JP2001525155A - ２進フィードバックを用いたランダムアクセス通信法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 1. 本発明は、複数の端末装置（２）によってアクセスされる時間スロット伝送チャンネルを持つランダムアクセス通信ネットワーク（１）に対する方法であって、それによって、端末装置（２）は、あるスロットが成功裡に送出されたパケットを含んでいたことを示す正のフィードバック（Ｓ）、または、あるスロットが成功裡に送出されたパケットを含んでいなかったことを示す負のフィードバック からなり、共通受信器（３）から供給される２進フィールドバック を受け取り、また、それによって、前記のフィールドバック が各スロット中でのパケットの衝突によるものであったのか、このスロットが空（から）であったことによるものであったのかを判定するために、最初の負のフィードバック につづいて、先行する衝突が解消された後、ダミーパケットが補助ユーザー（４）によって送出される。送出が不成功に終わったパケットは、インターバル中のそれらパケットのそれぞれの位置に応じて再送出され、その位置はパケットに割り当てられたパラメーターの数値的な値によって決定され、そのインターバルは、予め規定されたパラメーター（α）によって２つの部分に分割され、また、その数値的な値は、衝突解消の期間中に起こった負のフィールドバック の後、ランダム化される。

Description

【発明の詳細な説明】 ２進フィードバックを用いたランダムアクセス通信法 本発明は、２進フィードバックを用いたランダムアクセス通信法に関する。特 に、本発明は、複数の端局によりアクセスされる時間スロット伝送チャンネルを もつ通信ネットワークスにおいて、バイナリフィードバックをもつランダムアク セス通信のための方法に関する；ここでランダムアクセスとは、ユーザーが伝送 すべき情報を持つときはいつでも通信することをしようとすることを意味してい る；時間スロット通信チャンネルを持った通信ネットワークとは、規則的な予め 規定された時間間隔、いわゆる時間スロットでのみ通信が可能な通信チャンネル のことである；また、２進フィードバック手段とは、通信ネットワークのユーザ ーが、それ以前の時間スロットが成功裡に送出されたデータパケットを含んでい るかどうかの情報が与えられていることを意味している。 通信、たとえば衛星通信ネットワーク、ＬＡＮ（ランダムアクセスネットワー ク）、あるいは移動無線ネットワークなどの単一チャンネルへのランダムアクセ ス通信においては、衝突形、パケットスイッチ形、時間スロット伝送チャンネル など、前述の単一チャンネルの資源を効率的に分け合う複数のユーザーの組織化 と協調が必要である。 この一般的なモデルに対するアクセスアルゴリズムはSpringer社から１９８１ に出版された、CISM Course and Lectures，265号、CISMコースとレクチャー２ ６５号、論文「Collision Resolution Algorithms and Random-Access Communic ations、衝突解消アルゴリズムとランダムアクセス通信」（文書D１）中で提案 され解析されている。この文書Ｄ１中で、フィードバックを用いて衝突形チャン ネルにランダムアクセスするための衝突解消アルゴリズムが、各送信器によるパ ケットの送出と再送出についてのプロトコールとして定義されている；それは衝 突にかかわるすべてのパケットが最終的には再送出に成功し、すべての送信器（ 衝突パケットを含む送信器だけでなく）が、最終的にしかも同時にこれらのパケ ットの送出の成功を感知することである。すなわち、すべての送信器が同時に、 衝突したパケットの再送出にすべて成功したことを感知するようになる時点で、 衝突が完全に解消されたと考えるのである。あるインターバル中で発生したすべ てのメッセージの送出に成功したとき、そのインターバルが解消されたと考える 。基本のインターバルは、先行インターバルが解消されたとき、はじめて開始さ れる。文書Ｄ１で与えられたこれらの定義が、本文書の残余の部分全体を通して 用いられる。 上に述べた一般的なモデルに対するアクセスアルゴリズムは、１９８４年４月 に出版された、IEEE Transacti ons on Communications，COM-32巻、７６９−７８４ページ所載の論文「Random Multiple-Access Communication and Group Testing、ランダム複数アクセスと グループテスティング」（文書Ｄ２）、ならびに、１９９０年５月に出版された 、IEEE Transactions on Information Theory，IT-３６巻、６１４−６２２ペー ジ所載の論文「Random-Access Communication with Multiple Reception（多重 受信を含むランダムアクセス通信）」（文書Ｄ３）中で提案され解析されている 。これらの論文、Ｄ２とＤ３、のいずれにおいても、２進の成功/不成功フィー ドバックが検討されている。成功/不成功フィードバックは、伝送チャンネルの ユーザーに、与えられたスロットが送出に成功したパケットを含んでいたかどう かを表示する情報を提供する。このことは、たとえば、受信器が、チャンネルノ イズと衝突ノイズとを、たとえば、循環冗長度チェック（Cyclic Redundancy Ch eck（ＣＲＣ））などでは区別できないような状況において必要となる。文書３ で指摘されているように。ユーザーが送信パワースペクトルを低く保てば、拡散 スペクトルランダムアクセスシステムは、成功/不成功フィードバックに帰着す る。しかしそうすると、２個かそれ以上のパケットの衝突から生ずるノイズ様の 波形を、ノイズのみの波形と区別することが難しくなる。２進フィードバックの いま１つの例としては、無線のATM（Asynchronous Transfer Mode，非同期転送 モード）ネットワークがあり、そこでは移動 ユーザーのアクセス地点の低レートでのフィードバックが、ユーザーに送出され たパケット中にエラーが検出されたか（この場合、再送出を強制する）どうかを 報せている。成功/不成功フィードバックについては、以前に文書Ｄ３で述べら れているように、チャンネルあたりの成功送出率で測った動作状態は、最良でス ループット０．３２９（３２．９％）である。 １９９０年に出版された、Problemi Peredachi Informatsii，２６巻、３号、 ６７−８２ページ所載の論文「Random Multiple Access in a Channel with Bin ary Success/No-Success（２進成功/不成功フィードバックを含むチャンネル内 でのランダム多数アクセス）」（文書Ｄ５）において、成功/不成功フィードバ ックのスループットが、１９７２年５月に出版され、１９７５年にComputer Co mmunication Review，５巻、28−42ページに再版された「ALOHA Packet System With and Without Slot Capture（スロットおよびキャプチャーつき、ならびに 、スロットおよびキャプチャーなしのＡＬＯＨＡパケットシステム）」（文書Ｄ ４）中に述べられているＡＬＯＨＡによる到達可能最大スループットである、１ ／ｅ（約０．３６８）、にまで改善され得るだろうということが述べられていた 。 ランダムアクセスシステムでの補助ユーザーの概念が 文書Ｄ２ではじめて導入され、それはまた、文書Ｄ５および１９８９年に出版さ れた、IEEE Transactions on Communications，COM-３７巻、526−530ページ所 載の論文「A Limited Sensing Random-Access Algorithm with Binary Success Failure Feedback（２進成功失敗フィードバックを含む有限センシングランダム アクセスアルゴリズム）」（文書Ｄ６）中で使われた。補助ユーザーとはある特 定スロット中にダミーのパケットを送出するダミーのユーザーのことである。補 助ユーザーのこの動作の目的は、１つのスロットを犠牲にして成功/不成功形の フィードバックをアイドル/成功/衝突形の３進フィードバックにインプリシット リーに（裏で）変換することである。すでに述べたように、衝突解消アルゴリズ ムであるべきプロトコールに対して、衝突解消の終結をすべてのユーザーが認識 することが必須である。補助ユーザーあるいはテストパケットのような類似のコ ンセプトを使わなければ、このことは、文書Ｄ５でも述べられているように、複 数のユーザーを含む環境にある純粋な成功/不成功フィードバックに対して不可 能である。文書Ｄ６中で述べられているアルゴリズムでは、不成功フィードバッ ク、すなわち、負のフィードバックが起こる毎に、その直後、ダミーパケットが １つのスロットを犠牲にして補助ユーザーによって送出される。文書Ｄ５に述べ られているアルゴリズムにおいても、衝突の解消中に補助ユーザーによるダミー パケットの送出に対して複数のス ロットが犠牲にされている。 本発明は、複数の端末器（ユーザー）によりアクセスされる時間スロットを持 つ伝送チャンネルを含む通信ネットワークにおいて２進フィードバックを含むラ ンダムアクセス通信についての新規で改良された方法を提案することが目的であ る；その方法によって送出不成功となったパケットが再送出され、また補助ユー ザーはダミーパケットを送出する。 本発明によれば、これらの目的は、特に、独立請求項の特徴記述部の諸特徴に よって達成される。さらに、従属請求項と詳細な説明から優れた実施例が出てく る。 特に、これらの目的は本発明によれば次のようにして達成される；すなわち送 出不成功となったパケット、つまり衝突に含まれていたパケットの再送出の順序 が、インターバル中でのそれらのパケットのそれぞれの位置に依存する；それに より、その位置は各パケットに割り当てられたパラメーター数値によって決定さ れ、また、それらの数値は、パケットの衝突が解消されている時間中に起こって いる負のフィードバック（不成功フィードバック）の終了後変更される。このよ うにして、その負のフィードバック（不成功フィードバック）が各スロット中の 再送出されたパケット間の衝突によるものであった のか、あるいは、そのスロットが空（から）であったことによるものであったの かを判定するために、ダミーパケットを送出することによって時間スロットを犠 牲にすることなく、これらのパケットの再送出の順序を決定するパラメーター数 値が変更され、衝突の解消が続けられる。このことは、時間スロットをダミーパ ケットによって犠牲にすることなく、同一の衝突パケットの継続的な再送出によ るデッドロック遭遇の危険を冒すことなく、繰り返される衝突を解消することが できる、という利点を持っている。 本発明の好適実施例においては、各パケットに割り当てられた上記パラメータ ー数値が、各パケットの発生時刻にもとづいている。 本発明においては、前記パラメーター数値の変更の上記のステップは、好まし くは、ランダム化によって行われる。 本発明においては、負のフィードバック（不成功フィードバック）が各スロッ ト中の再送出されたパケット間の衝突によるものであったか、あるいは、そのス ロットが空（から）であったことによるものであったか、を判定するため、ダミ ーパケットは好ましくは負のフィードバックのある程度の発生の際にだけ送出さ れる；すなわ ち先行する衝突が（完全に）解消された後の最初の負のフィードバックの際にだ け、それに続いてダミーパケットが送出される。このことは、ダミースロットに よって犠牲にされるスロット数を減らすことができるという利点を持っている。 本発明においては、前記不成功に終わったパケットの再送出を可能にするかど うかは、好ましくは前記インターバルを２つの部分に分割する予め規定されたパ ラメーターによって決定される。この方法は衝突パケットを含むインターバルを はっきりとサブセットに分割することを可能にする簡便な方法を提供するもので ある。 本発明の変形においては、前記予め規定されたパラメーターは衝突回数に依存 して変更される。このことは、本方法ならびにその効率が伝送チャンネルの現在 の状況に対してダイナミックに適応できるという利点を持っている。 本発明においては、衝突は、好ましくは２回の引き続く正のフィードバックの メッセージ（成功フィードバック）によって示される２回の引き続く成功送出が あって、はじめて解消される。 本発明においては、衝突に関係しなかった端末装置は、 それらの装置が衝突の解消を知って後に初めてパケットの送出が許されることが 好ましい。 本発明の好適実施例においては、前記通信ネットワークの少なくともあるもの は移動無線ネットワークであり、端末の少なくともあるものは移動電話である。 本発明の好適実施例は、以下に、例を用いて示される。実施例は、以下の付属 の図面によって示される。 図１は成功/不成功フィードバックの状態図である。 図２は、インターバル[０，ｘ)における送出のために発生されたパケットの例 を示す。 図３は、成功／不成功フィードバックを含むランダムアクセス通信法のフロー ダイアグラムを示す。 図４は、端末装置（ユーザー）、共通受信者、ならびに補助ユーザーを含む模 式的な通信ネットワークのブロック図である。 提案されている方法は、図４に示すように、複数の端末装置２、すなわちネッ トワーク１のユーザー２、たとえば衛星通信ネットワーク、ローカルエリアネッ トワー ク（ＬＡＮ）、移動無線ネットワークなどからアクセスされる、時間スロット伝 送チャンネルを含む通信ネットワーク１におけるランダムアクセス通信用として 意図されている。したがって、受信ユーザー２，３に対する伝送チャンネル、す なわち送出チャンネルは、時間スロットで分割された衝突形のチャンネルである 。送出チャンネルに対する偶発的ノイズ、あるいはその他の妨害は本方法では考 慮されておらず、それらは他の方法、たとえば、ここで提案された方法の主題で ない何か付加的な通信プロとコールの段階で処理されるものと想定している。２ 個あるいはそれ以上のデータパケット間の衝突は、その中に含まれるすべての情 報を破壊すること、すなわち、衝突に含まれたパケットは受信ユーザー２あるい は３で再構成することはできない。更に、ユーザー（複数）２は１スロットの継 続時間の間にパケット（複数）を送る、すなわちただ１人のユーザー２が１スロ ットの継続時間の間に１個のパケットを成功裡に送れるのみであると想定されて いる。 ここに提案されている方法では、通信ネットワーク１に参加しているユーザー ２に、各スロットの終わりに、たとえば、共通受信器３から２進の成功/不成功 フィード ２は、そのスロットが成功裡に送出された１個のパケットを確かに含んでいたか どうか、あるいはそのスロット が正確に１個のパケットを含んでいなかったかどうか、すなわちそのスロットが 空（から）であったかどうか、あるいは、そのスロットが２個あるいはそれ以上 の衝突パケットを含んでいたかどうか、を知らされ、衝突解消プロセスがはじめ られる。送出チャンネルについて述べたように、フィードバックチャンネル、す なわち、ユーザー２に対するフィードバックを供給するための伝送チャンネルに 対する偶発的ノイズ、あるいは、その他の妨害についても、本方法では考慮して おらず、それらは、他の方法、たとえばここで提案されている方法の主題ではな い何か付加的な通信プロトコールの段階、により処理されるものと想定している 。２進フィードバックの供給についての伝搬遅延はスロットの継続時間に対して 無視できる程度に小さいと想定でき、したがって、与えられたスロットに対する フィードバック情報は、引き続くスロットに誰が送信できるかを決定するのに有 効に使うことができる、ということにも注目しなければならない。共通受信器３ による受信は、使われている通信ネットワーク１のタイプに応じて、当該分野に 精通する何人（なんびと）によっても知られている種々の方法で実行することが できる。たとえば移動無線ネットワークでは、共通受信器３の受信を、ネットワ ークのベースステーションの各ソフトウエアプログラムで実行することも可能で ある；その場合には、ベースステーションで、それらがメモリーとかデーターキ ャリアーにしまわれていて、プ ロセッサーによって処理されてもよい。 さらに説明を加えれば、送出チャンネルとフィードバックチャンネルとは、た とえば、もしフィードバックがネットワーク１に接続されている当該装置で実行 されている共通受信器３で行われているならば、同じ通信手段で実現してもよい し；またもし、フィードバックチャンネルが少なくともネットワーク１に接続さ れている端末２にある何等かの手段で行われているなら、異なる通信手段で実現 してもよい；ということを挙げておかなければならない。 以上に示したように、提案されている方法に用いられ （から）のスロットと衝突パケットを含むスロットとの間の判別を、そのまま可 能とするものではない。与えられたスロットにパケットを送って、不成功のフィ ードバ ことを知ることになるが、「サイレントな」ユーザー２は空（から）のスロット と衝突スロットとを区別することができない。空（から）のスロットと衝突スロ ットとの区別がすべてのユーザー２に対して可能となるために、本方法は、本発 明の衝突解消方法によって指定された特定のスロットの期間にダミーパケットを 送出するダミーユーザーである補助ユーザー４を少なくとも１つ使うこ とになる。補助ユーザー４の動作の目的は、１つのスロ をアイドル/成功/衝突形の３進フィードバックに裏で（インプリシットリに）変 換することである。すでに述べたように、衝突解消アルゴリズムであるべきプロ トコールに対して、衝突解消の終結をすべてのユーザー２が認識することが必須 である。補助ユーザーつまりダミーユーザー４の動作は、使われている通信ネッ トワーク１のタイプに応じて、当該分野に精通する何人によっても知られている 種々の方法で実行することができる。たとえば、移動無線ネットワークでは、補 助ユーザー４の動作を、ネットワークのベースステーションの各ソフトウエアプ ログラムによって実行することも可能であり；またローカルエリアネットワーク の場合には、ネットワークの特別の目的を持つノードで実行することもできる。 ベースステーションあるいは特別の目的を持つノードにおいては、それぞれ、ソ フトウエアプログラムはメモリーとかデーターキャリアーにしまわれてもよいし 、プロセッサーによって処理してもよい。本発明の変形においては、共通受信器 ３と補助ユーザー４は同一の物理装置で実行することも可能である。 ここに提案した方法は衝突解消の期間のブロック化されたアクセスにもとづい ていること、すなわち衝突解消に関与しなかったユーザー（複数）２は、それぞ れの衝 突が解消されたという情報を受け取ってからでなければパケットの送出を許され ない、ということも指摘しておくべきである。何のデーターも送出しなかったユ ーザー（複数）２は、空（から）のスロットと衝突パケットを含むスロットとの 判別ができないのであるが、このこと よるものなのか、それぞれの衝突が解消されたためなのか、が通知されるまで、 それらがパケットを送出することを許されない、ということを意味している。そ の目的を達成するために、通信ネットワーク１に接続されている端末装置２、す なわち、参加しているユーザー２は、以下により詳しく述べるように、提案され ている方法を実行する。 通信に対する提案の方法では、下限ａｔを含み、上限ｂｔを含まないインターバ ル［ａ_t，ｂ_t）において、ユーザー２によって発生されたデーターパケットは、 スロットｔ＋１の期間の送出可能インターバルＥ_t+1＝［ａ_t，ｂ_t）中に送出す ることができる。たとえば、図２は、パケットＰ１およびＰ２が発生した、下限 ａ₀＝０、上限 ｂ₀＝ａ₀＋ｘ＝ｘ₁を持つインターバル［０，ｘ）を示している 。インターバルＥ＝［０，ｘ）が送出可能になると、これら継続時間ｘの２個の パケットの両 方がスロット１の期間に送出されるが、前にも述べたように１つのスロット中に は１個のパケットの送出のみが可能なので、それら２個のパケットは衝突してし まう。この衝突の解消と引き続くスロットへのこれら２個のパケットＰ１、Ｐ２ の再送出は、後に、もっと詳しく説明される。 送出可能インターバルＥ₁＝［０，ｘ）の期間のいかなる(無し、を含んでの) 通信アクティビティーに対する結果、すなわち、対応するスロットが送出成功パ ケットを含んでいたか、あるいは、その特定のスロットが送出成功パケットを含 んでいなかったか、を示す２進フィー 共通受信器３で処理可能な関数θ（Ｅ_t）によって表示され、それによって、θ （Ｅ_t）＝Ｓが成功結果、すなわち各スロットが送出成功パケットを含んでいた こと、 わち各スロットが送出成功パケットを含んでいなかったこと、を示している。 図１の状態図は、状態Ｓ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，ならびにＳ₃間の状態遷移を示しており 、そこで、状態遷移は、イネーブルとされたインターバルＥ_tの結果、すなわち 関数θ（Ｅ_t）の値を示している。状態遷移は引き続くインターバルＥ_t+1がいか に、それに先行するイネーブルと されたインターバルＥ_tとそのインターバルに対する結果に依存しているかを判 定する。本方法は状態Ｓ₀からはじまり、そうして、本方法はイネーブルとされ たインターバルＥ_tの結果のθ（Ｅ_t）が成功、すなわち、θ（Ｅ_t）＝Ｓである かぎり、状態Ｓ₀にとどまる。通信ネットワーク１に接続されていて、かつ、本 方法を実行する特定の端末機器２であるユーザー２に対して、このことは、状態 Ｓ₀にある間、それが正のフィードバックＳを受け取っているかぎり、状態Ｓ₀に とどまることを意味している。 図３に示されたフローチャートの最初のステップ１００において、本方法は、 ｔ＝０で初期値ａ₀＝０ではじまり、初期状態 Ｓ₀でインターバルＥ₁＝［０， ｘ）にあるステップ１１０へ続く。このようにして、送出可能インターバルＥ₁ ＝［０，ｘ）にあって、ユーザー２によって発生されたいかなるデーターパケッ トも、この初期インターバルに対応するスロットｔ＝１中に送出することができ る。ｘの値（ｘ＞０）は後で決定される。 ステップ１２０では、共通受信器３は、それが送出成功データーパケットを受 け取ったかどうかをステップ１２１でチェックすることによって、それに先行し て送出可能となったインターバルにフィードバックして、ユー ザー２に供給する。もし、そこに送出成功データーパケットがあったならば、共 通受信器３は、ステップ１２３において、すべてのユーザー２に正のフィードバ ックＳを送る。まだ状態Ｓ₀にあり、正のフィードバックｑ（Ｅ_t）＝Ｓを受け取 っているユーザー２は、ステップ２００のインターバルをａ_t+1＝ａ_t＋ｘ と増 加し、次のインターバルＥ₁₊₁＝［ａ_t，ａ_t＋ｘ）を送出可能とする。しかし、 もし共通受信器３がステップ１２１で、それが、成功裡に送出されたデーターパ ケットを受け取って居なかったことを判定するとすれば、それが多くのデーター パケット間の衝突によるものであったのか、または、それがそのスロットが単に 空（から）であったことによるものであったのか、にかかわらず、共通受信器３ はステップ１２２ですべてのユーザー２に負のフィー れると、本方法は、図１に示すように、状態Ｓ₁に移る。図３に示されているフ ローチャートでは、このことは、ユーザー２が状態をＳ₁にセットし、それ以前 にイネーブルとしたインターバルＥ₁₊₁＝Ｅ₁を、再び、イネーブルとするステッ プ１３０中に反映されている。同時に、補助またはダミーのユーザー４は状態を Ｓ₁にセットし、ダミーパケットをスロット１４０中に送り出す。このようにし て、もしステップ１２２で出された負のフィード ならば、これらのデーターパケットは、イネーブルとしたインターバルE₁₊₁=E₁ 中で再び衝突を起こすであろうし、一方、もしステップ１２２で出された負のフ ィー たならば、ダミーパケットがステップ１４０で補助ユーザーによって衝突するこ となく送出されることになる。 共通受信器３は、ステップ１５０で、それが送出成功データーパケットを受信 したかどうかをステップ１５１でチェックすることによって、それ以前にイネー ブルとされたインターバルへのフィードバックをユーザー２に送る。もし送出成 功データーパケットがあったならば、すなわち、もしダミーパケットが衝突する ことなく配送されたならば、共通受信器３はステップ１５３ですべてのユーザー ２に正のフィードバックＳを送る。図１の状態図で示されているように、状態Ｓ₁ で正のフィードバックが供給された場合には、本方法は状態Ｓ₀に戻る。図３に 見られるように、状態Ｓ₁にあり正のフィードバックＳを受け取っているユーザ ー２は、ステップ２００においてインターバルをａ_t+1＝ａ_t＋ｘと増加してステ ップ１１０に進み、状態Ｓ₀にある次のインターバルＥ_t+1＝［ａ_t，ａ_t＋ｘ）を 送出可能とする。しかし、もし共通受信器３が、ステップ１５１において、それ が順次送られてくるデーターパケットを受信しなかったな らば、それは、ステップ１５２で、すべてのユーザー２ プ１５２で、共通受信器３によって負のフィードバック １２２で共通受信器３によって供給された最初の負のフ なく、データーパケットの衝突によるものであったことに気付く。 図１の状態図で示したように、状態Ｓ₁で負のフィー これに対応して、図３に示されたフローチャートのステップ１６０において、状 態Ｓ₂で、ユーザー２は、それ以前に再びイネーブルとされたインターバルの下 位部分Ｅ_t+1＝［ａ_t，ａ_t＋αｘ）を送出可能とすることにより、検出された衝 突の解消を開始する。このようにして、インターバルのこの下位部分の中で発生 されたデーターパケットだけが、ユーザー（単数、ならびに複数）２に送出され る。インターバルを２つの部分に分割するパラメーターであるα（１≧α≧０） の最適値は後に決定される。 ステップ１７０では、共通受信器３が、ユーザー２にそれが送出成功データー パケットを受け取ったかどうかを、ステップ１７１でチェックすることによって 、イン ターバルの再びイネーブルとされた下位部分へのフィードバックを供給する。も し共通受信器３が、ステップ１７１で、それが送出成功データーパケットを受信 しなかったと判定するならば、ステップ１７２で、すべてのユ の下位部分での多くのパケットの衝突によるものなのか、空（から）のスロット によるものかは、明らかでない。もう１つのダミーパケットを送ることによって 、もう１つのスロットを犠牲にするよりも、また同じ空（から）のスロットを再 びイネーブルとすることを避けるため、本方法はそのインターバル中の（少なく とも２個の残っている）パケットの位置を変えることによりステップを進める。 このようにしてステップ２１０において衝突解消に関与したユーザー２が、その インターバル中のそれらのパケットの位置をランダム化する。このことは、分散 システムに適する技術分野に精通した何人（なんびと）によっても知られている ランダム化のアルゴリズム、すなわち、ネットワーク１に接続されている種々の 端末装置２に同じランダム数値を同時に発生することのないようなアルゴリズム によって達成できる。図１の状態図に示されているように、状態２において負の フィードバ 図３のフローチャートから分かることができるように、ユーザー２はステップ１ ６０で状態Ｓ₂にあることを続 け、そのインターバルの同じ下位部分Ｅ_t+1＝［ａ_t，ａ_t＋αｘ）を再びイネー ブルとする；しかし今度は、関与するユーザー２のデーターパケットがその同じ インターバル内で新しい位置を占めている。 一方、もし共通受信器３がステップ１７１で送出成功データーパケットがあっ たと判定したならば、共通受信器３は、ステップ１７３ですべてのユーザー２に 、衝突パケットの少なくとも１個が、ここで成功裡に再送出されたということを 表す正のフィードバックＳを送る。図１の状態図で説明したように、状態Ｓ₂で 正のフィードバックがあると、本方法は状態Ｓ₃に遷移する。図３に見られるよ うに、衝突解消に関与し、なおも再送出すべきデーターパケットを保持している ユーザー２は、ステップ１８０で、そのインターバルの残りの上位部をイネーブ ルにすることと等価な動作として、全インターバルＥ_t+1＝［ａ_t，ａ_t＋ｘ）を イネーブルにし、この上位部分にある位置でデーターパケットを再送出すること により状態Ｓ₃にあることを持続する。 ステップ１９０では、共通受信器３がステップ１９１で、それが送出成功デー ターパケットを受け取ったかどうかをチェックすることにより、そのインターバ ルの再びイネーブルとなった上位部分へのフィードバックをユーザー２に送る。 ステップ１３１において、もし共通受 器３が、それが送出成功データーパケットを受け取らなかったと判定すれば、共 通受器３は、ステップ１９２で 図１の状態図に示したように、状態Ｓ₃に負のフィード る。図３のフローチャートに見られるように、衝突に関与したユーザー２はステ ップ２１０で残りのパケットの位置を再びランダム化することによって、またそ のインターバルＥ_t+1＝［ａ_t，ａ_t＋αx）の下位部分を再びイネーブルとするこ とによって、その状態を持続する。しかしもし共通受信器がステップ１９１にお いて送出成功パケットがあったと判定するならば、共通受信器３はステップ１９ ３において、すべてのユーザー２に１個の残りのデーターパケットの再送出にい ま成功したということを示す正のフィードバックを送る。図１の状態図に示した ように、状態Ｓ₃において正のフェードバックＳが送られると、この方法は状態 Ｓ₀に遷移し、衝突が解消される。図１の状態図に見られるように、衝突の解 消は引き続く２回の送出成功があって初めて終了するので、すべての関与した衝 突解消の終了を検出することができる。 図３のフローチャートに示したように、衝突解消の後、ユーザー２は、ステッ プ２００でインターバルをａ_t+1＝ａ_t＋ｘと１つ増やしてステップ１１０に進み 、状態 Ｓ₀にある次のインターバルＥ_t+1＝［ａ_t，ａ_t＋αｘ）をイネーブルにする。 当該技術分野に精通する人であれば誰でも、本提案の方法が端末装置２で実行 可能となる種々の方法をよく知っている。たとえば本方法の各ステップは、図３ のフローチャートに示したように端末装置２で実行されているが、それはたとえ ば、プログラム可能なメモリーとかチップカードのメモリーといったように、端 末装置２の格納装置２１によって格納可能なソフトウエアープログラムとしても 実行することができる；たとえばマイクロプロセッサーとかチップカードなどの 端末装置の処理手段２２によって処理することもできる。本発明による方法を実 行するための処理方法とか格納手段とは別に、本方法に関与するすべての装置は 、状態遷移のトラッキングを維持するために、状態情報を格納するための手段、 たとえば装置のリード・ライトメモリーとか装置に挿入するチップカードなどを も持っていなければならない。 表１ より明瞭に説明するために、図２は、インターバル［０，ｘ）における送出す るために発生されたパケットの１例を示している。時間軸ｔに沿ってならぶ垂直 の矢印は、何時（いつ）発信者が、すなわち関与しているユーザー２が、送出す べきパケットＰ１、Ｐ２を発生したかを示している。表１に見られるように、本 方法は、インターバルＥ₁＝［０，ｘ）をイネーブルにすることによって、すな わちスロットｔ＝１の間にパケット Ｐ１とＰ２の送出をイネーブルとすること によって、状態Ｓ₀からはじまる。イネーブルとなったインターバルＥ_t＝［０， ｘ）に対応する１つのスロットに送出される２個のデーターパケットＰ１、Ｐ２ があるので、 ットｔ＝２の間では、本方法は状態Ｓ₁にあり、ユーザー２は前のインターバル Ｅ₂＝［０，ｘ）を再びイネ ーブルとし、したがって、同じデータパケットＰ１、Ｐ２が再送出され、補助ユ ーザー４がダミーパケットを送出する。その結果得られるフィードバックθ（Ｅ₂ ）は らかになる。スロットｔ＝３の間では、本方法は状態Ｓ₂にあり、ユーザー２は 前のインターバルＥ₃＝［０，αｘ）の下位部分をイネーブルとし、そのインタ ーバルの下位部分にあるデーターパケットＰ１を再送出することによって、衝突 解消をはじめる。これに対応するフィードバックθ（Ｅ₃）は正のＳであり、本 方法は状態Ｓ₃に遷移する。 スロットｔ＝４の間では、各ユーザー２はインターバルＥ₄＝［αｘ，ｘ）の 上位部分をイネーブルとし、このようにして、そのインターバルの上位部分にあ る残りのデーターパケットＰ２を再送出する。これに対応するフィードバックθ （Ｅ₃）は正のＳであるので、衝突解消は終了し、スロットｔ＝５のはじめでは 、本方法は状態Ｓ₀を維持し、インターバルＥ₅＝［ｘ，２ｘ）をイネーブルとす る。 パケットの位置のランダム化のために、パケットは、それらの発生時点での順 序と同じ順序で送出されるとはかぎらない。したがって、本方法は「到着順」形 ではない。 以下では、本方法の性能すなわちスループット、および、パラメーターｘとα の値が決められる。２進フィードバックをおこなうための伝搬遅延はスロットの 継続時間に比べて無視できるほど小さく、したがって、ある与えられたスロット についてのフィードバック情報は、それに引き続くスロットに誰が送出できるか を決めるのに有効に使うことができる、という点に再度注意されるべきである。 以前にも述べたように、あるインターバル中で発生したすべてのパケットが成功 裡に送出されたとき、そのインターバルは解消されたと考える。基本のインター バルは、それに先立つインターバルが解消されたときはじめて始まる。処理の基 本のインターバルへの引き続いている復帰の間のそれぞれの時間間隔は、衝突解 消インターバル（collision resolution interval，ＣＲＩ）といわれる。本方 法の性能、すなわち、スループットは、用いられたチャンネルあたりの成功送出 の項で測定され、以下の更新理論にもとづく議論を用いて知ることができる。時 間軸は、本方法で用いられる一連の衝突解消インターバルに区切られ、この衝突 解消インターバルは、最初にそれらが含んでいるメッセージの数によって区別さ れる。到来過程はポアッソンであるので、現実の時間軸上のいかなるインターバ ルを持つメッセージの最初の分布も一様であると想定され、したがって、ｉ個の メッセージを含む長さαの最初のサブインターバルに ｋ個のメッセージが見いだされる確率は で与えられる。 主要な関心量は、ω_k＝Ｅ［Ｗ_k］、すなわち、ｋ人の送信者の衝突を解消する のに必要なスロットの平均数である。最初に衝突はない（図１）ので、ω₀＝２ で、ω₁₌１である。さらに次のこともわかる； その理由は、最初の不成功のフィードバック（衝突）の後と、補助ユーザーの パケットの送出の後、１−ｐ_2.1の確率を持つ２人の送出ユーザー２は、両者が 送出の権利（イネーブル）を与えられているか、いずれもが送出の権利を与えら れていないか、であるからである。この場合、衝突を解消するのにもう一方のω₂ −１個のスロットが必要である。一方、１人のユーザー２のみがイネーブルの セットにあるときには、本方法は確率ｐ_2.1 で状態Ｓ₂から状態Ｓ₃へと遷移し、最初のパケットは成功裡に送出される。Ｓ₃ ではすべてのインターバルがイネーブルとなるので、残りのパケットは成功裡に 送出され、衝突は解消される。２個のパケットの衝突を解消するのに必要なスロ ットの平均数は、（１）式を解いた結果としてで表される。 ω_kについての一般的な循環式は、 となる。ただし、境界条件をω₂＝３＋１／ｐ_2.1とする。 これは等価的に、次のように表される。 最初にｋ個のメッセージを含む基本的なインターバルに実際送出されると期待 されるメッセージの数ｎ_kは、上のアルゴリズムが、状態Ｓ₀に引き続いて戻る間 の長さｘの基本的なインターバル中にすべての到着パケットを成功裡に送出する ので、ｋに等しい。すなわち、 状態Ｓ₀のマルコフ過程としての性質が、大数の法則（あるいは、等価的には 、更新過程に対する極限定理から）を通して、「ロングラン」のスループットη を次の（４）式で与えられる比で表すことを可能にしている。このようにして、 スループットは、時間軸上のランダムな観測が成功に遭遇する確率に等しい。 ここにｑ_kは基本のインターバルが最初にｋ個のメ ッセージを含んでいる確率である。システムがそれ自体空（から）でないかぎり （システムは、ヘビーな負荷状態にあるとして）、初期の時間ウィンドウ中のメ ッセージ数は次のポアッソン分布を持っている。ただし、パラメーターλxはチ ャンネルの活動率の過去の履歴に依存している。この場合には、 （３）式と（４）式は、任意のλxとαに対して、提案されたアルゴリズムの 効率を見いだすための数値的な手続きを与える。コンピューターによる結果は、 λxがほぼλx≒１．４０（有意な１０進桁数に丸めて）で、αがα≒０．３８で あるときに、約０．３７２のアルゴリズムの最大安定なスループットを示してい る。もし平均の到着レートがスロットあたり０．３７２よりも少なければ、シス テムは最後にはそれ自身空（から）になり、したがって安定になる。 提案された方法の計算された０．３７２のスループッ トは、先行技術で知られた他の２進成功/不成功フィードバックを含むランダム アクセス通信法のどのスループットとよりも高い値である。 提案された方法が、イネーブルとされたインターバルＥ_tのパケットの存在に ついてどのような仮定をもしていないということを指摘しておかなければならな い。したがって、提案された方法はまた、新規の送り手が通信システムに入って 来るような環境においても、適正に動作する。 提案された方法の変形において、パラメーターαの値は、本方法が状態Ｓ₂を 通過する回数、すなわち衝突の回数によって変わる。したがって、提案された方 法の効率は、さらに改善可能である。 送出不成功のパケットが、イネーブルとなったインターバル中でそれらの位置 によって再送出されるとき、各パケットの位置は、そのパケットの発生時間にも とづいて決められるということを先に述べた。しかし、ランダム化が起こる前で も、発生時間以外の数値的な値をイネーブルとなったインターバル中のデーター パケットの位置について識別するのに使うことは、当該分野に精通した何人（な んびと）にとっても容易なことである、ということを注意しておくべきであろう 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，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，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ 【要約の続き】 につづいて、先行する衝突が解消された後、ダミーパケ ットが補助ユーザー（４）によって送出される。送出が 不成功に終わったパケットは、インターバル中のそれら パケットのそれぞれの位置に応じて再送出され、その位 置はパケットに割り当てられたパラメーターの数値的な 値によって決定され、そのインターバルは、予め規定さ れたパラメーター（α）によって２つの部分に分割さ れ、また、その数値的な値は、衝突解消の期間中に起こ った負のフィールドバック の後、ランダム化される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 請求項１． 本発明は、複数の端末装置（２）によってアクセスされる時間ス ロット伝送チャンネルを持つランダムアクセス通信ネットワーク（１）に対する 方法であって；それにより端末装置（２）は、あるスロットが成功裡に送出され たパケットを含んでいたことを示す正のフィードバック（Ｓ）、またはあるスロ ットが成功裡に送出されたパケットを含んでいなかったことを示す負 中でのパケットの衝突によるものであったのか、このスロットが空（から）であ ったことによるものであったの 度発生するとダミーパケットを送出し；また、それにより、送出が不成功に終わ ったパケットが再送出され、前記送出不成功に終わったパケットの再送出の順序 はあるインターバル中のそれらパケットのそれぞれの位置に依存しており、その 位置はそれぞれのパケットに割り当てられたパラメーターの数値的な値によって 決定され、またその数値的な値は、前記衝突（Ｓ₂−Ｓ₃）の解消の期 る（２１０）、ところの方法。 それに先立つ衝突が解消された後の最初の負のフィード る方法。 請求項３． 少なくとも前記数値的な値のあるものがパケットの発生時間にも とづいて決められることを特徴とする先行請求項の１つによる方法。 請求項４． 前記数値的な値の変更のステップ（２１０）がランダム化によっ て行われることを特徴とする先行請求項の１つによる方法。 請求項５． 前記送出が不成功に終わったパケットの再送出のイネーブルが、 前記インターバルを２部分へ分割する予め規定されたパラメーター（α）によっ て決められることを特徴とする先行請求項の１つによる方法。 請求項６． 予め規定されたパラメーター（α）が衝突の回数によって変えら れることを特徴とする先行請求項５による方法。 請求項７． ２個の引き続く正のフィードバックメッセージ（Ｓ）によって示 される２個の引き続く成功送出があったときはじめて、衝突が解消されることを 特徴と する先行請求項の１つによる方法。 請求項８． 衝突解消に関与しなかった端末装置（２）は、それらが衝突の解 消を知った後にのみ、パケットの送出が許されることを特徴とする先行請求項の １つによる方法。 請求項９． 前記通信ネットワーク（１）の少なくともある部分が移動無線ネ ットワークであり、前記端末装置（２）の少なくともある部分が移動無線電話で あることを特徴とする先行請求項の１つによる方法。 端末装置（２）に対して、少なくとも１つの共通受信器（３）を備えていること を特徴とする先行請求項の１つによる方法。 請求項１１． 請求項１から１０の１つによる方法を実行するため、処理（２ ２）ならびに記憶手段（２１）を含むことを特徴とする、時間スロット伝送チャ ンネルを持つ通信ネットワーク（１）中のランダムアクセス通信用端末装置（２ ）。 請求項１２． 先行請求項１１による端末装置（２）が移動無線ネットワーク （１）中の移動電話器（２）で ることを特徴とする先行請求項による端末装置（２）。