JP2008252514A - 無線パケット制御装置、無線パケット制御方法、および無線通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】IEEE802.16(e)標準規格で規定されている動画対応リアルタイムサービス(rtPS)、非リアルタイムサービス(nrtPS)、およびベストエフォート(BE)の通信品質を、パケット単位でのQoS制御で保証する送信期限および送信許可時刻を求めることを可能とする。
【解決手段】最大許容遅延量出力部201は、パケットを送信するまでの制限時間要求に基づいて、パケットの送信期限を決定し出力する。送信期限・許可計算部202は、パケットの送信レート制限に基づいて、パケットの送信期限および送信許可時刻を決定し出力する。
【選択図】図2
【解決手段】最大許容遅延量出力部201は、パケットを送信するまでの制限時間要求に基づいて、パケットの送信期限を決定し出力する。送信期限・許可計算部202は、パケットの送信レート制限に基づいて、パケットの送信期限および送信許可時刻を決定し出力する。
【選択図】図2
Description
本発明は、無線パケット制御装置、無線パケット制御方法、および無線通信装置に関する。
次世代の無線アクセス方式として、IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)の標準規格IEEE802.16(e)が高速・広帯域伝送を実現するものとして知られている(例えば、非特許文献1および2参照)。IEEE802.16(e)標準規格では、伝送方式の一つとして直交周波数分割多元接続(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:OFDMA)方式が採用されている。OFDMA方式は、周波数が互いに直交する複数のサブキャリアから構成される広帯域信号を用いて通信を行うマルチキャリア伝送方式の一つであり、ユーザ(端末局)毎に異なるサブキャリアを使用することで、一基地局と複数ユーザとの多元接続を実現する。
同様のマルチキャリア伝送方式としては、直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:OFDM)方式が知られているが、OFDM方式では広帯域の周波数帯を一ユーザで全て占有するのに対し、OFDMA方式では、一般的にユーザによって環境のよい周波数が異なることを利用し、ユーザ毎に環境の良いサブキャリアを選択して通信することで、周波数利用効率の向上を目指している。
図8は、OFDMA方式の下りリンク(基地局から端末局方向のリンク)の無線フレーム(以下、「下りリンクフレーム」と称する)の構成例を示す図である。この図8の下りリンクフレームはIEEE802.16規格に準拠している。図8において、下りリンクフレームは、複数のOFDMAシンボル(OFDMA symbol)と複数のロジカルサブチャネル(Logical subchannel)から構成される。OFDMAシンボルは、下りリンクフレーム期間(Downlink subframe duration)に時間方向に多重されている。また、1OFDMAシンボル当たりサブキャリア数分の周波数多重が可能になっている。OFDMA方式では、各ユーザ宛のパケットをどのOFDMAシンボルのどのサブキャリアに配置するかを示す配置情報を下りリンクフレーム毎に決定する。基地局の送信機は、その配置情報に従って、下りリンクのパケット送信に使用する無線リソースを決定する。また、各端末局の受信機は、その配置情報に従って、下りリンクフレームから自局宛のパケットを受信する。
図8に示されるように下りリンクフレームには、プリアンブル(Preamble)と、フレームコントロールヘッダ(Frame Control Header, FCH)と、ダウンリンクマップ(DL-MAP)と、ダウンリンクバースト(DL burst)とが配置される。プリアンブルは既知信号を格納する部分である。フレームコントロールヘッダは制御チャネル信号を格納する部分である。ダウンリンクマップは配置情報を格納する部分である。ダウンリンクバーストはパケットを格納する部分である。プリアンブル、フレームコントロールヘッダ、およびダウンリンクマップについては、その配置場所が固定されている。ダウンリンクバーストについては、IEEE802.16規格で規定される制限内で、任意に個数及び配置場所を決めることができる。図8の例では、下りリンク用のバースト(burst)、つまりダウンリンクバーストが6個設けられている。その設け方はIEEE802.16規格に準拠している。
IEEE802.16規格では、下りリンクフレームにおけるOFDMAシンボル及びサブキャリアの割り当ての仕方、つまりダウンリンクバーストの設け方を規定している。その規定によれば、図8に示されるフレーム構成のように、一つのバーストは時間方向(OFDMAシンボル方向)及び周波数方向(サブキャリア方向)に長方形のリソースを確保し、そのリソースの中にデータを割り当てなければならない。そのバーストについては次のように規定されている。バーストとはパケットが連なったデータ系列で、一つのバースト内は同じ変調方式と同じ誤り訂正符号化率が適用されて送信される。また、一つのバースト内では異なるユーザ宛のパケットが混在してもよい。また、バーストの最大数には制限がある。
また、IEEE802.16(e)標準規格では、クオリティオブサービス(Quality of Service, QoS)制御の機構が規定されている。QoS制御では、ある特定の通信のために周波数帯域や時間スロットなどの無線リソースを予約し、通信速度やパケット到着までの遅延量、あるいはパケット到着のジッタといった通信品質の保証を行う。
IEEE802.16(e)標準規格においては、上述のQoS制御の枠組みは以下のように規定されている。まず個々の通信コネクションは音声対応リアルタイムサービス(Unsolicited Grant Service,UGS)、動画対応リアルタイムサービス(Real-time Polling Service, rtPS)、非リアルタイムサービス (Non-real-time Polling Service, nrtPS)、およびベストエフォート(Best Effort, BE)の内のいずれかのデータサービスに割り当てられる。(但し、非特許文献2ではExtended rtPSが追加されている。)その上で、各データサービスではそれぞれ次のような通信品質を保証するよう規定されている。UGSは最大持続レート、最大許容遅延量、および最大許容ジッタ量を保証するよう規定されている。rtPSは最低保証レート、最大持続レート、および最大許容遅延量を保証するよう規定されている。nrtPSは最低保証レートおよび最大持続レートを保証するよう規定されている。BEは最大持続レートを保証するよう規定されている。最低保証レートは最低限満たさなければならない転送速度であり、最大接続レートは許可される最大の転送速度である。
上述したように、IEEE802.16(e)標準規格では、QoS制御で保証すべき通信品質の尺度と、該尺度を基地局と端末との間でやり取りする枠組みは規定されているが、保証のためのQoS制御方法については規定されていない。そのため、IEEE802.16(e)システムの通信品質を満足させることを目指したQoS制御方法が提案されている(例えば、非特許文献3参照)。
また、UGSは、T1/E1や、静寂抑制を行わないボイスオーバーインターネットプロトコル(Voice over Internet Protocol, VoIP)といった、固定サイズのデータパケットを周期的に送出するアプリケーションを対象としているため、そのサイズにあった固定の無線リソースを周期的に予約することで、当該アプリケーションが要求するQoSを満足させることが可能である。それにより、オーバヘッドの削減も可能である。
IEEE Std 802.16-2004, "Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems," 2004. IEEE Std 802.16e-2005, "Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems," 2005. Q. Liu, X. Wang, and G. B. Giannakis, "A Cross-Layer Scheduling Algorithm With QoS Support in Wireless Networks," IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 55, no. 3, pp. 839-847, May 2006.
IEEE Std 802.16-2004, "Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems," 2004. IEEE Std 802.16e-2005, "Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems," 2005. Q. Liu, X. Wang, and G. B. Giannakis, "A Cross-Layer Scheduling Algorithm With QoS Support in Wireless Networks," IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 55, no. 3, pp. 839-847, May 2006.
しかし、非特許文献3の技術は、QoS制御の枠組みで規定されているデータサービスに分類されたパケットに対して優先順位付けが行われ、フレーム周期で優先順位の最も高いパケットが属する通信コネクションに、当該フレームの全スロットを割当てる技術である。したがって、OFDMAを採用したIEEE802.16システムのような、多くの無線リソースを効率よくユーザに割り当てたい場合には適用できないという問題がある。また、標準規格では、rtPSは最低保証レート、最大持続レート、および最大許容遅延量を保証するように規定されており、nrtPSは最低保証レートおよび最大持続レートを保証するように規定されているが、非特許文献3の技術では、rtPSのコネクションに対する優先順位付けは最大遅延量を元に、nrtPSのコネクションに対する優先順位付けは最低保証レートを元に行われ、それぞれを保証する技術となっている。そのため、標準規格で定義されているrtPSおよびnrtPSの通信品質を完全に保証することができないという問題がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、IEEE802.16(e)標準規格で規定されているrtPS、nrtPS、およびBEの通信品質を、パケット単位でのQoS制御で保証する送信期限および送信許可時刻を求めることが可能な無線パケット制御装置および無線パケット制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、パケットを送信するまでの制限時間要求に基づいて、パケットの送信期限を決定し出力する最大許容遅延量出力部と、パケットの送信レート制限に基づいて、前記パケットの送信期限および送信許可時刻を決定し出力する送信期限・許可計算部とを備えたことを特徴とする無線パケット制御装置である。この発明によれば、パケットの送信期限および送信許可時刻を決定することができる。そして、このパケットの送信期限および送信許可時刻に基づいてパケット単位でのQoS制御で保証することができる。
また、本発明は、最大許容遅延量出力部で出力した送信期限と、送信期限・許可計算部で出力した送信期限とを比較し、送信期限が短い送信期限を出力するマルチプレクサと、を備えたことを特徴とする無線パケット制御装置である。この発明によれば、最大許容遅延量出力部が出力した送信期限と送信期限・許可計算部が出力した送信期限が異なった値であっても、マルチプレクサによってパケットの送信期限を一意に決定することができる。
また、本発明は、送信するパケットの1つ前にパケットを送信した時刻を記憶する、送信期限・許可計算情報保持部を備え、送信期限・許可計算情報保持部は、送信するパケットの1つ前にパケットを送信した時刻を記憶し、送信期限・許可計算部は、送信期限・許可計算情報保持部が記憶する送信した時刻と、現在時刻と、パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、パケットのデータ量と、最大持続レートとに基づいて、前記送信許可時刻を決定する、ことを特徴とする無線パケット制御装置である。
また、本発明は、パケットが属する通信での平均送信レートを計算する送信レート計算部を備え、送信レート計算部は、パケットが属する通信での平均送信レートを計算し、送信期限・許可計算部は、平均送信レートと、平均送信レートの平均時間と、現在時刻と、パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、パケットのデータ量と、最大持続レートとに基づいて、前記送信許可時刻を決定する、ことを特徴とする無線パケット制御装置である。
また、本発明の無線パケット制御装置において、送信期限・許可計算部は、現在時刻と、パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、パケットのデータ量と、最低保証レートと、送信するパケットの1つ前にパケットを送信した時刻とに基づいて、前記送信期限を決定する、ことを特徴とする。
また、本発明は、パケットが属する通信での平均送信レートを計算する送信レート計算部を備え、送信期限・許可計算部は、平均送信レートと、平均送信レートの平均時間と、現在時刻と、パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、パケットのデータ量と、最低保証レートとに基づいて、送信期限を決定する、ことを特徴とする無線パケット制御装置である。
また、本発明の無線パケット制御装置において、送信期限・許可計算部はさらに、許容される最大の変調指数と、現在の変調指数とに基づいて、送信許可時刻を決定する、ことを特徴とする。
また、本発明の無線パケット制御装置において、送信期限・許可計算部は、送信するパケットの1つ前に送信したパケットに設定した送信許可時刻と、パケットのデータ量と、最大持続レートとに基づいて、送信許可時刻を決定する、ことを特徴とする。
また、本発明の無線パケット制御装置において、送信期限・許可計算部は、送信するパケットの1つ前に送信したパケットに設定した送信期限と、パケットのデータ量と、最低保証レートとに基づいて、送信許可時刻を決定する、ことを特徴とする。
また、本発明は、無線パケット制御装置を備えたことを特徴とする無線通信装置である。
また、本発明は、パケットを送信するまでの制限時間要求に基づいて、パケットの送信期限を決定し出力する最大許容遅延量出力ステップと、パケットの送信レート制限に基づいて、パケットの送信期限および送信許可時刻を決定し出力する送信期限・許可計算ステップと、を含むことを特徴とする無線パケット制御方法である。
本発明によれば、IEEE802.16(e)標準規格で規定されているrtPS、nrtPS、およびBEの通信品質を、パケット単位でのQoS制御で保証する送信期限および送信許可時刻を求めることが可能となる。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の一実施形態による無線通信装置の構成を示している構成図である。本実施形態の無線通信装置は、たとえば、OFDMA方式の無線通信装置(基地局装置など)に備えられる。
図1において、無線通信装置は、パケットバッファ101と制御部102と送信パケット情報テーブル103と無線フレーム構築部104と送信パケット情報出力部105と無線パケット制御装置106を有する。
パケットバッファ101は、提供する通信品質の種類毎に異なるバッファから構成されており、無線送信するパケットを、当該パケットに対して提供する通信品質の種類に応じて、異なるバッファに格納する。これにより、バッファごとにQoS制御のアルゴリズムの変更や、アルゴリズムのパラメタ値の変更が容易に実現できる。パケットバッファ101に格納された送信パケットは、無線フレーム構築部104より取り出され、無線フレームに格納されて送信される。
制御部102は、送信パケット情報テーブル103に基づいて、パケットバッファ101に到着した送信パケットを、送信期限および送信許可時間順にパケットバッファ101内に格納する。送信パケット情報テーブル103は、無線パケット制御装置106から出力されたパケット毎の送信期限、送信許可時刻を含む。また、送信パケットのパケットサイズを含む。
無線フレーム構築部104は、パケットバッファ101から無線フレームに載せて送信する送信パケットを取り出し、無線フレームを構成し、送信する。送信パケットから無線フレームを構築する処理は、xフレーム(xは1以上)周期で行われる。
送信パケット情報出力部105は、送信パケット情報テーブル103が記憶する送信パケット情報テーブルに含まれたパケット毎の送信期限、送信許可時刻に基づいて、送信許可時刻を過ぎたパケットの中から、次のx個の無線フレーム(xは1以上)で送信する送信パケットの情報を選択し、無線フレーム構築部104および無線パケット制御装置106に送信する。なお、図8に示す無線システムのフレーム構成の制限から生じる条件を具体的に考慮して次のx個の無線フレーム(xは1以上)で送信する送信パケットの情報を選択することも可能である。
無線パケット制御装置106は、送信パケット情報出力部105で選択された送信パケットの情報を常にチェックし、通信ごとの平均送信レートをyフレーム(yは1以上)周期で計算する。また、無線パケット制御装置106は、QoS情報、送信パケット情報テーブル103、計算した通信ごとの平均送信レート、および変調指数に基づいて、パケットバッファ101に到達した送信パケットの送信期限および送信許可時刻を決定し、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信期限および送信許可時刻は、無線フレーム単位の送信期限および送信許可時刻であり、且つフレーム番号などの絶対時間を表すものである。つまり、送信期限は、現在時刻との比較によって、当該パケットをあと何フレーム以内に送信しなければならないかを示す。また、送信許可時刻は、現在時刻との比較によって、当該パケットをあと何フレーム経ったら、送信してよいかを示す。送信期限および送信許可時刻の決定方法については後述する。なお、無線パケット制御装置106は、無線フレーム情報から、無線フレーム区間を把握する。
無線フレーム情報は、無線フレームごとのタイミング信号および無線フレーム番号を含む。QoS情報は、ユーザが要求するQoSを表す。なお、IEEE802.16(e)標準規格では、QoSレベルとして、UGS、rtPS、nrtPS、およびBEの4つが規定されている。この中でUGSは、T1/E1や、静寂抑制を行わないVoIPといった、固定サイズのデータパケットを周期的に送出するアプリケーションを対象としているため、そのサイズにあった固定の無線リソースを周期的に予約することで、当該アプリケーションが要求するQoSを満足させることが可能である。それにより、オーバヘッドの削減も可能であるため、UGSの制御は本発明とは切り離して考える。上記QoSのうち、rtPS、nrtPS、BEは、前述した通り保証すべき通信品質の指標が異なる。例えば、rtPSは、最低保証レート、最大持続レート、及び最大許容遅延量の3つ、nrtPSは、最低保証レートと最大持続レートの2つを保証することが求められている。
本発明の第1の実施形態から第8の実施形態では、最低保証レートなどの通信レートに関するQoS要求を満足するようにパケット毎の送信期限を決定することで、通信レートに関するQoS要求を時間に関する指標に置き換え、その上で最大許容遅延量といった時間に関するQoS要求も加味して最終的なパケットごとの送信期限および送信許可時刻を決定するという手法をとる。したがってIEEE 802.16標準規格のQoSレベルであるrtPS、nrtPS、BEに対して送信期限および送信許可時刻のみを使用したパケット単位でのQoS制御が可能である。また、容易に無線パケット制御装置が構成できる。
[第1の実施形態]
次に、図2を参照して、本発明の第1の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。図2は、第1の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部201は、最大許容遅延量に関するQoS要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信期限・許可計算部202は、最大接続レートに関するQoS要求を満足させるための送信許可時刻を、送信パケット情報テーブル103に出力する。また、送信期限・許可計算部202は、送信パケット情報テーブル出力より入力された最後にパケットを送信した時刻を、送信期限・許可計算情報保持部203に出力する。送信期限・許可計算情報保持部203は、送信期限・許可計算部202より入力された最後にパケットを送信した時刻を記憶する。また、送信期限・許可計算情報保持部203は、記憶した最後にパケットを送信した時刻を送信期限・許可計算部202に出力する。
次に、図2を参照して、本発明の第1の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。図2は、第1の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部201は、最大許容遅延量に関するQoS要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信期限・許可計算部202は、最大接続レートに関するQoS要求を満足させるための送信許可時刻を、送信パケット情報テーブル103に出力する。また、送信期限・許可計算部202は、送信パケット情報テーブル出力より入力された最後にパケットを送信した時刻を、送信期限・許可計算情報保持部203に出力する。送信期限・許可計算情報保持部203は、送信期限・許可計算部202より入力された最後にパケットを送信した時刻を記憶する。また、送信期限・許可計算情報保持部203は、記憶した最後にパケットを送信した時刻を送信期限・許可計算部202に出力する。
はじめに、最大許容遅延量出力部201は、パケットごとの送信期限を送信パケット情報テーブル103に出力する。到着したパケットが属する通信が最大許容遅延量を要求している場合、要求された最大許容遅延量を出力する。最大許容遅延量を要求していない場合、正の無限大の値を出力する。なお、出力する送信期限は、無線フレーム情報を用いて、フレーム単位での送信期限を出力する。
一方、送信期限・許可計算部202は、パケットごとの送信許可時刻を計算し、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信期限・許可計算部202の動作は以下に示す。
送信期限・許可計算部202は、到着したパケットが属する通信が最大持続レートの保証を要求している場合、(1)式で表される時刻をフレーム単位に変換し、送信許可時刻として送信パケット情報テーブル103に出力する。ここで、Tは現在時刻、Sbufferは送信パケット情報テーブルから得られる当該通信に係るパケットの送信待ちデータ量、Spacketは送信許可時刻設定対象の到着パケットのデータサイズ、RmaxはQoS情報で与えられる最大持続レート、Tlastは最後に当該通信に係るパケットが送られた時刻である。なお、Tlastは送信期限・許可計算情報保持部203で保持される。
上述したとおり、最大持続レートといった通信レートに関するQoS要求を満足するように送信期限・許可計算部202でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するQoS要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するQoS要求を満足するように最大許容遅延量出力部201でパケットごとの送信期限を決定し、最終的なパケットごとの送信期限および送信許可時刻を求めることで、送信期限および送信許可時刻を使用したパケット単位でのQoS制御が可能となる。
[第2の実施形態]
次に、図3を参照して、本発明の第2の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。図3は、第2の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部301は、最大許容遅延量に関するQoS要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信期限・許可計算部302は、最大接続レートに関するQoS要求を満足させるための送信許可時刻を、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信レート計算部303は、送信パケット情報出力部105で選択された送信パケットの情報を常にチェックし、通信ごとの平均送信レートをyフレーム(yは1以上)周期計算する。また、送信レート計算部303は、計算した平均送信レートを送信期限・許可計算部302に出力する。
次に、図3を参照して、本発明の第2の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。図3は、第2の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部301は、最大許容遅延量に関するQoS要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信期限・許可計算部302は、最大接続レートに関するQoS要求を満足させるための送信許可時刻を、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信レート計算部303は、送信パケット情報出力部105で選択された送信パケットの情報を常にチェックし、通信ごとの平均送信レートをyフレーム(yは1以上)周期計算する。また、送信レート計算部303は、計算した平均送信レートを送信期限・許可計算部302に出力する。
はじめに、最大許容遅延量出力部301は、パケットごとの送信期限を送信パケット情報テーブル103に出力する。到着したパケットが属する通信が最大許容遅延量を要求している場合、要求された最大許容遅延量を出力する。最大許容遅延量を要求していない場合、正の無限大の値を出力する。なお、出力する送信期限は、無線フレーム情報を用いて、フレーム単位での送信期限を出力する。
一方、送信期限・許可計算部302は、パケットごとの送信許可時刻を計算し、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信期限・許可計算部302の動作は以下に示す。
送信期限・許可計算部302は、到着したパケットが属する通信が最大持続レートの保証を要求している場合、(2)式で表される時刻をフレーム単位に変換し、送信許可時刻として送信パケット情報テーブル103に出力する。ここで、Tは現在時刻、Sbufferは送信パケット情報テーブルから得られる当該通信に係るパケットの送信待ちデータ量、Spacketは送信許可時刻設定対象の到着パケットのデータサイズ、RmaxはQoS情報で与えられる最大持続レート、R´は送信レート計算部303で計算される平均送信レート、wは平均送信レート計算時の平均化時間ウィンドウ幅である。
上述したとおり、最大持続レートといった通信レートに関するQoS要求を満足するように送信期限・許可計算部302でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するQoS要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するQoS要求を満足するように最大許容遅延量出力部301でパケットごとの送信期限を決定し、最終的なパケットごとの送信期限および送信許可時刻を求めることで、送信期限および送信許可時刻を使用したパケット単位でのQoS制御が可能となる。
[第3の実施形態]
次に、図4を参照して、本発明の第3の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。図4は、第3の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部401は、最大許容遅延量に関するQoS要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信期限・許可計算部402は、最大接続レートに関するQoS要求を満足させるための送信許可時刻を、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信レート計算部403は、送信パケット情報出力部105で選択された送信パケットの情報を常にチェックし、通信ごとの平均送信レートをyフレーム(yは1以上)周期計算する。また、送信レート計算部403は、計算した平均送信レートを送信期限・許可計算部402に出力する。
次に、図4を参照して、本発明の第3の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。図4は、第3の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部401は、最大許容遅延量に関するQoS要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信期限・許可計算部402は、最大接続レートに関するQoS要求を満足させるための送信許可時刻を、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信レート計算部403は、送信パケット情報出力部105で選択された送信パケットの情報を常にチェックし、通信ごとの平均送信レートをyフレーム(yは1以上)周期計算する。また、送信レート計算部403は、計算した平均送信レートを送信期限・許可計算部402に出力する。
はじめに、最大許容遅延量出力部401は、パケットごとの送信期限を送信パケット情報テーブル103に出力する。到着したパケットが属する通信が最大許容遅延量を要求している場合、要求された最大許容遅延量を出力する。最大許容遅延量を要求していない場合、正の無限大の値を出力する。なお、出力する送信期限は、無線フレーム情報を用いて、フレーム単位での送信期限を出力する。
一方、送信期限・許可計算部402は、パケットごとの送信許可時刻を計算し、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信期限・許可計算部402の動作は以下に示す。
送信期限・許可計算部402は、到着したパケットが属する通信が最大持続レートの保証を要求している場合、(3)式で表される時刻をフレーム単位に変換し、送信許可時刻として送信パケット情報テーブル103に出力する。ここで、Tは現在時刻、Sbufferは送信パケット情報テーブルから得られる当該通信に係るパケットの送信待ちデータ量、Spacketは送信許可時刻設定対象の到着パケットのデータサイズ、RmaxはQoS情報で与えられる最大持続レート、R´は送信レート計算部403で計算される平均送信レート、wは平均送信レート計算時の平均化時間ウィンドウ幅、PMmaxはシステムで許容される最大の変調指数、PMは現在の通信で使用する変調指数、βは正定数である。
上述したとおり、最大持続レートといった通信レートに関するQoS要求を満足するように送信期限・許可計算部402でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するQoS要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するQoS要求を満足するように最大許容遅延量出力部401でパケットごとの送信期限を決定し、最終的なパケットごとの送信期限および送信許可時刻を求めることで、送信期限および送信許可時刻を使用したパケット単位でのQoS制御が可能となる。
[第4の実施形態]
次に、図5を参照して、本発明の第4の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。図5は、第4の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部501は、最大許容遅延量に関するQoS要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、マルチプレクサ504に出力する。送信期限・許可計算部502は、最低保証レートに関するQoS要求を満足させるための送信期限を、マルチプレクサ504に出力する。また、送信期限・許可計算部502は、送信パケット情報テーブル出力より入力された、最後にパケットを送信した時刻を、送信期限・許可計算情報保持部503に出力する。送信期限・許可計算情報保持部503は、送信期限・許可計算部502より入力された、最後にパケットを送信した時刻を記憶する。また、送信期限・許可計算情報保持部503は、記憶した最後にパケットを送信した時刻を送信期限・許可計算部502に出力する。
次に、図5を参照して、本発明の第4の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。図5は、第4の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部501は、最大許容遅延量に関するQoS要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、マルチプレクサ504に出力する。送信期限・許可計算部502は、最低保証レートに関するQoS要求を満足させるための送信期限を、マルチプレクサ504に出力する。また、送信期限・許可計算部502は、送信パケット情報テーブル出力より入力された、最後にパケットを送信した時刻を、送信期限・許可計算情報保持部503に出力する。送信期限・許可計算情報保持部503は、送信期限・許可計算部502より入力された、最後にパケットを送信した時刻を記憶する。また、送信期限・許可計算情報保持部503は、記憶した最後にパケットを送信した時刻を送信期限・許可計算部502に出力する。
はじめに、最大許容遅延量出力部501は、パケットごとの送信期限をマルチプレクサ504に出力する。到着したパケットが属する通信が最大許容遅延量を要求している場合、要求された最大許容遅延量を出力する。最大許容遅延量を要求していない場合、正の無限大の値を出力する。なお、出力する送信期限は、無線フレーム情報を用いて、フレーム単位での送信期限を出力する。
一方、送信期限・許可計算部502は、パケットごとの送信期限を計算し、マルチプレクサ504に出力する。送信期限・許可計算部502の動作は以下に示す。
送信期限・許可計算部502は、到着したパケットが属する通信が最低保証レートの保証を要求している場合、(4)式で表される時刻をフレーム単位に変換して送信期限としてマルチプレクサ504に出力する。ここで、Tは現在時刻、Sbufferは送信パケット情報テーブルから得られる当該通信に係るパケットの送信待ちデータ量、Spacketは送信許可時刻設定対象の到着パケットのデータサイズ、RminはQoS情報で与えられる最低保証レート、Tlastは最後に当該通信に係るパケットが送られた時刻である。なお、Tlastは送信期限・許可計算情報保持部503で保持される。
続いて、マルチプレクサ504は、最大許容遅延量出力部501と送信期限・許可計算部502より出力された送信期限を比較し、期限が早い方の送信期限を送信パケット情報テーブル103に出力する。
上述したとおり、最低保証レートといった通信レートに関するQoS要求を満足するように送信期限・許可計算部502でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するQoS要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するQoS要求を満足するように最大許容遅延量出力部501でパケットごとの送信期限を決定し、マルチプレクサ504で最終的なパケットごとの送信期限を求めることで、送信期限を使用したパケット単位でのQoS制御が可能となる。
[第5の実施形態]
次に、図6を参照して、本発明の第5の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。図6は、第5の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部601は、最大許容遅延量に関するQoS要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、マルチプレクサ604に出力する。送信期限・許可計算部602は、最低保証レートに関するQoS要求を満足させるための送信期限を、マルチプレクサ604に出力する。送信レート計算部603は、送信パケット情報出力部105で選択された送信パケットの情報を常にチェックし、通信ごとの平均送信レートをyフレーム(yは1以上)周期計算する。また、送信レート計算部603は、計算した平均送信レートを送信期限・許可計算部602に出力する。
次に、図6を参照して、本発明の第5の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。図6は、第5の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部601は、最大許容遅延量に関するQoS要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、マルチプレクサ604に出力する。送信期限・許可計算部602は、最低保証レートに関するQoS要求を満足させるための送信期限を、マルチプレクサ604に出力する。送信レート計算部603は、送信パケット情報出力部105で選択された送信パケットの情報を常にチェックし、通信ごとの平均送信レートをyフレーム(yは1以上)周期計算する。また、送信レート計算部603は、計算した平均送信レートを送信期限・許可計算部602に出力する。
はじめに、最大許容遅延量出力部601は、パケットごとの送信期限をマルチプレクサ604に出力する。到着したパケットが属する通信が最大許容遅延量を要求している場合、要求された最大許容遅延量を出力する。最大許容遅延量を要求していない場合、正の無限大の値を出力する。なお、出力する送信期限は、無線フレーム情報を用いて、フレーム単位での送信期限を出力する。
一方、送信期限・許可計算部602は、パケットごとの送信期限を計算し、マルチプレクサ604に出力する。送信期限・許可計算部602の動作は以下に示す。
送信期限・許可計算部602は、到着したパケットが属する通信が最低保証レートの保証を要求している場合、(5)式で表される時刻をフレーム単位に変換して送信期限としてマルチプレクサ604に出力する。ここで、Tは現在時刻、Sbufferは送信パケット情報テーブルから得られる当該通信に係るパケットの送信待ちデータ量、Spacketは送信許可時刻設定対象の到着パケットのデータサイズ、RminはQoS情報で与えられる最低保証レート、R´は送信レート計算部で計算される平均送信レート、wは平均送信レート計算時の平均化時間ウィンドウ幅である。
続いて、マルチプレクサ604は、最大許容遅延量出力部601と送信期限・許可計算部602より出力された送信期限を比較し、期限が早い方の送信期限を送信パケット情報テーブル103に出力する。
上述したとおり、最低保証レートといった通信レートに関するQoS要求を満足するように送信期限・許可計算部602でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するQoS要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するQoS要求を満足するように最大許容遅延量出力部601でパケットごとの送信期限を決定し、マルチプレクサ604で最終的なパケットごとの送信期限を求めることで、送信期限を使用したパケット単位でのQoS制御が可能となる。
[第6の実施形態]
次に、図7を参照して、本発明の第6の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。図7は、第6の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部701は、最大許容遅延量に関するQoS要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、マルチプレクサ704に出力する。送信期限・許可計算部702は、最低保証レートに関するQoS要求を満足させるための送信期限を、マルチプレクサ704に出力する。送信レート計算部703は、送信パケット情報出力部105で選択された送信パケットの情報を常にチェックし、通信ごとの平均送信レートをyフレーム(yは1以上)周期計算する。また、送信レート計算部703は、計算した平均送信レートを送信期限・許可計算部702に出力する。
次に、図7を参照して、本発明の第6の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。図7は、第6の実施形態による無線パケット制御装置のブロック図である。最大許容遅延量出力部701は、最大許容遅延量に関するQoS要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、マルチプレクサ704に出力する。送信期限・許可計算部702は、最低保証レートに関するQoS要求を満足させるための送信期限を、マルチプレクサ704に出力する。送信レート計算部703は、送信パケット情報出力部105で選択された送信パケットの情報を常にチェックし、通信ごとの平均送信レートをyフレーム(yは1以上)周期計算する。また、送信レート計算部703は、計算した平均送信レートを送信期限・許可計算部702に出力する。
はじめに、最大許容遅延量出力部701は、パケットごとの送信期限をマルチプレクサ704に出力する。到着したパケットが属する通信が最大許容遅延量を要求している場合、要求された最大許容遅延量を出力する。最大許容遅延量を要求していない場合、正の無限大の値を出力する。なお、出力する送信期限は、無線フレーム情報を用いて、フレーム単位での送信期限を出力する。
一方、送信期限・許可計算部702は、パケットごとの送信期限を計算し、マルチプレクサ704に出力する。送信期限・許可計算部702の動作は以下に示す。
送信期限・許可計算部702は、到着したパケットが属する通信が最低保証レートの保証を要求している場合、(6)式で表される時刻をフレーム単位に変換して送信期限としてマルチプレクサ704に出力する。ここで、Tは現在時刻、Sbufferは送信パケット情報テーブルから得られる当該通信に係るパケットの送信待ちデータ量、Spacketは送信許可時刻設定対象の到着パケットのデータサイズ、RminはQoS情報で与えられる最低保証レート、R´は送信レート計算部で計算される平均送信レート、wは平均送信レート計算時の平均化時間ウィンドウ幅、PMmaxはシステムで許容される最大の変調指数、PMは現在の通信で使用する変調指数、βは正定数である。
続いて、マルチプレクサ704は、最大許容遅延量出力部701と送信期限・許可計算部702より出力された送信期限を比較し、期限が早い方の送信期限を送信パケット情報テーブル103に出力する。
上述したとおり、最低保証レートといった通信レートに関するQoS要求を満足するように送信期限・許可計算部702でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するQoS要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するQoS要求を満足するように最大許容遅延量出力部701でパケットごとの送信期限を決定し、マルチプレクサ704で最終的なパケットごとの送信期限を求めることで、送信期限を使用したパケット単位でのQoS制御が可能となる。
[第7の実施形態]
次に、図2を参照して、本発明の第7の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。第7の実施形態のブロック図は第1の実施形態のブロック図と同様である。但し、第1の実施形態と第7の実施形態では、送信期限・許可計算情報保持部203で記憶する情報が異なる。
次に、図2を参照して、本発明の第7の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。第7の実施形態のブロック図は第1の実施形態のブロック図と同様である。但し、第1の実施形態と第7の実施形態では、送信期限・許可計算情報保持部203で記憶する情報が異なる。
最大許容遅延量出力部201は、最大許容遅延量に関するQoS要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信期限・許可計算部202は、最大接続レートに関するQoS要求を満足させるための送信許可時刻を、送信パケット情報テーブル103に出力する。また、送信期限・許可計算部202は、送信パケット情報テーブル出力より入力された最後に送信したパケットに設定した送信許可時刻を、送信期限・許可計算情報保持部203に出力する。送信期限・許可計算情報保持部203は、送信期限・許可計算部202より入力された最後に送信したパケットに設定した送信許可時刻を記憶する。また、送信期限・許可計算情報保持部203は、記憶した最後に送信したパケットに設定した送信許可時刻を送信期限・許可計算部202に出力する。
はじめに、最大許容遅延量出力部201は、パケットごとの送信期限を送信パケット情報テーブル103に出力する。到着したパケットが属する通信が最大許容遅延量を要求している場合、要求された最大許容遅延量を出力する。最大許容遅延量を要求していない場合、正の無限大の値を出力する。なお、出力する送信期限は、無線フレーム情報を用いて、フレーム単位での送信期限を出力する。
一方、送信期限・許可計算部202は、パケットごとの送信許可時刻を計算し、送信パケット情報テーブル103に出力する。送信期限・許可計算部202の動作は以下に示す。
送信期限・許可計算部202は、到着したパケットが属する通信が最大持続レートの保証を要求している場合、(7)式で表される時刻をフレーム単位に変換し、送信許可時刻として送信パケット情報テーブル103に出力する。ここで、Plastは同一通信に属する一つ前のパケットに設定した送信許可時刻、Spacketは送信許可時刻設定対象の到着パケットのデータサイズ、RmaxはQoS情報で与えられる最大持続レートである。なお、Plastは送信期限・許可計算情報保持部203で保持される。
上述したとおり、最大持続レートといった通信レートに関するQoS要求を満足するように送信期限・許可計算部202でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するQoS要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するQoS要求を満足するように最大許容遅延量出力部201でパケットごとの送信期限を決定し、最終的なパケットごとの送信期限および送信許可時刻を求めることで、送信期限および送信許可時刻を使用したパケット単位でのQoS制御が可能となる。
[第8の実施形態]
次に、図5を参照して、本発明の第8の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。第8の実施形態のブロック図は第4の実施形態のブロック図と同様である。但し、第4の実施形態と第8の実施形態では、送信期限・許可計算情報保持部203で記憶する情報が異なる。
次に、図5を参照して、本発明の第8の実施形態による無線パケット制御装置106の動作を説明する。第8の実施形態のブロック図は第4の実施形態のブロック図と同様である。但し、第4の実施形態と第8の実施形態では、送信期限・許可計算情報保持部203で記憶する情報が異なる。
最大許容遅延量出力部501は、最大許容遅延量に関するQoS要求を満足させるためのパケットごとの送信期限を、マルチプレクサ504に出力する。送信期限・許可計算部502は、最低保証レートに関するQoS要求を満足させるための送信期限を、マルチプレクサ504に出力する。また、送信期限・許可計算部502は、送信パケット情報テーブル出力より入力された最後に送信したパケットに設定した送信期限を、送信期限・許可計算情報保持部503に出力する。送信期限・許可計算情報保持部503は、送信期限・許可計算部502より入力された最後に送信したパケットに設定した送信期限を記憶する。また、送信期限・許可計算情報保持部503は、記憶した最後に送信したパケットに設定した送信期限を送信期限・許可計算部502に出力する。
一方、送信期限・許可計算部502は、パケットごとの送信期限を計算し、マルチプレクサ504に出力する。送信期限・許可計算部502の動作は以下に示す。
送信期限・許可計算部502は、到着したパケットが属する通信が最低保証レートの保証を要求している場合、式(8)で表される時刻をフレーム単位に変換して送信期限としてマルチプレクサ504に出力する。ここで、Dlastは同一通信に属する一つ前のパケットに設定した送信期限、Spacketは送信期限設定対象の到着パケットのデータサイズ、RminはQoS情報で与えられる最低保証レートである。なお、Dlastは送信期限・許可計算情報保持部503で保持される。
続いて、マルチプレクサ504は、最大許容遅延量出力部501と送信期限・許可計算部502より出力された送信期限を比較し、期限が早い方の送信期限を送信パケット情報テーブル103に出力する。
上述したとおり、最低保証レートといった通信レートに関するQoS要求を満足するように送信期限・許可計算部502でパケットごとの送信許可時刻を決定することで、通信レートに関するQoS要求を時間に関する指標に置き換え、また、最大許容遅延量といった時間に関するQoS要求を満足するように最大許容遅延量出力部501でパケットごとの送信期限を決定し、マルチプレクサ504で最終的なパケットごとの送信期限を求めることで、送信期限を使用したパケット単位でのQoS制御が可能となる。
なお、第1の実施形態から第8の実施形態を説明したが、最大持続レートを保証する実施形態と最低保証レートを保証する実施形態を組み合わせて実施することで、最大持続レートと最低保証レートの両方を保証することも可能である。例えば、第1の実施形態と第4の実施形態を組み合わせることで最大持続レートと最低保証レートの両方を保証することが可能である。
また、送信パケットに対し、送信期限および送信許可時刻のみを基準にスロット割り当てが行われるため、容易にQoSを反映したスロット割り当てが可能となる。また、最低保証レートや最大持続レートなどの通信レートに関するQoS要求から求まるパケット毎の送信期限と、最大許容遅延量といった時間に関するQoS要求とを比較し、最終的なパケット毎の送信期限を決定することで、IEEE802.16(e)標準規格で規定されているrtPS、nrtPS、およびBEの通信品質を満足させるQoSパケットスケジューリングが可能となる。更に、パケット毎の送信期限と送信許可時刻を決めるのはパケットがバッファに到着時のみで、しかもその時点で(3)式や(6)式を使用し送信期限と送信許可時刻を決定すると、バッファ内パケット量や電波伝搬環境などまで考慮されるため、計算量を減らしつつ、高効率、高QoS保証を実現するQoSパケットスケジューリングが可能となる。
以上、本発明の実施形態を図面、数式を参照して詳述してきたが、具体的な構成や方法はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明はIEEE802.16規格に限らず、各種の無線通信方式に適用することができる。
101・・・パケットバッファ、102・・・制御部、103・・・送信パケット情報テーブル、104・・・無線フレーム構築部、105・・・送信パケット情報出力部、106・・・無線パケット制御装置、201、301、401、501、601、701・・・最大許容遅延量出力部、202、302、402、502、602、702・・・送信期限・許可計算部、203、503・・・送信期限・許可計算情報保持部、303、403、603、703・・・送信レート計算部、504、604、704・・・マルチプレクサ
Claims (11)
- パケットを送信するまでの制限時間要求に基づいて、前記パケットの送信期限を決定し出力する最大許容遅延量出力部と、
前記パケットの送信レート制限に基づいて、前記パケットの送信期限および送信許可時刻を決定し出力する送信期限・許可計算部と、
を備えたことを特徴とする無線パケット制御装置。 - 前記最大許容遅延量出力部で出力した前記送信期限と、前記送信期限・許可計算部で出力した前記送信期限とを比較し、送信期限が短い前記送信期限を出力するマルチプレクサと、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の無線パケット制御装置。 - 前記パケットの前にパケットを送信した時刻を記憶する、送信期限・許可計算情報保持部と、
を備え、
前記送信期限・許可計算部は、前記送信期限・許可計算情報保持部が記憶する前記送信した時刻と、現在時刻と、前記パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、前記パケットのデータ量と、最大持続レートとに基づいて、前記送信許可時刻を決定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線パケット制御装置。 - 前記パケットが属する通信での平均送信レートを計算する送信レート計算部を備え、
前記送信期限・許可計算部は、前記平均送信レートと、前記平均送信レートの平均時間と、現在時刻と、前記パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、前記パケットのデータ量と、最大持続レートとに基づいて、前記送信許可時刻を決定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線パケット制御装置。 - 前記送信期限・許可計算部は、現在時刻と、前記パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、前記パケットのデータ量と、最低保証レートと、前記パケットの前にパケットを送信した時刻とに基づいて、前記送信期限を決定する、
ことを特徴とする請求項2に記載の無線パケット制御装置。 - 前記パケットが属する通信での平均送信レートを計算する送信レート計算部を備え、
前記送信期限・許可計算部は、前記平均送信レートと、前記平均送信レートの平均時間と、現在時刻と、前記パケットが属する通信での送信待ちパケットのデータ量と、前記パケットのデータ量と、最低保証レートとに基づいて、前記送信期限を決定する、
ことを特徴とする請求項2に記載の無線パケット制御装置。 - 前記送信期限・許可計算部はさらに、許容される最大の変調指数と、現在の変調指数とに基づいて、前記送信許可時刻を決定する、
ことを特徴とする請求項4または請求項6に記載の無線パケット制御装置。 - 前記送信期限・許可計算部は、前記パケットの前に送信したパケットに設定した前記送信許可時刻と、前記パケットのデータ量と、最大持続レートとに基づいて、前記送信許可時刻を決定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線パケット制御装置。 - 前記送信期限・許可計算部は、前記パケットの前に送信したパケットに設定した前記送信期限と、前記パケットのデータ量と、最低保証レートとに基づいて、前記送信許可時刻を決定する、
ことを特徴とする請求項2に記載の無線パケット制御装置。 - 請求項1から9のいずれかの項に記載の無線パケット制御装置を備えたことを特徴とする無線通信装置。
- パケットを送信するまでの制限時間要求に基づいて、前記パケットの送信期限を決定し出力する最大許容遅延量出力ステップと、
前記パケットの送信レート制限に基づいて、前記パケットの送信期限および送信許可時刻を決定し出力する送信期限・許可計算ステップと、
を含むことを特徴とする無線パケット制御方法。
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