JP5196360B2 - 無線ネットワーク内のネットワークトラフィックを管理する方法 - Google Patents

Description

開示する本発明の実施形態は概して、無線ネットワークに関する。特に、無線ネットワーク内でのネットワークトラフィックを管理することに関する。

無線ネットワークによって、音声、データ等の情報を、伝送線を用いることなく、あるポイントから別のポイントまで送信することが可能となる。一般的な種類の無線ネットワークとして、複数の送受信機（本明細書では、「基地局（ＢＳ）」と呼ぶ）がそれぞれ、１つのセル、つまり、ネットワークのうち当該基地局の周囲の一部分のネットワークをカバーするセルラー方式ネットワークがある。ネットワークは、複数の互いに隣接または重複するセルで構成される。あるネットワークセル内に（一時的に）位置している無線通信デバイス（本明細書では、「移動局（ＭＳ）」と呼ぶ）は、当該セルの基地局との間で通信リンクを構築することによって、当該ネットワークで送信されている音声および／またはその他のデータに対するアクセスを得る。移動局の例としては、スマートフォンまたはその他のセルラー方式の電話ハンドセット、ラップトップおよびネットブック等の携帯可能コンピュータ等のデバイスが含まれる。

移動局がネットワークに入ると、または、移動局がセル境界に近づくと、当該移動局をアソシエーションすべき適切な基地局／ネットワークセルについて決定しなければならない。移動局と基地局／ネットワークセルとの間のアソシエーションは従来、移動局の観点から行われていた。ＭＳは、最初にネットワークに入る場合に、隣接する基地局からの信号強度を走査して、それぞれについて信号対干渉およびノイズ比（ＳＩＮＲ）を決定する。そして、シャノンの容量に関する定理から、到達可能なスペクトル効率は、ｒ＝ｌｏｇ_２（１＋ＳＩＮＲ）と算出される。移動局はその後、到達可能なスペクトル効率が最も高い基地局を選択して、選択された基地局との間でアソシエーションが形成される。

開示する実施形態は、以下に記載する詳細な説明および添付図面を参照することによって、より深く理解されるであろう。添付図面は以下の通りである。
本発明の実施形態が適用され得る無線ネットワークを示す概略図である。 本発明の実施形態に係る、無線ネットワーク内でネットワークトラフィックを管理する方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る、無線ネットワークにおいて移動局とアソシエーションすべき基地局を選択する方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る、無線ネットワークにおいて移動局とアソシエーションすべき基地局、いわゆる選択基地局を選択する方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るロードバランシングパラメータについて選択された値について、無線ネットワークにおける移動局のアソシエーションを決定する際のルールのシミュレーション結果を示すグラフである。

図示の便宜上、図面は一般的な構造を図示しており、公知の特徴および方法の説明および詳細な内容については、本発明の実施形態の説明を不要にあいまいにすることを避けるべく、省略する場合がある。また、図示する構成要素は必ずしも実寸に即しているわけではない。例えば、図示する構成要素の一部は、本発明の実施形態を分かりやすくすることを目的として、他の構成要素に比べて寸法を誇張している場合がある。複数の図面にわたって同じ参照番号を用いている場合、同じ構成要素を指し示すものである。同様の参照番号は、必ずしもそうではないが、同様の構成要素を指し示す場合がある。

「第１」、「第２」、「第３」、「第４」等の用語は、明細書および請求項において用いる場合、複数の同様の構成要素を区別するためであり、特定の逐次的または時系列的な順序を意味しているものでは必ずしもない。このように用いられている用語は適切な状況下では入れ替えが可能であり、本明細書に記載する本発明の実施形態は、例えば、図示または本明細書において記載されているのとは別の順序で動作を行うことが可能であると理解されたい。同様に、本明細書で一連の段階を備えるものとして方法を説明している場合、本明細書に記載する段階を実行する順序は必ずしも、それらの段階を実行する唯一の順序ではなく、記載した段階のうち一部は省略するとしてもよいし、および／または、本明細書に記載していない他の段階を方法に追加するとしてもよい。さらに、「備える」、「有する」、「含む」といった用語は、非排他的な意味を持ち、一連の構成要素を備えるプロセス、方法、物品、または装置は必ずしも、それらの複数の構成要素に限定されるものではなく、明示的に列挙していない他の構成要素、または、当該プロセス、方法、物品、または装置では当然含まれる構成要素を含むとしてもよい。

「左」、「右」、「前方」、「後方」、「上部」、「下部」、「上方」、「下方」等の用語は、明細書および請求項で用いられる場合、説明を目的とするものであり、必ずしも永久的な相対的位置を説明しているものではない。このように用いられている用語は適切な状況下では入れ替えが可能であり、本明細書に記載する本発明の実施形態は、例えば、図示または本明細書において記載されているのとは別の向きで動作を行うことが可能であると理解されたい。「結合」という用語は、本明細書で用いている場合、電気的または非電気的な方法で、直接的または間接的に接続されていることを意味すると定義される。本明細書において互いに「隣接する」と記載されている物体は、互いに物理的に接触しているとしてもよいし、互いに近接しているとしてもよいし、または、互いに概して同じ領域またはエリア内にあるとしてもよいし、文脈に応じて適宜解釈されたい。「一実施形態」という表現は、本明細書で繰り返し用いられるが、必ずしも全てが同じ実施形態を意味しているとは限らない。

本発明の一実施形態によると、無線ネットワーク内でネットワークトラフィックを管理する方法は、無線ネットワークにおいて複数の基地局を特定する段階と、複数の基地局のそれぞれの基地局を、それぞれの基地局の種類に応じて分類する段階と、複数の基地局のそれぞれの基地局について、それぞれの基地局の種類に応じてロードバランシングパラメータを設定する段階と、複数の基地局のうち第１の基地局から、複数の基地局のうち第２の基地局へのハンドオーバーを含むハンドオーバーイベントについて、第１の基地局および第２の基地局の両方のロードバランシングパラメータを考慮に入れるプロセスに応じて第２の基地局を選択する段階とを備える。

本発明の実施形態は、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、ＷｉＭＡＸ（ワールドワイド・インターオペラビリティ・フォー・マイクロウェーブ・アクセス）ネットワーク等を含む無線メトロポリタンエリアネットワーク（ＷＭＡＮ）、３ＧＰＰ ＧＳＭ／ＥＤＧＥおよびＣＤＭＡ２０００を含むセルラー方式電話ネットワーク、３ＧＰＰ ＨＳＤＰＡ、ＬＴＥ、および３ＧＰＰ２ ＵＭＢを含むセルラー方式データネットワーク、または、上記の規格の最新版に基づくネットワーク等に適用され得る。

上述したように、セルのアソシエーションは従来、移動局での最大受信ＳＩＮＲに基づいて行なわれている。このようなアソシエーション方式は、ネットワークのセルの負荷が対称である場合には最適であるが、このような状況は実際のネットワークトラフィック条件にはほとんどあてはまることがない。現実のネットワークでは、セルのトラフィック負荷の非対称性に対応するべくロードバランシングが必要となる。ロードバランシングは、セルのスループットを向上させ、ファイル転送においてユーザが感じる遅延を低減するには、重要である。

ロードバランシング処理は幾つか考案されているが、アドホックでヒューリスティックな処理に過ぎない。このような既存のプロトコルは、ロードバランシングの観点から最適なネットワーク処理を保証することはできず、ハンドオーバー（ＨＯ）が制御不能となるか／失敗に終わる可能性がある。これは、明確に定義されたフレームワークがなく、移動局のＨＯの決定が、基地局のＨＯの決定とは異なる可能性がある（こういうケースが多い）ためである。実際、本発明の実施形態で提案しているような、システム設定ブロードキャストに含まれる少数の重要なパラメータでロードバランシングポリシーを定義、利用、および管理することが十分に可能となるような体系的なフレームワークというものはない。これとは対照的に、本発明の実施形態を標準規格に取り入れることで、少数の重要な設定パラメータを用いて、ＨＯおよびネットワーク進入時のセル選択において予想外の挙動を発生させることなく、ネットワークを所望の最適方式で動作させることができるようになる。本発明の実施形態は、ＭＳ制御型またはＢＳ制御型のＨＯの一方に適用可能であり、どちらでも同様の効果が期待される。どの程度ロードバランシングを行なうかは、後述するように、パラメータ「α」によって制御される。本発明の実施形態はさらに、同様に後述するように、パラメータ「β」で表す移動度およびＨＯのコストを考慮に入れる。従来の方法では、このようなパラメータを考慮に入れていない。

さらに、具体的にＷｉＭＡＸネットワークに関して、本発明の実施形態は、現在の解決方法には無いがＷｉＭＡＸのセルアソシエーションアルゴリズムを大幅に改善するために必要な重要な要素を少なくとも２つ提案している。ロードバランシングのサポートは、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍ規格および競合する３ＧＰＰ規格に含まれることが期待されている。本発明の実施形態によれば、ネットワークは、単純なシステム設定パラメータを用いて、複数の異なる動作モード（最良の接続性、期待スループット、ロードバランシング）で動作することができる。また、本発明の実施形態によれば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍがサポートする予定であるオーバーレイネットワークでのＨＯ決定を効率化することが可能となる。

本発明の実施形態は、移動局がアソシエーションする適切な基地局に関する決定を行なう際に各セルのトラフィック負荷を考慮に入れることによってネットワークトラフィックの管理を改善する。本発明の実施形態では、セルの負荷およびチャネル品質（ＳＩＮＲを含む）に加えて、セルアソシエーションに関連するので、移動局の移動度も考慮する。チャネル品質が高く、および／または、トラフィック負荷が低いが、セル半径が小さい場合には、ＨＯが頻繁に発生する可能性があり、ＨＯのコストが高チャネル品質および／または低負荷の効果を無効にしてしまう可能性がある。この問題は、無線ネットワークが異種ネットワークである場合、つまり、マクロセル、ミクロセル、ピコセル、フェムトセル、および／または、中継セル等のうち複数のセルで構成されている場合により深刻である。これは、セルの種類が異なると、セル半径およびＨＯ間隔が異なるためである。このため、本発明の実施形態では、セルのスループットを最大化しつつ、期待されるＨＯコストを十分に低く留めるべく、さらに詳細に後述するように、チャネル品質、セル負荷、および、ＭＳ移動度に基づくセルアソシエーションアルゴリズムを利用している。オーバーヘッド／複雑性は最小限に抑えつつ、大きな効果が得られる。

以下では図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態を適用し得る無線ネットワーク１００を示す概略図である。一例を挙げると、無線ネットワーク１００は、ＷＬＡＮ、ＷｉＭＡＸネットワーク等を含むＷＭＡＮ、セルラー方式電話ネットワーク、または、関連技術分野で公知の他の無線ネットワークであってよい。

図１に示すように、無線ネットワーク１００は、セル１１０、１２０、および、１３０を備えるセルラー方式構造を持つ。無線ネットワーク１００はこれより多数の同様のセルを備えるが、セル１１０、１２０、および、１３０を代表例として図示している。セル１１０、１２０、および、１３０にはそれぞれ、基地局１１１、基地局１２１、および、基地局１３１が含まれている。各セルにはさらに、任意の数の（０の場合もある）移動局１２５が含まれている。図示している実施形態では、セル１１０には５個の移動局１２５、セル１２０には２個の移動局１２５が含まれており、セル１３０には移動局１２５はない。実際の動作条件では、移動局が、例えば、セル間を移動して、ネットワークに進入し、ネットワークから退出するので、各セル内の移動局１２５の数は変化し続ける。各基地局のトラフィック負荷は、アソシエーションされている移動局の数に応じて決まる。本明細書では、各基地局、または、同等に（少なくとも、各セルが含む基地局が１つのみであるような図１に図示するネットワークの場合には）各セルのトラフィック負荷を表すべく、基地局利用係数ρを用いる。基地局利用係数ρは、基地局がビジーである時間、「１−ＢＳアイドル時間」と定義される。

セルアソシエーションには、２つの観点、ユーザー（または、移動局）の観点およびネットワーク（または、基地局）の観点がある。従来は、上述したように、ユーザの観点からセルアソシエーションを行なっていた。移動局は、最初にネットワークに進入する際に、隣接する基地局からの信号強度を走査して、基地局毎にＳＩＮＲを算出する。そして移動局は、例えば、シャノンの容量の定理に基づいて決まる到達可能なスペクトル効率が最も高くなる基地局を選択する。また同様に上述したように、このように適切なセルアソシエーションを決定する方法は、例えば、システムに含まれる移動局の数が少ない場合等ネットワーク全体にかかる負荷が非常に軽い場合、または、セル負荷が均一である場合には成功する。上述の仮定（セル負荷が均一であること、つまり、進入した移動局の範囲内のセル全てにおいてトラフィック負荷が均一であること）に基づいているこのセル選択ルールは、本明細書では、「基準条件」（または、単に「基準」）と呼ぶ。当該基準では、ネットワークトラフィック状況は考慮していないことに留意されたい。

実際の（均一でない）ネットワークでは、最適なアソシエーションを決定するためには、トラフィック状況を考慮しなければならない。さらに図１を参照しつつ説明すると、移動局１４０は無線ネットワーク１００に進入したばかりであるか、または、現在アソシエーションされているセル（不図示）を退出しようとしているところである。いずれにしても、利用可能なネットワークセルのうちどれと移動局１４０をアソシエーションすべきかを決定しなければならない。より詳細に後述するが、移動局１４０は、無線ネットワーク１００に進入すると、３つの隣接する基地局、つまり、基地局１１１、１２１、および１３１（これらの基地局は、移動局１４０の範囲内にある、または、移動局１４０に利用可能な全ての３以上または３以下の基地局を表している）を走査して、基地局１１１、１２１、および１３１からの到達可能なレートｒ_１、ｒ_２、およびｒ_３を算出する。ｒ_１が最も高いと想定する（移動局１４０が最も近い基地局が基地局１１１であるので、合理的な想定である）。基準によると、移動局１４０は基地局１１１とアソシエーションすべきである。しかし、基地局１１１が混雑しており（図示している実施形態のように）、利用率が高い（つまり、１に近い）場合、基準による選択は最適ではない場合がある。これに代えて、移動局１４０は、ρ_２がρ_１よりも十分に低い場合、基地局１２１を選択するとしてよい（または、自身で既に選択している）。同じルールは基地局１３１にも当てはまる。このため、到達可能なレートｒおよび基地局利用係数ρの両方を考慮すると、どのセル選択ポリシーが最適か、という質問がなされる。この文脈において「最適」という用語は、複数の意味のうちいずれかの意味を持つとしてよい。例えば、他にもあるが、ファイル転送遅延を最小限に抑えるポリシー、信号品質／接続性が最良となるポリシー、または、ファイル転送信頼性が最も高くなるポリシーのいずれかを意味するとしてよい。

図２は、本発明の実施形態に係る、無線ネットワーク内でネットワークトラフィックを管理する方法２００を示すフローチャートである。一例を挙げると、無線ネットワークは、図１に示す無線ネットワーク１００と同様のものであってよい。方法２００によれば、無線ネットワーク内の基地局はそれぞれ、別々にロードバランシングパラメータを設定することによって、異なるロードバランシング目標値を実現することができる。尚、各ロードバランシングパラメータは、対応付けられているセルの種類、または、トラフィック負荷等の状況の変動に応じて、基地局が動的に変更することができ、移動局毎に異なるロードバランシングパラメータを定義することもできる。

例えば、本発明の実施形態は、柔軟性を取り入れるフレームワークとして捉えることも可能である。以下に一例を挙げる。セルの境界に位置しているために接続性が問題となる可能性がある移動局について、基地局はα＝０というルールを用いるとしてよい。ロードバランシングが主な問題であるオーバーレイネットワークでは、基地局はα＝２というルールを用いるとしてよい。上級加入契約の一部のユーザについては、基地局はα＝１というルールを用いるとしてよい。実際のネットワークでは、ネットワーク運営者が、上記のようなルールを設定ブロードキャストに組み込むか、または、デバイスにハードコードするかを決定するとしてよい。また、組み合わせるとしてもよい。例えば、ネットワークは、セルの負荷に基づいてα＝０とα＝１との間でのみ切り替わり、α＝１は上級加入契約が結ばれているデバイスにハードコードされる。ネットワーク負荷が低い場合にはα＝１がα＝０よりも優先されて上級加入契約を持つユーザに対するサービス提供を最優先するが、ネットワークがα＝２をブロードキャストしてロードバランシングがその時点において重要となる旨を示すとα＝１は無効になる。ロードバランシングパラメータは、無線リンクでブロードキャストされると、その時々で変更することが可能であるが、あまり頻繁ではない（おそらく数時間毎）と考えられる。

方法２００のステップ２１０では、無線ネットワーク内の複数の基地局を特定する。複数の基地局は、特定の移動局の範囲内にある一群の基地局、または、特定の移動局との間でアソシエーションの形成が可能な一群の基地局を含む。一例を挙げると、複数の基地局は、図１に示す基地局１１１、１２１、および１３１から成る基地局群と同様であってよい。

方法２００のステップ２２０では、複数の基地局をそれぞれ、基地局の種類に応じて分類する。一般的な無線ネットワークは、複数の異なる種類のセル、つまり、サイズおよび配設の目的が異なるセルで構成されている。一般的な用語で説明すると、セルサイズで分類すると、（大きいものから小さいものの順）マクロセル、ミクロセル、ピコセル、および、フェムトセルと呼ばれるものがあるとしてよい。セルの配設の目的で分類すると、中継セル、非制限加入者グループセル、制限加入者グループセル、準制限加入者グループセル等がある。

方法２００のステップ２３０では、複数の基地局のそれぞれについて、基地局の種類に応じてロードバランシングパラメータを設定する。ロードバランシングパラメータは、本明細書において「α」で表すが、ネットワーク全体の動作を改善するようにアソシエーションに関して判断を下すためのネットワーク全体に一貫して用いられるプロトコルである。当該プロトコルは、以下で説明するロードバランシングアルゴリズムに応じて実現されるとしてよい。

基地局の指標をｉ、ＢＳ_ｉについて到達可能なレートをｒ_ｉ（ｒ_ｉ＝ｌｏｇ_２（１＋ξ_ｉで算出される）、ＢＳ_ｉの基地局利用係数をρ_ｉ、基地局と移動局との間で到達可能なデータレートを示すために用いられるＳＩＮＲまたは任意のその他の物理層測定メトリック等のチャネル品質パラメータをξ、ロードバランシングの程度を定めるパラメータをαとする。そして、選択されたＢＳの指標ｉは、ｉ^＊で表すが、以下の式で定められる。

このアルゴリズムは、パラメータ「α」によって基地局を選択する際に複数の要素が組み合わせられるので、「負荷認識（プラスアルファ）」ルールと名付ける。つまり、ロードバランシング（ネットワークの観点から見たもの）と、最大レートまたは最大ＳＩＮＲ（ユーザの観点から見たもの）とを組み合わせる。これについては以下でさらに詳述する。

基準（接続性またはレートを最良にすることのみ）では、α＝０の場合、アソシエーションは、ユーザの観点にのみ基づいて決定される。つまり、チャネル品質のみに基づいて決定され、ネットワークトラフィック状況については考慮していない。α＝０という設定にすると、基地局アイドル時間の算術平均が最大値となることが分かる。基地局アイドル時間は、ＢＳがアイドル状態である時間の割合と定義される。尚、ＢＳアイドル時間は１−ＢＳ利用時間である。

比例遵守方法（レート優先）では、αの値が大きくなるにつれて、基地局の選択は、ネットワークから見た観点、つまり、基地局利用率をより重要視して決定される。α＝１となると、基地局アイドル時間の幾何平均が最大値を取ることが分かる。

遅延最適化方法（負荷が優先される）では、α＝２の場合、平均ファイル転送の観点から最適な決定が為される。α＝２となると、基地局アイドル時間の調和平均が最大値を取ることが分かる。

負荷最小化方法（負荷のみ）では、αの値がさらに大きくなると、トラフィック状況に一層偏った判断が為され、最終的には、αが無限に大きい値となると、負荷のみに基づいて判断が行なわれ、チャネル品質については考慮しない。

数１にしたがって選択されるセルは、数学的に最適であるが、移動局がファイル転送中は移動しないものと仮定して導き出される。しかし、移動局が高速に移動して頻繁にハンドオーバーを行なう必要がある場合、ＨＯのコストも考慮に入れるべきである。このため、本発明の実施形態では、移動局の移動度および発生するＨＯのコストも考慮に入れる。１回のＨＯにつき必要なビット数で測定されるＨＯ期待コストをβとする。これには、ＨＯプロセス中のエアリンクメッセージオーバーヘッド、バックボーンのメッセージングコスト、および、サービス中断時間中の日和見的なコストが含まれる。例えば、１回のＨＯについてのサービス中断時間は１００ミリ秒（ｍｓ）であり、到達可能なレートが１メガビット毎秒（Ｍｂｐｓ）である場合、ＨＯコストは１０万ビットとカウントされるはずである。

移動度を決定するためには、対象となるセル内に滞在している時間を推定することが必要不可欠である。滞在時間は、セルサイズおよび移動速度に応じて決まる。ｉ番目のセルに移動局が滞在する期待滞在時間をＴ_ｉとする。このとき、改訂セルアソシエーションアルゴリズムは、以下の式で与えられる。

Ｔ_ｉを正確に推定できるかどうかは、移動速度を把握しているか否かによって決まるが、移動速度は不確定要素である。例えば、移動局がグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）機能を備えていれば、移動速度は正確に測定することができる。尚、多くのセルラー方式携帯電話は、ＧＰＳを利用したカーナビゲーションシステムを備えており、移動速度の測定のために利用することができる。そうでない場合には、物理（ＰＨＹ）層のドップラー推定または媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層のＨＯ頻度履歴を利用することができる。例えば、移動局は、対象となるセルでの滞在時間を、セル範囲を推定速度で除算することによって推定するとしてよい。この推定速度は、ＰＨＹ層のドップラー推定信号、または、ＭＡＣ層から入手可能なハンドオーバー頻度履歴信号に基づいて決まるとしてもよい。

方法２００のステップ２４０では、第１の基地局（移動局が現在アソシエーションされており、複数の基地局のうち第１の基地局である）から第２の基地局（移動局のハンドオーバー先であり、複数の基地局のうち第２の基地局である）へのハンドオーバーを含むハンドオーバーイベントについて、第１の基地局および第２の基地局の両方のロードバランシングパラメータを考慮に入れるプロセスに応じて第２の基地局を選択する。ステップ２４０によると、移動局は、基地局の種類によって計算方法を変更する（つまり、αの値が異なる式を用いる）。このため、マクロからマクロへのハンドオーバー、マクロからピコへのハンドオーバー等、ハンドオーバーの状況毎に利用するロードバランシングポリシーを変化させる。一実施形態によると、ステップ２４０で言うプロセスは、複数の基地局のうち、基地局利用係数、チャネル品質パラメータ、および、ロードバランシングパラメータを含む数式の値が最大値を取るのはどの基地局かを判断することを含む。一実施形態によると、この式は以下で表される。

式中、基地局の指標をｉ（ｉ∈１，２，３，・・・，Ｎ）、基地局利用係数をρ、ロードバランシングパラメータをα、チャネル品質パラメータをξとする。一例を挙げると、チャネル品質パラメータは、信号対干渉およびノイズ比であってよい。（尚、複数の基地局のうち数３の値が最大値となるのはどの基地局かを決定することは、数１を解くことに等しい。）

別の実施形態によると、ステップ２４０で言うプロセスは、複数の基地局のうち、基地局利用係数、チャネル品質パラメータ、期待滞在時間、期待ハンドオーバーコスト、および、ロードバランシングパラメータを含む数式の値が最大値を取るのはどの基地局かを決定することを含む。一実施形態によると、この式は以下で表される。

式中、基地局の指標をｉ（ｉ∈１，２，３，・・・，Ｎ）、基地局利用係数をρ、ロードバランシングパラメータをα、チャネル品質パラメータをξ、期待ハンドオーバーコストをβ、期待滞在時間をＴ_ｉとする。一例を挙げると、チャネル品質パラメータは、信号対干渉およびノイズ比であってよい。（尚、複数の基地局のうち数４の値が最大値となるのはどの基地局かを決定することは、数２を解くことに等しい。）

従来のアソシエーション方式は数４の一部、つまり、α＝０およびβ＝０と設定して得られる式を表していることが分かる。言い換えると、上述したように、従来の解決方法では、セルの負荷または移動局の移動度を考慮することなくＳＩＮＲが最も高い基地局を選択している。これは最も単純な事例であるので、標準規格では、新しいポリシーを利用するフレームワーク、例えば、ロードバランシングまたはＨＯコストを考慮してセルを選択するフレームワークが定義されていない。

図３は、本発明の実施形態に係る、無線ネットワークにおいて移動局とアソシエーションされる基地局を選択する方法３００を示すフローチャートである。一例を挙げると、無線ネットワークは、図１に示す無線ネットワーク１００と同様のものであってよい。

方法３００のステップ３１０では、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群を特定する。一例を挙げると、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群は、図１に示す基地局１１１、１２１、および１３１と同様であってよい（Ｎは３）。一実施形態によると、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群を特定することは、移動局を用いて無線ネットワークを走査することで基地局信号の検出を試みて、基地局信号を検出した各基地局をＮ個の利用可能な基地局から成る基地局群に含めることを含む。言い換えると、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群は、移動局が信号を受信することが出来た基地局を全て含む。別の実施形態によると、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群を特定することは、バックボーンネットワークを介して通信を行って隣接する基地局のシステム情報を取得することを含む。言い換えると、システム情報はバックボーンを介して取得することができる。

方法３００のステップ３２０では、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局について、基地局利用係数、ロードバランシングパラメータ、および、チャネル品質パラメータを決定する。一例を挙げると、基地局利用係数、ロードバランシングパラメータおよびチャネル品質パラメータはそれぞれ、上述したパラメータρ、αおよびξと同様のパラメータであってよい。以下でより詳細に説明するが、「決定」という用語は、本明細書で特定のパラメータと関連して用いる場合、特定のパラメータを直接算出すること、および、別に算出された特定のパラメータを受信することを意味する。一例を挙げると、チャネル品質パラメータは、信号対干渉およびノイズ比であってよい。

一実施形態によると、ステップ３２０または別のステップはさらに、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局についてセルの種類を決定することを含む。一例を挙げると、セルの種類を決定することは、移動局において基地局からセルの種類に関する情報を受信することを含むとしてよい。セルの種類としては、例えば、上述したように、セルサイズ、セルの配設の目的等が挙げられるとしてよい。セルの種類を決定することによって、例えば、ロードバランシングパラメータおよび期待滞在時間の決定が容易になるとしてよい。

同様に、一実施形態によると、チャネル品質パラメータ（例えば、信号対干渉およびノイズ比）を決定することは、移動局を用いてネットワークを走査して、チャネル品質パラメータを測定または算出することを含む。別の実施形態によると、チャネル品質パラメータを決定することは、無線ネットワークの別の部分で決定されたチャネル品質パラメータを移動局において受信することを含む。

同様に、一実施形態によると、基地局利用係数の決定は、移動局を用いてネットワークを走査して、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局について、基地局利用係数を直接測定または算出することを含む。別の実施形態によると、基地局利用係数の決定は、基地局利用係数を移動局において受信することを含む。言い換えると、基地局利用係数は、無線ネットワークの別の部分で算出、選択、特定、または決定された後、移動局に送信されるか、または、移動局による利用が可能な状態となる。

本明細書で説明する方法を利用する簡単な方法を１つ挙げると、記載したパラメータをシステムブロードキャストメッセージに埋め込む方法がある。これには、基地局が自身の情報および隣接する基地局の情報をブロードキャストすることが含まれる。一例を挙げると、移動局において基地局利用係数を受信することは、近隣広告メッセージ（ＭＯＢ＿ＮＢＲ＿ＡＤＶ）で基地局利用係数の型−長さ−値（Ｔｙｐｅ−Ｌｅｎｇｔｈ−Ｖａｌｕｅ：ＴＬＶ）定義を移動局において受信すること、主要ブロードキャストチャネル（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍのスーパーフレームヘッダ（ＳＦＨ）またはＩＥＥＥ８０２．１６ｅのダウンリンクチャネル記述子（ＤＣＤ））から基地局利用係数を移動局において収集すること等を含むとしてよい。

αおよびセル負荷の両方のＴＬＶ定義が（ＭＯＢ＿ＮＢＲ＿ＡＤＶ）に含まれている実施形態では、移動局は、特定の基地局を走査する必要があるか否かを推測することができる。例えば、移動局は、αの値が高く（例えば、２以上）、セル負荷が高い場合には、その基地局を省略するとしてよい。（ＭＯＢ＿ＮＢＲ＿ＡＤＶ）で搬送されるシステム設定情報およびその複製は、時間経過と共にネットワーク動作に応じて変化するとしてよい。αは、例えば、マクロセルの負荷が大きくならない限りは、ゼロに「固定」されるとしてよいが、例えば、セルのトラフィックロードが所与のしきい値を超えると、αを２に切り替えるとセルが決定するとしてもよい。基地局または移動局は、走査中のチャネル品質測定値と、負荷情報およびパラメータαとに基づき、ＨＯについて最良なセルはどのセルかを決断するとしてよい。同様に、負荷情報およびパラメータαが主要ブロードキャストチャネルに実装されている場合、移動局は、ロードバランシングを自動的に実行しつつネットワーク進入の際の目標のセルを適宜選択するとしてよい。ハンドオーバーは、コスト、セルの種類に関する情報、推定された移動度、および、その他の一般的なＨＯトリガパラメータに基づいて開始される。このため、望ましくないＨＯを効率良く回避することができる。

一部の実施形態によると、上述したように、セルの種類を定義して、負荷情報およびパラメータαと共にブロードキャストする必要がある。例えば、大から小に並べると、マクロセル、ミクロセル、および、ピコセルという大まかな粒度を得ることができ、それぞれのセルの種類について大まかなカバーする領域が、予め定められているか、または、動的に設定される（これには、別のブロードキャストが必要となる）。

上記の方法には、ロードバランシングおよびセルの選択が適切に一貫して管理されるという大きな利点がある。現状では、ロードバランシングは、基地局において「盲目的に」行われている。基地局は単に、移動局を選択して、特定の隣接するセルに（ＨＯイベントで）移動させている。このような盲目的な手法では、移動局が基地局の決定の基準を認識していないので、ＨＯコマンドを拒絶したり、または、移動局が好むセル、例えば、ＳＩＮＲが最も良いセルに対して勝手にＨＯを実行するので、混乱が生じてしまう。これとは対照的に、本発明の実施形態によれば、ロードバランシングの全ての筋書きをカバーし、勝手な／失敗に終わるＨＯを減らす移動局とネットワークとの間で共有が可能な簡単なシステム設定パラメータを利用することができるようになる。

方法３００のステップ３３０では、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局について、期待滞在時間および期待ハンドオーバーコストを決定する。ステップ３３０は、移動局の移動度が無視できる実施形態等の一部の実施形態では省略するとしてもよいが、実行されると、移動局のアソシエーションに関する決定が改善される可能性がある。一例を挙げると、期待滞在時間および期待ハンドオーバーコストはそれぞれ、上述したパラメータＴ_ｉおよびβと同様であってよい。

方法３００のステップ３４０では、基地局利用係数、チャネル品質パラメータ、および、ロードバランシングパラメータのそれぞれを考慮に入れる計算に従って、移動局とアソシエーションする選択基地局を選択する。一例を挙げると、当該計算は、数３の値が最大値を取るｉの値を特定することを含むとしてよい。式中、ｉは、利用可能な基地局の指標となる実数の正の整数である。

方法３００の実施形態では、ステップ３３０を実行して、上述したステップ３４０に代えて、上記の第１の計算ではなく、基地局利用係数、チャネル品質パラメータ、および、ロードバランシングパラメータのそれぞれに加えて、期待滞在時間および期待ハンドオーバーコストを考慮に入れる第２の計算に応じて選択基地局を選択する別のステップ３４０を実行する。一例を挙げると、第２の計算は、数４の値が最大値になるｉの値を特定することを含む。式中、ｉは、利用可能な基地局の指標となる実数の正の整数である。

方法３００のステップ３５０では、移動局において、当該移動局と選択基地局とのアソシエーションを実現する動作を開始する。

図４は、本発明の実施形態に係る、移動局がアソシエーションされる基地局、いわゆる選択基地局を無線ネットワークにおいて選択する方法４００を示すフローチャートである。一例を挙げると、無線ネットワークは、図１に示す無線ネットワーク１００と同様のものであってよい。

方法４００のステップ４１０では、サービス提供中の基地局において、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群を特定する。一例を挙げると、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群は、図１に示す基地局１１１、１２１、および１３１と同様であってよい（Ｎは３）。一実施形態によると、ステップ４１０は、サービス提供中の基地局を用いて、無線ネットワークを走査することで基地局信号の検出を試みて、基地局信号を検出したサービス提供中の基地局およびその他の各基地局を、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群に含めることを含む。

方法４００のステップ４２０は、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局について、サービス提供中の基地局を用いて、基地局利用係数を移動局に送信し、ロードバランシングパラメータを決定して、チャネル品質パラメータを移動局から受信する。一例を挙げると、基地局利用係数、ロードバランシングパラメータおよびチャネル品質パラメータはそれぞれ、上述したパラメータρ、αおよびξと同様のパラメータであってよい。一実施形態によると、サービス提供中の基地局を用いてロードバランシングパラメータを決定することは、移動局とセルの境界との間の距離を決定することと、基地局利用係数がしきい値を越えるか否かを決定することとを含む。これらの値に基づき、サービス提供中の基地局においてロードバランシングパラメータを算出するとしてよく、ロードバランシングパラメータはその後、移動局に送信されるとしてよい。

一実施形態によると、ステップ４２０は、移動局に基地局利用係数を送信する前に、サービス提供中の基地局を用いてネットワークを走査して、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局について基地局利用係数を測定することによって、基地局利用係数を決定することを含む。一例を挙げると、基地局利用係数を送信することは、基地局利用係数の型−長さ−値（Ｔｙｐｅ−Ｌｅｎｇｔｈ−Ｖａｌｕｅ：ＴＬＶ）定義を含む近隣広告メッセージをブロードキャストすること、主要ブロードキャストチャネルで基地局利用係数をブロードキャストすること（どちらについても、詳細に上述している）等を含むとしてよい。一実施形態によると、基地局利用係数を決定することは、サービス提供中の基地局において、移動局において測定または算出された基地局利用係数を受信することを含む。

一実施形態によると、ステップ４２０または別のステップはさらに、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局（または、対応するセル）について、セルの種類を定義してブロードキャストすることを含む。セルの種類としては、上述したように、例えば、セルサイズ、セルの配設の目的等が挙げられるとしてよい。セルの種類を定義することによって、例えば、ロードバランシングパラメータおよび期待滞在時間の決定が容易になるとしてよい。

方法４００のステップ４３０では、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局について、期待滞在時間および期待ハンドオーバーコストを決定する。ステップ４３０は、移動局の移動度が無視できる実施形態等の一部の実施形態では省略するとしてもよいが、実行されると、移動局のアソシエーションに関する決定が改善される可能性がある。一例を挙げると、期待滞在時間および期待ハンドオーバーコストはそれぞれ、上述したパラメータＴ_ｉおよびβと同様であってよい。

一実施形態によると、期待ハンドオーバーコストを決定することは、エアリンクメッセージオーバーヘッド、バックボーンメッセージングコスト、および、サービス中断時間中の日和見的なコストを決定することを含む。近隣リストに挙げられているセルの種類毎に、サービス提供中の基地局は、ＭＯＢ ＮＢＲ ＡＤＶ内のＨＯトリガアクションのＴＬＶを定義する。また、必要であれば、サービス提供中の基地局はさらに、例えば、２つのセルの接続がうまくいっていない場合、または、２つのセルのＡＳＮゲートウェイが異なる場合に当てはまる状況等、バックボーン信号送信が高コストとなる場合には、βに寄与する追加コストを定義するとしてよい。

方法４００のステップ４４０では、基地局利用係数、チャネル品質パラメータ、および、ロードバランシングパラメータのそれぞれを考慮に入れる計算に従って、選択基地局を選択する。一例を挙げると、当該計算は、数３の値が最大値を取るｉの値を特定することを含むとしてよい。式中、ｉは、利用可能な基地局の指標となる実数の正の整数である。

方法４００の実施形態では、ステップ４３０を実行して、上述したステップ４４０に代えて、上記の第１の計算ではなく、基地局利用係数、チャネル品質パラメータ、および、ロードバランシングパラメータのそれぞれに加えて、期待滞在時間および期待ハンドオーバーコストを考慮に入れる第２の計算に応じて選択基地局を選択する別のステップ４４０を実行する。一例を挙げると、第２の計算は、数４の値が最大値を取るｉの値を特定することを含む。式中、ｉは、利用可能な基地局の指標となる実数の正の整数である。

方法４００のステップ４５０では、サービス提供中の基地局において、移動局と選択基地局とのアソシエーションを実現する動作を開始する。

図５は、負荷認識ルールをαの値を選択値に設定してシミュレーションした結果を示すグラフ５００である。グラフから分かるように、負荷の非対称性が大きくなるにつれて、従来の方法（α＝０）では遅延特性が悪化しているが、α＝２の場合には遅延特性が最も良好である。この結果は、上述した理論的説明とも良く一致する。

具体的な実施形態に基づき本発明を説明してきたが、当業者におかれては、本発明の意図または範囲から逸脱することなくさまざまな変更を行なうものと理解されたい。したがって、本発明の実施形態を開示しているのは、本発明の範囲を限定するのではなく、説明することを意図している。本発明の範囲は請求項で要件とされている範囲にのみ限定されるものとする。例えば、当業者には、無線ネットワーク内のネットワークトラフィックを管理する方法、ならびに、本明細書で説明した関連するアルゴリズムおよびフレームワークが、さまざまな実施形態で実現し得ること、そして、これらの実施形態に関する上記の説明は必ずしも全ての実施可能な実施形態を完全に網羅するものではないことは明らかであろう。

また、具体的な実施形態に関して、その便益、その他の利点、および、問題解決方法を説明した。しかし、便益、利点、問題解決方法、ならびに、便益、利点または問題解決方法の要因となる、または、それらを顕在化させる構成要素は、請求項の一部または全てにおいて、重要必須な、必要な、または、不可欠な特徴または構成要素であると解釈されるべきではない。

また、本明細書で開示した実施形態および特定事項は、（１）請求項で明示的に請求されていない場合、（２）均等論において請求項に明示的に記載した構成要素および／または特定事項の均等物である、または、その可能性がある場合、公有の原則において、公有に属するものではない。

Claims (22)

1. 無線ネットワーク内でネットワークトラフィックを管理する方法であって、
   前記無線ネットワーク内の複数の基地局のそれぞれの基地局を、前記それぞれの基地局の種類に応じて分類する段階と、
   前記複数の基地局の前記それぞれの基地局について、前記それぞれの基地局の種類に応じてロードバランシングパラメータを設定する段階と、
   前記複数の基地局のうち第１の基地局から、前記複数の基地局のうち第２の基地局へのハンドオーバーを含むハンドオーバーイベントについて、前記第１の基地局および前記第２の基地局の両方の前記ロードバランシングパラメータを考慮に入れるプロセスに応じて前記第２の基地局を選択する段階と
   を備える方法。
2. 前記プロセスは、基地局利用係数、チャネル品質パラメータ、および、前記ロードバランシングパラメータを含む式の値が最大値となるのは、前記複数の基地局のうちどの基地局かを決定することを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記式は、
   

   

   であり、式中で、ｉは基地局指標で、ｉ∈｛１，２，３，・・・，Ｎ｝であり、ρは前記基地局利用係数で、αは前記ロードバランシングパラメータで、ξは前記チャネル品質パラメータである請求項２に記載の方法。
4. 前記チャネル品質パラメータは、信号対干渉およびノイズ比である請求項３に記載の方法。
5. 前記プロセスは、基地局利用係数、チャネル品質パラメータ、期待滞在時間、期待ハンドオーバーコスト、および、前記ロードバランシングパラメータを含む式の値が最大値となるのは、前記複数の基地局のうちどの基地局かを決定することを含む請求項１に記載の方法。
6. 前記式は、
   

   

   であり、式中で、ｉは基地局指標で、ｉ∈｛１，２，３，・・・，Ｎ｝であり、ρは前記基地局利用係数で、αは前記ロードバランシングパラメータで、ξは前記チャネル品質パラメータで、βは前記期待ハンドオーバーコストで、Ｔ_ｉは前記期待滞在時間である請求項５に記載の方法。
7. 無線ネットワークにおいて移動局をアソシエーションする基地局を選択する方法であって、
   Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群を特定する段階と、
   前記Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局について、
   基地局利用係数を決定するステップ、
   ロードバランシングパラメータを決定するステップ、及び
   チャネル品質パラメータを決定するステップを有する段階と、
   前記基地局利用係数、前記チャネル品質パラメータ、および、前記ロードバランシングパラメータを考慮に入れる第１の計算にしたがって、前記移動局をアソシエーションする選択基地局を選択する段階と、
   前記移動局において、前記移動局と前記選択基地局とをアソシエーションするための処理を開始する段階と
   を備える方法。
8. 前記チャネル品質パラメータは、信号対干渉およびノイズ比である請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の計算は、
   

   

   の値が最大値となるｉの値を特定することを含み、式中で、ｉは基地局指標で、ｉ∈｛１，２，３，・・・，Ｎ｝であり、ρは前記基地局利用係数で、αは前記ロードバランシングパラメータで、ξは前記チャネル品質パラメータである請求項７に記載の方法。
10. 前記Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群を特定する段階は、
    前記移動局を用いて前記無線ネットワークを走査することによって基地局信号の検出を試みる段階と、
    前記Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群に、基地局信号が検出された各基地局を含める段階と
    を有する請求項９に記載の方法。
11. 前記基地局利用係数を決定するステップは、前記移動局において前記基地局利用係数を受信する段階を含む請求項９に記載の方法。
12. 前記移動局において前記基地局利用係数を受信する段階は、
    近隣広告メッセージで前記基地局利用係数の型−長さ−値（Ｔｙｐｅ−Ｌｅｎｇｔｈ−Ｖａｌｕｅ）定義を前記移動局において受信する段階、および、
    主要ブロードキャストチャネルから前記基地局利用係数を前記移動局において収集する段階
    のうち１つを含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局について、期待滞在時間および期待ハンドオーバーコストを決定する段階と、
    前記第１の計算に代えて、前記期待滞在時間および前記期待ハンドオーバーコスト、ならびに、前記基地局利用係数、前記チャネル品質パラメータおよび前記ロードバランシングパラメータのそれぞれを考慮に入れる第２の計算にしたがって、前記選択基地局を選択する段階と
    をさらに備える請求項９に記載の方法。
14. 前記第２の計算は、
    

    

    の値が最大値となるｉの値を特定することを含み、式中で、ｉは基地局指標で、ｉ∈｛１，２，３，・・・，Ｎ｝であり、ρは前記基地局利用係数で、αは前記ロードバランシングパラメータで、ξは前記チャネル品質パラメータで、βは前記期待ハンドオーバーコストで、Ｔ_ｉは前記期待滞在時間である請求項１３に記載の方法。
15. 前記Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局について、セルの種類を決定する段階をさらに備える請求項１４に記載の方法。
16. 無線ネットワークにおいて移動局とアソシエーションする選択基地局として基地局を選択する方法であって、
    サービス提供中の基地局において、Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群を特定する段階と、
    前記サービス提供中の基地局を用いて、
    前記Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局についての基地局利用係数を前記移動局に送信するステップ、
    前記Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局についてのロードバランシングパラメータを決定するステップ、及び
    前記Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局についてのチャネル品質パラメータを前記移動局から受信するステップを有する段階と、
    前記基地局利用係数、前記チャネル品質パラメータ、および、前記ロードバランシングパラメータを考慮に入れる第１の計算にしたがって、前記選択基地局を選択する段階と、
    前記移動局と前記選択基地局とをアソシエーションさせるための動作を前記サービス提供中の基地局において開始する段階と
    を備える方法。
17. 前記第１の計算は、
    

    

    の値が最大値となるｉの値を特定することを含み、式中で、ｉは基地局指標で、ｉ∈｛１，２，３，・・・，Ｎ｝であり、ρは前記基地局利用係数で、αは前記ロードバランシングパラメータで、ξは前記チャネル品質パラメータである請求項１６に記載の方法。
18. 前記Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局について、期待滞在時間および期待ハンドオーバーコストを決定する段階と、
    前記第１の計算に代えて、前記期待滞在時間および前記期待ハンドオーバーコスト、ならびに、前記基地局利用係数、前記チャネル品質パラメータおよび前記ロードバランシングパラメータのそれぞれを考慮に入れる第２の計算にしたがって、前記選択基地局を選択する段階と
    をさらに備える請求項１７に記載の方法。
19. 前記第２の計算は、
    

    

    の値が最大値となるｉの値を特定することを含み、式中で、βは前記期待ハンドオーバーコストで、Ｔ_ｉは前記期待滞在時間である請求項１８に記載の方法。
20. 前記Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群を特定する段階は、
    前記サービス提供中の基地局を用いて前記無線ネットワークを走査することによって基地局信号の検出を試みる段階と、
    前記Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群に、前記サービス提供中の基地局および基地局信号が検出されたその他のそれぞれの基地局を含める段階と
    を有する請求項１７に記載の方法。
21. 前記Ｎ個の利用可能な基地局から成る基地局群の各基地局について、
    セルの種類を定義する段階と、
    前記セルの種類をブロードキャストする段階と
    をさらに備える請求項１６に記載の方法。
22. 前記サービス提供中の基地局を用いて、前記ロードバランシングパラメータを決定するステップは、
    前記移動局とセルの境界との間の距離を決定する段階と、
    前記基地局利用係数がしきい値を超えるか否かを判断する段階と
    を含む請求項１６に記載の方法。

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