JP7672276B2 - 制御装置、リソース割当制御方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、制御装置、リソース割当制御方法及びコンピュータプログラムに関する。

第５世代（５Ｇ）移動通信システム（以下、５Ｇシステムと称する）等の無線アクセスネットワーク（Radio Access Network：ＲＡＮ）において多様なサービスが収容される場合、同じリソース（無線リソース、計算機リソース、伝送路リソースなど）は複数のサービスで同時に使用することができない。このため、サービスの通信品質が保証されるためには、各サービスが必要とするリソースが確保される必要がある。ここでサービスとは、例えば５ＱＩ（5G QoS Indicator）やＳ－ＮＳＳＡＩ（Sub Network Slice Selection Assist Information、ＲＡＮスライスの識別子）等の単位で束ねられるものである。

各サービスにおいて、サービスに割り当てられたリソースが各ＵＥ（User Equipment、ユーザ端末）に割り当てられるが、サービスに割り当てられたリソースが十分であれば各ＵＥに対してサービスの通信品質の要求を満たせるが、不足すればサービスの通信品質の要求を満たすことができない。各サービスが必要とするリソース量は、各サービスを利用するＵＥの無線品質やトラヒックに応じて変動する。このため、サービスの通信品質を保証するためには、各サービスが必要とするリソース量を定期的に見積り、各サービスに対するリソースの割当を変更する制御が行われる。

サービスの通信品質を保証するための技術として、例えば非特許文献１に記載される技術が知られている。非特許文献１に記載される技術では、各サービスにリソースを割り当てる際に、無線品質情報と要求トラヒック情報とを用いてサービスに対する無線リソースの割当を制御している。

また非特許文献２には、５Ｇシステムにおいて取集可能なパラメータが規定されている。

B. Khodapanah, A. Awada, I. Viering, D. Oehmann, Meryem Simsek, and G. P. Fettweis, "Fulfillment of Service Level Agreements via Slice-Aware Radio Resource Management in 5G Networks," 2018 IEEE 87th Vehicular Technology Conference (VTC Spring), pp. 1-6, Jun. 2018. 3GPP、"TS 28.552"、V17.1.0、2020-12

しかし、上述した非特許文献１に記載される技術では、サービスに割り当てたリソース量と実際にサービスが要求するリソース量との間に誤差が生じ、効率的なリソース割当を行うことができなかった。例えば、あるサービスにおいてリソースが瞬時的に不足することにより通信品質の劣化が発生する一方、他のサービスでは割り当てられたリソースが全ては使われず余りが生じる場合があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、無線アクセスネットワークに収容されるサービス毎に当該無線アクセスネットワークのリソースの割当を制御する際に、通信品質の劣化を抑えつつ、効率的なリソース割当を図ることにある。

本発明の一態様は、無線アクセスネットワークに収容されるサービス毎に前記無線アクセスネットワークのリソースの割当を制御する制御装置において、サービス毎にリソース使用率を取得するリソース使用率取得部と、ユーザ端末が受信したサービス毎の総受信データ量を示す総受信データ量情報を、基地局との間のインターフェースを介して取得する総受信データ量情報取得部と、基地局におけるユーザ端末宛てのサービス毎の総トラヒック量を示す総トラヒック量情報を、基地局との間のインターフェースを介して取得する総トラヒック量情報取得部と、サービス毎に、総トラヒック量に対する総受信データ量の割合に基づいたスループットの劣化度を示す通信品質劣化度を算出する通信品質劣化度算出部と、サービス毎に、過去のリソース使用率及び通信品質劣化度に基づいて要求リソース量に対するマージンを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、要求リソース量に対するマージンを制御するためのマージン補正係数を算出し、前記制御部は、全てのサービスで通信品質劣化度が閾値よりも小さい場合には、リソース使用率と全サービスのリソース使用率の平均値との差に応じて、サービス間のリソース使用率の差が小さくなるようにマージン補正係数を調節し、一部のサービスで通信品質劣化度が閾値よりも小さい場合において、リソース使用率が閾値より高く且つ通信品質劣化度が閾値よりも小さいときは、前回のマージン補正係数をそのまま使用し、リソース使用率が閾値より高く且つ通信品質劣化度が閾値よりも大きいときは、通信品質劣化度に応じて、通信品質劣化度が大きいサービスに対して要求リソース量に対するマージンを増やすようにマージン補正係数を調節し、リソース使用率が閾値より低いときは、リソース使用率に応じて、リソース使用率が低いサービスに対して要求リソース量に対するマージンを減らすようにマージン補正係数を調節し、全てのサービスで通信品質劣化度が閾値よりも大きい場合には、通信品質劣化度と全サービスの通信品質劣化度の平均値との差に応じて、サービス間の通信品質劣化度の差が小さくなるようにマージン補正係数を調節する、制御装置である。

本発明の一態様は、無線アクセスネットワークに収容されるサービス毎に前記無線アクセスネットワークのリソースの割当を制御する制御装置が実行するリソース割当制御方法であって、前記制御装置が、サービス毎にリソース使用率を取得するリソース使用率取得ステップと、前記制御装置が、ユーザ端末が受信したサービス毎の総受信データ量を示す総受信データ量情報を、基地局との間のインターフェースを介して取得する総受信データ量情報取得ステップと、前記制御装置が、基地局におけるユーザ端末宛てのサービス毎の総トラヒック量を示す総トラヒック量情報を、基地局との間のインターフェースを介して取得する総トラヒック量情報取得ステップと、前記制御装置が、サービス毎に、総トラヒック量に対する総受信データ量の割合に基づいたスループットの劣化度を示す通信品質劣化度を算出する通信品質劣化度算出ステップと、前記制御装置が、サービス毎に、過去のリソース使用率及び通信品質劣化度に基づいて要求リソース量に対するマージンを制御する制御ステップと、を含み、前記制御ステップは、要求リソース量に対するマージンを制御するためのマージン補正係数を算出し、前記制御ステップは、全てのサービスで通信品質劣化度が閾値よりも小さい場合には、リソース使用率と全サービスのリソース使用率の平均値との差に応じて、サービス間のリソース使用率の差が小さくなるようにマージン補正係数を調節し、一部のサービスで通信品質劣化度が閾値よりも小さい場合において、リソース使用率が閾値より高く且つ通信品質劣化度が閾値よりも小さいときは、前回のマージン補正係数をそのまま使用し、リソース使用率が閾値より高く且つ通信品質劣化度が閾値よりも大きいときは、通信品質劣化度に応じて、通信品質劣化度が大きいサービスに対して要求リソース量に対するマージンを増やすようにマージン補正係数を調節し、リソース使用率が閾値より低いときは、リソース使用率に応じて、リソース使用率が低いサービスに対して要求リソース量に対するマージンを減らすようにマージン補正係数を調節し、全てのサービスで通信品質劣化度が閾値よりも大きい場合には、通信品質劣化度と全サービスの通信品質劣化度の平均値との差に応じて、サービス間の通信品質劣化度の差が小さくなるようにマージン補正係数を調節する、リソース割当制御方法である。

本発明の一態様は、無線アクセスネットワークに収容されるサービス毎に前記無線アクセスネットワークのリソースの割当を制御する制御装置のコンピュータに、サービス毎にリソース使用率を取得するリソース使用率取得ステップと、ユーザ端末が受信したサービス毎の総受信データ量を示す総受信データ量情報を、基地局との間のインターフェースを介して取得する総受信データ量情報取得ステップと、基地局におけるユーザ端末宛てのサービス毎の総トラヒック量を示す総トラヒック量情報を、基地局との間のインターフェースを介して取得する総トラヒック量情報取得ステップと、サービス毎に、総トラヒック量に対する総受信データ量の割合に基づいたスループットの劣化度を示す通信品質劣化度を算出する通信品質劣化度算出ステップと、サービス毎に、過去のリソース使用率及び通信品質劣化度に基づいて要求リソース量に対するマージンを制御する制御ステップと、を実行させ、前記制御ステップは、要求リソース量に対するマージンを制御するためのマージン補正係数を算出し、前記制御ステップは、全てのサービスで通信品質劣化度が閾値よりも小さい場合には、リソース使用率と全サービスのリソース使用率の平均値との差に応じて、サービス間のリソース使用率の差が小さくなるようにマージン補正係数を調節し、一部のサービスで通信品質劣化度が閾値よりも小さい場合において、リソース使用率が閾値より高く且つ通信品質劣化度が閾値よりも小さいときは、前回のマージン補正係数をそのまま使用し、リソース使用率が閾値より高く且つ通信品質劣化度が閾値よりも大きいときは、通信品質劣化度に応じて、通信品質劣化度が大きいサービスに対して要求リソース量に対するマージンを増やすようにマージン補正係数を調節し、リソース使用率が閾値より低いときは、リソース使用率に応じて、リソース使用率が低いサービスに対して要求リソース量に対するマージンを減らすようにマージン補正係数を調節し、全てのサービスで通信品質劣化度が閾値よりも大きい場合には、通信品質劣化度と全サービスの通信品質劣化度の平均値との差に応じて、サービス間の通信品質劣化度の差が小さくなるようにマージン補正係数を調節する、コンピュータプログラムである。

本発明によれば、無線アクセスネットワークに収容されるサービス毎に当該無線アクセスネットワークのリソースの割当を制御する際に、通信品質の劣化を抑えつつ、効率的なリソース割当を図ることができるという効果が得られる。

一実施形態に係る無線アクセスネットワークの構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係る制御ノードの構成例を示すブロック図である。 一実施形態に係るリソース割当制御方法の全体手順を示すフロー図である。 一実施形態に係るパラメータの規定例を示す図である。 一実施形態に係るリソース割当制御の具体例の説明図である。 一実施形態に係るリソース割当制御の具体例の説明図である。 一実施形態に係るリソース割当制御の具体例の説明図である。 一実施形態に係るマージン補正係数の時間変化の例を示すグラフ図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、一実施形態に係る無線アクセスネットワークの構成例を示すブロック図である。図１において、無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）１は、無線装置ＲＵと基地局ＢＳと制御ノード２とを備える。基地局ＢＳは、ＲＡＮ１に収容される複数のサービスのうち、一又は複数のサービス（図１の例では、サービス＃１，サービス＃２，サービス＃３）を収容する。サービスとしては、例えば、４Ｋ映像の配信サービスやコネクテッドカーの通信サービス等が挙げられる。制御ノード２は、一又は複数の基地局ＢＳを制御する。

制御ノード２は、ＲＡＮ１に収容されるサービス毎にＲＡＮ１のリソースの割当を制御する。制御ノード２は、基地局ＢＳとの間のインターフェース１００を介して基地局ＢＳから各種の情報１１０を取得する。制御ノード２は、基地局ＢＳから取得した情報１１０に基づいて、基地局ＢＳに収容される各サービス（サービス＃１，サービス＃２，サービス＃３）に対するリソースの割当制御を行う。サービスに割り当てられるリソースは、ＲＡＮ１の無線リソースや計算機リソースや伝送路リソース等である。

制御ノード２は、各サービス（サービス＃１，サービス＃２，サービス＃３）に対するリソースの割当結果を示すリソース割当結果情報１２０を、インターフェース１００を介して基地局ＢＳへ通知する。これにより、基地局ＢＳにおいて、各サービス（サービス＃１，サービス＃２，サービス＃３）に対して、各リソース（サービス＃１に対してリソースＲＳ＃１、サービス＃２に対してリソースＲＳ＃２、サービス＃３に対してリソースＲＳ＃３）の割当が行われる。

基地局ＢＳは、無線装置ＲＵを介して、各サービス（サービス＃１，サービス＃２，サービス＃３）を利用するＵＥ（ＵＥ＃１，ＵＥ＃２，ＵＥ＃３：ユーザ端末）と通信する。ＵＥ＃１はサービス＃１を利用するＵＥである。ＵＥ＃２はサービス＃２を利用するＵＥである。ＵＥ＃３はサービス＃３を利用するＵＥである。

各サービス（サービス＃１，サービス＃２，サービス＃３）に割り当てられた各リソース（リソースＲＳ＃１、リソースＲＳ＃２、リソースＲＳ＃３）は、各ＵＥ（ＵＥ＃１，ＵＥ＃２，ＵＥ＃３）に割り当てられる。リソースＲＳ＃１はサービス＃１に割り当てられたリソースである。リソースＲＳ＃２はサービス＃２に割り当てられたリソースである。リソースＲＳ＃３はサービス＃３に割り当てられたリソースである。

各ＵＥ（ＵＥ＃１，ＵＥ＃２，ＵＥ＃３）は、自己に割り当てられたリソースによって、各サービス（サービス＃１，サービス＃２，サービス＃３）を利用する。

なお、ＲＡＮ１は、ＲＡＮスライシング技術が適用されたＲＡＮであってもよい。例えば、ＲＡＮ１は、５Ｇシステムであってもよい。また、本実施形態に係るサービスは、例えば５ＱＩやＳ－ＮＳＳＡＩ等の単位で束ねられるものであってもよい。

図２は、本実施形態に係る制御ノードの構成例を示すブロック図である。図２において、制御ノード２（制御装置）は、リソース使用率取得部２１と、総受信データ量情報取得部２２と、総トラヒック量情報取得部２３と、通信品質劣化度算出部２４と、制御部２５とを備える。本実施形態において制御ノード２は制御装置に対応する。

制御ノード２の各部は、各部の機能を実現するためのコンピュータプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）が実行することによりその機能が実現される。

リソース使用率取得部２１は、サービス毎にリソース使用率を取得する。リソース使用率取得部２１は、基地局ＢＳから各サービス（サービス＃１，サービス＃２，サービス＃３）のリソース使用率を、インターフェース１００を介して取得する。例えば、サービス＃１のリソース使用率は、サービス＃１に割り当てられたリソースに対するサービス＃１で使用されたリソースの割合である。リソース使用率として、例えば、ＤＵ（Distributed Unit）毎のＰＲＢ（Physical Resource Block）使用率を用いてもよい。ＤＵ毎のＰＲＢ使用率は、基地局ＢＳとの間のインターフェース１００に関して、非特許文献２に規定されている。

総受信データ量情報取得部２２は、ＵＥが受信したサービス毎の総受信データ量を示す総受信データ量情報を、インターフェース１００を介して取得する。総受信データ量情報取得部２２は、基地局ＢＳから各サービス（サービス＃１，サービス＃２，サービス＃３）の総受信データ量情報を、インターフェース１００を介して取得する。例えば、サービス＃１の総受信データ量情報は、サービス＃１を利用する全ＵＥ＃１を集計対象にしてＵＥ＃１が受信したサービス＃１の総受信データ量を示す情報である。

総トラヒック量情報取得部２３は、基地局ＢＳにおけるＵＥ宛てのサービス毎の総トラヒック量を示す総トラヒック量情報を、インターフェース１００を介して取得する。総トラヒック量情報取得部２３は、基地局ＢＳから各サービス（サービス＃１，サービス＃２，サービス＃３）の総トラヒック量情報を、インターフェース１００を介して取得する。例えば、サービス＃１の総トラヒック量情報は、サービス＃１を利用する全ＵＥ＃１を観測対象にして基地局ＢＳが観測したＵＥ＃１宛てのサービス＃１の総トラヒック量を示す情報である。

通信品質劣化度算出部２４は、サービス毎に通信品質劣化度を算出する。本実施形態において、通信品質劣化度は、スループットの劣化度を示す情報である。通信品質劣化度算出部２４は、サービス毎に、総トラヒック量に対する総受信データ量の割合に基づいたスループットの劣化度を示す通信品質劣化度を算出する。通信品質劣化度算出部２４は、基地局ＢＳに収容される各サービス（サービス＃１，サービス＃２，サービス＃３）の総受信データ量情報及び総トラヒック量情報を使用して、各サービス（サービス＃１，サービス＃２，サービス＃３）のスループットの劣化度を示す通信品質劣化度を算出する。

制御部２５は、サービス毎にＲＡＮ１のリソースの割当を制御する。サービス毎にＲＡＮ１のリソースの割当を制御する際に、制御部２５は、サービス毎に、過去のリソース使用率及び通信品質劣化度に基づいて要求リソース量に対するマージンを制御する。

次に本実施形態に係るリソース割当制御方法を説明する。

図３を参照して本実施形態に係るリソース割当制御方法の全体手順を説明する。図３は、本実施形態に係るリソース割当制御方法の全体手順を示すフロー図である。

本実施形態のリソース割当制御方法に係るパラメータが次の（１）式に示される。なお、以下では、下付き文字及び上付き文字の例えば「ａ」を「＿ａ」と表記する場合がある。

ｋはリソース割当制御が実行されるタイムステップを識別するタイムステップ番号である。
ｓはサービスを識別するサービス番号である。
Ω＿＾＿ｋ，ｓはタイムステップｋにおけるサービスｓのリソース割当量である。
ω＿ｋ，ｓはタイムステップｋにおけるサービスｓの要求リソース量である。要求リソース量ω＿ｋ，ｓは、タイムステップ（ｋ－１）におけるサービスｓの無線品質Ｃ＿ｋ－１，ｓとトラヒック量Ｖ＿ｋ－１，ｓから見積られた値である。
ε＿ｋ，ｓはタイムステップｋにおけるサービスｓの要求リソース量ω＿ｋ，ｓに対するマージン補正係数である。

ｄ＿ｋ，ｓはタイムステップｋにおけるサービスｓの通信品質劣化度である。
ｕ＿ｋ，ｓはタイムステップｋにおけるサービスｓのリソース使用率である。
ｕ＿＾＿ｋはタイムステップｋにおける全サービスのリソース使用率ｕ＿ｋ，ｓの平均値である。
ｄ＿＾＿ｋはタイムステップｋにおける全サービスの通信品質劣化度ｄ＿ｋ，ｓの平均値である。

図３において、タイムステップｋにおけるサービスｓのリソース割当量Ω＿＾＿ｋ，ｓは、タイムステップｋにおけるサービスｓのマージン補正係数ε＿ｋ，ｓを使用して算出される。そのタイムステップｋにおけるサービスｓのマージン補正係数ε＿ｋ，ｓは、タイムステップｋ以前の過去のタイムステップ（ｋ－１，ｋ－２，・・・）におけるサービスｓの通信品質劣化度（「ｄ＿ｋ－１，ｓ」，「ｄ＿ｋ－２，ｓ」，・・・）及びリソース使用率（「ｕ＿ｋ－１，ｓ」，「ｕ＿ｋ－２，ｓ」，・・・）を使用して算出される。これにより、サービスｓのリソース割当量Ω＿＾＿ｋ，ｓは、サービスｓの過去のリソース割当結果によるサービスｓの通信品質劣化度及びリソース使用率に基づいてフィードバック制御される。

（ステップＳ１） 制御部２５は、各サービスｓのリソース割当モデルを使用して、サービスｓ毎に各タイムステップｋにおけるリソース割当量Ω＿＾＿ｋ，ｓを算出する。サービスｓのリソース割当モデルは、次の（２）式に示される。

タイムステップｋにおけるサービスｓのリソース割当量Ω＿＾＿ｋ，ｓは、タイムステップｋにおけるサービスｓの要求リソース量ω＿ｋ，ｓとタイムステップｋにおけるサービスｓのマージン補正係数ε＿ｋ，ｓとの乗算により算出される。

（ステップＳ２） ステップＳ１で算出された各サービスｓのリソース割当量Ω＿＾＿ｋ，ｓがリソース割当結果情報１２０により制御ノード２から基地局ＢＳへ通知され、各サービスｓのリソース割当が更新される。この結果として観測された各サービスｓの通信品質劣化度ｄ＿ｋ，ｓ及びリソース使用率ｕ＿ｋ，ｓが取得される。ここでは、説明の便宜上、図３に示されるように、観測値は、タイムステップ（ｋ－１）におけるリソース割当の更新の結果として観測された通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓ及びリソース使用率ｕ＿ｋ－１，ｓとする。

（ステップＳ３） 制御部２５は、タイムステップ（ｋ－１）における通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓ及びリソース使用率ｕ＿ｋ－１，ｓを使用して、次のタイムステップｋにおけるサービスｓのマージン補正係数ε＿ｋ，ｓを算出する。マージン補正係数ε＿ｋ，ｓは、次の（３）式で表される。

ステップＳ３で算出されたタイムステップｋにおけるサービスｓのマージン補正係数ε＿ｋ，ｓは、タイムステップｋにおけるサービスｓのリソース割当量Ω＿＾＿ｋ，ｓの算出に使用される（ステップＳ１、上記（２）式）。

上記したステップＳ１－Ｓ３が繰り返し実行される。

本実施形態に係るリソース割当制御方法では、空きリソースの量と通信品質の劣化とがトレードオフであることに着目し、その両方の情報を用いて、各サービスに適切なマージンを含めたリソースを割り当てるためのフィードバック制御を行う。また、サービス毎に要求遅延が異なり、適切なマージンも異なることに着目し、各サービスに適応するマージンを設ける。

（マージン補正係数の算出方法）
マージン補正係数ε＿ｋ，ｓの算出方法を説明する。マージン補正係数ε＿ｋ，ｓは、次の（４）式、（５）式、（６）式、及び（７）式により表される。

（４）式、（５）式、及び（６）式において、Ｅ＿ｋ，ｓは、（７）式に示されるように、過去のｎ個のタイムステップ「（ｋ－ｎ）から（ｋ－１）まで」におけるマージン補正係数ε＿ｋ，ｓの移動平均値である。ｎは予め設定される。

（４）式は、全てのサービスｓで通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが閾値ｄ＿ｔｈ，ｓよりも小さい場合である。この場合、（４）式により、リソース使用率ｕ＿ｋ－１，ｓとリソース使用率の平均値ｕ＿＾＿ｋ－１との差に応じてマージン補正係数ε＿ｋ，ｓを調節する。これにより、サービス間のリソース使用率の差が小さくなるようにする。

（５）式は、一部のサービスｓで通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが閾値ｄ＿ｔｈ，ｓよりも小さい場合である。この場合、（５）式により、それぞれの場合（５ａ，５ｂ、５ｃ）に分けてマージン補正係数ε＿ｋ，ｓの調節を行う。
「リソース使用率ｕ＿ｋ－１，ｓが閾値ｕ＿ｔｈ，ｓより高く且つ通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが閾値ｄ＿ｔｈ，ｓよりも小さい」ときは、（５ａ）式により、前回のマージン補正係数ε＿ｋ－１，ｓをそのままマージン補正係数ε＿ｋ，ｓにする。これは、要求リソース量ω＿ｋ－１，ｓに対して適切なマージンが確保されていると判断することができるからである。
「リソース使用率ｕ＿ｋ－１，ｓが閾値ｕ＿ｔｈ，ｓより高く且つ通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが閾値ｄ＿ｔｈ，ｓよりも大きい」ときは、（５ｂ）式により、通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓに応じてマージン補正係数ε＿ｋ，ｓを調節する。これにより、通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが大きいサービスｓに対して要求リソース量ω＿ｋ，ｓに対するマージンを増やすようにする。
「リソース使用率ｕ＿ｋ－１，ｓが閾値ｕ＿ｔｈ，ｓより低い」ときは、（５ｃ）式により、リソース使用率ｕ＿ｋ－１，ｓに応じてマージン補正係数ε＿ｋ，ｓを調節する。これにより、リソース使用率ｕ＿ｋ－１，ｓが低いサービスｓに対して要求リソース量ω＿ｋ，ｓに対するマージンを減らすようにする。

（６）式は、全てのサービスｓで通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが閾値ｄ＿ｔｈ，ｓよりも大きい場合である。この場合、（６）式により、通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓと通信品質劣化度の平均値ｄ＿＾＿ｋ－１との差に応じてマージン補正係数ε＿ｋ，ｓを調節する。これにより、サービス間の通信品質劣化度の差が小さくなるようにする。

本実施形態に係るリソース割当制御方法によれば、過去のリソース使用率が低いサービスに対しては要求リソース量に対するマージンが小さくなるように、また過去の通信品質劣化度が大きいサービスに対しては要求リソース量に対するマージンが大きくなるように制御することができる。これにより、あるサービスで余りとなっていたリソースを他のサービスで有効に利用することができると共に、通信品質の劣化を抑制することができる。

（通信品質劣化度の算出方法）
本実施形態では、通信品質劣化度として、スループットの劣化度を算出する。スループットの劣化度は、総トラヒック量に対する総受信データ量の割合に基づいた値として算出される。したがって、スループットの劣化度の算出には、各サービスの総受信データ量及び総トラヒック量が使用される。しかし、基地局ＢＳとの間のインターフェース１００に関して、非特許文献２に規定される既存のインターフェースには、サービス毎の総トラヒック量については規定されているが、サービス毎の総受信データ量が規定されていない。したがって、既存のインターフェースでは、各サービスの総トラヒック量情報を取得することはできるが、各サービスの総受信データ量情報を取得することができない。このため、基地局ＢＳとの間のインターフェース１００において、サービス毎の総受信データ量の規定を追加する。

図４は、本実施形態に係るパラメータの規定例を示す図である。図４には、非特許文献２の規定に対する追加部分（図４中の下線部分）２０１，２０２が示される。具体的には、指定したタイムウィンドウにおけるサービス識別子（５ＱＩ、ＱＣＩ、Ｓ－ＮＳＳＡＩ）毎の総受信データ量を追加する。この規定の追加によって、制御ノード２は、インターフェース１００を介して、各サービスの総受信データ量情報を取得することができる。

タイムステップ（ｋ－１）におけるスループットの劣化度を示す通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓは、通信品質劣化度の算出対象のサービスｓ（対象サービス）のタイムステップ（ｋ－１）における総受信データ量及び総トラヒック量を使用して次の（８）式で算出される。

次に図５、図６、図７を参照して本実施形態に係るリソース割当制御の具体例を説明する。図５、図６、図７は、本実施形態に係るリソース割当制御の具体例の説明図である。なお、ここでは、説明の便宜上、通信品質劣化度の閾値ｄ＿ｔｈ，ｓ及びリソース使用率の閾値ｕ＿ｔｈ，ｓは、全てのサービスｓで同じにしている。また各サービスｓ（ｓ＝１，２，３）のマージン補正係数ε＿ｋ，ｓの移動平均値Ｅ＿ｋ，ｓは、全て「１．０」にしている。

（リソース割当制御の具体例１）
図５には、全てのサービスｓで通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが閾値ｄ＿ｔｈ，ｓよりも小さい場合のリソース割当制御の具体例１が示される。図５の説明図３０１において、３つのサービスｓ（ｓ＝１，２，３）は、いずれも、通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが閾値ｄ＿ｔｈ，ｓよりも小さい。このため、上記（４）式により、リソース使用率ｕ＿ｋ－１，ｓとリソース使用率の平均値ｕ＿＾＿ｋ－１との差に応じてマージン補正係数ε＿ｋ，ｓを調節する。具体的には、上記（４）式により、各サービスｓ（ｓ＝１，２，３）のマージン補正係数ε＿ｋ，ｓは、「ε＿ｋ，１＝１．０１５」、「ε＿ｋ，２＝０．９８」、「ε＿ｋ，３＝１．００５」になる。

これにより、図５に示されるように、２つのサービスｓ（ｓ＝１，３）に対しては、リソース使用率ｕ＿ｋ，ｓがリソース使用率の平均値ｕ＿＾＿ｋ－１よりも高いので（説明図３０２参照）、マージン補正係数ε＿ｋ，ｓを上げることにより、要求リソース量ω＿ｋ，ｓに対するマージンを増やすように制御され、この制御の結果、１タイムステップ後のタイムステップｋにおけるリソース使用率ｕ＿ｋ，ｓが下がる（説明図３０３参照）。一方、１つのサービスｓ（ｓ＝２）に対しては、リソース使用率ｕ＿ｋ，ｓがリソース使用率の平均値ｕ＿＾＿ｋ－１よりも低いので（説明図３０２参照）、マージン補正係数ε＿ｋ，ｓを下げることにより、要求リソース量ω＿ｋ，ｓに対するマージンを減らすように制御され、この制御の結果、１タイムステップ後のタイムステップｋにおけるリソース使用率ｕ＿ｋ，ｓが上がる（説明図３０３参照）。

これら制御により、図５の説明図３０２，３０３に示されるように、１タイムステップ後のタイムステップｋでは、サービス間でのリソース使用率の差が小さくなる。また、全てのサービスｓ（ｓ＝１，２，３）に対してリソースのマージンが分け与えられるので、全てのサービスｓ（ｓ＝１，２，３）で通信品質の劣化を抑制することができる。

（リソース割当制御の具体例２）
図６には、一部のサービスｓで通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが閾値ｄ＿ｔｈ，ｓよりも小さい場合のリソース割当制御の具体例２が示される。

図６の説明図３１１，３１２において、１つのサービスｓ（ｓ＝１）は、リソース使用率ｕ＿ｋ－１，ｓが閾値ｕ＿ｔｈ，ｓより高く且つ通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが閾値ｄ＿ｔｈ，ｓよりも小さい。このため、サービスｓ（ｓ＝１）に対しては、要求リソース量ω＿ｋ－１，ｓに対して適切なマージンが確保されているので、上記（５ａ）式により、前回のマージン補正係数「ε＿ｋ－１，１＝１．０」をそのままマージン補正係数ε＿ｋ，１にする。

図６の説明図３１１，３１２において、１つのサービスｓ（ｓ＝２）は、リソース使用率ｕ＿ｋ－１，ｓが閾値ｕ＿ｔｈ，ｓより高く且つ通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが閾値ｄ＿ｔｈ，ｓよりも大きい。このため、サービスｓ（ｓ＝２）に対しては、要求リソース量に対するマージンが不足しているので、上記（５ｂ）式により、通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓに応じてマージン補正係数ε＿ｋ，ｓを上げる（「ε＿ｋ，２＝１．０２」）。

図６の説明図３１１，３１２において、１つのサービスｓ（ｓ＝３）は、リソース使用率ｕ＿ｋ－１，ｓが閾値ｕ＿ｔｈ，ｓより低い。このため、サービスｓ（ｓ＝３）に対しては、余分にマージンが確保されているので、上記（５ｃ）式により、「１－ｕ＿ｋ－１，ｓ」に応じてマージン補正係数ε＿ｋ，ｓを下げる（「ε＿ｋ，３＝０．８５」）。

これら制御により、図６の説明図３１３，３１４に示されるように、１タイムステップ後のタイムステップｋでは、通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが大きいサービスｓ（ｓ＝２）に対して、リソース使用率ｕ＿ｋ－１，ｓが低いサービスｓ（ｓ＝３）の空きリソースが融通されることになり、通信品質の劣化を抑制することができる。

（リソース割当制御の具体例３）
図７には、全てのサービスｓで通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが閾値ｄ＿ｔｈ，ｓよりも大きい場合のリソース割当制御の具体例３が示される。図７の説明図３２１において、３つのサービスｓ（ｓ＝１，２，３）は、いずれも、通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが閾値ｄ＿ｔｈ，ｓよりも大きい。このため、上記（６）式により、通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓと通信品質劣化度の平均値ｄ＿＾＿ｋ－１との差に応じてマージン補正係数ε＿ｋ，ｓを調節する。具体的には、上記（６）式により、各サービスｓ（ｓ＝１，２，３）のマージン補正係数ε＿ｋ，ｓは、「ε＿ｋ，１＝０．９８８」、「ε＿ｋ，２＝１．０２６」、「ε＿ｋ，３＝０．９８６」になる。

これにより、図７に示されるように、１つのサービスｓ（ｓ＝２）に対しては、通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが通信品質劣化度の平均値ｄ＿＾＿ｋ－１よりも大きいので（説明図３２１参照）、マージン補正係数ε＿ｋ，ｓを上げることにより、要求リソース量ω＿ｋ，ｓに対するマージンを増やすように制御され、この制御の結果、１タイムステップ後のタイムステップｋにおける通信品質劣化度ｄ＿ｋ，ｓが下がる（説明図３２３参照）。一方、２つのサービスｓ（ｓ＝１，３）に対しては、通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが通信品質劣化度の平均値ｄ＿＾＿ｋ－１よりも小さいので（説明図３２１参照）、マージン補正係数ε＿ｋ，ｓを下げることにより、要求リソース量ω＿ｋ，ｓに対するマージンを減らすように制御され、この制御の結果、１タイムステップ後のタイムステップｋにおける通信品質劣化度ｄ＿ｋ，ｓが上がる（説明図３２３参照）。

これら制御により、図７の説明図３２１，３２２，３２３，３２４に示されるように、１タイムステップ後のタイムステップｋでは、通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが大きいサービスｓ（ｓ＝２）に対して、通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが小さいサービスｓ（ｓ＝１，３）からリソースが融通されることになり、通信品質劣化度ｄ＿ｋ－１，ｓが大きいサービスｓ（ｓ＝２）の通信品質の劣化を抑制することができる。

図８は、本実施形態に係るマージン補正係数の時間変化の例を示すグラフ図である。本実施形態に係るフィードバック制御が連続して実行されることにより、図８に例示されるように、通信品質劣化度ｄ＿ｋ，ｓが閾値ｄ＿ｔｈ，ｓに近づくように、またリソース使用率ｕ＿ｋ，ｓが閾値ｕ＿ｔｈ，ｓに近づくように、マージン補正係数ε＿ｋ，ｓが自動的に調節される。

一般に、各サービスｓによって要求遅延が違うので、瞬時的なリソースの不足による通信品質の劣化の起こりやすさはサービス毎に異なる。このため、各サービスｓに適切なマージンも異なるが、本実施形態によれば、各サービスｓに適切なマージンが確保されるように、各サービスｓのマージン補正係数ε＿ｋ，ｓが自動的に調節される。これにより、各サービスｓが要求する通信品質によらずに通信品質の劣化を抑制することができる。

上述したように本実施形態によれば、無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ１）に収容されるサービス毎に当該無線アクセスネットワークのリソースの割当を制御する際に、効率的なリソース割当を図ることができるという効果が得られる。

なお、これにより、例えば無線アクセスネットワークにおける総合的なサービス品質の向上を実現することができることから、国連が主導する持続可能な開発目標（SDGs）の目標９「レジリエントなインフラを整備し、持続可能な産業化を推進するとともに、イノベーションの拡大を図る」に貢献することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

また、上述した各装置の機能を実現するためのコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

１…無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）、２…制御ノード（制御装置）、ＢＳ…基地局、ＲＵ…無線装置、ＵＥ…ユーザ端末、２１…リソース使用率取得部、２２…総受信データ量情報取得部、２３…総トラヒック量情報取得部、２４…通信品質劣化度算出部、２５…制御部、１００…インターフェース

Claims (3)

1. 無線アクセスネットワークに収容されるサービス毎に前記無線アクセスネットワークのリソースの割当を制御する制御装置において、
   サービス毎にリソース使用率を取得するリソース使用率取得部と、
   ユーザ端末が受信したサービス毎の総受信データ量を示す総受信データ量情報を、基地局との間のインターフェースを介して取得する総受信データ量情報取得部と、
   基地局におけるユーザ端末宛てのサービス毎の総トラヒック量を示す総トラヒック量情報を、基地局との間のインターフェースを介して取得する総トラヒック量情報取得部と、
   サービス毎に、総トラヒック量に対する総受信データ量の割合に基づいたスループットの劣化度を示す通信品質劣化度を算出する通信品質劣化度算出部と、
   サービス毎に、過去のリソース使用率及び通信品質劣化度に基づいて要求リソース量に対するマージンを制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、要求リソース量に対するマージンを制御するためのマージン補正係数を算出し、
   前記制御部は、
   全てのサービスで通信品質劣化度が閾値よりも小さい場合には、リソース使用率と全サービスのリソース使用率の平均値との差に応じて、サービス間のリソース使用率の差が小さくなるようにマージン補正係数を調節し、
   一部のサービスで通信品質劣化度が閾値よりも小さい場合において、
   リソース使用率が閾値より高く且つ通信品質劣化度が閾値よりも小さいときは、前回のマージン補正係数をそのまま使用し、
   リソース使用率が閾値より高く且つ通信品質劣化度が閾値よりも大きいときは、通信品質劣化度に応じて、通信品質劣化度が大きいサービスに対して要求リソース量に対するマージンを増やすようにマージン補正係数を調節し、
   リソース使用率が閾値より低いときは、リソース使用率に応じて、リソース使用率が低いサービスに対して要求リソース量に対するマージンを減らすようにマージン補正係数を調節し、
   全てのサービスで通信品質劣化度が閾値よりも大きい場合には、通信品質劣化度と全サービスの通信品質劣化度の平均値との差に応じて、サービス間の通信品質劣化度の差が小さくなるようにマージン補正係数を調節する、
   制御装置。
2. 無線アクセスネットワークに収容されるサービス毎に前記無線アクセスネットワークのリソースの割当を制御する制御装置が実行するリソース割当制御方法であって、
   前記制御装置が、サービス毎にリソース使用率を取得するリソース使用率取得ステップと、
   前記制御装置が、ユーザ端末が受信したサービス毎の総受信データ量を示す総受信データ量情報を、基地局との間のインターフェースを介して取得する総受信データ量情報取得ステップと、
   前記制御装置が、基地局におけるユーザ端末宛てのサービス毎の総トラヒック量を示す総トラヒック量情報を、基地局との間のインターフェースを介して取得する総トラヒック量情報取得ステップと、
   前記制御装置が、サービス毎に、総トラヒック量に対する総受信データ量の割合に基づいたスループットの劣化度を示す通信品質劣化度を算出する通信品質劣化度算出ステップと、
   前記制御装置が、サービス毎に、過去のリソース使用率及び通信品質劣化度に基づいて要求リソース量に対するマージンを制御する制御ステップと、
   を含み、
   前記制御ステップは、要求リソース量に対するマージンを制御するためのマージン補正係数を算出し、
   前記制御ステップは、
   全てのサービスで通信品質劣化度が閾値よりも小さい場合には、リソース使用率と全サービスのリソース使用率の平均値との差に応じて、サービス間のリソース使用率の差が小さくなるようにマージン補正係数を調節し、
   一部のサービスで通信品質劣化度が閾値よりも小さい場合において、
   リソース使用率が閾値より高く且つ通信品質劣化度が閾値よりも小さいときは、前回のマージン補正係数をそのまま使用し、
   リソース使用率が閾値より高く且つ通信品質劣化度が閾値よりも大きいときは、通信品質劣化度に応じて、通信品質劣化度が大きいサービスに対して要求リソース量に対するマージンを増やすようにマージン補正係数を調節し、
   リソース使用率が閾値より低いときは、リソース使用率に応じて、リソース使用率が低いサービスに対して要求リソース量に対するマージンを減らすようにマージン補正係数を調節し、
   全てのサービスで通信品質劣化度が閾値よりも大きい場合には、通信品質劣化度と全サービスの通信品質劣化度の平均値との差に応じて、サービス間の通信品質劣化度の差が小さくなるようにマージン補正係数を調節する、
   リソース割当制御方法。
3. 無線アクセスネットワークに収容されるサービス毎に前記無線アクセスネットワークのリソースの割当を制御する制御装置のコンピュータに、
   サービス毎にリソース使用率を取得するリソース使用率取得ステップと、
   ユーザ端末が受信したサービス毎の総受信データ量を示す総受信データ量情報を、基地局との間のインターフェースを介して取得する総受信データ量情報取得ステップと、
   基地局におけるユーザ端末宛てのサービス毎の総トラヒック量を示す総トラヒック量情報を、基地局との間のインターフェースを介して取得する総トラヒック量情報取得ステップと、
   サービス毎に、総トラヒック量に対する総受信データ量の割合に基づいたスループットの劣化度を示す通信品質劣化度を算出する通信品質劣化度算出ステップと、
   サービス毎に、過去のリソース使用率及び通信品質劣化度に基づいて要求リソース量に対するマージンを制御する制御ステップと、
   を実行させ、
   前記制御ステップは、要求リソース量に対するマージンを制御するためのマージン補正係数を算出し、
   前記制御ステップは、
   全てのサービスで通信品質劣化度が閾値よりも小さい場合には、リソース使用率と全サービスのリソース使用率の平均値との差に応じて、サービス間のリソース使用率の差が小さくなるようにマージン補正係数を調節し、
   一部のサービスで通信品質劣化度が閾値よりも小さい場合において、
   リソース使用率が閾値より高く且つ通信品質劣化度が閾値よりも小さいときは、前回のマージン補正係数をそのまま使用し、
   リソース使用率が閾値より高く且つ通信品質劣化度が閾値よりも大きいときは、通信品質劣化度に応じて、通信品質劣化度が大きいサービスに対して要求リソース量に対するマージンを増やすようにマージン補正係数を調節し、
   リソース使用率が閾値より低いときは、リソース使用率に応じて、リソース使用率が低いサービスに対して要求リソース量に対するマージンを減らすようにマージン補正係数を調節し、
   全てのサービスで通信品質劣化度が閾値よりも大きい場合には、通信品質劣化度と全サービスの通信品質劣化度の平均値との差に応じて、サービス間の通信品質劣化度の差が小さくなるようにマージン補正係数を調節する、
   コンピュータプログラム。

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