JP6822076B2 - 無線リソース割り当て装置、無線リソース割り当て方法、及び、無線リソース割り当てプログラム - Google Patents

Description

本願発明は、無線通信の基地局等において、無線端末装置との通信を行うための無線リソースを割り当てる技術に関する。

スマートフォンやタブレット端末などの無線端末装置に対する無線通信の接続制御を行う基地局は、各無線端末装置に対する無線通信を行うための無線リソース（帯域幅）を割り当てる。近年、スマートフォンやタブレット端末の急速な普及によって、無線通信のデータトラフィックが急増していることもあり、基地局が無線リソースを効率よく割り当てる技術に対する期待が高まってきている。

このような技術に関連する技術として、特許文献１には、複数の端末が無線回線を共有して通信を行う無線通信システムの基地局における帯域割当方法が開示されている。この帯域割り当て方法では、端末毎に、端末から送信されたデータ量を測定し、帯域割当対象の端末に関する最新のＮ回（Ｎは２以上の整数）の測定結果について、データ量とその発生確率を算出する。この帯域割り当て方法では、予め複数の割当候補帯域を設定し、割当候補帯域のそれぞれに対して、データ量、発生確率および割当候補帯域を適用した場合に送信完了するまでに要する総帯域量から、スループット期待値を算出する。そして、この帯域割り当て方法では、算出したスループット期待値が最大となる割当候補帯域を、帯域割当対象の端末の次の周期における割当情報として決定する。

また、特許文献２には、無線通信における動的な資源分割方法が開示されている。この方法では、無線ネットワークにおけるアクセスポイントのための性能メトリックを取得し、その性能メトリックによって、ネットワークユーティリティモデルへの入力を更新する。そして、この方法では、当該モデルのネットワークユーティリティを最適化するアクセスポイントのために資源分割を選択する。

また、特許文献３には、他の基地局との間で共通して使用される無線リソース領域の中からダウンリンク通信に割り当てる無線リソースを決定する基地局が開示されている。この基地局は、当該無線リソース領域の一部である制限された第１の無線リソースセグメントを使用するほうが、当該他の基地局と共用される無線リソース領域の全範囲を使用する場合に比べてダウンリンク通信の通信品質が向上すると推定された場合に、無線リソースを第１の無線リソースセグメントに制限する。この基地局は、当該他の基地局と移動局との間のダウンリンク通信に使用される無線リソースを第２の無線リソースセグメントに制限するリソース分割が、他の基地局によって実施されることを検出する。

特開2008-131365号公報 特表2011-530235号公報 特表2014-509459号公報

無線通信を制御する通信プロトコルは、通信速度を制御する情報（通信速度制御情報）を含む場合がある。例えばＴＣＰ（Transmission Control Protocol）により送受信される通信データには、ヘッダ情報としてウインドウサイズが含まれている。ＴＣＰでは、通信の信頼性を確保するために、パケット送信に対する応答確認（ＡＣＫ(Acknowledgement)パケットの送信）を行なうが、パケット送信の度に応答確認をしたのでは通信速度が低下するという問題がある。ＴＣＰでは、この問題を回避するために、ＡＣＫパケットを待たずに一度に送信できるデータ量を表すウインドウサイズを設定している。このウインドウサイズは、ＴＣＰによる通信を行う装置によって、所定のアルゴリズムに従って、動的かつ規則的に変更される。

無線通信の通信速度は、このウインドウサイズなどの通信速度制御情報によって影響を受ける。特許文献１乃至３には、このような通信速度制御情報をふまえて無線通信の通信速度を予測することにより、無線リソースを割り当てる技術は開示されていない。本願発明の主たる目的は、このような技術を実現する無線リソース割り当て装置等を提供することである。

本願発明の一態様に係る無線リソース割り当て装置は、無線端末装置が送受信する通信情報に含まれる、通信プロトコルにより決定された通信速度制御情報が規則的に変化することに基づいて、前記通信情報の通信速度を予測する予測手段と、前記予測手段により予測された前記通信速度に基づいて、前記無線端末装置との通信を行うための無線リソースを割り当てる割り当て手段と、を備える。

上記目的を達成する他の見地において、本願発明の一態様に係る無線リソース割り当て方法は、情報処理装置によって、無線端末装置が送受信する通信情報に含まれる、通信プロトコルにより決定された通信速度制御情報が規則的に変化することに基づいて、前記通信情報の通信速度を予測し、予測した前記通信速度に基づいて、前記無線端末装置との通信を行うための無線リソースを割り当てる。

また、上記目的を達成する更なる見地において、本願発明の一態様に係る無線リソース割り当てプログラムは、無線端末装置が送受信する通信情報に含まれる、通信プロトコルにより決定された通信速度制御情報が規則的に変化することに基づいて、前記通信情報の通信速度を予測する予測処理と、前記予測処理により予測された前記通信速度に基づいて、前記無線端末装置との通信を行うための無線リソースを割り当てる割り当て処理と、をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

更に、本願発明は、係る無線リソース割り当てプログラム（コンピュータプログラム）が格納された、コンピュータ読み取り可能な、不揮発性の記録媒体によっても実現可能である。

本願発明は、無線通信において、無線リソースの割り当てに関する効率を向上させることを可能とする。

本願発明の第１の実施形態に係る無線リソース割り当て装置１０の構成を示すブロック図である。 本願発明の第１の実施形態に係る無線端末装置２とサーバ装置４との間の通信のプロトコルスタックを例示する図である。 本願発明の第１の実施形態に係る予測部１１によるＲＴＴの測定方法を例示する図である。 輻輳制御アルゴリズムとして、ＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズムを使用した場合におけるウインドウサイズの時間推移を例示する図である。 輻輳制御アルゴリズムとして、ＴＣＰ Ｒｅｎｏアルゴリズムを使用した場合におけるウインドウサイズの時間推移を例示する図である。 輻輳制御アルゴリズムとして、ＴＣＰ Ｖｅｇａｓアルゴリズムを使用した場合におけるウインドウサイズの時間推移を例示する図である。 本願発明の第１の実施形態に係る無線リソース割り当て装置１０が無線リソースを割り当てる動作を示すフローチャートである。 本願発明の第１の実施形態に係る無線リソース割り当て装置１０が輻輳制御アルゴリズムの種別を判定する動作を示すフローチャートである。 本願発明の第２の実施形態に係る無線リソース割り当て装置５０の構成を示すブロック図である。 本願発明の各実施形態に係る無線リソース割り当て装置を実行可能な情報処理装置９００の構成を示すブロック図である。

以下、本願発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本願発明は、ウインドウサイズのような通信速度制御情報が、通信プロトコルによる制御によって規則的に変化することに着目した発明である。これにより、本願発明は、通信速度をより高い精度で予測し、予測した通信速度に基づいた無線リソースの割り当てを行なうことによって、無線リソースの割り当てに関する効率を向上させることを実現する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本願発明の第１の実施の形態に係る無線リソース割り当て装置１０の構成を概念的に示すブロック図である。無線リソース割り当て装置１０は、無線端末装置２に対する無線通信による通信接続を制御する基地局１に内包されている。無線リソース割り当て装置１０は、基地局１と通信可能に接続された別の装置であってもよい。

基地局１は、無線リソース割り当て装置１０、無線インタフェース制御部１３、及びバックホールインタフェース制御部１４を含んでいる。無線インタフェース制御部１３は、無線端末装置２との間で行う通信データ（通信情報）の送受信を制御する。バックホールインタフェース制御部１４は、無線端末装置２が基地局１及びゲートウェイ３を介して通信する最終的な対象であるサーバ装置４が接続されたゲートウェイ３との間で行う通信データの送受信を制御する。

図２は、図１に示す基地局１、無線端末装置２、ゲートウェイ３、及び、サーバ装置４との間で行なわれる通信のプロトコルスタック（プロトコルの階層）を例示する図である。例えばＴＣＰは、ＩＰ（Internet Protocol）を利用して、無線端末装置２とサーバ装置４との間における通信データの転送を制御するプロトコルである。ＩＰは、ＰＤＣＰを利用して、無線端末装置２と基地局１との間における通信データの転送を制御し、ＧＴＰ−Ｕを利用して、ゲートウェイ３を介して基地局１とサーバ装置４との間における通信データの転送を制御するプロトコルである。ただし、ＰＤＣＰは、「Packet Data Convergence Protocol」の略称である。ＧＴＰ−Ｕは、「GPRS Tunneling Protocol for User Plane：GPRSは、「General Packet Radio Service」の略称）」の略称である。尚、図２に示すプロトコルスタックは、周知であるので、その詳細な説明は省略する。

図１に示す無線リソース割り当て装置１０は、無線端末装置２がサーバ装置４との間で送受信する通信データに含まれる情報に基づいて通信速度を予測し、その予測結果に基づいて、基地局１が無線端末装置２との通信を行うための無線リソース（帯域幅）を割り当てる装置である。無線リソース割り当て装置１０は、予測部１１、及び、割り当て部１２を備えている。

予測部１１は、ＴＣＰコネクション検知部１１０、ウインドウサイズ測定部１１１、輻輳検知部１１２、アルゴリズム判定部１１３、閾値算出部１１４、ウインドウサイズ予測部１１５、及び、スループット予測部１１６を内包している。

ＴＣＰコネクション検知部１１０は、無線端末装置２とサーバ装置４との間において、３ウェイハンドシェイクが行なわれたことにより、ＴＣＰコネクションが確立されたことを検知する。すなわち、ＴＣＰコネクション検知部１１０は、無線端末装置２とサーバ装置４とがＴＣＰ通信を開始する際に、無線端末装置２がサーバ装置４へ送信するＳＹＮ（Synchronize）パケット、サーバ装置４が無線端末装置２へ送信するＳＹＮ＋ＡＣＫパケット（ＳＹＮに対するリプライパケット）、及び、無線端末装置２がサーバ装置４へ送信するＡＣＫパケットを検知する。ＴＣＰコネクション検知部１１０は、また、ＦＩＮ（Finish）パケット、ＦＩＮ＋ＡＣＫパケット（ＦＩＮに対するリプライパケット）、及び、ＡＣＫパケットを検知することによって、無線端末装置２とサーバ装置４との間のＴＣＰコネクションが解放されたことを検知する。

ウインドウサイズ測定部１１１は、ＴＣＰコネクション検知部１１０により検知された、無線端末装置２とサーバ装置４との間のＴＣＰコネクションについて、ウインドウサイズを測定する。ウインドウサイズは、パケット（セグメント）におけるヘッダ情報として含まれており、無線端末装置２とサーバ装置４とによって、所定のアルゴリズムに従って、動的かつ規則的に変更される。

輻輳検知部１１２は、無線端末装置２とサーバ装置４との間の通信状態を監視するとともに、当該両装置において発生した通信状態の輻輳を検知する。輻輳検知部１１２は、時計あるいはカウンタ等の計時機能を備えるデバイス（不図示）を内包している。輻輳検知部１１２は、無線端末装置２が、サーバ装置４に対して送信パケットを送信してから、サーバ装置４からの当該送信パケットに対するリプライパケットを受信するまでの往復遅延時間ＲＴＴ（Round Trip Time）を測定する。そして輻輳検知部１１２は、例えばＲＴＴが基準値以上であるなど、リプライパケットの受信状況が所定の条件を満たす場合に、輻輳が発生したことを検知する。

図３は、本実施形態に係る輻輳検知部１１２によるＲＴＴの測定方法を例示する図である。輻輳検知部１１２による測定時間は、基地局１が、無線端末装置２からの送信パケットを受信してから、サーバ装置４からの当該送信パケットに対するリプライパケットを受信するまでの遅延時間となる。リプライパケットは、例えば、送信パケットに対するＡＣＫ、あるいは、ＳＹＮに対するＳＹＮ＋ＡＣＫ等である。リプライパケットは、あるいは、一連のセグメントに対するＡＣＫを表す送信パケットに対する、次に始まる最初のセグメントを表すパケットでもよい。

図３に示す通り、輻輳検知部１１２によるＲＴＴの測定値と、実際のＲＴＴとの間には、若干の誤差があるが、当該誤差は無視可能である。輻輳検知部１１２は、あるいは、当該誤差が存在することをふまえて、ＲＴＴの測定値に所定の値を加算した値を実際のＲＴＴとして算出してもよい。この場合に加算する所定の値は、例えば、基地局１と無線端末装置２との間の伝送遅延時間に基づく値である。この伝送遅延時間は、例えば、事前に基地局１と無線端末装置２との間で測定された複数の測定値の平均値であってもよい。

図１に示すアルゴリズム判定部１１３は、ウインドウサイズ測定部１１１による測定結果に基づいて、無線端末装置２とサーバ装置４とが、ウインドウサイズを動的に変更するアルゴリズムの種別を随時判定する。アルゴリズム判定部１１３は、アルゴリズムの種別を判定するのに必要な判定基準を有していることとする。無線端末装置２及びサーバ装置４は、例えばＴＣＰによる通信において輻輳が発生した場合に、輻輳を回避するために、様々な輻輳制御アルゴリズムを使用してウインドウサイズを動的に変更する。

図４は、輻輳制御アルゴリズムとして、ＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズムを使用した場合におけるウインドウサイズの時間推移を例示する図である。ＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズムでは、ＴＣＰコネクションが確立されたのち、まずウインドウサイズを例えば１セグメント（１単位）に設定する。ＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズムは、輻輳が発生するまでの間、通信を行うたびにウインドウサイズを例えば２倍に設定する。このため、ウインドウサイズは指数関数的に増加する。このようなウインドウサイズの制御動作は、一般的にスロースタートと呼ばれている。

このようなウインドウサイズの増加によって、通信速度が通信ネットワークの許容限度を超えたときに、輻輳が発生する。ＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズムは、輻輳が発生したときのウインドウサイズの例えば２分の１の値を閾値に定めたのち、ウインドウサイズを再び例えば１セグメントに設定する。そして、ＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズムは、ウインドウサイズが閾値に達するまでの間、通信を行うたびにウインドウサイズを２倍に設定する。ＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズムは、ウインドウサイズが閾値に達したのちは、ウインドウサイズを１セグメントずつ増加させる。

ＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズムは、輻輳が再び発生した場合、最初に輻輳が発生したときと同様に、再び輻輳が発生したときのウインドウサイズの２分の１の値を閾値に定めたのち、ウインドウサイズを再び１セグメントに設定する。そして、ＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズムは、スロースタートによりウインドウサイズを制御する。

図５は、輻輳制御アルゴリズムとして、ＴＣＰ Ｒｅｎｏアルゴリズムを使用した場合におけるウインドウサイズの時間推移を例示する図である。図４に例示するＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズムでは、輻輳が発生した場合にウインドウサイズを１セグメントに設定したのち、スロースタートによりウインドウサイズを制御する。これに対して、ＴＣＰ Ｒｅｎｏアルゴリズムは、輻輳が発生した場合にウインドウサイズを閾値（輻輳が発生したときのウインドウサイズの２分の１）に設定する。ＴＣＰ Ｒｅｎｏアルゴリズムは、こののち、輻輳が再び発生するまでの間、ウインドウサイズを例えば１セグメントずつ増加させる。

ＴＣＰ Ｒｅｎｏアルゴリズムは、輻輳が再び発生した場合、最初に輻輳が発生したときと同様に、再び輻輳が発生したときのウインドウサイズの２分の１の値を閾値に定めたのち、ウインドウサイズをその閾値に設定する。そして、ＴＣＰ Ｒｅｎｏアルゴリズムは、１セグメントずつ増加するようにウインドウサイズを制御する。

上述した図４に例示するＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズム、及び、図５に例示するＴＣＰ Ｒｅｎｏアルゴリズムは、一般的に、ロスベース方式と呼ばれている。

図６は、輻輳制御アルゴリズムとして、ＴＣＰ Ｖｅｇａｓアルゴリズムを使用した場合におけるウインドウサイズの時間推移を例示する図である。ＴＣＰ Ｖｅｇａｓアルゴリズムでは、ＲＴＴを計測するとともに、ＲＴＴを推測する。ＴＣＰ Ｖｅｇａｓアルゴリズムは、ＲＴＴの計測値がその推測値よりも十分に大きくなった（ＲＴＴの計測値と推測値との差分が所定の基準よりも大きくなった）場合、通信ネットワークに輻輳が発生しつつあるとみなすことができるので、ウインドウサイズを１セグメント分減少させる。ＴＣＰ Ｖｅｇａｓアルゴリズムは、ＲＴＴの計測値がその推測値よりも十分に小さくなった（ＲＴＴの計測値と推測値との差分が所定の基準よりも小さくなった）場合、通信ネットワークが通信可能なデータ量に余裕があるとみなすことができるので、ウインドウサイズを１セグメント分増加させる。ＴＣＰ Ｖｅｇａｓアルゴリズムは、ＲＴＴの計測値とその推測値とが同程度である場合、ウインドウサイズをそのまま維持する。

上述した図６に示すＴＣＰ Ｖｅｇａｓアルゴリズムは、一般的に、遅延ベース方式と呼ばれている。

上述した３種類のＴＣＰの輻輳制御アルゴリズムは一例である。ＴＣＰの輻輳制御アルゴリズムには、例えば、ロスベース方式と遅延ベース方式とを併せ持ち、通信ネットワークの状況によって制御方式切り替え可能なハイブリッド方式などもある。

閾値算出部１１４は、例えば、上述したＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズム、あるいはＴＣＰ Ｒｅｎｏアルゴリズム等が定める閾値を算出する。閾値算出部１１４は、輻輳検知部１１２が輻輳を検知したときに、ウインドウサイズ測定部１１１によって測定されたウインドウサイズの例えば２分の１の値を、当該閾値として算出する。

ウインドウサイズ予測部１１５は、ウインドウサイズ測定部１１１による測定結果と、輻輳検知部１１２による検知結果と、アルゴリズム判定部１１３による判定結果と、閾値算出部１１４による算出結果と、に基づいて、無線端末装置２とサーバ装置４との間の通信のウインドウサイズを予測する。

アルゴリズム判定部１１３による判定結果が、図４に例示するＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズムである場合における、ウインドウサイズ予測部１１５の動作を説明する。この場合、ウインドウサイズ予測部１１５は、ＴＣＰコネクション検知部１１０によってＴＣＰコネクションの確立が検知されたのち、ウインドウサイズがスロースタートによって指数関数的に増加すると予測する。すなわち、ウインドウサイズ予測部１１５は、例えば、ウインドウサイズが１セグメントから始まり、通信ごとに２倍に増加するとの予測に基づいて、ウインドウサイズ測定部１１１による測定結果から、次の通信のウインドウサイズを予測する。

ウインドウサイズ予測部１１５は、輻輳検知部１１２によって輻輳が検知されたとき、次の通信のウインドウサイズを、１セグメントであると予測する。そののち、ウインドウサイズ予測部１１５は、ウインドウサイズ測定部１１１による測定結果が、閾値算出部１１４により算出された閾値よりも小さい場合、次の通信のウインドウサイズを、ウインドウサイズ測定部１１１による測定結果の例えば２倍の値であると予測する。そして、ウインドウサイズ予測部１１５は、ウインドウサイズ測定部１１１による測定結果が、閾値算出部１１４により算出された閾値以上である場合、輻輳検知部１１２によって輻輳が再び検知されるまでの間、次の通信のウインドウサイズを、ウインドウサイズ測定部１１１による測定結果に１を加算した値であると予測する。このように、ウインドウサイズ予測部１１５は、ＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズムに沿ったウインドウサイズを予測する。

次に、アルゴリズム判定部１１３による判定結果が、図５に例示するＴＣＰ Ｒｅｎｏアルゴリズムである場合における、ウインドウサイズ予測部１１５の動作を説明する。この場合、ウインドウサイズ予測部１１５は、ＴＣＰコネクション検知部１１０によってＴＣＰコネクションの確立が検知されたのち、輻輳検知部１１２によって輻輳が検知されるまでの間は、ＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズムのときと同様にウインドウサイズを予測する。

ウインドウサイズ予測部１１５は、輻輳検知部１１２によって輻輳が検知されたとき、次の通信のウインドウサイズを、閾値算出部１１４により算出された閾値であると予測する。そののち、ウインドウサイズ予測部１１５は、輻輳検知部１１２によって輻輳が再び検知されるまでの間、次の通信のウインドウサイズを、ウインドウサイズ測定部１１１による測定結果に１を加算した値であると予測する。このように、ウインドウサイズ予測部１１５は、ＴＣＰ Ｒｅｎｏアルゴリズムに沿ったウインドウサイズを予測する。

ウインドウサイズ予測部１１５は、アルゴリズム判定部１１３による判定結果が、図６に例示するＴＣＰ Ｖｅｇａｓアルゴリズムである場合、同様に、ＴＣＰ Ｖｅｇａｓアルゴリズムに沿ったウインドウサイズを予測する。

図１に示すスループット予測部１１６は、ウインドウサイズ予測部１１５により予測されたウインドウサイズ、及び、輻輳検知部１１２により測定されたＲＴＴに基づき、下記数式１を用いて、無線端末装置２とサーバ装置４との通信のスループット（通信速度）を予測する。
スループット（ｂｐｓ）＝ＭＳＳ（バイト） ｘ ウインドウサイズ ｘ ８／ＲＴＴ（秒）
・・・（数式１）
ただし、数式１において、ｂｐｓは「bit per second」の略である。ＭＳＳは最大セグメントサイズ（Maximum Segment Size）のことである。また、「ｘ」は乗算を表す演算子であり、「／」は除算を表す演算子である。

数式１におけるＭＳＳの値は、ＳＹＮパケットあるいはＳＹＮ＋ＡＣＮパケットに含まれており、ＴＣＰコネクション検知部１１０により抽出される。ＭＳＳの値は、あるいは、外部から任意の値として与えられてもよい。例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）による通信では、ＭＳＳは１４６０バイトとなる。これは、最大１５００バイトのセグメントデータを送信可能なＥｔｈｅｒｎｅｔでは、１５００バイトから、ＩＰ及びＴＣＰのヘッダサイズである４０バイトを減算することによって求められる。

スループット予測部１１６は、数式１を使用してスループットを算出する際に、ＲＴＴについて、所定の初期値（例えば３秒）を使用したのち、輻輳検知部１１２により測定されたＲＴＴの値に置き換えるようにしてもよい。

図１に示す割り当て部１２は、予測部１１によって予測されたスループットに基づいて、当該スループットを実現可能なように、基地局１が無線端末装置２と通信を行うための無線リソース（帯域幅）を割り当てる。

次に図７及び図８のフローチャートを参照して、本実施形態に係る無線リソース割り当て装置１０の動作（処理）について詳細に説明する。

図７は、無線リソース割り当て装置１０が、無線端末装置２との通信に必要な無線リソースを割り当てる動作のフローチャートである。

予測部１１におけるＴＣＰコネクション検知部１１０は、無線端末装置２とサーバ装置４との間における、ＴＣＰコネクションの確立を検知する（ステップＳ１０１）。予測部１１におけるウインドウサイズ測定部１１１は、無線端末装置２とサーバ装置４との通信におけるウインドウサイズを測定する（ステップＳ１０２）。予測部１１における輻輳検知部１１２は、無線端末装置２とサーバ装置４との通信における輻輳の発生を監視する（ステップＳ１０３）。

輻輳が発生した場合（ステップＳ１０４でＹｅｓ）、予測部１１における閾値算出部１１４は、予測部１１におけるアルゴリズム判定部１１３により種別が判定された輻輳制御アルゴリズムにおける閾値を算出し（ステップＳ１０５）、処理はステップＳ１０６へ進む。輻輳が発生していない場合（ステップＳ１０４でＮｏ）、予測部１１におけるウインドウサイズ予測部１１５は、ウインドウサイズ測定部１１１によるウインドウサイズの測定結果、輻輳検知部１１２による輻輳発生の監視結果、及び、アルゴリズム判定部１１３により判定された輻輳制御アルゴリズムの種別に基づいて、ウインドウサイズを予測する（ステップＳ１０６）。

予測部１１におけるスループット予測部１１６は、ウインドウサイズ予測部１１５により予測されたウインドウサイズに基づいて、スループットを予測する（ステップＳ１０７）。割り当て部１２は、予測部１１により予測されたスループットに基づいて、基地局１が無線端末装置２と通信を行うための無線リソースを割り当て（ステップＳ１０８）、処理はステップＳ１０２へ戻る。

図８は、無線リソース割り当て装置１０が、輻輳制御アルゴリズムの種別を判定する動作のフローチャートである。

予測部１１における輻輳検知部１１２は、無線端末装置２とサーバ装置４との通信における輻輳の発生を検知する（ステップＳ２０１）。予測部１１におけるウインドウサイズ測定部１１１は、無線端末装置２とサーバ装置４との通信におけるウインドウサイズを測定する（ステップＳ２０２）。

ウインドウサイズが１セグメント分減少した場合（ステップＳ２０３でＹｅｓ）、予測部１１におけるアルゴリズム判定部１１３は、輻輳制御アルゴリズムがＴＣＰ Ｖｅｇａｓアルゴリズムであると判定し（ステップＳ２０４）、全体の処理は終了する。

ウインドウサイズが閾値に減少した場合（ステップＳ２０３でＮｏ、かつ、ステップＳ２０５でＹｅｓ）、アルゴリズム判定部１１３は、輻輳制御アルゴリズムがＴＣＰ Ｒｅｎｏアルゴリズムであると判定し（ステップＳ２０６）、全体の処理は終了する。

ウインドウサイズが１セグメント分減少せず、閾値にも減少してもいない場合（すなわち、１セグメントに減少した場合）（ステップＳ２０３でＮｏ、かつ、ステップＳ２０５でＮｏ）、アルゴリズム判定部１１３は、輻輳制御アルゴリズムがＴＣＰ Ｔａｈｏｅアルゴリズムと判定し（ステップＳ２０７）、全体の処理は終了する。

本実施形態に係る無線リソース割り当て装置１０は、無線通信において、無線リソースの割り当てに関する効率を向上させることができる。その理由は、無線リソース割り当て装置１０は、無線端末装置２が送受信する通信情報に含まれる通信速度制御情報が規則的に変化することに基づいて、当該通信情報の通信速度を予測し、予測した通信速度に基づいて、基地局１が無線端末装置２との通信を行うための無線リソースを割り当てるからである。ここで、通信速度制御情報は、通信プロトコルにより決定された、例えばウインドウサイズなどの情報である。

以下に、本実施形態に係る無線リソース割り当て装置１０によって実現される効果について、詳細に説明する。

無線通信を制御する通信プロトコルは、通信速度制御情報を含む場合がある。例えばＴＣＰにより送受信される通信データには、ヘッダ情報としてウインドウサイズが含まれている。ＴＣＰでは、通信の信頼性を確保するために、パケット送信に対する応答確認を行なうが、パケット送信の度に応答確認をしたのでは通信速度が低下するので、ＡＣＫパケットを待たずに一度に送信できるデータ量を表すウインドウサイズを設定している。このウインドウサイズは、ＴＣＰによる通信を行う装置によって、所定のアルゴリズムに従って、動的かつ規則的に変更される。

無線通信の通信速度は、このウインドウサイズなどの通信速度を制御する情報によって影響される。すなわち、このような通信速度を制御する情報が規則的に変化することに基づいて、通信速度をより高い精度で予測し、予測した通信速度に基づいた無線リソースの割り当てを行なうことによって、無線リソースの割り当てに関する効率を向上させることが可能となる。

このような無線リソースの割り当てを実現するために、本実施形態に係る無線リソース割り当て装置１０は、予測部１１及び割り当て部１２を有する。即ち、予測部１１は、無線端末装置２が送受信する通信情報に含まれる、ＴＣＰ等の通信プロトコルにより決定された、ウインドウサイズなどの通信速度制御情報が規則的に変化することに基づいて、通信情報の通信速度を予測する。そして、割り当て部１２は、予測部１１により予測された通信速度に基づいて、基地局１が無線端末装置２との通信を行うための無線リソースを割り当てる。これにより、本実施形態に係る無線リソース割り当て装置１０は、無線通信において、無線リソースの割り当てに関する効率を向上させることができる。

また、本実施形態に係る予測部１１は、ウインドウサイズ（通信速度制御情報）の変化に基づいて、ＴＣＰ等の通信プロトコルがウインドウサイズを変更するアルゴリズムの種別を判定する。これにより、本実施形態に係る無線リソース割り当て装置１０は、ウインドウサイズが次にどう変化するのかを正確に予測できるので、無線リソースの割り当てに関する効率をさらに向上させることができる。なお、予測部１１は、上述した３種類のアルゴリズム以外のアルゴリズムを判定するようにしてもよい。

また、本実施形態に係る無線リソース割り当て装置１０は、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、５Ｇ（5th Generation）、無線ＬＡＮ（Local Area Network）、車車間通信、衛星通信等、様々な無線通信を行うシステムに適用可能である。なお、無線リソース割り当て装置１０は、ＴＣＰ／ＩＰ以外の通信プロトコルによる無線通信に対しても、上述した処理を行うことが可能である。

＜第２の実施形態＞
図９は、本願発明の第２の実施形態に係る無線リソース割り当て装置５０の構成を概念的に示すブロック図である。

本実施形態に係る無線リソース割り当て装置５０は、予測部５１、及び、割り当て部５２を備えている。

予測部５１は、無線端末装置６０が送受信する通信情報に含まれる、通信プロトコルにより決定された通信速度制御情報が、当該通信プロトコルによる制御によって規則的に変化することに基づいて、その通信情報の通信速度を予測する。

割り当て部５２は、予測部５１により予測された通信速度に基づいて、無線端末装置６０との通信を行うための無線リソースを割り当てる。

本実施形態に係る無線リソース割り当て装置５０は、無線通信において、無線リソースの割り当てに関する効率を向上させることができる。その理由は、無線リソース割り当て装置５０は、無線端末装置６０が送受信する通信情報に含まれる、通信プロトコルにより決定された通信速度制御情報が規則的に変化することに基づいて、当該通信情報の通信速度を予測し、予測した通信速度に基づいて、無線端末装置６０との通信を行うための無線リソースを割り当てるからである。

＜ハードウェア構成例＞
上述した各実施形態において図１、及び、図９に示した無線リソース割り当て装置１０及び５０における各部は、専用のＨＷ（ＨａｒｄＷａｒｅ）（電子回路）によって実現することができる。また、図１、及び、図９において、少なくとも、下記構成は、ソフトウェアプログラムの機能（処理）単位（ソフトウェアモジュール）と捉えることができる。
・予測部１１及び５１
・割り当て部１２及び５２、
但し、これらの図面に示した各部の区分けは、説明の便宜上の構成であり、実装に際しては、様々な構成が想定され得る。この場合のハードウェア環境の一例を、図１０を参照して説明する。

図１０は、本願発明の各実施形態に係る無線リソース割り当て装置を実行可能な情報処理装置９００（コンピュータ）の構成を例示的に説明する図である。即ち、図１０は、図１、及び、図９に示した無線リソース割り当て装置或いはその一部を実現可能なコンピュータ（情報処理装置）の構成であって、上述した実施形態における各機能を実現可能なハードウェア環境を表す。図１０に示した情報処理装置９００は、構成要素として下記を備えている。
・ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ＿Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＿Ｕｎｉｔ）９０１、
・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ＿Ｏｎｌｙ＿Ｍｅｍｏｒｙ）９０２、
・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ＿Ａｃｃｅｓｓ＿Ｍｅｍｏｒｙ）９０３、
・ハードディスク（記憶装置）９０４、
・無線送受信部等の外部装置との通信インタフェース９０５、
・バス９０６（通信線）、
・ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ＿Ｄｉｓｃ＿Ｒｅａｄ＿Ｏｎｌｙ＿Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録媒体９０７に格納されたデータを読み書き可能なリーダライタ９０８、
・入出力インタフェース９０９。

即ち、上記構成要素を備える情報処理装置９００は、これらの構成がバス９０６を介して接続された一般的なコンピュータである。情報処理装置９００は、ＣＰＵ９０１を複数備える場合もあれば、マルチコアにより構成されたＣＰＵ９０１を備える場合もある。

そして、上述した実施形態を例に説明した本願発明は、図１０に示した情報処理装置９００に対して、次の機能を実現可能なコンピュータプログラムを供給する。その機能とは、その実施形態の説明において参照したブロック構成図（図１及び図９）における上述した構成、或いはフローチャート（図７及び図８）の機能である。本願発明は、その後、そのコンピュータプログラムを、当該ハードウェアのＣＰＵ９０１に読み出して解釈し実行することによって達成される。また、当該装置内に供給されたコンピュータプログラムは、読み書き可能な揮発性のメモリ（ＲＡＭ９０３）、または、ＲＯＭ９０２やハードディスク９０４等の不揮発性の記憶デバイスに格納すれば良い。

また、前記の場合において、当該ハードウェア内へのコンピュータプログラムの供給方法は、現在では一般的な手順を採用することができる。その手順としては、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ等の各種記録媒体９０７を介して当該装置内にインストールする方法や、インターネット等の通信回線を介して外部よりダウンロードする方法等がある。そして、このような場合において、本願発明は、係るコンピュータプログラムを構成するコード或いは、そのコードが格納された記録媒体９０７によって構成されると捉えることができる。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本願発明を説明した。しかしながら、本願発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本願発明は、本願発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

１ 基地局
１０ 無線リソース割り当て装置
１１ 予測部
１１０ ＴＣＰコネクション検知部
１１１ ウインドウサイズ測定部
１１２ 輻輳検知部
１１３ アルゴリズム判定部
１１４ 閾値算出部
１１５ ウインドウサイズ予測部
１１６ スループット予測部
１２ 割り当て部
１３ 無線インタフェース制御部
１４ バックホールインタフェース制御部
２ 無線端末装置
３ ゲートウェイ
４ サーバ装置
５０ 無線リソース割り当て装置
５１ 予測部
５２ 割り当て部
６０ 無線端末装置
９００ 情報処理装置
９０１ ＣＰＵ
９０２ ＲＯＭ
９０３ ＲＡＭ
９０４ ハードディスク（記憶装置）
９０５ 通信インタフェース
９０６ バス
９０７ 記録媒体
９０８ リーダライタ
９０９ 入出力インタフェース

Claims (9)

1. 無線端末装置によって送信された通信情報を受信し、
   前記通信情報に含まれ、通信プロトコルにより決定された通信速度制御情報に基づいて、前記通信情報の通信速度を予測する予測手段と、
   予測された前記通信速度に基づいて、前記無線端末装置との通信を行うための無線リソースを割り当てる割り当て手段と、
   を備え、
   前記通信速度制御情報は、前記無線端末装置によって動的に使用される複数のアルゴリズムのうちの１つに基づいて規則的に変化し、
   前記予測手段は、前記通信速度制御情報の変化に基づいて、前記通信プロトコルによって利用されている前記複数のアルゴリズムのうちの１つを決定する、
   無線リソース割り当て装置。
2. 前記予測手段は、前記通信速度制御情報として、ＴＣＰにより決定されたウインドウサイズの変化に基づいて、前記通信速度を予測する、
   請求項１に記載の無線リソース割り当て装置。
3. 前記予測手段は、前記通信情報の送受信において輻輳が発生したことを検知し、前記輻輳が発生したときに、前記輻輳に対して前記ＴＣＰが変更するウインドウサイズを、前記通信プロトコルが前記複数のアルゴリズムのうちの何れの１つを利用しているかに基づいて予測する、
   請求項２に記載の無線リソース割り当て装置。
4. 前記予測手段は、前記無線端末装置によって送信された前記通信情報を表す送信パケットに対するリプライパケットの受信状況が所定の条件を満たす場合に、前記輻輳が発生したことを検知する、
   請求項３に記載の無線リソース割り当て装置。
5. 前記予測手段は、Ｔａｈｏｅアルゴリズム、Ｒｅｎｏアルゴリズム、及び、Ｖｅｇａｓアルゴリズムを含む前記複数のアルゴリズムのうちのいずれの１つであるかを判定する、
   請求項３又は４に記載の無線リソース割り当て装置。
6. 前記予測手段は、前記輻輳が発生したときに、前記ウインドウサイズが１単位まで減少した場合は前記Ｔａｈｏｅアルゴリズムであると判定し、前記ウインドウサイズが閾値まで減少した場合は前記Ｒｅｎｏアルゴリズムであると判定し、前記ウインドウサイズが１単位分減少した場合は前記Ｖｅｇａｓアルゴリズムであると判定する、
   請求項５に記載の無線リソース割り当て装置。
7. 前記無線端末装置との通信接続を制御する基地局に含まれる、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の無線リソース割り当て装置。
8. 情報処理装置によって、
   無線端末装置によって送信された通信情報を受信し、
   前記通信情報に含まれ、通信プロトコルにより決定された通信速度制御情報に基づいて、前記通信情報の通信速度を予測し、
   予測した前記通信速度に基づいて、前記無線端末装置との通信を行うための無線リソースを割り当て、
   前記通信速度制御情報は、前記無線端末装置によって動的に使用される複数のアルゴリズムのうちの１つに基づいて規則的に変化し、
   前記通信速度を予測する際に、前記通信速度制御情報の変化に基づいて、前記通信プロトコルによって利用されている前記複数のアルゴリズムのうちの１つを決定する、
   無線リソース割り当て方法。
9. 無線端末装置によって送信された通信情報を受信し、
   前記通信情報に含まれ、通信プロトコルにより決定された通信速度制御情報に基づいて、前記通信情報の通信速度を予測する予測処理と、
   前記予測処理により予測された前記通信速度に基づいて、前記無線端末装置との通信を行うための無線リソースを割り当てる割り当て処理と、
   をコンピュータに実行させ、
   前記通信速度制御情報は、前記無線端末装置によって動的に使用される複数のアルゴリズムのうちの１つに基づいて規則的に変化し、
   前記予測処理において、前記通信速度制御情報の変化に基づいて、前記通信プロトコルによって利用されている前記複数のアルゴリズムのうちの１つを決定する、
   無線リソース割り当てプログラム。

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