JP4655619B2 - 無線基地局装置およびそのレート制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線基地局装置およびそのレート制御方法に関し、特にピークスループットが高くかつバースト性が高いデータを扱う無線基地局装置、および無線基地局装置におけるデータフローのレート制御方法に関する。

近年、携帯電話で利用できるコンテンツのサイズは増大傾向にある。今後も、動画配信のような大容量コンテンツの高速伝送の要求が高まるものと考えられる。このようなデータ通信を高速化に対応するものとしてＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）と呼ばれるベスト・エフォート型のパケットによるデータ通信方式が存在する。この方式は、適応変調符号化方式とパケット合成型ハイブリッドＡＲＱ(Automatic Repeat Request)を導入することでデータ通信の高速化、品質向上を図っている。

このようなベスト・エフォート型のパケットによるデータ通信方式では、ピークスループットとバースト性が高いデータを扱う場合が増大する。無線通信システムにあっては、無線基地局装置とその上位局に当たる無線基地局装置との間の有線回線において、ユーザのデータフローが多重化され、ピークスループットとバースト性が高まる。このような場合にあっては、十分な有線回線の帯域を確保して輻輳を回避するようにしている。

一方、関連技術として、無線通信システムにおいて、与えられたデータサービスに割り当てられる帯域幅／パワーレベルを、ソースによって要求される実際のデータレートに動的に調整する方法が特許文献１に開示されている。この方法は、送信または受信バッファ内のデータの量が所定のしきい値を超えると、補助データチャネルを用いて高速データレートが設定され、基地局は、規定のしきい値レベル内でデータバッファを管理するものである。

また、特許文献２には、インターネットの各ユーザに公平な帯域配分を行うパケット転送レート制御方法が開示されている。この方法は、トラフィック測定値から各クラスのユーザフロー数の推定及びそのリンクが各ユーザフローのネックになっているか否かの判定を行うことにより、各ノードでクラスバッファの重みを動的に変更し、各ユーザのパケット転送レートを制御するものである。

特開２０００−３１６０３５号公報 特開２００２−５７７０７号公報

ＨＳＤＰＡを使用するベアラの１つとして、ベストエフォート型のような非実時間性のデータが考えられるが、ＨＳＤＰＡを使用するベストエフォート型の場合、ピークスループットが高く、かつバースト性が極めて高くなることが想定される。この場合、無線基地局制御装置と無線基地局装置間の有線回線の使用効率が低下するので、より広帯域の有線回線が必要になってしまうという虞があった。

すなわち、同一拡散符号器を複数ユーザで時分割して共有することにより、無線リソースの有効利用を図り、ユーザデータの高スループットを提供するＨＳＤＰＡ無線基地局装置では、無線回線のスループット増大に対して、無線基地局と無線基地局制御装置を接続する有線回線の帯域コストの増大が問題となる。

本発明の課題は、ＨＳＤＰＡのようなピークスループットとバースト性が高いデータを扱う場合に、有線回線の使用効率を向上させ、ＨＳＤＰＡ導入による有線回線のコストアップを最小限に抑えるものである。

前記課題を解決するために本発明の一つのアスペクトに係る無線基地局装置におけるレート制御方法は、無線基地局装置において上位局装置から到来するデータフローが輻輳した際、所定の帯域未満になるようにデータフローのレートを制御する方法である。この方法は、個々のデータフローを管理し、上位局装置内のバッファに滞留している、個々のデータフローに対応するデータのそれぞれの滞留量に基づいて、レートの高いデータフローから順にレートを下げるように上位局装置に対して通知する。

本発明の他のアスペクトに係る無線基地局装置におけるレート制御方法は、無線基地局装置においてバーチャルリンク単位に収容されたデータフローがバーチャルリンク単位で輻輳した際、所定の帯域未満になるようにデータフローのレートを制御する方法である。この方法は、（ａ）上位局装置内のバッファに滞留している、第ｎ（ｎは自然数）のデータフロー（レートをＲ _ｆｌｏｗ （ｎ）とする）に対応するデータの滞留量をＮ_ｆｌｏｗ（ｎ）、バッファで許容される最大の滞留時間をＴ_{ＭＡＸ＿ｆｌｏｗ}として、Ｒ_{ｆｌｏｗ＿ｒｅｄｕｃｅｄ}（ｎ）＝Ｎ_ｆｌｏｗ（ｎ）／Ｔ_{ＭＡＸ＿ｆｌｏｗ} を求めるステップと、（ｂ）第ｎのデータフローの帯域削減率Ｒ_{ＶＬ＿ｒｅｄｕｃｅｄ}（ｎ）＝（Ｒ_ｆｌｏｗ（ｎ）−Ｒ_{ｆｌｏｗ＿ｒｅｄｕｃｅｄ}（ｎ））／Ｒ_{ｖｌｉｎｋ}（ただし、Ｒ_{ｖｌｉｎｋ}は、バーチャルリンクの最大帯域とする）を求めるステップと、を含む。そして、レートの高いデータフローから順に、ステップ（ａ）、ステップ（ｂ）を実行し、実行したそれぞれのデータフローに対応する帯域削減率Ｒ _{ＶＬ＿ｒｅｄｕｃｅｄ} （ｎ）の総和を求めて、総和が所定の帯域削減率以上となるまでステップ（ａ）、ステップ（ｂ）の実行を繰り返し、総和が所定の帯域削減率以上となれば、実行したそれぞれのデータフローに対応するレートをそれぞれＲ _{ｆｌｏｗ＿ｒｅｄｕｃｅｄ} （ｎ）にするようにフロー制御情報を上位局装置に対して送出する。

本発明の一つのアスペクトに係る無線基地局装置は、上位局装置と接続され、１以上のデータフローを収容するバーチャルリンク毎にベースバンド処理部を備える無線基地局装置である。ベースバンド処理部は、セル毎に割り当てられたバーチャルリンクの受信帯域使用率を監視することで輻輳の検出を行い、輻輳を検出した際には輻輳情報をフロー制御部に通知する輻輳監視部と、上位局装置から受信したユーザトラフィックを、ユーザ単位のトラフィックフローに分配すると共に、データフロー毎に上位局装置内のバッファの滞留量を抽出してフロー制御部に通知するトラフィック分配部と、ユーザ毎のデータフローを管理し、輻輳監視部から輻輳情報が通知された場合には、レートの高いデータフローから滞留量に基づいて順にレートを下げるように、上位局装置に対して通知するフロー制御部と、を含む。

本発明によれば、無線基地局装置において、輻輳検出時に上位局装置（無線基地局制御装置）のデータ滞留量を考慮して、ユーザ毎のデータフロー量を制御する。これにより、輻輳発生時に無線基地局制御装置内でのバッファオーバーフローの発生を最小限に抑えながら、無線基地局制御装置との間の有線回線の効率的な帯域制御が行うことができる。したがって、有線回線の帯域コスト削減が可能になる。

本発明の実施形態に係る無線基地局装置（図１の１０）は、無線基地局制御装置（図１の３０）と接続され、ユーザデータフロー（図１の４１、４２、４３、４４）を収容するバーチャルリンク（図１の２１、２２、２３）毎にベースバンド処理部（図１の１１、１２、１３）を備える。ベースバンド処理部（図２の１１）は、輻輳監視部（図２の５１）と、トラフィック分配部（図２の５２）と、フロー制御部（図２の５７）と、を備える。輻輳監視部は、セル毎に割り当てられたバーチャルリンクの受信帯域使用率を監視することで輻輳の検出を行い、輻輳を検出した際には輻輳情報をフロー制御部に通知する。トラフィック分配部は、無線基地局制御装置から受信したユーザトラフィックを、ユーザ単位のトラフィックフローに分配すると共に、ユーザデータフロー毎に多重されている無線基地局制御装置内のバッファ滞留量を抽出してフロー制御部に通知する。フロー制御部は、ユーザ毎のデータフローを管理し、輻輳監視部から輻輳情報が通知された場合には、レートの高いユーザのデータフローから順にレートを下げるように、無線基地局制御装置に対して通知する。

以上のように構成される無線基地局装置は、輻輳監視を行い、輻輳検出時に無線基地局制御装置のデータ滞留量を考慮して、ユーザ毎のデータフロー量を制御する。これにより、これから帯域を圧迫すると思われるデータフローを適切にコントロールすることができるため、バースト性が高いデータフローに対して有効となる。また、データ量に応じてフローをコントロールするため、輻輳発生時に無線基地局制御装置内でのバッファオーバーフローの発生を最小限に抑えながら、効率的な有線回線の帯域制御が行える。したがって、効率的な帯域制御が行われ、ＨＳＤＰＡ導入による有線回線の帯域コスト削減が可能になる。以下、実施例に即して、より詳しく説明する。

図１は、本発明の第１の実施例に係る無線基地局装置の無線基地局制御装置との接続構成を表すブロック図である。図１において、無線基地局装置１０は、ベースバンド処理部１１、１２、１３を備え、それぞれのベースバンド処理部に対して、アンテナ１４、１５、１６を備える。また、無線基地局装置１０は、有線回線２０を介して無線基地局制御装置３０と接続される。なお、ここでは、無線基地局装置１０は、３セル構成として、３つのセル（セル＃１、＃２、＃３）に対応してベースバンド処理部１１、１２、１３を備えるものとして説明するが、特に３個に限定されるものではない。

各ベースバンド処理部１１、１２、１３は、それぞれ無線基地局制御装置３０からのユーザトラフィックをいったんバッファリングし、同一セル内のユーザ間でのデータトラフィックの優先制御を行った上で、拡散符号化処理を行うことにより、それぞれアンテナ１４、１５、１６を介して無線回線へのデータ送出制御を行う。

また、有線回線２０は、対応するセル毎に１対１で設定されたバーチャルリンク２１、２２、２３を含んで構成され、それぞれのバーチャルリンクの帯域は、あらかじめ所定値に制限されているものとする。

無線基地局制御装置３０は、不図示の移動通信交換局等の上位装置から受け取ったユーザデータフローをそのユーザが在圏しているセルに対応するバーチャルリンクを介して無線基地局装置１０へ送出する。図１においては、ユーザデータフロー４１とユーザデータフロー４２とがセル＃１に、ユーザデータフロー４３がセル＃２に、ユーザデータフロー４４がセル＃４に対応しているものとする。さらに各ユーザデータフローには、無線基地局制御装置３０内のバッファに滞留しているデータの滞留量が表示されているものとする。

図２は、ベースバンド処理部の構成を表すブロック図である。なお、各ベースバンド処理部１１、１２、１３は、同一の構成であって、以下ではベースバンド処理部１１について説明する。ベースバンド処理部１１は、輻輳監視部５１、ユーザトラフィック分配部５２、スケジューラ５３、拡散符号器５５、変調器５６、フロー制御部５７を備える。またスケジューラ５３は、バッファ５４を備える。

輻輳監視部５１は、セル毎に割り当てられたバーチャルリンク２１の受信帯域使用率を常時監視する機能を有する。さらに、輻輳を検出した輻輳監視部５１は、輻輳状態通知インタフェース６１を用いて輻輳情報をフロー制御部５７に通知する機能を有する。

ユーザトラフィック分配部５２は、有線回線２０から受信したユーザトラフィックを、ユーザ単位のトラフィックフローに分配し、ユーザ単位に設けられたスケジューラ５３内のバッファ５４に蓄積する。蓄積されたユーザトラフィックは、スケジューラ５３により時分割で選択され、選択されたユーザトラフィックから順に拡散符号器５５によって拡散変調が施され、さらに変調器５６で無線周波数に変調され、アンテナ１４から電波として送出される。

また、ユーザトラフィック分配部５２は、ユーザデータフロー毎に多重されている無線基地局制御装置３０内のバッファ滞留量を抽出し、バッファ滞留情報通知インタフェース６２を用いて、フロー制御部５７に通知する機能を持つ。

フロー制御部５７は、輻輳監視部５１から輻輳状態通知インタフェース６１を介して通知された輻輳状態と、ユーザトラフィック分配部５２からバッファ滞留情報通知インタフェース６２を介して通知されたバッファ滞留量とを受け取る。受け取った輻輳状態とバッファ滞留量を基に、無線基地局制御装置３０に対してフロー制御情報６３を送出する。フロー制御情報６３を送出することで、無線基地局制御装置３０が送出するユーザデータフローの流量が制御される。

以下では、本発明のベースバンド処理部の動作の具体例を説明する。図２の輻輳監視部５１は、ある規定周期ごとに、バーチャルリンク単位に受信する帯域使用率を測定する。例えば、有線回線２０がＡＴＭ回線であるとすると、単位時間あたりの帯域使用率（帯域使用率＝アイドルセルを除く受信ＡＴＭセル数／最大レート時の最大ＡＴＭセル数）を計算する。

図３は、本発明の第１の実施例に係るベースバンド処理部における動作を表すフローチャートである。なお、以下において、バーチャルリンクの最大帯域に対し、輻輳検出時に帯域をどれだけ削減するかを示す割合を帯域削減率ｙで表す。また、無線基地局制御装置３０内のバッファで許容される最大の滞留時間を最大滞留時間Ｔ_{ＭＡＸ＿ｆｌｏｗ}で表す。

まず始めにステップＳ１１において、輻輳監視部５１は、輻輳を検出する。すなわち、帯域使用率と外部から設定される帯域使用率の閾値とを比較し、閾値を超えていた場合、輻輳検出を表す輻輳情報を輻輳状態通知インタフェース６１を介してフロー制御部５７に通知する。

ステップＳ１２において、ユーザフローを識別する添え字ｊを１にセットする。また、フロー毎に算出した帯域削減率の総和Ｓを０にセットする。

ステップＳ１３において、輻輳監視部５１から通知を受けたフロー制御部５７は、輻輳検出時のユーザデータレートが最大になっているｋ_ｊ番目のユーザデータフローを検出する。

ステップＳ１４において、ユーザデータフローレートＲ_ｆｌｏｗ（ｋ_ｊ）と、そのｋ_ｊ番目のユーザデータフローの最新の、無線基地局制御装置３０内のバッファに滞留しているデータの滞留量Ｎ_ｆｌｏｗ（ｋ_ｊ）とをユーザトラフィック分配部５２からバッファ滞留情報通知インタフェース６２を介して通知される情報から検出する。

ステップＳ１５において、最大滞留時間Ｔ_{ＭＡＸ＿ｆｌｏｗ}を満たすようなユーザフローレートＲ_{ｆｌｏｗ＿ｒｅｄｕｃｅｄ}（ｋ_ｊ）を式（１）によって計算する。
Ｒ_{ｆｌｏｗ＿ｒｅｄｕｃｅｄ}（ｋ_ｊ）＝Ｎ_ｆｌｏｗ（ｋ_ｊ）／Ｔ_{ＭＡＸ＿ｆｌｏｗ} −−−式（１）

また、このｋ_ｊ番目のユーザの帯域削減率Ｒ_{ＶＬ＿ｒｅｄｕｃｅｄ}（ｋ_ｊ）をＲ_ｆｌｏｗ（ｋ_ｊ）から式（２）によって計算する。
Ｒ_{ＶＬ＿ｒｅｄｕｃｅｄ}（ｋ_ｊ）＝（Ｒ_ｆｌｏｗ（ｋ_ｊ）−Ｒ_{ｆｌｏｗ＿ｒｅｄｕｃｅｄ}（ｋ_ｊ））／Ｒ_{ｖｌｉｎｋ} −−−式（２）
ただし、Ｒ_{ｖｌｉｎｋ}は、バーチャルリンクの最大帯域とする。

さらに、帯域削減率の総和Ｓを式（３）によって計算する。
Ｓ＝Ｓ＋Ｒ_{ＶＬ＿ｒｅｄｕｃｅｄ}（ｋ_ｊ） −−−式（３）

ステップＳ１６において、帯域削減率の総和Ｓが帯域削減率ｙ未満であれば、ステップＳ１７に進み、帯域削減率の総和Ｓが帯域削減率ｙ以上であれば、ステップＳ１９に進む。

ステップＳ１７において、ユーザフローを識別する添え字ｊに１を加算する。

ステップＳ１８において、輻輳検出直前のユーザデータレートが、次に最大になっているｋ_ｊ番目のユーザデータフローレートを検出し、ステップＳ１４に戻る。

ステップＳ１９において、検出されたそれぞれのユーザデータフローに対して、ｋ_ｊ番目のデータフローをＲ_{ｆｌｏｗ＿ｒｅｄｕｃｅｄ}（ｋ_ｊ）にするようにフロー制御情報６３を無線基地局制御装置３０に対して送出する。すなわち検出されたデータフローがｎ（ｎは自然数）個あれば、ｊが１からｎに対応して、それぞれｋ_ｊ番目のデータフローをＲ_{ｆｌｏｗ＿ｒｅｄｕｃｅｄ}（ｋ_ｊ）にするように送出する。そして、一連の処理を終了する。

以上のようにフロー制御部５７が動作し、輻輳検出時に無線基地局制御装置のデータ滞留量を考慮して、ユーザ毎のデータフロー量を制御する。データ量に応じて流量をコントロールするため、輻輳発生時に無線基地局制御装置内でのバッファオーバーフローの発生を最小限に抑えることができる。

図４は、本発明の第２の実施例に係るベースバンド処理部における動作を表すフローチャートである。図４において、図３と同じ符号のステップは、同一の処理が行われ、その説明を省略する。図４において図３とは、輻輳発生時に行うトラフィック量のコントロールに対して、ユーザ毎の優先度を考慮した処理を行う点が異なる。例えば、ステップＳ１５ａにおいて、最大滞留時間Ｔ_{ＭＡＸ＿ｆｌｏｗ}の代わりに優先度を考慮した最大滞留時間Ｔ_{ＭＡＸ＿ｆｌｏｗ＿Ｐｒｉｏｒｉｔｙ}（ｋ_ｊ）を用いる。

優先度を考慮した最大滞留時間Ｔ_{ＭＡＸ＿ｆｌｏｗ＿Ｐｒｉｏｒｉｔｙ}（ｋ_ｊ）は、最大滞留時間Ｔ_{ＭＡＸ＿ｆｌｏｗ}に対し、式（４）で示すように補正される。
Ｔ_{ＭＡＸ＿ｆｌｏｗ＿Ｐｒｉｏｒｉｔｙ}（ｋ_ｊ）＝α（Ｐ）＊Ｔ_{ＭＡＸ＿ｆｌｏｗ} −−−式（４）
ただし、α（Ｐ）は、ユーザ毎の優先度により定まる係数で、優先度がＰであるユーザに対する係数とする。このとき、α（１）＜α（２）＜α（３）＜．．．とし、優先度は、１＞２＞３＞．．．とする。

このように優先度で最大滞留時間を補正することで、優先度の高いユーザの最大滞留時間を見かけ上小さくし、また優先度の低いユーザの最大滞留時間を見かけ上長くすることが可能となる。すなわち、輻輳発生によってユーザ毎のデータレートを制御する際に、優先度の高いユーザに対してはデータレートの減衰を少なくし、優先度の低いユーザに対してはデータレートの減衰を大きくすることができる。これにより、より効果的な帯域制御が可能となる。

本発明の第１の実施例に係る無線基地局装置の無線基地局制御装置との接続構成を表すブロック図である。 ベースバンド処理部の構成を表すブロック図である。 本発明の第１の実施例に係るベースバンド処理部の動作を表すフローチャートである。 本発明の第２の実施例に係るベースバンド処理部の動作を表すフローチャートである。

符号の説明

１０ 無線基地局装置
１１、１２、１３ ベースバンド処理部
１４、１５、１６ アンテナ
２０ 有線回線
２１、２２、２３ バーチャルリンク
３０ 無線基地局制御装置
４１、４２、４３、４４ ユーザデータフロー
５１ 輻輳監視部
５２ ユーザトラフィック分配部
５３ スケジューラ
５４ バッファ
５５ 拡散符号器
５６ 変調器
５７ フロー制御部
６１ 輻輳状態通知インタフェース
６２ バッファ滞留情報通知インタフェース
６３ フロー制御情報

Claims (9)

1. 無線基地局装置において上位局装置から到来するデータフローが輻輳した際、所定の帯域未満になるようにデータフローのレートを制御する方法であって、
   個々のデータフローを管理し、前記上位局装置内のバッファに滞留している、前記個々のデータフローに対応するデータのそれぞれの滞留量に基づいて、レートの高いデータフローから順にレートを下げるように前記上位局装置に対して通知することを特徴とする無線基地局装置におけるレート制御方法。
2. 前記滞留量と、前記バッファで許容される最大の滞留時間との比から定まるレートとなるように、前記個々のデータフローのレートを下げるようにすることを特徴とする請求項１記載の無線基地局装置におけるレート制御方法。
3. 前記個々のデータフローには優先度を設け、優先度の高いデータフローに対応する前記最大滞留時間を短く設定することを特徴とする請求項２記載の無線基地局装置におけるレート制御方法。
4. 前記輻輳は、バーチャルリンク単位に収容されたデータフローのバーチャルリンク単位の輻輳であることを特徴とする請求項１記載の無線基地局装置におけるレート制御方法。
5. 無線基地局装置においてバーチャルリンク単位に収容されたデータフローがバーチャルリンク単位で輻輳した際、所定の帯域未満になるようにデータフローのレートを制御する方法であって、
   （ａ）上位局装置内のバッファに滞留している、第ｎ（ｎは自然数）のデータフロー（レートをＲ _ｆｌｏｗ （ｎ）とする）に対応するデータの滞留量をＮ_ｆｌｏｗ（ｎ）、前記バッファで許容される最大の滞留時間をＴ_{ＭＡＸ＿ｆｌｏｗ}として、Ｒ_{ｆｌｏｗ＿ｒｅｄｕｃｅｄ}（ｎ）＝Ｎ_ｆｌｏｗ（ｎ）／Ｔ_{ＭＡＸ＿ｆｌｏｗ} を求めるステップと、
   （ｂ）前記第ｎのデータフローの帯域削減率Ｒ_{ＶＬ＿ｒｅｄｕｃｅｄ}（ｎ）＝（Ｒ_ｆｌｏｗ（ｎ）−Ｒ_{ｆｌｏｗ＿ｒｅｄｕｃｅｄ}（ｎ））／Ｒ_{ｖｌｉｎｋ}（ただし、Ｒ_{ｖｌｉｎｋ}は、バーチャルリンクの最大帯域とする）を求めるステップと、
   を含み、
   レートの高いデータフローから順に、前記ステップ（ａ）、前記ステップ（ｂ）を実行し、実行したそれぞれのデータフローに対応する帯域削減率Ｒ _{ＶＬ＿ｒｅｄｕｃｅｄ} （ｎ）の総和を求めて、前記総和が所定の帯域削減率以上となるまで前記ステップ（ａ）、前記ステップ（ｂ）の実行を繰り返し、
   前記総和が前記所定の帯域削減率以上となれば、実行したそれぞれのデータフローに対応するレートをそれぞれＲ _{ｆｌｏｗ＿ｒｅｄｕｃｅｄ} （ｎ）にするようにフロー制御情報を上位局装置に対して送出することを特徴とする無線基地局装置におけるレート制御方法。
6. 前記第ｎのデータフローには優先度を設け、前記優先度を表す係数をα_ｎとし、前記第ｎのデータフローに対応する前記最大滞留時間Ｔ_{ＭＡＸ＿ｆｌｏｗ}の代わりにα_ｎ＊Ｔ_{ＭＡＸ＿ｆｌｏｗ}を用いることを特徴とする請求項５記載の無線基地局装置におけるレート制御方法。
7. 上位局装置と接続され、１以上のデータフローを収容するバーチャルリンク毎にベースバンド処理部を備える無線基地局装置であって、
   前記ベースバンド処理部は、
   セル毎に割り当てられたバーチャルリンクの受信帯域使用率を監視することで輻輳の検出を行い、輻輳を検出した際には輻輳情報をフロー制御部に通知する輻輳監視部と、
   前記上位局装置から受信したユーザトラフィックを、ユーザ単位のトラフィックフローに分配すると共に、データフロー毎に前記上位局装置内のバッファの滞留量を抽出してフロー制御部に通知するトラフィック分配部と、
   ユーザ毎のデータフローを管理し、前記輻輳監視部から前記輻輳情報が通知された場合には、レートの高いデータフローから前記滞留量に基づいて順にレートを下げるように、前記上位局装置に対して通知するフロー制御部と、
   を含むことを特徴とする無線基地局装置。
8. 前記フロー制御部は、前記滞留量と、前記バッファで許容される最大の滞留時間との比から定まるレートとなるように前記データフローのレートを下げる情報を、前記上位局装置に対して通知することを特徴とする請求項７記載の無線基地局装置。
9. 前記フロー制御部は、前記データフロー毎に優先度を設け、優先度の高いデータフローに対応する前記最大滞留時間を短く設定することを特徴とする請求項７記載の無線基地局装置。

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