優先制御方法、優先制御システムおよび基地局装置
【課題】無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との間の無線通信において、送信データ毎に設定された優先順位に従った送信優先制御を実現し、予め定められた通信品質を維持し、かつスループットを向上させる。
【解決手段】基地局装置は、非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する第１のステップと、第１のステップで得られた優先クラスのパラメータの暫定値を用いて、非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する第２のステップと、第２のステップで得られた非優先クラスのパラメータを用いて、優先クラスのパラメータの暫定値を補正する際に、優先クラスの通信品質に影響を与えないように補正して最終的なパラメータを算出する第３のステップとを有する。
【解決手段】基地局装置は、非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する第１のステップと、第１のステップで得られた優先クラスのパラメータの暫定値を用いて、非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する第２のステップと、第２のステップで得られた非優先クラスのパラメータを用いて、優先クラスのパラメータの暫定値を補正する際に、優先クラスの通信品質に影響を与えないように補正して最終的なパラメータを算出する第３のステップとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との間の無線通信において、送信データ毎に設定された優先順位に従った送信優先制御を実現する優先制御方法、優先制御システムおよび基地局装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線基地局と複数の無線端末が無線回線を介して接続される無線アクセスシステムのアクセス方式は、無線基地局により全無線端末の送信タイミングを管理する集中制御方式と、各無線端末が各々独立に送信タイミングを決めて送信を行う分散制御方式の２つの方式に大別できる。
【０００３】
分散制御方式は、集中制御方式に比べて無線基地局の構成が簡易となる。また、無線基地局から無線端末を制御する必要がないことから、制御用信号が不要であり、高いスループットが実現できる。この分散制御方式では、各無線端末が個別に送信タイミングを決定するため、複数の無線端末において送信が行われた場合、送信パケットが衝突する可能性がある。特に輻輳状態においてはパケット衝突が頻繁に発生しスループットを低減させる。そのため、分散制御方式では、衝突回避アルゴリズムが用いられる。
【０００４】
ＩＥＥＥ８０２．１１では衝突回避アルゴリズムとして、Exponential back offアルゴリズムが用いられる。ＩＥＥＥ８０２．１１で用いられる衝突回避アルゴリズムのバックオフ制御について、図８を参照して説明する。
【０００５】
このアルゴリズムを用いて送信する場合、ビジーからアイドルの移行を契機にＩＦＳ（Inter Frame Space 、フレーム間隔）の時間だけ待ち、引き続き０からある規定値（ウィンドウサイズ）の間の乱数から算出されるランダムなバックオフ時間のキャリアスキャンを行い、継続してアイドルであることを確認した後に送信する。最初に送信する場合の乱数の最大値は、初期バックオフウィンドウサイズとして規定される。衝突等でパケットの送信に失敗した場合、ウィンドウサイズをｘ倍し、その範囲でランダムなバックオフ時間を算出し、その時間の間キャリアスキャンを行ったのちに再送する。ウィンドウサイズを大きくさせる値（上記のｘ）はパーシステント・ファクタ（ＰＦ）と呼ばれる。再び送信に失敗した場合、更にウィンドウサイズをｘ倍した中からランダムなバックオフ時間を算出し、バックオフしたのちに再送を行う。Exponential back offアルゴリズムでは、この動作を送信が成功するまで、もしくは、再送回数が予め決められた最大再送回数に達するまで繰り返す。
【０００６】
Exponential back offアルゴリズムを用いた分散制御方式において、ＱｏＳ(Quality of Service)を提供する方式として、ＩＦＳ時間、初期バックオフウィンドウサイズ、ＰＦのパラメータをサービスクラス毎に規定し、サービスクラス毎に優先制御を行う方式がある（非特許文献１）。ここで、ＩＦＳが短い場合や初期バックオフウィンドウサイズが小さい場合が送信優先度が高く、ＩＦＳが長い場合や初期バックオフウィンドウサイズが大きい場合が優先度が低いと言える。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】IEEE Std 802.11-1997
【非特許文献２】IEEE Std 802.11e/D6.0 Nov.2003
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
想定する無線アクセスシステムの要求条件は次の通りである。
(1) 広域性（１つの基地局により広い範囲 (例えば半径 3.5ｋｍのエリア) をカバー）
(2) 超多次元マルチアクセスを実現（例えば収容端末 100万台以上)
(3) ＱｏＳの提供 (ＱｏＳを規定する指標として平均伝送遅延時間を使用)
【０００９】
このような無線アクセスシステムに対して従来のアクセス方式を用いた場合、以下の問題点がある。
(1) 要求条件(1) で想定する無線アクセスシステムでは、無線端末間でキャリアスキャンができない場合があり、ＩＦＳによる優先制御方式を用いることができない。
【００１０】
(2) 無線アクセスシステムに加わるトラヒックの増加の要因として、各端末の発生トラヒックが増加することによる要因ａと、端末当たりのトラヒック量は変化しないが端末数が増加することよる要因ｂの２通りがある。トラヒック増加が要因ａでもたらされる場合、低優先度の端末の送信を十分に抑制できるため従来方式の優先制御方式でも効果が見込める。一方、要因ｂの場合では、低優先度端末の送信を十分に抑制できないため従来方式でＱｏＳを提供することは困難である。さらに、想定システムが超多次元マルチアクセスを実現することを目的とした無線アクセスシステムであり、収容端末数が多く、要因ｂによってトラヒックが増加することが頻繁に起こると予測される。
【００１１】
(3) 従来方式で送信制御に用いるパラメータ（ＩＦＳ、初期バックオフウィンドウサイズ、ＰＦ) と、伝送遅延時間との間には定性的な関係はあるが、それぞれのパラメータのトラヒック制御に対する効果は、１台の基地局に収容する端末の数により変わるため、定量的な関係は一意に決まらない。
【００１２】
したがって、要求条件を満たす無線アクセスシステムを実現するためには下記の課題を解決する必要がある。
(1) キャリアスキャンおよびＩＦＳを用いない優先制御方式の確立。
(2) 端末数の増加によるトラヒック増加が起きた場合でもＱｏＳを提供できる優先制御方式の確立。
(3) ＱｏＳを規定する具体的指標に従って、その条件を満足させることのできる優先制御方式の確立。
【００１３】
本発明は、無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との間の無線通信において、送信データ毎に設定された優先順位に従った送信優先制御を実現し、予め定められた通信品質を維持し、かつスループットを向上させる優先制御方法、優先制御システムおよび基地局装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の発明は、無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御方法において、基地局装置は、非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する。
【００１５】
第２の発明は、無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御方法において、基地局装置は、非優先クラスの所定の通信品質を満たすパラメータを求める際に、前もって求めた優先クラスのパラメータの暫定値を用いて非優先クラスのパラメータを算出する。
【００１６】
第３の発明は、無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御方法において、基地局装置は、非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する第１のステップと、第１のステップで得られた優先クラスのパラメータの暫定値を用いて、非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する第２のステップと、第２のステップで得られた非優先クラスのパラメータを用いて、優先クラスのパラメータの暫定値を補正する際に、優先クラスの通信品質に影響を与えないように補正して最終的なパラメータを算出する第３のステップとを有する。
【００１７】
第３の発明の優先制御方法において、優先クラスのパラメータの暫定値は、優先クラスのマルコフ遷移モデルを解いて得られる式(1) ，式(2')、および伝搬遅延時間を規定する式(5) を用いて算出する。式(1) ，式(2')，式(5) は後述する。
【００１８】
第３の発明の優先制御方法において、非優先クラスのパラメータの暫定値は、非優先クラスのマルコフ遷移モデルを解いて得られる式(3) ，式(4) 、および非優先クラスのスループットを最大化する式(6) を用いて算出する。式(3) ，式(4) ，式(6) は後述する。
【００１９】
第４の発明は、無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御システムにおいて、基地局装置は、非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する第１の手段と、第１の手段で得られた優先クラスのパラメータの暫定値を用いて、非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する第２の手段と、第２の手段で得られた非優先クラスのパラメータを用いて、優先クラスのパラメータの暫定値を補正する際に、優先クラスの通信品質に影響を与えないように補正して最終的なパラメータを算出する第３の手段と、優先クラスおよび非優先クラスのパラメータを端末装置に報知する手段とを備える。
【００２０】
第５の発明は、無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御システムの基地局装置において、非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する第１の手段と、第１の手段で得られた優先クラスのパラメータの暫定値を用いて、非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する第２の手段と、第２の手段で得られた非優先クラスのパラメータを用いて、優先クラスのパラメータの暫定値を補正する際に、優先クラスの通信品質に影響を与えないように補正して最終的なパラメータを算出する第３の手段と、優先クラスおよび非優先クラスのパラメータを端末装置に報知する手段とを備える。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、無線端末数の増加によるトラヒック増加が起きた場合でも、キャリアスキャンおよびＩＦＳを用いることなく、予め定められた通信品質（ＱｏＳ）を維持し、かつスループットを向上させる優先制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明が適用される無線アクセスシステムの構成例を示す図である。
【図２】無線アクセスシステムで用いるＭＡＣフレームの構成例を示す図である。
【図３】アップリンクでデータを送信する場合のアクセスシーケンスを示す図である。
【図４】アップリンクのランダムアクセスにけるバックオフシーケンスを示す図である。
【図５】アクセスパラメータの算出手順の概要を示すフローチャートである。
【図６】端末動作のマルコフ遷移モデルを示す図である。
【図７】本発明の無線基地局の構成例を示す図である。
【図８】ＩＥＥＥ８０２．１１で用いられるバックオフの動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明が適用される無線アクセスシステムの構成例を示す。
図１において、無線アクセスシステムは、有線ネットワークに接続された１つの無線基地局１と、その無線基地局１を経由して有線ネットワークに接続する複数の無線端末２，３から構成される。ここで、無線端末２は優先クラスとし、無線端末３は非優先クラスとする。無線を介した無線端末同士の通信では分散制御アルゴリズムを用いたアクセス方式が用いられる。
【００２４】
図２は、無線アクセスシステムで用いるＭＡＣフレームの構成例を示す。アクセス方式としてはＴＤＭＡ／ＴＤＤを用い、多次元接続および双方向通信を実現する。
図２において、フレームの長さ固定長であり、ＭＡＣフレーム前半が無線基地局から無線端末へ向かうダウンリンクであり、後半が逆方向のアップリンクである。
【００２５】
ダウンリンクは、報知情報を送信するブロードキャスト領域ＢＣと、ユニキャスト・データを送信するデマンドアサイン領域ＤＡから構成される。ブロードキャスト領域ＢＣでは、ＢＣＣＨ，ＦＣＣＨ，ＲＦＣＨが送信される。ＢＣＣＨは、基地局ＩＤ、ＭＡＣフレーム番号等のシステム共通情報を報知する。ＦＣＣＨは、そのＭＡＣフレームの構成を示す情報を報知する。ＲＦＣＨは、前ＭＡＣフレームにおけるランダムアクセスの成否および無線端末で用いられるランダムアクセスパラメータ（初期バックオフウィンドウサイズ、ＰＦ) 、ＲＡスロット数およびその位置が報知される。
【００２６】
アップリンクは、ユニキャスト・データを送信するデマンドアサイン領域ＤＡと、ＲＡスロットで構成されるランダムアクセス領域ＲＡから構成される。
ダウンリンク、アップリンクともデマンドアサイン領域ＤＡでは、ユニキャスト・データが送信される。
【００２７】
図３は、アップリンクでデータを送信する場合のアクセスシーケンスを示す。
図３において、アクセスシーケンスは、帯域要求フェーズ、データ送信フェーズ、ＡＣＫ受信フェーズの３つのフェーズから成る。
【００２８】
帯域要求フェーズでは、ブロードキャスト領域ＢＣのＲＦＣＨで報知される各クラスに応じた情報に基づくバックオフ処理が行われ、得られたランダムアクセス領域ＲＡのＲＡスロットを用いて、データを送信するための帯域割当を要求する。バックオフ処理について後述する。このランダムアクセスが成功し、無線基地局へ帯域割当要求を送信できた場合、データ送信フェーズへ移行する。
【００２９】
無線基地局は、無線端末がアップリンクＵＬでデータを送信するための帯域と、次フレームのダウンリンクＤＬでＡＣＫを受信するための帯域の割り当てを行う。
データ送信フェーズの無線端末は、データ送信フェーズにおいて無線基地局によりデータ送信用帯域が割り当てられるのを待つ。データ送信用帯域の割り当ては、ブロードキャスト領域ＢＣのＦＣＣＨにより、アップリンクのデマンドアサイン領域ＤＡが指示される。無線端末は、データ送信用帯域が割り当てられた場合、その帯域を用いてデータを送信し、ＡＣＫ受信フェーズへ移行する。
【００３０】
無線基地局は、アップリンクで送信されたデータを正常に受信すると、ダウンリンクのデマンドアサイン領域ＤＡでＡＣＫを送信する。
【００３１】
ＡＣＫ受信フェーズの無線端末は、無線基地局からＡＣＫが送られてくるのを待つ。無線端末が無線基地局からのＡＣＫを受信することで、１つのアクセスシーケンスが終了する。
【００３２】
以上の帯域要求フェーズにおけるアップリンクのランダムアクセスでは、各無線端末から送信されるパケット（帯域割当要求）同士の衝突を回避するためのバックオフを以下のように実施する。
【００３３】
図４は、アップリンクのランダムアクセスにおけるバックオフシーケンスを示す。
図４において、無線基地局は、ＭＡＣフレーム先頭のブロードキャスト領域ＢＣのＲＦＣＨを用いて、各クラスの初期バックオフウィンドウサイズ、ＰＦ、およびそのＭＡＣフレームにおけるＲＡスロット数とその位置の情報を送信する。無線端末は毎ＭＡＣフレームのＲＦＣＨを受信することで、最新のパラメータを持つ。
【００３４】
無線端末において送信データが発生した場合、初期バックオフウィンドウサイズからバックオフスロット数を算出する。算出されるバックオフスロット数は、0 〜（初期バックオフウィンドウサイズ−１) の範囲の乱数を用いる。そして、ＭＡＣフレームのＲＡ領域において、算出したバックオフスロット数だけバックオフを実施したのち、ＲＡスロットにおいて帯域割当要求を送信する。送信データの発生したＭＡＣフレームにおけるＲＡスロット数が、算出したバックオフスロット数よりも少ない場合、バックオフの動作は次ＭＡＣフレームにおいて引き続き実施される。
【００３５】
このように、無線端末で実施されるバックオフは、無線基地局で決定された初期バックオフウィンドウサイズおよびＰＦを元に算出されたバックオフ・スロット数だけ行われる。したがって、クラス毎に初期バックオフウィンドウサイズおよびＰＦを設定することで、優先制御を実現することができる。
【００３６】
本発明は、これらのアクセスパラメータの設定に関するものであり、無線基地局において、初期バックオフウィンドウサイズをどのように決定するかについて以下に説明する。
【００３７】
アクセスパラメータの算出手順では、ＰＦは固定値とし、初期バックオフウィンドウサイズのみを動的に変えるものとする。また、無線アクセスシステムでは、通信品質クラスとして、優先クラス、非優先クラスを設け、優先クラスでは“平均遅延時間≦要求品質閾値”で規定されるＱｏＳを提供する。非優先クラスはベストエフォートとする。発生トラヒックに応じ、優先、非優先、両クラスのアクセスパラメータを制御することにより、非優先クラスのトラヒックを抑制し、優先クラスの通信品質を維持することとする。両クラスのアクセスパラメータの算出は基地局で行い、算出された値は報知チャネルを用いて各無線端末へ通知される。
【００３８】
図５は、アクセスパラメータの算出手順の概要を示す。
図５において、アクセスパラメータの算出は、優先クラスのアクセスパラメータ暫定値算出処理（Ｓ１）、非優先クラスのアクセスパラメータ算出処理（Ｓ２）、優先クラスのアクセスパラメータ補正値算出処理（Ｓ３）の３つのステップにより行われる。
【００３９】
優先クラスのアクセスパラメータ暫定値算出処理（Ｓ１）では、非優先トラヒックはないものとして優先クラスのアクセスパラメータの暫定値を算出する。
非優先クラスのアクセスパラメータ算出処理（Ｓ２）では、処理Ｓ１で算出された優先クラスのアクセスパラメータの暫定値を考慮し、非優先クラスのアクセスパラメータの値を算出する。
優先クラスのアクセスパラメータ補正値算出処理（Ｓ３）では、処理Ｓ２で算出された非優先クラスのアクセスパラメータの値を考慮し、処理Ｓ１で算出された優先クラスのアクセスパラメータの暫定値を補正する。
【００４０】
以下、各クラスのアクセスパラメータとして、優先クラスおよび非優先クラスの各初期バックオフウィンドウサイズを算出する手順について具体的に説明する。まず、端末動作のマルコフ遷移モデル近似について図６に示す。
【００４１】
図６において、マルコフ遷移モデルの変数は次の通りである。
Ｐg ：データ発生確率
Ｗn ：送信回数がｎ＋１の場合のウィンドウサイズ
Ｐ：データ送信失敗確率
マルコフ遷移モデル中の状態Ｉはデータ発生待ち状態（アイドル状態) であり、状態Ｂ（ｍ，ｎ）はバックオフを実施している状態を表す。なお、ｍは再送回数であり、ｎは残りバックオフスロット数である。
【００４２】
また、初期バックオフウィンドウサイズおよびデータ発生確率Ｐg は通信クラス毎に異なるため、図１に示す無線アクセスシステムにおいて、優先クラスのマルコフ遷移モデル、非優先クラスのマルコフ遷移モデルがそれぞれ存在する。
【００４３】
優先クラスおよび非優先クラスの初期バックオフウインドウサイズ、送信確率、データ発生確率をそれぞれ次のように定義する。
優先クラス ：Ｗ0h，τh ，Ｐgh
非優先クラス：Ｗ0l，τl ，Ｐgl
それぞれの関係式は、優先クラスのマルコフモデルを解くことにより式(1) , 式(2) が得られ、非優先クラスのマルコフモデルを解くことにより式(3) ，式(4) が得られる。
【００４４】
【数１】
【００４５】
なお、式中のｍは最大再送回数、ｐh ，ｐl ，ｎh ，ｎl はそれぞれ、優先クラスの送信失敗確率、非優先クラスの送信失敗確率、優先クラスの端末数、非優先クラスの端末数である。優先クラスのデータ発生確率Ｐgh、非優先クラスのデータ発生確率Ｐglは、基地局で測定された受信データの受信間隔から算出できる。したがって、式(1) から式(4) には、変数Ｗ0h，ｐh ，τh ，Ｗ0l，ｐl ，τl が含まれる。
【００４６】
ここで、伝送遅延時間規定を満たす優先クラスのパラメータＷ0h，ｐh ，τh の暫定値を算出する。このとき、図５の処理Ｓ１に示すように、非優先クラスの影響がないものとして計算する。すなわち、式(2) の第２項を削除して式(2')とする。また、平均伝送遅延時間（平均Delay ）は、ランダムアクセススロットの時間長をＴerssとして、式(5) から得られる。
【００４７】
【数２】
【００４８】
以上の式(1) ，式(2')，式(5) を解いて伝送遅延時間規定を満たす優先クラスのパラメータＷ0h，ｐh ，τh の値を決め、優先クラスの初期バックオフウインドウサイズＷ0hの暫定値を算出する。
【００４９】
次に、優先クラスの初期バックオフウインドウサイズＷ0hの暫定値に対する優先クラスの送信確率τh を用いて、式(3) ，式(4) から非優先クラスのパラメータＷ0l，ｐl，τlを算出する。このとき、式(6) に示すスループットＳを最大化する値を求める。
【００５０】
【数３】
【００５１】
次に、非優先クラスの送信確率τl を用いて、優先クラスの送信失敗確率ｐh を式(2'') に基づいて補正し、さらに優先クラスの初期バックオフウインドウサイズＷ0hの暫定値を補正する。補正は、遅延時間が変化しないように補正値ΔＷ0hを算出する。
【００５２】
【数４】
【００５３】
図７は、本発明の無線基地局の構成例を示す。
図７において、無線基地局１０は、受信部１１、トラヒック測定部１２、ウィンドウサイズ算出部１３、報知信号生成部１４、送信部１５により構成される。無線端末２０は、受信部２１、通信制御部２２、送信部２３ににより構成される。
【００５４】
トラヒック測定部１２は、受信部１１から受信データの受信間隔を取得し、優先クラスのデータ発生確率Ｐgh、非優先クラスのデータ発生確率Ｐglを算出してウィンドウサイズ算出部１３に出力する。バックオフウィンドウサイズ算出部１３は、図５に示す３つの処理Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に従って、優先クラスの初期バックオフウインドウサイズＷ0h、非優先クラスの初期バックオフウィンドウサイズＷ0lを算出し、報知信号生成部１４に出力する。報知信号生成部１４は、当該情報を報知信号として生成し、送信部１５を介して無線端末２０に通知する。無線端末２０は、報知信号を受信し、当該情報に従って送信タイミングを制御する。
【００５５】
ところで、対象の無線アクセスシステムでは、異なるＱｏＳを提供するために複数の通信品質クラスが定義される。通信品質クラス毎に満足すべきＱｏＳの具体的指標が定義される。ＱｏＳの具体的指標が平均伝送遅延時間とした場合に、上記の例に示す優先クラス、非優先クラスにおいて、優先クラスは平均遅延時間が60秒以下とし、非優先クラスはベストエフォートとする。
【００５６】
無線基地局１０は、無線端末２０がデータを送信する場合に用いるアクセス方式のパラメータ（初期バックオフウィンドウサイズ、ＰＦ) を周期的に報知する。アクセス方式のパラメータはクラス毎に異なり、無線端末２０は送信データの属するクラスのアクセス方式パラメータを必ず用いる。
【００５７】
無線基地局１０では、無線端末２０から送信されるデータの通信状況をクラス毎に管理する。管理単位は端末毎ではなく、クラス毎に管理する。具体的には、受信データのデータサイズ、および伝送遅延時間を記録し、各クラス毎にそれぞれの値を保持する。
【００５８】
無線基地局１０において算出する平均伝送遅延時間の算出方法は、ある時間単位で区切りその時間内に到着したデータで平均伝送遅延時間を算出する方法ａ、受信データを受信データ数毎に区切り平均伝送遅延時間を算出する方法ｂ、時間領域または受信データ数に対してスライディング・ウィンドウを設け、そのウィンドウ内で平均伝送遅延時間を算出する方法ｃ、などを用いる。
受信データサイズについても同様である。
【００５９】
無線基地局１０で測定された情報から無線端末のトラヒック生成動作を表すマルコフ遷移モデルを作成し、所要伝送遅延時間から適切なアクセス方式のパラメータを算出し、その値を無線基地局から無線端末へ送信する。
【００６０】
適切なパラメータを算出する方法として、
(1) 優先クラスのみでパラメータの暫定値を算出する。
(2) 処理(1) で求めた暫定値を加味して非優先クラスのパラメータを算出する。
(3) 非優先クラスのパラメータから決まる優先クラスへの影響を考慮し、処理(1) で求めたパラメータ暫定値を補正する。
【００６１】
処理(1) において、優先クラスの伝送遅延時間を考慮してパラメータを算出する。
処理(2) では、非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する。
【符号の説明】
【００６２】
１ 基地局装置
２ 端末装置（優先クラス）
３ 端末装置（非優先クラス）
１０ 無線基地局
１１ 受信部
１２ トラヒック測定部
１３ ウィンドウサイズ算出部
１４ 報知信号生成部
１５ 送信部
２０ 無線端末
２１ 受信部
２２ 通信制御部
２３ 送信部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との間の無線通信において、送信データ毎に設定された優先順位に従った送信優先制御を実現する優先制御方法、優先制御システムおよび基地局装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線基地局と複数の無線端末が無線回線を介して接続される無線アクセスシステムのアクセス方式は、無線基地局により全無線端末の送信タイミングを管理する集中制御方式と、各無線端末が各々独立に送信タイミングを決めて送信を行う分散制御方式の２つの方式に大別できる。
【０００３】
分散制御方式は、集中制御方式に比べて無線基地局の構成が簡易となる。また、無線基地局から無線端末を制御する必要がないことから、制御用信号が不要であり、高いスループットが実現できる。この分散制御方式では、各無線端末が個別に送信タイミングを決定するため、複数の無線端末において送信が行われた場合、送信パケットが衝突する可能性がある。特に輻輳状態においてはパケット衝突が頻繁に発生しスループットを低減させる。そのため、分散制御方式では、衝突回避アルゴリズムが用いられる。
【０００４】
ＩＥＥＥ８０２．１１では衝突回避アルゴリズムとして、Exponential back offアルゴリズムが用いられる。ＩＥＥＥ８０２．１１で用いられる衝突回避アルゴリズムのバックオフ制御について、図８を参照して説明する。
【０００５】
このアルゴリズムを用いて送信する場合、ビジーからアイドルの移行を契機にＩＦＳ（Inter Frame Space 、フレーム間隔）の時間だけ待ち、引き続き０からある規定値（ウィンドウサイズ）の間の乱数から算出されるランダムなバックオフ時間のキャリアスキャンを行い、継続してアイドルであることを確認した後に送信する。最初に送信する場合の乱数の最大値は、初期バックオフウィンドウサイズとして規定される。衝突等でパケットの送信に失敗した場合、ウィンドウサイズをｘ倍し、その範囲でランダムなバックオフ時間を算出し、その時間の間キャリアスキャンを行ったのちに再送する。ウィンドウサイズを大きくさせる値（上記のｘ）はパーシステント・ファクタ（ＰＦ）と呼ばれる。再び送信に失敗した場合、更にウィンドウサイズをｘ倍した中からランダムなバックオフ時間を算出し、バックオフしたのちに再送を行う。Exponential back offアルゴリズムでは、この動作を送信が成功するまで、もしくは、再送回数が予め決められた最大再送回数に達するまで繰り返す。
【０００６】
Exponential back offアルゴリズムを用いた分散制御方式において、ＱｏＳ(Quality of Service)を提供する方式として、ＩＦＳ時間、初期バックオフウィンドウサイズ、ＰＦのパラメータをサービスクラス毎に規定し、サービスクラス毎に優先制御を行う方式がある（非特許文献１）。ここで、ＩＦＳが短い場合や初期バックオフウィンドウサイズが小さい場合が送信優先度が高く、ＩＦＳが長い場合や初期バックオフウィンドウサイズが大きい場合が優先度が低いと言える。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】IEEE Std 802.11-1997
【非特許文献２】IEEE Std 802.11e/D6.0 Nov.2003
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
想定する無線アクセスシステムの要求条件は次の通りである。
(1) 広域性（１つの基地局により広い範囲 (例えば半径 3.5ｋｍのエリア) をカバー）
(2) 超多次元マルチアクセスを実現（例えば収容端末 100万台以上)
(3) ＱｏＳの提供 (ＱｏＳを規定する指標として平均伝送遅延時間を使用)
【０００９】
このような無線アクセスシステムに対して従来のアクセス方式を用いた場合、以下の問題点がある。
(1) 要求条件(1) で想定する無線アクセスシステムでは、無線端末間でキャリアスキャンができない場合があり、ＩＦＳによる優先制御方式を用いることができない。
【００１０】
(2) 無線アクセスシステムに加わるトラヒックの増加の要因として、各端末の発生トラヒックが増加することによる要因ａと、端末当たりのトラヒック量は変化しないが端末数が増加することよる要因ｂの２通りがある。トラヒック増加が要因ａでもたらされる場合、低優先度の端末の送信を十分に抑制できるため従来方式の優先制御方式でも効果が見込める。一方、要因ｂの場合では、低優先度端末の送信を十分に抑制できないため従来方式でＱｏＳを提供することは困難である。さらに、想定システムが超多次元マルチアクセスを実現することを目的とした無線アクセスシステムであり、収容端末数が多く、要因ｂによってトラヒックが増加することが頻繁に起こると予測される。
【００１１】
(3) 従来方式で送信制御に用いるパラメータ（ＩＦＳ、初期バックオフウィンドウサイズ、ＰＦ) と、伝送遅延時間との間には定性的な関係はあるが、それぞれのパラメータのトラヒック制御に対する効果は、１台の基地局に収容する端末の数により変わるため、定量的な関係は一意に決まらない。
【００１２】
したがって、要求条件を満たす無線アクセスシステムを実現するためには下記の課題を解決する必要がある。
(1) キャリアスキャンおよびＩＦＳを用いない優先制御方式の確立。
(2) 端末数の増加によるトラヒック増加が起きた場合でもＱｏＳを提供できる優先制御方式の確立。
(3) ＱｏＳを規定する具体的指標に従って、その条件を満足させることのできる優先制御方式の確立。
【００１３】
本発明は、無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との間の無線通信において、送信データ毎に設定された優先順位に従った送信優先制御を実現し、予め定められた通信品質を維持し、かつスループットを向上させる優先制御方法、優先制御システムおよび基地局装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の発明は、無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御方法において、基地局装置は、非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する。
【００１５】
第２の発明は、無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御方法において、基地局装置は、非優先クラスの所定の通信品質を満たすパラメータを求める際に、前もって求めた優先クラスのパラメータの暫定値を用いて非優先クラスのパラメータを算出する。
【００１６】
第３の発明は、無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御方法において、基地局装置は、非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する第１のステップと、第１のステップで得られた優先クラスのパラメータの暫定値を用いて、非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する第２のステップと、第２のステップで得られた非優先クラスのパラメータを用いて、優先クラスのパラメータの暫定値を補正する際に、優先クラスの通信品質に影響を与えないように補正して最終的なパラメータを算出する第３のステップとを有する。
【００１７】
第３の発明の優先制御方法において、優先クラスのパラメータの暫定値は、優先クラスのマルコフ遷移モデルを解いて得られる式(1) ，式(2')、および伝搬遅延時間を規定する式(5) を用いて算出する。式(1) ，式(2')，式(5) は後述する。
【００１８】
第３の発明の優先制御方法において、非優先クラスのパラメータの暫定値は、非優先クラスのマルコフ遷移モデルを解いて得られる式(3) ，式(4) 、および非優先クラスのスループットを最大化する式(6) を用いて算出する。式(3) ，式(4) ，式(6) は後述する。
【００１９】
第４の発明は、無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御システムにおいて、基地局装置は、非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する第１の手段と、第１の手段で得られた優先クラスのパラメータの暫定値を用いて、非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する第２の手段と、第２の手段で得られた非優先クラスのパラメータを用いて、優先クラスのパラメータの暫定値を補正する際に、優先クラスの通信品質に影響を与えないように補正して最終的なパラメータを算出する第３の手段と、優先クラスおよび非優先クラスのパラメータを端末装置に報知する手段とを備える。
【００２０】
第５の発明は、無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御システムの基地局装置において、非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する第１の手段と、第１の手段で得られた優先クラスのパラメータの暫定値を用いて、非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する第２の手段と、第２の手段で得られた非優先クラスのパラメータを用いて、優先クラスのパラメータの暫定値を補正する際に、優先クラスの通信品質に影響を与えないように補正して最終的なパラメータを算出する第３の手段と、優先クラスおよび非優先クラスのパラメータを端末装置に報知する手段とを備える。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、無線端末数の増加によるトラヒック増加が起きた場合でも、キャリアスキャンおよびＩＦＳを用いることなく、予め定められた通信品質（ＱｏＳ）を維持し、かつスループットを向上させる優先制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明が適用される無線アクセスシステムの構成例を示す図である。
【図２】無線アクセスシステムで用いるＭＡＣフレームの構成例を示す図である。
【図３】アップリンクでデータを送信する場合のアクセスシーケンスを示す図である。
【図４】アップリンクのランダムアクセスにけるバックオフシーケンスを示す図である。
【図５】アクセスパラメータの算出手順の概要を示すフローチャートである。
【図６】端末動作のマルコフ遷移モデルを示す図である。
【図７】本発明の無線基地局の構成例を示す図である。
【図８】ＩＥＥＥ８０２．１１で用いられるバックオフの動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明が適用される無線アクセスシステムの構成例を示す。
図１において、無線アクセスシステムは、有線ネットワークに接続された１つの無線基地局１と、その無線基地局１を経由して有線ネットワークに接続する複数の無線端末２，３から構成される。ここで、無線端末２は優先クラスとし、無線端末３は非優先クラスとする。無線を介した無線端末同士の通信では分散制御アルゴリズムを用いたアクセス方式が用いられる。
【００２４】
図２は、無線アクセスシステムで用いるＭＡＣフレームの構成例を示す。アクセス方式としてはＴＤＭＡ／ＴＤＤを用い、多次元接続および双方向通信を実現する。
図２において、フレームの長さ固定長であり、ＭＡＣフレーム前半が無線基地局から無線端末へ向かうダウンリンクであり、後半が逆方向のアップリンクである。
【００２５】
ダウンリンクは、報知情報を送信するブロードキャスト領域ＢＣと、ユニキャスト・データを送信するデマンドアサイン領域ＤＡから構成される。ブロードキャスト領域ＢＣでは、ＢＣＣＨ，ＦＣＣＨ，ＲＦＣＨが送信される。ＢＣＣＨは、基地局ＩＤ、ＭＡＣフレーム番号等のシステム共通情報を報知する。ＦＣＣＨは、そのＭＡＣフレームの構成を示す情報を報知する。ＲＦＣＨは、前ＭＡＣフレームにおけるランダムアクセスの成否および無線端末で用いられるランダムアクセスパラメータ（初期バックオフウィンドウサイズ、ＰＦ) 、ＲＡスロット数およびその位置が報知される。
【００２６】
アップリンクは、ユニキャスト・データを送信するデマンドアサイン領域ＤＡと、ＲＡスロットで構成されるランダムアクセス領域ＲＡから構成される。
ダウンリンク、アップリンクともデマンドアサイン領域ＤＡでは、ユニキャスト・データが送信される。
【００２７】
図３は、アップリンクでデータを送信する場合のアクセスシーケンスを示す。
図３において、アクセスシーケンスは、帯域要求フェーズ、データ送信フェーズ、ＡＣＫ受信フェーズの３つのフェーズから成る。
【００２８】
帯域要求フェーズでは、ブロードキャスト領域ＢＣのＲＦＣＨで報知される各クラスに応じた情報に基づくバックオフ処理が行われ、得られたランダムアクセス領域ＲＡのＲＡスロットを用いて、データを送信するための帯域割当を要求する。バックオフ処理について後述する。このランダムアクセスが成功し、無線基地局へ帯域割当要求を送信できた場合、データ送信フェーズへ移行する。
【００２９】
無線基地局は、無線端末がアップリンクＵＬでデータを送信するための帯域と、次フレームのダウンリンクＤＬでＡＣＫを受信するための帯域の割り当てを行う。
データ送信フェーズの無線端末は、データ送信フェーズにおいて無線基地局によりデータ送信用帯域が割り当てられるのを待つ。データ送信用帯域の割り当ては、ブロードキャスト領域ＢＣのＦＣＣＨにより、アップリンクのデマンドアサイン領域ＤＡが指示される。無線端末は、データ送信用帯域が割り当てられた場合、その帯域を用いてデータを送信し、ＡＣＫ受信フェーズへ移行する。
【００３０】
無線基地局は、アップリンクで送信されたデータを正常に受信すると、ダウンリンクのデマンドアサイン領域ＤＡでＡＣＫを送信する。
【００３１】
ＡＣＫ受信フェーズの無線端末は、無線基地局からＡＣＫが送られてくるのを待つ。無線端末が無線基地局からのＡＣＫを受信することで、１つのアクセスシーケンスが終了する。
【００３２】
以上の帯域要求フェーズにおけるアップリンクのランダムアクセスでは、各無線端末から送信されるパケット（帯域割当要求）同士の衝突を回避するためのバックオフを以下のように実施する。
【００３３】
図４は、アップリンクのランダムアクセスにおけるバックオフシーケンスを示す。
図４において、無線基地局は、ＭＡＣフレーム先頭のブロードキャスト領域ＢＣのＲＦＣＨを用いて、各クラスの初期バックオフウィンドウサイズ、ＰＦ、およびそのＭＡＣフレームにおけるＲＡスロット数とその位置の情報を送信する。無線端末は毎ＭＡＣフレームのＲＦＣＨを受信することで、最新のパラメータを持つ。
【００３４】
無線端末において送信データが発生した場合、初期バックオフウィンドウサイズからバックオフスロット数を算出する。算出されるバックオフスロット数は、0 〜（初期バックオフウィンドウサイズ−１) の範囲の乱数を用いる。そして、ＭＡＣフレームのＲＡ領域において、算出したバックオフスロット数だけバックオフを実施したのち、ＲＡスロットにおいて帯域割当要求を送信する。送信データの発生したＭＡＣフレームにおけるＲＡスロット数が、算出したバックオフスロット数よりも少ない場合、バックオフの動作は次ＭＡＣフレームにおいて引き続き実施される。
【００３５】
このように、無線端末で実施されるバックオフは、無線基地局で決定された初期バックオフウィンドウサイズおよびＰＦを元に算出されたバックオフ・スロット数だけ行われる。したがって、クラス毎に初期バックオフウィンドウサイズおよびＰＦを設定することで、優先制御を実現することができる。
【００３６】
本発明は、これらのアクセスパラメータの設定に関するものであり、無線基地局において、初期バックオフウィンドウサイズをどのように決定するかについて以下に説明する。
【００３７】
アクセスパラメータの算出手順では、ＰＦは固定値とし、初期バックオフウィンドウサイズのみを動的に変えるものとする。また、無線アクセスシステムでは、通信品質クラスとして、優先クラス、非優先クラスを設け、優先クラスでは“平均遅延時間≦要求品質閾値”で規定されるＱｏＳを提供する。非優先クラスはベストエフォートとする。発生トラヒックに応じ、優先、非優先、両クラスのアクセスパラメータを制御することにより、非優先クラスのトラヒックを抑制し、優先クラスの通信品質を維持することとする。両クラスのアクセスパラメータの算出は基地局で行い、算出された値は報知チャネルを用いて各無線端末へ通知される。
【００３８】
図５は、アクセスパラメータの算出手順の概要を示す。
図５において、アクセスパラメータの算出は、優先クラスのアクセスパラメータ暫定値算出処理（Ｓ１）、非優先クラスのアクセスパラメータ算出処理（Ｓ２）、優先クラスのアクセスパラメータ補正値算出処理（Ｓ３）の３つのステップにより行われる。
【００３９】
優先クラスのアクセスパラメータ暫定値算出処理（Ｓ１）では、非優先トラヒックはないものとして優先クラスのアクセスパラメータの暫定値を算出する。
非優先クラスのアクセスパラメータ算出処理（Ｓ２）では、処理Ｓ１で算出された優先クラスのアクセスパラメータの暫定値を考慮し、非優先クラスのアクセスパラメータの値を算出する。
優先クラスのアクセスパラメータ補正値算出処理（Ｓ３）では、処理Ｓ２で算出された非優先クラスのアクセスパラメータの値を考慮し、処理Ｓ１で算出された優先クラスのアクセスパラメータの暫定値を補正する。
【００４０】
以下、各クラスのアクセスパラメータとして、優先クラスおよび非優先クラスの各初期バックオフウィンドウサイズを算出する手順について具体的に説明する。まず、端末動作のマルコフ遷移モデル近似について図６に示す。
【００４１】
図６において、マルコフ遷移モデルの変数は次の通りである。
Ｐg ：データ発生確率
Ｗn ：送信回数がｎ＋１の場合のウィンドウサイズ
Ｐ：データ送信失敗確率
マルコフ遷移モデル中の状態Ｉはデータ発生待ち状態（アイドル状態) であり、状態Ｂ（ｍ，ｎ）はバックオフを実施している状態を表す。なお、ｍは再送回数であり、ｎは残りバックオフスロット数である。
【００４２】
また、初期バックオフウィンドウサイズおよびデータ発生確率Ｐg は通信クラス毎に異なるため、図１に示す無線アクセスシステムにおいて、優先クラスのマルコフ遷移モデル、非優先クラスのマルコフ遷移モデルがそれぞれ存在する。
【００４３】
優先クラスおよび非優先クラスの初期バックオフウインドウサイズ、送信確率、データ発生確率をそれぞれ次のように定義する。
優先クラス ：Ｗ0h，τh ，Ｐgh
非優先クラス：Ｗ0l，τl ，Ｐgl
それぞれの関係式は、優先クラスのマルコフモデルを解くことにより式(1) , 式(2) が得られ、非優先クラスのマルコフモデルを解くことにより式(3) ，式(4) が得られる。
【００４４】
【数１】
【００４５】
なお、式中のｍは最大再送回数、ｐh ，ｐl ，ｎh ，ｎl はそれぞれ、優先クラスの送信失敗確率、非優先クラスの送信失敗確率、優先クラスの端末数、非優先クラスの端末数である。優先クラスのデータ発生確率Ｐgh、非優先クラスのデータ発生確率Ｐglは、基地局で測定された受信データの受信間隔から算出できる。したがって、式(1) から式(4) には、変数Ｗ0h，ｐh ，τh ，Ｗ0l，ｐl ，τl が含まれる。
【００４６】
ここで、伝送遅延時間規定を満たす優先クラスのパラメータＷ0h，ｐh ，τh の暫定値を算出する。このとき、図５の処理Ｓ１に示すように、非優先クラスの影響がないものとして計算する。すなわち、式(2) の第２項を削除して式(2')とする。また、平均伝送遅延時間（平均Delay ）は、ランダムアクセススロットの時間長をＴerssとして、式(5) から得られる。
【００４７】
【数２】
【００４８】
以上の式(1) ，式(2')，式(5) を解いて伝送遅延時間規定を満たす優先クラスのパラメータＷ0h，ｐh ，τh の値を決め、優先クラスの初期バックオフウインドウサイズＷ0hの暫定値を算出する。
【００４９】
次に、優先クラスの初期バックオフウインドウサイズＷ0hの暫定値に対する優先クラスの送信確率τh を用いて、式(3) ，式(4) から非優先クラスのパラメータＷ0l，ｐl，τlを算出する。このとき、式(6) に示すスループットＳを最大化する値を求める。
【００５０】
【数３】
【００５１】
次に、非優先クラスの送信確率τl を用いて、優先クラスの送信失敗確率ｐh を式(2'') に基づいて補正し、さらに優先クラスの初期バックオフウインドウサイズＷ0hの暫定値を補正する。補正は、遅延時間が変化しないように補正値ΔＷ0hを算出する。
【００５２】
【数４】
【００５３】
図７は、本発明の無線基地局の構成例を示す。
図７において、無線基地局１０は、受信部１１、トラヒック測定部１２、ウィンドウサイズ算出部１３、報知信号生成部１４、送信部１５により構成される。無線端末２０は、受信部２１、通信制御部２２、送信部２３ににより構成される。
【００５４】
トラヒック測定部１２は、受信部１１から受信データの受信間隔を取得し、優先クラスのデータ発生確率Ｐgh、非優先クラスのデータ発生確率Ｐglを算出してウィンドウサイズ算出部１３に出力する。バックオフウィンドウサイズ算出部１３は、図５に示す３つの処理Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に従って、優先クラスの初期バックオフウインドウサイズＷ0h、非優先クラスの初期バックオフウィンドウサイズＷ0lを算出し、報知信号生成部１４に出力する。報知信号生成部１４は、当該情報を報知信号として生成し、送信部１５を介して無線端末２０に通知する。無線端末２０は、報知信号を受信し、当該情報に従って送信タイミングを制御する。
【００５５】
ところで、対象の無線アクセスシステムでは、異なるＱｏＳを提供するために複数の通信品質クラスが定義される。通信品質クラス毎に満足すべきＱｏＳの具体的指標が定義される。ＱｏＳの具体的指標が平均伝送遅延時間とした場合に、上記の例に示す優先クラス、非優先クラスにおいて、優先クラスは平均遅延時間が60秒以下とし、非優先クラスはベストエフォートとする。
【００５６】
無線基地局１０は、無線端末２０がデータを送信する場合に用いるアクセス方式のパラメータ（初期バックオフウィンドウサイズ、ＰＦ) を周期的に報知する。アクセス方式のパラメータはクラス毎に異なり、無線端末２０は送信データの属するクラスのアクセス方式パラメータを必ず用いる。
【００５７】
無線基地局１０では、無線端末２０から送信されるデータの通信状況をクラス毎に管理する。管理単位は端末毎ではなく、クラス毎に管理する。具体的には、受信データのデータサイズ、および伝送遅延時間を記録し、各クラス毎にそれぞれの値を保持する。
【００５８】
無線基地局１０において算出する平均伝送遅延時間の算出方法は、ある時間単位で区切りその時間内に到着したデータで平均伝送遅延時間を算出する方法ａ、受信データを受信データ数毎に区切り平均伝送遅延時間を算出する方法ｂ、時間領域または受信データ数に対してスライディング・ウィンドウを設け、そのウィンドウ内で平均伝送遅延時間を算出する方法ｃ、などを用いる。
受信データサイズについても同様である。
【００５９】
無線基地局１０で測定された情報から無線端末のトラヒック生成動作を表すマルコフ遷移モデルを作成し、所要伝送遅延時間から適切なアクセス方式のパラメータを算出し、その値を無線基地局から無線端末へ送信する。
【００６０】
適切なパラメータを算出する方法として、
(1) 優先クラスのみでパラメータの暫定値を算出する。
(2) 処理(1) で求めた暫定値を加味して非優先クラスのパラメータを算出する。
(3) 非優先クラスのパラメータから決まる優先クラスへの影響を考慮し、処理(1) で求めたパラメータ暫定値を補正する。
【００６１】
処理(1) において、優先クラスの伝送遅延時間を考慮してパラメータを算出する。
処理(2) では、非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する。
【符号の説明】
【００６２】
１ 基地局装置
２ 端末装置（優先クラス）
３ 端末装置（非優先クラス）
１０ 無線基地局
１１ 受信部
１２ トラヒック測定部
１３ ウィンドウサイズ算出部
１４ 報知信号生成部
１５ 送信部
２０ 無線端末
２１ 受信部
２２ 通信制御部
２３ 送信部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御方法において、
前記基地局装置は、前記非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、前記優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する
ことを特徴とする優先制御方法。
【請求項２】
無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御方法において、
前記基地局装置は、非優先クラスの所定の伝送品質を満たすパラメータを求める際に、前もって求めた前記優先クラスのパラメータの暫定値を用いて前記非優先クラスのパラメータを算出する
ことを特徴とする優先制御方法。
【請求項３】
無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御方法において、
前記基地局装置は、
前記非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、前記優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する第１のステップと、
前記第１のステップで得られた前記優先クラスのパラメータの暫定値を用いて、前記非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する第２のステップと、
前記第２のステップで得られた前記非優先クラスのパラメータを用いて、前記優先クラスのパラメータの暫定値を補正する際に、前記優先クラスの通信品質に影響を与えないように補正して最終的なパラメータを算出する第３のステップと
を有することを特徴とする優先制御方法。
【請求項４】
請求項１または請求項３に記載の優先制御方法において、
前記優先クラスのパラメータの暫定値は、前記優先クラスのマルコフ遷移モデルを解いて得られる式(1) ，式(2')、および伝搬遅延時間を規定する式(5) を用いて算出する
【数５】
ことを特徴とする優先制御方法。
【請求項５】
請求項３に記載の優先制御方法において、
前記非優先クラスのパラメータの暫定値は、前記非優先クラスのマルコフ遷移モデルを解いて得られる式(3) ，式(4) 、および前記非優先クラスのスループットを最大化する式(6) を用いて算出する
【数６】
ことを特徴とする優先制御方法。
【請求項６】
無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御システムにおいて、
前記基地局装置は、
前記非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、前記優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する第１の手段と、
前記第１の手段で得られた前記優先クラスのパラメータの暫定値を用いて、前記非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する第２の手段と、
前記第２の手段で得られた前記非優先クラスのパラメータを用いて、前記優先クラスのパラメータの暫定値を補正する際に、前記優先クラスの通信品質に影響を与えないように補正して最終的なパラメータを算出する第３の手段と、
前記優先クラスおよび前記非優先クラスのパラメータを前記端末装置に報知する手段と
を備えたことを特徴とする優先制御システム。
【請求項７】
無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御システムの基地局装置において、
前記非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、前記優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する第１の手段と、
前記第１の手段で得られた前記優先クラスのパラメータの暫定値を用いて、前記非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する第２の手段と、
前記第２の手段で得られた前記非優先クラスのパラメータを用いて、前記優先クラスのパラメータの暫定値を補正する際に、前記優先クラスの通信品質に影響を与えないように補正して最終的なパラメータを算出する第３の手段と、
前記優先クラスおよび前記非優先クラスのパラメータを前記端末装置に報知する手段と
を備えたことを特徴とする基地局装置。
【請求項１】
無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御方法において、
前記基地局装置は、前記非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、前記優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する
ことを特徴とする優先制御方法。
【請求項２】
無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御方法において、
前記基地局装置は、非優先クラスの所定の伝送品質を満たすパラメータを求める際に、前もって求めた前記優先クラスのパラメータの暫定値を用いて前記非優先クラスのパラメータを算出する
ことを特徴とする優先制御方法。
【請求項３】
無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御方法において、
前記基地局装置は、
前記非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、前記優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する第１のステップと、
前記第１のステップで得られた前記優先クラスのパラメータの暫定値を用いて、前記非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する第２のステップと、
前記第２のステップで得られた前記非優先クラスのパラメータを用いて、前記優先クラスのパラメータの暫定値を補正する際に、前記優先クラスの通信品質に影響を与えないように補正して最終的なパラメータを算出する第３のステップと
を有することを特徴とする優先制御方法。
【請求項４】
請求項１または請求項３に記載の優先制御方法において、
前記優先クラスのパラメータの暫定値は、前記優先クラスのマルコフ遷移モデルを解いて得られる式(1) ，式(2')、および伝搬遅延時間を規定する式(5) を用いて算出する
【数５】
ことを特徴とする優先制御方法。
【請求項５】
請求項３に記載の優先制御方法において、
前記非優先クラスのパラメータの暫定値は、前記非優先クラスのマルコフ遷移モデルを解いて得られる式(3) ，式(4) 、および前記非優先クラスのスループットを最大化する式(6) を用いて算出する
【数６】
ことを特徴とする優先制御方法。
【請求項６】
無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御システムにおいて、
前記基地局装置は、
前記非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、前記優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する第１の手段と、
前記第１の手段で得られた前記優先クラスのパラメータの暫定値を用いて、前記非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する第２の手段と、
前記第２の手段で得られた前記非優先クラスのパラメータを用いて、前記優先クラスのパラメータの暫定値を補正する際に、前記優先クラスの通信品質に影響を与えないように補正して最終的なパラメータを算出する第３の手段と、
前記優先クラスおよび前記非優先クラスのパラメータを前記端末装置に報知する手段と
を備えたことを特徴とする優先制御システム。
【請求項７】
無線回線を介して接続される基地局装置と複数の端末装置との無線通信で、送信データ毎に設定された優先クラスおよび非優先クラスに従った優先制御を行う優先制御システムの基地局装置において、
前記非優先クラスのトラヒックはないと仮定して、前記優先クラスの規定の伝送遅延時間を満たすパラメータの暫定値を計算する第１の手段と、
前記第１の手段で得られた前記優先クラスのパラメータの暫定値を用いて、前記非優先クラスのスループットを最大化するパラメータを算出する第２の手段と、
前記第２の手段で得られた前記非優先クラスのパラメータを用いて、前記優先クラスのパラメータの暫定値を補正する際に、前記優先クラスの通信品質に影響を与えないように補正して最終的なパラメータを算出する第３の手段と、
前記優先クラスおよび前記非優先クラスのパラメータを前記端末装置に報知する手段と
を備えたことを特徴とする基地局装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４６３３０（Ｐ２０１３−４６３３０Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４３５４（Ｐ２０１１−１８４３５４）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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