JP4209299B2 - 移動体通信システムの基地局装置 - Google Patents
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Description
本発明は、移動体通信システムの無線基地局装置に係わり、特に、パケット伝送を効率よく行なえる移動体通信システムの基地局装置に関する。
近年の移動体通信システムにおける利用者数は爆発的に増加しており、その原因として移動体通信サービスのマルチメディア化が挙げられる。特に、静止画、データ等の情報種別に対する需要は増大しており、これらを処理するパケット通信の重要性は大きい。将来的には、静止画・動画・データへの更なる需要シフトが予想され、移動体通信システムにおいて、呼処理能力を向上させるには、パケット伝送の効率化が必須と思われる。
現状の移動体通信システムの無線基地局装置では、ベースバンド信号処理部において音声とパケットはほとんど区別されることなく伝送されている。具体的には、音声・パケットの有無に関わらず、無線回線確立時にその時点での信号を伝送するため、複雑な回線制御は不要となる。そのため、ランダムに呼が生起し、無線回線使用効率が高い音声通信に適している。それに対して、バースト的に発生し、無線回線確立時におけるデータ未転送時間が長いパケット伝送時、現状の伝送方式は、無線回線使用効率が悪くなるため、あまり適しているとはいえない。
現状の移動体通信システムの無線基地局装置では、ベースバンド信号処理部において音声とパケットはほとんど区別されることなく伝送されている。具体的には、音声・パケットの有無に関わらず、無線回線確立時にその時点での信号を伝送するため、複雑な回線制御は不要となる。そのため、ランダムに呼が生起し、無線回線使用効率が高い音声通信に適している。それに対して、バースト的に発生し、無線回線確立時におけるデータ未転送時間が長いパケット伝送時、現状の伝送方式は、無線回線使用効率が悪くなるため、あまり適しているとはいえない。
伝送効率が劣化するのを防止する技術(たとえば特許文献１参照)が提案されている。この従来技術では、移動通信システムにおいて、共有のアクセスチャネルを介して発呼要求する必要があるため、複数の移動局が同時に発呼信号を送信すると衝突が発生して伝送効率が劣化する。そこで、基地局は、移動局から送信に先立って通知されるパケットサイズ、使用無線チャネル数、許容遅延時間などに基づいて該移動局を、複数の異なる優先クラスの所定待ち行列に接続し、予め定められた基準に従って一つの待ち行列の中から移動局を選択してアクセスチャネルを割り当てる。
また、基地局制御装置において、効率的にバースト的データを伝送する技術(たとえば特許文献２参照)が提案されている。この従来技術では、音声などの低速データ配信について「呼毎割当方式」で資源割当を行ない、高速データ(バースト的データ)ついて、資源を割り当てるに十分な量の伝送すべき高速データが得られるまでバッファ待ち行列に格納し、予め定められた十分な量(高データマーク)に到達すると該高速データ資源を割り当てて配信する。
特開平１０−１９１４５５号公報
特開２０００−１５１７１２号公報
また、基地局制御装置において、効率的にバースト的データを伝送する技術(たとえば特許文献２参照)が提案されている。この従来技術では、音声などの低速データ配信について「呼毎割当方式」で資源割当を行ない、高速データ(バースト的データ)ついて、資源を割り当てるに十分な量の伝送すべき高速データが得られるまでバッファ待ち行列に格納し、予め定められた十分な量(高データマーク)に到達すると該高速データ資源を割り当てて配信する。
特許文献１の従来技術は、複数の移動局からの送信要求に対してどの移動局にアクセスチャネルを割り当てるかを問題にするもので、バースト的に発生するデータの伝送効率を向上することを目的とするものではない。
特許文献２の従来技術は、バースト的に発生するデータの伝送効率を向上することを目的とするものであるが、パケットの優先順位やパケットサイズ、蓄積状況、利用可能リソース数等に基づいてパケットデータの伝送効率を向上するものではない。
以上から本発明の目的は、パケットの優先順位や蓄積状況、利用可能リソース数等に基づいて一括伝送することによりパケットデータの伝送効率を向上することである。
特許文献２の従来技術は、バースト的に発生するデータの伝送効率を向上することを目的とするものであるが、パケットの優先順位やパケットサイズ、蓄積状況、利用可能リソース数等に基づいてパケットデータの伝送効率を向上するものではない。
以上から本発明の目的は、パケットの優先順位や蓄積状況、利用可能リソース数等に基づいて一括伝送することによりパケットデータの伝送効率を向上することである。
本発明は、音声データおよびパケットを伝送する移動体通信システムの基地局装置であり、無線基地局制御装置より送信されるパケットのアプリケーション種別を識別する手段、
該パケットのアプリケーションに応じて１ファイル分のサイズを予測して蓄積領域を確保する手段、該１ファイル分のパケットを蓄積する手段、アプリケーションの優先順位および蓄積手段における蓄積状況に基づき送信ファイルを選択する手段、選択された前記送信ファイルを送信する手段を備え、断続的に到着するパケットデータをパケットのアプリケーションに応じて前記蓄積手段に蓄積し、該蓄積したパケットデータをアプリケーションの優先順位に基づいて一括転送し、パケットの伝送効率を向上する。この際、基地局装置は、更に、前記送信ファイルにリソースを割り当てるリソース管理手段を備え、前記送信ファイル選択手段はパケット用リソース数を考慮して送信ファイルを選択し、前記送信手段は割り当てられたリソースにより送信ファイルを一括送信する。
また、前記ファイルサイズ予測手段は、各種アプリケーションにおけるパケットサイズの予測を、統計的手法を用いて行ない、前記蓄積手段は、実ファイルのサイズが予測サイズより大きい場合に差分を保存する蓄積手段を備える。また、アプリケーションの特徴(即時性の要否)や呼の輻輳状況に応じて、前記優先順位を決定する。更に、設定時間以上、前記蓄積手段に滞留しているファイルを優先的に送信ファイルとして決定して送信する。
該パケットのアプリケーションに応じて１ファイル分のサイズを予測して蓄積領域を確保する手段、該１ファイル分のパケットを蓄積する手段、アプリケーションの優先順位および蓄積手段における蓄積状況に基づき送信ファイルを選択する手段、選択された前記送信ファイルを送信する手段を備え、断続的に到着するパケットデータをパケットのアプリケーションに応じて前記蓄積手段に蓄積し、該蓄積したパケットデータをアプリケーションの優先順位に基づいて一括転送し、パケットの伝送効率を向上する。この際、基地局装置は、更に、前記送信ファイルにリソースを割り当てるリソース管理手段を備え、前記送信ファイル選択手段はパケット用リソース数を考慮して送信ファイルを選択し、前記送信手段は割り当てられたリソースにより送信ファイルを一括送信する。
また、前記ファイルサイズ予測手段は、各種アプリケーションにおけるパケットサイズの予測を、統計的手法を用いて行ない、前記蓄積手段は、実ファイルのサイズが予測サイズより大きい場合に差分を保存する蓄積手段を備える。また、アプリケーションの特徴(即時性の要否)や呼の輻輳状況に応じて、前記優先順位を決定する。更に、設定時間以上、前記蓄積手段に滞留しているファイルを優先的に送信ファイルとして決定して送信する。
本発明によれば、パケットの優先順位や予測したパケットサイズ、蓄積状況、利用可能リソース数等に基づいて一括伝送することによりパケットデータの伝送効率を高めることができる。また、パケットデータの伝送効率を高めることにより、パケットだけではなく音声用チャネルの収容可能容量を増大させる効果が生じる。その際、重要となるのがファイルサイズの予測法であるが、本発明によれば、統計的手法を用いることによって確度の高いファイルサイズの予測が可能となる。
また、本発明によれば、アプリケーション毎に転送優先順位をつけることにより、即時性が要求されるものに関しては、より処理速度を速めることができ、即時性があまり要求されないものに関しても、バッファへの蓄積許容時間を定めることにより、該蓄積許容時間以上の処理遅延を回避することができる。
また、本発明によれば、アプリケーション毎に転送優先順位をつけることにより、即時性が要求されるものに関しては、より処理速度を速めることができ、即時性があまり要求されないものに関しても、バッファへの蓄積許容時間を定めることにより、該蓄積許容時間以上の処理遅延を回避することができる。
移動体通信システムの基地局装置において、アプリケーション識別部は無線基地局制御装置より送信されるパケットのアプリケーション種別(Web, E-mail, ftp,…etc)を識別し、ファイルサイズ予測部は、パケットのアプリケーションに応じて１ファイル分のサイズを予測して蓄積領域を確保し、蓄積手段は断続的に到着するパケットデータを蓄積し、送信ファイル選択手段はアプリケーションの優先順位やパケットデータの蓄積状況等に基づいて送信ファイルを選択し、転送手段は選択された送信ファイルを一括して移動局に向けて転送する。すなわち、蓄積手段は断続的に到着するパケットデータを蓄積し、転送手段は該蓄積したパケットデータをアプリケーションの優先順位に基づいて一括転送することにより効率化を図る。
この際、ファイルサイズ予測部は、各種アプリケーションにおけるパケットサイズの予測に統計的手法を用いる。また、送信ファイル選択手段はアプリケーションの特徴(即時性の要否等)や呼の輻輳状況に応じて定まる優先順位に従って送信ファイルを決定し、転送手段は決定された送信ファイルを一括転送する。また、蓄積手段に蓄積している蓄積許容時間Tdmaxを定め、送信ファイル選択手段は、該蓄積許容時間以上蓄積されているファイルを優先的に送信することによりTdmax以上の処理遅延を回避する。
この際、ファイルサイズ予測部は、各種アプリケーションにおけるパケットサイズの予測に統計的手法を用いる。また、送信ファイル選択手段はアプリケーションの特徴(即時性の要否等)や呼の輻輳状況に応じて定まる優先順位に従って送信ファイルを決定し、転送手段は決定された送信ファイルを一括転送する。また、蓄積手段に蓄積している蓄積許容時間Tdmaxを定め、送信ファイル選択手段は、該蓄積許容時間以上蓄積されているファイルを優先的に送信することによりTdmax以上の処理遅延を回避する。
（Ａ）無線システム
図１は無線システムの全体の構成図であり、移動マルチメディアスイッチングシステム（MMS）１に複数の無線アクセスネットワーク(RAN)２ａ〜2nが接続され、各無線アクセスネットワーク(RAN) ２ａ〜2nには、無線基地局制御装置（RNC）３、マルチメディア信号処理装置(MPE)４、複数の無線基地局装置（BTS）5a〜5mが設けられている。各基地局装置5a〜5mは管理下のセル内に存在する多数の移動局（UE）6a〜6rと無線で通信できるようになっている。
図１は無線システムの全体の構成図であり、移動マルチメディアスイッチングシステム（MMS）１に複数の無線アクセスネットワーク(RAN)２ａ〜2nが接続され、各無線アクセスネットワーク(RAN) ２ａ〜2nには、無線基地局制御装置（RNC）３、マルチメディア信号処理装置(MPE)４、複数の無線基地局装置（BTS）5a〜5mが設けられている。各基地局装置5a〜5mは管理下のセル内に存在する多数の移動局（UE）6a〜6rと無線で通信できるようになっている。
（Ｂ）無線基地局装置
図2は無線基地局装置５のブロック図であり、無線送受信部１１、べースバンド信号処理部１２、有線伝送路インターフェース部１３、制御部１４を備えている。
無線送受信部１１は、べースバンド信号処理部１２でベースバンド信号処理された信号の周波数を無線周波数に変換してアンテナより送信する。また、無線送受信部１１は、受信信号を検波してべースバンド信号にしてベースバンド信号処理部１２に入力する。ベースバンド信号処理部１２は、送信信号の誤り訂正符号化処理、フレーム化処理、データ変調、拡散変調を行なって無線送受信部１１に入力すると共に、無線送受信部１１から入力する受信信号の逆拡散、誤り訂正復号処理、データの多重分離を行ってユーザデータを有線伝送路インターフェース部13に入力する。有線伝送路インタフェース部１３は、無線基地局装置５と無線基地局制御装置３の間で制御データおよびユーザデータ（音声、パケットetc）の送受信制御を行なうと共に、べースバンド信号処理部１２との間でユーザデータを送受し、かつ、制御部１４との間で制御データを送受する。制御部１４は無線基地局制御装置３との間で呼制御信号の送受信を行なって呼制御を行なうと共に、無線送受信部１１における無線回線の管理、無線回線の設定・開放制御を行なう。
図2は無線基地局装置５のブロック図であり、無線送受信部１１、べースバンド信号処理部１２、有線伝送路インターフェース部１３、制御部１４を備えている。
無線送受信部１１は、べースバンド信号処理部１２でベースバンド信号処理された信号の周波数を無線周波数に変換してアンテナより送信する。また、無線送受信部１１は、受信信号を検波してべースバンド信号にしてベースバンド信号処理部１２に入力する。ベースバンド信号処理部１２は、送信信号の誤り訂正符号化処理、フレーム化処理、データ変調、拡散変調を行なって無線送受信部１１に入力すると共に、無線送受信部１１から入力する受信信号の逆拡散、誤り訂正復号処理、データの多重分離を行ってユーザデータを有線伝送路インターフェース部13に入力する。有線伝送路インタフェース部１３は、無線基地局装置５と無線基地局制御装置３の間で制御データおよびユーザデータ（音声、パケットetc）の送受信制御を行なうと共に、べースバンド信号処理部１２との間でユーザデータを送受し、かつ、制御部１４との間で制御データを送受する。制御部１４は無線基地局制御装置３との間で呼制御信号の送受信を行なって呼制御を行なうと共に、無線送受信部１１における無線回線の管理、無線回線の設定・開放制御を行なう。
（Ｃ）べースバンド信号処理部
図3はべースバンド信号処理部の構成図である。
アプリケーション識別機２１は、インターフェース部１３を介して入力するパケットのヘッダに付加されているポート番号を参照して、アプリケーション種別（Web, E-mail, ftp,…etc）の識別、即時性の有無等によるアプリケーションの分類、該当バッファへのパケットデータの送信、バッファ制御機２４へのアプリケーション種別等の情報通知を行なう。
パケット用バッファ２２は、バッファ制御機２４より通知されるサイズのバッファの確保、該確保されたバッファに対するパケットの蓄積を行なう。すなわち、パケット用バッファ２２は、アプリケーション毎にバッファ制御機２４より通知されるサイズのバッファ(記憶領域)２２1，２２2，．．２２nを確保すると共にファイルサイズ誤差用バッファ２２ａを備えている。そして、該当バッファ２２1〜２２nへパケットデータを蓄積すると共に、ファイルサイズの予測誤差により各バッファを溢れたパケットデータをファイルサイズ誤差用バッファ２２ａに格納する。
図3はべースバンド信号処理部の構成図である。
アプリケーション識別機２１は、インターフェース部１３を介して入力するパケットのヘッダに付加されているポート番号を参照して、アプリケーション種別（Web, E-mail, ftp,…etc）の識別、即時性の有無等によるアプリケーションの分類、該当バッファへのパケットデータの送信、バッファ制御機２４へのアプリケーション種別等の情報通知を行なう。
パケット用バッファ２２は、バッファ制御機２４より通知されるサイズのバッファの確保、該確保されたバッファに対するパケットの蓄積を行なう。すなわち、パケット用バッファ２２は、アプリケーション毎にバッファ制御機２４より通知されるサイズのバッファ(記憶領域)２２1，２２2，．．２２nを確保すると共にファイルサイズ誤差用バッファ２２ａを備えている。そして、該当バッファ２２1〜２２nへパケットデータを蓄積すると共に、ファイルサイズの予測誤差により各バッファを溢れたパケットデータをファイルサイズ誤差用バッファ２２ａに格納する。
ファイルサイズ算出機２３は、アプリケーション毎に実ファイルサイズの平均値と標準偏差を算出して記憶し、これら統計データを用いて後述する統計的手法によりファイルサイズを予測し、かつ、その通知を行なう。
バッファ制御機２４は、(1)アプリケーション識別機２１におけるデータの到着状況監視、(2)パケットのアプリケーション種別、実ファイルサイズ情報等のファイルサイズ算出機２３への通知、(3)パケットバッファ２２におけるファイル蓄積状況監視およびパケットバッファ２２におけるファイル蓄積情報のパケット伝送制御機5への通知、(4)確保したバッファ２２1〜２２nのパケット伝送制御機5への通知およびアプリケーションの特徴(即時性の要否など)の通知を行なう。
パケット伝送制御機２５は、(1)リソース管理機２７、バッファ制御機２４から収集した情報の管理（リソース使用状況、アプリケーションの毎のバッファ使用状況、アプリケーションの特徴等）、(2)上記管理情報及びアプリケーションの優先順位等に基づく送信ファイル選定制御、(3)後段の信号処理部に対する、ユーザ毎のリソース使用状況通知（使用無線回線・リソース数等の通知）を行なう。
バッファ制御機２４は、(1)アプリケーション識別機２１におけるデータの到着状況監視、(2)パケットのアプリケーション種別、実ファイルサイズ情報等のファイルサイズ算出機２３への通知、(3)パケットバッファ２２におけるファイル蓄積状況監視およびパケットバッファ２２におけるファイル蓄積情報のパケット伝送制御機5への通知、(4)確保したバッファ２２1〜２２nのパケット伝送制御機5への通知およびアプリケーションの特徴(即時性の要否など)の通知を行なう。
パケット伝送制御機２５は、(1)リソース管理機２７、バッファ制御機２４から収集した情報の管理（リソース使用状況、アプリケーションの毎のバッファ使用状況、アプリケーションの特徴等）、(2)上記管理情報及びアプリケーションの優先順位等に基づく送信ファイル選定制御、(3)後段の信号処理部に対する、ユーザ毎のリソース使用状況通知（使用無線回線・リソース数等の通知）を行なう。
送信ファイルセレクタ２６は、パケット伝送制御機２５が指定するバッファから送信ファイルを選択してリソース管理機２７に入力する。
リソース管理機２７は、(1)音声リソース状況（ユーザ毎の通話開始時間、使用リソース数）の把握処理、(2)パケット使用可能リソース数の算出処理、(3)ファイルサイズ、アプリケーションの優先順位等を考慮したリソース割当て処理、(4)音声、パケットにおけるリソース使用状況監視通知、を行なう。
信号処理部２８は、送信信号の誤り訂正符号化処理、フレーム化処理、データ変調、拡散変調を行なって無線送受信部１１に入力すると共に、無線送受信部１１から入力する受信信号の逆拡散、誤り訂正復号処理、データの多重分離を行ってユーザデータを有線伝送路インターフェース部13に入力する。尚、受信ルートは示されていない。
リソース管理機２７は、(1)音声リソース状況（ユーザ毎の通話開始時間、使用リソース数）の把握処理、(2)パケット使用可能リソース数の算出処理、(3)ファイルサイズ、アプリケーションの優先順位等を考慮したリソース割当て処理、(4)音声、パケットにおけるリソース使用状況監視通知、を行なう。
信号処理部２８は、送信信号の誤り訂正符号化処理、フレーム化処理、データ変調、拡散変調を行なって無線送受信部１１に入力すると共に、無線送受信部１１から入力する受信信号の逆拡散、誤り訂正復号処理、データの多重分離を行ってユーザデータを有線伝送路インターフェース部13に入力する。尚、受信ルートは示されていない。
（D）ファイルサイズ予測の必要性およびファイルサイズの予測誤差を考慮したバッファサイズ制御の必要性
(ａ) ファイルサイズ予測の必要性
本発明では、パケットの特性を考慮し、バースト的に発生する単位、すなわちファイル(呼)単位にてパケットを蓄積し、蓄積終了後に下り無線回線を確立し、一括転送する。これにより、バッファ蓄積途中において、他の呼に無線回線を割り当てることが可能となり、無線回線使用効率を向上させることができる。この方式を実現するためには、ファイル単位にてパケットをバッファへ蓄積する必要があり、バッファへ蓄積するためには、その呼におけるファイルサイズを予測し、その分をバッファにて確保する必要がある。
(ａ) ファイルサイズ予測の必要性
本発明では、パケットの特性を考慮し、バースト的に発生する単位、すなわちファイル(呼)単位にてパケットを蓄積し、蓄積終了後に下り無線回線を確立し、一括転送する。これにより、バッファ蓄積途中において、他の呼に無線回線を割り当てることが可能となり、無線回線使用効率を向上させることができる。この方式を実現するためには、ファイル単位にてパケットをバッファへ蓄積する必要があり、バッファへ蓄積するためには、その呼におけるファイルサイズを予測し、その分をバッファにて確保する必要がある。
(ｂ) ファイルサイズの予測誤差を考慮したバッファサイズ制御の必要性
統計的手法により予測したファイルサイズ(バッファサイズ)に到達するまで、パケットをバッファへ蓄積するが、統計分布の乱数に基づいてファイルサイズを予測するため、当然、実ファイルとのサイズ誤差が生じる。実ファイルサイズ＞予測ファイルサイズであれば、そのままでは確保されたバッファ領域からパケットデータがあふれて廃棄されてしまう。逆の場合は、いつまでたっても予測ファイルサイズに到達することが無いため、そのままでは転送されること無く、ずっと待機することになる。よって、こういったファイルサイズの予測誤差に対処するようなバッファサイズ制御方式を確立する必要がある。
統計的手法により予測したファイルサイズ(バッファサイズ)に到達するまで、パケットをバッファへ蓄積するが、統計分布の乱数に基づいてファイルサイズを予測するため、当然、実ファイルとのサイズ誤差が生じる。実ファイルサイズ＞予測ファイルサイズであれば、そのままでは確保されたバッファ領域からパケットデータがあふれて廃棄されてしまう。逆の場合は、いつまでたっても予測ファイルサイズに到達することが無いため、そのままでは転送されること無く、ずっと待機することになる。よって、こういったファイルサイズの予測誤差に対処するようなバッファサイズ制御方式を確立する必要がある。
(ｃ) ファイルサイズ予測方法
図３のファイルサイズ算出機２３は以下の(1)〜(3)に従った方法により、アプリケーション毎にファイルサイズを予測する。
(c-1)アプリケーション毎のファイルサイズの平均値／標準偏差の算出
ファイルサイズ算出機２３はバッファ制御機２４から通知されるアプリケーション種別と実ファイルサイズに基づいて、ファイルを受信完了する度にアプリケーション種別毎の実ファイルサイズの平均値と標準偏差を算出して更新保持する。
(c-2)ファイルサイズ予測に必要な対数正規分布に従った乱数の発生
対数正規分布に従う乱数の発生方法を以下に示す。対数正規分布とは図4に示すようにxが正規分布に従う時にy=exp(x)が従う分布で、母集団として非負のものを対象としている。
対数正規分布に従う乱数の発生方法は以下の通りである。
1) まず一様乱数R1, R2を発生させる。
2) ついで、λ=λ1 2+λ2 2 (λ1=2 R1−1, λ2=2 R1−1)を計算する。
3) λ＞１なら再計算し、λ≦１ならc=(−2log(λ)/λ) 1/2を計算する。
4) x1=cλ1, x2=cλ2を計算する。ここでいう、x1, x2は平均0,分散1の正規分布に従う乱数である。
5) 平均m,分散σ2の正規分布に従う乱数はy=σx+mで算出する。すなわち、y1=σx1+m, y2=σx2+mを算出する。
6) z1=exp(y1)，z2=exp(y2)により対数正規分布に従う乱数に変換する。
(c-3) 対数正規分布に従った乱数を発生すれば、平均値、標準偏差、乱数によるファイルサイズの予測を行なう。なお、下式によりファイルサイズを予測することができる。
ファイルサイズ=平均値＋標準偏差×統計分布に従う乱数 (1)
図３のファイルサイズ算出機２３は以下の(1)〜(3)に従った方法により、アプリケーション毎にファイルサイズを予測する。
(c-1)アプリケーション毎のファイルサイズの平均値／標準偏差の算出
ファイルサイズ算出機２３はバッファ制御機２４から通知されるアプリケーション種別と実ファイルサイズに基づいて、ファイルを受信完了する度にアプリケーション種別毎の実ファイルサイズの平均値と標準偏差を算出して更新保持する。
(c-2)ファイルサイズ予測に必要な対数正規分布に従った乱数の発生
対数正規分布に従う乱数の発生方法を以下に示す。対数正規分布とは図4に示すようにxが正規分布に従う時にy=exp(x)が従う分布で、母集団として非負のものを対象としている。
対数正規分布に従う乱数の発生方法は以下の通りである。
1) まず一様乱数R1, R2を発生させる。
2) ついで、λ=λ1 2+λ2 2 (λ1=2 R1−1, λ2=2 R1−1)を計算する。
3) λ＞１なら再計算し、λ≦１ならc=(−2log(λ)/λ) 1/2を計算する。
4) x1=cλ1, x2=cλ2を計算する。ここでいう、x1, x2は平均0,分散1の正規分布に従う乱数である。
5) 平均m,分散σ2の正規分布に従う乱数はy=σx+mで算出する。すなわち、y1=σx1+m, y2=σx2+mを算出する。
6) z1=exp(y1)，z2=exp(y2)により対数正規分布に従う乱数に変換する。
(c-3) 対数正規分布に従った乱数を発生すれば、平均値、標準偏差、乱数によるファイルサイズの予測を行なう。なお、下式によりファイルサイズを予測することができる。
ファイルサイズ=平均値＋標準偏差×統計分布に従う乱数 (1)
(ｄ) ファイルサイズの予測誤差を考慮したバッファサイズ制御
実ファイルサイズと予測ファイルサイズの誤差に対処するバッファサイズ制御方式を説明する。本発明において、図3のバッファ制御機２４がアプリケーション識別機２１を常時監視することにより、アプリケーション毎にパケットの到着状況を把握し、以下のような制御を行なう。
(d-1) パケットを受信しなくなってから、ある時間(Twait：アプリケーション毎の設定値)待機しても、パケットがバッファに到着しない場合、バッファ制御機２４は、予測ファイルサイズ＞実ファイルサイズと判断し、バッファ蓄積終了とみなす(図５(a)参照)。なお、Twait以上遅延したパケットに関しては、無線基地局装置５において別ファイルとみなし(図5(b)参照)、バッファ領域の確保及びパケットの蓄積を行なう。すなわち、図５(a)において、(1)〜(3)は同一ファイルとみなし、そのまま同一バッファに蓄積する。しかし、図5(b)において、(3)は(1)〜(2)とは別ファイルであり、別のバッファに蓄積する。
実ファイルサイズと予測ファイルサイズの誤差に対処するバッファサイズ制御方式を説明する。本発明において、図3のバッファ制御機２４がアプリケーション識別機２１を常時監視することにより、アプリケーション毎にパケットの到着状況を把握し、以下のような制御を行なう。
(d-1) パケットを受信しなくなってから、ある時間(Twait：アプリケーション毎の設定値)待機しても、パケットがバッファに到着しない場合、バッファ制御機２４は、予測ファイルサイズ＞実ファイルサイズと判断し、バッファ蓄積終了とみなす(図５(a)参照)。なお、Twait以上遅延したパケットに関しては、無線基地局装置５において別ファイルとみなし(図5(b)参照)、バッファ領域の確保及びパケットの蓄積を行なう。すなわち、図５(a)において、(1)〜(3)は同一ファイルとみなし、そのまま同一バッファに蓄積する。しかし、図5(b)において、(3)は(1)〜(2)とは別ファイルであり、別のバッファに蓄積する。
(d-2) 予測ファイルサイズになるまでパケットを蓄積しても、まだパケットが到着する場合、すなわち、予測ファイルサイズ＜実ファイルサイズの場合、新たに追加バッファ領域（ファイルサイズ誤差用バッファ２２a）を確保し、パケットが連続的に到着する間（パケット到着間隔がTwait以内）はファイルサイズ誤差用バッファ２２aの許す限り蓄積し、パケットが連続的に到着しなくなった時点で、バッファ蓄積終了とし(図6参照)、図３のパケット伝送制御機２５へ通知する。なお、ファイルサイズ誤差用バッファ２２aを用いても容量的に蓄積できないパケットは破棄する。
追加バッファ領域サイズの算出法を以下に説明する。
今まで受信したファイルのうち、予測ファイルサイズと実ファイルサイズ間で、誤差が生じたファイルk(k=1,2,・・・n-1)において、下式のような計算を実施する。具体的には、予測ファイルサイズ(Fpre [k])と実ファイルサイズ(Freal [k])間の誤差が、予測ファイルサイズに占める割合(Ferr[k])を求め、それらを平均する(平均値＝ERRmean)。
Ferr[1]=(Freal [1]−Fpre [1])/Fpre [1],
Ferr[2]= (Freal [2]−Fpre [2])/Fpre [2],・・・,
Ferr[n-1]=(Freal [n-1]−Fpre [n-1])/ /Fpre [n-1]
ERRmean=(ΣFerr[k])/n
予測ファイルサイズに占める誤差の割合の平均値ERRmeanを、今回予測したファイルサイズFpre[n]に乗算することにより、今回発生する誤差、すなわち、追加バッファファイルサイズ(Badd[n])を予測する。
Badd[n]= ERRmean×Fpre[n] (2)
追加バッファ領域サイズの算出法を以下に説明する。
今まで受信したファイルのうち、予測ファイルサイズと実ファイルサイズ間で、誤差が生じたファイルk(k=1,2,・・・n-1)において、下式のような計算を実施する。具体的には、予測ファイルサイズ(Fpre [k])と実ファイルサイズ(Freal [k])間の誤差が、予測ファイルサイズに占める割合(Ferr[k])を求め、それらを平均する(平均値＝ERRmean)。
Ferr[1]=(Freal [1]−Fpre [1])/Fpre [1],
Ferr[2]= (Freal [2]−Fpre [2])/Fpre [2],・・・,
Ferr[n-1]=(Freal [n-1]−Fpre [n-1])/ /Fpre [n-1]
ERRmean=(ΣFerr[k])/n
予測ファイルサイズに占める誤差の割合の平均値ERRmeanを、今回予測したファイルサイズFpre[n]に乗算することにより、今回発生する誤差、すなわち、追加バッファファイルサイズ(Badd[n])を予測する。
Badd[n]= ERRmean×Fpre[n] (2)
（ｅ）本発明のファイルサイズ予測方法とバッファサイズ制御の効果
(e-1)ファイルサイズ予測方法
本発明では、実際のファイルサイズ分布に基づき予測することにより、より正確な値を予測することができ、誤差に伴うバッファサイズ制御への負荷を軽減できる。また、アプリケーション毎に平均値・標準偏差が異なると思われるため、アプリケーション毎にファイルサイズを予測することにより、より正確な予測が可能となる。
(e-2)バッファサイズ制御方式
統計的手法に基づきファイルサイズを算出することにより、より正確な値を予測することができるが、やはり実ファイルサイズとは誤差が発生する。そこで、この誤差を補完するようにバッファサイズを制御する。これにより、予測ファイルサイズ＞実ファイルサイズの場合に到着するはずの無いパケットを待機したり、予測ファイルサイズ＜実ファイルサイズの場合に確保したバッファ領域から溢れたパケットを廃棄したり、といったことを防止できる。
(e-1)ファイルサイズ予測方法
本発明では、実際のファイルサイズ分布に基づき予測することにより、より正確な値を予測することができ、誤差に伴うバッファサイズ制御への負荷を軽減できる。また、アプリケーション毎に平均値・標準偏差が異なると思われるため、アプリケーション毎にファイルサイズを予測することにより、より正確な予測が可能となる。
(e-2)バッファサイズ制御方式
統計的手法に基づきファイルサイズを算出することにより、より正確な値を予測することができるが、やはり実ファイルサイズとは誤差が発生する。そこで、この誤差を補完するようにバッファサイズを制御する。これにより、予測ファイルサイズ＞実ファイルサイズの場合に到着するはずの無いパケットを待機したり、予測ファイルサイズ＜実ファイルサイズの場合に確保したバッファ領域から溢れたパケットを廃棄したり、といったことを防止できる。
(Ｅ)本発明の呼処理手順
図7は本発明の呼処理フローである。
図３のアプリケーション識別機２１にパケットが入力すると、アプリケーション識別部２１はパケットを復号して知り得るポート番号によりアプリケーションを識別し、そのアプリケーション種別を図３のバッファ制御機２４へ通知する。なお、アプリケーションの識別に関しては特に問わないが、TCPやUDP層まで復号し、アプリケーション毎に割当てられるポート番号を把握することによる方法が考えられる(以上ステップ１０１)。
バッファ制御機２４は、通知されたアプリケーション種別を基にファイルサイズ算出機２３にファイルサイズを予測させ、そのサイズ分のバッファを該アプリケーションに応じて確保するようパケットバッファ２２へ命令する(ステップ１０２)。
パケットバッファ２２は予測ファイルサイズ分のバッファを確保できたら、バッファ制御機２４経由でアプリケーション識別機２１へバッファ領域を通知し、該アプリケーション識別機２１にパケットを送信させる。これにより、パケットバッファ２２はアプリケーション毎にパケットを受信し、対応するバッファに蓄積する(以上ステップ１０３)。
バッファ制御機２４はパケットバッファ２２でのファイル蓄積状況を監視し、パケット伝送制御機２５へ通知する(ステップ１０４)。
図7は本発明の呼処理フローである。
図３のアプリケーション識別機２１にパケットが入力すると、アプリケーション識別部２１はパケットを復号して知り得るポート番号によりアプリケーションを識別し、そのアプリケーション種別を図３のバッファ制御機２４へ通知する。なお、アプリケーションの識別に関しては特に問わないが、TCPやUDP層まで復号し、アプリケーション毎に割当てられるポート番号を把握することによる方法が考えられる(以上ステップ１０１)。
バッファ制御機２４は、通知されたアプリケーション種別を基にファイルサイズ算出機２３にファイルサイズを予測させ、そのサイズ分のバッファを該アプリケーションに応じて確保するようパケットバッファ２２へ命令する(ステップ１０２)。
パケットバッファ２２は予測ファイルサイズ分のバッファを確保できたら、バッファ制御機２４経由でアプリケーション識別機２１へバッファ領域を通知し、該アプリケーション識別機２１にパケットを送信させる。これにより、パケットバッファ２２はアプリケーション毎にパケットを受信し、対応するバッファに蓄積する(以上ステップ１０３)。
バッファ制御機２４はパケットバッファ２２でのファイル蓄積状況を監視し、パケット伝送制御機２５へ通知する(ステップ１０４)。
バッファ制御機２４は、予測ファイルサイズと実ファイルサイズとの差やパケットの遅延を考慮して既述のバッファサイズ制御方式の実行が必要であるか監視する(ステップ１０５)。予測ファイルサイズ＜実ファイルサイズの場合や、予測ファイルサイズ＞実ファイルサイズで著しい遅延が発生する場合、バッファ制御方式が必要であると判断する。
必要であればバッファ制御方式を実行する(ステップ１０６)。すなわち、別のバッファ領域を確保し、アプリケーション識別機２１に対し、バッファ領域の変更を通知する。また、その際もファイル蓄積状況をパケット伝送制御機２５へ通知する。
パケット伝送制御機２５は、アプリケーションの特徴(即時性の要否等)や呼の輻輳状況に基づいて決定したアプリケーションの優先順位、並びにパケットバッファ２２におけるファイル蓄積状況、使用リソース状況等を基に送信ファイルを選定し、そのファイルサイズ等の情報をリソース管理機２７へ通知する(ステップ１０７)。送信ファイルの選定方法は図8に従って後述する。
必要であればバッファ制御方式を実行する(ステップ１０６)。すなわち、別のバッファ領域を確保し、アプリケーション識別機２１に対し、バッファ領域の変更を通知する。また、その際もファイル蓄積状況をパケット伝送制御機２５へ通知する。
パケット伝送制御機２５は、アプリケーションの特徴(即時性の要否等)や呼の輻輳状況に基づいて決定したアプリケーションの優先順位、並びにパケットバッファ２２におけるファイル蓄積状況、使用リソース状況等を基に送信ファイルを選定し、そのファイルサイズ等の情報をリソース管理機２７へ通知する(ステップ１０７)。送信ファイルの選定方法は図8に従って後述する。
送信ファイルセレクタ２６は選定された送信ファイルをパケット用バッファ２２から取り出してリソース管理機２７に入力する。リソース管理機２７は、音声/パケットリソースの使用状況に基づき、パケットにて使用可能なリソース数を算出し、その使用可能なリソース数、ファイルサイズ等の情報を基に送信ファイルにリソースを割当てる。リソース割当後は、音声・パケットにおけるリソース使用状況を更新し、パケット伝送制御機２５へ通知する(ステップ１０８)。なお、リソース割当方法の詳細波図9に従って後述する以下に示す。
図8はパケット伝送制御機２５による送信ファイルの選定処理フローである。
バッファに蓄積終了しているファイルのうち、アプリケーションの優先順位が高いバッファにおけるファイルを選定する(ステップ２０１)。ついで、実ファイルサイズと予測ファイルサイズを比較し(ステップ２０２)、実ファイルサイズ＞予測ファイルサイズであれば、ファイルサイズ誤差用バッファ２２ａにおける該当するパケットも合わせて選定する(ステップ２０３)。そして、選定した送信ファイルのファイルサイズ等の情報をリソース管理機２７に通知し(ステップ２０４)、リソース管理機２７は通知された情報に基づいて、前記選定されたファイルにリソースを割り当てる(ステップ１０８)。
バッファに蓄積終了しているファイルのうち、アプリケーションの優先順位が高いバッファにおけるファイルを選定する(ステップ２０１)。ついで、実ファイルサイズと予測ファイルサイズを比較し(ステップ２０２)、実ファイルサイズ＞予測ファイルサイズであれば、ファイルサイズ誤差用バッファ２２ａにおける該当するパケットも合わせて選定する(ステップ２０３)。そして、選定した送信ファイルのファイルサイズ等の情報をリソース管理機２７に通知し(ステップ２０４)、リソース管理機２７は通知された情報に基づいて、前記選定されたファイルにリソースを割り当てる(ステップ１０８)。
割当した後、まだ、パケットにて使用可能なリソースが存在するかチェックし(ステップ２０５)、存在すれば、バッファへ蓄積終了しているファイルのうちアプリケーションの優先順位が高いバッファのファイルを選定する(ステップ２０６)。ついで、使用可能なファイルの帯域とファイルサイズより伝送時間を算出し、該伝送時間と遅延許容時間(Tdmax)を比較する(ステップ２０７)。伝送時間がファイルの遅延許容時間(Tdmax)よりも小さければ、該ファイルを選定し(ステップ２０８)、ステップ２０４以降の処理を繰り返す。一方、ステップ２０７において、伝送時間がファイルの遅延許容時間(Tdmax)よりも大きければ、ステップ２０５以降の処理を繰返す。なお、パケットにて使用可能なリソースがなくなるまで上記処理を繰り返す。
ところで、以上のフローによりファイルを選定すると、優先順位の低いアプリケーションに属するファイルは、いつまでも送信できなくなる。そこで、アプリケーション毎に遅延許容時間(Tdmax)を設定し、それを上回るファイルが存在するか図8の処理の最初に監視し、存在する場合はそれを最優先して送信するよう制御する。
パケット伝送制御機２５はユーザ毎のリソース使用状況(使用リソース数、リソース番号等)を後段処理部へ通知する。
パケット伝送制御機２５はユーザ毎のリソース使用状況(使用リソース数、リソース番号等)を後段処理部へ通知する。
図9はリソース管理機２７によるリソース割当処理フローである。
リソース割当に際して、リソース管理機２７は、新たに生起する音声呼があるかどうか確認し(ステップ３０１)、ある場合は、残存リソースからその音声リソースが収容可能であるかチェックし(ステップ３０２)、音声リソースが収容不可能であれば、生起した音声呼を破棄し(ステップ３０３)、音声リソースが収容可能であれば生起した音声呼も含めて音声チャネルを確保する(ステップ３０４)。
ついで、音声チャネル及び使用中リソースを除外した残りのリソースを、新規にパケットに割当可能なリソース(パケット用リソース)とする(ステップ３０５)。
ついで、ステップ２０３、２０８で選定した所定ファイルにパケット用リソースの割り当てが可能であるかチェックし(ステップ３０６)、割当可能であれば該ファイルにパケット用リソースを割り当てて一括転送し、かつ、割当可能パケット用リソースから該リソース分を減算して更新し、該割当可能パケット用リソースをパケット伝送制御機25に通知する(ステップ３０７)。ついで、別の選定ファイルのファイルサイズ情報などを受信したかチェックし(ステップ３０８)、受信すればステップ３０６以降の処理を繰返し、受信しなければ処理を終了する。
リソース割当に際して、リソース管理機２７は、新たに生起する音声呼があるかどうか確認し(ステップ３０１)、ある場合は、残存リソースからその音声リソースが収容可能であるかチェックし(ステップ３０２)、音声リソースが収容不可能であれば、生起した音声呼を破棄し(ステップ３０３)、音声リソースが収容可能であれば生起した音声呼も含めて音声チャネルを確保する(ステップ３０４)。
ついで、音声チャネル及び使用中リソースを除外した残りのリソースを、新規にパケットに割当可能なリソース(パケット用リソース)とする(ステップ３０５)。
ついで、ステップ２０３、２０８で選定した所定ファイルにパケット用リソースの割り当てが可能であるかチェックし(ステップ３０６)、割当可能であれば該ファイルにパケット用リソースを割り当てて一括転送し、かつ、割当可能パケット用リソースから該リソース分を減算して更新し、該割当可能パケット用リソースをパケット伝送制御機25に通知する(ステップ３０７)。ついで、別の選定ファイルのファイルサイズ情報などを受信したかチェックし(ステップ３０８)、受信すればステップ３０６以降の処理を繰返し、受信しなければ処理を終了する。
一方、ステップ３０６において、使用リソース数と伝送帯域の関係上、選定ファイルにパケット用リソースを割当できなければ、その旨をパケット伝送制御機25に通知し、別の選定ファイルのファイルサイズ情報などの受信を待ち(ステップ３０８)、受信すればステップ３０６以降の処理を繰返し、受信しなければ処理を終了する。
以上本発明によれば、パケットデータの伝送効率を高めることにより、パケットだけではなく音声用チャネルの収容可能容量を増大させる効果が生じる。その際、重要となるのがファイルサイズの予測法であるが、本発明によれば、統計的手法を用いることによって確度の高いファイルサイズの予測が可能となる。
また、本発明によれば、アプリケーション毎に転送優先順位をつけることにより、即時性が要求されるものに関しては、より処理速度を速めることができ、即時性があまり要求されないものに関しても、バッファへの蓄積許容時間を定めることにより、該蓄積許容時間以上の処理遅延を回避することができる。
また、本発明によれば、アプリケーション毎に転送優先順位をつけることにより、即時性が要求されるものに関しては、より処理速度を速めることができ、即時性があまり要求されないものに関しても、バッファへの蓄積許容時間を定めることにより、該蓄積許容時間以上の処理遅延を回避することができる。
２１ アプリケーション識別機
２２ パケット用バッファ
２３ ファイルサイズ算出機
２４ バッファ制御機
２５ パケット伝送制御機
２６ 送信ファイルセレクタ
２７ リソース管理機
２８ 信号処理部
２２ パケット用バッファ
２３ ファイルサイズ算出機
２４ バッファ制御機
２５ パケット伝送制御機
２６ 送信ファイルセレクタ
２７ リソース管理機
２８ 信号処理部
Claims (5)
- 音声データおよびパケットを伝送する移動体通信システムの基地局装置において、
上位装置より送信されるパケットのアプリケーション種別を識別する手段、
該パケットのアプリケーションに応じて１ファイル分のサイズを予測して蓄積領域を確保する手段、
該１ファイル分のパケットを蓄積する手段、
アプリケーションの優先順位および蓄積手段における蓄積状況に基づき送信ファイルを選択する手段、
選択された前記送信ファイルを送信する手段、
を備え、断続的に到着するパケットデータをパケットのアプリケーションに応じて前記蓄積手段に蓄積し、該蓄積したパケットデータをアプリケーションの優先順位に基づいて該１ファイル分一括転送する、
ことを特徴とする基地局装置。 - 前記基地局装置は、更に、前記送信ファイルにリソースを割り当てるリソース管理手段、
を備え、前記送信ファイル選択手段は、パケット用リソース数を考慮して送信ファイルを選択し、前記送信手段は割り当てられたリソースにより送信ファイルを一括送信する、
ことを特徴とする請求項1記載の基地局装置。 - 前記ファイルサイズ予測手段は、前記各アプリケーションのパケットサイズの予測を、統計的手法を用いて行ない、
前記蓄積手段は、実ファイルのサイズが予測サイズより大きい場合に差分を保存する蓄積手段を備えた、
ことを特徴とする請求項１記載の基地局装置。 - アプリケーションの特徴や呼の輻輳状況に応じて、前記優先順位を決定する、
ことを特徴とする請求項１記載の基地局装置。 - 前記送信ファイル選択手段は、設定時間以上、前記蓄積手段に滞留しているファイルを優先的に前記送信ファイルとして送信する、
ことを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP2003353501A JP4209299B2 (ja) | 2003-10-14 | 2003-10-14 | 移動体通信システムの基地局装置 |
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