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JP3819356B2 - Wireless packet transmission system and method - Google Patents
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JP3819356B2 - Wireless packet transmission system and method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動局からセンタ局方向の回線として複数の周波数チャネルが存在し、かつ、衛星通信のように使用できる周波数チャネルの数に対し移動局の数が多い無線パケット伝送システムに利用する。特に、移動局に公平に周波数チャネルを割り当てる技術、および、高いデータスループットを達成する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
(ALOHA方式)
ALOHA方式は1970年、ハワイ大学のN.Abramsonによって発表された無線パケット通信プロトコルであり、実際にALOHASYSTEMとしてハワイ大学のコンピュータネットワークにおいて用いられた。
【0003】
ALOHA方式を複数の移動局と一つのセンタ局から構成される本発明が対象とするような装置構成に適用した場合には、図5に示すように、各移動局51は、通信開始時に上り方向の通信回線の周波数チャネル6の中からランダムにチャネルを選択し、その要求に応じていつでもパケットを送信できる。そして一定時間内にセンタ局からの確認信号52を受信することによって、送信の成功を認識する。パケットの衝突53が発生した場合はパケットの再送54を行うが、移動局同士の再送パケットが同期しないように再送間隔はランダムに決められる。
【0004】
(ICMA方式)
ICMA(Idle-signal Casting Multiple Access)方式は、ディジタル自動車電話方式で採用されている。ICMA方式をベースに更にデータスループット改善を目指した技術がある(例えば、特許文献1、2、3参照)。これらの技術を本発明が対象とするような装置構成に適用した場合のチャネル割当てのシーケンスを図6に示す。センタ局が上りチャネルの使用状況を監視し、各移動局に空きチャネル情報61をブロードキャストする。移動局62は、センタ局からの空きチャネル情報61を元に空きチャネルにアクセスをし、チャネル予約を行う。
【0005】
具体的なチャネル予約の方法は、移動局62が、通信に要する時間を格納した予約パケット63を送信することで行う。予約パケット63を衝突することなく受け取ったセンタ局2は、移動局62に割当てたチャネル番号を格納したパケット64を返送する、と同時に、通信に要する時間のあいだ、当該チャネルを予約済みとした空きチャネル情報61をブロードキャストする。
【0006】
当該チャネルが予約済みとなった空きチャネル情報61が移動局62に届くまでに遅延があるため、当該チャネルに別の移動局65が移動局62と同じチャネルを用いて予約パケット66を送信する可能性があるが、この場合には、センタ局2は移動局65に別に割当てたチャネル番号を格納したパケット67を返送する。
【0007】
【特許文献1】
特開平10−209956号公報
【特許文献2】
特開2000−341292号公報
【特許文献3】
特開2000−324164号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
無線パケット伝送システムは、使用できる周波数のチャネルの数に制限があるため、同じチャネルに複数の移動局が同時にパケット送信を行う可能性があり、パケットの衝突を完全に無くすことはできない。パケットの衝突は無線空間上でパケットの欠落につながる。
【0009】
従来のALOHA方式では、各移動局は、上り回線のチャネルの中からランダムにチャネルを選択し、パケットを送信する。そしてある一定時間内にセンタ局からの確認信号を受信することによって、送信の成功を認識する。センタ局からの確認信号がない場合には、パケットの衝突を認識する。パケットの衝突が発生した場合はパケットの再送を行うが、移動局同士の再送パケットが同期しないように再送間隔はランダムに決められる。
【0010】
上り回線のチャネルの数に比べ、移動局の数が多い場合は、上り回線にパケットが多く送信されるため、パケットの衝突が多くなる。パケットの衝突が多くなると、再送パケットも多くなるため、さらに多くのパケットが上り回線に送信される悪循環となる。衝突を起こしたパケットは無線空間上で欠落するため、データスループットが低下する。
【0011】
従来のICMA方式では、あらかじめ予約されたチャネルを用いて通信を行うことによって、パケットの衝突の一部分を回避することができる。チャネル予約の具体的な方法としては、移動局内部で発生する通信開始要求をトリガにし、移動局がセンタ局に対し、いったんは未予約チャネルを使って通信に要する時間を格納した予約パケットを送信する。予約パケットを受け取ったセンタ局は、予約の確認パケットを移動局に返す。確認パケットを受け取った移動局は、その後は予約されたチャネルを用いてパケット通信を行う。
【0012】
未予約チャネルに送信される予約パケットは、他の移動局から送信される予約パケットと衝突を起こす可能性があるが、チャネル予約後に送信される通信パケットは、衝突を起こすことはない。一般的に、予約パケットの数は、通信パケットの数に比べると非常に少ないため、ALOHA方式と比較しパケット衝突の量を大幅に軽減することができる。
【0013】
しかし、ICMA方式では、上り回線のチャネルの数に比べ、移動局の数が多い場合は、全てのチャネルが予約済みとなる状況が発生する。この場合には、チャネルの予約を行っている移動局の通信が終了するまでの間、それ以外の移動局は通信の開始を延期することになる。通信開始を延期した移動局は、結果的に、通信の開始から終了までの時間が長くなるため、データスループットが低下する。また、全てのチャネルが予約済みの間は、特定の移動局がチャネルを占有することになり、全ての移動局に公平にチャネル割当てをすることができない。
【0014】
以上のような理由から、使用できる周波数のチャネルの数に対し、移動局の数が非常に多い、衛星通信のようなシステムにALOHA方式を適用させると、上り回線上のパケットが多くなり、パケットの衝突の影響が大きくなり、したがって、データスループットが低下する。また、ICMA方式を適用させると、一部の移動局がチャネルを占有するため、全ての移動局に公平にチャネルを割当てることができない、かつ、チャネルを割当てることができなかった移動局のデータスループットが低下することになる。
【0015】
そこで本発明は、全ての移動局に公平にチャネルを割当てることができ、かつ、全ての移動局が高いデータスループットを得ることができるような、アクセス方式を実現することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、本発明では、複数の移動局と、一つのセンタ局とから構成され、前記移動局と前記センタ局との間で通信を行い、前記移動局から前記センタ局への上り方向の通信回線は、無線周波数を分割し、複数の周波数のチャネルが存在する無線パケット伝送システムにおいて、前記センタ局は、時々刻々と変化していく上り回線のチャネルの使用状況を監視し、前記移動局に対して空きチャネル情報をブロードキャストする、と同時に、時々刻々と変化していくデータスループットを監視し、前記センタ局と前記移動局との間のデータスループットが最高となるように、チャネル解放時間を決定し、前記移動局にチャネル解放時間をブロードキャストし、前記移動局は、ブロードキャストされる上り回線の空きチャネル情報とチャネル解放時間を受け取り、通信開始時に前記空きチャネル情報を元にチャネルを選択し、通信を行う、と同時に、チャネルを選択した後の通信時間が前記チャネル解放時間に達すると、通信を一時中断し、その後、再び前記空きチャネル情報と前記チャネル解放時間を元に通信を再開し、通信の再開と一時中断を繰り返すことを特徴とする。
【0017】
これにより、特定の移動局がチャネルを占有することを回避し、各移動局に公平にチャネルを割当てることができる。この際に、単に、一定時間経過後に、移動局が強制的にチャネルを解放するのではなく、本発明では、センタ局と移動局との間で最もデータスループットが高くなるチャネル解放時間を決定し、このチャネル解放時間で移動局がチャネルを解放するので、通信中の移動局が通信を途中で中断する必要があるが、結果として、データスループットの高い通信を実現することができる。
【0018】
すなわち、本発明の第一の観点は、複数の移動局と一つのセンタ局から構成され、前記移動局と前記センタ局との間で通信を行い、前記移動局から前記センタ局への上り方向の通信回線は、無線周波数を分割し、複数の周波数のチャネルが存在する無線パケット伝送システムである。
【0019】
ここで、本発明の特徴とするところは、前記センタ局は、上り回線のチャネルの使用状況に基づき空きチャネル情報を前記移動局に対してブロードキャストする空きチャネル情報送信手段と、前記センタ局と前記移動局との間のデータスループットが最大となるチャネル解放時間の予測値に基づき前記センタ局と前記移動局との間のチャネル解放時間を決定し前記移動局に対してブロードキャストするチャネル解放時間送信手段とを備え、前記移動局は、ブロードキャストされた前記空きチャネル情報に基づき通信開始に先立ってチャネルを選択する手段と、ブロードキャストされた前記チャネル解放時間に基づき通信中に当該チャネル解放時間に達すると通信を一時中断して再び前記空きチャネル情報に基づきチャネルを再選択する手段とを備えたところにある。
【0020】
前記移動局は、自局と前記センタ局との間のデータスループットを計算して前記センタ局に報告する手段を備え、前記センタ局は、この報告する手段から報告された各移動局におけるデータスループットの情報を蓄積する手段を備え、前記チャネル解放時間送信手段は、前記蓄積する手段に蓄積された前記データスループットの情報に基づき前記センタ局と前記移動局との間のデータスループットとチャネル解放時間との関係を予測するシミュレーションを実行して当該シミュレーション結果に基づき最もデータスループットが高くなるチャネル解放時間を前記移動局に対してブロードキャストする手段を備えることが望ましい。
【0021】
また、前記空きチャネル情報送信手段および前記チャネル解放時間送信手段は、一定時間間隔によりブロードキャストする手段を備えたり、あるいは、前記空きチャネル情報送信手段は、前記センタ局内の空きチャネル情報が変化した直後にブロードキャストする手段を備えることが望ましい。
【0022】
あるいは、前記チャネル解放時間をブロードキャストする手段は、一定時間間隔毎に、前記蓄積する手段に蓄積された情報に基づき前記移動局に対するデータスループットの平均値を計算して平均値が前回平均値を下回っている場合に、前記シミュレーションを実行して当該シミュレーション結果に基づき最もデータスループットが高くなるチャネル解放時間を前記移動局に対してブロードキャストする手段を備えることもできる。
【0023】
これによれば、シミュレーションを実行する条件を限定できるので、処理負荷が高いシミュレーション実行回数を削減し、リソースを有効に利用することができる。
【0024】
本発明の第二の観点は、複数の移動局と一つのセンタ局から構成され、前記移動局と前記センタ局との間で通信を行い、前記移動局から前記センタ局への上り方向の通信回線は、無線周波数を分割し、複数の周波数のチャネルが存在する無線パケット伝送システムに備えられたセンタ局である。
【0025】
ここで、本発明の特徴とするところは、上り回線のチャネルの使用状況に基づき空きチャネル情報を前記移動局に対してブロードキャストする空きチャネル情報送信手段と、自局と前記移動局との間のデータスループットが最大となるチャネル解放時間の予測値に基づき前記センタ局と前記移動局との間のチャネル解放時間を決定し前記移動局に対してブロードキャストするチャネル解放時間送信手段とを備えたところにある。
【0026】
前記移動局から報告された各移動局におけるデータスループットの情報を蓄積する手段を備え、前記チャネル解放時間送信手段は、前記蓄積する手段に蓄積された前記データスループットの情報に基づき自局と前記移動局との間のデータスループットとチャネル解放時間との関係を予測するシミュレーションを実行して当該シミュレーション結果に基づき最もデータスループットが高くなるチャネル解放時間をブロードキャストする手段を備えることが望ましい。
【0027】
また、前記空きチャネル情報送信手段および前記チャネル解放時間送信手段は、一定時間間隔によりブロードキャストする手段を備えたり、あるいは、前記空きチャネル情報送信手段は、自局内の空きチャネル情報が変化した直後にブロードキャストする手段を備えることが望ましい。
【0028】
あるいは、前記チャネル解放時間をブロードキャストする手段は、一定時間間隔毎に、前記蓄積する手段に蓄積された情報に基づき前記移動局に対するデータスループットの平均値を計算して平均値が前回平均値を下回っている場合に、前記シミュレーションを実行して当該シミュレーション結果に基づき最もデータスループットが高くなるチャネル解放時間を前記移動局に対してブロードキャストする手段を備えることもできる。
【0029】
本発明の第三の観点は、複数の移動局と一つのセンタ局から構成され、前記移動局と前記センタ局との間で通信を行い、前記移動局から前記センタ局への上り方向の通信回線は、無線周波数を分割し、複数の周波数のチャネルが存在し、前記センタ局は、上り回線のチャネルの使用状況に基づき空きチャネル情報を前記移動局に対してブロードキャストするとともに、前記センタ局と前記移動局との間のデータスループットが最大となるチャネル解放時間の予測値に基づき前記センタ局と前記移動局との間のチャネル解放時間を決定し前記移動局に対してブロードキャストする無線パケット伝送システムに備えられた移動局である。
【0030】
ここで、本発明の特徴とするところは、ブロードキャストされた前記空きチャネル情報に基づき通信開始に先立ってチャネルを選択する手段と、ブロードキャストされた前記チャネル解放時間に基づき通信中に当該チャネル解放時間に達すると通信を一時中断して再び前記空きチャネル情報に基づきチャネルを再選択する手段とを備えたところにある。
【0031】
自局と前記センタ局との間のデータスループットを計算して前記センタ局に報告する手段を備えることが望ましい。
【0032】
本発明の第四の観点は、複数の移動局と一つのセンタ局から構成され、前記移動局と前記センタ局との間で通信を行い、前記移動局から前記センタ局への上り方向の通信回線は、無線周波数を分割し、複数の周波数のチャネルが存在する無線パケット伝送システムに適用される無線パケット伝送方法である。
【0033】
ここで、本発明の特徴とするところは、前記センタ局は、時々刻々と変化していく上り回線のチャネルの使用状況を監視し、空きチャネル情報を前記移動局に対してブロードキャストする、と同時に、時々刻々と変化していくデータスループットを監視し、前記センタ局と前記移動局との間のデータスループットが最高となるように、チャネル解放時間を決定し、チャネル解放時間を前記移動局に対してブロードキャストし、前記移動局は、ブロードキャストされる上り回線の空きチャネル情報とチャネル解放時間を受け取り、通信開始時に前記空きチャネル情報を元にチャネルを選択し、通信を行う、と同時に、チャネルを選択した後の通信時間が前記チャネル解放時間に達すると、通信を一時中断し、その後、再び前記空きチャネル情報と前記チャネル解放時間を元に通信を再開し、通信の再開と一時中断を繰り返すところにある。
【0034】
前記移動局は、自局と前記センタ局との間のデータスループットを計算して前記センタ局に報告し、前記センタ局は、この報告する手段から報告された各移動局におけるデータスループットの情報を蓄積し、この蓄積された前記データスループットの情報に基づき前記移動局に対するデータスループットとチャネル解放時間との関係を予測するシミュレーションを実行して当該シミュレーション結果に基づき最もデータスループットが高くなるチャネル解放時間を決定して前記移動局に対してブロードキャストすることが望ましい。
【0035】
また、前記空きチャネル情報および前記チャネル解放時間は、一定時間間隔によりブロードキャストされたり、あるいは、前記空きチャネル情報は、前記センタ局内の空きチャネル情報が変化した直後にブロードキャストされることが望ましい。
【0036】
あるいは、一定時間間隔毎に、前記移動局に対するデータスループットの平均値を計算して平均値が前回平均値を下回っている場合に、前記シミュレーションを実行して当該シミュレーション結果に基づき最もデータスループットが高くなるチャネル解放時間を前記移動局に対してブロードキャストすることもできる。
【0037】
【発明の実施の形態】
本発明実施例の無線パケット伝送システムの構成を図1ないし図3を参照して説明する。図1は本実施例の無線パケット伝送システムの全体構成図である。図2は本実施例の移動局のブロック構成図である。図3は本実施例のセンタ局のブロック構成図である。
【0038】
本実施例は、複数の移動局1と一つのセンタ局2から構成され、移動局1とセンタ局2との間で通信を行い、移動局1からセンタ局2への上り方向の通信回線は、無線周波数を分割し、複数の周波数のチャネルが存在する無線パケット伝送システムである。
【0039】
ここで、本実施例の特徴とするところは、センタ局2は、上り回線のチャネルの使用状況に基づき空きチャネル情報を移動局1に対してブロードキャストする空きチャネル情報送信部39と、センタ局2と移動局1との間のデータスループットが最大となるチャネル解放時間の予測値に基づきセンタ局2と移動局1との間のチャネル解放時間を決定し移動局1に対してブロードキャストするチャネル解放時間送信部331とを備え、移動局1は、ブロードキャストされた前記空きチャネル情報に基づき通信開始に先立ってチャネルを選択する予約パケット生成部29と、ブロードキャストされた前記チャネル解放時間に基づき通信中に当該チャネル解放時間に達すると通信を一時中断して再び前記空きチャネル情報に基づきチャネルを再選択するタイマ部26および解放パケット生成部27および予約パケット生成部29とを備えたところにある。
【0040】
移動局1は、自局とセンタ局2との間のデータスループットを計算してセンタ局2に報告する情報パケット生成部225を備え、センタ局2は、この情報パケット生成部225から報告された各移動局1におけるデータスループットの情報を蓄積するスループット記憶部38を備え、チャネル解放時間送信部331は、スループット記憶部38に蓄積された前記データスループットの情報に基づきセンタ局2と移動局1との間のデータスループットとチャネル解放時間との関係を予測するシミュレーションを実行して当該シミュレーション結果に基づき最もデータスループットが高くなるチャネル解放時間をブロードキャストする。
【0041】
また、空きチャネル情報送信部39およびチャネル解放時間送信部331は、一定時間間隔によりブロードキャストしたり、あるいは、空きチャネル情報送信部39は、センタ局2内の空きチャネル情報が変化した直後にブロードキャストする。
【0042】
あるいは、チャネル解放時間送信部331は、一定時間間隔毎に、スループット記憶部38に蓄積された情報に基づき移動局1に対するデータスループットの平均値を計算して平均値が前回平均値を下回っている場合に、前記シミュレーションを実行して当該シミュレーション結果に基づき最もデータスループットが高くなるチャネル解放時間を移動局1に対してブロードキャストする。
【0043】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。本実施例の無線パケット伝送システムは複数の移動局1と一つのセンタ局2と衛星3とから構成されており、センタ局2はGW(ゲートウェイ)4を介してインターネット5に接続されている。移動局1からセンタ局2への上り回線にはFDMA(周波数分割多元接続)を用い、センタ局2から移動局1への下り回線にはTDM(時分割多重)を用いている。
【0044】
次に、本実施例のチャネル割当方法のシーケンスを図4に示す。上り回線の周波数6はチャネル#1からチャネル#Nまで設定されており、チャネルの使用状況に関する情報である空きチャネル情報41とチャネル解放時間42がセンタ局から全移動局にブロードキャストされる。全移動局は、空きチャネル情報41とチャネル解放時間42がブロードキャストされる度に自局内のメモリに上書き保存し、常に最新の空きチャネル情報とチャネル解放時間を持っている。
【0045】
移動局1は通信の開始要求が自局内で発生すると、空きチャネル情報41を元に、チャネルを選択し、選択チャネルに向けて当該移動局に割り振られた移動局番号と選択したチャネル番号とを格納した予約パケット43を送信する。
【0046】
それに対し、センタ局2は、チャネル予約が成功したことを示すために、割当てたチャネル番号44を返信する。当該チャネルが予約済みとなった空きチャネル情報41が移動局1に届くまでに遅延があるため、当該チャネルに別の移動局45が移動局1と同じチャネルを用いて予約パケット49を送信する可能性があるが、この場合には、センタ局2は移動局45に個別に割当てたチャネル番号を格納したパケット4を返送する。
【0047】
その後、移動局1は後続のパケット47については、返信されたチャネル番号44のチャネルを使って送信する。と同時に、移動局1は、自局内でタイマを起動する。その後、タイマが前記チャネル解放時間に達すると、移動局番号と解放するチャネル番号とを格納した解放パケット48を送信した後、通信を中断する。
【0048】
その後、時間間隔を置いた後、再び、空きチャネル情報とチャネル解放時間を元に通信を再開し、通信が終了するまで通信の再開と中継とを繰り返す。また、通信が終了時には、移動局番号とデータスループットの値を格納した情報パケット401を送信する。
【0049】
次に、移動局の詳細な構成を図2に示す。移動局は、自局内で発生したパケットをバッファA21、バッファB22の順番にいったんバッファリングし、その後、変調部23に入力する。変調部23では、パケットを無線信号に変調し、チャネル記憶部24に記憶されているチャネルを用いて、小型アンテナ25から送信する。
【0050】
タイマ部26では、時々刻々とタイマ値を増加している。タイマ値がチャネル解放時間に達した場合には、解放パケット生成部27を通し解放パケットを送信し、タイマ値およびチャネル記憶部24のチャネルをクリヤするとともに、バッファA21から出力するパケットをストップさせる。その後、再びタイマ値をスタートさせ、再送時間に達した後、タイマ値をクリアするとともに、バッファA21から出力するパケットを再スタートさせる。
【0051】
チャネル記憶部24にチャネルが記憶されていない場合は、バッファB22から出力するパケットをストップさせる、と同時に、空きチャネル情報記憶部28に記憶されている空きチャネル情報からチャネルを選択し、選択したチャネルを用いて、予約パケット生成部29を通し予約パケットを変調部23から送信する。その後、センタ局2からのチャネル割当信号であるチャネル番号を受け取り、チャネル記憶部24にチャネルを記憶し、バッファB22から出力するパケットをスタートさせる。
【0052】
復調部221では小型アンテナ25から受信された信号を復調し、パケットの内容がパケット分別部222により解放される。内容が割当られたチャネル番号もしくは空きチャネル情報もしくはチャネル解放時間の場合には、それぞれ、チャネル記憶部24と空きチャネル情報記憶部28とチャネル解放時間記憶部223に記憶させる。
【0053】
情報パケット生成部225では、パケット入出力部224からの通信開始時間と通信終了時間と、送信されたデータ量からデータスループットを計算し、通信終了時に情報パケットを生成し、変調器23を通して送信する。
【0054】
次に、センタ局2の詳細な構成を図3に示す。大型アンテナ31で受信された信号は復調群部32に入力され、移動局からの送信に用いられたチャネルに対応する復調部#K33(Kはチャネル番号で、1からNまでの間の任意の自然数)33で復調され、復調されたパケットは、パケット分別部34を介して、その内容に応じて以下のように分別される。
【0055】
復調されたパケットが、通信パケットの場合は、パケット入出力部35より、センタ局2から外部に取り出される。
【0056】
解放パケットの場合は、チャネル記憶部36から当該チャネルに割り振られた移動局番号を削除する。
【0057】
予約パケットの場合は、チャネル記憶部36において、当該チャネルに移動局番号が記憶されているか判定し、記憶されていない場合には、記憶し、既に別の移動局が記憶されている場合には、未予約のチャネルからチャネルを選択した後、この選択したチャネルと移動局番号の組合せを記憶する、と同時に、チャネル情報送信部37から最終的に選択したチャネル番号をパケットに格納して当該移動局に送信する。
【0058】
情報パケットの場合は、当該移動局番号とデータスループットの値の組合せをスループット記憶部38に記憶する。
【0059】
また、空きチャネル情報送信部39は、チャネル記憶部から未予約のチャネルを検索し、空きチャネル情報を作成し、ある時間間隔で全ての移動局にブロードキャスト送信する。
【0060】
ここで、チャネル解放時間送信部331の役割を述べる前に、チャネル解放時間が本発明に与える効果について述べる。図7は、横軸にチャネル解放時間(sec)をとり、縦軸にデータスループット(kbps)をとり、チャネル解放時間71に対するデータスループットの平均値72の関係を示すシミュレーション結果を示す。上り回線のチャネル数に対する移動局の数の比率73をパラメータとしている。図よりデータスループットが最大値となるような、チャネル解放時間が存在することがわかる。
【0061】
チャネル解放時間が長過ぎると、ある一定時間内にチャネルを取得できない移動局の数が多くなりデータスループットの低下を招き、一方、チャネル解放時間が短過ぎると、移動局のチャネルの取得と解放を繰り返す回数が多くなり、オーバーヘッドの時間がかかるようになり、データスループットの低下を招く。これらの2つの影響が最も少なくなるような、チャネル解放時間に対し、データスループットが最大となる。
【0062】
図8は、横軸に移動局の数をとり、縦軸にデータスループット(kbps)をとり、ALOHA方式とICMA方式と本発明のデータスループットの比較を示す。このように、チャネル解放時間をデータスループットが最大値になるように設定することによって、全ての移動局の数に対して、本発明を用いると常に高いデータスループットが実現される。また、グラフには表していないが、本発明はチャネル解放時間を設けることにより、各移動局が通信を一時中断することになるため、一定時間内でより多くの移動局が上り回線のチャネルを共有することができることは容易に推論できる。
【0063】
チャネル解放時間送信部331は、一定時間間隔毎に、スループット記憶部38から全移動局1に対するデータスループットの平均値を計算し、平均値が前回平均値を下回っている場合は、スループット記憶部38に蓄積されているデータスループットの情報に基づきシミュレーションを実行し、図7に示したデータスループットとチャネル解放時間との関係を認識し、この認識にしたがって、前回送信したチャネル解放時間を変化させ、新たなチャネル解放時間を全ての移動局1に対してブロードキャスト送信する。このようにチャネル解放時間をダイナミックに設定することにより、移動局1全体のデータスループットが最大値となるように自動的に設定されるようになる。なお、チャネル解放時間のブロードキャストは、一定時間間隔により行ってもよいし、あるいは、前記シミュレーションを新たに実行した直後に行ってもよい。
【0064】
また、パケット入出力部35から入力されたパケットは、チャネル情報送信部37および空きチャネル情報送信部39、チャネル解放時間送信部331からのパケットと衝突しないようにパケット送信制御部332で制御され、変調部333で変調された後、大型アンテナ31から送信される。
【0065】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、すべての移動局に公平にチャネルを割当てることができ、かつ、高いデータスループットを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における無線パケット伝送システムの構成を示す図。
【図2】本発明の実施形態における無線パケット伝送システムの移動局の構成を示す図。
【図3】本発明の実施形態における無線パケット伝送システムのセンタ局の構成を示す図。
【図4】本発明の実施形態におけるチャネル予約とチャネル解放のタイミングを示す図。
【図5】ALOHA方式のチャネル予約とチャネル解放のタイミングを示す図。
【図6】ICMA方式のチャネル予約とチャネル解放のタイミングを示す図。
【図7】本発明の実施形態におけるチャネル解放時間とデータスループットとの関係を示す図。
【図8】本発明と従来技術とのデータスループットの比較を示す図。
【符号の説明】
1、45、51、62、65 移動局
2 センタ局
3 衛星
4 GW(ゲートウェイ)
5 インターネット
6 周波数チャネル
21 バッファA
22 バッファB
23 移動局の変調部
24 移動局のチャネル記憶部
25 小型アンテナ
26 タイマ部
27 解放パケット生成部
28 空きチャネル情報記憶部
29 予約パケット生成部
221 移動局の復調部
222 移動局のパケット分別部
223 チャネル解放時間記憶部
224 パケット入出力部
225 情報パケット生成部
31 大型アンテナ
32 復調群部
33 復調部#K
34 パケット分別部
35 パケット入出力部
36 チャネル記憶部
37 チャネル情報送信部
38 スループット記憶部
39 空きチャネル情報送信部
331 チャネル解放時間送信部
332 パケット送信制御部
333 センタ局の変調部
41 ブロードキャストされる本方式の空きチャネル情報
42 ブロードキャストされる本方式のチャネル解放時間
43 本方式の予約パケット
44 本方式の確認信号
46 本方式の移動局45に送信される確認信号
47 本方式の通信パケット
48 本方式の解放パケット
49 本方式の移動局45に送信される予約パケット
401 本方式の情報パケット
52 ALOHA方式の確認信号
53 ALOHA方式のパケット衝突
54 パケット再送
61 ICMA方式の空きチャネル情報
63 ICMA方式の移動局から送信される予約パケット
64 ICMA方式の移動局62に送信される確認信号
66 ICMA方式の移動局65から送信される予約パケット
67 ICMA方式の移動局65に送信される確認信号
71 チャネル解放時間
72 移動局全体のデータスループット平均値
73 移動局と上り回線のチャネル数の比
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is used in a wireless packet transmission system in which a plurality of frequency channels exist as lines from a mobile station to a center station, and the number of mobile stations is larger than the number of frequency channels that can be used as in satellite communication. In particular, the present invention relates to a technology for assigning frequency channels to mobile stations fairly and a technology for achieving high data throughput.
[0002]
[Prior art]
(ALOHA method)
The ALOHA method was established in 1970 by N. A wireless packet communication protocol published by Abramson, which was actually used on the University of Hawaii computer network as ALOHASYSTEM.
[0003]
When the ALOHA method is applied to an apparatus configuration that is the subject of the present invention composed of a plurality of mobile stations and one center station, as shown in FIG. A channel is randomly selected from the frequency channels 6 of the communication line in the direction, and packets can be transmitted at any time according to the request. The success of the transmission is recognized by receiving the confirmation signal 52 from the center station within a predetermined time. When a packet collision 53 occurs, packet retransmission 54 is performed, but the retransmission interval is randomly determined so that the retransmission packets between mobile stations are not synchronized.
[0004]
(ICMA method)
The ICMA (Idle-signal Casting Multiple Access) system is adopted in the digital car phone system. There are technologies aiming at further data throughput improvement based on the ICMA method (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3). FIG. 6 shows a channel assignment sequence when these techniques are applied to an apparatus configuration as the object of the present invention. The center station monitors the usage status of the uplink channel and broadcasts empty channel information 61 to each mobile station. The mobile station 62 accesses a free channel based on the free channel information 61 from the center station and makes a channel reservation.
[0005]
A specific channel reservation method is performed by the mobile station 62 transmitting a reservation packet 63 storing the time required for communication. The center station 2 that has received the reservation packet 63 without colliding returns a packet 64 that stores the channel number assigned to the mobile station 62. At the same time, the center station 2 has reserved the channel for the time required for communication. Broadcast channel information 61.
[0006]
Since there is a delay until the empty channel information 61 for which the channel has been reserved reaches the mobile station 62, another mobile station 65 can transmit the reservation packet 66 to the channel using the same channel as the mobile station 62. In this case, the center station 2 returns a packet 67 storing a channel number separately assigned to the mobile station 65.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-10-209956
[Patent Document 2]
JP 2000-341292 A
[Patent Document 3]
JP 2000-324164 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the wireless packet transmission system, since the number of channels of frequencies that can be used is limited, there is a possibility that a plurality of mobile stations transmit packets simultaneously on the same channel, and packet collision cannot be completely eliminated. Packet collision leads to packet loss in wireless space.
[0009]
In the conventional ALOHA system, each mobile station randomly selects a channel from among uplink channels and transmits a packet. Then, a successful transmission is recognized by receiving a confirmation signal from the center station within a certain period of time. When there is no confirmation signal from the center station, a packet collision is recognized. When a packet collision occurs, the packet is retransmitted, but the retransmission interval is randomly determined so that the retransmitted packets between the mobile stations are not synchronized.
[0010]
When the number of mobile stations is larger than the number of uplink channels, many packets are transmitted on the uplink, and packet collisions increase. When packet collisions increase, the number of retransmitted packets also increases, resulting in a vicious circle in which more packets are transmitted on the uplink. Since the packet causing the collision is lost in the wireless space, the data throughput is reduced.
[0011]
In the conventional ICMA system, a part of packet collision can be avoided by performing communication using a channel reserved in advance. A specific method of channel reservation is triggered by a communication start request generated inside the mobile station, and the mobile station transmits a reservation packet storing the time required for communication to the center station once using an unreserved channel. To do. The center station that has received the reservation packet returns a reservation confirmation packet to the mobile station. The mobile station that has received the confirmation packet thereafter performs packet communication using the reserved channel.
[0012]
A reservation packet transmitted to an unreserved channel may collide with a reservation packet transmitted from another mobile station, but a communication packet transmitted after channel reservation does not collide. In general, the number of reserved packets is very small compared to the number of communication packets, so that the amount of packet collision can be greatly reduced compared to the ALOHA method.
[0013]
However, in the ICMA system, when the number of mobile stations is larger than the number of uplink channels, a situation occurs in which all channels are reserved. In this case, other mobile stations postpone the start of communication until the communication of the mobile station that has reserved the channel is completed. As a result, the mobile station that has postponed the start of communication has a longer time from the start to the end of the communication, resulting in a decrease in data throughput. In addition, while all channels are reserved, a specific mobile station occupies the channel, and channel assignment to all mobile stations cannot be performed fairly.
[0014]
For the above reasons, when the ALOHA method is applied to a system such as satellite communication in which the number of mobile stations is very large relative to the number of usable frequency channels, the number of packets on the uplink increases. The impact of collisions is increased, thus reducing the data throughput. Further, when the ICMA method is applied, since some mobile stations occupy channels, it is impossible to allocate channels fairly to all mobile stations, and the data throughput of mobile stations that cannot allocate channels. Will drop.
[0015]
In view of the above, an object of the present invention is to realize an access scheme in which channels can be allocated fairly to all mobile stations and high data throughput can be obtained for all mobile stations.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention comprises a plurality of mobile stations and one center station, and performs communication between the mobile station and the center station, from the mobile station to the center station. In the wireless packet transmission system in which the uplink communication line is divided into radio frequencies and there are multiple frequency channels, the center station monitors the usage status of the uplink channel that changes every moment. Broadcast the idle channel information to the mobile station, and at the same time, monitor the data throughput that changes from moment to moment so that the data throughput between the center station and the mobile station is the highest. Determine the channel release time and broadcast the channel release time to the mobile station, the mobile station Information and a channel release time are received, a channel is selected based on the empty channel information at the start of communication, and communication is performed. At the same time, when the communication time after selecting the channel reaches the channel release time, the communication is temporarily stopped. Then, the communication is resumed based on the empty channel information and the channel release time, and the communication is resumed and temporarily suspended.
[0017]
As a result, it is possible to avoid that a specific mobile station occupies a channel and to assign a channel to each mobile station fairly. At this time, the mobile station does not forcibly release the channel after a lapse of a certain time, but in the present invention, the channel release time at which the data throughput is highest between the center station and the mobile station is determined. Since the mobile station releases the channel during this channel release time, it is necessary for the mobile station in communication to interrupt the communication, but as a result, communication with high data throughput can be realized.
[0018]
In other words, the first aspect of the present invention is composed of a plurality of mobile stations and one center station, performs communication between the mobile station and the center station, and the upstream direction from the mobile station to the center station The communication line is a wireless packet transmission system that divides a radio frequency and has channels of a plurality of frequencies.
[0019]
Here, a feature of the present invention is that the center station broadcasts empty channel information to the mobile station based on the usage status of an uplink channel, and the center station and the center station Channel release time transmission means for determining a channel release time between the center station and the mobile station based on a predicted value of the channel release time that maximizes the data throughput with the mobile station, and broadcasting to the mobile station The mobile station selects a channel prior to the start of communication based on the broadcast free channel information, and communicates when the channel release time is reached during communication based on the broadcast channel release time. And temporarily re-selecting the channel based on the empty channel information There is in the place with.
[0020]
The mobile station includes means for calculating data throughput between the mobile station and the center station and reporting the data throughput to the center station. The center station reports data throughput in each mobile station reported from the reporting means. The channel release time transmission means includes a data throughput between the center station and the mobile station based on the data throughput information stored in the storage means, and a channel release time. It is desirable to provide a means for executing a simulation for predicting the relationship between the mobile station and broadcasting the channel release time with the highest data throughput to the mobile station based on the simulation result.
[0021]
Further, the idle channel information transmitting means and the channel release time transmitting means comprise means for broadcasting at regular time intervals, or the idle channel information transmitting means immediately after the idle channel information in the center station changes. It is desirable to provide means for broadcasting.
[0022]
Alternatively, the means for broadcasting the channel release time calculates an average value of data throughput for the mobile station based on information accumulated in the means for accumulating at regular time intervals, and the average value falls below the previous average value. In this case, it is possible to provide means for executing the simulation and broadcasting a channel release time at which the data throughput is highest based on the simulation result to the mobile station.
[0023]
According to this, since the conditions for executing the simulation can be limited, it is possible to reduce the number of times the simulation is executed with a high processing load and effectively use the resources.
[0024]
A second aspect of the present invention is composed of a plurality of mobile stations and one center station, performs communication between the mobile station and the center station, and performs upstream communication from the mobile station to the center station. The line is a center station provided in a wireless packet transmission system that divides a radio frequency and has channels of a plurality of frequencies.
[0025]
Here, the feature of the present invention is that the idle channel information transmitting means for broadcasting idle channel information to the mobile station based on the usage status of the uplink channel, and between the mobile station and the own station. Channel release time transmission means for determining a channel release time between the center station and the mobile station based on a predicted value of the channel release time that maximizes data throughput and broadcasting to the mobile station. is there.
[0026]
Means for accumulating data throughput information in each mobile station reported from the mobile station, the channel release time transmitting means and the mobile station based on the data throughput information accumulated in the accumulating means It is desirable to provide means for executing a simulation for predicting the relationship between the data throughput with the station and the channel release time and broadcasting the channel release time at which the data throughput is highest based on the simulation result.
[0027]
Further, the idle channel information transmitting means and the channel release time transmitting means comprise means for broadcasting at regular time intervals, or the idle channel information transmitting means broadcasts immediately after the idle channel information in its own station changes. It is desirable to provide means for
[0028]
Alternatively, the means for broadcasting the channel release time calculates an average value of data throughput for the mobile station based on information accumulated in the means for accumulating at regular time intervals, and the average value falls below the previous average value. In this case, it is possible to provide means for executing the simulation and broadcasting a channel release time at which the data throughput is highest based on the simulation result to the mobile station.
[0029]
A third aspect of the present invention comprises a plurality of mobile stations and one center station, performs communication between the mobile station and the center station, and performs upstream communication from the mobile station to the center station. The channel divides the radio frequency, and there are channels of a plurality of frequencies. The center station broadcasts free channel information to the mobile station based on the usage status of the uplink channel, and the center station A radio packet transmission system that determines a channel release time between the center station and the mobile station based on a predicted value of a channel release time that maximizes data throughput with the mobile station, and broadcasts to the mobile station Is a mobile station.
[0030]
Here, the present invention is characterized in that means for selecting a channel prior to the start of communication based on the broadcast free channel information and the channel release time during communication based on the broadcasted channel release time. Means for temporarily suspending communication once again and reselecting the channel based on the empty channel information again.
[0031]
It is desirable to provide means for calculating the data throughput between the own station and the center station and reporting it to the center station.
[0032]
A fourth aspect of the present invention comprises a plurality of mobile stations and one center station, performs communication between the mobile station and the center station, and performs upstream communication from the mobile station to the center station. A line is a radio packet transmission method applied to a radio packet transmission system in which radio frequencies are divided and channels of a plurality of frequencies exist.
[0033]
Here, a feature of the present invention is that the center station monitors the usage status of the uplink channel that changes from moment to moment, and broadcasts free channel information to the mobile station. The data throughput that changes from moment to moment is monitored, the channel release time is determined so that the data throughput between the center station and the mobile station is the highest, and the channel release time is set to the mobile station. The mobile station receives the vacant channel information and the channel release time of the uplink to be broadcast, selects a channel based on the vacant channel information at the start of communication, performs communication, and simultaneously selects the channel. Communication time after reaching the channel release time, the communication is temporarily suspended, and then the free channel information is again The resume communication based on the channel release time, there is to be repeated interruption of the communication resumption and temporary.
[0034]
The mobile station calculates data throughput between the mobile station and the center station and reports the data throughput to the center station. The center station reports data throughput information of each mobile station reported from the reporting means. Based on the accumulated data throughput information, a simulation is performed to predict the relationship between the data throughput for the mobile station and the channel release time. Based on the simulation result, the channel release time at which the data throughput is highest is obtained. It is desirable to determine and broadcast to the mobile station.
[0035]
The idle channel information and the channel release time may be broadcast at regular time intervals, or the idle channel information may be broadcast immediately after the idle channel information in the center station changes.
[0036]
Alternatively, when the average value of the data throughput for the mobile station is calculated at regular time intervals and the average value is lower than the previous average value, the simulation is executed and the data throughput is highest based on the simulation result. The channel release time can be broadcast to the mobile station.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A configuration of a wireless packet transmission system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a wireless packet transmission system according to the present embodiment. FIG. 2 is a block diagram of the mobile station of this embodiment. FIG. 3 is a block diagram of the center station of this embodiment.
[0038]
This embodiment is composed of a plurality of mobile stations 1 and one center station 2, and performs communication between the mobile station 1 and the center station 2, and the upstream communication line from the mobile station 1 to the center station 2 is A radio packet transmission system in which radio frequencies are divided and channels of a plurality of frequencies exist.
[0039]
Here, the feature of the present embodiment is that the center station 2 has a free channel information transmitting unit 39 that broadcasts free channel information to the mobile station 1 based on the use status of the uplink channel, and the center station 2. Channel release time for determining the channel release time between the center station 2 and the mobile station 1 based on the predicted value of the channel release time that maximizes the data throughput between the mobile station 1 and the mobile station 1 and broadcasting to the mobile station 1 The mobile station 1 includes a reservation packet generator 29 that selects a channel prior to the start of communication based on the broadcast free channel information, and the mobile station 1 during communication based on the broadcast channel release time. When the channel release time is reached, communication is temporarily suspended and the channel is selected again based on the free channel information. It is in place and a timer section 26 and release the packet generating unit 27 and the reservation packet generator 29 that.
[0040]
The mobile station 1 includes an information packet generator 225 that calculates data throughput between the mobile station 1 and the center station 2 and reports the data throughput to the center station 2. The center station 2 is reported from the information packet generator 225. A throughput storage unit 38 for storing data throughput information in each mobile station 1 is provided, and a channel release time transmission unit 331 is based on the data throughput information stored in the throughput storage unit 38, the center station 2, the mobile station 1, A simulation for predicting the relationship between the data throughput and the channel release time is executed, and the channel release time with the highest data throughput is broadcast based on the simulation result.
[0041]
Also, the empty channel information transmission unit 39 and the channel release time transmission unit 331 broadcast at regular time intervals, or the empty channel information transmission unit 39 broadcasts immediately after the empty channel information in the center station 2 changes. .
[0042]
Alternatively, the channel release time transmission unit 331 calculates the average value of the data throughput for the mobile station 1 based on the information accumulated in the throughput storage unit 38 at regular time intervals, and the average value is lower than the previous average value. In this case, the simulation is executed, and the channel release time that provides the highest data throughput is broadcast to the mobile station 1 based on the simulation result.
[0043]
Embodiments of the present invention will be described below. The wireless packet transmission system of the present embodiment is composed of a plurality of mobile stations 1, one center station 2, and a satellite 3, and the center station 2 is connected to the Internet 5 via a GW (gateway) 4. The uplink from the mobile station 1 to the center station 2 uses FDMA (frequency division multiple access), and the downlink from the center station 2 to the mobile station 1 uses TDM (time division multiplexing).
[0044]
Next, FIG. 4 shows a sequence of the channel assignment method of this embodiment. Uplink frequency 6 is set from channel # 1 to channel #N, and vacant channel information 41 and channel release time 42, which are information related to channel usage, are broadcast from the center station to all mobile stations. Every mobile station overwrites and saves in its own memory every time the free channel information 41 and the channel release time 42 are broadcast, and always has the latest free channel information and channel release time.
[0045]
When a communication start request is generated within the mobile station 1, the mobile station 1 selects a channel based on the empty channel information 41, and sets the mobile station number assigned to the mobile station toward the selected channel and the selected channel number. The stored reservation packet 43 is transmitted.
[0046]
On the other hand, the center station 2 returns the assigned channel number 44 to indicate that the channel reservation is successful. Since there is a delay before the free channel information 41 for which the channel has been reserved reaches the mobile station 1, another mobile station 45 can transmit the reservation packet 49 to the channel using the same channel as the mobile station 1. In this case, however, the center station 2 returns a packet 4 in which the channel number individually assigned to the mobile station 45 is stored.
[0047]
Thereafter, the mobile station 1 transmits the subsequent packet 47 using the channel of the returned channel number 44. At the same time, the mobile station 1 starts a timer within itself. Thereafter, when the timer reaches the channel release time, the release packet 48 storing the mobile station number and the channel number to be released is transmitted, and then the communication is interrupted.
[0048]
Thereafter, after a time interval, the communication is resumed again based on the empty channel information and the channel release time, and the resumption of communication and the relay are repeated until the communication is completed. At the end of communication, an information packet 401 storing the mobile station number and the data throughput value is transmitted.
[0049]
Next, the detailed configuration of the mobile station is shown in FIG. The mobile station once buffers the packet generated in its own station in the order of the buffer A 21 and the buffer B 22, and then inputs the packet to the modulation unit 23. The modulation unit 23 modulates the packet into a radio signal and transmits the packet from the small antenna 25 using the channel stored in the channel storage unit 24.
[0050]
In the timer unit 26, the timer value is increased every moment. When the timer value reaches the channel release time, a release packet is transmitted through the release packet generation unit 27, the channel of the timer value and the channel storage unit 24 is cleared, and the packet output from the buffer A21 is stopped. Thereafter, the timer value is started again, and after reaching the retransmission time, the timer value is cleared and the packet output from the buffer A21 is restarted.
[0051]
When the channel is not stored in the channel storage unit 24, the packet output from the buffer B22 is stopped. At the same time, the channel is selected from the free channel information stored in the free channel information storage unit 28, and the selected channel is selected. The reservation packet is transmitted from the modulation unit 23 through the reservation packet generation unit 29. Thereafter, the channel number which is a channel assignment signal from the center station 2 is received, the channel is stored in the channel storage unit 24, and the packet output from the buffer B22 is started.
[0052]
The demodulator 221 demodulates the signal received from the small antenna 25, and the packet contents are released by the packet sorting unit 222. In the case of the assigned channel number, empty channel information, or channel release time, the contents are stored in the channel storage unit 24, the empty channel information storage unit 28, and the channel release time storage unit 223, respectively.
[0053]
The information packet generation unit 225 calculates the data throughput from the communication start time and communication end time from the packet input / output unit 224 and the amount of transmitted data, generates an information packet at the end of communication, and transmits it through the modulator 23. .
[0054]
Next, a detailed configuration of the center station 2 is shown in FIG. A signal received by the large antenna 31 is input to the demodulation group unit 32, and a demodulation unit # K33 (K is a channel number) corresponding to the channel used for transmission from the mobile station. The packet demodulated by the (natural number) 33 is demodulated through the packet sorting unit 34 according to the contents as follows.
[0055]
When the demodulated packet is a communication packet, the packet input / output unit 35 extracts the packet from the center station 2 to the outside.
[0056]
In the case of a release packet, the mobile station number assigned to the channel is deleted from the channel storage unit 36.
[0057]
In the case of a reserved packet, the channel storage unit 36 determines whether or not the mobile station number is stored in the channel. If the mobile station number is not stored, it is stored. If another mobile station is already stored, it is stored. After selecting a channel from the unreserved channels, the combination of the selected channel and the mobile station number is stored, and at the same time, the channel number finally selected from the channel information transmission unit 37 is stored in the packet and the mobile Send to the station.
[0058]
In the case of an information packet, the throughput storage unit 38 stores the combination of the mobile station number and the data throughput value.
[0059]
Also, the empty channel information transmission unit 39 searches for an unreserved channel from the channel storage unit, creates empty channel information, and broadcasts it to all mobile stations at a certain time interval.
[0060]
Here, before describing the role of the channel release time transmission unit 331, the effect of the channel release time on the present invention will be described. FIG. 7 shows a simulation result showing the relationship of the average value 72 of the data throughput with respect to the channel release time 71, with the channel release time (sec) on the horizontal axis and the data throughput (kbps) on the vertical axis. A ratio 73 of the number of mobile stations to the number of uplink channels is used as a parameter. From the figure, it can be seen that there is a channel release time such that the data throughput becomes the maximum value.
[0061]
If the channel release time is too long, the number of mobile stations that cannot acquire a channel within a certain period of time will increase, leading to a decrease in data throughput. The number of repetitions increases, overhead time is required, and data throughput is reduced. Data throughput is maximized relative to channel release time where these two effects are minimized.
[0062]
In FIG. 8, the horizontal axis represents the number of mobile stations, the vertical axis represents the data throughput (kbps), and the ALOHA method, the ICMA method, and the data throughput of the present invention are compared. In this way, by setting the channel release time so that the data throughput becomes the maximum value, a high data throughput is always realized when the present invention is used for the number of all mobile stations. Although not shown in the graph, according to the present invention, since each mobile station temporarily suspends communication by providing a channel release time, more mobile stations can use the uplink channel within a certain time. It can be easily inferred that it can be shared.
[0063]
The channel release time transmission unit 331 calculates the average value of the data throughput for all the mobile stations 1 from the throughput storage unit 38 at regular time intervals. If the average value is lower than the previous average value, the throughput storage unit 38 The simulation is executed based on the data throughput information stored in the data, and the relationship between the data throughput and the channel release time shown in FIG. 7 is recognized. The channel release time is broadcast to all mobile stations 1. As described above, by dynamically setting the channel release time, the data throughput of the entire mobile station 1 is automatically set to the maximum value. Note that the channel release time may be broadcast at regular time intervals or immediately after the simulation is newly executed.
[0064]
The packet input control unit 332 controls the packet input from the packet input / output unit 35 so that it does not collide with the packets from the channel information transmission unit 37, the empty channel information transmission unit 39, and the channel release time transmission unit 331. After being modulated by the modulation unit 333, it is transmitted from the large antenna 31.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, channels can be allocated fairly to all mobile stations, and high data throughput can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wireless packet transmission system in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a mobile station of the wireless packet transmission system in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a center station of the wireless packet transmission system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing channel reservation timing and channel release timing in the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating the timing of ALOHA channel reservation and channel release.
FIG. 6 is a diagram showing the timing of ICMA channel reservation and channel release.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between channel release time and data throughput in the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a comparison of data throughput between the present invention and the prior art.
[Explanation of symbols]
1, 45, 51, 62, 65 Mobile station
2 Center station
3 satellites
4 GW (gateway)
5 Internet
6 Frequency channel
21 Buffer A
22 Buffer B
23 Modulator of mobile station
24 Mobile station channel storage
25 Small antenna
26 Timer section
27 Release packet generator
28 Free channel information storage unit
29 Reserved packet generator
221 Demodulator of mobile station
222 Packet sorting part of mobile station
223 channel release time storage unit
224 packet input / output unit
225 Information packet generator
31 Large antenna
32 Demodulation group
33 Demodulator #K
34 Packet sorting part
35 Packet input / output section
36 channel storage
37 Channel information transmitter
38 Throughput storage
39 Free channel information transmitter
331 Channel release time transmitter
332 Packet transmission control unit
333 Modulator of center station
41 Free channel information of this system to be broadcast
42 Channel release time for this method to be broadcast
43 Reservation packet of this method
44 Confirmation signal of this system
46 Confirmation signal transmitted to mobile station 45 of this system
47 Communication packet of this method
48 Release packet of this system
49 Reserved packet transmitted to mobile station 45 of this system
401 Information packet of this method
52 ALOHA confirmation signal
53 ALOHA packet collision
54 packet retransmission
61 ICMA free channel information
63 Reserved packet transmitted from ICMA mobile station
64 Confirmation signal transmitted to ICMA type mobile station 62
66 Reserved packet transmitted from ICMA mobile station 65
67 Confirmation signal transmitted to mobile station 65 of ICMA system
71 channel release time
72 Average data throughput of the entire mobile station
73 Ratio of channel number between mobile station and uplink

Claims (17)

複数の移動局と一つのセンタ局から構成され、前記移動局と前記センタ局との間で通信を行い、前記移動局から前記センタ局への上り方向の通信回線は、無線周波数を分割し、複数の周波数のチャネルが存在する無線パケット伝送システムにおいて、
前記センタ局は、
上り回線のチャネルの使用状況に基づき空きチャネル情報を前記移動局に対してブロードキャストする空きチャネル情報送信手段と、
前記センタ局と前記移動局との間のデータスループットが最大となるチャネル解放時間の予測値に基づき前記センタ局と前記移動局との間のチャネル解放時間を決定し前記移動局に対してブロードキャストするチャネル解放時間送信手段と
を備え、
前記移動局は、
ブロードキャストされた前記空きチャネル情報に基づき通信開始に先立ってチャネルを選択する手段と、
ブロードキャストされた前記チャネル解放時間に基づき通信中に当該チャネル解放時間に達すると通信を一時中断して再び前記空きチャネル情報に基づきチャネルを再選択する手段と
を備えたことを特徴とする無線パケット伝送システム。
It is composed of a plurality of mobile stations and one center station, and performs communication between the mobile station and the center station, and an uplink communication line from the mobile station to the center station divides a radio frequency, In a wireless packet transmission system having multiple frequency channels,
The center station
Free channel information transmitting means for broadcasting free channel information to the mobile station based on the usage status of uplink channels;
A channel release time between the center station and the mobile station is determined based on a predicted value of the channel release time that maximizes the data throughput between the center station and the mobile station, and is broadcast to the mobile station. A channel release time transmission means,
The mobile station
Means for selecting a channel prior to the start of communication based on the broadcast free channel information;
Radio packet transmission comprising: means for temporarily suspending communication when the channel release time is reached during communication based on the broadcasted channel release time and reselecting a channel again based on the free channel information system.
前記移動局は、自局と前記センタ局との間のデータスループットを計算して前記センタ局に報告する手段を備え、
前記センタ局は、この報告する手段から報告された各移動局におけるデータスループットの情報を蓄積する手段を備え、
前記チャネル解放時間送信手段は、
前記蓄積する手段に蓄積された前記データスループットの情報に基づき前記センタ局と前記移動局との間のデータスループットとチャネル解放時間との関係を予測するシミュレーションを実行して当該シミュレーション結果に基づき最もデータスループットが高くなるチャネル解放時間を前記移動局に対してブロードキャストする手段を備えた
請求項1記載の無線パケット伝送システム。
The mobile station comprises means for calculating data throughput between the mobile station and the center station and reporting to the center station,
The center station includes means for storing data throughput information in each mobile station reported from the means for reporting,
The channel release time transmitting means includes
Based on the data throughput information stored in the storage means, a simulation is performed to predict the relationship between the data throughput and the channel release time between the center station and the mobile station, and the most data based on the simulation result. 2. The radio packet transmission system according to claim 1, further comprising means for broadcasting a channel release time for increasing the throughput to the mobile station.
前記空きチャネル情報送信手段および前記チャネル解放時間送信手段は、一定時間間隔によりブロードキャストする手段を備えた請求項1記載の無線パケット伝送システム。2. The wireless packet transmission system according to claim 1, wherein said idle channel information transmission means and said channel release time transmission means comprise means for broadcasting at regular time intervals. 前記空きチャネル情報送信手段は、前記センタ局内の空きチャネル情報が変化した直後にブロードキャストする手段を備えた請求項1記載の無線パケット伝送システム。2. The wireless packet transmission system according to claim 1, wherein said vacant channel information transmitting means comprises means for broadcasting immediately after vacant channel information in said center station changes. 前記チャネル解放時間をブロードキャストする手段は、一定時間間隔毎に、前記蓄積する手段に蓄積された情報に基づき前記移動局に対するデータスループットの平均値を計算して平均値が前回平均値を下回っている場合に、前記シミュレーションを実行して当該シミュレーション結果に基づき最もデータスループットが高くなるチャネル解放時間を前記移動局に対してブロードキャストする手段を備えた請求項2記載の無線パケット伝送システム。The means for broadcasting the channel release time calculates an average value of data throughput for the mobile station based on information accumulated in the means for accumulating at regular time intervals, and the average value is lower than the previous average value. 3. The wireless packet transmission system according to claim 2, further comprising means for executing the simulation and broadcasting a channel release time at which the data throughput is highest based on the simulation result to the mobile station. 複数の移動局と一つのセンタ局から構成され、前記移動局と前記センタ局との間で通信を行い、前記移動局から前記センタ局への上り方向の通信回線は、無線周波数を分割し、複数の周波数のチャネルが存在する無線パケット伝送システムに備えられたセンタ局において、
上り回線のチャネルの使用状況に基づき空きチャネル情報を前記移動局に対してブロードキャストする空きチャネル情報送信手段と、
自局と前記移動局との間のデータスループットが最大となるチャネル解放時間の予測値に基づき前記センタ局と前記移動局との間のチャネル解放時間を決定し前記移動局に対してブロードキャストするチャネル解放時間送信手段と
を備えたことを特徴とするセンタ局。
It is composed of a plurality of mobile stations and one center station, and performs communication between the mobile station and the center station, and an uplink communication line from the mobile station to the center station divides a radio frequency, In a center station provided in a wireless packet transmission system in which channels of a plurality of frequencies exist,
Free channel information transmitting means for broadcasting free channel information to the mobile station based on the usage status of uplink channels;
A channel for determining the channel release time between the center station and the mobile station based on the predicted value of the channel release time that maximizes the data throughput between the mobile station and the mobile station, and broadcasting to the mobile station A center station comprising release time transmission means.
前記移動局から報告された各移動局におけるデータスループットの情報を蓄積する手段を備え、
前記チャネル解放時間送信手段は、
前記蓄積する手段に蓄積された前記データスループットの情報に基づき自局と前記移動局との間のデータスループットとチャネル解放時間との関係を予測するシミュレーションを実行して当該シミュレーション結果に基づき最もデータスループットが高くなるチャネル解放時間を前記移動局に対してブロードキャストする手段を備えた
請求項6記載のセンタ局。
Means for storing data throughput information in each mobile station reported from the mobile station;
The channel release time transmitting means includes
Based on the data throughput information stored in the storage means, a simulation for predicting the relationship between the data throughput between the mobile station and the mobile station and the channel release time is performed, and the data throughput is determined based on the simulation result. 7. The center station according to claim 6, further comprising means for broadcasting to the mobile station a channel release time at which the time becomes higher.
前記空きチャネル情報送信手段および前記チャネル解放時間送信手段は、一定時間間隔によりブロードキャストする手段を備えた請求項6記載のセンタ局。7. The center station according to claim 6, wherein said vacant channel information transmission means and said channel release time transmission means comprise means for broadcasting at regular time intervals. 前記空きチャネル情報送信手段は、自局内の空きチャネル情報が変化した直後にブロードキャストする手段を備えた請求項6記載のセンタ局。7. The center station according to claim 6, wherein said vacant channel information transmitting means comprises means for broadcasting immediately after vacant channel information in the own station changes. 前記チャネル解放時間をブロードキャストする手段は、一定時間間隔毎に、前記蓄積する手段に蓄積された情報に基づき前記移動局に対するデータスループットの平均値を計算して平均値が前回平均値を下回っている場合に、前記シミュレーションを実行して当該シミュレーション結果に基づき最もデータスループットが高くなるチャネル解放時間を前記移動局に対してブロードキャストする手段を備えた請求項7記載のセンタ局。The means for broadcasting the channel release time calculates an average value of data throughput for the mobile station based on information accumulated in the means for accumulating at regular time intervals, and the average value is lower than the previous average value. The center station according to claim 7, further comprising means for executing the simulation and broadcasting to the mobile station a channel release time at which the data throughput is highest based on the simulation result. 複数の移動局と一つのセンタ局から構成され、前記移動局と前記センタ局との間で通信を行い、前記移動局から前記センタ局への上り方向の通信回線は、無線周波数を分割し、複数の周波数のチャネルが存在し、前記センタ局は、上り回線のチャネルの使用状況に基づき空きチャネル情報を前記移動局に対してブロードキャストするとともに、前記センタ局と前記移動局との間のデータスループットが最大となるチャネル解放時間の予測値に基づき前記センタ局と前記移動局との間のチャネル解放時間を決定し前記移動局に対してブロードキャストする無線パケット伝送システムに備えられた移動局において、
ブロードキャストされた前記空きチャネル情報に基づき通信開始に先立ってチャネルを選択する手段と、
ブロードキャストされた前記チャネル解放時間に基づき通信中に当該チャネル解放時間に達すると通信を一時中断して再び前記空きチャネル情報に基づきチャネルを再選択する手段と
を備えたことを特徴とする移動局。
It is composed of a plurality of mobile stations and one center station, and performs communication between the mobile station and the center station, and an uplink communication line from the mobile station to the center station divides a radio frequency, There are multiple frequency channels, and the center station broadcasts free channel information to the mobile station based on the usage status of uplink channels, and the data throughput between the center station and the mobile station In a mobile station provided in a wireless packet transmission system for determining a channel release time between the center station and the mobile station based on a predicted value of a channel release time at which the maximum is released and broadcasting to the mobile station,
Means for selecting a channel prior to the start of communication based on the broadcast free channel information;
A mobile station, comprising: means for temporarily suspending communication when the channel release time is reached during communication based on the broadcasted channel release time, and reselecting a channel again based on the free channel information.
自局と前記センタ局との間のデータスループットを計算して前記センタ局に報告する手段を備えた請求項11記載の移動局。12. The mobile station according to claim 11, further comprising means for calculating data throughput between the own station and the center station and reporting the data throughput to the center station. 複数の移動局と一つのセンタ局から構成され、前記移動局と前記センタ局との間で通信を行い、前記移動局から前記センタ局への上り方向の通信回線は、無線周波数を分割し、複数の周波数のチャネルが存在する無線パケット伝送システムに適用される無線パケット伝送方法において、
前記センタ局は、時々刻々と変化していく上り回線のチャネルの使用状況を監視し、空きチャネル情報を前記移動局に対してブロードキャストする、と同時に、時々刻々と変化していくデータスループットを監視し、前記センタ局と前記移動局との間のデータスループットが最高となるように、チャネル解放時間を決定し、チャネル解放時間を前記移動局に対してブロードキャストし、前記移動局は、ブロードキャストされる上り回線の空きチャネル情報とチャネル解放時間を受け取り、通信開始時に前記空きチャネル情報を元にチャネルを選択し、通信を行う、と同時に、チャネルを選択した後の通信時間が前記チャネル解放時間に達すると、通信を一時中断し、その後、再び前記空きチャネル情報と前記チャネル解放時間を元に通信を再開し、通信の再開と一時中断を繰り返す
ことを特徴とする無線パケット伝送方法。
It is composed of a plurality of mobile stations and one center station, and performs communication between the mobile station and the center station, and an uplink communication line from the mobile station to the center station divides a radio frequency, In a wireless packet transmission method applied to a wireless packet transmission system in which channels of a plurality of frequencies exist,
The center station monitors the usage status of the uplink channel that changes from moment to moment, broadcasts free channel information to the mobile station, and simultaneously monitors the data throughput that changes from moment to moment. The channel release time is determined so that the data throughput between the center station and the mobile station is maximized, and the channel release time is broadcast to the mobile station, and the mobile station is broadcast. Receives uplink idle channel information and channel release time, selects a channel based on the idle channel information at the start of communication, and performs communication. At the same time, the communication time after selecting the channel reaches the channel release time. Then, the communication is temporarily interrupted, and then the communication is resumed based on the empty channel information and the channel release time again. Wireless packet transmission method characterized by, and repeated interruption of communication resumption and temporary.
前記移動局は、自局と前記センタ局との間のデータスループットを計算して前記センタ局に報告し、前記センタ局は、この報告された各移動局におけるデータスループットの情報を蓄積し、この蓄積された前記データスループットの情報に基づき前記移動局に対するデータスループットとチャネル解放時間との関係を予測するシミュレーションを実行して当該シミュレーション結果に基づき最もデータスループットが高くなるチャネル解放時間を決定して前記移動局に対してブロードキャストする
請求項13記載の無線パケット伝送方法。
The mobile station calculates data throughput between the mobile station and the center station, and reports the data throughput to the center station. The center station accumulates data throughput information for each of the reported mobile stations. Based on the accumulated data throughput information, a simulation for predicting the relationship between the data throughput and the channel release time for the mobile station is performed, and the channel release time with the highest data throughput is determined based on the simulation result, The radio packet transmission method according to claim 13, which broadcasts to a mobile station.
前記空きチャネル情報および前記チャネル解放時間は、一定時間間隔によりブロードキャストされる請求項13記載の無線パケット伝送方法。The radio packet transmission method according to claim 13, wherein the idle channel information and the channel release time are broadcast at regular time intervals. 前記空きチャネル情報は、前記センタ局内の空きチャネル情報が変化した直後にブロードキャストされる請求項13記載の無線パケット伝送方法。The wireless packet transmission method according to claim 13, wherein the idle channel information is broadcast immediately after the idle channel information in the center station changes. 一定時間間隔毎に、前記移動局に対するデータスループットの平均値を計算して平均値が前回平均値を下回っている場合に、前記シミュレーションを実行して当該シミュレーション結果に基づき最もデータスループットが高くなるチャネル解放時間を前記移動局に対してブロードキャストする請求項14記載の無線パケット伝送方法。When the average value of the data throughput for the mobile station is calculated at regular time intervals and the average value is lower than the previous average value, the simulation is executed and the channel with the highest data throughput based on the simulation result The radio packet transmission method according to claim 14, wherein a release time is broadcast to the mobile station.
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