JP4705909B2 - 制御局装置、基地局装置及びパケット通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に高速パケット通信サービスを提供する制御局装置、基地局装置及びパケット通信方法に関する。

パケット通信システム１０は、図１に示すように、移動端末（以下「ＵＥ」と記載する）１１、基地局装置（以下「Ｎｏｄｅ Ｂ」と記載する）１２、複数のＮｏｄｅ Ｂ１２を制御する無線ネットワーク制御装置（以下「ＲＮＣ」と記載する）１３、ＵＥ１１の位置管理及び呼接続制御等を行うコアネットワーク（以下「ＣＮ」と記載する）１４及びＵＥ１１の通信相手（以下「ＴＥ」と記載する）１５により構成されている。各ＲＮＣ１３には複数のＮｏｄｅ Ｂ１２が接続され、Ｎｏｄｅ Ｂ１２には複数のＵＥ１１が接続される。このため、ＲＮＣ１３は、多数のＵＥ１１からのデータを処理する必要がある。このため、ＲＮＣ１３のＲＬＣ（Radio Link Control）等では、プロトコル処理を行うまでの間、受信したデータを格納するためのバッファを持つ。ベストエフォート型のパケット通信サービスでは、ＲＮＣ１３が、ＲＬＣの最大ウインドウサイズに対応したバッファをＵＥ１１数分持つためには、実装するバッファ容量が非常に大きくなる。このため、通常は、各ＵＥ１１が最大Ｕｕレートで通信する割合や複数のＵＥ１１が同時に通信する割合などの統計値から、最大バッファ容量よりも少ないバッファ容量を実装し、複数のＵＥでバッファを共有する。

次に、図１を用いて従来の移動通信システム１０において、上り方向にデータを転送する場合の動作について説明する。ＵＥ１１のアプリケーションで生成されたデータは、ＩＰパケットに組み立てられてＮｏｄｅ Ｂ１２に送られる。Ｎｏｄｅ Ｂ１２では、ＷＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）による無線伝送のためのベースバンド処理などが行われ、復調及びＨＡＲＱ復号化／誤り訂正などの処理がおこなわれる。そして、有線伝送のためのレイヤ２（以下「Ｌ２」と記載する）及びレイヤ１（以下「Ｌ１」と記載する）の処理が行われ、有線区間（以下「Ｉｕｂ／Ｉｕｒ」と記載する）インタフェースを介してＲＮＣ１３に送られる。ＲＮＣ１３では、伝送誤りなどがチェックされ、ＩＰパケットに復元される。

また、従来の移動通信システムとして、パケット制御ノードが地上網と無線網との間でパケットの中継を行う下り回線の移動通信システムが知られている（例えば、特許文献１）。この移動通信システムにおいては、Ｎｏｄｅ ＢはＵＥ毎の無線チャネルの現在の下り伝送速度の状態に応じ、ＵＥ宛パケットの転送レートの要求をパケット制御ノードへ通知し、この通知を受けたパケット制御ノードは要求された転送レートでＵＥ宛てパケットをＮｏｄｅ Ｂへ転送する。
特開２００２−１７１５７２号公報

しかしながら、従来のシステムは、上記のバッファ容量は、統計値に基づいた値であり、ＲＮＣが処理するＵＥ数に対して、常に十分な量ではない。このため、同時に最大Ｎｏｄｅ ＢとＵＥ間（以下「Ｕｕ」と記載する）レートで通信するＵＥが複数発生した場合などに、バッファの不足によるデータの廃棄が発生するという問題がある。これは、最大Ｕｕレートと最低Ｕｕレートの差が大きいパケット通信サービスを用いる場合に顕著となる。例えば、ＲＮＣのＲＬＣにバッファを設ける場合、バッファ容量が不足した際には、
ＭＡＣ−ｄ（Medium Access Control for Dedicated Channel）から渡されたＲＬＣ ＰＤＵ（Radio Link Control Protocol Data Unit）が廃棄される。廃棄されたデータは、ＲＮＣとＵＥのＲＬＣの再送制御によりデータ自体は回復されるが、再送データがＵｕインタフェース、及びＩｕｂ／Ｉｕｒインタフェース上を転送されることとなり、無線回線、有線回線の利用効率が低下するという問題がある。

また、従来のシステムは、廃棄されたデータはＲＬＣにより回復されるため、上位のＴＣＰは、バッファの混雑によるデータ廃棄を知ることができない。このため、ＵＥのＴＣＰは、送信レート（単位時間当たりの送信データ量）を下げることなく通信を継続するため、バッファの混雑が解消せず、データの廃棄が継続すると共に、バッファリングによる遅延時間が増大するという問題がある。

本発明の目的は、パケットデータの送信レートを制御することにより、パケットデータの廃棄を抑制することができるとともに無線回線及び有線回線の利用効率を向上させることができ、バッファリングによる遅延時間の増大を低減することができる制御局装置、基地局装置、端末装置、パケット通信システム及びパケット通信方法を提供することである。

本発明の制御局装置は、端末装置から基地局装置を経由して送られてくるパケットデータを一時的に格納するバッファ手段と、前記バッファ手段に格納されたパケットデータを順次読み出して所定のプロトコル処理を行うプロトコル処理手段と、前記バッファ手段に格納されているデータのデータ量と前記バッファ手段よりパケットデータを読み出す速度とを用いて求めたデータ滞留時間に基づいて、前記基地局装置から送られてくるパケットデータの送信レートを低減するように前記基地局装置へ要求するフロー制御手段と、を具備する構成を採る。

本発明の基地局装置は、端末装置から送られてくるパケットデータを一時的に格納するバッファ手段と、前記バッファ手段に格納されたパケットデータを順次読み出して所定のプロトコル処理を行うプロトコル処理手段と、前記バッファ手段に格納されているデータのデータ量と前記バッファ手段よりパケットデータを読み出す速度とを用いて求めたデータ滞留時間に基づいて、前記端末装置から送信されるパケットデータの送信レートを低減するように前記端末装置へ要求する第一フロー制御手段と、を具備する構成を採る。

本発明のパケット通信方法は、端末装置が第一バッファに一時的に格納したパケットデータを前記第一バッファより順次読み出して所定のプロトコル処理を施した後に基地局装置へ送信するステップと、前記基地局装置が前記端末装置から送信されたパケットデータを受信して第二バッファに一時的に格納するとともに前記第二バッファに格納したパケットデータを前記第二バッファより順次読み出して所定のプロトコル処理を施した後に制御局装置へ伝送するステップと、前記制御局装置が前記基地局装置から伝送されたパケットデータを第三バッファに一時的に格納するとともに前記第三バッファに格納したパケットデータを前記第三バッファより順次読み出して所定のプロトコル処理を行うステップとを具備するパケット通信方法であって、前記第三バッファに格納されているパケットデータのデータ量と前記バッファ手段よりパケットデータを読み出す速度とを用いて求めたデータ滞留時間に基づいて、前記基地局装置から前記制御局装置へ送られるパケットデータの送信レートを低減するように前記制御局装置が前記基地局装置へ要求するようにした。

本発明によれば、パケットデータの送信レートを制御することにより、パケットデータの廃棄を抑制することができるとともに無線回線及び有線回線の利用効率を向上させることができ、バッファリングによる遅延時間の増大を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態）
図２は、本発明の実施の形態に係るＲＮＣ１００の構成を示すブロック図である。改良個別チャネル（以下「ＥＤＣＨ（Enhanced Dedicated Channel）」と記載する）ＦＰプロトコル処理部１０２は、ＥＤＣＨ ＦＰ（Frame Protocol for Enhanced Dedicated Channel）部１０９を構成する。また、バッファ部１０４及びＲＬＣプロトコル処理部１０５は、ＲＬＣ部１１０を構成する。

レイヤ１／レイヤ２（以下「Ｌ１／Ｌ２」と記載する）部１０１は、後述するＮｏｄｅ
Ｂから入力したパケットデータに対して有線伝送のためのレイヤ２（以下「Ｌ２」と記載する）の処理及びレイヤ１（以下「Ｌ１」と記載する）の処理を行ってＥＤＣＨ ＦＰ
ＰＤＵ（Frame Protocol for Enhanced Dedicated Channel Protocol Data Unit）を復元してＥＤＣＨ ＦＰプロトコル処理部１０２へ出力する。また、Ｌ１／Ｌ２部１０１は、ＥＤＣＨ ＦＰプロトコル処理部１０２から入力した、Ｎｏｄｅ ＢからＲＮＣに伝送されるパケットデータの送信レートを低減することを要求する信号であるフロー制御信号をＮｏｄｅ Ｂへ出力する。

フロー制御手段であるＥＤＣＨ ＦＰプロトコル処理部１０２は、Ｌ１／Ｌ２部１０１から入力したパケットデータの伝送誤り等をチェックしてＭＡＣ−ｄ部１０３へ出力する。また、ＥＤＣＨ ＦＰプロトコル処理部１０２は、バッファ部１０４からバッファに格納されるデータ量がしきい値以上になった旨の信号が入力した場合またはデータ滞留時間がしきい値以上になった旨の信号が入力した場合には、フロー制御信号をＬ１／Ｌ２部１０１へ出力する。ここで、データ滞留時間とは、バッファに格納されるパケットデータのデータ量と、バッファからパケットデータを読み出す速度とを乗算した値を平均化することにより求められるものである。

ＭＡＣ−ｄ部１０３は、ＥＤＣＨ ＦＰプロトコル処理部１０２から入力したパケットデータに対して個別チャネルのＭＡＣ処理を行い、ＭＡＣ−ｄヘッダを除去してＲＬＣ ＰＤＵに復元してバッファ部１０４へ出力する。

バッファ部１０４は、ＭＡＣ−ｄ部１０３から入力したパケットデータを一時的に格納し、所定のタイミングにてＲＬＣプロトコル処理部１０５へ出力する。また、バッファ部１０４は、格納するパケットデータのデータ量がしきい値以上になった場合には、データ量がしきい値以上である旨の信号をＥＤＣＨ ＦＰプロトコル処理部１０２へ出力する。また、バッファ部１０４は、データ滞留時間がしきい値以上になった場合には、データ滞留時間がしきい値以上である旨の信号をＥＤＣＨ ＦＰプロトコル処理部１０２へ出力する。なお、バッファ部１０４は、格納されるデータ量及びデータ滞留時間の内のいずれか一方のみをしきい値と比較するようにしても良い。

ＲＬＣプロトコル処理部１０５は、バッファ部１０４から入力したＲＬＣ ＰＤＵに対してＲＬＣヘッダの順序番号をチェックし、正常である場合にはＲＬＣヘッダを除去してＰＤＣＰ（Packet Data Convergence Protocol）部１０６へ出力する。また、ＲＬＣプロトコル処理部１０５は、ＲＬＣヘッダの順序番号の抜け等の順序番号の異常を検出した場合には再送要求を設定したＲＬＣ ＰＤＵをＵＥのＲＬＣに返送する。

ＰＤＣＰ部１０６は、ＲＬＣプロトコル処理部１０５から入力したパケットデータの圧縮されたＩＰヘッダの伸張を行ってＩＰパケットに復元してＧＴＰ−ｕ（GRPS Tunneling
Protocol for user plane）部１０７へ出力する。

ＧＴＰ−ｕ部１０７は、ＰＤＣＰ部１０６から入力したＩＰパケットに対して、ＲＮＣとＣＮとの間でのデータ転送のためのＧＴＰ−ｕヘッダを付加してＧＴＰ−ｕ ＰＤＵ（GRPS Tunneling Protocol for user plane Protocol Data Unit）を組み立ててＬ１／Ｌ２部１０８へ出力する。

Ｌ１／Ｌ２部１０８は、ＧＴＰ−ｕ部１０７から入力したパケットデータに対して有線伝送のためのＬ２の処理及びＬ１の処理を行ってＩｕインタフェースを介してＣＮへ出力する。

次に、Ｎｏｄｅ Ｂ２００の構成について、図３を用いて説明する。図３は、Ｎｏｄｅ
Ｂ２００の構成を示すブロック図である。ＭＡＣ−ｅ（Medium Access Control for enhanced Dedicated Channel）プロトコル処理部２０２及びスケジューラ部２０３は、ＭＡＣ−ｅ部２０７を構成する。また、バッファ部２０４及びＥＤＣＨ ＦＰプロトコル処理部２０５は、ＥＤＣＨ ＦＰ部２０８を構成する。

ＰＨＹ部２０１は、ＭＡＣ−ｅプロトコル処理部２０２から入力した送信信号に対してＷＣＤＭＡによる無線伝送のためのベースバンド処理等を行って後述するＵＥへ送信する。送信信号には、各ＵＥへ通知する情報及びフロー制御信号等が含まれる。また、ＰＨＹ
部２０１は、受信したパケットデータに対して有線伝送のためのＬ１の処理を行ってＭＡＣ−ｅプロトコル処理部２０２へ出力する。

ＭＡＣ−ｅプロトコル処理部２０２は、ＰＨＹ部２０１から入力したパケットデータを復調するとともに、ＨＡＲＱ復号化及び誤り訂正等してＭＡＣ−ｄ ＰＤＵ（Medium Access Control for Dedicated Channel Protocol Data Unit）を組み立てる。また、ＭＡＣ−ｅプロトコル処理部２０２は、受信したパケットデータから、各ＵＥにおける無線回線の回線品質を示す情報である回線品質情報（例えば、ＣＱＩ（Channel Quality Indicator））を生成する。そして、ＭＡＣ−ｅプロトコル処理部２０２は、生成した複数のＵＥとの間の無線回線の回線品質情報に基づいて、各ＵＥの送信タイミング及び送信時に用いる変調方式等を決定し、決定した送信タイミングの情報及び変調方式の情報等をＵＥに通知するためにＰＨＹ部２０１へ出力する。

第一フロー制御手段であるスケジューラ部２０３は、ＭＡＣ−ｅプロトコル処理部２０２から入力した回線品質情報とＥＤＣＨ ＦＰ部２０８のバッファ部２０４の使用状態とをスケジューリングのための情報として用いてスケジューリングを行う。即ち、スケジューラ部２０３は、回線品質が良好なほど送信レートが高くなるようにスケジューリングを行うとともに、バッファ部２０４から入力した格納されるパケットデータのデータ量の情報より格納されるデータ量がしきい値以上である場合、またはバッファ部２０４から入力したパケットデータのデータ滞留時間の情報よりデータ滞留時間がしきい値以上である場合には、ＵＥからＮｏｄｅ Ｂに送信されるパケットデータの送信レートを低減するために、送信レートを下げるスケジューリングを行う。そして、スケジューラ部２０３は、設定した送信レートの情報を含むスケジューリングの結果の情報であるスケジューリング情報をＭＡＣ−ｅプロトコル処理部２０２へ出力する。なお、スケジューリングの方法については後述する。

バッファ部２０４は、ＭＡＣ−ｅプロトコル処理部２０２から入力したパケットデータを一時的に格納し、所定のタイミングにて格納したパケットデータをＥＤＣＨ ＦＰプロトコル処理部２０５へ出力する。また、バッファ部２０４は、格納されるパケットデータのデータ量の情報またはパケットデータのデータ滞留時間の情報をスケジューラ部２０３へ出力する。なお、バッファ部２０４は、格納されるデータ量及びデータ滞留時間の内のいずれか一方のみをしきい値と比較するようにしても良い。

第二フロー制御手段であるＥＤＣＨ ＦＰプロトコル処理部２０５は、バッファ部２０４から入力したＭＡＣ−ｄ ＰＤＵに対して、Ｎｏｄｅ ＢとＲＮＣとの間でのデータ転送における伝送誤りのチェック等のためのＥＤＣＨ ＦＰヘッダを付加してＥＤＣＨ ＦＰ ＰＤＵを組み立ててＬ１／Ｌ２部２０６へ出力する。また、ＥＤＣＨ ＦＰプロトコル処理部２０５は、Ｌ１／Ｌ２部２０６からフロー制御信号が入力した場合には、Ｌ１／Ｌ２部２０６へ出力するパケットデータの送信レートを低減する。

Ｌ１／Ｌ２部２０６は、ＥＤＣＨ ＦＰプロトコル処理部２０５から入力したパケットデータに対して、有線伝送のためのＬ２の処理及びＬ１の処理を行ってＩｕｂ／Ｉｕｒインタフェースを介してＲＮＣへ伝送する。また、Ｌ１／Ｌ２部２０６は、フロー制御信号をＲＮＣ１００から受信した場合には、ＥＤＣＨ ＦＰプロトコル処理部２０５へ出力する。

次に、ＵＥ３００の構成について、図４を用いて説明する。図４は、ＵＥ３００の構成を示すブロック図である。ＴＣＰ／ＩＰプロトコル処理部３０２及びパケット廃棄部３０３は、ＴＣＰ／ＩＰ部３１１を構成する。また、バッファ部３０７、送信レート設定部３０８及びＭＡＣ−ｅプロトコル処理部３０９は、ＭＡＣ−ｅ部３１２を構成する。

ＡＰ部３０１は、データを生成してＴＣＰ／ＩＰプロトコル処理部３０２へ出力する。ここで、ＴＣＰはデータの伝送量を制御するフロー制御や再送制御等の機能を有するプロトコルである。

フロー制御手段であるＴＣＰ／ＩＰプロトコル処理部３０２は、ＡＰ部３０１から入力したデータをＴＣＰの再送制御のための順序番号を含むＴＣＰヘッダ等を付加した後、ＩＰパケットに組み立ててパケット廃棄部３０３へ出力する。また、ＴＣＰ／ＩＰプロトコル処理部３０２は、パケット廃棄部３０３からパケットデータを廃棄した旨の情報が入力した場合には、パケットデータを廃棄しない場合に比べて低い送信レートに設定する。

パケット廃棄部３０３は、バッファ部３０７からバッファ部３０７に格納されているパケットデータのデータ量がしきい値以上である旨の信号が入力した場合、またはパケットデータのデータ滞留時間がしきい値以上である旨の信号が入力した場合には、ＴＣＰ／ＩＰプロトコル処理部３０２から入力したＩＰパケットを廃棄する。また、パケット廃棄部３０３は、バッファ部３０７からバッファ部３０７に格納されているパケットデータのデータ量がしきい値以上である旨の信号及びパケットデータのデータ滞留時間がしきい値以上である旨の信号が入力しない場合には、ＴＣＰ／ＩＰプロトコル処理部３０２から入力したＩＰパケットをＰＤＣＰ部３０４へ出力する。即ち、パケット廃棄部３０３は、バッファ部３０７の使用状態を監視し、バッファ部３０７が輻輳状態になった場合にはＩＰパケットを廃棄して、ＴＣＰの送信レートを低減させることにより、輻輳状態を早期に解消する。

ＰＤＣＰ部３０４は、パケット廃棄部３０３から入力したＩＰパケットのＩＰヘッダの圧縮等を行ってＲＬＣ部３０５へ出力する。

ＲＬＣ部３０５は、ＰＤＣＰ部３０４から入力したパケットデータに対して再送制御のための順序番号等を含むＲＬＣヘッダ等を付加してＲＬＣ ＰＤＵを組み立ててＭＡＣ−ｄ部３０６へ出力する。

ＭＡＣ−ｄ部３０６は、ＲＬＣ部３０５から入力したＲＬＣ ＰＤＵに対して、個別チャネルのＭＡＣ処理に必要なＭＡＣ−ｄヘッダ等を付加してバッファ部３０７へ出力する。

バッファ部３０７は、ＭＡＣ−ｄ部３０６から入力したパケットデータを一時的に格納し、所定のタイミングにてＭＡＣ−ｅプロトコル処理部３０９へ出力する。また、バッファ部３０７は、格納されるパケットデータのデータ量の情報またはパケットデータのデータ滞留時間の情報をパケット廃棄部３０３へ出力する。なお、バッファ部３０７は、格納されるデータ量の情報及びデータ滞留時間の情報の内のいずれか一方のみのをパケット廃棄部３０３へ出力するようにしても良い。

送信レート設定部３０８は、ＰＨＹ部３１０から入力した受信信号に含まれるスケジューリング情報にて基地局装置より通知された送信レートを設定し、設定した送信レートの情報である送信レート情報をＭＡＣ−ｅプロトコル処理部３０９へ出力する。

ＭＡＣ−ｅプロトコル処理部３０９は、ＰＨＹ部３１０から入力した受信信号に含まれるスケジューリング情報に基づいて、バッファ部３０７から入力したパケットデータに対してＨＡＲＱ符号化及び適応変調等の処理を行ってＭＡＣ−ｅ ＰＤＵを組み立てる。そして、ＭＡＣ−ｅプロトコル処理部３０９は、送信レート決定部３０８から入力した送信レート情報の送信レートで、かつスケジューリング情報にて通知された送信タイミングに
てＭＡＣ−ｅ ＰＤＵをＰＨＹ部３１０へ出力する。

ＰＨＹ部３１０は、ＭＡＣ−ｅプロトコル処理部３０９から入力したパケットデータに対して、ＷＣＤＭＡによる無線伝送のためのベースバンド処理等を行って、Ｕｕインタフェースを介して、Ｎｏｄｅ Ｂ２００へ送信する。また、ＰＨＹ部３１０は、受信信号に対して無線周波数からベースバンド周波数へダウンコンバートして送信レート設定部３０８及びＭＡＣ−ｅプロトコル処理部３０９へ出力する。

次に、ＣＮ４００の構成について、図５を用いて説明する。図５は、ＣＮ４００の構成を示すブロック図である。

Ｌ１／Ｌ２部４０１は、ＲＮＣから伝送されて入力したパケットデータに対して、有線伝送のためのＬ２の処理及びＬ１の処理を行いＧＴＰ−ｕ ＰＤＵに復元する。そして、Ｌ１／Ｌ２部４０１は、復元したＧＴＰ−ｕ ＰＤＵをＧＴＰ−ｕ部４０２へ出力する。

ＧＴＰ−ｕ部４０２は、Ｌ１／Ｌ２部４０１から入力したＧＴＰ−ｕ ＰＤＵよりＧＴＰ−ｕヘッダを除去してＩＰパケットに復元する。そして、ＧＴＰ−ｕ部４０２は、復元したＩＰパケットをＩＰ部４０３へ出力する。

ＩＰ部４０３は、ＧＴＰ−ｕ部４０２から入力したＩＰパケットに対してＩＰルーティング処理等を行ってＬ１／Ｌ２部４０４へ出力する。

Ｌ１／Ｌ２部４０４は、ＩＰ部４０３から入力したパケットデータに対して、有線伝送のためのＬ２の処理及びＬ１の処理を行ってＧｉインタフェースを介してＴＥへ出力する。

次に、ＴＥ５００の構成について、図６を用いて説明する。図６は、ＴＥ５００の構成を示すブロック図である。

Ｌ１／Ｌ２部５０１は、ＣＮ４００から伝送されて入力したパケットデータに対して、有線伝送のためのＬ２の処理及びＬ１の処理を行ってＩＰパケットに復元する。そして、Ｌ１／Ｌ２部５０１は、復元したＩＰパケットをＴＣＰ／ＩＰ部５０２へ出力する。

ＴＣＰ／ＩＰ部５０２は、Ｌ１／Ｌ２部５０１から入力したＩＰパケットよりＩＰヘッダ等を除去するとともに、ＴＣＰヘッダの順序番号等を解析する。ＴＣＰ／ＩＰ部５０２は、ＴＣＰヘッダの順序番号の解析結果が正常である場合には、パケットデータよりＴＣＰヘッダを除去してＡＰ部５０３へ出力する。また、ＴＣＰ／ＩＰ部５０２は、ＴＣＰヘッダの順序番号の解析において、ＴＣＰヘッダの順序番号の抜け等のＴＣＰヘッダの順序番号の異常を検出した場合には、正常に受信した最新の順序番号を設定したＡＣＫ ＴＣＰパケットを組み立ててＵＥ３００のＴＣＰ／ＩＰ部３１１へ返送する。また、ＴＣＰ／ＩＰ部５０２は、ＵＥ３００のＴＣＰ／ＩＰ部３１１と共にフロー制御や再送制御等を行ってデータの伝送量を制御する。

ＡＰ部５０３は、ＴＣＰ／ＩＰ部５０２から入力したパケットデータより所望のデータを取得する。

図７は、ＥＤＣＨ技術を適用した場合のユーザプレーンの上り方向（ＵＥからＴＥにデータを送信する場合）のプロトコル構成例を示すものである。

現在、３ＧＰＰ（3^rd Generation Partnership Project）において、上りパケット通信
の高速化を実現するＥＤＣＨ技術に関する検討が行われている。ＥＤＣＨは、３ＧＰＰにおいて規格化が進められている新しい技術であり、適応変調方式やハイブリッドＡＲＱ（ＨＡＲＱ）方式、通信先ユーザの高速選択、無線回線の状況に応じて適応的に伝送パラメータを変更する等の方法を無線インタフェースに適用することにより、ＵＥからＮｏｄｅ
Ｂ方向の上り無線回線の高速化を実現している。

また、ＥＤＣＨは、１つの無線チャネルを複数のＵＥで共有してデータ転送を行う方式であり、ベストエフォート型の通信形態となる。具体的には、ＵＥが無線回線の回線状態をＮｏｄｅ Ｂに報告し、Ｎｏｄｅ Ｂが、ＵＥとの間の無線回線の回線状態を考慮して、複数のＵＥへのデータの送信順序をスケジューリングし、ＵＥにデータの送信を指示する。

ＥＤＣＨ技術を適用した場合のプロトコル構成については、現在、３ＧＰＰにおいて検討中であり、図７は一例を示したものである。ＥＤＣＨでは、新たにＭＡＣ−ｅ、ＥＤＣＨ ＦＰプロトコルを用いる。ＭＡＣ−ｅは、ＵＥとＮｏｄｅ Ｂに実装される。また、従来の個別チャネルのＭＡＣ処理を行うＭＡＣ−ｄ、選択再送型の再送制御プロトコルであるＲＬＣプロトコル及びＩＰパケットのヘッダ圧縮などを行うプロトコルであるＰＤＣＰがＭＡＣ−ｅの上位に実装される。

さらに、Ｎｏｄｅ ＢのＭＡＣ−ｅと無線ネットワーク制御装置のＭＡＣ−ｄの間のデータ転送のためにＥＤＣＨ ＦＰが実装される。また、ＰＤＣＰの上位には、ＴＣＰ／ＩＰが実装される。ＲＮＣとＣＮには、ＲＮＣとＣＮの間のフレーム転送のためにＧＴＰ−ｕが実装される。

次に、ＲＮＣ１００、Ｎｏｄｅ Ｂ２００、ＵＥ３００及びＴＥ５００を用いたパケット通信システムの動作について、図２〜図９を用いて説明する。なお、図７において、図２〜図６に記載の各構成が行うプロトコル処理と同一のプロトコル処理を行うプロトコルには、図２〜図６に記載の各構成の符号と同一の符号を付す。

ＵＥ３００のＡＰ部３０１で生成されたデータは、ＴＣＰ／ＩＰ３１１において、ＴＣＰの再送制御のための順序番号を含むＴＣＰヘッダなどが付加された後、ＩＰにおいて、ＩＰパケットに組み立てられる。ＩＰパケットは、ＰＤＣＰ３０４において、ＩＰヘッダの圧縮などが行われ、さらに、ＲＬＣ３０５において、再送制御のための順序番号など含むＲＬＣヘッダなどが付加され、ＲＬＣ ＰＤＵに組み立てられる。ＲＬＣ ＰＤＵは、ＭＡＣ−ｄ３０６において、個別チャネルのＭＡＣ処理に必要なＭＡＣ−ｄヘッダなどが付加された後、ＭＡＣ−ｅ３１２において、Ｎｏｄｅ Ｂ２００のＭＡＣ−ｅ２０７からスケジューリング情報として通知される変調方式及び符号化率に従ってＨＡＲＱ符号化、適応変調等の処理が行われてＭＡＣ−ｅ ＰＤＵに組み立てられ、Ｎｏｄｅ Ｂ２００のＭＡＣ−ｅ２０７からスケジューリング情報として通知される送信タイミング指示及び送信レート指示に従った送信タイミング及び送信レートにてＰＨＹ３１０に渡される。ＭＡＣ−ｅ ＰＤＵは、ＰＨＹ３１０においてＷＣＤＭＡによる無線伝送のためのベースバンド処理などが行われて、無線回線（Ｕｕインタフェース）を介して、Ｎｏｄｅ Ｂ２００に送られる。

この時、Ｎｏｄｅ Ｂ２００からＵＥ３００にスケジューリング情報として通知される送信レートは、Ｎｏｄｅ Ｂ２００のＥＤＣＨ ＦＰ２０８のバッファ部２０４に格納されるパケットデータがオーバーフローしないような適切な値である。また、ＭＡＣ−ｅ３１２のバッファ部３０７に格納されるパケットデータのデータ量がしきい値以上になった場合、またはデータ滞留時間がしきい値以上になった場合には、ＴＣＰ／ＩＰ３１１にてパケットデータは廃棄される。

Ｎｏｄｅ Ｂ２００では、ＰＨＹ２０１において、ＷＣＤＭＡによる無線伝送のためのベースバンド処理などが行われ、ＭＡＣ−ｅ２０７において、復調、ＨＡＲＱ復号化／誤り訂正などの処理がおこなわれてＭＡＣ−ｄ ＰＤＵに組み立てられる。また、ＭＡＣ−ｅ２０７は、複数のＵＥ３００との間の無線回線の回線状況及びＥＤＣＨ ＦＰ２０８のバッファ部２０４に格納されているパケットデータのデータ量がしきい値以上であるか否かの情報、またはデータ滞留時間がしきい値以上であるか否かの情報から、各ＵＥ３００の送信タイミング及び送信時に用いる送信レート等を決定してＵＥ３００のＭＡＣ−ｅ３１２に通知する。ＭＡＣ−ｄ ＰＤＵは、ＥＤＣＨ ＦＰ２０８において、Ｎｏｄｅ Ｂ２００とＲＮＣ１００との間でのデータ転送における伝送誤りのチェックなどのためのＥＤＣＨ ＦＰヘッダが付加され、ＥＤＣＨ ＦＰ ＰＤＵに組み立てられる。その後、Ｌ２／Ｌ１２０６において、有線伝送のためのＬ２の処理及びＬ１の処理が行われ、Ｉｕｂ／Ｉｕｒインタフェースを介して、ＲＮＣ１００に送られる。

また、ＥＤＣＨ ＦＰ２０８は、ＲＮＣ１００のＥＤＣＨ ＦＰ１０９からパケットデータの送信レートを低くするようにフロー制御された場合には、ＲＮＣ１００へ伝送するパケットデータの送信レートを下げる。

ＲＮＣ１００では、Ｌ１／Ｌ２１０１において、有線伝送のためのＬ２の処理及びＬ１の処理が行われ、ＥＤＣＨ ＦＰ ＰＤＵを復元する。ＥＤＣＨ ＦＰ ＰＤＵは、ＥＤＣＨ ＦＰ１０９において、伝送誤りなどがチェックされ、ＭＡＣ−ｄ ＰＤＵに復元される。ＭＡＣ−ｄ ＰＤＵは、ＭＡＣ−ｄ１０３において、個別チャネルのＭＡＣ処理が行われ、ＭＡＣ−ｄヘッダを除去して、ＲＬＣ ＰＤＵに復元される。ＲＬＣ ＰＤＵは、ＲＬＣ１１０において、ＲＬＣヘッダの順序番号がチェックされ、正常である場合は、ＲＬＣヘッダが除去され、ＰＤＣＰ１０６において、圧縮されたＩＰヘッダの伸張が行われ、ＩＰパケットに復元される。

ＲＬＣ１１０において、ＲＬＣヘッダの順序番号の抜け等のＲＬＣヘッダの順序番号の異常を検出した場合は、再送要求を設定したＲＬＣ ＰＤＵをＵＥ３００のＲＬＣ３０５に返送する。ＵＥ３００のＲＬＣ３０５は、再送要求を設定したＲＬＣ ＰＤＵを受信すると、直ちに、当該ＲＬＣ ＰＤＵをＲＮＣ１００のＲＬＣ１１０に再度送信する。これにより、Ｕｕ、Ｉｕｂ／Ｉｕｒで廃棄されたＲＬＣ ＰＤＵを回復することができる。

また、ＲＬＣ１１０のバッファ部１０４に格納されるパケットデータのデータ量がしきい値以上になった場合には、ＲＬＣ１１０はＥＤＣＨ ＦＰ１０９に対してバッファ部１０４に格納されるパケットデータのデータ量がしきい値以上である旨の信号を出力し、ＥＤＣＨ ＦＰ１０９はＮｏｄｅ Ｂ２００のＥＤＣＨ ＦＰ２０８に対してフロー制御信号を送ることにより、パケットデータの送信レートを低くするように制御する。また、ＲＬＣ１１０のバッファ部１０４に格納されるパケットデータのデータ滞留時間がしきい値以上になった場合には、ＲＬＣ１１０はＥＤＣＨ ＦＰ１０９に対してバッファ部１０４に格納されるパケットデータのデータ滞留時間がしきい値以上である旨の信号を出力し、ＥＤＣＨ ＦＰ１０９はＮｏｄｅ Ｂ２００のＥＤＣＨ ＦＰ２０８に対してフロー制御信号を送ることにより、パケットデータの送信レートを低くするように制御する。

ＩＰパケットは、ＧＴＰ−ｕ１０７において、ＲＮＣ１００とＣＮ４００との間でのデータ転送のためのＧＴＰ−ｕヘッダが付加され、ＧＴＰ−ｕ ＰＤＵに組み立てられる。その後、Ｌ２／Ｌ１４０４において、有線伝送のためのＬ２の処理及びＬ１の処理が行われ、Ｉｕインタフェースを介して、ＣＮ４００に送られる。

ＣＮ４００では、Ｌ１／Ｌ２４０１において、有線伝送のためのＬ２の処理及びＬ１の
処理が行われ、ＧＴＰ−ｕ ＰＤＵに復元される。ＧＴＰ−ｕ ＰＤＵは、ＧＴＰ−ｕ４０２において、ＧＴＰ−ｕヘッダが除去され、ＩＰパケットに復元される。ＩＰパケットは、ＩＰ４０３において、ＩＰルーティング処理などが行われ、Ｌ２／Ｌ１４０４において、有線伝送のためのＬ２の処理及びＬ１の処理が行われ、Ｇｉインタフェースを介して、ＴＥ５００に送られる。

ＴＥ５００では、Ｌ１／Ｌ２５０１において、有線伝送のためのＬ２の処理及びＬ１の処理が行われ、ＩＰパケットに復元される。ＩＰパケットは、ＴＣＰ／ＩＰ５０２において、ＩＰヘッダなどが除去され、ＴＣＰヘッダの順序番号などが解析され、正常である場合は、ＴＣＰヘッダが除去され、データがＡＰ５０３に渡される。

ＴＣＰ／ＩＰ５０２において、ＴＣＰヘッダの順序番号の異常（抜けなど）を検出した場合は、正常に受信した最新の順序番号を設定したＡＣＫ ＴＣＰパケットを組み立て、ＵＥ３００のＴＣＰ／ＩＰ３１１に返送する。ＵＥ３００のＴＣＰ／ＩＰ３１１では、同じ順序番号が設定されているＡＣＫ ＴＣＰパケットを３回連続して受信した場合、ネットワークにおいて、ＩＰパケットが廃棄されたと判断し、ＡＣＫ ＴＣＰパケットに設定されている順序番号の次の順序番号を持つＴＣＰパケットを再送し、同時に、ネットワークが混雑していると判断し、Ｆａｓｔ Ｒｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ機能を動作させてＴＣＰ／ＩＰ３１１の送信レートを下げる。

次に、Ｎｏｄｅ Ｂ２００におけるスケジューリングの方法について、バッファ部２０４に格納されるデータ量に基づいてスケジューリングを行う場合を例にして、図８及び図９を用いて説明する。図８は、変調方式及び符号化率と送信レートとしてのＭＣＳ番号とを関係付けたスケジューリング用情報１を保存したテーブルを示す図であり、図９は、バッファ部２０４に格納されているパケットデータのデータ量とＭＣＳ番号とを関係付けたスケジューリング用情報２を保存したテーブルを示す図である。ここで、ＭＣＳ番号は、ＭＣＳ＝１、ＭＣＳ＝２、ＭＣＳ＝３、ＭＣＳ＝４の順番に送信レートが高くなる。したがって、符号化率が変化しなければ変調多値数が大きいほど送信レートが高くなり、変調方式が変化しなければ符号化率が大きいほど送信レートが高くなる。

例えば、Ｎｏｄｅ Ｂ２００は、ＭＡＣ−ｅ２０７のスケジューラ部２０３にて、図８及び図９に示すようなテーブルを記憶しており、各ＵＥ３００との回線品質情報及びバッファ部２０４に格納されているパケットデータのデータ量の情報を用いて、図８び図９のスケジューリング用情報１、２を参照することによりスケジューリングを行う。即ち、スケジューラ部２０３は、ＵＥ３００との回線品質よりＭＣＳ番号α＝３を選択した場合において、バッファ部２０４に格納されているパケットデータのデータ量がしきい値以上である場合には、図９よりβ＝α−１＝３−１＝２となるので、ＭＣＳ番号＝２をスケジューリング情報としてＵＥ３００へ送信する。一方、スケジューラ部２０３は、ＵＥ３００の回線品質よりＭＣＳ番号α＝３を選択した場合において、バッファ部２０４に格納されているパケットデータのデータ量がしきい値未満である場合には、図９よりβ＝α＝３となるので、ＭＣＳ番号＝３をスケジューリング情報としてＵＥ３００へ送信する。スケジューラ部２０３がＭＣＳ番号αとして「２」「３」「４」を選択した場合には上記と同様であるが、スケジューラ部２０３がＭＣＳ番号αとして「１」を選択した場合にはＭＣＳ番号＝１をスケジューリング情報としてＵＥ３００へ送信する。なお、スケジューリング用情報１、２は、図８及び図９の場合に限らず、任意のスケジューリング用情報を用いることが可能である。また、スケジューリング用情報１、２として図８及び図９のテーブルを記憶する場合に限らず、回線品質情報及びバッファ部２０４に格納されているパケットデータのデータ量の情報を用いて数式により求めたＭＣＳをスケジューリング情報としても良い。また、スケジューリング情報として、ＭＣＳ番号以外のものを用いても良い。また、バッファ部２０４に格納されるデータのデータ滞留時間に基づいてスケジューリング
を行う場合には、データ滞留時間がしきい値以上である場合としきい値未満である場合とでβを求める式を図９と同様にすることができる。

このように、本実施の形態によれば、パケットデータの送信レートを制御することにより、バッファからのオーバーフローによるデータの廃棄を抑制することができるとともに無線回線及び有線回線の利用効率を向上させることができ、バッファリングによる遅延時間の増大を低減することができる。また、本実施の形態によれば、再送されたパケットデータを含むパケットデータのバッファに格納されるデータ量がしきい値以上になった場合、またはデータ滞留時間がしきい値以上になった場合には、送られてくるパケットデータの送信レートが低減されるように要求するので、再送されるパケットデータによりバッファが混雑してパケットデータが廃棄されてしまうことを防ぐことができる。また、本実施の形態によれば、基地局装置においてバッファに格納されるデータ量またはデータ滞留時間も考慮してスケジューリングを行うことにより、端末装置に送信レートを指示するための新たな信号が不要になるので、無線回線の利用効率をさらに向上させることができる。また、本実施の形態によれば、制御局装置、基地局装置及び端末装置の全てにおいてバッファに格納されるデータ量がしきい値以上の場合、またはデータ滞留時間がしきい値以上である場合にはバッファに格納されるデータ量が抑制されるようにするので、制御局装置、基地局装置及び端末装置のいずれか１つまたは２つにてバッファに格納されるデータ量を抑制することにより、それよりも下位の局のバッファに格納されるデータ量が増えてオーバーフローすることによりパケットデータが廃棄されてしまうことを防ぐことができる。また、本実施の形態によれば、端末装置のバッファ部３０７に格納されるパケットデータのデータ量に基づいて、新たにパケットデータがバッファ部３０７に格納されないようにパケットデータを廃棄することにより、伝送制御を行う例えばＴＣＰにて全体の送信レートを低減することができるので、基地局装置及び制御局装置におけるパケットデータの廃棄を抑制することができる。

なお、上記実施の形態において、ＲＮＣ１００のＲＬＣ部１１０にバッファ部１０４を設けることとしたが、これに限らず、バッファ部１０４は、ＲＬＣ部１１０以外のＭＡＣ−ｄ部１０３またはＥＤＣＨ ＦＰ部１０９等の任意の位置に設けることが可能である。

また、上記実施の形態において、フロー制御には「3GPP TS 25.425 V5.6.0 (2003-12) UTRAN Iur interface user plane protocols for Common Transport Channel data streams」において開示されているフロー制御方法を適用することができる。ただし、この場合には、Ｎｏｄｅ ＢがＲＮＣから受信するデータを制御するのに代えて、ＲＮＣがＮｏｄｅ Ｂから受信するデータを制御するように方向を変更する必要がある。

また、上記実施の形態において、Ｎｏｄｅ Ｂ２００のＥＤＣＨ ＦＰ部２０８にバッファ部２０４を設けることとしたが、これに限らず、バッファ部２０４は、ＭＡＣ−ｅ部２０７に設けることが可能である。

また、上記実施の形態において、ＵＥ３００のＭＡＣ−ｅ部３１２にバッファ部３０７を設けることとしたが、これに限らず、バッファ部３０７は、ＰＤＣＰ部３０４、ＲＬＣ部３０５、ＭＡＣ−ｄ部３０６またはＴＣＰ／ＩＰ部３１１に設けることが可能である。

本明細書は２００４年３月１１日出願の特願２００４−６９６５１に基づく。この内容はすべてここに含めておく。

本発明にかかる制御局装置、基地局装置及びパケット通信方法は、パケットデータの送信レートを制御することにより、パケットデータの廃棄を抑制することができるとともに無線回線及び有線回線の利用効率を向上させることができ、バッファリングによる遅延時間の増大を低減することができる効果を有し、パケットデータの送信レートを制御するのに有用である。

移動通信システムの構成を示す図 本発明の実施の形態に係る無線ネットワーク制御装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係る基地局装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係る移動端末の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係るコアネットワークの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係る移動端末の通信相手の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係るプロトコル構成を示す図 本発明の実施の形態に係るスケジューリング用情報を示す図 本発明の実施の形態に係るスケジューリング用情報を示す図

Claims (8)

1. 端末装置から基地局装置を経由して送られてくるパケットデータを一時的に格納するバッファ手段と、
   前記バッファ手段に格納されたパケットデータを順次読み出して所定のプロトコル処理を行うプロトコル処理手段と、
   前記バッファ手段に格納されているデータのデータ量と前記バッファ手段よりパケットデータを読み出す速度とを用いて求めたデータ滞留時間に基づいて、前記基地局装置から送られてくるパケットデータの送信レートを低減するように前記基地局装置へ要求するフロー制御手段と、
   を具備する制御局装置。
2. 前記フロー制御手段は、前記バッファ手段に格納される前記データ滞留時間がしきい値以上になった場合にパケットデータの送信レートを低減するように前記基地局装置へ要求する請求項１記載の制御局装置。
3. 端末装置から送られてくるパケットデータを一時的に格納するバッファ手段と、
   前記バッファ手段に格納されたパケットデータを順次読み出して所定のプロトコル処理を行うプロトコル処理手段と、
   前記バッファ手段に格納されているデータのデータ量と前記バッファ手段よりパケットデータを読み出す速度とを用いて求めたデータ滞留時間に基づいて、前記端末装置から送信されるパケットデータの送信レートを低減するように前記端末装置へ要求する第一フロー制御手段と、
   を具備する基地局装置。
4. 前記プロトコル処理手段にてプロトコル処理されたパケットデータをあらかじめ設定された通常の送信レートにて制御局装置へ伝送するとともに、前記制御局装置から送信レートを下げるように要求された場合には前記プロトコル処理手段にてプロトコル処理されたパケットデータを前記通常の送信レートよりも低い送信レートにて前記制御局装置へ伝送する第二フロー制御手段を具備する請求項３記載の基地局装置。
5. 前記第一フロー制御手段は、前記回線品質が良好なほど高い送信レートを設定するとともに、前記データ滞留時間がしきい値以上になった場合には、前記データ滞留時間がしきい値未満である場合に比べて低い送信レートを設定し、設定した前記送信レートの情報を前記スケジューリングした結果として前記端末装置へ通知する請求項３記載の基地局装置。
6. 端末装置が第一バッファに一時的に格納したパケットデータを前記第一バッファより順次読み出して所定のプロトコル処理を施した後に基地局装置へ送信するステップと、
   前記基地局装置が前記端末装置から送信されたパケットデータを受信して第二バッファに一時的に格納するとともに前記第二バッファに格納したパケットデータを前記第二バッファより順次読み出して所定のプロトコル処理を施した後に制御局装置へ伝送するステップと、
   前記制御局装置が前記基地局装置から伝送されたパケットデータを第三バッファに一時的に格納するとともに前記第三バッファに格納したパケットデータを前記第三バッファより順次読み出して所定のプロトコル処理を行うステップとを具備するパケット通信方法であって、
   前記第三バッファに格納されているパケットデータのデータ量と前記バッファ手段よりパケットデータを読み出す速度とを用いて求めたデータ滞留時間に基づいて、前記基地局装置から前記制御局装置へ送られるパケットデータの送信レートを低減するように前記制御局装置が前記基地局装置へ要求するパケット通信方法。
7. 前記基地局装置は、前記第二バッファに格納されるパケットデータのデータ量に基づいて前記端末装置から前記基地局装置へ送信されるパケットデータの送信レートが制限されるように前記端末装置へ要求する請求項６記載のパケット通信方法。
8. 前記端末装置は、前記第一バッファに格納するパケットデータのデータ量に基づいてパケットデータを廃棄して前記第一バッファに新たにパケットデータが格納されないようにするとともに、パケットデータを廃棄する場合にはパケットデータを廃棄しない場合に比べてパケットデータの送信レートを低く設定する請求項６記載のパケット通信方法。

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