JP2006005488A - ポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの帯域割り当て方法及びポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの局側装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短い送信待ち時間と高い帯域利用効率を実現するポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの帯域割り当て方法を得る。
【解決手段】局側装置１０は、１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量と全加入者側装置２０から通知された送信待ちデータ量の総和とを比較し、１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量に対する、全加入者側装置２０から通知された送信待ちデータ量の総和の割合が、閾値未満のとき低負荷状態とし、閾値以上のとき高負荷状態とし、１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量よりも、全加入者側装置から通知された送信待ちデータ量の総和が大きいとき過負荷状態とし、低負荷状態では、１周期当りの総割り当てデータ量が下限値となるように、高負荷状態では、加入者側装置が要求するデータ量に等しい送信許可時間を割り当てるように、過負荷状態では、１周期当りの総割り当てデータ量が上限値となるように帯域割り当てをする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、局側装置と複数の加入者側装置とを同一の伝送路に接続され加入者側装置から局側装置方向の伝送が時分割多重とされて局側装置から加入者側装置方向の伝送が同報されて両装置間にて可変長パケットの双方向通信が行われるポイント・トゥ・マルチポイント通信システムに関し、特に局側装置の行う加入者側装置の帯域割り当てに関するものである。

従来、ポイント・トゥ・マルチポイント通信システムにおいて、加入者側装置（子局装置）が局側装置（局側装置）へ帯域要求信号を送信することにより、伝送効率を高めることが行われている（例えば、特許文献１）。図１１は従来のポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの構成を示すブロック図である。図１１において、局側装置である親局装置１０と加入者側装置である子局装置２０とが同一の伝送路１にて接続されている。なお、図１１では、１台の子局装置２０のみ構成が示されているが、他の子局装置２０も同様の構成を成しているものである。

親局装置１０の構成を説明する。親局装置１０は、回線インタフェース機能部１１、帯域制御機能部１２、分離機能部１３、多重機能部１４及びパラメータ保持機能部１５を有している。回線インタフェース機能部１１は、伝送路１に接続され伝送路１を介して子局装置２０とデータの送受信を行う。分離機能部１３は、回線インタフェース機能部１１に接続され、子局装置２０から親局装置１０方向への信号、すなわち上り信号から帯域要求信号を分離する。分離された帯域要求信号は、分離機能部１３に接続する帯域制御機能部１２に入力される。この帯域要求信号には、子局装置２０の送信待ちデータ量が記載されている。帯域制御機能部１２は、この送信待ちデータ量に基づいて子局装置２０の帯域割当をスケジューリングする。そして、このスケジューリングにおいて生成された帯域割当に基づいて子局装置２０に送信許可信号を送信することで上り送信タイミングを指示する。帯域制御機能部１２が生成した送信許可信号は、帯域制御機能部１２に接続する多重機能部１４に渡される。多重機能部１４は、親局装置１０から子局装置２０方向への信号、すなわち下り信号に上述の送信許可信号を多重し、これを回線インタフェース機能部１１が子局装置２０に通知する。

次に、子局装置２０の構成を説明する。子局装置２０は、回線インタフェース機能部２１、送信バッファ２２、送信制御機能部２３、多重機能部２４及び分離機能部２５を有している。送信バッファ２２には、親局装置１０へ送信されるユーザデータが上り信号として蓄積される。送信制御機能部２３は、送信バッファ２２の蓄積データ量を監視し親局装置２０への帯域要求信号を生成するとともに、親局装置２０からの送信許可信号を解釈し送信バッファ２２からのデータ送信の制御を行う。多重機能部２４は、帯域要求信号を上り信号に多重する。分離機能部２５は、下り信号から送信許可信号を分離する。回線インタフェース機能部２１は、伝送路１に接続され伝送路１を介して親局装置１０とデータの送受信を行う。送信制御機能部２３の生成した帯域要求信号や送信バッファ２２が蓄積したユーザデータは、回線インタフェース機能部２１を通じて親局装置１０に送信される。

図１２は図１１のポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの動作を説明するタイミングチャートである。図１２は１台の親局装置１０に３台の子局装置２０が接続されている例を示す。なお、以後、タイミングチャートにおいては、３台の子局装置２０を、子局＃１、子局＃２、子局＃３として示す。親局装置１０は各子局装置２０に対して送信許可信号を送信する。送信許可信号には、各子局装置２０に許可する送信許可時間（グラント）、すなわち送信開始して良い時刻と送信終了すべき時刻が記載されており、子局装置２０は指定された送信許可時間を越えて送信することはできない。親局装置１０は、トラヒック状況を反映して子局装置２０に対する送信時間、送信頻度、送信順序等をスケジューリングする。子局装置２０のトラヒック状況を帯域割当に反映させるため、子局装置２０はユーザデータとは別に帯域要求信号を親局に送信する。この帯域要求信号には、子局装置２０の送信待ちデータ量が記載されている。親局装置１０は、帯域要求信号を用いることにより、送信待ちデータ量が多い子局装置２０に対しては、送信時間を長くまたは送信頻度を高くし、送信待ちデータが少ない子局装置２０に対しては、送信時間を短くまたは送信頻度を下げ、帯域を有効に活用する。

多数の子局装置２０で同時に上りトラヒックが発生したときには、子局装置２０の帯域要求信号通りに親局装置１０がグラント割当を行うと、子局装置２０にとっては、上り送信の間隔が長くなってしまい、遅延に厳しいアプリケーションを使用する際には問題がある。このため、親局装置１０は帯域更新周期を一定の値とし、その時間帯を子局装置２０のトラヒック状況に応じて、かつ公平になるように分割する（例えば、非特許文献１参照）。

この帯域割当計算に要する時間を０にすることは不可能であるため、図１３に示すように帯域要求信号のみ受信する時間帯を設け、その時間帯に全子局装置２０からの帯域要求信号を受信し、次の周期の送信許可信号送出までに計算時間を確保する。

特開２０００−２４４５２７号公報 太田他「低遅延なＥＰＯＮを実現する動的帯域方式」、信学技報、NS2002-18

上位プロトコルがＴＣＰ／ＩＰである場合、対向局からの応答を待って次のデータの送信を行うため、ラウンドトリップタイムが大きいとスループットを高くすることができない。従来の技術では、子局装置２０が親局装置１０に帯域要求信号を送信してから、親局装置１０が送信許可を行うため図１４に示すように数周期分の送信待ち時間が発生する。図１４において、ｋ周期にて子局＃１が帯域要求信号送出時には送信待ちデータがないが、帯域要求信号送出直後に上りデータが発生したとする。ｋ周期にて子局＃１は送信待ちデータなしを通知しているため、親局は子局＃１に対しては小さいグラントを割り当てる。従って、ｋ＋１周期では子局＃１は発生した上りデータを送信することができない。子局＃１はｋ＋１周期における帯域要求信号では送信待ちデータがあることを通知できるので、親局はｋ＋２周期における帯域割当にて、子局＃１に対するグラント割当を大きくする。すなわち、子局＃１はトラヒックに見合ったグラント割当を得るまでに帯域更新周期の数倍の待ち時間が発生していることになる。

送信待ち時間を小さくする手段として、親局装置１０が子局装置２０の送信待ちデータ量を参照せずに一定のグラントを割り当てる方法もある。しかしながら、図１５に示すように、イーサフレームのような可変長パケットを多重する場合、親局装置１０は子局装置２０の送信バッファ内のイーサフレームの区切れを知ることができないため、グラント長をイーサフレームの区切れ目に一致させることができず、帯域利用効率を低下させてしまうことになる。

帯域更新周期を短くすることでも、送信待ち時間を小さくすることは可能であるが、親局装置１０と親局装置１０から一番遠い子局装置２０間のラウンドトリップタイム以下には帯域更新周期を小さくすることはできない。また、帯域更新周期を小さくすると帯域利用効率が低下してしまうというデメリットもある。この理由は、図１６に示すように、各子局装置２０の上り信号には親局装置１０で正しく信号を受信するためのバーストオーバーヘッドを含むからである。すなわち、帯域更新周期が短いと上り信号中にバーストオーバーヘッドが占める割合が相対的に大きくなること、また、ユーザデータを含まない帯域要求信号、送信許可信号の割合も相対的に大きくなってしまう。従って、伝送効率を上げるためには、帯域更新周期は大きい値の方が有利である。

以上のように、従来の技術においては、送信待ち時間を短くしようとすると帯域利用効率が低下し、帯域利用効率を上げようとすると送信待ち時間が大きくなってしまうという未解決の課題を有している。

この発明は上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、短い送信待ち時間と高い帯域利用効率の両方を実現することができるポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの帯域割り当て方法及びポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの局側装置帯域割当方式を得ることを目的とする。

このポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの帯域割り当て方法は、局側装置と複数の加入者側装置とを同一の伝送路にて接続し、加入者側装置から局側装置方向の伝送を時分割多重とし、局側装置から加入者側装置方向の伝送を同報として可変長パケットの双方向通信を行うポイント・トゥ・マルチポイント通信システムにおいて、加入者側装置が、送信待ちデータ量を帯域要求信号により局側装置に通知し、局側装置が、送信待ちデータ量に基づいて加入者側装置の帯域割当をスケジューリングし、帯域割当に基づいて加入者側装置に送信許可信号を送信することで上り送信タイミングを指示する帯域割り当て方法であって、局側装置は、１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量と全加入者側装置から通知された送信待ちデータ量の総和とを比較し、１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量に対する、全加入者側装置から通知された送信待ちデータ量の総和の割合が、閾値未満のとき低負荷状態とし、閾値以上のと高負荷状態とし、１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量よりも、全加入者側装置から通知された送信待ちデータ量の総和が大きいとき過負荷状態とし、低負荷状態では、１周期当りの総割り当てデータ量が下限値となるように、高負荷状態では、加入者側装置が要求するデータ量に等しい送信許可時間を割り当てるように、過負荷状態では、１周期当りの総割り当てデータ量が上限値となるように帯域割り当てをすることを特徴とする。

この発明に係るポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの帯域割り当て方法では、加入者側装置から通知された送信待ちデータ量に基づいて、加入者側装置が要求するデータ量に等しい送信許可時間を割り当てるようにするか、また、１周期当りの総割り当てデータ量が下限値となるようにするか、或いは、上限値となるようにするか、選択するのでより最適な帯域割り当てをすることができ、短い送信待ち時間と高い帯域利用効率の両方を実現することができる。

以下、本発明にかかるポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの帯域割り当て方法及びポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの局側装置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。

実施の形態１．
図１はこの発明に係るポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの構成を示すブロック図である。図１において、局側装置である親局装置１０と加入者側装置である子局装置２０とが同一の伝送路１にて接続されている。なお、図１では、１台の子局装置２０のみ構成が示されているが、他の子局装置２０も同様の構成を成しているものである。

親局装置１０の構成を説明する。親局装置１０は、回線インタフェース機能部１１、帯域制御機能部１２、分離機能部１３、多重機能部１４及びパラメータ保持機能部１５を有している。回線インタフェース機能部１１は、伝送路１に接続され伝送路１を介して子局装置２０とデータの送受信を行う。分離機能部１３は、回線インタフェース機能部１１に接続され、子局装置２０から親局装置１０方向への信号、すなわち上り信号から帯域要求信号を分離する。分離された帯域要求信号は、分離機能部１３に接続する帯域制御機能部１２に入力される。この帯域要求信号には、子局装置２０の送信待ちデータ量が記載されている。帯域制御機能部１２は、この送信待ちデータ量に基づいて子局装置２０の帯域割当をスケジューリングする。そして、このスケジューリングにより生成された帯域割当に基づいて子局装置２０に送信許可信号を送信することで上り送信タイミングを指示する。帯域制御機能部１２には、パラメータ保持機能部１５が接続されている。このパラメータ保持機能部１５には、帯域制御に必要なパラメータが保持されている。パラメータ保持機能部１５に保持されたパラメータは装置外部から入力可能とされている。帯域制御機能部１２が生成した送信許可信号は、帯域制御機能部１２に接続する多重機能部１４に渡される。多重機能部１４は、親局装置１０から子局装置２０方向への信号、すなわち下り信号に上述の送信許可信号を多重し、これを回線インタフェース機能部１１が子局装置２０に通知する。

次に、子局装置２０の構成を説明する。子局装置２０は、回線インタフェース機能部２１、送信バッファ２２、送信制御機能部２３、多重機能部２４及び分離機能部２５を有している。送信バッファ２２には、親局装置１０へ送信されるユーザデータが上り信号として蓄積される。送信制御機能部２３は、送信バッファ２２の蓄積データ量を監視し親局装置１０への帯域要求信号を生成するとともに、親局装置１０からの送信許可信号を解釈し送信バッファ２２からのデータ送信制御を行う。多重機能部２４は、帯域要求信号を上り信号に多重する。分離機能部２５は、下り信号から送信許可信号を分離する。回線インタフェース機能部２１は、伝送路１に接続され伝送路１を介して親局装置１０とデータの送受信を行う。送信制御機能部２３の生成した帯域要求信号や送信バッファ２２が蓄積したユーザデータは、回線インタフェース機能部２１を通じて親局装置１０に送信される。

［送信待ちデータ量の３つの状態］
帯域制御機能部１２の行う帯域割り当ての動作の説明に先立ち、本実施の形態が認識する送信待ちデータ量の３つの状態を説明する。帯域制御機能部１２は、システム内の各子局装置２０から通知された送信待ちデータ量に基づいて、上りデータの状態を以下の３つの状態としてとらえこれを管理する。
（ａ）低負荷状態：１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量に対する全子局装置２０の送信待ちデータ量の総和の割合が閾値未満の状態。
（ｂ）高負荷状態：１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量に対する全子局装置２０の送信待ちデータ量の総和の割合が閾値以上の状態。
（ｃ）過負荷状態：１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量よりも、全子局装置２０の送信待ちデータ量の総和が大きい状態。

１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量、つまり１周期当りの総割り当てデータ量は上限値と下限値をもち、それぞれ
上限値：BW_cycle_max
下限値：BW_cycle_min
とされている。BW_cycle_maxとBW_cycle_minとは以下の関係を満たす。
BW_cycle_max≧BW_cycle_min （式１）

親局装置１０は、上述の低負荷状態と高負荷状態を判定するための閾値Ｔｈ、各子局装置に帯域割当する際の重みＷ(i)等の設定値をパラメータ保持機能部１５に記憶している。これらの設定値は、上述のように装置外部から入力可能とされている。

［状態の判定］
次に親局装置１０の帯域制御機能部１２の行う帯域割り当ての動作について説明する。まず、状態の判定の動作について、図２のフローチャートに沿って説明する。帯域制御機能部１２は、帯域更新周期の毎周期毎に図２のフローチャートの動作を行う。まず、ステップＳ１にて、全子局装置数分ループを繰り返すことで、全子局装置からの帯域要求信号から送信待ちデータ量BW_req(i)を抽出する。次に、ステップＳ２にて、以下の式により、全子局装置２０の送信待ちデータ量の総和と１周期当りのデータ量の比である負荷率Ｐを算出する。
Ｐ＝Σ｛BW_req(i)｝／BW_cycle_max （式２）
次に、ステップＳ３にて、負荷状態を判定するため、負荷率Ｐと閾値Ｔｈを比較する。そして、ステップＳ３にて負荷率Ｐが閾値Ｔｈより小さいと判定された場合には、低負荷状態にあると認識して低負荷モードグラント割当処理ステップＳ４に進み、一方、ステップＳ３にて負荷率Ｐが閾値Ｔｈ以上である場合にはステップＳ５に進む。ステップＳ５にて、負荷率が１以下、すなわち、送信待ちデータ量の総和が１周期当りの総割り当てデータ量を超えていないかどうかを判定する。ステップＳ５にて真である場合には、高負荷状態にあると認識して高負荷モードグラント割当処理ステップＳ６に進む。ステップＳ６にて偽と判定された場合には、過負荷状態にあると認識して過負荷モードグラント割当処理ステップＳ７に進む。低負荷モードグラント割当処理ステップＳ４、高負荷モードグラント割当処理ステップＳ６及び過負荷モードグラント割当処理ステップＳ７の各処理に関しては後述する。

ステップＳ８では、全子局装置数分ループを繰り返すことで、低負荷モードグラント割当処理ステップＳ４、高負荷モードグラント割当処理ステップＳ６及び過負荷モードグラント割当処理ステップＳ７のいずれかで算出されたグラントを送信許可信号に多重し、各子局装置毎に送信する。ステップＳ８が完了すると、再びステップＳ１に戻り次の周期の処理を行う。以降、上記処理を繰り返す。

［低負荷状態での帯域割り当て処理］
低負荷モードグラント割当処理ステップＳ４における処理について説明する。低負荷状態では、上りデータが発生した子局装置に対して、グラント割当までの時間を短くするため、１周期当りの総割り当てデータ量は下限値BW_cycle_minとする。１周期当りの総割り当てデータ量をどのような比率で子局装置に割当てるかについては、さまざまなバリエーションがある。本実施の形態においては、上りデータが発生している子局装置に対するグラント割当量を多くするため、送信待ちデータ量BW_req(i)に比例する帯域割当とする。この場合、以下の式により各子局装置に対する割当帯域BW(i)を決定する。
BW(i)＝BW_cycle_min×BW_req(i)／Σ｛BW_req(i)｝ （式３）

低負荷モードグラント割当処理ステップＳ４の処理動作の詳細を図３のフローチャートに示す。図３において、まず、ステップＳ１０にて、上記式３の処理を子局装置数分繰り返す。次に、ステップＳ１１において、全子局装置数分ループを繰り返すことにより、ユーザデータ用のグラントとしてステップＳ１０で算出された値を設定する。さらに、ステップＳ１０２において、全子局装置数分ループを繰り返すことにより、帯域要求信号用のグラントとして帯域要求信号のパケット長に相当するグラントを設定する。図４に具体例を示す。図４において、一例として、BW_cycle_max＝１００００バイト、BW_cycle_min＝２０００バイト、閾値Ｔｈ＝０．５とする。第ｋ周期において、子局装置＃１が送信待ちデータ量３００バイト、子局装置＃２が送信待ちデータ量２００バイト、子局装置＃３が送信待ちデータ量０を通知する。子局装置＃１から＃３の送信待ちデータ量の総和は５００バイトであるので、式２より負荷率は０．０５となり低負荷モードとなる。第ｋ＋１周期における各子局装置への割り当て帯域は、式３により子局装置＃１は１２００バイト、子局装置＃２は８００バイト、子局装置＃３は０バイトとなる。このときの帯域更新は２０００バイトを転送するのに要する時間に送信許可信号受信用時間帯を加えた時間にて行われる。

［高負荷状態での帯域割り当て処理］
高負荷モードグラント割当処理ステップＳ６における処理について説明する。高負荷状態では、帯域要求する子局装置が多いため、帯域利用効率を高める必要があり、上りデータのパケットの切れ目とグラント長を一致させ、捨てられる帯域が少なくなるようにする。これを、子局装置が要求するデータ量に等しいグラントを割り当てることによって実現する。従って、以下の式により各子局装置に対する割当帯域BW(i)を決定する。
BW(i)＝BW_req(i) （式４）

高負荷モードグラント割当処理ステップＳ６の詳細を図５のフローチャートに示す。図５において、まず、ステップＳ２０にて、上記式４の処理を子局装置数分繰り返す。次に、ステップＳ２１において、全子局装置数分ループを繰り返すことにより、ユーザデータ用のグラントとしてステップＳ２０で算出された値を設定する。さらに、ステップＳ２２において、帯域要求信号用のグラントとして帯域要求信号のパケット長に相当するグラントを設定する。図６に具体例を示す。図６において、一例として、BW_cycle_max＝１００００バイト、BW_cycle_min＝２０００バイト、閾値Ｔｈ＝０．５とする。第ｋ周期において、子局装置＃１が送信待ちデータ量４０００バイト、子局装置＃２が送信待ちデータ量３０００バイト、子局装置＃３が送信待ちデータ量１０００バイトを通知する。子局装置＃１から＃３の送信待ちデータ量の総和は８０００バイトであるので、式２より負荷率は０．８となり高負荷モードとなる。第ｋ＋１周期における各子局装置への割り当て帯域は、式４により子局装置＃１は４０００バイト、子局装置＃２は３０００バイト、子局装置＃３は１０００バイトとなる。このときの帯域更新は８０００バイトを転送するのに要する時間に送信許可信号受信用時間帯を加えた時間にて行われる。

［過負荷状態での帯域割り当て処理］
過負荷モードグラント割当処理ステップＳ７における処理について説明する。過負荷状態では、帯域要求する子局装置が多いため、帯域利用効率を高める必要があり、１周期当りの総割り当てデータ量は上限値BW_cycle_maxとする。全子局装置の帯域要求の総和が１周期当りの総割り当てデータ量を超えているため、全子局装置の要求通りの帯域は割当てられず、子局装置にとって公平になるように割当帯域を計算する必要がある。本実施の形態では、料金の基準となるパラメータW(i)で重み付けし、以下の式により各子局装置に対する割当帯域BW(i)を決定する。
BW(i)＝BW_cycle_max×W(i)／Σ｛W(i)｝ （式５）
例として、料金の基準となるパラメータW(i)が各子局装置の最低保証帯域BW＿min(i)である場合には、（式５）は、以下の式となある。
BW(i)＝BW_cycle_max×BW_min(i)／Σ｛BW_min(i)｝ （式６）

過負荷モードグラント割当処理ステップＳ６の詳細を図７のフローチャートに示す。図７において、まず、ステップＳ３０にて、上記式４の処理を子局装置数分繰り返す。次に、ステップＳ３１において、全子局装置数分ループを繰り返すことにより、ユーザデータ用のグラントとしてステップＳ３０で算出された値を設定する。さらに、ステップＳ３２において、帯域要求信号用のグラントとして帯域要求信号のパケット長に相当するグラントを設定する。図８に具体例を示す。例として、BW_cycle_max＝１００００バイト、BW_cycle_min＝２０００バイト、閾値Ｔｈ＝０．５とする。第Ｋ周期において、子局装置＃１が送信待ちデータ量５０００バイト、子局装置＃２が送信待ちデータ量５０００バイト、子局装置＃３が送信待ちデータ量５０００バイトを通知する。子局装置＃１から＃３の送信待ちデータ量の総和は１５０００バイトであるので、式２より負荷率は１．５となり過負荷モードとなる。ここで、各子局装置の最低保証帯域BW＿min(i)は、例えば、子局装置＃１が２０Ｍｂｐｓ、子局装置＃２が１０Ｍｂｐｓ、子局装置＃３が１０Ｍｂｐｓであるとする。この場合、第Ｋ＋１周期における各子局装置への割り当て帯域は、式５により子局装置＃１は５０００バイト、子局装置＃２は２５００バイト、子局装置＃３は２５００バイトとなる。このときの帯域更新は１００００バイトを転送するのに要する時間に送信許可信号受信用時間帯を加えた時間にて行われる。

以上のように、上りの輻輳状態に応じて、遅延優先か伝送効率優先かの帯域割当方式を選択する。低負荷時には短い周期で帯域を更新するので、子局装置の上りバッファにユーザデータが滞留する時間が短く、ラウンドトリップタイムを短くすることができ、ＴＣＰ／ＩＰにおいても高いスループットを引き出すことが可能となる。すなわち、空いている上り帯域を十分に利用するトラヒックを上り方向に送信することができる。高負荷状態においては、子局装置が通知した通りデータ量に等しいグラントを割当てるので、パケットの切れ目とグラント長が等しく、高い伝送効率を引き出すことが可能となる。すなわち、全体的に帯域要求が大きいときには、高い伝送効率を実現して、子局装置当りの帯域を大きくすることができる。また、過負荷状態においても、帯域更新周期の上限値にて、次のグラント割り当てパターンに変更するため、ラウンドトリップタイムの最悪値を保証することができる。

実施の形態２．
上述の実施の形態１では、帯域要求信号とユーザデータとの送信許可時間に関して特に言及しなかったが、本実施の形態においては、低負荷状態のときのみ、帯域要求信号とユーザデータとで送信許可時間を区別しない例を示す。すなわち、本実施の形態においては、高負荷状態と過負荷状態では、帯域要求信号とユーザデータとで送信許可時間の区別をするが、低負荷状態では区別をしない。低負荷状態においては、実質的に子局装置が要求する値よりも大きいグラントを割当てるので、全子局装置の帯域要求信号を帯域要求信号受信用時間帯で集中的に収集して、帯域要求値に厳密な帯域割り当てをする必要がないことを根拠とする。

図９は本実施の形態における帯域割り当ての動作を示すフローチャートである。図９において、まず、ステップＳ４１にて固定帯域BW_fix(i)と要求帯域BW_req(i)とを比較する。ここで、固定帯域BW_fix(i)は、帯域要求によらず割当てる固定帯域を示す値であり、予めパラメータ保持機能部１５に保持されているものとする。そして、ステップＳ４１においてBW_req(i)がBW_fix(i)以下と判定された場合には、ステップＳ４２に進み、強制的にBW_req(i)をBW_fix(i)に等しくする。一方、ステップＳ４１においてBW_req(i)がBW_fix(i)より大きいと判定された場合には、ステップＳ４２をスキップする。そして、ステップＳ４１からステップＳ４２を全子局装置に対して実行する。

ステップＳ４３からステップＳ４４については、図３におけるステップＳ１１、ステップＳ１２と同様である。図１０に具体例を示す。例として、BW_cycle_max＝１００００バイト、BW_cycle_min＝２０００バイト、閾値Ｔｈ＝０．５とする。また、BW_fix(i)は子局装置＃１、＃２、＃３とも２０バイトとする。第ｋ周期において、子局装置＃１が送信待ちデータ量１００バイト、子局装置＃２が送信待ちデータ量８０バイト、子局装置＃３が送信待ちデータ量０を通知する。子局装置＃１から＃３の送信待ちデータ量の総和は１８０バイトであるので、式２より負荷率は０．０１８となり低負荷モードとなる。BW_req(i)は図９におけるステップＳ４１からステップＳ４２によって、BW_req（１）＝１００、BW_req（２）＝８０、BW_req（３）＝２０と変換される。第ｋ＋１周期における各子局装置への割り当て帯域は、式３により子局装置＃１は１０００バイト、子局装置＃２は８００バイト、子局装置＃３は２００バイトとなる。このときの帯域更新は２０００バイトを転送するのに要する時間にて行われる。

以上のように、低負荷状態においては、帯域要求信号とユーザデータのグラントを分離しないため、帯域要求信号用グラントのバーストオーバーヘッド分を削減することができ、伝送効率を高くすることができる。また、帯域要求が０であっても帯域を割り当てるので、帯域要求信号を送信した後に発生した上り信号についても待ち時間なく上りに送信することができる。

多くの加入者装置が接続されるポイント・トゥ・マルチポイント通信システムに適用して有用なものであり、特に効率的で且つ高速なサービスを要求されるポイント・トゥ・マルチポイント通信システムに適用して有用なものである。

この発明に係るポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの実施の形態１の構成を示すブロック図である。 親局装置（局側装置）の動作を示すフローチャートである。 低負荷モードグラント割当処理の動作の詳細を示すフローチャートである。 低負荷状態での帯域割り当て処理の具体例を示すタイミングチャートである。 高負荷モードグラント割当処理の動作の詳細を示すフローチャートである。 高負荷状態での帯域割り当て処理の具体例を示すタイミングチャートである。 過負荷モードグラント割当処理の動作の詳細を示すフローチャートである。 過負荷状態での帯域割り当て処理の具体例を示すタイミングチャートである。 この発明に係るポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの実施の形態２の帯域割り当て処理の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２の帯域割り当て処理の具体例を示すタイミングチャートである。 従来の通信システムの構成を示すブロック図である。 図１１の通信システムの動作を示すタイミングチャートである。 従来の通信システムの帯域要求信号のみ受信する時間帯を設けた動作を示すタイミングチャートである。 従来の通信システムの数周期分の送信待ち時間が発生する様子を示すタイミングチャートである。 従来の通信システムにおいて、イーサフレームのような可変長パケットを多重する場合、帯域利用効率が低下する様子を示すタイミングチャートである。 従来の通信システムにおいて、帯域更新周期を小さくすると帯域利用効率が低下する様子を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０ 親局装置（局側装置）
１１ 回線インタフェース機能部
１２ 帯域制御機能部
１３ 分離機能部
１４ 多重機能部
１５ パラメータ保持機能部
２０ 子局装置（加入者側装置）
２１ 回線インタフェース機能部
２２ 送信バッファ
２３ 送信制御機能部
２４ 多重機能部
２５ 分離機能部

Claims (10)

1. 局側装置と複数の加入者側装置とを同一の伝送路にて接続し、前記加入者側装置から前記局側装置方向の伝送を時分割多重とし、前記局側装置から前記加入者側装置方向の伝送を同報として可変長パケットの双方向通信を行うポイント・トゥ・マルチポイント通信システムにおいて、
   前記加入者側装置が、送信待ちデータ量を帯域要求信号により前記局側装置に通知し、
   前記局側装置が、前記送信待ちデータ量に基づいて前記加入者側装置の帯域割当をスケジューリングし、該帯域割当に基づいて前記加入者側装置に送信許可信号を送信することで上り送信タイミングを指示する帯域割り当て方法であって、
   前記局側装置は、１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量と全加入者側装置から通知された送信待ちデータ量の総和とを比較し、
   １回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量に対する、全加入者側装置から通知された送信待ちデータ量の総和の割合が、閾値未満のとき低負荷状態とし、閾値以上のと高負荷状態とし、１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量よりも、全加入者側装置から通知された送信待ちデータ量の総和が大きいとき過負荷状態とし、
   前記低負荷状態では、１周期当りの総割り当てデータ量が下限値となるように、前記高負荷状態では、加入者側装置が要求するデータ量に等しい送信許可時間を割り当てるように、前記過負荷状態では、１周期当りの総割り当てデータ量が上限値となるように帯域割り当てをする
   ことを特徴とするポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの帯域割り当て方法。
2. 前記局側装置が行う１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量と全加入者側装置から通知された送信待ちデータ量の総和との比較は、毎周期毎に行われる
   ことを特徴とする請求項１に記載のポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの帯域割り当て方法。
3. 前記局側装置は、前記低負荷状態では、前記帯域要求信号とユーザデータとで送信許可時間を区別せずに受信し、前記高負荷状態及び前記過負荷状態では、区別して受信する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの帯域割り当て方法。
4. 前記局側装置は、前記低負荷状態では、前記下限値をBW_cycle_min、各加入者側装置の送信待ちデータ量をBW_req(i)としたとき、各加入者側装置に対する割当帯域BW(i)を、以下の式により求める
   BW(i)＝BW_cycle_min×BW_req(i)／Σ｛BW_req(i)｝
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの帯域割り当て方法。
5. 前記局側装置は、前記過負荷状態では、前記上限値をBW_cycle_max、各加入者側装置へ帯域割当する際の重みをW(i)としたとき、各加入者側装置に対する割当帯域BW(i)を、以下の式により求める
   BW(i)＝BW_cycle_max×W(i)／Σ｛W(i)｝
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの帯域割り当て方法。
6. 複数の加入者側装置と同一の伝送路にて接続され、前記加入者側装置から自装置への伝送を時分割多重とし、自装置から前記加入者側装置方向の伝送を同報として前記加入者側装置に対して可変長パケットの双方向通信を行うポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの局側装置であって、
   前記伝送路に接続され、帯域要求信号により通知される前記加入者側装置からの送信待ちデータ量を受信する回線インタフェース機能部と、
   前記送信待ちデータ量に基づいて前記加入者側装置の帯域割当をスケジューリングし、該帯域割当に基づいて前記加入者側装置に送信許可信号を送信することで上り送信タイミングを指示する帯域制御機能部とを有し、
   前記帯域制御機能部は、１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量と全加入者側装置から通知された送信待ちデータ量の総和とを比較し、
   １回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量に対する、全加入者側装置から通知された送信待ちデータ量の総和の割合が、閾値未満のとき低負荷状態とし、閾値以上のと高負荷状態とし、１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量よりも、全加入者側装置から通知された送信待ちデータ量の総和が大きいとき過負荷状態とし、
   前記低負荷状態では、１周期当りの総割り当てデータ量が下限値となるように、前記高負荷状態では、前記加入者側装置が要求するデータ量に等しい送信許可時間を割り当てるように、前記過負荷状態では、１周期当りの総割り当てデータ量が上限値となるように帯域割り当てをする
   ことを特徴とするポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの局側装置。
7. 前記帯域制御機能部は、１回の帯域更新周期にて割当可能なデータ量と全加入者側装置から通知された送信待ちデータ量の総和との比較を、毎周期毎に行う
   ことを特徴とする請求項６に記載のポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの局側装置。
8. 前記帯域制御機能部は、前記低負荷状態では、前記帯域要求信号とユーザデータとで送信許可時間を区別せずに受信し、前記高負荷状態及び前記過負荷状態では、区別して受信することを特徴とする請求項６または７に記載のポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの局側装置。
9. 前記帯域制御機能部は、前記低負荷状態では、前記下限値をBW_cycle_min、各加入者側装置の送信待ちデータ量をBW_req(i)としたとき、各加入者側装置に対する割当帯域BW(i)を、以下の式により求める
   BW(i)＝BW_cycle_min×BW_req(i)／Σ｛BW_req(i)｝
   ことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載のポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの局側装置。
10. 前記帯域制御機能部は、前記過負荷状態では、前記上限値をBW_cycle_max、各加入者側装置へ帯域割当する際に重みをW(i)としたとき、各加入者側装置に対する割当帯域BW(i)を、以下の式により求める
    BW(i)＝BW_cycle_max×W(i)／Σ｛W(i)｝
    ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載のポイント・トゥ・マルチポイント通信システムの局側装置。
    
    
    
    
    

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