JP4348367B2 - 通信システム、通信ユニット、およびその内部における能力温存方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信システムにおいて動作する通信ユニット内での能力温存に関する。本発明は、ワイヤレス通信システムにおける無線リンク許可制御および／またはスケジューリングの管理、および／または過負荷またはフロー制御における処理能力の制御に適用可能であるが、これらに限定される訳ではない。

ワイヤレス通信システム、例えば、セルラ・テレフォニ(cellular telephony)または個人移動無線通信システムは、通例、複数の基地送受信局（ＢＴＳ：Base Transceiver Station）と、多くの場合移動局（ＭＳ：Mobile Station）と呼ばれている複数の加入者ユニットとの間に配置される無線遠隔通信リンクを設けている。基地局コントローラ（ＢＳＣ：Base Station Controller ）が設けられ、各ＢＳＣが１つ以上のＢＴＳを制御する。

ワイヤレス通信システムが、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ：Public Switched Telephone Network ）のような固定通信システムと区別されるのは、主に、移動局がＢＴＳ（および／または異なるサービス・プロバイダ）の間で移動し、そうする際に、変動する無線伝搬環境に遭遇することにある。

ワイヤレス通信システムでは、各ＢＴＳには、特定の地理的カバレッジ・エリア（即ち、セル）が関連付けられている。特定の範囲がカバレッジ・エリアを規定し、その中では、ＢＴＳが、その担当セル内で動作するＭＳとの受入可能な通信を維持することができる。多くの場合、これらのセルが組み合わされて、拡大したカバレッジ・エリアを形成する。

今日の通信システムは、ワイヤレスおよびワイヤ・ラインの双方共、通信ユニット間でデータを転送することが必要である。この文脈では、データは音声通信も含む。このようなデータ転送は、限られた通信資源の使用を最適化するためには、効果的かつ効率的に行う必要がある。

このようなワイヤレス通信システムの１つに、第３世代パートナーシップ・プロジェクト（３ＧＰＰ：3rd Generation Partnership Project）規格があり、ＵＴＲＡＮとして知られている全世界移動遠隔通信システム（ＵＭＴＳ：Universal Mobile Telecommunication System ）無線アクセス・ネットワークに関係する広域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ：Wideband Code-Division Multiple Access）に対応する。ヨーロッパ遠隔通信規格協会（ＥＴＳＩ：European Telecommunication Standard Institute ）は、３ＧＰＰ規格を規定している。

ＵＭＴＳの用語では、基地送受信局（ＢＴＳ）をノードＢと呼び、基地局コントローラ（ＢＳＣ）を無線ネットワーク・コントローラ（ＲＮＣ：Radio Network Controller）と呼ぶ。

ＵＴＲＡＮ内では、多くの通信資源を効果的に管理する必要があり、例えば、
（ｉ）例えば、セル毎に別個のインターフェース資源とした、エア・インターフェース（即ち、ＣＤＭＡ電力およびコード）資源。

（ｉｉ）例えば、ノードＢ毎に、別個の資源で、例えば、限られた容量のＥ１リンクを支援する迂回中継(backhaul)資源。
（ｉｉｉ）例えば、ノードＢの処理能力（例えば、マイクロ・プロセッサ、背面ネットワーキング(back-plane networking) などによって規定される）を管理するノードＢのハードウェア／ソフトウェア資源が、セル内で達成可能なデータのスループットの制約となる可能性がある。

（ｉｖ）ＲＮＣハードウェア／ソフトウェア資源。
従来のシステムの中には、同じ（または、少なくとも同様の）１組のＱｏＳ管理アルゴリズムを各資源に適用しなければならないものもある。これらのＱｏＳ管理アルゴリズムは、
（ｉ）許可制御：新たなセルがシステム／セルに入るときに実行する。許可制御は、新たなセルを許可した場合、全ての接続に対してＱｏＳが維持されるか否か判断するという目的を有する。

（ｉｉ）スケジューリング：フレーム毎に実行する。スケジューリングには、送信のために提出したデータ・パケット数が、１０ｍｓｅｃフレームのような、短期間に使用可能な容量を超過しないことを確認する目的がある。

（ｉｉｉ）過負荷制御：前述の許可制御および／またはスケジューリング機構がそれらの機能で異常を生じた場合に、状況を整えるために用いられる。アクションは、低優先度の呼をシステムから投棄する、「呼先取り」(call pre-emption)が含まれる場合もある。

（ｉｖ） フロー制御：これは、過負荷制御の下位分類と見なすことができ、少なくとも過負荷制御に関連する。フロー制御は、システムが輻輳しないために、ソース・レート(source rate) を低下させる。

これら４つのＱｏＳ制御機構全てを多くのＵＴＲＡＮ資源の各々について実行すると、毎秒メガ単位の命令（ＭＩＰＳ：Mega Instruction Per Second ）に多量の処理能力を消耗する。処理の影響は、主に、３ＧＰＰシステムにおける無線ネットワーク・コントローラ（ＲＮＣ）において感じられ、更にノードＢにおいても感じられる。

本発明の発明者は、現行のＱｏＳ管理アルゴリズムは、全ての資源を等しく扱っていることを認識し、確認した。したがって、ネットワークのデータ・スループットを制限する際に、これらの相対的な重要性に関する考慮はない。一部の、または恐らく殆どの場合においても、ＵＴＲＡＮ資源の一部がその他に対して過大評価(overdimension) されている可能性がある。これら（相対的に言って）過大評価されている資源に対してＱｏＳ管理機能を実行する際に消耗するＭＩＰＳは、浪費されることになる。何故なら、他の資源が、データ・スループット性能を制限する際の隘路（bottleneck）を表すからである。

したがって、本発明の分野には、特に、ワイヤレス通信システム（送信遅延が制約となる）におけるセルラ基地サイト資源において、前述の欠点を軽減できるように、ＱｏＳ管理方法論を改良する必要がある。

本発明の第１の態様によれば、請求項１に記載した通信システムを提供する。
本発明の第２の態様によれば、請求項１５に記載した、通信システムにおいてシステム管理機能（例えば、ＲＮＣ）における能力消耗を削減する方法を提供する。

本発明の第３の態様によれば、請求項２３に記載した３ＧＰＰワイヤレス通信システムを提供する。
本発明の第４の態様によれば、請求項２４に記載した無線ネットワーク・コントローラを提供する。

本発明の第５の態様によれば、請求項２５に記載した記憶媒体を提供する。
本発明の第６の態様によれば、請求項２６に記載した無線ネットワーク・コントローラを提供する。

本発明の発明概念は、ワイヤレス通信システムにおいて隘路資源を特定する機構を提供することである。これに関して、資源へのアクセスの提供および管理を、主に隘路資源を中心に行う。他の資源の管理は、処理能力（ＭＩＰＳ単位）を温存できるように、それに応じて適合させることができる。３ＧＰＰシステムに適用した場合、ＲＮＣ（および、それよりも少ない程度で、ノードＢ）における処理能力を温存することができ、ＲＮＣ（および／またはノードＢ）が一層効率的かつ効果的に動作するように設計することができる。このように、改良したＲＮＣ（および／またはノードＢ）は、必要な処理能力が少なくて済むために少ないコストで、しかし従来のシステムにおける同様のエレメントと同数のアーランに対処することができる。

要約すると、本発明の発明概念は、通信システムにおいて資源の隘路を特定する機構を提供する。加えて、発明概念は、主に隘路資源を中心に据えるために管理アルゴリズムに優先順位を付ける機構も提案する。一旦隘路資源性能へのアクセスが管理されたなら、管理アルゴリズムＭＩＰＳのレベルを（必要であれば）低下させて、他の資源に適用する。このように、他の資源によって課せられる隘路制限のために効果が得られないときは、資源の管理を回避することによって、処理能力を温存することができる。

これより、添付図面を参照しながら、本発明の例示の実施形態について説明する。
本発明の関連では、能力温存に対する引用は、いずれもプロセッサ資源、例えば、毎秒メガ命令数（ＭＩＰＳ）で表す、プロセッサ資源の温存を包含するものと見なすこととする。

本発明の好適な実施形態は、選択的にＱｏＳアルゴリズムを１つ以上のシステム資源に適用するが、全てのシステム資源に同程度に適用するのではないことは注目に値する。本発明の好適な用途は、３ＧＰＰワイヤレス通信システム・アーキテクチャである。これに関して、本発明は、「アクティブ・セット」という概念を導入する。「アクティブ・セット」とは、かなりの数、そして好ましくは全ての、ＱｏＳ管理アルゴリズムを実行する、隘路ＵＴＲＡＮ資源のリストである。この関連では、ＱｏＳ管理アルゴリズムは、好ましくは、スケジューリングおよび許可制御を含む。

要約すると、本発明の発明概念は、通信システムにおいて資源の隘路を特定する機構を提供する。隘路資源を中心に据えるために、ＱｏＳ管理アルゴリズムに優先順位を付ける機構を提案する。一旦隘路資源性能が最適化されたなら、レベルの管理を（必要であれば）低下させて、他の資源に適用する。別の資源によって受ける隘路制約によって効果を得ることができない場合、資源に対して管理アルゴリズムを実行するのを避けることによって、処理能力を温存することができる。

図１をこれより参照すると、模式図１００は、ＵＴＲＡＮ資源の各々のスループット能力を示す。この図において、各資源のスループットは、所与のサイズのパイプとして視覚化することができる。図１の例示では、Ｉ_ｕｂ／Ｉ_ｕｒ迂回中継(backhaul)資源１１５は、明らかに通信サービスの配信における隘路である。何故なら、ＲＮＣまたはノードＢのハードウェア／ソフトウェア資源１０５，１１０，またはエア・インターフェース資源１２０と比較したときに、この資源は最も小さい直径（データ・スループット）のパイプを有するからである。

本発明の好適な実施形態によれば、一旦「隘路」を特定したなら、実行許可制御およびスケジューリング・アルゴリズムのような効率改善アルゴリズムを、この「隘路」資源のみに適用する。このように、「システム」は、現行のシステムと比較して、その処理要件を温存し、しかも同レベルのサービスを提供することができる。

これより図２を参照すると、全世界移動遠隔通信規格（ＵＭＴＳ）エア・インターフェースに対応するセルラ系電話通信システム２１０が、本発明の好適な実施形態にしたがって、概略的に示されている。即ち、記載する実施形態は、ＵＴＲＡＮに関係する広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）規格に関する。

複数の加入者ユニット２１２〜２１６が、選択したエア・インターフェース２１８〜２２１を介して、複数のノードＢ２２２〜２３２と通信する。明確化の目的のみのために、加入者ユニット２１２〜２１６およびノードＢ２２２〜２３２の数を制限して示している。各ノードＢ２２２〜２３２は、１つ以上の送受信ユニットを内蔵し、Ｉ_ｕｂインターフェース２３５を介して、セルラ・システム・インフラストラクチャの残りと通信する。ノードＢ２２２〜２３２は、外部ネットワーク、例えば、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）またはインターネット２３４と、無線ネットワーク・コントローラ局（ＲＮＣ）２３６〜２４０、ならびにあらゆる数の移動交換局（ＭＳＣ：Mobile Switching Centre ）２４２および担当ＧＰＲＳ対応ノード（ＳＧＳＮ：Serving GRRS Support Node ）２４４を介して接続することができる。

各ＲＮＣ２３６〜２４０は、１つ以上のノードＢ２２２〜２３２を制御する。各ＭＳＣ２４２（明確化の目的のため１つのみを示す）は、外部ネットワーク２３４へのゲートウェイを設け、一方ＳＧＳＮ２４４は外部パケット・データ・ネットワークにリンクする。

動作および管理局（ＯＭＣ：Operations and Management Centre）２４６は、動作可能にＲＮＣ２３６〜２４０およびノードＢ２２２〜２３２に接続され（明確化のため、ノードＢ２２６およびノードＢ２２８についてのみ示す）、当業者には理解されるように、セルラ電話通信システム２１０内における機能を運営および管理する。

本発明の好適な実施形態によれば、１つ以上のＲＮＣ２３６〜２４０が、隘路検出機能を含むように構成されている。隘路検出機能の機能性については、特定した隘路資源を「アクティブ・セット」に追加する、または特定した隘路資源を「アクティブ・セット」から除外する判断プロセスに関して具体的に、以下で説明する。

加えて、１つ以上のＲＮＣ２３６〜２４０において通例実行されデータ・パケットの送信のスケジューリングを行うスケジューラも設けられている。スケジューラは、動作可能に隘路検出機能に結合されており、決定した優先順位に応じて、データ・パケットのスケジューリングを行うように構成されている。即ち、ＲＮＣが特定した隘路資源が、データ・パケットがそこを通過することを許可するか否かに応じて、データ・パケットのスケジューリングを行う。

更に、本発明の好適な実施形態では、通例１つ以上のＲＮＣ２３６〜２４０において実行される許可制御機能／アルゴリズムも設けられている。許可制御／機能／アルゴリズムは、隘路検出機能に動作可能に結合されており、決定した優先順位に応じて、アクセスを要求するユーザを許可するように構成されている。即ち、許可制御機能／アルゴリズムは、ＲＮＣが特定した隘路資源が、要求ユーザの送信に対応するか否かに基づいている。

更に一般的には、１つ以上のＲＮＣが効果的に、改良したシステム管理機能を実行し、本発明の好適な実施形態にしたがって、いずれかの適した方法で、ＲＮＣをプログラミングする。例えば、新たな装置を従来の通信ユニット（例えば、ＲＮＣ２３６）に追加することができる。あるいは、従来の通信ユニットの既存の部分を、例えば、１つ以上のその中のプロセッサを再プログラミングすることによって、適応化させることもできる。このように、要求される適応化（隘路検出器を導入するか、あるいはスケジューラおよび／または許可制御機能を適応する）を、フロッピ・ディスク、ハード・ディスク、プログラマブル・リード・オンリ・メモリ（ＰＲＯＭ：Programmable Read Only Memory ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ：Random Access Memory）、あるいはこれらまたはその他の記憶媒体のあらゆる組み合わせというような記憶媒体上に格納したプロセッサ実施可能命令の形態で実施することができる。

本発明の好適な実施形態は、隘路検出器、ならびにＲＮＣの動作に関係するスケジューラおよび／または許可制御機能／アルゴリズムのような、例えば、１つ以上のＱｏＳ管理アルゴリズムの効率的な使用に対する改良を参照しながら説明しているが、これらの機能／アルゴリズムが他のネットワーク・エレメント内に常駐してもよいことが考えられる。例えば、検出した隘路資源に応答してシステムの性能を適応化する際の発明概念は、毎日または毎週実施してもよいことが考えられる。これに関して、前述の機能／アルゴリズムは、前述の機能／アルゴリズムを好ましくはＲＮＣに配置する場合に行われる動的な適応化とは対照的に、例えば、ＯＭＣ２４６に配置してもよい。

また、このような前述の機能／アルゴリズムが他のネットワーク・エレメントに常駐してもよいこと、あるいはワイヤレス通信システムにおける２つ以上のこのようなネットワーク・エレメント間に分散してもよいことも、本発明の想定内のことである。更に、ここに記載する発明概念から、代わりの無線通信アーキテクチャも利点を得ることができ、発明概念は、図２に示す具体的な構成に限定するものと考えてはならない。

本発明の第１実施形態では、「アクティブ・セット」は、全てのＵＴＲＡＮ資源を含むように構成される。ＱｏＳアルゴリズムは、ＲＮＣにおける隘路検出器の発見を活用するように最適化されている。この第１実施形態では、全ての資源が「アクティブ・セット」内にあると見なされる。ＲＮＣは、各資源が、システムのデータ・スループット性能を制限する、データ・スループット隘路となる確度を判定する。この判定は、以下の測定の１つを用いて行うことが好ましい。これについては後に更に説明する。

（ｉ）過負荷制御機能を開始する頻度、または
（ｉｉ）資源の利用率の測定による。
ここで、本発明の発明概念に対応するために、それぞれのＱｏＳ機構をどのように適応化したかについて検討する。

スケジューラ・アルゴリズム
本発明の好適な実施形態では、ＵＴＲＡＮにおけるスケジューラ・アルゴリズムは、例えば、無線フレーム毎に実行し、次のフレームにおける送信のために整列している全てのデータ・パケットのスケジューリングを行う。

公知のスケジューラの動作では、データ・キューの先頭にあるデータ・パケットを取り込み、直列に、データ・パケット毎に、そのデータ・パケットの導入が、多数の資源のいずれかの過負荷になるか否か判定を行う。全ての資源は、公知のスケジューラの動作においてチェックされ、等しい重要度が資源に割り当てられる。資源は、例えば、コード消耗(code consumption)、能力消耗、迂回中継ビット・レート消耗等とすることができる。

スケジューラが、データ・パケットの導入により特定の資源が過負荷になると判定した場合、スケジューラはスケジューリング動作を終了する。あるいは、データ・パケット・キューが無くなったときにスケジューラ動作を終了する。

この公知の手法に伴う問題の１つは、各データ・パケットに不要なチェックを行い、あらゆる資源についてデータ毎のパケット消耗をチェックしていることである。本発明の発明者は、特に資源が豊富な状況ではこれが無駄であることを確認した。例えば、ダウンリンク・スケジューラはコードが制限される場合がある。即ち、コード資源がなくなったときに、スケジューリングを停止する。スケジューラが停止すると、能力および迂回中継の利用度が非常に低く、例えば、５０％になる可能性があるが、スケジューリングするデータ・パケット毎に、これらの資源の消耗について判定が行われている。したがって、これはスケジューラ・プロセッサに不要な負荷を追加することになる。

本発明の好適な実施形態にしたがって適応化した、改良スケジューラ動作を、図３のフローチャート３００に示す。まず、ＲＮＣが、ステップ３０２において、主要隘路資源、例えば、資源「Ａ」を特定する。次いで、ステップ３０５に示すように、整列したデータ・ストリームの先頭にあるデータ・パケットを取り込むことによって、スケジューラ動作が開始する。

本発明の好適な実施形態では、まず、データ・パケット・スループットを制限する可能性が最も高い資源、即ち、通例では他よりも前に１００％の利用度に達する資源について判定を行う。つまり、この（隘路）資源には、スケジューリング決定プロセスにおいて、最も高い優先順位を割り当てる。資源「Ａ」と呼ぶ、隘路資源によって強いられる制限を、ステップ３１０において判定する。注目すべきは、ステップ３１５におけるように、データ・パケットがスケジュールに追加される毎に、スケジューラが、この資源「Ａ」のみに対する各受信データ・パケットの影響を評価することである。

この後、一旦資源「Ａ」が使い果たされると、プロセスは、ステップ３２０に示すように、第２資源「Ｂ」の消耗をチェックする。資源「Ｂ」は次に最も優先度が高い資源、即ち、多数の資源から特定された最悪から２番目の資源であることが予期される。したがって、資源「Ｂ」は、この時点では、資源「Ａ」は通例制限資源となっているので、最大の利用度で動作していると思われる。しかしながら、この関係は必ずしも真ではない場合もあるので、残りの資源をチェックすることが好ましい。資源「Ｂ」が最大限利用されている場合、ステップ３２５において、資源「Ｂ」の利用度≦１００％となるまで、データ・パケットをスケジュールから除外する。注目すべきは、資源「Ａ」の消耗がこの時点では＜１００％となっていることである。

本発明の改良実施形態では、どのデータ・パケット（複数のデータ・パケット）をスケジュールから除外するかについて、知的な判断を行う。これに関して、資源「Ｂ」を最も多く使用しているデータ・パケットを除外することがより良いと考えられる。例えば、資源「Ｂ」が迂回中継帯域幅である場合、最大のサイズ（ビット単位）を消耗するデータ・パケットをスケジュールから除外する。

このプロセスは、例えば、ステップ３３０，３３５に示すように継続し、全ての資源について≦１００％の使用度となるスケジュールが求められるまで、次の高い優先度の資源を取り込む。次いで、ステップ３４５に示すように、スケジューラ・プロセスが完了する。

以上のスケジューリング・アルゴリズムは、既知の消耗チェック型アルゴリズムのわずか１／ｎのプロセス・ステップだけがあればよいことは明白である。ここで、ｎはチェックする資源の数である。更に、マッピング・テーブルに示すように、隘路検出器は、ステップ３４０において、それぞれの資源を順番に並べ／優先度を付けるために、「平均利用度」を採用している。このように、隘路資源は、平均利用率が最も高い資源である。尚、他の実施形態では、最大、または可変、または固定負荷率も使用可能であると考えられる。

許可制御アルゴリズム
許可制御は、資源を要求元通信デバイスに付与してもよいか否か判定するためのプロセスである。許可制御アルゴリズムが、最適なシーケンスで、許可要求を、現在使用可能な資源に対して検査しない場合、許可制御の動作が非効率的となる虞れがある。許可制御を実施する好適な機構を、図４のフローチャート４００に示す。

好適な機構は、ステップ４０２において開始し、ＲＮＣが資源「Ａ」を主要隘路資源と特定する。ステップ４０５において、ＲＮＣは呼許可試行の要求を受信する。次いで、この呼を許可すると、資源の割り当てが必要となるか否か判定を行う。例えば、ステップ４１０において、資源「Ａ」は、資源「Ａ」の使用可能容量よりも大きくなっている。資源「Ａ」の要求量が資源「Ａ」の容量よりも大きい場合、ステップ４３０に示すように、呼は許可されない。資源「Ａ」は、以前に、ＲＮＣによって、データ・スループットに関して隘路資源らしいと特定されている。その結果、許可制御プロセスにおいて、資源「Ａ」には最高の優先順位が割り当てられる。

ステップ４１０において、資源「Ａ」が、呼に対処するのに十分な容量を有する場合、ステップ４１５において、第２資源、例えば、資源「Ｂ」への要求が、資源「Ｂ」が提供する容量よりも大きいか否か判定を行う。第２資源「Ｂ」への要求量が資源「Ｂ」の使用可能な容量よりも大きい場合、ステップ４３０に示すように、呼は許可されない。

同様に、ステップ４１５において、資源「Ｂ」が呼に対処するのに十分な容量を有する場合、ステップ４２０において、第３資源、例えば、資源「Ｃ」への要求量が、資源「Ｃ」の使用可能な容量よりも大きいか否か判定を行う。資源「Ｃ」の要求量が資源「Ｃ」が提供する使用可能な容量よりも大きい場合、ステップ４３０に示すように、呼は許可されない。このプロセスは、全ての資源をチェックするまで継続し、終了した時点において、ステップ４２５に示すように、呼は許可される。

本発明の好適な実施形態によれば、個々の資源に対する許可試行の失敗率をカウントするために追跡プロセスを導入する。所定の資源の許可失敗の割合が、以前の所定の時間間隔に測定した許可要求全数と比較して、所与の閾値を超える場合、資源を、チェックする資源リストの更に上の方に移動させるとよい。このようにすると、資源は、以後早めにチェックされる。更に、前述のスケジューリング動作と同様に、資源「Ａ」、「Ｂ」および「Ｃ」（およびその他のいずれも）には、許可失敗の確度の順序で優先順位を付ける。この序列プロセスは、失敗数の統計に基づくことが好ましい。

このように、最終的に失敗する呼許可試行に対して必要なチェックの回数は最小限に抑えられる。即ち、資源チェックの序列は、許可制御プロセスが資源「Ａ」をチェックする最初のステップにおいて失敗する可能性が高くなるように構成されている。

このアルゴリズムは、高負荷の期間中、遮断が規則的に起こるとき、およびＲＮＣプロセッサが既に重負荷応力下にあるときに、極めて高い効果をもたらすという利点がある。
本発明の第２実施形態によれば、アクティブ・セットとは、ＵＴＲＡＮ資源の部分集合と見なされる。これに関して、アクティブ・セット内の資源、即ち隘路ＵＴＲＡＮ資源と特定された１つ以上の資源に対してのみＱｏＳ管理を行うことによって、ＭＩＰＳの減少が達成される。第２実施形態では、過負荷検出および反応機構は全てのＵＴＲＡＮ資源に対して適格であり、常時「アクティブ」動作モードにあることは注記に値する。

また、この第２実施形態では、ＵＴＲＡＮ資源のアクティブ・セットは、資源を動的にアクティブ・セットに追加でき、あるいはアクティブ・セットから除外できるように、適応可能に構成することが最も好ましい。好ましくは、セルの設定において、全てのＵＴＲＡＮ資源をアクティブ・セットに入れるように構成する。

その後、所定の直前の時間間隔で、または直前の所定の数のスケジューリング／許可制御イベントにおいて、ＵＴＲＡＮ資源に対応して１つ以上の過負荷警報が発せられた場合、その特定のＵＴＲＡＮ資源をアクティブ・セットに追加することが考えられる。

同様に、所定のＵＴＲＡＮ資源による制限が、スケジューリングすべきパケット、または許可すべき呼を妨げる理由の１つとして記録されていない場合、その特定の資源をアクティブ・セットから除外することが考えられる。この場合も、この判定は、所定の直前の時間間隔または所定の数の直前のスケジューリングおよび／または許可制御イベントにおいて実行する。加えて、少なくとも１つのＵＴＲＡＮ資源が「アクティブ・セット」リストに残っていることが好ましい。この場合、アクティブ・セット・リストに残っている１つのＵＴＲＡＮ資源に対して、全ての関連するＱｏＳ機構（許可制御、スケジューリング、フロー制御、過負荷制御）を適用する。

ＵＴＲＡＮ資源がアクティブ・セットにある場合、全てのＱｏＳ管理機能を実行する。尚、実際のシステムでは、表１に示す限られた数よりは遥かに多いＵＴＲＡＮ資源があることを注記しておく。

本発明の第２実施形態の改良した仕組みでは、アクティブ・セットは、ＱｏＳ管理機構、許可制御、スケジューリングの各々と関連付けられている。特定のＱｏＳ機構が「実行」されるのは、アクティブ・セットにおけるそれらのＵＴＲＡＮ資源のみに対してである。好ましくは、各ＱｏＳ管理機構は、それらのそれぞれの時間目盛上で動作するように構成されている。例えば、
（ｉ）許可管理機能は、比較的長い時間目盛（例えば、秒単位）上で資源の平均数を管理するように構成することができる。

（ｉｉ）スケジューラは、それよりも短い時間目盛（例えば、１０ｍｓｅｃ程度）上でスケジュール資源を管理することができる。
また、異なる過負荷制御機構を異なる時間目盛上で起動できるようにすることも考えられる。数個の資源の場合（この例では、エア・インターフェースを想定する）、観念的な資源のパイプ・サイズが短い時間目盛上で比較的大きな変動を受けるが、それよりも長い時間目盛上では適度に一定であることもある。したがって、例えば、エア・インターフェース・スケジューリングを実行することは重要かもしれないが、エア・インターフェース許可制御を実行することは必要でないかもしれない。

表２は、第２実施形態に対するこの改良のための３つのアクティブ・セット、各ＱｏＳ機構に１つを示す。この場合も、個々のシステムでは、表２に示す限られた数よりも遥かに多いＵＴＲＡＮ資源がある。

あるいは、所与の時間目盛上で資源を管理するＱｏＳ機構の集合を定義することもできる。この場合、各時間目盛について、以下の表３に示すように、適用可能なＱｏＳ機構を適用するＵＴＲＡＮ資源を規定することができる。

表３は、各ＱｏＳ管理時間目盛に１つずつ、３つのアクティブ・セットを示し、異なるＱｏＳ機構を各時間目盛に適用する。

第２実施形態のこの改良では、過負荷制御警報がＵＴＲＡＮ資源に対して発せられた場合、ＱｏＳ機構／ＱｏＳ管理時間目盛に合った、アクティブ・セット・リストにその資源を追加すればよいことが考えられる。好ましくは、対応するＱｏＳ管理時間期間にわたって測定を行う。同様に、ＵＴＲＡＮ資源における制限が、スケジュールすべきパケットまたは許可すべき呼を妨げる理由の１つとして記録されていない場合、その資源を、所与のＱｏＳ機構／ＱｏＳ管理時間目盛に合ったアクティブ・セット・リストから除外することができる。この場合も、所定の直前の時間間隔、または直前の所定の数のスケジューリングおよび／または許可制御イベントにおいてこの決定を行うことが考えられる。

更に、アクティブ・リストに資源を追加するか、または資源を除外する前述の機構では、直前の時間間隔または所定の数のスケジューリングおよび／または許可制御イベントの間その特定のＵＴＲＡＮ資源に対応して過負荷警報が発せられてはならない。加えて、そのＱｏＳ管理機構またはＱｏＳ管理機構時間目盛に合った「アクティブ・セット」リスト内に少なくとも１つのＵＴＲＡＮ資源が残っていることが好ましい。

第２実施形態の更に別の改良では、アクティブ・セットを変更するための機構として起動される過負荷制御警報への依存を減少または除外可能であることも考えられる。代わりの手法は、資源の各々の負荷状態の規則的な測定を行い、現在の負荷状態に基づいて追加または削除の判断を行うものとすることができる。このような機構は、（望ましくない）過負荷の発生を低減するという利点がある。

簡略化という理由だけのために、アクティブ・セットが１つしかない場合について検討する。セルの設定時（即ち、ノードＢの電力投入時）、全てのＵＴＲＡＮ資源はアクティブ・セット内にある。そして、ＵＴＲＡＮ資源の各々に負荷の規則的な測定を行う。負荷の測定の平均を取ることもでき、または、例えば、ｘ番目の百分位数(x^th percentile)とすることもできることが考えられる。いずれの方法でも、この例では、負荷の測定値を、全ＵＴＲＡＮ資源容量の百分率で表す。

つまり、例えば、ＵＴＲＡＮ資源の負荷が、例えば、所定の時間期間Ｔ＿１の間Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＿１未満である場合、このＵＴＲＡＮ資源をアクティブ・セットから除外する。更に、例えば、ＵＴＲＡＮ資源の負荷が、所定の時間期間Ｔ＿２の間、例えば、Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＿２よりも大きい場合、そのＵＴＲＡＮ資源をアクティブ・セット・リストに追加する。

前述の発明概念のいずれの組み合わせでも採用可能であることも、本発明の想定の範囲内である。例えば、ＱｏＳ機構毎またはＱｏＳ機構時間目盛毎にアクティブ・セットを設けることができることが考えられる。これに関して、例えば、規則的な間隔で、全てのＵＴＲＡＮ資源について、所定の時間目盛（例えば、１０，１００または１０００ｍｓｅｃ）で測定した特定の負荷状態を判定する。所定の負荷基準（閾値）を満たす場合、ＵＴＲＡＮ資源をアクティブ・セット・リストに追加するか、またはこれから除外する。

更に、資源に対する過負荷を特定した場合はいつでも、その資源を直ちにアクティブ・セットに追加できるようにすることも考えられる。
また、所与の資源に適用する特定のＱｏＳ管理機構に対する判断を「オフライン」にすることができることも、本発明の想定の範囲内である。この場合、判断をＯＭＣパラメータとしてエンコードしてもよい。オフラインの次元計算および／または試行錯誤による経験、および／またはエキスパート・システムを、このプロセスの一部として用いることもできる。

以上、ＵＴＲＡＮ ３ＧＰＰシステムに関連付けて、隘路識別子を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、発明概念は、例えば、コア・ネットワークまたはバックボーン・ネットワークを含む、他の遠隔通信システム、ワイヤレスまたはワイヤ・ラインにも等しく適用可能であると考えられる。

完全性のため、いかにして複雑度低下（ＭＩＰＳ単位の能力）要件を実際に活用すればよいか、明らかにするだけの価値はある。しかしながら、ここに記載する発明概念は、多数の他の方法でも活用可能であり、したがって、本発明概念は以下に記載する機構に限定されないことを、当業者であれば認めよう。

ワイヤレス通信ネットワークを現在設置しているとき、ＲＮＣは、最悪の場合の状況に対応するのに必要と思われる処理能力にほぼ等しい処理能力を有することが必要である。これに関して、ＲＮＣは、全てのＵＴＲＡＮ資源に十分代書できるように構成する必要がある。このため、初期のネットワーク設置では何らかの非効率性が生ずるのが通例である。何故なら、ＲＮＣはある観点では過小利用であるのが通例であることが予期されるからである。更に、ネットワーク負荷が増加し、ノードＢが増々追加されるに連れて、ＲＮＣプロセッサの非効率性は高まっていく。

したがって、前述のような、隘路検出アルゴリズムを実行する、改良ＱｏＳ管理方法論から、少なくとも以下の利点が得られることがわかる。
（ｉ）ＲＮＣのプロセッサ資源上の負荷を監視することにより、ＭＯＣにおいて、余分なＲＮＣプロセッサ資源を追加すべきか否かの判断を行うことができる。

（ｉｉ）より高いネットワーク負荷に対応するためにＲＮＣカードを追加しなければならない率が低下する。
（ｉｉｉ）ＱｏＳ処理の一部をノードＢで実行する場合（例えば、ハードウェア／ソフトウェア許可制御）、本技法によっても、ノードＢハードウェア／ソフトウェア資源が隘路資源でない場合に、シグナリングおよび呼設定遅延が減少する。

以上、本発明の実施形態の具体的かつ好適な実施態様について説明したが、当業者であれば好適な実施形態に変形や変更を容易に適用することができ、それらは本発明概念に該当することはあきらかである。

このように、前述の従来技術の欠点を著しく軽減した、通信システム、および通信システムにおいて能力消耗を低減する方法が提供された。

本発明の好適な実施形態に応じて決定し応答したＵＴＲＡＮ資源の各々のスループットの能力の一例の模式図。 本発明の好適な実施形態の種々の発明概念に対応するように構成されている３ＧＰＰセルラ無線通信システムのブロック図。 本発明の好適な実施形態の発明概念にしたがって、送信に用いられる資源の数に応じて、データ・パケット送信のスケジューリングを行うスケジューラのフローチャート。 本発明の好適な実施形態による、送信に用いられる資源の数に応じた、データ・パケットの送信に対する許可制御のフローチャート。

Claims (22)

1. 基地サイトの資源およびシステムのデータ・スループットを管理するシステム管理機能ユニットを備えた通信システムにおいて、前記システム管理機能ユニットは、所定の数の資源を特定するように構成されており、前記システム管理機能ユニットが、
   前記システム・スループットに関与するシステム資源の部分集合から、１つ以上の隘路資源を特定するスループット特定機能ユニットと
   前記１つ以上の隘路資源の特定に基づいて、スケジューリングまたは許可制御のうちの１つ以上を含む少なくとも１つのサービス品質プロセスを前記特定した１つ以上の隘路資源に選択的に適用する手段と、
   少なくとも１つのサービス品質プロセスを選択的に適用するときに、前記システム管理機能ユニットにより、システム資源の部分集合の前記１つ以上の前記隘路資源およびその他の資源の少なくとも１つに、前記隘路資源に高い優先度を割り当てるように優先順位を付ける手段と
   を備えること、通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムにおいて、前記隘路資源は、以下のパラメータ、
   （ｉ）過負荷制御機能ユニットを当該資源について開始する複数の回数、または
   （ｉｉ）資源の利用度の測定値
   のうちの１つを用いて隘路資源と特定する、通信システム。
3. 請求項１に記載の通信システムにおいて、前記システム管理機能ユニットは、送信のためにデータ・パケットのスケジューリングを行うスケジューラに動作可能に結合されており、前記特定した１つ以上の隘路資源または前記資源の部分集合からの別の資源の使用可能容量に基づいて、前記データ・パケットを送信用データ・ストリームに追加するか、あるいは除外する、通信システム。
4. 請求項１に記載の通信システムにおいて、前記システム管理機能ユニットは、前記通信システムへの呼要求を許可する許可制御機能ユニットに動作可能に結合されており、該許可制御機能ユニットが追跡プロセスを用いて、個々の資源に対する許可試行の失敗率を計数するようにした、通信システム。
5. 請求項４に記載の通信システムにおいて、前記隘路資源を、前記失敗率計数値に基づいて特定する、通信システム。
6. 請求項１に記載の通信システムにおいて、前記システム管理機能は、１つ以上のサービス品質プロセスを、前記特定した１つ以上の隘路資源に適用するのみである、通信システム。
7. 請求項１に記載の通信システムにおいて、前記スループット特定機能ユニットは、前記更に別の資源に対応する警報の検出によって隘路資源を特定し、前記警報に応答して、前記システム管理機能ユニットは、前記更に別の資源を、１つ以上の隘路資源のリストに追加する、通信システム。
8. 請求項７に記載の通信システムにおいて、前記警報の検出は、過負荷警報の検出を含み、前記検出は、時間間隔、複数のスケジューリングイベントまたは複数の許可制御イベント数の組の１つにわたって行われる、通信システム。
9. 請求項７に記載の通信システムにおいて、前記システム管理機能ユニットは、所定の数の前記資源に関する所定の数の負荷測定値を受け取り、該測定値（複数の測定値）に応答して、負荷が特定の時間期間にわたって負荷閾値を上回るときか、あるいは下回るときに、資源の一部を、１つ以上の隘路資源のリストに追加するか、あるいは資源の一部を前記リストから除外する、通信システム。
10. 請求項１に記載の通信システムにおいて、前記システム管理機能ユニットは無線ネットワーク・コントローラである、通信システム。
11. 請求項１０に記載の通信システムにおいて、前記資源は、
    （ｉ）無線ネットワーク・コントローラ資源、
    （ｉｉ）ノードＢハードウェア／ソフトウェア資源、
    （ｉｉｉ）Ｉ _ｕｂ ／Ｉ _ｕｒ 迂回中継資源、または
    （ｉｖ）エア・インターフェース資源
    の組の少なくとも１つ以上から成る、通信システム。
12. 通信システムにおいてシステム管理機能ユニットにおける処理能力消耗を削減する方法であって、
    前記通信システムにおけるデータ・スループットに影響を及ぼす、所定の数の資源を特定するステップと、
    前記システム・スループットに含まれるシステム資源の部分集合から１つ以上の隘路資源を特定するステップと、
    前記１つ以上の隘路資源の特定に基づいて、スケジューリングまたは許可制御のうちの１つ以上を含む１つ以上のサービス品質プロセスを前記特定した１つ以上の隘路資源に選択的に適用するステップと、
    少なくとも１つのサービス品質プロセスを選択的に適用するときに、前記システム管理機能ユニットにより、システム資源の部分集合の前記１つ以上の前記隘路資源およびその他の資源の少なくとも１つに、前記隘路資源に高い優先度を割り当てるように優先順位を付けるステップとを備える方法。
13. 請求項１２に記載のシステム管理機能ユニットにおける処理能力消耗を削減する方法であって、更に、
    所定の数の資源の資源容量を特定して、前記隘路資源を特定するステップを備える方法。
14. 請求項１２に記載のシステム管理機能ユニットにおける処理能力消耗を削減する方法であって、更に、
    送信のためにデータ・パケットのスケジューリングを行い、前記隘路資源に基づいて、前記データ・パケットを、送信のためのデータ・ストリームに追加するか、あるいは除外するステップを備える方法。
15. 請求項１４に記載のシステム管理機能ユニットにおける処理能力消耗を削減する方法であって、更に、
    前記隘路資源ではない全ての資源に対してセル毎のチェックを行い、更に別のデータ・パケットのスケジューリングを行うべきか否か確認するステップを備える方法。
16. 請求項１２に記載のシステム管理機能ユニットにおける処理能力消耗を削減する方法であって、更に、
    個々の資源について許可試行の失敗率を計数して、前記隘路資源を特定するステップを備える方法。
17. 請求項１２に記載のシステム管理機能ユニットにおける処理能力消耗を削減する方法であって、更に、
    資源に対応する警報を検出するステップと、
    前記警報に応答して、１つ以上の隘路資源のリストに前記資源を追加するステップとを備える方法。
18. 請求項１２に記載のシステム管理機能ユニットにおける処理能力消耗を削減する方法であって、更に、
    所定の数の前記資源に関する所定の数の負荷測定値を受け取るステップと、
    前記測定値（複数の測定値）に応答して、負荷測定値が特定の時間期間にわたって負荷閾値を上回るとき、１つ以上の隘路資源のリストに資源を追加するステップと、
    負荷測定値が特定の時間期間にわたって負荷閾値を下回るとき、１つ以上の隘路資源のリストから資源を除外するステップと、
    を特徴とする方法。
19. 基地サイトの資源およびシステムのデータ・スループットを管理する無線ネットワーク・コントローラであって、該無線ネットワーク・コントローラは、
    所定の数の資源を特定し、前記システム・スループットに関与する前記所定の数のシステム資源の部分集合から、１つ以上の隘路資源を特定するスループット特定機能ユニットと
    前記１つ以上の隘路資源の特定に基づいて、スケジューリングまたは許可制御のうちの１つ以上を含む少なくとも１つのサービス品質プロセスを前記特定した１つ以上の隘路資源に選択的に適用する手段と、
    少なくとも１つのサービス品質プロセスを選択的に適用するときに、前記システム管理機能ユニットにより、システム資源の部分集合の１つ以上の前記隘路資源およびその他の資源に、前記隘路資源に高い優先度を割り当てるように優先順位を付ける手段と
    を備える、無線ネットワーク・コントローラ。
20. 請求項１９に記載の無線ネットワーク・コントローラにおいて、前記スループット特定機能ユニットは、前記更に別の資源に対応する警報の検出によって隘路資源を特定し、前記警報に応答して、前記無線ネットワーク・コントローラ（２３６）は、前記更に別の資源を、１つ以上の隘路資源のリストに追加する、無線ネットワーク・コントローラ。
21. 請求項２０に記載の無線ネットワーク・コントローラにおいて、前記警報の検出は、過負荷警報の検出を含み、前記検出は、時間間隔、複数のスケジューリング、または複数許可制御イベントの組の１つにわたって行われる、無線ネットワーク・コントローラ。
22. 請求項１９に記載の無線ネットワーク・コントローラにおいて、前記スループット特定機能ユニットは、前記複数の前記資源に関する複数の負荷測定値を受け取り、該測定値（複数の測定値）に応答して、前記無線ネットワーク・コントローラは、負荷が特定の時間期間にわたって負荷閾値を上回るときか、あるいは下回るときに、資源の一部を、１つ以上の隘路資源のリストに追加するか、あるいは資源の一部を前記リストから除外する、無線ネットワーク・コントローラ。

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