JP2014212569A - 通信システムのためのアクセス媒体の過負荷管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アクセス媒体の過負荷状態が起こった場合に、システムを安定な状態に戻す制御メカニズムを提供する。【解決手段】通信ネットワーク２２のアクセス媒体２４での過負荷又は輻輳状態が、アクセス媒体２４の容量の輻輳又は過負荷に相当するアクセス媒体２４上のアクセス試行量を示す少なくとも１つの条件によって表示される。条件として、アクセス媒体の占有レベル、成功したアクセス試行に関連する平均アクセスプローブ数、受信パワーと干渉の関係、緊急事態及びネットワーク構成又は保守手順等がある。輻輳又は過負荷が起こると、アクセス媒体を安定化させるための輻輳又は過負荷を低減するための手法として、アクセス試行を行うユーザ数又はユーザのアクセス試行の頻度を低減することによってアクセス試行数を抑制する。【選択図】図１

Description

本発明は通信に関する。より具体的には、本発明は通信システムにおけるアクセス媒体を管理することに関する。

通信システムは、個々の装置が通信セッションを行うためにシステムのリソースにアクセスするためのアクセス媒体を含むことがある。無線通信システムにおいて、例えば、無線アクセス端末は、通信システム又はネットワークへのアクセスを得るために全てのユーザ又は端末がアクセスしなければならない共通チャネルを用いる。例えば、移動体アクセス端末は通常、アクセスチャネルを介して接続リクエストを基地局へ送信する。そのようなリクエストはランダムに送信され、いくつかのアクセス端末が同じアクセスチャネル上で同じ周波数でリクエストを送信していることになる。有線ローカルエリアネットワークの場合、ネットワークのラインに接続された端末は互いに又は共通の制御システムと通信する必要がある。このようなシナリオにおいて、共通のアクセス媒体についての競合が発生する。

端末が任意に送信するランダムアクセスの場合、２以上の端末が同じ時間に送信を行うとアクセス媒体上でパケット衝突が起こり得る。多数の競合解決アルゴリズムがこれらの衝突を解消するために提案されてきた。

通常、アクセス媒体は限られた容量を持つ。アクセス端末からのアクセス試行が多いときに失敗の確率が高い。通常これは限られたアクセス媒体容量によるものである。公知のランダムアクセス法は、以前に失敗した試行からバックオフ期間後の再送信アクセスプローブを含む。バックオフ期間は通常ランダムに決定されて次の試行でのアクセス成功の確率を高める。公知のバックオフアルゴリズム及び各アクセス試行について許可された再送信の合計数が通信システム内での構成可能なパラメータとなる。

多数のアクセス試行があるとき、アクセス媒体容量が過負荷となる。過負荷アクセス媒体は、多数の衝突のためにスループットが低い不安定な状態となる傾向を持つ。そのような状況で、多くのユーザはシステムやネットワークにアクセスしようとするが上手く行かない。一方で同時に、通信システムは、全部又は大部分のユーザを取り扱い、その全部又は大部分を許可するだけの十分な容量を持っている。しかし、アクセス媒体上の過負荷状態によってユーザ又は端末はその状態を切り抜けることができず、そしてシステム又はネットワークは十分に活用されずにパフォーマンスの低下を招く。

アクセス媒体の過負荷状態をできるだけ早く検出することが望ましい。また、過負荷状態が起こった場合、システムを安定な状態に戻す制御メカニズムがあることが望ましい。本発明はこのようなニーズに対処するものである。

例示の方法は、アクセス媒体にアクセスするための試行が、アクセス媒体容量の選択されたパーセンテージ（これが輻輳又は過負荷状態を表示する）を消費することに相当する量以上か否かを判断するステップを含む。

一例において、アクセスチャネルの占有率測定値が、アクセス試行活動が過負荷状態に相当するかを示す。開示の例では、アクセス媒体占有率は所定の時間間隔内に、選択された時間間隔内のアクセス媒体の容量に対する捕捉数（例えば、成功したアクセス試行に相当する捕捉されたプローブ数）に基づいて測定される（これが現在の占有率の測定値を与える）。

他の例では、成功したアクセス試行に関連するプローブ数が、アクセス媒体に過負荷状態があるかについての情報を提供する。一例として、成功した受信アクセスメッセージに関連する平均プローブ数を特定するステップを含む。平均プローブ数はアクセス試行量の表示を与える。平均プローブ数が適切なしきい値よりも大きいときに過負荷が存在する。

他の例では、受信されたパワーと通信システムが受ける干渉の関係を特定するステップを含む。例えば、受信パワーが低くかつ干渉レベルが高い場合、多数の衝突の表示を与えることになり、それはアクセス媒体上の過負荷状態に相当する多数のアクセス試行を示す。

他の例では、過負荷状態が発生する時を予測するためにネットワーク上の既知の予想されるイベントを用いるステップを含む。一例では、ネットワーク構成手順のような計画されたネットワーク保守がある時又は緊急事態が発生した時にアクセス媒体の過負荷状態を予測又は推定できる。

一例では、過負荷状態が存在するとき、アクセス媒体を安定状態に回復させるための状況に対処する手法が実施される。

一例として、少なくともいくつかのアクセス端末又はユーザに、アクセスリクエストを出すことを少なくとも一時的に停止させるよう通知することによってアクセス試行数を抑制するステップを含む。

他の例として、少なくともいくつかの潜在的なユーザのアクセス試行率を減らすことによってアクセス媒体上のトラフィックバーストを平滑化するステップを含む。

他の例として、プローブシーケンスの数、プローブ数又はプローブ間のバックオフ時間のようなアクセス媒体パラメータを調整するステップを含む。

本発明の種々の構成及び有利な効果が以降の詳細な説明から当業者に対して明らかになる。詳細な説明に添付した図面の簡単な説明は後に記載する。

図１は本発明の実施例で有用な通信システムを示す図である。 図２は例示のアクセス媒体管理手法をまとめたフローチャートである。 図３は本発明の一実施例で有用なタイミング戦略を示す図である。

本発明の実施例はアクセス媒体のリソースを管理するための機能を提供する。開示される手法例はアクセス試行の量がアクセス媒体上の過負荷状態に相当するかの表示を提供する。そのような状況を扱うための開示の手法例は、起こり得る過負荷の影響を最少にし、又は除去するように備えるものであり、システムスループット全体を向上する能力を提供する。

図１に通信システム２０の選択部分を示す。ネットワーク２２は特定の状況におけるニーズを満たすための通信機能を与える。ネットワーク２２は、少なくとも１つのアクセス端末の代わりにネットワーク２２へのアクセスを促進するアクセス媒体２４を有する。例示はアクセス端末２６、２８、３０、３２及び３４を含む。

一例として、ネットワーク２２は公知の態様で動作する無線通信ネットワークからなる。このような例では、アクセス端末２６−３４は、例えば、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント又はノートブックコンピュータのような移動局からなる。無線通信ネットワークにおけるアクセス媒体は通信チャネルからなり、それは、例えば呼又はフローを開始するための公知の態様でアクセス端末がアクセスできる基地局によって使用促進される。同例におけるアクセス端末２６−３４間の図示する接続は無線通信リンクからなる。

他の実施例では、ネットワーク２２は公知の態様に基づき動作するラインである。このような例では、アクセス端末は、１以上のライン（例えば、有線接続）からなるアクセス媒体２４にアクセスすることによってサーバへアクセスし、又は互いに通信する、ネットワーク２２に関連するコンピュータ又は他の装置となる。一例におけるアクセス端末２６−３４間の図示する接続は有線通信リンクからなる。

状況によっては、アクセス端末からのアクセス試行数がアクセス媒体２４の容量に近づく。そのような状況では、アクセス媒体２４は、アクセス試行が最初の試行で全て成功することを許可しないので過負荷であるとみなされる。輻輳又は過負荷状態では、２以上のアクセス端末からのアクセス試行はアクセス媒体上で衝突し、関与する端末各々において試行の失敗をもたらす。これは周知の理由のために起こるよくある状態である。

例示は、そのような状況を認識し、スループット及びシステム性能全体を向上するための修正アクションをとる機能を提供する。図２は一例のアプローチをまとめたフローチャート４０である。４２において、少なくとも１つの選択された測定基準を検出してアクセス媒体２４が監視される。４４において、少なくとも１つの選択された測定基準がアクセス媒体上の現在のトラフィック又はアクセス試行数が、アクセス媒体が輻輳又は過負荷であるとの表示を与えているか否かの判断がなされる。

例示では、４４では３つの想定される判断を含む。一例として、それらのうちの１つを選択して４４での判断をすることを含む。他の例として、それら３つの想定される判断のうちの２つを選択して４４での判断をすることを含む。

４６に示す判断の一例は、成功したアクセス試行に関連する平均プローブ数が、輻輳又は過負荷アクセス媒体の状態に相当するアクセス試行量を示しているか否かを判断することを含む。周知のように、アクセスメッセージはメッセージが試されたプローブ数を示すフィールドをヘッダ内に含むことが多い。各アクセスメッセージは通常は複数回送信され、各時間はプローブに対応する。従って、プローブ番号は特定のアクセスメッセージが成功する前に何回試されたかを示す。より大きいプローブ番号はより多い試行数に対応する。一例では、アクセス媒体２４で、相応に高い率の衝突（これが比較的多い再送信数（例えば、プローブ数）をもたらす）があることの表示としてこの情報を用いることを含む。

一例では、ネットワーク２２は、成功した各アクセスメッセージに関連するプローブ数に関するデータを収集及び処理するプロセッサ４７を含む。平均プローブ数は、特定のネットワークの特性に基づいて決定される選択されたしきい値と比較される。平均プローブ数がしきい値以上の場合、アクセス媒体２４は輻輳又は過負荷となっている。本記載の利益を受けた当業者であれば、平均プローブ数の判断に含まれる適切なしきい値及び受信アクセスメッセージの適切な数又は適切なサンプリング時間を選択して各自の特定のニーズを満たすことができる。

例示において、４８においてアクセス媒体占有率測定又は判断が行われる。本例では、アクセスチャネルの占有率は選択された継続時間の時間間隔にわたって特定される。一例では、占有率は、
ρ＝_Ｎseizures／ＣＴ
の関係で特定される。なお、Ｔは測定間隔、Ｃは秒当りの捕捉におけるアクセス媒体の容量（例えば、アクセス媒体２４が単位時間にどれだけ多くのプローブを扱うことができるか）、Ｎ_seizuresはＴ内で受信された成功したアクセス試行数（例えば捕捉されたプローブ数）である。

一例では、各検出時間間隔Ｔについて、ρの値は選択されたしきい値と比較される。ρがしきい値を超えている場合には、アクセス媒体２４は過負荷とみなされる。一例では、しきい値は、アクセス媒体２４が約７０％と８０％の間で占有されていることに対応するように選択される。アクセス端末からのアクセス試行のランダム性は通常、アクセス媒体の合計容量に決して到達しないことを示す。この説明があれば、当業者は適切なしきい値を選択できる。

図３は、同じ大きさで重なり合う複数の測定間隔Ｔを使用する例示の方法を示すタイミング図５０である。この例では、第１の占有率測定間隔５２が時刻ｔ１で始まり、時刻ｔ３まで続く。第２の間隔５４が、ｔ１とｔ３の間の時刻ｔ２で始まり時刻ｔ４で終わる。第３の間隔５６がｔ３で始まりｔ５で終わる。間隔５２において占有率特定のために使用されるデータのいくつかは、間隔５４に関連する判断のためにも使用されることが分かる。

図２の例の６０において、他の判断が示される。この判断は、ネットワーク２２内の適当な位置での受信パワーを、ネットワーク２２内の対応する適当な位置での干渉量と比較することを含む。この手法は、４８で行われるように占有率レベルを測定することは、多数のアクセス試行の結果として起こる衝突数を直接示しているわけではないという認識に立つものである。ネットワーク２２は成功アクセス試行数を正確に特定できるだけで、どれだけのアクセス端末がアクセスを試行しているか、又は各失敗端末によってどれだけの試行がなされているかを知ることはできない。６０における手法は、衝突数に合理的に関連するアクセスチャネルの状態を示す直接的でない測定値を与えるために他の情報を使用する。

ＣＤＭＡシステムのような無線通信システムでは、リバースリンク上の干渉が、システム内で搬送される負荷に密接に関係している。合計の干渉が高いがシステム内の負荷が小さい場合には、例えば、成功しない多数のアクセス試行があるという表示を与える。高いアクセス試行数が高い干渉レベルをもたらす。特定された受信信号強度が、選択された範囲外にある干渉レベルと関係するとき、６０における判断はアクセス媒体２４が輻輳又は過負荷となっているという結論を含む。この説明を考慮して、当業者であれば、各自の特定の状況に対してどのような受信パワー及び干渉レベルが輻輳又は過負荷の表示を与えるかを具体化できるはずである。

他の手法が図２の例に含まれる。６２において、アクセスチャネル上の輻輳又は過負荷に相当しそうな状態が検出される。このような状況によって、それがまだ起こっていなくても、しかも現存するアクセスチャネル状態に関する実際の測定又は決定を行うことなく過負荷の予測が可能となる。そのような状態が起こると、輻輳又は過負荷であると推定され、アクセス媒体での不安定状態の実際の発生を回避するための事前のアクションをとることができる。

アクセス媒体上で過負荷をもたらしそうな状態の一例は、計画されたネットワーク保守又は構築である。例えば、システムパラメータ及び構成は時々アップデートする必要がある。そのような情報は、例えばブロードキャストメッセージによって全ユーザに提供される。ある対応する変化によって、ユーザがユーザ情報のアップデートをリクエストするためのアクセス試行を送信することにもなる。例えば、無線通信システムにおいて、システムがそのコードを特定のネットワーク部材に対して変更した場合、ユーザはユニバーサルアクセス端末識別子をリクエストすることになる。そのような状況はアクセス媒体を過負荷とする可能性を有している。これが急に起こる場合、アクセス媒体の負荷も急激に変化する。

そのような状況が起こる可能性を認識し、対応する負荷の可能性を予測することが望ましい。例示では、過負荷が起こり得る時を予測するために、予め計画された保守又は構成の動作に関連するタイミング等の情報を用いることを含む。

予測可能なアクセス試行の急激な増加が存在する状況の例として、緊急事態の場合があり、そうでないときに発生しているよりも多くのユーザが呼を発しようと試みる。多くの自然災害のような局地的な緊急事態では、例えば、ほぼ同じ時間に多くのユーザが通信ネットワーク２２にアクセスしようとする。そのような場合でのアクセス媒体２４上の負荷は通常の日常の状況よりもかなり大きい。一例として、緊急事態が検出されたときはいつでも過負荷の可能性の認識をトリガする能力を含む。この説明を考慮して、当業者であれば、そのような状況を示す適当な情報を受け入れ、それに応じて過負荷制御が望まれていることの表示を提供して、各自の特定の状況のニーズを満たすように、各自の特定のネットワークの適当な部分を構成することができるはずである。

一例では、４４での判断又は６２での予測のうちの少なくとも１つが、アクセス媒体が輻輳又は過負荷である（少なくともそう予想される）ことを示すときはいつでも、６４において、輻輳又は過負荷状態を低減し又は除去することによってアクセスチャネルを安定化させるためのアクセス試行を管理するための少なくとも１つの手法が実施される。例示において、６４で過負荷又は輻輳を制御することは３つの手法を含む。ある例では、それらの手法の１つを用いることを含み、他の例ではそれらの２つ又は全部の組合せを用いることを含む。

その手法の一例が６６に示され、ここでは少なくとも選択された時間長について試行の数を低減するようにアクセス試行が抑制される。一例として、ネットワーク２２は、少なくともいくつかのアクセス端末２６−３４に対して媒体２４へのアクセスを試みることを停止するように指示する。他の例では、ユーザがランダムに選択される。一例では、端末がアクセスリクエストを送信する確率を制御するためにアクセス端末によって使用されるアクセス持続パラメータを変化させるネットワーク２２からのブロードキャストメッセージを介して実現される。なお、パラメータは。確率がゼロのとき、アクセス端末はリクエストを送信しない。

適当な時間経過後に、新たな呼又はフローを開始するための試行が達成されるように、アクセス端末はパラメータをゼロ以上に上昇させることができる。言い換えると、影響を受けたアクセス端末が、それらのアクセス持続パラメータを永久的にゼロにセットすることによって事実上使用できないものとなってしまうことはない。

一例では、持続パラメータ確率がゼロに変更されるべき抑制ユーザのパーセンテージは、
ｐ_user＝（ρ−ρ_th）／ρ
の関係によって決定される。なお、ρはアクセス媒体占有率であり、ρ_thはアクセス媒体占有率しきい値である。

他の手法が６８に示される。この手法は、負荷を低減するためにアクセス媒体上のトラフィックバーストを平滑化することを含む。この例では、ネットワーク２２は、各ユーザがそのアクセス試行レートを低減するように、より小さいアクセス持続パラメータのブロードキャストメッセージを送信する。一例における新たなアクセス持続パラメータは、
ａ_{persistence_new}＝（ρ_th／ρ）ａ_{persistence_old}
の関係を用いて決定される。この手法は全てのアクセス端末のアクセス試行のレートを実質的に低下させるものである。

６６及び６８に示す手法は、予め選択された期間、又はアクセス媒体２４にはもはや輻輳又は過負荷がないという判断がされるまで実行されるようにしてもよい。例えば、持続パラメータ確率が低減されるべきであることを示すブロードキャストメッセージは、低減された確率が影響を受けるアクセス端末によって使用されるべき期間を含んでいてもよい。一例では、アクセス端末の少なくともいくつかは、選択された時間経過後に持続パラメータをデフォルト値に自動的にリセットする機能を有している。

他の手法例が７０に含まれる。この手法を用いれば、アクセス媒体パラメータ（例えば、アクセスチャネル構造）を調整することによってアクセストラフィック負荷が低減される。一例では、各アクセス試行が、各々が多数のプローブからなる多数のプローブシーケンスからなる。過負荷が検出されるときはいつでも、アクセス媒体を安定化させるためにプローブシーケンス数、プローブ数又はその両方が選択的に低減されて負荷を軽減する。この手法は、アクセス端末によって使用されるバックオフ時間、プローブ数又はプローブシーケンス数の少なくとも１つを実質的に変化させるものである。

アクセス媒体で輻輳又は過負荷状態が発生する時を認識することによって、上記の例はアクセス媒体の容量をより好適に管理する能力を与える。例示において、これはシステムスループット及びパフォーマンス全体を改善する有利な効果がある。

以上の説明は限定的なものではなく例示的なものである。開示された例に対する本発明の本質から必ずしも離れない変形例及び修正例は当業者に明らかなものとなる。本発明に対して与えられる法的保護の範囲は特許請求の範囲を検討することによってのみ決定することができる。

Claims (9)

1. 通信の方法であって、
   少なくとも１つの条件が、アクセス媒体にアクセスするための試行の量が該アクセス媒体の容量の過負荷に相当することを示しているかを判断するステップ
   からなり、
   該少なくとも１つの条件が、該過負荷に相当することが予め決定され及び予想される条件からなり、
   該方法はさらに、該少なくとも１つの条件を検出することにより、前記条件に対応する時間に該過負荷が起こることを予測するステップを含み、
   該方法はさらに、該少なくとも１つの条件が該過負荷を示すものと判断することに応じてアクセス試行の量を低減させるステップを含み、
   前記条件は、計画されたネットワーク保守、及び／又は、計画されたネットワーク構成である
   方法。
2. 請求項１の方法であって、
   逐次的に受信されるアクセスメッセージに関連するアクセス・プローブの平均数を特定するステップ、及び
   該特定されたアクセス・プローブの平均数を該試行の量の表示として使用するステップ
   からなる方法。
3. 請求項２の方法であって、
   該特定されたアクセス・プローブの平均数が、選択されたしきい値を超えている場合に過負荷が存在すると判断するステップからなる方法。
4. 請求項１の方法であって、
   該アクセス媒体の占有レベルを特定するステップ、及び
   該特定された占有レベルが該過負荷に相当するしきい値を超えているかを判断するステップ
   からなる方法。
5. 請求項４の方法であって、
   一期間内の捕捉数と該期間にわたるアクセス媒体容量との関係を特定することによって、該占有レベルを特定するステップ
   からなる方法。
6. 請求項１の方法であって、
   受信パワーを特定するステップ、
   対応する干渉レベルを特定するステップ、及び
   該特定された受信パワーと該特定された干渉レベルとの関係が該過負荷に相当するかを判断するステップ
   からなる方法。
7. 請求項１の方法であって、
   少なくともいくつかのユーザに対して、該少なくともいくつかのユーザのアクセス持続パラメータが低減されるべきことを示すメッセージをブロードキャストするステップ
   からなる方法。
8. 請求項１の方法であって、
   アクセス試行の量を低減するために、アクセス試行を行っているアクセス端末によって使用されるバックオフ時間、プローブ数又はプローブシーケンス数の少なくとも１つからなる少なくとも１つのアクセス媒体パラメータを調整するステップ
   からなる方法。
9. 請求項１の方法であって、
   前記時間が、予め計画された保守、及び／又は、構成の動作に関連する
   方法。

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