JP2008211475A

JP2008211475A - 通信リソース割り当て方法及び該方法を実行する装置

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Publication number: JP2008211475A
Application number: JP2007045722A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Nakahira; 勝也中平; Sei Kobayashi; 聖小林; Kohei Ohata; 浩平大幡
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2027-02-26
Also published as: JP4449992B2

Abstract

【課題】通信リソースを有効的に利用することのできる通信リソース割り当て方法及び該方法を実行する装置を提供する。
【解決手段】基地局は、所定の時間区間における通信リソースのスケジュールを行い、スケジュールを行う度にスケジュール番号をあらかじめ定められた順序で単調に変更し、通信リソースとスケジュール番号を端末局に通知し、端末局は、通知された通信リソースとスケジュール番号を少なくとも１組保持し、基地局は、現在使用するスケジュール番号Ｍを全端末局に報知し、端末局は、Ｍと一致するスケジュール番号の通信リソースを用いて通信し、Ｍと一致するスケジュール番号の通信リソースを保持しない場合は通信を停止する。
【選択図】図９

Description

本発明は、定期的な通信とオンデマンド通信が混在する通信において、通信リソースの有効利用を図ることを目的とした、通信リソースの割り当て方法及び該方法を実行する装置に関するものである。

通信路を共有する複数の端末局に対する通信リソースの割り当て方法について従来の技術を述べる。

図１は、ターゲットとするマルチポイント通信システムの構成例である。端末局は基地局と通信を行い、通信路は全端末局で共有する。通信路は、有線でも無線であっても良い。また、端末局と基地局は通信衛星を経由して通信する形態であっても良い。複数の端末局が同一の通信リソースを用いて通信を行うと、お互いの信号がオーバーラップし、正常な通信が行われない。一方、通信リソースがオーバーラップしないように端末局に固定的に通信リソースを割り当てると、通信を行っていない端末局にも通信リソースが必要となり、無駄が生じる。よって、通信リソースを有効的に利用するには、通信状況に応じて通信リソースを端末局に動的に割り当てる技術が必要となる。

従来技術１の概要を図２に示す。端末局の通信開始要求時に通信リソースを割り当て、通信終了要求時に通信リソースを解放する。しかし、通信開始要求から通信終了要求までの間の実際の通信は、離散的に行われる。つまり、通信が行われる時間帯と、行われない時間帯が存在する。このとき、通信が行われない時間帯も、通信リソースが与えられているため、通信リソースが無駄になる。従来技術１のような通信リソースの割り当て方法の具体的実施例としては、非特許文献１、及び２のＤＡＭＡ方式（Demand Assignment Multiple Access:要求時割当て方式）や、非特許文献３のＰＰＰｏＥ（Point-to-Point Protocol over Ethernet（登録商標））がこれに相当する。従来技術１は、あらかじめ通信の状況が分からないネットワークに用いられることが多い。

従来技術１に対し、従来技術２は、あらかじめ決まった通信、または、予想可能な通信が行われるネットワークに用いられる。このようなネットワークの例としては、センサネットワークが考えられる。センサネットワークは、主に小電力でメンテナンス不要な無数にばらまかれた無線センサ端末が基地局にセンサ情報を発信し、収集されたセンサ情報を加工することで安心・安全・快適な生活に向けた新たなサービス提供を実現する。センサネットワークにおいては基地局が通信内容に応じて出来るだけ余剰が発生しないように通信リソースをスケジュールする。その結果、通信が行われないにも関わらず、通信リソースを与えることがなくなり、通信リソースの有効利用が可能になる。具体的な実施例としては、特許文献１がある。

しかしながら、従来技術２は、図３に示すように、当初予定していた通信に対し、新たな通信が加わる場合に問題が発生する。この場合、図４に示すように、当初予定していた通信内容に応じて出来るだけ余剰が発生しないように通信リソースをスケジュールする。図では通信期間中の全ての時間リソースと周波数帯域リソースを隙間無く端末局に与えて通信を行う。しかし、当初より通信量が多くなると、スケジュールした通信リソースでは通信の多くなった部分の通信ができない。また、当初より通信量が少なくなると、スケジュールした通信リソースでは余剰が発生する。これは、スケジュールした段階で全てのリソースを隙間無く端末局に与えたためである。これに対応する手段として、図５に示すように、あらかじめリソースに余剰分を確保する方法が考えられる。しかし、余剰リソースが使用されなかった場合には、リソースに無駄が生じる。また、変化した通信量に対して通信リソースのスケジュールをやり直し、再度通知する方法が考えられる。しかし、通知する通信リソース情報が輻輳し時間遅延が発生したり欠落すると、旧スケジュールと新スケジュールの通信リソースを用いる端末局が混在してしまう。その結果、通信リソースの重複や未使用が発生する。

特開２００３−２７２０７９号公報衛星電話（ＤＡＭＡ）サービス、 http://www.superbird.co.jp/services/dama.html 衛星を使った移動通信インマルサットやイリジウム、 http://www.sys.cs.meiji.ac.jp/~masao/Board/link/2-2/inmarsat-iridium.html A Method for Transmitting PPP Over Ethernet(PPPoE), http://www.ietf.org/rfc/rfc2516.txt

上述した通信リソース割り当て方法では、下記のような通信に対し、通信リソースの余剰または不足が発生し、通信リソースの有効利用が出来ない。
１．あらかじめ通信量が決まっている通信とランダムに変動する通信が混在する通信
２．短い時間範囲では通信量が決まっているが、より長い時間範囲では通信量が変わる通信
そこで、本発明は、上記のような通信においても、通信リソースを有効的に利用することのできる通信リソース割り当て方法及び該方法を実行する装置を提供することを目的とする。

本発明による通信リソース割り当て方法によれば、複数の端末局と少なくとも１つの基地局から構成され、端末局が通信路を共用するマルチポイント通信システムでの端末局への通信リソース割り当て方法において、基地局は、所定の時間区間における通信リソースのスケジュールを行い、スケジュールを行う度にスケジュール番号をあらかじめ定められた順序で単調に変更し、通信リソースとスケジュール番号を端末局に通知し、端末局は、通知された通信リソースとスケジュール番号を少なくとも１組保持し、基地局は、現在使用するスケジュール番号Ｍを全端末局に報知し、端末局は、Ｍと一致するスケジュール番号の通信リソースを用いて通信し、Ｍと一致するスケジュール番号の通信リソースを保持しない場合は通信を停止することを特徴とする。従って、それぞれの端末局は、基地局がスケジュールした同一スケジュール番号の通信リソースを用いて通信することができる。言い換えると、異なったスケジュール番号の通信リソースを用いることがないため、リソースの有効活用を行うことができる。

また、本発明の通信リソース割り当て方法における他の実施形態によれば、基地局は、現在使用するスケジュール番号Ｍと次に使用するスケジュール番号Ｎとスケジュール番号Ｎの通信リソースを使用開始する時間Ｔと、である報知情報を全端末局に報知し、端末局は、Ｔ以降の時間はＮと一致するスケジュール番号の通信リソースを用いて通信し、Ｎと一致するスケジュール番号の通信リソースを保持しない場合は通信を停止することも好ましい。つまり、現在使用するスケジュール番号のみの報知では、スケジュールを切り替える最小周期は報知情報の送信周期であるが、本方法によれば、スケジュールが切り替える時間をピンポイントで指定できるため、リソースの有効活用を行うことができる。

また、本発明の通信リソース割り当て方法における他の実施形態によれば、基地局が、報知情報を全端末局へ報知する時間タイミングは、少なくとも、スケジュール番号Ｍを使用開始する時間を含むことも好ましい。本方法によれば、現在使用するスケジュール番号の報知周期に、スケジュールを切り替える周期を含めるためリソースの有効活用を行うことができる。

また、本発明の通信リソース割り当て方法における他の実施形態によれば、基地局が、報知情報を全端末局へ報知する時間タイミングを一定間隔Ｄとし、端末局が間隔Ｄ毎に報知情報を受け取らなかった場合、端末局は通信を停止することも好ましい。報知情報の受け取りに失敗した端末局が通信を行うと、新・旧スケジュール番号の通信リソースが同時に用いられることになり、通信の衝突や、未使用の通信リソースが発生するが、本方式によればこれらを回避できるためリソースの有効活用を行うことができる。

また、本発明の通信リソース割り当て方法における他の実施形態によれば、複数の端末局と少なくとも１つの基地局から構成され、端末局が通信路を共用するマルチポイント通信システムでの端末局への通信リソース割り当て方法において、基地局は、所定の時間区間における通信リソースのスケジュールを行い、スケジュールを行う度に端末局に通信リソースと通信リソースを使用開始する時間Ｔ２を通知し、端末局は、通知された通信リソースと時間Ｔ２との組み合わせを少なくとも１組保持し、端末局は、Ｔ２以降の時間はＴ２と組み合わせて保持していた通信リソースを用いて通信することを特徴とする。報知情報の量が多くなればなるほど、実際の通信に用いることのできる通信リソースが少なくなるが、本方法によれば、報知情報が不必要となるためリソースの有効活用を行うことができる。

また、本発明の通信リソース割り当て方法において、通信リソースは、時間、周波数、電力、変復調方式、誤り訂正方式の少なくとも１つ以上を含んでいることを特徴とする。

また、本発明による基地局装置によれば、複数の端末局と少なくとも１つの基地局から構成され、端末局が通信路を共用するマルチポイント通信システムでの基地局装置は、端末局との送受信を行うモデムと、端末局毎の通信内容が記憶された端末ＤＢと、通信リソースのスケジュールを行う通信リソーススケジュール部と、スケジュール内容から端末局毎に通知すべき通信リソースを生成する通知情報生成部とを備えている。

また、本発明による基地局装置は、一定周期でスケジュール番号を報知する報知情報生成部を更に備えていることも好ましい。

また、本発明による端末局装置によれば、複数の端末局と少なくとも１つの基地局から構成され、端末局が通信路を共用するマルチポイント通信システムでの端末局装置は、基地局と送受信を行うモデムと、通知された複数の通信リソースを格納する通信リソースＤＢと、通信リソースの選択を行う通信リソース切り替え部とを備えている。

また、本発明による端末局装置の通信リソース切り替え部は、時間的に最も遅い切り替え時間で示される通信リソースを選択することも好ましい。

本発明によれば、端末局の通信内容に基づきスケジュールされた通信リソースに対し、基地局から通知される情報を基に、端末局が通信リソースの選択を行うことで、通信リソースを効率的に使用することが出来る。

本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明は、有線、無線を問わずマルチポイント通信システムにおいて実施することができるが、以下では、無線通信路を前提に説明を進める。

端末局が基地局と通信を行うための通信リソースは、時間、周波数、電力、変復調方式、誤り訂正方式等が考えられる。時間と周波数に関しては、複数の端末局が同一のものを用いて通信を行うと、お互いの信号がオーバーラップし、正常な通信が行われない。一方、通信リソースがオーバーラップしないように端末局に固定的に割り当てると、通信を行っていない端末局にも通信リソースが必要となり、無駄が生じる。よって、通信リソースを有効的に利用するには、通信リソースを端末局に動的に割り当てる必要がある。

電力に関しては、端末局が移動体の場合には、駆動バッテリの節約の観点から、出来るだけ低い方が望ましい。変復調方式、誤り訂正方式に関しては、モデムの特性に応じて割り当てる必要がある。図６は、変復調方式、誤り訂正方式の選択方法を示したものである。図中のＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、１６ＱＡＭが変復調方式、１／２、１／３、３／４、７／８が誤り訂正方式である。端末局の受信電力／雑音電力と伝送速度／周波数帯域の関係から変復調方式、誤り訂正方式を選択する。雑音電力は端末局の性能により一意に決定することができるため、端末局の電力、周波数、伝送速度から変復調方式、誤り訂正方式が選択されることになる。

ところで、本発明が対象とする通信は、通信が行われる以前に通信内容が明確な通信と通信が行われる以前には予想がつかないランダムな通信が混在するものである。例えば、マルチポイントに分散した多数のセンサからの定期的なデータに加えて、災害時にオンデマンドの緊急呼が発生する通信システムを想定している。具体的にはセンサネットワークではテレメータ等に代表されるように、センサから得られた物理情報を有線・無線ネットワークを介して収集し、様々な分析や制御に用いる。たとえば、工場の生産現場はセンサが最も活躍する場所の一つであるが、そのような場所ではＦＡ（ファクトリオートメーション）という形で、複数のセンサの協調動作により複雑な工程を制御することが日常的に行われている。このような日常の通信では、通信量をあらかじめ予測することができる。日常の通信の他に、センサで地震やその他の災害につながるような異常を検出した場合は、緊急内容を知らせるためのオンデマンド通信が加わる。

センサネットワークで発生する通信の一例を表１に示す。

センサ（端末局）の種類毎に通信量や通信間隔が異なる。センシングデータは、緊急性が少ないため、次回のセンシング時間までの間（許容遅延）に基地局へ送信が完了すればよい。この性質を利用して、通信リソースの有効利用が可能となる。つまり、図７に示すように、端末局の通信量と通信終了までの許容遅延を考慮して、時間リソースを端末局にスケジュールする。ここでは、時間のみの例を示したが、実際には、周波数、電力、変復調方式、誤り訂正方式も組み合わせてスケジュールを行う。スケジュールされた通信リソースは端末局に通知され、端末局は通知された通信リソースを用いて通信を行う。

上記した通信に加え、端末局の追加や削除で通信内容が変化した場合や、突発的な要求呼が発生した場合を考えてみる。単純に再度スケジュールを行い再度通信リソースを通知すると、通信リソースの変更を受信した端末局と、何らかの理由で通信リソースの変更を受信出来なかった端末局とが混在する状況が発生するという問題が発生する。特に無線の場合には通信路の遅延や劣化により、通信リソースの通知に失敗する端末局が発生する。このような状況下では、同時に同じ通信リソースを用いた通信が行われてしまうため、通信の衝突が発生し、その結果、通信リソースが無駄となってしまう。本発明によれば、この状況を回避し、全端末が同一のスケジュールに所属する通信リソースを用いて、通信することができる。この方法について、以下に述べる。

図８は、本発明による通信リソースのスケジュール方法を示す。基地局では、端末局の通信量から最も通信リソースが有効利用できるような通信リソースのスケジュールテーブルの作成を行う。また、当初予定していた通信が変化した場合には通信リソースの再スケジュールを行う。このとき、スケジュールを行う度にスケジュールのテーブル番号をあらかじめ決められた順序で変更する。

図９は、各端末への通信リソースの割り当て方法を示す。スケジュール毎に通信リソースのテーブルの作成とテーブル番号の変更を行う。次に、生成されたテーブルから端末局毎に割り当てた通信リソースを抜き出す。そして、端末局へ通信リソースとテーブル番号を通知する。ここで述べた、基地局でのテーブルの生成から端末局への通知の一連の処理は、新たなテーブルが生成される度に行われる。基地局では一定間隔で、その時点で最も有効な現行テーブル番号と、次のテーブルへの切り替え時間と、その切り替え時間で有効な切り替え後テーブル番号を全端末局に向けて報知（ブロードキャスト）する。一方、端末局では、報知される現行テーブル番号と一致する通信リソースを用いて通信を行う。同時に切り替え時間に切り替え後テーブル番号と一致する通信リソースに切り替えて通信を継続する。基本的には、ここで述べたシーケンスで基地局が有効と判断した通信リソースを端末局に割り当てることができる。

通信リソースは、テーブル番号毎にスケジュールされているため、報知情報の受信に失敗した端末が通信を行うと、他端末とは別のスケジュール番号の通信リソースを用いてしまう。これを避けるため、報知情報の受信に失敗した端末は、即座に通信を停止する。図１０に示すように報知情報は基地局からあらかじめ定めた一定周期で送信する。よって、定めた周期で報知情報を受信しなかった端末局は、報知情報の受信失敗と判断し、通信を停止することができる。

ところで、上述した方法では報知情報の送信するために別途通信リソースが必要となる。報知情報の送信間隔が短くなるほど、報知情報のための通信リソースが多くなり、その結果、実際の通信で使用できる通信リソースが少なくなる。そこで、図１１は、基地局からの報知情報を用いないシーケンスを示す。基地局では通信リソースのスケジュールを行う度に、通信リソースと、その通信リソースが最も有効利用できる切り替え時間を各端末局へ通知する。一方で、端末局は通知された内容に従って通信リソースを切り替え、通信を行う。ここで注意すべきは、スケジュールは任意のタイミングで行われるため、通知済みの通信リソースが無効となる場合が発生する点である。そこで、端末局は時間的に最も遅い切り替え時間で示される通信リソースを選択する。つまり、図１１で説明すると、リソース１ＡやリソースＮＡが時間Ｂ以降のリソースを含んでいたとしても、それぞれの端末局は最も遅い切り替え時間である時間Ｂで示されるリソース１ＢとリソースＮＢを選択する。また、報知情報を用いない場合には各端末がそれぞれに内蔵された時計の時刻に基づき切り替え処理を実行する必要があるため、各端末の時計の同期が必要となる。時計の同期方法としては、ＧＰＳや電波時計等の電波を受信する方法がある。

図１２、１３には本発明を実施するための基地局及び端末局のブロック構成図を示す。基地局は、端末局との送受信を行うモデムと、端末毎の通信内容が記憶された端末ＤＢ（データベース）と、端末からのオンデマンド通信の要求を受け取るオンデマンド通信ＩＦと、通信内容から通信リソースの有効利用が出来るように通信リソースのスケジュールを行う通信リソーススケジュール部と、スケジュール内容から端末毎に通知すべき通信リソース等を生成する通知情報生成部と、一定周期でスケジュール番号等を報知する報知情報生成部で構成される。また、端末局は、基地局と送受信を行うモデムと、通知された複数の通信リソースを格納する通信リソースＤＢと、通信リソースの選択を行う通信リソース切り替え部と、緊急呼などの自局内でのオンデマンド通信の発生を受け付けるオンデマンド通信ＩＦで構成される。なお、報知情報を用いない場合には、基地局では図１２の報知情報生成部を用いず、端末局では図１３の通信リソース切り替え部において時間的に最も遅い切り替え時間で示される通信リソースを選択する。

また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

マルチポイント通信システムの構成例を示す。従来技術における通信リソース割り当てを示す。端末毎の通信量を示す。通信量に対する通信リソース割り当て１を示す。通信量に対する通信リソース割り当て２を示す。モデム特性を示す。通信リソースの有効利用のためのスケジューリングを示す。本発明における通信量に対する通信リソースの割り当てを示す。本発明における通信リソース割り当てフローチャート１を示す。本発明における通信リソース割り当てフローチャート２を示す。本発明における通信リソース割り当てフローチャート３を示す。本発明における基地局の構成を示す。本発明における端末局の構成を示す。

Claims

複数の端末局と少なくとも１つの基地局から構成され、該端末局が通信路を共用するマルチポイント通信システムでの該端末局への通信リソース割り当て方法において、
前記基地局は、所定の時間区間における通信リソースのスケジュールを行い、該スケジュールを行う度にスケジュール番号をあらかじめ定められた順序で単調に変更し、該通信リソースと該スケジュール番号を前記端末局に通知し、
前記端末局は、通知された前記通信リソースと前記スケジュール番号を少なくとも１組保持し、
前記基地局は、現在使用するスケジュール番号Ｍを前記全端末局に報知し、
前記端末局は、前記Ｍと一致するスケジュール番号の通信リソースを用いて通信し、前記Ｍと一致するスケジュール番号の通信リソースを保持しない場合は通信を停止することを特徴とする通信リソース割り当て方法。
前記基地局は、現在使用するスケジュール番号Ｍと次に使用するスケジュール番号Ｎとスケジュール番号Ｎの通信リソースを使用開始する時間Ｔと、である報知情報を前記全端末局に報知し、
前記端末局は、前記Ｔ以降の時間は前記Ｎと一致するスケジュール番号の通信リソースを用いて通信し、前記Ｎと一致するスケジュール番号の通信リソースを保持しない場合は通信を停止することを特徴とする請求項１に記載の通信リソース割り当て方法。
前記基地局が、前記報知情報を前記全端末局へ報知する時間タイミングは、少なくとも、前記スケジュール番号Ｍを使用開始する時間を含むことを特徴とする請求項１に記載の通信リソース割り当て方法。
前記基地局が、前記報知情報を前記全端末局へ報知する時間タイミングを一定間隔Ｄとし、前記端末局が該間隔Ｄ毎に前記報知情報を受け取らなかった場合、前記端末局は通信を停止することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の通信リソース割り当て方法。
複数の端末局と少なくとも１つの基地局から構成され、該端末局が通信路を共用するマルチポイント通信システムでの該端末局への通信リソース割り当て方法において、
前記基地局は、所定の時間区間における通信リソースのスケジュールを行い、前記スケジュールを行う度に、前記端末局にスケジュールした前記通信リソースと前記通信リソースを使用開始する時間Ｔ２を通知し、
前記端末局は、通知された前記通信リソースと前記時間Ｔ２との組み合わせを少なくとも１組保持し、
前記端末局は、前記Ｔ２以降の時間は前記Ｔ２と組み合わせて保持していた通信リソースを用いて通信することを特徴とする通信リソース割り当て方法。
複数の端末局と少なくとも１つの基地局から構成され、該端末局が通信路を共用するマルチポイント通信システムでの基地局装置において、
前記端末局との送受信を行うモデムと、
前記端末局毎の通信内容が記憶された端末ＤＢと、
通信リソースのスケジュールを行う通信リソーススケジュール部と、
前記スケジュール内容から前記端末局毎に通知すべき通信リソースを生成する通知情報生成部と、
を備えていることを特徴とする基地局装置。
一定周期でスケジュール番号を報知する報知情報生成部を更に備えていることを特徴とする請求項６に記載の基地局装置。
複数の端末局と少なくとも１つの基地局から構成され、該端末局が通信路を共用するマルチポイント通信システムでの端末局装置において、
前記基地局と送受信を行うモデムと、
通知された複数の通信リソースを格納する通信リソースＤＢと、
前記通信リソースの選択を行う通信リソース切り替え部と、
を備えていることを特徴とする端末局装置。
前記通信リソース切り替え部は、時間的に最も遅い切り替え時間で示される通信リソースを選択することを特徴とする請求項８に記載の端末局装置