JP3477413B2 - 衛星ａｔｍネットワークのための要求割当多重アクセス・システム及び方法 - Google Patents

衛星ａｔｍネットワークのための要求割当多重アクセス・システム及び方法

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JP3477413B2 JP2000006386A JP2000006386A JP3477413B2 JP 3477413 B2 JP3477413 B2 JP 3477413B2 JP 2000006386 A JP2000006386 A JP 2000006386A JP 2000006386 A JP2000006386 A JP 2000006386A JP 3477413 B2 JP3477413 B2 JP 3477413B2
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    • H04L2012/5608—Satellite

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、衛星通
信システムにおいて用いる要求割当多重アクセス・プロ
トコルに関し、更に特定すれば、プロセッシング衛星通
信ネットワークと共に用い、多数のユーザが共通のアッ
プリンク伝送リソースを効率よく使用することを可能に
する、オンボード要求割当多重アクセス・プロトコル
（ｏｎｂｏａｒｄ ｄｅｍａｎｄ ａｓｓｉｇｎｅｄ
ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｋａ−帯域衛星処理通信ネットワークの
ような種々の衛星通信システムが、地球同期軌道（ｇｅ
ｏｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｏｒｂｉｔ）において地球
を旋回するプロセッシング衛星（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）を採用している。当技術分野で
は公知であるが、プロセッシング衛星は、地球上にある
地上局におけるユーザ端末間でデータ転送を行なう。デ
ータは、衛星アップリンク上において、ユーザ端末から
衛星に送信される。アップリンク信号は、周波数及び時
間単位で分離された、種々の利用可能なチャネル・スロ
ット上で送信される。チャネル・スロット上で送信され
るデータは、通常、別個のＡＴＭ（非同期転送モード）
データ・セルにパッケージ化されている。ＡＴＭセル
は、プロセッシング衛星において、復調、復号、及び切
り替えられ、次いで衛星ダウンリンク上において地球上
の宛先に返送される。衛星上には、地球上の所定のカバ
レッジ区域（ｃｏｖｅｒａｇｅ ａｒｅａ）にわたって
アップリンク信号を受信しダウンリンク信号を送信する
のに適したアンテナ・システムが設けられている。
【０００３】通信衛星ネットワークの必要条件の１つと
して、多数のユーザが一斉に衛星にアクセスするのを規
制することの必要性がある。例えば、社内部署間ローカ
ル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）における１群の相
互接続部、又はウェブを閲覧する複数のユーザ（バース
ト的なトラフィック特性を招く）が、相互にアップリン
クを共用する。言い換えると、ネットワーク・ユーザの
多くが、互いに干渉し合うことなく、アップリンク上に
おいて衛星へのアクセスを得ることができるようにする
ためには、所定のプロトコルが必要となる。通常、ウェ
ブをサーフするユーザのようなバースト的なユーザは、
応答時間を最短化するためにピークが高い伝送レートを
必要とするが、伝送間のアイドル期間が長いために、平
均レート、即ち、デューティ・サイクルは低い。この種
のバースト的なトランザクションの一例は、ウェブ・サ
ーフィングであり、ユーザは、ウェブ・リンク上で「マ
ウスをクリック」すると、ネットワークがそのページを
自分のコンピュータ（ｌｏｃａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）
に転送するのをいらいらしながら待ち（遅延を短縮する
ためには高レートが必要となる）、次いで、コンピュー
タ画面上でウェブ・ページを読み込みこれについて考
え、その後に次のウェブ・リンクに進む（考えている時
間があるので、平均レートは低くなる）。
【０００４】専用アップリンク伝送リソース（ＴＲ：ｔ
ｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｓｏｕｒｃｅ）を各ユー
ザにピーク・レートで割り当てると、デューティ・サイ
クルが低いために、ＴＲの平均的使用、即ち請求可能な
実際のビット、あるいは実際の使用、即ち、リソースの
平均レートは低くなる。ＴＲとは、ある帯域幅で伝送ア
ップリンク経路上でデータを送信するために利用可能な
一連のチャネル・スロットのことである。前述の問題を
解決するために、数人のユーザに同じアップリンクＴＲ
を共用させることによって、利用可能なアップリンクＴ
Ｒの使用効率を改善する、要求割当多重アクセス（ＤＡ
ＭＡ：ｄｅｍａｎｄ ａｓｓｉｇｎｅｄｍｕｌｔｉｐｌ
ｅ ａｃｃｅｓｓ）・プロトコルが設計されている。言
い換えると、利用可能なＴＲのより効率的な使用をもた
らすために、多数のユーザが同じアップリンク帯域幅を
共用している。通常、ＤＡＭＡプロトコルは、要求され
るサービス品質（ＱｏＳ）性能を維持しながら、データ
・スループット効率の遅延に対する釣り合いを取る必要
がある。
【０００５】ＤＡＭＡプロトコルの１つに「スロット・
アロハ」（Ｓｌｏｔｔｅｄ Ａｌｏｈａ）として一般に
知られているものがある。これは、共通ＴＲの多数のユ
ーザがリソースの使用を争うものである。最大限処理中
の衛星上におけるスロット・アロハ技法では、同じＴＲ
の数人のユーザのいずれもが、所望するときにはいつで
も、アップリンク上にデータを送信する。同じリソース
の別のユーザも同時にデータを送信すると、２つのアッ
プリンク信号が衛星内において衝突し、その結果データ
が変化し（ｇａｒｂｌｅ）、オンボードで使用不能とな
ってしまう。送信側ユーザは、所定時間以内にダウンリ
ンク上に承認が現れないことによって衝突を検出する。
即ち、タイムアウトによって検出する。同じ２人のユー
ザによるその直後の衝突を防止するために、各ユーザ毎
に再送信の遅延をランダム化する。スロット・アロハ法
は、アップリンクＴＲを統計的に多重化することによっ
て、ＴＲの使用効率を高めることができるが、多数のユ
ーザが同時にアップリンクにアクセスする場合、衝突の
可能性は非常に高く、再送信を必要とし、ユーザ全員に
よる同時遅延が生じてしまう。
【０００６】衝突回数を抑えるために、予約ＤＡＭＡと
一般に呼ばれる、ＤＡＭＡ技法の改善が提案された。予
約ＤＡＭＡプロトコルでは、アップリンク・トラフィッ
クをメイン・フローに分離し、予約手順によって調整し
競合のないアクセスをユーザ・データに提供し、そし
て、制御フローが、予約要求についてのみ競合スロット
・アロハ技法を用いる。予約手順を実行すると、実際に
所望のデータを送信する前に、アップリンクＴＲ内の個
々のスロットを特定して予約する。メイン・フローＴＲ
上でデータを送信するために特定のチャネル・スロット
を予約することにより、ユーザ間の衝突の危険性は解消
する。したがって、衝突はレートが低い制御フローに限
定され、その結果データのメイン・フローには遥かに高
い使用スループットが得られる。
【０００７】処理衛星ネットワークには、どこで予約を
制御するかに応じて、予約ＤＡＭＡ技法にはおおまかに
３種類の変形が可能である。即ち、予約の制御は、多く
の場合ネットワーク運営（オペレーション）センタ（Ｎ
ＯＣ：ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｅｎｔ
ｅｒ）と呼ばれる中央地球基地、又はプロセッシング衛
星自体のオンボードで行なったり、あるいはＴＲを用い
るユーザ群の間で分散することも可能である。最初の手
法は、ベント・パイプ（ｂｅｎｔ−ｐｉｐｅ）及びプロ
セッシング衛星に使用可能であり、超小型開口端末（Ｖ
ＳＡＴ：ｖｅｒｙ ｓｍａｌｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｔ
ｅｒｍｉｎａｌ）ネットワークにおいて、現在用いられ
ている。しかしながら、この手法は、ＮＯＣにおいてＤ
ＡＭＡプロトコルを制御するために大きな処理負荷がか
かる虞れがあり、各予約要求毎に、衛星への伝達が２回
必要となるため、余分な遅延やＴＲの使用オーバーヘッ
ド増大を招く。これは「請求可能（ｂｉｌｌａｂｌ
ｅ）」でないので、帯域幅の無駄となる。第３の手法
は、”Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＤＡ
ＭＡ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｆｏｒ Ｕｓｅ Ｗｉｔｈ
Ａ ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
ｓ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ”（処理通信衛星と共に用いる
ための分散制御ＤＡＭＡプロトコル）と題する、１９９
８年９月２９日に出願された米国特許出願第０９／１６
２，５１４号に開示されており、本出願人に譲渡されて
いる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上から明らかなよう
に、多数のユーザがバースト的でかつ効率的に共通のア
ップリンク伝送リソースを使用することを可能とし、共
用するユーザ間の衝突を避けつつ、システム・リソース
を確保するアップリングＴＲ割り当て技法が求められて
いる。したがって、本発明の目的は、このような技法を
提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の教示によれば、
プロセッシング（処理）衛星通信ネットワークと共に用
い、多数のユーザを共用者群の一部としての共通伝送リ
ソースに割り当てるオンボードＤＡＭＡプロトコルを開
示する。衛星上のメディア・アクセス・コントローラが
予約履歴を維持する。予約履歴は、共用者群のメンバに
よって現在予約されている、リソース内のアップリンク
・タイム・スロットを識別し、共用者群のメンバが利用
可能なタイム・スロットを予約することを許可する。競
合のないデータ送信のために伝送リソース上においてタ
イム・スロットを予約するには、共用者群のユーザは、
競合のあるアップリンク・リソース上で衛星に予約要求
を送信する。予約要求は、送ろうとするデータ量を含
む。リターン・メッセージが受信されない場合、ユーザ
は、予約要求が他の予約要求と衝突したことを知り、予
約要求の再送信対策（ｒｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ｓｔｒａｔｅｇｙ）を行う。
【００１０】オンボードのメディア・アクセス・コント
ローラが予約要求を受信すると、所定の基準に基づい
て、その予約を許可するか、拒絶するか、延期するか判
断する。所定の基準には、ユーザのサービス及び価格ク
ラス、ユーザが既に最近送ったデータ量、キュー内に予
約要求を有する他のユーザ数、及び宛先ダウンリンク・
ポートのデータ密集（輻輳）状態が含まれる。メディア
・アクセス・コントローラは、要求元のユーザに、時
刻、周波数、及びデータを送る長さを含む予約許可メッ
セージを発行する。ユーザが予約許可メッセージを受信
すると、その予約タイム・スロットを待ち、次いで、そ
の時点でメイン・フローＴＲ上で競合なくそのデータを
送信する。ユーザが最初に要求したよりも多くのデータ
を送信するために追加のリソースが必要となった場合、
「ピギーバック」（ｐｉｇｇｙｂａｃｋ：便乗）するこ
とにより、次のデータ転送予約要求を行なうことができ
る。
【００１１】メディア・アクセス・コントローラは、階
層状アップリンク公平スケジューリング技法を用いて、
パケット公平キュー（ＰＦＱ：ｐａｃｋｅｔ ｆａｉｒ
ｑｕｅｕｉｎｇ）・アルゴリズムに基づき、いつ利用
可能な帯域幅を特定のユーザに割り当てるかについて判
断する。第１段階において、ＰＦＱアルゴリズムに基づ
いて特定のホールセラー（ｗｈｏｌｅｓｅｌｌｅｒ）を
選択し、次いで第２段階においてＰＦＱアルゴリズムに
基づいて、選択したホールセラーと関連のあるリテイラ
ー（ｒｅｔａｉｌｅｒ）を特定の順序で選択し、データ
転送の優先度を判定する。
【００１２】メディア・アクセス・コントローラは、衛
星内の他のプロセッサからデータを受信し、種々の宛先
ポートにおけるネットワーク・トラフィック及びデータ
密集状態を監視し、予約要求を許可するか、延期する
か、拒絶するかについて判断する。リアル・タイム帯域
幅予測モジュールを備え、衛星から各ダウンリンク毎に
有効な又は等価な利用可能帯域幅容量を判定する。加え
て、フロー制御モジュールを備え、ネットワークがサー
ビスを提供する種々の宛先ポート（衛星内部及び外部）
におけるデータ密集状態を検知する。呼（コール）プロ
セッサ・モジュールが、ネットワーク全域におけるデー
タ伝送全体を監視し、フロー制御モジュールにデータ密
集状態情報を提供する。呼プロセッサは、（例えば、個
人ネットワーク間インターフェース（ＰＮＮＩ：ｐｒｉ
ｖａｔｅ ｎｅｔｏｗｏｒｋ−ｔｏ−ｎｅｔｏｗｏｒｋ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）・プロトコルを通じて）ネット
ワークのトポロジを把握し、代替経路を通じて宛先まで
コール経路を決定し直すことを可能にする。利用可能ビ
ット・レート・モジュールが、現在の使用度に基づい
て、残りの利用可能帯域の割合を計算し、この情報をメ
ディア・アクセス・コントローラに提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】プロセッシング（処理）通信衛星
ネットワークのためのオンボード要求割当多重アクセス
・プロトコルを対象とする好適な実施形態に関する以下
の説明は、性質上単なる例示に過ぎず、本発明あるいは
その用途又は使用を限定することは全く意図していな
い。
【００１４】本発明は、先に引用した形式の予約ＤＡＭ
Ａプロトコルに関し、通信システムにおいて、多数のバ
ースト的なユーザからなる共用者群による単一のアップ
リンクＴＲの同時使用を可能にする。共用者群とは、同
じＴＲに現在割り当てられている１群のユーザのことで
ある。ＤＡＭＡプロトコルは、各々多数のユーザを含む
多数の共用者群のために予約を制御する。本発明の予約
ＤＡＭＡは、概略的に、衛星のオンボードにおいて制御
され、ＤＡＭＡ及び予約を規制するという形態を用い
る。制御は衛星のオンボードで行われるので、このＤＡ
ＭＡプロトコルのことを、ここでは集中化広帯域公平Ｄ
ＡＭＡ（Ｃ−ＢＦＤ：ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ｂｒｏ
ａｄｂａｎｄ ｆａｉｒ ＤＡＭＡ）プロトコルと呼ぶ
ことにする。この方法の要点は、衛星上のＤＡＭＡ制御
が予約履歴を維持し、各共用者群毎に、当該共用者群の
１人以上のメンバによって現在予約されているアップリ
ンク・タイム・スロットの数、及び予約のために次に利
用可能なアップリンク・タイム・スロット（ＮＡＵＴ
Ｓ：ｎｅｘｔ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｕｐｌｉｎｋ ｔ
ｉｍｅ ｓｌｏｔ）を特定する。ＮＡＵＴＳの特定は、
ＤＡＭＡプロセッサが、既存の予約に基づいて、予約デ
ータ送信を行なうために、いつ次のチャネル・スロット
が利用可能になるかを知るためには重要である。衛星Ｄ
ＡＭＡプロセッサは、タイム・オフセットを維持し、し
たがって、ＮＡＵＴは、予約許可メッセージ（ＲＧＭ：
ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｇｒａｎｔ ｍｅｓｓａｇ
ｅ）がダウンリンク信号内において到達した後に、ユー
ザ地球端末（ＵＥＴ）において適用される時間として、
表わされる。
【００１５】共用者群内のユーザ全員は、予約クエリ・
メッセージ（ＲＱＭ：ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｑｕｅ
ｒｙ ｍｅｓｓａｇｅｓ）を用いて予約タイム・スロッ
トを自由に要求することができる。予約クエリ・メッセ
ージは、アップリンクＴＲ上における共用競合制御フロ
ーにおいて、衛星のＤＡＭＡプロセッサにアドレスされ
た衛星に送られる。ＲＱＭは、競合のあるアクセスを用
いるので、衝突検出及び再送信対策を含む、スロット・
アロハの標準的な技法を適用する。プロセッシング衛星
は、通常、そのアップリンク上ではロバストなエラー制
御を用い、衝突したＲＱＭを破棄する。衛星ＤＡＭＡコ
ントローラは、明示的には衝突の発生を把握しない場合
もあるが、ダウンリンク上にＲＧＭがないことからユー
ザが追加のＲＱＭを送るので、これによって暗示的にそ
のイベントを検出することができる。衝突は、地上端末
によって、予想時間枠以内に許可情報が受信されなかっ
た場合に、検出される。
【００１６】衛星上のＤＡＭＡコントローラがＲＱＭを
受信した後、要求を優先度クラス・キュー（ｐｒｉｏｒ
ｉｔｙ−ｃｌａｓｓ ｑｕｅｕｅｓ）にバッファ記憶す
る。次いで、所定の基準に基づいて、その予約を許可す
るか、拒絶するか、延期するかの判断を下す。所定の基
準には、ユーザのサービス及び価格クラス、ユーザが既
に最近送ったデータ量、キュー内にＲＱＭを有する他の
ユーザ数、ならびに宛先ダウンリンク・ポートのデータ
密集状態（輻輳状態）が含まれる。ＲＱＭを処理してＲ
ＧＭにするために用いるアルゴリズムは、ここに記載す
る目的に適したアルゴリズムであればどのようなもので
もよく、優先度指向要求割当（ＰＯＤＡ：ｐｒｉｏｒｉ
ｔｙ−ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｄｅｍａｎｄ ａｓｓｉｇｎ
ｍｅｎｔ）アルゴリズム、及び公平キュー・アルゴリズ
ム、例えば、フレームに基づく公平キュー・アルゴリズ
ムの混成とすることができる。ＲＧＭを送るとき、衛星
ＤＡＭＡプロセッサは、予約内のスロット量だけ、共用
者群に対するＮＡＵＴＳを更新する。許可される予約の
サイズをコントローラによって制限し（ｃａｐ）、当該
共用者群内のユーザ間におけるアクセスの公平性を確保
するとよい。加えて、衛星ＤＡＭＡプロセッサは、デー
タ密集状態が生じているポートに宛てられた要求を延期
するかあるいは拒絶することによって、エラー密集の制
御を行なうことも可能である。ＲＱＭ及びＲＧＭのため
のアドレシング形式、ＲＱＭ及びＲＧＭに用いられるＴ
Ｒの形式、及び、本発明のＤＡＭＡプロトコルに対する
その他のネットワークの具体的な詳細は、用いられる個
々のＤＡＭＡプロトコル・アルゴリズムによって異な
り、更にネットワーク毎にも変わる場合もある。
【００１７】本発明のＤＡＭＡプロトコルは、ＮＯＣに
基づくＤＡＭＡに関して先に引用した欠点を回避し、共
用者群のメンバ間にＤＡＭＡ制御を分散した場合より
も、予約の同期能力（ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ
ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ）が簡略化しロバスト性も
向上する。速度及び効率上の利点は分散した場合と同一
であるが、本イノベーションは、ＤＡＭＡ制御を行なう
ための設備を宇宙に設置する必要がある。
【００１８】衛星通信ネットワークでは、ＡＴＭプロト
コルの動的な性質、及びＡＴＭレイヤと物理レイヤとの
間で追加的な処理を行なうためのマルチメディア・トラ
フィックを満足するためには、プロセッサの階層構造に
おけるＡＴＭレイヤと物理レイヤとの間にメディア・ア
クセス制御（ＭＡＣ）レイヤが必要となる。何故なら、
ＡＴＭプロトコルは本来、ブロードキャスト（同報通
信）媒体上で動作するように設計されていないからであ
る。ＭＡＣレイヤは、ＡＴＭレイヤが衛星ネットワーク
上で継目なく動作することを可能にする。ＭＡＣレイヤ
は、本質的に、個々のチャネルに対して異なるネットワ
ーク機能要件及び性能要件を満たすために用いられる、
異なる形式のＭＡＣチャネルを含んでいる。個々のＭＡ
Ｃチャネルはそれぞれ、現在の情報転送の目的に応じ
て、異なるユーザ・プロトコルを利用する。ＭＡＣチャ
ネルとは、物理レイヤの帯域幅をフルデプレックス（全
二重）・パイプに区分するための論理構造である。ＭＡ
Ｃレイヤは、物理レイヤの状態ならびにＡＴＭ接続の状
態及び要件に基づいて論理状態情報を維持し、例えば、
リアル・タイムＶＢＲソースに対する接続要求承認を待
ち、データ転送に用いるＭＡＣチャネルの形式を判定す
る。ＭＡＣレイヤは、情報転送の時刻、周波数帯域、及
び持続時間に関する情報を含む、コンフィギュレーショ
ン・コマンドを物理レイヤに送る。ワイヤレスＡＴＭネ
ットワーク・プロトコル・スタックに関する研究は、Ｒ
ａｙｃｈａｕｄｈｕｒｉ、Ｄｉｐａｎｋａｒの”Ｗｉｒ
ｅｌｅｓｓＡＴＭ Ｎｅｔｗｏｒｋ：Ａｒｃｈｉｔｅｃ
ｔｕｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｐｒ
ｏｔｏｔｙｐｉｎｇ”（ワイヤレスＡＴＭネットワー
ク：アーキテクチャ・システム設計及び原型）（ＩＥＥ
Ｅ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
ｓ、１９９６年８月、４２〜４９ページ）に開示されて
いる。
【００１９】図１は、ＵＥＴ１０のブロック図であり、
ＡＴＭレイヤ１２、ＭＡＣレイヤ１４、及び物理レイヤ
１６を含んでいる。複数の異なる公知のＡＴＭサービス
・クラス１８が、ＡＴＭレイヤ１２内に示されており、
ＭＡＣレイヤ１４内の特定のＭＡＣチャネル２０にマッ
ピングされている。ＭＡＣレイヤ１４は、特定のユーザ
及び送信するデータの型に応じて用いられる、利用可能
なＭＡＣチャネル２０を特定する。各ＭＡＣチャネルに
は、関連するプロトコルが指定されており（例えば、Ｆ
Ｂ−ＳＤＣ、ＣＢＦＤ）、異なるプロトコルを各ＭＡＣ
チャネルと関連付けることができる。例えば、ＡＴＭサ
ービス・クラスのリアル・タイム音声又はビデオでは、
音声及びビデオ送信のロバスト性要件のために、音声又
はビデオ・コードを供給するＡＴＭセルは専用ＭＡＣチ
ャネルにマッピングされる。このＭＡＣチャネルに関連
付けたプロトコルを、固定チャネル・スロット割り当て
（ＦＣ−ＳＡ：ｆｉｘｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ−ｓｌｏｔ
ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ）と呼ぶ。”Ｍｅｄｉａ Ａｃ
ｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌａｙｅｒ ｆｏｒＳａｔ
ｅｌｌｉｔｅ ＡＴＭ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”（衛星ＡＴ
Ｍネットワークのためのメディア・アクセス制御レイ
ヤ）と題して出願され、本願の譲受人に譲渡された、米
国特許出願（弁理士整理番号第２２−００２７号）に
は、この種のＭＡＣチャネル・マッピングが開示されて
いる。
【００２０】ネットワーク・アクセス・チャネル（ＮＡ
Ｃ）は、ＵＥＴ１０がＮＯＣを介して最初にネットワー
クへのアクセスを得ようとするときに、用いられる。Ｎ
ＯＣは、逆方向にＵＥＴに応答し、専用チャネル（Ｄ
Ｃ）、時間専用チャネル（ＴＤＣ）、公平広帯域共用デ
ータ・チャネル（ＦＢ−ＳＤＣ）、先着順対応共用デー
タ・チャネル（ＦＣＦＳ−ＳＤＣ）、狭帯域共用データ
・チャネル（Ｎ−ＳＤＣ）、及び共用チャネル（ＳＣ）
のいずれかを用いるように、端末に指令する。ＤＣは、
音声会話のように、接続持続時間中一定のサービス・レ
ートを必要とする用途に用いられる。ＴＤＣは、先験的
に有限時間期間にわたって固定レート回路が望まれる場
合に用いられる。ＦＢ−ＳＤＣは、公正な帯域の割り当
て、及びＱｏＳの保証を心配する顧客のために、高いレ
ートの大きなアプリケーション・メッセージに用いられ
る。ＦＣＦＳ−ＳＤＣは、ＱｏＳについて気にせず、サ
ービス・コストを極力抑えたい顧客のために、高いレー
トの大きなアプリケーション・メッセージに用いられ
る。Ｎ−ＳＤＣは、小さなデータ・メッセージ、及び小
さなウェブ要求のような、狭帯域バースト状ソース（ｎ
ａｒｒｏｗｂａｎｄ ｂｕｒｓｔｙ ｓｏｕｒｃｅ）に
用いられる。一般に、共用チャネルが用いられるのは、
ウェブ・サーフィング又はＬＡＮ相互接続のように、ト
ラフィック契約がバースト状非リアル・タイムの用途を
指定する場合である。
【００２１】物理レイヤ１６は、衛星アップリング及び
ダウンリンクに対する多重化方式を示す。即ち、アップ
リンクについては、周波数分割多重−時分割多重アクセ
ス（ＦＤＭ−ＴＤＭＡ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉ
ｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ ｔｉｍｅ−ｄｉｖｉｓ
ｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）２２、ダウ
ンリンクについては、広帯域統計ＴＤＭ２４を示す。個
々のＭＡＣチャネル２０にはそれぞれ、当該ＭＡＣチャ
ネルのために効果的に動作する所定のアップリンク・プ
ロトコルが割り当てられている。これらのプロトコルに
は、スロット・アロハ、固定チャネル・スロット割当、
有限期間固定チャネル・スロット割当、集中化広帯域公
平ＤＡＭＡ（Ｃ−ＢＦＤ：ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ｂ
ｒｏａｄｂａｎｄ ｆａｉｒ ＤＡＭＡ）、及び分散Ｄ
ＡＭＡが含まれる。本発明は、Ｃ−ＢＦＤプロトコルを
用いる公平広帯域共用データ・チャネルに関するもので
ある。
【００２２】図２は、先に論じた本発明のＣ−ＢＦＤプ
ロトコルの動作を表わすために、衛星時間及びＵＥＴ時
間双方のタイムラインを示している。ＡＴＭセル形態の
データが、ＵＥＴ内においてメディア・アクセス・コン
トローラ（ＭＡＣ）に送られ、ＵＥＴタイムライン上の
時点１で示すように、いずれかの時点において衛星アッ
プリンク上に送信される。この時点では、ＵＥＴはネッ
トワーク内の共用者群に加入しており、ＮＯＣはそれに
共用予約チャネル（ＳＲＣ）を割り当て、ＡＴＭ接続が
発信側端末と宛先端末との間に確立されていると仮定す
る。ＳＲＣは、競合共用遷移リソースであり、共用者群
のユーザ全員が予約要求を送信する。後のある時点で、
例えばスロット・アロハ・プロトコルを用いて、ＵＥＴ
はＳＲＣ上でＲＱＭを送る。ＲＱＭは、送信するＡＴＭ
セルの数、又は予約に必要なチャネル・スロット数に関
する情報を含んでいる。ＵＥＴがリターンＲＧＭを待っ
ている間、時点３で示すように、共用者群内の他のＵＥ
Ｔに衛星からダウンリンク上に送信されてくる他のＲＧ
Ｍを受信する可能性がある。
【００２３】時点４において、衛星はＵＥＴからＲＱＭ
を受信し、次いで予約要求を処理する。ＤＡＭＡコント
ローラは、要求をキューすなわち待ち行列化させ、それ
らのサービス時間に基づいてソートし、現在利用可能な
ネットワークのステータス情報に基づいて、ＵＥＴに回
答する。回答は、予約した送信時間の時刻、周波数及び
持続時間を与えるＲＧＭ、又は当該宛先ポートにおける
データ密集発生による所定時間だけ待機することの命
令、又はデータ密集のための拒絶という場合がある。衛
星がＲＱＭを受信した時点とＲＧＭを送信する時点との
間の衛星プロセッシングのために、衛星内には処理遅延
がある。時点５において、ＲＧＭは、当該ＵＥＴ及び共
用者群内の他のＵＥＴ全てによって受信される。ＵＥＴ
が所定の時間期間以内にＲＧＭを受信しない場合、その
ＲＱＭが共用者群内の他のＵＥＴからのＲＧＭと衝突し
たことが分かり、ランダムな遅延の後、同じＲＱＭを再
送信する。
【００２４】ＵＥＴは、ＲＱＭ内で受信した情報に基づ
いて、所定時間だけ待ってデータを送信する。その間、
共用者群内の他のＵＥＴは、時点６に示すように、それ
らが予約したＴＲ上でそれらのデータを送信している。
ＵＥＴに宛てたＮＡＵＴが到着すると、時点７で示すよ
うに、ＵＥＴは、競合のない公正広帯域共用データ・チ
ャネル（ＦＢ−ＳＤＣ）を通じて、そのＡＴＭセルを衛
星に送信する。データ・バースト送信における最初のセ
ル（バースト・ヘッダ）は、ＵＥＴから衛星のコントロ
ーラへのステータス・メッセージであり、現在のデータ
転送に想定した特性（即ち、ＵＥＴの状態）を記述す
る。ステータス情報は、開始時刻、周波数、持続時間、
データ転送のレート又は量を含んでいる。なお、当該Ｕ
ＥＴが最初に要求したよりも多くの帯域幅リソースを要
求する場合、既に割り当てられているデータ・ストリー
ムの一部として、要求メッセージをコントローラにピギ
ーバック（ｐｉｇｇｙｂａｃｋ）すればよい。言い換え
ると、追加のデータ転送のために新たなＲＱＭを送る変
わりに、ＵＥＴは、ＲＱＭを予約したデータ転送の一部
として送信し、今後利用可能な競合のない予約タイム・
スロットを予約することができる。後のある時点で、衛
星のコントローラは、時点８で示すように、ＵＥＴから
ＡＴＭセルを受信し、実際のデータ転送を監視し、適正
な機能を確保する。プロトコルのこの段階は、障害の検
出、分離、及び回復のためにあり、ＭＡＣコントローラ
は、誤動作を生じたＵＥＴを停止させることが可能とな
る。時点９で示すように、衛星はデータ・セルを特定の
宛先ダウンリンクに切り替え、宛先のＵＥＴが受信する
ためにデータを、地球に返信する。
【００２５】図３は、衛星上における処理機能を示す、
衛星処理システム２６のブロック図である。ネットワー
クのユーザからのアップリンクＡＴＭセルは、衛星上で
ＡＴＭセルの処理を行なう、ＡＴＭセル交換手段（セル
・スイッチ）２８において受信される。即ち、セル・交
換手段２８は、どのセルがＲＱＭであり、どのセルがデ
ータ送信であり、その他の機能であるのかについて、判
断する。データ・セルは、交換手段２８によって直接適
正な衛星ダウンリンクに切り替えられる。例えば、交換
手段２８は、データ・セルを当該セル内にある特定のア
ドレスに宛てて、所望の地球カバレッジ区域をカバーす
るアンテナに導出する。衛星は、数個の入力ポート及び
出力ポートを有するＡＴＭ交換手段を含み、宛先アドレ
スに基づいて、種々のデータ・セルを適切な衛星ダウン
リンクに導出する。
【００２６】ＲＱＭであるアップリンク・セルは、交換
手段２８によってメディア・アクセス・コントローラ
（ＭＡＣ）３０に導出（ｒｏｕｔ）される。以下で論ず
るが、ＭＡＣ３０の基本動作は、ＲＱＭを許可するの
か、延期するのか、又は拒絶するのかについて判断し、
更にデータ送信の種々の必要条件に基づいて、どの形式
の予約を許可するのか決定することである。ＭＡＣ３０
は、ＡＴＭレイヤとＡＴＭレイヤをインターフェースす
るインターフェースとの間にある、ＡＴＭアダプテーシ
ョン・レイヤ（ＡＡＬ：ＡＴＭ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ
ｌａｙｅｒ）３２を含む。ＭＡＣ３０内では、データ
転送を割り当てるために、異なるＭＡＣチャネルが利用
可能である。
【００２７】ＭＡＣ３０は、衛星上の種々のシステムか
ら入力情報を受信し、ＲＱＭを処理する。システム２６
は、リアル・タイム帯域幅推定モジュール３４を含み、
各優先度クラス又は接続毎に利用可能な容量、及び衛星
ダウンリンク上で送信される総帯域幅を決定する。ネッ
トワークＱｏＳを維持するためには、ネットワークの潜
在的なユーザが、様々な種類の遅延によって、既に存在
するユーザのＱｏＳに影響を与えるか否かについて監視
することは、重要である。したがって、モジュール３４
は、各宛先に送信されるビーム毎のオンボード容量を推
定する。ビーム当たりの有効容量又は帯域幅は、プロセ
ッサ３６から推定モジュール３４への入力として与えら
れる。プロセッサ３６は、各優先度クラス及びビーム全
体の到達レートの平均及び標準偏差の測定を行なう。推
定モジュール３４は、衛星におけるビーム毎の現在の使
用に関する情報を受信し、新たなユーザが、既存ユーザ
の処理能力及びそれ自身にも影響を与えるか否かについ
て、判定を行なう。このプロセスは、ＡＴＭネットワー
クにおいて用いられている呼（コール）承認制御（ＣＡ
Ｃ：ｃａｌｌ ａｄｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ）
手順の一部である。
【００２８】システム２６は、更に、フロー制御モジュ
ール（ＦＣＭ：ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌ
ｅ）３８を含み、宛先ポートにおけるデータ密集状態を
検知し、それに応じてトラフィックを監視する。ＦＣＭ
３８は、交換手段２８のデータ密集状態の知識、及びそ
れに接続されているエレメント全ての知識を有する。こ
れによって、ＦＣＭ３８は、特定のポート又は特定の接
続に対する減速（ｓｌｏｗｉｎｇ ｄｏｗｎ）を示唆す
ることが可能となる。ＦＣＭ３８が、特定の宛先ポート
がデータ密集状態にあると判定した場合、それに応じて
ＭＡＣ３０に命令し、ＭＡＣ３０は情報に基づいて予約
要求を拒絶するか、予約要求を延期するか、又は他の何
らかの適切な処理を決定することができる。また、ＦＣ
Ｍ３８は、他の交換手段（図示せず）から、それに接続
されているネットワークに関するデータ密集情報も受信
し、その情報をＭＡＣ３０に中継する。通常、データ密
集状態のポートに宛てられた要求は、拒絶される。デー
タ密集状態の「オンセット」にあるポートに宛てられた
要求は、ＦＣＭ３８が指示する適当な待ち時間の後に送
信を許可され、当該ポートに対する新たなデータ・スト
リームの影響を極力抑えるようにしている。また、アッ
プリンクのデータ密集制御もＦＣＭ３８によって行わ
れ、その際、新たな帯域幅の現在の利用可能性に応じ
て、異なるＭＡＣチャネルをユーザに割り当てし直す。
ＦＣＭ３８は、ネットワーク内の各宛先ポート毎に、Ｍ
ＡＣ３０に動作過程を示唆する。
【００２９】個人ネットワーク間インターフェース機能
（ＰＮＮＩ：ｐｒｉｖａｔｅ ｎｅｔｗｏｒｋ−ｔｏ−
ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ）を有する呼
（コール）プロセッサ・モジュール４０が設けられ、ネ
ットワーク全体におけるデータの送信を監視する。デー
タ密集情報すなわち輻輳情報は、ネットワークの個々の
端末間に流れるので、この情報はネットワーク全体で共
用することができる。したがって、他のネットワーク・
ソース又は宛先からのデータ密集情報は、ＦＣＭ３８に
提供され、同様に、ＦＣＭ３８に送られる交換手段２８
からのデータ密集情報は、プロセッサ・モジュール４０
に供給される。こうして、システム２６は、ネットワー
ク全体にわたる輻輳情報に基づいて、コールを導出し直
すことができる。例えば、特定の宛先に２つのゲートウ
ェイ端末がある場合、プロセッサ・モジュール４０は、
これらの端末の一方又は他方がデータ密集状態にあるこ
とを把握し、システム２６に、密集状態ではないゲート
ウェイ端末にコールを導出し直すように命令する。ネッ
トワーク顧客データベース４２は、現在のネットワーク
顧客リストを含み、この情報をプロセッサ・モジュール
４０に提供する。
【００３０】推定モジュール３４の出力の１つは、各ダ
ウンリンク・ビーム毎に利用可能な余分な帯域幅であ
る。この出力は、利用可能ビット・レート（ＡＢＲ：ａ
ｖａｉｌａｂｌｅ ｂｉｔ ｒａｔｅ）・プロセッサ・
モジュール４４に供給される。利用可能ビット・レート
は、標準的なＡＴＭサービスであり、アップリンク上の
各ユーザに利用可能な帯域幅を特定する。プロセッサ・
モジュール４４は、ユーザの集団に与えられる余分な帯
域幅の割合を計算し、この情報をＭＡＣ３０に渡す。利
用可能ビット・レート情報は、予約要求を許可するか否
かについて判定するために、入力としてＭＡＣ３０に送
られる。ＭＡＣ３０は、利用可能なアップリンク帯域幅
を、特定のＴＲの使用を要求している共用者群の多数の
ユーザに再分配する。
【００３１】本発明のＣ−ＢＦＤプロトコルが用いるオ
ンボード・アップリング・スケジューリングは、ＭＡＣ
３０内に階層状アップリンク公平スケジューリング（Ｈ
ＵＦＳ：ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ ｕｐｌｉｎｋ ｆ
ａｉｒ ｓｈｃｅｄｕｌｉｎｇ）を含む。ＨＵＦＳは、
アップリンク帯域幅のホールセール（ｗｈｏｌｅｓａｌ
ｅ）及びリテイル（ｒｅｔａｉｌ）・コンポーネントへ
の動的な配分を可能にしつつ、未使用の帯域幅を未決
（バックログ；ｂａｃｋｌｏｇｇｅｄ）・ホールセラー
及びリテイラーに再配分することを保証する。言い換え
ると、ＨＵＦＳは、ユーザの種別及びサービス・クラ
ス、即ち、ホールセラー、リテイラー、無所属者等に基
づいて、予約許可の優先度を設定し、優先度が高い方の
ユーザが実際に帯域幅を使用していない場合、利用可能
な帯域幅を優先度が低いユーザに再配分する。
【００３２】公知の公平キュー・アルゴリズムが、Ｂｅ
ｎｎｅｔｔ，Ｊｏｎ Ｃ．Ｒ．，ｅｔ ａｌ．（ベネッ
ト、ジョンＣ．Ｒ．その他）の”Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃ
ａｌＰａｃｋｅｔ Ｆａｉｒ Ｑｕｅｕｉｎｇ Ａｌｇ
ｏｒｉｔｈｍｓ”（階層状パケット公平キュー・アルゴ
リズム）（Ｐｒｏｃ． ｏｆ ｔｈｅ ＡＣＭ−Ｓｉｇ
ｃｏｍｍ９６， Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ，ＣＡ、１９９６
年８月、１４３〜１５６ページ）、及びＶａｒｍａ，Ａ
ｎｕｊａｎ，ｅｔ ａｌ．（ヴァーマ、アヌジャン、そ
の他）の”Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔ
ｉｏｎ ｏｆＦａｉｒ Ｑｕｅｕｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉ
ｔｈｍｓ ｆｏｒ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｔｒａ
ｎｓｆｅｒ Ｍｏｄｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”（非同期転
送モード・ネットワーク用公平キュー・アルゴリズムの
ハードウエアによる実施）（ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉ
ｃａｔｉｏｎｓ Ｍａｇａｚｉｎｅ、１９９７年１２
月、５４〜６８ページ）に開示されている。また、Ｈｉ
ｅｒａｒｃｈｉｃａｌＤｏｗｎｌｉｎｋ Ｓｃｈｅｄｕ
ｌｅｒ ｆｏｒ ａ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ Ｓａｔｅｌ
ｌｉｔｅ Ｐａｙｌｏａｄ（処理された衛星ペイロード
のための階層状ダウンリンク・スケジューラ）と題し、
本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第（弁理士整理
番号第２０−００６４号）も参照すべきである。同様の
方式が、ダウンリンクや、ソースから宛先までの経路に
おけるその他の交換手段にも用いることができる。ＨＵ
ＦＳは、各ＦＢ−ＳＤＣ周波数チャネル毎に、固定サイ
ズの割り当て量（ｑｕａｎｔａ）を単位として、あらゆ
るアップリンクについて実行しなければならない。この
機能は、「リソース防護」（ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｆｅｎ
ｃｉｎｇ）とも呼ばれている。
【００３３】基本的なＨＵＦＳアルゴリズムは２つの段
階に分割されるが、あらゆる数の段階を用いてサービス
を拡張することも可能である。第１段階はホールセール
・ユーザの選択を行い、第２段階はリテイル・ユーザの
選択を行なう。両段階とも、開始潜在公平キュー（ＳＰ
ＦＱ：ｓｔａｒｔｉｎｇ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆａｉ
ｒ ｑｕｅｕｉｎｇ）・アルゴリズムのような、パケッ
ト公平キュー（ＰＦＱ：ｐａｃｋｅｔ ｆａｉｒ ｑｕ
ｅｕｉｎｇ）の形態を用いる。第１及び第２段階は、独
立しており、各アップリンク帯域毎に一意である。第１
段階のキューは、実際には仮想キューであり、各ホール
セール・グループの状態を格納し、未決又はアイドル状
態のいずれかにすることができる。第２段階のキュー
は、リテール・ユーザの接続に要するアップリンク帯域
幅をある割り当て数で表わす、固定サイズの仮想パケッ
トを格納する仮想キューである。
【００３４】図４は、本発明のＨＵＦＳを表わすブロッ
ク図５０である。複数のアップリンク帯域５２が示され
ており、各帯域５２は、ＡＴＭ予約要求セル５４のスト
リームを含んでいる。帯域５２内の各ＡＴＭセル５４
は、ＭＡＣエージェント（アップリンク帯域毎に１つ）
によって順番に受信され処理されて、続いてホールセラ
ー５８を特定するキューに分配される。キューは、その
特定のホールセラー５８に対するリテイラー６０のＲＱ
Ｍを保持する。図示のように、ホールセラー５８のいく
つかには、ＰＦＱスケジューラによるサービスを待って
いるリテイラー６０が未決のまま残っている。ＰＦＱス
ケジューラは、過去に利用された適用レート（ｓｕｂｓ
ｃｒｉｐｔｉｏｎ ｒａｔｅ）及び帯域幅に基づいて、
コスト関数を計算する。得られたメトリックを用いて、
ソートにより勝者を決定する。競争の勝者をここでは
「最高優先度」と呼ぶ。サービスを待っているリテイラ
ー６０を含む最高優先度のホールセラーが第１段階で選
択され、選択されたホールセラー５８の最高優先度のリ
テイラー６０が第２段階で決定される。勝者がサービス
時点において選択された後に、ＭＡＣコントローラはＲ
ＧＭメッセージを発生する。
【００３５】図５は、ホールセラー選択段階を表わすブ
ロック図であり、過去のサービス量（ｓｅｒｖｉｃｅ
ｍｅａｓｕｒｅ）、ホールセラーの適用レート、及びＰ
ＦＱスケジューラ６２による他のホールセラーに対する
関係に基づいて、ＲＱＭを有する最高優先度のホールセ
ラー５８が選択される。ＰＦＱは、当技術分野において
公知の適したパケット公平整列アルゴリズムであればい
ずれとすることもできる。スケジューラ６２の出力は、
ＰＦＱサービス時点において発生するＲＧＭを待ってい
るリテイラー６０のバックログを有する、最高優先度の
ホールセラー５８である。一旦最高優先度のホールセラ
ー５８が決定されたなら、このホールセラー５８の最高
優先度のリテイラー６０を、予約要求を現在有するリテ
イラーに対して決定する。図６は、リテーラー選択段階
に対するリテイル・ユーザ（ｒｅｔａｉｌｕｓｅｒ）の
選択を示すブロック図であり、検討対象のリテール・ユ
ーザ６０は、勝者のホールセラーの顧客である。最高優
先度の顧客は、同じＰＦＱスケジューラ６４によって、
その適用レート、過去に受けたサービス、及び顧客のＰ
ＦＱコスト・メトリックに対するその関係（仮想時間）
に基づいて選択される。好適な実施形態では、スケジュ
ーラ６２、６４は、同じスケジューラである。
【００３６】両段階において、仮想時間を推定し、昇順
で競合集団（ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎｐｏｏｌ）の各メン
バ毎に用いられる。ソートしたリストの先頭にある集団
のメンバが優先度の競争を制し、選択されて次のモジュ
ールに移動する。第１及び第２段階双方に、一般化プロ
セッサ共用（ＧＰＳ：Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｐｒｏ
ｃｅｓｓｏｒ Ｓｈａｒｉｎｇ）と通常呼ばれている理
想化した流体モデル・スケジューラを用いた、パケット
公平キュー概念の一例を以下に示す。競合集団の各メン
バは、利用可能な共用帯域幅の一部を予約する。仮想時
間（ＶＴ）は、グローバル変数であり、帯域幅リソース
を争っている集団の各メンバ毎に、スケジューラ６２が
実行する作業量を追跡するために用いられる。ＶＴは、
ソートのキーとして用いられるタイム・スタンプを発生
する際に用いられ、区分単調増加線形関数である。変数
Ｍは、ＶＴの傾斜であり、集団Ｂ（τ，ｔ）の未決のメ
ンバ数に依存する。例えば、第２段階のバックログは、
時間区間（τ，ｔ）において少なくとも１つの待機中の
セルＮを接続が１つ有することを暗示する。変数Ｍは次
のように決定する。
【数１】
【００３７】３つの接続１、２、３が帯域幅Ｃlink＝１
００，０００セル／秒を共用する。接続１は、帯域幅の
５０％を有し、接続２、３は各々帯域幅の２５％を有す
る。スケジューラ６２はｔ＝０においてアイドル状態に
あり、ＡＴＭセル５４のパケットが時点ｔにおいて到達
する。ｔ＝０において、ＡＴＭセル５４は接続１からバ
ッファ記憶され、最大リンク・レート、ρ1＝１．０、
ｒ1＝ρ1＊Ｃlink＝１００Ｋセル／秒、及び傾斜＝１／
０．５＝２で、直ちにサービスを開始する。ｔ＝２μｓ
において、セル５４が接続２からバッファ記憶され、Ｇ
ＰＳはサービス・レートを、ρ1＝０．５／（０．５＋
０．２５）＝０．６６７、ρ2＝０．２５／（０．５＋
０．２５）＝０．３３３に調節し、更に傾斜を１／
（０．５＋０．２５）＝１．３３に調節する。このよう
に、接続１、２は１．３３倍多い帯域幅を受け取る。ｔ
＝４μｓにおいて、次にセル５４が接続３からバッファ
記憶され、ＧＰＳはサービス・レートを、それらに割り
当てられたレート、即ち、傾斜＝１／（０．５＋０．２
５＋０．２５）＝１．０、ρ1＝０．５／（０．５＋
０．２５＋０．２５）＝０．５、ρ2＝０．２５／
（０．５＋０．２５＋０．２５）＝０．２５、ρ3＝
０．２５／（０．５＋０．２５＋０．２５）＝０．２５
に調節する。同様の例は、Ｖａｒｍａ，Ａｎｕｊａｎ
（ヴァーマ、アヌジャン）の”Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｉｍ
ｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆａｉｒ Ｑｕｅｕ
ｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｆｏｒ Ａｓｙｎｃｈ
ｒｏｎｏｕｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｄｅ Ｎｅｔｗ
ｏｒｋｓ”（非同期転送モード・ネットワーク用公平キ
ュー・アルゴリズムのハードウエアによる実施）におい
ても見ることができる。
【００３８】したがって、要約すると、競合集団の各メ
ンバには、その適用サービス・レートに比例する帯域幅
が割り当てられる。全てのメンバが未決である場合、各
メンバにその適用サービス・レートを与える。メンバの
一部がアイドル状態にある場合、それらの相対的な適用
レートに比例して、残されているメンバ間で余分な帯域
幅を配分する。上述のＣ−ＢＦＤプロトコルから、シス
テムリソースの公平な分配使用に多くの利点が得られ
る。これらの利点には以下のことが含まれる。
【００３９】１．バースト的なユーザの一団によるアッ
プリンクの効率的な使用を支援する。 ２．ＡＴＭ（非同期転送モード）プロトコルとの使用に
対する適合度が高い。 ３．共用チャネルを通じた端末間のＡＴＭＱｏＳを、衛
星ネットワークが確保し易くする。 ４．リソース防護は、（ａ）バースト的な可変ビット・
レート（ＶＢＲ：ｖａｒｉａｂｌｅ ｂｉｔ−ｒａｔ
ｅ）リソースのために帯域幅の大規模な割り当て（ｗｈ
ｏｌｅｓａｌｅ）を可能にし、（ｂ）その一方で、ネッ
トワークが使用中の場合に、ユーザの支払い対してそれ
に見合うものを彼らが得られることを保証するが、
（ｃ）ホールセラーの適用レートに基づいて、彼らの間
で未使用帯域幅の再分配を可能にする。 ５．ホールセラー及びリテイラーを２つの段階に分離す
ることにより、実施の柔軟性が得られる。各段階におい
て異なる公平キュー・アルゴリズムを使用することがで
きるので、種々の複雑度及び公平性基準を得ることがで
きる設計が可能となる。
【００４０】６．単一のコントローラによって、ユーザ
間の公平なアップリンク帯域幅割り当てが確保される
（割り当ては、適用レートに比例する）。 ７．ダウンリンク公平スケジューラ（同様のＡＳＩＣ）
設計と共通のスケジューラ・アルゴリズムが可能であ
る。 ８．アップリンク上において公平スケジューリング・ア
ルゴリズムを用いることにより、以下のことがもたらさ
れる。 ・フローの隔離。素行の悪いユーザを、規則を遵守する
ユーザから分離する。 ・ＱｏＳのために、遅延の厳格な制限を保証する。 ・公平性−サービスは適用レートに比例してユーザに与
えられる。 ・ＳＰＦＱは、複雑度がＯ（ｌｏｇ（Ｎ））に比例する
ので、レートが高くなっても調整可能なアルゴリズムで
ある。 ９．全てのアップリンクがこのプロトコルを使用しなけ
ればならない訳ではなく、利用度が高いアップリンクだ
けが使用すればよい。 １０．ネットワーク輻輳状態すなわちデータ密集状態を
知ることができるオンボードＤＡＭＡコントローラを含
む輻輳及びフロー制御により、フロー制御が実施可能と
なる。
【００４１】１１．フロー制御機能が、データ密集状態
のポートへの送信を制限することにより、オンボード・
ペイロードに対するバッファ・サイズ要件を極力抑え
る。 １２．地上を基盤とする分散ＤＡＭＡ設計との「逆方
向」互換性（ｂａｃｋｗａｒｄ ｃｏｍｐａｔｉｂｌ
ｅ）が可能である。 １３．フロー制御は、完全に無接続のプロトコル転送
（即ち、呼承認フェーズを通らない接続）を可能にす
る。 １４．オンボード・コントローラは、ＡＴＭ利用可能ビ
ット・レート（ＡＢＲ：ａｖａｉｒａｌｂｅ ｂｉｔ
ｒａｔｅ）サービス・クラスの効率的な実施を可能にす
る。 １５．異なる遅延性能保証により、異なる価格クラスを
可能にする。
【００４２】１６．集中化コントローラは、トラフィッ
ク・モデル、干渉モデル、コード化レートの変化（雨に
よる）、及び新たな利用可能アップリンク・チャネルに
基づいて、ＭＡＣチャネルを最適に割り当てし直すこと
ができる。 １７．集中化処理は、分散型アルトリズムと比較して、
共用コミュニティのデータベースをロバスト性高く制御
する。 １８．柔軟性のあるオンボード集中化コントローラ処理
により、ネットワークは、変化するデータ密集状態、呼
（コール）レベル・トラフィック（新たに利用可能にな
ったＢＷ）、及びコード化レートの変化（例えば、雨又
は太陽による）に、迅速に適合化することができる。 １９．衝突のない予約要求−回答に対する単一のホップ
遅延（ｈｏｐ ｄｅｌａｙ）である。 ２０．追加の要求を現割り当てにピギーバックすること
によって、ＳＲＣ内における競合を低減する。
【００４３】２１．ＳＲＣ当たりのユーザ数を制限する
ことにより、集中化コントローラが統計的応答時間特性
を制御する。 ２２．大量データ転送の必要性又は高帯域幅の要求があ
るユーザの一団に、最大アップリンク帯域幅の非常に効
率的な使用を可能にする。 ２３．制御メッセージは、スロット又はフレーム・フォ
ーマット（即ち、ＡＴＭペイロード・フィールド内の制
御メッセージ）にハードワイヤされないので、帯域幅
は、使用しなければ、浪費されない。 ２４．アップリンク帯域幅リソースのオンボード制御の
ため、地上制御に比較して、より高い収益が確保され
る。何故なら、未使用の帯域幅を新たな転送に割り当て
し直すための時間が最短に抑えられるからである（デー
タ転送を設定するためには、２回でなく１回の往復だけ
済ませることも可能である）。 ２５．ＤＡＭＡ制御及びデータ・チャネルはカスタム化
されない（通常のチャネルと同一）。
【００４４】尚、オンボード集中化ＤＡＭＡプロトコル
の全体的な性能は、おおまかに言って、コントローラに
対する追加の処理遅延を除いて、同じ価格、ならびに独
立し同一に分配される均質のトラフィック（全てのユー
ザが統計的に同様に行動し、１種類のユーザしかいな
い）の場合、分散型ＤＡＭＡプロトコルと同一であるこ
とを注記しておく。したがって、新たな数値性能（ｎｕ
ｍｅｒｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）の例は、こ
こには記載しない。提案した集中化コントローラによっ
て、異なるサービス品質を均質でないソースに配信する
ことが可能となる。これまでの説明は、単に本発明の代
表的な実施形態を開示し記載したに過ぎない。請求の範
囲に規定した本発明の精神及び技術範囲から逸脱するこ
となく、種々の変更、修正及び変形がその中で可能であ
ることを、当業者はかかる説明及び添付図面及び請求の
範囲から容易に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ユーザ地球端末（ＵＥＴ）のレイヤ・アーキテ
クチャ構造のブロック図である。
【図２】本発明による、集中化広帯域ＤＡＭＡ（Ｃ−Ｂ
ＦＤ）プロトコルの動作を示すプロトコル・フロー図で
ある。
【図３】本発明の動作を表わす、オンボード処理機能ブ
ロック図である。
【図４】本発明による階層状アップリンク公平スケジュ
ーリング技法を表わすブロック図である。
【図５】階層状アップリンク公平スケジューリング技法
のホールセラー選択段を示すブロック図である。
【図６】階層状アップリンク公平スケジューリング技法
のリテーラー選択段を示すブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイソン・アール・キンケイド アメリカ合衆国カリフォルニア州90278, リダンド・ビーチ，デュフォア・アベニ ュー 2121，ナンバー エイ (56)参考文献 特開 平10−173584（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−181645（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−275585（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−53875（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 7/14 - 7/22

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 衛星通信ネットワークにおけるプロセッ
    シング衛星のアップリンク及びダウンリンク上のデータ
    送信を調整する要求割当多重アクセス・システムであっ
    て、 前記アップリンク上でデータを送信する複数のメディア
    ・アクセス制御チャネルを含むメディア・アクセス制御
    レイヤを備え、該制御チャネルの１つが競合共用予約チ
    ャネルであり、該制御チャネルの１つが非競合共用デー
    タ・チャネルであり、前記非競合共用データ・チャネル
    上で前記データを送信するために利用可能なタイム・ス
    ロットを求めるために、前記競合共用予約チャネル上で
    予約要求を前記衛星に送信するユーザ地球端末と、 前記衛星上に配置され、前記ユーザ地球端末からのアッ
    プリンク送信を前記衛星アップリンク上で受信し、か
    つ、前記予約要求を識別する少なくとも１つのセル交換
    手段と、 前記衛星上に配置され、前記セル交換手段から前記予約
    要求を受信するＤＡＭＡプロセッサであって、前記予約
    要求を処理し、所定の基準に基づいて前記予約要求を許
    可するか、拒絶するか、あるいは延期するかについて判
    断し、更に、前記要求を許可する場合、前記非競合共用
    データ・チャネル上でデータを送信する時刻、周波数、
    及び持続時間に関する情報を含む予約許可メッセージを
    発生し、前記衛星ダウンリンク上で送信するＤＡＭＡプ
    ロセッサと を備えることを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のシステムにおいて、前記
    複数の制御チャネルが、ネットワーク・アクセス・チャ
    ネル、専用チャネル、時限専用チャネル、公平広帯域共
    用データ・チャネル、狭帯域データ・チャネル、先着順
    対応共用データ・チャネル、及び共用予約チャネルを含
    むことを特徴とするシステム。
  3. 【請求項３】 請求項１記載のシステムにおいて、該シ
    ステムはさらに、前記衛星上に配置され、前記衛星ダウ
    ンリンク上で利用可能な容量を判定し、該利用可能な容
    量を示す信号をＤＡＭＡプロセッサに送るリアル・タイ
    ム帯域幅推定モジュールを備えることを特徴とするシス
    テム。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のシステムにおいて、該シ
    ステムはさらに、前記衛星上に配置され、宛先ポートに
    おけるデータの密集状態を検知し、該密集状態を示す信
    号を前記ＤＡＭＡプロセッサに送るフロー制御モジュー
    ルを備えることを特徴とするシステム。
  5. 【請求項５】 請求項４記載のシステムにおいて、該シ
    ステムはさらに、前記衛星上に配置され、前記ネットワ
    ーク全体における情報フローを監視し、該情報フローを
    示す信号を前記フロー制御モジュールに供給する個人ネ
    ットワーク間インターフェースを含む呼プロセッサ・モ
    ジュールを備え、前記個人ネットワーク間インターフェ
    ースが、前記ネットワークのトポロジの知識を備えてい
    ることを特徴とするシステム。
  6. 【請求項６】 請求項１記載のシステムにおいて、該シ
    ステムはさらに、前記衛星上に配置され、衛星アップリ
    ンク及びダウンリンク宛先上で利用可能な標準的ＡＴＭ
    サービスにおいて利用可能なビット・レートを特定し、
    該利用可能なビット・レートを示す信号を前記ＤＡＭＡ
    プロセッサに送る利用可能ビット・レート・プロセッサ
    を備えることを特徴とするシステム。
  7. 【請求項７】 請求項１記載のシステムにおいて、前記
    ＤＡＭＡプロセッサが、パケット公平キュー・アルゴリ
    ズムによって、前記共用データ・チャネルを用いる複数
    のユーザから、最高優先度のホールセラーを判定するス
    ケジューラを含み、前記ホールセラーの過去のサービ
    ス、前記ホールセラーの適用レート、及び前記ホールセ
    ラーの別のホールセラーに対する関係に基づいて、前記
    最高優先度のホールセラーを選択するよう構成されてい
    ることを特徴とするシステム。
  8. 【請求項８】 衛星通信ネットワークにおける衛星アッ
    プリンク及びダウンリンク上でデータを送信する要求割
    当多重アクセス・プロトコルを処理する衛星上の処理シ
    ステムであって、 前記衛星アップリンク上の衛星アップリンク信号を受信
    し、前記衛星アップリンク上の非競合共用データ・チャ
    ネルに対応する伝送リソース上において利用可能なタイ
    ム・スロットを予約するための予約要求であって、競合
    共用予約チャネル上の予約要求を識別する交換手段と、 前記交換手段からの前記予約要求に応答するメディア・
    アクセス・コントローラであって、前記衛星ダウンリン
    クにおいて利用可能な帯域幅容量、前記伝送リソースを
    用いる他のユーザ数、及び前記ネットワークにおけるデ
    ータ・フロー密度状態を含む複数の所定の基準に基づい
    て、前記予約要求を許可するか、拒絶するか、あるいは
    延期するかについて判断し、予約回答メッセージを前記
    交換手段に送ることにより、該交換手段が予約回答メッ
    セージを前記衛星ダウンリンク上で送ることができるよ
    うにしたメディア・アクセス・コントローラと を備えることを特徴とする処理システム。
  9. 【請求項９】 請求項８記載のシステムにおいて、前記
    メディア・アクセス・コントローラが、前記伝送リソー
    スを用いる複数のユーザから、ユーザのクラスを特定す
    るスケジューラを含むことを特徴とするシステム。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載のシステムにおいて、前
    記スケジューラが、パケット公平キュー・アルゴリズム
    によって、前記伝送リソースを用いる前記複数のユーザ
    から、最高優先度のホールセラーを判定し、前記ホール
    セラーの過去のサービス、前記ホールセラーの適用レー
    ト、及び前記ホールセラーの別のホールセラーに対する
    関係に基づいて、前記最高優先度のホールセラーを選択
    することを特徴とするシステム。
  11. 【請求項１１】 請求項１０記載のシステムにおいて、
    前記スケジューラが、前記パケット公平キュー・アルゴ
    リズムを用いて、前記最高優先度のホールセラーと関連
    する最高優先度のリテイラーを決定することを特徴とす
    るシステム。
  12. 【請求項１２】 請求項８記載のシステムにおいて、該
    システムはさらに、前記衛星ダウンリンク上で利用可能
    な容量を判定し、該利用可能な容量を示す信号をメディ
    ア・アクセス・コントローラに送るリアル・タイム帯域
    幅推定モジュールを備えることを特徴とするシステム。
  13. 【請求項１３】 請求項８記載のシステムにおいて、該
    システムはさらに、宛先ポートにおけるデータ密度状態
    を検知し、該密度状態を示す信号を前記メディア・アク
    セス・コントローラに送るフロー制御モジュールを備え
    ることを特徴とするシステム。
  14. 【請求項１４】 請求項８記載のシステムにおいて、該
    システムはさらに呼プロセッサ・モジュールを含み、該
    モジュールは、前記ネットワーク全体における情報フロ
    ーを監視し、該情報フローを示す信号を前記フロー制御
    モジュールに供給する個人ネットワーク間インターフェ
    ースを含み、該個人ネットワーク間インターフェース
    が、前記ネットワークのトポロジの知識を備えているこ
    とを特徴とするシステム。
  15. 【請求項１５】 請求項８記載のシステムにおいて、該
    システムはさらに、衛星アップリンク及びダウンリンク
    宛先上で利用可能な標準的ＡＴＭサービスにおいて利用
    可能なビット・レートを特定し、該利用可能なビット・
    レートを示す信号を前記メディア・アクセス・コントロ
    ーラに送る利用可能ビット・レート・プロセッサを備え
    ることを特徴とするシステム。
  16. 【請求項１６】 衛星通信ネットワークにおけるプロセ
    ッシング衛星のアップリンク及びダウンリンク上からの
    データ送信を調整する要求割当多重アクセス・システム
    であって、 前記アップリンク上でデータを送信する複数のメディア
    ・アクセス制御チャネルを含むメディア・アクセス制御
    レイヤを備え、前記制御チャネルの１つが競合共用予約
    チャネルであり、前記制御チャネルの１つが非競合共用
    データ・チャネルであり、前記競合共用予約チャネル上
    で予約要求を前記衛星に送信して利用可能なタイム・ス
    ロットを求め、前記非競合共用データ・チャネル上で前
    記データを送信するユーザ地球端末と、 前記ユーザ地球端末からのアップリンク送信を前記衛星
    アップリンク上で受信するように配置され、前記衛星内
    において前記予約要求を識別し該要求を導出する少なく
    とも１つのセル交換手段と、 前記交換手段からの前記予約要求に応答するメディア・
    アクセス・コントローラであって、複数の所定の基準に
    基づいて、前記予約要求を許可するか、拒絶するか、又
    は延期するかについて判断して、予約回答メッセージを
    発生し前記衛星ダウンリンク上で送信する、メディア・
    アクセス・コントローラと、 前記衛星ダウンリンクにおいて利用可能な容量を判定
    し、該利用可能な容量を示す信号を前記メディア・アク
    セス・コントローラに送るリアル・タイム帯域幅推定モ
    ジュールと、 前記衛星上にあり、宛先ポートにおけるデータ密集状態
    を検知し、該状態を示す信号を前記メディア・アクセス
    ・コントローラに送るフロー制御モジュールと、 衛星アップリンク及びダウンリンク宛先上で利用可能な
    標準的ＡＴＭサービスにおいて利用可能なビット・レー
    トを特定し、該利用可能なビット・レートを示す信号を
    前記メディア・アクセス・コントローラに送る利用可能
    ビット・レート・プロセッサと を備えることを特徴とする要求割当多重アクセス・シス
    テム。
  17. 【請求項１７】 請求項１６記載のシステムにおいて、
    該システムはさらに、前記ネットワーク全体における情
    報フローを監視し、該情報フローを示す信号を前記フロ
    ー制御モジュールに供給する個人ネットワーク間インタ
    ーフェースを含む呼プロセッサ・モジュールを備え、前
    記個人ネットワーク間インターフェースが、前記ネット
    ワークのトポロジの知識を備えていることを特徴とする
    システム。
  18. 【請求項１８】 請求項１６記載のシステムにおいて、
    前記メディア・アクセス・コントローラが、パケット公
    平キュー・アルゴリズムによって、前記非競合共用デー
    タ・チャネルを用いる前記複数のユーザから、最高優先
    度のホールセラーを判定するスケジューラを含み、前記
    ホールセラーの過去のサービス、前記ホールセラーの適
    用レート、及び前記ホールセラーの別のホールセラーに
    対する関係に基づいて、前記最高優先度のホールセラー
    を選択することを特徴とするシステム。
  19. 【請求項１９】 衛星通信ネットワークにおけるプロセ
    ッシング衛星アップリンク上でデータを送信する方法で
    あって、 要求元ユーザによって前記衛星アップリンクの制御フロ
    ー・チャネル上に予約要求を送り、メイン・フロー・チ
    ャネル上でデータを送信するために利用可能なスロット
    を要求するステップと、 前記衛星内において前記予約要求を処理し、前記要求元
    ユーザのサービス及び価格クラス、前記要求元ユーザに
    よって既に送信されたデータ量、前記メイン・フロー・
    チャネルを用いる他のユーザ数、前記データの宛先ダウ
    ンリンク・ポートのデータ密集状態、前記衛星ダウンリ
    ンクの利用可能帯域幅容量、及び前記衛星ネットワーク
    を通じたデータのフロー・レートに基づいて、前記予約
    要求を許可するか、拒絶するか、あるいは延期するかに
    ついて判断するステップと、 前記予約要求を許可する、拒絶する、あるいは延期する
    という衛星の判断についての予約メッセージを、衛星ダ
    ウンリンク上で前記要求元ユーザに送信するステップで
    あって、前記予約メッセージが予約許可メッセージであ
    る場合、該予約許可メッセージは、前記メイン・フロー
    ・チャネル上でデータを送信する時刻、周波数及び持続
    時間に関する情報を含んでいる、ステップと、 前記データを送信する時刻が到達したときに、前記メイ
    ン・フロー・チャネル上で前記データを送信するステッ
    プと からなることを特徴とする方法。
  20. 【請求項２０】 請求項２１記載の方法において、該方
    法はさらに、前記予約許可メッセージが所定の時間期間
    以内に受信されない場合、前記予約要求が、前記衛星に
    おいて、他のユーザからの予約要求と衝突したと判定す
    るステップを含むことを特徴とする方法。
  21. 【請求項２１】 請求項１９記載の方法において、該方
    法はさらに、前記時間期間が経過した後、前記予約要求
    をランダム化し、遅延させ、再送するステップを含むこ
    とを特徴とする方法。
  22. 【請求項２２】 請求項１９記載の方法において、前記
    予約要求を処理するステップが、階層状アップリンク公
    正スケジューリング技法を用いて、瞬時的状態情報に基
    づいて、前記伝送リソースのユーザに優先度を付けるス
    テップを含むことを特徴とする方法。
  23. 【請求項２３】 請求項１９記載の方法において、前記
    予約要求を処理するステップが、パケット公平キュー・
    アルゴリズムを用いて、前記第１段階において前記最高
    優先度のホールセラーを決定し、前記第２段階において
    前記最高優先度のリテーラーを決定するステップを含
    み、前記ホールセラーの過去のサービス、前記ホールセ
    ラーの適用レート、及び前記ホールセラーの別のホール
    セラーに対する関係に基づいて、前記最高優先度のホー
    ルセラーを選択し、前記リテイラーの適用レート、過去
    に受けたサービス、及び前記パケット公平キュー・アル
    ゴリズムのコスト・メトリックに対する関係によって前
    記リテイラーを選択することを特徴とする方法。
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