JP4869159B2 - スケジュール方法、基地局および移動局 - Google Patents

Description

本発明は、Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄの通信プロトコルとして送達確認型プロトコルを採用する無線通信システムにおける、パケットのスケジュール方法に関するものである。

従来、無線通信システムにおけるパケットスケジュール方法では、上位レイヤの双方向通信を円滑に行わせることを目的として、基地局が実際に割当てた上り回線と下り回線の帯域比を測定し、移動局が必要とする上り回線と下り回線の割当て帯域比に基づいて上り回線と下り回線の割当て量を調整していた。すなわち、測定された帯域比と必要とされる帯域比を比較し、これらの帯域比が異なっていれば、必要とされる帯域比となるように上り優先度および／または下り優先度を変更する方法が記載されている（たとえば、特許文献１）。

特開２００４-１３５１８０号公報 請求項４および８、実施の形態３、図６

移動局がＥｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄの通信プロトコルとして送達確認型プロトコルを用い、たとえば、移動局が下り回線でデータパケットを受信し、上り回線で送達確認パケットを送信する場合、一般的には、下り回線のデータパケット量が増加すると上り回線の送達確認パケット量も増加する、という特性がある。特に、インターネット等で一般的に用いられるＴＣＰ（Transmission Control Protocol）がＥｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄの通信に用いられる場合は、無線環境が良好な状態であれば、ＴＣＰのウィンドウサイズの増加に応じて徐々に下りデータパケット量が増加し、送達確認パケット量も増加していく。移動局が上り回線でデータパケットを送信し、下り回線で送達確認パケットを受信する場合も同様である。このような状況で、たとえば、様々な移動局のトラヒック変動や無線回線品質の劣化により基地局の下りバッファにパケットが滞留すると、基地局が輻輳状態となり、滞留したパケットが破棄される可能性がある、という問題がある。特に、ＴＣＰ通信では、パケットが破棄されると、再送のオーバヘッドだけでなく、ＴＣＰの輻輳回避アルゴリズムによってデータパケットの送信レートを急激に減少させ、その回復は徐々に行われるため、Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄのスループットが大幅に低下する、という問題がある。

一方、第３世代移動体通信システムの標準化を進めている３ＧＰＰでは、下り回線のパケット伝送を高速化した“ＨＳＤＰＡ”、上り回線のパケット伝送を高速化した“Enhanced Uplink”に続き、上りおよび下りパケット伝送をさらに高速化する“Evolved UTRA and Evolved UTRAN（E-UTRA and Ｅ-UTRAN）”の標準化を進めている。ＨＳＤＰＡでは、基地局と上位の制御装置との間でフロー制御が行われるため、基地局でのパケット破棄は発生しにくいが、一方で、E-UTRA and E-UTRAＮでは、このフロー制御を行わないため、基地局でパケット破棄が発生する可能性が高くなる、という問題がある。

また、従来の無線通信システムにおけるパケットスケジュール方法を上記E-UTRA and E-UTRANに適用することを考えた場合、基地局では、輻輳状態によらず下り回線のスループットと上り回線のスループットの比を調整するため、輻輳状態を悪化させ、パケットが破棄される可能性が高くなる、という問題がある。すなわち、基地局の下りバッファが輻輳状態である場合には、ＴＣＰ通信を行う移動局で無線回線品質が良くなると、下りおよび上りのスループットが上がり、Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄのパケット送信量が増加するため、基地局に入力するパケット量も増加することとなり、輻輳状態が悪化してパケットが破棄される。また、基地局の下りバッファのパケット滞留量が増加した場合に、移動局に対する下りスループットを低下させる制御を行ったとしても、移動局では、上りスループットを下げるまでのスループット測定時間や制御遅延が大きいため基地局の輻輳に迅速に対応できない可能性が高い。したがって、基地局でパケットが破棄される可能性が高い。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、下りバッファのパケット破棄を回避してパケットロスに対する信頼性を向上させるとともに、Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄの大幅なスループットの低下を防ぐことが可能なスケジュール方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるスケジュール方法は、Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄのパケット通信を行う移動局と、配下の移動局が送受信するパケットを中継する基地局と、を含む通信システムにおけるパケットのスケジュール方法であって、前記基地局で実行する処理として、たとえば、配下の移動局への下りパケットを格納するための下りバッファの下りパケット滞留量を監視する下りパケット滞留量監視ステップと、配下の移動局から受信する上りリソース割当要求および前記下りパケット滞留量に基づき上りリソースの割当てを行い、その結果である割当リソース情報を各移動局へ通知する上りスケジュールステップと、各移動局に割当てた上りリソース量に基づき、単位時間あたりの割当リソース量または単位時間あたりの割当回数を示す上りリソース割当レートを算出し保持する割当レート算出ステップと、を含み、前記上りスケジュールステップでは、前記下りバッファに所定量の下りパケットが滞留した場合に当該下りバッファがオーバフローとなる可能性があると判断し、前記保持されている上りリソース割当レートを下げる処理を行い、当該下げた後の新たな上りリソース割当レートに対応する割当リソース情報を各移動局に通知することを特徴とする。

この発明によれば、基地局が、上りリソース割当レートを下げることにより下りパケットを内部に保留させることなく、中継する上りパケットの送信レートを下げることができ、伴って、前記基地局配下の移動局とＥｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄ通信を行う相手装置が、パケットの送信レートを下げることができる。これにより、基地局へ入力される下りパケットが抑制され、下りバッファのオーバフローを回避することができるため、全ての通信に対してパケットロスに対する信頼性を向上させることができる、という効果を奏する。また、下りバッファのオーバフローを回避することにより、たとえば、再送制御や輻輳回避アルゴリズムによる極端なスループット低下を防止することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかるスケジュール方法、基地局および移動局の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１のスケジュール方法を実現するためのシステム構成を示す図である。図１において、ネットワーク１は、ＩＰネットワークやＡＴＭネットワークなど、通信システムに応じて構築されたネットワークであり、上位局１００とパケットの送受信を行う。基地局２００は、上位局１００に接続された状態でパケットの送受信を行う。上位局とは、無線ネットワークに応じて基地局を収容するアクセスゲートウェイ装置や無線制御装置である。移動局３００は、基地局２００，上位局１００，ネットワーク１を介して、サーバ２とパケット通信を行う。

また、図１に示す下りパケット４０３は、基地局２００から移動局３００へ下り回線で送られるパケットであり、上りパケット４００は、移動局３００から基地局２００へ上り回線で送られるパケットを示している。これらのパケットには、上位レイヤのデータパケットや送達確認パケットを分割あるいは結合して格納することが可能であり、無線回線上のパケットフォーマットに合わせて送受信される。

また、上りリソース割当要求４０１は、移動局３００が上りパケットを送信する際に上り回線の割当てを基地局２００に対して要求するための制御情報であり、上り回線で送信待ちとなっているパケットの情報量，ＱｏＳ情報，使用可能な電力量などのスケジュール情報が含まれている。基地局２００は、上り回線のリソースを割当てると、移動局３００の識別情報（移動局識別情報）や割当てたリソース情報（割当リソース情報）を含む上り送信許可４０２を移動局３００に対して送信する。割当リソース情報には、周波数，送信スロット，拡散コード，送信電力などが含まれるが、これら情報の一部を指定することも可能である。また、上り回線で適応変調を行う場合には、変調方式の情報も含める。なお、上りリソース割当要求４０１および上り送信許可４０２の送受信に用いるチャネルは、個別チャネル，共有チャネル，ランダムアクセスチャネルなどが考えられるが、ここでは特に限定しない。

ここで、一例として、移動局３００とサーバ２が送達確認型の上位レイヤプロトコルにＴＣＰ／ＩＰを用いて通信を行う場合の動作を説明する。

図２は、基地局２００の構成例を示す図である。この基地局２００は、有線送受信部２０１と分配部（Distributor）２０２と下りバッファ２０３と符号化／変調部（CC and MOD）２０４と復調／復号部（DEM and DEC）２０５と無線送受信部（ＴＲＸ）２０６とアンテナ２０７と下り回線品質管理部２０８と下りスケジュール部（DL Scheduler）２１０と上りスケジュール部（UL Scheduler）２２０とパケット組立部２２１と下りパケット滞留量監視部（滞留量監視）２３０とを備えている。

上位局１００からＴＣＰ／ＩＰパケットを受信すると、そのパケットは、有線送受信部２０１，分配部２０２を介して、下りバッファ２０３に保存される。下りバッファ２０３は、移動局や通信品質（ＱｏＳまたは優先度）に応じて、キュー２０３−１〜２０３−ｍによりパケットを分類して蓄積できるようになっており、分配部２０２が適切なキューへ分類し入力する。

下りパケット滞留量監視部２３０は、下りバッファ２０３のパケット滞留量を監視し、上り回線および下り回線のスケジュール時にパケット滞留量の情報を参照できるようになっている。

下り回線品質管理部２０８は、移動局３００から報告される下り回線の品質情報を保持している。下りスケジュール部２１０は、下り回線品質，ＱｏＳ，移動局間の公平性，パケット滞留量監視部２３０から得られるパケット滞留量の情報などに基づいて下り回線のリソース割当てを行い、同時に、パケットの符号化率や変調方式を決定する。下り回線のリソース割当てを行うと、下りスケジュール部２１０は、下りバッファ２０３の該当するキューから送信可能な情報量に見合うＴＣＰ／ＩＰパケットを取り出し、無線回線伝送用のパケットを構築する。ＴＣＰ／ＩＰパケットの取り出し方としては、そのパケットの一部分を取り出すこととしてもよいし、複数のパケットを取り出すこととしてもよい。下りスケジュール部２１０が構築したパケットは、符号化／変調部２０４，無線送受信部２０６，アンテナ２０７を介して下り回線へ送信される。また、下りスケジュール部２１０は、符号化／変調部２０４へパケットを渡す場合、周波数などの下り回線リソースに対応付けて符号化率や変調方式を指定する。また、符号分割多元接続が適用される場合には、拡散コードも下り回線リソースに対応付ける。また、パケットの下り回線への送信に先立ち、パケットの符号化率，変調方式や、宛先移動局などを示した制御情報が送られる。以上が、基地局２００による下りパケット送信の動作例である。

つぎに、図２に従って基地局２００による上りパケット受信の動作例について説明する。基地局２００では、上りスケジュール部２２０が、アンテナ２０７，無線送受信部２０６，復調／復号部２０５を介して、上りリソース割当要求４０１および上りパケット４００を受信する。上りスケジュール部２２０は、上りリソース割当要求４０１を受信した場合、移動局３００が送信しようとするパケットの情報量，ＱｏＳ情報などのスケジュール情報に基づき、他の移動局から受信した上りリソース割当要求と合わせて上り回線のスケジューリングを行い、リソースを割当てる移動局を決定する。本発明では、上記スケジュール情報に加え、下りパケット滞留量監視部２３０からの情報に基づきスケジューリングを行うが、詳細については後述する。

移動局３００に対して上り回線のリソース割当てを行うと、上りスケジュール部２２０は、上り送信許可４０２を生成し、その上り送信許可４０２を、符号化／変調部２０４，無線送受信部２０６，アンテナ２０７を介して、下り無線回線へ送信する。

また、上りスケジュール部２２０は、上りパケットを受信した場合、その上りパケットをパケット組立部２２１へ転送する。パケット組立部２２１は、ＴＣＰ／ＩＰパケット組立てが完成すると、有線送受信部２０１を介して、ＴＣＰ／ＩＰパケットを上位局１００へ送信する。なお、上りスケジュール部２２０では、上りパケット４００や上りリソース割当要求４０１を、受信したチャネル種別や受信情報のメッセージフォーマットに従って区別する。

図３は、移動局３００の構成例を示す図である。この移動局３００は、上位レイヤ３０１と上り送信バッファ３０２とパケット組立部３０３と符号化／変調部（CC and MOD）３０４と復調／復号部（DEM and DEC）３０５と無線送受信部（ＴＲＸ）３０６と下り回線品質測定部３０７とアンテナ３０８と上り送信管理部３１０と制御情報管理部３３０とを備えている。

まず、下りパケット受信の動作例について説明する。移動局３００では、復調／復号部３０５が、基地局２００から受信するパケットの制御情報に基づいて、下りパケット４０３の復調および復号を行い、パケット組立部３０３が、ＴＣＰ／ＩＰパケットの組立てを行う。パケット組立部３０３は、ＴＣＰ／ＩＰのパケット組立てが完成すると、上位レイヤ３０１へパケットを引き渡す。なお、ここでは、ハイブリッドＡＱＲなどの再送制御の動作説明は省略する。

つぎに、上りパケット送信の動作例について説明する。たとえば、上記で上位レイヤ３０１へ引き渡したＴＣＰパケットがデータパケットの場合、ＴＣＰの送達確認情報を含むＴＣＰ／ＩＰパケットが、上位レイヤ３０１から上り送信バッファ３０２へ入力される。上り回線でパケットを送信するためには、上りランダムアクセスによる送信、または基地局２００の上りスケジュールによる上り送信許可４０２が必要となるが、ここでは、基地局２００からの上り送信許可４０２に基づいて上りパケットを送信する場合について説明する。

上り送信管理部３１０では、上り送信バッファ３０２で送信待ちとなっているパケットの情報量，ＱｏＳ情報，使用可能な電力量などのスケジュール情報を含む上りリソース割当要求４０１を生成し、その上りリソース割当要求４０１を、符号化／変調部３０４，無線送受信部３０６，アンテナ３０８を介して基地局２００へ送信し、基地局２００からの上り送信許可４０２を待つ。上りリソース割当要求４０１は、送信待ちパケットの情報量やＱｏＳ情報が変化する毎に、または、周期的に、送信する。

制御情報管理部３３０は、上り送信許可４０２を受信すると、割当てられた上りリソースの情報（割当リソース情報）を上り送信管理部３１０へ通知する。上り送信管理部３１０では、通知された割当リソース情報に基づき、送信可能なパケット長を判断し、上り送信バッファ３０２からＴＣＰ／ＩＰパケットを取り出し、無線回線伝送用のパケットを構築する。ＴＣＰ／ＩＰパケットの取り出しは、そのパケットの一部分だけでもよいし、複数パケットでもよい。構築したパケットは、符号化／変調部３０４，無線送受信部３０６，アンテナ３０８を介して基地局２００へ送信される。

つづいて、本実施の形態の特徴的な動作を詳細に説明する。図４は、本実施の形態の特徴的な動作を説明するための図である。

基地局２００では、下りパケット滞留量監視部２３０が、下りバッファ２０３のパケット滞留量を監視している。そして、上りスケジュール部２２０が、複数の移動局から受信する上りリソース割当要求４０１に含まれる上記スケジュール情報および下りパケット滞留量監視部２３０による監視結果に基づいて、上りリソースをどの移動局にどのくらいずつ割当てるかをスケジューリングし、その結果（移動局識別情報および割当リソース情報）を上り送信許可４０２として各移動局へ送信する。このとき、上りスケジュール部２２０では、各移動局に割当てた上りリソース量から上りリソース割当レート（単位時間あたりの割当リソース量）を算出し保持しておく。

なお、上記上りリソース割当レートは、単位時間あたりの割当回数としてもよい。また、基地局２００では、各移動局から要求されたリソース量（上り回線で送信待ちとなっているパケットの情報量）を複数回に分けて割当てることができる。また、上りスケジュールのアルゴリズムは、特に限定せず、ここでは、一例として、公平性が保たれる“Round Robin”でスケジューリングする。

詳細には、下りパケット滞留量監視部２３０では、下りバッファ２０３のパケット滞留量を監視し、たとえば、一定量の下りパケットが滞留すると、下りバッファ２０３がオーバフローとなる可能性が高いと判断し、上りスケジュール部２２０に対して上りリソース割当レートを下げるように指示する。上りスケジュール部２２０では、下りパケット滞留量監視部２３０から上りリソース割当レートを下げるように指示された場合、保持している上りリソース割当レートを下げ、さらに、下げた後の新たな上りリソース割当レートに対応する割当リソース情報を移動局に通知する。これにより、単位時間あたりの割当リソース量または単位時間あたりの割当回数を制限し、上りリソースを減少させる。一方、下りバッファ２０３のパケット滞留量が上記一定量に満たない場合、下りパケット滞留量監視部２３０では、下りバッファ２０３がオーバフローとなる可能性が低いと判断する。この場合、上りスケジュール部２２０では、下りパケット滞留量監視部２３０の監視結果によらず、上記スケジュール情報に基づいてパケットのスケジューリングを行う。

なお、上りリソース割当レートを下げる対象は、ここではＴＣＰ／ＩＰ通信を行う非リアルタイム通信とするが、上位レイヤで送達確認を行うプロトコルを用いていればよい。また、上りリソース割当レートを下げる割合は、下りパケット滞留量に応じて段階的に変えることができる。すなわち、下りパケット滞留量が多くなるにしたがい徐々に上りリソース割当レートが小さくなるようにする。さらに、上りリソース割当レートを下げる割合を、移動局毎に変えることができる。すなわち、一定値以上の下りスループットで通信している移動局は上りリソース割当レートを下げる対象とし、その他の移動局は対象外とする。

以上の動作を行うことで、基地局２００は、上記のように上りリソース割当レートを下げることにより上りリソースの送信に要する時間を延ばすことができ、これにより、下りパケットを基地局内に保留させることなく、上位局１００へ送信する上りパケットの送信レートを下げることができる。また、上りパケット（ここではＴＣＰの送達確認パケット）を受信するサーバ２では、送達確認の間隔が広がるため、ウィンドウサイズによる制限や、送達確認パケットの受信タイミングでデータパケットを送信するセルフクロッキングにより、下り方向に送信するデータパケットの送信レートを下げることができる。また、基地局２００が上り方向でデータパケットをサーバ２に転送する場合についても、上記と同様に、下り方向の送達確認の送信レートを下げることができる。

このように、本実施の形態では、基地局２００へ入力する下りパケットを抑制し（サーバ２が送信するデータパケットおよび送達確認の送信レートを下げ）、下りバッファ２０３のオーバフローを回避するように制御しているため、全ての通信に対してパケットロスに対する信頼性を向上させることができる。また、上記のようにスループットを調節したＴＣＰ／ＩＰ通信に対しては、下りバッファ２０３のオーバフローを回避することにより、ＴＣＰの再送や輻輳回避アルゴリズムによる極端なスループット低下を防止することができる。

また、基地局２００の下りバッファ２０３のパケット滞留量が上記一定量よりも少なくなり、下りパケット滞留量監視部２３０がオーバフローを回避できたと判断した場合、下りパケット滞留量監視部２３０は、上りスケジュール部２２０に対して上りリソース割当レートを回復させるように指示する。すなわち、上記で下げた上りリソース割当てレートを上げるように指示する（単位時間あたりの割当リソース量の制限または割当回数の制限の緩和）。このとき、制限の緩和は急激に行わず、下りパケット滞留量が少なくなるしたがって徐々に上りリソース割当レートを上げるようにする。これにより、基地局２００の下りバッファ２０３の滞留量が急増することを防ぐことができる。なお、上記上りリソース割当レートの回復は、上りリソース割当レートを下げた移動局を徐々に減らすようにして実現することとしてもよい。

実施の形態２．
前述した実施の形態１では、基地局２００の動作で下りパケットのオーバフローを回避する場合について示したが、実施の形態２では、移動局の動作を含めて、システム性能を向上させる。図５は、実施の形態２の移動局３００ａの構成例を示す図である。なお、前述した実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる動作について説明する。

本実施の形態では、移動局３００ａに上り要求レート管理部（要求レート管理）３２０を配置する。移動局３００ａが上りリソース割当要求４０１を送信し、移動局３００ａ内の制御情報管理部３３０が上り送信許可４０２を受信すると、制御情報管理部３３０では、割当てられた上りリソースに関する情報を上り要求レート管理部３２０を経由して上り送信管理部３１０へ通知する。上り要求レート管理部３２０は、上りリソース割当要求４０１の送信頻度を調節する機能を有するものであり、詳細については後述する。

つづいて、本実施の形態の特徴的な動作を詳細に説明する。図６は、本実施の形態の特徴的な動作を説明するための図である。基地局２００では、上りスケジュール部２２０が、上りリソース割当要求４０１を受信し、下りパケット滞留量監視部２３０からの情報を加味してスケジューリングを行い、同時に、単位時間あたりの上りリソース割当レートを算出し保持する（この動作は実施の形態１と同じ）。そして、上記スケジューリングにより決定した移動局へ上り送信許可４０２を送信する場合、その上り送信許可４０２に、実施の形態１と同様の割当リソース情報４１１を含め、さらに上り回線のリソース割当レート情報４１２（単位時間あたりの割当リソース量または割当回数）を含める（図７参照）。なお、図７では、上り送信許可４０２に上り回線のリソース割当てレート情報４１２を付与しているが、この情報は他のメッセージやチャネルによって移動局３００ａへ通知することとしてもよい。

上り送信許可４０２を受信した移動局３００ａでは、上り要求レート管理部（要求レート管理）３２０が、上り回線のリソース割当レート情報４１２を保持する。また、上り送信管理部３１０では、上り送信バッファ３０２で送信待ちとなっているパケットの情報量を上り要求レート管理部３２０に対して通知し、上り要求レート管理部３２０が常に最新の送信待ちパケット情報量を保持できるようにする。なお、この送信待ちパケット情報量は、上り要求レート管理部３２０が上り送信バッファ３０２を直接参照するようにしてもよい。

上り要求レート管理部３２０では、基地局２００から通知された上り回線のリソース割当レート情報４１２と上記送信待ちパケット情報量とから、上りリソース割当要求４０１の送信間隔を算出し、上り送信管理部３１０へ通知する。上記上りリソース割当要求４０１の送信間隔は、送信待ちパケット情報量を単位時間あたりの割当リソース量で除算することにより算出する。これにより、移動局３００ａが要求したリソース量を基地局２００で割当て終わるまでの時間が求まる。

また、上り要求レート管理部３２０では、制御遅延を考慮し、上記算出値よりも制御遅延時間だけ短い時間を上りリソース割当要求４０１の送信間隔としてもよい。なお、算出した送信間隔の最大値および最小値は、一定値または上りリソース割当レートに応じて予め定めた値で制限することとする。

上り送信管理部３１０では、上りリソース割当要求４０１を生成し基地局２００へ送信する場合、前回の上りリソース割当要求４０１の送信タイミングに対して上り要求レート管理部３２０から通知される最新の送信間隔を加えて、次回の最速の送信タイミング（最速タイミング）を決定する。そして、その最速タイミング以降のタイミングで上りリソース割当要求４０１を送信する。なお、以上の動作は、上位レイヤで送達確認型のプロトコルを用いる非リアルタイム通信に対して適用されることとし、たとえば、リアルタイム通信などのパケットを上り回線で送信する場合には、上りリソース割当要求４０１の送信タイミングを独立に決定する。

以上のように、本実施の形態では、基地局が決定した上りリソース割当レートに基づいて、移動局が、上りリソース割当要求の送信タイミングを調節することとした。これにより、移動局から上りリソース割当要求が無駄に送信されることを防ぐことができる。また、上りリソース割当要求の無駄な送信を防ぐことができるため、上り回線の干渉を低減することができ、さらに、移動局の電力消費量を低減することもできる。特に、実施形態１のように、基地局が、下りバッファのパケット滞留量が大きくなるにしたがって上りリソース割当レートを減少させるような場合には、その効果が顕著に現れる。

実施の形態３．
前述した実施形態２では、基地局２００が上りリソース割当レートを移動局３００ａに対して通知することで、移動局３００ａが、上りリソース割当要求４０１の最適な送信タイミングを算出していたが、実施の形態３では、基地局２００が、上りリソース割当要求４０１の最適な送信レートを通知する場合について説明する。なお、基地局および移動局の構成は前述した実施の形態２と同様である。以下、実施の形態１および２と異なる動作について説明する。

図８は、本実施の形態の特徴的な動作を説明するための図である。基地局２００は、前述した実施の形態１のように、下りバッファ２０３のパケット滞留量に応じて上りリソース割当レートを調節する。上りスケジュール部２２０では、調節した上りリソース割当レートと、上りリソース割当要求４０１に付与されている移動局３００ａが送信しようとするパケットの情報量と、に基づき、移動局３００ａが送信する上りリソース割当要求４０１の送信間隔を算出する。上記上りリソース割当要求４０１の送信間隔は、移動局３００ａが送信しようとするパケットの情報量を単位時間あたりの割当リソース量で除算することにより算出する。これにより、移動局３００ａから要求されたリソース量を基地局２００で割当て終わるまでの時間が求まる。

また、上りスケジュール部２２０では、制御遅延を考慮し、上記算出値よりも制御遅延時間だけ短い時間を上りリソース割当要求４０１の送信間隔としてもよい。なお、算出した送信間隔の最大値および最小値は、一定値または上りリソース割当レートに応じて予め定めた値で制限することとする。

そして、基地局２００が上り回線のスケジューリングにより決定した移動局３００ａへ上り送信許可４０２を送信する場合、上りスケジュール部２２０では、上り送信許可４０２に、上り回線のリソース割当要求送信レート情報４１３として、上記で求めた送信間隔、当該送信間隔から算出される単位時間あたりの上りリソース割当要求の送信回数、または、それらの値の変更度合い（相対比，絶対値，テーブル上の変更段数など）を含める（図９参照）。なお、図９では、上り送信許可４０２にリソース割当要求送信レート情報４１３を付与しているが、この情報は他のメッセージやチャネルによって移動局３００ａへ通知することとしてもよい。

上り送信許可４０２を受信した移動局３００ａでは、上り要求レート管理部３２０が、リソース割当要求送信レート情報４１３から上りリソース割当要求４０１の送信間隔を抽出し、その送信間隔を上り送信管理部３１０へ通知する。なお、基地局２００が上りリソース割当要求４０１の送信間隔を算出して通知する本実施の形態では、前述した実施の形態２と異なり移動局による送信間隔の算出が不要となるため、基地局２００から通知された値を上り送信管理部３１０へ通知することになる。

上り送信管理部３１０では、上りリソース割当要求４０１を生成し、基地局２００へ送信する場合、前回の上りリソース割当要求４０１の送信タイミングに対して上り要求レート管理部３２０から通知された最新の送信間隔を加えて、次回の最速の送信タイミング（最速タイミング）を決定する。そして、その最速タイミング以降のタイミングで上りリソース割当要求４０１を送信する。なお、以上の動作は、上位レイヤで送達確認型のプロトコルを用いる非リアルタイム通信に対して適用されることとし、リアルタイム通信などのパケットを上り回線で送信する場合には、上りリソース割当要求４０１の送信タイミングを独立に決定する。

以上のように、本実施の形態では、基地局が、上りリソース割当レートに基づいて上りリソース割当要求の送信レートを決定し、移動局へ通知し、移動局が、通知された上りリソース割当要求の送信レートに従って上りリソース割当要求を送信することとした。これにより、前述した実施の形態２と同様の効果を得ることができる。すなわち、移動局から上りリソース割当要求が無駄に送信されることを防ぐことができ、伴って、上り回線の干渉の低減および移動局の電力消費量の低減を実現することができる。

実施の形態４．
以上の実施の形態１〜３では、基地局２００が下りバッファ２０３のパケット滞留量の増加に伴って上りリソース割当レートを減少させる場合に、下り回線のパケット送信については動作を特定していなかったが、実施の形態４では、上り回線のパケット送信の制御と並行して下り回線のパケット送信の制御を行う場合の動作を説明する。なお、ここでは、一例として、実施の形態１の動作に加えて下り回線のパケット送信制御を行う場合について説明するが、たとえば、実施の形態２または実施の形態３に加えて下り回線のパケット送信制御を行う場合も同様に動作する。したがって、本実施の形態では、前述した実施の形態１と同様の構成を用いて特徴的な動作を説明する。

図１０は、本実施の形態の特徴的な動作を説明するための図である。基地局２００では、下りパケット滞留量監視部２３０が、下りバッファ２０３のパケット滞留量を監視し、下りバッファ２０３がオーバフローとなる可能性があると判断した場合に、上りスケジュール部２２０に対して上りリソース割当レートを下げるように指示する（実施の形態１と同様）。

本実施の形態では、この動作と同時に、下りパケット滞留量監視部２３０が、下りスケジュール部２１０に対して下り回線のスループットを増加させるように指示する。この指示により、下りスケジュール部２１０では、下り回線のスループットを増加させるように、スケジューリング動作を行う。たとえば、下りスケジュールアルゴリズムとして、公平性が保たれる“Round Robin”でスケジューリングを行っている場合には、下りパケット滞留量監視部２３０からスループット増加の指示を受けると、下りスケジュール部２１０では、下りの無線回線品質が最も良い移動局に対して下りリソースを割当てる“Max CIR”の動作に切替え、下りスループットが最大となるように制御を行う。すなわち、前述した実施の形態１で示したように、上りリソース割当レートを減少させることで基地局２００に入力する下りパケット量を減少させ、同時に、基地局２００から出力する下りパケット量を増加させる。

なお、下りスケジュールアルゴリズムが、最終的なスケジュール優先度を決定するにあたって、下りスループットに影響を与える要素、たとえば、下り無線回線品質をスケジュール優先度として考慮する度合い（係数）が変更できるようなアルゴリズムである場合は、下りバッファ２０３のパケット滞留量が増加するに従って下りスループットが増加するように、係数を変更する制御を行うこととしてもよい。

基地局２００から出力する下りパケットを増加させる動作は、その動作のみを行うと、Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄのスループットが増加し、基地局２００へ入力する下りパケット量が増加する可能性が高く、下りバッファ２０３がオーバフローとなる可能性が高まってしまう。しかしながら、本実施の形態のように、上りリソース割当レートを減少させる処理と併用することで、すなわち、基地局２００に入力する下りパケット量を減少させる動作と併用することで、下りバッファ２０３のオーバフローを迅速に回避することができる。従って、本実施の形態では、全ての通信に対してパケットロスに対する信頼性をさらに向上させることができ、ＴＣＰの再送や輻輳回避アルゴリズムによる極端なスループットの低下を防止する能力も向上させることができる。

また、本実施の形態では、基地局２００の下りバッファ２０３のパケット滞留量が一定量よりも少なくなり、下りパケット滞留量監視部２３０がオーバフローを回避できたと判断した場合に、上りスケジュール部２２０に対して上りリソース割当レートを回復させるように指示するとともに、さらに、下りスケジュール部２１０に対して下りパケット量を減少させるように指示する。なお、この動作は、下りバッファ２０３のパケット滞留量が減少するに従って元の下りスケジュールアルゴリズムに戻していく制御（係数の変更）、すなわち、下りバッファ２０３のパケット滞留量が減少するに従って下りバケットを減少させる制御、としてもよい。

以上のように、本発明にかかるスケジュール方法は、Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄの通信プロトコルとして送達確認型プロトコルを採用する無線通信システムに有用であり、特に、当該無線通信システムを構成する基地局および移動局に適している。

実施の形態１のスケジュール方法を実現するためのシステム構成を示す図である。 基地局の構成例を示す図である。 実施の形態１の移動局の構成例を示す図である。 実施の形態１の特徴的な動作を説明するための図である。 実施の形態２の移動局の構成例を示す図である。 実施の形態２の特徴的な動作を説明するための図である。 実施の形態２の上り送信許可の一例を示す図である。 実施の形態３の特徴的な動作を説明するための図である。 実施の形態３の上り送信許可の一例を示す図である。 実施の形態４の特徴的な動作を説明するための図である。

符号の説明

１ ネットワーク
２ サーバ
１００ 上位局
２００ 基地局
２０１ 有線送受信部
２０２ 分配部（Distributor）
２０３ 下りバッファ
２０４ 符号化／変調部（CC and MOD）
２０５ 復調／復号部（DEM and DEC）
２０６ 無線送受信部（ＴＲＸ）
２０７ アンテナ
２０８ 下り回線品質管理部
２１０ 下りスケジュール部（DL Scheduler）
２２０ 上りスケジュール部（UL Scheduler）
２２１ パケット組立部
２３０ 下りパケット滞留量監視部（滞留量監視）
３００，３００ａ 移動局
３０１ 上位レイヤ
３０２ 上り送信バッファ
３０３ パケット組立部
３０４ 符号化／変調部（CC and MOD）
３０５ 復調／復号部（DEM and DEC）
３０６ 無線送受信部（ＴＲＸ）
３０７ 下り回線品質測定部
３０８ アンテナ
３１０ 上り送信管理部
３２０ 上り要求レート管理部
３３０ 制御情報管理部

Claims (18)

1. Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄのパケット通信を行う移動局と、配下の移動局が送受信するパケットを中継する基地局と、Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄの通信プロトコルとして送達確認型プロトコルと、を含む通信システムにおけるパケットのスケジュール方法であって、
   前記基地局で実行する処理として、
   配下の移動局への下りパケットを格納するための下りバッファの下りパケット滞留量を監視する下りパケット滞留量監視ステップと、
   配下の移動局から受信する上りリソース割当要求および前記下りパケット滞留量に基づき上りリソースの割当てを行い、その結果である割当リソース情報を各移動局へ通知する上りスケジュールステップと、
   各移動局に割当てた上りリソース量に基づき、単位時間あたりの割当リソース量または単位時間あたりの割当回数を示す上りリソース割当レートを算出し保持する割当レート算出ステップと、
   を含み、
   前記上りスケジュールステップでは、前記下りバッファに所定量の下りパケットが滞留した場合に当該下りバッファがオーバフローとなる可能性があると判断し、前記移動局ごとに当該移動局との通信の下りスループットに基づいて前記保持されている上りリソース割当レートを下げる処理を行い、当該下げた後の新たな上りリソース割当レートに対応する割当リソース情報を各移動局に通知することを特徴とするスケジュール方法。
2. 前記上りスケジュールステップでは、下りパケット滞留量が多くなるにしたがい段階的に上りリソース割当レートを下げることを特徴とする請求項１に記載のスケジュール方法。
3. 前記上りスケジュールステップでは、下りスループットが所定の値未満の前記移動局に対して上りリソース割当レートを下げる処理を行い、下りスループットが所定の値以上の前記移動局に対しては上りリソース割当レートを下げる処理を行わない、ことを特徴とする請求項１または２に記載のスケジュール方法。
4. 前記上りスケジュールステップでは、前記割当リソース情報とともに、それに対応する上りリソース割当レートを各移動局へ通知することとし、
   前記各移動局で実行する処理として、
   前記基地局から通知された上りリソース割当レートおよび上りバッファで送信待ちとなっているパケット情報量に基づいて上りリソース割当要求の送信タイミングを決定し、そのタイミングで上りリソース割当要求を送信する上りリソース割当要求管理ステップ、
   を含むことを特徴とする請求項１、２または３に記載のスケジュール方法。
5. 前記上りスケジュールステップでは、前記割当レート算出ステップで算出された上りリソース割当レート、および、前記配下の移動局から受信した上りリソース割当要求に含まれている上りバッファで送信待ちとなっているパケット情報量、に基づいて、次回の上りリソース割当要求の送信レートを決定し、前記割当リソース情報とともに、当該次回の上りリソース割当要求の送信レートを各移動局へ通知することとし、
   前記各移動局で実行する処理として、
   前記基地局から通知された上りリソース割当要求の送信レートに基づいて上りリソース割当要求を送信する上りリソース割当要求管理ステップ、
   を含むことを特徴とする請求項１、２または３に記載のスケジュール方法。
6. 前記基地局では、さらに、
   前記上りリソース割当レートを下げる処理と同時に、下り回線のスループットを上げる処理を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のスケジュール方法。
7. 前記上りスケジュールステップでは、前記下りバッファのパケット滞留量が一定量よりも少なくなり、オーバフローを回避できたと判断した場合、上りリソース割当レートを回復させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のスケジュール方法。
8. 前記基地局では、さらに、
   前記上りリソース割当レートを回復させる処理と同時に、下り回線のスループットを下げる処理を行うことを特徴とする請求項７に記載のスケジュール方法。
9. Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄのパケット通信を行う配下の移動局とともにＥｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄの通信プロトコルとして送達確認型プロトコルを用いる通信システムを構成し、当該配下の移動局が送受信するパケットを中継する基地局であって、
   配下の移動局への下りパケットを格納するための下りバッファと、
   前記下りバッファの下りパケット滞留量を監視する下りパケット滞留量監視部と、
   配下の移動局から受信する上りリソース割当要求および前記下りパケット滞留量に基づき上りリソースの割当てを行い、その結果である割当リソース情報を各移動局へ通知する機能、および、各移動局に割当てた上りリソース量に基づき単位時間あたりの割当リソース量または単位時間あたりの割当回数を示す上りリソース割当レートを算出し保持する機能、を有する上りスケジュール部と、
   を備え、
   前記下りパケット滞留量監視部は、前記下りバッファに所定量の下りパケットが滞留した場合に当該下りバッファがオーバフローとなる可能性があると判断し、前記移動局ごとに当該移動局との通信の下りスループットに基づいて前記保持されている上りリソース割当レートを下げるよう指示し、
   前記上りスケジュール部は、前記指示に従って前記保持されている上りリソース割当レートを下げる処理を行い、当該下げた後の新たな上りリソース割当レートに対応する割当リソース情報を各移動局に通知することを特徴とする基地局。
10. 前記上りスケジュール部は、下りパケット滞留量が多くなるにしたがい段階的に上りリソース割当レートを下げることを特徴とする請求項９に記載の基地局。
11. 前記上りスケジュール部は、下りスループットが所定の値未満の前記移動局に対して上りリソース割当レートを下げるよう指示し、下りスループットが所定の値以上の前記移動局に対しては上りリソース割当レートを下げるよう指示しない、ことを特徴とする請求項９または１０に記載の基地局。
12. 前記上りスケジュール部では、前記割当リソース情報とともに、それに対応する上りリソース割当レートを各移動局へ通知することを特徴とする請求項９、１０または１１に記載の基地局。
13. 前記上りスケジュール部では、前記保持されている上りリソース割当レート、および、前記配下の移動局から受信した上りリソース割当要求に含まれている上りバッファで送信待ちとなっているパケット情報量、に基づいて、次回の上りリソース割当要求の送信レートを決定し、前記割当リソース情報とともに、当該次回の上りリソース割当要求の送信レートを各移動局へ通知することを特徴とする請求項９、１０または１１に記載の基地局。
14. さらに、
    前記上りリソース割当レートを下げる処理と同時に、下り回線のスループットを上げる処理を行うことを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一つに記載の基地局。
15. 前記上りスケジュール部では、前記下りバッファのパケット滞留量が一定量よりも少なくなり、前記下りパケット滞留量監視部がオーバフローを回避できたと判断した場合、上りリソース割当レートを回復させることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか一つに記載の基地局。
16. さらに、
    前記上りリソース割当レートを回復させる処理と同時に、下り回線のスループットを下げる処理を行うことを特徴とする請求項１５に記載の基地局。
17. 請求項１２に記載の基地局とともに通信システムを構成し、当該基地局を介してＥｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄのパケット通信を行う移動局であって、
    前記基地局から通知された上りリソース割当レートおよび上りバッファで送信待ちとなっているパケット情報量に基づいて上りリソース割当要求の送信タイミングを決定し、そのタイミングで上りリソース割当要求を送信する、上り要求レート管理部および上り送信管理部、
    を備えることを特徴とする移動局。
18. 請求項１３に記載の基地局とともに通信システムを構成し、当該基地局を介してＥｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄのパケット通信を行う移動局であって、
    前記基地局から通知された上りリソース割当要求の送信レートに基づいて上りリソース割当要求を送信する、上り要求レート管理部および上り送信管理部、
    を備えることを特徴とする移動局。

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