JP2013512603A - ワイヤレスネットワークにおけるリソース管理方法およびワイヤレスネットワーク - Google Patents

Abstract

非常に効果的なリソース管理およびネットワーク利用を可能にするため、データトラフィックの輻輳制御が実行されるワイヤレスネットワーク、特にＬＴＥ（Long Term Evolution）ネットワークのＥＰＳ（Evolved Packet Core）におけるリソース管理方法を提供する。本方法は、輻輳制御のためにＲｅ−ＥＣＮ（Explicit Congestion Notification）機能が使用され、Ｒｅ−ＥＣＮ機能がポリシング機能および廃棄機能を含むことを特徴とする。また、好ましくは上記方法を実行する、対応するワイヤレスネットワークが提供される。

Description

本発明は、データトラフィックの輻輳制御が実行されるワイヤレスネットワーク、特にＬＴＥ（Long Term Evolution）ネットワークのＥＰＳ（Evolved Packet Core）におけるリソース管理方法に関する。また、本発明は、データトラフィックの輻輳制御が実行されるワイヤレスネットワーク、特にＬＴＥ（Long Term Evolution）ネットワークのＥＰＳ（Evolved Packet Core）に関する。

通信リソース管理は、商用ワイヤレス通信ネットワークにおける重要な機能である。というのは、これにより、サービス品質（ＱｏＳ）プロビジョニング、良好なネットワーク利用等が可能となるからである。従来、ＱｏＳは、音声通信のような固定ビットレートサービスに対する予測可能なユーザエクスペリエンスを保証するための非常に重要な機能である。このため、ＵＭＴＳアクセスネットワーク（ＵＴＲＡＮ）では、リソースの予約、相異なるサービス品質クラスが使用されている。

データ通信（ほとんどの場合、インターネット通信）は通常、非ＧＢＲトラフィック、すなわち、ビットレート保証や厳格なリソース予約を必要としないトラフィックとして扱われる。これは、このようなトラフィックが、変化するパス特性に一般的に適応可能なＴＣＰ（Transmission Control Protocol）のようなトランスポートプロトコルを使用するであろうという仮定に基づいている。

ワイヤレスインターネットサービスがますます普及するにつれて、ＵＭＴＳにおけるデータ利用が大幅に増大しており、ＬＴＥネットワークではさらなる増大が予想されている（ＬＴＥネットワークおよびＥ−ＵＴＲＡＮに関しては、非特許文献１参照）。データレートを向上させつつＬＴＥを配備するため、増大する非保証ビットレートトラフィック（非ＧＢＲ、ベストエフォート型データトラフィック）の量を満足なユーザエクスペリエンスで管理することは、モバイル事業者にとって困難な課題となりつつある。定額データ料金の普及と、ポータブルコンピュータ用のワイヤレスＵＳＢ（Universal Serial Bus）アダプタの一般化により、ユーザには、責任を持ってネットワークを利用することへのインセンティブがないため、無制限のネットワーク利用、高負荷となり、非ＧＢＲトラフィックでは全体的な体感品質（quality of experience）が最適でなくなることが多い。

問題の１つは、Ｐ２Ｐ（Peer-to-Peer）ファイル共有を利用しているようなヘビーユーザが、他のユーザの体感品質に（その通信セッションがリソースを共有している限り）大きな影響を及ぼし得ることである。弾力的なデータトラフィックに対して、インターネットコミュニティには、支配的なトランスポートプロトコルであるＴＣＰが、必要な公平性を提供するという考えが長らく存在する。というのは、その輻輳制御アルゴリズムによれば、観測される輻輳に応答して送信レートを低下させることにより、競合するＴＣＰフロー間で、利用可能な帯域幅の「公平な」分配が得られるからである。しかし、フローごとの公平性という概念が、むしろ輻輳制御の暗黙的な性質である。これは、フローレベルで作用し、ユーザごとの複数のフローを考慮に入れることができない。したがって、Ｎ個のアクティブなフローを有するユーザは、１個だけのアクティブなフローを有するユーザに比べて、利用可能な帯域幅のうちの非常に高い割合を使用する可能性がある。また、フローごとの公平性は、明らかに、ユーザの長期挙動を考慮することができない（非特許文献２参照）。というのは、フローごとの公平性は、ある特定の時点におけるリソース配分に適用されるだけだからである。したがって、ＴＣＰ輻輳制御は、いかなる種類の公平性を達成するためにも効果的なメカニズムではなく、ワイヤレスアクセスネットワークにおける通信リソース使用に関して、いかなる形のユーザ間の長期的公平性も提供することができない。

リソース使用を制御する少なくとも何らかの手段を得るため、事業者は、他の技術として、例えば、月ごとの限度量や、Ｐ２ＰおよびＶｏＩＰ（Voice over IP）などの特定のアプリケーションの異なる取り扱いを適用している。このアプリケーションごとの制御は、ＤＰＩ（Deep Packet Inspection, 非特許文献３参照）に基づくトラフィック管理により実施されることが多い。ＤＰＩは、トランスポート層およびアプリケーション層のプロトコルヘッダを検査することによって、ユーザの平均的な満足度を向上させ、さまざまなタイプのトラフィックに対するユーザ選好に関する高度な推測を行うことが可能である。そして、事業者は、エンドシステムあるいはユーザの関与なしに、アプリケーションパフォーマンスを改善するためのポリシーを実施する。しかし、実施されるポリシーによってすべてのユーザが満足するとは限らず、ポリシーを回避するための対策がとられる場合もある。さらに、このアプローチは、その複雑さのため、および、ネット中立性に関する立法および規制において変化が進行中ということからも、問題があると考えられる。

ＤＰＩにおけるもう１つの基本的問題として、ＤＰＩは一般的に、ユーザの利用可能帯域幅を制限することが可能であるが（ユーザが月ごとの限度量を超えた後に全般的に、または特定のアプリケーションに対して個別に）、これはリソース管理の方法としてはかなり非効率的である。というのは、現在のネットワーク利用とは無関係にトラフィックが制限されるからである。たとえある時刻においてＰ２Ｐアプリケーションを実行するのに十分な容量が利用可能であるとしても、むしろ静的な制限のためにこれが使用できなくなる。基本的に、このような解決法では、一般的に高帯域幅／高度アプリケーションは問題ではなく、実際の問題は輻輳であるということが認識されていない。輻輳が起こる状況では、ネットワークの全体的有用性を改善するために、リソース管理および課金メカニズムを実施すべきである。

この問題に対処するアプローチの１つとして、再フィードバック（Re-Feedback）の概念がある（非特許文献４参照）。これは、トラフィック量に対してではなく輻輳に対して課金するという概念に基づく。基本的な考え方は、ネットワーク要素が輻輳イベントを検出することができ、例えばトランスポートプロトコルとしてＴＣＰを用いてセンダ（送信側）からレシーバ（受信側）へ送信されるデータパケットに対して輻輳マークを付与するというものである。このような輻輳マークはレシーバに到達し、レシーバは、トランスポートプロトコルの復帰チャネル（例えばＴＣＰにおける確認応答）を利用することにより、この情報を輻輳フィードバックとして元のセンダへ返送することができる。輻輳フィードバックは、特定のフローによる「パス輻輳への観測された寄与」という意味を有する。センダは、このフィードバックに対して、例えば送信レートを低下させることによって応答することができる。しかし、より重要なのは次のことである。すなわち、再フィードバックの概念は、センダがこのフィードバックを用いて、次のラウンドトリップにおける送信パケットに何らかの情報を付加することにより、輻輳への自己の寄与をネットワークに対して宣言することを規定する。

ネットワーク（例えばポリシングエンティティ）は、この輻輳宣言を用いて、ユーザごと（またはフローごと）に輻輳に対して課金し、それに基づいてポリシーを適用することができる。例えば、このようなポリシーは、月ごとに、ある一定の輻輳バジェットを強制することができる。これに到達したら、輻輳へのさらなる寄与は許容されない。すなわち、そのユーザのパケットは、輻輳が存在するときには優先的に廃棄されることになる。結果として、ユーザは、輻輳に寄与しているときに負のフィードバックを受信することによって、責任を持ってネットワークを利用することへの明確なインセンティブを得る。

非特許文献４に記載されているような再フィードバックの概念は、非特許文献５においてＲｅ−ＥＣＮ（Explicit Congestion Notification, 明示的輻輳通知）と呼ばれるＩＰネットワークに対する具体的仕様として実現されている。パケットマーキングのシンタクスおよびセマンティクスの仕様に加えて、Ｒｅ−ＥＣＮは、非特許文献６において、具体的なネットワーク要素およびその挙動を規定している。必要な要素の概要を図１に示す。

以下のネットワーク要素が関与する。
・センダＳ：ＩＰパケットを送信し、フィードバックチャネルを有するトランスポートプロトコルを使用し、ＥＣＮマーキングセマンティクスを理解し、Ｒｅ−ＥＣＮに基づく輻輳宣言をサポートする。
・ＥＣＮ対応ＩＰルータＲ_１、Ｒ_２およびＲ_３：出口キューに対して観測される輻輳に基づいてＩＰパケットにマーキングする。
・レシーバＲ：ＩＰパケットを受信し、フィードバックチャネルを有するトランスポートプロトコルを用いて、蓄積した輻輳情報を伝達する。
・ポリサ：輻輳公開からの情報を用いて、ユーザトラフィックをポリシングし、ユーザトラフィックに課金するトラフィックポリシングエンティティ。
・ドロッパ：正しい輻輳宣言を保証する強制エンティティ。

ルータ（ＬＴＥの場合はｅＮＢ）は、輻輳を示すためにパケットにマーキングした後、ＩＰパケット内のいくつかのビットをセットする。このビット列はＣＥ（Congestion Experience, 輻輳体感）と呼ばれる。説明をわかりやすくするため、輻輳公開においてＣＥでマーキングされたパケットを「レッドパケット」と呼ぶ。

参考のため、以下の説明を加える。
レッドパケット（Red Packet）＝ＣＥコードポイント（蓄積されたレッドパケットは輻輳率を表す）。ブラックパケット（Black Packet）＝Ｒｅ−Ｅｃｈｏコードポイント（蓄積されたブラックパケットは輻輳応答率を表す）。ホワイトパケット（White Packet）＝ＥＣＴコードポイント。これは、輻輳情報も応答情報も表さない。この方式についての完全な説明は、非特許文献５で入手可能である。

この記述では、異なるパケットマーキングオプションが異なる色で表されている。レッドパケットは輻輳マーク付きパケット、すなわち、ＥＣＮ対応ＩＰルータによってマーキングされたパケットである。ブラックパケットは、輻輳宣言されたパケット、すなわち、レシーバから受信したフィードバックに基づいてセンダによってマーキングされたパケットである。ホワイトパケットは、輻輳情報も応答情報も表さない。

ポリサは、ネットワークの入口に、センダの近くに配置される。そこでは、相異なるソースから発信されるトラフィックがまだ混合していない。センダは、フローにブラックパケットを挿入することによって、パス状態輻輳を宣言する。ポリサは、ブラックパケットに対するレートリミッタとして作用する。各パケットは、ネットワークに受け入れられる前に検査される。ポリサは、ユーザがネットワークで引き起こすことが許容される輻輳の上限（例えば、ある期間の輻輳枠）を暗黙的に規定する。潜在的には、センダがその輻輳枠を超過している場合、ポリサは、そのフローからのパケットの廃棄を開始してもよい。

ポリサが正確にどのように実現されるかは、ネットワーク事業者の専権事項である。さまざまなタイプの顧客に対して、さまざまなタイプのポリシーを規定することが可能である。ポリシングは、ユーザごとに実施しても、フローごとに実施してもよい。ポリサのインスタンスは、課金がどのように必要とされるかに応じてインスタンス化される。

ポリサに加えて、センダが自己の輻輳寄与を正しく宣言することを強制することを担当する、ドロッパと呼ばれるもう１つのエンティティがある。再フィードバックメカニズムの目標は、レシーバの近くでレッドパケットの割合とブラックパケットの割合を平均として均衡させることである。センダは、パス輻輳を宣言する際に偽ることによって、すなわち、通知されたホワイトパケット数に対応する個数のブラックパケットを挿入しないことによって、システムを欺こうとするかもしれない。したがって、再フィードバックフレームワークはドロッパを含む。ドロッパは、レシーバの近くに配置され、フローに関する何らかの状態を維持することによって、悪意のあるセンダを捕捉する。

ブラックの割合からレッドの割合を引いた平均的な差が持続的に（ある時間にわたって）特定のフローにおいて正である場合、センダが、必要より多くのブラックパケットをネットワークに送信することによって、より強力に輻輳応答をしていることを意味する。これは、センダがそのパス輻輳を誇張しているということができ、これを正のフローと呼ぶ。

今日、ワイヤレスネットワークにおけるデータトラフィックの効果的でフレキシブルな輻輳制御は知られていないため、このようなワイヤレスネットワークにおけるネットワークリソースの利用は最適化されていない。

３ＧＰＰ ＴＳ ３６．４０１ Flow Rate Fairness: Dismantling a Religion, Bob Briscoe (BT & UCL), ACM Computer Communications Review 37(2) 63-74 (Apr 2007) http://en.wikipedia.org/wiki/Deep_packet_inspection Briscoe, B., Jacquet, A., Di Cairano-Gilfedder, C, Salvatori, A., Soppera, A., and Koyabe, M. 2005. Policing congestion response in an internetwork using re-feedback. SIGCOMM Comput. Commun. Rev. 35, 4 (Oct. 2005), 277-288 http://tools.ietf.org/html/draft-briscoe-tsvwg-re-ecn-tcp-09 (Internet Draft, work in progress) http://tools.ietf.org/html/draft-briscoe-tsvwg-re-ecn-tcp-motivation-02 (Internet Draft, work in progress)

したがって、本発明の目的は、ワイヤレスネットワークにおけるリソース管理方法および対応するワイヤレスネットワークにおいて、非常に効果的なリソース管理およびネットワーク利用を可能にするような改良およびさらなる展開を行うことである。

本発明によれば、上記の目的は、請求項１の構成を備えた方法および請求項２０の構成を備えたワイヤレスネットワークによって達成される。

請求項１に記載の通り、本方法は、輻輳制御のためにＲｅ−ＥＣＮ（Explicit Congestion Notification）機能が使用され、Ｒｅ−ＥＣＮ機能がポリシング機能および廃棄機能を含むことを特徴とする。

請求項２０に記載の通り、本ワイヤレスネットワークは、輻輳制御のためにＲｅ−ＥＣＮ（Explicit Congestion Notification）機能がネットワーク内で実施され、Ｒｅ−ＥＣＮ機能がポリシング機能および廃棄機能を含むことを特徴とする。

本発明によって認識されたこととして、一般的な非ワイヤレスネットワークにおいて既知であるＲｅ−ＥＣＮ機能をワイヤレスネットワークに単に適用することによって、ワイヤレスネットワークにおける非常に効果的なリソース管理が可能となる。このようなＲｅ−ＥＣＮ機能の実施により、確実な輻輳制御が可能となるため、非常に効果的なリソース管理およびネットワーク利用が実現される。

好ましい実施形態において、特に、例えばユーザ機器（User Equipment, ＵＥ）がインターネットへ送信するアップリンク方向で効果的なリソース管理に関して、ポリシング機能は、基地局またはｅＮｏｄｅＢに配置されてもよい。この場合、ポリシング機能は、他のネットワーク要素からではなくユーザ機器からのトラフィックを全体的に考慮するために、ユーザ機器の近くに配置されてもよい。

ワイヤレスネットワークにおける無線割当の確実な節減に関して、ポリシング機能は、ｅＮｏｄｅＢ内のＭＡＣ（媒体アクセス制御）層に配置されてもよい。

廃棄機能の非常に効果的な配置に関して、廃棄機能は、ゲートウェイまたはパケットゲートウェイ（Packet-Gateway, Ｐ−ＧＷ）に配置されてもよい。これにより、パケットの廃棄は、例えばインターネットに入る前に実行されてもよい。

ダウンリンク状況で基地局またはｅＮｏｄｅＢにおける処理要求を節減するため、廃棄機能は、基地局またはｅＮｏｄｅＢでトリガされてもよい。

Ｒｅ−ＥＣＮ機能の非常に確実な実行に関して、制御メッセージが、ゲートウェイまたはＰ−ＧＷから基地局またはｅＮｏｄｅＢへ伝達されてもよい。

好ましい実施形態において、ポリシング機能は、Ｐ−ＧＷおよびｅＮｏｄｅＢに分散されてもよい。これにより、Ｒｅ−ＥＣＮ機能の非常に効率的な実現が行われる。

廃棄機能の効率およびネットワーク利用の効率を最適化するため、廃棄機能は、オンデマンドでトリガされてもよい。このような機能に基づいて、廃棄機能は、それぞれのトリガ作用によって、特別の状況において起動されてもよい。

特にＥ−ＵＴＲＡＮにおけるＭＡＣ層へのＲｅ−ＥＣＮ機能の導入に関して、ポリシング機能は、測定段階および強制段階からなる２つの異なる段階に分割されてもよい。

好ましい状況において、ポリシング機能またはポリサインスタンスは、測定段階の間、ゲートウェイまたはＰ−ＧＷにおけるユーザデータトラフィックに関連づけられてもよい。

非常に簡単な実施形態において、ポリシング機能またはポリサインスタンスは、ゲートウェイまたはＰ−ＧＷにおいてデータフローまたはサービスデータフロー（Service Data Flow, ＳＤＦ）を検出することによってトリガされてもよい。ポリシング機能またはポリサインスタンスは、設定された期間にわたってユーザがネットワークで引き起こすことが許容される許容輻輳枠によって、ユーザトラフィックに対してレート制御を強制してもよい。

無線割当を節約するため、強制段階は、所定のユーザに割り当てられた輻輳許容量の満了時にトリガされてもよい。この場合、トリガがなければ強制は実行されない。

強制段階の間、ポリシング機能は、基地局またはｅＮｏｄｅＢで動作するＭＡＣスケジューラに対して、所定のユーザのサービスレートをダウングレードするようにシグナリングしてもよい。好ましい実施形態において、使用されるシグナリングは、ゲートウェイまたはＰ−ＧＷから基地局またはｅＮｏｄｅＢへ伝達される既存の制御メッセージに基づいてもよい。既存の制御メッセージの使用により、方法全体が単純化される。

また、ゲートウェイまたはＰ−ＧＷと基地局またはｅＮｏｄｅＢとの間のインタラクションによって、最大許容送信レートが変更されてもよい。

ダウンリンクトラフィックの場合に関して、基地局またはｅＮｏｄｅＢにおける輻輳パケットと輻輳応答パケットの全体的比率が、パス輻輳特性を推定するための指標として採用されてもよい。

ゲートウェイまたはＰ−ＧＷからユーザ機器へのダウンリンクパスにおける輻輳制御のための２つの好ましい方法がある。一方の好ましい代替実施形態において、廃棄機能は、次の条件が満たされた後にゲートウェイまたはＰ−ＧＷで起動されてもよい：加重（輻輳率）_{ｄｏｗｎｌｉｎｋ}−加重（輻輳応答率）_{ｄｏｗｎｌｉｎｋ}＞しきい値。ただし、しきい値は所定の値を有する。この状況では、センダの挙動の測定は基地局またはｅＮｏｄｅＢで実行され、パケットの廃棄はゲートウェイまたはＰ−ＧＷで実行される。このような分散型の廃棄動作は、ゲートウェイまたはＰ−ＧＷとユーザ機器との間でリソース使用を最適化する。

第２の代替実施形態において、廃棄機能は、次の条件が満たされた後に基地局またはｅＮｏｄｅＢで起動されてもよい：加重（輻輳率）_{ｄｏｗｎｌｉｎｋ}−加重（輻輳応答率）_{ｄｏｗｎｌｉｎｋ}＞しきい値。ただし、しきい値は所定の値を有する。この状況では、測定とパケットの廃棄が同じ場所、すなわち基地局またはｅＮｏｄｅＢで実行される。この実施形態は非常に簡単であるが、ゲートウェイまたはＰ−ＧＷとＵＥとの間で帯域幅使用を最適化しない。というのは、選択されたパケットの廃棄が実行される前に、すべてのパケットがゲートウェイまたはＰ−ＧＷからｅＮｏｄｅＢの基地局へ送信されるからである。

好ましい実施形態において、加重アルゴリズムは、特定の基地局またはｅＮｏｄｅＢにおけるすべてのデータフローに対する所定の時間ウィンドウにわたる移動平均、好ましくは指数加重移動平均（Exponentially Weighted Moving Average, ＥＷＭＡ）を含んでもよい。

本発明は、ネットワークリソースの利用を最適化するために、ワイヤレスネットワークあるいはＥ−ＵＴＲＡＮにおいてパケットのポリシングおよび廃棄を行うＲｅ−ＥＣＮ機能を効率的に実現するという問題を解決する。Ｒｅ−ＥＣＮはワイヤレスアクセスネットワークに対してはまだ規定されていないので、ユーザモビリティ、ネットワーク要素上の制限された計算リソース、およびユーザ数に関するスケーラビリティに由来する特別の条件を考慮する必要がある。したがって、本発明は、好ましい実施形態において、ＰＤＮ−ゲートウェイおよびｅＮｏｄｅＢにポリシング機能を分散させ、廃棄機能をオンデマンドでトリガすることによって廃棄機能の効率を最適化することを提案する。

本発明および好ましい実施形態の重要な側面は以下の通りである。
・ネットワークリソースの利用を最適化するために、Ｅ−ＵＴＲＡＮにおいてポリシングおよび廃棄を行うＲｅ−ＥＣＮ機能を効率的に実現する。
・ＰＤＮ−ゲートウェイおよびｅＮｏｄｅＢにポリシング機能を分散させる。
・廃棄機能をオンデマンドでトリガすることによって廃棄機能の効率を最適化する。
・ＬＴＥにおいて輻輳課金を可能にする。
・ＬＴＥネットワークにおいてネットワーク利用を改善する。
・ＬＴＥにおいて非ＧＢＲトラフィックの体感品質を改善する。
・ネット中立性を犠牲にすることなく公平にリソースを共有する。

本発明を好ましい態様で実施するにはいくつもの可能性がある。このためには、一方で請求項１に従属する諸請求項を参照しつつ、他方で図面により例示された本発明の好ましい実施形態についての以下の説明を参照されたい。図面を用いて本発明の好ましい実施形態を説明する際には、本発明の教示による好ましい実施形態一般およびその変形例について説明する。

Ｒｅ−ＥＣＮ機能の模式的概略図である。 本発明によるＥ−ＵＴＲＡＮにおけるＲｅ−ＥＣＮ機能の実現の第１実施形態を示す図である。 本発明によるアップリンク状況に対するポリシング機能の実現の実施形態を示す図である。 本発明によるゲートウェイにおけるダウンリンク状況に対するドロッパ機能の実現の実施形態を示す図である。 本発明によるｅＮｏｄｅＢにおけるダウンリンク状況に対するドロッパ機能の実施形態を示す図である。

現在までのところ、Ｒｅ−ＥＣＮのフレームワークおよび仕様は、ワイヤレスアクセスネットワークに対しては明示的には構想されていない。Ｒｅ−ＥＣＮ仕様をＬＴＥアクセスネットワークに適用する際には、図２の実施形態に示すように、関与するエンティティ（ポリサおよびドロッパ）をＥ−ＵＴＲＡＮアーキテクチャにおける適切な要素にマッピングすることが重要である。

アップリンク方向（ＵＥからインターネットへ送信）のＲｅ−ＥＣＮに基づくリソース制御を行うこの例では、Ｒｅ−ＥＣＮポリサがｅＮｏｄｅＢ（ｅＮＢ、すなわち、ＬＴＥにおけるワイヤレス基地局）に配置され、Ｒｅ−ＥＣＮドロッパがパケットゲートウェイ（Ｐ−ＧＷ）に配置されることになる。

本発明は、Ｒｅ−ＥＣＮ機能エンティティ（ポリサおよびドロッパ）をＥＰＳ（Evolved Packet System）に導入するための新規な分散型メカニズムを提案する。アップリンクトラフィックに対して、このような方式は、Ｅ−ＵＴＲＡＮにおける無線割当を節減することを目標とする。したがって、本発明は、ｅＮＢ内のＭＡＣ層におけるポリサ強制を提案する。同様に、ダウンリンクの場合にｅＮＢでの処理要求を節減するため、本発明は、非準拠Ｒｅ−ＥＣＮセンダのトラフィックのポリシングを行うために、ｅＮＢでＲｅ−ＥＣＮドロッパをトリガする条件も提案する。両方の強制のため、制御メッセージがゲートウェイからｅＮＢへ伝達されなければならない。

アップリンクトラフィックに対する分散型ポリシング
Ｅ−ＵＴＲＡＮにおけるＭＡＣ層にＲｅ−ＥＣＮポリサ機能を導入するため、ポリシングメカニズム自体が、測定および強制という２つの異なる段階に分割される。測定段階の間、Ｒｅ−ＥＣＮポリサインスタンスは、ゲートウェイにおけるユーザトラフィックに関連づけられる。このようなインスタンス化は、ゲートウェイでサービスデータフロー（ＳＤＦ）を検出することによってトリガすることができる。Ｒｅ−ＥＣＮポリサは、設定された期間にわたってユーザがネットワークで引き起こすことが許容される許容輻輳枠によって、ユーザトラフィックに対してレート制御を強制する。例示的な実施形態を図３に示す。

ゲートウェイにおいてＲｅ−ＥＣＮポリサによって強制されるレート制御は、Ｅ−ＵＴＲＡＮにおいて当該ユーザに割り当てられた無線割当を消費するので、第２段階が導入される。当該ユーザに割り当てられた輻輳許容量の満了時に、強制段階をトリガすることが提案される。強制段階の間、ポリサは、ｅＮＢで動作するＭＡＣスケジューラに対して、当該ユーザのサービスレートをダウングレードするようにシグナリングする。ここで、ＬＴＥにおける非ＧＢＲトラフィッククラスに対してこのような制御を課することを提案する。本発明の一部として、ゲートウェイからｅＮＢへ伝達される既存の制御メッセージ（ベアラ変更要求）に基づくシグナリングメカニズムを使用することを提案する。一般的に、デフォルトベアラは、非ＧＢＲトラフィックに関連づけられ、対応する最大許容送信レートは、ゲートウェイとｅＮＢとの間のインタラクションによって変更可能である。

ダウンリンクトラフィックに対するドロッパ
Ｒｅ−ＥＣＮドロッパは、適切な輻輳応答をしていないユーザに対するポリシングを行う。ゲートウェイからＵＥへのダウンリンクパスで生じる輻輳に対して、Ｒｅ−ＥＣＮセンダは、レシーバから提供される輻輳応答を再挿入するように要求される。

代替実施形態＃１
ｅＮＢにおける輻輳パケットと輻輳応答パケットの全体的比率は、パス輻輳特性を推定するための良好な指標として採用することが可能である。これは、Ｒｅ−ＥＣＮセンダによって輻輳応答と照合される。このような履歴は、特定のｅＮＢにおけるすべてのフローに対するある時間ウィンドウにわたる移動平均、例えば指数加重移動平均（ＥＷＭＡ）を維持しながら、ｅＮＢに導入することができる。次の条件が満たされた後、ダウンリンク方向におけるパケット廃棄のために、Ｒｅ−ＥＣＮドロッパアルゴリズムがゲートウェイで強制されることが可能である。
加重（輻輳率）_{ｄｏｗｎｌｉｎｋ}−加重（輻輳応答率）_{ｄｏｗｎｌｉｎｋ}＞しきい値

このメカニズムは、ｅＮＢへ向かうＭＮＯ（Mobile Network Operator, モバイルネットワーク事業者）内のパスをパケットが通る前に、ゲートウェイでそのパケットを廃棄する。図４は、トラフィック全体にわたって特定の時間ウィンドウの間維持される、各ｅＮＢに対するパス特性を示している。このメカニズムは、ゲートウェイからの輻輳レートと、Ｅ−ＵＴＲＡＮに対する自己のマーキングレートとを推定することも可能である。設定された時間ウィンドウにわたって一貫して輻輳応答が負である場合、ｅＮＢは、当該ｅＮＢへ向かうトラフィックの部分に対する廃棄レートを増大させるようにゲートウェイにおけるドロッパにシグナリングしなければならない。このような分散型廃棄動作は、ｅＮＢで最終的に廃棄されるパケットに対するバックホール帯域幅を最適化する。この動作は、図５におけるｅＮＢで動作するドロッパアルゴリズムと対比することができる。

代替実施形態＃２
ｅＮＢにおける輻輳パケットと輻輳応答パケットの全体的比率は、パス輻輳特性を推定するための良好な指標として採用することが可能である。これは、Ｒｅ−ＥＣＮセンダによって輻輳応答と照合される。このような履歴は、特定のｅＮＢにおけるすべてのフローに対するある時間ウィンドウにわたる移動平均、例えばＥＷＭＡを維持しながら、ｅＮＢに導入することができる。次の条件が満たされた後、図５に見られるように、Ｒｅ−ＥＣＮドロッパアルゴリズムがｅＮＢで強制されることが可能である。
加重（輻輳率）_{ｄｏｗｎｌｉｎｋ}−加重（輻輳応答率）_{ｄｏｗｎｌｉｎｋ}＞しきい値

このメカニズムは、パケットがアクセスネットワークに入る前にそのパケットを廃棄する。ｅＮＢにドロッパを配置することにより、完全なパス特性が考慮される。このアプローチは単純であるが、代替実施形態＃１で説明したように、帯域幅に関して廃棄動作は最適でない。

本発明は、Ｅ−ＵＴＲＡＮにおいてＭＡＣ層でＲｅ−ＥＣＮを使用するポリシングエンティティの分散型実現と、Ｅ−ＵＴＲＡＮにおいてＲｅ−ＥＣＮを使用するドロッパエンティティの分散型実現を提供する。また、本発明は、非準拠Ｒｅ−ＥＣＮセンダのトラフィックのポリシングを行うために、ｅＮＢでＲｅ−ＥＣＮドロッパをトリガするメカニズムを提供する。

また、本発明は、ＰＤＮ−ゲートウェイおよびｅＮｏｄｅＢにポリシング機能を分散させ、廃棄機能をオンデマンドで（すなわち、ブラックでマーキングされたパケットとホワイトでマーキングされたパケットの不均衡が生じたときに）トリガすることによって廃棄機能の効率を最適化することを提案する。

本発明は、非ＧＢＲユーザトラフィックの制御および課金を改善し、モバイルユーザ間における無線帯域の利用を改善し、ユーザ／システムポリシを通じて割当に事業者が影響を及ぼすことを可能にする。

本発明は、より良いＬＴＥ／モバイルネットワーク製品を製造し、提案したポリシングメカニズムに関するリソース課金のための新規なビジネスモデルを構築し、さらに、モバイルネットワークにおいてユーザに対する将来の輻輳課金にＲｅ−ＥＣＮを使用するために適用可能である。

上記の説明および添付図面の記載に基づいて、当業者は本発明の多くの変形例および他の実施形態に想到し得るであろう。したがって、本発明は、開示した具体的実施形態に限定されるものではなく、変形例および他の実施形態も、添付の特許請求の範囲内に含まれるものと解すべきである。本明細書では特定の用語を用いているが、それらは総称的・説明的意味でのみ用いられており、限定を目的としたものではない。

Claims (20)

1. データトラフィックの輻輳制御が実行されるワイヤレスネットワーク、特にＬＴＥ（Long Term Evolution）ネットワークのＥＰＳ（Evolved Packet Core）におけるリソース管理方法において、
   輻輳制御のためにＲｅ−ＥＣＮ（Explicit Congestion Notification）機能が使用され、Ｒｅ−ＥＣＮ機能がポリシング機能および廃棄機能を含むことを特徴とする、ワイヤレスネットワークにおけるリソース管理方法。
2. ポリシング機能が、基地局またはｅＮｏｄｅＢに配置されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ポリシング機能が、ｅＮｏｄｅＢ内のＭＡＣ（媒体アクセス制御）層に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 廃棄機能が、ゲートウェイまたはパケットゲートウェイ（Ｐ−ＧＷ）に配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
5. 廃棄機能が、基地局またはｅＮｏｄｅＢでトリガされることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
6. 制御メッセージが、ゲートウェイまたはＰ−ＧＷから基地局またはｅＮｏｄｅＢへ伝達されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
7. ポリシング機能が、Ｐ−ＧＷおよびｅＮｏｄｅＢに分散されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
8. 廃棄機能が、オンデマンドでトリガされることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
9. ポリシング機能が、測定段階および強制段階からなる２つの異なる段階に分割されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
10. ポリシング機能またはポリサインスタンスが、測定段階の間、ゲートウェイまたはＰ−ＧＷにおけるユーザデータトラフィックに関連づけられることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. ポリシング機能またはポリサインスタンスが、ゲートウェイまたはＰ−ＧＷにおいてデータフローまたはサービスデータフロー（ＳＤＦ）を検出することによってトリガされることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
12. 強制段階が、所定のユーザに割り当てられた輻輳許容量の満了時にトリガされることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 強制段階の間、ポリシング機能が、基地局またはｅＮｏｄｅＢで動作するＭＡＣスケジューラに対して、所定のユーザのサービスレートをダウングレードするようにシグナリングすることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 使用されるシグナリングが、ゲートウェイまたはＰ−ＧＷから基地局またはｅＮｏｄｅＢへ伝達される既存の制御メッセージに基づくことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 最大許容送信レートが、ゲートウェイまたはＰ−ＧＷと基地局またはｅＮｏｄｅＢとの間のインタラクションによって変更されることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 基地局またはｅＮｏｄｅＢにおける輻輳パケットと輻輳応答パケットの全体的比率が、パス輻輳特性を推定するための指標として採用されることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 廃棄機能は、次の条件、
    加重（輻輳率）_{ｄｏｗｎｌｉｎｋ}−加重（輻輳応答率）_{ｄｏｗｎｌｉｎｋ}＞しきい値
    ただし、しきい値は所定の値を有する、
    が満たされた後に、ゲートウェイまたはＰ−ＧＷで起動されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 廃棄機能は、次の条件、
    加重（輻輳率）_{ｄｏｗｎｌｉｎｋ}−加重（輻輳応答率）_{ｄｏｗｎｌｉｎｋ}＞しきい値
    ただし、しきい値は所定の値を有する、
    が満たされた後に、基地局またはｅＮｏｄｅＢで起動されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
19. 加重アルゴリズムが、特定の基地局またはｅＮｏｄｅＢにおけるすべてのデータフローに対する所定の時間ウィンドウにわたる移動平均、好ましくは指数加重移動平均（ＥＷＭＡ）を含むことを特徴とする請求項１７または１８に記載の方法。
20. データトラフィックの輻輳制御が実行されるワイヤレスネットワーク、特にＬＴＥ（Long Term Evolution）ネットワークのＥＰＳ（Evolved Packet Core）であって、請求項１ないし１９のいずれか１項に記載のワイヤレスネットワークにおけるリソース管理方法を実行するワイヤレスネットワークにおいて、
    輻輳制御のためにＲｅ−ＥＣＮ（Explicit Congestion Notification）機能がネットワーク内で実施され、Ｒｅ−ＥＣＮ機能がポリシング機能および廃棄機能を含むことを特徴とするワイヤレスネットワーク。

Images