JP6206955B2 - 無線基地局装置、制御管理装置、負荷分散方法およびコンピュータ・プログラム - Google Patents

Description

本発明は、無線基地局装置、制御管理装置、負荷分散方法およびコンピュータ・プログラムに関する。

移動体通信システムの無線基地局装置は、各種機能を実行する複数の機能部により構成され、１個の機能部が、１対ｎの関係で、ｎ個の機能部に対する制御指示および制御要求を纏める構成となっている。制御指示および制御要求を纏める１個の機能部を、以下では特に、「制御管理部」という。

制御管理部は、ｎ個の機能部を集約する形で制御指示、制御要求を行うことにより、無線基地局内の各機能部の動作およびその制御を一元管理するとともに、移動体通信システム内の無線基地局装置の上位局として設置される機能部に対する通知、報告動作を実行する。制御管理部はまた、定常的に、装置の正常性を保つための運用管理機能を実行する。

制御管理部は、無線基地局装置で重要な機能をもっていることから、冗長化することが望ましい。すなわち、互いに動作が切り替え可能な２つの制御管理部を設け、一方を運用系、他方を待機系として用いる。制御管理系や監視系を冗長化する技術は、移動体通信に限らず一般的に知られており、たとえば、下記の特許文献に示されたものが公知である。

特開平０７−２５５０９４号公報 特開平１０−１７３５８７号公報 特開２００２−３５３８８１号公報

しかし、制御管理部を冗長化したとしても、それは一方に障害が発生した場合に他方に切り替えるためであり、実際の処理は、運用系の１つの制御管理部が集中的に行うことになる。このため、制御管理部の処理負荷が増大すると、処理の遅延や抜けが発生する可能性がある。処理の遅延が発生すると、ｎ個の機能部が連動して遅延してしまう可能性があり、通信システム全体のパフォーマンスの低下につながってしまう。また、制御や報告など、他機能部との間で行われる処理に抜けが発生すると、その制御が抜けることにより、無線基地局自体の機能が停止し、通常運用が継続できない状況に陥る可能性がある。

本発明は、このような課題を解決し、各機能部を集中的に管理および制御する制御管理部の処理負荷を軽減し、安定した処理、運用および継続的なシステム稼動が可能な無線基地局装置、制御管理装置、負荷分散方法およびコンピュータ・プログラムを提供することを目的とする。

本発明の第一の側面によると、移動体通信における各種機能を実行する複数の機能部と、一方が運用系、他方が待機系となって複数の機能部の動作の制御および運用管理を行う２つの制御管理部と、を備え、２つの制御管理部はそれぞれ、運用系として動作中に処理負荷が所定の値を超える場合、あるいは超える可能性がある場合には、一部の処理を待機系の制御管理部に振り分けることを特徴とする無線基地局装置が提供される。

本発明の第二の側面によると、各種機能を実行する複数の機能部と、一方が運用系、他方が待機系となって複数の機能部の動作の制御および運用管理を行う２つの制御管理部と、を備え、２つの制御管理部はそれぞれ、運用系として動作中に処理負荷が所定の値を超える場合、あるいは超える可能性がある場合には、一部の処理を待機系の制御管理部に振り分けることを特徴とする制御管理装置が提供される。

本発明の第三の側面によると、各種機能を実行する複数の機能部の動作を一方が運用系、他方が待機系となって制御および運用管理する２つの制御管理部への負荷の分散方法であって、２つの制御管理部の一方が運用系として動作中に処理負荷が所定の値を超える場合、あるいは超える可能性がある場合には、一部の処理を、待機系となっている制御管理部に振り分けることを特徴とする負荷分散方法が提供される。

本発明の第四の側面によると、各種機能を実行する複数の機能部の動作を一方が運用系、他方が待機系となって制御および運用管理する２つのコンピュータにそれぞれインストールされ、これらのコンピュータに、運用系として動作中に処理負荷が所定の値を超える場合、あるいは超える可能性がある場合には、一部の処理を待機系に振り分ける処理と、待機系として待機中に運用系から処理を振り分けられた場合には、その処理を引き継いで実行する処理と、を実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラムが提供される。

本発明によると、各機能部を集中的に管理および制御する制御管理部の処理負荷を軽減し、安定した処理、運用および継続的なシステム稼動を可能とする効果がある。

本発明の実施の形態に係る無線基地局装置のブロック構成図である。 制御管理部の処理フローを示す図である。 運用系および待機系のそれぞれの制御管理部の処理と共有メモリとの関係を説明する図である。 一部の処理を待機系で処理する場合の各制御管理部の処理と共有メモリとの関係を説明する図である。

図１は、本発明の実施の形態に係る無線基地局装置１０のブロック構成図である。

この無線基地局装置１０は、移動体通信における各種機能を実行する複数の機能部１１〜１５と、一方が運用系、他方が待機系となって複数の機能部１１〜１５の動作の制御および運用管理を行う２つの制御管理部２１，２２と、を備える。無線基地局装置１０はまた、２つの制御管理部２１，２２を運用系と待機系とで切り替えるときに運用系の処理情報を待機系に引き継ぐための共有メモリ２３を備える。２つの制御管理部２１，２２はそれぞれ、運用系として動作中に処理負荷が所定の値を超える場合、あるいは超える可能性がある場合には、一部の処理を待機系の制御管理部２２，２１に振り分ける（スワップする）ことができる。このとき、制御情報を運用系と待機系で共有するため、共有メモリ２３が用いられる。

この構成において、機能部１１〜１５および制御管路部２１，２２はそれぞれ、個別のハードウェアユニットにより構成される。各ハードウェアユニットには、そのユニットを制御して各機能を実現するソフトウェアが搭載される。これらのソフトウェアにより、機能部１１〜１５は、制御管理部２１，２２の指示により移動体通信における各種機能を実行し、制御管理部２１，２２は、無線基地局装置の制御、指示および運用管理を行う。

図１における機能部１１〜１５、制御管理部２１，２２および共有メモリ２３の接続は、概念的なものである。現実的には、それぞれを共通バスにより接続してもよく、互いニメッシュ状に接続してもよい。また、共有メモリ２３は、個別のメモリである必要はなく、たとえば制御管理部２１，２２がその処理で使用するメモリの一部のメモリ空間であってもよい。

図２は、制御管理部２１，２２の処理フローを示す図である。

制御管理部２１，２２は、互いに動作が切り替え可能であって、一方が運用系、他方が待機系として用いられる（ステップＳ１）。通常は、制御管理部２１，２２の一方（たとえば制御管理部２１）が運用系として稼働する。他方の制御管理部（たとえば２２）は、運用系の制御管理部（たとえば２１）が正常運用できない場合のバックアップとして稼働し、運用系の制御管理部（たとえば２１）が運用中は待機している。運用系、待機系の切り替えは、割り込み処理により行われる。以下では、制御管理部２１が運用系、制御管理部２２が待機系であるものとして説明する。

運用系の制御管理部２１は、起動後の自身の運転管理、装置の運転管理、機能部１１〜１５への制御や要求指示など、無線基地局装置１０を稼動させる上で必要となる各処理を実行する（ステップＳ１１）。そして、制御管理部２１の負荷が増加し、所定の値を超える場合、あるいは超える可能性がある場合（ステップＳ１２でＹｅｓ）には、一部の処理を待機系の制御管理部２２に振り分ける（ステップＳ１３）。負荷が増加していなければ（ステップＳ１２でＮｏ）、運用系としての通常通りの処理（ステップＳ１１）を継続する。

制御管理部２１の実行する処理には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）リソースを定常的に消費する処理（以下、「定常的処理」という）と、バースト的に発生する処理とが含まれる。バースト的に発生する処理は、処理負荷の増大を引き起こす可能性がある。一方、定常的処理は、ＣＰＵリソースの消費があまり変動せず、処理負荷の増大を引き起こすものではない。したがって、振り分け対象の処理としては、定常的処理がよい。このような定常的処理を待機系の制御管理部２２に割り当てても、待機中である制御管理部２２にそれほど大きな負荷を与えることはないからである。また、処理の振り分けは、たとえば、処理負荷が最大処理可能負荷の８０％を超えた場合、あるいは処理負荷の増加速度が所定値を超えた場合に行う。処理の振り分けのために、複数の基準を用いることもできる。

処理の振り分け（ステップＳ１３）の後、制御管理部２１は、残りの処理を継続して実行する（ステップＳ１４）。そして、負荷が低下した場合（ステップＳ１５でＹｅｓ）、あるいは待機系の制御管理部２２における処理で異常が発生した場合（ステップＳ１６でＹｅｓ）には、待機系の制御管理部２２に振り分けていた処理を引き取り（ステップＳ１７）、運用系としての通常の処理（ステップＳ１１）に戻る。ステップＳ１５でＮｏ、かつステップＳ１６でＮｏとならない限り、制御管理部２１は、ステップＳ１４を継続する。

待機系の制御管理部２２は、自身が最低限動作する状態を保持するための処理を実行し（ステップＳ２１）、運用系の制御管理部２１からの処理の振り分けがある場合（ステップＳ２２でＹｅｓ）のみ、振り分けられた処理を肩代わりして実行する（ステップＳ２３）。振り分けられた処理の実行中にその処理の異常が検出された場合（ステップＳ２４）には、その処理結果を共有メモリ２３経由で運用系の制御管理部２１に通知する（ステップＳ２５）。待機系から運用系への処理の要求および報告は、その要求または報告が必要となったときに、バースト的に行う。現用系の制御管理部２１から肩代わりしている処理の引き取りの指示があるまで（ステップＳ２６でＹｅｓとなるまで）ステップＳ２３〜Ｓ２５を実行し、ステップＳ２６でＹｅｓとなった後は、ステップＳ２１の処理に戻る。

図３は、制御管理部２１，２２のＣＰＵ内で実行される処理と、共有メモリ２３へのアクセスとを説明する図である。

図３の例では、運用系の制御管理部２１が、処理Ａ〜Ｆを実行している。処理Ａは、各ハードウェアユニット上で動作するソフトウェアのベースとなるオペレーティングシステムである。処理Ｂは、自身の運転管理機能であって、最低限自身の中で動作させる必要がある処理である。処理Ｃ〜Ｆは、無線基地局装置１０を動作させるための各種のプロセスである。

たとえば、無線基地局として運用を継続する中で、運用系の制御管理部２１は、機能部１１〜１５が正常に動作しているかを、常に監視する必要がある。この監視のために、制御管理部２１は、一定時間間隔で、機能部１１〜１５との経路の正常性の確認、機能部１１〜１５が要求に対して正確に応答を返してくるかの運用状態確認などの処理を実行する。この処理は、無線基地局として運用を継続する限り一定間隔で実行する必要があり、制御管理部２１のＣＰＵリソースを定常的に消費することとなる。この処理を、処理Ｃとする。処理Ｃはまた、機能部１１〜１５の異常を検出した場合に、当該機能部に対する復旧制御や、上位局などへの異常状態の通知制御を実行する。処理Ｃと同様に定常的に動作を継続する必要のある定常的処理として、各種の測定処理がある。この処理を、処理Ｆとする。

一方、待機系の制御管理部２２は、処理Ａ，Ｂに相当する最低限の処理ａ，ｂのみを実行する。制御管理部２１は、ＣＰＵ稼動状態が高く、ＣＰＵの空きリソースが厳しい状態となっているのに対し、制御管理部２２は、自身の機能部が最低限動作する状態を保持しているだけなので、ＣＰＵリソースについてもほとんどが空きの状態となっている。

共有メモリ２３は、運用系に異常が発生し、待機系との切り替え制御が発生した場合に、運用系で制御していた処理の情報を待機系に引き継ぐためのものである。このため、通常運用状態では、運用系の制御管理部２１からのアクセスは頻繁に行われるが、待機系の制御管理部２２からのアクセスはほとんどない。

図４は、一部の処理を待機系で処理する場合について、制御管理部２１，２２のＣＰＵ内で実行される処理と、共有メモリ２３へのアクセスとを説明する図である。

運用系の制御管理部２１のＣＰＵの空きリソースが厳しい状態となったとき（図２のテップＳ１２でＹｅｓ）には、処理Ｃ，Ｆのような定常的処理を、通常運用状態では稼動しない待機系の制御管理部２２の処理として振り分ける（ステップＳ１３）。待機系の制御管理部２２のＣＰＵのリソースを割り当てて処理することで、運用系の制御管理部２１のＣＰＵに、空きリソースを確保することが可能となる。待機系の制御管理部２２に新たに割り当てられた処理Ｃ、Ｆは、制御管理部２２のＣＰＵリソースを用いて継続される（ステップＳ２３）。

処理Ｃあるいは処理Ｆで機能部１１〜１５の異常が検出された場合（ステップＳ２４でＹｅｓ）には、制御管理部２２は、共有メモリ２３を用いて、処理結果を制御管理部２１に通知する（ステップＳ２５）。制御管理部２１では、制御管理部２２に振り分けた処理に関して、バースト的に入ってくる制御管理部２２からの要求・報告に基づき、適切に対応する（ステップＳ１６，Ｓ１７）。これにより、運用系で動作していた処理と同等の制御が可能となる。

また、待機系の制御管理部２２からの要求・報告動作を、該当機能部の事象が発生したときのみバースト的に発生させることにより、通常運用が継続している間は、運用系への割り込みを低減させることも可能となり、運用系の制御管理部２１における処理負荷をさらに低減させることが可能となる。

以上説明した実施の形態によれば、無線基地局装置１０内の運用系の制御管理部２１のソフトウェアの処理負荷が高くなった状態においても、制御管理部２１にて実行する定常的処理を制御管理部２２に分散して実施することにより、制御管理部２１の定常負荷が軽減される。この結果、制御管理部２１での処理が軽減され、処理遅延の発生を防ぐことが可能となる。これにより、処理抜けの可能性がなくなり、無線基地局を安定に動作させることが可能となる。

本発明は、無線基地局装置における制御管理負荷の分散に特に適するものであるが、各種機能を実行する複数の機能部の動作を一方が運用系、他方が待機系となって制御および運用管理する２つの機能部（制御管理部）を備えた一般的な制御管理装置でも利用することもできる。

また、各種機能を実行する複数の機能部の動作を一方が運用系、他方が待機系となって制御および運用管理する２つのコンピュータにそれぞれインストールされ、この２つのコンピュータに、運用系として動作中に処理負荷が所定の値を超える場合、あるいは超える可能性がある場合には、一部の処理を待機系に振り分ける処理と、待機系として待機中に運用系から処理を振り分けられた場合には、その処理を引き継いで実行する処理と、を実行させるコンピュータ・プログラムとして実施することもできる。このようなコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・プログラムを非一時的に格納するコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して、あるいは通信回線を介して、制御管理部２１，２２のようなハードウェアユニット内のコンピュータにインストールすることができる。

１０ 無線基地局装置
１１〜１５ 機能部
２１，２２ 制御管理部
２３ 共有メモリ

Claims (11)

1. 移動体通信における各種機能を実行する複数の機能部と、一方が運用系、他方が待機系となって前記複数の機能部の動作の制御および運用管理を行う２つの制御管理部とを備え、
   前記２つの制御管理部はそれぞれ、運用系として動作中に処理負荷が所定の値を超える場合、あるいは超える可能性がある場合には、一定時間間隔で定常的に継続する処理を待機系の制御管理部に振り分ける
   ことを特徴とする無線基地局装置。
2. 移動体通信における各種機能を実行する複数の機能部と、一方が運用系、他方が待機系となって前記複数の機能部の動作の制御および運用管理を行う２つの制御管理部とを備え、
   前記２つの制御管理部はそれぞれ、運用系として動作中に処理負荷が所定の値を超える場合、あるいは超える可能性がある場合には、一部の処理を待機系の制御管理部に振り分け、
   待機系から運用系への処理の要求および報告は、その要求または報告が必要となったときにバースト的に行う
   ことを特徴とする無線基地局装置。
3. 請求項１または２記載の無線基地局装置において、前記２つの制御管理部を運用系と待機系とで切り替えるときに運用系の処理情報を待機系に引き継ぐための共有メモリを備え、前記一部の処理を振り分けるときには、前記共有メモリを用いて制御情報を運用系と待機系で共有することを特徴とする無線基地局装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の無線基地局装置において、待機系に振り分けられた処理の実行中に待機系でその処理の異常が検出された場合には、その処理結果を運用系に通知することを特徴とする無線基地局装置。
5. 請求項４記載の無線基地局装置において、待機系の処理で異常が検出されたときには、その処理を運用系の制御管理部が引き取って実行することを特徴とする無線基地局装置。
6. 各種機能を実行する複数の機能部と、一方が運用系、他方が待機系となって前記複数の機能部の動作の制御および運用管理を行う２つの制御管理部とを備え、
   前記２つの制御管理部はそれぞれ、運用系として動作中に処理負荷が所定の値を超える場合、あるいは超える可能性がある場合には、一定時間間隔で定常的に継続する処理を待機系の制御管理部に振り分ける
   ことを特徴とする制御管理装置。
7. 各種機能を実行する複数の機能部と、一方が運用系、他方が待機系となって前記複数の機能部の動作の制御および運用管理を行う２つの制御管理部とを備え、
   前記２つの制御管理部はそれぞれ、運用系として動作中に処理負荷が所定の値を超える場合、あるいは超える可能性がある場合には、一部の処理を待機系の制御管理部に振り分け、
   待機系から運用系への処理の要求および報告は、その要求または報告が必要となったときにバースト的に行う
   ことを特徴とする制御管理装置。
8. 各種機能を実行する複数の機能部の動作を一方が運用系、他方が待機系となって制御および運用管理する２つの制御管理部への負荷の分散方法であって、
   前記２つの制御管理部の一方が運用系として動作中に処理負荷が所定の値を超える場合、あるいは超える可能性がある場合には、運用系制御管理部は、一部の処理を、待機系となっている前記２つの制御管理部の他方に振り分け、
   待機系制御管理部は、一定時間間隔で定常的に継続する処理を実行する、
   ことを特徴とする負荷分散方法。
9. 各種機能を実行する複数の機能部の動作を一方が運用系、他方が待機系となって制御および運用管理する２つの制御管理部への負荷の分散方法であって、
   前記２つの制御管理部の一方が運用系として動作中に処理負荷が所定の値を超える場合、あるいは超える可能性がある場合には、運用系制御管理部は、一部の処理を、待機系となっている前記２つの制御管理部の他方に振り分け、
   待機系制御管理部は、振り分けられた一部の処理を実行するとともに、運用系制御管理部への処理の要求および報告は、その要求または報告が必要となったときにバースト的に行う処理を実行する、
   ことを特徴とする負荷分散方法。
10. 各種機能を実行する複数の機能部の動作を一方が運用系、他方が待機系となって制御および運用管理する２つのコンピュータにそれぞれインストールされ、
    前記２つのコンピュータに、
    運用系として動作中に処理負荷が所定の値を超える場合、あるいは超える可能性がある場合には、一定時間間隔で定常的に継続する処理を待機系に振り分ける処理と、
    待機系として待機中に運用系から処理を振り分けられた場合には、その処理を引き継いで実行する処理と、
    を実行させる
    ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。
11. 各種機能を実行する複数の機能部の動作を一方が運用系、他方が待機系となって制御および運用管理する２つのコンピュータにそれぞれインストールされ、
    前記２つのコンピュータに、
    運用系として動作中に処理負荷が所定の値を超える場合、あるいは超える可能性がある場合には、一部の処理を待機系に振り分ける処理と、
    待機系として待機中に運用系から処理を振り分けられた場合には、その処理を引き継いで実行するとともに、待機系から運用系への処理の要求および報告は、その要求または報告が必要となったときにバースト的に行う処理と、
    を実行させる
    ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。

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