JPH0771037B2 - パケット送信装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スロット付きアロハ方式と称する多元接続
方式を基本とした衛星パケット通信に用いて、各地球局
の伝送量の増域に間接的に応じて自動的にパケットの送
信手順を変更しパケット伝送のサービス品質の低下を防
止すると共に、衛星回線の効率的な使用を可能にするパ
ケット送信装置に関するものである。

〔従来の技術〕 第２図にスロット付きアロハ方式と称する多元接続方式
によって運用される衛星パケット通信網を構成する地球
局のパケット送信装置の従来の構成例を示す。図におい
て、（１）はデータをパケットとして入力するパケット
入力端子、（２）は該パケット入力端子（１）から入力
されるパケットを一時蓄積するパケットバッファ、
（３）はこの構成を説明するための論理的なスイッチ、
（４）は後述するバースト送信機（５）に設けられた第
１の送信パケット入力端子、（５）はパケットをバース
トに形成し、これを送信するバースト送信機、（６）は
送信バケットバッファ、（７）はランダム遅延発生器、
（８）はバースト送信機（５）に設けられた第２の送信
パケット入力端子、（９）は受信確認信号（ACK/▲
▼）入力端子である。

第３図は第２図構成のパケット送信装置を有する地球局
によって運用される衛星パケット通信網の一例を示し、
この通信網はｎ局の子局と、１局の親局と通信衛星から
構成される。同図において、（10）、（11）、（12）は
それぞれ子局S1、S2、Snである。図では省略するがこの
ような子局はｎ局あるものとしこれらの全体を子局群と
称することにする。また、（13）は親局Ｍ、（14）は通
信衛星である。

今、説明を容易にするため子局群が衛星上のトランスポ
ンダに向けて送信する周波数と親局が送信する周波数は
別であるものとする。すなわち、子局群はトランスポン
ダ上の一つの周波数領域を共用する（トランスポンダに
多元接続する）。そしてこの多元接続方式としてスロッ
ト付きアロハ方式が使用されるものとして従来例第２図
の説明を行う。なお、この場合の親局の送信についての
説明は本発明を説明する上でその要旨に関わらないため
に省略する。

スロット付きアロハ方式はトランスポンダを時間軸上で
区分し同じ送信周波数を使用する子局群からの電波を中
継しようとする時分割多元接続方式の一種である。この
ため共通使用するトランスポンダ上において一定の時間
区分が設定される。この１区分をスロットと称する。第
４図中にその概念図を示す。図では説明のためにトラン
スポンダ上のスロットに番号を表示したが実際には個々
のスロットを区別するこのような番号の設定はない。各
子局はスロットの区切りだけを確認することができる。

次に、各子局がこのトランスポンダに送出する信号につ
いて説明する。各子局においては送信したい信号（デー
タ列）がブロック的に発生する。この１ブロックをパケ
ットと称する。このパケットは各子局が他の部分、例え
ば子局が接続する地上側の他の装置から送られてくるも
のとしてもよいし、また、子局自体が発生するものと考
えてもよい。このパケットには本来送信したいデータ
（以下メッセージと称する）の他にこのパケットの発信
元や相手先を表示するアドレスデータやパケットの伝送
を正しく行なうための制御データなどが含まれている。
このようなパケットを構成するビット列は例えば移送偏
移変調され子局より送信されるが、この際、受信局にお
けるビット列の復調・再生を正確に行うなどのためにパ
ケットの前縁に更にプリアンブルと称する補助ビット列
を付加する。このように最終的に子局がその送信機から
送信する電波の１単位をバーストと称する。第５図にバ
ーストのビット構成例を示す。

さて、以下第２図にそってスロット付きアロハ方式によ
るバースト送信手順を実行する従来のパケット送信装置
について順に説明する。まず、送信パケットはパケット
入力端子（１）を通じてパケットバッファ（２）に入力
される。このパケットバッファ（２）はパケット入力端
子（１）から入力されるパケットを直ちにバースト送信
機（５）に送り込むことができない場合にこれを一時蓄
積しておく部分である。パケットバッファ（２）に入力
されたパケットはパケットバッファ（２）が空（パケッ
トが蓄積されていない状態）で、かつスイッチ（３）が
閉じている場合にはバースト送信機（５）の第１の送信
パケット入力端子（４）と送信パケットバッファ（６）
に入力される。一方、スイッチ（３）が開いている場合
か、または、既にバッファ内にパケットが蓄積されてい
る場合には当該パケットも蓄積される。バースト送信機
（５）は変調部やRF部、アンテナなどから構成されてお
り、その第１の送信パケット入力端子（４）に入力され
るパケットを第５図に示し、このパケットにプリアンブ
ルが付加され直ちに通信衛星（14）に向けて送信され
る。但し、バースト送信機（５）はバーストの送信タイ
ミングを（最高１スロット時間分）微調整する機能をし
ており、バーストが第４図で示した衛星トランスポンダ
上のスロットに丁度納まるようにこれを制御して送信す
る。例えば、第４図に示すように子局S1（10）から送信
されたバーストａはトランスポンダ上のスロット６に丁
度納まる。図中、バーストａの送信の開始時刻からスロ
ット６の前縁までの時間は子局S1（10）からトランスポ
ンダまで電波が到達するために要する伝搬遅延時間であ
る。この電搬遅延時間は地球局と衛星間の距離に対応す
るための子局毎に少しづつ異なり（だいたい130msec程
度である）、各局はそれぞれの伝搬遅延時間に応じてバ
ーストの送信タイミングを微調整しこれを送信するが、
このようなバースト同期技術の説明については本発明を
説明する上では必要ではないために、これを省略し、各
地球局はトランスポンダ上の所定の位置にバーストを配
置する機能を持ち備えているものとする。

さて、第２図の構成及び動作は子局に共通である。今、
子局S1（10）のパケット入力端子（１）にパケットが入
力されスロット６にこれに対応するバーストが送信され
たと同様に、子局S2（11）のパケット入力端子（１）に
もほぼ同時刻にパケットが入力され、その結果、子局S2
（11）もスロット６にそのバーストが納まるようにバー
ストｂを送信したとすると、これらのバーストはトラン
スポンダ上において衝突する。すなわち、スロット付き
アロハ方式では各局がバーストを送信するにあたって、
トランスポンダ上のスロットのどれかにバーストを納め
るという制限条件があるだけで、使用するスロットにつ
ては特定されないため、たまたま１つのバーストだけが
スロットに到達するとそのバーストは正常に中継され親
局Ｍ（13）に受信されるが、２つ以上のバーストが同一
スロットに到着し衝突が起こるとそれらのバーストの送
信は失敗したことになる。そして、送信を失敗したこれ
らのバーストは再度送信が試みられる。これをバースト
の再送と称する。次に、再送の手順について説明する。

まず、再送を行うためには送信した当該バーストが送信
に成功したか失敗したかを知る必要がある。第３図のよ
うな衛星通信網においては、通常、親局Ｍ（13）におい
てバーストの正常な受信が確認されると、親局Ｍ（13）
から子局群S1（10）〜Sn（12）への回線によってこれが
連絡される。すなわち、正常に受信されたバーストはそ
れが含むパケットのアドレスデータや制御データを調べ
ることによって送信元の子局などを特定することができ
る。親局Ｍ（13）はこれをもとに子局に当該バーストの
受信確認情報（以後ACKと称する）を送り返す。それぞ
れの子局はACK信号によって、先に送信したバーストの
伝送が成功したかどうかを知ることができる。逆に、送
信が失敗した場合には、所定の時間内に期待するACK信
号が受信できないことによって送信の失敗を知ることが
可能である。これをここでは▲▼の表現すること
にする。ACK/▲▼信号は受信確認信号端子（９）
を通じて、送信パケットバッファ（６）に入力される。

さて、第２図におい送信パケットバッファ（６）からの
指令によるスイッチ（３）を通じてバースト送信機
（５）と送信パケットバッファ（６）にパケットを入力
した子局は、スイッチ（３）を開き、パケットのバース
ト送信機（５）と送信パケットバッファ（６）への入力
を断にする。もちろん、先に述べたようにこの間にパケ
ット入力端子（１）より入力されるパケットはパケッタ
バッファ（２）に蓄積される。スイッチ（３）を開く理
由は、バースト送信機（５）が送信したバーストが正し
く伝送されたことが確認されるまでは次のバーストの送
信を停止するためである。バーストの送信後そのバース
トに対するACK信号が受信されると、スイッチ（３）が
閉じ再び新しいパケットの送信が可能となる。一方、所
定の時間内にACK信号が受信できなかった場合、すなわ
ち、▲▼の場合には送信に失敗したパケットと同
じパケットを再送することになる。このパケットは送信
パケットバッファ（６）内に蓄積されているため、これ
をバースト送信機（５）の第２の入力端子（８）に入力
することによって行われる。この際、送信パケットバッ
ファ（６）に蓄積された再送パケットは▲▼確定
時点から乱数によって発生される適当な遅延の後第２の
入力端子（８）に入力される。遅延を付加する理由は、
衝突したバースト同士がそれぞれの子局から再び同じ時
刻に再送されることによる再衝突の可能性を低くするた
めである。このランダム遅延の付加はランダム遅延発生
器（７）によって行われ、また各子局が発生する乱数は
独立である。もちろん、再送に対しても▲▼がAC
Kの確認が行われACK信号が受信できるまで再送は繰り返
し行われる。なお、送信パケットバッファ（６）内のパ
ケットはACK信号が受信されるまでバースト送信機
（５）が送信したパケットと同じパケットを蓄積してい
る。

以上の様子を第４図中に示す。例えばスロット６で子局
S1（10）からのバーストａと、子局S2（11）からのバー
ストｂが衝突し、その結果所定の時間後にS1は▲
▼ａ、S2は▲▼ｂを確認したとする。子局S1、S2
（10），（11）はそれぞれ乱数の発生によってR_aとR_bの
遅延後にバーストａ′、ｂ′の再送を行い、これに成功
する。この成功はACKa′、ACKb′によってそれぞれ確認
される。

以上が、スロット付アロハ方式によるバースト送信手順
の方法と、これを達成する地球局のパケット送信装置の
従来例の動作の説明である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のパケット送信装置は以上のように構成されている
ので、スロット付アロハ方式における子局総合の単位ス
ロット当たりのパケッオ送信数が小さい場合にはバース
ト同士の衝突の確率が低いため、ほとんどのパケットが
最初の送信でこれに成功するが、単位スロット当たりの
パケット送信数が増加するに伴い衝突の可能性が大きく
なる。この衝突が生じると再送に成功するまで新しいパ
ケットの送信が停止されるため、この間に入力されるパ
ケットは次々にパケットバッファに蓄積され、パケット
バッファ内に蓄積パケットがある場合には、再送の成功
を確認すると同時に次のパケットを送信することにな
る。すなわち、バーストの衝突によって再送を含めたパ
ケットの送信溶度の増加が助長され、子局群からますま
すバーストの送信に成功することが困難になる状態に陥
ることがあるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、スロット付アロハ方式を基本とした多元接続方
式で運用される衛星通信網内に用いられてパケットの伝
送をより円滑に行うことができ、スロット当たりのパケ
ット伝送量が変動する回線に対して、常にパケットの正
常な到達時間が平均的に短くすることができるパケット
送信装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るパケット送信装置は、パケット入力端子
か入力されるパケットを一時蓄積するパケットバッファ
と、このパケットバッファに蓄積されたパケットをバー
ストに形成して送信するバースト送信機と、上記パケッ
トバッファから上記バースト送信機にパケットが入力さ
れたときにそのパケットを一時蓄積する送信パケットバ
ッファと、上記送信パケットバッファに蓄積されたパケ
ットをランダムに発生された時間遅延させて再送パケッ
トとして上記バースト送信機に送出するランダム遅延発
生器を備え、上記バースト送信機は、送信パケットの衝
突に伴うパケットの再送時に上記パケットバッファのパ
ケット蓄積量に対応した送信予約要求信号を再送パケッ
トに付加して再送し、この送信予約要求信号に対して割
当てられた予約スロット情報の信号を受け取り、該予約
スロット情報に基づいて上記パケットバッファに蓄積さ
れたパケットの送信を順次行うと共に、上記ランダム遅
延発生器は、再送パケットの送信スロットと上記予約ス
ロット情報に基づいて他局に既に予約されたスロットル
とが一致した場合に上記再送パケットの送信スロットを
変更することの特徴とする。

〔作用〕

この発明におけるパケット送信装置は、衝突パケットの
再送動作中にパケトが到来すると再送バーストを通じ
て、これらのパケットに対応するバーストを送信するた
めのスロットを予約するため、再送の成功が確認され、
予約スロットが連絡されるとその間に蓄積されたパケッ
トが予約スロットを使用し、衝突なしで効率的に伝送で
き、パケットの長期の滞留を防ぎまた、スロットの効果
的な運用が可能になる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図に基づいて説明す
る。第１図において、（１）はデータをパケットとして
入力するパケット入力端子、（２）は該パケット入力端
子（１）にて入力されたパケットを必要に応じて一時蓄
積するパケットバッファ、（３）は該パケットバッファ
（２）に蓄積されたパケットを送信するために設けら
れ、この構成を説明するための論理的なスイッチ、
（４）はバースト送信機（５）に設けられた第１の送信
パケット入力端子、（５）は上記パケットバッファ
（２）からのパケットをバーストに形成して送信するバ
ースト送信機、（６）は該バースト送信機（５）のバー
スト再送のためにパケットを蓄積する送信パケットバッ
ファ、（７）はバースト再送のためのランダムな遅延時
間を発生させるランダム遅延発生器、（８）は上記バー
スト送信機（５）に設けられ、バースト再送のためのパ
ケットを入力する第２の送信パケット入力端子、（９）
は受信確認信号（ACK/▲▼信号）の入力端子、
（18）は上記バースト送信機（５）からバースト再送に
付加された送信予約要求に対して割当てられた予約スロ
ット情報の信号を入力する予約スロット情報入力端子、
（19）はパケットバッファ（２）に設けられたパケット
蓄積量をバースト送信機（５）に連絡する信号である。

次に上記構成に基づく本実施例装置の動作について説明
する。バーストの送信に成功するときの動作は第２図の
従来例の場合と同じで次の通りである。

パケット入力端子（１）に入力されたパケットはもしパ
ケットバッファ（２）が空で、またスイッチ（３）が閉
じている場合には第１の送信パケット入力端子（４）を
通じてバースト送信機（５）に入力されると共に、送信
パケットバッファ（６）にも入力されここで蓄積され
る。そして、これと同時にスイッチ（３）を開く。もし
パケットバッファ（２）が既にパケットを蓄積している
か、スイッチ（３）が開いている場合には当該パケット
もパケットバッファ（２）に蓄積される。バースト送信
機（５）の第１の送信パケット入力端子（４）から入力
されたパケットはバースト送信機（５）内で第５図のよ
うなバーストに形成されてトランスポンダ上のスロット
に納まる最も早いタイミングで送信される。送信が成功
するとその受信局（例えば、第３図の親器局Ｍ（13）よ
り受信確認信号であるACK信号が得られる。このACK信号
を得ると、送信パケットバッファ（６）は先に送信した
パケットの蓄積をやめると同時にスイッチ（３）を閉じ
る。このとき、パケットバッファ（２）に既にパケット
が蓄積されている場合には直ちに蓄積されているパケッ
トの内の１つが（通常は、蓄積された順に）スイッチ
（３）を通じて再びバースト送信機（５）と送信パケッ
トバッファ（６）に入力され、送信される。

さて、送信されたバーストがトランスポンダ上で他局か
らのバーストと衝突して送信に失敗した場合には所定の
時間後に入力端子（９）と通して▲▼が確定す
る。▲▼が確定すると、送信パケットバッファ
（６）内に蓄積されている送信を失敗したと同じパケッ
トがランダム遅延発生器（７）によって与えられる時間
だけ遅延された後、バースト送信機（５）の第２の送信
パケット入力端子（８）に入力される。バースト送信機
（５）は再送パケットに第５図に示すプリアンプを付加
し直ちにこれをスロットに同期するようなタイミングで
送信するが、このときパケットバッファ（２）の出力端
子（19）から得蓄積パケット数の情報信号によって、パ
ケットバッファ（２）内の蓄積パケット数の連絡を受
け、その数の分だけこれらを送信するスロットを要求す
る予約要求情報をプリアンブル中の所定のビット部分に
データとして書き込む。この情報は再送の度、出力端子
（19）からの新しい情報によって更新される。予約要求
情報を含んだバーストが再送に成功して親局に受信され
ると親局Ｍ（13）は予約要求情報によりトランスポンダ
上の特定のスロットを予約に割り当て、その予約スロッ
ト情報を子局群S1（10）〜Sn（12）に連絡する。この割
り当て情報は予約スロット情報端子（18）を通じてパケ
ット送信装置に連絡される。そして予約スロットが割合
てられたパケット送信装置は、そのスロットに納まるよ
うに予約要求時に要求したパケット分をスイッチ
（３）、バースト送信機（４）を通じて次々にバースト
送信機（５）より送信する。そして、予約要求時に要求
した所定のパケットの送信を完了すると、パケットバッ
ファ（２）内のパケットを任意のスロットに送信する初
めの状態に戻る。

次に、この装置の実行に関わる予約スロットの割当て方
法などについて一例を説明する。

この方法では予約スロットを割り当てるため、従来の方
法とは異なりスロットの特定ができる必要がある。スロ
ットを特定するために通常フレームという概念が用いら
れる。フレームはスロットの集合で構成され一定周期で
繰り返す。第６図にフレームとスロットの関係を示す。
図の例では64ケのスロットからフレームが構成されてお
り、またフレームの先頭部からスロットには番号が順に
与えられている。一方、図ではフレームにもフレーム
１、フレーム２と名称を与えたがこれは説明のためで、
実際には個々のフレームを特定する必要はない。次に、
予約の要求と割当て方法について一例を示す。

今、第６図のスロット／フレーム図の横軸はトランスポ
ンダ上の時間軸を地球局上に換算して表現したもので、
すなわち、地球局が図のフレーム１のスロット１で電波
を送信するとトランスポンダ上のフレーム１、スロット
１に電波が納まるというように表現されているものとす
る。

例えば、第３図における子局S1（10）がフレームのスロ
ット１を使用して再送パケットを送信し、これに伴なっ
て２スロット分予約スロットの要求を行い、この再送が
成功したものとする。図中、ａで示すこのバーストはト
ランスポンダを経て約260msec（通信衛星までの伝搬遅
延時間130msecの２倍）後に親局Ｍ（13）に到達する。
一方、子局S2（11）はフレーム１のスロット64を使用し
て３スロット分の予約スロットの要求を行ない、これも
送信に成功したものとする。図中ｂで示すこのバースト
も約260msec後に親局に到達する。すなわち、フレーム
１のスロットで送信され、送信に成功した分の予約要求
情報の全ては親局Ｍ（13）の時刻taまでには到着する。
親局Ｍ（13）は時刻taから時刻tbまでの間で受け入れた
フレーム１で生じた予約要求情報に基づき、これらに対
するスロット割当てを行う。図中Tpは親局Ｍ（13）がこ
のプロセスに要する時間であるとすると、親局Ｍ（13）
は時刻tbから時間Tp後に子局群にスロットの割当て情報
を送信する。これは少なくともフレーム３の先頭部まで
に到着するようにフレーム周期が定められているものと
する。すなわち、フレーム１で要求した予約はフレーム
３の先頭部までに割当てが確定され、それらの情報が子
局群に連絡される。例えば、図中ではフレーム３のスロ
ット３、および４とスロット60、61および62がそれぞれ
子局S1（10）、S2（11）用に予約されたことを示す。も
ちろんこれらの予約スロット情報は全ての子局の第１図
の予約スロット情報入力端子（18）よりバケット送信装
置に入力される。そして予約スロットを割当てられた子
局（ここでは子局S1（10）、S2（11）は蓄積パケットの
予約対象分をこれらのスロットを使って送信する。一
方、その他の局はフレーム３中で生じたバーストの送信
を予約スロットを除いた上で先の方法に従って実行す
る。また、フレーム２において再送パケットの送信スロ
ットをランダム遅延発生器（７）によって定めた結果と
予約スロットが一致した場合には再送パケットの送信ス
ロットを変更する。このため、予約スロット情報はラン
ダム遅延発生器（７）にも入力される。

以上が、本発明の一例に関する第１図の動作の説明であ
る。

なお、上記実施例では、パケット入力端子（１）に入力
されるパケットの長さは１バースト長に相当する一定長
としたが、一定長でない場合、すなわち送信時点のみを
スロットのどれかに同期して送信するが、長いパケット
に対しては数スロットを占有して送信するさまざまな長
さのパケットを扱うような場合にも同様に適用できる。
もちろんこの場合の蓄積パケットの予約に関してはパケ
ット数ではなく占有スロット数を予約要求情報とする必
要がある。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、スロット付きアロハ
方式と称する多元接続方式によって運用される衛星通信
地球局のパケット送信装置において、バーストの再送時
に蓄積パケットがあるかどうかを調べ、それがあるとき
には再送バーストのプリアンブル部を使用して蓄積パケ
ットに対する送信スロットの予約割当てを受けるように
し、再送パケットの送信に成功すると、再送手順実行中
に蓄積したパケットを予約スロットを使ってスムーズに
送信することができるため、スロット当たりのパケット
伝送量が変動する回線に対して、常にパケットの正常な
到達時間が平均的に短くなるように、送信パケットの衝
突に伴うパケット再送時には予約モードに切り替えるこ
とができ、スロット当たりのパケット伝送量が少ない回
線状態でま、また、パケット同の衝突が頻繁に起こるス
ロット当たりのパケット伝送量が多い回線状態において
も効率的なパケットの送信が行い得るという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるパケット送信装置を
示すブロック構成図、第２図は従来のパケット送信装置
を示すブロック構成図、第３図は本発明を説明するため
の衛星通信網の一例、第４図はスロット付アロハ方式を
説明するためのスロットの様子を示す図、第５図はパケ
ット送信装置が送信するバーストのビット構成例図、第
６図はスロットの予約要求、割当てなどの時間関係を説
明する図である。 （１）はパケット入力端子、 （２）はパケットバッファ、 （５）はバースト送信器、 （６）は送信パケットバッファ、 （７）はランダム遅延発生器、 （９）は受信確認信号の入力端子、 （18）は予約スロット情報の入力端子、 （19）は蓄積パケット量の出力端子である。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パケット入力端子から入力されるパケット
   を一時蓄積するパケットバッファと、このパケットバッ
   ファに蓄積されたパケットをバーストに形成して送信す
   るバースト送信機と、上記パケットバッファから上記バ
   ースト送信機にパケットが入力されたときにそのパケッ
   トを一時蓄積する送信パケットバッファと、上記送信パ
   ケットバッファに蓄積されたパケットをランダムに発生
   された時間遅延させて再送パケットとして上記バースト
   送信機に送出するランダム遅延発生器を備え、上記バー
   スト送信機は、送信パケットの衝突に伴うパケットの再
   送時に上記パケットバッファのパケット蓄積量に対応し
   た送信予約要求信号を再送パケットに付加して再送し、
   この送信予約要求信号に対して割当てられた予約スロッ
   ト情報の信号を受け取り、該予約スロット情報に基づい
   て上記パケットバッファに蓄積されたパケットの送信を
   順次行うと共に、上記ランダム遅延発生器は、再送パケ
   ットの送信スロットと上記予約スロット情報に基づいて
   他局に既に予約されたスロットとが一致した場合に上記
   再送パケットの送信スロットを変更することを特徴とす
   るパケット送信装置。