JP2007536827A - 無線通信システムにおける適応型遅延管理のための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
異なるサービス品質(QoS)要求を有する資源を割り当てるための適応型遅延管理手段及び方法。順方向リンク(FL)スケジューラは、送信待ち状態のデータ待ち行列を、ベストエフォート(BE)及び優先転送(EF)等の優先度クラスに従って取り扱うことによって送信インスタンスを準備する。複数の待ち行列からのデータビットが送信インスタンス内に埋め込まれる。一組の送信候補を生成して選択するため及び前記候補の組から次の送信インスタンスを構築するために様々なメトリックが使用される。
【選択図】 図10
Description
以下の説明は、1xEV−DOの動作をサポートする、すなわちIS−856仕様をサポートするシステムの順方向リンク(FL)に関するスケジューリングアルゴリズムに関するものである。一実施形態においては、スケジューリングアルゴリズムは、FL容量を最大化することを試みる一方で様々なアプリケーションの品質QoS要求を満たすために、様々な多ユーザーパケット及びショートパケットを利用する。前記スケジューリングアルゴリズムは、様々なアプリケーションの優先順位を設定する機構も提供する。該優先順位設定は、アプリケーションフローの型、特定のQoS要求、又はフローのその他の特性に基づくことができる。一実施形態においては、フローは、アプリケーションの遅延による影響度に基づいてFLでの送信に関するスケジュールが設定される。一側面においては、フローは、スループットによる影響度と均衡化された遅延による影響度に基づいて差別化される。次の説明は、1xEV−DO仕様の改訂Aに基づいて実装された場合のスケジューリング手段と方法について検討する一方で、これらのスケジューリング手段および方法は、代替システムに対してもさらに適用可能である。特に、概念は、IS−856仕様、具体的には、"cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification"(cdma2000高速パケットデータエアインタフェース仕様)3GPP2 C.S0024 Ver.4.0, October 2002において定義される所定の部分組のサブタイプとユーザーが適合可能なシステムに対して適用可能である。
ここで、f( )は関数であり、PFは、所定のユーザーの又はユーザーに関する所定のアプリケーションの遅延上の要求に基づいて決定される。PFは、各待ち行列内の各データグラムに関して計算され、優先度がより高いフローインスタンスを識別するために様々なPFが比較される。パケット交換通信は、所定の通信のエンド・ツー・エンド遅延が固定されていないため、スケジューリングが適応型遅延管理を組み入れることを可能にする。この可能にすることは、エンド・ツー・エンド遅延が固定されている回線交換通信と対照的である。
以下の説明は、IS−856において説明されている高速パケットデータ(HRPD)サービスをサポートするcdma2000システムに関するものであることに注意すること。このシステムは、一例として用いられている。本発明は、サービス対象ユーザーがスケジューリングアルゴリズムに従って選択されるその他のシステムに対しても適用可能である。
アクセスネットワーク(AN)−セルラー方式のネットワーク、パケット交換データネットワーク(典型的にはインターネット)、及びATの間においてデータ接続性を提供するネットワーク装置。HRPDシステムにおけるANは、セルラー通信システムにおける基地局に相当する。
ベストエフォート(BE)−一般的にオーバーエアで受信するデータ量が相対的に多いが、トラフィックの性質上相対的に長い遅延を許容可能であるが、データ損失率は極端に低くすべきであるアプリケーションフロー。
DelayBound−ANからATへのデータパケット送信に関して許容される指定時間(遅延限度)
優先転送(EF)−アプリケーションフローは、典型的には、インターネットからアクセスネットワークに到着するトラフィック量は少量であるが、該トラフィックの性質上、一定の相対的に低いDelayBound内で及び合理的なデータ損失率でデータパケットをユーザーに引き渡すべきである。
ジッター限度−所定のアプリケーションフローに関するジッター限度
モーション・ピクチャ・エキスパーツ・グループ(MPEG)−マルチメディア素材を送信するためのプロトコル。
多くの無線通信は、パケットデータの処理に関して異なるホップ単位動作(PHB)及び異なるルーティングを利用するためにインターネットプロトコル(IP)を利用する。一般的には、インターネットは、相互運用を目的としてIPに依存する様々なリンク層技術によって構築された多数のネットワークを含む。IPは、ネットワーク負荷とともに増大するパケット損失及び遅延が生じる可能性がある無接続ネットワーク層サービスを提供する。基本的なIP引き渡しモデルは、ベストエフォート(BE)と呼ばれる。しかしながら、幾つかのアプリケーションは、単純なBEサービスよりも優れたサービスを要求することができる。例えば、マルチメディアアプリケーションは、帯域幅が一定であること、遅延が短いこと及びジッターがほとんどないことを指定することができる。他の優先型は、スループットレベルを保証する保証転送(AF)と呼ばれる転送動作である。
一実施形態によれば、PFは次式のように与えることができる。
PF = f(パケットの待ち時間)*g(チャネル状態)*h(セルの負荷)
上式は、送信をスケジューリングする際にパケットの待ち時間、チャネル状態及びセルの負荷を考慮したものである。該計算は、EFデータ又はBEデータのスケジューリングのために使用することができる。
本発明の実施形態は、様々な速度の送信をサポートできるその他のハードウェアアーキテクチャにも適用可能である。本発明は、逆方向リンクにおける様々な速度での送信を網羅するように容易に拡張することができる。例えば、基地局820におけるデータ受信速度を遠隔局からのDRC信号に基づいて決定する代わりに、基地局820は、遠隔局から受信された信号の強度を測定して雑音環境を推定し、遠隔局からのデータ受信速度を決定する。次に、基地局820は、遠隔局から逆方向リンクでデータを送信すべき速度を各関連づけられた遠隔局に送信する。これで、基地局820は、本明細書において順方向リンクに関して説明される方法と同様の方法で、逆方向リンクにおける異なるデータ速度に基づいて逆方向リンクでの送信をスケジューリングすることができる。
ここで、Ai(t)は、チャネル状態メトリックと呼ばれ、Ui(t)は、ユーザー公平性メトリックと呼ばれる。関数Ai(t)は、現在のチャネル状態に基づいて時間tにおいてユーザーiに対応するのが望ましいことを指定する。関数Ui(t)は、過去の受信サービス歴に基づいて時間tにおいてユーザーiに対応するのが望ましいことが指定される。優先度関数f( )は、これらの2つの望ましいことに関するメトリックAi(t)及びUi(t)を組み合わせて各ユーザーに関する優先レベルを決定する。
ここで、PacketAgeは、現在の時間と基地局待ち行列内において待機中の各パケットに関して定義された該当するタイムスタンプとの間の差を示し、チャネル状態は、BSとATとの間の無線リンクの品質を示し、SectorLoadは、現在の時間における短い時間スパンにわたってセクターによって対応される総トラフィックの量とプロフィールを示す。関数f( )は、スケジューラの特定の実装に依存する。さらに、DecisionMetricは、ビットメトリック、パケットメトリック、データグラムメトリック、又は送信インスタンス選択方法をスケジューラに提供するその他の手段を意味することもできる。
全ユーザーがEFユーザーであり、さらに各ユーザーが同じ型、例えばVoIP専用システム、の1つのEFフロー、及び多ユーザー送信フォーマットを有する特殊事例に関するパケットメトリックについて検討する。この場合は、該フォーマットに関する多ユーザー送信インスタンスを生成するために適合可能DRCを有するユーザーの待ち行列からのビットがスタッフィングされる。これらのユーザー間において、対応するIPデータグラムのタイムスタンプに基づいて先入れ先出し方式でビットが選択される。本例に関しては、遅延限度は同じであると想定されている。同じタイムスタンプを有するビット間では、IPパケット内での順序に従って選択が行われ、異なるユーザー間では、パケット内にデータを有するユーザー数を最小にするような形で選択が行われる。
ここで、Ngは、対象となる定義された又は導き出された候補送信インスタンスの一般的スパンであり、累積ビットメトリック(AccumulatedBitMetric)は、候補インスタンス内に含められている(又はスタッフィングされている)全ビットに対応するビットメトリックの合計である。値Ngは、定義された又は導き出された型の公称スパンに設定することができる。代替として、該値は1に設定することができ、この場合は、パケットメトリックは、累積ビットメトリックと等しくなる。この場合は、スケジューラは、送信インスタンス当たりのスループットではなく送信インスタンス当たりのペイロードを最大化するように動作する。この動作は、DRCの影響が及ばなくなるという望ましくない影響を及ぼし、それによって性能低下を引き起こして該性能低下が図6に示されている動作に従わなくなる可能性がある。他のアプローチ法は、Ngを「疑似スパン」に設定することであり、この「疑似スパン」は、1スロット及び2スロットの高速パケットに関しては1、4スロットパケットに関しては2に設定され、以下同様であり、ペイロードに基づいて高速パケットを区別することができ、他方、低速フォーマットはNgをより大きな値に設定することによって阻止される。
異なるシステム、動作目標、及び設計に関してはビットメトリックに関するその他の定義を実装することができる。
次無限インパルス応答(IIR)フィルタを通じて定義することができる。一実施形態においては、前記時定数は1msに設定される。
BitStuffingMetric[i] > BitStuffingMetric[j] => BitMetric[i] ≧ BitMetric[j]
この一般的ガイドラインは、候補送信インスタンス内に埋め込まれたオクテットが、のちに埋め込まれる他のオクテットと少なくとも同じ量だけパケットメトリックに貢献することを保証する。
ここで、メトリックは、いずれかのメトリック型であることができ、MC0,...,MC7は、メトリック係数を表す。2つのメトリックの加算及びスカラーによるメトリックの乗算(又は除算)は、多項式代数の場合と同じように定義され、2つのメトリックを合計時に、2つの多項式の対応係数が合計される。メトリックにスカラーを乗じる(又はメトリックをスカラーで割る)ときには、各々の係数に同じスカラーが乗じられる(又は各々の係数が同じスカラーで割られる)。この計算方法は、上記において計算されたビットメトリックを用いたパケットメトリックの計算を可能にする。
ビットメトリック及びビットスタッフィングメトリックに関しては、対応する多項式表現の1つの項のみがいずれかの所定の時点においてゼロ以外である。ゼロでない項の次数は、ある所定のオクテットに関するビットメトリック及びビットスタッフィングメトリックに関して同じである。通常は対応する係数の名前MC0,...,MC7で呼ばれるこのゼロ以外の項の次数は、ビット(スタッフィング)メトリック(又は対応するオクテット)の「優先状態」と呼ばれる。比較演算の定義は、MC0項が最低優先度オクテットに対応し、MC7項が最高優先度オクテットに対応することを暗黙に示す。オクテットiに関するビット(スタッフィング)メトリックの優先状態は、次式によって与えられる該オクテットの現在の遅延状態よって及び該オクテットが属するフローに関して定義された「優先度しきい値」と呼ばれる一組の順序が設定されたしきい値を用いて決定される。
TimeStamp[i]は、オクテットiに関する適切に定義されたタイムスタンプである。優先度しきい値によって定義された各間隔は、優先状態にマッピングされる。優先度しきい値及び定義された間隔を優先状態にマッピングすることは、各フローに関して別々にスケジューラに指定することができる。オクテットのCurrentDelay[i]は、該当する間隔を決定するためにこれらの順序が設定された組のしきい値と比較される。この比較は、ビット(スタッフィング)メトリックの優先状態を定義する。
1.GoSFactorは、各フローに基づく定義済み変数であり、フロー全体において様々なレベルのサービス等級を提供するために使用される。
ここで、AccelerationFactorは、各フロー当たりの定義済み変数である。 AccelerationFactorは、異なるフローごとに異なる可能性があるDelayBoundを正規化する。一例として、2つの異なるオンラインゲームについて検討する。これらの2つのアプリケーションは、異なる特性を有することに起因して、異なるDelayBound設定値がスケジューラに対して指定されている可能性がある。しかしながら、一方のゲームが他方のアプリケーションよりも高い優先度を必ずしも有しているわけではない。このため、スケジューラは、両アプリケーションを等しい優先度で取り扱うことが望ましい。第1のゲームは300msの遅延限度を有しており、第2のゲームは150msの遅延限度を有すると仮定する。従って、いずれの時点においても、第2のゲームに属するオクテットについては、150msを超えるオクテットはスケジューラが廃棄するため存在しないことになる。しかしながら、第1のゲームに属するオクテットの場合は、150msよりも古いオクテットが存在している可能性がある。その結果、AccelerationFactorを使用しない場合は、第1のゲームのオクテットが第2のゲームのオクテットよりも優先されることになる。各アプリケーションのAccelerationFactorを各々のDelayBound設定値に反比例させて設定することによって、スケジューラは、この望ましくない影響を正規化することができる。
ここで、DSBitMetricValueは、ソフトな優先順位設定のために用いられる各フロー当たりの定義済み変数である。さらに、2つのアプリケーションがほぼ等しい優先度を有しているが(例えばインターネットから待ち行列への)平均入スループットが異なるときには、各フローに関するDSBitMetricValueは、より高いスループットを有するアプリケーションがFLパケットを効率的に満たすためにより多くのデータを単に持つことによって優先されることになるのを回避するため、該フローの典型的スループットに反比例するように設定することができる。
a.FlowTPutFilterTimeConst−各フローに関して保持される平均スループットAvgThroughput変数を生成するために用いられる1次IIRフィルタの時定数を定義する。該フィルタは、スロット当たり1回繰り返される。該フィルタへの入力は、該スロットにおいて開始するパケット内の所定のフローの待ち行列から提供されるオクテット数である。該フィルタは、新たなパケット送信が開始しないスロットにおいてゼロを入力することによって更新される。
a.UserId, FlowId−各フローの所有者をインデキシング及び決定する手段を提供する。
d.AccelerationOffset
e.DelayBound−0は無限を表し(すなわち、オクテットに対応する前に該オクテットを絶対に廃棄しない)、0以外の場合は、所定のオクテットのタイムスタンプに関する遅延量であって経過後に該オクテットが待ち行列から廃棄される遅延量を表す。
DSP−ドライバインタフェースにおいては、フローは、BE、AF、又はEFとして指定されず、さらにその他のいずれの高レベル記述子によっても指定されない。DSP−ドライバインタフェースは、すべてのフローに関して一定の低レベル記述子を使用する。BSC等のより高いレベルにおいては、QoS要求及びBE/EF/AF分類等の特定の高レベルフロー記述子が、各フローに関してDSP−ドライバインタフェース内において定義された基本変数にマッピングされる。これらのマッピングテーブルは、考えられるフロー型に関して、十分なシミュレーション及び試験によって生成される。
2.穏やかな優先順位設定に関するGoSFactor
3.典型的には、何らかの最低限のスループットを要求するAFフローに関するTargetThroughput
EFフローは、以下の変数の適切な組合せを用いて優先順位をさらに設定することができる。
2.AccelerationOffsetは、同じ優先状態のオクテット間におけるビットスタッフィング中に優先順位設定を行うが、(最終的なパケット選択ステップは、パケットメトリックを計算するためにビットメトリックを使用し、AccelerationOffsetには依存しないため)最終的なパケット選択には直接的な影響を与えない。同じユーザー又は2人の異なるユーザーに属する2つのフローが同じ候補送信インスタンス内に含まれるために競合中である場合は、より大きいAccelerationOffsetを有するフローが優先される。
b.AggregateIndex
c.QoSMetricState
d.PriorityThold[2]
e.AccelerationFactor
f.AcclerationOffset
g.DelayBound
h.TargetThroughput
i.GoSFactor
j.DSBitMetricValue
異なった設定が可能な変数はIntraFlowPriorityであり、異なった設定をしなければならないパラメータはFlowIDである。
一実施形態においては、統合フローは、単一のビット(スタッフィング)メトリックが割り当てられる。このメトリックは、統合フローの構成フロー間において最も古いタイムスタンプに基づく。構成フローのタイムスタンプは、FTx/RTx/DARQ待ち行列の待ち行列先頭タイムスタンプに基づいて計算される。しかしながら、ビットスタッフィングのためにフローを選択時には、構成フローが対応される順序は、第1に、これらの構成フローの各々に対して割り当てられたIntraFlowPriority変数によって決定され、第2に、これらの構成フローのタイムスタンプによって決定される。IntraFlowPriority変数を同じ値に設定することによって、構成フローの選択順序は、厳格にこれらの構成フローのタイムスタンプに基づいて設定することができる。IntraFlowPriority変数は、ほとんどの場合はBEフローが対象になっている。
b.RTx/DARQ待ち行列には対応できない
上記の制限以外には、スケジューラは、ユーザーからの受信DRCが、改訂A内の一定のプロトコルサブタイプ内の同じ送信フォーマットと適合可能であると定義されている0x0(すなわち、NULL DRC)、又は0x1(すなわち、38.4Kbps)であったかどうか区別しない。特定のプロトコルサブタイプに関する定義については同じく表1を参照すること。
b.1つの多ユーザー候補(生成された場合)、及び、該候補内において対応されたユーザーのうちの一部が適合不能になった場合に該候補内において対応することができるいくつかの予備ユーザー
1xEV−DO Rel−0においては、ANは、DRC情報を消去時にはATへのパケットのスケジューリングを行わない。ANが遅延の影響を受けないアプリケーション、例えばベストエフォートトラフィック、を有する複数のATに対応中であるときには、相対的に大きなDRC消去率をシステム容量を失うことなしに許容することができる(例えば、多ユーザーダイバーシティに起因するとき)。DRC消去率が過度に高いときには、DRCロックビットがANによってゼロに設定され、これで、ATは、他のセクターにハンドオフすること又は固定速度モードに切り換わることを選択できる。しかしながら、DRCロックビット生成方法は、不必要なハンドオフを防止するために、少なくともフィルタリングに部分的に起因する固有の遅延を有する。従って、逆方向リンクでは相対的に長時間のDRC消去が発生する可能性がある。EFトラフィック等の遅延の影響を受けやすいアプリケーションにとっては、これらの消去は、受入不能な長さのサービス停止を発生させる可能性がある。DRC消去マッピングアルゴリズムは、FLでのサービス停止を最小にすることを追求する。
ここで、FlowEligibleForDRCErasMappingは、各トラフィックフローがDRC消去マッピングに関する資格を有することを示す変数である。デフォルトとして、EFフローはマッピングの資格を有ると想定され、BEフロー及びAFフローは資格を有さない。
b.フローは、要求されたDRCインデックスDRC_index_mappedを有する多ユーザー送信インスタンスに関する資格を有する
DRC_index_mappedを消去長さの関数として動的に変更することが可能である。この動的変更は、DRC_index_store及びEras_Countを用いて達成させることができる。DRC_indexに関するデフォルト設定値は、0x3にマッピングすることができる。FLスケジューラに関しては、DRCインデックス0x3は、多ユーザー送信フォーマット(1024,4,256)に対応し、該フォーマットは、フォーマット({128,256,512},4,256)に変換可能である。これらの多ユーザーフォーマットはすべて、全DRCインデックスと適合可能であり、このため、ATは、(実際の要求されたDRCインデックスと無関係な)十分なSINRを有するかぎりマッピングされたDRCを復号可能なはずである。代替アルゴリズムは、Eras_Countが増加するのに応じて、利用可能な多ユーザー送信フォーマットをより低いデータ速度に制限するより控え目な値を適用することができる。
ここで、チャネル状態インジケータ(CCI)は、別々に生成することができる組{0,1}からの値又は間隔[0,1]をとり、このため、より高い値をとるときには、ユーザーの長期的なチャネル状態と比較して相対的に良好なチャネル状態を示す。さらに、kは、CCI−遅延変換率である。kは、ユーザーのチャネル状態が自己のチャネル統計数字に関して良好であるときにフローが遅延の点でどれだけ向上されるかを示す。
Claims (4)
- 無線通信システムにおいて送信インスタンスをスケジューリングする方法であって、
複数のモバイルユーザーからチャネル状態インジケータを受信することであって、前記チャネル状態インジケータは、順方向リンク通信に対応することと、
前記複数のモバイルユーザーに対して遅延基準を決定することと、
前記複数のモバイルユーザーに対して送信スケジュールを決定することであって、前記送信スケジュールは、前記遅延基準の関数であること、とを具備する方法。 - 無線通信システムにおいて送信インスタンスをスケジューリングする方法であって、
複数の送信待ち行列を評価して各送信待ち行列に関連するアプリケーションフローの遅延影響度及びスループット影響度を識別することと、
一組の候補送信インスタンスを前記複数の送信待ち行列から生成することと、
1つの候補送信インスタンスを前記組から選択することと、
前記選択された候補送信インスタンスを送信のために準備すること、とを具備する方法。 - 前記候補送信インスタンスの組を生成することは、
各待ち行列に関するビットメトリックを生成することと、
各待ち行列に関するビットスタッフィングメトリックを生成すること、とを具備する請求項2に記載の方法。 - 1つの候補送信インスタンスを選択することは、
パケットメトリックを前記ビットメトリックの関数として生成することと、
前記組内の候補送信インスタンスに関する前記パケットメトリックを比較すること、とを具備する請求項3に記載の方法。
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