JP2995986B2 - Packet communication system - Google Patents
Packet communication systemInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はパケット通信システムに
関し、特に1つの通信チャネルを3つ以上の各端局が共
有してデータ通信を行なうスロッテッド・アロハ方式の
パケット通信システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a packet communication system, and more particularly to a slotted Aloha type packet communication system in which three or more terminal stations share one communication channel for data communication.
【0002】[0002]
【従来の技術】多数の端局が1つの通信チャネルを共用
してデータ通信する手段としては、データの伝送形態に
着目した場合、パケット通信と非パケット通信が考えら
れる。2. Description of the Related Art Packet communication and non-packet communication are conceivable as means for performing data communication by sharing a single communication channel among a large number of terminal stations when focusing on a data transmission mode.
【0003】パケット通信では、送出するデータに、宛
先,データの属性,データ長,シリアルナンバー等の制
御情報を付加し、一まとまりのバースト状のデータとし
て送信する。また、各端局は、任意の時間、あるいは同
期化されたシステムクロックを最少単位としたタイムス
ロット上にデータを送出することができる。この場合、
通信要求があったときのみ通信チャネルにアクセスす
る。In packet communication, control information such as destination, data attribute, data length, and serial number is added to data to be transmitted, and the data is transmitted as a set of burst data. In addition, each terminal station can transmit data at an arbitrary time or on a time slot in which a synchronized system clock is used as a minimum unit. in this case,
Access the communication channel only when there is a communication request.
【0004】一方、非パケット通信では、有限個の通信
チャネルを有し、端局の通信要求時にのみシステム側の
制御によって空きチャネルが割り当てられる。従って、
端局の通信要求が受け入れられた時点から端局による通
信切断要求が出されるまで、その通信チャネルを端局は
占有する。On the other hand, non-packet communication has a finite number of communication channels, and an empty channel is allocated by control of the system only when a communication request is made from a terminal station. Therefore,
The terminal occupies the communication channel from the time when the communication request of the terminal is accepted to the time when the communication disconnection request is issued by the terminal.
【0005】また、パケット通信方式を用いた無線シス
テムとしては、衛星通信への適用例が多く、最初に実用
化されたのは米国ハワイ大学のアロハシステムと呼ばれ
るコンピュータネットワークである。パケット通信に使
用されるアクセスプロトコルについては、過去15年の
間によく研究されて多くの方式が提案されている。基本
的にはアロハ方式とCSMA( Carrier Sen
se Multiple Access)方式に分類で
きる。以下、本実施例において適用したスロッテッド・
アロハ方式について説明する。[0005] In addition, many wireless systems using the packet communication system are applied to satellite communications, and the first to be put into practical use is a computer network called the Aloha System of the University of Hawaii, USA. The access protocol used for packet communication has been well studied in the last 15 years and many schemes have been proposed. Basically, Aloha system and CSMA (Carrier Sen)
se Multiple Access) system. Hereinafter, the slotted motor applied in this embodiment will be described.
The Aloha method will be described.
【0006】スロッテッド・アロハ方式では、各端局
が、予め区切られた時間間隔の最初にのみパケットを送
出することができる。これにより、複数の端局が同時に
パケットを送出した場合のみパケットの衝突が生じるこ
とになる。従って、全く自由な時にパケットを送出する
ことができるピュア・アロハ方式に比べて、パケットの
平均伝送遅延時間は若干長くなるものの、パケットの衝
突確率が減少し、チャネル容量は2倍に増加する。[0006] In the slotted Aloha system, each terminal station can transmit a packet only at the beginning of a predetermined time interval. As a result, packet collision occurs only when a plurality of terminal stations simultaneously transmit packets. Therefore, although the average transmission delay time of the packet is slightly longer than that of the pure Aloha system in which the packet can be transmitted at completely free time, the probability of collision of the packet is reduced and the channel capacity is doubled.
【0007】また、各端局が異なった信号強度でパケッ
トを送出する場合、パケットの衝突が生じたときは、信
号強度の強い方のパケットが正しく受信される。この場
合、パケットの衝突によって生じる再送パケットは1つ
だけなので、チャネル容量の増加が期待できる。具体的
には、各端局が送出パケットの信号強度をランダムに選
択する方法や、パケットの重要度に応じて信号強度を変
える方法等がある。When each terminal station transmits a packet with a different signal strength, when a packet collision occurs, the packet having the stronger signal strength is correctly received. In this case, since there is only one retransmission packet caused by packet collision, an increase in channel capacity can be expected. Specifically, there is a method in which each terminal station randomly selects the signal strength of the transmission packet, a method in which the signal strength is changed according to the importance of the packet, and the like.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のスロテ
ッドアロハ方式によるパケット通信システムでは、以下
に述べる問題点を有している。The above-mentioned conventional packet communication system using the slotted Aloha system has the following problems.
【0009】図5は、5つの端局からなる無線ネットワ
ークを示しており、各端局は任意の端局と通信を行うこ
とができるものとする。簡単のために各端局は、一直線
上に等間隔で列んでおり、等しい送信電力で電波を送出
するものとする。FIG. 5 shows a wireless network composed of five terminal stations. Each terminal station can communicate with an arbitrary terminal station. For the sake of simplicity, it is assumed that the terminal stations are arranged at equal intervals on a straight line and transmit radio waves with equal transmission power.
【0010】いま、端局21と端局24とが同時に端局
22に対して各々のデータを送信したとする。端局21
と22との距離を1とすれば、端局24と22との距離
は2である。従って、端局22における受信入力電界
は、端局21からの方が端局24よりも高い。もし各端
局が、振幅一定の変調(例えばFSK変調)により電波
を送出した場合は、端局21,24の両データが衝突し
ているにもかかわらず、端局21のデータが正しく受信
される確率は高い。このような現象はパワーキャプチャ
効果といわれ、多くの研究がなされてきた。Now, it is assumed that the terminal station 21 and the terminal station 24 have transmitted respective data to the terminal station 22 at the same time. Terminal 21
If the distance between the terminal stations 24 and 22 is 1, the distance between the terminal stations 24 and 22 is 2. Therefore, the reception input electric field at the terminal station 22 is higher at the terminal station 21 than at the terminal station 24. If each terminal station transmits a radio wave by modulation with a constant amplitude (for example, FSK modulation), the data of the terminal station 21 is correctly received even though both data of the terminal stations 21 and 24 collide. Probability is high. Such a phenomenon is called a power capture effect, and many studies have been made.
【0011】このパワーキャプチャ効果は、チャネルス
ループットの面では好ましい結果をもたらすが、実際の
システムに適用した場合、各端局の地理的条件により各
端局毎のスループットが均一にならないという問題が生
じる。Although this power capture effect has a favorable result in terms of channel throughput, when applied to an actual system, there arises a problem that the throughput of each terminal station is not uniform due to the geographical conditions of each terminal station. .
【0012】例えば、各端局のアイドル状態(端局が再
送待のパケットをもっていない状態)におけるパケット
生成率(新規パケットのみのトラフィックで再送パケッ
トによるトラフィックを含まない)は、皆同じであり、
且つ各端局間の新規パケット生成率も同じであると仮定
した場合、端局23のスループットが最大であり、両端
の端局21および25のスループットが最少になるとい
う不公平が生じる。For example, the packet generation rates (traffic of only new packets but not traffic of retransmitted packets) in the idle state (state in which the terminal station does not have a packet to wait for retransmission) of each terminal station are all the same,
Further, assuming that the new packet generation rates between the terminal stations are also the same, there is an unfair situation that the throughput of the terminal station 23 is maximum and the throughput of the terminal stations 21 and 25 at both ends is minimum.
【0013】更にこの現象を説明すると次のようにな
る。各端局が他の端局に対して等しい一定の割合で通信
要求をもっている場合、この通信要求が出された時に、
もし、通信端末装置が未処理の再送待パケットを持って
いれば、この通信要求は拒絶され、持っていなければ即
座に次のタイムスロットを使用して通信チャネル上に送
出される。この時、同時に他の端局がパケットを送出し
ていれば、受信側の端局においてパケットの衝突が起こ
り、受信側端局に一番近い送信側端局のパケットが正し
く受信される。受信側端局はこの一番近い送信側端局に
対して受信応答を返し、これを受け取った送信側端局は
自分のパケットが正しく受け取られた事を認識して、次
の通信要求を待つ状態に戻る。This phenomenon will be further described as follows. If each terminal station has a communication request at an equal fixed rate to other terminal stations, when this communication request is issued,
If the communication terminal has an unprocessed retransmission waiting packet, this communication request is rejected, and if not, it is immediately sent out on the communication channel using the next time slot. At this time, if another terminal station is transmitting a packet at the same time, a packet collision occurs at the receiving terminal station, and the packet of the transmitting terminal station closest to the receiving terminal station is correctly received. The receiving terminal returns a reception response to the nearest transmitting terminal, and upon receiving this, the transmitting terminal recognizes that its own packet has been correctly received and waits for the next communication request. Return to the state.
【0014】一方、他の送信側端局は各自のパケットを
送出後、伝搬遅延とハードウェアの遅延により決定され
る所定の待ち時間が経過した時点で自分のパケット伝送
が失敗したことを知り、再送手順を開始する。この再送
手順には様々な方法が提案されているが、例えば、最も
簡単な方法として、パケットの再送を認知した端局は、
その時から数えて最大Kタイムスロット以内のいずれか
のタイムスロットに確率1/Kで再送パケットを送出す
る。以下自分のパケットが正しく相手側に受信されるま
で再送手順を繰り返す。On the other hand, the other transmitting end stations, after transmitting their own packets, know that their packet transmission has failed when a predetermined waiting time determined by the propagation delay and the hardware delay has elapsed. Initiate the retransmission procedure. Various methods have been proposed for this retransmission procedure. For example, as the simplest method, a terminal that has recognized retransmission of a packet,
A retransmission packet is transmitted with a probability of 1 / K to any one of the maximum K time slots counted from that time. Thereafter, the retransmission procedure is repeated until the own packet is correctly received by the other party.
【0015】ここで、従来は、各端局に対して同じ値の
最大再送間隔K(タイムスロット)を割り当てていた。
一般にKの値を徐々に大きくしていくと、パケットを送
出してから最終的に正しく受信されるまでに要する時間
(パケット遅延時間)は大きくなり、Kの値が無限大に
おいては理論的に再送を行なわない場合と一致する。Here, conventionally, the same value of the maximum retransmission interval K (time slot) has been assigned to each terminal station.
In general, if the value of K is gradually increased, the time (packet delay time) required from the transmission of a packet to the final correct reception increases, and theoretically when the value of K is infinite. This matches the case where retransmission is not performed.
【0016】このような通信手順によりパケット送信の
制御を行なった場合、図5に示した各端局のスループッ
ト、トラフィックおよびパケット遅延時間に関して次の
ことが言える。すなわち、ネットワークの中央に位置し
た端局23は伝送に成功する確率が一番高く、次々と新
しいパケットを送ることができるため、通信チャネルを
有効に使っている時間的割合、つまりスループットが一
番高い。更に、パケットの平均再送回数も一番少ないた
め、1パケットの伝送に要する平均遅延時間も一番少な
い。他方、ネットワークの両端に位置する端局21と2
5は、逆にパケット伝送に成功する確率が最も低く、伝
送に成功するまでに何度もパケットを再送しなけれはな
らないので、スループットは低く、平均パケット遅延時
間は大きくなる。また、中間に位置している端局22と
24は、これらの中間の値をとる。When packet transmission is controlled by such a communication procedure, the following can be said with respect to the throughput, traffic, and packet delay time of each terminal station shown in FIG. In other words, the terminal station 23 located at the center of the network has the highest probability of successful transmission and can send new packets one after another. Therefore, the time ratio in which the communication channel is effectively used, that is, the throughput is the highest. high. Furthermore, since the average number of packet retransmissions is the smallest, the average delay time required for transmitting one packet is also the smallest. On the other hand, terminal stations 21 and 2 located at both ends of the network
Conversely, No. 5 has the lowest probability of successful packet transmission and has to retransmit the packet many times before successful transmission, so that the throughput is low and the average packet delay time is large. Also, the terminal stations 22 and 24 located in the middle take an intermediate value between these.
【0017】このように、従来のパケット通信システム
は、パワーキャプチャ効果によって各端局のスループッ
トおよびパケット伝送遅延が均一にならず、各端局に対
して等しい通信品質を与えることができないという問題
点がある。As described above, the conventional packet communication system has a problem that the throughput and the packet transmission delay of each terminal station are not uniform due to the power capture effect, and equal communication quality cannot be given to each terminal station. There is.
【0018】本発明の目的は、各端局に対して等しい通
信品質を与えることができるパケット通信システムを提
供することにある。An object of the present invention is to provide a packet communication system capable of giving each terminal station equal communication quality.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】本発明のパケット通信シ
ステムは、1つの通信チャネルを3つ以上の端局が共有
してデータ通信を行なうスロッテッド・アロハ方式のパ
ケット通信システムであって、前記各端局は、パケット
信号を送信後、所定時間内に相手端局からの受信応答が
得られない場合、前記各端局毎に予め割り当てられてい
る最大再送間隔K(Kは正の整数)に応じて「1」から
「K」までの一様乱数を発生し、この値によって再送遅
延時間を決定して前記パケット信号を再送する手段を有
し、前記最大再送間隔Kが、前記各端局間の相対的な位
置関係にもとづいて前記各端局のスループットおよびパ
ケット伝送遅延が等しくなるように前記各端局毎に割り
当てられて構成される。A packet communication system according to the present invention is a slotted Aloha type packet communication system in which three or more terminal stations share one communication channel to perform data communication. end office after sending a packet signal, the maximum retransmission interval K (K received response is not obtained if, assigned before Symbol advance for each terminal station from the remote end station within a predetermined time positive integer ), A uniform random number from “1” to “K” is generated, and the retransmission delay is determined by this value.
Means for determining the delay time and retransmitting the packet signal
The maximum retransmission interval K is assigned to each of the terminal stations based on the relative positional relationship between the terminal stations so that the throughput and the packet transmission delay of the terminal stations become equal. .
【0020】[0020]
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
【0021】図1は本発明の一実施例を示すブロック図
であり、互いに同一の構成で双方向の通信が可能な5つ
の端局1〜5からなる無線通信ネットワークの場合を示
している。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, and shows a case of a wireless communication network composed of five terminal stations 1 to 5 capable of bidirectional communication with the same configuration.
【0022】各端局1〜5は、ユーザデータの入出力処
理を行う入出力装置14〜54と、送信するユーザデー
タをバースト状のデータに変換した後、通信制御に必要
は情報を付加してパケット信号を生成する共に、受信し
たパケット信号をユーザデータに変換するパケット制御
装置12〜52と、パケット信号を無線周波信号に変換
して空中線へ送出すると共に、空中線が受信した無線周
波信号を復調してパケット信号を出力する送受信装置1
1〜51と、送信したパケットが相手端局に受信されな
かったときに伝送に失敗したパケットの再送を制御する
パケット再送制御装置13〜53とを備えている。Each of the terminal stations 1 to 5 is provided with input / output devices 14 to 54 for input / output processing of user data and, after converting user data to be transmitted into burst data, adding information necessary for communication control. Packet control devices 12 to 52 for converting a received packet signal into user data, converting the packet signal into a radio frequency signal and transmitting the radio signal to the antenna, and converting the radio frequency signal received by the antenna into Transmission / reception device 1 for demodulating and outputting a packet signal
1 to 51, and packet retransmission control devices 13 to 53 for controlling retransmission of a packet whose transmission has failed when the transmitted packet is not received by the partner terminal station.
【0023】ここで、端局1と端局3とが通信をする場
合を例として、動作を説明する。Here, the operation will be described by taking a case where the terminal station 1 and the terminal station 3 communicate with each other as an example.
【0024】いま、端局1が端局3へデータを送信した
とき、端局3に近い端局2または4が同時にデータを送
信することなく、且つ、端局3自身がデータを送信して
いない場合は、端局1のデータは端局3によって正しく
受信され、端局3のパケット制御装置32によってユー
ザデータに変換され入出力装置34へ送出される。この
場合、つまり端局1から端局3へのデータ伝送が成功し
た場合、パケット制御装置32は、データを正しく受信
したことを示す受信応答を端局1へ送出する。一方、端
局1ではパケット送出後、パケット制御装置12内にあ
るタイマーを起動させ、所定の待ち時間内に端局3から
の受信応答を受信すれば、データ伝送が成功したと判断
し、再び入出力装置14からのユーザデータの入力を待
つ状態に戻る。Now, when the terminal station 1 transmits data to the terminal station 3, the terminal stations 2 or 4 close to the terminal station 3 do not transmit data at the same time, and the terminal station 3 itself transmits data. If not, the data of the terminal 1 is correctly received by the terminal 3, converted into user data by the packet control device 32 of the terminal 3, and transmitted to the input / output device 34. In this case, that is, when the data transmission from the terminal station 1 to the terminal station 3 is successful, the packet control device 32 sends a reception response to the terminal station 1 indicating that the data has been correctly received. On the other hand, after transmitting the packet, the terminal station 1 starts a timer in the packet control device 12, and if a reception response from the terminal station 3 is received within a predetermined waiting time, it is determined that the data transmission has been successful, and again The process returns to a state of waiting for input of user data from the input / output device 14.
【0025】もし、所定の待ち時間内に受信応答を受信
できなかった場合(例えば、端局1と同時に端局2ある
いは4が電波を送出したとか、端局3自体が電波を送信
していたために、パケットの衝突が発生した場合)、端
局1のパケット再送制御装置13は、各端局毎に予め割
り当てられている最大再送間隔K(Kは正の整数)に応
じて、「1」から「K」までの一様乱数を発生させ、そ
の値によってパケットを再送する時間を決定する。例え
ば、乱数が「5」であれば、その時点におけるタイムス
ロットから数えて5タイムスロット後に再びパケットを
送信し、以後、端局3から受信応答を待ち時間内に受け
取るまで、この操作を繰り返す。If a reception response cannot be received within a predetermined waiting time (for example, because the terminal station 2 or 4 has transmitted radio waves simultaneously with the terminal station 1 or because the terminal station 3 itself has transmitted radio waves). In this case, when a packet collision occurs), the packet retransmission control device 13 of the terminal station 1 sets “1” in accordance with the maximum retransmission interval K (K is a positive integer) assigned in advance to each terminal station. Then, a uniform random number from “K” to “K” is generated, and the time for retransmitting the packet is determined based on the value. For example, if the random number is "5", the packet is transmitted again five time slots after counting from the time slot at that time, and thereafter, this operation is repeated until a reception response is received from the terminal station 3 within the waiting time.
【0026】ところで、本発明の特徴は、各端局毎に予
め割り当てられる最大再送間隔Ki(i=1,2,3,
4,5)に応じて一様乱数を発生させ、パケットを再送
する時間を決定することである。従来は、この一様乱数
の最大値は各端局に同一の値が割り当てられていた。以
下、このKiの決定方法について本発明の提案する数学
モデルを用いて説明する。いま、pi:端局iがパケッ
トを再送する確率。A feature of the present invention is that a maximum retransmission interval Ki (i = 1, 2, 3, 3) assigned in advance to each terminal station is provided.
In this case, a uniform random number is generated according to (4, 5), and the time for retransmitting the packet is determined. Conventionally, the same maximum value of the uniform random number has been assigned to each terminal station. Hereinafter, the method of determining Ki will be described using a mathematical model proposed by the present invention. Now, pi: the probability that the terminal station i will retransmit the packet.
【0027】qi:端局iが再送パケットをもっている
確率。Qi: Probability that terminal station i has a retransmission packet.
【0028】σi:端局iが再送パケットをもっていな
いときに新パケットが生成される確率。Σi: Probability that a new packet is generated when the terminal station i has no retransmission packet.
【0029】Ti:端局iがパケットを送出後、相手端
局からの受信応答を受けるまでの平均一巡伝搬遅延時
間。Ti: Average round-trip propagation delay time from terminal station i sending a packet to receiving a reception response from the partner terminal station.
【0030】Ki:端局iのパケット伝送が失敗した
後、再送するまでの最大タイムスロット間隔。Ki: The maximum time slot interval until retransmission after packet transmission of terminal station i fails.
【0031】si:端局iのスループット。Si: Throughput of terminal station i.
【0032】gi:端局iのトラフィック。とすると、 pi=1/{Ti+(Ki+1)/2} ……(1) gi=(1−qi)σi+qipi ……(2)
である。 ところで、端局iはパケット伝送の失敗後、Ki個のタ
イムスロットのうちどれか1つのタイムスロットを選択
しなければならないが、この選び方、即ち確率変数Ki
の分布は一様分布であると仮定する。従って、Tiを考
慮すれば、端局iは、Ti+1,Ti+2,・・・,T
i+Kiスロットのいずれか1つのタイムスロットにパ
ケットを再送することになる。本発明の目的は、各端局
のスループットおよび平均伝送遅延時間が全て等しくな
るようにKiの値を決めることにある。ここで端局iの
平均伝送遅延時間Diを次の様に定義する。 Di=τi〔1+{Ti+(Ki+1)/2}gi/si−(Ki+1)/2〕 ……(3) ここに、τiは、端局iのパケット長を表わしている。
本実施例では解析を簡単にするため、τiは全ての端局
に対して一定であり、その値は1タイムスロットと仮定
する。従って、τi=1とすると、式(3)は、 Di=1+{Ti+(Ki+1)/2}gi/si−(Ki+1)/2…(4) となる。Gi: Traffic of terminal station i. Then, pi = 1 / {Ti + (Ki + 1) / 2} (1) gi = (1-qi) σi + qipi (2)
It is. By the way, the terminal station i has to select any one of the Ki time slots after the packet transmission has failed.
Is assumed to be uniform. Therefore, considering Ti, terminal station i is represented by Ti + 1, Ti + 2,.
The packet is retransmitted in any one of the i + Ki slots. An object of the present invention is to determine the value of Ki so that the throughput and the average transmission delay time of each terminal station are all equal. Here, the average transmission delay time Di of the terminal station i is defined as follows. Di = τi [1+ {Ti + (Ki + 1) / 2} gi / si- (Ki + 1) / 2] (3) where τi represents the packet length of terminal station i.
In this embodiment, for the sake of simplicity of analysis, it is assumed that τi is constant for all terminal stations, and its value is one time slot. Therefore, assuming that τi = 1, equation (3) becomes: Di = 1 + {Ti + (Ki + 1) / 2} gi / si− (Ki + 1) / 2 (4)
【0033】更に、式(1)および式(2)を式(4)
に代入すると、 Di=1+Ti+(gi/si−1)/pi ……
(5) となる。Further, the equations (1) and (2) are converted into the equations (4)
Substituting into: Di = 1 + Ti + (gi / si-1) / pi
(5)
【0034】次に、端局数がMのネットワークを考え
る。各端局は次の3つの状態のいずれか1つの状態にあ
る。 アイドル状態1:新パケットも再送パケットも持ってい
ない状態。 アイドル状態2:確率σiで端局が新パケットを持ち、
それを送出する状態。 バックログ状態:過去にパケットの衝突が有り、再送を
待っている状態。Next, consider a network having M terminal stations. Each terminal station is in one of the following three states. Idle state 1: State in which there is no new packet or retransmission packet. Idle state 2: the terminal station has a new packet with a probability σi,
The state that sends it. Backlog state: A state in which a packet collision has occurred in the past and is waiting for retransmission.
【0035】ところで、各々の未再送パケット(バック
ログパケット)の伝送遅延は幾何分布に従っているとす
る。すなわち、各未再送パケットは現在のタイムスロッ
トに確率piで再送を行なう。各端局が送出するパケッ
トがバースト状であると仮定すると、pi>σiが成立
する。各端局は新パケット生成後、そのパケットが正し
く受信されるまで次のパケットを生成できない。さて、
送信端局iよりも受信端局jに近い端局が端局iが送信
するタイムスロットと同時にパケットを送信しない確率
ρiは、次のように定義される。It is assumed that the transmission delay of each unretransmitted packet (backlog packet) follows a geometric distribution. That is, each unretransmitted packet is retransmitted in the current time slot with probability pi. Assuming that packets transmitted from each terminal station are burst-like, pi> σi holds. After generating a new packet, each terminal station cannot generate the next packet until the packet is correctly received. Now,
The probability ρi that a terminal station closer to the receiving terminal station j than the transmitting terminal station i will not transmit a packet at the same time as the time slot transmitted by the terminal station i is defined as follows.
【0036】 [0036]
【0037】ここで、Mは、システムに含まれる端局数
であり、またViは、端局iから端局jへパケット伝送
する場合に、パケット衝突の発生により、端局iから端
局jへのパケット伝送が失敗する危険性のある危険領域
として定義される。いま、端局がアイドル状態1にある
確率をU1,アイドル状態2にある確率をU2,バック
ログ状態にある確率をU3とすると、U1+U2+U3
=1であり、U1,U2,U3は一意的に求められる。 U1={pi(1−σi)ρi}/{piρi+σi(1−ρi)}…(7) U2=piσiρi/{piρi+σi(1−ρi)} ……(8) U3=σi(1−ρi)/{piρi+σi(1−ρi)} ……(9) しかし、siとqiの定義から、 si=U2 ……(10) qi=U3 ……(11) であることが容易にわかる。従って、式(10),(1
1)を用いて式(8),(9)からρiを消去すれば、 piσi{(1−qi)σi−si}=0 ……(12) となる。ここで、一般性を損なわずpi≠0、σi≠0
と仮定できるので、 si=(1−qi)σi ………(13) が得られる。また、式(13)および式(2)を式
(5)に代入すれば、 Di=1+Ti+qi/si ……(14) となる。この方程式によれば、もし各端局に同一のs
i、qiを与えるKiが求まれば、Diは再送確率pi
には依存せず、ただ単に平均一巡伝搬遅延時間Tiによ
って決まることを意味している。通常のパケット無線ネ
ットワークでは、パケット長に比べて伝搬遅延時間は無
視できるので、本発明の目的である全ての端局に等しい
スループットと伝送遅延時間を与えることは可能であ
る。Here, M is the number of terminal stations included in the system, and Vi is a signal from the terminal station i to the terminal station j due to the occurrence of a packet collision when a packet is transmitted from the terminal station i to the terminal station j. Is defined as a dangerous area where there is a danger that packet transmission to the server will fail. Assuming that the probability that the terminal station is in the idle state 1 is U1, the probability that the terminal station is in the idle state 2 is U2, and the probability that the terminal station is in the backlog state is U3, U1 + U2 + U3
= 1, and U1, U2, and U3 are uniquely obtained. U1 = {pi (1-σi) ρi} / {pipi + σi (1-pi)} (7) U2 = piσipi / {pipi + σi (1-pi)} (8) U3 = σi (1-ρi) / {Piρi + σi (1-ρi)} (9) However, from the definitions of si and qi, it is easily understood that si = U2 (10) qi = U3 (11) Therefore, equations (10) and (1)
If ρi is eliminated from equations (8) and (9) using 1), then piσi {(1−qi) σi-si} = 0 (12) Here, pi ≠ 0, σi ≠ 0 without loss of generality
Thus, it can be assumed that si = (1−qi) σi (13) By substituting Expressions (13) and (2) into Expression (5), Di = 1 + Ti + qi / si (14) According to this equation, if each terminal has the same s
If Ki that gives i and qi is found, Di is the retransmission probability pi
, But simply depends on the average loop propagation delay time Ti. In a normal packet radio network, the propagation delay time is negligible compared to the packet length, so that it is possible to give equal throughput and transmission delay time to all the terminal stations, which is the object of the present invention.
【0038】次に、端局数が5であり全ての端局が等間
隔に一直線上に配列された1次元モデルに対して各端局
に異なったKiを与えたときのスループットを計算す
る。Next, for a one-dimensional model in which the number of terminals is 5 and all the terminals are arranged on a straight line at equal intervals, the throughput when different Ki is given to each terminal is calculated.
【0039】端局iから端局jへのスループットSij
(r)は、式(15)で定義される。Throughput Sij from terminal station i to terminal station j
(R) is defined by equation (15).
【0040】 [0040]
【0041】ここで、nは危険領域Vr内の端局i以外
の端局である。また、端局iのサブトータル・スループ
ットをSi(r)とすると、Here, n is a terminal station other than the terminal station i in the dangerous area Vr. If the subtotal throughput of the terminal station i is Si (r),
【0042】 [0042]
【0043】ここで、Si(r)は、端局iが領域Rr
に属する全端局jに対して持っているスループットの和
として定義される。この領域Rrは、システムモデルの
数学的取扱いを容易にするために定義された領域であ
り、具体的には、端局iの位置からシステムに収容され
る全端局を含む領域の外郭までの2等分点によって分割
される領域である。Here, Si (r) indicates that the terminal i is in the region Rr
Is defined as the sum of the throughputs possessed by all the terminal stations j belonging to. The region Rr is a region defined for facilitating the mathematical handling of the system model. Specifically, the region Rr extends from the position of the terminal i to the outer periphery of the region including all the terminals accommodated in the system. This is an area divided by bisecting points.
【0044】同様の考え方により、端局iが全領域Rに
もっているトータルスループットSiは、端局iが全領
域Rを分割した各領域Rrに対してもっているスループ
ットSi(r)の総和で定義され、Based on the same concept, the total throughput Si that the terminal station i has over the entire area R is defined by the sum of the throughputs Si (r) that the terminal station i has for each area Rr obtained by dividing the entire area R. And
【0045】 [0045]
【0046】で表される。Is represented by
【0047】さて、各端局のスループットを等しくする
のであるから、まず最初に全ての端局が等しい入力トラ
フィック、バックログ確率、スループットを持っている
と仮定する。すなわち、 σi=σo=const. qi=qo=const. si=si=const.とする。Now, since the throughput of each terminal station is made equal, it is first assumed that all the terminal stations have the same input traffic, backlog probability and throughput. That is, σi = σo = const. qi = qo = const. si = si = const. And
【0048】ここで式(17)をpiについて解くと、Here, when equation (17) is solved for pi,
【0049】 [0049]
【0050】を得る。式(18)を全てのiについて解
けば、piの分布が得られ、その分布は全ての端局に対
して等しいスループットを与えるはずである。Is obtained. Solving equation (18) for all i gives the distribution of pi, which should give equal throughput to all terminals.
【0051】式(18)はM個の未知数を含んだ連立方
程式であり、同時に超越方程式でもある。まず最初に考
えなければならないのは式が物理的意味をもつための条
件である。明らかに、入力トラフィックσoはsoより
大きくなければならない。さもなければ、piが負の値
をとることになるからである。しかしながら、パケット
の再送を行なわない端局数が無限大のネットワークで
は、各端局のスループットは各端局の入力トラフィック
に等しくなければならないことが知られている。本実施
例によって示された数学的モデルは過去の研究によって
得られた端局数無限大のネットワークに対する解と同等
の解を持っており、σo>soの場合のみを考える。Equation (18) is a simultaneous equation including M unknowns, and is also a transcendental equation. The first thing to consider is the condition for an expression to have physical meaning. Obviously, the input traffic σo must be greater than so. Otherwise, pi will have a negative value. However, it is known that in a network where the number of terminals that do not retransmit packets is infinite, the throughput of each terminal must be equal to the input traffic of each terminal. The mathematical model shown by the present embodiment has a solution equivalent to a solution for a network with an infinite number of terminals obtained by past research, and only the case where σo> so is considered.
【0052】さて、従来の場合との比較をするために、
トラフィック、スループット、伝送遅延時間の分布につ
いて同一条件で数値計算した結果を以下に示す。なお、
計算に際して各変数を、σo=0.2,so=0.1,
M=5 に設定した。Now, in order to compare with the conventional case,
The results of numerical calculations on the distribution of traffic, throughput, and transmission delay time under the same conditions are shown below. In addition,
In the calculation, each variable is set as σo = 0.2, so = 0.1,
M = 5 was set.
【0053】まず式(18)を解くことにより再送確率
piの分布をもとめ、Kiの値を各端局に対して割り当
てる。また、従来方式のKの値は、本実施例の動作条件
に見合うようにするため、Kiの値の平均値とほぼ等し
くなるようにした。First, the distribution of the retransmission probability pi is obtained by solving the equation (18), and the value of Ki is assigned to each terminal station. Further, the value of K in the conventional method is set to be substantially equal to the average value of Ki in order to meet the operating conditions of the present embodiment.
【0054】計算の結果、Kiの最適分布は K1=1
2、K2=21、K3=23、K4=21、K5=12
となった。これらKiの平均値は17.8であるの
で、従来方式に対するKの値として、K=18を使用し
た。As a result of the calculation, the optimal distribution of Ki is K1 = 1
2, K2 = 21, K3 = 23, K4 = 21, K5 = 12
It became. Since the average value of these Kis is 17.8, K = 18 was used as the value of K for the conventional method.
【0055】トラフィックの分布を図2に示す。従来方
式の分布状態は、上方に凸となっている。これは、中央
に位置する端局が、両端に位置する端局よりも頻繁に新
しいパケットの伝送が可能であることを示している。他
方、本方式の分布状態は、下方に凸となっている。これ
は両端に位置する端局が、中央に位置する端局よりも頻
繁にバックログパケットの再送を行い、中央の端局と同
一のスループットを維持していることを示している。FIG. 2 shows the traffic distribution. The distribution state of the conventional method is upwardly convex. This indicates that a terminal located at the center can transmit a new packet more frequently than terminals located at both ends. On the other hand, the distribution state of this method is convex downward. This indicates that the terminal stations located at both ends retransmit the backlog packet more frequently than the terminal station located at the center, and maintain the same throughput as the terminal station at the center.
【0056】スループットの分布を図3に示し、また、
伝送遅延時間の分布を図4に示す。本発明による方式で
は、いずれも平坦な特性となっており、ネットワークに
含まれる全ての端局のスループットと伝送遅延時間を等
しくすることができる。FIG. 3 shows the distribution of the throughput.
FIG. 4 shows the distribution of the transmission delay time. In the method according to the present invention, all have flat characteristics, and the throughput and the transmission delay time of all the terminal stations included in the network can be made equal.
【0057】[0057]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、各端局に
おいてパケット伝送が失敗した場合、各端局毎に予め割
り当てられている最大再送間隔K(Kは正の整数)に応
じて、「1」から「K」までの一様乱数を発生させ、そ
の値によってパケットを再送する時間を決定して再送す
る手段を設け、また各端局毎の最大再送間隔Kを最適化
することにより、パワーキャプチャ効果によって生じる
各端局のスループットおよびパケット伝送遅延の差をな
くして均一にできるので、各端局に対して等しい通信品
質を与えることができる。As described above, according to the present invention, when packet transmission has failed at each terminal station, the maximum retransmission interval K (K is a positive integer) assigned in advance to each terminal station is determined. A means for generating a uniform random number from "1" to "K", determining the time for retransmitting the packet based on the value, and retransmitting the packet, and optimizing the maximum retransmission interval K for each terminal station is provided. Since the difference between the throughput and the packet transmission delay of each terminal station caused by the power capture effect can be eliminated and equalized, the same communication quality can be given to each terminal station.
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.
【図2】本実施例および従来方式のトラフィック分布を
示す図である。FIG. 2 is a diagram showing traffic distribution in the present embodiment and a conventional system.
【図3】本実施例および従来方式のスループット分布を
示す図である。FIG. 3 is a diagram showing throughput distributions of the present embodiment and a conventional system.
【図4】本実施例および従来方式の伝送遅延時間分布を
示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating transmission delay time distributions of the present embodiment and a conventional system.
【図5】5つの端局からなる無線ネットワークを示す図
である。FIG. 5 is a diagram showing a wireless network including five terminal stations.
1〜5 端局 13〜53 パケット再送制御装置 1-5 Terminal station 13-53 Packet retransmission controller
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04L 12/56 H04B 7/212 H04J 3/00 - 3/26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H04L 12/56 H04B 7/212 H04J 3/00-3/26
Claims (1)
が共有してデータ通信を行なうスロッテッド・アロハ方
式のパケット通信システムであって、 前記各端局は、パケット信号を送信後、所定時間内に相
手端局からの受信応答が得られない場合、前記各端局毎
に予め割り当てられている最大再送間隔K(Kは正の整
数)に応じて「1」から「K」までの一様乱数を発生
し、この値によって再送遅延時間を決定して前記パケッ
ト信号を再送する手段を有し、前記最大再送間隔Kが、
前記各端局間の相対的な位置関係にもとづいて前記各端
局のスループットおよびパケット伝送遅延が等しくなる
ように前記各端局毎に割り当てられていることを特徴と
するパケット通信システム。1. A slotted Aloha type packet communication system in which three or more terminal stations share one communication channel to perform data communication, wherein each of the terminal stations transmits a packet signal and then transmits a predetermined signal to a predetermined channel. reception response can not be obtained if from the remote end station in time, from the (K-positive integer) maximum retransmission interval K previous SL assigned in advance to each terminal station in accordance with the "1" and "K" The random number up to the packet is generated.
Means for retransmitting the maximum signal, wherein the maximum retransmission interval K is
Each terminal is based on a relative positional relationship between the terminal stations.
Station throughput and packet transmission delay are equal
The packet communication system characterized that you have allocated to each terminal station as.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3651792A JP2995986B2 (en) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | Packet communication system |
Applications Claiming Priority (1)
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JP3651792A JP2995986B2 (en) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | Packet communication system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05236012A JPH05236012A (en) | 1993-09-10 |
JP2995986B2 true JP2995986B2 (en) | 1999-12-27 |
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EP0765096B1 (en) * | 1995-09-20 | 2007-02-21 | Ntt Mobile Communications Network Inc. | Access method, mobile station and base station for CDMA mobile communication system |
-
1992
- 1992-02-24 JP JP3651792A patent/JP2995986B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPH05236012A (en) | 1993-09-10 |
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