JPH0666729B2 - 送信権制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は複数の局が複数のチャネルを共有する通信シス
テム、例えばローカル・エリア・ネットワーク（LAN）
や無線通信システムの送信権制御方式に関する。

（従来技術とその問題点） 従来から複数の局が複数のチャネルを共有して利用する
システムとしては衛星通信や移動通信のような無線通信
システムと、LAN特にブロード・バンド・LANと呼ばれる
データ通信ネットワークがある。移動通信システムにお
いては例えば自動車電話システムのように中心局が全チ
ャネルを管理し、移動端末からの回線利用要求が生じた
場合には中心局が空チャネルを指定し子局がそのチャネ
ルの送信権を得るという方式をとっている。中心局が一
局のみの場合にはこの方式で特に問題は生じないが、中
心局が複数存在するような場合には複数の中心局で同時
に同じ周波数チャネルを利用して干渉を起こす。これを
防ぐために電波の伝播距離を測定し中心局毎に通信ゾー
ンを設定し隣接する通信ゾーンでは異った周波数チャネ
ルを使用するように指定し、同一の周波数を再利用する
場合には距離が十分離れて干渉を起こさないゾーンにす
るようにする方法がとられている。このようになシステ
ムの設計法の詳細は文献（伊藤、松坂、「自動車電話方
式の概要」、研究実用化報告、第26巻第７号、1821〜18
36ページ、1977）に記されている。

しかしながらこのようなセル方式では周波数を十分有効
に利用することができない。すなわち、隣接するゾーン
では異った周波数を使用することに決めてあるのでトラ
ヒック量に変動が起り、ある特定のゾーン内ではトラヒ
ック量が非常に多く、周辺のゾーンではトラヒック量が
少い場合でも、隣接ゾーンの周波数チャネルを要するこ
とはできないので、トラヒック量の多いゾーンでは呼損
が起り、トラヒックの少いゾーンでは殆んど使われない
ということになる。このような問題解決するには各中心
局で全周波数チャネルを観測して空いているチャネルを
利用する方法が考えられる。しかしこの方法では中心局
では空いていると観測されても移動端末の側では干渉を
受けている場合があるので、中心局のみで使用する周波
数チャネルを決定することはできない。従って中心局と
移動端末との間で周波数チャネル決定までに何度かのや
りとりが必要となり時間がかかるという欠点がある。更
に移動通信においてはいわゆるフェージングと呼ばれる
受信電界変動があるため、干渉波の存在を正しく検出す
ることは困難であり、かなり高い確率で干渉波を見逃し
てしまうという欠点もある。また移動通信システムとは
全く異ったシステムであるローカル・エリア・ネットワ
ーク（LAN）に同様な技術的問題がある。LANにおいては
回線への送信権の制御方式として各種の方式が提案され
ているがのその中の有力な方式に多重チャネル形CSMA／
CD方式と呼ばれるものがある。この方式は文献（野村、
岡田、中西「ブロードバンドバス形ネットワークにおけ
る多重チャネル形CSMA／CD方式-Ψ-net」，信学技報SE8
3-291983）に詳しく記述されている。この方式では複数
の端末が共通バスを介して結合されており、バス上では
複数の周波数チャネルを利用することができる。送信す
べきデータを持つ端末は空いている回線を見つけて送信
する。LANにおいては移動通信の場合のように信号が伝
送されているのに検出できないことは殆んどないが、殆
んど同時に２つの端末が同じチャネルに送信を開始した
場合には伝播遅延のために他方の端末が送信しているこ
とに気付かずに送信を開始して衝突を起すことがある。
このような衝突の確率が回線の利用効率の上限を定めて
おり、伝播遅延が大きくなると回線の利用効率が上らな
いという欠点があった。

（発明の目的） 本発明の目的は上述の従来の送信権制御方法の欠点を取
り除き効率の良いチャネルの利用を実現するために干渉
を起す確率の小さいチャネルを選択して送信するように
すると同時に輻輳を回避すべくトラヒック量を制御する
フロー制御をかける送信権制御方法を提供することにあ
る。

（発明の構成） 本発明においてはチャネル間に優先順位を設け、各局で
独自に過去の使用実績に基づいて優先順位を決定すると
ともに優先順位を利用してシステムの輻輳を回避するフ
ロー制御を実現する送信権制御方法を提供する。

（発明の原理） 本発明の対象となるシステムよび問題点を抽象化して述
べると以下のようになる。複数の局が複数のチャネルを
使用するのであるが、各局間では特に情報のやりとりを
行なわず各々独立して使用すきチャネルを決定する。そ
の場合に複数の局が同時に同じチャネルを使用しようと
すると互いに干渉を起してどちらも正しく情報を伝える
ことができない。従って互いの局ができるだけ異ったチ
ャネルを使用するようにして干渉を起さないようにする
必要がある。そのための一つの手段は送信に先立ってチ
ャネルを観測し、チャネルが空いていることを確認する
方法が考えられる。しかし観測の不完全性のために必ず
しも正しく空きチャネルを確認できず干渉を起してしま
う確率は依然として残る。従って本発明では各局毎に使
用するチャネルに優先順位をを与え優先順位の高いチャ
ネルから順に使用してゆくことにする。各局毎に異った
チャネルの優先順位が高くなるようにすれば干渉を起す
確率は大幅に減少する。問題は優先順位の定め方であ
る。局数が完全に定まっていれば各局に最適な優先順位
を割り当てることができるが、局数が増減する場合には
予め優先順位を定めることは不可能である。従って本発
明では過去のチャネルの使用実績に基いて優先順位を適
応的に定めることにする。すなわち使用頻度の多い（干
渉を受けずに使用することができたチャネル）の優先順
位を上げ、逆に使用しようとしてもできなかったチャネ
ルは優先順位を下げる。こうすると自然に各局で異った
チャネルの優先順位が高くなり干渉の確率を減らすこと
ができる。各局で異ったチャネルの優先順位が高くなる
ように定めても全体としてのトラヒック量が増大してく
るとやはり干渉の確率が増大する。この現状は音声通信
の場合には品質の劣化につながり、データ通信の場合に
は輻輳が生じネットワーク全体がうまく機能しなくな
る。このような状態を避けるためにトラヒック量を制御
するフロー制御も過去の使用実績から定めることができ
る。すなわち優先順位が低く過去に他局によって使用さ
れていることの多かったチャネルには使用要求があって
も使用を制限するようにすることにより、フロー制御を
実現することができる。

（実施例） 以下図面を用いて本発明について詳細に説明する。第２
図は本発明を移動通信システムに応用する場合のシステ
ムの概念を示す図である。

第２図においてS₁,S₂,S₃はそれぞれ中心局,T₁,T₂,T₃,
T₄,T₅,T₆はそれぞれ移動端末を示し、最も受信電界の強
い中心局と交信するものとする。第２図においてS₁,S₂,
S₃の交信ゾーンは重っており同じ周波数チャネルを同時
に使用すると干渉を起すものとする。但し、空チャネル
であるかどうかの検出には失敗する場合もある。各チャ
ネルには優先度を定めるために優先度関数Ｐ（ｉ），
（ｉはチャネル番号）、を定める。このＰ（ｉ）がどの
ように変化するかを第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）に示
す。初期値としては第３図（ａ）に示すようにS₁,S₂,S₃
の全ての局で各チャネルCH1,CH2,CH3の優先度関数Ｐ
（ｉ）は全て等しいものとする。（図中、棒の高さが優
先度関数の値を示している。）。今S₁に使用要求が到着
したとしよう。S₁ではチャネル＃１を観測し空であるこ
とを確認してチャネル＃１に呼出し信号を送信する。こ
とき、S₁ではチャネル＃１に送信したのでＰ（１）を増
加させる。続いてS₂において使用要求が発生したとす
る。S₂においてまずチャネル＃１を観測するが使用中で
あるので次に移りチャネル＃２を観測する。ここでは空
きであるのでS₂はチャネル＃２を使用する。従ってS₂に
おいてはＰ（１）を減少させＰ（２）を増加させる。更
に続けてS₃で使用要求が発生したとするとS₃ではチャネ
ル＃1,＃２は使用中であるのでチャネル＃３を使用す
る。従ってS₃ではＰ（１）,P（２）を減少させ、Ｐ
（３）を増加させる。このときの各局における優先度関
数の状態は第３図（ｂ）に示すとおりになる。一度この
ようにチャネル間の優先順位に差がつと以降は各局は優
先順位の高いチャネルを優先的に使用するため優先順位
の高いチャネルの優先度関数はどんどん増加し第３図
（ｃ）のようになること予想される。このようになる
と、S₁はチャネル＃１をS₂はチャネル＃２をS₃はチャネ
ル＃３を優先的に使用するようになるので互いに干渉を
起す確率は減少する。但し各局には複数の交信する端末
があるので使用するチャネルが１チャネルとは限らな
い。仮にS₂がチャネル＃２を使用中に更に送信要求が生
じた場合には優先順位２番目のチャネル＃１を観測し空
いていればチャネル＃１に送信することになる。しか
し、第３図（ｃ）にあるようにチャネル＃１の優先度関
数Ｐ（１）の値が極めて小さいということは他局におい
てチャネル＃１の使用頻度が高いということであり、観
測が誤っている確率が高い。このような場合に送信を開
始すると使用中の他局に干渉を及ぼしてしまう確率が高
い。従って優先度関数がある一定値以下の場合には例え
チャネルが空きであると観測されても送信は行なわず、
ビジー情報をユーザに返す方がより高い回線品質を保証
するとができる。第１図には本発明による送信権制御方
法の具体的な実施例を示す。送信要求が到着するとまず
優先順位の最も高いチャネルを観測する必要がある。メ
モリ15には優先度関数Ｐ（ｉ）およびチャネルｉをシン
セサイザ18に設定するための情報が記憶されている。メ
モリ15のアドレスはカウンタ17によって設定され、最初
は優先順位の最も高いアドレスに訂正される。メモリ15
ら出力された周波数値によってシンセサイザ18は周波数
を設定し、乗算器10で端子100より供給される受信信号
を中間周波信号に変換した後、電界検出回路11でそのチ
ャネルの電界強度を測定し、判定回路12で使用中である
かどうかを判定する。メモリ15からは同時に当該チャネ
ルの優先度関数値が読み出され適応化回路14へ入力され
る。適応化回路14ではメモリ15から読み出された優先度
関数の値を、判定回路12の出力により適応化する。その
方法としては、例えば判定回路12により当該チャネルが
空きであると観測されれば一定値を優先度関数に加え、
逆に当該チャネルが使用中であると観測されれば一定値
を減ずる。その場合にオーバーフローもしくはアンダー
フローを起さないように上限及び下限を設定する必要が
ある。更に送信権制御回路としては使用すべきチャネル
を決定する必要がある。この判定は判断回路13によって
為される。判断回路では以下の基準で判定を下す。

(1)当該チャネルの優先度関数が一定レベル以上でかつ
判定回路12で回線が空であると判定されればそのチャネ
ルを使用すべきであると判定しその情報を端子101から
送信回路へ出力する。同時に使用すべき周波数は端子10
2から出力される。

(2)当該チャネルの優先度関数が一定レベル以上でかつ
判定回路12で回線が使用中であると判定されれば次の優
先順位のチャネルを観測するようにカウンタ17へ指示す
る。但し全てのチャネルを観測した後であれば（これは
カウンタ17の出力を用いて判定できる）ビジー情報を端
子101から送信回路へ出力する。

(3)当該チャネルの優先度関数が一定レベル以下である
ときはビジー情報を端子101から出力する。

判断回路13で使用チャネルが決定されるか、ビジーであ
るかが定まるとソータ16ではメモリ15の内容の並べ換え
を行なう。すなわち適応換回路14でいくつかのチャネル
の優先度関数の値が変えられているので再びソーテング
を行ない優先度関数の大きい順にメモリ15の内容の並べ
換えるのである。このようにすることによりメモリ15に
は常に優先度関数値の大きいチャネルの情報から順にチ
ャネル情報が蓄えられることになり、カウンタ17で順次
読出してゆけば優先度の高いチャネルから順に調べてゆ
くことができる。このようにすることで第３図（ｃ）に
示すように過去の使用実績の履歴により使用するチャネ
ルが自然に定まってゆく。この場合、互いに干渉を起さ
ないだけ距離の離れたシステム間では自然に同じ周波数
チャネルを再利用することになり特にゾーンを設計する
ことなく空間的な周波数の再利用が行なわれることにな
る。これはシステムを設計する上で大きな長所となる。
第４図には本発明の他の応用例として考えられるローカ
ル・エリア・ネットワークのシステム構成を示す。N₁,N
₂,N₃はバス１で互いに結合されたノードであり、各ノー
ドにはT₁〜T₇で示されるような端末が接続される。各ノ
ードにおける送信権制御部の一実施例を第５図に示す。
この場合の送信すべき情報は音声ではなくデータであ
り、バスへのアクセス方法としてはマルチ・チャネルCS
MA／CD（Carrier Sense Multiple Access with Co
llision Detection）を行なう。端子200から送信デー
タが入力されると送信部では第一図の実施例の場合と同
様にカウンタ26をリセットし、メモリ24から最も優先度
の高いチャネルの番号を読出して結合器20を介して入力
される受信番号をキャリア検出回路21でそのチャネルが
空いているか使用中であるかを判定する。キャリア検出
回路はまた送信中のパケットが他のパケットと衝突した
かどうかを検出する機能も有している。チャネルが空い
ていると判定されれば適応化回路28では当該チャネルの
優先度関数を増加させ、使用中であると判定されれば優
先度関数を減少させ次のチャネルの状態を調べる。判断
回路22ではチャネルが空いている場合にはそのチャネル
を使用するように判断し、送信信号をフロー制御回路23
へ出力する。空いていない場合には次のチャネルの状態
がキャリア検出回路21から送られてくるのを待つ。但し
優先度の最も低いチャネルが使用中である場合にはバッ
クオフ信号をフロー制御回路23へ出力する。本実施例に
おいてはフロー制御回路23で第１図の実施例とは異った
手法をとる。判断回路22から送信信号が送られるとフロ
ー制御回路23では使用するチャネルの優先度関数の値Ｐ
（ｉ）を送信確率とし、乱数発生器を用いて優先度関数
の確率Ｐ（ｉ）で送信許可信号を送信部27へ送出し、１
-Ｐ（ｉ）でバックオフ信号を送信部27へ送出する。本
実施例の場合は優先度関数０から１までの値をとるもの
とする。判断回路22からバックオフ信号が送られてきた
場合にはフロー制御回路23は無条件でバックオフ信号を
送信部27へ送出する。送信号27では送信許可信号を受け
ると結合器20を介してバス１へ送出する。またバックオ
フ信号を受けると送信権を保留し公知のアルゴリズムに
基く待ち時間経過後に再び送信要求信号をカウンタ26へ
送出し上記アルゴリズムをくり返す。キャリア検出回路
21では送信中も回線をモニターし他局のデータとの衝突
がバス１上で起った場合にはこれを検出する。衝突が検
出されると判断回路22へ衝突情報を出力し判断回路22で
はフロー制御回路23を通して送信停止信号を送信回路27
へ送出する。同時に適応化回路28で当該チャネルの優先
度関数を減少させる。優先度関数は第３図と同様の動き
で、各ノードに優先的に使用するチャネルが定まってゆ
くので衝突の確率は小さくなる。送信部の構成およびバ
ックオフの方法については、本発明の要旨には直接関係
しないのでここでは詳述しないがバックオフの実現例と
しては米国特許No4,063,220に記載された方法が知られ
ている。このようなバス上でランダム・アクセスをする
データ通信においてはトラヒック量が大きくなってきた
場合に互いに衝突を起す確率が増加し回線の利用効果が
下ってしまうことがあるが本発明のようにフロー制御を
行うと使用頻度の高いチャネルでは優先度関数が減少し
てトラヒック量が制限され衝突確率を減少させることが
できる。

（発明の効果） 以上詳細に記したように本発明においては複数の局が複
数のチャネルを共有する通信システムにおいて、分散制
御によって互いの干渉を起す確率が小さくなり、かつト
ラヒック量の多いときにはフロー制御を実現する送信権
制御方式を実現することができる。なお実施例ではチャ
ネルを周波数分割方式における周波数チャネルとして説
明したが、時分割方式におる時間タイム・スロットと考
えても本発明を容易に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す図、第２図は第
２図の実施例の用いられるシステムを示す図、第３図は
優先権の変動の様子を示す図、第４図は本発明の他の実
施例が用いられるシステムの構成を示す図、第５図は本
発明の他の実施例の構成を示す図である。 図において 10……乗算器、11……電界検出回路 12……判定回路、13,22……判断回路 14,28……適応化回路、15,24……メモリ 16,25……ソータ、17,26……カウンタ 18……シンセサイザ、20……結合回路 21……キャリア検出回路、23……フロー制御回路 27……送信部をそれぞれ示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の局が複数のチャネルを共有する通信
   システムにおいて、各局において前記チャネル間に優先
   順位を付与し、該優先順位を過去の履歴によって変化さ
   せ、前記優先順位を利用してフロー制御をかけることを
   特徴とした送信権制御方法
2. 【請求項２】チャネル間の優先順位は送信に成功した場
   合、当該チャネル優先順位を上げ、送信に失敗した場合
   に優先順位を下げる特許請求の範囲（１）項記載の送信
   権制御方法
3. 【請求項３】チャネル使用に先だってそのチャネルが空
   チャネルであるかどうかを観測し、もし空チャネルであ
   ればそのチャネルの優先順位を上げ、空チャネルでなけ
   ればそのチャネルの優先順位を下げる特許請求の範囲
   （１）項記載の送信権制御方法
4. 【請求項４】優先順位が一定値以下のチャネルには送信
   を行なわないことでフロー制御をかける特許請求の範囲
   第（１）項記載の送信権制御方法
5. 【請求項５】各チャネルに確率を付与し前記確率の大き
   い順に優先順位を定めるとともに送信時に使用チャネル
   を決定した後、当該チャネルに付与された確率で送信を
   行なうことでフロー制御をかける特許請求の範囲（１）
   項記載の送信権制御方法