複数の通信層の動作を制御する装置及び方法
階層化された通信システムにおいて複数の通信層の動作を制御する装置は、通信チャネルの特性を提供するための手段と、第１の通信層の種々の動作モードを定義している第１の複数のセットのパラメータを記憶し、複数の通信層の中の第２の通信層の種々の動作モードを定義している第２の複数のセットのパラメータを提供するための記憶素子と、チャネルの特性及び最適化の目標に基づいて第１のセットのパラメータを第１の複数のセットのパラメータから選択し、第２のセットのパラメータを第２の複数のセットのパラメータから選択するセレクタと、第１のセットのパラメータを第１の通信層に、かつ第２のセットのパラメータを第２の通信層に送るための手段とを備えている。このため、通信リソースを効率的に利用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気通信の分野に属し、送信される情報及び／又は受信される情報を処理するためにプロトコル層を用いるような通信システムの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体の無線通信環境において、通信リンク例えば無線リンクの動的な動作に基づいて、信頼できる高品質のサービスを提供することは、難しい課題である。このため、システム設計者は、経時変化しているリソースの有用性、フェージングエラー、停電又は引渡しから結果として生ずる伝送品質の予測できない変動に対処する必要がある。第三世代のシステム以降の（Ｂｅｙｏｎｄ ｔｈｅ ３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：Ｂ３Ｇ）無線ネットワークに関しては、Ｂ３Ｇのシステムが、伝送特性が異なるとともに異機種が混成している環境の無線アクセスネットワーク技術に及ぶことが予想されているため、この動的な動作は悪影響を与えるであろう。しかしながら、次世代の無線ネットワークは、ネットワークの多様性をシームレスに利用することができるように、顧客に対して信頼性が高く、さらに処理を意識させることがないようなサービスを提供することが期待されている。
【０００３】
Ｂ３Ｇでのサービス及びアプリケーションの提供（プロビジョニング）は、ネットワークの密度だけでなくアプリケーションのダイバーシチも新しいビジネスモデルとみなす必要がある。この新しいビジネスモデルは、高度なオープンインタフェースを利用しているオペレータのサービス・プラットフォームの上に、第三者プロバイダが自身のアプリケーションを提供できるようにすることが期待されている。例えば、変化するユーザの好み又は変化するユーザの状況（コンテクスト）から生ずる動的に変化するアプリケーションに対する要件を考慮に入れるため、オペレータは、前記変化する要件に対応するように、システムのパラメータを動的に変化させる能力を必要とする。
【０００４】
通常、従来の通信システムは、情報処理を行うためのプロトコルスタックに配置された複数の通信層を利用している。図９は、階層状に配置された複数の通信層を備えているプロトコルスタックを示している。図９に示している従来技術のプロトコルスタックは、Ｆｒａｎｃｉｓ Ｈａｌｌ社から２００３年に出版されたＡｎｄｒｅｗ Ｔａｎｅｎｂａｕｍ著の「Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」（第４版）に開示されている。
【０００５】
プロトコルスタックは、物理層９０と１、物理層９０１の上に配置されたデータリンク層９０３と、データリンク層９０３の上に配置されたネットワーク層９０５と、ネットワーク層９０５の上に配置されたトランスポート層９０７と、及びトランスポート層９０７の上に配置されたアプリケーション層９１１とを備えている。
【０００６】
一般的に言うと、アプリケーション層は、伝送される情報を管理するように構成されている。例えば、情報は、通信チャネルを経由して伝送される情報として、例えばビデオのデータストリームなどのメディアデータストリームを含んでいる。あるいはまた、伝送される情報は、通信チャネルを経由して送信される、ビデオ及びオーディオ情報から構成されているマルチメディアデータストリームを含んでいる場合がある。さらに、アプリケーションは、電子メールなどを含むことができる。言い換えると、アプリケーション層は、伝送されるアプリケーションを伝送可能な情報ストリームに変換するように動作している。
【０００７】
アプリケーション層９１１は、移送サービスを提供するトランスポート層９０７と直接通信するため、通信に使用されている物理ネットワークに基づいて宛先シンク（ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ｓｉｎｋ）に情報を伝送することができるようになっている。例えば、トランスポート層は、あらゆる通信ネットワークで一般的なピアツーピア通信（ｐｅｅｒ ｔｏ ｐｅｅｒ：Ｐ２Ｐ）を維持するために、トランスポートプロトコルデータ単位（ＴＰＤＵ）を情報データストリームに付加するようになっている。ピアツーピアの通信は、例えば、トランスポート層９０７が宛先ネットワークの中にある別のトランスポート層と直接通信することを意味している。
【０００８】
トランスポート層９０７は、トランスポート層９０７によって提供された情報フレームを処理するように動作するネットワーク層９０５と直接通信するため、エンドツーエンド通信、すなわち２つのコンピュータエンティティ間の通信が可能となる。
【０００９】
ネットワーク層９０５は、ネットワーク層のフレームを、データリンク層９０３及び物理層９０１から構成されているリンク層に提供している。データリンク層９０３及び物理層９０１は、例えば、メディアアクセス制御用の副層のような複数の副層を備えている。
【００１０】
リンク層は、ビットで表された情報の通信チャネルを経由した伝送を管理するように動作している。例えば、データリンク層９０３は、誤りのあったデータフレーム（パケット）を再送するために、また例えば送達確認フレームを送ることによって各フレームが正しく受信されたことを確認するために、前方誤り訂正符号化（ＦＥＣ）または前方誤り検出符号化を適用するようになっている。さらに、データリンク層９０３は、例えば複数のユーザのシナリオにおいて、伝送されるフレームをスケジュールするように動作している。スケジュールする（スケジューリング）とは、フレームが所定のタイムスロット（送信時間フレーム）で伝送されることを意味している。
【００１１】
データリンク層９０３は、物理層９０１と直接通信するようになっている。この物理層９０１は、データリンク層９０３によって提供されたストリームを、例えば、伝送される情報に基づいて搬送波を変調する変調スキームを用いて変調を行うことによって、さらに符号化するように動作している。
【００１２】
図９に示しているプロトコルスタックの実施形態は、上記参考文献に記述されたＴＣＰ／ＩＰ参照モデル（ＴＣＰ＝伝送制御プロトコル、ＩＰ＝インターネットプロトコル）に対応している。便宜上、図９に示されているプロトコルスタックは、２つの層、すなわちアプリケーション層９１１とトランスポート層９０７との間に配置されたセッション層及びプレゼンテーション層を除いて、ＯＳＩ参照モデル（ＯＳＩ＝開放型システム間相互接続）にも対応していることに注意されたい。
【００１３】
図９に示しているインターネットプロトコルのスタックは、Ｂ３Ｇのシステム及びアプリケーションに対する基本プラットフォームとして使用されることが期待されている。しかしながら、送信環境が変化する中で良好な伝送品質を実現するには、利用可能なネットワークリソースを効率的に使用することは、問題に直面している通信システム又はアプリケーションを、例えば変化する送信特性及びアプリケーションについての要件に適応させるために必要である。例えば、周波数選択性の通信チャネルの場合は、所定のビット誤り率すなわち１０-6という値が増大しないように、伝送されるデータのビットストリームについて適切な符号化が必要となってくる。そうするために、物理層は、例えば変調スキームを現在のチャネル特性に適合させるようになっている。このため、システムを適合することは、プロトコルスタックの全てのプロトコル層に対して、各々の通信層の動作モードを決定する各々のパラメータを適合させることによって、実現することが可能である。
【００１４】
従来は、例えばビデオのストリームといった特定のアプリケーションに対するシステムの最適化は、例えばＰＯＴＳシステム（ＰＯＴＳ＝一般電話サービス）のケースのように、階層化されていないシステムにおいて唯一のサービスしか行わないシステムでは、垂直方式で実行される。
【００１５】
従来の無線インターネットなどの階層化通信システムでは、予想される最悪な場合のシナリオ（最悪の状態）に対して、幾つかの層が独立して最適化されるようになっている。この最悪な場合のシナリオは、利用可能な通信リソース、例えば利用可能な帯域幅や一定のビット誤り率などに関連した達成可能なデータ転送速度などを非効率的に使用することから生じる。
【００１６】
しかしながら、現行のシステムでは、層内適合（ｉｎｔｒａ−ｌａｙｅｒ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ）は、層間（ｉｎｔｅｒ−ｌａｙｅｒ）の依存性を考慮せずに実現されるようになっている。Ｐ．Ａ．ＣｈｏｕおよびＺ．Ｍｉａｏ共著の「Ｒａｔｅ−Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｓｔｒｅａｍｉｎｇ ｏｆ Ｐａｃｋｅｔｉｚｅｄ Ｍｅｄｉａ」、（米国）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、テクニカルレポートＭＳＲ−ＴＲ−２００１−３５、マイクロソフト社、２００１年２月、によれば、メディアフレームのスケジューリングがアプリケーション層によって実行される通信システムが開示されているが、このシステムでは、ビデオおよびオーディオの情報を搬送しているメディアフレームの相互依存関係のみが考慮に入れられている。Ｍ．Ｋａｌｍａｎ、Ｅ．ＳｔｅｉｎｂａｃｈおよびＢ．Ｇｉｒｏｄ共著の「Ｒ−Ｄ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｍｅｄｉａ Ｓｔｒｅａｍｉｎｇ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ｗｉｔｈ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｅｄｉａ Ｐｌａｙｏｕｔ」、スイス国ローザンヌ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ａｎｄ Ｅｘｐｏ、 ＩＣＭＥ２００２、２００２年８月、では、適応メディア再生スキーム（ａｄａｐｔｉｖｅ ｍｅｄｉａ ｐｌａｙｏｕｔ ｓｃｈｅｍｅ）が記述されているが、そこではオーディオデータ（例えば音声）およびビデオデータの再生速度はチャネル状態に応じて変えられるようになっている。Ｓ．Ｓａｈａ、Ｍ．ＪａｍｔｇａａｒｄおよびＪ． Ｖｉｌｌａｓｅｎｏｒ共著の「Ｂｒｉｎｇｉｎｇ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｔｏ ｍｏｂｉｌｅ ｄｅｖｉｃｅｓ」、（米国）、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ、２００１年６月、第３４巻、第６号、p.５４−５８、では、現在使われている符号化スキームを、変動するチャネル状態に適応させるためにメディアデータのコード変換を適用する適応型中間層が記述されている。Ｈ．Ｉｍｕｒａ等共著の「ＴＣＰ ｏｖｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ (２．５Ｇ) ａｎｄ Ｔｈｉｒｄ (３Ｇ) Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」、ＲＦＣ３４８１、ＩＥＴＦ、２００３年２月、には、ネットワーク混雑によるパケット損失と無線リンク上での通信路の消失による損失とを区別する無線ＴＣＰスタックが記述されている。Ｆ．Ｈ．ＦｉｔｚｅｋおよびＭ．Ｒｅｉｓｓｌｅｉｎ共著の「Ａ ｐｒｅｆｅｔｃｈｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｍｅｄｉａ ｓｔｒｅａｍｉｎｇ ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２００１年１０月、第１９巻、第１０号、ｐ．２０１５−２０２８、には、データリンク層の再送が記述されており、そこでは遅延制約が考慮に入れられている。既に知られているＤＩＦＦＳＥＲＶアプローチは、メディアパケットの間で設定された優先順位に基づいており、より重要なメディアパケットがスケジュールされるようになっている。加えて、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ標準に記述されているように、物理層における適応性のある変調および符号化が知られている。
【００１７】
しかしながら、上述した従来技術による方法は、最適化の目標を達成することに関して１つの層しか最適化されないという事実に悩まされている。例えば、伝送品質を向上させるために、物理層は、伝送電力を、現在のチャネル状態、例えば現在のチャネル減衰に応じて、適応的に調整するように動作している。言い換えると、上述した従来技術による方法は、各々の通信層の動作モードを決定する１つのセットのパラメータの最適化に依存している。
【００１８】
リソースを一層効率的に利用するために、２つの層を適合させることができる。Ｋ．Ｓｔｕｈｌｍｕｌｌｅｒ、Ｎ．ＦａｒｂｅｒおよびＢ．Ｇｉｒｏｄ共著の「Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｖｉｄｅｏ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ｌｏｓｓｙ ｃｈａｎｎｅｌｓ」、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２０００年６月、第１８巻、第６号、ｐ．１０１２−１０３２およびＴ．Ｆｉｎｇｓｃｈｅｉｄｔ、Ｔ．Ｈｉｎｄｅｌａｎｇ、Ｒ．Ｖ．Ｃｏｘ、Ｎ．Ｓｅｓｈａｄｒｉ共著の「Ｊｏｉｎｔ Ｓｏｕｒｃｅ−Ｃｈａｎｎｅｌ （Ｄｅ）Ｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２００２年２月、第５０巻、第２号、ｐ．２００−２１２、には、ソース及びチャネルの符号化スキームが記述されている。適合スキームは伝送クオリティに関してチャネル状態に応じたソースレートおよびコードレートの適合に基づいている。より具体的に言えば、ソースレートとチャネルレートの計算を可能にする解析公式が開示されている。
【００１９】
Ｗ．Ｙｕａｎ、Ｋ．Ｎａｈｒｓｔｅｄｔ、Ｓ．Ａｄｖｅ、Ｄ．Ｊｏｎｅｓ、Ｒ．Ｋｒａｖｅｔｓ共著の「Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｃｒｏｓｓ−Ｌａｙｅｒ Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＭＭＣＮ）２００３に公表予定、には、電力制御および伝送データレートの最適化が開示されている。Ｓ．Ｔｏｕｍｐｉｓ、Ａ．Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ共著の「Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ、ａｎｄ Ｃｒｏｓｓ−Ｌａｙｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｄ Ｈｏｃ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」、ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＩＣＣ）２００３には、アドホックネットワークのためのメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層および物理層の最適化が開示されている。
【００２０】
しかしながら、最適化するためにクロスレイヤ設計（ｃｒｏｓｓ−ｌａｙｅｒ ｄｅｓｉｇｎ）を適用している従来技術の概念は、通信システム内において、ある特定の最適化の方法のみしか層内適合に対して考慮されていないという不都合がある。さらに、従来技術の方式は層間の依存関係を考慮していないため、結果として利用可能なリソースを効果的に利用できていない。
【００２１】
従来技術の方式のさらに別の不都合な点は、開示されている最適化の方式に柔軟性がないことである。前述した従来技術の方式は、最適化するために、例えば電力制御及び送信データレートなど１つ又は２つのパラメータしか考慮しないため、利用可能な通信リソースを十分に活用するような別の最適化のシナリオは考えられない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、階層化された通信システムに対して効率的なクロスレイヤの最適化のための概念を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この目的は下記によって達成される、すなわち、請求項１に基づいて複数の通信層の動作を制御する装置によって、又は請求項１６に基づいて送信される情報を処理するための通信装置によって、又は請求項１７に基づいて受信された信号を処理するための通信装置によって、又は請求項１９に基づいて複数の通信層の動作を制御する方法によって、又は請求項２０に基づいて送信される情報を処理するための方法によって、又は請求項２１に基づいて受信された信号を処理するための方法によって、又は請求項２２に基づいたコンピュータプログラムによって達成される。
【００２４】
本発明は、チャネルの特性及び最適化の目標に応じて、それぞれが特定の通信層の動作モードを決定する複数のセットのパラメータが同時に決定される場合に、効率的なクロスレイヤ適合を実行することができるという研究の成果に基づいている。このため、例えば効率的に通信リソースを使用しながら、ユーザが認めた品質を最大にすることを含んでいる最適化の目標を達成するために、複数の層を同時に適合することができる。
【００２５】
本発明の方式がプロトコルスタックの中に組み込まれている通信層の動作を最適にすることに関するため、層内の依存性を考慮に入れることができる。
【００２６】
本発明によれば、複数の通信層の中の第１の通信層の様々な動作モードを定義している第１の複数のセットのパラメータを記憶する（又は提供する）ため、及び第２の通信層の種々の動作モードを定義している第２の複数のセットのパラメータを提供するために、記憶素子が提供されている。クロスレイヤの最適化を実行するために、本発明の概念により、第１の複数のセットのパラメータから第１のセットのパラメータを選択し、また第２の複数のセットのパラメータから第２のセットのパラメータを選択するためのセレクタが提供されている。最適化の目標、例えば現在のチャネルの状態における伝送品質（すなわち、現在のビット誤り率）を実現するように、第１の通信層及び第２の通信層を自由に選択することができるため、層内の依存性を考慮に入れることができる柔軟性に富んだ最適化方式を実行することができる。
【００２７】
本発明のセレクタが、最適化の目標に基づいてそれぞれの通信層のそれぞれの動作モードを定義している第１及び第２のセットのパラメータを選択するように動作するため、考えられる最適化のシナリオに関してかなりの自由度を実現できる。例えば、最適化の目標及び現在のチャネルの状態から始めて、セレクタは、最適化の目標を実現するために、どの通信層を同時に最適化するかを決定するように動作することができる。
【００２８】
例えば、図９に示しているように、第１の通信層は、アプリケーション層を備え、第２の通信層は、データリンク層及び物理層を備えている。例えば、画像情報を送信する場合、第１の通信層は、その画像情報を符号化して、送信された情報と受信された情報との間の差を示す許容歪みに関連付けられる一定のデータ圧縮を行うように動作している。このため、圧縮された画像情報の情報速度は、所定の歪み値を超えない画像情報の送信に関連している最小限の達成可能な情報速度となっている。この場合、最適化の目標は、情報を所定の歪み値を超えない情報データ転送速度で送信するための伝送品質の最適化である。この最適化の目標を達成するために、本発明のセレクタは、アプリケーション層と、データリンク層と物理層とから構成されているリンク層とを同時に最適化するようになっている。
【００２９】
圧縮された画像情報を送信するために、情報を表すビットを符号化して、理想的には歪みに関連している最小限の情報転送速度に対応しており、一定のビット誤り率に関連している一定のチャネルのデータ転送速度を達成する必要がある。これを行うために、本発明のセレクタは、符号化すなわちソースの符号化を行うためにアプリケーション層が使用する第１のセットのパラメータを選択し、また通信チャネルを経由して情報の物理的な送信を管理するために第２のセットのパラメータを選択するようになっている。第２のセットのパラメータは、例えば、前方誤り訂正エンコーディングスキーム、例えばリード−ソロモン（Ｒｅｅｄ−Ｓｏｌｏｍｏｎ）の符号化又は畳込み符号化（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ ｅｎｃｏｄｉｎｇ）を実行するために使用する符号化パラメータのサブセットを含んでいる。さらに、第２のセットのパラメータは、変調方式、例えば直交振幅変調（ＱＡＭ）又は位相偏移変調（ＰＳＫ）を決定する物理層のパラメータのサブセットを含んでいる。
【００３０】
しかしながら、送信するために物理層が提供しているデータフレームは、情報を含んでいるだけでなく、前述したピアツーピア通信を確立するために全ての通信層が取り入れている情報ヘッダも含んでいる。言い換えると、アプリケーション層によって送信される情報だけでなく、それに続く情報の符号化によりチャネルのデータ転送速度も決定される。しかしながら、一定量の情報ビットしか送信可能な情報フレームの中で送信することができない。さらに、各通信層は、上に配置された通信層から処理された情報を受信し、さらに処理を行い、そしてさらに処理された情報を次の通信層に渡している。情報をプロトコルスタックに基づいて処理するために、例えば転送されるデータフレームの最大許容長さに対して幾つかの取決めが通信層の間に作られる。本発明のセレクタは、通信層上で動作するため、前述した層内の依存性を考慮することができるため、利用可能な通信リソース（例えば、利用可能な帯域幅）を効果的に使用することができる。
【００３１】
本発明のさらなる利点は、パラメータが通信層の動作モードを決定するため、本発明の最適化の方式を複数の最適化の目標を達成することに適用できることである。特に、本発明の概念を、複数のユーザが送信するシナリオの中で、クロスレイヤの最適化に適用することができる。この場合、最適化の目標は、ユーザごとに伝送品質を最適にすることである。最適化の目標を達成するために、各ユーザストリーム（ｕｓｅｒ ｓｔｒｅａｍ）を考慮できるようになっている。例えば、第１の通信層（例えば、アプリケーション層）の動作モードを決定する第１のセットのパラメータは、第１のユーザ情報が第２のユーザ情報とは無関係に圧縮されるように選択することができる。さらに、第２の通信層の動作モードを決定する第２のセットのパラメータを選択することによって、得られたユーザストリームを効率的にスケジューリングすることができる。この第２の通信層は、図９に示しているようにリンク層とすることができる。このため、アプリケーション層のソース速度の選択及び適応性のあるデータリンクの本発明による同時最適化、並びにマルチユーザ通信システムにおけるチャネル特性による物理層の送信のスケジューリングを実現することができる。
【００３２】
さらに、第１のユーザに関連している情報ストリームのスケジューリングさえも、アプリケーション層の中で実現できる。例えば、送信される情報は、メディアデータによって表されたビデオ又はオーディオのストリームである。アプリケーション層のメディアデータのスケジューリングは、１つのセッションの中のどのデータセグメントをいつ送信すべきかを決定する処理であり、一方でデータリンク層及び物理層の送信スケジューリングは、どのユーザが所定の時間、周波数又はコードでチャネルを使用することを許可されるか、またどの変調及びチャネル符号化方式がユーザに対して使用されるかを決定している。本発明の最適化方式は、歪み及びソース速度の情報、すなわちアプリケーション層からのメディアデータに関する情報と一緒に、データリンク層及び物理層上の種々の通信状態の組（すなわち、変調方式、チャネルのコード速度、再送信の対応、など）を考慮している。最適化の目標、すなわち各ユーザ及び各メディアのデータセグメントに対する最適な送信計画を実現するために、本発明のセレクタは、第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータを選択して、最適な送信計画を決定している。
【００３３】
本発明の装置（最適化装置）は、例えば複数のユーザの間でチャネルリソースの区切りを考慮するようになっている。このことは結果として、各ユーザに対するデータ転送速度が異なることがある。さらに、種々の変調方式又はチャネル符号化方式の選択を利用することができ、このことは、各ユーザに関連しているパケットの損失率及びデータ転送速度が異なる結果となる場合がある。送信処理を効率的に管理するために、選択的なリンク層の肯定応答と一緒に、損失の多いフレームの選択的な再送信を行うことができる。送信される情報を管理するために、情報のソース速度（例えば、メディアのソース速度）を選択することができる。個々のユーザに対して、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に関する情報が提供されている。さらに、情報パケット（メディアパケット）の相対的な重要度さえもが考慮に入れられている。これは、現代のビデオ圧縮方式（ＭＰＥＧ，Ｈ．２６ｘ）などのパケット間の依存性から生じている。相対的な重要度は、解凍するときにデコーディング方式を使用するときに、受信機における全体的な再構成の品質に対する失われた媒体フレームの影響によって決定される。
【００３４】
本発明の装置は、選択された情報のデータ単位（すなわち、メディアのデータ単位）に対するパケットのサイズに関してデータ転送速度の情報を考慮している。さらに、重要なメディアデータの再送信さえも、アプリケーションの動作モードを適切に処理し、これにより第１のセットのパラメータを選択することによって得ることができる。
【００３５】
本発明によれば、目的の機能を最適化することによって、最適な送信計画を実現できる。これは、費用関数とすることができる。この目的の機能は、例えば、同じ通信リソース、例えば同じ通信チャネルを共有しているユーザの中で最悪のチャネル状態を経験したユーザの最も大きいユーザが認めた品質を表すことができる。
【００３６】
本発明の概念のさらに別の利点は、他の従来技術の方式と比較する場合、通信リソース例えば無線ネットワークのリソースをより良く利用することである。さらに、本発明の方式により、利用可能な通信リソースが効率的に利用されているため、同じシステムの中でより多くのユーザに同時に対応することができる。ユーザの数が同じ場合は、ユーザ当たりの伝送品質を向上させることができる。さらに、ユーザが認めた品質を、複数のユーザにより等しく配送することができる。その上、変動する送信特性及びアプリケーションに対応している要件を同時に考慮するために、通信層の動作モードを最適にすることによって、本発明は通信システムを動的に適合するための概念を提供している。
【００３７】
通信層（プロトコル層）を使用している通信システム、すなわちＢ３Ｇのシステムを最適にするために使用している最適化方式は、クロスレイヤ設計である。ここで、アプリケーションのパラメータから物理的な送信まで補っているプロトコルスタックの幾つかの層を考慮している。図１０は、通信システムの実施形態を示している。この図では、１つの特定のアプリケーションに対する縦方向のクロスレイヤの最適化に基づいた通信システムの最適化が例示されている。
【００３８】
図１０に示したシステムは、送信機１００１（基地局）及び受信機１００３を備えている。送信機１００１は、送信されるアプリケーション（情報）を処理するためにプロトコルスタック１００５を利用している。このプロトコルスタック１００５は、アプリケーション層と、トランスポート層と、ネットワーク層と、例えば媒体アクセス制御層（ＭＡＣ）及び物理層（ＰＨＹ）を備えているリンク層とから構成されている。これに対して、受信機１００３は、送信機１００１が送信した送信信号版である受信信号を処理するためにプロトコルスタック１００７を利用している。このプロトコルスタック１００７（受信用プロトコルスタック）は、リンク層と、ＩＰ層（ネットワーク層に対応している）と、ＴＣＰ／ＵＤＰ層（トランスポート層に対応している）と、アプリケーション層とを備えている。
【００３９】
図１０は、ピアツーピアの通信原理も例示している。ここで、対応する層、例えばトランスポート層及びＴＣＰ／ＵＤＰ層は互いに通信するようになっている。
【００４０】
特定のアプリケーションに対してシステムを最適化するために、ボトムアップ式の情報配送が行われる。例えば、リンク層は、チャネル特性を物理的な制約パラメータ、例えば信号対ノイズ比（ＳＮＲ）又は最大可能な送信電力として抽出するようになっている。次に、これらの物理的な制約パラメータは、アプリケーション層に送られて、リアルタイムの符号化方式（コーデック）を使用するビデオストリーミングが実行される。言い換えると、アプリケーション層は、物理的な制約パラメータに対するリアルタイムのコーデックに適合するため、ビデオストリーミングに対して要求されている伝送品質を得ることができる。
【００４１】
これにより、アプリケーション層は、リンク層にサービスの質（ＱＯＳ）についての要件（例えば、あるサービスに関連している信頼できるビット誤り率）を知らせることができる。この場合、リンク層は、より包括的な符号化方式を利用するため、サービスの質についての要件は満たされるようになっている。
【００４２】
クロスレイヤの適合技術は、システムの部分を動的に変化する環境に適合させるために、プロトコルスタックの従来の層を横断するような層内での情報交換に基づいている。前述したように、情報は、プロトコルスタックの両方向に、つまり上下に移動している。クロスレイヤ情報交換とは、アプリケーション層が下位の層（例えば、リンク層）から、現在のネットワークの状態及び伝送品質すなわち引渡しに影響する予測可能な事象についての情報を受け取ることを意味している。それに応じて、前述したように、下位の層は、アプリケーションの現在の送信に関している要件についての情報を受信することができる。
【００４３】
本発明のさらに多くの実施形態は、下記の図面に関連して詳細に説明されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
図１は、本発明の第１の実施形態に基づいて、複数の通信層の動作を制御する装置を示している。
【００４５】
図１に示した装置は、通信用のプロトコルスタック１０１の複数の通信層を備えており、このプロトコルスタック１０１には第１の通信層１０３及び第２の通信層１０５が示されている。この装置は、入力部１０９及び出力部１１１を有し、通信チャネルの特性を与えるための手段１０７をさらに備えている。特性を与えるための手段１０７は、入力部１０９を介して第２の通信層１０５に接続されている。特性を与えるための手段１０７の出力部１１１は、入力部１１５及び出力部１１７をさらに有しているセレクタ１１３に接続されている。セレクタ１１３の出力部１１７は、記憶素子１１９に接続されている。この記憶素子１１９は、第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータを第１及び第２の通信層に送るための手段１２３に接続されている出力部１２１を有している。第１及び第２のセットのパラメータを送るための手段１２３は、第１の通信層１０３に接続された第１の出力部１２５、及び第２の通信層１０５に接続されている第２の出力部１２７を有している。
【００４６】
図１に示している装置は、階層化された通信システムの中で、プロトコルスタック１０１が備えている複数の通信層の動作を制御するように機能している。この階層化された通信システムは、情報を、通信チャネルを経由して遠隔の通信システムに送信するように動作している。前述したように、複数の通信層の中の第１の通信層１０３の動作は第１のセットのパラメータによって決定され、複数の通信層の中の第２の通信層１０５の動作は第２のセットのパラメータによって決定される。この第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータは、チャネルの特性及び最適化の目標に依存している通信用のプロトコルスタックの動作を制御するために、第１及び第２のセットのパラメータを与えるための手段１２３によって提供されている。
【００４７】
最適化を実行するために、記憶素子１１９は、第１の通信層の種々の動作モードを定義している第１の複数のセットのパラメータ及び第２の通信層の種々の動作モードを定義している第２の複数のセットのパラメータを備えている。本発明のセレクタ１１３は、第１のセットのパラメータを第１の複数のセットのパラメータから選択し、また第２のセットのパラメータを第２の複数のセットのパラメータから選択するために、記憶素子１１９に接続されている。特に、セレクタ１１３は、特性を提供するための手段１０７が与えるチャネルの特性及び入力部１１５を介してセレクタ１１３に送られる最適化の目標に基づいて、第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータを選択するように動作している。
【００４８】
複数の通信層の動作を制御するために、第１及び第２のセットのパラメータを与えるための手段１２３は、記憶素子１１９から第１及び第２のセットのパラメータを受け取っている。ここで、これらの第１及び第２のセットのパラメータは、最適化の目標を達成するためにセレクタ１１３によって選択されている。
【００４９】
第２の通信層１０５は、通信チャネルを通る情報の送信を管理するように動作している。これを行うために、第２の通信層１０５は、通信チャネルの特性を取り出す動作をさらに行う物理層を備えている。通信チャネルの特性には、ビット誤り率、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）、一定のビット誤り率に関連している利用可能なチャネルデータ転送速度、送信遅延、ビット誤り率に関連している送信電力、チャネルコヒーレンス時間（ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｉｍｅ）又はチャネルコヒーレンス帯域幅又はその組合せが含まれている。チャネルの特性をセレクタに送るために、特性を提供するための手段１０７は、通信チャネルの特性を得るために第２の通信層１０５に接続されている。前述したように、第２の通信層１０５は物理層を備えており、この物理層に特性を提供する手段１０７が接続されている。チャネルの特性を物理層から受け取るために、特性を提供する手段１０７は、物理層と整合するためのプロトコルインターフェースをさらに備えている。
【００５０】
前述したように、セレクタ１１３は、第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータを選択するように動作している。好ましいことに、このセレクタ１１３は、第１及び第２の通信層の動作モードを同時に制御するために、第１及び第２のセットのパラメータを一対のパラメータとして同時に選択するように動作している。言い換えると、このセレクタ１１３は、入力部１１５経由で提供されている最適化の目標を実現できるように第１及び第２のセットのパラメータを同時に選択するようになっている。この場合、層内の依存性は考慮されている。
【００５１】
例えば、記憶素子１１９は、第１及び第２の複数のセットのパラメータを記憶するように、又は一般的にそれらを提供するように動作しており、それらのセットのパラメータから、層内の依存性を考慮に入れるように、第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータを同時に選択できるようになっている。
【００５２】
一般的に、第１のセットのパラメータは、第１の通信層１０３の動作モード全体を制御するために、複数のセットのパラメータを備えている。それに応じて、セレクタ１１３が選択できる第２のセットのパラメータは、複数のパラメータのサブセットを備えている。ここで、第２のセットのパラメータの各パラメータのサブセットは、第２の通信層の一定の下位動作モード（ｓｕｂ−ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）を決定している。実施例では、図９に示しているように、第２の通信層１０５は、データリンク層及び物理層を備えている。この場合、第２のセットのパラメータは、データリンク層の動作モードを制御するデータリンク層のパラメータのサブセットと、物理層の動作モード（下位動作モード）を制御する物理層のパラメータのサブセットとを備えている。この方法では、スケジューリング（符号化の特定の形式）及び前方誤り訂正エンコーディングスキームを利用することによるさらなる符号化を決定することができる。
【００５３】
同時に、物理層の下位動作モードは、物理層のパラメータのサブセットが制御することができる。例えば、この物理層のパラメータのサブセットは、送信する前のデータフレームの変調に適用される変調方式を決定している。同時に、第１のセットのパラメータは、第１の通信層１０３の動作モードを決定している。この第１の通信層１０３は、例えば前述したアプリケーション層とすることができる。この場合、第１のセットのパラメータは、ある比率の歪み特性に関連しているデータ圧縮符号化方式を制御している。第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータが、第１及び第２の通信層の動作モードを制御するために同時に選択されているため、最適化の目標及び現在のチャネルの状態に対して全体的な最適化を実現することができ、全ての利用可能な、制御できる通信リソースを同時に最適にすることが可能となっている。
【００５４】
前述したように、記憶素子１１９は、第１及び第２の通信層の種々の動作モードを定義している第１及び第２の複数のセットのパラメータを記憶するように動作している。例えば、第１の複数のセットのパラメータ及び第２の複数のセットのパラメータは、例えば複数のシナリオに対する最適化によって事前計算されている。ここで、最適化は、外部のコンピュータエンティティによって実行されている。言い換えると、記憶素子１１９は、様々なシナリオで使用されている同時に最適化されたセットのパラメータを備えている。この方式の利点は、プロトコルスタックの適合を動的に、すなわち送信動作の間に行うことができることである。この方式のさらに別の利点は、チャネルの特性及び最適化の目標に基づいて、セレクタ１１３は第１及び第２のセットのパラメータから構成されている実際に最適にされる対を直接選択するため、適合処理が迅速に行われることである。
【００５５】
図２は、本発明の別の実施形態に基づいて、複数の通信層の動作を制御する装置のブロック図を示している。
【００５６】
図１に示した装置とは異なり、図２の装置は、付加的に第１の入力部２０３及び第２の入力部２０５を有しているセレクタ２０１を備えている。第１の通信層１０３は、第１の入力部２０３を介してセレクタ２０１に接続されている。それに応じて、第２の通信層１０５は、第２の入力部２０５を介してセレクタ２０１に接続されている。
【００５７】
さらに、図２に示した装置は、最適化の目標を提供するための手段２０７を備えている。この最適化の目標を提供する手段２０７は、図２に示しているように、複数の通信層に接続されている入力部２０９を有している。さらに、最適化の目標を提供する手段２０７は、セレクタ２０１の別の入力部２０９に接続されている出力部２１１を備えている。
【００５８】
セレクタ２０１は、プロトコルスタック１０１の現在の状態をモニタするために、第１及び第２の通信層に接続されている。特に、セレクタ２０１は、第１の通信層の現在の状態をモニタするための決定要素を備えている。ここで、第１の通信層の現在の状態は、現在の第１のセットのパラメータ、すなわち第１の通信層の動作モードを現在決定するセットのパラメータによって決定されるようになっている。このため、セレクタ２０１の決定要素は、現在の第２のセットのパラメータによって決定された第２の通信層の現在の状態をモニタするように動作している。現在の状態、最適化の目標及びチャネルの特性に基づいて、決定要素は、現在の第１及び第２のセットのパラメータを用いて最適化の目標を実現できるかどうか、又は現在の第１のセットのパラメータ及び現在の第２のセットのパラメータを取り替えるべきかを示す制御情報を生成するようになっている。特に、決定要素が提供する制御情報は、第１のセットのパラメータ及び／又は第２のセットのパラメータが、最適化の目標を現在の第１及び第２のセットのパラメータが実現できない場合は、最適化の目標を実現するためにセレクタ２０１によって選択されることを示すことがある。
【００５９】
図２に示しているように、最適化の目標を提供する手段２０７は、最適化の目標を受け取るために複数の通信層に接続されている。最適化の目標は、第１の通信層がアプリケーション層の場合は、例えば最適化の目標に向けられたアプリケーション、例えば第１の通信層が提供する一定の品質のサービスとすることができる。この場合、最適化の目標を提供する手段２０７は、最適化の目標に向けられたアプリケーションを受け取るためにアプリケーション層に接続されている。
【００６０】
このため、最適化の目標には、通信チャネルを経由する物理的な送信の最適化が含まれている。この場合、最適化の目標を提供する手段２０９は、第２の通信層に接続され、例えばデータリンク層と物理層とを使用している通信チャネルに対する物理層の送信を管理するように動作している。この場合、最適化の目標は、例えば利用可能な帯域幅をチャネルの符号化（例えば、畳込み符号化）などによって最適に利用することである。この場合、最適化の目標を提供する手段２０７は、送信指向の最適化の目標を受け取り、同じものをセレクタ２０１に送る。このため、最適化の目標は、アプリケーション指向及び送信指向になる。この場合、最適化の目標を提供する手段２０７は、最適化の目標のアプリケーション指向の部分及び送信指向の部分を得るために、第１の通信層１０３及び第２の通信層１０５に接続されている。
【００６１】
物理層と通信するために、最適化の目標を提供する手段２０７は、第１の通信層及び第２の通信層と整合するためにプロトコル層用のインターフェースを備えている。
【００６２】
前述したように、本発明の方式は、複数ユーザのシナリオの中で、プロトコルスタックの動作を最適にすることに適用することができる。ここでは、複数のユーザは同じ通信リソースを共有している。より具体的に説明すると、送信される情報は、複数ユーザのシナリオの中で、第１のユーザに関連している第１の情報及び第２のユーザに関連している第２の情報を含んでいる。前述したように、この場合の最適化の目標は、特定のユーザの例えば第１の情報及び第２の情報に対する伝送品質を最適にすることである。例えば、最適化の目標は、通信チャネルを通って第１の歪みに関連している第１の情報転送速度で第１の情報を送信し、第２の歪みに関連している第２の情報転送速度を有している第２の情報を送信し、第１のユーザストリーム及び第１のビット誤り率に関連している第１のチャネルのデータ転送速度を決定して、第１の歪みに関連している第１の情報転送速度が対応されていることである。それに応じて、目標は、第２のユーザストリームを通信チャネルを経由して第２のチャネルのデータ転送速度でビット誤り率を超えずに送信して、第２の歪みに関連している第２の情報転送速度が対応されていることである。一般に、第１の通信層は、第１のユーザに関連している第１の情報信号及び第２のユーザに関連している第２の情報信号を得るために、第１の情報を符号化するように動作している。ここで、第１の情報信号は第１の情報転送速度を有し、また第２の情報信号は第２の情報転送速度を有している。情報を通信チャネルを通って送信するために、第２の通信層は第１の情報信号及び第２の情報信号を符号化するように動作して、通信チャネルを通って送信される複合信号を得る。
【００６３】
この場合、本発明のセレクタは、第１の情報及び第２の情報を符号化して第１の情報信号及び第２の情報信号を得るために、第１の通信層が使用している第１のセットのパラメータと、第１の情報信号及び第２の情報信号を符号化して通信チャネルを通って送信される複合信号を提供するために、第２の通信層が使用している第２のセットのパラメータとを同時に選択するように動作している。ここで、第１の通信層及び第２の通信層は同時に選択された第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータを使用して、第１の情報及び第２の情報の伝送品質を最適にするようになっている。
【００６４】
例えば、第２の通信層は、第１の情報信号及び第２の情報信号をスケジューリングして、第１の情報信号が第１の時間内に送信され第２の情報信号が第２の時間内に送信されるように動作している。このスケジューリングには、対応しているスケジュールされた情報信号、又は一般的には情報ストリームの結果として生じたチャネルのデータ転送速度に対する効果がある。第１のセレクタはこの時、第１のセットのパラメータを選択して、第１の歪みに関連している第１の情報転送速度を有している第１の情報信号、及び第２の歪みに関連している第２の情報転送速度を有している第２の情報信号を得るように動作し、また第２のセットのパラメータを選択して、第１の情報転送速度及び第２の情報転送速度に対応しているデータ転送速度を有している複合信号を得るように動作している。情報転送速度は、例えば時間ユニット当たりの情報パケットの数、例えば秒当たりの情報ビットの数とすることができる。
【００６５】
さらに、本発明の方式は、情報のスケジューリング、例えば前述したメディアデータのスケジューリングにも適用されている。
【００６６】
セレクタが、適切なセットのパラメータを選択することによって、プロトコルスタックの全体の動作を制御するように動作しているため、本発明の方式は両方向に、すなわち情報データ又はメディアデータのスケジューリング及びユーザのスケジューリングに適用することもできる。例えば、第１のユーザに関連している第１の情報には、第１の副情報及び第２の副情報、例えばオーディオ及びビデオ信号が含まれている。本発明のセレクタはこの時、第１の副情報及び第２の副情報を選択的に符号化して符号化された第１及び第２の副情報を含んでいる第１の情報信号を得るために、第１の通信層が使用している第１のセットのパラメータを選択するように動作している。この符号化された第１及び第２の副情報は、例えば種々の歪みプロファイル（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｐｒｏｆｉｌｅ）に関連している様々な情報転送速度を有している。さらに、セレクタは、第１のセットのパラメータを選択するように動作して、第１の副情報を第１の情報信号の中でスケジューリングし、また第２の副情報を第１の情報信号の中でスケジューリングして、第１の副情報及び第２の副情報が第１の情報信号の中の異なる位置に配置されるように動作している。言い換えると、どのデータセグメントを１つのセッションの中で送信すべきかに関する決定がされるようになっている。
【００６７】
本発明によれば、複数の通信層の動作を制御する本発明による装置は、最適化の目標を実現するために、第１の通信層及び第２の通信層を複数の通信層から決定するための手段をさらに備えている。この第１の通信層及び第２の通信層を複数の通信層から決定するための手段は、最適化の目標を達成するために、複数の通信層の中のどの通信層を最適にすべきかを決定するように動作している。この決定するための手段は、最適化の目標を達成するために、第１のセットのパラメータを選択する第１の通信層及び第２のセットのパラメータを選択する第２の通信層を決定するようになっている。
【００６８】
本発明の別の実施形態によれば、複数の通信層の動作を制御する本発明の装置は、前述したように、ユーザをスケジューリングするように及び各ユーザに関連している情報をスケジューリングするように動作している。例えば、最適化の目標には、複数ユーザのシナリオの中で伝送品質の最適化が含まれている。情報は、第１のユーザに関連している第１の情報、第１のユーザに関連している第２の情報、第２のユーザに関連している第３の情報及び第２のユーザに関連している第４の情報を含んでいるものとする。一般的に、本発明の方式は、複数の情報の場合及び／又は複数のユーザの場合に使用することができる。第１の通信層は、第１の情報及び第２の情報をスケジューリングするように動作して、第１のユーザに関連してスケジュールされた第１及び第２の情報を含んでいる第１の情報信号を得る。これにより、第１の通信層は、第３の情報及び第４の情報をスケジューリングするように動作しており、第２のユーザに関連している第２の情報信号を得る。それに応じて、第２の通信層は、第１の情報信号及び第２の情報信号をスケジューリングするように動作して、スケジュールされたマルチユーザシステムを得る。前述した最適化の目標を達成するために、本発明のセレクタは、第１の情報信号及び第２の情報信号を提供するために第１の通信層が使用する第１のセットのパラメータ、及び通信チャネルを経由して送信されるスケジュールされたマルチユーザのストリームを提供するために第２の通信層が使用する第２のセットのパラメータを同時に選択するように動作している。
【００６９】
図３は、マルチユーザ及びマルチメディアをスケジューリングする場合に、複数の通信層の動作を制御する装置を示している。
【００７０】
図３に示した装置は、クロスレイヤオプティマイザ３０１を備えており、これはアプリケーション指向のオプティマイザである。このクロスレイヤオプティマイザは、第１の入力部３０３、第２の入力部３０５及び出力部３０７を有している。さらに、図３に示した装置は第１のインターフェース３０９を備えており、この第１のインターフェース３０９は、入力部３１１及びクロスレイヤオプティマイザの入力部３０３に接続された出力部を有している。その上、この装置は、入力部３１５及びクロスレイヤオプティマイザの第２の入力部３０５に接続された出力部を有している第２のインターフェース３１３を備えている。第１のインターフェース３０９は、前述したプロトコルスタック１００５のアプリケーション層に入力部３１１を介して接続されている。それに応じて、第２のインターフェース３１３は、プロトコルスタック１００５のリンク層に入力部３１５を介して接続されている。
【００７１】
図３に示した装置は、入力部、第１の出力部及び第２の出力部を有している決定要素３１７をさらに備えている。クロスレイヤオプティマイザ３０１の出力部３０７は、決定要素３１７の入力部に接続されている。決定要素３１７の第１の出力部は、プロトコルスタック１００５のアプリケーション層に接続され、決定要素３１７の第２の出力部は、プロトコルスタック１００５のリンク層に接続されている。
【００７２】
本発明によれば、無線媒体送信に対するクロスレイヤ最適化方式が提供されている。特に、アプリケーション層とリンク層とが同時に最適化されるため、メディアデータのスケジューリング及び複数ユーザのスケジューリングを同時に最適化することを実現することができる。本発明のクロスレイヤ設計に対する動機付けは、例えば（予測できない）品質の変動及び接続性の多様性によって特徴付けられている、通信システムの動的な挙動などが起きる移動体通信への課題である。さらに、送信されたサービス及びアプリケーションに対する幾つかの動的な要件は、要件における著しい相違（例えば、サービスの品質）、ユーザの好みに対して変化する要件、及びシステムの柔軟性に必要な短い技術展開サイクルに対して行う必要がある。
【００７３】
従来の階層化システムは、プロトコルの相互通信が厳密に定義されており、各プロトコルは悪い状態に対して別々に最適化されているためリソースを効率的に使用することはできないが、この従来の階層化システムとは逆に、本発明の方式は、図３に例示されているように、複数のプロトコル層を同時に最適化することによって、プロトコルスタックの動作を全体的に最適化する可能性を提供している。
【００７４】
図３に示しているように、マルチメディアのスケジューリングに関する情報（例えば、ソースの転送速度のスケジューリング）は、第１のインターフェース３０９を介してクロスレイヤオプティマイザ３０１に提供されている。それに応じて、第２のインターフェース３０３は、複数ユーザのスケジューリング情報、例えば送信速度のスケジューリングをクロスレイヤオプティマイザ３０１に提供するため、（新しい）第１のセットのパラメータをアプリケーション層に送り、また（新しい）第２のセットのパラメータをリンク層に送ることができ、これにより最適なマルチメディアのスケジューリング及び複数ユーザのスケジューリングを行うことができ、通信リソースを効率的に活用することができる。
【００７５】
クロスレイヤオプティマイザ３０１は、第１及び第２のセットのパラメータを選択するように動作している本発明のセレクタに対応している。決定要素３０７は、どのセットのパラメータをどのプロトコル層に送るかを決定している。
【００７６】
下記において実施形態による単なる実施例として、ストリーミングクライアントのホスト装置として動作している基地局及び携帯装置の中にあるビデオストリーミング用サーバをそれぞれ考慮している。最適化の目標は、有線のリソースを効果的に使用しながら、ユーザが認めるエンドツーエンドの品質を最適にすることである。ビデオデータのスケジューリングは、１つのストリーミングセッションの中のどのデータセグメントを、いつ送信すべきかを決定する工程であり、データリンク層のスケジューリングに属している複数ユーザのスケジューリングは、例えばどのユーザが所定の時間、周波数又はコードでチャネルを使用することを許可されているかを決定している。
【００７７】
下記において、検討されたシナリオの中で関連しているストリーミングビデオの主な特徴を説明している。ビデオは標準的なビデオ圧縮方式を用いて複数のビットレートで事前符号化されて、対応しているビデオストリームがストリーミングサーバに記憶されるようになっている。クライアントがビデオストリームを要求すると、このビデオストリームは、パケット化されて受信機に送られるようになっている。受信機が幾つかのデータを再生が始まる前に事前バッファすることにより、伝送品質の変動を平滑化することができる。アプリケーションのエンドツーエンドの待ち時間は、再生の前に記憶されているデータ量に直接関係している。各ビデオフレームに対して送られるビット数は、選択された符号化モードの種類に依存している。
【００７８】
図４を参照すると、前のフレームを参照せずに符号化されるＩフレーム（Ｉ−ｆｒａｍｅ）と、前のフレームから予測することによって符号化されるＰフレーム（Ｐ−ｆｒａｍｅ）とを区別することができる。Ｉフレームは、前のフレームを受け取らずにデコードすることができるが、Ｐフレームは、一般にこの副次情報がないとデコードすることはできない。その結果、Ｉフレームは、図４に示しているように、Ｐフレームよりも大きい。早送り及び対話式場面選択を可能にするために、Ｉフレームは一般に約５００から１０００ｍｓｅｃごとに取り入れられている。Ｉフレーム及び次のＩフレームを除く末端までの全ての後続するＰフレームは、下記においては画像グループ（ＧＯＰ）と呼ばれる。Ｉフレーム及びＰフレームを提供するために、フレームのスケジューリングの制御が実行されて、フレームの優先順位を決定している。ソースパラメータは、ソースの転送速度、秒当たりのフレーム数、遅延の制約、及び画像グループの歪みプロファイルとすることができる。
【００７９】
下記においては、受信機における再構成の品質は、画像グループの中でデコードが成功したフレーム数に依存すると仮定されている。Ｐフレームのデコーディングが成功することは、同じ画像グループの全ての前のフレームがエラーなしで受信されることに依存するため、画像グループの第１のフレームを失うことは最悪の結果をもたらすことになる。この場合、最新のデコードされたフレームが、次のＩフレームがうまく受信されるまで静止画像として表示されている。ＧＯＰの最後のフレームを失っても、ＧＯＰの最後から２番目のフレームを単に再度表示するだけのため、ほとんど歪みは発生しない。
【００８０】
図５ａは、平均二乗誤差（ＭＳＥ）によるシミュレーション結果であり、この場合は、１５のフレームから構成されている画像グループについて、３つの異なるビデオに対して異なったフレームを失った場合の平均二乗再構成誤差（ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅｄ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ）である。さらに、３つの異なるシナリオ、すなわちＣａｒｐｈｏｎｅ、Ｆｏｒｅｍａｎ及びＭｏｔｈｅｒ−Ｄａｕｇｈｔｅｒのシナリオが考慮されている。図５ａから分かるように、ＧＯＰの第１のフレームを失ったときに、ＭＳＥが最大になる。ＧＯＰの中で処理されるにつれて歪みは減少し、ビデオストリームのビットレートの関数である単なる符号化歪みになる。全てのフレームが適時にまたエラーなしで受信される場合、この歪みは、図５ａの中でインデックス１６の値で参照することができる。実際のエラーは状況の内容に依存する。配列の中にほとんど動きがない場合は、フレームの損失は構成された配列の品質にほとんど影響を与えない。しかしながら、かなりの動きがある場合は、失われたフレームの影響は著しく大きくなる可能性がある。
【００８１】
ビデオデータのスケジューリングでは、アプリケーションはいつフレームを送るかを決定する必要がある。このことは、Ｐ．Ａ．Ｃｈｏｕ及びＺ．Ｍｉａｏ著の「Ｒａｔｅ−Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｓｔｒｅａｍｉｎｇ ｏｆ Ｐａｃｋｅｔｉｚｅｄ Ｍｅｄｉａ」、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ＭＳＲ−ＴＲ−２００１−３５、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、２００１年２月、の中で説明されている。ＧＯＰの第１のフレームは、最も重要なフレームであるため、アプリケーションはスケジューリングの中でこのフレームに最も大きい優先順位を割り当てることによって、エラーなしで受信する可能性を増加させるようになっている。このことは、例えばＧＯＰのＩフレームは２回送信されるが、他の全てのフレームは１回しか送信されないことを意味している。その結果、利用可能な送信速度に基づいて、アプリケーションは種々のセットのパラメータを選択することによって、異なるフレームのスケジューリングのパターンの間を選択することができる。
【００８２】
無線ネットワークでは、各基地局は時間分割、周波数分割又はコード分割によって複数のユーザ（クライアント）又は移動局に対してサービスを提供している。複数ユーザのスケジューリングは、データリンク層のスケジューリングの一部であるが、どのユーザが所定の時間、周波数又はコードでチャネルを使用することを許可されているかを決定している。ユーザの要求及びチャネルの段階に基づいて複数ユーザの送信をスケジューリングすることによって、リソースを利用する効率を著しく向上させることができる。特に、送信に関する異なるスケジューリング又は割付が行われると、各ユーザは種々の送信データの転送速度を得ることができる。
【００８３】
図５ｂは、本発明のクロスレイヤ情報交換の性能を例示する選択された実験結果を示している。図５ｂに示した実験では、３つの別個のビデオを有している３人のユーザが、図６に示した７つの異なるスケジューリングのシナリオのケースに対して最適化されている。特に、図６は、７つの異なる送信時間のケースで配列された３人のユーザの実施例を示している。これらのケースの１つは、ユーザが認めたエンドツーエンドの品質を最大にすることによって、データリンク層に対する実験結果を提供するために選択されている。このことは、本発明のクロスレイヤオプティマイザのタスクの一部である。各ケースは、結果として生じた送信データの転送速度に対して最適化されたフレームのスケジューリングパターンを利用している。
【００８４】
図５ｂを再度参照する。７つのケースの中の１つが、３人のユーザの中の最も小さい性能を最大にするために選択されている。特に、図５ｂは、選択されたケースの最悪のユーザのピークの信号対ノイズ比（ＰＳＮＲ）が、図６のケース１のものと比較する場合に改善されていることを示している。これは、クロスレイヤオプティマイザがない場合の性能と考えることができる。図から分かるように、１ｄＢを超える改善の可能性は、４０％以上となっている。
【００８５】
本発明によれば、送信パラメータは、リンク層に対するデータ転送速度及び誤り率、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に対する距離、物理層におけるチャネルのコヒーレンス時間及び変調方式に対する速度とすることができる。リンク層は、図７に示しているように、複数のユーザに対してスケジューリングするように動作している。
【００８６】
図８は、性能が最悪のユーザの伝送品質を最大にすることに関する別の実験結果を示している。
【００８７】
図８では、累積密度確率関数（ＣＤＰＦ）対ケース番号１と比較した△ＰＳＮＲが示されており、本発明の方式の性能を実証している。図８の右上に示した図は、選択されたケース１〜７の送信周波数に関するシステムの性能を実証している。
【００８８】
本発明の別の態様によれば、送信プロトコルに基づいて送信される情報を処理するための通信装置が提供されている。送信プロトコルは、前述したように、複数のプロトコル層を備えている。本発明の通信装置は、前に説明したように情報を提供するための情報源及び複数のプロトコル層を制御する装置を備えている。送信プロトコルに基づいて情報を処理するために、本発明の通信装置は、プロトコル層に基づいて情報を処理するためのプロセッサをさらに備えている。このプロセッサは、例えばネットワークプロセッサとすることができる。
【００８９】
これにより、本発明は、受信プロトコルに基づいて受信された信号を処理するための通信装置をさらに備えている。ここで受信プロトコルは、受信機の中に実装されたプロトコルである。受信された信号とは、通信チャネルを通って送信された送信信号が受信された信号である。ここで送信信号には、送信機の中の送信プロトコルに基づいて処理された情報が含まれている。送信プロトコルは、前述したように、第１の通信プロトコル層及び第２の送信プロトコル層を備えている。ここで、第１の送信プロトコル層の動作モードは、第１のセットの送信パラメータによって決定され、第２の送信プロトコル層の動作モードは、第２のセットの送信パラメータによって決定されるようになっている。前述したように、第１のセットの送信パラメータ及び第２のセットの送信パラメータは、前述したように、通信チャネルの特性及び随意的に最適化の目標に基づいて、複数の送信パラメータから対で選択されている。受信プロトコルは、第１の受信プロトコル層及び第２の受信プロトコル層を備えている。ここで、第１の受信プロトコル層の動作モードは、第１のセットの受信パラメータによって決定され、第２の受信プロトコル層の動作モードは、第２のセットの受信パラメータによって決定されるようになっている。本発明の装置は、それぞれのセットの送信パラメータに対応する、複数のセットの受信パラメータを記憶するための記憶素子を備えている。この記憶素子は、前述した本発明の記憶素子に相当する。さらに、この装置は前述した機能に基づいて、第１のセットの受信パラメータ及び第２のセットの受信パラメータを第１の受信プロトコル層及び第２の受信プロトコル層から引き出すための手段を備えている。
【００９０】
本発明の装置は、情報を送信する前に情報を処理するために使用している、第１及び第２のセットの送信パラメータの対を示している送信プロトコル情報を提供するための手段さらに備えている。言い換えると、送信プロトコル情報を提供するための本発明の手段は、どのプロトコル層のどの動作モードを検討すべきかを示している。それに応じて、本発明の装置は、送信プロトコル情報に基づいて、第１及び第２のセットの送信パラメータの対に対応している第１のセットの受信パラメータ及び第２のセットの受信パラメータから構成されている対を選択するためのセレクタを備えている。さらに、本発明の装置は、第１のセットの受信パラメータ及び第２のセットの受信パラメータの対を第１の受信プロトコル層及び第２の受信プロトコル層に提供するための手段を備えている。第１のセットの受信パラメータ及び第２のセットの受信パラメータの対を提供するための手段の機能は、第１及び第２のセットのパラメータを第１及び第２の通信層に送るための手段に関連して前に説明した手段と同一である。
【００９１】
さらに、受信された信号を処理するための本発明の装置は、情報を得るために受信されたプロトコルに基づいて受信された信号を処理するためのプロセッサを備えている。
【００９２】
それに加えて、本発明の装置は、信号情報をセレクタに送るためのコントローラを備えている。この信号情報は、第１及び第２のセットのパラメータから構成されている対を選択すべきかどうかを示している。さらに、本発明のコントローラは、送信プロトコル情報及び受信プロトコルが現在使用している、第１及び第２の受信されたセットのパラメータの対を示している受信されたプロトコル情報から信号情報を発生するように動作している。
【００９３】
受信プロトコル情報を提供するために、本発明の装置は、第１の受信されたセットのパラメータを第１の受信されたプロトコル層から、また第２の受信されたセットのパラメータを第２の受信されたプロトコル層から引き出すための手段をさらに備えて、プロトコル層の現在の状態をモニタしている。
【００９４】
この提供された装置及び方法を用いて、層内での情報の交換によってメディアデータを無線通信で送信することを最適化することができる。アプリケーション層におけるメディアデータのスケジューリング及びリンク層における複数ユーザのスケジューリングを同時に最適化することにより、本発明の最適化が可能となる。このため、ユーザが認めたエンドツーエンドの品質は、無線のリソースを効率的に使用することによって向上している。さらに、本発明の方式は、送信能力に対する高い動的な特性及びアプリケーションについての要件を克服する、無線ネットワーク用のサービス提供システムに有用である。
【００９５】
本発明の方式は一般に、複数のユーザ及び／又は各ユーザに関連している複数の情報の場合に使用できることに注意されたい。
【００９６】
前述したように、セットのパラメータは同時に事前に計算されているため、本発明のセレクタは実際に最適化されたセットのパラメータを選択することができる。
【００９７】
下記において、複数ユーザでマルチメディアの無線通信に対するアプリケーション層及び無線のリンク層のクロスレイヤの最適化について説明する。その目的は、無線の媒体アプリケーションのエンドツーエンドの品質を最適にすること及び無線のリソースを効率的に利用することである。その目標を達成するための新しいアーキテクチャが提供され、また明確に説明される。このアーキテクチャは、パラメータ抽出の処理、クロスレイヤオプティマイザ、及び決定配送の処理から構成されている。さらに、サンプルの数値結果が提供されて、本発明による同時最適化の将来性が明らかにされる。移動体通信におけるクロスレイヤ設計が、マルチメディアのサービス提供（例えば、音声、ビデオ、オーディオ、データ）との関連で最近大いに注目を集めている。クロスレイヤ設計の構想はプロトコルスタックを横断するような層内の構想を取り入れており、２つ以上の通信を同時に最適化することを可能にしている。この構想は全ての通信ネットワークで採用することができるが、無線ネットワークにおいてということが、無線環境（すなわち、無線チャネルの経時変化及びフェージング性）という独特で困難な問題があるために特に重要である。この無線の性質及びユーザが移動することにより、ネットワークの性能及び接続性に無作為な変動がもたらされている。さらに、マルチメディアを支援するために要求されている、サービスの質（ＱｏＳ）に関する要件（例えば、データ転送速度、待ち時間、連続性及び誤り率）により、移動体マルチメディア通信は、システム設計が一層困難な課題となっている。この困難な課題は、システム設計を本質的に独立した層の中に分ける、従来の階層化設計の方式に対処することが難しい。エンドツーエンドのＱｏＳを提供するために、パラメータの適応は、全てのＯＳＩ（開放型システム相互接続）層に向ける必要がある。このために、本発明のクロスレイヤ設計の構想が提供されている。この構想では、情報を種々の層の間で交換する必要がある。下記において、無線のマルチメディア通信に対して共同のアプリケーション及び無線リンク層の最適化を提案することによって、クロスレイヤ設計構想の層内の結合を利用している。無線リンク層をプロトコルスタックの中の物理層及びデータリンク層と呼んでいる。我々の目的は、無線マルチメディア通信のアプリケーションのエンドツーエンドの品質を最適化すること及び無線のリソースを効率的に使用することである。この目的を達成するために、同時に層を最適化するためのアーキテクチャが開発されて、層間を最適にする構想を実現するための解決策が提供されている。このアーキテクチャは、パラメータ抽出の処理、層全体のオプティマイザ、及び決定配送の処理から構成されている。このアーキテクチャの全ての部分が形式化されている。さらに、サンプルの数値結果が提供されて、本発明の同時最適化の可能性が明らかにされている。従来の仕事は主に、アプリケーション層のトランスポート層、ネットワーク層、データリンク層及び物理層の特性への適合（ボトムアップ方式）、及び物理層、データリンク層又はネットワーク層のアプリケーション層の要件への適合（トップダウン方式）のように、１つの層の性能を最適化することに集中している。進行中のクロスレイヤ設計の研究は、物理層及びデータリンク（又はＭＡＣ）層の同時最適化に集中している。幾つかの研究には、特別な無線ネットワークに対する層間の最適化の中で、ネットワーク層における経路指定の最適化が含まれ、他の研究には、物理層における送信電力及び前方誤り訂正コーディングの同時最適化を行う場合のソース速度が含まれている。
【００９８】
本発明の方式は、目標がマルチメディアのアプリケーションのエンドツーエンドの品質を最適化することであるという点で、従来の方式とは異なっている。このために、プロトコルスタックの３つの層、すなわちアプリケーション層（層７）、データリンク層（層２）、及び物理層（層１）の同時最適化を考慮している。ユーザが注意しているエンドツーエンドの品質は、直接アプリケーションに依存し、またアプリケーション層は、認められた品質の各デコードされたメディアデータの部分の影響に対して直接情報を有しているため、アプリケーション層を同時最適化の中に含めている。物理層及びデータリンク層をも考慮に入れる中に含めている。それは、移動体無線通信の独特で困難な課題は、これら２つの層が対処する必要がある無線チャネルの性質から結果として生ずるためである。目標を達成するための新しいアーキテクチャが提供され、また明確に説明されている。この構成は下記のようになる。
【００９９】
ストリーミングビデオをマルチメディアサービス用の実施例のアプリケーションと仮定し、基地局に配置されているビデオストリーミング用サーバ及び携帯装置の中に配置されている複数のストリーミングクライアントを考慮に入れている。図１２に示しているように、Ｋ個のストリーミングクライアントすなわちユーザは、同じ電波インターフェース及びネットワークのリソースを共有しているが、異なるビデオの内容を要求すると仮定している。我々のシナリオでは、ビデオストリーミング用サーバは基地局に直接配置されているため、検討する必要があるのは無線接続に必要なプロトコルスタックのみであることに注意されたい。このため、プロトコルスタックの中のトランスポート層及びネットワーク層は、この最適化の課題から除くことができる。また、アプリケーション層と無線のリンク層との間の相互関係に焦点を当てている。この無線リンク層は、物理（ＰＨＹ）層及びデータリンク層の両方を組み込んでいる。基地局では、図１３に示しているアーキテクチャは、サービスの最適化についてエンドツーエンドの品質を提供するのに好適である。この図は、同時最適化に関連しているタスク及び情報のフローを例示している。必要な状態情報は、アプリケーション層及び無線のリンク層からクロスレイヤオプティマイザに対するパラメータの抽出処理を通して最初に集められている。パラメータの抽出処理により、層固有のパラメータからクロスレイヤオプティマイザが理解できるパラメータ、すなわちクロスレイヤパラメータへの変換が行われる。次に、特定の目的関数に対して最適化がクロスレイヤオプティマイザによって実行されている。選択候補クロスレイヤパラメータのタプルのセットから、目的関数を最適化するタプルが選択されるようになっている。特定のクロスレイヤパラメータのタプルに対する決定がなされた後で、オプティマイザは、決定情報を対応する層に送り戻している。選択候補のクロスレイヤパラメータのタプルのセットは、一般的に無限集合になることがあることに注意されたい。決定を迅速に行うために、適切な有限集合のタプルのみを事前選択しておくことが必要である。このように、最適なクロスレイヤパラメータのタプルに関する最終的な決定により、局地的な最適化のみを結果としてもたらす場合がある。
【０１００】
同時最適化を実行するために、状態情報又は１セットの主要なパラメータは、選択した層から抽出され、クロスレイヤオプティマイザに送る必要がある。層固有のパラメータは、他の層およびオプティマイザにおいて理解されないか又は利用が制限されている場合があるためである。
【０１０１】
無線ネットワークでは、物理層及びデータリンク層は、特定なサービスを提供する間の無線チャネルの動的な変動に対して専用に設計されている。このことは、動的な変化がかなり少ない有線のネットワークとは対照的である。物理層は、送信電力（送信電力制御を通して）、チャネル評価、同期、信号形成、変調及び信号検出（信号処理を通して）を含んでいる問題を取り扱い、一方、データリンク層は、無線リソースの割り当て（複数ユーザのスケジューリング又は行列作り（ｑｕｅｕｉｎｇ））及び誤り制御（チャネルコーディングによる、通常は前方誤り訂正符号化（ＦＥＣ）と自動再送要求（ＡＲＱ）の組み合わせによる）の役割を担っている。これら２つの層は、両方とも無線の性質の特有の特性に密接に関係しているため、それらを一緒に検討することが有用である。下記において、それらの組合せを無線リンク層と呼ぶことにする。無線リンク層には多くの問題があり、またこれらの問題は互いに関連しているため、パラメータの抽出が必要である。より具体的に言うと、無線リンク層固有のパラメータ
【数１】
のタプル
【数２】
から成る集合
【数３】
を定義する（例えば、変調文字、コード速度、放送時間、送信電力、コヒーレンス時間）。これらの無線リンク固有のパラメータは変数であるため、集合Ｒはそれらの値の全ての可能な組合せを含み、各タプル
【数４】
は１つの可能な組合せを表している。
【０１０２】
パラメータ抽出の処理を定式化するために、抽出されたパラメータ
【数５】
のタプル
【数６】
から成る集合
【数７】
を定義する。集合Ｒと集合
【数８】
との間の関係は、ドメインＲ及びコドメイン
【数９】
を有し、Ｒと
【数１０】
との間の写像を表す下記の関係式によって設定されている。
【数１１】
ここで、記号ｘはデカルト積と呼ばれる。Ｇは、Ｒと
【数１２】
との間の写像を定義している部分集合である。この写像プロセスを、無線リンク層のパラメータ抽出と呼ぶ。例えばユーザが１人の場合、４つの主要なパラメータを抽出することができる。それらのパラメータは、送信データ転送速度ｄ、送信パケット誤り率ｅ、データパケットサイズｓ、及びチャネルのコヒーレンス時間ｔである。このことは、取り出されたパラメータのタプル
【数１３】
をもたらす。ユーザがＫ人の場合は、パラメータの抽出を各ユーザに対して拡大することができる。この時、パラメータのタプル
【数１４】
は４Ｋのパラメータ
【数１５】
を含んでいる。ここで、４つのパラメータのグループが１人のユーザに属している。
【０１０３】
送信データ転送速度ｄは、変調方式、チャネルのコーディング、及びスケジューリングするユーザの数によって影響される。送信パケット誤り率ｅは、送信電力、チャネルの評価、信号検出、変調方式、チャネルのコーディング、現在のユーザの位置などにより影響される。ユーザのチャネルコヒーレンス時間ｔは、ユーザの速度及びその周辺の環境に関係付けられ、一方でデータパケットサイズｓは通常、無線システムの規格によって規定されている。これらの相互関係により、関係Ｇが規定される。別の方法では、送信パケット誤り率ｅ及びチャネルコヒーレンス時間ｔを２状態のギルバート−エリオット・モデル（ｔｗｏ−ｓｔａｔｅ Ｇｉｌｂｅｒｔ−Ｅｌｌｉｏｔｔ ｍｏｄｅｌ）の２つのパラメータに変換することが可能である。これは１つの状態から他の状態への推移確率（ｐ及びｑ）である。この変換は、下記の式によって与えられる。
【数１６】
及び
【数１７】
ここで、ｐは良好状態から不良状態への推移確率であり、ｑは不良状態から良好状態への推移確率である。
【０１０４】
この方法では、抽出されたパラメータのタプルは
【数１８】
になる。この変換の１つの利点は、結果として生ずるパラメータのタプル
【数１９】
は、プロトコルスタックの中のより高い層にとってより包括的であるという点にある。
【０１０５】
アプリケーション層は、メディアデータを送信するために圧縮、パケット化、及びスケジュールする層である。クロスレイヤの最適化のために抽出される主要なパラメータは、圧縮されたソースデータの特性に関係している。圧縮されたソースデータの特性は、アプリケーション又はサービスに依存していることがあるため、このことは、これらの主要なパラメータがアプリケーション又はサービスの種類によって決まることを意味している。形式に乗っ取って記述するために、アプリケーション層固有のパラメータ
【数２０】
のタプル
【数２１】
から成る集合
【数２２】
を定義する。これらのアプリケーション層固有のパラメータは変数であるため、集合Ａはそれらの値の全ての可能な組合せを含み、各タプルは１つの可能な組合せを表している。抽出されたパラメータ
【数２３】
のタプル
【数２４】
から成る集合
【数２５】
をさらに定義する。集合Ａと集合
【数２６】
との間の関係は、ドメインＡ及びコドメイン
【数２７】
を有し、Ａと
【数２８】
との間の写像を表す次の関係式によって設定されている。
【数２９】
この写像プロセスを、アプリケーション層のパラメータ抽出と呼ぶ。下記の中では、我々はストリーミングビデオのサービスを想定している。このサービスの抽出されたパラメータには、ソースデータの転送速度、秒当たりのフレーム（又は画像）数、各フレーム（又は画像）の大きさ（バイト単位）及び最大遅延時間が含まれている。オプティマイザにとって他の重要な情報は、歪み率関数（符号化歪み）及び特定の損失フレーム（又は画像）の歪みプロファイルである（図１４を参照）。図１４は、３つの異なるビデオに対する損失フレームの歪みプロファイル及び符号化歪みの一例を示している。ここでは各ビデオは、１５フレームの画像グループ（ＧＯＰ）から構成され、これは秒当たり３０フレームのフレーム率において０．５秒に相当する。ビデオシーケンスは、平均データ転送速度１００ｋｂｐｓで符号化されている。各ＧＯＰは、独立して復号可能なイントラフレームで開始するようになっている。次ぎに続く１４のフレームはインターフレームであり、それは同一のＧＯＰの全ての前のフレームが誤りなく復号された場合のみ、成功裏に復号することができる。歪みは、平均二乗再構成誤差（ＭＳＥ）によって定量化される。この歪みは、ビデオシーケンスの表示された画面と本来の画面との間で測定される。図１４のインデックスは、特定のフレームの損失を示している。誤り補正方針の一部として、ＧＯＰの全ての後続フレームが復号可能ではなく、直前に正確に復号されたフレームが、復号されないフレームの代わりに表示されることが想定される。また、インデックス１６は、全てのフレームが正しく受信されたときにＭＳＥを与えることに注意されたい。インデックス１６を、量子化誤りによる符号化歪みと呼んでいる。
【０１０６】
アプリケーション層及び無線リンク層の両方から抽出されたパラメータの集合
【数３０】
及び
【数３１】
は、クロスレイヤオプティマイザへの入力となる。２つの入力の集合から抽出されたパラメータのタプルの、タプルの任意の組み合わせが有効であるため、下記のクロスレイヤパラメータの集合を定義することは都合が良い。
【数３２】
この式は、２つの入力の集合をオプティマイザに対する１つの入力の集合に組み合わせるものである。集合
【数３３】
はタプル
【数３４】
及び
【数３５】
から構成されている。
【０１０７】
前述した形式を用いると、クロスレイヤオプティマイザΩの動作は、ここで下記のように記述することができる。
【数３６】
【０１０８】
オプティマイザは入力の集合
【数３７】
から、オプティマイザの出力である真の空でない部分集合
【数３８】
を選択するようになっている。
【０１０９】
下記において、オプティマイザの出力である
【数３９】
が１つのタプル及び
【数４０】
から成ると仮定している。決定すなわちクロスレイヤオプティマイザの出力
【数４１】
は、下記に示している特定の目的関数に関して作られる。
【数４２】
ここで、Ｒは実数の集合である。このため、オプティマイザの出力は下記のように表すことができる。
【数４３】
【０１１０】
特定の目的関数
【数４４】
の選択はシステム設計の目標に依存しており、オプティマイザの出力（又は決定）は、種々の目的関数に対して異なっている。ストリーミングビデオの実施例のアプリケーションでは、ユーザが１人の場合の１つの可能な目的関数は、表示されたビデオシーケンスと本来のビデオシーケンスとの間のＭＳＥである。複数ユーザの状態の場合は、ＭＳＥを別個に拡張することができる。例えば、目的関数は、下記に示すように、全てのユーザのＭＳＥの総和とすることができる。
【数４５】
ここで、
【数４６】
は、クロスレイヤパラメータのタプル
【数４７】
に対するユーザｋのＭＳＥである。この目的関数は、全てのユーザの間の平均性能を最適化している。性能が最悪のユーザ性能を最適にする目的関数の他の共通の定義には、下記が含まれる。
【数４８】
この式は、全てのユーザのピークＳＮＲ（信号対ノイズ比）の総和を最大化にすることに等しい。
【０１１１】
クロスレイヤオプティマイザの出力（又は決定）
【数４９】
が得られると、決定値
【数５０】
及び
【数５１】
は、それぞれ無線リンク層及びアプリケーション層に送り戻す必要がある。この間に、パラメータを抽出する処理を逆方向に行う必要があり、抽出されたパラメータ
【数５２】
及び
【数５３】
は、層固有のパラメータ
【数５４】
及び
【数５５】
に逆変換される。この逆変換は、下記によって行われる。
【数５６】
及び
【数５７】
【０１１２】
集合
【数５８】
又は集合
【数５９】
が２つ以上の要素を有している場合、特定の要素を選択することは、個別に対応する層で行うことができる。
【０１１３】
下記において、本発明による同時最適化の性能を評価するために、サンプルのシミュレーション結果を提供している。この節の全体を通して、それぞれが異なるビデオを要求する３人のユーザ（ユーザ１、２及び３）を想定している。ユーザ１、２及び３はそれぞれ、自動車電話（ＣＰ）、現場監督（ＦＭ）、及び母と娘（ＭＤ）のビデオを要求している。性能の尺度として信号対雑音比（ＰＳＮＲ）を選択する。ＰＳＮＲは、ＰＳＮＲ＝１０ｌｏｇ10（２５５2／ＭＳＥ）として定義される。ＰＳＮＲが大きくなるほど、クライアントまたはユーザにおけるオリジナルのビデオシーケンスと表示されたビデオシーケンスとの間で計算されるＭＳＥは小さくなる。このため、ＰＳＮＲが大きければそれだけ、性能が良好になる。一例として、最悪の場合のユーザの性能を最大化する上記の目的関数を使用している。
【０１１４】
このため、クロスレイヤオプティマイザは、ユーザの間でＭＳＥの最大値を最小化する（あるいは同じことだがＰＳＮＲの最小値を最大化する）パラメータのタプルを選択するようになっている。シミュレーションにおいて、無線リンク層におけるデータパケットサイズは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格又はＨｉｐｅｒＬＡＮ２規格で指定されたパケットサイズに等しい５４バイトであると仮定している。チャネルコヒーレンス時間は、全ての３人のユーザに対して５０ｍｓと仮定している。これは、（５ＧＨｚの搬送周波数に対して）ほぼ歩行者速度に相当する。送信データの転送速度は、変調方式、チャネルのコーディング、及び複数ユーザのスケジューリングに影響されるため、２つの異なる変調（ＢＰＳＫ及びＱＰＳＫ）が仮定されている。また、図１１ａに示しているように、時分割多重化ベースの複数ユーザのスケジューリングには７つのケースの時間配列があるとさらに仮定している。ユーザの送信データの転送速度は、ＢＰＳＫが使用されている場合は１００ｋｂｐｓに等しいと仮定され、全送信時間の２／９がそれに割り当てられる。それ故に、ＱＰＳＫが使用されて、全送信時間の４／９が割り当てられる場合は、ユーザは４００ｋｂｐｓもの高い送信データの転送速度を有することができる。他方においては、送信誤り率は、送信データの転送速度、平均ＳＮＲ、及びチャネルコードの誤り訂正能力に依存している。通常は、チャネルコードの性能は、所定の受信ＳＮＲに対する（チャネルの復号後の）残差誤り率によって評価される。シミュレーションでは、符号速度が１／２の畳込み符号及び５４バイトのデータパケットサイズを仮定している。残差パケット誤り率が、ＳＮＲの関数として図１５に示されている。しかしながら、無線リンクでは、受信ＳＮＲは一定ではなく、平均値の周りを変動している（長期のＳＮＲ）。これは、ユーザが移動することによって引き起こされる高速フェージングが原因である。この方法では、受信ＳＮＲを確率分布が一定の確率変数としてモデル化することができる。この確率分布は、物理チャネルの伝搬特性（例えば、レイリー分布、ライス分布）によって決定される。フェージングする無線リンクにおける残差パケット誤り率は、このパケット誤り率（例えば、図１５から）をフェージングの統計値を用いて平均化することによって計算されている。レイリーフェージングを前提にすると、結果として生ずる平均パケット誤り率は、平均ＳＮＲの関数として図１６で与えられている。この結果として生ずる平均パケット誤り率は、シミュレーションの中でパラメータｅとして使用されている。１から１００の範囲（０ｄＢから２０ｄＢ）の中で均一に各ユーザに対して長期の平均ＳＮＲを無作為に独立して選択することによって、無線リンクの中で共通して見られるユーザ位置に依存した経路損失及びシャドーイングを考慮に入れる。アプリケーション層では、ビデオはＧＯＰ当たり（０．５秒当たり）１５フレームの新たなＨ．２６４ビデオ圧縮規格を用いて符号化されている。２つの異なる値のソース速度（１００ｋｂｐｓ及び２００ｋｂｐｓ）についても考慮に入れられている。これは、ビデオが２つの異なる目標速度で事前に符号化され、両方の速度がストリーミングサーバに記憶されることを意味している。ＧＯＰの最初に、１つのソースストリームから別のストリームに切り換えることができる。各ＧＯＰにおいて、最初のフレームはＩフレームであり、次ぎに続く１４のフレームはＰフレームである。３つの要求されたビデオに対して、特定の損失フレームの測定された歪みプロファイル及び符号化歪みを使用している。図１４は、ソース転送速度が１００ｋｂｐｓのＧＯＰに対するＭＳＥによる歪みプロファイルの一例を示している。ＭＳＥは、表示されたビデオシーケンスと本来のビデオシーケンスとの間で測定されて、ＧＯＰ全体で平均される。図１４では、インデックスは特定フレームの損失を示している。ＧＯＰの全ての後続するフレームは、復号可能ではなく、直前の正確に復号されたフレームが、復号されていないフレームの代わりに表示されると仮定されている。インデックス１６は、全てのフレームが正しく受信されたときにＭＳＥを与えることに注意されたい。それは符号化歪みである。さらに、Ｐフレームの復号が成功することは、同じＧＯＰの前の全てのフレームが誤りなしで受信されることによって決まるため、ＧＯＰの第１のフレームの損失は最大の歪みをもたらすが、一方でＧＯＰの最後のフレームを損失しても、ほとんど歪みが発生しないことに注意されたい。その上、各ビデオフレーム（又は画像）は最大５４バイトの大きさでパケット化され、各パケットは、１つのフレームからのデータのみを含んでいるものと仮定する。すなわち、各フレームは、整数個のパケットにパケット化されている。各フレームのサイズは、符号化ステップの間に決定されている。これらの値は、ビットストリーム及び歪みプロファイルと共に記憶されるようになっている。図１１ｂは、ソース速度が１００ｋｂｐｓで測定された３つのビデオの中のＧＯＰのサイズ（パケット単位）を提供している。ここで、Ｉ及びＰｎ （ｎ＝１，２．．．１４）は、それぞれＩフレーム及びｎ番目のＰフレームをそれぞれ表している。Ｉフレームのサイズは、Ｐフレームのサイズよりも遙かに大きく、Ｐフレームのサイズは、フレームごとに異なることが分かる。これは、ビデオの内容に関係している。ＡＲＱなしの動作モード（フォワードモード）及びＡＲＱ付きの動作モード（ＡＲＱモード）の両方が詳細に調べられている。ここで全てのＧＯＰをユニットと考え、そして各ＧＯＰを０．５秒の持続時間内に送信する必要があると仮定している。フォワードモードでは、クライアントからの肯定応答は利用できず、また特定のクライアントに対する全てのＧＯＰのビデオフレームは、送信データの転送速度がソースデータの転送速度よりも大きい場合は繰り返し送信されると仮定している。例えば、送信データの転送速度がソースデータの転送速度の２倍である場合は、全てのＧＯＰは２回送信されるようになっている。送信データの転送速度がソースデータの転送速度の１．５倍の場合は、ＧＯＰは１回送信され、続いて第１のＩフレーム、第１のＰフレーム、第２のＰフレーム、などが、ＧＯＰの０．５秒の間隔が終わるまで再度送信されるようになっている。他方において、ＡＲＱモードでは、伝送されたパケットのクライアントからの肯定応答が即座に利用可能であり、特定のクライアントに対する全てのＧＯＰのデータパケットは、ＧＯＰの中のデータパケットが時間順序に受信されるように再送信されるものと仮定している。すなわち、パケットが再び送信される前に、ＧＯＰのその前のパケットが正しく受信されることが保証されている。図１７から図１９は、３つのシナリオ（シナリオ１，２，及び３）のシミュレーション結果を示している。シナリオ１では、ＢＰＳＫ変調のみが無線リンク層で使用され、また１００ｋｂｐｓのソースの転送速度のみがアプリケーション層で利用できるように制限している。このため、このシナリオでは、１つの一定の抽出されたパラメータのタプル（全ての３人のユーザに対して１００ｋｂｐｓ）のみが、アプリケーション層によって提供され、一方無線リンク層は７つの抽出されたパラメータのタプルを提供している。これは、図１１ａに示している時間配列の７つのケースから生じたものである。クロスレイヤオプティマイザは、目的関数が最適化されるように、入力されたパラメータのタプルの７つの組合せから１つを選択するようになっている。ＭＳＥは、前述した２つの要素、すなわち高速フェージングと、ユーザの位置に依存している経路の損失及びシャドーインとによって制御されている確率変数である。一般に、高速フェージングは、経路の損失やシャドーイングよりも極めて小さい時間スケールで発生する。本明細書では、特定のユーザの位置に対して、又は言い換えると特定の長期のＳＮＲに対して高速フェージングに関するＭＳＥの予想値を取ることによって、高速フェージングに対して平均化されたＭＳＥを評価している。この値に基づいて、クロスレイヤオプティマイザはその決定を行うようになっている。ユーザ位置の集団に対する統計的な特性も考察する。これにより、両方のモード（フォワードモード及びＡＲＱモード）の性能を示すように、この平均ＭＳＥの累積密度確率関数（ＣＤＦ）が選択されている。本発明の同時最適化の機能が付いたシステム（ｗ／ＪＯ）において性能が最悪のユーザの性能が、同時最適化の機能がないシステム（ｗ／ｏＪＯ）の中の性能と比較される。同時最適化の機能のないシステムは、同じ量の送信時間を全てのユーザに割り当てて（すなわち、図１１ａのケース１）、ＢＰＳＫ変調を使用し、同時にソースデータの転送速度を１００ｋｂｐｓに固定するものと仮定している。図１７から、性能が最悪のユーザのＰＳＮＲが同時最適化の機能付きのシステム（ｗ／ＪＯ）では著しく向上していることが分かる。例えば、性能が最悪のユーザのＰＳＮＲがフォワードモードの同時最適化の機能付きのシステム（ｗ／ＪＯ）で３０ｄＢ以上大きくなる見込みは約１−４０％＝６０％あり、これは同時最適化の機能なしのシステム（ｗ／ｏＪＯ）と比較すると２ｄＢ向上している。同様の改善傾向を、シナリオ２及び３に対する図１８及び図１９の中で見ることができる。シナリオ２では、シナリオ１と同じ抽出されたパラメータのタプルがアプリケーション層において想定されているが、無線リンク層は、１４個の抽出されたパラメータのタプルを提供している。これはＢＰＳＫによる時間配列の７つのケース及びＱＰＳＫによる時間配列の別の７つのケースから結果として生ずる。図１７の中で説明したような、同時最適化機能なしの同じシステム（ｗ／ｏＪＯ）が、比較するために提供されている。シナリオ３では、３人のユーザのそれぞれに対して１００ｋｂｐｓ及び２００ｋｂｐｓの２つの異なるソース転送速度がアプリケーション層によって提供されると想定されている（２3＝８のパラメータのタプルが生じる）。シナリオ２の場合と同じ抽出されたパラメータのタプルが、無線リンク層によって提供されている。より多くの抽出されたパラメータのタプルが提供されるとより大きな自由度を得ることができるため、性能が向上する。このことは、図１４でより鮮明に観察できる。この図には、調査された３つのシナリオで性能が向上したことが示されている。ここで、ＰＳＮＲは、同時最適化機能付きのシステム（ｗ／ＪＯ）の中の性能が最悪なユーザのＰＳＮＲと同時最適化機能なしのシステム（ｗ／ｏＪＯ）の中のそれとの間の差として定義されている。図１４の左側を詳しく観察すると、シナリオ２の性能向上の大きさはフォワードモードのシナリオ１のそれよりも遙かに大きく、一方シナリオ３の性能向上の大きさはシナリオ２のそれよりも僅かに大きいに過ぎない。このことは、無線リンク層が提供するより高い送信データ転送速度を選択すること（ＱＰＳＫを使用することにより）がこのアプリケーションモードでは有利であり、オプティマイザがそれを選択することが多いことを示している。対照的に、アプリケーション層が提供するより高いソース速度（２００ｋｂｐｓ）を選択することは、このモードではそれほど有利ではなく、オプティマイザはほとんどそれを選択しない。他方においては、このより高いソース速度を選択することはＡＲＱモードでは有利である。これは右側のグラフから理解することができる。このグラフでは、シナリオ３の性能向上の大きさはシナリオ２のそれよりもかなり大きい。このため、抽出されたパラメータのタプルの適当な組を選択することは、複雑性を低くして最適化しながらより高い性能向上を得るために重要である。さらに、実験により、個々の層で利用できる全ての自由度を識別すること、及びクロスレイヤの設計の中で重要な自由度を検討することは重要であることが示されている。
【０１１５】
本発明は、ビデオストリーミングのサービスがある無線システムにおいて、アプリケーション層及び無線リンク層の同時最適化を行うためのアーキテクチャを提供している。このアーキテクチャは、３つの原理的な構想、すなわちパラメータ抽出、クロスレイヤの最適化、及び決定の配送に基づいている。予備的な研究では、本発明のアーキテクチャは性能を向上させる可能性のある方法を提供することができ、このため、無線のマルチメディア通信における将来の課題への対応を支援することができることが明らかとなっている。アプリケーション層及び無線リンク層の少数の自由度を考慮する場合でさえ、同時最適化によってストリーミングビデオのアプリケーションに対してユーザが認めた品質を著しく向上させることができる。
【０１１６】
本発明による方法の幾つかの実施要件にもよるが、本発明による方法はハードウェア又はソフトウェアの中で実現することができる。この実現は、本発明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共に動作するようになっているディジタル記憶媒体、特に中に記憶された電気的に読取り可能な制御信号を有しているディスク又はＣＤを用いて行うことができる。従って、本発明は一般的に、コンピュータが読取り可能な媒体にプログラムコードが記憶されたコンピュータプログラム製品である。この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場合に本発明による方法を実行する。言い換えると、本発明の方法はこのように、コンピュータ上で実行される場合に本発明の方法を実行するためのプログラムコードを有しているコンピュータプログラムである。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に基づいて、複数の通信層の動作を制御する本発明の装置のブロック図である。
【図２】本発明の別の実施形態に基づいて、複数の通信層の動作を制御する本発明の装置のブロック図である。
【図３】本発明のさらに別の実施形態に基づいて、複数の通信層の動作を制御する本発明の装置のブロック図である。
【図４】制御フレームのスケジューリングを例示している図である。
【図５ａ】送信されたフレームのインポータンスを例示している図である。
【図５ｂ】複数の通信層の動作を制御する本発明の装置の性能を例示している図である。
【図６】マルチユーザ用スケジューリング方式における送信時間の配列を例示している図である。
【図７】本発明による複数ユーザに対するスケジューリング方式を例示している図である。
【図８】性能が最悪のユーザの伝送品質を最大にすることに関して、複数の通信層の動作を制御する本発明の装置の性能を実証する図である。
【図９】プロトコルスタックを示している図である。
【図１０】クロスレイヤ設計の原理を示している図である。
【図１１ａ】時間配列が異なるマルチユーザのスケジューリングを示している図である。
【図１１ｂ】３つの測定されたビデオの画像グループ用の大きさ（パケットの観点から）を示している図である。
【図１２】検討された通信システムのブロック図である。
【図１３】同時に層を最適にするための、本発明のシステム構成を示している図である。
【図１４】３つの測定されたビデオの画像グループ用のＭＳＥを示している図である。
【図１５】信号対ノイズ比に関するフレームエラー率を示している図である。
【図１６】シナリオ１用の性能比較を示している図である。
【図１７】シナリオ２用の性能比較を示している図である。
【図１８】シナリオ３用の性能比較を示している図である。
【図１９】３つの調査されたシナリオの改善された性能比較を示している図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気通信の分野に属し、送信される情報及び／又は受信される情報を処理するためにプロトコル層を用いるような通信システムの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体の無線通信環境において、通信リンク例えば無線リンクの動的な動作に基づいて、信頼できる高品質のサービスを提供することは、難しい課題である。このため、システム設計者は、経時変化しているリソースの有用性、フェージングエラー、停電又は引渡しから結果として生ずる伝送品質の予測できない変動に対処する必要がある。第三世代のシステム以降の（Ｂｅｙｏｎｄ ｔｈｅ ３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：Ｂ３Ｇ）無線ネットワークに関しては、Ｂ３Ｇのシステムが、伝送特性が異なるとともに異機種が混成している環境の無線アクセスネットワーク技術に及ぶことが予想されているため、この動的な動作は悪影響を与えるであろう。しかしながら、次世代の無線ネットワークは、ネットワークの多様性をシームレスに利用することができるように、顧客に対して信頼性が高く、さらに処理を意識させることがないようなサービスを提供することが期待されている。
【０００３】
Ｂ３Ｇでのサービス及びアプリケーションの提供（プロビジョニング）は、ネットワークの密度だけでなくアプリケーションのダイバーシチも新しいビジネスモデルとみなす必要がある。この新しいビジネスモデルは、高度なオープンインタフェースを利用しているオペレータのサービス・プラットフォームの上に、第三者プロバイダが自身のアプリケーションを提供できるようにすることが期待されている。例えば、変化するユーザの好み又は変化するユーザの状況（コンテクスト）から生ずる動的に変化するアプリケーションに対する要件を考慮に入れるため、オペレータは、前記変化する要件に対応するように、システムのパラメータを動的に変化させる能力を必要とする。
【０００４】
通常、従来の通信システムは、情報処理を行うためのプロトコルスタックに配置された複数の通信層を利用している。図９は、階層状に配置された複数の通信層を備えているプロトコルスタックを示している。図９に示している従来技術のプロトコルスタックは、Ｆｒａｎｃｉｓ Ｈａｌｌ社から２００３年に出版されたＡｎｄｒｅｗ Ｔａｎｅｎｂａｕｍ著の「Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」（第４版）に開示されている。
【０００５】
プロトコルスタックは、物理層９０と１、物理層９０１の上に配置されたデータリンク層９０３と、データリンク層９０３の上に配置されたネットワーク層９０５と、ネットワーク層９０５の上に配置されたトランスポート層９０７と、及びトランスポート層９０７の上に配置されたアプリケーション層９１１とを備えている。
【０００６】
一般的に言うと、アプリケーション層は、伝送される情報を管理するように構成されている。例えば、情報は、通信チャネルを経由して伝送される情報として、例えばビデオのデータストリームなどのメディアデータストリームを含んでいる。あるいはまた、伝送される情報は、通信チャネルを経由して送信される、ビデオ及びオーディオ情報から構成されているマルチメディアデータストリームを含んでいる場合がある。さらに、アプリケーションは、電子メールなどを含むことができる。言い換えると、アプリケーション層は、伝送されるアプリケーションを伝送可能な情報ストリームに変換するように動作している。
【０００７】
アプリケーション層９１１は、移送サービスを提供するトランスポート層９０７と直接通信するため、通信に使用されている物理ネットワークに基づいて宛先シンク（ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ｓｉｎｋ）に情報を伝送することができるようになっている。例えば、トランスポート層は、あらゆる通信ネットワークで一般的なピアツーピア通信（ｐｅｅｒ ｔｏ ｐｅｅｒ：Ｐ２Ｐ）を維持するために、トランスポートプロトコルデータ単位（ＴＰＤＵ）を情報データストリームに付加するようになっている。ピアツーピアの通信は、例えば、トランスポート層９０７が宛先ネットワークの中にある別のトランスポート層と直接通信することを意味している。
【０００８】
トランスポート層９０７は、トランスポート層９０７によって提供された情報フレームを処理するように動作するネットワーク層９０５と直接通信するため、エンドツーエンド通信、すなわち２つのコンピュータエンティティ間の通信が可能となる。
【０００９】
ネットワーク層９０５は、ネットワーク層のフレームを、データリンク層９０３及び物理層９０１から構成されているリンク層に提供している。データリンク層９０３及び物理層９０１は、例えば、メディアアクセス制御用の副層のような複数の副層を備えている。
【００１０】
リンク層は、ビットで表された情報の通信チャネルを経由した伝送を管理するように動作している。例えば、データリンク層９０３は、誤りのあったデータフレーム（パケット）を再送するために、また例えば送達確認フレームを送ることによって各フレームが正しく受信されたことを確認するために、前方誤り訂正符号化（ＦＥＣ）または前方誤り検出符号化を適用するようになっている。さらに、データリンク層９０３は、例えば複数のユーザのシナリオにおいて、伝送されるフレームをスケジュールするように動作している。スケジュールする（スケジューリング）とは、フレームが所定のタイムスロット（送信時間フレーム）で伝送されることを意味している。
【００１１】
データリンク層９０３は、物理層９０１と直接通信するようになっている。この物理層９０１は、データリンク層９０３によって提供されたストリームを、例えば、伝送される情報に基づいて搬送波を変調する変調スキームを用いて変調を行うことによって、さらに符号化するように動作している。
【００１２】
図９に示しているプロトコルスタックの実施形態は、上記参考文献に記述されたＴＣＰ／ＩＰ参照モデル（ＴＣＰ＝伝送制御プロトコル、ＩＰ＝インターネットプロトコル）に対応している。便宜上、図９に示されているプロトコルスタックは、２つの層、すなわちアプリケーション層９１１とトランスポート層９０７との間に配置されたセッション層及びプレゼンテーション層を除いて、ＯＳＩ参照モデル（ＯＳＩ＝開放型システム間相互接続）にも対応していることに注意されたい。
【００１３】
図９に示しているインターネットプロトコルのスタックは、Ｂ３Ｇのシステム及びアプリケーションに対する基本プラットフォームとして使用されることが期待されている。しかしながら、送信環境が変化する中で良好な伝送品質を実現するには、利用可能なネットワークリソースを効率的に使用することは、問題に直面している通信システム又はアプリケーションを、例えば変化する送信特性及びアプリケーションについての要件に適応させるために必要である。例えば、周波数選択性の通信チャネルの場合は、所定のビット誤り率すなわち１０-6という値が増大しないように、伝送されるデータのビットストリームについて適切な符号化が必要となってくる。そうするために、物理層は、例えば変調スキームを現在のチャネル特性に適合させるようになっている。このため、システムを適合することは、プロトコルスタックの全てのプロトコル層に対して、各々の通信層の動作モードを決定する各々のパラメータを適合させることによって、実現することが可能である。
【００１４】
従来は、例えばビデオのストリームといった特定のアプリケーションに対するシステムの最適化は、例えばＰＯＴＳシステム（ＰＯＴＳ＝一般電話サービス）のケースのように、階層化されていないシステムにおいて唯一のサービスしか行わないシステムでは、垂直方式で実行される。
【００１５】
従来の無線インターネットなどの階層化通信システムでは、予想される最悪な場合のシナリオ（最悪の状態）に対して、幾つかの層が独立して最適化されるようになっている。この最悪な場合のシナリオは、利用可能な通信リソース、例えば利用可能な帯域幅や一定のビット誤り率などに関連した達成可能なデータ転送速度などを非効率的に使用することから生じる。
【００１６】
しかしながら、現行のシステムでは、層内適合（ｉｎｔｒａ−ｌａｙｅｒ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ）は、層間（ｉｎｔｅｒ−ｌａｙｅｒ）の依存性を考慮せずに実現されるようになっている。Ｐ．Ａ．ＣｈｏｕおよびＺ．Ｍｉａｏ共著の「Ｒａｔｅ−Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｓｔｒｅａｍｉｎｇ ｏｆ Ｐａｃｋｅｔｉｚｅｄ Ｍｅｄｉａ」、（米国）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、テクニカルレポートＭＳＲ−ＴＲ−２００１−３５、マイクロソフト社、２００１年２月、によれば、メディアフレームのスケジューリングがアプリケーション層によって実行される通信システムが開示されているが、このシステムでは、ビデオおよびオーディオの情報を搬送しているメディアフレームの相互依存関係のみが考慮に入れられている。Ｍ．Ｋａｌｍａｎ、Ｅ．ＳｔｅｉｎｂａｃｈおよびＢ．Ｇｉｒｏｄ共著の「Ｒ−Ｄ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｍｅｄｉａ Ｓｔｒｅａｍｉｎｇ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ｗｉｔｈ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｅｄｉａ Ｐｌａｙｏｕｔ」、スイス国ローザンヌ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ａｎｄ Ｅｘｐｏ、 ＩＣＭＥ２００２、２００２年８月、では、適応メディア再生スキーム（ａｄａｐｔｉｖｅ ｍｅｄｉａ ｐｌａｙｏｕｔ ｓｃｈｅｍｅ）が記述されているが、そこではオーディオデータ（例えば音声）およびビデオデータの再生速度はチャネル状態に応じて変えられるようになっている。Ｓ．Ｓａｈａ、Ｍ．ＪａｍｔｇａａｒｄおよびＪ． Ｖｉｌｌａｓｅｎｏｒ共著の「Ｂｒｉｎｇｉｎｇ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｔｏ ｍｏｂｉｌｅ ｄｅｖｉｃｅｓ」、（米国）、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ、２００１年６月、第３４巻、第６号、p.５４−５８、では、現在使われている符号化スキームを、変動するチャネル状態に適応させるためにメディアデータのコード変換を適用する適応型中間層が記述されている。Ｈ．Ｉｍｕｒａ等共著の「ＴＣＰ ｏｖｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ (２．５Ｇ) ａｎｄ Ｔｈｉｒｄ (３Ｇ) Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」、ＲＦＣ３４８１、ＩＥＴＦ、２００３年２月、には、ネットワーク混雑によるパケット損失と無線リンク上での通信路の消失による損失とを区別する無線ＴＣＰスタックが記述されている。Ｆ．Ｈ．ＦｉｔｚｅｋおよびＭ．Ｒｅｉｓｓｌｅｉｎ共著の「Ａ ｐｒｅｆｅｔｃｈｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｍｅｄｉａ ｓｔｒｅａｍｉｎｇ ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２００１年１０月、第１９巻、第１０号、ｐ．２０１５−２０２８、には、データリンク層の再送が記述されており、そこでは遅延制約が考慮に入れられている。既に知られているＤＩＦＦＳＥＲＶアプローチは、メディアパケットの間で設定された優先順位に基づいており、より重要なメディアパケットがスケジュールされるようになっている。加えて、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ標準に記述されているように、物理層における適応性のある変調および符号化が知られている。
【００１７】
しかしながら、上述した従来技術による方法は、最適化の目標を達成することに関して１つの層しか最適化されないという事実に悩まされている。例えば、伝送品質を向上させるために、物理層は、伝送電力を、現在のチャネル状態、例えば現在のチャネル減衰に応じて、適応的に調整するように動作している。言い換えると、上述した従来技術による方法は、各々の通信層の動作モードを決定する１つのセットのパラメータの最適化に依存している。
【００１８】
リソースを一層効率的に利用するために、２つの層を適合させることができる。Ｋ．Ｓｔｕｈｌｍｕｌｌｅｒ、Ｎ．ＦａｒｂｅｒおよびＢ．Ｇｉｒｏｄ共著の「Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｖｉｄｅｏ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ｌｏｓｓｙ ｃｈａｎｎｅｌｓ」、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２０００年６月、第１８巻、第６号、ｐ．１０１２−１０３２およびＴ．Ｆｉｎｇｓｃｈｅｉｄｔ、Ｔ．Ｈｉｎｄｅｌａｎｇ、Ｒ．Ｖ．Ｃｏｘ、Ｎ．Ｓｅｓｈａｄｒｉ共著の「Ｊｏｉｎｔ Ｓｏｕｒｃｅ−Ｃｈａｎｎｅｌ （Ｄｅ）Ｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２００２年２月、第５０巻、第２号、ｐ．２００−２１２、には、ソース及びチャネルの符号化スキームが記述されている。適合スキームは伝送クオリティに関してチャネル状態に応じたソースレートおよびコードレートの適合に基づいている。より具体的に言えば、ソースレートとチャネルレートの計算を可能にする解析公式が開示されている。
【００１９】
Ｗ．Ｙｕａｎ、Ｋ．Ｎａｈｒｓｔｅｄｔ、Ｓ．Ａｄｖｅ、Ｄ．Ｊｏｎｅｓ、Ｒ．Ｋｒａｖｅｔｓ共著の「Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｃｒｏｓｓ−Ｌａｙｅｒ Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＭＭＣＮ）２００３に公表予定、には、電力制御および伝送データレートの最適化が開示されている。Ｓ．Ｔｏｕｍｐｉｓ、Ａ．Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ共著の「Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ、ａｎｄ Ｃｒｏｓｓ−Ｌａｙｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｄ Ｈｏｃ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」、ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＩＣＣ）２００３には、アドホックネットワークのためのメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層および物理層の最適化が開示されている。
【００２０】
しかしながら、最適化するためにクロスレイヤ設計（ｃｒｏｓｓ−ｌａｙｅｒ ｄｅｓｉｇｎ）を適用している従来技術の概念は、通信システム内において、ある特定の最適化の方法のみしか層内適合に対して考慮されていないという不都合がある。さらに、従来技術の方式は層間の依存関係を考慮していないため、結果として利用可能なリソースを効果的に利用できていない。
【００２１】
従来技術の方式のさらに別の不都合な点は、開示されている最適化の方式に柔軟性がないことである。前述した従来技術の方式は、最適化するために、例えば電力制御及び送信データレートなど１つ又は２つのパラメータしか考慮しないため、利用可能な通信リソースを十分に活用するような別の最適化のシナリオは考えられない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、階層化された通信システムに対して効率的なクロスレイヤの最適化のための概念を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この目的は下記によって達成される、すなわち、請求項１に基づいて複数の通信層の動作を制御する装置によって、又は請求項１６に基づいて送信される情報を処理するための通信装置によって、又は請求項１７に基づいて受信された信号を処理するための通信装置によって、又は請求項１９に基づいて複数の通信層の動作を制御する方法によって、又は請求項２０に基づいて送信される情報を処理するための方法によって、又は請求項２１に基づいて受信された信号を処理するための方法によって、又は請求項２２に基づいたコンピュータプログラムによって達成される。
【００２４】
本発明は、チャネルの特性及び最適化の目標に応じて、それぞれが特定の通信層の動作モードを決定する複数のセットのパラメータが同時に決定される場合に、効率的なクロスレイヤ適合を実行することができるという研究の成果に基づいている。このため、例えば効率的に通信リソースを使用しながら、ユーザが認めた品質を最大にすることを含んでいる最適化の目標を達成するために、複数の層を同時に適合することができる。
【００２５】
本発明の方式がプロトコルスタックの中に組み込まれている通信層の動作を最適にすることに関するため、層内の依存性を考慮に入れることができる。
【００２６】
本発明によれば、複数の通信層の中の第１の通信層の様々な動作モードを定義している第１の複数のセットのパラメータを記憶する（又は提供する）ため、及び第２の通信層の種々の動作モードを定義している第２の複数のセットのパラメータを提供するために、記憶素子が提供されている。クロスレイヤの最適化を実行するために、本発明の概念により、第１の複数のセットのパラメータから第１のセットのパラメータを選択し、また第２の複数のセットのパラメータから第２のセットのパラメータを選択するためのセレクタが提供されている。最適化の目標、例えば現在のチャネルの状態における伝送品質（すなわち、現在のビット誤り率）を実現するように、第１の通信層及び第２の通信層を自由に選択することができるため、層内の依存性を考慮に入れることができる柔軟性に富んだ最適化方式を実行することができる。
【００２７】
本発明のセレクタが、最適化の目標に基づいてそれぞれの通信層のそれぞれの動作モードを定義している第１及び第２のセットのパラメータを選択するように動作するため、考えられる最適化のシナリオに関してかなりの自由度を実現できる。例えば、最適化の目標及び現在のチャネルの状態から始めて、セレクタは、最適化の目標を実現するために、どの通信層を同時に最適化するかを決定するように動作することができる。
【００２８】
例えば、図９に示しているように、第１の通信層は、アプリケーション層を備え、第２の通信層は、データリンク層及び物理層を備えている。例えば、画像情報を送信する場合、第１の通信層は、その画像情報を符号化して、送信された情報と受信された情報との間の差を示す許容歪みに関連付けられる一定のデータ圧縮を行うように動作している。このため、圧縮された画像情報の情報速度は、所定の歪み値を超えない画像情報の送信に関連している最小限の達成可能な情報速度となっている。この場合、最適化の目標は、情報を所定の歪み値を超えない情報データ転送速度で送信するための伝送品質の最適化である。この最適化の目標を達成するために、本発明のセレクタは、アプリケーション層と、データリンク層と物理層とから構成されているリンク層とを同時に最適化するようになっている。
【００２９】
圧縮された画像情報を送信するために、情報を表すビットを符号化して、理想的には歪みに関連している最小限の情報転送速度に対応しており、一定のビット誤り率に関連している一定のチャネルのデータ転送速度を達成する必要がある。これを行うために、本発明のセレクタは、符号化すなわちソースの符号化を行うためにアプリケーション層が使用する第１のセットのパラメータを選択し、また通信チャネルを経由して情報の物理的な送信を管理するために第２のセットのパラメータを選択するようになっている。第２のセットのパラメータは、例えば、前方誤り訂正エンコーディングスキーム、例えばリード−ソロモン（Ｒｅｅｄ−Ｓｏｌｏｍｏｎ）の符号化又は畳込み符号化（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ ｅｎｃｏｄｉｎｇ）を実行するために使用する符号化パラメータのサブセットを含んでいる。さらに、第２のセットのパラメータは、変調方式、例えば直交振幅変調（ＱＡＭ）又は位相偏移変調（ＰＳＫ）を決定する物理層のパラメータのサブセットを含んでいる。
【００３０】
しかしながら、送信するために物理層が提供しているデータフレームは、情報を含んでいるだけでなく、前述したピアツーピア通信を確立するために全ての通信層が取り入れている情報ヘッダも含んでいる。言い換えると、アプリケーション層によって送信される情報だけでなく、それに続く情報の符号化によりチャネルのデータ転送速度も決定される。しかしながら、一定量の情報ビットしか送信可能な情報フレームの中で送信することができない。さらに、各通信層は、上に配置された通信層から処理された情報を受信し、さらに処理を行い、そしてさらに処理された情報を次の通信層に渡している。情報をプロトコルスタックに基づいて処理するために、例えば転送されるデータフレームの最大許容長さに対して幾つかの取決めが通信層の間に作られる。本発明のセレクタは、通信層上で動作するため、前述した層内の依存性を考慮することができるため、利用可能な通信リソース（例えば、利用可能な帯域幅）を効果的に使用することができる。
【００３１】
本発明のさらなる利点は、パラメータが通信層の動作モードを決定するため、本発明の最適化の方式を複数の最適化の目標を達成することに適用できることである。特に、本発明の概念を、複数のユーザが送信するシナリオの中で、クロスレイヤの最適化に適用することができる。この場合、最適化の目標は、ユーザごとに伝送品質を最適にすることである。最適化の目標を達成するために、各ユーザストリーム（ｕｓｅｒ ｓｔｒｅａｍ）を考慮できるようになっている。例えば、第１の通信層（例えば、アプリケーション層）の動作モードを決定する第１のセットのパラメータは、第１のユーザ情報が第２のユーザ情報とは無関係に圧縮されるように選択することができる。さらに、第２の通信層の動作モードを決定する第２のセットのパラメータを選択することによって、得られたユーザストリームを効率的にスケジューリングすることができる。この第２の通信層は、図９に示しているようにリンク層とすることができる。このため、アプリケーション層のソース速度の選択及び適応性のあるデータリンクの本発明による同時最適化、並びにマルチユーザ通信システムにおけるチャネル特性による物理層の送信のスケジューリングを実現することができる。
【００３２】
さらに、第１のユーザに関連している情報ストリームのスケジューリングさえも、アプリケーション層の中で実現できる。例えば、送信される情報は、メディアデータによって表されたビデオ又はオーディオのストリームである。アプリケーション層のメディアデータのスケジューリングは、１つのセッションの中のどのデータセグメントをいつ送信すべきかを決定する処理であり、一方でデータリンク層及び物理層の送信スケジューリングは、どのユーザが所定の時間、周波数又はコードでチャネルを使用することを許可されるか、またどの変調及びチャネル符号化方式がユーザに対して使用されるかを決定している。本発明の最適化方式は、歪み及びソース速度の情報、すなわちアプリケーション層からのメディアデータに関する情報と一緒に、データリンク層及び物理層上の種々の通信状態の組（すなわち、変調方式、チャネルのコード速度、再送信の対応、など）を考慮している。最適化の目標、すなわち各ユーザ及び各メディアのデータセグメントに対する最適な送信計画を実現するために、本発明のセレクタは、第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータを選択して、最適な送信計画を決定している。
【００３３】
本発明の装置（最適化装置）は、例えば複数のユーザの間でチャネルリソースの区切りを考慮するようになっている。このことは結果として、各ユーザに対するデータ転送速度が異なることがある。さらに、種々の変調方式又はチャネル符号化方式の選択を利用することができ、このことは、各ユーザに関連しているパケットの損失率及びデータ転送速度が異なる結果となる場合がある。送信処理を効率的に管理するために、選択的なリンク層の肯定応答と一緒に、損失の多いフレームの選択的な再送信を行うことができる。送信される情報を管理するために、情報のソース速度（例えば、メディアのソース速度）を選択することができる。個々のユーザに対して、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に関する情報が提供されている。さらに、情報パケット（メディアパケット）の相対的な重要度さえもが考慮に入れられている。これは、現代のビデオ圧縮方式（ＭＰＥＧ，Ｈ．２６ｘ）などのパケット間の依存性から生じている。相対的な重要度は、解凍するときにデコーディング方式を使用するときに、受信機における全体的な再構成の品質に対する失われた媒体フレームの影響によって決定される。
【００３４】
本発明の装置は、選択された情報のデータ単位（すなわち、メディアのデータ単位）に対するパケットのサイズに関してデータ転送速度の情報を考慮している。さらに、重要なメディアデータの再送信さえも、アプリケーションの動作モードを適切に処理し、これにより第１のセットのパラメータを選択することによって得ることができる。
【００３５】
本発明によれば、目的の機能を最適化することによって、最適な送信計画を実現できる。これは、費用関数とすることができる。この目的の機能は、例えば、同じ通信リソース、例えば同じ通信チャネルを共有しているユーザの中で最悪のチャネル状態を経験したユーザの最も大きいユーザが認めた品質を表すことができる。
【００３６】
本発明の概念のさらに別の利点は、他の従来技術の方式と比較する場合、通信リソース例えば無線ネットワークのリソースをより良く利用することである。さらに、本発明の方式により、利用可能な通信リソースが効率的に利用されているため、同じシステムの中でより多くのユーザに同時に対応することができる。ユーザの数が同じ場合は、ユーザ当たりの伝送品質を向上させることができる。さらに、ユーザが認めた品質を、複数のユーザにより等しく配送することができる。その上、変動する送信特性及びアプリケーションに対応している要件を同時に考慮するために、通信層の動作モードを最適にすることによって、本発明は通信システムを動的に適合するための概念を提供している。
【００３７】
通信層（プロトコル層）を使用している通信システム、すなわちＢ３Ｇのシステムを最適にするために使用している最適化方式は、クロスレイヤ設計である。ここで、アプリケーションのパラメータから物理的な送信まで補っているプロトコルスタックの幾つかの層を考慮している。図１０は、通信システムの実施形態を示している。この図では、１つの特定のアプリケーションに対する縦方向のクロスレイヤの最適化に基づいた通信システムの最適化が例示されている。
【００３８】
図１０に示したシステムは、送信機１００１（基地局）及び受信機１００３を備えている。送信機１００１は、送信されるアプリケーション（情報）を処理するためにプロトコルスタック１００５を利用している。このプロトコルスタック１００５は、アプリケーション層と、トランスポート層と、ネットワーク層と、例えば媒体アクセス制御層（ＭＡＣ）及び物理層（ＰＨＹ）を備えているリンク層とから構成されている。これに対して、受信機１００３は、送信機１００１が送信した送信信号版である受信信号を処理するためにプロトコルスタック１００７を利用している。このプロトコルスタック１００７（受信用プロトコルスタック）は、リンク層と、ＩＰ層（ネットワーク層に対応している）と、ＴＣＰ／ＵＤＰ層（トランスポート層に対応している）と、アプリケーション層とを備えている。
【００３９】
図１０は、ピアツーピアの通信原理も例示している。ここで、対応する層、例えばトランスポート層及びＴＣＰ／ＵＤＰ層は互いに通信するようになっている。
【００４０】
特定のアプリケーションに対してシステムを最適化するために、ボトムアップ式の情報配送が行われる。例えば、リンク層は、チャネル特性を物理的な制約パラメータ、例えば信号対ノイズ比（ＳＮＲ）又は最大可能な送信電力として抽出するようになっている。次に、これらの物理的な制約パラメータは、アプリケーション層に送られて、リアルタイムの符号化方式（コーデック）を使用するビデオストリーミングが実行される。言い換えると、アプリケーション層は、物理的な制約パラメータに対するリアルタイムのコーデックに適合するため、ビデオストリーミングに対して要求されている伝送品質を得ることができる。
【００４１】
これにより、アプリケーション層は、リンク層にサービスの質（ＱＯＳ）についての要件（例えば、あるサービスに関連している信頼できるビット誤り率）を知らせることができる。この場合、リンク層は、より包括的な符号化方式を利用するため、サービスの質についての要件は満たされるようになっている。
【００４２】
クロスレイヤの適合技術は、システムの部分を動的に変化する環境に適合させるために、プロトコルスタックの従来の層を横断するような層内での情報交換に基づいている。前述したように、情報は、プロトコルスタックの両方向に、つまり上下に移動している。クロスレイヤ情報交換とは、アプリケーション層が下位の層（例えば、リンク層）から、現在のネットワークの状態及び伝送品質すなわち引渡しに影響する予測可能な事象についての情報を受け取ることを意味している。それに応じて、前述したように、下位の層は、アプリケーションの現在の送信に関している要件についての情報を受信することができる。
【００４３】
本発明のさらに多くの実施形態は、下記の図面に関連して詳細に説明されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
図１は、本発明の第１の実施形態に基づいて、複数の通信層の動作を制御する装置を示している。
【００４５】
図１に示した装置は、通信用のプロトコルスタック１０１の複数の通信層を備えており、このプロトコルスタック１０１には第１の通信層１０３及び第２の通信層１０５が示されている。この装置は、入力部１０９及び出力部１１１を有し、通信チャネルの特性を与えるための手段１０７をさらに備えている。特性を与えるための手段１０７は、入力部１０９を介して第２の通信層１０５に接続されている。特性を与えるための手段１０７の出力部１１１は、入力部１１５及び出力部１１７をさらに有しているセレクタ１１３に接続されている。セレクタ１１３の出力部１１７は、記憶素子１１９に接続されている。この記憶素子１１９は、第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータを第１及び第２の通信層に送るための手段１２３に接続されている出力部１２１を有している。第１及び第２のセットのパラメータを送るための手段１２３は、第１の通信層１０３に接続された第１の出力部１２５、及び第２の通信層１０５に接続されている第２の出力部１２７を有している。
【００４６】
図１に示している装置は、階層化された通信システムの中で、プロトコルスタック１０１が備えている複数の通信層の動作を制御するように機能している。この階層化された通信システムは、情報を、通信チャネルを経由して遠隔の通信システムに送信するように動作している。前述したように、複数の通信層の中の第１の通信層１０３の動作は第１のセットのパラメータによって決定され、複数の通信層の中の第２の通信層１０５の動作は第２のセットのパラメータによって決定される。この第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータは、チャネルの特性及び最適化の目標に依存している通信用のプロトコルスタックの動作を制御するために、第１及び第２のセットのパラメータを与えるための手段１２３によって提供されている。
【００４７】
最適化を実行するために、記憶素子１１９は、第１の通信層の種々の動作モードを定義している第１の複数のセットのパラメータ及び第２の通信層の種々の動作モードを定義している第２の複数のセットのパラメータを備えている。本発明のセレクタ１１３は、第１のセットのパラメータを第１の複数のセットのパラメータから選択し、また第２のセットのパラメータを第２の複数のセットのパラメータから選択するために、記憶素子１１９に接続されている。特に、セレクタ１１３は、特性を提供するための手段１０７が与えるチャネルの特性及び入力部１１５を介してセレクタ１１３に送られる最適化の目標に基づいて、第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータを選択するように動作している。
【００４８】
複数の通信層の動作を制御するために、第１及び第２のセットのパラメータを与えるための手段１２３は、記憶素子１１９から第１及び第２のセットのパラメータを受け取っている。ここで、これらの第１及び第２のセットのパラメータは、最適化の目標を達成するためにセレクタ１１３によって選択されている。
【００４９】
第２の通信層１０５は、通信チャネルを通る情報の送信を管理するように動作している。これを行うために、第２の通信層１０５は、通信チャネルの特性を取り出す動作をさらに行う物理層を備えている。通信チャネルの特性には、ビット誤り率、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）、一定のビット誤り率に関連している利用可能なチャネルデータ転送速度、送信遅延、ビット誤り率に関連している送信電力、チャネルコヒーレンス時間（ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｉｍｅ）又はチャネルコヒーレンス帯域幅又はその組合せが含まれている。チャネルの特性をセレクタに送るために、特性を提供するための手段１０７は、通信チャネルの特性を得るために第２の通信層１０５に接続されている。前述したように、第２の通信層１０５は物理層を備えており、この物理層に特性を提供する手段１０７が接続されている。チャネルの特性を物理層から受け取るために、特性を提供する手段１０７は、物理層と整合するためのプロトコルインターフェースをさらに備えている。
【００５０】
前述したように、セレクタ１１３は、第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータを選択するように動作している。好ましいことに、このセレクタ１１３は、第１及び第２の通信層の動作モードを同時に制御するために、第１及び第２のセットのパラメータを一対のパラメータとして同時に選択するように動作している。言い換えると、このセレクタ１１３は、入力部１１５経由で提供されている最適化の目標を実現できるように第１及び第２のセットのパラメータを同時に選択するようになっている。この場合、層内の依存性は考慮されている。
【００５１】
例えば、記憶素子１１９は、第１及び第２の複数のセットのパラメータを記憶するように、又は一般的にそれらを提供するように動作しており、それらのセットのパラメータから、層内の依存性を考慮に入れるように、第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータを同時に選択できるようになっている。
【００５２】
一般的に、第１のセットのパラメータは、第１の通信層１０３の動作モード全体を制御するために、複数のセットのパラメータを備えている。それに応じて、セレクタ１１３が選択できる第２のセットのパラメータは、複数のパラメータのサブセットを備えている。ここで、第２のセットのパラメータの各パラメータのサブセットは、第２の通信層の一定の下位動作モード（ｓｕｂ−ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）を決定している。実施例では、図９に示しているように、第２の通信層１０５は、データリンク層及び物理層を備えている。この場合、第２のセットのパラメータは、データリンク層の動作モードを制御するデータリンク層のパラメータのサブセットと、物理層の動作モード（下位動作モード）を制御する物理層のパラメータのサブセットとを備えている。この方法では、スケジューリング（符号化の特定の形式）及び前方誤り訂正エンコーディングスキームを利用することによるさらなる符号化を決定することができる。
【００５３】
同時に、物理層の下位動作モードは、物理層のパラメータのサブセットが制御することができる。例えば、この物理層のパラメータのサブセットは、送信する前のデータフレームの変調に適用される変調方式を決定している。同時に、第１のセットのパラメータは、第１の通信層１０３の動作モードを決定している。この第１の通信層１０３は、例えば前述したアプリケーション層とすることができる。この場合、第１のセットのパラメータは、ある比率の歪み特性に関連しているデータ圧縮符号化方式を制御している。第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータが、第１及び第２の通信層の動作モードを制御するために同時に選択されているため、最適化の目標及び現在のチャネルの状態に対して全体的な最適化を実現することができ、全ての利用可能な、制御できる通信リソースを同時に最適にすることが可能となっている。
【００５４】
前述したように、記憶素子１１９は、第１及び第２の通信層の種々の動作モードを定義している第１及び第２の複数のセットのパラメータを記憶するように動作している。例えば、第１の複数のセットのパラメータ及び第２の複数のセットのパラメータは、例えば複数のシナリオに対する最適化によって事前計算されている。ここで、最適化は、外部のコンピュータエンティティによって実行されている。言い換えると、記憶素子１１９は、様々なシナリオで使用されている同時に最適化されたセットのパラメータを備えている。この方式の利点は、プロトコルスタックの適合を動的に、すなわち送信動作の間に行うことができることである。この方式のさらに別の利点は、チャネルの特性及び最適化の目標に基づいて、セレクタ１１３は第１及び第２のセットのパラメータから構成されている実際に最適にされる対を直接選択するため、適合処理が迅速に行われることである。
【００５５】
図２は、本発明の別の実施形態に基づいて、複数の通信層の動作を制御する装置のブロック図を示している。
【００５６】
図１に示した装置とは異なり、図２の装置は、付加的に第１の入力部２０３及び第２の入力部２０５を有しているセレクタ２０１を備えている。第１の通信層１０３は、第１の入力部２０３を介してセレクタ２０１に接続されている。それに応じて、第２の通信層１０５は、第２の入力部２０５を介してセレクタ２０１に接続されている。
【００５７】
さらに、図２に示した装置は、最適化の目標を提供するための手段２０７を備えている。この最適化の目標を提供する手段２０７は、図２に示しているように、複数の通信層に接続されている入力部２０９を有している。さらに、最適化の目標を提供する手段２０７は、セレクタ２０１の別の入力部２０９に接続されている出力部２１１を備えている。
【００５８】
セレクタ２０１は、プロトコルスタック１０１の現在の状態をモニタするために、第１及び第２の通信層に接続されている。特に、セレクタ２０１は、第１の通信層の現在の状態をモニタするための決定要素を備えている。ここで、第１の通信層の現在の状態は、現在の第１のセットのパラメータ、すなわち第１の通信層の動作モードを現在決定するセットのパラメータによって決定されるようになっている。このため、セレクタ２０１の決定要素は、現在の第２のセットのパラメータによって決定された第２の通信層の現在の状態をモニタするように動作している。現在の状態、最適化の目標及びチャネルの特性に基づいて、決定要素は、現在の第１及び第２のセットのパラメータを用いて最適化の目標を実現できるかどうか、又は現在の第１のセットのパラメータ及び現在の第２のセットのパラメータを取り替えるべきかを示す制御情報を生成するようになっている。特に、決定要素が提供する制御情報は、第１のセットのパラメータ及び／又は第２のセットのパラメータが、最適化の目標を現在の第１及び第２のセットのパラメータが実現できない場合は、最適化の目標を実現するためにセレクタ２０１によって選択されることを示すことがある。
【００５９】
図２に示しているように、最適化の目標を提供する手段２０７は、最適化の目標を受け取るために複数の通信層に接続されている。最適化の目標は、第１の通信層がアプリケーション層の場合は、例えば最適化の目標に向けられたアプリケーション、例えば第１の通信層が提供する一定の品質のサービスとすることができる。この場合、最適化の目標を提供する手段２０７は、最適化の目標に向けられたアプリケーションを受け取るためにアプリケーション層に接続されている。
【００６０】
このため、最適化の目標には、通信チャネルを経由する物理的な送信の最適化が含まれている。この場合、最適化の目標を提供する手段２０９は、第２の通信層に接続され、例えばデータリンク層と物理層とを使用している通信チャネルに対する物理層の送信を管理するように動作している。この場合、最適化の目標は、例えば利用可能な帯域幅をチャネルの符号化（例えば、畳込み符号化）などによって最適に利用することである。この場合、最適化の目標を提供する手段２０７は、送信指向の最適化の目標を受け取り、同じものをセレクタ２０１に送る。このため、最適化の目標は、アプリケーション指向及び送信指向になる。この場合、最適化の目標を提供する手段２０７は、最適化の目標のアプリケーション指向の部分及び送信指向の部分を得るために、第１の通信層１０３及び第２の通信層１０５に接続されている。
【００６１】
物理層と通信するために、最適化の目標を提供する手段２０７は、第１の通信層及び第２の通信層と整合するためにプロトコル層用のインターフェースを備えている。
【００６２】
前述したように、本発明の方式は、複数ユーザのシナリオの中で、プロトコルスタックの動作を最適にすることに適用することができる。ここでは、複数のユーザは同じ通信リソースを共有している。より具体的に説明すると、送信される情報は、複数ユーザのシナリオの中で、第１のユーザに関連している第１の情報及び第２のユーザに関連している第２の情報を含んでいる。前述したように、この場合の最適化の目標は、特定のユーザの例えば第１の情報及び第２の情報に対する伝送品質を最適にすることである。例えば、最適化の目標は、通信チャネルを通って第１の歪みに関連している第１の情報転送速度で第１の情報を送信し、第２の歪みに関連している第２の情報転送速度を有している第２の情報を送信し、第１のユーザストリーム及び第１のビット誤り率に関連している第１のチャネルのデータ転送速度を決定して、第１の歪みに関連している第１の情報転送速度が対応されていることである。それに応じて、目標は、第２のユーザストリームを通信チャネルを経由して第２のチャネルのデータ転送速度でビット誤り率を超えずに送信して、第２の歪みに関連している第２の情報転送速度が対応されていることである。一般に、第１の通信層は、第１のユーザに関連している第１の情報信号及び第２のユーザに関連している第２の情報信号を得るために、第１の情報を符号化するように動作している。ここで、第１の情報信号は第１の情報転送速度を有し、また第２の情報信号は第２の情報転送速度を有している。情報を通信チャネルを通って送信するために、第２の通信層は第１の情報信号及び第２の情報信号を符号化するように動作して、通信チャネルを通って送信される複合信号を得る。
【００６３】
この場合、本発明のセレクタは、第１の情報及び第２の情報を符号化して第１の情報信号及び第２の情報信号を得るために、第１の通信層が使用している第１のセットのパラメータと、第１の情報信号及び第２の情報信号を符号化して通信チャネルを通って送信される複合信号を提供するために、第２の通信層が使用している第２のセットのパラメータとを同時に選択するように動作している。ここで、第１の通信層及び第２の通信層は同時に選択された第１のセットのパラメータ及び第２のセットのパラメータを使用して、第１の情報及び第２の情報の伝送品質を最適にするようになっている。
【００６４】
例えば、第２の通信層は、第１の情報信号及び第２の情報信号をスケジューリングして、第１の情報信号が第１の時間内に送信され第２の情報信号が第２の時間内に送信されるように動作している。このスケジューリングには、対応しているスケジュールされた情報信号、又は一般的には情報ストリームの結果として生じたチャネルのデータ転送速度に対する効果がある。第１のセレクタはこの時、第１のセットのパラメータを選択して、第１の歪みに関連している第１の情報転送速度を有している第１の情報信号、及び第２の歪みに関連している第２の情報転送速度を有している第２の情報信号を得るように動作し、また第２のセットのパラメータを選択して、第１の情報転送速度及び第２の情報転送速度に対応しているデータ転送速度を有している複合信号を得るように動作している。情報転送速度は、例えば時間ユニット当たりの情報パケットの数、例えば秒当たりの情報ビットの数とすることができる。
【００６５】
さらに、本発明の方式は、情報のスケジューリング、例えば前述したメディアデータのスケジューリングにも適用されている。
【００６６】
セレクタが、適切なセットのパラメータを選択することによって、プロトコルスタックの全体の動作を制御するように動作しているため、本発明の方式は両方向に、すなわち情報データ又はメディアデータのスケジューリング及びユーザのスケジューリングに適用することもできる。例えば、第１のユーザに関連している第１の情報には、第１の副情報及び第２の副情報、例えばオーディオ及びビデオ信号が含まれている。本発明のセレクタはこの時、第１の副情報及び第２の副情報を選択的に符号化して符号化された第１及び第２の副情報を含んでいる第１の情報信号を得るために、第１の通信層が使用している第１のセットのパラメータを選択するように動作している。この符号化された第１及び第２の副情報は、例えば種々の歪みプロファイル（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｐｒｏｆｉｌｅ）に関連している様々な情報転送速度を有している。さらに、セレクタは、第１のセットのパラメータを選択するように動作して、第１の副情報を第１の情報信号の中でスケジューリングし、また第２の副情報を第１の情報信号の中でスケジューリングして、第１の副情報及び第２の副情報が第１の情報信号の中の異なる位置に配置されるように動作している。言い換えると、どのデータセグメントを１つのセッションの中で送信すべきかに関する決定がされるようになっている。
【００６７】
本発明によれば、複数の通信層の動作を制御する本発明による装置は、最適化の目標を実現するために、第１の通信層及び第２の通信層を複数の通信層から決定するための手段をさらに備えている。この第１の通信層及び第２の通信層を複数の通信層から決定するための手段は、最適化の目標を達成するために、複数の通信層の中のどの通信層を最適にすべきかを決定するように動作している。この決定するための手段は、最適化の目標を達成するために、第１のセットのパラメータを選択する第１の通信層及び第２のセットのパラメータを選択する第２の通信層を決定するようになっている。
【００６８】
本発明の別の実施形態によれば、複数の通信層の動作を制御する本発明の装置は、前述したように、ユーザをスケジューリングするように及び各ユーザに関連している情報をスケジューリングするように動作している。例えば、最適化の目標には、複数ユーザのシナリオの中で伝送品質の最適化が含まれている。情報は、第１のユーザに関連している第１の情報、第１のユーザに関連している第２の情報、第２のユーザに関連している第３の情報及び第２のユーザに関連している第４の情報を含んでいるものとする。一般的に、本発明の方式は、複数の情報の場合及び／又は複数のユーザの場合に使用することができる。第１の通信層は、第１の情報及び第２の情報をスケジューリングするように動作して、第１のユーザに関連してスケジュールされた第１及び第２の情報を含んでいる第１の情報信号を得る。これにより、第１の通信層は、第３の情報及び第４の情報をスケジューリングするように動作しており、第２のユーザに関連している第２の情報信号を得る。それに応じて、第２の通信層は、第１の情報信号及び第２の情報信号をスケジューリングするように動作して、スケジュールされたマルチユーザシステムを得る。前述した最適化の目標を達成するために、本発明のセレクタは、第１の情報信号及び第２の情報信号を提供するために第１の通信層が使用する第１のセットのパラメータ、及び通信チャネルを経由して送信されるスケジュールされたマルチユーザのストリームを提供するために第２の通信層が使用する第２のセットのパラメータを同時に選択するように動作している。
【００６９】
図３は、マルチユーザ及びマルチメディアをスケジューリングする場合に、複数の通信層の動作を制御する装置を示している。
【００７０】
図３に示した装置は、クロスレイヤオプティマイザ３０１を備えており、これはアプリケーション指向のオプティマイザである。このクロスレイヤオプティマイザは、第１の入力部３０３、第２の入力部３０５及び出力部３０７を有している。さらに、図３に示した装置は第１のインターフェース３０９を備えており、この第１のインターフェース３０９は、入力部３１１及びクロスレイヤオプティマイザの入力部３０３に接続された出力部を有している。その上、この装置は、入力部３１５及びクロスレイヤオプティマイザの第２の入力部３０５に接続された出力部を有している第２のインターフェース３１３を備えている。第１のインターフェース３０９は、前述したプロトコルスタック１００５のアプリケーション層に入力部３１１を介して接続されている。それに応じて、第２のインターフェース３１３は、プロトコルスタック１００５のリンク層に入力部３１５を介して接続されている。
【００７１】
図３に示した装置は、入力部、第１の出力部及び第２の出力部を有している決定要素３１７をさらに備えている。クロスレイヤオプティマイザ３０１の出力部３０７は、決定要素３１７の入力部に接続されている。決定要素３１７の第１の出力部は、プロトコルスタック１００５のアプリケーション層に接続され、決定要素３１７の第２の出力部は、プロトコルスタック１００５のリンク層に接続されている。
【００７２】
本発明によれば、無線媒体送信に対するクロスレイヤ最適化方式が提供されている。特に、アプリケーション層とリンク層とが同時に最適化されるため、メディアデータのスケジューリング及び複数ユーザのスケジューリングを同時に最適化することを実現することができる。本発明のクロスレイヤ設計に対する動機付けは、例えば（予測できない）品質の変動及び接続性の多様性によって特徴付けられている、通信システムの動的な挙動などが起きる移動体通信への課題である。さらに、送信されたサービス及びアプリケーションに対する幾つかの動的な要件は、要件における著しい相違（例えば、サービスの品質）、ユーザの好みに対して変化する要件、及びシステムの柔軟性に必要な短い技術展開サイクルに対して行う必要がある。
【００７３】
従来の階層化システムは、プロトコルの相互通信が厳密に定義されており、各プロトコルは悪い状態に対して別々に最適化されているためリソースを効率的に使用することはできないが、この従来の階層化システムとは逆に、本発明の方式は、図３に例示されているように、複数のプロトコル層を同時に最適化することによって、プロトコルスタックの動作を全体的に最適化する可能性を提供している。
【００７４】
図３に示しているように、マルチメディアのスケジューリングに関する情報（例えば、ソースの転送速度のスケジューリング）は、第１のインターフェース３０９を介してクロスレイヤオプティマイザ３０１に提供されている。それに応じて、第２のインターフェース３０３は、複数ユーザのスケジューリング情報、例えば送信速度のスケジューリングをクロスレイヤオプティマイザ３０１に提供するため、（新しい）第１のセットのパラメータをアプリケーション層に送り、また（新しい）第２のセットのパラメータをリンク層に送ることができ、これにより最適なマルチメディアのスケジューリング及び複数ユーザのスケジューリングを行うことができ、通信リソースを効率的に活用することができる。
【００７５】
クロスレイヤオプティマイザ３０１は、第１及び第２のセットのパラメータを選択するように動作している本発明のセレクタに対応している。決定要素３０７は、どのセットのパラメータをどのプロトコル層に送るかを決定している。
【００７６】
下記において実施形態による単なる実施例として、ストリーミングクライアントのホスト装置として動作している基地局及び携帯装置の中にあるビデオストリーミング用サーバをそれぞれ考慮している。最適化の目標は、有線のリソースを効果的に使用しながら、ユーザが認めるエンドツーエンドの品質を最適にすることである。ビデオデータのスケジューリングは、１つのストリーミングセッションの中のどのデータセグメントを、いつ送信すべきかを決定する工程であり、データリンク層のスケジューリングに属している複数ユーザのスケジューリングは、例えばどのユーザが所定の時間、周波数又はコードでチャネルを使用することを許可されているかを決定している。
【００７７】
下記において、検討されたシナリオの中で関連しているストリーミングビデオの主な特徴を説明している。ビデオは標準的なビデオ圧縮方式を用いて複数のビットレートで事前符号化されて、対応しているビデオストリームがストリーミングサーバに記憶されるようになっている。クライアントがビデオストリームを要求すると、このビデオストリームは、パケット化されて受信機に送られるようになっている。受信機が幾つかのデータを再生が始まる前に事前バッファすることにより、伝送品質の変動を平滑化することができる。アプリケーションのエンドツーエンドの待ち時間は、再生の前に記憶されているデータ量に直接関係している。各ビデオフレームに対して送られるビット数は、選択された符号化モードの種類に依存している。
【００７８】
図４を参照すると、前のフレームを参照せずに符号化されるＩフレーム（Ｉ−ｆｒａｍｅ）と、前のフレームから予測することによって符号化されるＰフレーム（Ｐ−ｆｒａｍｅ）とを区別することができる。Ｉフレームは、前のフレームを受け取らずにデコードすることができるが、Ｐフレームは、一般にこの副次情報がないとデコードすることはできない。その結果、Ｉフレームは、図４に示しているように、Ｐフレームよりも大きい。早送り及び対話式場面選択を可能にするために、Ｉフレームは一般に約５００から１０００ｍｓｅｃごとに取り入れられている。Ｉフレーム及び次のＩフレームを除く末端までの全ての後続するＰフレームは、下記においては画像グループ（ＧＯＰ）と呼ばれる。Ｉフレーム及びＰフレームを提供するために、フレームのスケジューリングの制御が実行されて、フレームの優先順位を決定している。ソースパラメータは、ソースの転送速度、秒当たりのフレーム数、遅延の制約、及び画像グループの歪みプロファイルとすることができる。
【００７９】
下記においては、受信機における再構成の品質は、画像グループの中でデコードが成功したフレーム数に依存すると仮定されている。Ｐフレームのデコーディングが成功することは、同じ画像グループの全ての前のフレームがエラーなしで受信されることに依存するため、画像グループの第１のフレームを失うことは最悪の結果をもたらすことになる。この場合、最新のデコードされたフレームが、次のＩフレームがうまく受信されるまで静止画像として表示されている。ＧＯＰの最後のフレームを失っても、ＧＯＰの最後から２番目のフレームを単に再度表示するだけのため、ほとんど歪みは発生しない。
【００８０】
図５ａは、平均二乗誤差（ＭＳＥ）によるシミュレーション結果であり、この場合は、１５のフレームから構成されている画像グループについて、３つの異なるビデオに対して異なったフレームを失った場合の平均二乗再構成誤差（ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅｄ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ）である。さらに、３つの異なるシナリオ、すなわちＣａｒｐｈｏｎｅ、Ｆｏｒｅｍａｎ及びＭｏｔｈｅｒ−Ｄａｕｇｈｔｅｒのシナリオが考慮されている。図５ａから分かるように、ＧＯＰの第１のフレームを失ったときに、ＭＳＥが最大になる。ＧＯＰの中で処理されるにつれて歪みは減少し、ビデオストリームのビットレートの関数である単なる符号化歪みになる。全てのフレームが適時にまたエラーなしで受信される場合、この歪みは、図５ａの中でインデックス１６の値で参照することができる。実際のエラーは状況の内容に依存する。配列の中にほとんど動きがない場合は、フレームの損失は構成された配列の品質にほとんど影響を与えない。しかしながら、かなりの動きがある場合は、失われたフレームの影響は著しく大きくなる可能性がある。
【００８１】
ビデオデータのスケジューリングでは、アプリケーションはいつフレームを送るかを決定する必要がある。このことは、Ｐ．Ａ．Ｃｈｏｕ及びＺ．Ｍｉａｏ著の「Ｒａｔｅ−Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｓｔｒｅａｍｉｎｇ ｏｆ Ｐａｃｋｅｔｉｚｅｄ Ｍｅｄｉａ」、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ＭＳＲ−ＴＲ−２００１−３５、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、２００１年２月、の中で説明されている。ＧＯＰの第１のフレームは、最も重要なフレームであるため、アプリケーションはスケジューリングの中でこのフレームに最も大きい優先順位を割り当てることによって、エラーなしで受信する可能性を増加させるようになっている。このことは、例えばＧＯＰのＩフレームは２回送信されるが、他の全てのフレームは１回しか送信されないことを意味している。その結果、利用可能な送信速度に基づいて、アプリケーションは種々のセットのパラメータを選択することによって、異なるフレームのスケジューリングのパターンの間を選択することができる。
【００８２】
無線ネットワークでは、各基地局は時間分割、周波数分割又はコード分割によって複数のユーザ（クライアント）又は移動局に対してサービスを提供している。複数ユーザのスケジューリングは、データリンク層のスケジューリングの一部であるが、どのユーザが所定の時間、周波数又はコードでチャネルを使用することを許可されているかを決定している。ユーザの要求及びチャネルの段階に基づいて複数ユーザの送信をスケジューリングすることによって、リソースを利用する効率を著しく向上させることができる。特に、送信に関する異なるスケジューリング又は割付が行われると、各ユーザは種々の送信データの転送速度を得ることができる。
【００８３】
図５ｂは、本発明のクロスレイヤ情報交換の性能を例示する選択された実験結果を示している。図５ｂに示した実験では、３つの別個のビデオを有している３人のユーザが、図６に示した７つの異なるスケジューリングのシナリオのケースに対して最適化されている。特に、図６は、７つの異なる送信時間のケースで配列された３人のユーザの実施例を示している。これらのケースの１つは、ユーザが認めたエンドツーエンドの品質を最大にすることによって、データリンク層に対する実験結果を提供するために選択されている。このことは、本発明のクロスレイヤオプティマイザのタスクの一部である。各ケースは、結果として生じた送信データの転送速度に対して最適化されたフレームのスケジューリングパターンを利用している。
【００８４】
図５ｂを再度参照する。７つのケースの中の１つが、３人のユーザの中の最も小さい性能を最大にするために選択されている。特に、図５ｂは、選択されたケースの最悪のユーザのピークの信号対ノイズ比（ＰＳＮＲ）が、図６のケース１のものと比較する場合に改善されていることを示している。これは、クロスレイヤオプティマイザがない場合の性能と考えることができる。図から分かるように、１ｄＢを超える改善の可能性は、４０％以上となっている。
【００８５】
本発明によれば、送信パラメータは、リンク層に対するデータ転送速度及び誤り率、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に対する距離、物理層におけるチャネルのコヒーレンス時間及び変調方式に対する速度とすることができる。リンク層は、図７に示しているように、複数のユーザに対してスケジューリングするように動作している。
【００８６】
図８は、性能が最悪のユーザの伝送品質を最大にすることに関する別の実験結果を示している。
【００８７】
図８では、累積密度確率関数（ＣＤＰＦ）対ケース番号１と比較した△ＰＳＮＲが示されており、本発明の方式の性能を実証している。図８の右上に示した図は、選択されたケース１〜７の送信周波数に関するシステムの性能を実証している。
【００８８】
本発明の別の態様によれば、送信プロトコルに基づいて送信される情報を処理するための通信装置が提供されている。送信プロトコルは、前述したように、複数のプロトコル層を備えている。本発明の通信装置は、前に説明したように情報を提供するための情報源及び複数のプロトコル層を制御する装置を備えている。送信プロトコルに基づいて情報を処理するために、本発明の通信装置は、プロトコル層に基づいて情報を処理するためのプロセッサをさらに備えている。このプロセッサは、例えばネットワークプロセッサとすることができる。
【００８９】
これにより、本発明は、受信プロトコルに基づいて受信された信号を処理するための通信装置をさらに備えている。ここで受信プロトコルは、受信機の中に実装されたプロトコルである。受信された信号とは、通信チャネルを通って送信された送信信号が受信された信号である。ここで送信信号には、送信機の中の送信プロトコルに基づいて処理された情報が含まれている。送信プロトコルは、前述したように、第１の通信プロトコル層及び第２の送信プロトコル層を備えている。ここで、第１の送信プロトコル層の動作モードは、第１のセットの送信パラメータによって決定され、第２の送信プロトコル層の動作モードは、第２のセットの送信パラメータによって決定されるようになっている。前述したように、第１のセットの送信パラメータ及び第２のセットの送信パラメータは、前述したように、通信チャネルの特性及び随意的に最適化の目標に基づいて、複数の送信パラメータから対で選択されている。受信プロトコルは、第１の受信プロトコル層及び第２の受信プロトコル層を備えている。ここで、第１の受信プロトコル層の動作モードは、第１のセットの受信パラメータによって決定され、第２の受信プロトコル層の動作モードは、第２のセットの受信パラメータによって決定されるようになっている。本発明の装置は、それぞれのセットの送信パラメータに対応する、複数のセットの受信パラメータを記憶するための記憶素子を備えている。この記憶素子は、前述した本発明の記憶素子に相当する。さらに、この装置は前述した機能に基づいて、第１のセットの受信パラメータ及び第２のセットの受信パラメータを第１の受信プロトコル層及び第２の受信プロトコル層から引き出すための手段を備えている。
【００９０】
本発明の装置は、情報を送信する前に情報を処理するために使用している、第１及び第２のセットの送信パラメータの対を示している送信プロトコル情報を提供するための手段さらに備えている。言い換えると、送信プロトコル情報を提供するための本発明の手段は、どのプロトコル層のどの動作モードを検討すべきかを示している。それに応じて、本発明の装置は、送信プロトコル情報に基づいて、第１及び第２のセットの送信パラメータの対に対応している第１のセットの受信パラメータ及び第２のセットの受信パラメータから構成されている対を選択するためのセレクタを備えている。さらに、本発明の装置は、第１のセットの受信パラメータ及び第２のセットの受信パラメータの対を第１の受信プロトコル層及び第２の受信プロトコル層に提供するための手段を備えている。第１のセットの受信パラメータ及び第２のセットの受信パラメータの対を提供するための手段の機能は、第１及び第２のセットのパラメータを第１及び第２の通信層に送るための手段に関連して前に説明した手段と同一である。
【００９１】
さらに、受信された信号を処理するための本発明の装置は、情報を得るために受信されたプロトコルに基づいて受信された信号を処理するためのプロセッサを備えている。
【００９２】
それに加えて、本発明の装置は、信号情報をセレクタに送るためのコントローラを備えている。この信号情報は、第１及び第２のセットのパラメータから構成されている対を選択すべきかどうかを示している。さらに、本発明のコントローラは、送信プロトコル情報及び受信プロトコルが現在使用している、第１及び第２の受信されたセットのパラメータの対を示している受信されたプロトコル情報から信号情報を発生するように動作している。
【００９３】
受信プロトコル情報を提供するために、本発明の装置は、第１の受信されたセットのパラメータを第１の受信されたプロトコル層から、また第２の受信されたセットのパラメータを第２の受信されたプロトコル層から引き出すための手段をさらに備えて、プロトコル層の現在の状態をモニタしている。
【００９４】
この提供された装置及び方法を用いて、層内での情報の交換によってメディアデータを無線通信で送信することを最適化することができる。アプリケーション層におけるメディアデータのスケジューリング及びリンク層における複数ユーザのスケジューリングを同時に最適化することにより、本発明の最適化が可能となる。このため、ユーザが認めたエンドツーエンドの品質は、無線のリソースを効率的に使用することによって向上している。さらに、本発明の方式は、送信能力に対する高い動的な特性及びアプリケーションについての要件を克服する、無線ネットワーク用のサービス提供システムに有用である。
【００９５】
本発明の方式は一般に、複数のユーザ及び／又は各ユーザに関連している複数の情報の場合に使用できることに注意されたい。
【００９６】
前述したように、セットのパラメータは同時に事前に計算されているため、本発明のセレクタは実際に最適化されたセットのパラメータを選択することができる。
【００９７】
下記において、複数ユーザでマルチメディアの無線通信に対するアプリケーション層及び無線のリンク層のクロスレイヤの最適化について説明する。その目的は、無線の媒体アプリケーションのエンドツーエンドの品質を最適にすること及び無線のリソースを効率的に利用することである。その目標を達成するための新しいアーキテクチャが提供され、また明確に説明される。このアーキテクチャは、パラメータ抽出の処理、クロスレイヤオプティマイザ、及び決定配送の処理から構成されている。さらに、サンプルの数値結果が提供されて、本発明による同時最適化の将来性が明らかにされる。移動体通信におけるクロスレイヤ設計が、マルチメディアのサービス提供（例えば、音声、ビデオ、オーディオ、データ）との関連で最近大いに注目を集めている。クロスレイヤ設計の構想はプロトコルスタックを横断するような層内の構想を取り入れており、２つ以上の通信を同時に最適化することを可能にしている。この構想は全ての通信ネットワークで採用することができるが、無線ネットワークにおいてということが、無線環境（すなわち、無線チャネルの経時変化及びフェージング性）という独特で困難な問題があるために特に重要である。この無線の性質及びユーザが移動することにより、ネットワークの性能及び接続性に無作為な変動がもたらされている。さらに、マルチメディアを支援するために要求されている、サービスの質（ＱｏＳ）に関する要件（例えば、データ転送速度、待ち時間、連続性及び誤り率）により、移動体マルチメディア通信は、システム設計が一層困難な課題となっている。この困難な課題は、システム設計を本質的に独立した層の中に分ける、従来の階層化設計の方式に対処することが難しい。エンドツーエンドのＱｏＳを提供するために、パラメータの適応は、全てのＯＳＩ（開放型システム相互接続）層に向ける必要がある。このために、本発明のクロスレイヤ設計の構想が提供されている。この構想では、情報を種々の層の間で交換する必要がある。下記において、無線のマルチメディア通信に対して共同のアプリケーション及び無線リンク層の最適化を提案することによって、クロスレイヤ設計構想の層内の結合を利用している。無線リンク層をプロトコルスタックの中の物理層及びデータリンク層と呼んでいる。我々の目的は、無線マルチメディア通信のアプリケーションのエンドツーエンドの品質を最適化すること及び無線のリソースを効率的に使用することである。この目的を達成するために、同時に層を最適化するためのアーキテクチャが開発されて、層間を最適にする構想を実現するための解決策が提供されている。このアーキテクチャは、パラメータ抽出の処理、層全体のオプティマイザ、及び決定配送の処理から構成されている。このアーキテクチャの全ての部分が形式化されている。さらに、サンプルの数値結果が提供されて、本発明の同時最適化の可能性が明らかにされている。従来の仕事は主に、アプリケーション層のトランスポート層、ネットワーク層、データリンク層及び物理層の特性への適合（ボトムアップ方式）、及び物理層、データリンク層又はネットワーク層のアプリケーション層の要件への適合（トップダウン方式）のように、１つの層の性能を最適化することに集中している。進行中のクロスレイヤ設計の研究は、物理層及びデータリンク（又はＭＡＣ）層の同時最適化に集中している。幾つかの研究には、特別な無線ネットワークに対する層間の最適化の中で、ネットワーク層における経路指定の最適化が含まれ、他の研究には、物理層における送信電力及び前方誤り訂正コーディングの同時最適化を行う場合のソース速度が含まれている。
【００９８】
本発明の方式は、目標がマルチメディアのアプリケーションのエンドツーエンドの品質を最適化することであるという点で、従来の方式とは異なっている。このために、プロトコルスタックの３つの層、すなわちアプリケーション層（層７）、データリンク層（層２）、及び物理層（層１）の同時最適化を考慮している。ユーザが注意しているエンドツーエンドの品質は、直接アプリケーションに依存し、またアプリケーション層は、認められた品質の各デコードされたメディアデータの部分の影響に対して直接情報を有しているため、アプリケーション層を同時最適化の中に含めている。物理層及びデータリンク層をも考慮に入れる中に含めている。それは、移動体無線通信の独特で困難な課題は、これら２つの層が対処する必要がある無線チャネルの性質から結果として生ずるためである。目標を達成するための新しいアーキテクチャが提供され、また明確に説明されている。この構成は下記のようになる。
【００９９】
ストリーミングビデオをマルチメディアサービス用の実施例のアプリケーションと仮定し、基地局に配置されているビデオストリーミング用サーバ及び携帯装置の中に配置されている複数のストリーミングクライアントを考慮に入れている。図１２に示しているように、Ｋ個のストリーミングクライアントすなわちユーザは、同じ電波インターフェース及びネットワークのリソースを共有しているが、異なるビデオの内容を要求すると仮定している。我々のシナリオでは、ビデオストリーミング用サーバは基地局に直接配置されているため、検討する必要があるのは無線接続に必要なプロトコルスタックのみであることに注意されたい。このため、プロトコルスタックの中のトランスポート層及びネットワーク層は、この最適化の課題から除くことができる。また、アプリケーション層と無線のリンク層との間の相互関係に焦点を当てている。この無線リンク層は、物理（ＰＨＹ）層及びデータリンク層の両方を組み込んでいる。基地局では、図１３に示しているアーキテクチャは、サービスの最適化についてエンドツーエンドの品質を提供するのに好適である。この図は、同時最適化に関連しているタスク及び情報のフローを例示している。必要な状態情報は、アプリケーション層及び無線のリンク層からクロスレイヤオプティマイザに対するパラメータの抽出処理を通して最初に集められている。パラメータの抽出処理により、層固有のパラメータからクロスレイヤオプティマイザが理解できるパラメータ、すなわちクロスレイヤパラメータへの変換が行われる。次に、特定の目的関数に対して最適化がクロスレイヤオプティマイザによって実行されている。選択候補クロスレイヤパラメータのタプルのセットから、目的関数を最適化するタプルが選択されるようになっている。特定のクロスレイヤパラメータのタプルに対する決定がなされた後で、オプティマイザは、決定情報を対応する層に送り戻している。選択候補のクロスレイヤパラメータのタプルのセットは、一般的に無限集合になることがあることに注意されたい。決定を迅速に行うために、適切な有限集合のタプルのみを事前選択しておくことが必要である。このように、最適なクロスレイヤパラメータのタプルに関する最終的な決定により、局地的な最適化のみを結果としてもたらす場合がある。
【０１００】
同時最適化を実行するために、状態情報又は１セットの主要なパラメータは、選択した層から抽出され、クロスレイヤオプティマイザに送る必要がある。層固有のパラメータは、他の層およびオプティマイザにおいて理解されないか又は利用が制限されている場合があるためである。
【０１０１】
無線ネットワークでは、物理層及びデータリンク層は、特定なサービスを提供する間の無線チャネルの動的な変動に対して専用に設計されている。このことは、動的な変化がかなり少ない有線のネットワークとは対照的である。物理層は、送信電力（送信電力制御を通して）、チャネル評価、同期、信号形成、変調及び信号検出（信号処理を通して）を含んでいる問題を取り扱い、一方、データリンク層は、無線リソースの割り当て（複数ユーザのスケジューリング又は行列作り（ｑｕｅｕｉｎｇ））及び誤り制御（チャネルコーディングによる、通常は前方誤り訂正符号化（ＦＥＣ）と自動再送要求（ＡＲＱ）の組み合わせによる）の役割を担っている。これら２つの層は、両方とも無線の性質の特有の特性に密接に関係しているため、それらを一緒に検討することが有用である。下記において、それらの組合せを無線リンク層と呼ぶことにする。無線リンク層には多くの問題があり、またこれらの問題は互いに関連しているため、パラメータの抽出が必要である。より具体的に言うと、無線リンク層固有のパラメータ
【数１】
のタプル
【数２】
から成る集合
【数３】
を定義する（例えば、変調文字、コード速度、放送時間、送信電力、コヒーレンス時間）。これらの無線リンク固有のパラメータは変数であるため、集合Ｒはそれらの値の全ての可能な組合せを含み、各タプル
【数４】
は１つの可能な組合せを表している。
【０１０２】
パラメータ抽出の処理を定式化するために、抽出されたパラメータ
【数５】
のタプル
【数６】
から成る集合
【数７】
を定義する。集合Ｒと集合
【数８】
との間の関係は、ドメインＲ及びコドメイン
【数９】
を有し、Ｒと
【数１０】
との間の写像を表す下記の関係式によって設定されている。
【数１１】
ここで、記号ｘはデカルト積と呼ばれる。Ｇは、Ｒと
【数１２】
との間の写像を定義している部分集合である。この写像プロセスを、無線リンク層のパラメータ抽出と呼ぶ。例えばユーザが１人の場合、４つの主要なパラメータを抽出することができる。それらのパラメータは、送信データ転送速度ｄ、送信パケット誤り率ｅ、データパケットサイズｓ、及びチャネルのコヒーレンス時間ｔである。このことは、取り出されたパラメータのタプル
【数１３】
をもたらす。ユーザがＫ人の場合は、パラメータの抽出を各ユーザに対して拡大することができる。この時、パラメータのタプル
【数１４】
は４Ｋのパラメータ
【数１５】
を含んでいる。ここで、４つのパラメータのグループが１人のユーザに属している。
【０１０３】
送信データ転送速度ｄは、変調方式、チャネルのコーディング、及びスケジューリングするユーザの数によって影響される。送信パケット誤り率ｅは、送信電力、チャネルの評価、信号検出、変調方式、チャネルのコーディング、現在のユーザの位置などにより影響される。ユーザのチャネルコヒーレンス時間ｔは、ユーザの速度及びその周辺の環境に関係付けられ、一方でデータパケットサイズｓは通常、無線システムの規格によって規定されている。これらの相互関係により、関係Ｇが規定される。別の方法では、送信パケット誤り率ｅ及びチャネルコヒーレンス時間ｔを２状態のギルバート−エリオット・モデル（ｔｗｏ−ｓｔａｔｅ Ｇｉｌｂｅｒｔ−Ｅｌｌｉｏｔｔ ｍｏｄｅｌ）の２つのパラメータに変換することが可能である。これは１つの状態から他の状態への推移確率（ｐ及びｑ）である。この変換は、下記の式によって与えられる。
【数１６】
及び
【数１７】
ここで、ｐは良好状態から不良状態への推移確率であり、ｑは不良状態から良好状態への推移確率である。
【０１０４】
この方法では、抽出されたパラメータのタプルは
【数１８】
になる。この変換の１つの利点は、結果として生ずるパラメータのタプル
【数１９】
は、プロトコルスタックの中のより高い層にとってより包括的であるという点にある。
【０１０５】
アプリケーション層は、メディアデータを送信するために圧縮、パケット化、及びスケジュールする層である。クロスレイヤの最適化のために抽出される主要なパラメータは、圧縮されたソースデータの特性に関係している。圧縮されたソースデータの特性は、アプリケーション又はサービスに依存していることがあるため、このことは、これらの主要なパラメータがアプリケーション又はサービスの種類によって決まることを意味している。形式に乗っ取って記述するために、アプリケーション層固有のパラメータ
【数２０】
のタプル
【数２１】
から成る集合
【数２２】
を定義する。これらのアプリケーション層固有のパラメータは変数であるため、集合Ａはそれらの値の全ての可能な組合せを含み、各タプルは１つの可能な組合せを表している。抽出されたパラメータ
【数２３】
のタプル
【数２４】
から成る集合
【数２５】
をさらに定義する。集合Ａと集合
【数２６】
との間の関係は、ドメインＡ及びコドメイン
【数２７】
を有し、Ａと
【数２８】
との間の写像を表す次の関係式によって設定されている。
【数２９】
この写像プロセスを、アプリケーション層のパラメータ抽出と呼ぶ。下記の中では、我々はストリーミングビデオのサービスを想定している。このサービスの抽出されたパラメータには、ソースデータの転送速度、秒当たりのフレーム（又は画像）数、各フレーム（又は画像）の大きさ（バイト単位）及び最大遅延時間が含まれている。オプティマイザにとって他の重要な情報は、歪み率関数（符号化歪み）及び特定の損失フレーム（又は画像）の歪みプロファイルである（図１４を参照）。図１４は、３つの異なるビデオに対する損失フレームの歪みプロファイル及び符号化歪みの一例を示している。ここでは各ビデオは、１５フレームの画像グループ（ＧＯＰ）から構成され、これは秒当たり３０フレームのフレーム率において０．５秒に相当する。ビデオシーケンスは、平均データ転送速度１００ｋｂｐｓで符号化されている。各ＧＯＰは、独立して復号可能なイントラフレームで開始するようになっている。次ぎに続く１４のフレームはインターフレームであり、それは同一のＧＯＰの全ての前のフレームが誤りなく復号された場合のみ、成功裏に復号することができる。歪みは、平均二乗再構成誤差（ＭＳＥ）によって定量化される。この歪みは、ビデオシーケンスの表示された画面と本来の画面との間で測定される。図１４のインデックスは、特定のフレームの損失を示している。誤り補正方針の一部として、ＧＯＰの全ての後続フレームが復号可能ではなく、直前に正確に復号されたフレームが、復号されないフレームの代わりに表示されることが想定される。また、インデックス１６は、全てのフレームが正しく受信されたときにＭＳＥを与えることに注意されたい。インデックス１６を、量子化誤りによる符号化歪みと呼んでいる。
【０１０６】
アプリケーション層及び無線リンク層の両方から抽出されたパラメータの集合
【数３０】
及び
【数３１】
は、クロスレイヤオプティマイザへの入力となる。２つの入力の集合から抽出されたパラメータのタプルの、タプルの任意の組み合わせが有効であるため、下記のクロスレイヤパラメータの集合を定義することは都合が良い。
【数３２】
この式は、２つの入力の集合をオプティマイザに対する１つの入力の集合に組み合わせるものである。集合
【数３３】
はタプル
【数３４】
及び
【数３５】
から構成されている。
【０１０７】
前述した形式を用いると、クロスレイヤオプティマイザΩの動作は、ここで下記のように記述することができる。
【数３６】
【０１０８】
オプティマイザは入力の集合
【数３７】
から、オプティマイザの出力である真の空でない部分集合
【数３８】
を選択するようになっている。
【０１０９】
下記において、オプティマイザの出力である
【数３９】
が１つのタプル及び
【数４０】
から成ると仮定している。決定すなわちクロスレイヤオプティマイザの出力
【数４１】
は、下記に示している特定の目的関数に関して作られる。
【数４２】
ここで、Ｒは実数の集合である。このため、オプティマイザの出力は下記のように表すことができる。
【数４３】
【０１１０】
特定の目的関数
【数４４】
の選択はシステム設計の目標に依存しており、オプティマイザの出力（又は決定）は、種々の目的関数に対して異なっている。ストリーミングビデオの実施例のアプリケーションでは、ユーザが１人の場合の１つの可能な目的関数は、表示されたビデオシーケンスと本来のビデオシーケンスとの間のＭＳＥである。複数ユーザの状態の場合は、ＭＳＥを別個に拡張することができる。例えば、目的関数は、下記に示すように、全てのユーザのＭＳＥの総和とすることができる。
【数４５】
ここで、
【数４６】
は、クロスレイヤパラメータのタプル
【数４７】
に対するユーザｋのＭＳＥである。この目的関数は、全てのユーザの間の平均性能を最適化している。性能が最悪のユーザ性能を最適にする目的関数の他の共通の定義には、下記が含まれる。
【数４８】
この式は、全てのユーザのピークＳＮＲ（信号対ノイズ比）の総和を最大化にすることに等しい。
【０１１１】
クロスレイヤオプティマイザの出力（又は決定）
【数４９】
が得られると、決定値
【数５０】
及び
【数５１】
は、それぞれ無線リンク層及びアプリケーション層に送り戻す必要がある。この間に、パラメータを抽出する処理を逆方向に行う必要があり、抽出されたパラメータ
【数５２】
及び
【数５３】
は、層固有のパラメータ
【数５４】
及び
【数５５】
に逆変換される。この逆変換は、下記によって行われる。
【数５６】
及び
【数５７】
【０１１２】
集合
【数５８】
又は集合
【数５９】
が２つ以上の要素を有している場合、特定の要素を選択することは、個別に対応する層で行うことができる。
【０１１３】
下記において、本発明による同時最適化の性能を評価するために、サンプルのシミュレーション結果を提供している。この節の全体を通して、それぞれが異なるビデオを要求する３人のユーザ（ユーザ１、２及び３）を想定している。ユーザ１、２及び３はそれぞれ、自動車電話（ＣＰ）、現場監督（ＦＭ）、及び母と娘（ＭＤ）のビデオを要求している。性能の尺度として信号対雑音比（ＰＳＮＲ）を選択する。ＰＳＮＲは、ＰＳＮＲ＝１０ｌｏｇ10（２５５2／ＭＳＥ）として定義される。ＰＳＮＲが大きくなるほど、クライアントまたはユーザにおけるオリジナルのビデオシーケンスと表示されたビデオシーケンスとの間で計算されるＭＳＥは小さくなる。このため、ＰＳＮＲが大きければそれだけ、性能が良好になる。一例として、最悪の場合のユーザの性能を最大化する上記の目的関数を使用している。
【０１１４】
このため、クロスレイヤオプティマイザは、ユーザの間でＭＳＥの最大値を最小化する（あるいは同じことだがＰＳＮＲの最小値を最大化する）パラメータのタプルを選択するようになっている。シミュレーションにおいて、無線リンク層におけるデータパケットサイズは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格又はＨｉｐｅｒＬＡＮ２規格で指定されたパケットサイズに等しい５４バイトであると仮定している。チャネルコヒーレンス時間は、全ての３人のユーザに対して５０ｍｓと仮定している。これは、（５ＧＨｚの搬送周波数に対して）ほぼ歩行者速度に相当する。送信データの転送速度は、変調方式、チャネルのコーディング、及び複数ユーザのスケジューリングに影響されるため、２つの異なる変調（ＢＰＳＫ及びＱＰＳＫ）が仮定されている。また、図１１ａに示しているように、時分割多重化ベースの複数ユーザのスケジューリングには７つのケースの時間配列があるとさらに仮定している。ユーザの送信データの転送速度は、ＢＰＳＫが使用されている場合は１００ｋｂｐｓに等しいと仮定され、全送信時間の２／９がそれに割り当てられる。それ故に、ＱＰＳＫが使用されて、全送信時間の４／９が割り当てられる場合は、ユーザは４００ｋｂｐｓもの高い送信データの転送速度を有することができる。他方においては、送信誤り率は、送信データの転送速度、平均ＳＮＲ、及びチャネルコードの誤り訂正能力に依存している。通常は、チャネルコードの性能は、所定の受信ＳＮＲに対する（チャネルの復号後の）残差誤り率によって評価される。シミュレーションでは、符号速度が１／２の畳込み符号及び５４バイトのデータパケットサイズを仮定している。残差パケット誤り率が、ＳＮＲの関数として図１５に示されている。しかしながら、無線リンクでは、受信ＳＮＲは一定ではなく、平均値の周りを変動している（長期のＳＮＲ）。これは、ユーザが移動することによって引き起こされる高速フェージングが原因である。この方法では、受信ＳＮＲを確率分布が一定の確率変数としてモデル化することができる。この確率分布は、物理チャネルの伝搬特性（例えば、レイリー分布、ライス分布）によって決定される。フェージングする無線リンクにおける残差パケット誤り率は、このパケット誤り率（例えば、図１５から）をフェージングの統計値を用いて平均化することによって計算されている。レイリーフェージングを前提にすると、結果として生ずる平均パケット誤り率は、平均ＳＮＲの関数として図１６で与えられている。この結果として生ずる平均パケット誤り率は、シミュレーションの中でパラメータｅとして使用されている。１から１００の範囲（０ｄＢから２０ｄＢ）の中で均一に各ユーザに対して長期の平均ＳＮＲを無作為に独立して選択することによって、無線リンクの中で共通して見られるユーザ位置に依存した経路損失及びシャドーイングを考慮に入れる。アプリケーション層では、ビデオはＧＯＰ当たり（０．５秒当たり）１５フレームの新たなＨ．２６４ビデオ圧縮規格を用いて符号化されている。２つの異なる値のソース速度（１００ｋｂｐｓ及び２００ｋｂｐｓ）についても考慮に入れられている。これは、ビデオが２つの異なる目標速度で事前に符号化され、両方の速度がストリーミングサーバに記憶されることを意味している。ＧＯＰの最初に、１つのソースストリームから別のストリームに切り換えることができる。各ＧＯＰにおいて、最初のフレームはＩフレームであり、次ぎに続く１４のフレームはＰフレームである。３つの要求されたビデオに対して、特定の損失フレームの測定された歪みプロファイル及び符号化歪みを使用している。図１４は、ソース転送速度が１００ｋｂｐｓのＧＯＰに対するＭＳＥによる歪みプロファイルの一例を示している。ＭＳＥは、表示されたビデオシーケンスと本来のビデオシーケンスとの間で測定されて、ＧＯＰ全体で平均される。図１４では、インデックスは特定フレームの損失を示している。ＧＯＰの全ての後続するフレームは、復号可能ではなく、直前の正確に復号されたフレームが、復号されていないフレームの代わりに表示されると仮定されている。インデックス１６は、全てのフレームが正しく受信されたときにＭＳＥを与えることに注意されたい。それは符号化歪みである。さらに、Ｐフレームの復号が成功することは、同じＧＯＰの前の全てのフレームが誤りなしで受信されることによって決まるため、ＧＯＰの第１のフレームの損失は最大の歪みをもたらすが、一方でＧＯＰの最後のフレームを損失しても、ほとんど歪みが発生しないことに注意されたい。その上、各ビデオフレーム（又は画像）は最大５４バイトの大きさでパケット化され、各パケットは、１つのフレームからのデータのみを含んでいるものと仮定する。すなわち、各フレームは、整数個のパケットにパケット化されている。各フレームのサイズは、符号化ステップの間に決定されている。これらの値は、ビットストリーム及び歪みプロファイルと共に記憶されるようになっている。図１１ｂは、ソース速度が１００ｋｂｐｓで測定された３つのビデオの中のＧＯＰのサイズ（パケット単位）を提供している。ここで、Ｉ及びＰｎ （ｎ＝１，２．．．１４）は、それぞれＩフレーム及びｎ番目のＰフレームをそれぞれ表している。Ｉフレームのサイズは、Ｐフレームのサイズよりも遙かに大きく、Ｐフレームのサイズは、フレームごとに異なることが分かる。これは、ビデオの内容に関係している。ＡＲＱなしの動作モード（フォワードモード）及びＡＲＱ付きの動作モード（ＡＲＱモード）の両方が詳細に調べられている。ここで全てのＧＯＰをユニットと考え、そして各ＧＯＰを０．５秒の持続時間内に送信する必要があると仮定している。フォワードモードでは、クライアントからの肯定応答は利用できず、また特定のクライアントに対する全てのＧＯＰのビデオフレームは、送信データの転送速度がソースデータの転送速度よりも大きい場合は繰り返し送信されると仮定している。例えば、送信データの転送速度がソースデータの転送速度の２倍である場合は、全てのＧＯＰは２回送信されるようになっている。送信データの転送速度がソースデータの転送速度の１．５倍の場合は、ＧＯＰは１回送信され、続いて第１のＩフレーム、第１のＰフレーム、第２のＰフレーム、などが、ＧＯＰの０．５秒の間隔が終わるまで再度送信されるようになっている。他方において、ＡＲＱモードでは、伝送されたパケットのクライアントからの肯定応答が即座に利用可能であり、特定のクライアントに対する全てのＧＯＰのデータパケットは、ＧＯＰの中のデータパケットが時間順序に受信されるように再送信されるものと仮定している。すなわち、パケットが再び送信される前に、ＧＯＰのその前のパケットが正しく受信されることが保証されている。図１７から図１９は、３つのシナリオ（シナリオ１，２，及び３）のシミュレーション結果を示している。シナリオ１では、ＢＰＳＫ変調のみが無線リンク層で使用され、また１００ｋｂｐｓのソースの転送速度のみがアプリケーション層で利用できるように制限している。このため、このシナリオでは、１つの一定の抽出されたパラメータのタプル（全ての３人のユーザに対して１００ｋｂｐｓ）のみが、アプリケーション層によって提供され、一方無線リンク層は７つの抽出されたパラメータのタプルを提供している。これは、図１１ａに示している時間配列の７つのケースから生じたものである。クロスレイヤオプティマイザは、目的関数が最適化されるように、入力されたパラメータのタプルの７つの組合せから１つを選択するようになっている。ＭＳＥは、前述した２つの要素、すなわち高速フェージングと、ユーザの位置に依存している経路の損失及びシャドーインとによって制御されている確率変数である。一般に、高速フェージングは、経路の損失やシャドーイングよりも極めて小さい時間スケールで発生する。本明細書では、特定のユーザの位置に対して、又は言い換えると特定の長期のＳＮＲに対して高速フェージングに関するＭＳＥの予想値を取ることによって、高速フェージングに対して平均化されたＭＳＥを評価している。この値に基づいて、クロスレイヤオプティマイザはその決定を行うようになっている。ユーザ位置の集団に対する統計的な特性も考察する。これにより、両方のモード（フォワードモード及びＡＲＱモード）の性能を示すように、この平均ＭＳＥの累積密度確率関数（ＣＤＦ）が選択されている。本発明の同時最適化の機能が付いたシステム（ｗ／ＪＯ）において性能が最悪のユーザの性能が、同時最適化の機能がないシステム（ｗ／ｏＪＯ）の中の性能と比較される。同時最適化の機能のないシステムは、同じ量の送信時間を全てのユーザに割り当てて（すなわち、図１１ａのケース１）、ＢＰＳＫ変調を使用し、同時にソースデータの転送速度を１００ｋｂｐｓに固定するものと仮定している。図１７から、性能が最悪のユーザのＰＳＮＲが同時最適化の機能付きのシステム（ｗ／ＪＯ）では著しく向上していることが分かる。例えば、性能が最悪のユーザのＰＳＮＲがフォワードモードの同時最適化の機能付きのシステム（ｗ／ＪＯ）で３０ｄＢ以上大きくなる見込みは約１−４０％＝６０％あり、これは同時最適化の機能なしのシステム（ｗ／ｏＪＯ）と比較すると２ｄＢ向上している。同様の改善傾向を、シナリオ２及び３に対する図１８及び図１９の中で見ることができる。シナリオ２では、シナリオ１と同じ抽出されたパラメータのタプルがアプリケーション層において想定されているが、無線リンク層は、１４個の抽出されたパラメータのタプルを提供している。これはＢＰＳＫによる時間配列の７つのケース及びＱＰＳＫによる時間配列の別の７つのケースから結果として生ずる。図１７の中で説明したような、同時最適化機能なしの同じシステム（ｗ／ｏＪＯ）が、比較するために提供されている。シナリオ３では、３人のユーザのそれぞれに対して１００ｋｂｐｓ及び２００ｋｂｐｓの２つの異なるソース転送速度がアプリケーション層によって提供されると想定されている（２3＝８のパラメータのタプルが生じる）。シナリオ２の場合と同じ抽出されたパラメータのタプルが、無線リンク層によって提供されている。より多くの抽出されたパラメータのタプルが提供されるとより大きな自由度を得ることができるため、性能が向上する。このことは、図１４でより鮮明に観察できる。この図には、調査された３つのシナリオで性能が向上したことが示されている。ここで、ＰＳＮＲは、同時最適化機能付きのシステム（ｗ／ＪＯ）の中の性能が最悪なユーザのＰＳＮＲと同時最適化機能なしのシステム（ｗ／ｏＪＯ）の中のそれとの間の差として定義されている。図１４の左側を詳しく観察すると、シナリオ２の性能向上の大きさはフォワードモードのシナリオ１のそれよりも遙かに大きく、一方シナリオ３の性能向上の大きさはシナリオ２のそれよりも僅かに大きいに過ぎない。このことは、無線リンク層が提供するより高い送信データ転送速度を選択すること（ＱＰＳＫを使用することにより）がこのアプリケーションモードでは有利であり、オプティマイザがそれを選択することが多いことを示している。対照的に、アプリケーション層が提供するより高いソース速度（２００ｋｂｐｓ）を選択することは、このモードではそれほど有利ではなく、オプティマイザはほとんどそれを選択しない。他方においては、このより高いソース速度を選択することはＡＲＱモードでは有利である。これは右側のグラフから理解することができる。このグラフでは、シナリオ３の性能向上の大きさはシナリオ２のそれよりもかなり大きい。このため、抽出されたパラメータのタプルの適当な組を選択することは、複雑性を低くして最適化しながらより高い性能向上を得るために重要である。さらに、実験により、個々の層で利用できる全ての自由度を識別すること、及びクロスレイヤの設計の中で重要な自由度を検討することは重要であることが示されている。
【０１１５】
本発明は、ビデオストリーミングのサービスがある無線システムにおいて、アプリケーション層及び無線リンク層の同時最適化を行うためのアーキテクチャを提供している。このアーキテクチャは、３つの原理的な構想、すなわちパラメータ抽出、クロスレイヤの最適化、及び決定の配送に基づいている。予備的な研究では、本発明のアーキテクチャは性能を向上させる可能性のある方法を提供することができ、このため、無線のマルチメディア通信における将来の課題への対応を支援することができることが明らかとなっている。アプリケーション層及び無線リンク層の少数の自由度を考慮する場合でさえ、同時最適化によってストリーミングビデオのアプリケーションに対してユーザが認めた品質を著しく向上させることができる。
【０１１６】
本発明による方法の幾つかの実施要件にもよるが、本発明による方法はハードウェア又はソフトウェアの中で実現することができる。この実現は、本発明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共に動作するようになっているディジタル記憶媒体、特に中に記憶された電気的に読取り可能な制御信号を有しているディスク又はＣＤを用いて行うことができる。従って、本発明は一般的に、コンピュータが読取り可能な媒体にプログラムコードが記憶されたコンピュータプログラム製品である。この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場合に本発明による方法を実行する。言い換えると、本発明の方法はこのように、コンピュータ上で実行される場合に本発明の方法を実行するためのプログラムコードを有しているコンピュータプログラムである。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に基づいて、複数の通信層の動作を制御する本発明の装置のブロック図である。
【図２】本発明の別の実施形態に基づいて、複数の通信層の動作を制御する本発明の装置のブロック図である。
【図３】本発明のさらに別の実施形態に基づいて、複数の通信層の動作を制御する本発明の装置のブロック図である。
【図４】制御フレームのスケジューリングを例示している図である。
【図５ａ】送信されたフレームのインポータンスを例示している図である。
【図５ｂ】複数の通信層の動作を制御する本発明の装置の性能を例示している図である。
【図６】マルチユーザ用スケジューリング方式における送信時間の配列を例示している図である。
【図７】本発明による複数ユーザに対するスケジューリング方式を例示している図である。
【図８】性能が最悪のユーザの伝送品質を最大にすることに関して、複数の通信層の動作を制御する本発明の装置の性能を実証する図である。
【図９】プロトコルスタックを示している図である。
【図１０】クロスレイヤ設計の原理を示している図である。
【図１１ａ】時間配列が異なるマルチユーザのスケジューリングを示している図である。
【図１１ｂ】３つの測定されたビデオの画像グループ用の大きさ（パケットの観点から）を示している図である。
【図１２】検討された通信システムのブロック図である。
【図１３】同時に層を最適にするための、本発明のシステム構成を示している図である。
【図１４】３つの測定されたビデオの画像グループ用のＭＳＥを示している図である。
【図１５】信号対ノイズ比に関するフレームエラー率を示している図である。
【図１６】シナリオ１用の性能比較を示している図である。
【図１７】シナリオ２用の性能比較を示している図である。
【図１８】シナリオ３用の性能比較を示している図である。
【図１９】３つの調査されたシナリオの改善された性能比較を示している図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信チャネルを通じて情報を伝送する階層化通信システムにおいて、複数の通信層の中の第１の通信層の動作が第１のセットのパラメータによって決定され、かつ前記複数の通信層の中の第２の通信層の動作が第２のセットのパラメータによって決定されるように、前記複数の通信層の動作を制御する装置であって、
前記通信チャネルの特性を提供するための手段（１０７）と、
前記第１の通信層の種々の動作モードを定義している第１の複数のセットのパラメータを記憶し、前記第２の通信層の種々の動作モードを定義している第２の複数のセットのパラメータを提供するための記憶素子（１１９）と、
第１のセットのパラメータを前記第１の複数のセットのパラメータから選択し、第２のセットのパラメータを前記第２の複数のセットのパラメータから選択し、チャネルの特性及び最適化の目標に基づいて、前記第１のセットのパラメータ及び前記第２のセットのパラメータを選択するように動作しているセレクタ（１１３；２０１）と、
前記第１のセットのパラメータを前記第１の通信層に、かつ前記第２のセットのパラメータを前記第２の通信層に送るための手段（１２３）と
を備えている装置。
【請求項２】
前記情報が複数ユーザのシナリオでは第１のユーザに関連している第１の情報及び第２のユーザに関連している第２の情報を含んでおり、前記最適化の目標が前記第１の情報及び前記第２の情報に対して伝送品質を最適にすることであり、前記第１の通信層が第１の情報信号を得るために前記第１の情報を符号化し、かつ第２の情報信号を得るために前記第２の情報を符号化するように動作し、前記第２の通信層が前記通信チャネルを通って送信するための複合信号を得るために、前記第１の情報信号及び前記第２の情報信号を符号化するように動作しており、
前記セレクタ（１１３；２０１）が、前記第１の情報及び前記第２の情報を符号化するために前記第１の通信層が使用している第１のセットのパラメータと、前記第１の情報及び前記第２の情報の伝送品質を最適にするために前記第１の情報信号及び前記第２の情報信号を符号化する前記第２の通信層が使用している前記第２のセットのパラメータとを同時に選択するように動作している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の情報信号が第１の時間内に送信され、かつ前記第２の情報信号が第２の時間内に送信されるように、前記第２の通信層が前記第１の情報信号及び前記第２の情報信号をスケジューリングするように動作し、
前記セレクタ（１１３；２０１）が、第１の歪みに関連している第１の情報転送速度を有している前記第１の情報信号を得るように、かつ第２の歪みに関連している第２の情報転送速度を有している前記第２の情報信号を得るように前記第１のセットのパラメータを選択し、さらに前記第１の情報転送速度及び前記第２の情報転送速度に対応するデータ転送速度を有している前記複合信号を得るために第２のセットのパラメータを選択するように動作している、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のユーザに関連している前記第１の情報が、第１の副情報及び第２の副情報を含んでおり、前記セレクタ（１１３；２０１）が、前記符号化された第１及び第２の副情報を含んでいる前記第１の情報信号を得るために、前記第１の副情報及び前記第２の副情報を選択的に符号化するための前記第１の通信層が使用する前記第１のセットのパラメータを選択するようにさらに動作している、請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
前記セレクタ（１１３；２０１）が、前記第１の副情報及び前記第２の副情報を前記第１の情報信号の範囲内でスケジューリングするために、前記第１のセットのパラメータを選択するように動作して、前記第１の副情報及び前記第２の副情報が前記第１の情報信号の異なる位置に配置されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
最適化の目標を達成するために前記複数の通信層から、前記第１のセットのパラメータが選択されるように動作している前記第１の通信層及び前記第２のセットのパラメータが選択されるように動作している前記第２の通信層を決定するための手段をさらに備えている、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記階層化通信システムの複数の層がプロトコル層であり、前記第２の通信層が前記通信チャネルを通る情報の送信を管理し、かつ前記通信チャネルの特性を抽出するように動作し、前記通信チャネルの特性を提供するための手段が前記通信チャネルの特性を受信するために前記第２の通信層に接続されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記第２の通信層が物理層を備えており、前記通信チャネルの特性を提供するための手段（１０７）が前記物理層と整合するためのプロトコルインターフェースを備えている、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記通信チャネルの特性を提供するための手段（１０７）が、チャネルの特性として、ビット誤り率及び／又は伝送遅延及び／又は該ビット誤り率に関連した送信電力及び／又はチャネルコヒーレンス時間及び／又はチャネルコヒーレンス帯域幅を提供するように動作している、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記セレクタ（１１３；２０１）が、現在の第１のセットのパラメータによって決定される前記第１の通信層の現在の状態と現在の第２のセットのパラメータによって決定される前記第２の通信層の現在の状態とをモニタするための決定要素を備えており、前記決定要素が、現在の状態、最適化の目標、及びチャネルの特性から制御情報を生成するようにさらに動作し、前記最適化の目標が、現在の第１及び第２のセットのパラメータを用いて達成できない場合、前記制御情報は、前記第１のセットのパラメータ及び／又は前記第２のセットのパラメータが最適化の目標を達成するために選択されることを指示するようになっている、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記最適化の目標は、複数ユーザのシナリオの場合では伝送品質の最適化が含まれており、前記情報には第１のユーザに関連している第１の情報、前記第１のユーザに関連している第２の情報、第２のユーザに関連している第３の情報及び前記第２のユーザに関連している第４の情報が含まれ、前記第１の通信層が前記第１の情報及び前記第２の情報をスケジューリングするように動作して、前記第１のユーザに関連している第１の情報信号を取得し、前記第１の通信層が前記第３の情報及び前記第４の情報をスケジューリングするように動作して、前記第２のユーザに関連している第２の情報信号を取得し、前記第２の通信層が前記第１の情報信号及び前記第２の情報信号をスケジューリングするように動作して、スケジュールされた複数ユーザのストリームを取得し、前記セレクタ（１１３；２０１）が前記第１の情報信号及び前記第２の情報信号を提供するために前記第１の通信層が使用する前記第１のセットのパラメータと、前記スケジュールされた複数ユーザのストリームを提供するために前記第２の通信層が使用する前記第２のセットのパラメータとを同時に選択するように動作するようになっている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記最適化の目標を提供する手段（２０７）をさらに備えている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２の通信層が物理層を備え、前記記憶素子（１１９）の中に記憶されている前記第１の複数のセットのパラメータが複数の変調方式を含んでいる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１又は第２の通信層がデータリンク層を備えており、前記記憶素子（１１９）の中に記憶されている第１又は第２の複数のパラメータが複数の前方誤り訂正エンコーディングスキームを含んでいる、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記通信層がアプリケーション層を備えており、前記記憶素子（１１９）の中に記憶されている前記第１の複数のセットのパラメータがデータを圧縮するための複数の符号化方式を含んでいる、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
送信プロトコルが複数のプロトコル層を備えており、
前記情報を提供するための情報源と、
前記複数のプロトコル層を制御する請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置と、
前記プロトコル層に基づいて前記情報を処理するためのプロセッサと
を備えている、送信プロトコルに基づいて伝送される情報を処理するための通信装置。
【請求項１７】
受信プロトコルに基づいて受信された信号は、通信チャネルを通じて送信された送信信号の受信版であり、前記送信信号は、送信プロトコルに基づいて処理される情報を含んでおり、前記送信プロトコルは、第１の送信プロトコル層及び第２の送信プロトコル層を備えており、前記第１の送信プロトコル層の動作モードは、第１のセットの送信パラメータによって決定され、前記第２の送信プロトコル層の動作モードは、第２のセットの送信パラメータによって決定され、前記第１のセットの送信パラメータ及び前記第２のセットの送信パラメータは、通信チャネルの特性に基づいて複数の送信パラメータの中から対で選択され、前記受信プロトコルは、第１の受信プロトコル層及び第２の受信プロトコル層を備えており、前記第１の受信プロトコル層の動作モードは、第１のセットの受信パラメータによって決定され、前記第２の受信プロトコル層の動作モードは、第２のセットの受信パラメータによって決定され、
各々のセットの送信パラメータに対応している複数のセットの受信パラメータを記憶するための記憶素子と、
情報を送信する前に処理するために使用される、一対の第１及び第２のセットの送信パラメータを示している送信プロトコル情報を提供するための手段と、
前記送信プロトコル情報に基づいて、前記第１及び第２のセットの送信パラメータの対に対応している前記第１のセットの受信パラメータ及び前記第２のセットの受信パラメータから構成されている対を選択するためのセレクタと、
前記第１のセットの受信パラメータ及び前記第２のセットの受信パラメータの対を前記第１の受信プロトコル層及び前記第２の受信プロトコル層に提供するための手段と、
前記情報を得るために前記受信プロトコルに基づいて受信信号を処理するためのプロセッサと
を備えている、受信プロトコルに基づいて受信された信号を処理するための通信装置。
【請求項１８】
前記第１のセットの受信パラメータを前記第１の受信プロトコル層から、また前記第２のセットの受信パラメータを前記第２の受信プロトコル層から抽出するための手段を備えおり、前記抽出するための手段は、前記受信プロトコルによって現在使用されている第１及び第２のセットの受信パラメータの対を示す受信プロトコル情報を提供するように動作し、
前記第１及び第２のセットのパラメータから構成されている対を選択すべきかどうかを指示する信号情報を前記セレクタに提供するためのコントローラをさらに備えており、 前記コントローラが、前記送信プロトコル情報及び前記受信プロトコル情報から前記信号情報を生成するようになっている、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
通信チャネルを通じて情報を伝送する階層化通信システムにおいて、複数の通信層の中の第１の通信層の動作が第１のセットのパラメータによって決定され、かつ前記複数の通信層の中の第２の通信層の動作が第２のセットのパラメータによって決定されるように、前記複数の通信層の動作を制御する方法であって、
前記通信チャネルの特性を提供するステップと、
前記第１の通信層の種々の動作モードを定義している第１の複数のセットのパラメータを記憶するステップと、
前記第２の通信層の種々の動作モードを定義している第２の複数のセットのパラメータを提供するステップと、
前記第１のセットのパラメータを前記第１の複数のセットのパラメータから、かつ前記第２のセットのパラメータを前記第２の複数のセットのパラメータから選択するステップと、
前記第１のセットのパラメータを前記第１の通信層に、かつ前記第２のセットのパラメータを前記第２の通信層に提供するステップと
を含んでおり、
前記第１のセットのパラメータ及び前記第２のセットのパラメータが、前記チャネルの特性及び最適化の目標に基づいて選択されている
方法。
【請求項２０】
送信プロトコルが複数のプロトコル層を備えており、
情報を提供するステップと、
請求項１９の方法に基づいて前記複数のプロトコル層を制御するステップと、
前記プロトコル層に基づいて前記情報を処理するステップと
を含んでいる、送信プロトコルに基づいて送信される情報を処理するための方法。
【請求項２１】
受信プロトコルに基づいて受信された信号は、通信チャネルを通って送信される送信信号の受信版であり、前記送信信号は、送信プロトコルに基づいて処理される情報を含んでおり、前記送信プロトコルは、第１の送信プロトコル層及び第２の送信プロトコル層を備えており、前記第１の送信プロトコル層の動作モードは、第１のセットの送信パラメータによって決定され、前記第２の送信プロトコル層の動作モードは、第２のセットの送信パラメータによって決定され、前記第１のセットの送信パラメータ及び前記第２のセットの送信パラメータは、前記通信チャネルの特性に基づいて複数の送信パラメータから対で選択され、前記受信プロトコルは、第１の受信プロトコル層及び第２の受信プロトコル層を備えており、前記第１の受信プロトコル層の動作モードは、第１のセットの受信パラメータによって決定され、前記第２の受信プロトコル層の動作モードは、第２のセットの受信パラメータによって決定され、
各々の前記セットの送信パラメータに対応している前記複数のセットの受信パラメータを記憶するステップと、
情報を送信する前に処理するために使用される、前記一対の第１及び第２のセットの送信パラメータを示している送信プロトコル情報を提供するステップと、
前記送信プロトコル情報に基づいて、前記第１及び第２のセットの送信パラメータの対に対応している前記第１のセットの受信パラメータ及び前記第２のセットの受信パラメータから構成されている対を選択するステップと、
前記第１のセットの受信パラメータ及び前記第２のセットの受信パラメータの対を前記第１の受信プロトコル層及び前記第２の受信プロトコル層に提供するステップと、
前記情報を得るために前記受信プロトコルに基づいて受信信号を処理するステップと
を備えている、受信プロトコルに基づいて受信された信号を処理するための方法。
【請求項２２】
請求項１９又は２０又は２１に記載されている方法を実行するためのプログラムコードを有している、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラム。
【請求項１】
通信チャネルを通じて情報を伝送する階層化通信システムにおいて、複数の通信層の中の第１の通信層の動作が第１のセットのパラメータによって決定され、かつ前記複数の通信層の中の第２の通信層の動作が第２のセットのパラメータによって決定されるように、前記複数の通信層の動作を制御する装置であって、
前記通信チャネルの特性を提供するための手段（１０７）と、
前記第１の通信層の種々の動作モードを定義している第１の複数のセットのパラメータを記憶し、前記第２の通信層の種々の動作モードを定義している第２の複数のセットのパラメータを提供するための記憶素子（１１９）と、
第１のセットのパラメータを前記第１の複数のセットのパラメータから選択し、第２のセットのパラメータを前記第２の複数のセットのパラメータから選択し、チャネルの特性及び最適化の目標に基づいて、前記第１のセットのパラメータ及び前記第２のセットのパラメータを選択するように動作しているセレクタ（１１３；２０１）と、
前記第１のセットのパラメータを前記第１の通信層に、かつ前記第２のセットのパラメータを前記第２の通信層に送るための手段（１２３）と
を備えている装置。
【請求項２】
前記情報が複数ユーザのシナリオでは第１のユーザに関連している第１の情報及び第２のユーザに関連している第２の情報を含んでおり、前記最適化の目標が前記第１の情報及び前記第２の情報に対して伝送品質を最適にすることであり、前記第１の通信層が第１の情報信号を得るために前記第１の情報を符号化し、かつ第２の情報信号を得るために前記第２の情報を符号化するように動作し、前記第２の通信層が前記通信チャネルを通って送信するための複合信号を得るために、前記第１の情報信号及び前記第２の情報信号を符号化するように動作しており、
前記セレクタ（１１３；２０１）が、前記第１の情報及び前記第２の情報を符号化するために前記第１の通信層が使用している第１のセットのパラメータと、前記第１の情報及び前記第２の情報の伝送品質を最適にするために前記第１の情報信号及び前記第２の情報信号を符号化する前記第２の通信層が使用している前記第２のセットのパラメータとを同時に選択するように動作している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の情報信号が第１の時間内に送信され、かつ前記第２の情報信号が第２の時間内に送信されるように、前記第２の通信層が前記第１の情報信号及び前記第２の情報信号をスケジューリングするように動作し、
前記セレクタ（１１３；２０１）が、第１の歪みに関連している第１の情報転送速度を有している前記第１の情報信号を得るように、かつ第２の歪みに関連している第２の情報転送速度を有している前記第２の情報信号を得るように前記第１のセットのパラメータを選択し、さらに前記第１の情報転送速度及び前記第２の情報転送速度に対応するデータ転送速度を有している前記複合信号を得るために第２のセットのパラメータを選択するように動作している、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のユーザに関連している前記第１の情報が、第１の副情報及び第２の副情報を含んでおり、前記セレクタ（１１３；２０１）が、前記符号化された第１及び第２の副情報を含んでいる前記第１の情報信号を得るために、前記第１の副情報及び前記第２の副情報を選択的に符号化するための前記第１の通信層が使用する前記第１のセットのパラメータを選択するようにさらに動作している、請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
前記セレクタ（１１３；２０１）が、前記第１の副情報及び前記第２の副情報を前記第１の情報信号の範囲内でスケジューリングするために、前記第１のセットのパラメータを選択するように動作して、前記第１の副情報及び前記第２の副情報が前記第１の情報信号の異なる位置に配置されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
最適化の目標を達成するために前記複数の通信層から、前記第１のセットのパラメータが選択されるように動作している前記第１の通信層及び前記第２のセットのパラメータが選択されるように動作している前記第２の通信層を決定するための手段をさらに備えている、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記階層化通信システムの複数の層がプロトコル層であり、前記第２の通信層が前記通信チャネルを通る情報の送信を管理し、かつ前記通信チャネルの特性を抽出するように動作し、前記通信チャネルの特性を提供するための手段が前記通信チャネルの特性を受信するために前記第２の通信層に接続されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記第２の通信層が物理層を備えており、前記通信チャネルの特性を提供するための手段（１０７）が前記物理層と整合するためのプロトコルインターフェースを備えている、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記通信チャネルの特性を提供するための手段（１０７）が、チャネルの特性として、ビット誤り率及び／又は伝送遅延及び／又は該ビット誤り率に関連した送信電力及び／又はチャネルコヒーレンス時間及び／又はチャネルコヒーレンス帯域幅を提供するように動作している、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記セレクタ（１１３；２０１）が、現在の第１のセットのパラメータによって決定される前記第１の通信層の現在の状態と現在の第２のセットのパラメータによって決定される前記第２の通信層の現在の状態とをモニタするための決定要素を備えており、前記決定要素が、現在の状態、最適化の目標、及びチャネルの特性から制御情報を生成するようにさらに動作し、前記最適化の目標が、現在の第１及び第２のセットのパラメータを用いて達成できない場合、前記制御情報は、前記第１のセットのパラメータ及び／又は前記第２のセットのパラメータが最適化の目標を達成するために選択されることを指示するようになっている、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記最適化の目標は、複数ユーザのシナリオの場合では伝送品質の最適化が含まれており、前記情報には第１のユーザに関連している第１の情報、前記第１のユーザに関連している第２の情報、第２のユーザに関連している第３の情報及び前記第２のユーザに関連している第４の情報が含まれ、前記第１の通信層が前記第１の情報及び前記第２の情報をスケジューリングするように動作して、前記第１のユーザに関連している第１の情報信号を取得し、前記第１の通信層が前記第３の情報及び前記第４の情報をスケジューリングするように動作して、前記第２のユーザに関連している第２の情報信号を取得し、前記第２の通信層が前記第１の情報信号及び前記第２の情報信号をスケジューリングするように動作して、スケジュールされた複数ユーザのストリームを取得し、前記セレクタ（１１３；２０１）が前記第１の情報信号及び前記第２の情報信号を提供するために前記第１の通信層が使用する前記第１のセットのパラメータと、前記スケジュールされた複数ユーザのストリームを提供するために前記第２の通信層が使用する前記第２のセットのパラメータとを同時に選択するように動作するようになっている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記最適化の目標を提供する手段（２０７）をさらに備えている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２の通信層が物理層を備え、前記記憶素子（１１９）の中に記憶されている前記第１の複数のセットのパラメータが複数の変調方式を含んでいる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１又は第２の通信層がデータリンク層を備えており、前記記憶素子（１１９）の中に記憶されている第１又は第２の複数のパラメータが複数の前方誤り訂正エンコーディングスキームを含んでいる、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記通信層がアプリケーション層を備えており、前記記憶素子（１１９）の中に記憶されている前記第１の複数のセットのパラメータがデータを圧縮するための複数の符号化方式を含んでいる、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
送信プロトコルが複数のプロトコル層を備えており、
前記情報を提供するための情報源と、
前記複数のプロトコル層を制御する請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置と、
前記プロトコル層に基づいて前記情報を処理するためのプロセッサと
を備えている、送信プロトコルに基づいて伝送される情報を処理するための通信装置。
【請求項１７】
受信プロトコルに基づいて受信された信号は、通信チャネルを通じて送信された送信信号の受信版であり、前記送信信号は、送信プロトコルに基づいて処理される情報を含んでおり、前記送信プロトコルは、第１の送信プロトコル層及び第２の送信プロトコル層を備えており、前記第１の送信プロトコル層の動作モードは、第１のセットの送信パラメータによって決定され、前記第２の送信プロトコル層の動作モードは、第２のセットの送信パラメータによって決定され、前記第１のセットの送信パラメータ及び前記第２のセットの送信パラメータは、通信チャネルの特性に基づいて複数の送信パラメータの中から対で選択され、前記受信プロトコルは、第１の受信プロトコル層及び第２の受信プロトコル層を備えており、前記第１の受信プロトコル層の動作モードは、第１のセットの受信パラメータによって決定され、前記第２の受信プロトコル層の動作モードは、第２のセットの受信パラメータによって決定され、
各々のセットの送信パラメータに対応している複数のセットの受信パラメータを記憶するための記憶素子と、
情報を送信する前に処理するために使用される、一対の第１及び第２のセットの送信パラメータを示している送信プロトコル情報を提供するための手段と、
前記送信プロトコル情報に基づいて、前記第１及び第２のセットの送信パラメータの対に対応している前記第１のセットの受信パラメータ及び前記第２のセットの受信パラメータから構成されている対を選択するためのセレクタと、
前記第１のセットの受信パラメータ及び前記第２のセットの受信パラメータの対を前記第１の受信プロトコル層及び前記第２の受信プロトコル層に提供するための手段と、
前記情報を得るために前記受信プロトコルに基づいて受信信号を処理するためのプロセッサと
を備えている、受信プロトコルに基づいて受信された信号を処理するための通信装置。
【請求項１８】
前記第１のセットの受信パラメータを前記第１の受信プロトコル層から、また前記第２のセットの受信パラメータを前記第２の受信プロトコル層から抽出するための手段を備えおり、前記抽出するための手段は、前記受信プロトコルによって現在使用されている第１及び第２のセットの受信パラメータの対を示す受信プロトコル情報を提供するように動作し、
前記第１及び第２のセットのパラメータから構成されている対を選択すべきかどうかを指示する信号情報を前記セレクタに提供するためのコントローラをさらに備えており、 前記コントローラが、前記送信プロトコル情報及び前記受信プロトコル情報から前記信号情報を生成するようになっている、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
通信チャネルを通じて情報を伝送する階層化通信システムにおいて、複数の通信層の中の第１の通信層の動作が第１のセットのパラメータによって決定され、かつ前記複数の通信層の中の第２の通信層の動作が第２のセットのパラメータによって決定されるように、前記複数の通信層の動作を制御する方法であって、
前記通信チャネルの特性を提供するステップと、
前記第１の通信層の種々の動作モードを定義している第１の複数のセットのパラメータを記憶するステップと、
前記第２の通信層の種々の動作モードを定義している第２の複数のセットのパラメータを提供するステップと、
前記第１のセットのパラメータを前記第１の複数のセットのパラメータから、かつ前記第２のセットのパラメータを前記第２の複数のセットのパラメータから選択するステップと、
前記第１のセットのパラメータを前記第１の通信層に、かつ前記第２のセットのパラメータを前記第２の通信層に提供するステップと
を含んでおり、
前記第１のセットのパラメータ及び前記第２のセットのパラメータが、前記チャネルの特性及び最適化の目標に基づいて選択されている
方法。
【請求項２０】
送信プロトコルが複数のプロトコル層を備えており、
情報を提供するステップと、
請求項１９の方法に基づいて前記複数のプロトコル層を制御するステップと、
前記プロトコル層に基づいて前記情報を処理するステップと
を含んでいる、送信プロトコルに基づいて送信される情報を処理するための方法。
【請求項２１】
受信プロトコルに基づいて受信された信号は、通信チャネルを通って送信される送信信号の受信版であり、前記送信信号は、送信プロトコルに基づいて処理される情報を含んでおり、前記送信プロトコルは、第１の送信プロトコル層及び第２の送信プロトコル層を備えており、前記第１の送信プロトコル層の動作モードは、第１のセットの送信パラメータによって決定され、前記第２の送信プロトコル層の動作モードは、第２のセットの送信パラメータによって決定され、前記第１のセットの送信パラメータ及び前記第２のセットの送信パラメータは、前記通信チャネルの特性に基づいて複数の送信パラメータから対で選択され、前記受信プロトコルは、第１の受信プロトコル層及び第２の受信プロトコル層を備えており、前記第１の受信プロトコル層の動作モードは、第１のセットの受信パラメータによって決定され、前記第２の受信プロトコル層の動作モードは、第２のセットの受信パラメータによって決定され、
各々の前記セットの送信パラメータに対応している前記複数のセットの受信パラメータを記憶するステップと、
情報を送信する前に処理するために使用される、前記一対の第１及び第２のセットの送信パラメータを示している送信プロトコル情報を提供するステップと、
前記送信プロトコル情報に基づいて、前記第１及び第２のセットの送信パラメータの対に対応している前記第１のセットの受信パラメータ及び前記第２のセットの受信パラメータから構成されている対を選択するステップと、
前記第１のセットの受信パラメータ及び前記第２のセットの受信パラメータの対を前記第１の受信プロトコル層及び前記第２の受信プロトコル層に提供するステップと、
前記情報を得るために前記受信プロトコルに基づいて受信信号を処理するステップと
を備えている、受信プロトコルに基づいて受信された信号を処理するための方法。
【請求項２２】
請求項１９又は２０又は２１に記載されている方法を実行するためのプログラムコードを有している、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公表番号】特表２００７−５１５８３３（Ｐ２００７−５１５８３３Ａ）
【公表日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０９８１０（Ｐ２００５−５０９８１０）
【出願日】平成１５年１０月１５日（２００３．１０．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００３／０１１４４６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４１５３３
【国際公開日】平成１７年５月６日（２００５．５．６）
【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）】
【公表日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１０月１５日（２００３．１０．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００３／０１１４４６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４１５３３
【国際公開日】平成１７年５月６日（２００５．５．６）
【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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