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発明の名称 無線ATMシステム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平9−18435
公開日 平成9年(1997)1月17日
出願番号 特願平8−70429
出願日 平成8年(1996)3月26日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 洋介 (外2名)
発明者 ディパンカー レイシャハダリー / ハィ ズィー / ルーシー ユーアン
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 基地局と少なくとも一つの端末局を含み、無線リンクによって基地局と端末局の間でデータパケットを送信するための無線ATM通信システムにおいて、基地局と、端末局と、無線リンクによって前記基地局と前記端末局に間におけるデータパケットの送信を制御するための媒体アクセス制御手段を有し、その手段は、チャンネルを、Bmバイトのスロットに細分割できるようなTfユニットにフレーム化し、前記基地局から前記端末局へのダウンリンク送信は単一バーストでTDM多重によって行われ、前記端末局から前記基地局へのアップリンク送信はスロット割り当ての際、ダイナミックTDMA法を使って行うことを有する無線ATM通信システム。
【請求項1】 請求項1において、アベーラブルビットレイトデータに対してはTDMAスロット割り当てが、各フレームに対してk TDMAスロット(ただし、kは整数)を1度に割り当てることを特徴とする無線ATM通信システム。
【請求項3】 請求項1において、連続ビットレイトデータに対する前記TDMAスロット割り当ては、切断要求が前記端末局から前記基地局によって受信されるまで、全てのmフレームに1度割り当てられた一連のjスロット(但し、m、jは整数)に対して行われることを特徴とする無線ATM通信システム。
【請求項4】 請求項1において、可変ビットレイトデータに対する前記TDMAスロット割り当ては接続関係に基づいて行われ、使用パラメーター制御値とチャンネル輻輳によることを特徴とする無線ATM通信システム。
【請求項5】 請求項1であって、更に連続ビットレイトデータと可変ビットレイトデータのスロット割り当てのためのスーパーフレームを有している無線ATM通信システムにおいて、前記スーパーフレームは連続した数によって規定されている複数ノフレームを有し、前記フレームのそれぞれはフレームヘッダー、フレーム設置および統合管理情報、基地から端末への制御信号、基地から端末へのACK信号、基地から端末へのデータ、端末から基地への制御信号、そして端末から基地へのデータを含むことを特徴とする無線ATM通信システム。
【請求項6】 基地局と少なくとも一つの端末局を含み、無線リンクによって基地局と端末局の間でデータパケットを送信するための無線ATM通信システムにおいて、基地局と、端末局と、現用仮想チャンネルテーブルを維持し、仮想チャンネルをフレームごとに割り当てられた特定の制御スロットあるいはサービススロットにマッピングすることによって、前記基地局と前記端末局の間の送信を制御するためのコア媒体アクセス制御手段と、前記コア媒体アクセス手段におけるテーブル入力を決定するための管理媒体アクセス制御手段とを有することを特徴とする無線通信システム。
【請求項7】 請求項6において、前記端末局における前記管理媒体アクセス制御手段は制御メッセージをALOHAアクセス制御論理に従って制御することを特徴とする無線ATM通信システム。
【請求項8】 請求項6において、前記基地局における管理媒体アクセス制御手段は、基地局から端末局の時分割多重ダウンリンク送信、及び端末局から基地局へのTDMAアップリンク送信のための資源を割り当て、待機させることを特徴とする無線ATM通信システム。
発明の詳細な説明
【0001】発明の分野本発明は無線ATMシステムに関し、特に不変のビットレイト(CBR)、可変ビットレイト(VBR)、及びアベーラブルビットレイト(ABR)サービスを含むATMサービスを統合的にサポートするために、このようなシステムで使用される媒体アクセス制御(MAC)層プロトコルに関する。MACプロトコルは、コネクションレス型パケットとコネクション型仮想回線モードの両方を適当なサービスパラメーターとサービスの質(QoS)の選択によってサポートする。
【0002】発明の背景次世代の無線パーソナル通信ネットワークでは光学ファイバーを基本にした広帯域の通信ネットワークとの共存が要求され、それは近い将来いたるところに現れるようになることは疑いのないところである。これらの広帯域の装置(例えば、B−ISDN/ATM、ATM LAN)は、音声、データ、ビデオ、およびマルチメディアへの適用をサポートするように設計されている不変のビットレイト(CBR)、可変ビットレイト(VBR)、アベーラブルビットレイト(ABR)サービスでパケット転送サービスを提供するであろう。将来の有線と無線のネットワークの間におこる深刻なミスマッチを避けるために、同様なサービスの可能性を有する広帯域の無線システムを考慮することが必要である。将来におけるマルチメディア適用のために描かれるシナリオ中のパーソナル通信ネットワークは、例えば、高速送信、順応性のある広帯域割り当て、VBR/CBR/パケットモード、サービスの質(QoS)の選択など、新しいサービスの特徴を与える必要がある。
【0003】本発明の全体的な技術のアプローチが、ATMは、これからの数年間に開発されるべきである広域あるいは局部的な場所の広帯域ネットワークのための優れたスイッチと転送技術であると最近注目されてきたことの認識に基づく。これは、次世代のパーソナル通信ネットワークにおいて、無線媒体を使って可能な限り、同様のATM型のサービスを提供できることが望まれることを意味している。ビットレイトあるいはサービスの質に関する必然的な量的限界が無線ネットワークに受容されなければならないが、量的に均等なサービスの種類をシームレス的に提供することは、ネットワークのオペレーター、サービス提供者、端末設計者に対して一様に重要な利益をもたらすであろう。
【0004】ここで、ATMベースの広帯域無線ネットワークの開発のためにアドレス指定されるべき基本的な問題点がいくつかあり、それは以下の点を含んでいる:1.将来の端末のサービス要求に合致する高速無線転送。典型的な画像およびマルチディアサービスには1〜10Mbpsの転送ビットレートが必要であり、チャンネル速度は初期の無線システムで考えられたものより遥かに速いものになっている。
【0005】2.本質的に共有される無線媒体上において、ATMと同属で、相対的にトランスペアレントなマルチサービスの可能性を提供する媒体アクセス制御(MAC)方法。サポートされるべきサービスの種類は、不変のビットレイト(CBR),可変ビットレイト(VBR)およびパケットデータを含んでおり、それぞれ妥当なサービスの質のパラメーターを伴っている。
【0006】3.最小限のプロトコル変更により、相対的に信頼性の低い高速無線リンクを固定された広帯域(ATM)ネットワークとインターフェースするための無線データリンクプロトコル。
【0007】4.無線ネットワークにおける可動性および新しいパーソナル通信サービスをサポートするために必要な信号および転送プロトコルの修正。
【0008】本発明は、上記2項に関する無線ATM媒体アクセス制御方法の解決を提供する。
【0009】IEEE Journal on Selected Areas in Communication, vol.12, no.8, October1994, page 1401から1414に掲載されている”ATM−based Transport Architecture for Multiservices Wireless Personal Communication Networks”という題名のD. Raychaudhuriet al.による論文において、無線ATMシステムの基本装置レベルの記載がある。本発明は、Raychaudhuri et al.の論文に記載されているような装置で使用できる媒体アクセス制御の新しい実施例に関する。特に、本発明は、無線チャンネルにおけるATM転送サービスの提供のためのダイナミックTDMA(時分割多重アクセス)/TDD(時分割二重)方法について記載している。
【0010】米国特許第4,491,974号では、時分割多重アクセス状況を切り替えすることができるマルチビーム衛星において、集積回路の切り替えおよびパケットの切り替えをダイナミックに行うスケジューリング方法に関する記載がある。ここでは、スケジューリングは制御装置の指令の下にスケジューラーによって衛星上で実行される。それぞれのタイムスロットに対して、もっとも少ないコスト割り当てが適用される。
【0011】米国特許第4,641,304号では、時間フレームをデータパケットの再送信のための小さなスロットを含む通信スロットに分割する特殊な方法が記載されている。
【0012】米国特許第4,897,834号では、ネットワークの各ノードがラウンドロビン式でタイムスロットに同時通信する、ビット指向の通信ネットワークが記載されている。
【0013】米国特許第4,937,822号では、通信装置のノード間で異なった周波数を維持する、適応型時分割多重アクセス通信装置が記載されている。送信がなされている時の周波数は信号の品質によって変化する。使用されているTDMA装置の周波数/タイムスロットは、その他の装置における周波数/タイムスロットとは関係がない。
【0014】米国特許第5,012,469号では、適応型なハイブリッド多重アクセスプロトコルが、チャンネルのトラフィックを関数として、輻輳(ALOHA)、予約および固定された割り当て(TDMA)の際に動的に切り替えられる。
【0015】米国特許第5,065,398号には、TDMA衛星通信配置が記載されている。送信されるデータはサブパケットに分割され、そしてサブパケットが所定のタイムスロットに送信される。
【0016】米国特許第5,172,375号において、固定割り当てと、ランダム要求アクセス方法との組み合わせが衛星通信装置において使用されている。この発明では、データはTDMAアクセス方法によって送信される。
【0017】上記の特許は広い技術背景を提供している。これらの特許のうちのいくつかは、例えば、衛星装置に関している。一般的にこれらの特許はATMネットワークや、マルチメディアへの適用、あるいは微小セルラーの無線ATMシステムに関しては言及していない。
【0018】米国特許第5,384,777号では、LAN上の基地局への複数の端末局の無線アクセスのための媒体アクセス制御(MAC)プロトコルが記載されている。
【0019】本発明は、パケットABR、UPCベースのVBR、あるいは等時性のCBRを含むマルチサービス/サービスの品質を有し、かつATMの互換性を有することによって、上記の特許に見られる教示を越えた進歩した技術を提供する。
【0020】発明の要約本発明の教示に従って、将来の広帯域のISDN/ATMとの高度な互換性を維持しながら音声、ビデオ、データおよびマルチメディアサービス用のマルチサービス統合フレームワークを備えた無線ATMシステムが開示されている。
【0021】ここでは、このようなマルチサービス無線ネットワークのためのATMセル転送の使用を促す以下のようないくつかの技術的要因がある。サービスの範囲の順応性のあるバンド幅割り当て;バーストデータ/マルチメディア資源からの通信量の十分な多重化;有用なATM切り替え技術の適用;遠隔通信の背景を形成する有線B−ISDN装置とのインターフェースの容易さなどを含んでいる。本装置は、ATMと互換性があり、かつ固定された長さのセル中継フォーマットを採用している。
【0022】従って、48バイトATMセルは無線ネットワークにおけるデータの基本単位である。効率のために、ある一定の分野では圧縮が適用されるかもしれないが、ATMヘッダーそれ自体は、無線セグメント内でネットワーク及びより高度なサービスにおいて維持されている。無線チャンネルの特殊なプロトコル層(例えば、データリンク層と媒体アクセス制御(MAC)層)が要求されたようにATMセルに加えられ、固定されたネットワークに入る前に標準ATMヘッダーによって置き換えられる。全体的なアプローチは基地局での伝送符号化の複雑さを最小限にし、装置を通じて均一なATMサービスを提供するように意図されている。
【0023】装置の最初の考察は、無線プロトコル層の無線物理層、MAC層およびデータリンク層に準拠する無線ATMネットワークインターフェースユニット(WATM NIU)にネットワーク機能を分離することである。WATM NIUは、要求された高い可動性を有すると共に、通常のATM機能をも備えた端末局あるいは基地局のいずれかに接続されている。端末局は、通常のサービスの種類とパラメータを提供しながら、端末局におけるユーザー処理に対して標準ATMインターフェースを与えている。有線ATMにおいて現在稼動している適用装置は、紛れもなく無線システムにおいても作動し続けるであろう。
【0024】本発明は、不変のビットレイト(CBR)、可変ビットレイト(VBR)、そしてアベーラブルビットレイト(ABR)を含むATMサービスを統合的にサポートする無線ATMシステムで使用される新規な媒体アクセス制御(MAC)層プロトコルにある。MACプロトコルは、コネクションレス型パケットとコネクション型の仮想回線モードの両方を適当なサービスパラメーターを用いて処理する。
【0025】無線ATMシステムで使用されるMACプロトコルは新規なダイナミック時分割、多重アクセス/時分割多重送信(TDMA/TDM)の手法に基づいており、その中で、サービスの種類即ちクラスは統合的な手法により収容されている。
【0026】本発明の第一の目的は、ATMをサポートするために適応した時分割多重アクセス(TDMA)における媒体アクセス制御に必要な要求を達成することである。
【0027】本発明のもう一つの目的は、時分割多重/時分割多重アクセス(TDM/TDMA)(TDD)MAC用のフレーム構成とATMセルの送信に適したバーストフォーマットを提供することである。
【0028】本発明の更なる目的は、ABRセルのバーストごとの割り当てと、VBRとCBRのバンド幅パラメーターの各呼ごとの割り当てを提供し、かつ、ATM ABR/VBR/CBR仮想回線(VCs)を統合する管理MAC処理手順を提供することである。これは、サブフレーム容量即ち稼働境界をダイナミックに割り当てることを、所望の待ち行列規則に基づいてABRスロットを割り当てることを(例えば、FCFS)、ATMトラフィック整形パラメータに基づいてVBRスロットの割り当て、およびバンド幅要求の基づくCBRスロットの割り当てることなどのための機構を含んでいる。
【0029】本発明の更なる目的は、VBRおよびCBRバンド幅を微細に割り当てるのに必要なスーパーフレーム構造を提供することである。
【0030】更に本発明のもう一つの目的は、ABR、VBRおよびCBR動作をサポートするためのアップリンクおよびダウンリンク制御方法を提供することである。
【0031】本発明のその他の目的は、以下の記述を図面と関連して読むことにより明らかになるであろう。
【0032】発明の詳細な説明システム構造図面、特に図1を参照すると、マルチサービス無線ネットワーク10の全体の概略図が示されている。複数のパーソナル通信装置(PCS)のセル12がPCS相互関連ネットワーク14によって相互連結されている。無線ATM装置は、将来のISDN/ATNとの高度な互換性を維持しながら、音声、ビデオ、データ、マルチメディアサービスのためのマルチサービスの統合されたフレームワークを提供するように意図されている。
【0033】ネットワークは異なる形式のデータ/マルチメディア源からのトラフィックを処理する。これを図示するために、携帯電話20とハンドヘルドのデジタル補助機器22の両方がPCSセル24に示されている一方、マルチメディア用携帯PC16がPCSセル18に示されている。当業者には明らかなように、種々のユニットがネットワークの同じあるいは異なったセルに配置され、付加的な種類の音声、ビデオ、データ、遠隔通信、および/またはマルチメディア源等がネットワーク中に検出できる。
【0034】マルチサービス用無線ATMネットワークにおけるATMのセル転送の使用は、例えば、図2に示すようにATMと互換性のある固定された長さのセル中継フォーマットの適用につながる。48バイトの無線ATMセル30は、無線ネットワーク内のデータの基本単位である。効率のためにある分野(例えば、VPI/VCI)では圧縮が加えられるかもしれないが、ATMヘッダーそれ自体は、無線セグメント内で、ネットワークおよびより高度なサービスのために維持される。無線チャンネルの特殊なプロトコル層(例えば、データリンクおよび媒体アクセス制御層)が、要求通りにATMセルに付加され、固定されたネットワークに入る前に標準ATMヘッダーによって置き換えられる。この手法は基地局における伝送コードの複雑さを最小限にすること、および、システム全体にわたってATMサービスを提供するために企図されている。
【0035】無線ATMネットワークにおいて、無線ネットワークインターフェースユニット(W−NIU)34を含む移動端末32は無線ATMセル30を基地局38に含まれている対応するW−NIU36に送信する。データは標準48バイトのATMセル40に変換され、ATM−NIUから、さらなる分配のためにATM用スィッチングネットワーク44に送信される。
【0036】プロトコル構造は下記表1に示すように、無線用特定機能を標準ATMプロトコル群と調和させることを基準としている。
【0037】
【表1】

提案されている無線ATMネットワークは、標準ATMのそれと調和したプロトコル層にしたがっている。ここで採用された手法は、新しい特殊な物理無線チャンネル層、媒体アクセス制御(MAC)層、データリンク制御(DLC)層、及び無線ネットワーク制御層を上記のATMプロトコル群に組み込むことである。これは、規則的ATMネットワーク層、と制御サービス、例えば、E.164即ち、ATM上におけるIPアドレス指定、VC多重化、セルの優先化(CLP)、明白な輻輳通知(ECN)、呼の確立のためのQ.2931信号送信などが、稼働サービスにも続けて使用できることを意味している。勿論、ATMネットワーク及び制御層に対して限ぎられた数の拡張を移すことが、局部管理、無干渉、QoSの特定化/再調整、などといった付加的な機能をサポートするために要求されるであろう。付加的なATM適用層(AAL)が、無線適用装置に応じたサポート用に任意に選択されても良い。
【0038】無線ATMネットワークは図3に示されたの装置によって実現できる。ここにおける一般的な手法は、無線物理層、MAC層およびデータリンク層用の無線ATMネットワークインターフェースユニット(WATM NIU)に対してネットワーク機能を分離することである。WATM NIU48と48´は、要求された高い移動性を共に通常のATM機能を有する端末局あるいは基地局のいずれかに接続されている。端末局50は、通常のサービスの種類(クラス)とパラメータを備えると共に、端末局でのユーザー処理のための標準ATM API52を含んでいる。有線ATMによって現在稼働している適用装置は、無線システムにおいても続けて作動するであろう。
【0039】端末局50は、相互連結ネットワーク60を介してWATM NIUに接続されているCPU54と、メモリー56、ディスプレイ58をさらに含んでいる。ATM API(アプリケーションプログラミングインターフェース)52に加えて、AP(アプリケーションプログラム)62、AAL(ATMアダプテーション層)64、及びSAR(区分化および再区分化)66はCPU54に接続されている。本発明の主題であるMAC機能はWATM NIU48で実行される。
【0040】無線ATMセルはマルチアクセス無線リンクを介して端末局50のアンテナ68から基地局46のアンテナ70に送信される。アンテナ70に接続されているWATM NIU48は、ATMセルを受信し、相互連結ネットワーク72を介して当該セルをWATM資源割り当てユニット74、WATM/ATMヘッダー変換ユニット76、ATM信号化および稼働ユニット78,およびATMネットワークインターフェース80に与える。ATMネットワークインターフェースは、ATM Mux/Switch(マックス/スイッチ)82に統合されており、このATMマックス/スイッチ82は、ATM信号化および稼働性拡張信号に対応してその他の基地局(図示せず)にセルを与えるための制御CPU84によって制御される。
【0041】無線ネットワークインターフェースユニット無線ネットワークインターフェースユニット(WNIU)における典型的なソフトウェア/ファームウェアの実行動作は、以下の主なモジュール、即ち、物理レベルの送信器(PHYTX)、物理レベル受信機(PHYRX)、同期モジュール(SYNC)、媒体アクセス制御(MAC)およびデータリンク制御(DLC)モジュールによって実現できる。無線ATMでは、多重仮想回線(VC)の同時動作が可能であるので、単一PHYおよびMACのプロセッサーはチャンネルにおける各現用VCに対応する多重DLCプロセッサーに接続されている。
【0042】図4は、基地局制御MAC構造を示している。基地局管理MAC101を含む基地局MAC100は、ATM層とMAC層の間の中間層として機能するデータリンク制御103(1)・・(k)からのチャンネル要求を受信する。データリンク制御103(1)・・(k)は、チャンネルに対する要求を管理MAC101に送り、管理MAC101は、順にチャンネルを時間的に調整して制御メッセージをコアMACプロセッサー102に送る。DLC103とコアMACプロセッサー102は、データとACK信号を互いに交換する。DLC103とコアMACプロセッサー102はまた、端末局と結合している物理レベルの端末受信機PHY RX111に信号を送信する物理レベル送信器PHY TX108を制御する。受信機PHY RX109は、端末局と結合しているPHY TX送信器110から受信した信号をコアMACプロセッサー102に送信する。
【0043】端末局MAC104は端末局管理MACプロセッサー105とコアMACプロセッサー106を含んでいる。端末局MACプロセッサー104に接続されている一組のDLC107(1)・・(K)は端末局管理MACプロセッサー105にチャンネル要求を送る。端末局管理MACプロセッサー105とコアMACプロセッサー106は制御メッセージとチャンネルスケジュールを交換する。DLC107(1)・・(k)と、コアMACプロセッサー106はデータとACK信号を交換する。PHY TX送信器110はコアMACプロセッサー106によって制御される。PHY RX受信機111は、受信信号をコアMACプロセッサー106に与える。
【0044】端末MAC104に接続されているPHY TX 送信器110は、無線チャンネルを介して基地局MAC110に接続されているPHY RX受信機109に信号を送信する。同様に、基地局MAC100に接続されているPHY TX送信器108は、無線チャンネルを介して端末局MAC104に接続されているPHY RX受信機111に信号を送る。
【0045】物理層本発明の無線ATM装置は、ビットレートとバースト獲得性能によって変化する異なる物理レベルにおける操作が可能である。
【0046】無線ATMネットワークに対する基本的な要求は、適度に高いビットレート(一般に、10mbps以上)で、かつ、相対的に短い獲得プリアンブル(16バイト以下)を持つバースト変復調装置である。このシステムにおける要求は、上記性能の目標を完全には達成しないバースト変復調装置の使用を可能にし、この場合には、ある程度のサービスの品質とチャネル効率の限界を生ずる。
【0047】中間アクセス制御(MAC)プロトコルMAC層プロトコルは、不変ビットレイト(CBR)、可変ビットレート(VBR)、およびアベーラブルビットレート(ABR)を含むATMサービスを統合的にサポートすることができる。MACプロトコルは、適切なサービスパラメータでもって、コネクションレス型パケットとコネクション型仮想回線モードとの両方を処理する。本発明において想定されるサービスの種類と一般的なサービスパラメータは、下記表2のとおり:【0048】
【表2】

本発明の無線ATMシステムに用いられるMACプロトコルは、ダイナミックTDMA/TDM/TDDフレーム構成に基づいており、ここでは、上記サービスの種類は、ある統合的な手法により収容されている。このアクセス制御方法は、チャンネルをTfミリ秒単位にフレーム化し、これらのフレームを更に、Bmバイトスロットにさらに細分割するという手法に基づいている。アップリンク伝送とダウンリンク伝送とは、時分割二重化の手法により同じフレーム(図5に示されている)が用いられている。ダウンリンク伝送は基地局から遠隔局への単一のバースト中にTDM多重化することによって行われ、一方、アップリンク伝送には、ダイナミックTDMA法が用いられる。このダイナミックTDMAアクセスプロトコルは、アップリンクサブフレームの最初の部分に、ランダムアクセス(スロット化されたALOHA)制御メッセージを送信することを各遠隔局に要求し、衝突時に適当な後退を伴った再送信を行う。受け付けられたアップリンク要求は、送信用TDMAスロットの割り当てと共に、次フレーム中のTDM制御領域にて認識される(適当なチャネル資源が利用できない時には、閉塞信号が返送されてもよい)。このD−TDMA MACフレーム構成を、図5に示す。
【0049】スロット割り当ての種類は、サービスのタイプに依存している、即ち、ABRのためのサービスタイプでは、そのフレームに対してkTDMAスロットの一回割り当てが適用され、一方、CBRのためのサービスタイプでは遠隔局からの切断要求が受信されるまでの間、特殊なjスロットの系列がmフレーム毎に割り当てられる。VBRのためのサービスタイプでも接続基準に基づいてスロットが割り当てられるものの、与えられるフレームで利用できる特定番号は、使用パラメータ制御(UPC)カウンタ値とチャネル輻輳に依存して変化する。ここで注意すべきことは、Kフレームから成る“スーパーフレーム”の概念が、CBRおよびVBRのバンド幅の割り当てを相対的に細分化するために導入されていることである。例えば、Tf=2m秒、チャネル速度=8Mbpsの時、3フレーム毎の1ATMセル(即ち、K=12フレーム毎に4セル)は64KbpsのCBRバンド幅割り当てに相当する。
【0050】MAC層は、スーパーフレームを(ATM)データセルを運ぶフレーム及びスロット、制御メッセージ、ならびにACKメッセージを有するチャンネルフォーマットに基づいている。1つのスーパーフレームは、一連の番号によって識別されるK(K>1)フレームから成っている。さらに、各フレームは、(1)同期、フレームセットアップ、および(ATM)データセルを運搬するスロットを含むフレームヘッダ120と、(2)基地局から遠隔局へ(B→R)の制御122と、(3)基地局から遠隔局へ(B→R)のACK124と、(4)基地局から遠隔局へ(B→R)のデータ126と、(5)遠隔局から基地局へ(R→B)の制御128と、(6)遠隔局から基地局へ(R→B)のACK130と、(7)遠隔局から基地局へ(R→B)のデータとを含んでいる。名目上のフレームサイズは、2m秒であり、かつ下記表3に示すフレームフォーマットを有している。
【0051】
【表3】

上記仕様において、基本単位は、8バイトのスロットである。好ましくは、プリアンブルのための2スロット(16バイト)および制御/ACKメッセージペイロードのための1スロット(8バイト)、無線+ATMヘッダのための1スロット(8バイト)、ならびにATMペイロードのための6スロット(48バイト)が必要である。当業者であれば、変復調装置プリアンブルとヘッダの存続期間を減少させることによって、チャネル能率が改善されることは明らかである。
【0052】好ましい実施例は、下記表4のサブフレーム割り当てに基づいている。:【0053】
【表4】

上表に明示した各サブフレームにおいて用いられるパケットフォーマットの好ましい詳細は、下記表5、表6、表7、表8のとおり:【0054】
【表5】

【0055】
【表6】

【0056】
【表7】

【0057】
【表8】

媒体アクセス制御実行無線ATM MACプロトコル層は、図6、7、8、及び9に示されているように2つの主なモジュール: コアMACプロセッサーと管理MACプロセッサーによって表すことができる。図6に示されているコアMACプロセッサーは、現用VCテーブルを維持し、VCをフレーム単位で割り当てられる特定制御あるいはサービススロットにマッピングするためのものである。管理MAC処理は、コアMAC処理のテーブル入力を決定するのに必要なより高度なスロット割り当て論理を実行ためのものである。その結果、遠隔局において、図7に示す管理処理は制御メッセージのスロット化されたALOHAアクセス制御論理、および基地局管理MAC処理で受信された一定のアクセス制御メッセージの解釈を受け持つことになる。図8は、遠隔管理MACのスケジュール処理を示している。基地局においては、図9に示される管理処理が、TDMダウンリンクとTDMAアップリンクの両方における資源割り当て/待ち行列管理を受ける。すなわち、基地局管理処理はABR、VBR、CBR、制御/ACKトラフィック間のチャンネル時間を分割し、各サービスで共用される資源に対して特定の待ち行列管理手法を維持しなければならない。(速い)コアMAC機能と(遅い、より論理的に集中している)管理MAC機能とをこの型式で分けることによって、本発明におけるハードウェア/ソフトウェアの区分に対して合理的な根拠が与えられる。
【0058】コアMACプロトコル機能の概略図が図6に示されている。MACプロセッサーは基地局および遠隔局の両方に共通している。
【0059】図6において、管理MACプロセッサーからのデータはフレームスケジュールテーブル134に与えられる。テーブル134からのデータと同期信号は制御装置136に与えられる。制御装置は、テーブル134から受信したデータに従って、I/Oの型式およびスロット番号同様に、各VCに対するI/O命令を与える。制御装置は、PHY RX受信機からのスロット#rに関するセル/パケットを受信するために、受信ユニット138に信号を送信する。受信ユニット138は、制御装置136からの信号の送信機140による受信の際に受信されたセル/パケットをVC#kのDLCに送信する送信機140に送信する。
【0060】受信機142は、制御装置136からの信号の受信時にVC#jのDLCからセル/パケットを受信する。受信されたセル/パケットは、制御装置136からの信号が送信機140によって受信された割り当てられたスロット#sに関する次の送信のための送信機144に送られる。送信されたセルは無線チャンネルによってもう一つの局に送信するためのPHY TX送信機に与えられる。
【0061】図7は遠隔MAC管理プロセッサーの主な機能を示している。メッセージを送信するCBR/VBRあるいはVC(i)のためのABR DLCからの割り込みを受信した時(162)、要求サービスに対する制御パケットは作成される(164)。制御メッセージtxのためのALOHAスロットはランダムに166で選択される。コアMACプロセッサーには、制御スロット番号が通知される(168)。制御パケットは送信のためのコアMACに送られる(170)。そしてパケットはスロット割り当てを待つ(172)。VC(i)に対するスロット割り当てが受信された時、パケットは既に送信される状態になっている(174)。コアMACのVC←→スロットテーブルは、178で更新され、プロセッサーは不動作状態180に戻る。
【0062】もし、スロット割り当てが受信される前にタイムアウトが起こった場合、タイムスロットの番号が所定の番号(N)より大きいかどうか決定される(182)。もし大きいならば、信号送信あるいはDLC入力に対して欠陥レポートが作成され、プロセッサーは不動作状態180に戻る。もしN以上でない状態で、タイムアウトが起こると、新しいALOHAスロットがランダムに選択され(166)、処理は上述した形式で続行する。
【0063】不動作状態180にある一方で、割り込みが受信されると(162)、新しいスロット割り当てが要求されているかどうかの第1の決定がなされる(184)。もし要求されていなければ、処理は不動作状態に戻る(180)。もしされていれば、制御パケットが作成され(164)、上述した処理が継続される。
【0064】次に、VC←→スロットテーブルが更新を要求しているかどうかの決定がなされる(186)。もし要求されていなければ、プロセッサーは不動作状態180を再開する。もし要求されていれば、コアMACテーブルが更新され(178)、その後、この処理は不動作状態180に戻る。
【0065】図8には、遠隔管理MACプロセッサーのためのスケジュール処理のフローチャートが示されている。コアMACプロセッサーからフレームヘッダー到来の指示を受信した時(282)、ヘッダーは受信され、CRCはチェックが行われる(284)。もし、CRCでエラーが生じた場合(286)、処理は待機状態288に戻る。もし、フレームヘッダーが正しければ、alohaスケジュールのオフセットがセットされ(290)、そして適当な信号292がalohaスケジュールに送られる。
【0066】指数iは加算され(294)、処理は、コアMACプロセッサーからの基地局−遠隔局制御パケットの受信指示があるまで(298)待機状態に入る(296)。それから、基地局−遠隔局制御メッセージが読み取られる(300)。CRCは302でチェックされる。もし、CRCチェックが失敗した場合、処理はステップ294に戻る。CRCチェックが正しければ、局部VCの有無が決定される(304)。もし、なければ、処理はステップ294に戻る。もし、局部VCが送られるのであれば、ABRスケジュールがあるかどうかの決定がなされる(306)。もし、なければ、メッセージの型式に従って、その他のメッセージプロセッサーに送信される(308)。その後処理はステップ294に戻る。もしABRスケジュールがあるならば、CBRスケジュールおよびAlohaスケジュールはフレームスケジュールテーブルを作成するために受信ABRスケジュールと合体される(310)。Alohaスケジュール312とCBRスケジュール314は合体ステップ(310)で受信される。以後処理はステップ294に戻る。現在のスケジュールテーブル信号は316で示すように送信される。ステップ294の出力から、指数iが第i番目のB→R制御パケット(全体の数はn)を示すために与えられる。それから処理は、次のフレームヘッダーの到着まで待機状態288に戻る。実行されるべき信号320がコアMACプロセッサーに送信される。基地局のMAC管理プロセッサーはTDMダウンリンクとTDMAアップリンクの両方における資源割り当て/待ち行列管理を受け持つ。処理はABR、VBR、CBRに間のチャンネル時間を区分し、特定サービス規則に従って、それぞれのサービス種類の対する待ち行列の管理を行なう。
【0067】図9では、基地局管理MACプロセッサー188の主な機能が示されている。Alohaチャンネル、ABR、およびACKスケジュールマネージャー190は、DLCからのABR TxRx要求、DLCからのCBR/VBR ReTx要求、DLCからの遠隔局から基地局のACK要求、および、DLCからの基地局から遠隔局のACK要求を入力として受信する。これらの入力のそれぞれは、それぞれの信号に対する要求の待ち行列192a、192b、192c、192dに入力される。192の要求の待ち行列の出力はABRおよびACKスケジュール194に与えられる。マネージャー190の適当な出力がCBR/VBRスケジュールマネージャー196に与えられる。CBR/VBRスケジュールマネージャー196はまた、CBR/VBRセットアップあるいは離脱信号を受信する。マネージャー196の出力は第1の入力としてフレームスケジューラー198に与えられる。フレームスケジューラー198に対する他の入力はマネージャー190のABRおよびACKスケジューラー194からの出力である。フレームスケジューラー198の出力は、管理MACプロセッサーからコアMACプロセッサーへのフレームスケジュール信号である。
【0068】スケジュールマネージャー190のもう一つの出力は、第1のACKスケジュール入力として、基地局から遠隔局ACKメッセージ形成手段200に与えられる。基地局から遠隔局のACKメッセージ形成手段200へのもう一つの入力は、ACKスケジュールに従ったDLCからの基地から遠隔ACKメッセージである。基地局から遠隔局ACKメッセージ形成手段の出力は、コアMACプロセッサーへの基地局から遠隔局の制御およびACKパケットである。
【0069】管理MACプロセッサー188には、遠隔局に位置しているコアMACプロセッサーからの遠隔局ABR Tx要求を入力として受信する遠隔局ABR要求モジュール202が含まれている。モジュール202の出力は、DLCへの遠隔ABR到着指示信号である。
【0070】基地管理MACプロセッサーに含まれている他のモジュールについて説明する。図10はAlohaチャンネル、ABRおよびACKスケジュールマネージャー190の動作を示すフローチャートである。スタート220で開始されると、ABR要求待ち行列192a、CBR/VBR ReTx要求待ち行列192b(また、VBRの付加的なTx要求はこの待ち行列に送信されてもよい)、基地局から遠隔局のACK要求待ち行列192dおよび遠隔局から基地局のACK要求待ち行列192cは読み取られ、スケジュール順序はステップ222において所定の優先別に基づいて決定される。
【0071】もし基地局から遠隔局ACK要求があれば、利用可能な基地局から遠隔局の制御スロットがあるかどうかの決定がなされる(224)。もしスロットがあれば、基地局から遠隔局ACKには基地局から遠隔局の制御チャンネル中で時間割り当てが決められ(226)、マネージャーは読み取り、決定のためにステップ222に戻る。もし利用可能なスロットがなければ、すべての基地局から遠隔局の制御パケットがステップ228でフレームスケジュールを部分的に形成するために格納される。その後、処理はステップ230で終了する。
【0072】もし、データあるいは遠隔局から基地局のACK要求があれば、セルは、もしダウンリンクTx送信があればABRチャンネルの初めに時間が割り当てられるか、即ちスケジュールされるか、あるいは、もしアップリンクTx送信とAlohaチャンネルのための空きがあればセルはABRチャンネルの終りからステップ232で受信される。
【0073】基地局から遠隔局の制御有用スロットがあるかどうかの決定がなされる(ステップ234)。もし、制御有用スロットがあれば、スケジュールされた少なくとも1つのセルあるいはパケットがあるかどうかの決定がなされる(236)。もしそうであれば、スケジュールは確認され、基地局から遠隔局の制御チャンネルのスロットは予約され、そして基地局から遠隔局の割り当てパケットはステップ238で生成され、システムの動作はステップ222に戻る。
【0074】もし基地局から遠隔局への制御利用可能なスロットがなければ、スケジュールはステップ240で削除され、処理はステップ228に移行する。
【0075】もし、ステップ236において、セルあるいはパケットがスケジュールされていなければ、そのスケジュールは消去され、データセルのスケジュール動作はステップ242で停止される。次に、遠隔局から基地局のACK要求であるかどうかの決定がなされる(244)。もし、そうでなければ、処理はステップ222に戻る。もし、それが遠隔局から基地局のACK要求であれば、遠隔局から基地局のACK信号スケジュール動作は停止され(246)、処理はステップ222に戻る。
【0076】図11には基地から遠隔のメッセージ形成手段200のフローチャート200が示されている。スタート250の後、マネージャー190からの基地局から遠隔局のACKスケジュールは読み取られる(252)。ACK情報はDLCから収集される(254)。ACKパケットが形成される(256)。基地局から遠隔局の制御パケットは送信のためにコアMACプロセッサーに送られ(258)、そして処理は終了する(250)。
【0077】図12では、CBE/VBRスケジュールマネージャー196のフローチャートが示されている。信号送信あるいは無線制御によりCBR/VBRチャンネル要求信号262を受信した際、ステップ264においてAlohaチャンネルスケジュールおよびQoS要求を乱すことなくCBR/VBRバンド幅に合うような利用可能なスロットを見付ける試みが行なわれる。好ましい実施例において、VBR呼は、CBRに対するのと同じ様にピークのビットレートで割り当てられる。CBR/VBR信号を受信することが可能かどうかの決定がなされる(266)。もし可能ならば、チャンネル割り当てがステップ268で開始され、信号は信号送信、即ち、無線制御に送られる(270)。処理は待機状態に戻る。
【0078】もし、基地局がCBR/VBR信号を受信できなければ、要求262はステップ272で拒否され、適当な信号274が送信される。処理は待機状態271に戻る。
【0079】CBR/VBR離脱、すなわち終止指示信号276が受信されると、CBR/VBRスケジュールを入れ直すという要求がなされ(278)、適当な信号280が送信される。処理は待機状態271に戻る。
【0080】基地局MAC管理プロセッサーは、ABR,VBRおよびCBRに関する一定範囲のトラフィック制御規則を実施し、結果として、輻輳制御およびサービスの品質を保証する。使用される特定の待ち行列管理アルゴリズムは、シナリオ化されたサービスに適した性能対複雑化との間のトレードオフ関係に依存して定められる。使用される特定のアルゴリズムは、操作全体のMAC/データリンクに影響を与えないので、これらはソフトウェアーと共にユーザーの選択に任される。
【0081】好ましい無線ATM装置、特にこのような装置で使用する媒体アクセス制御についてこれまで記載され説明されてきたが、ここに添付されている請求項の範囲によって限定されるであろう本発明の広い精神および原理から逸脱することなく変化および修正が可能であるということは当業者には明らかであろう。




 

 


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