JP2004147182A

JP2004147182A - 誤り制御方法、通信装置および通信システム

Info

Publication number: JP2004147182A
Application number: JP2002311208A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Shikama; 鹿間　敏弘
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2022-10-25
Also published as: JP3973536B2

Abstract

【課題】順序制御による遅延時間および受信バッファ数を削減でき、かつパケットの出力バーストを低減可能な誤り制御方法、通信装置および通信システムを得ること。
【解決手段】本発明の通信装置は、誤りのあったパケットを再送するＡＲＱ（自動再送要求：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｒｅｐｅａｔ　ｒｅＱｕｅｓｔ）方式を用いて誤り制御を行う構成として、再送処理により順序制御待ちとなった受信パケットが規定量以下の場合に、前記受信パケットの順序を保証し、再送処理により順序制御待ちとなった受信パケットが前記規定量を超えた場合に、再送パケットよりも先に前記受信パケットを出力するＡＲＱ制御部１２、を備える構成とした。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誤り制御技術としてＡＲＱ（自動再送要求：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｒｅｐｅａｔ　ｒｅＱｕｅｓｔ）方式を採用する通信装置および通信システムに関するものであり、特に、誤りのあったパケットのみを再送するＳＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ−Ｒｅｐｅａｔ）−ＡＲＱ方式に適用可能な誤り制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の誤り制御方法について説明する。従来、誤り制御技術としては、単純さの観点からＧＢＮ（Ｇｏ−Ｂａｃｋ−Ｎ）−ＡＲＱ方式が用いられていたが、通信速度が速くなるにつれて、伝搬遅延や物理層およびマック層での処理による遅延時間が相対的に無視できなくなり、ＳＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ−Ｒｅｐｅａｔ）−ＡＲＱ方式が用いられるようになった。
【０００３】
上記ＳＲ−ＡＲＱでは、ＮＡＣＫ（Ｎｏｔ　Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）が返信された誤りパケットのみを再送する。また、再送処理による順序制御待ちの受信パケットを記憶するための受信バッファを必要とする。すなわち、ユーザ（インターネット等の通信ネットワークに接続された端末等）に渡すパケットの順序を保証する必要があるため、再送パケットが正しく受信できるまでの間に正しく受信した他のパケットを記憶しておく。
【０００４】
ここで、図面に基づいてＳＲ−ＡＲＱについて説明する。図６は、従来のＳＲ−ＡＲＱの処理を示す図である（たとえば、非特許文献１参照。）。ここでは、たとえば、送信側の通信装置が図示の０，１，２，３，４，５の送信順でパケットを送信する場合を想定する。
【０００５】
図６において、受信側の通信装置では、受け取った０番目のパケットに誤りがないのでＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）を返信し、つぎに受け取った１番目のパケットには誤りがあるのでＮＡＣＫを返信し、つぎに受け取った２番目のパケットには誤りがないのでＡＣＫを返信し、つぎに受け取った３番目のパケットには誤りがあるのでＮＡＣＫを返信し、つぎに受け取った４，５番目のパケットには誤りがないのでＡＣＫを返信している。
【０００６】
一方、送信側の通信装置では、上記１番目のパケットに対応したＮＡＣＫを受け取った後、当該１番目のパケット（１´）を再送し、以降、ＡＣＫが返信されるまで１番目のパケットの再送を繰り返し実行する。ここでは、２回目の再送でＡＣＫが返信されている。同様に、上記３番目のパケットに対応したＮＡＣＫを受け取った場合は、当該３番目のパケット（３´）を再送する。ここでは、１回目の再送でＡＣＫが返信されている。
【０００７】
上記のような再送制御が行われた場合、受信側の通信装置では、まず、０番目のパケットを上記端末等に中継する。つぎに、１番目のパケットを再送している間に２、３（再送１回），４，５番目のパケットを正しく受信しているが、パケットの順序を保証するためには２，３，４，５番目のパケットを上記端末等に中継することができないので、これらのパケットを一旦受信バッファに記憶する。そして、１番目のパケットを正しく受信できた段階で、受信バッファを一斉に解放する。
【０００８】
【非特許文献１】
電子情報通信学会技術報告　ＮＳ２００２−８１　ＲＣＳ２００２−１０９（２００２−０７）「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ−Ｒｅｐｅａｔ　ＡＲＱプロトコルの順序制御による出力トラヒックのバースト性評価」、図１
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記、従来の誤り制御方法においては、パケットの順序を保証する必要があるため、上記のように再送が発生した場合には、その後に正常受信したパケットを、再送パケットを正常に受信するまで保持することとなり、遅延時間が大きくなる、という問題があった。また、上記と同様の理由から、再送パケットを正常に受信するまでの間に正常に受信した他のパケットを記憶しておくための受信バッファが必要になるが、再送が繰り返し実行された場合を想定して大きなバッファを準備しておく必要がある、という問題もあった。特に、伝搬遅延の大きい通信システム（衛星通信システム等）においては、必然的に再送処理にかかる時間が長くなり、順序制御待ちの受信パケット数が増大するため、より大きな受信バッファが必要になる。
【００１０】
また、再送パケットを正常に受信できた場合には、受信バッファ内に保持されたパケットが一斉に解放されるため、インターネット等の通信ネットワーク上のトラヒックが急激に増大し、ルータ等がオーバーフロー状態となる、という問題があった。特に、上記伝搬遅延の大きい通信システム（衛星通信システム等）では、受信バッファが大きくなる傾向にあるため、バースト性が顕著に表れる。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、伝搬遅延時間および受信バッファ数を削減でき、かつパケットの出力バーストを低減可能な誤り制御方法、通信装置および通信システムを得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる誤り制御方法にあっては、誤りのあったパケットを再送する誤り制御方式に適用可能な方法であって、再送処理により順序制御待ちとなった受信パケットが規定量以下の場合は、前記受信パケットの順序を保証し、再送処理により順序制御待ちとなった受信パケットが前記規定量を超えた場合は、再送パケットよりも先に前記受信パケットを出力する順序制御ステップ、を含むことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、パケットの順序制御を実現するための受信パケット数（上記規定数に相当）を制限し、用意された受信バッファを超えるパケットを受け取った場合は、再送パケットよりも先に順序制御待ちのパケットを出力する。たとえば、用意された受信バッファ数を超えるパケットを受け取った場合は、順序制御待ちパケットのなかから送信順の最も早いパケットを送信先の端末装置宛てに送信する。そして、再送パケットを正常受信した場合には、受信バッファ内の解放可能なパケットを一斉に解放する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる誤り制御方法、通信装置および通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
本実施の形態では、本発明にかかる通信システムの一例として、準天頂衛星システムを用いた場合の、誤り制御方法について説明する。この準天頂衛星システムは、３機の衛星が所定の軌道を通って１日で地球を一周し、３機の衛星の少なくとも１機が常に日本の上空（天頂）付近に存在する地域限定型の衛星システムである。また、衛星の切り換えを８時間毎に行えば、常に６０度以上の仰角が確保され、ユーザは、常に、ビル等による通信回線の遮断が少ない良好な移動体通信サービス（自動車電話サービス、携帯電話サービス、ＧＰＳとは別の簡易測位システム等）の提供を受けられる。具体的には、日本の主要地域から見た場合は常に天頂から２０度以内に衛星が存在するため、たとえば、車のアンテナを天頂方向に向けておくだけで、車の進行方向が変化しても、常に良好な通信が可能となり、さらに衛星追尾が不要となるため通信装置を簡略化することができる。
【００１６】
図１は、本発明にかかる通信システムおよび通信装置の構成を示す図である。本実施の形態では、説明の便宜上、たとえば、データ送信元の端末装置１が、送信側の通信装置２，衛星（ＳＡＴ）３および受信側の通信装置４を経由して、端末装置５に対してデータを送信する場合を想定する。また、通信装置２，４では、それぞれＡＲＱ制御部１１，１２が、インタフェース部２１，送信バッファ２２，送信ＡＲＱ処理部２３，受信ＡＲＱ処理部２４，受信バッファ制御部２５および受信バッファ２６を備え、後述する本実施の形態の誤り制御を実現する。
【００１７】
ここで、本実施の形態の誤り制御方法を、図面を用いて詳細に説明する。図２および図３は、本実施の形態の誤り制御方法を示す図である。なお、ここでは、説明の便宜上、上記通信装置２のＡＲＱ制御部１１内の送信ＡＲＱ処理部２３が０，１，２，３，４，５の送信順で送信バッファ２２からパケットを読み出して送信し、かつ上記通信装置４のＡＲＱ制御部１２内の受信バッファ２６が規定量である２個のパケットを記憶可能とする場合を想定する。なお、規定量とは、受信バッファ２６が一度に記憶可能なバッファ数のことを意味している。すなわち、この場合の規定量は、受信バッファの記憶容量であるパケット２個分となる。
【００１８】
図２において、通信装置４のＡＲＱ制御部１２では、受信ＡＲＱ処理部２４が、衛星３を経由して受け取った０番目のパケットに誤りがないので送信ＡＲＱ処理部２３に対してＡＣＫを通知し、送信ＡＲＱ処理部２３が、衛星３を経由して当該ＡＣＫを通信装置２に対して返信している。つぎに、衛星３を経路して１番目のパケットを受け取ったＡＲＱ制御部１２の受信ＡＲＱ処理部２４では、当該パケットに誤りがあるのでそれを破棄し、上記ＡＣＫと同様の経路でＮＡＣＫを返信している。以降、ＡＲＱ制御部１２の受信ＡＲＱ処理部２４では、上記同様の処理で、つぎに受け取った２番目のパケットには誤りがないのでＡＣＫを返信し、つぎに受け取った３番目のパケットには誤りがあるので、そのパケットを破棄するとともにＮＡＣＫを返信し、つぎに受け取った４，５番目のパケットには誤りがないのでＡＣＫを返信している。
【００１９】
一方、通信装置２のＡＲＱ制御部１１では、送信ＡＲＱ処理部２３が、受信ＡＲＱ処理部２４を経由して上記１番目のパケットに対応したＮＡＣＫを受け取った後、再度１番目のパケット（図示の１´に相当）を送信バッファ２２から読み出して再送し、以降、ＡＣＫが返信されるまで１番目のパケットの再送処理を繰り返し実行する。図２では、２回目の再送でＡＣＫが返信されている。同様に、上記３番目のパケットに対応したＮＡＣＫを受け取った場合は、当該３番目のパケット（図示の３´に相当）を再送する。図２では、１回目の再送でＡＣＫが返信されている。
【００２０】
上記のような再送制御が行われている場合、受信側の通信装置２では、まず、受信バッファ制御部２５が、受信ＡＲＱ処理部２４から受け取った０番目のパケットを、受信バッファ２６に記憶することなくインタフェース部２１経由で端末装置５に対して送信する。つぎに、２番目のパケットを受け取った受信バッファ制御部２５では、１番目のパケットを受け取っていないので、当該２番目のパケットを順序制御待ちパケットとして受信バッファ２６に記憶する（図３（ａ）参照）。
【００２１】
つぎに、４番目のパケットを受け取った受信バッファ制御部２５では、１，３番目のパケットを受け取っていないので、当該４番目のパケットを順序制御待ちパケットとして受信バッファ２６に記憶する（図３（ｂ）参照）。
【００２２】
つぎに、５番目のパケットを受け取った受信バッファ制御部２５では、受信バッファ２６から先に記憶しておいた２番目のパケット（最も送信順の早いパケット）を読み出し、インタフェース部２１経由で端末装置５に対して送信する。そして、５番目のパケットを順序制御待ちパケットとして受信バッファ２６の空き領域に記憶する（図３（ｃ）参照）。
【００２３】
つぎに、再送により３番目のパケット（新たな順序制御待ちパケット）を受け取った受信バッファ制御部２５では、当該３番目のパケット（最も送信順の早いパケット）を受信バッファ２６に記憶することなくインタフェース部２１経由で端末装置５に対して送信する。
【００２４】
最後に、再送（２回目）により１番目のパケットを受け取った受信バッファ制御部２５では、当該１番目のパケットを受信バッファ２６に記憶することなくインタフェース部２１経由で端末装置５に対して送信する。同時に、受信バッファ２６内の解放可能な４，５番目のパケット（３番目のパケットが既に送信されているので４，５番目のパケットを解放可能）を一斉に解放してインタフェース部２１経由で端末装置５に対して送信する（図３（ｄ）参照）。
【００２５】
すなわち、本実施の形態では、従来技術のように大きな受信バッファを用意してパケットの順序を完全に保証するのではなく、従来よりも受信バッファ数を制限し、当該受信バッファ数を超える順序制御待ちパケットを受信した場合には、再送パケットよりも先に最も送信順の早い順序制御待ちパケットを出力する（順序反転）。
【００２６】
このように、本実施の形態においては、パケットの順序制御を実現するための受信パケット数を制限し、再送処理により、用意された受信バッファを超える順序制御待ちパケットを受け取った場合は、再送パケットよりも先に順序制御待ちパケットを出力する。具体的には、用意された受信バッファ数を超える順序制御待ちパケットを受け取った場合、当該順序制御待ちパケットのなかから送信順の最も早いパケットを選択し、当該選択パケットを送信先の端末装置に対して送信する。そして、再送パケットを正常受信した場合には、受信バッファ内の解放可能なパケットを一斉に解放する。これにより、伝搬遅延時間および受信バッファ数の削減を実現しつつ、さらに、受信バッファ数の削減によりパケットの出力バーストを大幅に低減できる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、説明の便宜上、通信装置２が図示の０，１，２，３，４，５の順番でパケットを送信する場合を想定したが、送信するパケット数に規定はない。また、説明の便宜上、受信バッファ２６が２個のパケットを保持可能とする場合を想定したが、何個のパケットを保持可能な受信バッファ２６を用意するかについては、通信速度やパケットの順序逆転の許容量に応じて適宜決定する。
【００２８】
また、本発明にかかる誤り制御方法は、誤り制御方式としてＡＲＱ方式を採用する通信システムであれば、上記準天頂衛星システムに限らず、その他の衛星通信システムや衛星を中継しない通信システム等（移動体通信システム等）、あらゆる通信システムに適用可能である。
【００２９】
また、本実施の形態においては、再送処理により用意された受信バッファ数を超える順序制御待ちパケットを受け取った場合、順序制御待ちパケットのなかから送信順の最も早いパケットを選択して送信先の端末装置宛てに送信することとしたが、これに限らず、たとえば、図４，図５に示すように、送信順の最も遅いパケットを選択して送信先の端末装置宛てに送信することとしてもよい。
【００３０】
たとえば、図２の再送制御に図４の選択基準を適用した場合、受信側の通信装置２では、まず、受信バッファ制御部２５が、受信ＡＲＱ処理部２４から受け取った０番目のパケットを、インタフェース部２１経由で端末装置５に対して送信する。つぎに、２番目のパケットを受け取った受信バッファ制御部２５では、１番目のパケットを受け取っていないので、当該２番目のパケットを順序制御待ちパケットとして受信バッファ２６に記憶する（図５（ａ）参照）。つぎに、４番目のパケットを受け取った受信バッファ制御部２５では、１，３番目のパケットを受け取っていないので、当該４番目のパケットを順序制御待ちパケットとして受信バッファ２６に記憶する（図５（ｂ）参照）。つぎに、５番目のパケット（新たな順序制御待ちパケット）を受け取った受信バッファ制御部２５では、当該５番目のパケット（最も送信順の遅いパケット）を受信バッファ２６に記憶することなくインタフェース部２１経由で端末装置５に対して送信する。つぎに、再送により３番目のパケットを受け取った受信バッファ制御部２５では、受信バッファ２６から先に記憶しておいた４番目のパケット（最も送信順の遅いパケット）を読み出し、インタフェース部２１経由で端末装置５に対して送信する。そして、３番目のパケットを順序制御待ちパケットとして受信バッファ２６の空き領域に記憶する（図５（ｃ）参照）。最後に、再送（２回目）により１番目のパケットを受け取った受信バッファ制御部２５では、当該受信パケットを受信バッファ２６に記憶することなくインタフェース部２１経由で端末装置５に対して送信する。同時に、受信バッファ２６内の解放可能な２，３番目のパケットを一斉に解放してインタフェース部２１経由で端末装置５に対して送信する（図５（ｄ）参照）。
【００３１】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、本発明によれば、パケットの順序制御を実現するための受信パケット数を制限し、再送処理により、用意された受信バッファを超える順序制御待ちパケットを受け取った場合は、再送パケットよりも先に順序制御待ちパケットを出力する。具体的には、用意された受信バッファ数を超える順序制御待ちパケットを受け取った場合、当該順序制御待ちパケットのなかから送信順の最も早いパケットを選択し、当該選択パケットを送信先の端末装置に対して送信する。そして、再送パケットを正常受信した場合には、受信バッファ内の解放可能なパケットを一斉に解放する。これにより、伝搬遅延時間および受信バッファ数の削減を実現しつつ、さらに、受信バッファ数の削減によりパケットの出力バーストを大幅に低減できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる通信システムおよび通信装置の構成を示す図である。
【図２】本実施の形態の誤り制御方法の一例を示す図である。
【図３】本実施の形態の誤り制御方法における受信バッファ制御手順の一例を示す図である。
【図４】本実施の形態の誤り制御方法の一例を示す図である。
【図５】本実施の形態の誤り制御方法における受信バッファ制御手順の一例を示す図である。
【図６】従来のＳＲ−ＡＲＱの処理を示す図である。
【符号の説明】
１，５　端末装置、２，４　通信装置、３　衛星、１１，１２　ＡＲＱ制御部、２１　インタフェース部、２２　送信バッファ、２３　送信ＡＲＱ処理部、２４　受信ＡＲＱ処理部、２５　受信バッファ制御部、２６　受信バッファ。

Claims

誤りのあったパケットを再送する誤り制御方式に適用可能な誤り制御方法において、
再送処理により順序制御待ちとなった受信パケットが規定量以下の場合は、前記受信パケットの順序を保証し、再送処理により順序制御待ちとなった受信パケットが前記規定量を超えた場合は、再送パケットよりも先に前記受信パケットを出力する順序制御ステップ、
を含むことを特徴とする誤り制御方法。
前記順序制御ステップでは、
前記規定量を超えた場合、前記順序制御待ちとなった受信パケットの中から送信順の最も早い受信パケットを選択し、当該選択パケットを再送パケットよりも先に出力することを特徴とする請求項１に記載の誤り制御方法。
前記順序制御ステップでは、
前記規定量を超えた場合、前記順序制御待ちとなった受信パケットの中から送信順の最も遅い受信パケットを選択し、当該選択パケットを再送パケットよりも先に出力することを特徴とする請求項１に記載の誤り制御方法。
誤りのあったパケットを再送する誤り制御方式を採用する通信装置において、
再送処理により順序制御待ちとなった受信パケットが規定量以下の場合に、前記受信パケットの順序を保証し、再送処理により順序制御待ちとなった受信パケットが前記規定量を超えた場合に、再送パケットよりも先に前記受信パケットを出力する再送制御手段、
を備えることを特徴とする通信装置。
前記再送制御手段は、
再送処理により順序制御待ちとなった前記規定量の受信パケットを記憶可能な受信バッファ手段と、
新たな受信パケットにより順序制御待ちの受信パケットが規定量を超え、かつ送信順の最も早い受信パケットが前記新たな受信パケットの場合に、前記新たな受信パケットを再送パケットよりも先に出力し、一方、新たな受信パケットにより順序制御待ちの受信パケットが規定量を超え、かつ送信順の最も早い受信パケットが前記受信バッファに記憶された受信パケットの場合に、前記受信バッファから送信順の最も早い受信パケットを読み出して再送パケットよりも先に出力し、前記新たな受信パケットを前記受信バッファの空き領域に記憶させる受信バッファ制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
前記再送制御手段は、
再送処理により順序制御待ちとなった前記規定量の受信パケットを記憶可能な受信バッファ手段と、
新たな受信パケットにより順序制御待ちの受信パケットが規定量を超え、かつ送信順の最も遅い受信パケットが前記新たな受信パケットの場合に、前記新たな受信パケットを再送パケットよりも先に出力し、一方、新たな受信パケットにより順序制御待ちの受信パケットが規定量を超え、かつ送信順の最も遅い受信パケットが前記受信バッファに記憶された受信パケットの場合に、前記受信バッファから送信順の最も遅い受信パケットを読み出して再送パケットよりも先に出力し、前記新たな受信パケットを前記受信バッファの空き領域に記憶させる受信バッファ制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
誤りのあったパケットを再送する方式を用いて誤り制御を実現する通信システムにおいて、
受信側通信装置が、
再送処理により順序制御待ちとなった受信パケットが規定量以下の場合に、前記受信パケットの順序を保証し、再送処理により順序制御待ちとなった受信パケットが前記規定量を超えた場合に、再送パケットよりも先に前記受信パケットを出力する再送制御手段、
を備えることを特徴とする通信システム。
送信側通信装置から送出されたパケットを衛星局で中継して受信側通信装置に伝送する通信システムであって、伝送中に誤りのあったパケットを再送する方式を用いて誤り制御を実現する通信システムにおいて、
前記受信側通信装置が、
再送処理により順序制御待ちとなった受信パケットが規定量以下の場合に、前記受信パケットの順序を保証し、再送処理により順序制御待ちとなった受信パケットが前記規定量を超えた場合に、再送パケットよりも先に前記受信パケットを出力する再送制御手段、
を備えることを特徴とする通信システム。