各アプリケーションPDU(TS)はn個のショートフレーム(SF)に分割されるようになることを特徴とし、前記要求される再送信の回数(R)は、ある閾値(ε)が達成されるまで帰納によって計算されることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか一項に記載の共有無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御方法。
  8. 要求される前記再送信の回数(R)は、R=inf{r∈IN:IP(E)≦ε}が達成されるまで、rに関する帰納法によって、「r回SFを再送信した後に、伝送されたアプリケーションPDU TSが誤差を含む」イベントの確率IP(E)を計算することによって定義されることを特徴とする、請求項7に記載の共有無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御方法。
  9. Figure 2005176326
    であり、ただし、BERは前記データリンク層上の平均ビット誤差率であり、φはある関数であり、
    Figure 2005176326
    であることを特徴とする、請求項8に記載の共有無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御方法。
  10. 確保するための帯域幅T’は、T’=(1+R/n)×(T+κ)であり、ただし、Tはアプリケーションスループットであり、κは中間層によってもたらされる付加的な帯域幅であることを特徴とする、請求項1、3、7、8および9のいずれか一項に記載の共有無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御方法。
  11. 前記達成可能な最大端末相互間伝送遅延D’は、D’=(1+R)RTTであり、ただし、RTTはショートフレーム(SF)毎のラウンドトリップ時間であることを特徴とする、請求項1、2、7、8および9のいずれか一項に記載の共有無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御方法。
  12. 前記端末相互間伝送遅延(D’)の確率分布関数は、
    Figure 2005176326
    であり、ただし、Rは予め決められており、x∈Aの場合に限って、II(x)=1であることを特徴とする、請求項1、2、7、8および9のいずれか一項に記載の共有無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御方法。
  13. 誤差の許容されるマージンがδであり、前記達成可能な端末相互間伝送遅延(D’δ)は、IP(D’>D’δ)≦δによって決定されることを特徴とする、請求項12に記載の共有無線媒体に対する、1つまたは複数のフローから構成される接続の認証制御方法。
  14. 認証制御装置にロードされるときに、該認証制御装置が請求項1ないし13のいずれか一項に記載の方法を実行できるようにする1組の命令を含む、認証制御装置のためのコンピュータプログラム製品。
  15. 共有無線媒体への接続の認証を制御するための認証制御装置であって、各接続は、所定の目標アプリケーションプロトコルデータユニット(PDU)誤差率(ε)と少なくとも1つの付加的なサービス品質要件(D;T)とを必要とする1つまたは複数のフローから構成されており、データリンク層は、誤差率(BER)で、所定の最大サイズ(L;S)のフレーム(LF;SF)を伝送するようになっており、該ユニットは、それぞれ新たな接続を確立するためのリソースを提供できるか否かを判定するために、該新たな接続に対してある判定基準を適用するための手段を含み、
    該判定基準を適用するための手段は、
    前記目標アプリケーションPDU誤差率(ε)と、前記それぞれのサービス品質要件(D;T)とを達成するために必要とされるフレーム(LF;SF)の再送信の回数(R)を計算するための手段であって、
    前記目標アプリケーションPDU誤差率(ε)と、
    前記データリンク層平均誤差率(BER)と、
    前記フレーム(LF;SF)の前記最大サイズ(L;S)とに基づき、再送信の回数(R)を計算するための手段と、
    前記目標アプリケーションPDU誤差率(ε)の場合に、前記計算された再送信の回数(R)に基づいて達成可能な前記サービス品質パラメータ(D’;T’)を計算するための手段と、
    前記それぞれの達成可能なサービス品質パラメータ(D’;T’)に基づいて、リソースを前記接続に対して提供できるか否かを判定する手段とを含むことを特徴とする、共有無線媒体への接続の許可を制御するための認証制御装置。
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