JP2009060171A - 複数の処理ユニットへの処理の振り分け方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動通信システムの基地局の複数のベースバンド処理ユニットに対して各ユニットの電源モジュールの変換効率が最大となるように呼処理を振り分ける。
【解決手段】ＣＯＭ（共通処理）部からカードｍへ呼処理要求があるとき（ステップ１１００）、電源モジュールの入力電流Ｉ_nを取得し（ステップ１１０２）、前回の呼処理要求を受け付ける前の入力電流との差分ΔＩ_n＝Ｉ_n−Ｉ_n-1を算出し（ステップ１００４）、ΔＩ_nの前回値ΔＩ_n-1よりも増加していれば（ステップ１００６）、ＣＯＭ部へ他のカードへの処理要求を行うよう返答する（ステップ１０１４）。これに対してＣＯＭ部はカードｎ＋１へ呼処理要求を行う（ステップ１０１６）。
【選択図】図４

Description

本発明は、それぞれが電源モジュールを有する複数の処理ユニットへ処理を振り分ける方法および装置、特に、移動通信システムの基地局（ＢＴＳ）内の複数のベースバンド処理ユニットへの呼処理の振り分けに適した振り分け方法および装置に関する。

例えば前述のＢＴＳには、通信中の加入者ごとに（生起中の呼ごとに）呼を管理／処理する機能（以下“呼処理”と称する）を実現する部分が備えられている。ＢＴＳにおける呼処理には、アンテナで受信した信号からベースバンド信号を復調し、その逆に、網側から受け取ったベースバンド信号を変調して送信信号とすることなどのベースバンド処理が含まれる。

このベースバンド処理を行うベースバンド処理部は、複数のカード（複数の処理ユニット）に分割されていて、これらに処理が振り分けられる。この振り分け方式には、従来では、個々のアンテナと個々の処理ユニットとの接続関係が固定されていて、移動機がどの方向に存在しているか、すなわち移動機がどのセクタに存在しているかで呼処理を担当する処理ユニットが決まる、いわゆるセクタくくりつけ方式と、アンテナと処理ユニットとの接続関係が固定的でないセクタフリー構造が採用されていて、ＣＯＭ部（共通制御部）が各処理ユニットにその処理能力の上限に達するまで呼処理を割り当て、処理能力の上限に達したら次の処理ユニットへ呼処理を割り当てる、という方式がある。

一方、各処理ユニットには、カードの活線挿抜を可能にするため、および、各カードごとに安定化された電源を得るために、各カードごとにＤＣ／ＤＣコンバータを有する電源モジュールが設けられているが、このＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率は、一般に、消費電力の変化に対して一定ではない。

しかしながら、前述のセクタくくりつけ方式が採用されているＢＴＳでは、電源の変換効率を考慮した振り分けができないので、装置全体としての変換効率が低くなり、電圧変換ロスが大きくなるという問題がある。セクタフリー構造が採用されたＢＴＳにおいても、前述したように、電源の変換効率を考慮した振り分けがなされていないため、同様に、装置全体として変換効率が低くなり、電圧変換ロスが低くなるという問題がある。

特開平６−２６８６１０号公報

したがって本発明の目的は、電源の電圧変換効率を考慮した処理の振り分けを行うことのできる振り分け方法および装置を提供することにある。

本発明によれば、割り当てられた処理の量に応じて消費電力が変化する複数の処理ユニットであってそのそれぞれがそれぞれにおいて使用する電源を生成する電源モジュールを有する複数の処理ユニットへ処理を振り分ける方法であって、前記電源モジュールの入力電流を測定し、前記複数の処理ユニットの１つへの処理の割り当て量を変更したときの、該１つの処理ユニットが有する電源モジュールについて測定された入力電流の変化に基づき、新たに発生した処理を割り当てる処理ユニットを決定することを含む方法が提供される。

前記処理ユニットを決定することは、処理量を所定量だけ増やしたときの入力電流の増加量（ΔＩ_n-1）からの、さらに処理量を該所定量だけ増やしたときの入力電流の増加量（ΔＩ_n）の差分（ΔＩ_n−ΔＩ_n-1）が第１の閾値（０，Ｂ）以上であるとき、その処理ユニットへの新たな処理の割り当てを中止することを含むことが好ましい。

処理の割り当て量を変更したときの電源モジュールの入力電流の変化に基いて新たに発生した処理の割り当てを決定することにより、電源モジュールの変換効率を考慮した処理の振り分けが可能となる。

さらに、処理量を所定量増加したときの電流の増加量（ΔＩ_n）の変化（ΔＩ_n−ΔＩ_n-1）を閾値と比較することにより、電源モジュールの変換効率が最大となるときの処理量がわかるので、各処理ユニットへ変換効率が最大となるように処理を振り分けることが可能となる。

図１は本発明が適用可能な装置の一例としての、移動通信システムの基地局（ＢＴＳ）の概略構成を示す。ベースバンド処理部１０は制御局からハイウェイ処理部１２を介して受け取ったベースバンド信号を変調して送信信号を生成し、アンテナ１４で受信した受信信号からベースバンド信号を復調するなどのベースバンド処理を行う。ベースバンド処理部１０は複数のカード１１に分割されており、共通制御部１６が処理を呼ごとにこれらに振り分け、それに応じて接続部２０における増幅部１８とベースバンド処理部１０の個々のカード１１との接続が設定される。

図２は、本発明の一実施形態に係り、ベースバンド処理部１０を構成する複数のカード（処理ユニット）１１の１つについて、その概略構成を示す。各カード１１は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）及び／又はＦＰＧＡ（Field Programming Gate Array）からなり、呼処理／ＤＡＴＡ処理を行う呼処理／ＤＡＴＡ処理部２２とＭＰＵ（Micro Processing Unit）からなり、それ以外のカード内制御を行うカード内制御部２４を含んでいる。呼処理／ＤＡＴＡ処理部２２とカード内制御部２４において必要な電源はＤＣ／ＤＣコンバータを有する電源モジュール２６から供給される。電源モジュール２６の入力電流は電流検出部２８において検出される。

電流検出部２８は、電源モジュール２２の一次側に直列に挿入された抵抗３０と、抵抗３０の両端に現われる電源モジュール２６の入力電流に比例した電圧を増幅する電圧増幅部３２と、電圧増幅部３２が出力するアナログ電圧をディジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ３４を含んでいる。Ａ／Ｄコンバータ３４が出力するディジタル値はカード内制御部２４のＭＰＵに取り込まれ、メモリに格納される。

図３は電源モジュール２６において用いられているＤＣ／ＤＣコンバータの電源使用率と電力変換効率の関係を示すグラフである。図３からわかるように、ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率は電源使用率に対して一定でなく、或る使用率において最大となる特性を示す。

本発明の一実施形態においては、電源モジュール２６の入力電流を電流検出部２８において測定してカード内制御部２４へ入力し、カード内制御部２４において、それに基づいて電力変換効率が最大となる呼処理の割り当て量を自動的に見い出し、共通制御部１６が各カード１１の電力変換効率が最大となるように各カード１１に呼処理を振り分ける。

より詳細に説明すると、電源モジュールの２次側に流れる電流はカード１１に割り当てられた処理の量、すなわち、呼数に比例して増加するので、この比例定数をｋとし、２次側の電圧をＶ₂とすれば、或るカードに割り当てられた呼の数をｎ−１からｎに増やしたときの２次側の電力の増加量ΔＷ₂は
ΔＷ₂＝ｋnＶ₂−ｋ(n-1)Ｖ₂＝ｋＶ₂
と表わされる。このとき１次側の電流がＩ_n-1からＩ_nに増加したとすれば、１次側の電力の増加量ΔＷ₁は、１次側の電圧をＶ₁として、
ΔＷ₁＝Ｉ_nＶ₁−Ｉ_n-1Ｖ₁
と表わされる。したがってこのときの電力変換効率Ｒは
Ｒ＝ΔＷ₂／ΔＷ₁＝（ｋＶ₂／Ｖ₁）・｛１／（Ｉ_n−Ｉ_n-1）｝ （１）
となる。１次側と２次側の電圧Ｖ₁とＶ₂は一定であるから、（１）式より、電力変換効率Ｒは１次側の電流の増加量ΔＩ_n（＝Ｉ_n−Ｉ_n-1）に反比例することになる。図３の特性を考慮すれば、カードに割り当てられた呼の数を０から順次増やしていくと、初めは変換効率Ｒが増加するのでそれに反比例する１次側の電流の増加量ΔＩ_i（ｉ＝０，１…）は徐々に減少し、電力変換効率Ｒが最大となる点で増加に転ずることになる。したがって今回の電流増加量ΔＩ_nを前回の電流増加量ΔＩ_n-1と比較し、
ΔＩ_n＞ΔＩ_n-1 （２）
の条件が初めて満たされたときの呼数ｎ₀もしくはｎ₀−１が電力変換効率が最大となる処理量に相当することになる。

或いはまた、事前設定値をＡ，Ｂ（Ｂ＜Ａであり、好ましくはＢ＜０，０＜Ａ）として、
Ｂ≦ΔＩ_n−ΔＩ_n-1≦Ａ （３）
を判定の条件としても良い。なお、（３）の条件はＢ→０，Ａ→∞の極限で（２）の条件に帰着する。

図４はこの考えに基づく呼処理割り当ての制御シーケンスの一例を示す。装置内のＣＯＭ部１６よりカードｍに呼処理要求があると（ステップ１０００）、カードｍ内のカード内制御部２４は１次側電流値Ｉ_nを取得し（ステップ１００２）、これと前回の呼処理要求時（呼処理要求を受け付ける前）の電流値Ｉ_n-1との差分ΔＩ_n（＝Ｉ_n−Ｉ_n-1）を算出する（ステップ１００４）。これを前回の呼処理要求時に算出したΔＩ_n-1と比較し（ステップ１００６）、減少が続いていれば呼処理／ＤＡＴＡ処理部２２へ呼処理の追加を要求し（ステップ１００８）、呼処理完了通知が呼処理／ＤＡＴＡ処理部２２が返って来たら（ステップ１０１０）、呼処理完了通知をＣＯＭ部１６へ返す（ステップ１０１２）。

ステップ１００６において、ΔＩ_nが増加に転じたと判断されるときは、呼処理の追加は行なわず、ＣＯＭ部１６へ次カードへの処理要求を行うよう返答する（ステップ１０１４）。これによりＣＯＭ部１６は当該カードの電源効率が最大になったことを認識する。ＣＯＭ部１６が次のカードｍ＋１へ呼処理要求を行い（ステップ１０１６）、その後、カードｍ＋１において同様の処理が続行する。全てのカードが効率最大となる呼数に到達したときは、全カードが平均的な呼数となるようにＣＯＭ部１６がカードに対し強制的に呼処理の追加を行うように要求し、これに対してカード内制御部２４が呼処理／ＤＡＴＡ処理部２２に対し呼処理の追加を行いＣＯＭ部１６に対し完了応答を行う。

このようにして、各カードの電力変換効率が最大となるように各カードに呼処理を振り分けることができる。

その後、呼の終話により呼数が効率最大となる呼数以下になったら、通常の呼処理要求に対しても呼処理の追加を受け付けるようになるが、その後は既に見い出されている効率最大を与える呼数を用いて制御を続行することができる。或いはまた、再度図４のステップ１００２〜１００６の処理を実行してその都度効率最大となる呼数を見い出すようにしても良い。また、各カードからの通知により、ＣＯＭ部側で各カードの効率最大となる呼数ｎ₀を記憶し、ＣＯＭ部側の判断により呼処理を振り分けるようにしても良い。

図５は本発明の第２の実施形態に係るカード１１の構成を示す。図２のカードと異なる点は、ＣＯＭ（共通制御部）１６から電源モジュール２６を制御してカードの電源をオン／オフすることができる点である。本発明の第２の実施形態においては、呼が未だ割り当てられておらず、呼処理が行なわれていないカードの電源はオフに制御される。そして、電流増加量の差分ΔＩ_n−ΔＩ_n-1に対する閾値として、変換効率最大を判定する閾値Ｂに加えてＡ＜Ｂである閾値Ａ（好ましくはＡ＜０）を設定し、ΔＩ_n−ΔＩ_n-1が閾値Ａを超えたら、次に呼処理が割り当てられる予定のカードの電源を事前にオンとすることによって、迅速な対応を可能とする。

図６は本発明の第２の実施形態における制御のシーケンスの一例を示す。図４のシーケンスと同様に、ＣＯＭ部１６からカードｍに呼処理要求があると（ステップ１１００）、電流値Ｉ_nを取得し（ステップ１１０２）、前回値との差分ΔＩ_nを算出する（ステップ１１０４）。そしてこのΔＩ_nの前回値との差分ΔＩ_n−ΔＩ_n-1を閾値Ａと比較し（ステップ１１０６）、閾値Ａを超えていたら、その旨をＣＯＭ部１６へ通知する（ステップ１１０８）。通知を受けたＣＯＭ部１６は次に呼処理で割り当てられる予定のカードｎ＋１に対して電源オンを指令する（ステップ１１１０）。

いずれの場合でもさらに、ΔＩ_n−ΔＩ_n-1の値がさらに閾値Ｂ（Ｂ＞Ａ）と比較され（ステップ１１１２）、閾値Ｂよりも大きければ、ＣＯＭ部からの呼処理要求を受け付けず、ＣＯＭ部へ、次カードへ処理要求を行うよう通知する（ステップ１１１４）。ΔＩ_n−ΔＩ_n-1が閾値Ｂよりも小さければ、呼処理／ＤＡＴＡ処理部２２へ呼処理の追加を要求する（ステップ１１１６）。

その後、呼の終話により呼数がΔＩ_n−ΔＩ_n-1＞Ａとなったときの呼数ｎ_A以下となったら、その旨をＣＯＭ部１６へ通知する。ＣＯＭ部１６では、或るカードの呼がすべて終話した時でも、処理中の呼の数がｎ_A以下であるカードが存在しない時は電源オンを維持し、いずれかのカードにおいて呼数がｎ_A以下になって始めて電源をオフとする。

本実施形態においても、各カードのｎ_A，ｎ_BをＣＯＭ部１６において一元的に管理し、ＣＯＭ部１６側の判断でカードの電源のオン／オフおよび呼処理の振り分けを行うようにすることが可能である。

図７には、従来の、各カードに上限に達するまで呼を順次割り振る方式（１カードＭＡＸ方式）に対して、本発明の手法を採用することによる変換効率の改善割合が横軸を呼数にとって実線で示されている。また、すべてのカードに平均的に呼を割り振る方式（平均方式）に対する改善割合も破線で示されている。計算に用いた条件は以下の通りである。

・呼未設定時の定常電力：電源容量の１％
・１呼設定時の電力：電源容量の０．６％
・電源効率：図３参照
・カード枚数：６枚
・１カードあたりの最大呼設定数：１００呼

１カードＭＡＸ方式に対しては、横軸の呼数が１カードにおいて効率最大となる呼数を超えた後で優位性が認められるようになり、最大５％の効率向上が認められる。平均方式に対しては、横軸の呼数が１カードにおいて効率最大となる呼数を超える程度で最大５％の効率の改善が認められ、その後平均方式に対して同等の効果となる。

それぞれの方式に対し優位性が認められることから、ＢＴＳ装置としての消費電力を削減する効果がある。

また、通常運用時に呼設定がないカードをオフにすることが可能になり、電源効率を高めることができる。また、呼設定はユーザーによりいつ起きるかわからないことから、ある一定効率まで上がったときに電源を入れることにより急なユーザーからの呼設定に対し効率が良い部分で次のカードに呼処理を割り振ることが可能となる。

本発明が適用可能な移動通信システムの基地局の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る複数のベースバンド処理ユニットの１つの構成を示すブロック図である。 ＤＣ／ＤＣコンバータの電源使用率に対する変換効率のグラフである。 本発明の第一の実施形態における制御のシーケンスの一例を示す図である。 本発明の第二の実施形態に係るベースバンド処理ユニットの構成を示すブロック図である。 本発明の第一の実施形態における処理のシーケンスの一例を示す図である。 本発明による変換効率の改善効果を示すグラフである。

Claims (6)

1. 割り当てられた処理の量に応じて消費電力が変化する複数の処理ユニットであってそのそれぞれがそれぞれにおいて使用する電源を生成する電源モジュールを有する複数の処理ユニットへ処理を振り分ける方法であって、
   前記電源モジュールの入力電流を測定し、
   前記複数の処理ユニットの１つへの処理の割り当て量を変更したときの、該１つの処理ユニットが有する電源モジュールについて測定された入力電流の変化に基づき、新たに発生した処理を割り当てる処理ユニットを決定することを含む方法。
2. 前記処理ユニットを決定することは、処理量を所定量だけ増やしたときの入力電流の増加量（ΔＩ_n-1）からの、さらに処理量を該所定量だけ増やしたときの入力電流の増加量（ΔＩ_n）の差分（ΔＩ_n−ΔＩ_n-1）が第１の閾値（０，Ｂ）以上であるとき、その処理ユニットへの新たな処理の割り当てを中止することを含む請求項１記載の方法。
3. 処理が割り当てられていない処理ユニットの電源モジュールをオフにし、
   処理量を所定量だけ増やしたときの入力電流の増加量（ΔＩ_n-1）からの、さらに処理量を該所定量だけ増やしたときの入力電流の増加量（ΔＩ_n）の差分（ΔＩ_n−ΔＩ_n-1）が前記第１の閾値（Ｂ）より低い第２の閾値（Ａ）以上であるとき、電源がオフにされている処理ユニットの１つの電源をオンにすることをさらに含む請求項２記載の方法。
4. 割り当てられた処理の量に応じて消費電力が変化する複数の処理ユニットであってそのそれぞれがそれぞれにおいて使用する電源を生成する電源モジュールを有する複数の処理ユニットへ処理を振り分ける装置であって、
   前記電源モジュールの入力電流を測定する電流検出部と、
   前記複数の処理ユニットの１つへの処理の割り当て量を変更したときの、該１つの処理ユニットが有する電源モジュールについて測定された入力電流の変化に基づき、新たに発生した処理を割り当てる処理ユニットを決定する処理ユニット決定部とを含む装置。
5. 前記処理ユニット決定部は、処理量を所定量だけ増やしたときの入力電流の増加量（ΔＩ_n-1）からの、さらに処理量を該所定量だけ増やしたときの入力電流の増加量（ΔＩ_n）の差分（ΔＩ_n−ΔＩ_n-1）が第１の閾値（０，Ｂ）以上であるとき、その処理ユニットへの新たな処理の割り当てを中止する手段を含む請求項４記載の装置。
6. 処理が割り当てられていない処理ユニットの電源モジュールをオフにする手段と、
   処理量を所定量だけ増やしたときの入力電流の増加量（ΔＩ_n-1）からの、さらに処理量を該所定量だけ増やしたときの入力電流の増加量（ΔＩ_n）の差分（ΔＩ_n−ΔＩ_n-1）が前記第１の閾値（Ｂ）より低い第２の閾値（Ａ）以上であるとき、電源がオフにされている処理ユニットの１つの電源をオンにする手段とをさらに含む請求項５記載の装置。

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