JP7056486B2 - 制御装置、リソース割り当て方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ネットワークにおけるリソース割り当て方法及びそのシステムに関するものであり、特に、ユーザの要求データ量や通信品質の観点から無線リソースの割り当てを最適化する技術に関するものである。

近年のセルラーネットワークでは、様々なアプリケーションやサービスが利用されており、動画ストリーミング等の帯域を必要とするものからウェブブラウジング等の遅延に厳しいものまで、アプリケーションやサービスを利用しているユーザの需要トラヒック特性及び要求通信品質も多様化している。更に、ＩｏＴやＭ２Ｍ、車車間通信等の機械通信が今後普及していくことで、トラヒック特性及び要求通信品質の多様化は更に進むと予想される。こうした背景から、限られた無線リソースの中で、個々のユーザの要求する通信品質を満たす、効率的な無線リソース割り当てが重要となる。

一方、将来ネットワークでは、周波数効率の向上のため、様々なサイズのセル（ｓｍａｌｌ ｃｅｌｌ、ｍｉｃｒｏ ｃｅｌｌ、ｐｉｃｏ ｃｅｌｌ）が展開されるＨｅｔＮｅｔ（Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の構築が検討されている。更に、複数のサブキャリアに分割されたＣＣ（Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｃａｒｒｉｅｒ）を束ねて利用することにより帯域を拡張するＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）や、複数のＢＳ（Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）の協調により異なるセル間の干渉低減を行うＣｏＭＰ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ Ｍｕｌｔｉ－Ｐｏｉｎｔ）といった技術の普及が始まっている。

これらの技術を用いることで、より柔軟な無線リソース割り当てが可能となるが、制御を行うために設定すべき項目数が膨大となるため、全ユーザの要求通信品質を満たすようにリアルタイムで無線リソースを最適に割り当てることは困難である。また、多くのセルが高密度に展開される将来のネットワーク（Ｕｌｔｒａ ｄｅｎｓｅ ｎｅｔｗｏｒｋ）では、同一周波数を利用しているユーザ及び基地局におけるセル間干渉の影響による通信品質の低下が大きな課題となる。

これらの課題に対し、非特許文献１では、ＣｏＭＰ、ＣＡを用いたＨｅｔＮｅｔにおいて、複数のＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）及び複数のＢＳの位置の情報をもとに、各ＵＥのａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ（可用性）を解析的に導出し、ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙの最小値を最大化する無線リソースの割当法を提案した。ここで、ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙとは、各ＵＥが利用している全サブキャリアのうち１つ以上のサブキャリアにおいて、ＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）が所望の値を上回る確率である。当該文献による手法では、ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙに基づいたリソース割り当てを行うことで、接続の信頼性を担保することが可能であるが、通信要求データ量や割り当てられた通信容量を考慮していないため、個々のユーザの通信品質の観点で最適な割り当てとはならない。

非特許文献２では、ユーザ間でリアルタイム性への要求が異なるＭ２Ｍ等の様々なアプリケーションが活用されるネットワークを対象とし、データ残量の少なさ及びデッドラインの短さにより優先度を設定することで、要求データ量を考慮したデッドライン遵守を実現するスケジューリング法を提案した。しかしここでは、単一ＢＳのみの状況を想定しているため、セル間干渉やＣｏＭＰ、ＣＡ、ＨｅｔＮｅｔ等が混在する複雑な状況を考慮してない。

J. Jia, Y. Deng, J. Chen, A. H. Aghvami and A. Nallanathan, "Availability Analysis and Optimization in CoMP and CA-enabled HetNets," in IEEE Transactions on Communications, vol. 65, no. 6, pp. 2438-2450, June 2017. M. Haferkamp, B. Sliwa, C. Ide and C. Wietfeld, "Payload-Size and Deadline-Aware scheduling for time-critical Cyber Physical Systems," 2017 Wireless Days, Porto, 2017, pp. 4-7.

ＣｏＭＰ、ＣＡが有効である将来のＨｅｔＮｅｔにおいては、各ＵＥの要求データ量や要求する通信品質を考慮した、ユーザの体感する通信品質の最適化を目指すリソース割り当て方法は存在しない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、各ＵＥの要求データ量等に基づいて、ユーザの体感する通信品質の最適化を実現するリソースの割り当てを可能とする技術を提供することを目的とする。

開示の技術によれば、複数基地局が有する無線リソースの複数ユーザ装置に対する割り当て情報を算出する制御装置であって、
各ユーザ装置の要求データ量を保持する情報管理手段と、
各基地局の最大送信電力を制約として、要求データ量を可用帯域で除算することによって得られる想定待ち時間が全ユーザ装置の中で最大となるユーザ装置の想定待ち時間を最小にするように、各基地局が有する無線リソースの各ユーザ装置に対する割り当て情報を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された前記割り当て情報を出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする制御装置が提供される。

開示の技術によれば、各ＵＥの要求データ量等に基づいて、ユーザの体感する通信品質の最適化を実現するリソースの割り当てを可能とする技術が提供される。

本発明の実施の形態におけるシステムの全体構成図である。 第１の実施形態における集中制御サーバの機能構成を示す図である。 集中制御サーバのハードウェア構成例を示す図である。 第１の実施形態における集中制御サーバの機能構成を示す図である。 第１の実施形態における各サブキャリアの割り当てを示す図である。 第４の実施形態における各サブキャリアの割り当てを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下で説明する実施形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施形態は、以下の実施形態に限られるわけではない。以下、第１～第５の実施形態を説明する。第１の実施形態が基本的な形態であり、第２～第５の実施形態においてはそれぞれ、それよりも前に説明した実施形態と異なる点を主に説明している。なお、第１～第５の実施形態は、矛盾が生じない限り、任意に組み合わせて実施することが可能である。

（第１の実施形態）
＜システム構成＞
図１に第１の実施形態（他の実施形態でも同様）におけるシステムの全体構成を示す。図１に示すように、第１の実施形態におけるシステムは、複数のＢＳ（基地局）と複数のＵＥ（ユーザ装置）を備え、ＢＳとＵＥ間で無線通信を行う。ＢＳとＵＥ間のネットワークは特定の通信方式のネットワークに限定されないが、例えばＬＴＥやＮＲ等のセルラーネットワークである。また、ＢＳとＵＥ間の通信方式がＷｉ－Ｆｉ（登録商標）等の無線ＬＡＮであってもよい。この場合、ＢＳはＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ）である。

図１に示すように、制御区域にある複数のＢＳの制御を行う集中制御サーバ１００が備えられる。集中制御サーバ１００は、移動体通信網のコアネットワークを構成する装置であってもよいし、コアネットワーク外のネットワーク上の装置であってもよいし、あるＢＳあるいはあるＵＥが集中制御サーバ１００の役割を有していてもよい。第１の実施形態におけるＢＳとＵＥ間の通信では、ＣＡとＣｏＭＰが利用可能である。

図２に、集中制御サーバ１００の機能構成を示す。図２に示すように、集中制御サーバ１００は、情報管理部１１０、及び演算部１２０を含む。情報管理部１１０は、演算部１２０が演算を行うにあたり必要な情報を保持する。演算部１２０は、後述するようにリソース割り当ての演算を実行し、演算結果を各ＢＳに通知する。各ＢＳは、演算部１２０による演算結果に基づいて、ＵＥに対するリソース割り当てを実行する。

集中制御サーバ１００は、コンピュータに内蔵されるＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源を用いて、集中制御サーバ１００で実施される処理に対応するプログラムを実行することによって実現することが可能である。上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（可搬メモリ等）に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メール等、ネットワークを通して提供することも可能である。

図３は、上記コンピュータのハードウェア構成例を示す図である。図３のコンピュータは、それぞれバスＢで相互に接続されているドライブ装置１５０、補助記憶装置１５２、メモリ装置１５３、ＣＰＵ１５４、インタフェース装置１５５、表示装置１５６、及び入力装置１５７等を有する。

当該コンピュータでの処理を実現するプログラムは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ又はメモリカード等の記録媒体１５１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体１５１がドライブ装置１５０にセットされると、プログラムが記録媒体１５１からドライブ装置１５０を介して補助記憶装置１５２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１５１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置１５２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。

メモリ装置１５３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１５２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１５４は、メモリ装置１５３に格納されたプログラムに従って、集中制御サーバ１００に係る機能を実現する。インタフェース装置１５５は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられ、ネットワークを介した入力手段及び出力手段として機能する。表示装置１５６はプログラムによるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を表示する。入力装置１５７はキーボード及びマウス、ボタン、又はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。

＜集中制御サーバ１００の動作例＞
以下、第１の実施形態における集中制御サーバ１００の動作例を説明する。

ここでは、上述したＣＡとＣｏＭＰが利用可能なシステムの制御区域内のＵＥ集合をＮｓｅｔ＝｛１，２，…，Ｎ｝、制御区域内のＢＳ集合をＢｓｅｔ＝｛１，２，…，Ｓ｝とする。各ＢＳの使用周波数帯域の集合をＱｓｅｔ＝｛１，２，…，Ｑ｝として、各周波数帯が分割されるサブキャリア数をＦとする。各ＢＳのサブキャリア集合をＭｓｅｔ＝｛１，…，Ｆ，…，（Ｑ－１）Ｆ＋１，…，ＱＦ｝とする。

ここで、ｎ番目のＵＥに対して、ｓ番目のＢＳがｍ番目のサブキャリアを割り当てているかどうかをｖ^ｍ _ｓ，ｎと表す。ｖ^ｍ _ｓ，ｎ∈｛０，１｝として、０のときを割り当てなし、１のときを割り当てありとする。

ｎ番目のＵＥにｍ番目のサブキャリアを割り当てているＢＳ集合を

とする。このＢＳ集合による協調は、例えばＣｏＭＰ－ＪＰ（ｊｏｉｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）により実現される。ＣｏＭＰ－ＪＰは、ＣｏＭＰの実現方式の１つで、複数のＢＳが協調することで、セル内干渉を送信信号として活用することができる。

続いて、各ＵＥの可用帯域を定義するために、各ＵＥの受信電力及びＳＩＮＲについて説明する。電波伝搬のモデルは何を用いても構わないが、ここでは以下に述べる統計的チャネルモデルを考える。

距離ｄ離れたＢＳとＵＥにおいて、ＵＥの受信電力はＢＳの送信電力Ｐとチャネルのフェージングを表す確率変数Ｈを用いてＰ×Ｈ×ｌ（ｄ）で表現される。ただし、ｌ（ｄ）ではパスロス関数（距離減衰）であり、様々なモデルが提案されているが、以降では、サブキャリアｍが属する周波数帯ｑに対して、

とする。ただし、上記の式において、Ｃ_ｑは周波数帯ｑに起因する定数を表し、α_ｑはｑの周波数帯におけるパスロス乗数を表す。

このとき、数式（１）より、ｎ番目のＵＥのｍ番目のサブキャリアにおけるＳＩＮＲは以下の数式（３）で与えられる。

ここで、上記の数式（３）において、ｓ番目のＢＳのｍ番目のサブキャリアに割り当てる電力はＰ_ｓ，ｍ∈（０，Ｐ_ｓ ^ｍａｘ］として、Ｐ_ｓ ^ｍａｘはｓ番目のＢＳの最大電力を表す。ｄ_ｉ，ｎはｉ番目のＢＳとｎ番目のＵＥ間の距離、Ｎ_０は熱雑音等の外的要因による雑音を表す。ここでは、Ｈ_ｉ，ｎはｉ番目のＢＳとｎ番目のＵＥ間のフェージングを表す確率変数とするが、過去のチャネル状態に基づき予測した値を用いることも可能である。ただし、ｑは、ｍ／Ｆを下回らない最小の整数で与えられる。

ＳＩＮＲに基づき、ｎ番目のＵＥの可用帯域は以下の数式（４）で与えられるとする。

ここで、上記の数式（４）において、ｍによる和は、ＣＡを用いた帯域の拡張を意味している。数式（４）において、ＳＩＮＲは確率変数を表し、Ｅ［・］はＳＩＮＲで期待値を取ることを表している。

本実施形態のシステムにおいて、制御を行う時間幅をＣＴＩ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）と呼び、ＣＴＩは任意の時間幅で設定する。

あるＣＴＩにおける制御を実施するにあたり、集中制御サーバ１００の制御対象となる区域内（制御区域内）の各ＵＥから、各ＵＥ位置ｘ_ｎ、各ＵＥの下りの要求データ量Ｄ_ｎが前のＣＴＩで割り当てられたＢ^ｍ _ｎを通じて集中制御サーバ１００に申告されるものとする。申告される情報は、集中制御サーバ１００の情報管理部１１０が取得し、保持する。なお、もしも前のＣＴＩのＢ^ｍ _ｎが存在しない場合は受信電力が最も高いプライマリＢＳを通じて申告されるとする。なお、申告のために使用されるＢＳは、これらに限られるわけではなく、情報を申告できるのであれば、どのＢＳを使用してもよい。

なお、これらの情報は過去の各ＵＥ位置ｘ_ｎ、各ＵＥの下りの要求データ量Ｄ_ｎ等あるいは別の情報源から推定、予測した値でも構わない。

ＵＥ位置、要求データ量として推定、予測した値を使用する場合における集中制御サーバ１００の構成例を図４に示す。図４に示すように、集中制御サーバ１００においてＵＥ位置推定・予測機能１３０、データ量推定・予測機能１４０が備えられる。ただし、ＵＥ位置、要求データ量として推定、予測した値を使用する場合において、ＵＥ位置推定・予測機能１３０、データ量推定・予測機能１４０は、集中制御サーバ１００の外部に備えられてもよい。

集中制御サーバ１００における演算部１２０は、各ＢＳ位置ｙ_ｓが既知のもと、全ＢＳに関してΣ_ｍＰ_ｓ，ｍ≦Ｐ_ｓ ^ｍａｘを満たした上で、ｖ、Ｐを

として、下記の数式（７）で表わされる最適化問題を実現するｖ、Ｐを算出する。

すなわち、演算部１２０は、各ＢＳの最大送信電力を制約（Σ_ｍＰ_ｓ，ｍ≦Ｐ_ｓ ^ｍａｘ）として、要求データ量を可用帯域で除算することによって得られる想定待ち時間（Ｄ_ｎ／Ｔ_ｎ）を算出し、全ＵＥの中で想定待ち時間が最大となるＵＥの想定待ち時間（ｍａｘ_ｎ（Ｄ_ｎ／Ｔ_ｎ））を最小にするリソース割り当て（ｖ、Ｐ）を算出する。数式（５）に示すとおり、ｖは、ｎ番目のＵＥに対するｓ番目のＢＳのｍ番目のサブキャリアの割り当ての集合を示す。また、数式（６）に示すとおり、Ｐは、ｓ番目のＢＳのｍ番目のサブキャリアに割り当てる送信電力の集合を示す。なお、想定待ち時間は、ユーザの体感する通信品質に相当する。

算出結果である各ＢＳの持つ無線リソースの各ＵＥに対するリソース割り当ての情報（ｖ、Ｐ）は演算部１２０から出力され、各ＢＳに通知される。各ＢＳは、当該リソース割り当ての情報に基づいて、自身のサブキャリアをＵＥに各電力で割り当てる。

演算部１２０は、上述したｖとＰを算出する演算をＣＴＩ毎に実施する。当該実施結果に基づき、各ＢＳからＵＥに対して各サブキャリアの割り当てが行われる。より具体的には、演算部１２０は、ＣＴＩ毎に、情報管理部１１０から、ＵＥの位置、ＢＳの位置、Ｄｎ、ＳＩＮＲ計算に必要なパラメータ等を読み出して、数式（７）の演算を行って、演算結果を各ＢＳに通知し、各ＢＳは演算結果に基づいてＵＥに対するリソース割り当てを実施する。

図５は、あるＢＳのあるＣＴＩにおけるリソースの割り当ての例を示す図である。図５に示す例では、例えば、Ｎ＿１番目のＵＥに対し、「第１～第４サブフレーム×第１～第２サブキャリア」のリソースが割り当てられている。なお、サブキャリアは周波数側の割り当て単位であり、サブフレームは、時間側の割り当て単位である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

第１の実施形態では、各ＵＥの要求データ量Ｄ_ｎに応じたリソース割り当てを実施していたが、ＵＥ間に要求データ量に偏りがある場合、他と比べ極端に多い要求データ量を持つＵＥにのみ多くのリソースを割り当てるという状況が発生し、公平性が担保できない可能性がある。そこで、第２の実施形態では、要求データ量の上限を設定することとしている。以下、より具体的に説明する。

集中制御サーバ１００の情報管理部１１０が、第１の実施形態と同様に制御対象となる区域内（制御区域内）のＵＥから、各ＵＥ位置ｘ_ｎ、各ＵＥの下りの要求データ量Ｄ_ｎを取得する際に、それと同時に、演算部１２０が、各ＵＥの要求データ量Ｄ_ｎに対応する閾値^～Ｄ_ｎを算出する。これらの情報は情報管理部１１０に保持される。なお、本明細書のテキストでは、便宜上、文字の頭に付ける波線は、「^～Ｄ_ｎ」のように、文字の前に記載する。

閾値^～Ｄ_ｎの設定方法は特定の方法に限定されるわけではないが、例えば、ｎ番目のＵＥが全リソースを専有したときに実現可能な最大データ転送量を閾値^～Ｄ_ｎとして設定する。

具体的には、ｎ番目のＵＥについて、他のＵＥがいない状況で実現可能な最大ＳＩＮＲを以下の数式（８）で与える。

最大ＳＩＮＲに基づき、ｎ番目のＵＥの最大可用帯域を以下の数式（９）で与える。

ｎ番目のＵＥの最大可用帯域Ｔ_ｎ ^ｍａｘに基づき、ＣＴＩの時間幅をτとして、閾値^～Ｄ_ｎを^～Ｄ_ｎ＝Ｔ_ｎ ^ｍａｘ×τとして算出する。

上記のようにして閾値^～Ｄ_ｎを設定することは一例である。アプリケーション毎にシステム側で達成したいデータ転送量を指定したい場合は、アプリケーション識別などによって得た別の情報源を元にオペレータが任意の値を閾値^～Ｄ_ｎとして設定し、情報管理部１１０に格納してもよい。また、全ユーザに対して同じ値を閾値^～Ｄ_ｎとして設定し、情報管理部１１０に格納してもよい。

第２の実施形態において、集中制御サーバ１００の演算部１２０は、各ＢＳ位置ｙ_ｓが既知のもと、全ＢＳに関してΣ_ｍＰ_ｓ，ｍ≦Ｐ_ｓ ^ｍａｘを満たした上で、下記の数式（１０）で示される最適化問題を実現するｖ、Ｐを算出する。

すなわち、演算部１２０は、各ＵＥの要求データ量（Ｄ_ｎ）と閾値（^～Ｄ_ｎ）のうちの小さいほうを用いて、全ＵＥの中で想定待ち時間が最大となるＵＥの想定待ち時間（ｍａｘ_ｎ（ｍｉｎ（Ｄ_ｎ，）／Ｔ_ｎ））を最小とするリソース割り当て（ｖ、Ｐ）を算出する。

算出結果である各ＢＳの持つ無線リソースの各ＵＥに対するリソース割り当ての情報（ｖ、Ｐ）は演算部１２０から出力され、当該リソース割り当ての情報は各ＢＳに通知される。各ＢＳは自身のサブキャリアをＵＥに各電力で割り当てる。

演算部１２０は、上述したｖとＰを算出する演算をＣＴＩ毎に実施する。当該実施結果に基づき、各ＢＳからＵＥに対して各サブキャリアの割り当てが行われる。

上記のように閾値を設定することにより、他と比べ極端に多い要求データ量を持つＵＥにのみ多くのリソースを割り当てるという状況を回避することができ、各ＵＥに割り当てられるリソースに関して公平性を担保することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態では、第１の実施形態で数式（７）の最適化問題を解くとき、もしくは第２の実施形態で数式（１０）の最適化問題を解くときに、ＵＥ全体の通信性能が低下しないよう制約を追加する。

例えば、演算部１２０は、全ＵＥに関する可用帯域が任意の閾値Ｔ_ｔｈ以上になる（Ｔ_ｎ≧Ｔ_ｔｈ）等の制約を満たした上で、数式（７）もしくは数式（１０）の最適化問題を満たす解を求める。

この制約を加えることにより、極端に低い要求データ量を持つＵＥに対しても最低限の通信速度を担保することができ、ＵＥ全体の通信性能の観点からの公平性を保つことができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。

これまでに説明した第１～第３の実施形態では、各サブキャリアの割り当ては各ＵＥに対し設定されたＣＴＩの期間において不変である方式を想定していた。例えば、第１の実施形態の図５に示したように、Ｎ＿１ｔｈＵＥに割り当てられたサブキャリアは、１番目と２番目のサブキャリアであり、これはＣＴＩの期間において不変である。

一方、第４の実施形態では、第１～第３の実施形態のそれぞれにおいて説明した方式において、各ＢＳは、ＣＴＩの中で時間方向に柔軟にサブキャリアを割り当てるようにする。

一般に、無線リソースの割り当ては、ある周波数帯をある時間幅で１つのＵＥに割り当てることを最小単位とし、この最小単位をＲＢ（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｂｌｏｃｋ）と呼び、周波数側の単位はサブキャリア、時間側の単位をサブフレームと呼ぶ。

本発明では、ＣＴＩは任意の長さで構わないが、一般に、第１の実施形態の数式（７）や第２の実施形態の数式（１０）を満たすリソース割り当ての組み合わせを探すために行われる演算は、１サブフレームより大きい。そこで、第４の実施形態では、各サブキャリアの割り当てをＣＴＩよりも細かいサブフレーム単位で実施する形態について説明する。

第４の実施形態では、演算部１２０が、各サブキャリアの割り当て確率をＣＴＩ毎に算出する。ただし、ＣＴＩはサブフレームより大きい時間幅を持つとする。ここで、ｎ番目のＵＥに対するｓ番目のＢＳのｍ番目のサブキャリア割り当て確率をｖ^ｍ _ｓ，ｎと表し、ｖ^ｍ _ｓ，ｎ∈［０，１］とする。

第４の実施形態では、各ＢＳは、ＣＴＩの期間において、サブフレーム単位で、算出された各サブキャリアの割り当て確率ｖ^ｍ _ｓ，ｎによって重み付けされたランダムスケジューリングを行う。これは、ｓ番目のＢＳのｍ番目のサブキャリアについて、ＣＴＩの期間に含まれるＲＢ数をＮ_ＲＢとすると、ｎ番目のＵＥに対して割り当てられるＲＢ数の期待値がＮ_ＲＢ×ｖ^ｍ _ｓ，ｎとなることを意味する。

図６に、第４の実施形態におけるあるＣＴＩでのサブキャリアの割り当て例を示す。例えば、Ｎ＿１ｔｈＵＥには、１番目サブフレームと３番目サブフレームにおいて１番目サブキャリアと２番目サブキャリアが割り当てられ、２番目サブフレームにおいて２番目サブキャリアが割り当てられ、４番目サブフレームにはサブキャリアは割り当てられていない。

第４の実施形態では、第１の実施形態で示した数式（１）を下記の数式（１１）に置き換える。

すなわち、第４の実施形態では、ｎ番目のＵＥにｍ番目のサブキャリアを割り当てているＢＳ集合を、割り当て確率ｖ^ｍ _ｓ，ｎが０でないＢＳの集合とする。

演算部１２０は、ＣＴＩ毎に数式（７）（第１の実施形態の場合）、あるいは数式（１０）（第２の実施形態の場合）の最適化問題を解く演算を実施し、ｖ、Ｐを算出する。ここでのｖは、ｎ番目のＵＥに対するｓ番目のＢＳのｍ番目のサブキャリア割り当て確率ｖ^ｍ _ｓ，ｎの集合である。算出されたｖ、Ｐは各ＢＳに通知され、各ＢＳはＣＴＩ内のランダムスケジューリングを実施する。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。

第５の実施形態では、第２の実施形態の演算部１２０への入力情報（情報管理部１１０から読み出す情報）に優先度ｗ_ｎを追加することによって、要求データ量を考慮するだけでなく、ＵＥが利用しているアプリケーション種別等に起因する優先度を別途与え、より多様な通信品質の要求に応えることのできる形態について説明する。

具体的には、ｎ番目のＵＥに対し優先度ｗ_ｎを導入することで優先制御を実現する。ｗ_ｎの値は、オペレータが事前に設定を行い、ＵＥ毎に設定して、情報管理部１１０に格納してもよいし、ＵＥの利用しているアプリケーション又は通信先を集中制御サーバ１００が分析することでアプリケーション毎に設定し、情報管理部１１０に格納してもよい。

優先度ｗ_ｎが情報管理部１１０に保持されているとする。集中制御サーバ１００の演算部１２０は、優先度ｗ_ｎ、各ＢＳ位置ｙ_ｓ等の演算に必要な情報を情報管理部１１０から読み出し、全ＢＳに関してΣ_ｍＰ_ｓ，ｍ≦Ｐ_ｓ ^ｍａｘを満たした上で、下記の数式（１２）で示される最適化問題を実現するｖ、Ｐを算出する。

その後の動作は、これまでに説明した実施形態と同様である。
ここで、

と設定すると、要求データ量を考慮せず、優先度のみによる無線リソースの制御を実現することができる。

（実施形態の効果等）
以上、説明したように、本発明の実施形態では、制御区域内の各ＢＳ及び各ＵＥ位置を元に、各ＵＥのＳＩＮＲ、及び、要求データ量及び／又は要求する通信品質に基づく優先度を考慮して、ユーザの体感する通信品質の最適化を実現する複数ＢＳから各ＵＥに対する無線リソースの割り当てを実施することとした。

これにより、ＵＥが複数ＢＳに接続可能な状況において、限られた無線リソースの中でユーザ要求を満たす割り当てが可能となる。また、個々のユーザの通信品質を向上するネットワークの提供が可能となる。

（実施形態のまとめ）
本発明の実施形態により、複数基地局が有する無線リソースの複数ユーザ装置に対する割り当て情報を算出する制御装置であって、各ユーザ装置の要求データ量を保持する情報管理手段と、各基地局の最大送信電力を制約として、要求データ量を可用帯域で除算することによって得られる想定待ち時間が全ユーザ装置の中で最大となるユーザ装置の想定待ち時間を最小にするように、各基地局が有する無線リソースの各ユーザ装置に対する割り当て情報を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された前記割り当て情報を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする制御装置が提供される。

前述した情報管理部１１０は、情報管理手段の例である。また、演算部１２０は、算出手段及び出力手段の例である。

また、本発明の実施形態により、複数基地局が有する無線リソースの複数ユーザ装置に対する所定時間内の割り当て確率を算出する制御装置であって、各ユーザ装置の要求データ量を保持する情報管理手段と、各基地局の最大送信電力を制約として、要求データ量を可用帯域で除算することによって得られる想定待ち時間が全ユーザ装置の中で最大となるユーザ装置の想定待ち時間を最小にするように、各基地局が有する無線リソースの各ユーザ装置に対する割り当て情報として、所定時間内の割り当て確率を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された前記割り当て情報を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする制御装置が提供される。

前記情報管理手段は、各ユーザ装置の要求データ量の上限の閾値を更に保持し、前記算出手段は、各ユーザ装置の要求データ量と前記閾値のうちの小さいほうの値を用いて各ユーザ装置の想定待ち時間を算出し、当該想定待ち時間に基づいて前記割り当て情報を算出することとしてもよい。

前記算出手段は、ユーザ装置全体の通信性能が低下しないように、前記可用帯域に関する制約を追加した上で、前記割り当て情報を算出することとしてもよい。

前記情報管理手段は、各ユーザ装置についての優先度を更に保持し、前記算出手段は、前記想定待ち時間に対して前記優先度で重みを付けることにより前記割り当て情報を算出することとしてもよい。

以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１００ 集中制御サーバ
１１０ 情報管理部
１２０ 演算部
１３０ ＵＥ位置推定・予測機能
１４０ データ量推定・予測機能
１５０ ドライブ装置
１５１ 記録媒体
１５２ 補助記憶装置
１５３ メモリ装置
１５４ ＣＰＵ
１５５ インターフェース装置
１５６ 表示装置
１５７ 入力装置

Claims (8)

1. 複数基地局が有する無線リソースの複数ユーザ装置に対する割り当て情報を算出する制御装置であって、
   各ユーザ装置の要求データ量を保持する情報管理手段と、
   各基地局の最大送信電力を制約として、要求データ量を可用帯域で除算することによって得られる想定待ち時間が全ユーザ装置の中で最大となるユーザ装置の想定待ち時間を最小にするように、各基地局が有する無線リソースの各ユーザ装置に対する割り当て情報を算出する算出手段と、
   前記算出手段によって算出された前記割り当て情報を出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 複数基地局が有する無線リソースの複数ユーザ装置に対する所定時間内の割り当て確率を算出する制御装置であって、
   各ユーザ装置の要求データ量を保持する情報管理手段と、
   各基地局の最大送信電力を制約として、要求データ量を可用帯域で除算することによって得られる想定待ち時間が全ユーザ装置の中で最大となるユーザ装置の想定待ち時間を最小にするように、各基地局が有する無線リソースの各ユーザ装置に対する割り当て情報として、所定時間内の割り当て確率を算出する算出手段と、
   前記算出手段によって算出された前記割り当て情報を出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
3. 前記情報管理手段は、各ユーザ装置の要求データ量の上限の閾値を更に保持し、
   前記算出手段は、各ユーザ装置の要求データ量と前記閾値のうちの小さいほうの値を用いて各ユーザ装置の想定待ち時間を算出し、当該想定待ち時間に基づいて前記割り当て情報を算出する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記算出手段は、ユーザ装置全体の通信性能が低下しないように、前記可用帯域に関する制約を追加した上で、前記割り当て情報を算出する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記情報管理手段は、各ユーザ装置についての優先度を更に保持し、
   前記算出手段は、前記想定待ち時間に対して前記優先度で重みを付けることにより前記割り当て情報を算出する
   ことを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の制御装置。
6. 複数基地局が有する無線リソースの複数ユーザ装置に対する割り当て情報を算出する制御装置であって、各ユーザ装置の要求データ量を保持する情報管理手段を備える制御装置が実行するリソース割り当て方法であって、
   各基地局の最大送信電力を制約として、要求データ量を可用帯域で除算することによって得られる想定待ち時間が全ユーザ装置の中で最大となるユーザ装置の想定待ち時間を最小にするように、各基地局が有する無線リソースの各ユーザ装置に対する割り当て情報を算出する算出ステップと、
   前記算出ステップによって算出された前記割り当て情報を出力する出力ステップと、
   を備えることを特徴とするリソース割り当て方法。
7. 複数基地局が有する無線リソースの複数ユーザ装置に対する所定時間内の割り当て確率を算出する制御装置であって、各ユーザ装置の要求データ量を保持する情報管理手段を備える制御装置が実行するリソース割り当て方法であって、
   各基地局の最大送信電力を制約として、要求データ量を可用帯域で除算することによって得られる想定待ち時間が全ユーザ装置の中で最大となるユーザ装置の想定待ち時間を最小にするように、各基地局が有する無線リソースの各ユーザ装置に対する割り当て情報として、所定時間内の割り当て確率を算出する算出ステップと、
   前記算出ステップによって算出された前記割り当て情報を出力する出力ステップと、
   を備えることを特徴とするリソース割り当て方法。
8. コンピュータを、請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の制御装置における各手段として機能させるためのプログラム。

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