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アクセス制御システム、アクセス制御方法、中継局装置、送信側処理方法、受信側処理システム及び受信側処理方法

国内特許コード P140010852
整理番号 2677
掲載日 2014年8月11日
出願番号 特願2009-244526
公開番号 特開2011-091684
登録番号 特許第5397899号
出願日 平成21年10月23日(2009.10.23)
公開日 平成23年5月6日(2011.5.6)
登録日 平成25年11月1日(2013.11.1)
発明者
  • 杉山 隆利
  • 梅原 大祐
  • 田中 政晃
出願人
  • 日本電信電話株式会社
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 アクセス制御システム、アクセス制御方法、中継局装置、送信側処理方法、受信側処理システム及び受信側処理方法
発明の概要 【課題】端末局間のシステムスループットを改善し、短期的なトラヒック変動に対して柔軟にシステムスループットを可変とする無線中継方式によるアクセス制御システム提供する。
【解決手段】無線中継システムは、ランダムアクセスを行う2つの端末局間の通信を中継局30が中継する。送信機32が、単位時間を示すタイムスロットのスロットタイミングを同期化する。GPS回路35が、スロットタイミングを同期化するために時刻同期を行う。タイミング制御回路36が、タイムスロットを用いて送信することが許可される送信権に応じて複数のグループに分割され、グループごとに少なくとも1つのタイムスロットが割り当てられ、タイムスロットには、1つのグループに属する端末局及び中継局30に限り送信することが許可される送信権が与えられ、タイムスロットの割り当て順序に応じた送信順序にしたがって送信権を付与する。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要



媒体アクセス制御方式としてランダムアクセスを基本として用いるディジタル無線中継通信システムに適用される無線中継方式の通信プロトコルがある。

例えば、非特許文献1で報告されている無線中継方式の通信プロトコルは、特定小電力無線の標準プロトコルであるARIB(Association of Radio Industries and Broadcast)標準規格STD-T67に準拠している。この従来例の無線中継システムの構成例とパケットのタイムスロット制御を図16及び図17に示す。

パケット送信を行う際には、送信前にキャリアセンスを行う。その時にキャリアを検出した場合には、待受状態に戻る。キャリアを検出しない場合には、送信遅延タイマの時間を乱数によって取得し、そのタイムアウトを待つ。待つ間にキャリアを検出した場合には、待受状態に戻る。キャリアがなく、送信遅延タイマがタイムアウトした場合、パケット送信を開始する。パケット伝送の信頼性を確保するため、送信局は相手局からのACK信号を待つ。定められた時間待ってもACK信号を受信できなかった場合には、送信局は最大7回までパケット信号を送信する。このような媒体アクセス制御方式はCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)方式と呼ばれ、無線LAN(Local Area Network)の標準規格であるIEEE802.11無線LAN規格で採用されている。

なお、本従来方式では、システムスループットを向上させるネットワーク符号化技術は使用されていない。





また、非特許文献2で報告されている無線中継方式の通信プロトコルは、時間軸上のタイムスロットに関してスケジュール管理された方式であるTDMA(Time Division Multiple Access)方式を採用している。この従来例の無線中継システムの構成例とパケットのタイムスロット制御を図18及び図19に示す。本方式は端末局、中継局相互間の電波伝搬の影響考慮し、互いに電波干渉が生じないように、各局が使用するタイムスロットを各局間の置局距離を考慮し、パケット衝突が発生する場合には時間的に離し、十分距離的に離れた場所に位置する局では同じ周波数で同じ時刻においてパケット送信することを許容する無線中継方式である。

なお、本従来方式ではシステムスループットを向上させるネットワーク符号化技術が使用されている。

産業上の利用分野



本発明は媒体アクセス制御方式としてランダムアクセスを基本として用いるディジタル無線中継通信システムにおいて、中継局間の媒体アクセス制御に起因するパケット信号の衝突確率を下げ、多段の中継局を介して端末局間が通信する場合のシステムスループットを改善する無線中継方式に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ランダムアクセスを行う2つの端末局間の通信を中継局が中継する無線中継方式におけるアクセス制御システムであって、
単位時間を示すタイムスロットのスロットタイミングを同期化するスロット同期部と、
前記スロットタイミングを同期化するために時刻同期を行う時刻同期部と、
を備え、
前記タイムスロットを用いて送信することが許可される送信権に応じて複数のグループに分割され、
前記グループごとに少なくとも1つの前記タイムスロットが割り当てられ、
前記タイムスロットには、1つの前記グループに属する前記端末局及び前記中継局に限り送信することが許可される送信権が与えられ
記端末局および前記中継局は、無線媒体における前記タイムスロットの時刻同期をとり、前記タイムスロット単位でランダムアクセスするものであり、
前記中継局は、
前記タイムスロットのうちの一部のタイムスロットの前記送信権が予め与えられ、送信トラヒックが発生した場合は、前記送信権が与えられたタイムスロットを選択して、当該選択したタイムスロットに対してランダムアクセスする送信機
を備え、
前記端末局は、
前記タイムスロットの前記送信権が予め与えられておらず、送信トラヒックが発生した場合は、全てのタイムスロットに対してランダムアクセスする
ことを特徴とするアクセス制御システム。

【請求項2】
記グループに割り当てられたタイムスロット数が複数である場合には、前記送信権が与えられるタイムスロット連ねて割り当てられ、
前記送信機は、
前記連ねて割り当てられたタイムスロットを選択して、当該選択したタイムスロットに対してランダムアクセスする
ことを特徴とする請求項1に記載のアクセス制御システム。

【請求項3】
記グループの数が2つであり、
前記グループに割り当てられたタイムスロット数がそれぞれ単数である場合には、前記送信権が与えられるタイムスロットが、前記中継局による中継段数に応じてそれぞれの前記グループに対して交互に割り当てられ、
前記送信機は、
前記交互に割り当てられたタイムスロットを選択して、当該選択したタイムスロットに対してランダムアクセスする
ことを特徴とする請求項1に記載のアクセス制御システム。

【請求項4】
前記中継局は、
前記タイムスロットを用いて送信するパケットのネットワーク符号化を行う符号化部
を備え、
前記端末局と中継局は、
自身が送信した前記パケットに基づいて、ネットワーク符号化処理されたパケットを復号する復号部
を備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のアクセス制御システム。

【請求項5】
ランダムアクセスを行う2つの端末局間の通信を中継局が中継する無線中継方式におけるアクセス制御方法であって、
単位時間を示すタイムスロットのスロットタイミングを同期化するスロット同期過程と、
前記スロットタイミングを同期化するために時刻同期を行う時刻同期過程と、
前記タイムスロットを用いて送信することが許可される送信権に応じて複数のグループに分割され、
前記グループごとに少なくとも1つの前記タイムスロットが割り当てられ、
前記タイムスロットには、1つの前記グループに属する前記端末局及び前記中継局に限り送信することが許可される送信権が与えられ、
前記タイムスロットの割り当て順序に応じた送信順序にしたがって前記送信権を付与する制御過程と、
前記端末局および前記中継局が無線媒体における前記タイムスロットの時刻同期をとり、前記タイムスロット単位でランダムアクセスするアクセス過程と、
を備え、
前記中継局は、前記アクセス過程において前記タイムスロットのうちの一部のタイムスロットの前記送信権が予め与えられ、送信トラヒックが発生した場合は、前記送信権が与えられたタイムスロットを選択して、当該選択したタイムスロットに対してランダムアクセスする過程
を備え、
前記端末局は、前記アクセス過程において前記タイムスロットの前記送信権が予め与えられておらず、送信トラヒックが発生した場合は、全てのタイムスロットに対してランダムアクセスする過程
を備えることを特徴とするアクセス制御方法。

【請求項6】
ランダムアクセスを行う端末局間の通信を中継する無線中継方式におけるアクセス制御システムの中継局装置であって、
単位時間を示すタイムスロットのスロットタイミングを同期化するスロット同期部と、
前記スロットタイミングを同期化するために時刻同期を行う時刻同期部と、
前記タイムスロットを用いて送信することが許可される送信権に応じて複数のグループに分割され、
前記グループごとに少なくとも1つの前記タイムスロットが割り当てられ、
前記タイムスロットには、1つの前記グループに属する前記端末局及び中継局に限り送信することが許可される送信権が与えられ
前記タイムスロットのうちの一部のタイムスロットの前記送信権が予め与えられ、送信トラヒックが発生した場合は、前記送信権が与えられたタイムスロットを選択して、当該選択したタイムスロットに対してランダムアクセスする送信機と
を備え、
前記端末局と無線媒体における前記タイムスロットの時刻同期をとり、前記タイムスロット単位でランダムアクセスするものであ
とを特徴とする中継局装置。

【請求項7】
ランダムアクセスを行う端末局間の通信を中継する無線中継方式における中継局の送信側処理方法であって、
単位時間を示すタイムスロットのスロットタイミングを同期化するスロット同期過程と、
前記スロットタイミングを同期化するために時刻同期を行う時刻同期過程と、
前記タイムスロットを用いて送信することが許可される送信権に応じて複数のグループに分割され、
前記グループごとに少なくとも1つの前記タイムスロットが割り当てられ、
前記タイムスロットには、1つの前記グループに属する前記端末局及び前記中継局に限り送信することが許可される送信権が与えられ、
前記タイムスロットの割り当て順序に応じた送信順序にしたがって前記送信権を付与する制御過程と、
前記端末局および前記中継局が無線媒体における前記タイムスロットの時刻同期をとり、前記タイムスロット単位でランダムアクセスするアクセス過程と、
を備え、
前記アクセス過程において、前記タイムスロットのうちの一部のタイムスロットの前記送信権が予め与えられ、送信トラヒックが発生した場合は、前記送信権が与えられたタイムスロットを選択して、当該選択したタイムスロットに対してランダムアクセスする過程
を備えることを特徴とする中継局の送信側処理方法。

【請求項8】
ランダムアクセスを行う端末局間の通信を中継する無線中継方式における中継局の受信側処理システムであって、
単位時間を示すタイムスロットのスロットタイミングを同期化するスロット同期部と、
前記スロットタイミングを同期化するために時刻同期を行う時刻同期部と、
自中継局と異なる前記中継局又は前記端末局に送信権が割り当てられているタイムスロットにおいて送信された信号を受信する受信機と、
を備え、
前記タイムスロットを用いて送信することが許可される送信権に応じて複数のグループに分割され、
前記グループごとに少なくとも1つの前記タイムスロットが割り当てられ、
前記タイムスロットには、1つの前記グループに属する前記端末局及び前記中継局に限り送信することが許可される送信権が与えられ、
前記中継局は、
前記端末局と無線媒体における前記タイムスロットの時刻同期をとり、前記タイムスロット単位でランダムアクセスするものであり、
前記端末局に前記タイムスロットの前記送信権が予め与えられておらず、前記端末局において送信トラヒックが発生した場合は、全てのタイムスロットに対してランダムアクセスする前記端末局から送信された信号を受信する
ことを特徴とする中継局の受信側処理システム。

【請求項9】
ランダムアクセスを行う端末局間の通信を中継する無線中継方式における中継局の受信側処理方法であって、
単位時間を示すタイムスロットのスロットタイミングを同期化するスロット同期過程と、
前記スロットタイミングを同期化するために時刻同期を行う時刻同期過程と、
自中継局と異なる前記中継局又は前記端末局に送信権が割り当てられているタイムスロットにおいて送信された信号を受信する受信過程と、
を備え、
前記タイムスロットを用いて送信することが許可される送信権に応じて複数のグループに分割され、
前記グループごとに少なくとも1つの前記タイムスロットが割り当てられ、
前記タイムスロットには、1つの前記グループに属する前記端末局及び前記中継局に限り送信することが許可される送信権が与えられ
前記中継局が、
前記端末局と無線媒体における前記タイムスロットの時刻同期をとり、前記タイムスロット単位でランダムアクセスする過程と、
前記端末局に前記タイムスロットの前記送信権が予め与えられておらず、前記端末局において送信トラヒックが発生した場合は、全てのタイムスロットに対してランダムアクセスする前記端末局から送信された信号を受信する過程と、
を備えることを特徴とする中継局の受信側処理方法。
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