JP4275122B2

JP4275122B2 - 遅延変動を減少する送信装置及び関連方法

Info

Publication number: JP4275122B2
Application number: JP2005271795A
Authority: JP
Inventors: 義昇陳; 仲儒張; 志明顔
Original assignee: 合勤科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2025-09-20
Also published as: US20070008886A1; DE602005010993D1; TWI319670B; JP2007013908A; TW200701694A; ATE414364T1; EP1739891A1; CN1889559A; EP1739891B1

Description

この発明は通信システムに使用される送信装置及び関連方法に関し、特に遅延変動を減少する送信装置及び関連方法に関する。

多重アクセス技術はデジタル通信システムに広く利用される技術である。例えば、ＣＳＭＡ／ＣＡ（搬送波感知多重アクセス／衝突回避方式）プロトコルは通信チャンネルでのデジタルデータ送信を可能にし、通信チャンネルにおける複数のセンダーに対して同等の送信機会を配分する。複数のセンダーからのデータ同士の衝突を回避するため、ＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルはＢＥＢ（バイナリーエクスポネンシャルバックオフ）アルゴリズムを採用する。ＢＥＢアルゴリズムの特徴は、衝突したパケットの再送信をランダムで決められた時間に遅延させることにある。例えば、センダーＳ１がパケットＰ１を通信チャンネルに送信した後、その他のセンダーによるパケットと衝突したか否かを確認するため通信チャンネルからの情報を待ち受ける。衝突が検知されれば、センダーＳ１は集合｛０ｕｓ、５１．２ｕｓ｝からランダムで一定時間を決め、その時間がたった後にパケットＰ１を再送信する。０ｕｓが選ばれれば、センダーＳ１はパケットＰ１を即刻に再送信し、５１．２ｕｓが選ばれれば、センダーＳ１は５１．２ｕｓ後にデータを再送信する。もし再送信されたパケットＰ１が再びその他のセンダーからのパケットと衝突したら、センダーＳ１は集合｛０ｕｓ、５１．２ｕｓ、１０２．４ｕｓ、１５３．６ｕｓ｝からランダムで一定時間を決め、その時間がたった後にまたパケットＰ１を再送信する。集合の内容の数量は指数的に増加する。例えば同じようにパケットＰ１が３回目に衝突したら、センダーＳ１は集合｛０ｕｓ、５１．２ｕｓ、１０２．４ｕｓ、１５３．６ｕｓ、２０４．８ｕｓ、２５６ｕｓ、３０７．２ｕｓ、３５８．４ｕｓ｝からランダムで一定時間を決めて再送信する。ただし衝突回数が１０回を超えれば、集合の内容は増えなくなる。通信チャンネルにおけるセンダーの数量にしたがって衝突の回数も増加する。しかし、衝突により遅延されたデータがあると同時に、遅延なしにレシーバーに即刻に送信されたデータもある。その結果として、遅延変動は発生して増大する。

実時間アプリケーションを実行するデジタル通信システムの普及により、静的情報をダウンロードするかまたはオンラインで映像または音声を鑑賞することは可能となる。例えば使用者が端末装置（例えばパソコン）を利用して実時間に映像を受信して再生する場合、その端末装置はまず実時間サービスを提供するサーバーとの接続を確立する。次にサーバーはデータシリーズＤ１、Ｄ２…Ｄｍをパソコンに送信し、パソコンは受信したデータＤ１、Ｄ２…ＤｍをフレームＦ１と再構築して、それをモニターで再生する。同じようにモニターが次のフレームＦ２を表示する前に、パソコンはサーバーからデータＤｎ＋１、Ｄｎ＋２…Ｄ２ｎを受信してフレームＦ２を再構築しなければならない。理想的な状態では、サーバーから伝送された一連のデータを続々とパソコンは受信する。言い換えれば、サーバーからパソコンに送信される各データの遅延時間は一致しているのである。しかし実際、通信チャンネルは不変なものではなく、データの遅延時間はその変動によりまちまちである。例えばデータＤ１とＤ２を送信する際、もし通信チャンネルが込んでいなければ、データＤ１とＤ２は再送信なしにパソコンに即刻に送信されるとなる。次にデータＤ３とＤ４を送信する際、通信チャンネルが込んでいれば（例えば通信チャンネルでデータを送信するセンダーが多すぎる場合）、データＤ３とＤ４は衝突により何回も再送信されることもあり、その場合データＤ３とＤ４の遅延時間はデータＤ１とＤ２のそれより長くなる。注意すべきなのは、遅延変動が増加すれば、フレームの表示速度は不一致となって使用者に不快感を与える。この問題を解決するため、パソコンはデータを保存する容量の大きいバッファーを必要とする。というのもＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルとＢＥＢアルゴリズムを採用する通信システムは前記問題を念頭に置いて開発されたものではないからである。したがって、端末装置の演算量、システム資源と電力消費もそれに応じて向上しなければならない。

のみならず、従来のＢＥＢアルゴリズムは必ずしも公平ではない。例えば、ＢＥＢアルゴリズムはＬＡＮに加入したばかりのステーションにとっては有利である。この問題を解決するため、ＤＤＦＣ（decentralized delay fluctuation control）などの方法は既に開発されているが、しかしそれらの方法は欠点がないわけでもない。例えば、ＤＤＦＣは衝突の確率を高めるとともに有効スループットを減少する欠点がある。したがって、遅延変動を減少できる公平な方法は求められる。

この発明は前述の問題を解決するため、遅延変動を減少する送信装置及び関連方法を提供することを課題とする。

この発明は、デジタル通信システムにおいてセンダーからレシーバーに送信される複数のデータの遅延変動を減少する方法を提供する。該方法は、センダーに対して許容確率を指定し、データをセンダーからレシーバーに送信する前に、許容確率に基づいてセンダーによるデータ送信が許容されたか否かを判断するなどのステップを含む。

この発明は更に、デジタル通信システムにおいてセンダーからレシーバーに送信される複数のデータの遅延変動を減少する送信装置を提供する。該送信装置は、許容確率を発する許容確率発生モジュールと、許容確率発生モジュールに電気的に接続され、許容確率に基づいてデータを送信する送信モジュールとを含む。そのうちデータを送信する前に、送信モジュールは許容確率に基づいてデータ送信が許容されたか否かを判断する。

この発明では、許容確率発生モジュールが許容確率を発し、それに基づいてデータの送信を判断する。再送信の回数または衝突回数が多いデータの許容確率は比較的に高いので、この発明によるデータ送信の成功率も高い。したがってこの発明では、複数のデータの遅延時間を一致にすると同時に、遅延変動も減少することができる。

かかる装置及び方法の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図示を参照にして以下に説明する。

図１を参照する。図１はこの発明による遅延変動を減少する方法を表すフローチャートである。この発明によるセンダーは、ＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルに準拠してデータをレシーバーに送信する。センダーとレシーバーは、ＷＬＡＮまたはＬＡＮデジタル通信システムに設けられる。該方法は以下の通りである。

ステップ１００：開始。
ステップ１０２：データＤ１の許容確率Ｐを初期値Ｐ０にし、データＤ１の再送信回数
ＲＴと、データＤ１の再バックオフ回数ＲＢと、データＤ１のバック
オフ時間を０にする。
ステップ１０３：０〜１に介する実数値を発生する。
ステップ１０４：実数値が許容確率より小さければステップ１０８に移行する。そうでな
ければステップ１０６に移行する。
ステップ１０６：再バックオフ回数ＲＢに１を足すことによってそれを更新する。ステッ
プ１１４に移行する。
ステップ１０８：データＤ１を送信するとともに、データＤ１に衝突が起こったかを
確認するため検知を行う。
ステップ１１０：衝突が検出されればステップ１１２に移行する。そうでなければステッ
プ１１８に移行する。
ステップ１１２：再送信回数ＲＴに１を足すことによってそれを更新し、ＢＥＢアルゴリ
ズムでバックオフ時間を更新する。
ステップ１１４：再バックオフ回数ＲＢと再送信回数ＲＴに基づいて許容確率Ｐを更新
する。
ステップ１１６：バックオフ時間がたった後、ステップ１０３に移行する。
ステップ１１８：終了。

データＤ１を送信しようとする際、センダーはまずデータＤ１の許容確率Ｐと、再送信回数ＲＴと、再バックオフ回数ＲＢを初期化する（ステップ１０２）。この発明によれば、許容確率Ｐの初期値Ｐ０は０．５であり、再送信回数ＲＴと、再バックオフ回数ＲＢの初期値は０である。注意すべきなのは、これらの数値はこの発明を制限するものではない。続いてセンダーは許容確率Ｐに基づいて、データＤ１送信が許容されるか否かを判断する（ステップ１０３、１０４）。この発明の好ましい実施例では、センダーは０〜１に介する実数値を発生する。この実数値が許容確率より小さければ、センダーはデータＤ１を送信する。そうでなければ送信を行わない。

データＤ１の送信が許容されなければ、センダーは再バックオフ回数に１を足してそれを更新するとともに、データＤ１のバックオフ時間を維持する（ステップ１０６）。データＤ１の送信が許容されれば、センダーはデータＤ１を送信するとともに、衝突検知を行う（ステップ１０８）。検知の結果、衝突がなければ、データＤ１は直接にレシーバーに送信されることになり、センダーは次のデータＤ２の送信手順を始める。もし衝突が検出されれば、センダーは再送信回数ＲＴに１を足してそれを更新するとともに、ＢＥＢアルゴリズムでバックオフ時間を更新する（ステップ１１２）。続いてセンダーは再バックオフ回数ＲＢと再送信回数ＲＴに基づいて新たに許容確率Ｐを計算する。この発明によれば、許容確率Ｐの計算は以下の方程式を利用して行われる。

そのうちＢＳ_ＭＡＸはＢＥＢアルゴリズムのバックオフステージの最大値を示す。ＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルでは、バックオフステージの最大値は１０である。なお、ＲＢ_ＭＡＸは再バックオフ回数の最大値を示す。式１によれば、許容確率Ｐは再バックオフ回数ＲＢまたは再送信回数ＲＴの増加とともに増加する。計算の結果、許容確率Ｐが１を超えた場合には１とされる。式１において、特定データの再送信回数が増えれば、許容確率Ｐはそれにしたがって高くなる。言い換えれば、特定データを１回目に送信するとき、その許容確率Ｐは最も低いのである。許容確率の計算により、複数のデータの遅延時間を一致にすると同時に、遅延変動も減少することができる。許容確率が算出されると、センダーはバックオフ時間がたった後に、許容確率Ｐに基づいてデータＤ１を送信するか否かを判断する。注意すべきなのは、バックオフ時間の決定は当業者に周知されているので、ここでその説明を省略する。なお、許容確率Ｐの計算は式１に限らず、再バックオフ回数ＲＢと再送信回数ＲＴに基づいた許容確率Ｐの計算法はいずれもこの発明の範囲に属する。

図２を参照する。図２はこの発明による遅延変動を減少する送信装置２００を表す説明図である。この発明による送信装置２００はＷＬＡＮまたはＬＡＮデジタル通信システムに設けられ、ＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルに準拠してデータをレシーバーに送信する。送信装置２００は許容確率発生モジュール２２０と、送信モジュール２４０と、衝突検知器２６０とを含む。その操作について、まず許容確率発生モジュール２２０は許容確率Ｐを送信モジュール２４０に発する。次に送信モジュール２４０は、データＤ１送信が許容されるか否かを判断する。データＤ１送信が許容されなければ、許容確率発生モジュール２２０は許容確率Ｐを高くする。送信モジュール２４０がデータＤ１を送信すると、衝突検知器２６０は衝突検知を行ってデータＤ１に衝突が起こったか否かを判断する。衝突が検出されれば、許容確率発生モジュール２２０は許容確率を高くする。衝突がなければ（例えばデータＤ１の送信が成功した場合）、許容確率発生モジュール２２０は許容確率Ｐを初期値Ｐ０にリセットして次のデータＤ２の送信手順を始める。

この発明においては、許容確率発生モジュール２２０は更に再バックオフカウンター２２２と、再送信カウンター２２４と、計算ユニット２２６とを含む。再バックオフカウンター２２２は許容確率に基づいてデータ送信が許容されない場合に、その再バックオフ回数ＲＢを計算する。再送信カウンター２２４は衝突が検出された場合に、データの再送信回数ＲＴを計算する。計算ユニット２２６は再送信回数ＲＴと再バックオフ回数ＲＢに基づいてデータの許容確率Ｐを計算する。注意すべきなのは、計算ユニット２２６における計算は既に式１に示されているので、ここでその説明を省略する。

更に注意すべきなのは、この発明による遅延変動を減少する装置と方法はＣＳＭＡ／ＣＡプロトコル準拠に限らず、その他多重アクセスプロトコルを使用する装置と方法もこの発明の範囲に属する。

以上はこの発明に好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属するものとする。

この発明による遅延変動を減少する方法を表すフローチャートである。この発明による遅延変動を減少する送信装置を表す説明図である。

符号の説明

２００送信装置
２２０許容確率発生モジュール
２２２再バックオフカウンター
２２４再送信カウンター
２２６計算ユニット
２４０送信モジュール

Claims

デジタル通信システムにおいてセンダーからレシーバーに送信される複数のデータの遅延変動を減少する方法であって、
前記センダーに対して許容確率と、再送信回数と、再バックオフ回数と、を指定する初期化ステップと、
前記データを前記センダーから前記レシーバーに送信する前に、前記許容確率に基づいて前記センダーによる前記データの送信が許容されたか否かを判断する許容判断ステップと、
前記許容判断ステップにより前記センダーによる前記データの送信が許容されない場合に、前記再バックオフ回数を更新し、更新された前記再バックオフ回数と前記再送信回数に基づき前記センダーに指定される前記許容確率を更新して前記データを再送信するように前記センダーを駆動する第一駆動ステップと、
前記許容判断ステップにより前記センダーによる前記データの送信が許容された場合に、前記レシーバーに前記データを送信すると共に、衝突検知を行って当該データに衝突があったか否かを判断する衝突判断ステップと、
前記衝突判断ステップにより前記衝突が検出されれば、前記再送信回数を更新し、更新された再送信回数と前記再バックオフ回数に基づき前記センダーに指定される前記許容確率をP＝P0＋（（１−P0）／BS _MAX ）×（RT＋RB／（RB _MAX +1））により更新してデータを再送信するように前記センダーを駆動する第二駆動ステップであって、ここでは、Pは前記許容確率であり、P0は前記許容確率の初期値であり、BS _MAX はバイナリーエクスポネンシャルバックオフアルゴリズムのバックオフステージの最大値であり、RTは更新された前記再送信回数であり、RBは更新された前記再バックオフ回数であり、RB _MAX は前記再バックオフ回数の最大値である第二駆動ステップと、
前記衝突判断ステップにより前記衝突が検出されなければ、前記許容確率を次のデータ送信に用いられる前記許容確率の初期値にリセットするリセットステップと、
を含むことを特徴とする方法。
前記データはＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルに準拠して送信されることを特徴とする請求項１記載の方法。
前記デジタル通信システムがＷＬＡＮであることを特徴とする請求項１記載の方法。
デジタル通信システムにおいてセンダーからレシーバーに送信される複数のデータの遅延変動を減少する送信装置であって、
再バックオフカウンターと、再送信カウンターと、計算ユニットとを含み、許容確率を発する許容確率発生モジュールと、
前記許容確率発生モジュールに電気的に接続され、前記許容確率に基づいて前記データを送信する送信モジュールと、
前記許容確率発生モジュールに電気的に接続され、前記データが送信されると、衝突検知を行って当該データに衝突があったか否かを判断する衝突検知器と、
を含み、
前記データを送信する前に、前記送信モジュールにより前記許容確率に基づいて前記データの送信が許容されたか否かを判断し、
前記送信モジュールによる前記データの送信が許容されない場合、前記再バックオフカウンターにより再バックオフ回数を更新し、前記計算ユニットにより前記許容確率を更新し、前記データを再送信するように前記送信モジュールを駆動し、
前記送信モジュールによる前記データの送信が許容された場合に、前記データを送信すると共に、前記衝突検知器により当該データに衝突があったか否かを判断し、
前記衝突が検出されれば、前記再送信カウンターにより前記再送信回数を更新し、前記計算ユニットにより、前記許容確率をP＝P0＋（（１−P0）／BS _MAX ）×（RT＋RB／（RB _MAX +1））により更新し、データを再送信するように前記送信モジュールを駆動し、ここでは、Pは前記許容確率であり、P0は前記許容確率の初期値であり、BS _MAX はバイナリーエクスポネンシャルバックオフアルゴリズムのバックオフステージの最大値であり、RTは更新された前記再送信回数であり、RBは更新された前記再バックオフ回数であり、RB _MAX は前記再バックオフ回数の最大値であり、
前記衝突が検出されなければ、前記許容確率発生モジュールにより前記許容確率を次のデータ送信に用いられる前記許容確率の初期値にリセットする、
ことを特徴とする送信装置。
前記データはＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルに準拠して送信されることを特徴とする請求項４記載の送信装置。
前記デジタル通信システムがＷＬＡＮであることを特徴とする請求項４記載の送信装置。