JP6466568B2 - ワイヤレス通信ネットワークにおけるデバイス間通信の実装に適合されるリソース割当システムおよび方法 - Google Patents
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Description
例えば、Doppler、Yu、Ribeiro、Janisによる、「Mode selection for Device−to−Device Communication underlaying an LTE−Advanced Network(LTA−A上でのネットワークデバイス間通信のためのモード選択)」、Wireless Communications and Networking Conference (WCNC)、2010 IEEE、2010年4月18日−21日、では、それぞれの達成可能なスループットに従って、INFRA通信またはD2D通信の選択を行うためのモード選択スキームを開示する。
本発明の一実施形態において、利用可能な通信リソースの量についての、第1のインジケーションを受信するステップと、ユーザ機器間の通信に干渉することに関する情報を取得するステップと、インフラストラクチャベースの通信およびデバイス間通信に利用可能な通信レートについての、第2のインジケーションを受信するステップと、各通信のリクエストされた通信レートについての第3のインジケーションを受信するステップと、インフラストラクチャベースの通信タイプまたはデバイス間通信から選択を行うステップとが、選択に基づく通信リソースを各通信に割り当てるステップが実行される周期性よりも、長い周期性で実行される。
本発明の一実施形態において、第1のインジケーションおよび第2のインジケーションが、進行中の通信に関する通信リソースの使用メトリクスに基づく。
セル100(簡潔を期して、図1では六角形の領域で概略的に表される)は、モバイル通信ネットワークのカバレッジエリアの一部分であり、ここにおいて、3GPPロングタームエボリューション(LTE)/LTEアドバンスト(LTE−A)システムにおける発展型ノードBすなわちノードB105、などの無線通信局の1つまたは複数の無線トランシーバ(図示せず)が、図1の例におけるセル100内の6個のUE110a、110b、110c、110d、110e、および110fなどのユーザ機器すなわちUE(例えば、携帯電話、スマートフォン、およびタブレット)の通信(すなわち、バイナリデータパケットなどの情報の送信および/または受信)を管理する。例えば、eノードB105が、利用可能な通信伝送帯域の一部分(物理リソースブロック−PRBまたはRBとして示される)の観点から、UE110a−fの通信のための、通信リソースを割り当てる。
図1の例では、UE110aおよびUE110bは、eノードB105を介する、セル100の外部のそれぞれのUE(図示せず)との「インフラストラクチャベース」すなわちINFRAの通信に関与するものとする。UE110aは、セル100内のUE110a、110b、110c、110d、110e、および110fからデータを受信するためにeノードB105により全体的に割り当てられる通信リソース(アップリンクリソース)の一部分に含まれるアップリンクチャネルを介して、情報(セル100の外部の受信先UEに送られる)をeノードB105に送信する。逆に、UE110bは、セル100内のUE110にデータを提供するためにeノードB105により全体的に割り当てられる通信リソース(ダウンリンクリソース)の一部分に含まれるダウンリンクチャネルを介して、情報(セル100の外部の送信元UEにより送られる)をeノードB105から受信する。
通信システム200は、通信タイプ(すなわち、INFRA通信またはD2D通信)からの選択、および、セル100内のUE110a−fの通信全てのための通信リソースの割当(例えば、リソースブロック全体の通信データパケットのスケジューリングにより)、を管理するように適合される。
・利用可能なダウンリンクリソースの量(例えば、PRBで表される)MDL、および
・利用可能なアップリンクリソースの量(例えば、PRBで表される)MUL、
に関するインジケーションを提供する。
・通信ciがD2D通信Ri D2Dである場合に、通信ciに利用可能なレート
・通信ciがINFRA通信Ri ULである場合に、通信ciに利用可能なアップリンクレート、および
・通信ciがINFRA通信Ri DLである場合に、通信ciに利用可能なダウンリンクレート
に関するインジケーションを提供する。
−Aiの結果として、各通信ciの通信レート要件レート
−レートRi D2D、Ri UL、Ri DLの結果、リソース使用による達成可能なレート
−量MDLおよびMULの結果として、ダウンリンクとアップリンクリソースの両方のステータス(すなわち、利用可能性)、
を意識する。
したがって、リンク選択モジュール215は、利用可能な通信リソース(または、チャネル条件)を評価することだけでなく、利用可能なダウンリンクおよびアップリンクリソース、または空間を別個に評価することによっても、通信タイプの選択を実行する(逆に、チャネル条件のみを考慮すると、D2D通信は、利用可能なダウンリンクリソースがない場合にも、INFRA通信に切り替え可能となってしまう)。
式中、変数xi D2D−UL、xi D2D−DLexi UL(∈R)は、それぞれ、アップリンクチャネル上のD2D通信、ダウンリンクチャネル上のD2D通信、INFRA通信、として実行される通信ciに割り当てられる通信リソースを表す。最適化の問題を解決する間、いちどきに変数xi D2D−UL、xi D2D−DLexi ULのうちの1つのみが、非ゼロの値を持つが、これは、総称的な通信ciが、アップリンクチャネル上のD2D通信、ダウンリンクチャネル上のD2D通信、またはINFRA通信のうちの1つとして実行されるからであることに留意すべきである。
di≧di DL (2)
di≧di UL (3)
不等式(2)および(3)は、第1の2値変数が1に等しい場合のみ、総称的な通信ciが、D2D通信として(ダウンリンクチャネル上またはアップリンクチャネル上のいずれか)実行されるということを定義する。
di UL+di DL≦1 (4)
不等式(4)は、ダウンリンクチャネルおよびアップリンクチャネルのうちの一方のみが、D2Dタイプの通信ciについて選択され得るということを定義する。
式中、nD2D−DL(∈R−)は、ダウンリンクチャネル上のD2D通信を実行するために割当可能である通信リソースを表し、
式中、nD2D−UL(∈R+)は、アップリンクチャネル上のD2D通信を実行するために割当可能な通信リソースを表し、
xi D2D−DL×Ri D2D+xi D2D−UL×Ri D2D+xi UL×Ri UL≦Ai (7)
不等式(7)は、通信ciについて割り当てられる通信リソースが、考慮される通信ciについてリクエストされたレートAiより小さい、または最大でもAiに等しくなければならない、ということを定義する。
xi UL≦min{MUL,Ai/Ri UL}×(1−di) (8)
不等式(8)は、アップリンクチャネル上で実行されるINFRA通信の一部分について割り当てられる通信リソースの量が、アップリンクチャネルMULの利用可能なリソース、および、通信ciのリクエストされたアップリンクレートを超えることはできない(di=1ならば、すなわち、D2D通信であれば、xi UL=0であることに留意されたい)、ということを定義する。
xi D2D−UL≦min{MUL,Ai/Ri D2D}×di UL (9)
不等式(9)は、アップリンクチャネル上で実行されるD2D通信について割り当てられる通信リソースの量が、アップリンクチャネルMULの利用可能なリソース、および通信ciのリクエストされたアップリンクレートを超えることはできない(di UL=1ならば、xi D2D−UL=0であることに留意されたい)、ということを定義する。
xi D2D−DL≦min{MDL,Ai/Ri D2D}×di DL (10)
不等式(10)は、ダウンリンクチャネル上で実行されるD2D通信について割り当てられる通信リソースの量が、アップリンクチャネルMDLの利用可能なリソース、および通信ciのリクエストされたダウンリンクレートを超えることはできない(di DL=1ならば、xi D2D−DL=0であることに留意されたい)、ということを定義する。
πi UL+xi D2D−UL≦πj UL+L×[oij+(1−di UL)+(1−dj UL)] (11)
式中、Lは、利用可能な通信リソースの数(すなわち、PRBの数)より大きい値を持つ正定数であり、oijは2値変数であって、衝突する通信jの通信リソースが、アップリンクチャネルの通信iの通信リソースに先行する場合は、1に等しく、それ以外は0である2値変数、変数πi UL(∈R+)は、通信ciに割り当てられる通信リソースが開始する、アップリンクチャネルにおける初期点を定義する。
πj UL+xj D2D−UL≦πi UL+L×[(1−oij)+(1−di UL)+(1−dj UL)] (12)
不等式(11)および(12)は、アップリンクチャネル上の通信cjと衝突するD2Dタイプの通信ciについての、衝突をシーケンスする制約を考慮する(衝突グラフCGにおいて定義される)−留意すべきは、これら2つの制約は、通信ciおよびcjの両方が、アップリンクチャネル上にスケジュールされる衝突する通信である場合には意味があり、それ以外は、常に検証されることであり−この場合、oijが0に等しければ、不等式(11)が機能し、通信ciが割り当てられた後に通信cjが割り当てられ、そうでなければ、oijが1に等しければ、不等式(12)が機能し、通信ciが割り当てられた後に通信cjが割り当てられる。
πi UL+xi D2D−UL≦nD2D−UL+L×(1−di UL) (13)
不等式(13)は、nD2D−ULが、アップリンクチャネル上で実行されるD2Dタイプの通信ciに割り当てられるアップリンクチャネルの通信リソースの上界である、ということを定義する。
πi DL+xi D2D−DL≦πj DL+L×[oij+(1−di DL)+(1−dj DL)] (14)
πj DL+xj D2D−DL≦πi DL+L×[(1−oij)+(1−di DL)+(1−dj DL)] (15)
πi DL+xi D2D−DL≦nD2D−DL+L×(1−di DL) (16)
不等式(14)、(15)、および(16)は、ダウンリンクチャネル上で実行されるD2Dタイプの通信ciについての不等式(11)、(12)、および(13)に相当し、(∈R+)であって、変数πi DL(∈R+)は、通信ciに割り当てられる通信リソースが開始する、ダウンリンクチャネルにおける初期点を定義する。
ここで、パケットスケジューラモジュール220に着目すると、後者(the latter)は、好ましくは、2つのスケジューラ分岐(図2には図示せず)を備え、各分岐は、通信リソースのそれぞれの部分の割当を管理する。すなわち、アップリンクスケジューラ分岐は、アップリンクリソース割当に専用であり、ダウンリンクスケジューラ分岐は、ダウンリンクリソース割当に専用である。各スケジューラ分岐は、アップリンク/ダウンリンクリソースそれぞれを割り当てるが、例えば、最大搬送波対干渉電力比(Maximum Carrier−to−interference Ratio(MaxC/I))スケジューリング、ラウンドロビン(RR)スケジューリング、または、比例公平(Proportionally Fair(PF))スケジューリング、などの所定の割当スキームを適用し、各リンク選択期間TLSでリンク選択モジュール215により提供される出力di、di UL、di DL、RSおよびCG’と組み合わせ、かつ各TTIで受信されるインジケーションQi(送信されるデータの量に関する)と組み合わせて、行う。特に、スケジューラ分岐は、修正衝突グラフCG’内に示されるエッジを配慮することにより、お互いに干渉しない、INFRA通信に関与するUE110a、110b、110cおよび110dの間、ならびに、D2D通信に関与するUE110eと110fとの間で、同じダウンリンク/アップリンクリソースを共有することができる(INFRA通信に関与するUE110a、110b、110cおよび110dの間の、ダウンリンク/アップリンクリソースシェアリングは、LTE/LTE−A標準では回避される)。
最初に、ステップ305にて、パケットスケジューラモジュール220が、次のTTIにおいてセル100内で発生する全てのI通信ciの入力リストL1を受信し、次に、ステップ(決定ブロック)310にて、パケットスケジューラモジュール220が、セル100内で発生する全てのI通信ciに対して、相互排他的なリソースを割り当てることが可能かどうかをチェックする。肯定の場合(決定ブロック310で分岐Yから出る)、相互排他的なリソースのかかる割当が、ステップ315にて行われ、相互排他的なリソースの割当が、I通信ci間で達成可能な最大スループットおよび最小干渉を確実にし、ステップ320にて動作が終了する。
このように、次のTTIについて、リソースが割り当てられる。パケットスケジューラモジュール220は、後に続くTTIについて、上記の動作を繰り返す。同じリンク選択期間TLSの間、入力di、di UL、di DL、RS、およびCG’は変わらない。リンク選択期間TLSの終わりに、パケットスケジューラモジュール220への入力di、di UL、di DL、RSおよびCG’が変わる。
図4の例では、一対の隣接するセル400aの第1のセル400a内の通信が、第1のeノードB405aにより管理され、一対の隣接するセル400aの第2のセル400b内の通信が、第2のeノードB405bにより管理される。
通信システム500は、図4の例における第1のセル400aおよび第2のセル400bなどの隣接するセル内のユーザの位置に基づく、拡大衝突グラフCGeと、それぞれのセルの送信電力と、と提供するように適合される、拡大CGビルダモジュール505を備える。
複数セルリンク選択モジュール515は、出力として第1の制限コマンドRSAおよび第2の制限コマンドRSBも、第1のパケットスケジューラモジュール520aおよび第2のパケットスケジューラモジュール520b、にそれぞれ提供する。
Claims (15)
- モバイル通信ネットワークにおいて、ユーザ機器(110a−f、410a−c)により実行される通信(ci)のための通信リソースを割り当てる方法であって、
a)利用可能な通信リソースの量についての、第1のインジケーション(MDL、MUL)を受信するステップと、
b)ユーザ機器間の通信に干渉することに関する情報を取得するステップと、
c)通信リソースが割り当てられるべきユーザ機器間の各通信についての第2のインジケーション(R i D2D 、R i UL 、R i DL )であって、インフラストラクチャベースの通信およびデバイス間通信に利用可能な通信レートについての第2のインジケーション(Ri D2D、Ri UL、Ri DL)を受信するステップと、
d)前記各通信についての第3のインジケーション(A i )であって、リクエストされた通信レートについての第3のインジケーション(Ai)を受信するステップと、
e)通信リソースが割り当てられるべきユーザ機器間の全ての通信についての前記第1、第2、および第3のインジケーションと、通信に干渉することに関する前記情報とに基づき、前記各通信についてインフラストラクチャベースの通信タイプまたはデバイス間通信タイプの間で選択を行うステップと、
f)インフラストラクチャベースの通信タイプまたはデバイス間通信タイプの間での前記選択に基づき、前記各通信に通信リソースを割り当てるステップと
を含む方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記ステップa)、b)、c)、d)、およびe)は、前記ステップf)が実行される周期(TTI)よりも長い周期(TLS)で実行される、方法。
- 請求項2に記載の方法であって、各通信は複数のデータパケットを含み、前記ステップf)の前記周期(TTI)は、前記モバイル通信ネットワークの送信の継続時間に対応する、方法。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の方法であって、通信に干渉することに関する情報を取得する前記ステップは、前記モバイル通信ネットワーク内の前記ユーザ機器の位置および電力の測定に関する情報に基づく、方法。
- 請求項4に記載の方法であって、通信に干渉することに関する情報を取得する前記ステップは、
−前記モバイル通信ネットワーク内の前記ユーザ機器の位置および電力の測定に関する情報に基づき、衝突グラフ(CG、CGe)を形成するステップであって、前記衝突グラフは通信するユーザ機器対間の干渉を示す、ステップを含む、方法。 - 請求項5に記載の方法であって、
−インフラストラクチャベースの通信タイプまたはデバイス間通信タイプの間での前記選択に基づき、前記衝突グラフを修正することにより、修正衝突グラフ(CG’、CGe’)を生成するステップ
をさらに含む方法。 - 請求項6に記載の方法であって、通信リソースを割り当てる前記ステップは、前記修正衝突グラフにさらに基づく、方法。
- 請求項1から7のいずれか一項に記載の方法であって、前記第1のインジケーションおよび前記第2のインジケーションは、進行中の通信に関する前記通信リソースの使用メトリクス(StatisticsD/U)に基づく、方法。
- 請求項8に記載の方法であって、前記第1のインジケーションおよび前記第2のインジケーションは、通信リソースを割り当てる前記ステップにより実際に割り当てられる通信リソースに関する情報(LoadD/U)にさらに基づく、方法。
- 請求項1から9のいずれか一項に記載の方法であって、前記モバイル通信ネットワークは、前記モバイル通信ネットワークのカバレッジエリアの部分である複数のセル(400a、400b)を含み、前記方法は、セルの選択されたグループ内のユーザ機器により実行される通信のための通信リソースを割り当てるように構成された、方法。
- 請求項10に記載の方法であって、
セルの選択された前記グループの各隣接セル(400a、400b)について、
−干渉領域(420)を定めるステップであって、前記干渉領域は、セルの前記グループの各隣接セルの一部(420A、420B)を含み、前記一部において、異なるセルのユーザ機器間のデバイス間通信は、インフラストラクチャベースの通信を実行する前記干渉領域内の他のユーザ機器による干渉を受ける可能性があり、逆に、インフラストラクチャベースの通信は、デバイス間通信による干渉を受ける可能性がある、ステップ
をさらに含む方法。 - 請求項11に記載の方法であって、
−前記干渉領域内に含まれるユーザ機器のリストを生成するステップと、
−前記干渉領域内で干渉しない手法で前記リストの前記ユーザ機器に割り当てられる通信リソースを示すステップと
をさらに含む方法。 - ユーザ機器(110a−f、410a−c)の通信を管理するためのモバイル通信ネットワークであって、前記モバイル通信ネットワークは、複数のセル(100、400a、400b)に分割されるカバレッジエリアを含み、各セルには、ユーザ機器の通信を管理するための無線通信局が設けられ、
前記モバイル通信ネットワークは、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成された通信システムをさらに含む
ことを特徴とするモバイル通信ネットワーク。 - 請求項13に記載のモバイル通信ネットワークであって、前記通信システムは、インフラストラクチャベースの通信タイプまたはデバイス間通信タイプの間での前記選択を行うように構成された少なくとも1つのリンク選択モジュール(215、515)と、各通信に通信リソースを割り当てる前記ステップを実行するように構成された少なくとも1つのスジューラモジュール(220、520a、520b)とを備え、前記少なくとも1つのリンク選択モジュールは、前記選択に従って通信リソースを割り当てるための少なくとも1つのスケジューラモジュールに結合された、モバイル通信ネットワーク。
- 請求項14に記載のモバイル通信ネットワークであって、少なくとも1つのリンク選択モジュールは、前記モバイル通信ネットワークのセルの選択されたグループ内で発生する通信について、インフラストラクチャベースの通信タイプまたはデバイス間通信タイプの間での前記選択を行うように構成されたリンク選択モジュール(515)を含み、前記少なくとも1つのスケジューラモジュールは、複数のスケジューラモジュール(520a、520b)を含み、各スケジューラモジュールは、前記モバイル通信ネットワークのそれぞれのセル(400a、400b)内の各通信に通信リソースを割り当てる前記ステップを実行するように構成された、モバイル通信ネットワーク。
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