JPS58219838A - マルチアクセス方式 - Google Patents

マルチアクセス方式

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JPS58219838A
JPS58219838A JP57101913A JP10191382A JPS58219838A JP S58219838 A JPS58219838 A JP S58219838A JP 57101913 A JP57101913 A JP 57101913A JP 10191382 A JP10191382 A JP 10191382A JP S58219838 A JPS58219838 A JP S58219838A
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JP
Japan
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channel
circuit
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Kazutomo Kobayashi
小林 和朝
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NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04JMULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00Time-division multiplex systems
    • H04J3/24Time-division multiplex systems in which the allocation is indicated by an address the different channels being transmitted sequentially

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Time-Division Multiplex Systems (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明F11つの通信媒体を複数のユーザで共有してパ
ケット通信を行なうマルチアクセス方式に関する。
第1図に示されるような人工衛星を通信媒体として用い
るマルチアクセス方式としては%TDMA(時分割多重
)方式とアロI・(以下ALOHAとする)方式がよく
知られている。前者はチャンネルーザにそれぞれ固定的
に割り当てたものである。
この方式はユーザ数が少なく、各ユーザのトラヒックが
大きい場合には非常圧優れているが、ユーザ数が多く、
各ユーザのトラヒックが小さい場合には、チャンネルの
利用率は非常に低くなシ、平均遅延時間が非常に大きく
なるという欠点をもつ。
又、トラヒックの不均衡がある場合も都合が悪い。
後者のアロハ方式には最初に考えだされた純アロハ方式
とその改良形であるスロットアロハ方式がある。ここで
はスロットアロハ方式について述べる。この方式は第2
図に示しているようにチャンネルをTDMA方式と同様
にタイムスロットに切シ、各ユーザは送信要求があれば
、このタイムスロットに同期して即パケットを送出し、
複数のユーザが送出していて衝突が起これば、ランダム
に再送を行なうものである。この方式はユーザ数が多く
、各ユーザのトラヒックが小さい場合に優れている。
しかしながらチャンネル容量IK対し、この方式の最大
スループットは0.368と低く、これを越えて送信す
ると、衝突ばかシ起こしてデッドロック状態を起こす。
し念がってユーザ数が多く、かつ各ユーザのトラヒック
が広い範囲にわたって変動する場合、どちらの方式も適
合しない。この場合、トラヒックに応じて、自動的KA
LOHAモードを取ったり、TDMAモードを取ったり
するような方式が考えられる。文献り、 Kleinr
ock and Y、 Yemini、 @AnOpt
imal adaptine scheme for 
multipleaccess broadcast 
communication、*  ICCConf、
 Proc、、 Chicago、 IL、 June
 1977、に記されている方式は上記の考えを実現し
ており、低トラヒツクのときはALOHAモードとな夛
、高トラヒツクのときはΦDMAモードとなっている。
しかしながら、このような動作を行なわせるためには、
パケットの送出要求を行なっているユーザの総数が各ユ
ーザにわかっていなければならず、したがってこのため
の情報をサブチャンネルをもうけて送らなければならな
いという欠点がある。文献Glenn Ricard 
and Ashok K、 Agnawala。
彎Dynamic management of pa
cket radio 5lota紳presente
d at Th1rd Berkeley’Works
hop onDistributed Data Ma
nagement and ComputerNe t
works、 Aug、 1978. に記・されてい
る方式は最初ALOHAモードで初め、各ユーザはチャ
ンネルの状態を観測し、混んでくると−せいKTDMA
モードに切り換え、TDMAモードで空が出てきたスロ
ットはALOl(Aモードに切り換えるものである。仁
の方式はサブチャンネルを必要としないが、2〜3のユ
ーザのトラヒックのみが増えた場合、−せいに各ユーザ
がT DMAモードに切り換わっても処理できず、した
がって前記のユーザに多くのスロットを割り当てる操作
を更に必要とする。
TDMAモードに切り換えるために1スロツトを前もっ
て割り当てておく必要がアル、ユーザの増減に対応する
のが困難である。又、実現方法も明確でない。
本発明の目的は、各ユーザのトラヒックが広い範囲にわ
たって変動する場合にも、分散制御でチャンネルを効率
よく利゛用することを可能とするアクセス方式を提供す
ることにある。
上記目的は、1つの通信媒体を複数のユーザで共有して
パケット通信を行なうマルチアクセス方式において、1
つの通信媒体を複数のチャンネルに分割し、各ユーザは
各チャンネルの使用状況を観測し、前記観測した情報を
もとに各チャンネルへアクセスする量を制御することに
より、達成される。
以下図面を用(八て本発明について詳細に説明する。は
じめに第1の実施例の原理を説明する。
第3図に示されるように時間軸上で複数のチャンネルに
分割することを考え、時間を1パケツトの伝送時間毎の
タイムスロットに切夛%Lスロットを1フレームとする
。次に各ユーザはフレーム内の各スロットに対応した確
率を用意し、あるスロットに再送を含めて送信要求があ
ればそのスロットに対応する確率でパケットを送出する
今、ユーザ外がフレーム内の1番目のスロットに送信要
求があれば送出する確率をPLmとし、ユーザ外におい
て再送を含めて送信要求が出る確率を0%とするならば
、チャンネルスループ・ソトSは となる。但し、Nはユーザ数。このスルーブツトSを最
大とするように確率Pisを制御し、チャンネルの利用
効率を上げる。そのアル、ゴリズムとして、グラディエ
ンド法を用いると、 となる。但しαは修正係数。もちろんPimは確率であ
るので、上記のアルゴリズムの外に(L=io ”・+
 Lt 5==1. ”’* N)の拘束をおく。ここ
で(3)式を見ると、()内の左辺は自分自身を除いて
他のユーザがまったく送出していない確率、右辺は自分
自身を除いて他のユーザが送出し成功した確率である。
これらの量は自分自身が送出して込ないときにチャンネ
ルを観測することによって得られる。又Lti既知であ
り。
G%は自分自身に関する量である。したがって(2)式
〜(4)式からなるアルゴリズムは各ユーザがコントロ
ールのための情報を互いにやりとシする必要はなく、自
分自身の状態とチャンネルの状態を観測することだけで
実行できるものである。
今、ユーザ数が2で、1フレームのスロット数を2とし
た場合を考える。この場合(3)式はとなる。今%G、
 、 G、 (、のようなトラヒックの低いときを考え
る。PLn (t、 ?B=1.2 ) Fi確率力の
で1よりも少ない。したがって(5)式はとなる。(2
)式のような更新を行なうと、どんな初。
期値からはじめても、増加するばかりで、結局(4)式
の拘束によって Pt%= 1 (t、 ?l=1.2 )      
(7)となる。これはALU)(Aモードをとっている
ことち を示す。
次に、G、=Gt=1のような高トラヒツクのときを考
える。このとき(5)式は 図よシ、収束する解は の4とおυが考えられる。(9,2) 、 (9,3)
式ば■甑モードの状態で、(9,1)、(9,4)式は
1つのユーザがチャンネルを完全に占有した状態である
。もし。
2つのユーザのトラヒウクが均等で、総和がチャンネル
容量と等しいときは、  (9,1)、(9,4)式の
解はとりにくい。というのは各ユーザにチャンネルを完
全に占有する#1どのトラヒウクがないので、(9,1
)、(9,4)式の解をとると、チャンネルのスロット
に空状態が存在する。そうすると、締め出されたユーザ
では送出確率が増える方向に制御がかかる。その結果、
安定するところは゛1’D凧モードとなる。
ところで、(3)式の室は利得定数として考えることが
でき、修正係数αの中に含めることができる。
第5図は本発明の第1の実施例を示すブロックG外 図で、(3)式の1を1としている。
まずは各ブロックの機能を説明し、その後動作を説明す
る。
1.2は端末装置と接続される端子で、1が出力端子、
2が入力端子、3,4は無線通信機と接続される端子で
、3が入力端子、4が出力端子。
5はスロットアロノ・部で、自分宛のパケットを取り込
む機能、送信したパケットが衝突を起こしたかどうかを
判断する機能、衝突を起こしたとき再送を行なう機能、
スロット同期をとる機能などを備え、従来のスロットア
ロハを行なう。6は状態検出器で、端子3を通じてチャ
ンネルから送られてくる信号を観測しながら、チャンネ
ルにだれもパケットを送出されていないと負は+1.他
のユーザが送信に成功したときは−1,その他は0を出
力する。7は制御回路で、スロットアロハ部5からスロ
ット同期信号を入力して、演算回路I9、記憶回路8な
どを制御する。詳しくは動作の説明で行なう。8は記憶
回路で、確率P、 、 P、 、・・・yPLの値を保
持する。9け演算回路Iで、記憶回路8からきた値Pを
状態検出器6の出力2に応じ、とし、再び記憶回路8へ
もどす。Δは小さな正の数である。
10は乱数発生器で、0から1の間の乱数を発生する。
11#i比較器で、記憶回路8の出方と乱数発生器10
の出力とを比較し、記憶回路8の出力が大きければ1を
、小さければ0を出方する。
121dゲ一ト回路で、比較器11の出方が1であれば
ゲートを開き、0であればゲートを閉じる。
13はバッファで、スロットアロハ部5から送出された
パケットを蓄え、ゲート回路12が開いたときに制御回
路7からのスロ・ソト同期の信号に同期して送出する。
もしバッファ13に蓄えられたパケットがなく、かつゲ
ート回路12が開いていれば、スロットアロハ部5から
送出されたパケットはそのまま端子4から送出される。
14t′i遅延器で、ゲート回路12からパケットを送
出されたとき1.送出きれなかったとき0の信号を受け
チャンネルの伝送遅延時間だけ遅延させる。これは観測
しているスロットに自分がパケットを送出してbるのか
どうかの情報を状態検出器6につたえるものである。
第6図は状態検出器6の一実施例を示すブロック図であ
バキャリア検出器23、誤り検出器24、論理回路25
から成シ、端子2oから受信信号、端子21から遅延器
14出カを入力し、端子22から結果を出力する。キャ
リア検出器23Hチヤンネルに信号が存在すれば1を出
力し、存在しなければ0を出力する。誤り検出器24は
受信パケットの誤りを検出し、誤りがあれば1なければ
Oを出力する。論理回路25はキャリア検出器23゜誤
り検出器24の出力と端子21からの信号を入力とし第
7図に示す演算を行なう。以上が各ブロックの機能であ
る。
例えばキャリア検出器23の出力が@1詐、誤シ検出器
24の出力が@l I11端子21の入力がN Q N
であれば論理回路25の出力は1IOHを出力する。
次に第8図のタイムチャートを参照しながら動作を説明
する。時刻の単位はスロットとする。制御回路7は記憶
回路8から比較器11へ確率P、。
P7.・・・s Plをスロット毎にサイクリックに送
る。
第8図のタイムチャートでは、スロット数をL=5とし
ている。同時に乱数発生器10からスロット毎に乱数を
発生し、比較器11へ送る。比較器11では大小を比較
し、ゲート回路12へ送る。
ゲート回路12では比較器11から1が入力されれば開
き、0が入力されれば閉じる。ゲート回路12が開いて
いるとき、スロットアロハ・部5からパケットが出力さ
れればそのまま端子4からチャンネルへ送出し、もし閉
じていれば、一旦バツファ13に蓄え、ゲート回路12
が開くのを待って送出する。この送出の状況は遅延器1
4でチャンネルの伝送遅延時間(第8図のタイムチャー
トでは3スロツト)だけ遅延させられ、状態検出器6に
送られる。演算(ロ)路■9は記憶回路8から送ちれた
値を四式に従lるて計評し、再び記憶回路8へもどす。
したがって記憶回路8の値PI s Pt *・・・。
PL はそのときのチャンネルの状態によって変化する
。このと外の記憶回路8から演算回路■9へ送られる値
 P3.P!、・・・、PLは、比較器11へ送られる
位相とは異なり、チャンネルの遅延時間だけシフトした
位相である。これによってチャンネルに送出しようとし
ているスロットと観測しているスロットとの時間釣具な
りを吸収する。今、記憶回路の内容PtがすべてPz=
=l(z=l、・・・。
5)であるとすると、ゲート回路12はたえず開かれて
おり、スロットアロハ部2の出力がそのまま出力されて
ALO)(Aモードをとる。今、P、=1で他tiOで
あるとすると、P、が記憶回路8から読み出されたとき
のみ、ゲート回路12は開かれ、そのスロットのみ送出
されて、TDMAモードをとる。
(3)式をそのit行なり場合にはスロットアロノ一部
5に蓄えられている再送パケット数とバッファ13に蓄
えられているパケット数からGnを推定するトラヒック
推定器を付加し、演算回路工9の内部の定数ΔをGnΔ
rする。
以上の説明かられかるように本発明は従来のスロットア
ロハ方式が用いられていれば、そのニーの信号を付加し
たり、サブチャンネルを設けたりする必要はなく、チャ
ンネルを観測する手段とスロットにアクセスする量を制
御する手段を備えることに工Q実現できる。
次に第2の実施例の原理を説明する。これは第1の実施
例のアルゴリズムを簡略化したもので、である。Ql)
式の()の左辺は自分自身を除いて他のユーザがまった
く送出していない確率、右辺は自分自身を除いて他のユ
ーザが送出している確率である。したがって自分が送出
していないときに観測しているスロットが空であれば確
率Pt%を増やし、他のユーザを送出していれば減らす
更に自分が送出して成功したら確率Pt%を増やし、衝
突がおこれば、減らす。もちろんPLnは確率があるの
で、上記の外に(4)式の拘束かつ(。このアルゴリズ
ムはチャンネルのおいているスロットにパケットを送出
しようとするもので、その結果、チャンネルスループッ
トを上げる方向へ、確率Pt、が制御されていく。
第9図は第2の実施例を示すブロック図である。
第1の実施例と異なるところは記憶回路8の内容を書き
かえるための状態検出器と演算回路である。
状態検出器のかわりにキャリア検出器23が備えられ、
チャンネルに信号が存在すればlを出力し、存在しなけ
れば0を出力する。演算回路用は記憶回路8からきた値
Pをキャリア検出器23の出力がOのとき、 P4−min(P+Δ、1) とし、1のときは次のようにする。スロットアロハ部8
から自分自身が送出したパケットについて成否の情報が
来なかったとき、つまり自分自身はパケットを送出して
1八ないがチャンネルに信号が存在する場合は、 P←max(P−Δ、0) とする。自分自身がパケットを送出し、スロットアロハ
部から送出パケットの成否に関する情報が得られ、その
情報が、 成のとき P4−min(P+Δ、])否のとき P 
4− max (P−Δ、0)とする。Δは小さな正の
数である。他は遅延回路がなくなっているのを除いて第
1の実施例と同じである。
第3の実施例の原理を次に説明する。
第1,2の実施例では2,3のユーザのトラヒックだけ
が増えてきた場合、それらのユーザがチャンネルを占有
してしまい、他のユーザは締め出されることがおこる。
そこで拘束をつけ。
g1 の条件でチャンネルスループツ)S を最大にするようにする。これを実行するアルゴは、 である。このアルゴリズム11(2)、 (31式にラ
グランジコ定数λnを付加されたもので、α4式の条件
を満足するようにこの定数が定まる。
本実施例は第1の実施例の演算回路Iが第10図のブロ
ック図のようになる。演算回路[43は端子41からば
いってきた記憶回路8の出力Pを端子40からはいって
くる状態検出器6の出力2に応じて とし、再び端子41から記憶回路8へもどす。Δは小さ
な正の数である。又、同It二 Q 4− q −1−P           Qηの
演算を行ない、qを保持する。H式および09式の演算
は端子42からはいってくる制御回路7の制御信号にも
とすき、タイムフロ・ソトに同期して行なわれるー。演
算回路IV44は端子42からはいってくる制御回路7
の制御信号にもとすき、1フレームに相当するLスロッ
ト毎に演算回路m43のλおよびqを読み込み とし、再び演算回路l1143にもどす。βは小さな正
の数である。
このアルゴリズムは第2の実施例にも同様に適用するこ
とができる。
第3の実施例では の拘束がついているため、チャンネルの容量を越えるト
ラヒックがあった場合に、問題が起こる。
つまり、チャンネルが非常に混んでいてもユーザはパケ
ットを送出し、その結果衝突ばかり起してスルプツトを
かえって落してしまう。第4の実施例はQ4)、 (1
9式のλ九に上限を定め、これ釦より上記の状態を回避
するものである。
今、λ舊に次のような上限を定める。
λn < 1           □ (2(1そう
すると、他のユーザがチャンネルを絶えず使用している
状態では となる。したがってPt%はPt%→Oとなるように修
正されフロー制御される。第11図は第4の実施例を示
すブロック図である。図を見てわかるとおり第10図に
示される実施例に演算回路V45が付加されている。
この演算回路V45で演算回路N44で得られたλにつ
いて、 16m1n(λ、λ0)  但しλ0≦1−(ハ)の演
算を行ない、その結果を演算回路143へ送る。演算回
路1v44で得られるqについではそのまま演算回路m
43へ送る。その他は第3の実施例と同じである。
最後に周波数軸上で複数のチャンネルに分割した第5の
実施例について説明する。今までLスロットを1フレー
ムとし、時間軸上でLチャンネルを実現していた。ここ
では第12図に示すように。
周波数軸でLチャンネルを実現する。各ユーザは無線通
信機として第13図のブロック図に示されるようなL個
の復調器とL個の変調器を備え、常時すべてのチャンネ
ルを受信し、かつ常にどのチャンネルにもアクセスでき
るようにしている。
第14図は第5の実施例を示すブロック図で、第1の実
施例に用いたアルゴリズムを適用している。但し簡単の
ためにチャンネル数を3としている。100.1旧は端
末装置と接続される端子で。
100が出力端子、 101が入力端子、 102はア
ロハ部で、自分宛のパケットを取シ込む機能、送信した
パケットが衝突を起したかどうかを判定する機能、衝突
を起こしたとき再送を行なう機能などを備え、従来の純
アロハを行なう。アロハ部102から送出されたパケッ
トはまず分配器103に蓄えられる。分配器103では
蓄えられたパケットをゲート回路104〜106の内で
、開いているゲート回路へパケットを送出する。ゲート
回路を通ったバケツ)fl出力端子107〜109を通
して無線通信機へ送られる。それぞれの出力端子はチャ
ンネルと対応する。一方、無線通信機で受信されたパケ
ットは入力端子110〜112を通して多重器113と
状態検出器114〜116へ送られる。それぞれの入力
端子はチャンネルと対応する。
多重器113では複数の入力端子110〜112がらは
いったパケットを一旦蓄え、先に到着したパケットから
アロハ部102へ送る。状態検出器114〜116では
入力端子110〜112を通して各チャンネルから送ら
れてくる受信信号を観測し、パケットが受信されないと
きハ+1.他のユーザが送信に成功しているときIfi
−i、その他はOを出力する。この状態検出器114〜
116はfslの実施例で用いた状態検出器と同じであ
る。次の演算回路117〜119ではそれぞれの演算回
路の内部で保持している確率Pをそれぞれの状態検出器
の出力Zに応じて。
Z=+1(7)とき I’(−min (P+Δ、1)
Z=−1のとき P4−max(P−Δ、0)Z=0 
のときP(−P とし、その値を保持し、同時にパターン発生器120〜
122へ送る。但しΔは小さな正の数である。パターン
発生器120〜122では演算回路117〜119から
送られてくる確率Pに応じた頻度で1,0のバタ・−ン
を発生し、ゲート回路104〜106へ送る。このパタ
ーン発生器120〜122は第1の実施例で用いた比較
器11と乱数発生器10から成る。ゲート回路104〜
106は、パターン発生器120〜122の出力が1の
とき開き、Oのとき閉じる。但し一旦パケットが通過し
始めると1通過し終るまでパターン発生器の出力のいか
んにかかわらず開いたままにする。遅延器123〜12
5はゲート回路104〜106から受けたパケットを送
出したかどうかの情報をチャンネルの伝送遅延時間だけ
遅延させ、観測しているチャンネルに自分がパケットを
送出しているのかどうかの情報を状態検出器110〜1
12へ伝える。
以上の第5の実施例は第1の実施例に用いたアルゴリズ
ムをそのまま適用したものであるが、同様に第2. 3
. 4の実施例に用いたアルゴリズムも適用することが
できる。又、第5の実施例は純アロハを基本としたが、
スロットアロハを基本として構成することも可能である
なお、上記説明は無線通信に限ったが、有線通信にも容
易に適用することができる。
以上の説明かられかるように1本発明は各ユーザのトラ
ヒックが広い範囲にわたって変動する場合にも適応して
チャンネルを効率よく利用することを可能とし、かつ制
御アルゴリズムも簡単である。
【図面の簡単な説明】
第1図は衛星通信を示す図、第2図はスロットアロハ方
式を示す図、第3図はフレームを示す図、第4図(a)
、 (b)は相生間を示す図、第5図は本発明の第1の
実施例を示すブロック図、第6図は状態検出器6を示す
ブロック図、第7図は論理回路の入出力関係を説明する
ための図、第8図はタイムチャートを示す図、第9図は
本発明の第2の実施例を示すブロック図、第10は本発
明の第3の実施例を示すブロック図、第11図は本発明
の第4の実施例を示すブロック図、第12図は周波数分
割を説明するための図、第13図は本発明の第5の実施
例で用いる無線通信機を示すブロック図、第14図は本
発明の第5の実施例を示すブロック図である。 図において、1,4は出力端子、2. 3F−It入力
端子、5はスロットアロハ部、6は状態検出器。 7は制御回路、8は記憶回路、9は演算回路■、10は
乱数発生器、11Vi比較器、12はゲート回路、13
はバッファ% 14は遅延回路、20゜21は入力端子
、22は出力端子、23はキャリア検出器、24は誤り
検出器、25は論理回路、30H演算回路、40.42
F1入力端子、41F1入出力端子、43は演算回路1
11.44fl演算回路■、45は演算回路45.10
0,107〜109は出力端子、101,110〜11
2は入力端子、102けアロハ部、 103は分配器、
104〜106tiゲート回路、 113は多重器、1
14〜116は状態検出器、117〜119F′i演算
回路、120〜122はパターン発生器、123〜12
5は遅延器である。 オ l 図 ユーザ″1  ユーザ2     ユーザ゛N5!17
3  口 1234       f      L廿 4 図 xt (b) オ S 口 C 26図 才8回 210図 オノl 口 オ12 圓 才13 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1つの通信媒体を複数のユーザで共有してパケット通信
    を行なうマルチアクセス方式において、1つの通信媒体
    を複数のチャンネルに分割し、各ユーザは各チャンネル
    の使用状況を観測し、前記観測した情報をもとに各チャ
    ンネルへアクセスする量を制御することを特徴とするマ
    ルチアクセス方式。
JP57101913A 1982-06-14 1982-06-14 マルチアクセス方式 Granted JPS58219838A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57101913A JPS58219838A (ja) 1982-06-14 1982-06-14 マルチアクセス方式
US06/503,264 US4574378A (en) 1982-06-14 1983-06-10 Multiple access system and method
DE8383105809T DE3374507D1 (en) 1982-06-14 1983-06-14 Multiple access system and method
EP83105809A EP0097309B1 (en) 1982-06-14 1983-06-14 Multiple access system and method
CA000430342A CA1200933A (en) 1982-06-14 1983-06-14 Multiple access system and method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01288117A (ja) * 1988-05-16 1989-11-20 Hitachi Ltd 衛星通信方式及び衛星通信システム
JPH02220526A (ja) * 1989-02-21 1990-09-03 Canon Inc スペクトラム拡散通信装置

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JPS55107348A (en) * 1979-02-09 1980-08-18 Mitsubishi Electric Corp Multiple access communication system in satellite communication

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