(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の端末が基地局または接続局と通信し、管理ユニットが、各端末から前記接続局への呼に対する資源の割振りを決定する通信システムであって、
前記端末の少なくともいくつかは複数の接続を含んでおり、前記呼はセルまたはパケットによって実施され、資源の割振りは、各接続において、セルごとにまたはパケットごとに決定され、前記管理ユニットは、各端末で待機中のセルまたはパケットの総数および各端末に割り振られた重み係数に従って各端末に通信資源を割り振るための手段を含んでおり、前記管理ユニットによる資源の割振りは、各端末の接続の数と無関係であり、各端末は、前記管理ユニットによって各端末に割り振られた資源および前記端末の各接続に割り振られる重み係数に従って各接続に資源を割り振るための手段を含んでいる通信システム。
【請求項２】
端末の各接続に割り振られる前記重み係数が、前記接続のサービス品質に依存する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
各端末に割り振られる前記重み係数が、前記端末の各接続に割り振られる重み係数の和である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記管理ユニットが、送信されるべきセルの数および各端末の送信時間の開始と送信時間の終了を端末に割り振るための手段を含んでいる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
各端末に割り振られた前記重み係数が、前記端末の連続する送信時間の間に要する時間期間を決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
端末の各接続に割り振られた前記重み係数が、前記接続の連続する２つのセルの送信時間の間の時間期間を決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
呼がセルまたはパケットによって実施される通信システム用の端末であって、前記端末が複数の接続を含んでおり、資源の割振りがセルごとにまたはパケットごとに決定され、前記端末は、複数の端末へ資源を割り振る役割を果たす管理ユニットに対して送信待機中のセルまたはパケットの総数を表す信号を送信するための手段と、前記端末に割り振られた通信資源を表す信号を前記管理ユニットから定期的に受信するための手段と、前記端末に割り振られた資源および前記端末の各接続に割り振られた重み係数に従って、各接続に資源を割り振るための手段とを含んでいる通信システム用の端末。
【請求項８】
前記管理ユニットから受信された前記資源割振り信号が、送信されるべきセルの数、および送信されるべきセルのグループの送信時間の開始と送信時間の終了を表し、各接続に資源を割り振るための前記手段が、セルを送信することができる接続を選択する、請求項７に記載の端末。
【請求項９】
前記管理ユニットから受信された前記資源割振り信号が、送信されるべきセルの数、および送信されるべきセルのグループの送信時間の開始と送信時間の終了を表し、各接続に資源を割り振るための前記手段が、各セルの送信時間を決定するための手段を含んでいる、請求項７に記載の端末。
【請求項１０】
各接続に割り振られた前記重み係数が、その接続のサービス品質に依存する、請求項７に記載の端末。
【請求項１１】
前記接続に割り振られた重み係数に依存する時間期間によって分離される時間に、同じ接続の連続する２つのセルを送信するための手段を含んでいる、請求項７に記載の端末。
【請求項１２】
同じ接続の連続する２つのセルの送信の間の前記時間期間が、対応する接続に割り振られた重み係数の逆数に依存する、請求項１１に記載の端末。
【請求項１３】
通信システムの複数の端末に通信資源を割り振るための管理ユニットであって、呼がセルまたはパケットによって実施され、前記端末の少なくともいくつかが複数の接続を含んでおり、前記資源がセルごとにまたはパケットごとに割り振られ、前記ユニットが、送信待機中のセルまたはパケットの総数を表すシンボルを各端末から受信するための手段と、前記待機中のセルまたはパケットの数および各端末に割り振られた重み係数に従って前記端末に通信資源を割り振るための手段と、各端末に資源の割振りメッセージを送信するための手段とを含んでいる管理ユニット。
【請求項１４】
各端末に資源を割り振るための前記手段が、各端末によって送信されるべきセルまたはパケットの数および各端末の送信時間の開始と送信時間の終了を決定するための手段を含んでいる、請求項１３に記載の管理ユニット。
【請求項１５】
各端末に割り振られた前記重み係数が、前記端末の連続する送信時間の間の時間期間を決定する、請求項１３に記載の管理ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接続局とも呼ばれる基地局を介して各端末が通信を行うデジタル通信システムに関する。本発明はまた、接続局とも呼ばれる基地局を介して各端末が通信を行うデジタル通信システムにおいて通信資源を割り振る方法、およびそのシステムを管理するための端末および手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動電話システムや衛星通信システムなどの通信システムは、領域を地理的区域に分割することに基づく。
【０００３】
移動電話システムの場合、地理的区域は一般にセルと呼ばれ、その大きさは、位置によって異なり、都会では小さく地方では大きくなる。移動電話システムでは、端末すなわち移動送受信機は、各区域に設置された基地局を介して、相互にまたは他のネットワークの端末と通信する。
【０００４】
静止衛星による衛星通信システムや非静止衛星による衛星通信システムの場合、少なくとも地球の大部分は、各々が直径約数百キロメートルの区域に分割される。さらに、固定端末または移動端末は、衛星に搭載された装置によって呼が中継され、その区域内で、管理局とも呼ばれる接続局を介して通信する。
【０００５】
静止衛星による衛星通信システムや非静止衛星による衛星通信システムの場合、送信される情報は、デジタル形式であり、たとえばＡＴＭ規格などに準拠したパケットとも呼ばれるセルにグループ化される。
【０００６】
各区域には、周波数および/またはコード（codes）からなる通信資源が割り振られる。複数の端末が基地局または接続局と同時に通信する場合、同時に伝送を行っている端末間の混信を回避するために、各端末に別個の資源が割り振られ、その結果、局は、セルまたはパケットの発信源を判定できる。資源は、周波数および/またはコードの他に、一般に、各セルまたはパケットの時間位置（time position）も含んでいる。したがって、各端末に通信資源を割り振る機能を有する集中資源管理ユニット（centralized resource management unit）を、各区域に設置することが必須である。
【０００７】
各端末が、様々なタイプの情報を送受信することができる場合、または様々な品質のサービスを有する場合、中央管理ユニット（central management unit）は、そのサービス品質に従って、各端末に資源を割り振る。１つの端末が複数の接続を同時にセットアップできる場合、資源は、各接続に割り振られる。
【０００８】
中央管理ユニットが、各端末の要求、さらに、可能ならば各接続の要求を認識できるようにするためには、端末は、中央管理ユニットに信号情報（signaling Information）を送信する必要がある。
【０００９】
呼が、回線交換モード（circuit-switched mode）にある場合、または接続がセットアップされる際に資源が割り振られる場合、その管理ユニットに送信されるべき情報量は適量に保たれる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、いつでも資源の分配を最適化するためには、資源をセルごとにまたはパケットごとに割り振るのが好ましい。この場合、端末から管理ユニットに送信される信号情報は、膨大である。さらに、端末あたりの接続数が多いほど、また、その品質が高いほど、信号の量は膨大になる。  本発明は、資源の割振りに必須の信号（signaling）を最小限に抑えるためのシステムおよび方法を提供する。
【００１１】
前記通信システムでは、従来から使用されている資源の割振りのための方法は、端末間のデータフローを正確に分離することができない。例えば、ある端末の散発的なトラフィックは、他の端末の連続的なトラフィックに影響を及ぼす。また、従来技術による方法は、必ずしも端末間に公平に通信資源を分配できるわけではなく、着信フローと発信フローとの間のジッタ（jitter）が法外に大きくなることがある。「ジッタ」とは、伝送されるべきフローが実際に伝送される時間の正確さを意味する。この正確さが不十分な場合、リアルタイムのビデオ送信など、データ送信によっては阻害されることになる。
【００１２】
本発明の別の態様は、様々な端末からのフローの間の分離を正確にし、端末間の資源の分配を公平にし、伝送におけるジッタを低減する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の端末が基地局または接続局と通信し、管理ユニットが各端末から接続局への呼に対する資源の割振りを決定し、少なくともいくつかの端末が複数の接続を含んでおり、呼がセルまたはパケットによって実施され、資源の割振りは各接続でセルごとにまたはパケットごとに決定され、管理ユニットが、各端末で待機中のセルまたはパケットの総数および各端末に割り振られた重み係数（weighting coefficient）に従って通信資源を各端末に割り振るための手段を含んでおり、管理ユニットによる資源の割振りが各端末の接続の数と無関係であり、各端末が、管理ユニットによって各端末に割り振られた全資源および各端末の各接続に割り振られた重み係数に従って各接続に資源を割り振るための手段を含んでいる、通信システムを提供する。
【００１４】
したがって、各端末は、資源を分配する役割を果たす管理ユニットに、待機中のセルまたはパケットの総数のみを送信する。または、各端末は、その各々の接続について送信待機中のセル数またはパケット数や各接続に割り振られたサービス品質を送信する必要はない。したがって、各端末は、その端末の接続の数およびその接続に割り振られたサービス品質と無関係にすることができる情報を管理ユニットに送信する。
【００１５】
各端末に割り振られるサービス品質は、たとえば端末の各接続がコンフィギュレーションパラメータの形式などで設定されるときに一回限り決定される。これは、接続中に変更することも可能である。
【００１６】
好ましい一実施形態では、管理ユニットで端末間に資源を分配するための手段および／または各端末で接続間に資源を分配するための手段は、ＷＦＱ（weighted fair queuing）タイプの手段である。このような手段は、各端末に重み係数と通過帯域を割り振る。この実施形態により、フロー間の分離が正確になり、分配が公平になり、伝送におけるジッタが軽減される。
【００１７】
一実施形態では、各端末に割り振られる重み係数は、その端末の各接続に割り振られた重み係数の和である。
【００１８】
管理ユニットは、端末に送信されるべきセル数と、端末の送信時間の開始間および終了時間を、各端末に割り振るための手段を含んでいることが好ましい。
【００１９】
一実施形態では、各端末に割り振られた重み係数は、端末に対して、連続する送信時間間の間に要する時間期間を決定する。
【００２０】
有利には、端末の各接続に割り振られた重み係数は、その接続の連続する２つのセルの送信時間の間の時間期間を決定する。
【００２１】
さらに、本発明は、呼がセルまたはパケットによって実施される通信システムに対して、次のような端末を提供する。この端末は、複数の接続を含んでおり、資源の割振りがセルごとにまたはパケットごとに決定され、端末が、送信待機中のセルまたはパケットの総数を表す信号を、複数の端末への資源を割り振る役割を果たす管理ユニットに送信するための手段と、各端末に割り振られる通信資源を表す信号を管理ユニットから定期的に受信するための手段と、各端末に割り振られた全資源および各端末の各接続に割り振られた重み係数に従って各接続に資源を割り振るための手段とを含んでいる。
【００２２】
送信されるべきセルまたはパケットの数を表す信号は、定期的に、または不規則に送信される。ただし、不規則に送信される場合は、連続する２つの送信間の期間は、事前決定された限度を超えないことが好ましい。
【００２３】
また、本発明は、管理ユニットが、通信システムの、セルまたはパケットによって呼を実施する複数の端末に通信資源を割り振ることを可能にする。この際、少なくともいくつかの端末は複数の接続を含んでおり、資源はセルごとにまたはパケットごとに割り振られ、管理ユニットは、送信待機中のセルまたはパケットの総数を表すシンボルを各端末から受信するための手段と、待機中のセルまたはパケットの数および各端末に割り振られた重み係数に従ってその端末に通信資源を割り振るための手段と、各端末に資源割り振りメッセージを送信するための手段とを含んでいる。
【００２４】
本発明の他の特徴および利点は、以下に添付図面と共に示す本発明の実施形態の説明から明らかになろう。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１ａおよび２の例示によって説明される通信システムは、非静止衛星（図示せず）を使用する。このシステムでは、地球は、直径約数百キロメートルの区域に分割される。管理局とも呼ばれる基地局が、各区域に、例えば区域の中心などに、設置され、区域内の固定端末や移動端末は、その管理局によって通信する。各端末は、その区域の頭上にある衛星に搭載された装置によって管理局と通信する。衛星は、１機の衛星が関係する区域頭上から移動すると、別の衛星が先の衛星と交代するように配置されている。
【００２６】
この通信システムでは、各端末１０（図１ａ）は、複数の接続ＶＣ１、ＶＣ２、ないしＶＣＮで送受信することができる。各接続は、それぞれに関連付けられたサービス品質を有する。サービスには、例えば、以下の４種類の品質がある。
【００２７】
第１のサービス品質は、送信と受信の間に最大で（例えば）１００ｍｓの時間遅延を保証する、不変ビット速度（ＣＢＲ：constant bit rate）である。このサービス品質は、特に電話呼やファクシミリ伝送に与えられる。
【００２８】
第２のサービス品質は、時間遅延の制約がより厳しくない可変ビット速度リアルタイム（ＶＢＲ−ＲＴ：variable bit rate real time）呼用である。この例の場合では、最大時間遅延は４００ｍｓである。このタイプの呼は、特にテレビ会議のために使用することができる。
【００２９】
第３のサービス品質は、可変ビット速度非リアルタイム呼（ＶＢＲ−ＮＲＴ:variable bit rate calls that are not in real time）用である。ただし、このタイプの呼には、最低ビット速度が与えられる。これは、例えばインターネットページ参照用に使用される。
【００３０】
第４のサービス品質は、最低時間遅延も最低呼密度も保証しない未指定ビット速度（ＵＢＲ:unspecified bit rate）である。このタイプの呼は、電子メール用に使用することができる。
【００３１】
各呼または各接続にサービス品質を割り振ることによって、非同期伝送ネットワークの資源を最大限に活用することができる。パケットの非同期伝送を行うことによって、所与の物理的伝送媒体は、優先順位の高い呼の無声期間中に優先順位の低い呼を送信することができる。
【００３２】
この例では、端末から送信される呼は、例えばＡＴＭのようなデジタルタイプである。この種の非同期ネットワークでは、データは、セルとも呼ばれるパケットに編成される。ＡＴＭ標準では、３８４個のデータビットと４０個のヘッダビットとを含んでいる。端末から送信されるセルは、各々所要時間３２ｍｓを有するフレームにグループ化される。
【００３３】
各フレームでは、各端末に割り振られる資源は、図１ｂに示すように、タイムスロットとコードとからなる。図中、時間は横座標軸にプロットされ、コードは縦座標軸にプロットされる。端末１、２、ないしｎに割り振られる資源を長方形で表す。したがって、端末１の場合、タイムスロットＴ１中に２つのＡＴＭセルが送信され、その２つのセルには２２個のコードが割り振られている。スロットＴ１は、特定のシンボル番号に対応する。
【００３４】
第２の端末には、タイムスロットＴ１より短いタイムスロットＴ２、送信されるべき２つのセル、４０個のコードが割り振られている。端末１による送信終了と端末２による送信開始との間の時間間隔は、シンボル期間のおよそ半分である。
【００３５】
ｎ番目の端末は、タイムスロットＴｎ中に４つのセルを送信し、３０個のコードが割り振られている。
【００３６】
通信システムは、各端末の各接続に通信資源を割り振るための中央管理局１２を含んでいる。中央管理局１２は、基地局と同じ位置または異なる位置にある。
【００３７】
端末１０と中央管理局１２との間の信号送受を制限するために、本発明は、局１２と各端末との間で資源の割振り機能を分担させる。
【００３８】
この例で、「資源」とは、時間資源と、通信に使用される次のような他の資源とを意味する。または、複数の搬送波周波数でセットアップすることができる呼と、各搬送波周波数で各呼や各セルまたは各パケットに割り振ることができるコードである。
【００３９】
資源の割振りは、局１２により各端末に対して、各々の端末に設けられる各々の接続とは無関係に決定され、回線モード（circuit mode）ではなく、パケットごとに定期的に実施される。各端末では、資源はセルごとに割り振られる。
【００４０】
さらに正確を期すために、この例では、中央局１２は、端末に送信権限が与えられているセルの総数、および各端末に関する送信時間の開始と送信時間の終了を、各端末に対して定期的に決定する。各接続における資源の割振り期間は、例えば、１０．６６ｍｓと、資源をセルごとに割り振るには十分に短い。
【００４１】
したがって、図１ｂに示すように、局１２は、端末１に対しては２つのセルを送信する権限を、端末２に対しては２つのセルを送信する権限を、端末ｎに対しては４つのセルを送信する権限を発行する。また、局１２は、各端末によって送信されるセルのグループに対して、送信時間の開始と送信時間の終了を決定する。
【００４２】
各端末に割り振られるセル数は、各端末に割り振られた重み係数および各端末で送信待機中のセルの総数に依存する。各端末に割り振られる重み係数は、その端末に割り振られた全体的なサービス品質に依存する。
【００４３】
２つの端末に対して合計３０個のセルを送信する権限が与えられている場合に２つの端末の各々が３０個のセルを送信しなければならないという例を想定する。第１の端末が１４４ｋｂｉｔ／ｓの「重み」を有し、第２の端末が３６ｋｂｉｔ／ｓの「重み」を有する場合、第１の端末は２４個のセルを送信することができ、第２の端末は６個のセルを送信することができる。
【００４４】
したがって、重みまたは重み係数は、ビット速度またはその逆数（reciprocal）に対応することが好ましいことは明らかである。
【００４５】
各端末は、端末における待機中セルの総数を表す信号を、局１２に送信する、信号端末１４を含んでいる。
【００４６】
したがって、この端末には、接続ＶＣ１、ＶＣ２、ないしＶＣＮの各々の待ち行列が満たされているレベル、すなわち
それぞれ１８１、１８２、ないし１８Ｎで示す各々の待ち行列で待機中のセルの数Ｌ１、Ｌ２、ＬＮを判定する手段１６が設けられており、手段１６は、値Ｌ１、Ｌ２、ＬＮを合計する。合計信号は、信号チャネルを介して局１２に送信される。
【００４７】
この例において、各端末ｔ１、ｔ２、ないしｔｍに割り振られた重み係数は、端末の各々の接続の重み係数の和に等しい。
【００４８】
各端末では、システム２０によって資源が割り振られる。システム２０は、端末１０に包括的に割り振られた資源に関する情報、または送信されるべきセル数および送信時間の開始と送信時間の終了を局１２から受信する入力２２を有する。
【００４９】
システム２０は、もう１つの入力２４を有する。入力２４は、それぞれの待ち行列１８１、１８２、ないし１８Ｎの各々の接続ＶＣ１、ＶＣ２、ないしＶＣＮで待機中のセルに関する情報を受信する。
【００５０】
システム２０は、各接続のサービス品質に依存する重み係数を各接続ＶＣ１、ＶＣ２、ないしＶＣＮに割り振るＷＦＱ方法を使用して、送信されるべきセルを決定する。さらに正確を期すために、この係数は、各接続に割り振られた通過帯域、または、同じ接続で２つのセルを送信する時点の間のタイムシフトを決定する。例えば、接続に割り振られた係数がｒｉである場合、その同じ接続において連続する２つのセルの送信の間の時間は、およそ１／ｒｉである。
【００５１】
ＷＦＱ方法を使用するシステムの一例を、図２の参照と共に後述する。
【００５２】
局１２は、また、各端末に分配される資源を決定するためのＷＦＱデバイス３０も含んでいる。（端末用）デバイス２０と（管理ユニット用）デバイス３０が同じタイプであっても、デバイス３０は、デバイス２０より遥かに複雑である。デバイス３０は、一般に、数千の端末を管理しなければならないが、デバイス２０は、例えば１０未満の接続など、かなり少ない数の接続を管理する。
【００５３】
したがって、デバイス２０は、マイクロプロセッサにインストールするプログラムの形式で実施することができ、その占有するメモリ空間は比較的小さい。または、デバイス２０による各端末の製造原価の上昇は、無視できるほど少ない。
【００５４】
図１ａに示すように、デバイス３０は、各端末の待ち行列の状況に関する情報を受信する入力３２を有する。図１ａでは、その状況はバッファＴ１、Ｔ２、ないしＴｍによって供給される。このバッファは、各端末に１つずつあり、そこには信号チャネル１４を介して各々の端末から受信されたデータが入れられる。そのデータは、ブロック３８で受信され、その後、バッファＴ１、Ｔ２、ないしＴｍに送信される。
【００５５】
ブロック３８は、自動要求ジェネレータ４０によって送信される要求信号を受信する入力３８１を有する。自動要求ジェネレータ４０は、ブロック３８からバッファＴ１、Ｔ２、ないしＴＭへのデータの多重化を制御する。
【００５６】
セルまたはパケットの送信を制御するためのＷＦＱデバイス５０を図２に示し、これを使用して、各端末のデバイス２０および／または各局のデバイス３０の動作原理を説明する。
【００５７】
説明を簡約化するために、端末用ＷＦＱデバイスの動作を説明する。
【００５８】
デバイス５０は、セルＳ１、Ｓ２、ないしＳＮのＮ個のフローからのセル（またはパケット）の送信を制御する。そのフローに割り振られたサービス品質に従って、各々のセルにはそれぞれ係数ｒ１、ｒ２、ないしｒＮが割り振られる。
【００５９】
デバイス５０は、順次走査されるレジスタ５２ｉないし５２ｎを備える循環型メモリの形式をとるスケジューラ５２を備える。各レジスタは、出力リンク上でセルを送信するのに要する時間を表す１つのタイムスロット、すなわちそのリンクのビット速度とそのセルのサイズの積に対応する。この例では、現在時ＶＴは、レジスタ５２ｉに対応する。したがって、そのレジスタが最初に走査される。レジスタ５２ｉ＋１が次に走査され、レジスタ５２ｐまで順次走査される。レジスタ５２ｐが読み取られた後、次に読み取られるレジスタは５２１であり、以下同断である。
【００６０】
各々のレジスタは、レジスタの位置に対応する時に送信されるべき、１つ以上のセルまたはそのセルのアドレスを含んでいる。レジスタは、また、そのレジスタが（１つまたは複数のアドレス、または１つまたは複数のセルで）一杯か空かを示すように、０または１の１ビットを含んでいる。
【００６１】
走査ポインタが、現在時ＶＴに対応するレジスタ５２ｉに達すると、そのレジスタに対応するセルは、ＦＩＦＯバッファなどの待ち行列５４に入れられ、次いで、そのセルは、順次送信される。
【００６２】
バッファ５４の出力で、フローＳｉからのセルａ１が、バッファ５４から局１２に送信されると、フローＳｉの最初の待機中セルは、例えばレジスタ５３ｉ＋３などのレジスタに入れられる。
【００６３】
各セル（またはそのアドレス）が挿入されなければならないレジスタを決定するために、または各セルの送信時間を決定するために、デバイス６０は、各セルに時「ラベル」を割り振る。各接続に割り振られた通過帯域に従うよう、各セルの送信に要求される時間は、レジスタ５４による直前のセルａｉの送信時間ｔｉと数量１／ｒｉの和である。したがって、この接続の次のセルは、時間ｔｉ＋１／ｒｉの時点で送信する。この条件下では、このレジスタＳｉからの次のセル（またはアドレス）が空のレジスタまたは既に満たされているレジスを満たすことになる。
【００６４】
次のセルに割り振られる時ラベルが、ｔｉと１／ｒｉの和に対応する時点より後の時点で書き込まれる場合は、ラベルはＶＴ（スケジューラ５２の現在時）である。したがって、そのセルは、事実上即座に送信される。セルが、ネットワークにおけるより前のノードによって発生した時間遅延を受けると、このような状況が起こる。この条件の下で、セルが、その要求された再送信時間よりも遅延する場合、そのセルは即座に送信される。または、時間遅延を増加させないように、そのセルは時ＶＴに置かれる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】管理局および端末を示す、本発明による通信システムのブロック図である。
【図１ｂ】端末によって送信されるセルを示す図である。
【図２】資源の割振り手段を示す図である。
【符号の説明】
１０  端末
１２  中央管理局
２０  システム、ＷＦＱデバイス（端末用）
３０  ＷＦＱデバイス（管理ユニット用）
５０  ＷＦＱデバイス
５２  スケジューラ
５４  バッファ、待ち行列
６０  デバイス
ＶＴ  現在時
【図１ａ】
0004703871.tif 000002
【図１ｂ】
0004703871.tif 000003
【図２】
0004703871.tif 000004