JP7509241B2 - 機能分割点切替装置、機能分割点切替方法、機能分割点切替用プログラム、および機能分割点切替機能を備えた通信システム - Google Patents

Description

この開示は、機能分割点切替装置、機能分割点切替方法、機能分割点切替用プログラムおよび機能分割点切替機能を備えた通信システムに係り、特に、ディストリビューテッドユニット（DU）の機能を要求に応じて親基地局から子基地局にオフロードするための機能分割点切替装置、機能分割点切替方法、機能分割点切替用プログラム、および機能分割点切替機能を備えた通信システムに関する。

下記の非特許文献１には、第５世代（5G）の無線通信で用いられるネットワークについての規格が記されている。図１は、非特許文献１に含まれる図面の一つである。図１には、第４世代（4G）の無線通信で用いられるネットワークの主要部と、5Gで用いられるネットワークの主要部とが対比して示されている。図１に示すように、5Gのネットワークでは、4Gで用いられていたベースバンドユニット（BBU）の機能がセントラルユニット（CU）と、ディストリビューテッドユニット（DU）と、リモートユニット（RU）に分散して配置される。

非特許文献１によれば、5Gにおける上記新設計の理由は、多様な次世代モバイルネットワーク（NGMN; New Generation Mobile Networks）を実現することとされている。また、上記の新設計によれば、コンピューティングリソースの柔軟な割り当てにより、無線アクセスネットワーク（RAN）の仮想化をより容易にすることができるとされている。

図２は、5Gで用いられる基地局の構成の従来例を説明するための図である。図２に示すように、5Gの基地局の構成としては、C-RAN構成とD-RAN構成が知られている。何れの構成においても、ユーザ端末（UE）は、無線通信によりRUと接続されている。また、RUはDUと、DUはCUと夫々接続されている。そして、CUはコア網装置に接続されている。

従来の構成では、アンテナサイトの設置スペースが限られる場合には、RUのみがアンテナサイトに設置される。この場合、RUとDUとの間はフロントホールインターフェース（IF）と呼ばれる高速なIFで接続される。この構成が「C-RAN構成」と呼称されている。アンテナサイトの設置スペースに余裕がある場合は、RUと共にDUがアンテナサイトに設置される。この構成が「D-RAN構成」と称されている。以下、アンテナサイトに設置される設備を総称して「子基地局」と称す。また、子基地局から離間して局舎またはデータセンター（DC）に配置される設備を総称して「親基地局」と称す。

従来の構成において、DUやCUは、専用のハードウェアに専用のソフトウェアを組み合わせることで実現されている。そして、C-RAN構成やD-RAN構成といった特定の構成で基地局が一度設置されると、その後に周囲のセル設置状況や利用状況、フロントホール或いはバックホールの空き状況や利用料金に大きな変化が生じても、その変化後の状態に応じた最適な構成に変更することはできない。

ITU-T Series G, supplement 66, "5G wireless fronthaul requirements in a passive optical network context", July 2019

アンテナサイトにRU機能のみを配置して子基地局の機能を簡素化するC-RAN構成を用いた場合、子基地局と親基地局を結ぶフロントホールで多くの帯域が必要になる。例えば、図２に示すC-RAN構成におけるフロントホール (7-2x）の帯域は、D-RAN構成を用いた場合のフロントホール(MAC-split/F1)で必要となる帯域の８倍以上となる。

その代わりに、C-RAN構成では、DUの管理下に置かれた複数のRUを協調させる基地局間連携（CoMP)を利用して、基地局間干渉の抑制などにより、空間伝搬における周波数利用効率を高めることができる。このため、特定のセルに多数の利用者が存在する場合や、特定のセルにヘビーユーザがいる場合など、無線リソースが逼迫している環境下ではD-RAN構成に比してC-RAN構成の方がより良い無線通信環境を提供し易い。

一方、DUを子基地局に配置するD-RAN構成では、親基地局と子基地局とを結ぶフロントホールの区間で必要となる帯域が小さくなるため、比較的低速で安価な光通信モジュールを選択することができる。更には、フロントホールを構成する光ファイバを他のシステムと共有して用いることが可能となるため、安価な光アクセスネットワークを構築し易い。

図３は、アンテナサイトと、局舎或いはDCのそれぞれに、重複してDUを配置した例を示す。このような配置を構築すれば、基地局を設置した後でC-RAN構成とするか、D-RAN構成とするかを選択することができる。しかしながら、このような配置を用いたとしても、フロントホールで必要となる帯域が事後的に変化した場合や、RUが提供するセルの夫々における無線環境が変化した場合に、変化後の状況に応じた最適な構成を都度実現することはできない。

昨今では、仮想CU（vCU; virtual CU）や仮想DU（vDU; virtual DU）と呼ばれるソフトウェア基地局が実現され始めている。vCUやvDUは、汎用のハードウェアにソフトウェアを組み合わせることでCUやDUの機能を実現した設備である。これらの技術を用いると、FPGA（Field Programmable Gate Array）やGPU（Graphic Processing Unit）といったアクセラレータを必要とするものの、vCUやvDUをアンテナサイトのエッジ局舎に置くか、RUから離れたデータセンタに置くかを選択できるなど、構成の自由度を高めることができる。

しかし、vDUのようなソフトウェア基地局を採用した場合には、機能分割点を変えられるなどの柔軟性を得られる一方で、性能面での制約を受ける。具体的には、この場合、アクセラレータやスイッチング容量といった、性能のボトルネックとなる部分を有効活用する必要が生ずる。そして、それらのハードウェアリソースを最適に使おうとすると、詳細な電波調査が必要になるなど、基地局設置のための設計が煩雑になる。更には、基地局設置後に通信環境の特性が変わっても、その変化には対応ができないという課題も存在する。

本開示は、上記の課題に鑑みて、基地局設置後の変化に伴う要求に応じてDUの機能を親基地局から子基地局に適宜オフロードすることで、良好な通信状態を提供し続けるための機能分割点切替装置を提供することを第１の目的とする。

また、本開示は、基地局設置後の変化に伴う要求に応じてDUの機能を親基地局から子基地局に適宜オフロードすることで、良好な通信状態を提供し続けるための機能分割点切替方法を提供することを第２の目的とする。

また、本開示は、基地局設置後の変化に伴う要求に応じてDUの機能を親基地局から子基地局に適宜オフロードすることで、良好な通信状態を提供し続けるための機能分割点切替用プログラムを提供することを第３の目的とする。

また、本開示は、基地局設置後の変化に伴う要求に応じてDUの機能を親基地局から子基地局に適宜オフロードすることで、良好な通信状態を提供し続けるための機能分割点切替機能を備えた通信システムを提供することを第４の目的とする。

第１の態様は、上記の目的を達成するため、無線通信のためのDU機能を備え、RU機能を備える子基地局とフロントホールを介して接続される親基地局に収容される機能分割点切替装置であって、
当該親基地局との接続を求める全ての子基地局の夫々が必要とするパケット処理量の合計値を求める処理と、
前記合計値が、前記フロントホールで利用可能な帯域に収まるか否かを判別する第一判別処理と、
前記合計値が、前記親基地局の処理能力に収まるか否かを判別する第二判別処理と、
前記第一判別処理および前記第二判別処理の双方で肯定の結果を得た場合に、前記全ての子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を実現する処理と、
前記第一判別処理および前記第二判別処理の少なくとも一方で否定の結果を得た場合に、一部の子基地局に、当該子基地局に関するDU機能をオフロードするオフロード処理と、
前記オフロードの完了後に、前記一部の子基地局を除く残余の子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を実現する処理と、
を実行するコンピュータユニットを備えることが望ましい。

また、第２の態様は、無線通信のための親基地局から、フロントホールを介して当該親基地局と接続される子基地局にDU機能をオフロードするための機能分割点切替方法であって、
当該親基地局との接続を求める全ての子基地局の夫々が必要とするパケット処理量の合計値を計算するステップと、
前記合計値が、前記フロントホールで利用可能な帯域に収まるか否かを判別する第一判別ステップと、
前記合計値が、前記親基地局の処理能力に収まるか否かを判別する第二判別ステップと、
前記第一判別ステップおよび前記第二判別ステップの双方で肯定の結果を得た場合に、前記全ての子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を前記親基地局において実現するステップと、
前記第一判別ステップおよび前記第二判別ステップの少なくとも一方で否定の結果を得た場合に、前記親基地局が、一部の子基地局に、当該子基地局に関するDU機能のオフロード指示を発すると共に、前記親基地局において、当該オフロード指示に関するDU機能を停止するステップと、
前記オフロード指示を発した後に、前記親基地局において、前記一部の子基地局を除く残余の子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を実現するステップと、
前記オフロード指示を受けた前記子基地局において、当該子基地局とユーザ端末との通信を可能とするためのDU機能を実現するステップと、
を含むことが望ましい。

また、第３の態様は、コンピュータユニットを機能分割点切替装置として機能させるための機能分割点切替用プログラムであって、
前記機能分割点切替装置は、無線通信のためのDU機能を備え、RU機能を備える子基地局とフロントホールを介して接続される親基地局に収容されており、
前記コンピュータユニットに、
当該親基地局との接続を求める全ての子基地局の夫々が必要とするパケット処理量の合計値を求める処理と、
前記合計値が、前記フロントホールで利用可能な帯域に収まるか否かを判別する第一判別処理と、
前記合計値が、前記親基地局の処理能力に収まるか否かを判別する第二判別処理と、
前記第一判別処理および前記第二判別処理の双方で肯定の結果を得た場合に、前記全ての子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を実現する処理と、
前記第一判別処理および前記第二判別処理の少なくとも一方で否定の結果を得た場合に、一部の子基地局に、当該子基地局に関するDU機能をオフロードするオフロード処理と、
前記オフロードの完了後に、前記一部の子基地局を除く残余の子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を実現する処理と、
を実行させるプログラムを含むことが望ましい。

また、第４の態様は、機能分割点切替機能を備えた通信システムであって、
無線通信のための親基地局と、
フロントホールを介して前記親基地局と接続される子基地局と、を備え、
前記親基地局が第一のコンピュータユニットを備え、
当該第一のコンピュータユニットが、
当該親基地局との接続を求める全ての子基地局の夫々が必要とするパケット処理量の合計値を計算する処理と、
前記合計値が、前記フロントホールで利用可能な帯域に収まるか否かを判別する第一判別処理と、
前記合計値が、前記親基地局の処理能力に収まるか否かを判別する第二判別処理と、
前記第一判別処理および前記第二判別処理の双方で肯定の結果を得た場合に、前記全ての子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を実現する処理と、
前記第一判別処理および前記第二判別処理の少なくとも一方で否定の結果を得た場合に、一部の子基地局に、当該子基地局に関するDU機能のオフロード指示を発すると共に、当該オフロード指示に関するDU機能を停止するオフロード処理と、
前記オフロード指示を発した後に、前記一部の子基地局を除く残余の子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を実現する処理と、を実行し、かつ、
前記子基地局が第二のコンピュータユニットを備え、
当該第二のコンピュータユニットが、
前記オフロード指示を受け取る処理と、
前記オフロード指示を受けて、当該子基地局に接続するユーザ端末との通信を可能とするためのDU機能を実現する処理と、を実行することが望ましい。

第１乃至第４の態様によれば、フロントホールと親基地局が、接続を求める全ての子基地局を収容するキャパシティを有する状況下では、DU機能が親基地局に置かれて、全ての子基地局を、基地局間連携の対象として扱うことができる。一方、フロントホールまたは親基地局のキャパシティが、接続を求める全ての子基地局を収容するのに十分でない状況下では、親基地局から一部の子基地局にDU機能がオフロードされることにより、フロントホールおよび親基地局の負担が軽減される。これにより、本態様によれば、基地局設置後の状況変化に関わらず、DU機能に関する基地局側の分割点を適宜切り替えることで、良好な通信状態を提供し続けることができる。

４Gの無線通信で用いられるネットワークの主要部と５Gの無線通信で用いられるネットワークの主要部とを対比して表した図である。 ５Gで用いられる基地局の構成の従来例を説明するための図である。 アンテナサイトと局舎或いはDCのそれぞれに、重複してDUを配置した例を示す図である。 本開示の実施の形態１の構成を説明するための図である。 二つの子基地局の間で行われる基地局間連携の第１の例を説明するための図である。 二つの子基地局の間で行われる基地局間連携の第２の例を説明するための図である。 本開示の実施の形態１において実施される処理の流れを説明するためのフローチャートである。 本開示の実施の形態２における親基地局の構成を説明するための図である。 図８に示すアクセラレータのリソース管理の手法を説明するための図である。 本開示の実施の形態２において実施される処理の流れを説明するためのフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図４は、本開示の実施の形態１の通信システム１０の構成を説明するための図である。図４に示す通信システム１０は、コア網装置１２を備えている。コア網装置１２には、親基地局１４が接続されている。親基地局１４には、フロントホールとして機能する光ファイバ網１５を介して複数の子基地局２２－１、２２－２が接続されている。本実施形態では、二つの子基地局２２－１、２２－２の通信エリアは一部で重複しているものとする。また、子基地局は、上記の二つに加えて事後的に追加して設置される場合があるものとする。以下、親基地局１４に接続された複数の子基地局を区別する必要がない場合は、符号２２を用いてそれらを「子基地局２２」と称する。

図４には、複数のユーザ端末（UE）２８－１～２８－ｎが示されている。UE２８－１～２８－ｎのうち、子基地局２２－１の通信エリアに位置しているものは、無線回線を介して子基地局２２－１と通信することができる。また、UE２８－１～２８－ｎのうち、子基地局２２－２の通信エリアに位置しているものは、無線回線を介して子基地局２２－２と通信することができる。従って、通信エリアの重複部分に位置しているUEは、二つの子基地局２２－１、２２－２の双方と通信することができる。

本実施形態において、親基地局１４は、プロセッサ、メモリ、インターフェース等を備える汎用のコンピュータユニットを備えている。親基地局１４は、そのコンピュータユニットが、上記のメモリに格納されているプログラムに沿って処理を進めることにより、所望の機能を果たす。具体的には、親基地局１４には、セントラルユニット（CU）としての機能と、ディストリビューテッドユニット（DU）としての機能とが与えられている。そして、親基地局１４は、DU機能を実現するための無線スケジューラ１６を備えていると共に、DU機能を子基地局２２にオフロードするためのオフロード判断部１８並びに切替指示部２０を備えている。

無線スケジューラ１６は、親基地局１４の管理下にある子基地局２２の夫々が、どのようなタイミングで、どのようなリソースブロック（RB）を用いてUE２８－１～２８－ｎの夫々と通信するかを制御する機能を有している。このため、親基地局１４では、複数の子基地局２２の夫々が、どのUEに対して、如何なるタイミングで、如何なるRBを提供しているかを検知することができる。

子基地局２２は、夫々リモートユニット（RU）の機能を有しており、夫々が、単独でまたは基地局間連携により、指向性を持ったビームを形成することができる。子基地局２２は、また、DU機能の切替処理を行う切替指示部２４と、基地局間連携のための処理を行うセル間協調処理部２６を備えている。子基地局２２も、親基地局１４と同様に汎用のコンピュータユニットを備えており、切替指示部２４およびセル間協調処理部２６は、そのコンピュータユニットが専用のプログラムを実行することにより実現されている。

図５は、二つの子基地局２２の間で行われる基地局間連携の第１の例を説明するための図である。図５の左側に示す座標は、子基地局２２－１に配置された第一のリモートユニットRU1に対するRBの割り当てを示す。この座標によれば、RU1に対して、時刻t1には、UE1に宛てられた周波数f1のRBと、UE7に宛てられた周波数f2のRBとが割り当てられている。また、時刻t2には、UE8に宛てられた周波数f1のRBと、UE3に宛てられた周波数f2のRBとが割り当てられている。

図５の右側に示す座標は、子基地局２２－２に配置された第二のリモートユニットRU2に対するRBの割り当てを示す。この座標によれば、RU2に対して、時刻t1には、UE1に宛てられた周波数f1のRBと、UE15に宛てられた周波数f2のRBとが割り当てられている。また、時刻t2には、UE13に宛てられた周波数f1のRBと、UE19に宛てられた周波数f2のRBとが割り当てられている。

上記の通り、図５に示す例では、時刻t1における周波数f1のRBが、RU1およびRU2の双方においてUE1に割り当てられている。この割り当ては、異なる場所に位置する二つの子基地局２２－１、２２－２が連携して、UE1に指向性を有するビームを形成するために実施されている。

図６は、基地局間連携の第２の例を説明するための図である。図６の左側に示す座標は、RU1に対して、時刻t1には、UE６宛ての周波数f1のRBと、UE５宛ての周波数f2のRBとが割り当てられ、時刻t2には、UE２宛ての周波数f1のRBと、UE９宛ての周波数f2のRBとが割り当てられた様子を示している。一方、図６の右側に示す座標は、RU2に対して、時刻t1には、UE５宛ての周波数f1のRBと、UE1７宛ての周波数f2のRBとが割り当てられ、かつ、時刻t2には、UE1６宛ての周波数f1のRBと、UE1４宛ての周波数f2のRBとが割り当てられた様子を示している。

図６に示す例では、UE5は、時刻t1において、RU1に割り当てられた周波数f2のRBとRU2に割り当てられた周波数f1のRBとを用いて通信することができる。この割り当ては、キャリアアグリゲーションにより、UE5に大きな通信量を提供するために実施される。指向性を持つビームを形成するための処理、或いはキャリアアグリゲーションのために必要な処理は、子基地局２２が夫々備えるセル間協調処理部２６において実行される。

［実施の形態１の特徴］
上述の通り、本実施形態における親基地局１４は、オフロード判断部１８を備えている。オフロード判断部１８は、フロントホールとして利用可能な帯域と、親基地局１４が提供するDU機能のスループット、即ちRUを収容する親基地局１４のキャパシティとを管理する。そして、オフロード判断部１８は、親基地局１４に接続されている全ての子基地局２２のRUを収容できる状況下では、子基地局２２へのDU機能のオフロードを無効化する。この場合、全ての子基地局２２は単なるRUとして機能し、親基地局１４は、全ての子基地局２２を基地局間連携の対象として管理することができる。

子基地局は、上記の通り新たに増設される場合がある。増設された子基地局がRUとして新たに親基地局１４に接続されると、フロントホールに要求される帯域、並びに親基地局１４に要求される処理能力が増加する。これにより、フロントホールに要求される帯域、或いは、親基地局１４に要求される処理能力が、それらのキャパシティを超えた場合、オフロード判断部１８は、接続済みの子基地局２２の中で「DU機能のオフロードに最も適した１台」を選択する。そして、親基地局１４の切替指示部２０から、当該子基地局にDU機能のオフロードが指示される。

上記の通り、親基地局１４は、無線スケジューラ１６が、どのUEに対して、如何なるタイミングで、如何なるRBを提供しているかを検知することができる。このため、親基地局１４は、例えば図５に示す例では、RU1とRU2が、時刻t1において、同時にUE1にRBを提供していることを認識することができる。同様に、図６に示す例では、RU1とRU2が、時刻t1において、同時にUE5にRBを提供していることを認識することができる。

オフロード判断部１８は、同じUEに異なるRUから同時に提供されているRBを、基地局間連携に利用されているRBと認識する。以下、このようなRBを「協調RB」と称す。オフロード判断部１８は更に、所定のサンプリング期間にわたって、協調RBとして利用されているRBの数を子基地局毎にカウントする。そして、協調RBの数が最も少ないRUを、上記の「DU機能のオフロードに最も適した１台」と認識する。

このような選択基準によれば、収容しているセルがそもそも他の子基地局と重複していないため基地局間連携による効果が得られない子基地局や、その効果が僅かしか得られない子基地局が、DU機能のオフロード対象として選択される。DU機能が受け渡された子基地局は、以後、基地局間連携の対象として制御できなくなる。しかし、そもそも基地局間連携の効果が得られていないため、基地局間連携の対象から外れても通信品質には何らの劣化も生じない。更に、上記の規則でDU機能の一部を親基地局１４からオフロードすることとすれば、基地局間連携の効果が得られる子基地局を管理下に残しつつ、フロントホール並びに親基地局１４の負担増を回避することができる。

尚、上記の例では、切替指示部２０が、オフロード判断部１８の判断に従ってDU機能の切替指示を発することとしている。しかし、切替指示部２０の機能はこれに限定されるものではない。例えば、協調RBのカウント数を曜日や時間帯で統計値として保持しておき、その統計値に基づいて、新たに接続できるRUの数が多くなるように、DU機能のオフロードを指示する機能を、切替指示部２０に持たせることとしてもよい。

図７は、上記の機能を実現するために、親基地局１４において実施される処理の流れを説明するためのフローチャートである。図７に示すルーチンが起動されると、先ず、親基地局１４への接続を求めている全てのRU（子基地局）が、親基地局１４に収容できるか否かが判別される（ステップ１００）。

ここでは、具体的には、先ず、親基地局１４と接続されている全ての子基地局２２の夫々が必要としているパケット処理量の合計値が計算される。次に、その合計値が、フロントホールで利用可能な帯域に収まる値であるかが判別される。更に、その合計値が、親基地局１４の処理能力に収まる値であるかが判別される。

それら二つの判別が何れも肯定された場合は、親基地局１４は全てのRUを収容可能であると判断される。この場合は、DU機能を親基地局１４からオフロードする必要がないため、その機能が無効化される（ステップ１０２）。その結果、全ての子基地局２２が親基地局１４の管理下に置かれ、全ての子基地局２２が基地局間連携の対象として扱われる。

一方、上記二つの判別のうち、少なくとも一つが否定された場合は、全てのRUを親基地局１４に収容することはできないとの判断が下される。この場合、次に、子基地局２２の夫々について、協調RBとして使用されているRBの数がカウントされる（ステップ１０４）。

全てのRUについて上記のカウントが終わると、協調RBの数が最も少ないRUが、DU機能のオフロードの対象として選択される（ステップ１０６）。

そして、選択されたRUを備える子基地局に対して、DU機能のオフロード指示が発せられる（ステップ１０８）。

以上説明した通り、本実施形態の通信システム１０によれば、フロントホールの帯域の過不足と、子基地局２２の夫々における基地局連携の必要性の高さとに基づいて、DU機能を親基地局１４から子基地局に適宜オフロードすることができる。このため、本実施形態によれば、基地局の置局後にフロントホールの状況が変化した場合にも、良好な通信品質を提供し続けることのできる無線通信システムを経済的に提供することができる。また、フロントホールの帯域とDU機能のキャパシティとが許容する限り、高い効率を維持しつつ基地局間協調を維持することができ、高効率で無線区間の周波数を利用し続けることができる。

ところで、上述した実施の形態１では、一つの子基地局にだけDU機能をオフロードする例を説明しているが、DU機能をオフロードする子基地局は、一つに限られるものではない。親基地局が有するDU機能は、一度に、或いは複数回に分けて、複数の子基地局にオフロードしてもよい。

実施の形態２．
次に、図８乃至図１０を参照して、本開示の実施の形態２について説明する。
図８は、本実施形態において用いられる親基地局３０の構成を説明するための図である。以下、図８に示す要素のうち、図４に示す要素と同一のものについては、共通する符号を付してその説明を省略または簡略する。

本実施形態の親基地局３０は、図４に示す親基地局１４と入れ替えて、通信システム１０の一部として用いることができる。図８に示す例では、親基地局３０に、フロントホール（光ファイバ網１５）を介して４台の子基地局２２－１～２２－４が接続されている。子基地局２２－１～２２－４は、処理能力等の定量的な仕様は異なる場合があるが、基本的な構成および機能は同様である。以下、それらを区別する必要が無い場合は、実施の形態１の場合と同様に、それらを「子基地局２２」と称する。

親基地局３０は、実施の形態１の場合と同様に、必要に応じてDU機能を子基地局２２にオフロードすることができる。また、親基地局３０は、メモリ３２およびCPU３４を含む汎用のコンピュータユニットを備えており、メモリ３２に格納されているプログラムに沿って処理を進めることで所望の機能を実現する。

また、親基地局３０は、FPGA（Field Programmable Gate Array）やGPU（Graphic Processing Unit）といったアクセラレータ３６―１～３６－ｉを備えている。これらについても、特にそれらを区別する必要がない場合は、符号３６を用いてそれらを「アクセラレータ３６」と称する。アクセラレータ３６は、汎用のコンピュータユニットの機能を補完するために準備されたハードウェアである。

子基地局２２の夫々は、単一のアクセラレータ３６で収容する必要がある。例えば、子基地局２２－１の収容に必要な処理能力がアクセラレータ３６－１の処理能力に収まるなら、子基地局２２－１をアクセラレータ３６－１で収容することができる。しかし、子基地局２２－２の収容に必要な処理能力がアクセラレータ３６－１の残りリソースで収容できないなら、子基地局２２－２は他のアクセラレータ３６で収容する必要がある。

図９は、アクセラレータ３６のリソース管理を行うためのテーブルの一例を示す。以下、図９を参照して、子基地局２２をアクセラレータ３６に収容する処理の概要を説明する。

図９上段の表において、最も左の列には、例えば「RU1-opt1」並びに「RU1-opt2」との表示が記載されている。本実施形態において、RU1を備える子基地局２２－１は、DU機能のオフロードを受けずに基地局間連携の対象として用いられることがあると共に、DU機能のオフロードを受けて基地局間連携の対象から外された状態で用いられることがある。

図９では、前者の状態が「RU1-opt1」で表され、後者の状態が「RU1-opt2」で表されている。「RU1-opt1」の状態では、DU機能を負担する分だけ、「RU1-opt2」の状態より親基地局３０の処理負担は大きくなる。このため、アクセラレータ３６に要求されるパケット処理量も前者の方が後者より多大となる。

図９上段の表に記した「必要パケット処理量」は、アクセラレータ３６に要求されるパケット処理量を意味している。例えば、「RU1-opt1」の状態では、アクセラレー３６に「１０００pps」のパケット処理量が求められることを表している。また、「RU1-opt2」の状態では、そのパケット処理量が「８００pps」に減ることが示されている。

図９上段の表における「RU2-opt1」並びに「RU2-opt2」は、上記と同様に、子基地局２２－２について生ずる二つの状態を表している。「RU2-opt1」の状態では、DU機能の負担分だけ「必要パケット処理量」が多くなり、その値が「３０００pps」となる。一方、「RU2-opt2」の場合は、DU機能がオフロードされるため「必要パケット処理量」が「１５００pps」に減少する。

図９下段の表は、RU1とRU2が、親基地局３０に新規に接続された直後のアクセラレータ３６の状態を表している。この表の最も左の列におけるHWA1は、「Hard Ware Accelerator 1」の略である。つまり、HWA1は、第一のアクセラレータ３６－１を表しており、HWA2は、第二のアクセラレータ３６－２を表している。

本実施形態では、子基地局２２が新規に親基地局３０に接続される際には、基地局間連携が可能な状態での接続を確立する。このため、子基地局２２－１は、「RU1-opt1」の条件、つまり必要パケット処理量が１０００ppsの条件で新規接続される。また、子基地局２２－２は、「RU2-opt1」の条件、つまり必要パケット処理量が３０００ppsの条件で新規接続される。

図９下段の表は、子基地局２２－１がアクセラレータ３６－１に、また、子基地局２２－２がアクセラレータ３６－２に、夫々収容された状態を表している。このため、HWA1の「使用済みリソース」は１０００ppsとされ、HWA2の「使用済みリソース」は３０００ppsとされている。ここで、本実施形態では、便宜上全てのアクセラレータ３６が５０００ppsのパケット処理能力を有しているものとする。この前提の下、図９下段の表中、HWA1の「残りリソース」は４０００pps、HWA2の「残りリソース」は２０００ppsとされている。

図９下段の表に示す状態で、第三の子基地局２２－３が親基地局３０に新規接続を要求してきた場合、親基地局３０は、「RU3-opt1」に対応する２５００ppsが収容できるように、アクセラレータ３６の割り当てを決定する。図９下段の表によれば、HWA2には２０００ppsしかリソースが残っていないため、必然的に、子基地局２２－３にはHWA1、つまりアクセラレータ３６－１が割り当てられることになる。この割り当てが行われると、残りリソースは、HWA1が１５００pps、HWA2が２０００PPSとなる。

ところで、本実施形態において、親基地局３０は、新規に接続された子基地局２２の夫々について、「基地局間協調計算率」を算出する。基地局間協調計算率は、子基地局２２の夫々がUEに提供しているRBの中で協調RBが占める割り合いを表す数値である。図９上段の表によれば、RU1については基地局間協調計算率が「０．６」とされている。この数値は、ある程度の割り合いでRBが基地局間連携に利用されていることを表している。この場合、子基地局２２－１は、基地局間連携が可能な「RU1-opt1」の状態で収容され続ける。

一方、図９上段の表において、RU2の基地局間協調計算率は「０」である。この数値は、子基地局２２－２では基地局間連携が全く利用されていないことを表している。図９上段の表は、その結果を受けて子基地局２２－２の接続が「RU2-opt2」の状態に切り替えられたことを示している。この状態は、親基地局３０が、DU機能を子基地局２２－２にオフロードすることで実現される。

［実施の形態２の特徴］
親基地局３０の処理能力は、フロントホールの帯域の大きさ、CPU３４の処理能力、およびメモリ３２の容量などに制約を受ける他、アクセラレータ３６の収容能力にも制約を受ける。例えば、フロントホールの帯域等に余裕があったとしても、新規に接続するRUを収容するに足る残りリソースを持つアクセラレータ３６が残存していなければ、RUを新規に接続することはできない。このため、親基地局３０を効率的に稼働させるためには、アクセラレータ３６夫々の保有リソースが無駄なく埋まるようにRUの振分けを決定して、大きな残りリソースを持つアクセラレータ３６を存続させることが望ましい。

図８に示すように、本実施形態の親基地局３０は振分処理部３８を備えている。振分処理部３８は、上記の要求が充たされるように、新規に接続するRUの振り分け処理を行う。

図１０は、上記の機能を満たすべく親基地局３０において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。図１０に示すフローチャートは、新規接続を求めるRUが発生することで起動されるものとする。

図１０に示すルーチンでは、先ず、新規の接続を求めるRUの収容に必要なパケット処理量が検知される（ステップ１１０）。ここでは、具体的には、新規の接続を求めるRUにつき、親基地局３０がDU機能を持つ場合に必要なパケット処理量、つまり図９上段の表中「-opt1」の行に示されているパケット量が読み出される。

次に、必要パケット処理量の収容可否が未検討のHWAが残っているか否かが判別される（ステップ１１１）。

その結果、未検討のHWAが残っていると判別された場合は、それらの中で残りリソースが最も小さいHWAが選択される（ステップ１１２）。

次いで、選択されたHWAで、新規のRUが収容できるか否かが判別される（ステップ１１４）。

その結果、RUの収容が可能であると判断された場合は、そのHWA、つまり残りリソースが最小であるとして選択されたHWAに、新規のRUを収容するための処理が実行される（ステップ１１６）。これにより、RUの新規接続の処理が完了する。

一方、上記ステップ１１４で、今回のサイクルで選択されたHWAでは、新規のRUが収容できないと判別された場合は、上記ステップ１１１以降の処理が再び実行される。そして、ステップ１１１～１１４の処理が繰り返される過程でRUを収容できるHWAが見つかれば、その時点でステップ１１６の処理が実行されて本ルーチンが終了される。

これに対して、現存する全てのHWAについてステップ１１４の判別が否定されると、ステップ１１１において、未検討のHWAが存在しないとの判断がなされる。この場合は、次に、HWAの振分けに関する再構成が可能か否かが判別される（ステップ１１８）。

上述した通り、本実施形態は、親基地局３０に新規にRUを接続する場合には、そのRUを「-opt1」の条件、つまり、DU機能をオフロードしない条件で接続する。そして、新規に接続されたRUが基地局間連携を利用していないことが判別すると、その接続条件を「-opt2」に切り替える。「-opt1」の条件が「-opt2」の条件に切り替わると、DU機能のオフロードに伴い、アクセラレータ３６の必要パケット処理量が減少する。このため、親基地局３０においては、当初の振分けの後に残りリソースが増えたHWAが存在することがある。このため、接続済みのRUとHWAとの組み合わせを再構成すれば、複数のHWAに分散していた残りリソースを一つのHWAに集めて、大きな残りリソースの塊を生み出し得る場合がある。

上記ステップ１１８では、先ず、接続済みの全RUが収容できる新たなHWAの振分けパターンが検索される。新たな振分けパターンが見つかったら、そのパターンの下で残りリソースが最大となるHWAが特定される。次いで、その最大の残りリソースが、新規のRUを収容できるか否かが判別される。この判別が否定された場合は、再び、上記の検索以後の処理が繰り返される。

上記の処理により、新規のRUを収容できる新たな振分けパターンが見つかった場合は、HWAの再構成が可能であるとの判断がなされる。この場合、見い出されたパターンに従って、接続済みRUのHWAへの振分けが再構成される（ステップ１２０）。以後、ステップ１１２～１１６の処理が実行されて、新たに生み出された大きな残りリソースの塊を持つHWAに新規RUが収容される。

一方、上記ステップ１１８の処理により、新規のRUを収容できる振分けパターンが最後まで見つからなかった場合は、HWAの再構成が可能ではないとの判別がなされる。この場合、アクセラレータ３６の効率化による改善は諦めて今回の処理サイクルが終了される。以後、実施の形態１の場合と同様に、接続中の子基地局２２の中で「DU機能のオフロードに最も適した１台」にDU機能をオフロードすることによる新規RUの接続が試行されることになる。

以上説明した通り、本実施形態によれば、ソフトウェア基地局（vDU）のような、性能にボトルネックがある親基地局３０を採用した場合に、同一のハードウェアでより多くの子基地局を収容することができる。親基地局を複数のオペレータで共用し、分割点の異なるRUを収容する際には、RU収容に必要となるアクセラレータのリソースが異なるため、更に効率の高いRU収容が可能になる。

尚、上述した実施の形態２では、基地局間協調計算率が「０」の子基地局を、「-opt1」の状態から「-opt2」の状態に切り替える例を説明しているが、その切り替えの条件はこれに限定されるものではない。即ち、「-opt1」の状態から「-opt2」の状態への切り替えは、基地局間協調計算率が、予め設定した閾値より小さい子基地局を対象として実施することとしてもよい。

１０ 通信システム
１４、３０ 親基地局
１６ 無線スケジューラ
１８ オフロード判断部
２０ 切替指示部
２２、２２－１～２２－４ 子基地局
２８、２８－１～２８－ｎ ユーザ端末（UE）
３６、３６－１～３６－ｉ アクセラレータ
３８ 振分処理部

Claims (8)

1. 無線通信のためのDU機能を備え、RU機能を備える子基地局とフロントホールを介して接続される親基地局に収容される機能分割点切替装置であって、
   当該親基地局との接続を求める全ての子基地局の夫々が必要とするパケット処理量の合計値を求める処理と、
   前記合計値が、前記フロントホールで利用可能な帯域に収まるか否かを判別する第一判別処理と、
   前記合計値が、前記親基地局の処理能力に収まるか否かを判別する第二判別処理と、
   前記第一判別処理および前記第二判別処理の双方で肯定の結果を得た場合に、前記全ての子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を実現する処理と、
   前記第一判別処理および前記第二判別処理の少なくとも一方で否定の結果を得た場合に、一部の子基地局に、当該子基地局に関するDU機能をオフロードするオフロード処理と、
   前記オフロードの完了後に、前記一部の子基地局を除く残余の子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を実現する処理と、
   を実行するコンピュータユニットを備える機能分割点切替装置。
2. 前記コンピュータユニットは、前記全ての子基地局の夫々について、基地局間連携のために用いられているリソースブロックである協調RBの数をカウントする処理を更に実行し、
   前記オフロード処理は、前記協調RBの数が最も少ない子基地局を、前記一部の子基地局とする処理を含む、
   請求項１に記載の機能分割点切替装置。
3. 夫々が固定された量のリソースを有する複数のアクセラレータを備え、
   前記コンピュータユニットは、新たな子基地局から新規接続の求めがあった場合に、
   当該新たな子基地局を、基地局間連携の対象として収容するために、アクセラレータに要求される必要パケット処理量を検知する処理と、
   前記複数のアクセラレータ夫々の残りリソースを検知する処理と、
   前記必要パケット処理量以上の残りリソースの中で最小のものを有するアクセラレータを、前記複数のアクセラレータの中から選択する処理と、
   前記新たな子基地局を、上記の処理で選択されたアクセラレータに振り分ける処理と、を実行し、
   前記第二判別処理は、前記複数のアクセラレータの中に、前記必要パケット処理量以上の残りリソースを有するアクセラレータが見い出せない場合に、前記合計値が前記親基地局の処理能力に収まらないと判別する処理を含む、請求項１または２に記載の機能分割点切替装置。
4. 前記コンピュータユニットは、
   前記複数のアクセラレータの夫々が有する残りリソースの最大値が、前記必要パケット処理量に満たない場合に、前記親基地局に接続済みの子基地局の全てを収容できる新たなアクセラレータ振分けパターンを再構成する再構成処理と、
   前記新たなアクセラレータ振分けパターンの下で最大の残りリソースを有するアクセラレータに、前記新たな子基地局を振り分ける処理と、
   を更に実行する請求項３に記載の機能分割点切替装置。
5. 前記コンピュータユニットは、
   前記親基地局に接続済みの子基地局の夫々について、通信に用いられているリソースブロックの中で前記協調RBが占める割り合いを計算する処理と、
   前記割り合いが閾値を下回る子基地局にDU機能をオフロードする処理と、
   前記DU機能のオフロードを受けた子基地局の前記必要パケット処理量を、当該子基地局が基地局間連携の対象外である場合にアクセラレータに要求される必要パケット処理量に書き換える処理と、
   書き換えられた前記必要パケット処理量を用いて、前記再構成処理を実施させる処理と、
   を更に実行する請求項２および３の双方を引用する請求項４に記載の機能分割点切替装置。
6. 無線通信のための親基地局から、フロントホールを介して当該親基地局と接続される子基地局にDU機能をオフロードするための機能分割点切替方法であって、
   当該親基地局との接続を求める全ての子基地局の夫々が必要とするパケット処理量の合計値を計算するステップと、
   前記合計値が、前記フロントホールで利用可能な帯域に収まるか否かを判別する第一判別ステップと、
   前記合計値が、前記親基地局の処理能力に収まるか否かを判別する第二判別ステップと、
   前記第一判別ステップおよび前記第二判別ステップの双方で肯定の結果を得た場合に、前記全ての子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を前記親基地局において実現するステップと、
   前記第一判別ステップおよび前記第二判別ステップの少なくとも一方で否定の結果を得た場合に、前記親基地局が、一部の子基地局に、当該子基地局に関するDU機能のオフロード指示を発すると共に、前記親基地局において、当該オフロード指示に関するDU機能を停止するステップと、
   前記オフロード指示を発した後に、前記親基地局において、前記一部の子基地局を除く残余の子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を実現するステップと、
   前記オフロード指示を受けた前記子基地局において、当該子基地局とユーザ端末との通信を可能とするためのDU機能を実現するステップと、
   を含む機能分割点切替方法。
7. コンピュータユニットを機能分割点切替装置として機能させるための機能分割点切替用プログラムであって、
   前記機能分割点切替装置は、無線通信のためのDU機能を備え、RU機能を備える子基地局とフロントホールを介して接続される親基地局に収容されており、
   前記コンピュータユニットに、
   当該親基地局との接続を求める全ての子基地局の夫々が必要とするパケット処理量の合計値を求める処理と、
   前記合計値が、前記フロントホールで利用可能な帯域に収まるか否かを判別する第一判別処理と、
   前記合計値が、前記親基地局の処理能力に収まるか否かを判別する第二判別処理と、
   前記第一判別処理および前記第二判別処理の双方で肯定の結果を得た場合に、前記全ての子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を実現する処理と、
   前記第一判別処理および前記第二判別処理の少なくとも一方で否定の結果を得た場合に、一部の子基地局に、当該子基地局に関するDU機能をオフロードするオフロード処理と、
   前記オフロードの完了後に、前記一部の子基地局を除く残余の子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を実現する処理と、
   を実行させるプログラムを含む機能分割点切替用プログラム。
8. 機能分割点切替機能を備えた通信システムであって、
   無線通信のための親基地局と、
   フロントホールを介して前記親基地局と接続される子基地局と、を備え、
   前記親基地局が第一のコンピュータユニットを備え、
   当該第一のコンピュータユニットが、
   当該親基地局との接続を求める全ての子基地局の夫々が必要とするパケット処理量の合計値を計算する処理と、
   前記合計値が、前記フロントホールで利用可能な帯域に収まるか否かを判別する第一判別処理と、
   前記合計値が、前記親基地局の処理能力に収まるか否かを判別する第二判別処理と、
   前記第一判別処理および前記第二判別処理の双方で肯定の結果を得た場合に、前記全ての子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を実現する処理と、
   前記第一判別処理および前記第二判別処理の少なくとも一方で否定の結果を得た場合に、一部の子基地局に、当該子基地局に関するDU機能のオフロード指示を発すると共に、当該オフロード指示に関するDU機能を停止するオフロード処理と、
   前記オフロード指示を発した後に、前記一部の子基地局を除く残余の子基地局を基地局間連携の対象として扱うDU機能を実現する処理と、を実行し、かつ、
   前記子基地局が第二のコンピュータユニットを備え、
   当該第二のコンピュータユニットが、
   前記オフロード指示を受け取る処理と、
   前記オフロード指示を受けて、当該子基地局に接続するユーザ端末との通信を可能とするためのDU機能を実現する処理と、を実行する
   機能分割点切替機能を備えた通信システム。

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