JP2013504907A - 遠隔通信ネットワーク・ノードおよび方法 - Google Patents

Abstract

遠隔通信ネットワーク・ノードおよび方法を開示する。方法は、遺伝的プログラミングにより、基地局送信電力を調節して、セルのカバレッジを制御し、所望の基地局動作特性の実現を支援する進化型アルゴリズムを生成するためのものである。方法は、関数およびターミナル・リストで定義される所定の関数およびターミナルを使用して、特定の基地局動作条件について前記基地局送信電力を調節すべきかどうかをそれぞれ判定する複数の進化型アルゴリズムを生成するステップと、基地局送信電力を調節して、カバレッジを制御し、予想動作条件下で前記所望の基地局動作特性を達成する各進化型アルゴリズムの能力を示すフィットネス・レベルを求めるステップと、生成する前記ステップおよび求める前記ステップを反復的に実施して、特定のフィットネス・レベルを達成したと判定される前記進化型アルゴリズムのうちの少なくとも１つを使用して別の進化型アルゴリズムを生成するステップとを含む。このようにして、アルゴリズムを組み立て、次いでテストして、特定の動作条件下で特定の動作特性を達成するために基地局電力を制御するときにアルゴリズムがどれほど適しているかを確認できることがわかる。次いで、こうした特定の動作条件下でこうした特性を達成するときに最良であると判定されるアルゴリズムを使用して、別のアルゴリズムを生成することができ、次いで、その別のアルゴリズムも評価される。したがって、動作特性および動作条件に適した個々のアルゴリズムを迅速に生成することができ、それによって、特定の環境に特殊化される新しいアルゴリズムを手作業で設計する必要が回避される。

Description

本発明は遠隔通信ネットワーク・ノードおよび方法に関する。

遠隔通信ネットワークは、自己構成、自己組織化、および自己適応する能力をますます組み込んでいる。遠隔通信ネットワークのサイズおよび複雑さが増大するにつれて、非集中的な方式で、すなわち各ノードがローカル情報のみを使用して個々に働くことができるように、こうしたいわゆる「ｓｅｌｆ−ｘ」特性を実装するように駆り立てられる。

したがって、ｓｅｌｆ−ｘアルゴリズム、すなわちネットワークについてのグローバル情報も、ネットワーク・ノードの協調中心制御も用いることなく働かなければならない、ネットワーク・ノード自己適応のためのアルゴリズムを開発することがますます求められている。

周知の手法は、現実的ではない可能性のあるネットワークについての特定の仮定に基づいて当業者がｓｅｌｆ−ｘアルゴリズムを設計するものであり、したがって多くの場合、ｓｅｌｆ−ｘアルゴリズムをネットワークで実装した後に、アルゴリズムを評価し、改訂し、改良する必要がある。これは低速かつ費用のかかるプロセスとなることがある。

この周知の手法では、ノードが配置される様々な異なる環境を考慮に入れるアルゴリズムを当業者が設計することは難しい。アルゴリズムは、多くの場合に現実世界では成り立たない、ネットワークについての特定の仮定に基づいて設計される。

この周知の手法では、ｓｅｌｆ−ｘアルゴリズムが手作業で設計され、次いで同じアルゴリズムが、あるタイプのネットワーク・ノードのすべて、例えばワイヤレス・セルラ・ネットワーク内の基地局のすべてにわたって適用される。ノードの各動作環境には大きな違いがあるので、一般に適用可能な最適化アルゴリズムの性能は、特定の問題または動作環境により特殊化されるアルゴリズムよりもかなり低いため、性能が低下する。ところで、逆に、特殊化されたアルゴリズムの性能は、それに対してアルゴリズムが特殊化される特定のエリアの外部で適用されるとき、低くなる。

Ｋｏｚａ，Ｊ．Ｒ．、Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ：Ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ｂｙ Ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ １９９２：ＭＩＴ Ｐｒｅｓｓ、８４０

改良型のアルゴリズムを提供することが望ましい。

第１の態様によれば、遺伝的プログラミングにより、基地局送信電力を調節して、セルのカバレッジを制御し、所望の基地局動作特性の実現を支援する進化型アルゴリズムを生成する方法であって、関数およびターミナル・リストで定義される所定の関数およびターミナルを使用して、特定の基地局動作条件について基地局送信電力を調節すべきかどうかをそれぞれ判定する複数の進化型アルゴリズムを生成するステップと、基地局送信電力を調節して、カバレッジを制御し、予想動作条件下で所望の基地局動作特性を達成する各進化型アルゴリズムの能力を示すフィットネス・レベルを求めるステップと、生成するステップおよび求めるステップを反復的に実施して、特定のフィットネス・レベルを達成したと判定される進化型アルゴリズムのうちの少なくとも１つを使用して別の進化型アルゴリズムを生成するステップとを含む方法が提供される。

第１の態様は、基地局配置に伴う問題が、基地局がセルをサポートすることが必要な環境の多様性が劇的に変化し、これが基地局の性能に影響を及ぼす可能性があることであることを認識する。例えば、フェムト基地局の性能は、フェムト基地局が建物内のどこに配置されるかに応じて劇的に変化する可能性がある。これは、部分的には、様々な建築材料の効果のためである。例えば、ガラス壁は、コンクリート壁と比べて非常に低い伝播損失を有する。これはまた、部分的には、トラフィック需要の変動性が高いためでもある。例えば、賑やかなラウンジなどのトラフィック需要ホット・スポットをカバーするフェムト基地局は、例えばほんの２０メータだけ離れた閑散としたエリアをカバーする別のフェムト基地局とは非常に異なる需要を受ける。第１の態様はまた、基地局を制御し、最適化するのに使用されるカバレッジ制御アルゴリズムが、こうした多様な環境で適切な性能を達成するのには十分ではないことがあることも認識する。例えば、れんが製の建物を有する低ユーザ需要住居エリアで動作するフェムト基地局は、ガラス張りの建物を有する高ユーザ需要企業エリアで動作するものとは異なる形の無線カバレッジ制御アルゴリズムを必要とすることがある。同様に、高基地局密度のエリア内で動作するフェムト基地局は、低基地局密度エリアで動作するものとは異なるカバレッジ制御アルゴリズムを必要とすることがある。しかし、それぞれの異なるタイプの環境について新しいアルゴリズムを手作業で設計し、用意することは、必要とされる複雑さおよびコストのために実際的ではない。

したがって、基地局送信電力を調節することによってセルのカバレッジを制御する進化型アルゴリズムを生成する方法が提供される。各進化型アルゴリズムがそれから生成される関数およびターミナルの所定のリストを提供することができる。各進化型アルゴリズムは、基地局が受けている特定の動作条件について、基地局送信電力を調節すべきかどうかを判定することができる。セル・カバレッジを制御して、その基地局の予想動作条件下で特定の基地局動作特性を達成するこうした進化型アルゴリズムのそれぞれの能力を示すフィットネス・レベルを求めることができる。例えば、所望の基地局動作特性は、ユーザ負荷の最大化、セル・カバレッジ・ギャップの最小化、セル重複の最小化、サービス品質の最大化、あるいは上記または他の特性の１つまたは複数の組合せでよい。予想動作条件は、その基地局が実際に受けると予想される条件を表すことがある。例えば、予想動作条件は、基地局の予想位置、基地局をその中に配置すべき建物の特性、および／またはその位置での予想ユーザ負荷に応じて異なるものとなる。その場合、フィットネス・レベルは、予想動作条件を受けているときに各進化型アルゴリズムが所望の動作特性を達成する範囲を示すことがある。こうした特定の動作条件下で所望の特性を達成する能力の順に各進化型アルゴリズムをランク付けすることが可能である。次いで、こうした条件に最も適している判定されるアルゴリズム（複数可）を選択することができ、これらから別の進化型アルゴリズムが生成され、次いで、こうした別のアルゴリズムのフィットネスが求められる。このようにして、アルゴリズムを組み立て、次いでテストして、特定の動作条件下で特定の動作特性を達成するために基地局電力を制御するときにアルゴリズムがどれほど適しているかを確認できることがわかる。次いで、こうした特定の動作条件下でこうした特性を達成するときに最良であると判定されるアルゴリズムを使用して、別のアルゴリズムを生成することができ、次いで、その別のアルゴリズムも評価される。したがって、動作特性および動作条件に適した個々のアルゴリズムを迅速に生成することができ、それによって、特定の環境に特殊化される新しいアルゴリズムを手作業で設計する必要が回避される。

遺伝的プログラミングは、アルゴリズムを生成するための進化的手法であり、例えばＫｏｚａ，Ｊ．Ｒ．、Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ：Ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ｂｙ Ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ １９９２：ＭＩＴ Ｐｒｅｓｓ、８４０を参照されたい。図１に示すように、遺伝的プログラミング（ＧＰ）は一般に以下のステップを含む。
（ｉ）アルゴリズムのポピュレーションを初期化する。ポピュレーションとは、個々のアルゴリズムの集合について用いられる用語であり、初期ポピュレーション内のアルゴリズムが、少なくともある程度ランダムに生成される。
（ｉｉ）ポピュレーション内の各アルゴリズムのフィットネスを計算する。フィットネスとは、アルゴリズムのタスクを達成する際のアルゴリズム性能の尺度について用いられる用語である。
（ｉｉｉ）アルゴリズムのフィットネスに基づいて、「親」となるアルゴリズムを選択する。
（ｉｖ）前のステップで選択した親に、突然変異やクロスオーバなどの遺伝的演算子を適用することによって新しいアルゴリズムを作成する。
（ｖ）新しく作成したアルゴリズムと、前世代ポピュレーションから選んだ残存物とを使用して、アルゴリズムの次世代ポピュレーションを生成する。

終了条件が満たされるまで（例えば、プロセスが設定した世代数を経た、または作成したアルゴリズムがターゲット・フィットネス・レベルを満たした）、上記のステップ（ｉｉ）から（ｖ）を反復することができる。

図２に示すように、遺伝的プログラミング演算をそれに対して実施することのできる形式にアルゴリズムを符号化するために、遺伝的プログラミング（ＧＰ）では通常はパーズ木表現が用いられる。パーズ木を使用して、コンピュータ・プログラムなどの様々な形式のアルゴリズムを表現することができる。状態遷移図などの他の形式でアルゴリズムを表現することができる。

図３ａおよび３ｂに、上述のクロスオーバおよび突然変異演算子の例示的な例を示す。クロスオーバは、２つの親アルゴリズムからの成分を混合して、次世代（すなわち子）アルゴリズムを生成している。突然変異は、個々の親アルゴリズムの一部を変更し、次世代アルゴリズムを生成することである。

一実施形態では、関数は、基地局動作条件と対応する所望の基地局動作特性との間の関係に基づいて異なる結果から選択するように動作可能な少なくとも条件付きステートメントを含む。条件付きステートメントの用意により、特定の動作条件と所望の特性との間の関係の評価を迅速に行うことが可能となり、それによって、適切なアルゴリズムの生成が支援される。

一実施形態では、条件付きステートメントは、特定の基地局動作条件が対応する所望の基地局動作特性に関する所定のしきい値よりも大きいときに第１の結果を選択し、それ以外では第２の結果を選択するように動作可能なｉｆ＿ｅｌｓｅステートメントを含む。こうしたｉｆ＿ｅｌｓｅループは、所定のしきい値などの特定の動作条件の入力が直接組み込まれた、単純なｉｆ＿ｅｌｓｅループの特殊形式でよい。基本的なｉｆ＿ｅｌｓｅループの代わりにこうした特殊関数を使用することは、遺伝的プログラミング手続きによる有用なアルゴリズムの発見を加速させる助けとなる。ネットワークの要件に従って所定のしきい値を設定することができる。さらに、こうした単純なｉｆ＿ｅｌｓｅループの使用により、評価に対する単純な２進結果が提供され、それにより、遺伝的プログラミング・プロセスが単純化され、有用なアルゴリズムの発見を加速させる助けとなる。

一実施形態では、条件付きステートメントは、Ｘが所定のしきい値Ｘ_ｔｈｒよりも大きいときに第１の分岐を選択し、それ以外では第２の分岐を選択するように動作可能なｉｆ＿Ｘ＿ｌａｒｇｅステートメントを含む。Ｘが例えばカバレッジ重複Ｏ、カバレッジ・ギャップＤ、負荷Ｌなどの１つまたは複数の動作特性を含むことができることを理解されよう。所定のしきい値Ｘ_ｔｈｒが、例えば複数の受信パイロット・チャネルを示す測定レポートの割合Ｏ_ＴＨＲ、カバレッジ・ギャップに進入するユーザの確率Ｄ_ＴＨＲ、および最大負荷容量Ｌ_ＴＨＲなどの１つまたは複数の遺伝的演算子しきい値を含むことができることを理解されよう。

一実施形態では、ターミナルは、基地局送信電力の増大、減少、および変化なしのうちの少なくとも１つを含む。したがって、この場合も遺伝的プログラミング・プロセスを単純化し、有用なアルゴリズムの発見を加速させるために、少数の合成ターミナルまたは動作のうちの１つだけを提供することができる。増加および減少により、基地局に、その送信電力を特定の事前設定された増分だけ増大または減少させることができる。

一実施形態では、判定するステップは、予想動作条件下で進化型アルゴリズムのそれぞれを使用するときの基地局の動作をシミュレートし、模擬動作メトリックを生成すること、およびそうした模擬動作メトリックを所望の基地局動作特性を表すフィットネス関数に適用して、フィットネス・レベルを求めることを含む。

したがって、フィットネス・レベルの決定は、例えば、予想動作条件下の基地局の動作をシミュレートするモデルを利用することができる。そのモデルは、基地局でカバレッジ制御アルゴリズムとして評価されている進化型アルゴリズムを利用することができる。次いで、模擬条件の範囲が基地局に適用され、次いで基地局は、そうした条件下で進化型アルゴリズムを利用して、特定の模擬動作メトリックを生成する。例えば、モデルは、そうした模擬動作メトリックと同様に、こうした予想動作条件下でその進化型アルゴリズムを使用して動作をシミュレートするとき、模擬ユーザ負荷レベル、カバレッジ重複、カバレッジ・ギャップ、サービス品質、または上記およびその他のメトリックの１つまたは複数の組合せを生成することができる。次いで、こうした模擬動作メトリックをフィットネス関数に提供し、こうした模擬動作条件下でそのアルゴリズムが所望の動作特性をどの程度達成しているかを評価することができる。

一実施形態では、所望の基地局動作特性での調節を表すようにフィットネス関数を調節するのを支援するために、フィットネス関数の演算子が重み付けされる。フィットネス関数の各演算子を重み付けすることにより、異なる動作特性のエンファシスを変更するようにフィットネス関数を容易に調節することが可能となる。

一実施形態では、フィットネス関数は以下を含む。

上式で、Ｆはフィットネス・レベルであり、Ｃ_Ｏ、Ｃ_Ｄ、Ｃ_Ｌは、それぞれカバレッジ重複メトリックの模擬平均、模擬平均カバレッジ・ギャップ・メトリック、および模擬負荷メトリックであり、ｗ_Ｏ、ｗ_Ｄ、ｗ_Ｌは重みである。したがって、この例示的フィットネス関数が、負荷を最大にしながら、カバレッジおよび重複を最小限に抑えようと試みることがわかる。重みの値を調節することにより、こうした動作特性の相対的重要度を変更することが可能である。例えば、重複の重みを低減することにより、進化型アルゴリズムを評価するときに、低い重複を達成する重要度が低下する。したがって、重複重みを低減すると、特に低い重複を達成することができないアルゴリズムを、低い重複を達成するアルゴリズムよりも優先して選ぶことができる。

一実施形態では、フィットネス関数を使用して、集中型手法でネットワーク全体に適用したとき、およびより分散型の手法でネットワークのローカル領域に適用したときの潜在的アルゴリズムの品質を求めることができる。したがって、カバレッジ重複メトリック、カバレッジ・ギャップ・メトリック、および負荷メトリックは、ネットワークのその部分についてのこれらの値の平均でよい。実施形態では、これらのメトリックは、その値が０≦Ｃ_Ｘ≦１となるように正規化することができる。

一実施形態では、Ｃ_Ｌが以下のアルゴリズムに従って求められる。

上式で、Ｎはネットワーク内のセルの総数であり、Ｌ_ｉは基地局ｉの受ける負荷であり、Ｌ_ｔｈｒは、その基地局の最大負荷容量またはそれ未満に設定されたしきい値である。したがって、負荷メトリックは、基地局がより多くの負荷を占有するにつれて増加することがあるが、セル負荷が特定のしきい値（セルの容量など）を超えたときに、過負荷を防止するために０まで低下することがある。

一実施形態では、方法は、進化型アルゴリズムのうちの所望の１つを選択するステップと、進化型アルゴリズムのうちの所望の１つを表す決定テーブルを作成するステップであって、決定テーブルが、特定の基地局動作条件に対して必要な基地局送信電力に対する調節を基地局に示すように動作可能であるステップとを含む。したがって、進化型アルゴリズム自体を木形式で基地局に配置して、こうした基地局に動的計算を行うことを要求するのではなく、基地局が受ける動作条件に基づいて、その代わりに単純な決定テーブルを基地局に提供することができる。決定テーブルは、可能な動作条件の範囲の計算結果を含むことができる。次いで基地局が行う必要があるのは、その現動作条件を決定テーブルと比較し、電力変更をそれ自体で計算することを必要とせずに、適切な電力変更を選択することだけである。これにより、基地局に対する処理負荷が著しく低減されることを理解されよう。

一実施形態では、決定テーブルは、基地局動作条件と関連するしきい値との間の関係の各置換に関するエントリを含み、各エントリは、その置換に必要な基地局送信電力に対する調節を示す。したがって、決定テーブルは、進化型アルゴリズムによって使用されるしきい値より高い、または低いときの、動作特性のそれぞれの可能な組合せに関するエントリを含むことができる。次いで、各動作条件がしきい値より上であるか、それとも下であるかについて基地局で評価を行い、適切なエントリを選択して送信電力の変化を求めることが可能となる。

一実施形態では、各置換について必要な基地局送信電力に対する調節が、進化型アルゴリズムのうちの所望の１つに、置換を表す基地局動作条件を適用することによって計算される。

本発明の第２の態様によれば、基地局送信電力を調節して、セルのカバレッジを制御し、所望の基地局動作特性の実現を支援する進化型アルゴリズムを利用する方法であって、基地局動作条件を求めるステップと、進化型アルゴリズムに基地局動作条件を適用し、基地局送信電力を調節すべきかどうかを判定するステップとを含む方法が提供される。したがって、現基地局動作条件の判定を行うことができ、次いでこうした動作条件を、第１の態様によって生成される進化型アルゴリズムに適用して、基地局電力を調節すべきか否かを判定することができる。この、進化型アルゴリズムに基地局動作条件を適用することは、直接的に行うことができ、または進化型アルゴリズムを表す以前に生成した決定テーブルの使用を介して間接的に行うことができることを理解されよう。

一実施形態では、基地局動作条件は、基地局負荷、カバレッジ重複、およびカバレッジ・ギャップのうちの少なくとも１つを含み、求めるステップは、所定の期間にわたって基地局の受ける最高の負荷を測定することによって基地局負荷を求めること、所定のしきい値より高い電力を有する他の基地局から受信した伝送を示す受信測定レポートからカバレッジ重複を求めること、ならびにハンドオーバ数および生じたカバレッジの欠如による呼断数のうちの少なくとも１つを示す受信済みの情報からカバレッジ・ギャップを求めることのうちの対応する少なくとも１つを含む。したがって、動作条件は、基地局負荷、セル・カバレッジ重複、およびセル・カバレッジ・ギャップのうちの１つまたは複数を含むことができる。基地局負荷は、特定の時間間隔中の基地局に対するピーク負荷として求めることができる。通常、負荷は、アーラン単位で測定した音声トラフィックとなるが、負荷のメトリックを使用することができる。カバレッジ重複は、近隣セルからカバレッジ重複を受けているセルの合計カバレッジ・エリアの割合でよい。一実施形態では、ユーザ機器によって送り戻された測定値を使用して重複を近似することができ、重複カバレッジのエリアは、ユーザ機器が複数のセルから所定のしきい値より上のパイロット電力を測定するエリアと定義することができる。一実施形態では、基地局は、ユーザ機器によって測定された複数のパイロット・チャネル電力が所定のしきい値よりも高い、ユーザ機器からの受信測定レポートの総数Ｍ_{ＴＨＲ＞１}の記録を維持する。次いで、セル・ユーザ機器によって戻されるパイロット電力測定値の総数Ｍ_{ＴＯＴＡＬ}に対するＭ_{ＴＨＲ＞１}の比、すなわちＯ＝Ｍ_{ＴＨＲ＞１}／Ｍ_{ＴＯＴＡＬ}によって重複を推定することができる。カバレッジ・ギャップは、ユーザがカバレッジ・ギャップに進入する確率を表すことができ、Ｄ＝ｎ_Ｄ／（ｎ_Ｄ＋ｎ_Ｆ）として計算することができる。ただし、ｎ_Ｄはセルのユーザ機器がカバレッジ・ギャップに進入する回数であり、その回数は、フェムトセルと、例えばマクロ・セルなどの基礎をなす任意のセルとの間のハンドオーバ数から導出することができる。あるいは、セル・アンダーレイが存在しない場合、ｎ_Ｄは、ユーザが最小しきい値未満のパイロット電力測定値のレポートを返す回数でよい。ｎ_Ｆは、例えばフェムトセル−フェムトセル・ハンドオーバを介してセルを離れたユーザの総数である。

一実施形態では、進化型アルゴリズムが決定テーブルによって表され、適用するステップは、決定テーブルに基地局動作条件を適用して、こうした基地局動作条件に対して必要な基地局送信電力に対する調節を示す。

本発明の第３の態様によれば、基地局送信電力を調節して、セルのカバレッジを制御し、所望の基地局動作特性の実現を支援する進化型アルゴリズムを遺伝的プログラミングによって生成するように動作可能なネットワーク・ノードであって、関数およびターミナル・リストで定義される所定の関数およびターミナルを使用して、特定の基地局動作条件について基地局送信電力を調節すべきかどうかをそれぞれ判定する複数の進化型アルゴリズムを生成するように動作可能な生成ロジックと、基地局送信電力を調節して、カバレッジを制御し、予想動作条件下で所望の基地局動作特性を達成する各進化型アルゴリズムの能力を示すフィットネス・レベルを求めるように動作可能な決定ロジックと、生成ロジックおよび決定ロジックを制御して、特定のフィットネス・レベルを達成したと判定される進化型アルゴリズムのうちの少なくとも１つを使用して別の複数の進化型アルゴリズムを反復的に生成するように動作可能な制御ロジックとを備えるネットワーク・ノードが提供される。

一実施形態では、関数は、基地局動作条件と対応する所望の基地局動作特性との間の関係に基づいて異なる結果から選択するように動作可能な少なくとも条件付きステートメントを含む。

一実施形態では、条件付きステートメントは、特定の基地局動作条件が対応する所望の基地局動作特性に関する所定のしきい値よりも大きいときに第１の結果を選択し、それ以外では第２の結果を選択するように動作可能なｉｆ＿ｅｌｓｅステートメントを含む。

一実施形態では、条件付きステートメントは、Ｘが所定のしきい値Ｘ_ｔｈｒよりも大きいときに第１の分岐を選択し、それ以外では第２の分岐を選択するように動作可能なｉｆ＿Ｘ＿ｌａｒｇｅステートメントを含む。Ｘが例えばカバレッジ重複Ｏ、カバレッジ・ギャップＤ、負荷Ｌなどの１つまたは複数の動作特性を含むことができることを理解されよう。所定のしきい値Ｘ_ｔｈｒが、例えば複数の受信パイロット・チャネルを示す測定レポートの割合Ｏ_ＴＨＲ、カバレッジ・ギャップに進入するユーザの確率Ｄ_ＴＨＲ、および最大負荷容量Ｌ_ＴＨＲなどの１つまたは複数の遺伝的演算子しきい値を含むことができることを理解されよう。

一実施形態では、ターミナルは、基地局送信電力の増大、減少、および変化なしのうちの少なくとも１つを含む。

一実施形態では、決定ロジックは、予想動作条件下で各進化型アルゴリズムを使用するときの基地局の動作をシミュレートし、模擬動作メトリックを生成するように動作可能であり、そうした模擬動作メトリックを所望の基地局動作特性を表すフィットネス関数に適用して、フィットネス・レベルを求めるように動作可能である。

一実施形態では、所望の基地局動作特性での調節を表すようにフィットネス関数を調節するのを支援するために、フィットネス関数の演算子が重み付けされる。

一実施形態では、フィットネス関数は以下を含む。

上式で、Ｆはフィットネス・レベルであり、Ｃ_Ｏ、Ｃ_Ｄ、Ｃ_Ｌは、それぞれカバレッジ重複メトリックの模擬平均、模擬平均カバレッジ・ギャップ・メトリック、および模擬負荷メトリックであり、ｗ_Ｏ、ｗ_Ｄ、ｗ_Ｌは重みである。

一実施形態では、Ｃ_Ｌは以下のアルゴリズムに従って求められる。

上式で、Ｎはネットワーク内のセルの総数であり、Ｌ_ｉは基地局ｉの受ける負荷であり、Ｌ_ｔｈｒは、その基地局の最大負荷容量またはそれ未満に設定されたしきい値である。

一実施形態では、制御ロジックは、進化型アルゴリズムのうちの所望の１つを選択し、進化型アルゴリズムのうちの所望の１つを表す決定テーブルを作成するように動作可能であり、決定テーブルは、特定の基地局動作条件に対して必要な基地局送信電力に対する調節を基地局に示すように動作可能である。

一実施形態では、決定テーブルは、基地局動作条件と関連するしきい値との間の関係の各置換に関するエントリを含み、各エントリは、その置換に必要な基地局送信電力に対する調節を示す。

実施形態では、ネットワーク・ノードは、遺伝的プログラミング・ユニットおよび基地局のうちの１つを含む。したがって、遺伝的プログラミング・ユニットは、集中型手法を運用しているときにコア・ネットワークによって提供することができ、あるいは分散型手法を使用しているときに基地局で実施することができる。

本発明の第４の態様によれば、コンピュータ上で実行されたとき、第１または第２の態様の方法ステップを実施するように動作可能なコンピュータ・プログラム製品が提供される。

別の特定の好ましい態様を添付の独立請求項および従属請求項で述べる。従属請求項の特徴を独立請求項の特徴と、適宜、特許請求の範囲で明示的に述べたもの以外の組合せで組み合わせることができる。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

遺伝的プログラミング・プロセスを概略的に示す図である。 パーズ木の形で表されるコンピュータ・プログラムを示す図である。 パーズ木として表されるプログラム部分に遺伝的プログラミングで適用されるクロスオーバおよび突然変異演算を示す図である。 パーズ木として表されるプログラム部分に遺伝的プログラミングで適用されるクロスオーバおよび突然変異演算を示す図である。 一実施形態によるワイヤレス遠隔通信のためのネットワークの概略表現である。 図４で示す基地局およびその近隣基地局のうちの１つをより詳細に示す図である。 図５で示す基地局の場合に遺伝的プログラミング・ユニットの動作を示す流れ図である。 ある基地局で検証および実装されたアルゴリズムが近隣基地局でどのように候補アルゴリズムとなるかを示す図である。 無線セル・カバレッジおよびその関連する擬似コードを最適化する、単純化した例示的遺伝的設計アルゴリズムである。 無線セル・カバレッジを最適化する例示的遺伝的設計アルゴリズムを利用する基地局に関する負荷、ギャップ、およびカバレッジ・メトリックを示す図である。 固定送信電力を有する従来型配置と比べた、進化型アルゴリズムによって維持される負荷を示す図である。

例示的遺伝的プログラミング・ユニットおよびその動作に焦点を当てる前に、例示的ワイヤレス・ネットワークおよびネットワーク・ノードをこれから説明する。その後で、アルゴリズムのタイプの特定の例を与える前に、検証済みアルゴリズムがどのように他のノードに配布されるかを説明する。この後に、いくつかの変形形態および代替実施形態の説明が続く。

ワイヤレス・ネットワークでは、ユーザが配置した多数の小さいセルの使用により、高データ転送速度が可能となり、高容量が実現される。そのような小さいセルは通常、数十または数百メートルの範囲を有し、しばしばフェムトセル、マイクロセル、またはピコセルと呼ばれる。しかし、そのような多数の小さいセルを使用することの副作用は、こうしたセルを提供する基地局が受ける環境の多様性である。

この説明では、アルゴリズムという用語を、問題を解決し、またはタスクを実施するのに使用される１組の規則または方法を意味するために用いた。技術的アプリケーションを有する数式、コンピュータ・プログラム、状態遷移図や流れ図などのシステムの挙動の表現の形でアルゴリズムを指定することができる。遠隔通信ネットワーク・ノード内のアルゴリズムの例は、無線セルのカバレッジ・エリアを自動的に調節するための方法、およびネットワーク・ルータ・ノードを通じてトラフィックをルーティングする方法である。

ネットワーク
図４に示すように、遠隔通信ネットワーク２０は、いくつかの相互接続されたセルラ基地局２１、２２、２３、２４を含む無線アクセス・ネットワーク４を含む。基地局２１、２２、２３、２４はすべて、それぞれのアルゴリズムを実行して所定のタスクを実施する。図５に示すように、各基地局は、以下でより詳細に説明するように、遺伝的プログラミングを使用してアルゴリズムの新しい改良型バージョンを提供するために使用される遺伝的プログラミング・ユニット１０をそれぞれ含む。各基地局は、その近隣基地局と通信し、それを感知するように動作可能である。例えば、第１の基地局２１は、近隣基地局２２、２３、２４と通信し、それを感知するように動作可能である。

混乱を避けるために、隣接基地局のグループ２５を有する、考慮中の特定の基地局を「ローカル」基地局９と呼ぶ。例えば、ローカル基地局９は、その隣接基地局のグループがセルラ基地局２２、２３、２４であるセルラ基地局２１に対応することができる。どの基地局がグループ２５に属するかは、ローカル基地局９がそのネイバーをどのように発見したかに依存する。この例では、ローカル基地局９は、基地局のうちのどれがそのネイバーのグループ２５内にあるかを識別するように、直接的に他の基地局から受信したパイロット信号、またはローカル基地局９によってサポートされるユーザ機器からの測定レポートからの受信パイロット信号の測定を実施する。代替実施形態では、ローカル基地局は、ネイバーを識別するために、バックホール・ネットワークを介してコア・ネットワークとの間で照会−応答手続きを実施する。

ネイバーのグループ２５内の基地局は、ローカル基地局９に対して著しい影響を及ぼすものであり、逆も同様である。例えば、グループ２５内の基地局の送信電力を増大させると、ローカル基地局９に対する干渉が増大する。以下でより詳細に説明するように、ネットワーク２０内の基地局はそれぞれ、それ自体のアルゴリズムを実行して、その無線カバレッジのサイズを調節するなどの一定のタスクを実施する。基地局はそれぞれ、基地局が実行するアルゴリズムの厳密な関数形式を周期的に更新し、改良するために、遺伝的プログラミングを使用してアルゴリズム適応プロセスも実行する。各基地局は、そのアルゴリズムをローカルに改良し、したがって末端効果は、各基地局がそれ自体のローカル環境に適するように最適化され、したがって独自のものである可能性の高いそれ自体のアルゴリズムをそれぞれ実行することである。

遺伝的プログラミング・ユニット
図５に示すように、遺伝的プログラミングを使用して、基地局で使用されるアルゴリズムを作成する遺伝的プログラミング・ユニット１０は、遺伝的プロセッサ１１、アルゴリズム実装ステージ１２、およびローカル情報収集ステージ１３を含む。遺伝的プロセッサは、関数およびターミナル・セット１１１、遺伝的演算子１１２、およびフィットネス関数１１３を進化プロセッサ１５への入力として含む。関数およびターミナル・セット１１１はアルゴリズムのビルディング・ブロックである。遺伝的演算子１１２は、既存のアルゴリズムを操作して新しいものを作成する演算であり、突然変異やクロスオーバなどの演算を含む。フィットネス関数１１３は、フィットネス、言い換えればアルゴリズムの性能を計算するのに使用される関数である。フィットネス関数１１３は、例えば、ネットワーク演算子が必要とする特性に基づいてあらかじめ決定される。使用の際、進化プロセッサ１５は、ネットワーク・ノードのモデル１４の情報を使用して、ネットワーク・ノードのシミュレーションを実行するように動作し、様々な異なる生成されたアルゴリズムおよび性能結果がフィットネス関数１３と一緒に使用され、各アルゴリズムに関連するフィットネスが計算される。こうしたシミュレーションでは、ネットワーク・ノードの最新のモデル１４が使用される。

以下でより詳細に説明するように、基地局で使用すべき新しい改良型のアルゴリズムが、自動的に生成される。この自動プロセスで行われる主なステップの流れ図を図６に示す。

図６に示すように、遺伝的プログラミング・ユニット１０では、次世代アルゴリズムを生成し、フィットネス・レベルに関して評価する（ステップＡ）。生成したアルゴリズムが所定のフィットネス・レベルを満たすかどうかに関して判定を行う（ステップＢ）。所定のフィットネス・レベルを満たすとき、アルゴリズムは、着手すべきアルゴリズム検証プロセスにとって十分に良好であるとみなされる。あるいは、最良の性能のアルゴリズムを選択する。上述のように、アルゴリズム検証プロセッサ１７は、アルゴリズムを事前テストして（ステップＣ）、ネットワーク２０内の配置に関する適性をチェックする。テストに不合格であるか、それとも合格であるかに関して判定を行う（ステップＤ）。テストに不合格であった場合、アルゴリズムを破棄し（ステップＥ）、生成およびフィットネス評価（ステップＡ）への戻りを行う。一方、テストに合格であった場合、ネットワーク・ノードでアルゴリズムを実装する（ステップＦ）。

図６のステップＡおよびＢは、図５に示す進化プロセッサ１５で行われる。図６のステップＣ、Ｄ、およびＥは、図５に示すアルゴリズム検証プロセッサ１７で行われる。このことを以下でより詳細に説明する。

次に、遺伝的プログラミング・ユニット１０の様々な構成要素および態様を説明する。具体的には、進化プロセッサ１５、モデル構築プロセッサ１４、アルゴリズム検証プロセッサ１７、およびアルゴリズム実装ステージ１２をこれから説明する。

進化プロセッサ
関数およびターミナル・セット１１１、遺伝的演算子１１２、フィットネス関数１１３、およびモデル（シミュレータ）１４からのシミュレーション結果が、進化プロセッサ１５に入力される。進化プロセッサ１５は遺伝的プログラミングに着手する。
前述のように、遺伝的プログラミング（ＧＰ）は以下のステップを含む。
（ｉ）アルゴリズムのポピュレーションを初期化する。ポピュレーションとは、個々のアルゴリズムの集合について用いられる用語であり、初期ポピュレーション内のアルゴリズムが、少なくともある程度ランダムに生成される。
（ｉｉ）ポピュレーション内の各アルゴリズムのフィットネスを計算する。フィットネスとは、アルゴリズムのタスクを達成する際のアルゴリズム性能の尺度について用いられる用語である。
（ｉｉｉ）アルゴリズムのフィットネスに基づいて、「親」となるアルゴリズムを選択する。
（ｉｖ）前のステップで選択した親に、突然変異やクロスオーバなどの遺伝的演算子を適用することによって新しいアルゴリズムを作成する。
（ｖ）新しく作成したアルゴリズムと、前世代ポピュレーションから選んだ残存物とを使用して、アルゴリズムの次世代ポピュレーションを生成する。

終了条件を満たすまで（例えば、作成したアルゴリズムがターゲット・フィットネス・レベルを満たす、または所定の世代数を作成した）、上記のステップ（ｉｉ）から（ｖ）を反復する。

進化プロセッサ１５から出力されたアルゴリズムは、進化プロセスによって選択されたものであるとみなすことができる。任意選択で、このアルゴリズムを進化プロセッサ１５からアルゴリズム検証プロセッサ１７に出力することができる。

モデル構築プロセス
遺伝的プログラミング・ユニット１０では、ノードが現在どのアルゴリズムを使用しているか、負荷、呼出しのタイプなどのノードが受けているトラフィック条件などの近隣ノード２５のステータスに関する情報、さらにはローカル基地局９自体についてのローカル情報を利用することによってモデル１４を最新に保つようにネットワーク・ノードのモデル１４に対して働くモデル構築プロセッサ１６がある。

ローカル・ノード９自体についてのローカル情報が、様々なツールを使用して、ユーザ端末によって送られた測定レポート、内蔵無線受信機（図示せず）によって行われた測定などの、ローカル無線環境に関する情報を取得するローカル情報収集プロセッサ１３によって収集される。このプロセッサ１３はまた、ローカル基地局のトラフィック負荷に関する統計などの、利用可能な内部情報をも収集する。このプロセッサ１３はまた、送信電力やアクティブなユーザ数に関する平均負荷などの、ローカル基地局９についての関連情報をそのネイバー２５に配布する。

したがって、モデル構築プロセッサ１６は、基地局に適用される無線環境および条件で生じ、したがってアルゴリズム進化プロセスに影響を有することのあるかなりの変化を組み込み、さらに、その精度を改善するようにモデル１４を改良するように働く。したがって、モデルは、時々、例えば周期的に更新されることによって変化する。モデル構築プロセッサ１６は、ネットワーク・ノード自体およびそのネイバーから取得されるネットワーク・ノードに関する情報を使用する。

アルゴリズム検証
アルゴリズム検証プロセッサ１７は、選択されたアルゴリズムを事前テストして、基地局内の配置に関する適性をチェックすることができる。必要なときは、配置前にテストが行われ、アルゴリズムが良好に振る舞い、ネットワーク内で望ましくない挙動を発生させないことを保証するように意図される。このテスティングは多くの場合、望ましくなく、ネットワーク・ノードの分散制御のためのｓｅｌｆ−ｘアルゴリズム（すなわち、自己構成、自己組織化など）にとって、予期しない挙動が生じることがあるので、特に重要である。そのような望ましくない挙動は、ネットワークの非効率な動作を引き起こすことがあり、極端な場合では、ネットワーク全体にわたるカスケーディング障害を引き起こすことがある。悪影響が一般にアルゴリズムで生じることがあり、遺伝的プログラミングによって生成されることの特定の副作用ではないことに留意されたい。

アルゴリズム検証プロセッサ１７は自動検証プロセスを実施することができる。進化プロセッサ１５からの選択されたアルゴリズムは、模擬シナリオおよび基地局のローカル環境内の基地局の最新のモデル１４を使用して開発されたが、アルゴリズムは、他のシナリオでは、望ましくない結果を引き起こす欠陥を有することがある。検出するのが容易なそのような欠陥の一例は、０除算計算である。したがって、この事前テスティングに着手することができる。

任意選択でアルゴリズムが事前テストされ、適切とみなされると、アルゴリズムがネットワーク・ノードで実装される。

アルゴリズム実装
そのとき適切とみなされるアルゴリズムが、アルゴリズム実装ステージ１２によってネットワーク・ノードで実装される。このアルゴリズム実装ステージ１２は、アルゴリズムをそのパーズ木の形で取り、それを、使用された前のアルゴリズムを置き換えるソフトウェア命令に変換する。アルゴリズム実装ステージ１２は、以下でより詳細に説明するように、アルゴリズムをそのパーズ木形から直接的に変換および実行し、パーズ木を、次いでコンパイルされるソフトウェア・コード（Ｃ＋＋、Ｊａｖａ）に変換し、またはパーズ木を決定テーブルに変換するアルゴリズム・リーダ（図示せず）を含む。

他のノードへのアルゴリズム配布
図７に示すように、検証済みアルゴリズムはまた、アルゴリズム実装ステージ１２により、その進化プロセスに含めるように近隣基地局２５（簡単のために、２１と示す１つを示す）に送られる。ネイバーの観点から見ると、基地局２１がこのアルゴリズムをそのネイバーのうちの１つから受信したとき、基地局２１は、アルゴリズムを個体として進化プロセス中のアルゴリズムの現ポピュレーションに挿入する。

このようにして近隣アルゴリズムに配布されるアルゴリズムは、ネイバーによって直ちに使用されず、さらに進化する次世代のアルゴリズムのポピュレーション内に含まれるだけである。このことを図７に示し、図７では、ローカル基地局９の観点から、近隣基地局２１がローカル基地局９の新しいアルゴリズムを受信する。この受信したアルゴリズムが偶然、基地局２１のポピュレーションの中で最良のアルゴリズムであった場合、遺伝的プロセッサ１５は、その通常動作の一部として、後続の進化のサイクルでそのアルゴリズムの使用を開始する。

このステップにより、ある基地局で進化し、検証された良好なアルゴリズムが、別の基地局に拡散される。これにより、探索が個々にではなく基地局のグループによって実施される並列計算の形で見ることのできるものにおいて、ネットワーク中のアルゴリズム適応プロセスの収束率を改善することができる。アルゴリズムの拡散は、基地局の受ける様々な環境のために限定されることがある。例えば、密集した都市環境内の基地局について良好なアルゴリズムは、必ずしも郊外または地方環境では良好に機能しない。

上述のアルゴリズムの配布は、基地局に対してと、基地局からの両方で行われ、例えば、基地局は、そのネイバーに良好なアルゴリズムを送り、さらに、そのネイバーから良好なアルゴリズムを受信する。

アルゴリズムのタイプの例：無線カバレッジの最適化
以下の例示的実施形態は、遺伝的プログラミングを使用するカバレッジ最適化アルゴリズムの作成を説明する。フェムト基地局によってサポートされるフェムトセルによって提供されるカバレッジの状況でこの実施形態を説明するが、記載の技法が、対応する基地局によってサポートされる他のセルに等しい適用性を有することを理解されよう。実施形態は、多種多様なシナリオおよび要件に対して基地局送信電力を変更するカバレッジ最適化アルゴリズムを首尾よく進化させるのに必要なビルディング・ブロックやフィットネス関数などの必要なセットアップの例を与える。上述のように、遺伝的プログラミングは進化アルゴリズムを与え、したがって、一定のタスクを実施するためのプログラムの作成を自動化するのに使用することができる。これらは、遺伝的アルゴリズムの特殊形式と見ることができる。遺伝的プログラミングは、通常はツリー構造染色体表現を使用するプログラムを進化させ、多くの場合、手作業で導出した設計よりも優れている新規な設計を作り出すことができる。したがって、基本的な目的は、遺伝的プログラミングを適用して、ネットワーク全体でグローバルに良好な挙動を生み出す、送信電力を制御するｓｅｌｆ−ｘアルゴリズムを配置することである。遺伝的プログラミングを首尾よく適用することを可能にするために、遺伝的プログラミング中に使用すべき関数およびターミナル・セット１１１、遺伝的演算子１１２、およびフィットネス関数１１３を指定することが必要である。

関数は、入力を対応する出力に関連付けるエンティティ、または特定のタスクを実施する、入力を有するサブルーチンである。ターミナルは通常、変数（センサからの入力、またはシステムの状態を示す変数を表すことがある）、定数、または明示的な入力引数を有さない関数である。フィットネス関数は、個々に進化したアルゴリズムに品質尺度を割り当てる関数であり、進化が適応すべき要件または特徴を表すために遺伝的プログラミング・プロセスで使用される。フィットネス関数は、選択プロセスの基礎を形成し、後続の世代での望ましい形質の持続性および改善を駆動する。フィットネス関数は非常に単純なものでよく、通常は、例えば、スループット、遅延、収入、カバレッジ、重複、負荷などを最大にし、または最小限に抑えることが望ましいものを含む。フィットネス関数は、システムの詳細な理解を必要とせず、特性を多くの異なる要素から構成することができる場合は特に、フィットネス関数の正しい指定が重要である。

この例は、ローカルに利用可能な情報に基づいて分散式にジョイント・カバレッジ最適化問題を解くための解の自動生成を可能にすることを試みる。このことが、ターミナル、関数、およびフィットネス関数の特定の組合せを、有用な解を進化させるための遺伝的プログラミング手法と共に使用することによって達成される。得られる解は非常にスケーラブルであり、集中型またはオフライン最適化アルゴリズムを使用するときの様々な配置シナリオに適応することができる。アルゴリズムの分散型またはオンライン設計と比較するとき、これにより、初期設計の時には予測できなかった新しい課題に対する、得られる解の柔軟性がさらに向上する。したがって、ネットワーク・シグナリング量を低減し、その安定性を向上させるために、遺伝的プログラミング手続きが、分散型アルゴリズムを生成するようにセットアップされ、分散型アルゴリズムでは、ローカルに入手可能な情報のみを使用して個々のセルによって決定が行われる。もちろん、このプロセスを集中型で実施することも可能であることを理解されよう。

使用される関数およびターミナルを以下の表１で説明する。

関数ｉｆ＿Ｌ＿ｌａｒｇｅ、ｉｆ＿Ｏ＿ｌａｒｇｅ、ｉｆ＿Ｄ＿ｌａｒｇｅは、フェムトセル測定値からの入力が直接組み込まれた、単純なｉｆ＿ｅｌｓｅループの特殊形式である。これらの特殊関数は、有用なアルゴリズムの発見を加速させるために、基本的なｉｆ＿ｅｌｓｅループの代わりに使用される。これらの関数で使用されるしきい値は、ネットワークの要件に従って設定される。例えば、負荷しきい値Ｌ_ｔｈｒは、セルに関する最大負荷容量のすぐ下に設定することができる。重複しきい値Ｏ_ｔｈｒは、例えば１０％重複に設定することができ、減少しきい値Ｄ_ｔｈｒは、２％の呼断に設定することができる。こうした単純なｉｆ＿ｅｌｓｅループは、モデル化した負荷または実際の負荷が所望のしきい値よりも高いかどうかを判定し、所望のしきい値よりも高い場合、分岐１を実行し、そうでない場合、分岐２を実行する。もちろん、値がしきい値よりも低い場合、分岐１を実行し、そうでない場合、分岐２を実行する、ｉｆ＿Ｘ＿ｓｍａｌｌ関数を利用する逆のシナリオによって同じ効果を達成できることを理解されよう。組み合わせた２つの関数および組み合わせた３つの関数は、この関数から生じる分岐を連続的に実行させる。ターミナルは、フェムト基地局がパイロット・チャネル電力を特定の増分で増大および減少させる動作である。

例示的オフィス環境では、遺伝的演算子１１２は以下のように設定することができる。
−ポピュレーション・サイズ：１００（すなわち、各反復の間に１００個の異なる進化型アルゴリズムを生成する）
−クロスオーバ率：０．９
−突然変異率：０．１
−最大ツリー深さ：８
−最大世代数：１００
−Ｌ_ＴＨＲ：８アーラン（フェムトセルの最大負荷容量）
−Ｏ_ＴＨＲ：０．３（しきい値より上に測定された複数のパイロット・チャネル電力を示す受信測定レポート数が、ユーザ機器によって送り戻されたパイロット電力測定値の総数の０．３である）
−Ｄ_ＴＨＲ：０．１（ユーザがカバレッジ・ギャップに進入する確率が１０％であることを示す）

フィットネス関数１１３が遺伝的プログラミング・プロセスで使用され、ネットワーク全体に適用されたときの進化型アルゴリズムの品質が求められる。Ｆ_{ｆｅｍｔｏ}で表して、フィットネス関数１１３は、ネットワーク内のすべてのフェムトセルのフィットネスを記述する。

上式で、Ｃ_ＤおよびＣ_Ｏは、ユーザがネットワーク内のすべてのフェムトセルの間のカバレッジ・ギャップおよびカバレッジ重複に進入する確率の平均である。負荷メトリックＣ_Ｌは以下のように定義される。

上式で、Ｎはネットワーク内のフェムトセルの総数であり、Ｌ_ｉはフェムトセルｉが受ける負荷である。Ｃ_Ｌはフェムトセルがより多くの負荷を占有するにつれて増加するが、（過負荷を防止するために）フェムトセルがフェムトセルの容量または容量のわずかに下などのしきい値を超えたときに、０まで低下する。

こうしたメトリックはすべて、その値が０≦Ｃ_Ｘ≦１となるように正規化される。重みｗ_Ｏ、ｗ_Ｄ、ｗ_Ｌが各メトリックに適用され、したがってネットワーク演算子の要件に従って様々な物体に対してより高いエンファシスを置くことが可能となる。この例では、すべての重みを１に設定する。この例で考慮するカバレッジ・ギャップ、重複、および負荷は、何らかの個々の１つのフェムトセルではなく、ネットワーク全体のものである。これは、分散アルゴリズムがカバレッジをグローバルに最適化するように進化するようなものである。こうしたパラメータは通常、ネットワークのグローバル性能を評価するためだけに使用され、分散アルゴリズムでは使用されず、分散アルゴリズムは通常、ローカル情報のみを使用する。

関数およびターミナル・セット１１１、遺伝的演算子１１２、およびフィットネス関数１１３が使用され、進化型アルゴリズムが導出される。上述のように、予想動作条件下で進化型アルゴリズムに従ってフェムト基地局のパイロット・チャネル送信電力を調節するとき、その各進化型アルゴリズムがモデル１４によって利用され、フェムト基地局の動作がシミュレートされる。その進化型アルゴリズムを利用するときのフェムト基地局の模擬動作から、予想動作条件下の基地局の性能を求めることが可能となる。次いで、フィットネス関数を使用してこの模擬性能を評価し、その進化型アルゴリズムの能力を求め、予想動作条件下で所望の動作特性を達成することができる。

この例では、１００世代後に、最高のフィットネス・レベルを有すると評価されるアルゴリズムが選択される。図８に、例示的な極めて単純化したアルゴリズムおよびその関連擬似コードを示す。実際には、委譲されるアルゴリズムは、これよりもかなり複雑になる。選択されたアルゴリズムは、遺伝的プログラミング中に生成されたすべてのアルゴリズムの最高のフィットネス・レベルを有するべきであり、予想動作条件下で負荷を最大しながら最小の重複およびギャップの所望の特性を達成するのに最も適したアルゴリズムを表すべきである。

基地局内でそのアルゴリズムを直接的に利用することが可能であるが（必要となることのある検証の対象となる）、以下の表２に示すようなより単純化した決定テーブルを生成することが一般にはより望ましく、次いで、基地局で表２を迅速に、低い動作オーバヘッドで利用して、様々な動作条件下で送信電力に対して必要な調節を求めることができる。

関連する条件を満たす各エントリについての値を進化型アルゴリズムに入力することにより、決定テーブルが生成される。例えば、Ｌを８未満、Ｏを０．３未満、Ｄを０．１未満に設定し、こうした設定値をモデル１４に入力し、得られる出力が送信電力を＋２．０ＤＢだけ変更することを記録することにより、表中の第１のエントリが導出される。次いでこのプロセスが、図示するあらゆる置換について反復され、得られる電力変更が計算され、記録される。次いでこの表が基地局に転送され、または基地局で利用される。

ここで、進化プロセスの確率的性質のために、進化実行ごとに異なるアルゴリズムが進化する可能性が高いことに留意されたい。ここで示した決定テーブルは進化型アルゴリズムから生成され、進化型アルゴリズムは、遺伝的プロセスのただ１回の実行の結果であり、進化プロセスを再度実行すると、別のアルゴリズムが生成されることになる。得られる進化型アルゴリズムの違いはわずかであることがあるが、異なる戦略を採用するアルゴリズムが生成される可能性もある。

上述のように、生成されるアルゴリズムは、十分な測定値および統計を収集した後にフェムトセルのパイロット・チャネル電力（したがってカバレッジ・エリア）を調節するものである。データ収集期間にわたってフェムトセルによって収集される統計は、受ける最高の負荷Ｌ、推定カバレッジ重複Ｏ、およびユーザがフェムトセル・カバレッジ・ギャップに入る確率Ｄである。

ここで考慮する、負荷Ｌに関する単位は、アーラン単位で測定した音声トラフィックであるが、負荷の他のメトリックも使用することができる。重複Ｏは、隣接フェムトセルからのカバレッジとの重複を受けているフェムトセルの合計カバレッジ・エリアの割合である。重複は、ユーザ機器によって送り戻される測定値を使用して近似される。重複カバレッジのエリアは、ユーザ機器が複数のフェムトセルからしきい値より上のパイロット電力を測定するエリアと定義される。フェムト基地局は、ユーザ機器によって測定される複数のパイロット・チャネル電力がしきい値よりも高い、ユーザ機器から受信される受信測定レポートの総数Ｍ_{ＴＨＲ＞１}を追跡する。フェムトセルのユーザによって送り戻されるパイロット電力測定値の総数Ｍ_{ｔｏｔａｌ}、すなわちＭ_{ＴＯＴＡＬ}に対するＭ_{ＴＨＲ＞１}の比、すなわちＯ＝Ｍ_{ＴＨＲ＞１}／Ｍ_{ＴＯＴＡＬ}によって重複が推定される。ユーザがフェムトセル・カバレッジ・ギャップに進入する確率は、Ｄ＝ｎ_Ｄ／（ｎ_Ｄ＋ｎ_Ｆ）として計算される。ただし、ｎ_Ｄはフェムトセルのユーザがカバレッジ・ギャップに進入する回数であり、その回数は、フェムトセルと、基礎をなすマクロ・セルとの間のハンドオーバ数から導出することができる。あるいは、マクロ・セル・アンダーレイが存在しない場合、ｎ_Ｄは、ユーザが最小しきい値未満のパイロット電力測定値のレポートを返す回数でよい。ｎ_Ｆは、フェムトセル−フェムトセル・ハンドオーバを介してフェムトセルを離れたユーザの総数である。

図９からわかるように、基地局で進化型アルゴリズムを利用するとき、負荷、重複、およびカバレッジが、しきい値セットに近接して収束する。さらに、図１０からわかるように、進化型アルゴリズムはフェムトセル容量に近い負荷を維持するのに対して、固定送信電力を有する従来型配置の結果、一部の基地局が軽負荷となり、他の基地局が過負荷となる（したがって、呼出し要求を拒絶しなければならない）。

したがって、上述の手法により、特定のシナリオに対する効果的な分散カバレッジ最適化アルゴリズムの自動作成が可能となり、様々な目的が非常に迅速に達成される。例えば、密集した都市環境のネットワーク・モデルを使用して、そのような環境で良好に動作するアルゴリズムを進化させることができ、使用するネットワーク・モデルを単に置き換えて、地方環境で良好に機能するアルゴリズムを生成することができる。アルゴリズム収束速度やシグナリング・オーバヘッドなどの他の性能メトリックを含むように、使用するフィットネス関数を容易に修正することができる。遺伝的プログラミングのオンライン実装と共に使用するとき、この技法は、環境の変化に応答して、基地局のカバレッジ・アルゴリズムを自動的かつ継続的に適応させ、最適化する基地局の能力を可能にする。

様々な上述の方法のステップをプログラム式コンピュータで実施できることを当業者なら直ちに理解されよう。本明細書では、いくつかの実施形態は、プログラム記憶装置機械可読またはコンピュータ可読であり、命令の機械実行可能またはコンピュータ実行可能プログラムを符号化するプログラム記憶装置、例えばデジタル・データ記憶媒体をも包含するものとし、前記命令は、前記上述の方法のステップの一部またはすべてを実施する。プログラム記憶装置は、例えば、デジタル・メモリ、磁気ディスクや磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハード・ドライブ、または光学的可読デジタル・データ記憶媒体でよい。実施形態はまた、上述の方法の前記ステップを実施するようにプログラムされたコンピュータをも包含するものとする。

「プロセッサ」または「ロジック」と標示した任意の機能ブロックを含む、図に示す様々な要素の機能は、専用ハードウェア、ならびに適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することのできるハードウェアの使用によって提供することができる。プロセッサによって提供されるとき、機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサ、または一部が共有されることのある複数の個々のプロセッサで提供することができる。さらに、「プロセッサ」または「コントローラ」または「ロジック」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することのできるハードウェアをもっぱら指すと解釈されるべきではなく、限定はしないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワーク・プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアを格納する読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、および不揮発性ストレージを暗黙的に含むことがある。従来型および／またはカスタムの他のハードウェアも含まれることがある。同様に、図に示す任意の交換機は概念的なものに過ぎない。その機能は、プログラム・ロジックの操作、専用ロジック、プログラム制御と専用ロジックの対話により、さらには手動によって実施することができ、文脈からより具体的に理解できるように、特定の技法が実装者によって選択可能である。

本明細書の任意のブロック図は、本発明の原理を実施する例示的回路の概念図を表すことを当業者は理解されたい。同様に、任意のフローチャート、流れ図、状態遷移図、擬似コードなどは、実質上コンピュータ可読媒体で表すことができ、コンピュータまたはプロセッサが明示的に示されているか否かに関わらず、そのようなコンピュータまたはプロセッサでそのように実行することのできる様々なプロセスを表すことを理解されよう。

説明および図面は本発明の原理を示すに過ぎない。したがって、本明細書に明示的に説明または図示されていないが、本発明の原理を実施し、本発明の趣旨および範囲内に含まれる様々な構成を当業者が考案できることを理解されよう。さらに、本明細書で説明したすべての例は原理的に、当技術分野を発展させることに対して本発明者（等）が寄与する本発明の原理および概念を読者が理解するのを助ける教育目的のためだけのものであることを明確に意図し、そのように具体的に説明した例および条件限定に対する限定なしに解釈されるべきである。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態、ならびにその特定の例を説明する本明細書のすべての陳述は、その均等物を包含するものとする。

Claims (15)

1. 遺伝的プログラミングにより、基地局送信電力を調節して、セルのカバレッジを制御し、所望の基地局動作特性の実現を支援する進化型アルゴリズムを生成する方法であって、
   関数およびターミナル・リストで定義される所定の関数およびターミナルを使用して、特定の基地局動作条件について前記基地局送信電力を調節すべきかどうかをそれぞれ判定する複数の進化型アルゴリズムを生成するステップと、
   基地局送信電力を調節して、カバレッジを制御し、予想動作条件下で前記所望の基地局動作特性を達成する各進化型アルゴリズムの能力を示すフィットネス・レベルを求めるステップと、
   生成する前記ステップおよび求める前記ステップを反復的に実施して、特定のフィットネス・レベルを達成したと判定される前記進化型アルゴリズムのうちの少なくとも１つを使用して別の進化型アルゴリズムを生成するステップと
   を含む方法。
2. 前記関数が、基地局動作条件と対応する所望の基地局動作特性との間の関係に基づいて異なる結果から選択するように動作可能な少なくとも条件付きステートメントを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記条件付きステートメントが、前記特定の基地局動作条件が前記対応する所望の基地局動作特性に関する所定のしきい値よりも大きいときに第１の結果を選択し、それ以外では第２の結果を選択するように動作可能なｉｆ＿ｅｌｓｅステートメントを含む請求項２に記載の方法。
4. 前記ターミナルが、基地局送信電力の増大、減少、および変化なしのうちの少なくとも１つを含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 判定する前記ステップが、前記予想動作条件下で前記進化型アルゴリズムのそれぞれを使用するときの基地局の動作をシミュレートし、模擬動作メトリックを生成するステップと、そうした模擬動作メトリックを前記所望の基地局動作特性を表すフィットネス関数に適用して、前記フィットネス・レベルを求めるステップとを含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記所望の基地局動作特性での調節を表すように前記フィットネス関数を調節するのを支援するために、前記フィットネス関数の演算子が重み付けされる請求項５に記載の方法。
7. 前記フィットネス関数が、
   

   

   を含み、上式で、Ｆが前記フィットネス・レベルであり、Ｃ_Ｏ、Ｃ_Ｄ、Ｃ_Ｌが、それぞれカバレッジ重複メトリックの模擬平均、模擬平均カバレッジ・ギャップ・メトリック、および模擬負荷メトリックであり、ｗ_Ｏ、ｗ_Ｄ、ｗ_Ｌが重みである請求項５または６に記載の方法。
8. Ｃ_Ｌが、以下のアルゴリズム
   

   

   に従って求められ、上式で、Ｎがネットワーク内のセルの総数であり、Ｌ_ｉが基地局ｉの受ける負荷であり、Ｌ_ｔｈｒが、その基地局の最大負荷容量またはそれ未満に設定されたしきい値である請求項７に記載の方法。
9. 前記進化型アルゴリズムのうちの所望の１つを選択するステップと、前記進化型アルゴリズムのうちの前記所望の１つを表す決定テーブルを作成するステップであって、前記決定テーブルが、特定の基地局動作条件に対して必要な前記基地局送信電力に対する調節を基地局に示すように動作可能であるステップと
   を含む請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記決定テーブルが、基地局動作条件と関連するしきい値との間の関係の各置換に関するエントリを含み、各エントリが、その置換に必要な前記基地局送信電力に対する調節を示す請求項９に記載の方法。
11. 基地局送信電力を調節して、セルのカバレッジを制御し、所望の基地局動作特性の実現を支援する進化型アルゴリズムを利用する方法であって、
    基地局動作条件を求めるステップと、
    前記進化型アルゴリズムに前記基地局動作条件を適用し、前記基地局送信電力を調節すべきかどうかを判定するステップと
    を含む方法。
12. 前記基地局動作条件が、基地局負荷、カバレッジ重複、およびカバレッジ・ギャップのうちの少なくとも１つを含み、求める前記ステップが、
    所定の期間にわたって基地局の受ける最高の負荷を測定することによって前記基地局負荷を求めるステップと、
    所定のしきい値より高い電力を有する他の基地局から受信した伝送を示す受信測定レポートから前記カバレッジ重複を求めるステップと、
    ハンドオーバ数および生じたカバレッジの欠如による呼断数のうちの少なくとも１つを示す受信済みの情報から前記カバレッジ・ギャップを求めるステップ
    のうちの対応する少なくとも１つを含む請求項１１に記載の方法。
13. 基地局送信電力を調節して、セルのカバレッジを制御し、所望の基地局動作特性の実現を支援する進化型アルゴリズムを遺伝的プログラミングによって生成するように動作可能なネットワーク・ノードであって、
    関数およびターミナル・リストで定義される所定の関数およびターミナルを使用して、特定の基地局動作条件について前記基地局送信電力を調節すべきかどうかをそれぞれ判定する複数の進化型アルゴリズムを生成するように動作可能な生成ロジックと、
    基地局送信電力を調節して、カバレッジを制御し、予想動作条件下で前記所望の基地局動作特性を達成する各進化型アルゴリズムの能力を示すフィットネス・レベルを求めるように動作可能な決定ロジックと、
    前記生成ロジックおよび決定ロジックを制御して、特定のフィットネス・レベルを達成したと判定される前記進化型アルゴリズムのうちの少なくとも１つを使用して別の複数の進化型アルゴリズムを反復的に生成するように動作可能な制御ロジックと
    を備えるネットワーク・ノード。
14. 遺伝的プログラミング・ユニットおよび基地局のうちの１つを含む請求項１３に記載のネットワーク・ノード。
15. コンピュータ上で実行されたとき、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法ステップを実施するように動作可能なコンピュータ・プログラム製品。

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