JP2008252514A - 無線パケット制御装置、無線パケット制御方法、および無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＥＥＥ８０２．１６（ｅ）標準規格で規定されている動画対応リアルタイムサービス（ｒｔＰＳ）、非リアルタイムサービス（ｎｒｔＰＳ）、およびベストエフォート（ＢＥ）の通信品質を、パケット単位でのＱｏＳ制御で保証する送信期限および送信許可時刻を求めることを可能とする。
【解決手段】最大許容遅延量出力部２０１は、パケットを送信するまでの制限時間要求に基づいて、パケットの送信期限を決定し出力する。送信期限・許可計算部２０２は、パケットの送信レート制限に基づいて、パケットの送信期限および送信許可時刻を決定し出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線パケット制御装置、無線パケット制御方法、および無線通信装置に関する。

次世代の無線アクセス方式として、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）の標準規格ＩＥＥＥ８０２．１６（ｅ）が高速・広帯域伝送を実現するものとして知られている（例えば、非特許文献１および２参照）。ＩＥＥＥ８０２．１６（ｅ）標準規格では、伝送方式の一つとして直交周波数分割多元接続（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：ＯＦＤＭＡ）方式が採用されている。ＯＦＤＭＡ方式は、周波数が互いに直交する複数のサブキャリアから構成される広帯域信号を用いて通信を行うマルチキャリア伝送方式の一つであり、ユーザ（端末局）毎に異なるサブキャリアを使用することで、一基地局と複数ユーザとの多元接続を実現する。

同様のマルチキャリア伝送方式としては、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）方式が知られているが、ＯＦＤＭ方式では広帯域の周波数帯を一ユーザで全て占有するのに対し、ＯＦＤＭＡ方式では、一般的にユーザによって環境のよい周波数が異なることを利用し、ユーザ毎に環境の良いサブキャリアを選択して通信することで、周波数利用効率の向上を目指している。

図８は、ＯＦＤＭＡ方式の下りリンク（基地局から端末局方向のリンク）の無線フレーム（以下、「下りリンクフレーム」と称する）の構成例を示す図である。この図８の下りリンクフレームはＩＥＥＥ８０２．１６規格に準拠している。図８において、下りリンクフレームは、複数のＯＦＤＭＡシンボル（OFDMA symbol）と複数のロジカルサブチャネル（Logical subchannel）から構成される。ＯＦＤＭＡシンボルは、下りリンクフレーム期間（Downlink subframe duration）に時間方向に多重されている。また、１ＯＦＤＭＡシンボル当たりサブキャリア数分の周波数多重が可能になっている。ＯＦＤＭＡ方式では、各ユーザ宛のパケットをどのＯＦＤＭＡシンボルのどのサブキャリアに配置するかを示す配置情報を下りリンクフレーム毎に決定する。基地局の送信機は、その配置情報に従って、下りリンクのパケット送信に使用する無線リソースを決定する。また、各端末局の受信機は、その配置情報に従って、下りリンクフレームから自局宛のパケットを受信する。

図８に示されるように下りリンクフレームには、プリアンブル（Preamble）と、フレームコントロールヘッダ（Frame Control Header, ＦＣＨ）と、ダウンリンクマップ（DL-MAP）と、ダウンリンクバースト（DL burst）とが配置される。プリアンブルは既知信号を格納する部分である。フレームコントロールヘッダは制御チャネル信号を格納する部分である。ダウンリンクマップは配置情報を格納する部分である。ダウンリンクバーストはパケットを格納する部分である。プリアンブル、フレームコントロールヘッダ、およびダウンリンクマップについては、その配置場所が固定されている。ダウンリンクバーストについては、ＩＥＥＥ８０２．１６規格で規定される制限内で、任意に個数及び配置場所を決めることができる。図８の例では、下りリンク用のバースト（burst）、つまりダウンリンクバーストが６個設けられている。その設け方はＩＥＥＥ８０２．１６規格に準拠している。

ＩＥＥＥ８０２．１６規格では、下りリンクフレームにおけるＯＦＤＭＡシンボル及びサブキャリアの割り当ての仕方、つまりダウンリンクバーストの設け方を規定している。その規定によれば、図８に示されるフレーム構成のように、一つのバーストは時間方向（ＯＦＤＭＡシンボル方向）及び周波数方向（サブキャリア方向）に長方形のリソースを確保し、そのリソースの中にデータを割り当てなければならない。そのバーストについては次のように規定されている。バーストとはパケットが連なったデータ系列で、一つのバースト内は同じ変調方式と同じ誤り訂正符号化率が適用されて送信される。また、一つのバースト内では異なるユーザ宛のパケットが混在してもよい。また、バーストの最大数には制限がある。

また、ＩＥＥＥ８０２．１６（ｅ）標準規格では、クオリティオブサービス（Quality of Service, ＱｏＳ）制御の機構が規定されている。ＱｏＳ制御では、ある特定の通信のために周波数帯域や時間スロットなどの無線リソースを予約し、通信速度やパケット到着までの遅延量、あるいはパケット到着のジッタといった通信品質の保証を行う。

ＩＥＥＥ８０２．１６（ｅ）標準規格においては、上述のＱｏＳ制御の枠組みは以下のように規定されている。まず個々の通信コネクションは音声対応リアルタイムサービス（Unsolicited Grant Service,ＵＧＳ）、動画対応リアルタイムサービス（Real-time Polling Service, ｒｔＰＳ）、非リアルタイムサービス (Non-real-time Polling Service, ｎｒｔＰＳ）、およびベストエフォート(Best Effort, ＢＥ）の内のいずれかのデータサービスに割り当てられる。（但し、非特許文献2ではExtended ｒｔＰＳが追加されている。）その上で、各データサービスではそれぞれ次のような通信品質を保証するよう規定されている。ＵＧＳは最大持続レート、最大許容遅延量、および最大許容ジッタ量を保証するよう規定されている。ｒｔＰＳは最低保証レート、最大持続レート、および最大許容遅延量を保証するよう規定されている。ｎｒｔＰＳは最低保証レートおよび最大持続レートを保証するよう規定されている。ＢＥは最大持続レートを保証するよう規定されている。最低保証レートは最低限満たさなければならない転送速度であり、最大接続レートは許可される最大の転送速度である。

上述したように、ＩＥＥＥ８０２．１６（ｅ）標準規格では、ＱｏＳ制御で保証すべき通信品質の尺度と、該尺度を基地局と端末との間でやり取りする枠組みは規定されているが、保証のためのＱｏＳ制御方法については規定されていない。そのため、ＩＥＥＥ８０２．１６（ｅ）システムの通信品質を満足させることを目指したＱｏＳ制御方法が提案されている（例えば、非特許文献３参照）。

また、ＵＧＳは、Ｔ１／Ｅ１や、静寂抑制を行わないボイスオーバーインターネットプロトコル（Voice over Internet Protocol, ＶｏＩＰ）といった、固定サイズのデータパケットを周期的に送出するアプリケーションを対象としているため、そのサイズにあった固定の無線リソースを周期的に予約することで、当該アプリケーションが要求するＱｏＳを満足させることが可能である。それにより、オーバヘッドの削減も可能である。
IEEE Std 802.16-2004, "Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems," 2004. IEEE Std 802.16e-2005, "Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems," 2005. Q. Liu, X. Wang, and G. B. Giannakis, "A Cross-Layer Scheduling Algorithm With QoS Support in Wireless Networks," IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 55, no. 3, pp. 839-847, May 2006.

しかし、非特許文献３の技術は、ＱｏＳ制御の枠組みで規定されているデータサービスに分類されたパケットに対して優先順位付けが行われ、フレーム周期で優先順位の最も高いパケットが属する通信コネクションに、当該フレームの全スロットを割当てる技術である。したがって、ＯＦＤＭＡを採用したＩＥＥＥ８０２．１６システムのような、多くの無線リソースを効率よくユーザに割り当てたい場合には適用できないという問題がある。また、標準規格では、ｒｔＰＳは最低保証レート、最大持続レート、および最大許容遅延量を保証するように規定されており、ｎｒｔＰＳは最低保証レートおよび最大持続レートを保証するように規定されているが、非特許文献３の技術では、ｒｔＰＳのコネクションに対する優先順位付けは最大遅延量を元に、ｎｒｔＰＳのコネクションに対する優先順位付けは最低保証レートを元に行われ、それぞれを保証する技術となっている。そのため、標準規格で定義されているｒｔＰＳおよびｎｒｔＰＳの通信品質を完全に保証することができないという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ＩＥＥＥ８０２．１６（ｅ）標準規格で規定されているｒｔＰＳ、ｎｒｔＰＳ、およびＢＥの通信品質を、パケット単位でのＱｏＳ制御で保証する送信期限および送信許可時刻を求めることが可能な無線パケット制御装置および無線パケット制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、パケットを送信するまでの制限時間要求に基づいて、パケットの送信期限を決定し出力する最大許容遅延量出力部と、パケットの送信レート制限に基づいて、前記パケットの送信期限および送信許可時刻を決定し出力する送信期限・許可計算部とを備えたことを特徴とする無線パケット制御装置である。この発明によれば、パケットの送信期限および送信許可時刻を決定することができる。そして、このパケットの送信期限および送信許可時刻に基づいてパケット単位でのＱｏＳ制御で保証することができる。

また、本発明は、最大許容遅延量出力部で出力した送信期限と、送信期限・許可計算部で出力した送信期限とを比較し、送信期限が短い送信期限を出力するマルチプレクサと、を備えたことを特徴とする無線パケット制御装置である。この発明によれば、最大許容遅延量出力部が出力した送信期限と送信期限・許可計算部が出力した送信期限が異なった値であっても、マルチプレクサによってパケットの送信期限を一意に決定することができる。

また、本発明は、送信するパケットの１つ前にパケットを送信した時刻を記憶する、送信期限・許可計算情報保持部を備え、送信期限・許可計算情報保持部は、送信するパケットの１つ前にパケットを送信した時刻を記憶し、送信期限・許可計算部は、送信期限・許可計算情報保持部が記憶する送信した時刻と、現在時刻と、パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、パケットのデータ量と、最大持続レートとに基づいて、前記送信許可時刻を決定する、ことを特徴とする無線パケット制御装置である。

また、本発明は、パケットが属する通信での平均送信レートを計算する送信レート計算部を備え、送信レート計算部は、パケットが属する通信での平均送信レートを計算し、送信期限・許可計算部は、平均送信レートと、平均送信レートの平均時間と、現在時刻と、パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、パケットのデータ量と、最大持続レートとに基づいて、前記送信許可時刻を決定する、ことを特徴とする無線パケット制御装置である。

また、本発明の無線パケット制御装置において、送信期限・許可計算部は、現在時刻と、パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、パケットのデータ量と、最低保証レートと、送信するパケットの１つ前にパケットを送信した時刻とに基づいて、前記送信期限を決定する、ことを特徴とする。

また、本発明は、パケットが属する通信での平均送信レートを計算する送信レート計算部を備え、送信期限・許可計算部は、平均送信レートと、平均送信レートの平均時間と、現在時刻と、パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、パケットのデータ量と、最低保証レートとに基づいて、送信期限を決定する、ことを特徴とする無線パケット制御装置である。

また、本発明の無線パケット制御装置において、送信期限・許可計算部はさらに、許容される最大の変調指数と、現在の変調指数とに基づいて、送信許可時刻を決定する、ことを特徴とする。

また、本発明の無線パケット制御装置において、送信期限・許可計算部は、送信するパケットの１つ前に送信したパケットに設定した送信許可時刻と、パケットのデータ量と、最大持続レートとに基づいて、送信許可時刻を決定する、ことを特徴とする。

また、本発明の無線パケット制御装置において、送信期限・許可計算部は、送信するパケットの１つ前に送信したパケットに設定した送信期限と、パケットのデータ量と、最低保証レートとに基づいて、送信許可時刻を決定する、ことを特徴とする。

また、本発明は、無線パケット制御装置を備えたことを特徴とする無線通信装置である。

また、本発明は、パケットを送信するまでの制限時間要求に基づいて、パケットの送信期限を決定し出力する最大許容遅延量出力ステップと、パケットの送信レート制限に基づいて、パケットの送信期限および送信許可時刻を決定し出力する送信期限・許可計算ステップと、を含むことを特徴とする無線パケット制御方法である。

本発明によれば、ＩＥＥＥ８０２．１６（ｅ）標準規格で規定されているｒｔＰＳ、ｎｒｔＰＳ、およびＢＥの通信品質を、パケット単位でのＱｏＳ制御で保証する送信期限および送信許可時刻を求めることが可能となる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態による無線通信装置の構成を示している構成図である。本実施形態の無線通信装置は、たとえば、ＯＦＤＭＡ方式の無線通信装置（基地局装置など）に備えられる。

図１において、無線通信装置は、パケットバッファ１０１と制御部１０２と送信パケット情報テーブル１０３と無線フレーム構築部１０４と送信パケット情報出力部１０５と無線パケット制御装置１０６を有する。

パケットバッファ１０１は、提供する通信品質の種類毎に異なるバッファから構成されており、無線送信するパケットを、当該パケットに対して提供する通信品質の種類に応じて、異なるバッファに格納する。これにより、バッファごとにＱｏＳ制御のアルゴリズムの変更や、アルゴリズムのパラメタ値の変更が容易に実現できる。パケットバッファ１０１に格納された送信パケットは、無線フレーム構築部１０４より取り出され、無線フレームに格納されて送信される。

制御部１０２は、送信パケット情報テーブル１０３に基づいて、パケットバッファ１０１に到着した送信パケットを、送信期限および送信許可時間順にパケットバッファ１０１内に格納する。送信パケット情報テーブル１０３は、無線パケット制御装置１０６から出力されたパケット毎の送信期限、送信許可時刻を含む。また、送信パケットのパケットサイズを含む。

無線フレーム構築部１０４は、パケットバッファ１０１から無線フレームに載せて送信する送信パケットを取り出し、無線フレームを構成し、送信する。送信パケットから無線フレームを構築する処理は、ｘフレーム（ｘは１以上）周期で行われる。

送信パケット情報出力部１０５は、送信パケット情報テーブル１０３が記憶する送信パケット情報テーブルに含まれたパケット毎の送信期限、送信許可時刻に基づいて、送信許可時刻を過ぎたパケットの中から、次のｘ個の無線フレーム(ｘは１以上)で送信する送信パケットの情報を選択し、無線フレーム構築部１０４および無線パケット制御装置１０６に送信する。なお、図８に示す無線システムのフレーム構成の制限から生じる条件を具体的に考慮して次のｘ個の無線フレーム(ｘは１以上)で送信する送信パケットの情報を選択することも可能である。

無線パケット制御装置１０６は、送信パケット情報出力部１０５で選択された送信パケットの情報を常にチェックし、通信ごとの平均送信レートをｙフレーム（ｙは１以上)周期で計算する。また、無線パケット制御装置１０６は、ＱｏＳ情報、送信パケット情報テーブル１０３、計算した通信ごとの平均送信レート、および変調指数に基づいて、パケットバッファ１０１に到達した送信パケットの送信期限および送信許可時刻を決定し、送信パケット情報テーブル１０３に出力する。送信期限および送信許可時刻は、無線フレーム単位の送信期限および送信許可時刻であり、且つフレーム番号などの絶対時間を表すものである。つまり、送信期限は、現在時刻との比較によって、当該パケットをあと何フレーム以内に送信しなければならないかを示す。また、送信許可時刻は、現在時刻との比較によって、当該パケットをあと何フレーム経ったら、送信してよいかを示す。送信期限および送信許可時刻の決定方法については後述する。なお、無線パケット制御装置１０６は、無線フレーム情報から、無線フレーム区間を把握する。

無線フレーム情報は、無線フレームごとのタイミング信号および無線フレーム番号を含む。ＱｏＳ情報は、ユーザが要求するＱｏＳを表す。なお、ＩＥＥＥ８０２．１６（ｅ）標準規格では、ＱｏＳレベルとして、ＵＧＳ、ｒｔＰＳ、ｎｒｔＰＳ、およびＢＥの４つが規定されている。この中でＵＧＳは、Ｔ１／Ｅ１や、静寂抑制を行わないＶｏＩＰといった、固定サイズのデータパケットを周期的に送出するアプリケーションを対象としているため、そのサイズにあった固定の無線リソースを周期的に予約することで、当該アプリケーションが要求するＱｏＳを満足させることが可能である。それにより、オーバヘッドの削減も可能であるため、ＵＧＳの制御は本発明とは切り離して考える。上記ＱｏＳのうち、ｒｔＰＳ、ｎｒｔＰＳ、ＢＥは、前述した通り保証すべき通信品質の指標が異なる。例えば、ｒｔＰＳは、最低保証レート、最大持続レート、及び最大許容遅延量の３つ、ｎｒｔＰＳは、最低保証レートと最大持続レートの２つを保証することが求められている。

本発明の第１の実施形態から第８の実施形態では、最低保証レートなどの通信レートに関するＱｏＳ要求を満足するようにパケット毎の送信期限を決定することで、通信レートに関するＱｏＳ要求を時間に関する指標に置き換え、その上で最大許容遅延量といった時間に関するＱｏＳ要求も加味して最終的なパケットごとの送信期限および送信許可時刻を決定するという手法をとる。したがってＩＥＥＥ ８０２．１６標準規格のＱｏＳレベルであるｒｔＰＳ、ｎｒｔＰＳ、ＢＥに対して送信期限および送信許可時刻のみを使用したパケット単位でのＱｏＳ制御が可能である。また、容易に無線パケット制御装置が構成できる。

[第１の実施形態]
次に、図２を参照して、本発明の第１の実施形態による無線パケット制御装置１０６の動作を説明する。図２は、第１の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部２０１は、最大許容遅延量に関するＱｏＳ要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、送信パケット情報テーブル１０３に出力する。送信期限・許可計算部２０２は、最大接続レートに関するＱｏＳ要求を満足させるための送信許可時刻を、送信パケット情報テーブル１０３に出力する。また、送信期限・許可計算部２０２は、送信パケット情報テーブル出力より入力された最後にパケットを送信した時刻を、送信期限・許可計算情報保持部２０３に出力する。送信期限・許可計算情報保持部２０３は、送信期限・許可計算部２０２より入力された最後にパケットを送信した時刻を記憶する。また、送信期限・許可計算情報保持部２０３は、記憶した最後にパケットを送信した時刻を送信期限・許可計算部２０２に出力する。

はじめに、最大許容遅延量出力部２０１は、パケットごとの送信期限を送信パケット情報テーブル１０３に出力する。到着したパケットが属する通信が最大許容遅延量を要求している場合、要求された最大許容遅延量を出力する。最大許容遅延量を要求していない場合、正の無限大の値を出力する。なお、出力する送信期限は、無線フレーム情報を用いて、フレーム単位での送信期限を出力する。

一方、送信期限・許可計算部２０２は、パケットごとの送信許可時刻を計算し、送信パケット情報テーブル１０３に出力する。送信期限・許可計算部２０２の動作は以下に示す。

送信期限・許可計算部２０２は、到着したパケットが属する通信が最大持続レートの保証を要求している場合、（１）式で表される時刻をフレーム単位に変換し、送信許可時刻として送信パケット情報テーブル１０３に出力する。ここで、Ｔは現在時刻、Ｓ_{ｂｕｆｆｅｒ}は送信パケット情報テーブルから得られる当該通信に係るパケットの送信待ちデータ量、Ｓ_{ｐａｃｋｅｔ}は送信許可時刻設定対象の到着パケットのデータサイズ、Ｒ_ｍａｘはＱｏＳ情報で与えられる最大持続レート、Ｔ_ｌａｓｔは最後に当該通信に係るパケットが送られた時刻である。なお、Ｔ_ｌａｓｔは送信期限・許可計算情報保持部２０３で保持される。

上述したとおり、最大持続レートといった通信レートに関するＱｏＳ要求を満足するように送信期限・許可計算部２０２でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するＱｏＳ要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するＱｏＳ要求を満足するように最大許容遅延量出力部２０１でパケットごとの送信期限を決定し、最終的なパケットごとの送信期限および送信許可時刻を求めることで、送信期限および送信許可時刻を使用したパケット単位でのＱｏＳ制御が可能となる。

[第２の実施形態]
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施形態による無線パケット制御装置１０６の動作を説明する。図３は、第２の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部３０１は、最大許容遅延量に関するＱｏＳ要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、送信パケット情報テーブル１０３に出力する。送信期限・許可計算部３０２は、最大接続レートに関するＱｏＳ要求を満足させるための送信許可時刻を、送信パケット情報テーブル１０３に出力する。送信レート計算部３０３は、送信パケット情報出力部１０５で選択された送信パケットの情報を常にチェックし、通信ごとの平均送信レートをｙフレーム（ｙは１以上）周期計算する。また、送信レート計算部３０３は、計算した平均送信レートを送信期限・許可計算部３０２に出力する。

はじめに、最大許容遅延量出力部３０１は、パケットごとの送信期限を送信パケット情報テーブル１０３に出力する。到着したパケットが属する通信が最大許容遅延量を要求している場合、要求された最大許容遅延量を出力する。最大許容遅延量を要求していない場合、正の無限大の値を出力する。なお、出力する送信期限は、無線フレーム情報を用いて、フレーム単位での送信期限を出力する。

一方、送信期限・許可計算部３０２は、パケットごとの送信許可時刻を計算し、送信パケット情報テーブル１０３に出力する。送信期限・許可計算部３０２の動作は以下に示す。

送信期限・許可計算部３０２は、到着したパケットが属する通信が最大持続レートの保証を要求している場合、（２）式で表される時刻をフレーム単位に変換し、送信許可時刻として送信パケット情報テーブル１０３に出力する。ここで、Ｔは現在時刻、Ｓ_{ｂｕｆｆｅｒ}は送信パケット情報テーブルから得られる当該通信に係るパケットの送信待ちデータ量、Ｓ_{ｐａｃｋｅｔ}は送信許可時刻設定対象の到着パケットのデータサイズ、Ｒ_ｍａｘはＱｏＳ情報で与えられる最大持続レート、Ｒ´は送信レート計算部３０３で計算される平均送信レート、ｗは平均送信レート計算時の平均化時間ウィンドウ幅である。

上述したとおり、最大持続レートといった通信レートに関するＱｏＳ要求を満足するように送信期限・許可計算部３０２でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するＱｏＳ要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するＱｏＳ要求を満足するように最大許容遅延量出力部３０１でパケットごとの送信期限を決定し、最終的なパケットごとの送信期限および送信許可時刻を求めることで、送信期限および送信許可時刻を使用したパケット単位でのＱｏＳ制御が可能となる。

[第３の実施形態]
次に、図４を参照して、本発明の第３の実施形態による無線パケット制御装置１０６の動作を説明する。図４は、第３の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部４０１は、最大許容遅延量に関するＱｏＳ要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、送信パケット情報テーブル１０３に出力する。送信期限・許可計算部４０２は、最大接続レートに関するＱｏＳ要求を満足させるための送信許可時刻を、送信パケット情報テーブル１０３に出力する。送信レート計算部４０３は、送信パケット情報出力部１０５で選択された送信パケットの情報を常にチェックし、通信ごとの平均送信レートをｙフレーム（ｙは１以上）周期計算する。また、送信レート計算部４０３は、計算した平均送信レートを送信期限・許可計算部４０２に出力する。

はじめに、最大許容遅延量出力部４０１は、パケットごとの送信期限を送信パケット情報テーブル１０３に出力する。到着したパケットが属する通信が最大許容遅延量を要求している場合、要求された最大許容遅延量を出力する。最大許容遅延量を要求していない場合、正の無限大の値を出力する。なお、出力する送信期限は、無線フレーム情報を用いて、フレーム単位での送信期限を出力する。

一方、送信期限・許可計算部４０２は、パケットごとの送信許可時刻を計算し、送信パケット情報テーブル１０３に出力する。送信期限・許可計算部４０２の動作は以下に示す。

送信期限・許可計算部４０２は、到着したパケットが属する通信が最大持続レートの保証を要求している場合、（３）式で表される時刻をフレーム単位に変換し、送信許可時刻として送信パケット情報テーブル１０３に出力する。ここで、Ｔは現在時刻、Ｓ_{ｂｕｆｆｅｒ}は送信パケット情報テーブルから得られる当該通信に係るパケットの送信待ちデータ量、Ｓ_{ｐａｃｋｅｔ}は送信許可時刻設定対象の到着パケットのデータサイズ、Ｒ_ｍａｘはＱｏＳ情報で与えられる最大持続レート、Ｒ´は送信レート計算部４０３で計算される平均送信レート、ｗは平均送信レート計算時の平均化時間ウィンドウ幅、ＰＭ_ｍａｘはシステムで許容される最大の変調指数、ＰＭは現在の通信で使用する変調指数、βは正定数である。

上述したとおり、最大持続レートといった通信レートに関するＱｏＳ要求を満足するように送信期限・許可計算部４０２でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するＱｏＳ要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するＱｏＳ要求を満足するように最大許容遅延量出力部４０１でパケットごとの送信期限を決定し、最終的なパケットごとの送信期限および送信許可時刻を求めることで、送信期限および送信許可時刻を使用したパケット単位でのＱｏＳ制御が可能となる。

[第４の実施形態]
次に、図５を参照して、本発明の第４の実施形態による無線パケット制御装置１０６の動作を説明する。図５は、第４の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部５０１は、最大許容遅延量に関するＱｏＳ要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、マルチプレクサ５０４に出力する。送信期限・許可計算部５０２は、最低保証レートに関するＱｏＳ要求を満足させるための送信期限を、マルチプレクサ５０４に出力する。また、送信期限・許可計算部５０２は、送信パケット情報テーブル出力より入力された、最後にパケットを送信した時刻を、送信期限・許可計算情報保持部５０３に出力する。送信期限・許可計算情報保持部５０３は、送信期限・許可計算部５０２より入力された、最後にパケットを送信した時刻を記憶する。また、送信期限・許可計算情報保持部５０３は、記憶した最後にパケットを送信した時刻を送信期限・許可計算部５０２に出力する。

はじめに、最大許容遅延量出力部５０１は、パケットごとの送信期限をマルチプレクサ５０４に出力する。到着したパケットが属する通信が最大許容遅延量を要求している場合、要求された最大許容遅延量を出力する。最大許容遅延量を要求していない場合、正の無限大の値を出力する。なお、出力する送信期限は、無線フレーム情報を用いて、フレーム単位での送信期限を出力する。

一方、送信期限・許可計算部５０２は、パケットごとの送信期限を計算し、マルチプレクサ５０４に出力する。送信期限・許可計算部５０２の動作は以下に示す。

送信期限・許可計算部５０２は、到着したパケットが属する通信が最低保証レートの保証を要求している場合、（４）式で表される時刻をフレーム単位に変換して送信期限としてマルチプレクサ５０４に出力する。ここで、Ｔは現在時刻、Ｓ_{ｂｕｆｆｅｒ}は送信パケット情報テーブルから得られる当該通信に係るパケットの送信待ちデータ量、Ｓ_{ｐａｃｋｅｔ}は送信許可時刻設定対象の到着パケットのデータサイズ、Ｒ_ｍｉｎはＱｏＳ情報で与えられる最低保証レート、Ｔ_ｌａｓｔは最後に当該通信に係るパケットが送られた時刻である。なお、Ｔ_ｌａｓｔは送信期限・許可計算情報保持部５０３で保持される。

続いて、マルチプレクサ５０４は、最大許容遅延量出力部５０１と送信期限・許可計算部５０２より出力された送信期限を比較し、期限が早い方の送信期限を送信パケット情報テーブル１０３に出力する。

上述したとおり、最低保証レートといった通信レートに関するＱｏＳ要求を満足するように送信期限・許可計算部５０２でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するＱｏＳ要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するＱｏＳ要求を満足するように最大許容遅延量出力部５０１でパケットごとの送信期限を決定し、マルチプレクサ５０４で最終的なパケットごとの送信期限を求めることで、送信期限を使用したパケット単位でのＱｏＳ制御が可能となる。

[第５の実施形態]
次に、図６を参照して、本発明の第５の実施形態による無線パケット制御装置１０６の動作を説明する。図６は、第５の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部６０１は、最大許容遅延量に関するＱｏＳ要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、マルチプレクサ６０４に出力する。送信期限・許可計算部６０２は、最低保証レートに関するＱｏＳ要求を満足させるための送信期限を、マルチプレクサ６０４に出力する。送信レート計算部６０３は、送信パケット情報出力部１０５で選択された送信パケットの情報を常にチェックし、通信ごとの平均送信レートをｙフレーム（ｙは１以上）周期計算する。また、送信レート計算部６０３は、計算した平均送信レートを送信期限・許可計算部６０２に出力する。

はじめに、最大許容遅延量出力部６０１は、パケットごとの送信期限をマルチプレクサ６０４に出力する。到着したパケットが属する通信が最大許容遅延量を要求している場合、要求された最大許容遅延量を出力する。最大許容遅延量を要求していない場合、正の無限大の値を出力する。なお、出力する送信期限は、無線フレーム情報を用いて、フレーム単位での送信期限を出力する。

一方、送信期限・許可計算部６０２は、パケットごとの送信期限を計算し、マルチプレクサ６０４に出力する。送信期限・許可計算部６０２の動作は以下に示す。

送信期限・許可計算部６０２は、到着したパケットが属する通信が最低保証レートの保証を要求している場合、（５）式で表される時刻をフレーム単位に変換して送信期限としてマルチプレクサ６０４に出力する。ここで、Ｔは現在時刻、Ｓ_{ｂｕｆｆｅｒ}は送信パケット情報テーブルから得られる当該通信に係るパケットの送信待ちデータ量、Ｓ_{ｐａｃｋｅｔ}は送信許可時刻設定対象の到着パケットのデータサイズ、Ｒ_ｍｉｎはＱｏＳ情報で与えられる最低保証レート、Ｒ´は送信レート計算部で計算される平均送信レート、ｗは平均送信レート計算時の平均化時間ウィンドウ幅である。

続いて、マルチプレクサ６０４は、最大許容遅延量出力部６０１と送信期限・許可計算部６０２より出力された送信期限を比較し、期限が早い方の送信期限を送信パケット情報テーブル１０３に出力する。

上述したとおり、最低保証レートといった通信レートに関するＱｏＳ要求を満足するように送信期限・許可計算部６０２でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するＱｏＳ要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するＱｏＳ要求を満足するように最大許容遅延量出力部６０１でパケットごとの送信期限を決定し、マルチプレクサ６０４で最終的なパケットごとの送信期限を求めることで、送信期限を使用したパケット単位でのＱｏＳ制御が可能となる。

[第６の実施形態]
次に、図７を参照して、本発明の第６の実施形態による無線パケット制御装置１０６の動作を説明する。図７は、第６の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部７０１は、最大許容遅延量に関するＱｏＳ要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、マルチプレクサ７０４に出力する。送信期限・許可計算部７０２は、最低保証レートに関するＱｏＳ要求を満足させるための送信期限を、マルチプレクサ７０４に出力する。送信レート計算部７０３は、送信パケット情報出力部１０５で選択された送信パケットの情報を常にチェックし、通信ごとの平均送信レートをｙフレーム（ｙは１以上）周期計算する。また、送信レート計算部７０３は、計算した平均送信レートを送信期限・許可計算部７０２に出力する。

はじめに、最大許容遅延量出力部７０１は、パケットごとの送信期限をマルチプレクサ７０４に出力する。到着したパケットが属する通信が最大許容遅延量を要求している場合、要求された最大許容遅延量を出力する。最大許容遅延量を要求していない場合、正の無限大の値を出力する。なお、出力する送信期限は、無線フレーム情報を用いて、フレーム単位での送信期限を出力する。

一方、送信期限・許可計算部７０２は、パケットごとの送信期限を計算し、マルチプレクサ７０４に出力する。送信期限・許可計算部７０２の動作は以下に示す。

送信期限・許可計算部７０２は、到着したパケットが属する通信が最低保証レートの保証を要求している場合、（６）式で表される時刻をフレーム単位に変換して送信期限としてマルチプレクサ７０４に出力する。ここで、Ｔは現在時刻、Ｓ_{ｂｕｆｆｅｒ}は送信パケット情報テーブルから得られる当該通信に係るパケットの送信待ちデータ量、Ｓ_{ｐａｃｋｅｔ}は送信許可時刻設定対象の到着パケットのデータサイズ、Ｒ_ｍｉｎはＱｏＳ情報で与えられる最低保証レート、Ｒ´は送信レート計算部で計算される平均送信レート、ｗは平均送信レート計算時の平均化時間ウィンドウ幅、ＰＭ_ｍａｘはシステムで許容される最大の変調指数、ＰＭは現在の通信で使用する変調指数、βは正定数である。

続いて、マルチプレクサ７０４は、最大許容遅延量出力部７０１と送信期限・許可計算部７０２より出力された送信期限を比較し、期限が早い方の送信期限を送信パケット情報テーブル１０３に出力する。

上述したとおり、最低保証レートといった通信レートに関するＱｏＳ要求を満足するように送信期限・許可計算部７０２でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するＱｏＳ要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するＱｏＳ要求を満足するように最大許容遅延量出力部７０１でパケットごとの送信期限を決定し、マルチプレクサ７０４で最終的なパケットごとの送信期限を求めることで、送信期限を使用したパケット単位でのＱｏＳ制御が可能となる。

[第７の実施形態]
次に、図２を参照して、本発明の第７の実施形態による無線パケット制御装置１０６の動作を説明する。第７の実施形態のブロック図は第１の実施形態のブロック図と同様である。但し、第１の実施形態と第７の実施形態では、送信期限・許可計算情報保持部２０３で記憶する情報が異なる。

最大許容遅延量出力部２０１は、最大許容遅延量に関するＱｏＳ要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、送信パケット情報テーブル１０３に出力する。送信期限・許可計算部２０２は、最大接続レートに関するＱｏＳ要求を満足させるための送信許可時刻を、送信パケット情報テーブル１０３に出力する。また、送信期限・許可計算部２０２は、送信パケット情報テーブル出力より入力された最後に送信したパケットに設定した送信許可時刻を、送信期限・許可計算情報保持部２０３に出力する。送信期限・許可計算情報保持部２０３は、送信期限・許可計算部２０２より入力された最後に送信したパケットに設定した送信許可時刻を記憶する。また、送信期限・許可計算情報保持部２０３は、記憶した最後に送信したパケットに設定した送信許可時刻を送信期限・許可計算部２０２に出力する。

はじめに、最大許容遅延量出力部２０１は、パケットごとの送信期限を送信パケット情報テーブル１０３に出力する。到着したパケットが属する通信が最大許容遅延量を要求している場合、要求された最大許容遅延量を出力する。最大許容遅延量を要求していない場合、正の無限大の値を出力する。なお、出力する送信期限は、無線フレーム情報を用いて、フレーム単位での送信期限を出力する。

一方、送信期限・許可計算部２０２は、パケットごとの送信許可時刻を計算し、送信パケット情報テーブル１０３に出力する。送信期限・許可計算部２０２の動作は以下に示す。

送信期限・許可計算部２０２は、到着したパケットが属する通信が最大持続レートの保証を要求している場合、（７）式で表される時刻をフレーム単位に変換し、送信許可時刻として送信パケット情報テーブル１０３に出力する。ここで、Ｐ_ｌａｓｔは同一通信に属する一つ前のパケットに設定した送信許可時刻、Ｓ_{ｐａｃｋｅｔ}は送信許可時刻設定対象の到着パケットのデータサイズ、Ｒ_ｍａｘはＱｏＳ情報で与えられる最大持続レートである。なお、Ｐ_ｌａｓｔは送信期限・許可計算情報保持部２０３で保持される。

上述したとおり、最大持続レートといった通信レートに関するＱｏＳ要求を満足するように送信期限・許可計算部２０２でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するＱｏＳ要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するＱｏＳ要求を満足するように最大許容遅延量出力部２０１でパケットごとの送信期限を決定し、最終的なパケットごとの送信期限および送信許可時刻を求めることで、送信期限および送信許可時刻を使用したパケット単位でのＱｏＳ制御が可能となる。

[第８の実施形態]
次に、図５を参照して、本発明の第８の実施形態による無線パケット制御装置１０６の動作を説明する。第８の実施形態のブロック図は第４の実施形態のブロック図と同様である。但し、第４の実施形態と第８の実施形態では、送信期限・許可計算情報保持部２０３で記憶する情報が異なる。

最大許容遅延量出力部５０１は、最大許容遅延量に関するＱｏＳ要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、マルチプレクサ５０４に出力する。送信期限・許可計算部５０２は、最低保証レートに関するＱｏＳ要求を満足させるための送信期限を、マルチプレクサ５０４に出力する。また、送信期限・許可計算部５０２は、送信パケット情報テーブル出力より入力された最後に送信したパケットに設定した送信期限を、送信期限・許可計算情報保持部５０３に出力する。送信期限・許可計算情報保持部５０３は、送信期限・許可計算部５０２より入力された最後に送信したパケットに設定した送信期限を記憶する。また、送信期限・許可計算情報保持部５０３は、記憶した最後に送信したパケットに設定した送信期限を送信期限・許可計算部５０２に出力する。

一方、送信期限・許可計算部５０２は、パケットごとの送信期限を計算し、マルチプレクサ５０４に出力する。送信期限・許可計算部５０２の動作は以下に示す。

送信期限・許可計算部５０２は、到着したパケットが属する通信が最低保証レートの保証を要求している場合、式（８）で表される時刻をフレーム単位に変換して送信期限としてマルチプレクサ５０４に出力する。ここで、Ｄ_ｌａｓｔは同一通信に属する一つ前のパケットに設定した送信期限、Ｓ_{ｐａｃｋｅｔ}は送信期限設定対象の到着パケットのデータサイズ、Ｒ_ｍｉｎはＱｏＳ情報で与えられる最低保証レートである。なお、Ｄ_ｌａｓｔは送信期限・許可計算情報保持部５０３で保持される。

続いて、マルチプレクサ５０４は、最大許容遅延量出力部５０１と送信期限・許可計算部５０２より出力された送信期限を比較し、期限が早い方の送信期限を送信パケット情報テーブル１０３に出力する。

上述したとおり、最低保証レートといった通信レートに関するＱｏＳ要求を満足するように送信期限・許可計算部５０２でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するＱｏＳ要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するＱｏＳ要求を満足するように最大許容遅延量出力部５０１でパケットごとの送信期限を決定し、マルチプレクサ５０４で最終的なパケットごとの送信期限を求めることで、送信期限を使用したパケット単位でのＱｏＳ制御が可能となる。

なお、第１の実施形態から第８の実施形態を説明したが、最大持続レートを保証する実施形態と最低保証レートを保証する実施形態を組み合わせて実施することで、最大持続レートと最低保証レートの両方を保証することも可能である。例えば、第１の実施形態と第４の実施形態を組み合わせることで最大持続レートと最低保証レートの両方を保証することが可能である。

また、送信パケットに対し、送信期限および送信許可時刻のみを基準にスロット割り当てが行われるため、容易にＱｏＳを反映したスロット割り当てが可能となる。また、最低保証レートや最大持続レートなどの通信レートに関するＱｏＳ要求から求まるパケット毎の送信期限と、最大許容遅延量といった時間に関するＱｏＳ要求とを比較し、最終的なパケット毎の送信期限を決定することで、ＩＥＥＥ８０２．１６（ｅ）標準規格で規定されているｒｔＰＳ、ｎｒｔＰＳ、およびＢＥの通信品質を満足させるＱｏＳパケットスケジューリングが可能となる。更に、パケット毎の送信期限と送信許可時刻を決めるのはパケットがバッファに到着時のみで、しかもその時点で（３）式や（６）式を使用し送信期限と送信許可時刻を決定すると、バッファ内パケット量や電波伝搬環境などまで考慮されるため、計算量を減らしつつ、高効率、高ＱｏＳ保証を実現するＱｏＳパケットスケジューリングが可能となる。

以上、本発明の実施形態を図面、数式を参照して詳述してきたが、具体的な構成や方法はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明はＩＥＥＥ８０２．１６規格に限らず、各種の無線通信方式に適用することができる。

本発明の一実施形態による無線通信装置の構成を示している構成図である。 本発明の第１の実施形態および第７の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。 本発明の第２の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。 本発明の第３の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。 本発明の第４の実施形態および第８の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。 本発明の第５の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。 本発明の第６の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。 ＯＦＤＭＡ方式の下りリンクの無線フレームの構成例を示す図である。

符号の説明

１０１・・・パケットバッファ、１０２・・・制御部、１０３・・・送信パケット情報テーブル、１０４・・・無線フレーム構築部、１０５・・・送信パケット情報出力部、１０６・・・無線パケット制御装置、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１・・・最大許容遅延量出力部、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２・・・送信期限・許可計算部、２０３、５０３・・・送信期限・許可計算情報保持部、３０３、４０３、６０３、７０３・・・送信レート計算部、５０４、６０４、７０４・・・マルチプレクサ

Claims (11)

1. パケットを送信するまでの制限時間要求に基づいて、前記パケットの送信期限を決定し出力する最大許容遅延量出力部と、
   前記パケットの送信レート制限に基づいて、前記パケットの送信期限および送信許可時刻を決定し出力する送信期限・許可計算部と、
   を備えたことを特徴とする無線パケット制御装置。
2. 前記最大許容遅延量出力部で出力した前記送信期限と、前記送信期限・許可計算部で出力した前記送信期限とを比較し、送信期限が短い前記送信期限を出力するマルチプレクサと、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の無線パケット制御装置。
3. 前記パケットの前にパケットを送信した時刻を記憶する、送信期限・許可計算情報保持部と、
   を備え、
   前記送信期限・許可計算部は、前記送信期限・許可計算情報保持部が記憶する前記送信した時刻と、現在時刻と、前記パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、前記パケットのデータ量と、最大持続レートとに基づいて、前記送信許可時刻を決定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線パケット制御装置。
4. 前記パケットが属する通信での平均送信レートを計算する送信レート計算部を備え、
   前記送信期限・許可計算部は、前記平均送信レートと、前記平均送信レートの平均時間と、現在時刻と、前記パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、前記パケットのデータ量と、最大持続レートとに基づいて、前記送信許可時刻を決定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線パケット制御装置。
5. 前記送信期限・許可計算部は、現在時刻と、前記パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、前記パケットのデータ量と、最低保証レートと、前記パケットの前にパケットを送信した時刻とに基づいて、前記送信期限を決定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線パケット制御装置。
6. 前記パケットが属する通信での平均送信レートを計算する送信レート計算部を備え、
   前記送信期限・許可計算部は、前記平均送信レートと、前記平均送信レートの平均時間と、現在時刻と、前記パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、前記パケットのデータ量と、最低保証レートとに基づいて、前記送信期限を決定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線パケット制御装置。
7. 前記送信期限・許可計算部はさらに、許容される最大の変調指数と、現在の変調指数とに基づいて、前記送信許可時刻を決定する、
   ことを特徴とする請求項４または請求項６に記載の無線パケット制御装置。
8. 前記送信期限・許可計算部は、前記パケットの前に送信したパケットに設定した前記送信許可時刻と、前記パケットのデータ量と、最大持続レートとに基づいて、前記送信許可時刻を決定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線パケット制御装置。
9. 前記送信期限・許可計算部は、前記パケットの前に送信したパケットに設定した前記送信期限と、前記パケットのデータ量と、最低保証レートとに基づいて、前記送信許可時刻を決定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線パケット制御装置。
10. 請求項１から９のいずれかの項に記載の無線パケット制御装置を備えたことを特徴とする無線通信装置。
11. パケットを送信するまでの制限時間要求に基づいて、前記パケットの送信期限を決定し出力する最大許容遅延量出力ステップと、
    前記パケットの送信レート制限に基づいて、前記パケットの送信期限および送信許可時刻を決定し出力する送信期限・許可計算ステップと、
    を含むことを特徴とする無線パケット制御方法。

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