(57)【要約】  輻輳条件下でもネットワークリソースの最適な利用を可能にするため、ネットワーク要素における平均キュー長に基づくキュー管理機能が使用されるワイヤレスネットワーク、特にＩＰ（Internet Protocol）ネットワークの動作方法を提供する。本方法は、重み付け関数の結果に平均キュー長を結合すなわち乗算することにより、キュー管理機能内で使用するための結合輻輳寄与を求め、重み付け関数が、ワイヤレスチャネル条件に関するユーザごとの情報を考慮に入れることを特徴とする。また、対応するワイヤレスネットワーク、好ましくは上記方法を実行するワイヤレスネットワークが提供される。
2013521680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワーク要素における平均キュー長に基づくキュー管理機能が使用されるワイヤレスネットワーク、特にＩＰ（Internet Protocol）ネットワークの動作方法において、
重み付け関数の結果に平均キュー長を結合すなわち乗算することにより、キュー管理機能内で使用するための結合輻輳寄与を求め、重み付け関数が、ワイヤレスチャネル条件に関するユーザごとの情報を考慮に入れることを特徴とする、ワイヤレスネットワークの動作方法。
【請求項２】
ユーザごとの情報が、ある情報単位を送信するためのリソース使用率および／または送信コストを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
重み付け関数が、チャネルリソース使用率を輻輳寄与の係数にマッピングすることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
重み付け関数が、ＭＣＳ（変調符号化方式）に基づくことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
平均キュー長から計算されるマーキングまたは廃棄確率に、ユーザの現在のＭＣＳに基づくインデックスを乗算することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
インデックスが、ＭＣＳのスペクトル効率に反比例することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
重み付け関数が、送信電力、好ましくは基地局からワイヤレス局または端末へ送信するための送信電力に基づくことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
ダウンリンク上で現在使用されている送信電力が、対応するワイヤレス端末宛のパケットに対する輻輳寄与にマッピングされることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
重み付け関数において、現在のチャネル特性が、関連する期間を反映し、これが、リソース使用率を表す個々の値を時間平均することによって実現されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
結合輻輳寄与が、パケット廃棄確率、好ましくはＲＥＤ（ランダム早期検出）のためのパケット廃棄確率を求めるために使用されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
結合輻輳寄与が、輻輳マーキング確率、好ましくはＥＣＮ（明示的輻輳通知）のための輻輳マーキング確率を求めるために使用されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
ネットワークのワイヤレス基地局において実行されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
ネットワーク要素における平均キュー長に基づくキュー管理機能が使用されるワイヤレスネットワーク、特にＩＰ（Internet Protocol）ネットワーク、好ましくは請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法を実行するワイヤレスネットワークにおいて、
キュー管理機能内で使用するための結合輻輳寄与を求めるために重み付け関数の結果に平均キュー長を結合すなわち乗算する手段を備え、重み付け関数が、ワイヤレスチャネル条件に関するユーザごとの情報を考慮に入れることを特徴とするワイヤレスネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワーク要素における平均キュー長に基づくキュー管理機能が使用されるワイヤレスネットワーク、特にＩＰ（Internet Protocol）ネットワークの動作方法に関する。また、本発明は、ネットワーク要素における平均キュー長に基づくキュー管理機能が使用されるワイヤレスネットワーク、特にＩＰ（Internet Protocol）ネットワークに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信リソース管理は、商用ワイヤレス通信ネットワークにおける重要な機能である。というのは、これにより、サービス品質（ＱｏＳ）プロビジョニング、良好なネットワーク利用等が可能となるからである。従来、ＱｏＳは、音声通信のような固定ビットレートサービスに対して予測可能なユーザエクスペリエンスを保証するための決定的な機能であり、このため、リソース予約やさまざまなサービス品質クラスがＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）アクセスネットワーク（UMTS Terrestrial Radio Access Network, ＵＴＲＡＮ）で使用されている。
【０００３】
データ通信（ほとんどの場合、インターネット通信）は通常、ベストエフォート型トラフィック、すなわち、保証されたビットレートや厳格なリソース予約を要求しないトラフィックとして扱われる。これは、このようなトラフィックがＴＣＰ（Transmission Control Protocol）のようなトランスポートプロトコルを使用するという仮定に基づいている。ＴＣＰのようなトランスポートプロトコルは、一般的に、その輻輳制御メカニズムのおかげで、変動する経路特性に適応することができる。
【０００４】
元来のＴＣＰ輻輳制御メカニズムは、暗黙的な輻輳通知に応答する。すなわち、センダ（送信側）が確認応答を受け取れない場合に、これを輻輳表示と解釈する。一般的な仮定として、ネットワーク輻輳の場合、ルータキューはその最大容量を超過しており、ルータは、パケットを廃棄せざるを得ない。このパケット損失は、ＴＣＰセンダに暗黙的に通知される。というのは、ＴＣＰレシーバ（受信側）は、確認応答すべきパケットを受信していないからである。
【０００５】
しかし、ネットワークにおける輻輳イベントを認識するための暗黙的な方法としてパケット損失を使用することには限界がある。例えば、パケット廃棄に対する再送によるネットワークリソース（帯域幅）の浪費は望ましくなく、フィードバックの正確さは制限される。というのは、パケット損失は、輻輳よりもむしろビット誤りによっても起こり得るからである。
【０００６】
アクティブキュー管理（Active Queue Management, ＡＱＭ）は、通信エンドポイントに対する輻輳信号をより効率的に生成するための重要な分野の１つである（非特許文献１参照）。中間ルータにおけるキュー管理が、到着パケットに対するバッファ占有挙動を規定する。通常、ＡＱＭは、ネットワーク要素内のバッファの平均キュー長によって、輻輳しているかどうかを把握する。この平均値があるしきい値を超過すると、パケットを廃棄することによって、または、パケットにマーキングすることによって、すなわち、ネットワーク内の輻輳リンクを通過するパケット内（例えばＩＰヘッダ）において、あるビットパターンを明示的にセットすること（マーキング動作）によって、輻輳信号を伝達することができる。目標は、初期輻輳をエンドホストに通知することにより、パケットが実際に廃棄される前に、エンドホストが送信レートを低下させることができるようにすることである。
【０００７】
ランダム早期検出（Random Early Detection, ＲＥＤ）は、エンドホストに輻輳信号を通知するための最もよく知られたＡＱＭメカニズムである（非特許文献１参照）。ＲＥＤアルゴリズムは、ネットワーク要素内のキューに対する平均キュー長を追跡することによって、初期輻輳を検出する。パラメータは、ローパスフィルタを用いて瞬時キュー長を指数加重移動平均して計算される。平均キュー長は、不定期のトラフィックバーストすなわち過渡的輻輳に対してはあまり反応しないことが保証される。さらに、ＲＥＤは、最小しきい値および最大しきい値という２つのしきい値を定義する。平均キュー長が最小しきい値以下にとどまる限り、ネットワーク要素は輻輳していないので、どのパケットもマーキングされない。平均キューサイズが最小しきい値を超過するが最大しきい値以下にとどまる場合、ＲＥＤアルゴリズムは、到着パケットを確率的にマーキングする。マーキング確率は一定ではなく、平均キューサイズの関数として計算される。そこで、マーキング確率は、平均キューサイズが上方しきい値に向かうほど増大し、逆もまた同様である。輻輳状況において、マーキング確率が増大すると、到着パケットに対するマーキング率が増大する。なお、平均キューサイズが最大しきい値を超過した場合の代替法の１つとして、すべての到着パケットにマーキングすることも考えられる。しかし、システム安定性を保証するため、マーキング確率をゆるやかに１へと増大させることが推奨される。最終的に、キューがオーバーフローした場合、ＲＥＤはパケットの廃棄を開始することになる。
【０００８】
特定のマーキングメカニズムとして、明示的輻輳通知（Explicit Congestion Notification, ＥＣＮ）がある（非特許文献２参照）。ＥＣＮの目標は、輻輳しているネットワーク要素に到着するパケット内において、ビットパターンを明示的にセットすること（マーキング動作）によって、エンドホストに持続的な輻輳信号を伝達することである。ＥＣＮは、適切な輻輳応答を行うためにこのような通知を送信側ホストに渡すエンドポイントトランスポートに依拠する。協調的ネットワーク環境では、センダは、義務的ではないが、このような通知に応答して送信レートを低下させることが期待される。また、ＥＣＮは、パケット損失による再送を回避することによって、できるだけネットワーク帯域幅を節約することも目標とする。さらに、輻輳による廃棄からビット誤りによるパケット廃棄を区別することも実現可能となる。
【０００９】
ＥＣＮ自体は、レシーバがネットワークにおける輻輳状態に関する明示的情報を有するようにパケットにマーキングするためのメカニズムである。仮定は、このメカニズムが、ＴＣＰのようなトランスポートプロトコルとともに使用されることである。ＴＣＰのようなトランスポートプロトコルは、観測された輻輳を実際のセンダに通知することができ、それに従って輻輳制御アルゴリズムが応答することができる。
【００１０】
全体的な動作を図１に示す。ＴＣＰセンダＳがＴＣＰレシーバＲへＴＣＰパケットを送信している。経路上のルータ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）は輻輳を観測することができ、それらのＡＱＭ実装に応じて、パケットへのマーキングを決定する。最後に、レシーバＲは、このようなマーキングされたパケットを受信し、ＴＣＰのフィードバックチャネルに関するこの情報を元のセンダＳに通知する。
【００１１】
通常、経路上には複数の輻輳マーカ（輻輳のマーキングを行う主体）がある（すなわち、理想的な場合には各ＩＰルータ上に）。しかし、ＥＣＮの段階的配備をより容易にするためにすべてのルータでＥＣＮマーキングを使用する必要はなく、ネットワークにおいてボトルネックとなり得るすべての箇所でそれを使用するのが好ましい。モバイル通信ネットワークにおける特定のボトルネックとしては、ワイヤレス基地局、ＬＴＥ（Long Term Evolution）におけるｅＮＢ（eNodeB）がある。このため、ワイヤレス基地局やｅＮＢでＥＣＮマーキング機能を実施するのが直観的には有益である。
【００１２】
ルータにおけるマーキングアルゴリズムにはさまざまなアプローチがある。一般的に、ＥＣＮマーキングの目的は、輻輳が現実に問題となる前にセンダに明示的な輻輳通知を提供することである。良好なアルゴリズムがあれば、このアプローチは、ルータバッファが輻輳して遅延が長くなり最終的にパケット損失につながることを回避することができる。
【００１３】
元来のＲＥＤアルゴリズムは、最小しきい値から最大しきい値までキュー長の増大とともに線形に増大するマーキング確率を使用する。しかし、その後、これは場合によって不安定な挙動につながることが見出されたため、図２に示すように、傾きあるいは確率増大がより急峻な第２のマーキング段階が追加されている（非特許文献３参照）。
【００１４】
ワイヤレス環境において、通常の有線ネットワークルータとの重要な相違点は、ワイヤレスチャネル条件が時間・空間とともに変動することである。ＬＴＥおよびＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）の無線インタフェースは、利用可能な無線リソース、距離によって引き起こされる減衰、干渉等に関する変動に対して、より良好に対処するために、適応的な変調符号化方式（Modulation and Coding Scheme, ＭＣＳ）を提供する（非特許文献４、５および６参照）。一般的に、各ユーザ（ワイヤレス端末）には、ある時刻において個別のＭＣＳ（変調符号化方式）が割り当てられることが可能である。すなわち、ある時刻における実際のＭＣＳに基づいて、同じビット列を送信することが、全体的な無線リソースの相異なる部分を要求する可能性がある。
【００１５】
特許文献１には、ワイヤレスネットワークにおける輻輳制御方法が記載されている。この方法は、ワイヤレスネットワークリンクを通じてデータパケットを１つ以上のユーザ端末へ送信するステップと、送信パケットのサブセットにおける１つ以上の明示的輻輳（explicit congestion, ＥＣＮ）ビットを送信前にセットするステップとを備え、ＥＣＮビットがセットされた送信パケットの割合が、ユーザ端末による１つ以上のワイヤレスリソースの使用に対して課される輻輳料金を示す。
【００１６】
これは、ワイヤレスネットワークにおいてＥＣＮを使用する一般的クレームである。従属クレームで、ＥＣＮマーキング確率を求めるための詳細が提供されている。セットするステップは、ワイヤレスネットワークにおけるデータトラフィック負荷を監視するステップと、監視されたデータトラフィック負荷の関数としてＥＣＮ設定確率を再選択するステップとさらに備え、関数は、監視されたデータトラフィック負荷が増大するにつれてＥＣＮ確率が増大するように構成される。
【００１７】
この既知のアプローチは、トラフィック負荷からＥＣＮマーキング確率を導出することを提案している。これは、図１に示すようなＥＣＮ対応ルータの通常の挙動である。
【００１８】
また、ワイヤレスリソースを使用するための輻輳料金を示す関数を使用することによってＥＣＮマーキング確率を導出することが提案されている。
【００１９】
特許文献２には、送信ノードにおける輻輳制御方法、特に、ユーザに共有無線リソースを送信するように構成されたトランシーバと、共有無線リソースの輻輳を検出した後、共有無線リソースの当該ユーザのシェアに従って共有無線リソースに割り当てられたパケットを選択的に廃棄するように構成されたパケットマーカとを備えた通信ネットワークの動作方法が記載されている。また、ユーザのシェアは、ユーザに関連づけられたリソースのコストまたは量として表すことが可能である。さらに、パケットマーカは、送信機の測定値に基づいて、ユーザに関連づけられたリソースのコストまたは量を決定するように構成されることが可能である。このように、特許文献２は、ユーザに関連づけられたリソースの量によって生じるコストによる廃棄の影響を導出することを提案しており、これは送信機のさまざまな測定値に基づくことが可能である。
【００２０】
現在のワイヤレスネットワークの動作方法を検討すると、現在のキュー長に基づく方法は、輻輳状況下でワイヤレスリソースの満足な利用を提供していないという問題がある。というのは、最適未満のワイヤレスチャネル条件のユーザは、より良好なワイヤレスチャネル条件のユーザと同じビット数を送受信するためには、比較的かなり多くのワイヤレスリソースを必要とするからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１３１７１５１Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／００６７３３５Ａ１号明細書
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】Floyd, S., and Jacobson, V., Random Early Detection gateways for Congestion Avoidance V.1 N.4, August 1993, p. 397-413
【非特許文献２】Ramakrishnan, K., Floyd, S., and D. Black, "The Addition of Explicit Congestion Notification (ECN) to IP", RFC 3168, September 2001
【非特許文献３】V. Rosolen, Bonaventure, O., and G. Leduc, A RED discard strategy for ATM networks and its performance evaluation with TCP/IP traffic, ACM Computer Communication Review, July 1999
【非特許文献４】3GPP TS 36.211 V9.0.0, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation, December 2009
【非特許文献５】3GPP TS 36.321 V9.1.0, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Medium Access Control (MAC) protocol specification, January 2010
【非特許文献６】IEEE Standard 802.16, Local and Metropolitan Area Networks - Part 16: Air Interface for Broadband Wireless Access Systems, 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
したがって、本発明の目的は、ワイヤレスネットワークの動作方法および対応するワイヤレスネットワークにおいて、輻輳条件下でもネットワークリソースの最適な利用を可能にするような改良およびさらなる展開を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明によれば、上記の目的は、請求項１の構成を備えた方法および請求項１３の構成を備えたネットワークによって達成される。
【００２５】
請求項１に記載の通り、本方法は、重み付け関数の結果に平均キュー長を結合すなわち乗算することにより、キュー管理機能内で使用するための結合輻輳寄与を求め、重み付け関数は、ワイヤレスチャネル条件に関するユーザごとの情報を考慮に入れることを特徴とする。
【００２６】
請求項１３に記載の通り、本ワイヤレスネットワークは、キュー管理機能内で使用するための結合輻輳寄与を求めるために重み付け関数の結果に平均キュー長を結合すなわち乗算する手段を備え、重み付け関数は、ワイヤレスチャネル条件に関するユーザごとの情報を考慮に入れることを特徴とする。
【００２７】
本発明によって認識されたこととして、上記の目的は、ワイヤレスチャネル条件に関するユーザごとの情報を考慮に入れることによって達成される。具体的には、重み付け関数の結果に平均キュー長を結合すなわち乗算することにより、キュー管理機能内で使用するための結合輻輳寄与を求めることができる。重み付け関数は、キュー管理における高度の個別化を行うため、上記のユーザごとの情報を考慮に入れる。求められた輻輳寄与は、ワイヤレス基地局におけるＡＱＭアルゴリズムを向上させるために使用可能である。
【００２８】
好ましくは、ユーザごとの情報は、ある情報単位を送信するためのリソース使用率および／または送信コストを含んでもよい。すなわち、本発明は、現在のワイヤレス基盤システムにおいて、ある情報単位を送信する無線リソース関連コストが輻輳の検出および管理のために考慮に入れられていないという問題を解決する。
【００２９】
好ましい実施形態において、重み付け関数は、チャネルリソース使用率を輻輳寄与の係数にマッピングしてもよい。その結果が、輻輳管理アクションを制御するために使用可能である。このアクションは、特定のアクティブキュー管理アプローチに依存してもよい。
【００３０】
このような実施形態は、特定の無線インタフェースとは独立であってもよい。すなわち、この実施形態は、ＧＰＲＳ（General Packet Radio Service）、ＵＭＴＳ、ＬＴＥ、ＷｉＭＡＸ等に適用可能である。仮定は、個々のユーザのワイヤレスリソース使用率を輻輳寄与重みにマッピングすることが可能な有用な重み付け関数が見つかることである。
【００３１】
本方法のために、さまざまな特定の重み付け関数が使用可能である。好ましい一実施形態において、重み付け関数は、ＭＣＳ（変調符号化方式）に基づいてもよい。
【００３２】
好ましくは、平均キュー長から計算されるマーキングまたは廃棄確率に、ユーザの現在のＭＣＳに基づくインデックスを乗算してもよい。原理的には、インデックスは、ＭＣＳのスペクトル効率、すなわち、１つのリソースブロックで送信されるビット数に反比例してもよい。
【００３３】
別の好ましい実施形態において、重み付け関数は、送信電力、好ましくは基地局からワイヤレス局または端末へ送信するための送信電力に基づいてもよい。
【００３４】
基地局からの端末の距離に応じて、相異なる送信電力レベルを使用可能である。例えば、基地局からの端末の距離が増大するほど、基地局および端末の両方が、より高い送信電力を使用する。これにより、干渉や消費電力が増大する可能性がある。本発明によれば、このようなコストを、輻輳への寄与として考慮することができる。
【００３５】
好ましくは、ダウンリンク上で現在使用されている送信電力が、対応するワイヤレス端末宛のパケットに対する輻輳寄与にマッピングされてもよい。
【００３６】
重み付け関数において、現在のチャネル特性は、関連する期間を反映してもよい。これは、リソース使用率を表す個々の値を時間平均することによって実現される。これにより、輻輳条件下でも、ネットワークリソースの最適な利用を提供することができる。
【００３７】
本方法を好適に実施するため、結合輻輳寄与は、パケット廃棄確率、好ましくはＲＥＤ（ランダム早期検出）のためのパケット廃棄確率を求めるために使用されてもよい。別法として、結合輻輳寄与は、輻輳マーキング確率、好ましくはＥＣＮ（明示的輻輳通知）のための輻輳マーキング確率を求めるために使用されてもよい。別の実施形態において、結合輻輳寄与は、パケット廃棄確率を求めるため、および、輻輳マーキング確率を求めるために使用されてもよい。パケット廃棄およびパケットマーキングを組み合わせた方法は、ネットワークリソースの最適な利用を可能にするために役立つ可能性がある。
【００３８】
具体的実施形態において、本方法は、ネットワークのワイヤレス基地局において実行されてもよい。しかし、他のネットワーク要素における実施も可能である。
【００３９】
本発明は、輻輳寄与を求めるためにワイヤレスチャネル条件に関する現在のユーザごとの情報を考慮に入れ、ワイヤレス基地局におけるアクティブキュー管理アルゴリズムを向上させるためにこの情報を使用するという考え方を提供する。また、輻輳マーキングのためにユーザの現在のワイヤレスリソース使用率を考慮することを提案する。本発明は、適応ＭＣＳおよび送信電力を利用して、簡単ではあるが効果的な実施を提供する。このため、ＬＴＥ基地局において、ワイヤレスリソースを考慮したアクティブキュー管理が可能となる。
【００４０】
本発明は、輻輳検出アルゴリズムのために、個々のユーザの現在の無線チャネル条件を考慮に入れることにより、ワイヤレスネットワークにおける輻輳を測定・管理するという問題を解決する。このアプローチは、輻輳への個々のユーザの現在の寄与を求めるために、個々のユーザの現在のワイヤレスリソース使用率を反映する。ＥＣＮに対応したトランスポートプロトコルを仮定すると、これによって、より良好なリンク利用が実現され、ワイヤレスリンク上の輻輳によって引き起こされる平均遅延が減少する。
【００４１】
輻輳マーキングや早期パケット廃棄（暗黙的な通知メカニズムとしての）は一般に、上記のようなアクティブキュー管理（ＡＱＭ）アルゴリズムによって実施される。これは通常、キューの状態のみを入力として使用し、相異なるフローやユーザどうしを区別しない。これにより、状態情報を最小限だけ保持すればよい簡単なアルゴリズムが得られる。しかし、無線インタフェースの場合、各ユーザごとのチャネル条件は一般に異なり、マーキングアルゴリズムは、この情報を上位層に伝達するように変更することができる。これにより、エンドシステムは、単一のフィードバック信号に基づいて、ネットワークの他の部分におけるワイヤレスチャネルおよび輻輳の両方を含む全体的な経路状態に応答することができる。
【００４２】
ＡＱＭおよび／またはＥＣＮをワイヤレス通信に適用すること自体は新規な主題ではない。しかし、マーキングおよび／または廃棄確率を求めるために、ワイヤレスリソース使用率およびキュー長をどのように考慮に入れるかが提案される。
【００４３】
本発明は、ワイヤレス基地局に対する重み付けキュー管理の改良を提案している。また、本発明は、ＥＣＮマーキングを含めて、さまざまな輻輳管理アクションを適用する可能性を提供する。従来技術（特許文献１）においては、ＥＣＮに限定して、システム全体（ＩＰセンダ、レシーバおよび中間ルータを含む）の挙動のみが考慮されている。また、従来技術では、ワイヤレスリソースを使用するための輻輳料金を表現する関数を使用することによって、ＥＣＮマーキング確率を導出することを提案している。これは、輻輳寄与を求めるためにワイヤレスチャネル条件に関するユーザごとの情報の重み付け関数とルータキュー長を結合することや、ワイヤレス基地局におけるＡＱＭアルゴリズムを向上させるためにこの情報を使用することとは異なる。
【００４４】
本発明を好ましい態様で実施するにはいくつもの可能性がある。このためには、一方で請求項１に従属する諸請求項を参照しつつ、他方で図面により例示された本発明の好ましい実施形態についての以下の説明を参照されたい。図面を用いて本発明の好ましい実施形態を説明する際には、本発明の教示による好ましい実施形態一般およびその変形例について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】代表的なＥＣＮ輻輳マーキング方法を例示する図である。
【図２】代表的なＲＥＤマーキングアルゴリズムを例示する図である。
【図３】ワイヤレス端末に対するワイヤレスリソースブロック割当てを例示する図である。
【図４】本発明によるワイヤレスネットワークの動作方法の好ましい実施形態を例示する図である。
【図５】ワイヤレス重み付けマーキングに対するマーキング率を例示する図である。
【図６】さまざまなキューイング解に対するスループット対遅延を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図３は、ワイヤレス端末に対するワイヤレスリソースブロック割当てを示している。パケットによって引き起こされる輻輳を適切に反映するため、その送信のためにどの程度のスペクトルリソースが要求されるかを考慮に入れるべきである。これは、固定ネットワークにおいてパケットがどのようにマーキングされるかとは異なる。その場合には、チャネル容量は一定であり、どのユーザのパケットが送信されるかとは独立である。例えば、図３に例示するように、セル境界に位置するユーザ（ユーザ機器ＵＥ２）と、基地局に近いユーザ（ユーザ機器ＵＥ１）について、セル境界からの送信が下位のＭＣＳを使用するため、より良好なチャネルのユーザと同じビット数を転送するためにはより多くのリソースブロックを必要とするというシナリオを考える。この場合、パケットにマーキングする確率は、チャネル条件が悪化したときには高くすべきである。
【００４７】
一般的な考え方の概観を図４に示す。重み付け関数が、ワイヤレス送信コストを何らかの形で考慮に入れ、その結果を平均キュー長と結合して廃棄／マーキング確率を生成する。これは、輻輳管理アクション、例えばＥＣＮマーキング機能によって使用される。キュー長は通常、あるトラフィッククラス内のすべてのユーザからのパケットのキュー長として定義される。キュー長は、基地局に配置されても（ダウンリンクの場合）、複数の端末に分散配置されても（アップリンクの場合）よい。後者の場合、キュー長は、端末からのバッファステータスメッセージを通じて測定可能である。
【００４８】
ＭＣＳに基づく重み付け
好ましい一実施形態として、平均キュー長から計算されるマーキング確率に、ユーザの現在の変調符号化方式（ＭＣＳ）に基づくインデックスを乗算することによって動作するワイヤレス重み付けアルゴリズムを提案する。原理的には、インデックスは、ＭＣＳのスペクトル効率、すなわち、１つのリソースブロックで送信されるビット数に反比例する。
【００４９】
結果として、図５に示すように、より良好なチャネル条件のユーザのフローのマーキング率は、より低いチャネル条件のユーザのフローのマーキング率に比べて平均として低くなる。ここで、グループ１およびグループ２というユーザの２つのグループがある。これらのグループについて、ワイヤレスチャネル条件は、異なるパターンで変動する。各ユーザはＴＣＰ上のＦＴＰ（File Transfer Protocol）を用いてデータをダウンロードし、送信すべきデータがなくなることにより送信が限られることのないように、ファイルサイズは無限とする。第１のユーザグループは、悪いチャネル条件で開始する。これは、ＢＰＳＫ（２値位相シフトキーイング）１／２による下位の変調符号化方式によってシミュレートされている。シミュレーション時間の半分経過後、このユーザグループは、６４ＱＡＭ（直交振幅変調）３／４による上位の変調符号化方式に切り替わる。他方のユーザグループは、上位の変調符号化方式で開始し、第１のグループが上位のＭＣＳに切り替わるときに、下位に切り替わる。
【００５０】
重み付きマーキングにより、マーキング率は、下位のＭＣＳに対して大幅に高くなる。ＥＣＮに対応したＴＣＰ実装を仮定すると、これにより、ＴＣＰスループットも上昇する。
【００５１】
図６は、さまざまなキュー管理の選択肢に対して、スループットと遅延との間の関係が、提供される負荷とともにどのように変動するかを示している。図からわかるように、ワイヤレス重み付きＥＣＮの場合、与えられた遅延に対するスループットは、通常のＲＥＤ−ＥＣＮよりも高くなる。
【００５２】
これは、ある程度は、公平性と全体的スループットとの間のトレードオフの問題である。この場合、ワイヤレス重み付きＥＣＮは、各ユーザのスペクトル効率におよそ比例する公平性を規定するが、標準的なＲＥＤは、ワイヤレスリソースを無視する。特許文献２は、各ユーザのリソースのシェアを使用することを提案している。
【００５３】
送信電力に基づく重み付け
端末と基地局との間のチャネル損失や信号減衰に応じて、相異なる送信電力レベルを使用可能である。例えば、基地局からの端末の距離が増大するほど、基地局および端末の両方が、より高い送信電力を使用する。これにより、干渉や消費電力が増大する可能性がある。
【００５４】
送信電力に基づく重み付けの場合、基地局に対する重み付け関数は、ダウンリンク上で現在使用されている送信電力を、対応するワイヤレス端末宛のパケットに対する輻輳寄与にマッピングする。
【００５５】
一般的な重み付け関数の方法に対する考察
輻輳寄与は、パケット（例えばＩＰパケット）レベルで作用する。すなわち、輻輳寄与は、複数のオクテットに適用される。特定の精緻化として、現在のチャネル特性が関連する期間を反映するように重み付け関数を設計することを提案する。これは、無線リソース使用率（例えばＭＣＳ）を表す個々の値を時間平均することによって実現可能である。
【００５６】
輻輳管理アクション
ここで説明した一般的方法は、アクティブキュー管理のさまざまな具体的実施に使用可能である。
【００５７】
２つの具体的な好ましい実施例として、本発明は、計算された重みを、以下のいずれかを求めるための係数として使用することを提案する。
・従来のランダム早期検出メカニズムを向上させることによる特定のユーザに対するパケット廃棄確率
・従来の明示的輻輳通知メカニズムを向上させることによる特定のユーザに対するマーキング確率
【００５８】
本発明は、輻輳寄与を求めるためにワイヤレスチャネル条件に関するユーザごとの情報の重み付け関数とルータキュー長を結合し、ワイヤレス基地局におけるアクティブキュー管理アルゴリズムを向上させるためにこの情報を使用するという考え方を提供する。輻輳重み付け関数において、ワイヤレス局の現在のＭＣＳに基づくインデックスが使用可能である。また、輻輳重み付け関数は、基地局からワイヤレス局へ送信する現在の送信電力を使用することが可能である。
【００５９】
一般的な輻輳重み付け関数は、無線リソース使用率を表す個々の値を時間平均することによって最適化可能である。
【００６０】
ＲＥＤのパケット廃棄確率および／またはＥＣＮの輻輳マーキング確率を求めるために、得られた重み付け係数を現在の平均キュー長に乗算する特定の輻輳管理アクションが提案される。
【００６１】
本発明は、ワイヤレスリソースに対応したＡＱＭを提供し、輻輳管理のためにユーザの現在のワイヤレスリソース使用率を考慮する。
【００６２】
本発明は、モバイルユーザ間で無線スペクトルの利用を改善することが可能であり、ワイヤレスネットワークにおけるネットワーク利用を改善することが可能であり、ＬＴＥにおけるベストエフォート型トラフィックに対して体感品質を改善（平均として、より低い遅延およびより高いスループット）することが可能である。
【００６３】
上記の説明および添付図面の記載に基づいて、当業者は本発明の多くの変形例および他の実施形態に想到し得るであろう。したがって、本発明は、開示した具体的実施形態に限定されるものではなく、変形例および他の実施形態も、添付の特許請求の範囲内に含まれるものと解すべきである。本明細書では特定の用語を用いているが、それらは総称的・説明的意味でのみ用いられており、限定を目的としたものではない。
【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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【国際調査報告】
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