JP5133876B2 - パケットデータ・ネットワークにおけるスケジューリングを改良するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は一般的に、パケットデータ・サービスに適合されるワイヤレス通信ネットワークなどの、パケットデータ通信ネットワークに関し、特にかかるネットワークにおけるサービス・スケジューリングの改良に関する。

サービス・スケジューリングは、少なくともいくつかの種類のパケットデータ・ネットワークにおいて、ますます有力な役割を果たしている。例えば、携帯無線ネットワークなどのワイヤレス通信ネットワークは、選択されたユーザまたはユーザの集合へのデータ送信のスケジューリングを制御するために、上り方向および／または下り方向の無線リンクにおいて、通常サービス・スケジューラを使用する。かかる状況において、無線基地局が、個々の移動局または移動局の集合への配信を目的とする入力パケットデータのキュー（ｑｕｅｕｅ）を維持することは通常であり、無線ネットワークとのパケットデータ接続は、無線基地局によってサポートされている。

無線基地局内のサービス・スケジューラは、全体のサービス対象に従って、および接続に特化したサービス基準に従って、データを個々のキューから送信する。すなわち、データ接続のうちの所定のいくつかは、これらデータ接続と関連付けられた、特定のクオリティ・オブ・サービス（ＱｏＳ：Ｑｕａｌｉｔｙ−ｏｆ−Ｓｅｒｖｉｃｅ）および／またはグレード・オブ・サービス（ＧｏＳ：Ｇｒａｄｅ―ｏｆ―Ｓｅｒｖｉｃｅ）の規制を有し、サービス・スケジューラによる特定の考慮が要求される場合がある。例えば、特定のデータ接続は、サービス・スケジューラによって妨害されない（またはされるべきでない）、データ速度、パケットの待ち（ｐａｃｋｅｔ ｌａｔｅｎｃｙ）または全体のパケット遅延（ｐａｃｋｅｔ ｄｅｌａｙ）、パケットゆらぎ（ｐａｃｋｅｔ ｊｉｔｔｅｒ）などに関する最小のまたは最大の要求を有することがある。

特に、多くの種類のパケットデータ・トラフィックは遅延の影響を受けやすく、それらと関連する最大遅延割当量（ｄｅｌａｙ ｂｕｄｇｅｔ）を有する。パケットデータ・プロトコルに基づくテレビ会議および音声アプリケーションは、２つの種類の遅延の影響を受けやすいアプリケーションを表し、それぞれ特定の最大遅延割当量と関連付けられ、かかる最大遅延割当量は、許容可能なアプリケーションの実行を維持している間に容認することができる、最大の通信遅延を要求する。例えば、音声遅延に関するＩＴＵ Ｇ．１１４は、満足のいくサービスのための最大の端末相互間の遅延は、２８０ミリセコンド（ｍｓ）であると推奨する。

規制された遅延割当量は、サービス・スケジューラに多大な負荷（ｃｈａｌｌｅｎｇｅ）を与える。例えば、合計のデータスループットを最大化すること、および／または同時にサポートされる複数のユーザの数を最大化することは、ワイヤレス通信ネットワークにおける一般的な目標を表す。すなわち、エア・インターフェイスのサービス・スケジューラは通常、より良好な無線状態のユーザにスケジューリングを優先して提供する傾向のあるスケジューリング機能を含み、これにより、ユーザはより高いデータ速度において提供されることが可能となる。より高いデータ速度においてユーザに提供することにより、要求される時間量を減少し、頻繁に制限されることがあるインターフェイス資源（ｏｆｔｅｎｔｉｍｅｓ−ｌｉｍｉｔｅｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅ）を通じて提供し、さらにスケジューラの合計のデータスループットを向上させることができる。

しかし、エア・インターフェイスを通じてスケジューラによって配信されるパケットデータのいくつかが、パケットデータに関連付けられた最大の遅延割当量を有している場合、たとえデータを受信する対象となるユーザが、良好な受信状態でない場合においても、スケジューラは、かかるデータを配信するためにスケジューリングすることを強いられることとがある。さらに詳しく説明すると、従来のスケジューラは、送信のための所定のデータパケットを受信するまでは、どれくらいの遅延割当量を消費したかを認識することができない。すなわち、従来のスケジューラは、エア・インターフェイスを通じた通信により、対象となるユーザへのパケットの実際の配信をスケジューリングするために必要な遅延割当量時間がどれくらい残っているかを認識することができない。

パケットデータ・スケジューラおよび対応するスケジューリング方法は、パケットデータの入力遅延を考慮することに基づいて、（遅延の影響を受けやすい）入力パケットデータに関して、パケットデータの配信スケジューリングを提供する。例えば、パケット年齢（ｐａｃｋｅｔ ａｇｅ）および／または送信ネットワーク遅延などといった入力遅延の認識を、スケジューラの処理に組み入れることが、端末相互間の遅延割当量の違反を減少または排除し、かかるデータを取り扱うための全体的な容量を増加させる。

ここで開示されるパケットデータのスケジューリング方法の実施形態の１つとして、ネットワークノードは、スケジューリングされたサービス間隔において、複数のユーザのうちのいくつかのユーザを対象としたネットワークノードに入力するデータパケットを配信するよう適合される。ノードは、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらのいくつかの組み合わせを含み、データパケットと関連付けられた入力遅延を決定することに基づいたパケットデータ配信のスケジューリング方法を実行し、それらの入力遅延および対応する遅延割当量の関数として、データパケット配信に関するスケジューリングの優先度を設定する。

この実施例で制限されるわけではないが、ネットワークノードは、ワイヤレス通信ネットワークにおける使用のために構成された基地局からなることができ、パケットデータは、ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ―ｏｖｅｒ−Ｉｎｔｅｒｎｅｔ−Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）データパケット、および／または他の遅延の影響を受けやすい種類のデータパケットからなることができ、基地局によってサポートされている１または２以上のデータ接続において入力する。基地局に入力するデータパケットと関連付けられた入力遅延の認識を組み入れることにより、所定の端末相互間の遅延割当量に関して、許容されるスケジューリング遅延がデータパケットの端末相互間の遅延割当量における残存時間の関数であることを基本として、スケジューラは動作する。すなわち、所定の遅延割当量に関して、より長い入力遅延を有するパケットデータは一般に、より短い入力遅延を有するパケットデータに先立ってスケジューリングされるべきである。

さらに広く言えば、ワイヤレス通信ネットワークの基地局において実行されるか否かに関わらず、ネットワークノードに入力する遅延の影響を受けやすいパケットデータの配信をスケジューリングする方法は、パケットデータと関連付けられる入力遅延の決定をすることと、当該入力遅延および対応する遅延割当量の関数として、パケットデータの配信をスケジューリングすることとからなる。パケットデータと関連付けられた入力遅延を決定することは、ネットワークノードによってサポートされている、１または２以上のデータ接続における入力データパケットのネットワーク送信時間を評価することからなる。

送信時間は、発信ネットワークからのデータパケットの送信と関連付けられた全体の蓄積した遅延、例えば、データパケットの年齢（ｄａｔａ ｐａｃｋｅｔ ａｇｅ）などからなることができる。送信時間は、個々のデータパケット、またはパケットの集合に関して動的に計算されることができる。個々のデータパケット、データパケットの集合、または１または２以上のデータ接続に関する送信時間は、デフォルト値に基づくことができ、または動的に計算されることができる。例えば、デフォルトの送信時間の評価値は、デフォルトの送信時間の評価値の一式から選択されることができる。デフォルトの送信時間の評価値の一式からデフォルトの送信時間の評価値を選択することは、所定のデータ接続と関連付けられた１または２以上の変数に基づくことができる。かかる変数は、発信ネットワーク種類（ｏｒｉｇｉｎａｔｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｙｐｅ）変数、通信種類（ｃａｌｌ ｔｙｐｅ）変数、ネットワーク状態（ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）変数、および発信／宛先ネットワーク位置（ｏｒｉｇｉｎａｔｉｎｇ／ｔｅｒｍｉｎａｔｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｌｏｃａｔｉｏｎ）変数のうちの少なくとも１つを含むことができる。

すなわち、前記の方法において、所定のデータ接続において入力するパケットデータに関する入力遅延は、例えば、パケットデータと関連付けられた通信種類および／または発信ネットワーク種類などに基づいて、特定のデフォルト値として選択されることができる。別の方法としては、入力遅延は、個々のデータパケット、データパケットの集合、または所定のデータ接続に関して、動的に計算されることができる。この実施例で制限されるわけではないが、宛先または中間ネットワークとなることができるネットワークノード、またはノードのネットワークにおける別の構成要素は、送信時間を決定するために、発信ネットワークをピンギングすることができる。ピンギングは一回、または継続して行うことができ、送信時間は、最新のピンギング値を表すことができ、または複数のピンギングの平均値を表すこともできる。

他の例として、パケットデータの入力遅延は、パケットデータに含まれた、またはパケットデータと関連付けられた時間情報に基づいて、動的に決定されることができる。例えば、入力データパケットは、入力データパケットの中にタイムスタンプ情報（例えば、ヘッダ内のパケットデータの時間情報）を含むことができる。または、かかる情報は、入力データパケットの受信と関連して利用されることができる。リアルタイム転送プロトコル（ＲＴＰ：Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、およびリアルタイム制御プロトコル（ＲＴＣＰ：Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）共に、パケットデータ・ネットワークにおいて、ＶｏＩＰパケットデータ・トラフィックなどの、遅延の影響を受けやすいパケットデータを伝送および制御するために使用されるリアルタイム送信プロトコルの例として表されている。これらのプロトコルまたは他のインターネットプロトコルは、絶対的なパケットのタイムスタンプ、または他のタイミング情報を伝送するための条件（ｐｒｏｖｉｓｉｏｎ）を含み、または、中間または宛先ネットワークノードにおいて蓄積された入力遅延を決定するのに使用するために、かかる情報を提供するように適合されることができる。

もちろん本発明は、選択された特徴および有利な効果についての前記事項に限定されるものではない。いわゆる当業者は、以下の事項および添付図面から更なる特徴および有利な効果を認識することができる。

図１は、バッファ１２と、パケットデータ・サービスのスケジューラ１４を含むネットワークノード１０を示す。ノード１０は、中間ノードまたは宛先ノードとなることができ、１または２以上の論理データ接続１６に関する入力パケットデータを受信し、スケジューラ１４によって管理される配信スケジュールに従って、受信したパケットデータを出力する。ここで使用する、“論理データ接続”という用語は、所定の端末相互間のデータ接続を一般に含むものであり、当該端末相互間の接続に関するパケットデータ・トラフィックは、異なるパケットデータ流れとしてノード１０を流れる。

入力パケットデータを、受信した状態でそのまま単純に通過するのではなく、ノード１０のスケジューラ１４は、定義されたスケジューリング・アルゴリズムに従って、パケットデータの配信（すなわち出力）をスケジューリングする。後述するように、かかるスケジューリングは、配信の対象が異なるサービス要求を有するワイヤレス通信端末である場合、および動的に無線状態が変化するワイヤレス通信端末である場合に、必要となることができるが、ここで説明するスケジューリング方法は、かかる用途にのみ限定されるべきではない。

図２はノード１０の実施形態の１つを示したものであり、ここでスケジューラ１４は、データ接続１６を流れるパケットデータの多重出力の順番を決定するために、パケットデータ通信のスケジューリングを使用する。例えば、ノード１０が共用の下りチャネルを提供する無線基地局として構成されるような場合に、かかる多重出力が実行されることができる。共用の下りチャネルは、大多数のユーザを高いデータ送信速度でサポートし、時分割多重の構成に従って動作し、この場合において、複数のデータ接続１６に関するパケットデータは、配信スケジュールに従ってチャネルに時間多重化される。

図に示した実施形態において、バッファ１２は、個々のデータキュー１８−１〜１８−Ｎからなり、論理データ接続１６−１〜１６−Ｎのそれぞれに関して、ノード１０に入力するパケットデータを配列する。次にスケジューラ１４は、データ接続１６に関して、ノード１０に入力するパケットデータと関連付けられた入力遅延の考慮を含むスケジューリング動作に従って、ノード１０から出力するために、配列１８のそれぞれからのデータを多重化する。ここでスケジューラ１４は、入力遅延の決定をサポートする遅延情報を記憶するのに使用されることができるメモリ２０、または他の記憶装置を含むこと、またはそれらと関連付けされることができる。例えば、後述するように、メモリ２０は、１または２以上のデフォルトの遅延の評価値を記憶するために使用されることができる。

上記の実行の実施形態とは独立して、ノード１０は一般に、ノード１０に入力する遅延の影響を受けやすいパケットデータの配信をスケジューリングするように構成されている。そのために、スケジューラ１４は、１または２以上の処理回路として実行されることができ、図３の処理論理に従って構成されるハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせからなる。

図に示すように、スケジューラ１４は、パケットデータと関連付けられた入力遅延を決定し（ステップ１００）、当該入力遅延および対応する遅延割当量の関数として、パケットデータの配信をスケジューリングする（ステップ１０２）。ここで使用する“遅延割当量”の用語は、所定のデータ接続１６の１つを流れるパケットデータに関する、端末相互間の遅延を含むものであり、異なる種類のパケットデータは、一般に異なる遅延割当量を有するものであることが理解されるべきである。

実施形態の１つとして、スケジューラ１４は、設定されたデフォルトの送信時間の評価値の一式の中から選択されたデフォルトの送信時間の評価値に基づいて、ノード１０によってサポートされている１または２以上のデータ接続１６における、入力データパケットのネットワーク送信時間を評価することにより、パケットデータと関連付けられた入力遅延を決定する。データ接続１６の所定のいずれかに関して、スケジューラ１４は、所定のデータ接続と関連付けられた１または２以上の変数に基づいて、デフォルトの送信時間の評価値の一式から、デフォルトの送信時間の評価値を選択するように構成されることができる。

１または２以上の変数とは、発信ネットワーク種類変数、通信種類変数、ネットワーク状態変数、発信／宛先ネットワーク位置変数のうちの少なくとも１つからなる。発信ネットワーク種類変数は、例えば、公衆電話交換回線網（ＰＳＴＮ：Ｐｕｂｌｉｃ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｔｅｌｅｐｈｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、公衆移動通信（無線）ネットワーク（Ｐｕｂｌｉｃ Ｌａｎｄ Ｍｏｂｉｌｅ（ｗｉｒｅｌｅｓｓ） ｎｅｔｗｏｒｋ）など、といったパケットデータの発信に関わるネットワーク種類を識別するために使用されることができる。異なるネットワーク送信遅延は、異なるネットワーク種類と仮定されることができる。同様に、異なる送信遅延は、異なる通信種類、ネットワーク状態の変化（高いまたは低い通信量（ｃａｌｌ ｖｏｌｕｍｅ））と仮定されることができる。さらに異なる送信遅延は、発信ネットワークと、宛先ネットワークになることができるノード１０を含むネットワークと、の間に関連した距離／位置が異なっていると仮定されることができる。データ接続１６のそれぞれにおける、入力データパケットに関する入力遅延の評価値の合計は、ネットワーク／通信種類、ネットワーク状態、地理的な位置などに対応したデフォルトの仮定条件の組み合わせに基づくことができる。

これらの評価遅延の詳細に関わらず、スケジューラ１４は一般に、入力遅延および対応する遅延割当量の関数として、パケットデータ配信に関するスケジューリングの優先度を設定することにより、入力遅延および対応する遅延割当量の関数として、パケットデータの配信をスケジューリングするように構成されることができる。入力遅延および対応する遅延割当量の関数として、パケットデータ配信に関するスケジューリングの優先度を設定することは、より高い入力遅延に関してより高いスケジューリングの優先度を設定することからなる。すなわち、データ接続１６の異なる接続において、スケジューラ１４に入力する２つのデータパケットに関して、スケジューラ１４は、他方よりもより大きい入力遅延を有する一方のデータパケットの関数として、一方に対して他方よりも高いスケジューリングの優先度（パケットデータ配信の出力のため）を割り当てることができる。

もちろん２つのデータパケットが同一の端末相互間の遅延割当量を有する場合には、優先度のスケジューリングの例はより単純になり、遅延割当量が異なる場合には、異なる優先度の決定方法が使用されることができる。例えば、より一般的なスケジューリング方法は、ノード１０によってサポートされている１または２以上のデータ接続において入力するデータパケットに関する入力遅延、およびそれぞれのデータ接続において入力するそれぞれのデータパケットに関して、データパケットの入力遅延および対応するデータパケットの遅延割当量の関数として、データパケットに関して許容されるスケジューリング遅延を決定するスケジューラ１４からなる。スケジューラ１４はその後、当該許容されるスケジューリング遅延の関数として、ノード１０によってサポートされている１または２以上のデータ接続１６のデータパケット配信の出力を優先順位付けすることができる。比較的短い許容されるスケジューリング遅延を有するデータパケット、すなわち、全体の遅延割当量における残存時間が比較的ほとんどないデータパケットは、比較的長い許容されるスケジューリング遅延を有する他のデータパケットデータ、すなわち全体の遅延割当量における残存時間が比較的多いデータパケットに対してスケジューリングの優先が与えられることができる。

入力遅延を決定するスケジューラ１４に関しては、前記のとおりスケジューラ１４は、デフォルト値に基づいて入力遅延を評価することによって入力遅延を決定することができる。さらにまたはその代わりに、スケジューラ１４は、データパケットがネットワークノードに到達する前に、データパケットによって与えられたネットワークの送信遅延を決定することにより、それぞれのデータ接続１６において入力するそれぞれのデータパケット（または、１または２以上のデータ接続１６において入力するパケットの集合）に関する、入力遅延を決定するように構成されることができる。少なくとも実施形態の１つにおいては、ネットワークの送信遅延は、パケットデータが個々の発信システム／ネットワークからノード１０に到達するための蓄積された送信時間を表す。そのようなものとして、所定のデータパケットに関する送信時間は、パケットの年齢（ｐａｃｋｅｔ‘ｓ ａｇｅ）として考えられることができ、またはパケットをノード１０に送信するのに使用される、パケット全体の端末相互間の遅延割当量を超えた合計時間として考えられることができる。そのような観点からすると、スケジューラ１４は、パケットデータに対応する遅延割当量における残存時間を決定することに基づいて、パケットデータ配信のスケジューリングに関する優先度を設定することができることが理解される。それは、スケジューリングしている。

すなわち、スケジューラ１４は、入力遅延および対応する遅延割当量の関数として、パケットデータの配信をスケジューリングすることで、ノード１０によって与えられた入力遅延およびいずれかのスケジューリング遅延の合計が、対応する遅延割当量を超えることがないように構成されることができる。すなわち、スケジューラ１４は、ノード１０に入力するデータパケットのネットワーク送信遅延を決定し、ネットワーク送信遅延と対応する遅延割当量との間の差異に基づいて、データパケットに関して許容されるスケジューリング遅延を決定することにより、パケットデータの配信をスケジューリングし、それにより、当該許容されるスケジューリング遅延に基づいてデータパケット配信を優先順位付けする。

ネットワークおよび実行の詳細が、どのように入力遅延（およびその結果として、許容されるスケジューリング遅延）に影響を及ぼしているかをより理解しやすくするため、図４〜９に配信ネットワーク、宛先ネットワークおよび中間ネットワークの異なる種類の実例図を示し、入力遅延が、異なる通信種類および異なる発信／宛先ネットワーク種類および位置の関数として、どのように変化することができるかを示す。

特に図４は、ここで開示するパケットデータのスケジューリング方法の一例で、第1移動局３０と第２移動局３２との間の、ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ―ｏｖｅｒ-Ｉｎｔｅｒｎｅｔ−Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）データの接続への適用を示す。データ接続はインターネットのような転送ネットワーク（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｎｅｔｗｏｒｋ）３４によってサポートされ、移動局３０はエンドポイントＡを有し、移動局３２はエンドポイントＢを有している。

次に移動局３０は、前記のスケジューラ１４と同一または類似の構成とすることができる、スケジューラ３８を含むアクセス・ネットワーク（ＡＮ：Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）３６によってサポートされている。すなわち、スケジューラ３８は、移動局３０およびＡＮ３６によってサポートされる他の装置またはシステムに配信するために、ＡＮ３６に入力するパケットデータの配信をスケジューリングするように構成されることができる。同様に、移動局３２は、スケジューラ３８と同一または類似のスケジューラ４２を有することができるＡＮ４０によってサポートされている。

上記の構成により、データ接続は、移動局３０と３２の間に広がり、ＡＮ３６とＡＮ４０によってサポートされ、２つのＡＮ３６とＡＮ４０は、転送ネットワーク３４を介して双方向に通信接続されている。移動局３０と移動局３２のユーザが、ＶｏＩＰパケットのデータ通信を通じて送信される音声通話を行っていると仮定すると、ＡＮ３６から発信されるデータパケットは、移動局３２への配信のために、ＡＮ４０のスケジューラ４２に入力されていることが理解される。逆にＡＮ４０から発信されたデータパケットは、移動局３０への配信のために、ＡＮ３６のスケジューラ３８に入力している。

上記のような構成において、ＡＮ３６のスケジューラ３８に関しては、移動局３２から発信するパケットデータに関する入力遅延は、ｔ_{ｄｅｌａｙ}（Ａ―ｔｏ―Ｂ）であることが理解できる。逆にＡＮ４０のスケジューラ４２に関しては、移動局３０から発信するパケットデータの入力遅延は、ｔ_{ｄｅｌａｙ}（Ｂ―ｔｏ―Ａ）である。

ＡＮ３６とＡＮ４０はそれぞれ、ワイヤレス通信ネットワークとすることができる。例えば、ＡＮ３６とＡＮ４０の一方または両方は、ｃｄｍａ２０００基準（例えば１ｘＥＶ−ＤＶ）、１ｘＥＶ−ＤＯ基準、または広帯域符号分割多重接続（Ｗ−ＣＤＭＡ）基準に従って動作することができる。すべてのかかるネットワークの１つの特徴は、通信容量を増加させるために時分割多重を使用することである。例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ基準は、大多数のユーザによって時間的に共用（ｔｉｍｅ−ｓｈａｒｅｄ）される、高速下り回線パケット接続（ＨＳＤＰＡ：Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）チャネルを定義している。ここで最近の文献においては、ＨＳＤＰＡチャネルを、高速下り回線共用チャネル（ＨＳ−ＤＳＣＨ：Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ）として言及しているものもある。

ＡＮ３６およびＡＮ４０が、時分割多重に基づいた下り回線チャネル、すなわち時分割多重化されたデータを伝送するチャネルを使用する、遅延の影響を受けやすいパケットデータ・サービスを提供すると仮定した場合、ＡＮ３６のスケジューラ３８は、時分割多重に基づいたエア・インターフェイス・チャネルにおいて、スケジューリングされた通信をするために、転送ネットワーク３４からＡＮ３６に入力するパケットデータをスケジューリングするように構成されることが理解される。ＡＮ４０のスケジューラ４２は同様に、転送ネットワーク３４からＡＮ４０に入力するパケットデータの、時分割多重に基づいた無線の配信（ｏｖｅｒ−ｔｈｅ−ａｉｒ ｄｅｌｉｖｅｒｙ）をスケジューリングするために構成されることができる。

いずれの場合においても、ＡＮ３６およびＡＮ４０は、時分割多重に基づいた下り回線チャネルを通じた遅延の影響を受けやすいパケットデータを配信することを課されていると仮定した場合、ここで開示されるスケジューリング方法は、システム容量を最適化（または少なくとも増加）する形式において、遅延の影響を受けやすいパケットデータに対応する許容される端末相互間の遅延割当量を使用することが理解される。広く言えば、時分割多重に基づくエア・インターフェイス・チャネルにおいて、ＡＮ３６（またはＡＮ４０）によって送信されている下り回線のパケットデータ・トラフィックに関しては、許容されることができるスケジューリング遅延が大きいほど、スケジューリングの柔軟性が大きくなる。すなわち、ここで開示されるスケジューリング方法は、スケジューラ３８（またはスケジューラ４２）にパケットデータの入力遅延の情報を提供するため、スケジューリングは、パケットデータ・トラフィックに関して定義された端末相互間の遅延割当量における残存時間に基づくことができる。

図４の状況において全体の遅延割当量に注目すると、遅延割当量は、移動局３０と移動局３２を接続するデータ接続のエンドポイントＡとエンドポイントＢとの間における、データを配信するために許容される合計時間を制限していることがわかる。移動局３２への配信に関して、エンドポイントＡから発信されエンドポイントＢに伝送されるデータパケットに必要な時間の変化は、大幅に変化し、わずか数ミリセコンドの場合もあれば、数百ミリセコンドに及ぶ場合もある。参考として、関連する基準は、ＶｏＩＰデータパケットまたはその他のベアラ（ｂｅａｒｅｒ）を使用する音声に関する最大のマウス・トゥ・イア（ｍｏｕｔｈ−ｔｏ―ｅａｒ）の遅延を、２８０ミリセコンドと推奨している。いずれの場合においても、遅延割当量および入力遅延は、異なった通信種類によって変化することができるのと同様に、異なる宛先および発信ネットワークの位置、異なるアクセス・ネットワークの種類、異なるアクセス、発信、または宛先ネットワークの状態、およびその他の要因によっても変化することができることが理解されるべきである。

かかる変化についてさらに検討すると、図５は図４に示したものと類似するネットワーク構成を示すが、より明確に第１および第２の無線アクセス・ネットワーク（ＲＡＮ：Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）５０および５２を示し、またそれらをそれぞれＲ１およびＲ２と記しており、第１および第２のパケットデータ・サービングノード（ＰＤＳＮ：Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ｓｅｒｖｉｎｇ Ｎｏｄｅｓ）またはゲートウェイ・ＧＰＲＳサポート・ノード（ＧＧＳＮ：Ｇａｔｅｗａｙ ＧＰＲＳ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｎｏｄｅｓ）５４および５６を明確に図示し、またそれらをそれぞれＰ１およびＰ２と記している。ＲＡＮ５０およびＰＤＳＮ／ＧＧＳＮ５４は、移動局３０へのパケットデータの送信および移動局３０からのパケットデータの送信をサポートし、同様に、ＲＡＮ５２およびＰＤＳＮ／ＧＧＳＮ５６は、移動局３２をサポートする。

ＲＡＮ５０およびＲＡＮ５２共に、一般に１または２以上の無線基地局、または他のワイヤレス・アクセスポイントからなる。この例で限定されるわけではないが、図６は、ここで開示したスケジューリング方法に従って構成されることのできるスケジューラ６０を含む基地局５８からなることができるＲＡＮ５０を示す。（ここでＲＡＮ５２も同様に構成されることができる。）かかる場合スケジューラ６０は、パケットデータの入力遅延の決定に基づいて、基地局５８から送信されているＨＳ―ＤＳＣＨまたは他の時分割多重に基づいたチャネルにおける送信に関して、パケットデータをスケジューリングすることができる。すなわち、スケジューラ６０は、基地局５８に入力する遅延の影響を受けやすいパケットデータに関する許容されるスケジューリング遅延を決定することにより、移動局３０および多くの更なる移動局６２−１〜６２−Ｎに送信されるパケットデータの、パケットデータ・スケジューリングを最適化、または改善することができる。

例えば、スケジューラ６０は、“スティール・フロム・ザ・リッチ（ｓｔｅａｌ ｆｒｏｍ ｔｈe ｒｉｃｈ）”とプログラムされることができ、この場合において、遅延割当量における比較的多い量の残存時間を有するパケットデータ（すなわち、パケットデータに関して許容される全体の遅延割当量と比較して、少量の入力遅延を有するパケットデータ）に関しては、より長いスケジューリング遅延を許可する。かかるパケットデータに関してより長いスケジューリング遅延を許可することにより、スケジューラ６０は、パケットデータに関して定義された遅延割当量における残存時間がほとんどない状態で基地局５８に到達するパケットデータの配信を、迅速にスケジューリングすることに関してより柔軟性を有する。すなわち、スケジューラ６０は、スケジューリングされた送信を待機する余裕があるパケットデータから、スケジューリング時間／機会を借りるようにプログラムされることができ、その借りた時間／機会を、待機する余裕がないパケットデータに関して迅速なスケジューリングを提供するために使用する。

図５を再度参照すると、ＡからＢへの遅延は、ＢからＡへの遅延とは異なることができ、Ｒ１の中のスケジューラは、遅延ｔ_{ｄｅｌａｙ}（Ｂ−ｔｏ―Ａ）が認識されるべきであり、一方でＲ２の中のスケジューラは、遅延ｔ_{ｄｅｌａｙ}（Ａ−ｔｏ―Ｂ）が認識されるべきである。かかる認識は、ＲＡＮに記憶されたデフォルトの情報を使用する評価遅延に基づくことができ、または個々のパケットの基準、個々の通信／接続の基準において行われる動的な決定、またはパケットの集合および／またはデータ接続の集合に関して実行されることができる。

方法の１つは、入力パケットデータに含まれた、または入力パケットデータと関連付けられたタイムスタンプ、または他のタイミング情報に基づく。図７は、タイムスタンプに基づく入力遅延の決定の一実施形態を示し、ここでは、パケットおよびヘッダ情報は、ＲＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰｖ４と示されている。

さらに詳しく説明すると、エンドポイントＡとエンドポイントＢ（例えば、図５に示したもの）との間のパケットデータ・トラフィックが、ＲＴＰパケットの交換に基づくＶｏＩＰトラフィックからなると仮定した場合、Ｒ１および／またはＰ１は、エンドポイントＢからエンドポイントＡに出力されるデータパケットに関する、ＲＴＰまたはＲＴＣＰのいずれか一方におけるタイムスタンプ情報を抽出することができる。同様に、Ｒ２および／またはＰ２は、エンドポイントＡからエンドポイントＢに出力するデータパケットにおけるタイムスタンプ情報を抽出することができる。

かかるタイムスタンプ情報は、相対時間または絶対時間からなる。いずれの場合においても、エンドポイントＡにおけるＲ１のスケジューラは、入力データパケットに関するネットワーク送信遅延を表す経過時間を決定するために、エンドポイントＢから入力するＲＴＰパケットのタイムスタンプを調べることができる。エンドポイントＢにおけるＲ２のスケジューラも同様に、データパケットの入力遅延を決定するために、エンドポイントＡから入力するＲＴＰパケットのタイムスタンプを調べることができる。ＲＴＰまたはＲＴＣＰパケットのいずれかにおいて、絶対タイムスタンプ情報を配置する代わりとして、当該方法は、参照として絶対タイムスタンプを含むＲＴＰのフローに、前置パケットを導入することで、相対タイムスタンプが次のＲＴＰパケットに含まれるように修正されることができる。

タイムスタンプに基づいた入力遅延の決定の代わりとして、Ｒ１および／またはＲ２のスケジューラは、ピンギング処理を開始するように構成されることができ、この場合において、２つのエンドポイント間におけるクエリー／応答メッセージの交換のタイミングにより、相対的なＡ―Ｒ２および／またはＢ−Ｒ１の送信時間が識別されることができる。ピンギングは所定のデータ接続に関して一度行われることにより、当該データ接続において入力するパケットデータに関して想定される入力遅延は、当該最初のピンギング（または複数のピンギングの平均）に基づくことができる。別の方法として、ピンギングは所定のデータ接続に関して、継続的に行われることができる。パケットデータ接続が動作している間に実行された連続するピンギングを使用する入力遅延の評価値の更新は、変化するネットワーク状態の影響（ａｆｆｅｃｔ）をキャプチャリング（“ｃａｐｔｕｒｉｎｇ”）する方法として実用されることができる。すなわち、ネットワークの送信遅延は経時変化することがあり、連続したピンギングの実行が、かかる変化に対する認識を提供する。

いわゆる当業者であれば、パケットデータ接続の一側または両側における入力遅延を考慮すると、特定のアクセスおよび転送ネットワーク構造の問題が含まれることを理解することができる。例えば、移動局３０と３２との間の通信と関連付けられたパケットデータに関して、図８は、Ｒ１において受信されたパケットデータに関する入力遅延が、ｔ_{ｄｅｌａｙ}（Ｂ−ｔｏ―Ｒ１）として表現されることできることを示している。同様に、Ｒ２において受信されたパケットデータに関する入力遅延は、ｔ_{ｄｅｌａｙ}（Ａ―ｔｏＲ２）として表現されることができる。ネットワークの対称性が原因で、Ａ−ｔｏ−ＢおよびＢ−ｔｏ−Ａの入力遅延の計算間隔はネットワークの構成と同様に広がるが、Ａ−Ｂ方向の遅延時間とＢ−Ａ方向の遅延時間は異なることができる。

図８は、メディア資源処理装置（ＭＲＦＰ：Ｍｅｄｉａ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）７０の使用についても示している。ＭＲＦＰ７０は、前記のＶｏＩＰ通信を含む種々の通信の種類、生中継のテレビ会議による通信（例えば、Ｈ．３２３、ＳＩＰなどを基本とした会議）、および他のリアルタイム・パケットデータの流れに関する、遅延の影響を受けやすいパケットデータの送信をサポートするために使用されることができる。このような構成にもかかわらず、ＲＴＰは、移動局３０と３２との間の通信の、それぞれ半分または一区間（ｌｅｇ）に使用される。すなわち、ＲＴＰは、エンドポイントＡから出力してエンドポイントＢに向かうパケットデータ・トラフィックに関して、Ｐ１とＭＲＦＰ７０との間で使用され、ＲＴＰは、当該トラフィックをＭＦＲＰ７０からエンドポイントＢに送信するのに使用される。同様の流れが、エンドポイントＢからエンドポイントＡへ流れるトラフィックに適用される。

エンドポイントＢから発信するパケットデータに関する合計の入力遅延についての情報をＲ１のスケジューラに提供するために、ＭＲＦＰ７０は、エンドポイントＢからＭＲＦＰ７０へのパケットデータの送信の間に経過した時間を決定するたに、内部タイマーを使用するように構成されることができ、その後その情報を、エンドポイントＢから出力していたときに、パケット情報に最初から組み込まれていた絶対タイムスタンプ情報を再生するのに使用する。すなわち、Ｒ１において受信したエンドポイントＢからの入力パケットデータは、合計遅延ｔ_{ｄｅｌａｙ}（Ｂ−ｔｏ―Ｒ１）を計算するために使用されることができる絶対タイムスタンプ情報を有する。同様の方法が、エンドポイントＡからエンドポイントＢへのパケットデータの流れに関する逆方向の流れにも使用されることができる。これにより、Ｒ２におけるスケジューラは、エンドポイントＡから発信するパケットデータの合計入力遅延についてのスケジューリングを基礎付けることができる。

図９は、例えば移動対地上（ｍｏｂｉｌｅ−ｔｏ−ｌａｎｄ）のＶｏＩＰ通信などに対応する、異なるより単純なネットワーク構造を示す。エンドポイントＢからＲ１に入力するパケットデータ・トラフィックに関して、共用リンクを通じて移動局３０へのかかるデータの送信をスケジューリングするために、ここで開示したスケジューリングが、エンドポイントＡにおいて実行されるが、かかるスケジューリングはエンドポイントＢにおいては必要とならない（使用されない）ことが理解できる。エンドポイントＢは、地上通信またはその他のネットワーク接続に対応し、エンドポイントＢにおける通信端末７６に関してサービスチャネルのスケジューリングが提供されないため、図に示したネットワーク構造においては、スケジューリングがエンドポイントＢにおいて必要でない。

例を続けると、図１０は、ＶｏＩＰ端末として構成される移動局３０と、ＰＳＴＮ電話または他の地上回路交換方式の通信装置とすることができる通信装置７８との間の通信に対応するネットワーク構造を示している。エンドポイントＢからＲ１に入力するパケットデータの、スケジューリングされた配信に関しては、関心のある入力遅延ｔ_{ｄｅｌａｙ}（Ｂ−ｔｏ―Ｒ１）は、エンドポイントＢにおける装置７８からＲ１までに及ぶネットワークおよび接続にわたる。かかる遅延を決定することは、計算および評価の組み合わせからなることができる。例えば、メディア・ゲートウェイ（ＭＧＷ：Ｍｅｄｉａ Ｇａｔｅｗａｙ）８０からＲ１への遅延は、タイムスタンプ情報に基づいて、経過時間として計算されることができる。一方でそれに先行する装置７８（および対応する回路交換方式によりサポートするネットワーク）からＭＧＷ８０への遅延は評価されることができる。移動局３０へのパケットデータの配信のスケジューリングにおいて、Ｒ１によって考慮される合計入力遅延は、計算による部分と評価による部分からなる。

遅延の評価においては、例えば、デフォルトの遅延値がＰＳＴＮ通信に関して仮定されることができ、ネットワーク種類を考慮することもでき、エンドポイントＡとエンドポイントＢとの間、または少なくともエンドポイントＢとＭＧＷ８０との間に関わる相対的な位置または距離を考慮することもできる。すなわち、所定のネットワーク種類に関するデフォルト遅延の評価は、長距離区間または複雑なネットワーク構成（例えばサテライト・ホップ（ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｈｏｐｓ）やトランスコーディング局（ｔｒａｎｓｃｏｄｉｎｇ ｓｔａｉｏｎｓ）などに関しては増加されることができ、または短距離区間、および単純なネットワーク構成に関しては減少されることができる。

このような柔軟性があり、前記の評価技術をサポートしている情報は、スケジューラによる使用のために、メモリまたは他の記憶装置にプログラムされることができる。すなわち、例えば、基地局に含まれることのできるプロビジョニング情報（ｐｒｏｖｉｓｉｏｎｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を表す。所定のデータ接続が、基地局においてセットアップされた場合、通信者、通信種類、中間ネットワークの種類、位置などに関する情報を識別することが、適切なデフォルトの評価値の選択のために、記憶された情報にインデックスされる。

パケットのタイミング情報または活発なピンギング（ａｃｔｉｖｅ ｐｉｎｇｉｎｇ）に基づいて、入力遅延の“生（ｌｉｖｅ）”の計算を実行するのに有利であるにも関わらず、評価、計算、および評価と計算の組み合わせは、ここで述べた実施形態のいずれにおいても使用されることができることが理解されるべきである。特に、個々のデータ接続に流れるデータパケットに関して、動的に計算された入力遅延の値を維持するのに有利となることができる。なぜなら、これらの値は、個々のデータパケットまたはパケットの集合に関して許容されるスケジューリング遅延の実際の認識に基づいて、パケットデータ配信の積極的なスケジューリングに関して、間違いなく大きな機会を提供するからである。

ここで説明したスケジューリング方法の所定の実行に適合される特定の方法に関わらず、本発明は前述した内容または添付した図面に限定されるものではない。実際に、本発明は特許請求の範囲およびそれと法的に均等な範囲によってのみ限定されるものである。

送信されるパケットデータと関連付けられた入力遅延の認識に基づいて、パケットデータの配信をスケジューリングするように構成された、ネットワークノードのブロック図である。 図1のネットワークノードの１実施形態に関する、詳細の機能回路のブロック図である。 例えば図１のネットワークノードによって実行されることのできる、論理フロー図である。 パケットデータのスケジューリングにおいて、端末相互間の遅延が考慮されることができる、ネットワーク構造のブロック図である。 パケットデータのスケジューリングにおいて、端末相互間の遅延が考慮されることができる、別のネットワーク構造のブロック図である。 パケットデータのスケジューリングの動作において、入力遅延の認識を組み込む共用チャネルのスケジューラを含む、ワイヤレス通信ネットワーク基地局のブロック図である。 ＲＴＰ／ＵＤＰ／ＩＰｖ４パケットデータの情報に含まれることができる、タイムスタンプ情報の図である。 パケットデータのスケジューリングにおいて、端末相互間の遅延が考慮されることができる、別のネットワーク構造のブロック図である。 パケットデータのスケジューリングにおいて、端末相互間の遅延が考慮されることができる、別のネットワーク構造のブロック図である。 パケットデータのスケジューリングにおいて、端末相互間の遅延が考慮されることができる、別のネットワーク構造のブロック図である。

Claims (18)

1. ネットワークノードにおいて受信されたパケットデータを、複数のユーザのうち対象となるユーザにスケジューリングされたサービス間隔で配信する、パケットデータの配信をスケジューリングする方法であって：
   前記ネットワークノードにおいて、パケットデータを受信し、
   受信されたパケットデータのネットワーク送信遅延を決定し、前記ネットワーク送信遅延は、前記パケットデータが発信ネットワークから前記ネットワークノードに到達するまでかかった蓄積された遅延時間からなり、
   前記受信されたパケットデータに関する配信残存時間を決定し、前記配信残存時間は、前記受信されたパケットデータに関する端末相互間の遅延割当量と前記ネットワーク送信遅延との差からなり、
   宛先ネットワーク状態によって変わるネットワーク状態変数が含まれる少なくとも１つの変数に基づいた送信時間の評価値及び前記配信残存時間の関数として、前記パケットデータの配信をスケジューリングすることからなる、パケットデータの配信をスケジューリングする方法。
2. 前記ネットワーク送信遅延を決定することは、その決定のために、各パケットデータの発信ネットワークをピンギングすることを含む、請求項１に記載のパケットデータの配信をスケジューリングする方法。
3. 前記ピンギングすることは、前記発信ネットワークを動的にピンギングし、動的ピンギングの結果の平均で前記ネットワーク送信遅延を決定する、請求項２に記載のパケットデータの配信をスケジューリングする方法。
4. 前記ネットワーク送信遅延を決定することは、前記パケットデータが前記発信ネットワークから前記ネットワークノードまでの送信にかかった全ての経過時間を決定するために、パケットヘッダを評価する、請求項１に記載のパケットデータの配信をスケジューリングする方法。
5. 前記ネットワーク送信遅延を決定することは、複数のデフォルトネットワーク送信遅延を格納し、各パケットデータのデータ接続に対するネットワーク送信遅延として、格納されたネットワーク送信遅延の１つ又は複数を選択し、前記選択することは、送信者、送信又は中間ネットワーク又は距離、送信又は中間ネットワーク種類の１つ又は複数に関する識別情報に基づく、請求項１に記載のパケットデータの配信をスケジューリングする方法。
6. 前記ネットワーク送信遅延を決定することは、パケットデータが前記ネットワークノードに到達するまでのネットワーク送信遅延部分を表す評価されたネットワーク送信遅延と、前記ネットワーク送信遅延の残存部分を表す計算された経過時間との合計として、前記ネットワーク送信遅延を計算することを含む、請求項１に記載のパケットデータの配信をスケジューリングする方法。
7. 所定のデータ接続に関するパケットデータの端末相互間の遅延割当量を決定することは、パケットデータの種類に基づいて、所定の端末相互間の遅延割当量から選択することを含む、請求項１に記載のパケットデータの配信をスケジューリングする方法。
8. 前記スケジューリングすることは、短い配信残存時間を有するパケットデータを優先的に配信することと、宛先ネットワークの通信状態がよいパケットデータを優先的に配信することをともに考慮することを含む、請求項１に記載のパケットデータの配信をスケジューリングする方法。
9. 前記スケジューリングすることは、前記端末相互間の遅延割当量のいずれも超過しないように送信スケジューリング遅延を制限しながら、宛先ネットワークの通信状態がよいパケットデータを優先的に配信することを含む、請求項１に記載のパケットデータの配信をスケジューリングする方法。
10. 無線アクセスポイントから、前記無線アクセスポイントによりサービスされる無線接続端末に、パケットデータの配信をスケジューリングするように構成された前記無線アクセスポイントであって、
    前記無線アクセスポイントで、パケットデータを受信し、
    受信されたパケットデータのネットワーク送信遅延を決定し、前記ネットワーク送信遅延は、前記パケットデータが発信ネットワークから前記無線アクセスポイントに到達するまでかかった蓄積された遅延時間からなり、
    前記受信されたパケットデータに関する配信残存時間を決定し、前記配信残存時間は、前記受信されたパケットデータに関する端末相互間の遅延割当量と前記ネットワーク送信遅延との差からなり、
    宛先ネットワーク状態によって変わるネットワーク状態変数が含まれる少なくとも１つの変数に基づいた送信時間の評価値及び前記配信残存時間の関数として、前記パケットデータの無線配信をスケジューリングするように構成された１つ又は複数の処理回路を含む、無線アクセスポイント。
11. 前記１つ又は複数の処理回路は、各パケットデータの発信ネットワークをピンギングすることにより前記ネットワーク送信遅延を決定するように構成される、請求項１０に記載の無線アクセスポイント。
12. 前記１つ又は複数の処理回路は、前記発信ネットワークを動的にピンギングし、動的ピンギングの結果の平均で前記ネットワーク送信遅延を決定するように構成される、請求項１１に記載の無線アクセスポイント。
13. 前記１つ又は複数の処理回路は、前記パケットデータが前記発信ネットワークから前記無線アクセスポイントまでの送信にかかった全ての経過時間を決定するために、パケットヘッダを評価することによって、前記ネットワーク送信遅延を決定するように構成される、請求項１０に記載の無線アクセスポイント。
14. 前記１つ又は複数の処理回路は、デフォルトネットワーク送信遅延を格納する無線アクセスポイント及び格納されたデフォルトネットワーク送信遅延から１つを選択してネットワーク送信遅延を決定する１つ又は複数の処理回路に基づき、ネットワーク送信遅延を決定するように構成され、
    前記前記１つ又は複数の処理回路は、送信者、送信又は中間ネットワーク、送信又は中間ネットワーク位置又は距離、送信又は中間ネットワークの種類の１つ又は複数に関する識別情報に基づき、前記選択を行うように構成される、請求項１０に記載の無線アクセスポイント。
15. 前記１つ又は複数の処理回路は、パケットデータが前記無線アクセスポイントに到達するまでのネットワーク送信遅延部分を表す評価されたネットワーク送信遅延と、前記ネットワーク送信遅延の残存部分を表す計算された経過時間との合計として、前記ネットワーク送信遅延を計算し、前記ネットワーク送信遅延を決定するように構成される、請求項１０に記載の無線アクセスポイント。
16. 前記１つ又は複数の処理回路は、パケットデータの種類に基づいて、所定の端末相互間の遅延割当量から選択することに基づいて、所定のデータ接続に関するパケットデータの端末相互間の遅延割当量を決定するように構成される、請求項１０に記載の無線アクセスポイント。
17. 前記１つ又は複数の処理回路は、短い配信残存時間を有するパケットデータを優先的に配信することと、宛先ネットワークの通信状態がよいパケットデータを優先的に配信することをともに考慮し、スケジューリングするように構成される、請求項１０に記載の無線アクセスポイント。
18. 前記１つ又は複数の処理回路は、前記端末相互間の遅延割当量のいずれも超過しないように送信スケジューリング遅延を制限しながら、宛先ネットワークの通信状態がよいパケットデータを優先的に配信することに基づいて、スケジューリングするように構成される、請求項１０に記載の無線アクセスポイント。

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