(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
親局と１又は複数の子局との間でのフレーム単位の時分割通信方式において，
上記フレームは，上記子局から上記親局に向けた情報を送信するアップリンク部と，上記親局から上記子局に向けた情報を送信するダウンリンク部と，上記アップリンク部及び上記ダウンリンク部それぞれの直前に位置して上記親局から上記子局に向けた同期信号を送信するフレーム同期部とで構成され，
上記親局は，上記フレーム同期部の送信タイミングを変化させることによってその直前のアップリンク部及びダウンリンク部の長さを変化させ，
上記子局は，上記フレーム同期信号の受信により，その直前のアップリンク部若しくはダウンリンク部の終了を検出してなることを特徴とする時分割通信方式。
【請求項２】
上記親局は，上記アップリンク部において各子局から受信した情報に基づいて現在のクライアント数を推定し，該クライアント数に基づいて上記アップリンク部と上記ダウンリンク部の少なくとも一方の長さを変化させてなる請求項１に記載の時分割通信方式。
【請求項３】
上記親局は，子局との間の通信速度を監視し，該通信速度に基づいて上記アップリンク部と上記ダウンリンク部の少なくとも一方の長さを変化させてなる請求項１又は２のいずれかに記載の時分割通信方式。
【請求項４】
有線若しくは無線の伝送媒体を用い，親局としてのサーバと子局としての複数のクライアントとからなるネットワーク型の通信システムであって，
請求項１〜３のいずれかに記載の時分割通信方式によって通信を行うことを特徴とする通信システム。
【請求項５】
有線若しくは無線の伝送媒体を用い，親局としての放送基地局と子局としての複数の受信端末とからなる放送型の通信システムであって，
請求項１〜３のいずれかに記載の時分割通信方式によって通信を行うことを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，サーバ＆クライアント形式の集中管理型の通信において用いられる，フレーム単位の時分割通信方式及びそれを用いた通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マルチメディアの発展に伴い，近年では種々の放送・通信サービスが展開されている。このような放送・通信サービスでは，同期信号をサーバ側において制御するサーバ＆クライアント形式の集中管理型の通信方式が広く採用されているが，この通信方式では，従来，クライアントからサーバへ向けた送信に割り当てられる通信時間（アップリンク時間）が一定であったため，クライアントからサーバへ向けた送信が同時刻に集中すると，クライアント相互の送信が衝突し，結果的に通信のスループットを極端に低下させてしまうという問題点があった。
このような問題点を解決するためには，１フレーム中のアップリンク時間を長く確保し，クライアントからサーバへ向けた送信の衝突を避けるようにすればよいが，これではアップリンク時間を長くした分だけサーバからクライアントに向けた送信に割り当てられるダウンリンク時間が短くなり，所定の通信速度を確保できなくなるという新たな問題を発生させる。
そこで，それらの問題点を解決できるものとして，例えば特開平８−３３１０９１号公報に提案されている通信方式がある。
上記公報に提案されている通信方式は，ＣＡＴＶなどのオンデマンド形式の１対多の放送型通信方式である。具体的には，通信の単位である固定時間長の１フレームを，クライアントからサーバに向けて情報通信用の通信時間の確保を要求するための通信制御用通信部と，上記通信制御用通信部によって送信された要求に応じてサーバからクライアントに向けて情報を送信する情報通信用通信部とに分割し，サーバは，クライアントからの通信時間確保要求の呼の発生数に基づいて１フレーム（固定時間長）内での上記通信制御用通信部と上記情報通信用通信部との時間配分を変化させる。例えば，クライアントからの通信時間確保要求の呼の発生数が多ければ，それら通信時間確保要求の衝突を避けるために通信制御用通信部の時間配分を大きくし，逆にクライアントからの通信時間確保要求の呼の発生数が少なければ，サーバからクライアントへの情報通信時間をより多く確保するために情報通信用通信部の時間配分を大きくする。これにより，クライアント相互の通信時間確保要求の呼の衝突を避けつつ，サーバからクライアントへ向けた情報通信時間を最大限確保できるとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記公報に提案されている従来の通信方式では，サーバ側で任意に変化させた１フレーム内の通信制御用通信部と情報通信用通信部との時間配分の情報をクライアントに把握させるために，少なくとも上記時間配分が変更される度にそれら時間配分情報が通信路を通ることとなり，通信のオーバヘッドが大きくなるという問題点があった。
また，サーバ側では１フレーム内で時間配分のみを変更するための計算時間が必要であり，クライアント側でもサーバから得られた時間配分情報に基づいて１フレーム中の通信タイミングを動的に変化させる必要があるため，通信の即応性，リアルタイム性を確保するためには通信装置の構成の複雑化やコスト高を招くという問題点もあった。
更に，上記通信方式は，ＣＡＴＶなどのオンデマンド形式の１対多の放送型通信方式を対象としたものであり，基本的にクライアントからサーバに向けた情報の送信を行うことはできない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，通信のオーバヘッドの増加を招くことなく，クライアント相互の送信の衝突を低く抑えつつ，情報通信速度を最大限確保できる双方向の通信方式，及びそれを用いた通信システムを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，本発明は，親局と１又は複数の子局との間でのフレーム単位の時分割通信方式において，上記フレームは，上記子局から上記親局に向けた情報を送信するアップリンク部と，上記親局から上記子局に向けた情報を送信するダウンリンク部と，上記アップリンク部及び上記ダウンリンク部それぞれの直前に位置して上記親局から上記子局に向けた同期信号を送信するフレーム同期部とで構成され，上記親局は，上記フレーム同期部の送信タイミングを変化させることによってその直前のアップリンク部及びダウンリンク部の長さを変化させ上記子局は，上記フレーム同期信号の受信により，その直前のアップリンク部若しくはダウンリンク部の終了を検出してなることを特徴とする時分割通信方式として構成されている。
このように，１フレーム中にアップリンク部とダウンリンク部とを存在させることにより，１対多の双方向通信が可能となる。また，親局は子局に対してダウンリンク部やアップリンク部の長さの変更についての特別な通知を行う必要がなく，子局側ではフレーム同期部を受信するまでは全てダウンリンク部若しくはアップリンク部であると認識すればよいため，従来の通信方式と比べて通信のオーバヘッドを小さく抑えることが可能である。
【０００５】
また，アップリンク部とダウンリンク部の直前にそれぞれフレーム同期部を置くので，アップリンク部とダウンリンク部を共に可変とすることができる。
【０００６】
更に，上記親局が，上記アップリンク部において各子局から受信した情報に基づいて現在のクライアント数を推定し，該クライアント数に基づいて上記アップリンク部と上記ダウンリンク部の少なくとも一方の長さを変化させるように構成できる。これにより，子局から親局への送信の衝突率を低く抑えるような制御が可能である。
更に，上記親局が，子局との間の通信速度を監視し，該通信速度に基づいて上記アップリンク部と上記ダウンリンク部の少なくとも一方の長さを変化させるように構成すれば，常に通信速度が所定範囲内となるような制御が可能である。
尚，上記のような通信方式は，有線若しくは無線の伝送媒体を用い，親局としてのサーバと子局としての複数のクライアントとの間でネットワーク型の通信を行う通信システムや，親局としての放送基地局と子局としての複数の受信端末との間で放送型の通信を行う通信システム等に適用可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下，添付図面を参照して本発明の実施の形態及び実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る通信方式で用いるフレーム構成を示す図，図２は上記通信方式におけるサーバとクライアントとの間での基本的な情報の送受信を時系列的に示した図，図３はダウンリンク部Ｄを可変とした場合のフレーム構成の遷移図，図４はアップリンク部Ｕを可変とした場合のフレーム構成の遷移図，図５はダウンリンク部Ｄとアップリンク部Ｕの両方を可変とした場合のフレーム構成の遷移図，図６は本発明に係る通信方式を適用可能な無線系の通信システムの構成例，図７は本発明に係る通信方式を適用可能な有線系の通信システムの構成例である。
【０００８】
本実施の形態に係る通信方式は，サーバ＆クライアント形式の集中管理型の時分割通信方式であり，図６に示すような無線系の通信システムで用いる場合に特に好適である。
図６に示す通信システムＺ１は，複数のサーバ（親局）と複数のクライアント（子局）とで構成され，各サーバはそれぞれ通信可能な領域（図６に破線で示す）を有しており，その通信可能領域内に入ってきたクライアントとの間で双方向の通信を行う。
上記サーバ−クライアント間の通信は，例えば図１に示すようなフレーム単位で行われる。図１に示すように，各フレームは時間軸方向に時系列に並んでおり，更に各フレームは，サーバとクライアントとの通信の同期を行うためのフレーム同期部Ｓと，クライアントからサーバに向けて情報を送信するためのアップリンク部Ｕと，サーバからクライアントに向けて情報を送信するダウンリンク部Ｄの３つの部分より構成されている。このように，１フレーム中にアップリンク部Ｕとダウンリンク部Ｄとが存在しているため，１対多の双方向通信が可能である。
図２は，図１に示した１フレーム内におけるサーバとクライアントとの間での基本的な情報の送受信を時系列的に示したものである。
まず，サーバは同期信号を生成し，フレーム同期部Ｓにおいて各クライアントに向けて送信する。クライアントは，上記サーバからの同期信号を受信してサーバの動作している動作クロックに同調する。そして，クライアントは，フレーム同期部Ｓの終了を確認後，予め定められた時間内（アップリンク部Ｕ）においてサーバに向けて例えば個別認識用ＩＤやサーバに対する要求などの情報を送信する。上記アップリンク部Ｕの時間が経過すると，その後はある任意時間（後述する）内のダウンリンク部Ｄにおいてサーバからクライアントに向けた情報送信が行われる。このダウンリンク部Ｄにおいて，サーバは例えば種々の番組放送やクライアントから要求されたオンデマンド情報の配信などを行う。
【０００９】
以上がサーバとクライアントとの間での基本的な情報の送受信手順であるが，本実施の形態に係る通信方式では，通信対象とするクライアント数の変化などに応じてダウンリンク部Ｄの時間長が逐次変更される。図３を用いて具体的に説明する。
フレームのデフォルト状態（Ａ）に従ってサーバとクライアント間で上述したような双方向通信を行っている場合に，例えばサーバとの通信の対象となるクライアントの数（サーバの通信可能領域内に入っているクライアントの数）が増加すると，サーバはそれに応じてダウンリンク部Ｄの時間長を短くしてフレームを状態（Ａ−）に移行させる。逆に，サーバとの通信の対象となるクライアントの数が減少すれば，サーバはそれに応じてダウンリンク部Ｄの時間長を長くしてフレームを状態（Ａ＋）に移行させる。この時，アップリンク部Ｕの時間長は変化させないため，１フレームの長さは当然変化する。このように，アップリンク部Ｕの時間長を固定してダウンリンク部Ｄの時間長を増減することにより，アップリンク部Ｕの時間長は相対的に増減されることとなるため，クライアントからサーバに向けた送信におけるクライアント相互の送信の衝突率と，サーバからクライアントへの情報の通信速度とを制御することが可能となる。例えば，ダウンリンク部Ｄの時間長を短くすれば，所定時間内におけるアップリンク部の割合が大きくなり，必然的に衝突率は低減されるが，ダウンリンク部の長さが相対的に小さくなるためにサーバからクライアントへの情報の通信速度は低くなる。従って，例えば上記衝突率を一定に保つような制御を行えば，クライアント相互の送信の衝突率を低く抑えつつ，情報通信速度を最大限確保する制御が可能となる。特に，図６に示すような無線系の通信システムＺ１では，１つのサーバが担当するクライアントの数が時々刻々と変化し，それに応じてクライアント相互の送信の衝突率も変化するため，上記のような制御を行うことが特に有効である。
【００１０】
ここで，サーバはクライアントに対してフレーム構成（ここではダウンリンク部Ｄの時間長）の変更についての特別な通知は行わず，単純に変更後のダウンリンク部Ｄの時間内で情報送信を行い，ダウンリンク部Ｄの終了後は即座に次のフレームのフレーム同期部Ｓの送信を行うだけでよい。一方，クライアント側では，フレーム同期部Ｓを受信し，固定時間長のアップリンク部Ｕを経た後，次のフレームにおけるフレーム同期部Ｓを受信するまでは全てダウンリンク部Ｄであると認識してサーバからの情報を受信すればよい。即ち，クライアント側ではダウンリンク部Ｄの時間長の変更を全く意識する必要がない。このように，本実施の形態に係る通信方式では，フレーム構成の変更に関する情報をサーバからクライアントに対して送信する必要がないため，従来の通信方式と比べて通信のオーバヘッドを小さく抑えることが可能である。
尚，通信対象クライアント数の増減は，例えばアップリンク部Ｕにおいてクライアントからサーバに送信される個別認識用ＩＤによってサーバ側で認識することが可能である。上記個別認識用ＩＤは，クライアントの受信端末が受信電界強度を検知してサーバの通信可能領域に入ったことを認識した時点で，最初のアップリンク部Ｕ（即ち最初にフレーム同期部Ｓを受信した直後）において１回だけ送信するようにすればよい。
また，上記ダウンリンク部の長さの増減は，上記通信対象クライアント数の増減だけでなく，サーバ−クライアント間の通信速度に基づいて制御するようにすることが望ましい。例えば，サーバ側においてクライアントへの情報の送信速度を監視し，これが所定の範囲内となるように上記ダウンリンク部の長さを制御することが望ましい。
【００１１】
以上説明したように，本実施の形態に係る通信方式では，１フレーム中にアップリンク部Ｕとダウンリンク部Ｄとが存在しているため，１対多の双方向通信が可能である。
また，サーバはクライアントに対してダウンリンク部Ｄの長さの変更についての特別な通知を行う必要がなく，クライアント側ではフレーム同期部Ｓを受信するまでは全てダウンリンク部Ｄであると認識してサーバからの情報を受信すればよいため，従来の通信方式と比べて通信のオーバヘッドを小さく抑えることが可能である。
更に，上記ダウンリンク部の増減制御を，アップリンク部Ｕにおいてクライアントからサーバに送信される個別認識用ＩＤにより得られる通信対象クライアント数や，サーバからクライアントへの通信速度に基づいて行うため，クライアント相互の送信の衝突率を低く抑えつつ，情報通信速度を最大限確保する制御が可能となる。
【００１２】
【実施例】
上記実施の形態では，ダウンリンク部Ｄのみの時間長を変更する例を示したが，アップリンク部Ｕのみ，或いはダウンリンク部Ｄとアップリンク部Ｕの両方を変更することも可能である。
図４は，フレーム同期部Ｓとダウンリンク部Ｄとを固定長とし，アップリンク部Ｕの長さを可変とした場合の説明図である。この場合には，１フレームが，フレーム同期部Ｓ，ダウンリンク部Ｄ，アップリンク部Ｕの順序で分割される。
フレームのデフォルト状態（Ｂ）に従ってサーバとクライアント間で双方向通信を行っている場合に，例えばサーバとの通信の対象となるクライアントの数が増加すると，サーバはそれに応じてアップリンク部Ｕの時間長を長くしてフレームを状態（Ｂ＋）に移行させる。逆に，サーバとの通信の対象となるクライアントの数が減少すれば，サーバはそれに応じてアップリンク部Ｕの時間長を短くしてフレームを状態（Ｂ−）に移行させる。これにより，上記実施の形態の場合と同様，アップリンク部Ｕの長さはダウンリンク部の長さに対して相対的に増減されることとなるため，クライアントからサーバに向けた送信におけるクライアント相互の送信の衝突率と，サーバからクライアントへの情報の通信速度とを制御することが可能となる。
【００１３】
しかしながら，この方法は上記実施の形態と異なり，クライアントが送信状態となるアップリンク部の長さを変化させるため，そのままではクライアントはサーバからのフレーム同期部Ｓの受信を行うことができず，従ってアップリンク部の終了を認識することができない。そこで，この場合には，例えばアップリンク部Ｕと次のフレーム同期部Ｓとの間に所定の空白時間を設け，クライアント側はアップリンク部Ｕにおいてサーバに対して好きなだけ送信を行った後は受信待ち状態に移行し，サーバ側はアップリンク部Ｕにおいてクライアントからの送信やクライアント同士の送信衝突によるノイズなどが無くなって空白時間がある一定時間続いた後にフレーム信号を送信するようにすることが考えられる。これにより，サーバがフレーム同期信号を送信する時点ではクライアント側は既に受信待ち状態となっているため，アップリンク部Ｕの終了を問題なく検出することが可能である。尚，この場合には，アップリンク部Ｕの長さを決めるのは実質的にはクライアント側ということになる。
またその他にも，アップリンク部Ｕにおいてクライアント側はサーバに向けて時間的に連続して情報を送信するのではなく，情報細かくスロット的に分割した状態で送信しつつ，一方で常にサーバからの送信リクエストがないかをモニタしておくことにより，アップリンク部Ｕにおいてもフレーム同期信号の受信が可能である。
【００１４】
また，図５は，アップリンクＵとダウンリンク部Ｄとを共に可変長とした場合の説明図である（もちろん，アップリンクＵとダウンリンク部Ｄの順序は逆でもよい）。この場合のフレームは，アップリンクＵとダウンリンク部Ｄのそれぞれの直前にフレーム同期部Ｓが位置する構成となる。クライアント側は，アップリンクＵとダウンリンク部Ｄの終了をそれぞれその直後のフレーム同期信号の受信によって検出する。この場合，１フレーム中に２つのフレーム同期部Ｓが挿入されるため，通信のスループットは低下するが，その分同期ズレ等は発生し難い。
【００１５】
尚，以上の例では無線系の通信システムにおいて放送型の通信を行う場合について説明したが，無線系に限らず有線系の通信システム（図７参照）であっても，また放送型に限らずネットワーク型の通信を行う場合であっても同様に適用可能である。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明は，親局と１又は複数の子局との間でのフレーム単位の時分割通信方式において，上記フレームは，上記子局から上記親局に向けた情報を送信するアップリンク部と，上記親局から上記子局に向けた情報を送信するダウンリンク部と，上記アップリンク部及び上記ダウンリンク部それぞれの直前に位置して上記親局から上記子局に向けた同期信号を送信するフレーム同期部とで構成され，上記親局は，上記フレーム同期部の送信タイミングを変化させることによってその直前のアップリンク部及びダウンリンク部の長さを変化させ上記子局は，上記フレーム同期信号の受信により，その直前のアップリンク部若しくはダウンリンク部の終了を検出してなることを特徴とする時分割通信方式として構成されている。このように，１フレーム中にアップリンク部とダウンリンク部とを存在させることにより，１対多の双方向通信が可能となる。また，親局は子局に対してダウンリンク部やアップリンク部の長さの変更についての特別な通知を行う必要がなく，子局側ではフレーム同期部を受信するまでは全てダウンリンク部若しくはアップリンク部であると認識すればよいため，従来の通信方式と比べて通信のオーバヘッドを小さく抑えることが可能である。
【００１７】
また，アップリンク部とダウンリンク部の直前にそれぞれフレーム同期部を置くので，アップリンク部とダウンリンク部を共に可変とすることができる。
【００１８】
更に，上記親局が，上記アップリンク部において各子局から受信した情報に基づいて現在のクライアント数を推定し，該クライアント数に基づいて上記アップリンク部と上記ダウンリンク部の少なくとも一方の長さを変化させるように構成できる。これにより，子局から親局への送信の衝突率を低く抑えるような制御が可能である。
更に，上記親局が，子局との間の通信速度を監視し，該通信速度に基づいて上記アップリンク部と上記ダウンリンク部の少なくとも一方の長さを変化させるように構成すれば，常に通信速度が所定範囲内となるような制御が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る通信方式で用いるフレーム構成を示す図。
【図２】上記通信方式におけるサーバとクライアントとの間での基本的な情報の送受信を時系列的に示した図。
【図３】ダウンリンク部Ｄを可変とした場合のフレーム構成の遷移図。
【図４】アップリンク部Ｕを可変とした場合のフレーム構成の遷移図。
【図５】ダウンリンク部Ｄとアップリンク部Ｕの両方を可変とした場合のフレーム構成の遷移図。
【図６】本発明に係る通信方式を適用可能な無線系の通信システムの構成例。
【図７】本発明に係る通信方式を適用可能な有線系の通信システムの構成例。
【符号の説明】
Ｓ…フレーム同期部
Ｕ…アップリンク部
Ｄ…ダウンリンク部
【図１】
0003545293.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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