JP2008236722A - ネットワークに対して帯域幅を割り当てるための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】無線アクセス・ネットワーク上でトラフィック・エンジニアリングを行う、例えば帯域幅を割り当てる方法および装置を提供すること。
【解決手段】例えば、この方法は、基地局(BS)が音声トラフィックに対する少なくとも1つのパフォーマンス目標によりサポートすることが可能である加入者ステーション(SS)の数を判断し、音声トラフィックに対する少なくとも1つのパフォーマンス目標は、あるタイプのコーデックを含んでいる。この方法はその後、基地局がサポートすることが可能な加入者ステーションの数により、基地局によって帯域幅を割り当てる。
【選択図】図4
【解決手段】例えば、この方法は、基地局(BS)が音声トラフィックに対する少なくとも1つのパフォーマンス目標によりサポートすることが可能である加入者ステーション(SS)の数を判断し、音声トラフィックに対する少なくとも1つのパフォーマンス目標は、あるタイプのコーデックを含んでいる。この方法はその後、基地局がサポートすることが可能な加入者ステーションの数により、基地局によって帯域幅を割り当てる。
【選択図】図4
Description
本発明は概して、通信ネットワークに関し、より詳細には、通信ネットワークに対して、ある品質のサービス・ベース・トラフィック・エンジニアリングを行う、例えば帯域幅を割り当てる方法に関する。
インターネットは、幅広い範囲の重要なアプリケーション用のトラフィックを運ぶ重要な通信インフラとして明らかとなってきた。例えば、ボイス・オーバ・インターネット・プロトコル(VoIP)およびサービス・オーバ・インターネット・プロトコル(SoIP)などのインターネット・サービスが、インターネット接続であらゆる位置で顧客に配信されている。顧客は、ケーブル・ネットワーク、デジタル加入者回線(DSL)ネットワーク、ワイヤレスネットワークなどの様々なネットワークを介してVoIPサービスにアクセスすることができる。ケーブルおよびDSLは、ユーザの移動性を制限する有線接続への高速ブロードバンド・アクセスを提供する。より多くの顧客が携帯端末装置を使用してサービスにアクセスしているので、無線ブロードバンド・アクセス・ネットワークがユビキタスになってきている。加えて、ケーブルまたはDSLのない郊外または地方共同体では、有線ブロードバンド・アクセスを拡張する費用は実用的ではない。WiMaxと呼ばれる無線ブロードバンド・アクセス・ネットワークは、より多くの選択アクセス・ネットワークになってきている。
WiMaxは、ユーザを有線接続に限定しないで、ブロードバンド・アクセスをサポートすることが可能である。しかし、WiMaxネットワーク上の帯域幅は所与の無線セクタ内のユーザ間で共有される。共有されている帯域幅に同時にアクセスする加入者が多い場合、混雑状態が起こり、パフォーマンス目標を満足させることができない可能性がある。ネットワーク・サービス・プロバイダは、パフォーマンス目標を満たしながらサポートすることができる加入者の数を決める必要がある。パフォーマンス目標は、トラフィックのタイプによる。例えば、音声トラフィックは、データ・トラフィックと比較するとより厳しい遅延要件を有することが知られている。従来、各セクタに対して所定の数の同時コールをサポートするための帯域幅要件は、全ての音声会話が同じ量の帯域幅を利用することを保証するアーランBモデルを使用して決まる。しかし、多数の顧客からの音声トラフィックは、異なるコーデック技術の使用により異なるビット・レートを有することができる。
したがって、無線アクセス・ネットワークに帯域幅を割り当てる方法に対する需要がある。
一実施形態では、本発明は、無線アクセス・ネットワーク上で、トラフィック・エンジニアリングを行う、例えば帯域幅を割り当てるための方法および装置を開示している。例えば、この方法は、基地局(BS)が音声トラフィックに対する少なくとも1つのパフォーマンス目標によりサポートすることが可能であるいくつかの加入者ステーション(SS)を判断し、音声トラフィックに対する少なくとも1つのパフォーマンス目標はあるタイプのコーデックを含んでいる。この方法はその後、基地局がサポートすることが可能である加入者ステーションの数により基地局によって帯域幅を割り当てる。
本発明の教示は、添付の図面と合わせて以下の詳細な説明を考慮することによって、すぐに分かるだろう。
理解を容易にするために、図面に共通な同一の要素を示すために、可能な場合は同一の参照番号を使用した。
本発明は概して、VoIPおよびSoIPなどのサービスで使用される無線アクセス・ネットワーク上で、トラフィック・エンジニアリングを行う、例えば帯域幅を割り当てる方法および装置を開示している。本発明をVoIPおよびSoIPサービス用のパケットの内容で以下に論じるが、本発明はそれに限るものではない。すなわち、本発明は携帯顧客でのあらゆるサービスに適用することができる。同様に、本発明は携帯電話ネットワーク、時分割多重方式ネットワークなどの他のネットワークで実行することができる。
本発明をより理解するために、図1は例示的なネットワーク100、例えば、本発明に関連するVoIPネットワークなどのパケット・ネットワークを示している。例示的なパケット・ネットワークとしては、インターネット・プロトコル(IP)ネットワーク、非同期転送モード(ATM)ネットワーク、フレーム・リレー・ネットワークなどが挙げられる。IPネットワークは、データ・パケットを交換するためにインターネット・プロトコルを使用するネットワークとして幅広く規定されている。したがって、VoIPまたはSoIP(サービス・オーバ・インターネット・プロトコル)ネットワークは、IPネットワークであると考えられる。
一実施形態では、VoIPネットワークは、インターネット・プロトコル/マルチプロトコル・ラベル・スイッチング(IP/MPLS)ベース・コア・バックボーン・ネットワーク上のキャリヤ(サービス・プロバイダ)VoIPコア・インフラへの様々なタイプのアクセス・ネットワークを介して接続された様々なタイプの顧客終点装置を含むことができる。広義では、VoIPネットワークは、IPネットワーク上でパケット化したデータとして音声信号を運ぶことが可能なネットワークである。本発明は、例示的なVoIPネットワークの内容で以下に説明する。したがって、本発明はこの特定の例示的アーキテクチャによって制限されると解釈すべきではない。
顧客端点装置は、時分割多重(TDM)ベース、IPベース、または携帯電話などの無線のいずれかであってもよい。TDMベース顧客端点装置122、123、134および135は普通、TDM電話または構内交換機(PBX)からなる。IPベース顧客端点装置144および145は普通、IP電話またはIP PBXからなる。無線端点装置172および173は普通、携帯電話、ポケットPCなどを備えている。無線端点装置172および173は、無線アクセス・ネットワークに直接または加入者ステーションを通して接続することができる。ターミナルアダプタ(TA)132および133は、アナログ電話などのTDM顧客端点装置間の必要な相互作用機能、およびデジタル加入者ループ(DSL)またはケーブル・ブロードバンド・アクセス・ネットワークなどのパケット・ベース・アクセス・ネットワーク技術を提供するために使用される。TDMベース顧客端点装置は、TA132または133を介して公衆交換電話網(PSTN)120、121、またはブロードバンド・アクセス・ネットワーク130、131のいずれかを使用することによってVoIPサービスにアクセスする。IPベース顧客端点装置は、図1に示すように、VoIPゲートウェイ・ルータ142または143を有するローカル・エリア・ネットワーク(LAN)140および141を使用することによってVoIPサービスにアクセスする。無線端点装置は、無線アクセス・ネットワーク170および171を使用することによってVoIPサービスにアクセスすることができる。無線アクセス・ネットワーク170および171は、それぞれよりボーダ・エレメント112および113を通してIPコア・ネットワーク110に接続されている。
有線装置用アクセス・ネットワークは、TDMまたはパケット・ベースのいずれかであってもよい。TDM PSTN 120または121は、従来の電話回線を介して接続されたTDM顧客端点装置をサポートするために使用される。フレーム・リレー、ATM、イーサネット(登録商標)またはIPなどのパケット・ベース・アクセス・ネットワークは、VoIPゲートウェイおよびルータ142で顧客LAN、例えば140を介してIPベース顧客端点装置をサポートするために使用される。DSLまたはケーブルなどのパケット・ベース・アクセス・ネットワーク130または131は、TA132または133と合わせて使用される場合、TDMベース顧客端点装置をサポートするために使用される。無線装置170および171用アクセス・ネットワークは、マイクロウェーブ・アクセス用ワールドワイド・インターオペラビリティ(WiMax)、無線ローカル・エリア・ネットワーク(WLAN)、または無線ワイド・エリア・ネットワーク(WWAN)であってもよい。
コアVoIPインフラは、ボーダ・エレメント(BE)112および113、コール制御エレメント(CCE)111、VoIP関連アプリケーション・サーバ(AS)114、およびメディア・サーバ(MS)115などのいくつかのキーVoIPコンポーネントからなる。BEは、VoIPコア・インフラのエッジにあり、様々なタイプのアクセス・ネットワーク上で顧客端点とインターフェイス接続する。BEは普通、メディア・ゲートウェイとして実行され、シグナリング、メディア制御、セキュリティ、およびコール許可制御および関連機能を行う。CCEは、VoIPインフラ内にあり、下にあるIP/MPLSベース・コア・バックボーン・ネットワーク110上でセッション開始プロトコル(SIP)を使用してBEに接続されている。CCEは普通、メディア・ゲートウェイ・コントローラまたはソフトスイッチとして実行され、ネットワーク・ワイド・コール制御関連機能を行い、また必要に応じて適当なVoIPサービス関連サーバと相互作用する。CCE機能は、SIP連続ユーザ・エージェントとして機能し、全てのBEとCCEの間の全てのコール区間に対するシグナリング端点である。CCEは、特定のサービス特定機構、例えば、IPアドレスなどへのE.164音声ネットワーク・アドレスへの変換を必要とするコールを終了させるために、様々なVoIP関連アプリケーション・サーバ(AS)と相互作用する必要がある可能性がある。
異なるキャリヤ内で開始するまたは終了するコールでは、PSTN120および121、またはパートナIPキャリヤ160相互接続を通して処理することができる。TDMコールを開始させるまたは終了させるために、他のキャリヤへの既存のPSTN相互接続を介して処理することができる。VoIPコールを開始させるまたは終了させるために、他のキャリヤへのパートナIPキャリヤ・インターフェイス160を介して処理することができる。
メディア・サーバ(MS)115は、普通はメディア・ストリームを処理および終了させ、アナウンス、ブリッジ、トランスコーディング、およびVoIPサービス・アプリケーション用の双方向音声応答(IVR)メッセージなどのサービスを提供する特殊サーバである。メディア・サーバはまた、プロセス要求などのタスクを達成するように、メディア・セッション管理のために顧客と相互作用する。
その関連アクセス・ネットワーク・タイプでのあらゆる端点装置タイプを使用する位置Aの顧客は、その関連ネットワーク・タイプでのあらゆる端点装置タイプも使用する位置Zの別の顧客と通信することができる。例えば、パケット・ベース・アクセス・ネットワーク140を備えたIP顧客端点装置144を使用する位置Aの顧客は、PSTNアクセス・ネットワーク121を備えたTDM端点装置123を使用する位置Zの別の顧客をコールすることができる。BE112および113は、SIPへおよびそこから必要なシグナリング・プロトコル変換、例えばSS7、およびIPベース・パケット音声フォーマットへのおよびそこからのTDM音声フォーマットなどの媒体フォーマット変換に関与している。
上記ネットワークは、サービスがVoIPおよびSoIPネットワークなどのネットワーク上で提供させる例示的な環境を提供するために記載されている。ビジネスは次に、インターネットを介して顧客に到達するのに基づくそのローカル・エリア・ネットワークを超えて顧客ベースを拡張させることが可能である。例えば、VoIPサービス顧客はサービスに加入することができ、どこからでもIP装置を介してサービスにアクセスしたいと望む可能性がある。例えば、VoIPサービスの顧客は、自分がサービスにアクセスしたいと望む場合に、有線IP装置(家または会社で)から離れて移動することができる。例えば、顧客は車、列車などの中で移動しながら、ラップトップ・コンピュータを介してサービスにアクセスしたいと望む可能性がある。顧客はその後、無線ブロードバンド・アクセス・ネットワーク、例えばWiMaxを介してVoIPまたはSoIPサービスにアクセスすることができる。顧客は、アクセス・ネットワークのタイプ(有線または無線)に関わらず、同じ品質のサービスを受けることを期待している。
しかし、WiMaxなどの無線アクセス・ネットワーク上の帯域幅は、所与の無線セクタ内の多くのユーザの間で共有される。共有される帯域幅に同時にアクセスしている加入者が多すぎる場合、混雑状態が起こり、小さな(少ない)パフォーマンスにつながる可能性がある。したがって、ネットワーク・サービス・プロバイダは、パフォーマンス目標を満たしながら、無線アクセス・ネットワーク上でサポートすることができる加入者の数を決める必要がある。パフォーマンス目標は、トラフィックのタイプによる。例えば、音声トラフィックは、データ・トラフィックと比較するとより厳しい遅延要件を有することが知られている。
各セクタに対して所定の数の同時コールをサポートするための帯域幅要件は、全ての音声会話が同じ量の帯域幅を利用することを保証するアーランBモデルを使用して決まる。しかし、音声トラフィックは、異なるコーデック技術の使用により異なるビット・レートを有することができる。ネットワーク・サービス・プロバイダは、各会話に対して最大の可能なビット・レートを仮定して、アーランBモデルを適用することができる。運の悪いことに、顧客がより効率的なコーデックを使用している場合、ネットワークが実際に完全には利用されず、利用可能な帯域幅が浪費されている間にコールをブロックすることができる。したがって、少なくとも1つのパフォーマンス目標に基づく無線アクセス・ネットワークに帯域幅を割り当てる方法が必要である。
本発明は、VoIPおよびSoIPなどのサービスにアクセスするために使用される無線アクセス・ネットワークに対して、トラフィック・エンジニアリングを提供する、例えば帯域幅を割り当てるための方法および装置を開示している。本発明の教示をはっきり例示するためには、以下の用語およびネットワーク概念を最初に説明する:
・マイクロウェーブ・アクセス用ワールドワイド・インターオペラビリティ(WiMax)、
・加入者ステーション(SS)、および
・基地局(BS)。
・マイクロウェーブ・アクセス用ワールドワイド・インターオペラビリティ(WiMax)、
・加入者ステーション(SS)、および
・基地局(BS)。
マイクロウェーブ・アクセス用ワールドワイド・インターオペラビリティ(WiMax)は、ケーブルおよびデジタル加入者回線(DSL)ブロードバンド・アクセス・ネットワークに対する代替形態として、IEEE802.16無線ネットワーク基準により、ラスト・マイル無線ブロードバンド・アクセスの運搬を可能にする基準ベース技術のことを言う。
加入者ステーション(SS)は、基地局(以下に記載する)と通信するのに使用される顧客施設または端点装置のことを言う。SSは、他の顧客データおよび/または音声パケット開始装置の間で共有することができることに留意すべきである。例えば、ルータ、スイッチなどは、基地局として働くWiMAX電波塔と通信するように無線周波数送受信機で構築することができる。別の例では、SSはBSと直接通信しているラップトップ・コンピュータであってもよい。
基地局(BS)は、多数の加入者ステーションからの全ての入力および出力コールを処理するように展開されるトランシーバ・ステーションのことを言う。
基地局がサポートすることができる合計帯域幅は、いくつかのセクタに分割される。各セクタに対する帯域幅は、加入者ステーションと基地局の間の環境および距離によって変わる。例えば、物理的障害物のある都市では、有用な帯域幅はより低い周波数伝達、例えば2〜10GHzに限られる可能性がある。物理的障害物がない場合、WiMAX伝達は約70GHzに到達することができる。
各セクタに対する帯域幅は、多数の加入者ステーションによって共有される。共有させる帯域幅に同時にアクセスしようとする加入者ステーションが多すぎる場合、混雑状態が起こる可能性がある。混雑状態では、IPパケットは少ないパフォーマンスを経験する可能性がある。したがって、サービス・プロバイダは、1つまたは複数のパフォーマンス目標にしたがってサポートすることができるSSの最大数を決めるためにトラフィック・エンジニアリングを行う。
一実施形態では、本発明はパケットのパフォーマンス目標に基づいた無線アクセス・ネットワーク用のトラフィック・エンジニアリング方法を提供する。サービス・プロバイダは、各加入者ステーション用の音声およびデータ・パケットに対するパフォーマンス目標を決める。例えば、各加入者ステーション用のデータ・トラフィックは、以下のパラメータによって記すことができる:
・トラフィックの平均速度(ビット・レート)、
・許容ピーク・レート、
・ピーク伝達中に平均バースト長、および
・加入者ステーションがどれだけ頻繁にピーク伝達速度で伝達するかを測定する動的要因。
・トラフィックの平均速度(ビット・レート)、
・許容ピーク・レート、
・ピーク伝達中に平均バースト長、および
・加入者ステーションがどれだけ頻繁にピーク伝達速度で伝達するかを測定する動的要因。
各加入者ステーションに対する音声トラフィックは、様々なパラメータ、例えば、許可された同時コールの最大数、コールの平均長さ、所与期間(アーラン・ロード)のコールの数などにより同様に記すことができる。音声パケット用のトラフィック記述子は、SSをBSセクタに加える前に顧客と交渉することができる。表1は、SS用のトラフィック記述子の例を提供する。
パケットが基地局で統合される間に、音声およびデータ・パケットに対する異なるパフォーマンス目標が維持される。例えば、音声およびデータ・パケットは、それぞれのパフォーマンス基準に基づくネットワークを通して異なる遅延を経験する可能性がある。
組み合わされたデータおよび音声共有モデルでは、顧客はあらゆる組み合わせのデータおよび音声トラフィックを含むサービスを購入することができる。顧客は、例えば、データ・パケットに対するピーク伝達速度、例えば2Mbpsまたは5Mbpsを選択することができる。SSに対する音声トラフィックは、サポートすることができる同時コールの最大数Vs(i)に関して特定することができる。ρs(i)として示されるSSiに対するアーラン・ロードは、「SSを使用する顧客」と「BSを管理するネットワーク・サービス・プロバイダ」の間で交渉される。各SSは許可制御を有することができ、同時コールの数を制限することができる。例えば、企業顧客はSSで提供されたω数の音声回線を有することができ、SSの後ろの実際のトラフィック・ロードはχ数のコールをであってもよい。χがωより大きい場合、SSは同時コールの数を制限するように許可制御を行うことができる。実際の音声呼び出し側の経験は、SSで提供された音声回線の数、および各SSの後ろの実際のトラフィック・ロードによる。コール、例えばSSでの許可制御を通過するVoIPコールでは、パフォーマンス目標はBSで予め規定することができる(例えば、1%ブロック)。したがって、BSはまた許可制御機構を有する。
一実施形態では、本発明はBSで最も高い優先度を有する音声パケットを処理する。到着プロセスおよびサービス・プロセスは互いに別であり、またキューの中のパケットの数とは独立していることに留意すること。音声およびデータ・パケットに対する様々なパフォーマンス目標を達成するために、一実施形態では、以下に示すように本発明は等価帯域幅(EB)モデル、マルコフ変調ポアソン・プロセス(MMPP)、およびアーランBモデルを組み合わせることによって、トラフィック・エンジニアリングを行う。
等価帯域幅(EB)モデルは、非同期転送モード(ATM)ネットワークで使用されるデータ・トラフィック・エンジニアリング・モデルのことを言う。EBモデルは、固定帯域幅を有するATMポートがどれだけ多くのATM接続をサポートすることができるかを決めるようにATMネットワークで使用される。EBモデルはまた、集中トラフィックをモデリングするように、パケット到着パターン(空パケットの到着を含む)の分析を含んでいる。いくつかの場合では、セクタを共有することができる顧客の数は限られている。例えば、大企業顧客がセクタを共有している場合、利用可能な帯域幅は少ない企業顧客によって使い果たされる可能性がある。少ない大きな顧客の場合では、トラフィックのバースト性は帯域幅消費にかなりの影響を有する。多数のソースを有するアプリケーションでは、中心極限定理(CLT)を適用し、トラフィックはガウス(正規)分布を使用してモデリングすることができる。EBモデルはまた、パケット遅延要件などのビジネス要件にエンジニアリング規則を結合させるのに使用される。例えば、トラフィックのバースト性は帯域幅消費に影響を与えることができ、したがってパケットによって経験される遅延に影響を与えることができる。
一般のトラフィック特徴に適した多くのEBモデルがある。しかし、トラフィック・ダイナミックのエッセンスを捕捉するトラフィック・モデルを使用することはより効率的である。マルコフ変調ポアソン・プロセス(MMPP)は、データ・トラフィックのバースト性を捕捉するのに使用されるトラフィック・モデルである。MMPPは、その速度がm状態マルコフ連鎖によって決まる変調ポアソン・プロセスである。マルコフ連鎖の各状態は、ビット・レートおよび平均保持時間によって特徴付けられる。例えば、2状態MMPPでは、2つの状態は状態1および状態2であってもよい。その後、状態1では、平均保持時間は到着速度Peak_rateを有する期間1である。状態2では、平均保持時間は到着速度rate2を有する期間2である。2状態MMPPでは、トラフィック平均速度は以下の式によって決まる。
平均速度=Peak_rate*期間1/(期間1+期間2)+rate2*期間2/(期間1+期間2)
式中、期間1/(期間1+期間2)はactive_factorと言われる。すなわち、Active_factor=期間1/(期間1+期間2)である。
平均速度=Peak_rate*期間1/(期間1+期間2)+rate2*期間2/(期間1+期間2)
式中、期間1/(期間1+期間2)はactive_factorと言われる。すなわち、Active_factor=期間1/(期間1+期間2)である。
動的要因は、顧客がどれだけ頻繁にピークに達するかを測定する。ピーク期間中に伝達されるデータ量は、バースト寸法を呼ばれ、Burst_size=Peak_rate*期間1として導き出すことができる。ピーク状態(状態1)は、加入者ステーションがデータ・リンク上で大容量のデータを送信または受信する場合にトラフィックをモデリングする。状態2は、短いeメール交換などのユーザの活動の静かな期間をモデリングする。MMPPモデル内のrate2がゼロである場合、モデルはOn−Offモデルになる。On−Offモデルは人間の会話パターンと同様であり、音声トラフィックをモデリングするのに使用することができる。「On」期間は、会話持続時間を説明し、指数関数的に分配され、「Off」期間は2つの連続コール間の時間間隔である。会話中のデータ速度はSSで使用されるコーデックによって決まることに留意すべきである。したがって、効率的なコーデックはネットワーク内の帯域幅の効率的な使用につながる可能性がある。
図2は、例示的なWiMAXアクセス・ネットワーク200を示している。加入者ステーション(SS)210、211および212は、基地局(BS)220を共有している。無線端点装置172は、パケットを送受信するためにSS210に接続されている。基地局220は、無線アクセス・ネットワーク170上に配置されている。アクセス・ネットワーク170は、ゲートウェイ・ルータまたはボーダ・エレメント112を通してIP/MPLSコア・ネットワーク110に接続されている。
図3は、BSでの音声およびデータ・パケット用の例示的な待ち行列システム300を示している。一実施形態では、基地局220は2優先待ち行列システムを実行し、一方は音声トラフィック用パケットに対してであり、一方はデータ・トラフィック用パケットに対してである。一実施形態では、音声トラフィック用パケットは最も高い優先度を有するキュー内に配置され、データ・トラフィックは音声トラフィック用パケット全てがトランスポートされた後に残りの帯域幅を消費することしかできない。例えば、加入者ステーション210、211および212は、音声およびデータ・パケットをBS220に伝達する。音声パケットはキュー310に案内され、データ・パケットはキュー320に案内される。音声およびデータ・パケットはキュー330内で多重化され、その目的地に向かって転送される。N加入者ステーションからキュー310に到達する音声パケットの集合アーラン・ロードは、以下の式から決めることができる。
ρbs=Σρs(i),i=1,・・・,N
ρbs=Σρs(i),i=1,・・・,N
サポートすることができる最大同時音声回線は、BSでブロックする特定のターゲットを有するアーランBモデルを適用することによって、BSセクタで測定および提供される。仮に、Vbsが同時音声コールの最大数を示すとすると、BSセクタは特定のブロック・ターゲットにしたがうことが可能である。BSセクタで音声トラフィックに割り当てられる帯域幅はその後、コーデック・ビット・レートおよびVbsの積として決めることができる。
一実施形態では、本発明はEBモデルをWiMaxネットワークなどの無線アクセス・ネットワーク上の容量計画に適用する。一実施形態では、加入者ステーションのトラフィック特徴から最初の2モーメントを引き出すEBモデルが使用される。最初の2モーメントが、モデル入力として使用される。EB方法はまた、設計制約として所与のパーセンタイルでの遅延閾値、例えば99thパーセンタイルで10msを使用する。加入者ステーションNmaxの最大数、容量Cを備えたセクタは、特定のパフォーマンス目標を等価容量Ceqから決めることができることを満たしながらサポートすることができる。例えば、Ceq(Nmax)<=CおよびCeq(Nmax+1)>1のような唯一のデータ・トラフィックを備えた基地局では、加入者ステーションNmaxの最大数を計算することができる。
多くの等価EBモデルがある。当業者は、他のEBモデルを同様の結果で使用することができることが分かるだろう。上記EBモデルは、本発明を制限することを意図したものではない。
データおよび音声トラフィック両方をサポートする基地局では、SS毎のVs同時コールで「n」加入者ステーション(SS)をサポートするために、BSでの各セクタに必要な帯域幅は、ブロック目標によりアーランBモデルによって決めることができる(例えば、1%)。仮に、Cv(n)がBSでのセクタ内の全ての「n」加入者用の音声トラフィックをサポートするのに必要な合計帯域幅を示しているとする。Cv(n)はその後、コーデック・ビット・レート、および所与のBSセクタVbsに対する同時音声コールの最大数から決めることができる。例えば、コーデック・ビット・レートが「CodecBitRate」として示される場合、Cv(n)=Vbs*CodecBitRateである。
一実施形態では、本発明は、各SS用のトラフィックが同じコーデック技術のデータおよび音声、パケットのあらゆる組み合わせを含むことができる場合、最大サポート可能SSを求めるために、上記に示すようにアーランBモデルおよびEBモデルを組み合わせることによって容量計画を行う。
しかし、異なるビット・レートを生成する多くのタイプのコーデック、例えば、G.729国際電気通信連合(ITU)基準により構築された32Kbpsコーデック、G.7111ITU基準により構築された89Kbpsコーデックなどがある。セクタ内のSS全てが同じコーデック技術を使用する場合に、Cv(n)を測定する上記式を使用することができる。全ての会話が同じ量の帯域幅を使用する場合にアーランBモデルが従来の音声モデルから導き出されるとすると、異種(異なるコーデック技術)音声ビット・レートの問題に対する有効な解決法ではない。
データ・トラフィックに対する上記EBモデルは、異種トラフィック条件を取り扱うことができる。しかし、パフォーマンス目標は、コール・レベル・ブロックではなくパケット・レベル・パフォーマンスに関してである。一実施形態では、本発明は音声コールに対して最も高い優先度を割り当てる。音声コールが最も高い優先度に割り当てられた場合、ブロック可能性は、キュー長さがゼロより大きくなる可能性に近づく可能性がある。
一実施形態では、各音声回線はCv(n)を測定するためにOn−Offトラフィックとしてモデリングされる。On−Offトラフィック・モデルは、ピーク速度がコーデック・ビット・レートであり、状態2速度がゼロである場合の2状態MMPPの特殊な場合である。EBモデルはその後、ブロック可能性を損失可能性として、また遅延閾値をゼロとして使用して適用することができる。EBモデルは、各音声回線を、その関連するトラフィック記述子を備えた個別のOn−Offトラフィック・ソースとして処理する。データ・トラフィックでは、EBモデルは残りの帯域幅に適用される。例えば、Ceqは、EBを残りの帯域幅C−Cv(n)に適用することによって計算することができる。BSセクタがNmaxをサポートすることができるSSの最大数はその後、Ceq(n)+Cv(n)<=Cとなる最大nとして測定される。
一実施形態では、本発明は、各SS用のトラフィックがデータおよび音声パケットのあらゆる組み合わせを含むことができる場合に、最大サポート可能SSを求めるように、上に記載したようにコーデック差を考慮しながら2層のEB解決法を組み合わせることによって容量計画を行う。
一実施形態では、本発明は上に記載するように、アーランBモデルおよびEBモデルを組み合わせることによって、オンライン・サービス提供許可およびトラフィック管理を行う。例えば、ネットワーク・サービス・プロバイダは、各SS用のアーラン・ロードを顧客と交渉することができ、進行ベースで実際のアーラン・ロードを監視する。SSがその音声コール用の交渉したアーラン・ロードを一定して超えると、BSセクタでのコール許可制御によってより高いブロックを経験するように、セクタ内に他のSSが生じる可能性がある。全ての音声コールに対してブロック目標を維持するために、BSは交渉したアーラン・ロードに準拠するSSが利用可能は帯域幅の他者の過剰な使用により不正にブロックされるのを防ぐ処理を実行することができる。例えば、2つのSSが同じBSセクタ内にあり、そのうちの一方が容量全体を使用している場合、2番目のSSはサービスにアクセスすることができない。BSはその後、交渉したアーラン・ロードに準拠しているSSがサービスにアクセスし続けることができるように交渉したアーラン・ロードを侵害したSSに対するブロック速度を大きくする処理を実行することができる。
一実施形態では、本発明は、BSセクタでの音声回線が完全に占有される前に、攻撃的な加入者(例えば、交渉したアーラン・ロードを侵害する加入者)からのコールをブロックする方法を提供する。攻撃的な加入者からのコールをブロックする方法は、交渉したアーラン・ロードを侵害するSSを特定するコール・ロード監視システムを使用することができる。コール・ロード監視システムはまた、交渉したロードが各SSに対してどれだけ超えているかによって判断することができる。仮に、Δρs(i)が、SS(i)として記した、SS数「i」に対する契約容量を超えるロードの量を示しているとする。Δρs(i)>0でのSS(i)からの音声コール・リクエストはその後、BSセクタでの同時コールの数がMin{[Vbs−1],Vbs*[1−Δρs(i)/ρbs]}より大きい、またはこれと同じである場合にブロックされる。十分挙動したSSからの全ての他のコール・リクエストは、同時コールの数がVbsである場合にのみブロックされる。
一実施形態では、本発明は、移動時間ウィンドウを使用してリアルタイム測定に基づきΔρs(i)を更新する。
一実施形態では、本発明は、移動時間ウィンドウを使用してリアルタイム測定に基づきΔρs(i)を更新する。
別の実施形態では、ネットワーク・サービス・プロバイダは、このようなSSを有する顧客がそのサービス計画を修正することができるように、そのコール・リクエストが交渉したロードを超える顧客に通知する。例えば、顧客は交渉したターゲットより高いブロック速度を経験するのではなく、サービス・レベルを更新することができる。
コールをブロックする方法の上の議論では、全てのSSは同じコーデック技術を使用すると仮定されている。しかし前に論じたように、異なる加入者が異なるコーデック技術を使用し、同じBSセクタ上で多重化させることが可能である。一実施形態では、本発明は、異種トラフィック条件に対する様々なパフォーマンス目標を満たしながら、所要の帯域幅を判断するように2層EBモデルを利用している。
仮に、λi *がSSiからの契約コール到着速度であり、pi *がSSiからの音声回線用の契約コール・ブロックであり、ρi *がSSiに対する契約アーラン・ロードであり、λiがSSiからの実際のコール到着速度であり、piがSSiに対する実際のコール・ブロックであり、ρiがSSiからの実際のアーラン・ロードであり、CodeBitRate(i)がSSiからの音声回線により生成されたコード・ビット・レートであるとする。
その後、時間ΔTの間の到着したコールの目標合計数はΔTλi **である。ブロックしたコールの目標数は、ΔTλi *pi *である。SSiから始まるコールに対するブロックしたコールの公正割合は以下のように規定される。
ΔTλi *pi */ΣΔTλi *pi *=λi *pi */Σλi *pi *
ΔTλi *pi */ΣΔTλi *pi *=λi *pi */Σλi *pi *
同様に、SSiからの到着トラフィック・ロードの目標公正割合は、以下のとおり計算される。
ΔTρi *CodeBitRate(i)/ΣΔTρi *CodeBitRate(i)=ρi *CodecBitRate(i)/Σρi *CodeBitRate(i)
ΔTρi *CodeBitRate(i)/ΣΔTρi *CodeBitRate(i)=ρi *CodecBitRate(i)/Σρi *CodeBitRate(i)
異種音声回線が共に多重化されると、音声回線のグループは目標より高いブロック可能性を経験する可能性がある(すなわち、不正なコール・ブロックを経験する可能性がある)。一例では、いくつかの音声回線は契約上の目標ロードにそのアーラン・ロードを制限せず、過剰なコール速度またはコール保持時間を有する。本発明では、契約したアーラン・ロードを超えるSSは非適合SSと称する。非適合SSからのコールは、非適合コールと称する。別の例では、知能が実行されない場合、より高いビット・レートを有する音声回線は、より低いビット・レートを有する音声回線で多重化した場合により高いブロックを経験する可能性がある。本発明では、契約したアーラン・ロードに適合するSSからのコールは適合コールと称する。
本発明は、そのSSスループットがその契約上のレベルに限られるように、非適合コールをブロックする方法を提供する。ブロック方法は、交渉したアーラン・ロードおよび各SSに対して交渉したロードを超えるロードの量を侵害するSSを特定するロード監視システムを使用する。仮に、Δρi=(ρi−pi *)+が、交渉したアーラン・ロードを超えるロードの量を示すとする。仮に、その実際のロードがターゲットを超えない、すなわちρi<=pi *であるSSiからのコールを適合させる最大コーデック・ビット・レートが、Ccodec_ncであるとする。Δρi>0でのSSiからの音声コール・リクエストは、BSセクタで使用される帯域幅が以下の式より大きいまたはこれに等しい場合にブロックされる。
min{[Cv(n)−Ccodec_nc],
Cv(n)[1−ΔρiCodecBitRate(i)/Σρi *CodeBitRate(i)]}
min{[Cv(n)−Ccodec_nc],
Cv(n)[1−ΔρiCodecBitRate(i)/Σρi *CodeBitRate(i)]}
適合している加入者ステーションからの全ての他のコール・リクエストは、利用可能な帯域幅がない場合にのみブロックされる。後者の場合(利用可能な帯域幅がない場合)、本発明は予防ブロック閾値を全ての動的音声回線の間でブロックを再分配するように適用することによって、ブロックを公正に行う。
一実施形態では、全ての適合している音声コールでは、比λipi/Σλipiは、各コール到着および目標比が確立された後に更新される。仮に、Ccodecは、その比がターゲットを超える、すなわち[λipi/Σλipi]>[λi *pi */Σλi *pi *]であるコールに対する最大コーデック・ビット・レートを示しているとする。その比がλipi/Σλipi<λi *pi */Σλi *pi *であり、λi>0であるコールは、BSセクタ使用される帯域幅が>Cv−Ccodecである場合に拒絶される。利用可能な帯域幅が十分でない場合に、コールは拒絶される。ΔTλipiは、SSiに対する本測定に基づく期間ΔTの間のブロックされるコールの実際の予測数であることに留意すること。同様に、ΔTΣλipiは、全てのSSからの期間ΔTの間のブロックされるコールの合計予測数である。したがって、λipi/Σλipiを導く測定は、コール・ブロックが起こる場合にのみ引き起こす必要がある。すなわち、この方法の実施オーバヘッドは非常に限られている。
上記処理は、同じSSに属する全ての音声回線が同じコーデックを使用しており、同じブロック要件を有するという仮定に基づくものであることに留意すること。しかし、同じSSからの音声回線が異なるコーデック技術を使用することができる異なるVoIPゲートウェイから来る場合のシナリオに対してこれらの処理を簡単に一般化させることができる。
一実施形態では、SSへのデータ・トラフィック到着プロセス、およびBSでのデータ・パケット出発プロセスは、SSおよびBSの両方を交差するための合計遅延として待ち行列遅延を捕捉するように単一のサーバとして捕捉される。パケットに対する遅延はその後、パケットがSSに到着する時とパケットがBSによって送信される時の間の時間として測定される。パフォーマンス目標は、システム全体を交差するように所定の遅延閾値を超える全ての加入者ステーションからある割合のパケットとして提供することができる。モデルは、パケットがSSまたはBSで待つかどうかに関わらず、待ち行列遅延を正確に捕捉することに留意すること。
一実施形態では、パフォーマンス目標は、各サービスに対する遅延基準、パケット損失基準などを含んでいる。
一実施形態では、データ・トラフィック・パフォーマンス目標は、所定のパーセンタイルの遅延閾値として特定され、またBSで保証される。
一実施形態では、無線アクセス・ネットワークに対してトラフィック・エンジニアリングを行う本方法は、容量計画用の独立型ツールとして実施することができる。
別の実施形態では、無線アクセス・ネットワークに対してトラフィック・エンジニアリングを行う本方法は、サービス提供システムに埋め込まれたオンライン・ツール、または新規の加入者ステーションをセクタに加えるべきかどうかを判断するプロセスとして実施することができる。
図4は、無線アクセス・ネットワーク上で、トラフィック・エンジニアリングを行う、例えば帯域幅を割り当てる方法400のフローチャートを示している。方法400はステップ405で始まり、ステップ410まで進む。
ステップ410では、方法400は各加入者ステーションに対する音声パケット用の少なくとも1つのパフォーマンス目標を決め、音声およびデータ・パケット用の少なくとも1つのパフォーマンス目標はあるタイプのコーデックを含んでいる。例えば、サービス・プロバイダは、1つまたは複数のパフォーマンス目標を顧客と交渉することができる。例えば、各加入者ステーションに対するデータ・トラフィック用のパフォーマンス目標は、平均ビット・レート、許容ピーク速度、ピーク伝達中の平均バースト長、および動的要因を含むことができる。例えば、各加入者ステーションに対する音声トラフィックのパフォーマンス目標は、あるタイプのコーデック、同時音声コールの最大数、音声回線毎ロード(例えば、アーラン・ロード)などを含むことができる。
ステップ420では、方法400は、基地局が前記1つまたは複数のパフォーマンス目標によりサポートすることができる加入者ステーションの最大数を判断する。例えば、ネットワーク・サービス・プロバイダは、BSによってサポートすることができるSSの数を判断するようにコーデック同種性を考慮しながら、アーランBモデルおよびEBモデルを組み合わせることによって、容量計画を行うことができる。一実施形態では、ネットワーク・サービス・プロバイダは、BSによってサポートすることができるSSの数を判断するようにコーデック差を考慮しながら、2層のEBモデルを使用することによって容量計画を行うことができる。
ステップ430では、方法400は、サポートすることができるSSの数により各基地局での帯域幅を割り当てる。例えば、BSを共有している全ての顧客が効率的なコーデックを使用している場合、各会話に割り当てられた帯域幅はより小さく、ブロック速度を小さくすることができる(すなわち、より多くのコールを許容することができる)。
ステップ440では、方法400は、進行ベースで各加入者ステーションに対して、実際のロード、例えばアーラン・ロードおよび実際のブロックを監視し、加入者ステーションが交渉したロード・レベルに適合しているか非適合であるか、また加入者ステーションが交渉したブロック・ターゲットにブロックされたかどうかを判断する。
ステップ450では、方法400は、SSが交渉したロード・レベルに適合しているか非適合であるかを判断する。例えば、この方法は実際のアーラン・ロードを交渉したアーラン・ロードと比較する。SSが適合している場合、この方法はステップ470に進む。あるいは、この方法はステップ460に進む。
ステップ460では、方法400は、非適合SSからのコールをその交渉したレベル(契約上のレベル)に限るように、非適合SS上のブロック・スキームを適用する。例えば、SSが交渉したアーラン・ロードの2倍を使用している場合、ブロック速度はスループットを交渉したレベルに限定するように2倍にすることができる。
ステップ470では、方法400は、交渉した数のコール・リクエスト(適合コール)を超えなかった加入者ステーションからのコール・リクエストに対して十分な帯域幅が利用可能であるかどうかを判断する。十分な帯域幅がある場合、この方法は適合SSからの全てのコールを進ませることを可能にするステップ490に進む。あるいは、この方法はブロックを公正に適用するようにステップ480に進む。
ステップ480では、方法400は、予防ブロック閾値を全ての動的音声回線の間でブロックを再分配するように適用することによって、ブロックを公正に行う。例えば、全てのSSが適合しているが、1つのSSが交渉したブロック・ターゲットの100%であり、別のSSが交渉したブロック・ターゲットの50%である場合、交渉したブロック・ターゲットの50%でのSSに対するいくつかのコールは、他のSSが帯域幅を得ることができるように落とすことができる(または、ブロックすることができる)。
ステップ490では、方法400はコールを目的地に向かって転送させることが可能である。この方法はその後、ステップ495に進んで本プロセスを終了させる、またはステップ440に戻って、各SSに対する実際のアーラン・ロードおよび実際のブロックを監視し続ける。
図5は、本明細書に記載した機能を行う際に使用するのに適した汎用コンピュータの高レベルブロック図を示している。図4に示すように、システム500は、プロセッサ・エレメント502(例えば、CPU)と、メモリ504、例えばランダム・アクセス・メモリ(RAM)および/または読取専用メモリ(ROM)と、無線アクセス・ネットワークに対してトラフィック・エンジニアリングを行うモジュール505と、様々な入出力装置506(例えば、これに限らないが、テープ・ドライブ、フロッピ・ドライブ、ハード・ディスク・ドライブまたはコンパクト・ディスク・ドライブ、受信機、送信機、スピーカ、ディスプレイ、音声合成装置、出力ポート、およびユーザ入力装置(キーボード、キーパッド、マウス、アラーム・インターフェイス、電力リレーなど)を含む記憶装置)とを備えている。
本発明は、ソフトウェア内で、および/またはソフトウェアおよびハードウェアの組み合わせ内で、例えば、特定用途向け集積回路(ASIC)、汎用コンピュータまたはあらゆる他のハードウェア同等物を使用して実施することができることに留意すべきである。一実施形態では、無線アクセス・ネットワークに対してトラフィック・エンジニアリングを行う本モジュールまたはプロセス505は、メモリ504内にロードすることができ、上に論じたような機能を実行するためにプロセッサ502によって実行することができる。このように、本発明の(関連データ構造を含む)無線アクセス・ネットワークに対してトラフィック・エンジニアリングを行う本方法505は、コンピュータ読取可能媒体またはキャリヤ、例えばRAMメモリ、磁気または光学ドライブまたはディスケットなどに記憶させることができる。
様々な実施形態を上に記載してきたが、これらは単に例として示したものであり、限定するものではないことを理解すべきである。したがって、好ましい実施形態の幅および範囲は、上記例示的な実施形態のいずれかによって限定されるべきではなく、頭記の特許請求の範囲およびその相当物によってのみ規定されるべきである。
Claims (20)
- ネットワークに帯域幅を割り当てる方法であって、
基地局(BS)が音声トラフィックに対する少なくとも1つのパフォーマンス目標によりサポートすることが可能である加入者ステーション(SS)の数を判断するステップであって、前記音声トラフィックに対する少なくとも1つのパフォーマンス目標は、あるタイプのコーデックを含んでいるステップと、
前記基地局がサポートすることが可能な前記加入者ステーションの数により、前記基地局によって帯域幅を割り当てるステップを含む方法。 - 前記加入者ステーションそれぞれに対する実際のロードを監視するステップと、
前記加入者ステーションそれぞれに対する実際のブロックを監視するステップと、
前記加入者ステーションそれぞれが、前記加入者ステーションそれぞれに対する交渉したロード・レベルに適合しているか、または非適合であるかを判断するステップと、
前記加入者ステーションそれぞれが、交渉したブロック・ターゲットによってブロックされるかどうかを判断するステップとをさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 非適合加入者ステーションそれぞれが、その交渉したロード・レベルに限られるように、非適合であると判断された前記加入者ステーションのいずれか1つに第1のブロック・スキームを適用するステップをさらに含む、請求項2に記載の方法。
- 複数の動的音声回線の中でブロック速度を再分配する第2のブロック・スキームを行うステップをさらに含む、請求項3に記載の方法。
- 前記加入者ステーションそれぞれに対するデータ・トラフィック用の少なくとも1つのパフォーマンス目標は、平均ビット・レート、許容ピーク速度、ピーク伝達中の平均バースト長、または動的要因の少なくとも1つを含んでいる、請求項1に記載の方法。
- 前記音声トラフィック用の少なくとも1つのパフォーマンス目標は、同時音声コールの最大数または音声回線毎ロードの少なくとも1つをさらに含んでいる、請求項1に記載の方法。
- 前記音声トラフィックは、前記基地局対データ・トラフィックによって最も高い優先度で処理される、請求項1に記載の方法。
- 前記音声トラフィックおよび前記データ・トラフィックは、前記基地局で別個のキューを使用している、請求項7に記載の方法。
- 前記ネットワークは無線アクセス・ネットワークである、請求項1に記載の方法。
- 複数の命令がその上に記録されたコンピュータ読取可能媒体であって、複数の命令は、プロセッサによって実行した場合に、基地局(BS)が音声トラフィックに対する少なくとも1つのパフォーマンス目標によりサポートすることが可能である加入者ステーション(SS)の数を判断するステップであって、前記音声トラフィックに対する少なくとも1つのパフォーマンス目標は、あるタイプのコーデックを含んでいるステップと、前記基地局がサポートすることが可能な前記加入者ステーションの数により、前記基地局によって帯域幅を割り当てるステップを含む、ネットワークに帯域幅を割り当てる方法のステップをプロセッサに行わせる命令を含んでいるコンピュータ読取可能媒体。
- 前記加入者ステーションそれぞれに対する実際のロードを監視するステップと、
前記加入者ステーションそれぞれに対する実際のブロックを監視するステップと、
前記加入者ステーションそれぞれが、前記加入者ステーションそれぞれに対する交渉したロード・レベルに適合しているか、または非適合であるかを判断するステップと、
前記加入者ステーションそれぞれが、交渉したブロック・ターゲットによってブロックされるかどうかを判断するステップとをさらに含む、請求項10に記載のコンピュータ読取可能媒体。 - 非適合加入者ステーションそれぞれが、その交渉したロード・レベルに限られるように、非適合であると判断された前記加入者ステーションのいずれか1つに第1のブロック・スキームを適用するステップをさらに含む、請求項11に記載のコンピュータ読取可能媒体。
- 複数の動的音声回線の中でブロック速度を再分配する第2のブロック・スキームを行うステップをさらに含む、請求項12に記載のコンピュータ読取可能媒体。
- 前記加入者ステーションそれぞれに対するデータ・トラフィック用の少なくとも1つのパフォーマンス目標は、平均ビット・レート、許容ピーク速度、ピーク伝達中の平均バースト長、または動的要因の少なくとも1つを含んでいる、請求項10に記載のコンピュータ読取可能媒体。
- 前記音声トラフィック用の少なくとも1つのパフォーマンス目標は、同時音声コールの最大数または音声回線毎ロードの少なくとも1つをさらに含んでいる、請求項10に記載のコンピュータ読取可能媒体。
- 前記音声トラフィックは、前記基地局対データ・トラフィックによって最も高い優先度で処理される、請求項10に記載のコンピュータ読取可能媒体。
- 前記音声トラフィックおよび前記データ・トラフィックは、前記基地局で別個のキューを使用している、請求項16に記載のコンピュータ読取可能媒体。
- 前記ネットワークは無線アクセス・ネットワークである、請求項10に記載のコンピュータ読取可能媒体。
- ネットワークに帯域幅を割り当てる装置であって、
基地局(BS)が音声トラフィックに対する少なくとも1つのパフォーマンス目標によりサポートすることが可能である加入者ステーション(SS)の数を判断する手段であって、前記音声トラフィックに対する少なくとも1つのパフォーマンス目標は、あるタイプのコーデックを含んでいる手段と、
前記基地局がサポートすることが可能な前記加入者ステーションの数により、前記基地局によって帯域幅を割り当てる手段とを備えた装置。 - 前記加入者ステーションそれぞれに対する実際のロードを監視する手段と、
前記加入者ステーションそれぞれに対する実際のブロックを監視する手段と、
前記加入者ステーションそれぞれが、前記加入者ステーションそれぞれに対する交渉したロード・レベルに適合しているか、または非適合であるかを判断する手段と、
前記加入者ステーションそれぞれが、交渉したブロック・ターゲットによってブロックされるかどうかを判断する手段とをさらに備えた、請求項19に記載の装置。
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