無線移動ネットワークにおいてスケーラブルビデオ符号化ストリームをスケジューリングする方法
【課題】無線移動ネットワークにおいて１つ又は複数のユーザへのスケーラブルビデオ符号化（ＳＶＣ）ストリームをスケジューリングする方法を提供する。
【解決手段】ユーザに送信される層の重要性と、ユーザとノード又は基地局との間のチャネルの可能な送信レートとに基づいて動作するファジー論理推論に基づいて、全ての利用可能な物理リソースブロック（ＰＲＢ）及びユーザの中で、最も高い効用を有するＰＲＢ／ユーザ対が求められ（３１０、３１２、３１４）、対のユーザにその対のＰＲＢが配分される（３１６）。
【解決手段】ユーザに送信される層の重要性と、ユーザとノード又は基地局との間のチャネルの可能な送信レートとに基づいて動作するファジー論理推論に基づいて、全ての利用可能な物理リソースブロック（ＰＲＢ）及びユーザの中で、最も高い効用を有するＰＲＢ／ユーザ対が求められ（３１０、３１２、３１４）、対のユーザにその対のＰＲＢが配分される（３１６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線移動ネットワークの分野に関し、より詳細には、無線移動ネットワーク内の１つ又は複数のユーザへのスケーラブルビデオ符号化（ＳＶＣ）ストリームをスケジューリングする方法に関する。実施の形態は、スケーラブルビデオ符号化（ＳＶＣ）が用いられる無線移動ネットワークにおいて複数のユーザへのビデオストリームをスケジューリングする問題に対処し、スケーラブルビデオの無線送信のための、ファジー論理コントローラに基づくコンテンツアウェア／チャネルアウェアスケジューラを提供する。
【背景技術】
【０００２】
無線ネットワークにわたってマルチメディアアプリケーション及びマルチメディアサービスをサポートすることは、限られた帯域幅、限られたバッテリ電力、時間とともに変動するランダムなチャネル条件、及びサービス品質（ＱｏＳ）要件等の制約及び不均一性に起因して困難である。
【０００３】
チャネルアウェアでないスケジューラは、チャネル状態条件を利用しない。これらのスケジューラは基本的に、遅延制約及びスループット制約を満たすことに焦点をおき、ラウンドロビンアルゴリズム、重み付け公平キューイング（ＷＦＱ）アルゴリズム、及び優先度に基づくアルゴリズムを含む。そのようなアルゴリズムは、完全なチャネル条件、無損失、及び無制限の電源を仮定する。しかしながら、無線媒体及びユーザ移動性の特性に起因して、これらの仮定は完全には有効でない。ＢＳ（基地局）ダウンリンクスケジューラは、移動受信機から報告を返される、搬送波対干渉雑音比（ＣＩＮＲ）を含むチャネル情報、例えばＣＳＩ（チャネル状態情報）を用いることができる。チャネルアウェアアルゴリズムのほとんどは、チャネル条件がフレーム期間内で変化しないと仮定する。チャネル情報が送信機及び受信機の双方において知られていることも仮定される。通常、スケジューラは、より良好なチャネル品質を有するユーザを優先して、マルチユーザダイバーシティ及びチャネルフェージングを利用する。しかしながら、公平性要件を満たすために、スケジューラは、他のユーザの要件も検討する必要があり、幾つかの補償メカニズムを導入する必要がある。
【０００４】
コンテンツアウェアでない戦略（例えば、非特許文献１、非特許文献２、及び非特許文献３を参照されたい）では、受信ビデオのサービス品質は、パケット遅延、パケット損失率、又はデータレートの包括的観点から測定される。一般に、これらの方法は、経時的な、ユーザにわたる無線チャネルの変動性を利用し、複数のユーザにわたる公平性を維持しながら、利用可能なリソースの大部分を、高データレートをサポートすることができる良好なチャネル品質を有するユーザに配分する。これに関して、これらの戦略は、効用関数を最大にすることを試み、この効用関数は、各ユーザの現在の平均スループットの関数、又は各ユーザのヘッドオブラインパケットのキュー長若しくは遅延の関数として定義される。
【０００５】
しかしながら、ビデオ品質は、データレート、遅延、又はデータ損失の単純な関数ではなく、ビデオストリームの様々なセグメントにおける損失及び誤りの影響によって様々な形で影響を受ける（非特許文献３を参照されたい）。これは、１つの基本層及び複数の向上層を含むＳＶＣビデオストリームにおいて明らかである。基本層が受信されている限り、受信機はビデオストリームを復号することができる。より多くの向上層が受信されると、復号されるビデオ品質は改善される。マルチユーザビデオ送信では、これによって、コンテンツアウェアスケジューリングポリシがネットワークリソースの利用を最適化する際に利用することができる或るタイプのマルチユーザコンテンツダイバーシティが導入される。コンテンツアウェア方法の例は、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献６、非特許文献７、及び非特許文献８において見出すことができる。
【０００６】
非特許文献５は、サブフローの概念を導入している。この概念では、ビデオフロー（ビットストリーム）が、サブフローの遅延制約、及び復号されたビデオの全体歪みの観点での相対的優先度に基づいて、幾つかのサブフローに分割される。この概念は、８０２．１１ｅ ＷＬＡＮ ＭＡＣの優先順位付けスケジューリング機能と組み合わされる。この手法の１つの欠点は、この手法が、限られた数の優先度クラスしか可能にしない８０２．１１ｅ ＭＡＣに限定されることである。この結果、ビデオストリームのサブフロー差別化が限られることになり、このため、マルチユーザコンテンツダイバーシティからの利得が限られることになる。さらに、マルチユーザチャネルダイバーシティが利用されない。
【０００７】
非特許文献７は、ユーザごとの、コンテンツアウェアのパケット再順序付け、及びマルチユーザコンテンツアウェア優先度に基づくスケジューリングを提案している。ユーザ優先度は、各タイムスロットにおいて、多次元効用関数を最大にすることに基づいて求められる。多次元効用関数は、ユーザの歪みを最小にし、かつ（誤りのない）ユーザごとのデータレートを最大にすることを目的とする。コンテンツに基づく長期公平性も効用関数に含まれる。しかしながら、最適なマルチユーザ送信プロファイルは扱いにくく、スケジューラによって近似準最適解が用いられる。さらに、全てのタイムスロットにおいて多次元最適化を行うことが本質にあり、それによって、ユーザ及び利用可能なチャネルの数とともに計算複雑度が増大する。
【０００８】
非特許文献９は、勾配に基づくスケジューリング及びリソース配分アルゴリズムを提案している。このアルゴリズムは、コンテンツ、期限要件、及び過去の配分履歴に応じて、様々なユーザの送信を優先順位付けする。シミュレーション結果は、提案されているアルゴリズムが、コンテンツを意識しない（content-blind）アルゴリズム及び期限を意識しない（deadline-blind）アルゴリズムよりも性能が優れており、輻輳したネットワークにおける平均ＰＳＮＲの観点で６ｄＢもの利得を有することを示している。この方式は、その配分プロセスにおいてチャネル条件を明示的に検討しない。無線環境では、これによって、非常に不良なチャネル条件を有する幾つかのユーザが、それらのユーザのビデオ品質要件を満たすために、利用可能なチャネルリソースのほとんど全てを用い、全体性能が不良となる。これを回避するために、所定のしきい値未満のチャネル品質を有するユーザへのアクセスを拒否することが提案されているが、これによって無線カバレッジが制限される。
【０００９】
上記の方式によって共有される共通の手法は、スケジューリングの優先度を求めるのに、品質又は歪みの精密な数値又は「クリスプ」値に依拠することである。しかしながら、ビデオ品質は主観的なものであり、ビデオストリームの様々なセグメント間の重要度を、ビデオ品質に対するそれらのセグメントの相対的影響に基づいて区別することは比較的簡単である一方、これらの差を定量化することは困難である。上記の提案はいずれも、コンテンツアウェアスケジューリングとチャネルアウェアスケジューリングとの間の本質的矛盾、及びこのトレードオフを管理することによる無線カバレッジ向上の可能性を検討していない。
【００１０】
ファジーコントローラを用いて無線システムにおけるビデオデータのストリーミングを制御する問題を扱う複数の刊行物が存在する。例えば、M. Flurry他による刊行物の非特許文献１０は、無線ネットワークにおいてビデオストリーミングの制御にファジー制御論理を適用する基本的な可能性を記載している。ＳＶＣデータのためにファジー論理コントローラを用いることは、非特許文献１１によって記載されている。ファジー論理制御を用いてビデオストリーミングを制御する可能性が記載されているが、ファジー論理への入力変数は、ビデオストリーミングの詳細を検討せず、特にスケーラブルビデオ符号化（ＳＶＣ）ストリームの詳細を一切検討していない。
【００１１】
このため、従来技術による手法では、従来から、リソース配分のために二分決定が用いられてきた。例えば、ユーザは特定のレートでサービス提供されるべきであるか、又はドロップされるべきであるかのいずれかである。このため、より低い品質でより多くのユーザにサービス提供するか、又はより高い品質でより少ないユーザにサービス提供するかに関する論点が常に存在していた。無線リソースが限られていることに起因して、セルエッジ容量と全体システム容量との平衡をとることが、従来技術の手法において常に問題であったが、従来のシステムは、他のセルからのハンドオーバー、予期しないトラフィック上昇等を許容するために、意図的に全負荷で動作しない（負荷マージン）。これによって、非効率的なリソース利用となる。
【００１２】
従来技術による手法の上述した制限は、チャネルアウェアのみの手法又はコンテンツアウェアのみの手法に基づいてユーザにサービス提供する既知の手法を示す図１に関して、以下でより詳細に説明する。
【００１３】
図１（ａ）において、セル１００内のユーザにサービス提供する基地局ＢＳを有する無線ネットワークの１つのセルの概略図が示されている。セルはエッジ領域１０２を含み、図１（ａ）に示す例では、２つのユーザＵＥ１及びＵＥ２が基地局ＢＳによってサービス提供されている。ユーザＵＥ１はセル１００の中心領域１０４内にあるのに対し、ユーザＵＥ２はセルエッジ１０２にある。チャネルアウェアのみの手法を適用する場合、良好なチャネル条件を有するユーザがサービス提供される一方、不良なチャネル条件を有するユーザは無視される。図１（ａ）に示す場合では、セル１００の中心領域１０４内のユーザは一般に、良好なチャネル条件、より詳細には、セルエッジ１０２におけるユーザＵＥ２のチャネル条件よりも良好なチャネル条件を有し、それによって、チャネルアウェアのみの手法を適用する場合、ユーザＵＥ１がサービス提供される一方、ユーザＵＥ２は無視されることになる。
【００１４】
図１（ｂ）は、ユーザＵＥ１及びＵＥ２を有する図１（ａ）のセルを示し、コンテンツアウェアのみの手法を適用するときの状況を示している。そのような手法を適用する場合、システムは全ての需要にサービス提供することを試みるが、不良なチャネル条件を有するセルエッジ１０２におけるユーザＵＥ２のようなユーザがより多くのリソースを割り当てられ、それによって、最終的に、システムはリソースが不足し、これによってセル１００の中心領域におけるユーザＵＥ１にサービス提供することができない。このため、従来技術による手法は、ネットワーク全体に対する良好なビデオ配信の提供を可能にしない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】P. Falconio及びP. Dini、「Design and performance evaluation of packet scheduler algorithms for video traffic in the high speed downlink packet access」、Proc. IEEE PIMRC, Barcelona, Spain, Sep. 2004, pp. 2202-2206
【非特許文献２】D. Tse及びP. Viswanath、Fundamentals of Wireless Communication、Cambridge-University-Press, 2005
【非特許文献３】H. Wang、L. Kondi、A. Luthra、及びS. Ci、4G Wireless Video Communications、John-Wiley-and-Sons, 2009
【非特許文献４】G. Liebl、H. Jenkac、T. Stockhammer、及びC. Buchner、「Radio link buffer management and scheduling for wireless video streaming」、Telecommunication Systems, Springer Science & Business Media B.V., vol. 30/1-3, pp. 255-277, Nov. 2009
【非特許文献５】M. van der Schaar、Y. Andreopoulos、及びZ. Hu、「Optimized scalable video streaming over IEEE 802.11a/e HCCA wireless networks under delay constraints」、IEEE Trans. on Mobile Computing, vol. 5, no. 6, pp. 755-768, 2006
【非特許文献６】L. Choi、W. Kellerer、及びE. Steinbach、「On cross-layer design for streaming video delivery in multiuser wireless environments」、Eurasip Journal on Wireless Communication and Networking, vol. 2006, pp. 1-10, 2006
【非特許文献７】P. V. Pahalawatta、R. Berry、T. N. Pappas、及びA. K. Katsaggelos、「Content-aware resource allocation and packet scheduling for video transmission over wireless networks」、IEEE Journal on Sel. Areas on Commun., vol. 25, no. 4, pp. 749-759, 2007
【非特許文献８】J. Huang、Z. Li、M. Chiang、及びA. K. Katsaggelos、「Joint source adaptation and resource allocation for multi-user wireless video streaming」、IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Technology, vol. 18, no. 5, pp. 582-595, 2008
【非特許文献９】X. Ji、J. Huang、M. Chiang、G. Lafruit、及びF. Catthoor、「Scheduling and resource allocation for SVC streaming over OFDM downlink systems」、IEEE Trans. on Circuits and Systems, vol. 19, no. 10, pp. 1549-1555, 2009
【非特許文献１０】M. Flurry他、「Resource-Aware Fuzzy Logic Control of Video Streaming over IP and Wireless Networks」
【非特許文献１１】X. Wang、「Using Fuzzy Logic Controller to Implement Scalable Quality Adaptation for Stored Video in DiffServ Networks」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、ファジー論理を用いて、無線移動ネットワーク内の１つ又は複数のユーザへのスケーラブルビデオ符号化（ＳＶＣ）ストリームをスケジューリングする改善された手法を提供することである。
【００１７】
この目的は、請求項１に記載の方法、請求項１３に記載のコンピュータプログラム製品、請求項１４に記載の無線移動ネットワーク、及び請求項１５に記載の無線移動ネットワークのノードによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の実施の形態は、無線移動ネットワークにおいて１つ又は複数のユーザへのスケーラブルビデオ符号化（ＳＶＣ）ストリームをスケジューリングする方法であって、
（ａ）利用可能な物理リソースブロック（ＰＲＢ）及びユーザの中で、最も高い効用を有するＰＲＢ／ユーザ対を求めるステップと、
（ｂ）前記対の前記ユーザに前記対の前記ＰＲＢを配分するステップと、
を含み、前記効用は、ファジー論理推論を用いて求められ、該ファジー推論の前記入力は、前記ユーザにスケジューリングされる前記ＳＶＣストリームの層の重要性と、前記ＰＲＢにわたる前記ユーザの送信レートとを含む、無線移動ネットワークにおいて１つ又は複数のユーザへのスケーラブルビデオ符号化ストリームをスケジューリングする方法を提供する。
【００１９】
実施の形態によれば、各ＰＲＢは、前記無線移動ネットワークのノードと前記ユーザとの間の、ユーザ依存の、時間とともに変動する対応するチャネル品質を含み、該チャネル品質は、前記ＰＲＢにわたる前記ユーザの最大可能送信レートによって表され、前記ＳＶＣストリームは複数の層を含み、先行層は該層の従属層のいずれよりも高いか又は低い層インデックスを有し、前記先行層は、該層の従属層のいずれよりも前に前記ユーザに送信され、前記重要性は、前記ユーザに送信されるＳＶＣ層の重要度を、該ＳＶＣ層の前記層インデックスに基づいて示す。
【００２０】
前記ファジー論理推論の前記ファジールールは、
（１）重要性が高い場合、効用は高い、
（２）重要性が低い場合、効用は低い、
（３）レートが高い場合、効用は高い、
（４）レートが低い場合、効用は低い、
を含むことができる。
【００２１】
実施の形態によれば、前記ファジー論理推論はゼロ次菅野ファジー推論であり、該ゼロ次菅野ファジー推論に基づいて、前記効用は以下のように表され、
【数１】
ｕｉ＝効用、
μＶ＝クリスプ値を有する重要性のメンバシップの度合い又はメンバシップ関数、
μＲ＝クリスプ値を有するレートのメンバシップの度合い又はメンバシップ関数、
ｖｉ（ｔ，ｋ，φ）＝タイムスロットｔにおいてＰＲＢφの副搬送波ｋを用いてユーザに送信される、最も高い重要性を有するＳＶＣストリーム層の重要性、
ｒｉ（ｔ，ｋ，φ）＝タイムスロットｔにおいてＰＲＢφの副搬送波ｋを用いてＰＲＢφにおいて達成可能なユーザのビットレート、
ＶＨＩＧＨ＝高重要性集合、
ＲＨＩＧＨ＝高レート集合、
ＵＶ（ＶＨＩＧＨ）＝α、
ＵＲ（ＲＨＩＧＨ）＝１−α、及び
α＝ＳＶＣストリームのスケジューリング時に、コンテンツアウェアネスとチャネルアウェアネスとの間のトレードオフを決定する効用係数、
である。
【００２２】
実施の形態によれば、前記無線移動ネットワークは１つ又は複数のノードを備え、ノードは複数のユーザにサービス提供し、前記ＳＶＣストリームのピクチャ群（ＧＯＰ）は複数のタイムスロットの間に送信され、各タイムスロットは複数のＰＲＢを含み、各ＰＲＢは複数の副搬送波を含み、前記方法はタイムスロットごとに、かつタイムスロットにおける副搬送波ごとにステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返す。それぞれの前記ユーザに送信されるＳＶＣストリームデータをバッファリングすることができ、前記方法は、
（ｉ）現在のタイムスロットについて、ＳＶＣストリームデータがバッファリングされる、前記ノードによってサービス提供されるアクティブなユーザが存在するか否かを判断するステップと、
（ｉｉ）アクティブなユーザが存在する場合、前記現在のタイムスロットにおいて利用可能な配分されていないＰＲＢが存在するか否かを判断するステップと、
（ｉｉｉ）利用可能な配分されていないＰＲＢが存在しない場合、前記次のタイムスロットに進むステップと、
（ｉｖ）利用可能な配分されていないＰＲＢが存在する場合、前記バッファリングされたＳＶＣストリームデータによって表されるＳＶＣストリーム層の前記重要性を求め、アクティブなユーザごとに、前記現在のタイムスロットにおける全ての配分されていないＰＲＢの前記品質を求めるステップと、
（ｖ）ユーザごとに、前記層重要性及び前記ＰＲＢ品質のファジー論理関数として全ての配分されていないＰＲＢの前記効用を求めるステップと、
（ｖｉ）前記効用を最大にする前記ユーザ−ＰＲＢ対を選択するステップと、
を含むことができる。
【００２３】
さらに、前記方法は、
（ｖｉｉ）前記現在のタイムスロットにおける配分されていないＰＲＢのリストから前記選択されたＰＲＢを除去するステップと、
（ｖｉｉｉ）前記選択されたユーザのバッファを更新するステップと、
（ｉｘ）ステップ（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）を繰り返すステップと、
を含むことができる。
【００２４】
ステップ（ｉｉｉ）において、前記次のタイムスロットは前記現在のタイムスロットとなる場合があり、前記方法はステップ（ｉｉ）に戻る。
【００２５】
実施の形態によれば、前記ＳＶＣストリームの層の前記重要性は以下のように求められ、
【数２】
ＮＬ＝前記ユーザの単一のＧＯＰ内の層の総数
である。
【００２６】
実施の形態によれば、時点ｔにおける前記ＰＲＢφにわたる前記ユーザｉの前記送信レートは以下のように求められ、
ｒｉ（ｔ，φ）＝ＧｍｕｘＢｌｏｇ２（１＋εｉ(φ)γｉ（ｔ，φ））
γｉ（ｔ，φ）＝推定受信信号対雑音比（ＳＮＲ）、
Ｇｍｕｘ＝ＭＩＭＯ空間多重化利得、及び
εｉ（φ）＝γｉ（ｔ，φ）の場合の許容推定誤差、
である。
【００２７】
実施の形態によれば、平均品質、及び重要性が正規化されたスループットに基づいて前記ユーザの前記スケジューリングの前記性能が評価される。前記ノードから距離ｄにあるユーザｉについて、前記平均品質、及び前記重要性が正規化されたスループットは以下のように求められ、
【数３】
ＮＬ＝前記ユーザｉのＧＯＰ内の層の総数、
ρｌ＝層ｌの前記先行層のうちのいずれかが欠落している場合にゼロであり、そうでない場合に１、
Ｓｉ，ｌ（ｄ）＝前記遅延期限の前に送信されるユーザｉの層ｌのビット数、
Ｎｂｉｔｓ（ｌ，ｉ）＝ユーザｉの層ｌのビット数、
Ｅ｛Ｎｂｉｔｓ（ｌ，ｉ）｝＝Ｎｂｉｔｓ（ｌ，ｉ）の統計平均、
ｑｌ＝全てのｌ＋１個の層が誤りなく受信された場合に平均ＰＳＮＲであり、ｌ＜１の場合にゼロ、
であり、前記ノードに最も近い前記ｐ％のユーザの中の一ユーザについて、前記平均品質、及び前記重要性が正規化されたスループットは以下のように求められ、
【数４】
ｄｓｅｃ（ｐ）＝前記ｐ％のユーザによって占有されている前記ノードを中心とした前記セクタの半径、及び
ｆｄ（ｐ）＝ｄｓｅｃ（ｐ）によって定義された前記セクタ内の単一のユーザの前記距離ｄのｐｄｆ、
である。
【００２８】
本発明の実施の形態は、無線移動ネットワークであって、複数の基地局と、複数の移動ユーザであって、基地局は１つ又は複数の移動ユーザにサービス提供する、複数の移動ユーザと、を備え、前記基地局のうちの１つ又は複数は、本発明の方法に従って、前記基地局によってサービス提供される１つ又は複数のユーザにＳＶＣストリームをスケジューリングするためのスケジューラを備える、無線移動ネットワークを提供する。
【００２９】
本発明の実施の形態は、無線移動ネットワークのノードであって、本発明の方法に従って、該ノードによってサービス提供される１つ又は複数のユーザにＳＶＣストリームをスケジューリングするためのスケジューラを備える、無線移動ネットワークのノードを提供する。
【００３０】
このため、本発明は、セル中心ユーザ又はセルエッジユーザのみでなく、ネットワーク全体への良好なビデオ配信のための手法を提供する。本発明による手法によれば、ファジー論理理論を用いて、ビデオコンテンツの質的（言語的／意味論的）値と、チャネル品質の量的値とを組み合わせて、数値的な効用値を得る。これによって、コンテンツアウェアネスとチャネルアウェアネスとの間の平衡を提供することによって、ネットワーク全体にわたってビデオ配信を改善することが可能になる。この平衡は、コンテンツアウェアとチャネルアウェアとのトレードオフが利用されるように、システム要件に基づいて調整することができる。さらに、スケーラブルビデオのダウンリンク無線カバレッジが向上し、機能停止が最小にされる。トレードオフによって、カバレッジエリア全体を通じてユーザ体験全体が向上する。サポートされるユーザ数は、中断のない再生の場合、４０％も向上させることができる。さらに、短く知覚不可能な中断が許容される場合、８０％の向上が可能である。
【００３１】
本発明の実施の形態は、無線移動ネットワークにおいて複数のユーザへのビデオストリームをスケジューリングするための新たな手法、より詳細には、無線移動ネットワークにおいてユーザへのＳＶＣストリームをスケジューリングする手法を提供する。本発明による手法によれば、スケジューリングは、いわゆる「効用」に基づいて有効にされる。「効用」は、本発明の実施の形態によれば、ユーザに送信される層の重要性と、ユーザとノード又は基地局との間のチャネルの可能な送信レートとに基づいて動作するファジー論理推論に基づいて求められる。実施の形態によれば、全ての利用可能なＰＲＢの中で最も高いユーザ効用を有するＰＲＢ−ユーザ対が求められ、ユーザへのＳＶＣデータの送信を達成するために、その対のそれぞれのＰＲＢがユーザに配分される。
【００３２】
本発明の実施の形態によれば、マルチユーザコンテンツアウェア／チャネルアウェアに基づくスケジューリングアルゴリズムが教示され、このアルゴリズムでは、菅野ファジー論理推論法に基づいてユーザチャネルアクセス優先度が選択される。ファジー論理システム手法の利点は、この手法が、数値変数及び言語（質的）変数の双方を組み込んでいることである。この手法は、複数の判断基準を同時に検討し、小型の言語ルールベースを用いて人間の体験をモデル化する機能を有する。この研究との関連で、ファジー論理理論は、コンテンツ重要度が言語変数として表され、チャネル品質の数値と組み合わされ、スケジューリング優先度が求められることを可能にする。ファジー推論法を用いて、チャネルのユーザごとの品質推定値と、ユーザに送信される次のビデオデータの、コンテンツに依拠する重要度との多項式関数として、チャネル単位でユーザごとの動的効用を定義する。詳細には、多項式関数によって、ビデオ品質の向上のためのコンテンツアウェアネスと、より高いチャネルスループットのためのチャネルアウェアネスとの間のトレードオフが決まる。
【００３３】
本発明による手法は、短い時間スケールにわたる多次元最適化と関連付けられた計算複雑度を回避し、スケジューラの動的最適化及びスケーラビリティを可能にする。この手法は、スケジューリング優先度を求めるのに、品質又は歪みの精密な数値に依拠しない。しかしながら、ビデオ品質は主観的なものであり、ビデオストリームの異なるセグメント間の重要度を、それらのセグメントのビデオ品質に対する相対的な影響に基づいて区別するのは比較的簡単である一方、これらの差異を定量化するのは困難である。このため、本発明による手法は、コンテンツアウェアスケジューリングとチャネルアウェアスケジューリングとの間の本質的な対立を管理し、それらの間のトレードオフを管理することによって無線カバレッジを向上させる。
【００３４】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ユーザにサービス提供する既知の手法を示す図であり、図１（ａ）はチャネルアウェアのみの手法に基づいて動作する１つのセルの概略図であり、図１（ｂ）はコンテンツアウェアのみの手法に基づいて動作する１つのセルの概略図である。
【図２】ＳＶＣ符号化ビデオストリームのＧＯＰ構造を示す図である。
【図３】配分プロセスを実施する本発明によるスケジューラの一実施形態を示す概略図である。
【図４】図３のスケジューラのスケジューリング方法を示す流れ図である。
【図５】全ての利用可能なＰＲＢの効用（ＰＲＢ効用）を求める本発明によるプロセスを更に詳細に示すブロック図である。
【図６（ａ）】本発明による配分プロセスの一例であり、図６（ａ）は第１のタイムスロットの配分プロセスを示す図であり、図６（ｂ）は第２のタイムスロットの配分プロセスを示す図である。
【図６（ｂ）】本発明による配分プロセスの一例であり、図６（ａ）は第１のタイムスロットの配分プロセスを示す図であり、図６（ｂ）は第２のタイムスロットの配分プロセスを示す図である。
【図６（ｃ）】本発明による配分プロセスの一例であり、図６（ａ）は第１のタイムスロットの配分プロセスを示す図であり、図６（ｂ）は第２のタイムスロットの配分プロセスを示す図である。
【図７】１つの配分期間にわたるＰＲＢの時間／周波数分布を示す図である。
【図８（ａ）】本明細書において用いられるシンボルの表である。
【図８（ｂ）】本明細書において用いられるシンボルの表である。
【図９】様々なクラスのユーザ及びα＝０について、ＰＳＮＲ対ユーザ数のプロットを示す図である。
【図１０】様々なクラスのユーザ及びα＝０について、重要性が正規化されたスループット（normalized significance throughput）対ユーザ数を示す図である。
【図１１】様々なクラスのユーザ及びα＝０．２５について、重要性が正規化されたスループット対ユーザ数を示す図である。
【図１２】様々なクラスのユーザ及びα＝０．５について、重要性が正規化されたスループット対ユーザ数を示す図である。
【図１３】様々な最大遅延制約、ユーザの１００％、及びα＝０について、重要性が正規化されたスループット対ユーザ数を示す図である。
【図１４】様々な最大遅延制約、ユーザの２０％、及びα＝０．２５について、重要性が正規化されたスループット対ユーザ数を示す図である。
【図１５】様々な最大遅延制約、ユーザの１００％、及びα＝０．２５について、重要性が正規化されたスループット対ユーザ数を示す図である。
【図１６】様々な効用係数αについて、様々な数のセルエッジユーザ及びセル中心ユーザのスループットを示すグラフである。
【図１７】中断が許容される場合の、様々な効用係数αについて、様々な数のセルエッジユーザ及びセル中心ユーザのスループットを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の実施形態を、ＯＦＤＭＡ無線インタフェースを用いたセルラダウンリンクについて説明する。３セクタからなる六角形セルラダウンリンク直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）ネットワークの単一の１２０度のセクタが検討される。ここで、各セル（例えば図１を参照されたい）は、基地局（ＢＳ）によって３つの同一ロケーションにある指向性アンテナを用いてサービス提供され、各指向性アンテナはそのそれぞれのセクタにサービス提供する。タグ付けされたセクタは、そのセクタのエリアにわたって一様分布したＮ個のアクティブな無線ユーザにサービス提供する。各配分持続時間のシステム帯域幅はＭ個の物理リソースブロック（ＰＲＢ）に分割され、ＰＲＢは、帯域幅Ｂを有する固定数のＯＦＤＭＡ副搬送波及び固定数のシンボル持続時間にわたる多次元リソースユニットである。
【００３７】
同じＢＳの全てのセクタは同じＰＲＢを同時に用いることができる。近傍セルからの隣接するセクタがクラスタを形成する。近傍クラスタからの干渉は、セクタ化されたアーキテクチャ並びに伝搬パス損失及びフェージングによって実質的に軽減される。同じクラスタの近傍セクタが同じＰＲＢを決して同時に用いないことを確実にすることによって、全てのユーザについて同じクラスタのセクタ間の干渉を回避する単純なセル間協調アルゴリズムが仮定される。全てのユーザについてゼロのセル間干渉（ＩＣＩ）を確実にすることによって、各ユーザによって必要とされるＰＲＢ数が最小にされ、これによって、より多くのＰＲＢがセクタ内及びクラスタ内の他のユーザに利用可能にされる。
【００３８】
セクタに配分されるＰＲＢの数ｍ≦Ｍは、同じクラスタ内の他のセクタに対するセクタの平均予測トラフィック負荷（ビット／秒単位）要件の関数である。Ｌｃｌｕｓｔｅｒがクラスタ内の全てのセクタの総予測負荷を表し、Ｌｓｅｃｔｏｒがタグ付けされたセクタの負荷を表すものとし、ｍ≒Ｌｓｅｃｔｏｒ／Ｌｃｌｕｓｔｅｒとする。基地局は、各配分時に、一組のＮ個のユーザにｍ個のＰＲＢを配分することができる。各配分時に、複数のＰＲＢを単一のユーザに割り当てることができるが、各ＰＲＢは最大で１つのユーザにしか割り当てることができない。
【００３９】
チャネル条件が様々なＰＲＢ及び様々なユーザにわたって変動することが仮定される。チャネル条件は、時間、周波数（例えば周波数選択性マルチパスフェージング）、及びユーザロケーションとともに変動する。したがって、各ＰＲＢは、そのＰＲＢにわたるそのユーザの最大可能送信レートによって表される、ユーザ依存の、時間とともに変動する対応するチャネル品質を有する。ｒｉ（ｔ，φ）が、時点ｔにおけるＰＲＢφにわたるユーザｉの最大可能送信レート（ビット／秒）を表すものとする。このとき、
ｒｉ（ｔ，φ）＝ＧｍｕｘＢｌｏｇ２（１＋εｉ(φ)γｉ（ｔ，φ）） （１）
である。ここで、γｉ（ｔ，φ）は、ダイバーシティ合成（ＭＩＭＯアンテナダイバーシティ及びシャドーフェージングを含む）後の推定受信信号対雑音比（ＳＮＲ）であり、ＧｍｕｘはＭＩＭＯ空間多重化利得であり、εｉ（φ）はγｉ（ｔ，φ）の許容推定誤差である。γｉ（ｔ，φ）及びεｉ（φ）で構成される、ユーザからＢＳへのチャネル品質フィードバックは、チャネルのコヒーレンス時間内にスケジューラに提供されると仮定される。チャネル推定誤差の限界を考慮に入れることによって、送信中の誤差のリスクが最小にされる。
【００４０】
スケーラブルビデオ符号化
以下において、スケーラブルビデオ符号化（ＳＶＣ）方式が説明される。ＳＶＣストリームは基本層及び幾つかの向上層を有する。基本層が受信される限り、受信機はビデオストリームを復号することができる。より多くの向上層が受信されると、復号されるビデオ品質は改善される。ＳＶＣのスケーラビリティは、時間スケーラビリティ、空間スケーラビリティ、及び品質スケーラビリティを含む。時間スケーラビリティは、同じビデオを様々なフレームレートで表すことを指す。時間スケーラブルビットストリームは、図２に示すような階層予測構造を用いて生成される。図２は、ＳＶＣ符号化ビットストリームのＧＯＰ（ピクチャ群）構造を示している。空間スケーラビリティは、ビデオを様々な空間分解能又はサイズで表すことを指す。通常、空間層のピクチャは、より低い時間層及び空間層の双方からの予測に基づく。品質（又はＳＮＲ）スケーラビリティは、同じビデオストリームを様々なＳＮＲ又は品質レベルで表すことを指す。
【００４１】
ＳＶＣビデオストリームはユニットで構成され、ユニットのそれぞれはピクチャ群（ＧＯＰ）と呼ばれる。本明細書との関連で、ＧＯＰは主要ピクチャに続く第１のフレームで開始し、次の主要ピクチャで終了する。２つのタイプの主要ピクチャ、すなわちイントラ符号化（Ｉ）フレーム及び予測（Ｐ）フレームが存在する。連続する主要ピクチャ間に、ＧＯＰを含む１つ又は複数の双方向予測（Ｂ）フレームが存在するようにすることができる。主要ピクチャ間のＢフレームの数は
【数５】
によって与えられ、ここで、ｎＴＬは正の非ゼロの整数であり、時間スケーラビリティの時間レベル数を表す。
【００４２】
ＧＯＰは複数の層を備える。各層は、その層の時間、品質、及び空間レベルによって定義され、同じ時間、品質、及び空間レベルを有するＧＯＰ内の全てのビットを含む。Ｉフレームの基本層を除いて、全ての層が他の層に従属する。本明細書では、従属層を有する層はこれらの従属層に対する先行部といわれる。この依存性は、所与の層の先行層のうちのいずれかが誤差又は損失に起因して復号することができない場合、この所与の層を受信機において正しく復号することができないことを意味する。単一のユーザに関して、先行層は、その層の従属層のうちのいずれの層よりも重要であり、所与のユーザについて最初にスケジューリングされるべきである。
【００４３】
ＮＬがユーザの単一のＧＯＰ内の層の総数を表すものとする。ｌがＧＯＰ内の層のインデックスを表すものとする。ここで、ｌ＝０，１，．．．，ＮＬ−１であり、先行層は、その層の従属層のうちのいずれの層よりも低いインデックスを有する。本質的に、ｌは所与のユーザについて、ＧＯＰのスケジューリング層における優先度を表す。マルチユーザスケジューリングの場合、層の相対重要度ｖは以下のように定義される。
【数６】
【００４４】
全てのユーザが同じ数ＮＬの符号化層を用いる場合、重要度の上記の定義による符号化層の優先順位付けされたスケジューリングは、全てのユーザが、そのユーザの同じ数の最も重要な層を送信することを確実にすることを目指す。異なるユーザが異なる数ＮＬの符号化層を有する場合、重要度の上記の定義による符号化層の優先順位付けされたスケジューリングは、全てのユーザが、そのユーザの同じ比率の最も重要な層を送信することを確実にすることを目指す。したがって、この手法は、複数のユーザのビデオ層の質的重要度に基づいて、それらの複数のユーザに対し公平性を実現することを目指す。
【００４５】
この手法は、本明細書において定義されているように、ＧＯＰ単位での重要度に焦点をあてているので、主要ピクチャが以前の主要ピクチャに従属する場合があるにもかかわらず、主要ピクチャ間の重要度を区別しない。これは、スケーラブルビデオ符号化にとって、全ての主要ピクチャが受信されることが極めて重要であるという議論によって正当化される。したがって、スケジューリングにおいて主要ピクチャ同士を区別する必要はない。
【００４６】
本明細書における説明のために、時間スケーラビリティを有するＳＶＣが検討されるが、本発明による手法は他のスケーラビリティモデルにも同様に適用可能である。例えば、以下のような階層ＢフレームＧＯＰ構造｛Ｋ０Ｂ２Ｂ１Ｂ２Ｋ０．．．｝を検討する。ここで、Ｋ０はＩ主要ピクチャ又はＰ主要ピクチャである（図２を参照されたい）。符号化層の数は、ＮＬ＝３である。各層は１つ又は複数のフレームで構成される。重要度順の層は、インデックスｌ＝０を有する主要ピクチャ｛Ｋ０｝、インデックスｌ＝１を有する｛Ｂ１｝、及びインデックスｌ＝２を有する｛Ｂ２，Ｂ２｝である。重要性値はそれぞれ、ｖ＝１、ｖ＝２／３、及びｖ＝１／３である。
【００４７】
ファジー干渉
コントローラ設計の分野において、ファジー論理推論は最も一般的な手法のうちの１つである。さらに、通信ネットワークのためにファジー制御が提案されている（例えば、S. Setti、V. Kumar、N. Prasad、及びN. Raju、「Implementation of fuzzy priority scheduler for MANET and performance analysis with reactive protocols」、International Journal of Engineering Science and Technology, vol. 2, no. 8, pp. 3635-3640, Jan 2010、C. L. Chen、J. W. Lee、S. Y. Chen、及びY. H. Kuo、「Hierarchical cross-layer fuzzy control for compromise of multiple objectives in wireless mobile networks」、Proc. International Conference on Mobile Technology, Applications, and Systems (Mobility 08), vol. 6, Yilan, Taiwan, Sep. 2008, pp. 1-7を参照されたい）。通常、ファジー論理推論システムは、スカラー出力への入力データベクトルの非線形マッピングであり、ファジー論理コントローラにおいて広く用いられている（例えば、J. M. Mendel、「Fuzzy logic systems for engineering: A tutorial」、Proceedings of the IEEE, vol. 83, no. 3, pp. 345-377, Mar. 1995を参照されたい）。ファジー集合論は、非線形マッピングの詳細を確立している。ファジー推論システムは、ファジー化インタフェース、ファジールールベース、メンバシップ関数データベース、ルール評価プロセス、及び非ファジー化インタフェースで構成される。
【００４８】
ファジー化インタフェースは、ファジー集合を定義し、適切なファジー集合においてクリスプ（実数値）入力のメンバシップの度合いを求める。ファジールールベースは、複数のファジーな（言語による）ｉｆ−ｔｈｅｎルールを含み、このｉｆ−ｔｈｅｎルールはファジー推論システムの決定行動を定義する。メンバシップ関数データベースは、各入力言語変数及び出力言語変数と関連付けられたファジー集合のメンバシップ関数を定義し、ファジールールにおいて用いられる。
【００４９】
各言語ルールは、「ＩＦ条件ＴＨＥＮ帰結」の形態を有する。ルールのＩＦ「条件」部が、ルール先行部又は前提である一方「ＴＨＥＮ帰結」部は、ルール帰結部である。ルール先行部は、単一の入力言語変数がどの程度言語値に等しいか、すなわち言語値と関連付けられたファジー集合における、その入力言語変数のメンバシップの度合いを求める。このとき、ルールの帰結部は、同じ度合いまで真である。次に、この数（真値）はルール帰結部の出力言語集合のメンバシップ関数に適用される。結果としての値が、言語出力変数に割り当てられ、そのルールの評価結果となる。所与のファジールールが複数の先行部又は帰結部を有する場合、ファジー演算子（ＡＮＤ又はＯＲ）を用いて、先行評価結果又は帰結評価結果をそれぞれ表す単一の数を得る。
【００５０】
２つの主なタイプのファジールール、すなわちマンダニ（Mamdani）ファジールール及び高木−菅野（Takagi-Sugeno）（M. Sugeno「Fuzzy control」（North-Holland, 1988）、略して菅野）ファジールールが存在する。２つの入力言語変数及び１つの出力言語変数を含むファジー推論システムのためのマンダニファジールールは、以下のように記載することができる。
IF x1がX1 FL_OPERATOR x2がX2 THEN y1がY1; （３）
ここで、ｘ１及びｘ２は入力変数であり、ｙ１は出力変数である。Ｘ１、Ｘ２、及びＹ１はファジー集合であり、ＦＬ＿ＯＰＥＲＡＴＯＲはファジー論理ＡＮＤ演算子又はファジー論理ＯＲ演算子のいずれかである。
【００５１】
マンダニファジールールとは異なり、菅野ファジールールは、入力変数の関数をルール帰結部として用いる。上記のマンダニルールに対応する菅野ファジールールは
IF x1がX1 FL_OPERATOR x2がX2 THEN y1=f1(x1, x2); （４）
である。ここで、ｆ１（）は任意のタイプの実関数である。ゼロ次菅野推論の場合、関数ｆ（）は定値である。
【００５２】
最終的に、非ファジー化インタフェースは、全てのファジールールの組み合わされた出力をクリスプ出力に変換する。
【００５３】
マルチユーザコンテンツアウェア及びチャネルアウェア共同の優先順位付けされたスケジューラ
次に、本発明の実施形態によるスケジューリングアルゴリズムを説明する。スケジューリングアルゴリズムは、任意の時点で、ＰＲＢをユーザに反復的に配分する。ΦＡＲＢ（ｔ，ｋ）が、タイムスロットｔの反復ｋによって配分されたＰＲＢの集合を表し、ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ）が、タイムスロットｔの反復ｋによって配分されていないＰＲＢの集合を表すものとする。Φｉ（ｔ，ｋ）が、タイムスロットｔの反復ｋによってユーザｉに配分されたＰＲＢの集合を表すものとすると、ｒｉ（ｔ，Φ）がＰＲＢφ∈ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ）におけるユーザの達成可能なビットレートである。したがって、各ＰＲＢは、そのＰＲＢにわたるそのユーザの最大可能送信レートによって表される、ユーザ依存の、時間とともに変動する対応するチャネル品質を有する。ｒｉ（ｔ，φ）の式は上記の式（１）において与えられる。
【００５４】
ユーザｉごとに、先行層がその層の後続層のうちのいずれの層よりも前に送信される。ｖｉ（ｔ，ｋ）が、タイムスロットｔの反復ｋによってユーザｉに送信される最も高い重要性を有する層の重要性を表すものとする。ＰＲＢφ∈ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ）におけるタイムスロットｔの反復ｋによるユーザｉの効用は、
u1(t,k,φ)=Ffuzzy[vi(t,k),ri(t,φ)], （５）
である。ここで、関数Ｆｆｕｚｚｙ［ｖｉ（ｔ，ｋ），ｒｉ（ｔ，φ）］はゼロ次菅野ファジー推論によって求められる。
【００５５】
ファジー論理を用いたユーザ効用の計算
ユーザ効用を定義する関数ｕｉ（ｔ，ｋ，φ）＝Ｆｆｕｚｚｙ［ｖｉ（ｔ，ｋ），ｒｉ（ｔ，φ）］は、以下のファジールールベースを適用することによって導出される。
１）ルール１：重要性ｖｉ（ｔ，ｋ）が高い場合、ユーザの効用(user_utility)は高い
２）ルール２：重要性ｖｉ（ｔ，ｋ）が低い場合、ユーザの効用(user_utility)は低い
３）ルール３：レートｒｉ（ｔ，φ）が高い場合、ユーザの効用(user_utility)は高い
４）ルール４：レートｒｉ（ｔ，φ）が低い場合、ユーザの効用(user_utility)は低い
【００５６】
タイムスロットｔの反復ｋごとに、全てのユーザｉ／ＰＲＢφ対にファジー推論が適用される。ここで、ＰＲＢφ∈ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ）である。
【００５７】
Ｖｈｉｇｈが、高重要性集合を表す、重要性の論議領域にわたるファジー重要性集合を表し、Ｖｌｏｗが、低重要性集合を表す、重要性の論議領域にわたるファジー重要性集合を表すものとする。ＵＶ（Ｖ）が、重要性の関数であり、ｕｓｅｒ＿ｕｔｉｌｉｔｙの論議領域にわたって規定される、結果としてのファジーシングルトンを表すものとする。ＵＶ（Ｖｈｉｇｈ）が、ルール１の高い結果を表し、ＵＶ（Ｖｌｏｗ）が、ルール２の低い結果を表す。μＶ（ｖｉ（ｔ，ｋ），Ｖ）が、ファジー集合Ｖ∈｛Ｖｈｉｇｈ，Ｖｌｏｗ｝内のクリスプ値ｖｉ（ｔ，ｋ）を有する重要性のメンバシップの度合い又はメンバシップ関数を表すものとする。
【００５８】
Ｒｈｉｇｈが、高レート集合を表す重要性の論議領域にわたるファジーレート集合を表し、Ｒｌｏｗが、低レート集合を表す重要性の論議領域にわたるファジーレート集合を表すものとする。ＵＲ（Ｒ）が、レートの関数であり、ｕｓｅｒ＿ｕｔｉｌｉｔｙの論議領域にわたって規定される、結果としてのファジーシングルトンを表すものとする。ＵＲ（Ｒｈｉｇｈ）が、ルール３の高い結果を表し、ＵＲ（Ｒｌｏｗ）が、ルール４の低い結果を表す。μＲ（ｒｉ（ｔ，φ），Ｒ）が、ファジー集合Ｒ∈｛Ｒｈｉｇｈ，Ｒｌｏｗ｝内のクリスプ値ｒｉ（ｔ，φ）を有するレートのメンバシップの度合い又はメンバシップ関数を表すものとする。
【００５９】
ゼロ次菅野ファジー推論を適用した結果、ｕｓｅｒ＿ｕｔｉｌｉｔｙ ｕのクリスプ値が以下のように表される。
【数７】
【００６０】
式（６）の分子における第１の総和は、ルール１及びルール２のファジールール評価の組み合わされた出力である一方、第２の総和は、ルール３及びルール４のルール評価の組み合わされた出力である。
【００６１】
上記の式は、ΣＶμＶ（ｖｉ（ｔ，ｋ，φ），Ｖ）＝１かつΣＲμＲ（ｒｉ（ｔ，ｋ，φ），Ｒ）＝１となるようにメンバシップ関数を選択することによって単純化される。この場合、
【数８】
である。
【００６２】
通常、ファジーシングルトンＵＶ（Ｖｌｏｗ）及びＵＲ（Ｒｌｏｗ）は、それぞれＵＶ（Ｖｌｏｗ）＜ＵＶ（Ｖｈｉｇｈ）及びＵＲ（Ｒｌｏｗ）＜ＵＲ（Ｒｈｉｇｈ）の制約下で０と１との間の範囲内の任意の実数値を有することができる。性能最適化問題を単純化するために、結果のファジーシングルトンの可能な値が更に制約される。まず、ＵＶ（Ｖｌｏｗ）＝ＵＲ（Ｒｌｏｗ）＝０である。このとき、効用の式は以下のように更に単純化することができる。
【数９】
【００６３】
さらに、ＵＶ（Ｖｈｉｇｈ）及びＵＲ（Ｒｈｉｇｈ）の可能な値は、ＵＶ（Ｖｈｉｇｈ）＝αかつＵＲ（Ｒｈｉｇｈ）＝１−αとなるように制約される。ここで、αは効用係数と呼ばれ、コンテンツアウェアネスとチャネルアウェアネスとの間のトレードオフを決定する。
【００６４】
線形メンバシップ関数が用いられる。メンバシップ関数は、Ｖ＝Ｖｈｉｇｈの場合にμＶ（ｖ）＝ｖであり、Ｒ＝Ｒｈｉｇｈの場合にμＲ（ｒ）＝ｒ／ｒｍａｘである。ここで、ｒｍａｘは、符号化オーバヘッド（ｒｉ（ｔ，φ）≦ｒｍａｘ）を有しない最も高次の変調を用いるときに、任意の単一のＰＲＢにわたってサポートすることができる、ビット／秒単位の最大レートである。重要性の論議領域は、ｖｉ（ｔ，ｋ，φ）の可能な値の範囲であり、これらの可能な値は全て０と１との間の実数である。レートの論議領域は、ｒｉ（ｔ，ｋ，φ）の可能な値の範囲であり、これらの可能な値は全て０とｒｍａｘとの間の実数である。
【００６５】
スケジューリングアルゴリズム
スケジューラについて初期バッファ遅延又は最大遅延制約ＴＤが定義される。各ユーザは、この持続時間中に、そのユーザのＧＯＰレートに応じて１つ又は複数のＧＯＰを受信しなくてはならない。ユーザがこの時間期間に複数のｇ個のＧＯＰを受信する必要がある場合、同じインデックスｌを有する全部でｇ個の層が存在する。スケジューラは、これらの層を、インデックスｌを有する単一の層として扱い、これらの層が、同じインデックスｌ＋１を有する全部でｇ個の層のうちのいずれの層よりも前に送信されることを確実にする。受信機において、層は再順序付けされ、層の再生順序に従ってフレームに再構成される。
【００６６】
反復アルゴリズムは、時点ｔの任意の反復ｋにおいて以下のように動作する。
１）｜ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ）｜＞０について、全ての利用可能なＰＲＢ及びユーザの中で最も高いユーザ効用を有するＰＲＢ−ユーザ対を見つける。
【数１０】
３）ＰＲＢφ＊をユーザｉ＊に配分する。
【数１１】
４）このＰＲＢを利用可能なＰＲＢの集合から削除する。
ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ＋１）＝ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ）−｛φ＊｝
５）全てのＰＲＢが配分されるまで、すなわち｜ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ）｜＝０となるまで上記のステップを繰り返す。
６）新たなタイムスロットｔ＝ｔ＋ＴＰＲＢについて上記のステップを繰り返す。ここで、ＴＰＲＢは単一のＰＲＢの持続時間である。
【００６７】
換言すれば、実施形態によれば、タイムスロットごとの反復配分プロセスが提供される。ここで、反復ごとに、全ての利用可能なＰＲＢ−ユーザ対の中で最も高い効用を有するＰＲＢ−ユーザ対が選択される。ＰＲＢはユーザに配分され、利用可能なＰＲＢの集合から削除される。上述したステップは、現在のタイムスロットにおいて全てのＰＲＢが配分されるまで繰り返され、次に、ステップは次のタイムスロットについて繰り返される。本方法の一実施形態を、図３〜図６に基づいて以下で更に詳細に説明する。
【００６８】
図３は、例えば、無線ネットワークの基地局において実行されるような配分プロセスを実施する本発明によるスケジューラの一実施形態を示す概略図である。図３において、複数のユーザ１，．．．，ｉが仮定され、各ユーザは、スケーラブルビデオストリームのデータを表すデータブロックを受信するためのバッファ２００１〜２００ｉに関連付けられている。より詳細には、バッファ２００１〜２００ｉにおいて、それぞれのデータブロックはスケーラブルビデオストリームのそれぞれの層と関連付けられ、それらのデータブロックの重要度に従ってバッファ内に配列される。コンテンツアウェア及びチャネルアウェア共同スケジューラ２０２が設けられ、このスケジューラ２０２は、それぞれのバッファ２００１〜２００ｉからデータブロックを受信し、このデータブロックを、本発明によるスケジューリングプロセスに従って、スケジューラを組み込んだ基地局によってサービス提供されているそれぞれのユーザに転送する。図３において、利用可能な物理リソースブロック（ＰＲＢ）が２０４に示され、これらの利用可能なブロックに基づいて、ユーザごと／ＰＲＢごとのチャネル品質が求められ、入力２０６としてスケジューラに返送される。スケジューラ２０２は、ユーザごとでＰＲＢごとにパケットを出力バッファ２０８に出力し、出力バッファ２０８において、それぞれのユーザのためのそれぞれのデータブロックが、それらのデータブロックの優先度に従って記憶される。
【００６９】
図４は、スケジューラ２０２（図３を参照されたい）のスケジューリング方法を示す流れ図である。本方法は、ステップ３００において開始し、ステップ３０２において、空でないバッファ２００１〜２００ｉを有するアクティブユーザが存在するか否かが判断される。そのようなアクティブユーザが存在しない場合、本方法はステップ３０４において終了する。空でないバッファを有するアクティブユーザが存在する場合、本方法はステップ３０６に進み、ステップ３０６において、現在のタイムスロットにおいて利用可能なＰＲＢがまだ存在するか否かが判断される。存在しない場合、本方法はステップ３０８に進み、現在の反復を抜けて新たな反復に入る。すなわち、本方法は、現在のタイムスロットがここで次のタイムスロットとなるように、次のタイムスロットへ進む。次に、本方法はステップ３０６に戻る。ステップ３０６において、ＰＲＢが現在のタイムスロットにおいて利用可能であると判断される場合、ステップ３１０において、各アクティブユーザのバッファ内のヘッドオブライン（ＨＯＬ）層の重要性が、上記で詳細に説明したような方法で求められる。また、ステップ３１２において、ユーザごとに、現在のタイムスロットにおける全ての利用可能なＰＲＢの品質が測定される。ステップ３１０に関して、重要性値は、通常、ＨＯＬ層が完全に送信された場合のみ変化することに留意されたい。ステップ３１２において、最大でも、ユーザごとでタイムスロットごとに各ＰＲＢについて１つの測定値が必要とされる。このため、スケジューラ２０２は、それぞれのバッファ２００１〜２００ｉから受信した情報に基づいて、ステップ３１０の重要性を求め、ユーザごとに、ステップ３１２において測定された品質２０６を受信する。ステップ３１０及び３１２の出力はステップ３１４への入力であり、ステップ３１４において、ユーザごとに、上記で詳細に説明したように、ＨＯＬ層重要性及びＰＲＢ品質のファジー論理関数として、全ての利用可能なＰＲＢのユーティティが求められる。
【００７０】
効用が求められると、ステップ３１６において、この効用を最大にするユーザ−ＰＲＢ対が選択される。次に、ステップ３１８において、選択されたＰＲＢは、現在のタイムスロットにおける利用可能なＰＲＢのリストから削除され、ステップ３２０において、選択されたユーザのバッファが更新される。次に、本方法はステップ３０２に戻る。
【００７１】
図５は、一実施形態による、全ての利用可能なＰＲＢの効用（ＰＲＢ効用）を求めるための本発明によるプロセスを更に詳細に説明するブロック図を示している。図５において、上述したステップ３１０及び３１２が示され、これらのステップは、ＰＲＢ効用を求めるためにそれぞれの入力をステップ３１４に提供する。ステップ３１０及び３１２の出力は、ファジールール評価ステップ３１４ａにおいて受け取られ、このステップ３１４ａは、上述した原理に従ってそれぞれのルール出力を生成し、これらのルール出力は集計関数ステップ３１４ｂに入力される。集計関数ステップ３１４ｂは、ステップ３１４ｃ及び３１４ｄによって求められた集合関数パラメータを更に受け取る。ステップ３１４ｃは、アプリケーションアウェアＱｏＳ（サービス品質）測定値を提供し、ステップ３１４ｄはアプリケーションアウェアＱｏＳ要件を提供する。ルール出力及び集合関数パラメータに基づいて、上述したように、ＰＲＢ効用が求められ、図４のステップ３１６に出力される。
【００７２】
以下において、本発明による配分プロセスの例を図６に関して説明する。図６（ａ）は、第１のタイムスロットの配分プロセスを示している。２つのユーザのみが存在していると仮定され、送信されるデータブロックのユーザごとの重要性は以下のとおりである。
データブロック１− 重要性値＝１
データブロック２− 重要性値＝０．７
データブロック３− 重要性値＝０．３
【００７３】
このため、図６（ａ）に示す重要性の値は、スケーラブルビデオストリームの第１の層、第２の層、及び第３の層の重要性を示し、この重要性は、双方のユーザについて、１、０．７、０．３である。これらの値は、本方法のステップ３１０において、上述したように求められる。
【００７４】
ステップ３１２によって、ＰＲＢ１及びＰＲＢ２のＰＲＢ品質が得られる。これらは、現在のタイムスロット（タイムスロット１）における利用可能なＰＲＢとみなされる。ユーザ１のＰＲＢ品質は以下のとおりである。
ＰＲＢ１＝１
ＰＲＢ２＝０．５
【００７５】
ユーザ２のＰＲＢ品質は以下のとおりである。
ＰＲＢ１＝０．２
ＰＲＢ２＝０．４
【００７６】
このため、ユーザ１はセル中心により近いユーザであるのに対し、ユーザ２はセルエッジにより近いユーザであると仮定することができる。重要性及びＰＲＢ品質は、検討されるタイムスロット１について一定であり、反復中に変化しないと仮定される。図４及び図５に関して説明されるステップ３１４では、ユーザの効用又はＰＲＢ効用が求められ、第１の反復において、ファジー論理に従って、ＰＲＢ１はユーザ１の第１の層に配分される。
【００７７】
このため、反復１の終了時に、ユーザ１の第１の層がＰＲＢ１に配分されており、それによって、第２の反復、すなわち配分２について、ユーザ１の第１の層はもはや検討される必要がない。さらに、第１の反復において、ＰＲＢ１はユーザ１に配分されているので、ステップ３１８において、図６（ａ）の反復２に示すように、ＰＲＢ１は利用可能なＰＲＢのリストから除去される。ファジー論理による残りの重要性値及びＰＲＢ品質に基づいて、ユーザ２がより高い効用を有すると判断され、したがって、ＰＲＢ２がユーザ２の第１の層に配分される。ここでもまた、配分されたＰＲＢは現在のタイムスロットにおける利用可能なＰＲＢから除去され、それによって、説明される例では、反復３に示すように、現在のタイムスロットにおいて全てのＰＲＢが配分されており、反復３では、利用可能なＰＲＢがないので、配分がもはや行われない。このため、図４のステップ３０６において、現在のタイムスロットにおいて利用可能なＰＲＢがないと判断され、それによって本方法は次のタイムスロット、すなわちタイムスロット２に移る（図６（ｂ）を参照されたい）。本方法のステップ３０２では、依然として空でないバッファが存在すると判断され、より詳細には、ユーザ１及び２について、バッファにおいて、０．７及び０．３の残りの重要性値を有する更なる層が依然として利用可能であると判断される。新たなタイムスロットについて、新たなＰＲＢ品質測定が実行され、ユーザ１のＰＲＢ品質は、ＰＲＢ１の場合に１が得られ、ＰＲＢ２の場合に０．１が得られ、ユーザ２のＰＲＢ品質は、ＰＲＢ１の場合に０．５が得られ、ＰＲＢ２の場合に０．８が得られる。
【００７８】
上述したように、この情報はファジー手法によって組み合わされて効用が求められ、得られた効用値が図６（ｂ）に示される。これらの効用値は、ユーザ１について、ＰＲＢ１の場合に０．７であり、ＰＲＢ２の場合に０．０７である。ユーザ２について、効用値は、ＰＲＢ１の場合に０．３５であり、ＰＲＢ２の場合に０．５６である。この結果、ＰＲＢ１がユーザ１の第２の層に配分される。次に、本方法は次の反復、すなわち反復２へ進む。反復２において、効用値に基づいて、ＰＲＢ２が第２のユーザ、すなわちユーザ２の第２の層に配分される。次に、反復３において、全てのＰＲＢが現在のタイムスロットに配分されていると判断され、それによって本方法は次のタイムスロットへ進む。後続のタイムスロットについて、上述したステップが繰り返される。
【００７９】
図６（ｃ）は、セルエッジユーザ及びセル中心ユーザを含むセル内の複数のユーザにわたる重要性が正規化されたスループットを示している。図６（ｃ）は、図４〜図６に示す実施形態に従って上記で説明した本発明による反復的配分プロセスによって達成可能な利点を説明する。見てとることができるように、チャネルアウェアのみの手法（α＝０）の場合、全てのユーザについて、不良な性能しか達成されず、これはマルチユーザダイバーシティが利用されないことによって深刻化する。より詳細には、そのような手法では、多数のセル中心ユーザにサービス提供することができるが、サービス提供することができるセルエッジユーザ数は、ユーザ数とともに劇的に減少する。他方で、コンテンツアウェアのみの手法を適用するとき、十分に（所望の性能パラメータを満たして）サービス提供することができるユーザ数も、ユーザの増加とともに劇的に降下する。例えば、効用係数α＝０．５を適用することによって、本発明によるコンテンツアウェア及びチャネルアウェア手法を適用するとき、サービス提供することができる可能なユーザ数が大幅に増大することを見てとることができる。
【００８０】
性能メトリック及びパラメータ
マルチユーザコンテンツアウェア及びチャネルアウェア共同スケジューリングのための２つの主要なシステムパラメータ、すなわち効用係数α及びユーザ数Ｎが存在する。詳細には、観測のために、Ｎ−１個の競合ユーザについて、単一のタグ付けされたユーザが検討される。タグ付けされたユーザは、セクタの限られたエリア内の全てのユーザを代表する。効用係数αは、チャネル品質又はコンテンツ重要度に従ってスケジューラがどの程度優先順位付けをするかを決める。
【００８１】
次に、コンテンツアウェアスケジューリングの性能を評価するための新規の主要性能メトリックを説明する。このメトリックは、重要性が正規化されたスループットＺｓｉｇ（ｐ）である。用いられる他のメトリックは、それぞれ、ビット／秒単位のビットスループットＺｂｉｔ（ｐ）及び平均ＰＳＮＲ ＱＰ（ｐ）である。メトリックは、ＢＳからランダムな距離ｄにあるタグ付けされたユーザについて計算される。ここで、ｄ≦ｄｓｅｃ（ｐ）である。タグ付けされたユーザによって占有される、ＢＳを中心とする１２０度セクタ形状領域の面積は、πｄｓｅｃ（ｐ）２／３であり、セクタの総面積のｐ％に等しいと定義される。ユーザの一様分布を仮定すると、このエリアはユーザの総数のｐ％を含む。
【００８２】
解析モデル
タイムスロットあたりｍ個のＰＲＢが存在し、ここで、タイムスロットはスケジューラの配分期間である。ＮＴＳ個のタイムスロットの期間にわたる配分が検討され、ここでタイムスロットの持続時間はＴＰＲＢ秒である。
【００８３】
時間ＴＰＲＢＮＴＳは、ユーザの１つ又は複数のＧＯＰに属する全ての層の受信の最大遅延制約ＴＤであると仮定される。フレームレートＲｆｒａｍｅは、Ｒｆｒａｍｅ＝ｇＮｆｒａｍｅ／ＴＤとしての遅延制約に関する。ここで、ＮｆｒａｍｅはＧＯＰあたりのフレーム数であり、ｇはＴＤにおいて送信されるＧＯＰの数である。ＧＯＰレートはｇ／ＴＤであり、ビデオがどのように符号化されたかによって決定される。持続時間ＴＤにわたるスケジューリングアルゴリズムの動作期間が検討される。図７は、単一の配分期間にわたるＰＲＢの時間及び周波数分布を示している。
【００８４】
Ｎ−１個の他のユーザの層と競合するタグ付けされたユーザｉの所与の層ｌを検討する。この期間の最後のスロットの最後の反復後に、ＭＰＲＢ＝ｍＮＴＳ個のＰＲＢのプールからのＰＲＢの集合が各層と関連付けられる。各層と関連付けられたＰＲＢの集合は、ＴＤ時間期間内にユーザに層を送信することが実現可能な場合、その送信に必要とされる任意のグループ分けしたＰＲＢの最小数を表し、実現可能でない場合、ＰＲＢの総数を表す。この集合からの各ＰＲＢは２つのカテゴリに分かれる。ＰＲＢは、ユーザに配分され、層のビットを送信するのに用いられたか、又は競合に起因して配分されなかったかのいずれかである。ＢＳからのユーザの距離ｄ及び長期シャドーフェージングの関数であるＰＲＢあたりの平均レートＲｉ（ｄ）がＰＲＢの集合と関連付けられる。ＰＲＢの集合にわたる短期周波数選択性は、ＰＲＢごとの周波数領域等化、インターリーブ／符号化、及び分散副搬送波配分等のダイバーシティを用いて効果的に軽減されることが仮定される。これは、全てのｔ及び全てのφについてｒｉ（ｔ，φ）＝Ｒｉ（ｄ）であることを意味する。この仮定は解析を単純にし、これによって物理層の複雑度が増大するが、これらの提案されるダイバーシティ方式は、ＬＴＥ等の進化型ＯＦＤＭＡ標準規格の特徴である。Ｇｍｕｘ＝１となるように、ＭＩＭＯはアンテナダイバーシティモードにおいて用いられ、空間多重化モードでは用いられないと仮定される。
Ｒｉ（ｄ）＝Ｂｌｏｇ２（１＋ｅｆａｄｅγｉ（ｄ）） （９）
ここで、γｉ（ｄ）は平均ＳＮＲであり、ｅｆａｄｅはｐｄｆ ｆｆａｄｅ（ｅ）を有するシャドーフェージング確率変数である。Ｒｉ（ｄ）のｐｄｆ、すなわちｆＲ（ｒ，ｄ）は、ｆｆａｄｅ（ｅ）の変換として得られる。
【００８５】
ユーザは、セクタにおいて一様分布すると仮定される。ここで、セクタの半径はｄｒａｄであり、その面積はＡｓｅｃ＝πｄ２ｒａｄ／３である。ＢＳを中心とし、ユーザのｐ％によって専用される１２０度セクタの面積は、０．０１ｐＡｓｅｃであり、半径ｄｓｅｃ（ｐ）＝（０．０３ｐＡｓｅｃ／π）０．５を有する。半径ｄｓｅｃ（ｐ）によって画定されるセクタ内の単一のユーザの距離ｄは、ｐｄｆ ｆｄ（ｄ，ｐ）を有する一様なユーザ分布によって決まる確率変数であり、ここで、ｄ≦ｄｓｅｃ（ｐ）≦ｄｒａｄ及びｄｓｅｃ（１００％）＝ｄｒａｄである。
【００８６】
Ｎｂｉｔｓ（ｌ，ｉ）が、確率質量関数ＰＬＢ（κ，ｌ，ｉ）を有する、ユーザｉの層ｌのビット数を表すものとする。ＮＰＲＢ（ｌ，ｉ，ｄ）が、ユーザｉの層ｌを送信するのに必要とされるＰＲＢ数を表すとすると、
【数１２】
である。
【００８７】
ＰＰＲＢ（ｋ，ｌ，ｉ，ｄ）が、ＰＬＢ（ｋ，ｌ，ｉ）及びｆＲ（ｒ，ｄ）から導出される、ＮＰＲＢ（ｌ，ｉ，ｄ）の確率質量関数を表すものとする。
【００８８】
ｖｉ，ｌがユーザｉの層ｌの重要性を表すものとし、ｕｉ，ｌ（ｄ）が、層ｌのビットを送信するときのユーザｉの効用を表すものとする。
ｕｉ，ｌ（ｄ）＝Ｆｆｕｚｚｙ［ｖｉ，ｌ，Ｒｉ（d)］， （１１）
【００８９】
ｆｕ（ｌ，ｉ，ｄ）が、ｆＲ（ｒ，ｄ）から導出されたｕｉ，ｌ（ｄ）のｐｄｆを表すものとする。Ｓｉ，ｌ（ｄ）が、遅延制約の前に送信されるユーザｉの層ｌのビット数を表すものとする。ｉが競合ユーザのインデックスを表すものとし、ｌがこのユーザの層のインデックスを表すものとする。ＳＰＲＢ（ｌ，ｉ，ｄ）が、タグ付けされたユーザよりも高い効用を有する競合ユーザの層、及びタグ付けされたユーザの層ｌ未満までの層を送信するのに必要とされるＰＲＢの和を表すものとする。ｌ＞０について、
【数１３】
である。ここで、関数Ｉ（条件）は、条件が偽である場合、０に等しく、そうでない場合、１に等しい。ｌ＝０について、
【数１４】
である。
【００９０】
差ＭＰＲＢ−ＳＰＲＢ（ｌ，ｉ，ｄ）によって、タグ付けされたユーザの層ｌを送信するのに利用可能なＰＲＢ数が決まる。この差がゼロ又は負である場合、層のビットは送信されない。この差が非ゼロであり、正であり、かつＮＰＲＢ（ｌ，ｉ，ｄ）未満である場合、層の全てのビットではなく一部のビットが送信される。この差が非ゼロであり、正であり、かつＮＰＲＢ（ｌ，ｉ，ｄ）以上である場合、層の全てのビットが送信される。したがって、遅延期限の前に送信されるユーザｉの層ｌのビット数は
【数１５】
である。ここで、Ｅ｛ｘ｝はｘの統計平均を表す。
【００９１】
ユーザのＢＳから距離ｄにあるそのユーザの重要性が正規化されたスループットＳｓｉｇ（ｄ）は、
【数１６】
であり、ここで、ρｌは、層ｌの先行層のうちのいずれかが欠落している場合、ゼロであり、そうでない場合、１である。
【００９２】
ユーザのＢＳから距離ｄにあるそのユーザの平均ＰＳＮＲ Ｑ（ｄ）は、
【数１７】
であり、ここで、ｑｌは、全てのｌ＋１個の層が誤りなく受信された場合の平均ＰＳＮＲであり、ｌ＜０についてゼロに等しい。
【００９３】
ＢＳに最も近いｐ％のユーザの中の一ユーザの重要性が正規化されたスループットＺｓｉｇ（ｐ）は、
【数１８】
である。
【００９４】
ＢＳに最も近いｐ％のユーザの中の一ユーザの平均品質ＱＰ（ｐ）は、
【数１９】
である。
【００９５】
図８は、本明細書において用いられるシンボルの表を示している。
【００９６】
数値結果
全てのユーザは、同一のトラフィック統計及び品質統計を用いてビデオシーケンスをストリーミングすると仮定される。具体的には、東京オリンピックビデオの最初の１時間の統計（G. V. der Auwera、P. T. David、M. Reisslein、及びL. J. Karam、「Traffic and quality characterization of the H.264/AVC scalable video extension」、Eurasip Journal on Advances in Multimedia, vol. 25, no. 2, 2008を参照されたい）が用いられる。このビデオシーケンスのトラフィック統計、品質統計、及びトレースは、http://trace.eas.asu.edu/、「H.264/AVC and SVC video trace library」において公表されている。ビデオシーケンスは、３０フレーム／秒の共通中間フォーマット（ＣＩＦ、３５２×２８８ピクセル）である。時間層は、量子化パラメータＱＰ＝４８で、Ｈ．２６４ＳＶＣを用いて符号化されたビデオストリーム内に埋め込まれる。用いられるコーデックは、ＪＳＶＭ（バージョン５．９）という名称のＳＶＣ参照ソフトウェアである。ＧＯＰ構造は｛Ｋ０Ｂ２Ｂ１Ｂ２Ｋ０．．｝であり、ここでＫ０はＩ主要ピクチャ又はＰ主要ピクチャである。このため、ＮＬ＝３、及びｌ∈｛０，１，２｝である。層ｌの確率分布ＰＬＢ（ｋ，ｌ，ｉ）、及び平均品質値ｑｌの集合は、http://trace.eas.asu.edu/、「H.264/AVC and SVC video trace library」から得られる。http://trace.eas.asu.edu/、「H.264/AVC and SVC video trace library」では、Ｉフレーム、Ｐフレーム、及びＢフレームの平均品質値が層ごとに提供される。
【００９７】
仮定が行われると、時間基本層（ｌ＝０）のフレームパターンは｛Ｋ００００Ｋ０．．．｝であり、ここでゼロが時間向上層１及び２のフレームに置き換わっていることに留意されたい。３０フレーム／秒（ｆｐｓ）のフレームレートにおけるＣＩＦシーケンスの場合、時間基本層は、７．５ｆｐｓのフレームレートを有するストリームを表すのに対し、基本層及び第１の向上層の組合せはフレームレートを１５ｆｐｓまで増大させ、第２の向上層の受信は結果として３０ｆｐｓのフレームレートとなる。幾つかの時間層のみを受信することに関連付けられたビデオ品質の計算の場合、基本層フレームのＰＳＮＲ値の単純な平均化は行われない。なぜなら、対応する値は、人間の観測者が知覚する主観的品質と比較して実現不可能なほど高くなるためである。ＰＳＮＲを通じた客観的品質測定における知覚的品質劣化を検討するために、復号器が、次のフレームが受信され復号されるまで、受信した基本層フレームを複製することが仮定される。次に、３０ｆｐｓのフレームレートのシーケンスが比較される。同じ手順が、基本層及び第１の向上層を有するシーケンスの品質を、３０ｆｐｓでの元のシーケンスと比較するのに採用される。
【００９８】
本明細書において、G. V. der Auwera、P. T. David、M. Reisslein、及びL. J. Karam「Traffic and quality characterization of the H.264/AVC scalable video extension」（Eurasip Journal on Advances in Multimedia, vol. 25, no. 2, 2008）に従って、検討されるシーケンスのために値ｑ０＝２６．９４ｄＢ、ｑ１＝２８．４３ｄＢ、及びｑ２＝２９．３２ｄＢが用いられ、ここで後者の値は単一層にエンコードされたときのシーケンスの品質と一致する。
【００９９】
無線システムの場合、パラメータ値は、主に3GPP TR 25.814 V7.1.0、「Physical layer aspects for evolved universal terrestrial radio access (utra) (release 7)」、Sep. 2006、及び3GPP TS 36.211 V8.2.0、「Eutra physical channels and modulation (release 8)」、Mar. 2008から取られる。ＯＦＤＭ変調、並びに時間領域及び周波数領域におけるダイバーシティの効果的な利用に起因して、チャネルは時間及び周波数において平坦であると仮定される。ｐｄｆ ｆｆａｄｅ（ｅ）及び８ｄＢの標準偏差を有する独立した対数正規シャドーフェージングが仮定されている。ＢＳアンテナ利得、ＵＥアンテナ利得、ＵＥ雑音指数、及び総セクタＴＸ電力の値はそれぞれ、１４ｄＢｉ、０ｄＢｉ、７ｄＢ、及び４６ｄＢｍである。タイムスロット持続時間ＴＰＲＢは０．５ｍｓである。セクタのカバレッジは２５０ｍの半径を有する。セクタｍあたりのＰＲＢの最大数はスロットあたり３４個であり、各ＰＲＢが１８０ｋＨｚの帯域幅を有する。さらに、ＭＩＭＯ空間多重化を用いない６４ＱＡＭ変調の場合、各ＰＲＢにおける６ビット／秒／Ｈｚの最大スペクトル効率が仮定される。したがって、ＰＲＢあたりの最大ビットレートｒｍａｘは１０８０ｋビット／秒である。６ｄＢの２×２のＭＩＭＯアンテナダイバーシティが仮定される。距離に依拠するパス利得は、Ｇ（ｄ）［ｄＢ］＝−１２８．１−３７．６ｌｏｇ１０（ｄ）によって与えられる。
【０１００】
解析モデルにおいて用いられる全ての統計分布の中で、分布ＰＬＢ（ｋ，ｌ，ｉ）及びｆｆａｄｅ（ｅ）は全て与えられる。分布ＰＬＢ（κ，ｌ，ｉ）はhttp://trace.eas.asu.edu/、「H.264/AVC and SVC video trace library」から経験的に得られる一方、ｆｆａｄｅ（ｅ）は対数正規であると推定される。ｆｄ（ｄ，ｐ）のｐｄｆは、ｄ２が範囲（０，ｄｓｅｃ（ｐ）］にわたって一様分布することを所与として変換から導出される。上述した他方の分布は、これらの３つの分布のうちの１つ又は複数から導出され、モンテカルロシミュレーションから数値的に得られる。
【０１０１】
図９は、ユーザの様々なクラス、及びα＝０について、ＰＳＮＲ対ユーザ数のプロットを示している。ここで、ユーザは、セクタにおいてそれらのユーザが占有している領域に従って分類される。パラメータαは効用係数であり、コンテンツアウェアネスとチャネルアウェアネスとの間のトレードオフを決める。したがって、このシナリオはチャネルアウェアのみのスケジューリングに対応する。結果は、最も近い２０％のユーザが、観測範囲全体にわたって最大ＰＳＮＲ性能を達成することを示している。更なるユーザの範囲が検討されると、ＰＳＮＲは高速で悪化する。
【０１０２】
図１０は、ユーザの様々なクラス、及びα＝０について、重要性が正規化されたスループットメトリックを用いた対応するプロットを示している。結果は、最も近い２０％のユーザが、観測範囲全体にわたって、重要性が正規化された最大スループット１を達成し、このため最大ＰＳＮＲ性能を達成することを示している。３０ｆｐｓのフレームレートが検討され、このフレームレートは、０．１３３３秒の最大遅延制約でＧＯＰの４つのフレームを含む全ての層に配信を行うことに対応する。重要性が正規化されたスループットは、ＰＳＮＲと同じ傾向に従い、更なるユーザの範囲が検討されると、ＰＳＮＲは高速で悪化する。図１１及び図１２は、それぞれα＝０．２５及びα＝０．５について、重要性が正規化されたスループットを用いた対応するプロットを示している。これらのプロットは、チャネルアウェアネスの程度を比例的に低減しながら、コンテンツアウェアネスを導入する影響を示している。結果は、αがゼロから０．５に増大すると、最も近い２０％のユーザの性能が高速に降下する一方、より大きな距離範囲にわたって測定されるユーザの性能はより低速で向上することを示している。α＝０．５の場合、全ての距離範囲にわたる性能は大幅に収束している。
【０１０３】
コンテンツアウェアネスを導入する目的は、包括的には、スケジューリングアルゴリズムの公平性を改善することであり、詳細には、ＢＳに近いユーザに対し最小のペナルティで、離れたユーザの性能を向上させることである。説明のために、最も近い２０％のユーザについて、重要性が正規化された最小スループット目標は２／３とみなされ、これは３つの層の中から最も重要な２つを受信することに対応する。最も近い１００％のユーザ、すなわち全てのユーザについて、最小重要性は１／３とみなされ、これは３つの層の中から最も重要な１つを受信することに対応する。これらの制約を用いると、サポートすることができる最大ユーザ数は、αが０から０．２５に増大すると７８から９０に増大する（１５％の向上）。この最大ユーザ数は、αが０．２５から０．５に増大すると７２に降下する。
【０１０４】
図１３〜図１５は、僅かに低減したフレームレートに対応して、様々な最大遅延制約について、重要性が正規化されたスループット対ユーザ数のプロットを示している。再生レートは３０ｆｐｓで一定であるので、スケジューラにおいてフレームレートを低減することは、ビデオシーケンスが短い中断を受けることを意味する。中断が短いほど、それらの中断はユーザが知覚しにくいものとなる。図１３及び図１５は、αがそれぞれゼロ及び０．２５に等しい、１００％のユーザの場合を示しているのに対し、図１４は、２０％のユーザ及びα＝０．２５の場合を示している。
【０１０５】
図１６及び図１７は、重要性が正規化されたスループットの更なる例のブロックを示している。図１６では、様々な効用係数αについて、様々な数のセルエッジユーザ及びセル中心ユーザのスループットが示されている。見てとることができるように、セルエッジユーザについて０．６、及びセル中心ユーザについて０．９５の目標最小性能の場合、性能は、α＝０．０１について、２５ユーザから３５ユーザに向上する。チャネルアウェアのみの手法（α＝０）と比較すると、これは、サービス提供することができるユーザの４０％の増大を意味する。図１７では、４フレームごとに０．１３３秒の中断が許容される手法が説明される。そのような状況では、セルエッジユーザについて０．６、及びセル中心ユーザについて０．９５の目標最小性能の場合、性能は、α＝０．０１について、２５ユーザから４５ユーザに向上する。チャネルアウェアのみの手法（α＝０）と比較すると、これは、サービス提供することができるユーザの８０％の増大を意味する。
【０１０６】
結果は、遅延制約を増大させることによって、全ての場合に重要性が正規化されたスループットが増大し、このためＰＳＮＲが増大することを示している。結果は、僅かな遅延の増大、又は等価的にはフレームレートの僅かな低減で、大幅な性能改善が可能であることを示している。スケジューラにおける、３０ｆｐｓから２５．２７ｆｐｓへのフレームレートの低減に対応する、０．１３３３秒から０．１５８３秒への遅延制約の増大を仮定すると、上述した最も近い２０％のユーザ及び１００％のユーザの重要性が正規化された最小スループットに対する制約を所与として、αが０から０．２５に増大すると、満足のいく品質でサポートすることができる最大ユーザ数が、９１から１０９に増大する（１９．８％の向上）。
【０１０７】
このため、本発明の実施形態は、ビデオストリーミングのための新たなファジー論理に基づくコンテンツアウェア／チャネルアウェア共同マルチユーザダウンリンク（ＤＬ）スケジューリングアルゴリズムを提供する。新規のコンテンツアウェアで標準的な性能メトリックを用いて、スケジューリングアルゴリズムの性能は、新たな解析モデルを用いて評価される。ファジー論理コントローラは単一の効用パラメータが定義されることを可能にし、コンテンツアウェアネスとチャネルアウェアネスとの間のトレードオフを可能にし、カバレッジエリア全体を通じてユーザ体験全体を向上させる。結果は、サポートされるユーザ数を、中断のない再生の場合に１５％も向上させることができ、短い知覚不可能な中断が許容可能である場合に１９％も向上させることができることを示している。以前の研究（S. van Kester snd T. Xiao、R. E. Kooij、K. Brunnstrm、及びO. K. Ahmed、「Estimating the impact of single and multiple freezes on video quality」、Proc. SPIE Conf. on Human Vision and Electronic Imaging XVI, vol. 7865, San Francisco Airport, California, USA、を参照されたい）は、０．３６秒もの中断持続時間が許容可能とみなされることを示している。
【０１０８】
重要なことに、結果は、チャネルアウェアのみの方式及びコンテンツアウェアのみの方式が、セルラ環境においてビデオサービスをサポートするのに不適切であることを実証している。チャネルアウェアのみの方式は、ＢＳに近いユーザに良好な品質を偏って送達する一方、セクタエッジのユーザは最小品質要件を満たすことができない。コンテンツアウェアのみの方式は、良好なチャネルを有するユーザに大きくペナルティを与える一方、エッジユーザの性能改善は最小のままである。本発明によるアルゴリズムは、セクタカバレッジ全体にわたるユーザの中で、リソースのより公平な配分を可能にし、ＢＳにより近いユーザに対する劣化を最小にしながら、セルのエッジにおけるビデオ品質の向上を可能にする。
【０１０９】
幾つかの態様が装置との関連で説明されたが、これらの態様は対応する方法の説明も表し、方法においては、ブロック又はデバイスは方法ステップ又は方法ステップの特徴に対応することが明らかである。それに類似して、方法ステップとの関連で説明された態様も、対応する装置の対応するブロック又はアイテム又は特徴の記述を表す。
【０１１０】
或る実施態様要件に依拠して、本発明の実施形態はハードウェア又はソフトウェアで実施することができる。実施態様は、電子的に読取り可能な制御信号が格納されたデジタルストレージ媒体、例えばフロッピーディスク、ＤＶＤ、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、又はフラッシュメモリを用いて実行することができ、それらは、それぞれの方法が実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと連携する（又は連携可能である）。本発明による幾つかの実施形態は、本明細書に記載された方法のうちの１つが実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと連携することができる電子的に読取り可能な制御信号を有する非一時的なデータ担体を含む。
【０１１１】
概して、本発明の実施形態は、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として実装することができる。プログラムコードは、コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されると、方法のうちの１つを実行するように動作可能である。プログラムコードは、例えば機械可読担体上に格納することができる。他の実施形態は、機械可読担体上に格納された、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを含む。したがって、換言すれば、本発明の方法の一実施形態は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されるときに本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。
【０１１２】
したがって、本発明の方法の更なる実施形態は、データ担体（又はデジタルストレージ媒体若しくはコンピュータ可読媒体）であって、そのデータ担体上に記録された、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを含む、データ担体である。したがって、本発明の方法の更なる実施形態は、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを表すデータストリーム又は信号シーケンスである。データストリーム又は信号シーケンスは、例えば、データ通信接続を介して、例えばインターネットを介して転送されるように構成することができる。更なる実施形態は、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するように構成又は適合された処理手段、例えばコンピュータ又はプログラム可能な論理デバイスを含む。更なる実施形態は、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムがインストールされたコンピュータを含む。
【０１１３】
幾つかの実施形態では、プログラム可能な論理デバイス（例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ）を用いて、本明細書に記載された方法の機能のうちの幾つか又は全てを実行することができる。幾つかの実施形態では、フィールドプログラマブルゲートアレイは、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するためにマイクロプロセッサと連携することができる。概して、本方法は任意のハードウェア装置によって実行されることが好ましい。
【０１１４】
上述した実施形態は、単に本発明の原理を例示するものである。本明細書に記載された構成及び詳細の変更及び変形は当業者には明らかであることが理解される。したがって、次の特許請求の範囲の範囲によってのみ制限され、本明細書における実施形態の記述及び説明のために提示された特定の詳細によって制限されるものではないことが意図される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線移動ネットワークの分野に関し、より詳細には、無線移動ネットワーク内の１つ又は複数のユーザへのスケーラブルビデオ符号化（ＳＶＣ）ストリームをスケジューリングする方法に関する。実施の形態は、スケーラブルビデオ符号化（ＳＶＣ）が用いられる無線移動ネットワークにおいて複数のユーザへのビデオストリームをスケジューリングする問題に対処し、スケーラブルビデオの無線送信のための、ファジー論理コントローラに基づくコンテンツアウェア／チャネルアウェアスケジューラを提供する。
【背景技術】
【０００２】
無線ネットワークにわたってマルチメディアアプリケーション及びマルチメディアサービスをサポートすることは、限られた帯域幅、限られたバッテリ電力、時間とともに変動するランダムなチャネル条件、及びサービス品質（ＱｏＳ）要件等の制約及び不均一性に起因して困難である。
【０００３】
チャネルアウェアでないスケジューラは、チャネル状態条件を利用しない。これらのスケジューラは基本的に、遅延制約及びスループット制約を満たすことに焦点をおき、ラウンドロビンアルゴリズム、重み付け公平キューイング（ＷＦＱ）アルゴリズム、及び優先度に基づくアルゴリズムを含む。そのようなアルゴリズムは、完全なチャネル条件、無損失、及び無制限の電源を仮定する。しかしながら、無線媒体及びユーザ移動性の特性に起因して、これらの仮定は完全には有効でない。ＢＳ（基地局）ダウンリンクスケジューラは、移動受信機から報告を返される、搬送波対干渉雑音比（ＣＩＮＲ）を含むチャネル情報、例えばＣＳＩ（チャネル状態情報）を用いることができる。チャネルアウェアアルゴリズムのほとんどは、チャネル条件がフレーム期間内で変化しないと仮定する。チャネル情報が送信機及び受信機の双方において知られていることも仮定される。通常、スケジューラは、より良好なチャネル品質を有するユーザを優先して、マルチユーザダイバーシティ及びチャネルフェージングを利用する。しかしながら、公平性要件を満たすために、スケジューラは、他のユーザの要件も検討する必要があり、幾つかの補償メカニズムを導入する必要がある。
【０００４】
コンテンツアウェアでない戦略（例えば、非特許文献１、非特許文献２、及び非特許文献３を参照されたい）では、受信ビデオのサービス品質は、パケット遅延、パケット損失率、又はデータレートの包括的観点から測定される。一般に、これらの方法は、経時的な、ユーザにわたる無線チャネルの変動性を利用し、複数のユーザにわたる公平性を維持しながら、利用可能なリソースの大部分を、高データレートをサポートすることができる良好なチャネル品質を有するユーザに配分する。これに関して、これらの戦略は、効用関数を最大にすることを試み、この効用関数は、各ユーザの現在の平均スループットの関数、又は各ユーザのヘッドオブラインパケットのキュー長若しくは遅延の関数として定義される。
【０００５】
しかしながら、ビデオ品質は、データレート、遅延、又はデータ損失の単純な関数ではなく、ビデオストリームの様々なセグメントにおける損失及び誤りの影響によって様々な形で影響を受ける（非特許文献３を参照されたい）。これは、１つの基本層及び複数の向上層を含むＳＶＣビデオストリームにおいて明らかである。基本層が受信されている限り、受信機はビデオストリームを復号することができる。より多くの向上層が受信されると、復号されるビデオ品質は改善される。マルチユーザビデオ送信では、これによって、コンテンツアウェアスケジューリングポリシがネットワークリソースの利用を最適化する際に利用することができる或るタイプのマルチユーザコンテンツダイバーシティが導入される。コンテンツアウェア方法の例は、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献６、非特許文献７、及び非特許文献８において見出すことができる。
【０００６】
非特許文献５は、サブフローの概念を導入している。この概念では、ビデオフロー（ビットストリーム）が、サブフローの遅延制約、及び復号されたビデオの全体歪みの観点での相対的優先度に基づいて、幾つかのサブフローに分割される。この概念は、８０２．１１ｅ ＷＬＡＮ ＭＡＣの優先順位付けスケジューリング機能と組み合わされる。この手法の１つの欠点は、この手法が、限られた数の優先度クラスしか可能にしない８０２．１１ｅ ＭＡＣに限定されることである。この結果、ビデオストリームのサブフロー差別化が限られることになり、このため、マルチユーザコンテンツダイバーシティからの利得が限られることになる。さらに、マルチユーザチャネルダイバーシティが利用されない。
【０００７】
非特許文献７は、ユーザごとの、コンテンツアウェアのパケット再順序付け、及びマルチユーザコンテンツアウェア優先度に基づくスケジューリングを提案している。ユーザ優先度は、各タイムスロットにおいて、多次元効用関数を最大にすることに基づいて求められる。多次元効用関数は、ユーザの歪みを最小にし、かつ（誤りのない）ユーザごとのデータレートを最大にすることを目的とする。コンテンツに基づく長期公平性も効用関数に含まれる。しかしながら、最適なマルチユーザ送信プロファイルは扱いにくく、スケジューラによって近似準最適解が用いられる。さらに、全てのタイムスロットにおいて多次元最適化を行うことが本質にあり、それによって、ユーザ及び利用可能なチャネルの数とともに計算複雑度が増大する。
【０００８】
非特許文献９は、勾配に基づくスケジューリング及びリソース配分アルゴリズムを提案している。このアルゴリズムは、コンテンツ、期限要件、及び過去の配分履歴に応じて、様々なユーザの送信を優先順位付けする。シミュレーション結果は、提案されているアルゴリズムが、コンテンツを意識しない（content-blind）アルゴリズム及び期限を意識しない（deadline-blind）アルゴリズムよりも性能が優れており、輻輳したネットワークにおける平均ＰＳＮＲの観点で６ｄＢもの利得を有することを示している。この方式は、その配分プロセスにおいてチャネル条件を明示的に検討しない。無線環境では、これによって、非常に不良なチャネル条件を有する幾つかのユーザが、それらのユーザのビデオ品質要件を満たすために、利用可能なチャネルリソースのほとんど全てを用い、全体性能が不良となる。これを回避するために、所定のしきい値未満のチャネル品質を有するユーザへのアクセスを拒否することが提案されているが、これによって無線カバレッジが制限される。
【０００９】
上記の方式によって共有される共通の手法は、スケジューリングの優先度を求めるのに、品質又は歪みの精密な数値又は「クリスプ」値に依拠することである。しかしながら、ビデオ品質は主観的なものであり、ビデオストリームの様々なセグメント間の重要度を、ビデオ品質に対するそれらのセグメントの相対的影響に基づいて区別することは比較的簡単である一方、これらの差を定量化することは困難である。上記の提案はいずれも、コンテンツアウェアスケジューリングとチャネルアウェアスケジューリングとの間の本質的矛盾、及びこのトレードオフを管理することによる無線カバレッジ向上の可能性を検討していない。
【００１０】
ファジーコントローラを用いて無線システムにおけるビデオデータのストリーミングを制御する問題を扱う複数の刊行物が存在する。例えば、M. Flurry他による刊行物の非特許文献１０は、無線ネットワークにおいてビデオストリーミングの制御にファジー制御論理を適用する基本的な可能性を記載している。ＳＶＣデータのためにファジー論理コントローラを用いることは、非特許文献１１によって記載されている。ファジー論理制御を用いてビデオストリーミングを制御する可能性が記載されているが、ファジー論理への入力変数は、ビデオストリーミングの詳細を検討せず、特にスケーラブルビデオ符号化（ＳＶＣ）ストリームの詳細を一切検討していない。
【００１１】
このため、従来技術による手法では、従来から、リソース配分のために二分決定が用いられてきた。例えば、ユーザは特定のレートでサービス提供されるべきであるか、又はドロップされるべきであるかのいずれかである。このため、より低い品質でより多くのユーザにサービス提供するか、又はより高い品質でより少ないユーザにサービス提供するかに関する論点が常に存在していた。無線リソースが限られていることに起因して、セルエッジ容量と全体システム容量との平衡をとることが、従来技術の手法において常に問題であったが、従来のシステムは、他のセルからのハンドオーバー、予期しないトラフィック上昇等を許容するために、意図的に全負荷で動作しない（負荷マージン）。これによって、非効率的なリソース利用となる。
【００１２】
従来技術による手法の上述した制限は、チャネルアウェアのみの手法又はコンテンツアウェアのみの手法に基づいてユーザにサービス提供する既知の手法を示す図１に関して、以下でより詳細に説明する。
【００１３】
図１（ａ）において、セル１００内のユーザにサービス提供する基地局ＢＳを有する無線ネットワークの１つのセルの概略図が示されている。セルはエッジ領域１０２を含み、図１（ａ）に示す例では、２つのユーザＵＥ１及びＵＥ２が基地局ＢＳによってサービス提供されている。ユーザＵＥ１はセル１００の中心領域１０４内にあるのに対し、ユーザＵＥ２はセルエッジ１０２にある。チャネルアウェアのみの手法を適用する場合、良好なチャネル条件を有するユーザがサービス提供される一方、不良なチャネル条件を有するユーザは無視される。図１（ａ）に示す場合では、セル１００の中心領域１０４内のユーザは一般に、良好なチャネル条件、より詳細には、セルエッジ１０２におけるユーザＵＥ２のチャネル条件よりも良好なチャネル条件を有し、それによって、チャネルアウェアのみの手法を適用する場合、ユーザＵＥ１がサービス提供される一方、ユーザＵＥ２は無視されることになる。
【００１４】
図１（ｂ）は、ユーザＵＥ１及びＵＥ２を有する図１（ａ）のセルを示し、コンテンツアウェアのみの手法を適用するときの状況を示している。そのような手法を適用する場合、システムは全ての需要にサービス提供することを試みるが、不良なチャネル条件を有するセルエッジ１０２におけるユーザＵＥ２のようなユーザがより多くのリソースを割り当てられ、それによって、最終的に、システムはリソースが不足し、これによってセル１００の中心領域におけるユーザＵＥ１にサービス提供することができない。このため、従来技術による手法は、ネットワーク全体に対する良好なビデオ配信の提供を可能にしない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】P. Falconio及びP. Dini、「Design and performance evaluation of packet scheduler algorithms for video traffic in the high speed downlink packet access」、Proc. IEEE PIMRC, Barcelona, Spain, Sep. 2004, pp. 2202-2206
【非特許文献２】D. Tse及びP. Viswanath、Fundamentals of Wireless Communication、Cambridge-University-Press, 2005
【非特許文献３】H. Wang、L. Kondi、A. Luthra、及びS. Ci、4G Wireless Video Communications、John-Wiley-and-Sons, 2009
【非特許文献４】G. Liebl、H. Jenkac、T. Stockhammer、及びC. Buchner、「Radio link buffer management and scheduling for wireless video streaming」、Telecommunication Systems, Springer Science & Business Media B.V., vol. 30/1-3, pp. 255-277, Nov. 2009
【非特許文献５】M. van der Schaar、Y. Andreopoulos、及びZ. Hu、「Optimized scalable video streaming over IEEE 802.11a/e HCCA wireless networks under delay constraints」、IEEE Trans. on Mobile Computing, vol. 5, no. 6, pp. 755-768, 2006
【非特許文献６】L. Choi、W. Kellerer、及びE. Steinbach、「On cross-layer design for streaming video delivery in multiuser wireless environments」、Eurasip Journal on Wireless Communication and Networking, vol. 2006, pp. 1-10, 2006
【非特許文献７】P. V. Pahalawatta、R. Berry、T. N. Pappas、及びA. K. Katsaggelos、「Content-aware resource allocation and packet scheduling for video transmission over wireless networks」、IEEE Journal on Sel. Areas on Commun., vol. 25, no. 4, pp. 749-759, 2007
【非特許文献８】J. Huang、Z. Li、M. Chiang、及びA. K. Katsaggelos、「Joint source adaptation and resource allocation for multi-user wireless video streaming」、IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Technology, vol. 18, no. 5, pp. 582-595, 2008
【非特許文献９】X. Ji、J. Huang、M. Chiang、G. Lafruit、及びF. Catthoor、「Scheduling and resource allocation for SVC streaming over OFDM downlink systems」、IEEE Trans. on Circuits and Systems, vol. 19, no. 10, pp. 1549-1555, 2009
【非特許文献１０】M. Flurry他、「Resource-Aware Fuzzy Logic Control of Video Streaming over IP and Wireless Networks」
【非特許文献１１】X. Wang、「Using Fuzzy Logic Controller to Implement Scalable Quality Adaptation for Stored Video in DiffServ Networks」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、ファジー論理を用いて、無線移動ネットワーク内の１つ又は複数のユーザへのスケーラブルビデオ符号化（ＳＶＣ）ストリームをスケジューリングする改善された手法を提供することである。
【００１７】
この目的は、請求項１に記載の方法、請求項１３に記載のコンピュータプログラム製品、請求項１４に記載の無線移動ネットワーク、及び請求項１５に記載の無線移動ネットワークのノードによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の実施の形態は、無線移動ネットワークにおいて１つ又は複数のユーザへのスケーラブルビデオ符号化（ＳＶＣ）ストリームをスケジューリングする方法であって、
（ａ）利用可能な物理リソースブロック（ＰＲＢ）及びユーザの中で、最も高い効用を有するＰＲＢ／ユーザ対を求めるステップと、
（ｂ）前記対の前記ユーザに前記対の前記ＰＲＢを配分するステップと、
を含み、前記効用は、ファジー論理推論を用いて求められ、該ファジー推論の前記入力は、前記ユーザにスケジューリングされる前記ＳＶＣストリームの層の重要性と、前記ＰＲＢにわたる前記ユーザの送信レートとを含む、無線移動ネットワークにおいて１つ又は複数のユーザへのスケーラブルビデオ符号化ストリームをスケジューリングする方法を提供する。
【００１９】
実施の形態によれば、各ＰＲＢは、前記無線移動ネットワークのノードと前記ユーザとの間の、ユーザ依存の、時間とともに変動する対応するチャネル品質を含み、該チャネル品質は、前記ＰＲＢにわたる前記ユーザの最大可能送信レートによって表され、前記ＳＶＣストリームは複数の層を含み、先行層は該層の従属層のいずれよりも高いか又は低い層インデックスを有し、前記先行層は、該層の従属層のいずれよりも前に前記ユーザに送信され、前記重要性は、前記ユーザに送信されるＳＶＣ層の重要度を、該ＳＶＣ層の前記層インデックスに基づいて示す。
【００２０】
前記ファジー論理推論の前記ファジールールは、
（１）重要性が高い場合、効用は高い、
（２）重要性が低い場合、効用は低い、
（３）レートが高い場合、効用は高い、
（４）レートが低い場合、効用は低い、
を含むことができる。
【００２１】
実施の形態によれば、前記ファジー論理推論はゼロ次菅野ファジー推論であり、該ゼロ次菅野ファジー推論に基づいて、前記効用は以下のように表され、
【数１】
ｕｉ＝効用、
μＶ＝クリスプ値を有する重要性のメンバシップの度合い又はメンバシップ関数、
μＲ＝クリスプ値を有するレートのメンバシップの度合い又はメンバシップ関数、
ｖｉ（ｔ，ｋ，φ）＝タイムスロットｔにおいてＰＲＢφの副搬送波ｋを用いてユーザに送信される、最も高い重要性を有するＳＶＣストリーム層の重要性、
ｒｉ（ｔ，ｋ，φ）＝タイムスロットｔにおいてＰＲＢφの副搬送波ｋを用いてＰＲＢφにおいて達成可能なユーザのビットレート、
ＶＨＩＧＨ＝高重要性集合、
ＲＨＩＧＨ＝高レート集合、
ＵＶ（ＶＨＩＧＨ）＝α、
ＵＲ（ＲＨＩＧＨ）＝１−α、及び
α＝ＳＶＣストリームのスケジューリング時に、コンテンツアウェアネスとチャネルアウェアネスとの間のトレードオフを決定する効用係数、
である。
【００２２】
実施の形態によれば、前記無線移動ネットワークは１つ又は複数のノードを備え、ノードは複数のユーザにサービス提供し、前記ＳＶＣストリームのピクチャ群（ＧＯＰ）は複数のタイムスロットの間に送信され、各タイムスロットは複数のＰＲＢを含み、各ＰＲＢは複数の副搬送波を含み、前記方法はタイムスロットごとに、かつタイムスロットにおける副搬送波ごとにステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返す。それぞれの前記ユーザに送信されるＳＶＣストリームデータをバッファリングすることができ、前記方法は、
（ｉ）現在のタイムスロットについて、ＳＶＣストリームデータがバッファリングされる、前記ノードによってサービス提供されるアクティブなユーザが存在するか否かを判断するステップと、
（ｉｉ）アクティブなユーザが存在する場合、前記現在のタイムスロットにおいて利用可能な配分されていないＰＲＢが存在するか否かを判断するステップと、
（ｉｉｉ）利用可能な配分されていないＰＲＢが存在しない場合、前記次のタイムスロットに進むステップと、
（ｉｖ）利用可能な配分されていないＰＲＢが存在する場合、前記バッファリングされたＳＶＣストリームデータによって表されるＳＶＣストリーム層の前記重要性を求め、アクティブなユーザごとに、前記現在のタイムスロットにおける全ての配分されていないＰＲＢの前記品質を求めるステップと、
（ｖ）ユーザごとに、前記層重要性及び前記ＰＲＢ品質のファジー論理関数として全ての配分されていないＰＲＢの前記効用を求めるステップと、
（ｖｉ）前記効用を最大にする前記ユーザ−ＰＲＢ対を選択するステップと、
を含むことができる。
【００２３】
さらに、前記方法は、
（ｖｉｉ）前記現在のタイムスロットにおける配分されていないＰＲＢのリストから前記選択されたＰＲＢを除去するステップと、
（ｖｉｉｉ）前記選択されたユーザのバッファを更新するステップと、
（ｉｘ）ステップ（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）を繰り返すステップと、
を含むことができる。
【００２４】
ステップ（ｉｉｉ）において、前記次のタイムスロットは前記現在のタイムスロットとなる場合があり、前記方法はステップ（ｉｉ）に戻る。
【００２５】
実施の形態によれば、前記ＳＶＣストリームの層の前記重要性は以下のように求められ、
【数２】
ＮＬ＝前記ユーザの単一のＧＯＰ内の層の総数
である。
【００２６】
実施の形態によれば、時点ｔにおける前記ＰＲＢφにわたる前記ユーザｉの前記送信レートは以下のように求められ、
ｒｉ（ｔ，φ）＝ＧｍｕｘＢｌｏｇ２（１＋εｉ(φ)γｉ（ｔ，φ））
γｉ（ｔ，φ）＝推定受信信号対雑音比（ＳＮＲ）、
Ｇｍｕｘ＝ＭＩＭＯ空間多重化利得、及び
εｉ（φ）＝γｉ（ｔ，φ）の場合の許容推定誤差、
である。
【００２７】
実施の形態によれば、平均品質、及び重要性が正規化されたスループットに基づいて前記ユーザの前記スケジューリングの前記性能が評価される。前記ノードから距離ｄにあるユーザｉについて、前記平均品質、及び前記重要性が正規化されたスループットは以下のように求められ、
【数３】
ＮＬ＝前記ユーザｉのＧＯＰ内の層の総数、
ρｌ＝層ｌの前記先行層のうちのいずれかが欠落している場合にゼロであり、そうでない場合に１、
Ｓｉ，ｌ（ｄ）＝前記遅延期限の前に送信されるユーザｉの層ｌのビット数、
Ｎｂｉｔｓ（ｌ，ｉ）＝ユーザｉの層ｌのビット数、
Ｅ｛Ｎｂｉｔｓ（ｌ，ｉ）｝＝Ｎｂｉｔｓ（ｌ，ｉ）の統計平均、
ｑｌ＝全てのｌ＋１個の層が誤りなく受信された場合に平均ＰＳＮＲであり、ｌ＜１の場合にゼロ、
であり、前記ノードに最も近い前記ｐ％のユーザの中の一ユーザについて、前記平均品質、及び前記重要性が正規化されたスループットは以下のように求められ、
【数４】
ｄｓｅｃ（ｐ）＝前記ｐ％のユーザによって占有されている前記ノードを中心とした前記セクタの半径、及び
ｆｄ（ｐ）＝ｄｓｅｃ（ｐ）によって定義された前記セクタ内の単一のユーザの前記距離ｄのｐｄｆ、
である。
【００２８】
本発明の実施の形態は、無線移動ネットワークであって、複数の基地局と、複数の移動ユーザであって、基地局は１つ又は複数の移動ユーザにサービス提供する、複数の移動ユーザと、を備え、前記基地局のうちの１つ又は複数は、本発明の方法に従って、前記基地局によってサービス提供される１つ又は複数のユーザにＳＶＣストリームをスケジューリングするためのスケジューラを備える、無線移動ネットワークを提供する。
【００２９】
本発明の実施の形態は、無線移動ネットワークのノードであって、本発明の方法に従って、該ノードによってサービス提供される１つ又は複数のユーザにＳＶＣストリームをスケジューリングするためのスケジューラを備える、無線移動ネットワークのノードを提供する。
【００３０】
このため、本発明は、セル中心ユーザ又はセルエッジユーザのみでなく、ネットワーク全体への良好なビデオ配信のための手法を提供する。本発明による手法によれば、ファジー論理理論を用いて、ビデオコンテンツの質的（言語的／意味論的）値と、チャネル品質の量的値とを組み合わせて、数値的な効用値を得る。これによって、コンテンツアウェアネスとチャネルアウェアネスとの間の平衡を提供することによって、ネットワーク全体にわたってビデオ配信を改善することが可能になる。この平衡は、コンテンツアウェアとチャネルアウェアとのトレードオフが利用されるように、システム要件に基づいて調整することができる。さらに、スケーラブルビデオのダウンリンク無線カバレッジが向上し、機能停止が最小にされる。トレードオフによって、カバレッジエリア全体を通じてユーザ体験全体が向上する。サポートされるユーザ数は、中断のない再生の場合、４０％も向上させることができる。さらに、短く知覚不可能な中断が許容される場合、８０％の向上が可能である。
【００３１】
本発明の実施の形態は、無線移動ネットワークにおいて複数のユーザへのビデオストリームをスケジューリングするための新たな手法、より詳細には、無線移動ネットワークにおいてユーザへのＳＶＣストリームをスケジューリングする手法を提供する。本発明による手法によれば、スケジューリングは、いわゆる「効用」に基づいて有効にされる。「効用」は、本発明の実施の形態によれば、ユーザに送信される層の重要性と、ユーザとノード又は基地局との間のチャネルの可能な送信レートとに基づいて動作するファジー論理推論に基づいて求められる。実施の形態によれば、全ての利用可能なＰＲＢの中で最も高いユーザ効用を有するＰＲＢ−ユーザ対が求められ、ユーザへのＳＶＣデータの送信を達成するために、その対のそれぞれのＰＲＢがユーザに配分される。
【００３２】
本発明の実施の形態によれば、マルチユーザコンテンツアウェア／チャネルアウェアに基づくスケジューリングアルゴリズムが教示され、このアルゴリズムでは、菅野ファジー論理推論法に基づいてユーザチャネルアクセス優先度が選択される。ファジー論理システム手法の利点は、この手法が、数値変数及び言語（質的）変数の双方を組み込んでいることである。この手法は、複数の判断基準を同時に検討し、小型の言語ルールベースを用いて人間の体験をモデル化する機能を有する。この研究との関連で、ファジー論理理論は、コンテンツ重要度が言語変数として表され、チャネル品質の数値と組み合わされ、スケジューリング優先度が求められることを可能にする。ファジー推論法を用いて、チャネルのユーザごとの品質推定値と、ユーザに送信される次のビデオデータの、コンテンツに依拠する重要度との多項式関数として、チャネル単位でユーザごとの動的効用を定義する。詳細には、多項式関数によって、ビデオ品質の向上のためのコンテンツアウェアネスと、より高いチャネルスループットのためのチャネルアウェアネスとの間のトレードオフが決まる。
【００３３】
本発明による手法は、短い時間スケールにわたる多次元最適化と関連付けられた計算複雑度を回避し、スケジューラの動的最適化及びスケーラビリティを可能にする。この手法は、スケジューリング優先度を求めるのに、品質又は歪みの精密な数値に依拠しない。しかしながら、ビデオ品質は主観的なものであり、ビデオストリームの異なるセグメント間の重要度を、それらのセグメントのビデオ品質に対する相対的な影響に基づいて区別するのは比較的簡単である一方、これらの差異を定量化するのは困難である。このため、本発明による手法は、コンテンツアウェアスケジューリングとチャネルアウェアスケジューリングとの間の本質的な対立を管理し、それらの間のトレードオフを管理することによって無線カバレッジを向上させる。
【００３４】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ユーザにサービス提供する既知の手法を示す図であり、図１（ａ）はチャネルアウェアのみの手法に基づいて動作する１つのセルの概略図であり、図１（ｂ）はコンテンツアウェアのみの手法に基づいて動作する１つのセルの概略図である。
【図２】ＳＶＣ符号化ビデオストリームのＧＯＰ構造を示す図である。
【図３】配分プロセスを実施する本発明によるスケジューラの一実施形態を示す概略図である。
【図４】図３のスケジューラのスケジューリング方法を示す流れ図である。
【図５】全ての利用可能なＰＲＢの効用（ＰＲＢ効用）を求める本発明によるプロセスを更に詳細に示すブロック図である。
【図６（ａ）】本発明による配分プロセスの一例であり、図６（ａ）は第１のタイムスロットの配分プロセスを示す図であり、図６（ｂ）は第２のタイムスロットの配分プロセスを示す図である。
【図６（ｂ）】本発明による配分プロセスの一例であり、図６（ａ）は第１のタイムスロットの配分プロセスを示す図であり、図６（ｂ）は第２のタイムスロットの配分プロセスを示す図である。
【図６（ｃ）】本発明による配分プロセスの一例であり、図６（ａ）は第１のタイムスロットの配分プロセスを示す図であり、図６（ｂ）は第２のタイムスロットの配分プロセスを示す図である。
【図７】１つの配分期間にわたるＰＲＢの時間／周波数分布を示す図である。
【図８（ａ）】本明細書において用いられるシンボルの表である。
【図８（ｂ）】本明細書において用いられるシンボルの表である。
【図９】様々なクラスのユーザ及びα＝０について、ＰＳＮＲ対ユーザ数のプロットを示す図である。
【図１０】様々なクラスのユーザ及びα＝０について、重要性が正規化されたスループット（normalized significance throughput）対ユーザ数を示す図である。
【図１１】様々なクラスのユーザ及びα＝０．２５について、重要性が正規化されたスループット対ユーザ数を示す図である。
【図１２】様々なクラスのユーザ及びα＝０．５について、重要性が正規化されたスループット対ユーザ数を示す図である。
【図１３】様々な最大遅延制約、ユーザの１００％、及びα＝０について、重要性が正規化されたスループット対ユーザ数を示す図である。
【図１４】様々な最大遅延制約、ユーザの２０％、及びα＝０．２５について、重要性が正規化されたスループット対ユーザ数を示す図である。
【図１５】様々な最大遅延制約、ユーザの１００％、及びα＝０．２５について、重要性が正規化されたスループット対ユーザ数を示す図である。
【図１６】様々な効用係数αについて、様々な数のセルエッジユーザ及びセル中心ユーザのスループットを示すグラフである。
【図１７】中断が許容される場合の、様々な効用係数αについて、様々な数のセルエッジユーザ及びセル中心ユーザのスループットを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の実施形態を、ＯＦＤＭＡ無線インタフェースを用いたセルラダウンリンクについて説明する。３セクタからなる六角形セルラダウンリンク直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）ネットワークの単一の１２０度のセクタが検討される。ここで、各セル（例えば図１を参照されたい）は、基地局（ＢＳ）によって３つの同一ロケーションにある指向性アンテナを用いてサービス提供され、各指向性アンテナはそのそれぞれのセクタにサービス提供する。タグ付けされたセクタは、そのセクタのエリアにわたって一様分布したＮ個のアクティブな無線ユーザにサービス提供する。各配分持続時間のシステム帯域幅はＭ個の物理リソースブロック（ＰＲＢ）に分割され、ＰＲＢは、帯域幅Ｂを有する固定数のＯＦＤＭＡ副搬送波及び固定数のシンボル持続時間にわたる多次元リソースユニットである。
【００３７】
同じＢＳの全てのセクタは同じＰＲＢを同時に用いることができる。近傍セルからの隣接するセクタがクラスタを形成する。近傍クラスタからの干渉は、セクタ化されたアーキテクチャ並びに伝搬パス損失及びフェージングによって実質的に軽減される。同じクラスタの近傍セクタが同じＰＲＢを決して同時に用いないことを確実にすることによって、全てのユーザについて同じクラスタのセクタ間の干渉を回避する単純なセル間協調アルゴリズムが仮定される。全てのユーザについてゼロのセル間干渉（ＩＣＩ）を確実にすることによって、各ユーザによって必要とされるＰＲＢ数が最小にされ、これによって、より多くのＰＲＢがセクタ内及びクラスタ内の他のユーザに利用可能にされる。
【００３８】
セクタに配分されるＰＲＢの数ｍ≦Ｍは、同じクラスタ内の他のセクタに対するセクタの平均予測トラフィック負荷（ビット／秒単位）要件の関数である。Ｌｃｌｕｓｔｅｒがクラスタ内の全てのセクタの総予測負荷を表し、Ｌｓｅｃｔｏｒがタグ付けされたセクタの負荷を表すものとし、ｍ≒Ｌｓｅｃｔｏｒ／Ｌｃｌｕｓｔｅｒとする。基地局は、各配分時に、一組のＮ個のユーザにｍ個のＰＲＢを配分することができる。各配分時に、複数のＰＲＢを単一のユーザに割り当てることができるが、各ＰＲＢは最大で１つのユーザにしか割り当てることができない。
【００３９】
チャネル条件が様々なＰＲＢ及び様々なユーザにわたって変動することが仮定される。チャネル条件は、時間、周波数（例えば周波数選択性マルチパスフェージング）、及びユーザロケーションとともに変動する。したがって、各ＰＲＢは、そのＰＲＢにわたるそのユーザの最大可能送信レートによって表される、ユーザ依存の、時間とともに変動する対応するチャネル品質を有する。ｒｉ（ｔ，φ）が、時点ｔにおけるＰＲＢφにわたるユーザｉの最大可能送信レート（ビット／秒）を表すものとする。このとき、
ｒｉ（ｔ，φ）＝ＧｍｕｘＢｌｏｇ２（１＋εｉ(φ)γｉ（ｔ，φ）） （１）
である。ここで、γｉ（ｔ，φ）は、ダイバーシティ合成（ＭＩＭＯアンテナダイバーシティ及びシャドーフェージングを含む）後の推定受信信号対雑音比（ＳＮＲ）であり、ＧｍｕｘはＭＩＭＯ空間多重化利得であり、εｉ（φ）はγｉ（ｔ，φ）の許容推定誤差である。γｉ（ｔ，φ）及びεｉ（φ）で構成される、ユーザからＢＳへのチャネル品質フィードバックは、チャネルのコヒーレンス時間内にスケジューラに提供されると仮定される。チャネル推定誤差の限界を考慮に入れることによって、送信中の誤差のリスクが最小にされる。
【００４０】
スケーラブルビデオ符号化
以下において、スケーラブルビデオ符号化（ＳＶＣ）方式が説明される。ＳＶＣストリームは基本層及び幾つかの向上層を有する。基本層が受信される限り、受信機はビデオストリームを復号することができる。より多くの向上層が受信されると、復号されるビデオ品質は改善される。ＳＶＣのスケーラビリティは、時間スケーラビリティ、空間スケーラビリティ、及び品質スケーラビリティを含む。時間スケーラビリティは、同じビデオを様々なフレームレートで表すことを指す。時間スケーラブルビットストリームは、図２に示すような階層予測構造を用いて生成される。図２は、ＳＶＣ符号化ビットストリームのＧＯＰ（ピクチャ群）構造を示している。空間スケーラビリティは、ビデオを様々な空間分解能又はサイズで表すことを指す。通常、空間層のピクチャは、より低い時間層及び空間層の双方からの予測に基づく。品質（又はＳＮＲ）スケーラビリティは、同じビデオストリームを様々なＳＮＲ又は品質レベルで表すことを指す。
【００４１】
ＳＶＣビデオストリームはユニットで構成され、ユニットのそれぞれはピクチャ群（ＧＯＰ）と呼ばれる。本明細書との関連で、ＧＯＰは主要ピクチャに続く第１のフレームで開始し、次の主要ピクチャで終了する。２つのタイプの主要ピクチャ、すなわちイントラ符号化（Ｉ）フレーム及び予測（Ｐ）フレームが存在する。連続する主要ピクチャ間に、ＧＯＰを含む１つ又は複数の双方向予測（Ｂ）フレームが存在するようにすることができる。主要ピクチャ間のＢフレームの数は
【数５】
によって与えられ、ここで、ｎＴＬは正の非ゼロの整数であり、時間スケーラビリティの時間レベル数を表す。
【００４２】
ＧＯＰは複数の層を備える。各層は、その層の時間、品質、及び空間レベルによって定義され、同じ時間、品質、及び空間レベルを有するＧＯＰ内の全てのビットを含む。Ｉフレームの基本層を除いて、全ての層が他の層に従属する。本明細書では、従属層を有する層はこれらの従属層に対する先行部といわれる。この依存性は、所与の層の先行層のうちのいずれかが誤差又は損失に起因して復号することができない場合、この所与の層を受信機において正しく復号することができないことを意味する。単一のユーザに関して、先行層は、その層の従属層のうちのいずれの層よりも重要であり、所与のユーザについて最初にスケジューリングされるべきである。
【００４３】
ＮＬがユーザの単一のＧＯＰ内の層の総数を表すものとする。ｌがＧＯＰ内の層のインデックスを表すものとする。ここで、ｌ＝０，１，．．．，ＮＬ−１であり、先行層は、その層の従属層のうちのいずれの層よりも低いインデックスを有する。本質的に、ｌは所与のユーザについて、ＧＯＰのスケジューリング層における優先度を表す。マルチユーザスケジューリングの場合、層の相対重要度ｖは以下のように定義される。
【数６】
【００４４】
全てのユーザが同じ数ＮＬの符号化層を用いる場合、重要度の上記の定義による符号化層の優先順位付けされたスケジューリングは、全てのユーザが、そのユーザの同じ数の最も重要な層を送信することを確実にすることを目指す。異なるユーザが異なる数ＮＬの符号化層を有する場合、重要度の上記の定義による符号化層の優先順位付けされたスケジューリングは、全てのユーザが、そのユーザの同じ比率の最も重要な層を送信することを確実にすることを目指す。したがって、この手法は、複数のユーザのビデオ層の質的重要度に基づいて、それらの複数のユーザに対し公平性を実現することを目指す。
【００４５】
この手法は、本明細書において定義されているように、ＧＯＰ単位での重要度に焦点をあてているので、主要ピクチャが以前の主要ピクチャに従属する場合があるにもかかわらず、主要ピクチャ間の重要度を区別しない。これは、スケーラブルビデオ符号化にとって、全ての主要ピクチャが受信されることが極めて重要であるという議論によって正当化される。したがって、スケジューリングにおいて主要ピクチャ同士を区別する必要はない。
【００４６】
本明細書における説明のために、時間スケーラビリティを有するＳＶＣが検討されるが、本発明による手法は他のスケーラビリティモデルにも同様に適用可能である。例えば、以下のような階層ＢフレームＧＯＰ構造｛Ｋ０Ｂ２Ｂ１Ｂ２Ｋ０．．．｝を検討する。ここで、Ｋ０はＩ主要ピクチャ又はＰ主要ピクチャである（図２を参照されたい）。符号化層の数は、ＮＬ＝３である。各層は１つ又は複数のフレームで構成される。重要度順の層は、インデックスｌ＝０を有する主要ピクチャ｛Ｋ０｝、インデックスｌ＝１を有する｛Ｂ１｝、及びインデックスｌ＝２を有する｛Ｂ２，Ｂ２｝である。重要性値はそれぞれ、ｖ＝１、ｖ＝２／３、及びｖ＝１／３である。
【００４７】
ファジー干渉
コントローラ設計の分野において、ファジー論理推論は最も一般的な手法のうちの１つである。さらに、通信ネットワークのためにファジー制御が提案されている（例えば、S. Setti、V. Kumar、N. Prasad、及びN. Raju、「Implementation of fuzzy priority scheduler for MANET and performance analysis with reactive protocols」、International Journal of Engineering Science and Technology, vol. 2, no. 8, pp. 3635-3640, Jan 2010、C. L. Chen、J. W. Lee、S. Y. Chen、及びY. H. Kuo、「Hierarchical cross-layer fuzzy control for compromise of multiple objectives in wireless mobile networks」、Proc. International Conference on Mobile Technology, Applications, and Systems (Mobility 08), vol. 6, Yilan, Taiwan, Sep. 2008, pp. 1-7を参照されたい）。通常、ファジー論理推論システムは、スカラー出力への入力データベクトルの非線形マッピングであり、ファジー論理コントローラにおいて広く用いられている（例えば、J. M. Mendel、「Fuzzy logic systems for engineering: A tutorial」、Proceedings of the IEEE, vol. 83, no. 3, pp. 345-377, Mar. 1995を参照されたい）。ファジー集合論は、非線形マッピングの詳細を確立している。ファジー推論システムは、ファジー化インタフェース、ファジールールベース、メンバシップ関数データベース、ルール評価プロセス、及び非ファジー化インタフェースで構成される。
【００４８】
ファジー化インタフェースは、ファジー集合を定義し、適切なファジー集合においてクリスプ（実数値）入力のメンバシップの度合いを求める。ファジールールベースは、複数のファジーな（言語による）ｉｆ−ｔｈｅｎルールを含み、このｉｆ−ｔｈｅｎルールはファジー推論システムの決定行動を定義する。メンバシップ関数データベースは、各入力言語変数及び出力言語変数と関連付けられたファジー集合のメンバシップ関数を定義し、ファジールールにおいて用いられる。
【００４９】
各言語ルールは、「ＩＦ条件ＴＨＥＮ帰結」の形態を有する。ルールのＩＦ「条件」部が、ルール先行部又は前提である一方「ＴＨＥＮ帰結」部は、ルール帰結部である。ルール先行部は、単一の入力言語変数がどの程度言語値に等しいか、すなわち言語値と関連付けられたファジー集合における、その入力言語変数のメンバシップの度合いを求める。このとき、ルールの帰結部は、同じ度合いまで真である。次に、この数（真値）はルール帰結部の出力言語集合のメンバシップ関数に適用される。結果としての値が、言語出力変数に割り当てられ、そのルールの評価結果となる。所与のファジールールが複数の先行部又は帰結部を有する場合、ファジー演算子（ＡＮＤ又はＯＲ）を用いて、先行評価結果又は帰結評価結果をそれぞれ表す単一の数を得る。
【００５０】
２つの主なタイプのファジールール、すなわちマンダニ（Mamdani）ファジールール及び高木−菅野（Takagi-Sugeno）（M. Sugeno「Fuzzy control」（North-Holland, 1988）、略して菅野）ファジールールが存在する。２つの入力言語変数及び１つの出力言語変数を含むファジー推論システムのためのマンダニファジールールは、以下のように記載することができる。
IF x1がX1 FL_OPERATOR x2がX2 THEN y1がY1; （３）
ここで、ｘ１及びｘ２は入力変数であり、ｙ１は出力変数である。Ｘ１、Ｘ２、及びＹ１はファジー集合であり、ＦＬ＿ＯＰＥＲＡＴＯＲはファジー論理ＡＮＤ演算子又はファジー論理ＯＲ演算子のいずれかである。
【００５１】
マンダニファジールールとは異なり、菅野ファジールールは、入力変数の関数をルール帰結部として用いる。上記のマンダニルールに対応する菅野ファジールールは
IF x1がX1 FL_OPERATOR x2がX2 THEN y1=f1(x1, x2); （４）
である。ここで、ｆ１（）は任意のタイプの実関数である。ゼロ次菅野推論の場合、関数ｆ（）は定値である。
【００５２】
最終的に、非ファジー化インタフェースは、全てのファジールールの組み合わされた出力をクリスプ出力に変換する。
【００５３】
マルチユーザコンテンツアウェア及びチャネルアウェア共同の優先順位付けされたスケジューラ
次に、本発明の実施形態によるスケジューリングアルゴリズムを説明する。スケジューリングアルゴリズムは、任意の時点で、ＰＲＢをユーザに反復的に配分する。ΦＡＲＢ（ｔ，ｋ）が、タイムスロットｔの反復ｋによって配分されたＰＲＢの集合を表し、ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ）が、タイムスロットｔの反復ｋによって配分されていないＰＲＢの集合を表すものとする。Φｉ（ｔ，ｋ）が、タイムスロットｔの反復ｋによってユーザｉに配分されたＰＲＢの集合を表すものとすると、ｒｉ（ｔ，Φ）がＰＲＢφ∈ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ）におけるユーザの達成可能なビットレートである。したがって、各ＰＲＢは、そのＰＲＢにわたるそのユーザの最大可能送信レートによって表される、ユーザ依存の、時間とともに変動する対応するチャネル品質を有する。ｒｉ（ｔ，φ）の式は上記の式（１）において与えられる。
【００５４】
ユーザｉごとに、先行層がその層の後続層のうちのいずれの層よりも前に送信される。ｖｉ（ｔ，ｋ）が、タイムスロットｔの反復ｋによってユーザｉに送信される最も高い重要性を有する層の重要性を表すものとする。ＰＲＢφ∈ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ）におけるタイムスロットｔの反復ｋによるユーザｉの効用は、
u1(t,k,φ)=Ffuzzy[vi(t,k),ri(t,φ)], （５）
である。ここで、関数Ｆｆｕｚｚｙ［ｖｉ（ｔ，ｋ），ｒｉ（ｔ，φ）］はゼロ次菅野ファジー推論によって求められる。
【００５５】
ファジー論理を用いたユーザ効用の計算
ユーザ効用を定義する関数ｕｉ（ｔ，ｋ，φ）＝Ｆｆｕｚｚｙ［ｖｉ（ｔ，ｋ），ｒｉ（ｔ，φ）］は、以下のファジールールベースを適用することによって導出される。
１）ルール１：重要性ｖｉ（ｔ，ｋ）が高い場合、ユーザの効用(user_utility)は高い
２）ルール２：重要性ｖｉ（ｔ，ｋ）が低い場合、ユーザの効用(user_utility)は低い
３）ルール３：レートｒｉ（ｔ，φ）が高い場合、ユーザの効用(user_utility)は高い
４）ルール４：レートｒｉ（ｔ，φ）が低い場合、ユーザの効用(user_utility)は低い
【００５６】
タイムスロットｔの反復ｋごとに、全てのユーザｉ／ＰＲＢφ対にファジー推論が適用される。ここで、ＰＲＢφ∈ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ）である。
【００５７】
Ｖｈｉｇｈが、高重要性集合を表す、重要性の論議領域にわたるファジー重要性集合を表し、Ｖｌｏｗが、低重要性集合を表す、重要性の論議領域にわたるファジー重要性集合を表すものとする。ＵＶ（Ｖ）が、重要性の関数であり、ｕｓｅｒ＿ｕｔｉｌｉｔｙの論議領域にわたって規定される、結果としてのファジーシングルトンを表すものとする。ＵＶ（Ｖｈｉｇｈ）が、ルール１の高い結果を表し、ＵＶ（Ｖｌｏｗ）が、ルール２の低い結果を表す。μＶ（ｖｉ（ｔ，ｋ），Ｖ）が、ファジー集合Ｖ∈｛Ｖｈｉｇｈ，Ｖｌｏｗ｝内のクリスプ値ｖｉ（ｔ，ｋ）を有する重要性のメンバシップの度合い又はメンバシップ関数を表すものとする。
【００５８】
Ｒｈｉｇｈが、高レート集合を表す重要性の論議領域にわたるファジーレート集合を表し、Ｒｌｏｗが、低レート集合を表す重要性の論議領域にわたるファジーレート集合を表すものとする。ＵＲ（Ｒ）が、レートの関数であり、ｕｓｅｒ＿ｕｔｉｌｉｔｙの論議領域にわたって規定される、結果としてのファジーシングルトンを表すものとする。ＵＲ（Ｒｈｉｇｈ）が、ルール３の高い結果を表し、ＵＲ（Ｒｌｏｗ）が、ルール４の低い結果を表す。μＲ（ｒｉ（ｔ，φ），Ｒ）が、ファジー集合Ｒ∈｛Ｒｈｉｇｈ，Ｒｌｏｗ｝内のクリスプ値ｒｉ（ｔ，φ）を有するレートのメンバシップの度合い又はメンバシップ関数を表すものとする。
【００５９】
ゼロ次菅野ファジー推論を適用した結果、ｕｓｅｒ＿ｕｔｉｌｉｔｙ ｕのクリスプ値が以下のように表される。
【数７】
【００６０】
式（６）の分子における第１の総和は、ルール１及びルール２のファジールール評価の組み合わされた出力である一方、第２の総和は、ルール３及びルール４のルール評価の組み合わされた出力である。
【００６１】
上記の式は、ΣＶμＶ（ｖｉ（ｔ，ｋ，φ），Ｖ）＝１かつΣＲμＲ（ｒｉ（ｔ，ｋ，φ），Ｒ）＝１となるようにメンバシップ関数を選択することによって単純化される。この場合、
【数８】
である。
【００６２】
通常、ファジーシングルトンＵＶ（Ｖｌｏｗ）及びＵＲ（Ｒｌｏｗ）は、それぞれＵＶ（Ｖｌｏｗ）＜ＵＶ（Ｖｈｉｇｈ）及びＵＲ（Ｒｌｏｗ）＜ＵＲ（Ｒｈｉｇｈ）の制約下で０と１との間の範囲内の任意の実数値を有することができる。性能最適化問題を単純化するために、結果のファジーシングルトンの可能な値が更に制約される。まず、ＵＶ（Ｖｌｏｗ）＝ＵＲ（Ｒｌｏｗ）＝０である。このとき、効用の式は以下のように更に単純化することができる。
【数９】
【００６３】
さらに、ＵＶ（Ｖｈｉｇｈ）及びＵＲ（Ｒｈｉｇｈ）の可能な値は、ＵＶ（Ｖｈｉｇｈ）＝αかつＵＲ（Ｒｈｉｇｈ）＝１−αとなるように制約される。ここで、αは効用係数と呼ばれ、コンテンツアウェアネスとチャネルアウェアネスとの間のトレードオフを決定する。
【００６４】
線形メンバシップ関数が用いられる。メンバシップ関数は、Ｖ＝Ｖｈｉｇｈの場合にμＶ（ｖ）＝ｖであり、Ｒ＝Ｒｈｉｇｈの場合にμＲ（ｒ）＝ｒ／ｒｍａｘである。ここで、ｒｍａｘは、符号化オーバヘッド（ｒｉ（ｔ，φ）≦ｒｍａｘ）を有しない最も高次の変調を用いるときに、任意の単一のＰＲＢにわたってサポートすることができる、ビット／秒単位の最大レートである。重要性の論議領域は、ｖｉ（ｔ，ｋ，φ）の可能な値の範囲であり、これらの可能な値は全て０と１との間の実数である。レートの論議領域は、ｒｉ（ｔ，ｋ，φ）の可能な値の範囲であり、これらの可能な値は全て０とｒｍａｘとの間の実数である。
【００６５】
スケジューリングアルゴリズム
スケジューラについて初期バッファ遅延又は最大遅延制約ＴＤが定義される。各ユーザは、この持続時間中に、そのユーザのＧＯＰレートに応じて１つ又は複数のＧＯＰを受信しなくてはならない。ユーザがこの時間期間に複数のｇ個のＧＯＰを受信する必要がある場合、同じインデックスｌを有する全部でｇ個の層が存在する。スケジューラは、これらの層を、インデックスｌを有する単一の層として扱い、これらの層が、同じインデックスｌ＋１を有する全部でｇ個の層のうちのいずれの層よりも前に送信されることを確実にする。受信機において、層は再順序付けされ、層の再生順序に従ってフレームに再構成される。
【００６６】
反復アルゴリズムは、時点ｔの任意の反復ｋにおいて以下のように動作する。
１）｜ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ）｜＞０について、全ての利用可能なＰＲＢ及びユーザの中で最も高いユーザ効用を有するＰＲＢ−ユーザ対を見つける。
【数１０】
３）ＰＲＢφ＊をユーザｉ＊に配分する。
【数１１】
４）このＰＲＢを利用可能なＰＲＢの集合から削除する。
ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ＋１）＝ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ）−｛φ＊｝
５）全てのＰＲＢが配分されるまで、すなわち｜ΦＵＲＢ（ｔ，ｋ）｜＝０となるまで上記のステップを繰り返す。
６）新たなタイムスロットｔ＝ｔ＋ＴＰＲＢについて上記のステップを繰り返す。ここで、ＴＰＲＢは単一のＰＲＢの持続時間である。
【００６７】
換言すれば、実施形態によれば、タイムスロットごとの反復配分プロセスが提供される。ここで、反復ごとに、全ての利用可能なＰＲＢ−ユーザ対の中で最も高い効用を有するＰＲＢ−ユーザ対が選択される。ＰＲＢはユーザに配分され、利用可能なＰＲＢの集合から削除される。上述したステップは、現在のタイムスロットにおいて全てのＰＲＢが配分されるまで繰り返され、次に、ステップは次のタイムスロットについて繰り返される。本方法の一実施形態を、図３〜図６に基づいて以下で更に詳細に説明する。
【００６８】
図３は、例えば、無線ネットワークの基地局において実行されるような配分プロセスを実施する本発明によるスケジューラの一実施形態を示す概略図である。図３において、複数のユーザ１，．．．，ｉが仮定され、各ユーザは、スケーラブルビデオストリームのデータを表すデータブロックを受信するためのバッファ２００１〜２００ｉに関連付けられている。より詳細には、バッファ２００１〜２００ｉにおいて、それぞれのデータブロックはスケーラブルビデオストリームのそれぞれの層と関連付けられ、それらのデータブロックの重要度に従ってバッファ内に配列される。コンテンツアウェア及びチャネルアウェア共同スケジューラ２０２が設けられ、このスケジューラ２０２は、それぞれのバッファ２００１〜２００ｉからデータブロックを受信し、このデータブロックを、本発明によるスケジューリングプロセスに従って、スケジューラを組み込んだ基地局によってサービス提供されているそれぞれのユーザに転送する。図３において、利用可能な物理リソースブロック（ＰＲＢ）が２０４に示され、これらの利用可能なブロックに基づいて、ユーザごと／ＰＲＢごとのチャネル品質が求められ、入力２０６としてスケジューラに返送される。スケジューラ２０２は、ユーザごとでＰＲＢごとにパケットを出力バッファ２０８に出力し、出力バッファ２０８において、それぞれのユーザのためのそれぞれのデータブロックが、それらのデータブロックの優先度に従って記憶される。
【００６９】
図４は、スケジューラ２０２（図３を参照されたい）のスケジューリング方法を示す流れ図である。本方法は、ステップ３００において開始し、ステップ３０２において、空でないバッファ２００１〜２００ｉを有するアクティブユーザが存在するか否かが判断される。そのようなアクティブユーザが存在しない場合、本方法はステップ３０４において終了する。空でないバッファを有するアクティブユーザが存在する場合、本方法はステップ３０６に進み、ステップ３０６において、現在のタイムスロットにおいて利用可能なＰＲＢがまだ存在するか否かが判断される。存在しない場合、本方法はステップ３０８に進み、現在の反復を抜けて新たな反復に入る。すなわち、本方法は、現在のタイムスロットがここで次のタイムスロットとなるように、次のタイムスロットへ進む。次に、本方法はステップ３０６に戻る。ステップ３０６において、ＰＲＢが現在のタイムスロットにおいて利用可能であると判断される場合、ステップ３１０において、各アクティブユーザのバッファ内のヘッドオブライン（ＨＯＬ）層の重要性が、上記で詳細に説明したような方法で求められる。また、ステップ３１２において、ユーザごとに、現在のタイムスロットにおける全ての利用可能なＰＲＢの品質が測定される。ステップ３１０に関して、重要性値は、通常、ＨＯＬ層が完全に送信された場合のみ変化することに留意されたい。ステップ３１２において、最大でも、ユーザごとでタイムスロットごとに各ＰＲＢについて１つの測定値が必要とされる。このため、スケジューラ２０２は、それぞれのバッファ２００１〜２００ｉから受信した情報に基づいて、ステップ３１０の重要性を求め、ユーザごとに、ステップ３１２において測定された品質２０６を受信する。ステップ３１０及び３１２の出力はステップ３１４への入力であり、ステップ３１４において、ユーザごとに、上記で詳細に説明したように、ＨＯＬ層重要性及びＰＲＢ品質のファジー論理関数として、全ての利用可能なＰＲＢのユーティティが求められる。
【００７０】
効用が求められると、ステップ３１６において、この効用を最大にするユーザ−ＰＲＢ対が選択される。次に、ステップ３１８において、選択されたＰＲＢは、現在のタイムスロットにおける利用可能なＰＲＢのリストから削除され、ステップ３２０において、選択されたユーザのバッファが更新される。次に、本方法はステップ３０２に戻る。
【００７１】
図５は、一実施形態による、全ての利用可能なＰＲＢの効用（ＰＲＢ効用）を求めるための本発明によるプロセスを更に詳細に説明するブロック図を示している。図５において、上述したステップ３１０及び３１２が示され、これらのステップは、ＰＲＢ効用を求めるためにそれぞれの入力をステップ３１４に提供する。ステップ３１０及び３１２の出力は、ファジールール評価ステップ３１４ａにおいて受け取られ、このステップ３１４ａは、上述した原理に従ってそれぞれのルール出力を生成し、これらのルール出力は集計関数ステップ３１４ｂに入力される。集計関数ステップ３１４ｂは、ステップ３１４ｃ及び３１４ｄによって求められた集合関数パラメータを更に受け取る。ステップ３１４ｃは、アプリケーションアウェアＱｏＳ（サービス品質）測定値を提供し、ステップ３１４ｄはアプリケーションアウェアＱｏＳ要件を提供する。ルール出力及び集合関数パラメータに基づいて、上述したように、ＰＲＢ効用が求められ、図４のステップ３１６に出力される。
【００７２】
以下において、本発明による配分プロセスの例を図６に関して説明する。図６（ａ）は、第１のタイムスロットの配分プロセスを示している。２つのユーザのみが存在していると仮定され、送信されるデータブロックのユーザごとの重要性は以下のとおりである。
データブロック１− 重要性値＝１
データブロック２− 重要性値＝０．７
データブロック３− 重要性値＝０．３
【００７３】
このため、図６（ａ）に示す重要性の値は、スケーラブルビデオストリームの第１の層、第２の層、及び第３の層の重要性を示し、この重要性は、双方のユーザについて、１、０．７、０．３である。これらの値は、本方法のステップ３１０において、上述したように求められる。
【００７４】
ステップ３１２によって、ＰＲＢ１及びＰＲＢ２のＰＲＢ品質が得られる。これらは、現在のタイムスロット（タイムスロット１）における利用可能なＰＲＢとみなされる。ユーザ１のＰＲＢ品質は以下のとおりである。
ＰＲＢ１＝１
ＰＲＢ２＝０．５
【００７５】
ユーザ２のＰＲＢ品質は以下のとおりである。
ＰＲＢ１＝０．２
ＰＲＢ２＝０．４
【００７６】
このため、ユーザ１はセル中心により近いユーザであるのに対し、ユーザ２はセルエッジにより近いユーザであると仮定することができる。重要性及びＰＲＢ品質は、検討されるタイムスロット１について一定であり、反復中に変化しないと仮定される。図４及び図５に関して説明されるステップ３１４では、ユーザの効用又はＰＲＢ効用が求められ、第１の反復において、ファジー論理に従って、ＰＲＢ１はユーザ１の第１の層に配分される。
【００７７】
このため、反復１の終了時に、ユーザ１の第１の層がＰＲＢ１に配分されており、それによって、第２の反復、すなわち配分２について、ユーザ１の第１の層はもはや検討される必要がない。さらに、第１の反復において、ＰＲＢ１はユーザ１に配分されているので、ステップ３１８において、図６（ａ）の反復２に示すように、ＰＲＢ１は利用可能なＰＲＢのリストから除去される。ファジー論理による残りの重要性値及びＰＲＢ品質に基づいて、ユーザ２がより高い効用を有すると判断され、したがって、ＰＲＢ２がユーザ２の第１の層に配分される。ここでもまた、配分されたＰＲＢは現在のタイムスロットにおける利用可能なＰＲＢから除去され、それによって、説明される例では、反復３に示すように、現在のタイムスロットにおいて全てのＰＲＢが配分されており、反復３では、利用可能なＰＲＢがないので、配分がもはや行われない。このため、図４のステップ３０６において、現在のタイムスロットにおいて利用可能なＰＲＢがないと判断され、それによって本方法は次のタイムスロット、すなわちタイムスロット２に移る（図６（ｂ）を参照されたい）。本方法のステップ３０２では、依然として空でないバッファが存在すると判断され、より詳細には、ユーザ１及び２について、バッファにおいて、０．７及び０．３の残りの重要性値を有する更なる層が依然として利用可能であると判断される。新たなタイムスロットについて、新たなＰＲＢ品質測定が実行され、ユーザ１のＰＲＢ品質は、ＰＲＢ１の場合に１が得られ、ＰＲＢ２の場合に０．１が得られ、ユーザ２のＰＲＢ品質は、ＰＲＢ１の場合に０．５が得られ、ＰＲＢ２の場合に０．８が得られる。
【００７８】
上述したように、この情報はファジー手法によって組み合わされて効用が求められ、得られた効用値が図６（ｂ）に示される。これらの効用値は、ユーザ１について、ＰＲＢ１の場合に０．７であり、ＰＲＢ２の場合に０．０７である。ユーザ２について、効用値は、ＰＲＢ１の場合に０．３５であり、ＰＲＢ２の場合に０．５６である。この結果、ＰＲＢ１がユーザ１の第２の層に配分される。次に、本方法は次の反復、すなわち反復２へ進む。反復２において、効用値に基づいて、ＰＲＢ２が第２のユーザ、すなわちユーザ２の第２の層に配分される。次に、反復３において、全てのＰＲＢが現在のタイムスロットに配分されていると判断され、それによって本方法は次のタイムスロットへ進む。後続のタイムスロットについて、上述したステップが繰り返される。
【００７９】
図６（ｃ）は、セルエッジユーザ及びセル中心ユーザを含むセル内の複数のユーザにわたる重要性が正規化されたスループットを示している。図６（ｃ）は、図４〜図６に示す実施形態に従って上記で説明した本発明による反復的配分プロセスによって達成可能な利点を説明する。見てとることができるように、チャネルアウェアのみの手法（α＝０）の場合、全てのユーザについて、不良な性能しか達成されず、これはマルチユーザダイバーシティが利用されないことによって深刻化する。より詳細には、そのような手法では、多数のセル中心ユーザにサービス提供することができるが、サービス提供することができるセルエッジユーザ数は、ユーザ数とともに劇的に減少する。他方で、コンテンツアウェアのみの手法を適用するとき、十分に（所望の性能パラメータを満たして）サービス提供することができるユーザ数も、ユーザの増加とともに劇的に降下する。例えば、効用係数α＝０．５を適用することによって、本発明によるコンテンツアウェア及びチャネルアウェア手法を適用するとき、サービス提供することができる可能なユーザ数が大幅に増大することを見てとることができる。
【００８０】
性能メトリック及びパラメータ
マルチユーザコンテンツアウェア及びチャネルアウェア共同スケジューリングのための２つの主要なシステムパラメータ、すなわち効用係数α及びユーザ数Ｎが存在する。詳細には、観測のために、Ｎ−１個の競合ユーザについて、単一のタグ付けされたユーザが検討される。タグ付けされたユーザは、セクタの限られたエリア内の全てのユーザを代表する。効用係数αは、チャネル品質又はコンテンツ重要度に従ってスケジューラがどの程度優先順位付けをするかを決める。
【００８１】
次に、コンテンツアウェアスケジューリングの性能を評価するための新規の主要性能メトリックを説明する。このメトリックは、重要性が正規化されたスループットＺｓｉｇ（ｐ）である。用いられる他のメトリックは、それぞれ、ビット／秒単位のビットスループットＺｂｉｔ（ｐ）及び平均ＰＳＮＲ ＱＰ（ｐ）である。メトリックは、ＢＳからランダムな距離ｄにあるタグ付けされたユーザについて計算される。ここで、ｄ≦ｄｓｅｃ（ｐ）である。タグ付けされたユーザによって占有される、ＢＳを中心とする１２０度セクタ形状領域の面積は、πｄｓｅｃ（ｐ）２／３であり、セクタの総面積のｐ％に等しいと定義される。ユーザの一様分布を仮定すると、このエリアはユーザの総数のｐ％を含む。
【００８２】
解析モデル
タイムスロットあたりｍ個のＰＲＢが存在し、ここで、タイムスロットはスケジューラの配分期間である。ＮＴＳ個のタイムスロットの期間にわたる配分が検討され、ここでタイムスロットの持続時間はＴＰＲＢ秒である。
【００８３】
時間ＴＰＲＢＮＴＳは、ユーザの１つ又は複数のＧＯＰに属する全ての層の受信の最大遅延制約ＴＤであると仮定される。フレームレートＲｆｒａｍｅは、Ｒｆｒａｍｅ＝ｇＮｆｒａｍｅ／ＴＤとしての遅延制約に関する。ここで、ＮｆｒａｍｅはＧＯＰあたりのフレーム数であり、ｇはＴＤにおいて送信されるＧＯＰの数である。ＧＯＰレートはｇ／ＴＤであり、ビデオがどのように符号化されたかによって決定される。持続時間ＴＤにわたるスケジューリングアルゴリズムの動作期間が検討される。図７は、単一の配分期間にわたるＰＲＢの時間及び周波数分布を示している。
【００８４】
Ｎ−１個の他のユーザの層と競合するタグ付けされたユーザｉの所与の層ｌを検討する。この期間の最後のスロットの最後の反復後に、ＭＰＲＢ＝ｍＮＴＳ個のＰＲＢのプールからのＰＲＢの集合が各層と関連付けられる。各層と関連付けられたＰＲＢの集合は、ＴＤ時間期間内にユーザに層を送信することが実現可能な場合、その送信に必要とされる任意のグループ分けしたＰＲＢの最小数を表し、実現可能でない場合、ＰＲＢの総数を表す。この集合からの各ＰＲＢは２つのカテゴリに分かれる。ＰＲＢは、ユーザに配分され、層のビットを送信するのに用いられたか、又は競合に起因して配分されなかったかのいずれかである。ＢＳからのユーザの距離ｄ及び長期シャドーフェージングの関数であるＰＲＢあたりの平均レートＲｉ（ｄ）がＰＲＢの集合と関連付けられる。ＰＲＢの集合にわたる短期周波数選択性は、ＰＲＢごとの周波数領域等化、インターリーブ／符号化、及び分散副搬送波配分等のダイバーシティを用いて効果的に軽減されることが仮定される。これは、全てのｔ及び全てのφについてｒｉ（ｔ，φ）＝Ｒｉ（ｄ）であることを意味する。この仮定は解析を単純にし、これによって物理層の複雑度が増大するが、これらの提案されるダイバーシティ方式は、ＬＴＥ等の進化型ＯＦＤＭＡ標準規格の特徴である。Ｇｍｕｘ＝１となるように、ＭＩＭＯはアンテナダイバーシティモードにおいて用いられ、空間多重化モードでは用いられないと仮定される。
Ｒｉ（ｄ）＝Ｂｌｏｇ２（１＋ｅｆａｄｅγｉ（ｄ）） （９）
ここで、γｉ（ｄ）は平均ＳＮＲであり、ｅｆａｄｅはｐｄｆ ｆｆａｄｅ（ｅ）を有するシャドーフェージング確率変数である。Ｒｉ（ｄ）のｐｄｆ、すなわちｆＲ（ｒ，ｄ）は、ｆｆａｄｅ（ｅ）の変換として得られる。
【００８５】
ユーザは、セクタにおいて一様分布すると仮定される。ここで、セクタの半径はｄｒａｄであり、その面積はＡｓｅｃ＝πｄ２ｒａｄ／３である。ＢＳを中心とし、ユーザのｐ％によって専用される１２０度セクタの面積は、０．０１ｐＡｓｅｃであり、半径ｄｓｅｃ（ｐ）＝（０．０３ｐＡｓｅｃ／π）０．５を有する。半径ｄｓｅｃ（ｐ）によって画定されるセクタ内の単一のユーザの距離ｄは、ｐｄｆ ｆｄ（ｄ，ｐ）を有する一様なユーザ分布によって決まる確率変数であり、ここで、ｄ≦ｄｓｅｃ（ｐ）≦ｄｒａｄ及びｄｓｅｃ（１００％）＝ｄｒａｄである。
【００８６】
Ｎｂｉｔｓ（ｌ，ｉ）が、確率質量関数ＰＬＢ（κ，ｌ，ｉ）を有する、ユーザｉの層ｌのビット数を表すものとする。ＮＰＲＢ（ｌ，ｉ，ｄ）が、ユーザｉの層ｌを送信するのに必要とされるＰＲＢ数を表すとすると、
【数１２】
である。
【００８７】
ＰＰＲＢ（ｋ，ｌ，ｉ，ｄ）が、ＰＬＢ（ｋ，ｌ，ｉ）及びｆＲ（ｒ，ｄ）から導出される、ＮＰＲＢ（ｌ，ｉ，ｄ）の確率質量関数を表すものとする。
【００８８】
ｖｉ，ｌがユーザｉの層ｌの重要性を表すものとし、ｕｉ，ｌ（ｄ）が、層ｌのビットを送信するときのユーザｉの効用を表すものとする。
ｕｉ，ｌ（ｄ）＝Ｆｆｕｚｚｙ［ｖｉ，ｌ，Ｒｉ（d)］， （１１）
【００８９】
ｆｕ（ｌ，ｉ，ｄ）が、ｆＲ（ｒ，ｄ）から導出されたｕｉ，ｌ（ｄ）のｐｄｆを表すものとする。Ｓｉ，ｌ（ｄ）が、遅延制約の前に送信されるユーザｉの層ｌのビット数を表すものとする。ｉが競合ユーザのインデックスを表すものとし、ｌがこのユーザの層のインデックスを表すものとする。ＳＰＲＢ（ｌ，ｉ，ｄ）が、タグ付けされたユーザよりも高い効用を有する競合ユーザの層、及びタグ付けされたユーザの層ｌ未満までの層を送信するのに必要とされるＰＲＢの和を表すものとする。ｌ＞０について、
【数１３】
である。ここで、関数Ｉ（条件）は、条件が偽である場合、０に等しく、そうでない場合、１に等しい。ｌ＝０について、
【数１４】
である。
【００９０】
差ＭＰＲＢ−ＳＰＲＢ（ｌ，ｉ，ｄ）によって、タグ付けされたユーザの層ｌを送信するのに利用可能なＰＲＢ数が決まる。この差がゼロ又は負である場合、層のビットは送信されない。この差が非ゼロであり、正であり、かつＮＰＲＢ（ｌ，ｉ，ｄ）未満である場合、層の全てのビットではなく一部のビットが送信される。この差が非ゼロであり、正であり、かつＮＰＲＢ（ｌ，ｉ，ｄ）以上である場合、層の全てのビットが送信される。したがって、遅延期限の前に送信されるユーザｉの層ｌのビット数は
【数１５】
である。ここで、Ｅ｛ｘ｝はｘの統計平均を表す。
【００９１】
ユーザのＢＳから距離ｄにあるそのユーザの重要性が正規化されたスループットＳｓｉｇ（ｄ）は、
【数１６】
であり、ここで、ρｌは、層ｌの先行層のうちのいずれかが欠落している場合、ゼロであり、そうでない場合、１である。
【００９２】
ユーザのＢＳから距離ｄにあるそのユーザの平均ＰＳＮＲ Ｑ（ｄ）は、
【数１７】
であり、ここで、ｑｌは、全てのｌ＋１個の層が誤りなく受信された場合の平均ＰＳＮＲであり、ｌ＜０についてゼロに等しい。
【００９３】
ＢＳに最も近いｐ％のユーザの中の一ユーザの重要性が正規化されたスループットＺｓｉｇ（ｐ）は、
【数１８】
である。
【００９４】
ＢＳに最も近いｐ％のユーザの中の一ユーザの平均品質ＱＰ（ｐ）は、
【数１９】
である。
【００９５】
図８は、本明細書において用いられるシンボルの表を示している。
【００９６】
数値結果
全てのユーザは、同一のトラフィック統計及び品質統計を用いてビデオシーケンスをストリーミングすると仮定される。具体的には、東京オリンピックビデオの最初の１時間の統計（G. V. der Auwera、P. T. David、M. Reisslein、及びL. J. Karam、「Traffic and quality characterization of the H.264/AVC scalable video extension」、Eurasip Journal on Advances in Multimedia, vol. 25, no. 2, 2008を参照されたい）が用いられる。このビデオシーケンスのトラフィック統計、品質統計、及びトレースは、http://trace.eas.asu.edu/、「H.264/AVC and SVC video trace library」において公表されている。ビデオシーケンスは、３０フレーム／秒の共通中間フォーマット（ＣＩＦ、３５２×２８８ピクセル）である。時間層は、量子化パラメータＱＰ＝４８で、Ｈ．２６４ＳＶＣを用いて符号化されたビデオストリーム内に埋め込まれる。用いられるコーデックは、ＪＳＶＭ（バージョン５．９）という名称のＳＶＣ参照ソフトウェアである。ＧＯＰ構造は｛Ｋ０Ｂ２Ｂ１Ｂ２Ｋ０．．｝であり、ここでＫ０はＩ主要ピクチャ又はＰ主要ピクチャである。このため、ＮＬ＝３、及びｌ∈｛０，１，２｝である。層ｌの確率分布ＰＬＢ（ｋ，ｌ，ｉ）、及び平均品質値ｑｌの集合は、http://trace.eas.asu.edu/、「H.264/AVC and SVC video trace library」から得られる。http://trace.eas.asu.edu/、「H.264/AVC and SVC video trace library」では、Ｉフレーム、Ｐフレーム、及びＢフレームの平均品質値が層ごとに提供される。
【００９７】
仮定が行われると、時間基本層（ｌ＝０）のフレームパターンは｛Ｋ００００Ｋ０．．．｝であり、ここでゼロが時間向上層１及び２のフレームに置き換わっていることに留意されたい。３０フレーム／秒（ｆｐｓ）のフレームレートにおけるＣＩＦシーケンスの場合、時間基本層は、７．５ｆｐｓのフレームレートを有するストリームを表すのに対し、基本層及び第１の向上層の組合せはフレームレートを１５ｆｐｓまで増大させ、第２の向上層の受信は結果として３０ｆｐｓのフレームレートとなる。幾つかの時間層のみを受信することに関連付けられたビデオ品質の計算の場合、基本層フレームのＰＳＮＲ値の単純な平均化は行われない。なぜなら、対応する値は、人間の観測者が知覚する主観的品質と比較して実現不可能なほど高くなるためである。ＰＳＮＲを通じた客観的品質測定における知覚的品質劣化を検討するために、復号器が、次のフレームが受信され復号されるまで、受信した基本層フレームを複製することが仮定される。次に、３０ｆｐｓのフレームレートのシーケンスが比較される。同じ手順が、基本層及び第１の向上層を有するシーケンスの品質を、３０ｆｐｓでの元のシーケンスと比較するのに採用される。
【００９８】
本明細書において、G. V. der Auwera、P. T. David、M. Reisslein、及びL. J. Karam「Traffic and quality characterization of the H.264/AVC scalable video extension」（Eurasip Journal on Advances in Multimedia, vol. 25, no. 2, 2008）に従って、検討されるシーケンスのために値ｑ０＝２６．９４ｄＢ、ｑ１＝２８．４３ｄＢ、及びｑ２＝２９．３２ｄＢが用いられ、ここで後者の値は単一層にエンコードされたときのシーケンスの品質と一致する。
【００９９】
無線システムの場合、パラメータ値は、主に3GPP TR 25.814 V7.1.0、「Physical layer aspects for evolved universal terrestrial radio access (utra) (release 7)」、Sep. 2006、及び3GPP TS 36.211 V8.2.0、「Eutra physical channels and modulation (release 8)」、Mar. 2008から取られる。ＯＦＤＭ変調、並びに時間領域及び周波数領域におけるダイバーシティの効果的な利用に起因して、チャネルは時間及び周波数において平坦であると仮定される。ｐｄｆ ｆｆａｄｅ（ｅ）及び８ｄＢの標準偏差を有する独立した対数正規シャドーフェージングが仮定されている。ＢＳアンテナ利得、ＵＥアンテナ利得、ＵＥ雑音指数、及び総セクタＴＸ電力の値はそれぞれ、１４ｄＢｉ、０ｄＢｉ、７ｄＢ、及び４６ｄＢｍである。タイムスロット持続時間ＴＰＲＢは０．５ｍｓである。セクタのカバレッジは２５０ｍの半径を有する。セクタｍあたりのＰＲＢの最大数はスロットあたり３４個であり、各ＰＲＢが１８０ｋＨｚの帯域幅を有する。さらに、ＭＩＭＯ空間多重化を用いない６４ＱＡＭ変調の場合、各ＰＲＢにおける６ビット／秒／Ｈｚの最大スペクトル効率が仮定される。したがって、ＰＲＢあたりの最大ビットレートｒｍａｘは１０８０ｋビット／秒である。６ｄＢの２×２のＭＩＭＯアンテナダイバーシティが仮定される。距離に依拠するパス利得は、Ｇ（ｄ）［ｄＢ］＝−１２８．１−３７．６ｌｏｇ１０（ｄ）によって与えられる。
【０１００】
解析モデルにおいて用いられる全ての統計分布の中で、分布ＰＬＢ（ｋ，ｌ，ｉ）及びｆｆａｄｅ（ｅ）は全て与えられる。分布ＰＬＢ（κ，ｌ，ｉ）はhttp://trace.eas.asu.edu/、「H.264/AVC and SVC video trace library」から経験的に得られる一方、ｆｆａｄｅ（ｅ）は対数正規であると推定される。ｆｄ（ｄ，ｐ）のｐｄｆは、ｄ２が範囲（０，ｄｓｅｃ（ｐ）］にわたって一様分布することを所与として変換から導出される。上述した他方の分布は、これらの３つの分布のうちの１つ又は複数から導出され、モンテカルロシミュレーションから数値的に得られる。
【０１０１】
図９は、ユーザの様々なクラス、及びα＝０について、ＰＳＮＲ対ユーザ数のプロットを示している。ここで、ユーザは、セクタにおいてそれらのユーザが占有している領域に従って分類される。パラメータαは効用係数であり、コンテンツアウェアネスとチャネルアウェアネスとの間のトレードオフを決める。したがって、このシナリオはチャネルアウェアのみのスケジューリングに対応する。結果は、最も近い２０％のユーザが、観測範囲全体にわたって最大ＰＳＮＲ性能を達成することを示している。更なるユーザの範囲が検討されると、ＰＳＮＲは高速で悪化する。
【０１０２】
図１０は、ユーザの様々なクラス、及びα＝０について、重要性が正規化されたスループットメトリックを用いた対応するプロットを示している。結果は、最も近い２０％のユーザが、観測範囲全体にわたって、重要性が正規化された最大スループット１を達成し、このため最大ＰＳＮＲ性能を達成することを示している。３０ｆｐｓのフレームレートが検討され、このフレームレートは、０．１３３３秒の最大遅延制約でＧＯＰの４つのフレームを含む全ての層に配信を行うことに対応する。重要性が正規化されたスループットは、ＰＳＮＲと同じ傾向に従い、更なるユーザの範囲が検討されると、ＰＳＮＲは高速で悪化する。図１１及び図１２は、それぞれα＝０．２５及びα＝０．５について、重要性が正規化されたスループットを用いた対応するプロットを示している。これらのプロットは、チャネルアウェアネスの程度を比例的に低減しながら、コンテンツアウェアネスを導入する影響を示している。結果は、αがゼロから０．５に増大すると、最も近い２０％のユーザの性能が高速に降下する一方、より大きな距離範囲にわたって測定されるユーザの性能はより低速で向上することを示している。α＝０．５の場合、全ての距離範囲にわたる性能は大幅に収束している。
【０１０３】
コンテンツアウェアネスを導入する目的は、包括的には、スケジューリングアルゴリズムの公平性を改善することであり、詳細には、ＢＳに近いユーザに対し最小のペナルティで、離れたユーザの性能を向上させることである。説明のために、最も近い２０％のユーザについて、重要性が正規化された最小スループット目標は２／３とみなされ、これは３つの層の中から最も重要な２つを受信することに対応する。最も近い１００％のユーザ、すなわち全てのユーザについて、最小重要性は１／３とみなされ、これは３つの層の中から最も重要な１つを受信することに対応する。これらの制約を用いると、サポートすることができる最大ユーザ数は、αが０から０．２５に増大すると７８から９０に増大する（１５％の向上）。この最大ユーザ数は、αが０．２５から０．５に増大すると７２に降下する。
【０１０４】
図１３〜図１５は、僅かに低減したフレームレートに対応して、様々な最大遅延制約について、重要性が正規化されたスループット対ユーザ数のプロットを示している。再生レートは３０ｆｐｓで一定であるので、スケジューラにおいてフレームレートを低減することは、ビデオシーケンスが短い中断を受けることを意味する。中断が短いほど、それらの中断はユーザが知覚しにくいものとなる。図１３及び図１５は、αがそれぞれゼロ及び０．２５に等しい、１００％のユーザの場合を示しているのに対し、図１４は、２０％のユーザ及びα＝０．２５の場合を示している。
【０１０５】
図１６及び図１７は、重要性が正規化されたスループットの更なる例のブロックを示している。図１６では、様々な効用係数αについて、様々な数のセルエッジユーザ及びセル中心ユーザのスループットが示されている。見てとることができるように、セルエッジユーザについて０．６、及びセル中心ユーザについて０．９５の目標最小性能の場合、性能は、α＝０．０１について、２５ユーザから３５ユーザに向上する。チャネルアウェアのみの手法（α＝０）と比較すると、これは、サービス提供することができるユーザの４０％の増大を意味する。図１７では、４フレームごとに０．１３３秒の中断が許容される手法が説明される。そのような状況では、セルエッジユーザについて０．６、及びセル中心ユーザについて０．９５の目標最小性能の場合、性能は、α＝０．０１について、２５ユーザから４５ユーザに向上する。チャネルアウェアのみの手法（α＝０）と比較すると、これは、サービス提供することができるユーザの８０％の増大を意味する。
【０１０６】
結果は、遅延制約を増大させることによって、全ての場合に重要性が正規化されたスループットが増大し、このためＰＳＮＲが増大することを示している。結果は、僅かな遅延の増大、又は等価的にはフレームレートの僅かな低減で、大幅な性能改善が可能であることを示している。スケジューラにおける、３０ｆｐｓから２５．２７ｆｐｓへのフレームレートの低減に対応する、０．１３３３秒から０．１５８３秒への遅延制約の増大を仮定すると、上述した最も近い２０％のユーザ及び１００％のユーザの重要性が正規化された最小スループットに対する制約を所与として、αが０から０．２５に増大すると、満足のいく品質でサポートすることができる最大ユーザ数が、９１から１０９に増大する（１９．８％の向上）。
【０１０７】
このため、本発明の実施形態は、ビデオストリーミングのための新たなファジー論理に基づくコンテンツアウェア／チャネルアウェア共同マルチユーザダウンリンク（ＤＬ）スケジューリングアルゴリズムを提供する。新規のコンテンツアウェアで標準的な性能メトリックを用いて、スケジューリングアルゴリズムの性能は、新たな解析モデルを用いて評価される。ファジー論理コントローラは単一の効用パラメータが定義されることを可能にし、コンテンツアウェアネスとチャネルアウェアネスとの間のトレードオフを可能にし、カバレッジエリア全体を通じてユーザ体験全体を向上させる。結果は、サポートされるユーザ数を、中断のない再生の場合に１５％も向上させることができ、短い知覚不可能な中断が許容可能である場合に１９％も向上させることができることを示している。以前の研究（S. van Kester snd T. Xiao、R. E. Kooij、K. Brunnstrm、及びO. K. Ahmed、「Estimating the impact of single and multiple freezes on video quality」、Proc. SPIE Conf. on Human Vision and Electronic Imaging XVI, vol. 7865, San Francisco Airport, California, USA、を参照されたい）は、０．３６秒もの中断持続時間が許容可能とみなされることを示している。
【０１０８】
重要なことに、結果は、チャネルアウェアのみの方式及びコンテンツアウェアのみの方式が、セルラ環境においてビデオサービスをサポートするのに不適切であることを実証している。チャネルアウェアのみの方式は、ＢＳに近いユーザに良好な品質を偏って送達する一方、セクタエッジのユーザは最小品質要件を満たすことができない。コンテンツアウェアのみの方式は、良好なチャネルを有するユーザに大きくペナルティを与える一方、エッジユーザの性能改善は最小のままである。本発明によるアルゴリズムは、セクタカバレッジ全体にわたるユーザの中で、リソースのより公平な配分を可能にし、ＢＳにより近いユーザに対する劣化を最小にしながら、セルのエッジにおけるビデオ品質の向上を可能にする。
【０１０９】
幾つかの態様が装置との関連で説明されたが、これらの態様は対応する方法の説明も表し、方法においては、ブロック又はデバイスは方法ステップ又は方法ステップの特徴に対応することが明らかである。それに類似して、方法ステップとの関連で説明された態様も、対応する装置の対応するブロック又はアイテム又は特徴の記述を表す。
【０１１０】
或る実施態様要件に依拠して、本発明の実施形態はハードウェア又はソフトウェアで実施することができる。実施態様は、電子的に読取り可能な制御信号が格納されたデジタルストレージ媒体、例えばフロッピーディスク、ＤＶＤ、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、又はフラッシュメモリを用いて実行することができ、それらは、それぞれの方法が実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと連携する（又は連携可能である）。本発明による幾つかの実施形態は、本明細書に記載された方法のうちの１つが実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと連携することができる電子的に読取り可能な制御信号を有する非一時的なデータ担体を含む。
【０１１１】
概して、本発明の実施形態は、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として実装することができる。プログラムコードは、コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されると、方法のうちの１つを実行するように動作可能である。プログラムコードは、例えば機械可読担体上に格納することができる。他の実施形態は、機械可読担体上に格納された、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを含む。したがって、換言すれば、本発明の方法の一実施形態は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されるときに本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。
【０１１２】
したがって、本発明の方法の更なる実施形態は、データ担体（又はデジタルストレージ媒体若しくはコンピュータ可読媒体）であって、そのデータ担体上に記録された、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを含む、データ担体である。したがって、本発明の方法の更なる実施形態は、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムを表すデータストリーム又は信号シーケンスである。データストリーム又は信号シーケンスは、例えば、データ通信接続を介して、例えばインターネットを介して転送されるように構成することができる。更なる実施形態は、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するように構成又は適合された処理手段、例えばコンピュータ又はプログラム可能な論理デバイスを含む。更なる実施形態は、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するコンピュータプログラムがインストールされたコンピュータを含む。
【０１１３】
幾つかの実施形態では、プログラム可能な論理デバイス（例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ）を用いて、本明細書に記載された方法の機能のうちの幾つか又は全てを実行することができる。幾つかの実施形態では、フィールドプログラマブルゲートアレイは、本明細書に記載された方法のうちの１つを実行するためにマイクロプロセッサと連携することができる。概して、本方法は任意のハードウェア装置によって実行されることが好ましい。
【０１１４】
上述した実施形態は、単に本発明の原理を例示するものである。本明細書に記載された構成及び詳細の変更及び変形は当業者には明らかであることが理解される。したがって、次の特許請求の範囲の範囲によってのみ制限され、本明細書における実施形態の記述及び説明のために提示された特定の詳細によって制限されるものではないことが意図される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線移動ネットワークにおいて１つ又は複数のユーザ（ＵＥ１、ＵＥ２）へのスケーラブルビデオ符号化（ＳＶＣ）ストリームをスケジューリングする方法であって、
（ａ）利用可能な物理リソースブロック（ＰＲＢ）及びユーザの中で、最も高い効用を有するＰＲＢ／ユーザ対を求めるステップ（３１０、３１２、３１４）と、
（ｂ）前記対の前記ユーザに前記対の前記ＰＲＢを配分するステップ（３１６）と、
を含み、前記効用は、ファジー論理推論を用いて求められ、該ファジー推論の前記入力は、前記ユーザにスケジューリングされる前記ＳＶＣストリームの層の重要性と、前記ＰＲＢにわたる前記ユーザの送信レートとを含む、無線移動ネットワークにおいて１つ又は複数のユーザへのスケーラブルビデオ符号化ストリームをスケジューリングする方法。
【請求項２】
各ＰＲＢは、前記無線移動ネットワークのノードと前記ユーザとの間の、ユーザ依存の、時間とともに変動する対応するチャネル品質を含み、該チャネル品質は、前記ＰＲＢにわたる前記ユーザの最大可能送信レートによって表され、
前記ＳＶＣストリームは複数の層を含み、先行層は該層の従属層のいずれよりも高いか又は低い層インデックスを有し、前記先行層は、該層の従属層のいずれよりも前に前記ユーザに送信され、前記重要性は、前記ユーザに送信されるＳＶＣ層の重要度を、該ＳＶＣ層の前記層インデックスに基づいて示す、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ファジー論理推論の前記ファジールールは、
（１）重要性が高い場合、効用は高い、
（２）重要性が低い場合、効用は低い、
（３）レートが高い場合、効用は高い、
（４）レートが低い場合、効用は低い、
を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ファジー論理推論はゼロ次菅野ファジー推論であり、該ゼロ次菅野ファジー推論に基づいて、前記効用は以下のように表され、
【数１】
ｕｉ＝効用、
μＶ＝クリスプ値を有する重要性のメンバシップの度合い又はメンバシップ関数、
μＲ＝クリスプ値を有するレートのメンバシップの度合い又はメンバシップ関数、
ｖｉ（ｔ，ｋ，φ）＝タイムスロットｔにおいてＰＲＢφの副搬送波ｋを用いてユーザに送信される、最も高い重要性を有するＳＶＣストリーム層の重要性、
ｒｉ（ｔ，ｋ，φ）＝タイムスロットｔにおいてＰＲＢφの副搬送波ｋを用いてＰＲＢφにおいて達成可能なユーザのビットレート、
ＶＨＩＧＨ＝高重要性集合、
ＲＨＩＧＨ＝高レート集合、
ＵＶ（ＶＨＩＧＨ）＝α、
ＵＲ（ＲＨＩＧＨ）＝１−α、及び
α＝ＳＶＣストリームのスケジューリング時に、コンテンツアウェアネスとチャネルアウェアネスとの間のトレードオフを決定する効用係数、
である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記無線移動ネットワークは１つ又は複数のノード（１００）を備え、１つのノード（１００）は複数のユーザ（ＵＥ１、ＵＥ２）にサービス提供し、前記ＳＶＣストリームのピクチャ群（ＧＯＰ）は複数のタイムスロットの間に送信され、各タイムスロットは複数のＰＲＢを含み、各ＰＲＢは複数の副搬送波を含み、前記方法はタイムスロットごとに、かつタイムスロットにおける副搬送波ごとにステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返す、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
それぞれの前記ユーザ（ＵＥ１、ＵＥ２）に送信されるＳＶＣストリームデータがバッファリングされ、前記方法は、
（ｉ）現在のタイムスロットについて、ＳＶＣストリームデータがバッファリングされる前記ノードによってサービス提供されるアクティブなユーザが存在するか否かを判断するステップ（３０２）と、
（ｉｉ）アクティブなユーザが存在する場合、前記現在のタイムスロットにおいて利用可能な配分されていないＰＲＢが存在するか否かを判断するステップ（３０４）と、
（ｉｉｉ）利用可能な配分されていないＰＲＢが存在しない場合、前記次のタイムスロットに進むステップ（３０８）と、
（ｉｖ）利用可能な配分されていないＰＲＢが存在する場合、前記バッファリングされたＳＶＣストリームデータによって表されるＳＶＣストリーム層の前記重要性を求め（３１０）、アクティブなユーザごとに、前記現在のタイムスロットにおける全ての配分されていないＰＲＢの前記品質を求める（３１２）ステップと、
（ｖ）ユーザごとに、前記層重要性及び前記ＰＲＢ品質のファジー論理関数として全ての配分されていないＰＲＢの前記効用を求めるステップ（３１４、３１４ａ〜３１４ｄ）と、
（ｖｉ）前記効用を最大にする前記ユーザ−ＰＲＢ対を選択するステップ（３１６）と、
を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
（ｖｉｉ）前記現在のタイムスロットにおける配分されていないＰＲＢのリストから前記選択されたＰＲＢを除去するステップ（３１８）と、
（ｖｉｉｉ）前記選択されたユーザのバッファ（２００１〜２００ｉ）を更新するステップ（３２０）と、
（ｉｘ）ステップ（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）を繰り返すステップと、
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ｉｉｉ）において、前記次のタイムスロットは前記現在のタイムスロットになり、前記方法はステップ（ｉｉ）に戻る、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＳＶＣストリームの層の前記重要性は、
ｖ（ｌ）＝１−（１／ＮＬ）
のように求められ、
ＮＬ＝前記ユーザの単一のＧＯＰ内の層の総数
である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
時点ｔにおける前記ＰＲＢφにわたる前記ユーザｉの前記送信レートは、
ｒｉ（ｔ，φ）＝ＧｍｕｘＢｌｏｇ２（１＋εｉ(φ)γｉ（ｔ，φ））
のように求められ、
γｉ（ｔ，φ）＝推定受信信号対雑音比（ＳＮＲ）、
Ｇｍｕｘ＝ＭＩＭＯ空間多重化利得、及び
εｉ（φ）＝γｉ（ｔ，φ）の場合の許容推定誤差、
である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
平均品質、及び重要性が正規化されたスループットに基づいて前記ユーザの前記スケジューリングの前記性能を評価するステップ
を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ノードから距離ｄにあるユーザｉについて、前記平均品質、及び前記重要性が正規化されたスループットは以下のように求められ、
【数２】
ＮＬ＝前記ユーザｉのＧＯＰ内の層の総数、
ρｌ＝層ｌの前記先行層のうちのいずれかが欠落している場合にゼロであり、そうでない場合に１、
Ｓｉ，ｌ（ｄ）＝前記遅延期限の前に送信されるユーザｉの層ｌのビット数、
Ｎｂｉｔｓ（ｌ，ｉ）＝ユーザｉの層ｌのビット数、
Ｅ｛Ｎｂｉｔｓ（ｌ，ｉ）｝＝Ｎｂｉｔｓ（ｌ，ｉ）の統計平均、
ｑｌ＝全てのｌ＋１個の層が誤りなく受信された場合に平均ＰＳＮＲであり、ｌ＜１の場合にゼロ、
であり、前記ノードに最も近い前記ｐ％のユーザの中の一ユーザについて、前記平均品質、及び前記重要性が正規化されたスループットは以下のように求められ、
【数３】
ｄｓｅｃ（ｐ）＝ｐ％の前記ユーザによって占有されている前記ノードを中心とした前記セクタの半径、及び
ｆｄ（ｐ）＝ｄｓｅｃ（ｐ）によって定義された前記セクタ内の単一のユーザの前記距離ｄのｐｄｆ、
である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
コンピュータ上で実行されると、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法を実行させるためのプログラムコードを備えるコンピュータプログラム製品。
【請求項１４】
無線移動ネットワークであって、
複数の基地局（１００）と、
複数の移動ユーザ（ＵＥ１、ＵＥ２）であって、１つの基地局（１００）は１つ又は複数の移動ユーザ（ＵＥ１、ＵＥ２）にサービス提供する、複数の移動ユーザと、
を備え、前記基地局（１００）のうちの１つ又は複数は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法に従って、前記基地局（１００）によってサービス提供される１つ又は複数のユーザ（ＵＥ１、ＵＥ２）にＳＶＣストリームをスケジューリングするためのスケジューラ（２０２）を備える、無線移動ネットワーク。
【請求項１５】
無線移動ネットワークのノード（１００）であって、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法に従って、該ノードによってサービス提供される１つ又は複数のユーザにＳＶＣストリームをスケジューリングするためのスケジューラ（２０２）、
を備える、無線移動ネットワークのノード。
【請求項１】
無線移動ネットワークにおいて１つ又は複数のユーザ（ＵＥ１、ＵＥ２）へのスケーラブルビデオ符号化（ＳＶＣ）ストリームをスケジューリングする方法であって、
（ａ）利用可能な物理リソースブロック（ＰＲＢ）及びユーザの中で、最も高い効用を有するＰＲＢ／ユーザ対を求めるステップ（３１０、３１２、３１４）と、
（ｂ）前記対の前記ユーザに前記対の前記ＰＲＢを配分するステップ（３１６）と、
を含み、前記効用は、ファジー論理推論を用いて求められ、該ファジー推論の前記入力は、前記ユーザにスケジューリングされる前記ＳＶＣストリームの層の重要性と、前記ＰＲＢにわたる前記ユーザの送信レートとを含む、無線移動ネットワークにおいて１つ又は複数のユーザへのスケーラブルビデオ符号化ストリームをスケジューリングする方法。
【請求項２】
各ＰＲＢは、前記無線移動ネットワークのノードと前記ユーザとの間の、ユーザ依存の、時間とともに変動する対応するチャネル品質を含み、該チャネル品質は、前記ＰＲＢにわたる前記ユーザの最大可能送信レートによって表され、
前記ＳＶＣストリームは複数の層を含み、先行層は該層の従属層のいずれよりも高いか又は低い層インデックスを有し、前記先行層は、該層の従属層のいずれよりも前に前記ユーザに送信され、前記重要性は、前記ユーザに送信されるＳＶＣ層の重要度を、該ＳＶＣ層の前記層インデックスに基づいて示す、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ファジー論理推論の前記ファジールールは、
（１）重要性が高い場合、効用は高い、
（２）重要性が低い場合、効用は低い、
（３）レートが高い場合、効用は高い、
（４）レートが低い場合、効用は低い、
を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ファジー論理推論はゼロ次菅野ファジー推論であり、該ゼロ次菅野ファジー推論に基づいて、前記効用は以下のように表され、
【数１】
ｕｉ＝効用、
μＶ＝クリスプ値を有する重要性のメンバシップの度合い又はメンバシップ関数、
μＲ＝クリスプ値を有するレートのメンバシップの度合い又はメンバシップ関数、
ｖｉ（ｔ，ｋ，φ）＝タイムスロットｔにおいてＰＲＢφの副搬送波ｋを用いてユーザに送信される、最も高い重要性を有するＳＶＣストリーム層の重要性、
ｒｉ（ｔ，ｋ，φ）＝タイムスロットｔにおいてＰＲＢφの副搬送波ｋを用いてＰＲＢφにおいて達成可能なユーザのビットレート、
ＶＨＩＧＨ＝高重要性集合、
ＲＨＩＧＨ＝高レート集合、
ＵＶ（ＶＨＩＧＨ）＝α、
ＵＲ（ＲＨＩＧＨ）＝１−α、及び
α＝ＳＶＣストリームのスケジューリング時に、コンテンツアウェアネスとチャネルアウェアネスとの間のトレードオフを決定する効用係数、
である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記無線移動ネットワークは１つ又は複数のノード（１００）を備え、１つのノード（１００）は複数のユーザ（ＵＥ１、ＵＥ２）にサービス提供し、前記ＳＶＣストリームのピクチャ群（ＧＯＰ）は複数のタイムスロットの間に送信され、各タイムスロットは複数のＰＲＢを含み、各ＰＲＢは複数の副搬送波を含み、前記方法はタイムスロットごとに、かつタイムスロットにおける副搬送波ごとにステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返す、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
それぞれの前記ユーザ（ＵＥ１、ＵＥ２）に送信されるＳＶＣストリームデータがバッファリングされ、前記方法は、
（ｉ）現在のタイムスロットについて、ＳＶＣストリームデータがバッファリングされる前記ノードによってサービス提供されるアクティブなユーザが存在するか否かを判断するステップ（３０２）と、
（ｉｉ）アクティブなユーザが存在する場合、前記現在のタイムスロットにおいて利用可能な配分されていないＰＲＢが存在するか否かを判断するステップ（３０４）と、
（ｉｉｉ）利用可能な配分されていないＰＲＢが存在しない場合、前記次のタイムスロットに進むステップ（３０８）と、
（ｉｖ）利用可能な配分されていないＰＲＢが存在する場合、前記バッファリングされたＳＶＣストリームデータによって表されるＳＶＣストリーム層の前記重要性を求め（３１０）、アクティブなユーザごとに、前記現在のタイムスロットにおける全ての配分されていないＰＲＢの前記品質を求める（３１２）ステップと、
（ｖ）ユーザごとに、前記層重要性及び前記ＰＲＢ品質のファジー論理関数として全ての配分されていないＰＲＢの前記効用を求めるステップ（３１４、３１４ａ〜３１４ｄ）と、
（ｖｉ）前記効用を最大にする前記ユーザ−ＰＲＢ対を選択するステップ（３１６）と、
を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
（ｖｉｉ）前記現在のタイムスロットにおける配分されていないＰＲＢのリストから前記選択されたＰＲＢを除去するステップ（３１８）と、
（ｖｉｉｉ）前記選択されたユーザのバッファ（２００１〜２００ｉ）を更新するステップ（３２０）と、
（ｉｘ）ステップ（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）を繰り返すステップと、
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ｉｉｉ）において、前記次のタイムスロットは前記現在のタイムスロットになり、前記方法はステップ（ｉｉ）に戻る、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＳＶＣストリームの層の前記重要性は、
ｖ（ｌ）＝１−（１／ＮＬ）
のように求められ、
ＮＬ＝前記ユーザの単一のＧＯＰ内の層の総数
である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
時点ｔにおける前記ＰＲＢφにわたる前記ユーザｉの前記送信レートは、
ｒｉ（ｔ，φ）＝ＧｍｕｘＢｌｏｇ２（１＋εｉ(φ)γｉ（ｔ，φ））
のように求められ、
γｉ（ｔ，φ）＝推定受信信号対雑音比（ＳＮＲ）、
Ｇｍｕｘ＝ＭＩＭＯ空間多重化利得、及び
εｉ（φ）＝γｉ（ｔ，φ）の場合の許容推定誤差、
である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
平均品質、及び重要性が正規化されたスループットに基づいて前記ユーザの前記スケジューリングの前記性能を評価するステップ
を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ノードから距離ｄにあるユーザｉについて、前記平均品質、及び前記重要性が正規化されたスループットは以下のように求められ、
【数２】
ＮＬ＝前記ユーザｉのＧＯＰ内の層の総数、
ρｌ＝層ｌの前記先行層のうちのいずれかが欠落している場合にゼロであり、そうでない場合に１、
Ｓｉ，ｌ（ｄ）＝前記遅延期限の前に送信されるユーザｉの層ｌのビット数、
Ｎｂｉｔｓ（ｌ，ｉ）＝ユーザｉの層ｌのビット数、
Ｅ｛Ｎｂｉｔｓ（ｌ，ｉ）｝＝Ｎｂｉｔｓ（ｌ，ｉ）の統計平均、
ｑｌ＝全てのｌ＋１個の層が誤りなく受信された場合に平均ＰＳＮＲであり、ｌ＜１の場合にゼロ、
であり、前記ノードに最も近い前記ｐ％のユーザの中の一ユーザについて、前記平均品質、及び前記重要性が正規化されたスループットは以下のように求められ、
【数３】
ｄｓｅｃ（ｐ）＝ｐ％の前記ユーザによって占有されている前記ノードを中心とした前記セクタの半径、及び
ｆｄ（ｐ）＝ｄｓｅｃ（ｐ）によって定義された前記セクタ内の単一のユーザの前記距離ｄのｐｄｆ、
である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
コンピュータ上で実行されると、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法を実行させるためのプログラムコードを備えるコンピュータプログラム製品。
【請求項１４】
無線移動ネットワークであって、
複数の基地局（１００）と、
複数の移動ユーザ（ＵＥ１、ＵＥ２）であって、１つの基地局（１００）は１つ又は複数の移動ユーザ（ＵＥ１、ＵＥ２）にサービス提供する、複数の移動ユーザと、
を備え、前記基地局（１００）のうちの１つ又は複数は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法に従って、前記基地局（１００）によってサービス提供される１つ又は複数のユーザ（ＵＥ１、ＵＥ２）にＳＶＣストリームをスケジューリングするためのスケジューラ（２０２）を備える、無線移動ネットワーク。
【請求項１５】
無線移動ネットワークのノード（１００）であって、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法に従って、該ノードによってサービス提供される１つ又は複数のユーザにＳＶＣストリームをスケジューリングするためのスケジューラ（２０２）、
を備える、無線移動ネットワークのノード。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【図６（ｃ）】
【図７】
【図８（ａ）】
【図８（ｂ）】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【図６（ｃ）】
【図７】
【図８（ａ）】
【図８（ｂ）】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−９８９９３（Ｐ２０１３−９８９９３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２４２６６５（Ｐ２０１２−２４２６６５）
【出願日】平成２４年１１月２日（２０１２．１１．２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．フロッピー
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４２６６５（Ｐ２０１２−２４２６６５）
【出願日】平成２４年１１月２日（２０１２．１１．２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．フロッピー
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
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