JP6549522B2 - スケジューリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線ネットワークが有する無線リソースの割り当てを行うためのスケジューリング装置に関する。

スマートフォンなどの無線端末の普及に伴って、通信速度の向上や利用帯域の増大など、無線ネットワークに対する社会的要請が大きくなっている。このような状況を背景として、ＬＴＥ（Long Term Evolution）と呼ばれる次世代移動通信方式の無線インタフェース仕様を適用した無線ネットワークシステムが普及しつつある。ＬＴＥでは、無線アクセス技術の１つとして、複数の送信ポイント（ＴＰ：基地局）が協調してユーザ無線端末（ＵＥ）と信号を送受信するＣｏＭＰ（Coordinated Multi-point transmission/reception：セル間協調送受信）が採用されている（非特許文献１参照）。

ＣｏＭＰ技術は、周波数利用効率やセル端ユーザスループットを向上させる重要な技術の１つである。例えば、基地局からユーザ無線端末への送信である下り方向の通信において、同時に複数の送信ポイント（基地局）が同一周波数帯を用い、各ユーザ無線端末に送信することで無線リソースの利用効率を高めることができる。

しかし、送信ポイントが異なるユーザ無線端末に対して送信した場合、複数の送信ポイントから信号を受信可能なユーザ無線端末にとっては、他の送信ポイントからの信号が所望の受信信号の干渉となって、かえってスループットの低下を招く恐れがある。したがって、このような干渉を抑制しつつ通信速度を向上させるためにＣｏＭＰは必要不可欠な技術となっている。

また、無線ネットワークにＣｏＭＰを適用するにあたって、システムスループットの最大化を目的とすると、受信状態のよいユーザ（ユーザ無線端末）へのリソース割り当てが優先されることでユーザ間の公平性に問題が生じるため、各ユーザ無線端末のこれまでの平均レートを考慮したスケジューリングが望ましいとされている（非特許文献２を参照）。

無線ネットワークシステムにおいて、このようなスケジューリングを行う場合、スケジューリング装置は、評価値が最大となる基地局とユーザ無線端末の組み合わせとして、基地局毎の送信状態、すなわち基地局毎に送信先となるユーザ無線端末あるいは送信停止を指定する情報を決定する。この組み合わせを決定するために、多数の基地局とユーザ無線端末の組み合わせの評価値を計算し、評価値が最良の組み合わせを見つける処理を行い、スケジューリング周期内（例えば１ミリ秒の時間内）に組み合わせの決定を完了する必要がある。

最適な組み合わせを取得する確実な方法は、可能性のあるすべての組み合わせの各々について評価値を計算し評価値が最大となる組み合わせを見つけ出す、つまり総当たりで探索を行うことである。しかし、無線ネットワークの規模（含まれる基地局数やユーザ無線端末数）が大きくなると、探索空間（可能性のある組み合わせ数）が膨大になる。これに対し、組み合わせ最適化問題の近似解を求める手法等に基づく組み合わせの生成方法を採用することで、少ない計算量で評価値が最大となる組み合わせを見つけ出す技術がある（非特許文献３を参照）。

田岡 秀和 他、「LTE-Advanced におけるMIMOおよびセル間協調送受信技術」、NTT DOCOMO テクニカル・ジャーナル、Vol.18、No.2、２２−３０頁、２０１０年。 T. Girici et al., "Proportional Fair Scheduling Algorithm in OFDMA-BasedWireless Systems with QoS Constraints", Journal of Communications and Networks, vol.12, no.1, pp.30-42, 2010. Y. Arikawa et al., "Practical Resource Scheduling in Massive-cell Deployment for 5G Mobile Communications Systems", International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems (ISPACS), pp.456-461, 2015.

ところで、スケジューリングに費やすことができる時間は限られているため、評価値が最良の組み合わせを見つける処理を高速に行うために、上述した処理を行う専用のハードウェアを実装することが考えられる。一方、先に述べたように組み合わせを求めるために、総当たり法や山登り法を適用した技術など様々な組み合わせ生成方法がある。専用のハードウェアを設計するには、組み合わせ生成方法を一意に決める必要があり、設計途中や設計完了後に組み合わせ生成手法を変更するには、専用のハードウェア設計をやり直すことが必要になり、経済的でない。

また、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）のように、回路を書き換えることで、複数の組み合わせ生成手法に対応させることが可能ではあるが、回路の設計や検証といったコストがかかり、また、サービスの運用中にトラヒック状況やユーザ端末数に応じて柔軟に組み合わせ生成方法を変更することはできない。このように、従来の技術では、組み合わせ生成方法の柔軟性が損なわれるという課題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、高速性を損なうことなく、組み合わせが柔軟に設定できるようにすることを目的とする。

本発明に係るスケジューリング装置は、各基地局の識別情報と前記基地局の接続候補となるユーザ無線端末の識別情報とが記憶されている端末情報記憶部と、設定されている読み出し範囲に基づいて前記端末情報記憶部より前記基地局の識別情報とユーザ無線端末の識別情報との組み合わせを読み出す読み出し部と、組み合わせ候補の生成で基準として用いる基地局の識別情報とユーザ無線端末の識別情報との組み合わせである基準組み合わせが記憶されている基準情報記憶部と、前記読み出し部が読み出した読み出し組み合わせと前記基準情報記憶部に記憶されている基準組み合わせとを、重複する場合は前記基準組み合わせを選択してマージする組み合わせ選択部と、前記組み合わせ選択部がマージした選択組み合わせの各々について設定に基づいて評価値を算出する評価値算出部と、評価値算出部が算出した評価値が最も高い組み合わせを選択組み合わせの中より取り出して保持する保持部とを備える。

上記スケジューリング装置において、読み出し範囲および基準組み合わせからなる複数の設定を記憶する設定記憶部と、読み出し部が基地局の識別情報とユーザ無線端末の識別情報との全ての組み合わせを読み出したことを検出して更新時期と判断し、設定記憶部に記憶されている設定の読み出し範囲で読み出し範囲を更新し、基準情報記憶部に記憶されている基準組み合わせを更新する更新部とを備えるようにしてもよい。

上記スケジューリング装置において、更新時期の判断により、保持部に保持されている組み合わせをもとに基準情報記憶部に基準組み合わせを設定する条件設定部を備えるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、基準情報記憶部を備え、また、読み出し部において、設定されている読み出し範囲に基づいて読み出すようにしたので、高速性を損なうことなく、組み合わせが柔軟に設定できるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態１におけるスケジューリング装置の構成を示す構成図である。 図２は、端末情報記憶部１０１が記憶している情報の構成を説明するための説明図である。 図３は、組み合わせ選択部１０４における組み合わせを説明するための説明図である。 図４は、本発明の実施の形態１におけるスケジューリング装置の動作例を説明するためのフローチャートである。 図５は、本発明の実施の形態２におけるスケジューリング装置の構成を示す構成図である。 図６は、本発明の実施の形態２におけるスケジューリング装置の動作例を説明するためのフローチャートである。 図７は、本発明の実施の形態３におけるスケジューリング装置の構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるスケジューリング装置の構成を示す構成図である。この装置は、端末情報記憶部１０１、読み出し部１０２、基準情報記憶部１０３、組み合わせ選択部１０４、評価値算出部１０５、および保持部１０６を備える。このスケジューリング装置は、対象となる無線ネットワークにおける複数の基地局と、複数のユーザ無線端末との間で無線通信を行うための無線リソースを割り当てる際に用いる最適組み合わせパターンを決定（設定）する。

端末情報記憶部１０１は、各基地局の識別情報と基地局の接続候補となるユーザ無線端末の識別情報とを記憶している。例えば、図２の（ａ）に示すように、基地局識別ＴＰ＃１に対して接続候補となるユーザ無線端末識別ＵＥ＃１，ＵＥ＃３，ＵＥ＃６，ＵＥ＃８，ＵＥ＃９が対応づけられ、基地局識別ＴＰ＃２に対して接続候補となるユーザ無線端末識別ＵＥ＃１，ＵＥ＃２，ＵＥ＃４，ＵＥ＃５，ＵＥ＃７が対応づけられ、基地局識別ＴＰ＃３に対して接続候補となるユーザ無線端末識別ＵＥ＃２，ＵＥ＃４，ＵＥ＃５，ＵＥ＃６，ＵＥ＃９が対応づけられた情報が記憶されている。

読み出し部１０２は、設定されている読み出し範囲に基づいて端末情報記憶部１０１より基地局の識別情報とユーザ無線端末の識別情報との組み合わせを読み出す。読み出し部１０２は、総当たりで組み合わせを読み出す。例えば、図２の（ａ）にグレーで示した範囲が読み出し範囲として設定されている場合、読み出し部１０２は、図２の（ｂ）に示すように、基地局識別に対してユーザ無線端末識別を対応させた情報を読み出す。読み出し範囲は、連続していてもよく、また、不連続に複数の範囲とされていてもよい。

基準情報記憶部１０３は、組み合わせ候補の生成で基準として用いる基地局の識別情報とユーザ無線端末の識別情報との組み合わせである基準組み合わせが記憶されている。例えば、基地局識別＃１に対してはユーザ無線端末識別ＵＥ＃７が基準の組み合わせとして設定され、基地局識別＃２に対してはユーザ無線端末識別ＵＥ＃４が基準の組み合わせとして設定され、基地局識別＃３に対してはユーザ無線端末識別ＵＥ＃５が基準の組み合わせとして設定されている。

組み合わせ選択部１０４は、読み出し部１０２が読み出した読み出し組み合わせと、基準情報記憶部１０３に記憶されている基準組み合わせとを、重複する場合は基準組み合わせを選択してマージする。

例えば、基準情報記憶部１０３において、有効／無効を示すフラグが用いられ、フラグが有効となっている基地局識別の基準組み合わせが、組み合わせ選択部１０４に用いられ、読み出し組み合わせとマージされる。

例えば、図３の（ａ）に示すように、基準情報記憶部１０３において、基地局識別＃１は「無効」、基地局識別＃２は「有効」、基地局識別＃３「有効」とされている場合、図３の（ｂ）に示す基地局識別＃１に対するユーザ無線端末識別ＵＥ＃７の基準の組み合わせは対象とならず、図３の（ｃ）に示す読み出し組み合わせの基地局識別＃１に対するユーザ無線端末識別ＵＥ＃１が選択され、図３の（ｄ）に示すように、マージされる。

なお、有効／無効を示すフラグを用いず、基準情報記憶部１０３に記憶されている全ての基準組み合わせを、マージ対象としてもよい。

評価値算出部１０５は、組み合わせ選択部１０４がマージした選択組み合わせの各々について設定に基づいて評価値を算出する。一般に、無線ネットワークシステムでは、当該の基地局とユーザ無線端末の組み合わせで送信を行う場合に得られるスループット値を、所定の期間積算した平均スループット値で除した値（Proportional Fairness）が、評価指標として用いられている。

保持部１０６は、評価値算出部１０５が算出した評価値が最も高い組み合わせを選択組み合わせの中より取り出して保持する。保持部１０６には、既に実施されたスケジューリング動作により組み合わせ情報が記憶されているが、今回のスケジューリング動作により評価値算出部１０５が算出した評価値の方が大きい場合、保持している組み合わせを、新たに評価値を算出した組み合わせの情報に変更（更新）する。

ここで、従来では、基準情報記憶部１０３を用いず、また、端末情報記憶部１０１より基地局の識別情報とユーザ無線端末の識別情報との組み合わせを全て読み出し、これらに対して評価を算出していた。これに対し、実施の形態１によれば、基準情報記憶部１０３を備え、また、読み出し部１０２において、設定されている読み出し範囲に基づいて読み出すようにした。この結果、基準情報記憶部１０３および読み出し範囲を変更することで組み合わせの生成方法を容易に変更できるようになる。また、読み出し範囲および基準組み合わせを用いて組み合わせを選択するようにしたので、組み合わせの生成方法を短時間に変更できるため、高速性が損なわれることがない。

次に、実施の形態１におけるスケジューリング装置の動作について、図４のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ２０１で、読み出し範囲を設定する。例えば、担当者による図示しない入力部の操作により入力された読み出し範囲を設定する。次に、ステップＳ２０２で、基準情報記憶部１０３に基準情報として基準組み合わせを設定する。例えば、担当者による図示しない入力部の操作により入力された基準組み合わせを設定する。

次に、ステップＳ２０３で、読み出し部１０２が、設定された読み出し範囲に基づいて、端末情報記憶部１０１より基地局の識別情報とユーザ無線端末の識別情報との組み合わせを読み出す。

次に、ステップＳ２０４で、組み合わせ選択部１０４が、読み出し部１０２が読み出した読み出し組み合わせと、基準情報記憶部１０３に記憶されている基準組み合わせとを、重複する場合は基準組み合わせを選択してマージし、組み合わせを選択する。組み合わせ選択部１０４は、基準情報記憶部１０３において、有効／無効を示すフラグが設定されている場合、フラグが有効となっている基地局識別の基準組み合わせを、読み出し組み合わせとマージして組み合わせを選択する。

次に、ステップＳ２０５で、評価値算出部１０５が、組み合わせ選択部１０４がマージした選択組み合わせの各々について設定に基づいて評価値を算出する。評価値算出部１０５は、例えば、当該の基地局とユーザ無線端末の組み合わせで送信を行う場合に得られるスループット値を、所定の期間積算した平均スループット値で除した値（Proportional Fairness）を、評価値として算出する。

次に、ステップＳ２０６で、保持部１０６が、既に保持されている組み合わせ情報の評価値と、新たに評価値算出部１０５が算出した評価値とを比較する。新たに評価値算出部１０５が算出した評価値の方が大きい場合（ステップＳ２０６のｙ）、ステップＳ２０７で、保持部１０６は、保持している組み合わせの情報を、新たな評価値が算出された組み合わせ情報に変更する。上述したステップＳ２０３〜ステップＳ２０７を、終了まで繰り返して実施する（ステップＳ２０８）。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図５は、本発明の実施の形態２におけるスケジューリング装置の構成を示す構成図である。この装置は、端末情報記憶部１０１、読み出し部１０２、基準情報記憶部１０３、組み合わせ選択部１０４、評価値算出部１０５、および保持部１０６を備える。このスケジューリング装置は、対象となる無線ネットワークにおける複数の基地局と、複数のユーザ無線端末との間で無線通信を行うための無線リソースを割り当てる際に用いる最適組み合わせパターンを決定（設定）する。

上述した構成は、前述した実施の形態１と同様である。実施の形態２では、新たに、条件記憶部１０７、更新部１０８を備える。

条件記憶部１０７は、読み出し範囲および基準組み合わせからなる複数の条件を記憶する。

更新部１０８は、読み出し部１０２が基地局の識別情報とユーザ無線端末の識別情報との全ての組み合わせを読み出したことを検出して更新時期と判断し、条件記憶部１０７に記憶されている条件の読み出し範囲で読み出し範囲を更新し、基準情報記憶部１０３に記憶されている基準組み合わせを更新する。基準情報記憶部１０３において、有効／無効を示すフラグが用いられている場合、有効／無効を示すフラグが、条件として条件記憶部１０７に記憶され、記憶されている有効／無効を示すフラグで基準情報記憶部１０３の有効／無効を示すフラグを更新してもよい。

実施の形態２によれば、スケジューリング装置が備える条件記憶部１０７に記憶されている条件により、スケジューリング装置が備える更新部１０８で、読み出し範囲、基準組み合わせを更新するようにしたので、更新動作が内部処理として実施されることになり、組み合わせの生成方法の変更における高速性が損なわれることがない。

次に、実施の形態２におけるスケジューリング装置の動作について、図６のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ３０１で、条件記憶部１０７に読み出し範囲を設定する。例えば、担当者による図示しない入力部の操作により入力された読み出し範囲を設定する。次に、ステップＳ３０２で、条件記憶部１０７に基準情報として基準組み合わせを設定する。例えば、担当者による図示しない入力部の操作により入力された基準組み合わせを設定する。

次に、ステップＳ３０３で、読み出し部１０２が、設定されている読み出し範囲に基づいて、端末情報記憶部１０１より基地局の識別情報とユーザ無線端末の識別情報との組み合わせを読み出す。

次に、ステップＳ３０４で、更新部１０８が、読み出し部１０２において基地局の識別情報とユーザ無線端末の識別情報との全ての組み合わせが読み出されたかどうかを判断する。読み出し部１０２において基地局の識別情報とユーザ無線端末の識別情報との全ての組み合わせが読み出されたと判断した場合（ステップＳ３０４のｙ）、ステップＳ３０５で、更新部１０８は、更新時期と判断する。また、更新部１０８は、更新時期の判断状態を保持する。

次に、ステップＳ３０６で、組み合わせ選択部１０４が、読み出し部１０２が読み出した読み出し組み合わせと、基準情報記憶部１０３に記憶されている基準組み合わせとを、重複する場合は基準組み合わせを選択してマージし、組み合わせを選択する。組み合わせ選択部１０４は、基準情報記憶部１０３において、有効／無効を示すフラグが設定されている場合、フラグが有効となっている基地局識別の基準組み合わせを、読み出し組み合わせとマージして組み合わせを選択する。

次に、ステップＳ３０７で、評価値算出部１０５が、組み合わせ選択部１０４がマージした選択組み合わせの各々について設定に基づいて評価値を算出する。評価値算出部１０５は、例えば、当該の基地局とユーザ無線端末の組み合わせで送信を行う場合に得られるスループット値を、所定の期間積算した平均スループット値で除した値（Proportional Fairness）を、評価値として算出する。

次に、ステップＳ３０８で、保持部１０６が、既に保持されている組み合わせ情報の評価値と、新たに評価値算出部１０５が算出した評価値とを比較する。新たに評価値算出部１０５が算出した評価値の方が大きい場合（ステップＳ３０８のｙ）、ステップＳ３０９で、保持部１０６は、保持している組み合わせの情報を、新たな評価値が算出された組み合わせ情報に変更する。

次に、ステップＳ３１０で、更新部１０８は、更新時期と判断している場合（ステップＳ３１０のｙ）、ステップＳ３１１で、条件記憶部１０７に記憶されている条件の読み出し範囲で読み出し範囲を更新し、基準情報記憶部１０３に記憶されている基準組み合わせを更新する。基準情報記憶部１０３において、有効／無効を示すフラグが用いられている場合、条件記憶部１０７に記憶されている有効／無効を示すフラグで、基準情報記憶部１０３の有効／無効を示すフラグを更新する。上述したステップＳ３０３〜ステップＳ３１１を、終了まで繰り返して実施する（ステップＳ３１２）。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図７は、本発明の実施の形態３におけるスケジューリング装置の構成を示す構成図である。この装置は、端末情報記憶部１０１、読み出し部１０２、基準情報記憶部１０３、組み合わせ選択部１０４、評価値算出部１０５、保持部１０６、条件記憶部１０７、および更新部１０８を備える。

上述した構成は、前述した実施の形態２と同様である。実施の形態３では、新たに、条件設定部１０９を備える。条件設定部１０９は、更新部１０８による更新時期の判断により、保持部１０６に保持されている組み合わせをもとに、基準情報記憶部１０３に基準組み合わせを設定する。

例えば、保持部１０６において、最大組み合わせと大小判定を行うとともに別途大小判定を行う比較組み合わせと、比較組み合わせから生成する更新組み合わせとを保持し、条件設定部１０９は、更新組み合わせを基準情報記憶部１０３に設定するようにすればよい。保持部１０６において、入力される評価値が保持している比較組み合わせの評価値よりも大きい場合に、比較組み合わせを更新し、読み出し部１０２が生成範囲における全ての組み合わせの読み出しを完了したタイミングで所定の基地局の比較組み合わせのみを更新組み合わせに更新する。

例えば、図６を用いて説明した実施の形態２における動作において、ステップＳ３１０における更新部１０８の更新時期との判断により（ステップＳ３１０のｙ）、ステップＳ３１１で、条件記憶部１０７に記憶されている条件の読み出し範囲で読み出し範囲を更新し、基準情報記憶部１０３に記憶されている基準組み合わせを更新するとともに、条件設定部１０９で、更新組み合わせを基準情報記憶部１０３に設定する。

実施の形態３によれば、保持部１０６に保持されている直近に算出された評価値の高い組み合わせを基準情報１０３に設定できるようになるので、組み合わせ生成方法がより拡張できるようになる。

以上に説明したように、本発明によれば、基準情報記憶部を備え、また、読み出し部において、設定されている読み出し範囲に基づいて読み出すようにしたので、高速性を損なうことなく、組み合わせが柔軟に設定できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１０１…端末情報記憶部、１０２…読み出し部、１０３…基準情報記憶部、１０４…組み合わせ選択部、１０５…評価値算出部、１０６…保持部。

Claims (3)

1. 各基地局の識別情報と前記基地局の接続候補となるユーザ無線端末の識別情報とが記憶されている端末情報記憶部と、
   設定されている読み出し範囲に基づいて前記端末情報記憶部より前記基地局の識別情報とユーザ無線端末の識別情報との組み合わせを読み出す読み出し部と、
   組合せ候補の生成で基準として用いる基地局の識別情報とユーザ無線端末の識別情報との組み合わせである基準組み合わせが記憶されている基準情報記憶部と、
   前記読み出し部が読み出した読み出し組み合わせと前記基準情報記憶部に記憶されている基準組み合わせとを、重複する場合は前記基準組み合わせを選択してマージする組み合わせ選択部と、
   前記組み合わせ選択部がマージした選択組み合わせの各々について設定に基づいて評価値を算出する評価値算出部と、
   前記評価値算出部が算出した評価値が最も高い組み合わせを前記選択組み合わせの中より取り出して保持する保持部と
   を備えることを特徴とするスケジューリング装置。
2. 請求項１記載のスケジューリング装置において、
   読み出し範囲および基準組み合わせからなる複数の設定を記憶する設定記憶部と、
   前記読み出し部が前記基地局の識別情報とユーザ無線端末の識別情報との全ての組み合わせを読み出したことを検出して更新時期と判断し、前記設定記憶部に記憶されている設定の読み出し範囲で前記読み出し範囲を更新し、前記基準情報記憶部に記憶されている前記基準組み合わせを更新する更新部と
   を備えることを特徴とするスケジューリング装置。
3. 請求項２記載のスケジューリング装置において、
   前記更新時期の判断により、前記保持部に保持されている組み合わせをもとに前記基準情報記憶部に前記基準組み合わせを設定する条件設定部を備えることを特徴とするスケジューリング装置。