JP2660189B2 - 通信帯域幅の割当て方法及び装置 - Google Patents

通信帯域幅の割当て方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セルラ・ネットワーク
内の複数のセルに対し帯域幅を動的に割当てるための方
法及び装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】従来技術を説明する前に、本発明に関連
する参考文献を以下に掲げる。 （１）D.Bants et al., 米国特許第５１２３０２９号
「Broadcast Initiated Biprtite Frame MultiAccess P
rotocol」 （２）K.M.Chandy and J.Misra, "The Drinking Philos
ophers Problem", ACM Trans. Program. Lang. and Sys
tem, vol.6, no.4, pp.632-646, October 1984. （３）W.C.Y. Lee, "Mobile Cellular Telecommunicati
ons Systems", McGraw Hill, 1989. （４）K.S.Natarajan, 米国特許第５２１０７５３号「R
obust Scheduling Mechanisms for Efficient Bandwidt
h」 （５）R.Rom and M.Sidi, "Multiple Access Protocol
s, Performance and Analysis", Springer Verlag, 199
0. （６）R. Steele, Mobile Radio Communications, 199
2. （７）B. Tuch, "An ISM Spread Spectrum Local Area
Network: WaveLAN", Proceedings of IEEE Workshop on
Wireless LANs, May 1991.先ず、 多くの低電力のポータブル・パーソナル・コンピ
ュータや通信装置をサポートする無線式移動ローカルエ
リア・ネットワーク環境について考察する。移動ステー
ション（移動体、移動ユニット又は移動ユーザと同義。
以下同じ。）としてのポータブル・パーソナル・コンピ
ュータが、音声能力を持つ対話形データからマルチメデ
ィアに至る範囲で、高速データのアプリケーションを有
する通信サービスのホストをサポートするものと仮定す
る。２つの理由から、地理的領域を複数の小さなセルに
分割する。理由の１つは、移動ステーションの電源が制
限されているために、無線通信の最大レンジが決まって
しまうことである。２つめは、より小さいセルの方が大
きいセルよりも通信帯域幅の空間的再利用の可能性が高
いからである。各セルに関連して、１つのベース・ステ
ーションと、時間的に数の変動する移動ステーションと
が存在する。図１に示されている環境は、移動ステーシ
ョン（ＭＳ）及びベース・ステーション（ＢＳ）が無線
チャネルを介して通信するセルラ・アーキテクチャに関
連している。ベース・ステーションは、高速の有線バッ
クボーン・ネットワーク４０を介して、それら自体の間
で通信を行う。例として、幾つかのオフィス・ビルから
成る事業所構内の環境を想定する。これらのビルは幾つ
かのセルに分割され、他方、これらのセルは有線ＬＡＮ
等のバックボーン・ネットワークを介して接続されてい
る。移動ステーションは、限定されたレンジ（例えば、
５０メートル）内では屋内でも屋外でも動作可能であ
り、有線バックボーン・ネットワーク４０上のベース・
ステーションへ無線アクセスする。このネットワーク内
の各無線チャネルは、多数の移動ステーションによって
共有されている。さらに、複数のセルが互いに重なり合
う領域では、これらのセルに関連する２台以上のベース
・ステーションによって無線チャネルが共有されてい
る。従って、移動ステーションと有線バックボーン・ネ
ットワーク４０との間で信頼性のある効率的な通信を可
能にするためには、マルチアクセス・プロトコルを使用
しなければならない。
【０００３】一般に、セルラ・ネットワーク用のマルチ
アクセス・プロトコルは、セル間層（intercell tier）
とセル内層（intracell tier）とに分けることができ
る。セル間層は、各サブネットワーク（例えば、ＬＡ
Ｎ、ＷＡＮ）内の異なるセルからのユーザの伝送が、互
いに干渉しないことを保証するものである。このセル間
層は、本質的にベース・ステーション間の調整を行う。
他方、セル内層は、ネットワークの各セルごとに、同じ
セル内に存在する全てのユーザの伝送が、互いに干渉し
ないことを保証するものである。このセル内層は、本質
的に同じセル内に存在する移動ユーザ間の調整を行う。
【０００４】このような環境における問題は、次の通り
である。各無線通信システムの基本的制限は、このシス
テムの通信容量を決定する処の、利用可能な全周波数が
許可され且つ固定されている点である。例えば、ＦＣＣ
（米国連邦通信委員会）は、米国内の周波数の利用を規
制している。即ち、この問題は、（１）総合的スループ
ット、及び（２）各ユーザごとに利用可能なピークレー
トを共に最大にするために、各セルごと及び各ユーザご
との帯域幅を要求駆動式（demand driven basi s ）でい
かにして割当てるかということに置き換えられる。
【０００５】従来技術における周知の解決方法は、２つ
に分類される。第１の解決方法であるＦＤＭＡ［参考文
献３、６：周波数分割］では、ベース・ステーションと
移動ステーションとの間の通信を行うために、２つの隣
合うセルに対し常に互いに異なる周波数帯域を割当てる
ようにしている。この解決方法の限界は、十分な数の周
波数帯域を割当てるには通信帯域幅が狭すぎることであ
る。第２の解決方法であるＴＤＭＡ［参考文献３、４、
６：時分割］では、全てのセルが同じ周波数帯域を共有
し、且つ２つの隣合うセル内にあるトランシーバが同時
にはアクティブにならないようにしている。この解決方
法の限界は、各トランシーバが非常に限られた短い時間
の間に通信しなければならないことである。このため、
隣合うセル間の調整問題を生じる。
【０００６】米国特許第５１８５７３９号は、ベース・
ステーション間で特定の周波数のフレームを共有するこ
とによって、これらのフレームを効率的に利用する方法
を開示している。しかしながら、この特許に記載された
割当ては固定されており、しかも要求駆動式ではない。
米国特許第５２１０７５３号は、最初にアクティブにさ
れる独立のセルの最大の集合を決定するとともに、この
独立の集合に属さない他のセルを待機状態に置くように
した方法を開示している。米国特許出願第８５０５４１
号は、互いに重なり合うセル内のベース・ステーション
の制御を決定する方法を開示している。米国特許第４１
４４４１１号は、大きさが変動するセルから成るセルラ
・ネットワーク内で周波数チャネルを割当てる方法を開
示している。米国特許第５０９３９２５号は、同一チャ
ネル干渉を最小にするために電話接続用の周波数を割当
てる方法を開示している。米国特許第３６３２８８５号
は、一の地上ステーションがそれ自体のチャネルを介し
て伝送していないとき、この地上ステーションに関連す
るチャネルを介して別の地上ステーションがデータを伝
送できるようにした方法を開示している。米国特許第４
９４９３９５号は、セル間レベルではなく、セル内レベ
ルにおいてタイム・スロットを動的に割当てる方法を開
示している。米国特許第５０２９１６５号は、共通チャ
ネル信号システムにおいて、共通チャネル型の転送ポイ
ントに関連する諸信号リンクのクラスタという概念を開
示している。特開昭６３−２９８７７５号は、多数の小
さな無線ゾーン及び一の大きな無線ゾーンによって一の
サービス領域を同時にカバーするようにした、多重無線
ゾーン式の移動通信システムを開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
の限界を取除くことである。前掲の［参考文献１、３、
５、７］には、無線ネットワーク用のセル内マルチアク
セス・プロトコルに関する技術が記載されているに過ぎ
ない。よって、セル間においてもマルチアクセスが可能
であることが望ましい。また、要求駆動式に動的に周波
数を割当てるようにすれば、より効率的なネットワーク
が構築されるはずである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の要点は、２層
（tier）のマルチアクセス・プロトコルにある。第１の
層では、複数のセルが複数のセル・グループへとグルー
プ化される。以下、これを「スーパーセル」とも呼ぶこ
とにする。さらに、第１の層は、スーパーセル間の帯域
幅割当てとマルチアクセスとを処理する。他方、第２の
層は、一のスーパーセルにおける複数の移動ユーザと複
数のセルとの間の動的な帯域幅割当てとスケジューリン
グとを処理する。この第２の層のためのスケジューリン
グは、下層の物理層技術としてＲＦ（高周波）又はＩＦ
（中間周波）の何れについても利用することができる。
この方式は、ＲＦで直接的に実現するか、又は拡散スペ
クトル変調方式についてＲＦで実現するのに適してい
る。
【０００９】従って、本発明は、セルラ・ネットワーク
内の複数のセルに対し通信帯域幅を割当てるための方法
及び装置を提供する。本発明は、先ず、セル間の干渉を
最小限にするように複数のセル・グループを形成する。
次に、通信帯域幅の対応する各チャネルを、形成済みの
各セル・グループに割当てる。最後に、各チャネル内の
帯域幅を、そのチャネルが割当てられた対応するセル・
グループのセルに割当てる。この場合において、各チャ
ネルの帯域幅は、このチャネルに対応するセル・グルー
プのセル内のユーザ要求に従って（即ち、要求駆動式
に）割当てられるのである。
【００１０】各移動ステーション及びベース・ステーシ
ョンに割当てられる帯域幅は、要求駆動式である。これ
が必要となるのは、（長時間に亘って高スループットを
維持することを必要とする処の、ディスクレス・ワーク
ステーション、クライアント−サーバ・モデル、マルチ
メディア、グラフィック・アプリケーション、等から
の）高ピーク・レート又はバースト的なトラフィック・
プロファイルを持った移動ステーションをサポートする
ためである。さらに、各セルの移動体密度が変動するこ
とから、帯域幅を効率的に利用するために適応性の割当
てが必要となる。
【００１１】各セルでは、ベース・ステーションが、
（移動ステーションからベース・ステーションへの）ア
ップリンク・チャネル及び（ベース・ステーションから
移動ステーションへの）ダウンリンク・チャネルの双方
のスケジューリングを動的に行うとともに、これらのチ
ャネルが分離されていることを保証する。この分離は、
スケジューリング・アルゴリズムの動作のために必要で
あると同時に、無線送信器及び受信器の無干渉動作のた
めにも必要である。
【００１２】制御チャネルとデータ・チャネルとは、ア
ップリンク上でもダウンリンク上でも互いに分離されて
いる。この分離は、時間的に行われるから、各部分に割
当てられる帯域幅の量を適応的に調整することができ
る。さらに、複雑な制御タスクは、移動ステーションで
はなく、ベース・ステーションが一層多く行うようにな
っている。これが重要であるのは、移動ステーションの
能力が制限されているからである。
【００１３】高速アクセス及び公平さ：これは、移動ス
テーションが伝送を必要とする場合には、高速アクセス
できることを意味している。また、その割当ては、何れ
のベース・ステーションであっても、任意のタイム・フ
レームの間に他のベース・ステーションよりも多い割当
てを得ないという意味において公平である。
【００１４】各スーパーセルでは、セル間の帯域幅割当
てが、空間再利用を伴うＴＤＭＡスケジューリング方式
を介して行われる。即ち、互いに重なり合わない複数の
セルは、より高い帯域幅効率を達成するために、同じタ
イム・フレームに亘ってスケジューリングされるのであ
る。さらに、比較的高い移動体密度とトラフィック要求
を持つセルは、トラフィックが少ないセルよりも多い帯
域幅を得ることができる。多くの移動ユーザと通信する
必要のあるベース・ステーションは、より少ない移動ユ
ーザと通信するベース・ステーションよりも多くの制御
チャネルを割当てられる。さらに、各ベース・ステーシ
ョンごとに、データ・チャネルの割当てと制御チャネル
の割当ての比率は、必要に応じて時間的に変動すること
がある。セル内の帯域幅割当ては、予約ベースのＴＤＭ
Ａとランダム・アクセスとの組合せである。
【００１５】２層式のマルチアクセス・プロトコルを用
いる動機は、技術的、経済的又は規制的制限の何れかに
起因するものである。例えば、一のベース・ステーショ
ンの可能な総合スループットが１０Ｍbps に制限されて
いるが、許容可能な全帯域幅がそれよりも大きければ、
この全帯域幅を複数の１０Ｍbps 部分に分割するのが一
層効率的である。このようにすると、１０Ｍbps 部分の
各々を、第２層において効率的に且つ動的に割当てるこ
とができる。特に、この全帯域幅が１０Ｍbpsよりもか
なり大きければ、各スーパーセルは、ただ１つのセルの
みから成ることもある（この場合、その方式は純粋にＦ
ＤＭＡである）。
【００１６】
【実施例】Ａ．スーパーセル層（Super-Cell Tier） 図１には、本発明を実現するのに適した全体的な環境の
構成要素として、有線バックボーン・ネットワーク４
０、ベース・ステーション（ＢＳ）、移動ステーション
（ＭＳ）及びセル３０が示されている。通信帯域は、多
数の非干渉チャネルｆ1、ｆ2・・・ｆk に分割されてい
る。これを実現する方法として、（１）複数の周波数帯
域を各チャネルに割当てる方法（ＦＤＭＡ）や、（２）
ＩＳＭ帯域（産業、科学、医療に利用される共用周波数
帯域）についてＦＣＣ第１５章規則により認められるよ
うな拡散スペクトル技術を用いる方法がある。同じチャ
ネルを割当てられた複数のセルは、一のスーパーセルを
形成する。一のスーパーセルを形成する複数のセルは、
互いに地理的に近い場所にある必要はない。各スーパー
セルは、２つの基準を用いて形成される。即ち、（１）
システムの通信スループットを最大限にすること、及び
（２）各スーパーセルにおけるセル間のスケジューリン
グの複雑さを最小限にすることである。
【００１７】図２には、１４個のセルを用いて形成され
た２つのスーパーセルが例示されている。全体のスペク
トルが、例えば２つの通信チャネルに分割されている。
後述するように２つのスーパーセルを形成し、そして各
スーパーセルに対しこれらのチャネルの１つを割当てる
ことによって、これらのチャネルがそれぞれのセルに割
当てられる。第１のスーパーセル２０１は、図２中で横
線を付した複数のセルから成り、第２のスーパーセル２
０２は、図２中で横線のない複数のセルから成る。図３
で「スーパーセル１」と表記されている第１のスーパー
セル２０１は、セル１、３、５、７、９、１１、１３か
ら構成され、図３で「スーパーセル２」と表記されてい
る第２のスーパーセル２０２は、セル２、４、６、８、
１０、１２、１４から構成される。これらのスーパーセ
ルは、利用可能なチャネルがｆ1及びｆ2 であるとし
て、以下のアルゴリズムを用いて得たものである。
【００１８】以下、スーパーセルを形成するためにこれ
らのチャネルを割当てるための簡単な方式を説明する。
この方式を用いる動機は、１つのスーパーセルに属する
セル間で干渉が最も少なくなるようなスーパーセルを形
成する、ということである。ネットワークの複数のセル
を、Ｃ1、Ｃ2・・・Ｃn で表す。カバーする地理的領域
が互いに重なり合っている２つのセルを、互いにネイバ
ー（隣り合うセル：neighbor）であるという。一のチャ
ネルをＣ1 に割当てることによって、チャネルの割当て
を開始する。その後、それぞれのチャネルを、以下の規
則に従ってＣ2、Ｃ3・・・Ｃn に対し順に割当てる。即
ち、既に一のチャネルを割当てられたＣiのネイバーの
中で最も使用頻度の少ないチャネルをＣi に割当てる。
この方式は、次のアルゴリズムで要約される。ここで、
ｆ1 ・・・ｆk を利用可能なチャネルとする。
【００１９】
【数１】 do for i=1,2,...,n Ai(fp):=Ｃi のネイバーの中でチャネルｐが割当てられた回数; p:=the index s.t. Ai(fp)=minl{Al(fp)}; Ci にチャネル fp を割当てる。; end do;
【００２０】同じチャネルを割当てられた複数のセル
は、一のスーパーセルを形成する。例えば、チャネルｆ
p を割当てられた全てのセルが、１つのスーパーセルを
形成する。
【００２１】Ｂ．スーパーセル内のセル間層（Inter-Ce
ll Tier） 各スーパーセル内では、タイム・フレームの異なる集合
が、異なるセルに割当てられる。図３には、図２のセル
間でのタイム・フレーム割当ての例が示されている。時
間を表す横軸は、タイム・マーカｔ0、ｔ1・・・ｔ8 に
よって複数のタイム・フレームに分割されている。横軸
上の番号は、対応するタイム・フレームの間にそれぞれ
のトランシーバをアクティブにすることができるような
複数のセル、そのユーザ及びベース・ステーションを表
している。互いに隣合っておらず、しかも同じスーパー
セル内にもない各セルは、同じ時間にアクティブになる
ようにスケジューリングすることができる。例えば、図
２の第１のスーパーセル２ ０１に属し且つ互いに隣合わ
ないセル１、３、９及び１１に属するトランシーバは、
ｔ0 からｔ1 までの間に同時にアクティブになる。他
方、図２の第２のスーパーセル２０２に属し且つ互いに
隣合わないセル２、４、８及び１０に属するトランシー
バは、ｔ0 からｔ2 までの間に同時にアクティブにな
る。
【００２２】これらのセルへのタイム・フレームの割当
ては、一のスケジューリング・アルゴリズムによって行
われる。本発明では、２つのスケジューリング・アルゴ
リズムとして、分散型と集中型のアルゴリズムを提示す
る。双方のアルゴリズムとも、要求駆動式である。即
ち、一のセル内のユーザ要求に依存して、そのセルに各
タイム・フレームの長さが割当てられるということであ
る。これらの要求は、図５のステップ５０５に関連して
後述するように、ベース・ステーションによって収集さ
れる。分散型アルゴリズムは、ベース・ステーション間
の同期を必要としない（即ち、各ベース・ステーション
が、ローカルの独立したクロックを有している）が、隣
合うベース・ステーション間での制御メッセージの交換
を必要とする。他方、集中型アルゴリズムは、隣合うベ
ース・ステーション間での通信の必要性を排除するが、
ネットワークの全てのベース・ステーション間の同期を
必要とする（即ち、全てのベース・ステーションが共通
のクロックで駆動される）。
【００２３】Ｂ１．分散型アルゴリズム 分散型アルゴリズムは、前掲の参考文献［２］に記載さ
れた「哲学者の食卓問題（dining philosophers proble
m ）」のためのアルゴリズムに基づいている。以下、こ
のアルゴリズムを簡述する。隣合うベース・ステーショ
ンの各対、ＢＳi 及びＢＳp に関連して、一のトークン
Ｔ（ｉ，ｐ）が存在する。このアルゴリズムを実行中の
任意の時点で、ＢＳi 又はＢＳp の一方がトークンＴ
（ｉ，ｐ）を保有する。一の割当てを得るためにベース
・ステーションＢＳi は、それに関連する全てのトーク
ンを保有しなければならない。即ち、ＢＳk がＢＳi の
ネイバーである場合には、全てのトークンＴ（ｉ，ｋ）
を保有しなければならない。こうすることによって、ネ
ットワーク中の互いに重なり合った２つのセルの何れも
同時に一の割当てを得ないことを保証する。これらのト
ークンの初期分散を決定するために、各ベース・ステー
ションＢＳi は、一の自然数Ｃｏｌｏｒ（ｉ）を割当て
られる。この割当ては、ＢＳi 及びＢＳp が隣合ってい
る場合は、Ｃｏｌｏｒ（ｉ）≠Ｃｏｌｏｒ（ｐ）となる
ようにするためのものであって、カラーリング（colori
ng）と呼ばれる。最も単純なカラーリングは、Ｃｏｌｏ
ｒ（ｉ）＝ｉと割当てることにより行われる。より効率
的な（即ち、より少ないカラーしか必要としない）カラ
ーリングは、文献からの周知の方法を用いて行うことが
可能である。
【００２４】最初、各トークンＴ（ｉ，ｐ）は、カラー
リング数の小さいベース・ステーションにある。即ち、
Ｃｏｌｏｒ（ｉ）＜Ｃｏｌｏｒ（ｐ）の場合はＢＳi に
あり、Ｃｏｌｏｒ（ｉ）＞Ｃｏｌｏｒ（ｐ）の場合はＢ
Ｓp にある。従って、かかるトークンの初期分散によれ
ば、諸ベース・ステーションの空でない一の集合が存在
し、そしてこの集合内の各ベース・ステーションがそれ
に関連する全てのトークンを保有することが保証される
のである。かくて、この集合内の全てのベース・ステー
ションが一の割当てを得ることになる。このスケジュー
リング・アルゴリズムは、割当てが終了した各ベース・
ステーションから、それに関連する各トークンを対応す
る隣合うステーションに送信させることによって進行す
る。各ベース・ステーションの割当ては、このベース・
ステーションがそれに関連する全てのトークンを受信し
たときに開始される。各ベース・ステーションに割当て
られるタイム・フレームの長さは、そのセル内のトラフ
ィック量に依存して、このベース・ステーション自体に
より決定される（後出）。この長さは、常に所定の最小
値と最大値との間にある。このことは、このアルゴリズ
ムの有効性と公平さを保証する。詳述すると、Ｍを単一
の割当てに許される最大長とし、Δを任意のベース・ス
テーションが有する隣合うステーションの最大数とす
る。そうすると、各ベース・ステーションは、長さＭΔ
のタイム・フレームごとに少なくとも１つの割当てを得
ることが保証される。さらに、各ベース・ステーション
は、その隣合うステーションの何れかが第２の割当てを
得る前に、一の割当てを得る。
【００２５】分散型アルゴリズムの形式的な記述は、次
の通りである。各ベース・ステーションは、そのベース
・ステーションが保有する現在のトークン数を表す処
の、一のローカル・カウンタＣを有する。ＢＳi により
行われるステップは、次の通りである。
【００２６】
【数２】 値を初期化する。 C:=ベース・ステーションＢＳi が最初に保有するトークンの数; K:=ベース・ステーションＢＳi の隣合うステーションの数; do forever while C<K do トークンを受信する際に do C:=C+1; end while; 現フレームについてスケジューリングされた全てのセル内無線伝送を 実行する; Ｋ個の隣合うステーションの各々に一のトークンを送信する; C:=0; end do;
【００２７】Ｂ２．集中型アルゴリズム 集中型アルゴリズムは、次のように説明することができ
る。先ず、各ベース・ステーションＢＳi は、このベー
ス・ステーションに割当てられる各タイム・フレームの
長さを表す処の、一の定数Ｂi を割当てられる。次に、
割当てのシーケンスを（例えば、ネットワーク制御によ
り）計算して、このシーケンスの間に各ベース・ステー
ションＢＳi が、長さＢi の少なくとも１つの割当てを
与えられるようにする。この割当てシーケンスを一のス
ーパーフレームと呼び、このスーパーフレームの長さを
Ｔで表す。Ｌi を、ベース・ステーションＢＳi がこの
スーパーフレームの間に割当てを得た回数とする。各ベ
ース・ステーションは、パラメータＴを与えられる。さ
らに、ｔ＝０で開始する一のスーパーフレームの間にこ
のベース・ステーションへの割当てが開始される処の、
時点ｔi（１）、ｔi（２）・・・ｔi（Ｌi）も同様に与
えられる。集中型アルゴリズムは、これらのスーパーフ
レームを連続的に繰り返すことにより動作する。即ち、
ベース・ステーションＢＳi は、全てのｍ＝０，１，２
・・・及び１≦ｌ≦Ｌi について、時点ｍＴ＋ｔ
i （ｌ）から開始して長さＢ i の割当てを得る。ネット
ワークの要求が時間の経過とともに変動するので、Ｎ個
のスーパーフレームごとに一の新しいスーパーフレーム
を計算することができる。この場合、Ｎ≧１はネットワ
ークのパラメータに従って決められる。
【００２８】ここで、スーパーフレームを計算するため
の手順を概説する。この手順は、以下のように前述の分
散型アルゴリズムに基づいている。先ず、ネットワーク
についてのカラーリングを固定する。次に、分散型アル
ゴリズムを、ｔ＝０からｔ＝Ｔになる時点まで実行す
る。この時点で、各ベース・ステーションＢＳi は、長
さがＢ i の少なくとも１つの割当てを得ている。こうし
て得られた割当てのシーケンスが、スーパーフレームを
定義する。このスーパーフレームの長さＴが最小である
ことは、明らかに望ましい特性である。この長さはカラ
ーリングによって一意的に決められる。簡単なネットワ
ーク・トポロジに対して、Ｔを最小にするという意味で
最適なカラーリングは、全ての可能なカラーリングにつ
いての全数探索によって得ることができる。与えられた
一のカラーリングからＴを直接的に決める簡単な方法
は、次の通りである。頂点ｉが重みＢi を有する有向グ
ラフを想定し、ＢＳi とＢＳp が隣合い且つＣｏｌｏｒ
（ｐ）＜Ｃｏｌｏｒ（ｉ）の場合にのみ、頂点ｉから頂
点ｐへ向かう一の辺が存在するものとする。そうする
と、Ｔがこのグラフにおける最も長い有向経路であるこ
とが示される。この場合、一の経路の長さは、この経路
に沿った頂点の重みの合計である。
【００２９】以下には、スーパーフレームを計算するた
めの手順の形式的な記述が示されている。このアルゴリ
ズムは次の変数を使用する。変数Ｓ（ｉ）は、当該スー
パーフレームの間にＢＳi に対する諸割当てが開始する
時点の集合を追跡する。それは最初には空集合であり、
この手順の終わりには、ｔi（１），ｔi（２）．．．ｔ
i（Ｌi）という時点の集合となる。変数ｆは、一の２次
元アレイである。各エントリｆ（ｉ，ｔ）は、ベース・
ステーションＢＳi が時点ｔで保有するトークンの数を
表している。変数Ａは、一の２次元アレイである。各エ
ントリＡ（ｉ，ｔ）は、ベース・ステーションＢＳi が
時点ｔで受信したトークンの数である。
【００３０】
【数３】 for all i do S(i):=Φ; for i and t do A≡0; for i:=1 to n do f(i,0):=ベース・ステーションＢＳi が最初に保有す るトークンの数 for i:=1 to n do K(i):=ベース・ステーションＢＳi の隣合うステーシ ョンの数 t:=1; while there exists i s.t. S(i) is empty do for i:=1 to n do f(i,t):=f(i,t-1)+A(i,t); for all i s.t. f(i,t)=K(i) do f(i,t)=0; S(i):=S(i)∪{t}; ｉの隣合う各ステーションｐごとに do A(p,t+Bi)+1; end for; t:=t+1; end while; T:=t;
【００３１】Ｃ．ユーザ要求を収集し且つ帯域幅をセル
に割当てるための動作 図５は、この動作の流れ図を示す。一のベース・ステー
ションに割当てられる各タイム・フレームの開始時に
（ステップ５０１）、このベース・ステーションは、無
線ダウンリンク・チャネルを介して一の開始メッセージ
を送信する（ステップ５０２）。各開始メッセージは、
図４に示される次の情報を保持する。 １．このベース・ステーションの識別子４０１ ２．次に伝送しようとする移動ユーザの識別子４０２ ３．ダウンリンク伝送のために割当てられた時間４０３ ４．予約のために割当てられたスロットの数４０４
【００３２】その後、開始メッセージ４１１により決め
られた順序に従ってポーリングされたユーザが、アップ
リンク・チャネル４１０上の予約部分４０５を介して伝
送を開始する。移動ユーザＭ１及びＭ２にそれぞれ割当
てられた期間４０７及び４０８の長さは、固定であって
も可変であってもよい。可変の場合、その長さは開始メ
ッセージ４１１内で指示される。ポーリングされたユー
ザの伝送終了時に（又は、アップリンク・チャネル４１
０とダウンリンク・チャネル４１２上の同時伝送が許さ
れる場合は同時に）、このベース・ステーションは、ダ
ウンリンク・チャネル４１２のデータ部分４０９を介し
て（ページング・メッセージを含む）伝送待ちメッセー
ジを伝送する。アップリンク・チャネル４１０とダウン
リンク・チャネル４１２上のデータ伝送及び肯定応答
は、図５のステップ５０３の間に行われる。
【００３３】アップリンク・チャネル４１０は、ランダ
ム・アクセス部分４０６と予約部分４０５との、２つの
部分に分割されている。一の移動ステーションがオンに
転じるか又は一の新しいセルに入る場合、その移動ステ
ーションは、ベース・ステーションの識別子４０１を受
信及び認識し、そしてその予約要求を行うためにアップ
リンク・チャネル４０８のランダム・アクセス部分４０
６を待機する（ステップ５０４）。一の要求メッセージ
は、要求された割当ての長さを保持する（ただし、全て
の割当てが同じ一定の長さをもつ場合は不要である）。
例えば、一の移動ステーションは、１Ｍbps チャネル上
で、各々が１０００ビットのスロットを２つ（その全体
の長さは２ｍｓに相当）要求することがある。要求メッ
セージ間の衝突は、ランダム・アクセス・アルゴリズム
［参考文献１、５］により解決される。従って、このセ
ル内に現に存在する移動ユーザの数や識別子を、このベ
ース・ステーションが認識する必要はない。アップリン
ク・チャネル４１０上の予約部分４０５の間に、ダウン
リンク・チャネル４１２は、肯定応答やキャリア検 出の
目的で利用される。この予約部分４０５の間に解決でき
なかった衝突は、このベース・ステーションに次に割当
てられるタイム・フレームの間に、これを継続的に解決
するように試みられる。ランダム・アクセス部分４０６
は、制御メッセージ（予約要求）を伝送するためと、明
示的な予約を必要としない短いデータを伝送するために
も使用される。アップリンク・チャネル４１０の予約部
分４０５は、比較的に長いか又は連続的なデータ・スト
リームを伝送するために使用される。一の予約部分（例
えば、４０７又は４０８）を割当てられた一の移動ステ
ーションは、その予約部分においてその制御メッセージ
を伝送する。このようにして、ランダム・アクセス部分
４０６は、新しい予約要求を持つ移動ステーションのた
めに利用可能な状態に置かれる。
【００３４】このベース・ステーションは、前述のスケ
ジューリング・アルゴリズムにより、このベース・ステ
ーションに対し次に割当てられるタイム・フレームの長
さを次のように決定する。当該次のタイム・フレームの
予約部分４０５の長さは、現在のタイム・フレームにお
ける成功した予約に従って、このベース・ステーション
により決定される（ステップ５０５）。他方、当該次の
タイム・フレームのランダム・アクセス部分４０６の長
さは、現在のタイム・フレームのランダム・アクセス部
分４０６の間に遭遇するロードに従って（しかし、所定
の最小長よりも短くならないように）決定される。例え
ば、現在のランダム・アクセス部分４０６の間に観察さ
れた衝突スロットの数と空きスロットの数との関数とし
て、当該次のタイム・フレームのランダム・アクセス部
分４０６の長さを決定することができる。セルラ・ネッ
トワークの移動ステーション及びベース・ステーション
において本発明を実現するために、任意のマイクロプロ
セッサを使用することができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明により、通信セルラ・ネットワー
ク内のセルに対してユーザの要求に従ってチャネルの帯
域幅を動的に割当てることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実現するのに適した全体的な環境を示
す概略図である。
【図２】２つのスーパーセル（グループ）に分割された
１４個のセルを示す概略図である。
【図３】スーパーセル１を構成する複数のセルに対して
スーパーセル１のチャネルの帯域幅が割当てられる態様
と、スーパーセル２を構成する複数のセルに対してスー
パーセル２のチャネルの帯域幅が割当てられる態様とを
示す概略図である。
【図４】ベース・ステーションと移動ステーションとの
間のアップリンク・チャネル及びダウンリンク・チャネ
ルを示す概略図である。
【図５】ユーザ要求の収集及び一のスーパーグループを
構成する複数のセルに対する帯域幅の割当てを示す流れ
図である。
【符号の説明】
３０ セル ４０ 有線バックボーン・ネットワーク ４０１ ベース・ステーションの識別子 ４０２ 移動ユーザの識別子 ４０３ ダウンリンク送信のために割当てられ
た時間 ４０５ 予約部分４０６ ランダム・アクセス部分 ４０７、４０８ アップリンク送信のために割当てられ
た時間 ４０９ データ部分 ４１０ アップリンク・チャネル ４１１ 開始メッセージ ４１２ ダウンリンク・チャネル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アモッツ・バー−ノイ アメリカ合衆国10463 ニューヨーク州、 ブロンクス、ウェスト・ツーハンドレッ ドサーティエイト・ストリート 634 (72)発明者 イラン・ケスラー アメリカ合衆国10463 ニューヨーク州、 ブロンクス、ネザーランド・アベニュー 2600 (72)発明者 アルビンド・クリシュナ アメリカ合衆国10510 ニューヨーク州、 ブリアークリフ・マナー、オーチャー ド・ロード 157 (56)参考文献 特開 平６−276138（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−35025（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−17525（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セルラ・ネットワーク内の複数の移動ユニ
    ットとの間でバースト・データを送受するために、第１
    の層及び第２の層から成る一のマルチアクセス・プロト
    コルを適用して、前記セルラ・ネットワーク内の複数の
    セルに対し全通信帯域幅を割当てるための方法であっ
    て、 （ａ）一のチャネルが一の移動ユニットとの間でバース
    ト・データを送受するのに十分な帯域を有するように、
    前記全通信帯域幅を互いに異なる複数のチャネルに分割
    するステップと、 （ｂ）各セル・グループに属するセルの間の干渉が最小
    となり且つ各セル・グループが同一のセルを含まないよ
    うに、前記複数のセルを前記複数のチャネルと同数の複
    数のセル・グループに編成するステップと、 （ｃ）前記マルチアクセス・プロトコルの前記第１の層
    において、前記複数のチャネルのうち互いに異なる一の
    チャネルを、前記各セル・グループに対しそれぞれ割当
    てるステップと、 （ｄ）前記マルチアクセス・プロトコルの前記第２の層
    において、前記各セル・グループに属する各セル内のユ
    ーザ要求に従って、前記各セル・グループに対し割当て
    られた前記一のチャネルの帯域幅を、前記各セル・グル
    ープに属する複数のセルに対し時分割マルチアクセス
    （ＴＤＭＡ）スケジューリングを用いて動的に割当てる
    ステップとから成る、 通信帯域幅の割当て方法 。
  2. 【請求項２】前記各セルに対し、既に一のチャネルを割
    当てられている前記各セルに隣合うセルの中で最も使用
    頻度の少ないチャネルを割当てることによって前記各セ
    ル・グループが編成され、同じチャネルを割当てられた
    全てのセルによって前記各セル・グループが編成され
    る、請求項１に記載の通信帯域幅の割当て方法。
  3. 【請求項３】前記各チャネルを割当てられた各セル・グ
    ループに属する各セル内のユーザ要求に従って、前記各
    セル・グループ内の複数のタイム・フレームを前記各セ
    ルに対し動的に割当てることによって、前記各チャネル
    の帯域幅が前記各セルに対し割当てられる、請求項２に
    記載の通信帯域幅の割当て方法。
  4. 【請求項４】セルラ・ネットワーク内の複数の移動ユニ
    ットとの間でバースト・データを送受するために、第１
    の層及び第２の層から成る一のマルチアクセス・プロト
    コルを適用して、前記セルラ・ネットワーク内の複数の
    セルに対し全通信帯域幅を割当てるための装置であっ
    て、 （ａ）一のチャネルが一の移動ユニットとの間でバース
    ト・データを送受するのに十分な帯域を有するように、
    前記全通信帯域幅を互いに異なる複数のチャネルに分割
    する手段と、 （ｂ）各セル・グループに属するセルの間の干渉が最小
    となり且つ各セル・グループが同一のセルを含まないよ
    うに、前記複数のセルを前記複数のチャネルと同数の複
    数のセル・グループに編成する手段と、 （ｃ）前記マルチアクセス・プロトコルの前記第１の層
    において、前記複数のチャネルのうち互いに異なる一の
    チャネルを、前記各セル・グループに対しそれぞれ割当
    てる手段と、 （ｄ）前記マルチアクセス・プロトコルの前記第２の層
    において、前記各セル・グループに属する各セル内のユ
    ーザ要求に従って、前記各セル・グループに対し割当て
    られた前記一のチャネルの帯域幅を、前記各セル・グル
    ープに属する複数のセルに対し時分割マルチアクセス
    （ＴＤＭＡ）スケジューリングを用いて動的に割当てる
    手段とを有する、 通信帯域幅を割当てる装置 。
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