JP5650146B2

JP5650146B2 - 無線通信システムおよびアクセス制御方法

Info

Publication number: JP5650146B2
Application number: JP2012036559A
Authority: JP
Inventors: 猛志小川; 小田部　悟士; 悟士小田部; 秀樹西沢; 秀文中村; 柴田　高穂; 高穂柴田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: JP2013172414A

Description

本発明は、基地局の配下の複数の端末がランダムアクセスにより許可されたタイムスロットでデータ送信を行う無線通信システムおよびアクセス制御方法に関する。

基地局が端末のデータ送信を制御する方法として、ＡＬＯＨＡ−Reservation 方式（非特許文献１）がある。このＡＬＯＨＡ−Reservation 方式は、図６に示すように、端末が基地局に送信する上りＭＡＣフレームをランダムアクセス領域とデータ領域に分け、各端末はランダムアクセス領域のいずれかのタイムスロットでランダムアクセス信号を送信し、基地局はランダムアクセスに成功した端末に対してデータ領域を予約し、端末は送信予約通知によって当該データ領域を用いたデータ送信が許可されるアクセス制御方法である。

ここで、基地局がランダムアクセスに成功した端末に対してデータ領域を割り当てる際に、端末グループごとに例えば過去のデータ送信量を考慮して単位時間内のデータ送信量の上限を規定し、当該端末グループの端末に対してデータ領域を割り当てるか否かを判断することができる。

http://ja.wikipedia.org/wiki/ALOHA

従来のＡＬＯＨＡ−Reservation 方式では、ランダムアクセス領域を全端末で共有する。そのため、図７に示すように、一部の端末グループの端末が一斉に発呼するなどでランダムアクセス頻度が高くなると、ランダムアクセス領域のすべてのタイムスロットで衝突が発生し、他の端末グループの端末からのランダムアクセスも失敗し、データ送信ができなくなる。

本発明は、ＡＬＯＨＡ−Reservation 方式において、一部の端末グループのランダムアクセスが集中しても、他の端末グループのランダムアクセスを可能にして送信データレートを保証する無線通信システムおよびアクセス制御方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、基地局の配下の複数の端末がランダムアクセスにより許可されたタイムスロットでデータ送信を行う無線通信システムにおいて、端末がアクセス制御に用いる上りＭＡＣフレームのランダムアクセス領域のタイムスロット（ＲＳ用ＴＳ）を、端末が所属する端末グループごとにそれぞれ専用する専用ＲＳ用ＴＳと、全端末グループで共用する共用ＲＳ用ＴＳに分けて所定の順番に割り当てた割当テーブルを備え、端末は当該割当テーブルに従って所属する端末グループに割り当てられた専用ＲＳ用ＴＳまたは共用ＲＳ用ＴＳでランダムアクセスを行う構成である。

第２の発明は、基地局の配下の複数の端末がランダムアクセスにより許可されたタイムスロットでデータ送信を行う無線通信システムのアクセス制御方法において、端末がアクセス制御に用いる上りＭＡＣフレームのランダムアクセス領域のタイムスロット（ＲＳ用ＴＳ）を、端末が所属する端末グループごとにそれぞれ専用する専用ＲＳ用ＴＳと、全端末グループで共用する共用ＲＳ用ＴＳに分けて所定の順番に割り当てた割当テーブルを備え、端末は当該割当テーブルに従って所属する端末グループに割り当てられた専用ＲＳ用ＴＳまたは共用ＲＳ用ＴＳでランダムアクセスを行う。

本発明は、上りＭＡＣフレームのＲＳ用ＴＳを端末グループごとに割り当て、端末は所属する端末グループに割り当てられたＲＳ用ＴＳでランダムアクセスを行うことにより、一部の端末グループのランダムアクセスが集中しても、他の端末グループのランダムアクセスを可能にして送信データレートを保証することができる。

本発明の無線通信システムの概要を示す図である。本発明のアクセス制御方法の概要を示す図である。上りＭＡＣフレームのＲＳ用ＴＳの割り当て方法を示す図である。上りＭＡＣフレームのＲＳ用ＴＳの他の割り当て方法を示す図である。上りＭＡＣフレームのＲＳ用ＴＳの他の割り当て方法を示す図である。ＡＬＯＨＡ−Reservation 方式の概要を説明する図である。ＡＬＯＨＡ−Reservation 方式の課題を説明する図である。

図１は、本発明の無線通信システムの概要を示す。
図１において、基地局１１と配下の複数の端末１２が無線アクセス網１３を構成し、各端末１２が端末グループＡ，Ｂ，Ｃを形成する。各端末グループの端末は、基地局１１を介してネットワーク１４に接続される各端末グループ対応のセンタ端末１５と通信する。ここで、各端末１２のアクセス制御に用いる上りＭＡＣフレームのランダムアクセス領域のタイムスロット（ＲＳ用ＴＳ）を端末グループＡ，Ｂ，Ｃがそれぞれ専用するように割り当て、ある端末グループのランダムアクセスが集中しても他の端末グループのランダムアクセスを可能にし、当該端末グループの送信データレートを保証する。

図２は、本発明のアクセス制御方法の概要を示す。
図２において、上りＭＡＣフレームのＲＳ用ＴＳは、それぞれ専用する端末グループＡ，Ｂ，Ｃが割り当てられ、各端末は所属する端末グループに割り当てられた専用ＲＳ用ＴＳでランダムアクセスを行う。これにより、ある端末グループ（ここではＡ）の端末が一斉発呼しても、他の端末グループ（ここではＢ，Ｃ）の端末は割り当てられた専用ＲＳ用ＴＳでランダムアクセスを行い、通信が可能となる。

なお、各端末が所属する端末グループＡ，Ｂ，Ｃは、(1) 端末に予め設定しておく、(2) 基地局が端末を認証する際に指示する、等のいずれかの方法により各端末に通知される。

また、各端末グループに割り当てられる専用ＲＳ用ＴＳは、(1) 端末に予め設定しておく、(2) 基地局が端末を認証する際に指示する、(3) 基地局から全端末へブロードキャストする、等のいずれかの方法により各端末に通知される。

図３は、上りＭＡＣフレームのＲＳ用ＴＳの割り当て方法を示す。
図３(1) の割り当て方法１は、各端末グループＡ，Ｂ，Ｃ，…で専用する専用ＲＳ用ＴＳを均等に割り当てる例である。１端末グループのみ通信時にデータ領域（ｎパケット分）を全て使用可能とするために必要なＭＡＣフレームあたりのＲＳ用ＴＳ数をｑ・ｎとする（ｑ＞１）。よって、各端末グループに割り当てるＲＳ用ＴＳ数をｑｎ、端末グループ数をｋとすると、上りＭＡＣフレームのＲＳ用ＴＳの必要数はｋｑｎ個となる。

図３(2) の割り当て方法２は、各端末グループＡ，Ｂ，…で専用する専用ＲＳ用ＴＳと、全端末グループで共用する共用ＲＳ用ＴＳに分けて割り当てる例である。ここでは、専用ＲＳ用ＴＳと共用ＲＳ用ＴＳを半々に割り当てる例を示す。１ＭＡＣフレームのＲＡ用ＴＳ数をＲとすると、共用ＲＳ用ＴＳ数はＲ／２であり、端末グループ数ｋに対する１端末グループの専用ＲＳ用ＴＳ数はＲ／（２ｋ）である。１端末グループの割り当てに必要なＲＳ用ＴＳ数はｑｎであるので、
Ｒ／２＋Ｒ／(２ｋ)＝ｑｎ
Ｒ＝２ｑｎｋ／（ｋ＋１）
となり、上りＭＡＣフレームのＲＳ用ＴＳの必要数Ｒが求まる。

ここで、ランダムアクセスが過負荷時の無線帯域有効活用の観点では、専用ＲＳ用ＴＳのみで構成する図３(1) に示す割り当て方法１は、他の端末グループのランダムアクセス負荷の影響がない点で好ましい。ただし、上りＭＡＣフレームのＲＳ用ＴＳの必要数ｋｑｎが端末グループ数ｋに比例して増大し、また従来の全端末グループで全ＲＳ用ＴＳを共用する従来方式で必要なＲＳ用ＴＳ数ｑｎよりもｋ倍大きい。

共用ＲＳ用ＴＳと専用ＲＳ用ＴＳを併用する図３(2) に示す割り当て方法２は、割り当て方法１より上りＭＡＣフレームのＲＳ用ＴＳの必要数を少なくできる。ただし、１端末グループで使用できるＲＳ用ＴＳ中、共用ＲＳ用ＴＳの比率を高く設定すると、ＲＳ用ＴＳの必要数をさらに少なくできるが、他の端末グループのランダムアクセス負荷の影響が大きくなる。このため、各端末グループが加える可能性のあるランダムアクセス負荷の範囲と、割り当て可能なＲＳ用ＴＳ数を考慮して設計する必要がある。

また、上記の説明では、１端末グループの割り当てに必要なＲＳ用ＴＳ数をｑｎとしているが、それより少ない数を割り当ててもよい。例えば、図３(1) に示す割り当て方法１では、ある端末グループの通信時に使用可能なデータ領域のパケット数がｎ／２でよければ、その端末グループへ割り当てるＲＳ用ＴＳ数はｑｎ／２となり、上りＭＡＣフレームのＲＳ用ＴＳの必要数も低減できる。

また、図３(2) に示す割り当て方法２では、全ての端末グループについて、１端末グループの割り当てに必要なＲＳ用ＴＳ数がｑｎ／２でよければ、上りＭＡＣフレームのＲＳ用ＴＳの必要数Ｒも１／２となり、
Ｒ＝ｑｎｋ／（ｋ＋１）
となる。

図４は、ＭＡＣフレームのＲＡ用ＴＳの使用権を各端末グループに割り当てる他の方法を示す。ここでは、図３(1) に示す割り当て方法１の変形例を示す。

図４(1) は、１または複数のＭＡＣフレームの連続するｍ個のＲＡ用ＴＳに端末グループＡ，Ｂ，Ｃを割り当て、端末グループＡ，Ｂ，Ｃごとに割当テーブルとして作成する。割当テーブルのｍビットがｍ個のＲＡ用ＴＳの１つずつに対応し、各端末グループに割り当てられるＲＳ用ＴＳの位置にフラグ「１」が設定される。端末は、割当テーブルの先頭から各ビットの時間位置をカウントし、対応するビット位置のフラグが「１」であればそのビット位置に対応するＲＳ用ＴＳでランダムアクセス信号を送信する。

図４(2) は、Ｍ個のＭＡＣフレームのＲＡ用ＴＳに対して、ＭＡＣフレーム単位に端末グループＡ，Ｂ，Ｃを割り当て、端末グループごとに割当テーブルとして作成する。割当テーブルのＭビットがＭ個のＭＡＣフレームの１つずつに対応し、各端末グループに割り当てられるＭＡＣフレームの位置にフラグ「１」が設定される。端末は、割当テーブルの先頭から各ビットの時間位置をカウントし、対応するビット位置のフラグが「１」であればそのビット位置に対応するＭＡＣフレームのＲＳ用ＴＳでランダムアクセス信号を送信する。

図５は、ＭＡＣフレームのＲＡ用ＴＳの使用権を各端末グループに割り当てる他の方法を示す。ここでは、図３(2) に示す割り当て方法２の変形例を示す。

図５(1) は、１または複数のＭＡＣフレームの連続するｍ個のＲＡ用ＴＳに端末グループＡ，Ｂ，Ｃと「共用」を交互に割り当て、端末グループＡ，Ｂ，Ｃごとに割当テーブルとして作成する。割当テーブルのｍビットがｍ個のＲＡ用ＴＳの１つずつに対応し、各端末グループに割り当てられるＲＳ用ＴＳの位置にフラグ「１」が設定される。端末は、割当テーブルの先頭から各ビットの時間位置をカウントし、対応するビット位置のフラグが「１」であればそのビット位置に対応するＲＳ用ＴＳでランダムアクセス信号を送信する。

図５(2) は、Ｍ個のＭＡＣフレームのＲＡ用ＴＳに対して、ＭＡＣフレーム単位に端末グループＡ，Ｂ，Ｃと「共用」を割り当て、端末グループごとに割当テーブルとして作成する。割当テーブルのＭビットがＭ個のＭＡＣフレームの１つずつに対応し、各端末グループに割り当てられるＭＡＣフレームの位置にフラグ「１」が設定される。端末は、割当テーブルの先頭から各ビットの時間位置をカウントし、対応するビット位置のフラグが「１」であればそのビット位置に対応するＭＡＣフレームのＲＳ用ＴＳでランダムアクセス信号を送信する。

なお、割当テーブルは、端末グループごとに個別に設ける場合にはｍビットまたはＭビットのテーブルとなるが、全端末グループに共通の割当テーブルとしてもよい。その場合には、ｍ個のＲＳ用ＴＳまたはＭ個のＭＡＣフレームに対応する位置に、専用する端末グループ名または全端末グループで共用する旨を表示した割当テーブルとなる。割当テーブルのサイズは、端末グループごとに個別に設ける割当テーブルよりも大きくなるが、基地局から各端末へブロードキャスト方式で配布することができる。

１１基地局
１２端末
１３無線アクセス網
１４ネットワーク
１５センタ端末

Claims

基地局の配下の複数の端末がランダムアクセスにより許可されたタイムスロットでデータ送信を行う無線通信システムにおいて、
前記端末がアクセス制御に用いる上りＭＡＣフレームのランダムアクセス領域のタイムスロット（以下、「ＲＳ用ＴＳ」という）を、前記端末が所属する端末グループごとにそれぞれ専用する専用ＲＳ用ＴＳと、全端末グループで共用する共用ＲＳ用ＴＳに分けて所定の順番に割り当てた割当テーブルを備え、前記端末は当該割当テーブルに従って所属する端末グループに割り当てられた専用ＲＳ用ＴＳまたは共用ＲＳ用ＴＳでランダムアクセスを行う構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
基地局の配下の複数の端末がランダムアクセスにより許可されたタイムスロットでデータ送信を行う無線通信システムのアクセス制御方法において、
前記端末がアクセス制御に用いる上りＭＡＣフレームのランダムアクセス領域のタイムスロット（以下、「ＲＳ用ＴＳ」という）を、前記端末が所属する端末グループごとにそれぞれ専用する専用ＲＳ用ＴＳと、全端末グループで共用する共用ＲＳ用ＴＳに分けて所定の順番に割り当てた割当テーブルを備え、前記端末は当該割当テーブルに従って所属する端末グループに割り当てられた専用ＲＳ用ＴＳまたは共用ＲＳ用ＴＳでランダムアクセスを行う
ことを特徴とするアクセス制御方法。