JP3840478B2 - 無線基地局装置およびデータ転送制御方法 - Google Patents

無線基地局装置およびデータ転送制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、移動端末装置および無線ネットワーク制御装置との間の通信にベストエフォート型の伝送方式を適用した移動体通信システムにおいて用いられる無線基地局装置およびデータ転送制御方法に関する。
例えばW−CDMA(Wideband - Code Division Multiple Access)方式の移動体通信システムにおいて高速にデータ(パケット)伝送を行うための技術として、HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)技術が挙げられる。HSDPAは、例えば図7に示すように、移動端末装置(UE)と、無線基地局装置(Node B)と、無線基地局装置を制御する無線ネットワーク制御装置(RNC)と、移動端末装置の位置管理や呼制御などを行うコアネットワーク(CN)と、を有する構成の移動体通信システムに適用される(例えば、非特許文献1参照)。このような移動体通信システムにおいて、データは、無線基地局装置と無線ネットワーク制御装置との間のインタフェース(Iub)上で、ルータまたはドリフト無線ネットワーク制御装置(DRNC)などのパケット転送装置を介して転送される。
HSDPAでは、適応変調、H−ARQ(Hybrid - Automatic Repeat reQuest)、通信先移動端末装置の高速選択および無線回線の状況に応じた伝送パラメータ適応制御などを無線回線に適用することにより、無線基地局装置から移動端末装置への下り回線の高速化を実現する。また、HSDPAは、1つの無線回線を複数の移動端末装置で共有する伝送方式であり、いわゆるベストエフォート型の通信形態となる。具体的には、複数の移動端末装置が下り回線の回線状態を無線基地局装置に報告し、無線基地局装置が複数の移動端末装置へのデータの送信順序を報告内容に基づいてスケジューリングしデータの伝送を行う。
移動体通信システムにHSDPAが適用される場合のユーザプレーンは、例えば図8に示すとおり、無線基地局装置および無線ネットワーク制御装置にてHS−DSCH/FPレイヤ(High Speed - Downlink Shared CHannel Frame Protocol)が設けられたプロトコル構成となる(例えば、非特許文献2参照)。このレイヤでは、Iubインタフェースにおけるフロー制御が行われる(例えば、非特許文献3参照)。移動端末装置と無線基地局装置との間の無線区間における高速データ伝送を実現するHSDPAでは、無線基地局装置と無線ネットワーク制御装置との間の有線区間におけるデータ伝送のスループットを向上させることが要求されている。
前述のような要求を満たすための従来のデータ転送制御の例について概説する。
無線ネットワーク制御装置(以下、単に「制御装置」と言う)は、コアネットワークから入力されるデータをバッファに一時的に蓄積し、所定の制御に従ってFPフレームを生成し無線基地局装置(以下、単に「基地局」と言う)に転送する。その際、FPフレームは、予め設定されたFPフレームの転送レート(以下「FPレート」と言う)で転送される。FPフレームは、パケット転送装置を介して基地局に到達する。基地局では、受信したFPフレームに対してMAC−hs(Medium Access Control used for high speed)レイヤでの処理を施すことにより、FPフレームからデータを抽出する。抽出されたデータはバッファに一時的に蓄積される。蓄積されたデータは、下りの無線回線の状態に応じて決定されているスケジューリングに従って、基地局から無線回線を介して移動端末装置(以下、単に「移動局」と言う)に送信される。
また、基地局では、下りの無線区間の平均伝送データレートを定期的に測定する。そして、バッファに蓄積しているデータ量および平均伝送データレートに基づいてFPレートの上限値を設定し、さらにこの上限値に基づいてFPレートを設定する。そして、このFPレートでのFPフレーム転送を制御装置に対して要求する。制御装置は、要求されたFPレートでのFPフレーム転送を実行する。
この制御においては、蓄積されたデータの量および平均伝送データレートに応じて動的にFPレートを変化させる。このようにして、下り無線区間の伝送データレートの変動によって基地局内のバッファのオーバーフローが発生したり当該バッファが空になったりする頻度を低減している。
3GPP, TS25.401 UTRAN overall description, V3.10.0 3GPP, TS25.308 High Speed Downlink Packet Access (HSDPA); Overall description; Stage 2, V5.4.0 3GPP, TS25.435 UTRAN Iub interface user plane protocols for Common Transport Channel data streams, V5.5.0
しかしながら、上記従来のデータ転送制御においては、基地局により設定されたFPレートに対して、Iubインタフェースの有線伝送路の帯域を十分に確保することができない場合がある。この場合、有線伝送路で使用可能な帯域以上のFPレートでFPフレームが転送されるため、有線伝送路で輻輳が発生し、有線伝送路中のパケット転送装置内のバッファにFPフレームが過剰に滞留する。または、バッファオーバーフローが発生してFPフレームが破棄される。よって、スループット向上に一定の限界がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、スループットを向上させることができる無線基地局装置およびデータ転送制御方法を提供することを目的とする。
本発明の無線基地局装置は、帯域を有する有線伝送路を介して無線ネットワーク制御装置から転送されるデータを受信し無線伝送路を介して移動端末装置に前記データを無線送信する無線基地局装置において、前記有線伝送路のスループットを測定し前記スループットを前記帯域で除算することによって、前記帯域の使用率を算出する使用率算出手段と、算出された使用率に基づいて、前記有線伝送路上での前記データの転送レートの第1の上限値を設定する第1上限値設定手段と、設定された第1の上限値に基づいて、前記転送レートを決定する決定手段と、を有する構成を採る。
本発明のデータ転送制御方法は、帯域を有する有線伝送路を介して無線ネットワーク制御装置から転送されるデータを受信し無線伝送路を介して移動端末装置に前記データを無線送信する無線基地局装置において行われるデータ転送制御方法であって、前記有線伝送路のスループットを測定し前記スループットを前記帯域で除算することによって、前記帯域の使用率を算出する使用率算出ステップと、算出した使用率に基づいて、前記有線伝送路上での前記データの転送レートの第1の上限値を設定する第1上限値設定ステップと、前記第1上限値設定ステップで設定した第1の上限値に基づいて、前記転送レートを決定する決定ステップと、を有するようにした。
この方法によれば、有線伝送路の帯域の使用状態の測定結果に基づいて、有線伝送路を介して無線ネットワーク制御装置から転送されるデータの転送レートの上限値を有線伝送路に対応づけて設定するため、例えば有線伝送路で輻輳が発生するような望ましくないレベルまで転送レートが上昇することを防止することができ、FPフレームの過剰滞留や破棄を防止することができ、スループットを向上させることができる。
発明によれば、スループットを向上させることができる。
本発明の骨子は、有線伝送路の帯域の使用状態の測定結果に基づいて、有線伝送路を介して無線ネットワーク制御装置から転送されるデータの転送レートの上限値を有線伝送路に対応づけて設定することである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る無線基地局装置を含む移動体通信システムの構成を示すブロック図である。図1の移動体通信システムは、無線基地局装置(基地局)10、パケット転送装置20および無線ネットワーク制御装置(制御装置)30を有する。
基地局10は、受信部101、バッファ102、スケジューリング部103、無線送信部104、データ量測定部105、平均レート算出部106、キューイングディレイ推定部107、第2上限値設定部108、帯域使用率測定部109、第1上限値設定部110、FPレート決定部111、無線受信部112および送信部113を有する。
パケット転送装置20は、Iubインタフェース上でやり取りされるFPフレームを転送する。また、有線伝送路を介して基地局10から制御装置30に転送されるFPフレームを一時的に蓄積し制御装置30に送出するバッファ121と、有線伝送路を介して制御装置30から基地局10に転送されるFPフレームを一時的に蓄積し基地局10に送出するバッファ122と、を有する。
制御装置30は、バッファ121から送出されたFPフレームを受信し、当該FPフレームからデータを抽出した場合に当該データをコアネットワークに送出する受信部131と、受信されたFPフレームに含まれるHS−DSCHキャパシティアロケーションメッセージに示されたFPレート情報を取得し、制御装置30から基地局10へのFPレートを当該FPレート情報に従って制御するFPレート制御部132と、コアネットワークから受信したデータを一時的に蓄積し、蓄積されたデータをFPレート制御部132の制御に従って送出するバッファ133と、バッファ133からのデータを用いてFPフレームを組み立て、有線伝送路を介して当該FPフレームを送信する送信部134と、を有する。
基地局10において、受信部101は、バッファ122から送出されたFPフレームを受信し、当該FPフレームからデータを抽出する。バッファ102は、受信部101からのデータを一時的に蓄積する。バッファ102に蓄積されたデータは、スケジューリング部103によって決定されるスケジューリングに従って無線送信部104に入力され、無線送信部104で所定の無線処理を施された後、無線伝送路を介して移動端末装置(移動局)に送信される。
データ量測定部105は、バッファ102に蓄積されたデータ量を測定する。測定されたデータ量はキューイングディレイ推定部107に通知される。平均レート算出部106は、スケジューリング部103からの情報に基づいて、移動局に無線送信されるデータの平均伝送レートを算出する。算出する平均伝送レートは、実際の平均伝送レートでも良いし、仮想の平均伝送レートでも良い。算出された平均伝送レートは、キューイングディレイ推定部107に通知される。
キューイングディレイ推定部107は、測定されたデータ量および算出された平均伝送レートに基づいてキューイングディレイを推定することにより、キューイングディレイ推定値を求める。
第2上限値設定部108は、求められたキューイングディレイ推定値に基づいて、制御装置30に要求すべきFPレートの上限値を設定する。第2上限値設定部108により設定される上限値は、無線伝送路を介して無線送信されるデータの伝送レートおよびその蓄積量に関連しているので、無線伝送路に対応した上限値である。以下、この上限値を「第2の上限値」と言う。
帯域使用率測定部109は、受信部101でのFPフレーム受信状況を監視することにより、有線伝送路の帯域の使用状態を測定する。本実施の形態では、帯域の使用状態を表す指数として帯域使用率を算出する。
より具体的には、有線伝送路のスループットを定期的に測定し、次の(式1)により帯域使用率を算出する。このように、有線伝送路のスループットの実測値を用いることにより、帯域使用率の算出をより正確に行うことができる。算出された帯域使用率は、第1上限値設定部110に通知される。
(帯域使用率)=(スループット実測値)/(有線伝送路の帯域)…(式1)
第1上限値設定部110は、算出された帯域使用率に基づいて、制御装置30に要求すべきFPレートの上限値を設定する。第1上限値設定部110により設定される上限値は、有線伝送路の帯域使用率に基づくので、有線伝送路に対応した上限値である。以下、この上限値を「第1の上限値」と言う。第1上限値設定部110の動作については後述する。
FPレート決定部111は、設定された第1の上限値および第2の上限値に基づいて、制御装置30に要求すべきFPレートを決定し、決定されたFPレートを示す情報を含むHS−DSCHキャパシティアロケーションメッセージを生成する。
より具体的には、第1の上限値および第2の上限値を比較し、これらのうち最小値を有する方を、制御装置30に要求すべきFPレートとして決定する。このように、有線伝送路に対応づけて設定された第1の上限値に基づいてFPレートを決定するため、望ましくないレベルまでFPレートが上昇することを防止することができる。さらに、無線伝送路に対応づけて設定された第2の上限値にも基づいてFPレートを決定するため、望ましくないレベルまでFPレートが上昇することをより確実に防止することができる。
無線受信部112は、移動局から無線送信されたデータを受信する。送信部113は、FPフレーム決定部111からのHS−DSCHキャパシティアロケーションメッセージを用いてFPフレームを生成し、バッファ121に送信する。また、無線受信部112からデータが入力された場合、当該データを用いてFPフレームを生成しバッファ121に送信する。
因みに、受信部101および送信部113は、HS−DSCH/FPレイヤでの処理を実行する部分である。また、バッファ102、スケジューリング部103、データ量測定部105、平均レート算出部106、キューイングディレイ推定部107、第2上限値設定部108、帯域使用率測定部109、第1上限値設定部110およびFPレート決定部111は、MAC−hsレイヤでの処理を実行する部分である。
次いで、上記構成を有する基地局10における第1上限値設定部110の動作について説明する。図2は、第1上限値設定部110のFPレート上限値変更動作を説明するためのフロー図である。
先ず、ステップST1000では、帯域使用率測定部109から帯域使用率URを取得する。そして、ステップST1010では、帯域使用率URを、予め記憶されている閾値Th1と比較する。この比較の結果、帯域使用率URが閾値Th1よりも大きい場合(ST1010:YES)、ステップST1020で、FPレートの第1の上限値を低くする。一方、帯域使用率URが閾値Th1以下の場合(ST1010:NO)、ステップST1030に進む。
ステップST1030では、帯域使用率URを、予め記憶されているもう1つの閾値Th2(Th1<Th2)と比較する。この比較の結果、帯域使用率URが閾値Th2以下の場合(ST1030:YES)、ステップST1040で、FPレートの第1の上限値を高くする。一方、帯域使用率URが閾値Th2よりも大きい場合(ST1030:NO)、FPレートの第1の上限値は変更されない。この一連の処理を、所定の時間長を有する周期で実行する。以下、この周期を「比較周期」と言う。好ましくは、比較周期は、帯域使用率URの算出周期に同期化されている。
このように、帯域使用率URが閾値Th1よりも大きくなった場合に第1の上限値を低くするとともに、帯域使用率URが閾値Th2よりも小さくなった場合に第1の上限値を高くするため、有線伝送路での輻輳を防止することができるとともに、有線伝送路の帯域を無駄なく使用することができる。なお、本実施の形態では、帯域使用率URを閾値Th2よりも先に閾値Th1と比較しているが、比較順序はこれに限定されない。帯域使用率URを閾値Th1よりも先に閾値Th2と比較した場合でも、帯域使用率URを閾値Th1、Th2と同時に比較した場合でも、上記と同様の作用効果を実現することができる。
続いて、第1上限値設定部110の動作例について、図3を参照しながら説明する。図3に示す例では、時刻tから時刻tまでの期間Aにおいて、帯域使用率URが閾値Th1を超過している。この場合、FPレートの現在値を維持し続けると有線伝送路で輻輳が発生する可能性がある、ということを認識することができる。よって、期間Aにおいては、FPレートを下げることが可能となるようにFPレートの第1の上限値を下げる。
また、時刻tから時刻tまでの期間Bにおいて、帯域使用率URが閾値Th2よりも低くなっている。この場合、有線伝送路の帯域に余裕があると認識することができる。よって、期間Bにおいては、FPレートを上げることが可能となるようにFPレートの第1の上限値を上げる。
また、図3に示す例において、上記の時間帯以外では、帯域使用率URが閾値Th2以上かつ閾値Th1以下である。この場合は、FPレートの現在値を維持することが可能となるようにFPレートの第1の上限値を変更しない。
このように、本実施の形態によれば、有線伝送路の帯域の使用状態の測定結果に基づいてFPレートの上限値を有線伝送路に対応づけて設定するため、FPレートを、有線伝送路で輻輳が発生しないようなものに設定することができ、例えばパケット転送装置20内でのFPフレームの過剰滞留や破棄を防止することができ、スループットを向上させることができる。
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2に係る無線基地局装置(基地局)を含む移動体通信システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態で説明する移動体通信システムをなす各装置は、実施の形態1で説明したものと同一の基本的構成を有する。よって、実施の形態1で説明したものと同一のまたは対応する装置および構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。本実施の形態と実施の形態1の相違点は、基地局10が、実施の形態1で説明した第1上限値設定部110の代わりに第1上限値設定部201を有することのみである。
第1上限値設定部201は、算出された帯域使用率に基づいて、制御装置30に要求すべきFPレートの上限値を設定する。第1上限値設定部201により設定される上限値は、有線伝送路の帯域使用率に基づくので、有線伝送路に対応した上限値である。以下、この上限値を実施の形態1と同様に「第1の上限値」と言う。
次いで、第1上限値設定部201の動作について説明する。図5は、第1上限値設定部201のFPレート上限値変更動作を説明するためのフロー図である。
先ず、ステップST2000では、所定の時間長を有するダウン判定期間において、帯域使用率URが連続的に100%であったか否かを判定する。換言すれば、ダウン判定期間において、帯域使用率URを閾値「100」と比較することにより監視する。ここで、ダウン判定期間の時間長は、比較期間のα倍(αは自然数)である。
また、ステップST2000と同時に、ステップST2010で、所定の時間長を有するアップ判定期間において、帯域使用率URが連続的に100%未満であったか否かを判定する。換言すれば、アップ判定期間において、帯域使用率URを閾値「100」と比較することにより監視する。ここで、アップ判定期間の時間長は、比較期間のβ倍(βはαよりも大きい自然数)である。
ステップST2000での判定で肯定的な結果が得られた場合(ST2000:YES)、ステップST2020で、FPレートの第1の上限値を低くする。一方、ステップST2000での判定で否定的な結果が得られた場合(ST2000:NO)、FPレートの第1の上限値は変更されない。
また、ステップST2010での判定で肯定的な結果が得られた場合(ST2010:YES)、ステップST2030で、FPレートの第1の上限値を高くする。一方、ステップST2010での判定で否定的な結果が得られた場合(ST2010:NO)、FPレートの第1の上限値は変更されない。この一連の処理を、所定の時間長を有する周期(比較周期)で実行する。好ましくは、比較周期は、帯域使用率URの算出周期に同期化されている。
このように、比較周期よりも長いダウン判定期間またはアップ判定期間にわたる帯域使用率URの監視結果に基づいて、第1の上限値を変更するため、転送レートの設定を安定的に行うことができる。また、ダウン判定期間の時間長がアップ判定期間の時間長よりも短いため、帯域使用率URの上昇に伴う第1の上限値の変更を、帯域使用率URの下降に伴う第1の上限値の変更よりも、帯域使用率URの変動に対して追従性良く行うことが可能となる。
なお、本実施の形態では、ステップST2000での処理とステップST2010での処理とを同時に行っているが、処理順序はこれに限定されない。ステップST2000での処理をステップST2010での処理よりも先に実行した場合でも、ステップST2010での処理をステップST2000での処理よりも先に実行した場合でも、上記と同様の作用効果を実現することができる。
続いて、第1上限値設定部201の動作例について、図6を参照しながら説明する。図6に示す例では、α=2、β=3である。
時刻tから時刻tまでのアップ判定期間において、帯域使用率URは連続的に100%未満ではない。しかし、時刻tから時刻tまでのダウン判定期間(図中の期間C)において、帯域使用率URは連続的に100%である。この場合、有線伝送路で輻輳が既に発生している可能性があるということを認識することができる。よって、時刻tにおいて、FPレートを下げることが可能となるようにFPレートの第1の上限値を下げる。
また、時刻tから時刻tまでのダウン判定期間において、帯域使用率URは連続的に100%ではない。しかし、時刻tから時刻tまでのアップ判定期間(図中の期間D)において、帯域使用率URは連続的に100%未満である。この場合、有線伝送路の帯域に余裕があるということを認識することができる。よって、時刻tにおいて、FPレートを上げることが可能となるようにFPレートの第1の上限値を上げる。
また、図6に示す例において、上記の時刻以外では、FPレートの第1の上限値は変更されない。
このように、本実施の形態によれば、実施の形態1と同様に、有線伝送路の帯域の使用状態の測定結果に基づいてFPレートの上限値を有線伝送路に対応づけて設定するため、FPレートを、有線伝送路で輻輳が発生しないようなものに設定することができ、例えばパケット転送装置20内でのFPフレームの過剰滞留や破棄を防止することができ、スループットを向上させることができる。
本発明の無線基地局装置およびデータ転送制御方法は、スループットを向上させる効果を有し、移動端末装置および無線ネットワーク制御装置との間の通信にベストエフォート型の伝送方式を適用した移動体通信システムにおいて有用である。
本発明の実施の形態1に係る無線基地局装置を含む移動体通信システムの構成を示すブロック図 本実施の形態の無線基地局装置における第1上限値設定部の動作を示すフロー図 本実施の形態の第1上限値設定部における第1の上限値の変更動作を説明するための図 本発明の実施の形態2に係る無線基地局装置を含む移動体通信システムの構成を示すブロック図 本実施の形態の無線基地局装置における第1上限値設定部の動作を示すフロー図 本実施の形態の第1上限値設定部における第1の上限値の変更動作を説明するための図 HSDPAが適用される移動体通信システムの構成の例を示すブロック図 移動体通信システムにHSDPAを適用する場合のユーザプレーンのプロトコル構成の例を示す図
符号の説明
10 無線基地局装置
101 受信部
102 バッファ
103 スケジューリング部
104 無線送信部
105 データ量測定部
106 平均レート算出部
107 キューイングディレイ推定部
108 第2上限値設定部
109 帯域使用率測定部
110、201 第1上限値設定部
111 FPレート決定部
112 無線受信部
113 送信部

Claims (7)

  1. 域を有する有線伝送路を介して無線ネットワーク制御装置から転送されるデータを受信し無線伝送路を介して移動端末装置に前記データを無線送信する無線基地局装置において、
    前記有線伝送路のスループットを測定し前記スループットを前記帯域で除算することによって、前記帯域の使用率を算出する使用率算出手段と、
    算出された使用率に基づいて、前記有線伝送路上での前記データの転送レートの第1の上限値を設定する第1上限値設定手段と、
    設定された第1の上限値に基づいて、前記転送レートを決定する決定手段と、
    を有することを特徴とする無線基地局装置。
  2. 前記データが前記有線伝送路を介して受信されてから前記無線伝送路を介して無線送信されるまで前記データを一時的に蓄積する蓄積手段と、
    前記蓄積手段のキューイングディレイを測定するディレイ測定手段と、
    測定されたキューイングディレイに基づいて、前記転送レートの第2の上限値を設定する第2上限値設定手段と、をさらに有し、
    前記決定手段は、
    設定された第1の上限値および第2の上限値のうち、より小さい値を有するものに基づいて、前記転送レートの決定を行う、
    ことを特徴とする請求項1記載の無線基地局装置。
  3. 記第1上限値設定手段は、
    算出された帯域使用率が第1の閾値以下となった場合に前記第1の上限値を高くするとともに、算出された帯域使用率が第2の閾値以上となった場合に前記第1の上限値を低くする、
    ことを特徴とする請求項1記載の無線基地局装置。
  4. 前記使用率算出手段は、
    所定の周期で前記帯域使用率を算出し、
    前記第1上限値設定手段は、
    前記帯域使用率を、前記所定の周期よりも長い監視期間にわたり監視し、当該監視結果に基づいて、前記第1の上限値を変更する、
    ことを特徴とする請求項1記載の無線基地局装置。
  5. 前記第1上限値設定手段は、
    前記所定の期間よりも長い第1の監視期間にわたり前記帯域使用率を監視するとともに、前記第1の監視期間よりも長い第2の監視期間にわたり前記帯域使用率を監視し、
    前記第1の監視期間における監視結果に基づいて、前記第1の上限値を低くするとともに、前記第2の監視期間における監視結果に基づいて、前記第1の上限値を高くする、
    ことを特徴とする請求項4記載の無線基地局装置。
  6. 前記第1上限値設定手段は、
    前記帯域使用率が前記第1の監視期間にわたり100%となったときに、前記第1の上限値を低くするとともに、前記帯域使用率が前記第2の期間にわたり100%未満となったときに、前記第1の上限値を高くする、
    ことを特徴とする請求項記載の無線基地局装置。
  7. 域を有する有線伝送路を介して無線ネットワーク制御装置から転送されるデータを受信し無線伝送路を介して移動端末装置に前記データを無線送信する無線基地局装置において行われるデータ転送制御方法であって、
    前記有線伝送路のスループットを測定し前記スループットを前記帯域で除算することによって、前記帯域の使用率を算出する使用率算出ステップと、
    算出した使用率に基づいて、前記有線伝送路上での前記データの転送レートの第1の上限値を設定する第1上限値設定ステップと、
    前記第1上限値設定ステップで設定した第1の上限値に基づいて、前記転送レートを決定する決定ステップと、
    を有することを特徴とするデータ転送制御方法。
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