JP3981701B2 - セルラー移動無線ネットワークの移動ステーションの持続性を設定する方法 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、セルラー移動無線ネットワークの移動ステーションの持続性を設定する方法に係る。例えば、移動ステーションのアクセス確率は、持続性の一例として考えることができる。
先行技術の説明
セルラー移動無線ネットワークでは、使用可能な物理的無線チャンネルが移動無線加入者間で分割され、加入者には通信接続中のみ無線チャンネルが指定される。ここでは、無線チャンネルの指定が移動無線ネットワークにより制御される。
移動ステーションが送信要求を行う場合には、この要求が、同じ無線セルにおける他の移動ステーションに関連してその目的に特に意図された無線チャンネル（ランダムアクセスチャンネル）においてアクセスの試みをスタートしなければならない。このアクセスが首尾良くいった場合には、移動ステーションに特定の無線チャンネルが割り当てられる。衝突が生じるか、又は送信エラーにより送信が妨げられる場合には、このような割り当てが行われず、移動ステーションは、送信を繰り返す。
この形式のアクセス手順は、良く知られており、いわゆるＳ−ＡＬＯＨＡプロトコルをベースとするものであり、種々のケーブルネットワーク及び無線ネットワークに使用されている。
Ｓ−ＡＬＯＨＡプロトコルは、高いトラフィック負荷が与えられた場合に安定性の問題について知られている。与えられたトラフィックが限界値を越えた場合には、衝突の数が同時に増加し、送信要求をもつ移動ステーションの数が繰り返しの結果として更に増加する。この過負荷状態を排除するために、移動ステーションのアクセスの持続性が一般に現在負荷に適応される。一般的には、アクセス確率、２つのアクセス間の待ち時間、及びアクセス試みの最大数が変化される。
異なる優先順位間を区別するために、実際にアクセス中に特定のステーションに優先順位を与えるように持続性の制御を付加的に使用することができる。
発明の要旨
本発明によれば、セルラー移動無線ネットワークの移動ステーション（Ｍ）の持続性を設定する方法であって、持続性を２つの段階で、特に、長時間適応に対する持続性ルール（Ｐ）及び短時間適応に対する付加特性変数（ｐ(ｉ)）により設定することを特徴とする方法が提供される。
本発明は、冒頭で述べた形式の方法であって、移動ステーションの持続性を、ほとんど遅延なく、高い精度、大きな安定性で且つ簡単に設定できる方法を提供する。
セルラー移動無線ネットワークの移動ステーションの持続性を設定する本発明の方法は、持続性を２つの段階で、特に、長時間適応に対する持続性ルール及び短時間適応に対する負荷特性変数によって設定することを特徴とする。
本発明の１つの実施形態においては、長時間持続性の振舞いがベースステーションで計算され、そして持続性ルールの形態で移動ステーションへ送信される。又、短時間持続性の振舞いをベースステーションで計算し、そしてそれを現在負荷特性変数の形態で移動ステーションへ送信することもできる。
本発明の別の実施形態では、移動ステーションの持続性は、当該優先順位の負荷特性変数、及びそれより低い優先順位の負荷特性変数の和の関数である。
【図面の簡単な説明】
以下、添付図面を参照し、本発明を詳細に説明する。
添付図面は、本発明の原理を示す図である。
好ましい実施形態の詳細な説明
過負荷保護を制御するために、移動ステーションＭのアクセス持続性の２段階適応は、長時間適応に対する持続性ルールＰ及び短時間適応に対する現在負荷特性変数ｐ(ｉ)を移動無線ネットワーク又はベースステーションＢから移動ステーションＭへ送信することによりな行われる。
ここで、ベースステーションＢは、アクセス分析のための第１回路区分１と、アクセス持続性を短時間推定するための第２回路区分２と、アクセス持続性を長時間推定するための第３回路区分３とを備えている。
対照的に、移動ステーションＭは、パラメータをデコードするための第１回路区分４を備え、この第１回路区分４には、ベースステーションＢの回路区分３及び２から各々持続性ルールＰ及び負荷特性変数ｐ(ｉ)が供給される。移動ステーションＭの第１回路区分４は、持続性適応のための第２回路区分５に接続され、これは、次いで、その出力端が移動ステーションＭのアクセス制御のための第３回路区分６に接続される。アクセスに関して、移動ステーションＭは、第３回路区分６を経てベースステーションＢの第１回路区分１と通信し、このとき、移動ステーションＭは、それに指定された優先順位ｉに関する情報も送信する。
原理的に、本発明による方法は、次の４つの段階で説明することができる。
１．優先順位の指示
無線チャンネルにアクセスする際に、移動ステーションＭは、送信の優先順位（ｉ）を指示する。この優先順位は、アクセスの際に送信されるデータワードにおいて２進コード化される。衝突及び送信エラーを検出するためには、チェック和を付加的に使用しそして送信しなければならない。
２．ネットワークにおける与えられたトラフィックの推定
移動無線ネットワーク又はベースステーションＢにおける受信ユニットは、首尾良いアクセスの数ＮＳ(ｉ)を測定し、そして技術的に可能であれば、衝突の数ＮＫも測定することにより、与えられたトラフィックを推定する。ここで、トラフィックは、その異なる優先順位に基づいて区別される。
与えられたトラフィックを推定するために、ネットワーク側で、異なる優先順位（ｉ）の首尾良いアクセスＮＳ(ｉ)が時間間隔Ｔにわたってカウントされる。測定されたアクセス数、各優先順位（ｉ）について記録されたステーションの数Ｎ(ｉ)、及びおそらくは既知である衝突数ＮＫから、各優先順位（ｉ）のアクティブな移動ステーションの数ｎ(ｉ)を推定することができる。このため、当該時間間隔Ｔにおいてプリセットされた負荷特性変数ｐ(ｉ)を考慮する必要がある。
例えば、アクティブな移動ステーションＭの数ｎ(ｉ)は、２つの連続する時間間隔Ｔの間で次のように繰り返し推定することができる。
ｎ(ｉ,ｔ)＝ｍａｘ［ｎｍｉｎ，ｎ(ｉ,ｔ−Ｔ)−ＮＳ(ｉ)＋λ(ｉ,ｔ)×Ｔ］
但し、λ(ｉ,ｔ)は、優先順位ｉの要求の推定平均到達率である。
λ(ｉ,ｔ)に対し、時間間隔ＴのＮ個のタイムスロットを観察することにより、次の上限推定値を選択することができる。

ｐ(ｉ,ｔ−Ｔ)の値は、ここでは、手前の時間周期における移動ステーションのアクセス確率を表し、これは、予め選択された持続性ルールＰに基づいて設定される。
３．持続性ルールＰ及び負荷特性変数ｐ(ｉ)の送信
与えられたトラフィックの推定に続いて、各優先順位ごとに、負荷特性変数ｐ(ｉ)が、ネットワーク又はベースステーションＢから移動ステーションＭへ短い時間間隔Ｔ１で周期的に送信される。更に、与えられたトラフィックの長時間推定から、持続性ルールＰが定義され、このルールは、Ｔ１より長い時間間隔Ｔ２で移動ステーションＭへ送信される。
従って、与えられたトラフィックから、各優先順位ｉに対し、ネットワーク又はベースステーションＢは、アクティブな移動ステーションの推定数ｎ(ｉ)から負荷の特性変数ｐ(ｉ)を定義し、この特性変数は、各優先順位ｉに対し移動ステーションＭへ周期的に送信される。持続性ルールＰは、ネットワークから移動無線加入者へ周期的な間隔で送信され、そして移動ステーションＭに記憶される。周期の時間巾は、ネットワークによりプリセットされる。
実施の際に、持続性ルールＰは、適当な関数の１組の係数又は１組のテーブルの形態をとることができる。
例えば、負荷の特性変数ｐ(ｉ)は、現在アクティブな加入者の推定数ｎ(ｉ)及び同じ優先順位で記録された加入者の数Ｎ(ｉ)から形成される。
ｐ(ｉ)＝１０×ｎ(ｉ)／Ｎ(ｉ)
４．移動ステーションＭの持続性の適応
これで、移動ステーションＭは、受け取った負荷特性変数ｐ(ｉ)及び受け取った持続性ルールＰに基づき、そして送信されるべき通信の優先順位の関数として、その次の試みの際にチャンネルへのアクセスを得る。
負荷特性変数ｐ(ｉ)は、次いで、移動ステーションＭに記憶された持続性テーブルＰに対するインデックス値を表わす。このような持続性テーブルＰ（持続性ルール）は、適当なやり方で計算するか又は実験で決定することができる。ここでは、本発明の実施形態によれば、移動ステーションＭの持続性は、当該優先順位ｉの負荷特性変数ｐ(ｉ)と、優先順位の低い負荷の特性変数の和とに基づくだけである。
持続性がアクセス確率で表わされる場合には、送信要求の際に、移動ステーションは、特定のアクセス確率でのみチャンネルへアクセスを得る。
０＜ｑ＜１
移動ステーションにおいては、ここで、次の段階が実行される。
ａ）計算ルールに基づき、移動ステーションは、準ランダムな等分布された数を密接な間隔［０，Ｚ−１］で発生する。但し、Ｚは整数である。
ｂ）選択された数がｑ×Ｚより小さい場合には、移動ステーションが当該時間間隔においてチャンネルへのアクセスを得る。この数が大きい場合には、アクセスが抑制され、そして移動ステーションが要求を記憶する。この要求は、所定の後の時間に再考慮される。
ｃ）アクセスが行われるときに衝突が生じた場合には、移動ステーションが要求を記憶する。この要求は、次いで、所定の後の時間に再考慮される。
ｄ）試みの数が所定数を越えた場合には、要求を完全に無視することができ、そしてエラーメッセージが送信される。
従って、チャンネルへのアクセスの移動ステーションによる断念は、衝突の確率を低減する。これは、次いで、チャンネルのスループットを増加し、移動ステーションにとっても好都合となる。
持続性ルールＰは、異なる原理に基づいて発生することができる。
ａ）チャンネルに得られるスループットを最大にするよう最適化できる。
ｂ）送信されるべき要求の平均アクセス遅延を最小にするように最適化できる。
ｃ）特定の最大アクセス遅延を特定の確率でのみ越えるように最適化できる。
更に、次のことを考慮しなければならない。
ａ）異なる優先順位が使用されるときには、より高い優先順位の（ここでは小さな優先順位番号をもつ）要求を先に取り扱わねばならない。
ｂ）持続性テーブルのテーブル値又は接続性関数のパラメータを選択する際には、値の送信に必要とされる容量を最小にするために適当な値のみが許される（量子化）。
以下、３つの優先順位を区別すべきでありそして負荷特性変数ｐ(ｉ)が４つの値をとり得るときに、持続性テーブルにより実現される持続性ルールＰの一例について説明する。ここで、アクセス確率は、例えば、持続性の一例としてみなす。
ここでは、テーブルの値は、次のように発見的に選択されている。
− システムは、個々に発生する優先順位クラスに対して同じ優先順位を有し、そして
− テーブルの個々の値は、簡単な形成法則に従い、それ故、簡単に送信することができる。
当該優先順位の負荷特性変数は、テーブルの列の選択を決定し、一方、高い優先順位の負荷特性変数の和は、テーブルの行の選択を決定する。値が所与の値範囲を越える場合には、負荷特性変数の考えられる最も高い値が選択される。
テーブルは、アクセス確率の当該値を含む。
優先順位１−Ｐ(１)をもつ移動ステーションのアクセス確率

優先順位２−Ｐ(２)をもつ移動ステーションのアクセス確率

優先順位３−Ｐ(３)をもつ移動ステーションのアクセス確率

本発明は、請求の範囲に記載する発明に係るものであるかどうか、或いは該当する問題のいずれか又は全てを軽減するものであるかどうかに関わりなく、ここに明確に開示した新規な特徴又はその組合せ或いはその一般性も包含するものとする。
以上の説明から、本発明の範囲内で種々の変更がなされ得ることが当業者に明らかであろう。

Claims (6)

1. セルラー移動無線ネットワーク内において所定の優先順位のアクセス要求をスケジューリングするために、前記ネットワーク内の移動ステーションの持続性を設定する方法において、
   前記移動ステーションは、ネットワークベースステーションと通信するものであり、
   前記移動ステーションは、負荷特性データを受信し、持続性を適用し、かつ、アクセスを制御するためのプロセッサを有している、方法であって、
   第１の所定の時間区間にわたって前記ベースステーションにおいて前記ネットワーク内の負荷特性変数を推定する段階と、
   推定された前記負荷特性変数を前記移動ステーションに対して送信する段階と、
   前記第１の所定の時間区間より長い第２の所定の時間区間にわたって計算された持続性ルールを前記ベースステーションにおいて設定する段階と、
   前記持続性ルールを前記移動ステーションに対して送信する段階と、
   送信された前記負荷特性変数及び送信された前記持続性ルールを、前記移動ステーションにおける前記プロセッサにおいて処理する段階と、
   前記移動ステーションから前記ベースステーションに対するアクセス要求の送信を、前記負荷特性変数及び前記持続性ルールに従って制御する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記負荷特性変数を推定する段階が、
   第１の所定の時間区間にわたって成功したアクセスの数を前記ベースステーションにおいて検出する段階と、
   検出された前記アクセスに基づいて、前記ネットワーク内のアクティブな移動ステーションの数を前記ベースステーションにおいて推定する段階と、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記持続性ルールがアクセス確率に基づいており、
   該アクセス確率は、検出されたアクセス及び現在の加入者の推定された数から計算される、請求項１に記載の方法。
4. アクセスがアクセス確率に基づいて得られる、請求項３に記載の方法。
5. 送信の衝突が発生した場合には、前記アクセス要求は、所定の区間が経過した後、再度スケジューリングされる、請求項１に記載の方法。
6. 前記負荷特性変数及び前記持続性ルールが、周期的な区間において、更新され送信される、請求項１に記載の方法。

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