JPH0787042A - 線形近似に基づく分散型帯域割当方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通信網の呼損率を改善し、通信網の有効利用
を図ることを目的とする。 【構成】 呼源（１０−１〜１０−ｎ）毎に帯域割当装
置（１２−１〜１２−ｎ）をもうけ、各通信チャネル
（１４−１〜１４−ｍ_ij）毎に当該通信チャネルの帯域
使用率を測定する使用率測定装置（１６−１〜１６−ｍ
_ij）をもうけ、各帯域割当装置は、通信チャネルの使用
率測定装置から遅延を伴って送られる帯域使用率の時間
的履歴を蓄積し、蓄積された履歴情報に線形近似補正を
行なうことにより現在の帯域使用率を推定し、推定され
た現在の帯域使用率が最も小さな通信チャネルを前記呼
源から発せられた呼びに割当てる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通信網上で呼源より発
生する呼びに通信チャネルの帯域を割当てる方法に関
し、特に通信チャネルの帯域使用率の情報を収集するこ
とにより、どの通信チャネルの帯域を割当てるかを決定
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通信網上に入力される呼びに対して、通
信資源である通信チャネルの帯域を割当てる場合は、あ
らかじめ入力される呼びのトラヒック特性、通信網の網
構成から呼源に対する通信チャネルの帯域配分を確率的
に計算し、運用時には、あらかじめ計算された割当配分
にしたがって、呼びに対して帯域を割り当てていく方法
がとられる。しかしながら、この方法では、入力される
呼びのトラヒック特性の長期的な予測を行なう必要が存
在するとともに、その予測した特性と、実際に入力され
るトラヒック特性に差異が生じた場合に、帯域配分の偏
りを生む結果となり、特定通信チャネルへのトラヒック
の過度の集中等の問題を引き起こす。また、入力トラヒ
ックが動的に変化する場合、呼源に対する通信チャネル
の帯域配分をあらかじめ予測することは大変困難なた
め、その時の配分計算も問題となる。

【０００３】各々呼びの入力があった時点で、割当てる
ことが可能な通信チャネルの帯域使用率の情報を比較し
て、最も帯域使用率の低い通信チャネルの帯域を入力さ
れた呼びに対して割当てる方法が考えられる。こうする
ことにより、通信網において動的に変動する入力トラヒ
ックに対して、網全体で帯域使用率の均衡状態になるよ
うな通信チャネルの帯域割当が実現される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】各々呼びの入力があっ
た時点で、割当てることが可能な通信チャネルの帯域使
用率の情報を比較して、最も帯域使用率の低い通信チャ
ネルの帯域を入力された呼びに対して割当てる方法を考
える。この手法では、入力された呼びに対して帯域を割
当てる帯域割当装置が存在すると共に、通信チャネルの
帯域使用率を測定する使用率測定装置が存在する。ここ
でこの帯域割当装置と使用率測定装置との間に、情報伝
達に必要な遅延が存在するとすれば、帯域割当装置は現
状の通信チャネルの帯域使用率を知ることは不可能であ
る。そのため、入ってきた過去の帯域使用率に基づい
て、帯域割当を行なうことになる。ここで、通信遅延が
大きくなった場合、通信チャネルの帯域使用率は大きく
振動することになる。当然、帯域使用率の振動の上限領
域では、その通信チャネルには過度なトラヒックが入力
されていることになり、その状態では、通常よりも呼損
が起こりやすくなっており、通信網の有効利用という観
点からは問題となる。

【０００５】本発明は従来の技術の上記欠点を改善し、
呼損率を改善し、通信網の有効利用を可能とする帯域割
当方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の特徴は、呼源より発せられた呼びに対し、複
数の通信チャネルの中からひとつを割当てる帯域割当方
法において、呼源毎に帯域割当装置をもうけ、各通信チ
ャネル毎に当該通信チャネルの帯域使用率を測定する使
用率測定装置をもうけ、各帯域割当装置は、通信チャネ
ルの使用率測定装置から遅延を伴って送られる帯域使用
率の時間的履歴を蓄積し、蓄積された履歴情報に線形近
似補正を行なうことにより現在の帯域使用率を推定し、
推定された現在の帯域使用率が最も小さな通信チャネル
を前記呼源から発せられた呼びに割当てる線形近似に基
づく分散型帯域割当方法にある。

【０００７】

【作用】本発明では、帯域割当装置に対し、通信チャネ
ルより送信された帯域使用率を帯域割当装置内で蓄積
し、その蓄積した帯域使用率の過去の変化より現在の帯
域使用率を推定し、その推定値を基に最低の帯域使用率
の通信チャネルをわりだし、その通信チャネルを呼びに
割当てる。従って上記目的が達成される。

【０００８】

【実施例】以下、図１に示す網を用いて詳細に説明す
る。

【０００９】ここでは、ｎ個の呼源（１０−１，…，１
０−ｎ）による入力を考える。ここで、任意の呼源ｉ
は、着信地１８−１，…，１８−ｎの中のひとつ，ｊに
対し接続されるが、その接続候補としてｍ_ij本の通信チ
ャネル（１４−１，…，１４−ｍ_ij）が用意されてい
る。ここで各チャネルは複数の回線によって使用され
る。

【００１０】ここで、各帯域割当装置（１２−１，…，
１２−ｎ）は、自分の割当可能な帯域を持つ全てのチャ
ネルの総帯域幅を知っており、またそのチャネルからは
定期的にチャネルの帯域使用率の情報を受信しているも
のとしている。

【００１１】また、各チャネルでの帯域使用率はサンプ
ル時間Ｔの測定により定められる。各チャネルはＴの
間、チャネルに収容している全ての呼びの使用帯域幅を
測定する。各チャネルの帯域使用率は、サンプル時間中
の平均使用帯域幅を通信チャネルの持つ総帯域幅で割っ
たものとなる。

【００１２】通信チャネルの帯域使用率の測定装置（１
６−１，…，１６−ｍ_ij）は通信チャネル対応にその近
傍に位置し、測定した帯域使用率を定期的に帯域割当装
置に対し送信する。この使用率測定装置と帯域割当装置
間の通信は制御用通信路を通して行なわれ、伝送遅延Ｄ
があるものと仮定している。

【００１３】ここで、時刻ｔにおいて帯域割当部に呼び
が入力されたとしよう。ここで帯域割当部が知りたいの
は、割当可能な通信チャネルｋの時刻ｔにおける帯域使
用率ρ_k （ｔ）である。しかし、通信チャネルから送ら
れてくる帯域使用率は伝送遅延Ｄおよびサンプル時間Ｔ
のために、ρ_k （〈ｔ−Ｄ〉）が知り得る最新の情報で
ある。（以下〈ｔ〉と表すものは、与えられた時刻ｔに
対して、最も近いサンプル時間の終了時刻とする。すな
わち、〈ｔ〉＝［ｔ／Ｔ］Ｔと表すことが可能である。
ここで［ｘ］とは、ｘに対して、ｘを越えない最大の整
数を表す）。そのため、以下のような作業を行なうこと
で、時刻ｔにおける通信チャネルｋの帯域使用率の推定
値

【数１】 を算出する。

【００１４】ここで、帯域割当装置は時刻〈ｔ−Ｄ〉以
前の、各通信チャネルの帯域使用率を知っている。この
情報を帯域割当装置内に蓄積し、［〈ｔ−Ｄ−Ｅ〉，
〈ｔ−Ｄ〉］区間の帯域使用率の変化率をもとに、帯域
割当装置の知り得ない［〈ｔ−Ｄ〉，ｔ］区間の各通信
チャネルの変化率を割だそうと言うものである。ここで
は、各チャネルの帯域使用率の変化率が［〈ｔ−Ｄ〉，
ｔ］区間と［〈ｔ−Ｄ−Ｅ〉，〈ｔ−Ｄ〉］区間で同等
であるという仮定に基づいている。言い換えれば入力ト
ラヒックの変動の周期が推定区間長Ｅに対して十分大き
い、もしくは［〈ｔ−Ｄ−Ｅ〉，ｔ］区間での入力トラ
ヒックの変動が滑らかであるという仮定を用いているこ
とになる。

【００１５】まず、［〈ｔ−Ｄ−Ｅ〉，〈ｔ−Ｄ〉］区
間の帯域使用率の変化分を算出すると、 ρ_k （〈ｔ−Ｄ〉）−ρ_k （〈ｔ−Ｄ−Ｅ〉） （１） となる。

【００１６】ここで、計算したいのは、［〈ｔ−Ｄ〉，
ｔ］区間の帯域使用率の変化分である。

【００１７】上記仮定にしたがって、［〈ｔ−Ｄ〉，
ｔ］区間，［〈ｔ−Ｄ−Ｅ〉，〈ｔ−Ｄ〉］区間の変化
率が同等であるならば、その比率は ｛ρ_k(ｔ) −ρ_k(〈ｔ−Ｄ〉)}:{ρ_k(〈ｔ−Ｄ〉）−ρ_k(〈ｔ−Ｄ−Ｅ〉）｝ ＝（ｔ−〈ｔ−Ｄ〉):（〈ｔ−Ｄ〉 −〈ｔ−Ｄ−Ｅ〉） （２） ただし、〈ｔ−Ｄ〉−〈ｔ−Ｄ−Ｅ〉≠Ｅである。とな
る。よって、［〈ｔ−Ｄ〉，ｔ］区間の帯域使用率の変
化分ρ_k （ｔ）−ρ_k （〈ｔ−Ｄ〉）は、

【数２】 と算出でき、時刻ｔにおけるチャネルｋの帯域使用率の
推定値

【数３】 は、

【数４】 と計算される。

【００１８】この計算を模式的に表したのが、図２であ
る。

【００１９】この帯域使用率の推定処理は帯域割当装置
で行なわれる。帯域割当部を詳細化した構成図は図３に
示す通りになる。ここでは大別して、帯域割当部２０お
よび通信チャネル選択部２２に分けられる。帯域割当部
２０では、入力された呼びがあった場合、通信チャネル
選択部２２で行なわれる現行で最も低い帯域使用率の通
信チャネルの選択にしたがって、帯域割当を行なう。通
信チャネル選択部２２では、各チャネル毎に、推定処理
部（２６−１，…，２６−ｍ_ij）を設定してあり、各チ
ャネルより送られてくる伝送遅延を伴った帯域使用率ρ
_k （〈Ｔ−Ｄ〉）より、推定値

【数５】 を計算する。この推定値を全て、チャネル比較部２４に
集め、最低の帯域使用率の推定値を持つものを、割当て
るべき通信チャネルとして帯域割当部２０に送る。

【００２０】推定処理部の構成の１例を図４に示す。推
定処理部は、通信チャネルより送られてくるρ_k （ｔ−
Ｄ）の履歴を蓄積するためのメモリ２８が必要である。
加えて、参照される場合は、時刻〈ｔ−Ｄ〉，〈ｔ−Ｄ
−Ｅ〉の値が参照されるため、時計（３０ａ，３０ｂ）
を有し、入力された時刻を参照するためのタグとしてメ
モリ内に蓄積する。ここで、呼源より呼びの入力があっ
た場合、そのことが、推定処理部にも伝わり、それぞれ
〈ｔ−Ｄ〉，〈ｔ−Ｄ−Ｅ〉が計算される。その値はメ
モリマネジャ３２に渡され、メモリマネジャ３２はそれ
ぞれ、ρ_k （〈ｔ−Ｄ〉），ρ_k （〈ｔ−Ｄ〉）の値を
メモリ内より読みだし出力する。その後、〈ｔ−Ｄ〉，
〈ｔ−Ｄ−Ｅ〉，ρ_k （〈ｔ−Ｄ〉），ρ_k （〈ｔ−
Ｄ〉）それぞれの値は、加算器，減算器など（３２ａ〜
３２ｈ）を通ることにより第（４）式の通信チャネルの
帯域使用率の推定値

【数６】 に加工される。

【００２１】上記、帯域割当装置において、呼びの入力
時に行なわれる上述の処理をフロー化して図５（４０〜
５６）に示す。

【００２２】本発明の効果を評価するために行なった２
呼源／２通信チャネル網構成のシミュレーションの結果
を実施例として示す。

【００２３】ここでは、図６に示すような２つの呼源
（１０−１，１０−２）、２つの通信チャネル（１４−
１，１４−２）を持つ網構成を１つの例としてシミュレ
ートした。呼源はそれぞれ帯域割当装置（１２−１，１
２−２）を介して、２本の通信チャネルに接続されてい
る。帯域割当装置では、通信チャネルからの情報を基に
現状の帯域使用率を推定計算して、最低の帯域使用率を
持つ通信チャネルの帯域を呼びに対して割当てる。ただ
し、通信チャネルの使用率測定装置から帯域割当装置へ
の通信には伝送遅延Ｄが設定されている。また、呼源に
おける呼びの発生モデルはポアソン過程にしたがって生
成されるものとし、その時の平均到着間隔時間は０．１
４ｓ、平均保留時間は６０ｓとした。各呼びの転送容量
は６４ｋｂｉｔｓ／ｓ一定とした。

【００２４】また、シミュレーションでの推定区間
［〈ｔ−Ｄ−Ｅ〉，〈ｔ−Ｄ〉］をＴ≒０，Ｅ＝Ｄとし
て設定した。よって、推定区間は［〈ｔ−２Ｄ〉，〈ｔ
−Ｄ〉］となる。これは、伝送遅延Ｄがサンプル時間Ｔ
に対して十分大きいという状況化を表している。ここで
は、＜ｔ＞≒ｔが成り立ち、第（４）式は以下のような
１次式に変形される。

【００２５】

【数７】

【００２６】また、通信チャネルの総帯域幅は５２Ｍｂ
ｉｔｓ／ｓと設定した。

【００２７】まず、本発明で提案する推定処理を行なわ
ない場合、各通信チャネル１，２の帯域使用率がどのよ
うに変化するかを示す。図７に示すのは、伝送遅延Ｄ＝
０ｓとした場合の通信チャネル１，２の帯域使用率の時
間的変化である。ここでは、呼びが入力された時間にお
ける各通信チャネルの帯域使用率がわかるので、正確に
最低の帯域使用率を持つ通信チャネルの帯域を呼びに対
して割当てることが可能である。そのため、通信チャネ
ル１，２間の帯域使用率はどの時間をとっても同等であ
り振動は見られない。しかしながら、伝送遅延Ｄ＝１０
ｓとした場合は、図８に示すように、各通信チャネルの
帯域使用率は振動する。これは、各帯域割当装置におい
て、入力された呼びに帯域を割当てる際、過去の各チャ
ネルの帯域使用率に基づいて割当を行なうためである。

【００２８】続いて、図９に本発明で提案した推定処理
部が存在する場合の、通信チャネル１，２の帯域使用率
がどのように変化するかを示す。この時の伝送遅延は図
８と同様にＤ＝１０ｓと設定している。推定処理部が存
在しない場合には、各通信チャネルの帯域使用率は大き
く振動していたが、本発明による推定処理を加えること
によって各通信チャネルの帯域使用率の振動が抑制され
たものとなることが理解できる。

【００２９】図１０に伝送遅延に対して本発明での推定
処理がどのくらい振動抑制効果を生むかを調べるために
伝送遅延Ｄの変化による振幅率の変化を示す。ここで、
縦軸の振幅率は帯域使用率の振動の最大振幅を平均帯域
使用率でわった値である。

【００３０】ここでは以下のようなことが確認された。 ・伝送遅延Ｄが増大するにつれ、増幅率も増大する。 ・通信遅延が極端に大きい場合、本発明で示した推定処
理を施さない場合、通信チャネルの帯域使用率は振動現
象を生じる。本発明での推定処理を施すことによってこ
の振動を効果的に抑えることが可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、入力トラヒックが動的に変化
する環境下において、通信網全体の帯域使用率を均衡化
できる分散型帯域割当方法において、通信チャネルと帯
域割当装置の間に伝送遅延が存在し、帯域割当装置が過
去の情報しか得られない場合においても、線形近似によ
って各通信チャネルの帯域使用率を正確に推定すること
で、帯域使用率の最も低い通信チャネルを選択し、その
帯域を割当てることによって、各チャネルの帯域使用率
の振動現象を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】帯域割当問題の説明のための網を示す。

【図２】帯域使用率の推定手法の計算を模式的に示す。

【図３】帯域割当部の構成を示す。

【図４】推定処理部の構成を示す。

【図５】帯域割当部での処理の流れのフローを示す。

【図６】シミュレーションで使用した網構成を示す。

【図７】推定処理を施さない場合の帯域使用率の変化
（Ｄ＝０ｓ）を示す。

【図８】推定処理を施さない場合の帯域使用率の変化
（Ｄ＝１０ｓ）を示す。

【図９】推定処理を施した場合の帯域使用率の変化（Ｄ
＝１０ｓ）を示す。

【図１０】伝送遅延と振幅率の関係を示す。

【符号の説明】

１０−１〜１０−ｎ 呼源 １２−１〜１２−ｎ 帯域割当装置 １４−１〜１４−ｍ_ij 通信チャネル １６−１〜１６−ｍ_ij 使用率測定装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須田 達也 アメリカ合衆国， カルフォルニア 92715， オウエン コウト アーバイン 17番地

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 呼源より発せられた呼びに対し、複数の
   通信チャネルの中からひとつを割当てる帯域割当方法に
   おいて、 呼源毎に帯域割当装置をもうけ、 各通信チャネル毎に当該通信チャネルの帯域使用率を測
   定する使用率測定装置をもうけ、 各帯域割当装置は、通信チャネルの使用率測定装置から
   遅延を伴って送られる帯域使用率の時間的履歴を蓄積
   し、蓄積された履歴情報に線形近似補正を行なうことに
   より現在の帯域使用率を推定し、 推定された現在の帯域使用率が最も小さな通信チャネル
   を前記呼源から発せられた呼びに割当てることを特徴と
   する、線形近似に基づく分散型帯域割当方法。