JP5230753B2 - 中継局を有する無線システムにおけるパス選択 - Google Patents

Description

本発明は、概してパス選択及びルーティングのための方法及びシステムに関し、より具体的には中継局を有する無線通信システムでのパス選択のための方法及びシステムに関する。

無線システムで中継が用いられるとき、エンドユーザのデータ及び制御信号は基地局と通信されるべきである。中継局を利用することができることにより、移動局が複数のパスの選択肢を有するとき、通信は、基地局と移動局との間の直接パスを介して、あるいは基地局と移動局との間の１つ以上の中継局を含む中継パスを介して達成されることができるエンドユーザのデータ及び制御信号により採用されるパスは、無線システムの性能に影響を及ぼし得る。エンドユーザのデータ及び制御信号が何れのパスを採用すべきかを決定する問題は、パス選択問題と呼ばれる。

本発明に先立って提出されている米国電気電子技術者協会（“ＩＥＥＥ”）標準８０２．１６ｊへの複数の提案書が、全容量（トータルキャパシティ）への影響に基づくパスの選択を含めることを提案している。例えば、中継許容サービスに関し、２つのホップが存在し且つ各中継リンクが等しいデータレートをサポート可能な場合、それら中継ホップが基地局への直接リンクのデータレートの少なくとも２倍のデータレートをサポートすることができる場合にのみ中継リンクに切り換えるのがよい。

しかしながら、これらの提案は、システムの実際の性能に影響を及ぼし得るその他の要因を考慮に入れておらず、１つのパスを他のパスよりひいきして、パス選択を不正確に偏らせてしまい得る。例えば、一定のクラスのデータ及び／又はサービスでは、追加の遅延は許容することができず、直接パスのみが実行可能な選択肢となり得る。

故に、中継局を有する無線通信システムにおいてデータパケットをルーティングすることに関し、データ及びサービスのパラメータを考慮に入れてパスを選択するシステム及び方法が望まれる。

本発明は、通信システムが少なくとも１つの中継局を含むときに通信システム内でデータパケットをルーティングする方法、装置及びシステムを有利に提供する。データパスを選択するとき、例えば必要なデータレート、サービスの種類、ユーザ優先度、移動度、システム負荷、公平性、付加される遅延、及び実効的なデータレートなど、データ要件及びシステムパラメータが考慮され得る。

本発明の一態様に従って、通信システムにおいてデータパケットを転送するパスを選択する方法が提供される。通信システムは、少なくとも１つの基地局、少なくとも１つの中継局及び少なくとも１つの移動局を含む。移動局への直接パスについて、システム容量に対する遅延の影響曲線が計算される。直接パスは、基地局と移動局との間の直接リンクの通信品質に従って決定される第１の容量コストを有する。システム容量に対する遅延の影響曲線が所定の時間だけシフトされ、中継パスについての推定容量曲線が生成される。この所定の時間の遅延は、中継パス上での追加遅延に相当する。中継パスは、前記少なくとも１つの中継局を含み、且つ当該中継パス内の複数のリンクの信号品質の組み合わせ指標に従って決定される第２の容量コストを有する。第２の容量コストに容量コスト比が乗算され、中継容量曲線が生成される。データパケットを転送するために直接パス及び中継パスの何れかが選択される。このパス選択は、該データパケットのサービス品質要件に対応する曲線内の点における、システム容量に対する遅延の影響曲線及び中継容量曲線の比較に基づく。

本発明の他の一態様に従って、無線通信システムにおいてデータパケットを転送するパスを選択する装置はパス選択部を含む。通信システムは、少なくとも１つの基地局、少なくとも１つの中継局及び少なくとも１つの移動局を含む。パス選択部は、移動局への直接パスについて、システム容量に対する遅延の影響曲線を計算するよう動作可能である。直接パスは、基地局と移動局との間の直接リンクの通信品質に従って決定される第１の容量コストを有する。パス選択部は、システム容量に対する遅延の影響曲線を所定の時間だけシフトさせて、中継パスについての推定容量曲線を生成する。この所定の時間の遅延は、中継パス上での追加遅延に相当する。中継パスは、前記少なくとも１つの中継局を含み、且つ当該中継パス内の複数のリンクの信号品質の組み合わせ指標に従って決定される第２の容量コストを有する。パス選択部は更に、第２の容量コストに容量コスト比を乗算して、中継容量曲線を生成し、データパケットを転送するために直接パス及び中継パスのうちの一方を選択する。このパス選択は、該データパケットのサービス品質要件に対応する曲線内の点における、システム容量に対する遅延の影響曲線及び中継容量曲線の比較に基づく。

本発明の更なる他の一態様に従って、無線通信システムは、少なくとも１つの基地局、少なくとも１つの移動局、及び少なくとも１つの中継局を含む。前記少なくとも１つの中継局は、前記少なくとも１つの基地局に通信可能に結合される。前記少なくとも１つの移動局は、少なくとも２つのパスを介して前記少なくとも１つの基地局と通信するように動作可能である。１つのパスが、データパケットを転送するために、サービスフロー又はデータパケットの遅延要件に基づいて選択される。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
少なくとも１つの基地局、少なくとも１つの中継局及び少なくとも１つの移動局を含む無線通信システムにおいてデータパケットを転送するパスを選択する方法であって：
移動局への直接パスについて、システム容量に対する遅延の影響曲線を計算する計算ステップであり、該直接パスは基地局と該移動局との間の直接リンクの通信品質に従って決定される第１の容量コストを有する、計算ステップ；
前記システム容量に対する遅延の影響曲線を所定の時間だけシフトさせて、中継パスについての推定容量曲線を生成するシフトステップであり、該所定の時間の遅延は、該中継パス上での追加遅延に相当し、該中継パスは、前記少なくとも１つの中継局を含み、且つ該中継パス内の複数のリンクの信号品質の組み合わせ指標に従って決定される第２の容量コストを有する、シフトステップ；
前記第２の容量コストに容量コスト比を乗算して、中継容量曲線を生成するステップ；及び
データパケットを転送するために前記直接パス及び前記中継パスのうちの一方を選択する選択ステップであり、このパス選択は、該データパケットのサービス品質要件に対応する点における前記システム容量に対する遅延の影響曲線、前記推定容量曲線及び前記中継容量曲線の比較に基づく、選択ステップ；
を有する方法。
（項目２）
前記パス選択は更に、必要なデータレート、サービスの種類、ユーザ優先度、移動度、システム負荷、公平性、及び実効的なデータレートのうちの少なくとも１つに基づく、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記パス選択は更に、必要なデータレート、サービスの種類、ユーザ優先度、移動度、システム負荷、公平性、及び実効的なデータレートのうちの少なくとも１つに基づく変更された結合インデックスに基づき、該変更された結合インデックスは、付加的な容量コスト及び遅延の影響を考慮して前記パス選択にバイアスを掛けることによって生成される、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記中継パスは、前記移動局に関する資源使用率の増分の、容量の不利益分に対する比が１より大きいときに、前記移動局に対して選択される、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記パス選択は、動的パス選択、準静的パス選択、及び静的パス選択のうちの１つである、項目１に記載の方法。
（項目６）
前記パス選択は動的パス選択であり、同一の移動局に対応し且つ同一のサービス品質を有するデータパケットを転送するために前記直接パス及び前記中継パスを動的に選択可能である、項目５に記載の方法。
（項目７）
前記直接パス及び前記中継パスの前記一方は、トラフィックのパターン及びサービス品質要件に基づいて選択される、項目６に記載の方法。
（項目８）
前記パス選択は準静的パス選択であり、同一の移動局に対応し且つ異なるサービス品質の複数のサービスフローを有するデータパケットを転送するために前記直接パス及び前記中継パスを動的に選択可能である、項目５に記載の方法。
（項目９）
前記パス選択は静的パス選択であり、前記直接パス及び前記中継パスの前記一方は、各々のパスの実効的なデータレート、及びサービス品質要件に基づいて選択される、項目５に記載の方法。
（項目１０）
少なくとも１つの基地局、少なくとも１つの中継局及び少なくとも１つの移動局を含む無線通信システムにおいてデータパケットを転送するパスを選択する装置であって：
当該装置はパス選択部を有し、該パス選択部は：
移動局への直接パスについて、システム容量に対する遅延の影響曲線を計算し、該直接パスは基地局と該移動局との間の直接リンクの通信品質に従って決定される第１の容量コストを有し；
前記システム容量に対する遅延の影響曲線を所定の時間だけシフトさせて、中継パスについての推定容量曲線を生成し、該所定の時間の遅延は、該中継パス上での追加遅延に相当し、該中継パスは、前記少なくとも１つの中継局を含み、且つ該中継パス内の複数のリンクの信号品質の組み合わせ指標に従って決定される第２の容量コストを有し；
前記第２の容量コストに容量コスト比を乗算して、中継容量曲線を生成し；且つ
データパケットを転送するために前記直接パス及び前記中継パスのうちの一方を選択し、このパス選択は、該データパケットのサービス品質要件に対応する点における前記システム容量に対する遅延の影響曲線、前記推定容量曲線及び前記中継容量曲線の比較に基づく；
ように動作する、
装置。
（項目１１）
前記パス選択は更に、必要なデータレート、サービスの種類、ユーザ優先度、移動度、システム負荷、公平性、及び実効的なデータレートのうちの少なくとも１つに基づく、項目１０に記載の装置。
（項目１２）
前記パス選択は更に、必要なデータレート、サービスの種類、ユーザ優先度、移動度、システム負荷、公平性、及び実効的なデータレートのうちの少なくとも１つに基づく変更された結合インデックスに基づき、該変更された結合インデックスは、付加的な容量コスト及び遅延の影響を考慮して前記パス選択にバイアスを掛けることによって生成される、項目１０に記載の装置。
（項目１３）
前記パス選択部は、前記移動局に関する資源使用率の増分の、容量の不利益分に対する比が１より大きいときに、前記移動局に対して前記中継パスを選択する、項目１０に記載の装置。
（項目１４）
前記パス選択は、動的パス選択、準静的パス選択、及び静的パス選択のうちの１つである、項目１０に記載の装置。
（項目１５）
前記パス選択は動的パス選択であり、同一の移動局に対応し且つ同一のサービス品質を有するデータパケットを転送するために前記直接パス及び前記中継パスを動的に選択可能である、項目１４に記載の装置。
（項目１６）
前記直接パス及び前記中継パスの前記一方は、トラフィックのパターン及びサービス品質要件に基づいて選択される、項目１５に記載の装置。
（項目１７）
前記パス選択は準静的パス選択であり、同一の移動局に対応し且つ異なるサービス品質の複数のサービスフローを有するデータパケットを転送するために前記直接パス及び前記中継パスを動的に選択可能である、項目１４に記載の装置。
（項目１８）
前記パス選択は静的パス選択であり、前記直接パス及び前記中継パスの前記一方は、各々のパスの実効的なデータレート、及びサービス品質要件に基づいて選択される、項目１４に記載の装置。
（項目１９）
少なくとも１つの基地局；
前記少なくとも１つの基地局に通信可能に結合された少なくとも１つの中継局；及び
前記少なくとも１つの基地局及び前記少なくとも１つの中継局に通信可能に結合された少なくとも１つの移動局であり、当該少なくとも１つの移動局は、少なくとも２つのパスを介して前記少なくとも１つの基地局と通信するように動作可能であり、前記少なくとも２つのパスのうちの１つの選択パスが、データパケットを転送するために、サービスフロー及び該データパケットのうちの少なくとも一方の遅延要件に基づいて選択される、少なくとも１つの移動局；
を有する無線通信システムであって：
前記少なくとも１つの基地局はパス選択部を含み、該パス選択部は：
移動局への第１のパスについて、システム容量に対する遅延の影響曲線を計算し、該第１のパスは基地局と該移動局との間の直接リンクの通信品質に従って決定される第１の容量コストを有し；
前記システム容量に対する遅延の影響曲線を所定の時間だけシフトさせて、第２のパスについての推定容量曲線を生成し、該所定の時間の遅延は、該第２のパス上での追加遅延に相当し、該第２のパスは、該第２のパス内の複数のリンクの信号品質の組み合わせ指標に従って決定される第２の容量コストを有し；
前記第２の容量コストに容量コスト比を乗算して、中継容量曲線を生成し；且つ
データパケットを転送するために前記第１のパス及び前記第２のパスのうちの一方を選択し、このパス選択は、該データパケットのサービス品質要件に対応する点における前記システム容量に対する遅延の影響曲線、前記推定容量曲線及び前記中継容量曲線の比較に基づく；
ように動作する、
無線通信システム。

本発明並びにそれに付随する利点及び特徴のより完全なる理解は、以下の詳細な説明を添付の図面とともに参照することにより一層容易に得られるであろう。
本発明の原理に従って構築された、少なくとも１つの中継局を用いる典型的な無線通信システムを示すブロック図である。 本発明の原理に従って構築された、少なくとも１つの中継局を用いる代替的な無線通信システムを示すブロック図である。 本発明の原理に従って構築された、少なくとも１つの中継局を用いる更なる代替的な無線通信システムを示すブロック図である。 本発明の原理に従って構築された無線通信システムにて使用される典型的な移動局を示すブロック図である。 本発明の原理に従って構築された無線通信システムの典型的な基地局を示すブロック図である。 本発明の実施形態に従って構築されるシステム容量とパケット遅延（ｔ）との間の関係を例示するグラフである。 中間インデックス付けの本発明例の原理に従って実行される典型的なパス選択処理を示すフローチャートである。

本発明に従った典型的な実施形態を詳細に説明する前に言及しておくが、実施形態は主として、無線通信システム内でデータパケットのルーティング経路を選択するシステム及び方法を実装することに関係する装置要素と処理ステップとの組み合わせに属する。従って、システム及び方法の構成要素群は、図面において、この開示の恩恵を受ける当業者にとって明らかである細部によってこの開示を不明瞭にしないよう、従来からの記号によって適宜表現することとし、本発明の実施形態を理解することに関連する特有の事項のみを示す。

ここでは、例えば“第１”及び“第２”、“頂部”及び“底部”などの関係語は、単に１つのエンティティ又は要素を他のエンティティ又要素と区別するために用いられ得るものであり、必ずしも、そのようなエンティティ又は要素間に何らかの物理的あるいは論理的な関係又は順序を要求したり、そのような関係又は順序を示唆したりするものではない。

本発明の一実施形態は有利なことに、少なくとも１つの中継局を用いる無線通信システムの性能を強化するような、データパケットを送るパスを選択する方法及びシステムを提供する。性能強化は、例えば容量強化、受信可能範囲（カバレッジ）強化、移動度強化、負荷バランス状況などの無線通信システムの性能に対する強化のうちの何れか又は組み合わせであり得る。

サービスが遅延の影響を受けやすいものである場合、移動局を直接パスから例えば２ホップシステムなどの中継局を有する経路へと切り換えることは、例え各ホップが２倍以上のデータレートをサポートし得る場合であっても、不都合なものとなり得る。この問題は関連技術においては特定されておらず、その解決策は本出願より前には提供されていない。

また、移動局が、２つの異なるサービス品質（Quality of Service；“ＱｏＳ”）要件を有するデータ又はメッセージの送信又は受信を行わねばならない場合、これらの通信を相異なるパスを行う解決法は利用可能にされていない。換言すれば、全てのデータが同一のパスを経由することになる。本発明の実施形態は、動的なパス選択、準静的なパス選択、及び静的なパス選択と、様々な種類のパス選択の間で選択を行うこととを可能にする。

以下、図面を参照して説明する。図面において、似通った参照符号は同様の要素を表す。図１には、本発明の実施形態に従って提供される、少なくとも１つの中継局１２を用いる典型的な無線通信システム１０が示されている。無線通信システム１０は、少なくとも１つの基地局１４、少なくとも１つの中継局１２、及び少なくとも１つの移動局１６を含んでいる。移動局１６は、例えば携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末（“ＰＤＡ”）、ノート型コンピュータ、デスクトップ型コンピュータ、電子書籍端末、又は一般的に基地局１４を介してデータパケットを受信するその他の装置などの、無線通信装置とし得る。図示していないが、基地局１４は、基幹ネットワークを介して、その他の基地局１４及びその他の外部ネットワークと通信する。

基地局１４と移動局１６との間には幾つかのパス選択肢が存在する。第１に、直接パス１８は基地局１４及び移動局１６を含んでいる。第２に、中継パス２０は基地局１４、１つ以上の中継局１２、及び移動局１６を含んでいる。第３に、同時パス２２は、直接パス１８と中継パス２０とを同時に使用することを含む。図２及び３は、２つ以上の中継局１２を用いるその他の典型的な無線通信システムのブロック図を示している。図２においては、基地局１４と移動局１６との間に直接パスは存在しておらず、故に、基地局１４と移動局１６との間の全てのトラフィックが２つの中継局１２ａ、１２ｂのうちの一方を介して送られる。図３においては、パスの選択肢は、基地局１４と移動局１６との間の直接パス１８と、２つの中継局１２ａ、１２ｂのうちの一方を介する代替経路とを含んでいる。

本発明の一実施形態において、全容量への影響以外の基準を用いて、あるいは全容量への影響に加えて基準を用いて、１つのパスが選択され、全ての通信が選択されたパスで行われる。しかしながら、他の一実施形態においては、容量、スループット及び遅延性能へのパスの影響がサービス要件に応じて決定される。例えば、２つの中継局を介するパスは、移動局への直接パスが利用可能な場合、該直接パスより大きい遅延を被り得る。故に、移動局１６が複数のパス選択肢、例えば、基地局１４への直接パス１８、単一の中継局１２を用いるパス２０を介して接続するもの、又はパス２２を介して移動局１６及び中継局１２の双方に同時に接続するもの、を有する場合、この決定は有利には、サービスのＱｏＳ要件などに基づいて行われる。

信号が中継パス２０を通るとき、直接パス１８より大きい遅延が存在し得る。故に、例えば、移動局１６が音声サービスを開始した場合、追加の遅延は性能に影響を及ぼすことになる。この遅延の影響は、パスの有線区間における遅延が大きくて許容可能な限界に近く、無線上での遅延の割当量が非常に小さいとき、増大し得る。その場合、無線ネットワーク内の小さい遅延であっても、性能にかなりの影響を及ぼし得る。

代替的な一実施形態において、相異なるサービスは、サービスのＱｏＳが考慮されるようにして要求される、すなわち、サービスに基づく選択ごとに要求される相異なるパスを介して提供される。また、代替的な他の一実施形態においては、サービス要件と容量及びカバレッジへの影響とに基づいて最良のパスを選択する技術が提供される。切り換え時、パス選択は、複数のＱｏＳデータストリームが存在するとき動的に達成されてもよいし、あるいは、最も重要なデータ／トラフィックサービスに適合するように静的に達成されてもよい。切り換えの決定は、個々のパケットの遅延要件又はサービスの全体的な遅延要件に基づいて動的あるいは静的に行われ得る。また、移動局１６が、複数のＱｏＳ要件を有するデータ又はメッセージの送信又は受信を行わなければならない場合、関連するデータを、サービスごとに、例えばデータ又はメッセージごとに、最適なパスを介して送信することが有利である。このことは、同一の移動局１６に対して、複数のパスが通信のために選択され得ることを意味する。

代替的な他の一実施形態において、パスは、容量、カバレッジ及び個々のアクセス局の負荷に加えて、遅延、及び／又はサービスのＱｏＳに基づいて選択されるべきである。パスは、相異なるデータストリームが相異なるパスを辿るように、所与の移動局１６に関してサービスごとを基本として動的に選択され得る。代替的に、この切り換えは、移動局１６のデータストリームの重要性に基づいて行われてもよい。容量損失（コスト）への遅延の影響、ひいては、全体的な費用関数への影響を考慮に入れる一手法も、例示のスキームを備える。

代替的な更なる他の一実施形態において、パスは、個々のパスの資源コストすなわちデータユニットごとの資源使用率に加えて、サービスのＱｏＳに基づいて選択される。このパス選択は、遅延耐性のあるサービスが、最小の資源コストを有するパスを使用することを可能にし得る。また、遅延の影響を受けやすいサービスが、中継局を用いるときに中継局による追加遅延によって、より高い資源コストを経験するとき、追加の遅延による資源コストが、データレートの増大すなわちシステム容量の増大による資源コストの低減と比較される。最良パスを選択する方法は、追加のパケット遅延による資源コストを考慮に入れる。このパス選択は動的、準静的、あるいは静的なものとし得る。

次に図４を参照するに、本発明の一実施形態を実現するのに有用な移動局１６の典型的なブロック図が示されている。典型的なシステム１０内の移動局１６は、例えばプロセッサ２４などの１つ以上のプロセッサを含んでいる。プロセッサ２４は、例えば通信バス、クロスバーインターコネクト、ネットワークなどの通信基盤２６に接続されている。移動局１６は、必要に応じて、通信基盤２６からのグラフィックデータ、テキストデータ及びその他のデータを表示ユニット３０上での表示のために転送するディスプレーインタフェース２８を含む、あるいは共有することができる。移動局１６はまた、好ましくはランダムアクセスメモリ（“ＲＡＭ”）である主メモリ３２を含んでおり、さらに二次メモリ３４を含んでいてもよい。大抵は基地局１４の部分として実装されるものであるが、主メモリ３２は、システム１０を通るデータパケットを送る所望のパスを決定するパス選択部３６を含んでいてもよい。パス選択部３６については更に詳細に後述する。

二次メモリ３４は、例えば、ハードディスクドライブ、及び／又はフロッピーディスク（登録商標）ドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブなどを表す取り外し可能な記憶装置ドライブを含み得る。取り外し可能な記憶装置ドライブは、当業者に周知のようにして、取り外し可能（リムーバブル）記憶ユニット３８からの読み取り及び／又はそれへの書き込みを行う。取り外し可能記憶ユニット３８は、二次メモリ３４によって読み取り及び書き込みが行われる例えばフロッピーディスク（登録商標）、磁気テープ、光ディスクなどを意味する。認識されるように、取り外し可能記憶ユニット３８は、コンピュータソフトウェア及び／又はデータを格納したコンピュータ使用可能記憶媒体を含む。

代替的な実施形態において、二次メモリ３４は、コンピュータプログラム又はその他の命令をコンピュータシステムにロードすることを可能にするその他の同様の手段を含んでいてもよい。そのような手段は、例えば、取り外し可能記憶ユニット３８とインタフェース（図示せず）とを含み得る。その例は、プログラムカートリッジ及びカートリッジインタフェース（例えば、ビデオゲーム装置に見られるものなど）、取り外し可能メモリチップ（例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ又はＰＲＯＭなど）及び付随のソケット、及びその他の取り外し可能記憶ユニット３８及びソフトウェア及びデータを取り外し可能記憶ユニット３８から移動局１６に転送することを可能にするインタフェースを含み得る。

本明細書において、用語“コンピュータプログラム媒体”、“コンピュータ使用可能媒体”及び“コンピュータ読み取り可能媒体”は概して、以下に限られないが、主メモリ３２、二次メモリ３４、取り外し可能記憶ユニット３８、ハードディスクドライブ内に組み込まれたハードディスクなどを称するために使用される。これらのコンピュータプログラム製品は、移動局１６にソフトウェアを提供する手段である。コンピュータ読み取り可能媒体は、移動局１６が、当該コンピュータ読み取り可能媒体からデータ、命令、メッセージ若しくはメッセージパケット、及びその他のコンピュータ読み取り可能情報を読み出すことを可能にする。コンピュータ読み取り可能媒体は、例えば、例えばフロッピー、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ディスクドライブメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ及びその他の永続的な記憶媒体などの不揮発性メモリを含み得る。これは、例えば、システム１０内のその他の装置の間で、データ及びコンピュータ命令などの情報を輸送することに有用である。

コンピュータプログラム（コンピュータ制御ロジックとも称する）は、主メモリ３２及び／又は二次メモリ３４に格納される。コンピュータプログラムはまた、送受信器４０を介して受信されてもよい。このようなコンピュータプログラムは、実行されるとき、ここで説明する本発明の機能を移動局１６が実行することを可能にする。具体的には、コンピュータプログラムは、実行されるとき、プロセッサ２４が対応する移動局１６の機能を実行することを可能にする。従って、このようなコンピュータプログラムは、対応する装置のコントローラを表す。

移動局１６はまた、入力／出力（“Ｉ／Ｏ”）インタフェース４２を含んでいてもよい。Ｉ／Ｏインタフェース４２は、移動局１６が情報を提示し、且つ例えばキーボード、マウス、タッチスクリーン、ボタン、マイク、スピーカ、ＵＳＢドライブなどの多様な入力／出力装置を介してユーザからのデータを受け入れることを可能にする。Ｉ／Ｏインタフェース４２を介して伝達される情報は信号の形態を有し、例えば、電気信号、電磁気信号、光信号、又はＩ／Ｏインタフェース４２によって受信されることが可能なその他の信号の形態を有し得る。

送受信器４０は、所定の通信プロトコル規格に従って符号化された無線通信信号の送信及び受信を行う。所定の通信プロトコル規格は、以下に限られないが、符号分割多重アクセス（“ＣＤＭＡ”）、時分割多重アクセス（“ＴＤＭＡ”）、グローバル・システム・フォー・モバイル・コミュニケーションズ（“ＧＳＭ”）、エッジ（Enhanced Data rates for GSM Evolution；“ＥＤＧＥ”）、エボリューション−データ・オプティマイズド（“ＥＶＤＯ”）、第三世代（“３Ｇ”）、ロング・ターム・エボリューション（“ＬＴＥ”）、Ｗｉ−Ｆｉ、ＷｉＭＡＸなどを含む。送受信器４０は、所定の暗号化方式に従ってデータパケットの復号化及び符号化を行うエンコーダ／デコーダ４４に電気的に接続される。

次に図５を参照するに、典型的な基地局１４のブロック図が示されている。なお、図５は本発明に関連する機構のみを詳細に示しているが、当業者に周知のように、典型的な基地局１４のその他の機構及び機能も含まれ得る。

基地局１４は、送受信器４８に結合されたアンテナ４６を介して、所定の通信プロトコル規格に従って符号化された無線通信信号の受信及び送信を行う。送受信器４８は、送信に先立ってロー（raw）データを暗号化し且つプロセッサ５２による解釈（インタープリテーション）のために受信データパケットを解読するエンコーダ／デコーダ５０に結合されている。

プロセッサ５２は、基地局１４の動作及び基地局１４内でのデータの流れを制御し、ここで説明する機能の実行を制御する。基地局１４はまた、好ましくはランダムアクセスメモリ（“ＲＡＭ”）である主メモリ５４を含んでおり、さらに二次メモリ５６を含んでいてもよい。主メモリ５４は、システム１０を通るデータを送る所望のパスを決定するパス選択部５８を含んでいる。

二次メモリ５６は、例えば、ハードディスクドライブ、及び／又はフロッピーディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブなどを表す取り外し可能な記憶装置ドライブを含み得る。取り外し可能な記憶装置ドライブは、当業者に周知のようにして、取り外し可能記憶ユニット５９からの読み取り及び／又はそれへの書き込みを行う。取り外し可能記憶ユニット５９は、二次メモリ５６によって読み取り及び書き込みが行われる例えばフロッピーディスク、磁気テープ、光ディスクなどを意味する。認識されるように、取り外し可能記憶ユニット５９は、コンピュータソフトウェア及び／又はデータを格納したコンピュータ使用可能記憶媒体を含む。

プロセッサ５２は更に、通信インタフェース６０に電気的に接続されている。通信インタフェース６０は、公衆交換電話網（public-switched telephone network；“ＰＳＴＮ”）、インターネットなど（図示せず）を含む外部装置と基地局１４との間でソフトウェア及びデータを伝達することを可能にする。通信インタフェース６０の例は、モデム、ネットワークインタフェース（例えば、イーサネット（登録商標）カードなど）、通信ポート、ＰＣＭＣＩＡスロット及びカードなどを含み得る。通信インタフェース６０を介して伝達されるソフトウェア及びデータは信号の形態を有し、例えば、電気信号、電磁気信号、光信号、又は通信インタフェース６０によって受信されることが可能なその他の信号の形態を有し得る。

図６を参照するに、図１に示したような直接パス１８と中継パス２０というデータを送る２つのパスが存在する場合について、システム容量とパケット遅延（ｔ）との間の関係を例示するグラフが示されている。所与の移動局に関してＫ_１及びＫ_２が、それぞれ、直接パス及び中継パスのデータユニット当たりの資源ユニット、すなわち、資源コストであると仮定する。直接パスに対する中継パスの資源コストの増分である容量コスト比Ｋ_ｒは、関係Ｋ_ｒ＝Ｋ_２／Ｋ_１によって示される。例えば、中継パスが２つのタイムスロットを必要とし且つ同一のデータレートすなわち同一の変調・符号化方式（modulation and coding scheme；“ＭＣＳ”）を用いる場合、付加的なオーバヘッドを無視してＫ_ｒ＝２である。中継パスのデータレートが２倍にされ且つ２つのタイムスロットを用いると、すなわち、より高いＭＣＳとすると、Ｋ_ｒ＝１である。システム容量が最適化に用いられる唯一の基準である場合、パス決定は、Ｋ_ｒ＜１である場合に中継パスを使用し、それ以外の場合には直接パスを使用するとして記述することができる。

パケット遅延の影響も考慮される場合、中継パスは全ての接続に関して更なる遅延Ｔを被ると仮定する。この例は、例えば集中型の保存及び転送式の中継においてなど、中継が可変の待ち行列／スケジューリング遅延を伴わない場合に当てはまる。遅延が変化し得る場合、特定種類のデータに関して見積もられた中継における更なる遅延の平均値が評価されてもよい。

次に図７を参照するに、中継器を有する無線通信システムにおいてデータパケットを送るパスを選択するための、パス選択部３６、５８によって実行されるステップ群を記述する典型的な処理フローチャートが示されている。この処理は、多様な状況において個々のデータパケットに対して異なるパスを選択することを可能にする。例えば、制御パケットとデータパケットとでは異なる遅延要件を有することがあり、異なるアプリケーションのパケットは異なる遅延要件を有することがある。また、アップリンク（“ＵＬ”）とダウンリンク（“ＤＬ”）とでは、異なる遅延要件を有し、故に異なるパスを選択し得る。

処理は、中継なしでの容量に対する遅延の影響曲線、すなわち、図６のＣ１（ｔ）カーブ６２を見出すことによって開始する（ステップＳ１０２）。中継なしでの容量に対する遅延の影響曲線６２は、例えば、シミュレーションを用いて獲得され得る。中継なしでの容量に対する遅延の影響曲線６２は、同一の容量コストすなわちＫｒ＝１を有する中継器に関する推定曲線６４、すなわち、Ｃ２（ｔ）＝Ｃ１（ｔ−Ｔ）としてＣ２（ｔ）、を得るため、時間Ｔだけずらす（シフトさせる）（ステップＳ１０４）。移動局に応じて、中継パスの正規化された容量コストは１より大きくも小さくもなり得る。そのような移動局に関して、Ｃ２（ｔ）にＫｒを乗算することによって、Ｃ３（ｔ）＝Ｋｒ×Ｃ２（ｔ）である容量曲線６６を得ることができる（ステップＳ１０６）。以下に限られないが、必要なデータレート、サービスの種類、追加される遅延などを含むサービス要件に基づいて、パスが選択される（ステップＳ１０８）。しかしながら、例えばシステム負荷及び公平性などのその他の要因が考慮に入れられるとき、これらのサービス要件は、そのパスを選択するためではなく、そのパスを選択する方向に、あるいはそのパスを選択しない方向に、適切にバイアスを掛けるために使用される。例えば、中継パスにおける一層高い負荷は、そのパスが資源及び性能の観点で一層有利であっても、そのパスの選択を完全に禁止してもよい。また、負荷変化により、特定のサービスが、異なる有益なサービスを受け入れるために直接パスへと移されてもよい。中継システム内での追加遅延のため、容量の不利益（ペナルティ）が存在する。パケット遅延ｔ１が与えられるとき、中継システムの容量は、ｔ１−Ｔのパケット遅延を有するサービスに相当するＣｒまで低下することになる。Ｋｄ≧１とするとき、容量ペナルティ比Ｋｄ＝Ｃ／Ｃｒである。中継パスがサービスに遅延ｔ１をもたらすときの全容量は、Ｋｒ×Ｃｒによって与えられる。故に、Ｋｒ×Ｃｒ＞Ｃ、又はＫｒ／Ｋｄ＞１のとき、そして例えば各ノード／パスの負荷、ハンドオーバペナルティなどのその他の要因が考慮されないとき、中継パスが選択されるべきである。ここで、Ｋｒは所与の移動局に関する資源使用率の増分であり、Ｋｄはそのサービスの遅延による容量ペナルティである。その他の要因も考慮される必要があるとき、最終的な決定を行うために、選択はその要因によって適切に重み付けられるべきである。

必要なデータレートが直接リンクによってのみ実現され得る場合、直接リンクが用いられる。同様に、カバレッジ強化のための一定のデータレートを中継リンクのみが実現し得る場合、移動局１６は、中継器によってサービス提供される必要がある。しかしながら、所与のサービスが、例えば直接パス及び中継パスといった２つのパスによってサービス提供され得る場合には、２つの状況が存在する。第１に、中継が関心事でない場合、パスは、容量を最大化するデータユニット当たりの最小資源使用率、又は例えば個々の局の負荷などのその他の選択された基準に基づいて選択されることができる。しかしながら、遅延の影響を受けやすいデータの場合、中継時に被る追加遅延が性能又は資源コストに影響を及ぼし得る。

パスは、同様にサービス要件に基づいて選択される。本発明の実施形態は、遅延に寛大なデータと遅延に敏感なデータとの双方に対して、動的パス選択、準静的パス選択、及び静的パス選択を含む複数の動作モードが可能にされるパス選択を提供する。動的パス選択では、同一の移動局１６且つ同一のサービスに属するパケットが、パケットの遅延及びサイズに基づいて、基地局１４へ／から（to／from）の相異なるパスを採用することができる。準静的パス選択では、異なるＱｏＳを有するが同一の移動局１６に属する相異なるデータストリームが、サービス要件に基づいて、基地局１４へ／からの相異なるパスを用い得る。静的パス選択では、全体的なサービス要件に基づいて移動局１６にパスが割り当てられる。すなわち、同一の位置にある異なるサービス要件を有する２つのパケットが２つの異なるパスを用い得る。例えば、遅延に寛大なデータの場合、選択は、例えば容量／カバレッジへの影響、移動度及びシステム負荷といった、２つのパスの実効的なデータレートのみに基づいてもよい。しかしながら、遅延に敏感なデータの場合、上述の要因と遅延の影響とに基づいて、全体として最良のパスが選択され、このパスは変更されない。

遅延の影響は、有線区間における遅延が大きいために無線上での遅延の割当量が低減される場合に増大し得る。無線ネットワーク内の小さい遅延であっても、性能にかなりの影響を及ぼし得る。

同一の移動局１６且つ同一のサービスに属するパケットがパケットの遅延及びサイズに基づいて基地局１４へ／からの相異なるパスを採用することができる動的パス選択を、ダウンリンクに用いるとき、パケットの残りの遅延割当量は、変化し得るものである無線システムにおいて既に被っている遅延に依存する。故に、残りの遅延割当量に応じて、スケジューラは、パケットを直接リンク又は中継リンクの何れで送るかを動的に決定することができる。アップリンクでは、混雑状態にあるデータを用いて有線遅延を見積もることが可能な場合、この遅延が、直接リンク又は中継リンクを介して動的にデータを送ることに用いられ得る。

遅延コストは、線形関係として容量コストにマッピングされる。遅延コストが一旦見積もられると、このコストは、例えばシステム負荷、個々のデータレート、システムの公平性、移動度、システム容量、優先度、及びカバレッジなどの数多くのその他の要因が関与する最適化アルゴリズムにて使用され得る。

容量コストは、例えば以下に限られないがユーザ優先度などの数多くの要因を用いて、幾つかの方法に従って計算され得る。例えば、容量コストは、移動度、システム負荷、公平性、遅延、データレートの関数としてもよい。代替的に、容量コストは、実効的なデータレートを掛け合わせた、移動度、システム負荷、公平性、遅延の関数としてもよい。また、容量コストは、遅延コスト及び実効的なデータレートを掛け合わせた、移動度、システム負荷、公平性の関数としてもよい。移動度への影響、システム負荷及び公平性を考慮に入れて容量コストを計算することについては既に上述した。

図１、２及び３を勘案して、当業者は、例えば以下に限られないが無線メッシュネットワークなどの任意の数の中継局を用いる無線システムへの誘導により、ここに提示した技術を拡張することができる。

本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにて実現され得る。ここで説明した方法を実行するように適応された如何なる計算システム又はその他の装置も、ここで説明した機能を実行することに適している。

ハードウェアとソフトウェアとの典型的な組み合わせは、１つ以上の処理素子を有する専用あるいは汎用のコンピュータシステム、及び、記憶媒体に格納され、ロードされて実行されるときに、ここで説明した方法を実行するようにコンピュータシステムを制御するコンピュータプログラムである。本発明はまた、ここで説明した方法の実行を可能にする全ての機能を有し、且つコンピュータシステムにロードされたときに、これらの方法を実行することが可能な、コンピュータプログラム製品に埋め込まれ得る。記憶媒体は如何なる揮発性記憶デバイス又は不揮発性記憶デバイスをも意味し得る。

ここでの文脈におけるコンピュータプログラム又はアプリケーションは、情報処理能力を有するシステムに、直接的に、あるいはａ）別の言語、コード若しくは表記への変換、又はｂ）異なる素材形態での再生の何れか又は双方の後に、の何れかで特定の機能を実行させるように意図された命令セットの、如何なる言語、コード若しくは表記にもおける、如何なる表現をも意味する。

また、そうでないことを言及していない限り、添付の図面の全ての図は縮尺通りではない。重要なことには、本発明は、その精神又は本質的な特質を逸脱することなく、他の具体的な形態に具現化されることも可能である。従って、本発明の範囲を指し示すものとしては、以上の詳細な説明ではなく、むしろ以下の請求項を参照すべきである。

Claims (19)

1. 無線通信システムにおいてデータパケットを転送するためのパスを選択する方法であって、前記無線通信システムは、少なくとも１つの基地局と、少なくとも１つの中継局と、少なくとも１つの移動局とを含み、前記方法は、
   移動局への直接パスについて、システム容量に対する遅延の影響曲線を計算することであって、前記直接パスは、基地局と前記移動局との間の直接リンクの通信品質に従って決定される第１の容量コストを有する、ことと、
   前記システム容量に対する遅延の影響曲線を所定の時間だけシフトすることにより、中継パスについての推定容量曲線を生成することであって、前記所定の時間の遅延は、前記中継パス上での追加遅延に相当し、前記中継パスは、前記少なくとも１つの中継局を含み、かつ、前記中継パス内の複数のリンクの信号品質の組み合わせ指標に従って決定される第２の容量コストを有する、ことと、
   前記第２の容量コストに容量コスト比を乗算することにより、中継容量曲線を生成することと、
   データパケットを転送するために前記直接パスおよび前記中継パスのうちの一方を選択することであって、このパス選択は、前記データパケットのサービス品質要件に対応する前記曲線の点における前記システム容量に対する遅延の影響曲線と前記推定容量曲線と前記中継容量曲線との比較に基づく、ことと
   を含む、方法。
2. 前記パス選択は、必要なデータレート、サービスの種類、ユーザ優先度、移動度、システム負荷、公平性、実効的なデータレートのうちの少なくとも１つにさらに基づく、請求項１に記載の方法。
3. 前記パス選択は、必要なデータレート、サービスの種類、ユーザ優先度、移動度、システム負荷、公平性、実効的なデータレートのうちの少なくとも１つに基づく変更された結合インデックスにさらに基づき、前記変更された結合インデックスは、付加的な容量コストおよび遅延の影響を考慮して前記パス選択にバイアスを掛けることによって生成される、請求項１に記載の方法。
4. 前記移動局に関する資源使用率の増分の、容量の不利益分に対する比が１より大きいときに、前記移動局に対して前記中継パスが選択される、請求項１に記載の方法。
5. 前記パス選択は、動的パス選択、準静的パス選択、静的パス選択のうちの１つである、請求項１に記載の方法。
6. 前記パス選択は、動的パス選択であり、前記直接パスおよび前記中継パスは、同一の移動局に対応し且つ同一のサービス品質を有するデータパケットを転送するために動的に選択可能である、請求項５に記載の方法。
7. 前記直接パスおよび前記中継パスのうちの前記一方は、トラフィックのパターンおよびサービス品質要件に基づいて選択される、請求項６に記載の方法。
8. 前記パス選択は、準静的パス選択であり、前記直接パスおよび前記中継パスは、同一の移動局に対応し且つ異なるサービス品質の複数のサービスフローを有するデータパケットを転送するために動的に選択可能である、請求項５に記載の方法。
9. 前記パス選択は、静的パス選択であり、前記直接パスおよび前記中継パスのうちの前記一方は、各々のパスの実効的なデータレートおよびサービス品質要件に基づいて選択される、請求項５に記載の方法。
10. 無線通信システムにおいてデータパケットを転送するためのパスを選択する装置であって、前記無線通信システムは、少なくとも１つの基地局と、少なくとも１つの中継局と、少なくとも１つの移動局とを含み、
    前記装置は、パス選択部を含み、
    前記パス選択部は、
    移動局への直接パスについて、システム容量に対する遅延の影響曲線を計算することであって、前記直接パスは、基地局と前記移動局との間の直接リンクの通信品質に従って決定される第１の容量コストを有する、ことと、
    前記システム容量に対する遅延の影響曲線を所定の時間だけシフトすることにより、中継パスについての推定容量曲線を生成することであって、前記所定の時間の遅延は、前記中継パス上での追加遅延に相当し、前記中継パスは、前記少なくとも１つの中継局を含み、かつ、前記中継パス内の複数のリンクの信号品質の組み合わせ指標に従って決定される第２の容量コストを有する、ことと、
    前記第２の容量コストに容量コスト比を乗算することにより、中継容量曲線を生成することと、
    データパケットを転送するために前記直接パスおよび前記中継パスのうちの一方を選択することであって、このパス選択は、前記データパケットのサービス品質要件に対応する前記曲線の点における前記システム容量に対する遅延の影響曲線と前記推定容量曲線と前記中継容量曲線との比較に基づく、ことと
    を行うように動作可能である、装置。
11. 前記パス選択は、必要なデータレート、サービスの種類、ユーザ優先度、移動度、システム負荷、公平性、実効的なデータレートのうちの少なくとも１つにさらに基づく、請求項１０に記載の装置。
12. 前記パス選択は、必要なデータレート、サービスの種類、ユーザ優先度、移動度、システム負荷、公平性、実効的なデータレートのうちの少なくとも１つに基づく変更された結合インデックスにさらに基づき、前記変更された結合インデックスは、付加的な容量コストおよび遅延の影響を考慮して前記パス選択にバイアスを掛けることによって生成される、請求項１０に記載の装置。
13. 前記パス選択部は、前記移動局に関する資源使用率の増分の、容量の不利益分に対する比が１より大きいときに、前記移動局に対して前記中継パスを選択する、請求項１０に記載の装置。
14. 前記パス選択は、動的パス選択、準静的パス選択、静的パス選択のうちの１つである、請求項１０に記載の装置。
15. 前記パス選択は、動的パス選択であり、前記直接パスおよび前記中継パスは、同一の移動局に対応し且つ同一のサービス品質を有するデータパケットを転送するために動的に選択可能である、請求項１４に記載の装置。
16. 前記直接パスおよび前記中継パスのうちの前記一方は、トラフィックのパターンおよびサービス品質要件に基づいて選択される、請求項１５に記載の装置。
17. 前記パス選択は、準静的パス選択であり、前記直接パスおよび前記中継パスは、同一の移動局に対応し且つ異なるサービス品質の複数のサービスフローを有するデータパケットを転送するために動的に選択可能である、請求項１４に記載の装置。
18. 前記パス選択は、静的パス選択であり、前記直接パスおよび前記中継パスのうちの前記一方は、各々のパスの実効的なデータレートおよびサービス品質要件に基づいて選択される、請求項１４に記載の装置。
19. 少なくとも１つの基地局と、
    前記少なくとも１つの基地局に通信可能に結合された少なくとも１つの中継局と、
    前記少なくとも１つの基地局と前記少なくとも１つの中継局とに通信可能に結合された少なくとも１つの移動局であって、前記少なくとも１つの移動局は、少なくとも２つのパスを介して前記少なくとも１つの基地局と通信するように動作可能であり、前記少なくとも２つのパスのうちの１つの選択パスは、データパケットを転送するために、サービスフローおよび前記データパケットのうちの少なくとも一方の遅延要件に基づいて選択される、少なくとも１つの移動局と
    を含む無線通信システムであって、
    前記少なくとも１つの基地局は、パス選択部を含み、
    前記パス選択部は、
    移動局への第１のパスについて、システム容量に対する遅延の影響曲線を計算することであって、前記第１のパスは、基地局と前記移動局との間の直接リンクの通信品質に従って決定される第１の容量コストを有する、ことと、
    前記システム容量に対する遅延の影響曲線を所定の時間だけシフトすることにより、第２のパスについての推定容量曲線を生成することであって、前記所定の時間の遅延は、前記第２のパス上での追加遅延に相当し、前記第２のパスは、前記第２のパス内の複数のリンクの信号品質の組み合わせ指標に従って決定される第２の容量コストを有する、ことと、
    前記第２の容量コストに容量コスト比を乗算することにより、中継容量曲線を生成することと、
    データパケットを転送するために前記第１のパスおよび前記第２のパスのうちの一方を選択することであって、このパス選択は、前記データパケットのサービス品質要件に対応する前記曲線の点における前記システム容量に対する遅延の影響曲線と前記推定容量曲線と前記中継容量曲線との比較に基づく、ことと
    を行うように動作可能である、無線通信システム。
    

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