JP2009540673A - 無線通信用サービス品質の維持 - Google Patents

Abstract

無線通信を管理する方法は、無線局に代わってサービス品質バジェットを確立することを含む。サービスプロファイルは、無線局に対する少なくとも１つのフローについての平均パケット長および該フローに対する平均パケット出現率を決定することにより確立される。無線局からの２つ以上のフローが、望まれるとき、全てのこれらのフローに対する平均パケット長および平均パケット出現率は結合される。平均パケット長および平均パケット出現率は、無線局に対する容量消費を決定するために使用される。次いで、当該容量消費は、無線局からの伝送が、保証されたサービス品質レベルを達成する上で超えていなければならない伝送速度閾値を決定するために使用される。無線局に対する無線容量の割り当ては、決定された伝送速度閾値に基づく。

Description

本発明は、一般には通信に関する。より具体的には、本発明は無線通信に関する。

無線通信システムは、よく知られており、幅広く使用されている。携帯電話並びにノートブックコンピュータおよび携帯情報端末のような他の無線局は、音声およびデータ通信にますます使用されている。このような無線局に対してローカルエリアネットワークサービスを提供することが、ますます一般的になってきている。無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）は、既に利用可能である通信能力に加えてさらに多くの無線通信能力を提供する可能性を有する。

ＷＬＡＮは、家庭用および「ラストマイル」技術として成功裏に使用されてきている。リアルタイムマルチメディアアプリケーションの加入および使用が増加する場合、有線および無線ネットワーク内のエンドエンドサービス品質保証のサポートに対する要求が増加する。ＷＬＡＮが、リアルタイムアプリケーションに対する増加する要求を伴う企業および公共領域に進展するにつれて、サービス品質への要求が増加する。さらに、このことは、ＷＬＡＮを使用して通信する無線局を識別する必要をもたらす。特に、商用または公共の場面に提供されるとき、ＷＬＡＮは、ネットワークのスループット、遅延、ジッターおよび可用性に関する利用者の期待に合致しなければならないことになる。統合ネットワーク環境内のエンドユーザに透過的にネットワークサービスを提供することは、既存の携帯電話ネットワークに類似したＷＬＡＮアクセスネットワークに対する資源割当機構およびサービス品質保証を必要とする。

ＷＬＡＮの多重アクセス制御（ＭＡＣ）層は、物理的媒体に要求されるオーバヘッドを含めることにより、また各パケットの応答確認を強制することにより信頼性を高める。移動体無線局の場合には、無線局とアクセスポイント間の距離は、時間と共に変化する可能性がある。距離が増す場合、無線局の伝送速度は、速度整合の結果として減少し、かつＷＬＡＮ応答確認に関連したオーバヘッドは、相当なかつ非線形オーバヘッドの結果として、比較的多くのエア時間を必要とする。特に、リアルタイムアプリケーションは、比較的高いパケットレートで動作することが多く、転送されるアプリケーションデータと比較したとき、大量のＷＬＡＮエア時間または容量を消費する。

ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ標準草案は、ブロック応答確認を導入することによりこの非効率性に取り組もうとしている。提案されたＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準は、フロー単位でのネットワーク容量予約を必要とするが、アクセスポイントが各フローに対するサービス品質レベルを保証することができる方法については説明がない。

アプリケーションが、ネットワーク相互接続性を要求するとき、無線局または端末は、ネットワーク内のサービス品質エンティティと、アプリケーションのエンドエンドサービス品質を保証するために必要とされるネットワークパラメータセットについてネゴシエーションを行う。いくつかの競合型ＷＬＡＮの変形が、提案されている。これらは、基本的に、測定型アドミッション制御方式およびモデル型アドミッション制御方式にグループ化されうる。第１のグループは、ネットワーク状態の測定に基づいて判断を行うと共に、第２のグループは、ネットワーク状態およびサービスフロー品質を評価するために実行モデルおよび測定法を構築する。この領域における２つの参考文献は、Ｄ．Ｇａｏａ、Ｊ．Ｃａｉａ、Ｋ．Ｎｇｉ Ｎｇａｎｂ著「Ａｄｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮｓ」、ＩＥＥＥ Ｎｅｔｗｏｒｋ誌、２００５年７−８月号、６−１３頁、およびＫ．Ｍｅｄｅｐａｌｌｉ、Ｐ．Ｇｏｐａｌａｋｒｉｓｈｎａｎ、Ｄ．ＦａｍｏｌａｒｉおよびＴ．Ｋｏｄａｍａ著「Ｖｏｉｃｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ，８０２．１１ａ ａｎｄ ８０２．１１ｇ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮｓ」、２００４年１２月開催ＩＥＥＥ Ｇｌｏｂｅｃｏｍ ２００４、 Ｄａｌｌａｓ予稿集である。

ネットワーク負荷をビット／秒で表す解決策は、一般に固定ネットワーク基盤に対して許容可能である。このような解決策は、しかしながら、物理的媒体に対しておよび各パケットへの応答確認に対して必要となるオーバヘッドが、チャネル状態、移動性または両者の変化の結果として変化するＷＬＡＮ ＭＡＣ層に対しては適用できない。トラフィックサービス合意は、パケット遅延の変動および無線チャネルの状態の変動が、高位層のアプリケーションに対して透過的に保たれうるように、ＩＰ層において定義されかつ保証されるべきである。このことは、トラフィックプロファイル操作に対する異なる解決策を必要とする。ＷＬＡＮの負荷が、一意に決定されないことから、変化するＷＬＡＮチャネル状態の下でサービス品質保証を維持することを容易にすることもまた、望ましいであろう。ＷＬＡＮチャネル環境は、特に困難な課題である。影響は、他の装置からの干渉が一般的であるライセンスされていないスペクトラム中に生じ、かつチャネル伝播プロパティは、無線装置またはこれらの近傍の物体の動きに伴い幅広く変化する可能性がある。このような変動性は、保証されたサービス品質が必要であるが、サービス品質を維持することを特に困難にする。

従って、ビット／秒で表される負荷は、ＷＬＡＮ局または局群により消費されるエア時間の不正確な推定をもたらす。

ＷＬＡＮ中に発生するサービス品質のような無線通信に対するサービス品質を保証するための改善された技術が必要となる。

無線通信を管理する例示的方法は、無線局とアクセスポイント間の伝送速度が、無線局に対する所望のサービス品質レベルを達成する上で超えていなければならない伝送速度閾値を決定することを含む。無線通信容量は、決定された伝送速度閾値に基づき無線局とアクセスポイント間の少なくとも１つの通信に対して割り当てられる。

ある実施例では、アクセスポイントは、無線ローカルエリアネットワークの一部を備える。

ある実施例は、無線局により送信される少なくとも１つの型のトラフィックと関連した平均パケット長を決定することを含む。無線局により伝送されるトラフィックの少なくとも１つの型のトラフィックと関連した、平均パケット出現率もまた、決定される。ある実施例は、決定された平均パケット長および決定された平均パケット出現率に基づき伝送速度閾値を決定することを含む。

ある実施例は、伝送速度閾値を決定する目的で、特定の無線局に対する複数のフローに対する平均パケット出現率および平均パケット長をひとまとめにして使用することを含む。

ある実施例は、無線局とアクセスポイント間の通信に対する伝送速度が、所定の速度閾値以下に低下した時点を決定すること、および無線局への無線容量の割り当てを調整して所定の速度閾値と関連したサービス品質レベルを維持しようとすることを含む。

本発明の様々な特徴および利点は、以下の詳細な説明から当業者には明らかになろう。詳細な説明に添付された図面は、以下のように簡潔に説明することができる。

本発明は、無線通信システムにおけるサービス品質を保証することに関する。以下に説明される開示された実施例は、例えば、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）の実装形態において有用である。無線局に無線システムの容量を割り当てることは、無線局とアクセスポイント間の通信に対する所定の伝送速度閾値に対応する、個々のフローに対する所定のバジェット、または無線局に対する全体的サービス品質バジェットに基づいている。実施例の技術を用いて、無線局は、いずれのトラフィックフローが優先度を受けるかを個々に決定することができ、それによって、個々のトラフィックフローを確保することについてのネットワークとの対話は潜在的に旧式なものとなる。

図１は、無線通信システムの選択された部分を概略的に示す。本実施例では、ＷＬＡＮアクセスポイント（ＡＰ）２２は、複数の無線局に対する無線通信を容易にするために一般的に知られている態様で動作する。示された実施例は、携帯電話２４、携帯情報端末２６およびノートブックコンピュータ２８のような移動体無線局を含む。

ＡＰ２２は、ネットワーク３０と通信して、無線局２４−２８の代わりに例えば、他の遠隔に設置された装置との通信を容易にする。ＡＰ２２とネットワーク３０間の通信は、有線接続、無線またはこれらの組み合わせ上で行われる可能性がある。

図２は、ＡＰ２２と無線局２４−２８の１つまたはそれ以上の間の無線通信を管理するある例示的手法を要約する流れ図４０を含む。本例示的手法は、ＡＰ２２の無線容量の一部を無線局の少なくとも１つに割り当てて、当該無線局の代わりに通信のためのサービス品質レベルを保証するために有用である。開示された実施例は、フローの型に基づいた無線局の伝送速度間の差異、ＡＰ２２に対する無線局の位置、無線局の動き、あるいは例えば無線局の近傍における別の装置の動きによりもたらされる可能性がある他の干渉または変化するチャネル状態を調整する。この開示された実施例は、無線局の代わりにサービス品質バジェットを確立するために特徴ある手法を採用する。

流れ図４０は、新規フローが開始される４２において始まる。これは、例えば、無線局とＡＰ２２間のネゴシエーションフェーズにおいて生じ、特定の型の通信またはフローを確立することができる。少なくとも２つのトラフィック値が、無線局に対するトラフィックプロファイルを確立するために決定される。４４において、新規フローに対する平均パケット長（例えば、パケット当りの平均ビット数）が決定される。新規フローに対する毎秒当りの平均パケット数は、４６において決定される。毎秒当りの平均パケット数はまた、フローに対する平均パケット出現率と呼ばれうる。

いくつかの実施例では、唯一のフローが、無線局に対する適切なサービス品質バジェットを確立することに関わることになる。他の実施例では、２つ以上のフローが、例えば、マルチメディア通信のために特定の局から望まれうる。図２の実施例は、同一の無線局に対する２つ以上のフローがあるかどうかを判断するために４８におけるステップを含む。本実施例では、ｎ個のフローがある。

無線局が２つ以上のフローを有するとき、当該無線局に対する全てのｎ個のフローに対するパケット当りの平均ビット数または平均パケット長が、５０において決定される。ある実施例は、総平均パケット長ＢＰＰ（例えば、パケット当りのビット数）を決定するために全てのフローに対する平均パケット長を連結するまたは合計することを含む。ある実施例は、式

を使用することを含む。

図２の５２に示されるように、平均パケット出現率は、無線局に対するｎ個のフロー全て対して決定される。ある実施例でのＰＰＳ（例えば、毎秒当りのパケット数）は、次式を使用して決定される。

上記２式の積（すなわち、ＰＰＳｘＢＰＰ）は、特定の無線局に対する伝送率を提供する。２つの量ＢＰＰおよびＰＰＳは、無線局の総サービス品質プロファイルを定義するために有用な多重サービストラフィックプロファイルを提供する。このプロファイルは、特定の方向（上りまたは下り）に対して割り当てられうる、または両方向に対して同時に保持されうる。

各無線局は、加入者に対するバジェットを決定するサービス契約の限度内で動作する。ＢＰＰおよびＰＰＳ両者を使用して、特定のサービス契約バジェットが、例えば、現在の負荷が与えられた場合、合致しうるかどうかを判断することを可能とする。タプル（ＢＰＰ、ＰＳＳ）の異なる組み合わせにそれぞれ対応した、様々なサービス契約レベルが、決定されうる。続いて、いくつかの多重サービストラフィックプロファイルが、局に割り当てられうる。例えば、１つのタプル（ＢＰＰ_ｐｅａｋ、ＰＰＳ_ｐｅａｋ）が、ピークプロファイルとして割り当てられうる一方、別のタプル（ＢＰＰ_{ｃｏｍｍｉｔｔｅｄ}、ＰＰＳ_{ｃｏｍｍｉｔｔｅｄ}）は、約束されたプロファイルとして割り当てられうる。用語が示すように、約束されたプロファイルは、ネットワークによって約束される一方、ピークプロファイルは、状態がこのことを許容するとき使用されうる。本実施例は、無線局にバジェットを割り当てる際に大きな柔軟性を提供する。

ＢＰＰおよびＰＰＳの組み合わせはまた、トラフィック挙動を決定することおよびＢＰＰおよびＰＰＳを用いて当該挙動を表すことを可能とする。

約束されたプロファイルまたは決定されたトラフィック挙動のいずれかに関連した２つの値が与えられた場合、本実施例は、伝送速度閾値を決定することおよび伝送速度閾値の値が合致しえない場合、必要であれば動作を起こすことを提供する。

１つのフローがあるか、それとも複数のフローがあるかによって、無線局に対する容量消費が、図２の実施例中の５４において決定される。多重サービストラフィックプロファイルに対応する容量または資源消費κは、以下の関係式から決定されうる。

ここで、ＯＨは、各パケットが要求するオーバヘッド（例えば、６００ｂｉｔ）であり、ＰＬＣＰは、各パケットをエアインタフェース上に送出するための物理層オーバヘッドであり、ＡＣＫは、応答確認であり、ＳＩＦＳは、短いフレーム間隔であり、ＤＩＦＳは、分散されたフレーム間隔であり、ＣＷは、コンテンションウインドウであり、またＢＳＲは、基本サービスレートである。これらのパラメータのそれぞれは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１標準中で定義される。この特定の実施例は、例えば、共同する古いＩＥＥＥ８０２．１１ｂ局がないＩＥＥＥ８０２．１１ａまたはＩＥＥＥ８０２．１１ｇＷＬＡＮに対して、および局が、送信要求または受信準備完了（ＲＴＣ／ＣＴＳ）信号を使用しない状況に対して有用である。表記［ａ］は、本実施例では、ａの値が整数ではないとき、パラメータａに対応する値を次に大きい整数に切り上げる（例えば、［２５．６５］は２６になる）ことを意味するために使用される。

あるいは、κは、利用可能な容量の選択された割合に基づく固定値でありうる。例えば、アクセスポイントまたはネットワークの別な部分は、所与の通信セッションに対して利用可能な消費レートの５０％を局に許可することを決定することができる。従って、この場合には、κは固定数として設定される。

上記に示された関係式は、無線局が多重トラフィックプロファイル内に含まれたフローに対する最大限の速度で送信する場合に、無線局が消費することになるエア時間を示す。

本実施例においてサービス品質サポートを実現することは、ＡＰ２２が無線局に知らされた約束されたプロファイルを保証することを含む。伝送速度閾値ＴＳは、約束されたサービス品質を保証するために利用されなければならない無線局の容量消費を表示するために使用される。ある実施例では、速度閾値は、決定された容量消費κに基づき決定される。このことは、次のように表現されうる。

本実施例では、ＴＳは、毎秒５４Ｍｂｉｔの速度に等しい、前の式中のパラメータ５４ｘ１０^６を置換する。

決定された閾値ＴＳは、約束されたプロファイルセット（例えば、決定されたＢＰＰおよびＰＰＳに基づき）を正常に送信することを継続するために無線局に必要とされる伝送速度を表す。このことは、図２の６０において概略的に示される。次いで、ＡＰ２２からの資源の容量または量は、決定された伝送速度閾値が維持されうるように無線局に対して割り当てられる。このことは、図２の６２において概略的に示される。

決定された伝送速度閾値に基づく容量の割り当ては、例えば、無線局とＡＰ２２間の通信セッションを設定するためのネゴシエーションフェーズの間に生じうる。これはまた、通信セッションの間に容量割り当てを調整するために有用でありうる。

例えば、無線局は、新規の伝送速度閾値を決定することを要求する新規のフローを開始することができ、ＡＰ２２は、必要であれば、新規の容量割り当てを行うことができる。さらに、ある実施例のＡＰ２２では、無線局伝送速度が、伝送速度閾値以下に低下するかどうかを判断することが可能である。このような状況では、ＡＰ２２は、それ以前に知らされたサービス品質レベルを保証することができない。このような状況に対して、ＡＰ２２は、状況に関して無線局に通知し、無線局に対するサービス品質バジェットを増加させ、問題が生じた無線局またはこれらの組み合わせに有利となるように、他の無線局に対するサービス品質バジェットを低下させることができる。

上記の式は、ＷＬＡＮアクセスが、ＩＥＥＥ８０２．１１ａまたは（単独で）ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ局をサポートする状況に対して当てはまる。他の２つの場合、すなわち単独のＩＥＥＥ８０２．１１ｂ局とＩＥＥＥ８０２．１１ｂおよびＩＥＥＥ８０２．１１ｇ両局が同一のＷＬＡＮに関連している状況が、区別されうる。さらに、局は、大きなデータパケットの再送を最小化するためにＲＴＳ／ＣＴＳ（送信要求／受信準備完了）機構を使用することができる。ＲＴＳ／ＣＴＳ機構は、局上で始動されうる。これらの場合に対する式は、互いにまたは上記の式と僅かに異なる。

ＩＥＥＥ８０２．１１局を含む状況に対して：

この場合、ＰＬＣＰ、ＤＩＦＳおよびＢＳＲに対する値は異なる、すなわちＤＩＦＳ＝５０ｍｓ、ＰＬＣＰは１９２ｍｓであり、またＢＳＲは８０２．１１ｂ媒体に対する基本的サービスセット速度：１／２／５、５／１１Ｍｂｉｔ／ｓに等しい。

１つまたはそれ以上のＩＥＥＥ８０２．１１ｂ利用者が、同一のアクセスポイントに関連し、かつ同一のＷＬＡＮ伝送と競合する場合のＩＥＥＥ８０２．１１ｇに対して、ｒは是正される：

ＷＬＡＮと関連した局が、ＲＴＳ／ＣＴＳ機構を使用している場合の局に対して：

開示された実施例は、ＩＰ層に関するトラフィックサービスレベル合意を定義することを可能とするが、ＷＬＡＮを通じてネットワークに接続される無線局のために所望のサービス品質レベルに合致させることも可能とする。

前述の説明は、制限するものでは全くなく例示的なものである。必ずしも本発明の本質を逸脱することがない、開示された実施例に対する変形および修正が、当業者には明らかとなろう。本発明に与えられる法的保護の範囲は、添付の請求項を検討することによってのみ決定されうる。

本発明の実施形態に有用である無線通信システムの選択された部分を概略的に示す図である。 ある例示的手法を要約する流れ図である。

Claims (10)

1. 無線通信を管理する方法であって、
   無線局とアクセスポイント間の伝送速度が、無線局に対する所望のサービス品質レベルを達成する上で超えていなければならない伝送速度閾値を決定するステップと、
   決定された伝送速度閾値に基づき無線局とアクセスポイント間の少なくとも１つの通信に対して無線通信容量を割り当てるステップと、
   を含む、方法。
2. アクセスポイントが、無線ローカルエリアネットワークの一部を含む、請求項１に記載の方法。
3. 無線局により伝送される少なくとも１つの型のトラフィックと関連した平均パケット長を決定するステップと、
   無線局により伝送される少なくとも１つの型のトラフィックと関連した平均パケット出現率を決定するステップと、
   決定された平均パケット長および決定された平均パケット出現率に基づいて伝送速度閾値を決定するステップと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
4. 無線局に対する少なくとも１つのフローについての平均パケット長を決定するステップを含む、請求項３に記載の方法。
5. 無線局に対する複数のフローに対する平均パケット長を決定するステップと、
   無線局に対する全ての決定された平均パケット長に基づき伝送速度閾値を決定するステップと、
   を含む、請求項４に記載の方法。
6. 無線局に対する複数のフローに対する平均パケット出現率を決定するステップと、
   無線局に対する全ての決定された平均パケット出現率に基づき伝送速度閾値を決定するステップと、
   を含む、請求項３に記載の方法。
7. 決定された平均パケット長および平均パケット出現率に基づいて無線容量消費を決定するステップと、
   無線容量消費の少なくとも一部に基づいて伝送速度閾値を決定するステップと、
   を含む、請求項３に記載の方法。
8. 無線局からの最大限の伝送速度の関数として無線容量消費を決定するステップを含む、請求項８に記載の方法。
9. 無線局からの伝送速度が、伝送速度閾値より下にあるかどうかを判断するステップと、
   決定された伝送速度が伝送速度閾値より下にある場合に、無線局に対して割り当てられた容量を調整するステップと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
10. 利用可能な消費レートの設定された割合として無線局に対する容量消費レートを決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。

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