(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のユーザにより共用される無線ネットワークチャネルにおけるスロット化多重アクセスの調整方法であって、
ａ．複数のユーザの各々をサブグループに割り当て、これにより１つもしくはそれより多くのユーザのサブグループを形成するステップであって、各サブグループがコンテンションモードを利用するステップと、
ｂ．ポーリングモードを利用して、各サブグループに送信の機会を提供するステップと、
ｃ．該ポーリングモードおよび該コンテンションモード間のシームレスな移行を利用するステップであって、特定のサブグループに送信の機会が提供され、該特定のサブグループ内のユーザ信号間に衝突が生じる場合に、該特定のサブグループを、複数のより小さなサブグループであって、その各々が該特定のサブグループ内に該ユーザの一部分を含み、かつ該コンテンションモードを利用するものであるより小さなサブグループに分割するステップと、
を含む、スロット化多重アクセスの調整方法。
【請求項２】
２ｋを１チャネル内の最大ユーザ数として、前記複数のユーザの各々に対して２ｋ個のアドレスを含むアドレスプールから個別アドレスを割り当てるステップと、
前記アドレスプールを２ｘ個（ｘ≧０）のサブグループに動的に分割するステップと、
特定のサブグループに属するユーザのみが、いずれかの送信の機会において送信することができるようにするステップと、をさらに含む請求項１に記載のスロット化多重アクセスの調整方法。
【請求項３】
ｘ＝０であり、かつ、すべてのユーザに送信を許容するサブグループが一つだけ存在する場合に、前記複数のユーザの各々に対して前記コンテンションモードが生じ、
ｘ＝ｋであり、かつ、ただ１人のユーザを含む２ｋ個のサブグループが存在する場合に、前記複数のユーザの各々に対して前記ポーリングモードが生じ、そして
前記ポーリングモードおよび前記コンテンションモード間の前記シームレスな移行が、ｘの値を０ないしｋのうちのいずれかの数に変更することにより生ずるようになっている、請求項２に記載のスロット化多重アクセスの調整方法。
【請求項４】
サブグループｘ内の２人のユーザ間において衝突が発生した場合に、該サブグループxを二つのより小さいサブグループであって、両サブグループが前記サブグループｘにユーザの半数を有するようなより小さいサブグループに分割し、
２つのユーザ信号間での別の衝突が前記より小さいサブグループのうちの１つのもの内で生じた場合に、該より小さいサブグループの該１つを再び分割し、および
どのサブグループにおいてももはや衝突が生じない場合に、多重アクセスサイクルを終了して、新しいサイクルを開始するようになっている、請求項１に記載のスロット化多重アクセスの調整方法。
【請求項５】
複数のユーザにより共用される無線ネットワークチャネルにおけるスロット化多重アクセスを調整するための装置であって、
Ａ．複数のユーザの各々をサブグループに割り当て、これにより１つもしくはそれより多くのユーザのサブグループを形成する手段と、
Ｂ．ポーリングモードを実行して、各サブグループに送信の機会を提供する手段と、
Ｃ．各サブグループ内のコンテンションモードを実行する手段と、
Ｄ．該ポーリングモードおよび該コンテンションモード間のシームレスな移行を提供する手段あって、特定のサブグループに送信の機会が提供され、該特定のサブグループ内のユーザ信号間に衝突が生じる場合に、該特定のサブグループを、複数のより小さなサブグループであって、その各々が該特定のサブグループ内に該ユーザの一部分を含み、かつ該コンテンションモードを利用するものであるより小さなサブグループに分割するようにする手段と、
を備えるスロット化多重アクセスを調整するための装置。
【請求項６】
本質的に複数の水平および垂直管理レイヤからなる、高速無線ネットワークを作動させるＡＴＭシステムと、
要求を受信し、通信帯域幅を部分的に割り当てるように、無線ネットワーク信号を送受信するハブと、
複数のユーザが前記通信帯域幅を部分的に要求し、これを与えられるように、無線ネットワーク信号を送受信する複数のエンドユーザノードとをさらに含み、
前記ハブが前記複数のユーザの各々を、前記コンテンションモードを利用するサブグループに割り当て、および前記特定のサブグループに前記ポーリングモードに従って送信の機会が与えられ、および前記特定のサブグループ内のユーザ信号間に衝突が生じる場合に、前記ハブが前記特定のサブグループを、より小さなサブグループであって、各々が前記特定のサブグループ内の前記ユーザの一部分を含み、かつ前記コンテンションモードを利用するようなものであるより小さなサブグループに分割するよう動作する請求項５に記載のスロット化多重アクセスを調整するための装置。
【請求項７】
２ｋを1チャネル内の最大ユーザ数として、前記複数のユーザの各々に対して２ｋ個のアドレスを含むアドレスプールから個別のアドレスを割り当てる手段と、
前記アドレスプールを２ｘ個（ｘ≧０）のサブグループに動的に分割する手段と、
特定のサブグループに属するユーザのみが、いずれかの送信の機会にて送信をすることができるようにする手段とを含む、請求項５または６に記載のスロット化多重アクセスを調整するための装置。
【請求項８】
ｘ＝０であり、かつ、すべてのユーザに送信を許容するサブグループが一つだけ存在する場合に前記複数のユーザの各々に対して前記コンテンションモードが生じ、
ｘ＝ｋであり、かつ、ただ１人のユーザを含む２ｋ個のサブグループが存在する場合に前記複数のユーザの各々に対して前記ポーリングモードが生じ、および
前記ポーリングモードおよび前記コンテンションモード間の前記シームレスな移行が、x の値を０ないしｋのうちのいずれかの数に変更することにより生じるようになっている、請求項７に記載のスロット化多重アクセスを調整するための装置。
【請求項９】
サブグループｘ内の２人のユーザ間において衝突が発生した場合に、前記サブグループxを二つのより小さいサブグループであって、両サブグループが前記グループｘのユーザの半数を含み、
２つのユーザ信号間での別の衝突が前記より小さいサブグループのうちの１つ内で生じた場合、前記より小さいサブグループの該１つを再び分割し、および
どのサブグループにおいてももはや衝突が発生しない場合、多重アクセスサイクルを終了して、新しいサイクルを開始するようになっている、請求項５または６に記載のスロット化多重アクセスを調整するための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速無線ネットワークの分野に関する。より具体的には、本発明は、非同期伝送モード（ＡＴＭ）セルにおける高性能を達成するためにエンドユーザノード（ＥＵＮ）から伝送ハブへの送信を調整する媒体アクセス制御（ＭＡＣ）を実現する分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速無線ネットワークの一般構成では、セントラルハブおよび多数のエンドユーザノード（ＥＵＮ）を利用する。このシステムの基本動作単位はセルであり、このシステムにおいてハブはセルの中心に位置し、一方、ＥＵＮはハブのサービス範囲内に分散している。下り（ハブからＥＵＮ）方向において、通信チャネルは同報チャネルである。換言すると、ハブから送信されるすべての信号はシステム内のあらゆるＥＵＮにより受信される。
【０００３】
上り（ＥＵＮからハブ）方向において、各ＥＵＮの伝送は、ハブのみにより聴取されるユニキャストである。通常の高速無線ネットワークにおいては、ＥＵＮは、他のＥＵＮからの送信を受信する構成となっていない。上り通信チャネルは、２種類のアクセス方式のいずれかを使用する多数のＥＵＮにより共用される。一つのアクセス方式は時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）に基づく方式として知られており、この方式ではすべてのＥＵＮが同一周波数を使用して送信するが、異なる時刻に送信することにより衝突を回避する。もう一つの方式は周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）方式と呼ばれており、この方式では送信を調整するときに各ＥＵＮに別々の周波数を割り当てることにより衝突を避ける。これらの両アクセス方式において、下り信号は上り信号と異なる搬送周波数により伝送される。しかし、上りおよび下りのスロットは同じ長さであるので、両チャネルは同一の帯域幅を持っている。
【０００４】
ＥＵＮ群に電源が投入されたとき、ハブは一回の照準動作を行う。照準動作により各ＥＵＮとハブ間の距離を測定する。ハブから遠いＥＵＮは、ハブに近いＥＵＮより早く送信しなければならない。ハブは、その照準動作を完了した後、それに従って各ＥＵＮをタイムスロット中にハブの基準フレームから順に並べる。
【０００５】
どの任意のタイムスロット中においても、同時に一つのみが送信を許容される。任意のタイムスロットにおけるＥＵＮ送信を調整するために、ハブは２つの基本調整方式のいずれかを利用できる。
【０００６】
コンテンション方式は、システム中で上り帯域幅を捕捉しようとするＥＵＮの個数が比較的少ない場合に送信を調整するために利用される。システム中に多数のＥＵＮが存在する場合、要求・許可方式すなわちピギーバック方式が使用される。
【０００７】
コンテンション方式では、ハブからの同報により特定のタイムスロットの獲得競争に参加してよいＥＵＮの名前を通知する。各競合ＥＵＮは、次に、そのＥＵＮが送信したいならばこの同報に応答する。この方式は、システム中のＥＵＮ数が比較的少ない場合または空きＥＵＮが許可を速やかに要求する手段を必要とする場合に特に有効である。
【０００８】
要求・許可方式すなわちピギーバック方式は、コンテンション方式と反対に働く。ピギーバック方式では、送信したい各個別ＥＵＮはハブのタイムスロットに対する要求をユニキャストする。次にハブは、タイムスロット許可信号をすべてのＥＵＮに同報する。この状態になったとき、各個別ＥＵＮはこの信号を受信し、自己または他のＥＵＮのいずれがタイムスロット許可を受信したのか認識する。これらの許可は、帯域幅の利用可能性に基づいてＥＵＮにタイムスロットを割り当てる。この方式は、非常に多くのＥＵＮが連続して送信する場合に最も効果的である。
【０００９】
ＴＤＭＡシステムの場合、ＥＵＮの上り送信は、すべて、周波数帯域幅を共用するので、上り方向送信が混乱しないするためＭＡＣはタイムスロットの調整すなわち割り当てを行う必要がある。換言するとＭＡＣは、二つのＥＵＮが同時に送信しないように調整しなければならない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複数のユーザにより共用される無線ネットワークチャネルにおいてスロット化多重アクセスを調整する方法である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ユーザの送信を調整するためにポーリング方式、コンテンション方式、およびポーリング方式とコンテンション方式間のシームレスな移行を利用する。
【００１２】
本発明は、複数のユーザの各々に対し２ｋ個のアドレスを含むプールからアドレスを割り当てることにより上記の動作を行う。次にアドレスプールを２ｘのサブグループに分割し、いかなる送信の機会においても特定のサブグループに属するユーザに対してのみ送信を許容する。
【００１３】
次に、多重アクセスサイクルを開始する。ただし、ｘは０からｋまでの任意の数とする。Ｘ＝０であり、ただ一つのサブグループが存在するときにコンテンション方式が発生し、また、Ｘ＝ｋであり、かつ、ただ一人のユーザを含む２ｋ個のサブグループが存在するときポーリング方式が発生する。この２つの方式間のシームレスな移行は、パラメータＸを変更することにより起きる。
【００１４】
二人のユーザ間で衝突が発生したとき、サブグループＸは二つのサブグループに分割され（Ｘ＝Ｘ＋１）、両サブグループは親グループ中のユーザの半数を含むこととなる。その後サブグループは衝突の都度分割を続けて行き、もはや衝突が発生しなくなったとき、この多重アクセスサイクルは終了し、新しいサイクルが始まる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態においては、この種類の高速無線ネットワークにおける広帯域情報伝送は非同期伝送モード（ＡＴＭ）を基礎とする。図1に示す通常のスタック構成によりＡＴＭ立方体を考察することができる。具体的には、ハブはバックホール（back-haul）ネットワークからＡＴＭセルを受信し、それを特殊なフォーマットでＥＵＮに送出する。
【００１６】
上記と逆方向においては、ＥＵＮはその加入者からＡＴＭセルを受信するか、または、従来のインターフェイスをＡＴＭに変換し、これらのＡＴＭセルを特殊なフォーマットでハブに送出する。ハブは上り信号からＡＴＭセルを回復し、それらをバックホールネットワークに送出する。
【００１７】
どのようなＡＴＭシステムも通常の層化プロトコルスタック（図１）により考察できる。この枠組みにおいて、ＡＴＭレイヤ（１０）は複数の物理接続にわたるデータの伝送を受け持つ。ＡＴＭアダプションレイヤ（ＡＡＬ）（12）およびアプリケーションは、ＡＴＭレイヤ（１０）より上層で動作する。ネットワークレイヤより下層では、ＡＴＭ仕様は物理レイヤ（ＰＨＹ）（１８）を意味する。ＡＴＭのＰＨＹ（１８）は、伝送収束（ＴＣ）サブレイヤ（１４）および物理媒体（ＰＭ）からなる。通常のスタックモデルにおいては、ＴＣはデータリンクレイヤ（ＤＤＬ）（１６）およびＰＨＹ（１８）の組合せである。通常のスタックモデルでは、ＤＬＬ（１６）は一般的に2つのサブレイヤ、すなわち、ネットワークとインターフェイスする論理リンク制御レイヤ（ＬＬＣ）およびＰＨＹ（１８）とインターフェイスするＭＡＣレイヤに細分される。
【００１８】
再び図１を参照する。ＡＴＭシステムは垂直方向においてもすべてのプロトコルレイヤにおいて同様な働きを行ういくつかの面に分割される。これらの面は、制御面、ユーザ面、管理面である。ユーザ面（２２）は、制御情報および管理情報を含むデータを各種接続を介して運ぶこと、およびフロー制御のような機能を果たすことを受け持つ。制御面（２０）は、呼制御機能および接続制御機能を果たすことを受け持つ。管理面（２４）は、資源割当て、誤りおよび故障の報告、運用保守（ＯＡＭ）情報の流れ、所与レイヤに関する各種パラメータを受け持つ。また、総合レイヤ管理（２６）はすべてのレイヤにまたがり、システム全体の調整を受け持つ。
【００１９】
本方法の好ましい実施形態では、まず各ユーザに対し２ｋ個のアドレスからなるアドレスプールから個別のアドレスを割り当てる。ここで２ｋは1チャネル内の最大ユーザ数である。アドレスプールは、２ｘ個のサブグループ（Ｘ＝０,１,…,ｋ）に動的に分割できる。いかなる送信機会においても、中央制御装置は特定のサブグループに属するユーザにのみ送信を許可する。多重アクセスサイクルが始まるとき、Ｘは現在のシステム負荷により０からｋまでの任意の値を取り得る。Ｘ＝０であるとき、一つのサブグループが存在し、あらゆるユーザが送信を許される。これがコンテンション方式である。
【００２０】
Ｘ＝ｋであるとき、２ｋ個のサブグループが存在し、各サブグループはただ１人のユーザを含む。定義により、これはポーリング方式となる。Ｘが０とｋの間の値である場合、起呼ユーザを含む各サブグループ対して一度に１サブグループずつポーリングが行われ、各グループ内において競合が起こり得る。この実施形態では、パラメータＸを変更することによりポーリング方式からコンテンション方式に滑らかに移行できる。サブグループ内で衝突が起きたとき、そのサブグループはさらに二つのサブグループに分割され（Ｘ＝Ｘ＋１）、分割後において各グループは親サブグループの半数のユーザを含むこととなる。どのサブグループにおいてももはや衝突が発生しない場合、この多重アクセスサイクルは終了し、新しいサイクルが始まる。衝突が発生する場合、サブグループはさらに分割される。最終的に、Ｘ＝Ｋとなり、かつ、各サブグループが1人のユーザのみを含む場合、競合の解決が保証される。
【００２１】
本方法の好ましい実施形態では、各物理ＥＵＮに対しログオン中に使用する６バイトの固有物理ＩＤを割り当てる。その後、ＥＵＮに対し１から２５４まで （すなわち、００００＿０００１から１１１１＿１１１０）の論理ＥＵＮ＿ＩＤを割り当てる。ＥＵＮ＿ＩＤは実行中に変更でき、また、物理ＥＵＮが２５６個を超える仮想回線（ＶＣ）を持つことができるようにするため1物理ＥＵＮに対し複数個のＥＵＮ＿ＩＤを割り当てることもできる。リンクアドレスは１６ビットの番号であり、８ビットのＥＵＮ＿ＩＤと８ビットのサブアドレスに細分される。後者のビットは、空白アドレス、ユニキャストアドレスまたはマルチキャスト/ブロードキャストアドレスを指定するために使用できる。
【００２２】
図２に示す本発明の好ましい実施形態によれば、マルチキャストアドレス指定は制御メッセージを送信するため、および、コンテンションスロットを割り当てるために使用される。マルチキャストアドレスは２５５（１１１１＿１１１１）のＥＵＮ＿ＩＤを使用する。この形式のアドレス指定は、８ビットのサブアドレスを使用してＥＵＮのグループを指定する。図２に示すように、特定の１ＥＵＮに至るまでのすべてのＥＵＮからグループを構成できる。
【００２３】
好ましい実施形態の上り電波インターフェイスはＴＤＭＡを使用する。個々の上りスロットは、特定ＥＵＮ中の特定ＶＣに割り当てられる。コンテンションタイムスロットは、マルチキャストアドレス指定方式を使用してＥＵＮのグループに割り当てられる。再試行の仕組みはないので、セル要求のみコンテンションスロットで送信できる。
【００２４】
ＭＡＣメッセージングフィールド中の各上りバーストには二つの要求が含まれる。各要求は、８ビットのリンクレイヤ接続（ＶＣＩ）アドレス（すなわち、ＥＵＮ＿ＩＤを持たないリンクアドレスであり、リンクアドレスフィールド中のアドレスと同じもの）および現在当該ＥＵＮで行列しているセルの個数を示す８ビットの長さのフィールドを含む。実際の長さが送信されるので、要求の紛失または複写による影響は最小化される。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態は、ＥＵＮからハブに対して待ち状態トラフィックの通知を可能にするコンテンション機構も提供する。大部分の要求は通常のＭＡＣセル（ピギーバック方式）で運ばれるものと予期されるが、このコンテンション機構は空きＥＵＮが許可を迅速に要求する手段を提供する。上りコンテンションスロットはハブによりマルチキャストアドレス指定方式を使用して許可経由ですべてのＥＵＮに通知され、これによって競争に参加してよいＥＵＮのグループが指示される。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態は図３に示すとおりであり、コンテンションスロットにおける衝突を解決するように構成されている。衝突を回避するためにツリー分割アルゴリズムを使用する。たとえば、ハブはマルチキャスティング許可を下流に送信することによりツリー分割の根元（レベル０）でコンテンション手順を開始する。このマルチキャスティング許可により、すべてのＥＵＮは、指示されたコンテンションスロットにおいて要求を送ることを許容される。割り当てられたタイムスロットにおいて衝突が起きた場合、ハブは元のグループを二つのグループ（レベル１）に分割する。都合のよい任意の分割を行うことができる。たとえば、一方のグループは奇数番号のＥＵＮとし、他方のグループは偶数番号のＥＵＮとすることができる。奇数番号グループで競合が検出された場合、ハブは次に当該ツリーを再び半分に分割する。たとえばその奇数番号グループについて、その半分のグループは最下位ビットが奇数であり、かつ、そのすぐ上位のビットが奇数であるすべての番号とする。続いてハブは次のコンテンションスロットを各グループに割り当てる。衝突が検出されなかったとき、または、グループ中にただ二つのＥＵＮが残ったとき、分割手順は終了する。二つのＥＵＮが競合する場合、両方に対して個別にポーリングを行う。１個のＥＵＮが決定された後、「コンテンションサイクル終了」信号を送出する。
【００２７】
ハブは、受信した電力量を検出するように構成される。受信した電力量は衝突に関係したＥＵＮの個数を示唆するが、確定的には示さない。衝突したＥＵＮの個数に従って、ハブは任意のレベルにおけるツリーの分割開始を選択的に決めることができる。ある状況の下では、これにより特定の競合ＥＵＮを同定するために必要な時間長を短縮できる。
【００２８】
要約すると、本発明の好ましい実施形態においては、自ＥＵＮに対してアドレス指定されたコンテンションタイムスロットにおける要求の送出または非送出を当該ＥＵＮが選択できるプロトコルを使用する。ＥＵＮは、自ＥＵＮがアドレス指定されていないコンテンションタイムスロットにおいては、いかなるセルも送出してはならない。ハブは、ツリー分割コンテンション手順を任意のレベルで開始できる。ハブは、割り当てたコンテンションタイムスロットに競合がある場合には、常に、それに対応する許可を二つに分割しなければならない。最後にハブは、割り当てたコンテンションタイムスロットに競合が存在しない場合、常に、それに対応する許可の分割を中止しなければならない。
【００２９】
これはハブの制御下にあるので、メッセージ紛失の影響は相当に低減できる。このアルゴリズムは、すべての競合が一定時間内における解決を保証されるという重要な利点も持っている。他のアルゴリズムは乱数に依存するが、それは予期できない長い遅延をもたらすことがある。本発明のこれらの効果は、コンテンション問題に対する非常に強固な解決をもたらす。さらに、ＥＵＮをグループに細分して行くことにより、競合する各グループを並行して解決でき、より速やかな競合の解決を導く。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態は、別の側面として、下り方向に送信するためおよび特定のＥＵＮにおいて上りスロットを特定のＶＣに割り当てるためセルを連続的に選択するＭＡＣを含んでいる。下り方向は単純明快であり、既存有線ＡＴＭシステムに非常によく似ている。データトラフィックについて加重公平行列（Weighted Fair Queue （ＷＦＱ））を使用する一方、一定ビットレート（Constant Bit Rate （ＣＢＲ））のトラフィックを先入れ先出し（First In First Out （ＦＩＦＯ））法により即座に送信している。
【００３１】
好ましい実施形態における上り帯域幅の割当は、相当により複雑である。各ＥＵＮは特定のＶＣに対する要求をハブに送出し、これらの要求は他の上りセルとともに、または、コンテンション機構を経て伝送される。ハブはこれらの要求を取り入れ、これらを擬似セルに変換し、この擬似セルをＡＴＭスケジューラに入力する。ハブはＣＢＲトラフィックの到着の予測も行い、それらのために擬似セルを自動的に生成する。各割当を行うために、ハブはスケジューラにより選択された仮想セルを調べ、次に当該ＥＵＮにおける対応ＶＣに対する割当を許可する。通常、要求は、上りＭＡＣセルの要求フィールドにおいて他のトラフィックとともに運ばれる。しかし、空きＥＵＮが上流に送信するためのセルを受信するときの待ち時間を大幅に短縮するためにコンテンション機構を設ける。
【００３２】
好ましい実施形態のログオン手順は初期照準および電力調整を確立するためおよびハブとのＭＡＣレベル接続を確立するためにＥＵＮにより使用されるものであり、「照準・較正アルゴリズムの調査、ＫＡ」で記述されている標準照準方法の変形である。ログオンに続いて、ＤＬＬは新しく接続されたＥＵＮおよびＶＣの認証を行う。ハブまたはローカルオペレータがＥＵＮ接続を手際よく終了できるようにするため標準ログオフ手順が設けられている。極端なＲＦ状態による接続中断を検出する仕組および接続を自動的に再確立するアルゴリズムも設けられている。
【００３３】
添付した特許請求の範囲により定義されている本発明の精神および範囲から逸脱することなく、好ましい実施形態に対してその他種々の改良をなし得ることが、当業者には容易に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスタック構成におけるＡＴＭ立方体を示す図である。
【図２】本発明のマルチキャストＩＤ一覧表を示す図である。
【図３】本発明の好ましいコンテンションツリー分割方法を示す図である。
【図１】
0003877987.tif 000002
【図２】
0003877987.tif 000003
【図３】
0003877987.tif 000004