JP4712951B2 - 通信ノードに付与されたデータ・フローを制御するための方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は通信ノード、特に無線通信システムに対するサービスを行う通信ノードに付与されたデータ・フローを制御するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信ノードは通信網と通信するコンピュータまたはネットワーク要素である。通信ノードはこれを該通信ノードの入力端と出力端との間の蓄積交換動作を制御するように構成することが出来る。特に、通信ノードは蓄積交換動作を制御するようにバッファー・メモリーを管理することが出来る。バッファー・メモリーの管理はタイムアウト制約を持つデータ・メッセージを取り込むための取り込み制御アプローチを包含することが出来る。タイムアウト制約は通信ノードに蓄積されているデータ・メッセージの新しさまたは古さを表示する。タイムアウト制約はバッファー・メモリーへのデータ・メッセージの取り込みとバッファー・メモリーからのデータ・メッセージの送出との間の最大所望時間差を規定する。
【０００３】
幾つかの取り込み制御アプローチはバッファー・メモリーの資源を浪費する。例えば、もしバッファー・メモリーに利用可能な蓄積スペースが有るときは何時でもデータ・メッセージが取り込まれるなら、通信ノードがタイムアウト制約以内で転送することが出来ないデータ・メッセージを取り込むことによって、時には蓄積スペースを浪費することとなる。更に、保持されているデータ・メッセージのタイムアウト制約を上回っている間中、保持データ・メッセージが占めている蓄積スペースは他のメッセージがバッファー・メモリーへ取り込まれることを防止し、それらのタイムアウト制約を満たすことが出来る他のデータ・メッセージに利用可能なスペースを削減する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
バッファー・メモリーの管理において、上述の非能率を補償する試みとして幾つかの通信ノードを補助的なバッファー・メモリーで強化することが出来る。しかし、通信ノードのコストは一般にバッファー・メモリーが複雑化し量が増えるとともに増加する。通信ノードはそれらのメモリー容量を限度を越えて拡大することが出来ないため、スループットが減少する惧れが有る。従って、バッファー・メモリー要求を削減するため、またはスループット特性を向上するために、データ・メッセージの取り込み優先順位を管理する必要が存在する。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、蓄積交換通信ノードにおいて、該通信ノードへのデータ・メッセージ取り込みを許可するか拒否するかを決定し、データ・フローを制御する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、通信ノードが該通信ノードのバッファー・メモリーに受信データ・メッセージを取り込むかどうかを決定するために優先度レーティングを割り当てる。状態検出器が、バッファー・メモリーの占有率、またはバッファー・メモリー内の少なくとも１つの待ち行列の占有率を評価することによってバッファー・メモリーで輻輳が起きているかどうかを検出する。通信ノードは受信データ・メッセージの各等級の優先度レーティングに対する蓄積容量の範囲を規定する。もし着信メッセージがその等級の優先度レーティングの蓄積容量の範囲内に収まっており、且つ、バッファー・メモリーで輻輳が起きていない場合は、通信ノードがバッファー・メモリーへ受信データ・メッセージを取り込む。もし着信メッセージが蓄積容量の範囲内に収まり、且つ、もしバッファー・メモリーで輻輳が起きている場合は、通信ノードが優先度がより低いデータ・メッセージを削除して着信データ・メッセージに対するスペースを作ることが出来る。
【０００７】
【作用】
通信ノードに対する前述の機能向上は該通信ノードでデータ・メッセージ毎の保持時間及び予想された負荷のデータ・メッセージに対してサービスを行うために必要な総メモリー容量を削減するのに非常に適している。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１はモバイル通信交換局１０或いはネットワーク要素からの受信データ・メッセージを入力端１２で受信する、本発明による蓄積交換通信ノード１４を示す。もし受信データ・メッセージが取り込み優先順位スキームに従って受け入れられると、蓄積交換通信ノード１４が受信データ・メッセージをバッファー・メモリー３６に蓄積する。バッファー・メモリー３６は、第１待ち行列２２から第ｎ待ち行列２４に及ぶ一群の待ち行列に必然的に編成される。通信ノード１４は、１以上の待ち行列から送出優先順位スキームに従って送信データ・メッセージとして送信されるべき受信データ・メッセージを選択する。好適な実施例では、蓄積交換通信ノード１４の出力端１６は１つ以上のモバイル装置２０へのダウンリンク送信を行うための基地局送信機へ結合される。図に示されている通信ノード１４はモバイル通信交換局１０と基地局１８との間に結合されているが、他の実施例では該通信ノードはモバイル通信交換局または基地局装置と統合されるようにすることが出来る。
【０００９】
通信ノード１４は、保持メモリー２３、バッファー・メモリー３６、及び状態検出器２６に結合されている処理システム３４を包含する。処理システム３４は送出優先順位スキームを管理するためのスケジューラー２８と取り込み優先順位スキームを処理するための過負荷コントローラ３３のホストとして働く。実際には、蓄積交換通信ノード１４は、優先順位ベースの取り込み及びスケジューリング・スキームを持つディジタル無線通信システムに対する高度ディジタル無線装置（enhanced digital radio unit；ＥＤＲＵ）のようなルータを具備することが出来る。状態検出器２６は、バッファー・メモリー３６の占有率状態またはバッファー・メモリー３６内の少なくとも1つの待ち行列の占有率状態を監視し、さもなければ検出する。例えば、状態検出器２６は規則的に即ち定期的に各アクティブな（即ち、部分的にまたは完全に満たされている）待ち行列の占有状態率を測定することが出来る。状態検出器２６は処理システム３４と占有率状態を通信し合うように構成されている。
【００１０】
過負荷コントローラ３３はゲートキーパ３０かメモリー・マネージャ３２、或いはそれら両方を包含することが出来る。ゲートキーパ３０はバッファー・メモリー３６の状態に基づいて保持メモリー２３から蓄積交換通信ノード１４のバッファー・メモリー３６への受信データ・メッセージの取り込みを制御する。例えば、もしバッファー・メモリー３６が満杯であれば、ゲートキーパ３０は受信データ・メッセージを処理を目的としてバッファー・メモリー３６へ取り込むことを拒否することが出来る。もしバッファー・メモリー３６が満杯でなければ、ゲートキーパ３０は受信データ・メッセージを通信ノード１４による処理または保管を目的として取り込むことが出来る。更に、ゲートキーパ３０はバッファー・メモリー３６への取り込みのため、処理システム３４によって課される追加条件を実行する。
【００１１】
メモリー・マネージャ３２はバッファー・メモリー３６内の既存のメッセージを削除し、現に入力端１２かまたは通信ノード１４の保持メモリー２３におけるより新しい受信データ・メッセージに対するスペースを作る。通信ノード１４の入力端１２での受信データ・メッセージの平均着信率が受信データ・メッセージに割り付けられた対応する送信データ・メッセージの平均出信率（average output rate）以下であり、データ・メッセージの削除が不要であることが理想的である。しかし、過渡的或いは平均着信率がデータ・メッセージの平均出信率より高く、その結果1つ以上のデータ・メッセージの削除が実際上必要になることがある。
【００１２】
他の実施例では、バッファー・メモリー・マネージャ３２が、待ち行列が満杯になる前にバッファー・メモリー３６内の既存データ・メッセージが削除される、データ・メッセージの先取り削除（preemptive deletion）を行う。例えば、バッファー・メモリー・マネージャ３２が先取り削除を確立して“重要”メッセージのためのスペースの保持または処理の単純化或いはそれらの両方を行う。そのようなスペースの保持はピーク・ビジー期間中に予想される需要を満たすように構成することが出来る。それらの待ち行列は静的最大サイズを有することが出来るが、動的最大サイズがメモリー管理の柔軟性を向上するために好適である。通信ノード１４は、実際のトラヒック・パターンの潜在的な任意な予測に基づいて静的最大待ち行列長を固定化するよりもむしろ、オン・デマンドで通信ノード１４を通るデータ・メッセージの進展中のトラヒック・パターンを対象として含むように動的最大待ち行列長を構成することが出来る。
【００１３】
関心のある特性値（performance measures of interest）及び複雑さの制約に依存して、過負荷コントローラ３３は多種類の取り込み制御アルゴリズムや過負荷制御アルゴリズム或いはそれら両方を必然的に含むことが出来る。ゲートキーパ３０または過負荷コントローラ３３は、以下で更に詳細に述べるように、動的取り込み制御アルゴリズムを包含する。本発明の取り込み制御アルゴリズムまたは過負荷制御アルゴリズムの下で、過負荷コントローラ３３はバッファー・メモリー３６の効率的な使用を向上する。更に、過負荷コントローラ３３は既存バッファー・メモリー３６の割り付けを、特定の時間制約の下で処理出来る需要を満たすように管理する。
【００１４】
蓄積交換通信ノード14は蓄積データ・メッセージをバッファー・メモリー３６からダウン・リンク・チャネルの送信データ・メッセージとしてモバイル装置２０へ送信することが出来る。受信データ・メッセージは送信データ・メッセージとは相違する特徴を有する可能性が有り、且つ、無線インターフェースに転送限度（transmission limitation）が有るため、通信ノード１４は受信データ・メッセージを送信データ・メッセージとして無線リンクに渡って送信する前に、受信データ・メッセージを蓄積したり、バッファーしたり、さもなれば処理したりすることが出来る。
【００１５】
処理システム３４は受信データ・メッセージまたは蓄積データ・メッセージをダウン・リンク・チャネル介するモバイル装置２０への送信に適合する送信データ・メッセージとしてのフォーマットにフォーマッティング或いは構成することが出来る。データ・メッセージは、音声チャネルやデータチャネル或いは制御チャネルを包含するあらゆる種類の通信チャネルに渡って送信することが出来る。例えば、時分割多重アクセス（time division multiple access；ＴＤＭＡ）システムの状況において、処理システム３４は、ディジタル制御チャネルのダウン・リンク・ディジタル制御チャネル（down link digital control channel；ＤＣＣＨ）及びサブチャネル（例えば、ショート・メッセージ・サービス／ページング・チャネル（short messaging service/paging channel；ＳＰＡＣＨ））介する送信データ・メッセージの送信を向上することが出来る。ＳＰＡＣＨはダウン・リンク信号にチャネル割り当てを行ない、且つ、片方向または双方向のショート・メッセージ・サービスをサポートすることが出来る。ＴＤＭＡシステム介するＤＣＣＨ無線リンク・プロトコルは、データ・メッセージを送信するために各スーパーフレーム・インターバル（例えば、６４０ミリ秒インターバル）で最大数のタイム・スロットを供する。
【００１６】
通信ノード１４がダウンストリームＴＤＭＡ無線システムへ通信している場合、通信ノード１４は、受信データ・メッセージに対する転送出信時間（transmission departure time）を容易に予測することができるが、他の無線通信システム（例えば、グローバル・モバイル通信（Global System for Mobile Communications；ＧＳＭ）システムまたは符合分割多重アクセス（code-division, multiple-access；ＣＤＭＡ）システム）でもデータ・フローを制御するシステム及び方法を使用することが出来、従って、本発明の範囲内のものである。
【００１７】
スケジューラー２８は送信データ・メッセージとして送信するためにバッファー・メモリー３６内で待機している受信データ・メッセージに送信優先順位を割り当てる。スケジューラー２８はデータ・メッセージに対してあらゆる種類の優先順位スキームを使用することが出来るが、１つの例ではスケジューラー２８は待ち行列２２、２４の様々な占有率によって変わる階段状優先順位ルール（graduated priority rule）に基づいて受信データ・メッセージに送信優先順位を割り当てる。待ち行列２２、２４の占有率は状態検出器２６によって与えられる。
【００１８】
階段状優先順位ルールには、例えばバッファー・メモリー３６内の待ち行列の占有率は占有率が増加するとき、新たに受信されたメッセージに対する送信優先順位の割り当てが以前に受信されたメッセージから変化することが出来るスキームを包含する。送信優先順位は、以前即ち過去（historically）に受信されたメッセージとの比較によって、重要なデータ・メッセージのみが高い送信優先順位を受容し、他のデータ・メッセージが全て意図的に低い送信優先順位を受容するように割り当てることが出来る。重要なデータ・メッセージは公共の安全、緊急操作、“９１１”システム等であることが出来る。
【００１９】
送出優先順位スキームはタイム・スロットに割り付けられた待ち行列の固定の順位を基準とする。各待ち行列はその待ち行列を対応している１つ以上のタイム・スロットの主要送信優先順位レベルと整合性のある或る一定の総合送信優先順位レベルを表すことが出来る。処理システム３４はそれらの総合送信優先順位の順に待ち行列を検査し、スケジューラー２８が第１の非空待ち行列の中の最初のメッセージを選択する。その後、第１の非空待ち行列の中のメッセージの送出が全て完了するまで第１の非空待ち行列の中の２番目のメッセージが選択される。次に、スケジューラー２８は第２の非空待ち行列を検査し、且つ、第２の非空待ち行列の中の最初のメッセージ等々を選択する。
【００２０】
スケジューラー２８は単に、バッファー・メモリー３６即ち特定の待ち行列の中で待機している２以上のデータ・メッセージに送信優先順位を割り当てる。もし単に1個の受信データ・メッセージがバッファー・メモリー２６またはアクティブな待ち行列の中で待機している場合は、送信優先順位についての判定は行われる必要は無く、且つ、１個の受信データ・メッセージが直ぐに或いは次の送信機会が生じるときに送信される。通信ノード１４から送信するためのスーパーフレームは数個の専用タイム・スロットと汎用タイム・スロットとを包含することが出来る。専用タイム・スロットは幾つかの部分集合の待ち行列の対応用に制限されているが、汎用タイム・スロットはあらゆる待ち行列に処理する。
【００２１】
通信ノード１４のＴＤＭＡアプリケーションでは、送信データ・メッセージの送信機会を正確に理解するためにＤＣＣＨダウン・リンクの動作について知っている必要である。現在のＴＤＭＡ標準の下では、例えば各スーパーフレーム・インターバル（例えば、６４０ミリ秒インターバル）の持続期間中に、通信ノード１４はメッセージを送出することが出来る或る最大数（例えば、２１個）のタイム・スロットを有する。バッテリー電力を節約する理由で、モバイルは代表的それらの１つを除きすべてのタイム・スロット期間中、“休止（sleep）”（パワー・ダウン）し、各モバイルに対するこの“探索（listening）”タイム・スロットはモバイルを均等に分配するようにスーパーフレーム・インターバル内の一群の（例えば19個の）タイム・スロットの間でランダムに割り当てられる。或るモバイルと音声送信またはデータ送信を設立するための初期の通信はこの割リ付けられたタイム・スロットで生起されなければならない。多くの場合、モバイルがこれらのメッセージの1つを受信するとき、そのモバイルは覚醒（awake）状態にあってスーパーフレーム・インターバル中の全タイム・スロットを探る。
【００２２】
図２はバッファー・メモリー３６へのデータ・メッセージ取り込みを動的に行う制御を取り扱う方法を示す。過負荷コントローラ３３またはゲートキーパ３０が受信データ・メッセージを通信ノード１４のバッファー・メモリー３６へ取り込むか否かを判定する。
【００２３】
ステップＳ１００で、通信ノード１４が最初に各受信データ・メッセージに割り付けられた取り込みバリュー・レーティングを割り付けまたは確立する。次に、通信ノード１４は割り付けられた取り込みバリュー・レーティングを有する受信データ・メッセージに対する優先順位等級を規定する。同等の取り込みバリュー・レーティングを持つデータ・メッセージが異なる優先順位等級間で同一優先順位等級に分類される。
同等の取り込みバリュー・レーティングは互いの特定の範囲に入るバリュー・レーティングを言う。
【００２４】
各優先順位等級は同等の取り込みバリュー・レーティングを持つ１つ以上のデータ・メッセージを包含することが出来る。各優先順位等級内では、各メッセージが個々の優先順位等級に割り付けられている受信データ・メッセージに対する優先順位付けを確立する同一等級内取り込みランクを有する。例えば、同一等級内取り込みランクは、個々の優先順位等級内の他のデータ・メッセージと相対的な各受信データ・メッセージの着信時を表すことが出来る。
【００２５】
取り込みバリュー・レーティングは様々な方法でアクセスすることが出来るが、主要な手法はサービス・プロバイダーのために収益を生む特定の受信データ・メッセージの潜在能力である。例えば、過負荷コントローラ３３は、ページング要求を表している第２受信データ・メッセージよりもチャネル割り当てを表している最初の受信メッセージに、通信ノード１４での最初の受信メッセージと２番目の受信メッセージの着信順位に関わり無く、より高いバリュー・レーティングを割り当てることが出来る。実際に、チャネル割り当ては殆ど常に課金可能な呼完了が得られる、モバイル装置２０への試みられた総ページング・メッセージ数のうちの一部の数の成功したページング・メッセージのみが呼完了に帰着する。モバイル装置２０は電源がオフされるかまたはページング要求から始まる呼完了の欠如につながる、或る範囲外になることがある。従って、チャネル割り当てはページング・メッセージよりも重要であると考えられる。従って、過負荷コントローラ３３はページング・データ・メッセージに対して低い優先順位等級を識別し、且つ、チャネル割り当てデータ・メッセージに対して１以上のより高い優先順位等級を識別することが出来る。
【００２６】
収益を生む可能性のほかに、取り込みバリュー・レーティングは先着順時間優先順位技術（first-come, first-serve time priority technique）や受信データ・メッセージの待機時間限度、受信データ・メッセージを送信データとして送信する上でのデータ・パッキング制約、受信データ・メッセージ・サイズ或いは何らかの他の適切な技術に準拠することが出来る。一例では、データ・パッキング制約はスーパーフレーム（superframe）内のタイム・スロットをバッファー・メモリー３６の中の幾つかの対応する待ち行列に割り振ることを考慮することが可能である。前述の割り振りはそれらの待ち行列中で転送を待っているデータ・メッセージに影響することが出来る。別の例では、より小さいサイズの受信データ・メッセージがより大きなサイズ即ちより長い長さを持つ受信データ・メッセージよりも高いバリュー・レーティングを割り当てられることが出来る。
【００２７】
ステップＳ１００の後、或いはステップＳ１００と同時に、ステップＳ１０２で通信ノードは受信データ・メッセージの各優先順位等級に蓄積容量の範囲を規定する。各優先順位等級は対応する蓄積容量範囲に割り付けられる。過負荷コントローラ３３は保持メモリー２３に受信データ・メッセージを受けると、受信データ・メッセージに蓄積容量の範囲を割り当てる。蓄積容量の範囲は特定の等級のデータ・メッセージによってバッファー・メモリー３６の使用率を求める。
【００２８】
ステップＳ１０２で、蓄積容量の範囲は上方境界か下方境界或いはその双方によって規定されることが出来る。範囲の上方境界は取り込み優先度等級にperする受信データ・メッセージの最大数を制限する。上方境界は何れか１つの取り込み等級が他の取り込み等級を犠牲にしてバッファー・メモリー３６を占めることを防止する。
【００２９】
逆に、範囲の下方境界は少なくとも１つの順位等級に最小バッファー蓄積スペースを留保する。上方境界は何れかのグループの取り込み等級が他の取り込み等級を犠牲にしてバッファー・メモリー３６を占めることを防止する。下方境界は重要度が低い等級（minority class）がより高いレベル即ち重要度が高い等級（majority class）と共存し、その結果、重要度が一番低い等級によって表される何らかの基本的動作が通信システムの動作に消極的に影響するようにして見落とされないようにすることを可能にする。
【００３０】
一実施例では上方境界及び下方境界は等級当たりのメッセージ数で規定され、他の実施例では上方境界及び下方境界は等級のデータ・メッセージの総サイズまたはバッファー・メモリー３６の最大利用可能部分によって規定されるようにすることが出来る。例えば、優先順位等級はバッファー・メモリー３６全体の3分の１乃至3分の２の範囲の上方境界を有することが出来る。
【００３１】
ステップＳ１０２の後、ステップＳ１０４で、通信ノードは着信データ・メッセージが着信データ・メッセージの優先順位等級に割り振られた蓄積容量の範囲に入りそうであるかどうかを判定する。過負荷コントローラ３３はバッファー・メモリー３６に許容される各等級のメッセージ数に上界ルール（upper bound rule）を執行する。上界ルールはバッファー・メモリー３６中のその等級のメッセージ数が上方境界と同等であるかまたは上回るときは何時でも、着信メッセージが削除されるように規定する。例えば、シミュレーション検討に基づいて動的アルゴリズムが当初、特定の優先順位等級の上方境界を総バッファー・メモリー３６の容量の３分の１に設定するように調整されるようにすることが出来る。
【００３２】
蓄積容量の範囲は特定の等級のデータ・メッセージの過負荷が持続することを防止する。ステップＳ１０４での蓄積容量の範囲の判定を介入及び適当な操作無しで、過負荷等級は他のメッセージ等級を置換し、且つ、バッファー全体を“捕捉（capture）”することが起きる。上界ルールは１つの等級がバッファー・メモリー３６を捕捉することを防止するが、或る等級が一群の等級に渡る過負荷により除外されることを防止することはない。留保ルール（reservation rule）により、過負荷コントローラ３３はデータ・メッセージの取り込み可能性を求める次の留保ルールを使用することによって各等級に定格バッファー数を留保する。バッファーは１個の時分割多重フレームまたはスーパーフレームで送信することが出来るメモリー・サイズとして規定することが出来るが、好適にはバッファーは任意の単位のメモリー・サイズ（例えば、ビット数、バイト数、ワード数またはブロック数）またはバッファー・メモリー３６全体の特定の部分を表す。過負荷コントローラ３３はｂjを優先順位等級iとは異なっている優先順位等級ｊに対する留保バッファー・メモリー数（buffer reserve）として規定し、ｎiを等級ｉによって使用されているバッファー・メモリーの現在の数として規定し、ｎjを等級ｊによって使用されているバッファー・メモリーの現在の数として規定し、Kをバッファー・メモリー３６全体の総バッファー容量として規定する。ゲートキーパ３０は次式（１）の関係が成立するときのみ、優先順位等級ｉメッセージ数を取り込む。
【数１】

【００３３】
即ち、使用中または留保された総バッファー数は総保有数（whole supply）未満である。なお、等級ｉメッセージ数が着信したとき、ｎi項を総数から引き去り、その予備が使用中であるとしてカウントされることを回避する必要が有る。
【００３４】
もし着信データ・メッセージが蓄積容量の範囲内に収まらない場合は、着信データ・メッセージはステップＳ１０６に示されるように削除或いは転送されることとなる。
【００３５】
もし着信データ・メッセージが着信データ・メッセージの優先順位等級に割り付けられた蓄積容量の範囲内に収まる場合は、方法はステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８では、通信ノード１４はデータ・メッセージを蓄積するためのバッファー・メモリー３６で輻輳が起きているかどうかを判定する。輻輳とは或る限界容量に一杯にされることを言う。幾つかの輻輳評価手法を使用することが出来るが、好適な実施例では状態検出器がバッファー・メモリー３６で輻輳が起きているかどうかを何らかの特定優先順位等級より、むしろバッファー・メモリー３６全体の占有率の解析に基づいて判定する。例えば、もしバッファー・メモリー３６の実際の占有率がバッファー限界占有率を上回っている場合は、バッファー・メモリー３６で輻輳が起きていると考えられる。蓄積容量の範囲及び輻輳が起きているバッファー・メモリー３６は輻輳評価がバッファー・メモリー３６全体の総合スループット特性を向上するのに対し、蓄積容量の範囲が個々の等級のデータ・メッセージのスループット特性を向上するような独特な方法で規定されることが好適である。
【００３６】
他の実施例では、その他の輻輳を評価するのに適切な手法に、１つの待ち行列の実際の占有率が待ち行列限界占有率を上回っているかどうかを決定する手法、或いは一群の待ち行列の実際の占有率が複合限界占有率を上回っているかどうかを判定する手法が包含される。輻輳評価中、その待ち行列若しくは一群の待ち行列は、その待ち行列若しくはその一群の待ち行列に取り込むための評価に基づいて特定の受信データ・メッセージを受け入れるのに適切な優先順位等級に割り付けられる。
【００３７】
バッファー限界占有率はバッファー・メモリー３６全体の最大物理容量（maximum physical capacity）未満の或る使用可能な容量を表す。バッファー限界占有率は一続きの逐次サンプリング期間に渡って評価され、各サンプリング期間は通常は次のサンプリング期間から別の占有率に更新されるまでは着信メッセージに対して適正に留まる対応占有率に割り付けられるようにすることが出来る。
【００３８】
バッファー限界占有率はオーバーフロー目標確率と整合性が有る。過負荷コントローラ３３は、もしサービス・プロバイダーまたはユーザが或るオーバーフロー確率を容認しようと欲する場合、予備記憶容量（provisioned storage）を限界占有率の使用可能な容量に実質的に削減することが出来る。バッファー限界占有率は受信データ・メッセージの削除を実際的に最小化することと整合性のある経験的なデータに基づいて選択することが出来る。例えば、１％の１０分の１のオーバーフローの確率が有るとき、過負荷コントローラ３３は必要な蓄積容量（storage requirement）の恐らく５分の１か１０分の１ほどを削減する。
【００３９】
無線通信システムと連携して動作する通信ノード１４に関しては、記憶容量サイズをオーバーフローの確率に関する簡単な分析数式が存在しない。従って、動的なベースでの取り込み制御アルゴリズムが幾つかの単純化のための仮定を用いてデータ損失を管理即ち最少化するように動作する。
【００４０】
他の実施例では、輻輳が１以上の待ち行列のワークロード持続期間（workload duration）によって規定されることが出来る。バッファー・メモリー３６の待ち行列のワークロード持続期間は、基地局装置の無線インターフェース介する信頼性の有る通信と整合性が有る特定の時にその待ち行列の中の全データ・メッセージをバッファー・メモリー３６から送信するのに必要な送信時間を表す。例えば、もしそれら待ち行列の全てのワークロード持続期間が一緒に限界時間を上回った場合、バッファー・メモリー３６には輻輳が起きていると見なすことが出来る。更に別の実施例では、輻輳は限界待ち行列長を上回っている待ち行列長によって規定されるようにすることが出来る。
【００４１】
もしデータ・メッセージを蓄積するためのバッファー・メモリー３６で輻輳が起きていない場合は、通信ノードはステップＳ１１０に示されているように、着信データ・メッセージをバッファー・メモリー３６へ取り込む。
【００４２】
しかし、もしバッファー・メモリー３６で輻輳が起きているか、或いは他のアプローチで少なくとも１つの待ち行列輻輳が起きていれば、本制御方法はステップＳ１１２へ進む。ステップＳ１１２では、通信ノード１４は保持されているデータ・メッセージまたは着信データ・メッセージの保持されたバリュー・レーティングがバッファー・メモリー３６中に存在する蓄積データ・メッセージの優先順位等級より大きいバリュー・レーティングを有するかどうかを判定する。ステップＳ１１２での判定はプッシュ・アウト・ルール或いは置換ルールで規定することが出来る。プッシュ・アウト・ルールは、もし受信データ・メッセージが優先順位等級の順位評価（hierarchical evaluation）と適合すればデータ・メッセージを取り込む。好適な実施例は優先順位等級当たり1個のバリュー・レーティングを特徴とするが、他の実施例では１つの優先度等級当たり複数のバリュー・レーティングがサポートされる。
【００４３】
概ね、プッシュ・アウト・ルールは取り込みバリュー・レーティング間または優先順位等級間或いはそれらの双方の間の取り込み順位を規定する。プッシュ・アウト・ルールは様々なメッセージ優先順位等級間でのオーバーフロー損失の分配を変更する。例えば、プッシュ・アウト・ルールは代表的にはバッファー・メモリー３６が満杯であるとき、より“重要”なメッセージが重要性がより低いメッセージを置換（または、プッシュ・アウト）することを可能にする。もし着信メッセージが満杯状態のバッファー・メモリー３６に出会うと、過負荷コントローラ３３が取り込み優先順位がより低いメッセージと置換するように試みられる。過負荷コントローラ３３は最初、優先順位が最も低い蓄積メッセージを調べ、次に着信データ・メッセージと同じ優先順位或いはそれより高い優先順位の蓄積データ・メッセージに達するまで階層を処理（work up）し、削除または置換するための優先順位がより低い蓄積メッセージを見つける。
【００４４】
もし着信データ・メッセージの優先順位等級が既存データ・メッセージの優先順位等級より低い場合は、ステップＳ１１２の後、通信ノード１４はステップＳ１１４に示されているようにデータ・メッセージを削除または転送する。もしバッファー・メモリー３６で輻輳が起きている通信ノード１４から否認されたデータ・メッセージが転送される場合、否認されたデータ・メッセージが通信ノード１４と協働して通信ノード１４のスループットを向上するように作用する別の通信ノードへ転送されるようにすることが出来る。
【００４５】
もし保持メモリー２３に保持されているデータ・メッセージの保持されたバリュー・レーティングがバッファー・メモリー３６内にある既存蓄積データ・メッセージの蓄積バリュー・レーティングより優先順位が高い場合、本制御方法はステップＳ１１６へ進む。ステップＳ１１６では、通信ノード１４は着信データ・メッセージをバッファー・メモリー３６から既存データ・メッセージと置換する。より高い優先度バリュー・レーティングを持つ保持データ・メッセージは、たとえ優先順位がより高いメッセージが優先順位がより低いメッセージの後で通信ノード１４の入力端１２へ着信したとしてもその優先順位がより低いメッセージをプッシュ・アウトすることが可能にされる。
【００４６】
ステップＳ１１６での置換は、先ずバッファー・メモリー３６から優先度がより低いデータ・メッセージを削除するか、或いは、単に優先度がより低いデータ・メッセージにより高い優先順位のデータ・メッセージをオーバーライトすることによって達成することが可能である。例えば、ゲートキーパ３０が階層的取り込みルールに従って第１の割り当てられたバリュー・レーティングを持つ入力端１２の第１受信データ・メッセージを、その第１の割り当てられたバリュー・レーティングより低い第２の割り当てられたバリュー・レーティングを持つ第２受信データ・メッセージと置換することによって取り込む。
【００４７】
一例では、優先順位が低いメッセージはバッファー・メモリー３６内でＸ個の異なる待ち行列の間で分割され、処理システム３４は回転ポインター（rotating pointer）を使用してプッシュ・アウトをこれらＸ個の待ち行列間に分配することが出来る。ここでＸは任意の全数である。ポインターはプッシュ・アウトが試みられる度にインクレメントされる（例えば、ラウンド・ロビン手法によるモジュロＸ）。もし着信メッセージが高優先度の群の等級に属しないか、或いはプッシュ・アウト待ち行列が空である場合、メッセージはバッファーが満杯であるときに削除される。
【００４８】
要約すると、受信データ・メッセージがデータ・メッセージの等級に割り付けられた蓄積容量の範囲に収まり、且つ、バッファー・メモリー３６で輻輳が起きていない場合に、ゲートキーパ３０が受信データ・メッセージを保持メモリー２３から受け入れる。もしバッファー・メモリー３６で輻輳が起きている場合は、バッファー・メモリー３６内の蓄積データ・メッセージを着信データ・メッセージで置換するか否かを判定するためにプッシュ・アウト評価が完了される。着信データ・メッセージは該受信データ・メッセージがバッファー・メモリー３６に取り込まれるか、削除されるか或いは転送されるかするまで保持メモリー２３内に留まることが出来る。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、データ・メッセージ毎の保持時間及び通信ノードで予想される負荷のデータ・メッセージに対してサービスを行うために必要な総メモリー容量を削減する効果が得られる。
【００５０】
本明細書は本発明の方法の種々の実施例を記述している。各請求の範囲は本明細書に開示されている種々の実施例及びそれら実施例と同等な構成を対象として含むように意図されている。従って、上述の各請求項は合理的に最も広義の解釈を認容され、本明細書に開示されている本発明の精神及び範囲と一貫する変更例、同等な構造及び特徴を対象として含む。
【００５１】
なお、特許請求の範囲に記載した参照符号は発明の理解を容易にするためのものであり、特許請求の範囲を制限するように理解されるべきものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による通信ノードを包含する無線通信システムのブロック図である。
【図２】図２は本発明による通信ノードへのデータ・メッセージの取り込みを動的に制御するための方法のフロー・チャートである。
【符号の説明】
１０ モバイル通信交換局またはネットワーク要素
１２ 入力端
１４ 通信ノード
１６ 出力端（出力ポート）
１８ 基地局装置
２０ モバイル装置
２２ 第１待ち行列
２３ 保持メモリー
２４ 第ｎ待ち行列
２６ 状態検出器
２８ スケジューラー
３０ ゲートキーパ
３２ メモリー・マネージャ
３３ 過負荷コントローラ
３４ 処理システム
３６ バッファー・メモリー

Claims (24)

1. 蓄積交換通信ノードにおいてデータ・フローを制御するための方法において、この方法が、
   着信する受信データ・メッセージを通信ノードのバッファー・メモリーへ取り込むかどうかを決定するための取り込みバリュー・レーティングを各受信データ・メッセージに割り当てるステップと、
   前記割り当てられた取り込みバリュー・レーティングを有する受信データ・メッセージに対する複数の優先順位等級を規定するステップであって、着信する受信データ・メッセージが、前記着信する受信データ・メッセージの割り当てられた取り込みバリュー・レーティングに基づいて前記優先順位等級のうちの１つに分類されるステップと、
   前記バッファー・メモリーで輻輳が起きているかどうかを検出するステップと、
   前記優先順位等級の各々によるバッファー・メモリの利用を判定するために各優先順位等級に対して蓄積容量の範囲を規定するステップと、
   着信する受信データ・メッセージが前記蓄積容量の範囲内に収まり、且つ、前記バッファー・メモリーで輻輳が起きていない場合に、前記着信する受信データ・メッセージを前記バッファー・メモリーに取り込むステップと、
   前記着信する受信データ・メッセージが、前記蓄積されているデータ・メッセージの割り当てられた取り込みバリュー・レーティングよりも高い割り当てられた取り込みバリュー・レーティングを有する場合であって、かつバッファー・メモリーで輻輳が起きている場合に、前記バッファー・メモリ内に蓄積されたデータ・メッセージを、前記着信する受信データ・メッセージで置換するステップと、を有することを特徴とする方法。
2. 前記取り込みバリュー・レーティングを割り当てるステップが、等級内ランクを割り当てて特定の優先順位等級内の受信データ・メッセージの取り込み順位を確立するステップを有する、請求項１記載の方法。
3. 前記検出するステップが、
   前記バッファー・メモリーの実際の占有率が限界占有率（threshold occupancy rate）を上回っている場合は、前記バッファー・メモリーで輻輳が起きていると判定するステップを有する、請求項１記載の方法。
4. 前記検出するステップが、
   前記着信する受信データ・メッセージをその優先順位等級に基づいて受け入れるのに適切な待ち行列の実際の占有率が待ち行列限界占有率を上回っている場合は、前記バッファー・メモリーで輻輳が起きていると判定するステップを有する、請求項１記載の方法。
5. 前記検出するステップが
   各々が前記着信する受信データ・メッセージをその優先順位等級に基づいて受け入れるのに適切な待ち行列である一組の待ち行列占有率の実際の占有率が限界複合占有率を上回っている場合は、前記バッファー・メモリーで輻輳が起きていると判定するステップを有する、請求項１記載の方法。
6. 前記バッファー・メモリ内の少なくとも１つで輻輳が起きている場合に、前記置換するステップが行なわれる、請求項１記載の方法。
7. 更に、
   前記取り込みバリュー・レーティングを、それぞれ前記受信データ・メッセージに関連付けられた収益生成ファクターに基づいて前記受信データ・メッセージに割り当てるステップを有する、請求項１記載の方法。
8. 更に、
   ページング要求を表している第２受信データ・メッセージより高い取り込みバリュー・レーティングをチャネル割り当てを表している第１受信データ・メッセージに割り当てるステップを有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
9. 前記取り込むステップが更に、
   前記検出するステップで前記バッファー・メモリーで輻輳が起きていることが判定された場合に、前記第１受信データ・メッセージが入力端に着信したときに前記第２受信データ・メッセージをバッファー・メモリ内の前記第１受信データ・メッセージで置換するステップを有することを特徴とする、請求項８記載の方法。
10. 前記取り込むステップが更に、
    高い取り込みバリュー・レーティングを持つ受信データ・メッセージが低い取り込みバリュー・レーティングを持つ受信データ・メッセージに取って代わるとき、前記バッファー・メモリーからの受信データ・メッセージの置換を前記バッファー・メモリー内の複数の待ち行列の間に分配するステップを有する、請求項１記載の方法。
11. 前記規定するステップが、
    前記バッファー・メモリーに取り込まれるべき、優先順位等級毎の受信データ・メッセージの最大数を制限して、前記蓄積容量の範囲の上方境界に適合させるステップを有する、請求項１記載の方法。
12. 更に、
    前記蓄積されているデータ・メッセージに関連付けられた前記優先順位等級に対する前記バッファー・メモリー内に蓄積されているデータ・メッセージの数が前記最大数を上回る場合は、データ・メッセージが前記バッファー・メモリー内に取り込まれないようにするステップを有する、請求項１１記載の方法。
13. 更に、
    前記バッファー・メモリーに取り込まれるべき優先順位等級当たりの受信データ・メッセージに対する最大蓄積容量サイズを制限して前記蓄積容量の範囲の上方境界に適合するようにするステップを有する、請求項１記載の方法。
14. 更に、
    前記最大蓄積容量サイズを総バッファー・メモリー容量の３分の１に設定するステップを有することを特徴とする、請求項１３記載の方法。
15. 前記規定するステップが、
    少なくとも１つの優先順位等級のデータ・メッセージのために最少数のメッセージを前記蓄積容量の範囲の下方境界として留保するステップを有する、請求項１記載の方法。
16. 前記規定するステップが更に、
    少なくとも1つの優先順位等級のデータ・メッセージに対する最小等級蓄積容量サイズを前記蓄積容量の範囲の下方境界として留保するステップを有する、請求項１記載の方法。
17. 前記最小等級蓄積容量サイズが、以下の式；
    

    

    に従って留保されるバッファー数として規定され、ここで、ｂjは優先順位等級ｉとは異なっている優先順位等級ｊに対する留保バッファー・メモリー数であり、ｎiは等級ｉによって使用されている前記バッファー・メモリーの現在の数であり、ｎjは等級ｊによって使用されている前記バッファー・メモリーの現在の数であり、Kは前記バッファー・メモリーの前記総バッファー容量である請求項１６記載の方法。
18. 更に、
    前記着信する受信データ・メッセージがバッファー・メモリー中の蓄積されているデータ・メッセージの着信時間より更に新しい着信時間を持ち、且つ、前記バッファー・メモリーで輻輳が起きている場合は、前記バッファー・メモリー内の前記蓄積されているデータ・メッセージを前記着信する受信データ・メッセージで置換するステップを有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
19. 通信ノードであって、
    着信する受信データ・メッセージを通信ノードのバッファー・メモリーに取り込むか否かを判定するための取り込みバリュー・レーティングを各受信データメッセージに割り当てるための過負荷コントローラであって、割り当てられた取り込みバリュー・レーティングを有する受信データ・メッセージに対して複数の優先順位等級を規定し、着信する受信データ・メッセージが前記着信する受信データ・メッセージの取り込みバリュー・レーティングに基づいて前記優先順位等級のうちの１つに分類され、前記優先順位等級の各々によりバッファー・メモリーの利用を判定するために各優先順位等級に対して蓄積容量の範囲を規定する過負荷コントローラと、
    前記バッファー・メモリーで輻輳が起きているかどうかを検出するための検出器と、
    着信する受信メッセージが前記蓄積容量の範囲内に収まっており、且つ、前記バッファー・メモリーで輻輳が起きていない場合は、前記着信する受信データ・メッセージを前記バッファー・メモリーへ取り込むゲートキーパと、
    前記着信する受信データ・メッセージが前記蓄積されているデータ・メッセージの割り当てられた取り込みバリュー・レーティングよりも高い割り当てられた取り込みバリュー・レーティングを有し、かつ前記バッファー・メモリーで輻輳が起きている場合に、前記バッファー・メモリ内に蓄積されているデータ・メッセージを前記着信する受信データ・メッセージで置換するためのメモリ・マネージャと、を備えることを特徴とする、通信ノード。
20. 更に、
    前記バッファー・メモリーへ取り込む前に前記着信する受信データ・メッセージを保持するための保持メモリーを具備する、請求項１９記載の通信ノード。
21. 更に、
    前記バッファー・メモリー内の既存データ・メッセージを削除し、前記通信ノードの前記保持メモリー内により新しい受信データ・メッセージに対するスペースを作るためのメモリー・マネージャを具備する、請求項２０記載の通信ノード。
22. 更に、
    前記バッファー・メモリー内の既存データ・メッセージを削除し、前記通信ノードの入力端においてより新しい受信データ・メッセージに対するスペースを作るためのメモリー・マネージャを具備する、請求項１９記載の通信ノード。
23. 前記検出器が前記受信データ・メッセージによって前記バッファー・メモリーの占有率を検出するように構成されていることを特徴とする、請求項１９記載の通信ノード。
24. 前記検出器が前記バッファー・メモリー内の一群の待ち行列の占有率を検出するように構成されていることを特徴とする、請求項１９記載の通信ノード。

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