(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の局間でのメッセージの送信を制御するための方法であって、
前記複数の局が少なくとも一つの上りチャネルを含む通信チャネルを介して相互接続され、
前記上りチャネルが少なくとも部分的に前記複数の局によって共有され、
前記上りチャネルが所定の長さの一連のフレームに分割され、
前記各フレームが複数のメッセージスロットを含み、
前記各メッセージスロットが前記複数の局の一つによって生成された少なくとも一つのメッセージを送信するためのデータ部分と、少なくとも二つのメッセージが衝突した場合に、対応する利用可能なデータスロットを予約する信号を送信するためのミニスロットとを含み、
前記フレームがさらに共通ミニスロットプールを含み、
前記共通ミニスロットプールも、少なくとも二つの予約信号の間に衝突があった場合に、もう一つの利用可能なデータスロットを予約する信号を送信するためのミニスロットを含み、
遭遇された衝突の回数に関する情報の分析に基づくリサイクルステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記リサイクルステップが、遭遇した衝突の回数に関する情報を分析するための第一のステップと、前記回数が所定の閾値より大きい場合には、衝突に対応するメッセージに対して、新たに生成されたメッセージよりも高い優先順位を与えることにより、衝突に対応するメッセージをリサイクルするための第二のサブステップとを含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項３】
複数の局間でのメッセージの送信を制御するための通信局であって、
前記複数の局が少なくとも一つの上りチャネルを含む通信チャネルを介して相互接続され、
前記上りチャネルが少なくとも部分的に前記複数の局によって共有され、
前記上りチャネルが所定の長さの一連のフレームに分割され、
前記各フレームが複数のメッセージスロットを含み、
前記各メッセージスロットが、前記複数の局の一つによって生成された少なくとも一つのメッセージを送信するためのデータ部分と、少なくとも二つのメッセージが衝突した場合に対応する利用可能なデータスロットを予約する信号を送信するためのミニスロットとを含み、
前記フレームがさらに共通ミニスロットプールを含み、
前記共通ミニスロットプールも、少なくとも二つの予約信号の間に衝突があった場合に、もう一つの利用可能なデータスロットを予約する信号を送信するためのミニスロットを含み、
局内に受信サブアセンブリを含み、
前記受信サブアセンブリは：
（ａ）遭遇した衝突の回数に関する情報を示すために設けられた分析回路と、
（ｂ）前記衝突の回数を所定の閾値と比較し、前記の衝突の回数が前記閾値よりも大きな場合にのみ、前記衝突に対応するメッセージに対して、新たに生成されたメッセージよりも高い優先順位を与えることにより、前記衝突に対応するメッセージをリサイクルするために設けられた処理回路とを含むことを特徴とする通信局。
【請求項４】
前記受信サブアセンブリはさらに二つの並列な第一および第二の待ち行列を含み、
前記第一の待ち行列は、新たに生成されたメッセージを受信し、
前記処理回路は、前記第二の待ち行列内の内容に前記第一の待ち行列内の内容よりも高い送信上の優先順位を与えることにより、前記第二の待ち行列内の衝突に対応するメッセージをリサイクルすることを特徴とする請求の範囲第３項記載の通信局。
【請求項５】
複数の局間でメッセージの送信するための通信局であって、
前記複数の局が少なくとも一つの上りチャネルを含む通信チャネルを介して相互接続され、
前記上りチャネルが少なくとも部分的に前記複数の局によって共有され、
前記上りチャネルが所定の長さの一連のフレームに分割され、
前記各フレームが複数のメッセージスロットを含み、
前記各メッセージスロットが、前記複数の局の一つによって生成された少なくとも一つのメッセージを送信するためのデータ部分と、少なくとも二つのメッセージが衝突した場合に、対応する利用可能なデータスロットを予約する信号を送信するためのミニスロットとを含み、
前記各フレームがさらに共通ミニスロットプールを含み、
前記共通ミニスロットプールも、少なくとも二つの予約信号の間に衝突があった場合に、もう一つの利用可能なデータスロットを予約する信号を送信するためのミニスロットを含み、
この通信局が、送信されるべきメッセージを生成するために設けられた生成サブアセンブリと、送信サブアセンブリとを含み、
この通信局がさらに遭遇した衝突の回数に関する情報を得るための手段を含むことを特徴とする通信局。
【発明の詳細な説明】
技術分野
複数の局間でのメッセージの送信を制御するための方法であって、前記複数の局が少なくとも一つの上りチャネルを含む通信チャネルを介して相互接続され、前記上りチャネルが少なくとも部分的に前記複数の局によって共有され、前記上りチャネルが所定の長さの一連のフレームに分割され、前記各フレームが複数のメッセージスロットを含み、前記各メッセージスロットが前記複数の局の一つによって生成された少なくとも一つのメッセージを送信するためのデータ部分と、少なくとも二つのメッセージが衝突した場合に、対応する利用可能なデータスロットを予約する信号を送信するためのミニスロットとを含み、前記各フレームがさらに共通ミニスロットプールを含み、前記共通ミニスロットプールもまた、少なくとも二つの予約信号の間に衝突があった場合に、もう一つの利用可能なデータスロットを予約する信号を送信するためのミニスロットを含む方法に関する。
本発明は、さらに、前記の制御方法を実現できる通信局、より詳細には、複数の局間でのメッセージの送信を行う通信局であって、前記複数の局が少なくとも一つの上りチャネルを含む通信チャネルを介して相互接続され、前記上りチャネルが少なくとも部分的に前記複数の局によって共有され、前記上りチャネルが所定の長さの一連のフレームに分割され、前記各フレームが複数のメッセージスロットを含み、前記各メッセージスロットが、前記複数の局の一つによって生成された少なくとも一つのメッセージを送信するためのデータ部分と、少なくとも二つのメッセージが衝突した場合に、対応する利用可能なデータスロットを予約する信号を送信するためのミニスロットとを含み、前記フレームがさらに共通ミニスロットプールを含み、前記共通ミニスロットプールも、少なくとも二つの予約信号の間に衝突があった場合に、もう一つの利用可能なデータスロットを予約する信号を送信するためのミニスロットを含む通信局に関する。
背景技術
図１には、ハブ１と呼ばれる地上局と、複数の地上局（図示せず）によって共有される通信チャネル２の複数のフレームI,...I+R, I+R+1が示されている。これら複数の地上局の一つであり得るハブは、情報のパケットをある地上局から別の地上局に、ランダムに選択されたタイムスロットに入れて送信する際に、前記チャネルの上りリンクを監視する機能を遂行するマスタ局を構成する。図２に示すように、これら複数の局間の通信のプロトコルは以下の通りである：つまり、各フレームはｔ（ｆ）秒の時間幅を有し、この時間内に、ある与えられた数Ｋ個のメッセージスロット２１（１）〜２１（Ｋ）と、共通ミニスロットプール（ＣＭＰ）と呼ばれる特別なタイムスロットとを含む。各メッセージスロット（すなわちデータスロット）は、ｔ（ｍ）の時間幅を有し、データ部分（すなわちデータメッセージＤＭ）と、Ｋ個のミニスロットとを含む。共通ミニスロットプール（ＣＭＰ）も、Ｋ個のミニスロットを含む。ただし、ＣＭＰは、データ部分は含まない。各メッセージスロットのミニスロットの時間幅は、メッセージスロットの時間幅ｔ（ｍ）と比べて非常に小さい。また、これらミニスロットはメッセージスロットの先頭部分に現われる。
メッセージを第一の局から第二の局に送信したい場合、このメッセージは、ここでフレームＩと呼ばれる次のフレームの開始まで待つ必要がある。ここで、フレームＩが受信される前に、全ての局は、ハブから、フィードバックメッセージあるいは信号を受信する。この信号は、新たなメッセージに対して、あるいは送信リクエストの送信に成功したメッセージに対して、どのスロットが空いているかを示すものである。そして、幾つかのメッセージスロットが空いている場合は、送信局は、これらスロットの一つをランダムに選択し、そのスロットのデータ部分にメッセージを入れて送信する。メッセージをデータ部分に入れて送信するのに加えて、関係する送信リクエストを、対応するメッセージスロットの（ランダムに選択された）ミニスロットの一つに入れることで、前記スロットの予約を通告する。一方、メッセージスロットが空いていない場合は、この局は、送信リクエストを、共通ミニスロットプール（ＣＭＰ）のミニスロットの一つに入れる。
ある与えられた伝搬遅延（例えば、衛星を介してのリンクの場合は、図１に示すように０．２７秒）の後に、ハブは、フレームＩに入れて送信された全てのメッセージおよび送信リクエストを受信する。ハブは、次に、データスロットの衝突を検出し、フレームI+R+1内に利用可能なタイムスロットのセット（すなわち空いたスロットのセットＡＳＳ）を計算する。このフレームの直前のフレームにおいて、全ての局は、ハブから送られたフィードバックメッセージを受信する（フレームＩにおいて送信を行なった全ての局はフレームI+R+1の前にフィードバックメッセージを受信するものと想定される）。スロット（例えば、前記フレームI+R+1内のスロット）は、そのスロットによる再送が通告されてない場合は、空いている（つまり、予約されてない）と言われ、一方、一つの（かつ、たった一つの）リクエストによって、そのスロットによる再送が通告されている場合は、予約されていると言われる。そして、複数のリクエストが、同一のスロットによる再送を通告した場合は、送信は成功しないために、そのスロットは、新たに到着するメッセージのために空いた状態にされ、この場合は、再送リクエストは、共通ミニスロットプール（ＣＭＰ）に入れられる。
空いたスロットのセット（ＡＳＳ）、つまり、新たなメッセージのために利用可能なスロットのセットの計算を終えた後に、ハブは、全ての局に、前記ＡＳＳおよびフレームの各メッセージスロットの状態（空いているあるいは利用可能な場合はＥ；送信が成功した場合はＳ；衝突した場合はＣ）の両方を一斉に送る。すなわち：
（１）ある局がメッセージをデータスロットに入れて送信し、フィードバック信号Ｓ（送信の成功）を受信した場合は、その局は、このプロトコルから退出し；
（２）ある局がフィードバック信号Ｃ（衝突）を受信するか、リクエストをＣＭＰに入れて送信した場合は、その局は、ハブによって送られてきたＡＳＳを読み出し：
（ａ）ミニスロットの参照番号がＡＳＳのどのスロットにも対応しない場合は、これは、その番号が予約されたスロットに対応し、再送リクエストが成功しことを意味する。この場合、その局は、メッセージをこの予約したデータスロットに入れて送信し、その後、このプロトコルから退出し；
（ｂ）ミニスロットの参照番号がＡＳＳのスロットに対応する場合は、これは、リクエストが失敗し、そのスロットが新たなメッセージのために使用できることを意味する。この場合、その局は、リクエストを再送するには、ＣＭＰを使用する必要がある。
このようなコンテンションベースのプロトコルは、低トラヒック状態に適するために、短い固定長のメッセージを伴う用途（例えば、ペイ−パー−ビューやマルチメディアデータベースの使用に対するユーザ認証などの対話用途）に応用されており、例えば、米国特許第4641304号において開示されている。このプロトコルは、ＡＲＲＡ（Announced Retransmission Random Access）と呼ばれる。データスロット内に入れて送られるメッセージとともに、そのメッセージが他のメッセージと衝突したときに、次のフレームの対応するスロットを予約することを通告する信号が、付随するランダムに選択されたミニスロット内に入れられる。データ部分に衝突を起こしたメッセージは、その通告が衝突を起こさなかった場合は、通告したスロットに入れて再送される。データ部分と通告した部分の両方が衝突を起こした場合は、局は、新たな通告をＣＭＰのミニスロットの一つに入れる。従って、明らかなように、スロットのデータ部分が衝突する可能性は、第一のアクセス時に限定され、データ部分が他のメッセージとそれ以上の衝突することは回避される。ただし、各スロットのミニスロットフィールドと共通ミニスロットプール（ＣＭＰ）のいずれかが各フレームの先頭部分に現れることを考えると、通告したスロットの衝突は一度以上起こる可能性がある。さらに、チャネルの負荷がより高い状態においては、送信すべき新たなメッセージを持つ局と、データフィールドとミニスロットフィールドの両方が衝突した局との間で、ＣＭＰフィールドの衝突が繰り返される可能性がある。そして、ＣＭＰ内のミニスロットの数は、Ｋ個に限られているために、このフィールドの衝突が解決できないことがある。このプロトコルは、二重に衝突したメッセージ（つまり、データフィールドとミニスロットフィールドの両方が衝突したメッセージ）をフレームの空いたスロットに割り当てることができない場合は、飽和し、これら空いたスロットは結果として廃棄される。このプロトコルの効率、すなわち、そのキャパシティまたは最大正規化スループットにより定義された効率は、このため最良でも、約０．４２の値に制限される。これは、データスロットの５０％以下が成功裏に使用されることを意味する。
本発明の第一の目的は、従って、ミニスロットの衝突の確率を低減し、かつ、より高いネットワーク負荷状態での平均スループット並びに遅延の点で、プロトコルの性能を改善する改良プロトコルを提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、前記の方法を遂行するために設けられた通信局を提供することにある。
発明の開示
この目的を達成するために、本発明は、説明の冒頭において述べられた方法に関する。そして、本発明は、この方法が、遭遇した衝突の回数に関する情報の分析に基づくリサイクルステップを含むことを特徴とする。
本発明の方法の基本的な概念は、廃棄されたデータスロットを再利用してＣＭＰの衝突を解決することにある。より詳細には、競合するメッセージの少なくとも幾つかが、空いたメッセージスロットのデータフィールドに再アクセスできるように、これらメッセージに優先順位を与えることにある。
一つの好ましい実施例においては、本発明の方法のリサイクル（再利用）ステップは、遭遇した衝突の回数に関する情報を分析するための第一のサブステップと、前記衝突の回数が所定の閾値より大きな場合に、衝突に対応するメッセージに対して、新たに生成されたメッセージよりも高い優先順位を与えることにより、衝突に対応するメッセージをリサイクルする第二のサブステップを含む。
また、この目的を達成するために、本発明は、説明の冒頭において述べられた通信局に関する。そして、この通信局は、受信サブアセンブリを含み、この受信サブアセンブリは：
（ａ）遭遇した衝突の回数に関する情報を示すために設けられた分析回路；および
（ｂ）前記の回数を所定の閾値と比較し、前記の回数が前記閾値よりも大きな場合にのみ、前記衝突に対応するメッセージに対して、新たに生成されたメッセージよりも高い送信優先順位を与えることにより、前記衝突に対応するメッセージをリサイクルするために設けられた処理回路を含むことを特徴とする。
本発明はまた、複数の局間でのメッセージの送信を行う通信局に関し、前記複数の局は少なくとも一つの上りチャネルを含む通信チャネルを介して相互接続され、前記上りチャネルは少なくとも部分的に前記複数の局によって共有され、前記上りチャネルは所定の長さの一連のフレームに分割され、前記各フレームは複数のメッセージスロットを含み、前記各メッセージスロットは、前記複数の局の一つによって生成された少なくとも一つのメッセージ送信用のデータ部分と、少なくとも二つのメッセージが衝突した場合に、対応する利用可能なデータスロットを予約する信号を送信するためのミニスロットとを含み、前記各フレームはさらに共通ミニスロットプールを含み、前記共通ミニスロットプールもまた、少なくとも二つの予約信号の間に衝突があった場合に、もう一つの利用可能なデータスロットを予約する信号を送信するためのミニスロットを含み、（改良点として）この通信局は、送信されるべきメッセージを生成するために設けられた生成サブアセンブリと、送信サブアセンブリとを含み、この通信局はさらに遭遇した衝突の回数に関する情報を得るための手段を含むことを特徴とする通信局に関する。
このような局のテストの結果、スループット性能の改善が確認された。例えば、スループット値は、Ｋ＝８とした場合、約０．５２に達することが確認された。
【図面の簡単な説明】
第１図は、一連のフレームに分割された通信チャネルと、この通信チャネルを介して局間で送信されるメッセージを監視するために設けられたマスタ局とを示す概略図であり、第２図は、各フレームの構造を示す図であり、第３図は、衛星（局）ＳＡＴを含む通信チャネルを介してマスタ局ＭＳ、すなわちハブと通信する地上局ＧＳ１を含む網構成を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、添付した図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。
先に述べたように、フレーム構造はＫ個のデータスロットに分割され、各データスロットは、データ部分（すなわちデータフィード）と、Ｋ個のミニスロットとに分割される。また、フレームの開始を示す共通ミニスロットプール（ＣＭＰ）（これもＫ個のミニスロットを含む）が設けられる。図３に示すように、地上局ＧＳ１はメッセージを生成し、これを、次のフレーム内の空いたスロットの１つに入れて送信し、同時に、予約信号を、付属するミニスロットに入れて送る。（ここで、上記の空いたスロットのセットＡＳＳは、ハブＭＳによって一斉に送られるフィードバック情報によって通知され、この情報は、各フレームの開始の前に、全ての地上局によって受信される）。上記の予約信号は、前記の生成されたメッセージが、別の局によって生成された別のメッセージと衝突した場合に、続くフレームのスロット（付属するミニスロットＫiでは、Ｋ−ｉ番目のスロット）を予約することを通告する。全ての予約通告は、他の通告と衝突することなくハブに到着することに成功した場合は、空いたスロットのセットＡＳＳから、対応する予約されたスロットを除外する働きを持つ。空いたスロットが存在しない場合は、前記の基地局ＧＳ１は、同様の通告信号をＣＭＰのミニスロットの一つに入れる処理を行う。
本発明によれば、各局（この場合はＧＳ１であるが、ただし、任意の局が類似する構造を持つ）は：メッセージ生成サブアセンブリ３１、送信サブアセンブリ３２、および、受信サブアセンブリ３３を含む。メッセージ生成サブアセンブリ３１は、ここに開示される実施例においては、ポアッソン過程に従うトラヒック生成器であり、スロット期間当たりλ個のメッセージの到達速度を持つ。ここで、λは、総システム負荷パラメータとして定義される。送信サブアセンブリ３２は、二つの待ち行列３２１、３２２を含む。第一の待ち行列３２１は、メッセージ生成サブアセンブリ３１の出力部分に設けられ、新たなメッセージを格納するために用いられる。第二の待ち行列３２２は、（後に説明するように）リサイクルされるべきメッセージを格納するために用いられる。同時に、これら待ち行列は、メッセージを、フレーム内の適切なスロットに入れるために遅延させる機能を持つ。受信サブアセンブリ３３は、送信あるいは再送過程を調整するために設けられ、分析回路３３１を含む。分析回路３３１は、ハブが各フレームの開始時に一斉に通知する空きスロットおよび衝突スロットに関するフィードバック情報を受信する。分析回路３３１に続いて、比較回路３３２が設けられる。この比較回路３３２は、ミニスロット内の衝突あるいは不成功な送信の数をカウントし、このカウント数を、予め定めた許容衝突回数に対応する閾値と比較し：
（ａ）前記カウント数が閾値以下である場合は、生成された全てのメッセージは、ＡＳＳ内に送信スロットを見つけることができ（図３においては、この状況は、送信段３５１を介して予約スロットへの送信を行う第一のモードに対応する）；
（ｂ）前記カウント数が閾値より大きい場合は、新たに生成されたメッセージは、低優先待ち行列３２１に向けて送られ、遅延される。一方、再送通告に対応するメッセージは、高優先待ち行列３２２に向けて送られる。つまり、新たなメッセージの前に送信されるようにリサイクルされる（図３においては、この状況は、送信段３５２を介して送信を行う第二のモードに対応する）。
ここに示される例では、各局は、フレーム当たり少数のメッセージ（例えば、一つ）しかリサイクルできないが、本発明は、より一般的なケースにも適用し、各局が（これもＫ個のミニスロットを含む）、より多くのメッセージをリサイクルできるようにすることも可能である。さらに、本発明は、説明の冒頭の所で述べたように、前記の局が、送信すべきメッセージを生成するための生成サブアセンブリ、送信サブアセンブリ、および遭遇した衝突の数に関連する前記の情報を得るための手段を含む場合にも同様に適用される。
動作全体を通じて、ハブＭＳは、この過程を、二つのタイプの動作を遂行することで監視する。つまり、衝突あるいは不成功な送信を検出し、対応するフィードバック情報を生成する。これらの動作は、以下のように実現される。すなわち、第一の衝突検出器３４１において、スロットのデータフィールド内でのメッセージの衝突が検出され、第二の衝突検出器３４２において、スロットのミニスロットフィードあるいはＣＭＰ内での送信リクエストの衝突が検出される。そして、フィードバック情報生成回路３４３内において、新たなまたはリサイクルされたメッセージが通信チャネルにアクセスするために利用可能な空きスロットに関する情報が各局に送信される。フィードバック情報生成回路３４３によって一斉に送られ、各フレームの開始位置で到達する空いたスロットのセットＡＳＳは、前述のように、新たなメッセージおよびリサイクルメッセージに対して利用可能なスロットを示す。
上述した方法の性能特性を、さまざまな網負荷状態で評価した結果、さまざまなＫの値（例えば、フレーム当たり２〜８スロット）で、スループットの値が改善されることが確認された。再送通告のために再利用が可能となるフレームの数Ｍは、Ｋの値が小さいときの方が大きな場合よりも、大きくなるように思われる。パラメータＣは、衝突が何回発生した後にメッセージのリサイクルを開始するかを決定するが、Ｃ＝３の値が適当であると考えられる。提唱される方法は、スループット性能を、周知のプロトコルを使用した場合の０．４２に対して、０．５２に増加できる。このため、この方法は、衛星トランスポンダへの直接アクセス、低遅延アクセス、スループットの向上などの問題を解決するために、極小開口端末（ＶＡＳＴ）衛生網に適用することが可能であるとともに、サービス提供者とシステム加入者との間の（タイプの照会／データベースへの応答などの）低レベルの対話を必要とする全てのマルチメディアブロードカースト用途にも適用することが可能である。
【図１】
0003801645.tif 000002
【図２】
0003801645.tif 000003
【図３】
0003801645.tif 000004