JP4900272B2

JP4900272B2 - 衛星通信地球局

Info

Publication number: JP4900272B2
Application number: JP2008031539A
Authority: JP
Inventors: 徹今井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2028-02-13
Also published as: JP2009194509A

Description

この発明は、要求割当多重接続（ＤＡＭＡ：ＤｅｍａｎｄＡｓｓｉｇｎｍｅｎｔＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）により回線割り当てを行う衛星通信システムにおける衛星通信地球局に関するものである。

例えば、非特許文献１にはＤＡＭＡによる衛星通信回線制御を行う衛星通信システムにおいて、ＢＯＤ（ＢａｎｄｗｉｄｔｈＯｎＤｅｍａｎｄ）制御を行う従来技術が開示されている。この従来技術によれば、衛星通信回線がＤＡＭＡ制御により割当てられた地球局間での通信速度を十数段階に分けて、速度変更することができる。具体的には、地球局に設けたデータ伝送アダプタによりトラヒック量を監視し、トラヒック量に応じた伝送速度の変更要求をＤＡＭＡ制御局へ送信する。この変更要求に対してＤＡＭＡ制御局において回線設定を行い、地球局へ回線制御信号を送信し、受信した地球局は回線制御信号に従って、周波数チャネルや伝送速度の設定を行う。

「ＩＰ伝送対応衛星通信システムの開発」菊田徹著、２００４年電子情報通信学会総合大会予稿集Ｂ−３−２、Ｐ．３３０、２００４年３月２２日

非特許文献１に記載された従来の技術によれば、十数段階に分けた通信速度によりステップ的に衛星通信地球局に割り当てられた通信速度の変更を行うことができるものの、ストリーミング配信アプリケーションなど通信開始直後から大量のデータ伝送が発生するようなケースに追従できず、端末でのバッファリング時間が長時間に及んだり、アプリケーションエラーを生じたりするという問題点があった。また、アプリケーションが要求する通信速度が得られない場合に、これを端末側に通知する機能を有していないため、アプリケーション側において通信速度調整を行うこともできないという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、段階的なＢＯＤ制御を行う衛星通信において、アプリケーションが必要とする通信速度を確保するよう動作する衛星通信地球局を得ることを目的とする。

請求項１の発明に係る衛星通信地球局は、制御局へ通信回線の回線割当を要求し、上記制御局により割り当てられた通信回線により相手局との間で衛星通信を行い、アプリケーションが使用される端末装置が、接続された衛星通信地球局であって、伝送データのトラヒック量を検出するトラヒック量検出手段、上記端末装置から送出されたパケットを抽出するパケット抽出手段を有する伝送部と、上記トラヒック量の増減に基いて所定のステップ量による通信帯域幅の変更を要求するＢＯＤ制御手段、上記端末装置から送出された上記端末装置で使用する上記アプリケーションの開始前又は開始に合わせて増加を要求する要求帯域幅を記述した帯域確保要求パケットに基いて通信帯域幅の増加を要求する帯域要求処理手段を有する回線制御部とを備え、上記帯域要求処理手段は、上記制御局から割り当てられた通信回線の帯域幅の増加分が上記要求帯域幅より小さいときに、上記端末装置へ確保できた帯域幅が記述された帯域確保通知パケットを送出し、上記帯域確保通知パケットに記述された上記確保できた帯域幅に応じて上記端末装置で使用する上記アプリケーションの実行上のパラメータを変更させ、上記相手局との通信速度を落として上記アプリケーションを開始させるものである。

請求項１に記載の発明によれば、衛星通信地球局は、接続された端末装置から自局あてに送出されたパケットに記述された要求帯域幅に基いて通信帯域幅の増加を要求するので、端末装置で使用するアプリケーションが必要とする通信帯域幅を確保することができる。また、確保された帯域幅の増加分が、要求帯域幅よりも小さいときには帯域確保通知により増加分を端末装置へ通知するので、端末装置側でアプリケーション開始前にパラメータ変更などにより通信速度を落とすことによって端末装置間での通信を行うことができる。

実施の形態１

この発明の実施の形態１に係る衛星通信地球局について図１乃至図４を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る衛星通信システムの構成図であり、図２は衛星通信地球局の構成を示す機能ブロック図である。図１において、１はＤＡＭＡ方式により回線割り当てを行う制御局であり、２は通信衛星、３は制御局１により割り当てられた通信回線により通信衛星２を介して通信を行う衛星通信地球局である。４は制御局１と衛星通信地球局との間で制御信号の送受信を行う制御回線であり、５は衛星通信地球局間での通信を行うための通信回線である。図２において、６は通信衛星２との間で電波の送受信を行うアンテナであり、７は受信信号に対して低雑音増幅して低周波変換し、送信信号を高周波数変換し高出力増幅する送受信部である。８は制御回線４により、受信する信号を復調し、送信する信号を変調する制御回線変復調部であり、９は通信回線５により、受信する信号を復調し、送信する信号を変調する通信回線変復調部である。１０は通信回線の回線制御を行う回線制御部であり、１１はパケットを伝送する伝送部であり、１２はＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）回線を通じて接続される端末装置である。

伝送部１１において、１３はＬＡＮとの接続を行うＬＡＮインタフェース回路であり、１４は、端末装置１２からのＩＰパケットやＶｏＩＰパケット等で使用されているデータフォーマットを衛星通信に適した通信プロトコルに基づくデータフォーマットに変換するフォーマット変換回路である。ただし、衛星通信においても端末装置１２から伝送されてくるパケットのデータフォーマットのまま通信を行う衛星通信システムの場合には、フォーマット変換回路１４において、フォーマット変換を行う必要はない。また、フォーマット変換回路１４は通信衛星２側から受信した受信データをＩＰパケットやＶｏＩＰパケット等のデータフォーマットに変換し、端末装置１２側へ伝送する。ＬＡＮインタフェース回路１３とフォーマット変換回路１４は伝送ライン１５で接続されており、１６は伝送ライン１５上において伝送されるパケットから衛星通信地球局３（自局）宛てのパケットを抽出するパケット抽出手段であり、１７は伝送ライン１５上のトラヒック量を検出するトラヒック検出手段である。回線制御部１０において、１８はパケット抽出手段１６により抽出された自局宛てパケットに記述された要求帯域幅（端末装置１２で使用するアプリケーションが要求する通信のための帯域幅）を読み出し、帯域要求に関わる処理を行う帯域要求処理手段であり、１９はトラヒック量検出手段１７により検出されたトラヒック量の増減に基づいて、所定のステップ量（通信システムで予め定められたステップ量）による通信回線５の帯域幅の段階的な増減を要求することにより、伝送ライン１５上のパケットのトラヒック量と通信回線５の伝送速度とを整合させる制御を行うＢＯＤ制御手段である。２０は帯域要求処理手段１８及びＢＯＤ制御手段１９からの要求により通信帯域の割り当て要求信号を生成して制御回線変復調部８へ出力し、制御局１により割り当てられた通信回線の回線情報により、通信回線変復調部９へ回線変更を指令する回線制御回路である。

次に衛星通信地球局３の動作を説明する。端末装置１２から送出されたパケットは、衛星通信地球局３のＬＡＮインタフェース回路１３により受信され、伝送ライン１５を通じてフォーマット変換回路１４に入力され、衛星通信プロトコルに従うデータフォーマットに変換されて通信回線変調部９へ送出される。伝送ライン１５又はフォーマット変換回路１４には、伝送されるパケットを一旦蓄積するバッファ回路が設けられており、トラヒック量検出手段は、例えば、このバッファ回路に蓄積されているパケット量を検出することにより、トラヒック量を検出することができる。トラヒック量が増加するとＢＯＤ制御手段にて、通信衛星３を介した通信回線５の伝送速度を増加するために、所定のステップ量による通信帯域幅の増加要求を回線制御回路２０へ出力する。この帯域幅増加要求を受けて、回線制御回路２０は、帯域幅変更要求信号を生成し、制御回線変復調部８へ出力する。帯域幅変更要求信号は、衛星通信地球局３の識別番号、相手側の衛星通信地球局３の識別番号、帯域幅増加を要求するフラグを含むものであればよく、制御回線変復調部８により変調され、送受信部７により高周波変換、高出力増幅されてアンテナ６から制御回線４により送信される。制御局１は制御回線４により帯域幅変更要求信号を受信し、制御局１にて管理される周波数帯域内での帯域幅の増加が可能であるか判定し、可能であれば、所定の帯域幅増分の分だけ、帯域幅変更要求信号を発した衛星通信地球局３が使用する通信回線５の帯域幅を増加して再割り当てし、回線設定信号を生成して、制御回線４により送信する。回線設定信号は、帯域幅変更要求信号を発した衛星通信地球局３の識別番号、相手側の衛星通信地球局３の識別番号、通信帯域を表わす回線情報を含むものであればよい。衛星通信地球局３は回線設定信号を受信すると、回線制御回路２０により回線情報を読み取り、通信回線変復調部９へ回線変更を指令する。トラヒック量が減少した場合には、衛星通信地球局３は通信回線５の帯域幅の減少を要求するフラグを含む帯域幅変更要求信号を生成して制御局１へ送信し、制御局１により通信帯域幅を所定量減少する再割り当てを行い、回線設定信号を送信する。衛星通信地球局３は、回線割当信号を受信して、回線情報を読み取り、通信回線変復調部９へ回線変更を指令する。このようなＢＯＤ制御によって、複数の衛星通信地球局３が、通信回線５の帯域幅を必要に応じて増減させることにより、効率良く、衛星通信に割り当てられた周波数帯域を使用することができる。

一方、映像や音声等のストリーミング送信においては、急峻にトラヒック量が増加するものであり、ＢＯＤ制御のみでは対応することができない。図３はアプリケーション開始に伴うトラヒック量の増減の遷移を表わした模式図である。図３（ａ）はＢＯＤ制御のみを使用する場合について示したものであり、図３（ｂ）はアプリケーションの開始前に端末装置１２から衛星通信地球局３へ帯域要求する場合について示したものである。図３（ａ）に示すように、端末装置１２からのストリーミング送信によってアプリケーション開始直後からトラヒック量が増加すると、ＢＯＤ制御のみでは帯域不足状態となり、十分なパケット伝送を行うことができない。図３（ｂ）では、アプリケーションの開始前又は開始に合わせて、帯域幅を増加させることにより、アプリケーション開始直後からのパケット伝送を行うことが可能となる。

図４は端末装置１２からの帯域要求に基づく回線割当及び開放処理を表わすシーケンス図である。図４のステップＳ１により、端末装置１２においてアプリケーション準備の事象が生起し、ステップＳ２により、端末装置１２から衛星通信地球局３へ要求帯域幅を記述した帯域確保要求パケットが送信される。帯域確保要求パケットのヘッダ部には衛星通信地球局３のアドレスを記述しておき、パケット抽出手段１６は、端末装置１２から伝送されてくるパケットの中から当該アドレスを検出し、このパケットを伝送ライン１５上から抜き出して、帯域要求処理手段１８へ送出する。帯域要求処理手段１８は、帯域確保要求パケットに記述された帯域幅（端末装置１２におけるアプリケーションが必要とする帯域幅）を読み出し、回線制御回路２０へ帯域幅の増加要求を出力し、回線制御回路２０は、自局の識別番号、相手側の衛星通信地球局の識別番号、必要帯域幅（増加分）を記述した帯域幅変更要求信号を生成する。この帯域幅変更要求信号は、図４のステップＳ３において、制御回線４を介して衛星通信地球局３から制御局１へ送信される。制御局１は帯域幅変更要求信号を受信すると、ステップＳ４において通信回線の再割り当てを行い、帯域幅変更通知信号を生成する。このとき、制御局１は、衛星通信地球局３からの帯域幅変更要求信号に記述された必要帯域幅を衛星通信に割り当てられた周波数帯域において確保するようにするが、必要帯域幅分の確保ができない場合でも、再配分できる帯域幅分だけ増加させる再割り当てを行う。制御局１は、回線設定信号に、帯域幅変更要求信号を発した衛星通信地球局３の識別番号、相手側の衛星通信地球局３の識別番号、再割り当てした通信回線の回線情報を記述し、ステップＳ５において、制御回線４により送信する。回線設定信号を受信した衛星通信地球局３（自局及び相手側局）は回線制御回路２０により回線情報を読み出し、これに基づきステップＳ６において通信回線の変更を通信回線変復調部９へ指令する。帯域要求処理手段１８は、端末装置１２への帯域確保通知パケットを生成してステップＳ７において送出する。この帯域確保通知パケットは、パケットのあて先である端末装置１２のアドレスと、要求のあった必要帯域幅が確保されたか否かを示すフラグ、確保できなかった場合に実際に確保できた帯域幅を記述するものとする。端末装置１２は、帯域確保通知パケットを受信した後、ストリーミング送信などのアプリケーションをステップＳ８にて開始し、衛星通信地球局３及び通信衛星２を介した通信を、相手側となる端末装置１２との間で行う。また、端末装置１２におけるアプリケーションは、帯域確保通知パケットに記述された帯域幅が要求帯域幅よりも小さいときには、アプリケーション実行上のパラメータ（例えば、映像ストリーミングでは画像解像度やフレーム速度などのパラメータ）を変更するなどして、通信速度を落としてアプリケーションを開始することにより、衛星通信地球局３及び通信衛星２を介した通信を、相手側となる端末装置１２との間で行う。ステップＳ９によりアプリケーションが終了すると、端末装置１２はステップＳ１０において帯域開放通知パケットを衛星通信地球局３宛に送出する。この帯域開放通知パケットを受信した衛星通信地球局３は、パケット抽出手段１６により当該パケットを抜き出し、帯域要求処理手段１８により、帯域幅の減少要求を生成し回線制御回路２０へ出力する。回線制御回路２０は、自局の識別番号、相手側の衛星通信地球局の識別番号、帯域幅（減少分）を記述した帯域幅変更要求信号を生成する。この帯域幅変更要求信号は、ステップＳ１１において、制御回線４を介して衛星通信地球局３から制御局１へ送信される。制御局１は帯域幅変更要求信号を受信すると、ステップＳ１２において通信回線の再割り当てを行い、回線設定信号を生成する。制御局１は、回線設定信号に、帯域幅変更要求信号を発した衛星通信地球局３の識別番号、相手側衛星通信地球局３の識別番号、再割り当てした通信回線の回線情報を記述し、ステップＳ１３において、制御回線４により送信する。回線設定信号を受信した衛星通信地球局３（自局及び相手側局）は回線制御回路２０により回線情報を読み出し、これに基づきステップＳ１４において通信回線の変更を通信回線変復調部９へ指令する。

以上のように、アプリケーションの開始前に帯域幅を要求するパケットを端末装置１２から衛星通信地球局３へ送出し、これに基いて予め帯域幅の変更を衛星通信地球局３から制御局１へ要求して通信回線を再割り当てすることにより、端末装置１２によるアプリケーションの開始時からストリーミング配信などのアプリケーションが必要とする通信帯域幅を確保することができる。また、再割り当てにより確保された帯域幅の増加分が、端末装置１２のアプリケーションが要求する帯域幅に満たない場合でも、帯域確保通知により増加分の帯域幅をアプリケーション側で知ることができ、アプリケーション開始前にパラメータ変更などにより通信速度を落とすことにより、相手側端末装置との通信を行うことが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る衛星通信システムの構成図である。衛星通信地球局の構成を示す機能ブロック図である。アプリケーション開始に伴うトラヒック量の増減の遷移を表わした模式図である。端末装置からの帯域要求に基づく回線割当及び開放処理を表わすシーケンス図である。

符号の説明

１制御局
３衛星通信地球局
１０回線制御部
１１伝送部
１２端末装置
１６パケット抽出手段
１７トラヒック量検出手段
１８帯域要求処理手段
１９ＢＯＤ制御手段
２０回線制御回路

Claims

制御局へ通信回線の回線割当を要求し、上記制御局により割り当てられた通信回線により相手局との間で衛星通信を行い、アプリケーションが使用される端末装置が、接続された衛星通信地球局であって、伝送データのトラヒック量を検出するトラヒック量検出手段、上記端末装置から送出されたパケットを抽出するパケット抽出手段を有する伝送部と、上記トラヒック量の増減に基いて所定のステップ量による通信帯域幅の変更を要求するＢＯＤ制御手段、上記端末装置から送出された上記端末装置で使用する上記アプリケーションの開始前又は開始に合わせて増加を要求する要求帯域幅を記述した帯域確保要求パケットに基いて通信帯域幅の増加を要求する帯域要求処理手段を有する回線制御部とを備え、上記帯域要求処理手段は、上記制御局から割り当てられた通信回線の帯域幅の増加分が上記要求帯域幅より小さいときに、上記端末装置へ確保できた帯域幅が記述された帯域確保通知パケットを送出し、上記帯域確保通知パケットに記述された上記確保できた帯域幅に応じて上記端末装置で使用する上記アプリケーションの実行上のパラメータを変更させ、上記相手局との通信速度を落として上記アプリケーションを開始させることを特徴とする衛星通信地球局。