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JP7095005B2 - Satellite communication system and satellite communication method - Google Patents
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Description

特許法第30条第2項適用 (1)発行者名:一般社団法人電子情報通信学会、刊行物名:IEICE Communications Express、巻数、号数:Vol.8,No.9、発行年月日:令和1年6月14日 (2)開催日:令和1年6月18日、集会名:第32回宇宙技術および科学の国際シンポジウム(ISTS2019福井大会)、開催場所:福井県民ホール アオッサApplication of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act (1) Issuer name: Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Publication name: IEICE Communications Expressions, Volume, Issue number: Vol. 8, No. 9. Date of issue: June 14, 1st year of Reiwa (2) Date: June 18, 1st year of Reiwa, Meeting name: 32nd International Symposium on Space Technology and Science (ISTS2019 Fukui Convention), held Location: Fukui Prefectural Hall Aossa

本発明は、人工衛星を介して、端末と地上の基地局とが通信する衛星通信システム及び衛星通信方法に関する。 The present invention relates to a satellite communication system and a satellite communication method in which a terminal and a base station on the ground communicate with each other via an artificial satellite.

現代において、無線通信は、産業、日常生活において欠かせないインフラである。スマートフォンに代表される無線端末数は、IoT等の普及により、人口の数倍以上に増加している。この状況下で、限られた数の基地局でこれらの端末がネットワークに接続し、データ通信を行うために、様々な無線アクセス方式が提案されている。端末と基地局間で通信するアクセス方式に加えて、端末が人工衛星を介して、基地局と通信する衛星アクセス方式が知られている。 In modern times, wireless communication is an indispensable infrastructure in industry and daily life. The number of wireless terminals represented by smartphones has increased more than several times the population due to the spread of IoT and the like. Under this circumstance, various wireless access methods have been proposed for these terminals to connect to a network and perform data communication with a limited number of base stations. In addition to the access method for communicating between the terminal and the base station, a satellite access method in which the terminal communicates with the base station via an artificial satellite is known.

衛星を介さないアクセス方式では、端末が定期的に端末内部の送信バッファに貯まったデータ量をバッファ状態レポート(BSR:Buffer Status Report)として、アップリンク制御チャネルで基地局に通知する(特許文献1参照)。基地局は、受信したBSRに基づいて、端末に割り当てるリソースを決定し、ダウンリンクの制御チャネルで基地局が端末に通知する。この方式は衛星アクセス方式への適用が検討、研究されている。 In the access method that does not go through the satellite, the terminal periodically notifies the base station of the amount of data stored in the transmission buffer inside the terminal as a buffer status report (BSR) via the uplink control channel (Patent Document 1). reference). The base station determines the resources to be allocated to the terminal based on the received BSR, and the base station notifies the terminal on the downlink control channel. The application of this method to the satellite access method is being studied and studied.

米国特許第8391150号明細書US Pat. No. 8,391,150

しかしながら、衛星アクセス方式の場合には、端末が、人工衛星を介して、基地局と通信するので、制御パケットが端末と基地局とを往復するのに約480msecの時間を要する。この往復時間のために、基地局が、割り当てたリソース情報を端末が受信した場合、端末では、割り当てられたリソースが適切ではなく、リソースの過不足が発生する場合がある。 However, in the case of the satellite access method, since the terminal communicates with the base station via the artificial satellite, it takes about 480 msec for the control packet to go back and forth between the terminal and the base station. Due to this round-trip time, when the terminal receives the resource information allocated by the base station, the allocated resources may not be appropriate at the terminal, and excess or deficiency of resources may occur.

本発明は、上記の課題を考慮してなされたものであって、衛星アクセス方式において、アップリンクトラフィックにおける遅延時間の短縮できる衛星通信システム、衛星通信方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and an object of the present invention is to provide a satellite communication system and a satellite communication method capable of shortening a delay time in uplink traffic in a satellite access method.

本発明に係る衛星通信システムは、人工衛星を介して、端末と地上の基地局とが通信する衛星通信システムであって、前記端末は、送信するアップリンクデータを一次的にバッファリングする端末データ送信バッファ部と、前記アップリンクデータのパケットが所定時間内に流入する流入量を計測するアップリンクトラフィック計測部と、計測した前記流入量が記録されたBSR(Buffer Status Report)を含む制御メッセージを生成するBSR送信部と、前記基地局から送信された無線フレームを受信する端末無線フレーム受信部と、受信した前記無線フレームからアップリンクリソース割当情報を取得するリソース割当部と、バッファリングした前記アップリンクデータと、生成した前記制御メッセージと、を含む無線フレームを、取得したアップリンクリソース割当情報に基づいて前記基地局に送信する端末無線フレーム送信部と、を備え、前記基地局は、受信した前記無線フレームを、前記アップリンクデータと前記制御メッセージに分離する基地局無線フレーム受信部と、分離した前記アップリンクデータを一次的にバッファリングする基地局データ送信バッファ部と、分離した前記制御メッセージから前記BSRを取得するBSR受信部と、取得した前記BSRに基づいて、アップリンクリソース割当情報を生成するスケジューリング部と、生成した前記アップリンクリソース割当情報と、ダウンリンクデータとを含む無線フレームを、前記端末に送信する基地局無線フレーム送信部と、を備えることを特徴とする。 The satellite communication system according to the present invention is a satellite communication system in which a terminal and a base station on the ground communicate with each other via an artificial satellite, and the terminal is terminal data that temporarily buffers uplink data to be transmitted. A control message including a transmission buffer unit, an uplink traffic measurement unit that measures the inflow amount of the uplink data packet flowing in within a predetermined time, and a BSR (Buffer Status Report) in which the measured inflow amount is recorded . The generated BSR transmitter, the terminal radio frame receiver that receives the radio frame transmitted from the base station, the resource allocation unit that acquires the uplink resource allocation information from the received radio frame, and the buffered upload. The base station includes a terminal radio frame transmission unit that transmits the radio frame including the link data and the generated control message to the base station based on the acquired uplink resource allocation information, and the base station has received the link data. A base station radio frame receiving unit that separates the radio frame into the uplink data and the control message, a base station data transmission buffer unit that temporarily buffers the separated uplink data, and the separated control message. A radio frame including a BSR receiving unit that acquires the BSR from, a scheduling unit that generates uplink resource allocation information based on the acquired BSR, the generated uplink resource allocation information, and downlink data. , A base station radio frame transmission unit for transmitting to the terminal.

前記衛星通信システムにおいて、前記スケジューリング部は、取得した前記BSRに基づいて、前記アップリンクデータのトラフィック量についての移動平均を算出するトラフィック量移動平均算出部と、算出した移動平均トラフィック量に基づいて、アップリンクリソース割当量を算出するPID制御部と、算出したアップリンクリソース割当量に基づいて、リソースブロックを割り当てるリソースブロック割当決定部と、を有し、前記リソースブロック割当決定部は、前記アップリンクリソース割当量を含む前記アップリンクリソース割当情報を前記基地局無線フレーム送信部に送信することを特徴とする。 In the satellite communication system, the scheduling unit is based on the traffic amount moving average calculation unit that calculates the moving average of the traffic amount of the uplink data based on the acquired BSR, and the calculated moving average traffic amount. , A PID control unit that calculates the uplink resource allocation amount, and a resource block allocation determination unit that allocates resource blocks based on the calculated uplink resource allocation amount, and the resource block allocation determination unit is the up. It is characterized in that the uplink resource allocation information including the link resource allocation amount is transmitted to the base station radio frame transmission unit.

本発明に係る衛星通信方法は、人工衛星を介して、端末と地上の基地局とが通信する衛星通信方法であって、前記端末内では、送信するアップリンクデータを一次的にバッファリングする工程と、前記アップリンクデータのパケットが所定時間内に流入する流入量を計測する工程と、計測した前記流入量が記録されたBSR(Buffer Status Report)を含む制御メッセージを生成する工程と、前記基地局から送信された無線フレームを受信する工程と、受信した前記無線フレームからアップリンクリソース割当情報を取得する工程と、バッファリングした前記アップリンクデータと、生成した前記制御メッセージと、を含む無線フレームを、取得したアップリンクリソース割当情報に基づいて前記基地局に送信する工程と、を備え、前記基地局内では、受信した前記無線フレームを、前記アップリンクデータと前記制御メッセージに分離する工程と、分離した前記アップリンクデータを一次的にバッファリングする工程と、分離した前記制御メッセージから前記BSRを取得する工程と、取得した前記BSRに基づいて、アップリンクリソース割当情報を生成する工程と、生成した前記アップリンクリソース割当情報と、ダウンリンクデータとを含む無線フレームを、前記端末に送信する工程と、を備えることを特徴とする。 The satellite communication method according to the present invention is a satellite communication method in which a terminal and a base station on the ground communicate with each other via an artificial satellite, and a step of temporarily buffering uplink data to be transmitted in the terminal. A step of measuring the inflow amount of the uplink data packet flowing in within a predetermined time, a step of generating a control message including a BSR (Buffer Status Report) in which the measured inflow amount is recorded, and the base. A radio frame including a step of receiving a radio frame transmitted from a station, a step of acquiring uplink resource allocation information from the received radio frame, the buffered uplink data, and the generated control message. Is provided to the base station based on the acquired uplink resource allocation information, and within the base station, the received radio frame is separated into the uplink data and the control message. A step of temporarily buffering the separated uplink data, a step of acquiring the BSR from the separated control message, and a step of generating uplink resource allocation information based on the acquired BSR, and generation. It is characterized by comprising a step of transmitting a radio frame including the uplink resource allocation information and the downlink data to the terminal.

前記衛星通信方法において、前記アップリンクリソース割当情報を生成する工程は、取得した前記BSRに基づいて、前記アップリンクデータのトラフィック量についての移動平均を算出工程と、算出した移動平均トラフィック量に基づいて、アップリンクリソース割当量を算出する工程と、算出したアップリンクリソース割当量に基づいて、リソースブロックを割り当てる工程と、を有し、前記アップリンクリソース割当量を含む前記アップリンクリソース割当情報を前記端末に送信することを特徴とする。 In the satellite communication method, the step of generating the uplink resource allocation information is based on the step of calculating the moving average of the traffic amount of the uplink data and the calculated moving average traffic amount based on the acquired BSR. The uplink resource allocation information including the uplink resource allocation amount is included in the process of calculating the uplink resource allocation amount and the process of allocating a resource block based on the calculated uplink resource allocation amount. It is characterized by transmitting to the terminal.

本発明の衛星通信システム、衛星通信方法では、衛星アクセス方式において、UDPベース、TCPベースのアップリンクトラフィックにおける遅延時間の短縮を図ることができる。 In the satellite communication system and the satellite communication method of the present invention, it is possible to reduce the delay time in UDP-based and TCP-based uplink traffic in the satellite access method.

本発明の実施形態に係る衛星通信システムの説明図である。It is explanatory drawing of the satellite communication system which concerns on embodiment of this invention. 端末の処理手順の説明図である。It is explanatory drawing of the processing procedure of a terminal. 基地局の処理手順の説明図である。It is explanatory drawing of the processing procedure of a base station. UDP通信おける衛星通信システムによる遅延時間に関するシミュレーション結果を示す図であるIt is a figure which shows the simulation result about the delay time by the satellite communication system in UDP communication. 図5Aは、UDP通信における遅延時間に関するシミュレーション結果である比較例1を示す図であり、図5Bは、UDP通信における遅延時間に関するシミュレーション結果である比較例2を示す図である。FIG. 5A is a diagram showing Comparative Example 1 which is a simulation result regarding a delay time in UDP communication, and FIG. 5B is a diagram showing Comparative Example 2 which is a simulation result regarding a delay time in UDP communication. UDP通信における遅延時間に関するシミュレーション結果である比較例3を示す図である。It is a figure which shows the comparative example 3 which is the simulation result about the delay time in UDP communication. TCP通信における衛星通信システムと比較例4、比較例5、比較例6の遅延時間に関するシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result about the satellite communication system in TCP communication, and the delay time of Comparative Example 4, Comparative Example 5, and Comparative Example 6.

<衛星通信システム10の構成>
以下に、本発明の実施形態に係る衛星通信システム10及び衛星通信方法を実施するための形態(以下、「実施形態」という)について、図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る衛星通信システム10の説明図である。
<Structure of satellite communication system 10>
Hereinafter, an embodiment for carrying out the satellite communication system 10 and the satellite communication method according to the embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as “embodiment”) will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram of a satellite communication system 10 according to an embodiment of the present invention.

衛星通信システム10は、端末100と地上に設置された基地局200とを備え、端末100と基地局200は、人工衛星50を介して通信する。 The satellite communication system 10 includes a terminal 100 and a base station 200 installed on the ground, and the terminal 100 and the base station 200 communicate with each other via an artificial satellite 50.

端末100は、端末データ送信バッファ部102、アップリンクトラフィック計測部104、BSR送信部106、端末無線フレーム受信部108、リソース割当部110及び端末無線フレーム送信部112を備える。 The terminal 100 includes a terminal data transmission buffer unit 102, an uplink traffic measurement unit 104, a BSR transmission unit 106, a terminal radio frame reception unit 108, a resource allocation unit 110, and a terminal radio frame transmission unit 112.

端末100は、通信機能を有する端末である。例えば、端末100は、3GPP(3rd Generation Partnership Project)で策定されたLTE(登録商標)端末である。また、端末100は、航空機搭載端末であってもよい。 The terminal 100 is a terminal having a communication function. For example, the terminal 100 is an LTE (registered trademark) terminal formulated by 3GPP (3rd Generation Partnership Project). Further, the terminal 100 may be an aircraft-mounted terminal.

端末データ送信バッファ部102は、送信するアップリンクデータを一次的にバッファリングする手段である。 The terminal data transmission buffer unit 102 is a means for temporarily buffering the uplink data to be transmitted.

アップリンクトラフィック計測部104は、アップリンクデータのパケットが所定時間内に流入する流入量を計測する手段である。ここで、所定時間とは、後述するBSR送信部106がBSRを生成する所定間隔と同等の時間である。 The uplink traffic measuring unit 104 is a means for measuring the amount of inflow of a packet of uplink data within a predetermined time. Here, the predetermined time is a time equivalent to a predetermined interval in which the BSR transmission unit 106, which will be described later, generates a BSR.

BSR送信部106は、所定間隔で、前記流入量に基づいてBSRを含む制御メッセージを生成、通知する手段である。ここで、所定間隔は、0.5~2(msec)で、好ましくは、1(msec)である。 The BSR transmission unit 106 is a means for generating and notifying a control message including the BSR based on the inflow amount at predetermined intervals. Here, the predetermined interval is 0.5 to 2 (msec), preferably 1 (msec).

端末無線フレーム受信部108は、基地局200から送信された無線フレームを受信する手段である。 The terminal radio frame receiving unit 108 is a means for receiving the radio frame transmitted from the base station 200.

リソース割当部110は、前記無線フレームからアップリンクリソース割当情報を取得する手段である。 The resource allocation unit 110 is a means for acquiring uplink resource allocation information from the radio frame.

端末無線フレーム送信部112は、アップリンクリソース割当情報に基づいて、無線フレームを基地局200に送信する無線フレームを送信する手段である。ここで、無線フレームは、バッファリングしたアップリンクデータと、生成した制御メッセージと、を含む。 The terminal radio frame transmission unit 112 is a means for transmitting a radio frame for transmitting the radio frame to the base station 200 based on the uplink resource allocation information. Here, the radio frame includes the buffered uplink data and the generated control message.

基地局200は、基地局無線フレーム受信部202、基地局データ送信バッファ部204、BSR受信部206、スケジューリング部208、トラフィック量移動平均算出部210、PID制御部212、リソースブロック割当決定部214及び基地局無線フレーム送信部216を備える。 The base station 200 includes a base station radio frame receiving unit 202, a base station data transmission buffer unit 204, a BSR receiving unit 206, a scheduling unit 208, a traffic volume moving average calculation unit 210, a PID control unit 212, a resource block allocation determination unit 214, and the base station 200. A base station radio frame transmission unit 216 is provided.

基地局無線フレーム受信部202は、端末100から受信した無線フレームを、アップリンクデータと制御メッセージに分離する手段である。 The base station radio frame receiving unit 202 is a means for separating the radio frame received from the terminal 100 into uplink data and a control message.

基地局データ送信バッファ部204は、アップリンクデータを一次的にバッファリングする手段である。 The base station data transmission buffer unit 204 is a means for temporarily buffering uplink data.

BSR受信部206は、制御メッセージからBSRを取得する手段である。 The BSR receiving unit 206 is a means for acquiring a BSR from a control message.

スケジューリング部208は、BSRに基づいて、アップリンクリソース割当情報を生成する手段である。スケジューリング部208は、PID制御部212、リソースブロック割当決定部214及び基地局無線フレーム送信部216を有する。 The scheduling unit 208 is a means for generating uplink resource allocation information based on the BSR. The scheduling unit 208 includes a PID control unit 212, a resource block allocation determination unit 214, and a base station radio frame transmission unit 216.

トラフィック量移動平均算出部210は、取得した前記BSRに基づいて、アップリンクデータのトラフィック量についての移動平均を算出する手段である。 The traffic amount moving average calculation unit 210 is a means for calculating a moving average for the traffic amount of uplink data based on the acquired BSR.

PID制御部212は、アップリンクデータの移動平均トラフィック量に基づいてPID(Proportional Integral Differential)制御により、アップリンクリソース割当量を算出する手段である。 The PID control unit 212 is a means for calculating the uplink resource allocation amount by PID (Proportional Integral Differential) control based on the moving average traffic amount of the uplink data.

リソースブロック割当決定部214は、アップリンクリソース割当量に基づいて、リソースブロックを割り当て、アップリンクリソース割当量を含むアップリンクリソース割当情報を生成する手段である。 The resource block allocation determination unit 214 is a means for allocating a resource block based on the uplink resource allocation amount and generating uplink resource allocation information including the uplink resource allocation amount.

基地局無線フレーム送信部216は、アップリンクリソース割当情報と、ダウンリンクデータとを含む無線フレームを、端末100に送信する手段である。 The base station radio frame transmission unit 216 is a means for transmitting a radio frame including uplink resource allocation information and downlink data to the terminal 100.

<端末100の動作の説明>
* 次に、端末100から人工衛星50を介して、アップリンクデータが基地局200に送信される場合の動作について、図を用いて説明する。図2は、端末100の処理手順の説明図である。
<Explanation of operation of terminal 100>
* Next, the operation when uplink data is transmitted from the terminal 100 to the base station 200 via the artificial satellite 50 will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is an explanatory diagram of a processing procedure of the terminal 100.

端末100から人工衛星50を介して、基地局200に送信されるアップリンク(UL)データが端末データ送信バッファ部102及びアップリンクトラフィック計測部104に供給される(ステップS1)。 Uplink (UL) data transmitted from the terminal 100 to the base station 200 via the artificial satellite 50 is supplied to the terminal data transmission buffer unit 102 and the uplink traffic measurement unit 104 (step S1).

端末データ送信バッファ部102は、供給されたアップリンクデータを一次的にバッファリングした後に、端末無線フレーム送信部112にアップリンクデータを送信する(ステップS2)。 The terminal data transmission buffer unit 102 temporarily buffers the supplied uplink data, and then transmits the uplink data to the terminal wireless frame transmission unit 112 (step S2).

アップリンクトラフィック計測部104は、供給されたアップリンクデータのパケットが所定時間内に流入する流入量を計測し、前記流入量をBSR送信部106に送信する(ステップS3)。 The uplink traffic measurement unit 104 measures the amount of inflow of the supplied uplink data packet within a predetermined time, and transmits the inflow amount to the BSR transmission unit 106 (step S3).

BSR送信部106は、前記流入量を受信し、所定間隔で受信した前記流入量に基づいてBSRを含む制御メッセージを生成し、端末無線フレーム送信部112に送信する(ステップS4)。 The BSR transmission unit 106 receives the inflow amount, generates a control message including the BSR based on the inflow amount received at predetermined intervals, and transmits the control message to the terminal radio frame transmission unit 112 (step S4).

端末無線フレーム受信部108は、基地局200から送信された無線フレームを受信し、リソース割当部110に送信する(ステップS5)。 The terminal radio frame receiving unit 108 receives the radio frame transmitted from the base station 200 and transmits it to the resource allocation unit 110 (step S5).

リソース割当部110は、前記無線フレームを受信し、受信した無線フレームからアップリンクリソース割当情報を取得し、端末無線フレーム送信部112に送信する(ステップS6)。 The resource allocation unit 110 receives the wireless frame, acquires uplink resource allocation information from the received wireless frame, and transmits the uplink resource allocation information to the terminal wireless frame transmission unit 112 (step S6).

端末無線フレーム送信部112は、受信したアップリンクリソース割当情報に基づいて、無線フレームを人工衛星50を介して、基地局200に送信する(ステップS7)。 The terminal radio frame transmission unit 112 transmits the radio frame to the base station 200 via the artificial satellite 50 based on the received uplink resource allocation information (step S7).

<基地局200の動作の説明>
次に、基地局200から人工衛星50を介して、無線フレームが端末100の送信される場合の動作について、図を用いて説明する。図3は、基地局200の処理手順の説明図である。
<Explanation of operation of base station 200>
Next, the operation when the wireless frame is transmitted from the base station 200 to the terminal 100 via the artificial satellite 50 will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is an explanatory diagram of a processing procedure of the base station 200.

基地局無線フレーム受信部202は、端末100から受信した無線フレームを、アップリンクデータと制御メッセージとに分離する(ステップS11)。基地局無線フレーム受信部202は、分離したアップリンクデータを基地局データ送信バッファ部204に送信する。また、基地局無線フレーム受信部202は、制御メッセージをBSR受信部206に送信する。 The base station radio frame receiving unit 202 separates the radio frame received from the terminal 100 into uplink data and a control message (step S11). The base station radio frame receiving unit 202 transmits the separated uplink data to the base station data transmission buffer unit 204. Further, the base station radio frame receiving unit 202 transmits a control message to the BSR receiving unit 206.

基地局データ送信バッファ部204は、前記アップリンクデータを受信し、一次的にバッファリングし、他の端末に送信する(ステップS12)。 The base station data transmission buffer unit 204 receives the uplink data, temporarily buffers it, and transmits it to another terminal (step S12).

BSR受信部206は、前記制御メッセージを受信し、受信した前記制御メッセージからBSRを取得し、スケジューリング部208に送信する(ステップS13)。 The BSR receiving unit 206 receives the control message, acquires the BSR from the received control message, and transmits it to the scheduling unit 208 (step S13).

スケジューリング部208のトラフィック量移動平均算出部210は前記BSRを受信し、受信した前記BSRに基づいて、アップリンクデータのトラフィック量についての移動平均を算出し、PID制御部212に送信する(ステップS14)。 The traffic amount moving average calculation unit 210 of the scheduling unit 208 receives the BSR, calculates the moving average of the traffic amount of the uplink data based on the received BSR, and transmits it to the PID control unit 212 (step S14). ).

PID制御部212は、受信したアップリンクデータの移動平均トラフィック量に基づいてPID制御により、端末100に割り当てるアップリンクリソース割当量を算出し、リソースブロック割当決定部214に送信する(ステップS15)。 The PID control unit 212 calculates the uplink resource allocation amount to be allocated to the terminal 100 by PID control based on the moving average traffic amount of the received uplink data, and transmits it to the resource block allocation determination unit 214 (step S15).

リソースブロック割当決定部214は、アップリンクリソース割当量を受信し、受信したアップリンクリソース割当量に基づいて、リソースブロックを割り当て、アップリンクリソース割当量を含むアップリンクリソース割当情報を基地局無線フレーム送信部216に送信する(ステップS16)。 The resource block allocation determination unit 214 receives the uplink resource allocation amount, allocates the resource block based on the received uplink resource allocation amount, and allocates the uplink resource allocation information including the uplink resource allocation amount to the base station wireless frame. It is transmitted to the transmission unit 216 (step S16).

基地局無線フレーム送信部216は、前記アップリンクリソース割当情報を受信し、受信した前記アップリンクリソース割当情報と端末100に送信するダウンリンクデータとを含む無線フレームを、人工衛星50を介して、端末100に送信する(ステップS17)。 The base station radio frame transmission unit 216 receives the uplink resource allocation information, and transmits the radio frame including the received uplink resource allocation information and the downlink data to be transmitted to the terminal 100 via the artificial satellite 50. It is transmitted to the terminal 100 (step S17).

図4は、UDP通信おける衛星通信システム10による遅延時間に関するシミュレーション結果を示す図である。図5Aは、UDP通信おける遅延時間に関するシミュレーション結果である比較例1を示す図であり、図5Bは、UDP通信おける遅延時間に関するシミュレーション結果である比較例2を示す図である。図6は、UDP通信おける遅延時間に関するシミュレーション結果である比較例3を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing a simulation result regarding a delay time by the satellite communication system 10 in UDP communication. FIG. 5A is a diagram showing Comparative Example 1 which is a simulation result regarding the delay time in UDP communication, and FIG. 5B is a diagram showing Comparative Example 2 which is a simulation result regarding the delay time in UDP communication. FIG. 6 is a diagram showing Comparative Example 3, which is a simulation result regarding the delay time in UDP communication.

比較例1は、リソースのスケジューリングを行わずに、均等にリソースを割り当てた場合である(fixed schedule)。比較例2、比較例3は、地上系LTE(登録商標)で採用されているリソーススケジューリング方式である。比較例2は、Round Robin scheduleであり、比較例は、Proportional Fairnessである。 Comparative Example 1 is a case where resources are evenly allocated without scheduling resources (fixed schedule). Comparative Example 2 and Comparative Example 3 are resource scheduling methods adopted in the terrestrial LTE (registered trademark). Comparative Example 2 is a Round Robin schedule, and Comparative Example is Proportional Fairness.

図4~図6において、横軸が時間を示し、左縦軸が遅延時間を示し、右縦軸がトラフィック量を示す。Dが示すグラフが遅延時間を示し、Tがトラフィック量を示す。 In FIGS. 4 to 6, the horizontal axis represents time, the left vertical axis represents delay time, and the right vertical axis represents traffic volume. The graph indicated by D indicates the delay time, and T indicates the traffic volume.

輻輳制御を行わないUDP(User Datagram Protocol)での通信の場合、衛星通信システム10では、トラフィック量が変動しても、遅延時間は発散せずに、2000(msec)未満である(図4参照)。これに対して、比較例1、比較例2及び比較例3は、時間が経過すると、いずれも遅延時間が2000(msec)以上になっていることがわかる(図5A、図5B、図6参照)。 In the case of communication using UDP (User Datagram Protocol) without congestion control, the delay time does not diverge in the satellite communication system 10 even if the traffic volume fluctuates, and is less than 2000 (msec) (see FIG. 4). ). On the other hand, in Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3, it can be seen that the delay time is 2000 (msec) or more over time (see FIGS. 5A, 5B and 6). ).

図7は、TCP通信における衛星通信システム10と比較例4、比較例5、比較例6の遅延時間に関するシミュレーション結果を示す図である。1セッションあたり3MバイトのデータをTCPでアップリンク転送する場合に要した時間を示す。図7において、横軸がセッション数を示し、縦軸がセッション時間を示す。 FIG. 7 is a diagram showing simulation results of the satellite communication system 10 in TCP communication and the delay times of Comparative Example 4, Comparative Example 5, and Comparative Example 6. The time required for uplink transfer of 3 Mbytes of data per session by TCP is shown. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the number of sessions, and the vertical axis indicates the session time.

×は衛星通信システム10によるデータ、▲は比較例4のfixed scheduleによるデータ、◇は、比較例5のRound Robin scheduleによるデータ、■は、比較例6のProportional Fairnessによるデータを示す。 × indicates data from the satellite communication system 10, ▲ indicates data from the fixed schedule of Comparative Example 4, ◇ indicates data from the Round Robin schedule of Comparative Example 5, and ■ indicates data from the Proportional Fairness of Comparative Example 6.

輻輳制御を伴うTCP(Transmission Control Protocol)での通信の場合、衛星通信システム10は、比較例4~比較例6のいずれと比較しても、セッション時間(遅延時間)が短いことがわかる。比較例の中で最もセッション時間が短い比較例5に対しても、常に5000msec程度短い時間でセッション時間を終了しており、安定的に高い性能を発揮していることがわかる。 In the case of TCP (Transmission Control Protocol) communication accompanied by congestion control, it can be seen that the satellite communication system 10 has a shorter session time (delay time) than any of Comparative Examples 4 to 6. Even in Comparative Example 5, which has the shortest session time among the Comparative Examples, the session time is always completed in a short time of about 5000 msec, and it can be seen that stable high performance is exhibited.

衛星通信システム10は、人工衛星50を介して、端末100と地上の基地局200とが通信する衛星通信システム10であって、前記端末100は、送信するアップリンクデータを一次的にバッファリングする端末データ送信バッファ部102と、前記アップリンクデータのパケットが所定時間内に流入する流入量を計測するアップリンクトラフィック計測部104と、計測した前記流入量に基づいて作成したBSR(Buffer Status Report)を含む制御メッセージを生成するBSR送信部106と、前記基地局200から送信された無線フレームを受信する端末無線フレーム受信部108と、受信した前記無線フレームからアップリンクリソース割当情報を取得するリソース割当部110と、バッファリングした前記アップリンクデータと、生成した前記制御メッセージと、を含む無線フレームを、取得したアップリンクリソース割当情報に基づいて前記基地局200に送信する端末無線フレーム送信部112と、を備え、前記基地局200は、受信した前記無線フレームを、前記アップリンクデータと前記制御メッセージに分離する基地局無線フレーム受信部202と、分離した前記アップリンクデータを一次的にバッファリングする基地局データ送信バッファ部204と、分離した前記制御メッセージから前記BSRを取得するBSR受信部206と、取得した前記BSRに基づいて、アップリンクリソース割当情報を生成するスケジューリング部208と、生成した前記アップリンクリソース割当情報と、ダウンリンクデータとを含む無線フレームを、前記端末100に送信する基地局無線フレーム送信部216と、を備えることを特徴とする衛星通信システム。 The satellite communication system 10 is a satellite communication system 10 in which the terminal 100 and the base station 200 on the ground communicate with each other via the artificial satellite 50, and the terminal 100 temporarily buffers the uplink data to be transmitted. The terminal data transmission buffer unit 102, the uplink traffic measurement unit 104 that measures the inflow amount of the uplink data packet flowing in within a predetermined time, and the BSR (Buffer Status Report) created based on the measured inflow amount. BSR transmission unit 106 that generates a control message including the above, terminal radio frame reception unit 108 that receives a radio frame transmitted from the base station 200, and resource allocation that acquires uplink resource allocation information from the received radio frame. A terminal radio frame transmission unit 112 that transmits a radio frame including the buffered uplink data and the generated control message to the base station 200 based on the acquired uplink resource allocation information. The base station 200 temporarily buffers the separated uplink data with the base station radio frame receiving unit 202 that separates the received radio frame into the uplink data and the control message. The base station data transmission buffer unit 204, the BSR receiving unit 206 that acquires the BSR from the separated control message, the scheduling unit 208 that generates the uplink resource allocation information based on the acquired BSR, and the generated said unit. A satellite communication system including a base station radio frame transmission unit 216 that transmits a radio frame including uplink resource allocation information and downlink data to the terminal 100.

衛星通信システム10において、前記スケジューリング部208は、取得した前記BSRに基づいて、前記アップリンクデータのトラフィック量についての移動平均を算出するトラフィック量移動平均算出部210と、算出した移動平均トラフィック量に基づいて、アップリンクリソース割当量を算出するPID制御部212と、算出したアップリンクリソース割当量に基づいて、リソースブロックを割り当て、前記アップリンクリソース割当量を含むアップリンクリソース割当情報を生成するリソースブロック割当決定部214と、を有し、前記リソースブロック割当決定部214は、前記アップリンクリソース割当情報を前記基地局無線フレーム送信部216に送信する。 In the satellite communication system 10, the scheduling unit 208 uses the traffic amount moving average calculation unit 210 for calculating the moving average of the traffic amount of the uplink data based on the acquired BSR, and the calculated moving average traffic amount. Based on the PID control unit 212 that calculates the uplink resource allocation amount, and the resource that allocates the resource block based on the calculated uplink resource allocation amount and generates the uplink resource allocation information including the uplink resource allocation amount. It has a block allocation determination unit 214, and the resource block allocation determination unit 214 transmits the uplink resource allocation information to the base station radio frame transmission unit 216.

衛星通信システム10によれば、衛星アクセス方式において、UDPベース、TCPベースのアップリンクトラフィックにおける遅延時間の短縮を図ることができる。 According to the satellite communication system 10, it is possible to reduce the delay time in UDP-based and TCP-based uplink traffic in the satellite access method.

なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

10…衛星通信システム
50…人工衛星
100…端末
102…端末データ送信バッファ部
104…アップリンクトラフィック計測部
106…BSR送信部
108…端末無線フレーム受信部
110…リソース割当部
112…端末無線フレーム送信部
200…基地局
202…基地局無線フレーム受信部
204…基地局データ送信バッファ部
206…BSR受信部
208…スケジューリング部
210…トラフィック量移動平均算出部
212…PID制御部
214…リソースブロック割当決定部
216…基地局無線フレーム送信部
10 ... Satellite communication system 50 ... Artificial satellite 100 ... Terminal 102 ... Terminal data transmission buffer unit 104 ... Uplink traffic measurement unit 106 ... BSR transmission unit 108 ... Terminal wireless frame reception unit 110 ... Resource allocation unit 112 ... Terminal wireless frame transmission unit 200 ... Base station 202 ... Base station wireless frame receiving unit 204 ... Base station data transmission buffer unit 206 ... BSR receiving unit 208 ... Scheduling unit 210 ... Traffic volume movement average calculation unit 212 ... PID control unit 214 ... Resource block allocation determination unit 216 … Base station wireless frame transmitter

Claims (4)

人工衛星を介して、端末と地上の基地局とが通信する衛星通信システムであって、
前記端末は、
送信するアップリンクデータを一次的にバッファリングする端末データ送信バッファ部と、
前記アップリンクデータのパケットが所定時間内に流入する流入量を計測するアップリンクトラフィック計測部と、
計測した前記流入量が記録されたBSR(Buffer Status Report)を含む制御メッセージを生成するBSR送信部と、
前記基地局から送信された無線フレームを受信する端末無線フレーム受信部と、
受信した前記無線フレームからアップリンクリソース割当情報を取得するリソース割当部と、
バッファリングした前記アップリンクデータと、生成した前記制御メッセージと、を含む無線フレームを、取得したアップリンクリソース割当情報に基づいて前記基地局に送信する端末無線フレーム送信部と、
を備え、
前記基地局は、
受信した前記無線フレームを、前記アップリンクデータと前記制御メッセージに分離する基地局無線フレーム受信部と、
分離した前記アップリンクデータを一次的にバッファリングする基地局データ送信バッファ部と、
分離した前記制御メッセージから前記BSRを取得するBSR受信部と、
取得した前記BSRに基づいて、アップリンクリソース割当情報を生成するスケジューリング部と、
生成した前記アップリンクリソース割当情報と、ダウンリンクデータとを含む無線フレームを、前記端末に送信する基地局無線フレーム送信部と、
を備えることを特徴とする衛星通信システム。
It is a satellite communication system in which a terminal and a base station on the ground communicate with each other via an artificial satellite.
The terminal is
The terminal data transmission buffer section that temporarily buffers the uplink data to be transmitted,
An uplink traffic measurement unit that measures the amount of inflow of the uplink data packet within a predetermined time, and
A BSR transmitter that generates a control message including a BSR (Buffer Status Report) in which the measured inflow amount is recorded , and
A terminal radio frame receiver that receives a radio frame transmitted from the base station,
A resource allocation unit that acquires uplink resource allocation information from the received wireless frame, and
A terminal wireless frame transmitter that transmits a wireless frame including the buffered uplink data and the generated control message to the base station based on the acquired uplink resource allocation information.
Equipped with
The base station is
A base station wireless frame receiving unit that separates the received wireless frame into the uplink data and the control message.
A base station data transmission buffer unit that temporarily buffers the separated uplink data, and
A BSR receiver that acquires the BSR from the separated control message, and
A scheduling unit that generates uplink resource allocation information based on the acquired BSR,
A base station wireless frame transmission unit that transmits a wireless frame including the generated uplink resource allocation information and downlink data to the terminal.
A satellite communication system characterized by being equipped with.
請求項1に記載の衛星通信システムにおいて、
前記スケジューリング部は、
取得した前記BSRに基づいて、前記アップリンクデータのトラフィック量についての移動平均を算出するトラフィック量移動平均算出部と、
算出した移動平均トラフィック量に基づいて、アップリンクリソース割当量を算出するPID制御部と、
算出したアップリンクリソース割当量に基づいて、リソースブロックを割り当て、前記アップリンクリソース割当量を含むアップリンクリソース割当情報を生成するリソースブロック割当決定部と、
を有し、
前記リソースブロック割当決定部は、前記アップリンクリソース割当情報を前記基地局無線フレーム送信部に送信することを特徴とする衛星通信システム。
In the satellite communication system according to claim 1,
The scheduling unit
A traffic amount moving average calculation unit that calculates a moving average for the traffic amount of the uplink data based on the acquired BSR.
A PID control unit that calculates the uplink resource allocation amount based on the calculated moving average traffic amount,
A resource block allocation determination unit that allocates resource blocks based on the calculated uplink resource allocation amount and generates uplink resource allocation information including the uplink resource allocation amount.
Have,
The resource block allocation determination unit is a satellite communication system characterized by transmitting the uplink resource allocation information to the base station radio frame transmission unit.
人工衛星を介して、端末と地上の基地局とが通信する衛星通信方法であって、
前記端末内では、
送信するアップリンクデータを一次的にバッファリングする工程と、
前記アップリンクデータのパケットが所定時間内に流入する流入量を計測する工程と、
計測した前記流入量が記録されたBSR(Buffer Status Report)を含む制御メッセージを生成する工程と、
前記基地局から送信された無線フレームを受信する工程と、
受信した前記無線フレームからアップリンクリソース割当情報を取得する工程と、
バッファリングした前記アップリンクデータと、生成した前記制御メッセージと、を含む無線フレームを、取得したアップリンクリソース割当情報に基づいて前記基地局に送信する工程と、
を備え、
前記基地局内では、
受信した前記無線フレームを、前記アップリンクデータと前記制御メッセージに分離する工程と、
分離した前記アップリンクデータを一次的にバッファリングする工程と、
分離した前記制御メッセージから前記BSRを取得する工程と、
取得した前記BSRに基づいて、アップリンクリソース割当情報を生成する工程と、
生成した前記アップリンクリソース割当情報と、ダウンリンクデータとを含む無線フレームを、前記端末に送信する工程と、
を備えることを特徴とする衛星通信方法。
It is a satellite communication method in which a terminal and a base station on the ground communicate with each other via an artificial satellite.
In the terminal,
The process of temporarily buffering the uplink data to be transmitted,
The process of measuring the amount of inflow of the uplink data packet within a predetermined time, and
A step of generating a control message including a BSR (Buffer Status Report) in which the measured inflow amount is recorded , and
The process of receiving the wireless frame transmitted from the base station and
The process of acquiring uplink resource allocation information from the received wireless frame and
A step of transmitting a radio frame including the buffered uplink data and the generated control message to the base station based on the acquired uplink resource allocation information.
Equipped with
In the base station
A step of separating the received wireless frame into the uplink data and the control message, and
The process of temporarily buffering the separated uplink data and
The process of acquiring the BSR from the separated control message and
A process of generating uplink resource allocation information based on the acquired BSR, and
A process of transmitting a wireless frame including the generated uplink resource allocation information and downlink data to the terminal, and
A satellite communication method characterized by comprising.
請求項3に記載の衛星通信方法において、
前記アップリンクリソース割当情報を生成する工程は、
取得した前記BSRに基づいて、前記アップリンクデータのトラフィック量についての移動平均を算出工程と、
算出した移動平均トラフィック量に基づいて、アップリンクリソース割当量を算出する工程と、
算出したアップリンクリソース割当量に基づいて、リソースブロックを割り当て、前記アップリンクリソース割当量を含むアップリンクリソース割当情報を生成する工程と、を有し、
前記アップリンクリソース割当情報を前記端末に送信することを特徴とする衛星通信方法。
In the satellite communication method according to claim 3,
The step of generating the uplink resource allocation information is
Based on the acquired BSR, the moving average of the traffic volume of the uplink data is calculated in the process and
The process of calculating the uplink resource allocation amount based on the calculated moving average traffic amount, and
It has a process of allocating a resource block based on the calculated uplink resource allocation amount and generating uplink resource allocation information including the uplink resource allocation amount.
A satellite communication method comprising transmitting the uplink resource allocation information to the terminal.
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