(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各端末に専有チャネルを割り当て、所定の基準タイマー値以上継続して通信が行われない専有チャネルを解放する無線パケット交換システムの解析方法において、
専有チャネルを割り当てられている端末が送受するパケットを監視し、各パケットの間隔に関する確率密度関数ｆ(x)を求める手順と、
専有チャネルを割り当てられている端末数と総パケット数とに基づいてパケット間隔の個数Ｉを求める手順と、
前記確率密度関数ｆ(x)の累積分布関数Ｆ(x)に基づいて、パケット間隔が基準タイマー値ｔを超える割合（１−Ｆ(t)）を求める手順と、
前記パケット間隔数Ｉ、割合（１−Ｆ(t)）および端末数に基づいて、専有チャネルの総割り当て回数を代表するアクティブ期間数ｃ(t)を求める手順とを含むことを特徴とする無線パケット交換システムの解析方法。
【請求項２】
前記アクティブ期間数ｃ(t)と総パケット数Ｎとに基づいて、１回のアクティブ期間中に送受されるパケット数の平均値ｎ(t)を求める手順と、
パケット間隔が基準タイマー値ｔ以下であるパケット間隔の確率密度関数ｆt(x)に基づいて、アクティブ期間内におけるパケット間隔の平均値ｉ(t)を求める手順と、
前記パケット数の平均値ｎ(t)およびパケット間隔の平均値ｉ(t)に基づいて、アクティブ期間長の平均値ｈ(t)を求める手順と、
アクティブ期間の生起率ν(t)の平均値を、前記アクティブ期間数ｃ(t)、測定期間および端末数に基づいて求める手順と、
前記生起率ν(t)およびアクティブ期間平均値ｈ(t)に基づいて、トラヒック密度を代表する呼量ａ(t)を求める手順とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の無線パケット交換システムの解析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線パケット交換システムの解析方法に係り、特に、各端末に専有チャネルを割り当てる無線チャネル専有型のシステムに好適な無線パケット交換システムの解析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
端末−基地局間の無線区間での通信形態には、ランダムアクセスを用いて端末間でチャネルを共有する方式と、各端末毎に専有チャネルを割り当てる方式とがあり、いずれの方式でもシステムに割り当てられた周波数帯域などの制限から、同時に接続可能なユーザの数には制限がある。
【０００３】
パケット交換式の通信形態では、各端末が常にシステムに接続されている必要は無く、送受信するデータが存在する時のみ、システムに接続されていれば良い。これを利用して、無線を利用したパケット交換システムでは、あるユーザについて一定時間通信が行われない状態が継続した場合、システムの無線リソースを開放することにより、他のユーザがその無線リソースを利用できるようにしている。また、元のユーザが再びパケットを送受信する必要が生じた場合には、そのユーザに再び無線リソースを割り当てる。これにより、ユーザに対するサービス品質を保ったまま、１つの無線基地局が収容できるユーザ数を実質増加させることが可能となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ユーザに無線リソースを解放させるまでの時間（以下、Inactivityタイマー値と表現する）を短くすると、各ユーザが無線リソースを専有している時間（後述する「呼量」）が減少し、それによって収容可能なユーザ数は増加する。その反面、無線リソースを確保するための接続回数（後述する「アクティブ期間数」に相当）が増加するために、接続を受け付けるネットワーク側の設備の負荷は増大する。したがって、Inactivityタイマーの値は、収容可能なユーザ数と、処理可能な接続数とのトレードオフによって決定される。
【０００５】
従来の無線パケット交換システムでは、Inactivityタイマーの値はネットワーク運用者または設計者の主観的な判断により決定されており、前記収容可能なユーザ数や処理可能な接続数をInactivityタイマーの関数との関係に基づいて統計的かつ定量的に判断することができなかった。
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、各ユーザが無線リソースを専有している時間（すなわち、「呼量」）や処理可能な接続数（すなわち、「アクティブ期間数」）をInactivityタイマー値の関数として求め、それぞれを統計的かつ定量的に解析できるようにした無線パケット交換システムの解析方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、各端末に専有チャネルを割り当て、所定の基準タイマー値ｔ0以上継続して通信が行われない専有チャネルを解放する無線パケット交換システムの解析方法において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
【０００８】
(1)専有チャネルを割り当てられている端末が送受する各パケットの間隔に関する確率密度関数ｆ(x)を求める手順と、専有チャネルを割り当てられている端末数と総パケット数とに基づいてパケット間隔の個数Ｉを求める手順と、前記確率密度関数ｆ(x)の累積分布関数Ｆ(x)に基づいて、パケット間隔が基準タイマー値ｔ以上となる割合（１−Ｆ(t)）を求める手順と、前記パケット間隔数Ｉ、割合（１−Ｆ(t)）および端末数に基づいて、専有チャネルの総割り当て回数を代表するアクティブ期間数ｃ(t)を求める手順とを含むことを特徴とする。
【０００９】
(2)さらに加えて、アクティブ期間数ｃ(t)と総パケット数Ｎとに基づいて、１回のアクティブ期間に送受されるパケット数の平均値ｎ(t)を求める手順と、パケット間隔が基準タイマー値ｔ以下であるパケット間隔の確率密度関数ｆt(x)に基づいて、アクティブ期間内におけるパケット間隔の平均値ｉ(t)を求める手順と、前記パケット数の平均値ｎ(t)およびパケット間隔の平均値ｉ(t)に基づいてアクティブ期間長の平均値ｈ(t)を求める手順と、各端末がアクティブ期間を生起させる確率ν(t)の平均値を、前記アクティブ期間数ｃ(t)、測定期間および端末数に基づいて求める手順と、前記生起率ν(t)およびアクティブ期間平均値ｈ(t)に基づいて、トラヒック密度を代表する呼量ａ(t)を求める手順とを含むことを特徴とする。
【００１０】
上記した特徴(1)によれば、ネットワークの解析に際して重要な指針となるアクティブ期間数を、基準タイマー値の関数として定量的に求められるようになるので、所望のアクティブ期間数に応じた基準タイマー値の最適値を簡単かつ正確に求められるようになる。
【００１１】
上記した特徴(2)によれば、ネットワークの解析に際して重要な指針となるトラヒック密度（呼量）を、基準タイマー値の関数として定量的に求められるようになるので、所望のトラヒック密度に応じた基準タイマー値の最適値を簡単かつ正確に求められるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。本実施形態では、各端末はパケットの送受信を行う必要が生じた時に接続要求を行うものとし、接続要求があった端末毎に無線チャネルが割り当てられる。割り当て可能なチャネルが存在しない時点で接続要求が発生した場合には呼損となる。
【００１３】
また、本実施形態では、各端末に無線チャネルが割り当てられている期間を「アクティブ期間」と表現し、アクティブ期間中でもパケットの送受信が行わない状態を「アイドル状態」と表現する。アイドル状態が、あらかじめ定められたInactivityタイマー値の期間継続すると、その端末に割り当てられていた無線チャネルは強制的に解放される。その端末に再びパケットの送受信を行う必要が生じた場合には、再度チャネルの割り当て処理を開始する。
【００１４】
本実施形態では、以下の入力パラメータが既知であるものとし、各入力パラメータを用いてネットワークを統計的かつ定量的に解析する。
ｆ(x)  ：  各端末が送受するパケットの間隔に関する確率密度関数
Ｎ     ：  測定期間内に観測された総パケット数
Ｕ     ：  測定期間内に観測された端末数(ユーザ数)
Ｄ     ：  測定期間
ｔ     ：  Inactivityタイマー値
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態である無線パケット交換システムの解析方法の手順を示したフローチャートであり、前記各入力パラメータは既登録であるものとする。
【００１６】
ステップＳ１では、測定期間内の全ての端末を対象にアクティブ期間の個数を算出するための「アクティブ期間数算出処理」が実行され、アクティブ期間の個数ｃ(t)がInactivityタイマー値ｔの関数として求められる。
【００１７】
図２は、測定期間Ｄ内でのあるユーザｉのパケット到着過程を模式的に表現した図であり、測定期間中にユーザｉが送受信したパケット数がＮｉ個（図２では４個）であれば、ユーザｉのパケット間隔数Ｉｉ（図２では３個）は、パケット数Ｎｉよりも常に１つだけ少なくなるので次式(1)で表される。
0003654431.tif 000002
【００１８】
したがって、全ユーザのパケット間隔数Ｉは次式(2)で表される。
0003654431.tif 000003
【００１９】
次に、Inactivityタイマー値をｔとした時、ユーザｉの各パケット間隔のうち間隔がｔ以上となるパケット間隔の個数をＩi,tとすると、このパケット間隔の前後には必ずアクティブ期間が存在する。したがって、ユーザｉのアクティブ期間数ｃi(t)は次式(3)で表される。
0003654431.tif 000004
【００２０】
したがって、全ユーザのアクティブ期間数ｃ(t)は次式(4)で表される。
0003654431.tif 000005
【００２１】
ここで、パケット間隔に関する確率密度関数ｆ(x)が図３に示すようであれば、その正規化された累積分布関数Ｆ(x)は図４に示すようになる。累積分布関数Ｆ(x)を次式(5)で定義すれば、全ユーザのアクティブ期間数ｃ(t)は次式(６)で表される。
0003654431.tif 000006
0003654431.tif 000007
【００２２】
すなわち、累積分布関数Ｆ(t)はパケット間隔がｔ以下となるパケット間隔数の確率（割合）なので、前記式(6)右辺の（１−Ｆ(t)）は、パケット間隔がｔを超えるパケット間隔数の割合となる。したがって、これに全ユーザのパケット間隔数Ｉを乗じれば、パケット間隔がｔを超えるパケット間隔数、すなわち前記式(4)の右辺第１項の（ΣＩi,t）となる。
【００２３】
そして、前記式(6)のパラメータＩ、Ｕ、Ｆ(t)はすべて既知（累積分布関数Ｆ(t)は既知の確率密度関数ｆ(x)から求まる）なので、本実施形態によれば、全ユーザのアクティブ期間数ｃ(t)をInactivityタイマー値ｔの関数として定量的に求められるようになる。
【００２４】
図１に戻り、ステップＳ２では、アクティブ期間内の平均パケット数ｎ(t)を算出するための「アクティブ期間内平均パケット数算出処理」が実行される。
【００２５】
ここで、各パケットは必ずいずれかのアクティブ期間に属している。そして、総パケット数Ｎとアクティブ期間数ｃ(t)が既知なので、１回のアクティブ期間内に送受信されるパケット数の平均値ｎ(t)は次式(7)で表される。
0003654431.tif 000008
【００２６】
アクティブ期間数ｃ(t)を展開すると次式(8)が得られる。
0003654431.tif 000009
【００２７】
ステップＳ３では、アクティブ期間内でのパケット間隔の平均値ｉ(t)を算出するための「アクティブ期間内平均パケット間隔算出処理」が実行される。
【００２８】
はじめに、パケットの間隔がInactivityタイマー値ｔ以下のパケット間隔分布ｆt(x)を考える。パケット間隔分布ｆt(x)は次式(9)で定義され、図５の分布を示す。
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【００２９】
このパケット間隔分布ｆt(x)の累積分布関数Ｆt(x)は、次式(10)のように確率分布としての条件を満たし、図６の分布を示すので、Inactivityタイマー値ｔ以下における平均パケット間隔ｉ(t)は次式(11)で表される。
0003654431.tif 000011
0003654431.tif 000012
【００３０】
図１に戻り、ステップＳ４では、アクティブ期間長の平均値ｈ(t)を算出するための「平均アクティブ期間長算出処理」が実行される。
【００３１】
ここでは、アクティブ期間内の平均パケット数ｎ(t)と平均パケット間隔ｉ(t)が既知なので、平均アクティブ期間長ｈ(t)は次式(12)で表される。
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【００３２】
ここで、上式(12)の右辺にInactivityタイマー値ｔを加えているのは、アクティブ期間が最後のアイドル時間を含むと定義しているためである。
【００３３】
ステップＳ５では、アクティブ期間の生起率ν(t)を算出するための「アクティブ期間生起率算出処理」が実行される。
【００３４】
測定期間Ｄ内における端末ごとのアクティブ期間の生起率ν(t)は、１回のアクティブ期間を１つの呼とみなせば次式(13)で表される。
0003654431.tif 000014
【００３５】
ステップＳ６では、トラヒック密度を代表する呼量ａ(t)を算出するための「トラヒック密度算出処理」が実行される。
【００３６】
ここでは、平均アクティブ期間長ｈ(t)を保留時間とみなせるので、ユーザあたりの呼量ａ(t)は次式(14)で表される。
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【００３７】
すなわち、本実施形態によれば、全ユーザの呼量ａ(t)がInactivityタイマー値ｔの関数として与えられるので、Inactivityタイマー値ｔをパラメータとした呼量ａ(t)の変化を定量的に求められるようになる。
【００３８】
図７は、前記アクティブ期間数ｃ(t)とInactivityタイマー値ｔとの関係を示した図であり、アクティブ期間数ｃ(t)はInactivityタイマー値ｔの増加に伴って減少する。図８は、前記呼量ａ(t)とInactivityタイマー値ｔとの関係を示した図であり、呼量ａ(t)はInactivityタイマー値ｔの増加に伴って増加する。
【００３９】
このように、アクティブ期間数ｃ(t)と呼量ａ(t)とはInactivityタイマー値ｔに対して二律背反の関係を有するが、本実施形態によれば、アクティブ期間数ｃ(t)および呼量ａ(t)を Inactivityタイマー値ｔの関数として定量的に求められるので、システムに最適なInactivityタイマー値を簡単かつ正確に求められるようになる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、ネットワークの解析に際して重要な指針となるアクティブ期間数や呼量などのプロセス量を、Inactivityタイマー値の関数として定量的に求めることができるので、たとえばシステムが収容可能な最大呼量に応じたInactivityタイマー値の最適値を簡単かつ正確に求められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態である無線パケット交換システムの解析方法の手順を示したフローチャートである。
【図２】  パケット到着過程を模式的に表現した図である。
【図３】  パケット間隔に関する確率密度関数ｆ(x)の一例を示した図である。
【図４】   図３に示した確率密度関数ｆ(x)の累積分布関数Ｆ(x)を示した図である。
【図５】   Inactivityタイマー値ｔ以下のパケット間隔分布ｆt(x)を示した図である。
【図６】    図５に示した確率密度関数ｆt(x)の累積分布関数Ｆt(x)を示した図である。
【図７】  アクティブ期間数ｃ(t)とInactivityタイマー値ｔとの関係を示した図である。
【図８】  呼量ａ(t)とInactivityタイマー値ｔとの関係を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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