JP2014520474A - 無線通信システムにおける端末によるレンジング送信の方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端末が基地局にレンジング送信を行う方法を提供すること。
【解決手段】本発明による方法は、基地局からバックオフ窓情報を含むメッセージを受信するステップと、バックオフ窓情報に基づいてレンジング送信を行うステップと、を有し、バックオフ窓情報は、０番目のバックオフ窓のサイズＫ₀を表す情報を含み、ｘ番目（ここで、ｘは非負整数）のバックオフ窓のサイズＫ_xは、式Ｋ_x＝Ｋ₀／（２^x）によって決定され、この式で、ｘはレンジング再送信回数を表すことを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、無線通信に係り、特に、無線通信システムにおける端末によるレンジング送信の方法及びその装置に関する。

端末がネットワーク再進入及びネットワーク進入などの手順を行うとき、端末が基地局とのアップリンク通信のための送信パラメータ（周波数オフセット、時間オフセット及び送信電力）を調整する過程をレンジングという。

具体的には、レンジング手順は、初期レンジング、ハンドオーバレンジング、周期的レンジング及び帯域幅要求レンジングといった四つの用途に用いられる。初期レンジングは、ユーザ装置が初期ネットワーク進入を試みる場合にアップリンク時間同期（すなわち、時間、周波数同期）を取るために用いられる。ハンドオーバレンジングは、ソース基地局からターゲット基地局へと接続を変更する場合に、ターゲット基地局に対して初期同期を取るために用いられる。周期レンジングは、ユーザ装置が周期的にアップリンク同期をアップデートするために用いられる。帯域幅要求レンジングは、ユーザ装置が基地局にアップリンクリソースを要求するために用いられる。

ネットワークに進入しようとする端末は、レンジングチャネルを選択し、レンジング符号を選択した後に、選択されたレンジング符号を選択されたレンジングチャネルで基地局に送信する。基地局が当該レンジング符号を成功裏に受信すると、受信成功を表すメッセージを端末に送信する。

通信技術の発達に伴い、ネットワークに進入する端末の個数は増加の一方である。数多く増加した、待機状態を維持している端末がネットワーク進入／再進入を試みることになると、接続衝突及び接続混雑が多発し、通信性能の低下につながることがあり、これを解決する方法が望まれる。

本発明で達成しようとする技術的課題は、端末が基地局と通信を行う方法及び装置を提供することにある。

本発明で達成しようとする技術的課題は、基地局が端末と通信を行う方法及び装置を提供することにある。

本発明で達成しようとする技術的課題は、基地局と通信を行う端末を提供することにある。

本発明で達成しようとする技術的課題は、端末と通信を行う基地局を提供することにある。

本発明の追加の特徴及び利点は、一部は下記で説明され、一部は下記から明らかになるか、又は、発明の実施から学習可能となるであろう。本発明の上記目的及び他の利点は、図面及び明細書並びにその請求項で特別に指し示す構造によって実現及び達成されるであろう。

上記課題を達成するために、本発明の一態様として、端末が基地局にレンジング送信を行う方法であって、基地局からバックオフ窓情報を含むメッセージを受信するステップと、バックオフ窓情報に基づいてレンジング送信を行うステップと、を有し、バックオフ窓情報は、０番目のバックオフ窓のサイズＫ₀を表す情報を含み、ｘ番目（ここで、ｘは非負整数）のバックオフ窓のサイズＫ_xは、式Ｋ_x＝Ｋ₀／（２^x）によって決定され、この式で、ｘはレンジング再送信回数を表すレンジング送信方法が提供される。

上記課題を達成するために、本発明の他の態様として、基地局が端末からのレンジング送信を受信する方法であって、端末にバックオフ窓情報を含むメッセージを送信するステップと、バックオフ窓情報に基づいて端末とレンジング手順を行うステップと、を有し、バックオフ窓情報は、０番目のバックオフ窓のサイズＫ₀を表す情報を含み、ｘ番目（ここで、ｘは非負整数）のバックオフ窓のサイズＫ_xは、式Ｋ_x＝Ｋ₀／（２^x）によって決定され、ここで、ｘはレンジング再送信回数を表すレンジング受信方法が提供される。

上記課題を達成するために、本発明の他の態様として、無線通信システムにおいて基地局とレンジング送信を行う端末であって、受信器と、送信器と、受信器を制御するように構成されたプロセッサと、を備え、プロセッサは、基地局からバックオフ窓情報を含むメッセージを受信するように受信器を制御し、バックオフ窓情報に基づいてレンジング手順を行うように構成され、バックオフ窓情報は、０番目のバックオフ窓のサイズＫ₀を表す情報を含み、プロセッサは、ｘ番目（ここで、ｘは非負整数）のバックオフ窓のサイズＫ_xを式Ｋ_x＝Ｋ₀／（２^x）（式中、ｘはレンジング再送信回数）によって決定するように構成される端末が提供される。

上記課題を達成するために、本発明の他の態様として、無線通信システムにおいて端末からレンジング送信を受信する基地局であって、受信器と、送信器と、受信器及び送信器を制御するように構成されたプロセッサと、を備え、プロセッサは、端末にバックオフ窓情報を含む呼出しメッセージを送信するように送信器を制御し、バックオフ窓情報に基づいて端末とレンジング手順を行うように構成され、バックオフ窓情報は、０番目のバックオフ窓のサイズＫ₀を表す情報を含み、ｘ番目（ここで、ｘは非負整数）のバックオフ窓のサイズＫ_xは、式Ｋ_x＝Ｋ₀／（２^x）（式中、ｘはレンジング再送信回数）によって決定される基地局が提供される。

好適には、メッセージは、呼出しメッセージである。

好適には、０番目のバックオフ窓のサイズＫ₀は、２以上である。

本発明の実施例によれば、端末は無線通信システム内で他の端末への影響を最小化しながら、迅速で効率的にネットワーク再進入を行うことができる。

本発明で達成しようとする技術的課題は、以上に言及した技術的課題に制限されるものではなく、言及していない他の技術的課題は、下の記載から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者には明らかになるであろう。

本発明に関する理解を助けるために詳細な説明の一部として含まれる添付図面は、本発明の実施例を提供し、詳細な説明と共に本発明の技術的思想を説明する。

本発明の一実施形態に係る端末及び基地局などの装置構成を概略的に説明するための図である。 無線通信システムの一例であるＩＥＥＥ ８０２．１６ｍシステムにおいて端末が競合ベースのネットワーク再進入を行う過程を示す図である。 従来技術に係る広帯域ランダム接続のバックオフ方法のフローチャートである。 従来技術のランダム接続と本発明の第１方法によるランダム接続とを比較した実験例を示す図である。 従来技術のランダム接続と、本発明の第１方法及び本発明の第２方法によるランダム接続とを比較した実験例を示す図である。 ランダム接続のバックオフ窓開始時点を調整する本発明の第３方法による実験例を示す図である。 本発明に係るランダム接続方法のフローチャートである。

以下、本発明に係る好適な実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。添付の図面と共に以下に開示される詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態を説明するためのものであって、本発明の唯一の実施形態を表すためのものではない。以下の詳細な説明は、本発明の完全な理解を提供するために具体的な細部事項を含む。しかし、当業者であれば理解するであろうが、本発明はこのような具体的細部事項なしにも実施可能である。

一方、場合によって、本発明の概念があいまいになることを避けるために公知の構造及び装置は省略されることもあり、各構造及び装置の核心機能を中心にしたブロック図の形式で示されることもある。また、本明細書全体を通じて同一の構成要素には同一の図面符号を付して説明する。

なお、以下の説明において、端末は、ユーザ装置（ＵＥ）、移動機（ＭＳ）、高度移動機（ＡＭＳ）、機器間通信（Ｍ２Ｍ）用機器などの、移動型又は固定型のユーザ端機器を総称するものとする。また、基地局は、ノードＢ、強化ノードＢ、基地局（ＢＳ）、高度基地局（ＡＮＢ）、アクセスポイント（ＡＰ）などの、端末と通信するネットワーク端の任意のノードを総称するものとする。本明細書ではＩＥＥＥ ８０２．１６ｍに基づいて説明するが、発明の内容は３ＧＰＰ ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａシステムのような他の通信システムにも適用可能である。

一方、本発明でいうＭ２Ｍ通信とは、基地局を介した端末間、又は基地局と端末との間で行われる人間の介入のない情報交換を意味する。そのため、Ｍ２Ｍ機器は、上記のようなＭ２Ｍの通信をサポート可能な端末を意味する。Ｍ２Ｍサービスのための接続サービスネットワークはＭ２Ｍ接続サービスネットワーク（ＡＳＮ）と定義し、Ｍ２Ｍ機器と通信するネットワークエンディティをＭ２Ｍサーバという。Ｍ２Ｍサーバは、Ｍ２Ｍアプリケーションを実行し、一つ以上のＭ２Ｍ機器のためのＭ２Ｍ特定サービスを提供する。Ｍ２Ｍ機能（ｆｅａｔｕｒｅ）はＭ２Ｍアプリケーションの機能であり、アプリケーションを提供するために一つ以上の機能が必要とされることがある。Ｍ２Ｍ機器グループとは、共通の一つ以上の機能を共有するＭ２Ｍ機器のグループを意味する。前述のようなＭ２Ｍ方式で通信する機器は、Ｍ２Ｍ機器、Ｍ２Ｍ通信機器、機械型通信（ＭＴＣ）機器など、様々に呼ぶことができる。そして、以下では、説明の便宜上、Ｍ２Ｍ機器と区別されるように既存端末を人型通信（ＨＴＣ）端末又は人対人（Ｈ２Ｈ）機器と命名して本発明の実施例を説明する。

Ｍ２Ｍ方式で通信する機器（Ｍ２Ｍ機器、Ｍ２Ｍ通信機器などと様々に呼ぶことができる）は、その機器アプリケーションタイプが増加するに伴って、一定のネットワークでその数が漸次増加すると予想される。議論されている機器アプリケーションタイプには、（１）セキュリティ、（２）治安、（３）追跡及び追尾（ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｔｒａｃｉｎｇ）、（４）決済、（５）健康管理、（６）遠隔保守及び制御、（７）検針（ｍｅｔｅｒｉｎｇ）、（８）消費者装置、（９）セキュリティ関連アプリケーション市場での販売管理システム（ＰＯＳ）及び物流管理（Ｆｌｅｅｔ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）、（１０）自動販売機の機器間通信、（１１）機械及び設備の遠隔監視、建設機械設備上の作動時間測定及び熱又は電気の使用量を自動測定するスマート検針（Ｓｍａｒｔ Ｍｅｔｅｒ）、（１２）監視カメラの監視映像通信などがあるが、これに限定されず、その他様々な機器アプリケーションタイプが議論されている。このように、機器アプリケーションタイプが増加するにつれてＭ２Ｍ機器の数は、既存端末、すなわち、Ｈ２Ｈ機器の数に比べて飛躍的に増加していくであろう。

このように基地局内に数多くのＭ２Ｍ機器が存在するとき、既存端末、すなわちＨ２Ｈ機器とＭ２Ｍ機器との間の接続輻輳、及びＭ２Ｍ機器同士の接続衝突などの問題が生じることがある。そのため、既存端末（Ｈ２Ｈ機器）への影響を最小化しながら、制限されたリソースを、新しく登場した多数のＭ２Ｍ機器にどのように効率よく分配するかについて議論する必要がある。すなわち、無線通信システムにおいて既存端末、すなわちＨ２Ｈ機器に適用される待機モード（ｉｄｌｅ ｍｏｄｅ）からネットワークへの再進入手順を多数のＭ２Ｍ機器にそのまま適用すると、Ｍ２Ｍ機器の特性上、既存のＨ２Ｈ機器とＭ２Ｍ機器との間の接続輻輳が発生するため、ネットワーク再進入手順についての一部の修正が望まれる。

以降、Ｍ２Ｍ通信がＩＥＥＥ ８０２．１６ｍに適用される場合を取り上げて本発明の実施例を説明する。しかし、これに本発明が限定されるものではなく、本発明の実施例は３ＧＰＰ ＬＴＥシステムなどの他のシステムにも同様な適用が可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る端末及び基地局などの装置構成を概略的に説明する図である。

図１において、端末１００及び基地局１５０はそれぞれ、ＲＦユニット１１０，１６０、プロセッサ１２０，１７０、及び選択的にメモリ１３０，１８０を含んでいる。そして、各ＲＦユニット１１０，１６０は、送信器１１１，１６１及び受信器１１２，１６２を含んでいる。まず、端末１００において、送信器１１１及び受信器１１２は、基地局１５０及び他の端末と信号を送信及び受信するように構成され、プロセッサ１２０は、送信器１１１及び受信器１１２と機能的に接続し、送信器１１１及び受信器１１２が他の機器と信号を送受信する過程を制御するように構成されてよい。また、プロセッサ１２０は、送信すべき信号に対して各種処理を行った後に送信器１１１に送信し、受信器１１２が受信した信号に対して処理を行うことができる。必要な場合、プロセッサ１２０は、交換されたメッセージに含まれた情報をメモリ１３０に保存してもよい。このような構造によって、端末１００は、以下に説明される様々な実施形態の方法を行うことができる。一方、図１には示していないが、端末１００は、その機器アプリケーションタイプに応じて様々な追加構成を含んでいてもよい。端末１００がスマート検針用であるときは、端末１００は電力測定などのための追加的な構成を含んでもよく、このような電力測定の動作は、図１に示したプロセッサ１２０の制御を受けてもよいし、別個に構成されたプロセッサ（図示せず）の制御を受けてもよい。

図１は、端末１００と基地局１５０との間に通信が行われる場合を取り上げているが、 本発明に係る通信方法は端末間に発生することもあり、それぞれの機器は、図１に示した各装置構成と同じ形態によって、以下に説明する様々な実施形態の方法を行うことができる。

基地局１５０では、送信器１６１及び受信器１６２は、他の基地局、Ｍ２Ｍサーバ、端末と信号を送信及び受信するように構成され、プロセッサ１７０は、送信器１６１及び受信器１６２と機能的に接続し、送信器１６１及び受信器１６２が他の機器と信号を送受信する過程を制御するように構成してよい。また、プロセッサ１７０は、送信すべき信号に対して各種処理を行った後に送信器１６１に送信し、受信器１６２が受信した信号に対して処理を行うことができる。必要な場合、プロセッサ１７０は、交換されたメッセージに含まれた情報をメモリ１３０に保存してもよい。このような構造によって、基地局１５０は、以下に説明する様々な実施形態の方法を行ってもよい。

端末１１０及び基地局１５０のプロセッサ１２０，１７０はそれぞれ、端末１１０及び基地局１５０における動作を指示（例えば、制御、調整、管理など）する。それぞれのプロセッサ１２０，１７０は、プログラムコード及びデータを保存するメモリ１３０，１８０などに接続してもよい。メモリ１３０，１８０は、プロセッサ１２０，１７０に接続されたオペレーティングシステム、アプリケーション、及び一般ファイルを保存する。

プロセッサ１２０，１７０は、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータなどと呼ばれることもある。一方、プロセッサ１２０，１７０は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらの組合せで具現することができる。ハードウェアを用いて本発明の実施例を実施する場合には、本発明を実行するように構成された特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理デバイス（ＤＳＰＤ）、プログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、プログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などをプロセッサ１２０，１７０に設けてもよい。

一方、ファームウェア又はソフトウェアを用いて本発明の実施例を実施する場合には、本発明の機能又は動作を行うモジュール、手順又は関数などを含むようにファームウェア又はソフトウェアを構成してもよく、本発明を実施できるように構成されたファームウェア又はソフトウェアは、プロセッサ１２０，１７０内に設けてもよく、メモリ１３０，１８０に保存して、プロセッサ１２０，１７０によって駆動してもよい。

図２は、無線通信システムの一例であるＩＥＥＥ ８０２．１６ｍシステムにおいて端末が競合ベースのネットワーク進入／再進入を行う過程を示す図である。

ＩＥＥＥ ８０２．１６ｍシステムにおいて端末がネットワーク進入／再進入のために行うレンジング手順は、次の通りである。端末は、呼出し不可区間では電源を最小化し、呼出し聴取区間で基地局から送信されるＡＡＩ−ＰＡＧ−ＡＤＶメッセージを受信する。ＡＡＩ−ＰＡＧ−ＡＤＶメッセージは、メッセージを送信する基地局が属している呼出しグループＩＤ、待機モードで動作する端末のうち、位置更新（Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｕｐｄａｔｅ）又はネットワーク進入／再進入を必要とする端末を指示するＭＡＣアドレスハッシュ情報、及び端末別に行うべき手順について記述した操作符号（Ａｃｔｉｏｎ ｃｏｄｅ）で構成される。

待機モードで動作する端末へのトラヒックが発生した場合に、基地局は、次の呼出し聴取区間にＡＡＩ−ＰＡＧ−ＡＤＶメッセージを端末に送信し、ＡＡＩ−ＰＡＧ−ＡＤＶメッセージを受信した端末は、待機モードから一般モードへと進む。

一方、待機モードからネットワーク再進入及びネットワーク進入などの手順を行うとき、端末が基地局とのアップリンク通信のための送信パラメータ（周波数オフセット、時間オフセット及び送信電力）を調整する過程をレンジングという。

図２を参照すると、端末は、ダウンリンク同期及びアップリンク送信パラメータを取得した後、ランダムバックオフを用いて一つのレンジングチャネルを選択する。ランダムバックオフが用いられた場合、端末は、統一ランダムプロセスを用いて、バックオフ窓に対応する可能なすべてのレンジングチャネルから一つのレンジングチャネルを選択する。ランダムバックオフは、バックオフ窓を計算するために二進の指数的アルゴリズムを用いる。端末が当該レンジングチャネルを選択した後、単一ランダムプロセスを用いてレンジング符号を選択する。端末は、レンジング符号を選択した後、選択したレンジングチャネルで競合ベースのレンジング符号を基地局に送信する（Ｓ１１０）。基地局は、当該レンジング符号を成功裏に受信すると、ＡＡＩ−ＲＮＧ−ＡＣＫメッセージを同報方式で端末に送信する（Ｓ１２０）。ＡＡＩ−ＲＮＧ−ＡＣＫメッセージは、レンジングチャネルでレンジング符号を成功裏に受信して検出したという応答を提供するメッセージである。また、基地局は、端末がＡＡＩ−ＲＮＧ−ＲＥＱメッセージを送信するためのアップリンクリソース割当情報であるＣＤＭＡ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ａ−ＭＡＰ ＩＥを、ランダム接続識別子（ＲＡ−ＩＤ）でマスクして送信する（Ｓ１３０）。端末は、割り当てられたアップリンクリソースを用いてＡＡＩ−ＲＮＧ−ＲＥＱメッセージを基地局に送信し（Ｓ１４０）、基地局は、ＡＡＩ−ＲＮＧ−ＲＳＰメッセージが送信されるダウンリンクリソース割当情報を、端末に送信する（Ｓ１５０）。このとき、ダウンリンクリソース割当情報は、ＲＡ−ＩＤでマスクされたＣＤＭＡ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ａ−ＭＡＰ ＩＥ又はＢｒｏａｄｃａｓｔ ＤＬ ｂａｓｉｃ ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ａ−ＭＡＰ ＩＥを介して端末に送信してもよい。その後、端末は、該当のダウンリンクリソースでＡＡＩ−ＲＮＧ−ＲＳＰメッセージを受信してもよい（Ｓ１６０）。

図３は、無線通信システムの一例であるＩＥＥＥ ８０２．１６ｍシステムにおいて端末が競合ベースのネットワーク再進入を行う過程であり、バックオフ窓サイズを増加させてネットワーク再進入を行う過程を示している。

ＩＥＥＥ ８０２．１６のＭＡＣ層はレンジングチャネルを定義する。レンジングチャネルを構成するサブチャネルは、ＵＬ−ＭＡＰメッセージに明示されており、このようなレンジングチャネルで端末の衝突が許容される。ＩＥＥＥ ８０２．１６レンジングサブシステムは、複数の端末が同時接続をするように符号分割多元接続（以下、「ＣＤＭＡ」という。）方式のランダム接続プロトコルを用いてレンジングを行う。端末が基地局に送信しようとするメッセージが発生すると、擬似雑音（ｐｓｅｕｄｅ−ｎｏｉｓｅ，ＰＮ）符号の集合から任意の符号を選択した後、ＰＮ符号を用いて送信するメッセージを拡散してＣＤＭＡ方式で基地局に送信する。

一般的な端末のランダム接続プロトコルはスロットアロハ（Ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨＡ）方式を用いる。スロットアロハ方式は、端末が基地局に接続するためにスロット単位で即時接続する方式である。そのため、同一スロットに一つの端末が接続を試みるとデータ送信に成功するが、二つ以上の端末が接続を試みると衝突が発生してデータ送信に失敗する。失敗する場合には、任意の時間待った後、同一の方式で接続を試みる。失敗した端末同士が、同一の任意の時間を待った後に接続を試みると、同一の端末同士が再び衝突し、接続に失敗してしまう。このような継続した衝突を避けるために、端末バックオフアルゴリズムである二進指数バックオフ（以下、「ＢＥＢ」という。）アルゴリズムを用いる。ＢＥＢアルゴリズムは、それぞれの端末が衝突の発生した回数によって再送信のためのバックオフ窓を決定する。ＢＥＢアルゴリズムでのバックオフ窓サイズ（又は、競合窓）は、最小競合窓及び最大競合窓を有する。

一般的に広範囲に用いられている衝突解消アルゴリズムが指数バックオフ方式であり、指数バックオフ方式は、再送信のために、競合窓内でランダムに選択されたチャネルに接続を試みる方式であり、競合窓サイズは衝突回数に従って指数的に増加する。二進指数バックオフ方式は、衝突発生を感知した端末が競合窓を衝突回数に応じて２の指数的に増加させる。該端末は、指数的に増加した競合窓内でランダムにレンジング送信時点を決定する。例えば、最初に衝突が発生した端末の競合窓が８のとき、２番目の送信は、現在チャネル時点から８フレーム以内にレンジング送信時点を決定して試みる。５を選択したときは、端末は５番目のチャネル時点でレンジング送信を試み、５がバックオフ値又は選択されたレンジング機会に該当する。再び衝突が発生すると、衝突回数は２となり、競合窓である再送信のためのバックオフ窓サイズは１６となる。すると、３番目の送信は、衝突の発生した時点から１６フレーム以内でランダムにレンジング時点を決定して試みる。すなわち、継続して衝突が発生すると、システムは、負荷が増加したと認識し、競合窓である再送信のためのバックオフ窓サイズを増加させることによって、現在時点で再送信によるシステム負荷を低減させて衝突を解消する。しかしながら、繰り返して衝突が発生した端末は、無線帯域を占有しているほかの端末がない状況でも、競合窓を２の指数的に継続して増加させ、それによって送信遅延が急激に増加するという問題がある。

図３を参照すると、端末２００が基地局２５０に初めて送るデータが発生すると、当該データは直ちに送信される（２１１）。しかし、上述したように、ランダム接続方式では、同一のスロットに同一のＰＮ符号を用いてメッセージを送信することもある。このとき、複数の端末が送信したメッセージには衝突が発生する。メッセージを送信した端末は、タイマを始動させる（２１３）。基地局ではメッセージを受け次第、レンジング応答メッセージを送る。端末は、定められた時間内にレンジング応答メッセージを受信できないとき、送信したメッセージが衝突したと見なし、ＢＥＢアルゴリズムを行う。衝突が１回発生したため、ＣＷ_min×２⁰のバックオフ区間（２１５）で任意の整数を選択し、この整数がバックオフ時間（２１５）、すなわち、レンジング機会となる。端末は、バックオフ時間だけ待った後にメッセージを再送信する（２１７）。ここで、ＣＷは、競合窓サイズを意味する。以降、バックオフ窓サイズと呼ばれることもある。ＣＷ_minは、初期バックオフ窓サイズを意味する。ＣＷ_maxは、可能な最大バックオフ窓サイズを意味する。再送信形式も初期送信形式と同一である。端末は、タイマを始動させ（２１９）、定められた時間内にレンジング応答メッセージを受信できないとき、ＢＥＢアルゴリズムを用いてバックオフ時間を決定する。衝突が２回発生したため、ＣＷ_min×２¹のバックオフ区間（２２１）で任意の整数を選択し、この整数がバックオフ時間（２２１）となる。端末は、バックオフ時間間待った後にメッセージを再送信する（２２３）。

衝突が発生するほど（２２５）、バックオフ区間は増加するが、このバックオフ区間はＣＷ_maxを越えることはない。したがって、バックオフ区間はｍｉｎ(ＣＷ_min＊２^k-1，ＣＷ_max)となる。ここで、Ｋは衝突回数を意味する。ＩＥＥＥ ８０２．１６システムでは、最大衝突回数を１５回に制限している。この場合、ＣＷ_maxの値はＣＷ_min＊２¹⁴の値を有することができる。１５回以内に基地局からレンジング応答メッセージ（２２７）を受信すると成功であり、１６番目の衝突が発生するとデータは捨てられる。無線網で同一のチャネルを共有している端末の数が多くなると相互間の衝突は不回避である。これは、端末が自身と競合しているほかの端末がいつ送信を始めるかがわからず、複数の端末が同時に送信する状況が発生することがあるからである。こういう不回避な衝突を減らすために、ランダム接続プロトコルは、端末バックオフアルゴリズムであるＢＥＢアルゴリズムを用いる。ＢＥＢアルゴリズムは、それぞれの端末が自身の衝突回数によってバックオフ区間を定め、定められたバックオフ区間で任意のバックオフ時間を決定する。端末は、決定されたバックオフ時間を待った後に直ちにメッセージを送信する。再び衝突が発生すると、上記過程を繰り返す。衝突が発生するほど、バックオフ区間は増加する。

ＢＥＢアルゴリズムは、無線チャネル容量に比べて端末の数が少ない場合には非常に効率よく端末をバックオフさせる。しかし、端末の数が増加すると、一つの無線チャネルに一つの端末が接続を試みる場合は極めてまれであり、端末の数が更に増加すると、すべての無線リソースを使用できなくなる状況になる場合もある。一つの無線チャネルに接続する端末の数が増加する場合、上記のＢＥＢアルゴリズム方式だけでは問題が生じることがある。しかるに、現在、一つの無線チャネルに接続する端末の数を増加させるＭ２Ｍ機器の使用は増加傾向にある。

既存の通信は、基地局を経由してユーザが使用する人対人（以下、「Ｈ２Ｈ」という）の通信が大部分であったが、通信技術の発達に伴い、機器間（Ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏ Ｍａｃｈｉｎｅ；以下、「Ｍ２Ｍ」という）通信が可能になった。機器間通信とは、言葉の通り、電子装置と電子装置との通信を意味する。広義には、電子装置間の有線通信若しくは無線通信、又は人間が制御する装置と機械との通信のことを意味する。しかし、最近では、電子装置と電子装置との間、すなわち、機器間の無線通信を指すことが一般的である。

Ｍ２Ｍ通信は、その概念が初めて導入された１９９０年代初期には遠隔制御又はテレマティックスとして認識され、派生する市場自体も非常に限定されていたが、ここ数年高速成長を重ねながら、韓国はもとより全世界的に注目される市場へと成長してきた。また、Ｍ２Ｍ機器のアプリケーションタイプも増加し続けており、同一の基地局内にそのようなＭ２Ｍ機器は数多く存在することになるであろう。待機状態の多くのＭ２Ｍ機器がネットワーク再進入を試みると、接続衝突及び接続混雑が多く発生することになり、通信性能が低下する可能性がある。しかし、既存端末（Ｈ２Ｈ機器）と異なる特性を有するＭ２Ｍ機器が待機状態でネットワーク再進入を行うための手順については今まで研究されたことがない。

端末の数が増加すると、システムに接続しようとする端末の数も増加する。しかし、前述したように、ＢＥＢアルゴリズムを用いて接続に成功する端末の数は極めてまれである。換言すれば、システムが不安定な状態となる。ＢＥＢアルゴリズムは、不安定な状態となったシステムをいち早く復旧できる能力がない。また、ＢＥＢアルゴリズムは、初期レンジングする端末と何回か衝突を経た端末とが同一のスロットで相互競合をする。

何回か衝突を経た端末が、初期レンジングする端末より先にシステムに接続すべきであるが、二進指数の増加によってバックオフ区間が急増するため、かえって相対的に多くの遅延を被ることになる。これを「公正性問題（Ｆａｉｒｎｅｓｓ Ｐｒｏｂｌｅｍ）」という。

また、システム接続に成功した端末は衝突回数を「０」に初期化する。システムに接続しようとする端末の数が多い場合、接続に成功した端末が再びシステムに接続を試みると、衝突する確率が更に高くなる「潜在的衝突問題」もある。

このように、従来のＢＥＢアルゴリズムは、バックオフ時間の決定時に無線チャネル状況を考慮できない問題があり、端末間の公正性問題及び潜在的衝突問題に加えて、端末の数が増加するに従って効率が急激に低下する、システムの不安定な状態を迅速に復旧できない、といった問題がある。このような問題を解消するために、本発明では、初期レンジング送信（ｉｎｉｔｉａｌ ｒａｎｇｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）に失敗した場合に再送信のための窓サイズ（ｗｉｎｄｏｗ ｓｉｚｅ）を設定する方法について、以下に提案する。以下、本発明で提案する適度の窓サイズ設定のための方法について述べる。本発明は、バックオフ窓サイズを基地局からの制御無しに端末で任意に決定するのではなく、基地局で接続を試みる端末の数及び端末グループを考慮して初期バックオフ窓サイズを決定し、バックオフ窓の決定に必要な情報を基地局が端末に送信する。これによって、端末は、それぞれの端末が属している端末グループに応じて、基地局から受信した初期バックオフ窓サイズ内でランダム接続を行うことができる。基地局は、一つのフレームで接続に成功する端末の数及び接続試行回数などに基づき、初期バックオフ窓サイズパラメータを端末に送信してもよい。

本発明の第１方法は、バックオフ窓サイズを一定に維持することを提案する。第１方法による基地局は、端末が使用するバックオフ窓サイズをそれら端末に提供する。

多くのレンジング接続試行（ｒａｎｇｉｎｇ ａｃｃｅｓｓ ｔｒｉａｌ）は、前の方の機会に集まるように分布するため、効率的にレンジング接続の成功度（ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｎｅｓｓ）を保証し難い。換言すれば、接続負荷が相対的にバックオフ窓サイズ内において前の方のフレームに集まり、後の方に行くにつれて接続負荷が次第に少なくなる現象を考慮して、接続負荷を特定窓サイズ内に分布させることが必要である。レンジングを可能にするため、一つのフレームに一つのランダム接続が許容されるときは、最初のランダム接続過程でほとんどの端末は接続に失敗することになる。

これを解決するために、基地局は、特定窓サイズ内で端末がレンジングチャネルをランダム選択できるよう、上記特定窓サイズに関する情報を端末に送信してもよい。この値を、レンジングを試みるたびにどのように設定するかによって、Ｍ２Ｍ機器のレンジング試行の成功度が異なってくる。

図４は、従来技術のランダム接続と本発明の第１方法によるランダム接続とを比較した実験例である。本発明の第１方法は、端末の個数が飛躍的に多くて通信負荷が大きい場合に適用することができる。スマート検針のようなＭ２Ｍ機器アプリケーションタイプが増加するにつれて、Ｍ２Ｍ通信機器の数は一般の移動通信機器の数に比べて飛躍的に増加することがある。従来の一対一通信方式で数多くのＭ２Ｍ機器が基地局と通信すると、Ｍ２Ｍ機器それぞれと基地局との間に発生する通知によって、ネットワークに過負荷が掛かると予想される。Ｍ２Ｍ機器は、電力節約のため、長く休眠モードにあり、短時間内にネットワークに接続を試み、少量のデータを送信するという特徴を有している。そのため、このように動作するスマート検針のように、一つのグループにおける３万個以上のＭ２Ｍ機器が同時に適用されて接続する場合に、既存のＢＥＢ方式ではほとんど衝突が発生する。そこで、衝突を減らすための方法として、ランダム接続のための初期バックオフ窓サイズを増加させる方式が提案された。

図４のグラフでは、端末グループ当たり２００個の機器があるとした。グラフの横軸は１フレームであって、機会に相当し、１フレーム当たり１機会でレンジングに成功できるとする。グラフの縦軸は、レンジング再試行の回数に相当する。

図４（ａ）は、初期バックオフ窓サイズを２に設定し、一つの端末グループを２００個に設定したランダム接続実験例である。

初期バックオフ窓サイズが２に設定された場合、分散がされず、前の方に機会が集まることがわかる。すなわち、ランダムにバックオフ時間を決定するとき、バックオフ時間が短い場合が多く存在することになる。そのため、初期レンジング再試行の回数は、約４０回であり、大部分の端末のレンジングが衝突して失敗することがわかる。図４（ｂ）は、初期のバックオフ窓サイズ及び再送信時のバックオフ窓サイズの両方とも６０に設定し、一つの端末グループを２００個に設定したランダム接続実験例である。初期のバックオフ窓サイズ及び再送信時のバックオフ窓サイズの両方とも６０に設定した場合は、図４（ａ）の場合に比べてより分散がなされ、初期レンジング試行の数が１から６までの分布を示し、レンジング試行の数が顕著に減ったことがわかる。Ｍ２Ｍ機器が大きい個数を有するという特性を考慮し、既存の単一通信方式の端末に適した初期バックオフ窓サイズを２から更に大きく設定することによって、最初のレンジングを試みる時に発生する衝突数を減らす効果を得ることができる。これによって、初期ランダム接続試行における成功確率を高め、以降の再試行ランダム接続の回数を低減でき、遅延（ｌａｔｅｎｃｙ）を減らす効果が得られる。したがって、基地局は、接続するＭ２Ｍ端末の数を予測して、適度の初期バックオフ窓サイズに設定でき、再び試みるランダム接続の数を減らすことができ、前の方に集まる分布を減らすことができる。図４の比較表から、初期バックオフ窓サイズ（ｋ）を２から６０の特定窓値に増加させた結果、衝突によるレンジング再試行の回数が著しく減少し、衝突回数は減り、成功率が５０％と上昇したことがわかる。

端末（又はＭ２Ｍグループに属した端末）がネットワーク進入／再進入を試みる時、これらの端末は、接続衝突を避けるべく、バックオフ窓サイズ内の特定レンジング機会をランダムに（又は、特定規則に従って）選択し、接続を試みる。このとき、端末は一つのグループに分類され、一定グループが同時にネットワーク進入してもよい。基地局は、接続を試みる端末の数、一つの端末グループに属する端末機器の数に基づいて再送信のための窓サイズを調整し、端末に初期バックオフ窓サイズを送信してもよい。端末は基地局から受信した初期バックオフ窓サイズに関するパラメータを用いてランダム接続を行ってもよい。

このとき、初めてレンジング信号を送信したが、システムに定められた時間内に成功確認信号を受信できなかった場合は、再びレンジング信号を送信して接続を試みてもよい。

初期バックオフ窓サイズを２＾ｘ（ｘは再試行回数関連パラメータ）分だけ調整（ｓｃａｌｉｎｇ）し、増加した窓サイズ内で機会をランダム選択する方法であるＢＥＢアルゴリズムは、上述した通りである。

本発明の第２方法は、既存のＢＥＢアルゴリズムと異なり、基地局が送信したバックオフ窓サイズを減らしながら再送信を試みることを提案する。本発明の第２方法は、第１発法と同様、基地局が端末に２以上の初期バックオフ窓サイズを表す情報を送信する。本発明の第２方法は、第１方法と同様、基地局が一つの初期値（これをＫという）を定めて端末に送信する。ただし、本発明の第１方法では初期バックオフ窓サイズと再送信のためのバックオフ窓サイズとを同一にしたのに対し、本発明の第２方法は、バックオフ窓サイズを再送信回数が増加するたびに減少させることを提案する。例えば、端末は、次のような式によって、再送信時に機会を選択する窓サイズＰを計算できる。

ここで、Ｂは、１より大きい整数であり、ｘは、端末のレンジング再送信回数を表す。例えば、Ｂが２の場合に、１番目の再送信時にＰ＝Ｋ／（２¹）、２番目の再送信時にＰ＝Ｋ／（２²）の値を有する。この時、再送信時に端末が選択する機会をＱとすれば、Ｑは、次のように表現可能である。

ここで、ｎは、先行する送信時の機会（バックオフ時間又はバックオフ値とも呼ばれる）を表す。

ただし、再送信時に機会を選択する窓サイズは、２以上の値を有することが好ましい。

基地局がＫ窓サイズを指数係数２に設定しない場合、Ｐの値は次の三つのうちいずれかに設定してもよい。

− Ｐ＝ｆｌｏｏｒ(Ｋ／(２^ｘ))；窓サイズを、再送信関連して与えられたウィドウサイズ境界を越えないように調整

− Ｐ＝ｃｅｉｌ(Ｋ／(２^ｘ))

− Ｐ＝ｆ(Ｋ／(２^ｘ))、ここで、ｆ(ｙ)関数は、ｙ値を越えない最大２の指数係数値を出力とする関数である。例えば、Ｋ値が３００であり、Ｐ値はｘ＝１のとき、２^７＝１２８、ｘ＝２のとき、２^６＝６４……のように適用される。

図５は、従来技術のランダム接続、本発明の第１方法によるランダム接続、及び本発明の第２方法によるランダム接続を比較した実験例である。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図４（ａ）及び図４（ｂ）と同一であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）及び図５（ｂ）での初期バックオフ窓サイズ及び再送信時のバックオフ窓サイズの両方とも６０に設定し、本発明の第２方法を適用した実験例である。図５（ｃ）は、初期バックオフ窓サイズを２５６に設定し、再送信のためのバックオフ窓サイズを逆指数バックオフ窓サイズとし、２^xの割合で次第に減少するようにランダム接続した実験例である。本発明の第２方法で、バックオフ窓サイズの設定は、式１においてｘが正でない整数で表されるようにして適用してもよい。従来の指数的にバックオフ窓サイズを増加させる場合（図５（ａ））とは逆に、逆指数バックオフ窓サイズとして２^xの割合で次第に減少するように行った結果、図５（ｃ）からわかるように、顕著な利得上昇が得られた。すなわち、図５（ｃ）を参照すると、再送信試行の回数は、フレームが２００になるまで１にほとんど分布し、一度でレンジングに成功する効果が得られた。３回以内のランダム接続再試行でランダム接続成功が可能なため、初期バックオフ窓サイズを２５６に設定しても、２番目のバックオフ窓サイズは１２８、３番目のバックオフ窓サイズは６４であって、総じて５１２窓内でシステムの具現が可能となり、よって、全体的な側面で遅延時間を低減させる効果が得られる。すなわち、初期バックオフ窓サイズを２５６に設定し、再送信のためのバックオフ窓サイズを減少させていく方式によれば、利得の顕著な上昇を得ることができる。

したがって、図５の下段の比較表から、同一のレンジング試行（１２４回）で、図５（ｃ）の本発明の第２方法は１０２回の成功回数を得ることが確認できる。

本発明の第２方法は、接続負荷がフレームの前の方に相対的に多く集まる特性に着目して、初期バックオフ窓サイズを大きく設定し、かつ後の方に行くにつれて接続負荷が少なくなる特性に着目して、再送信のためのバックオフ窓サイズを次第に減少させていく方法である。また、再送信のために、初期バックオフ窓サイズに関する情報を送信するために用いられる従来方法を逆にして適用することによって、具現の複雑性を減少させることができる。すなわち、本発明の第２方法は、以前の方式において指数バックオフ窓サイズを逆指数バックオフ窓サイズにすることによって具現することができる。本発明の第２方法は、バックオフ窓サイズをＢ（ここで、Ｂは１より大きい正の整数）の指数分だけ逆に減少させ、かつ初期バックオフ窓サイズを大きく設定することによって、全体としてはレンジングに要求されるフレームの数が減るため、ランダム接続の再試行の回数が減り、遅延を減らす効果を得ることができる。

第１方法及び第２方法は、既存のＢＥＢ方式による初期バックオフ窓サイズを特定窓値、好ましくは２より大きい値に設定する方法である。最初のレンジングを試みる時、既存のＢＥＢ方法のように初期バックオフ窓サイズが２のとき、大部分のレンジング過程が衝突する結果を招く。そこで、本発明で提案する第１方法及び第２方法によって、基地局は、当該基地局に接続可能な端末の数を把握することによって、初期バックオフ窓サイズを調整して呼出しメッセージに含めて端末に送信する。初期バックオフ窓サイズを従前に比べて大きく設定することによって、レンジング確認メッセージを受信できずに、再びレンジングを試みる回数を減らすことができる。すなわち、端末は、適度の初期バックオフ窓サイズ内でレンジングを試みることで、図５（ｃ）では、３回以内のレンジング試行で接続に成功することが可能になった。

表１乃至表９は、窓サイズ設定に関連して呼出しサイクル及び接続レートを異ならせ、少ない遅延で成功度を高めるための実験例を表すものである。表１〜表３は、接続レートがいずれも４０／ｓであり、呼出しサイクルがそれぞれ１ｓ、２．５ｓ、５ｓである。

表４乃至表６は、接続レートがいずれも６０／ｓであり、呼出しサイクルがそれぞれ１ｓ、２．５ｓ、５ｓである。

表７乃至表９は、接続レートがいずれも８０／ｓであり、呼出しサイクルがそれぞれ、１ｓ、２．５ｓ、５ｓである。

上記の表１乃至表９から、既存のＢＥＢ方式に比べて本発明の技術的効果が大きいことがわかる。

表１乃至表９を参照すると、接続レートを４０／ｓ、６０／ｓ、８０／ｓに、呼出しサイクルを１ｓ、２．５ｓ、５ｓに設定して、初期バックオフ窓サイズによるターゲット成功率を分析した。前述したＢＥＢアルゴリズム方式はＡ方式に相当し、バックオフ窓サイズを減少させ、かつバックオフ窓開始時点を調整する方式がＢ方式に相当する。表１乃至表９に表すように、６０／ｓまでは、次の呼出し区間まではみ出す重複した呼出し試行は、バックオフ窓サイズを次第に減少させる方式（Ｂ）では発生しなかった。重複した呼出し試行をスピルオーバ現象という。したがって、重複した呼出しが発生しないよう、初期バックオフ窓サイズを大きく設定し、かつバックオフ窓サイズを次第に減少させながら、レンジング再送信のための呼出し区間の開始時点を知らせることによって、次のレンジング再送信による端末との衝突を減らすことができる。接続レートが増加するほど競合は増加する。そのため、基地局は、端末機器の数に基づく適度の初期バックオフ窓サイズを設定しなければならない。基地局によって設定された初期バックオフ窓サイズ内でランダム接続を試みるときに、２〜３回以内に成功可能にさせることによって、ランダム接続の再試行による遅延を減らすという効果が得られる。表１乃至表９の実験例を参照すると、同一の接続レート及び呼出しサイクルを有する条件下で、同一の成功率を達成する場合、Ａ方式に比べてＢ方式において平均遅延時間、すなわち要求されるフレームの数が減る効果が得られた。初期バックオフ窓サイズは、Ｂ方式の方がより大きく設定されても、その後に発生する要求されるフレームの数が減るため、ランダム接続の再試行回数が減り、遅延を減らす効果が得られた。

しかし、６０／ｓにおいて、Ａ方式では要求されるフレームが大きいだけでなく、オーバラップした呼出しによってスピルオーバ現象が発生する問題点があった。以降、このようなスピルオーバ現象を防止するための本発明の第３方法を提案する。

図６は、ランダム接続のバックオフ窓開始時点調整による本発明の第３方法に係る実験例である。

上記の表１乃至表９のように、重複するフレームが生じるスピルオーバ現象を減少させるために、バックオフ窓開始時点を調整（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）する方式が提案される。

本発明の第３方法は、上で提案した第２方法をより最適化できる方法である。第３方法は、ｉ番目のレンジング機会とｉ−１番目のレンジング機会とが衝突することを防止するように、ｉ−１番目のバックオフ窓領域の終了時点を考慮して、ｉ番目のバックオフ窓領域の開始時点を決定する方式である。

上記提案した第１方法及び第２方法では、バックオフ窓サイズ内の特定機会で送信失敗が起こった場合、その時点を基準にして次の窓サイズ内の機会が選択される。このような方式によって本発明の第２方法において再送信のための窓開始時点が決定されると、バックオフ窓の相対的に前の方の機会で送信失敗が起こった場合に、端末が次の送信時に減少した窓サイズ内で機会を選択するとき、他の端末がバックオフ窓の後の方の機会で最初の送信をする場合と重複する確率が高くなる。例えば、初期バックオフ窓サイズが２５６に設定された場合に、レンジング過程でサイズ２５６の窓内でランダム接続のための時点を任意に選択してもよい。２５６フレーム内で６４フレーム位置地点であるバックオフ窓の比較的前の方でランダム接続を試みたが、ランダム接続が衝突して失敗した場合、再びランダム接続を試みる。以降のランダム接続のための２番目の窓バックオフサイズは２５６／（２^１）であって、１２８となる。したがって、最初のランダム接続を試みた６４フレームの後、１２８フレーム窓内で再送信ランダム接続がなされる場合、他の端末が初期バックオフ窓サイズである２５６内で最初のランダム接続を試みる場合（例えば、１６０フレームでランダム接続を試みる場合）と重複し、衝突が発生する確率はより一層高くなる。そこで、２番目のランダム接続と１番目のランダム接続がなされる窓領域とが重複することを防ぐためにバックオフ窓サイズ開始時点を定める方法を提案する。すなわち、上記の例で、６４フレーム位置で衝突によってランダム接続に失敗した場合、次のランダム接続は、２５６フレーム以後の時点で２番目のランダム接続の試行がなされるように、バックオフ窓サイズ開始時点を２５６フレームに設定する方式を提案する。

したがって、第３方式は、重複を避ける目的で、次の再送信時に特定遅延だけの時間ギャップを適用する。再送信時に端末が選択する機会をＱとすると、Ｑは次の式４のとおりである。

式４において、ｎは、先行する送信時の機会を意味する。ここで、時間ギャップは、最初の送信において窓の最後の機会を選択する端末まで考慮すると、式４のように設定してもよい。

すなわち、再送信時に端末が選択する機会であるＱは、Ｐである窓サイズ内でランダムに選択された機会（０〜Ｐのいずれか一つの値）と先行する送信の窓サイズとの和

で表すことができる。

本発明で提案する第３方法は、

をバックオフ窓開始時点に設定し、このバックオフ窓開始時点で端末はレンジングを試みてもよい。先行する送信の窓サイズを加えることによって、ほかの端末による先行する送信の窓サイズ内でのランダム接続試行と衝突することがない。

Ｐの設定方法には上記提案した第２方法をそのまま適用してもよい。また、Ｑ設定は、以降の送信の都度、同様に適用する。

このように時間ギャップを設定する場合、ｉ番目の再送信のＱ_iを設定する式は、次の式を適用してもよい（すべての先行する送信のＱの和）。

ここで、Ｐ₀は、初期バックオフ窓サイズ（Ｋ）であり、Ｐ_iは、ｉ番目のバックオフ窓サイズである。ここで、

は、ｉ番目の再送信でのバックオフ窓開始時点と見なしてもよい。このようにバックオフ窓開始時点を設定すると、他の端末が後の方の機会で最初の送信を試みる場合と重複することによるレンジング再試行に起因する衝突を防ぐことが可能になる。基地局は、初期バックオフ窓サイズを設定して端末に送信し、端末は、初期バックオフ窓サイズを用いて再送信のためのバックオフ窓サイズ及びバックオフ窓開始時点を計算し、ランダム接続手順を行うことが可能である。

このとき、システムの特定処理遅延係数を考慮してもよい。例えば、レンジング符号を送信してからレンジング確認（ＡＡＩ−ＲＮＧ−ＡＣＫ、８０２．１６ｅシステムではＲＮＧ−ＳＣＫ）メッセージを受信するまでの時間がＴ₃₁（８０２．１６ｅシステムではＴ₃）である。本発明では、Ｔ₃₁を考慮してバックオフ窓開始時点を次のように決定してもよい。

レンジング確認メッセージを受信する時間に起因する遅延によって、ｉ番目の再送信時のバックオフ窓サイズを越えてランダム接続がなされることもあり、よって、０〜ｉ−１番目の再送信時のバックオフ窓サイズの和

と、ｉ−１番目のレンジング機会（Ｑ_i-1）及びＴ₃₁の和とのうちの最大値を、バックオフ窓開始時点として設定することによって、メッセージ受信時間の遅延による衝突を避けてもよい。例えば、０〜ｉ−１番目の再送信時のバックオフ窓サイズの和が３８４の場合に、ｉ−１番目のレンジング機会（Ｑ_i-1）が３７０であり、遅延時間（Ｔ₃₁）が１４フレーム以上であるとき、ｉ−１番目の再送信時のランダム接続試行とｉ番目の再送信時のランダム接続試行とが衝突することがある。そのため、ｉ番目のバックオフ窓開始時点を、０〜ｉ−１番目の再送信時のバックオフ窓サイズの和

と、ｉ−１番目のレンジング機会（Ｑ_i-1）及びＴ₃₁の和とのうち最大値に設定することによって、重複が発生することを避けてもよい。

したがって、ｉ番目の機会（Ｑ_i）の設定方法は、次の通りである。

ここで、Ｐ₀は、初期バックオフ窓サイズＫであり、Ｐ_iは、ｉ番目のバックオフ窓サイズである。

は、ｉ番目の再送信でのバックオフ窓開始時点と見なしてもよい。

本発明で提案する第４方法は、既存のバックオフ機構であるＢＥＢ方式と、本発明の第１方法、第２方法及び／又は第３方法とを一つのシステム内で適応的にサポート可能にする方式である。すなわち、既存ＢＥＢ方式と本発明の第２方法とを共存させる場合を取り上げると、特定システム環境に応じて、レンジング再試行時に係数２で指数バックオフ窓サイズを増加させる方法と、レンジング再試行時に特定係数でバックオフ窓サイズを減少させる方法とが共存できるように無線通信システムを具現してもよい。ここで、基地局は、バックオフ窓サイズ設定を各端末のシステム環境に合うように指示する通知を送信できる。基地局は、レンジングバックオフ窓指示子を呼出しメッセージ、登録要求メッセージ又は登録応答メッセージに含めて端末に送信することによって、端末が使用するバックオフ機構を制御できる。例えば、１ビットを持つレンジングバックオフ窓指示子を０ｂ０に設定することによって、バックオフ窓サイズを増加させる増加機構（ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を使用するように端末に通知でき、０ｂ１に設定することによって、バックオフ窓サイズを減少させる減少機構（ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を使用するように端末に通知できる。基地局は、このような機構に従って端末がレンジング信号を送信することを予期する。したがって、基地局は、本発明の実施例によって端末が送信したレンジング信号を本発明の実施例によるバックオフ窓内で受信する。

Ｈ２Ｈ機器では一つのバックオフ機構が適用されたが、Ｍ２Ｍ機器は様々なアプリケーションタイプが存在することがあり、それらＭ２Ｍ機器はグループに分けて動作させてもよい。特に、スマート検針のようなＭ２Ｍ機器グループには減少機構を適用してレンジングバックオフ窓サイズを設定し、ほかの個数が少いＭ２Ｍ機器グループについては従来方式であるＢＥＢ方式によってバックオフ窓サイズが増加するように設定して、ランダム接続を行ってもよい。このように適応的にランダム接続方式を設定することによって、潜在的な衝突回数を減らして遅延を減少させ、効率的なランダム接続のバックオフ方法の提供が可能となる。バックオフ窓サイズの設定のためには、それぞれのＭ２Ｍ機器がサポートできるレンジングバックオフ機構について、端末及び基地局がＡＡI−ＲＥＧ−ＲＥＱ／ＲＳＰを用いて交渉してもよい。したがって、基地局は、呼出しグループごとに、Ｍ２Ｍ機器に適用するレンジングバックオフ機構を決定でき、よって、レンジングバックオフ機構としては、端末（又はＭ２Ｍ機器）の特性に応じて、増加機構又は減少機構が共存可能になる。そのため、本発明において、基地局は、端末の環境に好適なレンジングバックオフ機構が実行されるようにする指示子であるレンジングバックオフ窓指示子を更に含めて呼出しメッセージを端末に送信してもよい。又は、レンジングバックオフ窓指示子を含む登録要求メッセージ又は登録応答メッセージを用いて、端末及び基地局は、端末がレンジングバックオフ減少機構をサポート可能か否かを交渉してもよい。

各端末は、端末の個数が多くない場合、基地局からレンジングを別々の用途に利用するように要求されると、既存のＢＥＢ方式を利用する必要がある。すなわち、端末は、ＢＥＢ方式でバックオフ窓のサイズを調整し、端末が基地局に送信するトラヒックが発生したとき、アップリンク帯域を要求する帯域幅要求レンジング過程にシステムを活用してもよい。したがって、システムに適応的にランダム接続方式の具現が可能である。

基地局は、レンジングバックオフ窓指示子を、初期バックオフ窓サイズを通知するチャネルで共に送信してもよく、特に呼出しメッセージ（例えば、１６ｍシステムではＡＡＩ−ＰＡＧ−ＡＤＶ ｍｅｓｓａｇｅ）内に含めて送信してもよい。

このレンジングバックオフ窓指示フィールドは、一つのシステム内で適応的に適用してもよく、通信事業者が所望する方法として適用してもよい。

図７は、本発明に係るランダム接続のバックオフ方法のフローチャートである。基地局は端末に、初期バックオフ窓サイズを含む呼出しメッセージを送信する（Ｓ７０１）。端末は、初期バックオフ窓サイズに基づいてレンジング過程を行う（Ｓ７０２）。端末は基地局からレンジング確認メッセージを受信できないとき、２番目のバックオフ窓サイズに基づいてレンジング要求メッセージを基地局に再送信する（Ｓ７０３）。端末は、さらに基地局からレンジング確認メッセージを受信できないとき、３番目のバックオフ窓サイズに基づいてレンジング要求メッセージを基地局に再送信する（Ｓ７０４）。以降、ランダム接続によるレンジング要求メッセージ送信に成功した場合、基地局は端末にレンジング応答メッセージを送信する（Ｓ７０５）。

上述したような本発明は、図１の端末１００及び基地局１５０に適用可能である。図１の端末は、Ｈ２Ｈ機器又はＭ２Ｍ機器であってよい。図１を参照すると、端末１００のプロセッサ１２０は、基地局１５０からバックオフ窓情報を含むメッセージを受信するように受信器１１２を制御し、該バックオフ窓情報に基づいてレンジング手順を行うように構成される。このバックオフ窓情報が０番目のバックオフ窓のサイズＫ₀を表す情報を含み、プロセッサ１２０は、ｘ番目のバックオフ窓のサイズＫ_xは、式Ｋ_x＝Ｋ₀／（２^x）（ここで、ｘはレンジング再送信回数を表す）によって決定するように構成される。又は、プロセッサ１２０は基地局からレンジング応答メッセージを受信できなかった場合、バックオフ窓情報に基づいてレンジング要求メッセージを再送信するように送信器１１１を制御してもよい。又は、プロセッサ１２０は、レンジング要求メッセージに対するレンジング応答メッセージを基地局１５０から受信するように受信器１１２を制御し、該レンジング応答メッセージに基づいて基地局１５０にネットワーク進入手順を行ってもよい。ここで、ｘ番目のバックオフ窓のサイズは最小２以上の値を有してよい。上記メッセージはレンジング再送信のためのバックオフ窓サイズの増加又は減少を指示するレンジングバックオフ窓指示子を含んでもよい。プロセッサ１２０は、レンジングバックオフ窓指示子が増加を表す場合、レンジング再送信のためのバックオフ窓サイズを増加させ、レンジングバックオフ窓指示子が減少を表す場合、レンジング再送信のためのバックオフ窓サイズを減少させることができる。又は、プロセッサ１２０は、基地局からバックオフ窓情報を含むメッセージを受信するように受信器１１２を制御し、該バックオフ窓情報を用いてｘ番目（ここで、ｘは非負整数）のレンジング送信のためのｘ番目のバックオフ窓を決定するように構成され、このｘ番目のバックオフ窓内で基地局へｘ番目のレンジングを送信するように送信器１１１を制御し、ｘ番目のバックオフ窓の終了時点を考慮して、（ｘ＋１）番目のバックオフ窓の開始時点を決定するように構成してもよい。

又は、プロセッサ１２０は、（ｘ＋１）番目のバックオフ窓の開始時点は、０番目のバックオフ窓からｘ番目のバックオフ窓までのサイズの和と、該ｘ番目のレンジング送信時点に所定時間を加えた値のうち、大きい値を（ｘ＋１）番目のバックオフ窓の開始時点と決定するように構成してもよい。

基地局１５０のプロセッサ１７０は、端末１００にバックオフ窓情報を含む呼出しメッセージを送信するように送信器１６１を制御し、該バックオフ窓情報に基づいてレンジング手順を行うように構成してもよい。基地局１５０のプロセッサ１７０は、端末１００からレンジング要求メッセージを受信するように受信器１６２を制御してもよい。又は、プロセッサ１７０は、レンジング要求メッセージに対するレンジング応答メッセージを端末１００に送信するように送信器１６１を制御してもよい。

又は、プロセッサ１７０は、バックオフ窓情報を用いて決定されたｘ番目のバックオフ窓内で、端末からｘ番目のレンジング送信を受信するように受信器１６２を制御し、バックオフ窓情報を用いて決定された（ｘ＋１）番目のバックオフ窓内で端末から（ｘ＋１）番目のレンジング送信を受信するように受信器１６２を制御し、（ｘ＋１）番目のバックオフ窓の開始時点はｘ番目のバックオフ窓の終了時点を考慮して決定するように構成してもよい。

以上説明した実施例は、本発明の構成要素及び特徴を所定形態に結合したものである。各構成要素又は特徴は、別の明示的な言及がない限り、選択的なものとして考慮することが望ましい。各構成要素又は特徴は、他の構成要素や特徴と結合しない形態で実施してもよいし、一部の構成要素及び／又は特徴を結合して本発明の実施例を構成してもよい。本発明の実施例で説明される動作の順序は変更可能である。ある実施例の一部構成や特徴は、別の実施例に含まれることもあり、別の実施例の対応する構成又は特徴に置き換えられることもある。特許請求の範囲において明示的な引用関係にない請求項を結合して実施例を構成したり、出願後の補正によって新しい請求項として含めたりすることが可能であることは明らかである。

本発明は、本発明の精神及び必須特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で具体化してもよいことは、当業者には明らかである。そのため、上記の詳細な説明はいずれの面においても制約的に解釈してはならず、例示的なものとして考慮しなければならない。本発明の範囲は、添付した請求項の合理的解釈によって定めなければならず、本発明の均等範囲内における変更はいずれも本発明の範囲に含まれる。

Claims (12)

1. 端末が基地局からバックオフ窓情報を含むメッセージを受信するステップと、
   前記バックオフ窓情報に基づいてレンジング送信を行うステップと、を有し、
   前記バックオフ窓情報は、０番目のバックオフ窓のサイズＫ₀を表す情報を含み、
   ｘ番目（ここで、ｘは非負整数）のバックオフ窓のサイズＫ_xは、式Ｋ_x＝Ｋ₀／（２^x）によって決定され、ｘはレンジング再試行回数を表す、レンジング送信方法。
2. 前記メッセージは呼出しメッセージである、請求項１に記載のレンジング送信方法。
3. 前記０番目のバックオフ窓のサイズＫ₀は２より大きい、請求項１に記載のレンジング送信方法。
4. 端末からレンジング送信を受信する方法であって、
   基地局が前記端末にバックオフ窓情報を含むメッセージを送信するステップと、
   前記バックオフ窓情報に基づいて前記端末とレンジング手順を行うステップと、を有し、
   前記バックオフ窓情報は、０番目のバックオフ窓のサイズＫ₀を表す情報を含み、
   前記ｘ番目（ここで、ｘは非負整数）のバックオフ窓のサイズＫ_xは、式Ｋ_x＝Ｋ₀／（２^x）によって決定され、ｘはレンジング再試行回数を表す、方法。
5. 前記メッセージは呼出しメッセージである、請求項４に記載の方法。
6. 前記０番目のバックオフ窓のサイズＫ₀は２より大きい、請求項４に記載の方法。
7. 無線通信システムにおいて基地局にレンジング送信を行う端末であって、
   受信器と、
   送信器と、
   前記受信器を制御するように構成されたプロセッサと、を備え、
   前記プロセッサは、前記基地局からバックオフ窓情報を含むメッセージを受信するように前記受信器を制御し、前記バックオフ窓情報に基づいてレンジング手順を行うように構成され、
   前記バックオフ窓情報は、０番目のバックオフ窓のサイズＫ₀を表す情報を含み、
   前記プロセッサは、ｘ番目（ここで、ｘは非負整数）のバックオフ窓のサイズＫ_xを式Ｋ_x＝Ｋ₀／（２^x）によって決定し、ｘはレンジング再試行回数を表すように構成される、端末。
8. 前記メッセージは呼出しメッセージである、請求項７に記載の端末。
9. 前記０番目のバックオフ窓のサイズＫ₀は２より大きい、請求項７に記載の端末。
10. 無線通信システムにおいて端末からレンジング送信を受信する基地局であって、
    受信器と、
    送信器と、
    前記受信器及び前記送信器を制御するように構成されたプロセッサと、を備え、
    前記プロセッサは、前記端末にバックオフ窓情報を含む呼出しメッセージを送信するように前記送信器を制御し、前記バックオフ窓情報に基づいて前記端末とレンジング手順を行うように構成され、
    前記バックオフ窓情報は、０番目のバックオフ窓のサイズＫ₀を表す情報を含み、
    前記ｘ番目の（ここで、ｘは非負整数）バックオフ窓のサイズＫ_xは、式Ｋ_x＝Ｋ₀／（２^x）によって決定され、ｘはレンジング再試行回数を表す、基地局。
11. 前記メッセージは呼出しメッセージである、請求項１０に記載の基地局。
12. 前記０番目のバックオフ窓のサイズＫ₀は２より大きい、請求項１０に記載の基地局。

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