JP5594688B2 - Communication system in PTMP type network - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、PTMP型ネットワークにおける通信システムに関する。   Embodiments described herein relate generally to a communication system in a PTMP type network.

近年、ADSLやFTTHなどを用いた高速インターネットサービスが、先進国を中心に急速に普及してきた。今後は人口密度の少ない過疎地や発展途上国などへの展開、すなわちデジタルデバイド解消のためのアクセスネットワークの整備が課題となってくる。こうした地域で、短期間で経済性良くアクセス環境を整備する一つの方策として、マイクロ波帯などの無線伝送媒体の利用が考えられる。この実現には、半径数十キロメートルにも及ぶ広域で、伝送媒体を効率良く共有しあう新たなアクセス制御方式の開発が必要である。   In recent years, high-speed Internet services using ADSL, FTTH, etc. have rapidly spread mainly in developed countries. In the future, it will become an issue to develop in depopulated areas and developing countries where the population density is low, that is, to develop an access network to eliminate the digital divide. In such a region, the use of a wireless transmission medium such as a microwave band can be considered as one measure for improving the access environment in a short period of time with good economic efficiency. To realize this, it is necessary to develop a new access control method for efficiently sharing a transmission medium in a wide area having a radius of several tens of kilometers.

HFC(hybrid fiber and coaxial)や加入者無線アクセス(FWA; fixed wireless access)など、広帯域な伝送媒体を1台のハブ装置(以下、SCH; signal conversion
hubと略)を介して複数台の加入者装置(以下、CPE; customer premises equipment)で共有しあうPTMP(point-to-multipoint)型アクセスネットワークでは、長距離伝送にともなう伝送遅延時間の増大を考慮しつつ、資源共有化による伝送効率の向上を
図る必要がある。こうした視点に立って、例えばHFCにおけるDOCSIS(data-over-cable service interface specifications)(非特許文献1、2)式や、衛星通信におけるDAMA(demand assignment multiple access)(非特許文献3)方式などが提案され、また無線アクセス(WiMAX)として標準化されたIEEE 802.16(非特許文献4)においても、DOCSISが採用されている。
HUB (hybrid fiber and coaxial) and subscriber wireless access (FWA), such as fixed wireless access (FWA), a single hub device (hereinafter referred to as SCH)
In a point-to-multipoint (PTMP) type access network that is shared by multiple subscriber devices (hereafter referred to as CPE) via a hub, the transmission delay time associated with long-distance transmission increases. Considering this, it is necessary to improve transmission efficiency by sharing resources. From this point of view, for example, DOCSIS (data-over-cable service interface specifications) in HFC (Non-Patent Documents 1 and 2), DAMA (demand assignment multiple access) (Non-Patent Document 3) in satellite communications, etc. DOCSIS is also adopted in IEEE 802.16 (Non-Patent Document 4) that has been proposed and standardized as wireless access (WiMAX).

これらの方式では、2〜4msec程度の予約周期の中で送信手続きを行い、コネクションを確立してから通信を行う予約型アクセス制御方式(以下、予約方式と略)を採用することが多く、最初のコネクション確立に時間がかかることや、大量のバースト転送要求に対応し難いなどの問題がある。   In these methods, a reservation type access control method (hereinafter abbreviated as a reservation method) that performs communication after performing a transmission procedure in a reservation cycle of about 2 to 4 msec and establishing a connection is often adopted. There are problems such as that it takes time to establish a connection and it is difficult to respond to a large number of burst transfer requests.

これに対して、イーサネット(登録商標)(非特許文献5)や無線LAN(IEEE802.11x)(非特許文献6)で多用されているCSMA系の競合型アクセス制御方式(以下、競合方式と略)は、予約方式のような欠点はないものの、その多くは“フレーム送出完了前に衝突検出”という方式上の制約から、最大ネットワーク長が制限され、またスループット特性はネットワーク長や物理伝送速度に強く依存する。このため、半二重方式のギガビットイーサでは、スループット特性の劣化を覚悟の上、短いフレームにはキャリアエクステンションと呼ぶダミーデータを付加(例:最短フレーム64バイトに448バイトを付加)して、最大100mのネットワーク長を実現している。   In contrast, a CSMA-based competitive access control method (hereinafter abbreviated as a competitive method) widely used in Ethernet (registered trademark) (Non-Patent Document 5) and wireless LAN (IEEE802.11x) (Non-Patent Document 6). ), Although there are no drawbacks like the reservation method, most of them limit the maximum network length due to the restriction of the method of “collision detection before frame transmission is completed”, and the throughput characteristics depend on the network length and physical transmission speed. Strongly dependent. For this reason, half-duplex gigabit ethernets are prepared to degrade the throughput characteristics, add dummy data called carrier extension to short frames (eg, add 448 bytes to the shortest frame of 64 bytes) The network length is 100m.

”Data-over-Cable Service Interface Specifications、 Cable Modem Termination System Network Side Interface Specification、” SP-CMTS-NSII01-960702、 MCNS holdings、 L.P.、 July 1996.“Data-over-Cable Service Interface Specifications, Cable Modem Termination System Network Side Interface Specification,” SP-CMTS-NSII01-960702, MCNS holdings, L.P., July 1996. ”Data-over-Cable Service Interface Specifications、 Cable Modem to Customer Premise Equipment Interface Specification、” SP-CMCI101-960702、 MCNS Holdings、 L.P.、 July 1996.“Data-over-Cable Service Interface Specifications, Cable Modem to Customer Premise Equipment Interface Specification,” SP-CMCI101-960702, MCNS Holdings, L.P., July 1996. H. Peyravi、 ”Medium Access Control Protocols Performance in Satellite Communications、” IEEE Communications Magazine、 pp.62-71、 March 1999.H. Peyravi, “Medium Access Control Protocols Performance in Satellite Communications,” IEEE Communications Magazine, pp.62-71, March 1999. IEEE Std 802.16-2004、 ”IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems、” Oct. 2004.IEEE Std 802.16-2004, "IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems," Oct. 2004. IEEE Std 802.3-2002、 ”Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications、” 2002.IEEE Std 802.3-2002, “Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA / CD) access method and physical layer specifications,” 2002. IEEE Std 802.11、 ”Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements - Part11 : Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications、” 1999.IEEE Std 802.11, “Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements-Part11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications,” 1999. 小林浩、小澤和義、嘉村幸一郎、森谷修、”PTMP 型アクセスネットワークにおけるSynchronous CSMA/CD、” 信学論(B)、Vol.85-B、No.4、pp.471-479、2002.Hiroshi Kobayashi, Kazuyoshi Ozawa, Koichiro Kamura, Osamu Moriya, “Synchronous CSMA / CD in PTMP access network,” IEICE (B), Vol.85-B, No.4, pp.471-479, 2002. 森谷修、小林浩、”PTMP 型アクセスネットワークにおけるSynchronous CSMA with Multiple CA による衝突確率の低減、”情処学論、Vol.44、No.3、pp.932-941、2003.Osamu Moriya, Hiroshi Kobayashi, "Reduction of collision probability by Synchronous CSMA with Multiple CA in PTMP type access network," A theory of psychology, Vol.44, No.3, pp.932-941, 2003. 森谷修、小林浩、”PTMP 型アクセスネットワークにおけるSynchronous CSMA/MCA 方式の衝突回避スロットの可変化、”情処学論、Vol.44、No.8、pp.2208-2217、2003.Osamu Moriya, Hiroshi Kobayashi, “Variation of Collision Avoidance Slot of Synchronous CSMA / MCA Method in PTMP Type Access Network,” Information Science, Vol.44, No.8, pp.2208-2217, 2003. 森谷修、小林浩、森靖、高橋武宏、”PTMP 型アクセスネットワークにおけるSynchronous CSMA/v-MCA 方式へのフレーム先行送信制御の適用、”情処学論、Vol.48、No.4、pp.1758-1766、2007.Osamu Moriya, Hiroshi Kobayashi, Satoshi Mori, Takehiro Takahashi, “Application of frame advance transmission control to Synchronous CSMA / v-MCA method in PTMP type access network,” Psychology, Vol.48, No.4, pp. 1758-1766, 2007. 森靖、小林浩、上野洋一郎、森谷修、”サービス利用状況を反映した動的変動トラフィックのモデル化とシミュレーション環境の整備、”信学技報NS2006-11、pp.67-71、2006.Satoshi Mori, Hiroshi Kobayashi, Yoichiro Ueno, Osamu Moriya, “Modeling of Dynamic Fluctuating Traffic Reflecting Service Usage and Development of Simulation Environment,” IEICE Technical Report NS2006-11, pp.67-71, 2006. http://www.creativyst.com/cgi-bin/M/Glos/st/ Get-Term.pl?fsGetTerm=Out of Band (2001).http://www.creativyst.com/cgi-bin/M/Glos/st/ Get-Term.pl?fsGetTerm=Out of Band (2001).

従来の無線LAN(IEEE802.X)では、具体的には、下記の問題があった。   Specifically, the conventional wireless LAN (IEEE802.X) has the following problems.

(1)端末の責任でキャリア検知(CS)やCA手続きを行なう
CSMA/CA方式は、対等分散を前提とするアクセス制御方式であるため、CSやCAごとにDIFSやSIFS、 back-off-timeなどのペイロードの送信に使えない時間が大量に存在するため、20%〜30%程度の最大スループットしか得られない。
(1) Carry out carrier detection (CS) and CA procedures at the responsibility of the terminal
Since the CSMA / CA method is an access control method that assumes equal distribution, there is a large amount of time that cannot be used for transmission of payloads such as DIFS, SIFS, and back-off-time for each CS and CA. Only a maximum throughput of about 30% to 30% can be obtained.

(2)隠れ端末問題
隠れ端末問題やさらし端末問題回避のため、ペイロードの送信に先立って、RTS/CTSフレームを送信し合い相手先との通信性を確認する方式を適用せざるをえず、その分、スループットの劣化を感受せざるを得ない。
(2) Hidden terminal problem In order to avoid the hidden terminal problem and the exposed terminal problem, it is necessary to apply a method of confirming the communication with the other party by transmitting RTS / CTS frames before transmitting the payload. Therefore, the throughput must be perceived as degraded.

(3)PTMP型トラフィックへの不適合性
アクセスポイント(AP)からの下り方向(AP→CPE)アクセスと、多数のCPEからの上りアクセスとが対等の立場でアクセスし競合しあうため、インターネットやサーバから送られてきた大量の下りトラフィックの送信機会が抑制され、対サービス有効スループットの劣化を招く。
(3) Non-compliance with PTMP traffic Since access (AP → CPE) from the access point (AP) and upstream access from many CPEs are accessed and compete in an equal position, the Internet and servers The transmission opportunity of a large amount of downstream traffic sent from the network is suppressed, and the effective throughput for the service is deteriorated.

(4)過負荷時耐性の欠如
CAスロットが1つしか用意されないため、(1)、(2)の不合理さとも相まって、NWに規格化負荷トラフィックρが0.3を超える負荷が加わると、急激にスループット特性が劣化して輻輳状態に陥り易くなり、また一旦輻輳状態に陥ると、この状態から抜け出れ難くなるなど、システムの安定性に欠ける。
(4) Lack of tolerance during overload
Since only one CA slot is prepared, combined with the unreasonableness of (1) and (2), when a load with a normalized load traffic ρ exceeding 0.3 is applied to the NW, the throughput characteristics deteriorate rapidly and congestion occurs. The system is not stable. For example, it is difficult to get out of this state once it is in a congested state.

(5)ネットワーク特性の物理諸元依存性
現行の無線LANの物理諸元(最大NW長:100m、物理伝送速度:100Mbps)では問題とならないが、アクセス制御ごとにRTTによる資源浪費時間が介在するため、現行の諸元を超える拡張は難しい。
(5) Dependence on physical specifications of network characteristics Although there is no problem with the physical specifications of the current wireless LAN (maximum NW length: 100 m, physical transmission speed: 100 Mbps), resource waste time due to RTT is involved for each access control. Therefore, expansion beyond the current specifications is difficult.

本発明の第1の発明によれば、ハブ装置を複数の加入者装置で共有しあい、かつハブ装置と加入者装置との間の送信制御を行なうPTMP型ネットワークにおけるハブ装置において、前記ハブ装置と前記複数台の加入者装置との間のCA(衝突回避)フレームの送信を行なう上り制御チャネルと、データフレームの送信を行なうデータチャネルとは異なる帯域が割り当てられ、前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの少なくとも一方が高負荷状態において、前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの負荷に基づいて、前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの伝送容量を変更する手段を具備し、前記上り制御チャネルにおけるCAフレームの伝送制御と、前記データチャネルのデータフレームの伝送制御とを独立して行なう手段とを具備するハブ装置、である。According to a first aspect of the present invention, in a hub apparatus in a PTMP network in which a hub apparatus is shared by a plurality of subscriber apparatuses and transmission control is performed between the hub apparatus and the subscriber apparatus, Bands different from the uplink control channel for transmitting CA (collision avoidance) frames with the plurality of subscriber apparatuses and the data channel for transmitting data frames are allocated, and the uplink control channel and the data channel are allocated. Means for changing the transmission capacity of the uplink control channel and the data channel based on the load of the uplink control channel and the data channel when at least one of them is in a high load state. A method for independently performing transmission control and transmission control of data frames of the data channel. A hub device comprising a step.

図1は、S-CSMA/v-MCA方式を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the S-CSMA / v-MCA scheme. 図2(a)-(c)は、ネットワークの帯域をほぼ100%消費するような高負荷状態(ρ=1〜2)を想定して、BWCAとBWMACとの帯域配分比を設定した3つのケースについて、SCHでのチャネル占有の様子を示した図である。Figures 2 (a)-(c) set the bandwidth allocation ratio between BW CA and BW MAC , assuming a high load condition (ρ = 1 to 2) that consumes almost 100% of the network bandwidth. It is the figure which showed the mode of the channel occupation in SCH about three cases. 本実施の形態のCA手続きに対するフロー制御を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the flow control with respect to CA procedure of this Embodiment. 本実施の形態のFull-flying S-CSMA/v-MCA方式の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the Full-flying S-CSMA / v-MCA system of this Embodiment. 図5は、本実施の形態に係るPTMP型アクセスネットワークの構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the PTMP access network according to the present embodiment. 図6は、本実施の形態に係るPTMP型アクセスネットワークのSCHの構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a SCH configuration of the PTMP access network according to the present embodiment. 図7は、本実施の形態に係るPTMP型アクセスネットワークのCPEの構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a CPE configuration of the PTMP access network according to the present embodiment. 図8は、SCHの状態遷移を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating SCH state transition. 図9は、CPEの状態遷移を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating state transition of CPE. 図10は、SCHの動作を説明するためのフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart for explaining the operation of the SCH. 図11は、SCHの動作を説明するためのフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the SCH. 図12は、CPEの動作を説明するためのフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart for explaining the operation of the CPE. 図13(a)、(b)は、帯域配分比の妥当性を評価するための図である。FIGS. 13A and 13B are diagrams for evaluating the validity of the bandwidth allocation ratio. 図14(a)、(b)は、フロー制御の有効性を説明するための図である。FIGS. 14A and 14B are diagrams for explaining the effectiveness of flow control. 図15は、CAスロット個数の変化を説明するための図である。FIG. 15 is a diagram for explaining a change in the number of CA slots. 図16(a)、(b)は、従来のNF方式、F方式と、本実施の形態のFF方式との特性を説明するための図である。16A and 16B are diagrams for explaining the characteristics of the conventional NF method and F method and the FF method of the present embodiment.

本実施の形態のfull-flying Synchronous CSMA/v-MCA (carrier sense multiple access with variable multiple collision avoidanace)方式は、PTMP 型ネットワークの特徴を活かし、上り伝送媒体上のキャリア消滅時刻を目掛けて衝突回避(以下、CA と略)手続き用のCA フレームやペイロード送信用のMAC フレームすべてを先行(フライング)送信させることにより、伝送媒体の利用効率を限りなく高めようとするものである。なお、本実施の形態における「先行(フライング)」とは、自転車競技などで用いられている助走発振に近い意味合いで、陸上競技などでのいわゆるフライング(premature start)を意味するものではない。その結果、競合方式の特徴である低遅延特性を維持しながら、数十キロメートルに及ぶネットワーク長や物理伝送速度の影響を受けることなく、予約方式並みの高いスループット特性を実現することができる。   The full-flying Synchronous CSMA / v-MCA (carrier sense multiple access with variable multiple collision avoidance analysis) method of this embodiment takes advantage of the characteristics of the PTMP network and avoids collision by aiming at the carrier disappearance time on the upstream transmission medium. (Hereafter, abbreviated as CA) By trying to send all the CA frames for procedures and MAC frames for payload transmission in advance (flying), the use efficiency of the transmission medium will be increased as much as possible. Note that “preceding (flying)” in the present embodiment means close to the run-up oscillation used in bicycle competitions and does not mean so-called flying (premature start) in athletics. As a result, while maintaining the low delay characteristic that is the feature of the competitive system, it is possible to realize a high throughput characteristic similar to the reservation system without being affected by the network length or physical transmission speed of several tens of kilometers.

以下、本実施の形態のベースとなったsynchronous CSMA/v-MCA方式(非特許文献7乃至10)などの概要と方式開発に当たっての課題を整理した後、本実施の形態の詳細を理論性能限界やシミュレーションによる性能評価を示しながら説明する。   The following summarizes the outline of the synchronous CSMA / v-MCA system (Non-Patent Documents 7 to 10) and the problems in developing the system that are the basis of this embodiment, and then details the details of this embodiment to the theoretical performance limits. This will be explained while showing performance evaluation by simulation.

[S-CSMA/v-MCA方式]
・PTMP型ネットワークとSynchronous CSMA/v-MCA方式
1台のSCHと複数台のCPEとで上り(CPE→SCH)と下り(SCH→CPE)とに分離した伝送媒体を共有しあうPTMP型ネットワークは、対等分散型制御を基本とするイーサネットなどのLANにはない特徴を備えている。すなわち、対等分散型のアクセス方式ではキャリア検知や衝突検出を個々のCPEが自らの責任において行うが、PTMP型ではCPEに代わってSCHが上り伝送媒体上のキャリア検知や衝突検出を行い、さらにMACフレームなどの送信タイミングを精度よく制御することができる。
[ S-CSMA / v-MCA method ]
・ PTMP type network and Synchronous CSMA / v-MCA method
A PTMP network that shares a separate transmission medium (upstream (CPE → SCH) and downstream (SCH → CPE)) between a single SCH and multiple CPEs, such as Ethernet based on equal distributed control It has features not found in LAN. In other words, in the equally distributed access method, each CPE performs the carrier detection and collision detection on its own responsibility, but in the PTMP type, the SCH performs carrier detection and collision detection on the upstream transmission medium instead of the CPE, and further performs the MAC. Transmission timing of frames and the like can be controlled with high accuracy.

図1は、この特徴を利用したS-CSMA/v-MCA方式を説明するための図である。同方式においては、
(1)SCHへの上りフレームの到着を所定のタイミングにビット同期させ、かつSCHでの受信信号レベルを等しくさせる、
(2)SCHは、前回のCA手続きでのアクセス状態をもとに次回のCA手続きで用意すべきCAスロット(CAフレームの受信用タイムスロット)の個数を決定し、CAフレームの送信許可を下りSI(status indication)信号を介して広告する、
(3)送信すべきMACフレームを持つCPEは、広告された複数個のCAスロットの中から1つをランダムに選択しCAフレームを送信する、
(4)SCHはCA手続きに成功したCPEに対して、順に、上り信号(キャリア)がなくなったことを確認してからSI信号を送りMACフレームの送信を指示する、
(5)すべてのMACフレームの送信が完了したら、SCHは(2)に戻り次回のCA手続きを始める、
(6)CA手続きに失敗したCPEは、CAスロットを単位とする2乗バックオフ処理(非特許文献5)を行なった後、再度CA手続きを試みる、
ことを骨子としている。
FIG. 1 is a diagram for explaining an S-CSMA / v-MCA scheme using this feature. In this method,
(1) Bit-synchronize the arrival of the upstream frame on the SCH at a predetermined timing, and make the received signal level on the SCH equal.
(2) The SCH determines the number of CA slots (CA frame reception time slots) to be prepared in the next CA procedure based on the access status in the previous CA procedure, and grants permission to transmit the CA frame. Advertising via SI (status indication) signal,
(3) A CPE having a MAC frame to be transmitted randomly selects one of a plurality of advertised CA slots and transmits a CA frame.
(4) The SCH confirms that the uplink signal (carrier) has disappeared in order for the CPE that has succeeded in the CA procedure, and then sends an SI signal to instruct the transmission of the MAC frame.
(5) When transmission of all MAC frames is completed, the SCH returns to (2) and starts the next CA procedure.
(6) The CPE that has failed in the CA procedure performs a square backoff process (Non-Patent Document 5) in units of CA slots, and then tries the CA procedure again.
The point is that.

(1)項について、図1記載の下り伝播遅延時間Tdi、上り伝播遅延時間Tui及び送信タイミングの調整時間Δtiは、CA手続きとは別の制御ウィンドウ(例えば、周期5msec)を用いて、SCHが順番にCPEを指定してレスポン信号を返させ、SCHと当該CPE間の往復伝播遅延時間や信号レベルを計測することによって得られるもので、アクセスの同期化のベースとなる。これにより、同じCAスロットに複数のCAフレームが送信されたときに、それらの先頭から衝突状態に突入させて確実に衝突を検出する、あるいはCA手続きに成功したCPEが送信するMACフレームが他の信号と衝突しないよう送信タイミングを調整することが可能になる。これは、イーサネットなどでは不可避だったネットワーク長やフレーム長に関わる制約を撤廃し得ることを意味するもので、詳細は非特許文献7を参照されたい。 Regarding the item (1), the downlink propagation delay time Td i , the uplink propagation delay time Tu i and the transmission timing adjustment time Δt i shown in FIG. 1 are controlled using a control window (for example, a period of 5 msec) different from the CA procedure. SCH is obtained by sequentially specifying a CPE, returning a response signal, and measuring the round-trip propagation delay time and signal level between the SCH and the CPE, and serves as a base for access synchronization. As a result, when multiple CA frames are transmitted to the same CA slot, the collision is surely detected by entering the collision state from the head of them, or the MAC frame transmitted by the CPE that has succeeded in the CA procedure is changed to another frame. It is possible to adjust the transmission timing so as not to collide with the signal. This means that the restrictions on the network length and frame length that are unavoidable with Ethernet and the like can be eliminated. Refer to Non-Patent Document 7 for details.

(2)から(6)項はCA手続きに関するもので、SI信号にはCAスロットの個数と、CAフレームやMACフレームの送信を指示する制御情報などが、またCAフレームには衝突検出用のランダムデータや誤り検査符号、MACフレーム長などが記述されている。SCHは受信したCAフレームのビット誤りを検査し、誤りがなければ衝突は起きなかった、すなわちCA手続きに成功したものとして、当該CPEに対して順にSI信号を用いてMACフレームの送信を指示する。   Items (2) to (6) relate to the CA procedure. The SI signal contains the number of CA slots, control information for instructing the transmission of CA frames and MAC frames, and the CA frame contains random numbers for collision detection. Data, error check code, MAC frame length, etc. are described. The SCH checks the bit error of the received CA frame, and if there is no error, the collision does not occur, that is, the CA procedure is instructed to instruct the CPE to transmit the MAC frame using the SI signal in order. .

無線LANで用いられているCSMA/CA方式では、端末主導でCA手続きを行い、また1回のCA手続きでMACフレームの送信に至れるのは一つだけである。これに対して、S-CSMA/v-MCA方式では、SCHが非特許文献9に記したアルゴリズムにて、負荷(新規生成とバックオフ処理後の再送)トラフィックに応じてCAスロット個数を可変制御することによって、アクセスの分散化、すなわちCA手続きにおける衝突発生確率を低減している。その結果、低負荷状態ではCAスロット個数が少なくCA手続き時間が短くなるため低遅延時間特性を示し、逆に高負荷状態では多数のCAスロットが用意されCA手続きの成功確率が高くなるため高スループット特性を示す。   In the CSMA / CA method used in wireless LAN, the CA procedure is led by the terminal, and only one MAC frame can be transmitted in one CA procedure. In contrast, in the S-CSMA / v-MCA scheme, the SCH variably controls the number of CA slots according to the load (new generation and retransmission after backoff processing) traffic using the algorithm described in Non-Patent Document 9. By doing so, the probability of collision in the CA procedure is reduced. As a result, the number of CA slots is small and the CA procedure time is shortened in a low load state, so it exhibits a low delay time characteristic. Conversely, in a high load state, a large number of CA slots are prepared and the CA procedure has a high probability of success. Show properties.

しかしながら、同方式では、CA手続きやMACフレームの送信指示ごとに、最大ネットワーク長に依存する最大往復伝播遅延時間(RTT;round trip time)が介在する。このため、ネットワーク長が長くなるほど、あるいは物理伝送速度が速くなるほど、2つのRTTの介在(時間的浪費)によるスループット特性の劣化が顕著になる。同方式の性能を高めるには、送信タイミングの前倒しなどの課題解決が必要なことも指摘されていた(非特許文献9)。   However, in this method, a maximum round trip time (RTT) that depends on the maximum network length is present for each CA procedure or MAC frame transmission instruction. For this reason, as the network length becomes longer or the physical transmission speed becomes faster, the degradation of the throughput characteristics due to the intervention of two RTTs (time waste) becomes more conspicuous. It has also been pointed out that in order to improve the performance of this method, it is necessary to solve problems such as advancement of transmission timing (Non-Patent Document 9).

[Flying S-CSMA/v-MCA 方式]
Flying S-CSMA/v-MCA方式は、上記(4)項の代わりに、
(4-1)SCHは、CA手続きの際にCPEに申告させたMACフレーム長やRTTなどをもとに、上りフレームがSCHに到着し終わる時刻(以下、キャリア消滅時刻と呼ぶ)を予測し、
(4-2)同時刻を目掛けてフレームを先行送信するようCPEに指示する、
ことを骨子とする。
[Flying S-CSMA / v-MCA method]
Flying S-CSMA / v-MCA method, instead of (4) above,
(4-1) The SCH predicts the time when the upstream frame arrives at the SCH based on the MAC frame length and RTT reported to the CPE during the CA procedure (hereinafter referred to as carrier disappearance time). ,
(4-2) Instruct the CPE to send the frame in advance at the same time.
This is the point.

これは、キャリア消滅時刻に合せてCAフレームと送信順序が2番目以降のMACフレーム(以下、2ndMAC)を先行送信させることによって、高負荷になるほどRTTの影響が少なくなることを意味する。シミュレーションによる評価の結果、長ネットワーク領域においてスループットの劇的な改善(ネットワーク長40kmにて、S-CSMA/v-MCA方式の最大スループット0.36に対して0.73)が示された。しかしながら、2.5kmでの最大スループット0.80に対して40kmでは10%弱劣化するなど、ネットワーク長が長くなるほど少しではあるが劣化することも確認された(非特許文献10)。   This means that the influence of the RTT is reduced as the load increases by causing the CA frame and the MAC frame whose transmission order is second or later (hereinafter referred to as 2nd MAC) to be transmitted in advance in accordance with the carrier disappearance time. As a result of evaluation by simulation, a dramatic improvement in throughput in the long network area (0.73 compared to the maximum throughput of 0.36 of the S-CSMA / v-MCA method at a network length of 40 km) was shown. However, it has also been confirmed that the network length increases slightly as the network length increases (non-patent document 10).

さらなる性能向上を目指すには、CA手続き後の最初のMACフレーム(以下、1st MAC)も先行送信できなければならない。このためには、(5)項の改善、すなわち、“すべてのMACフレームの送信が完了してから、次回のCA手続きを始める”のではなく、“MACフレームの送信が完了する前に、次回のCA手続きを開始できる”ようにする必要がある。これは、アクセス制御とペイロードの送信が同じ帯域を使用する所謂in-band signaling(以下、IBSと略)方式に起因した問題である。   To further improve performance, the first MAC frame after the CA procedure (hereinafter 1st MAC) must be able to be transmitted in advance. For this purpose, the improvement in the item (5), that is, not “start the next CA procedure after all MAC frames have been transmitted”, It is necessary to be able to start the CA procedure. This is a problem caused by a so-called in-band signaling (hereinafter abbreviated as IBS) method in which access control and payload transmission use the same band.

かつてのアナログ電話網ではIBS方式が採用されていたが、デジタル電話網(ISDNなど)ではout-of band signaling(以下、OBSと略)方式が導入され、多彩な呼制御やサービスの提供が可能になった。この知見をもとに本システムにOBS方式を導入すれば、
アクセス制御とMACフレームの送信を各々独立に進行できるようになり、(5)項の改善によるスループット特性の改善はもとより、遅延時間特性の改善、ひいてはネットワーク長や物理伝送速度に非依存な理想的な性能が得られるものと考えられる。これはまた、通
信品質制御の導入など、システムの拡張性を高める上でも有効なことは、デジタル電話網の例から明らかである。
The analog telephone network used to use the IBS system, but the digital telephone network (ISDN, etc.) introduced an out-of band signaling (hereinafter abbreviated as OBS) system that can provide a variety of call control and services. Became. If we introduce the OBS method to this system based on this knowledge,
Access control and MAC frame transmission can be performed independently, and not only the improvement in throughput characteristics due to the improvement in (5), but also the delay time characteristics, which is ideally independent of the network length and physical transmission rate. It is considered that a good performance can be obtained. It is clear from the example of the digital telephone network that this is also effective in enhancing the expandability of the system such as introduction of communication quality control.

しかしながら、OBS方式の導入にともなって、例えばMACフレームの送信状態を無視してCA手続きを続ければ、ネットワークの負荷状態によっては、CA手続きに成功したものの送信待ちになったMACフレームが滞積し、遅延特性が急激に劣化する恐れがある。CA手続きに対して何らかのフロー制御を施す必要がある。本実施の形態に係るOBS方式やフロー制御などを組み込んだfull-flying S-CSMA/v-MCA方式によって、これらの課題が解決されることについて説明する。   However, with the introduction of the OBS method, for example, if the CA procedure is continued while ignoring the transmission status of the MAC frame, the MAC frame that has been successful in the CA procedure but is waiting for transmission may become stuck depending on the load status of the network. There is a risk that the delay characteristics will deteriorate rapidly. Some flow control needs to be applied to the CA procedure. It will be described that these problems are solved by the full-flying S-CSMA / v-MCA method incorporating the OBS method and flow control according to the present embodiment.

以下、本実施の形態に係るfull-flying S-CSMA/v-MCA方式について説明する。   Hereinafter, the full-flying S-CSMA / v-MCA scheme according to the present embodiment will be described.

なお、本実施の形態は、無線ネットワークに限定されるものではなく、無線と有線伝送媒体とを組み合わせたネットワーク、或いは有線伝送媒体のみから構成されるネットワークにも広く適用可能である。   Note that the present embodiment is not limited to a wireless network, and can be widely applied to a network that is a combination of wireless and a wired transmission medium, or a network that includes only a wired transmission medium.

[Full-flying S-CSMA/v-MCA方式]
・方式の概要
Full-flying S-CSMA/v-MCA方式は、上述の骨子
(5)項の代わりに、
(5-1)CA手続きのためのCAフレームの送信指示と、CA手続き後のMACフレームの送信指示とを独立させ、
(5-2)高負荷状態において、CAチャネル(CAフレーム伝送用の上り回線、上り制御チャネル)とMACチャネル(MACフレーム伝送用の上り回線、データチャネル)の伝送容量の比が適正になるように配分し、さらに
(5-3)CA手続きに成功したものの送信できずに待機させられるMACフレームが滞積していくときは、CA手続きの開始を一時的に遅らせる、
ことを骨子とする。
[Full-flying S-CSMA / v-MCA method]
・ Outline of the method
The full-flying S-CSMA / v-MCA method
Instead of (5)
(5-1) The CA frame transmission instruction for the CA procedure and the MAC frame transmission instruction after the CA procedure are made independent,
(5-2) The ratio of the transmission capacity of the CA channel (uplink for CA frame transmission, uplink control channel) and the MAC channel (uplink for MAC frame transmission, data channel) is appropriate under high load conditions. To further distribute
(5-3) If the MAC procedure that was successful in the CA procedure, but could not be sent and is waiting for a while, is temporarily accumulated, delay the start of the CA procedure.
This is the point.

(5-1)項は、OBS方式の導入によって、CA手続きに成功したすべてのCPEがMACフレームの送信を終えるのを待たずに、次のCA手続きを開始させ、またCA手続きの開始や終了に依存することなく、MACフレームの送信を進められることを意味する。   In the paragraph (5-1), the introduction of the OBS method starts the next CA procedure without waiting for all CPEs that have succeeded in the CA procedure to finish sending MAC frames, and also starts and ends the CA procedure. It means that the transmission of the MAC frame can proceed without depending on.

(5-2)項は、上位層がペイロードを次々に生成する高負荷状態(例えば、正規化負荷トラフィックρ=1〜2程度)において、CAスロット個数に見合った伝送容量をMACチャネルに配分することによって、ネットワークの帯域利用効率をできる限り高めようとするものである。ここで、正規化負荷トラフィックとは、負荷トラフィックを物理伝送速度(CAチャネルとMACチャネルの合計)で正規化したものである。   Item (5-2) allocates the transmission capacity corresponding to the number of CA slots to the MAC channel in a high load state where the upper layer generates payloads one after another (for example, normalized load traffic ρ = 1 to 2). In this way, the bandwidth utilization efficiency of the network is to be increased as much as possible. Here, the normalized load traffic is obtained by normalizing the load traffic with the physical transmission rate (the sum of the CA channel and the MAC channel).

(5-3)項は、例えば長いMACフレームが集中したとき、送信待ちのMACフレームが一時的に滞積し、遅延時間が急増することがあるが、こうしたときにCA手続きの開始を遅らせ、MACフレームのさらなる滞積を抑制するフロー制御として機能する。   In (5-3), for example, when long MAC frames are concentrated, MAC frames waiting to be transmitted may temporarily accumulate, and the delay time may increase rapidly. It functions as a flow control that suppresses further accumulation of MAC frames.

なお、OBS方式は、周波数分割などによりチャネルを物理的に分離するphysical OBS方式と、物理的には同じ帯域を共用しながら時分割などにより論理的にチャネルを分離するphysical IBS/logical OBS方式とに大別できる(非特許文献12)。両者の実装方法は大きく異なるが、CA手続きとMACフレーム送信指示を独立に進められるのであれば、性能的には大差はない。   The OBS method is a physical OBS method that physically separates channels by frequency division, etc., and a physical IBS / logical OBS method that physically separates channels by time division while sharing the same bandwidth physically. (Non-patent Document 12). Although both implementation methods differ greatly, there is no significant difference in performance if the CA procedure and the MAC frame transmission instruction can proceed independently.

まず実装方法を限定せずに一般解としての適正な伝送容量の配分比と、これより導出される理論性能限界を求め、次いで対象モデルを限定して帯域配分とチャネル占有の物理的な意味合い、さらにCA手続きに対するフロー制御の適用法について考察する。   First, determine the appropriate transmission capacity distribution ratio as a general solution without limiting the implementation method, and the theoretical performance limit derived from this, then limit the target model and the physical implications of bandwidth allocation and channel occupancy, Furthermore, the application method of flow control to CA procedure is considered.

(I)適正な伝送容量の配分比
CA手続きごとにSCHが用意するCAスロットの個数をn、この中の一つをランダムに選択してCA手続きを行おうとするCPEの台数(同時アクセス数)をkとすると、CAフレームを受信しなかったCAスロットの平均個数AN、CAフレームを一つだけ受信(CA手続き成功)したCAスロットの平均個数AS、2つ以上のCAフレームを受信(CA手続き失敗)したCAスロットの平均個数ACは、それぞれ

Figure 0005594688
(I) Proper transmission capacity distribution ratio
If the number of CA slots prepared by the SCH for each CA procedure is n, and the number of CPEs (simultaneous access) to be performed by selecting one of these at random is k, the CA frame is received. The average number of CA slots that did not exist A N , the average number of CA slots that received only one CA frame (CA procedure succeeded) A S , the average number of CA slots that received two or more CA frames (CA procedure failed) A C each
Figure 0005594688

で表わされる。 It is represented by

ここで、CA手続きを待っていた複数のCPEが一斉にCA手続きに進むと、n=1では必ずCAフレーム同士の衝突が発生し手続きに失敗する。これを回避するため、本実施の形態では、n>=2に設定している。なお、無線LANのCSMA/CA方式はn=1に相当するが、キャリアセンスを行ってアイドル状態と認識しても、さらにランダムな時間待機してからフレームを送信することによって衝突発生を回避している。   Here, when a plurality of CPEs waiting for the CA procedure proceed to the CA procedure all at once, a collision between CA frames always occurs and the procedure fails when n = 1. In order to avoid this, in this embodiment, n> = 2 is set. Note that the wireless LAN CSMA / CA method corresponds to n = 1, but even if carrier sensing is performed to recognize an idle state, collisions can be avoided by waiting for a random time before transmitting a frame. ing.

kが多くなるほどANは減少し、逆にACは増加するが、ASはkとnに依存するピーク値を持つ。この平均ピーク値ASmaxは、

Figure 0005594688
As k increases, A N decreases and, conversely, A C increases, but A S has a peak value that depends on k and n. This average peak value A Smax is
Figure 0005594688

で表され、kがnより1つ少ないか同数となったときにピーク値を持つ。さらにそのとき、CAスロット当たりの平均CA手続き成功確率PSもピーク値

Figure 0005594688
And has a peak value when k is one less than or equal to n. At that time, the average CA procedure success probability P S per CA slot is also the peak value.
Figure 0005594688

を持つ。これは、kがnより1つ少ないか同数となったときにPSは最大になる、すなわち予想されるkと同じ個数のCAスロットを設ければ、少なくとも平均36.8%以上のCPEがCA手続きに成功することを意味する(非特許文献8、9)。 have. This, k is P S is maximized when a one less or equal than n, i.e. be provided CA slot of the same number as the k expected, at least an average 36.8% over the CPE CA procedures (Non-patent Documents 8 and 9).

また、CAスロット1個あたりの長さ(≒CAフレーム長)をFLCA、MACフレームの平均長をFLMACとすると、n個のCAスロットの収容に必要なCAチャネルの伝送容量CPCAは、同チャネルの占有時間TPCAと伝送帯域BWCAとの積

Figure 0005594688
Also, assuming that the length per CA slot (≈CA frame length) is FL CA and the average length of MAC frames is FL MAC , the transmission capacity CP CA of the CA channel required to accommodate n CA slots is: Product of occupied time TP CA and transmission band BW CA of the same channel
Figure 0005594688

で表される。一方、CA手続きで成功が期待されるMACフレームすべてを送信するのに必要なMACチャネルの伝送容量CPMACは、同占有時間TPMACと伝送帯域BWMACとの積

Figure 0005594688
It is represented by On the other hand, the transmission capacity CP MAC of the MAC channel required to transmit all MAC frames expected to be successful in the CA procedure is the product of the occupied time TP MAC and the transmission bandwidth BW MAC.
Figure 0005594688

で表される。したがって、(5-2)項で述べた適正な伝送容量配分比^mは、

Figure 0005594688
It is represented by Therefore, the proper transmission capacity distribution ratio ^ m described in (5-2) is
Figure 0005594688

で表すことができる。 Can be expressed as

このとき、得られる最大スループット^φmaxは、

Figure 0005594688
At this time, the maximum throughput ^ φmax obtained is
Figure 0005594688

となる。同式はFLMACとFLCAおよびPSmaxとによって決まる^mだけで表されていることから、^φmaxはネットワーク長や物理伝送速度に依存しないことが分かる。 It becomes. Since this equation is represented only by ^ m determined by FL MAC , FL CA, and P Smax , it can be seen that ^ φ does not depend on the network length or physical transmission rate.

ちなみに、後述の表1に示すように、FLCA=64bits、FLMAC=2838 bits(短フレーム数と長フレーム数の比8:2のときの平均MACフレーム長)とし、またCA手続きが繰返し実行されることから、無限個のCAスロットがランダムにアクセスされると見なしてPSmax = 0:368とすると、^m = 0:0613を得る。このときの^φmaxは、(9)式から0.942となるが、これは本実施の形態の方式の理論性能限界を表す。 By the way, as shown in Table 1 below, FL CA = 64bits, FL MAC = 2838 bits (average MAC frame length when the ratio of short frames to long frames is 8: 2), and CA procedure is repeatedly executed Therefore, assuming that infinite number of CA slots are randomly accessed and P Smax = 0: 368, ^ m = 0: 0613 is obtained. ^ Φmax at this time is 0.942 from the equation (9), which represents the theoretical performance limit of the method of the present embodiment.

(II)対象モデルの限定
以後の議論を分かりやすくするため、対象とするモデルを次のように限定する。すなわち、OFDM変調などを用いてCAチャネルとMACチャネルとを周波数分割するphysical OBS 方式を採用し、かつTPCA ≒ TPMACとする実装モデルを考える。したがって、本実装モデルでは、(8)式の適正な伝送容量配分比^mは、BWCAとBWMACとの帯域配分比

Figure 0005594688
(II) Limitation of target models In order to make the following discussion easier to understand, the target models are limited as follows. In other words, an implementation model is considered in which a physical OBS scheme that frequency-divides a CA channel and a MAC channel using OFDM modulation or the like is employed, and TP CA ≈TP MAC . Therefore, in this implementation model, the appropriate transmission capacity allocation ratio ^ m in equation (8) is the bandwidth allocation ratio between BW CA and BW MAC.
Figure 0005594688

で表される。 It is represented by

図2は、ネットワークの帯域をほぼ100%消費するような高負荷状態(ρ=1〜2)を想定して、
(a)TPCA>TPMAC
(b)TPCA<TPMAC
(c)TPCA≒TPMAC
となるようにBWCAとBWMACとの帯域配分比を設定した3つのケースについて、SCHでのチャネル占有の様子を示したものである。また、図中のTRTTは、SCHが送信を指示してから該フレームがSCHに到着するまでの往復伝播遅延時間を表し、SCHとCPEでの処理時間や送信タイミングの調整時間などもこの中に含まれる。
Figure 2 assumes a high load condition (ρ = 1 to 2) that consumes almost 100% of the network bandwidth.
(a) TP CA > TP MAC
(b) TP CA <TP MAC
(c) TP CA ≒ TP MAC
The channel occupancy state in the SCH is shown for three cases in which the bandwidth allocation ratio between the BW CA and the BW MAC is set so that TRTT in the figure represents the round-trip propagation delay time from when the SCH instructs transmission to the arrival of the frame at the SCH, including the processing time of the SCH and CPE and the adjustment time of transmission timing. include.

同図(a)は、適正な配分比に対してBWCAを過小に設定し、TPCA>TPMACとしたケースである。q回目のCA手続きに成功したすべてのMACフレームを送り終わっても、(q+1)回目のCA手続きが終了しておらず、(q+1)回目のCA手続きの終了後に(q+1)回目のMACフレームの送信が開始される。これは、MACチャネルが100%利用されていない、すなわちネットワークの帯域配分が適切でないことを意味している。 FIG. 4A shows a case where BW CA is set too small for an appropriate distribution ratio, and TP CA > TP MAC . Even if all the MAC frames that have passed the q-th CA procedure have been sent, the (q + 1) -th CA procedure has not been completed, and (q + 1) ) Transmission of the second MAC frame is started. This means that the MAC channel is not 100% used, that is, the bandwidth allocation of the network is not appropriate.

逆に、同図(b)は、BWCAを過大に設定し、TPCA<TPMACとしたケースである。q回目のCA手続きに成功した全MACフレームの送信にかかる時間に対して、(q+1)回目のCA手続きにかかる時間が短いため、q回目のCA手続きに成功したすべてのMACフレームの送信が完了する前に、(q+1)回目や(q+2)回目のCA手続きが次々に始まる。このために生じるTPMACとTPCAとの時間差ΔTPqは、
Δ TPq = TPMACq - TPCAq (11)
で表される。ただし、TPMACq≦ TPCAqのとき、Δ TPq=0である。
On the other hand, FIG. 5B shows a case where BW CA is set excessively and TP CA <TP MAC . Since the time required for the (q + 1) -th CA procedure is shorter than the time required for transmitting all the MAC frames that were successfully passed the q-th CA procedure, all the MAC frames that were successfully passed the q-th CA procedure were sent. (Q + 1) -th and (q + 2) -th CA procedures start one after another. The time difference ΔTP q between TP MAC and TP CA generated for this is
Δ TP q = TP MACq -TP CAq (11)
It is represented by However, ΔTP q = 0 when TP MACq ≦ TP CAq .

つまり、CA手続きに成功したものの送信できずに待機させられるMACフレームが次々に滞積していく。この状態が持続すると、ネットワークの余剰能力を失い、2乗バックオフ処理によるアクセスの分散化の意味がなくなる、すなわち、競合型アクセス方式の基本動作原理が損なわれることになる。   In other words, although the CA procedure is successful, MAC frames that cannot be transmitted and are kept waiting are accumulated one after another. If this state persists, the excess capacity of the network will be lost, and the meaning of decentralized access by the square back-off process will be lost, that is, the basic operation principle of the competitive access method will be lost.

これらに対して、同図(c)のBWCAを適切に設定し平均TPMACとTPCAとがほぼ等しくなるケースでは、q回目のCA手続きに成功したすべてのMACフレームの送信にかかる時間と、(q+1)回目のCA手続きにかかる時間がほぼ等しくなる。CA手続き間およびMACフレーム送信間に無駄な時間的空白が存在せず、またネットワークの余剰能力を失うこともない。このため、急激な遅延時間の増加を招くことはなく、また各チャネルの利用効率は最も高くなる。すなわち、実装モデルでは、TPCAとTPMACとがほぼ等しくなるようBWCAとBWMACの配分比^mを設定すればよいことがわかる。 On the other hand, in the case where the BW CA of Fig. (C) is set appropriately and the average TP MAC and TP CA are almost equal, the time taken to transmit all the MAC frames that have succeeded in the qth CA procedure , (Q + 1) time required for the CA procedure is almost equal. There is no wasted time gap between CA procedures and between sending MAC frames, and there is no loss of excess network capacity. For this reason, there is no sudden increase in delay time, and the utilization efficiency of each channel is the highest. That is, in the implementation model, it is understood that the distribution ratio ^ m between BW CA and BW MAC may be set so that TP CA and TP MAC are substantially equal.

(III)CA手続きに対するフロー制御
前項に基づいて^mを適切に設定しても、トラフィックが時々刻々変動する実環境では、一時的に遅延時間が急増することは否めない。CA手続きに対するフロー制御は、こうした事態に陥ることを回避しようとするもので、図3に示すようにTPMAC>TPCAの状態が持続するときは、(11)式の時間差ΔTP分だけCA手続きの開始を遅らせれば、遅延時間の滞積が抑制される。
(III) Flow control for CA procedure Even if ^ m is set appropriately based on the previous section, it cannot be denied that in a real environment where traffic fluctuates from moment to moment, the delay time increases temporarily. The flow control for the CA procedure is intended to avoid such a situation, and when the state of TP MAC > TP CA continues as shown in Fig. 3, the CA procedure is equivalent to the time difference ΔTP of equation (11). If the start of the delay is delayed, accumulation of delay time is suppressed.

しかしながら、フロー制御の起動はCA手続きを間引くことになるため、スループットの低下を招く。また、CA手続き間隔の揺らぎにともなって、遅延時間も揺らぐことになる。後者については、MACフレームの滞積によるものが支配的で、無視し得る量である。一方、前者は、瞬間的にTPMAC>TPCAとなることがあっても、前後のCA手続きがTPMAC≪TPCAであれば、フロー制御を起動させないことによって、低負荷状態でのスループットの若干の低下を抑えられるが(後述のシミュレーションでは、ρ=0:3付近にて1%程度。)、高負荷状態では別の対策が必要になる。すなわち、遅延時間の抑制とスループットの向上という相反する性能指標をバランス良く満たすことが課題となる。後述するフロー制御抑制係数の導入が、一つの解決策を与えよう。 However, activation of flow control results in a reduction in throughput because the CA procedure is thinned out. In addition, the delay time fluctuates as the CA procedure interval fluctuates. The latter is dominated by MAC frame congestion and is negligible. On the other hand, even if the former may momentarily become TP MAC > TP CA , if the preceding and following CA procedures are TP MAC << TP CA , the flow control is not activated, so that throughput in a low load state is reduced. Although a slight decrease can be suppressed (in the simulation described later, about 1% at around ρ = 0: 3), another measure is required in a high load state. In other words, it is a problem to satisfy the contradictory performance indexes of suppressing the delay time and improving the throughput in a balanced manner. The introduction of a flow control suppression coefficient, which will be described later, will provide a solution.

なお、以上の議論では、ρ=1〜2や短長フレーム数比8:2、PSmax=0:368など、いくつかの仮定を設けていたが、実環境ではこれらを満たすことは稀である。したがって、^mやΔTPなどは方式の具体化に当たっての目安(設計基準)を与えるものと捉えるべきで、上記係数を含むいくつかの係数を導入して後述する考察を加えることとする。 In the above discussion, several assumptions were made, such as ρ = 1 to 2, short frame number ratio 8: 2, P Smax = 0: 368, but it is rare to satisfy these in the actual environment. is there. Therefore, ^ m, ΔTP, and the like should be taken as providing guidelines (design criteria) for the implementation of the method, and some of the coefficients including the above coefficients will be introduced and consideration will be given later.

[方式の具体化と有効性評価]
・方式の具体化
図4は、上記実装モデルの具体化例とその動作メカニズムを表したものである。なお、同図では煩雑さを避けるため、SI信号の送信間隔を後述の表1より広げてある。具体的な動作は以下の通りである。
[Specification of system and evaluation of effectiveness]
-Specification of method FIG. 4 shows a specific example of the mounting model and its operation mechanism. In this figure, in order to avoid complication, the transmission interval of the SI signal is expanded from Table 1 described later. The specific operation is as follows.

1)SCHがq回目のCA手続き(CAスロット数n)の開始を宣言するSI信号を、(q-1)回目のCAスロット終了予定時刻よりTRTT前に送信(広告)すると、同信号はTdi後にCPEiに到着する。 1) When the SCH sends (advertises) the SI signal declaring the start of the q-th CA procedure (number of CA slots n) before T RTT from the (q-1) -th scheduled CA slot end time, the signal is to arrive at the CPE i after Td i.

2)送信すべきMACフレームを持つCPEiが、n個のCAスロットの中の1つをランダムに選択し、所定の送信タイミングΔti=TRTT-(Tdi+Tui)後にCAフレームをCAチャネル上に送信すると、Tui後に、選択したCAスロット位置(図4の例では、1番目のスロット)に到着する。他のCPEについても同様である。 2) The CPE i having the MAC frame to be transmitted randomly selects one of the n CA slots, and after a predetermined transmission timing Δt i = T RTT- (Td i + Tu i ) When transmitting on the CA channel, it arrives at the selected CA slot position (the first slot in the example of FIG. 4) after Tu i . The same applies to other CPEs.

3)SCHでは、受信したCAフレームのビット誤りを検査し、CA手続きの成否を判定する。   3) The SCH checks the bit error of the received CA frame and determines the success or failure of the CA procedure.

4)SCHはSI信号を使って、アクセス結果をビットマップ情報(図4の例では、“1001”)としてCPEに広告する。ただし、MACチャネル上にキャリアが残存しているときは、同キャリアの消滅予測時刻よりTRTT前まで広告を延期する。 4) The SCH uses the SI signal to advertise the access result to the CPE as bitmap information (“1001” in the example of FIG. 4). However, if a carrier remains on the MAC channel, the advertisement is postponed until TRTT before the predicted disappearance time of the carrier.

5)これを受信したCPEiは、CA手続きに成功したことを知り、Δti後にMACフレームの送信を開始する。 5) Receiving this, CPE i knows that the CA procedure was successful, and starts sending MAC frames after Δt i .

6)SCHは、CPEiからCAフレームで通知されたMACフレーム長をもとに、MACチャネル上のキャリア消滅時刻を予測し、同時刻よりTRTT前に、更新したビットマップ情報(図4の例では、“0001”)を広告する。以後、CA手続きに成功したすべてのMACフレームの送信が完了するまで、5)〜6)項の動作を繰り返す。 6) SCH, based on the MAC frame length notified in CA frame from the CPE i, predicts a carrier annihilation time on MAC channel, the T RTT before the same time, updated bitmap information (in FIG. 4 In the example, “0001”) is advertised. Thereafter, the operations in 5) to 6) are repeated until transmission of all the MAC frames that have been successfully performed in the CA procedure is completed.

7)一方、ビットマップ情報で“0”となっているスロット位置(図4の例では、3番目のスロット)にCAフレームを送信したCPEjとCPE(図示せず)は、CA手続きに失敗したことを知り、バックオフ処理に移行して次回以降のCA手続きに備える。 7) On the other hand, CPEj and CPE (not shown) that sent the CA frame to the slot position that is “0” in the bitmap information (the third slot in the example of FIG. 4 ) failed in the CA procedure. Knowing that, we move on to the back-off process and prepare for the next CA procedure.

8)1)〜7)項の動作は繰返し実行されるが、CA手続きに対するフロー制御が施されるときは、ΔTPq分遅らせて、(q+2)回目のCA手続きの開始を宣言する。 8) The operations in 1) to 7) are repeatedly executed, but when the flow control for the CA procedure is performed, the start of the (q + 2) th CA procedure is declared with a delay of ΔTP q .

1)項〜3)項と4)項〜6)項は、CA手続きとMACフレームの送信指示との独立した進行を、さらに8)項はフロー制御を具体化したものである。また、CAフレームの先行送信は1)項、1st MACは4)項、そして2nd MAC以降の送信は6)項により実行される。   The items 1) to 3) and 4) to 6) are the independent progress of the CA procedure and the MAC frame transmission instruction, and the item 8) is the flow control. Further, the preceding transmission of the CA frame is executed by the item 1), the first MAC is the item 4), and the transmission after the 2nd MAC is the item 6).

図5は、本実施の形態に係るPTMP型アクセスネットワークの構成を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the PTMP access network according to the present embodiment.

同図に示すように、実施の形態に係るPTMP型アクセスネットワークでは、ユーザのコンピュータ1(1−1〜1−6)は、ルータ2(2−1〜2−3)を介してCPE3(3−1〜3−3)に接続されている。各CPE3(3−1〜3−3)は、無線ネットワークを介して基地局であるSCH4に接続されており、インターネット/ルータ5に接続される。   As shown in the figure, in the PTMP type access network according to the embodiment, user computers 1 (1-1 to 1-6) are connected to CPE 3 (3 through router 2 (2-1 to 2-3). -1 to 3-3). Each CPE 3 (3-1 to 3-3) is connected to the SCH 4 as a base station via a wireless network, and is connected to the Internet / router 5.

図6は、本実施の形態に係るPTMP型アクセスネットワークのSCHの構成を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing a SCH configuration of the PTMP access network according to the present embodiment.

同図において、外部インターフェイス11は、インターネット/ルータ5とのデータのやりとりを行なうためのインターフェイスである。IPパケット送信バッファ12は、インターネット/ルータ5から外部インターフェイス11を介して入力され、CPE3に送信されるIPパケットを一時的に格納するバッファである。MACフレーム生成器13は、IPパケット送信バッファ12から出力されるIPパケットにMACフレームを生成して付加し、送信タイミング制御回路18からの送信タイミング制御信号にしたがって、変調器14に出力する。変調器14は、SI信号生成器17にて生成されたSI信号やMACフレーム生成器13にて生成されたMACフレームをキャリア/クロック発生器19からのキャリア/クロックで送信タイミング制御回路18からの送信タイミング制御信号にしたがって変調し、周波変換器15に出力する。周波数変換器15は、変調器14から出力された変調信号をキャリア/クロック発生器19からのキャリア/クロックでアップコンバートし、送信電力増幅器16に出力する。送信電力増幅器16は、周波数変換器15からのアップコンバートされた変調信号の電力を増幅し、分岐器20を介してアンテナ21に出力する。これにより、SCH4からCPE3に無線ネットワークを介して信号(データ)が送信される。   In the figure, an external interface 11 is an interface for exchanging data with the Internet / router 5. The IP packet transmission buffer 12 is a buffer that temporarily stores IP packets input from the Internet / router 5 via the external interface 11 and transmitted to the CPE 3. The MAC frame generator 13 generates and adds a MAC frame to the IP packet output from the IP packet transmission buffer 12 and outputs the MAC frame to the modulator 14 according to the transmission timing control signal from the transmission timing control circuit 18. The modulator 14 outputs the SI signal generated by the SI signal generator 17 and the MAC frame generated by the MAC frame generator 13 from the transmission timing control circuit 18 using the carrier / clock from the carrier / clock generator 19. The signal is modulated according to the transmission timing control signal and output to the frequency converter 15. The frequency converter 15 up-converts the modulation signal output from the modulator 14 with the carrier / clock from the carrier / clock generator 19 and outputs the result to the transmission power amplifier 16. The transmission power amplifier 16 amplifies the power of the up-converted modulated signal from the frequency converter 15 and outputs it to the antenna 21 via the branching unit 20. Thereby, a signal (data) is transmitted from the SCH 4 to the CPE 3 via the wireless network.

CPE3から送信され、アンテナ21にて受信されたCAフレーム、MACフレームなどのフレームは、分岐器20を介して受信増幅器22に入力される。受信増幅器22は、受信したフレームを増幅し周波数変換器23に出力する。周波数変換器23は、受信増幅器22から出力されたフレームをキャリア/クロック発生器19からのキャリア/クロックでダウンコンバートし、復調器24に出力する。復調器24は、周波数変換器23からのダウンコンバートされたフレームをキャリア/クロック発生器19からのキャリア/クロックにしたがって復調し、フレーム種別判別器25に出力する。フレーム種別判別器25は、復調器24からのダウンコンバートされたフレームの種別の判別を行なう。CAフレーム分析器26は、フレーム種別判別器25にて判別されたCAフレームを分析し、その分析の結果に基づいて、SI信号生成器17にSI信号の生成指示を出力する。SI信号生成器17は、CAフレーム分析器26からのSI信号の生成指示及び送信タイミング制御回路18からの送信タイミング制御信号にしたがって、SI信号を変調器14に出力する。MACフレーム分解器27は、フレーム種別判別器25にて判別されたMACフレームを分解し、IPパケットをIPパケット受信バッファ28に出力する。IPパケット受信バッファ28は、外部インターフェイス11を介してインターネット/ルータ5に送信されるMACフレーム分解器27からのIPパケットを一時的に格納する。   A frame such as a CA frame and a MAC frame transmitted from the CPE 3 and received by the antenna 21 is input to the reception amplifier 22 via the branching unit 20. The reception amplifier 22 amplifies the received frame and outputs it to the frequency converter 23. The frequency converter 23 down-converts the frame output from the reception amplifier 22 with the carrier / clock from the carrier / clock generator 19 and outputs the result to the demodulator 24. The demodulator 24 demodulates the down-converted frame from the frequency converter 23 according to the carrier / clock from the carrier / clock generator 19 and outputs it to the frame type discriminator 25. The frame type discriminator 25 discriminates the type of the down-converted frame from the demodulator 24. The CA frame analyzer 26 analyzes the CA frame discriminated by the frame type discriminator 25 and outputs an SI signal generation instruction to the SI signal generator 17 based on the analysis result. The SI signal generator 17 outputs the SI signal to the modulator 14 in accordance with the SI signal generation instruction from the CA frame analyzer 26 and the transmission timing control signal from the transmission timing control circuit 18. The MAC frame decomposer 27 decomposes the MAC frame determined by the frame type determiner 25 and outputs the IP packet to the IP packet reception buffer 28. The IP packet reception buffer 28 temporarily stores the IP packet from the MAC frame decomposer 27 transmitted to the Internet / router 5 via the external interface 11.

図7は、本実施の形態に係るPTMP型アクセスネットワークのCPEの構成を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing a CPE configuration of the PTMP access network according to the present embodiment.

同図において、外部インターフェイス31は、ユーザのコンピュータ1とのデータのやりとりを行なうためのインターフェイスである。IPパケット送信バッファ32は、コンピュータ1から外部インターフェイス31を介して入力され、SCH4に送信されるIPパケットを一時的に格納するバッファである。MACフレーム生成器33は、IPパケット送信バッファ32から出力されるIPパケットにMACフレームを生成して付加し、送信タイミング制御回路38からの送信タイミング制御信号にしたがって、変調器34に出力する。変調器34は、CAフレーム生成器37にて生成されたCAフレームやMACフレーム生成器33にて生成されたMACフレームをキャリア/クロック同期再生器39からのキャリア/クロックで送信タイミング制御回路38からの送信タイミング制御信号にしたがって変調し、周波変換器35に出力する。周波数変換器35は、変調器34から出力された変調信号をキャリア/クロック同期再生器39からのキャリア/クロックでアップコンバートし、送信電力増幅器36に出力する。送信電力増幅器36は、周波数変換器35からのアップコンバートされた変調信号の電力を増幅し、分岐器20を介してアンテナ41に出力する。これにより、CPE3からSCH4に無線ネットワークを介して信号(データ)が送信される。   In the figure, an external interface 31 is an interface for exchanging data with a user's computer 1. The IP packet transmission buffer 32 is a buffer that temporarily stores IP packets input from the computer 1 via the external interface 31 and transmitted to the SCH 4. The MAC frame generator 33 generates and adds a MAC frame to the IP packet output from the IP packet transmission buffer 32, and outputs the MAC frame to the modulator 34 according to the transmission timing control signal from the transmission timing control circuit 38. The modulator 34 transmits the CA frame generated by the CA frame generator 37 and the MAC frame generated by the MAC frame generator 33 from the transmission timing control circuit 38 using the carrier / clock from the carrier / clock synchronous regenerator 39. And is output to the frequency converter 35. The frequency converter 35 up-converts the modulated signal output from the modulator 34 with the carrier / clock from the carrier / clock synchronous regenerator 39 and outputs the result to the transmission power amplifier 36. The transmission power amplifier 36 amplifies the power of the up-converted modulation signal from the frequency converter 35 and outputs it to the antenna 41 via the branching unit 20. Thereby, a signal (data) is transmitted from the CPE 3 to the SCH 4 via the wireless network.

SCH4から送信され、アンテナ41にて受信されたCAフレーム、MACフレームなどのフレームは、分岐器40を介して受信増幅器42に入力される。受信増幅器42は、受信したフレームを増幅し周波数変換器43及びキャリア/クロック同期再生器39に出力する。周波数変換器43は、受信増幅器42から出力されたフレームをキャリア/クロック同期再生器39からのキャリア/クロックでダウンコンバートし、復調器44に出力する。復調器44は、周波数変換器43からのダウンコンバートされたフレームをキャリア/クロック同期再生器19からのキャリア/クロックにしたがって復調し、フレーム種別判別器45に出力する。フレーム種別判別器45は、復調器44からのダウンコンバートされたフレームの種別の判別を行なう。SI信号分析器46は、フレーム種別判別器25にて判別されたSI信号を分析し、その分析の結果に基づいて、CAフレーム生成器37にCAフレームの生成指示を出力する。CAフレーム生成器37は、SI信号分析器46からのCAフレームの生成指示及び送信タイミング制御回路38からの送信タイミング制御信号にしたがって、CAフレームを変調器34に出力する。MACフレーム分解器47は、フレーム種別判別器45にて判別されたMACフレームを分解し、IPパケットをIPパケット受信バッファ48に出力する。IPパケット受信バッファ48は、外部インターフェイス31を介してコンピュータ1に送信されるMACフレーム分解器47からのIPパケットを一時的に格納する。   Frames such as CA frames and MAC frames transmitted from the SCH 4 and received by the antenna 41 are input to the reception amplifier 42 via the branching unit 40. The reception amplifier 42 amplifies the received frame and outputs it to the frequency converter 43 and the carrier / clock synchronous regenerator 39. The frequency converter 43 down-converts the frame output from the reception amplifier 42 with the carrier / clock from the carrier / clock synchronous regenerator 39 and outputs the result to the demodulator 44. The demodulator 44 demodulates the down-converted frame from the frequency converter 43 according to the carrier / clock from the carrier / clock synchronous regenerator 19 and outputs it to the frame type discriminator 45. The frame type discriminator 45 discriminates the type of the down-converted frame from the demodulator 44. The SI signal analyzer 46 analyzes the SI signal discriminated by the frame type discriminator 25 and outputs a CA frame generation instruction to the CA frame generator 37 based on the result of the analysis. The CA frame generator 37 outputs the CA frame to the modulator 34 in accordance with the CA frame generation instruction from the SI signal analyzer 46 and the transmission timing control signal from the transmission timing control circuit 38. The MAC frame decomposer 47 decomposes the MAC frame determined by the frame type determiner 45 and outputs the IP packet to the IP packet reception buffer 48. The IP packet reception buffer 48 temporarily stores the IP packet from the MAC frame decomposer 47 transmitted to the computer 1 via the external interface 31.

図8は、SCHの状態遷移を示す図である。   FIG. 8 is a diagram illustrating SCH state transition.

同図に示すように、初期状態J1にあるSCHは、上りMACフレーム消滅時刻から送信タイミングを計算し、この計算された送信タイミングで送信許可をSI信号を介してCPEに送信し、状態J2に遷移する。状態J2では、RTTの間、CPEからのCAフレームの受信を待ち、RTTの間にCAフレームを受信しない場合には、状態J1に戻る。   As shown in the figure, the SCH in the initial state J1 calculates the transmission timing from the uplink MAC frame disappearance time, transmits the transmission permission to the CPE via the SI signal at the calculated transmission timing, and enters the state J2. Transition. In the state J2, the reception of the CA frame from the CPE is waited during the RTT, and when the CA frame is not received during the RTT, the state returns to the state J1.

一方、SCHがCAフレームを受信した場合には状態J3に遷移し、CA送信許可の送信待ちの状態J3になる。状態J3では、下りSiタイミング待ち或いはフロー制御の状態である。   On the other hand, when the SCH receives the CA frame, the state transits to the state J3, and enters the state J3 waiting for CA transmission permission. State J3 is a state of waiting for the downstream Si timing or flow control.

送信タイミング(Siタイミング)に達すると、CA送信許可を各CPEに送信しMACフレーム受信待ちの状態J4に遷移する。また、CA送信許可が所定時間でない場合には、状態J2に戻る。 When the transmission timing (Si timing) is reached, a CA transmission permission is transmitted to each CPE i, and the state transits to a state J4 waiting for MAC frame reception. On the other hand, if the CA transmission permission is not the predetermined time, the process returns to the state J2.

状態J4は、MACフレームの受信待ちの状態である、所定時間MACフレームを受信できない場合には、状態J3に戻り、MACフレームをいずれかのCPEから受信した場合には、状態J5に遷移する。   The state J4 is a state of waiting for reception of a MAC frame. When the MAC frame cannot be received for a predetermined time, the state returns to state J3, and when the MAC frame is received from any CPE, the state transitions to state J5.

状態J5は、MACフレームの受信の終了待ちの状態であり、MACフレームの受信を終了し、かつ次のCPEがある場合には状態J3に遷移し、MACフレームの受信を終了し、かつ次のCPEがない場合には、状態J1に遷移する。   The state J5 is a state of waiting for the completion of the reception of the MAC frame. When the reception of the MAC frame is finished and there is a next CPE, the state J3 is entered, the reception of the MAC frame is finished, and the next If there is no CPE, the state transitions to state J1.

図9は、CPEの状態遷移を示す図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating state transition of CPE.

同図に示すように、初期状態J11にあるCPEは、送信MACフレームがある場合には、状態J12に遷移する。状態J12はCA送信許可の受信待ちの状態であり、CA送信許可を受信すると状態J13に遷移する。一方、RTTを経過してもCA送信許可を受信しない場合には初期状態J11に遷移する。   As shown in the figure, the CPE in the initial state J11 transitions to the state J12 when there is a transmission MAC frame. The state J12 is a state of waiting for reception of CA transmission permission. When the CA transmission permission is received, the state J12 transits to state J13. On the other hand, if the CA transmission permission is not received even after the RTT has elapsed, the process transits to the initial state J11.

状態J13では、送信タイミング調整時間Δt後、SCHにCAフレームを送信し、状態J14に遷移する。状態J14は、MACフレーム送信許可の受信待ちの状態であり、MACフレーム送信の許可がでた場合には状態J16に遷移する。一方、MACフレーム送信の許可ができない場合には、状態J13に遷移する。さらに、MACフレーム送信許可が失敗、すなわち、MACフレーム送信が衝突した場合には、状態J15に遷移する。 In the state J13, after the transmission timing adjustment time Δt i , the CA frame is transmitted to the SCH, and the state transitions to the state J14. The state J14 is a waiting state for MAC frame transmission permission reception, and when the MAC frame transmission permission is granted, the state J14 is shifted to the state J16. On the other hand, when the MAC frame transmission cannot be permitted, the flow goes to the state J13. Furthermore, when the MAC frame transmission permission fails, that is, when the MAC frame transmission collides, the state transitions to state J15.

状態J15は、送信バックオフ待ちの状態であり、送信バックオフ処理後、状態J12に遷移する。状態J16はMACフレーム送信終了待ちの状態であり、MACフレームの送信終了待ちの状態の後、MACフレーム送信中の状態J17に遷移し、MACフレームの送信終了後、初期状態J11に遷移する。   The state J15 is a state waiting for transmission back-off, and after the transmission back-off process, transits to state J12. The state J16 is a state waiting for the end of MAC frame transmission. After waiting for the end of transmission of the MAC frame, the state J16 transitions to a state J17 during MAC frame transmission.

図10及び図11は、SCHの動作を説明するためのフローチャートである。   10 and 11 are flowcharts for explaining the operation of the SCH.

まず、SCHは、MAC受信消滅時刻t1の値があるか否かの判断を行なう(S1)。S1において、t1の値がないと判断された場合には、t1=0として(S2)、S3の処理に移る。また、S1において、t1の値があると判断された場合にもS3の処理に移る。   First, the SCH determines whether there is a value of the MAC reception disappearance time t1 (S1). If it is determined in S1 that there is no value for t1, t1 = 0 is set (S2), and the process proceeds to S3. If it is determined in S1 that there is a value of t1, the process proceeds to S3.

S3においては、現在時刻tがt>t1であるか否かの判断が行なわれる(S3)。S3において、現在時刻tがt>t1であると判断された場合には、後述するS11においてCAチャネルとMACチャネルとの伝送容量(帯域配分)が変更されている場合には、変更された伝送容量を各CPEに広告する(S4)。なお、S4における伝送容量の通知は、S19のMAC送信許可の前に行なわれも良い。次に、CA送信許可を送信し(S5)、タイマT_rtt=RTT時間にセットし(S6)、CAフレームを受信したか否かの判断が行なわれる(S7)。   In S3, it is determined whether or not the current time t is t> t1 (S3). If it is determined in S3 that the current time t is t> t1, if the transmission capacity (bandwidth allocation) between the CA channel and the MAC channel is changed in S11 described later, the changed transmission is performed. The capacity is advertised to each CPE (S4). Note that the transmission capacity notification in S4 may be performed before the MAC transmission permission in S19. Next, a CA transmission permission is transmitted (S5), the timer T_rtt = RTT time is set (S6), and it is determined whether or not a CA frame has been received (S7).

S7において、CAフレームを受信していないと判断された場合には、タイマT_rttを経過時間だけ減算し(S8)、タイマT_rtt≦0であるか否かの判断が行なわれる(S9)。タイマT_rtt≦0ではないと判断された場合には、S7の処理に戻る。タイマT_rtt≦0であると判断された場合には、動作終了するか否かの判断が行なわれ(S10)、動作を終了しないと判断された場合には、S1の処理に戻り、動作を終了すると判断された場合には、動作を終了する。   If it is determined in S7 that a CA frame has not been received, the timer T_rtt is subtracted by the elapsed time (S8), and it is determined whether or not the timer T_rtt ≦ 0 (S9). If it is determined that the timer T_rtt ≦ 0 is not satisfied, the process returns to S7. If it is determined that the timer T_rtt ≦ 0, it is determined whether or not the operation is to be ended (S10). If it is determined that the operation is not to be ended, the processing returns to S1 and the operation is ended. If it is determined, the operation is terminated.

一方、S7において、CAフレームを受信したと判断された場合には、各スロット毎のアクセス状態から帯域負荷を計算し、計算された帯域負荷が予め定められた負荷に達した場合には伝送容量(帯域配分)を変更する(S11)。次に、アクセスが成功したCPEがあるか否かの判断が行なわれ(S12)、アクセスが成功したCPEがないと判断された場合には、S5の処理に戻る。一方、アクセスが成功したCPEがあると判断された場合には、フロー制御計算(MACの滞積状態の確認)を行ない(S13)、その滞積状態に基づいてフロー制御が必要か否かの判断が行なわれる(S14)。   On the other hand, if it is determined in S7 that a CA frame has been received, the bandwidth load is calculated from the access state for each slot, and if the calculated bandwidth load reaches a predetermined load, the transmission capacity (Bandwidth allocation) is changed (S11). Next, it is determined whether there is a CPE that has been successfully accessed (S12). If it is determined that there is no CPE that has been successfully accessed, the process returns to S5. On the other hand, if it is determined that there is a CPE that has been successfully accessed, a flow control calculation (confirmation of the MAC accumulated state) is performed (S13), and whether or not the flow control is necessary based on the accumulated state. A determination is made (S14).

S14において、フロー制御が必要であると判断された場合には、待機時間を計算し(S15)、待機時間タイマを起動し(S16)、待機時間が終了したか否かの判断が行なわれる(S17)。   If it is determined in S14 that flow control is necessary, a standby time is calculated (S15), a standby time timer is started (S16), and it is determined whether or not the standby time has ended (S16). S17).

なお、図10及び図11では、SCHにおいてフロー制御S15〜S17を実行する場合について示したが、CPEにおいてフロー制御を実行しても良い。この場合には、SCHにおいて、S13におけるフロー制御計算を実行し、S14においてフロー制御が必要か否かの判断を行ない、フロー制御が必要であると判断された場合には、フロー制御が必要であることを各CPEに通知する。各CPEは、SCHからフロー制御が必要であることが広告された場合には、S15〜S17のフロー制御を実行する。 10 and 11 , the flow control S15 to S17 is executed in the SCH. However, the flow control may be executed in the CPE. In this case, the flow control calculation in S13 is executed in the SCH, and it is determined whether or not the flow control is necessary in S14. If it is determined that the flow control is necessary, the flow control is necessary. Notify each CPE that there is. Each CPE executes the flow control of S15 to S17 when advertised from the SCH that the flow control is necessary.

S17において待機時間が終了したと判断された場合及びS14においてフロー制御が必要ではないと判断された場合には、CPEの選択が行なわれる(S18)。 If it is determined in S17 that the waiting time has expired or if it is determined in S14 that flow control is not required, CPE i is selected (S18).

次に、選択されたCPEに対してMAC送信許可を送信し(S19)、タイマTmac=T_MACiと設定し(S20)、タイマTmacの減算を開始し(S21)、Tmac>0であるか否かの判断が行なわれる(S22)。Tmac>0ではないと判断された場合には、残りのMAC送信待ちCPEがあるか否かの判断が行なわれ(S23)、残りのMAC送信待ちCPEがあると判断された場合には、S18の処理に戻る。 Next, a MAC transmission permission is transmitted to the selected CPE i (S19), timer Tmac = T_MACi is set (S20), subtraction of the timer Tmac is started (S21), and whether Tmac> 0 is satisfied. Is determined (S22). If it is determined that Tmac> 0 is not satisfied, it is determined whether or not there is a remaining MAC transmission waiting CPE i (S23), and if it is determined that there is a remaining MAC transmission waiting CPE i. , The process returns to S18.

一方、残りのMAC送信待ちCPEがないと判断された場合には、MAC受信消滅時刻t1を計算し(S24)、t1−現在時刻t−T_rtt≦0であるか否かの判断が行なわれる(S25)。S25において、t1−現在時刻t−T_rtt≦0ではないと判断された場合には、S24に戻り、t1−現在時刻t−T_rtt≦0で有ると判断された場合には、S1の処理に戻る。 On the other hand, if it is determined that there is no remaining MAC transmission waiting CPE i , the MAC reception disappearance time t1 is calculated (S24), and it is determined whether or not t1−current time t−T_rtt ≦ 0. (S25). If it is determined in S25 that t1−current time t−T_rtt ≦ 0 is not satisfied, the process returns to S24. If it is determined that t1−current time t−T_rtt ≦ 0, the process returns to S1. .

図12は、CPEの動作を説明するためのフローチャートである。   FIG. 12 is a flowchart for explaining the operation of the CPE.

まず、CPEは、送信MACフレームがあるか否かの判断を行なう(S31)。S31において、送信MACフレームが存在しないと判断された場合は、通信終了か否かの判断を行ない(S32)、通信処理を終了と判断された場合には処理を終了する。一方通信終了ではないと判断された場合には、S31の処理に戻る。   First, the CPE determines whether there is a transmission MAC frame (S31). In S31, when it is determined that there is no transmission MAC frame, it is determined whether or not the communication is terminated (S32). When it is determined that the communication process is terminated, the process is terminated. On the other hand, if it is determined that the communication has not ended, the process returns to S31.

S31において、送信MACフレームがあると判断された場合には、次に、CA送信許可をSCHから受信したか否かの判断が行なわれる(S33)。CA送信許可を受信したと判断された場合には、SCHから伝送容量(帯域配分)の変更が広告されている場合には、広告された伝送容量に基づいてCAチャネル及びMACチャネルの伝送ビットレートを変更し(S34)、送信タイミングの調整時間Δtiを待ち(S35)、CAフレームを送信する(S36)。 If it is determined in S31 that there is a transmission MAC frame, it is next determined whether or not CA transmission permission has been received from the SCH (S33). When it is determined that the CA transmission permission has been received, if the change of transmission capacity (bandwidth allocation) is advertised from the SCH, the transmission bit rates of the CA channel and the MAC channel based on the advertised transmission capacity (S34), wait for the transmission timing adjustment time Δt i (S35), and transmit the CA frame (S36).

次に、MACフレーム送信許可を受信したか否かの判断が行なわれ(S37)、受信したと判断された場合には、MACフレームが送信可能か否かの判断が行なわれる(S38)。MACフレームが送信可能ではないと判断された場合には、バックオフ処理が行なわれ(S39)、S33の処理に戻る。   Next, it is determined whether or not the MAC frame transmission permission has been received (S37). If it is determined that the MAC frame transmission permission has been received, it is determined whether or not the MAC frame can be transmitted (S38). If it is determined that the MAC frame cannot be transmitted, a back-off process is performed (S39), and the process returns to S33.

一方、S38において、MACフレームが送信可能であると判断された場合には、自己の送信許可であるか否かが判断され(S40)、自己の送信許可ではないと判断された場合にはS37の処理に戻り、自己の送信許可であると判断された場合には、Δtiだけ待ち(S41)、MACフレームの送信が行なわれ(S42)、S31の処理に戻る。   On the other hand, when it is determined in S38 that the MAC frame can be transmitted, it is determined whether or not the transmission of the MAC frame is permitted (S40). Returning to the process, if it is determined that the transmission is permitted by itself, Δti is waited (S41), the MAC frame is transmitted (S42), and the process returns to S31.

なお、本実施の形態においては、フロー制御に加えて帯域容量を変更する手段を有する動作について説明したが、帯域容量を変更する手段がないシステムであっても良い。この場合であっても、フロー制御によりスループットの向上が図られることになる。具体的には、図10に示したSCHのフローチャートのS4及びS11、図12に示したS34における処理が省略されても良い。   In this embodiment, the operation having the means for changing the bandwidth capacity in addition to the flow control has been described. However, a system without means for changing the bandwidth capacity may be used. Even in this case, the throughput can be improved by the flow control. Specifically, the processing in S4 and S11 of the flowchart of SCH shown in FIG. 10 and S34 shown in FIG. 12 may be omitted.

・シミュレーションによる特性評価
アクセス制御方式の優劣は、スループットと遅延時間を目的関数とし、負荷トラフィックやネットワーク長、平均フレーム長などを変数として評価することが一般的である。これと同じ視点に立って、提案方式の有効性を評価するために、表1に示す本システムが対象領域とするネットワーク環境条件(上り物理伝送速度の対象領域を5〜20Mbpsとしているが、トラフィックが多い下り方向の帯域を広く(例えば、上りの4倍)し、またセクタアンテナを用いて限られた無線帯域を繰り返し使用(例えば、15セクタ、3周波数繰り返し)すれば、ギガビット級のアクセスネットワークを構成できる。)にてシミュレーションを行った。表中のn=32は、前述したCAスロット個数の可変制御における上限個数の適正値とされるもので、詳細は文献9、10を参照されたい。

Figure 0005594688
-Characteristic evaluation by simulation Generally, the superiority or inferiority of the access control method is evaluated using throughput and delay time as objective functions and load traffic, network length, average frame length, etc. as variables. From this same viewpoint, in order to evaluate the effectiveness of the proposed method, the network environment conditions covered by this system shown in Table 1 (the target area of the uplink physical transmission rate is 5 to 20 Mbps, but the traffic If the bandwidth in the downstream direction with a large amount of data is widened (for example, 4 times that of upstream), and a limited radio band is repeatedly used with a sector antenna (for example, 15 sectors, 3 frequency repetition), a gigabit-class access network The simulation was performed. N = 32 in the table is an appropriate value of the upper limit number in the above-described variable control of the number of CA slots. Refer to References 9 and 10 for details.
Figure 0005594688

シミュレーションでは、コンピュータ上に1 bit time(MACチャネル上での1ビットあたりの伝送時間に換算した単位)をシステムクロックとする1台のSCHと最大5000台まで同時動作可能なCPEを構築し、上述の図4および1)〜8)項の動作をSI信号の送信間隔(256bit-times)を単位に状態遷移するよう実装した。また、筆者らのキャンパスでの実測に基づいたトラフィックモデルの一つである短長MACフレーム数比8:2にて、上位層からIPパケットがポアソン到着し、同パケットのMACフレーム送信が完了するまで新たなパケットは到着しないものとした(非特許文献11)。   In the simulation, one SCH using 1 bit time (unit converted to transmission time per bit on the MAC channel) on the computer and a CPE capable of operating up to 5000 units at the same time were constructed. 4 and 1) to 8) are implemented so that the state transitions in units of SI signal transmission interval (256bit-times). In addition, an IP packet arrives at Poisson from the upper layer at a short MAC frame ratio of 8: 2, which is one of the traffic models based on actual measurements at our campus, and the MAC frame transmission of the packet is completed. It is assumed that no new packet arrives (Non-Patent Document 11).

ある印加(新規生成)トラフィック条件にてシミュレーションを開始してから、負荷トラフィックが定常状態になるまで約2:5×107bit-times(物理伝送速度が10Mbpsであれば約2.5秒)を要するため、3×107から5:5×107bit-timesまでの間を観測ウィンドウ期間(Δw)とし、その間の平均値を求めた。さらに、印加トラフィックによるシミュレーション結果の偏りを防ぐため、初期値を変えて5回シミュレーションを行って計5個の平均値を求め、その平均値を観測データとして採用した。ちなみに、以下のシミュレーション結果において、ρ=1付近での5個のスループット平均値の標準偏差は、平均値の2%以下であった。また、Δwの間に送信に成功したMACフレームの新規生成から送信完了までに要した時間と、Δwの間に再送に失敗し廃棄されたMACフレームの新規生成から廃棄までに要した時間の和を、Δwの間に送信に成功したMACフレーム数で除したものを遅延時間とした。スループットと同様にして求めたρ=1付近での5個の遅延時間平均値の標準偏差も、平均値の2%以下であった。   After starting simulation under certain applied (newly generated) traffic conditions, it takes about 2: 5 x 107bit-times (about 2.5 seconds if the physical transmission speed is 10Mbps) until the load traffic becomes steady. The period from 3 × 107 to 5: 5 × 107 bit-times was the observation window period (Δw), and the average value was calculated. Furthermore, in order to prevent bias in the simulation results due to applied traffic, the simulation was performed five times with different initial values to obtain a total of five average values, and the average value was used as observation data. Incidentally, in the following simulation results, the standard deviation of the five throughput average values around ρ = 1 was 2% or less of the average value. Also, the sum of the time taken from the new generation of a MAC frame successfully transmitted during Δw to the completion of transmission and the time taken from the new generation to discard of a MAC frame that failed to be retransmitted during Δw. Is divided by the number of MAC frames successfully transmitted during Δw as the delay time. The standard deviation of the average value of the five delay times near ρ = 1 obtained in the same manner as the throughput was 2% or less of the average value.

シミュレーションプログラムは、ρ≪1、ρ=1、最大スループット、短長MACフレーム数比0:10など、いくつかの特異点での理論計算値との照合や、シミュレーション結果と実装した動作との対応付けなどを通して、動作の正当性を検証した。   The simulation program is collated with theoretical calculation values at several singular points such as ρ << 1, ρ = 1, maximum throughput, short length MAC frame ratio 0:10, and correspondence between simulation results and implemented operations We verified the legitimacy of the operation through attaching.

なお、以下の記述では、先行送信を適用しないSCSMA/v-MCA方式をNF方式、CAフレームと2ndMAC以降の先行送信を行うflying S-CSMA/v-MCA方式をF方式、さらに1st MACも先行送信の対象とするfull-flying S-CSMA/v-MCA方式をFF方式と
略することとする。
In the following description, the SCSMA / v-MCA method that does not apply the preceding transmission is the NF method, the flying S-CSMA / v-MCA method that performs the preceding transmission after the CA frame and 2nd MAC is the F method, and the 1st MAC is also advanced. The full-flying S-CSMA / v-MCA method to be transmitted is abbreviated as FF method.

(I)帯域配分比^mの妥当性
(10)式で示した^mの妥当性を評価するため、^mにCA帯域拡大係数βを乗じて、表1の基準値(32スロット固定)にてシミュレーションを行った。ここに、β>1はBWCAをβ倍に広げTPCAを短縮する、すなわち図2(b)のTPCA<TPMACに陥り、MACフレームが滞積しやすくなることを意味する。
(I) Validity of bandwidth allocation ratio ^ m
In order to evaluate the validity of ^ m shown in Eq. (10), ^ m was multiplied by the CA band expansion coefficient β and a simulation was performed with the reference values in Table 1 (fixed to 32 slots). Here, β> 1 means that BW CA is expanded β times and TP CA is shortened, that is, TP CA <TP MAC in FIG.

図13は、βによる特性の変化を示したものである。なお、同図の理論限界値はρ<1のときは(BWMAC×ρ)=(BWMAC+BWCA)、ρ>=1のときはBWMAC=(BWMAC+BWCA)として算出したものである。 FIG. 13 shows changes in characteristics due to β. Incidentally, <when the 1 (BW MAC × ρ) = (BW MAC + BW CA), ρ> the theoretical limit value figures [rho was calculated as = 1 BW MAC when the = (BW MAC + BW CA) Is.

(a)スループット特性
同図(a)のスループット特性では、βを大きくするほど、より過負荷領域(ρ>2)まで90%近いスループットを発揮することが分かる。この90%近い最大スループットは、(9)式から求めた理論性能限界^φmax=0:942に迫るもので、FF方式が高い潜在能力を持つことが確認される。
(A) Throughput characteristics It can be seen from the throughput characteristics shown in FIG. 6A that the larger β is, the closer to 90% of the throughput is exhibited up to the overload region (ρ> 2). The maximum throughput close to 90% is close to the theoretical performance limit ^ φ = 0: 942 obtained from equation (9), and it is confirmed that the FF method has high potential.

(b)遅延特性
同図(b)の遅延特性では、βが大きいほど、ρ=1付近から急激に遅延時間が増えているが、これはMACフレームの滞積によるもので、2乗バックオフ処理が意味をなさないことが分かる。逆に、βが1に近づくにつれて、高いスループットが得られなくなるものの、遅延時間の増加が緩やかになることが分かる。
(B) Delay characteristics In the delay characteristics of (b) in the figure, the larger the β, the greater the delay time from around ρ = 1, but this is due to the stagnant MAC frame and the square backoff. You can see that the process doesn't make sense. On the contrary, as β approaches 1, it can be seen that although the high throughput cannot be obtained, the delay time increases slowly.

また、上例では短長MACフレーム数比を8:2としたが、10:0と0:10についても、(10)式により^mを求めシミュレーションを行ったところ、ほぼ同じ傾向が認められた。これらから、TPCAとTPMACとがほぼ等しくなるようBWCAとBWMACの配分比を設定することは、有意なものと考えられる。 In the above example, the ratio of short MAC frames was set to 8: 2. However, for 10: 0 and 0:10, ^ m was calculated using equation (10) and a simulation was performed. It was. From these, it is considered significant to set the distribution ratio of BW CA and BW MAC so that TP CA and TP MAC are substantially equal.

(II)フロー制御の有効性
CA手続きに対するフロー制御の有効性を評価するため、前述の(11)式にフロー制御抑制係数γを付加した
ΔTPq=TPMACq-γ×TPCAq (12)
を用いて、β=1:7を例に、(I)と同じ条件でシミュレーションを行った。ただし、TPMACq≦TPCAqのとき、ΔTPq=0である。ここに、γ=∞はフロー制御を行わないことを、γ=1は(11)式に基づいてフロー制御を施すことを意味する。なお、フロー制御は2回以上連続してTPMAC>TPCAとなったときに適用することとした。
(II) Effectiveness of flow control
In order to evaluate the effectiveness of flow control for the CA procedure, ΔTP q = TP MACq -γ × TP CAq (12) with the flow control suppression coefficient γ added to the above equation (11)
The simulation was performed under the same conditions as in (I) with β = 1: 7 as an example. However, when TP MACq ≦ TP CAq , ΔTP q = 0. Here, γ = ∞ means that no flow control is performed, and γ = 1 means that flow control is performed based on the equation (11). Note that flow control is applied when TP MAC > TP CA continuously for two or more times.

図14はγによる特性の変化を示したもので、γを大きくするほど良好なスループット特性が得られるものの、フロー制御が起動し難くなるため、ρ=1〜5付近でMACフレームの滞積による遅延時間が急増することが分かる。逆にγを1に近づけるほどスルー
プットは抑制されるが、遅延時間の急激な増加も抑えられ、フロー制御が着実に機能していることが分かる。なお、γ=1:3では、4<ρの過負荷状態になると遅延時間の急増が抑制される現象が見られる。これは、1<ρ<4ではMACフレームの滞積による遅延時間が支配的なのに対して、4<ρではCA手続き失敗による再送や廃棄による遅延時間が支配的になるためである。
FIG. 14 shows a change in characteristics due to γ. As γ is increased, better throughput characteristics are obtained, but flow control becomes difficult to start. It can be seen that the delay time increases rapidly. On the contrary, the throughput is suppressed as γ approaches 1, but the rapid increase in delay time is also suppressed, and it can be seen that the flow control functions steadily. Note that when γ = 1: 3, a sudden increase in delay time is suppressed when an overload condition of 4 <ρ is reached. This is because delay time due to MAC frame congestion is dominant when 1 <ρ <4, whereas delay time due to retransmission or discard due to CA procedure failure is dominant when 4 <ρ.

以上から、β=1:7のとき、γ=1:2付近に遅延時間の抑制とスループットの向上とがほど良くバランスした適正値が存在することが分かる。   From the above, it can be seen that when β = 1: 7, there is an appropriate value in the vicinity of γ = 1: 2, where the suppression of delay time and the improvement of throughput are well balanced.

(III)従来方式との特性比較
従来方式のNF方式やF方式では、ネットワーク長が長いほど、また物理伝送速度が速いほどスループット特性は劣化するが、FF方式ではこれらの影響を受けない理想的な特性の実現が期待される。これを確認するべく、これら3方式(いずれもCAスロット個数は可変)について、表1の基準値を中心に適用領域内での特性比較を行った。
(III) Comparison of characteristics with the conventional method In the conventional NF method and F method, the longer the network length and the faster the physical transmission speed, the more the throughput characteristics deteriorate, but the FF method is not affected by these. Realization of special characteristics is expected. In order to confirm this, the characteristics of these three methods (all of which the number of CA slots is variable) were compared in the application area centering on the reference values in Table 1.

なお、CAスロットの可変制御では、前回のCA手続きでのアクセス状況やCA手続きの時間間隔をもとに、次回のCA手続きで用意すべきCAスロット個数nを決定する。この中で用いられる予測上限危険率αは、同時アクセス数の過少推定によるnの不足を避けるための係数である。CA手続きの間にMACフレームの送信を挟むNF方式やF方式は、CA手続きの間隔が大きく変動し、nの過不足を生じやすいため、文献9、10と同じα=8を採用し、変動幅が少ないFF方式はα=1とした(非特許文献9参照)。   In the CA slot variable control, the number of CA slots n to be prepared in the next CA procedure is determined based on the access status in the previous CA procedure and the time interval of the CA procedure. The prediction upper limit risk factor α used in this is a coefficient for avoiding a shortage of n due to an underestimation of the number of simultaneous accesses. The NF method and F method that sandwich the transmission of MAC frames between CA procedures greatly change the CA procedure interval and easily cause excess or deficiency of n. The FF method with a small width is set to α = 1 (see Non-Patent Document 9).

また(I)と(II)の評価結果をもとにβ=1:7、γ=1:2とした。   Further, β = 1: 7 and γ = 1: 2 based on the evaluation results of (I) and (II).

図15は、ρに対するnの変化の様子を示したもので、NF方式とF方式はρ=1付近ですでに10個以上のCAスロットが用意されること、一方、FF方式はρ=2付近までnの増加が抑えられていることが分かる。これはαの違いを反映したものであるが、その根本はIBS方式とOBS方式との方式上の違いによる。   FIG. 15 shows how n changes with respect to ρ. In the NF method and the F method, 10 or more CA slots are already prepared near ρ = 1, while in the FF method, ρ = 2. It can be seen that the increase in n is suppressed to the vicinity. This reflects the difference in α, but the root is due to the difference in method between the IBS method and the OBS method.

図16は、前出の例と同じ短長MACフレーム数比にて、ネットワーク長(2.5、10、40km)と物理伝送速度(5、10、20Mbps)とを組み合わせたいくつかのケースについて、特性比較を行なった例である。また、同図においては、802.11a無線LANの特性も記載している。   Figure 16 shows the characteristics of several combinations of network length (2.5, 10, 40 km) and physical transmission speed (5, 10, 20 Mbps) with the same ratio of short MAC frames as the previous example. This is an example of comparison. In addition, the figure also shows the characteristics of the 802.11a wireless LAN.

(a)スループット特性
同図(a)のスループット特性において、FF方式についての5ケースの折れ線グラフが重なり合い、ネットワーク長や物理伝送速度に依存することなく、ほぼ同じ特性を示すことが確認される。そしてFF方式は、F方式(2.5〜40km、10Mbps)に対して12〜21%、NF方式(10〜40km、10Mbps)に対して38〜142%高いスループットが得られることが分かる。
(A) Throughput characteristics In the throughput characteristics shown in (a) of the figure, it is confirmed that the five line graphs for the FF method overlap and show almost the same characteristics without depending on the network length or physical transmission rate. It can be seen that the FF method can obtain a throughput of 12 to 21% higher than the F method (2.5 to 40 km, 10 Mbps) and 38 to 142% higher than the NF method (10 to 40 km, 10 Mbps).

(b)遅延特性
同図(b)の遅延特性についても、FF方式はρ=2〜4付近でMACフレームの滞積による遅延時間の増加がやや見受けられるものの、5ケースがほぼ同じ特性を示している。そして、例えばρ=0:6付近(10km、10Mbps)で、F方式やNF方式の遅延時間はそれぞれ1.5msec、2.0msecであるが、FF方式は0.9msecと半分前後まで減少しており、良好な遅延時間特性を示すことが分かる。
(B) Delay characteristics Regarding the delay characteristics shown in (b) of the figure, the FF method shows almost the same characteristics in the FF method, although there is a slight increase in the delay time due to MAC frame congestion around ρ = 2-4. ing. And for example, around ρ = 0: 6 (10km, 10Mbps), the delay time of F method and NF method is 1.5msec and 2.0msec, respectively, but the FF method is 0.9msec, decreasing to around half, which is good It can be seen that the delay time characteristic is excellent.

以上から、FF方式は低遅延特性を維持しながら、ネットワーク長や物理伝送速度に非依存な高いスループット特性を発揮することが確認される。   From the above, it is confirmed that the FF method exhibits high throughput characteristics independent of network length and physical transmission speed while maintaining low delay characteristics.

なお、FF方式のρ=3付近での最大スループットは理論性能限界^φとは6%程度の乖離であるが、ρ=1付近では約20%の乖離が見られる。この乖離は、αやβ、γの精査によって、いくばくかの改善が可能かと思われるが、2乗バックオフ処理によってネットワークの余剰能力を確保し、大量のバースト転送要求に柔軟に応じようとすることが原因と考えられる。   Note that the maximum throughput in the vicinity of ρ = 3 in the FF method is about 6% deviation from the theoretical performance limit ^ φ, but there is about 20% deviation in the vicinity of ρ = 1. This divergence seems to be able to be improved somewhat by closely examining α, β, and γ, but by securing the surplus capacity of the network by square backoff processing, it tries to respond flexibly to a large number of burst transfer requests This is thought to be the cause.

本実施形態によれば、上りチャネル上のキャリア消滅時刻を目掛けてCAフレームやMACフレームすべてを先行送信させ、上り伝送媒体の利用効率を限りなく高めようとするfullflyingS-CSMA/v-MCA方式を開発した。方式実現に当たってのポイントの一つは、柔軟なアクセス制御が可能なOBS方式の導入により、CA手続きとMACフレームの送信指示を独立に進行できるようにしたことである。しかしながら、高負荷状態ではCA手続きに成功したもののMACフレームを送信できずに待機させられるCPEが滞積し、遅延時間が急増する問題が発生した。CAチャネルとMACチャネルの帯域配分比^mを適正に設定し、さらにCA手続きに対してフロー制御を施すことによって、この問題が解決できることを示した。   According to the present embodiment, the fullflying S-CSMA / v-MCA scheme is intended to advance the transmission efficiency of the upstream transmission medium as much as possible by preliminarily transmitting all CA frames and MAC frames for the carrier disappearance time on the upstream channel. Developed. One of the points in realizing the system is that the CA procedure and the MAC frame transmission instruction can proceed independently by introducing the OBS system that allows flexible access control. However, under high load conditions, although the CA procedure was successful, the CPE that could not wait for transmission of the MAC frame was accumulated and the delay time increased rapidly. It was shown that this problem can be solved by appropriately setting the CA channel and MAC channel bandwidth allocation ratio ^ m and applying flow control to the CA procedure.

理論計算とシミュレーションにより特性を評価した結果、競合方式の特徴である低遅延特性を維持しながら、数十キロメートルに及ぶネットワーク長や物理伝送速度に依存することなく、90%近い最大スループットを発揮することを確認した。   As a result of evaluating the characteristics by theoretical calculation and simulation, the maximum throughput of nearly 90% is achieved without depending on the network length and physical transmission speed of several tens of kilometers while maintaining the low delay characteristic that is the characteristic of the competitive method. It was confirmed.

^mはネットワーク上を流れる短長MACフレーム数比に依存する。SCHにてこれを逐一把握し、OFDM変調や拡散変調などと組み合わせて^mを適応的に制御すれば、ネットワークをより適正な状態に保つことができよう。   ^ M depends on the ratio of the number of short and long MAC frames flowing on the network. If SCH is grasped one by one, and ^ m is adaptively controlled in combination with OFDM modulation or spread modulation, the network can be maintained in a more appropriate state.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

17…SI信号生成器、18…送信タイミング制御回路、25、45…フレーム種別判別器、26…CAフレーム分析器、27、47…MACフレーム分解器、37…CAフレーム生成器、38…送信タイミング制御回路、46…SI信号分析器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... SI signal generator, 18 ... Transmission timing control circuit, 25, 45 ... Frame type discriminator, 26 ... CA frame analyzer, 27, 47 ... MAC frame decomposer, 37 ... CA frame generator, 38 ... Transmission timing Control circuit, 46... SI signal analyzer.

Claims (14)

ハブ装置を複数の加入者装置で共有しあい、かつハブ装置と加入者装置との間の送信制御を行なうPTMP型ネットワークにおけるハブ装置において、
前記ハブ装置と前記複数台の加入者装置との間のCA(衝突回避)フレームの送信を行なう上り制御チャネルと、データフレームの送信を行なうデータチャネルとは異なる帯域が割り当てられ、
前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの少なくとも一方が高負荷状態において、前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの負荷に基づいて、前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの伝送容量を変更する手段を具備し、
前記上り制御チャネルにおけるCAフレームの伝送制御と、前記データチャネルのデータフレームの伝送制御とを独立して行なう手段と
を具備するハブ装置。
In a hub device in a PTMP network that shares a hub device with a plurality of subscriber devices and performs transmission control between the hub device and the subscriber device,
A different bandwidth is allocated to an uplink control channel for transmitting a CA (collision avoidance) frame between the hub device and the plurality of subscriber devices, and a data channel for transmitting a data frame,
Means for changing transmission capacities of the uplink control channel and the data channel based on a load of the uplink control channel and the data channel when at least one of the uplink control channel and the data channel is in a high load state;
A hub device comprising means for independently performing CA frame transmission control on the uplink control channel and data frame transmission control on the data channel.
前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの伝送容量を変更する手段は、前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの予め定められた比に伝送容量を変更することを特徴とする請求項1記載のハブ装置。  The hub apparatus according to claim 1, wherein the means for changing the transmission capacity of the uplink control channel and the data channel changes the transmission capacity to a predetermined ratio between the uplink control channel and the data channel. 前記伝送容量の比は、前記上り制御チャネルにおいてCAフレームを収容するCAスロットの少なくとも1個あたりの長さ及びデータフレームの平均長に基づいて決定されることを特徴とする請求項2記載のハブ装置。3. The hub according to claim 2, wherein the ratio of the transmission capacity is determined based on a length per at least one CA slot accommodating a CA frame in the uplink control channel and an average length of a data frame. apparatus. 前記伝送容量の比は、上り制御チャネルの占有時間とデータチャネルの占有時間とが等しくなるように決定されることを特徴とする請求項2記載のハブ装置。The hub apparatus according to claim 2, wherein the ratio of the transmission capacities is determined so that an occupation time of the uplink control channel and an occupation time of the data channel are equal. データチャネルの占有時間が上り制御チャネルの占有時間よりも大きい状態が所定時間以上続いた場合、前記加入者装置にデータフレームの送信許可信号の送信を遅らせる手段をさらに具備することを特徴とする請求項1記載のハブ装置。The apparatus further comprises means for delaying transmission of a data frame transmission permission signal to the subscriber unit when a state in which the data channel occupation time is longer than the uplink control channel occupation time continues for a predetermined time or more. The hub device according to Item 1. 前記加入者装置にデータフレームの送信を遅らせる手段は、フロー制御通知信号を送信することを特徴とする請求項5記載のハブ装置。6. The hub device according to claim 5, wherein the means for delaying transmission of a data frame to the subscriber device transmits a flow control notification signal. 前記伝送容量の変更は、CAスロットの数を変更することにより行なわれる請求項1記載のハブ装置。The hub device according to claim 1, wherein the transmission capacity is changed by changing the number of CA slots. ハブ装置を複数の加入者装置で共有しあい、かつハブ装置と加入者装置との間の送信制御を行なうPTMP型ネットワークにおけるハブ装置における通信方法において、In a communication method in a hub device in a PTMP type network in which a hub device is shared by a plurality of subscriber devices and transmission control is performed between the hub device and the subscriber device,
前記ハブ装置と前記複数台の加入者装置との間のCA(衝突回避)フレームの送信を行なう上り制御チャネルと、データフレームの送信を行なうデータチャネルとに異なる帯域を割り当て、  Assigning different bands to an uplink control channel for transmitting a CA (collision avoidance) frame and a data channel for transmitting a data frame between the hub device and the plurality of subscriber devices;
前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの少なくとも一方が高負荷状態において、前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの負荷に基づいて、前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの伝送容量を変更し、  When at least one of the uplink control channel and the data channel is in a high load state, the transmission capacity of the uplink control channel and the data channel is changed based on the load of the uplink control channel and the data channel,
前記上り制御チャネルにおけるCAフレームの伝送制御を、前記データチャネルのデータフレームの伝送制御とは独立して行なう、通信方法。  A communication method, wherein CA frame transmission control in the uplink control channel is performed independently of data frame transmission control of the data channel.
ハブ装置を複数の加入者装置で共有しあい、かつハブ装置と加入者装置との間の送信制御を行なうPTMP型ネットワークにおける加入者装置において、  In a subscriber device in a PTMP network that shares a hub device with a plurality of subscriber devices and performs transmission control between the hub device and the subscriber device,
前記ハブ装置と前記複数台の加入者装置との間のCA(衝突回避)フレームの送信を行なう上り制御チャネルと、データフレームの送信を行なうデータチャネルとは異なる帯域が割り当てられ、  A different bandwidth is allocated to an uplink control channel for transmitting a CA (collision avoidance) frame between the hub device and the plurality of subscriber devices, and a data channel for transmitting a data frame,
前記ハブ装置からのCAフレーム送信許可信号を受信した場合に、CAフレームを送信する手段を具備し、  A means for transmitting a CA frame when a CA frame transmission permission signal is received from the hub device;
前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの少なくとも一方が高負荷状態において、前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの負荷に基づいて、前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの伝送容量が変更され、  When at least one of the uplink control channel and the data channel is in a high load state, the transmission capacity of the uplink control channel and the data channel is changed based on the load of the uplink control channel and the data channel,
前記上り制御チャネルにおけるCAフレームの伝送制御は、前記データチャネルのデータフレームの伝送制御とは独立して行なわれる、加入者装置。  The subscriber apparatus, wherein the CA frame transmission control in the uplink control channel is performed independently of the data frame data frame transmission control.
前記ハブ装置から、フロー制御が必要であると通知された場合に、CAフレームの送信を遅らせる手段をさらに具備することを特徴とする請求項9記載の加入者装置。  10. The subscriber unit according to claim 9, further comprising means for delaying transmission of a CA frame when said hub unit is notified that flow control is necessary. ハブ装置を複数の加入者装置で共有しあい、かつハブ装置と加入者装置との間の送信制御を行なうPTMP型ネットワークにおける加入者装置における通信方法おいて、  In a communication method in a subscriber apparatus in a PTMP type network in which a hub apparatus is shared by a plurality of subscriber apparatuses and transmission control is performed between the hub apparatus and the subscriber apparatus.
前記ハブ装置と前記複数台の加入者装置との間のCA(衝突回避)フレームの送信を行なう上り制御チャネルに、データフレームの送信を行なうデータチャネルと異なる帯域を割り当て、  A bandwidth different from a data channel for transmitting a data frame is allocated to an uplink control channel for transmitting a CA (collision avoidance) frame between the hub device and the plurality of subscriber devices,
前記ハブ装置からのCAフレーム送信許可信号を受信した場合に、CAフレームを送信する手段を具備し、  A means for transmitting a CA frame when a CA frame transmission permission signal is received from the hub device;
前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの少なくとも一方が高負荷状態において、前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの負荷に基づいて、前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの伝送容量が変更され、  When at least one of the uplink control channel and the data channel is in a high load state, the transmission capacity of the uplink control channel and the data channel is changed based on the load of the uplink control channel and the data channel,
前記上り制御チャネルにおけるCAフレームの伝送制御は、前記データチャネルのデータフレームの伝送制御とは独立して行なわれる、通信方法。  A communication method in which transmission control of a CA frame in the uplink control channel is performed independently of transmission control of a data frame in the data channel.
前記ハブ装置から、フロー制御が必要であると通知された場合に、CAフレームの送信を遅らせることをさらに具備する請求項11記載の通信方法。  12. The communication method according to claim 11, further comprising delaying transmission of a CA frame when notified from the hub device that flow control is required. ハブ装置を複数の加入者装置で共有しあい、かつハブ装置と加入者装置との間の送信制御を行なうPTMP型ネットワークにおける通信システムにおいて、  In a communication system in a PTMP type network in which a hub device is shared by a plurality of subscriber devices and transmission control is performed between the hub device and the subscriber devices.
前記ハブ装置と前記複数台の加入者装置との間のCA(衝突回避)フレームの送信を行なう上り制御チャネルと、データフレームの送信を行なうデータチャネルとは異なる帯域が割り当てられ、  A different bandwidth is allocated to an uplink control channel for transmitting a CA (collision avoidance) frame between the hub device and the plurality of subscriber devices, and a data channel for transmitting a data frame,
前記ハブ装置は、  The hub device is
前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの少なくとも一方が高負荷状態において、前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの負荷に基づいて、前記上り制御チャネル及び前記データチャネルの伝送容量を変更する手段と、  Means for changing transmission capacities of the uplink control channel and the data channel based on a load of the uplink control channel and the data channel when at least one of the uplink control channel and the data channel is in a high load state;
前記上り制御チャネルにおけるCAフレームの伝送制御を、前記データチャネルのデータフレームの伝送制御と独立して行なう手段と  Means for performing CA frame transmission control in the uplink control channel independently of data frame transmission control of the data channel;
を具備し、Comprising
前記加入者装置は、  The subscriber unit is
前記ハブ装置からのCAフレーム送信許可信号を受信した場合に、CAフレームを送信する手段を具備する通信システム。  A communication system comprising means for transmitting a CA frame when a CA frame transmission permission signal is received from the hub device.
ハブ装置を複数の加入者装置で共有しあい、かつハブ装置と加入者装置との間の送信制御を行なうPTMP型ネットワークにおいて、  In a PTMP type network where a hub device is shared by a plurality of subscriber devices and transmission control is performed between the hub device and the subscriber devices.
前記ハブ装置と前記複数台の加入者装置との間のCA(衝突回避)フレームの送信を行なう上り制御チャネルと、データフレームの送信を行なうデータチャネルとに異なる帯域を割り当て、Assigning different bands to an uplink control channel for transmitting a CA (collision avoidance) frame and a data channel for transmitting a data frame between the hub device and the plurality of subscriber devices;
ハブ装置への上りCAフレームの到着を所定のタイミングにビット同期させ、かつハブ装置での受信信号レベルを等しくさせ、  The arrival of the upstream CA frame to the hub device is bit-synchronized at a predetermined timing, and the reception signal level at the hub device is made equal,
前記ハブ装置が、前回のCAフレームのアクセス状態をもとに、次回のCAフレームの受信用タイムスロットを広告し、かつCAフレームの送信許可を下りステータス指示信号を介して広告し、  The hub device advertises the time slot for receiving the next CA frame based on the access state of the previous CA frame, and advertises the transmission permission of the CA frame via the downlink status indication signal,
前記広告は、直前に広告した受信用タイムスロットの終了時刻より前に先行送信し、The advertisement is transmitted in advance before the end time of the reception time slot advertised immediately before,
送信すべきデータフレームを持つ加入者装置が、前記広告されたステータス信号指示信号に応答して、前記広告された受信用タイムスロットの中から1つをランダムに選択し、この選択された受信用タイムスロットにおいてCAフレームを送信し、 衝突回避手続きに失敗した前記加入者装置が、前記受信用タイムスロットを単位とする所定のバックオフ処理を行なった後、前記CAフレームの再送信を試み、  In response to the advertised status signal indication signal, a subscriber unit having a data frame to be transmitted randomly selects one of the advertised reception time slots and selects the selected reception frame. The subscriber apparatus that transmits a CA frame in a time slot and fails in the collision avoidance procedure performs a predetermined back-off process in units of the reception time slot, and then tries to retransmit the CA frame.
前記ハブ装置が、前記加入者装置から申告されたデータフレーム長と、最大往復伝搬時間とを基に、前記上りデータフレームが前記ハブ装置に到着し終わるキャリア消滅時刻を予測し、  Based on the data frame length declared by the subscriber device and the maximum round-trip propagation time, the hub device predicts the carrier disappearance time when the upstream data frame arrives at the hub device,
前記ハブ装置が、前記予測されたキャリア消滅時刻を目掛けて、前記データフレームを先行送信するように前記加入者装置に指示し、  The hub device instructs the subscriber device to transmit the data frame in advance, aiming at the predicted carrier disappearance time;
前記CAフレームの送信許可と、前記データフレームの送信指示とは時間的に独立に行なわれ、  The CA frame transmission permission and the data frame transmission instruction are performed independently in time,
前記ハブ装置が、前記CAフレーム伝送用の上り制御チャネル及び前記データフレーム伝送用の上りデータ制御チャネルの少なくとも一方が高負荷状態において、前記上り制御チャネル及び前記上りデータチャネルの負荷に基づいて、前記上り制御チャネル及び前記上りデータチャネルの伝送容量を変更し、  In the hub device, when at least one of the uplink control channel for CA frame transmission and the uplink data control channel for data frame transmission is in a high load state, based on the load of the uplink control channel and the uplink data channel, Changing the transmission capacity of the uplink control channel and the uplink data channel;
前記加入者装置が、送信できずに待機させられるデータフレームが滞積した場合に、前記CAフレームの送信の開始を一時的に遅らせる、  The subscriber device temporarily delays the start of transmission of the CA frame when data frames that cannot be transmitted and are kept waiting are accumulated;
多重アクセス制御方式。Multiple access control method.
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