(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間フレーマを含む、ポイントツーマルチポイント無線ネットワークのための基地局であって、前記層間フレーマが、キューイングモジュールとダウンリンクフレーマの直列接続を含み、前記ダウンリンクフレーマが、ダウンリンクを介して伝送すべき次フレーム中の実際の未使用シンボルの数を段階的に伝送するために、前記キューイングモジュールへのフィードバックループを備え、前記キューイングモジュールが、次フレーム中に含めるためにどの情報パケットを前記ダウンリンクフレーマに転送するべきかを段階的に決定することができ、その決定が前記ダウンリンクフレーマが受け取った実際の未使用シンボルの数に依存する、ポイントツーマルチポイント無線ネットワークのための基地局。
【請求項２】
前記キューイングモジュールが、優先度が異なるサービス品質パラメータを中間で記憶するための少なくとも２つのキューを含み、次フレーム中に含めるためにどの情報パケットを前記ダウンリンクフレーマに転送するべきかを決定することができ、その決定が、前記ダウンリンクフレーマが受け取った実際の未使用シンボルの数、サービス品質パラメータの優先度、および対応する、中間で記憶された転送すべき情報パケットの長さに依存する、請求項１に記載の基地局。
【請求項３】
前記キューイングモジュールが、プロセッサと、異なるサービス品質パラメータを中間で記憶するための少なくとも２つのキューを含む、請求項１に記載の基地局。
【請求項４】
前記情報パケットがＱＰＳＫおよび／またはＱＡＭ変調データパケット、および／またはＱＰＳＫおよび／またはＱＡＭ変調ＩＰパケットである、請求項１に記載の基地局。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高度マルチポイントアクセスシステム、特にＬＭＤＳシステムのためのＩＰプラットフォームに関する。本発明は、参照により本明細書に組み込む、本願の優先権主張の基礎をなす欧州特許出願第０１４４０４０５．７号に基づくものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＭＤＳシステムでは、各ダウンリンクバーストがネットワーク終端装置に個別の変調／コーディング（物理層）スキーム（ａ  ｎｅｔｗｏｒｋ  ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｃｏｄｉｎｇ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｌａｙｅｒ）ｓｃｈｅｍｅ）を使用しているために、ダウンリンクの帯域幅またはデータ速度が時間とともに絶えず変化している。ダウンリンクのデータ速度が一定でないため、上位層（ＩＰ）の機能は、サービス優先度を重視したトラフィック整形を行うことができない。基地局内のキューイング機能ブロックは、与えられたＩＰトラフィックをバッファリングしなければならず、様々なサービス優先度を考慮しなければならない。また、フレーマ機能ブロックは、ダウンリンクフレームを生成しなければならない。問題は、フレーマが与えられた負荷のＱｏＳ（サービス品質）要件について何も知らず、またＱｏＳキューイングも、実際に利用可能なダウンリンクの帯域幅またはデータ速度に関して何も知らないことである。これは、ダウンリンク無線経路においてＱｏＳが失われることにつながる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、層間フレーマを含む、ポイントツーマルチポイント無線ネットワーク、特にＬＭＤＳのための基地局であって、前記層間フレーマが、キューイングモジュールとダウンリンクフレーマの直列接続を含み、前記ダウンリンクフレーマが、ダウンリンクを介して伝送すべき次フレーム中の実際の未使用シンボルの数を段階的に伝送するために、前記キューイングモジュールへのフィードバックループを備え、前記キューイングモジュールが、次フレーム中に含めるためにどの情報パケットを前記ダウンリンクフレーマに転送するべきかを段階的に決定することができ、その決定が前記ダウンリンクフレーマが受け取った実際の未使用シンボルの数に依存する、ポイントツーマルチポイント無線ネットワーク、特にＬＭＤＳのための基地局の特許を請求するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の有利な一実施形態では、前記キューイングモジュールが、優先度が異なるサービス品質パラメータを中間で記憶するための少なくとも２つのキューを含み、次フレーム中に含めるためにどの情報パケットを前記ダウンリンクフレーマに転送するべきかを決定することができ、その決定が、前記ダウンリンクフレーマが受け取った実際の未使用シンボルの数、サービス品質パラメータの優先度、および対応する、中間で記憶された転送すべき情報パケットの長さに依存する。
【０００５】
本発明のさらなる有利な一実施形態では、キューイングモジュールは、プロセッサ、および異なるサービス品質パラメータを中間で記憶するための少なくとも２つのキューを含む。
【０００６】
キューは、例えばメモリやＲＡＭのような記憶手段を含む。プロセッサは、例えば、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロプロセッサ、サーバ等である。プロセッサは、決定プロセスを実行するために、例えば、特定のソフトウェア、例えばプログラミング言語、ＣまたはＣ＋＋で書かれたコンピュータプログラムによってプログラムされる。決定プロセス機能は、例えば決定ロジックを使用したハードウェアソリューションによって実装することもできる。
【０００７】
本発明のさらなる有利な一実施形態では、情報パケットは、ＱＰＳＫおよび／またはＱＡＭ変調データパケット、および／またはＱＰＳＫおよび／またはＱＡＭ変調ＩＰパケットである。
【０００８】
ＱＡＭ変調パケットは、例えば１６ＱＡＭおよび／または６４ＱＡＭなどでよい。情報パケットは、さらに、例えばＦＥＣまたはＣＲＣ（ＦＥＣ＝前進型誤訂正）を使って符号化することができる。
【０００９】
ＬＭＤＳシステムでは、情報パケットは、基地局から少なくとも１つの加入者交換局に無線で送信される。基地局は、例えば、ＩＰネットワークに接続され、ＩＰパケットを送信および受信する。パケットの伝送には少なくとも３つの層が使用される。ＰＨＹ層は、パケットの変調および符号化情報を含む。ＭＡＣ層は、認可メッセージのようなＭＡＣ情報を含む。ＩＰ層は、様々な種類のパケットカテゴリー／クラスの優先度、例えばベストエフォート、データ速度保証などを挿入するサービス品質情報を含む。基地局は、異なるＱｏＳクラスを選択するためのＩＰクラシファイアを含む。対応するパケットは、中間で記憶される。中間で記憶されたパケットのうちどれを最初にダウンリンクフレーマに転送するかという決定が、キューイングモジュールにおいてなされる。通常、高優先度のパケットが最初にサービスされる。無線で送信する新しいフレームを埋めるために、フレーマは、実際の未使用シンボルの数をキューイングモジュールに示される。フレームは、最初は空であり、したがってキューイングモジュールには最大数が伝送される。キューイングモジュールは、優先度が最も高く、かつ中間で最も長く記憶されているパケットを選択し、それをダウンリンクフレーマに伝送する。ダウンリンクフレーマは、送信すべき次のフレーム中の実際の未使用シンボルの数（最大数から受け取ったパケットのシンボルを差し引いた数に相当する）を決定し、この数をキューイングモジュールに伝送する。この手順は、次のフレームが満たされるまで続く。次のフレームが無線で加入者交換局に伝送され、伝送すべきその次のフレームについて同じプロシージャが開始する。優先度が最も高いパケットが未使用フレームの残りに収まらない場合、キューイングモジュールは、長さがより短い、例えば異なる変調のパケットを選択することができる。これは、低優先度パケットのこともあり得る。中間で記憶されているパケットをどのように転送するかを決定するプロセスは、例えば、最初に、例えば優先度が最も高い１０パケット、次に優先度がそれよりも低い３パケット、その次に優先度が最も低い１パケットを伝送することによってすべてのＱｏＳクラスの転送を保証するなどの、特定のアルゴリズムであることも可能である。フレームの残りは、そのギャップに収まるパケットで満たすことができる。
【００１０】
本発明は、特に、１つの層間フレーマの中でフレーミング機能およびＩＰ層機能を結合することを提案する。両方の情報を結合することによって、マルチ変調およびマルチ符号化環境の場合のＱｏＳの提供を保証する。
【００１１】
ＱｏＳキューサーバは、常に、利用可能なデータフレームのビットの実際の量をフレーマから知らされており、したがって、ＱｏＳキューサーバは、転送すべき次のＩＰパケットまたはパケットの一部を決定することができる。この決定は、常に、サービス優先度という側面に基づいている。ダウンリンクフレームが満たされるとすぐに−最大ダウンリンクフレームレートが、常に、層間フレーマ中の内部処理よりも遅いと想定する−ＱｏＳサーバは、データの送達を停止する。ぎりぎりの時間に−次のダウンリンクフレームを満たすのに十分な時間があることを意味する−ＱｏＳサーバは、再び、次のダウンリンクフレームのＩＰパケット（フラグメント）の決定および送達を開始する。（ＩＰ）パケットを分類することにより、データベースの支援を受けて、フレーマの処理に必要とされるすべてのＱｏＳ、ＭＡＣおよびＰＨＹパラメータを確かめることができる。これらの値、およびデータパケットの記憶位置は代表パケットの中に挿入され、この代表パケットは専用論理キューに転送される。この転送と同時に、データパケットは、中央ＣＳＬパケットメモリ中に記憶される。重み付きキューイング＆データパケット読取りプロセッサモジュールは、自分のキューの１つからデータパケットを選択し、次いで、フレーミングサブモジュールに、専用ＴＣＬパケットペイロードに正確に収まるデータパケットの部分の供給を開始する。この処理に必要なすべての情報は代表パケットに記載される。
【００１２】
ＱｏＳの提供、例えばサービスまたはフロー優先サービスは、可変リンク速度環境、例えばマルチ変調および／またはマルチ符号化環境（データ受信者に依存する変調符号化）で可能である。
【００１３】
本発明は、優先度付きパケット転送を可能にし、また、共用メモリのコンセプトを適用するため、最小容量のメモリスペースしか必要としない。複雑さが低減されたダウンリンクフレーマを使用することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、ＩＰベースのローカルマルチポイントディストリビューションサービス（ＬＭＤＳ）システム（基地局および加入者交換局を含む）内の、この固定広帯域無線アクセスネットワークでＱｏＳを提供するために必要とされる機能を説明する。差異化サービスアーキテクチャが適用されることを想定している。指定された機能は、ネットワーク階層化モデルの階層化に従って、また、それらのロケーションに従って構造化されている。説明している機能は、異なるサービスレベル合意（Ｓｅｒｖｉｃｅ  Ｌｅｖｅｌ  Ａｇｒｅｅｍｅｎｔｓ）のマルチプロバイダおよび複数加入者環境も対象とする。以下はさらに、（ＩＰ）パケットベースのＬＭＤＳシステムに必要とされる機能を説明する。本明細書では、従来のアプリケーション、およびＱｏＳを意識しているアプリケーションのサービス品質（ＱｏＳ）を保証する、ＭＡＣおよび（ＩＰ）ネットワーク層の機能に焦点を当てている。そのため、ＱｏＳ機能を追加するために差異化サービスアーキテクチャを適用している。代替の統合サービスアーキテクチャは、その重要なスケーラビリティ上の問題のために考慮しなかった。しかし、それでも、本発明はこの代替アーキテクチャにも適用可能である。
【００１５】
異なる代替ソリューションを、様々な層において説明する。
【００１６】
ローカルマルチポイントディストリビューションサービス（ＬＭＤＳ）システムは、多数の固定利用者とバックボーンネットワークの間に無線双方向広帯域接続を提供することを目的としている。バックボーンネットワークは、公衆ネットワークでも私設ネットワークでもよい。
【００１７】
図１は、ローカルマルチポイントディストリビューションシステムの概観を示す。
【００１８】
バックボーンネットワークと無線リンクの間のインタフェースは、基地局ＢＳによって提供される。利用者側では、加入者交換局ＳＳが、無線リンクと利用者ネットワークの間のインタフェースを提供する。ＬＭＤＳは、バースト性データサービスと固定ビットレートサービスのミックスを可能にするマルチサービスプラットフォームであり、記載の実施形態では、ネットワーク層はＩＰに基づく。アプリケーション要件に応じて必要な品質が提供されるように、異なるサービス品質（ＱｏＳ）クラスがサポートされる。例えば、リアルタイムの音声アプリケーションは、ファイル転送よりも遅延および遅延ジッタが少なくなければならない。様々なデータフローを適切な諸サービスクラスで転送するために、差異化サービスアーキテクチャが使用される。
【００１９】
ＭＡＣプロトコルは、最適な方法で無線チャネルリソースを共用することを可能にする。特に、無線チャネルが複数の利用者によって使用される、利用者から基地局への方向においては、ＭＡＣプロトコルが競合および帯域幅の割振りを解決する。ＭＡＣプロトコルは、同じ媒体を目指して競合する様々な並行するアプリケーションのＱｏＳ要求に応じて、無線チャネルへのアクセスを提供する。
【００２０】
図１には、分散する何人かの利用者が、無線リンクを使って転送および交換ネットワークにアクセスし、それによってインターネット、彼らの私設イントラネット（ＶＰＮ）、および公衆または私設電話システムにアクセスした場合の例を示す。この例では、利用者ｘ、ｙ、ｚは、様々な接続が、必要なＱｏＳを得て、かつ互いに妨害しないことを保証する共用ＳＳによって、無線リンクにアクセスしている。この例で何人かの利用者はまた、通常、下流方向においては上流方向においてよりもずっと広い帯域幅を持つ非対称接続を必要とし、また、通常、この例の何人かの利用者が私設または公衆電話システムにアクセスしている、ＩＰアプリケーションによる音声の場合ほど高いサービス品質を必要としない高速インターネットアクセスを行っている。
【００２１】
ＩＰベースのＬＭＤＳの要件：
ＩＰベースのＬＭＤＳシステムの要件は、以下のように簡単に要約することができる。
−従来のアプリケーションおよびＱｏＳを意識しているＩＰアプリケーションのサービス品質
−差異化サービスのサポート
−ＬＭＤＳシステム
−同じＳＳのＬＡＮインタフェースに関して独立した契約をしている複数のユーザまたはユーザグループのサポート
−ＩＰフローおよびサービスフローのＩＤごとのポリシー機能のサポート
−ＳＳモードは、ＧＰＴ（端末ごとの認可）またはＧＰＣ（接続ごとの認可）であってよい
−サービス優先度を重視した高速かつ公平なリソース配分
【００２２】
収束副層（ＣＳＬ）の機能：
収束副層は、与えられたデータパケットをＣＳＬパケット中にカプセル化し、それによってＭＡＣ層が様々な上位層のトラフィックタイプをトンネルできるようにする。ＣＳＬ機能は、アップリンクおよびダウンリンクに共通である。本明細書は、ＩＰパケットを収束副層（ＣＳＬ）パケットにカプセル化することに重点を置いている。
【００２３】
フラグメンテーションは、収束副層ペイロードの一部が２つ以上のＭＡＣ  ＰＤＵに分割されるプロセスである（図２）。誘導されたＭＡＣサービスデータ単位（ＭＳＤＵ）の長さは、利用可能な帯域幅を有効に使用できるように、可変であることも可能である（アップリンク）。
【００２４】
図２は、収束副層（ＣＳＬ）の機能を示す。ＣＳＬパケットを、黒枠の箱として示している。箱はＣＳＬヘッダで構成される。
【００２５】
ＭＡＣ層の機能：
ダウンストリームおよびアップリンク方向では、ＭＡＣ層の機能ブロック（図３）は、必要とする制御信号（接続ＩＤ  ＣＩＤ、フラグメンテーション制御ＦＣ、フラグメントシーケンス番号ＦＳＮ）を伴うＣＳＬパケットから、フラグメント（ＭＡＣサービスデータ単位）を受け取り、これらをＭＡＣ  ＰＤＵ中に収める。
【００２６】
図３は、ＭＡＣサービスデータ単位がどのようにＭＡＣ  ＰＤＵ中に挿入されるかを示す。
【００２７】
ＴＣＬ層の機能：
ＭＡＣ  ＰＤＵは、コードワードに収まるように、セグメントに分割される。（最後の）セグメントが小さすぎる場合は、バイトスタッフィング（ｂｙｔｅ  ｓｔｕｆｆｉｎｇ）が使用される（図３参照）。セグメントは、ＴＣＬパケットが最初またはそれに続くＭＡＣ  ＰＤＵセグメントを伴うかどうかを示すポインタとともに、ＴＣＬパケット中に挿入される。最後のＭＡＣ  ＰＤＵセグメントを伴うＴＣＬパケットがスタッフィングバイトを含む場合、ポインタは最初のスタッフィングバイトをマークする。
【００２８】
図４は、伝送収束層を示す。
【００２９】
物理層の機能：
この実施形態では、ＦＤＤ／ＴＤＭの変形形態が最も興味深いと考えられるため、それに重点を置いている。ＴＣＬパケットは、バースト記述テーブル内に定義されているコーディング戦略で符号化される。適用するバーストコーディング（ｂｕｒｓｔ  ｃｏｄｉｎｇ）の選択は、ダウンリンクマップ（ＤＬマップ）中の索引（ダウンリンク内部利用コード−ＤＩＵＣ）を使用して行う。ダウンリンクバースト（図５）は、次いで、スクランブルされ、同じくバースト記述に従って、シンボルにマップされる。結果として得られるＰＬシンボルコードワードは、適当な位置でダウンリンクフレーム中にマップされる。このダウンリンクフレームは、２つの必須かつ可変サイズのフィールド（ＰＨＹおよびＭＡＣ）と、それに続く、４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ用の任意かつ可変サイズのペイロードエリアを有する。
【００３０】
図５は、ダウンリンクの物理層の機能を示す。
【００３１】
図６は、アップリンクの物理層の機能を示す。
【００３２】
この機能は、ＰＬシンボルコードワードがＵＬ  ＰＬバーストに挿入されることを除き、ダウンリンクの機能にきわめて似ている。バースト記述も、上流の内部利用コード（ＵＩＵＣ）によって索引される、バースト記述テーブルによって与えられる。ダウンリンクフレームのＭＡＣ制御フィールド中に配置されているアップリンクマップＭＡＣメッセージ内において、ＳＳは、それらの認可情報を得る。この認可情報は、接続ＩＤ、ＵＩＵＣおよびアップリンクのバーストサイズを提示する。ＭＡＣ  ＰＤＵは、複数のアップリンクバーストで転送され得る。
【００３３】
ＢＳおよびＳＳの機能の概観：
図７は、ダウンリンクおよびアップリンクのデータ経路に分離されたＢＳおよびＳＳの機能の概観を示す。ＬＭＤＳシステムのＱｏＳの挙動に大きな影響を与える機能は、太字で印刷してある。図は、主要（データフロー関連）機能を含めて、４種類の象限を示す。ダウンリンクまたはアップリンクの矢印を辿ると、プロセスの順序がわかる。
【００３４】
ＢＳのダウンリンクの機能仕様（ＳＷ）：
図８には、ＩＰベースの基地局を示す。これは、以下の主な機能ブロックを含む。
【００３５】
ＩＰ／パケット層ブロック
この機能ブロック内では、コアネットワークから受け取ったＩＰパケットは、最初に、ＩＰおよび／または転送プロトコル（ＵＤＰ、ＴＣＰ）の専用ヘッダフィールドを使って分類される−３層および４層の処理。ＩＰパケットの分類は、抽出した情報を使ってデータベースをアドレス指定することにより行われる。そのように分類されたＩＰパケットは、ＩＰパケットの個々のヘッダを前に付加する収束副層ブロックに転送される。これによって、この収束副層パケットの次の処理ステップにおいて、伴うプロトコル（ＩＰ、ＡＴＭなど）とは無関係に一般的な処理を行うことが可能になる。このパケットは、専用サービス優先度／クラスに対応する専用パケットキューに記憶される。キューが輻輳した場合、パケット廃棄アルゴリズムがパケットの受け入れについて決定する。ダウンストリームのフレームペイロードフィールドは、サービス優先キューからのデータで満たされる。重み付きキューサーバは、データセグメントがキューから取り出される順番を決定する。
【００３６】
収束副層（ＣＳＬ）ブロック
純粋にＩＰベースのシステムでは、収束副層ブロックは何の機能も持たない。それでも、このブロックが、ＣＳＬヘッダを前に付けることによってＩＰパケットをＣＳＬパケットにフレーム化し、それによって、異なるプロトコルを区別することが可能になると考えられる。ＣＳＬヘッダを前に付ける機能は、すべてのプロトコルパケットに共通なパケットキューイング要件により、ＩＰ／パケット層ブロックに移動される。ＣＳＬフラグメンテーション機能は、この処理ブロック内に残る。
【００３７】
ＭＡＣ層ブロック
ＩＰ分類のさらなる成果が、ＭＡＣ接続ＩＤである。（ＩＰ）パケットは、このＭＡＣ接続内で転送される。ＭＡＣブロックは、（ＩＰ）パケットフラグメントを受け取り、それらをＭＡＣ  ＰＤＵペイロード中に挿入する。一方、ＭＡＣＣＩＤは、対応するＭＡＣ  ＰＤＵのヘッダフィールド中に置かれる。さらに、フラグメンテーション制御およびシーケンス番号がＭＡＣヘッダに追加され、ＣＳＬパケットのリアセンブリが可能になる。
【００３８】
伝送収束層
ＭＡＣブロックから受け取ったＭＡＣ  ＰＤＵは、無線インタフェースを介して、コード化せずに伝送することはできない。したがって、ＴＣＬは、ＭＡＣ  ＰＤＵをコードワードに収まるデータ部分にセグメント化しなければならない。任意のＴＣＬセグメントに適用することができる複数のコーディングが定義されている。
【００３９】
物理層
物理層の機能には、コードワードの生成およびコードワードのスクランブリングが含まれる。これらのコードワードは、ＭＡＣメッセージコードワードおよび物理層メッセージコードワードとともに、ダウンリンクフレームに多重化しなければならない。同じ変調タイプで転送されるコードワードは、フレーミングに従ってグループ化される。シンボル数を単位とするグループサイズは前もってはわからず、与えられる負荷および対応するバースト記述子によって定義される。前のフレームが伝送されている間に、ダウンリンクフレーマおよびバーストプールマネージャは、次に続くダウンリンクフレームを構築する。シンボルマッパは、バイトとして物理層メモリ中に記憶されているコードワードを、変調タイプによって決定したシンボルに変換する。
【００４０】
ＭＡＣ層管理
アップリンク帯域幅割当てのための優先度付与リソーススケジューラは、ＭＡＣ層管理ブロック内の主要機能である。ＭＡＣリソーススケジューラは、５種類の指定されたサービス優先度および異なるフィードバックメカニズム（スリップ表示、ピギーバッキング（ｐｉｇｇｙ−ｂａｃｋｉｎｇ）、ポールミー表示（ｐｏｌｌ  ｍｅ  ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）、バースト要求メッセージ）をサポートしなければならない。これは、上流方向においてＱｏＳを結果として提供する上でプロビジョニングにとって重要な機能である。加入者交換局方向への通信インタフェースは、ＵＬ−マップメッセージによって構成される。これらのＵＬ−マップメッセージは、各ダウンリンクフレーム中に挿入しなければならない。
【００４１】
ＤＬマップメッセージは、ＭＡＣ層管理ブロック内で生成される。これらのメッセージは、与えられたトラフィックとともに変化する、ダウンリンクフレームの実際の構造を示す。
【００４２】
さらなるＭＡＣメッセージキューが、電力および遅延の範囲、チャネル管理、登録管理、動的サービス管理などのすべてのその他のＭＡＣ機能を収集する。これらのメッセージはまた、ダウンリンクフレームのＰＨＹおよびＭＡＣ制御フィールド中にも挿入される。
【００４３】
図８は、基地局のダウンリンク機能ブロックを示す。
【００４４】
ＩＰ／パケット層の機能ブロック：
主なＩＰ層の機能は、データ速度適合化のためのＩＰの分類およびＩＰのキューイングである。ＩＰの分類では、ＩＰヘッダから異なるフィールドを抽出する。ＩＰｖ４の場合、これらのフィールドは以下の通りである。
プロトコル
ＩＰの発信元および宛先アドレス（３層）
転送プロトコルの発信元および宛先ポート（４層）
【００４５】
これらの値の１つまたはいくつかを使用して、ＭＡＣ、伝送収束、および物理層など、ＢＳダウンリンクのさらなる層において必要とされるすべての関連情報を提供するデータベースをアドレス指定する。このＩＰ層機能ブロック内では、データベースから受け取ったサービス品質パラメータを使用して、サービス優先度レベルを識別する。サービス優先度レベルは、受け取ったＩＰパケットを記憶する「ＩＰキューイング」サブブロックに配置されている優先キューを判定する。これらの優先キューは、高優先度サービスの遅延および／またはパケット損失を最小限にするために必要とされる。ベストエフォートサービスに属するＩＰパケット、またはデータベース内に特定のエントリがないＩＰパケットは、常に、優先度が最も低いキューに記憶される。
【００４６】
データベースが提供するべき最低限の内容は、ＭＡＣ層のＰＤＵに必要とされる接続ＩＤ（ＣＩＤ）、および内部利用コード（ＤＩＵＣ）によって参照される、対応するダウンリンクバースト情報である。ＱｏＳパラメータは、デフォルトではベストエフォートと考えられる。受け取ったＩＰに関して、データベース内にエントリがない場合、このパケットは落とされる。データベース情報のためのＩＰルーティング情報を決定するのに必要なＩＰルーティングプロトコル、およびアドレス解決プロトコルについてはここでは述べない。
【００４７】
物理層のバーストプールマネージャは、ＩＰパケットの転送を制御する。これによって、物理層のサブブロックは、ＩＰパケットの読取りデータ速度を、実際のダウンリンクのビットレートに適合させる（バックプレシャーアルゴリズム）。次のフレーム周期の間にダウンリンクフレームを生成する物理層のサブブロックは、必要とするペイロードデータを、ＩＰキューイングサブブロックに要求する。ＩＰキューイングサブブロックは、ダウンリンクフレーム中に挿入するための正しいコードワードを中間サブブロックが生成できるような方法で、優先度を決定して、データセグメントおよび要求された制御信号を転送する。
【００４８】
ＩＰの分類：
ＢＳ（ダウンリンク）の入口におけるパケット（ＩＰパケット）の分類は、個々の、または統合されたＩＰフローに専用ＱｏＳ特性を提供するための主要機能である。ＩＰｖ４またはＩＰｖ６パケット、および／またはＵＤＰまたはＴＣＰ宛先ポートのＩＰヘッダ（差異化サービスＤＳ、プロトコル、宛先アドレス、トラフィッククラス、フローラベル）の１つまたはいくつかのフィールドについて、分類がなされる。これらの情報フィールドを使ってデータベースをアドレス指定することによって、ＩＰ分類サブブロックは、フローの分類のための情報、および必要とするＭＡＣ、ＴＣＳおよびＰＨＹ層の情報を受け取る。デフォルトのＱｏＳ分類は「ベストエフォート」である。すべての「ベストエフォート」パケットは、ＩＰキューイングサブブロックのサービス優先度が最も低いキュー中に記憶される。
【００４９】
ポリシング：
ポリシング機能は、ダウンリンクデータを測定および制限するために必要とされる。ダウンリンクの帯域幅を共用するマルチプロバイダ環境の場合、各サービスプロバイダの契約の準拠を監督する必要がある。ポリシングモジュールは、与えられた負荷が契約を超える場合には、データパケットを落とし、またはドロップ優先順位を設定しなければならない。サービスプロバイダのトラフィックのポリシングのほかに、合意されたサービスレベル合意（ＳＬＡ）に基づいてユーザトラフィックのポリシングも必要なことがある。
【００５０】
パケットキューイング：
ＬＭＤＳシステムのダウンリンク方向における適応型変調および可変ＦＥＣの定義によって、得られるダウンリンクペイロードのデータ速度は常に変化している。なぜならば、ダウンリンクフレームで６４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、または４ＱＡＭを伝送するシンボルの量、および伝送するコードワードのＦＥＣオーバヘッドは、フレームごとに絶えず変化している。この変化の原因は、ＳＳの個々のバーストを、個々の効率（シンボル当たりのペイロードビット）で定義することである可能性もある。異なるＳＳを介して宛先に到達するＩＰパケットは、異なるバーストで転送される。したがって、ペイロードのデータ速度は、トラフィックと時間に依存する。多くのトラフィック負荷が、１６ＱＡＭまたは４ＱＡＭを受け取るＳＳに比べ、６４ＱＡＭを受け取ることができるＳＳに向けて伝送された場合、平均ダウンリンクビットレートが大きくなる。すべてのＳＳが４ＱＡＭしか受信できない最悪の場合、したがってビットレートは低くなる。上述のダウンリンクＢＳのスループットの変化、およびＬＭＤＳのＭＡＣ層と、接続されているコアネットワークのＩＰ層の間の独立性の結果、速度への適合化、およびＱｏＳを重視したキューイングを、近接するエッジルータ／スイッチによって行うことができない。したがって、ＬＭＤＳシステムは、異なるビットレートに適合するために、その入口でＩＰキューイング機能を追加しなければならない。
【００５１】
図８は、層間フレーマを含む、ポイントツーマルチポイント無線ネットワーク、特にＬＭＤＳのための基地局であって、前記層間フレーマが、キューイングモジュール（ＩＰキューイングサブブロック）とダウンリンクフレーマの直列接続を含み、前記ダウンリンクフレーマが、ダウンリンクを介して伝送すべき次フレーム中の実際の未使用シンボルの数を段階的に伝送するために、前記キューイングモジュールへのフィードバックループを備え、前記キューイングモジュールが、次フレーム中に含めるためにどの情報パケットを前記ダウンリンクフレーマに転送するべきかを段階的に決定することができ、その決定が前記ダウンリンクフレーマが受け取った実際の未使用シンボルの数に依存する、ポイントツーマルチポイント無線ネットワーク、特にＬＭＤＳのための基地局を示す。
【００５２】
本発明の有利な一実施形態では、前記キューイングモジュールが、優先度が異なるサービス品質パラメータを中間で記憶するための少なくとも２つのキューを含み、次フレーム中に含めるためにどの情報パケットを前記ダウンリンクフレーマに転送するべきかを決定することができ、その決定が、前記ダウンリンクフレーマが受け取った実際の未使用シンボルの数、サービス品質パラメータの優先度、および対応する、中間で記憶された、転送すべき情報パケットの長さに依存する。
【００５３】
図９は、キューイングメカニズムを示す。
【００５４】
ビットレートへの適合を達成するためのバッファリング代替案：
単一のＦＩＦＯキュー（パケット廃棄メカニズムを含む）の使用
複数のサービスクラスＦＩＦＯキュー（パケット廃棄メカニズムを含む）
【００５５】
代替案１は、ビット速度への適合のための最も単純な解決策であるが、リアルタイムおよびベストエフォートＩＰパケットが同じＦＩＦＯキューに記憶されるという大きな欠点がある。これは、遅延に敏感なアプリケーションに、キューイング遅延を最小限に抑えるための優先度を与えることができないことを意味する。高度なパケット廃棄メカニズムが適用されたとしても、この基本的な欠点は残ったままである。したがって、代替案１は、リアルタイムサービスの遅延および遅延ジッタ要件を保証するためには十分とは言えず、したがって、次のシミュレーション段階では評価しない。
【００５６】
以下に、３つの主なパケット廃棄メカニズム（しばしば、キューイングアルゴリズムまたは輻輳制御アルゴリズムと呼ばれる）について触れ、簡単に紹介する。これらのメカニズムは、文献の中の様々なアプリケーションにおいて論じられ、研究されている。これらのメカニズムは以下の通りである。
ランダム早期廃棄（ＲＥＤ）、または
イン／アウトによるＲＥＤ（ＲＥＤ  ｗｉｔｈ  Ｉｎ  ａｎｄ  ＯＵＴ）（ＲＩＯ）、または
２つのドロップ優先レベルによるテールドロップ
【００５７】
これらのメカニズムは、「出力ポートの輻輳」が生じた場合に、落とすべきパケットを選択する方法が異なる。
【００５８】
図１０は、ＲＥＤの図を示す。
【００５９】
ＲＥＤは、平均キュー深度を測定し、異なるパケットドロップ確率を持つ２つのキューしきい値を定義する。
【００６０】
ＲＥＤは、グラフが示す確率でパケットを選択的に落とす。グラフ中、Ｍｉｎ、Ｍａｘおよびｐは、選択可能なパラメータである。
【００６１】
利点：
従来のキューイングアルゴリズムに比べて、バーストがよりよくサポートされる。
平均キュー深度が浅いために、遅延が少ない。
ＴＣＰデータフロー間で、よりフェアな帯域幅配分がなされる。
【００６２】
欠点：
契約を超えたフローと契約遵守のフローが区別できない。
ＲＥＤとＴＣＰの間の輻輳制御の相互作用のために、ＵＤＰトラフィックが支配する。
【００６３】
図１１は、ＲＩＯの図を示す。
【００６４】
イン／アウトによるＲＥＤ（ＲＩＯ）は、ＲＥＤと類似であるが、各パケットタイプのドロップ優先順位が異なる、パケットのタイプを区別する。
【００６５】
アプリケーションによっては、パケットタイプが、ＩＰ転送プロトコル（ＴＣＰ、ＵＤＰ）、またはインプロファイルまたはトラフィック離脱プロファイル挙動に関して異なることがある。
【００６６】
利点：
ドロップ優先レベルに関して、ＲＩＯは、提案されている転送保証（ＤｉｆｆＳｅｒｖ）に従っている。
ＵＤＰトラフィックがキューを支配しない。
【００６７】
欠点：
フロー当たりの細分性でパケットを識別することができない。
実装のための労力が多い。
【００６８】
図１２は、テールドロップの図を示す。
【００６９】
２つのドロップ優先レベルを持つテールドロップは、ＲＥＤまたはＲＩＯと同様である。ステップ機能を使用して、パケットを落とす。この機能は、平均キュー深度の代わりにキュー深度を使用することを提案する。
【００７０】
利点：
実装のための労力が少ない。
【００７１】
欠点：
正しく動作するために、フローごとのポリシングを必要とする。
【００７２】
代替案２では、重み付きＩＰパケットキューサーバおよびパケット廃棄アルゴリズムの１つとともに、複数のキュー（妥当なキューの数は２から４）を導入する。ＩＰの分類に基づき、ＩＰパケットは対応するサービスキューに転送される。キューイングアルゴリズムは、キューの充填状態ができるだけ少なくなるようにする。キューの個々のドロップ確率機能によって、遅延がサービスに適合される。さらに、重み付きキューサーバは、２つのメカニズムを使ってサービス優先度を決定する。第１のメカニズムは、常に、空でなく、優先度が高いキューを最初にサービスする。第２のメカニズムは、空ではないキューについて、相対的なサービス確率を定義する。それによって、高優先度のサービスキュー中に常にトラフィックがある場合にも、ベストエフォートＩＰパケットが確実に忘れられないようにする。
【００７３】
キューサーバは、２つまたはそれ以上の完全にかつ正しく受け取られて記憶された（ＩＰ）パケットが、異なるパケットキュー中で待機しているかどうかを判定しさえすればよい。低優先度の（ＩＰ）パケットの実際の転送は、ＣＳＬサブブロックへ向けた優先度がより高い（ＩＰ）パケットの転送によって、両方のパケットが異なるＣＩＤに属する場合には妨害される可能性がある。なぜならば、ＭＡＣ層は、同じＣＩＤの複数のパケットのフラグメントを転送する手段を持たないからである。
【００７４】
キューサーバは、ダウンリンクフレームを満たすために必要なデータシンボルの数を示す値を、ＰＨＹ層サブブロックから受け取る。パケットキューイング機能は、前に行われたＩＰの分類およびデータベースへのアクセスから、コードワードのオーバヘッドバイトを計算するためのすべての関連情報（ＣＩＤ、ＤＩＵＣ）および選択された変調タイプを知っている。パケットキューイング（機能）は、これを適用して、キューから計算したデータバイト数を読み取って、コードワードを生成する。キューサーバは、要求した数のダウンリンクフレーム用のデータシンボルが供給されるまで、次のコードワードの生成を即座に開始する。キューサーバは、新しいパケットの開始、システムが純粋にＩＰベースのものでない場合はパケットのタイプ、および、異なるＣＩＤに属するインターリーブされたパケットフラグメントをＣＳＬが区別できるようにするＣＩＤを、ＣＳＬのサブブロックに示す。
【００７５】
ＣＳＬ機能ブロック：
ＣＳＬのサブブロックは、送達されたＭＳＤＵが、完全なパケットか、またはパケットフラグメントのみを含むかを、フレーム制御（ＦＣ）信号を使ってＭＡＣ層のサブブロックに示す。パケットのフラグメントだけだった場合には、フラグメントシーケンス番号（ＦＳＮ）も示す。ＭＳＤＵ、ＦＣおよびＦＳＮと同時に、ＣＩＤもＭＡＣ層サブブロックに送る。
【００７６】
ＭＡＣ機能ブロック：
フレーマ機能は、この（ＩＰ）パケット（のフラグメント）について前にサービス優先度の決定を行った、パケットキューイングサブブロックからの、パケット（のフラグメント）の読出しを制御する。このパケットをＭＡＣ層上に転送するために、ＭＡＣ機能ブロックは、ＭＡＣフレームカプセル化機能を実行する。
【００７７】
ＴＣＬ機能ブロック：
ＭＡＣ  ＰＤＵは、コードワードに収まるように、セグメントに分割される。（最後の）セグメントが小さすぎる場合は、バイトスタッフィングが使用される。セグメントは、ＴＣＬパケットが最初またはそれに続くＭＡＣ  ＰＤＵセグメントを伴うかどうかを示すポインタとともに、ＴＣＬパケット中に挿入される。最後のＭＡＣ  ＰＤＵセグメントを伴うＴＣＬパケットがスタッフィングバイトを含む場合、そのポインタは最初のスタッフィングバイトをマークする。
【００７８】
ＰＨＹ層の機能ブロック：
物理層の機能は、バースト記述子に応じてリードソロモン（Ｒｅｅｄ−Ｓｏｌｏｍｏｎ）またはターボコーディング（Ｔｕｒｂｏ  Ｃｏｄｉｎｇ）を実行するコーディングサブブロックを含む。コーディング機能の詳細パラメータは、ＩＰの分類およびデータベースサブモジュールから送達される。コーディングをＴＣＬパケットペイロードに追加した後、次いで、ＴＣＬパケットを、スクランブリング定義を使ってスクランブルする。誘導された、ＰＬがスクランブルしたコードワードは、バーストプールメモリ中に転送される。バーストプールメモリは、変調タイプを表す３つのエリアに動的に分割される。変調タイプごとに複数のコーディングがある場合は、さらなる細区分が必要となる。ＦＤＤ／ＴＤＭの場合、ＰＬがスクランブルした、同じバースト記述子（変調、コーディング、スクランブリングなど）を備えたコードワードは、ダウンリンクフレーム中で、共にグループ化され、したがって、バーストプールメモリにおいても（論理的に）グループ化される。このようなグループのそれぞれは、バースト記述子（ＤＩＵＣ）および物理スロットスタートを示すことによって、ＤＬマップ内で知らされる。
【００７９】
ＭＡＣ管理機能ブロック：
このブロック内の主要な機能は、この場合のさらなる調査の焦点でもある、ＭＡＣスケジューラである。ＭＡＣスケジューラは、ＳＳ認可を生成し、ＵＬマップマネージャは、受け取ったデータ認可を有効なＵＬマップメッセージ中に挿入する。
【００８０】
図１３に示す原理スキームは、ＱｏＳ基準に従ってデータ伝送をスケジュールするための適切な基盤を提供する。それは、優先度レベルごとに１機能づつ、複数の独立したスケジュール機能（認可マネージャ）があることを示す。各認可マネージャは、トラフィックパラメータで構成されなければならない。
【００８１】
様々な認可マネージャが、ＳＳから専用フィードバック情報を受け取る。したがって、例えば、ＵＧＳタイプの認可を生成するＣＢＲ認可マネージャは、ＣＢＲキューがプログラム可能なしきい値を超えた場合には、ＳＳからスリップ表示（ＳＩ）情報を得る。スリップ表示を受け取ると、ＣＢＲ認可マネージャは、認可速度をわずかに（約１％）上げて、キュー満杯状態を、そしてそれによってデータパケットのキューイング遅延を、ゆっくりと減少させる。非ＣＢＲタイプのトラフィックについては、バースト性トラフィックソース（ｂｕｒｓｔｙ  ｔｒａｆｆｉｃ  ｓｏｕｒｃｅｓ）に対して、適切かつ動的に反応するように定義された様々なメカニズムがある。これらのフィードバック情報は、認可速度を修正するために、対応する認可マネージャに転送される。
【００８２】
優先度スケジューラは、ＵＬマップ中に挿入すべきデータ認可を生成する。これによって、データ認可の異なる優先度が重視されなければならない。
【００８３】
ＭＡＣスケジューラは、すべてのＳＳおよび異なるサービス優先度の間に、フェアかつＱｏＳを重視した方法で、認可を分配しなければならない。
【００８４】
認可生成およびキューイングアルゴリズムは、ＴＣＰおよびＵＤＰのトラフィック処理能力に強い影響をもっており、したがって十分な妥当性確認タスクを必要とする。
【００８５】
図１４はＭＡＣスケジューラを示す。
【００８６】
ＢＳアップリンクの機能仕様：
ＢＳアップリンクの機能説明においては、伝送収束層が使用可能であり、また、接続されているバックボーンネットワーク中の利用可能な帯域幅が、アップリンクの無線インタフェース上の帯域幅よりも広いと想定している。したがって、ＢＳアップリンクの主要なタスクは、ＩＰパケットを取り出し、それらを最小限の遅延でバックボーンネットワークに向けて送ることである。さらに、２つの主要ななＭＡＣ関連情報が、アップリンクデータストリームから抽出されなければならない。１つは、アップリンクのバーストサブフレーム構造のＢＷ要求競合エリア（図１５参照）中の競合表示である。この情報は、ＭＡＣスケジューラが、いくつかのバースト要求メッセージが同時に送られたことを識別し、競合しているＳＳに向けてアップリンク帯域幅を高速に供給するために、競合解決プロセスを開始できるようにするために必須である。もう一方の主要なＭＡＣ関連メッセージは、ＭＡＣスケジューラに、ＳＳ内で待機しているミニスロットの数について知らせるＭＡＣ要求メッセージ自体である。ＭＡＣスケジューラは、この情報を処理し、より優先度の高い要求が受け付けられるとすぐに、このＳＳに帯域幅を供給する。
【００８７】
図１４は、基地局のアップリンク機能ブロックを示す。
【００８８】
基地局は、アップリンク機能ブロック中で、アップリンクバーストからＴＣＬパケットの抽出を処理する。これらのＴＣＬパケットは、ＭＡＣモジュール内で、ＭＡＣ  ＰＤＵを得るためにリアセンブルされる。失われたＴＣＬパケットは不完全なＭＡＣ  ＰＤＵとなり、落とされる。ＭＡＣモジュールはまた、接続ＩＤ（ＣＩＤ）のルーティングを行って、ＭＡＣマネージャに向けて転送されなければならないＭＡＣ関連のＭＡＣ  ＰＤＵを識別する。
【００８９】
収束モジュールは、受け取ったＭＡＣサービスデータユニットをデフラグメントし、収束副層ヘッダを除去する。取り出されたＩＰパケットは、ＩＰベースのバックボーンに向けて転送される。
【００９０】
図１５は、ＰＨＹアップリンクバーストのサブフレーム構造を示す。
【００９１】
ＳＳアップリンクの機能仕様：
加入者交換局（ＳＳ）の２つの異なる動作モード、「端末ごとの認可（ＧＰＴ）」モードおよび「接続ごとの認可（ＧＰＣ）」モードを定義する。第１の場合では、ＳＳに属するすべての接続に対して帯域幅が認可されるが、第２の場合では、ＢＳが各接続に対して明白に帯域幅を認可する。ＧＰＣモードは、よりインテリジェントなＳＳが最後の瞬間に決定を行うことができ、また、スケジューリングサービスによっては、帯域幅スティールメカニズム（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｓｔｅａｌｉｎｇ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）が可能なものもあるため、おそらくもともとＢＳによって認可されたのとは異なって帯域幅を利用することができる。以下に、ＧＰＴモードで動作するＳＳについて説明する。図１６は、次の機能ブロックにモジュラー化された、アップリンク方向のＳＳを示す。
【００９２】
パケットモジュール
ＩＰベースのシステムでは、この機能ブロックは、ＩＰパケットの分類を実行する。専用フローについては、ポリシングが実行され、その結果、ドロップ表示またはパケットのドロップにさえなる。
【００９３】
サービスフローモジュール
サービスフローモジュール内では、パケットフローはサービスフロー中に関連付けられる。サービスフローのコンセプトは、ＭＡＣプロトコルの動作の中心となるものであり、サービス品質管理のためのメカニズムを提供する。データは接続間を伝送される。サービスフローの接続へのマッピングも、このモジュール内でなされる。
【００９４】
キューイングモジュール
５つの異なるタイプの上流スケジューリングサービスが定義され、各サービスタイプごとに専用キューが実装される。接続は、これらの優先キュー中にマップされる。重み付きキューサーバは、どのキューを処理するか、またキューから取り出されるデータセグメントのサイズを判定する。
【００９５】
ＭＡＣモジュール
ＭＡＣモジュールは、キューイングモジュールからデータセグメントを受け取り、特に接続ＩＤを含む、生成されたＭＡＣヘッダを前に付ける。
【００９６】
ＰＨＹモジュール
【００９７】
図１６は、ＧＰＴモードの加入者交換局アップリンクモジュールを示す。
【００９８】
パケットモジュール：
ＩＰベースのシステムでは、パケット層ブロックは、後方に配置されたユーザ機器からＩＰパケットを受け取る。システム中で、ＩＰ  ＱｏＳメカニズムを、差異化サービスまたは統合サービスとして使用可能にするためには、次に続くポリシング機能のための、異なるＩＰパケットの分類が必要となる。図１７は、ＩＰ  ＱｏＳ機能を使用可能にするために必要とされる全般的な機能ブロックを示す。
【００９９】
入りパケットは、ＩＰヘッダの関連するフィールドを抽出することによって、異なるフローに分類される。ＩＰｖ４パケットの場合は、発信元ＩＰアドレス、および利用可能ならばＴＣＰ／ＵＤＰ発信元ポート、ＩＰｖ６パケットの場合は、発信元アドレスおよびフローラベルがあれば、パケットを分類するのには十分である。これらの情報に基づいて、パケットはＩＰフロー中に関連付けられる。さらに、これらの情報を使って、パケットポリシング機能ブロック中で使用されるサービスプロファイルを提供するデータベースがアドレス指定される。この機能ブロック内では、トラフィックプロファイルによって与えられたトラフィック契約に適合しているかどうかに関して、分類されたパケットフローの監視がなされる。不適合の場合、ドロップ表示フラグを立てることによって、パケットが示される。後で、サービスフローモジュールにおいて、いくつかのパケットフローを１つのサービスフローに合流させることによって多重化ゲインを達成することが可能なので、このブロックにおいてパケットを落とすことは必須ではない。したがって、ドロップ表示は、後のサービスフローポリシング機能のために不適合パケットを判定するのに必要である。
【０１００】
図１８は、パケットモジュールを示す。
【０１０１】
サービスフローモジュール：
サービスフローモジュール内には、収束副層機能ブロック（ＣＳＬブロック）が配置されている。ＩＰパケットをＭＡＣ層の接続およびサービスにマップすることが、この収束副層のタスクである。パケットモジュールから来るＩＰパケットは、ＣＳＬパケットにカプセル化されて、ＩＰヘッダの内容に基づいてＭＡＣ転送接続にマップされる。ＣＳＬブロックは、ＩＰｖ４およびＩＰｖ６パケットの両方を受け入れる。サービスフローのコンセプトがＭＡＣプロトコルの動作の中心であり、またサービス品質管理のメカニズムを提供するため、サービスフローへのパケットのマッピングは重要である。複数のパケットフローを単一のサービスフローで供給することができ、この場合、各サービスフローは、以下の属性で特徴付けられる。
−サービスフローＩＤ
−接続ＩＤ
−ＱｏＳパラメータセット
【０１０２】
同意されたトラフィックパラメータの準拠ポリシングがサービスフローレベルでなされるため、パケットの識別、および対応するサービスフローへの割当が必要である。入りパケットが属するサービスフローの識別は、ＩＰヘッダの内容に基づく。表１にはＩＰｖ４用の、表２にはＩＰｖ６用の関連するＩＰヘッダフィールドをリストアップしている。
【表１】
0004073761.tif 000002
【表２】
0004073761.tif 000003
【０１０３】
サービスフロー識別機能は、抽出したヘッダ情報を処理して、サービスフロー識別子（ＳＦＩＤ）に与える。ＳＦＩＤを使って、サービスフローのために定義され、保持されている、待ち時間、ジッタ、スループットの保証などのＱｏＳパラメータを備えたデータベースがアドレス指定される。データベースは、要求されたＱｏＳパラメータセットを、保持されているリソースが転送されるパケットに正しく割り当てられるようにするパケットスケジューラに送達する。さらに、パケットスケジューラは、トラフィック契約に適合しないパケットを廃棄するタスクも行う。この場合、パケットスケジューラは、ドロップ表示フラグセットを立てているパケットを最初に廃棄する。
【０１０４】
ＣＳＬカプセル化機能は、サービスフローポリシングブロックに一様なインタフェースを提供し、ＣＳＬヘッダを前に付けることによって、異なるプロトコルを隠す。
【０１０５】
図１９は、キューイングモジュールを示す。
【０１０６】
キューイングモジュール：
５つの異なるタイプの上流方向スケジューリングサービスが定義される。スケジューリングサービスは、ポーリング／認可プロセスの効率を改善するように設計される。各接続は、ＣＩＤが識別する専用スケジュールサービスに割り当てられる。各サービスは、特定のタイプのデータフローに合わせて調整される。基本的なサービスは、以下を含む。
【０１０７】
−請求によらない認可サービス（ＵＧＳ）
定期的に固定サイズのデータパケットを生成する、リアルタイムサービスフロー（Ｔｌ／Ｅｌ、ＶｏＩＰなど）をサポートするように設計される。このサービスは、リアルタイムかつ定期的に固定サイズの認可を与える。
【０１０８】
−リアルタイムポーリングサービス（ｒｔＰＳ）
可変サイズのデータパケットを定期的に生成するリアルタイムサービスフロー（ＭＰＥＧビデオ）、最適なデータ転送効率のための可変認可サイズをサポートし、定期的なユニキャストの要求の機会を与える。
【０１０９】
−アクティビティ検出を使った、請求によらない認可サービス（ＵＧＳ−ＡＤ）
かなり長時間（＞ｘ＊１０ｍｓ、無音時圧縮によるＶｏＩＰ）、非アクティブになる場合がある、請求によらない認可サービスフローをサポートし、フローがアクティブな場合にはＵＧＳを提供し、フローが非アクティブな場合にはユニキャストポーリングを提供し、この場合、フローの非アクティブ状態は未使用認可によって検出される。ＵＧＳ−ＡＤは、ＵＧＳとｒｔＰＳを組み合わせたものである。１度に一つのスケジューリングサービスのみがアクティブになる。
【０１１０】
−非リアルタイムポーリングサービス（ｎｒｔＰＳ）
広帯域幅ＦＴＰなど、定期的に可変サイズデータ認可を要求する、非リアルタイムサービスフローをサポートする。
【０１１１】
−ベストエフォートサービス（ＢＥ）
効率的なサービスを、ベストエフォートトラフィックに提供する。
【０１１２】
接続優先順位決定機能は、入りＣＳＬパケットを、ＣＩＤに基づいて、適切なキュー中にマップする。キュー制御ブロックは、異なるキュー中のレベルを監視し、入りパケットを廃棄すべきかどうかを決定する。このキュー制御メカニズムは、特に、低優先度のサービスクラスにおける接続、例えばベストエフォートサービスの場合には、トラフィック契約の紛失のためにこれらの接続をポリシングすることができないために重要である。
【０１１３】
さらに、キューレベルに関する情報を使って、ピギーバック要求がキューに従い計算される。ピギーバック要求はＭＡＣコントローラに転送される。
【０１１４】
処理されるキューの順番、およびキューから取り出されるデータフラグメントのサイズは、重み付きキューサーバによって決定される。キュー中で待機しているＣＳＬパケットのフラグメンテーションは、次のアップリンクバーストに認可された帯域幅に依存する。ＭＡＣコントローラは、重み付きキューサーバにこの情報を提供する。
【０１１５】
ＭＡＣモジュール：
ＭＡＣモジュールは２つの機能ブロック、ＭＡＣ−ＰＤＵジェネレータおよびセグメンテーション機能ブロックを有する。
【０１１６】
ＭＡＣ−ＰＤＵジェネレータ内では、キューイングモジュールから受け取ったデータ、およびＭＡＣコントローラから受け取ったＭＡＣメッセージを、ＭＡＣ−ＰＤＵにカプセル化する。ＭＡＣヘッダを構築するための情報も、このモジュールによって提供される。完全なＭＡＣ−ＰＤＵは、次いで、正しいコードワードサイズに分割されなければならない。
【０１１７】
ＰＨＹモジュール：
ＰＨＹモジュールは、ＭＡＣ−ＰＤＵセグメントからＰＬコードワードを生成する。これらのコードワードは、その後、コード化され、かつスクランブルされる。
【０１１８】
ＳＳダウンリンクの機能仕様：
ダウンリンク伝送フレーム（ＦＤＤ／ＴＤＭの場合）は、図２０に示すように定義される。各加入者交換局は、４ＱＡＭ変調のフレーム制御ヘッダを受け取ることができなければならない（それ自身の変調を受け取る能力とは関係なく）。フレーム制御ヘッダは、どこで変調が変化するかの表示を含む。データセクションでは、データおよび制御メッセージが特定のＳＳに向けて伝送される。データフィールドでは、例えばＱＡＭ４およびＱＡＭ１６など、異なる種類の変調のデータパケットを伝送することができる。異なる変調のデータフィールド間の境界は、動的に変化し得る。
【０１１９】
図２０は、ダウンリンクフレーム構造を示す。
【０１２０】
図２１は、ダウンリンク方向で伝送されたデータを、受け取って処理するために必要なモジュールを示す。
−ＰＨＹモジュール
−ＭＡＣモジュール
−収束モジュール
【０１２１】
図２１は、加入者交換局のダウンリンクモジュールを示す。
【０１２２】
ＰＨＹモジュール：
ＰＨＹモジュールは、ＭＡＣコントローラから変調モードを変更するようにという指示を得るまで、ＤＬフレームを受け取って、ＱＡＭ４シンボルのシンボルデマッピングを実行する。シンボルは、ＰＬがスクランブルした１つのコードワード用のシンボル量を受け取るまで蓄積される。コードワードを復号できるようになる前に、ＰＬがスクランブルしたコードワードがデスクランブルされる。ＰＨＹモジュールは、ＴＣＬパケットをＭＡＣモジュールに転送する。
【０１２３】
ＭＡＣモジュール：
ＭＡＣモジュール内のリアセンブル機能ブロックは、ＰＨＹモジュールから受け取ったＴＣＬパケットを収集し、セグメントをＭＡＣ−ＰＤＵに組み立てる。以下のブロックは、データＭＡＣ−ＰＤＵと制御ＭＡＣ−ＰＤＵを区別する。
【０１２４】
制御−ＰＤＵは、ＭＡＣコントローラに転送される。これらのＰＤＵは、以下の情報を運ぶ。
ＰＨＹ制御情報
−同時通信物理層情報
−ダウンリンクマップ
−フレーム番号付け
ＭＡＣ制御情報
−ＭＡＣバージョン識別子
−アップリンクマップ
専用ＭＡＣメッセージ
−範囲設定メッセージ
−電力制御メッセージ
−登録メッセージ
【０１２５】
データＭＡＣ−ＰＤＵは、サービスフローモジュールに送達される。
【０１２６】
収束モジュール：
収束モジュールは、ＭＡＣ  ＰＤＵを得て、リアセンブリを行い、ＣＳＬデータパケットにする。デカプセル化機能は、ＣＳＬヘッダを除去し、（ＩＰ）データパケットをユーザの端末インタフェースに向けて転送する。
【０１２７】
本発明は、層間のダウンリンクフレーマを提供し、ＩＰベースのアプリケーションに保証されたサービス品質が提供されなければならず、同時に、可変変調およびコーディング要件のためにダウンリンクの帯域幅またはデータ速度が絶えず変化する、ポイントツーマルチポイント（ダウンリンク）アクセスネットワークに最も適している。
【０１２８】
各ダウンリンクバーストが、ネットワーク終端で個々の変調およびコーディングを行う（物理層）スキームを使用しているために、ダウンリンクの帯域幅またはデータ速度が時間とともに絶えず変化しているという事実によって、上位層（ＩＰ）の機能は、サービス優先度を重視したトラフィック整形を行うことができない。基地局内のキューイング機能ブロックは、与えられたトラフィックをバッファに入れなければならず、また様々なサービス優先度を考慮しなければならない。フレーマ機能ブロックは、ダウンリンクフレームを生成しなければならない。問題は、フレーマが与えられる負荷のＱｏＳ要件について何も知らず、またＱｏＳキューイングも、実際に利用可能なダウンリンクの帯域幅に関して何も知らないことである。これは、ダウンリンク経路においてＱｏＳが失われることにつながる。
【０１２９】
単純なフレーマは、ＩＰ層およびＩＰクラシファイアについて何も知らないため、ＩＰアプリケーションのＱｏＳをサポートできない。一方、ＱｏＳキューサーバは、ダウンリンクフレームに収まるデータビットの実際の量について何も知らない場合には、ＱｏＳを保証することができない。
【０１３０】
本発明は、ＱｏＳキューイング（上位層）とフレーマ（下位層）の間の情報のギャップを埋める、層間フレーマに基づく。
【０１３１】
本発明は、主に、１つの層間フレーマの中で両方の（フレーミングおよびＩＰ層）機能を結合することを提案する。両情報を結合することによって、マルチ変調およびマルチ符号化環境の場合のＱｏＳの提供を保証することができる。これは、ＱｏＳキューサーバが、常に、利用可能なデータフレームのビットの実際の量をフレーマから知らされており、それによって、ＱｏＳキューサーバは、転送すべき次のＩＰパケットまたはパケットの一部を決定することができるという事実による。この決定は、常に、サービス優先度という側面に基づいている。ダウンリンクフレームが満たされるとすぐに−最大ダウンリンクフレームレートが、常に、層間フレーマ中の内部処理よりも遅いと想定する−ＱｏＳサーバは、データの送達を停止する。最後の時間に−次のダウンリンクフレームを満たすのに十分な時間があることを意味する−ＱｏＳサーバは、再び、次のダウンリンクフレームのＩＰパケット（フラグメント）の決定および送達を開始する。
【０１３２】
以下に、効率的なダウンリンクフレーマの実装を説明する。ダウンリンクのフレーミングのために、ＰＨＹからＭＡＣまですべての層に十分なフレキシビリティを持たせる結果、与えられたトラフィック負荷が、実際のフレーム構造および実際に運ばれるオーバヘッドに直接、影響を与え、それによって実際に達成可能なペイロードのビットレートに、直接、影響を与えることになる。フレーマは、ＭＡＣおよびＰＨＹメッセージ、およびユーザデータをダウンリンクフレーム中に多重化しなればならない。多くの場合、ＭＡＣおよびＰＨＹメッセージは、ユーザデータに優先するため、フレーマは、データペイロードを運ぶのに使用可能な、残っているシンボルの量を、各フレームごとに個々に計算しなければならない。フレーマは、所与のシンボルの量により運ぶデータビットの数について何も知識がない。これは、パケットキューの中で待機しているデータパケットが、個々の変調タイプおよびコーディングオーバヘッドで転送されるという事実による。したがって、フレーマが、シンボルの量、およびそれがデータ入力（コードワード）を受け入れる時間窓を、パケットの待機優先度およびバースト記述子を認識しているキューイングモジュール（重み付きキューイング＆データパケット読取りプロセッサ）に対して示すことが予測される（図２２）。このモジュールは、ＣＳＬパケットメモリからのデータ部分（ＴＣＬパケットのペイロード）の読み出し、ＭＡＣ、ＴＣＬ、ＰＬモジュール中における処理、およびフレーミングサブモジュール中に配置されている該当する変調キューへの転送を制御する。
【０１３３】
このコンセプトは、優先順位を付けたパケット転送を可能にし、共用メモリのコンセプトを適用するため、最小容量のメモリスペースしか必要としない。
【０１３４】
図２２は、本発明の有利な機能実現を示す。
【０１３５】
フレーミングのコンセプトの説明：
（ＩＰ）パケットを分類することにより、データベースの支援を受けて、フレーム処理に必要とされるすべてのＱｏＳ、ＭＡＣおよびＰＨＹパラメータを確かめることができる。これらの値、およびデータパケットの記憶位置は代表パケットの中に挿入され、この代表パケットは専用論理キューに転送される。この転送と同時に、データパケットは中央ＣＳＬパケットメモリに記憶される。
【０１３６】
重み付きキューイングおよびデータパケット読取りプロセッサモジュールは、自分のキューの１つからデータパケットを選択し、次いで、フレーミングサブモジュールに、専用ＴＣＬパケットペイロードに正確に収まるデータパケットの部分を供給し始める。この処理に必要なすべての情報は代表パケット中に記載される。データパケット読取りプロセッサは、ＭＡＣ、ＴＣＬ、およびＰＬモジュールも制御し、それらに要求された情報を提供する。データ読取りプロセスは、フレーミングサブモジュールがデータ要求表示を設定するとすぐに開始する。データパケット読取りプロセッサは、この開始信号と平行して、ダウンリンクフレーム中に残っているペイロードシンボルの数を得る。この情報によって、最小限のスタッフィング情報でダウンリンクフレームを満たすことを目標としてデータパケット部分の選択を、さらに最適化することができる。スタッフィング情報は、ＰＬシンボルコードワードの数が利用可能なペイロードフレームエリア中に収まらない場合、すぐに、ダウンリンクフレーム中に挿入されなければならない。ＰＬシンボルコードワード中のシンボルの量は、バースト記述子に依存する。同じダウンリンクに対して、競合する複数のバースト記述子が可能である。異なるバースト記述子に属するＰＬシンボルコードワードは、シンボルの数のサイズが異なる。
【０１３７】
重み付きキューイングおよびデータパケット読取りプロセッサは、２つの異なる最適化戦略に従わなければならない。主となる最適化戦略がサービス品質目標に置かれることを明言しなければならない。最後の、または最後のｎ個のＰＬシンボルコードワードについてのみ、最小限のスタッフィングシンボルアルゴリズムが発動される。
【０１３８】
パフォーマンス上の利点、およびこのオーバヘッド削減のための設計努力について、シミュレーションモデルを使って調べる。
【０１３９】
フレーミングサブモジュールは、十分なシンボルを受け取った場合、またはフレーム処理を開始しなければならない場合、データパケット読取りプロセッサに送達の停止を指示する。フレーマの処理時間の間、フレーミングサブモジュールは、受け取ったデータペイロードに正確に収まるＤＬマップ、ＭＡＣおよびＰＨＹ情報を生成し、データ位置上のポインタをダウンリンクフレーマジェネレータに渡す。ダウンリンクフレーマジェネレータは、フレーム構造およびＤＬマップ情報に従って、バイト処理からシンボルフォーマットへのオンザフライ変換（ｏｎ  ｔｈｅ  ｆｌｙ  ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）を行う。したがって、ダウンリンクフレーマジェネレータは、最初に、４ＱＡＭのシンボルを生成するフレーム制御ヘッダを生成する。このヘッダは、プリアンブルパターン、その次に、ＰＨＹ制御部中に挿入しなければならないＭＡＣメッセージ（ＤＬマップなど）、その次に、ＭＡＣ制御部中に挿入しなければならないＭＡＣメッセージ（ＵＬ−ＭＡＰなど）を含む。フレーム制御ヘッダシンボルをダウンリンク変調ユニットに送達した後、フレーマは、ＰＬがスクランブルしたパケットを４ＱＡＭキューから、次いで１６ＱＡＭおよび６４ＱＡＭキューから読み出し、バイト処理からシンボルの送達へ、オンザフライ変換を行う。１つまたはいくつかの変調キューがパケットを全く含んでいない場合、フレーマは、次の変調キューにジャンプする。ダウンリンクを満たすのに十分なデータがない場合には、フレームスタッフィングが予測される。
【０１４０】
図２２は、層間フレーマを含む、ポイントツーマルチポイント無線ネットワーク、特にＬＭＤＳのための基地局を示す。層間フレーマが、キューイングモジュール（重み付きキューイングおよびデータパケット読取りプロセッサ）とダウンリンクフレーマ（フレームジェネレータ）の直列接続を含み、ダウンリンクフレーマが、ダウンリンクを介して伝送すべき次フレーム中の実際の未使用シンボルの数（要求シンボルの最大数）およびデータ要求指示を段階的に伝送するために、キューイングモジュールへのフィードバックループを備え、キューイングモジュールが、次フレーム中に含めるためにどの情報パケットをダウンリンクフレーマに転送するべきかを段階的に決定することができ、その決定がダウンリンクフレーマが受け取った実際の未使用シンボルの数に依存する。
【０１４１】
本発明の有利な一実施形態では、前記キューイングモジュールが、優先度が異なるサービス品質パラメータを中間で記憶するための少なくとも２つのキューを含み、次フレーム中に含めるためにどの情報パケットをダウンリンクフレーマに転送するべきかを決定することができ、その決定が、ダウンリンクフレーマが受け取った実際の未使用シンボルの数、サービス品質パラメータの優先度、および対応する、転送すべき中間で記憶された情報パケットの長さに依存する。
【０１４２】
図２３は、層間フレーマを含む、ポイントツーマルチポイント無線ネットワーク、特にＬＭＤＳのための本発明の基地局を示す。層間フレーマが、キューイングモジュール（キュー、および少なくともＱｏＳコントローラの（機能の）一部）とダウンリンクフレーマの直列接続を含み、ダウンリンクフレーマが、ダウンリンクを介して伝送すべき次フレーム中の実際の未使用シンボルの数を段階的に伝送するために、キューイングモジュールへのフィードバックループを備え、キューイングモジュールが、次フレーム中に含めるためにどの情報パケットをダウンリンクフレーマに転送するべきかを段階的に決定することができ、その決定がダウンリンクフレーマが受け取った実際の未使用シンボルの数に依存する。
【０１４３】
基地局は、ＩＰクラシファイア、キュー、ダウンリンクフレーマ、ＱｏＳコントローラ、アップリンクデフレーマ、および競合処理を含む。伝送すべき次のフレームの実際に残っているフレームシンボルのためのフィードバックループは、ダウンリンクフレーマからキューにフィードバックすることも、またはダウンリンクフレーマからＱｏＳコントローラにフィードバックすることもできる。
【０１４４】
本発明の有利な一実施形態では、キューイングモジュールが、優先度が異なるサービス品質パラメータを中間で記憶するための少なくとも２つのキューを含み、次フレーム中に含めるためにどの情報パケットをダウンリンクフレーマに転送するべきかを決定することができ、その決定が、ダウンリンクフレーマが受け取った実際の未使用シンボルの数、サービス品質パラメータの優先度、および対応する、転送すべき中間で記憶された情報パケットの長さに依存する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ローカルマルチポイントディストリビューションシステムの概観を示す図である。
【図２】収束副層（ＣＳＬ）の機能を示す図である。
【図３】ＭＡＣサービスデータユニットがどのようにＭＡＣ  ＰＤＵに挿入されるかを示す図である。
【図４】伝送収束層を示す図である。
【図５】ダウンリンク用物理層の機能を示す図である。
【図６】アップリンク用物理層の機能を示す図である。
【図７】ＢＳおよびＳＳの機能の概観を示す図である。
【図８】本発明の基地局のダウンリンク機能ブロックを示す図である。
【図９】キューイングメカニズムを示す図である。
【図１０】ＲＥＤを示す図である。
【図１１】ＲＩＯを示す図である。
【図１２】テールドロップを示す図である。
【図１３】ＭＡＣスケジューラを示す図である。
【図１４】基地局のアップリンクの機能ブロックを示す図である。
【図１５】ＰＨＹアップリンクバーストのサブフレーム構造を示す。
【図１６】ＧＰＴモードの加入者交換局のアップリンクモジュールを示す図である。
【図１７】パケットモジュールを示す図である。
【図１８】サービスフローモジュールを示す図である。
【図１９】キューイングモジュールを示す図である。
【図２０】ダウンリンクフレームの構造を示す図である。
【図２１】加入者交換局のダウンリンクモジュールを示す図である。
【図２２】本発明の有利な機能実現を示す図である。
【図２３】本発明の基地局の概略図である。
【符号の説明】
ＡＡＬ  ＡＴＭアダプテーション層
ＡＦ  保証された転送
ＡＴＭ  非同期転送モード
ＢＡ  ビヘイビアアグリゲート（Ｂｅｈａｖｉｏｒ  Ａｇｇｒｅｇａｔｅ）
ＢＥ  ベストエフォート
ＢＳ  基地局
ＢＷ  帯域幅
ＣＢＲ  固定ビットレート
ＣＩＤ  接続識別子
ＣＳＬ  収束副層
ＤｉｆｆＳｅｒｖ  差異化サービス
ＤＩＵＣ  ダウンリンク区間使用コード（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ  Ｕｓａｇｅ  Ｃｏｄｅ）
ＤＬ−ＭＡＰ  ダウンリンクマップ
ＤＳ  差異化サービス
ＤＳＣＰ  差異化サービスコードポイント
ＦＣ  フラグメンテーション制御
ＦＤＤ  周波数分割二重化
ＦＥＣ  前進型誤訂正
ＦＩＦＯ  先入れ先出し
ＦＳＮ  フラグメントシーケンス番号
ＦＴＰ  ファイル転送プロトコル
ＧＰＣ  接続ごとの認可
ＧＰＴ  端末ごとの認可
ＧＷ  ゲートウェイ
ＩＤ  識別子
ＩｎｔＳｅｒｖ  統合サービス
ＩＰ  インターネットプロトコル
ＩＰｖ４  インターネットプロトコルバージョン４
ＩＰｖ６  インターネットプロトコルバージョン６
ＩＳＰ  インターネットサービスプロバイダ
ＬＡＮ  ローカルエリアネットワーク
ＬＭＤＳ  ローカルマルチポイントディストリビューションサービス
ＭＡＣ  媒体アクセス制御
ＭＰＥＧ  動画エキスパートグループ
ＭＳＤＵ  ＭＡＣサービスデータユニット
ＮＡＰ  ネットワークアクセスポイント
ｎｒｔＰＳ  非リアルタイムポーリングサービス
ＰＤＵ  プロトコルデータユニット
ＰＨＢ  パーホブビヘイビア（Ｐｅｒ  Ｈｏｂ  Ｂｅｈａｖｉｏｒ）
ＰＨＹ  物理層
ＰＬ  物理層
ＰＭ  ポールミー
ＱＡＭ  直交振幅変調
ＱｏＳ  サービス品質
ＲＥＤ  ランダム早期検出
ＲＩＯ  イン／アウトによるＲＥＤ
ｒｔＰＳ  リアルタイムポーリングサービス
ＳＦＩＤ  サービスフロー識別
ＳＩ  スリップ表示
ＳＬＡ  サービスレベル合意
ＳＳ  加入者交換局
ＴＣＬ  伝送制御層
ＴＣＰ  伝送制御プロトコル
ＴＤＭ  時間分割二重化
ＵＤＰ  ユーザデータプロトコル
ＵＧＳ  請求によらない認可サービス
ＵＧＳ−ＡＤ  アクティビティ検出によるＵＧＳ
ＵＩＵＣ  アップリンク区間利用コード
ＵＬ  アップリンク
ＶｏＩＰ  ヴォイスオーバＩＰ
ＶＰＮ  仮想私設ネットワーク
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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