JP5090175B2 - データパケットを多重化する方法及び装置 - Google Patents

データパケットを多重化する方法及び装置 Download PDF

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Description

本発明は、データパケットを多重化する方法、データパケットを多重化する多重化装置、該多重化装置を有する通信端末、及び該通信端末を有する通信システムに関する。本発明は、例えば排他的ではないが、ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム(Universal Mobile Telecommunication System (UMTS))等の移動通信システムに適用される。
通信システムでは、異なる優先度を持つデータパケットを多重化する要求がある。例えば、UMTSでは、エンハンスド・アップリンク・データ・チャネル(Enhanced Uplink Data Channel (E-DCH))のため、メディア・アクセス・コントロール(Media Access Control (MAC))レイヤにおいて、MAC-d・プロトコル・データ・ユニット(MAC-d Protocol Data Units (MAC-d PDUs))と称されるデータパケットが、より大きな、MAC-e PDUと呼ばれるエンハンスドPDU(enhanced PDUs)を形成すべく伝送のためにグループ化される。最高の優先度を持つMAC-d PDUの連続した供給がある場合、MAC-e PDUは、これら高優先度のMAC-d PDUで満たされることができる。しかしながら、伝送されるべき高優先度のMAC-d PDUが少ない場合、MAC-e PDU内の余分のキャパシティは、より低い優先度を持つ待ちMAC-d PDUを伝送するために用いられることができる。このように、MAC-e PDUは、異なる優先度のMAC-d PDUの組み合わせを収容することができる。
UMTSにおいて、MAC-d PDUをMAC-e PDUに多重化するプロセスは、MAC-dのフロー優先度が適切な方法で考慮されることを確実にする責任がある。最も単純な場合、この多重化は、直接ただ優先度に従うことができるであろう。図１に示される例は、セレクタスイッチ６によってMAC-e PDU７上に多重化される、異なる優先度Ｐ１...Ｐｎ（Ｐ１からＰｎに向けて優先度は低くなる）を持つMAC-d PDUのキュー５を示している。MAC-e PDUは、４つのMAC-d PDUを収容することができ、使用できる最高の優先度を持つMAC-d PDUがポピュレート(polulate)される。この単純なスキームでは、伝送のために到来してくる連続した高優先度のMAC-d PDUがある場合、同時に到来してくるより低い優先度のMAC-d PDUの伝送は遅延されるであろう。厳格に優先度に基づいてMAC-d PDU をMAC-e PDUに多重化することは、MAC-e PDUの最適な充填を常に招くものではなく、遅延要求及びビットレート要求等全てのクオリティ・オブ・サービス(Quality of Service (QoS))要求を満足するには柔軟性が無さ過ぎるであろう。例えば、低優先度のPDUを含むキューは、これらPDUを伝送するための機会が不足する飢え(starvation)を被るかもしれない。
本発明の目的は、柔軟且つ効率のよいデータパケットの多重化を可能にすることにある。
本発明の第１態様によれば、異なる割り当て優先度を持つデータパケットを多重化する方法であって、データパケットを受信するステップ、異なる優先度のデータパケットそれぞれについてキューを機能させる(operate)ステップ、データパケットのグループであって、該グループの第１部分は第１規則に従って１つ以上の前記キューから選択されたデータパケットがポピュレートされ、該グループの第２部分は第２規則に従って１つ以上の前記キューから選択されたデータパケットがポピュレートされるような、データパケットのグループをつくるステップ、及び前記グループを送信するステップを有する方法が提供される。
本発明は、複数の小さなデータパケット（例えば、MAC-d PDU）を収容するのに十分大きなデータパケット（例えば、MAD-e PDU）を少なくとも２つの部分に分け、異なる多重化規則をこれら異なる部分に使用できるようにすることにより、優先度、保証ビットレート及び飢えのシナリオの妥当な取り扱いについて柔軟性を提供する。このようにして、異なる優先度を持つデータパケットの組み合わせが送信され得る。
好ましくは、前記第１規則に従って、データパケットは、最高優先度のデータパケットを含む前記キューから選択される。これは、最高優先度のデータパケットに当該キャパシティの一定の部分が割り当てられることを保証する。
好ましくは、前記第２規則に従って、データパケットは、最高優先度よりも低い優先度を持つデータパケットを含む１つ以上の前記キューから選択される。これは、より低い優先度のデータパケットにいくらかのキャパシティが割り当てられることを保証する。
一実施例においては、前記第２規則に従って、データパケットは、データパケットが閾遅延(threshold delay)よりも長い遅延を受けているキューであって、少なくとも最高優先度のキューを除いたキューから選択される。閾遅延は、これらキューに対して同じにしてもよく、または異なるようにしてもよい。このアプローチは、QoS遅延要求の順守に役立つ。
一実施例においては、前記第２規則に従って、データパケットは、少なくとも最高優先度のキューを除いた、閾データ量(threshold amount of data)よりも多くの送信待ちデータを持つキューから選択される。このアプローチは、キューの長さが利用可能なバッファサイズを超えるバッファあふれの可能性を減らすことができる。
一実施例においては、送信される前記データパケットのグループの前記第１部分及び前記第２部分のサイズが、データパケットの優先度の現行の混合比(the prevailing mix of priorities of the data packets)に従って、または前記キューのデータ量に従って、または各キューのデータが受けている、該キューについての遅延基準に対する相対遅延に従って適合される。このアプローチは、送信容量を効率よく用いることを可能にし、QoS要求の順守に役立つ。
本発明の第２態様によれば、異なる割り当て優先度を持つデータパケットを多重化する多重化装置であって、データパケットを受信する手段、異なる優先度のデータパケットそれぞれについてキューを機能させる手段、データパケットのグループであって、該グループの第１部分は第１規則に従って１つ以上の前記キューからデータパケットを選択することによりデータパケットがポピュレートされ、該グループの第２部分は第２規則に従って１つ以上の前記キューからデータパケットを選択することによりデータパケットがポピュレートされるような、データパケットのグループをつくる手段、及び前記グループを送信する手段を有する多重化装置が提供される。
本発明の第３態様によれば、本発明の第２態様による多重化装置を有する通信端末が提供される。
本発明の第４態様によれば、データパケットを送信する本発明の第２態様による第１通信端末及び該データパケットを受信する第２通信端末を有する通信システムが提供さされる。
本発明を例示として添付の図面を参照して述べる。
図２を参照すると、以後多重化装置３００とも称される多重化を行うための装置３００が図示されている。データパケットを受信するための入力部１０がある。受信したデータパケットを記憶するための入力バッファ２０（例えばランダムアクセスメモリ）が入力部１０に結合される。複数のキュー記憶部５０のバンク４０がある。これらキュー記憶部は、キューを含むためのものであり、ランダムアクセスメモリ等の記憶媒体を有してもよい。入力バッファ２０は、入力バッファ２０からの各データパケットを各データパケットに割り当てられている優先度に従ってキュー記憶部５０のうちの１つにルーティングするための、例えばスイッチ又は機能的に等価なものである第１ルーティング手段３０によりバンク４０に結合される。優先度は、データパケットの受信前に各データパケットに割り当てられてもよく、または制御手段１１０により割り当てられてもよい。代替的に、パケットは、それぞれのMAC-dフロー（各フローは関連付けられた優先度を持つ）に従ってキュー記憶部５０にルーティングされてもよい。このアプローチは、例えばフロー優先度がダイナミックに(dynamically)変更される場合に用いられてもよい。出力部１００における送信前にデータパケットを記憶するための出力バッファ８０（例えばランダムアクセスメモリ）がある。出力バッファ８０は、第１部分９０及び第２部分９５を有する。第１部分９０及び第２部分９５はそれぞれ、少なくとも１つのデータパケットを収容することができる。データパケットは、例えばスイッチ又は機能的に等価なものである第２ルーティング手段６０によりキュー記憶部５０から出力バッファ８０への転送のために選択され、スイッチ７０により第１部分９０又は第２部分９５に転送される。第１ルーティング手段３０、第２ルーティング手段６０及びスイッチ７０は、マイクロプロセッサ等の制御手段１１０により制御される。制御手段１１０は、所定の基準に従って出力バッファ８０へのデータパケットのルーティングを制御する。制御手段１１０はまた、第１部分９０及び第２部分９５のサイズを制御してもよい。
制御手段１１０は、最高優先度のデータパケットを含むキュー記憶部５０からのデータパケットを第１部分９０にポピュレートするように適合されてもよい。
制御手段１１０は、最高優先度よりも低い優先度のデータパケットを含む１つ以上のキュー記憶部５０からのデータパケットを第２部分９５にポピュレートするように適合されてもよい。第２部分９５にポピュレートするように選択された低優先度のデータパケットは、所定の遅延閾値よりも長い遅延を受けているデータパケットであってもよく、または最長の遅延を受けているデータパケットであってもよい。所定の遅延閾値は、キュー記憶部５０のそれぞれに対して異なるようにしてもよく、または同じにしてもよい。第２部分９５にポピュレートするように選択された低優先度のデータパケットは、所定の占有閾値(occupancy threshold)を越える数のデータパケットを含むキュー記憶部５０のデータパケットであってもよい。所定の占有閾値は、キュー記憶部５０のそれぞれに対して異なるようにしてもよく、または同じにしてもよい。第２部分９５にポピュレートするデータパケットの選択は、優先度の順である必要は無い。
制御手段１１０は、バンク４０に記憶されたデータパケットの優先度の現行の混合比に従って、またはキュー記憶部５０に記憶されたデータパケットの量に従って、または各キュー記憶部５０に記憶されたデータパケットが受けている、対応するキューについての遅延基準に対する相対遅延に従って、または第１及び第２部分の混合を示す受信信号に従って、第１部分９０及び第２部分９５のサイズを適合させてもよい。最後のケースの場合、混合は、例えば、相対的比率又は絶対サイズの指示を有してもよい。
第３図を参照すると、図示されている多重化方法は、多重化装置３００がいくらかのデータパケットを受けるステップ２００で始まる。これらデータパケットは、これらデータパケットに優先度が既に割り当てられて受信されてもよく、または優先度は受信後に割り当てられてもよい。ステップ２１０において、これらデータパケットは、キュー記憶部５０のセット（各優先度レベルＰ１...Ｐｎについて１つのキュー記憶部）に記憶される。データパケットが記憶されるキュー記憶部５０を特定する１つの方法は、パケットの優先度レベルを示すラベルによる。ステップ２２０において、データパケットのグループの第１部分９０が、記憶されたデータパケットのうちの最高優先度を持つデータパケットからつくられる。ステップ２３０において、データパケットのグループの第２部分９５が、より低い優先度を持つデータパケットからつくられる。ステップ２４０において、つくられた第１部分９０及び第２部分９５を有するグループが送信される。このプロセスは、他のデータパケットについて繰り返される。
どのようにデータパケットが、出力バッファ８０の第１部分９０及び第２部分９５につくられたデータパケットのグループにポピュレートするためキュー記憶部５０のキューから選択され得るかについてのいくつかの例を以下に示す。概して、第１部分９０及び第２部分９５に利用可能な資源は両方とも、多重化処理が実行される前に、例えば送信され得るPDUの数の観点から分かっているとみなすことができる。資源が予めはっきりと分からない場合、例えば、総利用可能資源(total available resource)が多重化の結果に多少なりとも依存する場合、可能な資源配分数(a number of possible resource allocations)について多重化の結果を考慮し、これらのうちの一つを選択する必要があるかもしれない。
１）厳格に優先度に基づく選択
この場合、各MAC-dフローに優先度が割り当てられる。次いで、第１選択のため、データパケットが、第１部分９０に利用可能な資源が満たされるまで最高優先度を持つキューから取られる。このキューが空になった場合、データパケットは、次に高い優先度を持つキューから取られ、以後同様になされる。第２部分９５について、同様の処理手順が実行されるが、キューのサブセットに対して実行される。このサブセットの適切な選択により、多重化装置３００は、特定のキューの餓えを回避することができ、例えば、遅延基準に適合させることができる。
２）第２部分のための公正な選択(fair selction)
この場合、第２部分９５は、最高優先度のキューを除いた、キューのサブセットの各々から順に１つのデータパケットを取ることによりポピュレートされる。とりわけ多数のキューが存在する場合に公正さを最大にするために、最後に選択されたキューが、次の多重化処理で用いるために覚えられてもよい。
３）２）の変形例として、第１部分９０に利用可能な資源が完全に用いられない場合、その未使用の資源は、第２部分９５に利用され得る。
４）２）のさらなる変形例として、第２部分９５は、第１部分９０よりも前にポピュレートされ得る。これは、どのキューがどの部分を用いるかについていくらかの柔軟性を与えるであろう。
５）第１部分９０及び第２部分９５は、キューの異なるサブセットからポピュレートされ得る。
６）優先度は、例えば多重化装置３００が受けたコマンド又は情報に応じてダイナミックに修正され得る。このような修正は、第１部分９０及び第２部分９５の何れか又は両方に適用され得る。例えば、あるキューの送信遅延がある閾値を超えた場合、当該キューの優先度が、当該キューからのデータがこれら部分のうちの別の部分を用いることを可能にするために一時的にあげられてもよい。
７）第１部分９０及び第２部分９５の一方の選択又は両方の選択は、各々のキューのデータ量に基づかせること、例えば、最も多くのデータを持つキューに最高優先度を割り当てることができる。
８）キューの長さが、等しい優先度のキュー間での調整を行うため、例えば、最長のキューから選択することによりに用いられ得る。
９）第１部分９０及び第２部分９５の一方の選択又は両方の選択は、キューの長さを考慮するように、例えば、特定の長さを超えるキューから優先的に選択することにより修正され得る。
１０）選択は、あるデータフローについて現在達せられているQoSに基づかせることができる。例えば、データは、平均又は最悪の遅延がQoS要求を超えているキューから優先的に選択され得る。
１１）各部分９０、９５に対する資源のサイズが、各キューのデータ量を考慮するように、例えば、関連するキューのデータ量に比例して資源を分けるよう適合され得る。
１２）各部分９０、９５に対する資源のサイズが、各キューのデータのQoS要求を考慮するように、例えば、最も厳格なQoS要求を持つ選択により多くの資源を与えるように資源を分けるよう適合され得る。
１３）各部分９０、９５に対する資源のサイズが、各キューのデータについて現在達せられているQoSを考慮するように、例えば、遅延要求に合致していない、または遅延要求に合致することから最も離れている部分９０、９５により多くの資源を与えるように資源を分けるよう適合され得る。
優先度以外の基準、例えば、データのタイプ又はデータパケットのQoS要求が、各データパケットをどのキュー記憶部５０に割り当てるかを決定するために用いられてもよい。この場合、データパケットは、明示の優先度が割り当てられる必要が無く、その代わりに優先度と等価の特性として作用するデータタイプが割り当てられる、またはその代わりに暗示の優先度を定義するデータタイプが割り当てられる。同様に、優先度以外の基準が、各データパケットを第１部分９０及び第２部分９５のどちらに割り当てるかを決定するために用いられてもよい。
図４を参照すると、データを送信するための通信端末４１０及び送信されたデータを受信するための通信端末４００を有する通信システムが図示されている。データを送信するための通信端末４１０は、図２を参照して述べた多重化を行うための装置３００を有する。多重化装置３００は、データを送信し確認(acknowledgement)を受信するためのトランシーバ３１０に結合される。データを送信するための通信端末４１０はまた、受信した確認を処理し出力部３３０で信号を送り出すためのプロセッサ３２０を有する。
多重化装置３００は、第１部分９０及び第２部分９５の混合を示す信号を例えばトランシーバ３１０を介し入力部１００で受信するように適合されてもよく、該信号に応じて第１部分９０及び第２部分９５のサイズを設定するように適合されてもよい。多重化装置３００は、どのようにデータパケットが、出力バッファ８０の第１部分９０及び第２部分９５につくられたデータパケットのグループにポピュレートするためキュー記憶部５０から選択されてもよいかを示す信号を例えばトランシーバ３１０を介し入力部１００で受信し、該信号に従って自身の処理を適合させるように適合されてもよい。このような信号は、通信端末４００又は他のソースにより送信されてもよい。
本発明は、第１部分９０及び第２部分９５を持つ出力バッファ８０を用いて述べられたが、追加の部分の使用を排除するものではなく、上述の技術が、追加の部分にポピュレートするように適合されてもよい。
本発明は、UMTSを参照して述べられたが、本発明の使用はUMTSに限定されるものではなく、他の通信システム、とりわけ、移動通信システムに用いられ得る。本発明の使用は、無線通信システムに限定されるものでもない。
本願明細書及び請求項において、要素の単数形表記は、このような要素の複数の存在を除外しない。さらに、「有する」という用語は、列挙されたもの以外の要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外しない。各請求項において、括弧内に置かれた如何なる参照符号は、理解を助けるためのものであり、限定することを意図したものではない。
本願明細書の開示を読むことにより、他の変形例が、当業者にとって明らかであろう。このような変形例は、本願明細書に述べられたフィーチャの代わりに又は加えて用いられ得るデータ通信の分野で既知である他のフィーチャを伴ってもよい。
従来技術のMAC-d多重化方法を示す概略図である。 本発明による多重化装置である。 本発明による他の多重化方法を示すフローチャートである。 本発明による通信システムである。

Claims (20)

  1. 異なる割り当て優先度を持つデータパケットを多重化する方法であって、
    データパケットを受信するステップ、
    異なる優先度のデータパケットそれぞれについてキューを機能させるステップ、
    複数の小さなデータパケットを収容する大きなデータパケットであって、該大きなデータパケットの第１部分は第１規則に従って１つ以上の前記キューから選択されたデータパケットがポピュレートされ、該大きなデータパケットの第２部分は第２規則に従って１つ以上の前記キューから選択されたデータパケットがポピュレートされるような、大きなデータパケットをつくるステップ、及び
    前記大きなデータパケットを送信するステップ
    を有する方法。
  2. 前記第１規則に従って、データパケットは、最高優先度のデータパケットを含む前記キューから選択されることを特徴とする請求項１に記載の多重化方法。
  3. 前記第２規則に従って、データパケットは、最高優先度よりも低い優先度を持つデータパケットを含む１つ以上の前記キューから選択されることを特徴とする請求項１又は２に記載の多重化方法。
  4. 前記第２規則に従って、データパケットは、データパケットが閾遅延よりも長い遅延を受けているキューであって、少なくとも最高優先度のキューを除いたキューから選択されることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の多重化方法。
  5. 前記第２規則に従って、データパケットは、少なくとも最高優先度のキューを除いた、閾データ量よりも多くの送信待ちデータを持つキューから選択されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の多重化方法。
  6. 前記第１部分及び前記第２部分のサイズをデータパケットの優先度の現行の混合比に従って適合させるステップを有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の多重化方法。
  7. 前記第１部分及び前記第２部分のサイズを前記キューのデータ量に従って適合させるステップを有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の多重化方法。
  8. 前記第１部分及び前記第２部分のサイズを各キューのデータが受けている、該キューについての遅延基準に対する相対遅延に従って適合させるステップを有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の多重化方法。
  9. 前記第１部分及び前記第２部分の混合を示す信号を受信するステップ、及び
    前記信号に応じて前記第１部分及び前記第２部分のサイズを適合させるステップ
    を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の多重化方法。
  10. 異なる割り当て優先度を持つデータパケットを多重化する多重化装置であって、
    データパケットを受信する手段、
    異なる優先度のデータパケットそれぞれについてキュー記憶部を動作させる手段、
    複数の小さなデータパケットを収容する大きなデータパケットであって、該大きなデータパケットの第１部分は第１規則に従って１つ以上の前記キュー記憶部からデータパケットを選択することによりデータパケットがポピュレートされ、該大きなデータパケットの第２部分は第２規則に従って１つ以上の前記キュー記憶部からデータパケットを選択することによりデータパケットがポピュレートされるような、大きなデータパケットをつくる手段、及び
    前記大きなデータパケットを送信する手段
    を有する多重化装置。
  11. 前記第１規則に従って、データパケットは、最高優先度のデータパケットを含む前記キュー記憶部から選択されることを特徴とする請求項１０に記載の多重化装置。
  12. 前記第２規則に従って、データパケットは、最高優先度よりも低い優先度を持つデータパケットを含む１つ以上の前記キュー記憶部から選択されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の多重化装置。
  13. 前記第２規則に従って、データパケットは、データパケットが閾遅延よりも長い遅延を受けているキュー記憶部であって、少なくとも最高優先度のキュー記憶部を除いたキュー記憶部から選択されることを特徴とする請求項１０、１１又は１２に記載の多重化装置。
  14. 前記第２規則に従って、データパケットは、少なくとも最高優先度のキュー記憶部を除いた、閾データ量よりも多くの送信待ちデータを持つキュー記憶部から選択されることを特徴とする請求項１０乃至１３の何れか一項に記載の多重化装置。
  15. 前記第１部分及び前記第２部分のサイズをデータパケットの優先度の現行の混合比に従って適合させる手段を有することを特徴とする請求項１０乃至１４の何れか一項に記載の多重化装置。
  16. 前記第１部分及び前記第２部分のサイズを前記キュー記憶部のデータ量に従って適合させる手段を有することを特徴とする請求項１０乃至１４の何れか一項に記載の多重化装置。
  17. 前記第１部分及び前記第２部分のサイズを各キュー記憶部のデータが受けている、該キュー記憶部についての遅延基準に対する相対遅延に従って適合させる手段を有することを特徴とする請求項１０乃至１４の何れか一項に記載の多重化装置。
  18. 前記第１部分及び前記第２部分の混合を示す信号を受信する手段、及び
    前記信号に応じて前記第１部分及び前記第２部分のサイズを適合させる手段
    を有することを特徴とする請求項１０乃至１７の何れか一項に記載の多重化装置。
  19. 請求項１０乃至１８の何れか一項に記載の多重化装置を有する通信端末。
  20. データパケットを送信する請求項１９に記載の第１通信端末及び該データパケットを受信する第２通信端末を有する通信システム。
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