JP4671945B2

JP4671945B2 - 資源割当てシステム並びに方法及びそれに適用されるユーザ端末装置

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Publication number: JP4671945B2
Application number: JP2006315566A
Authority: JP
Inventors: 晟祐趙
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2026-11-22
Also published as: US8055267B2; EP1788830A1; KR100655939B1; JP2007143167A; US20070116010A1

Description

本発明は資源割当てシステム並びに方法及びそれに適用されるユーザ端末装置に関し、より詳細にはユーザ端末装置側で資源割当て時のエネルギーと性能を調節することができる資源割当てシステム並びに方法及びそれに適用されるユーザ端末装置に関する。

無線通信は電波を情報の伝送媒体として用いる技術である。無線通信システムはユーザの位置に関係なく情報を容易に伝送することができる特徴により、その応用範囲が次第に拡大して行く傾向にある。無線通信システムを構成する無線端末機は移動性、携帯性及び利便性を特徴とする。
無線通信のサービスを世代により区分すると、無線通信初期のアナログ無線端末機にて使ったサービスを第１世代無線通信といい、アナログ以降のデジタル無線端末機にて使うサービスを第２世代無線通信という。また、近年次世代移動通信と呼ばれるＩＭＴ２０００サービスを第３世代無線通信といい、第３世代以降の１つの無線端末機にて安値で高品質のインターネットを利用することができるサービスを第４世代無線通信という。

第１世代及び第２世代無線通信では、データを伝送する通信ラインの速度（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）及びエネルギーの公平性（ｆａｉｒｎｅｓｓ）に対する概念が存在しなかったが、第３世代無線通信へと切り替わりつつある中でリソース管理アルゴリズムが導入されている。リソース管理アルゴリズムは、エネルギーの公平性に対する概念を導入し、同一の帯域幅で高伝送率を提供することを目的とする。

しかし、第３世代無線通信システムにおいて、リソース管理アルゴリズムを適用するためには、ＡＰ（ＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔ）が多数の無線端末機の効用関数（ｕｔｉｌｉｔｙｆｕｎｃｔｉｏｎ）、例えば、種類、プロトコル、及びＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）を事前に知っておかなければならないという問題点がある。
第３世代以降の第４世代無線通信は、ユビキタス及び異種（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ）モバイルネットワークである。第４世代では様々な種類の無線端末機もしくは互いに異なる種類のネットワークが接続され相互作用する。これにより、様々な種類の無線端末機の特性が把握しにくく、端末のエネルギーを考慮したリソース割当て方法が存在しないという問題点がある。

また、第４世代無線通信では、ユーザが１つの形態のネットワークに止まらず、様々なネットワークの中で希望するものを選択することができるため、各ネットワーク標準間の互換性が保障できないという問題がある。
前述のように、第１世代及び第２世代を経て第３世代及び第４世代無線通信へと発展したにも関わらず、多数の無線端末機に対するリソース管理問題があることによって、無線端末機で使うエネルギー使用量を減少させると通信ラインの速度が低下し、通信ラインの速度を向上させるとエネルギー使用量が増加するという現象を解消できなかった。

本発明は前述の問題点を解決するために提出されたもので、本発明の目的は、ユーザ端末装置で資源要求量を選択的に変更し、変更された資源要求量によって資源割当てを再要請することで、エネルギーと性能を自ら調節することのできる資源割当てシステム並びに方法及びそれに適用されるユーザ端末装置を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明に係る資源割当てシステムは、資源要求量を決定して資源割当てを要請する複数のユーザ端末装置と、資源割当て要請に対する資源割当て量を決定し、資源割当てを要請したユーザ端末装置に決定された資源割当て量を送信する中継装置とを含み、ユーザ端末装置は、中継装置から割当てられた資源のコスト（Ｃｏｓｔ）を算出し、算出されたコストを所定の基準値と比較して資源要求量を変更し、変更された資源要求量によって中継装置に資源割当てを再要請する。

好ましくは、中継装置は、ＡＰ（ＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔ）及びＢＳ（ＢａｓｅＳｔａｔｉｏｎ）のうちいずれか１つで構成することができる。
また好ましくは、ユーザ端末装置は、コストが基準値より小さい場合には資源要求量を増加し、コストが基準値より大きい場合には資源要求量を減少させるように構成できる。
一方、本発明に係る中継装置を介して接続される複数のユーザ端末装置を含むシステムの資源割当て方法は、ユーザ端末装置で資源要求量を決定して資源割当てを要請するステップと、中継装置で資源割当て要請に対する資源割当て量を決定し、資源割当てを要請したユーザ端末装置に決定された資源割当て量を送信するステップと、ユーザ端末装置で中継装置から割当てられた資源のコストを算出し、算出されたコストを所定の基準値と比較して資源要求量を変更するステップと、ユーザ端末装置で変更された資源要求量によって中継装置に資源割当てを再要請するステップとを含む。

好ましくは、中継装置は、ＡＰ（ＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔ）及びＢＳ（ＢａｓｅＳｔａｔｉｏｎ）のうちいずれか１つで構成することができる。
また好ましくは、資源要求量を変更するステップにおいて、コストが基準値より小さい場合には資源要求量を増加し、コストが基準値より大きい場合には資源要求量を減少させるように構成できる。

一方、本発明に係るユーザ端末装置は、資源要求量を決定する資源要求量決定部と、決定された資源要求量によって中継装置に資源割当てを要請し、中継装置から資源割当て量を受信するネットワークインターフェース部と、中継装置から割当てられた資源のコストを算出し、算出されたコストを所定の基準値と比較して資源要求量を変更し、変更された資源要求量によって中継装置に資源割当てを再要請するようにネットワークインターフェース部を制御する制御部とを含む。

好ましくは、資源要求量決定部は、下記の数式に基づいて資源要求量（ｘ_i）を決定することができる。

ここで、min_eＣ_eは中継装置と複数のユーザ端末装置間で可能な全ての接続経路が有する最小のキャパシティーを意味し、ｎは中継装置に接続された複数のユーザ端末装置の個数を意味する。

また好ましくは、制御部は、下記の数式に基づいて資源のコスト（Ｗ_i）を算出することができる。

ここで、l_eは経路ｅで与えられたコストであり、piはユーザ端末装置ｉで使う経路の集合を意味する。
また好ましくは、制御部は、コストが基準値より小さい場合には資源要求量を増加し、コストが基準値より大きい場合には資源要求量を減少させるように構成できる。

また好ましくは、制御部は、資源要求量を増加する場合、下記の数式に基づいて増加された資源要求量（ｘ_i1）を決定することができる。

ここで、ｘ_iは変更する以前の資源要求量であり、δはユーザ端末装置と中継装置そしてその間のチャネル状況の特性に応じて設定される可変値を意味する。
また好ましくは、制御部は、資源要求量を減少させる場合、下記の数式に基づいて減少された資源要求量（ｘ_i2）を決定することができる。

ここで、ｘ_iは変更する以前の資源要求量であり、δはユーザ端末装置と中継装置そしてその間のチャネル状況の特性に応じて設定される可変値を意味する。
また好ましくは、資源要求量決定部によって決定された資源要求量及び制御部によって変更された資源要求量に基づき、中継装置に伝送するＤＲＣ（ＤａｔａＲｅｑｕｅｓｔＣｏｎｔｒｏｌ）メッセージを生成するＤＲＣ生成部を更に含むように構成できる。

本発明に係る資源割当てシステム並びに方法及びそれに適用されるユーザ端末装置は、ユーザ端末装置で自分の資源要求量を決定して資源割当てを要請し、資源要求量を能動的に変更して資源割当てを再要請することで、エネルギー及び性能をユーザ端末装置にて自ら調節することができ且つエネルギーを節約することができる利点がある。

以下、添付の図面に基づいて本発明に係る好適な実施形態を詳述する。
図１は、本発明の好適な実施形態に係る資源割当てシステムを示す概略図である。
同図に示すように、本発明の好適な実施形態に係る資源割当てシステムは、１つの中継装置２００に複数のユーザ端末装置（Ａ〜Ｅ）１００ａ〜１００ｅが接続される。
中継装置２００は複数のユーザ端末装置（Ａ〜Ｅ）１００ａ〜１００ｅからの資源割当て要請を受信し、資源割当てを要請した複数のユーザ端末装置（Ａ〜Ｅ）１００ａ〜１００ｅにネットワーク資源を割当てる。

つまり、中継装置２００は複数のユーザ端末装置（Ａ〜Ｅ）１００ａ〜１００ｅのうちいずれか１つが資源割当てを要請すると、資源割当てを要請したユーザ端末装置に割当てる資源割当て量を決定し、資源割当てを要請したユーザ端末装置に決定した資源割当て量を送信する。
好ましくは、中継装置２００は、ＡＰ（ＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔ）及びＢＳ（ＢａｓｅＳｔａｔｉｏｎ）のうちいずれか１つで構成することができる。通常、ＡＰは無線ランを構成する装置の中の１つで有線ランと無線ランとを接続する装置のことをいい、ＢＳは陸上移動局との通信または移動中継局の中継による通信を行うために開設された無線局のことをいう。

複数のユーザ端末装置（Ａ〜Ｅ）１００ａ〜１００ｅは、自分の資源要求量を決定して中継装置２００に資源割当てを要請する。複数の端末装置（Ａ〜Ｅ）１００ａ〜１００ｅは中継装置２００から資源が割当てられると、中継装置２００から割当てられた資源のコストを算出し、算出されたコストを基準に自分の資源要求量を変更し、変更された資源要求量によって中継装置２００に資源割当てを再要請する。

複数のユーザ端末装置（Ａ〜Ｅ）１００ａ〜１００ｅはそれぞれ異なる種類のネットワークを使う端末装置である。例えば、ユーザ端末装置（Ａ〜Ｃ）１００ａ〜１００ｃが有線ネットワークを使う端末装置で、ユーザ端末装置（Ｄ〜Ｅ）１００ｄ〜１００ｅが無線ネットワークを使う端末装置とすることができる。
複数のユーザ端末装置（Ａ〜Ｅ）１００ａ〜１００ｅに関しては後述する図２に基づいてより詳説する。

図２は、本発明の好適な実施形態に係るユーザ端末装置のブロック図である。
同図に示すように、本発明の好適な実施形態に係るユーザ端末装置１００は、資源要求量決定部１１０、ＤＲＣ生成部１２０、ネットワークインターフェース部１３０、保存部１４０及び制御部１５０を含む。ここで、ユーザ端末装置１００は図１に示した複数のユーザ端末装置（Ａ〜Ｅ）１００ａ〜１００ｅのうちいずれか１つである。

資源要求量決定部１１０は中継装置２００に要求する最初の資源要求量を決定する。資源要求量決定部１１０は、次の数式１に基づいて資源要求量（ｘ_i）を決定することができる。

ここで、min_eＣ_eは中継装置２００と複数のユーザ端末装置（Ａ〜Ｅ）１００ａ〜１００ｅ間で可能な全ての接続経路が有する最小のキャパシティーを示し、ｎは中継装置２００に接続された複数のユーザ端末装置（Ａ〜Ｅ）１００ａ〜１００ｅの個数を示している。

資源要求量決定部１１０によって決定される資源要求量は前述した数式１によって算出された値とすることができ、また、資源割当てを要求する度に算出することなく予め設定された値を用いることもできる。
資源要求量決定部１１０は図４に示すようなアルゴリズムによって資源要求量（ｘ）を決定することができる。

この図４に示すアルゴリズムにおいて、ｅは中継装置２００と複数のユーザ端末装置（Ａ〜Ｅ）１００ａ〜１００ｅ間で存在する１つの経路である。Ｃ_eは経路ｅでユーザ端末装置が有するキャパシティーであり、l_e(t)は時間ｔにおいて経路ｅが付与するコストであり、ｘ_i(t)は時間ｔにおいてユーザ端末装置ｉに割当てられるリソース量である。また、Ｗ_i(t)は時間ｔにおいてユーザ端末装置ｉが支払うべきコストの和、即ちユーザ端末装置ｉが使用する全てのリソースによって支払っているコストの和である。Δ∧_e(t)は時間ｔにおいて経路ｅを使用する全てのリソース量から時間(t-1)において経路ｅを使用する全てのリソース量を引いた値である。

また、
であり、ｍは経路の数であり、ｎは中継装置２００に接続された複数のユーザ端末装置（Ａ〜Ｅ）１００ａ〜１００ｅの数を意味する。
ＤＲＣ生成部１２０は、資源要求量決定部１１０によって決定された資源要求量に基づいて中継装置２００に伝送するＤＲＣ（ＤａｔａＲｅｑｕｅｓｔＣｏｎｔｒｏｌ）メッセージを生成する。

また、ＤＲＣ生成部１２０は後述する制御部１５０によって資源要求量が変更されると、変更された資源要求量に基づいて中継装置２００に伝送するＤＲＣメッセージを生成する。
ＤＲＣ生成部１２０によって生成されたＤＲＣメッセージ、即ち資源要求量決定部１１０によって決定された資源要求量及び制御部１５０によって変更された資源要求量に基づくＤＲＣメッセージは、後述するネットワークインターフェース部１３０を介して中継装置２００に伝送される。

ネットワークインターフェース部１３０はユーザ端末装置１００とネットワーク間のインターフェースを支援するものであって、このネットワークインターフェース部１３０によりユーザ端末装置１００は中継装置２００に接続される。
保存部１４０は制御部１５０で使う各種の予め設定された値を保存する。つまり、保存部１４０はコストの比較基準として使われる基準値（β）、ユーザ端末装置１００の特性に応じて設定される可変値（δ）を保存することができる。

制御部１５０はユーザ端末装置１００の全般的な機能を制御する。つまり、制御部１５０は資源要求量決定部１１０、ＤＲＣ生成部１２０、ネットワークインターフェース部１３０、及び保存部１４０間の信号の入出力を制御する。
制御部１５０は中継装置２００から資源が割当てられると、割当てられた資源のコストを算出する。制御部１５０では中継装置２００から割当てられた資源のコスト（Ｗ_i）を次の数式２に基づいて算出することができる。

ここで、l_eは経路ｅで与えられたコストであり、piはユーザ端末装置ｉで使う経路の集合である。
制御部１５０はコストを算出した後、算出されたコストを所定の基準値（１）と比較してその比較結果に応じて資源要求量決定部１１０によって決定された資源要求量を変更する。

制御部１５０はコスト（Ｗ_i）が基準値より小さい場合には中継装置２００に予め要求した資源要求量を増加し、コスト（Ｗ_i）が基準値より大きい場合には資源要求量を減少させる。
この時、制御部１５０は、資源要求量を増加する場合の資源要求量（ｘ_i1）及び資源要求量を減少する場合の資源要求量（ｘ_i2）は次の数式３によって決定する。

ここで、ｘ_iは変更する以前の資源要求量であり、δはユーザ端末装置１００と中継装置２００そしてその間のチャネル状況の特性に応じて設定される可変値である。
制御部１５０は前述の数式３によって増加した資源要求量（ｘ_i1）及び減少した資源要求量（ｘ_i2）を決定すると、ＤＲＣ生成部１２０によって増加した資源要求量（ｘ_i1）もしくは減少した資源要求量（ｘ_i2）に基づいてＤＲＣメッセージを生成するように処理する。

また、制御部１５０はＤＲＣ生成部１２０によって生成されたＤＲＣメッセージをネットワークインターフェース部１３０を介して中継装置２００に伝送するように処理することで、変更された資源要求量によって資源割当てを再要請する。
図３は、本発明に係る資源割当て方法を説明するためのフローチャートである。
ここでは、図１〜図３に基づいて本発明に係る資源割当て方法を説明する。

ユーザ端末装置１００から中継装置２００に資源割当てを要請する。つまり、前述の数式１を用いて資源要求量決定部１１０が決定した資源要求量に基づいて、ＤＥＣ生成部１２０がＤＲＣメッセージを生成し、ネットワークインターフェース部１３０を介して生成したＤＲＣメッセージを中継装置２００に送信することによって、資源割当てを要請する（Ｓ３００）。

ユーザ端末装置１００から資源割当ての要請があった場合、それを受信した中継装置２００は該当するユーザ端末装置１００に割当てる資源割当て量を決定し、決定した資源割当て量をユーザ端末装置１００に送信する（Ｓ３１０）。
中継装置２００から資源割当て量を受信すると、ユーザ端末装置１００は割当てられた資源のコストを算出する。つまり、制御部１５０で数式２に基づいて資源のコストを算出する（Ｓ３２０）。

ユーザ端末装置１００の制御部１５０は、算出したコストと保存部１４０に予め保存されている基準値とを比較し、その比較結果に応じて資源要求量を変更する（Ｓ３３０）。
Ｓ３３０ステップにおいて、ユーザ端末装置１００の制御部１５０は、コストが基準値より小さいと判断した場合、中継装置２００に資源割当てを要求した資源要求量を増加する。この時、増加する資源要求量は数式３に基づいて算出する（Ｓ３４０）。

もし、Ｓ３３０ステップにおいて、ユーザ端末装置１００の制御部１５０は、コストが基準値より大きいと判断した場合、中継装置２００に資源割当てを要求した資源要求量を減少する。この時、減少した資源要求量は数式３に基づいて算出する（Ｓ３５０）。
ユーザ端末装置１００の制御部１５０は、資源要求量を変更した後、ネットワークインターフェース部１３０を介した中継装置２００との接続が終了していない場合には、変更された資源要求量によって中継装置２００に資源割当てを再要請する。つまり、制御部１５０は変更された資源要求量に基づいてＤＲＣメッセージを生成するようにＤＲＣ生成部１２０を制御し、ネットワークインターフェース部１３０を介して生成されたＤＲＣメッセージを送信するように制御する（Ｓ３６０〜Ｓ３７０）。

前述の過程はＳ３６０ステップにおいてユーザ端末装置１００と中継装置２００間の接続が終了するまで持続的に繰り返される。

本発明の好適な実施形態に係る資源割当てシステムを示す概略図である。本発明の好適な実施形態に係るユーザ端末装置のブロック図である。本発明に係る資源割当て方法を説明するためのフローチャートである。資源要求量決定のアルゴリズムを示す説明図である。

符号の説明

１００ユーザ端末装置
１１０資源要求量決定部
１２０ＤＲＣ生成部
１３０ネットワークインターフェース部
１４０保存部
１５０制御部

Claims

中継装置と複数のユーザ端末装置間で可能な全ての接続経路が有する最小のキャパシティーと、前記中継装置に接続された前記複数のユーザ端末装置の個数とに基づいて、資源要求量を決定して資源割当てを要請する複数のユーザ端末装置と、
前記資源割当て要請に対する資源割当て量を決定し、前記資源割当てを要請したユーザ端末装置に前記決定された資源割当て量を送信する中継装置と、
を含み、前記ユーザ端末装置は、前記中継装置から割当てられた資源のコスト（Ｃｏｓｔ）を算出し、前記算出されたコストを所定の基準値と比較して前記資源要求量を変更し、前記変更された資源要求量によって前記中継装置に資源割当てを再要請することを特徴とする資源割当てシステム。
前記中継装置は、ＡＰ（ＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔ）及びＢＳ（ＢａｓｅＳｔａｔｉｏｎ）のうちいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の資源割当てシステム。
前記ユーザ端末装置は、前記コストが前記基準値より小さい場合には前記資源要求量を増加し、前記コストが前記基準値より大きい場合には前記資源要求量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の資源割当てシステム。
前記資源は、前記中継装置の資源であることを特徴とする請求項１に記載の資源割当てシステム。
前記複数のユーザ端末装置は、前記中継装置に接続されることを特徴とする請求項１に記載の資源割当てシステム。
中継装置を介して接続される複数のユーザ端末装置を含むシステムの資源割当て方法において、
前記ユーザ端末装置において、前記中継装置と前記複数のユーザ端末装置間で可能な全ての接続経路が有する最小のキャパシティーと、前記中継装置に接続された前記複数のユーザ端末装置の個数とに基づいて、資源要求量を決定して資源割当てを要請するステップと、
前記中継装置で前記資源割当て要請に対する資源割当て量を決定し、前記資源割当てを要請したユーザ端末装置に前記決定された資源割当て量を送信するステップと、
前記ユーザ端末装置で前記中継装置から割当てられた資源のコストを算出し、前記算出されたコストを所定の基準値と比較して前記資源要求量を変更するステップと、
前記ユーザ端末装置で前記変更された資源要求量によって前記中継装置に資源割当てを再要請するステップと、
を含むことを特徴とする資源割当て方法。
前記中継装置は、ＡＰ（ＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔ）及びＢＳ（ＢａｓｅＳｔａｔｉｏｎ）のうちいずれか１つであることを特徴とする請求項６に記載の資源割当て方法。
前記資源要求量を変更するステップにおいて、前記コストが前記基準値より小さい場合には記資源要求量を増加し、前記コストが前記基準値より大きい場合には前記資源要求量を減少させることを特徴とする請求項６に記載の資源割当て方法。
前記資源は、前記中継装置の資源であることを特徴とする請求項６に記載の資源割当て方法。
前記複数のユーザ端末装置は、前記中継装置に接続されることを特徴とする請求項６に記載の資源割当て方法。
中継装置と複数のユーザ端末装置間で可能な全ての接続経路が有する最小のキャパシティーと、前記中継装置に接続された前記複数のユーザ端末装置の個数とに基づいて、資源要求量を決定する資源要求量決定部と、
前記決定された資源要求量によって前記中継装置に資源割当てを要請し、前記中継装置から資源割当て量を受信するネットワークインターフェース部と、
前記中継装置から割当てられた資源のコストを算出し、前記算出されたコストを所定の基準値と比較して前記資源要求量を変更し、前記変更された資源要求量によって前記中継装置に資源割当てを再要請するように前記ネットワークインターフェース部を制御する制御部と、
を含むことを特徴とするユーザ端末装置。
前記資源要求量決定部は、

（ここで、min_eＣ_eは前記中継装置と複数のユーザ端末装置間で可能な全ての接続経路が有する最小のキャパシティーを、ｎは前記中継装置に接続された前記複数のユーザ端末装置の個数を意味する）
に基づいて前記資源要求量（x_i）を決定することを特徴とする請求項１１に記載のユーザ端末装置。
前記制御部は、

（ここで、l_eは経路ｅで与えられたコストであり、piはユーザ端末装置ｉで使う経路の集合を意味する）
に基づいて前記資源のコスト（Ｗ_i）を算出することを特徴とする請求項１１に記載のユーザ端末装置。
前記制御部は、前記コストが前記基準値より小さい場合には前記資源要求量を増加し、前記コストが前記基準値より大きい場合には前記資源要求量を減少させることを特徴とする請求項１１に記載のユーザ端末装置。
前記制御部は、前記資源要求量を増加する場合、

（ここで、ｘ_iは変更する以前の資源要求量であり、δは前記ユーザ端末装置と前記中継装置そしてその間のチャネル状況の特性に応じて設定される可変値を意味する）
に基づいて前記増加された資源要求量（ｘ_i1）を決定することを特徴とする請求項１４に記載のユーザ端末装置。
前記制御部は、前記資源要求量を減少する場合、

（ここで、ｘ_iは変更する以前の資源要求量であり、δは前記ユーザ端末装置と前記中継装置そしてその間のチャネル状況の特性に応じて設定される可変値を意味する）
に基づいて前記減少された資源要求量（ｘ_i2）を決定することを特徴とする請求項１４に記載のユーザ端末装置。
前記資源要求量決定部によって決定された資源要求量及び前記制御部によって変更された資源要求量に基づき、前記中継装置に伝送するＤＲＣ（ＤａｔａＲｅｑｕｅｓｔＣｏｎｔｒｏｌ）メッセージを生成するＤＲＣ生成部を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のユーザ端末装置。