JP2006245887A

JP2006245887A - 無線ｍａｃ処理部における送信パケットスケジューリング方法、プログラム及び無線通信装置

Info

Publication number: JP2006245887A
Application number: JP2005057320A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shinpo; 宏之新保; Akira Idogami; 彰井戸上
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】高リアルタイム性パケットを高い優先度で送信しつつ、高信頼性パケットのスループットの低下や、データ取得要求に対するデータパケットが得られるまでの反応速度の低下をできる限り抑えることができる、無線ＭＡＣ処理部における送信パケットスケジューリング方法、プログラム及び無線通信装置を提供する。
【解決手段】無線通信装置に備えられる無線ＭＡＣ処理部の送信パケットスケジューリングに関する。本発明は、トラヒック制御パケットの送信優先度を、データパケットの送信優先度よりも高く設定する。また、データパケットとして、高リアルタイム性パケットと高信頼性パケットとが送信されており、トラヒック制御パケットは、高信頼性パケットのトラヒック制御パケットである。更に、トラヒック制御パケットは、データパケットの送達確認パケットであり、高信頼性パケットはＴＣＰに基づくものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線ＭＡＣ(Media Access Control)処理部における送信パケットスケジューリング方法、プログラム及び無線通信装置に関する。

無線通信装置は、無線ＭＡＣ処理部を有し、パケットの送出時点及び送出順序を決定する。このような機能は、一般に「無線スケジューラ」といい、その動作を「送信パケットスケジューリング方法」という。

通信装置は、基地局との間で、複数のユーザのパケットを多重化して送受信する。多重化方式としては、ＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access、直交波周波数分割多元接続)（例えば非特許文献１参照）や、ＴＤＭＡ(Time Division Multiple Access、時分割多重)等がある。ＴＤＭＡの場合、ある一定時間間隔をスロットという単位で区分し、１スロット当たり１ユーザしか送信を許さない。一方、スロット毎に、異なるユーザを割り当てることにより、複数のユーザが送信可能となる。

また、例えばＶｏＩＰ(Voice over IP)又はテレビ電話のようなリアルタイム性の高いパケット（以下「高リアルタイム性パケット」という）は、通常、他のデータパケットに比較して、優先的に送信するように設定される。これら高リアルタイム性パケットの遅延は、サービス自体の品質に影響するからである。従って、ファイルデータのように、受信側装置において高い信頼性を必要とするが、リアルタイム性を要求しないパケット（以下「高信頼性パケット」という）は、高リアルタイム性パケットよりも後回しで送信される。このような制御は、通常、ＱｏＳ(Quality of Service)制御と称される。ＱｏＳ制御には、多数の方式が存在し、例えば、パケット種別、ＩＰパケットのデータ量、バッファに蓄積されているデータ量、遅延許容度などのパラメータで優先度を決定し、優先度の高いバッファから送信するようにスケジューリングする方法が多い。

図１は、従来のシステム構成図である。

図１のシステムによれば、移動端末である携帯電話機１は、基地局２と無線回線を介して通信することができる。基地局２は、携帯電話事業者ネットワーク４に接続されており、ゲートウェイを介して更にインターネット５にも接続されている。インターネット５には、サーバ５が接続されており、これにより、携帯電話機１はサーバ５と通信することができる。

携帯電話機１の通信機能部におけるプロトコル構成について説明する。例えばサーバ５がＷＷＷサーバであるとするならば、アプリケーション部１０は、Ｗｅｂブラウザとして機能する。アプリケーション部１０は、送受信するメディアデータの形式に応じて、その下層のプロトコルを使い分ける。図１によれば、アプリケーション部１０の下層として、例えばＴＣＰ(Transmission Control Protocol)部１１と、ＵＤＰ(User Datagram Protocol)部１２と、ＲＴＰ(Real-Time Transport Protocol)部１３とがある。ＴＣＰ部１１、ＵＤＰ部１２及びＲＴＰ部１３は、その下層に位置するＩＰ(Internet Protocol)部１４を介して通信する。更に、ＩＰ部１４は、その下層に位置する無線ＭＡＣ処理部１５を介して通信する。

無線ＭＡＣ処理部１５は、ＩＰパケットを無線フレーム化する際に、ＱｏＳ制御を行う（例えば非特許文献１、２参照）。図１によれば、無線ＭＡＣ処理部１５は、優先度判定部１５０と、優先度の高い方から順にバッファ１５１、１５２及び１５３と、バッファ取出部１５４とを有する。優先度判定部１５０は、ＩＰパケットのデータ形式に応じて、当該ＩＰパケットをいずれのバッファに入力するかを判定する。一方、バッファ取出部１５４は、優先度の高いバッファから順にＩＰパケットを取り出し、そのＩＰパケットを変復調部１６へ通知する。変復調部１６は、基地局２との間で、無線回線を介してパケットを送受信する。尚、図１の右下には、ＴＤＭＡの場合のスロット割当状態が表されている。これによると、１スロットの時間間隔は、極少時間（例えば非特許文献２によれば１／６００秒）である。

以下の表１は、無線ＭＡＣ処理部のＱｏＳ制御の例を表す。表１によれば、高リアルタイム性パケットから順に優先度が決定されており、高信頼性パケットであるＴＣＰに基づくパケットは、必然的に優先度が低く設定されている。

IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part 16、「Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems」、IEEE Std 802.16-2004、1 Oct. 2004、IEEE 「cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification」、3GPP2 C.S.0024-A Version 1.0、Mar. 2004, 3GPP2、［online］、［平成１７年２月２０日検索］、インターネット＜URL: http://www.3gpp2.org/Public_html/specs/C.S0024-A_v1.0_040331.pdf＞ RFC793、「Transmission Control Protocol」、J. Postel、01 Sep. 1981、IETF、［online］、［平成１７年２月２０日検索］、インターネット＜URL: http://www.ietf.org/rfc/rfc0793.txt?number=793＞

前述した表１のＱｏＳ制御によれば、最低優先度に割り当てられるＴＣＰ（例えば非特許文献３参照）は、転送されるデータパケットの高い信頼性を確保するために、データパケットの受信に際して送達確認パケット「ＡＣＫ」を返答する。送信側装置は、ＡＣＫの受信を待って、次のデータパケットを送信するように構成されている。従って、ＡＣＫの到着の遅れは、送信側装置における次のデータパケットの送信の遅れにつながり、スループットの低下につながる。同様のことは、トラヒック制御パケットをやりとりするプロトコル全般で発生する。具体的には、ＴＣＰと同様にＮＦＳ(Network File System)のようなデータ送出に対して送達確認を返答するプロトコルや、ＨＴＴＰ(Hyper Text Transport Protocol)、ＰＯＰ(Post Office Protocol)、ＩＭＡＰ(Internet Message Access Protocol)のようにデータを取得するためにデータ取得要求を送出するようなプロトコルが対象となる。

また、ＴＣＰのＡＣＫのようなトラヒック制御パケットは、比較的パケットサイズが小さいものが多いため、バッファに蓄積されにくい。そうすると、通常の状態であっても、トラヒック制御パケットは、ＱｏＳ制御によって他のデータパケットよりも後回しにされやすい。

これら問題に対し、例えば、表２のように優先度を組み替えることもできる。

しかしながら、表２のように設定した場合、高信頼性パケットであるＴＣＰに基づくパケットは高い優先度で送信されるのに対し、本来優先すべきＶｏＩＰ又はテレビ電話のような高リアルタイム性パケットが優先的に送信されない。結局のところ、優先度の組み替えだけで、これら問題を解決することができない。

従って、本発明は、高リアルタイム性パケットを高い優先度で送信しつつ、高信頼性パケットのスループットの低下や、データ取得要求に対するデータパケットが得られるまでの反応速度の低下をできる限り抑えることができる、無線ＭＡＣ処理部における送信パケットスケジューリング方法、プログラム及び無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明は、無線通信装置に備えられる無線ＭＡＣ処理部の送信パケットスケジューリング方法に関する。本発明の送信パケットスケジューリング方法は、トラヒック制御パケットの送信優先度を、データパケットの送信優先度よりも高く設定することを特徴とする。

本発明の送信パケットスケジューリング方法における他の実施形態によれば、データパケットとして、高リアルタイム性パケットと高信頼性パケットとが送信されており、トラヒック制御パケットは、高信頼性パケットのトラヒック制御パケットであることも好ましい。

また、本発明の送信パケットスケジューリング方法における他の実施形態によれば、トラヒック制御パケットは、データパケットの送達確認パケット、及び／又は、データを取得するためのデータ取得要求パケットであることも好ましい。

更に、本発明の送信パケットスケジューリング方法における他の実施形態によれば、高信頼性パケットは、ＴＣＰに基づくものであることも好ましい。

本発明は、無線通信装置に備えられたコンピュータを、無線ＭＡＣ処理部の送信パケットスケジューリング機能として実行させるプログラムに関する。本発明のプログラムは、トラヒック制御パケットの送信優先度を、データパケットの送信優先度よりも高く設定するようにコンピュータを実行させることを特徴とする。

本発明のプログラムにおける他の実施形態によれば、データパケットとして、高リアルタイム性パケットと高信頼性パケットとが送信されており、トラヒック制御パケットは、高信頼性パケットのトラヒック制御パケットであることも好ましい。

また、本発明のプログラムにおける他の実施形態によれば、トラヒック制御パケットは、データパケットの送達確認パケット、及び／又は、データを取得するためのデータ取得要求パケットであることも好ましい。

更に、本発明のプログラムにおける他の実施形態によれば、高信頼性パケットは、ＴＣＰに基づくものであることも好ましい。

本発明は、無線リンク手段を有する無線通信装置に関する。本発明の無線通信装置は、無線リンク手段は、トラヒック制御パケットの送信優先度を、データパケットの送信優先度よりも高く設定して、パケットをスケジュールすることを特徴とする。

本発明の無線通信装置における他の実施形態によれば、無線リンク手段は、データパケットとして、高リアルタイム性パケットと高信頼性パケットとを送信し、トラヒック制御パケットは、高信頼性パケットのトラヒック制御パケットであることも好ましい。

また、本発明のプログラムにおける他の実施形態によれば、トラヒック制御パケットは、データパケットの送達確認パケット、及び／又は、データを取得するためのデータ取得要求パケットであるであることも好ましい。

本発明によれば、無線通信装置の無線ＭＡＣ処理部において、トラヒック制御パケットだけを優先的に送信するようにスケジューリングをすることにより、高リアルタイム性パケットを高い優先度で送信しつつ、高信頼性パケットのスループットの低下や、データ取得要求に対するデータパケットが得られるまでの反応速度の低下を抑えることができる。

以下では、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図２は、本発明における携帯電話機１の無線ＭＡＣ処理部１５の機能構成図である。

図２の無線ＭＡＣ処理部１５によれば、優先度判定部１５０は、トラヒック制御パケットであるか否かを判定し、そうであるパケットについては最高優先度のバッファ１５５へ送り込む。トラヒック制御パケットとして、ＴＣＰの場合には、送達確認パケット「ＡＣＫ」や、データを取得するためのデータ取得要求パケットがある。この判定は、パケットのＴＣＰヘッダフィールドのＴＣＰフラグを認識するように、パケットの内容自体を解析することで容易に実現できる。

最高優先度バッファ１５５は、データパケット用バッファとは別であって、トラヒック制御パケット専用のバッファである。このように、トラヒック制御パケット専用のバッファの優先度を、高リアルタイム性パケットの優先度よりも高く設定することにより（例えば図２によれば最高に設定している）、無線フレーム化の際にトラヒック制御パケットを優先することができる。

本発明によれば、以下の表３のように優先度を決定することができる。

表３によれば、ＴＣＰのＡＣＫやデータ取得要求等のトラヒック制御パケットだけを優先的に送信するようにスケジューリングをすることにより、高リアルタイム性パケットであるＵＤＰ又はＲＴＰのデータパケットを高い優先度で送信しつつ、高信頼性パケットであるＴＣＰのデータパケットのスループットの低下や、データ取得要求に対するデータパケットが得られるまでの反応速度の低下をできる限り抑えることができる。

本実施形態によれば、無線通信装置が例えば携帯電話機であるとして説明した。しかしながら、本発明は、携帯電話機のような無線通信可能な端末に限られるものではなく、無線通信装置は、無線スケジューラを有する、無線通信可能な基地局又は中継局であってもよい。

また、本発明は、無線通信装置の無線ＭＡＣ処理部として、又はそのスケジューリング方法として実現できるだけでなく、無線ＭＡＣ処理部のスケジューリングプログラムとして実現することもできる。即ち、無線通信装置に搭載されたコンピュータに、本発明に基づくプログラムを実行させることによって、本発明のスケジューリングを行う無線ＭＡＣ処理部の機能を実現することができる。

尚、トラヒック制御パケット専用のバッファは、優先度を最高としているが、優先度の決定は、対象システムでのトラヒックパターンとの関連において決定され、必ずしも最高優先度でなければならないとするものではない。

本発明は、例えば、ＥＶ−ＤＯ又はＩＥＥＥ８０２．１６の無線通信装置における無線スケジューラにも適用することができる。ＥＶ−ＤＯは、携帯電話方式ｃｄｍａ２０００規格に含まれるデータ通信専用の技術仕様であり、１．２５ＭＨｚ帯を用いて最高２．４Ｍｂｐｓのデータ通信を可能とする方法である。このようなＥＶ−ＤＯ又はＩＥＥＥ８０２．１６においては、ＴＣＰのようにトラヒック制御パケットを用いる通信のスループットは、高リアルタイム性パケットを優先するというＱｏＳ制御によって、低下する可能性がある。本発明によれば、このような問題を解決するために適用できる。

前述した本発明における種々の実施形態において、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

従来のシステム構成図である。本発明における携帯電話機の無線ＭＡＣ処理部の機能構成図である。

符号の説明

１携帯電話機、端末
１１ＴＣＰ部
１２ＵＤＰ部
１３ＲＴＰ部
１４ＩＰ部
１５無線ＭＡＣ処理部
１５０優先度判定部
１５１優先度高バッファ
１５２優先度中バッファ
１５３優先度低バッファ
１５４バッファ取出部
１５５優先度最高バッファ、トラヒック制御パケット専用バッファ
１６変復調部
２基地局
３サーバ
４携帯電話事業者ネットワーク
５インターネット

Claims

無線通信装置に備えられる無線ＭＡＣ処理部の送信パケットスケジューリング方法において、
トラヒック制御パケットの送信優先度を、データパケットの送信優先度よりも高く設定することを特徴とする送信パケットスケジューリング方法。
前記データパケットとして、高リアルタイム性パケットと高信頼性パケットとが送信されており、
前記トラヒック制御パケットは、前記高信頼性パケットのトラヒック制御パケットであることを特徴とする請求項１に記載の送信パケットスケジューリング方法。
前記トラヒック制御パケットは、前記データパケットの送達確認パケット、及び／又は、データを取得するためのデータ取得要求パケットであることを特徴とする請求項１又は２に記載の送信パケットスケジューリング方法。
前記高信頼性パケットは、ＴＣＰに基づくものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の送信パケットスケジューリング方法。
無線通信装置に備えられたコンピュータを、無線ＭＡＣ処理部の送信パケットスケジューリング機能として実行させるプログラムにおいて、
トラヒック制御パケットの送信優先度を、データパケットの送信優先度よりも高く設定するようにコンピュータを実行させることを特徴とするプログラム。
前記データパケットとして、高リアルタイム性パケットと高信頼性パケットとが送信されており、
前記トラヒック制御パケットは、前記高信頼性パケットのトラヒック制御パケットであることを特徴とする請求項５に記載のプログラム。
前記トラヒック制御パケットは、前記データパケットの送達確認パケット、及び／又は、データを取得するためのデータ取得要求パケットであることを特徴とする請求項５又は６に記載のプログラム。
前記高信頼性パケットは、ＴＣＰに基づくものであることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載のプログラム。
無線リンク手段を有する無線通信装置において、
前記無線リンク手段は、トラヒック制御パケットの送信優先度を、データパケットの送信優先度よりも高く設定して、パケットをスケジュールすることを特徴とする無線通信装置。
前記無線リンク手段は、前記データパケットとして、高リアルタイム性パケットと高信頼性パケットとを送信し、前記トラヒック制御パケットは、前記高信頼性パケットのトラヒック制御パケットであることを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
前記トラヒック制御パケットは、前記データパケットの送達確認パケット、及び／又は、データを取得するためのデータ取得要求パケットであることを特徴とする請求項９又は１０に記載の無線通信装置。
前記高信頼性パケットは、ＴＣＰに基づくものであることを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の無線通信装置。