JP2007221765A - さまざまなタイプの複数のアプリケーションに対する送信ポリシを決定する装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】さまざまなタイプの複数のアプリケーションに対して、ユーザがアプリケーションに対して知覚する品質を考慮に入れた送信ポリシを決定する装置および方法を提供する。
【解決手段】第１の送信タイプに対応したやり方による第１の送信データについての評価である第１のスコアを得る手段と、第２の送信タイプに対応したやり方による第２の送信データについての評価である第２のスコアを得る手段と、得られた第１のスコアと第２のスコアに基づいて、第１および第２の送信に対し、第１の送信ポリシと第２の送信ポリシとをそれぞれ決定する手段を持ち、各送信ポリシは、期待される第１のスコアと期待される第２のスコアとの和が最大のものとなるように、１つ以上の送信パラメータを定義する。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、無線ネットワークアーキテクチャとリソース割り当てとの最適化の分野に関する。

ネットワークのキャパシティを最大化し、できるだけ多くのユーザに対して高品質のサービスを提供するためには、ネットワークアーキテクチャの最適化が極めて重要である。一般的なシナリオでは、複数のユーザが、無線メディアを共有し、ビデオ、音声およびＦＴＰ転送などのかなり多様化したアプリケーションを実行する。全てのユーザに対するリソースの割り当てを最適化することにより、ユーザの満足度が最大のものとなる。

従来、クロスレイヤ最適化は、単一アプリケーションのシステムにしか応用されていなかった。しかしながら実際には、無線メディアを共有する複数のユーザ、例えばあるセル内の複数のユーザは、さまざまなアプリケーションを同時に実行することが頻繁にある。ユーザの満足度は、アプリケーションの各タイプに対するさまざまな一連の要件へと変わる。さらに、ユーザが感じる品質（ｕｓｅｒ−ｐｅｒｃｅｉｖｅｄ ｑｕａｌｉｔｙ）に対する損失の影響は、アプリケーションによって大きく異なる。

複数のアプリケーションに対して最適化を行う試みは、非特許文献１および非特許文献２に記載されているように、主としてスループットの最大化という形式で取り扱われている。

スループットを最大化しても、遅延やパケット損失を考慮しないようなアプリケーションの性能しか最適化されない。ビデオや音声などのマルチメディアアプリケーションは、データレートの変更、遅延およびパケット損失の影響を非常に受けやすい。パケットの重要性でさえも、それまでのパケットの履歴によって動的に変化する。このような理由から、マルチメディアアプリケーションの場合のユーザが認識する品質という点においては、スループットを最大化しても通常は最適な性能が得られない。

特許文献１には、パケット交換ネットワーク（ｐａｃｋｅｔ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ）において、サービスのエンドユーザ品質を改善するシステムが記載されている。ネットワーク内のさまざまなノードにおけるサービスのエンドユーザ品質を、ネットワークの管理者に対して通知するレポートが、該ノードから送信される。このレポートは、エンドユーザの知覚に基づく品質の推定を表している。管理者は、このレポートを解析し、このレポートを送信したノードと他のノードとのうちのいずれかまたは両方へとコマンドを送信し、該ノードとパケット交換ネットワーク全体とにおけるサービスのエンドユーザ品質を改善する。ノードは、送受信端末とルータとゲートウェイとを備えている。レポートには、リンクパラメータとデバイスパラメータとサービスのエンドユーザ品質との測定値が含まれている。

ＷＯ ００／３３５１１ Ａ Ｖ．Ｔｓｉｂｏｎｉｓ， Ｌ．Ｇｅｏｒｇｉａｄｉｓ， Ｌ．Ｔａｓｓｉｕｌａｓ， 「Ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｔａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ」， ＩＥＥＥ ＩＮＦＯＣＯＭ ２００３ Ｘｉｎ Ｌｉｕ， Ｅ．Ｃｈｏｎｇ， Ｎ．Ｓｈｒｏｆｆ， 「Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｆｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ」， ＩＥＥＥ ＩＮＦＯＣＯＭ ２００１

本発明の目的は、さまざまなタイプの複数のアプリケーションに対して、ユーザが前記アプリケーションに対して知覚する品質を考慮に入れた送信ポリシを決定する装置および方法を提供することである。

この目的は、請求項１に記載のさまざまなタイプの複数のアプリケーションに対する送信ポリシを決定する装置と、請求項１５に記載のさまざまなタイプの複数のアプリケーションに対する送信ポリシを決定する方法と、請求項１６に記載のコンピュータプログラムとによって達成される。

本発明によれば、第１の送信タイプである第１の送信に関連付けられた第１の送信データと、第２の送信タイプである第２の送信に関連付けられた第２の送信データとに基づいて、さまざまなタイプの複数のアプリケーションに対して送信ポリシを決定する装置であって、ある共通なレンジ内にある第１のスコアを得る手段であって、前記第１のスコアは、第１の送信タイプに対応したやり方による前記第１の送信データについての評価に基づくものである、手段と、前記共通なレンジ内にある第２のスコアを得る手段であって、前記第２のスコアは、前記第２の送信タイプに対応したやり方による前記第２の送信データについての評価に基づくものである、手段と、得られた前記スコアに基づいて、前記第１および第２の送信に対し、第１の送信ポリシと第２の送信ポリシとをそれぞれ決定する手段であって、各送信ポリシは、期待される第１のスコアと期待される第２のスコアとの和が最大のものとなるように、１つ以上の送信パラメータを定義するものである、手段とを備える装置が提供される。

本発明によれば、第１の送信タイプである第１の送信に関連付けられた第１の送信データと、第２の送信タイプである第２の送信に関連付けられた第２の送信データとに基づいて、さまざまなタイプの複数の送信に対して送信ポリシを決定する方法であって、ある共通なレンジ内にある第１のスコアを得るステップであって、前記第１のスコアは、前記第１の送信タイプに対応したやり方による前記第１の送信データについての評価に基づくものである、ステップと、前記共通なレンジ内にある第２のスコアを得るステップであって、前記第２のスコアは、前記第２の送信タイプに対応したやり方による前記第２の送信データについての評価に基づくものである、ステップと、与えられた前記第１および前記第２のスコアに基づいて、前記第１および前記第２の送信に対し、第１の送信ポリシと第２の送信ポリシとをそれぞれ決定するステップであって、各送信ポリシは、継続的な送信インターバルに対し、期待される第１のスコアと期待される第２のスコアとの和が最大のものとなるように、１つ以上の送信パラメータを定義するものである、ステップとを含む方法がさらに提供される。

本発明はさらに、コンピュータ上で、請求項１５に記載の本発明に係る方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムを提供する。

本発明は、さまざまなユーザおよびアプリケーションに対してシステムを最適化するためには、第１にサービスの提供に対するユーザの満足度を定量化する共通のメトリックを定義し、第２にネットワークとアプリケーションとのうちのいずれかまたは両方のパラメータを該メトリックへとマッピングすることが必要であるという知見に基づいている。

前記共通のメトリックは、本明細書においてスコアとも呼ぶ。前記スコアは、共通の最小スコアと共通の最大スコアとを有する共通のレンジに対して定義されるものである。ここで、共通とは、あらゆる送信と送信タイプとに対して共通のものという意味である。

本発明は、クロスレイヤ最適化のフレームワークを提供するものであり、その目的は、ユーザの満足度を最大化することである。本アプローチの試みは、スループット、遅延、パケットエラーレートなどのシステムパラメータに関してユーザ満足度を定量化するという課題にある。

好ましい実施形態によれば、平均オピニオンスコア（ＭＯＳ：Ｍｅａｎ Ｏｐｉｎｉｏｎ Ｓｃｏｒｅ）は、最適化のための前記スコアおよび共通の性能メトリックとして用いられる。以下の説明は平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）に基づいているものの、本発明は他のスコアの使用も含んでいることに留意すべきである。ユーザが知覚した送信品質を考慮する平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）とは異なる共通のレンジを有する他のスコアも使用可能である。

平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）は、元々、音声品質の評価用に提案されたものであり、回線の最終目的地における、人間の音声の品質の尺度を数値で表したものである。このスキームは、システムの性能を定量的に表すインジケータを得るために、数学的に平均化された主観テスト（独断的なスコア）を用いる。平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を決定するために、多くのリスナーは、話し手が通信回線を通して読み上げたテストセンテンスの品質を評価する。リスナーは、各々のセンテンスに対して、（１）非常に悪い（２）悪い（３）普通（４）良い（５）非常に良い、という評価を行う。平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）は、個々のスコア全ての数学的な平均値であり、１（最悪）から５（最良）までのレンジをもつ。

ビデオ、ウェブブラウジングおよびファイルのダウンロードなどの他のアプリケーションの場合は、ユーザが知覚したアプリケーションの品質を反映する、同じスケールの平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）が用いられる。これにより、共通の最適化メトリックを用いた、アプリケーション全体にわたる最適化が可能となる。この目的関数は、例えば、全てのユーザまたは全ての送信の平均的な平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）として選択することができる。

ここで、

は、クロスレイヤパラメータタプル

を伴う目的関数である。

は、プロトコル層から抽出された（ａｂｓｔｒａｃｔｅｄ）あらゆるパラメータタプルの集合である。ｗ_kは、ユーザとサービス提供者との間のサービスに関する合意によって決定された、ユーザまたは送信の相対的な重要性である。

以下、オプティマイザとも呼ばれる、決定する手段による決定は以下のように表現できる。

ここで、

は、目的関数を最大化する最適なパラメータタプルである。オプティマイザは、いったんパラメータの最適値を選択すると、この値を全ての個々のレイヤに対して分配する。これらレイヤは、この値を実際の動作モードへと変換する必要がある。

同じ最小スコアと同じ最大スコアとを有する共通のスケールまたは共通のレンジを伴うスコアを、最適化パラメータとして用いることでさまざまな利点が得られる。第一に、サービスまたはアプリケーションのユーザが感じる品質が、全ての送信やアプリケーションタイプに対して共通である、同じスケールやレンジで提供されるため、例えば、さまざまなチャネルコーデック（ＣＯＤＥＣ＝Ｅｎｃｏｄｉｎｇ／Ｄｅｃｏｄｉｎｇ）とさまざまな変調スキームとを用いることによる、物理層における多様性に加えて、さまざまなソースコーデックを用いることによる、アプリケーション層における多様性が利用可能である。したがって、あらゆるアプリケーションおよびその送信パラメータを含むあらゆる送信シナリオを、送信シナリオごとのスコアに基づいて計算し、互いに比較することが可能である。前記シナリオごとのスコアは、あらゆる「送信ごとの」スコアの和であるか、またはあらゆる「送信ごとの」スコアの数学的な平均である。決定する手段またはオプティマイザのタスクは、全てのアプリケーションまたは送信を取り扱う全てのものの和または数学的な平均を「一様に」最大化することである。ユーザが感じる品質のスコアに対して、例えばアプリケーション層と物理層とのパラメータを抽出することで、音声およびビデオストリーミングといったアプリケーションのリアルタイム要件と遅延要件とを考慮しつつ、ネットワークまたは無線リソースの割り当てを最適化する効果的な手段が提供される。第二に、共通のレンジ内にあるスコアを用いると、例えば、各々のアプリケーションまたはユーザのためのスコアの履歴に基づいて、特定のユーザまたはアプリケーションの優先順位を決めることと、ネットワークおよび無線リソースを公平に割り当てることとのうちのいずれかまたは両方が容易なものとなる。

基本的なクロスレイヤ最適化アプローチ、すなわちマルチユーザクロスレイヤ最適化のための、パラメータ抽出と目的関数の構成との原理についてのより詳細な説明は、Ｙ． Ｐｅｎｇ， Ｓ． Ｋｈａｎ， Ｅ． Ｓｔｅｉｎｂａｃｈ， Ｍ． Ｓｇｒｏｉ， Ｗ． Ｋｅｌｌｅｒｅｒ， 「Ａｄａｐｔｉｖｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｒａｍｅ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ｖｉｄｅｏ ｓｔｒｅａｍｉｎｇ」， ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ＩＣＩＰ’０５， Ｇｅｎｏｖａ， Ｉｔａｌｙ， Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００５（以下「Ｐｅ
ｎ０１」）と、Ｓ． Ｋｈａｎ， Ｍ． Ｓｇｒｏｉ， Ｅ． Ｓｔｅｉｎｂａｃｈ， Ｗ． Ｋｅｌｌｅｒｅｒ， 「Ｃｒｏｓｓ−ｌａｙｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｖｉｄｅｏ ｓｔｒｅａｍｉｎｇ − ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｃｏｓｔ」 ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ＆ Ｅｘｐｏ， ＩＣＭＥ ２００５， Ａｍｓｔｅｒｄａｍ， Ｊｕｌｙ ２００５（以下「Ｋｈａ０１」）とに記載されている。

図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１Ａは、共通レンジ内の第１のスコアを得る手段１１０と、共通レンジ内の第２のスコアを得る手段１２０と、送信ポリシを決定する手段１３０とを備える、本発明に係る装置１００の一実施形態を示している。共通レンジ内の第１のスコア１１２を得る手段１１０において、前記第１のスコア１１２は、第１の送信タイプである第１の送信に関連付けられた第１の送信データの評価に基づいており、この評価は、第１の送信タイプに対応したやり方で実行される。前記第１のスコア１１２を得る手段１１０は、前記第１のスコア１１２を前記決定する手段１３０へと出力する。共通レンジ内の第２のスコア１２２を得る手段１２０は、前記第２のスコア１２２を得て、前記第２のスコア１２２を決定する手段１３０へと出力する。ここで、前記第２のスコア１２２は、第２の送信タイプである第２の送信に関連付けられた第２の送信データの評価に基づいており、この評価は、第２の送信タイプに対応したやり方で実行される。

前記手段１３０は、前記第１のスコア１１２と前記第２のスコア１２２とを受信し、前記スコア１１２と１２２とに基づいて、前記第１の送信と第２の送信とに対し、第１と第２の送信ポリシ１３２をそれぞれ決定する。各々の送信ポリシは、期待されるスコアの和が最大のものとなるように１つ以上の送信パラメータを定義する。

本発明に係る装置１００の一実施形態によれば、得る手段１１０と１２０とは、前記第１または第２のスコアを導くために、それまでの最大化ステップにおける１つ以上の期待されるスコアをそれぞれ用いる。この場合、この装置は、他のエンティティ、例えば受信機のフィードバックなしで動作する。

本発明に係る装置１００の別の実施形態によれば、得る手段１１０と１２０とは、第１または第２の送信データの送信元である装置から、前記第１のスコア１１２または前記第２のスコア１２２を受信する手段１１４と１２４とをそれぞれ備えている。前記受信する手段１１４と１２４とは、オプションであり、図１Ａにおいて破線で示されている。

本発明に係る装置１００のさらなる実施形態によれば、前記得る手段１１０と１２０とは、例えば、第１または第２の送信データの送信元である装置から受信可能な、第１の送信特性１１８または測定された第２の送信特性１２８に基づいて、前記第１のスコア１１２または前記第２のスコア１２２を導く手段１１６と１２６とをそれぞれ備えている。前記手段１１６と１２６とは、オプションであり、図１Ａでは破線で示されている。この測定された送信特性１１８と１２８とは、例えば送信レート、信号対雑音比（ＳＮＲ）またはパケットエラー確率（ＰＥＰ）であるが、後者は、例えば信号対雑音比に基づいて推定可能である。

本発明に係る装置１００の代替的な実施形態によれば、前記手段１１０と１２０と１３０とは１つの手段にまとめることが可能である。

本発明に係る装置１００の代替的な実施形態によれば、スコアを得る手段１１０と１２０とを３つ以上備えている。この得る手段は、第３、第４などのアプリケーションタイプに対応したやり方で、送信データの評価に基づいて第３、第４などのスコアを得ることができる。第３、第４などの送信データは、第３、第４などの送信タイプと関連付けられている。

本発明に係る装置１００の別の実施形態によれば、２つの別個の手段１１０と１２０との代わりに、共有された、得る手段を１つ備えている。この共有された、得る手段は、送信データが第１の送信タイプと関連付けられているか、または第２の送信タイプと関連付けられているかに依存した、第１または第２の送信タイプに対応したやり方で、送信データの評価に基づいて第１または第２のスコアを得る。

図１Ｂは、基地局１６０と第１の端末１７０と第２の端末１８０とを有する典型的なネットワークシナリオを示している。基地局１６０は、本発明に係る装置１００と、本発明に係る装置１００に接続されているアンテナ１６２とを備えている。

図１Ｂは、第１の送信タイプである前記第１の送信と関連付けられた第１の送信データが、オンリンク１７０Ｄとアップリンク１７０Ｕとのうちのいずれかまたは両方である、第１の端末１７０と基地局１６０との間で送信されるシナリオを示している。したがって、第２の送信タイプである前記第２の送信と関連付けられた第２の送信データは、オンリンク１８０Ｄとアップリンク１８０Ｕとのうちのいずれかまたは両方である、第２の端末１８０と基地局１６０との間で送信される。

以下、前記第１の端末１７０と前記基地局１６０との間の送信に基づいて、前記スコアを得るためのさまざまなシナリオを検討するが、以下の説明は、前記第２の端末１８０と前記基地局１６０または他の端末との間の第２の送信にも適用できる。

ダウンリンクのシナリオでは、前記基地局１６０は、ダウンリンク１７０Ｄを通して第１の送信データを第１の端末１７０へと送信する。第１の端末１７０は第１の送信データを受信し、これにより、例えば、この受信した送信データの実際の信号対雑音比（ＳＮＲ）を測定することが可能である。

第１の端末１７０は、例えば、アップリンク１７０Ｕを通して、受信した第１の送信データの送信特性、すなわち受信した第１の送信データに関する実際の信号対雑音比を前記基地局、より正確には第１のスコアを得る手段１１０へと送信する。または、第１の端末１７０は、前記第１のスコア自体を前記第１の送信特性から導き、アップリンク１７０Ｕを通して前記第１のスコアを前記基地局１６０または第１のスコアを得る手段１１０へと送信する。

アップリンクシナリオにおいて、第１の送信機１７０は、アップリンク１７０Ｕを通して第１の送信データを基地局１６０へと送信する。基地局１６０、より正確に言えば得る手段１１０は、第１の送信データのこのような送信特性を決定し、直接第１のスコア１１２を導くことができる。

得られたスコア、例えば第１のスコア１１２と第２のスコア１２２とに基づいて、手段１３０は、第１および第２の送信ポリシ（１３２．１、１３２．２）をそれぞれ決定し、第１および第２の送信に対して１つ以上の送信パラメータを定義する。これにより、継続的な送信インターバル（ｃｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎｔｅｒｖａｌ）における送信に対し、前記第１および第２の期待されるスコアの和が最大のものとなる。

上記のダウンリンク送信シナリオ１７０Ｄの場合、基地局１６０は、決定された送信パラメータに基づいて前記継続的な送信インターバルで前記第１の送信データを送信する。

後者のシナリオ、すなわちアップリンクシナリオ１７０Ｕの場合、基地局１６０は、ダウンリンクを通して決定された第１の送信ポリシを第１の端末１７０へと送信し、続いてこの端末は、前記基地局１６０から受信した前記第１の送信ポリシに基づいて、継続的な送信インターバルで第１の送信データを送信する。

前記送信特性は、例えば、専用の信号チャネルを用いて前記第１の端末１７０から送信されるか、または、例えば肯定応答メッセージに対して「ピギーバック」される。

ある送信タイプの送信と関連付けられた送信データという用語は、音声、ハイパーテキスト転送プロトコル（ＨＴＴＰ）、ファイル転送プロトコル（ＦＴＰ）、ビデオおよび音楽のストリーミングといったアプリケーションやその他のアプリケーションのデータ送信を含んでいるだけではなく、例えば、ネットワーク制御に用いられる信号データまたは他の任意のデータの送信も含んでいる。

一般的な無線またはモバイルネットワークのシナリオでは、基地局は、それ自体のセル内の無線リソースを制御する。したがって、さまざまなタイプの複数のアプリケーションに対して送信ポリシを決定する、本発明に係る装置は、一般的には前記基地局内に実装される。それにもかかわらず、アドホックネットワークのような別のシナリオでは、他の任意のデバイス、例えば通信デバイスが、上記の役割を担うことと無線リソースを最適化することとのうちのいずれかまたは両方を行う。このような場合、本発明に係る装置は、サービスおよびアプリケーションのユーザが感じる品質を最適化または最大化する他のデバイス内に実装することができる。

以下において、本発明に係る最適化フレームワークは、図１Ｃに示されているように、３つのアプリケーションタイプと、リアルタイム音声と、ファイルダウンロードと、ビデオ会議とを伴う典型的な実施例の場合に、ユーザが感じる品質という点において大幅な改善を達成する。

図１Ｃは、送信レート、パケットエラー確率（ＰＥＰ）および／または無線リンク層に基づく送信特性としてのパケットサイズといった送信特性１１８および１２８を受信するクロスレイヤオプティマイザと呼ばれる、本発明に係る装置１００を備えた、典型的なマルチアプリケーションに対するクロスレイヤ最適化の構成を示している。

このクロスレイヤオプティマイザ、すなわち本発明に係る装置１００は、所定のルックアップテーブルまたは所定のアルゴリズムに基づいて、前記送信特性から前記スコア、すなわち図１Ｃでは平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を導く。図１Ｃに基づく本発明に係る装置１００は、前記パケットエラー確率（ＰＥＰ）に基づいて音声に対する平均オピニオンスコアを導くためのルックアップテーブル１９２と、ランダムパケット損失レート（％）とデータレート（ｋｂｐｓ）に基づいてＦＴＰに対する平均オピニオンスコアを導くためのルックアップテーブル１９４と、パケットエラー確率（ＰＥＰ）に基づいてビデオに対する平均オピニオンスコアを導くためのビデオルックアップテーブル１９６とを用いる。ルックアップテーブル１９２、１９４および１９６、またはより一般的には、平均オピニオンスコアと送信特性もしくは送信パラメータとの間の関係は後で詳述する。

各音声送信と、各ＦＴＰ送信と、各ビデオ送信とに対して得られたスコアに基づいて、本発明に係る装置内の前記決定する手段は、音声送信と、ＦＴＰ送信と、ビデオ送信との各々に対してそれぞれの送信ポリシ１３２を決定し、この決定、すなわち最適な送信ポリシを、さまざまなレイヤ、すなわち図１Ｃではアプリケーション層および無線リンク層へと分配する。

音声品質を決定する従来の方法は、リスナーである回答者による主観テストを実施する。このようなテストの結果は平均化され、平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）とされるが、このようなテストはコストが高く、オンラインによる音声品質の評価としては非現実的である。この理由から、ＩＴＵは、新しいモデルである、音声品質の知覚評価（ＰＥＳＱ：Ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌ Ｅｖａｌｕａｉｏｎ ｏｆ Ｓｐｅｅｃｈ Ｑｕａｌｉｔｙ）、すなわち一般的な主観テストで得られる品質スコアを、高い相関関係で予測するアルゴリズムを標準化した。これは、込み入ったテストを作成し、ＰＥＳＱによりテスト信号を処理することによって実施される。

ＰＥＳＱは一方向の音声品質を測定するものであり、信号をテスト用のシステムに入力し、ＰＥＳＱにより、劣化した出力を入力（基準）信号と比較する。平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）とユーザ満足度との間のマッピングを図１Ｄに示している。

ＰＥＳＱアルゴリズムは、コンピュータを用いて処理するにはコストが高いため、リアルタイムのシナリオでは使用できない。この問題を解決するため、計算を容易にするパラメータである、パケットエラー確率と利用可能なビットレートとを用いて平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を推定するモデルが提案されている。この利用可能なレートは、使用可能な音声コーデックを決定するものである。さまざまな音声コーデックに対するパケットエラー確率の関数として平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）の推定のための経験的な曲線を図２に示している。これらの曲線は、多くの音声サンプルとチャネルの実現（ｃｈａｎｎｅｌ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ）にわたる平均（パケット損失パターン）を用いて描かれている。これらの曲線は、サポートされているあらゆるコーデック毎に基地局内に記憶することができる。サポートされていないコーデックに基づくトランスコーディングが必要な場合、このような曲線を、サイド情報として基地局に信号で通知することができる。

ＦＴＰユーザの満足度を推定するために、Ａ． Ｓａｌｉｂａ， Ｍ． Ｂｅｒｅｓｆｏｒｄ， Ｍ． ＩｖａｎｏｖｉｃｈoおよびＰ． Ｆｉｔｚｐａｔｒｉｃｋ， “Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ ｉｎ ａｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｄａｔａ Ｎｅｔｗｏｒｋ”， Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， Ｍｅｌｂｏｕｒｎｅ， Ａｕｓｔｒａｌｉａ， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００３（以下、［Ｓａｌ０１］）に記載されている、対数型ＭＯＳスループット（ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ ＭＯＳ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）の関係が用いられる。全てのユーザが所与のデータレートを予約しており、このユーザの満足度は、自身が受信する実際のレートによって特徴付けられるものであると仮定する。平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）は、システムがユーザに対して提供する現在のレートとパケット損失レートとに基づいて次のように推定される。

あるユーザが帯域幅Ｒを予約し、実際に帯域幅Ｒを受信するとき、パケット損失がゼロであるならば、平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を基準としたこのユーザの満足度は最大のもの、すなわち４．５となる。他方で、ユーザに対して提供可能であって、１という平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を割り当てることが可能な最小の帯域幅が定義される。パラメータａおよびｂを用いて、推定された平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）に対する対数曲線が近似される（ｆｉｔｔｅｄ）。パケットエラー確率（ＰＥＰ）を変更すると、このモデルは、契約レートが例えば１９２ｋｂｐｓである全てのユーザに対して、図３に示されているような平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）の推定表面となる。

パラメータａおよびｂは、例えば、図３に示されているような１９２ｋｂｐｓのＦＴＰサービスの場合、パケットの損失がなく１９２ｋｂｐｓという予約帯域幅をユーザが受信する場合には、４．５という最大のＭＯＳが得られ、ユーザの実際の帯域幅が０ｋｂｐｓである場合には１という最小のＭＯＳが得られるように近似される。実際のパラメータとして、ａ＝２．６９０２、ｂ＝０．２４５２／ｋｂｐｓという値が選ばれている。

無線マルチメディアネットワーク内でビデオ会議またはリアルタイムビデオをサポートするために、ビデオの品質を評価する簡単なモデルを紹介する。スライス損失によって引き起こされる歪みに関する情報は全て既知であり、また、さまざまなパーセンテージのスライス損失に対してピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ）が評価されるものと仮定する。このモデルは、フォアマンビデオシーケンス（Ｆｏｒｅｍａｎ ｖｉｄｅｏ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）、すなわちベンチマークに対する標準のビデオシーケンス用に構築されてはいるものの、さまざまなビデオ用に容易に拡張できる。

エンコードおよびデコードは、Ｈ．２６４ ＪＭ ８．４コーデックで実行される。エンコーダは、第１のフレームをＩフレーム、また、それに続く全てのフレームをＰフレームとしてエンコードするように構成されている。全てのフレーム毎に９個のスライスを仮定し、１つのスライスのマクロブロックをイントラコーディングする（図４Ａ）。

その結果ビットレートが向上するが、さらに損失パケット（スライス）に対する回復力（ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅ）の向上が得られる。スライスが失われると、この損失による影響は、最大で９個のフレームの後に消滅する。その結果として、パケット損失が０％の場合の４００個のフレーム全てのＰＳＮＲの平均値は、実験によれば３５．３０ｄＢである。

図４Ｂは、デコードされた平均ＰＳＮＲ値と、メトリック平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）で測定されたユーザ満足度との間の関係を示している。図４Ｃは、無線チャネル上でパケット損失がある場合の平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を示している。スライスは全て、１つのパケットにカプセル化されている。スライス損失を１％毎に、ランダムなスライス損失パターンで１０００回シミュレーションを行った。デコードされた平均ＰＳＮＲ値を、デコードされた全てのフレームに対して計算する。スライスまたはフレームの隠蔽を用いて、期待されるピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ）と平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）とを測定した。

アプリケーション駆動式のクロスレイヤ最適化の場合、ユーザの集合を次のように３つ定義する。音声サービスを要求する集合Ｕと、ファイルのダウンロードを要求する集合Ｖと、ビデオ会議を要求する集合Ｗとである。サービスに依存してモバイルユーザは、無線チャネル上でさまざまなリソースを必要とする。これは、ユーザに対して提供可能なチャネルコードレートと一連の送信レートとにより異なる。これは、送信ポリシと呼ばれる。例えば、音声サービスを要求するユーザには、さまざまな音声コーデック（ここでの例によれば、Ｇ．７１１、Ｓｐｅｅｘ、ｉＬＢＣ（インターネットの低ビットレートのコーデック）またはＧ．７２３．１．Ｂ）が提供され、このデータは、この例ではさまざまなチャネルコードレート１／２、１／３または１／４でエンコードされる。どの送信ポリシでも、ユーザに対してサービスのさまざまな品質が提供され、さまざまな量のチャネルリソースが必要とされる。

送信ポリシの集合があらゆるサービスに対して作成される。Ｔ_uは音声サービスに対する送信ポリシの集合であり、Ｔ_vはファイルダウンロードサービスに対する送信ポリシの集合であり、Ｔ_wはビデオサービスに対する送信ポリシの集合である。

この最適化、すなわち平均オピニオンスコアの最大化の目的は、ユーザの満足度と公平度とを最大化することである。全てのユーザに対し、サービスに基づいて、全ての送信ポリシに対する決定変数、すなわちこのユーザに対して所与の送信ポリシを提供するかどうかを決める決定変数が定義される。その結果、これら決定変数は論理型となる。すなわち、ユーザがこのポリシを用いて情報を送信するかどうかを表す。音声ユーザの場合、この決定変数はｕ_ijである。ここで、「ｉ」はｉ番目のユーザを表し、「ｊ」はこの音声ユーザにとって利用可能な送信ポリシを表す。次のステップは、定義された、期待されるユーザＱｏＳを平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）と関連付けることである。

無線ネットワーク内のユーザは全て、さまざまな位置と移動度とを有しており、この結果、受信機のＳＮＲ値は可変となる。受信機のＳＮＲに基づいて、さまざまな変調スキーム（二相位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）と四相位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ））およびさまざまなチャネルコードレート、すなわち、Ｍ． Ｔ． Ｉｖｒｌａｃ， 「Ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｇｉｌｂｅｒｔ−Ｅｌｌｉｏｔｔ ｍｏｄｅｌ」， Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ＴＵＭ−ＬＮＳ−ＴＲ−０３−０５， Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， Ｍｕｎｉｃｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｍａｙ ２００３（以下、［Ｉｖｒ０１］）に記載されているように、あらゆる送信ポリシに対してパケットエラー確率（ＰＥＰ）の推定値を得ることができる。特定の受信ＳＮＲ値を与えられたあらゆる送信ポリシに対して、チャネルの実現（ｃｈａｎｎｅｌ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ）が生成され、パケットエラー確率（ＰＥＰ）の値が推定される。

マルチユーザマルチアプリケーション式のクロスレイヤ最適化に対する目的関数は式（４）で定義される。マルチメディア無線ネットワーク内の全てのユーザが知覚したＱｏＳ（ＭＯＳ）の和を最大化しなければならない。パラメータλを用いて、所与のユーザに対してより高い優先順位を与えるが、その値を選ぶかどうかはネットワークオペレータ次第である。

ここで、

ここで述べた例では、ユーザは全て、所与の送信レート、チャネルコードレートおよび変調スキームと関連付けられなければならない。決定変数ｕ_ij、ｖ_ijおよびｗ_ijは論理型であるが、これは、１ユーザに対する全ての決定変数の和が１に等しくなければならないことを意味する（式（５）〜式（７）を参照）。全てのユーザに対して利用可能なシンボルレートの合計値は、システムのシンボルレートの合計値未満に抑えられる。送信ポリシは全て、関連するシンボルレートｒ_ijを有しており、個々のシンボルレートの全ての和は、シンボルレートの合計値以下でなければならない（式（８）を参照）。

好ましい実施形態では、パラメータλを導入して、リソースの公平な割り当てを保証するようにしている。オプティマイザは、平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）に基づいてユーザ満足度を最大化するリソース割り当てを見出そうとする。これがあらゆるネットワークオペレータの目的である。この場合、システムの性能が最大化されたとしても、所与のユーザが満足しない確率が存在する。これは受信機のＳＮＲが低い場合に引き起こされ、オプティマイザは、リソースを他のユーザに割り当てることを決定する。これは、ユーザに対してそのロケーションとは無関係に提供するという公平性と矛盾する。この問題を解決するため、推定されたユーザのＱｏＳ値の履歴に基づいたスケーリング係数λが選択される。レート割り当てステップ「ｊ」では１が設定されており、Ｋ人のユーザがシステム中に存在すると仮定すると、あらゆるレート割り当ての手順について、直前のステップに対して推定されたＱｏＳの平均が最大であるユーザが発見される。ここで、１ユーザによる最大のＱｏＳが次式で得られる。

または、ユーザまたは送信のインデックスとしてｋを導入すると、次のようになる。

全てのユーザまたは送信に対し、λは次式で計算される。

知覚された最大のＱｏＳ値を有するユーザは、１というスケーリング係数を有する。他のユーザは［１，４．５］というレンジ内のスケーリング係数を有するが、それは、基準（ｄｅｎｏｍｉｎａｔｏｒ）も［１，ＭａｘＭＯＳ_j］という区間内に制限されるからである。これは、最適化アルゴリズムの安定性を保持するためには重要である。これらのλは、あらゆる送信ポリシに対して推定された平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）をスケーリングし、また、全てのユーザの平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）の和が最大化されるため、オプティマイザは、大きい平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を持つ送信ポリシを大きいλを持つユーザへと割り当てようとする。これによって、最適化の時点まで低いＱｏＳを受信していたユーザに高い優先順位が与えられる。

共通のネットワーク性能のメトリックは、システムのスループットである。従来、ネットワークオペレータの目的は、ネットワークのスループットを最大化することである。スループットによって、時点ｊにおける所与のユーザｉの実効レート（グッドプット（ｇｏｏｄｐｕｔ））Ｇ_ijは次の通りであると考えられる。

ここで、Ｒ_ijは実際の送信レートである。このような最適化モデルに対する目的の機能は、システム内の全てのユーザに対して割り当てられるレートの和を最大化することであり、式（１２）で与えられる。ここで、オプティマイザはユーザが知覚した品質を認識していない。ユーザは、より高いデータレートを受信すると、ユーザが有するＱｏＳも高くなるものと仮定する。

スループットを最大化するために、式（４）〜（８）と同じ一連の決定変数を用いる。違いは、スケーリングパラメータλがないことである。この場合、割り当てられた送信レートをスケーリングする必要はないが、それは、さまざまなアプリケーションが必要とする送信レートは比較不可能であるからである。

ここで、

図５Ａは、スループットを最大化する方法と比較した、本発明に係る方法の典型的な実施形態を用いて性能とユーザが感じる品質とを比較するシミュレーションの構成を示している。このシミュレーションは、４人の音声ユーザ、つまり２人の男性音声ユーザＶｏｉｃｅ１およびＶｏｉｃｅ２、ならびに２人の女性音声ユーザＶｏｉｃｅ３とＶｏｉｃｅ４というパラメータを用いて実施される。

音声サンプルの持続時間は３０秒である。音声信号は、６４ｋｂｐｓでＧ．７１１音声コーデックでエンコードされたバックボーンのネットワークから発せられる。基地局ＢＳでは、最適化出力に続いて、信号をＧ．７２３．１コーデックで６．４ｋｂｐｓにトランスコードするか、ｉＬＢＣコーデックで１５．２ｋｂｐｓにトランスコードするか、Ｓｐｅｅｘで２４．６ｋｂｐｓにトランスコードするか、またはトランスコードせずに６４ｋｂｐｓで送信することが可能である。

２人のユーザＦＴＰ１とＦＴＰ２が、ＦＴＰを用いたファイルダウンロードを予約した。両者とも１９２ｋｂｐｓという、提供できる最大の送信レートのサービスを予約している。

１人のユーザＶｉｄｅｏは、ビデオ会議を要求している。使用されるビデオシーケンスは、Ｈ．２６４エンコーダでエンコードされたフォアマン（Ｆｏｒｅｍａｎ）である。フレームシーケンスはＩ−Ｐ−Ｐ−Ｐ−．．．−Ｐであり、これはリアルタイムビデオにとっては適切なフォーマットである。

全体で利用可能なシステムレートは一定であり、異なる３つの場合、すなわち５００キロシンボル／秒と７００キロシンボル／秒と９００キロシンボル／秒とを試験した。変調スキームとしては、ＤＢＰＳＫ（差動ＢＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＢＰＳＫ））とＤＱＰＳＫ（差動ＱＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＱＰＳＫ））とがサポートされている。チャネルコードレートしては、１／２、１／３および１／４がサポートされている。

ユーザは移動度を持っているため、あらゆる最適化ステップに対して受信したＳＮＲは、一様な分布に基づいて所与のインターバルからランダムに引き出される。本システムは３０秒間にわたってアクティブであり、チャネル特性の平均は１．２秒の間一定であると仮定すると、最適化のループ数は２５となる。

ＳＮＲとＰＥＰとの間の関係を得るために、レイリーフェージングチャネルをシミュレーションする。信号対雑音比（ＳＮＲ）と、変調スキーム（ＤＢＰＳＫまたはＤＱＰＳＫ）と、チャネルコーディングレート（１／２、１／３または１／４）との特定の組み合わせに対し、チャネルを介した、１００万個のシンボルの送信をシミュレーションする。この特定の設定に対して、受信機がシンボルを受信した後の残留ビットエラーレート（ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｂｉｔ−Ｅｒｒｏｒ−Ｒａｔｅ）を計算する。このビットエラーレート（ＢＥＲ）に基づき、アプリケーションレイヤパケットサイズを用いてパケットエラー確率（ＰＥＰ）を計算する。このシミュレーションの場合、Ｇ．７１１でエンコードされたパケットに対する６４０ビットと、ｉＬＢＣでエンコードされたパケットに対する３０４ビットと、Ｇ．７２３．１パケットに対する１９２ビットと、ＦＴＰパケットに対する６４０ビットと、ビデオパケットに対する９００ビットとが用いられる。

直前の最適化ステップで予測されたＭＯＳ（実際のＭＯＳではない）に基づいて、スケーリングパラメータλを計算する。したがって、モバイル端末またはユーザから基地局に対する、アプリケーション層の品質についてのフィードバックは想定していない。

音声ユーザの場合、信号のサンプルを１．２秒に分割し、最適化アルゴリズムから得られた音声コーデックで全てのサンプルをエンコードする。最適化ループの最後において、これらの音声サンプルを１つのファイルに統合し、オリジナルの信号と歪んだ信号とを比較することにより知覚品質（ＭＯＳ）を計算する。

ビデオユーザの場合、スライスが失われると、ビットストリーム内に書き込まれない。これにより、デコーダはエラー隠蔽アルゴリズムを呼び出すことを求められる。あらゆるフレームのＰＳＮＲと、結果として得られる平均のＰＳＮＲとを計算する。この平均のＰＳＮＲは、図４Ｂに示されている関係を用いて平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）へと変換される。

図５Ｂは、図５Ａに示されているシミュレーション構成のために用いられる、本発明に係る方法の典型的な実施形態のフローチャートを示している。図５Ｂは、Ｓ５１０〜Ｓ５７０までの７つのステップを示しているが、これらのステップは、シミュレーションを行うために繰り返し実行される。

ステップＳ５１０では、（各「ユーザ」が１つの端末を有し、１つのアプリケーションを実行しており、）７個のモバイル端末が、第１から第３の送信タイプ（アプリケーションタイプ：Ｖｏｉｃｅ、ＦＴＰ、Ｖｉｄｅｏ）である第１から第７の送信（アプリケーション：４×Ｖｏｉｃｅ、２×ＦＴＰ、１×Ｖｉｄｅｏ）と関連付けられた、第１から第７の送信データ（アプリケーションデータ：４×Ｖｉｄｅｏ、２×ＦＴＰ、１×Ｖｉｄｅｏ）を受信する。

それに続くステップＳ５２０において、モバイル端末は、各々の単一の送信に対し独立して、受信した送信データの送信特性、すなわち送信レートとパケット損失レートと信号対雑音比とのうち少なくとも１つを導く。それに基づいて、さまざまなアプリケーションに対して期待されるＭＯＳを決定することができる。

ステップＳ５３０では、［Ｉｖｒ０１］に記載されているような各々の送信の送信特性に基づいて、パケットエラー確率（ＰＥＰ）を導く。このステップは、モバイル端末または基地局で実行できる。

ステップＳ５４０では、ユーザが感じる品質のスコア（平均オピニオンスコアＭＯＳ_ij）が送信に対応したやり方で送信特性に基づいて得られるかまたは導かれる。すなわち、音声の場合には図２またはより一般的には図１Ｃのルックアップテーブル１９２によりパケットエラー確率に基づいて得られるかまたは導かれ、ＦＴＰの場合には図３または図１Ｃの１９４にあるようなルックアップテーブルによりパケットエラー確率またはパケット損失、およびデータレートに基づいて得られるかまたは導かれ、ビデオの場合には図４Ｂまたは図１Ｃの１９６にあるようなルックアップテーブルに定義されているパケットエラー確率に基づいて得られるかまたは導かれる。

ステップＳ５５０において、基地局ＢＳは、式（９）と（１０）により、スコアの履歴（ＭＯＳ_ki）に基づいて各送信に対してスケーリング係数またはフェアネス（ｆａｉｒｎｅｓｓ）係数λ_kj（または式（４）においては、λ_ui、λ_vi、λ_wi）を計算する。

ステップＳ５６０では、基地局ＢＳは、期待されるスコア（Ｅ［ＭＯＳ_ij］）の和を最大化し、最適な送信シナリオ、すなわち各送信に対して音声の場合はｕ_ij、ＦＴＰの場合はｖ_ij、ビデオの場合はｗ_ijなどの「個々の」送信ポリシの最適な組み合わせを決定する。

ステップＳ５７０では、ｕ_ij、ｖ_ij、ｗ_ijで表される最適な送信ポリシと、アプリケーション層および無線リンク層のそれぞれの送信パラメータ（例えば、ソースコーデック、チャネルコーデック、変調スキーム）と、各送信に対し利用可能なそれぞれのデータレートとを決定した後、基地局は、決定された送信ポリシ（ｕ_ij、ｖ_ij、ｗ_ij）に基づいて継続的な送信インターバルで送信データ（４×Ｖｏｉｃｅ、２×ＦＴＰ、１×Ｖｉｄｅｏ）を送信する。

ステップＳ５７０の後、新たに送信されたデータに基づいてステップＳ５１０を再度実行する。

以下、調査した双方の最適化方式を比較する。前のセクションで説明した構成を用いて、各シミュレーションを６００回実行する。

図６は、平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）の最大化、すなわち図５Ａによる本発明に係る方法の実施形態と、スループットを最大化するレート割り当てスキームとの間における、音声ユーザＶｏｉｃｅ１からＶｏｉｃｅ４の音声ユーザの満足度が向上する様子を示している。全体で５００キロシンボル／秒というシステムレートでは、平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）に関して平均の利得（ｇａｉｎ）は、０．８５である。７００キロシンボル／秒では、利得は０．６とそれでもかなりの値であり、９００キロシンボル／秒では、約０．４である。平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を最大化するスキームの場合、結果として、利用可能な送信レートは増加するが、改善は小規模である。これは、リソースが乏しい場合、ユーザにとっての品質が良好であることを意味する。

図７は、ＦＴＰ１とＦＴＰ２というＦＴＰユーザに対する利得を示している。ここでも、平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を最大化するアプローチが、スループットを最大化するアプローチよりも性能が上回っている。ここでは、利得は低いがそれでもかなりの値である。５００キロシンボル／秒では利得は平均で０．７ＭＯＳであり、７００キロシンボル／秒では０．４５であり、９００キロシンボル／秒では０．３である。

図８は、ビデオユーザＶｉｄｅｏに対するビデオ会議の品質の改善を示している。ＭＯＳという点での利得は、図６の音声ユーザＶｏｉｃｅ１からＶｏｉｃｅ４の場合と類似しているが、利用可能な送信レートが増加するにつれて、利得は減少する。

図６〜図８に示されている全てのケースを通して、ＭＯＳの最大化は、ユーザに提供されるＱｏＳの拡散が低いという利点を持っている。例えば、システム全体のシンボルレートが５００キロシンボル／秒である場合について図６を考えると、生じるＭＯＳは、スループットの最大化の場合の９０％であり、２〜３．５の間で変動する。すなわち、拡散は１．５ＭＯＳとなる。他方、ＭＯＳの最大化の場合、生じるＭＯＳは３．４〜４．１の間で変動する。すなわち、拡散はたった０．７ＭＯＳである。

図９〜図１１では、音声ユーザＶｏｉｃｅ１からＶｏｉｃｅ４を音声ユーザ１から４と呼び、ＦＴＰユーザＦＴＰ１およびＦＴＰ２をＦＴＰユーザ１およびＦＴＰユーザ２と呼び、ビデオユーザＶｉｄｅｏをビデオユーザ１と呼ぶ。

図９〜図１１は、システム内のユーザ当たりの利得を示している。これらの曲線は、ＭＯＳの最大化により計算されたＭＯＳと、スループットの最大化により計算されたＭＯＳとの間の差分として生まれるものである。５００キロシンボル／秒（図９）というシステムシンボルレートから開始し、シミュレーションの５０％における全てのユーザの平均の利得は０．８である。例外は、さらに高いＭＯＳの利得を有するビデオ会議のユーザＶｉｄｅｏと、低い利得を有するＦＴＰユーザ２である。７００キロシンボル／秒（図１０）というシステムでは、所与のユーザにとって、スループットの最大化のほうがよい結果となる場合がある（ビデオ会議のユーザの場合１％）。これは、２人のユーザ（ビデオ会議のユーザと第４の音声ユーザ）がスループットの最大化の場合に性能が良くなる（全ての場合の１０％）場合、９００キロシンボル／秒（図１１）というシステムではさらに分かりやすい。これらのユーザは、受信したＳＮＲに関して最良のチャネルを有するユーザである。ＭＯＳの最大化の場合、オプティマイザはこれらユーザのリソースを減らし、悪いチャネルを持つユーザの平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を増加させる。

図５Ｂのフローチャートの右側に、タスクを実行するエンティティ間の情報の典型的な流れを示している。ＭＴ（モバイル端末）は、モバイル端末やそのユーザ（例えば、図５ＡのＶｏｉｃｅ１からＶｏｉｃｅ４、ＦＴＰ１、ＦＴＰ２、Ｖｉｄｅｏ）のようなエンティティを表しており、ＢＳ（基地局）はリソースの割り当てを行う基地局（図５ＡのＢＳ）のようなエンティティを表している。

エンティティ間の実線の矢印は第１のダウンリンクシナリオを示しており、この場合、モバイル端末ＭＴは、送信特性または導かれたパケットエラー確率を基地局ＢＳへと送信する。すなわち、ステップＳ５１０〜Ｓ５３０またはＳ５１０〜Ｓ５２０を実行する。したがって、基地局ＢＳは、ステップＳ５３０〜Ｓ５７０またはＳ５４０〜Ｓ５７０を実行する。

エンティティ間の破線の矢印は第２のダウンリンクシナリオを示しており、この場合、モバイル端末ＭＴはスコアを基地局ＢＳへと送信する。すなわち、ステップＳ５１０〜Ｓ５４０を実行する。したがって、基地局ＢＳはステップＳ５４０〜Ｓ５７０までしか実行しない。

点線の矢印はアップリンクシナリオを示している。ステップＳ５６０以降に追加のステップが必要であるが、これらのステップにおいて基地局ＢＳは、最適の送信ポリシを決定すると、モバイル端末ＭＴの各々に対してそれぞれの送信ポリシｕ_ij、ｖ_ij、ｗ_ijを送信する。これにより、これらのポリシに基づいて、前記モバイル端末はそれぞれ継続的な送信インターバルで送信データを送信する。

一般的に、好ましい実施形態は、モバイル端末が最少の処理しか実行しないように実施される。これは、基地局と比較して、これら端末の処理能力が一般に限られているからであり、したがって、処理能力が集中的に必要な部分またはステップは基地局で行われる。このようにして、ある好ましいシナリオでは、モバイル端末ＭＴは、ステップＳ５１０〜Ｓ５２０までしか実行せず、送信特性を基地局ＢＳに送信し、基地局ＢＳが残りのステップＳ５３０〜Ｓ５７０までを実行する。

アプリケーション、送信のタイプ、または更なるステップ、例えばＳ５３０またはＳ５４０を実行するモバイル端末ＭＴの能力に依存して、これらのステップを行うエンティティについての決定は、さらに動的、例えば各送信に対して行われる。

図５Ａはダウンリンクシナリオしか示していないが、本発明は、既述したようにダウンリンクシナリオに限られるものではなく、任意の数のユーザ、アプリケーションおよびアプリケーションタイプ、さらには同時に２つ以上のアプリケーションを実行するユーザに対して、アップリンクシナリオや、アップリンクシナリオとダウンリンクシナリオとが混在する場合でも用いることができる。

本発明の別の実施形態では、プライオリティ係数ｗ_kを用いる。このプライオリティ係数ｗ_kは、例えば、ユーザとサービスプロバイダとの間のサービスの合意によって決定された、ユーザの相対的な重要度を表し、ｋ＝１，．．．，Ｋであり、ＫはＫ人のユーザの内の１人である。別の実施形態では、プライオリティ係数は、ユーザに対応しているだけではなく、アプリケーションにも対応している。すなわち、サービスの合意は、一般的なアプリケーションとは独立したユーザのプライオリティ係数を定義するだけではなく、アプリケーションに対応したプライオリティ係数をも定義する。ユーザは、例えば音声のｗ_ui、ＦＴＰのｗ_vi、ビデオのｗ_viに対して導かれるアプリケーションのプライオリティ係数に基づいて、サービスごとにサービスレベルを申し込むことができる。プライオリティ係数は、フェアネス係数またはスケーリング係数λ_ijの代わりに用いるか、またはスケーリング係数λ_ijと組み合わせて用いることができる。式（１７）は、あるプライオリティ係数を持つ最適化関数を示している。

図５Ａに示されているシナリオの代わりに、送信ポリシを決定する本発明に係る装置は、ネットワークリソースや無線リソースの割り当てを行う、または行うことが許容されている他のいずれかのデバイス内に実装することもできる。

今までの説明は、アプリケーション層と無線リンク層とから得られるパラメータに焦点を当てているが、図１Ｃに示されているように、本発明の代替の実施形態では、例えばトランスポート層またはネットワーク層などの他の層に基づくパラメータを含んでいる。

上記の検討を要約すると、本発明は、送信ポリシを決定する装置および方法と、複数のタイプのアプリケーション全体に対して無線ネットワークリソースの割り当てを最適化することを可能にするシステムとを提供する。ある好ましい実施形態では、本発明は、ユーザが感じる品質である平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）と、統一のメトリックもしくは共通のメトリックとに基づいた最適化スキームを提案する。平均オピニオンスコアはサービスの提供に対するユーザの満足度を定量化するものである。本発明は、モバイル通信ネットワーク内でサービスの提供を扱ういかなるシステムでも用いることができる。

本発明は、ネットワークのキャパシティを増大させるという利点がある。すなわち、多くのユーザに対して同時にサービスを提供し、サービスに対するユーザが感じる品質（ＱｏＳ）を向上させる。

最適化パラメータとして平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を用いると、さまざまな点で役に立つ。第１に、これにより、公平性に対し容易であり、率直な尺度を与えることができる。第２に、これにより同じ尺度のアプリケーション層の性能を持つため、物理層における多様性に加えてアプリケーション層における多様性も利用可能となる。加えて、トランスポート層、ネットワーク層、データリンク層および物理層の特徴に対するアプリケーションの適応化（ボトムアップアプローチ）および物理層、データリンク層もしくはネットワーク層のアプリケーションの要件に対する適応化（トップダウンアプローチ）などのクロスレイヤ最適化のための、非常にフレキシブルなフレームワークの可能性が開かれる。特に、本発明はネットワークオペレータにとって大きなメリットがあるが、それは、本発明により、同時にサービス提供可能なユーザの数を最大化することによってユーザが知覚するＱｏＳの向上や、ネットワークキャパシティの増大が可能となるからである。

本発明に係る方法の実施要件しだいで、本発明に係る方法は、ハードウェアまたはソフトウェアとして実施可能である。このような実施例は、ディジタル記媒体、特に本発明に係る方法が実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと協働する、電子的に読み取り可能な制御信号を記憶したディスク、ＤＶＤまたはＣＤを用いて実行することができる。したがって、一般に本発明は、機械的に読み取り可能な担体上に記憶されたプログラムコードを持つコンピュータプログラム製品であり、このプログラムコードは、コンピュータ上で本方法を実行するものである。したがって、言い換えれば、このような本発明に係る方法は、コンピュータ上でこれら本発明に係る方法のうちの少なくとも１つを実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。

本発明に係る装置の一実施形態を示す。 本発明に係る装置を備えた基地局を有する典型的なネットワークシナリオを示す。 マルチアプリケーションの場合のクロスレイヤ最適化を示す。 平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）とユーザ満足度との間の関係を示す。 さまざまな音声コーデックの場合の、音声品質（ＰＥＳＱ）の知覚評価に基づいた平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）とパケット損失との関係を示す。 パケット損失およびデータレートに対する、ファイル転送プロトコル（ＦＴＰ）のユーザの平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）の推定表面を示す。 対話式ビデオアプリケーションに関するビデオシーケンスの、Ｈ．２６４ベースの典型的なエンコードを示す。 ピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ）に対するビデオユーザの平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を示す。 フォアマンビデオシーケンスのスライス損失に対するビデオのユーザの平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を示す。 本発明に関するシミュレーションの構成を示す。 図５Ａに示されているシミュレーションの構成のために用いられる、本発明に係る方法の一実施形態を示す。 図５Ａによるシミュレーション構成に基づいた、ユーザによる音声の平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を示す。 図５Ａによるシミュレーション構成に基づいた、ファイル転送プロトコル（ＦＴＰ）のユーザによる平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を示す。 図５Ａによるシミュレーション構成に基づいた、ビデオ会議の平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）を示す。 システムシンボルレートが５００キロシンボル／秒である場合の、図５Ａによるシミュレーション構成に対するユーザ当たりの平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）の利得を示す。 システムシンボルレートが７００キロシンボル／秒である場合の、図５Ａによるシミュレーション構成に対するユーザ当たりの平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）の利得を示す。 システムシンボルレートが９００キロシンボル／秒である場合の、図５Ａによるシミュレーション構成に対するユーザ当たりの平均オピニオンスコア（ＭＯＳ）の利得を示す。

Claims (16)

1. 第１の送信タイプに関連付けられた第１のアプリケーションタイプである第１の送信に関連付けられた第１の送信データと、第２の送信タイプに関連付けられた第２のアプリケーションタイプである第２の送信に関連付けられた第２の送信データとに基づいて、さまざまなタイプの複数のアプリケーションに対して送信ポリシを決定する装置であって、
   全ての送信および送信タイプについて共通なレンジ内にある第１のスコア（１１２）を得る手段（１１０）であって、前記第１のスコアは、前記第１の送信タイプに対応したやり方による前記第１の送信データについての評価に基づき、前記第１の送信に関するユーザが感じる品質を考慮するものである、手段（１１０）と、
   前記共通なレンジ内にある第２のスコア（１２２）を得る手段（１２０）であって、前記第２のスコアは、前記第２の送信タイプに対応したやり方による前記第２の送信データについての評価に基づき、前記第２の送信に関するユーザが感じる品質を考慮するものである、手段（１２０）と、
   得られた前記スコア（１１２、１２２）に基づいて、前記第１および第２の送信に対し、第１の送信ポリシ（１３０．１）と第２の送信ポリシ（１３０．２）とをそれぞれ決定する手段（１３０）であって、各送信ポリシは、期待される第１のスコアと期待される第２のスコアとの和が最大のものとなるように、１つ以上の送信パラメータを定義するものである、手段（１３０）と
   を備える装置。
2. 前記得る手段（１１０、１２０）は、実際の値であるか、または期待される、１つ以上の第１の送信特性（１１８）または第２の送信特性（１２８）に基づいて、前記第１のスコア（１１２）または前記第２のスコア（１２２）を導く手段（１１６、１２６）を備えるものである、請求項１に記載の装置。
3. 前記得る手段（１１０、１２０）は、前記第１または第２の送信データの送信元である手段から、前記第１または第２のスコア（１１２、１２２）を受信する手段（１１４、１２４）を備えるものである、請求項１に記載の装置。
4. 前記導く手段（１１０、１２０）は、第１または第２の送信特性（１１８、１２８）として、信号対雑音比（ＳＮＲ）、パケットエラー確率（ＰＥＰ）またはデータレートを用いるものである、請求項２または３に記載の装置。
5. 前記導く手段（１３０）は、所定のルックアップテーブル（１９２、１９４、１９６）または所定のアルゴリズムにより、第１または第２の送信特性（１１８、１２８）に基づいて前記第１または第２のスコア（１１２、１２２）を導くものである、請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記決定する手段（１３０）は、第１または第２の送信パラメータ（１３２．１、１３２．２）としてソースコーディングタイプを定義することにより、前記第１および第２の送信ポリシ（１３２．１、１３２．２）を決定するものである、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記決定する手段（１３０）は、第１または第２の送信パラメータ（１３２．１、１３２．２）としてチャネルコーディングタイプを定義することにより、前記第１および第２の送信ポリシ（１３２．１、１３２．２）を決定するものである、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記決定する手段（１３０）は、第１または第２の送信パラメータとして変調スキームタイプを定義することにより、前記第１および第２の送信ポリシ（１３２．１、１３２．２）を決定するものである、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記決定する手段（１３０）は、
   

   

   に基づいて、前記第１または第２の送信ポリシ（１３２．１、１３２．２）を決定するものであり、ここで、Ｅ［ＭＯＳ_ij］は前記期待されるそれぞれのスコアであり、ｕ_ijは、第１の送信ポリシをそれぞれ表す、第１の決定変数タイプの決定変数であり、ｖ_ijは、第２の送信ポリシをそれぞれ表す、第２の決定変数タイプの決定変数である、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記決定する手段（１３０）は、期待されるそれぞれのスコアの和を最大化する際に、第１のスケーリング係数を用いて前記期待される第１のスコアに対して重み付けを行い、第２のスケーリング係数を用いて前記期待される第２のスコアに対して重み付けを行うものであり、
    前記第１のスケーリング係数は、前記第１のスコア（１１２）の履歴に基づくものであって、前記第２のスケーリング係数は、前記第２のスコア（１２２）の履歴に基づくものであり、
    前記第１および前記第２のスケーリング係数が大きいほど、それぞれの履歴から導かれる値が小さくなるものである、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記スケーリング係数は、
    

    

    によって計算されるものであって、
    ここで、ＭａｘＭｏｓ_jは、
    

    

    によって導かれるものであり、
    λ_kjはレート割り当てステップｊにおける各送信ｋに対する前記スケーリング係数であり、
    ｋは正の整数ｋ＝１，．．．Ｋであり、
    Ｋは送信の数であって、１より大きい正の整数であり、
    ＭＯＳ_kiは、各送信に対してｉ＝１，．．．，（ｊ−１）を有する、先行するレート割り当てステップにおける各スコアである、
    請求項１０に記載の装置。
12. 前記決定する手段（１３０）は、ユーザに関連付けられた複数の送信に関する各履歴に基づいて、ユーザごとのスケーリング係数を計算するものであり、
    前記ユーザごとのスケーリング係数は、ユーザに関連付けられた各スコアに対して重み付けを行うために用いられるものである、
    請求項１０または１１に記載の装置。
13. 前記決定する手段（１３０）は、
    

    

    に基づいて、前記第１または前記第２の送信ポリシ（１３２．１、１３２．２）を決定するものであり、ここで、
    λ_uiは第１の送信に対する前記第１のスケーリング係数であり、
    λ_viは第２の送信に対する前記第２のスケーリング係数であり、
    Ｅ［ＭＯＳ_ij］は前記期待されるそれぞれのスコアであり、
    ｕ_ijは、第１の送信ポリシをそれぞれ表す、第１の決定変数タイプの決定変数であり、
    ｖ_ijは、第２の送信ポリシをそれぞれ表す、第２の決定変数タイプの決定変数である、
    請求項１０から１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記決定する手段（１３０）は、期待されるスコアの和を最大化する際に、第１のプライオリティ係数を用いて前記期待される第１のスコアに対して重み付けを行い、第２のプライオリティ係数を用いて前記期待される第２のスコアに対して重み付けを行うものであり、
    前記第１および前記第２のプライオリティ係数は、他のユーザと比較したサービスレベルまたは相対的なプライオリティに基づくものである、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
15. 第１の送信タイプに関連付けられた第１のアプリケーションタイプである第１の送信に関連付けられた第１の送信データと、第２の送信タイプに関連付けられた第２のアプリケーションタイプである第２の送信に関連付けられた第２の送信データとに基づいて、さまざまなタイプの複数の送信に対して送信ポリシを決定する方法であって、
    全ての送信および送信タイプについて共通なレンジ内にある第１のスコア（１１２）を得るステップ（Ｓ５４０）であって、前記第１のスコアは、前記第１の送信タイプに対応したやり方による前記第１の送信データについての評価に基づき、前記第１の送信に関するユーザが感じる品質を考慮するものである、ステップ（Ｓ５４０）と、
    前記共通なレンジ内にある第２のスコア（１２２）を得るステップ（Ｓ５４０）であって、前記第２のスコアは、前記第２の送信タイプに対応したやり方による前記第２の送信データについての評価に基づき、前記第２の送信に関するユーザが感じる品質を考慮するものである、ステップ（Ｓ５４０）と、
    与えられた前記第１および前記第２のスコアに基づいて、前記第１および前記第２の送信に対し、第１の送信ポリシ（１３２．１）と第２の送信ポリシ（１３２．２）とをそれぞれ決定するステップ（Ｓ５６０）であって、各送信ポリシは、継続的な送信インターバルに対し、期待される第１のスコアと期待される第２のスコアとの和が最大のものとなるように、１つ以上の送信パラメータを定義するものである、ステップ（Ｓ５６０）と
    を含む方法。
16. コンピュータ上で、請求項１５に記載の方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム。

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