JP4196878B2

JP4196878B2 - 通信帯域の割当方法、システム及び装置

Info

Publication number: JP4196878B2
Application number: JP2004144944A
Authority: JP
Inventors: 章松下; 功湯本; 祐一亀澤; 宏志風間
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2024-05-14
Also published as: JP2005328351A

Description

本発明は、衛星通信システムの周波数帯域割当方法、及び前記方法を用いた通信システム及び管理装置に関する。

衛星通信システムにおける周波数帯域割当ての予約としては、終了時刻が指定された予約（以下、スケジュール予約という。）と、終了時刻が指定されない予約（以下、継続予約という。）が提供されている。これら２つの予約方法が混在している場合、周波数帯域が有効に利用できない場合があった。

例えば、チャネル０からチャネル３までの最大４チャネル収容可能な帯域を管理する衛星通信システムにおいて、１チャネルを占有する継続予約とスケジュール予約が交互に４回発生し、チャネル０とチャネル２が継続予約に割り当てられ、チャネル１とチャネル３がスケジュール予約に割り当てられたものとする。チャネル０とチャネル２を占有する継続予約が終了した場合、１チャネルを占有するスケジュール予約が１つおきに配置された、いわゆる“歯抜け”状態となり、この後に２チャネルを占有する継続予約が発生した場合、帯域は２チャネル分空いているにもかかわらず、この継続予約には連続帯域が割り当てられないため、呼損となってしまう。

上記事態を回避するため、スケジュール予約専用の帯域と、継続予約専用の帯域を予め分けておくという手法が提案されている（非特許文献１参照）。

しかし、帯域を予め分けておく手法では、それぞれの予約が発生する割合を予想し、予想した値に基づき、予め帯域を割り当てておく必要があり、実際に発生する予約が予想と反した場合、例えば、予想に反しスケジュール予約が集中した等の場合は、継続予約用の帯域が空いているにもかかわらず、スケジュール予約用の帯域欠如により、帯域を割り当てられない事態が発生し、呼損となるばかりでなく、周波数利用効率も低下する。

また、予約が要求された周波数の帯域により、割当て可能な周波数位置に制約がある場合には、周波数の収容効率は、さらに悪くなることとなる。

例えば、マルチレート／マルチキャリアモデムは、さまざまな帯域幅の１キャリア送信、さまざまな帯域幅の複数キャリアの同時受信を安価に実現した変復調装置であるが、装置構成上、周波数帯域の制約を設けることがあり、これを２^ｎの帯域制約という。２^ｎの帯域制約には、帯域幅制約と配置制約の２種類がある。

図１は、２^ｎの帯域制約の例を示す図である。

帯域幅制約とは、変復調装置に設定しえる帯域は、２のべき乗分の帯域に制限されるというものである。従って、図１に示すように、帯域は１、２、４チャネルの連続帯域に制限され、３チャネルや５チャネルといった帯域は予約できない。

配置制約とは、占有する帯域幅がｎチャネルの場合、配置可能なチャネル位置は、チャネル番号を０からとすると、チャネルｎ×ａ（ａ＝０、１…）からｎチャネル分の帯域に制約されるというものである。図１に示すように、８チャネルを有する帯域に対して、２チャネルの連続帯域は、それぞれチャネル番号０、２、４，６から２チャネル分の帯域にしか割り当てられず、チャネル３とチャネル４の連続２チャネルに割り当てることはできない。同様に４チャネルの連続帯域には、チャネル０〜３又はチャネル４〜７の４チャネル分の帯域には、割当て可能であるが、図１に示すような、チャネル１〜４の４チャネル分の帯域には割り当てることはできない。

菊池、土田、川添、風間、"ダイレクトマルチキャスト衛星通信システム用高効率回線制御プログラムの開発"、電子情報通信学会技術研究報告SAT2002-159、P7-12

マルチレート／マルチキャリアモデムの様に、上記制約のあるモデムを用いた衛星通信システムにおいて、周波数の有効利用のためには、上記制約を考慮して帯域の管理、運用を行う必要があり、単に歯抜けを解消すべく、連続帯域を最大限確保する帯域割当て方式では十分ではない。

従って、本発明は、２^ｎの帯域制約のもと、スケジュール予約と継続予約を混在して扱うことによる歯抜けを極力解消し、空き容量があっても割当て不可となる事態を可能な限り排除する方法を提供することを目的とする。

更に、上記方法に用いる管理装置、及び上記方法を用いた衛星通信システムを提供することも目的とする。

本発明の周波数帯域割当方法によれば、
２^ｎの帯域制約を有する衛星通信システムの新規予約に対する周波数帯域割当方法において、新規予約に終了時刻の指定がある場合、新規予約を配置可能か否かを判定し、配置不可である場合、又は、新規予約に終了時刻の指定がない場合、既に配置した登録済み予約の再配置と、新規予約の配置を行う再配置ステップを実行し、前記再配置ステップは、新規予約の予約期間を、終了時刻の指定のある登録済み予約の予約期間の平均値に基づき拡大することで、新規予約の予約期間を包含する再配置対象期間を算出する第１のステップと、再配置対象期間に一部でもかかる登録済み予約のうち、その開始時刻が新規予約の投入に対する帯域割当処理を行う処理時点より後である登録済み予約を抽出し、抽出した登録済み予約と新規予約を再配置対象予約とする第２のステップと、総ての再配置対象予約を、２^ｎの帯域制約の下で配置可能か否かについて判定する第３のステップとを有し、前記第３のステップにおける判定は、全再配置対象予約を集合Ｕの要素とし、集合Ｕから、帯域幅が一番細く、同一帯域幅である場合には予約期間の一番長い第１の予約を選択し、第１の予約と同一帯域で、予約期間が第１の予約の予約期間内にある第２の予約が存在する場合には、第１の予約と第２の予約を２ ^ｎの帯域制約に従い連続したチャネルに配置して、第１の予約と第２の予約を集合Ｕから除外し、第２の予約が存在しない場合には第１の予約を集合Ｕから除外して集合Ｖの要素に追加することを繰り返し、集合Ｕが空となった後に、集合Ｖに含まれる再配置対象予約を、帯域の細い順に配置することにより行うことを特徴とする。

本発明の周波数帯域割当方法における他の実施形態によれば、
再配置対象期間は、終了時刻の指定のある登録済み予約の予約期間の平均値を求め、新規予約の開始時刻を該平均値に基づく期間だけ早め、かつ、新規予約の終了時刻を該平均値に基づく期間だけ遅らせることにより算出することも好ましい。

本発明におけるスケジュール管理装置によれば、
２^ｎの帯域制約を有する衛星通信システムのスケジュール管理装置において、既に配置を行った登録済み予約についての情報を保持する記憶手段と、新規予約に終了時刻の指定がある場合、新規予約を配置可能か否かを判定し、配置不可である場合、又は、新規予約に終了時刻の指定がない場合、登録済み予約の再配置と、新規予約の配置を行う帯域割当手段とを備えており、登録済み予約の再配置と、新規予約の配置において帯域割当手段は、新規予約の予約期間を、終了時刻の指定のある登録済み予約の予約期間の平均値に基づき拡大することで、新規予約の予約期間を包含する再配置対象期間を算出し、再配置対象期間に一部でもかかる登録済み予約のうち、その開始時刻が新規予約の投入に対する帯域割当処理を行う処理時点より後である登録済み予約を抽出し、抽出した登録済み予約と新規予約を再配置対象予約とし、総ての再配置対象予約を、２^ｎの帯域制約の下で配置可能か否かについて判定し、全再配置対象予約を配置可能か否かの判定は、全再配置対象予約を集合Ｕの要素とし、集合Ｕから、帯域幅が一番細く、同一帯域幅である場合には予約期間の一番長い第１の予約を選択し、第１の予約と同一帯域で、予約期間が第１の予約の予約期間内にある第２の予約が存在する場合には、第１の予約と第２の予約を２ ^ｎの帯域制約に従い連続したチャネルに配置して、第１の予約と第２の予約を集合Ｕから除外し、第２の予約が存在しない場合には第１の予約を集合Ｕから除外して集合Ｖの要素に追加することを繰り返し、集合Ｕが空となった後に、集合Ｖに含まれる再配置対象予約を、帯域の細い順に配置することを特徴とする。

本発明のスケジュール管理装置における他の実施形態によれば、
再配置対象期間は、終了時刻の指定のある登録済み予約の予約期間の平均値を求め、新規予約の開始時刻を該平均値に基づく期間だけ早め、かつ、新規予約の終了時刻を該平均値に基づく期間だけ遅らせることにより算出することも好ましい。

本発明における衛星通信システムによれば、
複数の衛星地球局と、通信衛星と、衛星回線制御装置と、前記スケジュール管理装置からなり、前記スケジュール管理装置は、前記衛星回線制御装置と通信可能であり、前記衛星回線制御装置は、前記スケジュール管理装置からの指示に基づき、前記衛星地球局間の通信に必要なキャリアを、前記通信衛星に設定することを特徴とする。

本発明の周波数帯域割当方法によれば、スケジュール予約と継続予約を混在して扱うことにより生ずる歯抜けを再配置により極力排除し、また再配置処理における予約の選択方法により２^ｎの帯域制約についても極力回避することで、周波数の効率的利用を可能とし、また、スケジュール登録時における呼損の少ない高品質なサービス提供を可能とする。

本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。

図２は、本発明による衛星通信システムの構成図の例である。

図２によると、衛星通信システムは、複数の衛星地球局１と、通信衛星２と、回線制御装置３と、スケジュール管理装置４と、ひとつ以上の予約端末５とを有する。スケジュール管理装置４は、回線制御装置３及び予約端末５と通信可能である。

回線制御装置３は、スケジュール管理装置４からの指示に基づき、衛星地球局１間の通信に必要なキャリアを、通信衛星２経由で設定する機能を有する。予約端末５は、スケジュール管理装置４に、スケジュール予約及び継続予約を投入する機能を有する。

衛星地球局１は、マルチキャリア／マルチレートモデムにより構成されており、かつ、２^ｎの帯域制約を受けているものとする。

スケジュール管理装置４は、通信部４１、帯域割当部４２及び記憶部４３を有する。記憶部４３には、スケジュール予約と継続予約の予約状況についてのデータが保存されている。通信部４１は、予約端末５からの新規予約投入の受付や、衛星回線制御装置３に対する新たな設定指示等、他の装置との通信処理を行う。

帯域割当部４２は、新規予約が投入された場合に、記憶部４３に記憶されている予約状況を参照し、本発明の割当方法に基づき帯域割当処理を行う。また、処理の結果、帯域の割当てが可能であれば予約を受理し、記憶部４３を更新する。割当て不可であれば予約を不受理とする。受理又は不受理は、通信部４１経由で予約端末５に通知する。更に、記憶部４３に記憶されている登録済み予約に基づき、通信衛星２経由で、衛星地球局１間に、新たに設定するキャリアについて必要な情報を、通信部４１経由で衛星回線制御装置３に対し通知する機能も有する。

図３は、本発明の帯域割当方法のフローチャートである。

(S301) 新規予約が投入された場合、まず、前記予約が、継続予約であるか、スケジュール予約であるかを判断する。

(S302, S303) 新規予約がスケジュール予約であり、要求された時間帯に、要求された帯域の空きがある場合は、そのまま割当てを行う。

(S304) 継続予約である場合や、スケジュール予約であるがS302において、割当てができない場合は、登録済である予約の再配置処理を行う。

(S305, S306, S303) 再配置処理の結果、新規予約の割当帯域を確保できた場合は、割当てを行い、確保できなかった場合は、予約を不受理とする。

図４は、再配置処理のフローチャートである。

(S401) まず、後述する方法により再配置処理の処理対象期間を算出する。

(S402) S401で算出された、再配置処理期間内に一部でもかかる予約を抽出し、これらを集合Ｕとする。ただし、処理時点において既に割当てが開始されているものは除く。

(S403) 集合Ｕが空となるまで、S403〜S408の処理を繰り返す。

(S404) 集合Ｕより、最も帯域が細く、最も予約期間が長い予約を、予約Ａとして抽出する。

(S405) 予約Ａと、同一帯域幅で、予約期間が予約Ａの予約期間内に収まっている予約を予約Ｂとして抽出する。

(S406, S407) 予約Ｂが存在する場合は、予約Ａと予約Ｂに含まれる予約を再配置し、前記再配置した予約を予約Ｕから除外する。予約Ａと予約Ｂは、２^ｎの帯域制約に従い、連続したチャネルに配置する。即ち、予約Ａと予約Ｂの合計帯域がｍチャネルの場合、チャネルｍ*ａ（ａ＝０、１、…）から連続して配置することをいう。

(S406, S408) 予約Ｂが存在しない場合は、予約Ａを、単独予約とし、集合Ｖに加え、集合Ｕからは除外する。

(S409) 集合Ｕが空となった後、集合Ｖの各予約を、帯域の細い順に空き帯域に再配置する。

(S410) 集合Ｖの全予約を再配置できた場合は、再配置結果を確定し(S411)、再配置できなかった場合は、これまでの再配置をすべて元に戻す(S412)。

上述した割当処理を図６から図８を用いて説明する。図６によると、それぞれ１チャネルを占有する予約１、予約２及び予約３が既に設定されていて、２チャネルを占有するスケジュール予約が、新規予約として投入されている。新規予約の予約期間は、予約１及び予約２と重なっている。

S302において、新規予約の予約期間すべての時間帯に、２チャネル連続の空きは存在しないため、S304に移行し、再配置処理が行われる。

再配置処理の最初にS401において、再配置対象期間が算出されるが、ここでは図７に示すように、予約１、２、及び３を含む期間として算出されたものとする。従って、S402において、予約１、２、３、及び新規予約が集合Ｕに追加される。

第１回目の反復処理において、帯域が１チャネルと最も細く、予約期間が最も長い予約２が予約ＡとしてS404で抽出される。S405においては、予約Ａとして抽出された予約２と同じ帯域であり、かつ、予約２の予約期間の範囲内に収まっている予約１が予約Ｂとして抽出される。S407において、予約１及び予約２の再配置が行われる。ここではチャネル０とチャネル１の連続帯域に配置を行い、第１回目の反復処理は終了する。この時点で集合Ｕには、予約３と新規予約が残っている。

第２回目の反復処理において、S404で、予約３が予約Ａとして抽出される。予約３と同一帯域幅の予約は存在しないため、S408で予約３は、単独予約として集合Ｖに加えられる。

第３回目の反復処理において、新規予約が単独予約として集合Ｖに加えられ、集合Ｕは空となる。

S409で、集合Ｖに含まれる単独予約の配置を行う。まず、帯域の小さい予約３を配置する。チャネル０には既に予約２が配置されているため、ここではチャネル１に配置する。続いて、チャネル２及びチャネル３の連続２チャネルに、新規予約の配置を行う。図８は、再配置後の予約状況を示す図である。

図５Ａは、再配置処理のS401で行われる、再配置対象期間を算出するフローチャートであり、図５Ｂは再配置対象期間の説明図である。

図５Ｂに示すように、新規予約の開始時刻をＴｓ、終了時刻をＴｅとする。また、再配置対象期間の開始時刻をＴ１、終了時刻をＴ２とする。

(S501) 現在登録されている、スケジュール予約の予約期間の平均値ｔを算出する。

(S502) パラメータＴを、予め設定された整数値Ｎを用い、Ｔ＝Ｎ×tで算出する。予め設定されている整数値Ｎは、運用中に変更可能な値であり、再配置の対象を広げることによる収容効率の増大と、再配置にかかる処理時間の増大との、トレードオフにより決定される。

(S503) Ｔｓ−Ｔの値が、現在の時刻以前となるか否かを判断する。

(S504, S505)再配置対象期間の開始時刻Ｔ１は、Ｔｓ−Ｔが現在の時刻以後となる場合は、Ｔｓ−Ｔであり、現在の時刻以前となる場合は、現時刻とする。

(S506) 再配置対象期間の終了時刻Ｔ２は、Ｔｅ＋Ｔで算出する。

図１は、２^ｎの帯域制限の例を示す図である。本発明による衛星通信システムの例を示す構成図である。図３は、本発明の帯域割当方法のフローチャートである。図４は、再配置処理のフローチャートである。再配置対象期間算出処理のフローチャートである。再配置対象期間の説明図である。本発明による帯域割当方法の例を示す説明図である。本発明による帯域割当方法の例を示す説明図である。本発明による帯域割当方法の例を示す説明図である。

符号の説明

１衛星地球局
２通信衛星
３回線制御装置
４スケジュール管理装置
４１通信部
４２帯域割当部
４３記憶部
５予約端末

Claims

２^ｎの帯域制約を有する衛星通信システムの新規予約に対する周波数帯域割当方法において、
新規予約に終了時刻の指定がある場合、新規予約を配置可能か否かを判定し、配置不可である場合、又は、新規予約に終了時刻の指定がない場合、既に配置した登録済み予約の再配置と、新規予約の配置を行う再配置ステップを実行し、
前記再配置ステップは、
新規予約の予約期間を、終了時刻の指定のある登録済み予約の予約期間の平均値に基づき拡大することで、新規予約の予約期間を包含する再配置対象期間を算出する第１のステップと、
再配置対象期間に一部でもかかる登録済み予約のうち、その開始時刻が新規予約の投入に対する帯域割当処理を行う処理時点より後である登録済み予約を抽出し、抽出した登録済み予約と新規予約を再配置対象予約とする第２のステップと、
総ての再配置対象予約を、２^ｎの帯域制約の下で配置可能か否かについて判定する第３のステップと、
を含み、
前記第３のステップにおける判定は、
全再配置対象予約を集合Ｕの要素とし、集合Ｕから、帯域幅が一番細く、同一帯域幅である場合には予約期間の一番長い第１の予約を選択し、第１の予約と同一帯域で、予約期間が第１の予約の予約期間内にある第２の予約が存在する場合には、第１の予約と第２の予約を２^ｎの帯域制約に従い連続したチャネルに配置して、第１の予約と第２の予約を集合Ｕから除外し、第２の予約が存在しない場合には第１の予約を集合Ｕから除外して集合Ｖの要素に追加することを繰り返し、集合Ｕが空となった後に、集合Ｖに含まれる再配置対象予約を、帯域の細い順に配置することにより行う方法。
再配置対象期間は、終了時刻の指定のある登録済み予約の予約期間の平均値を求め、新規予約の開始時刻を該平均値に基づく期間だけ早め、かつ、新規予約の終了時刻を該平均値に基づく期間だけ遅らせることにより算出することを特徴とする請求項１に記載の方法。
２^ｎの帯域制約を有する衛星通信システムのスケジュール管理装置において、
既に配置を行った登録済み予約についての情報を保持する記憶手段と、
新規予約に終了時刻の指定がある場合、新規予約を配置可能か否かを判定し、配置不可である場合、又は、新規予約に終了時刻の指定がない場合、登録済み予約の再配置と、新規予約の配置を行う帯域割当手段と、
を備えており、
登録済み予約の再配置と、新規予約の配置において帯域割当手段は、
新規予約の予約期間を、終了時刻の指定のある登録済み予約の予約期間の平均値に基づき拡大することで、新規予約の予約期間を包含する再配置対象期間を算出し、再配置対象期間に一部でもかかる登録済み予約のうち、その開始時刻が新規予約の投入に対する帯域割当処理を行う処理時点より後である登録済み予約を抽出し、抽出した登録済み予約と新規予約を再配置対象予約とし、総ての再配置対象予約を、２^ｎの帯域制約の下で配置可能か否かについて判定し、
全再配置対象予約を配置可能か否かの判定は、
全再配置対象予約を集合Ｕの要素とし、集合Ｕから、帯域幅が一番細く、同一帯域幅である場合には予約期間の一番長い第１の予約を選択し、第１の予約と同一帯域で、予約期間が第１の予約の予約期間内にある第２の予約が存在する場合には、第１の予約と第２の予約を２^ｎの帯域制約に従い連続したチャネルに配置して、第１の予約と第２の予約を集合Ｕから除外し、第２の予約が存在しない場合には第１の予約を集合Ｕから除外して集合Ｖの要素に追加することを繰り返し、集合Ｕが空となった後に、集合Ｖに含まれる再配置対象予約を、帯域の細い順に配置することにより行う装置。
再配置対象期間は、終了時刻の指定のある登録済み予約の予約期間の平均値を求め、新規予約の開始時刻を該平均値に基づく期間だけ早め、かつ、新規予約の終了時刻を該平均値に基づく期間だけ遅らせることにより算出することを特徴とする請求項３に記載の装置。
複数の衛星地球局と、通信衛星と、衛星回線制御装置と、請求項３又は４に記載のスケジュール管理装置からなる衛星通信システムにおいて、
前記スケジュール管理装置は、前記衛星回線制御装置と通信可能であり、
前記衛星回線制御装置は、前記スケジュール管理装置からの指示に基づき、前記衛星地球局間の通信に必要なキャリアを、前記通信衛星に設定することを特徴とする衛星通信システム。