JP3571048B2 - マルチポイント通信を制御するための方法および装置 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は一般的には通信システムに関し、かつより特定的にはマルチポイント通信を制御するためのシステムに関する。
発明の背景
マルチポイント構造として知られた、ある通信リンクに結合された多数のまたは複数の通信ユニットを有する通信システムにおいては、マルチポイントリンクへのアクセスを制御する何らかの形式の通信手順が必要である。帯域幅が限られたシステムにおいては、必要な通信制御を行う一方で、可能なデータのスループットの量に関して最適化を行う方法を実施することも重要である。
共通リンク制御に対する１つの解決方法は通信ユニットの１つをアクセス制御能力を有する「マスタ」としかつ残りの通信ユニットを「スレイブ」とすることである。このアクセス制御の解決方法を使用する２つの一般的なシステムはロールコール（roll−call）（あるいは放送:broadcast）ポーリング、およびループポーリングである。ロールコール・ポーリングにおいては、割り当てられたマスタは周期的にスレイブ局のおのおのをポーリングして通信すべき何らかの情報があるか否かを判定する。ポーリングは典型的にはおのおののスレイブステーションに対する独自のアドレス／識別子を使用して行われ、従ってその１つのステーションのみが応答し、おのおののスレイブステーションは順次ポーリングされる。ループポーリングにおいては、マスタはサイクルごとに１つのポール要求のみを送信する。スレイブステーションが該ポール要求を受信したとき、それはマスタに対し何らかのトラフィックを送信し、かつ次にループの次のスレイブステーションにポール要求を送る。このプロセスがループ内の最後のスレイブステーションがポール要求を受信しかつ応答するまで反復される。
ロールコールおよびループポーリングの双方は同期通信システムとして構成することができる。残念なことに、同期送信における（特に帯域幅が制限されたシステムにおける）メッセージ長の制約のため、結果としてスレイブステーションからたった１つのメッセージを完了させるためにいくつかのポーリングサイクルが必要になるという望ましくない結果につながる。ロールコール・ポーリングはさらにマスタおよびおのおののスレイブステーションの間で各サイクルの間に一定のポーリングトラフィックにおけるかなりのオーバヘッドを必要とするという不都合を有する。ループポーリングはスレイブステーションが１つだけのポール要求を次へ回すことができるようにすることによってこのオーバヘッドのいくらかを低減するが、遠隔のまたは時間に敏感な用途においては望ましくなく、その場合１つの障害のスレイブステーションがポール要求を次へ回さないことによりループの障害を引き起こすことがある。同様に、両方のポーリングの手法はスレイブステーションがリンクに加えられまたはリンクから削除されるたびごとにマスタがリセットされる必要があるというそれらの要件のため都合が悪い。
非同期通信はメッセージ長の制約に関連する問題のいくらかを避けることができるが、それは典型的には何らかの形式の競合手順によって行われる。ポール要求を待つ代わりに、送信すべきトラフッィクを有する各ユニットはリンクアクセス要求を発生する。しかしながら、複数のまたは多数のユニットが同時にアクセスを要求すれば、衝突が発生し何らかの形式の調停または撤回（back−down）手順を必要とする。理解できるように、そのような競合をベースとしたシステムはリンクにより多くのユニットが加えられるに応じてますます効率の悪い（すなわち、より多くの衝突が生じる）ものとなる。
従って、複数のユニットの間で共通のリンクを有するシステムにおける、該リンクにわたるデータのスループットを増大しかつ制御のシグナリングの処理を最小にする、通信制御のより効果的な手段の必要性が存在する。特にメッセージを通信するのに必要なオーバヘッドおよび時間を最小にするようにデータの適応的な量のまたは非同期の転送を可能にするポーリングシステムが必要である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係わるマルチポイント通信制御を使用した通信システムを概略的に示す。
図２は、本発明に係わるマスタおよびスレイブによって送信することができる情報送信のタイミング、サイズおよび内容を示す。
図３は、本発明の１実施形態に係わる請求の範囲第１項の通信システムにおいてマスタステーションにより通信を制御するためのステップを示すフローチャートである。
図４は、本発明の１実施形態に係わる請求の範囲第１項の通信システムにおいてスレイブステーションにより通信を行うためのステップを示すフローチャートである。
実施例の詳細な説明
これらの問題および他のものは本発明に係わるマルチポイント通信を制御するための方法および装置によって解決される。図１は、本発明の１つの可能な実施形態に係わるそのような通信システムを示す。この特定の実施形態においては、通信システムは無線通信ユニットまたはベースステーション（BS）10〜13を有する無線電話システムであり、おのおののベースステーションはリンク20〜25を介してネットワークアクセスユニット、図示された実施形態ではISDN（統合サービスデジタルネットワーク）交換機５、を通して通信ネットワークに結合されている。図示されたリンクはシステムに応じて任意の形式の通信リンク（ツイステッドペア、同軸ケーブル、光ファイバまたはマイクロウエーブ）とすることができるが、図示された実施形態ではリンク20〜23は交換機５およびそれぞれのベースステーション10〜13の間で２つのISDN基本レートインタフェース“B"チャネルを伝達でき、かつリンク25はさらに“D"（または制御データ）チャネルの伝達が可能である。そのような構造は例えばベースステーション10〜13のグループが交換機５から遠隔の位置に配置されるべき場合、あるいは数多くのそのようなステーションが１つのグループで使用されるべきである場合、そして予期される制御データがおのおののステーション10〜13に対し別個の“D"チャネルリンクを必要とするのではなく１つの“D"チャネルリンク25によってすべてのネットワークに関係する制御データが送信できるほど十分に低い場合に望ましい。別個の制御データリンクの代わりに、共通のまたはマルチポイントリンク29がマスタのベースステーション10（好ましくはネットワーク“D"チャネルリンク25を有するベースステーション）を残りの、またはスレイブ、ベースステーションに接続する。
しかしながら、マルチポイントリンクが限られた帯域幅を有する場合には、通信を制御するための従来技術の手法は前記発明の背景の項で述べた理由により望ましくない。本発明はこれらの問題を、図示された実施形態に関して説明するように、おのおののスレイブステーションを適応的にポーリングしかつおのおののスレイブステーションがデータの適応的な量または非同期転送によって応答できるようにするシステムおよび方法を提供することによって解決する。これは従ってオーバヘッドメッセージ要求を効率的に最小化しかつデータのスループットを最適化する。
図１に戻ると、同図はマスタステーションBS0 10の１実施形態のある関連する機能／回路をも示している。該マスタ10は“B"および“D"チャネルリンク20,25によって通信を受けるためのネットワークI/O（入力／出力）装置38を含む。単にリンクインタフェースに結合されたレジスタまたはバッファとすることができる、入力装置31がスレイブステーション11〜13からメッセージを受けるために、マルチポイントリンク29に結合されている。受信メッセージはデコーダ33においてデコードされかつコントローラ／プロセッサ35において処理される。ネットワークに送られるべき情報はコントローラ35によって適切に処理されかつネットワークI/O38を介して送られる。スレイブステーション11〜13に向けられたメッセージはコントローラ35によって発生されかつエンコーダ／送信機36による送信のために符号化される。検出器32が入力レジスタ31の情報（ビット）を検知することにより、あるいは、ポートを介してリンク29に結合された場合には情報が前記リンク29によって送信されているか否かを検知することにより、スレイブステーションのトラフィックを監視するように結合されている。スレイブステーション11〜13はまたマスタ10と同じ機能／回路および接続によって構成することができ、例外として“D"チャネルリンク25スレイブステーション11〜13に対しては要求されない。
この実施形態はISDNネットワークに結合された無線通信システムの１つの好ましい構成を示しているが、本発明はまたマルチポイント通信を使用することができる任意の他の形式の通信システムに適用できることが理解されるべきである。同様に、この実施形態では説明したマスタのベースステーション回路は論理的に分離されているが、当業者はこれらの機能の実際の構成は、それらに限定されるものではないが、デジタル信号プロセッサ（DSP）を適切にプログラミングすること、個別部品をいっしょに結合すること、および１つまたはそれ以上の応用特定集積回路（ASIC）の組合わせを使用することを含む種々の異なる方法で達成できることを理解するであろう。従って、この実施形態の説明は例示のためのものであり本発明の範囲を制限するものではないことが理解されるべきである。
次に図２に移ると、マスタ10によって送ることができる情報伝送のタイミング、サイズおよび内容が図示されている。マスタ10は放送信号（broadcast signals）200〜205を送信し、スレイブステーションにいつ送信するべきかを知らせることによりマルチポイントリンク29上のすべてのスレイブユニット11〜13の送信を制御する。信号201〜205のラベルT1〜T3はタイムスロットマーカまたは他の識別子（例えば、相手受信先:destination addressee）を介してそれぞれの放送信号において識別される関連する受信先（addressee）BS1〜BS3 11〜13を示す。マスタがタイムスロットを規定するために内部基準期間を使用して送信している場合は、それは交互に第１のタイムスロット部分で放送信号を送信しかつ次のタイムスロット部分（図２において、各信号200〜203に続く“x"で示されている）において応答を監視する。タイムスロットはまた隣接するマスタステーションの送信のスタート（または同様の反復される部分）の間の時間にのみもとづいて決定することもできる。タイムスロット化された手法が使用されてもされなくても、おのおのの“x"はマスタが返答送信を監視するためスタンバイしているウインドウ期間を表す。
スレイブステーション11〜13（BS1〜BS3）が、それぞれ、放送信号201〜203を受信したとき、おのおののスレイブステーション11〜13はその割り当てられた識別子またはタイムスロットマーカを検出しかつ前記ウインドウ期間ｘ内で送信を始める（図４のステップ410〜420を参照）。しかしながら、スレイブステーション11〜13は前記ウインドウまたはタイムスロットに制約されるものではなく、かつ完全なメッセージが送信されるまで応答信号211〜213を送信し続けることができる。応答信号213は典型的には、例えば、相手識別子221、発信識別子222、およびリンクレイヤ（すなわち、OSI（オープンシステム相互接続:Open Systems Interconnection）レイヤ２）コード223を含む第１の最小部分（応答信号212において送信されるような）を有する信号である。この最小部分は、単独で送信された場合は、マスタ10にスレイブステーションが依然としてアクティブであることを通知するアクノレッジメント信号として作用することができる。第２の部分225は任意のOSIレイヤ３（またはそれより高い）情報を含む。
各スレイブステーションに向けられた放送信号を循環的なベースで送信することに加えて、コントローラ35はまた、例えば、グループアドレスその他を識別子として有するすべてのスレイブステーションに適用可能な制御メッセージを放送するよう動作可能である。そのような汎用の放送メッセージは信号200によって示されている。さらに、あるスレイブステーションのメッセージのアクノレッジメントを次のサイクルの放送信号まで遅らせる代わりに、コントローラ35は、放送シグナリングのさもなければ典型的なシーケンスから離れて、スレイブステーションの応答の直後にアクノレッジメント放送を送るよう構成できる。例えば、同じスレイブステーションへの前の放送信号203の直後の、スレイブステーション13（BS3）への放送信号205を参照。
図３はさらにマスタ10がリンク29の通信を制御するプロセスを示す。前記放送信号の送信に続き、検出器32は送信されたマーカに対応するスレイブステーションからの応答信号に対しウインドウ期間ｘの間監視を行う。もし応答信号が検出されれば、検出器32は応答信号送信が終了するのを監視し続ける。マスタがセットされた時間の前に送信するのを防止するために同様のまたは同じウインドウ期間ｘを使用することもできる（これは、例えば、マスタ−スレイブ送信に戻る前に他のタスクのための最小処理時間が必要とされる場合に使用できる）。いったん検出器32が送信の終了またはさらなる送信の欠如、ならびにウインドウ期間の経過を検出すると、それはコントローラ35に通知する。コントローラ35は次に次の放送信号を準備し、次の目標のスレイブステーションにとって適切なようにマーカを増分する。同様に、ウインドウ期間内に何らの応答信号も検出されなければ、コントローラ35はマーカを増分しかつ次の情報メッセージを符号化しかつ次の目標のスレイブステーションに送信するためにエンコーダ36に送る。プリセット基準、例えば、応答なしに数ｎの放送信号が発生したこと、に応じて、コントローラ35はシステムオペレータに対し交換機５を介してスレイブステーションの活動の欠如について警報するようプログラムされる。いったん応答が再び検出されると、警報なし信号または警報停止信号（unalarm signal）が送信される。（ステップ300〜340）。
この放送ポーリングのプロセスはすべてのスレイブステーション11〜13に対し循環的なベースで反復されるのが好ましい。従って、すべてのスレイブステーションが情報トラフィックを送信している（すなわち、アクティブである）場合は、マスタ10のコントローラ35は順次的なサイクルの放送信号201〜203が繰り返し送信されるようにする。しかしながら、アクティブなスレイブステーションに対するオンスループット容量（on throughput capacity）を最大にするため、より頻繁でない周期的なレートで、最小のアクノレッジメント信号によってのみ応答しているもののような、アイドルのスレイブステーションに対して循環的に信号を放送することも好ましい。例えば、スレイブステーションからの所定の数のアクノレッジメントのみの応答、例えばBS2に対する図２の応答212、の後に、コントローラ35はアクティブなスレイブステーション11および13に対しｍ、例えば、５、サイクルの信号201および203の反復する放送ごとに１度だけ信号202を再放送するよう動作することができる。
他の種類の応答に対する付加的な周期的サイクルもまた当業者によって容易に実施することができる。例えば、１つまたはそれ以上のスレイブステーションがｎサイクルの間応答しなければ、システムオペーレータに対する警報を発生することに加えて、コントローラ35は周期的に、もちろんずっと低い周期的レートではあるが、スレイブステーションにポーリングを行いそれが再び通信しているか否かを判定することができる。同様に拡張ベースステーションがマルチポイントリンク29に加えられるたびごとにマスタ10を再構築する代わりに、マスタ10はさらに加えられるべき（yet−to−be−added）スレイブステーションに関連する論理的識別子の数でプリセットできる。マスタ10は周期的に（例えば、ｙ分またはｚのアクティブサイクルごとに１度）論理的識別子を備えた信号を送信する。新しいまたは置換えのスレイブステーションがその論理的識別子を割り当てられたマルチポイントリンク29に導入されたとき、それは自動的にポーリングされることになる。応答が最初に受信されたとき、コントローラ35は該ユニットに対する放送信号に対し周期的な循環的レートを変更し、かつシステムオペレータにインアクティブなステーションが今やアクティブであることを通知する。
コントローラはさらに、ウインドウ期間を適応的に変えるため、かつスレイブステーションがどのように放送信号に応答するかを変えるために、順次的な順序をはずれて情報を放送するよう構成できる。この適応的な能力は高いトラフィック状況のもとでは特に有用であり、より大きな容量が必要であることが標準的なシグナリングのタイミングマージンを低減することを正当化しかつあり得る品質の低下、衝突、その他の危険を増大する場合に特に有用である。そのような構成のコントローラはさらにアクティブなユニットのサイクルを完了させるための時間の長さを監視する。サイクル期間が終了したとき、コントローラは、インアクティブなユニットに対する放送の周波数を低減することなどによって、他のシグナリングの量を調整する。それはさらにウインドウ期間を短縮し、かつ汎用の放送を介して応答のためのそれらのウインドウを短縮するよう各スレイブステーションに通知する。同様に、各スレイブステーションは汎用の放送を介してアクノレッジメントのみの送信を停止するよう指令を受けることができる。このモードでは論理的／インアクティブユニットとアイドルのユニットの間を区別する手段はもはやないため、マスタもまたトラフィック負荷が設定されたしきい値レベルより低く低下するまでその論理的／インアクティブなユニットへの送信を停止し、かつアクティブ／アイドルのユニットにのみ放送する。従って、情報を有する応答のみがスレイブステーションによって送信され、かつマスタはアイドルのスレイブステーションを通ってより迅速に循環を行うことができる。当業者はシステムオペレータによって望ましいものとされるこれらおよび他の適応的な特徴をどのように実施するかは理解できるであろう。
従って、適応的長さ／非同期応答メッセージングおよび増大したスループットを備えたマルチポイントリンクの適応的制御を可能にするマルチポイント通信システムが示された。本発明がその例示的な実施形態に関して説明されたが、当業者には本発明の精神および範囲から離れることなく種々の修正および変更を行うことができることは明らかであろう。むしろ、本発明の範囲は添付の請求の範囲に照らして理解されるべきである。

Claims (8)

1. 第１の通信ユニットによりマルチポイントリンクによる情報送信を制御する方法であって、
   （ａ）第１の周期的なレートで、一群の信号の少なくと も一部を送信し、前記一群の信号のおのおのはそれぞれ のベースステーションに対応するベースステーション識 別子を含みかつ前記一部は第１の識別子を含む第１の信 号を含み、かつ、所定の数の前記第１の信号の送信とこ れに続くアクノレッジメント応答信号に応じて、前記第 １の周期的レートより低速である第２の周期的レートで 前記第１の信号を循環的に送信する段階、
   （ｂ）前記第１の信号に応答して送信される前記マルチポイントリンク上の応答信号を検出する段階、
   （ｃ）アクノレッジメント応答信号および情報応答信号 からなるグループの内の１つを検出する段階、そして
   （ｄ）前記応答信号がもはや送信されていないことを検出し、かつ前記マルチポイントリンクにより次の識別子を含む次の信号を送信する段階、
   を具備する第１の通信ユニットによりマルチポイントリンクによる情報送信を制御する方法。
2. 前記第１の信号は第１のタイムスロット部分で送信されかつ前記応答信号は前記第１のタイムスロット部分の後にすぐ続く第２のタイムスロット部分で始まって非同期的に送信されかつ検出され、前記段階 （ｄ）における検出段階は前記第２およびさらに他のタイムスロット部分の１つにおいて応答信号の長さに応じて行われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１および第２のタイムスロット部分は同じタイムスロットにあり、かつ前記第２のタイムスロット部分は所定のウインドウ期間を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記段階（ｂ）の応答信号は情報応答信号であり、かつ前記段階（ｄ）は、次の信号を送信する前に、（ｉ）前記第１の識別子および前記情報応答信号のアクノレッジメントを含むさらに他の信号を送信する段階、（ii）さらなる応答信号を検出する段階、そして（iii）前記さらなる応答信号がもはや送信されていないことを検出し、かつ次に次の信号を送信する段階を具備する、請求項１に記載の方法。
5. マルチポイントリンク上の他の通信ユニットに対しマスタとして作用することができる通信ユニットであって、
   （ａ）前記マルチポイントリンクに結合され前記マルチポイントリンク上の第１のスレイブ通信ユニットに関連する第１の識別子を含む第１の信号を送信する送信機手段、
   （ｂ）前記マルチポイントリンクに結合され、前記第１の信号に対する応答信号が前記マルチポイントリンクによって送信されていることを検出しかつ、前記応答信号が検出されたとき、前記応答信号がもはや送信されていないことを検出する検出器手段、そして
   （ｃ）前記検出器手段および送信機手段に動作可能に結合され、前記検出器手段が前記応答信号がもはや送信されていないことを検出したことに応じて、前記送信機手段が前記マルチポイントリンク上の他のスレイブ通信ユニットに関連する次の識別子を含む次の信号を送信するよう制御する制御手段、
   を具備するマルチポイントリンク上の他の通信ユニットに対しマスタとして作用することができる通信ユニット。
6. 前記検出器手段は前記マルチポイントリンクに結合された入力レジスタ、および該入力レジスタおよび制御手段に結合され前記入力レジスタにおける応答信号の存在および不存在を検出しかつ所定の期間の間の前記応答信号の不存在を検出したことに応じて前記制御手段にアイドルデータ信号を出力するよう動作する検出器を具備する、請求項５に記載の通信ユニット。
7. 前記送信機手段は前記制御手段からの第１の識別子として第１のタイムスロットマーカを含む第１の情報信号成分を受信しかつ該第１の情報信号成分を第１の信号に符号化するよう動作するエンコーダを具備する、請求項５に記載の通信ユニット。
8. 前記制御手段はさらに一群の信号の内の少なくとも一部を循環的に送信するために前記送信機手段を制御するよう動作可能であり、前記一部は前記第１の信号を含みかつ前記一群の信号のおのおのは、第１の周期的レートで、それぞれの独自の通信ユニットに対応する独自の通信ユニット識別子を含み、かつ、前記第１の信号の所定の数の送信とこれに続くアクノレッジメント応答信号に応じて、前記第１の信号を第２の周期的レートで循環的に送信し、前記第２の周期的レートは前記第１の周期的レートより低く、かつ前記第２の部分の前記独自の通信ユニット識別子に対応する前記独自の通信ユニットのおのおのはアイドルであり、かつ、第２の周期的レートより低い第３の周期的レートで、前記一群の信号の第３の部分を循環的に送信し、該第３の部分に含まれる前記独自の通信ユニット識別子に対応する独自の通信ユニットのおのおのはマルチポイントリンクによって現在通信を行っていない、請求項５に記載の通信ユニット。

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