JP4444246B2 - 通信システムにおけるデータのスケジューリング装置及び方法 - Google Patents

通信システムにおけるデータのスケジューリング装置及び方法 Download PDF

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Description

本発明は通信システムに係り、特に、通信システムにおけるデータのスケジューリング装置及び方法に関する。
次世代の通信システムである第４世代（４Ｇ：４th Generation、以下、「４Ｇ」と称する。）通信システムにおいては、種々なサービス品質（Quality of Service：以下、「ＱｏＳ」と称する。）を持つサービスをユーザーに高速で提供するための研究が盛んに行われている。特に、現在のところ、４Ｇ通信システムにおいては、無線近距離通信ネットワーク（ＬＡＮ：Local Area Network、以下、「ＬＡＮ」と称する。）システムや無線都市地域ネットワーク（ＭＡＮ：Metropolitan Area Network、以下、「ＭＡＮ」と称する。）システムなどの広帯域無線接続通信システムに移動性及びＱｏＳを保証する高速サービスを支援するために、盛んに研究が行われている。
一方、通信システムにおいては、種々なＱｏＳが求められている。以下では、かかる種々なＱｏＳを決める要素について調べてみる。上記ＱｏＳは、データの送受信による遅延要求度、すなわち、例えば、リアルタイムデータまたは非リアルタイムデータによってＱｏＳが決められる。この他に、種々なＱｏＳを決める要素として、フェージング特性、送受信装置間の接近度、ダイバーシティ方式の適用などが挙げられる。このため、データを安定的に伝送するためには、上記ＱｏＳを考慮した上でのスケジューリングが必要となる。
しかしながら、現在の通信システムにおいては、ＱｏＳに基づくスケジューリングを別途に考慮しておらず、この理由から、上記ＱｏＳに基づくスケジューリングへの要求が高まりつつある。
そこで、本発明の目的は、通信システムにおけるＱｏＳに基づくデータのスケジューリング装置及び方法を提供するところにある。
上記の目的を達成するために、本発明の方法は、通信システムにおけるデータのスケジューリング方法において、データをデータのＱｏＳに基づいて一連の優先順位を有する少なくとも１つのＱｏＳクラスに区分するステップと、上記区分された各ＱｏＳクラス別に、上記優先順位に基づくスケジューリング技法を適用して上記データをスケジューリングするステップと、を含むことを特徴とする。
上記の目的を達成するために、本発明の装置は、通信システムにおけるＱｏＳに基づくスケジューリング装置において、データをデータのＱｏＳに基づいて一連の優先順位を有する少なくとも１つのＱｏＳクラスに区分し、上記区分された各ＱｏＳクラス別に上記優先順位に基づくスケジューリング技法を適用して上記データをスケジューリングするＱｏＳ無線スケジューラーを備えることを特徴とする。
本発明は、ＱｏＳに基づいてＱｏＳクラスを区分し、且つ、上記ＱｏＳクラスの優先順位に基づいてスケジューリングを行う。これにより、媒体接近制御管理メッセージ及び伝送メッセージのＱｏＳを保証してスケジューリングを行うことが可能になる。また、上述したように、ＱｏＳを考慮してスケジューリングを行うことにより、システムの性能による効率性が高くなるという利点がある。
以下、添付した図面に基づき、本発明に係る好適な実施形態を詳細に説明する。本発明を説明するに当たって、関連する公知の機能あるいは構成についての詳細な説明が本発明の要旨を余計に曖昧にすると認められる場合、その詳細な説明を省く。
本発明は、通信システムにおけるＱｏＳを考慮したスケジューリング方法を提供する。
本発明が提案する通信システムにおけるＱｏＳを考慮したスケジューリング方案は、ＱｏＳの優先順位に基づいて各ＱｏＳクラスに区分し、上記区分されたＱｏＳクラスの順にスケジューリングを行うスケジューリング技法を適用する。
図１は、本発明の実施形態によるＱｏＳ無線スケジューラーの概略構造図である。
図１を参照すると、上記ＱｏＳ無線（Radio Frequency、以下、「ＲＦ」と称する。）スケジューラー１００は、キュー管理ブロック１１０と、ＱｏＳスケジューラーブロック１２０と、バースト割り当てブロック１３０という３つの概念的な階層により構成される。また、物理階層１４０の物理モデムが示されている。
通信システムは、各ノード間のデータの流れを、各ＱｏＳの特性によって、２つのメッセージ、すなわち、媒体接近制御（Medium Access Control、以下、「ＭＡＣ」と称する。）管理メッセージと伝送メッセージとに区分する。そして、上記ＱｏＳを考慮した上記メッセージは、接続識別子（Connection ＩＤ、以下、「ＣＩＤ」と称する。）を用いて区分する。
而して、上記キュー管理ブロック１１０は、上記接近制御ルーター（Access Control Router、以下、「ＡＣＲ」と称する。）インタフェースを介して上記メッセージを受信し、上記ＱｏＳに基づいてＭＡＣ管理メッセージと伝送メッセージとに区分して管理する。このように、上記ＭＡＣ管理メッセージ及び伝送メッセージはＣＩＤを用いて区分し、各メッセージのＣＩＤは、ＭＡＣ管理ＣＩＤキュー及び伝送ＣＩＤキューにおいて管理する。
このため、上記キュー管理ブロック１１０において、ＭＡＣ管理メッセージ及び伝送メッセージはＣＩＤにより区分され、それぞれキューインタフェースを介して上記ＱｏＳスケジューラーブロック１２０に伝送される。これにより、上記ＱｏＳスケジューラーブロック１２０においては、各ＱｏＳクラスによってデータをスケジューリングする。
このとき、上記ＭＡＣ管理メッセージは、一種のＭＡＣ階層の制御メッセージであって、放送メッセージ、基本メッセージ、プライマリーメッセージ、及び第２のメッセージに区分する。ところが、上記第２のメッセージは、ここでは考慮しないものとする。
さらに、上記伝送メッセージは、データの送受信によるメッセージであって、非請求保証サービス（Unsolicited Granted Service、以下、「ＵＧＳ」と称する。）、リアルタイムポーリングサービス（realtime Polling Service、以下、「ｒｔＰＳ」と称する。）、拡張リアルタイムポーリングサービス（extended realtime Polling Service、以下、「ｅｒｔＰＳ」と称する。）、非リアルタイムポーリングサービス（nonrealtime Polling Service、以下、「ｎｒｔＰＳ」と称する。）、及び最良試みサービス（Best Effort Service、以下、「ＢＥＳ」と称する。）に区分される。
本発明においては、上記ＱｏＳ特性によって区分されたメッセージを一連のＱｏＳクラスに区分することが可能である。このため、上記ＭＡＣ管理メッセージ及び伝送メッセージをそれぞれＱｏＳクラスに区分し、スケジューリングを行うために各メッセージ別に細部的なＱｏＳクラスに区分する。
以下、上記各ＱｏＳクラスを設定してＱｏＳスケジューリングを行う動作について説明する。
而して、上記ＱｏＳスケジューリングを行った後、上記ＱｏＳスケジューラーブロック１２０は、ＱｏＳスケジューラーインタフェースを介してデータバーストを上記バースト割り当てブロック１３０に伝送する。これにより、上記バースト割り当てブロック１３０においては、上記スケジューリングされたデータバーストを所定の割り当てられた割り当てアルゴリズムを用いて割り当てる。ここでは、上記バーストを割り当てる工程は本発明の範囲外であるため、その詳細な説明を省略する。
そして、上記バースト割り当てブロック１３０において割り当てられたデータバーストは、バースト割り当てブロックインタフェースを介して物理階層１４０の物理モデムに伝送される。さらに、上記物理階層１４０の物理モデムにおいては、上記ＲＦスケジューラー１００のデータバーストを伝送フレームに繰り込む。以下、図２に基づき、上記ＲＦスケジューラーのスケジューリング動作について説明する。
図２は、本発明の実施形態によるＱｏＳによるスケジューリングの流れを概略的に示すフローチャートである。
図２を参照すると、ステップＳ２０１において、上記キュー管理ブロックは、受信されるメッセージを各メッセージのＣＩＤを用いてＭＡＣ管理メッセージと伝送メッセージとに区分し、ステップＳ２０３へ進む。このとき、上記ＣＩＤは、所定のキューを通じて管理される。
ステップＳ２０３において、上記ＱｏＳスケジューラーブロックはＭＡＣ管理メッセージをスケジューリングし、上記ＭＡＣ管理メッセージを多数のＱｏＳクラスに区分してスケジューリングを行った後、ステップＳ２０５へ進む。
先ず、上記ＭＡＣ管理メッセージを具体例を挙げて説明すると、下記の通りである。
上記放送メッセージとしては、下りマップ（DownLink ＭＡＰ、以下、「ＤＬ ＭＡＰ」と称する。）メッセージと、上りマップ（UpLink ＭＡＰ、以下、「ＵＬ ＭＡＰ」と称する。）メッセージと、下りリンクチャンネルディスクリプタ（Downlink Channel Descriptor、以下、「ＤＣＤ」と称する。）メッセージと、上りチャンネルディスクリプタ（Uplink Channel Descriptor、以下、「ＵＣＤ」と称する。）メッセージと、隣り合う基地局広告（Mobile_Neighbor-Advertisement、以下、「ＭＯＢ−ＮＢＲ−ＡＤＶ」と称する。）メッセージと、トラフィック指示（Mobile_Traffic-Indication、以下、「ＭＯＢ−ＴＲＦ−ＩＮＤ」と称する。）メッセージと、ページング広告（Mobile_Paging-Advertisement、以下、「ＭＯＢ−ＰＡＧ−ＡＤＶ」と称する。）メッセージなどが挙げられる。
次いで、上記基本メッセージ及び上記プライマリーメッセージとしては、レーンジング要求（Ranging-Request、以下、「ＲＮＧ−ＲＥＱ」と称する。）メッセージと、レーンジング応答（Ranging-Response、以下、「ＲＮＧ−ＲＳＰ」と称する。）メッセージと、基本容量要求（mS-基本-Capability request、以下、「ＳＢＣ−ＲＥＱ」と称する。）メッセージと、基本容量応答（mS-基本-Capability response、以下、「ＳＢＣ−ＲＳＰ」と称する。）メッセージなどが挙げられる。
さらに、上記ＭＡＣ管理メッセージは、特定の受信者にのみ伝送されるユニキャスト方式により伝送される。このとき、上記放送メッセージ及び基本メッセージに含まれるメッセージは、通常分割ができないが、上記ＤＣＤ／ＵＣＤメッセージは、分割可能なＣＩＤを用いて分割することが可能である。しかしながら、本発明においては、上記ＭＡＣ管理メッセージの分割は考慮しないものとする。
そして、上述したＭＡＣ管理メッセージは、端末（ＭＳ：Mobile station）及び基地局（ＢＳ：Base Station）に加えて、通信ネットワーク同士の接続及び保持のために用いられるメッセージである。このため、上記ＭＡＣ管理メッセージは、上記通信ネットワーク上において伝送される通常のデータに比べて重要な役割を果たすメッセージである。これにより、上記ＭＡＣ管理メッセージには、高いＱｏＳが要される。このため、上記ＭＡＣ管理メッセージは少なくとも１つのＱｏＳクラスに区分し、上記伝送メッセージに比べてスケジューリング時に絶対的な優先順位を持つようにスケジューリングする。
上記ＱｏＳスケジューラーブロックは、上記ＭＡＣ管理メッセージをスケジューリングする場合、上記ＭＡＣ管理メッセージをＱｏＳに基づいて優先順位を有するＱｏＳクラスに区分する。これを下記のように説明する。
＜第１の実施形態＞
上記ＭＡＣ管理メッセージをスケジューリングする場合、上記ＱｏＳスケジューラーブロックは、上記放送メッセージにおける各フレームごとに伝送し、割り当て情報を含むＭＡＰメッセージは最優先してスケジューリングする。
次に、上記ＱｏＳスケジューラーブロックは、上記放送メッセージのうち端末がスリープモードで動作する場合に伝送すべきデータがある旨を知らせるＭＯＢ−ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージと、アイドルモードで動作する場合に端末に伝送すべきデータがある旨を知らせるＭＯＢ−ＰＡＧ−ＡＤＶメッセージと、を上記ＭＡＰメッセージの次の優先順位に設定してスケジューリングする。このように、上記ＭＯＢ−ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージと上記ＭＯＢ−ＰＡＧ−ＡＤＶメッセージを上記ＭＡＰメッセージの次の優先順位に設定してスケジューリングする理由は、上記スリープモードまたはアイドルモードにある端末は、極めて短時間中にだけ下りリンクデータを受信し、それ以降からは、下りリンクデータを受信しないためである。もし、上記ＭＯＢ−ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージ及び上記ＭＯＢ−ＰＡＧ−ＡＤＶメッセージの送受信が正確に行われない場合、データ伝送の遅延が起きてしまう。そして、この遅延は、ＱｏＳ性能の劣化につながる。
上記放送メッセージのうち、上述のＤＬ／ＵＬ ＭＡＰメッセージ、ＭＯＢ−ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージ、及びＭＯＢ−ＰＡＧ−ＡＤＶメッセージを除く放送メッセージは、幾分のフレームだけ遅れて伝送される場合であっても、ＱｏＳは変化しない。このため、上記ＱｏＳスケジューラーブロックは、上記ＭＡＣ管理メッセージを、スケジューリング・優先順位に基づいて５段階のＱｏＳクラスに区分する。而して、第１のＱｏＳクラスはＤＬ ＭＡＰ、ＵＬ ＭＡＰを含み、第２のＱｏＳクラスはＭＯＢ−ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージ、及びＭＯＢ−ＰＡＧ−ＩＮＤメッセージを含み、第３のＱｏＳクラスは基本メッセージを含み、第４のＱｏＳクラスはプライマリーメッセージを含み、第５のＱｏＳクラスは上記放送メッセージのうち上記第１のＱｏＳクラス及び第２のＱｏＳクラスに含まれているメッセージを除く放送メッセージ、すなわち、例えば、ＤＣＤ、ＵＣＤ、及びＭＯＢ−ＮＢＲ−ＡＤＶを含む。上記第１の実施形態においては、上記ＭＡＣ管理メッセージを優先順位に基づいて５個のＱｏＳクラスに区分し、上記優先順位に基づいてスケジューリングを行う。
＜第２の実施形態＞
上記第１の実施形態においては、ＭＡＣ管理メッセージを５個のＱｏＳクラスに区分しているが、本発明はこれに限定されることなく、システム上における実現の複雑度を考慮して、上記ＭＡＣ管理メッセージを第１の実施形態のそれよりも少数のＱｏＳに区分しても良い。すなわち、第２の実施形態においては、上記ＱｏＳスケジューラーブロックは、ＭＡＣ管理メッセージを２個のクラスに区分している。
ここでも、上記第１の実施形態と同様に、上記ＭＡＣ管理メッセージをスケジューリングする場合、上記ＱｏＳスケジューラーブロックは、上記放送メッセージにおける各フレームごとに伝送し、割り当て情報を含むＭＡＰメッセージを最優先してスケジューリングする。
次に、残りのＭＡＣ管理メッセージを１つのＱｏＳクラスに区分することができる。換言すると、上記ＱｏＳスケジューラーブロックは、上記ＭＡＰメッセージに続く優先順位を持つように残りのＭＡＣ管理メッセージを１つのＱｏＳクラスにスケジューリングする。すなわち、上記ＭＯＢ−ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージ、ＭＯＢ−ＰＡＧ−ＡＤＶメッセージ、基本メッセージ、プライマリーメッセージ、及び残りの放送メッセージ（例えば、ＤＣＤ、ＵＣＤ、及びＭＯＢ−ＮＢＲ−ＡＤＶメッセージ）を１つのＱｏＳクラスに区分する。
このため、上記第２の実施形態によるＭＡＣ管理メッセージは、第１のクラス及び第２のクラスという２個のクラスに区分される。これにより、上記第１のＱｏＳクラスはＤＬ ＭＡＰ、ＵＬ ＭＡＰを含み、第２のＱｏＳクラスはＭＯＢ−ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージ、ＭＯＢ−ＰＡＧ−ＩＮＤメッセージ、基本メッセージ、プライマリーメッセージ、及び残りの放送メッセージ（例えば、ＤＣＤ、ＵＣＤ、ＭＯＢ−ＮＢＲ−ＡＤＶメッセージ）を含む。
本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、上記ＭＡＣ管理メッセージをクラスに区分するに当たっては、種々の方法がありうる。
上記ＱｏＳスケジューラーブロックは、上記ＭＡＣ管理メッセージを上述のように優先順位を有する各ＱｏＳクラス別にスケジューリングする。そして、同じＱｏＳクラスに含まれているＭＡＣ管理メッセージをスケジューリングする場合には、先入れ先出し（ＦＩＦＯ：First Input First Output、以下、「ＦＩＦＯ」と称する。）方式によりスケジューリングを行う。そして、上記ＦＩＦＯ方式は単なる例示に過ぎないものであり、スケジューリングに際して、ラウンドロビン方式などを適用しても良い。
ステップＳ２０５において、上記ＱｏＳスケジューラーブロックは、伝送メッセージをＱｏＳクラスに区分してスケジューリングを行う。上記スケジューリングに際し、上記伝送メッセージは、ＱｏＳに基づいてＵＧＳ、ｒｔＰＳ、ｅｒｔＰＳ、ｎｒｔＰＳ、及びＢＥＳに区分される。ここでも、上述のＭＡＣ管理メッセージと同様に、各ＱｏＳクラス別にスケジューリングを行う。先ず、上記各伝送メッセージの特性を下記表１を参照して説明する。
Figure 0004444246
上記表１には、上記伝送メッセージのＵＧＳ、ｒｔＰＳ、ｎｒｔＰＳ、及びＢＥＳのそれぞれの特徴が示してある。
上記ＵＧＳはリアルタイムサービスであり、接続中に周期的に同じ大きさのデータ、すなわち、同じ帯域幅が割り当てられるサービスである。通常、音声伝送がここに相当し、インターネット電話（Voice-over Internet Protocol、以下、「ＶｏＩＰ」と称する。）及びＥ１／Ｔ１などに適用される。上記のＵＧＳのＱｏＳサービスフローパラメータ（Service flow parameter）としては、最大持続トラフィック率、最大予備トラフィック率、最大遅延、ジッター耐性、及び要請／伝送ポリシーなどが挙げられる。中でも、最大持続トラフィック率、最大予備トラフィック率、及び最大遅延は最も重要視さるべきものである。
上記ＵＧＳは、データの伝送に当たり、既存の信号とは異なる信号を乗せるためのピギーバック要請は許容されず、且つ、帯域幅の盗み出しも許容されない。そして、サービスが提供される受信側の状態をチェックし続けるポーリングに当たり、ｎｏｎ−ＵＧＳ接続の帯域幅の確保のためのユニキャストポールの要請をＰＭ（Poll Me）ビットを用いて行う。
上記ｒｔＰＳはリアルタイムサービスであり、接続中に可変的な帯域幅を割り当て続ける必要のあるサービスである。これは、ＭＰＥＧビデオ（Moving Picture Experts Group Video）などに適用される。
上記ｒｔＰＳのＱｏＳサービスフローパラメータとしては、最大持続トラフィック率、最大予備トラフィック率、最大遅延、及び要請／伝送ポリシーなどが挙げられる。また、上記ｒｔＰＳは、上記ＵＧＳとは異なり、ピギーバック要請は許容され、且つ、帯域幅の盗み出しも許容される。さらに、ポーリングは、ユニキャストポーリングのみが採用可能となる。
上記ｎｒｔＰＳは非リアルタイムサービスであり、データ伝送率が最も低い可変データよりなる遅延許容データストリームを提供するサービスである。これは、ファイル伝送プロトコル（ＦＴＰ：File Transfer Protocol）などに適用される。上記ｎｒｔＰＳのＱｏＳサービスフローパラメータとしては、最大持続トラフィック率、最大保留トラフィック率、トラフィック優先順位、要請／伝送ポリシーなどが挙げられる。そして、上記ｎｒｔＰＳのピギーバックの要請は許容され、且つ、帯域幅の盗み出しも許容される。さらに、ポーリングは、ユニキャストポーリングに加えて、あらゆるポーリングが採用可能である。
上記ＢＥＳは、最低のサービスレベルを要さないデータストリームを提供するサービスである。上記ＢＥＳのＱｏＳサービスフローパラメータとしては、最大持続トラフィック率、トラフィック優先順位、及び要請／伝送ポリシーなどが挙げられる。上記ＢＥＳはウェブサービスなどに適用され、ピギーバック要請及び帯域幅の盗み出しのどちらも許容される。そして、ポーリングは、あらゆるポーリングが採用可能である。
さらに、上述の伝送メッセージに加えて、ｅｒｔＰＳがあるが、上記ｅｒｔＰＳは、品質に影響しない通話区間中に資源の割り当てを排除するような機能を支援する。例えば、上りリンクにおいて、端末は、通話品質に影響しないサイレンス・スパート区間が始まる前に、基地局に、上りリンクバーストの伝送のための資源の割り当てが不要である旨を予め知らせておく。通話が再開すると、端末は、チャンネル品質指示チャンネル（ＣＱＩＣＨ：Channel Quality Indicator CHannel）に指定されているコードワードを用いて、基地局に資源の割り当てを要請する。すると、上記基地局は、割り当て可能分の資源を端末に割り当て、上りリンクにデータバーストを伝送する。
上述のＵＧＳ、ｒｔＰＳ、及びｅｒｔＰＳにおいて伝送されるトラフィックはリアルタイムデータであり、それぞれ絶対的な優先順位を設定することなく、１つのＱｏＳクラスに区分してスケジューリングを行う。これは、適用するシステムの特性や状況によって可変する優先順位をもってスケジューリングを行うことが可能になることから、システムの設計者やサービスプロバイダーの設定によって可変するような優先順位を持たせることも可能である。しかしながら、本発明においては、上記ＵＧＳ、ｒｔＰＳ、ｅｒｔＰＳを区分することなく、１つのＱｏＳクラスとして見なす。
以下、上記ＵＧＳ、ｒｔＰＳ、及びｅｒｔＰＳを含むＱｏＳクラスにおける優先順位の計算に用いられるスケジューリングアルゴリズムを説明する。本発明においては、上記ＱｏＳクラスをスケジューリングする場合、ＱｏＳスケジューリングアルゴリズムを用いるものとする。
しかしながら、現在の通信システムにおいては、通常、可変的な資源の割り当てが可能である。ところが、既存に用いられていた上記ＱｏＳスケジューリングアルゴリズムは、一種のトークン基盤のスケジューリングアルゴリズムである。而して、本発明によるＱｏＳアルゴリズムに用いられるパラメータは（ｘ、ｙ）により構成され、ｙ時間中に少なくともｘ個のパケットが伝送可能な特定の確率を保証するアルゴリズムであり、さらに、パケット数を制限するｚパラメータをさらに適用することも可能である。
現在の通信システムにおいては、通常、可変的な資源の割り当てが可能であるため、一定のトークンに対する定義をしなくても良く、結果的に、上記ｘパラメータは考慮しなくても良い。このため、上記ｙパラメータを考慮すればよい。
実際に、ｋ番目のメッセージの優先順位をＰｋとしたとき、上記優先順位は、下記式２の通りである。
Figure 0004444246
式中、Ｐｋは、スケジューリングのための現在の優先順位であり、γkは、端末から報告されたＣＩＮＲである。また、γkは、 ＣＩＮＲの代わりに短い区間の平均ＣＩＮＲ値を採用しても良い。さらに、上記avg(γk)は、比較的に長い区間の平均値である。yremain及びyrequiredは、上記ｙパラメータである。また、Pconnectionは、各接続別、すなわち、各サービス別の相対的な優先順位を示す。さらに、α及びγは可変値である。
このとき、上記の平均値は、１タップ無限インパルス応答フィルタリング（ＩＩＲ filtering：Infinite Impulse Response filtering）により求めるが、これを数式で表わすと、下記式２の通りである。
Figure 0004444246
このとき、上記式２のλ値を変化させて短い区間及び長い区間の平均値を求めることが可能である。
なお、上記yremainの計算は、下記式３の通りである。
Figure 0004444246
式中、上記yremainは、最先端のパケットの遅延要求に対する残留時間を示す。このように、本発明におけるＱｏＳスケジューリングアルゴリズムにより優先順位を計算する場合、エンド・ツー・エンド遅延による最大遅延条件は、上記メッセージを受信する受信側にとっては、ＱｏＳの上で重要な部分を占める。
しかしながら、下りリンクの場合には、特に、データ送信側、すなわち、データソースにおいてデータの生成若しくは変調の時点をスタンプしない限り、すなわち、伝送フレームに表示しい限り、エンド・ツー・エンドの遅延条件を満たすことができない。このため、上記データソースにおいて生成時間をタイムスタンプしてから伝送する。しかしながら、上記データソースにおいてタイムスタンプを行った場合であっても、ＭＡＣ階層よりも上位階層、例えば、アプリケーション階層などから挿入された場合には交差階層侵害が生じてしまう。
これを避けるために、最も激しく変わるスケジューリング時の遅延要素を除き、上記エンド・ツー・エンド遅延を引き起こす構成要素を予め測定または推定して、上記yrequiredを予め設定しておく。上記ＶｏＩＰの場合を例にとって説明する。このとき、上記yrequiredの計算は、下記式４により行われる。
Figure 0004444246
例えば、ＶｏＩＰの場合、下記のような経路を経て端末から端末への呼びが設定されるとしたとき、次の計算方法によりyrequiredが計算される。而して、上記yrequiredは、所定の遅延制約値から常時遅延要素の和を引いた差として決められる。
ＥＶ−ＤＯ（EVolution Data-Only）などの環境やボコーダを考慮したとき、常時遅延要素は、下記表２に示すものであるとする。
Figure 0004444246
先ず、常時遅延の構成要素の和は、１０８ｍｓである。そして、エンド・ツー・エンド遅延が２７０ｍｓであるとしたとき、yrequired＝１／２×（２７０ｍｓ−１０８ｍｓ）＝８１ｍｓとなる。ところが、実際に、１フレーム時間は５ｍｓであるため、実際に取りうるyrequired値は、８０ｍｓとなる。
しかしながら、上記ＱｏＳスケジューリングアルゴリズムを適用する場合にＱｏＳ条件を満足できない場合、例えば、このyremain値が０よりも小さくなることがある。このとき、上記ＱｏＳスケジューリングに際し、上記ＱｏＳスケジューラーブロックは、当該パケットを切り捨てる。
次いで、上述のｎｒｔＰＳ、ＢＥＳにおいて伝送されるトラフィックもまた、それぞれ絶対的な優先順位を設定することなく、１つのＱｏＳクラスに区分して伝送する。
而して、上記ｎｒｔＰＳは、長い区間、例えば、約１ｍｓｅｃ程度の周期でユニキャスト（unicast）ポーリングを行うような機会を与える。これにより、混んでいるネットワーク状況下において、ＴＣＰ／ＩＰなどの混雑制御を行い、性能の減衰が過大になることを防ぐ。そして、上記ｎｒｔＰＳはデータ基盤のサービスであるが、通常のＢＥＳに比べてその使用料金が高いか、データサービス中における遅延に敏感である。このため、オンラインによる株式取引、無線商取引、プレミアムサービスを用いるユーザーのデータサービスがここに相当する。
しかしながら、上記ｎｒｔＰＳは、最小保留データ伝送率が提供するＱｏＳパラメータではないため、別途の呼び承認の制御は不要である。要するに、上記ｎｒｔＰＳと上記ＢＥＳのトラフィックが混在しているネットワークにおける優先順位については、上りリンクのスケジューリングにおいて長い周期の周期的なユニキャストポーリングの機会を与えることを除いては、絶対的な優先順位を適用しない。このため、上記ｎｒｔＰＳと上記ＢＥＳのスケジューリングには、排他的な優先順位を適用することなく、同じＱｏＳクラスに区分してスケジューリングを行う。
上記ｎｒｔＰＳと上記ＢＥＳのスケジューリングに当たっては、通常、データサービスにおける処理量（スループット）と適度な公正性を保証するような比例公平性（Proportional Fair、以下、「ＰＦ」と称する。）のアルゴリズムを適用している。上記ＰＦアルゴリズムは、最大キャリア対干渉比（ＭａｘＣ／Ｉ（Carrier to Interference ratio）、以下、「ＭａｘＣ／Ｉ」と称する。）方式及び最大最小公平性（ＭＦ：Maxmin Fairness、以下、「ＭＦ」と称する。）方式のメリットを取り揃えたような方式であって、加入者端末同士の公平性も保証しながらも、全体の伝送量を極大化させるスケジューリング方式である。上記ＰＦ方式は、加入者端末同士の公平性をある程度保証しながらも、全体の伝送量を極大化させ、しかも、性能にも比較的に優れているアルゴリズムである。
しかしながら、本発明においては、変形された一般化公平性（Generalized Fair、以下、「ＧＦ」と称する。）を用いており、これを下記式５に示す。
Figure 0004444246
式中、ｋは、ユーザーインデックスを示し、ｎは、時間フレームのインデックスを示す。また、γk(n)は、変調次数生成率（ＭＰＲ：Modulation order Product Rate）を示し、Pconnectionは、接続別、すなわち、サービス別の相対的な優先順位である。さらに、Tk(n)は、ｎ時間フレームまでの平均処理率を示す。上記Tk(n)の平均値は、１タップ無限インパルス応答フィルタリングにより求め、これを数式で表わすと、下記式６の通りである。
Figure 0004444246
上記Nk(n-1)は、（ｎ−１）時間フレームにおいて割り当てられた情報ビットの数を示す。
上述のように、上記ｎｒｔＰＳ及び上記ＢＥＳは、上記式４に基づき変形されたＧＦ方式を用いてスケジューリングを行う。このため、上記伝送メッセージは、ＱｏＳクラスを２個に区分する。このため、第１のＱｏＳクラスにはＵＧＳ、ｒｔＰＳ、及びｅｒｔＰＳが含まれ、第２のＱｏＳクラスにはｎｒｔＰＳ及びＢＥＳが含まれる。而して、上記ＵＧＳ、ｒｔＰＳ、及びｅｒｔＰＳを含む上記第１のＱｏＳクラスには式２に示すＱｏＳアルゴリズムが適用され、上記ｎｒｔＰＳ及びＢＥＳを含む上記第２のＱｏＳクラスには変形されたＧＦアルゴリズムが適用されている。
図２には、ＱｏＳに基づいてスケジューリングを行う動作が示されている。以下、図３及び図４に基づき、上記ＱｏＳのクラスによるスケジューリングの流れを説明する。
図３は、本発明の実施形態によるＱｏＳクラスのスケジューリングの流れを概略的に示す図である。
図３には、ＱｏＳに基づいて区分されたＱｏＳクラスが順番に示してある。これを参照すると、上記ＭＡＣ管理メッセージ３１０が上記伝送メッセージ３２０よりも高い優先順位でスケジューリングされる。
上記ＭＡＣ管理メッセージ３１０は、ＱｏＳに基づいてＱｏＳクラスにさらに細分化される。すなわち、第１のＱｏＳクラスはＤＬ ＭＡＰ、及びＵＬ ＭＡＰを含み、第２のＱｏＳクラスはＭＯＢ−ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージ、及びＭＯＢ−ＰＡＧ−ＩＮＤメッセージを含み、第３のＱｏＳクラスは基本メッセージを含み、第４のＱｏＳクラスはプライマリーメッセージを含み、第５のＱｏＳクラスは、上記放送メッセージのうち、上記第１のＱｏＳクラス及び第２のＱｏＳクラスに含まれるメッセージを除く放送メッセージ、例えば、ＤＣＤメッセージ、ＵＣＤメッセージ、及びＭＯＢ−ＮＢＲ−ＡＤＶメッセージを含む。
また、伝送メッセージ３２０は、ＱｏＳクラスを２個に区分しており、上記ＭＡＣ管理メッセージを５個のクラスに区分しているため、ＵＧＳ、ｒｔＰＳ、及びｅｒｔＰＳを含むクラスを第６のＱｏＳクラスと称する。なお、上記第６のＱｏＳクラスの次にスケジューリングされる第７のＱｏＳクラスには、ｎｒｔＰＳ及びＢＥＳが含まれる。
図４は、本発明の他の実施形態によるＱｏＳクラスのスケジューリングの流れを概略的に示す図である。
図４には、ＱｏＳに基づいて区分されたＱｏＳクラスが順番に示してある。これを参照すると、上記ＭＡＣ管理メッセージ３１０が上記伝送メッセージ３２０よりも高い優先順位でスケジューリングされる。
上記ＭＡＣ管理メッセージ４１０は、ＱｏＳに基づいてＱｏＳクラスにさらに細分化される。これにより、第１のＱｏＳクラスはＤＬ ＭＡＰ、及びＵＬ ＭＡＰを含み、第２のＱｏＳクラスはＭＯＢ−ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージ、ＭＯＢ−ＰＡＧ−ＩＮＤメッセージ、基本メッセージ、プライマリーメッセージ、ＤＣＤ、ＵＣＤ、及びＭＯＢ−ＮＢＲ−ＡＤＶメッセージなどを含む。なお、上記第２のＱｏＳクラスは、上記第１のクラスに含まれている放送メッセージのいずれも含む。
さらに、上記伝送メッセージ４２０は、ＱｏＳクラスを２個に区分しており、上記ＭＡＣ管理メッセージを２個のクラスに区分しているため、ＵＧＳ、ｒｔＰＳ、及びｅｒｔＰＳを含むクラスを第３のＱｏＳクラスと称する。上記第３のＱｏＳクラスの次にスケジューリングされる第４のＱｏＳクラスには、ｎｒｔＰＳ及びＢＥＳが含まれる。
本発明においては、ＭＡＣ管理メッセージと伝送メッセージを、例えば、７個または４個のクラスに区分し、上述の優先順位に基づいてスケジューリングを行う。そして、スケジューリングを行うとき、上記ＭＡＣ管理メッセージにおいては、同じＱｏＳクラスに対してＦＩＦＯ方式を用いてスケジューリングを行っていたが、伝送メッセージにおいては、各ＱｏＳクラスによってそれぞれＱｏＳアルゴリズムと変形されたＧＦアルゴリズムを適用している。
加えて、上記物理階層において、複合再伝送（ＨＡＲＱ：Hybrid Automatic Retransmission Request、以下、「ＨＡＲＱ」と称する。）方式を採用する場合を想定する。このとき、１端末に伝送されるバーストは、多数個のＣＩＤへのプロトコルデータユニット（ＰＤＵ）を連ねて再伝送しなければならない場合、当該データバーストの優先順位の設定が困難である。そして、上記ＨＡＲＱの再伝送が遅れると、最大再伝送も失敗する恐れがあるため、実際に、再伝送（ＡＲＱ）に対するＮＡＣＫメッセージを伝送しなければならない場合、ＱｏＳが劣化することがある。このため、上記ＨＡＲＱは早期に処理する必要がある。而して、上記ＨＡＲＱの再伝送のためのキューを上記キュー管理ブロックにおいて管理することなく、ＱｏＳスケジューラーブロックに取り込ませる。そして、再伝送キューのデータは、初期送信されるパケットに優先して処理する。このとき、ＭＯＢ−ＴＲＦ−ＩＮＤメッセージとＭＯＢ−ＰＡＧ−ＡＤＶメッセージの初期伝送パケットの優先順位はそのまま維持される。
そして、上記再伝送（ＡＲＱ：Automatic Repeat Request）は、上位ＡＣＲの設計によってスケジューリングが変わることがあり、２通りの場合が想定される。一つは、ＡＣＲが再伝送パケットを区分しない場合であり、もう一つは、ＡＣＲが再伝送パケットを区分する場合である。上記ＡＣＲが再伝送パケットを区分しない前者の場合には、一般的な方法によってスケジューリングを行う。
これに対し、上記再伝送時に、ＡＣＲが再伝送パケットを区分する後者の場合には、下記の如きスケジューラーの修正が要される。
先ず、第一に、再伝送が行われる伝送メッセージのＣＩＤは、２個のキューを有する。ここで、上記ＭＡＣ管理メッセージのＣＩＤは再伝送を行わないため、考慮の対象としない。そして、通常の伝送メッセージのＣＩＤであっても、この機能がないため、単一のキューでもっても十分であり、再伝送がオンになっている場合には別途に管理し、２個の別々のＦＩＦＯキューを管理する。
第二に、全てのクラスに対して再伝送キューが一杯になって、スケジューリングアルゴリズムにより当該ＣＩＤが選択された場合、スケジューラーは、再伝送パケットから物理モデムへと伝送される。
第三に、ＵＧＳ、ｒｔＰＳ、及びｅｒｔＰＳのＱｏＳスケジューリングを用いるＱｏＳクラスの場合、yremain再伝送キューの先頭列（ＨＯＬ：Head Of Line）のパケットを基準として優先順位を計算する。上記ＵＧＳ、ｒｔＰＳ、及びｅｒｔＰＳのパケットは、ＱｏＳのアルゴリズムの演算を行うために、ＡＣＲが遠隔接続サーバー（Remote Access Server、以下、「ＲＡＳ」と称する。）に伝送する瞬間のフレーム番号と紐付けられることが求められる。このため、最初に伝送する場合には、上記タイムスタンプが上記ＡＣＲ及びＲＡＳのどちらで行われても構わないが、再伝送の場合には、ＡＣＲだけが当該パケットの到着時間を知っている。この場合、再伝送キューにパケットを受信しながら、最初伝送の同じ時間をタイムスタンプする必要がある。このため、上記タイムスタンプにより計算されたyremainが０よりも小さな場合、当該パケットを切り捨てる。
なお、本発明の詳細な説明においては、具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内であれば、種々な変形が可能であることは言うまでもない。よって、本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲とその均等物によって定められるべきである。
本発明の実施形態による無線スケジューラーの概略構造図。 本発明の実施形態によるＱｏＳに基づくスケジューリング過程を概略的に示すフローチャート。 本発明の一実施形態によるＱｏＳクラスのスケジューリングの手順を概略的に示す図。 本発明の他の実施形態によるＱｏＳクラスのスケジューリングの手順を概略的に示す図。
符号の説明
１００ スケジューラー
１１０ キュー管理ブロック
１２０ サービス品質（ＱｏＳ）スケジューラーブロック
１３０ バースト割り当てブロック
１４０ 物理モデム

Claims (18)

  1. 通信システムにおけるデータのスケジューリング方法において、
    前記データを、前記データの接続識別子（ＣＩＤ）に基づいて、媒体接近制御（ＭＡＣ）管理メッセージと伝送メッセージとに区分するステップと、
    前記媒体接近制御管理メッセージ及び伝送メッセージのそれぞれを、サービス品質（ＱｏＳ）に基づいて一連の優先順位を有する少なくとも１つのサービス品質クラスに区分するステップと、
    前記一連の優先順位に基づいて前記少なくとも１つのサービス品質クラスをスケジューリングするステップと、を含み、
    前記伝送メッセージは、非請求保証サービス、リアルタイムポーリングサービス、及び拡張リアルタイムポーリングサービスを含む第１のサービス品質クラスと、非リアルタイムポーリングサービス、及び最良試みサービスを含む第２のサービス品質クラスとのいずれかに区分され、
    前記媒体接近制御管理メッセージは、スケジューリングに際し、前記伝送メッセージよりも高い優先順位を有し、
    前記第１のサービス品質クラスのスケジューリング方式は、下記式を用いてスケジューリングを行うことを特徴とするデータのスケジューリング方法。

    Figure 0004444246
     式中、P k は、前記第１のサービス品質クラスに含まれるｋ番目の伝送メッセージの優先順位を示し、γ k は、端末から報告されたキャリア対干渉雑音比（ＣＩＮＲ）を示し、avg(γ k )は、長い区間の平均値を示し、y remain は、最先端のパケット遅延の要求に対する残留時間を示し、y required は、所定の遅延制約値と常時遅延要素の和との差を示し、P connection は、各接続別の相対的な優先順位を示す。
  2. 前記媒体接近制御管理メッセージは、スケジューリング・優先順位に基づいて、下りマップ（ＤＬＭＡＰ）メッセージ及び上りマップ（ＵＬＭＡＰ）メッセージを含む第３のサービス品質クラスと、
    トラフィック指示（ＭＯＢ＿ＴＲＦ＿ＩＮＤ）メッセージ及びページング広告（ＭＯＢ＿ＰＡＧ＿ＡＤＶ）メッセージを含む第４のサービス品質クラスと、
    基本メッセージを含む第５のサービス品質クラスと、
    プライマリーメッセージを含む第６のサービス品質クラスと、
    下りリンクチャンネルディスクリプタ（ＤＣＤ）、上りリンクチャンネルディスクリプタ（ＵＣＤ）、及び隣り合う基地局広告（ＭＯＢ＿ＮＢＲ＿ＡＤＶ）メッセージを含む第７のサービス品質クラスと、
    のいずれかに区分することを特徴とする請求項１に記載のデータのスケジューリング方法。
  3. 前記第７のサービス品質クラスは、前記第３のサービス品質クラス及び第４のサービス品質クラスに含まれているメッセージを除く放送メッセージを含むことを特徴とする請求項２に記載のデータのスケジューリング方法。
  4. 前記媒体接近制御管理メッセージは、スケジューリング・優先順位に基づいて、下りマップ（ＤＬＭＡＰ）メッセージ及び上りマップ（ＵＬＭＡＰ）メッセージを含む第８のサービス品質クラスと、
    トラフィック指示（ＭＯＢ＿ＴＲＦ＿ＩＮＤ）メッセージ、ページング広告（ＭＯＢ＿ＰＡＧ＿ＡＤＶ）メッセージ、基本メッセージ、プライマリーメッセージ、下りリンクチャンネルディスクリプタ（ＤＣＤ）メッセージ、上りリンクチャンネルディスクリプタ（ＵＣＤ）メッセージ、及び隣り合う基地局広告（ＭＯＢ＿ＮＢＲ＿ＡＤＶ）メッセージを含む第９のサービス品質クラスと、
    のいずれかに区分することを特徴とする請求項１に記載のデータのスケジューリング方法。
  5. 前記第９のサービス品質クラスは、前記第８のサービス品質クラスに含まれているメッセージを除く放送メッセージをいずれも含むことを特徴とする請求項４に記載のデータのスケジューリング方法。
  6. 前記媒体接近制御管理メッセージは、区分されたサービス品質クラス別にそれぞれ先入れ先出しスケジューリング方式によってスケジューリングすることを特徴とする請求項１に記載のデータのスケジューリング方法。
  7. 前記第２のサービス品質クラスは、下記式を用いてスケジューリングを行うことを特徴とする請求項１に記載のデータのスケジューリング方法。

    Figure 0004444246
     式中、ｋは、ユーザーインデックスを示し、ｎは、時間フレームのインデックスを示し、γk(n)は、変調次数生成率（ＭＰＲ）を示し、Tk(n)は、ｎ時間フレームまでの平均処理率を示す。
  8. 前記スケジューリング時に自動再伝送方式が適用される場合、再伝送するデータは、初期に送信されるデータよりも高い優先順位をもって処理することを特徴とする請求項１に記載のデータのスケジューリング方法。
  9. 前記初期に送信されるデータがトラフィック指示メッセージまたはページング広告メッセージである場合、前記再伝送データよりも高い優先順位を有することを特徴とする請求項８に記載のデータのスケジューリング方法。
  10. 通信システムにおけるサービス品質（ＱｏＳ）に基づくデータのスケジューリング装置において、
    前記データを前記データのサービス品質に基づいて一連の優先順位を有する少なくとも１つのサービス品質クラスに区分し、前記一連の優先順位に基づいて前記少なくとも１つの品質クラスをスケジューリングするサービス品質無線スケジューラーであって、
    前記データを、接続識別子（ＣＩＤ）に基づいて、媒体接近制御（ＭＡＣ）管理メッセージと伝送メッセージとに区分するキュー管理ブロックと、
    前記媒体接近制御管理メッセージ及び伝送メッセージのそれぞれを、前記一連の優先順位に基づいて、前記少なくとも１つのサービス品質クラスに区分して、前記少なくとも１つのサービス品質クラスをスケジューリングするサービス品質スケジューラーブロックと、
    を含むサービス品質無線スケジューラーを備え、
    前記サービス品質スケジューラーブロックは、前記伝送メッセージを、非請求保証サービス、リアルタイムポーリングサービス、及び拡張リアルタイムポーリングサービスを含む第１のサービス品質クラスと、
    非リアルタイムポーリングサービス及び最良試みサービスを含む第２のサービス品質クラスとのいずれかに区分し、
    前記サービス品質スケジューラーブロックは、前記媒体接近制御管理メッセージを前記伝送メッセージよりも高い優先順位をもってスケジューリングし、
    前記第１のサービス品質クラスのスケジューリング方式は、下記式を用いてスケジューリングを行うことを特徴とするデータのスケジューリング装置。

    Figure 0004444246
     式中、P k は、前記第１のサービス品質クラスに含まれるｋ番目の伝送メッセージの優先順位を示し、γ k は、端末から報告されたキャリア対干渉雑音比（ＣＩＮＲ）を示し、avg(γ k )は、長い区間の平均値を示し、y remain は、最先端のパケット遅延の要求に対する残留時間を示し、y required は、所定の遅延制約値と常時遅延要素の和との差を示し、P connection は、各接続別の相対的な優先順位を示す。
  11. 前記サービス品質スケジューラーブロックは、前記媒体接近制御管理メッセージを、スケジューリング・優先順位に基づいて、下りマップ（ＤＬＭＡＰ）メッセージ及び上りマップ（ＵＬＭＡＰ）メッセージを含む第３のサービス品質クラスと、
    トラフィック指示（ＭＯＢ＿ＴＲＦ＿ＩＮＤ）メッセージ及びページング広告（ＭＯＢ＿ＰＡＧ＿ＡＤＶ）メッセージを含む第４のサービス品質クラスと、
    基本メッセージを含む第５のサービス品質クラスと、
    プライマリーメッセージを含む第６のサービス品質クラスと、
    下りリンクチャンネルディスクリプタ（ＤＣＤ）、上りリンクチャンネルディスクリプタ（ＵＣＤ）、及び隣り合う基地局広告（ＭＯＢ＿ＮＢＲ＿ＡＤＶ）メッセージを含む第７のサービス品質クラスと、
    のいずれかに区分することを特徴とする請求項１０に記載のデータのスケジューリング装置。
  12. 前記第７のサービス品質クラスは、前記第３のサービス品質クラス及び第４のサービス品質クラスに含まれているメッセージを除く放送メッセージを含むことを特徴とする請求項１１に記載のデータのスケジューリング装置。
  13. 前記サービス品質スケジューラーブロックは、前記媒体接近制御管理メッセージを、スケジューリング・優先順位に基づいて、下りマップ（ＤＬＭＡＰ）と上りマップ（ＵＬＭＡＰ）を含む第８のサービス品質クラスと、
    トラフィック指示（ＭＯＢ＿ＴＲＦ＿ＩＮＤ）メッセージ、ページング広告（ＭＯＢ＿ＰＡＧ＿ＡＤＶ）メッセージ、基本メッセージ、プライマリーメッセージ、下りリンクチャンネルディスクリプタ（ＤＣＤ）、上りリンクチャンネルディスクリプタ（ＵＣＤ）、及び隣り合う基地局広告（ＭＯＢ＿ＮＢＲ＿ＡＤＶ）メッセージを含む第９のサービス品質クラスと、
    に区分することを特徴とする請求項１０に記載のデータのスケジューリング装置。
  14. 前記第９のサービス品質クラスは、前記第８のサービス品質クラスに含まれているメッセージを除く放送メッセージをいずれも含むことを特徴とする請求項１３に記載のデータのスケジューリング装置。
  15. 前記サービス品質スケジューラーブロックは、媒体接近制御管理メッセージを、区分されたサービス品質クラス別にそれぞれ先入れ先出しスケジューリング方式によってスケジューリングすることを特徴とする請求項１０に記載のデータのスケジューリング装置。
  16. 前記第２のサービス品質クラスは、下記式を用いてスケジューリングを行うことを特徴とする請求項１０に記載のデータのスケジューリング装置。

    Figure 0004444246
     式中、ｋは、ユーザーインデックスを示し、ｎは、時間フレームのインデックスを示し、γk(n)は、変調次数生成率（ＭＰＲ）を示し、Tk(n)は、ｎ時間フレームまでの平均処理率を示す。
  17. 前記サービス品質無線スケジューラーは、前記スケジューリングに際し、自動再伝送方式が適用される場合、再伝送するデータは、初期に送信されるデータよりも高い優先順位をもって処理することを特徴とする請求項１０に記載のデータのスケジューリング装置。
  18. 前記サービス品質無線スケジューラーは、前記初期に送信されるデータがトラフィック指示メッセージまたはページング広告メッセージである場合、前記再伝送データよりも高い優先順位を有することを特徴とする請求項１７に記載のデータのスケジューリング装置。
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