(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の主装置に伝送路を介して複数の従装置が接続され、前記複数の従装置から前記主装置への上り伝送帯域を、前記複数の従装置からの割当要求に基づき、前記主装置が各々の前記複数の従装置にデータ信号帯域と割当要求信号帯域とを割り当てるポイント・マルチポイント通信システムの帯域割当方法において、
前記主装置は、前記複数の従装置と前記主装置との間の往復伝搬遅延時間ｌを量子化した量子化遅延時間ｌqに基づき前記複数の従装置を分割数Ｎ（Ｎは２以上の整数）でグルーピングし、
所定時間内の前記複数の従装置からの割当要求を受信するごとに、各グループ毎にそのグループに属する従装置に割り当てる割当要求信号帯域を、時間的に衝突なきよう近接させ、時間的に可能な限り前方の未割当帯域に割り当て、さらに、前記量子化遅延時間ｌqと、各々の前記複数の従装置からの割当要求量とに基づき、同一グループの従装置へのデータ信号帯域を、該従装置への前記割当要求信号帯域より時間的に後方で、時間的に可能な限り前方の未割当帯域に割り当てることを特徴とするポイント・マルチポイント通信システムにおける帯域割当方法。
【請求項２】
前記グルーピングを、
０＜ｌ≦ａ0ｄ ,ａ0ｄ＜ｌ≦ａ1ｄ，ａ1ｄ＜ｌ≦ａ2ｄ，・・・ａsｄ＜ｌ≦ｌmax
但し、分割係数ａi（ｉは０以上の整数）はａi＜ａi+1なる１以上の整数
ｌmax＝最大往復伝搬遅延時間
ｄ＝ｌmax／Ｎ
なるｓ＋２組（ｓは０≦ｓ≦Ｎ−２を満たす任意の整数)に分け、
第ｊ（ｊ＝０，１，・・・，s+1）グループに属する前記従装置の前記量子化遅延時間ｌq(j)をａj・ｄ〜ｌmaxの間のいずれかの値とすることを特徴とする請求項１記載のポイント・マルチポイント通信システムにおける帯域割当方法。
【請求項３】
分割係数をａiをａi＝２iとすることを特徴とする請求項２記載のポイント・マルチポイント通信システムにおける帯域割当方法。
【請求項４】
前記分割数Ｎを２のべき乗とすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載のポイント・マルチポイント通信システムにおける帯域割当方法。
【請求項５】
前記分割数Ｎを、前記従装置から前記主装置へのデータ信号到達時間の変化に基づき変更することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの項に記載のポイント・マルチポイント通信システムにおける帯域割当方法。
【請求項６】
前記分割数Ｎが変更されるごとに、前記グルーピングを更新すると共に、前記量子化遅延時間ｌqを更新することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかの項に記載のポイント・マルチポイント通信システムにおける帯域割当方法。
【請求項７】
単一の主装置に伝送路を介して複数の従装置が接続され、前記複数の従装置から前記主装置への上り伝送帯域を、前記複数の従装置からの割当要求に基づき、前記主装置が各々の前記複数の従装置にデータ信号帯域と割当要求信号帯域とを割り当てるポイント・マルチポイント通信システムの帯域割当プログラムにおいて、
前記複数の従装置と前記主装置との間の往復伝搬遅延時間ｌを量子化した量子化遅延時間ｌqの情報に基づき前記複数の従装置を分割数Ｎ（Ｎは２以上の整数）でグルーピングする処理と、
所定時間内の前記複数の従装置からの割当要求を受信するごとに、各グループ毎にそのグループに属する従装置に割り当てる割当要求信号帯域を、時間的に衝突なきよう近接させ、時間的に可能な限り前方の未割当帯域に割り当てる処理と、
前記量子化遅延時間ｌqと、各々の前記複数の従装置からの割当要求量とに基づき、同一グループの従装置へのデータ信号帯域を、該従装置への前記割当要求信号帯域より時間的に後方で、時間的に可能な限り前方の未割当帯域に割り当てる処理と、
を実行するためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単一の主装置に伝送路を介して複数の従装置が接続され、複数の従装置から主装置への上り伝送帯域を複数の従装置により共用するポイント・マルチポイント通信システムにおける帯域割当方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＬＡＮ，ＣＡＴＶ網，衛星通信網，光加入者アクセス網のようなポイント・マルチポイント通信システムにおいては、主装置と複数の従装置が、例えば同軸通信，無線通信，光ファイバ通信等の伝送路を共有して通信を行うように構成されている。
【０００３】
例として、通信局内の主装置と加入者宅内の従装置とを光ファイバと光分岐部によって接続したＰＯＮ伝送システムが挙げられる。図２はＰＯＮ伝送システムのトポロジを示すブロック図である。単一の主装置１の帯域割当部２に接続された伝送路（光ファイバ）３は、光分岐部４にて複数の光ファイバ５ａ，５ｂ，５ｃに分岐され、それぞれが従装置６，７，８に接続される。従装置６，７，８は各々帯域割当部２によって主装置１への上り伝送路帯域が割り当てられる。
【０００４】
ここで、この共用される伝送路３を介して、主装置１と各従装置６〜８が円滑な通信をするためには、上り伝送路３の使用を各従装置６〜８へ割り当てるアクセス方式が重要であり、このアクセス方式としては様々な方式が知られている。例えば、従装置は所定の時間内に主装置に対して帯域割当要求を申告し、主装置は、従装置の割当要求量に基づき上り伝送路の帯域割当を算出し、各々の従装置に送信許可を通知する方式がある。主装置は割当要求信号とデータ信号との帯域をそれぞれ割り当てる。
【０００５】
このとき,従来技術１として、主装置は、すべての従装置からの割当要求信号帯域を所定の時間内に衝突無く割り当てる方式がある。この方式により、主装置は、すべての従装置の割当要求に基づき各従装置へ帯域を公平に。あるいは設定に基づき。効率的に分配することができる。割当要求信号の帯域は一定周期をもって割り当て、データ信号の帯域はその残余を割り当てる。
【０００６】
図３に、従来技術１による割当が行われる過程を示す。一定周期をもって主装置は各々の従装置に上り送信許可信号を送信する。各従装置は当該上り送信許可信号に従い、割当要求受付時間内に到達するよう割当要求信号を主装置に送信する。このとき、上り信号送信許可信号には、各従装置の割当要求信号同士が衝突しないように調整された、従装置毎の送信開始時刻及び送信量を格納しておく。その後、各従装置は、上り信号送信許可信号に従い、データ信号を送信する。
【０００７】
すなわち。主装置はＫ−１周期において受信した、各従装置からの割当要求信号(１，Ｋ−1)，・・・(Ｐ,Ｋ−１)，‥・に基づき、Ｋ周期の割当帯域を算出し、上り送信許可信号(Ｋ−1)にて、各従装置に従装置毎の送信開始時刻及び送信量を通知する。このとき、主装置は、全ての従装置からの割当要求量を知ることができるため、最適な次周期の割当を算出することができる。従装置＃Ｐは、上り送信許可信号(Ｋ−１)により通知された送信開始時刻。送信量に従い、Ｋ周期の割当要求信号(Ｐ,Ｋ)及びデータ信号（Ｐ，Ｋ）を送信する。
これらの一連の処理を繰り返すことにより、上り伝送路帯域を動的に割り当てることができる。
【０００８】
また、従来技術２として、主装置は、従装置からの割当要求を受けるたびごとに、他の従装置に依らず、当該従装置への割当帯域を算出し、次回の割当要求信号帯域とデータ信号帯域とをそれぞれ未割当帯域に割り当てる方式がある。この方式により、他の従装置からの割当要求を待たずして、該従装置への割当を行うことができる。
【０００９】
図４に、従来技術２による割当が行われる過程を示す。固有の周期を持たず、主装置１は各々の従装置６〜８に上り送信許可信号を送信する。従装置６〜８は当該上り送信許可信号に従い、割当要求信号及びデータ信号を主装置１に送信する。主装１置は、従装置６〜８からの割当要求信号を受信するごとに、未割当帯域のうち、最適な帯域を当該従装置の割当要求信号帯域及びデータ信号帯域として割り当てる。
【００１０】
すなわち、主装置１は、従装置＃Ｐからの割当要求信号(Ｐ，Ｋ−1)に基づき、従装置＃Ｐの次回の割当帯域を算出し、上り送信許可信号(Ｐ，Ｋ−１)により、従装置＃Ｐの次回の送信開始時刻、送信量を通知する。このとき、主装置は、各々の従装置に対し独立に帯域割当を行うため、往復伝搬遅延時間の大きい従装置に依らず、迅速に次回の帯域割当を行うことができ、データ送信までの遅延時間を短くすることができる。従装置＃Ｐは上り送信許可信号（Ｐ，Ｋ−１）により通知された送信開始時刻、送信量に従い、割当要求信号(Ｐ,Ｋ)及びデータ信号(Ｐ,Ｋ)を送信する。この間に、従装置＃Ｐへの割当には依らず、他の各々の従装置への割当がそれぞれ行われる。
これらの一連の処理を繰り返すことにより、上り伝送路帯域を動的に割り当てることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、伝送帯域を効率的に使用しつつ、かつ従装置内に蓄積されたデータ信号を主装置に送信するまでの遅延時間を短くすることができない。
上記従来方式１においては、帯域を割り当てる周期を短くすることで、遅延時間を短くすることができるが、図５に示すように、すべての従装置からの割当要求信号を一定期間内に受信する必要があるため、最大の往復伝搬遅延時間より割り当てる周期を短くすることはできない。
【００１２】
また、上記従来方式２においては、ある従装置へ割り当てる周期を他の従装置の往復伝搬遅延時間に依らずして、当該従装置の往復伝搬遅延時間まで短くすることができるが、他の従装置からの割当要求量の情報を参照せずに、各々の従装置に独立に帯域を割り当てるため、図６に示すように、未割当帯域が離散して非効率な割当しか行い得ない場合や,他の従装置へ長時間にわたる帯域を既に割り当てているために、信号送信までの遅延時間が増大する場合があり、帯域を効率的に使用しつつ、かつ遅延時間を短くすることができない。
【００１３】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、単一の主装置から伝送路を介して複数の従装置が接続されたポイント・マルチポイント通信システムにおいて、帯域を効率的に使用しつつ、遅延時間を短<することができる帯域割当方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の帯域割当方法は、従装置を往復伝搬遅延時間に応じてグルーピングし、従装置グループごとに、送信可能な時間的に前方の未割当帯域に割当要求信号の帯域を衝突なきようまとめて割り当てると共に、送信可能な時間的に前方の未割当帯域をデータ信号の帯域として割り当てることで、帯域を効率的に使用しつつ、かつ、遅れ時間を短くするものである。
【００１５】
すなわち、請求項１に記載の発明は、単一の主装置に伝送路を介して複数の従装置が接続され、前記複数の従装置から前記主装置への上り伝送帯域を、前記複数の従装置からの割当要求に基づき、前記主装置が各々の前記複数の従装置にデータ信号帯域と割当要求信号帯域とを割り当てるポイント・マルチポイント通信システムの帯域割当方法において、前記主装置は、前記複数の従装置と前記主装置との間の往復伝搬遅延時間ｌを量子化した量子化遅延時間ｌqに基づき前記複数の従装置を分割数Ｎ（Ｎは２以上の整数）でグルーピングし、所定時間内の前記複数の従装置からの割当要求を受信するごとに、各グループ毎にそのグループに属する従装置に割り当てる割当要求信号帯域を、時間的に衝突なきよう近接させ、時間的に可能な限り前方の未割当帯域に割り当て、さらに、前記量子化遅延時間ｌqと、各々の前記複数の従装置からの割当要求量とに基づき、同一グループの従装置へのデータ信号帯域を、該従装置への前記割当要求信号帯域より時間的に後方で、時間的に可能な限り前方の未割当帯域に割り当てることを特徴とするポイント・マルチポイント通信システムにおける帯域割当方法。である
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載のポイント・マルチポイント通信システムにおける帯域割当方法において、前記グルーピングを、
０＜ｌ≦ａ0ｄ ,ａ0ｄ＜ｌ≦ａ1ｄ，ａ1ｄ＜ｌ≦ａ2ｄ，・・・ａsｄ＜ｌ≦ｌmax
但し、分割係数ａi（ｉは０以上の整数）はａi＜ａi+1なる１以上の整数
ｌmax＝最大往復伝搬遅延時間
ｄ＝ｌmax／Ｎ
なるｓ＋２組（ｓは０≦ｓ≦Ｎ−２を満たす任意の整数)に分け、第ｊ（ｊ＝０，１，・・・，s+1）グループに属する前記従装置の前記量子化遅延時間ｌq(j)をａj・ｄ〜ｌmaxの間のいずれかの値とすることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のポイント・マルチポイント通信システムにおける帯域割当方法において、分割係数をａiをａi＝２iとすることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載のポイント・マルチポイント通信システムにおける帯域割当方法において、前記分割数Ｎを２のべき乗とすることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかの項に記載のポイント・マルチポイント通信システムにおける帯域割当方法において、前記分割数Ｎを、前記従装置から前記主装置へのデータ信号到達時間の変化に基づき変更することを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかの項に記載のポイント・マルチポイント通信システムにおける帯域割当方法において、前記分割数Ｎが変更されるごとに、前記グルーピングを更新すると共に、前記量子化遅延時間ｌqを更新することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項７に記載の発明は、単一の主装置に伝送路を介して複数の従装置が接続され、前記複数の従装置から前記主装置への上り伝送帯域を、前記複数の従装置からの割当要求に基づき、前記主装置が各々の前記複数の従装置にデータ信号帯域と割当要求信号帯域とを割り当てるポイント・マルチポイント通信システムの帯域割当プログラムにおいて、前記複数の従装置と前記主装置との間の往復伝搬遅延時間ｌを量子化した量子化遅延時間ｌqの情報に基づき前記複数の従装置を分割数Ｎ（Ｎは２以上の整数）でグルーピングする処理と、所定時間内の前記複数の従装置からの割当要求を受信するごとに、各グループ毎にそのグループに属する従装置に割り当てる割当要求信号帯域を、時間的に衝突なきよう近接させ、時間的に可能な限り前方の未割当帯域に割り当てる処理と、前記量子化遅延時間ｌqと、各々の前記複数の従装置からの割当要求量とに基づき、同一グループの従装置へのデータ信号帯域を、該従装置への前記割当要求信号帯域より時間的に後方で、時間的に可能な限り前方の未割当帯域に割り当てる処理とを実行するためのプログラムである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の一実施の形態による帯域割当方法を適用したポイント・マルチポイントシ通信システムについて説明する。この実施形態による通信システムのブロック構成は基本的に図２に示す従来の構成と同じであるが、帯域割当部２の機能、動作が異なっている。
以下、図１を参照し、帯域割当部２の機能、動作を説明する。まず、従来方式１と同じく、基本となる一定周期の割当周期を設定する。基本周期は最大の往復伝搬遅延時間ｌmaxまで短くする。また、すべての従装置からの割当要求信号を衝突なきよう近接させ、基本周期ごとに受信できるよう割り当てる（図１の符号Ｒ０参照）。
【００２１】
次に、従装置の往復伝搬遅延時間ｌに応じて従装置をグルーピングすると共に、従装置の往復伝搬遅延時間ｌを量子化し、この量子化された同一グループ内の従装置の量子化遅延時間ｌqを全て等しくする。
グルーピングは、例えば、
0003746717.tif 000002
但し、分割係数ａi（ｉは０以上の整数）はａi＜ａi+1なる１以上の整数
ｌmax＝最大往復伝搬遅延時間
ｄ＝ｌmax／Ｎ
なるｓ＋２組（ｓは０≦ｓ≦Ｎ−２を満たす任意の整数)に分け、第ｊ（ｊ＝０，１，・・・，s+1）グループに属する前記従装置の前記量子化遅延時間ｌq(j)をａj・ｄ〜ｌmaxの間のいずれかの値とする。この時、分割係数をａiを、例えば、ａi＝２iとし、また、分割数Ｎを、例えば、２のべき乗とする。
【００２２】
帯域割当部２では、所定の時間内に受信した従装置からの割当要求信号（符号Ｒ０）に基づき、当該従装置への割当要求信号帯域及びデータ信号帯域を割り当てる（符号Ｒ１、Ｒ２・・・および符号Ｄ１、Ｄ２・・・）。同一グループの従装置に対しては、割当要求信号帯域を衝突なきよう可能な限り近接させて、可能な限り時間的に前方に割り当てる（符号Ｒ１参照）。また、データ信号帯域を可能な限り時間的に前方の空き帯域に割り当てる（符号Ｄ１参照）。
【００２３】
今周期内の空き帯域への割当ができない場合は、次周期への割当とする。このとき、同一従装置グループ内でのデータ信号帯域の分配、あるいは、今周期内の同一帯域または次周期への割当となった従装置グループ間でのデータ信号帯域の分配方法は、従来技術１における、すべての従装置に対して分配する方式を、同一グループ内の全ての従装置に対して適用する。すなわち、所定の時間内に受信した同一グループ内の全ての従装置からの割当要求（例えば、Ｒ１）に基づき、当該グループ内の全ての従装置への次回のデータ信号帯域及び割当要求信号帯域の割当を行う（Ｒ２、Ｄ２）。あるいは、所定の時間内に受信し、次周期への割当となった全てのグループ内の全ての従装置からの割当要求に基づき、当該全てのグループ内の全ての従装置へのデータ信号帯域及び割当要求信号帯域の割当を行う。
【００２４】
図１において、所定の割当要求信号帯域（Ｒ０）において受信した割当要求信号を送信した従装置グループに対し、次回の割当要求信号帯域の割当（Ｒ１〜Ｒz）と、データ信号帯域の割当（符号Ｄ１〜Ｄz）を行い、上り送信許可信号（Ｐ１〜Ｐ３）により通知する。前述したグルーピングによれば、割当要求信号帯域は等間隔で並び、かつ全ての従装置グループが最短の遅延でのみ割当要求信号を送信することができるため、もっとも遅延時間を短くすることができる。
【００２５】
また、データ信号帯域は割当要求信号帯域に優先して割り当てるが、基本周期の割当要求信号帯域（Ｒ０）及びすでに割当要求信号帯域として割り当てている帯域（Ｒ１〜Ｒz）には割り当てない。さらに、当該基本周期中に割当要求信号帯域を割り当てられない従装置はデータ信号帯域も今周期には割り当てず、次周期への割当とする。また、算出した割当要求信号帯域が、当該帯域内であった場合において、従装置が当該割当要求信号を受信した後に、同周期内のの割当要求信号帯域への割当が時間的に不可能である場合には、次周期の基本割当要求信号帯域に割り当てる。
【００２６】
分割数Ｎを増やすことにより、従装置における上りデータ発生からデータ送信までの時間（遅れ時間）を短くすることが可能であるが、割当要求信号及び上り送信許可信号を送信する回数が増えるため、データ信号帯域の使用効率が低下する。そこで、分割数Ｎをネットワークの状況に応じて動的に変化させることで、最適な分割数Ｎを選択する。
【００２７】
例えば,ＴＣＰのスループットは。ウィンドウサイズ／データ信号の往復伝搬遅延時間で表される。そのため,ＴＣＰのスループットは。上り伝送帯域のうちデータ信号帯域として使用できる帯域と、遅れ時間とから決定される。
そこで、データ信号の遅れ時間を監視し、逐次分割数Ｎを最適な値に変化させることで、いがなるネットワーク状況においても、最善のパフォーマンスを得ることができる。
【００２８】
一例を示す、基本周期を０．２ミリ秒としたとき、往復伝搬遅延時間が０．０２５ミリ秒の低遅延従装置が多数接続され、また０．２ミリ秒の高遅延従装置がごく少数のみ接続されたネットワークを例として示す。多くの低遅延従装置のそれぞれが少量のデータ送信帯域を要求し、高遅延従装置が全く帯域を要求していない場合であれば、分割数Ｎを８とし、０．０２５ミリ秒間隔で割当要求帯域を割り当てる。これにより、多数の低遅延従装置は小刻みにデータ信号を送信することができ、全体のパフォーマンスは向上する。一方、低遅延従装置は帯域を要求せず、高遅延従装置が大量の帯域を要求している場合であれば、分割数Ｎを１とし、基本周期の０．２５ミリ秒間隔で帯域割当を行うことで、高遅延従装置は蓄積しているデータを効率よ<送信することができ、やはり全体のパフオーマンスは向上する。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の帯域割当方法は、往復伝搬遅延時間ｌに応じて従装置をグルーピングし、従装置グルーブごとに割当要求信号帯域をまとめて割り当て、まとまった割当要求信号を受信するごとに次回の割当を算出することで、従装置から主装置への上り伝送帯域を効率よく使用しつつ、データ信号送信までの遅れ時間を短くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態によるポイント・マルチポイント通信システムにおける帯域割当方法を説明するためのタイミング図である。
【図２】  ポイント・マルチポイント通信システムの概略構成を示すブロック図である。
【図３】  従来技術１における帯域割当方法を説明するためのタイミング図である。
【図４】  従来技術２における帯域割当方法を説明するためのタイミング図である。
【図５】  従来技術１における非効率な帯域割当を説明するためのタイミング図である。
【図６】  従来技術２における非効率な帯域割当を説明するためのタイミング図である。
【符号の説明】
１…主装置
２…帯域割当部
３…伝送路（光ファイバ）
５ａ〜５ｃ…光ファイバ
６〜８…従装置
【図１】
0003746717.tif 000003
【図２】
0003746717.tif 000004
【図３】
0003746717.tif 000005
【図４】
0003746717.tif 000006
【図５】
0003746717.tif 000007
【図６】
0003746717.tif 000008