階層型通信シナリオにおける複数の通信層の動作を制御する装置および方法
通信チャネルを通じて情報を伝送する階層型通信システムの複数の通信層の動作を制御する装置であって、通信チャネルのプロパティを提供するための手段と、第１および第２の通信層の現在の状況を決定するために第１の通信層の第１のセットのパラメータと第２の通信層の第２のセットのパラメータとを取り出すためのエクストラクタと、第１の通信層の特性をモデリングしている第１のアブストラクション・モデルと第２の通信層の特性をモデリングしている第２のアブストラクション・モデルとを提供するための手段と、第１のアブストラクション・モデル、第２のアブストラクション・モデル、チャネル・プロパティおよび最適化の目標に基づいて、第１の通信層によって使用される最適化された第１のセットのパラメータと第２の通信層によって使用される最適化された第２のセットのパラメータとを決定するための手段と、最適化された第１のセットのパラメータを第１の通信層に提供し、最適化された第２のセットのパラメータを第２の通信層に提供するための手段とを備えている。これにより通信リソースを効率的に活用することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠距離通信技術、特に、伝送される情報を処理するための、および／または受信された情報を処理するためのプロトコル層を使用する通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体無線通信環境において、例えば無線リンクといった通信リンクの動的な振る舞いにより、信頼のできるハイクオリティなサービスを提供することは難しい課題である。したがって、システム設計者は、時間に依存するリソース利用性、フェージングエラー、機能停止またはハンドオーバに起因する伝送クオリティの予測不能な変動に対処しなければならない。第３世代システム以降の（Ｂｅｙｏｎｄ ｔｈｅ ３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：Ｂ３Ｇ）無線ネットワークにとって、Ｂ３Ｇ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テクノロジーに及ぶことが予想されているので、この動的振る舞いは悪影響を与えるであろう。しかしながら、こうした次世代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でのサービスおよびアプリケーションの提供（プロビジョニング）は、ネットワークの多様性だけでなくアプリケーションの多様性も、新規ビジネスモデルと見なさなければならない。この新規ビジネスモデルは、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、変動しているユーザ・プリファレンスまたは変動しているユーザ状況（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要件を考慮に入れるため、オペレータは、前記変動する要件に応えるためにシステム・パラメータを動的に変える能力が必要となる。
【０００４】
通常、従来型の通信システムは、情報処理のためプロトコル・スタックに配置された複数の通信層を利用している。図４に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４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９０１と、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、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】
一般的に言えば、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、通信チャネルを通じて伝送される情報として、例えばビデオデータストリームといったメディアデータストリームを含んでいる。代替として、伝送される情報は、通信チャネルを通じて伝送される、ビデオおよ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、トランスポート・サービスを提供するトランスポート層９０７と直接通信し、通信のために使用される物理ネットワークに応じて宛先シンク（ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ｓｉｎｋ）に情報を伝送され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、全ての通信ネットワークにおいて共通のピアツーピア（ｐｅｅｒ ｔｏ ｐｅｅｒ：Ｐ２Ｐ）通信を維持するため、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している。ピアツーピア通信は、例えば、トランスポート層９０７が宛先ネットワークに実装された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しているネットワーク層９０５と直接通信し、それによりエンド・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、ネットワーク層フレームを、データリンク層９０３および物理層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および物理層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場合がある。
【００１０】
リンク層は、ビットで表現された情報の通信チャネルを通した伝送を維持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、そして例えば送達確認フレームを送信す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している。さらに、データリンク層９０３は、例えばマルチユーザ・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、ある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、更に符号化するように動作している。
【００１２】
図４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４に示されているプロトコル・スタックは、アプリケーション層９０１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およびプレゼンテーション層といった２つの層を除いて、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４に示しているインターネット・プロトコル・スタックは、Ｂ３Ｇシステムおよびアプリケーションの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、変動する伝送環境の中で良好な伝送クオリティを実現するため、利用可能なネットワーク・リソースを効率的に利用することは、問題に直面している通信システムまたはアプリケーションを、例えば変動する伝送特性およびアプリケーション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ケースでは、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、伝送されるデータビットストリームの適切な符号化が必要となってくる。それに応じて、物理層は、例えば変調スキームを現在のチャネル特性にアダプテーションさせるようになっている。それゆえ、システムをアダプテーションすることは、プロトコル・スタックの全てのプロトコル層で、各々の通信層の動作モードを決める各々のパラメータを適合させることによって、実行することが可能である。
【００１４】
従来的に、例えばビデオストリームといった特定のアプリケーションに対応しているシステムの最適化は、例えばＰＯＴＳ（Ｐｌａｉｎ Ｏｌｄ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｙ Ｓｅｒｖｉｃｅ）のケースのように、例えば階層化していないシナリオにおいて唯一のサービスを提供するシステムでは、垂直方式で実行されるようになっている。
【００１５】
無線インターネットなどの階層型通信システムでは、従来では、例えば利用可能な帯域幅、一定のビット誤り率を伴う実現可能なデータレートなどにおいて、利用可能な通信リソースの非効率的な利用を結果としてもたらすような、予測される最悪のケースのシナリオ（最悪条件）に対して、一部の層が独立に最適化されるようになっている。
【００１６】
現行のシステムでは、層内アダプテーション（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、上記従来技術のアプローチは、最適化の目標を達成することに関して１つの層のみが最適化されるという事実に悩まされている。例えば、伝送クオリティを改善するために、物理層は伝送パワーを、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、上記従来技術のアプローチは、各々の通信層の動作モードを決める１つのセットのパラメータの最適化に依存している。
【００１８】
リソースをより有効に活用するため、２つの層をアダプテーション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、ソースおよびチャネルの符号化スキームが記述されている。アダプテーション・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アダプテーションに基づいている。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、パワー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、最適化の目的でクロスレイヤ設計（ｃｒｏｓｓ−ｌａｙｅｒ ｄｅｓｉｇｎ）を適用している従来技術のコンセプトは、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アダプテーションに対して考慮されていないという不都合がある。さらに、従来技術のアプローチは、層間の依存関係を考慮していないため、そのため利用可能なリソースを効率的に利用できていない。
【００２１】
さらに、メディア・パケットの伝送時間をチャネル状態に応じて選ぶために、チャネル認識スケジューリングが適用されることがある。
【００２２】
上述した従来技術は、最適化の方法を記述している。しかしながら、上記従来技術文献は、異なる種類のクロスレイヤ・アダプテーション（ｃｒｏｓｓ−ｌａｙｅｒ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ）機構を可能にするためのアプローチは開示していない。
【００２３】
従来技術のアプローチの更なる欠点は、開示された最適化スキームがフレキシブルでないという点にある。上述した従来技術のアプローチは、最適化のため、例えばパワー制御および伝送データレートといった１つまたは２つの特定のパラメータを考慮するのみで、利用可能な通信リソースを十分活かすための更なる最適化のシナリオは考慮されていない。
【００２４】
最新のシステム・アーキテクチャは、クロスレイヤ・アダプテーションに対して設計されていないことから、Ｐｒｅｈｏｆｅｒ、Ｗ．Ｋｅｌｌｅｒｅｒ、Ｒ．Ｈｉｒｓｃｈｆｅｌｄ、Ｈ．Ｂｅｒｎｄｔ、およびＫ．Ｋａｗａｍｕｒａ共著の「Ａｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｆｏｕｒｔｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＪＣＮ）、２００２年１２月、第４巻、第４号において、クロスレイヤ・アダプテーションの概念を使用している開放型プログラマブル通信システムが開示されている。しかしながら、プログラマブル・プラットフォームは、システムレベルごとに存在しているのみである。各プラットフォームは、調整された構成を可能にする安定した最小のプラットフォームベースと、追加または取り外し可能な追加のプラットフォーム・コンポーネントとから構成されている。しかしながら、最後に紹介した従来技術文献は、これらのプログラマブル・プラットフォームの動作モードを制御しているパラメータを決定するためのコンセプトを開示していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
そこで本発明の目的は、伝送される情報を処理するための通信層を使用している通信システムにおける効率的なクロスレイヤ・アダプテーション・スキームの構想を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的は、請求項１に記載された複数の通信層の動作を制御する装置によって、あるいは請求項２０に記載された伝送される情報を処理するための通信装置によって、あるいは請求項２１に記載された受信信号を処理するための通信装置によって、あるいは請求項２２に記載された複数の通信層の動作を制御する方法によって、あるいは請求項２３に記載された伝送される情報を処理するための方法によって、あるいは請求項２４に記載された受信信号を処理するための方法によって、あるいは請求項２５に記載されたコンピュータ・プログラムによって、達成される。
【００２７】
本発明は、特定の通信層の動作モードを決めるパラメータが、特定の通信層の振る舞いを記述するアブストラクション・モデル（ａｂｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ）を同時にエミュレートすることによって同時に決定されるとき、複数の通信層が、効率的に制御可能である、という所見に基づいている。特に、アブストラクション・モデルに基づいて、最適化の目標に関する例えば伝送クオリティといった通信層のパフォーマンスが、例えばビット誤り率といったチャネル・プロパティを考慮した上で最適化できるように、最適なパラメータを求めることができるようになっている。
【００２８】
本発明のアプローチは、複数の最適化の目標を達成するため、複数の通信層の同時最適化の概念を提供している。特にマルチユーザ・シナリオにおいて、通信システムは、第１ユーザの信号および第２ユーザの信号を通信チャネルを通じて伝送するようになっている。第１ユーザの信号は、例えばビデオストリームといった、伝送される情報を含んでいる場合があるが、この場合、信号歪みを小さくするために一定の伝送クオリティが必要である。同様に、第２ユーザのストリームは、伝送される情報を含んでいる場合がある。この場合、最適化の目標は、その情報を処理している通信層とその情報を伝送している通信層のパフォーマンスを同時に最適化することにある。特に、伝送される情報を管理または処理している通信層は、既に言及されたアプリケーション層である場合がある。一方、通信チャネルを通じた伝送を管理している通信層は、図４において従来技術のプロトコルとの関連で示した物理層を備えている場合がある。
【００２９】
本発明によれば、通信層は、例えば第１の通信層の動作モードを決める第１のセットのパラメータと第２の通信層の動作モードを決める第２のセットのパラメータとを同時に決定することによって、同時に最適化されるようになっている。しかしながら、特定の通信層の動作モードは、層間依存関係に起因して、つまりその特定の通信層によって実行される作業の複雑さおよび実行される複数のジョブに起因して、解析的に設定することはできない。この問題を解決するため、特定の通信チャネルの振る舞い（または特性）をモデリングしているアブストラクション・モデルが使用されるようになっている。状態図によって表されるアブストラクション・モデルは、２００３年にＰｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ社から出版されたＡｎｄｒｅｗ Ｔａｎｅｎｂａｕｍ著の「Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」、第４版に記載されている。しかしながら、そこに開示されているアブストラクション・モデルは、単一の通信層をモデリングするために一般的に使用されるようになっている。
【００３０】
本発明によれば、最適なセットのパラメータは、最適化すべきプロトコル層の特定の特性をモデリングしているアブストラクション・モデルを基礎として最適化されなければならない少なくとも２つのプロトコル層の振る舞いを、同時にエミュレートすることよって決定されるようになっている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の利点は、最適なセットのパラメータが現在のチャネル状態および最適化の目標に基づいて動的に求められるということにある。それゆえ、異なる伝送シナリオにおいて複数の最適化目標を達成するためにプロトコル・スタックを適応的に最適化することに関してフレキシビリティを実現させることができる。
【００３２】
本発明の更なる利点は、通信層が同時的に最適化されるということである。それゆえ、層間依存関係を考慮したグローバルな最適化が実行されることから、利用可能な通信リソース、例えば利用可能な帯域幅は、全てまたはほぼ全て有効に活用され得る。
【００３３】
本発明の更なる利点は、プロトコル層の現在の状態または現在のチャネル状態の情報が全ての通信層で利用できるので、どのプロトコル層も最適化できるということである。それゆえ、従来技術のアプローチに共通する非効率的な垂直的な情報の転送は回避されるようになっている。それゆえ、最適化の目標やチャネル・プロパティなどに応じて、最良の最適化結果を保証する通信層は、どれも最適化の目標を達成するために最適化することが可能である。
【００３４】
通信層（プロトコル層）を使用する通信システム、すなわちＢ３Ｇシステム、の最適化に使用される最適化スキームは、クロスレイヤ設計で構成されている。ここでは、アプリケーション・パラメータから物理的伝送に及ぶプロトコル・スタックのいくつかの層が考慮されるようになっている。図５に通信システムの具体的な態様を示している。そこでは、１つの特定のアプリケーションに対する垂直的な方式のクロスレイヤ最適化を基礎としている通信システムの最適化が、実証されている。
【００３５】
図５に示したシステムは、送信機１００１（基地局）および受信機１００３を備えている。送信機１００１は、伝送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を適用している。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、ＭＡＣおよびＰＨＹから構成されているリンク層とを備えている。一方、受信機１００３は、送信機１００１によって送信された送信信号の受信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を適用している。プロトコル・スタック１００７（受信側プロトコル・スタック）は、リンク層と、ＩＰ層（ネットワーク層に相当）と、ＴＣＰ／ＵＤＰ層（トランスポート層に相当）と、アプリケーション層とを備えている。
【００３６】
図５は、対応し合う層、例えばトランスポート層とＴＣＰ／ＵＤＰ層とが互いに通信し合うピアツーピア（Ｐ２Ｐ）通信原理も明示している。
【００３７】
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、例えばボトムアップの情報配信が実行されるようになっている。例えば、リンク層は、例えば信号対ノイズ比（ＳＮＲ）または最大可能送信パワーといった物理的制約パラメータとしてチャネル・プロパティを取り出すようになっている。物理的制約パラメータは、次にアプリケーション層に転送され、そこでリアルタイム符号化・復号化スキーム（ｃｏｄｅｃ）を使用するビデオストリーミングが実行されている。言い換えると、アプリケーション層は、ビデオストリーミングに必要な伝送クオリティが実現できるようにリアルタイム・コーデック（ｃｏｄｅｃ）を物理的制約パラメータに適用するようになっている。
【００３８】
従って、アプリケーション層は、リンク層にサービス品質（ＱＯＳ）要件（例えば或るサービスに関連している或る決まったビット誤り率）について知らせるように動作している。この場合、リンク層は、ＱＯＳが満足されるようにより包括的な符号化スキームを適用している。
【００３９】
図５に示した本発明のクロスレイヤ・アダプテーション技術は、システムの部分（パーツ）を動的に変化する環境に適応させるための、プロトコル・スタックの従来的な層にわたる層間情報交換に基づいている。既に言及したように、情報がプロトコル・スタックを上下両方向に伝搬するように動作している。クロスレイヤ情報交換は、アプリケーションがより下位の層（例えばリンク層）から、現在のネットワーク状態、および伝送クオリティに影響を与える予測可能なイベント、例えばハンドオーバに関する情報を受信することを意味している。それゆえ、下位の層は、既に述べたように、アプリケーションの現在の伝送要件についての情報を受信している場合がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１に、第１の通信層１０１と第２の通信層１０３とを含んでいるプロトコル・スタックを示している。第１の通信層１０１および第２の通信層１０３の動作モードを制御するために、（プロトコル・スタックに含まれる）複数の通信層の動作を制御する本発明の装置は、第１の入力１０７と、第２の入力１０９と、第１の出力１１１および第２の出力１１３を有しているエクストラクタ１０５とを備えている。第１の通信層１０１は、第１の入力１０７を介してエクストラクタ１０５に接続されており、一方、第２の通信層１０３は、第２の入力１０９を介してエクストラクタ１０５に接続されている。第１の出力１１１および第２の出力１１３は、最適化された第１のセットのパラメータと最適化された第２のセットのパラメータを決定するための手段１１５に入力されるように動作している。最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、入力１１７と入力１１９が更に入力されるように動作している。加えて、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、入力１２３、第１の出力１２５、第２の出力１２７を更に入出力するように動作している。第１の出力１２５および第２の出力１２７は、最適化された第１のセットのパラメータおよび最適化された第２のセットのパラメータを提供するための手段１２９に入力されるように動作している。最適化されたセットのパラメータを提供するための手段１２９は、第１の通信層１０１に送られる第１の出力１３１と第２の通信層１０３に送られる第２の出力１３３とを備えている。
【００４１】
さらに、図１に示した装置は、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段（１１５）へ入力（１２３）を送るようになっている最適化の目標を提供するための手段（１３５）を備えている。
【００４２】
図１に示した装置は、通信チャネルのプロパティを提供するための手段１３５を更に備えている。通信チャネルのプロパティを提供するための手段１３５は、第２の通信層１０３に接続されている。通信チャネルのプロパティを提供するための手段１３５の出力は、最適化された第１のセットのパラメータと最適化された第２のセットのパラメータを決定するための手段１１５の入力１１７を介して接続されている。
【００４３】
加えて、図１の装置は、第１のアブストラクション・モデルと第２のアブストラクション・モデルとを最適化された第１および第２のセットのパラメータを決定するための手段１１５に提供するための手段１３７を備えている。より具体的には、第１のアブストラクション・モデルと第２のアブストラクション・モデルを提供するための手段１３７は、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５の入力１１９となる出力を有している。
【００４４】
図１に示した装置は、複数の通信層の動作を制御するようになっている。そこには一例にすぎないが、第１の通信層１０１と第２の通信層１０３が記載されている。階層型通信システムは、通信チャネルを通じて情報を遠隔の受信機に伝送するように動作している。第１の通信層１０１の動作は、第１のセットのパラメータによって決まるように動作している。同様に、第２のセットのパラメータは、第２の通信層の動作モードを決めるようになっている。第１の通信層１０１と第２の通信層１０３の動作を制御するため、本発明に関係するエクストラクタ１０５は、第１の通信層と第２の通信層の現在のステージを特定する、第１の通信層の第１のセットのパラメータと第２の通信層の第２のセットのパラメータとを取り出すようになっている。複数の通信層から２層以上の通信層にアクセスするため、エクストラクタ１０５は、特定の通信層のみが最適化の目標を達成するために同時に最適化されるよう、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５によって制御されることがある。取り出された第１および第２のセットのパラメータは、プロトコル・スタックの最適化された動作モードを実現するために、最適化された第１のセットのパラメータと最適化された第２のセットのパラメータを決定するための手段１１５に提供されるように動作する。最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１の通信チャネル１０１の振る舞いをモデリングしている第１のアブストラクション・モデルと、第２の通信チャネル１０３の振る舞いをモデリングしている第２のアブストラクション・モデルと、チャネル・プロパティを提供するための手段１３５によって提供されるチャネル・プロパティと、例えばデータレートまたはビット誤り率に関する伝送クオリティといった最適化の目標とに基づいて、第１の通信層１０１によって使用される最適化された第１のセットのパラメータと、第２の通信層１０３によって使用される最適化された第２のセットのパラメータとを決定するように動作する。
【００４５】
最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１および第２のアブストラクション・モデルを提供するための手段１３７から第１および第２のアブストラクション・モデルを受け取るように動作する。例えば、第１および第２のアブストラクション・モデルを提供するための手段１３７は、異なる通信層に対する複数の異なるアブストラクション・モデルを格納するための記憶素子を備えている。特に、第１のアブストラクション・モデルは、第１の通信層の特性（振る舞い）をモデリングするが、そこでは層間依存関係が考慮されている場合がある。第１の通信層の特性は、第１のアブストラクション・モデルによってモデリングされることであり、例えば使用されている符号化スキームについての情報を含んでいる第１のセットのパラメータに依存することである。同様に、第２のアブストラクション・モデルは、第２のセットのパラメータに依存している第２の通信層の特性をモデリングするように動作している。
【００４６】
既に言及したように、アブストラクション・モデルは、各々の動作モードを記述している状態図を備えている場合がある。より具体的には、第１のアブストラクション・モデルは、或る状態と、或る状態から更に進んだ状態と、それらの両方の状態の間の遷移とを有している第１の状態図を備えている。同様に、第２のアブストラクション・モデルは、或る状態と、或る状態から更に進んだ状態と、それらの両方の状態の間の遷移とを有している第２の状態図を備えている。状態図は、例えばマルコフモデル、ペトリネットなどで実施されている場合がある。一般に、第１の状態図は、第１の通信層のパラメータ依存性の振る舞いをモデリングするように動作している。同様に、第２の状態図は、第２の通信層のパラメータ依存性の振る舞いをモデリングするように動作している。このパラメータ依存性は、例えば、２つの状態間の遷移または或る特定の状態で生成された出力が対応しているセットのパラメータによって基本的に決まるということを意味している。
【００４７】
最適化された第１および第２のセットのパラメータを決定するため、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１のアブストラクション・モデルおよび第２のアブストラクション・モデルを提供するための手段１３７から、最適化のために使用されるアブストラクション・モデルを選択するように動作する場合がある。最適化のために使用される第１および第２のアブストラクション・モデルは、固定されることがあり、これらのアブストラクション・モデルのエミュレーションは、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５によって実行されるようになっている場合がある。
【００４８】
最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１のセットのパラメータおよび第２のセットのパラメータを受け取り、第１のセットのパラメータを第１のアブストラクション・モデルに入力し、第２のセットのパラメータを第２のアブストラクション・モデルに入力するとともに、チャネル・プロパティと、最適化の目標と、第１および第２のセットのパラメータによって決まる第１および第２の通信層の現在の状態とに従って、第１のアブストラクション・モデルと第２のアブストラクション・モデルとを同時にエミュレートすることによって、最適化の目標を達成するために、第１の最適化されたセットのパラメータと第２の最適化されたセットのパラメータとを同時に決定するように動作する。
【００４９】
最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１のセットのパラメータおよび第２のセットのパラメータを使用して最適化の目標が達成できないときに、最適化された第１のセットのパラメータと最適化された第２のセットのパラメータが決定されるべきことを合図するために、チャネル・プロパティに従って第１のセットのパラメータを使用する第１のアブストラクション・モデルを解析するとともに第２のセットのパラメータを使用する第２のアブストラクション・モデルを解析するためのアナライザを更に備えている。
【００５０】
さらに、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、最適化の目標を達成するために、どの通信層が最適化されなければならないかを決定するように動作する。
【００５１】
最適化されたセットのパラメータを対応する通信層に提供するため、図１に示した本発明の装置は、最適化された第１のセットのパラメータを第１の通信層に提供し、最適化された第２のセットのパラメータを第２の通信層に提供するための手段１２９を備えている。好ましくは、最適化された第１のセットおよび最適化された第２のセットのパラメータを提供するための手段１２９は、第１の通信層および第２の通信層とインタフェースで接続するためのプロトコル・インタフェースを備えている場合がある。
【００５２】
既に言及したように、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、チャネル・プロパティを考慮に入れている。第２の通信層は、通信チャネルを通じての情報の伝送を管理する働きをするプロトコル層となっている場合がある。また例えば、第２の通信層１０３は、更に通信チャネルのプロパティを取り出す働きをする物理層を備えているが、これは従来の通信システムで一般的に使用されている技術である。通信チャネルのプロパティを提供するための手段１３５は、通信チャネルのプロパティを受け取るために第２の通信層１０３に接続するようになっている。好ましくは、通信チャネルのプロパティを提供するための手段１３５は、物理層とインタフェースで接続するためのプロトコル層インタフェースを備えている。通信チャネルのプロパティを提供するための手段１３５によって、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５に提供されるチャネル・プロパティは、ビット誤り率または／および該ビット誤り率を伴うチャネル・データレートまたは／および伝送遅延または／および該ビット誤り率を伴う伝送パワーまたは／およびチャネル・コヒーレンス時間または／およびチャネル・コヒーレント帯域幅となっている場合がある。
【００５３】
既に言及したように、最適化の目標は、伝送クオリティの最適化を含んでいる場合がある。この場合、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１のアブストラクション・モデルを使用している第１の通信層の振る舞いおよび第２のアブストラクション・モデルを使用している第２の通信層の振る舞いをエミュレートすることによって、最適化された第１のセットのパラメータおよび最適化された第２のセットのパラメータを決定するように動作しているが、このときこれらのアブストラクション・モデルのエミュレーションが、各々の通信層の現在のステージから開始して始められることができるように、第１のセットのパラメータおよび第２のセットのパラメータは、初期パラメータとなっている。
【００５４】
例えば、第１の通信層は、歪みを伴う情報レートを有している情報信号を提供するために、伝送される情報を符号化するようになっている。第１の通信層は、例えば、従来技術によるプロトコル・スタックとの関連で論じたアプリケーション層である場合がある。歪みは、伝送された情報と受信された情報との間の差異を記述するようになっている。（既知の）レート歪み理論によれば、伝送される情報は、その情報が受信機で再現できるように、一定の歪みまたは一定の歪みプロファイルを伴う最小の情報レートで伝送することが可能なようになっている場合がある。
【００５５】
例えば、第１の通信層は、情報信号を提供するために情報を符号化するようになっているが、そこではデータ圧縮が実行されるように動作している。一方、第２の通信層は、通信チャネルを通じて伝送するための伝送信号を取得するためにその情報信号を符号化するように動作している。例えば、第２の通信層は、既に述べたようにデータリンク層と物理層とを備えている。好ましくは、伝送信号は、情報レートをサポートする例えば１０-6といった一定のビット誤り率を伴うデータレートを有している。この場合、最適化の目標は、歪みプロファイルを超えないように、最小の達成可能な情報レートが実現されるように情報を符号化することによって、かつ、受信機側で情報が再現できるように、一定のビット誤り率を超えないようなデータレートを有する伝送信号を取得するために情報信号を符号化することによって、伝送クオリティの最適化を図ることにある。最適化の目標を達成するため、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、歪みを伴う情報レートを有している情報信号を取得して情報を符号化するために使用される最適化された第１のセットのパラメータと、情報レートをサポートするデータレートを有している伝送信号を取得して情報信号を符号化するために使用される最適化された第２のセットのパラメータとを同時に決定するように動作する。
【００５６】
既に言及したように、本発明のコンセプトは、マルチユーザ伝送スキームの場合のプロトコル層の最適化にも適用されることがある。この場合において、マルチユーザ・シナリオによれば、情報は、第１のユーザに関連している第１の情報と第２のユーザに関連している第２の情報とを含んでいる。最適化の目標は、例えば、第１の情報、すなわち第１のユーザにとっての、更に第２の情報、すなわち第２のユーザにとっての、最適化された伝送クオリティを実現することである。この場合、第１の通信層は、第１のユーザに関連している第１の情報信号と第２のユーザに関連している第２の情報信号とを取得するために、第１の情報を符号化するように動作している。一方、第２の通信層は、通信チャネルを通じて伝送される複合信号を取得するために、第１の情報信号および第２の情報信号を符号化するように動作している。最適化の目標を達成するため、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１の情報および第２の情報を符号化するために、第１の通信層によって使用される最適化された第１のセットのパラメータと、第１の情報信号と第２の情報信号を符号化するために第２の通信層によって使用される最適化された第２のセットのパラメータとを、第１の情報および第２の情報の伝送クオリティを最適化するために同時に決定するように動作する。
【００５７】
例えば、第２の通信層は、最適化された第２のセットのパラメータを使用して第１の情報信号および第２の情報信号をスケジュールするように動作している。本文中において、スケジューリングは符号化の一部の形態である。こうして、第１の情報信号は第１の時間フレーム内に伝送され、第２の情報信号は第２の時間フレーム内に伝送されるが、第１および第２の時間フレームは、例えば、複合信号を伝送するのに必要とされる時間フレームによって決まるように動作している。好ましくは、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１の歪みを伴う第１の情報レートを有している第１の情報信号を取得し、かつ第２の歪みを伴う第２の情報レートを有している第２の情報信号を取得するために、最適化された第１のセットのパラメータを決定するように動作する。それと同時に、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１の情報レートおよび第２の情報レートをサポートするようなデータレートを有している複合信号を取得するために第２のセットのパラメータを決定するように動作する。言い換えると、第１の通信層は、伝送される情報を処理するようになっており、第２の通信層は、ユーザ・スケジューリングするように動作している。
【００５８】
本発明によれば、例えばメディアデータ・スケジューリングといった情報スケジューリングもまた、プロトコル・スタックの動作モードを最適化すると同時に実行することができる。この場合、第１のユーザに関連している第１の情報は、第１の副情報と第２の副情報とを含んでいる。最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は更に、第１の情報信号を取得するために第１の副情報および第２の副情報を選択的に符号化するための第１の通信層によって使用される第１の最適化されたセットのパラメータを決定するように動作する。例えば、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１の副情報および第２の副情報が第１の情報信号の異なる位置に配置されるように、第１の情報信号内において第１の副情報および第２の副情報をスケジュールするため、最適化された第１のセットのパラメータを決定するように動作する。言い換えると、第１の副情報および第２の副情報が伝送フレーム内の異なる時間的瞬間に伝送されるようになっている。
【００５９】
既に言及したように、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１の通信層および第２の通信層の現在のステータスに基づいて実行される場合がある。本発明の更なる実施形態によれば、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は更に、現在のステータス情報を提供するために、第１のセットの係数、すなわち現在使用中の係数で決まる第１の通信層の現在のステータスと、第２のセットの係数、すなわち現在使用中の係数で決まる第２の通信層の現在のステータスとをモニタするようになっている。ステータス情報は、例えば、最適化の目標が第１および第２のセットのパラメータを利用することでは達成不可能あったため、最適化された第１および／または第２のセットのパラメータが決定されなければならないことを示す場合がある。最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、どのセットのパラメータが最適化され置き換えられなければならないかの判定を行うように動作する。
【００６０】
既に言及したように、本発明のコンセプトは、情報スケジューリングおよびユーザ・スケジューリングによるプロトコル・スタックの最適化にも適用される場合がある。例えば、伝送される情報は、第１のユーザに関連している第１の情報と、第１のユーザに関連している第２の情報と、第２のユーザに関連している第３の情報と、第２のユーザに関連している第４の情報とを含んでいる。第１の通信層は、第１のユーザに関連している第１の情報信号を取得するために第１の情報および第２の情報をスケジュールするように動作する。
【００６１】
加えて、第１の通信層は、第２のユーザに関連している第２の情報信号を取得するために第３の情報および第４の情報をスケジュールするように動作している。第２の通信層は、伝送するためのスケジュールされたマルチユーザ・ストリームを取得するために、第１の情報信号および第２の情報信号をスケジュールするように動作している。最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、例えば各ユーザの伝送クオリティの最適化が実現されるように、第１の情報信号および最適化された第２の情報信号を提供するために第１の通信層によって使用される最適化された第１のセットのパラメータと、スケジュールされたマルチユーザ信号を提供するために第２の通信層によって使用される第２のセットのパラメータとを同時に決定するように動作する。
【００６２】
各々の通信層に各々の最適化されたセットのパラメータを提供するため、本発明の装置は、最適化された第１のセットのパラメータと最適化された第２のセットのパラメータとを第１の通信層１０１と第２の通信層１０３とにそれぞれ提供するための手段１２９を備えている。最適化されたセットのパラメータを提供するための手段１２９は、第１の通信層および第２の通信層とインタフェースで接続するためのプロトコル・インタフェースを備えている。例えば、第２の通信層は、物理層を備えている。この場合、最適化されたセットのパラメータを提供するための手段１２９は、対応している物理層インタフェースを介して、物理層とインタフェースで接続するようになっている。通常、物理層は、変調、例えば振幅変調の機能を担っている。このため、第２のセットのパラメータまたは最適化された第２のセットのパラメータは、使用される変調スキームを決める１つのサブセットの変調パラメータを含んでいることがある。本発明によれば、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は更に、物理層の動作モードを、例えば、使用される１サブセットの変調パラメータを決定することによって、制御するようになっている。
【００６３】
また、第２の通信層は、使用される前方誤り符号化スキームを決める１サブセットの符号化パラメータを使用して前方誤り符号化を実行するように動作しているデータリンク層を含んでいる場合がある。この場合、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は更に、最適化の目標を達成するために物理層によって使用される１つのサブセットの符号化パラメータを決定するように動作する。
【００６４】
好ましくは、複数の通信層の動作を制御する本発明の装置は、伝送プロトコルに従って伝送される情報を処理するための通信装置内に組み込まれている。伝送プロトコルは、伝送される情報を処理するための複数のプロトコル層を備えており、伝送される情報は、例えばＣＤなどの情報源から提供されるようになっている。複数のプロトコル層を制御するため、本発明の通信装置は、上記説明に従って複数の通信層の動作を制御する装置を備えている。加えて、プロトコル層に従ってその情報を処理するため、本発明の通信装置は、その情報を処理するためのプロセッサを更に備えている。このプロセッサはネットワーク・プロセッサである場合がある。
【００６５】
図２に複数の通信層の動作を制御する装置の更なる実施形態を示す。
【００６６】
図２の装置は、入力２０３と、入力２０５と、入力２０７と、入力２０９および出力２１１を有しているクロスレイヤ・オプティマイザ２０１とを備えている。第１のインタフェース２１３は、プロトコル・スタック１００５のアプリケーション層とクロスレイヤ・オプティマイザの入力２０３との間に備えられている。第１のインタフェース２１３は、ブロック２１５の入力に対応している出力を有している。ブロック２１５は、アプリケーション指向オプティマイザであるクロスレイヤ・オプティマイザの入力２０５に対応している出力を有している。
【００６７】
さらに、第２のインタフェース２１７は、プロトコル層１００５のリンク層とクロスレイヤ・オプティマイザ２０１の入力２０９との間に備えられている。第２のインタフェース２１７は、第２のブロック２１９の入力に対応している出力を更に備えており、該第２のブロック２１９は、クロスレイヤ・オプティマイザの入力２０７に対応している出力を有している。
【００６８】
クロスレイヤ・オプティマイザ２０１の出力２１１は、アプリケーション層に接続している第１の出力とリンク層に接続している第２の出力とを有している決定素子２２２接続されている。
【００６９】
第１のインタフェース２１３は、マルチメディア・スケジューリング、例えばソースレート・スケジューリングを実行するため、アプリケーション層のパラメータ、すなわち第１のセットのパラメータを取り出すようになっている。インタフェース２１３によって取り出されたパラメータは、例えば、ソース歪みプロファイルと遅延制約条件とを含んでいる第１のブロック２１５に提供されている。
【００７０】
一方、第２のインタフェース２１７は、マルチユーザ・スケジューリング、例えば伝送レート・スケジューリングに関してリンク層からパラメータを取り出すようになっており、パラメータ・アブストラクトを第２のブロック２１９とクロスレイヤ・オプティマイザ２０１とに提供するようになっている。第２のブロック２１９は、マルチユーザ伝送データレート、チャネル・コヒーレンス時間またはパケット損失率（Ｐｅ）を含んでいる情報を提供するように動作している。クロスレイヤ・オプティマイザは、アブストラクション・モデルをエミュレートすることによって、最適化された１セットのパラメータを決定するように動作している。決定素子２２２は、最適化されたセットのパラメータを、対応する通信層に提供するように動作している。
【００７１】
図２に示しているように、パラメータ・アブストラクトは、単なる一例に過ぎないが、最適化されたセットのパラメータを決定するために使用されるアブストラクション・モデルであるマルコフ・オン／オフ・モデルのパラメトリゼーションに基づいて実行されるように動作している。
【００７２】
本発明の装置およびそれに対応する方法は、サービス・プラットフォームのレベルにあるオプティマイザ・コンポーネント（これは複数の通信層の動作を制御する装置に対応している）が、調整機能、モデリング機能および意思決定機能を実行するような方法で、無線環境でのリアルタイム（実時間）アプリケーションにおいてユーザが感受するようなクオリティの改善をもたらす。特に、オプティマイザ・コンポーネントは、以下のようなタスク、すなわち、選ばれたシステム層のステータス情報のモニタリング、ステータス情報を管理可能にする適切なアブストラクション・モデルの保持、アブストラクション・モデルの動的解析、これらのモデルに基づくパラメータの同時最適化、どのような新たなパラメータ設定（セッティング）がどのシステム層に必要かについて判断するような動的意思決定、各々の層でシステムを制御するためのパラメータのフィードバック、パラメータを全ての層に提供するあるいは全ての層で同時にそれらのパラメータを使用するために提供することが不可能な場合の初期状態へのロールバック、といったタスクを実行するようになっている。
【００７３】
さらに、本発明の意思決定は、システムのステータスの不必要な揺らぎを回避するため、パラメータ修正の決定が現在の設定（セッティング）および履歴を考慮した上で実行されるということによって特徴付けられている。
【００７４】
本発明のオプティマイザ・コンポーネントは、上述したように、調整タスクおよびモデリング・タスクを実行することによるクロスレイヤ最適化のための、異なるアルゴリズムを実現かつサポートすることが可能となっている。例えば、本発明のクロスレイヤ最適化は、無線ネットワーク・リソースの活用の改善を支援し、これにより従来技術のアプローチと比べて同一のシステムにおいて複数のユーザに対して、より同時的に対応することが可能となっている。同じ数のユーザの場合に対し、伝送クオリティは改善し得る。さらに、マルチユーザの間でより均等に配分されているユーザが感受するクオリティが実現可能である。さらに、本発明のアプローチは、同時に様々な伝送特性およびアプリケーション要件に動的に適応する可能性を提供している。まとめると、本発明のコンセプトは、システム・オペレータのコスト節約、より良いユーザ満足度およびサービス受容の可能性を与えている。
【００７５】
再び図２に示している実施形態を参照して説明する。図中には、階層型通信システムのアプリケーション支援ミドルウェアに存在しているオプティマイザ・コンポーネントの可能な実装が示されているが、そこでは一例として、ビデオストリーミング・アプリケーションおよびリンク層伝送制御のクロスレイヤ・アダプテーションが実証されている。ここでは、アプリケーション層でのビデオデータ・スケジューリングおよびリンク層でのマルチユーザ・スケジューリングのクロスレイヤ最適化が示されている。目標は、無線リソースを効率的に使用している間にユーザによって感受されるエンド・ツー・エンド品質を最大化することにある。ビデオデータ・スケジューリングは、１ストリーミング・セッション内にどのデータ・セグメントがいつ送られなければならないかを決定するプロセスであり、一方、マルチユーザ・スケジューリングは、例えば、どのユーザが所与の時間、周波数またはコードでチャネルを使用することが許されるかを決定するようになっている。
【００７６】
特に、図２に示している実施形態は、本発明のオプティマイザ・コンポーネントのタスクを明示しているが、そこではステータス情報は、選ばれたシステム層から、特にアプリケーション層から、そしてＭＡＣ層（ＭＡＣ）および物理層（ＰＨＹ）を備えているリンク層から収集されるようになっている。この実施形態では、マルティメデイア・スケジューリング、すなわち全体のクオリティに異なる影響力を持つ異なるタイプのメディアフレームの伝送順序を指定することによる、ソースデータ（情報）のスケジューリングに注意が払われている。加えて、本発明のアプローチは、ソースレートの選択も考慮するようになっている。無数の組み合わせが可能なため、影響力が大きな組み合わせを保持するとともにアブストラクション・モデルをエミュレートすることによって、１つの特定の組み合わせの影響力を迅速に解析するため、オプティマイザ・コンポーネントは、パラメータのアブストラクションを実施するようになっている。この実施形態では、組み合わせごとに、ソースレート歪みプロファイルの実装が保持されている。
【００７７】
類似のアブストラクションがリンク層に対しても実行されている。ここでは一例として、可能な伝送時間スケジューリングの選ばれたケースが考慮されている。図３は、ユーザが３人のシステムを例に、７つのケースまで減らしたマルチユーザ・スケジューリング・システムの異なる伝送時間割り振りを示している。
【００７８】
アブストラクション・モデルに基づいて、本発明に係るオプティマイザ・コンポーネントは、変化しているチャネル状態の結果を動的に解析するが、それは両方のモデルに基づくコスト関数による感受クオリティに対するリンク層アブストラクション・モデルの一部である。この解析の結果、同時に最適化された１セットのパラメータがもたらされるようになっている。
【００７９】
最適化のポリシー（例えばコスト関数に記述されている）によれば、オプティマイザ・コンポーネントは、各々の層におけるシステム挙動を制御するため、どの新たなパラメータ設定（セッティング）がどのシステム層に必要かを決定するとともに、各々のパラメータをフィードバックしている。エラーが発生した場合、例えば、１つの層が制御不能になった場合、初期状態に戻すためにロールバック機構が開始されるようになっている。
【００８０】
本発明は、通信チャネルを通じて伝送された伝送信号の受信版である受信信号を、受信プロトコルに従って処理するための通信装置を更に提供している。伝送信号は、上述の伝送プロトコルに従って処理された情報を含んでいる場合があるが、ここで伝送プロトコルは、第１の伝送プロトコル層と第２の伝送プロトコル層とを備えており、第１の伝送プロトコル層の動作モードは、第１のセットの伝送パラメータによって決まり、第２の伝送プロトコル層の動作モードは、第２のセットの伝送パラメータによって決まるようになっている。例えば、第１のセットの伝送パラメータおよび第２のセットの伝送パラメータは、上述した第１の通信層および第２の通信層の振る舞いをモデリングしているアブストラクション・モデルに基づいてペアで決定されるようになっている。一方、受信プロトコルは、第１の受信プロトコル層と第２の受信プロトコル層とを備えており、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まり、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まるようになっている。
【００８１】
本発明の装置は、第１のセットの伝送パラメータおよび第２のセットの伝送パラメータを知らせるパラメータ情報を、例えば信号伝達によって遠隔の通信送信機から受信するための手段を備えている。さらに、本発明の装置は、第１のセットの伝送パラメータに対応している第１のセットの受信パラメータおよび第２のセットの伝送パラメータに対応している第２のセットの受信パラメータを決定するための手段と、第１のセットの受信パラメータを第１の通信層に提供し、第２のセットの受信パラメータを第２の通信層に提供するための手段とを更に備えている。
【００８２】
本発明のアプローチは、一般に複数のユーザの場合および／または各ユーザに複数の情報が付随する場合に使用できる。
【００８３】
以下の記述において、無線マルチユーザ・マルチメディア通信のアプリケーション層および無線リンク層のクロスレイヤ最適化を説明する。我々の目的は、無線リソースを効率的に活用するのみならず、無線メディア・アプリケーションのエンド・ツー・エンド品質を最適化することにある。我々の目標を成し遂げるための新規のアーキテクチャが提供かつ考案されている。このアーキテクチャは、パラメータ・アブストラクションのプロセスと、クロスレイヤ・オプティマイザと、決定情報配信のプロセスとから構成されている。加えて、本発明の同時最適化の可能性を明らかにするために、サンプル数値結果が提供されている。移動体通信におけるクロスレイヤ設計は、マルチメディアサービスのプロビジョニング（例えば音声、動画、オーディオ、データ）のコンテクストにおいて最近かなり注目されている。クロスレイヤ設計のコンセプトは、プロトコル・スタックにわたる層間コンセプトを導入し、２以上の層で通信を同時に最適化することを可能にしている。このコンセプトは、全ての通信ネットワークで採用できるが、無線環境に固有の問題（すなわち無線チャネルの時間的に変動する性質とフェージング性）があるため、無線環境では特に重要である。この無線性とユーザ移動性から、ネットワーク性能と接続性がランダムに変動する。加えて、マルチメディア・サポートの要求の厳しいＱｏＳ要件（例えばデータレート、待ち時間および誤り率）は、システム設計において移動体マルチメディア通信をより一層チャレンジングなものとしている。このチャレンジは、システム設計を基本的に独立した層に分割する従来の階層型設計アプローチで行うには困難であろう。エンド・ツー・エンドＱｏＳを提供するため、パラメータ・アダプテーションが全てのＯＳＩ層で取り組まれなければならない。そこで、異なる層の間で情報が交換されなければならないクロスレイヤ設計という本発明のコンセプトが提供される。以下において、無線マルチメディア通信に対してアプリケーション層と無線リンク層の同時最適化を提案することにより、クロスレイヤ設計コンセプトの層間結合を活用する。無線リンク層は、プロトコル・スタックにおける物理層とデータリンク層と見なされている。我々の目的は、無線リソースを有効利用するのみならず、無線マルチメディア通信アプリケーションのエンド・ツー・エンド品質を最適化することにある。この目的を成し遂げるため、クロスレイヤ最適化コンセプトを実現するための可能なソリューションを提供している、同時層最適化のためのアーキテクチャが開発されている。このアーキテクチャは、パラメータ・アブストラクションのプロセスと、クロスレイヤ・オプティマイザと、決定情報配信のプロセスとから構成されている。このアーキテクチャのあらゆる部分に具体的な形が与えられている。加えて、本発明の同時最適化の可能性を明らかにするためにサンプル数値結果が提供されている。これまでの研究は、主に単一の層における性能を最適化すること、例えばトランスポート層、ネットワーク層、データリンク層および物理層の特性へのアプリケーションのアダプテーション（ボトムアップ型アプローチ）、アプリケーション要件への物理層、データリンク層またはネットワーク層のアダプテーション（トップダウン型アプローチ）、に終始していた。またクロスレイヤ設計に関する進行中のほとんどの研究は、物理層とデータリンク（またはＭＡＣ）層の同時最適化に集中している。アドホックな無線ネットワークに対するクロスレイヤ最適化において、ネットワーク層でのルーティングの最適化を含んでいるものもあれば、物理層における伝送パワーおよび前方誤り訂正符号化の同時最適化において、ソースレートを含んでいるものもある。
【００８４】
本発明のアプローチは、我々の目標が好ましくはマルチメディア・アプリケーションのエンド・ツー・エンド品質を最適化することにある点であり、これまでのアプローチとは異なっている。このため、我々は、プロトコル・スタック内の３層、すなわちアプリケーション層（第７層）、データリンク層（第２層）、および物理層（第１層）、の同時最適化について考察している。我々は、アプリケーション層を同時最適化の対象に含める。というのも、ユーザによって観察されているエンド・ツー・エンド品質は、アプリケーションに直接依存し、アプリケーション層は、知覚品質に対するメディアデータの複合に成功した各部分の影響力についての直接的な情報を有しているからである。我々は物理層とデータリンク層も考慮に含める。というのも、移動体無線通信特有の問題は、これら２層が問題の対応をしなければならない無線チャネルの性質に起因するからである。我々の目標を達成するための新規のアーキテクチャが提供かつ考案されています。この文書の構造は以下のようなものである。
【００８５】
マルチメディアサービスの一応用例としてストリーミングビデオを想定しており、基地局に置かれたビデオストリーミング・サーバと移動端末内に置かれたストリーミング・クライアントとを考慮に入れる。図７に示しているように、Ｋ個のストリーミング・クライアントまたはユーザは、同じ無線インタフェースおよびネットワーク・リソースを共有しているが、異なるビデオコンテンツをリクエストしていると想定されている。我々のシナリオでは、ビデオストリーミング・サーバは基地局に直に置かれることから、無線接続に必要なプロトコル・スタックのみが考慮されなければならないことに注意されたい。それゆえ、プロトコル・スタックのトランスポート層およびネットワーク層は、最適化の問題から除外することができる。したがって、アプリケーション層と、物理（ＰＨＹ）層およびデータリンク層を両方組み込んでいる無線リンク層との間の相互作用に焦点を合わせればよい。基地局では、図８に示しているアーキテクチャが、サービス最適化のエンド・ツー・エンド品質を提供するのに適している。図８に同時最適化に関係しているタスクおよび情報フローを示している。必要な状態情報は、クロスレイヤ・オプティマイザのためのパラメータ・アブストラクションのプロセスを通じて、アプリケーション層と無線リンク層から最初に集められる。パラメータ・アブストラクションのプロセスは、層固有のパラメータの、クロスレイヤ・オプティマイザのための包括的なパラメータ、いわゆるクロスレイヤ・パラメータへの変換を結果としてもたらす。次いで、クロスレイヤ・オプティマイザによって最適化が特定の目的関数に関して実行されるようになっている。与えられたセットの選択候補のクロスレイヤ・パラメータ・タプルから、目的関数を最適化するためのタプルが選ばれるようになっている。特定のクロスレイヤ・パラメータ・タプルに関して決定がなされた後、オプティマイザは、その決定情報を対応する層に返送するように動作している。選択候補のクロスレイヤ・パラメータ・タプルのセットは一般的に無限集合であり得ることに注意されたい。このため決定を迅速に行うために有限集合の適切なタプルを事前に選択しておくことが必要である。こうして、最適なクロスレイヤ・パラメータ・タプルに関する最終決定は、局所最適化のみを結果としてもたらす場合がある。
【００８６】
同時最適化を実行するため、状態情報または１セットの主要パラメータが、選ばれた層から抽出され、クロスレイヤ・オプティマイザへ提供されなければならない。クロスレイヤ・オプティマイザへ提供されることは必要なことであり、というのは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または利用が制限されている場合があるためである。
【００８７】
無線ネットワークでは、物理層およびデータリンク層は、特定のサービスの提供の際の無線チャネルの動的変動に対して専用に設計されている。これは動的変動がずっと小さい有線ネットワークとは対照的である。物理層は、伝送パワー（伝送パワー制御を通じて）、チャネル推定、同期、信号形成、変調および信号検出（信号処理を通じて）を含んでいる事項を取扱い、一方、データリンク層は、無線リソース割り当て（マルチユーザ・スケジューリングまたは行列作り）と誤り制御（チャネル符号化、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）を担っている。これら２つの層は、共に無線の性質の固有の特性に密接に関係しているので、それらを一緒に検討することが有用である。以下において、これらの組み合わせ（物理層＋データリンク層）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事項が存在し、これらの事項は互いに関連し合っているので、パラメータ・アブストラクションが必要である。より具体的には、無線リンク層固有のパラメータｒij（例えば、変調文字、符号レート、放送時間、伝送パワー、コヒーレンス時間）のタプルｒi＝（ｒi1，ｒi2，．．．）の集合（セット）Ｒ＝｛ｒ1，ｒ2，．．．｝を定義する。これらの無線リンク固有のパラメータは、可変的である場合があるので、集合Ｒはそれらの値の全ての可能な組み合わせを含み、各タプルｒiは１つの可能な組み合わせを表している。
【００８８】
パラメータ・アブストラクションのプロセスを定式化するため、抽出されたパラメータｒ~ijのタプルｒ~i＝（ｒ~i1，ｒ~i2，．．．）の集合Ｒ~＝｛ｒ~1，ｒ~2，．．．｝を定義する。集合Ｒおよび集合Ｒ~の関係は、ドメインＲおよびコドメインＲ~の間の写像を表す次の関係式により設定されている。
Ｇ⊆Ｒ×Ｒ~
ここで記号×は直積を表す。Ｇは、ドメインＲおよびコドメインＲ~の間の写像を定義している（直積空間Ｒ×Ｒ~の）部分集合（サブセット）である。この写像プロセスを無線リンク層パラメータ・アブストラクションと呼ぶこととする。ユーザが１人のシナリオでは、例えば、４つの主要パラメータを抽出することできる。それらは、伝送データレートｄ、伝送パケット誤り率ｅ、データパケットサイズｓ、およびチャネル・コヒーレンス時間ｔである。これは、抽出されたパラメータのタプルｒ~i＝（ｄi，ｅi，ｓi，ｔi）をもたらす。ユーザがＫ人のシナリオでは、各ユーザのパラメータ・アブストラクションを拡張することができる。パラメータ・タプルｒ~iは４Ｋ個のパラメータｒ~i＝（ｄi(1)，ｅi(1)，ｓi(1)，ｔi(1)，．．．，ｄi(K)，ｅi(K)，ｓi(K)，ｔi(K)）を含んでいる。一群の４個のパラメータは１人のユーザに属している。
【００８９】
伝送データレートｄは、変調スキーム、チャネル符号化、およびマルチユーザ・スケジューリングによって左右される。伝送パケット誤り率ｅは、伝送パワー、チャネル推定、信号検出、変調スキーム、チャネル符号化、現在のユーザの位置などによって左右される。ユーザのチャネル・コヒーレンス時間ｔは、ユーザ速度とその周囲の環境に関係しているが、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。代わりに、伝送パケット誤り率ｅおよびチャネル・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（これらは１つの状態から別の状態への遷移確率（ｐおよびｑ）である）へ変換することが可能である。変換は次式で与えられる。
【数１】
および
【数２】
ここでｐは良い状態から悪い状態への遷移確率であり、ｑは悪い状態から良い状態への遷移確率である。
【００９０】
こうして、抽出されたパラメータのタプルはｒ~i＝（ｄi(1)，ｐi(1)，ｓi(1)，ｑi(1)，．．．，ｄi(K)，ｐi(K)，ｓi(K)，ｑi(K)）となる。この変換の１つの利点は、結果として現れるｒ~iがプロトコル・スタックにおける高位層にとってより包括的であるという点にある。
【００９１】
アプリケーション層は、メディアデータが伝送のため圧縮され、パケット化され、スケジュールされる層である。クロスレイヤ最適化のために抽出される主要パラメータは、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、アプリケーションまたはサービスに依存していることがあるので、圧縮されたソースデータの特性は、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。形式的に記述するため、アプリケーション層固有のパラメータａ~ijのタプルａ~i＝（ａ~i1，ａ~i2，．．．）の集合（セット）Ａ＝｛ａ1，ａ2，．．．｝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、可変的な場合があるので、集合はこれらの値の全ての組み合わせを含み、各タプルは１つの可能な組み合わせを表している。ここで、アブストラクトされたパラメータａ~ijのタプルａ~i＝（ａ~i1，ａ~i2，．．．）の集合Ａ~＝｛ａ~1，ａ~2，．．．｝を定義する。集合Ａと集合Ａ~の関係はドメインＡおよびコドメインＡ~の間の写像を表す次の関係式によって設定されている。
Ｈ⊆Ａ×Ａ~
ここで、この写像プロセスをアプリケーション層パラメータ・アブストラクションと呼ぶ。以下において、我々はストリーミングビデオ・サービスを想定している。このサービスのアブストラクトされたパラメータは、ソースデータレートと、毎秒フレーム数（またはピクチャ数）と、各フレーム（またはピクチャ）のサイズ（バイト単位）と、最大遅延時間とを含んでいる。オプティマイザにとって他の重要な情報は、歪みレート関数（符号化歪み）と特定の損失フレーム（またはピクチャ）の歪みプロファイルである（図９参照）。図９には、３つの異なるビデオ（動画）に対する損失フレームの歪みプロファイルと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ＧＯＰから構成され、それは毎秒３０フレームのフレームレートにおいて０．５秒に相当する。ビデオシーケンスは、平均データレート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始まるようになっている。続く１４フレームは、インターフレームであり、それらは同一のＧＯＰの全ての前のフレームが誤りなく復号された場合にのみ、成功裏に復号することができる。歪みは、表示されているビデオシーケンスとオリジナルのビデオシーケンスとの間で測られる平均二乗再現誤差（ＭＳＥ）で定量化される。図９の指数は、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、そのときは復号されていないフレームの代わりに直前に正しく復号されたフレームが表示されることが想定される。また、指数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。また、ＭＳＥは、量子化誤りによる符号化歪みと呼んでいる。
【００９２】
アプリケーション層およ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Ｒ~およびＡ~は、クロスレイヤ・オプティマイザへの入力を形成している。この２つの入力の集合からの抽出されたパラメータの、タプルの任意の組み合わせが有効であるので、以下のようなクロスレイヤ・パラメータの集合を定義することは都合がよい。
Ｘ~＝Ｒ~×Ａ~
これは２つの入力の集合をオプティマイザの１つの入力の集合に組み合わせるものである。集合Ｘ~＝｛ｘ~1，ｘ~2，．．．｝はタプルｘ~n＝（ｒ~i，ａ~j）および｜Ｘ~｜＝｜Ｒ~｜・｜Ａ~｜から構成されている。
【００９３】
このように導入された表現形式を用いて、クロスレイヤ・オプティマイザΩの作用は以下のように記述される。
Ω：Ｘ~→Ｘ∧⊂Ｘ~
オプティマイザは、入力の集合Ｘ~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Ｘ∧を選択するようになっている。
【００９４】
以下において、我々は｜Ｘ∧｜＝１、すなわちオプティマイザの出力は単一のタプルでありＸ∧＝ｘ~opt∈Ｘ~を想定している。決定すなわちクロスレイヤ・オプティマイザの出力ｘ~optは特定の目的関数
Γ：Ｘ~→Ｒ
に関して作られる。ここでＲは実数集合である。このとき、オプティマイザの出力は以下のように表すことができる。
【数３】
特定の目的関数Γの選択はシステム設計の目標に依存しており、そしてオプティマイザの出力（または決定）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では、単一ユーザのシナリオにおける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オリジナルのビデオシーケンスとの間のＭＳＥである。マルチユーザの状況では、ＭＳＥを別個に拡張することが可能である。例えば、目的関数は、全てのユーザのＭＳＥの総和とすることが可能である。すなわち、このことは次式を意味する。
【数４】
ここでＭＳＥk（ｘ~）は、クロスレイヤ・パラメータ・タプルｘ~∈Ｘ~に対するユーザｋのＭＳＥである。この目的関数は、全てのユーザにわたる平均のパフォーマンスを最適化している。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５】
これは全てのユーザのピークＳＮＲ（信号対ノイズ比）の総和を最大化することに等しい。
【００９５】
クロスレイヤ・オプティマイザの出力（または決定）ｘ~opt＝（ｒ~opt,ａ~opt）が得られると、決定ｒ~optおよびａ~optは、無線リンク層およびアプリケーション層にそれぞれ返送されなければならない。この際、パラメータ・アブストラクトのプロセスは、逆に実行されなければならず、抽出されたパラメータｒ~optおよびａ~optは、層固有のパラメータｒopt∈Ｒ、ａopt∈Ａに逆変換される。この逆変換は次式で与えられる。
ｒopt∈｛ｒ｜（ｒ，ｒ~opt）∈Ｇ｝
および
ａopt∈｛ａ｜（ａ，ａ~opt）∈Ｈ｝
｛ｒ｜（ｒ，ｒ~opt）∈Ｇ｝または｛ａ｜（ａ，ａ~opt）∈Ｈ｝が２つ以上の要素を含んでいる場合、特定の要素の選択は対応する層において、個別に対応する層で行うことができる。
【００９６】
以下の記述において、我々は本発明の同時最適化のパフォーマンスを評価するためにサンプル・シミュレーション結果を提供している。この節全体を通して、我々は３人のユーザ（ユーザ１、ユーザ２，ユーザ３）がそれぞれ異なるビデオをリクエストする状況を想定している。ユーザ１、ユーザ２、およびユーザ３は、それぞれ自動車電話（ＣＰ）、現場監督（ＦＭ）、母と娘（ＭＤ）のビデオをリクエストする。パフォーマンスの尺度として信号対雑音比（ＰＳＮＲ）を選択する。ＰＳＮＲはＰＳＮＲ＝１０ｌｏｇ10（２５５2／ＭＳＥ）で定義される。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。それゆえ、ＰＳＮＲが大きくなるほどパフォーマンスが良くなる。一例として、最悪ケースのユーザのパフォーマンスを最大化する目的関数を使用している。
【００９７】
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・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５４バイトに等しいと想定している。このサイズは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格またはＨｉｐｅｒＬＡＮ２規格の指定パケットサイズと同じである。チャネル・コヒーレンス時間は、３人のユーザ全てに対して５０ｍｓであると想定している。これは（搬送波周波数５ＧＨｚに対して）ほぼ歩行者速度に相当する。伝送データレートは、変調スキーム、チャネル符号化、およびマルチユーザ・スケジューリングに左右されるので、２つの異なる変調（ＢＰＳＫおよびＱＰＳＫ）が想定されている。さらに、図６ａに示しているように、時分割多重ベースのマルチユーザ・スケジューリングにおいて７つのケースの時間割り振りが存在すると想定されている。ユーザの伝送データレートは、ＢＰＳＫが使用されているときには１００ｋｂｐｓに等しいと想定され、全伝送時間の２／９がそれに割り当てられる。一方、ＱＰＳＫが使用され、全伝送時間の４／９が割り当てられる場合、ユーザは４００ｋｂｐｓと同程度の大きさの伝送データ伝送速度を有することができる。他方、伝送誤り率は、伝送データレート、平均ＳＮＲおよびチャネル・コードの誤り訂正能力に依存している。通常、チャネル・コードのパフォーマンスは、所与の受信ＳＮＲに対する（チャネル復号後の）残差誤り率に関して評価される。シミュレーションでは、符号レート１／２の畳み込み符号と５４バイトのデータパケットサイズを想定している。図１０に残差パケット誤り率をＳＮＲの関数として示している。しかしながら、無線リンクでは、受信ＳＮＲは一定ではないが、ユーザの移動によって引き起こされる高速フェージングのせいで平均値の周りで不安定となる。こうして、受信ＳＮＲは、物理チャネルの伝搬特性によって決まる（例えば、レイリー分布、ライス分布といった）特定の確率分布のランダム変数としてモデリングできる。フェージング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を（例えば図１０から）フェージングの統計値で平均することによって計算されている。レイリー・フェージングを想定すると、結果として生じる平均パケット誤り率は、平均ＳＮＲの関数として図１１に与えられている。この結果として生じる平均パケット誤り率は、シミュレーションではパラメータｅとして使用されている。無線リンクで一般的に観察されているユーザ位置に依存する経路損失およびシャドウイングは、各ユーザに一様に１から１００（０ｄＢから２０ｄＢ）の範囲内で、長期平均のＳＮＲをランダムかつ独立に選ぶことで考慮に入れられている。アプリケーション層では、ビデオはＧＯＰ当たり１５フレーム（０．５秒当たり）のＨ．２６４ビデオ圧縮規格を使用して符号化されている。ソースレートの２つの異なる値（１００ｋｂｐｓおよび２００ｋｂｐｓ）についても考慮に入れられている。これは、ビデオが２つの異なる目標レートで事前に符号化されており、両方のバージョンがストリーミングサーバに保存されていることを意味している。ＧＯＰの始まりに１つのソースストリームからその他のソースストリームに切り替えることができる。各ＧＯＰにおいて、最初のフレームはＩフレームであり、後続する１４個のフレームは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９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オリジナルのビデオシーケンスとの間で測られ、ＧＯＰ全体で平均される。図９において、指数は特定のフレームの損失を示している。ＧＯＰの全ての後続フレームは、復号不能になり、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想定されている。指数１６は、全てのフレームが正しく受信されたときのＭＳＥ（これは符号化歪みである）を与えることに注意されたい。また、Ｐフレームの復号の成功は同一のＧＯＰの全ての前のフレームの誤りのない受信に依存しているので、ＧＯＰの第１のフレームの損失は最大の歪みをもたらすのに対してＧＯＰの最後のフレームの損失はほとんど歪みが発生しないということにも注意されたい。さらに、各ビデオフレーム（またはピクチャ）は、最大サイズ５４バイトでパケット化され、各パケットは、１つのフレームからのデータを含んでいるのみである。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る。各フレームのサイズは、符号化段階で決定されている。これらの値は、ビットストリームおよび歪みプロファイルと一緒に保存されるようになっている。図６ｂに、ソースレート１００ｋｂｐｓにおける３つの測定対象ビデオにおけるＧＯＰのサイズ（パケット単位）を示している。図表中、ＩおよびＰｎ（ｎ＝１，２，．．．１４）は、Ｉフレームおよび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遥かに大きく、Ｐフレームのサイズは、フレームごとに変わることがわかる。このことはビデオのコンテンツに関係している。ＡＲＱのない動作モード（フォワード・モード）およびＡＲＱのある動作モード（ＡＲＱモード）が両方共詳細に調べられている。あらゆるＧＯＰを単位と見なし、各ＧＯＰは０．５秒の時間内に伝送されなければならないと想定している。フォワード・モードでは、クライアントからの確認通知が一切利用できず、伝送データレートがソースデータレートよりも大きいときには特定のクライアントに対するあらゆるＧＯＰのビデオフレームが繰り返し伝送されることを想定している。例えば、伝送データレートがソースデータレートの２倍である場合には、あらゆるＧＯＰは２回伝送されるようになっている。伝送データレートがソースデータレートの１．５倍である場合、ＧＯＰは一回だけ伝送された後、そのＧＯＰの０．５秒の間隔が終わるまで、第１のＩフレーム、第１のＰフレーム、第２のＰフレームなどが再送されるようになっている。他方、ＡＲＱモードでは、伝送されたパケットのクライアントから即時確認通知が利用可能であり、特定のクライアントのあらゆるＧＯＰのデータパケットは、ＧＯＰのデータパケットが時間順に受信されるような形で再送されることを想定している。すなわち、新たなパケットを伝送する前に、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１２から１４に３つのシナリオ（シナリオ１、２および３）のシミュレーション結果を示している。シナリオ１において、無線リンク層ではＢＰＳＫ変調のみが使用され、アプリケーション層では１００ｋｂｐｓのソースレートのみが利用可能なように制限している。それゆえ、このシナリオにおいて唯一の、一定の抽出されたパラメータ・タプル（３人のユーザ全てに対して１００ｋｂｐｓ）がアプリケーション層によって提供される一方、無線リンク層は７個の抽出されたパラメータ・タプルを提供し、これにより図６ａに示している時間割り振りの７つケースが結果としてもたらされるようになっている。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パラメータ・タプルの７つの組み合わせから１つを選択するようになっている。ＭＳＥは、既に言及した２つの要素、すなわち高速フェージング並びにユーザの位置に依存している経路損失およびシャドウイング、によって制御されているランダム変数である。一般に、高速フェージングは、経路損失およびシャドウイングよりもずっと小さい時間スケールで起こっている。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されたＭＳＥを評価している。この値に基づき、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。ユーザの位置（ポジション）のアンサンブルに関してその統計的特性も調べている。それゆえ、この平均ＭＳＥの累積分布関数（ＣＤＦ）が両方のモード（フォワード・モードおよびＡＲＱモード）のパフォーマンスを示すために選ばれている。本発明の同時最適化を含んでいるシステム（ｗ／ＪＯ）におけるパフォーマンスが最悪のユーザは、同時最適化を含んでいないシステム（ｗ／ｏＪＯ）におけるパフォーマンスが最悪のユーザと比較される。同時最適化を含んでいないシステムは、同じ量の伝送時間を全てのユーザに割り当て（すなわち図６ａにおけるケース１）、ＢＰＳＫ変調を使用し、その間、ソースデータレートは１００ｋｂｐｓに固定されることが想定されている。図１２から、パフォーマンスが最悪のユーザのＰＳＮＲが同時最適化を含んでいるシステム（ｗ／ＪＯ）において大きく改善することがわかる。例えば、パフォーマンスが最悪のユーザのＰＳＮＲがフォワード・モードのシステムｗ／ＪＯにおいて３０ｄＢを超えるチャンスは約１−４０％＝６０％であり、これはシステムｗ／ｏＪＯと比べると２ｄＢ改善している。図１３および図１４において、シナリオ２およびシナリオ３にも同じような改善傾向が見られる。シナリオ２では、シナリオ１と同じアブストラクトされたパラメータのタプルがアプリケーション層で想定されているが、無線リンク層は、ＢＰＳＫでの時間割り振りの７つのケースおよびＱＰＳＫでの時間割り振りの別の７つのケースの結果生じる１４個（タプル個数）の抽出されたパラメータ・タプルを提供している。また図１２に示しているように同時最適化のない同じシステム（ｗ／ｏＪＯ）も比較目的のため提供されている。シナリオ３では、３人のユーザの各々に対して２つの異なるソースレート１００ｋｂｐｓおよび２００ｋｂｐｓがアプリケーション層によって提供される（２3＝８個のパラメータ・タプルが結果として生じる）ことが想定されている。また、シナリオ２と同じアブストラクトされたパラメータ・タプルが無線リンク層によって提供されている。パフォーマンスは、より多くの抽出されたパラメータ・タプルが与えられたときに、より多くの自由度が得られることから改善するようになっている。このことは図９において、より明確に観察され、そこでは調査対象の３つのシナリオのパフォーマンスの改善が見られている。ここで、ＰＳＮＲはシステムｗ／ＪＯおよびシステムｗ／ｏＪＯにおけるパフォーマンスの最も悪いユーザのＰＳＮＲの差異として定義されている。図９の左側を詳しく観察すると、フォワード・モードではシナリオ２のパフォーマンス改善量がシナリオ１の改善量よりもずっと大きく、それに対し、シナリオ３のパフォーマンス改善量はシナリオ２のものよりもほんのわずかだけ大きいことがはっきりわかる。これは、無線リンク層によって与えられる（ＱＰＳＫを使用することによる）より高い伝送データレートの選択がこのアプリケーションモードでは好ましく、オプティマイザは、それを高い頻度で選ぶことを示している。これとは対照的に、アプリケーション層によって与えられているより高いソースレート（２００ｋｂｐｓ）の選択は、このモードではあまり好ましくなく、オプティマイザは、それを滅多に選ぶことはないようになっている。他方、より高いソースレートのこの選択は、ＡＲＱモードでは好ましく、このことは図の右側のグラフからわかる。そこではシナリオ３のパフォーマンス改善量は、シナリオ２のものよりもかなり大きい。それゆえ、抽出されたパラメータ・タプルの適切なセットは、複雑さが少ない状態で最適化すると同時に大きなパフォーマンス改善を実現するのに重要である。また、個別の層ごとに有効な全ての自由度を特定し、クロスレイヤ設計において重要な自由度を考察することが重要であることを、実験は示している。
【００９８】
本発明は、ビデオストリーミング・サービスを提供する無線システムにおいて、アプリケーション層および無線リンク層を同時に最適化するためのアーキテクチャを提案している。本アーキテクチャは、３つの主要コンセプト、すなわちパラメータ・アブストラクションと、クロスレイヤの最適化と、決定情報配信とに基づいている。予備的な研究から、本発明のアーキテクチャは、パフォーマンスを改善する可能な方法を提供しており、従って無線マルチメディア通信におけて将来の課題に対処する助けとなり得ることが明らかとなっている。アプリケーション層および無線リンク層の少数の自由度を考慮するときでさえ、同時最適化によってストリーミングビデオ利用におけるユーザが感受するクオリティの大きな改善を得るようになっている。
【００９９】
本発明の方法の特定の実施要件に応じて、本発明の方法はハードウェアまたはソフトウェアの形態で実施が可能である。本発明の実施は、本発明の方法が実行されるようにプログラム制御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ジタル記憶媒体、特に電子的に読み取り可能な制御信号をその上に有しているディスクまたはＣＤを使用して行うことができる。従って、一般に、本発明は、コンピュータ上で走らせたときに本発明の方法を実行するプログラム・コードが機械読み取り可能な媒体に記憶されたコンピュータ・プログラム製品である。言い換えると、本発明の方法は、コンピュータ上で走らせたとき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】
【０１００】
【図１】本発明の第１の実施形態による複数の通信層の動作を制御する装置のブロック図である。
【図２】本発明の更なる実施形態による複数の通信層の動作を制御する装置の態様を示している図である。
【図３】マルチユーザ・スケジューリングのシナリオにおける本発明の伝送時間割り振りを実証するための図である。
【図４】プロトコル・スタックの態様を示している図である。
【図５】クロスレイヤ・アプローチを実証するための図である。
【図６ａ】時間割り振りが異なるマルチユーザ・スケジューリングを示している図である。
【図６ｂ】３つの測定対象ビデオにおけるＧＯＰのサイズ（パケット数）を示している図である。
【図７】考察対象の通信システムのブロック図である。
【図８】本発明に係る同時的層最適化のためのシステム・アーキテクチャを示している図である。
【図９】３つの測定対象ビデオにおけるＧＯＰに対するＭＳＥを示している図である。
【図１０】信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に対するフレーム誤り率を示している図である。
【図１１】シナリオ１の性能比較を示している図である。
【図１２】シナリオ２の性能比較を示している図である。
【図１３】シナリオ３の性能比較を示している図である。
【図１４】３つの調査対象シナリオの性能改善比較を示した図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠距離通信技術、特に、伝送される情報を処理するための、および／または受信された情報を処理するためのプロトコル層を使用する通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体無線通信環境において、例えば無線リンクといった通信リンクの動的な振る舞いにより、信頼のできるハイクオリティなサービスを提供することは難しい課題である。したがって、システム設計者は、時間に依存するリソース利用性、フェージングエラー、機能停止またはハンドオーバに起因する伝送クオリティの予測不能な変動に対処しなければならない。第３世代システム以降の（Ｂｅｙｏｎｄ ｔｈｅ ３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：Ｂ３Ｇ）無線ネットワークにとって、Ｂ３Ｇ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テクノロジーに及ぶことが予想されているので、この動的振る舞いは悪影響を与えるであろう。しかしながら、こうした次世代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でのサービスおよびアプリケーションの提供（プロビジョニング）は、ネットワークの多様性だけでなくアプリケーションの多様性も、新規ビジネスモデルと見なさなければならない。この新規ビジネスモデルは、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、変動しているユーザ・プリファレンスまたは変動しているユーザ状況（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要件を考慮に入れるため、オペレータは、前記変動する要件に応えるためにシステム・パラメータを動的に変える能力が必要となる。
【０００４】
通常、従来型の通信システムは、情報処理のためプロトコル・スタックに配置された複数の通信層を利用している。図４に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４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９０１と、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、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】
一般的に言えば、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、通信チャネルを通じて伝送される情報として、例えばビデオデータストリームといったメディアデータストリームを含んでいる。代替として、伝送される情報は、通信チャネルを通じて伝送される、ビデオおよ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、トランスポート・サービスを提供するトランスポート層９０７と直接通信し、通信のために使用される物理ネットワークに応じて宛先シンク（ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ｓｉｎｋ）に情報を伝送され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、全ての通信ネットワークにおいて共通のピアツーピア（ｐｅｅｒ ｔｏ ｐｅｅｒ：Ｐ２Ｐ）通信を維持するため、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している。ピアツーピア通信は、例えば、トランスポート層９０７が宛先ネットワークに実装された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しているネットワーク層９０５と直接通信し、それによりエンド・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、ネットワーク層フレームを、データリンク層９０３および物理層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および物理層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場合がある。
【００１０】
リンク層は、ビットで表現された情報の通信チャネルを通した伝送を維持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、そして例えば送達確認フレームを送信す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している。さらに、データリンク層９０３は、例えばマルチユーザ・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、ある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、更に符号化するように動作している。
【００１２】
図４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４に示されているプロトコル・スタックは、アプリケーション層９０１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およびプレゼンテーション層といった２つの層を除いて、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４に示しているインターネット・プロトコル・スタックは、Ｂ３Ｇシステムおよびアプリケーションの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、変動する伝送環境の中で良好な伝送クオリティを実現するため、利用可能なネットワーク・リソースを効率的に利用することは、問題に直面している通信システムまたはアプリケーションを、例えば変動する伝送特性およびアプリケーション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ケースでは、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、伝送されるデータビットストリームの適切な符号化が必要となってくる。それに応じて、物理層は、例えば変調スキームを現在のチャネル特性にアダプテーションさせるようになっている。それゆえ、システムをアダプテーションすることは、プロトコル・スタックの全てのプロトコル層で、各々の通信層の動作モードを決める各々のパラメータを適合させることによって、実行することが可能である。
【００１４】
従来的に、例えばビデオストリームといった特定のアプリケーションに対応しているシステムの最適化は、例えばＰＯＴＳ（Ｐｌａｉｎ Ｏｌｄ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｙ Ｓｅｒｖｉｃｅ）のケースのように、例えば階層化していないシナリオにおいて唯一のサービスを提供するシステムでは、垂直方式で実行されるようになっている。
【００１５】
無線インターネットなどの階層型通信システムでは、従来では、例えば利用可能な帯域幅、一定のビット誤り率を伴う実現可能なデータレートなどにおいて、利用可能な通信リソースの非効率的な利用を結果としてもたらすような、予測される最悪のケースのシナリオ（最悪条件）に対して、一部の層が独立に最適化されるようになっている。
【００１６】
現行のシステムでは、層内アダプテーション（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、上記従来技術のアプローチは、最適化の目標を達成することに関して１つの層のみが最適化されるという事実に悩まされている。例えば、伝送クオリティを改善するために、物理層は伝送パワーを、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、上記従来技術のアプローチは、各々の通信層の動作モードを決める１つのセットのパラメータの最適化に依存している。
【００１８】
リソースをより有効に活用するため、２つの層をアダプテーション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、ソースおよびチャネルの符号化スキームが記述されている。アダプテーション・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アダプテーションに基づいている。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、パワー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、最適化の目的でクロスレイヤ設計（ｃｒｏｓｓ−ｌａｙｅｒ ｄｅｓｉｇｎ）を適用している従来技術のコンセプトは、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アダプテーションに対して考慮されていないという不都合がある。さらに、従来技術のアプローチは、層間の依存関係を考慮していないため、そのため利用可能なリソースを効率的に利用できていない。
【００２１】
さらに、メディア・パケットの伝送時間をチャネル状態に応じて選ぶために、チャネル認識スケジューリングが適用されることがある。
【００２２】
上述した従来技術は、最適化の方法を記述している。しかしながら、上記従来技術文献は、異なる種類のクロスレイヤ・アダプテーション（ｃｒｏｓｓ−ｌａｙｅｒ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ）機構を可能にするためのアプローチは開示していない。
【００２３】
従来技術のアプローチの更なる欠点は、開示された最適化スキームがフレキシブルでないという点にある。上述した従来技術のアプローチは、最適化のため、例えばパワー制御および伝送データレートといった１つまたは２つの特定のパラメータを考慮するのみで、利用可能な通信リソースを十分活かすための更なる最適化のシナリオは考慮されていない。
【００２４】
最新のシステム・アーキテクチャは、クロスレイヤ・アダプテーションに対して設計されていないことから、Ｐｒｅｈｏｆｅｒ、Ｗ．Ｋｅｌｌｅｒｅｒ、Ｒ．Ｈｉｒｓｃｈｆｅｌｄ、Ｈ．Ｂｅｒｎｄｔ、およびＫ．Ｋａｗａｍｕｒａ共著の「Ａｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｆｏｕｒｔｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＪＣＮ）、２００２年１２月、第４巻、第４号において、クロスレイヤ・アダプテーションの概念を使用している開放型プログラマブル通信システムが開示されている。しかしながら、プログラマブル・プラットフォームは、システムレベルごとに存在しているのみである。各プラットフォームは、調整された構成を可能にする安定した最小のプラットフォームベースと、追加または取り外し可能な追加のプラットフォーム・コンポーネントとから構成されている。しかしながら、最後に紹介した従来技術文献は、これらのプログラマブル・プラットフォームの動作モードを制御しているパラメータを決定するためのコンセプトを開示していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
そこで本発明の目的は、伝送される情報を処理するための通信層を使用している通信システムにおける効率的なクロスレイヤ・アダプテーション・スキームの構想を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的は、請求項１に記載された複数の通信層の動作を制御する装置によって、あるいは請求項２０に記載された伝送される情報を処理するための通信装置によって、あるいは請求項２１に記載された受信信号を処理するための通信装置によって、あるいは請求項２２に記載された複数の通信層の動作を制御する方法によって、あるいは請求項２３に記載された伝送される情報を処理するための方法によって、あるいは請求項２４に記載された受信信号を処理するための方法によって、あるいは請求項２５に記載されたコンピュータ・プログラムによって、達成される。
【００２７】
本発明は、特定の通信層の動作モードを決めるパラメータが、特定の通信層の振る舞いを記述するアブストラクション・モデル（ａｂｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ）を同時にエミュレートすることによって同時に決定されるとき、複数の通信層が、効率的に制御可能である、という所見に基づいている。特に、アブストラクション・モデルに基づいて、最適化の目標に関する例えば伝送クオリティといった通信層のパフォーマンスが、例えばビット誤り率といったチャネル・プロパティを考慮した上で最適化できるように、最適なパラメータを求めることができるようになっている。
【００２８】
本発明のアプローチは、複数の最適化の目標を達成するため、複数の通信層の同時最適化の概念を提供している。特にマルチユーザ・シナリオにおいて、通信システムは、第１ユーザの信号および第２ユーザの信号を通信チャネルを通じて伝送するようになっている。第１ユーザの信号は、例えばビデオストリームといった、伝送される情報を含んでいる場合があるが、この場合、信号歪みを小さくするために一定の伝送クオリティが必要である。同様に、第２ユーザのストリームは、伝送される情報を含んでいる場合がある。この場合、最適化の目標は、その情報を処理している通信層とその情報を伝送している通信層のパフォーマンスを同時に最適化することにある。特に、伝送される情報を管理または処理している通信層は、既に言及されたアプリケーション層である場合がある。一方、通信チャネルを通じた伝送を管理している通信層は、図４において従来技術のプロトコルとの関連で示した物理層を備えている場合がある。
【００２９】
本発明によれば、通信層は、例えば第１の通信層の動作モードを決める第１のセットのパラメータと第２の通信層の動作モードを決める第２のセットのパラメータとを同時に決定することによって、同時に最適化されるようになっている。しかしながら、特定の通信層の動作モードは、層間依存関係に起因して、つまりその特定の通信層によって実行される作業の複雑さおよび実行される複数のジョブに起因して、解析的に設定することはできない。この問題を解決するため、特定の通信チャネルの振る舞い（または特性）をモデリングしているアブストラクション・モデルが使用されるようになっている。状態図によって表されるアブストラクション・モデルは、２００３年にＰｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ社から出版されたＡｎｄｒｅｗ Ｔａｎｅｎｂａｕｍ著の「Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」、第４版に記載されている。しかしながら、そこに開示されているアブストラクション・モデルは、単一の通信層をモデリングするために一般的に使用されるようになっている。
【００３０】
本発明によれば、最適なセットのパラメータは、最適化すべきプロトコル層の特定の特性をモデリングしているアブストラクション・モデルを基礎として最適化されなければならない少なくとも２つのプロトコル層の振る舞いを、同時にエミュレートすることよって決定されるようになっている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の利点は、最適なセットのパラメータが現在のチャネル状態および最適化の目標に基づいて動的に求められるということにある。それゆえ、異なる伝送シナリオにおいて複数の最適化目標を達成するためにプロトコル・スタックを適応的に最適化することに関してフレキシビリティを実現させることができる。
【００３２】
本発明の更なる利点は、通信層が同時的に最適化されるということである。それゆえ、層間依存関係を考慮したグローバルな最適化が実行されることから、利用可能な通信リソース、例えば利用可能な帯域幅は、全てまたはほぼ全て有効に活用され得る。
【００３３】
本発明の更なる利点は、プロトコル層の現在の状態または現在のチャネル状態の情報が全ての通信層で利用できるので、どのプロトコル層も最適化できるということである。それゆえ、従来技術のアプローチに共通する非効率的な垂直的な情報の転送は回避されるようになっている。それゆえ、最適化の目標やチャネル・プロパティなどに応じて、最良の最適化結果を保証する通信層は、どれも最適化の目標を達成するために最適化することが可能である。
【００３４】
通信層（プロトコル層）を使用する通信システム、すなわちＢ３Ｇシステム、の最適化に使用される最適化スキームは、クロスレイヤ設計で構成されている。ここでは、アプリケーション・パラメータから物理的伝送に及ぶプロトコル・スタックのいくつかの層が考慮されるようになっている。図５に通信システムの具体的な態様を示している。そこでは、１つの特定のアプリケーションに対する垂直的な方式のクロスレイヤ最適化を基礎としている通信システムの最適化が、実証されている。
【００３５】
図５に示したシステムは、送信機１００１（基地局）および受信機１００３を備えている。送信機１００１は、伝送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を適用している。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、ＭＡＣおよびＰＨＹから構成されているリンク層とを備えている。一方、受信機１００３は、送信機１００１によって送信された送信信号の受信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を適用している。プロトコル・スタック１００７（受信側プロトコル・スタック）は、リンク層と、ＩＰ層（ネットワーク層に相当）と、ＴＣＰ／ＵＤＰ層（トランスポート層に相当）と、アプリケーション層とを備えている。
【００３６】
図５は、対応し合う層、例えばトランスポート層とＴＣＰ／ＵＤＰ層とが互いに通信し合うピアツーピア（Ｐ２Ｐ）通信原理も明示している。
【００３７】
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、例えばボトムアップの情報配信が実行されるようになっている。例えば、リンク層は、例えば信号対ノイズ比（ＳＮＲ）または最大可能送信パワーといった物理的制約パラメータとしてチャネル・プロパティを取り出すようになっている。物理的制約パラメータは、次にアプリケーション層に転送され、そこでリアルタイム符号化・復号化スキーム（ｃｏｄｅｃ）を使用するビデオストリーミングが実行されている。言い換えると、アプリケーション層は、ビデオストリーミングに必要な伝送クオリティが実現できるようにリアルタイム・コーデック（ｃｏｄｅｃ）を物理的制約パラメータに適用するようになっている。
【００３８】
従って、アプリケーション層は、リンク層にサービス品質（ＱＯＳ）要件（例えば或るサービスに関連している或る決まったビット誤り率）について知らせるように動作している。この場合、リンク層は、ＱＯＳが満足されるようにより包括的な符号化スキームを適用している。
【００３９】
図５に示した本発明のクロスレイヤ・アダプテーション技術は、システムの部分（パーツ）を動的に変化する環境に適応させるための、プロトコル・スタックの従来的な層にわたる層間情報交換に基づいている。既に言及したように、情報がプロトコル・スタックを上下両方向に伝搬するように動作している。クロスレイヤ情報交換は、アプリケーションがより下位の層（例えばリンク層）から、現在のネットワーク状態、および伝送クオリティに影響を与える予測可能なイベント、例えばハンドオーバに関する情報を受信することを意味している。それゆえ、下位の層は、既に述べたように、アプリケーションの現在の伝送要件についての情報を受信している場合がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１に、第１の通信層１０１と第２の通信層１０３とを含んでいるプロトコル・スタックを示している。第１の通信層１０１および第２の通信層１０３の動作モードを制御するために、（プロトコル・スタックに含まれる）複数の通信層の動作を制御する本発明の装置は、第１の入力１０７と、第２の入力１０９と、第１の出力１１１および第２の出力１１３を有しているエクストラクタ１０５とを備えている。第１の通信層１０１は、第１の入力１０７を介してエクストラクタ１０５に接続されており、一方、第２の通信層１０３は、第２の入力１０９を介してエクストラクタ１０５に接続されている。第１の出力１１１および第２の出力１１３は、最適化された第１のセットのパラメータと最適化された第２のセットのパラメータを決定するための手段１１５に入力されるように動作している。最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、入力１１７と入力１１９が更に入力されるように動作している。加えて、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、入力１２３、第１の出力１２５、第２の出力１２７を更に入出力するように動作している。第１の出力１２５および第２の出力１２７は、最適化された第１のセットのパラメータおよび最適化された第２のセットのパラメータを提供するための手段１２９に入力されるように動作している。最適化されたセットのパラメータを提供するための手段１２９は、第１の通信層１０１に送られる第１の出力１３１と第２の通信層１０３に送られる第２の出力１３３とを備えている。
【００４１】
さらに、図１に示した装置は、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段（１１５）へ入力（１２３）を送るようになっている最適化の目標を提供するための手段（１３５）を備えている。
【００４２】
図１に示した装置は、通信チャネルのプロパティを提供するための手段１３５を更に備えている。通信チャネルのプロパティを提供するための手段１３５は、第２の通信層１０３に接続されている。通信チャネルのプロパティを提供するための手段１３５の出力は、最適化された第１のセットのパラメータと最適化された第２のセットのパラメータを決定するための手段１１５の入力１１７を介して接続されている。
【００４３】
加えて、図１の装置は、第１のアブストラクション・モデルと第２のアブストラクション・モデルとを最適化された第１および第２のセットのパラメータを決定するための手段１１５に提供するための手段１３７を備えている。より具体的には、第１のアブストラクション・モデルと第２のアブストラクション・モデルを提供するための手段１３７は、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５の入力１１９となる出力を有している。
【００４４】
図１に示した装置は、複数の通信層の動作を制御するようになっている。そこには一例にすぎないが、第１の通信層１０１と第２の通信層１０３が記載されている。階層型通信システムは、通信チャネルを通じて情報を遠隔の受信機に伝送するように動作している。第１の通信層１０１の動作は、第１のセットのパラメータによって決まるように動作している。同様に、第２のセットのパラメータは、第２の通信層の動作モードを決めるようになっている。第１の通信層１０１と第２の通信層１０３の動作を制御するため、本発明に関係するエクストラクタ１０５は、第１の通信層と第２の通信層の現在のステージを特定する、第１の通信層の第１のセットのパラメータと第２の通信層の第２のセットのパラメータとを取り出すようになっている。複数の通信層から２層以上の通信層にアクセスするため、エクストラクタ１０５は、特定の通信層のみが最適化の目標を達成するために同時に最適化されるよう、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５によって制御されることがある。取り出された第１および第２のセットのパラメータは、プロトコル・スタックの最適化された動作モードを実現するために、最適化された第１のセットのパラメータと最適化された第２のセットのパラメータを決定するための手段１１５に提供されるように動作する。最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１の通信チャネル１０１の振る舞いをモデリングしている第１のアブストラクション・モデルと、第２の通信チャネル１０３の振る舞いをモデリングしている第２のアブストラクション・モデルと、チャネル・プロパティを提供するための手段１３５によって提供されるチャネル・プロパティと、例えばデータレートまたはビット誤り率に関する伝送クオリティといった最適化の目標とに基づいて、第１の通信層１０１によって使用される最適化された第１のセットのパラメータと、第２の通信層１０３によって使用される最適化された第２のセットのパラメータとを決定するように動作する。
【００４５】
最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１および第２のアブストラクション・モデルを提供するための手段１３７から第１および第２のアブストラクション・モデルを受け取るように動作する。例えば、第１および第２のアブストラクション・モデルを提供するための手段１３７は、異なる通信層に対する複数の異なるアブストラクション・モデルを格納するための記憶素子を備えている。特に、第１のアブストラクション・モデルは、第１の通信層の特性（振る舞い）をモデリングするが、そこでは層間依存関係が考慮されている場合がある。第１の通信層の特性は、第１のアブストラクション・モデルによってモデリングされることであり、例えば使用されている符号化スキームについての情報を含んでいる第１のセットのパラメータに依存することである。同様に、第２のアブストラクション・モデルは、第２のセットのパラメータに依存している第２の通信層の特性をモデリングするように動作している。
【００４６】
既に言及したように、アブストラクション・モデルは、各々の動作モードを記述している状態図を備えている場合がある。より具体的には、第１のアブストラクション・モデルは、或る状態と、或る状態から更に進んだ状態と、それらの両方の状態の間の遷移とを有している第１の状態図を備えている。同様に、第２のアブストラクション・モデルは、或る状態と、或る状態から更に進んだ状態と、それらの両方の状態の間の遷移とを有している第２の状態図を備えている。状態図は、例えばマルコフモデル、ペトリネットなどで実施されている場合がある。一般に、第１の状態図は、第１の通信層のパラメータ依存性の振る舞いをモデリングするように動作している。同様に、第２の状態図は、第２の通信層のパラメータ依存性の振る舞いをモデリングするように動作している。このパラメータ依存性は、例えば、２つの状態間の遷移または或る特定の状態で生成された出力が対応しているセットのパラメータによって基本的に決まるということを意味している。
【００４７】
最適化された第１および第２のセットのパラメータを決定するため、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１のアブストラクション・モデルおよび第２のアブストラクション・モデルを提供するための手段１３７から、最適化のために使用されるアブストラクション・モデルを選択するように動作する場合がある。最適化のために使用される第１および第２のアブストラクション・モデルは、固定されることがあり、これらのアブストラクション・モデルのエミュレーションは、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５によって実行されるようになっている場合がある。
【００４８】
最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１のセットのパラメータおよび第２のセットのパラメータを受け取り、第１のセットのパラメータを第１のアブストラクション・モデルに入力し、第２のセットのパラメータを第２のアブストラクション・モデルに入力するとともに、チャネル・プロパティと、最適化の目標と、第１および第２のセットのパラメータによって決まる第１および第２の通信層の現在の状態とに従って、第１のアブストラクション・モデルと第２のアブストラクション・モデルとを同時にエミュレートすることによって、最適化の目標を達成するために、第１の最適化されたセットのパラメータと第２の最適化されたセットのパラメータとを同時に決定するように動作する。
【００４９】
最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１のセットのパラメータおよび第２のセットのパラメータを使用して最適化の目標が達成できないときに、最適化された第１のセットのパラメータと最適化された第２のセットのパラメータが決定されるべきことを合図するために、チャネル・プロパティに従って第１のセットのパラメータを使用する第１のアブストラクション・モデルを解析するとともに第２のセットのパラメータを使用する第２のアブストラクション・モデルを解析するためのアナライザを更に備えている。
【００５０】
さらに、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、最適化の目標を達成するために、どの通信層が最適化されなければならないかを決定するように動作する。
【００５１】
最適化されたセットのパラメータを対応する通信層に提供するため、図１に示した本発明の装置は、最適化された第１のセットのパラメータを第１の通信層に提供し、最適化された第２のセットのパラメータを第２の通信層に提供するための手段１２９を備えている。好ましくは、最適化された第１のセットおよび最適化された第２のセットのパラメータを提供するための手段１２９は、第１の通信層および第２の通信層とインタフェースで接続するためのプロトコル・インタフェースを備えている場合がある。
【００５２】
既に言及したように、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、チャネル・プロパティを考慮に入れている。第２の通信層は、通信チャネルを通じての情報の伝送を管理する働きをするプロトコル層となっている場合がある。また例えば、第２の通信層１０３は、更に通信チャネルのプロパティを取り出す働きをする物理層を備えているが、これは従来の通信システムで一般的に使用されている技術である。通信チャネルのプロパティを提供するための手段１３５は、通信チャネルのプロパティを受け取るために第２の通信層１０３に接続するようになっている。好ましくは、通信チャネルのプロパティを提供するための手段１３５は、物理層とインタフェースで接続するためのプロトコル層インタフェースを備えている。通信チャネルのプロパティを提供するための手段１３５によって、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５に提供されるチャネル・プロパティは、ビット誤り率または／および該ビット誤り率を伴うチャネル・データレートまたは／および伝送遅延または／および該ビット誤り率を伴う伝送パワーまたは／およびチャネル・コヒーレンス時間または／およびチャネル・コヒーレント帯域幅となっている場合がある。
【００５３】
既に言及したように、最適化の目標は、伝送クオリティの最適化を含んでいる場合がある。この場合、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１のアブストラクション・モデルを使用している第１の通信層の振る舞いおよび第２のアブストラクション・モデルを使用している第２の通信層の振る舞いをエミュレートすることによって、最適化された第１のセットのパラメータおよび最適化された第２のセットのパラメータを決定するように動作しているが、このときこれらのアブストラクション・モデルのエミュレーションが、各々の通信層の現在のステージから開始して始められることができるように、第１のセットのパラメータおよび第２のセットのパラメータは、初期パラメータとなっている。
【００５４】
例えば、第１の通信層は、歪みを伴う情報レートを有している情報信号を提供するために、伝送される情報を符号化するようになっている。第１の通信層は、例えば、従来技術によるプロトコル・スタックとの関連で論じたアプリケーション層である場合がある。歪みは、伝送された情報と受信された情報との間の差異を記述するようになっている。（既知の）レート歪み理論によれば、伝送される情報は、その情報が受信機で再現できるように、一定の歪みまたは一定の歪みプロファイルを伴う最小の情報レートで伝送することが可能なようになっている場合がある。
【００５５】
例えば、第１の通信層は、情報信号を提供するために情報を符号化するようになっているが、そこではデータ圧縮が実行されるように動作している。一方、第２の通信層は、通信チャネルを通じて伝送するための伝送信号を取得するためにその情報信号を符号化するように動作している。例えば、第２の通信層は、既に述べたようにデータリンク層と物理層とを備えている。好ましくは、伝送信号は、情報レートをサポートする例えば１０-6といった一定のビット誤り率を伴うデータレートを有している。この場合、最適化の目標は、歪みプロファイルを超えないように、最小の達成可能な情報レートが実現されるように情報を符号化することによって、かつ、受信機側で情報が再現できるように、一定のビット誤り率を超えないようなデータレートを有する伝送信号を取得するために情報信号を符号化することによって、伝送クオリティの最適化を図ることにある。最適化の目標を達成するため、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、歪みを伴う情報レートを有している情報信号を取得して情報を符号化するために使用される最適化された第１のセットのパラメータと、情報レートをサポートするデータレートを有している伝送信号を取得して情報信号を符号化するために使用される最適化された第２のセットのパラメータとを同時に決定するように動作する。
【００５６】
既に言及したように、本発明のコンセプトは、マルチユーザ伝送スキームの場合のプロトコル層の最適化にも適用されることがある。この場合において、マルチユーザ・シナリオによれば、情報は、第１のユーザに関連している第１の情報と第２のユーザに関連している第２の情報とを含んでいる。最適化の目標は、例えば、第１の情報、すなわち第１のユーザにとっての、更に第２の情報、すなわち第２のユーザにとっての、最適化された伝送クオリティを実現することである。この場合、第１の通信層は、第１のユーザに関連している第１の情報信号と第２のユーザに関連している第２の情報信号とを取得するために、第１の情報を符号化するように動作している。一方、第２の通信層は、通信チャネルを通じて伝送される複合信号を取得するために、第１の情報信号および第２の情報信号を符号化するように動作している。最適化の目標を達成するため、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１の情報および第２の情報を符号化するために、第１の通信層によって使用される最適化された第１のセットのパラメータと、第１の情報信号と第２の情報信号を符号化するために第２の通信層によって使用される最適化された第２のセットのパラメータとを、第１の情報および第２の情報の伝送クオリティを最適化するために同時に決定するように動作する。
【００５７】
例えば、第２の通信層は、最適化された第２のセットのパラメータを使用して第１の情報信号および第２の情報信号をスケジュールするように動作している。本文中において、スケジューリングは符号化の一部の形態である。こうして、第１の情報信号は第１の時間フレーム内に伝送され、第２の情報信号は第２の時間フレーム内に伝送されるが、第１および第２の時間フレームは、例えば、複合信号を伝送するのに必要とされる時間フレームによって決まるように動作している。好ましくは、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１の歪みを伴う第１の情報レートを有している第１の情報信号を取得し、かつ第２の歪みを伴う第２の情報レートを有している第２の情報信号を取得するために、最適化された第１のセットのパラメータを決定するように動作する。それと同時に、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１の情報レートおよび第２の情報レートをサポートするようなデータレートを有している複合信号を取得するために第２のセットのパラメータを決定するように動作する。言い換えると、第１の通信層は、伝送される情報を処理するようになっており、第２の通信層は、ユーザ・スケジューリングするように動作している。
【００５８】
本発明によれば、例えばメディアデータ・スケジューリングといった情報スケジューリングもまた、プロトコル・スタックの動作モードを最適化すると同時に実行することができる。この場合、第１のユーザに関連している第１の情報は、第１の副情報と第２の副情報とを含んでいる。最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は更に、第１の情報信号を取得するために第１の副情報および第２の副情報を選択的に符号化するための第１の通信層によって使用される第１の最適化されたセットのパラメータを決定するように動作する。例えば、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１の副情報および第２の副情報が第１の情報信号の異なる位置に配置されるように、第１の情報信号内において第１の副情報および第２の副情報をスケジュールするため、最適化された第１のセットのパラメータを決定するように動作する。言い換えると、第１の副情報および第２の副情報が伝送フレーム内の異なる時間的瞬間に伝送されるようになっている。
【００５９】
既に言及したように、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、第１の通信層および第２の通信層の現在のステータスに基づいて実行される場合がある。本発明の更なる実施形態によれば、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は更に、現在のステータス情報を提供するために、第１のセットの係数、すなわち現在使用中の係数で決まる第１の通信層の現在のステータスと、第２のセットの係数、すなわち現在使用中の係数で決まる第２の通信層の現在のステータスとをモニタするようになっている。ステータス情報は、例えば、最適化の目標が第１および第２のセットのパラメータを利用することでは達成不可能あったため、最適化された第１および／または第２のセットのパラメータが決定されなければならないことを示す場合がある。最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、どのセットのパラメータが最適化され置き換えられなければならないかの判定を行うように動作する。
【００６０】
既に言及したように、本発明のコンセプトは、情報スケジューリングおよびユーザ・スケジューリングによるプロトコル・スタックの最適化にも適用される場合がある。例えば、伝送される情報は、第１のユーザに関連している第１の情報と、第１のユーザに関連している第２の情報と、第２のユーザに関連している第３の情報と、第２のユーザに関連している第４の情報とを含んでいる。第１の通信層は、第１のユーザに関連している第１の情報信号を取得するために第１の情報および第２の情報をスケジュールするように動作する。
【００６１】
加えて、第１の通信層は、第２のユーザに関連している第２の情報信号を取得するために第３の情報および第４の情報をスケジュールするように動作している。第２の通信層は、伝送するためのスケジュールされたマルチユーザ・ストリームを取得するために、第１の情報信号および第２の情報信号をスケジュールするように動作している。最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は、例えば各ユーザの伝送クオリティの最適化が実現されるように、第１の情報信号および最適化された第２の情報信号を提供するために第１の通信層によって使用される最適化された第１のセットのパラメータと、スケジュールされたマルチユーザ信号を提供するために第２の通信層によって使用される第２のセットのパラメータとを同時に決定するように動作する。
【００６２】
各々の通信層に各々の最適化されたセットのパラメータを提供するため、本発明の装置は、最適化された第１のセットのパラメータと最適化された第２のセットのパラメータとを第１の通信層１０１と第２の通信層１０３とにそれぞれ提供するための手段１２９を備えている。最適化されたセットのパラメータを提供するための手段１２９は、第１の通信層および第２の通信層とインタフェースで接続するためのプロトコル・インタフェースを備えている。例えば、第２の通信層は、物理層を備えている。この場合、最適化されたセットのパラメータを提供するための手段１２９は、対応している物理層インタフェースを介して、物理層とインタフェースで接続するようになっている。通常、物理層は、変調、例えば振幅変調の機能を担っている。このため、第２のセットのパラメータまたは最適化された第２のセットのパラメータは、使用される変調スキームを決める１つのサブセットの変調パラメータを含んでいることがある。本発明によれば、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は更に、物理層の動作モードを、例えば、使用される１サブセットの変調パラメータを決定することによって、制御するようになっている。
【００６３】
また、第２の通信層は、使用される前方誤り符号化スキームを決める１サブセットの符号化パラメータを使用して前方誤り符号化を実行するように動作しているデータリンク層を含んでいる場合がある。この場合、最適化されたセットのパラメータを決定するための手段１１５は更に、最適化の目標を達成するために物理層によって使用される１つのサブセットの符号化パラメータを決定するように動作する。
【００６４】
好ましくは、複数の通信層の動作を制御する本発明の装置は、伝送プロトコルに従って伝送される情報を処理するための通信装置内に組み込まれている。伝送プロトコルは、伝送される情報を処理するための複数のプロトコル層を備えており、伝送される情報は、例えばＣＤなどの情報源から提供されるようになっている。複数のプロトコル層を制御するため、本発明の通信装置は、上記説明に従って複数の通信層の動作を制御する装置を備えている。加えて、プロトコル層に従ってその情報を処理するため、本発明の通信装置は、その情報を処理するためのプロセッサを更に備えている。このプロセッサはネットワーク・プロセッサである場合がある。
【００６５】
図２に複数の通信層の動作を制御する装置の更なる実施形態を示す。
【００６６】
図２の装置は、入力２０３と、入力２０５と、入力２０７と、入力２０９および出力２１１を有しているクロスレイヤ・オプティマイザ２０１とを備えている。第１のインタフェース２１３は、プロトコル・スタック１００５のアプリケーション層とクロスレイヤ・オプティマイザの入力２０３との間に備えられている。第１のインタフェース２１３は、ブロック２１５の入力に対応している出力を有している。ブロック２１５は、アプリケーション指向オプティマイザであるクロスレイヤ・オプティマイザの入力２０５に対応している出力を有している。
【００６７】
さらに、第２のインタフェース２１７は、プロトコル層１００５のリンク層とクロスレイヤ・オプティマイザ２０１の入力２０９との間に備えられている。第２のインタフェース２１７は、第２のブロック２１９の入力に対応している出力を更に備えており、該第２のブロック２１９は、クロスレイヤ・オプティマイザの入力２０７に対応している出力を有している。
【００６８】
クロスレイヤ・オプティマイザ２０１の出力２１１は、アプリケーション層に接続している第１の出力とリンク層に接続している第２の出力とを有している決定素子２２２接続されている。
【００６９】
第１のインタフェース２１３は、マルチメディア・スケジューリング、例えばソースレート・スケジューリングを実行するため、アプリケーション層のパラメータ、すなわち第１のセットのパラメータを取り出すようになっている。インタフェース２１３によって取り出されたパラメータは、例えば、ソース歪みプロファイルと遅延制約条件とを含んでいる第１のブロック２１５に提供されている。
【００７０】
一方、第２のインタフェース２１７は、マルチユーザ・スケジューリング、例えば伝送レート・スケジューリングに関してリンク層からパラメータを取り出すようになっており、パラメータ・アブストラクトを第２のブロック２１９とクロスレイヤ・オプティマイザ２０１とに提供するようになっている。第２のブロック２１９は、マルチユーザ伝送データレート、チャネル・コヒーレンス時間またはパケット損失率（Ｐｅ）を含んでいる情報を提供するように動作している。クロスレイヤ・オプティマイザは、アブストラクション・モデルをエミュレートすることによって、最適化された１セットのパラメータを決定するように動作している。決定素子２２２は、最適化されたセットのパラメータを、対応する通信層に提供するように動作している。
【００７１】
図２に示しているように、パラメータ・アブストラクトは、単なる一例に過ぎないが、最適化されたセットのパラメータを決定するために使用されるアブストラクション・モデルであるマルコフ・オン／オフ・モデルのパラメトリゼーションに基づいて実行されるように動作している。
【００７２】
本発明の装置およびそれに対応する方法は、サービス・プラットフォームのレベルにあるオプティマイザ・コンポーネント（これは複数の通信層の動作を制御する装置に対応している）が、調整機能、モデリング機能および意思決定機能を実行するような方法で、無線環境でのリアルタイム（実時間）アプリケーションにおいてユーザが感受するようなクオリティの改善をもたらす。特に、オプティマイザ・コンポーネントは、以下のようなタスク、すなわち、選ばれたシステム層のステータス情報のモニタリング、ステータス情報を管理可能にする適切なアブストラクション・モデルの保持、アブストラクション・モデルの動的解析、これらのモデルに基づくパラメータの同時最適化、どのような新たなパラメータ設定（セッティング）がどのシステム層に必要かについて判断するような動的意思決定、各々の層でシステムを制御するためのパラメータのフィードバック、パラメータを全ての層に提供するあるいは全ての層で同時にそれらのパラメータを使用するために提供することが不可能な場合の初期状態へのロールバック、といったタスクを実行するようになっている。
【００７３】
さらに、本発明の意思決定は、システムのステータスの不必要な揺らぎを回避するため、パラメータ修正の決定が現在の設定（セッティング）および履歴を考慮した上で実行されるということによって特徴付けられている。
【００７４】
本発明のオプティマイザ・コンポーネントは、上述したように、調整タスクおよびモデリング・タスクを実行することによるクロスレイヤ最適化のための、異なるアルゴリズムを実現かつサポートすることが可能となっている。例えば、本発明のクロスレイヤ最適化は、無線ネットワーク・リソースの活用の改善を支援し、これにより従来技術のアプローチと比べて同一のシステムにおいて複数のユーザに対して、より同時的に対応することが可能となっている。同じ数のユーザの場合に対し、伝送クオリティは改善し得る。さらに、マルチユーザの間でより均等に配分されているユーザが感受するクオリティが実現可能である。さらに、本発明のアプローチは、同時に様々な伝送特性およびアプリケーション要件に動的に適応する可能性を提供している。まとめると、本発明のコンセプトは、システム・オペレータのコスト節約、より良いユーザ満足度およびサービス受容の可能性を与えている。
【００７５】
再び図２に示している実施形態を参照して説明する。図中には、階層型通信システムのアプリケーション支援ミドルウェアに存在しているオプティマイザ・コンポーネントの可能な実装が示されているが、そこでは一例として、ビデオストリーミング・アプリケーションおよびリンク層伝送制御のクロスレイヤ・アダプテーションが実証されている。ここでは、アプリケーション層でのビデオデータ・スケジューリングおよびリンク層でのマルチユーザ・スケジューリングのクロスレイヤ最適化が示されている。目標は、無線リソースを効率的に使用している間にユーザによって感受されるエンド・ツー・エンド品質を最大化することにある。ビデオデータ・スケジューリングは、１ストリーミング・セッション内にどのデータ・セグメントがいつ送られなければならないかを決定するプロセスであり、一方、マルチユーザ・スケジューリングは、例えば、どのユーザが所与の時間、周波数またはコードでチャネルを使用することが許されるかを決定するようになっている。
【００７６】
特に、図２に示している実施形態は、本発明のオプティマイザ・コンポーネントのタスクを明示しているが、そこではステータス情報は、選ばれたシステム層から、特にアプリケーション層から、そしてＭＡＣ層（ＭＡＣ）および物理層（ＰＨＹ）を備えているリンク層から収集されるようになっている。この実施形態では、マルティメデイア・スケジューリング、すなわち全体のクオリティに異なる影響力を持つ異なるタイプのメディアフレームの伝送順序を指定することによる、ソースデータ（情報）のスケジューリングに注意が払われている。加えて、本発明のアプローチは、ソースレートの選択も考慮するようになっている。無数の組み合わせが可能なため、影響力が大きな組み合わせを保持するとともにアブストラクション・モデルをエミュレートすることによって、１つの特定の組み合わせの影響力を迅速に解析するため、オプティマイザ・コンポーネントは、パラメータのアブストラクションを実施するようになっている。この実施形態では、組み合わせごとに、ソースレート歪みプロファイルの実装が保持されている。
【００７７】
類似のアブストラクションがリンク層に対しても実行されている。ここでは一例として、可能な伝送時間スケジューリングの選ばれたケースが考慮されている。図３は、ユーザが３人のシステムを例に、７つのケースまで減らしたマルチユーザ・スケジューリング・システムの異なる伝送時間割り振りを示している。
【００７８】
アブストラクション・モデルに基づいて、本発明に係るオプティマイザ・コンポーネントは、変化しているチャネル状態の結果を動的に解析するが、それは両方のモデルに基づくコスト関数による感受クオリティに対するリンク層アブストラクション・モデルの一部である。この解析の結果、同時に最適化された１セットのパラメータがもたらされるようになっている。
【００７９】
最適化のポリシー（例えばコスト関数に記述されている）によれば、オプティマイザ・コンポーネントは、各々の層におけるシステム挙動を制御するため、どの新たなパラメータ設定（セッティング）がどのシステム層に必要かを決定するとともに、各々のパラメータをフィードバックしている。エラーが発生した場合、例えば、１つの層が制御不能になった場合、初期状態に戻すためにロールバック機構が開始されるようになっている。
【００８０】
本発明は、通信チャネルを通じて伝送された伝送信号の受信版である受信信号を、受信プロトコルに従って処理するための通信装置を更に提供している。伝送信号は、上述の伝送プロトコルに従って処理された情報を含んでいる場合があるが、ここで伝送プロトコルは、第１の伝送プロトコル層と第２の伝送プロトコル層とを備えており、第１の伝送プロトコル層の動作モードは、第１のセットの伝送パラメータによって決まり、第２の伝送プロトコル層の動作モードは、第２のセットの伝送パラメータによって決まるようになっている。例えば、第１のセットの伝送パラメータおよび第２のセットの伝送パラメータは、上述した第１の通信層および第２の通信層の振る舞いをモデリングしているアブストラクション・モデルに基づいてペアで決定されるようになっている。一方、受信プロトコルは、第１の受信プロトコル層と第２の受信プロトコル層とを備えており、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まり、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まるようになっている。
【００８１】
本発明の装置は、第１のセットの伝送パラメータおよび第２のセットの伝送パラメータを知らせるパラメータ情報を、例えば信号伝達によって遠隔の通信送信機から受信するための手段を備えている。さらに、本発明の装置は、第１のセットの伝送パラメータに対応している第１のセットの受信パラメータおよび第２のセットの伝送パラメータに対応している第２のセットの受信パラメータを決定するための手段と、第１のセットの受信パラメータを第１の通信層に提供し、第２のセットの受信パラメータを第２の通信層に提供するための手段とを更に備えている。
【００８２】
本発明のアプローチは、一般に複数のユーザの場合および／または各ユーザに複数の情報が付随する場合に使用できる。
【００８３】
以下の記述において、無線マルチユーザ・マルチメディア通信のアプリケーション層および無線リンク層のクロスレイヤ最適化を説明する。我々の目的は、無線リソースを効率的に活用するのみならず、無線メディア・アプリケーションのエンド・ツー・エンド品質を最適化することにある。我々の目標を成し遂げるための新規のアーキテクチャが提供かつ考案されている。このアーキテクチャは、パラメータ・アブストラクションのプロセスと、クロスレイヤ・オプティマイザと、決定情報配信のプロセスとから構成されている。加えて、本発明の同時最適化の可能性を明らかにするために、サンプル数値結果が提供されている。移動体通信におけるクロスレイヤ設計は、マルチメディアサービスのプロビジョニング（例えば音声、動画、オーディオ、データ）のコンテクストにおいて最近かなり注目されている。クロスレイヤ設計のコンセプトは、プロトコル・スタックにわたる層間コンセプトを導入し、２以上の層で通信を同時に最適化することを可能にしている。このコンセプトは、全ての通信ネットワークで採用できるが、無線環境に固有の問題（すなわち無線チャネルの時間的に変動する性質とフェージング性）があるため、無線環境では特に重要である。この無線性とユーザ移動性から、ネットワーク性能と接続性がランダムに変動する。加えて、マルチメディア・サポートの要求の厳しいＱｏＳ要件（例えばデータレート、待ち時間および誤り率）は、システム設計において移動体マルチメディア通信をより一層チャレンジングなものとしている。このチャレンジは、システム設計を基本的に独立した層に分割する従来の階層型設計アプローチで行うには困難であろう。エンド・ツー・エンドＱｏＳを提供するため、パラメータ・アダプテーションが全てのＯＳＩ層で取り組まれなければならない。そこで、異なる層の間で情報が交換されなければならないクロスレイヤ設計という本発明のコンセプトが提供される。以下において、無線マルチメディア通信に対してアプリケーション層と無線リンク層の同時最適化を提案することにより、クロスレイヤ設計コンセプトの層間結合を活用する。無線リンク層は、プロトコル・スタックにおける物理層とデータリンク層と見なされている。我々の目的は、無線リソースを有効利用するのみならず、無線マルチメディア通信アプリケーションのエンド・ツー・エンド品質を最適化することにある。この目的を成し遂げるため、クロスレイヤ最適化コンセプトを実現するための可能なソリューションを提供している、同時層最適化のためのアーキテクチャが開発されている。このアーキテクチャは、パラメータ・アブストラクションのプロセスと、クロスレイヤ・オプティマイザと、決定情報配信のプロセスとから構成されている。このアーキテクチャのあらゆる部分に具体的な形が与えられている。加えて、本発明の同時最適化の可能性を明らかにするためにサンプル数値結果が提供されている。これまでの研究は、主に単一の層における性能を最適化すること、例えばトランスポート層、ネットワーク層、データリンク層および物理層の特性へのアプリケーションのアダプテーション（ボトムアップ型アプローチ）、アプリケーション要件への物理層、データリンク層またはネットワーク層のアダプテーション（トップダウン型アプローチ）、に終始していた。またクロスレイヤ設計に関する進行中のほとんどの研究は、物理層とデータリンク（またはＭＡＣ）層の同時最適化に集中している。アドホックな無線ネットワークに対するクロスレイヤ最適化において、ネットワーク層でのルーティングの最適化を含んでいるものもあれば、物理層における伝送パワーおよび前方誤り訂正符号化の同時最適化において、ソースレートを含んでいるものもある。
【００８４】
本発明のアプローチは、我々の目標が好ましくはマルチメディア・アプリケーションのエンド・ツー・エンド品質を最適化することにある点であり、これまでのアプローチとは異なっている。このため、我々は、プロトコル・スタック内の３層、すなわちアプリケーション層（第７層）、データリンク層（第２層）、および物理層（第１層）、の同時最適化について考察している。我々は、アプリケーション層を同時最適化の対象に含める。というのも、ユーザによって観察されているエンド・ツー・エンド品質は、アプリケーションに直接依存し、アプリケーション層は、知覚品質に対するメディアデータの複合に成功した各部分の影響力についての直接的な情報を有しているからである。我々は物理層とデータリンク層も考慮に含める。というのも、移動体無線通信特有の問題は、これら２層が問題の対応をしなければならない無線チャネルの性質に起因するからである。我々の目標を達成するための新規のアーキテクチャが提供かつ考案されています。この文書の構造は以下のようなものである。
【００８５】
マルチメディアサービスの一応用例としてストリーミングビデオを想定しており、基地局に置かれたビデオストリーミング・サーバと移動端末内に置かれたストリーミング・クライアントとを考慮に入れる。図７に示しているように、Ｋ個のストリーミング・クライアントまたはユーザは、同じ無線インタフェースおよびネットワーク・リソースを共有しているが、異なるビデオコンテンツをリクエストしていると想定されている。我々のシナリオでは、ビデオストリーミング・サーバは基地局に直に置かれることから、無線接続に必要なプロトコル・スタックのみが考慮されなければならないことに注意されたい。それゆえ、プロトコル・スタックのトランスポート層およびネットワーク層は、最適化の問題から除外することができる。したがって、アプリケーション層と、物理（ＰＨＹ）層およびデータリンク層を両方組み込んでいる無線リンク層との間の相互作用に焦点を合わせればよい。基地局では、図８に示しているアーキテクチャが、サービス最適化のエンド・ツー・エンド品質を提供するのに適している。図８に同時最適化に関係しているタスクおよび情報フローを示している。必要な状態情報は、クロスレイヤ・オプティマイザのためのパラメータ・アブストラクションのプロセスを通じて、アプリケーション層と無線リンク層から最初に集められる。パラメータ・アブストラクションのプロセスは、層固有のパラメータの、クロスレイヤ・オプティマイザのための包括的なパラメータ、いわゆるクロスレイヤ・パラメータへの変換を結果としてもたらす。次いで、クロスレイヤ・オプティマイザによって最適化が特定の目的関数に関して実行されるようになっている。与えられたセットの選択候補のクロスレイヤ・パラメータ・タプルから、目的関数を最適化するためのタプルが選ばれるようになっている。特定のクロスレイヤ・パラメータ・タプルに関して決定がなされた後、オプティマイザは、その決定情報を対応する層に返送するように動作している。選択候補のクロスレイヤ・パラメータ・タプルのセットは一般的に無限集合であり得ることに注意されたい。このため決定を迅速に行うために有限集合の適切なタプルを事前に選択しておくことが必要である。こうして、最適なクロスレイヤ・パラメータ・タプルに関する最終決定は、局所最適化のみを結果としてもたらす場合がある。
【００８６】
同時最適化を実行するため、状態情報または１セットの主要パラメータが、選ばれた層から抽出され、クロスレイヤ・オプティマイザへ提供されなければならない。クロスレイヤ・オプティマイザへ提供されることは必要なことであり、というのは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または利用が制限されている場合があるためである。
【００８７】
無線ネットワークでは、物理層およびデータリンク層は、特定のサービスの提供の際の無線チャネルの動的変動に対して専用に設計されている。これは動的変動がずっと小さい有線ネットワークとは対照的である。物理層は、伝送パワー（伝送パワー制御を通じて）、チャネル推定、同期、信号形成、変調および信号検出（信号処理を通じて）を含んでいる事項を取扱い、一方、データリンク層は、無線リソース割り当て（マルチユーザ・スケジューリングまたは行列作り）と誤り制御（チャネル符号化、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）を担っている。これら２つの層は、共に無線の性質の固有の特性に密接に関係しているので、それらを一緒に検討することが有用である。以下において、これらの組み合わせ（物理層＋データリンク層）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事項が存在し、これらの事項は互いに関連し合っているので、パラメータ・アブストラクションが必要である。より具体的には、無線リンク層固有のパラメータｒij（例えば、変調文字、符号レート、放送時間、伝送パワー、コヒーレンス時間）のタプルｒi＝（ｒi1，ｒi2，．．．）の集合（セット）Ｒ＝｛ｒ1，ｒ2，．．．｝を定義する。これらの無線リンク固有のパラメータは、可変的である場合があるので、集合Ｒはそれらの値の全ての可能な組み合わせを含み、各タプルｒiは１つの可能な組み合わせを表している。
【００８８】
パラメータ・アブストラクションのプロセスを定式化するため、抽出されたパラメータｒ~ijのタプルｒ~i＝（ｒ~i1，ｒ~i2，．．．）の集合Ｒ~＝｛ｒ~1，ｒ~2，．．．｝を定義する。集合Ｒおよび集合Ｒ~の関係は、ドメインＲおよびコドメインＲ~の間の写像を表す次の関係式により設定されている。
Ｇ⊆Ｒ×Ｒ~
ここで記号×は直積を表す。Ｇは、ドメインＲおよびコドメインＲ~の間の写像を定義している（直積空間Ｒ×Ｒ~の）部分集合（サブセット）である。この写像プロセスを無線リンク層パラメータ・アブストラクションと呼ぶこととする。ユーザが１人のシナリオでは、例えば、４つの主要パラメータを抽出することできる。それらは、伝送データレートｄ、伝送パケット誤り率ｅ、データパケットサイズｓ、およびチャネル・コヒーレンス時間ｔである。これは、抽出されたパラメータのタプルｒ~i＝（ｄi，ｅi，ｓi，ｔi）をもたらす。ユーザがＫ人のシナリオでは、各ユーザのパラメータ・アブストラクションを拡張することができる。パラメータ・タプルｒ~iは４Ｋ個のパラメータｒ~i＝（ｄi(1)，ｅi(1)，ｓi(1)，ｔi(1)，．．．，ｄi(K)，ｅi(K)，ｓi(K)，ｔi(K)）を含んでいる。一群の４個のパラメータは１人のユーザに属している。
【００８９】
伝送データレートｄは、変調スキーム、チャネル符号化、およびマルチユーザ・スケジューリングによって左右される。伝送パケット誤り率ｅは、伝送パワー、チャネル推定、信号検出、変調スキーム、チャネル符号化、現在のユーザの位置などによって左右される。ユーザのチャネル・コヒーレンス時間ｔは、ユーザ速度とその周囲の環境に関係しているが、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。代わりに、伝送パケット誤り率ｅおよびチャネル・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（これらは１つの状態から別の状態への遷移確率（ｐおよびｑ）である）へ変換することが可能である。変換は次式で与えられる。
【数１】
および
【数２】
ここでｐは良い状態から悪い状態への遷移確率であり、ｑは悪い状態から良い状態への遷移確率である。
【００９０】
こうして、抽出されたパラメータのタプルはｒ~i＝（ｄi(1)，ｐi(1)，ｓi(1)，ｑi(1)，．．．，ｄi(K)，ｐi(K)，ｓi(K)，ｑi(K)）となる。この変換の１つの利点は、結果として現れるｒ~iがプロトコル・スタックにおける高位層にとってより包括的であるという点にある。
【００９１】
アプリケーション層は、メディアデータが伝送のため圧縮され、パケット化され、スケジュールされる層である。クロスレイヤ最適化のために抽出される主要パラメータは、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、アプリケーションまたはサービスに依存していることがあるので、圧縮されたソースデータの特性は、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。形式的に記述するため、アプリケーション層固有のパラメータａ~ijのタプルａ~i＝（ａ~i1，ａ~i2，．．．）の集合（セット）Ａ＝｛ａ1，ａ2，．．．｝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、可変的な場合があるので、集合はこれらの値の全ての組み合わせを含み、各タプルは１つの可能な組み合わせを表している。ここで、アブストラクトされたパラメータａ~ijのタプルａ~i＝（ａ~i1，ａ~i2，．．．）の集合Ａ~＝｛ａ~1，ａ~2，．．．｝を定義する。集合Ａと集合Ａ~の関係はドメインＡおよびコドメインＡ~の間の写像を表す次の関係式によって設定されている。
Ｈ⊆Ａ×Ａ~
ここで、この写像プロセスをアプリケーション層パラメータ・アブストラクションと呼ぶ。以下において、我々はストリーミングビデオ・サービスを想定している。このサービスのアブストラクトされたパラメータは、ソースデータレートと、毎秒フレーム数（またはピクチャ数）と、各フレーム（またはピクチャ）のサイズ（バイト単位）と、最大遅延時間とを含んでいる。オプティマイザにとって他の重要な情報は、歪みレート関数（符号化歪み）と特定の損失フレーム（またはピクチャ）の歪みプロファイルである（図９参照）。図９には、３つの異なるビデオ（動画）に対する損失フレームの歪みプロファイルと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ＧＯＰから構成され、それは毎秒３０フレームのフレームレートにおいて０．５秒に相当する。ビデオシーケンスは、平均データレート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始まるようになっている。続く１４フレームは、インターフレームであり、それらは同一のＧＯＰの全ての前のフレームが誤りなく復号された場合にのみ、成功裏に復号することができる。歪みは、表示されているビデオシーケンスとオリジナルのビデオシーケンスとの間で測られる平均二乗再現誤差（ＭＳＥ）で定量化される。図９の指数は、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、そのときは復号されていないフレームの代わりに直前に正しく復号されたフレームが表示されることが想定される。また、指数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。また、ＭＳＥは、量子化誤りによる符号化歪みと呼んでいる。
【００９２】
アプリケーション層およ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Ｒ~およびＡ~は、クロスレイヤ・オプティマイザへの入力を形成している。この２つの入力の集合からの抽出されたパラメータの、タプルの任意の組み合わせが有効であるので、以下のようなクロスレイヤ・パラメータの集合を定義することは都合がよい。
Ｘ~＝Ｒ~×Ａ~
これは２つの入力の集合をオプティマイザの１つの入力の集合に組み合わせるものである。集合Ｘ~＝｛ｘ~1，ｘ~2，．．．｝はタプルｘ~n＝（ｒ~i，ａ~j）および｜Ｘ~｜＝｜Ｒ~｜・｜Ａ~｜から構成されている。
【００９３】
このように導入された表現形式を用いて、クロスレイヤ・オプティマイザΩの作用は以下のように記述される。
Ω：Ｘ~→Ｘ∧⊂Ｘ~
オプティマイザは、入力の集合Ｘ~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Ｘ∧を選択するようになっている。
【００９４】
以下において、我々は｜Ｘ∧｜＝１、すなわちオプティマイザの出力は単一のタプルでありＸ∧＝ｘ~opt∈Ｘ~を想定している。決定すなわちクロスレイヤ・オプティマイザの出力ｘ~optは特定の目的関数
Γ：Ｘ~→Ｒ
に関して作られる。ここでＲは実数集合である。このとき、オプティマイザの出力は以下のように表すことができる。
【数３】
特定の目的関数Γの選択はシステム設計の目標に依存しており、そしてオプティマイザの出力（または決定）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では、単一ユーザのシナリオにおける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オリジナルのビデオシーケンスとの間のＭＳＥである。マルチユーザの状況では、ＭＳＥを別個に拡張することが可能である。例えば、目的関数は、全てのユーザのＭＳＥの総和とすることが可能である。すなわち、このことは次式を意味する。
【数４】
ここでＭＳＥk（ｘ~）は、クロスレイヤ・パラメータ・タプルｘ~∈Ｘ~に対するユーザｋのＭＳＥである。この目的関数は、全てのユーザにわたる平均のパフォーマンスを最適化している。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５】
これは全てのユーザのピークＳＮＲ（信号対ノイズ比）の総和を最大化することに等しい。
【００９５】
クロスレイヤ・オプティマイザの出力（または決定）ｘ~opt＝（ｒ~opt,ａ~opt）が得られると、決定ｒ~optおよびａ~optは、無線リンク層およびアプリケーション層にそれぞれ返送されなければならない。この際、パラメータ・アブストラクトのプロセスは、逆に実行されなければならず、抽出されたパラメータｒ~optおよびａ~optは、層固有のパラメータｒopt∈Ｒ、ａopt∈Ａに逆変換される。この逆変換は次式で与えられる。
ｒopt∈｛ｒ｜（ｒ，ｒ~opt）∈Ｇ｝
および
ａopt∈｛ａ｜（ａ，ａ~opt）∈Ｈ｝
｛ｒ｜（ｒ，ｒ~opt）∈Ｇ｝または｛ａ｜（ａ，ａ~opt）∈Ｈ｝が２つ以上の要素を含んでいる場合、特定の要素の選択は対応する層において、個別に対応する層で行うことができる。
【００９６】
以下の記述において、我々は本発明の同時最適化のパフォーマンスを評価するためにサンプル・シミュレーション結果を提供している。この節全体を通して、我々は３人のユーザ（ユーザ１、ユーザ２，ユーザ３）がそれぞれ異なるビデオをリクエストする状況を想定している。ユーザ１、ユーザ２、およびユーザ３は、それぞれ自動車電話（ＣＰ）、現場監督（ＦＭ）、母と娘（ＭＤ）のビデオをリクエストする。パフォーマンスの尺度として信号対雑音比（ＰＳＮＲ）を選択する。ＰＳＮＲはＰＳＮＲ＝１０ｌｏｇ10（２５５2／ＭＳＥ）で定義される。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。それゆえ、ＰＳＮＲが大きくなるほどパフォーマンスが良くなる。一例として、最悪ケースのユーザのパフォーマンスを最大化する目的関数を使用している。
【００９７】
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・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５４バイトに等しいと想定している。このサイズは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格またはＨｉｐｅｒＬＡＮ２規格の指定パケットサイズと同じである。チャネル・コヒーレンス時間は、３人のユーザ全てに対して５０ｍｓであると想定している。これは（搬送波周波数５ＧＨｚに対して）ほぼ歩行者速度に相当する。伝送データレートは、変調スキーム、チャネル符号化、およびマルチユーザ・スケジューリングに左右されるので、２つの異なる変調（ＢＰＳＫおよびＱＰＳＫ）が想定されている。さらに、図６ａに示しているように、時分割多重ベースのマルチユーザ・スケジューリングにおいて７つのケースの時間割り振りが存在すると想定されている。ユーザの伝送データレートは、ＢＰＳＫが使用されているときには１００ｋｂｐｓに等しいと想定され、全伝送時間の２／９がそれに割り当てられる。一方、ＱＰＳＫが使用され、全伝送時間の４／９が割り当てられる場合、ユーザは４００ｋｂｐｓと同程度の大きさの伝送データ伝送速度を有することができる。他方、伝送誤り率は、伝送データレート、平均ＳＮＲおよびチャネル・コードの誤り訂正能力に依存している。通常、チャネル・コードのパフォーマンスは、所与の受信ＳＮＲに対する（チャネル復号後の）残差誤り率に関して評価される。シミュレーションでは、符号レート１／２の畳み込み符号と５４バイトのデータパケットサイズを想定している。図１０に残差パケット誤り率をＳＮＲの関数として示している。しかしながら、無線リンクでは、受信ＳＮＲは一定ではないが、ユーザの移動によって引き起こされる高速フェージングのせいで平均値の周りで不安定となる。こうして、受信ＳＮＲは、物理チャネルの伝搬特性によって決まる（例えば、レイリー分布、ライス分布といった）特定の確率分布のランダム変数としてモデリングできる。フェージング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を（例えば図１０から）フェージングの統計値で平均することによって計算されている。レイリー・フェージングを想定すると、結果として生じる平均パケット誤り率は、平均ＳＮＲの関数として図１１に与えられている。この結果として生じる平均パケット誤り率は、シミュレーションではパラメータｅとして使用されている。無線リンクで一般的に観察されているユーザ位置に依存する経路損失およびシャドウイングは、各ユーザに一様に１から１００（０ｄＢから２０ｄＢ）の範囲内で、長期平均のＳＮＲをランダムかつ独立に選ぶことで考慮に入れられている。アプリケーション層では、ビデオはＧＯＰ当たり１５フレーム（０．５秒当たり）のＨ．２６４ビデオ圧縮規格を使用して符号化されている。ソースレートの２つの異なる値（１００ｋｂｐｓおよび２００ｋｂｐｓ）についても考慮に入れられている。これは、ビデオが２つの異なる目標レートで事前に符号化されており、両方のバージョンがストリーミングサーバに保存されていることを意味している。ＧＯＰの始まりに１つのソースストリームからその他のソースストリームに切り替えることができる。各ＧＯＰにおいて、最初のフレームはＩフレームであり、後続する１４個のフレームは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９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オリジナルのビデオシーケンスとの間で測られ、ＧＯＰ全体で平均される。図９において、指数は特定のフレームの損失を示している。ＧＯＰの全ての後続フレームは、復号不能になり、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想定されている。指数１６は、全てのフレームが正しく受信されたときのＭＳＥ（これは符号化歪みである）を与えることに注意されたい。また、Ｐフレームの復号の成功は同一のＧＯＰの全ての前のフレームの誤りのない受信に依存しているので、ＧＯＰの第１のフレームの損失は最大の歪みをもたらすのに対してＧＯＰの最後のフレームの損失はほとんど歪みが発生しないということにも注意されたい。さらに、各ビデオフレーム（またはピクチャ）は、最大サイズ５４バイトでパケット化され、各パケットは、１つのフレームからのデータを含んでいるのみである。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る。各フレームのサイズは、符号化段階で決定されている。これらの値は、ビットストリームおよび歪みプロファイルと一緒に保存されるようになっている。図６ｂに、ソースレート１００ｋｂｐｓにおける３つの測定対象ビデオにおけるＧＯＰのサイズ（パケット単位）を示している。図表中、ＩおよびＰｎ（ｎ＝１，２，．．．１４）は、Ｉフレームおよび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遥かに大きく、Ｐフレームのサイズは、フレームごとに変わることがわかる。このことはビデオのコンテンツに関係している。ＡＲＱのない動作モード（フォワード・モード）およびＡＲＱのある動作モード（ＡＲＱモード）が両方共詳細に調べられている。あらゆるＧＯＰを単位と見なし、各ＧＯＰは０．５秒の時間内に伝送されなければならないと想定している。フォワード・モードでは、クライアントからの確認通知が一切利用できず、伝送データレートがソースデータレートよりも大きいときには特定のクライアントに対するあらゆるＧＯＰのビデオフレームが繰り返し伝送されることを想定している。例えば、伝送データレートがソースデータレートの２倍である場合には、あらゆるＧＯＰは２回伝送されるようになっている。伝送データレートがソースデータレートの１．５倍である場合、ＧＯＰは一回だけ伝送された後、そのＧＯＰの０．５秒の間隔が終わるまで、第１のＩフレーム、第１のＰフレーム、第２のＰフレームなどが再送されるようになっている。他方、ＡＲＱモードでは、伝送されたパケットのクライアントから即時確認通知が利用可能であり、特定のクライアントのあらゆるＧＯＰのデータパケットは、ＧＯＰのデータパケットが時間順に受信されるような形で再送されることを想定している。すなわち、新たなパケットを伝送する前に、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１２から１４に３つのシナリオ（シナリオ１、２および３）のシミュレーション結果を示している。シナリオ１において、無線リンク層ではＢＰＳＫ変調のみが使用され、アプリケーション層では１００ｋｂｐｓのソースレートのみが利用可能なように制限している。それゆえ、このシナリオにおいて唯一の、一定の抽出されたパラメータ・タプル（３人のユーザ全てに対して１００ｋｂｐｓ）がアプリケーション層によって提供される一方、無線リンク層は７個の抽出されたパラメータ・タプルを提供し、これにより図６ａに示している時間割り振りの７つケースが結果としてもたらされるようになっている。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パラメータ・タプルの７つの組み合わせから１つを選択するようになっている。ＭＳＥは、既に言及した２つの要素、すなわち高速フェージング並びにユーザの位置に依存している経路損失およびシャドウイング、によって制御されているランダム変数である。一般に、高速フェージングは、経路損失およびシャドウイングよりもずっと小さい時間スケールで起こっている。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されたＭＳＥを評価している。この値に基づき、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。ユーザの位置（ポジション）のアンサンブルに関してその統計的特性も調べている。それゆえ、この平均ＭＳＥの累積分布関数（ＣＤＦ）が両方のモード（フォワード・モードおよびＡＲＱモード）のパフォーマンスを示すために選ばれている。本発明の同時最適化を含んでいるシステム（ｗ／ＪＯ）におけるパフォーマンスが最悪のユーザは、同時最適化を含んでいないシステム（ｗ／ｏＪＯ）におけるパフォーマンスが最悪のユーザと比較される。同時最適化を含んでいないシステムは、同じ量の伝送時間を全てのユーザに割り当て（すなわち図６ａにおけるケース１）、ＢＰＳＫ変調を使用し、その間、ソースデータレートは１００ｋｂｐｓに固定されることが想定されている。図１２から、パフォーマンスが最悪のユーザのＰＳＮＲが同時最適化を含んでいるシステム（ｗ／ＪＯ）において大きく改善することがわかる。例えば、パフォーマンスが最悪のユーザのＰＳＮＲがフォワード・モードのシステムｗ／ＪＯにおいて３０ｄＢを超えるチャンスは約１−４０％＝６０％であり、これはシステムｗ／ｏＪＯと比べると２ｄＢ改善している。図１３および図１４において、シナリオ２およびシナリオ３にも同じような改善傾向が見られる。シナリオ２では、シナリオ１と同じアブストラクトされたパラメータのタプルがアプリケーション層で想定されているが、無線リンク層は、ＢＰＳＫでの時間割り振りの７つのケースおよびＱＰＳＫでの時間割り振りの別の７つのケースの結果生じる１４個（タプル個数）の抽出されたパラメータ・タプルを提供している。また図１２に示しているように同時最適化のない同じシステム（ｗ／ｏＪＯ）も比較目的のため提供されている。シナリオ３では、３人のユーザの各々に対して２つの異なるソースレート１００ｋｂｐｓおよび２００ｋｂｐｓがアプリケーション層によって提供される（２3＝８個のパラメータ・タプルが結果として生じる）ことが想定されている。また、シナリオ２と同じアブストラクトされたパラメータ・タプルが無線リンク層によって提供されている。パフォーマンスは、より多くの抽出されたパラメータ・タプルが与えられたときに、より多くの自由度が得られることから改善するようになっている。このことは図９において、より明確に観察され、そこでは調査対象の３つのシナリオのパフォーマンスの改善が見られている。ここで、ＰＳＮＲはシステムｗ／ＪＯおよびシステムｗ／ｏＪＯにおけるパフォーマンスの最も悪いユーザのＰＳＮＲの差異として定義されている。図９の左側を詳しく観察すると、フォワード・モードではシナリオ２のパフォーマンス改善量がシナリオ１の改善量よりもずっと大きく、それに対し、シナリオ３のパフォーマンス改善量はシナリオ２のものよりもほんのわずかだけ大きいことがはっきりわかる。これは、無線リンク層によって与えられる（ＱＰＳＫを使用することによる）より高い伝送データレートの選択がこのアプリケーションモードでは好ましく、オプティマイザは、それを高い頻度で選ぶことを示している。これとは対照的に、アプリケーション層によって与えられているより高いソースレート（２００ｋｂｐｓ）の選択は、このモードではあまり好ましくなく、オプティマイザは、それを滅多に選ぶことはないようになっている。他方、より高いソースレートのこの選択は、ＡＲＱモードでは好ましく、このことは図の右側のグラフからわかる。そこではシナリオ３のパフォーマンス改善量は、シナリオ２のものよりもかなり大きい。それゆえ、抽出されたパラメータ・タプルの適切なセットは、複雑さが少ない状態で最適化すると同時に大きなパフォーマンス改善を実現するのに重要である。また、個別の層ごとに有効な全ての自由度を特定し、クロスレイヤ設計において重要な自由度を考察することが重要であることを、実験は示している。
【００９８】
本発明は、ビデオストリーミング・サービスを提供する無線システムにおいて、アプリケーション層および無線リンク層を同時に最適化するためのアーキテクチャを提案している。本アーキテクチャは、３つの主要コンセプト、すなわちパラメータ・アブストラクションと、クロスレイヤの最適化と、決定情報配信とに基づいている。予備的な研究から、本発明のアーキテクチャは、パフォーマンスを改善する可能な方法を提供しており、従って無線マルチメディア通信におけて将来の課題に対処する助けとなり得ることが明らかとなっている。アプリケーション層および無線リンク層の少数の自由度を考慮するときでさえ、同時最適化によってストリーミングビデオ利用におけるユーザが感受するクオリティの大きな改善を得るようになっている。
【００９９】
本発明の方法の特定の実施要件に応じて、本発明の方法はハードウェアまたはソフトウェアの形態で実施が可能である。本発明の実施は、本発明の方法が実行されるようにプログラム制御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ジタル記憶媒体、特に電子的に読み取り可能な制御信号をその上に有しているディスクまたはＣＤを使用して行うことができる。従って、一般に、本発明は、コンピュータ上で走らせたときに本発明の方法を実行するプログラム・コードが機械読み取り可能な媒体に記憶されたコンピュータ・プログラム製品である。言い換えると、本発明の方法は、コンピュータ上で走らせたとき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】
【０１００】
【図１】本発明の第１の実施形態による複数の通信層の動作を制御する装置のブロック図である。
【図２】本発明の更なる実施形態による複数の通信層の動作を制御する装置の態様を示している図である。
【図３】マルチユーザ・スケジューリングのシナリオにおける本発明の伝送時間割り振りを実証するための図である。
【図４】プロトコル・スタックの態様を示している図である。
【図５】クロスレイヤ・アプローチを実証するための図である。
【図６ａ】時間割り振りが異なるマルチユーザ・スケジューリングを示している図である。
【図６ｂ】３つの測定対象ビデオにおけるＧＯＰのサイズ（パケット数）を示している図である。
【図７】考察対象の通信システムのブロック図である。
【図８】本発明に係る同時的層最適化のためのシステム・アーキテクチャを示している図である。
【図９】３つの測定対象ビデオにおけるＧＯＰに対するＭＳＥを示している図である。
【図１０】信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に対するフレーム誤り率を示している図である。
【図１１】シナリオ１の性能比較を示している図である。
【図１２】シナリオ２の性能比較を示している図である。
【図１３】シナリオ３の性能比較を示している図である。
【図１４】３つの調査対象シナリオの性能改善比較を示した図である。
【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型通信システムの複数の通信層の動作を制御する装置であって、
前記複数の通信層のうちの第１の通信層の動作モードは第１のセットのパラメータによって決まり、前記複数の通信層のうちの第２の通信層の動作モードは第２のセットのパラメータによって決まり、
前記通信チャネルのプロパティを提供するための手段（１３５）と、
前記第１および第２の通信層の現在のステージを決定するために前記第１の通信層の前記第１のセットのパラメータと前記第２の通信層の前記第２のセットのパラメータとを抽出するためのエクストラクタ（１０５）と、
前記第１のセットのパラメータに依存している第１の通信層の特性をモデリングしている第１のアブストラクション・モデルと第２のセットのパラメータに依存している第２の通信層の特性をモデリングしている第２のアブストラクション・モデルとを提供するための手段（１３７）と、
前記第１のアブストラクション・モデルと、前記第２のアブストラクション・モデルと、チャネル・プロパティと、最適化の目標とに基づいて、前記第１の通信層によって使用される最適化された第１のセットのパラメータと第２の通信層によって使用される最適化された第２のセットのパラメータとを決定するための手段（１１５）と、
前記最適化された第１のセットのパラメータを前記第１の通信層に提供し、前記最適化された第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ための手段（１３７）と
を備えている装置。
【請求項２】
前記階層型通信システムの前記複数の通信層は、プロトコル層であり、前記第２の通信層は、前記通信チャネルを通して情報の伝送を管理するとともにその通信チャネルのプロパティを抽出するように動作し、前記通信チャネルのプロパティを提供するための手段は、前記通信チャネルのプロパティを受け取るために前記第２の通信層に接続されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２の通信層は物理層で構成されており、前記通信チャネルのプロパティを提供するための手段（１３５）は、前記物理層とインタフェースで接続するためのプロトコル・インタフェースを備えている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記通信チャネルのプロパティを提供するための手段（１３５）は、前記通信チャネルのプロパティとして、ビット誤り率または／および該ビット誤り率を伴うチャネル・データレートまたは／および伝送遅延または／および該ビット誤り率を伴う伝送パワーまたは／およびチャネル・コヒーレンス時間または／およびチャネル・コヒーレンス帯域幅を提供するように動作する、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のアブストラクション・モデルは、或る状態と、或る状態から更に進んだ状態と、それらの状態の間の遷移とを有している第１の状態図を備えており、第２のアブストラクション・モデルは、或る状態と、或る状態から更に進んだ状態と、それらの状態の間の遷移とを有している第２の状態図を備えており、前記第１の状態図は、前記第１の通信層のパラメータ依存性の振る舞いをモデリングしており、前記第２の状態図は前記第２の通信層のパラメータ依存性の振る舞いをモデリングしており、最適化された前記第１のセットのパラメータおよび前記最適化された前記第２のセットのパラメータを決定するための手段は、前記第１セットのパラメータを前記第１のアブストラクション・モデルに挿入し、前記第２セットのパラメータを前記第２のアブストラクション・モデルに挿入するとともに、チャネル・プロパティに依存した前記第１のアブストラクション・モデルと前記第２のアブストラクション・モデルとを同時にエミュレートすることにより、前記第１の最適化されたセットのパラメータと前記第２の最適化されたパラメータとを決定して最適化の目標を達成するように動作する、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、最適化の目標が前記第１のセットのパラメータと前記第２のセットのパラメータとを使用して達成できないときに、前記最適化された第１のセットのパラメータまたは／および前記最適化された第２のセットのパラメータが将来使用されることを合図するために、チャネル・プロパティに依存した前記第１のセットのパラメータを使用する前記第１のアブストラクション・モデルとチャネル・プロパティに依存した前記第２のセットのパラメータを使用する前記第２のアブストラクション・モデルとを解析するためのアナライザを備えている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記最適化の目標は伝送品質の最適化を含んでおり、前記第１のセットのパラメータおよび前記第２のセットのパラメータが初期パラメータであるとき、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、前記第１のアブストラクション・モデルを使用して前記第１の通信層の振る舞いおよび前記第２のアブストラクション・モデルを使用して前記第２の通信層の振る舞いをエミュレートすることにより、前記最適化された第１のセットのパラメータと前記最適化された第２のセットのパラメータとを同時に決定するように動作する、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１の通信層は、歪みを伴う情報レートを有している情報信号を提供するために伝送される情報を符号化するように動作するとともに、前記第１の通信層は、ビット誤り率を伴うデータレートを有している伝送信号を取得するために前記第１情報信号を符号化するように動作し、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、歪みを伴う情報レートを有している情報信号を取得するために、情報を符号化するために使用される前記最適化された第１のセットのパラメータと、前記情報レートをサポートしているデータレートを有している伝送信号を取得するために、前記第１情報信号を符号化するために使用される前記最適化された第２のセットのパラメータとを同時に決定するように動作する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
伝送される情報はマルチユーザ・シナリオにおいて第１のユーザに関連している第１の情報と第２のユーザに関連している第２の情報とを含んでおり、最適化の目標は、前記第１の情報および前記第２の情報に対する最適化された伝送品質であり、前記第１の通信層は、第１の情報信号および第２の情報信号を取得するために前記第１の情報を符号化するように動作し、前記第２の通信層は、前記通信チャネルを通じて伝送される複合信号を取得するために前記第１の情報信号および前記第２の情報信号を符号化するように動作し、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、前記第１の情報および前記第２の情報の伝送品質を最適化するため、前記第１の情報および前記第２の情報を符号化するために前記第１の通信層によって使用される最適化された第１のセットのパラメータと、前記第１の情報および前記第２の情報を符号化するために前記第２の通信層によって使用される最適化された第２のセットのパラメータとを同時に決定するように動作する、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第２の通信層は、前記第１の情報信号が第１の時間フレーム内で伝送され、前記第２の情報信号が第２の時間フレーム内で伝送されるように、前記第１の情報信号および前記第２の情報信号をスケジュールするようになっており、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、第１の歪みを伴う第１の情報レートを有している第１の情報信号を取得し、第２の歪みを伴う第２の情報レートを有している第２の情報信号を取得するために、前記最適化された第１のセットのパラメータを決定するとともに、前記第１の情報レートおよび前記第２の情報レートをサポートするデータレートを有している前記複合信号を取得するために、前記第２のセットのパラメータを決定するように動作する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１のユーザに関連している前記第１の情報は、第１の副情報および第２の副情報を含んでおり、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は更に、前記第１の副情報および前記第２の副情報を選択的に符号化して前記第１の副情報および前記第２の副情報を含んでいる前記第１の情報信号を取得するための前記第１の通信層によって使用される前記第１の最適化されたセットのパラメータを決定するように動作する、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、前記第１の副情報および前記第２の副情報が前記第１の情報信号内の異なる位置に配置されるように、前記第１の情報信号内において前記第１の副情報および前記第２の副情報をスケジュールするために、前記最適化された第１のセットのパラメータを決定するように動作する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、第１のセットの係数によって決まる前記第１の通信層の現在の状況と第２のセットの係数によって決まる前記第２の通信層の現在の状況とをモニタしてステータス情報を提供するように動作する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、前記ステータス情報に基づいて、最適化の目標を達成するためにどの最適化されたセットのパラメータが決定されるべきかを決定するように動作する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
最適化の目標はマルチユーザ・シナリオにおける伝送品質の最適化を含んでおり、伝送される情報は前記第１のユーザに関連している前記第１の情報と該第１のユーザに関連している前記第２の情報と前記第２のユーザに関連している前記第３の情報と該第２のユーザに関連している前記第４の情報とを含んでおり、前記第１の通信層は前記第１のユーザに関連している前記第１の情報信号を取得するために前記第１の情報および前記第２の情報をスケジュールするように動作するとともに、前記第１の通信層は前記第２のユーザに関連している前記第２の情報信号を取得するために前記第３の情報および前記第４の情報をスケジュールするように動作し、前記第２の通信層はスケジュールされたマルチユーザ・ストリームを取得するために前記第１の情報信号および前記第２の情報信号をスケジュールするように動作し、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、前記第１の情報信号および前記第２の情報信号を提供するために前記第１の通信層によって使用される前記最適化された第１のセットのパラメータと、前記スケジュールされたマルチユーザ・ストリームを提供するために前記第２の通信層によって使用される前記最適化された第２のセットのパラメータとを同時に決定するように動作する、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１のアブストラクション・モデルおよび前記第２のアブストラクション・モデルを提供するための手段（１３７）は、複数の通信層に関する複数のアブストラクション・モデルを提供するように動作する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記パラメータを提供するための手段（１２９）は、前記第１の通信層および前記第２の通信層とインタフェースで接続するためのプロトコル・インタフェースを備えている、請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記第２の通信層は、変調の機能を有している物理層を備えており、前記第２のセットのパラメータは変調スキームを決める１サブセットの変調パラメータを含んでおり、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は更に、最適化の目標を達成するために更なる１サブセットの変調パラメータを決定するように動作する、請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記第２の通信層は、前方誤り符号化スキームを決める１サブセットの符号化パラメータを使用する前方誤り符号化の機能を有しているデータリンク層を備えており、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は更に、最適化の目標を達成するためにサブセットの符号化パラメータを決定するように動作する、請求項１から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
伝送される情報を提供するための情報源と、
複数のプロトコル層を制御する請求項１から１９のいずれか一項に記載された装置と、
前記プロトコル層に従って伝送される情報を処理するためのプロセッサと
を備えている、複数のプロトコル層を備えている伝送プロトコルに従って伝送される情報を処理するための通信装置。
【請求項２１】
受信信号は、通信チャネルを通じて伝送された伝送信号の受信版であり、前記伝送信号は、伝送プロトコルに従って処理された情報を含んでおり、前記伝送プロトコルは、第１の伝送プロトコル層と第２の伝送プロトコル層とを備えており、前記第１の伝送プロトコル層の動作モードは、第１のセットの伝送パラメータによって決まり、前記第２の伝送プロトコル層の動作モードは、第２のセットの伝送パラメータによって決まり、前記第１のセットの伝送パラメータおよび前記第２のセットの伝送パラメータは、第１の通信層および第２の通信層の振る舞いをモデリングするためのアブストラクション・モデルに基づいてペアで決定され、前記受信プロトコルは、第１の受信プロトコル層と第２の受信プロトコル層とを備えており、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まり、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まり、
前記第１のセットの伝送パラメータおよび前記第２のセットの伝送パラメータを示しているパラメータ情報を受信するための手段と、
前記第１のセットの伝送パラメータに対応している前記第１のセットの受信パラメータおよび前記第２のセットの伝送パラメータに対応している前記第２のセットの受信パラメータを決定するための手段と、
前記第１のセットの受信パラメータを前記第１の通信層に提供するとともに前記第２のセットの受信パラメータを前記第２の通信層に提供するための手段と
を備えている、受信プロトコルに従って受信信号を処理するための通信装置。
【請求項２２】
通信チャネルを通じて情報を伝送する階層型通信システムの複数の通信層の動作を制御する方法であって、
前記複数の通信層のうちの第１の通信層の動作モードは第１のセットのパラメータによって決まり、前記複数の通信層のうちの第２の通信層の動作モードは第２のセットのパラメータによって決まり、
前記通信チャネルのプロパティを提供するステップと、
前記第１および第２の通信層の現在の状況を決定するために前記第１の通信層の第１のセットのパラメータと前記第２の通信層の第２のセットのパラメータとを取り出すステップと、
前記第１のセットのパラメータに依存している前記第１の通信層の特性をモデリングする第１のアブストラクション・モデルと前記第２のセットのパラメータに依存している前記第２の通信層の特性をモデリングする第２のアブストラクション・モデルとを提供するステップと、
前記第１のアブストラクション・モデルと、前記第２のアブストラクション・モデルと、チャネル・プロパティと、最適化の目標とに基づいて第１の通信層によって使用される最適化された第１のセットのパラメータと第２の通信層によって使用される最適化された第２のセットのパラメータとを決定するステップと、
前記最適化された第１のセットのパラメータを前記第１の通信層に提供するとともに前記最適化された第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
を備えている方法。
【請求項２３】
情報を提供するステップと、
請求項２２に記載された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、
前記情報を前記プロトコル層に従って処理するステップと
を含んでいる、複数のプロトコル層から成る伝送プロトコルに従って伝送される情報を処理するための方法。
【請求項２４】
受信信号は、通信チャネルを通じて伝送された伝送信号の受信版であり、前記伝送信号は、伝送プロトコルに従って処理された情報を含んでおり、前記伝送プロトコルは、第１の伝送プロトコル層と第２の伝送プロトコル層とを備えており、前記第１の伝送プロトコル層の動作モードは、第１のセットの伝送パラメータによって決まり、前記第２の伝送プロトコル層の動作モードは、第２のセットの伝送パラメータによって決まり、前記第１のセットの伝送パラメータおよび前記第２のセットの伝送パラメータは、第１の通信層および第２の通信層の振る舞いをモデリングするためのアブストラクション・モデルに基づいてペアで決定され、前記受信プロトコルは、前記第１の受信プロトコル層と前記第２の受信プロトコル層とを備えており、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まり、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まり、
前記第１のセットの伝送パラメータおよび前記第２のセットの伝送パラメータを示しているパラメータ情報を受信するステップと、
前記第１のセットの伝送パラメータに対応している前記第１のセットの受信パラメータおよび前記第２のセットの伝送パラメータに対応している前記第２のセットの受信パラメータを決定するステップと、
前記第１のセットの受信パラメータを前記第１の通信層に提供するとともに前記第２のセットの受信パラメータを前記第２の通信層に提供するステップと
を備えている、受信プロトコルに従って受信信号を処理するための方法。
【請求項２５】
コンピュータ上で実行するときに請求項２２または２３または２４に記載された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。
【請求項１】
通信チャネルを通じて情報を伝送する階層型通信システムの複数の通信層の動作を制御する装置であって、
前記複数の通信層のうちの第１の通信層の動作モードは第１のセットのパラメータによって決まり、前記複数の通信層のうちの第２の通信層の動作モードは第２のセットのパラメータによって決まり、
前記通信チャネルのプロパティを提供するための手段（１３５）と、
前記第１および第２の通信層の現在のステージを決定するために前記第１の通信層の前記第１のセットのパラメータと前記第２の通信層の前記第２のセットのパラメータとを抽出するためのエクストラクタ（１０５）と、
前記第１のセットのパラメータに依存している第１の通信層の特性をモデリングしている第１のアブストラクション・モデルと第２のセットのパラメータに依存している第２の通信層の特性をモデリングしている第２のアブストラクション・モデルとを提供するための手段（１３７）と、
前記第１のアブストラクション・モデルと、前記第２のアブストラクション・モデルと、チャネル・プロパティと、最適化の目標とに基づいて、前記第１の通信層によって使用される最適化された第１のセットのパラメータと第２の通信層によって使用される最適化された第２のセットのパラメータとを決定するための手段（１１５）と、
前記最適化された第１のセットのパラメータを前記第１の通信層に提供し、前記最適化された第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ための手段（１３７）と
を備えている装置。
【請求項２】
前記階層型通信システムの前記複数の通信層は、プロトコル層であり、前記第２の通信層は、前記通信チャネルを通して情報の伝送を管理するとともにその通信チャネルのプロパティを抽出するように動作し、前記通信チャネルのプロパティを提供するための手段は、前記通信チャネルのプロパティを受け取るために前記第２の通信層に接続されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２の通信層は物理層で構成されており、前記通信チャネルのプロパティを提供するための手段（１３５）は、前記物理層とインタフェースで接続するためのプロトコル・インタフェースを備えている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記通信チャネルのプロパティを提供するための手段（１３５）は、前記通信チャネルのプロパティとして、ビット誤り率または／および該ビット誤り率を伴うチャネル・データレートまたは／および伝送遅延または／および該ビット誤り率を伴う伝送パワーまたは／およびチャネル・コヒーレンス時間または／およびチャネル・コヒーレンス帯域幅を提供するように動作する、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のアブストラクション・モデルは、或る状態と、或る状態から更に進んだ状態と、それらの状態の間の遷移とを有している第１の状態図を備えており、第２のアブストラクション・モデルは、或る状態と、或る状態から更に進んだ状態と、それらの状態の間の遷移とを有している第２の状態図を備えており、前記第１の状態図は、前記第１の通信層のパラメータ依存性の振る舞いをモデリングしており、前記第２の状態図は前記第２の通信層のパラメータ依存性の振る舞いをモデリングしており、最適化された前記第１のセットのパラメータおよび前記最適化された前記第２のセットのパラメータを決定するための手段は、前記第１セットのパラメータを前記第１のアブストラクション・モデルに挿入し、前記第２セットのパラメータを前記第２のアブストラクション・モデルに挿入するとともに、チャネル・プロパティに依存した前記第１のアブストラクション・モデルと前記第２のアブストラクション・モデルとを同時にエミュレートすることにより、前記第１の最適化されたセットのパラメータと前記第２の最適化されたパラメータとを決定して最適化の目標を達成するように動作する、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、最適化の目標が前記第１のセットのパラメータと前記第２のセットのパラメータとを使用して達成できないときに、前記最適化された第１のセットのパラメータまたは／および前記最適化された第２のセットのパラメータが将来使用されることを合図するために、チャネル・プロパティに依存した前記第１のセットのパラメータを使用する前記第１のアブストラクション・モデルとチャネル・プロパティに依存した前記第２のセットのパラメータを使用する前記第２のアブストラクション・モデルとを解析するためのアナライザを備えている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記最適化の目標は伝送品質の最適化を含んでおり、前記第１のセットのパラメータおよび前記第２のセットのパラメータが初期パラメータであるとき、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、前記第１のアブストラクション・モデルを使用して前記第１の通信層の振る舞いおよび前記第２のアブストラクション・モデルを使用して前記第２の通信層の振る舞いをエミュレートすることにより、前記最適化された第１のセットのパラメータと前記最適化された第２のセットのパラメータとを同時に決定するように動作する、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１の通信層は、歪みを伴う情報レートを有している情報信号を提供するために伝送される情報を符号化するように動作するとともに、前記第１の通信層は、ビット誤り率を伴うデータレートを有している伝送信号を取得するために前記第１情報信号を符号化するように動作し、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、歪みを伴う情報レートを有している情報信号を取得するために、情報を符号化するために使用される前記最適化された第１のセットのパラメータと、前記情報レートをサポートしているデータレートを有している伝送信号を取得するために、前記第１情報信号を符号化するために使用される前記最適化された第２のセットのパラメータとを同時に決定するように動作する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
伝送される情報はマルチユーザ・シナリオにおいて第１のユーザに関連している第１の情報と第２のユーザに関連している第２の情報とを含んでおり、最適化の目標は、前記第１の情報および前記第２の情報に対する最適化された伝送品質であり、前記第１の通信層は、第１の情報信号および第２の情報信号を取得するために前記第１の情報を符号化するように動作し、前記第２の通信層は、前記通信チャネルを通じて伝送される複合信号を取得するために前記第１の情報信号および前記第２の情報信号を符号化するように動作し、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、前記第１の情報および前記第２の情報の伝送品質を最適化するため、前記第１の情報および前記第２の情報を符号化するために前記第１の通信層によって使用される最適化された第１のセットのパラメータと、前記第１の情報および前記第２の情報を符号化するために前記第２の通信層によって使用される最適化された第２のセットのパラメータとを同時に決定するように動作する、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第２の通信層は、前記第１の情報信号が第１の時間フレーム内で伝送され、前記第２の情報信号が第２の時間フレーム内で伝送されるように、前記第１の情報信号および前記第２の情報信号をスケジュールするようになっており、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、第１の歪みを伴う第１の情報レートを有している第１の情報信号を取得し、第２の歪みを伴う第２の情報レートを有している第２の情報信号を取得するために、前記最適化された第１のセットのパラメータを決定するとともに、前記第１の情報レートおよび前記第２の情報レートをサポートするデータレートを有している前記複合信号を取得するために、前記第２のセットのパラメータを決定するように動作する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１のユーザに関連している前記第１の情報は、第１の副情報および第２の副情報を含んでおり、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は更に、前記第１の副情報および前記第２の副情報を選択的に符号化して前記第１の副情報および前記第２の副情報を含んでいる前記第１の情報信号を取得するための前記第１の通信層によって使用される前記第１の最適化されたセットのパラメータを決定するように動作する、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、前記第１の副情報および前記第２の副情報が前記第１の情報信号内の異なる位置に配置されるように、前記第１の情報信号内において前記第１の副情報および前記第２の副情報をスケジュールするために、前記最適化された第１のセットのパラメータを決定するように動作する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、第１のセットの係数によって決まる前記第１の通信層の現在の状況と第２のセットの係数によって決まる前記第２の通信層の現在の状況とをモニタしてステータス情報を提供するように動作する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、前記ステータス情報に基づいて、最適化の目標を達成するためにどの最適化されたセットのパラメータが決定されるべきかを決定するように動作する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
最適化の目標はマルチユーザ・シナリオにおける伝送品質の最適化を含んでおり、伝送される情報は前記第１のユーザに関連している前記第１の情報と該第１のユーザに関連している前記第２の情報と前記第２のユーザに関連している前記第３の情報と該第２のユーザに関連している前記第４の情報とを含んでおり、前記第１の通信層は前記第１のユーザに関連している前記第１の情報信号を取得するために前記第１の情報および前記第２の情報をスケジュールするように動作するとともに、前記第１の通信層は前記第２のユーザに関連している前記第２の情報信号を取得するために前記第３の情報および前記第４の情報をスケジュールするように動作し、前記第２の通信層はスケジュールされたマルチユーザ・ストリームを取得するために前記第１の情報信号および前記第２の情報信号をスケジュールするように動作し、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は、前記第１の情報信号および前記第２の情報信号を提供するために前記第１の通信層によって使用される前記最適化された第１のセットのパラメータと、前記スケジュールされたマルチユーザ・ストリームを提供するために前記第２の通信層によって使用される前記最適化された第２のセットのパラメータとを同時に決定するように動作する、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１のアブストラクション・モデルおよび前記第２のアブストラクション・モデルを提供するための手段（１３７）は、複数の通信層に関する複数のアブストラクション・モデルを提供するように動作する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記パラメータを提供するための手段（１２９）は、前記第１の通信層および前記第２の通信層とインタフェースで接続するためのプロトコル・インタフェースを備えている、請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記第２の通信層は、変調の機能を有している物理層を備えており、前記第２のセットのパラメータは変調スキームを決める１サブセットの変調パラメータを含んでおり、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は更に、最適化の目標を達成するために更なる１サブセットの変調パラメータを決定するように動作する、請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記第２の通信層は、前方誤り符号化スキームを決める１サブセットの符号化パラメータを使用する前方誤り符号化の機能を有しているデータリンク層を備えており、前記パラメータを決定するための手段（１１５）は更に、最適化の目標を達成するためにサブセットの符号化パラメータを決定するように動作する、請求項１から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
伝送される情報を提供するための情報源と、
複数のプロトコル層を制御する請求項１から１９のいずれか一項に記載された装置と、
前記プロトコル層に従って伝送される情報を処理するためのプロセッサと
を備えている、複数のプロトコル層を備えている伝送プロトコルに従って伝送される情報を処理するための通信装置。
【請求項２１】
受信信号は、通信チャネルを通じて伝送された伝送信号の受信版であり、前記伝送信号は、伝送プロトコルに従って処理された情報を含んでおり、前記伝送プロトコルは、第１の伝送プロトコル層と第２の伝送プロトコル層とを備えており、前記第１の伝送プロトコル層の動作モードは、第１のセットの伝送パラメータによって決まり、前記第２の伝送プロトコル層の動作モードは、第２のセットの伝送パラメータによって決まり、前記第１のセットの伝送パラメータおよび前記第２のセットの伝送パラメータは、第１の通信層および第２の通信層の振る舞いをモデリングするためのアブストラクション・モデルに基づいてペアで決定され、前記受信プロトコルは、第１の受信プロトコル層と第２の受信プロトコル層とを備えており、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まり、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まり、
前記第１のセットの伝送パラメータおよび前記第２のセットの伝送パラメータを示しているパラメータ情報を受信するための手段と、
前記第１のセットの伝送パラメータに対応している前記第１のセットの受信パラメータおよび前記第２のセットの伝送パラメータに対応している前記第２のセットの受信パラメータを決定するための手段と、
前記第１のセットの受信パラメータを前記第１の通信層に提供するとともに前記第２のセットの受信パラメータを前記第２の通信層に提供するための手段と
を備えている、受信プロトコルに従って受信信号を処理するための通信装置。
【請求項２２】
通信チャネルを通じて情報を伝送する階層型通信システムの複数の通信層の動作を制御する方法であって、
前記複数の通信層のうちの第１の通信層の動作モードは第１のセットのパラメータによって決まり、前記複数の通信層のうちの第２の通信層の動作モードは第２のセットのパラメータによって決まり、
前記通信チャネルのプロパティを提供するステップと、
前記第１および第２の通信層の現在の状況を決定するために前記第１の通信層の第１のセットのパラメータと前記第２の通信層の第２のセットのパラメータとを取り出すステップと、
前記第１のセットのパラメータに依存している前記第１の通信層の特性をモデリングする第１のアブストラクション・モデルと前記第２のセットのパラメータに依存している前記第２の通信層の特性をモデリングする第２のアブストラクション・モデルとを提供するステップと、
前記第１のアブストラクション・モデルと、前記第２のアブストラクション・モデルと、チャネル・プロパティと、最適化の目標とに基づいて第１の通信層によって使用される最適化された第１のセットのパラメータと第２の通信層によって使用される最適化された第２のセットのパラメータとを決定するステップと、
前記最適化された第１のセットのパラメータを前記第１の通信層に提供するとともに前記最適化された第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
を備えている方法。
【請求項２３】
情報を提供するステップと、
請求項２２に記載された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、
前記情報を前記プロトコル層に従って処理するステップと
を含んでいる、複数のプロトコル層から成る伝送プロトコルに従って伝送される情報を処理するための方法。
【請求項２４】
受信信号は、通信チャネルを通じて伝送された伝送信号の受信版であり、前記伝送信号は、伝送プロトコルに従って処理された情報を含んでおり、前記伝送プロトコルは、第１の伝送プロトコル層と第２の伝送プロトコル層とを備えており、前記第１の伝送プロトコル層の動作モードは、第１のセットの伝送パラメータによって決まり、前記第２の伝送プロトコル層の動作モードは、第２のセットの伝送パラメータによって決まり、前記第１のセットの伝送パラメータおよび前記第２のセットの伝送パラメータは、第１の通信層および第２の通信層の振る舞いをモデリングするためのアブストラクション・モデルに基づいてペアで決定され、前記受信プロトコルは、前記第１の受信プロトコル層と前記第２の受信プロトコル層とを備えており、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まり、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まり、
前記第１のセットの伝送パラメータおよび前記第２のセットの伝送パラメータを示しているパラメータ情報を受信するステップと、
前記第１のセットの伝送パラメータに対応している前記第１のセットの受信パラメータおよび前記第２のセットの伝送パラメータに対応している前記第２のセットの受信パラメータを決定するステップと、
前記第１のセットの受信パラメータを前記第１の通信層に提供するとともに前記第２のセットの受信パラメータを前記第２の通信層に提供するステップと
を備えている、受信プロトコルに従って受信信号を処理するための方法。
【請求項２５】
コンピュータ上で実行するときに請求項２２または２３または２４に記載された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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２００７−５１５８３２（Ｐ２００７−５１５８３２Ａ）
【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２００５−５０９８０９（Ｐ２００５−５０９８０９）
【出願日】平成１５年１０月１５日（２００３．１０．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００３／０１１４４１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４１５１６
【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／ＥＰ２００３／０１１４４１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４１５１６
【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）】
[ Back to top ]