JP2001244939A - 無線ランダムアクセス制御方式 - Google Patents

無線ランダムアクセス制御方式

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JP2001244939A JP2000051412A JP2000051412A JP2001244939A JP 2001244939 A JP2001244939 A JP 2001244939A JP 2000051412 A JP2000051412 A JP 2000051412A JP 2000051412 A JP2000051412 A JP 2000051412A JP 2001244939 A JP2001244939 A JP 2001244939A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の無線アクセスシステムは再送回数等を
基にしてトラフィック量を推定するので、突発的に初回
のパケット送信においてトラフィックが混雑している場
合等では、迅速な対応ができないという課題があった。 【解決手段】 通信アクセスゾーンを複数のセクタに分
割する無線ランダムアクセス制御方式において、回線を
運用する範囲として想定される負荷の範囲をスロット使
用率の範囲に変換して、基地局において測定されたスロ
ット使用率と上記の回線を運用する範囲として想定され
るスロット使用率の範囲とを比較することに基づいて通
信トラフィック量の制御を実施する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、1つの基地局と
複数の加入者局との間で通信を行うポイント−マルチポ
イント型無線アクセスシステムにおいて、加入者局から
基地局へランダムアクセス方式で送信した際のトラフィ
ック制御を実施するための無線ランダムアクセス制御方
式に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図14は、1つの基地局と複数の加入者
局との間で通信を行う従来のポイント−マルチポイント
型無線アクセスシステムの一例を示す図である。図にお
いて、101は基地局、102,102,10
,…,102は加入者局である。基地局101と
それぞれの加入者局102との間では、1つの無線回線
を用いて時分割多元接続方式で通信が行われている。
【0003】上記のようなポイント−マルチポイント型
無線アクセスシステムにおいて、通常採用されているア
クセス方式としては、スロットアロハ方式が挙げられ
る。スロットアロハ方式では、回線を時分割した単位で
あるタイムスロット(以下、単にスロットと称する)に
対して、すべての加入者局がランダムにアクセスして、
パケットデータ(以下、単にパケットと称する)を送信
する。同一スロット上に送信されたパケット同士が衝突
した場合には、衝突したパケットの再送が必要となる。
すなわち、スロットアロハ方式によるランダムアクセス
において基地局がパケットを受信するのは1つのスロッ
トにつき1加入者のみである。したがって、ある加入者
局からの送信が他の加入者局からの送信と重なった場合
には、送信された両方のパケットが無効となる。
【0004】スロットアロハ方式の特性を表すパラメー
タとして、負荷GおよびスループットSが挙げられる。
負荷Gはランダムアクセス用の全スロットに対する加入
者からの呼数の割合として定義され、スループットSは
ランダムアクセス用の全スロットに対する衝突せずに通
過した呼数の割合として定義される。スロットアロハ方
式の場合、 S=G・e−G (1) の関係が成立する。図15は、スロットアロハ方式にお
ける負荷GとスループットSとの間の関係を示すグラフ
である。当該グラフに示されるように、回線状態を良好
に保つためには、負荷が増加した場合にスループットが
増加する範囲で回線を運用する必要がある。すなわち、
グラフの左斜面の範囲における負荷とスループットとの
間の特性に基づいて回線を運用する必要がある。
【0005】ポイント−マルチポイント型無線アクセス
システムにおいて、スロットアロハ方式によるランダム
アクセスを実施する場合に、基地局側から直接測定でき
る測定量はスループットのみである。しかし、図15に
示されたグラフからも分かるように、1つのスループッ
ト値に対する負荷値は2つ存在するために、トラフィッ
ク量の推定が不正確になる可能性がある。したがって、
スループット測定のみではなく加入者局から基地局への
トラフィック量推定の指標となる他の量を測定する必要
がある。以下に、従来技術で用いられた他の指標の測定
について説明する。
【0006】図16は、例えば特開平6−252917
号公報に記載された通信システムにおけるスロットアロ
ハ方式を示す図である。この例では、トラフィック監視
部が、直前の2フレームで受信したデータパケットの数
と、当該データパケットに付加されていた送信試行回数
との総和によってトラフィック量の増減を判断する。例
えば、直前の2フレームで受信したデータパケットの数
が1以上、かつ送信試行回数の平均値が0.5以上なら
トラフィックレベル1、それ以外ならトラフィックレベ
ル0とする。中心局は、1フレーム分のデータパケット
を受信し終わると、受信確認信号とともにその時点での
トラフィックレベルをトラフィック情報として全周辺局
に同報する。一方、各周辺局では、パケットの送出後、
中心局からの受信確認がなければ送信データは衝突によ
って無効にされたものとして、そのデータパケットの再
送を実施する。再送する際には乱数を発生して、その乱
数分だけスロット間隔をおいてパケットを送信する。こ
の例では、トラフィックレベルが1なら乱数は0〜3と
し、トラフィックレベルが0なら乱数は0〜1としてい
る。トラフィックレベルが上がるのに応じて、再送時の
スロット間隔を広げることでその時点近傍でのトラフィ
ック量を軽減して衝突の増加を回避する。また、さらに
トラフィック量が増加してトラフィックレベルが上がっ
た場合には、各周辺局からのパケットの送信を一時的に
停止することもできる。
【0007】また、例えば特開昭64−55937号公
報に記載された通信システムにおけるスロットアロハ方
式によれば、ランダムアクセスに用いられるスロットに
ついて衝突が発生したスロットと正常受信したスロット
との和を算出して、この値を基にして加入者からのトラ
フィック量を推定する。
【0008】また、例えば特開平7−202896号公
報に記載された通信システムにおけるスロットアロハ方
式によれば、加入者局がパケットを再送するときにその
再送回数があるしきい値以上(NT)である場合には、
送信電力を上げてその再送パケットを送信する。また、
送信電力増大後に、受信確認がとれていない回数を保持
するカウンタを持ち、その値があるしきい値(NR)を
超えた場合にはチャネルが輻輳状態にあるとみなして、
その時点から後の加入者局からの送信要求の全てをバッ
ファリングして加入者局から送信されるパケットを制限
し、カウンタ値があるしきい値以下になったらバッファ
リングを解除して通常の送信手順に従って送信を実施す
る。この際、送信されるパケットについて基地局は信号
強度の大きい再送パケットを優先的に受信する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来のポイント−マル
チポイント型無線アクセスシステムは以上のように構成
されているので、再送試行回数を基にしてトラフィック
量を判定するトラフィック量推定方式を採用した場合に
は、それぞれの加入者局からの呼がランダムアクセスに
1回または複数回失敗した後に再送に成功した時点にお
いて初めて送信トラフィックの混雑状況を検知すること
が可能となるから、突発的に初回の送信において既に送
信トラフィックが混雑しているような場合には再送の成
功までトラフィック制御を実施することができず、トラ
フィックの混雑に対して迅速に対応する制御を実施する
ことができないという課題があった。
【0010】また、衝突したスロットと正常に受信され
たスロットとの和を所定のしきい値と比較することでト
ラフィック量を判定するトラフィック量推定方式を採用
した場合には、トラフィック制御のため、または無線リ
ソース節約のためにランダムアクセス用のスロット数を
増減させる等の環境変化が生じた場合には、当該環境変
化に応じてしきい値等のパラメータを変更する等のシス
テム修正作業を必要とするので、通信環境の変化に対し
て柔軟性に欠けるという課題があった。
【0011】さらに、従来のシステムでは、ランダムア
クセス用スロットを増加させることができないので、ト
ラフィック量を制御するためには再送間隔を増加させる
方式をとることができるのみであるから、トラフィック
制御の柔軟性に欠けるという課題があった。
【0012】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、トラフィック量の推定を再送回
数ではなく負荷を基準にして実施することで、突発的に
初回の送信トラフィックが増加したような場合において
も迅速な対応ができる無線ランダムアクセス制御方式を
得ることを目的とする。
【0013】また、この発明は、負荷を基準とするとと
もに、TCP/IPの性質を利用して、トラフィックが
混雑している場合に加入者端末におけるパケット生成段
階から制御を実施することで、より効率の高い回線制御
を実施することができる無線ランダムアクセス制御方式
を得ることを目的とする。
【0014】また、この発明は、ランダムアクセス回線
において、ランダムアクセス用スロット数が増減する等
の通信環境の変化が生じても、システムの大幅な修正等
を実施する必要のない柔軟性を有する無線ランダムアク
セス制御方式を得ることを目的とする。
【0015】また、この発明は、再送間隔を増加させる
制御とランダムアクセス用スロット数を増加させる制御
とを回線状況に応じて使い分けることで、柔軟なトラフ
ィック制御を実現することができる無線ランダムアクセ
ス制御方式を得ることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】この発明に係る無線ラン
ダムアクセス制御方式は、回線を運用する範囲として想
定される負荷の範囲をスロット使用率の範囲に変換し
て、基地局において測定されたスロット使用率と上記の
回線を運用する範囲として想定されるスロット使用率の
範囲とを比較することに基づいて通信トラフィック量の
制御を実施するようにしたものである。
【0017】この発明に係る無線ランダムアクセス制御
方式は、ランダムアクセス用のタイムスロットのキャリ
ア検出をセクタ毎に実施してセクタ毎のスロット使用率
を求め、当該セクタ毎のスロット使用率に基づいてパケ
ットを再送するまでの待機時間を制御するようにしたも
のである。
【0018】この発明に係る無線ランダムアクセス制御
方式は、ランダムアクセス用のタイムスロットのキャリ
ア検出をセクタ毎に実施してセクタ毎のスロット使用率
を求め、当該セクタ毎のスロット使用率に基づいてパケ
ットを初めて送信する際の待機時間を制御するようにし
たものである。
【0019】この発明に係る無線ランダムアクセス制御
方式は、セクタ毎のランダムアクセス成功通知者数を制
限するようにしたものである。
【0020】この発明に係る無線ランダムアクセス制御
方式は、ランダムアクセスの負荷に応じて、セクタ毎に
ランダムアクセス用スロット数を増加させるようにした
ものである。
【0021】この発明に係る無線ランダムアクセス制御
方式は、データパケットを送信するための予約送信用T
DMAスロットに対しての予約を要求する予約パケット
をランダムアクセスにより送信するランダムアクセス・
スロット予約複合方式を用いる際に、予約送信用TDM
Aスロットから成るTDMA回線のトラフィックの混雑
状況に応じて、ランダムアクセス用スロットを増加させ
る処理と送信までの待機時間を増加させる処理のいずれ
かを選択するようにしたものである。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1は、この発明によるポイント−マル
チポイント型無線アクセスシステムとして用いられるシ
ステムの例を示す図である。この図に示された無線アク
セスシステムでは、干渉波防護および送信電力の軽減を
目的として、アクセスゾーンを1つの基地局を中心とし
た複数の扇形状のセクタと称される部分ゾーンに分割し
て、それぞれの加入者局がいずれかのセクタに属するよ
うに構成している。図において、1,1,…,1
はセクタ1に属する加入者局、2,…,2はセクタ
2に属する加入者局、3,…,3はセクタ3に属す
る加入者局、4は基地局である。図1に示される無線ア
クセスシステムでは、アクセスゾーンが120度ずつの
3個のセクタに分割されている。このポイント−マルチ
ポイント型無線アクセスシステムは、図14に示された
通信システムと同様に1つの基地局と複数の加入者局と
から構成されてはいるが、図1に示される通信システム
は、基地局4が指向性の高いアンテナを用いて一度に1
つのセクタに属する加入者局と通信を実施する点で差異
を有する。
【0023】基地局から加入者局に向けては、TDM
(Time Division Multiplexer)を用いて通信を行う。ま
た、加入者局から基地局に向けてはTDMA(Time Div
isionMultiple Access)方式で通信を実施する。ただ
し、以下の通信方式についての説明により明らかにされ
るように、TDMAスロットを使用してデータパケット
を送信できる加入者局は、スロットアロハ方式によるラ
ンダムアクセスで予約パケットを送信して使用権の獲得
に成功した加入者局に限定される。なお、予約パケット
とは、後述するランダムアクセス・スロット予約複合方
式を用いた際にデータパケットを送信するための予約送
信用TDMAスロットの予約を要求するためのパケット
を示すものである。
【0024】また、この発明による無線ランダムアクセ
スシステムで使用されるランダムアクセス方式として
は、スロットアロハ方式を改良したランダムアクセス・
スロット予約複合方式が採用される。このランダムアク
セス・スロット予約複合方式について簡単に説明する
と、加入者局において送信データが発生した時点でスロ
ットアロハ方式を用いてランダムアクセス用スロット内
に予約パケットを送信し、予約パケットの受信が成功し
て(予約パケットが通過して)基地局からのTDMAス
ロットの割り当てについて通知を受けた後に、割り当て
られた予約送信用TDMAスロットを用いてデータパケ
ットを送信する。
【0025】次に、このランダムアクセス・スロット予
約複合方式で使用されるフレーム構成について説明す
る。基地局4と加入者局1,2,3との間の送受信信号
は、1フレームと呼ばれる所定時間を周期とする情報単
位毎に制御される。図2は、この発明による通信システ
ムで用いられるランダムアクセス・スロット予約複合方
式で使用されるフレームの構成を示す図である。既に述
べたように、本発明ではTDMA方式が採用されてい
る。これは、1フレームを時間分割されたスロットと称
される単位に分割して、データパケットをこのスロット
毎に収容して送信する方式である。なお、スロット長は
すべて同一であり、基地局と加入者局との間で同期がと
れているものとする。そして、スロットは以下に説明す
るように、目的別にチャネルを構成している。また、本
願発明においては、上り回線および下り回線ともに同一
周波数を用いるTDD(Time Division Duplex)方式を採
用している。
【0026】図2において、5は基地局が予約パケット
を受信した加入者番号およびトラフィック情報等を放送
モードで同報的に送信するための複数のスロットから構
成される報知情報用チャネルである。この報知情報用チ
ャネル5を用いて、ランダムアクセスに成功した加入者
番号、TDMA回線の使用を許可した加入者番号、回線
の混雑状況、および制御情報等を報知する。6はランダ
ムアクセス用チャネルである。このチャネルを構成する
スロットについては、上り回線を使用して加入者局から
基地局に向けてスロットアロハ方式で送信が実施され
る。ランダムアクセス用チャネル6は、1フレーム中に
R1,R2,R3,…,Rnのように複数のスロットを
備えていて、加入者局は予約パケットを送信するスロッ
トをランダムに選択する。また、ランダムアクセス用チ
ャネル6を用いて、予約パケットと同時にバッファ内の
先頭パケットも同時に送信することが可能である。7は
予約送信用TDMAチャネルである。この予約送信用T
DMAチャネルも、1フレーム中にT1,T2,T3,
…,Tnのように複数のスロットを備えている。スロッ
トアロハ方式のランダムアクセスにより予約パケットを
送信して送信予約権を得た加入者に対してこの予約送信
用TDMAスロットが適宜割り当てられて、加入者は割
り当てられた予約送信用TDMAスロットを用いてデー
タパケットを送信する。また、8はTDM用チャネルで
あり、下り回線を用いた基地局から加入者局へのデータ
送信に使用される。なお、基地局は、どのスロットをど
のセクタに向けるかを自由に設定できるものとする。
【0027】次に、基地局および加入者局の構成につい
て説明する。図3は、この発明によるポイント−マルチ
ポイント型無線アクセスシステムにおける加入者局およ
び基地局の構成を示す図である。図において10は基地
局、11および12はそれぞれ基地局10を主に構成す
る制御装置およびバッファ、13は加入者局、14およ
び15はそれぞれ加入者局13を主に構成する制御装置
およびバッファ、16は基地局10と加入者局13との
間の無線回線、17は基地局10に接続されるインター
ネット等の外部ネットワーク、18は加入者局13に接
続される加入者端末である。
【0028】次に、基地局と加入者局との間における送
受信の動作を簡単に説明する。加入者端末18において
発生した外部ネットワーク17向けのデータは、加入者
局13に伝送された後に、制御装置14により1つの送
信スロットに相当するパケット単位に分割されて、加入
者局13内のバッファ15に一旦蓄積される。そして、
送信トラフィックの混雑の程度に応じて所定数のフレー
ムだけ待機して、1フレーム中に複数存在するランダム
アクセス用スロットR1,R2,R3,…,Rnの中か
ら1スロットをランダムに選択して、無線回線16を用
いてTDMAスロットを予約するための予約パケットの
送信を実施する。基地局10は、ランダムアクセスに成
功して正常に予約をすることができた加入者番号を集計
するとともに当該集計に応じて加入者に対する予約送信
用TDMAスロットの割り当てを実施し、予約者リスト
および予約送信用TDMAスロットの割り当て状況を各
加入者局に対して放送モードで同報的に送信する。各加
入者局13は、この報知情報を基にして、上り回線の予
約送信用TDMAスロットT1,T2,T3,…,Tn
を用いてデータパケットの送信を実施する。
【0029】次に、基地局と加入者局との間の送受信に
関して、本願発明の特徴となる動作について詳細に説明
する。これらの動作については、1)トラフィックの混
雑の程度を検出する動作、2)トラフィックの混雑に対
する制御動作、3)ランダムアクセス成功数を制限する
動作、4)ランダムアクセス成功数を増加させる動作に
分けてそれぞれ説明する。 1)トラフィックの混雑の程度を検出する動作 図4は、1フレームについてのランダムアクセスの一例
を示す図である。図4において、S1〜S8はランダム
アクセス用スロット、C1〜C7は加入者局である。図
に示されるように、C1〜C7のすべての加入者局がラ
ンダムアクセスを実施して、使用されたスロットはS
2,S3,S5,S8の4スロット、通過スロットはS
3,S8の2スロットで、ランダムアクセスに成功した
加入者局はC3,C7である。ここで、ランダムアクセ
スの成功および失敗にかかわらず、全ランダムアクセス
用スロットに対する使用されたスロットの割合をスロッ
ト使用率と定義すると、負荷は7/8、スロット使用率
は4/8、スループットは2/8と算出される。
【0030】次に、実際の回線運用法について説明す
る。あらかじめ、設計段階等において加入者トラフィッ
クの負荷の範囲をどの程度に設定するのかを決定する。
基地局で直接測定できるのは、スロット使用率とスルー
プットのみであるから、以下の式を用いて回線運用範囲
として設定される負荷の範囲をスロット使用率の範囲に
変更する。
【0031】Nを加入者数、Gを負荷、Suをスロット
使用率として、1スロット当たり1加入者が送信する確
率をpとおくと、p=G/Nとなる。ここで、スロット
使用率とは、全てのランダムアクセス用スロットのなか
で少なくとも1局が送信を実施したスロットの割合のこ
とであるので、次式のように表すことができる。 Su=1−(1−p)=1−(1−G/N) (2) Nが充分に大きいときには、N→∞とすれば、 Su=1−e−G (3) となる。
【0032】図5は、上式により求められる負荷Gとス
ロット使用率Suとの間の関係を示すグラフである。ス
ロット使用率Suは負荷Gの一価関数であるために、一
対一の対応が可能となる。図6は、回線運用範囲として
設定される負荷Gに対応するスロット使用率の範囲を示
す図である。図に示されるように、例えば負荷Gの値が
0.1から0.2になるように回線を運用することが意
図される場合には、負荷の値の0.1および0.2に対
応するスロット使用率の値をグラフから導いて、0.2
の負荷値に対応するスロット使用率の値をスロット使用
率の上限値として設定し、0.1の負荷値に対応するス
ロット使用率の値をスロット使用率の下限値として設定
して、これらの上限値および下限値を指標としてトラフ
ィックを制御する。
【0033】基地局は、それぞれのランダムアクセス用
スロットに対してキャリア検出すなわち電界強度の測定
を実施して、これがしきい値以上のスロットを使用スロ
ットと定義する。これをセクタ毎に、ある期間集計し
て、合計をランダムアクセス用スロット総数で除算する
ことによって、セクタ毎のスロット使用率を算出する。
【0034】図7は、セクタ毎のトラフィック量を推定
して当該推定量に基づくトラフィック制御を実施するた
めの方法を示すフローチャートである。このセクタ毎の
トラフィック量推定に基づくトラフィック制御は、基地
局制御部において所定の間隔毎に実施される。この方法
においては、まずセクタ毎の使用スロットをスロット総
数で除することでスロット使用率を計算する(ステップ
ST1)。スロット使用率が算出されると、スロット使
用率を上記で説明した回線運用範囲の指標となる上限値
および下限値と比較する(ステップST2)。スロット
使用率が上限値より大きな場合には、トラフィックレベ
ルが1増分されて、同様にランダム間隔が1増分される
(ステップST3)。また、スロット使用率が下限値よ
り小さな場合には、トラフィックレベルが1減分され
て、同様にランダム間隔が1減分される(ステップST
4)。また、スロット使用率が上限値と下限値との間の
値として得られる場合には、その時点でのランダム間隔
をそのまま維持する。そして、変更されたランダム間隔
または維持されたランダム間隔が、各加入者局に対して
放送モードにより同報される(ステップST5)。な
お、ランダム間隔とはパケットを再送する際の再送間隔
を導く乱数の範囲を決定するパラメータであり、この場
合にはセクタ毎に基地局から通知されるトラフィックレ
ベルと同一にされる。
【0035】式(3)にスロットアロハ方式についての
関係式(1)を用いてGを消去すると、 S=−ln(1−Su)*elog(1−Su) =−(1−Su)*log(1−Su) (4) となる。図8は、式(4)から求められるスロット使用
率SuとスループットSとの間の関係を示すグラフであ
る。
【0036】式(4)を用いて、測定されたスロット使
用率からスループットの理論値を求め、基地局で測定し
たスループットの測定値と比較して低下率を調べること
により、回線の混雑以外の要因でランダムアクセスに失
敗する頻度に係る見積もりを行うことができる。すなわ
ち、本来ならば通過するはずであった予約パケットが無
線回線のエラー等の回線の混雑以外の要因で通過しなか
った場合には、測定値が計算値よりも低くなるから、そ
の低下率を調べることで回線の混雑以外の要因が予約パ
ケットの通過すなわちランダムアクセスの成功に対して
与える影響を推定することができる。
【0037】「インターネット・アクセスネットワーク
設計のためのWWWトラフィックの分析とモデル化:名
部他、信学論、Vol.J80−B−I、No.6、p
p428−437」に記載されているように、多くのイ
ンターネットトラフィック(telnet、ftp、h
ttp)のコネクション発生間隔は、指数分布すなわち
ランダムであると考察されている。したがって、加入者
局からのスロットアロハ方式による送信トラフィックの
生起がランダムであるという仮定の下に、本願発明に上
記の理論を適用することは妥当であると考察される。
【0038】2)トラフィックの混雑に対する制御動作 この実施の形態においては、再送間隔はセクタ方式を取
ることに基づいてセクタ分割数の倍数をとっている。ま
た、再送間隔の上限値を次のように定義する。 nフレーム*2ランダム間隔−1 (5) ここで、nはセクタ数を示す。このように定義すると、
ランダム間隔が1,2,3,…と増加する際に、待機す
るフレームはn,2n,4n,…と指数的に増加する。
【0039】また、本願発明は、再送のみではなく、そ
の時点におけるトラフィック量に応じて初回の送信にお
いてもランダムに設定した時間間隔だけ待機させること
を特徴とする。図9は、TDMAスロットに対する予約
パケットの送信のタイミングの一例を示す図である。な
お、この場合、セクタ数は3、ランダム間隔は2とす
る。この場合、式(5)より、乱数の上限値は6フレー
ムとなる。すなわち、待機の上限値は6フレームであ
る。
【0040】具体的なパケット送信待機制御について説
明すると、加入者端末からデータが発生する(ステップ
ST11)と、従来技術では即座に予約パケットの送信
を実施するが、本願発明においてはその時点におけるト
ラフィック量に対応するようにランダム間隔を式(5)
に代入してこの値を上限値とする乱数から決定される数
のフレームだけ待機する(ステップST12)。その
後、1フレーム中のランダムアクセス用スロットから1
つのスロットをランダムに選択して、このスロットを用
いて基地局に対して予約パケットを送信する(ステップ
ST13)。図9では、3フレーム待機した後に、フレ
ームf4において予約送信用TDMAスロットに対する
予約パケットが送信される。
【0041】図9中のフレームf4の拡大図に示される
ように、同一のランダムアクセス用スロットについて他
の加入者局から予約パケット(図9において矢印Pで示
す)が送信される場合には、予約パケットが通過できず
にランダムアクセスは失敗となる。加入者局側からで
は、予約パケット通過の可否は判別出来ないから、次の
フレームf5で基地局側から報知チャネルを利用して通
過した予約パケットに係る加入者を報知する(ステップ
ST14)。この際、リソース節約のために、通過した
加入者局の加入者局番号のみを報知するようにすること
も可能である。
【0042】基地局から報知される通過した予約パケッ
トに係る加入者局リストに自局の加入者局番号がない場
合には、加入者局はランダムアクセスが失敗したと判断
して再送準備に移る。この際、予約パケットを送信する
際に前回衝突したのと同じ加入者局と再衝突することを
回避するために、初送の時と同じようにランダムな待機
時間を決定してその分だけ待機する。図9では、フレー
ムf11まで6フレーム分待機した(ステップST1
5)後に、再度予約パケットを送信する(ステップST
16)。この再度のランダムアクセスの結果、予約パケ
ットが通過した場合にはTDMAスロットに対する予約
が行われる。図9では、フレームf12において予約パ
ケットが通過した加入者局番号が報知される(ステップ
ST17)。この報知信号により通知される予約送信用
TDMAスロットの割り当て状況に応じて、TDMA送
信処理を実施する(ステップST18)。
【0043】また、初回のパケットを送信する際に、所
定の時間間隔だけ待機して送信することで得られる利点
について以下に説明する。図10は、加入者局が例えば
Webサーバ等の外部サーバにアクセスする手順につい
て説明する図である。図10において、(a)は従来技
術におけるアクセス手順を示し、(b)は本願発明に基
づくアクセス手順を示すものである。本願発明によるア
クセス手順は、初回のパケットの送信前においても所定
の時間だけ待機している点で、従来技術のアクセス手順
に対して差異を有している。
【0044】従来技術におけるアクセス手順では、加入
者端末において新規のパケットデータが発生する(ステ
ップST21)と、ランダムアクセス回線を用いて予約
パケットが送信される(ステップST23)。予約パケ
ットが通過すると、基地局はランダムアクセスの成功を
報知するとともに(ステップST24)、その後に予約
送信用TDMAスロットの割り当て通知を送信する(ス
テップST25)。加入者局は割り当てられたTDMA
回線でデータパケットの送信を実施して、基地局は当該
データパケットを外部サーバに送信する(ステップST
26)。外部サーバは、送信されたデータを処理して加
入者局側でデータが処理されたことを確認できるように
Ack信号を送信する(ステップST27)。このAc
k信号が返ってくることで、加入者端末は正常な送信が
実施されたことを確認して、次のパケット送信を準備す
る(ステップST28)。
【0045】パケット発生(ステップST21)からA
ck信号確認(ステップST28)までに経過する時間
は、概略的には、予約パケット通過(ランダムアクセス
成功)までに経過する時間t1(図10では、再送がな
いためにこの時間は短くなっている)、予約送信用TD
MAスロットの割り当て処理に費やす時間t2、データ
パケットが加入者局から無線基地局を通過して外部ネッ
トワーク経由で外部サーバに到達するまでに経過する時
間t3、外部サーバ内でのAck信号生成までの処理時
間t4、および外部サーバから逆のルートを通ってAc
k信号が加入者端末に戻るまでに経過する時間t5の和
として与えられる。この合計時間が長いほど、次のパケ
ット発生にまでかかる時間が長くなる。
【0046】TCP/IPでは、前パケットを送信した
場合に、当該パケットに対するAck信号を受信しない
限り、新パケットを送信しないように制御されることに
なっている。すなわち、新パケットの生起は、前パケッ
ト送信に対応するAck信号の受信がトリガとなってい
る。このために、新規パケットが加入者局に送られた際
に即座にTDMAスロットに対する予約パケットを送信
することなく待機する(ステップST22)ことで、こ
の待機時間の分だけ加入者端末におけるAck信号受信
までの1つのパケット送信に係る全体的時間に遅れが生
じる。この遅れに関しては、加入者端末からはネットワ
ーク全体のどの部分で遅延が生起しているのか判断がで
きないから、単に自らが送信したパケットに対するAc
k信号が返る時間が長くなる現象として観測される。A
ck信号が受信されるまでは次のデータパケットは発生
しないから、加入者端末におけるデータパケットの生成
は制限される。このように、送信トラフィックの混雑に
応じて加入者局で初送パケットを待機させることで、加
入者端末におけるパケット生成間隔を直接制限してトラ
フィック制御を実施することができる。
【0047】3)ランダムアクセス成功数を制限する動
作 図11は、ランダムアクセス成功数を制限する方法の一
例を示す図である。この方法においては、スループット
に与える影響が少ない範囲で、1フレーム当たりのラン
ダムアクセス成功通知者数を制限することにより、ラン
ダムアクセス成功数を制限する。
【0048】図11において、従来の方式によればラン
ダムアクセスに成功した加入者局は、ランダムアクセス
用スロットS1,S2,S3,S6,S8へ予約パケッ
トを送信した5つの加入者局となる。本願発明により、
例えばランダムアクセス成功数(予約パケット通過数)
を全ランダムアクセススロットの半数に制限した場合に
は、スロットアロハ方式によるランダムアクセスに成功
した加入者局として報知を受けられるのは、番号の若い
順からS1,S2,S3,S6の各スロットを使用した
加入者局に制限される。すなわち、加入者局C7は、ラ
ンダムアクセスに成功したにもかかわらずランダムアク
セス成功者として報知されることはない。
【0049】ランダムアクセスに成功する1フレーム当
たりの平均加入者局数は、スループットが最高値のとき
でもスロット当たり約0.37局と低いので、ランダム
アクセス用スロットと同数の加入者局がランダムアクセ
スに成功することはまれである。図12は、ランダムア
クセス成功者を制限した場合および制限しない場合にお
ける負荷とスループットとの間の関係を示すグラフであ
る。この図12に示されたグラフにより、ランダムアク
セス用スロットを8スロットにするとともにランダムア
クセスの成功を通知する最大値を全スロット数の50%
(すなわち4加入者局)に制限した場合のスループット
の理論値が示される。なお、この理論値の計算について
は後述する。グラフに示されるように、ランダムアクセ
ス成功通知者を制限しても、スループットにはさほど大
きな影響が出ないことが分かる。
【0050】なお、基地局内で一度に処理できるスロッ
トアロハ方式による予約パケット通過加入者局数すなわ
ち全ランダムアクセス成功数に制限がある場合には、上
記のようにセクタ毎におけるランダムアクセス成功通知
者数を制限するようにすれば、基地局についての全ラン
ダムアクセス成功数を制限することができるとともに、
さらに各セクタ毎のランダムアクセス成功通知者数の最
大値を適切に設定すれば、スループットに大きな影響を
与えることなく、基地局に対する全トラフィックを適切
に制御することができる。
【0051】4)ランダムアクセス成功数を増加させる
動作 図13は、任意のセクタが高負荷の際にセクタ毎のラン
ダムアクセス用スロットを増加する制御を行う方法を示
す概念図である。また、この方法においては、増加され
たスロット数に応じたランダムアクセス成功通知者数が
計算式より求められる。図13において、S9〜S12
が追加されたスロットである。
【0052】ランダムアクセス用スロット数を増加した
場合に、予約パケット通過数を再計算して損失が適切な
値となるように設定する。本来のスループットをS、ラ
ンダムアクセス用スロット数をN、ランダムアクセス成
功通知者数をTとおけば、ランダムアクセス成功通知者
数をTに制限した場合のスループットSは、Sを用い
て次式のように表される。
【0053】
【数1】
【0054】式(6)に基づいて、S=Ge−G、N=
8、T=4として求めたスループットが図12の通過制
限50%のグラフとして示されている。なお、Tを決定
する際には、通過制限すなわちランダムアクセス成功通
知者数の制限を実施しなかった場合の本来のスループッ
トSからの低下率である(S−S)/Sを計算して、
この値があまり低くならないようにTの値を選定する。
【0055】ところで、トラフィックの混雑を緩和する
ためには、ランダムアクセス用のスロットを増加する制
御、または再送期間を延長するためにランダム間隔を増
加する制御を実施することが考えられる。いずれの制御
を実施するかについては、TDMA回線における予約送
信用TDMAスロットの予約状況に応じて決定される。
このようなTDMA回線の予約状況は、例えばTDMA
回線のスロット使用率等から判断することが可能であ
る。具体的には、ランダムアクセス用スロット数を増加
させると予約送信用TDMAスロットの予約数が増加
し、ランダム間隔を増加させると予約送信用TDMAス
ロットの予約数が減少することを考慮して決定する。
【0056】この実施の形態1による無線ランダムアク
セス制御方式は上記のような特徴を有するので、以下に
示すような効果を奏する。なお、この効果については、
説明を明確にするために本願発明の特徴として上記のよ
うに分類した4つの動作毎にその効果について記載する
ものとする。
【0057】1)トラフィックの混雑程度を検出する動
作に係る効果 トラフィック量の推定および制御をセクタ毎の加入者ト
ラフィックについて実施するようにしたので、任意の加
入者局に係る加入者トラフィックが不均一な場合でも、
セクタ毎に算出されるスロット使用率に基づいてセクタ
を単位にトラフィックの制御を実施することでトラフィ
ックの急激な変動を抑制して、トラフィックの適切な制
御を実施することができるという効果を奏する。
【0058】また、想定される運用範囲に係る負荷の範
囲をスロット使用率の範囲に変換して、基地局で測定さ
れたスロット使用率を基準にしてトラフィックの推定を
実施するようにしているので、実質的には負荷に基づく
トラフィック制御を実施できるから、再送比率に基づく
制御よりもバースト的なトラフィックに対して迅速に対
応することができるという効果を奏する。さらに、負荷
とスロット使用率との関係は理論的に算出されるから、
ランダムアクセススロット数が増減する等の通信環境に
変化が生じた場合に、当該通信環境の変化に対応するよ
うな回線運用に係る負荷範囲に対して容易にスロット使
用率の範囲を求めることができるから、再送比率からト
ラフィックの混雑の程度を推定する方式等と比較する
と、通信環境の変化に柔軟に対応できて高い汎用性を有
するシステムを得ることができるという効果を奏する。
【0059】2)トラフィックの混雑に対する制御動作
に係る効果 初回からTDMAスロットに対する予約パケットの送信
を待機することで、トラフィックの混雑に応じてランダ
ム間隔を増加させるようにしたので、トラフィックが混
雑していて回線特性が予約パケットの初送の際に既に図
15に示されるグラフの右側斜面にあるような場合で
も、ランダム間隔を増加させて図15に示されるグラフ
の左側斜面の動作特性上で回線を運用することができ、
ランダムアクセスに係るトラフィックを適切に制御する
ことができるという効果を奏する。
【0060】また、外部サーバにより加入者端末から送
信されたパケットが到達したことの確認を示すAck信
号を加入者端末が受信するまでの1つのパケット送信に
係る全体的時間を初回のパケット送信の待機時間だけ延
ばすことができるので、加入者端末で発生したデータパ
ケットを加入者局でバッファリングする制御方式と比較
して、加入者局の負担を少なくすることができるという
効果を奏する。これは、加入者局1局に対して加入者端
末を多数台接続した場合等に、加入者局におけるバッフ
ァ溢れを防止するのに効果的である。さらに、ランダム
アクセス回線が混雑していてランダムアクセスに失敗す
ることが確実な状況においては、初回の送信からランダ
ム間隔を増加させて予約パケットを送信する回数を減少
させられるから、例えば移動体通信端末を使用している
場合等には電力を節減することができるという効果を奏
する。
【0061】3)ランダムアクセス成功数を制限する動
作に係る効果 セクタ毎のランダムアクセス成功通知者を制限するよう
にしたので、ランダムアクセス成功通知者数を適宜設定
すればトラフィックに大きな影響を及ぼすことなく、回
線内の報知チャネルにおいてランダムアクセス成功に係
る加入者番号を通知する部分があらかじめ専有される場
合等に当該専有量を小さくすることができて、無線リソ
ースの有効活用を実現できるという効果を奏する。
【0062】4)ランダムアクセス成功数を増加させる
動作に係る効果 任意のセクタが高負荷の際に当該セクタに係るランダム
アクセス用スロットを増加させるように制御するので、
予約パケット送信時に選択できるランダムアクセス用ス
ロットが増加するから、追加したスロットに予約パケッ
トが送信されてトラフィックが分散すると、加入者局同
士の重なりが減少する分だけスループットが上昇するか
ら、再送される予約パケット量を減少させてトラフィッ
ク量の効率的な制御を可能にするという効果を奏する。
【0063】また、ランダムアクセス用スロット数を動
的に変化させた場合には、スロット使用数とトラフィッ
クとの関係が変化してしまうが、スロット使用率を基準
にしてトラフィックが予測されるから、スロット使用率
についての運用想定範囲に係るしきい値を変更する必要
がないから、通信環境の動的変化に対して柔軟性のある
システムを得ることができるという効果を奏する。
【0064】また、ランダムアクセス・スロット予約複
合方式を用いる際に、TDMA回線のトラフィック混雑
状況に応じてランダムアクセス用スロットを増加させる
処理とランダム間隔を増加させる処理のいずれかを選択
できるようにしたので、予約送信用TDMAスロットの
予約数を増加させることも減少させることもできるか
ら、上りTDMAチャネルのトラフィック量を最適な状
態に保持できるという効果を奏する。
【0065】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、回線
を運用する範囲として想定される負荷の範囲をスロット
使用率の範囲に変換して、基地局において測定されたス
ロット使用率と上記の回線を運用する範囲として想定さ
れるスロット使用率の範囲とを比較することに基づいて
通信トラフィック量の制御を実施するように構成したの
で、実質的には負荷に基づくトラフィック制御を実施す
ることができるから、再送比率に基づく制御よりもバー
スト的なトラフィックに対して迅速に対応することがで
きるという効果を奏する。また、負荷とスロット使用率
との関係は理論的に算出されるから、加入者数が変化し
た場合等の通信環境に変化が生じた場合に、当該通信環
境の変化に対応するように設定される回線運用に係る負
荷範囲に対して容易に対応するスロット使用率の範囲を
求めることができるから、再送比率からトラフィックの
混雑の程度を推定する方式等と比較すると、通信環境の
変化に柔軟に対応できて高い汎用性を有するシステムを
得ることができるという効果を奏する。
【0066】この発明によれば、スロットアロハ方式に
おいて用いられるランダムアクセス用のタイムスロット
のキャリア検出をセクタ毎に実施してセクタ毎のスロッ
ト使用率を求め、当該セクタ毎のスロット使用率に基づ
いてパケットを再送するまでの待機時間を制御するよう
に構成したので、セクタ内の個別の加入者のトラフィッ
クが不均一な場合でも、セクタ毎に算出されるスロット
使用率に基づいてセクタを単位にトラフィックの制御を
実施することでトラフィックの急激な変動を抑制してト
ラフィックの適切な制御を実施することができるという
効果を奏する。
【0067】この発明によれば、スロットアロハ方式に
おいて用いられるランダムアクセス用のタイムスロット
のキャリア検出をセクタ毎に実施してセクタ毎のスロッ
ト使用率を求め、当該セクタ毎のスロット使用率に基づ
いてパケットを初めて送信する際の待機時間を制御する
ように構成したので、セクタ毎に求められるスロット使
用率に基づいて導かれるトラフィックの混雑に応じて待
機時間を長くすることで送信トラフィックの混雑を緩和
することができるから、突発的に初回の送信において既
に送信トラフィックが混雑しているような場合でも、ト
ラフィックの混雑に対する迅速な対応を可能にするとい
う効果を奏する。また、初回の送信から送信を待機させ
ることで、パケット生成から当該パケット到達の確認を
示す確認信号の受信までの1つのパケット送信に係る全
体的時間を初回のパケット送信の待機時間だけ延ばすこ
とができるので、加入者端末で発生したデータパケット
を加入者局でバッファリングする制御方式と比較する
と、特に加入者局に多数の加入者端末が接続されている
場合等においては加入者局の負担を少なくすることがで
きるという効果を奏する。さらに、ランダムアクセス回
線が混雑していてランダムアクセスに失敗することが確
実な状況においては、初回の送信から待機時間を長くす
ることでパケット送信回数を減少させることができるか
ら、例えば移動体通信端末を使用している場合等には電
力を節減することができるという効果を奏する。
【0068】この発明によれば、セクタ毎のランダムア
クセス成功通知者数を制限するように構成したので、ラ
ンダムアクセス成功通知者数を適宜設定すればトラフィ
ックに大きな影響を及ぼすことなく、回線内の報知チャ
ネルにおいてランダムアクセス成功に係る加入者番号を
通知する部分があらかじめ専有される場合等に当該専有
量を小さくすることができて、無線リソースの有効活用
を実現できるという効果を奏する。
【0069】この発明によれば、ランダムアクセスの負
荷に応じて、セクタ毎にランダムアクセス用スロット数
を増加させるように構成したので、任意のセクタが高負
荷の際に当該セクタに係るランダムアクセス用スロット
を増加させるように制御するので、追加したスロットに
パケットが送信されてランダムアクセスに係るトラフィ
ックが分散すれば、パケットを送信する加入者局同士の
重なりが減少する分だけスループットが上昇するから、
再送されるパケット量を減少させてトラフィックの効率
的な制御を可能にするという効果を奏する。また、ラン
ダムアクセス用スロット数を動的に変化させた場合に
は、スロット使用数ではなくスロット使用率に基づいて
トラフィックの予測及び制御が実施されるから、運用想
定範囲に係るしきい値を変更する必要がないから、通信
環境の動的変化に対して柔軟性のあるシステムを得るこ
とができるという効果を奏する。
【0070】この発明によれば、データパケットを送信
するための予約送信用TDMAスロットに対しての予約
を要求する予約パケットをランダムアクセスにより送信
するランダムアクセス・スロット予約複合方式を用いる
際に、予約送信用TDMAスロットから成るTDMA回
線のトラフィックの混雑状況に応じて、ランダムアクセ
ス用スロットを増加させる処理と送信までの待機時間を
増加させる処理のいずれかを選択するように構成したの
で、予約送信用TDMAスロットの予約数を増加させる
ことも減少させることもできるから、TDMA回線のト
ラフィック量を最適な状態に保持できるという効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明による無線ランダムアクセス制御方
式が採用されるポイント−マルチポイント型無線アクセ
スシステムの一例を示す図である。
【図2】 この発明による無線ランダムアクセス制御方
式の一例であるランダムアクセス・スロット予約複合方
式で使用されるフレームの構成を示す図である。
【図3】 この発明による無線ランダムアクセス制御方
式が採用される無線アクセスシステムにおける加入者局
および基地局の構成を示す図である。
【図4】 1フレームについてのランダムアクセスの一
例を示す図である。
【図5】 スロットアロハ方式における負荷とスロット
使用率との間の関係を示すグラフである。
【図6】 回線運用範囲として設定される負荷の範囲に
対応するスロット使用率の範囲を示す図である。
【図7】 セクタ毎にトラフィック量を推定して当該推
定量に基づくトラフィック制御を実施するための方法を
示すフローチャートである。
【図8】 スロットアロハ方式におけるスロット使用率
とスループットとの間の関係を示す図である。
【図9】 予約送信用TDMAスロットに対する予約パ
ケットの送信のタイミングの一例を示す図である。
【図10】 加入者局が外部サーバにアクセスする手順
について説明する図である。
【図11】 ランダムアクセス成功数を制限する方式の
1つの具体例を示す概略図である。
【図12】 ランダムアクセス成功数を制限した場合お
よび制限しない場合における負荷とスループットとの間
の関係を示すグラフである。
【図13】 セクタ毎のランダムアクセス用スロットを
増加させる方式の1つの具体例を示す概略図である。
【図14】 従来のポイント−マルチポイント型無線ア
クセスシステムの一例を示す図である。
【図15】 スロットアロハ方式における負荷とスルー
プットとの間の関係を示す図である。
【図16】 従来の通信システムにおけるスロットアロ
ハ方式を示す図である。
【符号の説明】
1,2,3 加入者局、4 基地局、5 報知情報用チ
ャネル、6 ランダムアクセス用チャネル、7 予約送
信用TDMAスロット、8 TDM用チャネル、10
基地局、11,14 制御装置、12,15 バッフ
ァ、13 加入者局、16 無線回線、17 外部ネッ
トワーク、18 加入者端末。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5K033 AA01 AA09 CA11 CB06 CC01 DA01 EA06 5K072 AA15 BB25 BB27 CC15 CC27 DD16 DD17 EE02 FF24 FF25 GG04 GG11

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1つの基地局が担当する通信アクセスゾ
    ーンを複数のセクタに分割して、各セクタに属する1ま
    たは複数の加入者局と基地局との間の通信をセクタを単
    位として実施する無線ランダムアクセス制御方式におい
    て、 回線を運用する範囲として想定される負荷の範囲をスロ
    ット使用率の範囲に変換して、基地局において測定され
    たスロット使用率と上記の回線を運用する範囲として想
    定されるスロット使用率の範囲とを比較することに基づ
    いて通信トラフィック量の制御を実施することを特徴と
    する無線ランダムアクセス制御方式。
  2. 【請求項2】 スロットアロハ方式において用いられる
    ランダムアクセス用のタイムスロットのキャリア検出を
    セクタ毎に実施してセクタ毎のスロット使用率を求め、
    当該セクタ毎のスロット使用率に基づいてパケットを再
    送するまでの待機時間を制御することを特徴とする請求
    項1記載の無線ランダムアクセス制御方式。
  3. 【請求項3】 スロットアロハ方式において用いられる
    ランダムアクセス用のタイムスロットのキャリア検出を
    セクタ毎に実施してセクタ毎のスロット使用率を求め、
    当該セクタ毎のスロット使用率に基づいてパケットを初
    めて送信する際の待機時間を制御することを特徴とする
    請求項1記載の無線ランダムアクセス制御方式。
  4. 【請求項4】 セクタ毎のランダムアクセス成功通知者
    数を制限することを特徴とする請求項1記載の無線ラン
    ダムアクセス制御方式。
  5. 【請求項5】 ランダムアクセスの負荷に応じて、セク
    タ毎にランダムアクセス用スロット数を増加させること
    を特徴とする請求項1記載の無線ランダムアクセス制御
    方式。
  6. 【請求項6】 データパケットを送信するための予約送
    信用TDMAスロットに対しての予約を要求する予約パ
    ケットをランダムアクセスにより送信するランダムアク
    セス・スロット予約複合方式を用いる際に、予約送信用
    TDMAスロットから成るTDMA回線のトラフィック
    の混雑状況に応じて、ランダムアクセス用スロットを増
    加させる処理と送信までの待機時間を増加させる処理の
    いずれかを選択することを特徴とする請求項1記載の無
    線ランダムアクセス制御方式。
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