JPH05236012A - Packet communication system - Google Patents

Packet communication system

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JPH05236012A
JPH05236012A JP3651792A JP3651792A JPH05236012A JP H05236012 A JPH05236012 A JP H05236012A JP 3651792 A JP3651792 A JP 3651792A JP 3651792 A JP3651792 A JP 3651792A JP H05236012 A JPH05236012 A JP H05236012A
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packet
terminal station
terminal
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throughput
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Yasutaka Sasaki
康隆 佐々木
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Abstract

PURPOSE:To give equal communication quality to each terminal station by eliminating the difference from throughput and packet transfer delay of each terminal station resulting from a power capture effect. CONSTITUTION:Each of terminal stations (1-5) is provided with a packet re- transmission controller (13-53) controlling re-transmission of a packet when the sent packet is not received by an opposite terminal station. The packet re-transmission controller generates uniform random numbers from '1' to 'K' in response to a maximum re-transmission interval K (K is a positive integral number) allocated in advance in each terminal station when a reception reply from the opposite terminal station is not received within a prescribed time and decides the time when the packet is sent again depending on the number thereby controlling the packet re-transmission. The maximum re-transmission interval K is set so that the throughput and the average transfer delay time of each terminal station are identical in the environment taking power capture effect into account.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はパケット通信システムに
関し、特に1つの通信チャネルを3つ以上の各端局が共
有してデータ通信を行なうスロッテッド・アロハ方式の
パケット通信システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a packet communication system, and more particularly to a slotted Aloha type packet communication system in which one communication channel is shared by three or more terminal stations for data communication.

【0002】[0002]

【従来の技術】多数の端局が1つの通信チャネルを共用
してデータ通信する手段としては、データの伝送形態に
着目した場合、パケット通信と非パケット通信が考えら
れる。
2. Description of the Related Art Packet communication and non-packet communication are conceivable as means for performing data communication by a large number of terminal stations sharing one communication channel when paying attention to the data transmission mode.

【0003】パケット通信では、送出するデータに、宛
先,データの属性,データ長,シリアルナンバー等の制
御情報を付加し、一まとまりのバースト状のデータとし
て送信する。また、各端局は、任意の時間、あるいは同
期化されたシステムクロックを最少単位としたタイムス
ロット上にデータを送出することができる。この場合、
通信要求があったときのみ通信チャネルにアクセスす
る。
In packet communication, control information such as a destination, a data attribute, a data length, and a serial number is added to data to be transmitted, and the data is transmitted as a burst of data. Further, each terminal station can send data at an arbitrary time or on a time slot with a synchronized system clock as a minimum unit. in this case,
Access the communication channel only when there is a communication request.

【0004】一方、非パケット通信では、有限個の通信
チャネルを有し、端局の通信要求時にのみシステム側の
制御によって空きチャネルが割り当てられる。従って、
端局の通信要求が受け入れられた時点から端局による通
信切断要求が出されるまで、その通信チャネルを端局は
占有する。
On the other hand, in non-packet communication, there is a finite number of communication channels, and an empty channel is allocated by the control of the system side only when the terminal station requests communication. Therefore,
The terminal station occupies the communication channel from the time when the terminal station communication request is accepted until the terminal station issues a communication disconnection request.

【0005】また、パケット通信方式を用いた無線シス
テムとしては、衛星通信への適用例が多く、最初に実用
化されたのは米国ハワイ大学のアロハシステムと呼ばれ
るコンピュータネットワークである。パケット通信に使
用されるアクセスプロトコルについては、過去15年の
間によく研究されて多くの方式が提案されている。基本
的にはアロハ方式とCSMA( Carrier Sen
se Multiple Access)方式に分類で
きる。以下、本実施例において適用したスロッテッド・
アロハ方式について説明する。
As a wireless system using the packet communication system, there are many cases of application to satellite communication, and the first practical application was a computer network called Aloha System of the University of Hawaii, USA. The access protocol used for packet communication has been well studied and many methods have been proposed in the last 15 years. Basically, Aloha method and CSMA (Carrier Sen)
se Multiple Access) method. Below, the slotted
The Aloha method will be described.

【0006】スロッテッド・アロハ方式では、各端局
が、予め区切られた時間間隔の最初にのみパケットを送
出することができる。これにより、複数の端局が同時に
パケットを送出した場合のみパケットの衝突が生じるこ
とになる。従って、全く自由な時にパケットを送出する
ことができるピュア・アロハ方式に比べて、パケットの
平均伝送遅延時間は若干長くなるものの、パケットの衝
突確率が減少し、チャネル容量は2倍に増加する。
In the slotted Aloha system, each terminal station can send a packet only at the beginning of a pre-delimited time interval. As a result, packet collision occurs only when a plurality of terminal stations send out packets at the same time. Therefore, compared with the pure Aloha system, which can send a packet at completely free time, the packet transmission probability is slightly increased, but the packet collision probability is reduced, and the channel capacity is doubled.

【0007】また、各端局が異なった信号強度でパケッ
トを送出する場合、パケットの衝突が生じたときは、信
号強度の強い方のパケットが正しく受信される。この場
合、パケットの衝突によって生じる再送パケットは1つ
だけなので、チャネル容量の増加が期待できる。具体的
には、各端局が送出パケットの信号強度をランダムに選
択する方法や、パケットの重要度に応じて信号強度を変
える方法等がある。
Further, when each terminal transmits a packet with a different signal strength, when a packet collision occurs, the packet with the stronger signal strength is correctly received. In this case, since only one retransmission packet is generated due to packet collision, an increase in channel capacity can be expected. Specifically, there is a method in which each terminal station randomly selects the signal strength of the transmitted packet, a method of changing the signal strength according to the importance of the packet, and the like.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のスロテ
ッドアロハ方式によるパケット通信システムでは、以下
に述べる問題点を有している。
The above-mentioned conventional packet communication system based on the slotted aloha system has the following problems.

【0009】図5は、5つの端局からなる無線ネットワ
ークを示しており、各端局は任意の端局と通信を行うこ
とができるものとする。簡単のために各端局は、一直線
上に等間隔で列んでおり、等しい送信電力で電波を送出
するものとする。
FIG. 5 shows a wireless network composed of five terminal stations, and each terminal station is assumed to be able to communicate with an arbitrary terminal station. For simplicity, it is assumed that each terminal station is arranged in a straight line at equal intervals and transmits radio waves with the same transmission power.

【0010】いま、端局21と端局24とが同時に端局
22に対して各々のデータを送信したとする。端局21
と22との距離を1とすれば、端局24と22との距離
は2である。従って、端局22における受信入力電界
は、端局21からの方が端局24よりも高い。もし各端
局が、振幅一定の変調(例えばFSK変調)により電波
を送出した場合は、端局21,24の両データが衝突し
ているにもかかわらず、端局21のデータが正しく受信
される確率は高い。このような現象はパワーキャプチャ
効果といわれ、多くの研究がなされてきた。
Now, it is assumed that the terminal station 21 and the terminal station 24 simultaneously transmit their respective data to the terminal station 22. Terminal 21
If the distance between the terminal stations 24 and 22 is 1, the distance between the terminal stations 24 and 22 is 2. Therefore, the received input electric field at the terminal station 22 is higher from the terminal station 21 than at the terminal station 24. If each terminal transmits a radio wave by a constant amplitude modulation (for example, FSK modulation), the data of the terminal station 21 is correctly received even though both data of the terminal stations 21 and 24 collide. There is a high probability that Such a phenomenon is called a power capture effect, and many studies have been made.

【0011】このパワーキャプチャ効果は、チャネルス
ループットの面では好ましい結果をもたらすが、実際の
システムに適用した場合、各端局の地理的条件により各
端局毎のスループットが均一にならないという問題が生
じる。
This power capture effect brings about a favorable result in terms of channel throughput, but when it is applied to an actual system, there arises a problem that the throughput of each terminal station is not uniform due to the geographical condition of each terminal station. ..

【0012】例えば、各端局のアイドル状態(端局が再
送待のパケットをもっていない状態)におけるパケット
生成率(新規パケットのみのトラフィックで再送パケッ
トによるトラフィックを含まない)は、皆同じであり、
且つ各端局間の新規パケット生成率も同じであると仮定
した場合、端局23のスループットが最大であり、両端
の端局21および25のスループットが最少になるとい
う不公平が生じる。
For example, the packet generation rate (traffic of only new packets, not including traffic of retransmitted packets) in the idle state of each terminal station (state in which the terminal station does not have a packet waiting to be retransmitted) is the same,
Further, assuming that the new packet generation rate between the terminal stations is also the same, the throughput of the terminal station 23 is the maximum, and the throughput of the terminal stations 21 and 25 at both ends is the minimum, which causes an unfairness.

【0013】更にこの現象を説明すると次のようにな
る。各端局が他の端局に対して等しい一定の割合で通信
要求をもっている場合、この通信要求が出された時に、
もし、通信端末装置が未処理の再送待パケットを持って
いれば、この通信要求は拒絶され、持っていなければ即
座に次のタイムスロットを使用して通信チャネル上に送
出される。この時、同時に他の端局がパケットを送出し
ていれば、受信側の端局においてパケットの衝突が起こ
り、受信側端局に一番近い送信側端局のパケットが正し
く受信される。受信側端局はこの一番近い送信側端局に
対して受信応答を返し、これを受け取った送信側端局は
自分のパケットが正しく受け取られた事を認識して、次
の通信要求を待つ状態に戻る。
The phenomenon will be further described as follows. When each terminal has a communication request to other terminals at an equal fixed rate, when this communication request is issued,
If the communication terminal device has an unprocessed retransmission waiting packet, this communication request is rejected, and if not, it is immediately sent out on the communication channel using the next time slot. At this time, if another terminal station simultaneously transmits a packet, packet collision occurs at the receiving side terminal station, and the packet of the transmitting side terminal station closest to the receiving side terminal station is correctly received. The receiving end station returns a reception response to the nearest transmitting end station, and the receiving end station recognizes that its packet has been correctly received and waits for the next communication request. Return to the state.

【0014】一方、他の送信側端局は各自のパケットを
送出後、伝搬遅延とハードウェアの遅延により決定され
る所定の待ち時間が経過した時点で自分のパケット伝送
が失敗したことを知り、再送手順を開始する。この再送
手順には様々な方法が提案されているが、例えば、最も
簡単な方法として、パケットの再送を認知した端局は、
その時から数えて最大Kタイムスロット以内のいずれか
のタイムスロットに確率1/Kで再送パケットを送出す
る。以下自分のパケットが正しく相手側に受信されるま
で再送手順を繰り返す。
On the other hand, the other transmission side terminal station knows that its packet transmission has failed at the time when a predetermined waiting time determined by the propagation delay and the hardware delay has passed after transmitting its own packet, Start the resend procedure. Although various methods have been proposed for this retransmission procedure, for example, as the simplest method, the terminal station which recognizes the retransmission of the packet,
A retransmission packet is transmitted with a probability of 1 / K in any time slot within the maximum K time slots counted from that time. After that, repeat the retransmission procedure until your packet is correctly received by the other party.

【0015】ここで、従来は、各端局に対して同じ値の
最大再送間隔K(タイムスロット)を割り当てていた。
一般にKの値を徐々に大きくしていくと、パケットを送
出してから最終的に正しく受信されるまでに要する時間
(パケット遅延時間)は大きくなり、Kの値が無限大に
おいては理論的に再送を行なわない場合と一致する。
Here, conventionally, the same maximum retransmission interval K (time slot) was assigned to each terminal station.
Generally, when the value of K is gradually increased, the time (packet delay time) required from when a packet is sent to when it is finally received correctly (packet delay time) increases, and theoretically when the value of K is infinite. This is the same as when not resending.

【0016】このような通信手順によりパケット送信の
制御を行なった場合、図5に示した各端局のスループッ
ト、トラフィックおよびパケット遅延時間に関して次の
ことが言える。すなわち、ネットワークの中央に位置し
た端局23は伝送に成功する確率が一番高く、次々と新
しいパケットを送ることができるため、通信チャネルを
有効に使っている時間的割合、つまりスループットが一
番高い。更に、パケットの平均再送回数も一番少ないた
め、1パケットの伝送に要する平均遅延時間も一番少な
い。他方、ネットワークの両端に位置する端局21と2
5は、逆にパケット伝送に成功する確率が最も低く、伝
送に成功するまでに何度もパケットを再送しなけれはな
らないので、スループットは低く、平均パケット遅延時
間は大きくなる。また、中間に位置している端局22と
24は、これらの中間の値をとる。
When packet transmission is controlled by such a communication procedure, the following can be said regarding the throughput, traffic and packet delay time of each terminal station shown in FIG. That is, since the terminal station 23 located in the center of the network has the highest probability of successful transmission and can send new packets one after another, the time ratio that the communication channel is effectively used, that is, the throughput is the highest. high. Furthermore, since the average number of packet retransmissions is the smallest, the average delay time required to transmit one packet is also the smallest. On the other hand, terminal stations 21 and 2 located at both ends of the network
On the other hand, in the case of No. 5, the probability of successful packet transmission is the lowest, and the packet must be retransmitted many times before successful transmission, so the throughput is low and the average packet delay time is large. Further, the terminal stations 22 and 24 located in the middle take a value between these.

【0017】このように、従来のパケット通信システム
は、パワーキャプチャ効果によって各端局のスループッ
トおよびパケット伝送遅延が均一にならず、各端局に対
して等しい通信品質を与えることができないという問題
点がある。
As described above, in the conventional packet communication system, the throughput and packet transmission delay of each terminal station are not uniform due to the power capture effect, and it is not possible to give equal communication quality to each terminal station. There is.

【0018】本発明の目的は、各端局に対して等しい通
信品質を与えることができるパケット通信システムを提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a packet communication system which can give equal communication quality to each terminal station.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明のパケット通信シ
ステムは、1つの通信チャネルを3つ以上の端局が共有
してデータ通信を行なうスロッテッド・アロハ方式のパ
ケット通信システムであって、前記各端局は、パケット
信号を送信後、所定時間内に相手端局からの受信応答が
得られない場合に前記パケット信号を再送する手段を有
し、この再送手段は、前記所定時間が経過したときに、
前記各端局毎に予め割り当てられている最大再送間隔K
(Kは正の整数)に応じて「1」から「K」までの一様
乱数を発生し、この値によって前記パケット信号を再送
する再送遅延時間を決定するように構成される。また、
前記最大再送間隔Kは、前記各端局間の相対的な位置関
係にもとづいて前記各端局のスループットおよびパケッ
ト伝送遅延が等しくなるように前記各端局毎に割り当て
て構成される。
The packet communication system of the present invention is a packet communication system of the slotted Aloha system in which one communication channel is shared by three or more terminal stations for data communication. The terminal station has means for retransmitting the packet signal when the reception response from the partner terminal station is not obtained within a predetermined time after transmitting the packet signal. To
The maximum retransmission interval K assigned in advance for each terminal station
A uniform random number from "1" to "K" is generated according to (K is a positive integer), and the retransmission delay time for retransmitting the packet signal is determined by this value. Also,
The maximum retransmission interval K is assigned to each terminal so that the throughput and the packet transmission delay of each terminal become equal based on the relative positional relationship between the terminals.

【0020】[0020]

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】図1は本発明の一実施例を示すブロック図
であり、互いに同一の構成で双方向の通信が可能な5つ
の端局1〜5からなる無線通信ネットワークの場合を示
している。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, showing a case of a wireless communication network composed of five terminal stations 1 to 5 having the same configuration and capable of bidirectional communication.

【0022】各端局1〜5は、ユーザデータの入出力処
理を行う入出力装置14〜54と、送信するユーザデー
タをバースト状のデータに変換した後、通信制御に必要
は情報を付加してパケット信号を生成する共に、受信し
たパケット信号をユーザデータに変換するパケット制御
装置12〜52と、パケット信号を無線周波信号に変換
して空中線へ送出すると共に、空中線が受信した無線周
波信号を復調してパケット信号を出力する送受信装置1
1〜51と、送信したパケットが相手端局に受信されな
かったときに伝送に失敗したパケットの再送を制御する
パケット再送制御装置13〜53とを備えている。
Each of the terminal stations 1 to 5 converts input / output devices 14 to 54 for inputting / outputting user data and user data to be transmitted into burst data, and then adds information necessary for communication control. Packet controller 12 to 52 that generates a packet signal and converts the received packet signal into user data, converts the packet signal into a radio frequency signal and sends the radio frequency signal to the antenna, and transmits the radio frequency signal received by the antenna. Transceiver 1 for demodulating and outputting a packet signal
1 to 51, and packet retransmission control devices 13 to 53 for controlling the retransmission of the packet that has failed to be transmitted when the transmitted packet is not received by the partner terminal station.

【0023】ここで、端局1と端局3とが通信をする場
合を例として、動作を説明する。
Here, the operation will be described by taking as an example the case where the terminal station 1 and the terminal station 3 communicate with each other.

【0024】いま、端局1が端局3へデータを送信した
とき、端局3に近い端局2または4が同時にデータを送
信することなく、且つ、端局3自身がデータを送信して
いない場合は、端局1のデータは端局3によって正しく
受信され、端局3のパケット制御装置32によってユー
ザデータに変換され入出力装置34へ送出される。この
場合、つまり端局1から端局3へのデータ伝送が成功し
た場合、パケット制御装置32は、データを正しく受信
したことを示す受信応答を端局1へ送出する。一方、端
局1ではパケット送出後、パケット制御装置12内にあ
るタイマーを起動させ、所定の待ち時間内に端局3から
の受信応答を受信すれば、データ伝送が成功したと判断
し、再び入出力装置14からのユーザデータの入力を待
つ状態に戻る。
Now, when the terminal station 1 transmits data to the terminal station 3, the terminal station 2 or 4 close to the terminal station 3 does not simultaneously transmit data, and the terminal station 3 itself transmits data. If not, the data of the terminal station 1 is correctly received by the terminal station 3, converted into user data by the packet control device 32 of the terminal station 3 and sent to the input / output device 34. In this case, that is, when the data transmission from the terminal station 1 to the terminal station 3 is successful, the packet control device 32 sends to the terminal station 1 a reception response indicating that the data has been correctly received. On the other hand, in the terminal station 1, after transmitting the packet, the timer in the packet control device 12 is started, and if the reception response from the terminal station 3 is received within the predetermined waiting time, it is determined that the data transmission is successful, and the data transmission is successful again. It returns to the state of waiting for the input of user data from the input / output device 14.

【0025】もし、所定の待ち時間内に受信応答を受信
できなかった場合(例えば、端局1と同時に端局2ある
いは4が電波を送出したとか、端局3自体が電波を送信
していたために、パケットの衝突が発生した場合)、端
局1のパケット再送制御装置13は、各端局毎に予め割
り当てられている最大再送間隔K(Kは正の整数)に応
じて、「1」から「K」までの一様乱数を発生させ、そ
の値によってパケットを再送する時間を決定する。例え
ば、乱数が「5」であれば、その時点におけるタイムス
ロットから数えて5タイムスロット後に再びパケットを
送信し、以後、端局3から受信応答を待ち時間内に受け
取るまで、この操作を繰り返す。
If the reception response cannot be received within the predetermined waiting time (for example, because the terminal station 1 or 2 simultaneously transmits the radio wave, or the terminal station 3 itself transmits the radio wave). When a packet collision occurs, the packet retransmission control device 13 of the terminal station 1 sets “1” according to the maximum retransmission interval K (K is a positive integer) pre-allocated for each terminal station. To "K" are generated, and the value determines the time to retransmit the packet. For example, if the random number is "5", the packet is transmitted again after 5 time slots counted from the time slot at that time, and thereafter, this operation is repeated until the reception response is received from the terminal station 3 within the waiting time.

【0026】ところで、本発明の特徴は、各端局毎に予
め割り当てられる最大再送間隔Ki(i=1,2,3,
4,5)に応じて一様乱数を発生させ、パケットを再送
する時間を決定することである。従来は、この一様乱数
の最大値は各端局に同一の値が割り当てられていた。以
下、このKiの決定方法について本発明の提案する数学
モデルを用いて説明する。いま、pi:端局iがパケッ
トを再送する確率。
By the way, the feature of the present invention is that the maximum retransmission interval Ki (i = 1, 2, 3, 3) is assigned in advance for each terminal station.
4, 5) to generate a uniform random number and determine the time to retransmit the packet. Conventionally, the maximum value of this uniform random number is assigned to each terminal station as the same value. Hereinafter, this Ki determination method will be described using the mathematical model proposed by the present invention. Now, pi: probability that terminal station i will retransmit the packet.

【0027】qi:端局iが再送パケットをもっている
確率。
Qi: Probability that terminal station i has a retransmission packet.

【0028】σi:端局iが再送パケットをもっていな
いときに新パケットが生成される確率。
Σi: Probability that a new packet will be generated when the terminal station i has no retransmission packet.

【0029】Ti:端局iがパケットを送出後、相手端
局からの受信応答を受けるまでの平均一巡伝搬遅延時
間。
Ti: Average round-trip propagation delay time from the terminal station i sending out a packet until receiving a reception response from the partner terminal station.

【0030】Ki:端局iのパケット伝送が失敗した
後、再送するまでの最大タイムスロット間隔。
Ki: The maximum time slot interval until a retransmission is made after the packet transmission of the terminal station i fails.

【0031】si:端局iのスループット。Si: Throughput of the terminal station i.

【0032】gi:端局iのトラフィック。とすると、 pi=1/{Ti+(Ki+1)/2} ……(1) gi=(1−qi)σi+qipi ……(2)
である。 ところで、端局iはパケット伝送の失敗後、Ki個のタ
イムスロットのうちどれか1つのタイムスロットを選択
しなければならないが、この選び方、即ち確率変数Ki
の分布は一様分布であると仮定する。従って、Tiを考
慮すれば、端局iは、Ti+1,Ti+2,・・・,T
i+Kiスロットのいずれか1つのタイムスロットにパ
ケットを再送することになる。本発明の目的は、各端局
のスループットおよび平均伝送遅延時間が全て等しくな
るようにKiの値を決めることにある。ここで端局iの
平均伝送遅延時間Diを次の様に定義する。 Di=τi〔1+{Ti+(Ki+1)/2}gi/si−(Ki+1)/2〕 ……(3) ここに、τiは、端局iのパケット長を表わしている。
本実施例では解析を簡単にするため、τiは全ての端局
に対して一定であり、その値は1タイムスロットと仮定
する。従って、τi=1とすると、式(3)は、 Di=1+{Ti+(Ki+1)/2}gi/si−(Ki+1)/2…(4) となる。
Gi: Traffic of terminal station i. Then, pi = 1 / {Ti + (Ki + 1) / 2} (1) gi = (1-qi) σi + qipi (2)
Is. By the way, the terminal station i has to select any one of Ki time slots after the packet transmission fails. This selection method, that is, the random variable Ki
The distribution of is assumed to be uniform. Therefore, if Ti is taken into consideration, the terminal station i is Ti + 1, Ti + 2, ..., T
The packet will be retransmitted in any one of the i + Ki slots. An object of the present invention is to determine the value of Ki so that the throughput and the average transmission delay time of each terminal station are all equal. Here, the average transmission delay time Di of the terminal station i is defined as follows. Di = τi [1+ {Ti + (Ki + 1) / 2} gi / si- (Ki + 1) / 2] (3) where τi represents the packet length of the terminal station i.
In the present embodiment, in order to simplify the analysis, τi is constant for all terminal stations, and its value is assumed to be one time slot. Therefore, when τi = 1, the equation (3) becomes: Di = 1 + {Ti + (Ki + 1) / 2} gi / si− (Ki + 1) / 2 (4).

【0033】更に、式(1)および式(2)を式(4)
に代入すると、 Di=1+Ti+(gi/si−1)/pi ……
(5) となる。
Further, the equations (1) and (2) are converted into the equation (4).
Substituting into, Di = 1 + Ti + (gi / si-1) / pi
(5)

【0034】次に、端局数がMのネットワークを考え
る。各端局は次の3つの状態のいずれか1つの状態にあ
る。 アイドル状態1:新パケットも再送パケットも持ってい
ない状態。 アイドル状態2:確率σiで端局が新パケットを持ち、
それを送出する状態。 バックログ状態:過去にパケットの衝突が有り、再送を
待っている状態。
Next, consider a network in which the number of terminal stations is M. Each terminal station is in one of the following three states. Idle state 1: A state in which there is neither a new packet nor a retransmitted packet. Idle state 2: The terminal station has a new packet with probability σi,
The state to send it. Backlog state: There is a packet collision in the past and is waiting for retransmission.

【0035】ところで、各々の未再送パケット(バック
ログパケット)の伝送遅延は幾何分布に従っているとす
る。すなわち、各未再送パケットは現在のタイムスロッ
トに確率piで再送を行なう。各端局が送出するパケッ
トがバースト状であると仮定すると、pi>σiが成立
する。各端局は新パケット生成後、そのパケットが正し
く受信されるまで次のパケットを生成できない。さて、
送信端局iよりも受信端局jに近い端局が端局iが送信
するタイムスロットと同時にパケットを送信しない確率
ρiは、次のように定義される。
By the way, it is assumed that the transmission delay of each unretransmitted packet (backlog packet) follows a geometric distribution. That is, each unretransmitted packet is retransmitted in the current time slot with probability pi. Assuming that the packets sent from each terminal station are burst-like, pi> σi holds. After generating a new packet, each terminal cannot generate the next packet until the packet is correctly received. Now,
The probability ρi that the terminal station closer to the receiving terminal station j than the transmitting terminal station i does not transmit the packet at the same time as the time slot transmitted by the terminal station i is defined as follows.

【0036】 [0036]

【0037】ここで、Mは、システムに含まれる端局数
であり、またViは、端局iから端局jへパケット伝送
する場合に、パケット衝突の発生により、端局iから端
局jへのパケット伝送が失敗する危険性のある危険領域
として定義される。いま、端局がアイドル状態1にある
確率をU1,アイドル状態2にある確率をU2,バック
ログ状態にある確率をU3とすると、U1+U2+U3
=1であり、U1,U2,U3は一意的に求められる。 U1={pi(1−σi)ρi}/{piρi+σi(1−ρi)}…(7) U2=piσiρi/{piρi+σi(1−ρi)} ……(8) U3=σi(1−ρi)/{piρi+σi(1−ρi)} ……(9) しかし、siとqiの定義から、 si=U2 ……(10) qi=U3 ……(11) であることが容易にわかる。従って、式(10),(1
1)を用いて式(8),(9)からρiを消去すれば、 piσi{(1−qi)σi−si}=0 ……(12) となる。ここで、一般性を損なわずpi≠0、σi≠0
と仮定できるので、 si=(1−qi)σi ………(13) が得られる。また、式(13)および式(2)を式
(5)に代入すれば、 Di=1+Ti+qi/si ……(14) となる。この方程式によれば、もし各端局に同一のs
i、qiを与えるKiが求まれば、Diは再送確率pi
には依存せず、ただ単に平均一巡伝搬遅延時間Tiによ
って決まることを意味している。通常のパケット無線ネ
ットワークでは、パケット長に比べて伝搬遅延時間は無
視できるので、本発明の目的である全ての端局に等しい
スループットと伝送遅延時間を与えることは可能であ
る。
Here, M is the number of terminal stations included in the system, and Vi is packet transmission from the terminal station i to the terminal station j, and a packet collision occurs, so that the terminal station i to the terminal station j. It is defined as the risk area where there is a risk that packet transmission to will fail. If the probability that the terminal station is in the idle state 1 is U1, the probability that it is in the idle state 2 is U2, and the probability that it is in the backlog state is U3, then U1 + U2 + U3
= 1 and U1, U2 and U3 are uniquely obtained. U1 = {pi (1-σi) ρi} / {piρi + σi (1-ρi)} (7) U2 = piσiρi / {piρi + σi (1-ρi)} (8) U3 = σi (1-ρi) / {Piρi + σi (1-ρi)} (9) However, it is easily understood from the definition of si and qi that si = U2 (10) and qi = U3 (11). Therefore, equations (10) and (1
If ρi is eliminated from equations (8) and (9) using 1), then piσi {(1-qi) σi-si} = 0 (12). Here, pi ≠ 0 and σi ≠ 0 without impairing generality.
Therefore, si = (1−qi) σi ... (13) is obtained. Further, by substituting the equations (13) and (2) into the equation (5), Di = 1 + Ti + qi / si (14) According to this equation, if the same s
If Ki that gives i and qi is found, Di is the retransmission probability pi
It means that it is determined by the average round trip propagation delay time Ti. In a normal packet radio network, the propagation delay time is negligible compared to the packet length, so that it is possible to give equal throughput and transmission delay time to all terminal stations, which is the object of the present invention.

【0038】次に、端局数が5であり全ての端局が等間
隔に一直線上に配列された1次元モデルに対して各端局
に異なったKiを与えたときのスループットを計算す
る。
Next, the throughput is calculated when a different Ki is given to each terminal station with respect to a one-dimensional model in which the number of terminal stations is 5 and all terminal stations are arranged on a straight line at equal intervals.

【0039】端局iから端局jへのスループットSij
(r)は、式(15)で定義される。
Throughput Sij from terminal i to terminal j
(R) is defined by the equation (15).

【0040】 [0040]

【0041】ここで、nは危険領域Vr内の端局i以外
の端局である。また、端局iのサブトータル・スループ
ットをSi(r)とすると、
Here, n is a terminal station other than the terminal station i in the dangerous area Vr. If the sub total throughput of the terminal station i is Si (r),

【0042】 [0042]

【0043】ここで、Si(r)は、端局iが領域Rr
に属する全端局jに対して持っているスループットの和
として定義される。この領域Rrは、システムモデルの
数学的取扱いを容易にするために定義された領域であ
り、具体的には、端局iの位置からシステムに収容され
る全端局を含む領域の外郭までの2等分点によって分割
される領域である。
Here, in Si (r), the terminal i is in the region Rr.
It is defined as the sum of throughputs possessed by all terminal stations j belonging to. This region Rr is a region defined for facilitating mathematical handling of the system model, and specifically, from the position of the terminal station i to the outer contour of the area including all the terminal stations accommodated in the system. It is an area divided by bisectors.

【0044】同様の考え方により、端局iが全領域Rに
もっているトータルスループットSiは、端局iが全領
域Rを分割した各領域Rrに対してもっているスループ
ットSi(r)の総和で定義され、
According to the same concept, the total throughput Si that the terminal station i has in the entire area R is defined as the sum of the throughput Si (r) that the terminal station i has for each area Rr obtained by dividing the entire area R. Was

【0045】 [0045]

【0046】で表される。It is represented by

【0047】さて、各端局のスループットを等しくする
のであるから、まず最初に全ての端局が等しい入力トラ
フィック、バックログ確率、スループットを持っている
と仮定する。すなわち、 σi=σo=const. qi=qo=const. si=si=const.とする。
Since the throughputs of the respective terminal stations are made equal, it is first assumed that all the terminal stations have the same input traffic, backlog probability and throughput. That is, σi = σo = const. qi = qo = const. si = si = const. And

【0048】ここで式(17)をpiについて解くと、Solving equation (17) for pi,

【0049】 [0049]

【0050】を得る。式(18)を全てのiについて解
けば、piの分布が得られ、その分布は全ての端局に対
して等しいスループットを与えるはずである。
To obtain. Solving Eq. (18) for all i will give a distribution of pi, which should give equal throughput to all terminals.

【0051】式(18)はM個の未知数を含んだ連立方
程式であり、同時に超越方程式でもある。まず最初に考
えなければならないのは式が物理的意味をもつための条
件である。明らかに、入力トラフィックσoはsoより
大きくなければならない。さもなければ、piが負の値
をとることになるからである。しかしながら、パケット
の再送を行なわない端局数が無限大のネットワークで
は、各端局のスループットは各端局の入力トラフィック
に等しくなければならないことが知られている。本実施
例によって示された数学的モデルは過去の研究によって
得られた端局数無限大のネットワークに対する解と同等
の解を持っており、σo>soの場合のみを考える。
Equation (18) is a simultaneous equation containing M unknowns, and at the same time is a transcendental equation. The first thing to consider is the condition for an expression to have a physical meaning. Obviously, the input traffic σo must be greater than so. Otherwise, pi will take a negative value. However, in a network in which the number of end stations that does not retransmit packets is infinite, it is known that the throughput of each end station must be equal to the input traffic of each end station. The mathematical model shown in this example has a solution equivalent to the solution for networks with an infinite number of terminal stations obtained by past research, and considers only the case of σo> so.

【0052】さて、従来の場合との比較をするために、
トラフィック、スループット、伝送遅延時間の分布につ
いて同一条件で数値計算した結果を以下に示す。なお、
計算に際して各変数を、σo=0.2,so=0.1,
M=5 に設定した。
Now, in order to make a comparison with the conventional case,
The results of numerical calculations for the distribution of traffic, throughput, and transmission delay time under the same conditions are shown below. In addition,
In the calculation, each variable is set to σo = 0.2, so = 0.1,
It was set to M = 5.

【0053】まず式(18)を解くことにより再送確率
piの分布をもとめ、Kiの値を各端局に対して割り当
てる。また、従来方式のKの値は、本実施例の動作条件
に見合うようにするため、Kiの値の平均値とほぼ等し
くなるようにした。
First, the distribution of the retransmission probability pi is obtained by solving the equation (18), and the value of Ki is assigned to each terminal station. Further, the value of K in the conventional method is set to be substantially equal to the average value of the values of Ki in order to meet the operating conditions of this embodiment.

【0054】計算の結果、Kiの最適分布は K1=1
2、K2=21、K3=23、K4=21、K5=12
となった。これらKiの平均値は17.8であるの
で、従来方式に対するKの値として、K=18を使用し
た。
As a result of the calculation, the optimum distribution of Ki is K1 = 1.
2, K2 = 21, K3 = 23, K4 = 21, K5 = 12
Became. Since the average value of these Ki is 17.8, K = 18 was used as the value of K for the conventional method.

【0055】トラフィックの分布を図2に示す。従来方
式の分布状態は、上方に凸となっている。これは、中央
に位置する端局が、両端に位置する端局よりも頻繁に新
しいパケットの伝送が可能であることを示している。他
方、本方式の分布状態は、下方に凸となっている。これ
は両端に位置する端局が、中央に位置する端局よりも頻
繁にバックログパケットの再送を行い、中央の端局と同
一のスループットを維持していることを示している。
The distribution of traffic is shown in FIG. The distribution state of the conventional method is convex upward. This indicates that the terminal station located at the center can transmit new packets more frequently than the terminal stations located at both ends. On the other hand, the distribution state of this method is convex downward. This indicates that the terminal stations located at both ends retransmit the backlog packets more frequently than the terminal station located in the center, and maintain the same throughput as the central terminal station.

【0056】スループットの分布を図3に示し、また、
伝送遅延時間の分布を図4に示す。本発明による方式で
は、いずれも平坦な特性となっており、ネットワークに
含まれる全ての端局のスループットと伝送遅延時間を等
しくすることができる。
The throughput distribution is shown in FIG.
The distribution of the transmission delay time is shown in FIG. In the system according to the present invention, all have flat characteristics, and it is possible to equalize the throughput and the transmission delay time of all the terminal stations included in the network.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、各端局に
おいてパケット伝送が失敗した場合、各端局毎に予め割
り当てられている最大再送間隔K(Kは正の整数)に応
じて、「1」から「K」までの一様乱数を発生させ、そ
の値によってパケットを再送する時間を決定して再送す
る手段を設け、また各端局毎の最大再送間隔Kを最適化
することにより、パワーキャプチャ効果によって生じる
各端局のスループットおよびパケット伝送遅延の差をな
くして均一にできるので、各端局に対して等しい通信品
質を与えることができる。
As described above, according to the present invention, when packet transmission fails at each terminal station, according to the maximum retransmission interval K (K is a positive integer) previously assigned to each terminal station, By generating a uniform random number from "1" to "K", determining a time for retransmitting a packet by the value, and retransmitting the packet, and optimizing the maximum retransmission interval K for each terminal station. Since the difference in the throughput and packet transmission delay of each terminal station caused by the power capture effect can be eliminated and uniformized, equal communication quality can be given to each terminal station.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】本実施例および従来方式のトラフィック分布を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing traffic distribution according to the present embodiment and a conventional method.

【図3】本実施例および従来方式のスループット分布を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing throughput distributions of this embodiment and a conventional method.

【図4】本実施例および従来方式の伝送遅延時間分布を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing transmission delay time distributions in the present embodiment and the conventional method.

【図5】5つの端局からなる無線ネットワークを示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a wireless network including five terminal stations.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1〜5 端局 13〜53 パケット再送制御装置 1 to 5 terminal station 13 to 53 packet retransmission control device

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 1つの通信チャネルを3つ以上の各端局
が共有してデータ通信を行なうスロッテッド・アロハ方
式のパケット通信システムであって、 前記各端局は、パケット信号を送信後、所定時間内に相
手端局からの受信応答が得られない場合に前記パケット
信号を再送する手段を有し、この再送手段は、前記所定
時間が経過したときに、前記各端局毎に予め割り当てら
れている最大再送間隔K(Kは正の整数)に応じて
「1」から「K」までの一様乱数を発生し、この値によ
って前記パケット信号を再送する再送遅延時間を決定す
ることを特徴とするパケット通信システム。
1. A packet communication system of a slotted Aloha system in which one communication channel is shared by three or more terminal stations to perform data communication, and each terminal station transmits a packet signal and then a predetermined signal is transmitted. It has means for retransmitting the packet signal when a reception response from the other end station is not obtained within the time, and this retransmitting means is pre-assigned to each of the end stations when the predetermined time has elapsed. A uniform random number from "1" to "K" is generated according to the maximum retransmission interval K (K is a positive integer), and the retransmission delay time for retransmitting the packet signal is determined by this value. Packet communication system.
【請求項2】 前記最大再送間隔Kは、前記各端局間の
相対的な位置関係にもとづいて前記各端局のスループッ
トおよびパケット伝送遅延が等しくなるように前記各端
局毎に割り当てることを特徴とする請求項1記載のパケ
ット通信システム。
2. The maximum retransmission interval K is assigned to each terminal station so that the throughput and packet transmission delay of each terminal station become equal based on the relative positional relationship between the terminal stations. The packet communication system according to claim 1, which is characterized in that.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6078572A (en) * 1995-09-20 2000-06-20 Ntt Docomo Access method, mobile station and base station for CDMA mobile communication system

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