JP4727881B2 - パーシスタンスベクトルに基づいてレートを割り当てるための方法及びシステム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、複数の使用者間での限られた資源(リソース)の配分に関する。より詳しくは、この発明は、パーシスタンスベクトル(persistence vector)の集合(セット、set)に基づいた使用レートの割り当てに関する。
【0002】
【従来の技術】
共用資源は、複数の使用者により使用される資源である。利用が制限されるか、または限られた容量を有する共用資源には、多様な例が含まれる。その例として、例えば、電力基地及び他のエネルギープラント、貯水池及び流体の集まりのような水資源、商品及び/または物資を分配するための供給システム、データ通信ネットワーク及び経路、等がある。したがって、複数の使用者による共用資源の使用を割り振ることにまつわる問題は、異なる形態で発生する。しかしながら、特定の形態とは無関係に、少なくとも以下の条件を有する多くのシステムにおいて、このような資源が見られる。
【0003】
・共用資源の容量または利用性を、計測時間当たりの、ユニットの有限なレートR(例えばキロワット対時間、ガロン対分、カートン対週、またはビット対秒)によって表現することができる。
【0004】
・nを負でない整数として、ある特定の時刻において資源がn人の異なる使用者によって使用される。
【0005】
・ある特定の時刻において、i番目(ここで1≦i≦n)の使用者を、計測時間当たりのユニットの有限な使用レートuiにより特徴付けできる。
【0006】
このようなシステムの基本モデルが図1に示される。図1において、資源100は、使用者120a〜dにより、それぞれレート110a〜dによって使用される。特定の実施形態において、共用資源を特徴付けるレートRは、資源の容量の実際の又は概算により求められる限界を示す(例えば通信経路の場合)。または、レートRは、安全な範囲での最大なまたは許容範囲の、資源の負荷(例えば、電力生成施設または機器の場合)を示す。同様に、使用レートuiは、実際の使用、予想される使用、または使用に対する要求、需要を示す。
【0007】
n個の使用レートuiの総量が、一旦、値Rを超えると、過負荷状態となる。例えば電力プラントでは、取り出される電流の総量が見積もられた容量を越えた場合、過負荷状態となる。データ通信経路では、データ転送レートの総量が経路の実容量を越えた場合、過負荷状態となる。この結果、送信されるデータが破壊される。水の供給または物資の搬入のようなある種の状況の場合、過負荷状態は、使用者の需要が現在は満たされていたとしても、予備またはバッファ容量が使い尽くされていることを意味する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
資源の性質によって、過負荷状態による結果は多岐に亘り、資源が復帰する(例えば、電力生成システムを冷却したり、貯水池を再び満たしたりすること)までの間、接続を切断する期間が必要となることが含まれる。また、過去に試みたが、過負荷のため失敗した使用を繰り返すため(例えば、衝突により破壊されたデータパケットの再送信)、現在の容量を増加させる必要があることも含まれる。以前の容量を回復するために、資源が一時的または恒久的に使用できなくなる恐れがある。したがって、n個の使用レートuiの総量がレートRを越える場合、過負荷状態を避けるために、何らかの形で使用レートを制御することが望ましい。
本出願の分野の関連技術の例は、受信局に接続された複数の機器にビットレートを割り当てる、無線データ通信システムに関連する。これらのシステムは資源を共有してもよく、無線データ通信のためのチャネルを含む。複数の使用者はこれらの共有資源を使用して、基地局に無線でデータを送信するための機器を含んでいてもよい。以下の参照は、本発明のシステムおよび方法に関連する技術の例である。1997年4月8日に出願された、プレス・ハリー・Bらによる米国特許第5,619,492号、および、1999年1月5日に出願された、ガードナー・ウィリアム・Rらによる米国特許第5,857,147号。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施形態に係るシステムまたは方法によれば、資源が使用者の集合により共有される。各使用者は、利用可能なレートの集合から選択された使用レートを有し、各使用者による資源の使用が、使用者の使用レートを少なくとも一部に用いて決定される。また、各使用者はパーシスタンスベクトルの集合を有し、各ベクトル要素は、利用可能なレートの集合の中のレートに対応する。使用レートの集合から使用者の使用レートを選択することは、パーシスタンスベクトルの集合のうちの1つのベクトルに少なくとも一部基づく。
【0010】
【発明の実施の形態】
資源を最大限に使用しつつ過負荷状態を回避する1つの方法は、概算による資源の容量を、幾つかの固定されたレート配分に分割し、この配分されたレートをn個の使用レートuiとして割り当てることである。使用者が使用の要求を変更するようなシステムの場合、この方法は共用資源を準最適とすることにつながる。
【0011】
例えば、図1において、資源100が1200ガロン/分の容量を持つ水源であるとし、利用可能なレートの所定の集合のうちの許容される使用レートが各使用者に割り当てられたとする(ここで、利用可能なレートの集合は、m要素のベクトルY={Y0,Y1,…,Ym-1}を表す)。この例において、各使用者120a〜dは、Y0=300、Y1=600、Y2=900、Y3=1200ガロン/分のレートで資源を使用することができる(すなわちm=4)。全ての使用者が同じ、固定されたレートに割り当てられているような適正な分配がなされている場合、4人の使用者120a〜dのそれぞれがレートY0(300ガロン/分)で使用できる。このように割り当てた結果、資源が過負荷となることを防止できる。しかし、ある時刻において使用者120a〜dのうちの3人以下が資源100を同時に使うような場合、この手法は資源容量を無駄に使うこととなる。
【0012】
次に、資源100が1200ガロン/分と同じ容量を有し、且つ使用レートは上記したようなものであるが、各使用者が資源100をある時刻に使用する可能性が1/4のみである場合を考えてみる(各使用者による使用は、他の使用者による使用となんら関係がないものとする)。この場合、資源100をより最適に使用するには、ある時刻において4人のうち唯1人の使用者のみが資源を使用するであろうとして、各使用者がレートY3(1200ガロン/分)で使用できるようにすることにより達成される。もちろん、2人以上の使用者が同時に使用する結果、過負荷状態となる。
【0013】
ある関連した例においては、4人の使用者120a〜dのうちのいずれかが資源を使用する可能性は1/2とされる。この例における第1の方策は、各使用者がレートY1(600ガロン/分)で使用できるようにすることである。または、第2の方策としては、各使用者が、レートY0またはY2(それぞれ、300または900ガロン/分)で使用するようにすることである。この場合、各レートを使用することが許容される可能性は1/2である。ある時刻において、これらのいずれの方策によっても、過負荷状態とならずに資源を最大限に利用できることが期待される。しかしながら第1の方策では、3人の使用者が資源を同時刻に使用することがあれば(許容される使用の総量が1800ガロン/分となるため)、過負荷状態が起こりえる。第2の方策を使用するシステムでは、過負荷状態が起こる可能性を引き起こさずに、3人の使用者が資源を使用すること(許容される使用の総量が900ガロン/分以下なので)が(可能性は低いが)できる。
【0014】
この例の他の場合では、各使用者が200または800ガロン/分で資源を使用できるように利用可能なレートの集合を変更または拡張することである。この場合、各レートを使用する可能性は、再び1/2である。任意の時刻において、使用者120a〜dの許容される使用レートの総量は、1000ガロン/分であると予測され(すなわち、2人の使用者であって、一方が200ガロン/分の許容される使用レートを有し、他方が800ガロン/分の許容される使用レートを有する)、資源100の200ガロン/分の容量が未使用として残される。この方策の場合において、3人の使用者が資源を同時刻に用いた場合でも、過負荷状態が起こり得る可能性は、このケースの半分でのみの発生となる(すなわち、許容される使用の総量は600または2400ガロン/分となり、また、許容される使用の総量は1200または1800ガロン/分となる)。
【0015】
このような方策を任意の応用例へと拡張する場合、資源を使用する者の数、各使用者が使用する可能性、各使用者の使用要求、等のシステム値は、計測されるか又は概算により求められる。これらの値は、各使用者に対する利用可能な使用レートの数、過負荷状態の発生するレートの許容値、システム制御用の確率的モデルを実現するための資源使用のレートで且つ資源の使用が最大となるようなレートの最小許容平均値、等のデザインパラメータと組み合わせても良い。こうすることにより、過負荷状態の発生は最小またはゼロとなる。
【0016】
図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係るシステムにおいて、各使用者120iは、パーシスタンスベクトルの集合130i及び許容される使用レート110iを有する(尚、パーシスタンスベクトルの集合を持たない他の使用者をシステムに含めることも可能である)。この使用レート110iは、利用可能なレートの集合から取り出される。集合130i内の各ベクトルの長さはゼロ以上の任意の自然数とすることができ、各ベクトル要素は、特定の使用レートを使用する可能性、またはある使用レートから他の使用レートへ変更する可能性を表す。この実施形態において、集合130i内の各ベクトルは、利用可能なレートの集合のうちの少なくとも1つの要素と対応する。しかしながら、他の実施形態では、ベクトルは他の集合の要素と対応してもよい(例えば、所定の使用プロファイルの集合)。集合130iは、各使用者に対して固有であってもよいし、特定のクラスにおける全使用者に対して割り当てられた同一の集合であってもよいし、システムにおける全使用者に対して割り当てられた同一の集合であってもよい。同様に、集合130iは、使用者の動作の恒久的な面であってもよいし、定期的にアップデートされてもよいし、他の形態でもよい。パーシスタンスベクトルの構造、分配、使用に関連する他の事柄は、"SYSTEM AND METHOD FOR PERSISTENCE VECTOR-BASED MODIFICATION OF USAGE RATES"と題する米国特許出願第09/410,204号明細書(2003年12月16に、Pankaj等に対して発行済みの米国特許第6,665,272号明細書)において述べられている。この出願は、本発明の譲受人に譲渡されており、この出願の開示内容は、参照として本明細書に組み込まれる。
【0017】
上記した状態のうちの1つに適用される例1において、各使用者は、同じ集合のパーシスタンスベクトルを有する。この集合は、ベクトルP={P1,P2,P3}により構成され、各要素P1、P2、P3はレートY1(600ガロン/分)、Y2(900ガロン/分)、Y3(1200ガロン/分)にそれぞれ対応する。Pの各要素は、対応するレートが使用される可能性を示し、残りの可能性は、最小のレートY0(300ガロン/分)が使用される可能性を示す。Pの要素の値は、過負荷状態が発生する不適当に高いリスクを発生させることなく、平均的な、集団による資源の使用が最大となるように選択される。
【0018】
この例において、要素P2は、1/2の可能性を示すように設定され、Pの他の2つの要素は、ゼロの可能性を示すように設定される。各使用の前(すなわち、非連続または離散的な使用の場合)及び/または周期的な期間の使用(すなわち、時間に関して連続的な使用の場合)、各使用者は、許容される使用レートを、Pの要素により示される可能性に基づいて選択する。この場合に示されるPの値に対して、使用者は期間の半分の間レートY2(900ガロン/分)を選択し、残りの期間レートY0(300ガロン/分)を選択する。この例に対して、ある時刻において各使用者が使用するであろう可能性は1/4と決定されるため、平均的には、資源の容量の最大値である1200ガロン/分が使用され、過負荷状態は回避される。加えて、使用者間での分配はこの例において適正なものとなる。その理由は、全ての使用レートは概して等しいからである。
【0019】
例2において、資源100はCDMA遠距離通信システムの逆方向リンクである。この場合、各使用者120は、(1)移動電話またはWLL(wireless local loop)局等の送信者、(2)PCMCIAカードまたは同様のインターフェースを介し、且つIPまたは他の適当なプロトコルによりパケットへとカプセル化されたデータを出力する、ラップトップコンピュータまたはPOS(店舗販売時点情報管理)端末、からなる。幾つかの世代及びバージョンのCDMA遠距離通信システムがすでに実現されている。これらCDMAシステムのほとんどが、デジタル化された音声通信を行うよう設計されているのに対し、本明細書に記載されるシステム及び方法は、データのみのネットワークまたは音声とデータとが混在するネットワークのような、多岐に亘る送信レートを使用者に提供するシステムに特によく適している。
【0020】
例2の、ある特定の実施において、各使用者は、同一の、利用可能なレートの決められた集合を有する。各レートは秒当たりのキロビット(Kb/s)により表現され、レートの集合は2乗により増加するように設計される。雑音電力スペクトル密度に対するビット毎のエネルギー(Eb/N0)を同じ比率に維持するためには、レートを2倍とすることによって電力を2倍とする必要があるため、各レートステップは3dBのパワーステップに対応する。本例の利用可能なレート値は、4.8、9.6、19.2、38.4、76.8、153.6、307.2キロビット/秒(Kb/s)を含む。
【0021】
なお、例1おける利用可能なレートの集合の中の要素は線形の形態で相互に関係を有しており、例2における集合の要素は指数の形態で関係を有しているが、本発明の実施形態に係るシステムまたは方法において、このような関係及び行列は必要不可欠ではない。同様に、各使用者が同じ利用可能なレートの集合を有することも必要不可欠ではない。
【0022】
なお、パーシスタンスベクトルの集合に基づいてレートを選択することは、このレートを使用することを要求すると言うよりもむしろ許可することを意味する。使用される実際のレートは、使用者の現在の需要及び/または資源を使用する能力等の他の要素に基づくようにしてもよい。同様に、実際の使用レートは、許可を示すために使用される利用可能なレートの集合の要素であってもよいし、そうでなくてもよい。
【0023】
資源の使用が非連続的である場合(例えば、共通チャネル上でのパケットデータ送信)、パーシスタンスベクトルの集合は各使用の前に参照される。資源の使用が連続的である場合(例えば電力の伝送)または長時間続く場合、使用の最中または所定の事象の発生に際して所定の間隔で必要に応じてパーシスタンスベクトルの集合が参照され、許可される使用レートが調整される。
【0024】
より一般的な形態では、集合130i中の各パーシスタンスベクトルは、利用可能なレートの集合の要素に対応する。なお、集合130iを、遷移確率行列とみなすこともできる。遷移確率行列においては、例えば、各列はパーシスタンスベクトルの1つからなり、各行は利用可能なレートの集合のうちの1つに対応する。ある点における特定のパーシスタンスベクトルが、例えば使用者の将来における使用が過去の使用履歴によってある程度制限されるように、現在または最も近時の実際のまたは許可される使用レートに基づくようにしてもよい。
【0025】
第1の実施形態に係るシステム又は方法によれば、使用者が、利用可能なレートの集合の各要素に応じたパーシスタンスベクトルを1つ以上有することができる。各ベクトルは異なる振る舞いを描く。例えば、あるパーシスタンスベクトルは、他より高い平均レートを示してもよいし、種々の利用可能なレート中の可能性のより均等な分配を示してもよい。このような状況では、使用者は、次のような基準に従って利用可能なパーシスタンスベクトルを選択することができる。
【0026】
・予想されるシステム負荷、または振る舞い、または資源容量、のような要因の指標としての時刻(例えば、1日における時刻、1年における時刻)
・予期される、使用者による需要
・例えば、電力供給の状態はどの程度良好か、水の供給における不純物はどの程度の量か、等の最近におけるサービスの質。サービスの質の低下により、使用者はシステム負荷を緩和するために自身のパーシスタンスベクトルを変化させるかもしれない。
【0027】
・最近の使用におけるサービスの減少。継続的に損害を被ることなく、過負荷状態に耐えることができるシステムにおいて、例えば、使用レートが満たされない場合、またはサービスのレベルが低下した場合、に過負荷が発生するのだと使用者は結論できる。このような減少またはサービスの拒否により、使用者は過負荷状態から回復するために異なるパーシスタンスベクトルを適用することができる。
【0028】
図3は、本発明の第2の実施形態に係る方法を示している。この方法において、使用者は(m−1)要素ベクトルVを含むパーシスタンスベクトルの集合を有する。ここで、V={Vj、ただし1≦j≦m−1}である。(上記したように、ベクトルVは、この使用者に対する最も近時の使用レートまたは他の基準に従って、パーシスタンスベクトルの集合における他のものより選択されたものとすることができる。)ベクトルVの各要素Vjはパーシスタンスベクトルであり、このパーシスタンスベクトルは、0〜1の値を有し、且つレートYj(ここでa<bは、Ya<Ybを意味する)に対応する可能性を表す。例えば、ベクトルVは、確率密度関数の形態を有していてもよく(必ず必要なわけではない)、この関数において、要素(またはこの要素により表される値)の総計は1である。ブロック210において、カウンタjが初期化され、この結果、持続値Vm-1から始まる処理が行われる。この持続値Vm-1は、最大の許可される使用レート(Ym-1)に対応する。
【0029】
ブロック220において、ランダム数xが生成される。例示的な実施形態において、xは範囲0〜1において一様分布を有する集合から取り出された値を示す。ブロック230において、xの値が持続値Vjに対してテストされる。xがVj以下である場合、許可される使用レートuiとしてYjがブロック260において選択される。または、ブロック250においてjの値から1が減ぜられ、持続値テストが繰り返される。jが、ブロック240において1に達した場合、最小のレートY0が、ブロック270にて初期値で選択される。この方法を、ブロック230に示すようなテスト条件の替わりに、xとVjに対して選択された特定の性質に基づいたxの値とVjの値との間の他の関係のうちの1つを使うように変更してもよい。
【0030】
なお、上述した方法において、使用者は、最小のレートより大きいレートで資源を使用可能であることが保証される。この方法の他の形態では、許可される使用レートを割り当てる手続きが(ここで、Pを拡張してレートY0に対応する値P0が含まれるようにし、ブロック245においてjの値がゼロに達するようにすることにより)失敗とされるようにしてもよい。使用者は、レートの割り当て手続きが他の外的な事象が発生することによって繰り返されるまで待ってもよいし、所定の時間間隔の後に再試行してもよい。図4に示す例示的な実施形態において、許可される使用レートの確立に失敗すると、使用者はランダム数zを発生する(ブロック280)。この数zは、1から所定のパラメータNbackoffまでの値を表す。ブロック290において、使用者は、z時間の期間が経過するまで待機し、レートの選択の手続きを再試行する。例2の通信ネットワークを用いる実施形態では、各期間を、例えばある時間スロットまたはシステムの動作に関する他の単位時間により表すことができる。
【0031】
図5は、実際の使用レートが他の要因によっても制限される場合の例を示している。例えば、例2のような送信器が図3の手順により示されるレートにおいて十分な電力を送信できない場合である。または、このような送信器により送信される利用可能なデータの総量が原因で、許可される使用レートにおいて資源を使用できない場合である。このような場合、使用レートは、min{Yj,Yposs}としてブロック265において選択される。ここで、Ypossは、可能な限りで最も高いか、または使用者の現在の特性に応じて望ましいレートを表す。
【0032】
上記した応用例では、パーシスタンスベクトルの長さは、m(すなわち、利用可能なレートの集合における要素の数)またはm−1と等しい。なお、利用可能なレートの1つ以上を(例えば、レートが利用可能でないか、あるいは、ある特定の使用者には適用不能であるために)スキップすることが望ましい場合も存在する。このような場合、パーシスタンスベクトルはそのようなレートに対応する要素を含む必要がない。このため、その長さは0以外でm以下の値を有する。さらに、図3、4、5の手順を必要に応じて変更することによって、そのようなパーシスタンスベクトルを、レートベクトルYの対応する要素に写像させるようにしてもよい。同様の理由により、パーシスタンスベクトルの集合から特定のパーシスタンスベクトルを選択する手順には、例えば、パーシスタンスベクトルの集合が利用可能なレートの集合より少ない要素を持つ場合の写像作業が含まれていてもよい。
【0033】
多くの応用例において、利用可能なレートの集合を、a<bがYa<Yb(上記例1及び2のように)を意味するように変更することができる。同様に、上記したVのようなパーシスタンスベクトルの値を、c<dが[Vc]>[Vd]([Vc]≧[Vd])を意味するように選択してもよい。ここで、[Vi]は、Viの値により表される可能性を示している。このような場合、レートが選択される可能性は、レートが小さくなるに連れ増加する(減少しない)。しかしながら、本発明の実施形態に係るシステムまたは方法を用いるためには、レート間または持続値間でのこのような関係は必要ない。例えば、ある特定のレートは、他のレートより実施しづらい、システムのある部分において他のレートより適用させづらい、又はその他の同様の理由、等の理由により敬遠される。このような場合、パーシスタンスベクトルは、このレートが1つ以上のより高いレートより選択されにくくなるように形成されてもよい(すなわち、c<dは、[Vc]>[Vd]又は[Vc]≧[Vd]を暗示しない)。同様に、パーシスタンスベクトルが、より低いレートより、1つ以上のより高いレートの方を好むように形成されてもよい。
【0034】
なお、ブロック220において生成されたランダム数xは、一様分布を有する集合から取り出されたものとして記述されるが、他の分布を本発明の実施形態に係るシステムまたは方法に用いることもできる。ランダムまたは擬似ランダム値を選択することはコンピュータによる処理においては独立しているが、ある種の応用例においては、そのような値を選択する回数を減少させることが望ましい。図6は、本発明の第3の実施形態に係る方法を示している。第3の実施形態では、唯1つのランダム数が(初期化ブロック310において)生成される。この場合、(m−1)要素パーシスタンスベクトルWは、累積密度関数(cumulative density function、CDF)を表し、各要素Wjは、あるレートYhが割り当てられる可能性を意味する。ここで、hは0≦h≦jの自然数であり、Yhは使用者に対する有効な割り当てであり、0≦j≦m−2である。ブロック330、340、350のループにおいてjの最大値が認識され、そのときx>Wjである。ブロック330におけるテストが成功であった場合、ブロック365において、レートYj+1が選択されるか、使用レートがmin{Yj+1,Yposs}として選択される。ここで、Ypossは、使用者の現在の特性における最も高い使用レートを意味する。jの値がブロック340においてゼロに達すると、レートY0が選択される。そうでない場合、jの値はブロック350にて減ぜられる。なお、この方法を、図4に示すウェイトアンドリピートによる方法が含まれるように変形してもよい。この方法を、x及びWjに対して選択された値の特定の性質に基づいて、ブロック330に示すようなテスト条件の替わりにxの値とWjの値との間の他の関係のうちの1つを使用できるように変更してもよい。
【0035】
パーシスタンスベクトルが元々CDFにより表されていない場合でも、使用者がそのようなパーシスタンスベクトルからCDFを生成し、各レート割り当て手順のためのランダム数の生成回数を1回に減少することができる。第1に、確率密度関数(PDF)ベクトルFを、以下のようにパーシスタンスベクトルVから構築することができる。
【0036】
【数1】
こうして、要素がZの要素を示すようなパーシスタンスベクトルが構築される。例えば以下の関係式により、上記した図6の実施形態で用いるのに適したベクトルWを、1の値を有するWの要素は0の可能性を表し、0の値を有するWの要素は1の可能性を表すように構築することができる。
【0037】
Wi=1−Zi
ある特定の応用例の設計に基づいて、パーシスタンスベクトルの要素とこの要素が表す可能性との間に存在する他の多くの関係を選択してもよい。
【0038】
図1または図2に係るシステムにおいて過負荷状態が発生した場合、特に、資源が使用者の要求を満たすために予備容量を消費している場合、使用者120は過負荷が発生したことを知り得ないかもしれない。過負荷状態により、使用者の資源に対する利用性が、使用者の期待または要求を下回った場合でさえ、使用者は、この問題が資源の過負荷によるものか、または供給経路における他の要素の不具合によるものかを決定できないかもしれない。さらに、無線データ通信のような、ある種の応用例では、使用者が過負荷である旨の通知を逐次入手できるようなフィードバック機構が存在しない。したがって、使用者は、資源を使用し続け、問題に気づかない。
【0039】
このような場合、使用者に過負荷状態であることを通知できる能力がシステムに含まれ、使用者によって使用が修正される(例えば、異なるパーシスタンスベクトルを適用することによって)ことが望ましい。このようなフィードバックを行う能力は、他の、資源に関する情報を1人以上の使用者に分配することが(例えば、負荷容量の利用性または資源の容量が減少したことを知らせるために)望まれるような、過負荷でない状態においても有用である。
【0040】
図7は、このような能力を有するシステムの例を示している。この例において、制御ユニット460は、使用者420a〜dからの資源の利用に関する情報(例えば、1人以上の使用者による現在のレート、1人以上の使用者による使用履歴、利用可能な予備容量、予想される容量、資源の状態、資源の容量または状態に影響を及ぼす可能性のある予定された、または予定外の出来事に関する情報等)を受信する。制御ユニット460は、この情報(または他の情報でも可能)に基づいた命令(コマンド)を、通信経路440a〜d上で使用者420a〜dに発信する。これらの命令は、使用者の許可される各使用レート410a〜dの少なくとも一部に影響を持つ。なお、資源400内、または1人以上の使用者420a〜dの一部として、制御ユニット460を実現することが可能である。
【0041】
使用者が過負荷状態であることを知った場合、使用者の主導による対処を行うことができる。少なくとも何人かの使用者が相互に通信できる場合、使用者同士が、使用レートを減少させるような解決法を取り決めることができる。しかしながら多くの例において使用者間でのこのような通信は実現され得ず、実用的でなく、望ましくなく、集約化されたフィードバック機構が望ましい。このような機構として、制御ユニット460は資源に関する情報を送信するだけでなく、許可される使用レートに対してある程度働きかけるような機構(例えば、制御ユニット460が、1つ以上のパーシスタンスベクトルにおける変化を含むか、あるいはこの変化と関連する命令を発することが可能である)がある。
【0042】
仮に使用者の将来の使用要求に関する完全な知識を利用できるとしたならば、過負荷状態を完全に回避しつつ可能な限り使用者の要求を満足するような、最適な使用計画を構成することが理論上は可能である。しかしながら実用的なシステムでは、使用者の将来のニーズは使用者自身にも知り得ない。このようなシステムにおける過負荷状態を防止する1つの方法は、現在の使用要求を基礎とした方法であろう。例えば、使用者が要求したときのみに基づいて使用者に使用レートの割り当てを付与することである。しかしながら、このような方策を行うには、使用者からの使用要求を制御ユニットに返信するために、他の場合では不要な上り(upstream)通信経路が必要となる。さらに、付加的なコスト及び遅延が、受信、処理、このような要求に応じる応答、の際に生じる。
【0043】
この要求/付与方策による幾つかの不利益を回避するために、使用者の過去の使用に基づいてレート割り当てを発行することができる。レート割り当て、及び使用レートの選択及び割り当て、に対する適切な方策には、"SYSTEM AND METHOD FOR PERSISTENCE-VECTOR-BASED MODIFICATION OF USAGE RATES"と題して、米国特許出願第09/410,204号明細書(2003年12月16に、発行済みの米国特許第6,665,272号明細書)にて開示された方策が含まれる。この出願は参照として本明細書に組み込まれる。また、"METHOD OF RATE ALLOCATION IN A DATA COMMUNICATIONS NETWORK"と題して、2001年11月27日に発行され、本発明の譲受人に譲度された米国特許第6,324,172号も含まれる。このような方策により、制御ユニットは制御を使用者と共有し、この結果、制御ユニットが過負荷状態の予測及び回避等のシステム全体の問題に専念しながら、使用者が自身の使用の詳細をある程度制御できる。
【0044】
図8は、本発明の第4の実施形態に係るシステムを示している。第4の実施形態では、制御ユニット462は使用者422a〜dによる資源の使用に関する情報を受信し、各使用者422iはパーシスタンスベクトルの集合432iを有する。この例では、各使用者422iの許可される使用レート412iは、各通信経路442a〜d上で制御ユニット462から受信した命令により一部影響を受ける(例えば、そのような命令として、1つ以上のパーシスタンスベクトルの変更を含むか、あるいはこの変化と関連するものとすることができる)。なお、制御ユニット462を資源400の内部において、または1人以上の使用者422iの一部として、実現することができる。図8に係るシステムを上記例2において記載されるような通信ネットワークに応用したシステムの例示的な応用例が図9に示される。ここで、使用者520a〜dはデータ生成者であり、それぞれがパーシスタンスベクトル530a〜dを有しており、資源500は、データの生成者とデータの使用者とを接続する、共通送信チャネルである。制御ユニット560は、使用情報を消費者から受信する(または、消費者550に組み込まれる)。生成者520iは、データを消費者550に許可される各使用レート510a〜dにより送信することにより資源500を使用する。また、生成者520iは、制御ユニットから信号540a〜dをそれぞれ受信する。消費者550と制御ユニット560は基地局の一部であってもよく、制御信号540は通信チャネルの順方向リンク上で送信されてもよい。
【0045】
図3、4、5、あるいは上記文章において記載または提案された全ての方法を、図8、図9に示される実施形態に係るシステムに適用することができる。手続きが成功した場合、使用者は、選択されたレート以下のレートにおいて資源を使用する。例えばパーシスタンスベクトルがアップデートされたとき、予定された、または予定外の出来事(タイマの時間切れ、低電力の警告のようなアラームイベント等)が発生したときに、レート割り当て手順を繰り返したり、または所定の遅延時間、待機させたりすることができる。
【0046】
ある特定の時刻において、使用者による資源の使用は、使用者の利用可能なレートのうちの許可される使用レートの特定のレートに従う。全ての使用者が同じ集合の利用可能レートを有する必要はないが、制御ユニット462(560)が資源の利用状態を信頼性を持って予測し、制御信号を適切に発せられるように、各使用者用の集合を制御ユニットに知らせる必要がある。制御ユニット462(560)により発せられた命令に従って、各使用者の利用可能なレートをアップデートしたり、他の改変を行ったりすることも可能である。そのような命令は定期的に発せられてもよいし、他の方法により発せられてもよい。
【0047】
パーシスタンスベクトルの集合は、使用者の動作のうちの恒久的な面であってもよいし、制御ユニット462(560)により発行されるようにしてもよい。この場合、1人以上のメンバーが定期的に又は他の方法によりアップデートされる。パーシスタンスベクトルの新しい集合が発行されるような状況は過負荷状態に限られない。例えば、パーシスタンスベクトルの集合が、チャネル割り当ての際、及びハンドオフの際に再び、発行されるようにしてもよい。制御ユニットが、新規の又はアップデータされたパーシスタンスベクトルの集合を1人以上の使用者に送信するような状況には、以下のようなものが含まれる。
・使用者が資源の使用を最初に要求した場合
・制御ユニットが資源の容量の一部を残しておきたい場合
・制御ユニットが、1人以上の使用者が資源を使用することを拒否した場合
・制御ユニットが同時に資源を使用する使用者の数を最大としたい場合
・制御ユニットが使用者からの要求(または複数の使用者からの要求)に応答する場合
・制御ユニットが、検知または通信される使用者の特徴(最新の使用者レート)に応答する場合
・無線データ通信ネットワークにおいて、生成者(移動局)と地上ネットワーク(基地局)との間の接続数が変化した場合
パーシスタンスベクトルのアップデートを、制御ユニットと使用者との間での使用レートに対する制御を渡す手段として使うこともできる。例えば、制御ユニットによって、レートに対する可能性をゼロと設定したり、及び/またはレートに対応するパーシスタンスベクトルを変更したりすることにより、使用者が最大の使用レート(または、他のレート)で使えないようにすることもできる。または、制御ユニットによって、他のレートに対する可能性をゼロと設定することにより、1人以上の使用者が最低のレートのみで使えるようにすることもできる。このような動作を、緊急事態時、例えばできるだけ多くの接続を維持することが望まれる場合、他の使用者に対するサービスを終了させること無く更なる使用に向けて容量を残しておきたい場合、等に行うことができる。一方、制御ユニットは、最大レートに対する可能性を1に設定することにより、使用者の資源の使用に対する制御を効果的に行うことができる。この結果、各使用者は、各自の許可された使用レートを選択することができる。
【0048】
・使用者が資源の使用を最初に要求した場合
・制御ユニットが資源の容量の一部を残しておきたい場合
・制御ユニットが、1人以上の使用者が資源を使用することを拒否した場合
・制御ユニットが同時に資源を使用する使用者の数を最大としたい場合
・制御ユニットが使用者からの要求(または複数の使用者からの要求)に応答する場合
・制御ユニットが、検知または通信される使用者の特徴(最新の使用者レート)に応答する場合
・無線データ通信ネットワークにおいて、生成者(移動局)と地上ネットワーク(基地局)との間の接続数が変化した場合
パーシスタンスベクトルのアップデートを、制御ユニットと使用者との間での使用レートに対する制御を渡す手段として使うこともできる。例えば、制御ユニットによって、レートに対する可能性をゼロと設定したり、及び/またはレートに対応するパーシスタンスベクトルを変更したりすることにより、使用者が最大の使用レート(または、他のレート)で使えないようにすることもできる。または、制御ユニットによって、他のレートに対する可能性をゼロと設定することにより、1人以上の使用者が最低のレートのみで使えるようにすることもできる。このような動作を、緊急事態時、例えばできるだけ多くの接続を維持することが望まれる場合、他の使用者に対するサービスを終了させること無く更なる使用に向けて容量を残しておきたい場合、等に行うことができる。一方、制御ユニットは、最大レートに対する可能性を1に設定することにより、使用者の資源の使用に対する制御を効果的に行うことができる。この結果、各使用者は、各自の許可された使用レートを選択することができる。
【0049】
本発明の第5の実施形態に係る方法では、パーシスタンスベクトルの割り当て及びアップデートを行うことを、訂正ベクトルの集合を用いることにより減少させる。基本的な実施形態においては、パーシスタンスベクトルの集合が全ての使用者に共有され、訂正ベクトルの集合が、ある使用者、またはパーシスタンスベクトルの異なる集合を与えることが望ましい使用者、に送信される。各訂正ベクトルの各要素は、対応するパーシスタンスベクトルの各要素に対応しており、このパーシスタンスベクトルの各要素を修正する。使用者は、例えば訂正ベクトルとパーシスタンスベクトルとを加えたり、掛け合わせたりすることによって、訂正ベクトルをパーシスタンスベクトルに加味させる。次いで、使用者は、この修正された結果得られるベクトルを用いて、本明細書に記載または提案される方法の1つに従った、許可される使用レートを確立する。
【0050】
訂正ベクトルを実行することにより、システムが、異なる使用行動や使用プロファイル(例えば、プレミアムまたはエコノミーか、商業的または個人的か、予定された使用、自動的な使用または要求に際した使用か、等)を有する使用者を適切に受け入れられるようにしつつ、制御のトラフィックを減少させる。上記した基本的な実施形態において、訂正ベクトルの集合はパーシスタンスベクトルの集合より少ない要素を有する。このような各要素は、パーシスタンスベクトルの集合の一部の所定の集合のうちの1つに対応し、これを変形したものである。例えば、訂正ベクトルを、使用者により参照される可能性が最も高いパーシスタンスベクトルに対してのみ供給することができる。他の方法として、あるいはこれに加えるようにして、訂正ベクトルの集合のうちの1つ以上が、対応するパーシスタンスベクトルより少ない要素を有するようにすることができる。このようなバリエーションにより制御のトラフィックの量をさらに減少させることができ、このバリエーションを用いて、訂正を、資源を使用する際に最も大きな影響を持つであろうパーシスタンスベクトル(またはパーシスタンスベクトルの構成要素)に制限することにより、制御情報に集中することができる。
【0051】
好適な実施形態の上記記載により、当業者は本発明を形成し、実施することができる。これらの実施形態に対する種々の変更が可能であり、本明細書に示される包括的な原理は他の実施形態にも応用可能である。例えば、本発明は、ハードによる配線回路において、全体または一部実現することができ、特定用途向け集積回路における回路配置として、不揮発性メモリに組み込まれたファームウェアプログラム、または機械により読み取り可能なコードとしてデータメディアに組み込まれたり或いは書き込まれたりするソフトウェアプログラムとして、実現できる。このようなコードは、マイクロプロセッサまたは他のデジタル信号処理ユニットのようなロジック回路の配列により実行可能な命令である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 複数の使用者間での共用資源を含むシステムの説明図。
【図2】 本発明の第1の実施形態に係るシステムの説明図。
【図3】 本発明の第2の実施形態に係る方法のフローチャートを示す図。
【図4】 本発明の第2の実施形態に係る方法の他の実施形態のフローチャートを示す図。
【図5】 本発明の第2の実施形態に係る方法の他の実施形態のフローチャートを示す図。
【図6】 本発明の第3の実施形態に係る方法のフローチャートを示す図。
【図7】 複数の使用者間での共用資源を含むシステム、及びこの資源及び使用者と接続された制御ユニットの説明図。
【図8】 本発明の第4の実施形態に係るシステムの説明図。
【図9】 図8のシステムを実施したデータ通信用の無線ネットワークの説明図。
Claims (24)
- 無線データ通信システムであって、
無線データ通信のためのチャネル(500)を備える共用資源(100)と、
各々が前記共有資源を使用して基地局に無線でデータを送信するように構成され、各々が1つ以上のベクトル(130)の情報を記憶したメモリと、レート選択部と、を備えた複数の使用者機器(120)と、
を備え、各ベクトルはベクトル要素の集合を含み、各ベクトル要素は利用可能な使用レートの集合のうちの使用レートに対応し且つ対応する使用レートを用いる確率を表し、各使用レートは前記使用者機器が前記基地局にデータを送信するためのデータ送信レートであり、
各使用者機器に割り当てられた共有資源の実際の使用レートは、前記レート選択部によって、前記確率に基づいて前記ベクトル要素の集合の中の1つを選択して前記選択された1つに対応する使用レートを選択することによって選択される、
無線データ通信システム。 - 各ベクトル要素は、前記利用可能なレートの集合のうちの対応する1つと少なくとも同じ高さのレートを用いる確率を表す、請求項1記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの使用レートの値は、iを整数として19200×2iビット/秒に実質的に等しい、請求項1または2記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの使用レートの値は、前記集合の他の使用レートの値の2倍に実質的に等しい、請求項1ないし3のいずれか1項記載のシステム。
- 少なくとも1つの使用者機器の前記使用レートは、0の使用レートである、請求項1ないし4のいずれか1項記載のシステム。
- 前記複数の使用者機器(120)の少なくとも1つによる前記共有資源の実際の使用レートは、前記使用者の使用レート以下である、請求項1ないし5のいずれか1項記載のシステム。
- 前記複数の使用者機器(120)のそれぞれの前記メモリは、前記利用可能な使用レートの同じ集合に対応するベクトル要素の集合を格納する、請求項1ないし6のいずれか1項記載のシステム。
- 前記各使用者機器はランダム数を生成し、前記選択は、前記ランダム数と、前記使用者機器のベクトル要素の集合内の前記ベクトル要素の少なくとも1つと、の間の関係に少なくとも一部基づく、請求項1ないし7のいずれか1項記載のシステム。
- 前記ランダム数は、一様分布を有する集合から取り出される、請求項8記載のシステム。
- 前記選択は、前記ランダム数と、選択されたベクトルのベクトル要素の少なくとも1つと、の間の関係に少なくとも一部基づき、前記選択されたベクトルは、前記使用者機器の以前の使用レートに対応する、請求項8記載のシステム。
- 前記各使用者機器はデータ生成部を含み、各使用レートはデータ生成のレートを含む、請求項1ないし10のいずれか1項記載のシステム。
- 前記共有資源(100)の使用は前記無線チャネル上でのデータの送信を含む、請求項1ないし11のいずれか1項記載のシステム。
- 前記共有資源(100)は、データ通信用の無線CDMAチャネルの逆方向リンクである、請求項12記載のシステム。
- 制御ユニット(460)をさらに具備し、前記制御ユニットは、前記共有資源に関する情報を受信し、前記制御ユニットは、前記複数の使用者機器(120)のうちの少なくとも1つの少なくとも1つのベクトルを供給する、請求項1ないし13のいずれか1項記載のシステム。
- 少なくとも1つのベクトルは、累積密度関数ベクトルを表す、請求項1ないし14のいずれか1項記載のシステム。
- 前記累積密度関数ベクトルは、パーシスタンスベクトル(130)の集合のうちの1つに少なくとも一部基づく、請求項15記載のシステム。
- 制御ユニット(460)をさらに具備し、前記制御ユニット(460)は、前記共有資源(100)に関する情報を受信し、前記制御ユニット(460)は、前記複数の使用者機器(120)のうちの少なくとも1つの少なくとも1つのベクトルを少なくとも間接的に変形する、請求項1ないし13のいずれか1項記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのベクトルは、前記複数の使用者機器の各使用者機器のベクトルである、請求項1ないし17のいずれか1項記載のシステム。
- 少なくとも1つのベクトルは、
(a)前記使用者機器のベクトルのうちの他のものと、
(b)訂正ベクトルと
に少なくとも一部基づく、請求項1ないし18のいずれか1項記載のシステム。 - 前記少なくとも1つのベクトルは、
(a)前記使用者機器のベクトルのうちの他のベクトルの少なくとも1つと
(b)訂正ベクトルと
の積に基づく、請求項1ないし19のいずれか1項記載のシステム。 - 前記制御ユニットは前記複数の使用者機器のうちの少なくとも1つに前記訂正ベクトルを発する、請求項20記載のシステム。
- 前記選択は、前記使用者機器の以前の使用レートにより少なくとも一部決定される、請求項1ないし21のいずれか1項記載のシステム。
- 無線データ通信システムで用いるための方法であって、
前記無線データ通信システムは、
無線データ通信のためのチャネル(500)を有する共用資源(100)と、
各々が前記共有資源を使用して基地局に無線でデータを送信するように構成され、各々が1つ以上のベクトル(130)の情報を記憶したメモリと、レート選択部と、を備えた複数の使用者機器(120)と、
を備え、各ベクトルはベクトル要素の集合を含み、各ベクトル要素は利用可能な使用レートの集合のうちの使用レートに対応し且つ対応する使用レートを用いる確率を表し、各使用レートは前記使用者機器が前記基地局にデータを送信するためのデータ送信レートであり、
前記方法は、前記使用者機器によって、前記ベクトル要素の集合に基づいた実際の使用レートにおいて前記共有資源を用いることを備え、
前記実際の使用レートは、前記レート選択部によって、前記確率に基づいて前記ベクトル要素の集合の中の1つを選択して前記選択された1つに対応する使用レートを選択することによって選択される、
方法。 - プロセッサによって実行可能であり且つ機械により読み取り可能なコードを有するデータ記憶媒体であって、前記コードは、前記プロセッサによって実行されることによって請求項23記載の方法を実現する、データ記憶媒体。
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