JP4713558B2 - リソース管理装置及び方法 - Google Patents
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Description
その後、通信サービスの利用終了時には、それまで確保していたリソースを速やかに解放する。
さらに、モバイル端末が基地局間を移動したとき、移動後の基地局に隣接しない基地局につながる経路についてリソースが確保されている場合に、このリソースを解放するリソース解放手段をさらに備えていてもよい。
さらに、モバイル端末が基地局間を移動したとき、移動後の基地局に隣接しない基地局につながる経路についてリソースが確保されている場合に、このリソースを解放するステップをさらに備えていてもよい。
また、隣接基地局につながる経路のうち、既にリソースが確保されている経路と異なる部分についてのみ新たにリソースを確保することにより、リソースの重複確保を防止し、リソースの有効活用が可能になる。
一方、モバイル端末の移動方向を予測し、モバイル端末が移動する可能性が高い隣接基地局について予めリソースを確保しておくことにより、モバイル端末が移動する可能性が低い隣接基地局についてのリソース確保が不要となり、リソースの有効活用が可能となる。
1.第1の実施の形態
1−1.概要
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかるリソース管理サーバが適用されるシステムの全体構成を示すブロック図である。
図1に示すリソース管理サーバ(RMS)1は、通信ネットワークNWのリソースを管理するリソース管理装置である。
端末移動通知メッセージには、メッセージの種類を示すメッセージ番号、モバイル端末Mが移動後に属するセルを表すプレーブ情報、リソース確保要求に応じて確保されたリソースを特定する識別子(例えばリソースID、ユーザID)等の情報が付加される。
リソース解放要求メッセージには、メッセージの種類を示すメッセージ番号、リソース確保要求に応じて確保されたリソースを特定する識別子(例えばリソースID、ユーザID)等の情報が付加される。
リソース管理サーバ1は、通信機能を有するコンピュータからなる。以下に説明するリソース管理サーバ1の諸機能は、演算装置(MPU)や記憶装置(ROM及びRAM等の内部メモリの他、HDD等の外部記憶装置を含む)等のコンピュータのハードウェア資源とこのコンピュータにインストールされたコンピュータ・プログラム(ソフトウェア)とが協働することによって実現される。
図2に示すように、リソース管理サーバ1は、送受信部11と、制御部12と、データベース部13とを有する。
ここで、送受信部11は、通信インターフェースを備え、アプリケーションサーバ2との間で各種メッセージを送信及び受信する。具体的には、アプリケーションサーバ2から送られてくるリソース確保要求、端末移動通知、リソース解放要求等のメッセージを受信し、その応答のメッセージをアプリケーションサーバ3に送信する。
制御部12は、受信されたメッセージに応じて、通信ネットワークNWのリソース管理を行う。
データベース部13は、制御部12によるリソース管理に必要な各種情報を記憶する。
制御部12は、メッセージ解析部121と、経路特定部122と、リソース管理部123と、応答処理部124とを有する。
ここで、メッセージ解析部121は、送受信部11で受信したメッセージから各種情報を抽出して解析する。
データベース部13は、アドレスリストと、経路情報テーブルと、通信回線情報テーブルと、セル情報テーブルと、リソース管理テーブルとを記憶する。
ここで、アドレスリストは、通信ネットワークNW内の固定端末T1〜T3のIPアドレスのリストである。例えば図3に示すアドレスリスト131のように、固定端末T1〜T3のIPアドレス「端末IPアドレス」、各固定端末を収容するエッジノードの識別子「端末収容エッジノードID」(例えば、固定端末T1を収容するルータR3のID)からなる。
「経路ID」は、確保要求された経路のIDである。確保要求した端末がモバイル端末Mである場合には、このモバイル端末Mを収容する基地局BSと通信相手との間の経路の識別子となる。
「隣接セルの帯域予約情報」は、確保要求した端末がモバイル端末Mである場合に書き込まれる情報であり、そのモバイル端末Mが現在属するセルに隣接する隣接セルの帯域予約状況を示す。ここで、隣接セルの帯域予約とは、隣接セルの基地局BSと通信相手との間の経路についてリソースを確保することをいう。例えば、帯域予約に成功した隣接セルのIDと、この隣接セルの基地局BSにつながる経路のIDが書き込まれる。
1−3−1.最初にリソースを確保するときの動作
まず、図8及び図9を参照し、モバイル端末Mが固定端末(以下「配信サーバ」という)T1による映像配信サービスを利用する際に、リソース管理サーバ1が通信ネットワークNWにおいて必要な容量のリソースを確保する動作について説明する。
この利用要求を受けたアプリケーションサーバ2は、リソース確保要求メッセージを作成し、リソース管理サーバ1に送信する。このリソース確保要求メッセージには、このメッセージがリソース確保要求であることを示すメッセージ番号、映像配信を行う発端末としての配信サーバT1のIPアドレス、映像配信を受ける着端末としてのモバイル端末MのIPアドレス、モバイル端末Mを収容する基地局BS4の基地局ID、映像配信に必要な容量(要求リソース量)、モバイル端末Mが現在セルC42に属することを表すプレーブ情報が付加されている。
まず、メッセージ解析部121が、受信したメッセージに付加されているメッセージ番号から、このメッセージが「リソース確保要求」であると判断する(ステップS2,YES)。さらに、メッセージに付加されているその他の情報を抽出する(ステップS3)。
許諾応答を受けたアプリケーションサーバ2は、応答メッセージに付加されたリソースIDをモバイル端末Mに通知するとともに、配信サーバT1による映像配信サービスの利用を許可し、その通信品質を保証する。これにより、配信サーバT1からモバイル端末Mへの高品質な映像配信が開始される。
具体的には、まず、経路特定部122が、図4に示した経路情報テーブル132を参照し、配信サーバT1を収容するルータR3と基地局BS1との間の通信ネットワークNWにおける経路を検索し、この経路がリンクL2、リンクL1、アクセス集線ラインALC1、アクセスラインAL1からなることを知る(ステップS10)。
アプリケーションサーバ2は、受信した帯域予約失敗メッセージを、モバイル端末Mに転送する。
以上により、最初にリソース確保するとき一連の処理が終了する。
次に、図8〜図10を参照し、ユーザがセル間を移動したときのリソース管理サーバ1の動作について説明する。
まず、メッセージ解析部121が、受信したメッセージに付加されているメッセージ番号から、このメッセージが「端末移動通知」であると判断する(ステップS2,NO、ステップS21,YES)。さらに、メッセージに付加されているその他の情報を抽出する(ステップS22)。
以上により、モバイル端末Mのユーザがセル間を移動したときの一連の処理が終了する。
次に、図8〜図11を参照し、配信サービスT1からモバイル端末Mへの映像配信が終了した後に、リソース管理サーバ1が映像配信のために確保されていたリソースを解放する動作について説明する。
まず、メッセージ解析部121が、受信したメッセージに付加されているメッセージ番号から、このメッセージが「リソース解放要求」であると判断する(ステップS2,NO、ステップS21,NO、ステップS41,YES)。さらに、メッセージに付加されているリソースIDを抽出する。
そして、図4に示した経路情報テーブル132を参照し、取得したすべての経路IDをキーにして、これらの経路を構成する通信回線を検索する。
これにより、モバイル端末Mが現在属するセルC23の基地局BS2と配信サーバT1を収容するルータR3との間の経路に確保されていたリソースを解放する処理と、セルC23に隣接する隣接セルへの帯域予約を解除する処理が完了し(ステップS42)、一連の解放処理が終了する。
1−4−1.経路の残リソースフラグ
図8のステップS5(及び図9のステップS11)のリソース確保が可能か否かの判定に、経路の残リソースフラグを用いることができる。この残リソースフラグは、経路の残リソース量と予め設定された閾値との大小を表す。閾値は、残リソース量に十分余裕があるとされる最小の値であり、リソース管理サーバ1の保守者によって適宜設定される。各経路の残リソースフラグは経路情報テーブル132に設定され、例えば残リソース量が閾値よりも小さい通信回線を含む経路には残リソースフラグがセットされ、残リソース量が閾値以上の通信回線しか含まない場合には残リソースフラグがリセットされる。
図8のステップS5(及び図9のステップS11)のリソース確保が可能か否かの判定に、経路の輻輳状態フラグを用いることができる。この輻輳状態フラグは、輻輳状態を数値化した指数(輻輳指数)と予め設定された閾値との大小を表す。輻輳指数のデータは、通信ネットワークNWの各ノードからリソース管理サーバ1に送られてくる。閾値は、輻輳状態ではないとされる最大の値であり、リソース管理サーバ1の保守者によって適宜設定される。各経路の輻輳状態フラグは経路情報テーブル132に設定され、例えば輻輳指数が閾値よりも大きい通信回線を含む経路には輻輳状態フラグがセットされ、輻輳指数が閾値以下の通信回線しか含まない場合には輻輳状態フラグがリセットされる。
なお、図8のステップS4(及び図9のステップS11)で経路を特定したとき、その経路に輻輳状態フラグがセットされている場合には、通常どおりリソース確保の可否判定を行う。
上述した本発明の第1の実施の形態では、すべての隣接セルについて帯域予約処理を行っているが、第2の実施の形態では、リソース管理サーバでモバイル端末Mの移動方向を予測し、モバイル端末Mが現在属するセルから移動する可能性が高い隣接セルを選択して帯域予約処理を行うものである。
このような移動先セルの予測結果に基づいて、図10のステップS25,S26に相当する帯域予約解除処理、図10のステップS27ないし図9のステップS9〜S14に相当する帯域予約処理が行われる。
その他の部分については、第1の実施の形態とほぼ同じであるから、説明を省略する。
図1に示すように進行方向として6通り(図中の矢印)ある。太い白矢印で示された最も確率の高い進行方向に対して基地局ノードはBS2とBS3が存在する。モバイル端末MがC23にすすむ場合は、BS2のノードに収容され、C31にすすむ場合はBS3のノードに収容される必要があり、それぞれAL2及びAL3のリリースを確保する必要がある。現在収容されるSWが異なるため、いずれの方向にすすむにしろ、ALC2のリソースを確保する必要がある。
まず、最も確率の高い進行方向を決定する方法の例を示す。
その行動モデルに基づく方法の例としては、隠れマルコフモデルに基づく推定方法がある。
(1)入力記号列
行動モデルの属性は、実際にユーザが収容されることで有限のリソースが消費される基地局ノードが変わることで表現される。ユーザの移動にともない、属性遷移を属性A→属性Bという遷移とする。
あるノードから、次に遷移するノードへの確率を示す。ユーザの行動に基づいてノードからノードへ遷移する確率が変化する。例えば、ノードAからノードBへの遷移する確率PA(B|A)の計算式を次に示す。
基地局ノードがカバーするセルの番号と回数を正規化して保存する。ノードAからノードB内のセルb1へ遷移する確率P1の計算式を次に示す。
ある属性の場所から、次に収容される属性又は次に収容されるセルへ到着する確率を示す。次にノードAからノードBのセルbへ遷移する確率P2の計算式を次に示す。
記録されている移動履歴の最初の点(0,0)から点(x1、y1)への移動ベクトル、もしくは基準となる方向からの角度θより、x1=r1cosθ、y1=r1sinθでもよい。
この分布関数P(θ)は、これら2つのモデルを組み合わせた関数や、進行する方向の連続率を加味した関数や、道路や線路などのパス情報を加味するモデルでもよい。
リソース管理サーバでは、NW構成ツリーの分岐情報(リンク及び回線の収束状態)を持つ。アクセスラインとして管理する部分に関して分岐の段数を持つ。この分岐情報を元に、予め確保するリソースを段数によって、シェアできる数の少ない、より枝に近い方のリソースを優先的に確保することができる。
実際のNW構成ツリーを考慮した下記の数式(4)を用いて決定する。図1では2段である。
「a)5段目まで収束しているうちの1段目まで確保が必要な場合
→P(θ)=0.9ならばz=5×0.9=4.5
b)5段目まで収束しているうちの2段目まで確保が必要な場合
→P(θ)=0.8ならばz=5/2×0.8=2
c)3段目まで収束しているうちの1段目まで確保が必要な場合
→P(θ)=0.9ならばz=3×0.9=2.7
d)3段目まで収束しているうちの2段目まで確保が必要な場合
→P(θ)=0.8ならばz=3/2×0.8=1.2」…数式(4)
なお、コンフィグレーションでz=1.5とすることで、数式(4)のa)、b)、c)は、予約確保を行うとしてもよい。
本発明の第3の実施の形態は、第1の実施の形態で説明したすべての隣接セルの帯域を予約するサービスAと、第2の実施の形態で説明したモバイル端末Mが移動する可能性の高い隣接セルの帯域を予約するサービスBと、隣接セルの帯域予約を行わないサービスCとを、ユーザが選択的に受けられるようにするものである。
制御部12Bはさらに、メッセージ解析部121Bと、経路特定部122と、リソース管理部123と、応答処理部124と、移動先予測部125とを有する。
上述した実施の形態においては、モバイル端末Mからリソース確保要求によってこのモバイル端末Mが属するセルに隣接する隣接セルの帯域を予約する場合について説明したが、当該モバイル端末Mの通信相手が別のモバイル端末である場合に、この通信相手のモバイル端末Mが属するセルに隣接する隣接セルの帯域予約を行うことも可能である。同様に、リソース確保要求を行った固定端末の通信相手がモバイル端末である場合に、このモバイル端末Mが属するセルに隣接する隣接セルの帯域予約を行うことも可能である。
Claims (10)
- モバイル端末とその通信相手との通信に必要な容量のリソースを通信ネットワーク上で確保するリソース管理装置であって、
前記通信ネットワークに属する複数の基地局の位置関係を示す基地局情報を記憶する基地局情報記憶手段と、
前記通信ネットワーク内の各ノード間の経路およびこの経路に対応する通信回線の情報を示す経路情報を記憶する経路情報記憶手段と、
前記通信ネットワーク内の前記通信回線のリソースの状態を示す通信回線情報を記憶する通信回線情報記憶手段と、
前記基地局情報を参照し、前記モバイル端末が現在収容される基地局に隣接する隣接基地局を特定する基地局特定手段と、
前記経路情報を参照して前記隣接基地局と前記通信相手との間の経路を特定する経路特定手段と、
前記経路特定手段が特定した少なくとも1つの隣接基地局と前記通信相手との間の経路について前記通信回線情報をもとにリソースの確保が可能か否かを判定し、リソースの確保が可能な経路についてリソースを確保するリソース確保手段と
を備え、
前記リソース確保手段は、前記隣接基地局と前記通信相手との間の経路のうち、リソースが既に確保されている前記モバイル端末が現在収容される前記基地局と前記通信相手との間の経路と異なる部分について、リソースの確保が可能か否かの判定及びリソースの確保を行うことを特徴とするリソース管理装置。 - 請求項1記載のリソース管理装置において、
前記リソース確保手段は、特定したすべての隣接基地局と前記通信相手との間のすべての経路について、リソースの確保が可能か否かの判定及びリソースの確保を行うことを特徴とするリソース管理装置。 - 請求項1記載のリソース管理装置において、
前記モバイル端末の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
取得された前記位置情報を時刻とともに記憶する位置情報記憶手段と、
前記位置情報記憶手段から異なる時刻の2以上の位置情報を読み出し、読み出した前記位置情報に基づき前記モバイル端末の移動方向を予測し、前記モバイル端末が現在収容される前記基地局から移動する可能性が高い隣接基地局を選択する移動先予測手段とをさらに備え、
前記リソース確保手段は、選択された前記隣接基地局と前記通信相手との間の経路について、リソースの確保が可能か否かの判定及びリソースの確保を行うことを特徴とするリソース管理装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のリソース管理装置において、
リソースの確保が不可能な経路がある場合に、この経路につながる隣接基地局を前記モバイル端末に通知する通知手段をさらに備えることを特徴とするリソース管理装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のリソース管理装置において、
前記モバイル端末が基地局間を移動したとき、移動後の基地局に隣接しない基地局につながる経路についてリソースが確保されている場合に、このリソースを解放するリソース解放手段をさらに備えることを特徴とするリソース管理装置。 - モバイル端末とその通信相手との通信に必要な容量のリソースを通信ネットワーク上で確保するリソース管理方法であって、
前記通信ネットワークに属する複数の基地局の位置関係を示す基地局情報を参照し、前記モバイル端末が現在収容される基地局に隣接する隣接基地局を特定するステップと、
前記通信ネットワーク内の各ノード間の経路およびこの経路に対応する通信回線の情報を示す経路情報を参照して前記隣接基地局と前記通信相手との間の経路を特定するステップと、
特定した少なくとも1つの隣接基地局と前記通信相手との間の経路について、前記通信ネットワーク内の前記通信回線のリソースの状態を示す通信回線情報をもとに、リソースの確保が可能か否かを判定するステップと、
リソースの確保が可能な経路についてリソースを確保するステップと
を備え、
前記基地局情報,前記経路情報,および前記通信回線情報は、予め用意されているものであり、
前記判定するステップは、前記隣接基地局と前記通信相手との間の経路のうち、リソースが既に確保されている前記モバイル端末が現在収容される前記基地局と前記通信相手との間の経路と異なる部分について、リソースの確保が可能か否かを判定することを特徴とするリソース管理方法。 - 請求項6記載のリソース管理方法において、
前記判定するステップは、特定したすべての隣接基地局と前記通信相手との間のすべての経路について、リソースの確保が可能か否かを判定することを特徴とするリソース管理方法。 - 請求項6記載のリソース管理方法において、
前記モバイル端末の位置情報を取得するステップと、
取得された前記位置情報を時刻とともに記憶するステップと、
異なる時刻の2以上の位置情報を読み出し、読み出した前記位置情報に基づき前記モバイル端末の移動方向を予測し、前記モバイル端末が現在収容される前記基地局から移動する可能性が高い隣接基地局を選択するステップとをさらに備え、
前記判定するステップは、選択された前記隣接基地局と前記通信相手との間の経路について、リソースの確保が可能か否かを判定することを特徴とするリソース管理方法。 - 請求項6〜8のいずれか1項に記載のリソース管理方法において、
リソースの確保が不可能な経路がある場合に、この経路につながる隣接基地局を前記モバイル端末に通知するステップをさらに備えることを特徴とするリソース管理方法。 - 請求項6〜9のいずれか1項に記載のリソース管理方法において、
前記モバイル端末が基地局間を移動したとき、移動後の基地局に隣接しない基地局につながる経路についてリソースが確保されている場合に、このリソースを解放するステップをさらに備えることを特徴とするリソース管理方法。
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