JP4952797B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム、より詳細には基地局（ＢＳ又はＭＲ−ＢＳ）が複数の固定又は移動加入者局（ＳＳ）と１又は複数の中継局（ＲＳ）を介して通信するマルチホップ・システムに関する。

近年、広帯域無線接続を介したデータ通信のために種々の規格が開発されてきている。このような規格の１つは、ＩＥＥＥ８０２．１６仕様書で設計され、ＷｉＭＡＸとして一般に知られている。当該仕様書は、主として固定加入者局を有するシステムを対象とするＩＥＥＥ８０２．１６−２００４、及び特に移動加入者局を規定する拡張仕様のＩＥＥＥ８０２．１６ｅ−２００５を含む。以下の記載では、加入者局（ＳＳ）の語は固定及び移動局（ＳＳ／ＭＳ）の両方に適用される。

ＩＥＥＥ規格８０２．１６−２００４「Ａｉｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｆｏｒ Ｆｉｘｅｄ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ」の全体の内容は、参照されることにより本願明細書に組み込まれる。ＩＥＥＥ８０２．１６は、加入者局が、基地局が定める「セル」の範囲内で基地局と直接通信する単一ホップシステムを想定する。複数の基地局を所与の地理的領域内の適切な位置に展開することにより、セルの隣接するグループが作成され、広域ネットワークを形成し得る。当該仕様では、用語「ネットワーク」及び「システム」は、同等に使用される。

上述の種類のシステムでは、加入者局と基地局との間でコネクション（マネジメント・コネクション又はトランスポート・コネクション）が維持される間、データは、加入者局と基地局との間のパケット交換により通信される。加入者局から基地局へのパケットの送信方向は上り回線（ＵＬ）と称される。また基地局から加入者局への方向は下り回線（ＤＬ）と称される。パケットは、システム及びシステムの構成要素の無線装置に適用される階層プロトコルに従う定められたフォーマットを有する。パケットに関するプロトコルの層は、それ自体、所謂、物理層（ＰＨＹ）及びメディア・アクセス層（ＭＡＣ）である。ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４仕様では、これらのプロトコル層は、図１に示されるプロトコル「スタック」を形成する。因みに、図１はまた、プロトコル層間のインターフェースを、サービスアクセスポイント（ＳＡＰ）の形式で示すが、これらは本発明に関連しない。

メディア・アクセス層は、ネットワーク・アクセス、帯域割り当て、及びコネクション維持の処理に関与する。これは、ＢＳ及びＳＳの、時間領域で多数のスロットに分割される「フレーム」に基づくネットワークへのアクセス制御を含む。データは、ＭＡＣピアエンティティ間で、換言すると加入者局と基地局との間で、プロトコル・データ・ユニット（ＰＤＵ）の単位で交換される。ＰＤＵはＰＨＹ層を渡り多数のスロットを使用して伝達される。従って、「スロット」は帯域を割り当てるために用いられる時間の単位である。ＭＡＣは、認証、鍵交換及びＰＤＵの暗号化を可能にするセキュリティ副層を有する副層に分割される（図１を参照）。

利用可能な周波数範囲及び用途に依存して、種々の物理層の実施が、ＩＥＥＥ８０２．１６ネットワークで可能である。例えば、上り回線及び下り回線送信が時間で区切られるが同一周波数を共有して良い時間分割双方向（ＴＤＤ）方式、並びに上り回線及び下り回線送信が同時にしかし異なる周波数で発生し得る周波数分割双方向（ＦＤＤ）方式の両方が可能である。

ＰＨＹ層はまた、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）又はＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多重アクセス）のような伝送技術を定める。現在、ＯＦＤＭＡは、本発明の関連する種類のマルチホップ・システムに最も関連が深い。基地局と加入者局との間のコネクション（より詳細には、それら装置、所謂ピアエンティティのＭＡＣ層間）は、コネクション識別子（ＣＩＤ）を割り当てられ、基地局は基地局のアクティブなコネクションを管理するためＣＩＤを追跡し続ける。

以下の説明は、例としてＴＤＤ方式を参照する。ＴＤＤでは、各フレームはＤＬサブフレームとＵＬサブフレームとに分けられる。図３は、ＵＬサブフレーム内の２つの部分、つまりＰＨＹヘッダー及びＭＡＣ ＰＤＵを有するパケット・フォーマットを示す、ＴＤＤフレーム構造を説明する。ＭＡＣ ＰＤＵはまた、ＭＡＣヘッダー、任意のペイロード、及び任意の誤り訂正符号（巡回冗長符号又はＣＲＣ）を有する。ＰＨＹ層ヘッダーは、トレーニングシーケンス、周波数帯割当情報、及び物理層パラメータに関する他の情報を有する。ＭＡＣ ＰＤＵ内で、ＭＡＣヘッダーは通常、ＰＤＵの種類、ＭＡＣアドレス、及びＭＡＣ信号の種類等のような媒体アクセスのために不可欠なパラメータを与える。ＭＡＣ ＰＤＵ内のＣＲＣは任意であり、受信したＭＡＣ ＰＤＵを検査するために使用され得る。ＭＡＣ ＰＤＵ内のペイロードは、ＳＳがＢＳへ送信したいデータを含めるために用いられるが、任意である。例えば、帯域要求のような制御メッセージ又はＡＣＫメッセージは、如何なるペイロードも有さない。ペイロードは、より高位の層のデータ、又は追加ＭＡＣ情報を与え得る副ＭＡＣヘッダーであり得る。

図３は、ＵＬサブフレームの一部として、以下に説明する競合型の帯域要求のために用いられる多数の要求機会を有する領域（要求競合フィールド）を示す。ＴＤＤ方式の場合、帯域は、例えばフレーム内のスロットを特定の接続（サービス・フロー）に専用に割り当てることにより、時間に基づき割り当てられる。

一方、ＤＬサブフレームは、ＤＬ−ＭＡＰとＵＬ−ＭＡＰを備えたブロードキャスト制御フィールドを含む。これらにより、ＢＳは受信装置にフレーム構造を知らせる。ＭＡＰはフレーム内の帯域幅割り当てのマップであり、それぞれコネクションＩＤを有する情報要素（ＩＥ）も含む。従って、ＴＤＤ方式のネットワークでは、帯域幅割り当てはフレーム内の資源（スロット）の割り当てを意味する。ＤＬ−ＭＡＰとＵＬ−ＭＡＰはＢＳによる管理メッセージのブロードキャスト（つまり全ての加入者へ送信される）の例である。他の管理メッセージは、上りリンク・チャネル記述子ＵＣＤと下りリンク・チャネル記述子ＤＣＤ（両方とも図３に示す）、動的サービス要求及び応答（ＤＳ−ＲＥＱ及び−ＲＳＰ）を含む。

サービス品質（ＱｏＳ）の概念は、幅広いサービスの提供を可能にするため無線通信システムで利用される。提供されるサービスの種類（以下を参照）に依存して、パケットは、ある程度の精度及び／又はある時間遅延内に送信される必要がある。或いは、パケットは壊れており、場合によっては再送信を要求する必要がある。加入者局との通信中、基地局は、加入者局により要求されたサービスの種類及び利用可能な帯域に依存して、基地局が標準的に複数の加入者局と同時に通信することを念頭に置き、ＱｏＳレベルを割り当てる。ＱｏＳパラメータは、送信の優先度（時間遅延、又は待ち時間）、送信の精度（誤り率）、及びスループット（データ・レート）を考慮に入れる。

ＢＳは、スケジューラ（スケジューリング・アルゴリズム）を用い、現在アクティブな全てのコネクションへの帯域幅（例えばスロット）の割り当てを管理し、種々の加入者の要求の平衡をとる。つまり、各ＳＳは、ネットワーク・エントリに対し１回だけ交渉する必要がある。その後、ＢＳにより割り当てられた帯域幅は、ＳＳからの要求により又はネットワークの他の必要により増大又は減少するが、当該ＳＳへ割り当てられたままであり、従ってコネクションをアクティブのままにする。各コネクションは、サービス・クラスと割り当てられたＱｏＳを有する。ＱｏＳは、最初に、加入者局がネットワークへ参加するときのネットワーク・エントリ手順（コネクション確立段階）の間に割り当てられ、そしてその後、コネクションが維持されている間、基地局への要求を行う加入者局により変更されて良い。これは、ネットワーク内で利用可能な資源に依存して、おそらく繰り返し、コネクションへの追加の帯域幅の割り当てを伴う。

図２に、ＱｏＳとＣＩＤ／ＳＦＩＤとの間の関係を図示する。図２の理解を簡単にするため、留意すべき点は、「サービス・フロー」が、特定のＱｏＳを有するコネクションでの所与の方向（上り回線又は下り回線）のデータ送信を示すことである。コネクションのＱｏＳは、コネクション識別子と１対１の関係を有するサービス・フロー識別子（ＳＦＩＤ）により定められる。厳密には、サービス・フロー（又はコネクション）に帯域幅が割り当てられるのだが、ＢＳによりコネクションに含まれるＳＳに割り当てられている帯域幅を考慮するのが都合がよい。

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４仕様は、以下の４つのＱｏＳクラス又はサービス・レベルを提供する。

（ｉ）アンソリシテッド・グラント・サービス（Ｕｎｓｏｌｉｃｉｔｅｄ Ｇｒａｎｔ ）Ｓｅｒｖｉｃｅ、ＵＧＳ）
このサービスは、音声呼（ＶｏＩＰ）のような、周期的間隔で発行される固定長パケットを有するリアルタイム・データ・ストリームに対応する。この場合、不鮮明な音声呼を生じることなく、パケットを適切に遅延させることができない。このサービスに短い待ち時間で対応するため、ＢＳは、ＳＳへ直接に周期的に帯域幅を許可する。

（ｉｉ）リアルタイム・ポーリング・サービス（Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ Ｐｏｌｌｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅ、ｒｔＰＳ）
これは、ＭＰＥＧビデオのような、周期的間隔で発行される可変長パケットを有するリアルタイム・データ・ストリームに対応する。このサービス種類に対応するため、ＢＳは、周期的ユニキャスト要求機会を提供する。ＳＳは、これらの要求機会を用いることにより、帯域幅要求ＭＡＣヘッダーを送信する。

（ｉｉｉ）ノンリアルタイム・ポーリング・サービス（Ｎｏｎ−ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ Ｐｏｌｌｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅ、ｎｒｔＰＳ）
ＦＴＰ（ファイル転送プロトコル）のような、最小転送レートが必要な可変長パケットを有する遅延耐性データ・ストリームに対応することを対象としたサービス・レベル。ＢＳは、標準的に、１秒以下の程度の間隔で、ｎｒｔＰＳサービス・コネクションをポーリングする。

（ｉｖ）ベストエフォート（Ｂｅｓｔ Ｅｆｆｏｒｔ、ＢＥ）
この最低サービス・レベルは、如何なる特定のサービス要件も有さないデータ・ストリームのためである。パケットは、ＳＳにより帯域幅を得るために用いられている競合型のＣＤＭＡに基づく帯域幅要求（以下を参照）と同様に、帯域幅が利用可能なときに処理される。つまり、帯域幅要求が他のＳＳからの競合する要求と衝突することなく基地局へ送信される場合のみ、要求が許可される。
また、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ−２００５は、ＵＧＳとｒｔＰＳの組み合わせである以下に示す別のサービス・クラスを導入している。

（ｖ）拡張ｒｔＰＳ（ｅｒｔＰＳ）
このサービス・レベルは、例えばボイス・オーバーＩＰ（ＶｏＩＰ）を実現することを目的とする。このサービス種類のＱｏＳ要求に対応するため、ＢＳは、アンソリシテッド方式又はＳＳへの周期的ポーリングのいずれかで許可されたユニキャストを行う。このサービス・レベルは、種々の大きさのデータ・パケットを周期的に生成するリアルタイム・サービス・フローに適する。

従来の単一ホップ・システム（例えば８０２．１６−２００４及び８０２．１６ｅ−２００５）では、各移動局（ＭＳ）又は加入者局（ＳＳ）は、基地局（ＢＳ）から帯域幅（ＢＷ）を要求する。或いは、ＢＳは、ＭＳ／ＳＳへ直接に帯域幅を許可する。従って、無線資源へのアクセスを共有する。帯域幅を要求又は割り当てる方法は、コネクションのサービス・クラス、より詳細にはそれらのＱｏＳ要求に依存する。しかし、基本的には以下に示す４つの方法が用いられる。

（ａ）競合型帯域幅要求：資源は、要求割り当てに基づき与えられる。先ず、ＳＳはＣＤＭＡコードをＢＳへ送信し、次にＢＳは当該ＳＳに少量の帯域幅を投げる。ＳＳはこの投げられた帯域幅を用い、特定のサービスのために帯域幅を適用するために、帯域幅要求ＭＡＣヘッダーをＢＳへ送信する。ＢＳがこの帯域幅要求を受信すると、ＢＳは、上述のベストエフォート・サービスのような特定のサービスに帯域幅を許可する。図５は、このような帯域幅要求に用いられるパケット・フォーマットを示す。図６は、この場合のＭＳとＢＳとの間の信号フローを示す。

（ｂ）ポーリング：ポーリングは、ＢＳが、特に帯域幅要求を行う目的で、加入者局に帯域幅を割り当てる処理である。例えば、ＳＳは、帯域幅ＭＡＣヘッダーを送信するために、この投げられた帯域幅を用いる。

（ｃ）許可：ＢＳは、データ許可バーストＩＥを周期的に送信することにより、帯域幅を直接にＳＳへ与える。この方法は、待ち時間が短い。

（ｄ）ピギーバックされた帯域幅要求：（ａ）を拡張したものである。ＳＳは先ず競合型帯域幅要求を用い、幾らかの初期帯域幅を取得し、次により多くの帯域幅を取得するために、特定の帯域幅要求メッセージ（又は帯域幅要求情報が別のメッセージに含まれる「ピギーバック」帯域幅要求）をＢＳへ送信する。

ＢＳ及びＳＳは、サービス・フローを生成した後に、各サービス・フローのＱｏＳパラメータ及びクラスを知る。ＱｏＳパラメータ（従って、ＱｏＳ情報）は、最小予約トラフィック・レート、最大待ち時間、最大維持トラフィック・レート、要求／送信ポリシー、許容ジッタ、トラフィック優先度、及びアンソリシテッド・ポーリング間隔を含む。これらのパラメータの全てが、各サービス・クラスに適用可能ではない。

アドレス付与及びＱｏＳ制御に対応するため、ある無線通信システムは、ＭＡＣヘッダーにコネクション識別子（ＣＩＤ）を付す。例えばＷｉＭＡＸでは、ＳＳ／ＭＳとＢＳとの間のサービス・フローは、ネットワーク・エントリ手順の間に、又は動的サービス・フロー手順により作成され及び活性化され得る。前述のように、サービス・フローＩＤ（ＳＦＩＤ）は、それぞれ存在するサービス・フローに割り当てられる。また各サービス・フローは特定のＱｏＳ要求と関連付けられる。サービス・フローは、少なくとも１つのＳＦＩＤ及び関連する方向を有する。トランスポート・コネクションのコネクション識別子（ＣＩＤ）は、サービス・フローが許可された又はアクティブである場合のみ存在する。ＳＦＩＤとトランスポートＣＩＤとの間の関係は一意的である。これはＳＦＩＤが１つより多いトランスポートＩＤに関連付けられるべきでないこと、及びトランスポートＣＩＤが１つより多いＳＦＩＤに関連付けられるべきでないことを意味する。

図４は、１６ビットＣＩＤを有する、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４に指定された一般的なＭＡＣヘッダー・フォーマットを示す。図５は、一般的な帯域幅要求の例を示す。図６は、従来の、単一ホップ・システムにおけるＢＳとＭＳとの間の帯域幅割り当ての信号フローを示す。

図６に示すように、単一ホップ無線通信システム（例えば上述のＩＥＥＥ８０２．１６−２００４及びＩＥＥＥ８０２．１６ｅ−２００５）では、各加入者局（ＳＳ又はＭＳ）は、基地局（ＢＳ）と直接に通信し得る。近年、直接に送信されるのではなく、ＢＳとＳＳとの間のトラヒックが１つ以上の中継局（ＲＳ）を介して迂回されるマルチホップ（ＭＲ）構成へとＩＥＥＥ８０２．１６を拡張する努力がなされている。

図７は、ＲＳ＃１及びＲＳ＃２を付された２個の中継局を有するこのような構成の例を示す。この場合、基地局は、ＭＲに対応する機能を拡張されているので、ＭＲ−ＢＳ（マルチホップ中継基地局）として参照される。図７に示されるように、中継機能に対応するようネットワークが変更された場合、通常、中継局（ＲＳ）は、中継局のカバレージ内の無線装置（加入者局又は他の中継局）からの全てのパケットをＭＲ−ＢＳへ中継する。図８は、このようなマルチホップ・システムにおける帯域幅割り当てのための信号フローの一例を示す。

分散スケジューリングを伴うマルチホップ中継（ＭＲ）システムでは、ＭＲ−ＢＳ（マルチホップ中継基地局）は、中継上りリンクのために帯域幅を割り当てる。当該中継上りリンクは、ＲＳがＭＲ−ＢＳへデータを送信するために用いられる。一方で、ＲＳは、アクセス上りリンクのために帯域幅を割り当てる。当該アクセス上りリンクはＳＳがＲＳへデータを送信するために用いられる。換言すると、ＭＲシステム内の各ＲＳは、自身のスケジューラに、関与しているコネクションに帯域幅を割り当てることを要求する。図８に示すように、帯域幅割り当て処理が大きく関与している。

ＢＳ及びＳＳは、サービス・フローを生成した後に、各サービス・フローのＱｏＳパラメータ及びサービス・クラスを知る。しかしながら、ＲＳは、生成されたサービス・フローのそれぞれのＱｏＳ情報を知らない。従って、中継上りリンクとアクセス上りリンクとで、帯域幅要求手順の不一致が生じる。また、ＲＳは、自身のスケジューラー・アルゴリズムのために要求する知識を持っていない。これらの問題は、ネットワーク内の待ち時間を増大させる。

従って、マルチホップ中継無線通信システム内での帯域幅割り当てに関与する待ち時間を減少する必要がある。より詳細には、ＲＳが少なくとも、適正にスケジュールを行うために、関与している全てのサービス・フローのあるＱｏＳ情報を知る必要がある。

本発明の第１の態様によると、基地局が提供される。当該基地局は、無線通信システムで用いられ、前記無線通信システムでは、データのパケットが、前記基地局と加入者局との間のコネクションで、少なくとも１つの中継局を介して送信され、前記データのパケットは、複数のサービス・クラスの１つに従って送信され、各サービス・クラスは、個々のＱｏＳを有し、前記システム内の利用可能な帯域幅は、複数の前記コネクションの間で、前記コネクションのサービス・クラスに従い共有され、前記基地局は、
前記加入者局と、前記サービス・クラスの１つを有する前記コネクションを確立し、関連するコネクション情報を生成するコネクション決定手段と、
前記コネクションのために適切な帯域幅を割り当てるために、前記中継局に前記中継局を支援する前記コネクション情報を通知するコネクション通知手段と、を有する。

望ましくは、前記基地局は、前記コネクション決定手段により決定された各コネクションのために、前記基地局で帯域幅を割り当てる帯域幅割り当て手段、を更に有し、
前記コネクション通知手段は、前記帯域幅割り当て手段が前記基地局で前記コネクションのために帯域幅を割り当てるのを待つことなく、前記コネクション情報を前記中継局に通知する。

本発明の第２の態様によると、中継局が提供される。前記中継局は、無線通信システムで用いられ、前記無線通信システムでは、データのパケットが基地局と複数の加入者局のいずれかとの間のコネクションで、前記中継局を介して送信され、前記データのパケットは、複数のサービス・クラスの１つに従い送信され、前記基地局は前記加入者局により要求されたコネクションを許可し、前記基地局で利用可能な帯域幅を、前記許可されたコネクションのそれぞれに、前記サービス・クラスに従って割り当て、前記中継局は、
前記基地局により新たに許可されたコネクションと関連付けられたコネクション情報を受信するサービス・クラス決定手段と、
前記受信したコネクション情報に基づき、前記中継局のコネクションに帯域を割り当てる帯域割り当て手段と、を有する。

望ましくは、前記帯域幅割り当て手段は、前記基地局が前記基地局で帯域を割り当てるのを待たずに、帯域を割り当てる。

本発明の他の態様は、添付の独立請求項に記載されるように、無線通信システム、及びコンピューター・プログラムを提供する。

本発明の実施例によると、基地局がコネクション情報（望ましくはＱｏＳ情報又はＱｏＳ情報から引き出される情報を含む）を各中継局と共有することを保証することにより、マルチホップ無線通信システムにおける帯域幅要求の待ち時間を短縮できる。これは、基地局が中継局にＱｏＳ情報を明示的に通知することにより、又はＱｏＳ情報を決定するために中継局が加入者局当てのパケットをパースすることにより、達成される。ＱｏＳは、コネクションに帯域幅をいつ割り当てるかを決定するために中継局により用いられるタイミング情報を含む（又は導出するために用いられる）。このように、マルチホップ無線通信システムにおける帯域幅割り当ては、中継局が無線資源をＱｏＳに基づき割り当てることを可能にすることにより、改善される。

例として、添付の図面を参照する。

ＩＥＥＥ８０２．１６に従うプロトコル層を示す。 ＩＥＥＥ８０２．１６ネットワークにおけるＣＩＤ、ＳＦＩＤ及びＱｏＳの間の関係を示す。 ＩＥＥＥ８０２．１６ネットワークで使用可能なＴＤＤフレーム・フォーマットを示す。 ＩＥＥＥ８０２．１６仕様で記載されたパケットの一般的ＭＡＣヘッダーを示す。 一般的なパケットの帯域幅要求ヘッダーを示す。 移動局と基地局との間の直接接続の場合の、従来の帯域幅要求処理を示す。 マルチホップ（ＭＲ）無線通信システムを示す。 移動局と基地局との間のマルチホップ接続の場合の、帯域幅要求処理を示す。 図７のシステムで、基地局が帯域幅を割り当てるのを待っている中継局に内在する遅延を示す。 本発明による帯域幅割り当てを示す。 本発明の実施例における、基地局及び中継局における基本的処理のフローチャートである。 基地局及び中継局における時間情報を処理する第１のフローチャートである。 基地局及び中継局における時間情報を処理する第２のフローチャートである。

［本発明を実施するモード］
本発明の実施例は、図７−１３を参照し、ＩＥＥＥ８０２．１６ネットワークを例として使用して記載される。

再び、図７に概略的に示されたＭＲシステムを考える。このようなシステムでＵＧＳサービスを得るために、ＭＳはＵＬ帯域幅割り当てを得るために帯域幅要求を送信する必要はない。ＭＲ−ＢＳは、ＵＬ帯域幅をＵＧＳコネクションに自動的に（アンソリシテッドに）割り当てなければならない。他方で、ＢＳは、コネクション確立段階中に、ＤＳ−ＲＥＱ／ＲＳＰメッセージ内のＱｏＳ情報に基づき、つまり「アンソリシテッド・グラント・インターバル」ＴＬＶに基づき、帯域幅を割り当てなければならない。ＭＲ−ＢＳとＲＳとが時間的に同期されていない場合、ＵＧＳ待ち時間はＭＲシステム内で悪化する。

図９に示すように、ＲＳがＳＳ内のＵＧＳサービスに帯域幅を許可する適切なタイミングを知らない場合、当該ＲＳは、ＢＳが先ず帯域幅を割り当て、次に待ち時間性能を低下させるのを待つ。図１０に示すように、ＲＳがＳＳ内のＵＧＳサービスに帯域幅を割り当てる時間を知ることができる場合、ＲＳは、ＢＳが帯域幅を割り当てるのを待つことなく、ＳＳに帯域幅を割り当てることができ、従ってＵＧＳサービスの待ち時間を短縮する。

他方で、分散スケジューリングを有するＲＳは、スケジューラー・アルゴリズムのために異なるサービス・クラスのＱｏＳ情報を知る必要がある。ＭＲシステムの帯域幅の待ち時間を短縮するために、及びスケジューラー・アルゴリズムに対応するために、ＲＳは、ＱｏＳ要求及び帯域幅割り当て要件を知る必要がある。

図１１に示す本発明のある実施例では、ＭＲ−ＢＳがサービス又はコネクションを認可すると決定した後に、ＭＲ−ＢＳはＲＳとＱｏＳ情報を共有する。つまり、この情報は、基地局で実行される帯域幅割り当てを待つことなく、（直接的に又は間接的に）伝達される。この方法では、ＭＲ−ＢＳがサービス又はコネクションを認可すると決定すると直ぐに、ＭＲ−ＢＳは、連続する帯域幅認可の間の時間間隔、データ・レート、スループット等を示すＱｏＳ情報をＲＳと共有する。次に、ＲＳは、ＳＳに帯域幅を割り当てるか、分かっているＱｏＳパラメータに基づき、ＳＳに対し自身のスケジューラー・アルゴリズムを実行する。ＭＲ−ＢＳは、ＱｏＳ情報又はＱｏＳ情報を含むＭＡＰ ＩＥ（上述のようにＤＬサブフレームの一部である）を含む特別なメッセージを用い、ＱｏＳ情報をＲＳに通知する。

或いは、ＲＳは、ＭＲ−ＢＳとＭＳとの間のメッセージをスヌープし、ＱｏＳ情報を決定する。ＲＳは、このＱｏＳ情報を用い、帯域幅割り当て及びスケジューラー・アルゴリズムのスケジュールを行う。ここで、「スヌープ」は、従来の中継局で単にパケットを中継するのではなく、パケットをパースすることを表す。より詳細には、ＲＳは、受信したパケットのＭＡＣ ＰＤＵを検査する。従来のＩＥＥＥ８０２．１６システムでは、ＲＳは、受信したパケットを復号化し、宛先へ中継するために再符号化するが、受信したパケットをパースしない。

本発明によると、ＭＲ−ＢＳはＲＳに、ＲＳが帯域幅をＭＳに割り当てる必要があるタイミングを通知する。これは、図１１に示すように、ＲＳが簡単にタイミング情報を引き出す又は抽出できるように、ＱｏＳ情報を共有することにより間接的に、又は図１２に示すように直接的に行われる。

図１２は、明示的なタイミング・メッセージがＭＲ−ＢＳからＲＳへ送信される実施例を示す。タイミングは、望ましくはフレームで表現され、絶対的又は相対的時間のいずれかである。上述の通り、ＭＲ−ＢＳは特別なメッセージをＲＳへ送信するか、又はＭＡＰ ＩＥを用いて帯域割り当て時間をＲＳに通知する。いずれの場合も、ＲＳは、このタイミング情報を用い、時間通りに帯域幅をＭＳに割り当てる。

図１３に示すように、帯域幅がＭＳに周期的に割り当てられる必要がある場合、ＭＲ−ＢＳは、開始時間ｔ０及び帯域幅の割り当ての間隔ＴをＲＳに通知する。次に、ＲＳは、ＭＳに帯域幅を周期的に割り当てる。望ましくは、ＭＲ−ＢＳからの明示的なタイミング・メッセージの場合には、ＭＲ−ＢＳ自身の帯域幅を割り当てるための開始時間が含まれる。

本例では、ＭＲ−ＢＳが、ＲＳの動作と同期するように、自身の帯域幅の許可に時間遅延（図１３のＤ）を組み込むことが可能である。つまり、ＲＳがＭＲ−ＢＳから送信されたタイミング情報を受信しそれに基づき動作する処理時間を推定することにより、或いはＲＳからのこの処理時間の通知を受信することにより、ＭＲ−ＢＳはＲＳ内の帯域幅割り当てと同時に適切なタイミングで帯域幅を許可できる。従って、ＭＲ−ＢＳで帯域幅を早期に使用してしまうのを回避する。

以上の説明は単一ＲＳ及びＢＳにおける処理に関するが、他の中継局がネットワークに存在しても良い。この場合、他のＲＳのそれぞれに関し、第１のＲＳは以上の説明のＢＳのように動作して良い。他のＲＳのそれぞれは、各ＲＳ自身の加入者局のセットにサービスを提供し、第１のＲＳに対し以上に説明した方法と同一の方法で自身の帯域幅割り当てとスケジューリングを実行する。

上述の実施例はＱｏＳ情報を通知されているＲＳを含むが、必ずしもＱｏＳ情報（場合によっては、上述のような幾つかのＱｏＳパラメータを含み、幾つかのＱｏＳパラメータの全てが帯域幅割り当てに必要ではない）の全体がＲＳに伝達される必要はない。また、必ずしもＱｏＳ情報自体を用いる必要はない。代わりに、ＱｏＳから引き出された情報が用いられてよい。これは、請求項では、用語「コネクション情報」により表される。

本発明の実施例は、ハードウェア、又は１つ以上のプロセッサーで若しくはそれらの組み合わせで作動するソフトウェア・モジュールとして実施されて良い。つまり、当業者は、本発明のＲＳ又はＢＳのように動作の一部又は全ての機能を実施するために、マイクロプロセッサー又はデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）が実際に使用されて良いことを理解するだろう。また本発明の一部又は全ての機能を有する各ＳＳを提供することも可能である。本発明はまた、本願明細書に記載された方法の一部又は全てを実行する、１つ以上の素子又は装置のプログラム（例えば、コンピュータープログラム及びコンピュータープログラム製品）として実施されて良い。このような本発明を実施するプログラムは、コンピューター可読媒体に格納されて良く、又は例えば１つ以上の信号の形式であって良い。このような信号は、インターネットウェブサイトからダウンロード可能な、又は搬送信号により提供される、又は任意の他の形式のデータ信号であって良い。

本発明は、マルチホップ無線通信システムを提供する。当該システムでは、データのパケットが、基地局（ＭＲ−ＢＳ）と加入者局（ＳＳ）との間のコネクションで、少なくとも１つの中継局（ＲＳ）を介して送信される。データのパケットは、複数のサービス・クラスの１つに従って送信される。各サービス・クラスは、個々のＱｏＳを有し、システム内の利用可能な帯域幅は、上述の複数のコネクションの間で、それらのサービス・クラスに従い共有される。システムの帯域幅の待ち時間を短縮するために、及びシステムのスケジューラー・アルゴリズムに対応するために、ＲＳは、各コネクションのＱｏＳ要求及び帯域幅割り当て要件を知る必要がある。

これを達成するために、ＭＲ−ＢＳは、新たなコネクションを認可すると決定すると直ぐに、ＱｏＳ情報をＲＳと共有する。これは、ＲＳに、連続する帯域幅許可の間の時間間隔のようなタイミング情報、データ・レート、スループット等を直接的に又は間接的に通知することを含む。次に、ＲＳは、ＳＳに帯域幅を割り当て、及び／又は分かっているＱｏＳパラメータに基づき自身のスケジューラー・アルゴリズムを実行する。ＭＲ−ＢＳは、メッセージ又はＭＡＰ ＩＥを用い、ＱｏＳ情報をＲＳに通知する。或いは、ＲＳは、ＭＲ−ＢＳとＭＳとの間のメッセージをスヌープし、ＱｏＳ情報を決定する。本技術は、ＵＧＳコネクションをＭＳに提供する場合に特に効果的である。

以下に本発明の利点を纏める。
−ＲＳは、ＱｏＳ情報、及びＳＳに帯域幅を割り当てる要求を知ることができる。このように、ＲＳは帯域幅割り当て及びスケジューラー・アルゴリズムのための十分な情報を有する。
−ＭＲシステムを、特にＵＧＳサービスのための種々のサービス・クラスのＱｏＳ要求に適合させる。

Claims (15)

1. 基地局であって、無線通信システムで用いられ、前記無線通信システムでは、データのパケットが、前記基地局と加入者局との間のコネクションで、少なくとも１つの中継局を介して送信され、前記データのパケットは、複数のサービス・クラスの１つに従って送信され、各サービス・クラスは、個々のＱｏＳを有し、前記システム内の利用可能な帯域幅は、複数の前記コネクションの間で、前記コネクションのサービス・クラスに従い共有され、前記基地局は、
   前記加入者局と、前記サービス・クラスの１つを有する前記コネクションを確立し、関連するコネクション情報を生成するコネクション決定手段と、
   前記コネクションのために適切な帯域幅を割り当てるために、前記中継局に前記中継局を支援する前記コネクション情報を通知するコネクション通知手段と、を有する基地局。
2. 前記コネクション決定手段により決定された各コネクションのために、前記基地局で帯域幅を割り当てる帯域幅割り当て手段、を更に有し、
   前記コネクション通知手段は、前記帯域幅割り当て手段が前記基地局で前記コネクションのために帯域幅を割り当てるのを待つことなく、前記コネクション情報を前記中継局に通知する、請求項１記載の基地局。
3. 前記コネクション情報は、前記中継局で帯域幅を割り当てるタイミングに関するタイミング情報を有する、請求項１記載の基地局。
4. 前記タイミング情報は、前記中継局が前記コネクションに帯域幅を割り当てるべき開始時間、及び前記基地局が前記コネクションに帯域幅を割り当てるべき時間を有する、請求項３記載の基地局。
5. 前記タイミング情報は、前記中継局で帯域幅又は追加帯域幅を割り当てる時間間隔を有する、請求項３記載の基地局。
6. 中継局であって、無線通信システムで用いられ、前記無線通信システムでは、データのパケットが基地局と複数の加入者局のいずれかとの間のコネクションで、前記中継局を介して送信され、前記データのパケットは、複数のサービス・クラスの１つに従い送信され、前記基地局は前記加入者局により要求されたコネクションを許可し、前記基地局で利用可能な帯域幅を、前記許可されたコネクションのそれぞれに、前記サービス・クラスに従って割り当て、前記中継局は、
   前記基地局により新たに許可されたコネクションと関連付けられたコネクション情報を受信するサービス・クラス決定手段と、
   前記受信したコネクション情報に基づき、前記中継局のコネクションに帯域を割り当てる帯域割り当て手段と、を有する中継局。
7. 前記帯域幅割り当て手段は、前記基地局が前記基地局で帯域を割り当てるのを待たずに、帯域を割り当てる、請求項６記載の中継局。
8. 前記コネクション情報は、前記帯域幅割り当て手段が前記コネクションに帯域幅を割り当てるのを支援するためのタイミング情報を有する、請求項６記載の中継局。
9. 前記タイミング情報は、
   （ｉ）前記中継局が前記コネクションに帯域幅を割り当てるべき開始時間、及び
   （ｉｉ）前記中継局で帯域幅又は追加帯域幅を提供する時間間隔、のうちの少なくとも１つを有する、請求項８記載の中継局。
10. 無線通信システムであって、前記無線通信システムでは、データのパケットが、前記基地局と加入者局との間のコネクションで、少なくとも１つの中継局を介して送信され、前記データのパケットは、複数のサービス・クラスの１つに従って送信され、各サービス・クラスは、個々のＱｏＳを有し、前記システム内の利用可能な帯域幅は、複数の前記コネクションの間で、前記コネクションのサービス・クラスに従い共有され、
    前記基地局は、
    前記加入者局との、前記サービス・クラスの１つを有する前記コネクションを確立し、関連するコネクション情報を生成するコネクション決定手段と、
    前記基地局で、前記コネクション決定手段により決定された各コネクションのために帯域幅を割り当てる基地局帯域幅割り当て手段と、を有し、
    前記中継局は、
    前記基地局から得た前記コネクション情報に基づき、前記中継局でコネクションのために帯域幅を割り当てる中継局帯域幅割り当て手段、を有する、無線通信システム。
11. 前記中継局帯域幅割り当て手段は、前記基地局帯域幅割り当て手段が前記基地局でコネクションのために帯域幅を割り当てるのを待たずに、前記中継局でコネクションのために帯域幅を割り当てる、請求項１０記載の無線通信システム。
12. 前記基地局は、前記中継局に、前記コネクション情報を明示的に通知する、請求項１０記載のシステム。
13. 前記中継局は、前記コネクション情報を決定するために、前記加入者局宛の１又は複数のパケットを検査するサービス・クラス決定手段を有する、請求項１０記載のシステム。
14. 前記コネクション情報は、前記中継局における帯域幅割り当てのタイミングの決定に用いるタイミング情報を有し、前記タイミング情報は、前記基地局の帯域幅割り当て手段により用いられ、前記基地局及び前記中継局における帯域幅割り当てが同期するように、前記中継局における所持時間を考慮するために遅延時間により変更される、請求項１０記載のシステム。
15. コンピューター・ソフトウェアを記録されたコンピューター可読記録媒体であって、前記コンピューター・ソフトウェアは、無線通信システムでサービスを提供する局のプロセッサーにより実行されると、請求項１記載の基地局、又は請求項６記載の中継局を提供する、コンピューター可読記録媒体。

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