JP2007104705A - 無線システムにおけるデータトラフィックに基づくアップリンク・スケジュリング・パケット用システム - Google Patents

Abstract

【課題】基地局と無線で接続される様々な移動局間で帯域リソースを割り当てるシステムを提供するものである。
【解決手段】各移動局内のデータキューの長さが決定され、当該キュー長に関する情報が送出データパケット内のフィールド０に配置される。このフィールドは、基地局で受信されると復号化され、そのキュー長情報は帯域リソースの移動局接続間での割り当てに利用される。これによってデータキュー長に対する非常に迅速な応答が可能となり、それに応じてより良好なサービスが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に、データストリーム用リソースを割り当てるシステムに関し、さらに詳細には、無線システムにおいて送信リソースを割り当てるシステムに関する。この場合データは自身のリソースニーズの表示を行う。

ネットワーク及びその他の構成では、帯域のような限られた数のリソースを複数のリンク間で共用しなければならない状況が生じる場合が多い。特に、無線タイプのネットワークでは、複数の移動局が無線接続だけで基地局と接続される場合がある。各基地局には、これらの接続を行うのに限られた数のチャネルしかない場合もある。多くのこのような移動通信装置が今や基本音声データ以外のデータを利用しているため、流れるデータ量が実質的に変化する可能性がある。したがって、無線装置には、音声通信に加えて、リアルタイム・ビデオ、ｅ−メール、ウェブベースの情報などが含まれる場合もある。使用可能なリソースの均等な割り当てを行うために、どの移動局がチャネルを利用できるかに関して何らかの判断を行う必要がある。

最も単純な構成であり、過去に音声データに対して広く用いられていた構成として、移動局が接続中ずっと単一の移動局用として単一チャネルを占有して使用するという単純な方法がある。割り当てられた移動局しかチャネルを使用することができない。元の要求に応じて、１以上のチャネルの割り当ては可能であるが、接続の終了まで、これら複数のチャネルは当該移動局に対して占有状態がそのまま保持される。移動局で待機している瞬間的データ量に関する情報は共有されない。

上記状況を処理する別の方法として、基地局が各移動局のポーリングを行って、各移動局内のデータキューの状態を知るようにするポーリング・スキームを利用する方法がある。この方法によって、異なる移動局間で基地局が帯域リソースを共用する方法を決定することが可能となる。したがって、ポーリングが行われると、移動局は、送信データの有無を示す応答を送信することが可能となる。例えば、移動通信装置用広域システム（ＧＳＭ）時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システムでは、移動局の送信機会は、基地局が移動局からポーリング応答を受信した後、ｎ個のフレームが認められている。但しｎはそのチャネルでのデータブロックの送信に必要なフレーム数である。したがって、ポーリング後、調整が可能となる前に複数フレームの遅延が生じる。

残念ながら、テレビ会議のような実時間トラフィックにはデータ転送速度に予想できない変動が生じる。そのため、移動局とのリンクによって移動局の送信キュー内にデータが必ずしも含まれるわけではないことをリソース調整の遅延が意味する場合がある。

専用チャネル割当てスキームでは、割り当てられた移動局アップリンクキューが空の場合、他のいずれの移動局にもチャネル使用が許されないため、割り当てられた帯域が使用されることはなく、このため、スペクトル全体の効率が下がることになる。このことは不十分な帯域利用につながり、この不十分な帯域利用はシステムの接続数が増加するにつれてさらに悪化する。また、高いデータ転送時間中、アップリンクキューで待機しているリアルタイムのパケット数が増加することになる。移動局に割り当てられた制限帯域の共用に起因して、パケットの輻輳状態が生じる可能性があり、さらに、パケットの増加数がパケットの遅延要件を上回ることも考えられる。

帯域利用という点から見て、ポーリング・スキームの方が専用チャネル割当てスキームよりも効率的であるが、ポーリングを受けた旨の応答送信時に移動局が実際のデータを送信できないため、帯域によってはさらに無駄になるものもある。ポーリングが頻繁になるにつれてさらに多くの帯域が無駄になる。さらに、ポーリングの受信と応答の間パケットが待機しなければならないため、追加の遅延が導入される。このため、遅延により送信速度が低下し、ポーリングにより得られる利点が妨げられることになる。

したがって、本発明により基地局と一連の移動局間の送信リソースを割り当てるシステムが提供される。

また、本発明により、各移動局内のキューの中で待機しているデータ量に基づいてリソースを割り当てる方法が提供される。

また、本発明は、無線ネットワーク内の複数の移動局と単一基地局間の帯域リソースを割り当てるシステムを提供するものである。

本発明は、無線ネットワーク内の複数の移動局と単一基地局間の帯域リソースの割り当て方法をさらに提供するものである。

本発明は、リソースの最も効率的な利用のためにリソースを適切に割り当てることができるように、キュー内のデータ量に関する情報を送信するシステムをさらに提供するものである。

本発明は、無線ネットワークの移動局内のキューに記憶されているデータ量に関する情報を送信する方法をさらに提供するものである。

簡単に述べれば、本発明は、当該局のキューのサイズについて記述する各データセグメント内の複数ビットの利用により達成される。基地局でこの複数ビットが受信されると、必要に応じて追加リソースの割り当てが可能となる。

添付図面と関連して以下の詳細な説明を参照しながら、本発明をより良く理解するとき、本発明のさらに完全な理解並びに本発明の多くの付随する利点が容易に得られる。

図面では、いくつかの図を通じて同じ参照番号により同一部分または対応部分が示されているが、さらに詳細には、図１を参照すると、無線システム１０は、基地局１２と移動局１４とを備えるものとして示されている。この図に示されるように、個々の移動局は無線接続により基地局と接続されるものであってもよい。基地局は或る一定範囲の周波数しか使用が許されていないため、移動局に利用可能な帯域には限度がある。このリソースが限られているため、上記帯域を割り当て、最大量のデータを短時間で移動できるようにする必要がある。これによりサービス品質の改善が図られ、ユーザにとって不要な遅延が回避される。

本発明は、基地局と現在接続されている種々の移動局間で帯域を割り当てることにより従来のスキームに対する改善を図るものである。上記改善を意図するために、基地局は、個々の移動局のキュー内のデータ量という着想を持つ必要がある。従来技術によるシステムでは、与えられるべきものとしてこの情報が基地局へ提供されることはなく、また、この情報に基づいて時間でリソースの割り当てを行うこともない。

移動局から基地局へ送られるデータは装置を支配するプロトコルに基づいてブロックで構成される。したがって、このようなブロックには、データ自体だけでなく、識別情報、及び、エラー・チェックなどのような別の目的のために使用できる他のビットも含まれている。特に、拡張型一般パケットデータ無線サービスシステム（ＥＧＰＲＳ）では、ブロックのカウントダウン値として知られている４ビットフィールドが提供される。現在のスキームの下で、移動局に割り当てられる帯域は固定されており、これらの４ビットは当該移動局のキュー長を示している。特に、このビットは、これが１６未満である限りキュー内のデータブロック数を示すものである。このデータブロック数は現在のデータ転送がいつ終了するかを示す推定値を与えるものである。しかし、このビットが利用可能リソースの制御に利用されることはまずない。

代わりに、本構成では、上記４ビットによりキュー内のデータ表示を行うことにより、基地局は追加リソースが必要かどうかを決定して、最適スピードでデータを移動できるようにする。この４ビットの中に含まれる特定データは様々な異なる意味を持ち得るが、本推奨構成では、キュー内のデータセグメント数が０〜８の値で示される。これらの値がセグメントレート以下であれば、これらの値によりキュー長が示されることになる。このセグメントレートは、設定段階中移動局と基地局間で確立されるパラメータである。キュー長がこのセグメントレートを上回れば、４ビットフィールド内の９〜１５の値によりパケットの遅延／レート要件を満たすために要求される追加帯域が示される。

したがって、個々のパケットが移動局から基地局へ送られるとき、基地局はこの４ビットフィールドをチェックし、当該移動局におけるキュー内の状況に気づくことになる。追加リソースが必要な場合、基地局は当該接続追加帯域を割り当て、それによってキュー内の記憶データはさらに高速に移動することになる。言うまでもなく、これには、当該接続にリソースを追加するのに十分なリソースが利用できることが前提とされている。これらのリソースを割り当てる前に、基地局は接続のすべての要求を考慮しなければならないことは明らかである。すべてのパケットと共に４ビットフィールドが送られるため、基地局は各移動局内の状況に関して絶えず更新される。それに応じて、基地局は、状況を子細に監視し、非常に短時間の間に調整を行い、そのリソースの利用の改善を行うことが可能となる。この構成はポーリング・スキームよりもずっと高速である。なぜなら、ポーリング通信用の帯域を使用せずに各パケットの形で情報が与えられるからである。さらに、本構成では、現在のプロトコルに基づいて既存の４ビットフィールドが利用される。必要なことは、ただ、基地局と移動局とによりデータを追加し、このデータを利用する適切なシステムを基地局と移動局の各々が備えることを保証するだけである。

図２は移動局１４のブロック図を示す。移動局は複数の回路を含むものとして図示されているが、実際は、これらの機能はプロセッサ内のソフトウェアにより実行可能である。データジェネレータ２０は、移動局が送信するデータの生成を行う。このデータジェネレータ２０は、音声データを生成するマイク、英数字データを生成するキーボード、ビデオデータを生成するカメラなどを含む、移動局で利用される通常のデータ生成装置のうちのいずれかを備えるものであってもよい。特定タイプのデータ生成は本発明のオペレーションにとって決定的に重要な問題ではない。しかし、たとえどのようなタイプの生成データであろうと、データはデータキュー２２へ送られ、その送信が待機される。キュー長測定装置２４はキュー内のデータ量を観察し、キュー長を決定する。このキュー長情報は、キューの長さに基づいてフィールドに配置すべき４ビットコードを決定する符号器２６へ送られる。したがって、上述の好ましいシステムでは、キューがセグメントレート未満であれば、０と８の間の値が符号化され、キュー長がセグメントレートよりも大きければ、９と１５の間の値が符号化される。これらの範囲のいずれの正確な値もキュー長に依存する。単に上記符号化スキームを変更することにより、別の符号化スキームを容易に利用することも可能である。したがって、好ましい場合にはキュー長の値のみを使用したり、あるいは追加帯域用の或る値のみを利用したりすることも可能である。別の値がキューの長さに関係するものである限り、これらの別の値を利用することも可能であり、基地局内でこれらの別の値を利用して、適切に帯域を割り当てるようにすることが可能である。いくつかの符号化スキームの方がより良い情報を与え、さらに適切な割当てが可能になることは明らかである。

上記４ビットコードが生成されると、このコ−ドはコンバイナ２８内のデータブロックに追加される。したがって、このコードは、キュー内のラインの前面に達したときにのみデータブロックに追加され、それによってキューの長さに関する最も新しく更新された情報を提供が可能となる。上記とは別に、データブロックがキューに入るとき、キューの長さに基づいてコードの追加を行うことも可能であるが、この場合の情報は鮮度がわずかに劣る情報となる。この別の構成では、データがキューに入るとき、コンバイナにより組み合わせが行われることになる。いずれの場合にも、パケットは、送信の準備ができると、送信機３０へ送られ、アンテナ３２を介して基地局と接続される。

図３に図示のように、基地局１２にはアンテナ３４と受信機３６とが含まれ、アンテナ３２から送信されたパケットは受信機３６により受信される。言うまでもなく、このアンテナと受信機とは同時にいくつかの移動局と交信を行う。説明を単純にするために、あたかも単一の移動局だけが同時に接続しているかのように説明を行うことにする。受信機３６は信号プロセッサ３８上へ受信データを転送し、データの処理と、上記データと出力ライン４０との最後の接続とを行う。しかし、復号器４２はデータ信号を調べ、キュー長情報を表す４ビットフィールド内のコードを検出する。次いで、この復号器は、リソースコントローラ４４へ関連する移動局のキュー長情報を与える。リソースコントローラは、関連する移動局内のデータキューの状況を判断し、当該移動局の接続に追加リソースを割り当てるべきか、及び、上記リソースが利用可能か否かの決定を行う。コントローラが、利用可能リソースに照らして様々な局のニーズに優先順位を設け、最も効率的に上記利用可能リソースの配分を行う必要があることは明らかである。次いで、このコントローラは、各移動局用として利用可能な様々な帯域リソースを決定し、受信機を制御して、上記利用可能リソースの配分を行う。この情報に基づくリソースの割り当て方法に関する実際の決定プロセスは変動するものであってもよい。このプロセスは、情報の重要度、情報の時間感度、各局内のデータ量の他に、特定ユーザの重要性、あるいは、その他の要因を考慮するものであってもよい。しかし、上記割当ては、可能な限り多数の局に最善のサービス品質を提供するような割当てであることが望ましい。しかし、この選択を行う簡単な方法として、保証されたセグメントレートを下げることなく、最大のキューを持つ移動局にほとんどのリソースを単に割り当てるという方法がある。移動局における場合のように、基地局用として示される様々な回路構成は、実際にはハードウェアにより実現されるものであってもよいし、プロセッサのプログラムされた機能であってもよい。

望ましいシステムでは、リアルタイム・データパケットは送信を目的としてデータセグメントに分割される。パケットセルラー・システムでは、データセグメントは無線リンク制御／多元接続制御（ＲＬＣ／ＭＡＣ）ブロックに対応し、このブロックは、層２データブロックである。各データセグメントは送信機会が与えられたとき、送信媒体を介して個々に送信される。送信機会は、送信媒体でデータセグメントのトランスポートに使用される任意の方法として設定される。例えば、時分割多元接続システム（ＴＤＭＡ）では送信機会はタイムスロットであり、広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）システムでは、無線フレームにおける一意的ウォルシュコードが利用される。この無線フレームは、異なるウォルシュコードを用いる複数のユーザにより共用される。基地局はデータパケットのスケジューリングを行い、最新のユーザトラフィックのためにその送信機会の編成を行う。本発明は、アップリンク方向のすべてのユーザ向けの最適サービスを提供するために基地局で行うスケジューリングに役立つモデルを示すものである。トラフィック情報は各ブロックにおいてアップリンクで送信される。ブロックの１つのフィールドに上記情報を含めることによりリアルタイム情報が与えられて、より好適なスケジューリングが可能となる。

移動局と基地局間の無線接続という観点から上記構成について説明したが、この構成は、接続を有線、光ファイバケーブルなどにより行う別のシステムに対しても適用可能である。その場合、唯一の要件として、データブロックと共にキュー長情報が送信可能であること、及び、このデータに基づいてリソースの割り当てが可能であることが挙げられる。

本システムの処理方法は図４と図５のフローチャートに示されている。図４は、移動局におけるキュー長の決定と、４ビットフィールドの符号化方法とに関するものである。ステップ１００で、データキュー長が決定される。ステップ１０２で、決定されたこの長さは上記キュー長に関連する４ビットコードに変換される。このコードはステップ１０４でデータパケット内に挿入される。次いでステップ１０６でパケットの送信が行われる。

図５は基地局において上記情報を利用する方法を示す。ステップ１１０で、特定の移動局からの信号が受信される。ステップ１１２でこのデータは転送される。ステップ１１４で、復号器は符号化された４ビットフィールドを受信し、このフィールドの復号化を行う。ステップ１１６で、リソースコントローラは上記復号化情報を受信し、キューの長さを決定する。ステップ１１８で、リソースはこの情報に基づくものとなる。

上記教示に照らして本発明の様々な形態の多数の追加的改変が可能である。したがって、添付の請求項の範囲内で、本明細書に記載のものとは異なる形で本発明の実施が可能であることを理解されたい。

本システムの構成を示す概略図である。 本発明に基づく移動局を示すブロック図である。 本発明に基づく基地局を示すブロック図である。 キュー長を計算する方法を示すフローチャートである。 情報を利用する方法を示すフローチャートである。

Claims (13)

1. 第１のネットワーク要素から第２のネットワーク要素への送信時に通信リソースを制御する方法であって、コントローラにより通信リソースを割り当てる方法において、
   前記第１のネットワーク要素における通信リソースの将来のニーズの表示を監視するステップと、
   前記第１のネットワーク要素から前記コントローラへ前記表示を送信するステップと、
   前記第１のネットワーク要素と前記第２のネットワーク要素との間で前記表示に基づいて前記通信リソースを制御するステップと、を有することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記第１のネットワーク要素が前記第２のネットワーク要素によって前記コントローラと接続されることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記第１のネットワーク要素の送信バッファに関する情報が前記表示の中に含まれることを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法において、前記第１のネットワーク要素に必要とされる前記追加リソースに関する情報が前記表示の中に含まれることを特徴とする方法。
5. 請求項３に記載の方法において、予め設定されたリソース量に対応する値を持つ量子化スキームが前記表示の中に含まれることを特徴とする方法。
6. 請求項４に記載の方法において、前記第１のネットワーク要素の送信バッファに関する情報が前記表示の中に含まれることを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法において、前記第１のネットワーク要素が移動局であり、前記第２のネットワーク要素が無線通信ネットワークの基地局であることを特徴とする方法。
8. ネットワークにおいて通信リソースを制御するシステムにおいて、
   複数の第１の局と、
   複数の通信リンクを介して前記複数の第１の局と接続される第２の局と、
   前記リンク間の前記通信リソースの割当てを制御するコントローラと、を有し、
   前記第１の局から送信される、通信リソースのニーズを表示する情報に基づいて前記割当てを行うことを特徴とするシステム。
9. 請求項８に記載のシステムにおいて、前記コントローラが前記基地局の一部であることを特徴とするシステム。
10. 請求項８に記載のシステムにおいて、前記第１の局が無線ネットワークにおける移動局であることを特徴とするシステム。
11. 請求項８に記載のシステムにおいて、前記複数の第１の局の各々が、
    データジェネレータと、
    データキューと、
    前記データキューの長さを表すコードを生成する符号器と、
    前記データを送信する送信機と、を備え、前記データ内にフィールドとして前記コードが含まれることを特徴とするシステム。
12. 請求項８に記載のシステムにおいて、前記基地局が、送信を受信し、データを生成する受信機と、
    前記データのフィールドを復号化し、関連する第１の局内の前記データキューの表示を生成する復号器と、を備え、
    前記コントローラが前記復号器から前記情報を受信し、前記情報に基づいて通信リソースを割り当てることを特徴とするシステム。
13. 請求項８に記載のシステムにおいて、送信される各データブロックに対して前記表示を行うことを特徴とするシステム。

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