JP2000512451A - パケットネットワークのためのチャンネル割り当て方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 テレコミユニケーションネットワークにおいてデータ送信チャンネル／サブチャンネルを割り当てる方法が提供される。ネットワークは、テレコミュニケーションコントローラ(ＢＴＳ)及び多数のターミナル装置(ＭS)を備えている。送信チャンネルは、各々１つ以上のサブチャンネルより成る１つ以上のタイムスロットに分割される。１つ以上のタイムスロット又はサブチャンネルは、制御チャンネルとして使用でき、これは、更に、１つ以上の制御サブチャンネルに分割される。ターミナル装置(ＭＳ)は、少なくとも１つのサブチャンネルを経てデータパケット(Ｄ)においてデータを送信する。テレコミュニケーションコントローラ(ＢＴＳ)は、制御サブチャンネル及びそれらの割り当て状態に関する情報をターミナル装置(ＭＳ)へ送信する。送信されるべきデータパケット及び制御サブチャンネルには、異なる優先順位(Ｐ1-Ｐ4)が指定される。送信されるべきデータパケットの優先順位及び制御サブチャンネルの優先順位に基づいて、各ターミナル装置(ＭＳ)は、それがチャンネル要求を送信できるときを決定する。

Description

【発明の詳細な説明】 パケットネットワークのためのチャンネル割り当て方法発明の分野 本発明は、パケットネットワークのためのチャンネル割り当て方法に係る。先行技術の説明 図１は、本発明を理解するのに重要なパケットネットワークの一部分を示す。 移動ステーションＭＳは、エアインターフェイスＵｍを経てベースステーション ＢＴＳ（ベーストランシーバステーション）と通信する。ベースステーションは 、移動交換センターＭＳＣに接続されたベースステーションコントローラＢＳＣ により制御される。べースステーションコントローラＢＳＣにより管理されるサ ブシステムであって、それにより制御されるベースステーションを含むサブシス テムは、一般に、ベースステーションサブシステムＢＳＳと称する。センターＭ ＳＣとベースステーションサブシステムＢＳＳとの間のインターフェイスは、Ａ インターフェイスと称する。このＡインターフェイスにおいてＭＳＣの側にある 移動通信システムの部分は、ネットワークサブシステムＮＳＳとして知られてい る。対応的に、ベースステーションコントローラＢＳＣとベースステーションＢ ＴＳとの間のインターフェイスは、Ａｂｉｓインターフェイスと称する。移動交 換センターＭＳＣは、入呼び及び出呼びの交換を行う。これは、公衆交換電話ネ ットワークＰＳＴＮの交換機と同様の機能を果たす。更に、移動電話トラフィッ クのみの特徴である機能、例えば加入者位置管理も実行し、そのネットワーク加 入者レジスタに関連してビジター位置レジスタＶＬＲ１が図１に示されている。 デジタル移動通信システムに使用される従来の無線接続は回路交換であり、こ れは、加入者に割り当てられた無線リソースがコールの時間中この接続に割り当 てられたままとなることを意味する。パケット無線サービスＧＰＲＳ（汎用パケ ット無線サーブす）は、デジタル移動通信システムに対して設計された新たなサ ービスである。ＧＳＭシステムに対して設計されたパケット無線システムＧＰＲ Ｓは、ＥＴＳＩ推奨勧告ＴＣ−ＴＲ−ＧＳＭ０２．６０及び０３．６０に説明さ れている。アメリカンＤ−ＡＭＰＳシステムのパケット無線サービスは、ＣＤＰ Ｄと称する。 パケット無線サービスにより、移動ステーションＭＳのユーザには、無線リソ ースを効率的に利用する無線接続を設けることができる。パケット交換接続にお いては、スピーチ又はデータを送信すべきときだけ無線リソースが割り当てられ る。スピーチ又はデータは、特定長さのパケットへと組み立てられる。（メッセ ージの最後のパケットは、たのものより短くすることができる。）このようなパ ケットがエアインターフェイスＵｍを経て送信されそして送信者がそのとき次に 送信すべきパケットを有していないときには、無線リソースを他の加入者の使用 のために解放することができる。パケット無線サービスは、データサービスのユ ーザにとって特に適している。これは、図１のコンピュータＰＣにより説明され る。コンピユータＰＣ及び移動ステーションＭＳは、当然、合成ユニットへと一 体化することができる。いかなるターミナル装置も移動ステーションＭＳに代わ ることができる。 図１のシステムは、ネットワーク側のパケットデータサービスの動作を制御す る個別のサービスＧＰＲＳサポートノード即ちＳＧＳＮを備えている。この制御 は、例えば、移動ステーションからシステムへの及びシステムから移動ステーシ ョンへの登録（各々ログオン及びログオフ）と、移動ステーションの位置の更新 と、正しい行先へのデータパケットのルート指定とを含む。ここでの説明上、「 データ」とは、広く解釈して、デジタル移動通信システムにおいて送信される情 報であって、通常のデータ送信に加えて、デジタル形態にエンコードされた映像 データ又はファクシミリデータを含むいかなる情報も指すものとする。ＳＧＳＮ は、ベースステーションＢＴＳ、ベースステーションコントローラＢＳＣ又は移 動交換センターＭＳＣに関連して配置されてもよいし、或いはそれらとは別々に 配置されてもよい。ＳＧＳＮとベースステーションコントローラＢＳＣとの間の インターフェイスは、Ｇｂインターフェイスとして知られている。 従来のＧＳＭシステムに使用されるランダムアクセス方法は、例えば、モーリ ・ポーテット著の「移動通信用のＧＳＭシステム(The GSM system for Mobile Co mmunications)」、ＩＳＢＮ２−９５０７１９０−０−７、第３６８ページに説明 されている。簡単化のために、このランダムアクセス方法は、無線チャンネル及 びそれらの割り当て状態に関する情報をブロードキャストする。移動ステー ションは、空いた無線チャンネルを予約するように試みることができる。ベース ステーションは、これが１つの予約試みを首尾良く厳密にデコードする場合には 、当該移動ステーションに応答しそして無線チャンネルをそれに割り当てる。移 動ステーションは、それが応答を得ない場合には、ランダムな時間周期の後に再 び予約を試みる。非常に混雑したネットワークでは、ほとんどの予約試みがこれ らの予約試みとなり、ほんの僅かな部分だけが最初の試みとなることが考えられ る。この状態を回避するために、ＧＳＭシステムは、トラフィックを一時的に制 限する機構、例えば、新たな試みの数及び／又は時間巾を制限しそして１つ以上 のアクセスクラスを閉じるための機構を有している。無線チャンネルが解放され たときには、全ての移動ステーションが自動的にそれを予約するように試みるの ではない。というのは、このようにすると、多数の移動ステーションが無線チャ ンネルの解放を待機している状態において自動的に混雑状態を招くことになるか らである。むしろ、移動ステーションは、各タイムスロットにおいて予約を試み るところの確率を決定する。この確率は、ベースステーションの負荷によって左 右される。この割り当て方法は、無線リソース割り当てという一般的な用語で知 られている。 パケットネットワークの場合と同様に、各無線パケットを送信した後に無線リ ソースを解放することができ、又、各無線パケットを送信するために無線リソー スを別々に割り当てねばならない。それ故、パケット無線ネットワークは、無線 リソースがコールの始めにそしておそらくはハンドオーバーに関連して割り当て られるだけであるスピーチ送信に使用される従来の移動通信システムの場合より も、使用するランダムアクセス方法に著しく高い要求を設定する。 イーサネットネットワークのようなあるローカルエリアネットワークにおいて は、パケット無線ネットワークの場合と一部分同様の問題を見ることができる。 ローカルエリアネットワークの解決策は、パケット無線ネットワークについては 適当でない。というのは、ローカルエリアネットワークの全てのワークステーシ ョンが同じケーブルに接続され、そして１つ以上のワークステーションが共通の リソース（ローカルエリアネットワークの場合は、ネットワークケーブル）を割 り当てる場合にそれを検出できるからである。パケット無線ネットワークにおい ては、このようにはなり得ない。というのは、セルの片側の移動ステーションは 、おそらく、セルの反対側の移動ステーションの送信を聞かないからである。 パケット無線ネットワークは、速度要件が著しく異なるような種々様々な用途 に使用することができる。例えば、インターナショナル・ユニオン・オブ・レー ルウェイＩＵＲは、最も高い優先順位において１２８バイトのメッセージが０． ５秒以内に送信されることを要求する。このようなメッセージは、危険が迫った ときに列車を停止するのに使用することができる。パケット無線ネットワークを 通る短いメッセージの送信は、重要性の低い用途の一例であると考えることがで きる。短いメッセージは、例えば、音声メールボックスに待機している音声メッ セージを通知することができる。従って、メッセージが数分遅延してもあまり問 題ではない。 同じ用途でも著しく異なる要求が存在し得る。例えば、インターネットをブラ ウジングするときには、長さが１キャラクタ又は数キャラクタのコマンドができ るだけ迅速にサーバーに送信されることが重要である。一方、応答時間は、長い データ送信に関しては同じ重要性をもたない。発明の要旨 本発明の目的は、上記問題を回避できるやり方で無線リソース割り当てを用い るテレコミュニケーションネットワークにおいてデータ送信チャンネル又はその サブチャンネルを予約する方法を開発することである。本発明の目的は、請求項 １の特徴部分に記載の方法により達成される。従属請求項は、本発明の好ましい 実施形態に関する。 本発明は、次のことに基づく。即ち、 −送信されるべきデータパケットに異なる優先順位が指定される。 −考えられる制御サブチャンネルにも異なる優先順位が指定され、そしてテレ コミュニケーションコントローラは、制御サブチャンネルに指定された優先順位 に関する情報をターミナル装置へ送信する。 −送信されるべきデータパケットの優先順位、及び制御サブチャンネルの優先 順位に基づいて、各ターミナル装置は、そのターミナル装置がチャンネル要求の 送信をいつ許されるかを決定する。 ここでの説明においては、制御サブチャンネルとは、送信チャンネルのチャン ネル要求を送信するために移動ステーション又は他のターミナル装置が使用する チャンネルを指す。優先順位クラスとは、データパケットに同じ優先順位が指定 されるところのターミナル装置又はアプリケーションを指す。 本発明の方法の効果は、例えば、高い優先順位をもつパケットについては応答 時間が良好であり、そして各々の優先順位クラスについては均等性があることで ある。本発明による好ましい実施形態の特定の効果は、以下に述べる実施形態に 関連して明らかとなろう。図面の簡単な説明 以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。 図１は、本発明を理解するために重要な移動通信システムの一部分を示す図で ある。 図２Ａ及び２Ｂは、ベースステーションが制御チャンネルの優先順位に関する 情報を移動ステーションへ送信できるようにする方法を示す図である。好ましい実施形態の詳細な説明 本発明の無線リソース割り当て方法の主たる適用分野は、パケット無線ネット ワークに関連したものである。例示的なＧＰＲＳシステムの場合に、データパケ ットの優先順位は、接続のサービスの質（ＱｏＳ）に基づいて決定される。サー ビスの質は、接続の始めに又は接続中に後で交渉することができる。接続中に優 先順位を変更することにより、移動ステーションＭＳは、低い優先順位でも充分 に良好なサービス状態が得られたときの状態を利用することができる。 ＧＰＲＳシステムのようなサービスの質ＱｏＳが定義されないシステムに本発 明を適用するときには、接続の始めに及び／又は接続中に優先順位を別々に交渉 することができる。 本発明の１つの実施形態によれば、ベースステーションＢＴＳのようなテレコ ミュニケーションコントローラは、厳密な優先順位定義を送信する。これは、図 ２Ａに示されている。図２Ａに示す解決策では、ＢＴＳは、各アップリンク制御 サブチャンネルの優先順位に関する情報をダウンリンク方向に制御チャンネルに 送信する。例えば、４つの優先順位レベルの場合に、１６個の次々のタイムスロ ットのうちの１つおきのタイムスロット（８個のタイムスロット）を高い優先順 位（Ｐ４）に割り当てることができる。残りのタイムスロットのうちの１つおき のタイムスロット（４つのタイムスロット）は、第２の高い優先順位（Ｐ３）に 割り当てられる。例えば、４つの優先順位レベルの場合には、１６個のタイムス ロットのうちの１５個がこの方法で使用される。各１６番目のタイムスロット( 図２Ａの「ＸＸ」)は、この優先順位の公称又は最大遅延に対する平均遅延が最悪 であるような優先順位に指定することができる。或いは又、各１６番目のタイム スロットは、全く異なる目的に指定することもできるし、１５個のタイムスロッ トの後に優先順位のシーケンスを繰り返すこともできる。例えば、１つおきのタ イムスロットが最も高い優先順位に割り当てられるように、割り当てにおそらく 使用されるタイムスロットを拡散することにより、チャンネル要求の送信にでき るだけ僅かな遅延しか生じないようにする。 ベースステーションＢＴＳが優先順位を明確に送信するのとは別に、異なる優 先順位クラスに割り当てられた制御サブチャンネルの割合Ｎ１ないしＮ４のよう な特定のパラメータを送信することもできる。これは、図２Ｂに示されている。 この場合に、調査のある繰返し周期の始めに、その割合に対応する時間周期が先 ず高い優先順位に割り当てられ、その後、２番目に高い優先順位に割り当てられ 、等々となる。 別の実施形態によれば、テレコミュニケーションコントローラは、優勢な負荷 状態に関する情報、特に各優先順位クラスの負荷に関する情報を送信することが できる。この情報に基づいて、ターミナル装置は、無線チャンネルを予約するよ う試みるところの確率がどれほどであるかを決定することができる。優先順位ク ラスの負荷が大きいほどそして送信されるべきデータパケットの優先順位が低い ほど、送信すべきデータを有するターミナル装置が特定の瞬間に無線チャンネル を予約しようと試みる確率が低くなる。 送信すべきデータを有するターミナル装置ＭＳは、データパケットの優先順位 を制御サブチャンネルの優先順位と比較し、そしてデータパケットの優先順位Ｐ が少なくとも制御サブチャンネルの優先順位Ｐｎと同程度である場合にのみチャ ンネル要求を送信する(ｎ＝１、２…、優先順位の数)。データパケットの優先 順位Ｐが制御サブチャンネルの優先順位Ｐｎと厳密に同じである場合にのみター ミナル装置ＭＳがチャンネル要求を送信するような解決策を実施するのが効果的 である。この別の態様によれば、ターミナル装置は、データパケットの優先順位 Ｐが制御サブチャンネルの優先順位Ｐｎより高い場合にはチャンネル要求を送信 しない。従って、いかなる場合にも優先順位の高いパケットを相対的に速く送信 できるので、不必要な予約の試み及びそれにより生じる衝突が防止される。 均等性のためにそして長い待機時間を回避するために、あるスレッシュホール ド値より長時間にわたり送信を待機しなければならないパケットの優先順位Ｐを ターミナル装置ＭＳが自動的に高くすることができれば、好都合である。スレッ シュホールド値は、例えば、サービスのクラスに基づくもので、ターミナル装置 は、データパケットがその送信転換を待機した時間を、当該サービスクラスに対 して定められたパケットの最大送信遅延と比較する。パケットを待機するのに使 用する時間が最大遅延の大部分である場合には、そのパケットの優先順位が上げ られる。 ネットワークの負荷が小さい逆の場合には、ターミナル装置は、低い優先順位 でも充分なサービスレベルが得られることを検出する。この場合に、ターミナル 装置は、最後に公称した優先順位よりも低い優先順位を独立して使用することが できる。 従来の無線リソース割り当て方法では、ターミナル装置ＭＳは、衝突状態にお いて、新たな予約試みまでランダムな時間周期を待機する。実際に、ランダムな 時間周期は、擬似ランダム番号を発生するあるアルゴリズムによって形成される 。ＧＳＭシステムでは、ランダム時間の変化の範囲が指数関数的に増加し、各次 々の衝突がランダム時間の変化の範囲を倍増する。本発明の方法では、変化の範 囲は、制御サブチャンネル又はデータパケットの優先順位によって左右され、高 い優先順位は、低い優先順位よりも変化の範囲が小さくそして待機時間が長くな る。 図１及び２を参照すれば、検査されるべきセルは、次の３つの優先順位クラス に分割される１００個のアクティブな移動ステーションを有すると仮定する。 優先順位 移動ステー タイムスロ 移動ステーション当たり ションの数 ットの割合 のタイムスロットの割合 １（最低） ７０ １５％ ０．２％ ２ ２５ ３５％ １．４％ ３（最高） ５ ５０％ １０％ 合計 １００ １００％ １％ 最高の優先順位、即ち第３の優先順位を有する移動ステーションは、これらの 移動ステーションが若干しかないので、無線チャンネルを割り当てるように管理 する確率が最大である。この例では、最も高い優先順位をもつ移動ステーション は、移動ステーション当たりのタイムスロットの割合が平均的（＝１％）な移動 ステーションの１０倍である。対応的に、優先順位の低い移動ステーションは、 平均的な移動ステーションの１／５である。異なる優先順位を評価することによ り、オペレータは、各優先順位レベルについて移動ステーションの数に作用を及 ぼすことができる。 本発明のチャンネル割り当てアルゴリズムは、一例として説明したが、本発明 は、ＧＰＲＳネットワークに何ら限定されるものではない。本発明の無線リソー ス割り当て方法の主たる適用分野は、パケット無線ネットワークに関連したもの であるが、ローカルエリアネットワークが赤外線レンジで動作する他のテレコミ ュニケーションネットワークに関連して適用することもできしそして周辺コント ローラについて述べることができる。それ故、ターミナル装置は、移動ステーシ ョンＭＳに取って代わることができる。又、ベースステーションＢＴＳも、同様 に、テレコミュニケーションコントローラへと一般化することができる。従って 、本発明及びその実施形態は、上記の例に限定されるものではなく、請求の範囲 内で種々変更し得るものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．無線リソース割り当て方法を使用するテレコミュニケーションネットワー クであって、少なくとも１つのテレコミュニケーションコントローラ(ＢＴＳ)及 び多数のターミナル装置(ＮＳ)を含むネットワークにおいてデータ送信チャンネ ルのサブチャンネルを割り当てる方法であって、データ送信チャンネルを１つ以 上のタイムスロットに分割し、その各々は１つ以上のサブチャンネルより成り、 １つ以上のタイムスロット又はサブチャンネルを制御チャンネルとして使用する ことができ、これは、更に、１つ以上の制御サブチャンネルに分割することがで き、これにより、ターミナル装置(ＭＳ)は、データ送信チャンネルのチャンネル 要求(ＣＲ)を送信することができ、ターミナル装置(ＭＳ)は、少なくとも１つの サブチャンネルを経てデータパケット(Ｄ)においてデータを送信し、そしてテレ コミュニケーションコントローラ(ＢＴＳ)は、制御サブチャンネル及びそれらの 割り当て状態に関する情報をターミナル装置(ＭＳ)へ送信するような方法におい て、 送信されるべきデータパケット(Ｄ)に異なる優先順位(Ｐ)を指定し、 考えられる制御サブチャンネルにも異なる優先順位(Ｐ1-Ｐ4)を指定し、そし てテレコミュニケーションコントローラ(ＢＴＳ)は、制御サブチャンネルに指定 された優先順位(Ｐ1-Ｐ4)に関する情報をターミナル装置(ＭＳ)に送信し、そし て 送信されるべきデータパケットの優先順位(Ｐ)及び制御サブチャンネルの優先 順位(Ｐ1-Ｐ4)に基づいで、各ターミナル装置(ＭＳ)は、そのターミナル装置(Ｍ Ｓ)がチャンネル要求(ＣＲ)の送信を許されるときを決定する、 という段階を備えたことを特徴とする方法。 ２．少なくとも接続の始めに、ターミナル装置(ＭＳ)及びテレコミュニケーシ ョンネットワークの残りの部分は、上記接続の優先順位(Ｐ)を交渉し、この優先 順位が上記接続中にデータパケット(Ｄ)に使用される請求項１に記載の方法。 ３．ターミナル装置(ＭＳ)及びテレコミュニケーションネットワークの残りの 部分は、接続中にもデータパケットの優先順位(Ｐ)を交渉する請求項２に記載の 方法。 ４．上記ターミナル装置は、最後に交渉された優先順位よりも低い優先順位も 使用できる請求項２又は３に記載の方法。 ５．上記テレコミュニケーションコントローラ(ＢＴＳ)は、制御サブチャンネ ルに指定された優先順位(Ｐ1-Ｐ4)をターミナル装置(ＭＳ)に明確に送信する請 求項１ないし３のいずれかに記載の方法。 ６．上記テレコミュニケーションコントローラ(ＢＴＳ)は、ターミナル装置( ＭＳ)にパラメータセット(Ｎ1-Ｎ4)を送信し、これに基づいてターミナル装置( ＭＳ)は、制御サブチャンネルに指定される優先順位(Ｐ1-Ｐ4)を決定する請求項 １ないし３のいずれかに記載の方法。 ７．上記テレコミュニケーションコントローラ(ＢＴＳ)は、各優先順位クラス の負荷に関する情報をターミナル装置(ＭＳ)に送信し、この情報に基づいて、タ ーミナル装置(ＭＳ)は、制御サブチャンネルに指定される優先順位(Ｐ1-Ｐ4)を 決定する請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。 ８．上記ターミナル装置(ＭＳ)は、データパケットに指定された優先順位(Ｐ) が、上記制御サブチャンネルに指定された優先順位(Ｐ1-Ｐ4)と少なくとも同じ 高さである場合だけチャンネル要求(ＣＲ)を送信する請求項１ないし７のいずれ かに記載の方法。 ９．上記ターミナル装置(ＭＳ)は、データパケットに指定された優先順位(Ｐ) が、上記制御サブチャンネルに指定された優先順位(Ｐ1-Ｐ4)と厳密に同じ高さ である場合だけチャンネル要求(ＣＲ)を送信する請求項１ないし７のいずれかに 記載の方法。 １０．上記テレコミュニケーションコントローラ(ＢＴＳ)からチャンネル要求 に対する応答を得ないターミナル装置(ＭＳ)は、ランダムな時間周期の後にチャ ンネル要求(ＣＲ)を再送信し、このランダムな時間周期の変化の範囲は、データ パケットの優先順位により左右される請求項１ないし９のいずれかに記載の方法 。 １１．上記ターミナル装置(ＭＳ)は、データパケットが所定のスレッシュホー ルド値より長時間にわたって送信を待機した場合にそのデータパケットの優先順 位(Ｐ)を上げる請求項１ないし１０のいずれかに記載の方法。