(57)【要約】【課題】送信するデータの属する伝送要求品質クラスによる端末間の不公平を解消できるデータ通信装置を提供する。【解決手段】ステップＳ１１において、帯域要求の総和が最大割当帯域よりも大きい場合、ステップＳ１３において、積和演算部１４の出力と最大割当帯域を比較する。ステップＳ１３において、積和演算部１４の出力が最大割当帯域よりも大きい場合、ステップＳ１４〜Ｓ１６において、重み付け係数Ｋｒｐの値が小さくなるよう、各重み付け係数Ｋｒｐを、ある一定数Ｄｅｃを乗じた値に更新する。【選択図】図１１
2009135851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）技術が採用されたネットワークの下流方向に位置する端末に対して定期的に出力するスケジュールに基づき、通信を行うデータ通信装置であって、
スケジュール周期内のタイミングを制御する同期制御部と、
前記同期制御部により通知される前記端末からのデータを受信タイミングに前記端末の帯域割当要求情報を受信する帯域要求受信部と、
ＱｏＳで定められる複数の伝送要求品質を考慮して、次のスケジュール周期内に通信しうる最大伝送帯域の範囲内で前記端末が送信するデータ量とタイミングとを割当てる帯域割当部と
を備え、
前記帯域要求受信部は、前記帯域割当要求情報として、前記端末が送信しようとするデータの量を複数の伝送要求品質別に受信し、
前記帯域割当部は、前記帯域要求受信部が受信した前記帯域割当要求情報の伝送要求品質毎に異なる重み付けを行った値により端末毎の帯域配分を決定し、決定した帯域配分にしたがって帯域割当量を前記端末に通知する
ことを特徴とするデータ通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載のデータ通信装置であって、
前記帯域割当部は、前記帯域要求受信部が受信した前記帯域割当要求情報の伝送要求品質毎に異なる重み付けを行った値により得られた端末毎の帯域配分の総和が次のスケジュール周期内に前記端末より送信しうる最大帯域を超えた場合に、伝送要求品質毎の重み付けを減少して再度帯域配分値を算出し、端末毎の帯域配分の総和が最大伝送帯域以内におさまるように決定した帯域配分にしたがって帯域割当量を前記端末に割当てる
ことを特徴とするデータ通信装置。
【請求項３】
請求項２に記載のデータ通信装置であって、
前記帯域割当部はさらに、前記帯域要求受信部が受信した前記帯域割当要求情報の伝送要求品質毎に異なる重み付けを行った値により得られた端末毎の帯域配分の総和が次のスケジュール周期内に前記端末より送信しうる最大帯域を超えた場合に、最も高い伝送要求品質に属する帯域割当要求に対する重み付けは変更せず、それ以外の重み付けを減少して再度帯域配分値を算出し、端末毎の帯域配分の総和が最大伝送帯域以内におさまるように決定した帯域配分にしたがって帯域割当量を前記端末に割当てる
ことを特徴とするデータ通信装置。
【請求項４】
請求項３に記載のデータ通信装置であって、
前記帯域割当部はさらに、前記帯域要求受信部が受信した前記帯域割当要求情報の伝送要求品質毎に異なる重み付けを行った値により得られた端末毎の帯域配分の総和が次のスケジュール周期内に前記端末より送信しうる最大帯域を超えた場合に、最も高い伝送要求品質に属する帯域割当要求に対する重み付け以外を減少して再度帯域配分値を算出し、端末毎の帯域配分の総和が最大伝送帯域以内におさまらない場合に限り、最も高い伝送要求品質に属する帯域割当要求に対する重み付けも減少して、端末毎の帯域配分の総和が最大伝送帯域以内におさまるように帯域配分を決定する
ことを特徴とするデータ通信装置。
【請求項５】
請求項４に記載のデータ通信装置であって、
前記帯域割当部はさらに、前記帯域要求受信部が受信した前記帯域割当要求情報の伝送要求品質毎に異なる重み付けを行った値により得られた端末毎の帯域配分の総和が次のスケジュール周期内に前記端末より送信しうる最大帯域に満たない場合に、伝送要求品質毎の重み付けを増加して再度帯域配分値を算出し、端末毎の帯域配分の総和が最大伝送帯域に近づくように決定した帯域配分にしたがって帯域割当量を前記端末に割当てる
ことを特徴とするデータ通信装置。
【請求項６】
請求項５に記載のデータ通信装置であって、
前記帯域割当部はさらに、伝送要求品質毎の重み付けを増加して算出した帯域割当量の総和が次のスケジュール周期内に前記端末より送信しうる最大帯域に満たない場合に、要求値に対する帯域割当結果が小さい要求を伝送要求品質の高い順に再度割当てて、端末毎の帯域配分の総和が最大伝送帯域と等しくなるように割当てる
ことを特徴とするデータ通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線、あるいは高速ＰＬＣなどのＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式を採用したネットワークシステムにおいて、ＱｏＳ技術を用いて、１つないしは複数の端末とのデータ送受信量を制御するデータ通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線、あるいは高速ＰＬＣなどのネットワークシステムでは、映像、あるいは音声などのリアルタイム性を要求されるデータの送受信のためＴＤＭＡｓ方式を採用しデータを伝送する方式なども導入されつつある。具体的には、例えばＡＲＩＢにて標準規格化されたＨｉＳＷＡＮａ（ＡＲＩＢ、ＳＴＤ−Ｔ７０、１．０版）などがある。
【０００３】
なお、特許文献１にはＴＤＭＡによる無線通信方式が記載されている。
【０００４】
ＴＤＭＡ方式を採用したネットワークシステムでは、送信データが発生してから、データ送信相手に実際に送信するまでの期間、送信データを自装置内に蓄積しておく必要があり、送信データの帯域割当方法は送信遅延時間に影響を与え、リアルタイム性を要求されるデータの品質確保が課題となる。近年の情報配信サービスにおいては、伝送要求品質の異なるアプリケーションデータ、例えば、遅延をある程度許容できる低品質クラス、電話音声といったようなリアルタイム性を要求される高品質クラス、低品質クラスと高品質クラスの中間品質クラス、といった複数の品質クラスのアプリケーションデータが混在する場合には、伝送要求品質毎に個別にデータ管理し、高品質を要求するアプリケーションデータを優先的に送信するよう帯域を割り当てるＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）制御が適用されている。ＱｏＳ制御技術としては、例えばＩＥＥＥ８０２．１Ｄがある。ＩＥＥＥ８０２．１Ｄは、有線ＬＡＮにおけるＱｏＳ制御技術であり、例えばイーサネット（登録商標）フレームのヘッダ部に伝送要求品質クラスを表すタグを付与しておき、データ通信装置がタグに付与された品質クラスに従って転送を行うことにより、優先度制御を実現する。優先度制御を考慮した帯域割当が有効に行えないと、発生した無効な帯域により端末への帯域割当が不足するといった問題が起こる。
【０００５】
例えば特許文献２には、無効な割当帯域を発生させないよう全ての伝送要求品質のデータの合計値にもとづいて帯域を割当てる帯域割当方法および装置について記載されている。また特許文献２によれば、端末が帯域割当要求を発行するまでの期間に廃棄された送信データも併せて申告することにより、有限バッファ長に起因する割当帯域不足を解消して、帯域割当が効率的に行われる。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−９２０１９号公報
【特許文献２】特開２００２−３１４５６４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、特許文献２においても、複数の端末から申告される帯域要求の合計がネットワークの伝送帯域を上回る場合は、全ての端末の要求通りに帯域を割当てることができない。
【０００８】
すなわち、上述したようなＴＤＭＡ方式を採用したデータ伝送ネットワークにて、ＱｏＳ技術を用いて、１つないしは複数の端末とのデータ送受信量を制御するデータ通信装置１が、端末より発行される伝送要求品質クラス毎に要求される帯域割当を優先度順に割当てるよう応答することにより、低クラスのデータを送信する端末には帯域が割当てられない周期が発生し、不公平が生ずるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記したような課題を解決するためになされたものであり、送信するデータの属する伝送要求品質クラスによる端末間の不公平を解消できるデータ通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るデータ通信装置は、ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）技術が採用されたネットワークの下流方向に位置する端末に対して定期的に出力するスケジュールに基づき、通信を行うデータ通信装置であって、スケジュール周期内のタイミングを制御する同期制御部と、前記同期制御部により通知される前記端末からのデータを受信タイミングに前記端末の帯域割当要求情報を受信する帯域要求受信部と、ＱｏＳで定められる複数の伝送要求品質を考慮して、次のスケジュール周期内に通信しうる最大伝送帯域の範囲内で前記端末が送信するデータ量とタイミングとを割当てる帯域割当部とを備え、前記帯域要求受信部は、前記帯域割当要求情報として、前記端末が送信しようとするデータの量を複数の伝送要求品質別に受信し、前記帯域割当部は、前記帯域要求受信部が受信した前記帯域割当要求情報の伝送要求品質毎に異なる重み付けを行った値により端末毎の帯域配分を決定し、決定した帯域配分にしたがって帯域割当量を前記端末に通知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るデータ通信装置においては、帯域割当部は、帯域要求受信部が受信した帯域割当要求情報の伝送要求品質毎に異なる重み付けを行った値により端末毎の帯域配分を決定し、決定した帯域配分にしたがって帯域割当量を端末に通知するので、送信するデータの属する伝送要求品質クラスによる端末間の不公平を解消できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜基礎技術＞
以下、上記ＨｉＳＷＡＮａ規格に採用されたＴＤＭＡ方式の概要を簡単に説明する。ＨｉＳＷＡＮａで採用されたＴＤＭＡ方式においては、ネットワーク内の各端末は、管理端末と呼ばれる１台のデータ通信装置により管理される。管理端末は、ネットワーク全体の時刻同期を管理するためＢｅａｃｏｎ信号と呼ばれるパケットデータ（以下、ＢＣＨと記す）をあらかじめ定められた周期で同報通信する（ＨｉＳＷＡＮａでは２ｍｓ周期）。図１に、１Ｂｅａｃｏｎ周期内の各種データの送受信タイミングチャートを示す。
【００１３】
管理端末と同じネットワーク内に配置された各端末は該ＢＣＨを受信すると、それを基準に、端末内の基準時刻情報をリセットするとともに、管理端末より送信される各種制御パケットの受信準備を開始する。管理端末は、ＢＣＨ送出後、ネットワークに接続された各端末のデータ送信スケジュールを含むネットワークシステム制御用のパケットデータ（以下、ＦＣＨと記す）を、ネットワークに接続された各端末に対して同報通信する。上記ＦＣＨには、データの送受信スロット情報（送受信開始タイミング情報、データ送受信時間情報など）が含まれており、管理端末と同じネットワークに接続された各端末がデータを送信および受信するスケジュールが端末に通知される。各端末は、ＦＣＨを受信すると自端末が管理端末よりデータを受信するタイミングと管理端末に対してデータを送信するタイミングとを検出する。
【００１４】
ＦＣＨにて通知されたスケジュールに基づき各端末はパケットデータの受信動作および送信動作を開始する（以下、各端末間でデータの送受信を行う期間をＴＣＨと記す）。ＴＤＭＡ方式では、管理端末は送信したいデータを持つ端末についてのみデータ送信スロットをスケジューリングする。従って、送信したいデータを持つ端末は、管理端末に対して自端末のデータを送信するためのスロットを割り振るよう要求する必要がある。上記ＨｉＳＷＡＮａ規格で採用されたＴＤＭＡ方式では、各端末より新たに送信リクエストを受け付けるため、１Ｂｅａｃｏｎ周期内の最後に、各端末からの上記送信スロット要求リクエスト（帯域割当要求）を受け付けるためのＣＳＭＡ期間（以下、ＲＣＨ期間と記す）を準備している。管理端末は、ＲＣＨ期間に上記送信スロット要求リクエストを受け取った端末に対しては次のＢｅａｃｏｎ周期内の送信要求受信通知（以下、ＡＣＨと記す）にて帯域割当要求を受け取った旨を通知する。
【００１５】
端末より管理端末への上流方向のデータ通信が複数のＢｅａｃｏｎ周期にまたがって連続して行われる場合、端末は、ＲＣＨにて帯域割当要求を発行する代わりに、既に割当てられたＴＣＨの送信スロットを使用して、送信データとともに送信要求を管理端末に送信する。管理端末は、ＴＣＨの期間に上記帯域割当要求を受け取った端末に対しては次のＢｅａｃｏｎ周期内のＦＣＨにてデータの送信スロット情報を通知し、端末は送信要求を発行して最短で１Ｂｅａｃｏｎ周期後にデータを送信する。
【００１６】
上記ＨｉＳＷＡＮａ規格をベースとしたＴＤＭＡ方式を適用した管理端末であるデータ通信装置と、当該データ通信装置と同じネットワーク上に配置される端末とのデータ送受信について、説明する。図２は無線あるいは高速ＰＬＣなどのネットワークシステムを示す模式図である。図２において、基地局３とデータ通信装置１との間の通信ネットワーク２０は無線ネットワークであっても有線ネットワークであってもよい。基地局３は、図示しないインターネットワーキングゲートウェイを介してインターネット４に接続される。図２ではデータ通信装置１がＴＤＭＡネットワーク２１にて３台の端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃを制御する例を示している。なお、以下では、端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃを総称して、単に端末２とも呼ぶ。
【００１７】
図３〜４は、図２のネットワークシステムにおけるデータ通信装置１と端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃとのデータ送受信タイミングシーケンス図である。なお、図４は図３の次の１Ｂｅａｃｏｎ周期を示している。
【００１８】
データ通信装置１から端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃへの下流方向のデータ通信では、データ通信装置１が端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃへデータを送信する場合、図３におけるＦＣＨ３１にて各端末への送信開始タイミングおよびデータ送信時間などが含まれた帯域割当通知４１を同報通信にて通知する。端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃは、このＦＣＨ３１を受信し、データ通信装置１からのデータを受信するタイミングおよびデータ受信時間を検出し、このタイミングにもとづいてＤＬ（ダウンリンク期間）３２にてデータを受信する。
【００１９】
ＤＬ（ダウンリンク期間）３２は複数のＤＳ（ダウンストリームスロット）により構成されており、端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃがデータを受信するのは、ＦＣＨ３１にて通知された帯域割当通知４１に含まれるダウンストリームスロット期間である。図３では、帯域割当通知４１にて端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃの順にそれぞれ１スロットずつ割り当てられた例を示しており、ＤＳ（ダウンストリームスロット）３２−１にてデータ通信装置１から端末２−ａへの受信データ４２が、ＤＳ（ダウンストリームスロット）３２−２にてデータ通信装置１から端末２−ｂへの受信データ４３が、ＤＳ（ダウンストリームスロット）３２−３にてデータ通信装置１から端末２−ｃへの受信データ４４がそれぞれ伝送される。データ通信装置１が特定端末へのデータを多く送信するＢｅａｃｏｎ周期（以下、スケジュール周期と記す）では、特定端末へのダウンストリームスロットを他の端末よりも多く割り当てる。
【００２０】
端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃよりデータ通信装置１への上流方向のデータ通信では、データ通信装置１が端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃよりデータを受信する場合、図３におけるＦＣＨ３１にて各端末からの送信開始タイミングおよびデータ送信時間などが含まれた帯域割当通知４１を同報通信にて通知する。端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃは、このＦＣＨ３１を受信し、データ通信装置１へデータを送信するタイミングおよびデータ送信時間を検出し、このタイミングにもとづいてＵＬ（アップリンク期間）３３にてデータを送信する。
【００２１】
ＵＬ（アップリンク期間）３３は複数のＵＳ（アップストリームスロット）により構成されており、端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃがデータを送信するのは、ＦＣＨ３１にて通知されたアップストリームスロット期間である。図３では、帯域割当通知４１にて端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃの順にそれぞれ１スロットずつ割り当てられた例を示しており、ＵＳ（アップストリームスロット）３３−１にて端末２−ａからデータ通信装置１への送信データ４５が、ＵＳ（アップストリームスロット）３３−２にて端末２−ｂからデータ通信装置１への送信データ４６が、ＵＳ（アップストリームスロット）３３−３にて端末２−ｃからデータ通信装置１への送信データ４７がそれぞれ伝送される。データ通信装置１が特定端末からのデータを多く受信するスケジュール周期では、特定端末へのアップストリームスロットを他の端末よりも多く割り当てる。
【００２２】
ここで送信データ４５，４６，４７には、それぞれ端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃに蓄積され、上流方向へまだ送信されていないデータに関する情報が含まれる。データ通信装置１は、ＵＳ（アップストリームスロット）３３−１〜３３−３を受信するとともに、上記の情報を端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃの帯域割当要求情報として抽出し、この要求にもとづいて次のスケジュール周期のＵＳ（アップストリームスロット）の各端末への割当てを決定し、次のスケジュール周期のＦＣＨ３４にて帯域割当通知４８を各端末へ通知する。
【００２３】
しかしながら、［発明が解決しようとする課題］として上述したように、複数の端末２から申告される帯域要求の合計がネットワークの伝送帯域を上回ると全ての端末の要求通りに帯域を割当てることができない。その一例として、伝送要求品質クラスが例えばＨｉｇｈ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｎｏｒｍａｌ、Ｌｏｗの順に優先度の高い４つのタイプを使用したＱｏＳ制御が適用されているネットワークにおいて、３台の端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃより、それぞれ図５（ａ）〜（ｃ）に示す伝送要求品質別の要求値で帯域割当要求がなされた場合について説明する。
【００２４】
図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃ内に蓄積されている未送信データ量すなわちバッファ残量を表している。図５（ａ）〜（ｃ）に示されるバッファ残量ＱＢｒｐ（ｒ＝ａ，ｂ，ｃ、ｐ＝ｈ，ｍ，ｎ，ｌ）において、パラメータｒは端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃを区別する端末識別ＩＤを表し、パラメータｐは端末の送信しようとするデータの伝送要求品質を表しており、ｈ＝Ｈｉｇｈ、ｍ＝Ｍｉｄｄｌｅ、ｎ＝Ｎｏｒｍａｌ、ｌ＝Ｌｏｗの順に品質が低くなる。
【００２５】
各端末がデータ通信装置１に送信するまでの期間に自装置内に蓄積されている未送信データ量すなわちバッファ残量は、帯域割当要求として、送信データの伝送要求品質別に申告される。帯域割当要求値の単位は、ネットワーク内で統一される。帯域割当要求値の単位すなわちバッファ残量の単位は、規定のデータ長を持つセルといった単位であってもよいし、バイト、キロバイトなどの単位であってもよい。
【００２６】
図５（ａ）〜（ｃ）の要求値の総和３０に対し、次のスケジュール期間における端末からのアップリンク期間（ＵＬ３３）に伝送可能な帯域が２０であるとすると、帯域が不足することとなるが、このとき、図５（ａ）〜（ｃ）に対して、伝送要求品質クラスの高い順に帯域が割当てられる。この帯域割当処理フローを図６のフローチャートに示す。
【００２７】
まず、ステップＳ１において、パラメータの初期設定が行われる。具体的には、ターゲットとなる品質クラスとしてｐ＝ｈ（Ｈｉｇｈ）が設定され、各端末２への割当帯域ＱＢｒとしてそれぞれ０が設定され、割当可能帯域Ｑとして最大割当帯域（例えば２０）が設定される。
【００２８】
次に、ステップＳ２において、帯域割当処理の対象として端末２−ａが設定される。
【００２９】
次に、ステップＳ３において、処理対象となる端末２（パラメータｒ）の処理対象となる品質クラス（パラメータｐ）において、バッファ残量ＱＢｒｐ＞０であるかどうかを判定する。判定の結果、ＱＢｒｐ＞０である場合には、帯域割当処理が必要であるので、ステップＳ４へ進む。一方、判定の結果、ＱＢｒｐ＞０でない場合すなわちＱＢｒｐ＝０である場合には、帯域割当処理は不要であるので、ステップＳ７へ進む。
【００３０】
次に、ステップＳ４において、割当可能帯域Ｑ＞バッファ残量ＱＢｒｐであるかどうかを判定する。判定の結果、Ｑ＞ＱＢｒｐでない場合（すなわちＱ≦ＱＢｒｐである場合）には、バッファ残量ＱＢｒｐの帯域を割り当てることはできないので、ステップＳ５へ進み、割当可能帯域Ｑの帯域を割当帯域ＱＢｒとして割り当て、割当可能帯域Ｑを０に設定した後に、処理を終了する（厳密には、Ｑ＝ＱＢｒｐである場合には、バッファ残量ＱＢｒｐ＝Ｑの帯域を割り当てることができるので、バッファ残量ＱＢｒｐ＝Ｑの帯域を割当帯域ＱＢｒとして割り当て、割当可能帯域Ｑを０に設定した後に、処理を終了する）。一方、判定の結果、Ｑ≧ＱＢｒｐである場合には、バッファ残量ＱＢｒｐの帯域を割り当てることができるので、ステップＳ６へ進み、バッファ残量ＱＢｒｐの帯域を割当帯域ＱＢｒとして割り当て、割り当て済みのバッファ残量ＱＢｒｐを割当可能帯域Ｑから差し引いた後に、ステップＳ７へ進む。
【００３１】
以下、ステップＳ７〜Ｓ８において、端末識別ＩＤ（パラメータｒ）を順次繰り上げ、ステップＳ９〜Ｓ１０において、伝送要求品質（パラメータｐ）を順次繰り下げる。
【００３２】
すなわち、データ通信装置１は、まずＨｉｇｈクラスの帯域要求に対する割当てを行い、Ｈｉｇｈクラスの帯域を要求する端末に対して要求に応じた帯域を割当てる。同様にＭｉｄｄｌｅ、Ｎｏｒｍａｌ、Ｌｏｗクラスの順にスケジューリング周期に伝送可能な帯域内に収まるよう割当てを繰り返し、伝送可能な最大帯域を超過すると、帯域割当を終了する。その割当結果は図７に示すように送信データが低クラスのみの端末２−ｃには帯域が割当てられず、次のスケジュール周期のＦＣＨ３４にて端末２−ｃへの帯域割当はなしと通知される。
【００３３】
すなわち、割当可能帯域＝２０である場合には、まず、端末２−ａ，２−ｂのＨｉｇｈクラスデータ送信用として１＋１＝２が割り当てられ（割当可能帯域＝１８となる）、次に、端末２−ａ，２−ｂのＭｉｄｄｌｅクラスデータ送信用として２＋２＝４が割り当てられ（割当可能帯域＝１４となる）、次に、端末２−ａ，２−ｂのＮｏｒｍａｌクラスデータ送信用として７＋７＝１４が割り当てられる（割当可能帯域＝０となる）。よって、Ｌｏｗクラスデータのみを蓄積している端末２−ｃには帯域が割り当てられないこととなる。
【００３４】
したがって、端末２−ｃは帯域割当要求を発行してから実際にデータを送信するまでに最短でもスケジュール周期２周期分を要する。また、新たに端末２−ａ，２−ｂからＬｏｗクラスよりも高い伝送要求品質クラスの帯域要求が発生し、同様に帯域割当が行われると、端末２−ｃがデータ送信するまでにさらに多くのスケジュール周期を要することもある。
【００３５】
＜実施の形態１＞
図８は、本発明の実施の形態１に係るデータ通信装置１ａの概略ブロック構成図である。図８において、上り方向バッファ１１は、ネットワークの下流に位置する端末２より送信されるデータを、ネットワークの上流に位置する基地局３へ中継送信するまでの期間格納する。帯域要求受信部１２は端末２より送信されるデータのうち、端末２がデータ通信装置１ａに対して送信する伝送要求品質別のデータ情報を帯域割当要求として抽出する。帯域割当部１３は、ネットワークの下流方向の端末２の帯域割当要求に対する重み付け係数が伝送要求品質別に格納されている伝送要求品質別重み付けテーブル１５および、帯域要求受信部１２が抽出した、ＱｏＳで定められる伝送要求品質別データ情報と伝送要求品質別重み付けテーブル１５に格納された係数との積を累積加算する積和演算部１４により構成され、端末２への帯域割当通知信号を生成する。同期制御部１６はＢｅａｃｏｎ周期信号を検出し、Ｂｅａｃｏｎ周期内のタイミングを制御する。下り方向バッファ１７は、基地局３より送信されるデータを、端末２に中継送信するまでの期間格納する。なお、帯域要求受信部１２は、同期制御部６により通知される端末２からのデータを受信タイミングに、端末２の帯域割当要求情報を受信する。
【００３６】
次に、データ通信装置１ａの動作について説明する。データ通信装置１ａがＵＬ（アップリンク期間）タイミングに端末２より受信するＵＳ（アップストリームスロット）の構成を図９に示す。連結数セグメント６１にはスロットを構成する帯域割当要求情報６２の連結数（要求数）６４と、送信データパケット６３の連結数（パケット数）６５とが格納され、このあとに連結数セグメント６１にしたがって帯域割当要求情報６２−１、６２−２、・・・、および送信データパケット６３−１、６３−２、６３−３、・・・が連結される。帯域割当要求情報６２は、帯域割当要求であることを表すヘッダ６６からはじまり、端末２を識別する端末識別ＩＤ６７、端末２がデータ通信装置１に送信しようとするデータの属する（伝送要求）品質６８、および（伝送要求）品質６８に属する送信データ量を示す（割当）要求帯域６９にて構成される。端末２が複数クラスの伝送要求品質のデータを送信しようとして、帯域割当要求を複数発行する場合、帯域割当要求情報６２は伝送要求品質クラスの分連結されるので、データ通信装置１の帯域要求受信部１２は、要求数６４にて提示される連結数分の帯域割当要求情報６２を取り込む。帯域割当要求情報６２に引続き、上流方向に送信される送信パケットデータ６３が連結されており、この送信パケットデータ６３は、一旦上り方向バッファ１１に蓄積されて、基地局３へ送信される。
【００３７】
図３におけるＵＬ（アップリンク期間）３３が終了し、帯域要求受信部１２が端末２より送信される帯域割当要求情報６２を収集すると、データ通信装置１は帯域割当てを開始する。図１０は、帯域割当部１３を構成する伝送品質別重み付けテーブル１５の内容の一例を示す図である。ここで、全ての重み付け係数Ｋｒｐは、０＜Ｋｒｐ≦１（但し、ｒ（端末識別ＩＤ）＝ａ，ｂ，ｃ、ｐ（伝送品質）＝ｈ，ｍ，ｎ，ｌ）であり、端末識別ＩＤ毎に異なる伝送品質別係数を用いてもよいし、端末で共通する伝送品質別係数を用いてもよい。最も高い伝送品質の係数はリアルタイムの必要性が高く、必要帯域を確保するため、１に固定することが望ましい。図１０の例においても、端末２−ａ，２−ｂ，２−ｃのいずれのＨｉｇｈクラスの重み付け係数Ｋａｈ，Ｋｂｈ，Ｋｃｈも１．０とする。積和演算部１４は、帯域要求受信部１２より入力される割当要求元の端末識別ＩＤ（ｒ）および伝送品質（ｐ）に対応する伝送品質別重み付けテーブル１５の重み付け係数Ｋｒｐと、帯域要求受信部１２より入力される帯域要求値を乗算して得られた値を累積加算する。ここで、伝送品質別重み付けテーブル１５と帯域要求値との乗算結果は、帯域要求値が表現される小数点以下桁数と同じ桁数になるように桁数以下を切り上げられることとする。例えば、帯域要求および帯域割当の単位がセルのような整数で表される場合、重み付け後の割当帯域が整数となるように伝送品質別重み付けテーブル１５と帯域要求値との乗算結果の小数点以下１桁の切り上げを行う。
【００３８】
図１１は、帯域割当部１３の処理フローを示すフローチャートである。ステップＳ１１において、各端末２の帯域要求の総和が次のスケジュール周期に端末２に割当てることができる最大割当帯域以内であれば、帯域割当部１３は、全ての端末２の送信帯域が確保できるので、端末２の要求通り帯域を割当てる。一方、ステップＳ１１において、帯域要求の総和が最大割当帯域よりも大きい場合、ステップＳ１３において、積和演算部１４の出力と最大割当帯域を比較する。積和演算部１４で乗算する伝送品質別重み付けテーブル１５と帯域要求値との積は、上述したように帯域要求値が表現される小数点以下桁数と同じ桁数になるように桁数以下を切り上げられる。図１１において、ｒｕｐ（Ｗ，Ｖ）は、小数で表現されるＷの小数点以下Ｖ桁目を切り上げて、小数点以下桁数を（Ｖ−１）桁とする演算を表している。
【００３９】
ステップＳ１３において、積和演算部１４の出力が最大割当帯域よりも大きい場合、ステップＳ１４〜Ｓ１６において、重み付け係数Ｋｒｐの値が小さくなるよう、各重み付け係数Ｋｒｐを、ある一定数Ｄｅｃを乗じた値に更新する。ここで一定数Ｄｅｃは、０＜Ｄｅｃ＜１であり、例えば０．８などの係数である。積和演算部１４は、更新された伝送品質別重み付けテーブル１５を使用して再度累積加算を実行し、全ての端末２分の累積加算出力が最大割当帯域以下になるまで伝送品質別重み付けテーブル１５の更新を繰り返す。
【００４０】
ここで、最も高い伝送品質の重み付け係数Ｋｒｈは上述した理由にて１に固定されるため、積和演算部１４の出力が最大割当帯域より大きい場合であっても変更しないことにより、リアルタイム性を必要とするデータに対する帯域を確保する。但し、テーブル更新をα回数（αは任意の正整数）繰り返しても、累積加算値が最大割当帯域に収まらない場合に限り、ステップＳ１７において、最高伝送品質の重み付け係数Ｋｒｈを減少させる。
【００４１】
図１２は、図１１の処理フローにおいて、図１０に示す伝送品質別重み付けテーブル１５を使用して、図５（ａ）〜（ｃ）に対する帯域割当を実施した累積加算値を示す図である。図１２に示されるように、重み付けを行うことにより、累積加算値が最大割当帯域２０を下回る１８となるので、図１０の係数を更新することなく（言い換えれば図１１のフローチャートのステップＳ１４以降を実行することなく）、伝送可能な帯域におさめることができる。従って、帯域割当要求を発行した全ての端末２−ａ〜２−ｃに対して、次のスケジュール期間の送信帯域を割当てることができる。累積加算値が最大割当帯域を上回る場合は、ステップＳ１４以降を実行することにより、図１０の伝送品質別重み付けテーブル１５を例えば０．８倍した係数に更新する。更新する伝送品質別重み付けテーブル１５は、割当処理中の更新回数がα回以下であれば、最高伝送品質以外の係数を対象とし（ステップＳ１６）、α回を超えた以降は全係数を対象とする（ステップＳ１７）。
【００４２】
図１２の累積加算値は、帯域割当部１３から出力された後、同期制御部１６の出力にしたがって、図３におけるＦＣＨ３４のタイミングにて端末２−ａ〜２−ｃに送信される。一方、基地局３よりデータ通信装置１の下り方向バッファ１７を介して端末２へ中継送信されるデータは、同期制御部１６にしたがって、ＤＬ３５のタイミングにて端末２−ａ〜２−ｃに送信される。なお、更新された伝送品質別重み付けテーブル１５の値はスケジュール周期毎に初期化され、帯域割当部１３が帯域割当処理を開始する際は図１０の状態から開始するものとする。
【００４３】
このように、本実施の形態に係るデータ通信装置を用いれば、ネットワークの下流に位置する端末が自端末に向かって送信しようとするデータ量を伝送要求品質別に帯域割当要求として受信し、この帯域割当要求に伝送要求品質毎に異なる重み付けを行い、重み付けによる総和が最大伝送帯域以内に収まるように帯域を割当てるので、端末が送ろうとする送信データの伝送要求品質に影響を受けず、下流に位置する端末に公平に帯域を割当てられる効果がある。すなわち、ＴＤＭＡ方式を採用したデータ伝送ネットワークにて、ＱｏＳ技術を用いて、１つないしは複数の端末とのデータ送受信量を制御するデータ通信装置において、送信するデータの属する伝送要求品質クラスによる端末間の不公平を解消し、端末の要求を保証するデータ通信装置を提供できる。
【００４４】
＜実施の形態２＞
図１３は、本発明の実施の形態２に係る帯域割当処理フローを示すフローチャートである。本実施の形態に係る図１３は、実施の形態１に係る図１１において、ステップＳ１３の後にステップＳ１８〜Ｓ２０を加えたものである。なお、図１３においては、図１１と同様の工程には同様の符号を付しており、これらの説明を省略する。
【００４５】
図１３では、ステップＳ１８において、積和演算部１４の出力が次のスケジュール周期に端末２に割当てることができる最大割当帯域に満たない場合に、ステップＳ１９〜２０において、伝送品質重み付けテーブル１４の各重み付け係数にある一定数Ｉｎｃを乗じた値に更新することにより係数の値を大きくして、再度累積加算を実行する。ここで一定数Ｉｎｃは、１＜Ｉｎｃであり、例えば１．２５などの係数である。
【００４６】
このとき、各係数は１を超えないように更新される。すなわち、ステップＳ２０からステップＳ１３へ進み、積和演算部１４は、実施の形態１に係る図１１と同様に、更新された伝送品質別重み付けテーブル１５を使用して再度累積加算を実行し、最大割当帯域との大小比較を行う。そして、実施の形態１に係る図１１と同様に、積和演算部１４の出力が最大割当帯域に満たない場合、再度テーブル更新を繰り返す。
【００４７】
図１４は、図１３の処理フローにおいて、図１０に示す伝送品質別重み付けテーブル１５に一定数Ｉｎｃ＝１．２５を乗じて更新した係数を使用して、図５（ａ）〜（ｃ）に対する帯域割当を実施した累積加算値を示す図である。図１４に示されるように、本実施の形態に係る図１３の処理フローによれば、実施例１に係る図１２の累積加算値よりも最大割当帯域に近い結果が得られる。
【００４８】
ステップＳ２０において伝送品質別重み付けテーブル１５の値を大きくしたことによって、ステップＳ１３において積和演算部１４の出力が最大割当帯域を超えてしまう場合には、ステップＳ１３において積和演算部１４の出力が最大割当帯域以下になるまで、ステップＳ１４〜Ｓ１７において一定数Ｄｅｃにより伝送品質別重み付けテーブル１５の値を更新する。
【００４９】
一方、ステップＳ１６〜Ｓ１７において定数Ｄｅｃにて伝送品質別重み付けテーブル１５の値が小さくなるよう更新されたことにより、ステップＳ１３において積和演算部１４の出力が最大割当帯域以下となった場合は、既に最大割当帯域に収束したとして、ステップＳ１８以降へ進むことはせず、得られた重み付け後の割当帯域を端末２−ａ〜２−ｃに通知する。
【００５０】
このように、本実施の形態においては、帯域割当部１３は、最大割当帯域を超えない範囲で伝送品質別重み付けテーブル１５の値を増加させるため、実施の形態１に比較して、伝送帯域を有効利用することが可能となる。
【００５１】
＜実施の形態３＞
図１５は、本発明の実施の形態３に係る帯域割当処理フローを示すフローチャートである。本実施の形態に係る図１５は、実施の形態２に係る図１３において、ステップＳ１９の後にステップＳ２１を加えたものである。なお、図１５においては、図１３と同様の工程には同様の符号を付しており、これらの説明を省略する。
【００５２】
図１５では、積和演算部１４の出力が最大割当帯域以内に収束したあと、ステップＳ１８において、端末２への割当帯域の総和が最大割当帯域に満たない場合、ステップＳ２１において、最大割当帯域と割当帯域の総和との差分である剰余帯域を伝送要求品質の高い順に端末に割当てる。
【００５３】
図１６は、図１５における剰余帯域割当フローすなわちステップＳ２１の詳細を示すフローチャートである。
【００５４】
本実施の形態に係る図１６は、基礎技術に係る図６において、ステップＳ１，Ｓ３〜Ｓ６に代えて、ステップＳ１ａ，Ｓ３ａ〜Ｓ６ａを実行するものである。
【００５５】
ステップＳ１ａにおいては、パラメータの初期設定が行われる。具体的には、ターゲットとなる品質クラスとしてｐ＝ｈ（Ｈｉｇｈ）が設定され、剰余帯域Ｑとして、最大割当帯域と割当帯域の総和（の切り上げ）との差分が設定される。
【００５６】
ステップＳ３ａにおいては、処理対象となる端末２（ｒ）の処理対象となる品質クラス（ｐ）において、ＱＢｒｐ＞（Ｋｒｐ×ＱＢｒｐの切り上げ）であるかどうかを判定する。判定の結果、ＱＢｒｐ＞（Ｋｒｐ×ＱＢｒｐの切り上げ）である場合には、帯域割当処理が必要であるので、ステップＳ４ａへ進む。一方、判定の結果、ＱＢｒｐ＞（Ｋｒｐ×ＱＢｒｐの切り上げ）である場合には、帯域割当処理は不要であるので、ステップＳ７へ進む。
【００５７】
次に、ステップＳ４ａにおいて、剰余帯域Ｑ＞ＱＢｒｐ−（Ｋｒｐ×ＱＢｒｐの切り上げ）であるかどうかを判定する。判定の結果、Ｑ＞ＱＢｒｐ−（Ｋｒｐ×ＱＢｒｐの切り上げ）でない場合（すなわちＱ≦ＱＢｒｐ−（Ｋｒｐ×ＱＢｒｐの切り上げ）である場合）には、（ＱＢｒｐ−（Ｋｒｐ×ＱＢｒｐの切り上げ））の帯域を割り当てることはできないので、ステップＳ５ａへ進み、剰余帯域Ｑの帯域を、処理対象となる端末２（ｒ）の処理対象となる品質クラス（ｐ）の割当追加帯域として割り当て、剰余帯域Ｑを０に設定した後に、処理を終了する（厳密には、Ｑ＝ＱＢｒｐ−（Ｋｒｐ×ＱＢｒｐの切り上げ）である場合には、ＱＢｒｐ−（Ｋｒｐ×ＱＢｒｐの切り上げ）＝Ｑの帯域を割り当てることができるので、ＱＢｒｐ−（Ｋｒｐ×ＱＢｒｐの切り上げ）＝Ｑの帯域を割当追加帯域として割り当て、剰余帯域Ｑを０に設定した後に、処理を終了する）。一方、判定の結果、Ｑ＞ＱＢｒｐ−（Ｋｒｐ×ＱＢｒｐの切り上げ）である場合には、（ＱＢｒｐ−（Ｋｒｐ×ＱＢｒｐの切り上げ））の帯域を割り当てることができるので、ステップＳ６ａへ進み、（ＱＢｒｐ−（Ｋｒｐ×ＱＢｒｐの切り上げ））の帯域を割当追加帯域として割り当て、割り当て済みの（ＱＢｒｐ−（Ｋｒｐ×ＱＢｒｐの切り上げ））を剰余帯域Ｑから差し引いた後に、ステップＳ７へ進む。
【００５８】
すなわち、伝送要求品質の高い順に重み付け後の帯域割当結果と端末からの要求値とを比較し、重み付け後の帯域割当結果が要求値に対して小さい場合は、その差分を剰余帯域Ｑの範囲内で再度割当てる。ここで、剰余帯域Ｑ＝（最大割当帯域−重み付け後の割当帯域の総和）である。
【００５９】
このように、本実施の形態においては、帯域割当部１３は、伝送品質別重み付けテーブル１４の値を収束させた後、伝送要求品質の高い順に最大割当帯域を超えない範囲で重み付け演算により要求値通りの帯域が割当てられない伝送要求品質に対して再度帯域を割当てるため、伝送帯域を有効利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】基礎技術に係る各種データの送受信タイミングチャートである。
【図２】基礎技術に係るネットワークシステムを示す模式図である。
【図３】基礎技術に係るネットワークシステムにおけるデータ通信装置と端末とのデータ送受信タイミングシーケンス図である。
【図４】基礎技術に係るネットワークシステムにおけるデータ通信装置と端末とのデータ送受信タイミングシーケンス図である。
【図５】基礎技術に係る各端末に蓄積されている未送信データ量すなわちバッファ残量を表す図である。
【図６】基礎技術に係る帯域割当処理フローを示すフローチャートである。
【図７】基礎技術に係る帯域割当処理フローによる割当結果を示す図である。
【図８】実施の形態１に係るデータ通信装置の概略ブロック構成図である。
【図９】実施の形態１に係るデータ通信装置がＵＬタイミングに端末より受信するＵＳの構成を示す図である。
【図１０】実施の形態１に係るデータ通信装置の帯域割当部を構成する伝送品質別重み付けテーブルの内容の一例を示す図である。
【図１１】実施の形態１に係る帯域割当処理フローを示すフローチャートである。
【図１２】実施の形態１に係る帯域割当処理フローにおいて帯域割当を実施した累積加算値を示す図である。
【図１３】実施の形態２に係る帯域割当処理フローを示すフローチャートである。
【図１４】実施の形態２に係る帯域割当処理フローにおいて帯域割当を実施した累積加算値を示す図である。
【図１５】実施の形態３に係る帯域割当処理フローを示すフローチャートである。
【図１６】実施の形態３に係る帯域割当処理フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１，１ａ  データ通信装置、２−ａ〜２−ｃ  端末、３  基地局、４  インターネット、１１  上り方向バッファ、１２  帯域要求受信部、１３  帯域割当部、１４  積和演算部、１５  伝送品質別重み付けテーブル、１６  同期制御部、１７  下り方向バッファ、２０  通信ネットワーク、２１  ＴＤＭＡネットワーク、３１，３４  ＦＣＨ、３２，３５  ＤＬ（ダウンリンク期間）、３２−１〜３２−３  ＤＳ（ダウンストリームスロット）、３３  ＵＬ（アップリンク期間）、４１，４８  帯域割当通知、４２〜４４  受信データ、４５〜４７  送信データ、６１  連結数セグメント、６２  帯域割当要求情報、６３  送信データパケット、６４  要求数、６５  パケット数、６６  ヘッダ、６７  端末識別ＩＤ、６８  伝送要求品質、６９  （割当）要求帯域。
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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