(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局とランダムアクセスによるパケット送信をバックオフアルゴリズムに基づいて行う移動局とで構成される通信システムにおける前記基地局であって、
所定のスロット数のランダムアクセススロットについてスロットごとに前記移動局からの送信データを受信したか否かを監視し、監視結果に基づいて所定のスロット数のランダムアクセススロットのうち前記送信データを受信しなかったスロット数である空きスロット数を求め、前記所定のスロット数のランダムアクセススロット内に受信した受信パケット数を測定する測定手段と、
前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比に基づいて、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が（１＋ａ）（０≦ａ＜１）と（１−ｂ）（０≦ｂ＜１）の間の範囲であるか否かを判定し、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が前記範囲内である場合前記移動局が送信するパケットの量を制御するためのウィンドウサイズの値を現状値とし、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が（１＋ａ）より大きい場合前記ウィンドウサイズを減少させ、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が（１−ｂ）より小さい場合前記ウィンドウサイズを増加させるよう、前記ウィンドウサイズを決定するパラメータ決定手段と、
前記パラメータ決定手段により決定された前記ウィンドウサイズを、前記ウィンドウサイズに基づいてランダムアクセススロット内のパケット送信を行う前記移動局、に送信するパラメータ送信手段と、
を備えることを特徴とする基地局。
【請求項２】
前記移動局は、バックオフアルゴリズムに基づきランダムアクセスを行うものとし、通知された前記ウィンドウサイズをバックオフアルゴリズムで用いるウィンドウサイズとして用いることを特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項３】
前記移動局は、指数バックオフアルゴリズムに基づきランダムアクセスを行うものとし、通知された前記ウィンドウサイズを指数バックオフアルゴリズムで用いる初期ウィンドウサイズとして用いることを特徴とする請求項１または２に記載の基地局。
【請求項４】
前記移動局は、バックオフ終了後にパケットを送信するか否かをパーシステント確率に基づいて決定することとし、
前記パラメータ決定手段は、さらに、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が（１−ｂ）未満である場合には前記パーシステント確率を減少させ、前記空きスロット数と前記受信パケット数の比が（１＋ａ）を超える場合には前記パーシステント確率を増加させるよう前記パーシステント確率を決定し、
前記パラメータ送信手段は、さらに前記パラメータ決定手段により決定された前記パーシステント確率を前記移動局へ送信することを特徴とする請求項１、２または３に記載の基地局。
【請求項５】
前記パラメータ決定手段は、ウィンドウサイズを増加させる場合には、１より大きい所定の第１定数を現在のウィンドウサイズに乗算した結果を、増加後のウィンドウサイズとし、ウィンドウサイズを減少させる場合には、１より小さい所定の第２定数を現在のウィンドウサイズに乗算した結果を、減少後のウィンドウサイズとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の基地局。
【請求項６】
前記パラメータ決定手段は、ウィンドウサイズを増加させる場合には、所定の正の整数である第１定数を現在のウィンドウサイズに加算した結果を増加後のウィンドウサイズとし、ウィンドウサイズを減少させる場合には、所定の正の整数である第２定数を現在のウィンドウサイズから減算した結果を減少後のウィンドウサイズとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の基地局。
【請求項７】
前記パラメータ決定手段は、ウィンドウサイズが前記比と比例関係にあることを用いて、前記測定した空きスロット数と前記測定した受信パケット数に基づいて、増加後および減少後のウィンドウサイズを求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の基地局。
【請求項８】
基地局とランダムアクセスによるパケット送信をバックオフアルゴリズムに基づいて行いバックオフ終了後にパケットを送信するか否かを前記パーシステント確率に基づいて決定する移動局で構成される通信システムにおける前記基地局であって、
所定のスロット数のランダムアクセススロットについてスロットごとに前記移動局からの送信データを受信したか否かを監視し、監視結果に基づいて所定のスロット数のランダムアクセススロットのうち前記送信データを受信しなかったスロット数である空きスロット数を求め、前記所定のスロット数のランダムアクセススロット内に受信した受信パケット数を測定する測定手段と、
前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比に基づいて、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が（１＋ａ）（０≦ａ＜１）と（１−ｂ）（０≦ｂ＜１）の間の範囲であるか否かを判定し、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が前記範囲内である場合前記移動局が送信するパケットの量を制御するための前記パーシステント確率の値を現状値とし、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が（１＋ａ）より大きい場合前記パーシステント確率を増加させ、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が（１−ｂ）より小さい場合前記パーシステント確率を減少させるよう、前記パーシステント確率を決定するパラメータ決定手段と、
前記パラメータ決定手段により決定された前記パーシステント確率を、前記移動局、に送信するパラメータ送信手段と、
を備えることを特徴とする基地局。
【請求項９】
前記パラメータ決定手段は、パーシステント確率を増加させる場合には、１より大きい所定の第１パースシステント定数を現在のパーシステント確率に乗算した結果を、増加後のパーシステント確率とし、パーシステント確率を減少させる場合には、１より小さい所定の第２パースシステント定数を現在のパーシステント確率に乗算した結果を、減少後のパーシステント確率とすることを特徴とする請求項４または８に記載の基地局。
【請求項１０】
前記パラメータ決定手段は、パーシステント確率を増加させる場合には、所定の正の整数である第１パーシステント定数を現在のパーシステント確率に加算した結果を、増加後のパーシステント確率とし、パーシステント確率を減少させる場合には、所定の正の整数である第２パーシステント定数を現在のパーシステント確率から減算した結果を、減少後のパーシステント確率とすることを特徴とする請求項４または８に記載の基地局。
【請求項１１】
前記パラメータ決定手段は、パーシステント確率が前記比と反比例関係にあることを用いて、前記測定した空きスロット数と前記測定した受信パケット数に基づいて、増加後および減少後のパーシステント確率を求めることを特徴とする請求項４または８に記載の基地局。
【請求項１２】
前記空きスロット数に基づいて算出したスロット空き率が所定の閾値より小さい場合に、前記所定のスロット数を減少させ、前記空きスロット数に基づいて算出したスロット空き率が所定の閾値より大きい場合に、前記所定のスロット数を増加させることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の基地局。
【請求項１３】
基地局とランダムアクセスによるパケット送信をバックオフアルゴリズムに基づいて行う移動局で構成される通信システムにおける前記基地局であって、
前記移動局が送信する、該移動局が送信したパケットの送信成功の確率に関する情報である送信成功情報を受信する受信手段と、
所定のスロット数のランダムアクセススロット内に受信した受信パケット数を測定する測定手段と、
前記受信パケット数と前記所定のスロット数との比に基づいてスループットを算出するスループット算出手段と、
前記送信成功情報に基づいて、正しく受信したパケット数と前記移動局から送信されたパケット総数で除算した値である送信成功率を算出する送信成功率算出手段と、
前記送信成功率の前記スループットに対する比が（１＋ａ）（０≦ａ＜１）と（１−ｂ）（０≦ｂ＜１）の範囲であるか否かを判定し、前記範囲内である場合前記移動局が送信するパケットの量を制御するためのウィンドウサイズの値を現状値とし、前記送信成功率の前記スループットに対する比が（１＋ａ）より大きい場合前記ウィンドウサイズを減少させ、前記送信成功率の前記スループットに対する比が（１−ｂ）より小さい場合前記ウィンドウサイズを増加させるよう、前記ウィンドウサイズを決定するパラメータ決定手段と、
前記パラメータ決定手段により決定された前記ウィンドウサイズを、前記ウィンドウサイズに基づいてランダムアクセススロット内のパケット送信を行う前記移動局、に送信するパラメータ送信手段と、
を備えることを特徴とする基地局。
【請求項１４】
前記送信成功情報を前記移動局が前記基地局へ送信したパケットの再送回数とし、
前記送信成功率算出手段は、各移動局から送信された再送回数の平均値である平均再送回数に基づいて前記送信成功率を算出することを特徴とする請求項１３に記載の基地局。
【請求項１５】
前記移動局は、バックオフ終了後にパケットを送信するか否かをパーシステント確率に基づいて決定することとし、
前記パラメータ決定手段は、さらに、前記送信成功率の前記スループットに対する比が（１＋ａ）を超える場合には前記パーシステント確率を増加させ、前記スループットと前記送信成功率の比が（１−ｂ）未満である場合には前記パーシステント確率を減少させるよう前記パーシステント確率を決定し、
前記パラメータ送信手段は、さらに前記パラメータ決定手段により決定された前記パーシステント確率を前記移動局へ送信することを特徴とする請求項１３または１４に記載の基地局。
【請求項１６】
前記パラメータ決定手段は、ウィンドウサイズを増加させる場合には、１より大きい所定の第１定数を現在のウィンドウサイズに乗算した結果を、増加後のウィンドウサイズとし、ウィンドウサイズを減少させる場合には、１より小さい所定の第２定数を現在のウィンドウサイズに乗算した結果を、減少後のウィンドウサイズとすることを特徴とする請求項１３、１４または１５に記載の基地局。
【請求項１７】
前記パラメータ決定手段は、ウィンドウサイズを増加させる場合には、所定の正の整数である第１定数を現在のウィンドウサイズに加算した結果を、増加後のウィンドウサイズとし、ウィンドウサイズを減少させる場合には、所定の正の整数である第２定数を現在のウィンドウサイズから減算した結果を、減少後のウィンドウサイズとすることを特徴とする請求項１３、１４または１５に記載の基地局。
【請求項１８】
前記パラメータ決定手段は、ウィンドウサイズが前記比と比例関係にあることを用いて、前記算出したスループットと前記算出した送信成功率の比に基づいて、増加後および減少後のウィンドウサイズを求めることを特徴とする請求項１３、１４または１５に記載の基地局。
【請求項１９】
基地局とランダムアクセスによるパケット送信をバックオフアルゴリズムに基づいて行いバックオフ終了後にパケットを送信するか否かを前記パーシステント確率に基づいて決定する移動局で構成される通信システムにおける前記基地局であって、
前記送信成功情報に基づいて、正しく受信したパケット数と前記移動局から送信されたパケット総数で除算した値である送信成功率を算出する送信成功率算出手段と、
前記送信成功率の前記スループットに対する比が（１＋ａ）（０≦ａ＜１）と（１−ｂ）（０≦ｂ＜１）の範囲であるか否かを判定し、前記範囲内である場合前記移動局が送信するパケットの量を制御するためのウィンドウサイズの値を現状値とし、前記送信成功率の前記スループットに対する比が（１＋ａ）より大きい場合前記パーシステント確率を増加させ、前記送信成功率の前記スループットに対する比が（１−ｂ）より小さい場合前記パーシステント確率を減少させるよう、前記ウィンドウサイズを決定するパラメータ決定手段と、
前記パラメータ決定手段により決定された前記ウィンドウサイズを、前記ウィンドウサイズに基づいてランダムアクセススロット内のパケット送信を行う前記移動局、に送信するパラメータ送信手段と、
を備えることを特徴とする基地局。
【請求項２０】
前記パラメータ決定手段は、パーシステント確率を増加させる場合には、１より大きい所定の第１パースシステント定数を現在のパーシステント確率に乗算した結果を、増加後のパーシステント確率とし、パーシステント確率を減少させる場合には、１より小さい所定の第２パースシステント定数を現在のパーシステント確率に乗算した結果を、減少後のパーシステント確率とすることを特徴とする請求項１５または１９に記載の基地局。
【請求項２１】
前記パラメータ決定手段は、パーシステント確率を増加させる場合には、所定の正の整数である第１パーシステント定数を現在のパーシステント確率に加算した結果を、増加後のパーシステント確率とし、パーシステント確率を減少させる場合には、所定の正の整数である第２パーシステント定数を現在のパーシステント確率から減算した結果を、減少後のパーシステント確率とすることを特徴とする請求項１５または１９に記載の基地局。
【請求項２２】
前記パラメータ決定手段は、パーシステント確率が前記比と反比例関係にあることを用いて、前記算出したスループットと前記算出した送信成功率に基づいて、増加後および減少後のパーシステント確率を求めることを特徴とする請求項１５または１９に記載の基地局。
【請求項２３】
前記送信成功率が所定の閾値より小さい場合に、前記所定のスロット数を減少させ、前記送信成功率が所定の閾値より大きい場合に、前記所定のスロット数を増加させることを特徴とする請求項１３〜２２のいずれか１つに記載の基地局。
【請求項２４】
基地局とランダムアクセスによるパケット送信をバックオフアルゴリズムに基づいて行う移動局で構成される通信システムであって、
前記基地局が、
所定のスロット数のランダムアクセススロットについてスロットごとに前記移動局からの送信データを受信したか否かを監視し、監視結果に基づいて所定のスロット数のランダムアクセススロットのうち前記送信データを受信しなかったスロット数である空きスロット数を求め、前記所定のスロット数のランダムアクセススロット内に受信した受信パケット数を測定する測定手段と、
前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比に基づいて、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が（１＋ａ）（０≦ａ＜１）と（１−ｂ）（０≦ｂ＜１）の間の範囲であるか否かを判定し、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が前記範囲内である場合前記移動局が送信するパケットの量を制御するためのウィンドウサイズの値を現状値とし、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が（１＋ａ）より大きい場合前記ウィンドウサイズを減少させ、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が（１−ｂ）より小さい場合前記ウィンドウサイズを増加させるよう、前記ウィンドウサイズを決定するパラメータ決定手段と、
前記パラメータ決定手段により決定された前記ウィンドウサイズを前記移動局、に送信するパラメータ送信手段と、
を備え、
前記移動局が、
前記ウィンドウサイズに基づいてランダムアクセススロット内のパケット送信を行うことを特徴とする通信システム。
【請求項２５】
基地局とランダムアクセスによるパケット送信をバックオフアルゴリズムに基づいて行う移動局で構成される通信システムであって、
前記移動局が、自局が送信したパケットの送信成功の確率に関する情報である送信成功情報を送信し、
前記基地局が、
前記受信パケット数と前記所定のスロット数との比に基づいてスループットを算出するスループット算出手段と、
前記送信成功情報に基づいて、正しく受信したパケット数と前記移動局から送信されたパケット総数で除算した値である送信成功率を算出する送信成功率算出手段と、
前記送信成功率の前記スループットに対する比が（１＋ａ）（０≦ａ＜１）と（１−ｂ）（０≦ｂ＜１）の範囲であるか否かを判定し、前記範囲内である場合前記移動局が送信するパケットの量を制御するためのウィンドウサイズの値を現状値とし、前記送信成功率の前記スループットに対する比が（１＋ａ）より大きい場合前記ウィンドウサイズを減少させ、前記送信成功率の前記スループットに対する比が（１−ｂ）より小さい場合前記ウィンドウサイズを増加させるよう、前記ウィンドウサイズを決定するパラメータ決定手段と、
前記パラメータ決定手段により決定された前記ウィンドウサイズを、前記ウィンドウサイズに基づいてランダムアクセススロット内のパケット送信を行う前記移動局、に送信するパラメータ送信手段と、
を備え、
前記移動局が、前記ウィンドウサイズに基づいてランダムアクセススロット内のパケット送信を行うことを特徴とする通信システム。
【請求項２６】
基地局とランダムアクセスによるパケット送信をバックオフアルゴリズムに基づいて行う移動局で構成される通信システムにおける前記基地局が採用するランダムアクセス制御方法であって、
所定のスロット数のランダムアクセススロットについてスロットごとに前記移動局からの送信データを受信したか否かを監視し、監視結果に基づいて所定のスロット数のランダムアクセススロットのうち前記送信データを受信しなかったスロット数である空きスロット数を求め、前記所定のスロット数のランダムアクセススロット内に受信した受信パケット数を測定する測定ステップと、
前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比に基づいて、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が（１＋ａ）（０≦ａ＜１）と（１−ｂ）（０≦ｂ＜１）の間の範囲であるか否かを判定し、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が前記範囲内である場合前記移動局が送信するパケットの量を制御するためのウィンドウサイズの値を現状値とし、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が（１＋ａ）より大きい場合前記ウィンドウサイズを減少させ、前記空きスロット数の前記受信パケット数に対する比が（１−ｂ）より小さい場合前記ウィンドウサイズを増加させるよう、前記ウィンドウサイズを決定するパラメータ決定ステップと、
前記パラメータ決定ステップにより決定された前記ウィンドウサイズを、前記ウィンドウサイズに基づいてランダムアクセススロット内のパケット送信を行う前記移動局、に送信するパラメータ送信ステップと、
を含むことを特徴とするランダムアクセス制御方法。
【請求項２７】
基地局とランダムアクセスによるパケット送信をバックオフアルゴリズムに基づいて行う移動局で構成される通信システムにおける前記基地局が採用するランダムアクセス制御方法であって、
前記移動局が送信する、該移動局が送信したパケットの送信成功の確率に関する情報である送信成功情報を受信する受信手段と、
所定のスロット数のランダムアクセススロット内に受信した受信パケット数を測定する測定ステップと、
前記受信パケット数と前記所定のスロット数との比に基づいてスループットを算出するスループット算出ステップと、
前記送信成功情報に基づいて、正しく受信したパケット数と前記移動局から送信されたパケット総数で除算した値である送信成功率を算出する送信成功率算出手段と、
前記送信成功率の前記スループットに対する比が（１＋ａ）（０≦ａ＜１）と（１−ｂ）（０≦ｂ＜１）の範囲であるか否かを判定し、前記範囲内である場合前記移動局が送信するパケットの量を制御するためのウィンドウサイズの値を現状値とし、前記送信成功率の前記スループットに対する比が（１＋ａ）より大きい場合前記ウィンドウサイズを減少させ、前記送信成功率の前記スループットに対する比が（１−ｂ）より小さい場合前記ウィンドウサイズを増加させるよう、前記ウィンドウサイズを決定するパラメータ決定ステップと、
前記パラメータ決定ステップにより決定された前記ウィンドウサイズを、前記ウィンドウサイズに基づいてランダムアクセススロット内のパケット送信を行う前記移動局、に送信するパラメータ送信ステップと、
を含むことを特徴とするランダムアクセス制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの基地局と複数の移動局との間で通信を行うポイント−マルチポイント型無線アクセスシステムのランダムアクセス制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つの基地局と複数の移動局との間で通信を行うポイント−マルチポイント型無線アクセスシステムに通常採用されるアクセス方式としては、Ｓｌｏｔｔｅｄ  ＡＬＯＨＡやＣＳＭＡ（Carrier  Sense  Multiple  Access）が挙げられる。Ｓｌｏｔｔｅｄ  ＡＬＯＨＡは、チャネルをタイムスロットに分割し、移動局が各スロットでパケット送信を試みる方式である。また、ＣＳＭＡは移動局が送信する際にチャネルがビジーかアイドルかを検出し、アイドル状態であればパケットを送信する方式である。これらのアクセス方式は、移動局が基地局に対し非同期に送信を行うことからランダムアクセス方式と呼ばれる。ポイント−マルチポイント型無線アクセスシステムでは、複数の移動局が同一の帯域で同時にデータを送信しようと試みると衝突が発生し、基地局で正しく受信されないことがある。このため、可能な限りパケット同士の衝突が起こりにくいように、移動局のパケット送信タイミングを制御するランダムアクセス制御方法が有効である。
【０００３】
ランダムアクセス制御方法の一例として、たとえば、無線ＬＡＮ（Local  Area  Network）で広く用いられている指数バックオフアルゴリズムがある。指数バックオフアルゴリズムでは、移動局はパケット送信の際、バックオフと呼ばれる送信待機を行い、その後パケットを送信する。バックオフ時間は各移動局が独立に発生させる乱数により決定する。その乱数の最大値はウィンドウサイズと呼ばれ、指数バックオフアルゴリズムはウィンドウサイズを再送のたびに増加させていくことを特徴とする。
【０００４】
また、下記特許文献１に開示されている技術では、各移動局が自身の送信成功率を測定し、トラフィック量が所定閾値よりも多くかつ測定した自身の送信成功率が所定閾値よりも高いときにランダムな送信間隔（ウィンドウサイズ）を長くし、測定した送信成功率が所定閾値よりも低いときにランダムな送信間隔を短くする。また、トラフィック量が所定閾値よりも少なくなるとランダムな送信間隔を元の値に戻す。この制御を各移動局が各々独立に行うことで、パケット送信成功率の小さい移動局ほど多くの送信機会を得られるようにしている。
【０００５】
また、下記特許文献２に開示されている技術では、移動局が基地局から送信されるデータを自分宛であるかどうかに関わらず受信し、受信したパケットの宛先を調べることによって、基地局と送受信を行っている移動局数を検出する。この検出を周期的に行い、パケット送信時のランダム遅延最大時間(ウィンドウサイズ)を「検出された移動局数×１０ｍｓｅｃ」として決定する。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−０８２４３６号公報
【特許文献２】特開２０００−１７５２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の指数バックオフアルゴリズムでは、パケットが衝突した移動局がバックオフのためのウィンドウサイズを大きくしていくため、パケットが衝突し続けている移動局ほど、バックオフ時間が長くなる。一方で、パケットが基地局において正しく受信された移動局は、短いバックオフ時間で次のパケット送信を行うことができる。そのため、移動局間で送信機会の不公平性（送信機会が均等でなくなる）が生じる、という問題があった。
【０００８】
また、上記特許文献１に記載の技術では、送信成功率を測定して送信成功率に基づいてウィンドウサイズを決定しているため、従来の指数バックオフアルゴリズムに比べ送信機会の不公平性は改善される。しかし、著しく送信成功率の小さい移動局が存在する場合には、その移動局の通信が優先されるために、システム全体のスループット特性、および遅延特性が劣化する可能性がある、という問題があった。また、ランダムな送信間隔を２段階しか用意していないため、送信成功率に応じた十分な制御ができない、という問題があった。
【０００９】
また、上記特許文献２では、システム内の競合移動局数が多い場合ほどトラフィック量が多いと判断し、ランダム遅延最大時間（ウィンドウサイズ）が大きくなるように制御される。しかし、システム内のトラフィック量は競合移動局数と、各々の移動局のパケット送信頻度により決定される。そのためトラフィック量を判断する際に、競合移動局数を測定するだけでは不十分である。また、基地局が移動局へパケットを送信してもその移動局が基地局にパケット送信を行っているとは限らず、さらに、移動局が基地局に対しパケット送信を行っていても、基地局がその移動局にパケットを送信するとは限らない。そのため、トラフィック量の推定が不正確となり、システム内の正しいトラフィック量に応じてランダム遅延時間を決定することができない可能性がある、という問題があった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、移動局間の送信機会の公平性を確保し、かつ、システム内のトラフィック状況を適切に反映し、スループットを向上させるとともにパケットの衝突率を削減させることができるランダムアクセス制御方法、通信システムおよび基地局を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、基地局と移動局で構成される通信システムにおけるランダムアクセス制御方法であって、前記基地局が、所定のスロット数のランダムアクセススロットのうちの空きスロット数と、前記所定のスロット数のランダムアクセススロット内に受信した受信パケット数を測定する測定ステップと、前記基地局が、前記空きスロット数と前記受信パケット数の比に基づいて、前記移動局が送信するパケットの量を制御するためのトラフィック制御パラメータを決定するパラメータ決定ステップと、前記トラフィック制御パラメータを前記移動局に送信するパラメータ送信ステップと、を含み、前記移動局が、前記トラフィック制御パラメータに基づいてランダムアクセススロット内のパケット送信を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、ランダムアクセスチャネル内の負荷や移動局のパケット送信成功率を測定し、基地局が、測定値に基づいて決定したウィンドウサイズを定期的に移動局に報知し、各移動局は共通のウィンドウサイズを用いてバックオフ時間を決定するようにしたので、移動局間の送信機会の公平性を確保し、かつ、システム内のトラフィック状況を適切に反映し、スループットを向上させるとともにパケットの衝突率を削減させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる通信システムを構成する基地局の実施の形態１の機能構成例を示す図である。本実施の形態の通信システムは、１つの基地局と複数の移動局との間で通信を行うポイント−マルチポイント型無線アクセスシステムであり、アクセス方式としてＳｌｏｔｔｅｄ  ＡＬＯＨＡ方式を採用することとする。なお、アクセス方式は、これに限らず、他の方式を採用してもよい。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態の基地局１００は、本通信システムの外部のネットワークであるネットワーク１０８と、ネットワーク１０８とのインタフェースであるインタフェース部１０１と、移動局からパケットを受信する無線受信部１０２と、移動局へパケットを送信する無線送信部１０３と、移動局から受信したパケットに所定の受信処理を行う受信パケット管理部１０４と、少なくとも１つの移動局がパケットを送信したかどうかを判断するキャリア検出部１０５と、システム内のトラフィック状態に応じて適切なウィンドウサイズを決定するウィンドウサイズ決定部１０６と、移動局へパケットを送信するための所定の送信処理を行う送信パケット管理部１０７と、を備えている。
【００１６】
図２は、本実施の形態の通信システムを構成する移動局２００の機能構成例を示す図である。図２に示すように、本実施の形態の移動局２００は、基地局１００からのパケットを受信する無線受信部２０１と、基地局１００へパケットを送信する無線送信部２０２と、基地局１００から受信したパケットに所定の受信処理を行う受信パケット管理部２０３と、受信したパケットを格納する受信バッファ２０４と、基地局１００から報知されたウィンドウサイズを記憶するウィンドウサイズ記憶部２０５と、ウィンドウサイズ記憶部２０５に記憶されたウィンドウサイズに基づいてバックオフ時間を決定するバックオフ時間決定部２０６と、基地局１００へパケットを送信するための所定の送信処理を行う送信パケット管理部２０７と、基地局１００へ送信するパケットを格納する送信バッファ２０８と、を備えている。
【００１７】
つづいて、図１、図２を用いて基地局１００および移動局２００の基本的動作を説明する。基地局１００では、ウィンドウサイズ決定部１０６が後述のウィンドウサイズ決定処理によりウィンドウサイズを決定する。そして、送信パケット管理部１０７が決定したウィンドウサイズに所定の送信処理を行い、無線送信部１０３が送信処理後のウィンドウサイズを報知する。また、基地局１００では、無線受信部１０２が、ランダムアクセスチャネルにより移動局２００から送信されたパケットを受信する。受信パケット管理部１０４は、送信されたパケットを正しく受信したと判断すると、送信パケット管理部１０７がそのパケットに対する確認応答を生成し、無線送信部１０３がその確認応答を送信元の移動局２００へ送信する。
【００１８】
移動局２００では、基地局１００から報知されたウィンドウサイズを無線受信部２０１が受信し、受信パケット管理部２０３が受信したウィドウサイズに所定の受信処理を行う。そして、ウィンドウサイズ記憶部２０５は、前回までのウィンドウサイズの受信により記憶しているウィンドウサイズを、新たに受信したウィンドウサイズに更新する。また、移動局２００では、送信バッファ２０８内にランダムアクセスチャネルで送信すべきパケットが格納されている場合、送信パケット管理部２０７は、ランダムアクセスチャネル内のスロットで、格納されているパケットを送信するための所定の送信処理を行い、無線送信部２０２経由でそのパケットの送信を試みる。その後、移動局２００では、無線受信部２０１経由で基地局１００からパケットを受信し、受信パケット管理部２０３が、基地局１００から受信したパケットが、自局が送信したパケットの確認応答であることを認識することにより、ランダムアクセスチャネルにて送信したパケットが基地局１００で正しく受信されたことを知る。
【００１９】
一方、移動局２００は、自局が送信したパケットの確認応答を受信できなかった場合、移動局２００は基地局１００がパケットを正しく受信できなかったと判断し、そのパケットの再送を試みる。具体的には、受信パケット管理部２０３が、自局がパケットを送信してから、所定の時間経過してもパケットの確認応答を受信できなかったと判断した場合、送信パケット管理部２０７にそのパケットの再送を指示する。その際、無線送信部２０２は、バックオフ時間決定部２０６により決定されたスロット数分だけ送信を待機し、待機後にパケットを再送する。このときの送信待機をバックオフと呼ぶ。バックオフ時間決定部２０６は、ウィンドウサイズ記憶部２０５からウィンドウサイズＷを読み出し、０以上Ｗ未満の整数を発生させ、発生させた整数を移動局２００が送信待機するスロット数として決定する。なお、以上の説明ではバックオフを、パケット再送時にのみ行うとしたが、再送時だけでなく初送時にもバックオフを行うことにしてもよい。
【００２０】
図３は、移動局２００−１〜２００−３がランダムアクセスチャネルで、パケットを送信する様子の一例を示す図である。移動局２００−１〜２００−３は、図２で示した移動局２００と同様の構成とし、本実施の形態の通信システムを構成する複数の移動局とする。スロットＲ１〜Ｒ１０は、本実施の形態の通信システムのランダムアクセス用スロットである。移動局２００−１〜２００−３は、それぞれＳｌｏｔｔｅｄ  ＡＬＯＨＡ方式によってランダムアクセス用スロットＲ１〜Ｒ１０内でパケットを送信する。図３の例では、移動局２００−１が、スロットＲ２でパケットを送信し、基地局１００は、そのパケットを正しく受信している。一方、スロットＲ４では、移動局２００−２と２００−３の両方が、パケットを送信するため衝突が生じ、基地局１００では、パケットを正しく受信しない。そのため、移動局２００−２および２００−３は、確認応答を受信しないため、バックオフを行い、再送を試みる。図３の例では、移動局２００−２はスロットＲ８で、移動局２００−３はスロットＲ１０で、それぞれ再送を行っている。
【００２１】
つづいて、本発明の特徴であるウィンドウサイズ決定処理の動作について説明する。図３に示した、スロットＲ１，Ｒ３，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ９のように、いずれの移動局のパケット送信にも用いられなかったスロットを空きスロットと呼ぶ。また、本実施の形態では、基地局１００が、所定のスロット数を１つの監視単位とし、各スロットで送信があったかを監視する（キャリア検出する）。そして、監視単位である所定のスロット数に対する、空きスロット数の割合をスロット空き率と定義することとする。図３の例で、Ｒ１〜Ｒ１０の１０スロットを１つの監視単位とすると、１０スロット中空きスロットは６つであるから、スロット空き率は６／１０となる。
【００２２】
また、基地局１００が受信した１スロットあたりの平均受信パケット数をスループットと呼ぶこととする。図３の例では、１０スロットの間にパケットを３つ受信しているから、スループットは３／１０となる。
【００２３】
ｎをシステム内の移動局数とし、１スロットあたりに１つの移動局がパケットを送信する確率をｐとし、スロット空き率をＰI，スループットをＳとする。このとき、スロット空き率ＰIは全移動局がパケットの送信を行わない確率であるから、以下の式（１）で表すことができる。
ＰI＝（１−ｐ）n                                                  ・・・（１）
【００２４】
また、スループットＳは、ｎ個の移動局のうち１局のみが送信を行い、残り（ｎ−１）台が送信しない確率であるから、以下の式（２）で表すことができる。
Ｓ＝nＣ1ｐ（１−ｐ）n-1＝ｎｐ（１−ｐ）n-1                        ・・・（２）
【００２５】
ここで、スループットＳを最大とすることを考える。Ｓをpで微分したｄＳ／ｄｐは、以下の式（３）で表すことができる。
ｄＳ／ｄｐ＝ｎ（１−ｐ）n-2（１−ｎｐ）                          ・・・（３）
【００２６】
したがって、ｄＳ／ｄｐ＝０のとき、つまりｐ＝１／ｎのときスループットは最大となり、スループットの最大値Ｓmaxは、以下の式（４）で表すことができる。
Ｓmax＝（１−１／ｎ）n-1                                          ・・・（４）
【００２７】
図４は上記の式（１）、（２）によって求めることができるスロット空き率ＰIとスループットＳのグラフである。図４の横軸は、ｐである。また、スループットが最大となるときのｐをｐmaxとして示している。図４より、スループットＳが最大となるとき、スロット空き率ＰIとスループットＳの値はほぼ等しいことが分かる。このことは以下のように数学的にも確認できる。ｎが十分大きいとすると、ＰI／Ｓは、以下の式（５）で表すことができる。
ＰI／Ｓ＝（１−ｐ）n-1／（ｎｐ（１−ｐ）n-1）＝１／（ｎｐ）−１／ｎ
≒１／（ｎｐ）                                            ・・・（５）
【００２８】
したがって、スループットＳが最大となるとき、ｐmax＝１／ｎであるから、ＰI／Ｓmax≒１となる。以上のことから、ＰI／Ｓを１に近づけるような制御を行うことでスループットＳをその最大値Ｓmaxに近づけることができると考えられる。具体的には、図４より、ＰI／Ｓ＞１のときはｐ＜ｐmaxであるから、ｐを増加させるためにウィンドウサイズを小さくすればよく、ＰI／Ｓ＜１のときはｐ＞ｐmaxであるからｐを減少させるためにウィンドウサイズを大きくする制御を行えばよい。
【００２９】
基地局１００では、図１に示したキャリア検出部１０５が、それぞれのランダムアクセス用スロットに対してキャリア検出すなわち電界強度の測定を行い、測定値がしきい値以下のスロットを空きスロットと判断する。そして、キャリア検出部１０５が、所定のスロット数の判断結果を集計して、空きスロット数として判断されたスロット数をスロット総数（所定のスロット数）で除算することによって、スロット空き率を求める。また、同一期間（所定のスロット数内）に正しく受信したパケット数を、スロット総数で除算することによって、スループットを求める。
【００３０】
所定のスロット数をＮとし、Ｎスロット測定した際の空きスロット数をＮIとし、受信パケット数をＮSとするとき、ＰI＝ＮI／Ｎ，Ｓ＝ＮS／Ｎであり、ＰI／Ｓは、以下の式（６）のようになる。
ＰI／Ｓ＝ＮI／Ｎ・Ｎ／ＮS＝ＮI／ＮS                              ・・・（６）
【００３１】
したがって、ＮI／ＮSを１に近づけるようにウィンドウサイズを制御すると、ＰI／Ｓを１に近づけるように制御した場合と同様の効果を得ることができる。本実施の形態では、ＮI／ＮSを１に近づけるようにウィンドウサイズを制御する場合について説明する。
【００３２】
図５は基地局１００のウィンドウサイズ決定処理手順の一例を示すフローチャートである。基地局１００は、このウィンドウサイズの決定を、所定の間隔で繰り返し実施し、ウィンドウサイズを適応的に制御する。本実施の形態では、ＮI／ＮSが（１＋ａ）と（１−ｂ）の間におさまるようにウィンドウサイズＷを制御する。なお、ａ，ｂは０以上１未満の数であり、ａ，ｂが０に近いほどＮI／ＮSをより１に近づけることになる。一方、ａ，ｂが０に近いほど、Ｗの値を収束させることが難しくなる。
【００３３】
まず、基地局１００のキャリア検出部１０５は、所定のスロット数の間、空きスロット数ＮIと正しく受信したパケット数ＮSとを測定する（ステップＳ１０１）。そして、ウィンドウサイズ決定部１０６が、測定値に基づいてＮI／ＮSを計算し、計算結果が（１＋ａ）より大きいか否かを判断する（ステップＳ１０２）。ＮI／ＮSが（１＋ａ）より大きいと判断した場合（ステップＳ１０２  Ｙｅｓ）は、パケット送信を活発化するためにウィンドウサイズＷを現在の値より小さい値に設定する（ステップＳ１０３）。そして、ウィンドウサイズ決定部１０６は、Ｗがあらかじめ定められたＷの下限値ＭＩＮ＿Ｗより小さいか否かを判断する（ステップＳ１０４）。Ｗがあらかじめ定められたＷの下限値ＭＩＮ＿Ｗより小さいと判断した場合（ステップＳ１０４  Ｙｅｓ）には、Ｗの値をＭＩＮ＿Ｗに決定し（ステップＳ１０５）、決定したＷを移動局に報知する（ステップＳ１１０）。ここで、ＭＩＮ＿ＷはウィンドウサイズＷの値が小さくなりすぎないように予め設定されたＷの下限値である。
【００３４】
一方、ステップＳ１０２で、ＮI／ＮSが（１＋ａ）以下であると判断した場合（ステップＳ１０２  Ｎｏ）は、ウィンドウサイズ決定部１０６は、さらに、ＮI／ＮSが（１−ｂ）よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ１０６）。ＮI／ＮSが（１−ｂ）よりも小さいと判断した場合（ステップＳ１０６  Ｙｅｓ）には、ウィンドウサイズ決定部１０６は、パケット送信を抑制するためにＷを現在の値より大きい値に設定する（ステップＳ１０７）。そして、ウィンドウサイズ決定部１０６は、Ｗがあらかじめ定められたＷの上限値ＭＡＸ＿Ｗより大きいか否かを判断する（ステップＳ１０８）。ＷがＭＡＸ＿Ｗより大きいと判断した場合（ステップＳ１０８  Ｙｅｓ）には、ウィンドウサイズ決定部１０６はＷの値をＭＡＸ＿Ｗに決定し（ステップＳ１０９）、決定したＷを移動局２００に報知する（ステップＳ１１０）。ここで、ＭＡＸ＿ＷはウィンドウサイズＷの値が大きくなりすぎないように予め設定されたＷの上限値である。
【００３５】
また、ステップＳ１０４で、ＷがＭＩＮ＿Ｗ以上であると判断した場合（ステップＳ１０４  Ｎｏ）には、ウィンドウサイズ決定部１０６はステップＳ１０３で設定したＷの値をそのまま決定値とし、決定したＷを移動局に報知する（ステップＳ１１０）。
【００３６】
また、ステップＳ１０６で、ＮI／ＮSが（１−ｂ）以上であると判断された場合（ステップＳ１０６  Ｎｏ）には、ウィンドウサイズＷの値は現在のままとし、現在の値Ｗを移動局に報知する（ステップＳ１１０）。また、ステップＳ１０８で、ＷがＭＡＸ＿Ｗ以下であると判断した場合（ステップＳ１０８  Ｎｏ）には、ステップＳ１０７で設定したＷの値をそのまま決定値とし、決定したＷを移動局２００に報知する（ステップＳ１１０）。
【００３７】
移動局２００は、以上のウィンドウサイズ決定処理により基地局１００から報知されたウィンドウサイズを受信すると、ウィンドウサイズ記憶部２０５が記憶しているウィンドウサイズの値を、受信したウィンドウサイズの値に更新する。そして、以降のパケット送信の際には更新したウィンドウサイズを用いてバックオフ時間を決定する。
【００３８】
つづいて、図５のステップＳ１０３，Ｓ１０７で基地局１００がウィンドウサイズを増減する方法について説明する。以下、ウィンドウサイズ決定部１０６が、決定する新たなウィンドウサイズをＷnewとし、Ｗnewを決定する前のウィンドウサイズをＷoldと表記することとする。ウィンドウサイズの増減方法としては、たとえば、以下の３つの方法が考えられる。
【００３９】
１つ目の方法は、ウィンドウサイズＷを一定比率で増減させる方法である。２つの定数ｒ１，ｒ２の値をあらかじめ定めておく。ただし、ｒ１＞１，ｒ２＜１とする。ステップＳ１０７でウィンドウサイズを大きくする場合は、Ｗnew＝int（Ｗold×ｒ１）とし、ステップＳ１０３でウィンドウサイズを小さくする場合は、Ｗnew＝int（Ｗold×ｒ２）とする。ただし、int（ｘ）は、ｘを整数値に変換する関数であり、具体的には、int（ｘ）を、ｘを超えない最大の整数としても良いし、ｘよりも大きいまたはｘと等しい最小の整数としても良いし、また、ｘを四捨五入して整数値としてもよい。
【００４０】
２つ目の方法は、ウィンドウサイズＷを一定幅ずつ増減させる方法である。２つの正の整数ｄ１，ｄ２をあらかじめ定めておき、ステップＳ１０７でウィンドウサイズを大きくする場合は、Ｗnew＝Ｗold＋ｄ１とし、ステップＳ１０３でウィンドウサイズを小さくする場合は、Ｗnew＝Ｗold−ｄ２とする。
【００４１】
３つ目の方法は、ウィンドウサイズＷの増減幅をウィンドウサイズ更新ごとにそのときの測定値に基づいて決定する方法である。式（５）より、ＰI／Ｓ≒１／（ｎｐ）となることから、ＮI／ＮS＝ＰI／Ｓは移動局の送信確率ｐに反比例する。一方、移動局の送信確率ｐとウィンドウサイズＷもまた反比例の関係にあるので、ＮI／ＮS＝ＰI／ＳとＷは比例すると言える。したがって、この比例関係を利用してＮI／ＮS＝ＰI／Ｓを１に近づけるＷを決定することができる。
【００４２】
例えば、ＮI／ＮSがｃだった場合、ｃを１に近づけるためには、比例式ｃ：Ｗold＝１：Ｗnewを解くことで、最適なＷnewの値を計算することができる。すなわち、Ｗnew＝Ｗold／ｃ＝Ｗold／（ＮI／ＮS）として求めることができる。この方法では、Ｗが最適値（スループットが最大となる値）から遠ければ遠いほど、Ｗの値を大きく変化させることになる。そのため、Ｗの値を早く最適値に制御することが可能である。なお、ここでは、ウィンドウサイズを増減する方法として、３種類の方法を説明したが、これに限らず、ＮI／ＮSを１に近づける方法であればどのような方法を用いてもよい。
【００４３】
以上の説明では、ランダムアクセスチャネルで移動局がＳｌｏｔｔｅｄ  ＡＬＯＨＡに基づく方式で送信する場合について説明したが、ＩＣＭＡ／ＰＥ（Idle-signal  Casting  Multiple  Access  with  Partial  Echo）方式で送信する場合についても、同様にウィンドウサイズ決定処理を行うことが可能である。
【００４４】
ＩＣＭＡ／ＰＥ方式では、ランダムアクセスチャネル内のスロットはアイドルスロットとビジースロットに分けられる。アイドルスロット内では、移動局はＳｌｏｔｔｅｄ  ＡＬＯＨＡ方式によってパケットを送信する。一方、ビジースロットは、特定の移動局に割り当てられたスロットであり、ビジースロットではランダムアクセスは行われず、そのスロットを割り当てられた移動局のみがパケットを送信する。
【００４５】
図６はＩＣＭＡ／ＰＥ方式の送信の一例を示す図である。図６のスロットＲ１，Ｒ２，Ｒ５〜Ｒ９はアイドルスロットであり、スロットＲ３，Ｒ４，Ｒ１０は、ビジースロットである。移動局２００−１，２００−２，２００−３は移動局２００と同様の構成の移動局である。図中で「Ｂ」と記されたＲ３，Ｒ４，Ｒ１０はビジースロットであり特定の移動局に割り当てられているため、移動局はこれらのスロットではランダムアクセスを行わない。図６の例では、スロットＲ１では移動局２００−１のみが送信を行っているため、基地局１００で正しく受信されるが、Ｒ５では移動局２００−２および２００−３が送信を行うためパケットが衝突し、基地局１００は正しくパケットを受信しない。
【００４６】
ＩＣＭＡ／ＰＥ方式の場合、ランダムアクセスはアイドルスロットにてのみ行われるので、空きスロット数および受信パケット数はアイドルスロットでのみ測定する。図６の例では、１０スロット中ビジースロットが３スロットあるため測定するスロット総数は７スロットであり、そのうち空きスロット数ＮIは４となり、受信パケット数ＮSは２となる。したがって、ＰI＝４／７，Ｓ＝２／７となる。このようにＩＣＭＡ／ＰＥ方式の場合はアイドルスロットでのみ測定を行い、その測定結果に基づいて図５のフローチャートと同様にウィンドウサイズの決定処理を行う。
【００４７】
また、ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ＡＬＯＨＡ方式やＰＲＭＡ（Packet  Reservation  Multiple  Access）方式のような予約ランダムアクセス方式においても、上記のウィンドウサイズ決定処理を適用することが可能である。予約ランダムアクセス方式ではランダムアクセスチャネル内のいくつかのスロットが特定の移動局により予約されており、いずれの移動局にも予約されていないその他のスロットで、移動局はＳｌｏｔｔｅｄ  ＡＬＯＨＡ方式によりパケットを送信する。したがって、空きスロット数、および受信パケット数の測定は移動局がランダムアクセスを行うスロット、すなわち予約されていないスロットのみで行うようにすればよい。そしてその測定値を用いて、図５のフローチャートに従い、ウィンドウサイズの決定処理を行う。
【００４８】
つづいて、移動局２００が指数バックオフアルゴリズムによって送信待機時間を決定する場合について説明する。指数バックオフアルゴリズムでは、移動局がパケットを再送するたびに自律的にウィンドウサイズを増加させていく。ｎ回目の再送時のウィンドウサイズをＷnとすると、Ｗnは以下の式（７）により求めることができる。
Ｗn＝max｛Ｗmin×ＰＦn，Ｗmax｝    （ｎ＝０，１，・・・，Ｒ）    ・・・（７）
【００４９】
ここで、ｎ＝０は初送を意味し、Ｒは最大再送回数である。ＰＦはパーシステントファクタと呼ばれる１以上の数である。また、Ｗmin＝Ｗ0は初期ウィンドウサイズと呼ばれ、パケット初送時のウィンドウサイズを表す。Ｗmaxはウィンドウサイズの最大値であり、定義されないこともある。max{ｘ，ｙ}は、ｘとｙのうちの値の大きい方を意味する。
【００５０】
指数バックオフ方式では、基地局１００は、初期ウィンドウサイズＷminを図５のフローチャートに従って決定するようにすればよい。また、Ｗmaxが定義されている場合には、Ｗmaxを固定値としてもよいし、たとえば、ＷminとＷmaxの比が常に一定となるように、ＷmaxをＷminと連動させて決定するようにしてもよい。
【００５１】
なお、本実施の形態では、ウィンドウサイズの更新（ウィンドウサイズ決定処理）は一定時間（一定スロット数）間隔ごとに行うとしたが、たとえば、高トラフィック時ほど更新間隔を短くし、低トラフィック時ほど更新間隔を長くするなど、更新間隔を可変としてもよい。具体的には、測定したスロット空き率が小さい場合ほどトラフィック量が大きいと判断し、ウィンドウサイズ決定処理までの間隔が短くなるようにし、測定したスロットの空き率が大きい場合ほどトラフィック量が小さいと判断し、ウィンドウサイズ決定処理までの間隔が長くなるようにしてもよい。
【００５２】
また、移動局２００がバックオフ終了後に、直ちにパケットを送信するのではなく、パーシステント方式を導入し、バックオフ終了後のスロットで確率Ｐp（確率Ｐpをパーシステント確率と呼ぶ）でパケットを送信し、確率（１−Ｐp）で次スロットまで送信を待機するようにしてもよい。特に、ＩＣＭＡ／ＰＥ方式では、移動局が、バックオフ終了後のスロットがビジースロットであった場合、アイドルスロットまで待ち、その後アイドルスロットで確率Ｐpでパケットを送信すると規定されることがある。この場合には、測定値に応じてウィンドウサイズＷを決定するかわりに、パーシステント確率Ｐpを制御するようにしてもよい。具体的には、たとえば、図５のフローチャートのステップＳ１０３で、Ｐpを現在の値より大きい値に設定し、ステップＳ１０７ではＰpを現在の値より小さくする。また、パーシステント確率とウィンドウサイズの両方を決定して制御するようにしてもよい。
【００５３】
つぎに、パーシステント確率を増減する方法について説明する。なお、制御の結果得られる新たなパーシステント確率をＰp,newとし、Ｐp,newを決定する前のパーシステント確率をＰp,oldと表す。パーシステント確率の増減方法としては、ウィンドウサイズと同様に以下の３つの方法が考えられる。
【００５４】
１つ目の方法は、パーシステント確率を一定比率で増減させる方法である。２つの定数r３，r４をあらかじめ定めておく。ただし、ｒ３＞１，ｒ４＜１とする。ステップＳ１０３でパーシステント確率を大きくする場合は、Ｐp,new＝Ｐp,old×ｒ３とし、ステップＳ１０７でパーシステント確率を小さくする場合は、Ｐp,new＝Ｐp,old×ｒ４とする。
【００５５】
２つ目の方法は、パーシステント確率を一定幅ずつ増減させる方法である。２つの正の整数ｄ３，ｄ４をあらかじめ定めておき、ステップＳ１０３でパーシステント確率を大きくする場合は、Ｐp,new＝Ｐp,old＋ｄ３とし、ステップＳ１０７でパーシステント確率を小さくする場合は、Ｐp,new＝Ｐp,old−ｄ４とする。
【００５６】
３つ目の方法は、パーシステント確率の増減幅をパーシステント確率更新ごとに、そのときの測定値に基づいて決定する方法である。式（５）より、ＰI／Ｓ≒１／（ｎｐ）となることから、ＮI／ＮS＝ＰI／Ｓは移動局の送信確率ｐに反比例する。また、移動局の送信確率ｐとパーシステント確率Ｐpは比例の関係にあるので、ＮI／ＮS＝ＰI／ＳとＰpは反比例し、ＮI／ＮS×Ｐpは一定値であるとみなすことができる。したがって、この関係を利用してＮI／ＮS＝ＰI／Ｓを１に近づけるようにパーシステント確率を決定することができる。たとえば、ＮI／ＮSがｅだった場合、ｅを１に近づけるためには、ｅ×Ｐp,old＝１×Ｐp,newを解くことで最適なＰp,newの値を計算することができる。なお、ここでは、パーシステント確率を増減する方法として、３種類の方法を説明したが、これに限らず、ＮI／ＮSを１に近づける方法であればどのような方法を用いてもよい。
【００５７】
なお、本実施の形態では、移動局から送信するパケット量を制御するためのパラメータ、すなわち、トラフィックを制御するためのパラメータとして、ウィンドウサイズ，パーシステント確率を例にあげて説明したが、移動局から送信するパケット量を制御するための他のパラメータを用いて同様の制御を行うようにしてもよい。
【００５８】
以上のように、本実施の形態では、基地局１００が定期的にスロット空き率とスループットを測定し、その測定値に基づいてウィンドウサイズを決定して制御するようにした。このため、移動局間の送信機会の公平性を維持するとともに、システム内のトラフィック量に応じた移動局の送信確率の制御が可能になり、スループット特性を向上させることができる。同時に、衝突率を削減することも可能であり、移動局の消費電力の削減、およびリトライオーバによるパケット廃棄率の削減が可能になる。
【００５９】
また、本実施の形態では、ウィンドウサイズＷを所定の範囲内（ＭＩＮ＿Ｗ以上、ＭＡＸ＿Ｗ以下）で任意の値に設定することができる。このため、あらかじめ用意された、いくつかのウィンドウサイズの設定値のなかから適切なウィンドウサイズを選択する方式に比べて、システム内のトラフィック状況に応じたより柔軟なウィンドウサイズの制御を行うことが可能である。
【００６０】
実施の形態２．
図７は、本発明にかかる通信システムを構成する基地局１００ａの実施の形態２の機能構成例を示す図である。図７に示すように、本実施の形態の基地局１００ａは、実施の形態１の基地局１００から、キャリア検出部１０５を削除し、送信成功率推定部１０９を追加しているが、これ以外は実施の形態１の基地局１００と同様である。また、本実施の形態の移動局は、実施の形態１の移動局２００と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６１】
つづいて、本実施の形態のウィンドウサイズ決定処理について説明する。実施の形態１では、空きスロット数と受信パケット数に基づいてウィンドウサイズを決定して制御したが、本実施の形態ではパケットの送信成功率とスループットに基づいてウィンドウサイズを決定して制御する。送信成功率とは、所定のスロット数のうち、基地局１００が正しく受信したパケット数を移動局２００から送信されたパケット総数（再送も含む）で除算したものであり、たとえば、図３の例では、移動局２００−１〜２００−３が送信したパケット総数（再送も含む）は５であり、基地局１００が正しく受信したパケットの数は３であるから、送信成功率は３／５となる。
【００６２】
送信成功率ＰSは、ある移動局がパケットを送信した際に残りのｎ−１局の移動局がパケットを送信しない確率であるから、以下の式（８）で表すことができる。
ＰS＝（１−ｐ）n-1                                                ・・・（８）
【００６３】
スループットＳは、実施の形態１で説明した式（２）で表すことができる。図８は、スループットＳと送信成功率ＰSを示すグラフである。図８では、スループットが最大となるときのｐをｐmaxとし、スループットの最大値をＳmaxとしている。図８より、スループットが最大となるとき、送信成功率ＰSとスループットＳの値はほぼ等しいことが分かる。このことは以下のように数学的にも確認できる。式（２）および式（８）より、ＰS／Ｓは以下の式（９）で表すことができる。
ＰS／Ｓ＝（１−ｐ）n-1／（ｎｐ（１−ｐ）n-1）＝１／(ｎｐ)        ・・・（９）
【００６４】
スループットが最大となるときは実施の形態１で説明したようにｐmax＝１／ｎであるから、このとき、以下の式（１０）が成立する。
ＰS／Ｓ＝１                                                    ・・・（１０）
【００６５】
したがって、ＰS／Ｓを１に近づけるような制御を行うことでスループットＳを最大値に近づけることができると考えられる。具体的には、図８よりＰS／Ｓ＞１のときはｐ＜ｐmaxであるからｐを増加させるためにウィンドウサイズを小さくし、ＰS／Ｓ＜１のときはｐ＞ｐmaxであるからｐを減少させるためにウィンドウサイズを大きくするような制御を行えばよい。
【００６６】
上記の制御を行うためには、基地局１００ａがランダムアクセスチャネルでの送信成功率を知る必要がある。以下、基地局１００ａの送信成功率推定部１０９が送信成功率を推定する方法について説明する。
【００６７】
移動局２００は、パケット送信後に、基地局１００ａから確認応答が返ってこなかった場合、そのパケットを再送する。その際、一般的には、最大再送回数と呼ばれる再送回数の上限値Ｒが決められており、Ｒ回再送しても基地局１００ａからの確認応答を受信できない場合は、移動局２００はそれ以上の再送を行わず、そのパケットを破棄する（リトライオーバと呼ぶ）。本実施の形態では、移動局２００は各パケットに再送回数を示す情報を付加し、付加後のパケットを送信するようにする。基地局１００ａの送信成功率推定部１０９は、この情報を用いて受信に成功したパケットの平均再送回数を算出し、平均再送回数に基づいて送信成功率ＰSを推定する。
【００６８】
移動局２００がｋ（ｋ≧０）回目の再送後に、パケット送信が成功する確率Ｐkは、以下の式（１１）で表すことができる。
Ｐk＝（１−ＰS）kＰS        （ｋ＝０、１，・・・，Ｒ）  ・・・（１１）
【００６９】
一方、移動局２００がリトライオーバすることなく基地局１００ａにパケット送信が成功する確率は、ｋ＝０〜ＲまでのＰkの和であり、以下の式（１２）で表すことができる。
【００７０】
【数１】
0005116404.tif 000002
【００７１】
したがって、基地局１００ａが受信に成功したパケットの再送回数がｋである確率Ｑkは、以下の式（１３）のようになる。
【００７２】
【数２】
0005116404.tif 000003
【００７３】
ここで、基地局１００ａが受信するパケットの平均再送回数をｒとすると、ｒはｋの期待値であり、以下の式（１４）で表すことができる。
【００７４】
【数３】
0005116404.tif 000004
【００７５】
基地局１００ａはこの式(１４)を用いて平均再送回数ｒから送信成功率ＰSを推定するが、式（１４）をＰSについて直接解くことは難しい。そこで、たとえば、以下に説明するような方法を用いてＰSを推定する。
【００７６】
まず、１つめの方法は、近似式を用いる方法がある。式（１４）は、以下の式（１５）のように近似することができる。
【００７７】
【数４】
0005116404.tif 000005
【００７８】
上記の式（１５）を用いれば、平均再送回数ｒから送信成功率ＰSを容易に計算することができる。ただし、計算の結果、ＰS＜０となった場合はＰS＝０とし、ＰS＞１となった場合はＰS＝１と補正する。
【００７９】
平均再送回数ｒから送信成功率ＰSを推定するもう１つの方法として、式（１４）を用いて送信成功率ＰSと平均再送回数ｒの対応表を作成しておき、対応表を参照してＰSを算出する方法が考えられる。図９は、送信成功率ＰSと平均再送回数ｒの対応表の一例を示す図である。図９では、送信成功率ＰSの値を、平均再送回数ｒの範囲に対応させている。あらかじめ、式（１４）に基づいて図９に示すような対応表を作成しておき、基地局１００ａの送信成功率推定部１０９がこの対応表を保持しておく。そして、送信成功率推定部１０９は、対応表を用いて移動局２００から送信された平均再送回数ｒに対応する送信成功率ＰSを求める。なお、ここでは、平均再送回数ｒから送信成功率ＰSを推定する方法として上記の２つの方法について説明したが、式（１４）に基づいて推定すれば、これに限らず、どのような方法で推定するようにしてもよい。
【００８０】
図１０は、本実施の形態の基地局１００ａのウィンドウサイズ決定処理手順の一例を示すフローチャートである。本実施の形態では、ウィンドウサイズ決定処理を、実施の形態１と同様に、所定の間隔ごとで定期的に実施することにより、ウィンドウサイズを適応的に制御する。図１０のフローチャートでは、ＰS／Ｓが（１＋ａ）と（１−ｂ）の値におさまるようにウィンドウサイズＷを制御することとする。ここで、ａ，ｂは０以上１未満の数である。なお、ａ，ｂは、実施の形態１のＮI／ＮSの範囲として決定したａ，ｂとそれぞれ同一としてもよいし、異なる数値としてもよい。
【００８１】
まず、基地局１００ａの送信成功率推定部１０９は、所定のスロット数の間、受信パケット管理部１０４が受信処理したパケットを参照し、受信した受信パケット数（全ての移動局２００の合計の受信パケット数）と各々の受信パケットに付加された再送回数の和（受信したすべてのパケットに付加された再送回数の和）を測定する。そして、送信成功率推定部１０９は、測定した受信パケット数を測定した所定のスロット総数で除算することで、スループットＳを計算する（ステップＳ２０１）。さらに、送信成功率推定部１０９は、測定した再送回数の和を受信パケット数で除算することにより平均再送回数ｒを計算し、上述の平均再送回数ｒから送信成功率ＰSを推定する方法により、送信成功率ＰSを求める（ステップＳ２０２）。
【００８２】
つぎに、ウィンドウサイズ決定部１０６は、ＰS／Ｓを計算し、計算結果が（１＋ａ）より大きいか否かを判断する（ステップＳ２０３）。ＰS／Ｓが（１＋ａ）より大きいと判断した場合（ステップＳ２０３  Ｙｅｓ）は、実施の形態１のステップＳ１０３と同様にウィンドウサイズＷを現在の値より小さい値に設定する（ステップＳ２０４）。その後、ステップＳ２０５，ステップＳ２０６，ステップＳ２１１を実施するが、ステップＳ２０５，ステップＳ２０６，ステップＳ２１１の処理は、それぞれ実施の形態１のステップＳ１０４，ステップＳ１０５，ステップＳ１１０の処理と同様である。
【００８３】
一方、ステップＳ２０３で、ＰS／Ｓが（１＋ａ）以下であると判断した場合（ステップＳ２０３  Ｎｏ）は、ウィンドウサイズ決定部１０６は、さらに、ＰS／Ｓが（１−ｂ）よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ２０７）。ＰS／Ｓが（１−ｂ）よりも小さいと判断した場合（ステップＳ２０７  Ｙｅｓ）には、ウィンドウサイズ決定部１０６は、実施の形態１のステップＳ１０７と同様にＷを現在の値より大きい値に設定する（ステップＳ２０８）。その後、ステップＳ２０９，ステップＳ２１０，ステップＳ２１１を実施するが、ステップＳ２０９，ステップＳ２１０，ステップＳ２１１の処理は、それぞれ実施の形態１のステップＳ１０８，ステップＳ１０９，ステップＳ１１０と同様である。
【００８４】
また、ステップＳ２０７で、ＰS／Ｓが（１−ｂ）以上であると判断された場合（ステップＳ２０７  Ｎｏ）には、ウィンドウサイズＷの値は現在のままとし、ステップＳ２１１にすすむ。
【００８５】
本実施の形態の基地局１００ａの動作は、以上説明したウィンドウ決定処理の動作以外は、実施の形態１の基地局１００の動作と同様である。また、本実施の移動局２００の動作は、上述のように、送信パケットに再送回数を付加して送信する点以外は、実施の形態１の移動局２００の動作と同様である。
【００８６】
なお、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、移動局２００がＳｌｏｔｔｅｄ  ＡＬＯＨＡに基づく方式で送信する場合について説明したが、実施の形態１で説明したように、ＩＣＭＡ／ＰＥ方式を採用する場合にも同様の処理を行うことができる。この場合、実施の形態１で説明したように、スループットＳおよび送信成功率ＰSの測定対象をアイドルスロットについてのみとすればよい。また、reservation  ＡＬＯＨＡやＰＲＭＡ方式のような予約ランダムアクセス方式を採用する場合にも同様の処理を行うことができる。この場合も、実施の形態１で説明したように、スループットＳおよび送信成功率ＰSの測定対象をいずれの移動局にも予約されていないスロットとすればよい。
【００８７】
また、移動局２００が指数バックオフアルゴリズムによって送信待機時間を決定する場合には、実施の形態１の場合と同様に、初期ウィンドウサイズＷminを図１０のフローチャートに従って決定するようにすればよい。また、Ｗmaxが定義されている場合には、Ｗmaxを固定値としてもよいし、たとえば、ＷminとＷmaxの比が常に一定となるように、ＷmaxをＷminと連動させて決定するようにしてもよい。
【００８８】
また、パーシステント方式が導入されている場合は、実施の形態１と同様に、ウィンドウサイズのかわりにパーシステント確率を決定して制御するようにしてもよい。また、実施の形態１と同様に、ウィンドウサイズとパーシステント確率の両方を決定して制御するようにしてもよい。
【００８９】
また、実施の形態１と同様に、ウィンドウサイズの更新（ウィンドウサイズ決定処理）は一定時間（一定スロット数）間隔ごとに行うとしたが、高トラフィック時ほど更新間隔を短くし、低トラフィック時ほど更新間隔を長くするなど、更新間隔を可変としてもよい。具体的には、推定した送信成功率が小さい場合ほどトラフィック量が大きいと判断し、ウィンドウサイズ決定処理までの間隔が短くなるようにし、推定した送信成功率が大きい場合ほどトラフィック量が小さいと判断し、ウィンドウサイズ決定処理までの間隔が長くなるようにしてもよい。
【００９０】
以上のように、本実施の形態では、基地局１００ａが定期的に再送回数の和とスループットを測定し、その測定値に基づいて送信成功確率を算出し、送信成功確率とスループットに基づいて、ウィンドウサイズを決定して制御するようにした。このため、移動局間の送信機会の公平性を維持するとともに、システム内のトラフィック量に応じた移動局の送信確率の制御が可能になり、スループット特性を向上させることができる。同時に、衝突率を削減することも可能であり、移動局の消費電力の削減、およびリトライオーバによるパケット廃棄率の削減が可能になる。
【００９１】
また、実施の形態１と同様に、ウィンドウサイズＷを所定の範囲内（ＭＩＮ＿Ｗ以上、ＭＡＸ＿Ｗ以下）で任意の値に設定することができる。このため、あらかじめ用意された、いくつかのウィンドウサイズの設定値のなかから適切なウィンドウサイズを選択する方式に比べて、システム内のトラフィック状況に応じたより柔軟なウィンドウサイズの制御を行うことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
以上のように、本発明にかかるランダムアクセス制御方法、通信システムおよび基地局は、１つの基地局と複数の移動局との間で通信を行うポイント−マルチポイント型無線アクセスシステムに有用であり、特に、ランダムアクセススロットで複数の移動局がアクセスを行う無線システムに適している。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明にかかる通信システムを構成する基地局の実施の形態１の機能構成例を示す図である。
【図２】実施の形態１および実施の形態２の移動局の機能構成例を示す図である。
【図３】移動局がランダムアクセスチャネルで、パケットを送信する様子の一例を示す図である。
【図４】スロット空き率とスループットを示すグラフである。
【図５】実施の形態１の基地局のウィンドウサイズ決定処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】ＩＣＭＡ／ＰＥ方式の送信の一例を示す図である。
【図７】実施の形態２の基地局の機能構成例を示す図である。
【図８】スループットと送信成功率を示すグラフである。
【図９】送信成功率と平均再送回数の対応表の一例を示す図である。
【図１０】実施の形態２の基地局のウィンドウサイズ決定処理手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９４】
１００，１００ａ  基地局
１０１  インタフェース部
１０２  無線受信部
１０３  無線送信部
１０４  受信パケット管理部
１０５  キャリア検出部
１０６  ウィンドウサイズ決定部
１０７  送信パケット管理部
１０８  ネットワーク
１０９  送信成功率推定部
２００  移動局
２０１  無線受信部
２０２  無線送信部
２０３  受信パケット管理部
２０４  受信バッファ
２０５  ウィンドウサイズ記憶部
２０６  バックオフ時間決定部
２０７  送信パケット管理部
２０８  送信バッファ
Ｒ１〜Ｒ１０  スロット
【図１】
0005116404.tif 000006
【図２】
0005116404.tif 000007
【図３】
0005116404.tif 000008
【図４】
0005116404.tif 000009
【図５】
0005116404.tif 000010
【図６】
0005116404.tif 000011
【図７】
0005116404.tif 000012
【図８】
0005116404.tif 000013
【図９】
0005116404.tif 000014
【図１０】
0005116404.tif 000015