JP2008131365A - 帯域割当方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の端末が無線回線を共有して通信を行う無線通信システムの基地局における帯域割当方法において、端末毎に、端末から送信されたデータ量を測定し、帯域割当対象の端末に関する最新のN回(Nは2以上の整数)の測定結果について、データ量とその発生確率を算出し、予め複数の割当候補帯域を設定し、割当候補帯域のそれぞれに対して、データ量、発生確率および割当候補帯域を適用した場合に送信完了するまでに要する総帯域量から、スループット期待値を算出し、算出したスループット期待値が最大となる割当候補帯域を、帯域割当対象の端末の次の周期における割当情報として決定する。
【選択図】図1
Description
また、今後、アプリケーションやサービスの開発に伴い、ネットワークの利用ユーザ数の増加が期待されている。そこで、様々なアプリケーションやサービスをより多くのユーザに提供し、サービスエリアを広域化できる広域ユビキタスネットワークが注目されている。
また、このようなネットワーク内の無線端末は、バッテリ駆動であり、データの測定と、測定したデータの送信等の最小限の機能しか有していない低消費電力・低機能の端末である。このような無線端末から基地局へのトラヒックは、(1)データ量が少ない、(2)送信間隔が比較的長い、(3)データ発生が周期的である、という特徴を有する。
さらに、ネットワークでは、できるだけ多くの無線端末からのデータを収集するために、一台の基地局にできるだけ多くの無線端末を収容する必要がある。
従って、これらのネットワークでは、一台の基地局で多数の低機能な無線端末を効率良く収容しつつ、高スループットであり、低伝送遅延時間を実現できるMACプロトコルが要求される。
この方法は、基地局が無線端末からの要求に応じたスロット(帯域)を動的に割り当てるものである。
これは、図11に示すように、通信を開始する前に、無線端末と基地局の上位レイヤ間でのメッセージ情報の交換を行うことで、割当周期、割当チャネル、割当帯域(チャネル数)等の割当情報を、無線端末と基地局との間でネゴシエーションし、決定する。基地局では、決定した割当情報に基づき、割当周期毎に割当を実施する。
具体的には、該当する無線端末に対して、割当周期毎に、FCH中で割当開始位置、割当チャネル、割当帯域を示す情報を送信することで、一定帯域の周期割当を実現する。
このような従来技術として、非特許文献1が知られている。
5GHz帯アドバンスドワイヤレスアクセス(AWA)システムの開発 −MAC/DCL機能− 2000年 電子情報通信学会ソサイエティ大会 B−5−39 pp.327
しかしながら、トラヒック量がLCHの割当帯域よりも大きい場合には、LCH割当帯域だけでは送信できず、余剰トラヒックに対して帯域要求をSCH帯域により送信し、データ送信用の帯域割当を待つ必要があることから伝送特性が劣化するという問題がある。
以上のように、従来技術による帯域制御方法では、無線端末からの送信データ量が変動する場合に、高いスループットが得られないという問題がある。
本発明の方法として、基地局は、まず、無線端末毎のトラヒックを基地局で測定し、測定したトラヒックの分布をもとに、次の3つの方法により高いスループットを得る帯域制御方法を実行する。
また、第2の方法は、複数の通信手順があり、通信端末から基地局へのデータ送信用の帯域のネゴシエーションがある場合に、ネゴシエーションで決定したデータ送信用のチャネル割当時と帯域要求用のチャネル割当時とのスループットを比較し、高いスループットが得られるチャネルを選択し割り当てる方法である。
それぞれの方法は、第1から第3の実施形態を用いて、後に詳述する。
まず、基地局が、無線端末毎のトラヒックを測定し、測定したトラヒックの分布を求める方法を説明する。
ここでは、無線端末が毎フレーム、データを送信し、基地局が割当周期1で、該
当する無線端末に対して帯域割当を行う場合について考える。
基地局は、無線端末毎に、図2に示すように、割当周期(割当フレーム)毎に無線端末が実際に送信したデータ量を記憶する。つまり、基地局は、無線端末からのデータ送信がある場合、割当フレーム番号とデータ量とを関連付けて、テーブルとして記憶部に記憶する。
例えば、このデータ量とは、無線端末が、送信時にLCHのみを使用した場合には、LCHにより送信したデータ量であり、送信時にLCH及びSCHを使用した場合には、LCHにより送信したデータ量とSCHで帯域要求したデータ量との合計量である。
図2では、フレーム番号が50(#50)までの、割当フレームとその時のデータ量とが関連付けて記憶されている。以降および図2において、フレーム番号を示す記号として「#」を用いて説明する。
例えば、図3は、上述の規定値Nが30の場合、すなわち、最新の30回分の測定トラヒック分布である。すなわち、図3は、フレーム番号が#21から#50までの測定トラヒック分布である。
図4は、図3の測定トラヒック分布に対しての、データ量毎の発生確率P(Di)である。
以下に、基地局での、図3の測定トラヒック分布を用いてチャネルを割り当てる第1から第3の方法を、第1から第3の実施形態を通じて説明する。
基地局1は、送受信部101、受信データ量測定部102、受信データ量記憶部103、発生確率算出部104、発生確率記憶部105、スループット期待値算出部106、スループット期待値選択部107、設定部108を有する。
受信データ量測定部102は、送受信部101が無線端末2と送受信したデータのデータ量を割当フレーム毎に測定し、測定した割当フレーム毎のデータ量を受信データ量測定部102に、割当フレーム番号とデータ量とを関連付けてテーブル(受信データ量テーブル)として、受信データ量記憶部103に登録し記憶させる。
また、発生確率算出部104は、生成した測定トラヒック分布および算出したデータ量毎の発生確率P(Di)を、発生確率記憶部105に登録し記憶させる。
なお、発生確率算出部104は、データ量がN回(Nは2以上の整数)未満の場合には、通信開始前のネゴシエーションで決定した割当帯域を次の割当フレームでのLCH割当帯域とし、LCH数に換算し、設定部108を介して無線端末2との通信における割当帯域を設定する。
また、スループット期待値選択部107は、第2の実施形態では、スループット期待値算出部106が算出したデータ送信用のチャネル割当時のスループット期待値と帯域要求用のチャネル割当時のスループット期待値との比較において、算出した帯域要求用のチャネル割当時のスループット期待値の方が高い場合には、帯域要求用のチャネルの帯域を、帯域割当対象の端末の次の周期における割当情報とし、算出したデータ送信用のチャネル割当時のスループット期待値の方が高い場合には、ネゴシエーションで決まった割当帯域を、帯域割当対象の端末の次の周期における割当情報とする。
また、スループット期待値選択部107は、第3の実施形態では、スループット期待値算出部106が選択した最大スループット期待値と算出した帯域要求用のチャネル割当時のスループット期待値との比較において、算出した帯域要求用のチャネル割当時のスループット期待値の方が高い場合には、帯域要求用のチャネルの帯域を、帯域割当対象の端末の次の周期における割当情報とし、選択した最大スループット期待値の方が高い場合には、最大スループット期待値となる割当帯域候補を、帯域割当対象の端末の次の周期における割当情報とする。
第1の実施形態では、基地局1は、図3の測定トラヒック分布を用いて、割当情報のうちのデータ送信用のLCH割当帯域(LCH数)を決定する。なお、本発明における「割当帯域」とは、「一度にどの位のデータを送れるか」を示す情報であるものとして、以降説明する。
ステップS101の検出結果が、測定数が規定値Nよりも小さい場合は、発生確率算出部104が、通信開始前のネゴシエーションで決定した割当帯域を次の割当フレーム#51でのLCH割当帯域とし、LCH数に換算し(ステップS102)、終了する。
次に、スループット期待値算出部106が、割当帯域候補に対して、スループット期待値を計算する(ステップS104)。この割当帯域候補、および、割当帯域候補に対するスループット期待値の算出方法は、後に詳述する。
次の割当フレームにおいて、設定部108が、本処理フローで決定したデータ送信用の割当帯域(LCH数)を、該当する無線端末2に割り当てる。
本方法では、予め割当帯域候補Ci(i=1,2,・・,M)を、測定データ量(Di)の範囲から決定しておく。ここで、Mは、2以上の整数である。
ここでは、一例として、帯域割当候補Ciを測定データ量Diとする。つまり、割当帯域候補Ci=測定データ量Di(i=1,‥,8)とする。そして、割当帯域候補を適用した場合のスループット期待値を計算する。なお、割当帯域候補Ci(i=1,・・,8)のスループット期待値Ethr(Ci)は、次の式(1)で算出する。この式1で、nは、割当帯域候補に等しいか、または、それよりも小さい測定データ量の個数を表す。
図6より、まず、割当フレームにおいて、該当する無線端末に対して、FCHにより割当情報が通知され、該当する無線端末はFCHにより指定されたデマンドアサイン領域のLCH帯域に対して、データ送信を行う。
基地局では、無線端末からのデータを受信すると、次のフレームのSCHにて受信結果を送信する。
なお、送信完了までに要するフレーム数は、トラフィック状況に応じて変化する。ここで示したシーケンスは、最短の場合である。
なお、この第1のMACフレームのLCH帯域の割当情報を示すFCHの帯域、および、第2のMACフレームのSCH帯域の割当情報を示すFCHの帯域は、それぞれ、割当対象となる無線端末との間で用いられるFCHの帯域である。
なお、第1の実施形態での第1の方法は、通信端末が用いる帯域を予測する方法でもある。
第2の実施形態では、基地局1は、図3の測定トラヒック分布を用いて、割当情報のうちの割当チャネルを決定する。
図7のフローチャート図を用いて、基地局1の第2の方法での動作について説明する。ここで、基地局1は、図7のフローチャート図の動作の前に、各無線端末2に対して、割当フレーム毎に無線端末2のデータ量を測定し、記憶しているものとして説明する。つまり、受信データ量記憶部103に、割当フレーム番号とデータ量とを関連付けてテーブル(受信データ量テーブル)として記憶されているものとして説明する。
ステップS201の検出結果が、測定数が規定値Nよりも小さい場合は、発生確率算出部104が、割当チャネルをデータ送信用のLCHとし、通信開始前のネゴシエーションで決定した帯域を割当帯域とし、LCH数に換算し(ステップS202)、終了する。
なお、ステップS202では、LCHを割当チャネルとして選択しているが、帯域要求用のSCHを選択してもよい。すなわち、ステップS202では、LCHまたはSCHで、どちらのチャネルを選択しても構わない。
次に、スループット期待値算出部106が、データ送信用のチャネル割当時のスループット期待値Ethr_LCHを算出する(ステップS204)。このデータ送信用のチャネル割当時のスループット期待値Ethr_LCHを算出する方法については、後述する。
一方、このステップS206の比較で、データ送信用のチャネル割当時のスループット期待値Ethr_LCHの方が高く、高いスループットが得られる割当チャネルとしてLCHチャネルを選択した場合は、スループット期待値選択部107は、ネゴシエーションで決定した割当帯域NBを割当帯域とし、LCH数へ変換する(ステップS208)。
次の割当フレームにおいて、設定部108が、本処理フローでスループット期待値選択部107が決定した割当チャネルと割当帯域とを、該当する無線端末2に対して割り当てる。
このデータ送信用のチャネル割当時のスループット期待値Ethr_LCHは、ネゴシエーションで決定した割当帯域NBのスループット期待値Ethr_LCH(NB)であり、次の式(2)で算出する。この式2で、nは、割当帯域NBに等しいか、または、それよりも小さい測定データ量の個数を表す。
このデータ送信が完了までに必要な総帯域量BLCH(NB)としては、第1の実施形態と同様に、LCH帯域の割当情報を示すFCHの帯域、LCH帯域、SCH帯域の割当情報を示すFCHの帯域とSCH帯域との合計量である。
この帯域要求用のチャネル割当時のスループット期待値Ethr_SCHは、次の式(3)で算出する。この式3で、nはデータ量の種類を表す。
図8より、まず、割当フレームにおいて、該当する無線端末に対して、FCHにより割当情報(帯域要求用のSCHチャネル)が通知され、該当する無線端末はFCHにより指定されたデマンドアサイン領域のSCH帯域に対して、データ送信用の帯域要求を送信する。
次に、該当する無線端末は、FCHにより指定されたデマンドアサイン領域のLCH帯域を用いて基地局へ、データ送信を行う。次に、基地局では、無線端末からのデータを受信すると、次のフレームのSCHにて受信結果を無線端末へ送信する。
なお、送信完了までに要するフレーム数は、トラフィック状況に応じて変化する。ここで示したシーケンスは、最短の場合である。
なお、この第1のMACフレームのSCH帯域の割当情報を示すFCHの帯域、第2のMACフレームのSCH帯域の割当情報を示すFCHの帯域、第2のMACフレームのLCH帯域の割当情報を示すFCHの帯域、および、第3のMACフレームのSCH帯域の割当情報を示すFCHの帯域は、それぞれ、割当対象となる無線端末との間で用いられるFCHの帯域である。
第3の実施形態では、基地局1は、図3のトラヒック分布を用いて、割当情報のうちの割当チャネルを決定する。ここで、基地局1は、データ送信用のチャネルを選択する場合、トラヒック分布に応じた帯域量を割り当てる。
図9のフローチャート図を用いて、基地局1の第3の方法での動作について説明する。ここで、基地局1は、図9のフローチャート図の動作の前に、各無線端末2に対して、割当フレーム毎に無線端末2のデータ量を測定し、記憶しているものとして説明する。つまり、受信データ量記憶部103に、割当フレーム番号とデータ量とを関連付けてテーブル(受信データ量テーブル)として記憶されているものとして説明する。
ステップS301の検出結果が、測定数が規定値Nよりも小さい場合は、発生確率算出部104が、割当チャネルをデータ送信用のLCHとし、通信開始前のネゴシエーションで決定した帯域を割当帯域とし、LCH数に換算し(ステップS302)、終了する。
なお、ステップS302では、LCHを割当チャネルとして選択しているが、帯域要求用のSCHを選択してもよい。すなわち、ステップS302では、どちらのチャネルを選択しても構わない。
第1の実施形態と同様に、本方法では、予め割当帯域候補Ci(i=1,・・,M)を測定データ量(Di)の範囲から決定しておく。この割当帯域候補は、測定トラヒック分布のデータ量の範囲から選ぶ以外は、特に制約はない。ここでは、帯域割当候補を測定データ量としており、割当帯域候補Ci=Di(i=1,‥,8)である。
次に、スループット期待値算出部106が、全ての割当帯域候補のスループット期待値Ethr_LCH(Ci)の中で、最大となるスループット期待値EMAX_thr_LCHを選択する(ステップS305)。
次に、スループット期待値選択部107が、最大となるスループット期待値EMAX_thr_LCHと、帯域要求用のチャネル割当時のスループット期待値Ethr_SCHとを比較し(ステップS307)、高いスループットが得られるチャネルを割当チャネルとして選択する(ステップS308、S309)。
一方、このステップ307の比較において、最大となるスループット期待値EMAX_thr_LCHの方が高い場合は、スループット期待値選択部107は、最大となるスループット期待値EMAX_thr_LCHとなる割当帯域候補Ciを割当帯域とし、LCH数に換算する(ステップS309)。
次の割当フレームにおいて、設定部108が、本処理フローでスループット期待値選択部107が決定した割当チャネルと割当帯域とを、該当する無線端末2に対して割り当てる。
まず、無線端末毎に測定トラヒック分布を作成し、その分布をもとに割当情報を決定する点。次に、スループット期待値を計算し、高いスループットが得られるように割当情報(チャネル、帯域量)の決定を行う点。
また、本方法は、基地局だけの対応で実現可能である点。つまり、無線端末の変更が必要ない。
第1に、無線端末毎の測定トラヒック分布をもとに割当情報を決定するため、無線端末のトラヒック変動が考慮され、無線リソースの有効利用が図れるという効果がある。
第2に、無線端末毎の測定トラヒック分布をもとに割当情報を決定するため、上位レイヤ間でのネゴシエーションが不要になるという効果がある
第1の実施形態では、測定トラヒック分布をもとに、スループットの期待値を最大にする帯域量を割り当てるため、測定期間でのデータ量の変動に対応でき、帯域利用率の向上を実現できるという効果がある。
第2の実施形態では、測定トラヒック分布をもとに、スループットの期待値が高いチャネルを割り当てるため、測定期間でのデータ量の変動に対応でき、帯域利用率の向上を実現できるという効果がある。
第3の実施形態では、測定トラヒック分布をもとに、スループットの期待値が高いチャネルと帯域を割り当てるため、測定期間でのデータ量の変動に対応でき、帯域利用率の向上を実現できるという効果がある。
2 無線端末
3 無線網
101 送受信部
102 受信データ量測定部
103 受信データ量記憶部
104 発生確率算出部
105 発生確率記憶部
106 スループット期待値算出部
107 スループット期待値選択部
108 設定部
Claims (6)
- 複数の端末が無線回線を共有して通信を行う無線通信システムの基地局における帯域割当方法において、
前記端末毎に、前記端末から送信されたデータ量を測定し、
帯域割当対象の端末に関する最新のN回(Nは2以上の整数)の測定結果について、データ量とその発生確率を算出し、
予め複数の割当候補帯域を設定し、
前記割当候補帯域のそれぞれに対して、前記データ量、前記発生確率および前記割当候補帯域を適用した場合に送信完了するまでに要する総帯域量から、スループット期待値を算出し、
前記算出したスループット期待値が最大となる割当候補帯域を、前記帯域割当対象の端末の次の周期における割当情報として決定する、
ことを特徴とする帯域割当方法。 - 複数の端末が無線回線を共有して通信を行う無線通信システムの基地局における帯域割当方法において、
前記端末毎に、前記端末から送信されたデータ量を測定し、
帯域割当対象の端末に関する最新のN回(Nは2以上の整数)の測定結果について、データ量とその発生確率を算出し、
前記データ量、前記発生確率およびネゴシエーションで決まった割当帯域を適応した場合に送信完了するまでに要する総帯域量から、データ送信用のチャネル割当時のスループット期待値を算出し、
前記データ量、前記発生確率および帯域要求用のチャネルを用いた場合に前記データ量を送信完了するまでに要する総帯域量から、帯域要求用のチャネル割当時のスループット期待値を算出し、
前記算出したデータ送信用のチャネル割当時のスループット期待値と帯域要求用のチャネル割当時のスループット期待値とを比較し、高いスループット期待値が得られるチャネルを前記帯域割当対象の端末の次の周期における割当情報として決定する、
ことを特徴とする帯域割当方法。 - 前記算出したデータ送信用のチャネル割当時のスループット期待値と帯域要求用のチャネル割当時のスループット期待値との比較において、
前記算出した帯域要求用のチャネル割当時のスループット期待値の方が高い場合には、前記帯域要求用のチャネルの帯域を、前記帯域割当対象の端末の次の周期における割当情報とし、
前記算出したデータ送信用のチャネル割当時のスループット期待値の方が高い場合には、前記ネゴシエーションで決まった割当帯域を、前記帯域割当対象の端末の次の周期における割当情報とする、
ことを特徴とする請求項2に記載の帯域割当方法。 - 複数の端末が無線回線を共有して通信を行う無線通信システムの基地局における帯域割当方法において、
前記端末毎に、前記端末から送信されたデータ量を測定し、
帯域割当対象の端末に関する最新のN回(Nは2以上の整数)の測定結果について、データ量とその発生確率を算出し、
予め複数の割当候補帯域を設定し、
前記割当候補帯域のそれぞれに対して、前記データ量、前記発生確率および前記割当候補帯域を適用した場合に送信完了するまでに要する総帯域量から、スループット期待値を算出し、
前記算出したスループット期待値の中から最大となるスループット期待値を最大スループット期待値として選択し、
前記データ量、前記発生確率および帯域要求用のチャネルを用いた場合に前記データ量を送信完了するまでに要する総帯域量から、帯域要求用のチャネル割当時のスループット期待値を算出し、
前記選択した最大スループット期待値と前記算出した帯域要求用のチャネル割当時のスループット期待値とを比較し、高いスループット期待値が得られるチャネルを前記帯域割当対象の端末の次の周期における割当情報として決定する、
ことを特徴とする帯域割当方法。 - 前記選択した最大スループット期待値と前記算出した帯域要求用のチャネル割当時のスループット期待値との比較において、
前記算出した帯域要求用のチャネル割当時のスループット期待値の方が高い場合には、前記帯域要求用のチャネルの帯域を、前記帯域割当対象の端末の次の周期における割当情報とし、
前記選択した最大スループット期待値の方が高い場合には、前記最大スループット期待値となる割当帯域候補を、前記帯域割当対象の端末の次の周期における割当情報とする、
ことを特徴とする請求項4に記載の帯域割当方法。 - 前記割当候補帯域を、測定したデータ量に基づいて決定する、
ことを特徴とする請求項1または請求項4に記載の帯域割当方法。
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