JP4746011B2 - 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

Description

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。

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。

・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。

・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。

・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ｕ_iにより特徴付けできる。

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ｕ_i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。

ｎ個の使用レートｕ_i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。

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ｕ_i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。

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ｕ_i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。

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，…，Ｙ_m-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。

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。

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。

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）。

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。

図１Ａ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。

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。

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。

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)局等の送信器、（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。

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（Ｅ_b／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。

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。

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。

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。

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。

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。

・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。

・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。

図２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＝｛Ｖ_j、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Ｖ_j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Ｙ_j（ここでａ＜ｂは、Ｙ_a＜Ｙ_b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Ｖ_m-1から始まる処理が行われる。この持続値Ｖ_m-1は、最大の許可される使用レート（Ｙ_m-1）に対応する。

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Ｖ_jに対してテストされる。ｘがＶ_j以下である場合、許可される使用レートｕ_iとしてＹ_j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Ｖ_jに対して選択された特定の性質に基づいたｘの値とＶ_j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。

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２Ａ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Ｎ_backoff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。

図２Ｂ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２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｛Ｙ_j，Ｙ_poss｝としてブロック２６５において選択される。ここで、Ｙ_poss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。

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２、図２Ａ、図２Ｂ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。

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Ｙ_a＜Ｙ_b（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［Ｖ_c］＞［Ｖ_d］（［Ｖ_c］≧［Ｖ_d］）を意味するように選択してもよい。ここで、［Ｖ_i］は、Ｖ_i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、［Ｖ_c］＞［Ｖ_d］又は［Ｖ_c］≧［Ｖ_d］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。

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３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Ｗ_jは、あるレートＹ_h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、Ｙ_h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＞Ｗ_j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Ｙ_j+1が選択されるか、使用レートがｍｉｎ｛Ｙ_j+1，Ｙ_poss｝として選択される。ここで、Ｙ_poss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２Ａ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Ｗ_j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Ｗ_j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。

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。

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３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。

Ｗ_i＝１−Ｚ_i
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。

図１または図１Ａ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。

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。

図４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。

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。

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。

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。

図４Ａ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４Ａ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４Ｂ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。

図２、図２Ａ、図２Ｂ、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４Ａ、図４Ｂ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。

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。

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。

・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。

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。

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。

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格納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。このように、本発明は上記した実施形態に限定されることを意図しておらず、原理及び種々の方法で形態によらず本明細書において開示される新規な特徴と合致する最も広い範疇に従うものである。

複数の使用者間での共用資源を含むシステムの説明図。 本発明の第１の実施形態に係るシステムの説明図。 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。 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。 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。 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。 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。 本発明の第４の実施形態に係るシステムの説明図。 図４Ａ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 (23)

1. 無線データ通信のためのチャネル（４００）を用いた、データを無線で送信するための装置であって、
   送信器と、
   前記送信器に動作可能に接続された処理ユニットと、
   前記処理ユニットに動作可能に接続された記憶媒体と、
   前記記憶媒体に格納された少なくとも１つのベクトル（４３２）と、
   を具備し、
   前記少なくとも１つのベクトル（４３２）は利用可能な使用レートの集合（４１０）の中の１つの使用レート（４１０）に対応する少なくとも１つの要素を具備し、前記記憶媒体は前記利用可能な使用レートの集合（４１０）の中の前記使用レート（４１０）の付与を要求する命令を具備し、前記使用レート（４１０）のそれぞれは使用者がデータを基地局に送信するためのデータ送信レートであり、
   前記チャネル（４００）の実際の前記使用レート（４１０）は、ベクトル要素の前記集合に基づいて選択される、
   データを無線で送信するための装置。
2. 前記チャネル（４００）は所定数の固定されたレート配分に分割される、請求項１のデータを無線で送信するための装置。
3. 前記使用レート（４１０）は過去の使用に基づく、請求項１のデータを無線で送信するための装置。
4. 前記使用レート（４１０）は前記使用者の現在の特性に基づく、請求項１のデータを無線で送信するための装置。
5. 前記使用レート（４１０）は過負荷状態が回避されるように付与される、請求項１のデータを無線で送信するための装置。
6. 無線データ通信のためのチャネル（４００）を用いた、データを無線で送信するための手段であって、
   送信手段と、
   前記送信手段に動作可能に接続された処理手段と、
   前記処理手段に動作可能に接続された記憶手段と、
   前記記憶手段に格納された少なくとも１つのベクトル（４３２）と、
   を具備し、
   前記少なくとも１つのベクトル（４３２）は利用可能な使用レートの集合（４１０）の中の１つの使用レート（４１０）に対応する少なくとも１つの要素を具備し、前記記憶手段は前記利用可能な使用レートの集合（４１０）の中の前記使用レート（４１０）の付与を要求する命令を具備し、前記使用レート（４１０）のそれぞれは使用者がデータを基地局に送信するためのデータ送信レートであり、
   前記チャネル（４００）の実際の前記使用レート（４１０）は、ベクトル要素の前記集合に基づいて選択される、
   データを無線で送信するための手段。
7. 前記チャネル（４００）は所定数の固定されたレート配分に分割される、請求項６のデータを無線で送信するための手段。
8. 前記使用レート（４１０）は過去の使用に基づく、請求項６のデータを無線で送信するための手段。
9. 前記使用レート（４１０）は前記使用者の現在の特性に基づく、請求項６のデータを無線で送信するための手段。
10. 前記使用レート（４１０）は過負荷状態が回避されるように付与される、請求項６のデータを無線で送信するための手段。
11. 送信器に動作可能に接続された処理ユニットと、
    前記処理ユニットに動作可能に接続された記憶媒体と、
    を具備し、
    前記記憶媒体は、複数の使用者から無線データ通信のためのチャネル（４００）の使用についての情報を受信するための命令と、前記複数の使用者の少なくとも１人に少なくとも１つのコマンドを送信するための命令と、を具備し、
    前記使用者のそれぞれは少なくとも１つのベクトル（４３２）を有し、前記少なくとも１つのベクトル（４３２）は利用可能な使用レートの集合（４１０）のうちの１つの使用レート（４１０）に対応する少なくとも１つの要素を具備し、前記情報は要求であり、
    前記コマンドは前記利用可能な使用レートの集合（４１０）の中の前記使用レート（４１０）の付与であり、前記使用レートのそれぞれ（４１０）は前記少なくとも１人の使用者が前記データを基地局に送信するためのデータ送信レートであり、
    前記チャネルの実際の前記使用レートは、前記ベクトル要素の集合に基づいて選択される、
    情報を無線で受信するための制御ユニット。
12. 前記制御ユニット（４６２）は前記少なくとも１人の使用者の使用レート（４１０）を定期的に更新する命令をさらに具備する、請求項１１の情報を無線で受信するための制御ユニット（４６２）。
13. 前記制御ユニット（４６２）は、前記少なくとも１人の使用者の少なくとも１つのベクトルを変更する命令をさらに具備する、請求項１１の情報を無線で受信するための制御ユニット（４６２）。
14. 前記使用レート（４１０）は、過負荷状態が回避されるように付与される、請求項１１の情報を無線で受信するための制御ユニット（４６２）。
15. 利用可能な使用レートの集合（４１０）の中の１つの使用レートに対応する少なくとも１つの要素を具備する少なくとも１つのベクトルをそれぞれが有する複数の使用者から無線データ通信のためのチャネル（４００）の使用についての、要求である情報を受信し、
    前記利用可能な使用レートの集合（４１０）の中の前記使用レートの付与である少なくとも１つのコマンドを前記複数の使用者の少なくとも１人の使用者に対して送信し、
    前記ベクトル要素の集合に基づいて、前記チャネル（４００）の実際の前記使用レート（４１０）を選択する、
    ことを具備し、
    前記使用レートのそれぞれは、少なくとも１人の使用者が前記データを基地局に送信するためのデータ送信レートである、
    情報を無線で受信するための方法。
16. 前記少なくとも１人の使用者の前記使用レート（４１０）を定期的に更新する工程をさらに具備する、請求項１５の情報を無線で受信するための方法。
17. 前記少なくとも１人の使用者の少なくとも１つのベクトルを変更する工程をさらに具備する、請求項１５の情報を無線で受信するための方法。
18. 前記使用レート（４１０）は、過負荷状態が回避されるように付与される、請求項１５の情報を無線で受信するための方法。
19. 請求項１５乃至請求項１８のいずれか１項の情報を無線で受信するための方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムを記録した記憶媒体。
20. 利用可能な使用レートの集合（４１０）の中の１つの使用レートに対応する少なくとも１つの要素を具備する少なくとも１つのベクトルをそれぞれが有する複数の使用者から無線データ通信のためのチャネル（４００）の使用についての、要求である情報を受信するための手段と、
    前記利用可能な使用レートの集合（４１０）の中の前記使用レートの付与である少なくとも１つのコマンドを前記複数の使用者の少なくとも１人の使用者に対して送信するための手段と、
    前記ベクトル要素の集合に基づいて、前記チャネル（４００）の実際の前記使用レート（４１０）を選択するための手段と、
    を具備し、
    前記使用レートのそれぞれは、少なくとも１人の使用者が前記データを基地局に送信するためのデータ送信レートである、
    情報を無線で受信するための手段。
21. 前記少なくとも１人の使用者の前記使用レート（４１０）を定期的に更新するための手段をさらに具備する、請求項２０の情報を無線で受信するための手段。
22. 前記少なくとも１人の使用者の少なくとも１つのベクトルを変更するための手段をさらに具備する、請求項２０の情報を無線で受信するための手段。
23. 前記使用レート（４１０）は、過負荷状態が回避されるように付与される、請求項２０の情報を無線で受信するための手段。

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