JPS59167150A - パケツト通信装置 - Google Patents

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
ット通信を行なうパケット通信装置に関する。

第１図のような人工衛星などを１つの通信媒体として用
いるパケット通信方式として、ＴＩ）ＭＡ（時分割多重
）方式とＡＬＯＨＡ方式がよく知られている。前者はチ
ャンネルを１パケツトの伝送時間毎のタイムスロットに
切り、ユーザ数がＮ（正整数）であればＮスロットを１
フレームとし、フレーム内の各スロットを各ユーザにそ
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に優れているが、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
澗用率は非常に低くなり、平均遅延時間が非常に大きい
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ＡＬＯＨＡ方式には破切に考えだされた純ＡＬＯ
ＨＡ方式とその改良形であるスロットＡＬＯＨ４方式が
ある。ここではスロッ）　ＡＬＯＨＡ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り。

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
て傭！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１に対し、この方式の最大
スループットは０．３６　ｓと低く、これを越えて送信
すると、衝突ばかり起こしてデッドロック状態を起こす
。

した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、自動的にＡ
ＬＯＨＡモードを取ったり。

ＴＤＭ人モードを取ったりするような方式が考えらでお
ｌ’ｌ１時間軸多重に適用すれば、低トラヒツクのとき
はＡＬＯＨＡモードとなり、高トラヒツクのときはＴＤ
Ｍ人モードとなる。

この方式は第３図のフレム構成図に示されるように、時
間を１パケツトの伝送時間毎のタイムスロットに切り１
Ｍスロットを１フレームとして。

フレーム内の各スロットに対応したパラメータを各ユー
ザが持つものである。

今、スロット１に対応するユーザｊのパラメータをＰＩ
ｊとすると、ユーザｊに−おいて、スロットｉに再送を
含めて送信要求があれば、ｐｉｊ　　の確率で送信を行
なう。もし送出したパケットがチャンネルで衝突すれば
、スロッ）　ＡＬＯＨＡ方式と同様、ある分布に従って
遅延させ再送を行なう。

ここでＰＩＪを調節するアルコリズムを示す。

基本アルゴリズムは Ｐ、、　＝　Ｐ、、＋αδ　　　・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（１）ＩＪ　　　　１３　　　
１３ −１　その他 で表わされる。

Ｔは時間を示すもので、単位はフレーム（Ｍスロット）
である。

αは正の小さな数で以下修正係数を呼ぶ。又、パラメー
タ（Ｐ、ｊｌ　　は確率を表わすため、上記のアルゴリ
ズムの外に Ｐ、　〉１　のとき　Ｐ、　＝　１ Ｊ の拘束をおく。

今、低トラヒツクのときを考える。このときチャンネル
は空である状態が非常に多いので、パラメータＰ１．は
増加する方向へすべて修正がかかり。

１］ 結局（３）式の拘束によってＰｉｊ＝１となる。　これ
は送信要求があれば、即送信できるので、これは従来の
スロワ）ＡＬＯ）ＩＡ方式と同蝉な動作を行なっている
。この状態を以下ＡＬＯＨＡモードと呼ぶ。

次に高トラヒンクのときを考える。初めＡＬＯＨＡモー
ドであった場合、衝突をｆＪＡ繁に起こし、すべてのパ
ラメータ（ＦＢＩはｌ損率さくなる。ある程度小さくな
ると成功するパケットが表れる。今。

ユーナｊがスロット日ご送出したパケットが成功したと
すると、パラメータＰ、Ｊは増え、その他のユーザのパ
ラメータＰｉｋ（ｋ〆」）は減る。これによってユーザ
Ｊがスロットｉに送出する機会が増え、他のユーザが送
出する機会が減っているのでユーザｊが出したパケット
は成功しやすくなっている。その結果、ユーザｊのパラ
メータＰ、ｊは増え続けてｐ、　ｊ＝ｔとなり、その他
のユーザのパラメータＰｉｋ（Ｐ句）は減りつづけＰｉ
ｋ＝０（ｋ〆ｊ）となる。このように定才ると、スロッ
トで衝突が起ることはなくなる。他のスロットのノ寸う
メー夕も同様に定まり、結果として衝突を回避した系つ
まりＴＤＭＡを実現する。

以上が基本アルゴリズムズ舞である。ところで上記のア
ルゴリズムは各パラメータの更新の機会がＭスロットに
１回であり１Ｍが大きくなると収束が遅くな乞。したが
ってＭか大きくチャンネルトラヒックが低トラヒツクか
ら＾トラヒックに急激に変化した場合、追随ができす、
しばらくの間デッドロック状態を起す。この状態を早く
脱するために、修正係数αなどを太き（して、追随速度
を上げることも考えられるが、この場合１本来両突が起
こらないＴ　ＤＭＡモードに収束していてもゆらぎが大
きくなっているために衝突を起こし劣化を引き起こす。

本発明の目的は１つの通信媒体を４１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−ｔｌした情報をもとに各チャンネルへアクセス
する童を制御するマルチアクセス方式を用いたパケット
通信装置において、チャンネルトラヒックの低トラヒツ
クから肯トラヒックの急激な変化に対し、過渡状態での
スルーグツトの低下を回避し、かつ定常状態での劣化を
引き起こさないパケット通信装置を提供することにある
。

上記目的は各チャンネルに対応するＭ個のパラメータ以
外にフローを制御するためのパラメータを追加すること
により達成される。

以下本発明の時間軸を複数のチャンネルに分割した実施
例について説明する。ます本発明の第１の実施例につい
て述べる。

フロー制御のためのユーザｊのパラメータをｐＪとおき
、ユーザ］においてスロット■こ送信徴求があったとき
に送信を行なう確率をＩ）ｊＰｉｊ　とする。今、この
パラメータの修正を ｐＪ＋１＝ｐｔ＋ｒξ　　　　　・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・　［４１ＪＪ　　　　　　　Ｊ のように行なう。ｒは正の定数で修正係数と呼び。

ｔはスロットを単位とする時間を示す。

上記アルボリムはパケットが衝突を起したとき。

パラメータを減する方向なので、デッドロック状態を回
避する方向であり、しかも毎スロット更新するので修正
係数ｒが比較的小さくても、追随速度が早い。したがっ
てトラヒックの急激な変化に対し、急速にフロー制御を
行ない、デッドロック状態を回避する。定常状態では衝
突頻度は小さくなっているので、パラメータｐは１に定
まっている。しかも修正係数ｒは小さくできるので定常
状態でのゆらぎは小さくできる〇 以下図面を参照しながら実施例について詳しく説明する
。

＃！４図は無線端末の基本構成図である。端子ｌは入出
力端子で、データ端末などに接続される。

インタフ藤−ス部２ではデータ端末から端子ｌを通って
送られてきたデータをパケットに組み立て次のネットー
ク制御部３へ送り、ネ、・ドワーク制御部３から送られ
てきたパケットを分解し、ｉ子ｌを通じてデータ端末へ
送る。

ネットワーク制御部３はアクセス制御を主に行ない、を
復肖部４は言葉どおり変調及び復調を行なうものである
。ＲＦ部５は変復調部４から送られたＩＦ（中間周波数
）信号の周波数を送信周波数まで上げてアンテナを通じ
て空中を放射し、アンテナで受信した受信信号の周波数
を’ＩＦ周波数に落とし、変復調部４へ送るものである
。以上の基本構成はスロットＡＬＯＨＡ方式と同じであ
るが、ネットワーク制御部３と変復調部４の内部が大畝
異なる。

第５図は第４図の変復調部４の一実施例を示すブロック
図である。

端子１１〜１４は第４図に示すネットワーク制御部３に
、−ｆｆｉ１５．１６は第４図に示すＩＦ部に接続され
ている。変調器１７は端子１１からはいってくるパケッ
トを変調し、端子１５を通じて送り出す。＠ｔｉＭ器１
８は端子１６からはいってくる変調信号を復調し、端子
１４を通じて送り出す。

キャリア検出器１９はチャンネルが送信状態であったの
かどうかを調べるもので、ａｍ器１８前の信号のパワー
を検出しそのパ１７−がある閾値以上であれば送信状態
と判定しビジー信号を、Ｍ値以下であれば空状態と判定
し、コン′プティイｇ号を端子１２を通じてネットワー
ク制御部３へ送る。スロット同期信号検出器加は絶えず
チャンネル上に流れているスロット同期信号を抽出し、
同期パルスを端子１３を通じてネットワーク制御部３へ
送るものである。

図中の変ｌ１１４器１７、復調器１８及びスロット同期
信号検出！ａ２ｏはスＯツ）　Ａ、ＬＯＨＡ方式を遂行
する装置の内部にもあるが、本発明はチャンネルが送信
状態であったかどうかを調べるキャリア検出器が追加さ
れる。

第６図はネットワーク制御部３の第１の実施例を示すブ
ロック図である。

端子２１．２２はインタフェース部２と接続され、端子
２３〜２６は変復調部４と接続されている。端子２１か
らはいってきたパケットは一担バッフ７２７に蓄えられ
、ゲート回路２８を開かれたとき、端子詔を通して変復
調部４ヘパケツトを送出する。ゲート回路四は制御回路
２９から送られてくる制御信号によって開閉を行なう。

ゲート回路あから出たパケットは端子％を通じて送り出
されると同時に迦砥器頷で伝搬遅蝙時間だけ遅延させら
れ、衝突検出器コ１へ入力される。衝突検出＠３１は送
信したパケットが他のユーザが出したパケットとチャン
ネルで衡突を起したかどうかを判定する回路である。プ
ロットキャストチャンネルを仮定しているので、自分自
身が送信したパケットも受信できる。−突検出器３１の
内部では端子２６からはいってくるパケットと、Ｍｇ＠
３８から米るパケットを比軟し、一致すれば、サクセス
信号を出し、興なれば、コリジーン信号を出す。

杓送器３２では遅延器間からのパケットを一担とり込ｊ
ｐ、４に突検出器３１からコリジーン信号を受ければ、
ある分布に従がうし遅＃＆すせ、バッファｎへ舟びもど
し、サクセス信号を受ければ、そのパケしてインタフー
−ス部２へ送る。制御回路四は端子ムからビジー信号か
エンプティー信号を、端子２５力）らはスロット同期パ
ルスを、バッファ２７から到着パルスを、衝突検出器３
１からサクセス信号かコリン１ン信号をとりこみ、それ
らの信号をもとにゲート回路あを制御するものである。

次に詳しく制御回路について説明する。

第７図は第６図に示す制御回路２９の一実施例を示すブ
ロック図である。端子３４からはスロット同期パルス、
端子３５からはビジ′−信号かエンプティー信号、端子
あからはサクセス信号かコリジーン信号を取り込み、端
子３７にゲート回路あの開閉を制御する制御信号を送る
。カウンタあではスロット同期パルスをＭを法として数
え、その数値Ｘスロット番号）と数値Ｉから伝搬遅延時
間分のスロット数をＭを法として引いた数値■′をセレ
クタ３９へ送り、演算回路４０には数値工′だけを送る
。

これは伝搬遅延が大きいと送出するスロットと受信する
タイムスロットが異なるため、２つのスロット番号が必
要となるのである。

セレクタ３９ではＭ個のパラメータを記憶している記憶
回路４１から、スロット番号工に対応するパラメーター
工とスロット番号Ｉ′に対応するパラメータＰＸ′を取
り出し、パラメータＰＫを乗算器４２へ、Ｐ！′を凛算
回路伯へ送る。　演算回路４０でパラメータＰｘ′を更
新し、セレクタ３９へもどす。セレクタ３９では更新さ
れたパラメータＰＸ′を記憶回路４１にもどす。

演算回路４０では従来方式のアルゴリズム（例として（
１１式）によってパラメータＰｌ′を更新する。

セレクタ４３では端子３４からのスロット同期パルスに
同期して、パラメータｐを記憶している記憶回路Ｉから
読み出し１乗算器４２と演算回路４５へ送り、演算回路
４５で更新されたパラメータを記憶回路４４へもどす〇 乗算器４２ではセレクタ３６から米たパラメータＰＸ′
とセレクタ４３から来たパラメータｐを掛け、パターン
発生器４６へ送る。パターン発生器４６では端子３４か
らはいってくるスロット同期パルスに同期し。

乗算器からきた値を確率として、その確率に従ってゲー
トを開く制御信号を端子３７を通じてゲート回路田へ送
る。

第８図は第７図に示す演算回路４５の一実施例をブロッ
ク図である。端子４７からサクセス信号力）コリジヨン
信号を取り込み、端子部からはノイラメータｐを出し入
れする。

関数器４９では端子４７からの信号から関数値ξをのよ
うに出力し、演算器間へ送る。演算器間でＣｉ端子４８
から入ってきたパラメータｐを関数ξをもとに （１）　　　Ｗ４−ｐ＋ｒξ （Ｉｔ）　　　Ｗ　＜　Ｏのとき　　ｐ←００＜Ｗ＜１
　　　のとき　　ｐ←Ｗ １　＜Ｗ　　　のとき　　ｐ←１ のように更新し、その結果を端子部を通してセレクタ０
へもどす０ 但しｒは修正係数で、正の定数である。関数値ξはさら
にキャリア検出器１９の出力も利用してきめこまかく設
定することもできる。

次に本発明の第２の実施例について述べる。この実施例
はフロー制御のためのユーザｊのパラメーターＩＪの更
新を次のように行なうものである。

ｐ　　、をヤニ　＝　ｐ　ｉ　　　＋　　ｒξ　　　　
　　　　　　　　・曲・−＋６）ξ、〉０　その他 ｒは正の定数で修正係数と呼び、ｔはスロットを単位と
する時間を示す＠ 第１の発明では自分自身が送出したパケットのみ衝突検
出を行なったが、第２の発明では他のユーザが送出した
パケットについても衝突検出を行ない、その出力に基づ
いて更新を行なう。それにより、チャンネル上で衝突が
頻繁に起った場合、各ユーザのξが等しいため、パラメ
ータｐｊが均等に減り、チャンネルに対して均等にフロ
ー制御がかかる。第１の発明では各ユーザのパケット到
着のバラツキにより、４！ｒユーザのパラメータが異な
り、過波状態で不均衡が生じたが、第２の発明ではその
ような不均衡は生じない。さらに自分自身が送出してい
ないときもチャンネルで衝突が起っていれば、負の方向
へ修正がかかるためフロー制御の応答が早くなる。

第９図はネットワーク制御部３の第２の実施例を示すブ
ロック図である。これは、第６図に示すネットワーク制
御部３の第１の実施例にチャンネル衝突検出器１００が
加わり、その出力が制御回路１０１に入ったものである
。チャンネル衝突検出器１００では受信されるすべての
パケットについて誤り検出を行ない、１Ｒりがあれば衝
突と判定し。

コリジヨン信号を送る。

第１０図は第９図に示す制御回路１０１　　の一実施例
を示すブロック図である。第７図に示す制御回路２９に
新たにチャンネル衝突検出器１００からのコリジヨン信
号が端１０２を経てはいり演算回路４５に入力される＠ なお、上記説明は時間軸を複数のチャンネルに分割した
場合に限ったが１本発明は周波数軸を複数のチャンネル
に分割する場合にも容易に適用できる。

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急激に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する
。

【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ＡＬＯＨ
Ａ方式を説明するための図、第３図はフレームを示す図
、第４図は本発明の基本構成図、第５図は変復調部４の
ブロック図、第６図はネットワーク制御部３の第１・の
実施例を示すブロック図。 第７図は第６図に示す制御回路四の一実施例を示すブロ
ック図、第８図は第７図に示す演算回路４５の一実施例
を示すブロック図、第９図はネットワすブロック図であ
る。 図において。 ｌは入出力端子、　２はインタイフーース部、３はネッ
トワーク制御部、　４は変復調部、　５はＲＦ部、１１
，１６は入力端子、１２〜１５は出力端子。 １７は変調器、１８は復調器、　１９はキャリア検出器
。 加はスロット同期信号恢出器、２１．２４〜２６は入力
端子、２２．２３は出力端子、２フイまバッファ、２８
はゲート回路、２９は制御回路、３０は遅延器、　３１
は衝突検出器、３２は再送器、３３はアドレスフィルタ
、３４〜３６は入力端子、３７は出力端子、３８はカウ
ンタ。 ３９はセレクタ、４０は演算回路、４１は記憶回路、４
２は乗算器、４３はセレクタ、４４は記憶回路、４５は
演算回路、４６はパターン発生器、４７は入力端子。 ４８は入出力端子、４９は関数器、５０は演算器、１０
０はチャンネル衝突検出器、　１０１は制御回路、１０
２は入力端子である。 １１　図 乎　２　図 り仏ｌロット 亨　３　　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）１つの通信媒体を共有してパケット通信を行なう
   マルチアクセス方式で、＃ｉＪ記通信媒体をＭ（正の整
   数）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、ａｍ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マルチアクセス方式を用い
   たパケット通イ＝装置において１Ｍチャンネルに対応す
   るＭ個のパラメータを記憶する第１の記憶回路と。 前記Ｍ個のパラメータとは別に１個のパラメータを記憶
   する第２の記憶回路と、各チャンネルが送信状態である
   かどうかを調べるキャリア検出手段と、チャンネルに送
   出したパケットが衝突を起こしたかどうかを調べる衝突
   検出手段と一該ｗｉ突検出手段により衝突が検知された
   とき。 送出したパケットと同じパケットを再送する手段と、あ
   るチャンネルに対して送信要求が起これば、前記第１の
   記憶回路の該チャンネルに対応するパラメータと前記第
   ２の記憶回路のパラメータの積を確率とし、該確率でパ
   ケットを送出する手段と、各チャンネルにおける前記キ
   ャリア検出手段と前記衝突検出手段の出力に応じ。 各チャンネルに対応する前記第１の記憶回路のパラメー
   タを更新する第１の演算回路と前記衝突検出手段により
   衝突が検知されたとき、鹸記第２の記憶回路のパラメー
   タを負の方向へ、その他の場合は正の方向へ修正する第
   ２の積算回路から構成され、トラヒックの急派な変化に
   も適応して効率的な系を実現することを特徴とするパケ
   ット通信装置。
2. （２）１つの通信媒体を共有してパケット通信を行なう
   マルチアクセス方式で、前記通信媒体をＭ（正の整数）
   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、＃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マルチアクセス方式を用いたバ
   ケツト通信装置において１Ｍチャンネルに対応するＭ個
   のパラメータを記憶する第１の記憶回路と。 ｈカ記Ｍ（１！ｌのパラメータとは別に１個のパラメー
   タを記憶する第２の記憶回路と、各チャンネルが送信状
   態であるかどうかを詞べるキャリア検出手段と、チャン
   ネルに送出したパケットが衝突を起こしたあ）どうかを
   調べる第１の衝突検出手段と、該第１の衝突検出手段に
   より衝突が検知されたとき、送出したパケットと同じパ
   ケットを再送する′＋段と、チャンネル上でのパケット
   の衝突をすべて検出するあ２の備矢検出手段と、あるチ
   ャンネルに対して送信要求が起これば、前記第１の記憶
   回路の該チャンネルに対応するパラメータと前記第２の
   記憶回路のパラメータの積を確率とし、該確率でパケッ
   トを送出する手段と、各チャンネルにおける前記キャリ
   ア検出手段と前記第１の勤突検出手段の出力に応じ、各
   チャンネルに対応する前記第１の記憶回路のパラメータ
   を更新する第１の演算回路と前記第２の衝突検出手段に
   より衝突が検知されたとき、１１ｊ記第２の記憶回路の
   パラメータを負の方向へ、その他の場合は正の方向へ修
   正する第２の演算回路から構成され、トラヒックの急激
   な変化にも適応して効率的な系を実現することを特徴と
   するパケット通イど装置。