JP2011155637A

JP2011155637A - 無線通信におけるリソーススケジューリング方法、およびリソーススケジューリング用の基地局

Info

Publication number: JP2011155637A
Application number: JP2010271153A
Authority: JP
Inventors: Juejia Zhou; 周▲玉▼嘉; ▲余▼小明; Xiaoming She; Lan Chen; 陳嵐
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2011-08-11
Also published as: CN102137493A

Abstract

【課題】無線通信において、全てのユーザのデータスループットの要求をできるだけ満足する前提で、システム平均スループットの最大化を図る、リソーススケジューリング方法、およびリソーススケジューリング用の基地局を提供する。
【解決手段】サブチャネルとユーザとの割り当ての対応関係を示す１つまたは複数のリソース割り当てパターンを決定し、各リソース割り当てパターンを符号化してから、１つの集合に加え（１０１）、リソーススケジューリングの適応度関数を決定し、前記集合における各リソース割り当てパターンの適応度関数の値を計算し、前記適応度関数の値によって、前記集合の中から、１つのリソース割り当てパターンを選択して（１０２）、リソーススケジューリングを行う、ことを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信分野に関し、特に、無線通信において、サービス品質（ＱｏＳ）を保証するために提供される、遺伝的アルゴリズム（ＧｅｎｅｔｉｃＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）に基づくリソーススケジューリング方法、およびリソーススケジューリング用の基地局に関する。

無線通信システムにおいて、広義のサービス品質（ＱｏＳ：ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）とは、ネットワークの提供されるサービスクラスに対する承諾を指す。具体的に、サービス品質の定義は、例えば、優先度に基づく定義のような相対的な概念であってよく、例えば、ネットワークサービスに基づく具体的な性能パラメータのような絶対的な概念であってもよい。

本発明において、サービス品質とは、無線通信における各ユーザのデータスループットに対する要求を指す。相応に、無線通信システムにおける解決すべきサービス品質最適化の課題は、全てのユーザのデータスループットの要求をできるだけ満足する前提で、システム平均スループットの最大化を図る、ということである。該課題は、数式１の最適化目的と、数式２〜４の制約条件とを含む数式を用いて、下記の通りに表す。
最適化目的：
［数式１］

制約条件：
［数式２］

［数式３］

［数式４］

上記の数式１〜４において、r_k,n[i]=r’_k,n[i]・F_signal・F_payload・(1-BLER)である。
Nは、サブチャネル集合である。
Kは、ユーザ集合である。
T_wは、スケジューリング・ウィンドウの大きさである。
r_k,n[i]は、第ｉのフレームのサブチャネルｎにおけるユーザｋの上位層（例えば、層３）等価データスループットである。
a_k,n[i]は、ブール変数であり、サブチャネルｎが第ｉのフレームでユーザｋに割り当てられるかどうかを表す。
R_QoS[k]は、ユーザｋの平均スループットのＱｏＳ要求である。
r’_k,n[i]は、第ｉのフレームのサブチャネルｎにおけるユーザｋの物理層での実際のデータスループットである。
F_signalは、システムにおけるデータパケットの比例係数であり、一般的に、７０％である。
F_payloadは、上位層データパケットにおけるペイロードの比例係数であり、一般的に、９６％である。
BLERは、ユーザの平均ブロック誤り率である。

従来技術において、一般的に、例えば、改善されたプロポーショナルフェアネスアルゴリズム（ＭｏｄｉｆｉｅｄＰＦ）、最大搬送波対干渉比とプロポーショナルフェアネスアルゴリズムとの組み合わせ（ＭＡＸＣＩ＋ＰＦ）、２次元の最大搬送波対干渉比アルゴリズムとトークン機構（２ＤＭＡＸＣＩ＋Ｔｏｋｅｎ）との組み合わせ、２次元のプロポーショナルフェアネスアルゴリズムとトークン機構（２ＤＰＦ＋Ｔｏｋｅｎ）との組み合わせのようなスケジューリングアルゴリズムの最適化によって、上記の数式で表すものと同一又は類似のサービス品質最適化の課題を解決する。

改善されたプロポーショナルフェアネスアルゴリズムは、具体的に、あるユーザのサービス品質要求が満たされなかった場合、該ユーザの相対的な優先度を増加させ、該ユーザにより多くのリソースができるだけ早く割り当てられるように、該ユーザのプロポーショナルフェアネス因子に補正値を掛ける、ことである。該アルゴリズムの問題として、改善されたのがただ、ユーザ間の相対的な優先度にすぎないため、該アルゴリズムは、ただ相対値の保証にすぎず、絶対的なデータスループットの保証ではない。

最大搬送波対干渉比と、プロポーショナルフェアネスアルゴリズムとの組み合わせは、具体的に、ユーザの最良のサブチャネルでの伝送能力によって、ユーザに必要なリソースブロックの数（即ち、リソースブロックのクォータ）を予測し、あるサブチャネルで、少なくとも１つのユーザの得られたリソースブロックの数がクォータより小さい場合、クォータに達しなかったユーザが、プロポーショナルフェアネスアルゴリズムを採用して、該サブチャネルのリソースを得、全てのユーザがクォータに達した場合、最大搬送波対干渉比を採用して、該サブチャネルを割り当てる、ことである。該アルゴリズムの問題として、プロポーショナルフェアネスアルゴリズムは、ユーザの絶対的なスループットの満足に効率が比較的低いため、より大きい周波数選択性ゲインを得ることができない。

２次元の最大搬送波対干渉比／２次元のプロポーショナルフェアネスアルゴリズムとトークン機構との組み合わせは、具体的に下記の通りである。各ユーザは、必要なリソースに従って、自局のトークンを初期化し、リソースを得る場合、相応のトークン値を減少し、トークン値が負数になった場合、該ユーザにリソースが割り当てられなくなる。ここから分かるように、２次元の最大搬送波対干渉比／２次元のプロポーショナルフェアネスアルゴリズムでは、各サブチャネルのリソースを割り当てる前に、まず、最大搬送波対干渉比／プロポーショナルフェアネス原則に従って、サブチャネルを降順に並べ替え、次に、並べ替え後の順序に従って、サブチャネルを割り当てる。このようなアルゴリズムの問題として、サブチャネルの並べ替えが必ずしも最適な割り当て順序ではなく、貪欲法である本質によって、得られた割り当てパターンは、課題の最適解と比較すれば、まだある程度の差がある、ということが決定される。

つまり、上記の従来技術に使用されるアルゴリズムは、サービス品質を保証する面で、一般的に、性能が比較的に悪い。そのため、性能面でより大きく向上するリソーススケジューリング方法が必要になる。

上記に鑑みてなさて、本発明の主な目的は、性能が比較的よいリソーススケジューリング方法、およびリソーススケジューリング用の基地局を提供する、ということにある。

上記目的を達成するために、本発明は、下記のように実現される。

無線通信におけるリソーススケジューリング方法であって、サブチャネルとユーザとの割り当ての対応関係を示す１つまたは複数のリソース割り当てパターンを決定し、各リソース割り当てパターンを符号化してから、１つの集合に加えるステップＡと、リソーススケジューリングの適応度関数を決定し、前記集合における各リソース割り当てパターンの適応度関数の値を計算するステップＢと、前記適応度関数の値によって、前記集合の中から、１つのリソース割り当てパターンを選択して、リソーススケジューリングを行うステップＣと、を含む。

ステップＢは、適応度関数の値によって、前記集合の中から、リソース割り当てパターンを除去して、プロセスが終了するかどうかを判断し、プロセスが終了する場合、ステップＣを実行し、プロセスが終了しない場合、ステップＤを実行する、ことをさらに含み、ステップＤで、ペアリング原則に従って、前記集合の中から、１つまたは複数の親リソース割り当てパターンを取得し、１つまたは複数の子リソース割り当てパターンを生成して、前記集合に加え、ステップＢに戻る。

前記各リソース割り当てパターンを符号化することは、サブチャネルとユーザとの割り当ての対応関係によって、前記リソース割り当てパターンをベクトルまたはブール変数行列で表す、ことを含み、ここで、前記ベクトルにおいて、各要素の列番号は、サブチャネルの番号に対応し、各要素の値は、該要素に対応するサブチャネルに割り当てられたユーザの番号であり、前記ブール変数行列において、各要素の列番号は、サブチャネルの番号に対応し、各要素の行番号は、ユーザの番号に対応し、サブチャネルがユーザに割り当てられた位置に対応する要素の値が１に設定され、ほかの位置が０に設定される。

前記適応度関数F(x,y,z)は、

であり、ここで、目的関数f(x)には、システムスループット、１つまたは複数のユーザの平均スループット、満足ユーザ数、無線リソースブロック割り当ての不連続の程度または連続の程度に対する評価値、無線リソースブロック割り当てによるユーザまたは基地局側のバッファデータの滞留程度に対する評価値のうちの少なくとも１つのパラメータが含まれ、第１の制約関数g(z)には、システムスループット、１つまたは複数のユーザの平均スループット、満足ユーザ数、無線リソースブロック割り当ての不連続の程度または連続の程度に対する評価値、無線リソースブロック割り当てによるユーザまたは基地局側のバッファデータの滞留程度に対する評価値のうちの少なくとも１つのパラメータが含まれ、第２の制約関数h(y)には、システムスループット、１つまたは複数のユーザの平均スループット、満足ユーザ数、無線リソースブロック割り当ての不連続の程度または連続の程度に対する評価値、無線リソースブロック割り当てによるユーザまたは基地局側のバッファデータの滞留程度に対する評価値のうちの少なくとも１つのパラメータが含まれる。

前記適応度関数F(x,t)は、

であり、ここで、目的関数f(x)には、システムスループット、１つまたは複数のユーザの平均スループット、満足ユーザ数、無線リソースブロック割り当ての不連続の程度または連続の程度に対する評価値、無線リソースブロック割り当てによるユーザまたは基地局側のバッファデータの滞留程度に対する評価値のうちの少なくとも１つのパラメータが含まれ、第３の制約関数s(t)には、システムスループット、１つまたは複数のユーザの平均スループット、満足ユーザ数、無線リソースブロック割り当ての不連続の程度または連続の程度に対する評価値、無線リソースブロック割り当てによるユーザまたは基地局側のバッファデータの滞留程度に対する評価値のうちの少なくとも１つのパラメータが含まれる。

前記適応度関数F(a)は、

であり、ここで、Nはサブチャネル集合であり、Kはユーザ集合であり、T_wはスケジューリング・ウィンドウの大きさであり、r_k,n[i]は、第ｉのフレームのサブチャネルｎにおけるユーザｋの上位層等価データスループットであり、a_k,n[i]は、サブチャネルｎが第ｉのフレームでユーザｋに割り当てられるかどうかを表すブール変数であり、R_QoS[k]は、ユーザｋの平均スループットのＱｏＳ要求である。

前記適応度関数F(a)は、

であり、ここで、Nはサブチャネル集合であり、Kはユーザ集合であり、T_wはスケジューリング・ウィンドウの大きさであり、r_k,n[i]は、第ｉのフレームのサブチャネルｎにおけるユーザｋの上位層等価データスループットであり、a_k,n[i]は、サブチャネルｎが第ｉのフレームでユーザｋに割り当てられるかどうかを表すブール変数であり、R_QoS[k]は、ユーザｋの平均スループットのＱｏＳ要求であり、T_{system_thr}は、システム閾値である。

前記適応度関数F(a)は、

であり、ここで、Nはサブチャネル集合であり、Kはユーザ集合であり、T_wはスケジューリング・ウィンドウの大きさであり、r_k,n[i]は、第ｉのフレームのサブチャネルｎにおけるユーザｋの上位層等価データスループットであり、a_k,n[i]は、サブチャネルｎが第ｉのフレームでユーザｋに割り当てられるかどうかを表すブール変数であり、QoS_RB[k]は、ユーザｋのＲＢ割り当て数の上限である。

ステップＢにおける前記適応度関数の値によって、前記集合の中から、リソース割り当てパターンを除去することは、前記集合における全てのリソース割り当てパターンの適応度関数の値を並べ替え、関数の値が小さいリソース割り当てパターンを、集合の中から除去する、ことを含む。

ステップＢにおける前記プロセスが終了するかどうかを判断することは、最大繰り返し回数に達するかどうかを判断し、あるいは、前記集合における適応度関数の値が最大となるリソース割り当てパターンが使用できるかどうかを判断する、ことを含む。

前記ペアリング原則に従って、前記集合の中から、１つまたは複数の親リソース割り当てパターンを取得し、１つまたは複数の子リソース割り当てパターンを生成して、前記集合に加えることは、集合の中から、２つの親リソース割り当てパターンに対応する第１のベクトルを取得し、前記第１のベクトルの要素の値によって、１つの子リソース割り当てパターンを表す第２のベクトルを生成し、２つの第１のベクトルにおいて、同じ列の要素の値が同じである場合、該値が第２のベクトルの対応する列における要素の値として設定され、２つの第１のベクトルにおいて、同じ列の要素の値が同じではない場合、スループットが大きい要素の値が、第２のベクトルの対応する列における要素の値として設定される。

前記集合の中から、２つの親リソース割り当てパターンを取得することは、適応度関数の値の並べ替えに従って、隣接する２つのリソース割り当てパターンを取得し、あるいは、適応度関数の値に従って、集合における全てのＭ個のリソース割り当てパターンを降順に並べ替えて、並べ替え順に従って、１からＭまで番号を付け、番号の和がＭ＋１である２つのリソース割り当てパターンを取得する、ことを含む。

ステップＤにおける前記ペアリング原則に従って、前記集合の中から、１つまたは複数の親リソース割り当てパターンを取得することは、前記集合の中から、１つ以上のリソース割り当てパターンを親リソース割り当てパターンとして、ランダムに選択し、あるいは、前記集合の中から、適応度関数の値が大きいリソース割り当てパターンが選択される確率が高いように、１つ以上のリソース割り当てパターンを親リソース割り当てパターンとして選択する、ことを含む。

ステップＣにおける前記１つのリソース割り当てパターンを選択して、リソーススケジューリングを行うことは、適応度関数の値が最大となるリソース割り当てパターンに示すサブチャネルとユーザとの割り当ての対応関係によって、各サブチャネルを対応のユーザ用に割り当てる、ことを含む。

ステップＤは、ステップＢに戻る前に、前記集合における１つまたは複数のリソース割り当てパターンを、ランダムにまたは予めの設定により変更する、ことをさらに含む。

リソーススケジューリング用の基地局であって、サブチャネルとユーザとの割り当ての対応関係を示す１つまたは複数のリソース割り当てパターンを決定して、各リソース割り当てパターンを符号化してから、１つの集合に加える第１の手段と、リソーススケジューリングの適応度関数を決定し、前記集合における各リソース割り当てパターンの適応度関数の値を計算する第２の手段と、前記適応度関数の値によって、前記集合の中から、１つのリソース割り当てパターンを選択して、リソーススケジューリングを行う第３の手段と、を含む。

前記第２の手段は、さらに、適応度関数の値によって、前記集合の中から、リソース割り当てパターンを除去して、プロセスが終了するかどうかを判断し、プロセスが終了する場合、第３の手段の動作を起動し、プロセスが終了しない場合、第４の手段の動作を起動し、第４の手段は、ペアリング原則に従って、前記集合の中から、１つまたは複数の親リソース割り当てパターンを取得し、１つまたは複数の子リソース割り当てパターンを生成して、前記集合に加え、第２の手段の動作を起動する。

上述した解決手段からわかるように、本発明のリソーススケジューリング方法、およびリソーススケジューリング用の基地局は、全てのユーザのデータスループットの要求をできるだけ満足する前提で、システム平均スループットの最大化を図るため、比較的よい性能を有する。

本発明の１つの実施例におけるリソーススケジューリング方法のフローチャートである。本発明の１つの実施例における交叉プロセスを示す図である。本発明の１つの実施例における交叉プロセスを示す図である。本発明の実施例と従来技術とのユーザ満足率の比較を示す図である。本発明の実施例と従来技術との異なる各サービスクラスでのユーザ満足率の比較を示す図である。本発明の実施例と従来技術とのシステム平均スループットの比較を示す図である。

本発明の目的、解決手段およびメリットをさらに明確にするために、以下、図面を参照して実施例を挙げながら、本発明をさらに詳しく説明する。

本発明の実施例では、遺伝的アルゴリズム（ＧｅｎｅｔｉｃＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）のフレームワークが無線通信に具体的に応用され、性能の比較的よいリソーススケジューリング方法が提供されている。

図１は、本発明の１つの実施例におけるリソーススケジューリング方法のプロセスを示し、下記のステップを含む。

ステップ１０１で、初期化される１つまたは複数のリソース割り当てパターンを決定し、サブチャネルとユーザとの割り当ての対応関係によって、各リソース割り当てパターンを符号化し、符号化されたリソース割り当てパターンを、リソース割り当て集合に記録する。

該ステップにおいて、各リソース割り当てパターンそれぞれは１つの個体であり、複数の個体の集合は個体群であり、個体群における初期個体数は、需要に応じて設定することができる。リソーススケジューリングにおける各個体は、ランダムに得られた割り当てパターンであってよく、例えば、従来技術に使用されるＭｏｄｉｆｉｅｄＰＦ、ＭＡＸＣＩ＋ＰＦ、２ＤＭＡＸＣＩ＋Ｔｏｋｅｎ、２ＤＰＦ＋Ｔｏｋｅｎなどのようなほかの次善のアルゴリズムの１つの解であってもよい。

また、符号化の具体的な実現は、ベクトルまたは行列で１つのリソース割り当てパターンを表すことを含む。ベクトルで表す方式では、ベクトルにおける各要素の値（遺伝子と呼ばれる）は、対応のリソース（即ち、サブチャネル）が何番目のユーザに割り当てられるかを表す。行列で表す方式では、行列は、ブール変数からなり、ブール変数行列とも呼ばれ、「１」が、該位置に対応するリソースを対応のユーザに割り当てることを表し、「０」が、逆になる。相応に、集合に記録されたリソース割り当てパターンは、それに対応するベクトルまたは行列である。

例えば、下記の数式（５）に示すリソース割り当てパターンにおいて、あわせて５つのユーザと、５つのサブチャネルとがあり、行列における各値のいずれも、それに対応するユーザおよびサブチャネルがあり、ある値に丸印が付けられることは、該値に対応するユーザが、対応のサブチャネルに割り当られることを、表す。
[数式５]

数式５のリソース割り当てパターンを符号化して得られたベクトルは、Ｖ＝［１２４２３］であり、相応のブール変数行列は、

である。

ステップ１０２で、リソーススケジューリングの適応度関数を決定して、適応度関数の値によって、個体淘汰を行う。

遺伝的アルゴリズムにおいて、適応度関数とは、一般的に、個体が環境に適応する程度を判断するための関数を指す。

具体的に、本発明の実施例において、下記の数式で表すいかなるＱｏＳ最適化課題、即ち、最適化目的がmax(f(x))であり（f(x)は値が正である関数）、制約条件がg(z)k≧h(y)であるいかなるＱｏＳ最適化課題に対しても、適応度関数F(x,y,z)は、数式６のような区分関数に設計することができる。
[数式６]

ここで、目的関数f(x)は、システムスループット、１つまたは複数のユーザの平均スループット、満足ユーザ数、無線リソースブロック割り当ての不連続の程度または連続の程度に対する評価値、無線リソースブロック割り当てによるユーザまたは基地局側のバッファデータの滞留程度に対する評価値などの１つまたは複数の組み合わせであってよい。同様に、第１の制約関数g(z)および第２の制約関数h(y)も、システムスループット、１つまたは複数のユーザの平均スループット、満足ユーザ数、無線リソースブロック割り当ての不連続の程度または連続の程度に対する評価値、無線リソースブロック割り当てによるユーザまたは基地局側のバッファデータの滞留程度に対する評価値などの１つまたは複数の組み合わせであってよい。説明すべきものとして、目的関数f(x)、第１の制約関数g(z)、第２の制約関数h(y)はいずれも、例えばシステムスループットのような同一の物理量であっても、それらの時間および空間での値が異なってもよい。例えば、目的関数f(x)および第１の制約関数g(z)は、異なる時刻のシステムスループットを指したり、あるいは、第１の制約関数g(z)および第２の制約関数h(y)は、２つの異なるシステムのスループットを指したりする。勿論、上記は、例を挙げて説明するにすぎず、実際に運用する際に、目的関数f(x)、第１の制約関数g(z)、第２の制約関数h(y)の具体的な設定は、とても柔軟である。

また、上記の目的関数f(x)、第１の制約関数g(z)、第２の制約関数h(y)の値は、変調符号化方式（ＭＣＳ）、チャネル品質インジケータ（ＣＱＩ）で表すチャネル品質、ソース符号化方式、リソース割り当てパターンなどの要因のうちの１つまたは複数の組み合わせによる影響を受けることで、変化する。本発明では、主に、リソース割り当てパターンによる目的関数f(x)、第１の制約関数g(z)、第２の制約関数h(y)への影響によって、該リソース割り当てパターンの適応度関数F(x,y,z)の値が決定される。

勿論、適応度関数F(x,t)は、以下のように設定してもよい。

ここで、目的関数f(x)には、システムスループット、１つまたは複数のユーザの平均スループット、満足ユーザ数、無線リソースブロック割り当ての不連続の程度または連続の程度に対する評価値、無線リソースブロック割り当てによるユーザまたは基地局側のバッファデータの滞留程度に対する評価値のうちの少なくとも１つのパラメータが含まれる。第３の制約関数s(t)には、システムスループット、１つまたは複数のユーザの平均スループット、満足ユーザ数、無線リソースブロック割り当ての不連続の程度または連続の程度に対する評価値、無線リソースブロック割り当てによるユーザまたは基地局側のバッファデータの滞留程度に対する評価値などのうちの少なくとも１つのパラメータが含まれる。

具体的に、下記の数式によって、無線リソースブロック割り当ての連続の程度の評価値を決定することができる。

ここで、ユーザ１は、システムにおける複数のユーザのうちの１つであり、「ＲＢをランダムに割り当てる」ということは、システムが、あるＲＢをあるユーザにランダムに割り当てることを指し、「連続ＲＢ」は、周波数領域で隣接する２つまたは複数のＲＢを指し、連続ＲＢの長さの値は、ＲＢの数を指す。

仮に、ある時間帯内のある周波数領域でのユーザ１の２つのＲＢ割り当ては、下記の通りであるとする。ｏは、割り当てを表し、ｘは、未割り当てを表す。

相応に、該時間帯内の連続の程度の評価値は、

である。

ここから分かるように、連続の程度の評価値は、通常、１より大きい値であり、その値が大きいほど、ＲＢ割り当ての趨勢が連続に傾向することを表す。そのほか、不連続の程度の評価値は、連続の程度の評価値の逆数であってよい。また、バッファデータの滞留程度の評価値は、ユーザまたは基地局におけるバッファデータ量であってよい。

適応度関数が決定された後、個体群における各個体に対して、適応度関数の計算を行って、適応度関数の値および予め設計された淘汰原則によって、個体淘汰を行い、例えば、全ての個体の適応度関数の値を並べ替え、該関数の値が比較的小さい（即ち、適応度が比較的悪い）個体を個体群から除去する。ここで、個体淘汰の数は、需要に応じて設定することができる。例えば、個体淘汰の数を、初期個体数の半数に設定する。

ステップ１０３で、要求を達成するかどうかまたはプロセスが終了するかどうかを判断し、要求を達成しないまたはプロセスが終了しない場合、ステップ１０４を実行し、そうでない場合、適応度関数の値によって、個体群の中から、１つのリソース割り当てパターン（例えば、適応度関数の値が最大となるリソース割り当てパターン）を選択して、リソーススケジューリングを行って、プロセスを終了する。

具体的に、要求を達成するかどうかを判断することは、ステップ１０２で得られた最適なリソース割り当てパターン（即ち、値が最大となる個体）が使用できるかどうか（例えば、最適化目的との差が十分に小さいかどうか）を判断し、あるいは、繰り返し回数が要求を達成するかどうか、停止条件を達成するかどうかを判断する、ことを含む。１つの具体的な実現において、停止条件は、最大繰り返し回数（例えば、２０回）に達することであってよい。

ステップ１０４で、ステップ１０２での淘汰を経た後、個体群における残りの個体の間で、予め設計されたペアリング原則に従って、交叉を行って、新たな個体を生成して該個体群に加え、ステップ１０２に戻る。

遺伝的アルゴリズムにおいて、交叉とは、単一または複数の個体を、ある機構を介して組み合わせて、単一または複数の新たな個体を生成するプロセスを指す。本発明の実施例では、ｎ個の親個体（ｎ≧２）を交叉させて、１つの子個体を生成する方式が採用されている。ここで、
１．親個体の選択
（１）２つの個体を交叉させて、３番目の個体を生成する場合、個体群における個体に対して、適応度の値に従って、降順に並べ替えを行って、図２ａに示すような強いものと強いものとの組み合わせ方式、および、強いものと弱いものとの組み合わせ方式を採用して、各個体ごとに２回交叉させる。例えば、Ｖ１とＶ２との間、Ｖ３とＶ４との間、Ｖ５とＶ６との間の組み合わせは、強いものと強いものとの組み合わせ方式に属し、Ｖ１とＶ６との間、Ｖ２とＶ５との間、Ｖ３とＶ４との間の組み合わせは、強いものと弱いものとの組み合わせ方式に属する。
（２）並べ替えせずに、ｎ個（ｎ≧２）の個体をランダムに選択して交叉を行う。
（３）ｎ個（ｎ≧２）の個体を選択して交叉を行うが、適応度関数の値が比較的大きい個体が選択される確率は、より大きい。
２．交叉方式
ｎ個の親個体におけるある位置（サブチャネルに対応する）に同じ遺伝子がある場合、子個体の相応の位置には、これらの遺伝子が継承される。親個体における同じ位置での異なる遺伝子に対して、子個体は、比較的大きいスループットに対応する１つの遺伝子を継承し、あるいは、一定の確率で、異なる遺伝子のうちの１つを保持し（例えば、対応するスループットが大きい遺伝子が保持される確率は、より大きい）、あるいは、遺伝子の出現回数によって、異なる遺伝子を保持する（例えば、同一のサブチャネルで出現回数が比較的多い遺伝子が保持される確率は、より大きい）。

図２ｂを例として、２つの親個体Ｖ１＝［１２４２３］と、Ｖ２＝［３２４５４］とを交叉させる。ここで、ＲＢ２およびＲＢ３に対応する位置に同じ遺伝子があるため、子個体Ｖ３は、これらの遺伝子を保持する。ほかの位置における遺伝子が異なり、ここで、ＲＢ１に対応する位置において、Ｖ１のスループットがＶ２より大きいため、該位置において、Ｖ１の遺伝子がＶ３により継承される。最終的に、Ｖ３＝［１２４５４］を得る。

さらに、ステップ１０４を実行した後、ステップ１０２に戻る前に、ステップ１０５を実行してもよい。

ステップ１０５で、個体に対して選択的変異を行う。

遺伝的アルゴリズムにおいて、変異とは、一般的に、１つの個体が、ほかのいかなる個体が参加しない場合で、自身の遺伝子を変更するプロセスを指す。このような変更は、ランダムなまたは予め設定されたものであってよい。具体的に実現する際に、一定の確率（通常は大きくない。例えば、１％である）によって、ある個体における遺伝子に対して、ランダムなまたは予め設定された変更を行うことができる。勿論、リソーススケジューリングの実際のプロセスにおいて、変異の確率が比較的低くて、変異によるゲインが明らかではないため、一般的に、変異機構を導入しなくてもよい。

さらに、ステップ１０２において、異なる最適化目的および制約条件に対して、異なる適応度関数を設計することができる。

１．下記の２つの特徴、即ち、（１）ユーザのＱｏＳ要求を満足しないリソース割り当てパターンについて、その適応度関数の値が、全てのユーザのＱｏＳ要求を満足するいかなるリソース割り当てパターンよりも低いこと、および（２）全てのユーザのＱｏＳ要求を満足するリソース割り当てパターンについて、システム平均スループットが高いリソース割り当てパターンが、その適応度関数の値も高いこと、を満足するよう要求される場合、本発明の１つの実施例における設計された適応度関数は、数式７を参照する。
[数式７]

説明すべきものとして、数式７の意味は下記の通りである。即ち、全てのユーザのＱｏＳ要求が満たされた場合、該リソース割り当てパターンの適応度関数の値は、該リソース割り当てパターンのシステム平均スループットに等しく、非負の値である。少なくとも１つのユーザのＱｏＳ要求が満たされなかった場合、該リソース割り当てパターンの適応度関数の値は、全てのユーザの実際のスループットとそのＱｏＳ要求との差のうちの最小値であり、負の値である。

２．最適化目的は、システムにおいてＱｏＳ要求を満足するユーザが一番多く、即ち、条件

を満足するユーザの数が最大となる、ことであって、制約条件は、システム平均スループットが、ある閾値T_{system_thr}以上であり、即ち、

である場合、本発明のほかの１つの実施例における設計された適応度関数は、数式８を参照する。
[数式８]

３．最適化目的は、システム平均スループットの最大化、即ち、

であって、制約条件は、各ユーザの得られたＲＢの数量制限（電力制限）、即ち、

（QoS_RB[k]は、ユーザｋのＲＢ割り当て数の上限）である場合、本発明のほかの１つの実施例における設計された適応度関数は、数式９を参照する。
[数式９]

図３は、本発明の実施例と従来技術とのユーザ満足率の比較を示す図であり、使用されるシステムシミュレーションパラメータは、表１を参照する。ここで、改善されたＰＦは、改善されたプロポーショナルフェアネスアルゴリズムであり、ＰＦ＋ＭＡＸＣＩは、最大搬送波対干渉比とプロポーショナルフェアネスアルゴリズムとの組み合わせであり、２ＤＰＦ＋Ｔｏｋｅｎは、２次元の最大搬送波対干渉比アルゴリズムとトークン機構との組み合わせであり、２ＤＭＡＸＣＩ＋Ｔｏｋｅｎは、２次元のプロポーショナルフェアネスアルゴリズムとトークン機構との組み合わせである。

図３から分かるように、従来技術における複数の方式と比べて、本発明で提供された、遺伝的アルゴリズムに基づく方式は、ユーザ満足率を向上させる面で、特に、ＱｏＳを必要とするユーザ数が比較的多い場合、明らかな優位性がある。

図４は、本発明の実施例と従来技術（例えば、改善されたＰＦ）との異なる各サービスクラスでのユーザ満足率の比較を示す図である。本発明の方式は、図３の結論に類似して、ＱｏＳ要求が比較的高いユーザの満足率を向上させるには、ほかの方式よりも明らかな優位性がある。

図５は、本発明の実施例と従来技術とのシステム平均スループットの比較を示す図である。図５に示すように、本発明の方式は、システム平均スループットの面でも、特に、ＱｏＳを必要とするユーザ数が比較的多い場合、明らかな優位性がある。

図３〜５から分かるように、本発明では、遺伝的アルゴリズムのフレームワークの助けを借りて、リソーススケジューリングを行い、複雑なシステムの最適化処理時の遺伝的アルゴリズムのロバスト性を利用して、システムのユーザ満足率とスループットとを効率的に向上させる。

さらに、本発明では、リソーススケジューリング用の基地局が提供されている。該基地局には、下記の手段が設けられる。

第１の手段は、サブチャネルとユーザとの割り当ての対応関係を示す１つまたは複数のリソース割り当てパターンを決定して、各リソース割り当てパターンを符号化してから、１つの集合に加える。

第２の手段は、リソーススケジューリングの適応度関数を決定し、前記集合における各リソース割り当てパターンの適応度関数の値を計算する。

第３の手段は、前記適応度関数の値によって、前記集合の中から１つのリソース割り当てパターンを選択して、リソーススケジューリングを行う。

ここで、第２の手段は、さらに、適応度関数の値によって、前記集合の中から、リソース割り当てパターンを除去して、プロセスが終了するかどうかを判断し、プロセスが終了する場合、第３の手段の動作を起動し、プロセスが終了しない場合、第４の手段の動作を起動する。

第４の手段は、ペアリング原則に従って、前記集合の中から、１つまたは複数の親リソース割り当てパターンを取得し、１つまたは複数の子リソース割り当てパターンを生成して、前記集合に加え、第２の手段の動作を起動する。

上記は、本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明の精神と原則内で行われる種々の修正、均等置換え、改善などは全て本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims

無線通信におけるリソーススケジューリング方法であって、
サブチャネルとユーザとの割り当ての対応関係を示す１つまたは複数のリソース割り当てパターンを決定し、各リソース割り当てパターンを符号化してから、１つの集合に加えるステップＡと、
リソーススケジューリングの適応度関数を決定し、前記集合における各リソース割り当てパターンの適応度関数の値を計算するステップＢと、
前記適応度関数の値によって、前記集合の中から、１つのリソース割り当てパターンを選択して、リソーススケジューリングを行うステップＣと、
を含むことを特徴とする方法。
ステップＢは、適応度関数の値によって、前記集合の中から、リソース割り当てパターンを除去して、プロセスが終了するかどうかを判断し、プロセスが終了する場合、ステップＣを実行し、プロセスが終了しない場合、ステップＤを実行する、ことをさらに含み、
ステップＤで、ペアリング原則に従って、前記集合の中から、１つまたは複数の親リソース割り当てパターンを取得し、１つまたは複数の子リソース割り当てパターンを生成して、前記集合に加え、ステップＢに戻る、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記各リソース割り当てパターンを符号化することは、サブチャネルとユーザとの割り当ての対応関係によって、前記リソース割り当てパターンをベクトルまたはブール変数行列で表す、ことを含み、ここで、
前記ベクトルにおいて、各要素の列番号は、サブチャネルの番号に対応し、各要素の値は、該要素に対応するサブチャネルに割り当てられたユーザの番号であり、
前記ブール変数行列において、各要素の列番号は、サブチャネルの番号に対応し、各要素の行番号は、ユーザの番号に対応し、サブチャネルがユーザに割り当てられた位置に対応する要素の値が１に設定され、ほかの位置が０に設定される、
ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
前記適応度関数F(x,y,z)は、

であり、ここで、
目的関数f(x)には、システムスループット、１つまたは複数のユーザの平均スループット、満足ユーザ数、無線リソースブロック割り当ての不連続の程度または連続の程度に対する評価値、無線リソースブロック割り当てによるユーザまたは基地局側のバッファデータの滞留程度に対する評価値のうちの少なくとも１つのパラメータが含まれ、
第１の制約関数g(z)には、システムスループット、１つまたは複数のユーザの平均スループット、満足ユーザ数、無線リソースブロック割り当ての不連続の程度または連続の程度に対する評価値、無線リソースブロック割り当てによるユーザまたは基地局側のバッファデータの滞留程度に対する評価値のうちの少なくとも１つのパラメータが含まれ、
第２の制約関数h(y)には、システムスループット、１つまたは複数のユーザの平均スループット、満足ユーザ数、無線リソースブロック割り当ての不連続の程度または連続の程度に対する評価値、無線リソースブロック割り当てによるユーザまたは基地局側のバッファデータの滞留程度に対する評価値のうちの少なくとも１つのパラメータが含まれる、
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記適応度関数F(x,t)は、

であり、ここで、
目的関数f(x)には、システムスループット、１つまたは複数のユーザの平均スループット、満足ユーザ数、無線リソースブロック割り当ての不連続の程度または連続の程度に対する評価値、無線リソースブロック割り当てによるユーザまたは基地局側のバッファデータの滞留程度に対する評価値のうちの少なくとも１つのパラメータが含まれ、
第３の制約関数s(t)には、システムスループット、１つまたは複数のユーザの平均スループット、満足ユーザ数、無線リソースブロック割り当ての不連続の程度または連続の程度に対する評価値、無線リソースブロック割り当てによるユーザまたは基地局側のバッファデータの滞留程度に対する評価値のうちの少なくとも１つのパラメータが含まれる、
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記適応度関数F(a)は、

であり、ここで、
Nはサブチャネル集合であり、Kはユーザ集合であり、T_wはスケジューリング・ウィンドウの大きさであり、
r_k,n[i]は、第ｉのフレームのサブチャネルｎにおけるユーザｋの上位層等価データスループットであり、
a_k,n[i]は、サブチャネルｎが第ｉのフレームでユーザｋに割り当てられるかどうかを表すブール変数であり、
R_QoS[k]は、ユーザｋの平均スループットのＱｏＳ要求である、
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記適応度関数F(a)は、

であり、ここで、
Nはサブチャネル集合であり、Kはユーザ集合であり、T_wはスケジューリング・ウィンドウの大きさであり、
r_k,n[i]は、第ｉのフレームのサブチャネルｎにおけるユーザｋの上位層等価データスループットであり、
a_k,n[i]は、サブチャネルｎが第ｉのフレームでユーザｋに割り当てられるかどうかを表すブール変数であり、
R_QoS[k]は、ユーザｋの平均スループットのＱｏＳ要求であり、
T_{system_thr}は、システム閾値である、
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記適応度関数F(a)は、

であり、ここで、
Nはサブチャネル集合であり、Kはユーザ集合であり、T_wはスケジューリング・ウィンドウの大きさであり、
r_k,n[i]は、第ｉのフレームのサブチャネルｎにおけるユーザｋの上位層等価データスループットであり、
a_k,n[i]は、サブチャネルｎが第ｉのフレームでユーザｋに割り当てられるかどうかを表すブール変数であり、
QoS_RB[k]は、ユーザｋのＲＢ割り当て数の上限である、
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
ステップＢにおける前記適応度関数の値によって、前記集合の中から、リソース割り当てパターンを除去することは、
前記集合における全てのリソース割り当てパターンの適応度関数の値を並べ替え、関数の値が小さいリソース割り当てパターンを、集合の中から除去する、
ことを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
ステップＢにおける前記プロセスが終了するかどうかを判断することは、
最大繰り返し回数に達するかどうかを判断し、あるいは、前記集合における適応度関数の値が最大となるリソース割り当てパターンが使用できるかどうかを判断する、
ことを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
前記ペアリング原則に従って、前記集合の中から、１つまたは複数の親リソース割り当てパターンを取得し、１つまたは複数の子リソース割り当てパターンを生成して、前記集合に加えることは、
集合の中から、２つの親リソース割り当てパターンに対応する第１のベクトルを取得し、前記第１のベクトルの要素の値によって、１つの子リソース割り当てパターンを表す第２のベクトルを生成し、
２つの第１のベクトルにおいて、同じ列の要素の値が同じである場合、該値が第２のベクトルの対応する列における要素の値として設定され、
２つの第１のベクトルにおいて、同じ列の要素の値が同じではない場合、スループットが大きい要素の値が、第２のベクトルの対応する列における要素の値として設定される、
ことを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記集合の中から、２つの親リソース割り当てパターンを取得することは、
適応度関数の値の並べ替えに従って、隣接する２つのリソース割り当てパターンを取得し、あるいは、適応度関数の値に従って、集合における全てのＭ個のリソース割り当てパターンを降順に並べ替えて、並べ替え順に従って、１からＭまで番号を付け、番号の和がＭ＋１である２つのリソース割り当てパターンを取得する、
ことを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
ステップＤにおける前記ペアリング原則に従って、前記集合の中から、１つまたは複数の親リソース割り当てパターンを取得することは、
前記集合の中から、１つ以上のリソース割り当てパターンを親リソース割り当てパターンとして、ランダムに選択し、あるいは、
前記集合の中から、適応度関数の値が大きいリソース割り当てパターンが選択される確率が高いように、１つ以上のリソース割り当てパターンを親リソース割り当てパターンとして選択する、
ことを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
ステップＣにおける前記１つのリソース割り当てパターンを選択して、リソーススケジューリングを行うことは、
適応度関数の値が最大となるリソース割り当てパターンに示すサブチャネルとユーザとの割り当ての対応関係によって、各サブチャネルを対応のユーザ用に割り当てる、
ことを含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
ステップＤは、
ステップＢに戻る前に、前記集合における１つまたは複数のリソース割り当てパターンを、ランダムにまたは予めの設定により変更する、
ことをさらに含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
リソーススケジューリング用の基地局であって、
サブチャネルとユーザとの割り当ての対応関係を示す１つまたは複数のリソース割り当てパターンを決定して、各リソース割り当てパターンを符号化してから、１つの集合に加える第１の手段と、
リソーススケジューリングの適応度関数を決定し、前記集合における各リソース割り当てパターンの適応度関数の値を計算する第２の手段と、
前記適応度関数の値によって、前記集合の中から、１つのリソース割り当てパターンを選択して、リソーススケジューリングを行う第３の手段と、
を含むことを特徴とする基地局。
前記第２の手段は、さらに、適応度関数の値によって、前記集合の中から、リソース割り当てパターンを除去して、プロセスが終了するかどうかを判断し、プロセスが終了する場合、第３の手段の動作を起動し、プロセスが終了しない場合、第４の手段の動作を起動し、
第４の手段は、ペアリング原則に従って、前記集合の中から、１つまたは複数の親リソース割り当てパターンを取得し、１つまたは複数の子リソース割り当てパターンを生成して、前記集合に加え、第２の手段の動作を起動する、
ことを特徴とする請求項１６に記載の基地局。