JP4862082B2

JP4862082B2 - マルチホップ・リレー・ネットワークの無線資源管理

Info

Publication number: JP4862082B2
Application number: JP2009525682A
Authority: JP
Inventors: ジュ，ツェヌシィ; チェヌ，ウエイ−ポン; アグレ，ジョナサン
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2027-07-31
Also published as: EP2060038A4; US20080188231A1; EP2060038A2; WO2008021724A2; JP2010514231A; US8032146B2; WO2008021724A3; EP2060038B1

Description

本願明細書に記載される実施例は、マルチホップ・リレー・ネットワークの無線資源管理に関する。

無線セルラー・ネットワークでは、セルの異なる部分にいるユーザーは、通常、異なる信号品質、異なるサービス品質（ＱｏＳ）の程度を経験する。これは、ユーザーのチャンネル品質が、経路損失、シャドーイング、及び干渉を含む多くの要因に依存するためである。セルの端にいるユーザーは、屡々、近隣のセルからの強い干渉を受け、搬送波レベル対干渉雑音比（ＣＩＮＲ）が低くなる。都市の環境では、大きい建物は、ユーザーに深刻な閉塞を生じさせ、時には不感地帯を生じさせる。建物又はトンネルへの信号の侵入及び減衰は、信号品質を有意に低下させる。屡々、このような不十分な環境では、送信電力を増大することにより、又はアンテナの構成を変更することにより、信号品質を向上させることができない。セルの大きさを縮小すること、及びより多くの基地局を設置することにより、状況が改善される。しかし、このような対策は、従来のセルのサイト及び有線のバックホール回線へのアクセスが制限される、関連する運用コストが高い等の理由から可能ではない。

本願明細書に記載された実施例の態様では、複数の無線通信ノード間、例えばＷｉＭＡＸ移動体マルチホップ・リレー・ネットワーク（ＭＭＲセル）内の基地局（ＢＳ）と中継局（ＲＳ）との間の無線資源（送信タイムスロット）の効率的な分配及び割り当てを提供する。

実施例は、無線通信セル内の単一チャンネルのカスケード回線の無線通信帯域幅の容量を平衡させる段階と、前記セル内の２以上の仮想セルに渡り、前記単一チャンネルの前記無線通信帯域幅の容量を管理する段階と、を有する。

実施例は、単一チャンネルに限定されない。ある実施例の態様では、前記ノード間の複数のチャンネルに対し、無線資源制御パラメーターが指定され、フレーム構造の構成が中継再同期化シーケンスにより維持される。

添付の図面を参照し以下により完全に記載され請求される構成及び動作の詳細は、上述の及び他の態様及び利点を有する。複数の図を通じて同様の番号は同様の部分を表す。

実施例による移動体のマルチホップ・リレーに基づくセル（ＭＭＲセル）のトポロジーの図である。実施例によるＭＭＲセルのＴＤＤフレーム構造の図である。実施例による中継無線通信の無線資源を管理するフローチャートである。実施例による単一のチャンネルのカスケード回線の無線資源を管理するフローチャートである。実施例によるセル内の仮想セルに渡り無線資源を管理するフローチャートである。実施例による３ホップのＭＭＲセルのトポロジーの図である。実施例による仮想セルを有するＭＭＲセルのトポロジーの図である。実施例による、ノード間の単一の無線通信チャンネルの無線資源を管理する装置の機能ブロック図である。実施例による、図６の装置の処理層（ソフトウェア及び／又はコンピューター・ハードウェア）の機能図である。

実施例は、無線通信ネットワークの異なる無線通信回線への、ユーザーのＱｏＳ及び（１又は複数のセルを有する）システムの能力を最大化する無線資源の管理（例えば、割り当て）に関する。実施例は、輻輳レベル（無線通信送信機の平均送信キュー長）に基づき、第１のノード及び１又は複数の中継用の第２のノードの間の、１又は複数の第３のノードへの無線資源を調整する。無線資源管理は、無線資源及び／又は無線資源を用いる無線通信における、通信の制御、割り当て（割り当て／区分化、又は配分）、初期化／設定、再設定、調整、保守、試験／シミュレーション等を表す。

実施例のある態様では、無線通信ネットワーク・セル内の第１の装置と１又は複数の第３の装置との間の、１又は複数の中継用の第２の装置を介するデジタル中継帯域内情報のための無線資源が、第１のノードにより管理される（例えば、割り当てられる）（セルのカスケード回線の負荷バランシングと表される）。チャンネル割り当ては、ノードの間で用いられる無線資源の一部、例えば帯域内の無線資源の一部（単一チャンネルの一部）を割り当てることを表す。単一チャンネルは、限られた無線資源を提供しノードによる使用を目的とする１又は複数の帯域を含む如何なる無線資源も表す。単一チャンネルは、実施例に従い区分化されるか又は配分される。

無線資源は、無線通信ネットワークにアクセスするために適用可能な無線通信ネットワーク・アクセス・システム（仕様）に従う無線通信帯域幅を表す。帯域幅は、セグメント、サブキャリア（もしあれば）、シンボル、送信電力、タイムスロット、周波数若しくはその部分、又はこれらの任意の組み合わせを含む。帯域内は、１又は複数の第３の装置への第１及び中継用の第２の装置の間のカスケード無線通信回線の間で、同一の周波数帯域を用いることにより、他の周波数帯域を必要としない単一チャンネルを表す。

実施例のある態様では、デジタル・ベースバンド機能を実行する（つまり、適用可能な信号／データ処理を実行する）２つの装置間の任意の装置は、中継装置である。

実施例のある態様では、第１のノードは、１又は複数の中継用の第２のノードを通じて間接的に１又は複数の第３のノードを制御する。

実施例の別の態様では、無線資源は、無線通信ネットワーク・セル内の２以上の仮想セルに渡り管理される（例えば、割り当てられる）（仮想セルＶＳ負荷バランシングと称される）。

仮想セルは、セル内の１又は複数のサービス領域を表す。各サービス領域は、第１のノードにより、又は第１のノードと１又は複数のカスケード中継用の第２のノードとによりサービスを提供される。

ある実施例は、セルのカスケード回線の負荷バランシング及び／又は仮想セル負荷バランシングの任意の組み合わせを提供する。
実施例は、単一チャンネルの時分割多重を用いる任意の無線通信ネットワークに含まれる。例えば、実施例は、（限定ではない）ＩＥＥＥ８０２．１６標準（Worldwide Interoperability for Microwave Access （ＷｉＭＡＸ）ネットワークとしても知られる）のような任意の広帯域無線アクセス標準を含むが、これに限定されない。本実施例は、ＭＡＣ及び／又は物理層で、種々の無線通信ネットワーク・アクセス仕様及び／又はそれらの組み合わせを、（限定ではない）時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）のような時分割多重システム、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システム、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）、及び／又は周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）に基づき、指定する。

無線セルラー・ネットワークでは、無線中継の使用は、ユーザーの信号品質を向上するために効率的な方法である。これは、基地局（ＢＳ）と移動局／加入者局（ＭＳ／ＳＳ）（以後、ＭＳと表す）との間の長い低品質の通信回線を、１又は複数の中継局（ＲＳ）を通る複数の短い高品質の回線に置き換えることにより達成される。中継局は中継局自身の有線バックホール回線を必要とせず、屡々完全な機能を有するＢＳよりも低機能なので、中継局の展開及び運用は、従来のＢＳよりも安価である。中継局は、ＢＳのサービスをユーザーがサービスを受けられない不感地帯まで拡張し、ＢＳの有効なセルの大きさを拡張する。中継局は、搬送波レベル対干渉雑音比（ＣＩＮＲ）及びユーザーのサービス品質（ＱｏＳ）を改善しセルの容量を拡張するために用いられる。セルは、ＢＳのサービス提供領域（ＢＳが領域内の全ての無線通信ノード／装置を管理する領域）を表す。

中継技術は、ＩＥＥＥ８０２．１６ｊのリレー・ワーキング・グループを含むＩＥＥＥ８０２．１６標準に従う。しかしながら、実施例は、ＩＥＥＥ８０２．１６ｊ無線中継通信ネットワークに限定されず、他の種類の無線中継通信ネットワークにも適用される。ＩＥＥＥ８０２．１６ｊ標準では、中継局は、ＭＳのようにＢＳと通信し、ＢＳのように中継局のサービス領域（ＲＳ微小セルと称される）内のＭＳと通信する。ＢＳのサービス提供領域全体及び全ての関連するＲＳは、移動体マルチホップ・リレー・セル（１セルの場合には、ＭＭＲセル又はＭＭＲネットワークと称される）と称される。

中継局には３種類ある。つまり、固定、ノマディック、及びモバイルＲＳである。最初の２種類のＲＳは、何れも、恒久的に又はユーザーの標準的なセッションより長い間、位置が固定される。実施例は、固定／ノマディックＲＳの動作に関連する。モバイルＲＳは、標準的に移動する車両に設置され、車両内のＭＳにサービスを提供する。

実施例のある態様では、１又は複数の固定及び／又はノマディックＲＳを含むＭＭＲセル内で、容量及び／又はＱｏＳが最大化及び／又は最適化される。

実施例の別の態様では、ＭＭＲセルのＲＳは、本実施例では容量及び／又はＱｏＳを管理しない１又は複数のモバイルＲＳを有する。
本実施例は、単一チャンネルを共有する３以上の無線通信ノードの１又は複数のセットを有する無線通信ネットワークに適用される。

ある実施例では、図１は、ＢＳ１０２及び２つの中継局（ＲＳ１、ＲＳ２）１０４ａ、１０４ｂを有するＭＭＲセル１００のトポロジーの図である。ＢＳ１０２は、セットＭＳ_ＢＳ内のＭＳ_１−６１０６ａ−ｆ（ＭＳ_１１０６ａ、ＭＳ_２１０６ｂ）に直接にサービスを提供している。２つの中継局（ＲＳ_１１０４ａ、ＲＳ_２１０４ｂ）は、ＢＳ１０２のサービス領域を拡張し、セットＭＳＲＳ１内のＭＳ_３―６１０６ｃ−ｆ（ＭＳ_３１０６ｃ、ＭＳ_４１０６ｄ）及びＭＳ_ＲＳ２（ＭＳ_５１０６ｅ、ＭＳ_６１０６ｆ）にサービスを提供するために用いられる。ＭＭＲセル１００は、ＢＳ１０２及び全てのＲＳ１０４の通信サービス領域を有する。上り回線通信（ＵＬ）は、ＭＳからＲＳ、ＢＳへの通信を表す。下り回線通信（ＤＬ）は、ＢＳからＲＳ、ＭＳへの通信を表す。

図１を参照する。中継回線１１０はＢＳ１０２とＲＳ１０４との間のＤＬ／ＵＬ無線通信回線を表す。中継回線１１０は、（場合によっては）ＲＳ１０４間の回線も含む。

アクセス回線１１２は、ＭＳ１０６を含むＤＬ／ＵＬ無線通信回線（ＢＳ１０２とＭＳ１０６との間、又はＲＳ１０４とＭＳ１０６との間）を表す。混合アクセス回線１１４は、アクセス回線１１２ａ−ｎの集合を表す。カスケードＤＬ／ＵＬ無線通信回線（カスケード回線）１１６は、１又は複数の中継回線１１０及び１つのアクセス回線１１２（２以上のアクセス回線１１２、混合回線１１４がある場合）を表す。

ＭＭＲネットワーク１００では、帯域幅は屡々制限され、ＭＭＲセル１００内の全てのＭＳ１０６にサービスを提供するために、基地局１０２と１又は複数の中継局１０４との間で共有されなければならない。時には、中継局１０４は、価格を低減するために単一の無線インターフェースを有する。これは、ＢＳ１０２及びＲＳ’１０４、ＭＳ１０６（及び場合によっては他のＲＳ１０４）と通信するために、ＲＳ１０４に同一のチャンネルを使用することを強制する。

時分割多重（ＴＤＤ）システムでは、下り回線サブフレームは、ＢＳ１０２によりＭＳ_ＢＳ１０６ａ−ｂへ送信するために、及びＢＳ１０２によりＲＳ１０４へ送信するために、及びＲＳ１０４により対応するＭＳ_ＲＳ１０６ｃ−ｆへ送信するために用いられる。同様に、上り回線サブフレームは、ＭＳ_ＢＳ１０６ａ−ｂによりＢＳ１０２へ送信するために、ＭＳ_ＲＳ１０６ｃ−ｆにより対応するＲＳ１０４へ送信するために、及びＲＳ１０４によりＢＳ１０２へ送信するために用いられる。

帯域幅がどのようにＭＭＲネットワーク１００の異なる部分へ割り当てられるかは、ＭＭＲネットワーク１００の能力及び提供されるＱｏＳの程度に大きな影響を与えるので、重要な問題である。

図２は、実施例によるＭＭＲ１００のＴＤＤフレーム構造を示す。図２では、ＭＭＲセル１００のＴＤＤフレーム構造は、ＤＬサブフレーム（上）２０２及びＵＬサブフレーム（下）２０４を有する。ＢＳ１０２及びＮ個のＲＳ１０４は、ＤＬ及びＵＬサブフレーム２０２、２０４をＴＤＭＡに基づき共有する。ＤＬ及びＵＬサブフレーム内のメディア・アクセスの順序は任意であり、実施例に影響を与えることなく交換できる。下り回線では、ＢＷ^Ｄ _ｉは、ＭＳ_ＲＳｉ１０６宛のトラフィックのためにＢＳ１０２及びＲＳ_ｉ１０４（場合によっては複数のＲＳ１０４）に割り当てられた全ての帯域幅（ＢＷ）を含む。上り回線では、ＢＷ^Ｕ _ｉは、ＭＳ_ＲＳｉ１０６により生成されたトラフィックのためにＲＳ_ｉ１０４（場合によっては複数のＲＳ１０４）及びＭＳ_ＲＳｉ１０６に割り当てられた全ての帯域幅を含む。

ＤＬサブフレーム２０２では、異なる回線（ＢＳ→ＭＳ_ＢＳ、ＢＳ→ＲＳ_１、ＲＳ_１→ＭＳ_ＲＳ１、．．．、ＢＳ→ＲＳ_Ｎ、ＲＳ_Ｎ→ＭＳ_ＲＳＮ）は、ＴＤＭＡに基づき帯域幅を共有する。帯域幅は、ＭＭＲセル１００内で再利用されないと仮定する。つまり常に帯域幅はＢＳ又はＲＳによってのみ使用される。ＵＬサブフレーム２０４は、ＤＬサブフレームと同様に、複数の回線（ＢＳ←ＭＳ_ＢＳ、ＢＳ←ＲＳ_１、ＲＳ_１←ＭＳ_ＲＳ１、．．．、ＢＳ←ＲＳ_Ｎ、ＲＳ←ＭＳ_ＲＳＮ）により共有される。ＢＳ１０２がＤＬ／ＵＬサブフレーム２０２、２０４の一部をＲＳ_ｉによる使用のために割り当てた場合、各ＲＳ１０４は、アクセス回線１１２又は混合回線１１４（つまり、ＭＳ１０６と関連するＲＳ_ｉ１０４への／からの回線）でＲＳ１０４自身の送信方式を生成する。ＲＳ１０４は、アクセス／混合回線１１２、１１４で、ＲＳ１０４自身のＭＳ１０６からの帯域幅要求を処理し、ＲＳ１０４自身のＭＳ１０６への／からのフロー及び送信要求（ＡＲＱ及びＨＡＲＱ）を管理する。ＲＳ１０４によりサービスを提供されるＭＳ１０６から見ると、ＲＳ１０４は通常のＢＳ１０２のように機能する。

ＢＳ１０２は、アクセス回線１１２及びＲＳ回線１１０のそれぞれで、ＢＳ１０２自身が直接にサービスを提供するＭＳ１０６（ＭＳ_ＢＳ）及びＲＳ１０４への／からのＢＳ１０２自身の送信スケジュールを生成する。ＢＳ１０２は、ＤＬ及びＵＬサブフレーム２０２、２０４で帯域幅の分配を担う。

帯域幅を分配する機能、又は無線資源管理は、ＭＭＲセル１００内の無線資源管理の最上位層として考えられる。ＢＳ１０２とＲＳ１０４の詳細なスケジューリングのアルゴリズム（処理／動作）は、ＭＭＲ無線資源管理の下層にある。詳細なスケジューリングは、個々の無線資源（サブキャリア／サブフレーム、チャンネルのセットの１つ又は部分、シンボル、ＣＤＭＡ符号、又は送信電力、又はこれらの任意の組み合わせ）を、ＢＳ又はＲＳからの通信のために、下り回線方向で又は反対に上り回線方向で、下位のＭＳ又はＲＳに割り当てることを表す。ＲＳ_ｉとＲＳ_ｉに関連付けられたＭＳ_ＲＳｉとの間の回線は、実際には多くの回線を含むが、概念的に最上位層の資源管理機能（帯域幅を分配する機能）はＲＳ_ｉ−ＭＳ_ＲＳｉ回線を混合回線１１４として扱う。

ＢＳ１０２及び各ＲＳ_ｉ１０４で実行されるスケジューリングのアルゴリズムの詳細は、ＢＳ１０２の帯域幅を分配する機能と等価である。ＢＳ１０２は、ＤＬ及びＵＬサブフレーム２０２／２０４の各ＢＷの部分に対し、ＢＳが全てのＲＳ１０４から受信した情報に基づき帯域幅の部分を割り当てる。スケジューリングのアルゴリズムの役割は、ＢＳ／ＲＳのＤＬ／ＵＬ送信機のキュー長に反映される。従って、上位層の無線資源管理方式は、これら詳細なスケジューリングのアルゴリズムの結果を受け入れ、当該アルゴリズムの動作に関する詳細な知識を必要としない。

ＭＭＲセル１００（これに限定されない）のような無線通信ネットワークの２層に渡る無線資源管理が提供される。実施例の態様によると、無線通信帯域幅の分配は、２段階で管理され、周期的に繰り返される。実施例は説明される構成に限定されず、２つの帯域幅を分配する管理は、２つの段階の１つ、両方、又は組み合わせで、又は如何なる順序で実行されてもよい。実施例の態様によると、無線通信帯域幅の分配の管理部は、一方は下り回線用、他方は上り回線用に並行して実行されるか、又はそれらの如何なる組み合わせで実行されてもよい。ＵＬサブフレーム２０２及びＤＬサブフレーム２０４の時間比はネットワーク全体（例えば、セル、又はＭＭＲセル１００）のパラメーターであり、ネットワーク事業者によってのみ変更されるので、ＵＬ及びＤＬサブフレーム２０２／２０４の期間は固定され、ＵＬ及びＤＬ帯域幅を分配する管理部は、互いに独立に動作する。ＤＬ及びＵＬ帯域幅を分配する管理部は、同じように動作する。

図３Ａは、ある実施例による中継無線通信の無線資源を管理するフローチャートである。段階３００で、負荷バランシング又はカスケード回線１１６の平衡が実行され、カスケード回線１１６の回線に割り当てられた帯域幅（ＤＬ送信時間の部分）の間で調整することにより、ＢＳ→ＲＳ_ｉ、ＲＳ_ｉ→ＭＳ_ＲＳｉの回線の容量が平衡される。帯域幅は、一般的な無線通信ネットワークのアクセス仕様に基づく。例えば、ＴＤＭＡに基づくシステムでは、帯域幅はフレーム内で用いられるスロット数を意味する。例えば、ＦＤＭＡに基づくシステムでは、帯域幅は割り当てられた帯域幅の大きさを意味する。８０２．１６ｅのようなＯＦＤＭＡに基づくシステムでは、帯域幅は２次元（ＯＦＤＭシンボルによるサブキャリア）のエンティティを意味する。

留意すべき点は、ＢＳ→ＲＳ_ｉ、ＲＳ_ｉ→ＭＳ_ＲＳｉの回線が、ＢＳ１０２からＲＳ_ｉ１０４によりサービスを提供されるＭＳ１０６（ＭＳ_ＲＳｉ）のセットへの２ホップの下り回線経路であることである。ＭＳ_ＲＳｉのユーザーのＱｏＳは、２つの回線、つまりＲＳ回線１１０及び混合回線１１４に割り当てられた資源に依存する。カスケード回線１１４（２つの回線、ＢＳ→ＲＳ_ｉ、ＲＳ_ｉ→ＭＳ_ＲＳｉ）に割り当てられた全帯域幅（ＤＬサブフレームの部分）は固定であり、ＢＷ^Ｄ _ｉであると仮定する。

ある実施例の態様では、ＢＷ^Ｄ _ｉの部分であるα＊ＢＷ^Ｄ _ｉ（０＜α＜１）はＲＳ回線１１０（ＢＳ→ＲＳ_ｉ）に割り当てられ、残りの部分（１−α）＊ＢＷ^Ｄ _ｉは（混合）回線１１４（ＲＳ_ｉ→ＭＳ_ＲＳｉ）に割り当てられる。カスケード回線１１６（２つの回線、つまりＲＳ回線１１０とアクセス回線１１２）の容量を、それぞれＣ_{ＢＳ→ＲＳｉ}、Ｃ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}とする。ここで、容量は、全ての資源ＢＷ^Ｄ _ｉが割り当てられた場合の回線の送信レートである。ＲＳ回線１１０（ＢＳ→ＲＳ_ｉ）は、ポイント・ツー・ポイント接続であり、当該回線の容量Ｃ_{ＢＳ→ＲＳｉ}はＢＳからＲＳ_ｉへのチャンネル品質の関数である。回線ＲＳ_ｉ→ＭＳ_ＲＳｉは、多くのポイント・ツー・ポイント回線１１２（ＲＳ_ｉ→ＭＳ_ｋ、ＭＳ_ｋ∈ＭＳ_ＲＳｉ）を有する混合回線１１４である。また、ＲＳ_ｉ→ＭＳ_ＲＳｉの容量は、これら全ての回線１１２又は混合回線１１４のチャンネル品質の関数であり、ＢＳ１０２により提供された無線資源（帯域幅）の部分を使用するＲＳ_ｉ１０４で実行されるスケジューラーの関数でもある。カスケード回線１１６（２つの回線、つまりＲＳ回線１１０とアクセス回線１１４）の送信レート（ビット毎秒レート）は式（１）により表せる。
ｒ_{ＢＳ→ＲＳｉ}＝a＊Ｃ_{ＢＳ→ＲＳｉ}
ｒ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}＝（１−a）＊Ｃ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ} （１）
ユーザーのセッションにより要求されるＱｏＳの種類は、トラフィックの種類により異なる。ファイルのダウンロードのような非リアルタイムのユーザー・データ・セッションでは、ＱｏＳは式（２）のセッションのスループットにより測定される。
ｒ_{ＢＳ→ＭＳＲＳｉ}（a）＝ｍｉｎ（ｒ_{ＢＳ→ＲＳｉ},ｒ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}）
＝ｍｉｎ（a＊Ｃ_{ＢＳ→ＲＳｉ},（１−a）＊Ｃ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}）（２）
ｒ_{ＢＳ→ＭＳＲＳｉ}は、a＊Ｃ_{ＢＳ→ＲＳｉ}＝（１−a）＊Ｃ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}のときに最大である。従って、ユーザー・データ又は非リアルタイムのセッションaＤ＊に最適なaＤ＊は式（３）により与えられる。
αＤ＊＝Ｃ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}/（Ｃ_{ＢＳ→ＲＳｉ}＋Ｃ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}）（３）
標準的に、非リアルタイム・データは、一般的に到着又は受信時間の厳格な制約又は要件を有さないデータを表す。対照的に、リアルタイム・データは、音声、ビデオ等のような到着又は受信時間の厳格な制約又は要件を有するデータを表す。例えば、ＶｏＩＰのようなリアルタイム・セッション、ＱｏＳのセッションは、パケット遅延及び損失レートにより測定される。帯域幅を最適に割り当てるために、異なるＱｏＳの概念を要求する混合したトラフィックに適合することは困難である。ＢＳ１０２及びＲＳ１０４のスケジューラーは、スケジューラーがより高い多重化利得を通じて種々のトラフィックの種類を総帯域幅で混合させる場合には、より大きい容量を提供する。ＲＳ_ｉからＭＳ_ＲＳｉへのチャンネルは高速フェージングを伴う移動体用チャンネルなので、回線Ｃ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}の容量は時間と共に変化する。

レートに基づく回線の平衡を用いる代わりに、本実施例は、キュー長に基づく回線の平衡、又はレートに基づく回線の平衡及び／若しくはキューに基づく回線の平衡の任意の組み合わせに基づく。直列キューは、カスケード回線１１６の通信回線方向（場合によってＤＬ又はＵＬ）の第１／第３のノード、及び中継用の第２のノード（例えば、ＢＳ／ＭＳ１０２／１０６及びＲＳ１０４）の２つの送信キューを表す。カスケード送信キューは、第１のノード、１又は複数の中継用の第２のノード、及び１又は複数の第３のノードの間の単一チャンネルのカスケード無線通信回線の２以上のキューを表す。キューは、無線で送信されるべきデータ・フレーム又はパケットのキューである。

実施例は、カスケード回線１１６の回線に割り当てられる帯域幅を、ＢＳ１０２及びＲＳ１０４（上り回線ではＭＳ１０６及びＲＳ１０４）のキュー長に基づき調整する。キュー長又は大きさは、時間ｔにおいて送信されるのを待っているパケットの数である。例えば、送信機（例えばＭＳ１０６）でのキューの大きさは、直ちに変化することが分かり、ＭＳ１０６により帯域幅要求で上り回線方向に送信される。リトルの定理により、キューの大きさとパケットの遅延は互いに直接関係している。キュー長を制御することにより、ホップ毎のパケット遅延及びエンド・ツー・エンドのパケット遅延が制御される。例えば、ＢＳ及びＲＳのキュー長（送信ノードのパケット数Ｎ）を平衡させることにより（Ｎ_ＢＳ＝Ｎ_ＲＳ）、効率的にＢＳ及びＲＳの送信レート（μ）が平衡される。従って、種々のデータ種類に対しＢＳ→ＲＳ_ｉとＲＳ_ｉ→ＭＳ_ＲＳｉの間で結果として生じる帯域幅の割り当ては、送信キュー長を平衡することにより決定される。

図３Ａでは、段階３０４は、セル内の２以上の仮想セルに渡る単一チャンネルの無線通信の帯域幅容量を管理する。実施例のある態様では、段階３０２及び３０４は、所望の適用基準に従い任意の組み合わせ又は順序で繰り返される。実施例のある態様では、段階３０２は、例えば多数のカスケード回線１１６に対し、段階３０４へ進む前に多数回繰り返される。

図３Ｂは、実施例による単一のチャンネルのカスケード回線の無線資源を管理するフローチャートである。より詳細には、図３Ｂは、ある実施例による、無線セル内の単一チャンネルのカスケード下り回線の無線資源を平衡させる段階３０２のフローチャートである。

ＢＷ^Ｄ _ｉを、ＢＳからＲＳ_ｉによりサービスを提供されるＭＳ１０６のセットへの下り送信回線ＢＳ→ＲＳ_ｉとＲＳ_ｉ→ＭＳ_ＲＳｉに割り当てられた全帯域幅とする。ある実施例では、ＢＷ^Ｄ _ｉはセルの負荷を平衡させるアルゴリズムにより割り当てられ、時間ｔで固定されると考えられる。時間ｔでのトラフィックＭＳ_ＲＳｉに対しＢＳ（又はＲＳ_ｉ）で時間平均されたキュー長をＱ^ＢＳ _ｉ（ｔ）（又はＱ^ＲＳ _ｉ（ｔ））バイトとする。帯域幅調整ステップの大きさをΔ^Ｄ _ＢＷ＝Δ_１ＢＷ^Ｄ _ｉ、０＜Δ_１＜１とする。値Δ_１＝０．０５が提案されると、この値はシミュレーションで更に調整されるか、又はオンラインで動的に調整される。キューの大きさの差分の閾値をΔ^Ｄ _Ｑ＞０とし、バイト単位で表す。周期的に、回線ＢＳ→ＲＳ_ｉ、ＢＷ_{ＢＳ→ＲＳｉ}（ｔ）、及び回線ＲＳ_ｉ→ＭＳ_ＲＳｉ、ＢＷ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}（ｔ）に割り当てられた帯域幅は、次のように更新される。

段階３１０で、第１のノード及び中継用の第２のノードの単一チャンネルのカスケード通信の下り回線のキューが一杯か否か決定される。段階３１０で、第１のノードと中継用の第２のノードの両方が一杯だった場合、段階３１２で、一部の中継回線の帯域幅は、帯域幅調整器に基づき、アクセス回線の帯域幅に割り当てられる。ある実施例の態様では、段階３１２は、より多くの帯域幅を最終的な宛先ノードに最も近い通信回線に割り当てる。これにより、より多くのキューに入れられたパケットを宛先のＭＳノードへ供給することができる。段階３１４は、セル内の２以上の仮想セルに渡る単一チャンネルの無線通信の帯域幅容量を管理する（図３Ｃ）。

段階３１６で、第１のノードのキュー長が、中継用の第２のノードのキュー長より、キューの大きさの閾の分だけ長いか否か、又は第１のノードのキューが一杯か否か決定される。段階３１６で条件が満たされると、段階３１８で、一部のアクセス回線の帯域幅は、帯域幅調整器に基づき、中継回線の帯域幅に割り当てられる。

段階３２０で、中継用の第２のノードのキュー長が、第１のノードのキュー長より、キューの大きさの閾の分だけ長いか否か、又は中継用の第２のノードのキューが一杯か否か決定される。段階３２０で条件が満たされると、段階３２２で、一部の中継回線の帯域幅は、帯域幅調整器に基づき、アクセス回線の帯域幅に割り当てられる。

段階３１０、３１６、及び３２０で何れの条件も満たされない場合、単一チャンネルのカスケード通信の下り回線の帯域幅の割り当てが維持される。ある実施例の態様では、段階３２４の後、段階３１４で、仮想セルの平衡が実行される。

図３Ｂのフローチャートを以下に説明する。

Ｑ^ＢＳ _ｉ（ｔ）及びＱ^ＲＳｉ _ｉ（ｔ）が一杯の場合（段階３１０）、
ＢＷ_{ＢＳ→ＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＢＳ→ＲＳｉ}（ｔ）−Δ^Ｄ _ＢＷ
ＢＷ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}（ｔ）＋Δ^Ｄ _ＢＷ（段階３１４）
また、仮想セルの負荷バランシング（図３Ｃ）に仮想微小セルＲＳ_ｉ５０２（図５）（回線ＢＳ→ＲＳ_ｉ→ＭＳ_ＲＳｉによりサービスを提供される）が下り回線方向に過負荷であることを伝達する。

その他の場合、Ｑ^ＢＳ _ｉ（ｔ）＞Ｑ^ＲＳｉ _ｉ（ｔ）＋Δ^Ｄ _Ｑ又はＱ^ＢＳ _ｉ（ｔ）が一杯であると（段階３１６）、
ＢＷ_{ＢＳ→ＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＢＳ→ＲＳｉ}（ｔ）＋Δ^Ｄ _ＢＷ
ＢＷ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}（ｔ）−Δ^Ｄ _ＢＷ（段階３１８）
その他の場合、Ｑ^ＲＳｉ _ｉ（ｔ）＞Ｑ^ＢＳ _ｉ（ｔ）＋Δ^Ｄ _Ｑ、又はＱ^ＲＳｉ _ｉ（ｔ）が一杯であると（段階３２０）、
ＢＷ_{ＢＳ→ＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＢＳ→ＲＳｉ}（ｔ）−Δ^Ｄ _ＢＷ
ＢＷ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}（ｔ）＋Δ^Ｄ _ＢＷ（段階３２２）
その他の場合、
ＢＷ_{ＢＳ→ＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＢＳ→ＲＳｉ}（ｔ）
ＢＷ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＲＳｉ→ＭＳＲＳｉ}（ｔ）（段階３２４）
キューの大きさＱ^ＢＳ _{ＭＳＲＳｉ}（ｔ）、Ｑ^ＲＳｉ _{ＭＳＲＳｉ}（ｔ）は、ｔとｔ＋１との間の全間隔に渡り平均することにより計算される。異なる種類のトラフィックが存在する場合、異なるキューの重み付けされた和は、異なるトラフィックの種類の重要度を反映する重み付けベクトルと共に用いられる。

上り回線の負荷を平衡させるアルゴリズムは、下り回線のアルゴリズムと同様だが、送信機である中継用の第２のノード及び第３のノードでの輻輳レベルに基づく。例えば、時間ｔに回線ＢＳ←ＲＳ_ｉに上り回線の帯域幅ＢＷ_{ＢＳ←ＲＳｉ}（ｔ）が割り当てられ、回線ＲＳ_ｉ←ＭＳ_ＲＳｉにＢＷ_{ＲＳｉ←ＭＳＲＳｉ}（ｔ）が割り当てられる。ＢＷ_{ＢＳ←ＲＳｉ}（ｔ）＋ＢＷ_{ＲＳｉ←ＭＳＲＳｉ}（ｔ）＝ＢＷ^Ｕ _ｉ（上り回線の仮想セルの負荷を平衡させるアルゴリズムにより割り当てられる）。

上り回線のキューの大きさＵＱ^ＲＳｉ _ｉ（ｔ）はＲＳ_ｉからＢＳへの全ての上り回線のキュー長の合計である。また、ＵＱ^ＭＳｉ _ｉ（ｔ）は、ＭＳ_ＲＳｉ内の全てのＭＳの全ての上り回線のキュー長の合計である。帯域幅調整ステップの大きさをΔ^Ｕ _ＢＷ＝Δ_２ＢＷ^Ｕ _ｉ、０＜Δ_２＜１とする。上り回線のキューの大きさの差分の閾値をΔ^Ｕ _Ｑ＞０とし、バイト単位で表す。周期的に、ＢＷ_{ＢＳ←ＲＳｉ}（ｔ）及びＢＷ_{ＲＳｉ←ＭＳＲＳｉ}（ｔ）が以下のように更新される。

ＵＱ^ＲＳｉ _ｉ（ｔ）及びＵＱ^ＭＳｉ _ｉ（ｔ）の両方が一杯の場合、
ＢＷ_{ＢＳ←ＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＢＳ←ＲＳｉ}（ｔ）＋Δ^Ｕ _ＢＷ
ＢＷ_{ＲＳｉ←ＭＳＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＲＳｉ←ＭＳＲＳｉ}（ｔ）−Δ^Ｕ _ＢＷ
また、仮想セルの負荷バランシング（図３Ｃ）に仮想微小セルＲＳ_ｉ５０２（図５）（回線ＢＳ←ＲＳ_ｉ←ＭＳ_ＲＳｉによりサービスを提供される）が上り回線方向に過負荷であることを伝達する。

その他の場合、ＵＱ^ＲＳｉ _ｉ（ｔ）＞ＵＱ^ＭＳｉ _ｉ（ｔ）＋Δ^Ｕ _Ｑ、又はＵＱ^ＲＳｉ _ｉ（ｔ）が一杯である場合、
ＢＷ_{ＢＳ←ＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＢＳ←ＲＳｉ}（ｔ）＋Δ^Ｕ _ＢＷ
ＢＷ_{ＲＳｉ←ＭＳＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＲＳｉ←ＭＳＲＳｉ}（ｔ）−Δ^Ｕ _ＢＷ
その他の場合、Ｑ^ＭＳｉ _ｉ（ｔ）＞Ｑ^ＲＳ _ｉ（ｔ）＋Δ^Ｕ _Ｑ、又はＱ^ＭＳｉ _ｉ（ｔ）が一杯である（閾を超えた）場合、
ＢＷ_{ＢＳ←ＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＢＳ←ＲＳｉ}（ｔ）−Δ^Ｕ _ＢＷ
ＢＷ_{ＲＳｉ←ＭＳＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＲＳｉ←ＭＳＲＳｉ}（ｔ）＋Δ^Ｕ _ＢＷ
その他の場合、
ＢＷ_{ＢＳ←ＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＢＳ←ＲＳｉ}（ｔ）
ＢＷ_{ＲＳｉ←ＭＳＲＳｉ}（ｔ＋１）＝ＢＷ_{ＲＳｉ←ＭＳＲＳｉ}（ｔ）
キューの大きさＱ^ＢＳ _{ＭＳＲＳｉ}（ｔ）、Ｑ^ＲＳｉ _{ＭＳＲＳｉ}（ｔ）は、ｔとｔ＋１との間の全間隔に渡り平均することにより計算される。異なる種類のキュー長の重み付けされた和は、複数の種類のトラフィックが上り回線に存在する場合に用いられる。

図４は、実施例による３ホップのＭＭＲセルのトポロジーの図である。カスケード回線１１６の負荷バランシングの実施例は、図４のような２ホップにも拡張される。実施例は、ツリー型及び／又はメッシュ型のトポロジーを有するネットワーク４００に適用される。メッシュ型の場合には、動的な平衡は用いられない。２ホップのカスケード回線１１６の負荷バランシングの実施例は、繰り返し適用される。各ＲＳは、ＢＳから当該ＢＳへ向かう次のポップへの方向の全てのホップの平均キュー長を報告する。本実施例は、中間回線と中間回線を超えた回線との間の帯域幅の分配を管理する（これは、仮想混合回線と考えられる）。

図３Ｃは、実施例によるセル内の仮想セルに渡り無線資源を管理するフローチャートである。ある実施例によると、図５は、ある実施例による仮想セルを有するＭＭＲセルのトポロジーの図である。図５では、ＭＭＲセル１００は、３個の仮想セル５０２を有する。VＣ_０５０２ｎは、ＢＳにより直接にサービスを提供される全てのＭＳ（ＭＳ_１及びＭＳ_２）を含む。VＣ_１５０２ｂは、ＲＳ_１及びＲＳ_１によりサービスを提供される全てのＭＳ（ＭＳ_３及びＭＳ_４）を含む。VＣ_２５０２ａは、ＲＳ_２及びＲＳ_２によりサービスを提供される全てのＭＳ（ＭＳ_５及びＭＳ_６）を含む。仮想セルの負荷を平衡させるアルゴリズムは、ＢＳとＲＳ（又はＢＳ）によりサービスを提供されるＭＳとの間の経路で実行される回線の負荷を平衡させるアルゴリズムの上に構築される。ＭＭＲのサービス領域内の仮想ＲＳ微小セル５０２内で程度の等しいＱｏＳ（微小セル内の平均回線品質又はＭＳの数のような係数により重み付けされる）を提供する。回線の負荷を平衡させることにより、各ＢＳ−ＲＳ（−ＲＳ−...−ＲＳ）−ＭＳのサービス設定は、ＢＳと接続され直接にサービスを提供される仮想微小セル５０２ａ−ｎとして見える。

仮想セルｉでは、［ＢＷ^Ｄ _ｉ,ＢＷ^Ｕ _ｉ,Ｑ^Ｄ _ｉ,Ｑ^Ｕ _ｉ,Ｈ_ｉ,Ｎ_ｉ］は、下り回線で割り当てられた全帯域幅、上り回線で割り当てられた全帯域幅、仮想セル内の全てのＭＳへのＢＳにおける下り回線方向のユーザー毎の平均キュー長、セル内のＭＳにおける上り回線方向のユーザー毎の平均キュー長、ホップ数、及びＭＳの数である。ある実施例の態様では、ホップ数及びＭＳの数は、任意である。微小セルの負荷を平衡させるアルゴリズムは、周期的に動作する。ＤＬのアルゴリズムとＵＬのアルゴリズムは同一なので、ＤＬのアルゴリズムを説明する。

段階３２６で、式（４）により、ＭＭＲセル内の全てのユーザーに対し、ユーザー毎に平均の重み付けされたキュー長が計算される。

ｗ^ｉは、仮想微小セルｉの重み付け係数であり、ホップ数Ｈ、仮想微小セル内の平均チャンネル品質、ユーザーのサービス契約の条件、及び他の要因を反映する。キュー長の閾値をΔ^ＣＤ _Ｑ＞０とし、バイト単位で表す。段階３２８で、微小セル（ｉ,ｊ）の各対に対し、ｗ^ｉＱ_ｉ ^Ｄ＞[Ｑ_ｗ ^Ｄ]＋Δ^ＣＤ _Ｑ、ｗ^ｊＱ_ｊ ^Ｄ＜[Ｑ_ｗ ^Ｄ]−Δ^ＣＤ _Ｑか否かが決定される。段階３３０で、第２の仮想セルからの全帯域幅の一部が、以下のように第１の仮想セルに割り当てられる。
ＢＷ^Ｄ _ｉ（ｔ＋１）＝ＢＷ^Ｄ _ｉ（ｔ）＋Δ^ＣＤ _ＢＷ
ＢＷ^Ｄ _ｊ（ｔ＋１）＝ＢＷ^Ｄ _ｊ（ｔ）−Δ^ＣＤ _ＢＷ
対応する上り回線のアルゴリズムは、全ての添え字ＤをＵで置き換えればよい。帯域幅があちこちの異なる微小セルに割り当てられた場合に、ピンポン効果を防ぐために測定が行われる。回線の負荷を平衡させるアルゴリズムと同様に、セルの負荷を平衡させるアルゴリズムは、異なるセルのＱｏＳの指標としてキュー長を用いる。しかしながら、２つのアルゴリズムの間には決定的な違いがある。回線の負荷を平衡させるアルゴリズムでは、カスケード回線は、同一のＭＳのセットにサービスを提供する。従って、トラフィックの種類、レート、及び異なるホップにおけるＱｏＳの要件は同一である。回線の負荷を平衡させるアルゴリズムは、ユーザー・セッションの同一のセットに対し異なるホップのＱｏＳを平衡させようとする。スループット・レート及びパケットの遅延は帯域幅の割り当ての凸関数なので、回線の負荷を平衡させるアルゴリズムは、ＭＳのＱｏＳを最大にする。

一方で、微小セルの負荷を平衡させるアルゴリズムは、異なる微小セルのＱｏＳ、場合によっては異なる数のＭＳ、異なるホップ数の異なるトラフィック・セッション及びＱｏＳ要件、及び異なるチャンネル品質を処理する。キュー長に基づき異なる微小セルの帯域幅の割り当てを制御することの利点は、回線の負荷を平衡させるアルゴリズムが仮想セル内の異なる回線で実行されている場合に、キュー長が各セル内のＱｏＳの良い指標になることである。キュー長を平衡させることにより、比較的程度の均一なＱｏＳがＭＭＲセル全体で提供される。重み付け係数ｗ^ｉは、特定のネットワークに関連する事柄／基準、例えばデータの種類、ユーザーのサービス契約、輻輳レベル以外のネットワークの状態、等を考慮に入れ、望ましい方向にアルゴリズムを最適化する。

回線を平衡させるアルゴリズムと仮想セルの負荷を平衡させるアルゴリズムの両方で、ＢＳにより、どれだけの資源が各回線に割り当てられるべきかについて決定される。このために、ＵＬとＤＬの両方に関するキュー状態の情報をＲＳから収集する必要がある。ＲＳは、全ての必要な処理（平均化及び合計など）を実行し、これらのキュー長に関する情報を特定のＴＬＶメッセージを通じてＢＳへ送信する。ＢＳは、これらの情報に基づき資源割り当てを更新するので、ＢＳは、ＢＳ自身の資源割り当てメッセージに関する決定を受け入れ、それらをマルチキャスト・メッセージとしてＲＳへ送信する。

留意すべき点は、無線資源管理の２層に渡る方式の実施例は、無線資源管理の高位層に存在し、ＭＭＲネットワークの部分毎に、つまりＢＳ→ＭＳ、ＢＳ→ＲＳ、ＲＳ→ＭＳ、ＢＳ←ＭＳ、ＢＳ←ＲＳ、ＲＳ←ＭＳ等にどれだけの無線資源が使用されるかを指定することである。これらの割り当てられた無線資源が各回線（又は回線のセット）によりどのように用いられるかは、ＢＳ及びＲＳにおいて、無線資源割り当ての最下層にあるスケジューリング・アルゴリズムにより決定される。

図６は、実施例による、ノード間の単一の無線通信チャンネルの無線資源を管理する装置の機能ブロック図である。図６では、装置６００は他の装置、例えば基地局１０２及び／又は中継局１０４（これらに限定されない）と無線で通信する任意のコンピューター装置であり、実施例に従い無線通信帯域幅の容量を平衡させる。装置６００は、ユーザー・インターフェースを表示するディスプレイ６０２、又は外部表示装置と接続するインターフェース（例えばインターネット）を有する。制御部６０４（例えば、中央処理装置）は、装置を制御しベースバンド処理を実行する命令（例えば、コンピューター・プログラム又はソフトウェア）を実行する。標準的に、メモリー６０６は、制御部により実行される命令を格納する。

実施例のある態様では、装置は任意のコンピューター可読媒体６１０、例えば（限定ではない）物理的なコンピューター可読読み出し媒体（例えばハードディスク、メモリー）、又は有線／無線の搬送波信号を介し通信するソフトウェア及び／又はコンピューター・ハードウェアで実施された有線／無線通信ネットワーク・ユニットと通信する。

実施例のある態様では、装置６００は、対象の無線通信ネットワーク、例えばＭＭＲセル１００（限定ではない）と無線で通信する。ディスプレイ６０２、ＣＰＵ６０４、メモリー６０６、及びコンピューター可読媒体６１０は、データ・バス６０８により通信する。

図７は、実施例による、図６の装置の処理層（ソフトウェア及び／又はコンピューター・ハードウェア）の機能図である。図７では、処理層は、ネットワーク層７０２、メディア・アクセス制御（ＭＡＣ）層７０４、及び物理層７０６を有する。図７の処理層は、論理層である。実施例は、これらの例である処理層に限定されず、他の処理層の構成も用いられる。

ある実施例の態様では、ネットワーク層７０２は、制御部７０４により実行されるソフトウェアである。ＭＡＣ７０４及び物理層７０６は、無線通信ネットワーク・ユニット６１０にコンピューター可読媒体として含まれるソフトウェア及び／又はコンピューター・ハードウェアである。ＭＡＣ層７０４及び物理層７０６は、種々の対象の無線ネットワーク・アクセス仕様、例えばＴＤＤ、ＦＤＤ、及び／又はＣＤＭ（これらに限定されない）を実施する。対象の無線ネットワークの例には、ＭＭＲセル１００がある。

本実施例は、（任意の知られているコンピューター可読媒体６１０、例えば限定ではないがコンパクト・ディスク、デジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）、メモリー、又は搬送波若しくは電磁波信号の通信媒体等に格納又は符号化された）ソフトウェア及び／又は当該ソフトウェアを格納するコンピューター可読媒体である。

ある実施例では、当該実施例による無線資源の分配は、対象の無線ネットワーク・ノード、例えば基地局（ＢＳ）１０２のＭＡＣ層７０４及び／又は物理層７０６仕様に従う。標準的に（限定的でなく）ネットワーク層７０２は、有線及び／又は無線通信アクセスを、対象の無線ネットワーク以外の私設／公衆ネットワーク（例えばインターネット）に提供する。ネットワーク層４０３は、無線資源分配の実施例で、管理機能のために、例えば動的に（リアルタイムに）（例えば、種々の基準に従い）設定／制御パラメーター、例えば重み付け計数を提供（ダウンロード）するために使用される。

マルチホップ・リレー・ネットワークの無線資源管理は、通常の単一ホップのセルラー・ネットワーク又はメッシュ型ネットワークの無線資源管理と異なる。ＢＳ及びＲＳに固定量の無線資源を割り当てる方式と比較して、提案された方式は、ＭＭＲセル内の異なるユーザーの数、分布、異なる量のトラフィック、及び要求されるＱｏＳ、及び異なるチャンネル状態を調整する。また、提案された方式は、包括的であり、ＢＳ及びＲＳでの異なる種類のスケジューリング方式と共に動作する。提案された方式の動作は単純であり、低い処理電力及びオーバーヘッドで実施できる。

記載された実施例は、例えばコストを低減するために単一の無線インターフェースを有する中継用の第２のノードを設けた。また、中継用の第２のノードは同一のチャンネルを用い中継用の第２のノードによりサービスを提供される第１のノード及び第３のノードと通信するとした。しかしながら、実施例は、このような構成に限定されず、１又は複数の中継用の第２のノードが単一チャンネルを介して通信し、他の中継用の第２のノードが複数チャンネルを介して通信する無線通信セル内にも適用される。

ある実施例の態様では、このような単一チャンネル又は複数チャンネルの中継用の第２のノードが混合するセルで、１又は複数の単一チャンネルの中継用の第２のノードが無線資源管理の対象となる。

移動体のマルチホップ・リレー・ネットワーク（ＭＭＲ）は、中継局を用い、セルラー・ネットワーク内の基地局のサービス領域を拡張又は拡大する。基地局は有線バックホール回線に接続されるが、中継局は、無線伝送により基地局及び移動局と接続する。中継局が単一無線インターフェースを有する場合、又はＭＭＲネットワークが単一チャンネルで動作する場合、チャンネルを共有し、適正な帯域幅の量を基地局（ＢＳ）、中継局（ＲＳ）、及び移動局（ＲＳ）に割り当てる方法は、重要な課題である。

実施例は、ＭＭＲネットワークの単一チャンネルの無線資源管理のための簡易且つ効率的な方法／装置を提供する。実施例は、２層構造を適用する。当該２層構造では、カスケード回線に割り当てられた帯域幅は、最初に複数ホップ間で送信キュー長に基づき平衡され（負荷を平衡させるアルゴリズムのように）、次に微小セルの負荷の平衡により、複数の仮想セルに割り当てられた帯域を調整する。帯域幅の調整は、種々のノードのキュー長に基づき、ＢＳ、ＲＳ、及び／又はＭＳのような種々のノードによりスケジュールされた異なる種類のパケット（種々のデータの種類）に適用される。

実施例の多くの特徴及び利点は、詳細な説明から明らかである。また本発明は、特許請求の範囲により定められ、本発明の真の精神と範囲に包含される実施例の全ての特長及び利点を含む。更に、当業者は多くの変形及び変更を直ちに成し得る。本発明の実施例は図示及び記載された構成及び処理に限定されるべきではない。及び従って全ての適切な変形及び等価物は、本発明の範囲に包含される。

関連出願の相互参照
本出願は、２００６年８月１８日に出願された米国仮出願６０/８２２８６１号、発明の名称「MANAGING A WIRELESS NETWORK」に基づく優先権を主張するものであり、米国仮出願６０/８２２８６１号の全内容を本出願に援用する。本出願は、２００７年７月３１日に出願された米国非仮出願１１/８３０９３５号、発明の名称「MANAGING A WIRELESS NETWORK」に基づく優先権を主張するものであり、米国非仮出願１１/８３０９３５号の全内容を本出願に援用する。

Claims

無線通信セル内の単一チャンネルの１又は複数のカスケード無線通信回線において無線通信帯域幅を割り当てる段階であり、前記カスケード無線通信回線は、送信元ノードと中継ノードとの間の第１回線と、前記中継ノードと宛先ノードとの間の第２回線とを含み、前記第１回線と前記第２回線との間で負荷を平衡させるように無線通信帯域幅を割り当てる段階と、
前記無線通信セル内の２以上の仮想セル間で負荷を平衡させるよう、該２以上の仮想セル間で前記単一チャンネルの無線通信帯域幅を調整する段階と、
を有し、
前記無線通信帯域幅を割り当てる段階は、
前記送信元ノード及び前記中継ノードの伝送の輻輳レベルを、前記送信元ノード及び前記中継ノードの送信キュー長に基づいて周期的に決定する段階と、
前記送信元ノード及び前記中継ノードの送信キューが一杯であると決定されると、第１の帯域幅調整として、帯域幅調整器に基づき、前記第１回線の帯域幅の一部を前記第２回線の帯域幅に割り当てる段階と、
前記送信元ノードの送信キュー長が前記中継ノードの送信キュー長より送信キューの大きさの閾の分だけ長い、又は前記送信元ノードの送信キューが一杯であると決定されると、第２の帯域幅調整として、前記帯域幅調整器に基づき、前記第２回線の帯域幅の一部を前記第１回線の帯域幅に割り当てる段階と、
前記中継ノードの送信キュー長が前記送信元ノードの送信キュー長より前記送信キューの大きさの閾の分だけ長い、又は前記中継ノードの送信キューが一杯であると決定されると、第３の帯域幅調整として、前記帯域幅調整器に基づき、前記第１回線の帯域幅の一部を前記第２回線の帯域幅に割り当てる段階と、
を有する、
方法。
前記輻輳レベルは、前記送信元ノード及び前記中継ノードにおける、時間間隔に渡る平均送信キュー長に基づく、請求項１記載の方法。
前記平均送信キュー長は、非リアルタイム・データ及び／又はリアルタイム・データの種類を含む種々のデータ・トラフィックの種類に従う重み付けを用いて決定される、請求項２記載の方法。
前記２以上の仮想セル間で前記単一チャンネルの無線通信帯域幅を調整する段階は、
通信回線の方向の仮想セル毎に各ユーザーに対し重み付けされた平均送信キュー長を計算する段階と、
前記通信回線の方向で、第１の仮想セル内の各ユーザーの重み付けされた平均送信キュー長が、第２の仮想セル内の各ユーザーの重み付けされた平均送信キュー長より長いか否かを決定する段階と、
前記決定する段階に応じ、前記第２の仮想セルの前記通信回線の方向の全帯域幅の一部を前記第１の仮想セルに割り当てる段階と、を有する請求項２記載の方法。
前記重み付けされた送信キュー長の重み付け係数は、仮想セル内の中継ノードの数、平均チャンネル品質、又はこれらの組み合わせに基づいて決定される、請求項４記載の方法。
前記無線通信セルは、ＩＥＥＥ８０２．１６ｊに従う移動体マルチホップ・リレーに基づくセル（ＭＭＲセル）である、請求項１記載の方法。
前記中継ノード及び／又は移動局は、前記伝送の輻輳レベルを基地局へ制御メッセージにより送信し、前記基地局は、無線帯域幅容量の制御メッセージを前記中継ノード及び／又は前記移動局へ送信することにより、前記無線通信帯域幅の割り当て及び／又は調整を行い、下り回線方向において前記基地局は前記送信元ノードであり且つ前記移動局は前記宛先ノードであり、上り回線方向において前記基地局は前記宛先ノードであり且つ前記移動局は前記送信元ノードである、請求項１記載の方法。
制御部を有する装置であって、前記制御部は、
無線通信セル内の単一チャンネルの１又は複数のカスケード無線通信回線において無線通信帯域幅を割り当てる段階であり、前記カスケード無線通信回線は、送信元ノードと中継ノードとの間の第１回線と、前記中継ノードと宛先ノードとの間の第２回線とを含み、前記第１回線と前記第２回線との間で負荷を平衡させるように無線通信帯域幅を割り当てる段階と、
前記無線通信セル内の２以上の仮想セル間で負荷を平衡させるよう、該２以上の仮想セル間で前記単一チャンネルの無線通信帯域幅を調整する段階と、
を実行し、
前記無線通信帯域幅を割り当てる段階は、
前記送信元ノード及び前記中継ノードの伝送の輻輳レベルを、前記送信元ノード及び前記中継ノードの送信キュー長に基づいて周期的に決定する段階と、
前記送信元ノード及び前記中継ノードの送信キューが一杯であると決定されると、第１の帯域幅調整として、帯域幅調整器に基づき、前記第１回線の帯域幅の一部を前記第２回線の帯域幅に割り当てる段階と、
前記送信元ノードの送信キュー長が前記中継ノードの送信キュー長より送信キューの大きさの閾の分だけ長い、又は前記送信元ノードの送信キューが一杯であると決定されると、第２の帯域幅調整として、前記帯域幅調整器に基づき、前記第２回線の帯域幅の一部を前記第１回線の帯域幅に割り当てる段階と、
前記中継ノードの送信キュー長が前記送信元ノードの送信キュー長より前記送信キューの大きさの閾の分だけ長い、又は前記中継ノードの送信キューが一杯であると決定されると、第３の帯域幅調整として、前記帯域幅調整器に基づき、前記第１回線の帯域幅の一部を前記第２回線の帯域幅に割り当てる段階と、
を有する、
装置。
前記輻輳レベルは、前記送信元ノード及び前記中継ノードにおける、時間間隔に渡る平均送信キュー長に基づく、請求項８記載の装置。
前記平均送信キュー長は、非リアルタイム・データ及び／又はリアルタイム・データの種類を含む種々のデータ・トラフィックの種類に従う重み付けを用いて決定される、請求項９記載の装置。
前記２以上の仮想セル間で前記単一チャンネルの無線通信帯域幅を調整する段階は、
通信回線の方向の仮想セル毎に各ユーザーに対し重み付けされた平均送信キュー長を計算する段階と、
前記通信回線の方向で、第１の仮想セル内の各ユーザーの重み付けされた平均送信キュー長が、第２の仮想セル内の各ユーザーの重み付けされた平均送信キュー長より長いか否かを決定する段階と、
前記決定する段階に応じ、前記第２の仮想セルの前記通信回線の方向の全帯域幅の一部を前記第１の仮想セルに割り当てる段階と、を有する、請求項９記載の装置。
前記重み付けされた送信キュー長の重み付け係数は、仮想セル内の中継ノードの数、平均チャンネル品質、又はこれらの組み合わせに基づいて決定される、請求項１１記載の装置。
前記無線通信セルは、ＩＥＥＥ８０２．１６ｊに従う移動体マルチホップ・リレーに基づくセル（ＭＭＲセル）である、請求項８記載の装置。
前記中継ノード及び／又は移動局は、前記伝送の輻輳レベルを基地局へ制御メッセージにより送信し、前記基地局は、無線帯域幅容量の制御メッセージを前記中継ノード及び／又は前記移動局へ送信することにより、前記無線通信帯域幅の割り当て及び／又は調整を行い、下り回線方向において前記基地局は前記送信元ノードであり且つ前記移動局は前記宛先ノードであり、上り回線方向において前記基地局は前記宛先ノードであり且つ前記移動局は前記送信元ノードである、請求項８記載の装置。