JP2014179822A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】帯域リソースをフロー毎に効率的に割り当て、システム全体の通信容量の増大を図ることのできる無線通信システムを提供する。
【解決手段】制御サーバ１８は、サブキャリア毎のレートテーブルに基づき、配信中フローに割り当てるサブキャリアの伝送レートの合計が配信中フローのデータレート以上となり、新規フローに割り当てるサブキャリアの伝送レートの合計が新規フローのデータレート以上となり、且つ、配信中フロー及び新規フローに割り当てるサブキャリアのサブキャリア数の合計が最小となるサブキャリアの組み合わせを選択し、選択した組み合わせのサブキャリアを配信中フロー及び新規フローに割り当て、基地局は、配信中フロー及び新規フローを、制御サーバ１８により割り当てられたサブキャリアで端末に送信する。
【選択図】図２

Description

本発明は、基地局と無線接続される端末にコンテンツを含むフローを配信する無線通信システムに関する。

次世代の高速移動体通信方式として、ＷｉＭＡＸ(Worldwide Interoperability for Microwave Access)、ＬＴＥ（Long Term
Evolution）、ＸＧＰ（eXtended Global Platform）等が国際的に注目を集めている。これらの通信方式では、マルチパスフェージングに強く、且つ、帯域リソースを効率的に利用可能であるとされる多元接続方式であるＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）が使用されている。

ＯＦＤＭＡでは、複数のサブキャリアを纏めてサブチャネルを形成し、各サブチャネルをタイムスロット毎に各端末に割り当てることにより、複数の端末が同時に通信を行うことができる（特許文献１参照）。この場合、各サブキャリアは、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等の変調方式で変調され、また、各サブキャリアによって搬送されるデータは、１／２、２／３、３／４等の符号化率で誤り訂正符号化される。

サブチャネルへのサブキャリアの割り当ては、通常、ＦＵＳＣ、ＰＵＳＣ、ＡＭＣ等の手法により行われる。ＦＵＳＣ及びＰＵＳＣは、周波数的にばらばらなサブキャリアを１つのサブチャネルに割り当てる手法であり、周波数ダイバーシチ効果を得ることができる。一方、ＡＭＣは、周波数的に近いサブキャリアを１つのサブチャネルに割り当てる手法である。変調方式及び符号化率は、基地局と各端末との間の伝搬環境に応じて適応的に選択されるものであり、サブチャネルの端末への割り当てが決まった後に決められる。

このようなＯＦＤＭＡにおいて、端末に対して帯域リソースを効率的に割り当てる方法が種々提案されている。

例えば、特許文献２では、各端末の要求伝送率以上となるようなサブキャリア数を決定し、そのサブキャリア数分の回線品質情報に基づき、通信相手毎に送信データを割り当てるサブキャリアを選択するようにしている。

特開２０１０−５０９６７号公報 特開２０１０−１６８８１号公報

しかしながら、特許文献２に開示された帯域リソースの割当方法では、端末側が要求する伝送率を満たすサブキャリア数からなるサブキャリアを各端末に割り当てているため、例えば、ある端末に配信される送信データの伝送率が当該端末に割り当てられた帯域リソースの伝送率よりも小さい場合、余分なサブキャリアが端末に割り当てられてしまう可能性がある。

本発明は、前記の不具合を解消するためになされたものであって、配信中のコンテンツを含む配信中フローと、新規に配信されるコンテンツを含む新規フローとのそれぞれのデータレートに基づき、帯域リソースをフロー毎に効率的に割り当て、システム全体の通信容量の増大を図ることのできる無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明に係る無線通信システムは、フローを受信する端末と、前記端末と無線接続する基地局と、前記フローに帯域リソースを割り当てる制御サーバと、を備え、前記制御サーバは、前記端末からサブキャリア毎の伝搬環境情報を取得し、前記伝搬環境情報に基づき、前記サブキャリア毎の伝送レートを算出する伝送レート算出部と、前記伝送レートを前記サブキャリア毎のレートテーブルとして記憶するレートテーブル記憶部と、前記レートテーブルに基づき、前記端末に配信中の配信中フローに割り当てる前記サブキャリアの前記伝送レートの合計が前記配信中フローのデータレート以上となり、前記端末に新規に配信される新規フローに割り当てる前記サブキャリアの前記伝送レートの合計が前記新規フローのデータレート以上となり、且つ、前記配信中フロー及び前記新規フローに割り当てる前記サブキャリアのサブキャリア数の合計が最小となる前記サブキャリアの組み合わせを選択し、選択した前記組み合わせの前記サブキャリアを前記配信中フロー及び前記新規フローに割り当てる帯域リソース割当部と、を有し、前記基地局は、前記制御サーバが割り当てた前記サブキャリアにより前記配信中フロー及び前記新規フローを前記端末に送信することを特徴とする。

前記無線通信システムにおいて、前記制御サーバは、前記配信中フロー及び前記新規フローの前記データレートを配信フローテーブルとして記憶する配信フローテーブル記憶部を備え、前記帯域リソース割当部は、前記配信フローテーブルの前記データレートと、前記レートテーブルの前記伝送レートとに基づき、前記配信中フローに前記サブキャリアを再割り当てすることを特徴とする。

前記無線通信システムにおいて、前記制御サーバは、前記配信中フローの配信が終了すると、前記配信中フローに係るデータを前記配信フローテーブルから削除し、前記帯域リソース割当部は、前記配信フローテーブル記憶部に記憶されている残余の前記配信フローテーブルの前記データレートと、前記レートテーブルの前記伝送レートとに基づき、前記配信中フローに前記サブキャリアを再割り当てすることを特徴とする。

前記無線通信システムにおいて、前記制御サーバは、前記配信中フローの前記データレートが変化すると、前記配信中フローに対応する前記配信フローテーブルの前記データレートを更新し、前記帯域リソース割当部は、更新された前記配信フローテーブルの前記データレートと、前記レートテーブルの前記伝送レートとに基づき、前記配信中フローに前記サブキャリアを再割り当てすることを特徴とする。

前記無線通信システムにおいて、前記帯域リソース割当部は、前記端末から取得した前記伝搬環境情報に基づいて前記レートテーブルの前記伝送レートが更新されると、前記配信フローテーブルの前記データレートと、更新された前記レートテーブルの前記伝送レートとに基づき、前記配信中フローに前記サブキャリアを再割り当てすることを特徴とする。

前記無線通信システムにおいて、前記帯域リソース割当部は、前記サブキャリア及びタイムスロットに基づく前記帯域リソースを前記配信中フロー及び前記新規フローに割り当てることを特徴とする。

本発明の無線通信システムでは、配信中フローに割り当てるサブキャリアの伝送レートの合計が配信中フローのデータレート以上となり、新規に配信されるコンテンツを含む新規フローに割り当てるサブキャリアの伝送レートの合計が新規フローのデータレート以上となり、且つ、配信中フロー及び新規フローに割り当てるサブキャリアのサブキャリア数の合計が最小となるサブキャリアの組み合わせを選択し、選択した組み合わせのサブキャリアを配信中フロー及び新規フローに割り当てることにより、帯域リソースを効率的に利用して配信中フロー及び新規フローを配信することができる。この結果、システム全体の実質的な通信容量の増大を図ることができる。また、帯域リソースの割り当て処理は、制御サーバが行うことにより、基地局の負荷を軽減させることができる。

本実施形態に係る無線通信システムの概略ブロック図である。 図１に示す無線通信システムを構成する制御サーバの構成ブロック図である。 図２に示す制御サーバのレートテーブル記憶部に記憶されるレートテーブルの説明図である。 図２に示す制御サーバの配信フローテーブル記憶部に記憶される配信フローテーブルの説明図である。 本実施形態に係る無線通信システムにおいて、制御サーバのレートテーブルを作成し、又は、更新するタイミングチャートである。 本実施形態に係る無線通信システムにおいて、新規フローに帯域リソースを割り当て、また、配信中フロー及び新規フローのそれぞれに帯域リソースを割り当てて配信するタイミングチャートである。 図７Ａは、新規フローのデータが登録された配信フローテーブルの説明図、図７Ｂは、新規フローの配信が終了し、新規フローのデータが削除された配信フローテーブルの説明図である。 図８Ａは、配信中フローのデータに加えて、新規フローのデータが登録された配信フローテーブルの説明図、図８Ｂは、配信中フローの配信が終了し、配信中フローのデータが削除された配信フローテーブルの説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る無線通信システム１０の概略ブロック図である。

無線通信システム１０は、通信機能を有するコンピュータや携帯電話等である端末（ＭＳ）１２ａ〜１２ｃと、端末１２ａ〜１２ｃが無線接続する基地局（ＢＳ）１４と、ルータ１６と、制御サーバ１８とを備える。基地局１４は、バックボーンネットワーク２０と接続する。また、バックボーンネットワーク２０は、ルータ１６、２２を介してコアネットワーク２４と接続し、また、インターネット２６と接続する。

端末１２ａ〜１２ｃは、基地局１４の通信エリア内に位置する。ルータ１６は、インターネット２６からコアネットワーク２４を介してバックボーンネットワーク２０に送信されるフローを転送する。また、ルータ１６は、フローの送信元ＩＰアドレス、宛先ＩＰアドレス、ポート番号等を参照して、フローを識別する。さらに、ルータ１６は、フローのデータレートを計測し、計測したデータレートを制御サーバ１８に通知する。

ここで、「フロー」とは、端末１２ａ〜１２ｃに配信されるコンテンツを含むデータの流れを意味し、「コンテンツ」とは、図示しないストリーミングサーバに保存されている配信対象である映像、音楽等のデータを意味する。

図２は、図１に示す無線通信システム１０を構成する制御サーバ１８の構成ブロック図である。制御サーバ１８は、端末１２ａ〜１２ｃと基地局１４との間の通信状態を示す伝搬環境情報であるＣＩＮＲ（Carrier-to-Interference-plus-Noise Ratio）に基づき、伝送レートを算出する伝送レート算出部３０と、端末１２ａ〜１２ｃのサブキャリア毎に算出された伝送レートをレートテーブル４０（図３）として記憶するレートテーブル記憶部３２とを備える。また、制御サーバ１８は、端末１２ａ〜１２ｃに配信中のフロー（以下、「配信中フロー」と言う。）のデータレートと、端末１２ａ〜１２ｃに新規に配信されるフロー（以下、「新規フロー」と言う。）のデータレートとを含む配信フローテーブル４２（図４）を記憶する配信フローテーブル記憶部３４を備える。さらに、制御サーバ１８は、配信中フロー及び新規フローのそれぞれに帯域リソースを割り当てる帯域リソース割当部３６と、送受信制御部３８とを備える。

伝送レート算出部３０は、端末１２ａ〜１２ｃから基地局１４を介して送信されるサブキャリア毎のＣＩＮＲを送受信制御部３８により取得し、取得したＣＩＮＲと、サブキャリアの変調方式及び符号化率ＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）とに基づいて端末１２ａ〜１２ｃのサブキャリア毎の伝送レートを算出する。

帯域リソース割当部３６は、配信中フローと新規フローとのそれぞれに対して、帯域リソースを割り当てる。すなわち、帯域リソース割当部３６は、配信フローテーブル記憶部３４に記憶されている配信フローテーブル４２のデータレートと、レートテーブル記憶部３２に記憶されているレートテーブル４０の伝送レートとに基づき、配信中フローに割り当てるサブキャリアの伝送レートの合計が配信中フローのデータレート以上となり、新規フローに割り当てるサブキャリアの伝送レートの合計が新規フローのデータレート以上となり、且つ、配信中フロー及び新規フローに割り当てるサブキャリアのサブキャリア数の合計が最小となるサブキャリアの組み合わせを選択し、選択した組み合わせのサブキャリア及びタイムスロットを帯域リソースとして各フローに割り当てる。

送受信制御部３８には、伝送レート算出部３０、配信フローテーブル記憶部３４及び帯域リソース割当部３６が接続される。送受信制御部３８は、端末１２ａ〜１２ｃに配信されるフローの情報をルータ１６から受信する制御を行う。この場合、フローの情報とは、フローの送信元ＩＰアドレス、宛先ＩＰアドレス、フローを識別するフロー識別子、ルータ１６が計測したフローのデータレートである。また、送受信制御部３８は、レートテーブル４０を更新するためのＣＩＮＲを端末１２ａ〜１２ｃから受信する制御を行う。さらに、送受信制御部３８は、フローの配信先である端末１２ａ〜１２ｃがネットワークエントリしている基地局１４をコアネットワーク２４に問い合わせ、その基地局情報を受信する制御を行う。さらにまた、送受信制御部３８は、帯域リソース割当部３６によって各フローに割り当てられた帯域リソースの割当パターンを基地局１４に送信する制御を行う。

図３は、レートテーブル記憶部３２に記憶されるレートテーブル４０の説明図である。レートテーブル４０は、端末１２ａ〜１２ｃと、基地局１４と、サブキャリアｆ１〜ｆ３と、サブキャリアｆ１〜ｆ３の変調方式及び符号化率ＭＣＳ（ＱＰＳＫ１／２、１６ＱＡＭ３／４、６４ＱＡＭ３／４）との組み合わせからなる割当パターン１〜２７に対して、端末１２ａ〜１２ｃから送信されるサブキャリア毎のＣＩＮＲに基づいて算出される伝送レートを設定したテーブルである。レートテーブル４０は、伝送レート算出部３０によって作成される。例えば、割当パターン１は、端末１２ａと基地局１４との間のサブキャリアｆ１のＭＣＳがＱＰＳＫ１／２であるとき、伝送レート算出部３０により算出された伝送レートが１１．５Mbpsであることを表している。レートテーブル４０は、端末１２ａ〜１２ｃから送信されるＣＩＮＲに基づき、伝送レート算出部３０により適宜更新される。なお、サブキャリア数は、説明を簡単にするため、サブキャリアｆ１〜ｆ３の３本としているが、この数に限定されるものではない。

図４は、配信フローテーブル記憶部３４に記憶される配信フローテーブル４２の説明図である。配信フローテーブル４２は、配信中フロー又は新規フローを識別するためのフロー識別子と、ルータ１６が計測した各フローのデータレート（例えば、xxMbps）と、各フローが経由する基地局１４を特定する基地局情報と、配信先の端末１２ａ〜１２ｃを特定する配信先情報とが設定されたテーブルであり、送受信制御部３８によって作成される。

次に、本実施形態に係る無線通信システム１０の動作について説明する。図５は、本実施形態に係る無線通信システム１０において、制御サーバ１８のレートテーブル４０を作成し、又は、更新するタイミングチャートである。図６は、本実施形態に係る無線通信システム１０において、新規フローに帯域リソースを割り当て、また、配信中フロー及び新規フローのそれぞれに帯域リソースを割り当てて配信するタイミングチャートである。図７Ａは、新規フローのデータが登録された配信フローテーブル４２の説明図、図７Ｂは、新規フローの配信が終了し、新規フローのデータが削除された配信フローテーブル４２の説明図である。図８Ａは、配信中フローのデータに加えて、新規フローのデータが登録された配信フローテーブル４２の説明図、図８Ｂは、配信中フローの配信が終了し、配信中フローのデータが削除された配信フローテーブル４２の説明図である。

［レートテーブル４０の作成（更新）］
先ず、図５に示すタイミングチャートに基づき、レートテーブル４０の作成又は更新処理について説明する。

端末１２ａ〜１２ｃは、基地局１４に割り当てられている全てのサブキャリアｆ１〜ｆ３について、端末１２ａ〜１２ｃが測定したＣＩＮＲを基地局１４に送信する。基地局１４は、端末１２ａ〜１２ｃから受信したＣＩＮＲをルータ１６を介して制御サーバ１８に送信する（ステップＳ１）。

制御サーバ１８は、端末１２ａ〜１２ｃから送信されたＣＩＮＲを送受信制御部３８により受信すると、伝送レート算出部３０において、ＣＩＮＲに基づき、全てのサブキャリアｆ１〜ｆ３と、無線通信システム１０がサポートしている全てのＭＣＳとの組み合わせに対する伝送レートを算出する（ステップＳ２）。なお、ＣＩＮＲの値が小さく、例えば、ＭＣＳとして高い変調度の変調方式である６４ＱＡＭの場合、伝送レートが０になることもある。

伝送レート算出部３０は、算出された伝送レートを用いてレートテーブル４０を作成し、又は、伝送レートが既に設定されている場合には、レートテーブル４０の伝送レートを更新する（ステップＳ３）。作成又は更新されたレートテーブル４０は、端末１２ａ〜１２ｃ、基地局１４、サブキャリアｆ１〜ｆ３、ＭＣＳ及び伝送レートからなる割り当てパターン１〜２７としてレートテーブル記憶部３２に記憶される。なお、基地局１４と端末１２ａ〜１２ｃと間の伝搬環境は、移動する端末１２ａ〜１２ｃの位置や電波状況に応じて変化しているため、レートテーブル４０は、端末１２ａ〜１２ｃから送信されるＣＩＮＲに基づき、適宜更新される。

［新規フローに対する帯域リソースの割り当て］
次に、図６に示すタイミングチャートに基づき、端末１２ａ〜１２ｃに対して新規に配信される新規フローに帯域リソースを割り当てる処理について説明する。

端末１２ａ〜１２ｃは、基地局１４及びルータ１６を介して、インターネット２６に属する図示しないストリーミングサーバに新規フローの配信を要求する（ステップＳ１１）。要求を受け付けたストリーミングサーバは、インターネット２６からルータ１６及び基地局１４を介して端末１２ａ〜１２ｃに新規フローの配信を開始する（ステップＳ１２）。なお、この時点では、新規フローは、基地局１４に既に割り当てられている帯域リソースに従って端末１２ａ〜１２ｃに配信される。

一方、ルータ１６は、端末１２ａ〜１２ｃに配信される新規フローを識別するためのフロー識別子と、配信先である端末１２ａ〜１２ｃを特定する配信先情報とを新規フローから取得する。また、ルータ１６は、新規フローのデータレートを計測する。そして、ルータ１６は、取得した新規フローの識別子及び配信先情報と、計測した新規フローのデータレートとを制御サーバ１８に送信する（ステップＳ１３）。

制御サーバ１８の送受信制御部３８は、新規フローに係る情報である識別子、配信先情報及びデータレートを受信すると、配信先情報に基づき、新規フローの配信を要求している端末１２ａ〜１２ｃがネットワークエントリしている基地局１４を特定する基地局情報を、コアネットワーク２４に属する図示しないＡＡＡサーバに問い合わせる（ステップＳ１４）。送受信制御部３８は、基地局情報を受信すると（ステップＳ１５）、フロー識別子、データレート、基地局情報及び配信先情報からなる配信フローテーブル４２を作成し、配信フローテーブル記憶部３４に登録する（ステップＳ１６）。図７Ａは、フロー識別子が１、データレートが２０Mbps、基地局情報が基地局１４、配信先情報が端末１２ａとして登録された新規フローの配信フローテーブル４２のデータを例示する。

次に、制御サーバ１８の帯域リソース割当部３６は、ステップＳ３（図５）で作成され、又は、更新されてレートテーブル記憶部３２に記憶されているレートテーブル４０と、ステップＳ１６で配信フローテーブル記憶部３４に登録された新規フローの配信フローテーブル４２とを用いて、新規フローに対する帯域リソースの割り当て処理を行う（ステップＳ１７）。

すなわち、帯域リソース割当部３６は、配信フローテーブル４２（図７Ａ）に登録された新規フローのデータレート、配信先の基地局１４及び端末１２ａ〜１２ｃを特定する情報と、前記基地局１４及び前記端末１２ａ〜１２ｃに対応するレートテーブル４０（図３）の各サブキャリアの伝送レートとを用いて、伝送レートの合計が新規フローのデータレート以上となり、且つ、新規フローに割り当てるサブキャリアのサブキャリア数の合計が最小となるサブキャリアの組み合わせを選択する。そして、選択した組み合わせのサブキャリア及び所定のタイムスロットからなる帯域リソースを新規フローに割り当てる。

例えば、図７Ａに示すように、配信フローテーブル４２に登録された新規フローのデータレートが２０Mbpsであるとする。かかる場合、レートテーブル４０の割り当てパターン１〜９から選択される伝送レートの合計が２０Mbps以上となるサブキャリアの全ての組み合わせ、例えば、割当パターン１及び４の組み合わせ、割当パターン１及び７の組み合わせ、割当パターン４及び７の組み合わせ等が割当ての候補となる。そこで、帯域リソース割当部３６は、新規フローに対する前記割り当ての候補から、サブキャリア数が最小となるサブキャリアの組み合わせとなる割当パターンを選択する。

このようにしてサブキャリア及びＭＣＳの組み合わせを選択することにより、新規フローに対して、必要最小限の帯域リソースを割り当てることができる。この結果、システム全体の通信容量の増大を図ることができる。また、帯域リソースの割り当て処理は、制御サーバ１８が行っているため、割り当て処理に対する基地局１４の負荷が軽減される効果が得られる。

上記のようにして決定された帯域リソースの割当パターンは、送受信制御部３８からルータ１６を介して基地局１４に送信される（ステップＳ１８）。基地局１４は、受信した割当パターンに従い、新規フローに対してサブキャリア、タイムスロット及びＭＣＳを設定し、帯域リソースを決定する（ステップＳ１９）。新規フローは、新たに割り当てられた帯域リソースに従い、基地局１４から端末１２ａ〜１２ｃに配信される。

一方、基地局１４と端末１２ａ〜１２ｃと間の伝搬環境は、移動する端末１２ａ〜１２ｃの位置や電波状況に応じて変化している。そこで、端末１２ａ〜１２ｃは、ステップＳ１の処理と同様に、各サブキャリアのＣＩＮＲを適宜測定し、基地局１４及びルータ１６を介して制御サーバ１８に送信する（ステップＳ２０）。制御サーバ１８の送受信制御部３８は、ＣＩＮＲを受信すると、伝送レート算出部３０がサブキャリア及びＭＣＳに対する伝送レート算出し（ステップＳ２１）、レートテーブル４０を更新する（ステップＳ２２）。

帯域リソース割当部３６は、レートテーブル４０が更新されると、ステップＳ１７の場合と同様にして、新規フローに対する帯域リソースの再割り当てを行う（ステップＳ２３）。制御サーバ１８は、再割り当てされた帯域リソースの割当パターンを基地局１４に送信する（ステップＳ２４）。基地局１４は、受信した新たな割当パターンに従い、端末１２ａ〜１２ｃの帯域リソースを変更する（ステップＳ２５）。従って、新規フローは、再割り当てされた帯域リソースに基づいて端末１２ａ〜１２ｃに配信される。なお、ステップＳ２０〜Ｓ２５の再割り当ての処理は、レートテーブル４０が更新される毎に繰り返される。

また、端末１２ａ〜１２ｃに配信されるフローのデータレートは、インターネット２６のトラフィックの変動によって変化する。また、フローは、可変ビットレートで配信されるコンテンツの場合もあるため、ビットレートの変更によって変化することもある。

そこで、制御サーバ１８は、ルータ１６から配信中のフローに係るデータレートの変化の通知を受信すると（ステップＳ２６）、配信フローテーブル４２の該当するフローに係るデータレートを更新する（ステップＳ２７）。帯域リソース割当部３６は、配信フローテーブル４２が更新されると、ステップＳ１７の場合と同様にして、フローに対する帯域リソースの再割り当てを行う（ステップＳ２８）。制御サーバ１８は、再割り当てされた帯域リソースの割り当てパターンを基地局１４に送信する（ステップＳ２９）。基地局１４は、受信した新たな割当パターンに従い、端末１２ａ〜１２ｃの帯域リソースを変更する（ステップＳ３０）。この結果、基地局１４は、変化したデータレートに応じて、帯域リソースを効率的に活用して新規フローを端末１２ａ〜１２ｃに配信することができる。

また、配信中フローの配信が終了した場合、ステップＳ２６〜Ｓ３０と同様の処理が行われる。すなわち、ルータ１６は、配信中フローに係るデータレートが０に変化した旨を制御サーバ１８に通知する。制御サーバ１８は、データレートが０に変化した通知を受けると（ステップＳ２６）、配信フローテーブル４２から該当する配信中フローのデータを削除する（ステップＳ２７）。なお、制御サーバ１８は、データレートが０に変化した通知を受信することで配信中フローを削除する代わりに、データレートが一定期間０である配信中フローを削除するようにしてもよい。

図７Ｂは、図７Ａのフロー識別子１で特定される配信の終了した配信中フローに対応するデータが削除された配信フローテーブル４２を示す。この場合、帯域リソース割当部３６は、現在配信されている配信中フローに対してのみ帯域リソースを割り当てる（ステップＳ２８）。再割り当てされた帯域リソースの割り当てパターンは、基地局１４に送信される（ステップＳ２９）。基地局１４は、受信した新たな割当パターンに従い、端末１２ａ〜１２ｃの帯域リソースを変更する（ステップＳ３０）。

このように、配信中フローのデータレートが変化する場合若しくは０になる場合、又は、移動する端末１２ａ〜１２ｃの位置や電波状況によって伝送レートが変化する場合、これらの変化に適宜対応して、配信中フローの帯域リソースの再割り当てを行うことにより、帯域リソースの効率的な利用が図れ、最適な通信状態を維持することができる。また、適切な帯域リソースが効率的に配信中フローに割り当てられるため、システム全体の通信容量の増大を図ることができる。さらに、帯域リソースの割り当て処理は、制御サーバ１８が行っているため、割り当て処理に対する基地局１４の負荷が軽減される効果が得られる。

［配信中フロー及び新規フローに対する帯域リソースの割り当て］
次に、ストリーミングサーバから配信中フローが配信中の場合であって、さらに新規フローが配信される場合の帯域リソースの割り当て処理について説明する。

端末１２ａ〜１２ｃは、ストリーミングサーバに新規フローの配信を要求する（ステップＳ１１）。要求を受け付けたストリーミングサーバは、端末１２ａ〜１２ｃに新規フローの配信を開始する（ステップＳ１２）。ルータ１６は、端末１２ａ〜１２ｃに配信される新規フローの識別子、配信先情報及びデータレートを制御サーバ１８に送信する（ステップＳ１３）。

制御サーバ１８の送受信制御部３８は、新規フローに係る識別子、配信先情報、データレート、基地局情報を取得すると（ステップＳ１４、Ｓ１５）、配信フローテーブル４２にデータを追加登録する（ステップＳ１６）。例えば、図８Ａにおいて、フロー識別子１で特定されるデータが配信中フローに対応するデータであるとすると、新規フローに対応するデータは、フロー識別子２で特定されるデータとして配信フローテーブル４２に追加される。

次に、制御サーバ１８の帯域リソース割当部３６は、レートテーブル記憶部３２に記憶されているレートテーブル４０と、配信フローテーブル記憶部３４に登録されている配信フローテーブル４２とを用いて、配信中フロー及び新規フローに対する帯域リソースの割り当て処理を行う（ステップＳ１７）。

帯域リソース割当部３６は、配信フローテーブル４２（図８Ａ）に登録された配信中フロー（フロー識別子１）及び新規フロー（フロー識別子２）のデータレートと、配信先の基地局１４及び端末１２ａ〜１２ｃの情報と、前記基地局１４及び前記端末１２ａ〜１２ｃに対応するレートテーブル４０（図３）の各サブキャリアの伝送レートとを用いて、帯域リソースの割り当て処理を行う。すなわち、帯域リソース割当部３６は、配信中フローに割り当てるサブキャリアの伝送レートの合計が配信中フローのデータレート以上となり、新規フローに割り当てるサブキャリアの伝送レートの合計が新規フローのデータレート以上となり、且つ、配信中フロー及び新規フローに割り当てるサブキャリアのサブキャリア数の合計が最小となるサブキャリアの組み合わせを選択する。そして、選択した組み合わせのサブキャリア及び所定のタイムスロットからなる帯域リソースを配信中フロー及び新規フローにそれぞれ割り当てる。

例えば、図８Ａにおいて、端末１２ａに配信されている配信中フロー（フロー識別子１）に要求されるデータレートが２０Mbpsであるとすると、端末１２ａがネットワークエントリしている基地局１４に係るレートテーブル４０（図３）の伝送レートの合計が２０Mbps以上となるサブキャリアの全ての組み合わせ、例えば、割当パターン１及び４の組み合わせ、割当パターン１及び７の組み合わせ、割当パターン４及び７の組み合わせ等を割当ての候補とすることができる。

また、端末１２ｂに配信される新規フロー（フロー識別子２）に要求されるデータレートが１０Mbpsであるとすると、端末１２ｂがネットワークエントリしている基地局１４に係るレートテーブル４０（図３）の伝送レートの合計が１０Mbps以上となるサブキャリアの全ての組み合わせ、例えば、割当パターン１０、割当パターン１１、割当パターン１２及び１４の組み合わせ、割当パターン１２及び１８の組み合わせ等を割り当ての候補とすることができる。

そして、配信中フローに対する再割り当ての候補を構成するサブキャリアのサブキャリア数と、新規フローに対する割り当ての候補を構成するサブキャリアのサブキャリア数との合計が最小となるサブキャリアの組み合わせを選択する。例えば、上述した例では、配信中フローに対しては、割当パターン１及び４の組み合わせ、又は、割当パターン１及び７の組み合わせのサブキャリアを再割り当てする。また、新規フローに対しては、配信中フローのサブキャリアとは異なるサブキャリアにより構成される割当パターン１０又は１１のサブキャリアを割り当てることにより、合計で３本のサブキャリアが割り当てられる。このようにしてサブキャリア及び所定のタイムスロットの組み合わせを選択することにより、配信中フロー及び新規フローに対して、必要最小限の帯域リソースを割り当てることができる。この結果、システム全体の通信容量の増大を図ることができる。また、帯域リソースの割り当て処理は、制御サーバ１８が行っているため、割り当て処理に対する基地局１４の負荷が軽減される効果が得られる。

上記のようにして決定された帯域リソースの割当パターンは、送受信制御部３８から基地局１４に送信される（ステップＳ１８）。基地局１４は、受信した割当パターンに従い、配信中フロー及び新規フローに対してサブキャリア、タイムスロット及びＭＣＳを設定し、帯域リソースを決定する（ステップＳ１９）。配信中フロー及び新規フローは、割り当てられた帯域リソースを用いて端末１２ａ〜１２ｃに配信される。

一方、帯域リソース割当部３６は、配信中フローに対して、伝送レートが更新されるレートテーブル４０を用いて、所定のタイミング、例えば、レートテーブル４０が更新されるタイミングで配信中フローに帯域リソースの再割り当てを行う（ステップＳ２０〜２３）。再割り当てされた帯域リソースの割当パターンは、基地局１４に送信され（ステップＳ２４）、基地局１４は、受信した割当パターンに従い端末１２ａ〜１２ｃの帯域リソースを変更する（ステップＳ２５）。なお、ステップＳ２０〜Ｓ２５の処理は、例えば、レートテーブル４０が更新される毎に繰り返される。

また、制御サーバ１８は、ルータ１６から配信終了を含むデータレートの変化の通知を受信すると（ステップＳ２６）、配信フローテーブル４２の該当するフローに係るデータレートを更新する（ステップＳ２７）。帯域リソース割当部３６は、配信フローテーブル４２が更新されると、配信フローテーブル４２の残余のデータに基づき、フローに対する帯域リソースの再割り当てを行う（ステップＳ２８）。そして、制御サーバ１８は、再割り当てされた帯域リソースの割当パターンを基地局１４に送信する（ステップＳ２９）。基地局１４は、送信された割当パターンにしがたい、端末１２ａ〜１２ｃの帯域リソースを変更する（ステップＳ３０）。

図８Ｂは、図８Ａのフロー識別子１で特定される配信の終了した配信中フローに対応するデータが削除され、フロー識別子２で特定される配信中フローのデータが残っている配信フローテーブル４２を示す。帯域リソース割当部３６は、次に帯域リソースの割り当て処理を行う場合、現在配信されている配信中フロー又は新規フローに対してのみ帯域リソースを割り当てることができる。

本実施形態では、帯域リソースを上記のように割り当てることにより、特に、特許文献２に開示された割当方法と比較すると、帯域リソースを効率的に利用することができる。

すなわち、特許文献２に開示された割当方法では、例えば、フローのデータレートではなく、端末の伝送レートに対してサブキャリア数を決定している。この場合、フローを配信するために必要なデータレートが２０Mbpsであり、端末の伝送レートが３０Mbpsであるとすると、例えば、伝送レートが１１．５Mbpsであるサブキャリアｆ１の割当パターン１と、伝送レートが１１．０Mbpsであるサブキャリアｆ２の割当パターン４と、伝送レートが１１．５Mbpsであるサブキャリアｆ３の割当パターン７とが端末に割り当てられることになる。従って、特許文献２では、端末に３本のサブキャリアｆ１〜ｆ３の帯域リソースが割り当てられることになる。

これに対して、本実施形態の場合には、データレートが２０Mbpsのフローが配信される端末１２ａ〜１２ｃに対して２本のサブキャリアｆ１及びｆ２の帯域リソースのみが割り当てられるため、端末１６ａ〜１６ｃの帯域リソースを効率的に利用することができる。

ここで、帯域リソースを端末１２ａ〜１２ｃに割り当てる際、以下の制限がある。すなわち、（１）１つのフローに既に割り当てられているサブキャリアは、他のフローに割り当てることができない。異なるフロー間の干渉を回避するためである。（２）各フローのデータレートを満足するサブキャリア数は、各割当パターンの伝送レートの合計が、各フローのデータレート以上となり、且つ、各フロー毎に割り当てるサブキャリア数の合計が最小となるように設定する。この制限（２）により、フローに割り当てられる帯域リソースを必要最小限として、帯域リソースを効率的に利用することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。

例えば、制御サーバ１８は、１台の基地局１４による帯域リソースを管理制御するものとして説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、複数台の基地局の帯域リソースを管理制御することもできる。すなわち、図３のレートテーブル４０は、説明の便宜上、３台の端末１２ａ〜１２ｃと、１台の基地局１４と、３本のサブキャリアｆ１〜ｆ３と、３種類のＭＣＳとの関係を示しているが、端末１２ａ〜１２ｃ及び基地局１４の台数、サブキャリアの本数、ＭＣＳの種類は、これらに限定されるものではない。

さらに、本発明の無線通信システムは、既存のネットワーク制御技術であるオープンフロー（Open Flow）を利用して実現することができる。すなわち、フローの配信先である端末１２ａ〜１２ｃと基地局１４との間の伝搬環境情報であるＣＩＮＲと、フローが要求するデータレートとに応じた帯域リソースの割り当ては、オープンフローを制御するコントローラが判断し、基地局１４に実装されたオープンフロースイッチにフローテーブルの変更という形式で通知することにより、本発明の実施形態に係る無線通信システムを実現することが可能である。

１０…無線通信システム
１２ａ〜１２ｃ…端末
１４…基地局
１６、２２…ルータ
１８…制御サーバ
２０…バックボーンネットワーク
２４…コアネットワーク
２６…インターネット
３０…伝送レート算出部
３２…レートテーブル記憶部
３４…配信フローテーブル記憶部
３６…帯域リソース割当部
３８…送受信制御部
４０…レートテーブル
４２…配信フローテーブル

Claims (6)

1. フローを受信する端末と、
   前記端末と無線接続する基地局と、
   前記フローに帯域リソースを割り当てる制御サーバと、
   を備え、
   前記制御サーバは、
   前記端末からサブキャリア毎の伝搬環境情報を取得し、前記伝搬環境情報に基づき、前記サブキャリア毎の伝送レートを算出する伝送レート算出部と、
   前記伝送レートを前記サブキャリア毎のレートテーブルとして記憶するレートテーブル記憶部と、
   前記レートテーブルに基づき、前記端末に配信中の配信中フローに割り当てる前記サブキャリアの前記伝送レートの合計が前記配信中フローのデータレート以上となり、前記端末に新規に配信される新規フローに割り当てる前記サブキャリアの前記伝送レートの合計が前記新規フローのデータレート以上となり、且つ、前記配信中フロー及び前記新規フローに割り当てる前記サブキャリアのサブキャリア数の合計が最小となる前記サブキャリアの組み合わせを選択し、選択した前記組み合わせの前記サブキャリアを前記配信中フロー及び前記新規フローに割り当てる帯域リソース割当部と、
   を有し、前記基地局は、前記制御サーバが割り当てた前記サブキャリアにより前記配信中フロー及び前記新規フローを前記端末に送信することを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１記載の無線通信システムにおいて、
   前記制御サーバは、前記配信中フロー及び前記新規フローの前記データレートを配信フローテーブルとして記憶する配信フローテーブル記憶部を備え、
   前記帯域リソース割当部は、前記配信フローテーブルの前記データレートと、前記レートテーブルの前記伝送レートとに基づき、前記配信中フローに前記サブキャリアを再割り当てすることを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項２記載の無線通信システムにおいて、
   前記制御サーバは、前記配信中フローの配信が終了すると、前記配信中フローに係るデータを前記配信フローテーブルから削除し、
   前記帯域リソース割当部は、前記配信フローテーブル記憶部に記憶されている残余の前記配信フローテーブルの前記データレートと、前記レートテーブルの前記伝送レートとに基づき、前記配信中フローに前記サブキャリアを再割り当てすることを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項２又は３記載の無線通信システムにおいて、
   前記制御サーバは、前記配信中フローの前記データレートが変化すると、前記配信中フローに対応する前記配信フローテーブルの前記データレートを更新し、
   前記帯域リソース割当部は、更新された前記配信フローテーブルの前記データレートと、前記レートテーブルの前記伝送レートとに基づき、前記配信中フローに前記サブキャリアを再割り当てすることを特徴とする無線通信システム。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の無線通信システムにおいて、
   前記帯域リソース割当部は、前記端末から取得した前記伝搬環境情報に基づいて前記レートテーブルの前記伝送レートが更新されると、前記配信フローテーブルの前記データレートと、更新された前記レートテーブルの前記伝送レートとに基づき、前記配信中フローに前記サブキャリアを再割り当てすることを特徴とする無線通信システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線通信システムにおいて、
   前記帯域リソース割当部は、前記サブキャリア及びタイムスロットに基づく前記帯域リソースを前記配信中フロー及び前記新規フローに割り当てることを特徴とする無線通信システム。