JP3977642B2 - Ｕｍｔｓ網を介して送信されるパケットのスケジューリング方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明分野）
本発明は汎用移動通信システム（ＵＭＴＳ）網におけるパケット送信、特にＵＭＴＳ網の空気インタフェースを介して送信されるパケットのスケジューリングに関するものである。
【０００２】
（発明の背景）
ヨーロッパのＥＴＳＩ（Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｓａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）は現在、移動体通信システム用の新しいプロトコルセットを標準化中である。そのプロトコルセットは一括して汎用移動通信システム（ＵＭＴＳ）として知られている。図１は、コア網２とＵＭＴＳ地上無線接続網（ＵＴＲＡＮ）３を含むＵＭＴＳ網１の概要を示している。ＵＴＲＡＮ３には複数の無線網コントローラ（ＲＮＣ）４が含まれ、それぞれ１セットの近接トランシーバ基地局（ＢＴＳ）５に接続される。各ＢＴＳ５は与えられた地理的セルを受け持ち、制御ＲＮＣ４はそのＢＴＳ５とコア網１の間においてユーザルーティングおよびデータシグナリングを行う。すべてのＲＮＣは相互に接続される。ＵＴＲＡＮ３の概要は「Technical Specification TS 25.401 v2.0.0 (1999-09) of the ３rd Generation Partnership Project，ETSI」に記載されている。
【０００３】
ユーザデータとシグナリングデータは、無線アクセスベアラ（ＲＡＢｓ）によってＲＮＣと移動端末（ＵＴＲＡＮではユーザ機器（ＵＥ）と呼ばれる）の間を搬送することができる。一般に、移動端末に１つ以上の無線アクセスベアラ（ＲＡＢｓ）が割り当てられ、それぞれがユーザデータまたはシグナリングデータを搬送することができる。ＲＡＢｓはそれぞれの論理チャネルにマッピングされる。メディアアクセス制御（ＭＡＣ）層において伝送チャンネル上に１セットの論理チャネルがマッピングされるが、伝送チャンネルには、異なる移動端末によって共有される「共通」伝送チャンネルと、単一移動端末に割り当てられる「専用」伝送チャンネルの２タイプがある。一方のタイプである共通チャンネルはフォワードアクセスチャンネル（ＦＡＣＨ）である。ＦＡＣＨの基本的な特徴は、１送信期間（１０、２０、４０、または８０ｍｓ）で１つ以上の固定サイズパケットの送信が可能なことである。しかし、与えられた１回の送信期間において、送信パケットはすべて同一長でなければならない。つぎに、ＢＴＳと移動端末間の空気インタフェースを介して送信するために、副共通制御物理層（Ｓ−ＣＣＰＣＨ）上の物理層でいくつかの搬送チャンネル（例えばＦＡＣＨ）がマッピングされる。
【０００４】
移動端末がＢＴＳを通してＲＮＣに登録されると、少なくとも初期状態においてＲＮＣは移動端末用のサービス／制御ＲＮＣとして機能する。ＲＮＣは空気インタフェース無線リソースを制御するとともに、層３のインテリジェンス（無線リソース制御（ＲＲＣ）プロトコル）を終了して、移動端末に関連するデータをコア網との間で直接送受する。図２はサービスＲＮＣと制御ＲＮＣが同一である場合におけるＦＡＣＨ搬送チャンネル用のプロトコルモデルを示しており、ＵｕはＵＴＲＡＮと移動端末（ＵＥ）間のインタフェースを表し、ＩｕｂはＲＮＣとＮｏｄｅＢ（ＢＴＳの一般形）間のインタフェースを表す。ＲＮＣとＮｏｄｅＢの間におけるＦＡＣＨフレームプロトコル（ＦＡＣＨ ＦＰ）エンティティのサービスを利用して、ＲＮＣのＭＡＣ（ＭＡＣ−ｃ）エンティティから移動端末のピアＭＡＣ−ｃエンティティにＭＡＣ−ｃパケットデータユニット（ＰＤＵ）が転送される。ＦＡＣＨ ＦＰエンティティは、ＭＡＣ−ｃ ＰＤＵにヘッダー情報を付加してＦＡＣＨ ＦＰ ＰＤＵを形成し、それをＡＡＬ２（または、他の伝送メカニズム）接続によってＮｏｄｅＢに送る。ＦＡＣＨ ＦＰエンティティで受信したＦＡＣＨフレームは、ＮｏｄｅＢのインタワーキング機能によってＰＨＹエンティティにインタワーキングされる。
【０００５】
ここで、移動端末が登録先のＲＮＣのカバレッジ領域から退去して別のＲＮＣのカバレッジ領域に入るときの状況を考察する。ＵＴＲＡＮプロトコルによれば、第１のＲＮＣではＲＲＣが終端されたままであるが、端末は第２のＲＮＣのセルおよび共通搬送チャンネルを利用する。したがって、第１のＲＮＣはサービスＲＮＣとしてコア網と接続されたままであるが、第２のＲＮＣは制御ＲＮＣとなる。制御ＲＮＣは、移動端末が属するＮｏｄｅＢを管理し、特に、そのＮｏｄｅＢにおける論理リソース（搬送チャンネル）を管理する。このシナリオでは、制御ＲＮＣは「ドリフト」ＲＮＣと呼ばれる（制御ＲＮＣはそのＲＮＣに登録されている移動端末に対するサービスＲＮＣとしても機能する）。図３はサービスＲＮＣと制御ＲＮＣが別々である場合におけるＦＡＣＨ搬送チャンネルのプロトコルモデルを示している。サービスＲＮＣと制御ＲＮＣの間には、新たなインタフェースＩｕｒが配置されている。制御ＲＮＣの共通ＭＡＣ（ＭＡＣ−ｃ）とサービスＲＮＣの専用ＭＡＣ（ＭＡＣ−ｄ）とのインタワーキングのためにＩｕｒ ＦＡＣＨ ＦＰが使用される。制御ＲＮＣとサービスＲＮＣが別々である「マクロダイバーシチ（ macrodiversity ）」と呼ばれる状況において無線送信電力を制御するためのメカニズムがＷ０９９／４１８５０に記述されている。
【０００６】
図２、図３に示される両シナリオでは、ＭＡＣ−ｃエンティティの重要なタスクは空気インタフェースを介して送信されるパケット（ＭＡＣ ＰＤＵ）のスケジューリングである。ＭＡＣ−ｃエンティティで受信したパケットの優先度がすべて等しい（そして、サイズも同じ）と仮定すれば、スケジューリングは、受信パケットをキューに入れて、それらを先着順に送出するだけの簡単なことになる。しかし、ＵＭＴＳは、異なるサービス品質（ＱｏＳｓ）を異なるＲＡＢＳに割り当てることが可能なフレームワークを定義する。高ＱｏＳが割り当てられたＲＡＢに対応するパケットは空気インタフェースを介して高優先度で送信され、低ＱｏＳが割り当てられたＲＡＢに対応するパケットは空気インタフェースを介して低優先度で送信されるべきである。優先度はＲＡＢパラメータに基づいてＭＡＣエンティティ（ＭＡＣ−ｃまたはＭＡＣ−ｄ）で決定される。
【０００７】
ＵＭＴＳは、制御ＲＮＣにおいて各ＦＡＣＨに１セットのキューを設けることによって優先度の問題を処理する。各キューはそれぞれの優先順位に関連づけられる。高優先度キューのパケットが低優先度キューのパケットより（平均的に）迅速に処理されるように、キューからパケットを選択するためのアルゴリズムが定義される。同じ物理チャンネルで送られるＦＡＣＨが互いに独立していないため、このアルゴリズムの本質は複雑である。具体的にいえば、各Ｓ−ＣＣＰＣＨに対して１セットの搬送フォーマットコンビネーション（ＴＦＣ）が定義され、各ＦＡＣＨに関する送信期間、パケットサイズ、（送信中のパケット数を示す）総送信サイズが各ＴＦＣに含まれる。このアルゴリズムにより、ＴＦＣセットに含まれる１つに合致するＴＦＣをＦＡＣＨのために選択しなければならない。
【０００８】
（発明の記述）
制御ＲＮＣがドリフトＲＮＣである場合は潜在的な問題がある。これはＭＡＣ−ｄエンティティがサービスＲＮＣに存在し、そのＲＮＣが（制御ＲＮＣとして機能するときに）使用するパケットスケジューリングアルゴリズムに基づいてＭＡＣ−ｄエンティティがパケットに優先度を割り当てることが原因である。しかし、割り当てられた優先度とパケットサイズは、ドリフトＲＮＣが使用するパケットスケジューリングアルゴリズムに適応しない場合がある。したがって、ドリフトＲＮＣでサービスＲＮＣから受信されたパケットは適切な優先度で処理されないかもしれない。
【０００９】
本発明の第１のアスペクトにより、１対の無線網コントローラ（ＲＮＣ）が移動端末に対してサービスＲＮＣおよび制御ＲＮＣとして個別に機能する場合にＵＭＴＳ地上無線接続網（ＵＴＲＡＮ）の空気インタフェースを介して送信されるパケットのスケジューリング方法を提供する。この方法は、
許容されたスケジューリング優先度と、その優先度での制御ＲＮＣによる送信許容パケットサイズの識別とを制御ＲＮＣからサービスＲＮＣへ送るステップと、
制御ＲＮＣによって許容される優先度およびパケットサイズを考慮に入れるためにサービスＲＮＣにおいて専用メディアアクセス制御（ＭＡＣ−ｄ）エンティティに必要な再構成を施すステップと、
次に、制御ＲＮＣによって許容された割り当てサイズおよび割り当て優先度のパケットをサービスＲＮＣから制御ＲＮＣに送るステップとを含む。
【００１０】
本発明の実施例では、サービスＲＮＣが制御ＲＮＣで許容し得る優先度をパケットサイズに確実に割り当て、制御ＲＮＣにおいて優先度とパケットサイズの間の不整合を回避する。
【００１１】
複数の各論理チャネルタイプが制御ＲＮＣの搬送チャンネルにマッピングされるように、制御ＲＮＣからサービスＲＮＣへ送られる情報に、それぞれ１つ以上の関連パッケージサイズを持った１セットの割り当て優先度が含まれることが好ましい。さらに、それぞれの論理チャネルタイプが制御ＲＮＣの搬送チャンネル上にマッピングされるような情報セットが前記情報に含まれることが好ましい。
【００１２】
優先度に割り当てられるパケットサイズは、例えば移動端末にサービス提供中のセルの負荷が変動した場合や、同一制御ＲＮＣで制御される別のセルに移動端末が動く場合に変化するかもしれない。したがって、適切な状況において、パケットサイズおよび優先度の新リストを制御ＲＮＣからサービスＲＮＣへ送ることが好ましい。
【００１３】
優先度およびパケットサイズのリストをサービスＲＮＣのＲＲＣエンティティで受け取ることが好ましい。このリストは無線網サブシステムアプリケーション部（ＲＮＳＡＰ）メッセージに含まれた状態で送ることがさらに好ましい。
【００１４】
フォワードアクセスチャンネル（ＦＡＣＨ）上で送信するために、パケットに添付された優先順位およびパケットサイズに対応するキューに、制御ＲＮＣで受け取ったパケットを置くことが好ましい。ＦＡＣＨはトランシーバ基地局（ＢＴＳ）またはＵＴＲＡＮの他の対応ノードにおけるＳ−ＣＣＰＣＨにマッピングされる。ＦＡＣＨ上で送信されるパケットは、専用制御チャンネル（ＤＣＣＨ）または専用トラフィックチャンネル（ＤＴＣＨ）に関連付けることが好ましい。
【００１５】
各ＦＡＣＨは１種類のサイズだけでパケットを搬送するように構成することが好ましい。しかし、場合によっては、与えられたＦＡＣＨで搬送し得るパケットサイズは送信期間ごとに変わることもある。
【００１６】
サービスＲＮＣに送られるリスト内で定義される優先度を１つ以上のパケットサイズに割り当てることができる。
【００１７】
本発明の第２のアスペクトにより、複数の相互接続された無線網コントローラ（ＲＮＣ）を含むＵＭＴＳ地上無線接続網（ＵＴＲＡＮ）を提供する。このＵＴＲＡＮにおいて、移動端末がサービスＲＮＣと制御ＲＮＣを個別に備える場合に制御ＲＮＣによる送信許容パケットサイズと、これら許容パケットサイズに添付可能な許容相対優先度とが制御ＲＮＣからサービスＲＮＣに送られ、サービスＲＮＣによって専用メディアアクセス制御（ＭＡＣ−ｄ）エンティティに必要な再構成が施され、サービスＲＮＣによって許容されるサイズおよび割り当て優先度のデータパケットがサービスＲＮＣから制御ＲＮＣに送られる。
【００１８】
（好ましい実施例の詳細説明）
上記で図１を用いてＵＭＴＳ網の一般的な構成を説明した。また、サービスＲＮＣと制御ＲＮＣが同一である場合と別々である場合について、図２、図３を用いてＦＡＣＨ搬送チャンネル用のプロトコルモデルを説明した。
【００１９】
ＵＴＲＡＮにおいて移動端末が個別のサービスＲＮＣと制御（またはドリフト）ＲＮＣを介してＵＭＴＳシステムのコア網と通信するシナリオを図３に従って考察すると、コア網から移動端末に宛てたシグナリングデータパケットおよびユーザデータパケットはサービスＲＮＣのＭＡＣ−ｄエンティティで受信され、論理チャネルすなわち専用制御チャンネル（ＤＣＣＨ）および専用トラフィックチャンネル（ＤＴＣＨ）上にマッピングされる。ＭＡＣ−ｄエンティティは、論理チャネルデータを含むペイロード部分と、論理チャネル識別子等を含むＭＡＣヘッダーとを有するＭＡＣサービスデータユニット（ＳＤＵ）を構成する。
【００２０】
ＭＡＣ ＳＤＵはＭＡＣ−ｄエンティティからＦＡＣＨフレームプロトコル（ＦＰ）エンティティに送られる。このエンティティにおいて、もう１つのＦＡＣＨ ＦＰヘッダーが各ＭＡＣ ＳＤＵに付加され、ＦＡＣＨ ＦＰヘッダーには、無線リソース制御（ＲＲＣ）エンティティによってＭＡＣ ＳＤＵに割り当てられた優先順位が含まれる。ドリフトＲＮＣのカバレッジ領域に移動端末が進入した後、利用可能な優先順位と、各優先順位に関して１つ以上の受信パケットサイズの識別とがＲＲＣに通知される。そのとき、サービスＲＮＣからドリフトＲＮＣにリソース要求が発行される。具体的にいえば、この要求は下記形式による共通搬送チャンネル要求である。

ただし、Ｍは必須フィールドである。
【００２１】
ドリフトＲＮＣはリソース要求の応答として、共通搬送チャンネル応答と呼ばれる下記形式の応答メッセージ（ＲＮＳＡＰ）を返す。

ただし、Ｍは必須フィールドであるが、Ｏは任意フィールドである。ＲＮＳＡＰメッセージには、ドリフトＲＮＣで受け取った優先度のリストと、各優先度について１つ以上の許容パケットサイズの識別とが含まれる。このようなリストは各論理チャネルタイプに送ることができるが、常に送る必要があるわけではない。優先度リストは、ドリフトＲＮＣにおいてＭＡＣ−ｃエンティティに接続される各ＭＡＣ−ｄエンティティに送られる。このリストを用いると、例えば、優先度１のＳＤＵに対して８０ビットまたは３２０ビットのパケットサイズがＭＡＣ−ｄエンティティによって使用可能であることを定義することができる。それぞれの論理チャネルタイプに優先度／パケットサイズリストが供給される場合、リストを搬送するためのＲＮＳＡＰメッセージには、共通搬送チャンネル情報の直後に論理チャネルタイプ識別子が含まれる。
【００２２】
優先度／パケットサイズリストは通常、以前あるＲＮＣに登録していた移動端末が新しいＲＮＣのカバレッジ領域に初めて入ったときにドリフトＲＮＣからサービスＲＮＣに送られる。端末が新しいＲＮＣのセル間を移動するときに新しいＢＴＳで利用可能な優先度が反映するように、ドリフトＲＮＣとサービスＲＮＣの間で更新リストを交換することができる。また、与えられたセル内に移動端末が留まっている間でも、更新リストが送られることがあるが、これはセル内のトラフィックレベルの変化や、無線網リソースの再構成などの環境変化によるものである。
【００２３】
ＲＲＣは受信したＲＮＳＡＰメッセージをチェックして、ＭＡＣ−ｄエンティティに必要な再構成を行う。さらに、無線リンク制御（ＲＬＣ）エンティティ（サービスＲＮＣのＭＡＣ−ｄ層の上位に位置し、データをセグメント化する）の再構成も行われる。
【００２４】
ＦＡＣＨ ＦＰパケットはＡＡＬ２接続を介してドリフトＲＮＣのピアＦＡＣＨ ＦＰエンティティに送られる。ピアエンティティはＭＡＣ−ｄ ＳＤＵをデカプセル化して、ＦＲＡＭＥ ＦＰヘッダーに含まれる優先度を識別する。ＳＤＵおよび優先度は制御ＲＮＣのＭＡＣ−ｃエンティティに送られる。ＭＡＣ−ｃ層はＦＡＣＨ上で送信されるＳＤＵのスケジューリングを行う。具体的にいえば、各ＳＤＵはその優先度およびサイズに対応するキューに入れられる（優先順位の数が１６であれば、各ＦＡＣＨあたりのキューは１６セットとなり、各セットにおけるキューの数は、対応する優先度に許容されるパケットサイズの数に依存する）。上記のように、ＳＤＵは与えられたＦＡＣＨに対するキューから所定のアルゴリズムにしたがって（物理チャンネルの搬送フォーマット組み合わせ条件を満足させるように）選択される。
【００２５】
当業者には明らかなように、本発明の範囲内において上記実施例に対する様々な変更が可能である。例えば、上記実施例では、ＲＮＳＡＰメッセージに優先度／パケットサイズリストを入れて送る必要がある。しかし、代替実施例では、ドリフトＲＮＣとしてのＲＮＣから、すべての移動端末を包含する「グローバル」リストを発行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 コア網とＵＴＲＡＮを含むＵＭＴＳ網の概要。
【図２】 図１に示すＵＴＲＡＮのサービスＲＮＣと制御ＲＮＣが同一である場合のＦＡＣＨ搬送チャンネルのプロトコルモデル。
【図３】 図１に示すＵＴＲＡＮのサービスＲＮＣと制御ＲＮＣが別々である場合のＦＡＣＨ搬送チャンネルのプロトコルモデル。
【図４】 図１に示すＵＴＲＡＮの制御ＲＮＣで送信されるパケットのスケジューリング方法を示すフローチャート。

Claims (8)

1. １対の無線網コントローラ（ＲＮＣ）が移動端末に対してサービスＲＮＣおよび制御ＲＮＣとして個別に機能する場合にＵＭＴＳ地上無線接続網（ＵＴＲＡＮ）の空気インタフェースを介して送信されるパケットのスケジューリング方法であって、
   許容されたスケジューリング優先度と、その優先度での制御ＲＮＣによる送信許容パケットサイズの識別とを制御ＲＮＣからサービスＲＮＣへ送るステップと、
   制御ＲＮＣによって許容される優先度およびパケットサイズを考慮に入れるためにサービスＲＮＣにおいて専用メディアアクセス制御（ＭＡＣ−ｄ）エンティティに必要な再構成を施すステップと、
   次に、制御ＲＮＣによって許容された割り当てサイズおよび割り当て優先度のパケットをサービスＲＮＣから制御ＲＮＣに送るステップとを含む。
2. 複数の各論理チャネルタイプが制御ＲＮＣの搬送チャンネルにマッピングされるように、制御ＲＮＣからサービスＲＮＣへ送られる情報に、それぞれ１つ以上の関連パッケージサイズを持った１セットの許容優先度が含まれる請求項１記載の方法。
3. それぞれの論理チャネルタイプが制御ＲＮＣの搬送チャンネル上にマッピングされるような情報セットが前記情報に含まれる請求項２記載の方法。
4. 制御ＲＮＣの環境変化の後、パケットサイズおよび優先度の旧リストを更新する新リストが制御ＲＮＣからサービスＲＮＣへ送られる前記請求項１〜２のいずれかに記載の方法。
5. 優先度およびパケットサイズのリストがサービスＲＮＣのＭＡＣ−ｄエンティティで受け取られる前記請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. リストが無線網サブシステムアプリケーション部（ＲＮＳＡＰ）メッセージに含まれた状態でサービスＲＮＣに送られる請求項５記載の方法。
7. フォワードアクセスチャンネル（ＦＡＣＨ）上で送信するために、制御ＲＮＣで受け取ったパケットがパケットに添付された優先順位およびパケットサイズに対応するキューに置かれる前記請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 複数の相互接続された無線網コントローラ（ＲＮＣ）を含むＵＭＴＳ地上無線接続網（ＵＴＲＡＮ）であって、
   移動端末がサービスＲＮＣと制御ＲＮＣを個別に備える場合に制御ＲＮＣによる送信許容パケットサイズと、これら許容パケットサイズに添付可能な許容相対優先度とが制御ＲＮＣからサービスＲＮＣに送られ、サービスＲＮＣによって専用メディアアクセス制御（ＭＡＣ−ｄ）エンティティに必要な再構成が施され、サービスＲＮＣによって許容されるサイズおよび割り当て優先度のデータパケットがサービスＲＮＣから制御ＲＮＣに送られるＵＴＲＡＮ。

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