JP4979858B2 - 少なくとも部分的なストリーミングサービスの復元を可能にする無線リンク制御（ｒｌｃ）プロトコルのための方法およびシステム - Google Patents
少なくとも部分的なストリーミングサービスの復元を可能にする無線リンク制御（ｒｌｃ）プロトコルのための方法およびシステム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤレス通信ネットワークに係り、特に、ワイヤレスおよびセルラーネットワークにおいてストリーミングサービスを効率的に提供するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットのますますの広範な普及は、ワイヤレス通信システム開発者に、それらのシステムのデータ通信能力を継続的に改善させてきた。この必要性のために、様々な標準化団体が、ハイデータレートをサポートする新しい第三世代（３Ｇ）標準を案出している。例えば、ＥＴＳＩ（the European Telecommunications Standards Institute）、ＡＲＩＢ（the Association of Radio Industries and Broadcasting）およびＴＩＡ（the Telecommunications Industry Association）のような標準化団体が、より高速のかつより効率的なワイヤレス通信をサポートするための企画を開発するために継続的に作用している。
【０００３】
結果として、ワイヤレス通信業界は、エアインターフェースを介してより高速の、より頑丈かつより効率的なデータ通信を提供する新しいワイヤレス伝送プロトコルを開発しかつ具現化している。例えば、ＧＰＲＳ（general packet radio service）は、周知の時分割多元接続ＴＤＭＡ（time division multiple access）システムのためのパケット交換アップグレードとして開発された。この技術分野における更なる進歩において、エンハンスドＧＰＲＳ（ＥＧＰＲＳ）も開発された。
【０００４】
ＥＧＰＲＳ（Enhanced General Packet Radio Service ）のようなワイヤレスパケットデータシステムにおいて、ＡＲＱ（selective automatic repeat request）が、無線リンク上でのエラー復元のために使用される。現在、９個のＭＣＳ（Modulation and Coding Schemes ）が、最も頑丈であるＭＣＳ−１および最も頑丈でないスキームであるＭＣＳ−９を備えたＥＧＰＲＳに対して提案された。無線リンク制御（ＲＬＣ）レイヤは、フルリカバリー（即ち、再送信の最大数に制限がない）を許容し、データを逐次的に（in-sequence ）より高いレイヤに送る。これは、デリバリーレートまたは最大デリバリー遅れを保証しない。このスキームは、ワイヤレスリンク上のベストエフォートデータサービスのサポートに最もよく適しており、ストリーミングのようなアプリケーションには適していない。
【０００５】
音声サービスに対して、損失および遅れの要求条件は、典型的には、非常に厳格であり、いかなるエラー復元のための十分な時間も許容しない。また、スピーチコーディングの進歩で、音声サービスにより要求されるレートは、非常に低い（＜１２−１６ｋｂ／ｓ）。したがって、典型的なアプローチは、悪いチャネル状態における動作を許容するために十分に冗長な情報を送信することである。チャネルコーディングは固定であり、再送信は許容されていない。
【０００６】
このアプローチは、ストリーミングに対する遅れ要求条件が典型的にはパケット音声よりもより軽減されているので、ストリーミングサービスにはよく適していない。結果として、実際の遅れ要求条件および普及しているチャネル品質と無関係に、固定量の冗長性を使用することにより、達成可能な効率を制限することは必要でない。再送信能力を限定した選択的ＡＲＱプロセスを使用してエラー復元が実行される場合、より高いストリーミングレートがサポートされ得る。
【０００７】
ストリーミングサービスは、無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコルにおいて、以下の要求条件を必要とする。即ち、受信機ＲＬＣにおけるプレイアウト（play out）レート（Ｒ）、最大デリバリー遅れ（Ｄ）、および最大残留損失レートＬである。ここで、デリバリー遅れは、送信機ＲＬＣにおけるデータの到着と受信機ＲＬＣによるより高いレイヤへのプレイアウトとの間の時間として定義される。
【０００８】
ＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９無線リンク制御（ＲＬＣ）ブロック細分化および再送信手順は、ＥＴＳＩ ＧＳＭ０４．６０ Ｒ１９９９により、既に"General Packet Radio Service (GPRS); Mobile Station-Base Station Interface; Radio Link Control/Medium Access Control (RLC/MAC) protocol" という名称で特定されており、これは、９個の異なるコーディングおよび変調スキーム（ＭＣＳ−１ないしＭＣＳ−９）の間でダイナミックなリンク適合を可能にし、優勢な（prevailing）チャネル状態での最適な遅れ／スループットトレードオフを達成することを可能にするためである。
【０００９】
そして、ＲＬＣブロックの最初の送信または後続の再送信と共に送られる冗長な情報の量が優勢なＭＣＳに依存するインクリメンタルリダンダンシー（ＩＲ）動作も特定されている。ＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９は、ストリーミングサービスを有効にサポートしておらず、上述したストリーミング要求条件を提供することは困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のストリーミング要求条件を満足する無線リンク制御のための方法および装置を提供することが望まれている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面によれば、ストリーミングサービスの部分的復元を可能にする無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコルのための方法および装置を提供することにより、上述の問題が解決されかつこの技術分野において進歩がなされる。この方法および装置は、各ＲＬＣブロックについてのプレイアウトタイムを、各送信に対するブロックサイズ、プレイアウトレートおよび許容される遅れの関数として決定するステップを使用する。次に、ＲＬＣブロックがそのそれぞれのプレイアウトタイムまでに受信されない場合、ＲＬＣブロックについての復元を中止するステップがある。次のステップは、そのそれぞれのプレイアウトタイムにより受信されるＲＬＣブロックを受信しかつ復元するステップである。
【００１２】
本発明の特定の実施形態によれば、上述した問題は、ＲＬＣブロックの最初の送信においてｍ1 個のコピーを送信機ＲＬＣが同時に送信することにより解決される。これらのコピーは、異なるパンクチャリング（puncturing）により符号化されたブロックから得られる。後続の再送信の各々において、ＲＬＣブロックの多数のコピー（ｍ2，ｍ3，…）が送信される。コピーｍ1，ｍ2，ｍ3，…の数は、損失および遅れの制約の下でストリーミングレートを最大化するように選択される。この方法およびプロトコルは、チャネル占有を最小化する。
【００１３】
これらのコピーは、提供される冗長情報が以前の送信と最小のオーバーラップを有するように、パンクチャリンクスキームＰ１，Ｐ２およびＰ３をサイクリングすることにより選択される。これは、対応する受信機がソフト情報を記憶しかつ結合する能力を有する場合（即ち、インクリメンタルリダンダンシー（ＩＲ）動作が可能である場合）、性能を改善する。送信機ＲＬＣに対して利用可能な新しいデータの量が、無線ブロック内のスペースにフィットし得るビットの総数より小さい場合、２つの可能なオプションがある。即ち、送信機ＲＬＣは十分なデータが利用可能となるまで待つことができる。これは、チャネル占有を減少させる。
【００１４】
代替的に、送信機ＲＬＣは、より頑丈な変調およびコーディングスキームを使用することができる。送信機ＲＬＣは、ＵＴＲ（Update Time Reference ）ビットをＲＬＣ／ＭＡＣヘッダに加えることにより、受信機ＲＬＣにプレイアウトリファレンスを提供することができる。ＲＬＣブロックの最初の送信の各々において、送信機ＲＬＣは、これらのブロックがＲＬＣ受信機に対する真のＲＬＣ送信機タイムリファレンスを反映することになるので、ブロックが短い待ち行列遅れを受けるまたは待ち行列遅れがない場合、ＵＴＲ＝１を送ることができる。
【００１５】
本発明の特定の実施形態によれば、上述した問題は、各ＲＬＣブロックに含まれるデータのより高いレイヤへのデリバリーに対するプレイアウト時間ｐを確立する受信機ＲＬＣにより解決される。プレイアウト時間は、ローリングタイムリファレンスτに関して決定される。シーケンス番号ｎを有するＲＬＣブロックに対するプレイアウト時間は、ｐ（ｎ）＝τ（ｋ）＋Ｄ＋［（ｎ−ｋ）ｍｏｄＮ］＊（Ｂ／Ｒ）に設定される。ここで、Ｒはプレイアウトレート（ｋｂｐｓ）、Ｄは遅れバジェット（budget）を秒で表したもの、Ｂは各ＲＬＣブロック（ｋｂｉｔ）に含まれるデータの量、Ｎはシーケンス番号スペースのサイズ、τ（ｋ）はシーケンス番号（ｋ）を有する第１のヘッダ、またはＵＴＲビットが使用される場合、ＵＴＲ＝１およびシーケンス番号ｋを有するヘッダの受信の時間である。
【００１６】
受信機は、代替的に、τ（ｋ）の移動平均値（moving average value）を使用することができる。初期化は、第１のＲＬＣブロックの送信を示すヘッダの受信の時間としてτ（０）を設定することにより実行され、ｐ（０）＝τ（０）＋Ｄとなる。ＲＬＣブロックは、プレイアウト時間の少なくとも１ラウンドトリップ遅れＴ前に受信されなかったとき、その受信ステータスは、“１”（アクノレッジされた）にセットされる。
【００１７】
これは、次回、受信機がフィードバックのためにポール（polled）されたことがアクノレッジされ、送信機がそのブロックについて更なる復元を試みないであろうことを意味する。ＲＬＣブロックがプレイアウトタイムまでに受信されない場合、受信機ＲＬＣは、より高いレイヤに対して損失（loss）を示す。ＲＬＣブロックが、対応するプレイアウトタイムまでに受信された（即ち、うまく復号化された）場合、それは、プレイアウトタイムにおいて最高のレイヤに提供される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１において、送信機・エア・受信機構成１０が示されている。この構成１０は、エアインターフェース２４により分離された送信機１２および受信機３２を有する。エアインターフェース２４が好ましいが、何れかの伝送媒体も使用され得る。本発明は、データソース８からデータシンク４８へデータをストリーミングするための、再送信を制限された無線リンクを制御を提供する。ストリーミングデータは、非ストリーミングデータと異なる要求条件を有する。
【００１９】
しかし、ある程度、ＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９ＲＬＣ／ＭＡＣブロックフォーマット、変調およびコーディングスキーム（ＭＣＳ）、および再送信手順を再利用することができる。しかし、上述のストリーミング要求条件の全ての側面を満足するために、現行の再送信手順に対する何らかの強化が必要である。以下の好ましい実施形態の説明において、これらの強化が説明され、シミュレーション結果が提供される。これは、特定のストリーミングデータプロセスの各々によりサポートされ得るストリーミングレートを示す。
【００２０】
ＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９に示された物理レイヤは、そのリンク性能がチャネル品質の関数である変調およびコーディングスキームの選択を提供する。しかし、ＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９は、これがベストエフォートデータサービスをサポートすることを主に意図しているために、再送信の数についていかなる制限もしていない。本発明の一実施形態によれば、特定のＭＣＳの選択に対して、制限された再送信スキームが、以下のように定義され得る。
【００２１】
最大デリバリー遅れ（Ｄ）およびラウンドトリップ遅れ（Ｔ）とすると、遅れバジェットを超える前に、ＲＬＣレイヤにおける比Ｄ／Ｔラウンドトリップを許容することが可能である。この遅れ比は、各ＲＬＣブロックに対して許容される再送信の最大数に限定を加える。本発明を具現化するために送信機および受信機において必要とされるＲＬＣ手順は、以下に詳細に説明される。
【００２２】
送信機ＲＬＣ動作
ＲＬＣブロックの最初の送信において、ｍ1 個のコピーが、送信機１２から同時に送信される。ブロックの複数のコピーは同一ではないが、異なるパンクチャリングスキーム（ＭＣＳ−４，ＭＣＳ−７ないしＭＣＳ−９に対してＰ１／Ｐ２／Ｐ３、そしてＭＣＳ−５，ＭＣＳ−６，ＭＣＳ１ないしＭＣＳ−３に対してＰ１／Ｐ２）により、符号化されたブロックから得られる。各ＲＬＣブロックの最初の送信において、タイマー１６がスタートする。
【００２３】
ＲＬＣブロックは、そのブロックに対応するタイマーが満了し、かつそのブロックが否定的にアクノレッジされた場合にのみ再送信され得る。この特定の場合におけるブロック毎のタイマーおよび再送信手順は、ＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９ＲＬＣ手順と同一である。データソース８として包括的に示されたネットワークは、ＡＲＱビットマップフィードバックに対して、送信機１２により表された移動体局をポールする。ポーリングピリオドは、ＡＲＱビットマップに応じてネットワークにより決定される。
【００２４】
後続の再送信の各々において、ＲＬＣブロックの多数のコピー（ｍ2，ｍ3，…）が送信される。これらのコピーは、提供される冗長情報が以前の送信と最小のオーバラップを有するように、パンクチャリングスキームＰ１，Ｐ２およびＰ３のサイクリングにより選択される。これは、受信機がソフト情報を記憶しかつ結合する能力を有する場合（即ち、ＩＲ動作が可能である場合）、性能を改善する。
【００２５】
ｍ１，ｍ２，…の選択により、必要とされる要求条件を満足する複数の実現（realization）が可能である。得られるストリーミングレートを最大化する実現が選択されることが望ましい。これは、チャネル占有を最小化し、同じユーザからの他のアプリケーションまたは他のユーザからのアプリケーションがチャネルを共有することを可能にする。送信機ＲＬＣ１４の動作が、再送信制限を超えるまでＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９送信機動作と同一であることに価値はない。
【００２６】
送信機ＲＬＣ１４に対して利用可能な新しいデータの量が、無線ブロック内のスペースにヒットし得るビットの総数より小さい場合、２つの可能性のあるオプションがある。１）送信機ＲＬＣ１４は、十分なデータが利用可能となるまで待つことができる。このオプションは、チャネル占有レートを減少させる。そして、２）代替的に、送信機ＲＬＣ１４は、より頑丈な変調およびコーディングスキームを使用することができる。特定の損失および遅れ要求条件に対して、これら２つのオプションの各々によりサポートされ得るストリーミングレートは、優勢なチャネル状態に依存する。
【００２７】
ジッターおよび損失がＩＴネットワーク（例えば、データソース８）において生じるので、新しいデータは、送信機ＲＬＣ１４に一定レートで提供されることができない。ネットワークにおけるジッターのために送信機ＲＬＣ１４にデータが到達する時間の間にばらつきがある場合、ＲＬＣ受信機３２は、そのプレイアウトタイムリファレンスを更新し得るように通知される。これは、全てのＲＬＣブロックに、遅れバジェットにより許された同じ数の再送信機会を提供することを保証する。
【００２８】
タイムリファレンス調節は、ＵＴＲ（Update Time Reference）ビットをＲＬＣ／ＭＡＣヘッダに加えることにより実行され得る。ＲＬＣ／ＭＡＣヘッダ中で利用可能なスペアビットのうちの１つが、この目的のために使用され得る（図２を参照のこと）。ＲＬＣブロックの最初の送信の各々において、送信機ＲＬＣ１４は、ＵＴＲ＝１に設定することができる。送信機１２は、送信機ＲＬＣにおいて短い待ち時間遅れを生じるまたは待ち時間遅れを生じないブロックに対してのみＵＴＲ＝１を設定しなければならない。
【００２９】
これはこれらのブロックが、真のＲＬＣ送信機タイムリファレンスをＲＬＣ受信機３６に反映することになるからである。複数のコピーが、最初に送信される場合において、ＵＴＲは、最初のコピーに対応するヘッダにおいて１に設定される。そして、送信機ＲＬＣ１４は、全ての再送信に対してＵＴＲ＝１を設定する。対応する受信機更新手順は、受信機の説明において後述する。代替的に、受信機３２は、受信機の説明に説明される要に、ＵＴＲビットを使用することなしに、タイムリファレンスをデジタル的に得ることができる。
【００３０】
受信機ＲＬＣ動作
受信機ＲＬＣ３６は、遅れバジェットＤ内でデータの逐次的デリバリーを行う。これは、所定のデータプレイアウトレートおよび損失要求条件を満たさなければならない。これらの要求条件は、ＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９およびＥＴＳＩ ＧＳＭ０４．６０Ｒ１９９９、“General Packet Radio Service (GPRS); Mobile Station-Base Station Interface; Radio Link Control/Medium Access Control (RLC/MAC) protocol.”よりもさらに複雑な手順を要求する。より複雑な手順を以下に示す。
【００３１】
受信機ＲＬＣは、より高いレイヤ（例えば、データシンク４８）への各ＲＬＣブロックに含まれるデータのデリバリーに対して、プレイアウトタイムｐを確立する。プレイアウトタイムは、ローリング（rolling）タイムリファレンスに関して決定される。シーケンス番号ｎを有するＲＬＣブロックに対するプレイアウトタイムが、次式で設定される。
ｐ（ｎ）＝τ（ｋ）＋Ｄ＋［（ｎ−ｋ）ｍｏｄＮ］*（Ｂ／Ｒ）
ここで、Ｒはプレイアウトレート（ｋｂｐｓ）、
Ｄは、秒で表した遅れバジェット、
Ｂは、各ＲＬＣブロックに含まれるデータの量（ｋｂｉｔ）、
Ｎは、シーケンス番号スペースのサイズ、
τ（ｋ）は、シーケンス番号ｋを有する第１のヘッダ、またはＵＴＲビットが使用される場合、ＵＴＲ＝１およびシーケンス番号ｋを有するヘッダの受信の時間である。受信機は、代替的に、次のパラグラフで示されるように決定されるτ（ｋ）の移動平均値を使用することができる。
【００３２】
ＵＴＲビットが使用されない場合、τ（ｋ）は、シーケンス番号ｍ，ｍ＋１，…，ｍ＋ｊを有する一連のヘッダの最も早い受信時間であり、ｋは対応するシーケンス番号である。初期化は、第１のＲＬＣブロックの送信を示すヘッダの受信の時間としてτ（０）を設定することにより実行され、ｐ（０）＝τ（０）＋Ｄである。ＲＬＣブロックが、プレイアウトタイムより少なくとも１ラウンドトリップ遅れＴ前に受信されない場合、その受信ステータスは、“１”（即ち、アクノレッジされた）に設定される。
【００３３】
これは、次回、受信機がフィードバックに対してポールされることをアクノレッジされることを意味し、送信機は、そのブロックに対する更なる復元を試みない。ＲＬＣブロックが、プレイアウトタイムまでに受信されない場合、受信機ＲＬＣは、より高いレイヤに対して損失を示す。ＲＬＣブロックが、対応するプレイアウトタイムまでに受信される（即ち、うまく復号化される）場合、これは、プレイアウトタイムにおいてより高いレイヤに提供される。
【００３４】
システムオペレーション
提案されたストリーミングアプリケーションのためのＲＬＣの性能を決定するためにシミュレーションが実行された。シミュレーションにおいて使用された仮定は以下の通りであった。
シングルスロットシミュレーション
送信機ＲＬＣ１４にデータが周期的に到着（８０ｍｓ毎）
受信機ＲＬＣ３６におけるプレイアウトレートは、送信機ＲＬＣにおけるデータの到着レートに等しいと仮定された
ＭＣＳ−９（Ｐ１が最初の送信において送られ、Ｐ２が第１の再送信において送られ、Ｐ３が第２の再送信において送られた、…）
０．５秒の遅れバジェット
チャネルモデル：ＴＵ３、理想的な周波数ホッピング
８０ｍｓラウンドトリップ遅れ
６０ｍｓポーリングピリオド
ウィンドウサイズ＝１９２
ＩＲソフト結合が仮定された（４０ＲＬＣブロックに対するソフト情報に限定されたメモリサイズ）
【００３５】
損失レートおよびチャネル占有に対する結果が、Ｃ／Ｉ＝２０ｄＢについてそれぞれ図３および４に示されている。本発明の好ましい実施形態によれば、２０ｍｓピリオド毎に１．２５ＲＬＣブロックのストリーミングレート（即ち、３７ｋｂｐｓ）は、０．７％の損失レートにおいてサポートされ得る。また、固定コーディングで、０．７％の損失レートは、約３０ｋｂｐｓの最大ストリーミングレートを許容する。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ストリーミングサービスの部分的復元を可能にする無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコルのための方法および装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による送信機・受信機構成を示すブロック図
【図２】本発明によるデータのＲＬＣフレームを示す図
【図３】本発明によるデータプレイアウトレートに対するシミュレートされたデータの損失レートを示す図
【図４】本発明によるデータプレイアウトレートに対するシミュレートされたチャネル占有を示す図
【符号の説明】
８ データソース データ
１０ 送信機・エア・受信機構成
１２ 送信機
１４ 送信コントローラ
１６ タイマー
１８ データチャネルエンコーダ
２０ フィードバックチャネルデコーダ
２４ エアインターフェース
３２ 受信機
３４ データチャネルデコーダ
３６ 受信機コントローラ
３８ フィードバックチャネルエンコーダ
４８ データシンク
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤレス通信ネットワークに係り、特に、ワイヤレスおよびセルラーネットワークにおいてストリーミングサービスを効率的に提供するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットのますますの広範な普及は、ワイヤレス通信システム開発者に、それらのシステムのデータ通信能力を継続的に改善させてきた。この必要性のために、様々な標準化団体が、ハイデータレートをサポートする新しい第三世代（３Ｇ）標準を案出している。例えば、ＥＴＳＩ（the European Telecommunications Standards Institute）、ＡＲＩＢ（the Association of Radio Industries and Broadcasting）およびＴＩＡ（the Telecommunications Industry Association）のような標準化団体が、より高速のかつより効率的なワイヤレス通信をサポートするための企画を開発するために継続的に作用している。
【０００３】
結果として、ワイヤレス通信業界は、エアインターフェースを介してより高速の、より頑丈かつより効率的なデータ通信を提供する新しいワイヤレス伝送プロトコルを開発しかつ具現化している。例えば、ＧＰＲＳ（general packet radio service）は、周知の時分割多元接続ＴＤＭＡ（time division multiple access）システムのためのパケット交換アップグレードとして開発された。この技術分野における更なる進歩において、エンハンスドＧＰＲＳ（ＥＧＰＲＳ）も開発された。
【０００４】
ＥＧＰＲＳ（Enhanced General Packet Radio Service ）のようなワイヤレスパケットデータシステムにおいて、ＡＲＱ（selective automatic repeat request）が、無線リンク上でのエラー復元のために使用される。現在、９個のＭＣＳ（Modulation and Coding Schemes ）が、最も頑丈であるＭＣＳ−１および最も頑丈でないスキームであるＭＣＳ−９を備えたＥＧＰＲＳに対して提案された。無線リンク制御（ＲＬＣ）レイヤは、フルリカバリー（即ち、再送信の最大数に制限がない）を許容し、データを逐次的に（in-sequence ）より高いレイヤに送る。これは、デリバリーレートまたは最大デリバリー遅れを保証しない。このスキームは、ワイヤレスリンク上のベストエフォートデータサービスのサポートに最もよく適しており、ストリーミングのようなアプリケーションには適していない。
【０００５】
音声サービスに対して、損失および遅れの要求条件は、典型的には、非常に厳格であり、いかなるエラー復元のための十分な時間も許容しない。また、スピーチコーディングの進歩で、音声サービスにより要求されるレートは、非常に低い（＜１２−１６ｋｂ／ｓ）。したがって、典型的なアプローチは、悪いチャネル状態における動作を許容するために十分に冗長な情報を送信することである。チャネルコーディングは固定であり、再送信は許容されていない。
【０００６】
このアプローチは、ストリーミングに対する遅れ要求条件が典型的にはパケット音声よりもより軽減されているので、ストリーミングサービスにはよく適していない。結果として、実際の遅れ要求条件および普及しているチャネル品質と無関係に、固定量の冗長性を使用することにより、達成可能な効率を制限することは必要でない。再送信能力を限定した選択的ＡＲＱプロセスを使用してエラー復元が実行される場合、より高いストリーミングレートがサポートされ得る。
【０００７】
ストリーミングサービスは、無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコルにおいて、以下の要求条件を必要とする。即ち、受信機ＲＬＣにおけるプレイアウト（play out）レート（Ｒ）、最大デリバリー遅れ（Ｄ）、および最大残留損失レートＬである。ここで、デリバリー遅れは、送信機ＲＬＣにおけるデータの到着と受信機ＲＬＣによるより高いレイヤへのプレイアウトとの間の時間として定義される。
【０００８】
ＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９無線リンク制御（ＲＬＣ）ブロック細分化および再送信手順は、ＥＴＳＩ ＧＳＭ０４．６０ Ｒ１９９９により、既に"General Packet Radio Service (GPRS); Mobile Station-Base Station Interface; Radio Link Control/Medium Access Control (RLC/MAC) protocol" という名称で特定されており、これは、９個の異なるコーディングおよび変調スキーム（ＭＣＳ−１ないしＭＣＳ−９）の間でダイナミックなリンク適合を可能にし、優勢な（prevailing）チャネル状態での最適な遅れ／スループットトレードオフを達成することを可能にするためである。
【０００９】
そして、ＲＬＣブロックの最初の送信または後続の再送信と共に送られる冗長な情報の量が優勢なＭＣＳに依存するインクリメンタルリダンダンシー（ＩＲ）動作も特定されている。ＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９は、ストリーミングサービスを有効にサポートしておらず、上述したストリーミング要求条件を提供することは困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のストリーミング要求条件を満足する無線リンク制御のための方法および装置を提供することが望まれている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面によれば、ストリーミングサービスの部分的復元を可能にする無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコルのための方法および装置を提供することにより、上述の問題が解決されかつこの技術分野において進歩がなされる。この方法および装置は、各ＲＬＣブロックについてのプレイアウトタイムを、各送信に対するブロックサイズ、プレイアウトレートおよび許容される遅れの関数として決定するステップを使用する。次に、ＲＬＣブロックがそのそれぞれのプレイアウトタイムまでに受信されない場合、ＲＬＣブロックについての復元を中止するステップがある。次のステップは、そのそれぞれのプレイアウトタイムにより受信されるＲＬＣブロックを受信しかつ復元するステップである。
【００１２】
本発明の特定の実施形態によれば、上述した問題は、ＲＬＣブロックの最初の送信においてｍ1 個のコピーを送信機ＲＬＣが同時に送信することにより解決される。これらのコピーは、異なるパンクチャリング（puncturing）により符号化されたブロックから得られる。後続の再送信の各々において、ＲＬＣブロックの多数のコピー（ｍ2，ｍ3，…）が送信される。コピーｍ1，ｍ2，ｍ3，…の数は、損失および遅れの制約の下でストリーミングレートを最大化するように選択される。この方法およびプロトコルは、チャネル占有を最小化する。
【００１３】
これらのコピーは、提供される冗長情報が以前の送信と最小のオーバーラップを有するように、パンクチャリンクスキームＰ１，Ｐ２およびＰ３をサイクリングすることにより選択される。これは、対応する受信機がソフト情報を記憶しかつ結合する能力を有する場合（即ち、インクリメンタルリダンダンシー（ＩＲ）動作が可能である場合）、性能を改善する。送信機ＲＬＣに対して利用可能な新しいデータの量が、無線ブロック内のスペースにフィットし得るビットの総数より小さい場合、２つの可能なオプションがある。即ち、送信機ＲＬＣは十分なデータが利用可能となるまで待つことができる。これは、チャネル占有を減少させる。
【００１４】
代替的に、送信機ＲＬＣは、より頑丈な変調およびコーディングスキームを使用することができる。送信機ＲＬＣは、ＵＴＲ（Update Time Reference ）ビットをＲＬＣ／ＭＡＣヘッダに加えることにより、受信機ＲＬＣにプレイアウトリファレンスを提供することができる。ＲＬＣブロックの最初の送信の各々において、送信機ＲＬＣは、これらのブロックがＲＬＣ受信機に対する真のＲＬＣ送信機タイムリファレンスを反映することになるので、ブロックが短い待ち行列遅れを受けるまたは待ち行列遅れがない場合、ＵＴＲ＝１を送ることができる。
【００１５】
本発明の特定の実施形態によれば、上述した問題は、各ＲＬＣブロックに含まれるデータのより高いレイヤへのデリバリーに対するプレイアウト時間ｐを確立する受信機ＲＬＣにより解決される。プレイアウト時間は、ローリングタイムリファレンスτに関して決定される。シーケンス番号ｎを有するＲＬＣブロックに対するプレイアウト時間は、ｐ（ｎ）＝τ（ｋ）＋Ｄ＋［（ｎ−ｋ）ｍｏｄＮ］＊（Ｂ／Ｒ）に設定される。ここで、Ｒはプレイアウトレート（ｋｂｐｓ）、Ｄは遅れバジェット（budget）を秒で表したもの、Ｂは各ＲＬＣブロック（ｋｂｉｔ）に含まれるデータの量、Ｎはシーケンス番号スペースのサイズ、τ（ｋ）はシーケンス番号（ｋ）を有する第１のヘッダ、またはＵＴＲビットが使用される場合、ＵＴＲ＝１およびシーケンス番号ｋを有するヘッダの受信の時間である。
【００１６】
受信機は、代替的に、τ（ｋ）の移動平均値（moving average value）を使用することができる。初期化は、第１のＲＬＣブロックの送信を示すヘッダの受信の時間としてτ（０）を設定することにより実行され、ｐ（０）＝τ（０）＋Ｄとなる。ＲＬＣブロックは、プレイアウト時間の少なくとも１ラウンドトリップ遅れＴ前に受信されなかったとき、その受信ステータスは、“１”（アクノレッジされた）にセットされる。
【００１７】
これは、次回、受信機がフィードバックのためにポール（polled）されたことがアクノレッジされ、送信機がそのブロックについて更なる復元を試みないであろうことを意味する。ＲＬＣブロックがプレイアウトタイムまでに受信されない場合、受信機ＲＬＣは、より高いレイヤに対して損失（loss）を示す。ＲＬＣブロックが、対応するプレイアウトタイムまでに受信された（即ち、うまく復号化された）場合、それは、プレイアウトタイムにおいて最高のレイヤに提供される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１において、送信機・エア・受信機構成１０が示されている。この構成１０は、エアインターフェース２４により分離された送信機１２および受信機３２を有する。エアインターフェース２４が好ましいが、何れかの伝送媒体も使用され得る。本発明は、データソース８からデータシンク４８へデータをストリーミングするための、再送信を制限された無線リンクを制御を提供する。ストリーミングデータは、非ストリーミングデータと異なる要求条件を有する。
【００１９】
しかし、ある程度、ＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９ＲＬＣ／ＭＡＣブロックフォーマット、変調およびコーディングスキーム（ＭＣＳ）、および再送信手順を再利用することができる。しかし、上述のストリーミング要求条件の全ての側面を満足するために、現行の再送信手順に対する何らかの強化が必要である。以下の好ましい実施形態の説明において、これらの強化が説明され、シミュレーション結果が提供される。これは、特定のストリーミングデータプロセスの各々によりサポートされ得るストリーミングレートを示す。
【００２０】
ＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９に示された物理レイヤは、そのリンク性能がチャネル品質の関数である変調およびコーディングスキームの選択を提供する。しかし、ＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９は、これがベストエフォートデータサービスをサポートすることを主に意図しているために、再送信の数についていかなる制限もしていない。本発明の一実施形態によれば、特定のＭＣＳの選択に対して、制限された再送信スキームが、以下のように定義され得る。
【００２１】
最大デリバリー遅れ（Ｄ）およびラウンドトリップ遅れ（Ｔ）とすると、遅れバジェットを超える前に、ＲＬＣレイヤにおける比Ｄ／Ｔラウンドトリップを許容することが可能である。この遅れ比は、各ＲＬＣブロックに対して許容される再送信の最大数に限定を加える。本発明を具現化するために送信機および受信機において必要とされるＲＬＣ手順は、以下に詳細に説明される。
【００２２】
送信機ＲＬＣ動作
ＲＬＣブロックの最初の送信において、ｍ1 個のコピーが、送信機１２から同時に送信される。ブロックの複数のコピーは同一ではないが、異なるパンクチャリングスキーム（ＭＣＳ−４，ＭＣＳ−７ないしＭＣＳ−９に対してＰ１／Ｐ２／Ｐ３、そしてＭＣＳ−５，ＭＣＳ−６，ＭＣＳ１ないしＭＣＳ−３に対してＰ１／Ｐ２）により、符号化されたブロックから得られる。各ＲＬＣブロックの最初の送信において、タイマー１６がスタートする。
【００２３】
ＲＬＣブロックは、そのブロックに対応するタイマーが満了し、かつそのブロックが否定的にアクノレッジされた場合にのみ再送信され得る。この特定の場合におけるブロック毎のタイマーおよび再送信手順は、ＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９ＲＬＣ手順と同一である。データソース８として包括的に示されたネットワークは、ＡＲＱビットマップフィードバックに対して、送信機１２により表された移動体局をポールする。ポーリングピリオドは、ＡＲＱビットマップに応じてネットワークにより決定される。
【００２４】
後続の再送信の各々において、ＲＬＣブロックの多数のコピー（ｍ2，ｍ3，…）が送信される。これらのコピーは、提供される冗長情報が以前の送信と最小のオーバラップを有するように、パンクチャリングスキームＰ１，Ｐ２およびＰ３のサイクリングにより選択される。これは、受信機がソフト情報を記憶しかつ結合する能力を有する場合（即ち、ＩＲ動作が可能である場合）、性能を改善する。
【００２５】
ｍ１，ｍ２，…の選択により、必要とされる要求条件を満足する複数の実現（realization）が可能である。得られるストリーミングレートを最大化する実現が選択されることが望ましい。これは、チャネル占有を最小化し、同じユーザからの他のアプリケーションまたは他のユーザからのアプリケーションがチャネルを共有することを可能にする。送信機ＲＬＣ１４の動作が、再送信制限を超えるまでＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９送信機動作と同一であることに価値はない。
【００２６】
送信機ＲＬＣ１４に対して利用可能な新しいデータの量が、無線ブロック内のスペースにヒットし得るビットの総数より小さい場合、２つの可能性のあるオプションがある。１）送信機ＲＬＣ１４は、十分なデータが利用可能となるまで待つことができる。このオプションは、チャネル占有レートを減少させる。そして、２）代替的に、送信機ＲＬＣ１４は、より頑丈な変調およびコーディングスキームを使用することができる。特定の損失および遅れ要求条件に対して、これら２つのオプションの各々によりサポートされ得るストリーミングレートは、優勢なチャネル状態に依存する。
【００２７】
ジッターおよび損失がＩＴネットワーク（例えば、データソース８）において生じるので、新しいデータは、送信機ＲＬＣ１４に一定レートで提供されることができない。ネットワークにおけるジッターのために送信機ＲＬＣ１４にデータが到達する時間の間にばらつきがある場合、ＲＬＣ受信機３２は、そのプレイアウトタイムリファレンスを更新し得るように通知される。これは、全てのＲＬＣブロックに、遅れバジェットにより許された同じ数の再送信機会を提供することを保証する。
【００２８】
タイムリファレンス調節は、ＵＴＲ（Update Time Reference）ビットをＲＬＣ／ＭＡＣヘッダに加えることにより実行され得る。ＲＬＣ／ＭＡＣヘッダ中で利用可能なスペアビットのうちの１つが、この目的のために使用され得る（図２を参照のこと）。ＲＬＣブロックの最初の送信の各々において、送信機ＲＬＣ１４は、ＵＴＲ＝１に設定することができる。送信機１２は、送信機ＲＬＣにおいて短い待ち時間遅れを生じるまたは待ち時間遅れを生じないブロックに対してのみＵＴＲ＝１を設定しなければならない。
【００２９】
これはこれらのブロックが、真のＲＬＣ送信機タイムリファレンスをＲＬＣ受信機３６に反映することになるからである。複数のコピーが、最初に送信される場合において、ＵＴＲは、最初のコピーに対応するヘッダにおいて１に設定される。そして、送信機ＲＬＣ１４は、全ての再送信に対してＵＴＲ＝１を設定する。対応する受信機更新手順は、受信機の説明において後述する。代替的に、受信機３２は、受信機の説明に説明される要に、ＵＴＲビットを使用することなしに、タイムリファレンスをデジタル的に得ることができる。
【００３０】
受信機ＲＬＣ動作
受信機ＲＬＣ３６は、遅れバジェットＤ内でデータの逐次的デリバリーを行う。これは、所定のデータプレイアウトレートおよび損失要求条件を満たさなければならない。これらの要求条件は、ＥＧＰＲＳ Ｒ１９９９およびＥＴＳＩ ＧＳＭ０４．６０Ｒ１９９９、“General Packet Radio Service (GPRS); Mobile Station-Base Station Interface; Radio Link Control/Medium Access Control (RLC/MAC) protocol.”よりもさらに複雑な手順を要求する。より複雑な手順を以下に示す。
【００３１】
受信機ＲＬＣは、より高いレイヤ（例えば、データシンク４８）への各ＲＬＣブロックに含まれるデータのデリバリーに対して、プレイアウトタイムｐを確立する。プレイアウトタイムは、ローリング（rolling）タイムリファレンスに関して決定される。シーケンス番号ｎを有するＲＬＣブロックに対するプレイアウトタイムが、次式で設定される。
ｐ（ｎ）＝τ（ｋ）＋Ｄ＋［（ｎ−ｋ）ｍｏｄＮ］*（Ｂ／Ｒ）
ここで、Ｒはプレイアウトレート（ｋｂｐｓ）、
Ｄは、秒で表した遅れバジェット、
Ｂは、各ＲＬＣブロックに含まれるデータの量（ｋｂｉｔ）、
Ｎは、シーケンス番号スペースのサイズ、
τ（ｋ）は、シーケンス番号ｋを有する第１のヘッダ、またはＵＴＲビットが使用される場合、ＵＴＲ＝１およびシーケンス番号ｋを有するヘッダの受信の時間である。受信機は、代替的に、次のパラグラフで示されるように決定されるτ（ｋ）の移動平均値を使用することができる。
【００３２】
ＵＴＲビットが使用されない場合、τ（ｋ）は、シーケンス番号ｍ，ｍ＋１，…，ｍ＋ｊを有する一連のヘッダの最も早い受信時間であり、ｋは対応するシーケンス番号である。初期化は、第１のＲＬＣブロックの送信を示すヘッダの受信の時間としてτ（０）を設定することにより実行され、ｐ（０）＝τ（０）＋Ｄである。ＲＬＣブロックが、プレイアウトタイムより少なくとも１ラウンドトリップ遅れＴ前に受信されない場合、その受信ステータスは、“１”（即ち、アクノレッジされた）に設定される。
【００３３】
これは、次回、受信機がフィードバックに対してポールされることをアクノレッジされることを意味し、送信機は、そのブロックに対する更なる復元を試みない。ＲＬＣブロックが、プレイアウトタイムまでに受信されない場合、受信機ＲＬＣは、より高いレイヤに対して損失を示す。ＲＬＣブロックが、対応するプレイアウトタイムまでに受信される（即ち、うまく復号化される）場合、これは、プレイアウトタイムにおいてより高いレイヤに提供される。
【００３４】
システムオペレーション
提案されたストリーミングアプリケーションのためのＲＬＣの性能を決定するためにシミュレーションが実行された。シミュレーションにおいて使用された仮定は以下の通りであった。
シングルスロットシミュレーション
送信機ＲＬＣ１４にデータが周期的に到着（８０ｍｓ毎）
受信機ＲＬＣ３６におけるプレイアウトレートは、送信機ＲＬＣにおけるデータの到着レートに等しいと仮定された
ＭＣＳ−９（Ｐ１が最初の送信において送られ、Ｐ２が第１の再送信において送られ、Ｐ３が第２の再送信において送られた、…）
０．５秒の遅れバジェット
チャネルモデル：ＴＵ３、理想的な周波数ホッピング
８０ｍｓラウンドトリップ遅れ
６０ｍｓポーリングピリオド
ウィンドウサイズ＝１９２
ＩＲソフト結合が仮定された（４０ＲＬＣブロックに対するソフト情報に限定されたメモリサイズ）
【００３５】
損失レートおよびチャネル占有に対する結果が、Ｃ／Ｉ＝２０ｄＢについてそれぞれ図３および４に示されている。本発明の好ましい実施形態によれば、２０ｍｓピリオド毎に１．２５ＲＬＣブロックのストリーミングレート（即ち、３７ｋｂｐｓ）は、０．７％の損失レートにおいてサポートされ得る。また、固定コーディングで、０．７％の損失レートは、約３０ｋｂｐｓの最大ストリーミングレートを許容する。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ストリーミングサービスの部分的復元を可能にする無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコルのための方法および装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による送信機・受信機構成を示すブロック図
【図２】本発明によるデータのＲＬＣフレームを示す図
【図３】本発明によるデータプレイアウトレートに対するシミュレートされたデータの損失レートを示す図
【図４】本発明によるデータプレイアウトレートに対するシミュレートされたチャネル占有を示す図
【符号の説明】
８ データソース データ
１０ 送信機・エア・受信機構成
１２ 送信機
１４ 送信コントローラ
１６ タイマー
１８ データチャネルエンコーダ
２０ フィードバックチャネルデコーダ
２４ エアインターフェース
３２ 受信機
３４ データチャネルデコーダ
３６ 受信機コントローラ
３８ フィードバックチャネルエンコーダ
４８ データシンク
Claims (12)
- ＲＬＣブロックの復元の中止が制御される、ワイヤレス通信チャネルにおける少なくとも部分的なストリーミングサービスの復元を可能にする無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコルのための方法において、
各送信に対するブロックサイズ、プレイアウトレートおよび許容された遅れの関数として、各ＲＬＣブロックについてのプレイアウトタイムを決定するステップと、
前記ＲＬＣブロックがそのそれぞれのプレイアウトタイムまでに受信されない場合、ＲＬＣブロックに対する復元を中止するステップと、
そのそれぞれのプレイアウトタイムまでに受信された前記ＲＬＣブロックを受信しかつ復元するステップとを有する
ことを特徴とする方法。 - シーケンス番号ｎのＲＬＣブロックに対する受信機における前記プレイアウトタイムが、
ｐ（ｎ）＝τ（ｋ）＋Ｄ＋［（ｎ−ｋ）ｍｏｄＮ］*（Ｂ／Ｒ）
により与えられ、
Ｒは、プレイアウトレート（ｋｂｐｓ）であり、
Ｄは、秒で表した遅れバジェットであり、
Ｂは、キロビットで表した各ＲＬＣブロックに含まれるデータ量であり、
Ｎは、シーケンス番号スペースのサイズであり、
τ（ｋ）は、シーケンス番号ｋを有する第１のヘッダの受信の時間である
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - ＲＬＣブロックの最初の送信において、異なるパンクチャリングによりＲＬＣブロックから得られた第１の複数のコピーを送信するステップと、
後続の再送信の各々において、ＲＬＣブロックの第２の複数のコピーを送信するステップとをさらに含み、
前記第２の複数のコピーの数は、損失および遅れの制約の下で、ストリーミングレートを最大化するように選択される
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 前記第２の複数のコピーの数が、チャネル占有を最小化するように選択される
ことを特徴とする請求項３記載の方法。 - 提供される冗長情報が、前記ＲＬＣプロトコルを具現化する受信機がこの情報を記憶しかつ結合することができる場合性能を改善するように以前の送信と最小のオーバラップを有するように、コピーがパンクチャリングＰ１，Ｐ２およびＰ３のサイクリングにより選択される
ことを特徴とする請求項４記載の方法。 - 送信機のＲＬＣに対して利用可能な新しいデータの量が、データのＲＬＣブロック内のスペースにフィットし得るビットの総数よりも小さい場合、前記送信機のＲＬＣは、これがチャネル占有を低減するとしても、十分なデータが利用可能になるまで待つ
ことを特徴とする請求項５記載の方法。 - 送信機のＲＬＣに対して利用可能な新しいデータの量が、データのＲＬＣブロック内のスペースにフィットし得るビットの総数より小さい場合、前記送信機のＲＬＣは、より頑丈な変調およびコーディングを使用する
ことを特徴とする請求項５記載の方法。 - 前記送信機のＲＬＣは、更新タイムリファレンス（ＵＴＲ）ビットをＲＬＣ／ＭＡＣヘッダおよびＲＬＣブロックの最初の送信の各々に加えることにより、プレイアウトタイムリファレンスを前記受信機のＲＬＣに提供する
ことを特徴とする請求項７記載の方法。 - 送信機のＲＬＣが、ＵＴＲを１に設定し、ＲＬＣブロックが短い待ち行列遅れを受ける
ことを特徴とする請求項８記載の方法。 - 前記受信機のＲＬＣは、各ＲＬＣブロックに含まれるデータのより高いレイヤへのデリバリーに対してプレイアウトタイムｐを確立し、前記プレイアウトタイムは、ローリングタイムリファレンスに対して決定され、シーケンス番号ｎを有するＲＬＣブロックに対する前記プレイアウトタイムは、ｐ（ｎ）＝τ（ｋ）＋Ｄ＋［（ｎ−ｋ）ｍｏｄＮ］*（Ｂ／Ｒ） に設定され、
Ｒはプレイアウトレート（ｋｂｐｓ）であり、
Ｄは秒で表した遅れバジェットであり、
Ｂは、キロビットで表した各ＲＬＣブロックに含まれるデータ量であり、
Ｎはシーケンス番号スペースのサイズであり、
τ（ｋ）は、ＵＴＲビットが使用される場合ＵＴＲ＝１およびシーケンス番号ｋを有するヘッダの受信の時間である
ことを特徴とする請求項７記載の方法。 - 前記受信機のＲＬＣは、各ＲＬＣブロックに含まれるデータのより高いレイヤへのデリバリーに対してプレイアウトタイムｐを確立し、前記プレイアウトタイムは、ローリングタイムリファレンスに対して決定され、シーケンス番号ｎを有するＲＬＣブロックに対する前記プレイアウトタイムは、ｐ（ｎ）＝τ（ｋ）＋Ｄ＋［（ｎ−ｋ）ｍｏｄＮ］*（Ｂ／Ｒ）に設定され、
Ｒはプレイアウトレート（ｋｂｐｓ）であり、
Ｄは秒で表した遅れバジェットであり、
Ｂはキロビットで表した各ＲＬＣブロックに含まれるデータ量であり、
Ｎはシーケンス番号スペースのサイズであり、
τ（ｋ）は、受信機がτ（ｋ）の移動平均値を使用した、シーケンス番号ｋを有する第１のヘッダの受信の時間である
ことを特徴とする請求項７記載の方法。 - ＲＬＣブロックの復元の中止が制御される、ワイヤレス通信チャネルにおける少なくとも部分的なストリーミングサービスの復元を可能にする無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコルを具現化する受信機において、
各送信に対するブロックサイズ、プレイアウトレートおよび許容された遅れの関数として、各受信されたＲＬＣブロックについてのプレイアウトタイムを決定する手段と、
前記ＲＬＣブロックがそのそれぞれのプレイアウトタイムまでに受信されない場合、ＲＬＣブロックに対する復元を中止する手段と、
そのそれぞれのプレイアウトタイムまでに受信された前記ＲＬＣブロックを受信しかつ復元する手段とを有する
ことを特徴とする受信機。
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