(57)【要約】【課題】ネットワークの輻輳状態が解除されたのちに、短時間で輻輳の影響を解消する。【解決手段】ネットワークの輻輳を検知している状態で端末側から通信要求を受信した場合に、当該通信要求の受付を拒否するとともに、通信要求の再送信を抑止すべき時間幅であるバックオフタイマ値を返却する、ネットワーク装置のバックオフ制御方法であって、所定の予測モデルに基づいて、端末側からの新規の通信要求の数である新規要求信号数の時間推移を予測するステップと、直近のバックオフ制御履歴に基づいて、前記バックオフタイマ値が返却された端末から再送信される通信要求の数である再要求信号数の時間推移を予測するステップと、前記新規要求信号数と前記再要求信号数との合計値が当該ネットワークで処理可能な要求信号数を下回るであろう時刻を予測して、前記返却するバックオフタイマ値を決定し、その値を返却するステップと、を含む。【選択図】図５
2016052024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークの輻輳を検知している状態で端末側から通信要求を受信した場合に、当該通信要求の受付を拒否するとともに、通信要求の再送信を抑止すべき時間幅であるバックオフタイマ値を返却する、ネットワーク装置のバックオフ制御方法であって、
所定の予測モデルに基づいて、端末側からの新規の通信要求の数である新規要求信号数の時間推移を予測するステップと、
直近のバックオフ制御履歴に基づいて、前記バックオフタイマ値が返却された端末から再送信される通信要求の数である再要求信号数の時間推移を予測するステップと、
前記新規要求信号数と前記再要求信号数との合計値が当該ネットワークで処理可能な要求信号数を下回るであろう時刻を予測して、前記返却するバックオフタイマ値を決定し、その値を返却するステップと、
を含むことを特徴とするバックオフ制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のバックオフ制御方法において、
前記バックオフ制御履歴は、返却バックオフタイマ値別の端末数であり、
前記ネットワーク装置は、前記端末のそれぞれに前記バックオフタイマ値を返却したときに、前記返却バックオフタイマ値別の端末数を更新する、
ことを特徴とするバックオフ制御方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のバックオフ制御方法において、
前記ネットワーク装置は、
前記各ステップを、端末側から通信要求を受信する都度、個別に実行し、
前記返却するバックオフタイマ値を、前記新規要求信号数と前記再要求信号数との合計値が当該ネットワークで処理可能な要求信号数を下回るであろうと予測される時刻までの経過時間に等しく決定する、
ことを特徴とするバックオフ制御方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のバックオフ制御方法において、
前記ネットワーク装置は、
前記各ステップを、所定の単位時間の間に端末側から受信したｎ個の通信要求のうちの最初の通信要求について実行し、
前記最初の通信要求に対して返却するバックオフタイマ値を、前記新規要求信号数と前記再要求信号数との合計値が当該ネットワークで処理可能な要求信号数を下回るであろうと予測される時刻までの経過時間に等しく決定し、
残りのｎ−１個の通信要求に対して返却するバックオフタイマ値を、決定した前記最初の通信要求に対して返却するバックオフタイマ値に、所定の固定値を１回乃至ｎ−１回加算した値、または、所定の値域を有するｎ−１個の擬似乱数を加算した値、に順次決定する、
ことを特徴とするバックオフ制御方法。
【請求項５】
ネットワークの輻輳を検知している状態で端末側から通信要求を受信した場合に、当該通信要求の受付を拒否するとともに、通信要求の再送信を抑止すべき時間幅であるバックオフタイマ値を返却する、バックオフ制御装置であって、
所定の予測モデルに基づいて、端末側からの新規の通信要求の数である新規要求信号数の時間推移を予測する新規要求信号数予測部と、
直近のバックオフ制御履歴に基づいて、前記バックオフタイマ値が返却された端末から再送信される通信要求の数である再要求信号数の時間推移を予測する再要求信号数予測部と、
前記新規要求信号数と前記再要求信号数との合計値が当該ネットワークで処理可能な要求信号数を下回るであろう時刻を予測して、前記返却するバックオフタイマ値を決定し、その値を返却するバックオフタイマ制御部と、
を備えることを特徴とするバックオフ制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のバックオフ制御装置において、
前記バックオフ制御履歴は、返却バックオフタイマ値別の端末数であり、
前記返却バックオフタイマ値別の端末数を記憶する返却タイマ値別端末数記憶部を備え、
前記バックオフタイマ制御部は、前記端末のそれぞれに前記バックオフタイマ値を返却したときに、前記返却バックオフタイマ値別の端末数を更新する、
ことを特徴とするバックオフ制御装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のバックオフ制御装置において、
前記バックオフタイマ制御部は、
端末側から通信要求を受信する都度、前記返却するバックオフタイマ値を個別に決定し、
前記返却するバックオフタイマ値を、前記新規要求信号数と前記再要求信号数との合計値が当該ネットワークで処理可能な要求信号数を下回るであろうと予測される時刻までの経過時間に等しく決定する、
ことを特徴とするバックオフ制御装置。
【請求項８】
請求項５または請求項６に記載のバックオフ制御装置において、
前記バックオフタイマ制御部は、
所定の単位時間の間に端末側から受信したｎ個の通信要求のうちの最初の通信要求に対して返却するバックオフタイマ値を、前記新規要求信号数と前記再要求信号数との合計値が当該ネットワークで処理可能な要求信号数を下回るであろうと予測される時刻までの経過時間に等しく決定し、
残りのｎ−１個の通信要求に対して返却するバックオフタイマ値を、決定した前記最初の通信要求に対して返却するバックオフタイマ値に、所定の固定値を１回乃至ｎ−１回加算した値、または、所定の値域を有するｎ−１個の擬似乱数を加算した値、に順次決定する、
ことを特徴とするバックオフ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システムの輻輳対策技術に係り、特に通信端末の再発信を抑止するバックオフ制御方法及びバックオフ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報通信技術の発展に伴い、様々な新しいサービスの提供が開始されている。一方で、通信端末からの通信量も増加傾向にあり、通信量の増加に伴うコアネットワークの輻輳の深刻化といった課題が明らかになっており、輻輳対策として輻輳制御技術の検討が行われている。
【０００３】
その一例として、移動体通信ネットワークや固定通信ネットワークにおいて、人と人あるいは人とサーバとの通信のみでなく、人の手を介さずにつながるＭ２Ｍ（Machine-to-Machine）通信の発展に伴う輻輳の問題がある。Ｍ２Ｍ通信は、エレベータの遠隔監視、自動販売機の在庫管理、販売時点情報管理（ＰＯＳ：Point of Sale）システム、物流配送追跡管理システム等において既に利用されている。今後さらに、各家庭の家電機器、メータ機器、センサ機器、健康関連機器、電気自動車等にも適用対象が拡大され、Ｍ２Ｍ端末の数は、膨大な数になってゆくことが想定される。
【０００４】
仮に、自然災害などにより多数のＭ２Ｍ端末とネットワーク側との接続が一斉に切れた場合を想定すると、各Ｍ２Ｍ端末が自動で再接続動作を実行することによって、輻輳が引き起こされる懸念がある。ネットワーク側では、この輻輳を早期に鎮静化する必要があり、３ＧＰＰ（3rd  Generation Partnership Project）等で、輻輳制御に関する技術の策定及び標準化が進められている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】3GPP TS 24.301 V12.5.0, "Non-Access-Stratum (NAS) protocol for Evolved Packet System (EPS); Stage 3", 2014-06
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ネットワーク側で輻輳を鎮静化するための従来技術の一つとして、輻輳時には通信端末の発信を抑制するバックオフ制御が用いられる。図１０は従来のバックオフ制御技術についての説明図である。
【０００７】
通信端末２００Ａから発信信号にて発信要求した場合([1])、信号処理装置１００Ｂがネットワークの輻輳を検知([2])している状態では、この発信要求([1])を受け付けることができない。そのため、信号処理装置１００Ｂは、通信端末２００Ａに対して受付拒否信号を返送する([3])。この受付拒否信号([3])には、ネットワーク側が「輻輳状態」であることを示すパラメータとともに、通信端末２００Ａが再発信を抑制すべき時間幅であるバックオフタイマ値が付与される。このバックオフタイマ値は、複数の通信端末２００Ａから同時に多量の再発信要求がなされることを避けるために、所定の抑制時間幅の範囲内（例えば１５分〜３０分）でランダムな値が設定され、再発信要求のタイミングがバラつくようになっている。
【０００８】
通信端末２００Ａは、受信拒否信号([3])にて通知されたバックオフタイマ値にバックオフタイマを設定して起動し([4])、バックオフタイマがタイムアウトすると([6])再度発信要求を行う([7])。このとき、すでにネットワークの輻輳状態が解除されていれば([5])、信号処理装置１００Ｂは、この発信要求([7])を受け付けて通信端末２００Ａに対して発信受付信号を返送する([8])。
【０００９】
このような受付拒否信号([3])によってランダムなバックオフタイマ値が指示される従来の方法では、すでにネットワークの輻輳状態が解除されていてもバックオフタイマがタイムアウトするまで通信端末２００Ａから長時間発信できない可能性が高くなる。そのため、短時間で輻輳の影響を解消することができないという課題があった。
【００１０】
本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、ネットワークの輻輳状態が解除されたのちに、短時間で輻輳の影響を解消することができるバックオフ制御方法及びバックオフ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明は、ネットワークの輻輳を検知している状態で端末側から通信要求を受信した場合に、当該通信要求の受付を拒否するとともに、通信要求の再送信を抑止すべき時間幅であるバックオフタイマ値を返却する、ネットワーク装置のバックオフ制御方法であって、所定の予測モデルに基づいて、端末側からの新規の通信要求の数である新規要求信号数の時間推移を予測するステップと、直近のバックオフ制御履歴に基づいて、前記バックオフタイマ値が返却された端末から再送信される通信要求の数である再要求信号数の時間推移を予測するステップと、前記新規要求信号数と前記再要求信号数との合計値が当該ネットワークで処理可能な要求信号数を下回るであろう時刻を予測して、前記返却するバックオフタイマ値を決定し、その値を返却するステップと、を含むものとした。
【００１２】
こうすることで、ネットワークの輻輳状態が解除される時刻の予測に基づいて適切なバックオフタイマ値が決定され、短時間で輻輳の影響を解消することができる。
【００１３】
また、他の本発明は、前記のバックオフ制御方法において、前記バックオフ制御履歴は、返却バックオフタイマ値別の端末数であり、前記ネットワーク装置は、前記端末のそれぞれに前記バックオフタイマ値を返却したときに、前記返却バックオフタイマ値別の端末数を更新するものとした。
【００１４】
こうすることで、バックオフタイマ値が返却された端末から再送信される通信要求の数である再要求信号数の予測精度を向上させることができる。
【００１５】
また、他の本発明は、前記のバックオフ制御方法において、前記ネットワーク装置は、
前記各ステップを、端末側から通信要求を受信する都度、個別に実行し、前記返却するバックオフタイマ値を、前記新規要求信号数と前記再要求信号数との合計値が当該ネットワークで処理可能な要求信号数を下回るであろうと予測される時刻までの経過時間に等しく決定するものとした。
【００１６】
こうすることで、それぞれの通信要求に対して、ネットワークの輻輳状態が解除されるであろうと予測される時刻までの経過時間に等しい最小のバックオフタイマ値を決定することができる。
【００１７】
また、他の本発明は、前記のバックオフ制御方法において、前記ネットワーク装置は、前記各ステップを、所定の単位時間の間に端末側から受信したｎ個の通信要求のうちの最初の通信要求について実行し、前記最初の通信要求に対して返却するバックオフタイマ値を、前記新規要求信号数と前記再要求信号数との合計値が当該ネットワークで処理可能な要求信号数を下回るであろうと予測される時刻までの経過時間に等しく決定し、残りのｎ−１個の通信要求に対して返却するバックオフタイマ値を、決定された前記最初の通信要求に対して返却するバックオフタイマ値に、所定の固定値を１回乃至ｎ−１回加算した値、または、所定の値域を有するｎ−１個の擬似乱数を加算した値、に順次決定するものとした。
【００１８】
こうすることで、複数の通信要求に対して、要求信号数の予測処理は１回実行するだけで済むので、ネットワーク装置の処理負荷を軽減させることができる。
【００１９】
また、他の本発明は、ネットワークの輻輳を検知している状態で端末側から通信要求を受信した場合に、当該通信要求の受付を拒否するとともに、通信要求の再送信を抑止すべき時間幅であるバックオフタイマ値を返却する、バックオフ制御装置であって、所定の予測モデルに基づいて、端末側からの新規の通信要求の数である新規要求信号数の時間推移を予測する新規要求信号数予測部と、直近のバックオフ制御履歴に基づいて、前記バックオフタイマ値が返却された端末から再送信される通信要求の数である再要求信号数の時間推移を予測する再要求信号数予測部と、前記新規要求信号数と前記再要求信号数との合計値が当該ネットワークで処理可能な要求信号数を下回るであろう時刻を予測して、前記返却するバックオフタイマ値を決定し、その値を返却するバックオフタイマ制御部と、を備えるものとした。
【００２０】
こうすることで、ネットワークの輻輳状態が解除される時刻の予測に基づいて適切なバックオフタイマ値が決定され、短時間で輻輳の影響を解消することができる。
【００２１】
また、他の本発明は、前記のバックオフ制御装置において、前記バックオフ制御履歴は、返却バックオフタイマ値別の端末数であり、前記返却バックオフタイマ値別の端末数を記憶する返却タイマ値別端末数記憶部を備え、前記バックオフタイマ制御部は、前記端末のそれぞれに前記バックオフタイマ値を返却したときに、前記返却バックオフタイマ値別の端末数を更新するものとした。
【００２２】
こうすることで、バックオフタイマ値が返却された端末から再送信される通信要求の数である再要求信号数の予測精度を向上させることができる。
【００２３】
また、他の本発明は、前記のバックオフ制御装置において、前記バックオフタイマ制御部は、端末側から通信要求を受信する都度、前記返却するバックオフタイマ値を個別に決定し、前記返却するバックオフタイマ値を、前記新規要求信号数と前記再要求信号数との合計値が当該ネットワークで処理可能な要求信号数を下回るであろうと予測される時刻までの経過時間に等しく決定するものとした。
【００２４】
こうすることで、それぞれの通信要求に対して、ネットワークの輻輳状態が解除されるであろうと予測される時刻までの経過時間に等しい最小のバックオフタイマ値を決定することができる。
【００２５】
また、他の本発明は、前記のバックオフ制御装置において、前記バックオフタイマ制御部は、所定の単位時間の間に端末側から受信したｎ個の通信要求のうちの最初の通信要求に対して返却するバックオフタイマ値を、前記新規要求信号数と前記再要求信号数との合計値が当該ネットワークで処理可能な要求信号数を下回るであろうと予測される時刻までの経過時間に等しく決定し、残りのｎ−１個の通信要求に対して返却するバックオフタイマ値を、決定した前記最初の通信要求に対して返却するバックオフタイマ値に、所定の固定値を１回乃至ｎ−１回加算した値、または、所定の値域を有するｎ−１個の擬似乱数を加算した値、に順次決定するものとした。
【００２６】
こうすることで、複数の通信要求に対して、要求信号数の予測処理は１回実行するだけで済むので、ネットワーク装置の処理負荷を軽減させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ネットワークの輻輳時にネットワーク装置側の処理能力と端末からの要求トラヒック量の予測値とに基づいて最小のバックオフタイマ値を設定できるので、輻輳状態が解除されたのちに、短時間で輻輳の影響を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るネットワーク装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明に係るバックオフタイマ値の決定方法についての説明図である。
【図３】返却タイマ値別端末数記憶部の構成及びデータ例を示す図であり、（ａ）はある端末へのバックオフタイマ値返却前のデータ例、（ｂ）は当該端末へのバックオフタイマ値返却後のデータ例である。
【図４】返却タイマ値別端末数記憶部のデータから再要求信号数を予測する方法についての説明図であり、（ａ）は予測時点Ｔにおける返却タイマ値別端末数記憶部のデータ例、（ｂ）は各端末がタイムアウト後直ちに再要求を行う場合の再要求信号数の予測値、（ｃ）は安全率を１．５としたときの再要求信号数の予測値である。
【図５】一要求信号毎に要求信号数を予測して返却バックオフタイマ値を決定する処理方法のフローチャートである。
【図６】所定の単位時間に受信したｎ個の要求信号のうちの最初の要求信号に対して要求信号数を予測して返却バックオフタイマ値を決定し、残りのｎ−１個の要求信号に対する返却バックオフタイマ値は、タイマ値間の差分が固定値となるように順次決定していく処理方法のフローチャートである。
【図７】所定の単位時間に受信したｎ個の要求信号のうちの最初の要求信号に対して要求信号数を予測して返却バックオフタイマ値を決定し、残りのｎ−１個の要求信号に対する返却バックオフタイマ値は、擬似乱数を用いて決定する処理方法のフローチャートである。
【図８】一要求信号毎に要求信号数を予測して返却バックオフタイマ値を決定する処理方法をＭＭ−Ｂａｃｋｏｆｆに適用した場合の通信シーケンス図である。
【図９】単位時間に受信したｎ個の要求信号に対してまとめてバックオフタイマ値を決定する処理方法をＭＭ−Ｂａｃｋｏｆｆに適用した場合の通信シーケンス図である。
【図１０】従来のバックオフ制御技術についての説明図である。
【図１１】３ＧＰＰによって規定されている移動体通信ネットワークにおける従来のバックオフ制御方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を実施するための形態を、適宜図面を参照しながら説明する。ここでは、
３ＧＰＰによって規定されている移動体通信ネットワークにおけるバックオフ制御方法との対比により、本発明の実施形態を説明する。
【００３０】
図１１は、３ＧＰＰによって規定されている移動体通信ネットワークにおける従来のバックオフ制御方法の説明図である。図１１に示すように、３ＧＰＰでは、ＳＭ−Ｂａｃｋｏｆｆ（Session Management Backoff）、ＭＭ−Ｂａｃｋｏｆｆ（Mobility Management Backoff）、ＲＲＣ−Ｂａｃｋｏｆｆ（Radio Resource Control Backoff）の３種類のバックオフ制御機能を規定している。
【００３１】
＜ＳＭ−Ｂａｃｋｏｆｆ＞（図１１の上段の通信シーケンスを参照）
通信端末２００Ａからの発信([1])により、モビリティ制御ノード（ＭＭＥ：Mobility Management Entity）１００Ａは、ＰＤＮ（Packet Data Network）ゲートウエイ（Ｐ−ＧＷ：PDN Gateway）１００Ｃに対して通信ベアラ確立を要求する([2])。このとき、Ｐ−ＧＷ１００Ｃが輻輳を検知していると([3])、接続拒否を通知するために輻輳フラグを設定したＲｅｊｅｃｔ信号([4])をＭＭＥ１００Ａに返送する。ＭＭＥ１００Ａは、このＲｅｊｅｃｔ信号([4])を受信すると、接続拒否を通知するとともに再発信を抑制するために、通信端末２００Ａに対して、輻輳フラグとともにランダムなバックオフタイマ値を設定したＲｅｊｅｃｔ信号([5])を返送する。これにより、当該バックオフタイマ値の時間が経過してタイムアウトする（以下、「タイマ値が満了する」ともいう。）までは通信端末２００Ａからの再発信を抑制するとともに、再発信のタイミングを分散させる。
【００３２】
＜ＭＭ−Ｂａｃｋｏｆｆ＞（図１１の中段の通信シーケンスを参照）
通信端末２００Ａからのアタッチ/位置登録要求([1])を受信したＭＭＥ１００Ｂが輻輳を検知していると([2])、通信端末２００Ａに対して、輻輳フラグとともにランダムなバックオフタイマ値を設定したＲｅｊｅｃｔ信号([3])を返送する。これにより、当該タイマ値の満了するまでは通信端末２００Ａからのアタッチ/位置登録の再要求を抑制するとともに、再要求信号の送信タイミングを分散させる。
【００３３】
＜ＲＲＣ−Ｂａｃｋｏｆｆ＞（図１１の下段の通信シーケンスを参照）
通信端末２００Ａからの無線設定要求 ([1])を受信した基地局３００が輻輳を検知していると([2])、通信端末２００Ａに対して、ランダムなバックオフタイマ値を設定したＲｅｊｅｃｔ信号([3])を返送する。これにより、当該タイマ値が満了するまでは通信端末２００Ａからの無線設定の再要求を抑制するとともに、再要求信号の送信タイミングを分散させる。
【００３４】
これら３種類のバックオフ制御機能において設定されるバックオフタイマ値の範囲は、３ＧＰＰのＴＳ２４．００８で規定されており、デフォルトとしては１５分〜３０分の間で通信端末２００Ａ毎にランダムに値を設定することが推奨されている。このため、ネットワークや装置の輻輳状態が早期に解除されていても、タイマ値が満了するまでの間（最長３０分間）は通信端末２００Ａからの発信や送信が行えなくなるので、短時間で輻輳の影響を解消することができないという課題がある。
【００３５】
これに対して、本発明では、トラヒック推移予測に基づいてネットワークや装置の輻輳状態が解除されるであろう時刻を予測し、適切なバックオフタイマ値を設定することによって、輻輳状態の解除後に短時間で輻輳の影響を解消する。
【００３６】
図１に、本発明に係るバックオフ制御方法を実行するネットワーク装置（バックオフ制御装置）の構成例を、また図２に、トラヒック推移予測に基づくバックオフタイマ値の決定方法のイメージを示す。以下、図１及び図２を参照して、本発明における基本的なバックオフ制御動作について説明する。
【００３７】
図１は、本発明に係るネットワーク装置の構成例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、ネットワーク装置１００は、１または複数の端末側通信相手２００と接続される（端末との直接接続、または、アクセス装置等のネットワーク装置を介して端末に間接接続）。
【００３８】
ネットワーク装置１００は、例えば市販のコンピュータによって構成され、プログラム制御によってそれぞれの機能が具現化される機能部として、送受信部１０１、送受バッファ１０２、データ処理部１０３、信号制御部１０４を備える。送受信部１０１は、送受バッファ１０２を介してデータ処理部１０３または信号制御部１０４と端末側通信相手（以下、「端末」と略記する。）２００との間の信号の送受信を行う。
【００３９】
信号制御部１０４は、バックオフタイマ制御部１０５、新規要求信号数予測部１０６、再要求信号数予測部１０７、返却タイマ値別端末数記憶部１０８を有する。データ処理部１０３によってネットワークまたは自装置の輻輳状態が検知されると、信号制御部１０４は所定のバックオフ制御動作を開始する。そして、信号制御部１０４は、端末２００から通信要求を受信すると、当該通信要求の受付を拒否するとともに、通信要求の再発行を抑止すべき時間幅であるバックオフタイマ値を通知する信号を端末２００に返送する。
【００４０】
このとき、新規要求信号数予測部１０６は、バックオフ制御の対象となっていない端末２００から送信される単位時間当たりの新規要求信号数rT(t)を所定の予測モデルに基づいて予測する。新規要求信号数rT(t)の予測モデルはいくつか提案されているが、例えば、過去の要求信号数を数か月あるいは1年単位の長期スパンで取得することで要求信号数の時間推移の傾向を表す予測モデルを作成し、カルマンフィルタ等によりノイズを除去する方法がある。
【００４１】
また、再要求信号数予測部１０７は、返却タイマ値別端末数記憶部１０８に記憶されたバックオフタイマ値の通知履歴データ（直近のバックオフ制御履歴）を参照することで、バックオフ制御の対象となっている端末２００から送信される単位時間当たりの再要求信号数BT(t)を予測する。この予測方法の詳細については後記する。バックオフタイマ制御部１０５は、rT(t)とBT(t)とを合計した総要求信号数RT(t)が単位時間当たりの処理可能信号数C（=設備容量）を下回って輻輳状態が解除されるであろう時刻を予測し、その時刻から端末２００に返却するバックオフタイマ値を決定する。また、バックオフタイマ制御部１０５は、端末２００に通知したバックオフタイマ値に対応する返却タイマ値別端末数記憶部１０８の通知履歴データを更新（端末数をカウントアップ）する。
【００４２】
ここで決定されたバックオフタイマ値が通信要求を送信してきた端末２００に通知されると、当該端末２００はこのタイマ値が満了するまで待ってから再度通信要求を発行する。したがって、輻輳状態の解除時刻の予測精度が高ければ、タイマ値の満了後に端末２００から再発行された通信要求は直ちに受付が可能となるので、輻輳状態の影響を短時間で解消できることになる。
【００４３】
図２は、本発明に係るバックオフタイマ値の決定方法についての説明図である。このグラフは、バックオフ制御動作が行われている現時点（t=T）からのトラヒック予測値の時間的変化を概念的に示したものである。図中、水平方向の破線は、ネットワークまたはネットワーク装置１００の単位時間当たりの処理可能信号数C（=設備容量）を表している。rT(t)は、バックオフ制御の対象となっていない端末２００から送信される単位時間当たりの新規要求信号数の予測値であり、斜線を施しているBT(t)は、バックオフ制御の対象となっている端末２００から送信される単位時間当たりの再要求信号数の予測値である。この両者を合算した総要求信号数RT(t)が設備容量Cを超えると輻輳状態となってバックオフ制御動作が開始され、総要求信号数RT(t)が設備容量C以下となるように、バックオフ制御が行われる。
【００４４】
図２では、現時点（t=T）で実際の総要求信号数が設備容量Cを超えているので、設備容量Cを超える分の要求信号に対してバックオフ制御を適用する必要がある。ここでは、現時点（t=T）から新規要求信号数rT(t)の減少が続き、時間T0後（t=T+）に総要求信号数RT(t)が設備容量Cを下回るものとすると、現時点（t=T）でバックオフ対象とする要求信号は時間T0後（t=T+T0）に受け入れが可能となる。そこで、総要求信号数RT(t)が設備容量Cを下回るこの時間T0をバックオフタイマ値として設定し、新たにバックオフ制御の対象とする端末２００に返送する。これにより、輻輳時には常にネットワークまたはネットワーク装置の処理能力を最大限に利用しつつバックオフ制御が可能となり、短時間で輻輳の影響を解消することが可能となる。
【００４５】
なお、タイマ値T0を決定する際には、トラヒック予測の過小評価を防止する観点から、所定の安全率ω（１以上の値）を適用してωRT(t)と設備容量Cとを比較するものとしてもよい。安全率ωの決定方法はいくつかあるが、例えば、直近のｎ秒間の予測結果RT(t)と実際の要求信号数とを比較し、予測結果RT(t)を上回った場合にはその平均値または最大値に基づいて安全率ωの値を算出することができる。具体的には、実際の要求信号数が平均で予測結果RT(t)のX割増であった場合には、ω=1.Xとしてもよいし、実際の要求信号数の最大値が予測結果RT(t)のY倍であった場合には、ω=Yとしてもよい。また、安全率ωを、長期的な傾向に基づいて決定した固定値にしてもよい。あるいは、安全率ωの代わりに、実際の要求信号数と予測結果RT(t) との差分の平均値mを求め、RT(t)+mと設備容量Cとを比較するものとしてもよい。
【００４６】
図３は、返却タイマ値別端末数記憶部の構成及びデータ例を示す図であり、（ａ）はある端末へのバックオフタイマ値返却前のデータ例、（ｂ）は当該端末へのバックオフタイマ値返却後のデータ例である。
【００４７】
図３に示すように、返却タイマ値別端末数記憶部１０８には、バックオフタイマ値の通知履歴として、返却されるタイマ値（X秒後）別に信号再送信予定端末数が記憶される。この信号再送信予定端末数は、バックオフタイマ制御部１０５によって決定されたバックオフタイマ値が端末２００に返却される毎に、そのタイマ値に該当するデータが１ずつカウントアップされて更新される。例えばある端末２００にバックオフタイマ値Ｎを返却するものとすると、図３（ａ）のデータ例のように、返却前は「０」となっていたＮ秒後の信号再送信予定端末数は、図３（ｂ）のデータ例のように、バックオフタイマ値返却後は「１」に更新される。
【００４８】
図４は、返却タイマ値別端末数記憶部のデータから再要求信号数を予測する方法についての説明図であり、（ａ）は予測時点Ｔにおける返却タイマ値別端末数記憶部のデータ例、（ｂ）は各端末がタイムアウト後直ちに再要求を行う場合の再要求信号数の予測値、（ｃ）は安全率を１．５としたときの再要求信号数の予測値である。
【００４９】
図４（ａ）に示すように、予測時点Ｔにおける返却タイマ値別端末数記憶部１０８に記憶されている信号再送信予定端末数が、１秒後に「８」、２秒後に「１２」、・・・となっているものとする。このとき、返却タイマ値別端末数記憶部１０８に記憶されているデータを読み出すことで、図４（ｂ）に示すように、再要求信号数BT(t)を、BT(T+1)=8、BT(T+2)=12、・・・と予測する。また、例えば再要求信号数についての安全率ωＢを１．５とした場合には、再要求信号数予測部１０７は、それぞれの値を1.5倍することで、図４（ｃ）に示すように、再要求信号数BT(t)を、BT(T+1)=12、BT(T+2)=18、・・・と予測する。
【００５０】
続いて、図２を用いて前記したバックオフタイマ値の決定方法を一要求信号毎に適用する基本的な処理方法に加え、その変形例として所定の単位時間に受信したｎ個の要求信号のうちの最初の要求信号にのみ前記の決定方法を適用する方法について説明する。後者の方法には、さらに、残るｎ−１個の要求信号に対するバックオフタイマ値を、固定の時間幅を空けて順次設定する方法と、所定の値域を有する擬似乱数を順次加えていく方法とがある。
【００５１】
図５は、一要求信号毎に要求信号数を予測して返却バックオフタイマ値を決定する処理方法のフローチャートである。
【００５２】
輻輳状態を検出しているネットワーク装置１００が、端末２００から現在時刻Ｔに要求信号を受信すると（ステップＳ５１）、ネットワーク装置１００は、ステップＳ５２〜Ｓ５６の処理によってバックオフタイマ値Ｉを確定する。そして、ネットワーク装置１００は、ステップＳ５８にてこのタイマ値Ｉを受付拒否信号に設定して端末２００に返却することにより、端末２００からの再発信を抑制する。
【００５３】
ステップＳ５２にて、バックオフタイマ制御部１０５は、予測時刻を更新するためのカウンタｉを「０」に設定する。ステップＳ５３では、バックオフタイマ制御部１０５は、総要求信号数の予測値RT(T+i)を算出する。このRT(T+i)は、新規要求信号数予測部１０６が予測したバックオフ未適用端末からの新規要求信号数rT(T+i)と、再要求信号数予測部１０７が予測したバックオフ適用中端末からの再要求信号数BT(T＋i)とを合計することによって算出される。
【００５４】
続くステップＳ５４では、バックオフタイマ制御部１０５は、安全率ωを加味して算出したRT(T+i)の値が輻輳装置の設備容量Cよりも大きいか否かを判定し、大きければステップＳ５５（Yes側）に、そうでなければステップＳ５６（No側）に処理を進める。ステップＳ５５では、バックオフタイマ制御部１０５は、カウンタｉの値をインクリメントしたのち、ステップＳ５３に処理を戻してRT(T+i)の値がC以下になるまで同様の処理を繰り返す。
【００５５】
ステップＳ５６では、バックオフタイマ制御部１０５は、その時点のカウンタｉの値をバックオフタイマ値Ｉとして確定する。バックオフタイマ制御部１０５は、続くステップＳ５７にて、返却タイマ値別端末数記憶部１０８の当該タイマ値Ｉに該当するデータを更新（端末数をインクリメント）したのち、ステップＳ５８にて要求元の端末２００に当該タイマ値Ｉを返却して処理を終了する。
【００５６】
図６は、所定の単位時間に受信したｎ個の要求信号のうちの最初の要求信号に対して要求信号数を予測して返却バックオフタイマ値を決定し、残りのｎ−１個の要求信号に対する返却バックオフタイマ値は、タイマ値間の差分が固定値となるように順次決定していく処理方法のフローチャートである。
【００５７】
輻輳状態を検出しているネットワーク装置１００が、現在時刻Ｔから始まる所定の単位時間（TからT+1の間）にｎ個の要求信号を受信すると（ステップＳ６１）、ネットワーク装置１００は、ステップＳ６２〜Ｓ６６の処理によって代表タイマ値Ｉを確定する。代表タイマ値とは、当該単位時間にネットワーク装置１００が受信した最初の要求信号に対して返却されるバックオフタイマ値である。この代表タイマ値Ｉを確定する処理は、図５のステップＳ５２〜Ｓ５６の処理と同じであるので、詳細な説明を省略する。
【００５８】
ステップＳ６６にて代表タイマ値Ｉを確定したのち、バックオフタイマ制御部１０５は、ステップＳ６７にて、残るｎ−１個の要求信号のそれぞれに対して返却するｎ−１個のバックオフタイマ値を確定する。このとき、２番目以降に受信した要求信号に対して返却するバックオフタイマ値は、端末２００からの一斉再要求を回避するために、代表タイマ値Iに所定の固定値Aを順次加算していく。したがって、ｎ番目に受信した要求信号に対して返却されるバックオフタイマ値は、I+(n-1)Aとなる。なお、固定値Aの値は、システム運用開始前でも運用中でも適宜変更可能であり、ネットワークまたはネットワーク装置１００の設備容量C、収容端末数、再要求信号数等から最適値を決定することが好ましい。
【００５９】
続くステップＳ６８では、バックオフタイマ制御部１０５は、返却タイマ値別端末数記憶部１０８の確定したすべてのタイマ値に該当するデータを更新（端末数をインクリメント）したのち、ステップＳ６９にて各要求信号毎にそれぞれ確定したタイマ値を要求元の端末２００に返却して処理を終了する。
【００６０】
以上説明したように、この処理方法では、複数の通信要求に対して、要求信号数の予測処理は１回実行するだけで済むので、ネットワーク装置１００の処理負荷を軽減させることができる。
【００６１】
図７は、所定の単位時間に受信したｎ個の要求信号のうちの最初の要求信号に対して要求信号数を予測して返却バックオフタイマ値を決定し、残りのｎ−１個の要求信号に対する返却バックオフタイマ値は、擬似乱数を用いて決定する処理方法のフローチャートである。
【００６２】
図７のステップＳ７１〜Ｓ７９の処理は、ステップＳ７７を除いて図６のステップＳ６１〜Ｓ６９の処理とに示した処理方法と同じであるので、詳細な説明を省略する。ステップＳ７７では、残るｎ−１個の要求信号のそれぞれに対して返却するｎ−１個のバックオフタイマ値を確定する。このとき、ｎ番目に受信した要求信号に対して返却するバックオフタイマ値は、代表タイマ値Iに所定の値域を有する擬似乱数αn-1を加算した値とする。なお、擬似乱数の値域は、システム運用開始前でも運用中でも適宜変更可能であり、ネットワークまたはネットワーク装置１００の設備容量C、収容端末数、再要求信号数等から最適値を決定することが好ましい。
【００６３】
図８及び図９には、図１１を用いて前記した従来のバックオフ制御技術の１つであるＭＭ−Ｂａｃｋｏｆｆに、本発明を適用した場合の通信シーケンスの例を示す。このうち、図８は、一要求信号毎に要求信号数を予測して返却バックオフタイマ値を決定する処理方法を適用した場合の通信シーケンスの例である。また、図９は、単位時間に受信したｎ個の要求信号に対してまとめてバックオフタイマ値を決定する処理方法を適用した場合の通信シーケンスの例である。
【００６４】
図８では、本発明のネットワーク装置としての機能を有するモビリティ制御ノード（ＭＭＥ）１００Ａは、受信した一要求信号（アタッチ/位置登録）毎、つまり通信端末２００Ａ毎に、個別に要求信号数の推移を予測する。それにより、個々のバックオフタイマ値（推移予測バックオフタイマ値と表記）を決定し、Ｒｅｊｅｃｔ信号によってその値を要求元の通信端末２００Ａに返送する。なお、図８には、ｍ台の通信端末２００Ａに対してバックオフ制御が行われる場合の通信シーケンスを示している。
【００６５】
図９では、本発明のネットワーク装置としての機能を有するモビリティ制御ノード（ＭＭＥ）１００Ａは、通信端末２００Ａから所定の単位時間送信されるｎ個の要求信号（アタッチ/位置登録）に対して、１回だけ要求信号数の推移を予測する。それにより、ｎ個のバックオフタイマ値（推移予測バックオフタイマ値と表記）をまとめて決定し、Ｒｅｊｅｃｔ信号によってそれらの値をそれぞれの通信端末２００Ａに通知する。このとき、最初に受信した要求信号に対して要求信号数の推移予測に基づいて代表タイマ値Ｉを決定し、ｎ番目に受信した要求信号については、代表タイマ値Ｉにの固定値Aをｎ−１回または擬似乱数αｎ−１を加算することによって算出する。なお、図９には、ｎ台の通信端末２００Ａに対してまとめてバックオフ制御が行われる場合の通信シーケンスを示している。
【００６６】
ここでは、ＭＭ−Ｂａｃｋｏｆｆに、本発明を適用した場合の通信シーケンスの例を示したが、本発明は、図１１を用いて前記した従来のバックオフ制御技術であるＳＭ−ＢａｃｋｏｆｆやＲＲＣ−Ｂａｃｋｏｆｆにも同様に適用することができる。
【００６７】
以上にて本発明を実施するための形態の説明を終えるが、本発明の実施の態様はこれに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各種の変形が可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６８】
１００  ネットワーク装置（バックオフ制御装置）
１００Ａ  モビリティ制御ノード（ＭＭＥ）
１０１  送受信部
１０２  送受バッファ
１０３  データ処理部
１０４  信号制御部
１０５  バックオフタイマ制御部
１０６  新規要求信号数予測部
１０７  再要求信号数予測部
１０８  返却タイマ値別端末数記憶部
２００  端末側通信相手（端末）
２００Ａ  通信端末（端末）
３００  基地局
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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