JP2007049450A

JP2007049450A - 可変ｔｄｄ制御方法

Info

Publication number: JP2007049450A
Application number: JP2005231915A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ishizaki; 雅之石崎
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2007-02-22

Abstract

【課題】送信するデータ量を正確に測定し、可変ＴＤＤ方式における伝送遅延を低減する。
【解決手段】可変ＴＤＤ方式により無線通信を行う無線局の各々において、ＬＡＮから入力されたデータとその有効データ長をデータ保持手段に保持し、各無線フレーム区間において、この保持手段に保持されたデータすべての有効データ長の合計を送信データ量として測定するとともに相手局へ通知し、この測定されたデータ量の比に応じて無線フレーム区間の送受時間比を決定する。これによりＴＤＤ比が実際のデータ量に応じた値となり、伝送容量が有効に利用されて伝送遅延を低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変ＴＤＤ制御方法に関するものであり、特に送受信区間の比を決定するデータ量の測定を正確に行えるようにした可変ＴＤＤ制御方法に関するものである。

ネットワークのブロードバンド化が進み、河川、離島など地理的に有線で布設することが困難な地域においても、無線回線を用いたネットワークのブロードバンド化が図られている。

このような無線回線を構築する装置として、上り／下りの回線を別の周波数チャネルで構成する周波数多重（ＦＤＤ：Frequency Division Duplex）方式と、同一周波数チャネルを時分割多重して上り／下り回線を構成する時分割多重（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式を用いたものがある。一般にＴＤＤ方式の方が周波数有効利用の観点から優れており、本発明はこのＴＤＤ方式を用いたシステムに関連したものである。

図２は、ＴＤＤ方式を用いた無線回線のフレーム構成例を示したもので、無線局１の送受信タイミングと無線局２の送受信タイミングは、対向する無線局同士で同期を取りながら、１つの無線フレーム区間Ｔごとに送信と受信を交互に行うことで双方向通信を実現している。１つの無線フレーム区間Ｔ内は、図２下部に示したように、送信区間と受信区間からなっていて、そのそれぞれがガードタイムとユーザデータ情報から構成される。

ガードタイムは、送受信を交互に切替えながら通信を行う際に送信信号と受信信号が衝突しないように設定されている時間であり、無線局間距離によって異なる無線伝搬遅延を吸収するためにも使用される。一方、ユーザデータエリアは、無線局で送受されるデータエリアである。黒塗りの矢印で示した無線フレームタイミングＦＴは、無線局内部の各装置間の同期を取るために使用するタイミングであり、無線フレームの先頭を表している。また、このタイミングの使用方法については後述する。

図３は、ＴＤＤ方式を用いた通信システムの構成例で、ＬＡＮ３とＬＡＮ４の間が無線局１と無線局２によって無線接続されている。この図では無線局１についてのみ内部の装置構成を詳細に記載しており、無線局２の内部構成は無線局１のそれと同様である。

ＬＡＮ３からのユーザデータは、例えばイーサネット（登録商標）コントローラ３−４を介してＬＡＮ受信データ保持回路３−６へ保持される。無線フレーム生成回路３−５は無線送受信装置３−１から入力される無線フレームタイミングＦＴをトリガにして、ＬＡＮ受信データ保持回路３−６に保持されたからＬＡＮ受信データを参照し、図２に示した無線フレームの生成処理を行う。その生成された無線フレームデータは無線送受信装置３−１へ入力され、対向の無線局２へ無線送信される。

一方、ＬＡＮ４から上記と同様にして無線局２経由で送信されてきた信号は、無線送受信装置３−１で受信・復号され、無線フレームタイミングＦＴと同期してＬＡＮ送信データ生成回路３−２へ入力される。ＬＡＮ送信データ生成回路３−２では入力された無線フレームタイミングをトリガとして復調された無線フレームデータからユーザデータを抽出し、その抽出したユーザデータはＬＡＮへの送信データとしてＬＡＮ送信データ保持回路３−３へ保持される。イーサネットコントローラ３−４はＬＡＮ送信データ保持回路３−３にＬＡＮ送信データが保持される毎に、そのデータをＬＡＮ３へ送信する。

上記のような動作を無線フレーム周期ごとに対向する無線局同士で行うことにより、ＬＡＮ３、ＬＡＮ４間でユーザデータが伝送される。このようなＴＤＤ方式の公知例は、例えば特許文献１に開示されている。
特開２００４−７２６６６

通常、ＴＤＤ方式では通信中の送信時間と受信時間の比率は１：１が用いられるが、トラフィック量に応じて送受の時間比を可変する、可変ＴＤＤシステムが周波数有効利用の観点より注目されている。すなわち、ネットワーク間で授受されるデータ量は時間と共に変動し、かつ、上り下り方向によってデータ量が偏る。そのような偏りに対して可変ＴＤＤシステムでは、対向するそれぞれの無線局の送信データ量をオンラインで測定し、その結果に応じて最適な送受信時間比となるよう制御するため、無駄なく周波数の有効利用が図られる。

この可変ＴＤＤ方式を用いたシステムに関する技術が、本件と同一出願人により関連先行技術(特願２００４−３５３５６３）として出願されている。この関連先行技術で用いられているデータ量測定方法を説明するが、この方法は、一般的なイーサネットインタフェースを装備する装置を用いての送信データ量測定方法である。

図４は、ＬＡＮからの受信データを測定するときのイーサネットインタフェース装置構成を示したもので、ＬＡＮからのユーザデータは、イーサネットフレーム形式でイーサネットコントローラ４−３へ入力され、ＬＡＮ受信データ保持回路４−１へコピーされる。そのコピーされたデータは、イーサネットフレーム解析回路４−２によってデータの中身が解析される。以降、ＬＡＮ受信データ保持回路４−１にコピーされていながら、まだイーサネットフレーム解析回路４−２が解析していないデータをＬＡＮ受信データと呼ぶものとする。ＬＡＮ受信データ量測定回路４−５は、ＬＡＮ受信データ保持回路４−１を参照してＬＡＮ受信データ量を測定し、その測定結果をイーサネットフレーム解析回路４−２へ通知する。このＬＡＮ受信データ量測定方法の詳細については後述する。イーサネットフレーム解析回路４−２は、通知されたＬＡＮ受信データ量を使用してフレーム解析を行い、その結果を上位レイヤアプリケーション処理回路４−６へ送る。

図５は、ＬＡＮ受信データ保持回路４−１のメモリマップ例で、Ｄａｔａ領域、Ｌｅｎｇｔｈ領域、ＯＷＮ領域に区切られ、さらに各領域がそれぞれＮ個のエリアに区切られている。これら各領域をＤａｔａ（ｊ）、Ｌｅｎｇｔｈ（ｊ）、ＯＷＮ（ｊ）、ｊ＝１〜Ｎと表すと、各ｊに対してＤａｔａ（ｊ）、Ｌｅｎｇｔｈ（ｊ）、ＯＷＮ（ｊ）は１組の情報として関連付けられ、１つのＬＡＮ受信データの情報がその１組のエリアに格納される。以降、この関連付けられた組をＬＡＮ受信データブロックと呼ぶものとする。

任意のｊに対して、領域Ｄａｔａ（ｊ）にはＬＡＮ受信データ（イーサネットフレームデータ）１つのみが格納され、その有効データ長(実際のデータ長)がＬｅｎｇｔｈ（ｊ）に格納される。ここで各Ｄａｔａ（ｊ）の大きさは固定長（以降、この固定長をＬとする）であり、かつ、１つのデータしか格納されない。すなわち、Ｄａｔａ（ｊ）内に格納されているＬＡＮ受信データの有効データ長がＬに対して非常に小さい場合でも、残っているＤａｔａ（ｊ）エリアに別のＬＡＮ受信データは格納されない。逆に有効データ長がＬよりも大きく１つのＤａｔａ（ｊ）領域内に収まらない場合には、次のＤａｔａ（ｊ＋１）領域に続きのデータが格納される。ＯＷＮ（ｊ）領域には、Ｄａｔａ（ｊ）領域にＬＡＮ受信データが格納されているとき「１」が、格納されていないとき「０」が格納される。

図６は、図５に示したＬＡＮ受信データ保持回路に格納されたデータ量を測定するための、ＬＡＮ受信データ量測定回路４−５の処理を示すフローチャートである。同図において、まずＬＡＮ受信データ量の積算値ａを「０」に初期化し(ステップ６−１)、ＬＡＮ受信データブロックを示すポインタｂ（以降、メモリポインタと呼ぶものとする）を「１」に初期化する（ステップ６−２)。次いで、ＯＷＮ（ｂ）が「１」であるかどうかを判定し(ステップ６−３)、「１」であればＤａｔａ（ｂ）に有効ＬＡＮ受信データが格納されているので積算値ａにＬ(領域Ｄａｔａ（ｂ）の長さ)を加算する(ステップ６−４)。ＯＷＮ（ｂ）が［０］のときは、ステップ６−４をスキップする。

次に、ポインタｂを＋１更新し(ステップ６−５)、ポインタｂがＮを超えたかどうかを判定する(ステップ６−６)。ｂがＮを超えない場合は全てのＯＷＮ領域の判定処理を行っていないので、ステップ６−３に戻って同様の処理を行うが、ポインタｂがＮを超えた場合は、全てのＯＷＮ領域の判定処理を終了したことになるため、ステップ６−７へすすみ、積算値ａをＬＡＮ受信データ量としてイーサネットフレーム解析回路４−２へ送る(ステップ６−７)。この積算値ａは、ＬＡＮ受信データ保持回路４−１に保存されているＬＡＮ受信データ数にＬを掛け合わせた値となっている。

しかし上記方法で求めたＬＡＮ受信データ量は、個々のＬＡＮ受信データ長を一律Ｌとして積算しているので、実際の有効データ長の合計値とは異なっている。実際の有効データ長との差を低減させるには、Ｌを小さくすれば良いが、そうするとＬｅｎｇｔｈ領域およびＯＷＮ領域の個数が増えることになり、ＬＡＮ受信データ保持回路容量の利用効率が下がる。ＬＡＮ受信データ保持回路容量の利用効率が低下すると、ＬＡＮ受信データ保持回路のオーバーフローを引き起こし易くなり、データ破棄の発生頻度が高くなる等の問題があり、Ｄａｔａ領域の長さＬをあまり小さくすることはできない。

従って、図６に示したような受信データ量の測定方法では、測定したＬＡＮ受信データ量が実際のデータ量の合計値と異なってしまう可能性があり、このことは可変ＴＤＤ比制御方式で通信する無線局の動作に以下に述べるような問題を生じる。

図７は、可変ＴＤＤ比制御方式を用いたシステムの、無線局間で使用される無線フレームの説明図で、１フレーム区間のみを示している。可変でないＴＤＤ方式の、図２で説明した構成と同様に、１フレーム区間は送信区間と受信区間からなっている。しかし可変ＴＤＤ方式の場合は、ユーザデータ情報の長さが可変であり、その長さを示すＬＡＮ受信データ量情報がユーザデータ情報に付加されている。

図８は、ＴＤＤ比可変方式で１無線フレーム区間内の送信、受信両区間のユーザデータ情報を合わせた長さを１２個のタイムスロットに分割し、このタイムスロット単位でデータ長を可変制御する場合を示している。この図で、１タイムスロットの長さは１００バイトであり、図中の数字はユーザデータの送信に使える伝送容量をバイト数で表している。タイムスロットが１２個ということから、ＴＤＤ比種別は１：１１〜１１：１の１１種類である。

ここで、図８に示した可変ＴＤＤ制御を行う無線システムで、ある無線フレーム区間(フレーム＃１)に無線局１へ９００バイトのＬＡＮデータが１パケット入力され、無線局２には前記無線フレーム区間(フレーム＃１)から以降に続く無線フレーム区間(フレーム＃２，＃３)に対して継続的に１００バイトのＬＡＮデータが３パケットずつ入力された場合を考える。図６で説明した従来のデータ量測定方法を用いると、検出されるデータ量は、データが格納されているブロック数に比例した値となる。今の場合、まずフレーム＃１では、無線局１において１パケット(９００バイト)のデータが１つのブロックに入力され、無線局２においては１００バイトずつの３パケットが３つのブロックにそれぞれ入力されるので、検出されるデータ量の比は無線局１：無線局２＝１：３の割合になる。可変ＴＤＤ方式ではこのデータ量の比によってＴＤＤ比が決定されるので、図８の場合にはＴＤＤ比は３：９となる。

図９は、無線局１，２間のデータ通信の動作状態を示したもので、上記のフレーム＃１においてはＴＤＤ比が３：９となるから、無線局１では３００バイトの伝送容量が与えられて
９００バイト中の３００バイトのみが送信され、無線局２では９００バイトの伝送容量が与えられて１００バイトのデータ３個が送信される。次のフレーム＃２では、無線局１には新たな入力パケットはないが、まだ先に入力されていたデータが１つのブロックに６００バイト残っている。一方、無線局２へは新たに１００バイトのパケット３個が３ブロックへ入力されるので、このフレームでもデータ量の測定結果は１：３で、ＴＤＤ比は３：９とされる。従って無線局１では残り６００バイト中の３００バイトが送信され、無線局２では入力された１００バイト×３パケットのデータすべてが送信される。次のフレーム＃３でも同様であって、このフレームでの送信が終わって初めて無線局１へ入力された９００バイトデータの送信が完了することになる。

以上に示したように、従来のデータ量測定方法によると、測定されるＬＡＮ受信データ量が実際のデータ量とは異なるため、最適なＴＤＤ比が設定されなかった。その結果、トラフィック量が多いのにも関わらず、狭い伝送容量しか与えられず、伝搬遅延が増加するという現象が発生していた。

本発明は、上記の問題を解決し、簡易でかつ高精度なＬＡＮ受信データ量測定方法を実現することによって、より合理的にＴＤＤ比を決定できるようにした可変ＴＤＤ制御方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、可変ＴＤＤ方式を用いて双方向無線回線を構成している無線局の各々が、ＬＡＮから入力され自局の保持回路に保持しているデータの合計量を処理手段により測定するとともにその測定したデータの合計量を互いに相手局へ通知し、各局は自局で測定したデータの合計量と相手局から通知されたデータの合計量の比に応じて無線フレーム区間の分割比を自局の制御手段により決定するようにした可変ＴＤＤ制御方法であって、
各無線局では、ＬＡＮからのイーサネットパケットに含まれる各データのデータ長を当該データとともに前記保持手段に格納し、前記処理手段は、前記保持手段に格納された各データのデータ長の積算値を算出して前記データの合計量とするとともに互いに相手局へ通知し、このようにして計測されたデータの合計量を用いて前記制御手段は前記分割比の決定を行うようにしたことを特徴とする可変ＴＤＤ制御方法を開示する。

本発明によれば、ＬＡＮ受信データ量に各ＬＡＮ受信データのデータ長が反映されるため、処理量を増加させることなく、より精度の高いＬＡＮ受信データ量測定が可能となり、ＴＤＤ比を実際のデータ量の比に近い値に決定できるので、データ伝送の遅延を少なくすることができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１０は、可変ＴＤＤ方式を用いた無線局の装置構成を示すブロック図で、イーサネットコントローラ１０−４、無線送受信装置１０−１、ＬＡＮ受信データ保持回路１０−６、無線フレーム生成回路１０−５、ＬＡＮ送信データ生成回路１０−２及びＬＡＮ送信データ保持回路１０−３は、データ送受信の主経路を構成する部分で、その構成及び動作は無線送受信装置におけるＴＤＤ比制御の機能を除けば、可変でないＴＤＤ方式の場合の図３と同様である。

図１０の無線局１０におけるＴＤＤ比制御の動作は次のようである。ＬＡＮ受信データ量測定回路１０−７は、無線送受信装置１０−１から入力される無線フレームタイミングＦＴをトリガに、ＬＡＮ受信データ保持回路１０−６を参照してＬＡＮ受信データ量αの測定を行う。そして測定されたＬＡＮ受信データ量を無線送受信装置１０−１及びＴＤＤ比決定回路１０−８へ通知して、その無線フレーム区間内の処理を終了する。無線送受信装置１０−１は、通知されたＬＡＮ受信データ量αを無線フレーム構成中のＬＡＮ受信データ情報として、対向する無線局へ無線送信する。このときの無線フレームを＃ｎとすると、フレーム＃ｎで送信されるＬＡＮ受信データ量αは、次のフレーム＃ｎ＋１で送信されるデータの長さである。

対向する無線局からも同様にして無線局１０が次のフレーム＃ｎ＋１で受信するデータの量を＃ｎフレームのＬＡＮ受信デー量情報として送ってくるから無線局１０ではこれを受信・復調後、無線フレーム構成内のＬＡＮ受信データ量情報βを抽出し、ＴＤＤ比決定回路１０−８へ入力する。

ＴＤＤ比決定回路１０−８では、図８で説明したＴＤＤ比を用いるものとして、各無線局が測定したＬＡＮ受信データ量の比率α：βに最も近いＴＤＤ比を前述のＴＤＤ比種別（１：１１〜１１：１）の中から選択し、設定する。これにより上り／下り回線の伝送容量がトラフィック量に応じた値に制御される。しかし、ＬＡＮ受信データ量の測定精度が高くないと、前述したような問題が発生する。

そこで本発明では、ＬＡＮ受信データ測定回路１０−７におけるデータ量の測定方法として、高精度のものを用いる。図１は、その測定法の例を示すフローチャートである。ここでＬＡＮ受信データ保持回路のメモリマップは、図５で説明したのと同じであるとする。図１において、まずＬＡＮ受信データ量積算値ａを「０」に初期化し(ステップ１−１)、メモリポインタｂを「１」に初期化する(ステップ１−２）。

次に、ＯＷＮ（ｂ）が「１」であるかどうか、すなわちＤａｔａ（ｂ）にＬＡＮ受信データが格納されているかどうかを判定し(ステップ１−３)、ＬＡＮ受信データが格納されていると判定した場合は、ＬＡＮ受信データ保持回路に保存されているＬＡＮ受信データの有効データ長Ｌｅｎｇｔｈ（ｂ）を積算値ａに加算する(ステップ１−４)。ＯＷＮ（ｂ）が「０」のときはステップ１−４はスキップする。次にメモリポインタｂを＋１更新し(ステップ１−５)、メモリポインタｂがＮを超えたかどうかを判定する(ステップ１−６)。Ｎを超えない場合は全てのＯＷＮ領域の判定処理を行っていないので、ステップ１−３に戻って同様の処理を繰り返し、メモリポインタｂがＮを超えた場合は、全てのＯＷＮ領域の判定処理を終了したことになるので、そのときの積算値ａをユーザデータ量の測定値として出力する(ステップ１−７)。

以上の説明から分かるように、図１のデータ量測定方法によると、ＬＡＮ受信データ保持回路に保存されている各ＬＡＮ受信データ長Ｌｅｎｇｔｈ（ｂ），ｂ＝１〜Ｎの加算値がデータ量として測定されるから、実際のデータ量が正確に求められる。

ここで、図１の測定方法でデータ量を測定した時のＴＤＤ比決定動作の例を、図９と同じ条件の場合について、図１１を用いて説明する。すなわち、無線局１へある無線フレーム区間(フレーム＃１)に９００バイトのＬＡＮデータが１パケット入力され、無線局２には前記無線フレーム区間(フレーム＃１)から以降に続く無線フレーム区間(フレーム＃２、＃３）に対して継続的に１００バイトのＬＡＮデータが３パケットずつ入力された場合を考える。

この場合、本発明による図１のデータ量測定方法では、測定されるＬＡＮ受信データ量には各ＬＡＮ受信データの有効データ長が反映されるため、フレーム＃１に対して無線局１ではデータ量α＝９００バイト、無線局２ではデータ量β＝３００バイトとなり、従ってこのときのＴＤＤ比は、図１１に示したようにα：β＝３：１となり、無線局１の送信に９００バイト、無線局２の送信に３００バイトの伝送容量が与えられる。こうしてフレーム＃１で無線局１のデータの送信は終わってしまい、無線局２にもデータは残らない。続くフレーム＃２、＃３では、無線局１には送信するデータがなく、従ってＴＤＤ比は図８の１：１１に決定される。こうして無線局２から各フレームごとに３００バイトずつのデータが無線局１へ送信される。こうして両無線局のＬＡＮ受信データはすべて１無線フレーム区間で送信でき、無線局１から無線局２への伝搬遅延は１無線フレーム分のみとなる。

なお、以上の説明では、ＴＤＤ比は図８の１１種類のひとつを選択するものとしているが、これが別の選択方法であっても、データ量を正確に測定することで伝送遅延を低減できることは明らかである。

ＬＡＮ受信データ量測定処理のフローチャート（本発明）である。無線フレーム構成図（ＴＤＤ方式）である。ＴＤＤ方式の無線通信システム構成例である。ＬＡＮ受信データ量測定時のイーサネットインタフェース装置構成図である。ＬＡＮ受信データ保持回路のメモリマップ例である。ＬＡＮ受信データ量測定処理のフローチャート（従来技術）である。無線フレーム構成図（可変ＴＤＤ方式）である。可変ＴＤＤ方式のＴＤＤ比選択パターンの例ＬＡＮ受信データの送信動作例（従来技術）可変ＴＤＤ方式無線局の装置構成例ＬＡＮ受信データの送信動作例（本発明）

符号の説明

１０−１無線送受信装置
１０−２ＬＡＮ送信データ生成回路
１０−３ＬＡＮ送信データ保持回路
１０−４イーサネットコントローラ
１０−５無線フレーム生成回路
１０−６ＬＡＮ受信データ保持回路
１０−７ＬＡＮ受信データ量測定回路
１０−８ＴＤＤ比決定回路

Claims

可変ＴＤＤ方式を用いて双方向無線回線を構成している無線局の各々が、ＬＡＮから入力され自局の保持回路に保持しているデータの合計量を処理手段により測定するとともにその測定したデータの合計量を互いに相手局へ通知し、各局は自局で測定したデータの合計量と相手局から通知されたデータの合計量の比に応じて無線フレーム区間の分割比を自局の制御手段により決定するようにした可変ＴＤＤ制御方法であって、
各無線局では、ＬＡＮからのイーサネットパケットに含まれる各データのデータ長を当該データとともに前記保持手段に格納し、前記処理手段は、前記保持手段に格納された各データのデータ長の積算値を算出して前記データの合計量とするとともに互いに相手局へ通知し、このようにして計測されたデータの合計量を用いて前記制御手段は前記分割比の決定を行うようにしたことを特徴とする可変ＴＤＤ制御方法。