JP2019516257A - マルチビーム衛星システムのための動的帯域幅割り当てに基づくスイッチング制御を用いるハイブリッドプロセッサ - Google Patents

マルチビーム衛星システムのための動的帯域幅割り当てに基づくスイッチング制御を用いるハイブリッドプロセッサ Download PDF

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Abstract

本発明は、1つまたは複数の制御チャネルを介してネットワーク制御センターによって制御可能であり、いくつかの衛星ビーム上にアップリンクトラフィックチャネルおよびダウンリンクトラフィックチャネルを提供することと、アップリンクトラフィックチャネルからダウンリンクトラフィックチャネルにアトミック交換情報ブロックをルーティングすることと、1つまたは複数のアップリンクシグナリングチャネルおよび1つまたは複数のダウンリンクシグナリングチャネル上で地上の端末とシグナリングデータをやりとりすることとによって地上の端末をリンクするように設計される、電気通信マルチビーム衛星に搭載して使用するためのハイブリッドプロセッサシステム(1)に関する。すべてのアトミック交換情報ブロックは、1つの同じ所与の時間期間および1つの同じ所与のベースバンド帯域幅を有する。各アップリンクトラフィックチャネルは、それぞれのアップリンク周波数を含むそれぞれのアップリンク帯域幅を有し、前記それぞれのアップリンク周波数において、それぞれのアップリンク時間スーパーフレームを形成するそれぞれのアップリンク時間フレームへと編成されるそれぞれのアップリンクタイムスロット内で、それぞれのアトミック交換情報ブロックを搬送する。各ダウンリンクトラフィックチャネルは、それぞれのダウンリンク周波数を含むそれぞれのダウンリンク帯域幅を有し、前記それぞれのダウンリンク周波数において、それぞれのダウンリンク時間スーパーフレームを形成するそれぞれのダウンリンク時間フレームへと編成されるそれぞれのダウンリンクタイムスロット内で、それぞれのアトミック交換情報ブロックを搬送する。ハイブリッドプロセッサシステム(1)は、バーストスイッチングプロセッサ(11)およびオンボードプロセッサコントローラ(12)を備え、オンボードプロセッサコントローラ(12)は、アトミック交換情報ブロックの前記所与の時間期間および前記所与のベースバンド帯域幅と、それぞれのアップリンク帯域幅、それぞれのアップリンク周波数、それぞれのアップリンクタイムスロットのそれぞれの時間の長さ、ならびに各アップリンクチャネルのそれぞれのアップリンク時間フレームおよびそれぞれのアップリンク時間スーパーフレームのそれぞれの構造の特徴と、それぞれのダウンリンク帯域幅、それぞれのダウンリンク周波数、それぞれのダウンリンクタイムスロットのそれぞれの時間の長さ、ならびに各ダウンリンクチャネルのそれぞれのダウンリンク時間フレームおよびそれぞれのダウンリンク時間スーパーフレームのそれぞれの構造の特徴と、地上の端末にサービス提供するためのサービス品質および優先規則とを示すサービス情報アイテムを記憶するように構成される。オンボードプロセッサコントローラ(12)は、アップリンクシグナリングチャネル上で受信された到来シグナリングデータから、地上の端末によって送信された容量要求を抽出するようにさらに構成され、容量要求は、オンボードプロセッサコントローラ(12)によって到来シグナリングデータを復調し、復号することによって抽出される。さらに、オンボードプロセッサコントローラ(12)は、記憶されたサービス情報アイテムおよび地上の端末から受信されたすべての容量要求に基づいて、それぞれの周波数リソース、空間リソース、および時間リソースを、リンクされるべき地上の端末の各対または組に割り振るようにも構成され、前記それぞれの周波数リソース、空間リソース、および時間リソースは、1つまたは複数のそれぞれの衛星ビーム上で提供される1つまたは複数のそれぞれのアップリンクチャネルの1つまたは複数のそれぞれのアップリンク周波数、前記1つまたは複数のそれぞれのアップリンクチャネルの1つまたは複数のアップリンク時間スーパーフレーム内の1つまたは複数のそれぞれのアップリンク時間フレーム内の1つまたは複数のそれぞれのアップリンクタイムスロット、前記1つまたは複数のそれぞれの衛星ビーム上で提供される1つまたは複数のそれぞれのダウンリンクチャネルの1つまたは複数のそれぞれのダウンリンク周波数、および前記1つまたは複数のそれぞれのダウンリンクチャネルの1つまたは複数のダウンリンク時間スーパーフレーム内の1つまたは複数のそれぞれのダウンリンク時間フレーム内の1つまたは複数のそれぞれのダウンリンクタイムスロットを含む。加えて、オンボードプロセッサコントローラ(12)は、地上の端末に割り振られる周波数リソースおよび時間リソースを示すリソース割り振りメッセージを生成することと、ダウンリンクシグナリングチャネル上で地上の端末へ送信されるべき送出シグナリングデータを生成することであって、送出シグナリングデータが、オンボードプロセッサコントローラ(12)によってリソース割り振りメッセージを符号化し、変調することによって生成される、生成することと、地上の端末に割り振られた周波数リソース、空間リソース、および時間リソースに基づいてルーティングマップを生成することと、ルーティングマップに基づいてスイッチングコマンドを生成することと、ネットワーク制御センターによって送信された制御メッセージを、制御チャネル上で受信された制御データから抽出することであって、制御メッセージが、オンボードプロセッサコントローラ(12)によって制御データを復調し、復号し、解読することによって抽出される、抽出することと、制御メッセージに基づいて、記憶されたサービス情報アイテムを更新することとを行うようにさらに構成される。バーストスイッチングプロセッサ(11)は、オンボードプロセッサコントローラ(12)によって生成されたスイッチングコマンドに基づいて、アトミック交換情報ブロックをルーティングするように構成される。それによって、オンボードプロセッサコントローラ(12)は、シグナリングデータに関連して再生型の方法で動作するように構成され、ネットワーク制御センターによって再構成可能であり、バーストスイッチングプロセッサ(11)は、アトミック交換情報ブロックに関連してデジタル透過的な方法で動作するように構成され、周波数領域、空間領域、および時間領域においてアトミック交換情報ブロックをルーティングするためにオンボードプロセッサコントローラ(12)によって動作させられ得る。

Description

本発明は、一般に、衛星電気通信に関し、特に、マルチビームコネクション型衛星通信に関する。
現在、知られているように、衛星システムは、さらなる帯域幅および接続性のますます増え続ける需要に対する、高速で費用対効果の大きなソリューションと考えられている。実際、衛星システムは、長距離にわたり広帯域の直接リンクを提供することによって広範囲の地域を相互接続し、輻輳したリンクおよび/または安全でないリンクを迂回することを可能にし得る。
そのようなシナリオにおいて、衛星ペイロードは、改善されたスイッチング能力、無線リソース管理における高められた効率および柔軟性、ならびに品質および優先度の階層の最適化された取り扱いの点で、ますます厳しくなっている要件に従わなければならない。
特に、インターネットプロトコル(IP)および標準化された無線インターフェース(たとえば、デジタルビデオ放送-衛星を介した戻りチャネル(DVB-RCS: Digital Video Broadcasting - Return Channel via Satellite)、デジタルビデオ放送-衛星-第2世代(DVB-S2: Digital Video Broadcasting - Satellite - Second Generation)など)に基づく新たに台頭しつつある衛星通信のシナリオは、典型的には、地球上のあらゆる場所に分散され得る膨大な数のエンドポイントを含み、高データレートおよび品質/優先度の区別によって特徴付けられる適用例を有する。これは、接続性およびリソースを取り扱う柔軟性の点で衛星ペイロードに関する極めて厳しい要件をもたらす。(エンドポイントへのパケットの到着とエンドポイントが前記パケットを送信するために帯域幅を使用することができる時間との間の時間間隔として定義される)アクセス遅延は、時間的制約が厳しい適用例(たとえば、音声、映像など)に対する劣化の影響を緩和するために、できる限り短くするべきである。
さらに、電気通信のための衛星システムの進化は、透過的な衛星アーキテクチャに典型的な星型ネットワーク構成から、たとえば、再生型の(regenerative)衛星アーキテクチャによって実現可能なメッシュ型ネットワーク構成に進化する必要性によって駆り立てられてきた。この種のアーキテクチャは、典型的には、トラフィック管理の高度な柔軟性、低減された遅延、およびより高い無線リソースの効率を実現することを可能にする。しかしながら、再生型の手法の実装の複雑さと、宇宙での適用例に影響を与える典型的な技術的制約とが原因で、現在のペイロードの開発は、限られた容量および低減された通信帯域幅によって特徴付けられてきた。この理由により、メッシュネットワークの(つまり、ユーザリンクがフィーダリンクを使用することなく衛星を介してのみ実装される)観点では常に、(デジタル透過ペイロード(digital transparent payload)としても知られる)透過的アーキテクチャ(translucent architecture)が導入されてきた。この種のアーキテクチャによれば、ペイロードの複雑さを実現可能な範囲に留めながら広帯域の接続性を実現することが可能である。
このシナリオにおいては、衛星のスイッチング能力が重要な役割を果たす。大まかに言って、2つの主なカテゴリ、すなわち、回線交換およびパケット交換が、オンボードスイッチングに関して以前から定義されている。
前者は、確定的な(deterministic)手法に基づいており、したがって、予測可能なトラフィックを管理するように設計される。実際、確定的なトラフィックプロファイルによれば、高いスイッチング容量が、予め定義されたリソース割り当てによって実現され得る。確定的なスイッチング例は、時分割多重(TDM)アクセスパターンおよびスイッチング計画が数十秒以上の一定のフローのために確立され、呼のセットアップおよび終了がユーザと、ネットワーク制御センター(NCC)としても知られる地上のネットワークオペレーションセンター(NOC)との間のシグナリングメッセージに基づいて行われるいわゆる衛星交換時分割多元接続(SS-TDMA: Satellite Switched Time Division Multiple Access)である。衛星ペイロードは、アップリンクおよびダウンリンクの波形を修正する必要がない場合、透過的である可能性がある。そうではなく、アップリンクの波形とダウンリンクの波形との両方が特定の理由で(たとえば、既存の地上の受信機を再利用するために)異なる必要がある場合、回線交換が、再生型のペイロードによっても実装される可能性がある。
そうではなく、パケット交換は、ユーザの数が多く、スイッチングされるトラフィックが予測不可能であるときに必要とされる動的なスイッチング能力を提供するために設計される。パケット交換によれば、トラフィックは、概して、パケットヘッダに含まれる情報に基づいてダウンリンクビームにルーティングされ、アクセスパターンおよびスイッチング計画は、相互に関連付けられず、統計多重化が、多数のオンボードバッファによって実現される。特に、衛星ペイロードは、デジタル復調および復号操作を含め、リンクレイヤに至るまでトラフィックフロー全体を処理すべきである。したがって、パケット交換が、再生型のペイロードによって実装されることが好ましい。
さらに詳しく述べると、既存のマルチビーム衛星通信ソリューションの例は、以下を含む。
・周波数領域および空間領域において準静的であり、それによって動的な1ホップの接続性を可能にしないスイッチング段階を用いるデジタル透過ソリューション
・送信先において統計的ブロッキングが発生する(したがって、潜在的にパケット交換の損失がある)高速なスイッチングファブリックと考えられるブロッキングダイナミックスイッチルーティング能力(blocking dynamic switch routing capabilities)を用いるソリューション。前記ソリューションは、コネクション型ではない。
・宇宙空間のルーティング判断プロセス(space routing decision process)のための特定のレガシーの方式/論理のために設計されたスイッチング制御を用いるソリューション
・再構成不可能なオンボードスイッチング制御段階を用いるソリューション
・地上-衛星間の保護されないシグナリングフローによるオンボード処理を用いるソリューション
より一層詳しくは、下で、いくつかの特定の既存のマルチビーム衛星通信ソリューションが、関連する欠点と共に簡潔に示される。
高スループットの衛星に適さず、再構成可能でもなく(実際のところ、無線インターフェースが特定の規格または独自仕様のソリューションを実装する)、それによって、無線インターフェース規格の潜在的な修正を取り扱うことを可能にしない完全に再生型のSS-TDMAソリューションが、知られている。
また、マイクロ波交換マトリックス(microwave switched matrix)/デジタル回線交換ソリューションが、知られており、それらのソリューションのほとんどは、柔軟性が低く、リソースの効率が低い単一チャネル/キャリア(SCPC: Single Channel Per Carrier)を指向している。
さらに、搭載メモリが限られており、リソースがあまり使用されず、接続性の柔軟性が低くされ、周波数および空間領域において準静的スイッチングを用いるフレームバッファリングのないデジタル透過処理も、知られている。
また、無線バーストスイッチング(RBS: Radio Burst Switching)が、知られている。たとえば、米国特許第7,298,728(B2)号は、制御情報が着信データチャネル上でデータバーストに先立つ別個のバーストヘッダによってバーストスイッチング要素に提供される、バーストスイッチング要素を用いて動作し得るRBSのためのスケジューリングシステムおよび方法を開示する。特に、米国特許第7,298,728(B2)号によれば、一連のスケジューリングの決定が、パケット処理(すなわち、送信、バッファリング、またはパケットの破棄のための処理)がパケットの損失および利用可能なバッファ空間に関して最適化されるような選択順でなされる。加えて、バーストヘッダ内で受信される制御情報は、将来に備えたスケジューリングメカニズムにおいて将来の到来データパケットのために出力データチャネルの帯域幅を確保するためにも使用され得る。より広く、RBSは、地上管制局によって注入されたバーストヘッダを処理することによって高スループットのバーストスイッチングを提供し、端末は、それらの端末のバーストを、ガード時間に関するこれらのヘッダの間の時間内に注入する。しかし、RBSは、損失のないバーストスイッチングを保証せず、端末側とハブ側との両方にバーストヘッダの処理のための独自仕様の機器を必要とし、とりわけ、スイッチの構成のためのバーストヘッダメカニズムに対応するための地上のリソースの取り扱いならびに(たとえば、DVB-RCSシステムのための同期およびシステムログオンをサポートするために必要なシグナリングのオーバーヘッドに関する)さらなるシグナリングのオーバーヘッドが原因で、より長いアクセス遅延をもたらす。
さらに、再構成能力が限られており、送信先衛星カバレッジビームへのチャネルIDの関連付けのためにDVB-RCS端末の特定の実装を用いる、高スループットには適さないコネクション型ソリューションを提供する完全に再生型の衛星交換マルチ周波数TDMA(SS-MF-TDMA: Satellite Switched Multi-Frequency TDMA)アーキテクチャも、知られている。完全に再生型のSS-MF-TDMAは、質量および電力消費の点で衛星ペイロードに大きな影響を有する。加えて、このソリューションは、無線インターフェースのプロトコルがDVB-RCS規格の採用によって制約される一方で、地上のリソースの取り扱いが原因である大きなアクセス遅延をもたらす。
最後に、ネットワークオペレーションセンター(NOC)からのオンボード再構成のための機能が限られている、特定の規格または独自仕様の無線インターフェースの採用によって制約される完全に再生型の衛星搭載パケットスイッチングアーキテクチャも、知られている。これらのソリューションは、質量および電力消費の点で衛星ペイロードに大きな影響を有する。
データ通信衛星システムがマルチメディアネットワークのための交換転送サービスを提供し、アクセス方式、プロトコル、およびスイッチング技術がセル毎に動的な要求に応じた帯域幅(bandwidth-on-demand)を提供するために組み合わされる、マルチメディアトラフィックを搬送するデータ通信衛星システムおよび方法に関する完全に再生型の衛星アーキテクチャの例が、米国特許第6377561(B1)号において提供される。
特に、米国特許第6377561(B1)号によるデータ通信衛星システムは、ATMに似たセル(ATMは、非同期転送モードを意味する)をサポートする無線インターフェースおよび波形を用い、トラフィックデータとシグナリングデータとの両方が復調される完全に再生型のアーキテクチャを有する。
実際のところ、米国特許第6377561(B1)号によれば、容量要求が、帯域内で送信され(つまり、帯域内シグナリング手法が使用される)、したがって、情報データ、容量要求に関連するデータ、およびトラフィックのルーティングデータを抽出するためにすべての受信されたデータパケットを復調する必要がある。
さらに、マルチビーム衛星システムにおける動的な周波数の割り振りに関し、利用可能な周波数チャネルがマルチビーム衛星システムの特定のビームに動的に割り振られる、完全に再生型の衛星アーキテクチャのさらなる例も、米国特許出願公開第2012/300697(A1)号において提供される。米国特許出願公開第2012/300697(A1)号によれば、周波数の割り振りは、マルチビーム衛星システムの特定のビームに割り当てられた周波数の量に基づく可能性があり、周波数再利用の制約を使用する所与の周波数選択方法を利用する。それぞれが1つまたは複数の異なるビームに割り振られるいくつかのはっきり異なる周波数チャネルが、存在する可能性がある。そのようなシステムは、端末(たとえば、ユーザ端末またはゲートウェイ)と通信する衛星からなる可能性がある。衛星は、端末から帯域幅要求データを受信し、まとめ、この情報を周波数の割り振りにおいて使用し得る。
上述のように、米国特許出願公開第2012/300697(A1)号によるマルチビーム衛星システムも、完全に再生型のアーキテクチャを有する。加えて、前記マルチビーム衛星システムは、決まったスーパーフレームの長さをサポートする決まった無線インターフェースおよび波形を使用する。
そうではなく、米国特許出願公開第2003/166401(A1)号は、輻輳制御を用いるブロッキングスイッチの手法に基づく衛星電気通信のためのリソースマネージャを開示する。
特に、米国特許出願公開第2003/166401(A1)号によるリソースマネージャは、衛星を介してスポットにデータを送信するユーザ端末を含む衛星電気通信システムにおいて使用され、所与の端末から同じ所与の送信先スポットへのすべてのデータストリームが、端末から衛星への1組のアップリンクおよび衛星からスポットへの1組のダウンリンクを含む仮想的な経路を構成する。前記リソースマネージャは、ユーザ端末によって送信され、仮想的な経路に対応する衛星のリソースを使用する必要をそれぞれが表す要求を受信するための各衛星に関連する中心的エンティティを含む。前記中心的エンティティは、要求を、同じスポットから送信先スポットへの1組のアップリンクにそれぞれが関連する要求グループにグループ分けし、1組のアップリンクは、仮想的なリンクを構成し、前記中心的エンティティは、各要求グループのための認可されたリソースを決定する。
米国特許出願公開第2003/166401(A1)号によるソリューションは、リソースマネージャと輻輳コントローラとの両方が使用され、前記輻輳コントローラがリソース割り振りプロセスの結果に基づいてリソースマネージャによって構成される、回線交換アーキテクチャに関する(スイッチは、再生型であるほど透過的である可能性がある)。米国特許出願公開第2003/166401(A1)号によれば、帯域内シグナリングを使用することによって、またはシグナリングチャネル(すなわち、帯域外シグナリング)を利用することによってリソースが要求される可能性がある。
そうではなく、スイッチングアルゴリズムに関して、(「Principles of Broadband Switching and Networking」と題された書籍、2010年4月、Wiley、ISBN: 978-0-471-13901-0においてSoung C. LiewおよびTony T. Leeによって提示されたブロードキャストおよびマルチキャストスイッチ構成のためのソリューションなどの)ブロードキャストおよびマルチキャストスイッチ構成のためのすべての既存のソリューションは、ノンブロッキングルーティングアルゴリズムが実装される必要があるときにハードウェアリソースの最小化を保証しない。実際のところ、スイッチの設計は、以下の2つの異なる点から見られ得る。
1. ハードウェアアーキテクチャが、物理的な接続性の観点から厳密なノンブロッキングネットワークである必要があるが、同時に、オンボードの実装を可能にするために最小の可能なサイズを有する必要がある。
2. ルーティングアルゴリズムが、ブロッキング状態がなく、アルゴリズムの実施の速度を最大化する必要とされる接続を実現するために、それぞれの基本的なスイッチのサブブロックの適切な構成を見つける必要がある。
第2の目標、たとえば、ブロードキャスト、マルチキャスト、およびユニキャスト能力も有するルーティングアルゴリズムを特定することを実現するために、最も単純な厳密なノンブロッキングスイッチハードウェアアーキテクチャを選択することは十分ではないが、現在最先端の技術では、ノンブロッキングルーティングアルゴリズムは、スイッチが最も単純な厳密なノンブロッキングスイッチに関連してわずかに拡張される場合、またはランダムなルーティングポリシーが考えられる場合(これに関連して、上述の書籍「Principles of Broadband Switching and Networking」の段落6.1.3が参照され得る)にのみ知られている。特に、前記段落6.1.3は、スイッチの各モジュールにおいてパケットをルーティングする第2の方法も検討するが、この第2の方法が適用されるとき、5段階アーキテクチャの中心的モジュールが正しい方法で対処されない場合、ブロッキング状態が常に発生し、場合によっては、ソリューションの網羅的な探索を必要とする。直接的な計算アルゴリズムは、文献の中で知られていない。
多段階スイッチアーキテクチャに関しては、たとえば、複数の段階を有するスイッチ(特に、3段階Closスイッチネットワーク)による信号のアナログデジタル変換、周波数チャネルの形成、およびそれらの組合せによって通信データを処理するためのシステムおよび方法を用いる衛星トランスポンダに関する欧州特許出願公開第2728770(A2)号が、参照され得る。
特に、欧州特許出願公開第2728770(A2)号は、アナログ入力を受信するように構成されたアナログフロントエンドと、アナログ入力をデジタル信号に変換するように構成されたアナログ-デジタルコンバータと、デジタル信号を処理して複数の周波数スライス(frequency slice)を生成するように構成されたデジタルチャネライザと、複数の周波数スライスをまとめて出力サブバンドを形成するように構成されたデジタルコンバイナと、デジタルチャネライザからデジタルコンバイナに複数の周波数スライスをルーティングするように構成されたデジタルスイッチとを含み、デジタルスイッチが、入口段階スイッチ、中間段階スイッチ、および出口段階スイッチを含む多段階スイッチネットワーク(特に、3段階Closスイッチネットワーク)を含む装置を開示する。
米国特許第7,298,728(B2)号 米国特許第6377561(B1)号 米国特許出願公開第2012/300697(A1)号 米国特許出願公開第2003/166401(A1)号 欧州特許出願公開第2728770(A2)号
Soung C. LiewおよびTony T. Lee、「Principles of Broadband Switching and Networking」、2010年4月、Wiley、ISBN: 978-0-471-13901-0 R. E. CrochiereおよびL. R. Rabiner、「Multirate Digital Signal Processing」、Prentice Hall、1983年
出願人は、オンボードパケットルーティングおよび動的な要求に応じた帯域幅(BoD)の能力が1つまたは複数のエンドポイントの間の時間的に変化するIPトラフィックのやりとりを効率的にサポートするために極めて重大であることに気がついた。一方、処理能力は、質量および電力消費ならびに複雑さの点で衛星ペイロードに対するそれらの影響を制限するはずである。さらに、衛星の寿命(通常は少なくとも15年)と比較した無線インターフェースの継続的な変化を考えると、オンボード処理能力に基づくペイロードの急速な陳腐化のリスクが、考慮に入れられる必要がある。
したがって、本発明の一目的は、概して、既存のソリューションの上述の欠点を少なくとも部分的に克服し、特に、以下の特徴のうちの1つまたは複数を提供する衛星通信テクノロジーを提供することである。
・動的帯域幅割り当て能力(DBAC)を有する1ホップメッシュ/星型ネットワークアーキテクチャトポロジーのためのビーム内/ビーム間オンボード高性能パケットスイッチングを用いるマルチビームコネクション型衛星通信
・波形/規格の進化に関連する柔軟性、および(端末レベルとハブレベルとの両方で)既存のシグナリングプロトコル規格のサポート、およびオンボードソフトウェア無線(SDR: Software Defined Radio)管理によるそれらの修正
・DBACに基づくユニキャストの場合とマルチキャストの場合との両方のためのオンボードの高速なノンブロッキングスイッチング機能
・完全なMF-TDMA接続性の柔軟性を保ちながらの無理のないオンボードの複雑さ
・複数のフレームの継続時間が同時に存在することをサポートするための、マルチフレーミングTDMAオンボードスイッチングによる、オンボードの設計の周波数の計画(フレームサイズおよびチャネル周波数配置)からの切り離し
・非臨界サンプリングされる(non-critically sampled)チャネライザの合計1(sum-to-one)の転送機能を実現しながらの機内に記憶される情報の最小化
・ネットワークトラフィックに基づくオンボードペイロードリソースの動的最適化
・オンボードシグナリングメッセージの取り扱いの保護
この目的および他の目的は、本発明が添付の特許請求の範囲において定義されるハイブリッドプロセッサシステムに関するという点で本発明によって実現される。
特に、本発明は、電気通信マルチビーム衛星に搭載して使用するためのハイブリッドプロセッサシステムに関し、前記電気通信マルチビーム衛星は、1つまたは複数の制御チャネルを介してネットワーク制御センターによって制御可能であり、
・いくつかの衛星ビーム上でアップリンクトラフィックチャネルおよびダウンリンクトラフィックチャネルを提供することと、
・アップリンクトラフィックチャネルからダウンリンクトラフィックチャネルにアトミック交換情報ブロック(Atomic Switched Information Block)をルーティングすることと、
・1つまたは複数のアップリンクシグナリングチャネルおよび1つまたは複数のダウンリンクシグナリングチャネル上で地上の端末とシグナリングデータをやりとりすることとによって地上の端末をリンクするように設計され、
すべてのアトミック交換情報ブロックは、1つの同じ所与の時間期間および1つの同じ所与のベースバンド帯域幅を有し、
各アップリンクトラフィックチャネルは、それぞれのアップリンク周波数を含むそれぞれのアップリンク帯域幅を有し、前記それぞれのアップリンク周波数において、それぞれのアップリンク時間スーパーフレームを形成するそれぞれのアップリンク時間フレームへと編成されるそれぞれのアップリンクタイムスロット内でそれぞれのアトミック交換情報ブロックを搬送し、
各ダウンリンクトラフィックチャネルが、それぞれのダウンリンク周波数を含むそれぞれのダウンリンク帯域幅を有し、前記それぞれのダウンリンク周波数において、それぞれのダウンリンク時間スーパーフレームを形成するそれぞれのダウンリンク時間フレームへと編成されるそれぞれのダウンリンクタイムスロット内でそれぞれのアトミック交換情報ブロックを搬送する。
前記ハイブリッドプロセッサシステムは、
・バーストスイッチングプロセッサと、
・オンボードプロセッサコントローラとを備える。
前記オンボードプロセッサコントローラは、
・サービス情報アイテムを記憶することであって、サービス情報アイテムが、
- アトミック交換情報ブロックの前記所与の時間期間および前記所与のベースバンド帯域幅と、
- それぞれのアップリンク帯域幅、それぞれのアップリンク周波数、それぞれのアップリンクタイムスロットのそれぞれの時間の長さ、ならびに各アップリンクチャネルのそれぞれのアップリンク時間フレームおよびそれぞれのアップリンク時間スーパーフレームのそれぞれの構造の特徴と、
- それぞれのダウンリンク帯域幅、それぞれのダウンリンク周波数、それぞれのダウンリンクタイムスロットのそれぞれの時間の長さ、ならびに各ダウンリンクチャネルのそれぞれのダウンリンク時間フレームおよびそれぞれのダウンリンク時間スーパーフレームのそれぞれの構造の特徴と、
- 地上の端末にサービスを提供するためのサービス品質および優先規則とを示す、記憶することと、
・アップリンクシグナリングチャネル上で受信された到来シグナリングデータから、地上の端末によって送信された容量要求を抽出することであって、容量要求が、オンボードプロセッサコントローラ(12)によって到来シグナリングデータを復調し、復号することによって抽出される、抽出することと、
・記憶されたサービス情報アイテムおよび地上の端末から受信されたすべての容量要求に基づいて、それぞれの周波数リソース、空間リソース、および時間リソースを、リンクされるべき地上の端末の各対または組に割り振ることであって、前記それぞれの周波数リソース、空間リソース、および時間リソースが、
- 1つまたは複数のそれぞれの衛星ビーム上で提供される1つまたは複数のそれぞれのアップリンクチャネルの1つまたは複数のそれぞれのアップリンク周波数、
- 前記1つまたは複数のそれぞれのアップリンクチャネルの1つまたは複数のアップリンク時間スーパーフレーム内の1つまたは複数のそれぞれのアップリンク時間フレーム内の1つまたは複数のそれぞれのアップリンクタイムスロット、
- 前記1つまたは複数のそれぞれの衛星ビーム上で提供される1つまたは複数のそれぞれのダウンリンクチャネルの1つまたは複数のそれぞれのダウンリンク周波数、および
- 前記1つまたは複数のそれぞれのダウンリンクチャネルの1つまたは複数のダウンリンク時間スーパーフレーム内の1つまたは複数のそれぞれのダウンリンク時間フレーム内の1つまたは複数のそれぞれのダウンリンクタイムスロットを含む、割り振ることと、
・地上の端末に割り振られる周波数リソースおよび時間リソースを示すリソース割り振りメッセージを生成することと、
・ダウンリンクシグナリングチャネル上で地上の端末へ送信されるべき送出シグナリングデータを生成することであって、送出シグナリングデータが、オンボードプロセッサコントローラ(12)によってリソース割り振りメッセージを符号化し、変調することによって生成される、生成することと、
・地上の端末に割り振られた周波数リソース、空間リソース、および時間リソースに基づいて、ルーティングマップを生成することと、
・ルーティングマップに基づいて、スイッチングコマンドを生成することと、
・ネットワーク制御センターによって送信された制御メッセージを、制御チャネル上で受信された制御データから抽出することであって、制御メッセージが、オンボードプロセッサコントローラ(12)によって制御データを復調し、復号し、解読することによって抽出される、抽出することと、
・制御メッセージに基づいて、記憶されたサービス情報アイテムを更新することと
を行うように構成される。
バーストスイッチングプロセッサは、オンボードプロセッサコントローラによって生成されたスイッチングコマンドに基づいて、アトミック交換情報ブロックをルーティングするように構成される。
それによって、
・オンボードプロセッサコントローラは、シグナリングデータに関連して再生型の方法で動作するように構成され、ネットワーク制御センターによって再構成可能であり、
・バーストスイッチングプロセッサは、アトミック交換情報ブロックに関連してデジタル透過的な方法で動作するように構成され、周波数領域、空間領域、および時間領域においてアトミック交換情報ブロックをルーティングするためにオンボードプロセッサコントローラによって動作させられ得る。
好ましくは、バーストスイッチングプロセッサは、コピー機能およびユニキャスト機能のためにそれぞれが設計された第1の3段階Closネットワークおよびカスケード接続された第2の3段階Closネットワークを含む5段階Closスイッチングネットワークを含み、前記5段階Closスイッチングネットワークは、前記第1の3段階Closネットワークおよび前記第2の3段階Closネットワークによって共有される内部中間段階を含み、オンボードプロセッサコントローラは、以下を含む自己ルーティングアルゴリズムを実装することによってスイッチングコマンドを生成するように構成される。
・5段階Closスイッチングネットワークを表す行列をルーティングマップに基づいて生成することと、
・5段階Closスイッチングネットワークのためのノンブロッキングルーティング構成を生成するために前記行列を処理すること。
本発明のより深い理解のために、純粋に非限定的な例として意図される好ましい実施形態が、以下で、添付の図面(すべて正確な縮尺でない)を参照して説明される。
本発明の好ましい実施形態による、電気通信衛星に搭載して使用するための再構成可能なハイブリッドペイロードシステムを概略的に示す図である。 図1の再構成可能なハイブリッドペイロードシステムのトラフィックリソースマネージャによって実行される容量要求処理を概略的に示す図である。 本発明の一態様によるアトミック交換情報ブロック(ASIB)スイッチング概念を概略的に示す図である。 図1の再構成可能なハイブリッドペイロードシステムのスイッチングユニット/モジュールを概略的に示す図である。 図1の再構成可能なハイブリッドペイロードシステムのスイッチングユニット/モジュールを概略的に示す図である。 バーストスイッチング処理に含まれる、図1の再構成可能なハイブリッドペイロードシステムの主な構成要素を概略的に示す図である。 本発明の一態様によるマルチキャストスイッチングの例を概略的に示す図である。 本発明の一態様による修正された自己ルーティングアルゴリズムを概略的に示す図である。 本発明の一態様による合計1の概念を示す図である。 帯域幅の効率と複雑さとの間の関連するトレードオフを示す図である。
以下の検討は、当業者が本発明を実施し、使用することを可能にするために提示される。実施形態に対する様々な修正は、特許請求される本発明の範囲を逸脱することなく、当業者に容易に明らかになるであろう。したがって、本発明は、図示され、説明される実施形態に限定されるように意図されておらず、本明細書において開示され、添付の特許請求の範囲おいて定義される原理および特徴に合致する最も広い範囲と一致するべきである。
本発明は、ビーム内/ビーム間オンボード高性能パケットスイッチングを用いるマルチビームコネクション型通信のため、および動的帯域幅割り当て能力(DBAC)を有する1ホップメッシュ/星型ネットワークアーキテクチャトポロジーのための衛星通信テクノロジーに関する。
特に、本発明は、地上の端末(すなわち、ユーザ端末)からのオンデマンドのトラフィック容量要求を、単一ホップの遷移遅延で満たすためのバーストレベルのコネクション型の高性能なメッシュ/星型のビーム内/ビーム間のフレーム毎のスイッチングのためのSS-MF-TDMAソリューションに関する。
本発明をより深く理解するために、図1は、本発明の好ましい実施形態による電気通信衛星に搭載して使用するための(1によって全体が示される)再構成可能なハイブリッドペイロードシステムを概略的に示す。
特に、再構成可能なハイブリッドペイロードシステム1は、
・以下でバーストスイッチングプロセッサ(BSP)と呼ばれ、図1において11によって全体が示されるデジタル透過スイッチング/ルーティングサブシステムと、
・以下でオンボードプロセッサコントローラ(OPC)と呼ばれ、図1において12によって全体が示される、SDRテクノロジーに基づく再構成可能なハイブリッド再生型の動的制御サブシステムとを含む。
詳細には、OPC 12は、
・(図1に示されていない)地上の端末から受信されたシグナリングメッセージを処理し、
・トラフィックリソースを管理し、
・地上の端末のニーズに基づいて利用可能なリソースを異なる衛星ビームに動的に割り振るために入力-出力相互接続に関することについてBSP 11をフレーム毎にリアルタイムで制御し、
・前記OPC 12がその制御メッセージに基づいて再構成され得る、(図1に示されていない)地上のNCCから受信された制御メッセージを取り扱うように設計されることが好ましい。
さらに詳しく述べると、SDRテクノロジーによって地上のNCCにより再構成可能な再生型のプロセッサであるOPC 12は、
・制御チャネルおよびシグナリングチャネルの変調/復調および符号化/復号と、
・サービス品質(QoS)の区別を伴う容量要求の取り扱いおよびリソースの割り振りと、
・ユニキャストのシナリオとマルチキャスト/ブロードキャストのシナリオとの両方のためにスイッチ制御コマンドを極めて高速に計算するためのノンブロッキングスイッチ制御アルゴリズムと、
・異なるチャネルからOPC 12によって受信されたシグナリング要求データから抽出された搬送波対雑音比(C/N)の測定値に基づくペイロードリソースの最適化(電力およびスペクトル/チャネル対ビーム)と、
・暗号化/解読機能による安全なシグナリングメッセージの取り扱いとを行うように都合良く設計される。
より一層詳しくは、OPC 12は、
・トラフィックリソースマネージャ(TRM) 121と、
・スイッチコントローラ122と、
・ソフトウェア無線構成(SRC)ユニット/モジュール123と、
・オンボード鍵管理(OKM)ユニット/モジュール124と、
・変調および符号化ユニット/モジュール125aならびに対応する復調および復号ユニット/モジュール125bと、
・安全な発信データハンドリング(SODH: Secure Outgoing Data Handling)ユニット/モジュール126aおよび対応する安全な着信データハンドリング(SIDH: Secure Incoming Data Handling)ユニット/モジュール126bと、
・システム情報シグナリングハンドリングユニット/モジュール127と、
・ネットワーククロック参照(NCR: Network Clock Reference)ユニット/モジュール128と、
・OPC構成ユニット/モジュール129とを含むことが好ましい。
使用の際、TRM 121は、地上の端末(すなわち、ユーザ端末)から受信される容量要求および地上のNCCから受信される制御メッセージを取り扱う。特に、前記TRM 121は、制御チャネルを通じて地上のNCCによって伝達されるリソースの特徴(チャネルの構成)およびエンドツーエンドの接続の特徴(トポロジー、関与する端末、QoSなど)を示すデータおよび情報を記憶する(OPC構成ユニット/モジュール129によって都合良く更新される)オンボードデータベースを含む。専用のシグナリングメッセージによって地上のNCCにより必要なときに更新される前記データベースを使用することによって、TRM 121は、QoS規則によって確立される優先順位に基づいて、利用可能な場合に、要求されたリソースを割り振ることによって地上の端末からの容量要求を取り扱い、実行されるリソースの割り振りに対応するスイッチの入力-出力の相互接続を示すルーティングマップを生成する。
スイッチの入力-出力の相互接続は、TRM 121によって生成され、BSP 11が入力チャネルに関連する記憶されたデータに基づいてフレーム毎に出力チャネルを確立することを可能にするルーティングマップに基づいてBSP 11のスイッチングユニット/モジュール111において実装される。都合の良いことに、スイッチコントローラ122は、4つの予め定義されたアルゴリズム、すなわち、ランクベースのアルゴリズム、間隔分割アルゴリズム、修正された自己ルーティングアルゴリズム、およびループアルゴリズムを実装することによって(TRM 121によって提供される)ルーティングマップに基づいてスイッチングユニット/モジュール111に向けたコマンドを生成する。
さらに、SRCユニット/モジュール123は、使用の際、再構成手順を実施し、完全性のチェックの後、地上のネットワーク制御センター(NCC)および/または地上のミッション制御センター(MCC)から受信された構成データを記憶し、OKMユニット/モジュール124は、OPC 12と地上のNCCおよび/またはMCCとの間の安全なリンク上で鍵の管理を実施し、変調および符号化ユニット/モジュール125aならびに復調および復号ユニット/モジュール125bは、それぞれ、制御およびシグナリングチャネルの変調および符号化ならびに復調および復号を行い、SODHユニット/モジュール126aおよびSIDHユニット/モジュール126bは、暗号化/解読機能を実装することによって安全なシグナリングメッセージの取り扱いを実行する。
TRM 121は、動作中、到来する容量要求と、地上の端末に関するリソース割り振りメッセージのその後の生成とを取り扱い、BSP 11のスイッチングユニット/モジュール111のためのスイッチ構成コマンドを生成するためにスイッチコントローラ122によって使用される対応するルーティングマップを生成する。この点に関して、図2は、TRM 121によって実行される容量要求処理を概略的に示す。特に、図2に示されるように、前記容量要求処理は、以下を含む。
・地上の端末(すなわち、ユーザ端末)から受信された容量要求を前処理すること(ブロック21)であって、
- それらの容量要求の認可(端末が容量を要求することを許されるか否かを検証する)、および
- それらの容量要求の構文的な一貫性(エラーチェック、欠けたフィールドなど)
をチェックするために地上の端末(すなわち、ユーザ端末)から受信された容量要求を前処理し、前処理すること(ブロック21)が、認可された端末の知識、およびオンボードデータベース内で利用可能な関連するエンドツーエンドの接続パラメータを必要とする、前処理すること(ブロック21)
・認められた容量要求にそれぞれの優先レベルおよびそれぞれのタイムスタンプによって印を付けること(ブロック22)であって、容量要求の到達時間に基づいて割り振られるタイムスタンプが、容量要求の種類に関連するタイムアウトに基づいて要求の欠乏および不公平な割り当てを防止することを目的とし、優先レベルが、容量要求を発する特定の地上の端末に関連付けられ、どの地上の端末が他の地上の端末の前にサービスを提供されるべきかを(QoSクラスのフレームにおいて)区別することを目的とし、優先レベルが、容量要求の内容(Terminal_id、Routing_id)を考慮に入れることによってオンボードデータベース内に構成された端末および/またはグループおよび/またはミッション情報に基づいてTRM 121によって計算される、印を付けること(ブロック22)
・印を付けた(ブロック22)後、容量要求が、それらの要求の要求が関連するQoSクラスに従ってキューに入れられ(つまり、バッファリングされ) (ブロック23)、QoSクラスについての情報が、Routing_id情報要素のサブフィールドとして各容量要求のフレーム内で搬送され、特に、4つのQoSクラスが特定され(一定レート、リアルタイム、重要データ、ベストエフォート)、異なるQoSクラスに関連する容量要求が以下の順序でサービスを提供され、
1. 一定レート
2. リアルタイム
3. 重要データ
4. ベストエフォート
・それから、容量要求のスケジューリングおよびリソース(特に帯域幅)の割り当てが、行われ(ブロック24)、帯域幅の割り当てが、どのアップリンク(U/L)スロットがフレーム内でどの地上の端末によって使用され得るか、およびどれが関連するダウンリンク(D/L)スロットであるかを決定することを含み、割り当てプロセスが、異なるQoSクラスのためにエンドツーエンドの接続のセットアップのレベルで確立され、地上管制によって裁定された境界線に基づいて要求元の地上の端末にリソースを割り振り、割り当てプロセスは、いかなる更新も受信されない場合、(タイムスタンプに基づいて)リソースの割り当てを解除するために容量要求の失効時間も考慮に入れ、スロットが割り当てられた後、情報が、割り振りが参照するRouting_idおよびTerminal_idを含むバースト時間プレーン(burst time plane)を生成することによって地上の端末に伝達され、同時に、スイッチの構成を実施することを目的とするルーティングマップが、生成され、ルーティングマップが、帯域幅割り当てプロセスの結果として得られる以下の情報に基づいて生成され、
- U/LおよびD/Lキャリアグループのフレーム内でタイムスロットのタイムスロットIDによって特定される割り当てられたタイムスロット
- U/LフレームのフレームIDによって特定されたU/Lフレーム
- スーパーフレームカウンタによって特定されたU/Lスーパーフレーム
- U/LキャリアグループのキャリアグループIDによって特定されたU/Lキャリアグループ
- U/Lキャリアグループ/スロットと送信先D/Lキャリアグループ/スロットとの間の関連付けを(Routing_idのビットのサブセットによって)特定するRouting_id
割り当てプロセスのフレームおよびアトミック交換情報ブロック(ASIB)の配列によるそれらの表現において使用されるキャリアグループの構造が、地上管制によってオンボードデータベース内で構成される。
これに関連して、本明細書においては、以下で明らかになるように、用語「アトミック交換情報ブロック」および関連する頭字語ASIBは、すべて、1つの同じ所与の継続時間および1つの同じ所与のベースバンド帯域幅を有し、(使用される(異なる)衛星ビームによる)空間領域、(使用される(異なる)周波数リソースによる)周波数領域、および(使用される(異なる)タイムスロットによる)時間領域において本発明によるハイブリッドプロセッサシステムによってルーティング/スイッチングされる基礎的/基本的ブロックを表すトラフィックデータを(または容量/リソース要求以外のシグナリングデータさえも)搬送するデータブロックを表記するために使用されることは、注目に値する。
OPC 12は、以下の利点を提供する。
・時間が重要なアプリケーション(たとえば、音声)を効果的にサポートするためのアクセス時間の削減。この性能は、ユーザ端末のレベルで改善された要求に応じた帯域幅のアルゴリズムを実装することによってさらに改善される可能性があり、特に、リソースの要求/割り振りのための伝播遅延が、地上のセグメントにおいてリソース管理を実施する通常のシステムに対して半分削減され、スイッチの構成が、リソースの割り振りの文脈で実行され、高速なスイッチの構成が原因である短いスーパーフレームの継続時間が、伝播遅延への寄与をさらに削減する。
・ネットワークトラフィックに基づくオンボードペイロードリソースの動的最適化
・通信セキュリティ(COMSEC)メカニズムによる制御データの保護のおかげであるセキュリティ上の脅威に対する耐性、ならびに
・(端末、ハブのレベルの)既存のシグナリングプロトコルの規格および特にSRCユニット/モジュール123を使ったSDR管理によるそれらの企画の修正をそれによってサポートする、波形/規格の進化をサポートする柔軟性
さらに、BSP 11は、到来MF-TDMAチャネルに対してデジタル透過バーストスイッチングを実施するように設計され、周波数/空間/時間領域におけるデジタルスイッチであり、そのデジタルスイッチの主な特徴は、以下の通りである。
・スイッチ内の同じ経路上の同時発生が原因であるパケットの損失を避けるためにノンブロッキングであるがMF-TDMAフレームと同期される(許可される複数のフレーム長)
・非臨界サンプリングされるチャネライザが厳密なナイキストレート情報のみを記憶することを可能にするための最適化された分数(fractional)レート適応の実装(合計1のチャネライゼーション--それより少ないデータは、情報の損失を被ることなしに記憶され得ない)
・アトミックスイッチング情報データブロック(ASIB: Atomic Switching Information data Block)によってスーパーフレーム構造を記憶する能力
・再構成可能なソフトウェア無線
BSP 11は、以下の利点を提供する。
・ペイロード内でいかなるパケットの損失ももたらされない。
・トラフィックデータバーストが、電力のニーズが削減され、通信規格の独立性があるようにして、オンボードの再生なしに透過的にフォワーディングされる。
・メモリストレージの必要ならびに電力および質量の予算(power and mass budget)もそれによって最小化する、オンボードの記憶された情報の最小化
・周波数および時間スライス情報ブロックの適切な操作および順序付け技術を適用することによる複数のTDMAフレームサイズおよびSCPCトラフィックアクセス接続性のサポート(この点に関して、図3は、本発明の一態様によるASIBスイッチングの概念を概略的に示す)
詳細には、図1と図3との両方を参照すると、BSP 11は、
・入力信号にアナログ-デジタル変換(ADC)を適用するように構成された入力信号調整手段112と、
・入力信号をベースバンドスライス(ASIB)に規則的で一様に多重分離するように構成された入力チャネライゼーション(分析)手段113であって、各ASIBが、基本交換帯域幅(ESBW: Elementary Switched Bandwidth)および基本交換時間単位(ESTU: Elementary Switched Time Unit)に対応する1組の信号サンプルを搬送する基本データブロックであり、前記入力チャネライゼーション(分析)手段113が、スイッチングセクションに記憶される情報フローをナイキスト最小レート(Nyquist minimum rate)まで下げる(たとえば、R. E. CrochiereおよびL. R. Rabiner、「Multirate Digital Signal Processing」、Prentice Hall、1983年に記載されている)整数レートの古典的なチャネライザとは異なるように分数レートオーバーサンプリングチャネライザとして動作するように構成される、入力チャネライゼーション(分析)手段113と、
・総出力チャネル帯域幅に関する制限以外にいかなる制限もなくASIBを任意の入力チャネルから任意の出力チャネルにルーティングするように動作可能であるスイッチングユニット/モジュール111(以下では、簡潔にするためにスイッチとも呼ばれる)であって、空間スイッチング(異なるチャネル間でルーティングされるESBW)および周波数スイッチング(チャネル内での基本帯域幅の周波数位置の変更)に加えて、スイッチングユニット/モジュール111が、時間スイッチングも実行し、この目的で、異なるチャネル上で転送されるトラフィックが、決まった継続時間のフレームに編成され、フレームが、すべてアトミックスイッチング情報データブロック(ASIB)によって記憶されるESTUに等しい継続時間のタイムスロットを含み、そして今度は、アトミックスイッチング情報データブロック(ASIB)が、ブロッキング状態なしに任意の送信先にルーティングされ得る、スイッチングユニット/モジュール111と、
・スイッチングユニット/モジュール111によって行われるスイッチングの後、出力チャネライゼーションセクションによって必要とされるオーバーサンプリングの条件を復元する分数インターポレーション手段を含む出力チャネライゼーション(合成)手段114であって、包括的な帯域通過信号を構成するためにベースバンドスライスを再変調する、出力チャネライゼーション(合成)手段114と、
・出力チャネライゼーション(合成)手段114から受信された信号にデジタル-アナログ変換(DAC)を適用するように構成された出力信号調整手段115とを含む。
したがって、既に説明されたように、BSP 11は、あらゆる入力情報ブロック(ASIB)をルーティングマップに従って出力ポートにスイッチングすることを担い、以下の特徴がある。
・ノンブロッキングスイッチング能力
・ブロードキャストおよびマルチキャスト能力(ユニキャストは、マルチキャスト接続性の下位の場合と考えられる)
・出力ポートにいかなる制限もないマルチキャストファンアウト
・必要とされるハードウェアリソースの最小化を指向する柔軟でモジュール式のハードウェアアーキテクチャ
・TおよびSモジュールの最小化によるマルチキャスト能力を有するハードウェアの効率が最善のスイッチファブリック
・直接的な数学的な行列に基づく計算によるスイッチの構成のために設計された高速なコアアルゴリズム、ならびに
・スイッチ構成コマンドの高速な並列計算のための区分けされた並列計算アルゴリズム
さらに詳しく述べると、スイッチングユニット/モジュール111は、
・任意の接続の選択を許すブロードキャストの場合とマルチキャストの場合との両方のためのオンボードノンブロッキングスイッチング機能を実行し(下で説明されるように、数学的には、許される割り付けはNNになり、Nは全体のスイッチサイズである)、
・DBACに従って接続性を実施するために最も短い可能な時間でスイッチのハードウェアを制御し、常にルーティングの解を発見し(スイッチコントローラ122が、必要とされる接続を実現するためにスイッチングユニット/モジュール111のフレーム毎の保証するノンブロッキング構成を計算する)、
・アーキテクチャ全体のモジュール性、スケーラビリティ、および柔軟性を同時に保証する必要とされるハードウェアリソースを最小化し、ハードウェアの速度の能力を最適なように満たすように構成される。
知られているように、3段階Closネットワークは、入力を出力のすべてにコピーし、合計でNN個の異なる接続パターン、すなわち、スイッチが持ち得る最も広く要求が厳しい接続性の可能性に関して、各出力が入力のいずれか1つに接続されることを可能にし得る基本的なスイッチからなるファブリックに基づく。そのような3段階Closネットワークは、ブロードキャストClosネットワークと呼ばれる。ルーティングアルゴリズムが知られているならば、これは、最も単純なソリューションである。しかし、残念なことに、ルーティングアルゴリズムは知られていない。
したがって、上述の「Principles of Broadband Switching and Networking」においてやはり提案されているように、本発明によって利用されるスイッチングユニット/モジュール111は、内部の中間段階が共有されるようにしてブロードキャストClosネットワーク(コピーネットワーク)およびClosネットワーク(ポイントツーポイント)をカスケードすることによって構築された5段階のスイッチングユニット/モジュールである。スイッチ111全体の両方のネットワークセクションは、(「Principles of Broadband Switching and Networking」に記載されているように)Closの理論に従って設計されており、したがって、コピーネットワークおよびユニキャストネットワークは、両方とも、厳密にノンブロッキングである3段階Closネットワークである。
この点に関して、図4および図5は、コピー機能およびユニキャスト機能のためにそれぞれが設計された(内部の中間段階が共有される)第1の3段階Closネットワーク111aおよびカスケード接続された第2の3段階Closネットワーク111bを含む5段階Closネットワークであるスイッチングユニット/モジュール111を概略的に示す。
前記5段階ネットワーク111は、一般化接続ネットワーク(GCN: Generalized Connection Network)と呼ばれ、合計でNN個の異なる接続パターンに関して書く出力が入力のいずれか1つに接続され得るN個の入力およびN個の出力を有するスイッチングネットワークであり、そのようなネットワークのルーティングアルゴリズムは、本発明の態様に従って案出される。
1組の接続要求が単調である場合、ルートの割り振りは、ブロードキャストClosネットワークのためのランクベースの割り振りアルゴリズムによって行われ得る(「Principles of Broadband Switching and Networking」を再び参照されたい)。ランクベースの割り振りアルゴリズムおよび一般化された間隔分割アルゴリズムを使用することによって、入力が、ノンブロッキングの方法でコピーネットワーク111aの出力にブロードキャストされる(「Principles of Broadband Switching and Networking」を再び参照されたい)。
一般化された間隔分割アルゴリズムは、入力のすべてのコピーを、それらが連続した出力ポートに到達する場合にのみ、ノンブロッキングの方法でルーティングすることができる(これに関連して、図5が参照され得る)。これは、所望の接続性が実現され、このルーティングを補い、その後に1対1のユニキャストの再構成が伴うので、制約ではなく中間段階であるにすぎない。ネットワークのユニキャストセクション111bのルーティングが、ここでの重大な問題である。
実際のところ、それぞれの基本的なスイッチの特定の構成は、ルーティングマップから始まるルーティングアルゴリズムを実装するオンボードのソフトウェアによって計算される。
スイッチ111のための提案されたソリューションは、正しいスイッチの構成を計算するために3つの異なるルーティングアルゴリズムが必要とされるTSTSTアーキテクチャである(「Principles of Broadband Switching and Networking」を再び参照されたい)。
案出されたアーキテクチャは、必要とされるハードウェアリソースを最小化する最良の度合いの並列化を選択し、それに応じて、それを選択されたハードウェアの速度の特徴に合わせる。これが行われ、入力から出力に転送される各ASIBのマルチビットマルチサンプル構造をルーティングするためにより大きなSセクションを模倣するためにそれの複数の繰り返される操作によってそれの大きさを決め、それを取り扱うS段階を最小にまで小さくする。実際のところ、スイッチは、K個の個々のマルチビットサンプルを取り扱うN個のASIBを同じルーティングによってルーティングする。
TSTST NxN、N =q0 * q1相互接続ネットワークの構造は、以下の通りである。
1. 第1段階:q0個の位置を有するq1個のメモリ
2. 第2段階:q1 * q1 S段階
3. 第3段階:q0個の位置を有するq1個のメモリ
4. 第4段階:q1 * q1 S段階
5. 第5段階:q0個の位置を有するq1個のメモリ
各S段階のためのルーティング制御ならびにメモリにおける読み取りおよび書き込みシーケンスは、オンボードスイッチコントローラ122によって計算される。
この点に関して、図6は、バーストスイッチング処理に関与し、入力チャネル(分析)手段113(図6においては、等価的に「チャネライゼーション分析セクション」と呼ばれる)、入力インターフェース(I/F)手段61、TSTSTアーキテクチャを有するスイッチ111、出力インターフェース(I/F)手段62、出力チャネライゼーション(分析)手段114(図6においては、等価的に「チャネライゼーション合成セクション」と呼ばれる)、およびスイッチコントローラ122を含む再構成可能なハイブリッドペイロードシステム1の主な構成要素を概略的に示す。
ルーティングアルゴリズムの以下の説明において、各S段階は、2x2個の基本的なスイッチの内部段階へと分解され、したがって、2log2q1-1個の内部段階内で分解される。
TSTSTスイッチ111は、合計で1+(2log2q1-1)+1+(2log2q1-1)+1個の段階と見られる。
スイッチングアルゴリズムは、包括的であり、TまたはSの区分された実装を特に指向しない。しかし、SまたはT段階用にそれらのスイッチングアルゴリズムを特化させるために、わずかな解釈の変更が適用され得る。
一方では、Sセクションに関して、下のアルゴリズムのすべては、各段階に関して、入力が基本的なスイッチ要素によって2つの出力ポートのうちのどちらにルーティングされるかを特定する単一のビットを提供する。他方では、アルゴリズムがT段階のルーティングに対応しなければならない場合、アルゴリズムは、(書き込みシーケンスを仮定して)読み取りアドレスのシーケンスを提供する。
革新的なアルゴリズムは、行列操作に基づき、ルーティングのブロック状態を避けるネットワークのルーティング構成を常に見つけることができる。
必要とされるルーティングマップ(すなわち、入力サンプルの出力の再構成)は、スイッチ111の行列表現を可能にする。この行列は、数学的に、単一のルーティング経路さえもチェックされず、衝突するときに発生するブロッキング状態を特性が正確に表すので、スイッチ111のそれぞれの基本的なブロックのルーティング構成の計算において利用され得る特性を有する。
スイッチ111内の入力-出力接続は、TRM 121によって生成され、BSP 11が入力チャネルに関連する記憶されたデータに基づいてフレーム毎に出力チャネルを確立することを可能にするルーティングマップに基づいて設定される。スイッチコントローラ122は、TRM 121からルーティングマップを入力として受け取り、以下のアルゴリズムに基づいてスイッチ111へのコマンドを生成する。
・ランクベースのアルゴリズム
・間隔分割アルゴリズム
・修正された自己ルーティングアルゴリズム
・ループアルゴリズム
ASIBは、総出力チャネル帯域幅に関する制限以外にいかなる制限もなく任意の入力チャネルから任意の出力チャネルにルーティングされる。この点に関して、図7は、マルチキャストスイッチングの例を概略的に示す。
空間スイッチング(異なるチャネル間でルーティングされるESBW)および周波数スイッチング(チャネル内での基本帯域幅の周波数位置の変更)に加えて、スイッチ111は、MF-TDMAフレームにおいて時間スイッチングも実行する。異なる出力ESBWにルーティングされるASIBは、決まった継続時間のフレームへと編成され、フレームは、ESTUに等しい継続時間のタイムスロットを含む。
ハイブリッドオンボード処理のための本発明の態様は、ネットワーク111の完全な接続性およびノンブロッキングの特性を満たすためにスイッチングネットワーク111全体の真ん中の段階Tならびに最後の2つの段階SおよびTを管理する修正された自己ルーティングアルゴリズムを付与されたリアルタイムの動的なスイッチング要素に基づく(この点に関しては、図6が参照され得る)。特に、このアルゴリズムは、行列操作に基づいており、ブロッキング条件を避けることを可能にし、ノンブロッキングルーティング構成を高速な計算によって常に生成する。詳細には、このアルゴリズムは、Closネットワークの自己ルーティング特性を利用する。N=pqであるNxNネットワーク(ネットワーク111の中間または中心段階Tは、qxq次元のp個のモジュールを含む)における接続要求(si,di)から始まって、段階2および3におけるルーティングタグ(routing tag)(すなわち、モジュールの出力ポート)は、
であり、ここで、
は、
よりも小さい最大の整数であり、[di]q = di % qは、
の余りである。自己ルーティングアルゴリズムは、段階1においてルーティングタグを発見する簡単な方法を規定せず、したがって、
の情報から始まってこのルーティングタグを発見する簡単な方法が、開発された。実際のところ、siおよびdiの情報を行列の形式で構成する案出されたアルゴリズムは、すべてのブロッキング状態を防止する段階1のルーティングタグを割り振ることができ、したがって、自己ルーティング特性により、そのアルゴリズムは、NN個の可能な構成のすべてに関してスイッチのそれぞれの基本的なブロックの構成を発見することができる。
上述の修正された自己ルーティングアルゴリズムのより深い理解のために、図8は、(8によって全体が示される)このアルゴリズムの流れ図を示し、このアルゴリズムのステップが、以下で詳細に説明される。
ルーティングマップは、以下のように入力-出力接続要求を収集する。
D = {(s0, D0), (s1, D1), (s2, D2),..., (sN-1, DN-1)}
ここで、
D0, D1,..., DN-1 ∈ {d0, d1,..., dN-1}
s0, s1,..., sN-1 ∈ {0, 1,..., N-1}
であり、si = s0, s1,..., sN-1は、入力ポートのインデックスを表し、一方、Di = D0, D1,..., DN-1は、出力ポートのインデックスを表す。
ステップ1(図8のブロック81) --このルーティングマップから始まって、下のスイッチングルーティングテーブルを生成する。
ここで、
は、
の整数部であり、
は、
の整数部であり、Di % q0は、
の余りである。今や、r1iパラメータが計算されなければならない。
ステップ2(図8のブロック82) --行列、すなわち、
を生成し、ここで、si : r2i = kとして
であり、したがって、各行の要素は、同じr2を有する。この行列は、出所のブロックを示し、特定の入力ポートの指示を失う。
ステップ3(図8のブロック83) --宇宙の段階のブロッキング状態(space stage blocking condition)を避けるために、行列
が、新しい
内で各行が異なる要素を有するように(図8のブロック84)行内の要素の位置のみを変更する(つまり、すべての要素が同じ行内に残るが、列を変更する)行列
(
は
を得るために処理される)を生成するために再構成されなければならない。2つの入力は、中間段階の出力において同じ送信先を持たない可能性がある。
この行列から始まって、出力シーケンスと、したがって、それぞれの基本的なブロックの制御とが、定義される。
最後に、この特性(つまり、各行が異なる要素を有する)が常に検証されるような、この行列
を再構成するための、試行錯誤法に比べて効率的な方法が、適用される。
さらに、分数デシメーター要素(fractional decimator element)(すなわち、入力チャネライゼーション(分析)手段113および出力チャネライゼーション(合成)手段114)に関する限り、スペクトル分析および合成のための通常のマルチレートフィルタバンク(たとえば、上述の「Multirate Digital Signal Processing」を参照されたい)は、2つのクラス、すなわち、臨界サンプリングされる(critically sampled)クラスおよび非臨界サンプリングされるクラスに属する。臨界サンプリングされるクラスは、最小限のサンプリングレートを使用し、スペクトルがスライスされる帯域の数Jに等しいデシメーションまたはインターポレーションレシオを有し、このソリューションは、帯域の端にいくらかの量の線形の歪みを生じるように本質的に制約され、合計1のチャネライザにおいて使用され得ない。合計1の応用に好適な非臨界サンプリングされるクラスは、J=IMを有し、ここで、Iは、「Multirate Digital Signal Processing」の段落7.2.4において定義される、オーバーサンプリングレシオと呼ばれる正の整数である。この因子は、スライスされた帯域J=IMがデシメーションまたはインターポレーション因子よりも数にしてI倍高いことを示す。したがって、Iは、フィルタバンク信号がそれらの信号の理論的な最小レートからどれだけの量だけオーバーサンプリングされるかも決定する(つまり、I=1である場合、それは臨界サンプリングされ、I=2である場合、それは、2倍でオーバーサンプリングされる)。
関係J=IMは、帯域の数よりも小さな倍率でデシメーションされるチャネライザ入力サンプリングレートが分析セクションの出力において整数因子Iだけナイキストレートを超える全体的なサンプリングレートを生じることも示す。
「Multirate Digital Signal Processing」は、Iを厳格に整数の因子として示し、分析および合成の機械的構成を記述する。しかし、Iに関する整数の仮定には不必要なレートの上昇が存在する。分析チャネライザの出力における情報フローが衛星ペイロードに記憶される必要があり、MF-TDMAフレーム全体が記憶を必要とするとき、オンボードメモリの可用性は貴重であり、したがって、記憶点における情報フローが最小限に保たれ、つまり、理論的なナイキストサンプリングレートに完全に落ち着く。「Multirate Digital Signal Processing」の整数Iは、所望の最小限のレートのストレージを付与された最善のソリューションに至らない。
したがって、本発明の態様は、これまでの理論の整数Iとは異なるようにその出力に分数オーバーサンプリング因子を実装する最小限のナイキストデータレートの合計1の分析チャネライザを実装する入力チャネライゼーション(分析)手段113(およびそれらの手段113の関連する機能的なアルゴリズム)に関する。
この点に関して、図9は、厳密なナイキストレート情報のみを記憶する(それより少ないデータは、情報の損失を被ることなしに記憶され得ない)ために分数レートオーバーサンプリングを実装する複数の有限インパルス応答(FIR)フィルタを使った合計1の概念によるマルチキャリア復調器およびマルチキャリア変調器としてそれぞれ動作する入力チャネライゼーション(分析)手段113および出力チャネライゼーション(合成)手段114を概略的に示す。さらに、図10は、帯域幅の効率と複雑さとの間のトレードオフを示す。
以上を考慮して、本発明と知られているソリューションとの間の違いは、直接的に明らかである。
特に、本発明が、知られているソリューションとは異なるように、周波数/空間/時間領域においてスイッチング/ルーティングを実行するように動作可能なデジタル透過スイッチング/ルーティング段階(すなわち、BSP 11)を、再構成可能なソフトウェア無線に基づいており、周波数領域、空間領域、および時間領域においてノンブロッキングスイッチルーティング方式を実装する再生型の動的なスイッチング制御セクション(すなわち、OPC 12)と組み合わせる再構成可能なハイブリッドオンボードプロセッサに関することは、注目に値する。
さらに、米国特許第6377561(B1)号によるデータ通信衛星システムは、ATMに似たセルをサポートする無線インターフェースおよび波形を用い、トラフィックデータとシグナリングデータとの両方が復調される完全に再生型のアーキテクチャを有することは、やはり注目に値する。実際のところ、既に説明されたように、米国特許第6377561(B1)号によれば、容量要求が、帯域内で送信され(つまり、帯域内シグナリング手法が使用される)、したがって、情報データ、容量要求に関連するデータ、およびトラフィックのルーティングデータを抽出するためにすべての受信されたデータパケットを復調する必要がある。
それどころか、本発明は、ASIB内に構築されたトラフィックデータが復調/再変調されず、デジタル透過処理によりBSP 11を通過し、一方、スーパーフレームの異なる構造によって周波数領域、空間領域、および時間領域においてASIBのスイッチングを動的に制御するための再構成可能な無線インターフェース論理を有するOPC 12によってシグナリングデータのみが復調/再変調されるハイブリッドプロセッサシステム(すなわち、再構成可能なハイブリッドオンボードプロセッサシステム1)に関する。
実際、上述のように、再構成可能なハイブリッドオンボードプロセッサ1は、デジタル透過スイッチング/ルーティング段階(すなわち、BSP 11)を、マルチビーム衛星接続性のための周波数/空間/時間ルーティング制御能力を有する再生型の動的なスイッチング制御セクション(すなわち、OPC 12)と組み合わせ、前記再生型の動的なスイッチング制御セクション(すなわち、OPC 12)は、再構成可能なソフトウェア無線テクノロジーを利用し、デジタル透過スイッチング/ルーティング段階(すなわち、BSP 11)を動的に制御するための動的な帯域幅割り当て方式によって駆動される高速なノンブロッキングスイッチルーティングアルゴリズムを実装し、したがって、後者が、異なる送信先衛星ビーム上で周波数領域、空間領域、および時間領域においていくつかのトラフィックバーストをスイッチングする。
同様の論法が、やはり完全に再生型のアーキテクチャに関する米国特許出願公開第2012/300697(A1)号にも当てはまる。
さらに、米国特許出願公開第2003/166401(A1)号によるリソースマネージャに関して、ノンブロッキングスイッチルーティングを実装する本発明とは異なるように、米国特許出願公開第2003/166401(A1)号によるソリューションがブロッキングスイッチの手法に基づいており、それが原因で、輻輳制御および緩和を実装する必要があることは、やはり注目に値する。
最後に、欧州特許出願公開第2728770(A2)号が3段階Closスイッチネットワークを使用することを教示する一方で、本発明がOPC 12によって提供されるノンブロッキングルーティング構成に基づいて動的に制御される5段階Closネットワークを利用することも、注目に値する。さらに、欧州特許出願公開第2728770(A2)号によれば、周波数スライスのみがスイッチングされる一方で、本発明が、完全なスーパーフレーム構造を機内に記憶し、スーパーフレームの異なる構造(マルチフレーミング能力)を同時にサポートしながら周波数領域、空間領域、および時間領域においてASIBのスイッチングを制御することを可能にすることも、注目に値する。
上述の説明から、本発明の技術的な利点は、直接的に明らかである。
特に、本発明が、オンボードの設計を周波数の計画(フレームサイズおよびチャネル周波数配置)から切り離すことを可能にし、TDMAとSCPCトラフィックアクセス接続性との両方のために最小化された情報の記憶を用いるマルチフレーミングオンボードスイッチング手法を適用するためにメカニズムを提供することを指摘することが重要である。
マルチビームSatcomシステムに関する本発明の利点は、以下の通りである。
・コネクション型の高速なパケット交換通信のためのDBACに基づくスイッチング制御を用いるハイブリッドオンボード処理に基づく新規の電気通信衛星ペイロードシステムの概念/ソリューション
・低遷移遅延のデジタル透過プロセッサに基づく、MF-TDMAネットワーク内の同期した周波数/空間/時間領域内の高速なノンブロッキングスイッチの再構成
・SS-MF-TDMAに基づくシステムコンセプト
・異なる衛星ビーム上の、地球上に広げられた広いカバレッジのシナリオのいくつかのチャネル上に分散されたユーザトラフィック
・固定衛星サービス(FSS)とモバイル衛星サービス(MSS)との両方のためのいくつかの異なる端末に関するユーザトラフィックアクセス
・単一ホップ接続性および動的帯域幅要求/割り当て能力(DBAC: dynamic bandwidth request/allocation capability)を有するスター型およびメッシュトポロジー内でやりとりされるユーザトラフィック
・トラフィックのやりとりのためにサポートされる波形の独立性
・異なる周波数帯域幅およびサービスエリア上にデータリンクを提供するためのクロスバンド接続性を用いるマルチビームグローバルネットワークのサポート
・異なるチャネルおよび衛星ビームに動的に割り振られる(およそ数10KHzでさえある)細かな粒度の帯域幅管理方式
・衛星オンボード処理およびルーティング段階によって実現される動的なリソース管理に基づく到来するスイッチングされるトラフィックのより優れたサポートによるオンボード衛星リソースの非常に効率的な使用
・トラフィックセグメントから受信された容量要求またはミッション制御センターから送信された帯域内シグナリングに基づいてオンボードペイロードシステムによって管理されるトラフィックバーストの動的なスイッチルーティング
・可能なペイロードリソースの最適化のためにオンボードで練り上げられる搬送波対雑音およびチャネル電力利用
・地上のミッション制御センターと衛星オンボードプロセッサとの間の暗号化されたシグナリングフロー
・オンボードペイロードシステムによってバーストレベルでサポートされるユニキャストおよびマルチキャストの送信先ビームスイッチング、ならびに
・衛星の寿命の間のオンボードプロセッサの再生型の機能の進化のために設計された再構成可能なソフトウェア無線管理方式
特に、本発明は、以下の特徴を提供する。
・パケットの損失を避けるための周波数/空間/時間領域の、ただしMF-TDMAフレームと同期された(複数のフレーム長が許可される)ノンブロッキングデジタルスイッチの透過プロセッサ
・ユニキャストスイッチングの場合とマルチキャストスイッチングの場合との両方のために行列の特性の操作によってスイッチ制御コマンドを高速に計算することができる新規のノンブロッキングスイッチ制御アルゴリズム
・非臨界サンプリングされるチャネライザが厳密なナイキストレート情報のみを記憶することを可能にするための最適化された分数レート適応(合計1のチャネライゼーション--それより少ないデータは、情報の損失を被ることなしに記憶され得ない)
・SDRの再生型のセクションであって、
- トラフィック端末からのオンデマンドの容量要求に単一ホップ内でサービスを提供し、リソースを動的に割り振り(DBAC)、
- ネットワーク制御センター(NCC)によって帯域内で受信された準永続的割り当て要求にサービスを提供し、
- NCCと揃えられたコネクション型接続性をサポートし、
- 既存のDVB-RCSシグナリング規格に準拠し、
- 迅速なフレームに基づくルーティングマップの再構成およびリソース割り当てが実現されるように最小限の時間内でリアルタイムのスイッチング制御設定を制御することができるオンボードトラフィックリソース管理を用いる、SDRの再生型のセクション
・周波数および時間スライス情報ブロックの適切な操作および順序付け技術を適用することによる複数のTDMAフレームサイズおよびSCPCトラフィックアクセス接続性のサポート(ASIBの概念)
・異なるチャネルからTRMによって受信されたシグナリング要求データから抽出されたC/Nの測定値に基づくペイロードリソース(電力およびスペクトル/チャネル対ビーム)の最適化
・オンボード暗号化/解読機能による安全なTRMシグナリングメッセージの取り扱い
・完全なMF-TDMA接続性の柔軟性を保ちながらの無理のないオンボードの複雑さ、ならびに
・複数のフレームの継続時間が同時に存在することをサポートすることができるマルチフレーミングTDMAオンボードスイッチングによる、オンボードの設計の周波数の計画(フレームサイズおよびチャネル周波数配置)からの切り離し
さらに、本発明が可能な最小限の情報を(分数レートオーバーサンプリング合成および分析チャネライザのおかげで)記憶することができるが、依然として、高速なスイッチルーティングアルゴリズムのおかげでフレーム毎のTDMA同期再構成によってMF-TDMAフレームのアップリンク/ダウンリンクのルーティングの完全な柔軟性を展開することができることを再び強調することが、重要である。
本発明は、動的な接続性の必要があるエンドポイント(ユーザ端末、ゲートウェイなど)の間の完全なメッシュ通信を実装する衛星ペイロードを対象とする。
特に、ユーザが、どこにいようとも、通常のネットワーク上で同様に接続されるべきである民生用のシナリオと軍事用のシナリオとの両方を考慮することによって、本発明は、DBACに基づく必要とされる接続性を提供することによって衛星トラフィックパケットを単一のまたは複数の送信先にオンボードで動的にルーティングする可能性を提供する。
結論として、本発明の一部の態様、特に、分数レートオーバーサンプリングに基づく合成および分析チャネライザならびに上述の修正された自己ルーティングアルゴリズムを用いる5段階Closネットワークに基づくスイッチは、それらのそれぞれの新規の有利な特徴のおかげで、それぞれ、本発明のその他の態様とは無関係に(つまり、それらのその他の態様は単独で利用され得る)、必ずしも衛星型であるとは限らない用途でも(たとえば、地上波電気通信のために)有利に利用され得ることは、注目に値する。したがって、出願人は、衛星用途に必ずしも関連しない1つまたは複数の区分の用途において単独でこれらの対象を追究する権利を留保する。
1 再構成可能なハイブリッドペイロードシステム
8 修正された自己ルーティングアルゴリズム
11 デジタル透過スイッチング/ルーティングサブシステム
111 スイッチングユニット/モジュール
111a 第1の3段階Closネットワーク
111b 第2の3段階Closネットワーク
112 入力信号調整手段
113 入力チャネライゼーション(分析)手段
114 出力チャネライゼーション(合成)手段
115 出力信号調整手段
12 再構成可能なハイブリッド再生型の動的制御サブシステム
121 トラフィックリソースマネージャ
122 スイッチコントローラ
123 ソフトウェア無線構成(SRC)ユニット/モジュール
124 オンボード鍵管理(OKM)ユニット/モジュール
125a 変調および符号化ユニット/モジュール
125b 復調および復号ユニット/モジュール
126a 安全な発信データハンドリング(SODH)ユニット/モジュール
126b 安全な着信データハンドリング(SIDH)ユニット/モジュール
127 システム情報シグナリングハンドリングユニット/モジュール
128 ネットワーククロック参照(NCR: Network Clock Reference)ユニット/モジュール
129 OPC構成ユニット/モジュール
61 入力インターフェース(I/F)手段
62 出力インターフェース(I/F)手段

Claims (9)

  1. 電気通信マルチビーム衛星に搭載して使用するためのハイブリッドプロセッサシステム(1)であって、前記電気通信マルチビーム衛星が、1つまたは複数の制御チャネルを介してネットワーク制御センターによって制御可能であり、
    ・いくつかの衛星ビーム上でアップリンクトラフィックチャネルおよびダウンリンクトラフィックチャネルを提供することと、
    ・前記アップリンクトラフィックチャネルから前記ダウンリンクトラフィックチャネルにアトミック交換情報ブロックをルーティングすることと、
    ・1つまたは複数のアップリンクシグナリングチャネルおよび1つまたは複数のダウンリンクシグナリングチャネル上で地上の端末とシグナリングデータをやりとりすることと
    によって、前記地上の端末をリンクするように設計され、
    すべての前記アトミック交換情報ブロックが、1つの同じ所与の時間期間および1つの同じ所与のベースバンド帯域幅を有し、
    各アップリンクトラフィックチャネルが、それぞれのアップリンク周波数を含むそれぞれのアップリンク帯域幅を有し、前記それぞれのアップリンク周波数において、それぞれのアップリンク時間スーパーフレームを形成するそれぞれのアップリンク時間フレームへと編成されるそれぞれのアップリンクタイムスロット内で、それぞれのアトミック交換情報ブロックを搬送し、
    各ダウンリンクトラフィックチャネルが、それぞれのダウンリンク周波数を含むそれぞれのダウンリンク帯域幅を有し、前記それぞれのダウンリンク周波数において、それぞれのダウンリンク時間スーパーフレームを形成するそれぞれのダウンリンク時間フレームへと編成されるそれぞれのダウンリンクタイムスロット内で、それぞれのアトミック交換情報ブロックを搬送し、
    前記ハイブリッドプロセッサシステム(1)が、
    ・バーストスイッチングプロセッサ(11)と、
    ・オンボードプロセッサコントローラ(12)と
    を備え、
    前記オンボードプロセッサコントローラ(12)が、
    ・サービス情報アイテムを記憶することであって、前記サービス情報アイテムが、
    - 前記アトミック交換情報ブロックの前記所与の時間期間および前記所与のベースバンド帯域幅と、
    - 前記それぞれのアップリンク帯域幅、前記それぞれのアップリンク周波数、前記それぞれのアップリンクタイムスロットのそれぞれの時間の長さ、ならびに各アップリンクチャネルの前記それぞれのアップリンク時間フレームおよび前記それぞれのアップリンク時間スーパーフレームのそれぞれの構造の特徴と、
    - 前記それぞれのダウンリンク帯域幅、前記それぞれのダウンリンク周波数、前記それぞれのダウンリンクタイムスロットのそれぞれの時間の長さ、ならびに各ダウンリンクチャネルの前記それぞれのダウンリンク時間フレームおよび前記それぞれのダウンリンク時間スーパーフレームのそれぞれの構造の特徴と、
    - 前記地上の端末にサービス提供するためのサービス品質および優先規則と
    を示す、記憶することと、
    ・前記アップリンクシグナリングチャネル上で受信された到来シグナリングデータから、前記地上の端末によって送信された容量要求を抽出することであって、前記容量要求が、前記オンボードプロセッサコントローラ(12)によって前記到来シグナリングデータを復調し、復号することによって抽出される、抽出することと、
    ・記憶されたサービス情報アイテムおよび前記地上の端末から受信されたすべての前記容量要求に基づいて、それぞれの周波数リソース、空間リソース、および時間リソースを、リンクされるべき地上の端末の各対または組に割り振ることであって、前記それぞれの周波数リソース、空間リソース、および時間リソースが、
    - 1つまたは複数のそれぞれの衛星ビーム上で提供される1つまたは複数のそれぞれのアップリンクチャネルの1つまたは複数のそれぞれのアップリンク周波数、
    - 前記1つまたは複数のそれぞれのアップリンクチャネルの1つまたは複数のアップリンク時間スーパーフレーム内の1つまたは複数のそれぞれのアップリンク時間フレーム内の1つまたは複数のそれぞれのアップリンクタイムスロット、
    - 前記1つまたは複数のそれぞれの衛星ビーム上で提供される1つまたは複数のそれぞれのダウンリンクチャネルの1つまたは複数のそれぞれのダウンリンク周波数、および
    - 前記1つまたは複数のそれぞれのダウンリンクチャネルの1つまたは複数のダウンリンク時間スーパーフレーム内の1つまたは複数のそれぞれのダウンリンク時間フレーム内の1つまたは複数のそれぞれのダウンリンクタイムスロットを含む、割り振ることと、
    ・前記地上の端末に割り振られる前記周波数リソースおよび前記時間リソースを示すリソース割り振りメッセージを生成することと、
    ・前記ダウンリンクシグナリングチャネル上で前記地上の端末へ送信されるべき送出シグナリングデータを生成することであって、前記送出シグナリングデータが、前記オンボードプロセッサコントローラ(12)によって前記リソース割り振りメッセージを符号化し、変調することによって生成される、生成することと、
    ・前記地上の端末に割り振られた前記周波数リソース、前記空間リソース、および前記時間リソースに基づいて、ルーティングマップを生成することと、
    ・前記ルーティングマップに基づいて、スイッチングコマンドを生成することと、
    ・前記ネットワーク制御センターによって送信された制御メッセージを、前記制御チャネル上で受信された制御データから抽出することであって、前記制御メッセージが、前記オンボードプロセッサコントローラ(12)によって前記制御データを復調し、復号し、解読することによって抽出される、抽出することと、
    ・前記制御メッセージに基づいて、前記記憶されたサービス情報アイテムを更新することと
    を行うように構成され、
    前記バーストスイッチングプロセッサ(11)が、前記オンボードプロセッサコントローラ(12)によって生成された前記スイッチングコマンドに基づいて、前記アトミック交換情報ブロックをルーティングするように構成され、
    ・前記オンボードプロセッサコントローラ(12)が、前記シグナリングデータに関連して再生型の方法で動作するように構成され、前記ネットワーク制御センターによって再構成可能であり、
    ・前記バーストスイッチングプロセッサ(11)が、前記アトミック交換情報ブロックに関連してデジタル透過的な方法で動作するように構成され、周波数領域、空間領域、および時間領域において前記アトミック交換情報ブロックをルーティングするために前記オンボードプロセッサコントローラ(12)によって動作させられ得る、ハイブリッドプロセッサシステム(1)。
  2. 前記バーストスイッチングプロセッサ(11)が、コピー機能およびユニキャスト機能のためにそれぞれが設計された第1の3段階Closネットワーク(111a)およびカスケード接続された第2の3段階Closネットワーク(111b)を含む5段階Closスイッチングネットワーク(111)を含み、
    前記5段階Closスイッチングネットワーク(111)が、前記第1の(111a)3段階Closネットワークおよび前記第2の(111b)3段階Closネットワークによって共有される内部中間段階を含み、
    前記オンボードプロセッサコントローラ(12)が、
    ・前記5段階Closスイッチングネットワーク(111)を表す行列を前記ルーティングマップに基づいて生成することと、
    ・前記5段階Closスイッチングネットワーク(111)のためのノンブロッキングルーティング構成を生成するために前記行列を処理することと
    を含む自己ルーティングアルゴリズム(8)を実装することによって前記スイッチングコマンドを生成するように構成される、請求項1に記載のハイブリッドプロセッサシステム。
  3. 前記5段階Closスイッチングネットワーク(111)が、TSTSTアーキテクチャを有し、前記オンボードプロセッサコントローラ(12)が、前記5段階Closスイッチングネットワーク(111)の内部中間T段階ならびに最後のS段階およびT段階を管理するために前記自己ルーティングアルゴリズム(8)を実装するように構成される、請求項2に記載のハイブリッドプロセッサシステム。
  4. 前記オンボードプロセッサコントローラ(12)が、ランクベースのアルゴリズム、間隔分割アルゴリズム、およびループアルゴリズムも実装することによって前記スイッチングコマンドを生成するように構成される、請求項2または3に記載のハイブリッドプロセッサシステム。
  5. 前記バーストスイッチングプロセッサ(11)が、分数レートデシメーションを実行するように構成されたチャネライゼーション分析セクション(113)と、分数レートインターポレーションを実行するように構成されたチャネライゼーション合成セクション(114)とを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載のハイブリッドプロセッサシステム。
  6. 前記バーストスイッチングプロセッサ(11)が、前記アップリンクトラフィックチャネル上で受信された到来アナログトラフィック信号にアナログ-デジタル変換を適用し、それによって、到来デジタルトラフィック信号を生成するように構成された入力信号調整手段(112)をさらに含み、
    前記チャネライゼーション分析セクション(113)が、前記到来デジタルトラフィック信号に前記分数レートデシメーションを適用し、それによって、到来アトミック交換情報ブロックを生成するために前記入力信号調整手段(112)に接続され、
    前記バーストスイッチングプロセッサ(11)が、5段階Closスイッチングネットワーク(111)をさらに含み、前記5段階Closスイッチングネットワーク(111)が、前記チャネライゼーション分析セクション(113)と前記チャネライゼーション合成セクション(114)との間に接続され、前記オンボードプロセッサコントローラ(12)によって生成された前記スイッチングコマンドに基づいて前記到来アトミック交換情報ブロックのスイッチングを行い、それによって、送出アトミック交換情報ブロックを生成するように構成され、
    前記チャネライゼーション合成セクション(114)が、前記送出アトミック交換情報ブロックに前記分数レートインターポレーションを適用し、それによって、送出デジタルトラフィック信号を生成するように構成され、
    前記バーストスイッチングプロセッサ(11)が、前記送出デジタルトラフィック信号にデジタル-アナログ変換(DAC)を適用し、それによって、前記ダウンリンクトラフィックチャネル上で送信されるべき送出アナログトラフィック信号を生成するように構成された出力信号調整手段(115)をさらに含む、請求項5に記載のハイブリッドプロセッサシステム。
  7. 前記オンボードプロセッサコントローラ(12)が、
    ・それぞれの容量要求に、
    - 前記容量要求のそれぞれの到達時間に基づくそれぞれのタイムスタンプ、ならびに
    - 前記容量要求を送信した前記地上の端末にサービス提供するための前記サービス品質および前記優先規則を示す前記記憶されたサービス情報アイテムに基づくそれぞれの優先レベル
    を割り振ることによって、前記地上の端末から受信された前記容量要求に印を付け、
    ・前記印を付けられた容量要求に基づいて、前記地上の端末に前記周波数リソースおよび前記時間リソースを割り振るようにさらに構成される、請求項1から6のいずれか一項に記載のハイブリッドプロセッサシステム。
  8. 前記サービス情報アイテムが、前記地上の端末に関連する接続の特徴も示す、請求項1から7のいずれか一項に記載のハイブリッドプロセッサシステム。
  9. 1つまたは複数の制御チャネルを介してネットワーク制御センターによって制御可能であり、
    ・いくつかの衛星ビーム上でアップリンクトラフィックチャネルおよびダウンリンクトラフィックチャネルを提供することと、
    ・前記アップリンクトラフィックチャネルから前記ダウンリンクトラフィックチャネルにアトミック交換情報ブロックをルーティングすることと、
    ・1つまたは複数のアップリンクシグナリングチャネルおよび1つまたは複数のダウンリンクシグナリングチャネル上で地上の端末とシグナリングデータをやりとりすることと
    によって、前記地上の端末をリンクするように設計される、電気通信のための衛星であって、
    すべての前記アトミック交換情報ブロックが、1つの同じ所与の時間期間および1つの同じ所与のベースバンド帯域幅を有し、
    各アップリンクトラフィックチャネルが、それぞれのアップリンク周波数を含むそれぞれのアップリンク帯域幅を有し、前記それぞれのアップリンク周波数において、それぞれのアップリンク時間スーパーフレームを形成するそれぞれのアップリンク時間フレームへと編成されるそれぞれのアップリンクタイムスロット内で、それぞれのアトミック交換情報ブロックを搬送し、
    各ダウンリンクトラフィックチャネルが、それぞれのダウンリンク周波数を含むそれぞれのダウンリンク帯域幅を有し、前記それぞれのダウンリンク周波数において、それぞれのダウンリンク時間スーパーフレームを形成するそれぞれのダウンリンク時間フレームへと編成されるそれぞれのダウンリンクタイムスロット内で、それぞれのアトミック交換情報ブロックを搬送し、
    前記衛星が、請求項1から8のいずれか一項に記載のハイブリッドプロセッサシステム(1)を備える、衛星。
JP2018511025A 2016-04-07 2017-04-07 マルチビーム衛星システムのための動的帯域幅割り当てに基づくスイッチング制御を用いるハイブリッドプロセッサ Pending JP2019516257A (ja)

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