JP4498941B2 - 無線スケジューリング装置、無線スケジューリング方法および無線装置 - Google Patents
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Description
V. Bharghavan, S. Lu and T. Nandagopal, "Fair Queueing in Wireless Networks: Issues and Approaches," IEEE Personal Communications, Feb. 1999. M. Jeong, H. Morikawa and T. Aoyama, "A Fair Scheduling Algorithm for Wireless Packet Networks," IEICE Trans. On Fundamentals. Vol.84, no.7, pp.1624-1635, July 2001.
図1は、本発明の一実施形態に係る移動体通信システムの構成を示すブロック図である。図1において、基地局1は移動端末2との間で無線によりデータを送受信する。基地局1はパケット交換機能を有している。移動端末2は、基地局1を介して通話やパケット通信を行うことができる。
図3において、フロータグ生成・更新部21は、フロー情報(QoS情報と優先度情報)およびCNR情報を使用して、無線フローごとにフロータグを生成する。そして、生成したフロータグを該当する無線フロー識別情報に対応付けてフロータグ記憶部22に記憶させる。また、フロータグ記憶部22に記憶されているフロータグの更新を行う。フロータグとは、無線フローに関するスケジューリングに係るパラメータセットのことをいう。
QoSクラスには、通信アプリケーションの種類に応じて複数の種類のクラスが設けられている。例えば、固定の通信速度が要求される通信アプリケーション用のCBR(固定ビットレート)クラス、リアルタイム性および可変の通信速度が要求される通信アプリケーション用のrt−VBR(リアルタイム可変ビットレート)クラス、リアルタイム性は要求されないが可変の通信速度が要求される通信アプリケーション用のnrt−VBR(非リアルタイム可変ビットレート)クラス、特に通信速度の要求がない通信アプリケーション用のUBR(未指定ビットレート)クラス、最小の通信速度のみが要求される通信アプリケーション用のABR(使用可能ビットレート)クラスなどである。なお、上記したCBR、rt−VBR、nrt−VBR、UBRおよびABRは、ATM(非同期転送モード)フォーラムで規定されている。
P=1/(待機可能フレーム数−経過フレーム数) ・・・(1)
但し、待機可能フレーム数は、当該無線フローのパケットを無線区間に送信することを停止し続けることが許される最大の期間に相当する無線フレーム数である。具体的には、待機可能フレーム数は、上記したフローQoS内のパケット許容可能最大遅延時間に相当する無線フレーム数として算出される。
また、経過フレーム数は、フロータグ内の一パラメータであって、当該無線フローのパケットに関し、無線区間への前回の送信時点から送信を停止し続けている期間に相当する無線フレーム数である。経過フレーム数は、無線区間のアクセス権の割当て状況を表すパラメータである。
なお、本実施形態の緊急度とは、言い換えれば、当該無線フローのパケットを無線区間に送信しなければならない時点までの残り時間の度合いである。
上記無線フローのタイプ識別子は、無線フローのタイプを示す。このタイプについては後述する。
図4、図5、図6は、図3に示すスケジューラ16の動作フローを示すフローチャートであり、図4は全体の処理フローを示し、図5は長区間選別処理フローを示し、図6は短区間選別処理フローを示す。
図4において、先ず、各部の初期化を行う(ステップS1)。この初期化において、フロータグ生成・更新部21は、各無線フローのフロータグを生成してフロータグ記憶部22に記憶させる。フロータグ内のQoS情報、優先度情報、瞬時CNRおよび平均CNRには、スケジューラ16に入力された各情報がそのまま設定される。また、経過フレーム数は初期値“0”に設定される。また、送信フラグは初期値“オフ”に設定される。また、緊急度は、上記(1)式により算出された値Pが設定される。また、タイプ識別子はタイプ未選別(この実施例では便宜上、「タイプ0」とする)に設定される。
本発明では、無線区間における遅延保証と無線周波数利用効率の向上の両方を実現することを課題とするが、その遅延保証のあり方について考えてみると、従来のように遅延時間の平均値の最小化を目的とするよりも、実際に通信データを使用するアプリケーションの使用タイミングまでに通信が完了することを目的とする方がより重要である。つまり、アプリケーションが許容する最大遅延量の時間範囲内でパケット伝送が完了すれば実質的には問題はない。このような知見に基づき、本発明では、遅延保証はパケットの許容可能な最大遅延時間を保証することを目的とし、この遅延保証条件を満足する範囲内、つまりパケットの許容可能な最大遅延時間の範囲内であって最も無線伝播路状態が良いときに、無線フローに対して無線区間アクセス権を割当ててより高い伝送レートを確保することにより、無線区間における遅延保証を実現するとともに無線周波数利用効率の向上を図る。
タイプ1;遅延品質に対する要求があり、且つ、次の長区間で送信すべきもの。
タイプ2;遅延品質に対する要求があり、且つ、次の長区間で送信する必要はないもの。
タイプ3;遅延品質に対する要求がないもの。
但し、変動値αの算出に使用する過去の瞬時CNRは、所定の無線フレーム数だけ過去の時点の瞬時CNRである。また、所定の無線フレーム数分の過去の瞬時CNRは、無線フローごとにフロータグ記憶部22に保存しておく。
その長区間での選別では、各無線フローの緊急度に応じて無線フローを選択することにより、無線区間におけるQoS保証を図ることができる。さらには平均CNRに基づいて重み付けを行うことにより、一定の通信速度を確保して無線区間の通信を行うようにするなどの制御を行うことができるので、無線区間の通信スループットを向上させることが可能となる。また、優先度による重み付けにより、課金情報などによるユーザの状態に応じたサービスを提供することが可能となる。また、遅延品質に対する要求に基づいて無線フローのタイプ分けを行う。
図7において、フロー仮想部31には、受信部13aにより移動端末から受信したフロー送信要求とネットワークからの優先度情報とが入力される。フロー送信要求は、移動端末が無線区間を介して行う通信のQoS情報を有する。フロー仮想部31は、該フロー送信要求とネットワークからの優先度情報とに基づいて、当該無線フローのフロー情報を生成する。このフロー情報はスケジューラ16に出力される。
例えば、上述した実施形態では、無線区間における無線伝播路の状態を表す無線状態パラメータとして、CNRを測定して無線スケジューリングに使用したが、他の種類のパラメータ(例えば受信強度やCIR(Carrier to Interference Ratio)など)を測定して無線スケジューリングに使用してもよい。
Claims (12)
- 無線区間のアクセス権を無線フロー別に割当てるスケジューリングを行う無線スケジューリング装置において、
無線フローが要求するQoSの情報を有するフロー情報を入力するフロー情報入力手段と、
前記無線区間における無線伝播路の状態を表す無線状態パラメータを入力する無線状態パラメータ入力手段と、
前記アクセス権の割当て状況を記憶する記憶手段と、
前記フロー情報および前記アクセス権の割当て状況に基づき、無線フローが無線区間にアクセスするための権利を取得する際の緊急の度合いを表す緊急度を算出する緊急度算出手段と、
前記緊急度に基づいて、一つの前記アクセス権が有効となる期間を複数含む長区間において前記アクセス権を割当てる無線フローの候補を選別するとともに、遅延品質に対する要求に基づいて無線フローのタイプ分けを行う長区間選別手段と、
前記選別された候補の中から、前記アクセス権が有効となる期間ごとに、前記アクセス権を割当てる無線フローを選択する短区間選別手段とを備え、
前記短区間選別手段は、無線フローのタイプ別にその遅延品質に対する要求に応じて前記無線フローの選択を制御すると共に、前記無線状態パラメータに基づいた無線伝播路状態の変動傾向に応じて、いずれの無線フローを選択するのかを制御するものであって、前記無線伝播路状態が良化傾向にある無線フローに関しその選択の優先順位を下げることを特徴とする無線スケジューリング装置。 - 無線区間のアクセス権を無線フロー別に割当てるスケジューリングを行う無線スケジューリング装置において、
無線フローが要求するQoSの情報を入力するQoS情報入力手段と、
無線フローに与えられた優先度情報を入力する優先度情報入力手段と、
前記無線区間における無線伝播路の状態を表す無線状態パラメータを入力する無線状態パラメータ入力手段と、
前記アクセス権の割当て状況を記憶する記憶手段と、
前記QoS情報、前記優先度情報および前記アクセス権の割当て状況に基づき、無線フローが無線区間にアクセスするための権利を取得する際の緊急の度合いを表す緊急度を算出する緊急度算出手段と、
前記緊急度に基づいて、一つの前記アクセス権が有効となる期間を複数含む長区間において前記アクセス権を割当てる無線フローの候補を選別するとともに、遅延品質に対する要求に基づいて無線フローのタイプ分けを行う長区間選別手段と、
前記選別された候補の中から、前記アクセス権が有効となる期間ごとに、前記アクセス権を割当てる無線フローを選択する短区間選別手段とを備え、
前記短区間選別手段は、無線フローのタイプ別にその遅延品質に対する要求に応じて前記無線フローの選択を制御すると共に、前記無線状態パラメータに基づいた無線伝播路状態の変動傾向に応じて、いずれの無線フローを選択するのかを制御するものであって、前記無線伝播路状態が良化傾向にある無線フローに関しその選択の優先順位を下げることを特徴とする無線スケジューリング装置。 - 前記短区間選別手段は、前記アクセス権の割当て対象の長区間内の伝送容量の割当て状況に応じて、いずれの無線フローを選択するのかを制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の無線スケジューリング装置。
- 前記短区間選別手段は、前記伝送容量の未割当て分に余裕があるときには、遅延品質に対する要求がない無線フローを優先してアクセス権を割当てることを特徴とする請求項3に記載の無線スケジューリング装置。
- 前記緊急度算出手段は、前記QoS情報に含まれるパケット許容可能最大遅延時間と、前記無線区間へのパケットの送信停止継続期間とに基づき、無線フローのパケットを無線区間に送信しなければならない時点までの残り時間の度合いを算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の無線スケジューリング装置。
- 前記長区間選別手段は、前記無線状態パラメータに基づき、前記緊急度算出手段の計算結果に対して重み付けを行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の無線スケジューリング装置。
- 無線区間のアクセス権を無線フロー別に割当てて前記無線区間の通信を制御する無線装置において、
無線フローごとに、無線フローが要求するQoSの情報を有するフロー情報を取得するフロー情報取得手段と、
前記無線区間における無線伝播路の状態を表す無線状態パラメータを無線フローに対応する前記無線伝播路ごとに測定する無線状態測定手段と、
前記フロー情報および前記無線状態パラメータを使用して、前記無線区間のアクセス権を無線フロー別に割当てるスケジューリングを行う請求項1に記載の無線スケジューリング装置と、
を備えたことを特徴とする無線装置。 - 無線区間のアクセス権を無線フロー別に割当てて前記無線区間の通信を制御する無線装置において、
無線フローごとに、無線フローが要求するQoSの情報を取得するQoS情報取得手段と、
無線フローごとに、無線フローに与えられた優先度情報を取得する優先度情報取得手段と、
前記無線区間における無線伝播路の状態を表す無線状態パラメータを無線フローに対応する前記無線伝播路ごとに測定する無線状態測定手段と、
前記QoS情報、前記優先度情報および前記無線状態パラメータを使用して、前記無線区間のアクセス権を無線フロー別に割当てるスケジューリングを行う請求項2に記載の無線スケジューリング装置と、
を備えたことを特徴とする無線装置。 - 無線区間のアクセス権を無線フロー別に割当てるスケジューリングを行う無線スケジューリング方法であって、
無線フローが要求するQoSの情報を有するフロー情報を入力する過程と、
前記無線区間における無線伝播路の状態を表す無線状態パラメータを入力する過程と、
前記フロー情報および前記アクセス権の割当て状況に基づき、無線フローが無線区間にアクセスするための権利を取得する際の緊急の度合いを表す緊急度を算出する過程と、
前記緊急度に基づいて、一つの前記アクセス権が有効となる期間を複数含む長区間において前記アクセス権を割当てる無線フローの候補を選別する過程と、
遅延品質に対する要求に基づいて無線フローのタイプ分けを行う過程と、
前記選別された候補の中から、前記アクセス権が有効となる期間ごとに、前記アクセス権を割当てる無線フローを選択する短区間選別過程と、
前記アクセス権の割当て状況を記憶する過程とを含み、
前記短区間選別過程において、無線フローのタイプ別にその遅延品質に対する要求に応じて前記無線フローの選択を制御すると共に、前記無線状態パラメータに基づいた無線伝播路状態の変動傾向に応じて、いずれの無線フローを選択するのかを制御するものであって、前記無線伝播路状態が良化傾向にある無線フローに関しその選択の優先順位を下げることを特徴とする無線スケジューリング方法。 - 無線区間のアクセス権を無線フロー別に割当てるスケジューリングを行う無線スケジューリング方法であって、
無線フローが要求するQoSの情報を入力する過程と、
無線フローに与えられた優先度情報を入力する過程と、
前記無線区間における無線伝播路の状態を表す無線状態パラメータを入力する過程と、
前記QoS情報、前記優先度情報および前記アクセス権の割当て状況に基づき、無線フローが無線区間にアクセスするための権利を取得する際の緊急の度合いを表す緊急度を算出する過程と、
前記緊急度に基づいて、一つの前記アクセス権が有効となる期間を複数含む長区間において前記アクセス権を割当てる無線フローの候補を選別する過程と、
遅延品質に対する要求に基づいて無線フローのタイプ分けを行う過程と、
前記選別された候補の中から、前記アクセス権が有効となる期間ごとに、前記アクセス権を割当てる無線フローを選択する短区間選別過程と、
前記アクセス権の割当て状況を記憶する過程とを含み、
前記短区間選別過程において、無線フローのタイプ別にその遅延品質に対する要求に応じて前記無線フローの選択を制御すると共に、前記無線状態パラメータに基づいた無線伝播路状態の変動傾向に応じて、いずれの無線フローを選択するのかを制御するものであって、前記無線伝播路状態が良化傾向にある無線フローに関しその選択の優先順位を下げることを特徴とする無線スケジューリング方法。 - 前記短区間選別過程において、
前記アクセス権の割当て対象の長区間内の伝送容量の割当て状況に応じて、いずれの無線フローを選択するのかを制御することを特徴とする請求項9又は10に記載の無線スケジューリング方法。 - 前記短区間選別過程において、
前記伝送容量の未割当て分に余裕があるときには、遅延品質に対する要求がない無線フローを優先してアクセス権を割当てることを特徴とする請求項11に記載の無線スケジューリング方法。
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