JP2006203305A - 輻輳制御方法および装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】輻輳状態が頻繁に発生することによる呼設定が規制され、システム全体の呼損率の低下および音声通信の品質への影響を低減する輻輳制御方法および装置を提供する。
【解決手段】無線ネットワーク制御装置11から無線基地局(ノード21、22)に対して複数の閾値TL1〜TL4を通知し、これらの閾値TL1〜TL4と無線ネットワーク制御装置11からの下り送信電力を比較・判定する。そして、無線基地局(ノード)21、22は、条件を満たしたことを無線ネットワーク制御装置11に通知し、規制制御を行なうことにより、輻輳状態に達する前にPS呼に対して段階的な呼設定および通信速度の規制を実施して、輻輳状態の発生頻度を減少させる。
【選択図】図3

Description

本発明は輻輳制御方法および装置に関し、特に無線ネットワーク通信における「輻輳制御」と呼ばれる無線通信システムの過負荷状態を監視・検出し、無線エリアの輻輳が発生しないようにシステムを安定状態に保持する輻輳制御方法および装置に関する。
情報化時代の今日では、ユーザは通信端末を使用して他の端末等と通信、即ちデータの送受信が可能にされている。各ユーザは、ネットワークのサービスエリア内であれば、何時でも通信が可能である。しかし、如何なるネットワークにあっても、同時に収容可能な又はサービス提供可能な端末数には制限がある。従って、ネットワークの収容数を超える端末が同時にアクセスした場合には、その収容能力オーバーとなるので、全ての呼設定を規制する、所謂「輻輳制御」が必要になる。
斯かる技術に関する又は関連する従来技術は、幾つかの技術文献に開示されている。ユーザが求めるサービス品質のクラスをトラヒック状態に対応して保証し、輻輳状態の解消時間を短縮し且つ通信中の優先度の高い呼のサービス品質を保証する無線通信網におけるARQ方式のQOS制御方法および制御システムが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。また、TDMA−TDD移動通信方式においてトラヒックの急増による通信規制を効率的に行なって、基地局の過負荷を防止してシステムの異常動作を防止する通信規制制御方法が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。更に、基地局側で一定の処理レベルを上回る呼を着信すると規制を発動するため、特定基地局において異常輻輳が発生すると、規制を発動する前に輻輳状態に陥る従来の着信規制方法を、異常輻輳が発生する虞がある場合に、着信を規制したい基地局に対する規制条件をコマンドで登録することにより改善する、異常輻輳時の基地局着信規制方式が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。
特開2001−36578号公報(第4頁、第1図) 特開平4−373324号公報(第3頁、第1図) 特開平10−336321号公報(第3頁、第1図)
図10を参照して、一般的な輻輳制御について説明する。図10は、無線ネットワーク制御装置が決定する輻輳状態を検出するための閾値に関する概略図である。横軸は時間を表し、縦軸は電力(トラヒック状態)を表す。時間t0からトラヒックが徐々に増加し、輻輳開始閾値TL1に到達する時間t1において、輻輳制御が開始する。その後、トラヒックが減少して、輻輳解除閾値TL2に到達する時間t2で、輻輳制御が解除される。従って、時間t1〜時間t2が全ての呼設定を規制する期間となる。
しかし、上述の如き従来の輻輳制御では、次の如き課題を有する。即ち、過負荷状態に近づくと、リアルタイム通信サービスやノン・リアルタイム通信サービスに関わらず、全ての移動機を対象にできる限り早く輻輳状態を回避しようと試みる。結果として、リアルタイム通信サービスも強制的に切断されてしまう。また、輻輳状態が回避されるまでは新たな輻輳を抑えるために新規呼の受付も規制してしまうため、システム全体の呼損率の増加にも繋がってしまう。
更に、近年はデータ通信サービスが増加しており、データ通信のバースト性により、下り送信電力がバースト的に増減することが考えられる。このバースト性が原因で輻輳状態が顕著に発生すると、リアルタイム通信サービスの通信品質を保つことができなくなってしまう。
前述の課題を解決するため、本発明による輻輳制御方法および装置は次のような特徴的な構成を採用している。
(1)無線基地局による無線エリアが複数の移動機による通信負荷が増加して輻輳状態になるのを無線ネットワーク制御装置による処理動作により規制して通信品質を維持する輻輳制御方法において、
前記輻輳状態になる前に該輻輳状態に近付くのを検出することと、該検出結果に基づいて前記輻輳状態になるのを段階的に規制する輻輳制御方法。
(2)前記輻輳状態の規制は、呼設定の規制および通信速度(又はデータレート)の規制により行なう上記(1)の輻輳制御方法。
(3)先ず前記呼設定の規制を行い、その後に前記通信速度の規制を行なう上記(2)の輻輳制御方法。
(4)前記輻輳状態への近付きは、回線交換(CS)規制開始閾値およびCS規制解除閾値と、パケット交換(PS)規制開始閾値およびPS規制解除閾値との設定により行なう上記(1)又は(2)の輻輳制御方法。
(5)無線エリア内の複数の移動機にサービスを提供する1以上の無線基地局および該無線基地局の無線に関する制御を行なう無線ネットワーク制御装置を備え、前記無線基地局が輻輳状態になるのを規制する輻輳制御装置において、
前記無線ネットワーク制御装置により複数の規制開始閾値および複数の規制解除閾値を予め設定し、前記複数の閾値および下り送信電力を比較判定して条件を満たすとき前記無線ネットワーク制御装置により前記輻輳状態の発生頻度を抑える輻輳制御装置。
(6)前記複数の閾値と前記下り送信電力の比較・判定は、前記無線基地局により行なう上記(5)の輻輳制御装置。
(7)前記無線基地局は下り送信電力を前記無線ネットワーク制御装置に定期的に報告し、前記無線ネットワーク制御装置が前記報告された下り送信電力と前記複数の閾値の比較・判定を行う上記(5)の輻輳制御装置。
(8)前記複数の閾値は、回線切替(CS)規制開始閾値、CS規制解除閾値、パケット切替(PS)規制開始閾値およびPS規制解除閾値である上記(5)、(6)又は(7)の輻輳制御装置。
本発明によると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。即ち、PS呼の通信速度を抑えることにより、PS呼のために割り当てていたリソースをCS呼や緊急呼等の高優先が要求される呼のためのリソースに割り当てることが可能になるので、リアルタイム通信サービスや高優先の通信サービスのための品質の確保と呼損率を低くすることが可能である。更に、輻輳状態に陥る前に、PS呼の通信速度を抑え、PS呼の収容数を規制するため、輻輳状態の頻度を軽減可能である。
先ず、本発明による輻輳制御方法および装置の好適実施例の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。
先ず、図1は、本発明による輻輳制御方法および装置の説明図である。図1には、無線ネットワーク制御装置(RNC)11およびそれぞれ無線エリア41および42を有する無線基地局装置であるノード21およびノード22を示す。
ここで、無線ネットワーク制御装置11は、無線に関する制御を行う。ノード21およびノード22は、無線の状態を監視し、無線ネットワーク制御装置11に測定結果を報告する。無線エリア41および無線エリア42は、それぞれ無線基地局装置であるノード21およびノード22がカバーするエリア(又はセル)である。これらの無線エリア41および42は、図1に示す如く、部分的に相互にオーバラップするのが普通である。これらの無線エリア41および42内には、複数の移動機(又はUE)31、32、33、34が存在するものとする。
無線ネットワーク制御装置11は、無線基地局装置21、22で監視される受信信号強度や下り送信電力により、無線エリア41、42が輻輳状態になっているか否かを判定する輻輳判定機能を有する。また、無線基地局装置であるノード21およびノード22は、無線ネットワーク制御装置11により決定される閾値および無線エリアの受信信号強度又は下り送信電力を比較する機能を有している。更に、ノード21およびノード22は、無線ネットワーク制御装置11に要求された条件を満たしたことを無線ネットワーク制御装置11に通知することも可能である。
このシステムでは、無線アクセス方式としてCDMA(Code Division Multiple Access)方式を採用しており、複数の通信サービスに対応している。1つ目の通信サービスとして、リアルタイム通信サービスを提供し、2つ目の通信サービスとしてノン・リアルタイム通信サービスを提供する。
リアルタイム通信サービスの代表的なサービスに音声通信が存在する。音声通信は、回線交換(CS: Circuit Switch)により情報の伝達を行なう。また、ノン・リアルタイム通信サービスの1つとしてデータ通信が存在する。データ通信は、パケット交換(PS:
Packet Switch)により情報の伝達を行なう。そのため、以下の説明では、音声通信についてはCS呼、データ通信についてはPS呼という。
次に、図2の動作説明図を参照して本発明による輻輳制御方法および装置の動作を説明する。図2において、横軸は時間を表し、縦軸は電力を表す。即ち、図2は、無線ネットワーク制御装置11で下り送信電力に対してCS呼の規制開始を示すCS呼規制開始閾値TL1、CS呼の規制解除を示すCS規制解除閾値TL2、PS呼の規制開始を示すPS呼規制開始閾値TL3およびPS呼の規制解除を示すPS呼規制解除閾値TL4を決定することを示している。図2に示す如く、CS呼規制開始閾値TL1は、無線エリア41、42が輻輳状態に陥ったことを示す閾値であるため、CS呼に関する閾値TL1、TL2を高く、PS呼に関する閾値TL3、TL4を低くなるように値を決定しておく。
CS呼規制開始閾値TL1では、無線エリア41又は42が輻輳状態に陥ったことを示すため、無線ネットワーク制御装置11では、高優先度の通信サービスやCS呼に対しても規制を行なう。しかし、PS呼規制開始閾値TL3では、輻輳状態には陥っていないため、PS呼の規制のみを行なう。その際に、輻輳状態に陥るのを防ぐため、通信サービスを実施しているPS呼に対しては、トラヒックを抑えるような規制を行なう。
更に具体的に説明すると、図2に示す特定状態では、時間t0〜t1では、電力がPS規制開始閾値TL3以下であるため、何らの(即ち、PSおよびCS)呼規制を行なわない。時間t1〜t2では、PS呼規制を行なうが、CS呼規制は行なわない。一方、時間t2になると、CS呼規制開始閾値TL1を超して無線エリア41又は42が輻輳状態に陥ったことを示すため、無線ネットワーク制御装置11では、高優先度の通信サービスやCS呼に対しても規制を行なう。従って、時間t1〜t4がPS呼設定を規制する期間である。また、時間t2〜t3がCS呼設定を規制する期間である。
次に、図3は、図1に示すシステムにおける各装置間の動作説明図である。図2で示す如き条件(閾値)を無線ネットワーク制御装置11からノード21、22の通知する(ステップ1)。この条件を受信したノード21およびノード22は、無線エリア41、42の下り送信電力の状態を監視する。即ち、図2に示す閾値TL1〜TL4と下り送信電力との比較・判定を行う(ステップ2)。そして、下り送信電力の状態が無線ネットワーク制御装置11から通知された条件を満たした場合には、ノード21、22は、条件を満たしたことを無線ネットワーク制御装置11に通知する(ステップ3)。
そこで、無線ネットワーク制御装置11は、ノード21、22からの通知に従い、規制処理を実施する(ステップ4)。即ち、PS呼規制開始閾値TL3を上回っていた場合には、規制が解除されるまでは、PSの呼設定要求を受け付けないように規制を開始する。また、規制状態を解除するために無線エリア41および42内でPS呼によるサービスを実施又は提供している移動機UEを対象として、トラヒックを抑えるために通信速度を変更することが可能な移動機UEを選択する。また、PS呼規制解除閾値TL4を下回っていた場合には、PS呼に対する呼設定と通信速度の規制を解除し、無線ネットワーク制御装置11は規制状態から回避できたと判断する。
他方、CS呼規制開始閾値TL1を上回った場合には、無線ネットワーク制御装置11は、無線エリア41、42が輻輳状態に陥ってしまったと判断し、CS呼に対する呼設定要求も受け付けないように規制を開始する。また、輻輳状態を解除するために無線エリア41、42内でPS呼によるサービスを実施している移動機UEを対象として、通信速度の変更や共通チャネルへの変更を実施するために移動機UEを選択する。PS呼を規制しても輻輳状態が解消されていない場合には、無線エリア41、42内でCS呼によるサービスを実施している移動機UEを対象として、強制開放を行なう。
また、CS呼規制解除閾値TL2を下回っていた場合には、CS呼に対する呼設定を解除し、無線ネットワーク制御装置11は、輻輳状態から回避できたと判断する。一方、PS呼に対しては、PS呼規制解除閾値TL4を下回るまでPS呼規制が継続される。
次に、図4〜図8のフローチャートを参照して、本発明による輻輳制御方法および装置の全体動作を詳細に説明する。先ず、図4は、無線基地局であるノード21およびノード22における、下り送信電力と閾値TL1〜TL4の比較処理を示している。無線基地局であるノード21およびノード22は、送信している電力量を監視している。そして、送信電力がPS規制開始閾値TL3を上回っているか否かを判定する(ステップA1)。TL3を上回っている場合(ステップA1:YES)には、ノード21、22はPS規制開始と判定し、PS規制の開始が必要であることを無線ネットワーク制御装置11に通知する(ステップA2)。
他方、電力がPS規制解除閾値TL3を下回っている場合(ステップA1:NO)には、電力がPS規制解除閾値TL4を下回っているか否か判定する(ステップA3)。電力がTL4を下回っている場合(ステップA3:YES)には、PS規制の解除が必要であることを無線ネットワーク制御装置11に通知する(ステップA4)。次に、送信電力がTL4を下回っていない場合(ステップA3:NO)には、電力がCS規制開始閾値TL1を上回っているか否か判定する(ステップA5)。TL1を上回っている場合(ステップA5:YES)には、ノード21、22は、CS規制実施と判定し、CS規制の開始が必要であることを無線通信ネットワーク制御装置11に通知する(ステップA6)。TL1を上回っていない場合(ステップA5:NO)には、送信電力がCS規制解除閾値TL2を下回っているか否か判定する(ステップA7)。CS規制解除閾値TL2を下回っている場合(ステップA7:YES)には、CS規制解除と判定し、無線ネットワーク制御装置11にCS規制の解除が必要であることを通知し(ステップA8)、処理を終了する。
次に、図5は、無線基地局(ノード21、22)よりPS規制の開始実施が通知された場合の無線ネットワーク制御装置11の動作を示すフローチャートである。先ず、CSの呼設定要求の有無を判定する(ステップB1)。この要求が発生した場合(ステップB1:YES)には、輻輳状態になっていないために、呼設定は規制せず、呼設定を受け付ける(ステップB2)。他方、CS呼の設定要求がない場合(ステップB1:NO)には、PS呼の設定要求の有無を判定する(ステップB3)。PS呼の設定要求がある場合(ステップB3:YES)には、CS呼の品質を保つために、PS呼設定を規制する(ステップB4)。他方、PS呼の設定要求がない場合(ステップB3:NO)には、規制状態を解除するために、サービス中のPS呼を抽出する、即ちサービス中のPS呼が存在するか否か判定する(ステップB5)。
PS呼が存在しない場合(ステップB5:NO)には処理を終了し、存在する場合(ステップB5:YES)には高いデータレートを使用中か否か判定する(ステップB6)。高いデータレートを使用中の場合(ステップB6:YES)には、低いデータレートに規制する(ステップB7)。他方、高いデータレートを使用中でない場合(ステップB6:NO)には、そのままで処理を終了する。尚、PS呼の抽出処理は、規制状態が解除されるまで一定間隔で繰り返される。
次に、図6は、送信電力がCS規制開始閾値TL1を上回った場合の処理動作を示すフローチャートである。先ず、CS呼の設定要求の有無を判定する(ステップC1)。CS呼の設定要求がある場合(ステップC1:YES)には、輻輳状態になったため呼設定を規制する(ステップC2)。他方、CS呼の設定要求がない場合(ステップC1:NO)には、PS呼の設定要求の有無を判定する(ステップC3)。PS呼の設定要求がある場合(ステップC3:YES)には、輻輳状態中のためPS呼設定も規制する(ステップC4)。PS呼の設定要求がない場合(ステップC3:NO)には、輻輳状態を解除するために、サービス中のPS呼を抽出する、即ちサービス中のPS呼が存在するか否か判定する(ステップC5)。サービス中のPS呼が存在する場合(ステップC5:YES)には、高いデータレートを使用中か否か判定する(ステップC6)。高い通信速度を使用していた場合(ステップC6:YES)には、低い通信速度に規制する(ステップC7)。
他方、高いデータレートを使用していない場合(ステップC6:NO)には、低いデータレートを使用中か否か判定する(ステップC8)。既に低い通信速度で通信中のPS呼に対しては(ステップC8:YES)、共通チャネルへの変更が実施される(ステップC9)。全てのPS呼の抽出が完了しても輻輳状態が解除されない場合には、CS呼の抽出を行なう。低いデータレートを使用中でない場合(ステップC8:NO)には、サービス中のCSの有無を判定する(ステップC10)。存在を抽出されたCS呼に対しては(ステップC10:YES)、輻輳状態を解除するために強制開放を実施する(ステップC11)。尚、移動機UEの抽出処理は、輻輳状態が解除されるまで一定間隔で繰り返される。
次に、図7は、無線基地局(ノード21、22)よりCS規制の解除実施が通知された場合(即ち、送信電力がCS解除規制閾値TL2を下回った場合)の無線ネットワーク制御装置11の動作を示すフローチャートである。先ず、CS呼の設定要求の有無を判定する(ステップD1)。CSの呼設定要求が発生した場合(ステップD1:YES)には、輻輳状態は解除されたため、呼設定を受け付ける、即ち呼設定は規制しない(ステップD2)。CS呼の設定要求がない場合(ステップD1:NO)には、PS呼の設定要求の有無を判定する(ステップD3)。PSの呼設定要求がある場合(ステップD3:YES)には、CS呼の品質を保つために呼設定を規制する(ステップD4)。
他方、PS呼の設定要求がない場合(ステップD3:NO)には、規制状態を解除するために、サービス中のPS呼を抽出する(ステップD5)。サービス中のPS呼が存在する場合(ステップD5:YES)には、高い通信速度を使用しているか否か判定する(ステップD6)。高いデータレートを使用していた場合(ステップD6:YES)には、低い通信速度に規制する(ステップD7)。高いデータレートを使用していない場合(ステップD6:NO)、低いデータレートを使用しているか否か判定する(ステップD8)。即ち既に低い通信速度で通信中のPS呼に対しては(ステップD8:YES)、共通チャネルへの変更が実施され(ステップD9)、CS呼の抽出処理は停止される。尚、PS呼の抽出処理については、規制状態が解除されるまで一定間隔で繰り返される。
次に、図8は、送信電力がPS規制解除閾値TL4を下回った場合、即ち無線基地局(ノード21、22)よりPS規制の解除通知がされた場合の無線ネットワーク制御装置11の処理動作を示すフローチャートである。規制状態は解除されているため、CS呼の設定要求が発生しても規制処理は行なわれない。規制状態を解除するために実施していたPS呼の抽出処理は停止される。
即ち、CS呼の設定要求の有無を判定する(ステップE1)。CS呼の設定要求がある場合(ステップE1:YES)には、呼設定は規制されない(ステップE2)。他方、CS呼の設定要求がない場合(ステップE1:NO)には、PS呼の設定要求の有無を判定する(ステップE3)。PS呼の設定要求がある場合(ステップE3:YES)にも、呼設定は規制しない(ステップE4)。
次に、図9を参照して、本発明の第2実施例について説明する。図9は、上述した第1実施例の図3に対応する説明図である。この第2実施例の基本的構成は、上述した第1実施例と同様であるが、閾値の比較処理について更なる改善がなされている。即ち、図9において、無線基地局(ノード21、22)では下り送信電力と閾値との比較は行なわず、測定結果を周期的に無線ネットワーク制御装置11に送信する(ステップ11)のみである。無線ネットワーク制御装置11で閾値との比較・判定を行う(ステップ12)ため、図5〜図8に示す処理動作は最初の実施例と同じであるが、図4に示す処理動作は無線ネットワーク制御装置11で行なわれる。無線基地局(ノード21、22)では閾値との比較を行なわないため、無線基地局の処理(負荷)を第1実施例に比較して軽減可能である。
以上、本発明による輻輳制御方法および装置の好適実施例の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。
本発明による輻輳制御装置のシステム構成図である。 図1中の無線ネットワーク制御装置で設定する閾値の説明図である。 本発明による輻輳制御方法の第1実施例の説明図である。 無線基地局による輻輳制御の判定フローチャートである。 PS規制開始閾値を上回った場合における処理フローチャートである。 CS規制開始閾値を上回った場合における処理フローチャートである。 CS規制解除閾値を下回った場合における処理フローチャートである。 PS規制解除閾値を下回った場合における処理フローチャートである。 本発明の第2実施例の動作説明図である。 従来の輻輳制御方法の説明図である。
符号の説明
11 無線ネットワーク制御装置
21、22 無線基地局(ノード)
31〜34 移動機
41、42 無線エリア

Claims (8)

  1. 無線基地局による無線エリアが複数の移動機による通信負荷が増加して輻輳状態になるのを無線ネットワーク制御装置による処理動作により規制して通信品質を維持する輻輳制御方法において、
    前記輻輳状態になる前に該輻輳状態に近付くのを検出することと、該検出結果に基づいて前記輻輳状態になるのを段階的に規制することを特徴とする輻輳制御方法。
  2. 前記輻輳状態の規制は、呼設定の規制および通信速度(又はデータレート)の規制により行なうことを特徴とする請求項1に記載の輻輳制御方法。
  3. 先ず前記呼設定の規制を行い、その後に前記通信速度の規制を行なうことを特徴とする請求項2に記載の輻輳制御方法。
  4. 前記輻輳状態への近付きは、回線交換(CS)規制開始閾値およびCS規制解除閾値と、パケット交換(PS)規制開始閾値およびPS規制解除閾値との設定により行なうことを特徴とする請求項1又は2に記載の輻輳制御方法。
  5. 無線エリア内の複数の移動機にサービスを提供する1以上の無線基地局および該無線基地局の無線に関する制御を行なう無線ネットワーク制御装置を備え、前記無線基地局が輻輳状態になるのを規制する輻輳制御装置において、
    前記無線ネットワーク制御装置により複数の規制開始閾値および複数の規制解除閾値を予め設定し、前記複数の閾値および下り送信電力を比較判定して条件を満たすとき前記無線ネットワーク制御装置により前記輻輳状態の発生頻度を抑えることを特徴とする輻輳制御装置。
  6. 前記複数の閾値と前記下り送信電力の比較・判定は、前記無線基地局により行なうことを特徴とする請求項5に記載の輻輳制御装置。
  7. 前記無線基地局は下り送信電力を前記無線ネットワーク制御装置に定期的に報告し、前記無線ネットワーク制御装置が前記報告された下り送信電力と前記複数の閾値の比較・判定を行うことを特徴とする請求項5に記載の輻輳制御装置。
  8. 前記複数の閾値は、回線切替(CS)規制開始閾値、CS規制解除閾値、パケット切替(PS)規制開始閾値およびPS規制解除閾値であることを特徴とする請求項5、6又は7に記載の輻輳制御装置。
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