(57)【要約】【課題】単一の無線ＬＡＮチップ構成であっても冗長化伝送を可能とし、遅延、ジッタ、パケットロスを低減する。【解決手段】送信データにＭＡＣヘッダを付加したＭＰＤＵを生成し、さらにＭＰＤＵデリミタを付加したＡ−ＭＰＤＵサブフレームを生成し、さらに複数のＡ−ＭＰＤＵサブフレームを結合したＡ−ＭＰＤＵを生成して送信する無線ＬＡＮ通信装置において、送信データの要求品質に応じて冗長化対象とするか否かを判定し、冗長化対象とする送信データから生成されるＭＰＤＵを冗長化ＭＰＤＵとし、該冗長化ＭＰＤＵから複製ＭＰＤＵを複製するＭＰＤＵ複製手段と、冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵを含めてＡ−ＭＰＤＵを生成するＡ−ＭＰＤＵ生成手段とを備える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信データにＭＡＣヘッダを付加したＭＰＤＵを生成し、さらにＭＰＤＵデリミタを付加したＡ−ＭＰＤＵサブフレームを生成し、さらに複数のＡ−ＭＰＤＵサブフレームを結合したＡ−ＭＰＤＵを生成して送信する無線ＬＡＮ通信装置において、
前記送信データの要求品質に応じて冗長化対象とするか否かを判定し、冗長化対象とする送信データから生成される前記ＭＰＤＵを冗長化ＭＰＤＵとし、該冗長化ＭＰＤＵから複製ＭＰＤＵを複製するＭＰＤＵ複製手段と、
前記冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵを含めて前記Ａ−ＭＰＤＵを生成するＡ−ＭＰＤＵ生成手段と
を備えたことを特徴とする無線ＬＡＮ通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線ＬＡＮ通信装置において、
前記Ａ−ＭＰＤＵ生成手段は、前記冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵを前記Ａ−ＭＰＤＵの中で離れた位置に配置する構成である
ことを特徴とする無線ＬＡＮ通信装置。
【請求項３】
請求項１に記載の無線ＬＡＮ通信装置において、
前記Ａ−ＭＰＤＵの受信側から、前記冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵの少なくとも一方が正常に受信されたことを通知されたときに、前記冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵの再送を行わない再送制御手段を備えた
ことを特徴とする無線ＬＡＮ通信装置。
【請求項４】
送信データにＭＡＣヘッダを付加したＭＰＤＵを生成し、さらにＭＰＤＵデリミタを付加したＡ−ＭＰＤＵサブフレームを生成し、さらに複数のＡ−ＭＰＤＵサブフレームを結合したＡ−ＭＰＤＵを生成して送信する無線ＬＡＮ通信方法において、
前記送信データの要求品質に応じて冗長化対象とするか否かを判定し、冗長化対象とする送信データから生成される前記ＭＰＤＵを冗長化ＭＰＤＵとし、該冗長化ＭＰＤＵから複製ＭＰＤＵを複製するステップ１と、
前記冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵを含めて前記Ａ−ＭＰＤＵを生成するステップ２と
を有することを特徴とする無線ＬＡＮ通信方法。
【請求項５】
請求項４に記載の無線ＬＡＮ通信方法において、
前記ステップ１は、前記冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵを前記Ａ−ＭＰＤＵの中で離れた位置に配置する
ことを特徴とする無線ＬＡＮ通信方法。
【請求項６】
請求項４に記載の無線ＬＡＮ通信方法において、
前記Ａ−ＭＰＤＵの受信側から、前記冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵの少なくとも一方が正常に受信されたことを通知されたときに、前記冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵの再送を行わないステップ３を含む
ことを特徴とする無線ＬＡＮ通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一の無線ＬＡＮチップ（送信機）構成により冗長化伝送を行う無線ＬＡＮ通信装置および無線ＬＡＮ通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線ＬＡＮは、広帯域で誰でも簡単に設置できる利便性から、無線アクセス手段として広く普及している。無線ＬＡＮが使用する代表的な周波数は 2.4ＧHz，５ＧHz帯である。これらの周波数帯は免許不要であることから、誰でも申請することなく無線機を設置し、利用可能である。
【０００３】
無線ＬＡＮは、ＩＥＥＥによって仕様（非特許文献１）が策定されており、無線アクセス方式にＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）を使用している。ＣＳＭＡ／ＣＡでは、各無線ＬＡＮ端末が送信前にキャリアセンスを実施し、一定時間チャネルが使用されていないことを確認してから送信を開始する。チャネルが使用されている場合、チャネルの使用が終わるまで待機した後、予め定められた時間に加えて、ランダムに選択されたスロット数だけ送信を待機し、その間にチャネルの使用がなければ無線フレームを送信する。
【０００４】
このようにして、複数の無線ＬＡＮ端末間で自律的に衝突を回避し、送信を行う。送信された無線フレームには、宛先アドレスが記載されており、受信した無線ＬＡＮ機器は自身が宛先であった場合、ＳＩＦＳ(Short Inter Frame Space) 時間の後、直ちにＡＣＫフレームを返信する。したがって、送信した無線フレームが電波干渉等の理由により、送達できなかった場合にはＡＣＫフレームが返信されないため、送信側は、その無線フレームは送信エラーとみなし、再送を行う。ただし、無線ＬＡＮは免許不要の帯域であり、干渉も多いことから、再送の頻度が高い可能性があり、その場合にはデータ伝送を完了するまでに遅延が発生する。
【０００５】
無線ＬＡＮシステムにおいて、無線フレームの遅延、ジッタおよびパケットロスを低減する従来技術として、無線ＬＡＮの伝送経路を冗長化する構成がある（非特許文献２）。このシステムでは、無線ＬＡＮの伝送経路を複数用意し、送信フレームを複製して複数の伝送経路で冗長化伝送を行う。一部の伝送経路でエラーが発生したとしても、他の伝送経路で伝送に成功すれば、遅延やパケットロスを軽減できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】IEEE P802.11-REVmcTM/D8.0, Aug 2016 Draft Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks - Specific requirements Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications
【非特許文献２】Dr. Tobias Heer,“Parallel Redundancy Protocol Notably Improves Industrial Wireless Reliability ”, Belden社 White Paper
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
無線フレームの遅延、ジッタおよびパケットロスを低減するために複数の伝送経路で冗長化伝送を行う無線ＬＡＮシステムは、無線ＬＡＮチップ（送信機）を複数搭載する必要があり、単一の無線ＬＡＮチップ構成では対応できない。
【０００８】
本発明は、単一の無線ＬＡＮチップ構成であっても冗長化伝送を可能とし、遅延、ジッタ、パケットロスを低減することができる無線ＬＡＮ通信装置および無線ＬＡＮ通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、送信データにＭＡＣヘッダを付加したＭＰＤＵを生成し、さらにＭＰＤＵデリミタを付加したＡ−ＭＰＤＵサブフレームを生成し、さらに複数のＡ−ＭＰＤＵサブフレームを結合したＡ−ＭＰＤＵを生成して送信する無線ＬＡＮ通信装置において、送信データの要求品質に応じて冗長化対象とするか否かを判定し、冗長化対象とする送信データから生成されるＭＰＤＵを冗長化ＭＰＤＵとし、該冗長化ＭＰＤＵから複製ＭＰＤＵを複製するＭＰＤＵ複製手段と、冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵを含めてＡ−ＭＰＤＵを生成するＡ−ＭＰＤＵ生成手段とを備える。
【００１０】
第１の発明の無線ＬＡＮ通信装置において、Ａ−ＭＰＤＵ生成手段は、冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵをＡ−ＭＰＤＵの中で離れた位置に配置する構成である。
【００１１】
第１の発明の無線ＬＡＮ通信装置において、Ａ−ＭＰＤＵの受信側から、冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵの少なくとも一方が正常に受信されたことを通知されたときに、冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵの再送を行わない再送制御手段を備える。
【００１２】
第２の発明は、送信データにＭＡＣヘッダを付加したＭＰＤＵを生成し、さらにＭＰＤＵデリミタを付加したＡ−ＭＰＤＵサブフレームを生成し、さらに複数のＡ−ＭＰＤＵサブフレームを結合したＡ−ＭＰＤＵを生成して送信する無線ＬＡＮ通信方法において、送信データの要求品質に応じて冗長化対象とするか否かを判定し、冗長化対象とする送信データから生成されるＭＰＤＵを冗長化ＭＰＤＵとし、該冗長化ＭＰＤＵから複製ＭＰＤＵを複製するステップ１と、冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵを含めてＡ−ＭＰＤＵを生成するステップ２とを有する。
【００１３】
第２の発明の無線ＬＡＮ通信方法において、ステップ１は、冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵをＡ−ＭＰＤＵの中で離れた位置に配置する。
【００１４】
第２の発明の無線ＬＡＮ通信方法において、Ａ−ＭＰＤＵの受信側から、冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵの少なくとも一方が正常に受信されたことを通知されたときに、冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵの再送を行わないステップ３を含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵをＡ−ＭＰＤＵに含めて伝送するので、単一の伝送路で冗長化伝送が可能となる。これにより、単一の無線ＬＡＮチップ構成であっても冗長化伝送を可能とし、遅延、ジッタ、パケットロスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の無線ＬＡＮ通信装置の構成例を示す図である。
【図２】ＭＡＣ部２０の処理手順例を示すフローチャートである。
【図３】ＭＡＣ部２０の処理例を示す図である。
【図４】Ａ−ＭＰＤＵの送信動作例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の無線ＬＡＮ通信装置の構成例を示す。なお、無線ＬＡＮ通信装置は、無線ＬＡＮ基地局（アクセスポイント：ＡＰ）または無線ＬＡＮ端末（ステーション：ＳＴＡ）のどちらでもよいが、ここでは無線ＬＡＮ基地局における送信部の構成を示す。
【００１８】
図１において、無線ＬＡＮ通信装置は、上位ネットワークやアプリケーションからデータを入力するネットワーク部１０、ネットワークやアプリケーションから入力するデータのうち高品質が求められるデータを複製し、Ａ−ＭＰＤＵ (Aggregate ＭＡＣ Protocol Data Unit ）内に結合する処理を行うＭＡＣ部２０、Ａ−ＭＰＤＵの無線送信処理を行うＲＦ部およびアンテナ部３０により構成される。
【００１９】
ＭＡＣ部２０は、本発明による冗長化伝送のための送信部の構成として、ＭＰＤＵ生成部２１、ＭＰＤＵ冗長化部２２、送信キュー２３、Ａ−ＭＰＤＵ生成部２４、無線ＬＡＮ信号処理部２５を備える。
【００２０】
なお、無線ＬＡＮ通信装置の受信部は、ＲＦ部およびアンテナ部３０で受信した無線フレームのＡ−ＭＰＤＵをＭＡＣ部２０で分解し、ネットワーク部１０から上位ネットワークやアプリケーションに出力する処理、冗長化伝送されたＡ−ＭＰＤＵサブフレームの処理を行う構成となる。
【００２１】
図２は、ＭＡＣ部２０の処理手順例を示し、図３は、ＭＡＣ部２０の処理例を示す。
図１〜図３において、ＭＰＤＵ生成部２１は、入力データにＭＡＣヘッダを付加してＭＰＤＵを生成する（Ｓ１）。ＭＰＤＵ冗長化部２２は、入力データの要求品質に応じて冗長化対象か否かを判定し（Ｓ２）、高品質が求められる冗長化対象の入力データの場合には当該ＭＰＤＵを複製し（Ｓ３）、非冗長化対象および冗長化対象のＭＰＤＵと、複製ＭＰＤＵをそれぞれ対応する送信キュー２３に格納する（Ｓ４）。ここで、送信キュー２３に格納されたＭＰＤＵの合計がＡ−ＭＰＤＵに収容可能な上限に達したか否かを判定し（Ｓ５）、Ａ−ＭＰＤＵの上限に達するまでステップＳ１〜Ｓ４の処理を繰り返す。
【００２２】
送信キュー２３のＭＰＤＵがＡ−ＭＰＤＵの上限に達すると、Ａ−ＭＰＤＵ生成部２４は、非冗長化ＭＰＤＵ、冗長化ＭＰＤＵ、複製ＭＰＤＵにそれぞれＭＰＤＵデリミタを付加してＡ−ＭＰＤＵサブフレームを生成し、各Ａ−ＭＰＤＵサブフレームを結合してＡ−ＭＰＤＵを生成する（Ｓ６）。
【００２３】
図３に示す送信キュー２３は、非冗長化ＭＰＤＵおよび冗長化ＭＰＤＵを格納する送信キュー２３−１と、複製ＭＰＤＵを格納する送信キュー２３−２であり、それぞれ順に格納するものとする。
【００２４】
Ａ−ＭＰＤＵ生成部２４は、まず送信キュー２３−１の先頭から非冗長化ＭＰＤＵ１、冗長化ＭＰＤＵ２，３、非冗長化ＭＰＤＵ４、冗長化ＭＰＤＵ５を読み出して生成した各Ａ−ＭＰＤＵサブフレームを順に結合し、続いて、送信キュー２３−２から複製ＭＰＤＵ２’，３’，５’を読み出して生成した各Ａ−ＭＰＤＵサブフレームの順に結合し、Ａ−ＭＰＤＵを生成する。これにより、冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵがＡ−ＭＰＤＵの中で離れた位置に配置され、干渉等によりＡ−ＭＰＤＵサブフレームの一部が送信エラーとなっても、冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵのいずれか一方が正常に受信される確率が高くなる。
【００２５】
なお、ここでは複数ＭＰＤＵを１つとしたが、２以上であってもよく、その場合にも各複製ＭＰＤＵが離れた位置に配置されるようにする。また、冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵが隣接または近接する場合には、それらが離れた位置に配置されるようにＡ−ＭＰＤＵを組み換えてもよい。
【００２６】
図４は、Ａ−ＭＰＤＵの送信動作例を示す。
図４(1) は従来方式であり、Ａ−ＭＰＤＵの一部のＡ−ＭＰＤＵサブフレーム２がエラーになると、そのＡ−ＭＰＤＵサブフレーム２が次のＡ−ＭＰＤＵで再送されることになり、再送に伴う遅延が発生する。
【００２７】
図４(2) は本発明方式であり、図３に対応してＭＰＤＵ２，３，５が複製されており、ＭＰＤＵ２がエラーになっても、その複製ＭＰＤＵ２が正常に受信された場合には送信完了となり、再送に伴う遅延が回避される。
【００２８】
なお、Ａ−ＭＰＤＵの伝送では、各Ａ−ＭＰＤＵサブフレームの送達確認のために、送信側のブロックＡＣＫリクエスト（ＢＡ Req）と受信側のブロックＡＣＫ（ＢＡ）からなる方式が用いられる。冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵのいずれかが送信成功となった場合には、再送は不要となるので冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵを同時に送信キューから削除する。一方、冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵのいずれも送信失敗となった場合には、冗長化ＭＰＤＵとその複製ＭＰＤＵを送信キューに残し、次のＡ−ＭＰＤＵで再送する。また、非冗長化ＭＰＤＵが送信失敗となった場合には、送信キュー２３−１に冗長化ＭＰＤＵとして残し、その複製ＭＰＤＵを生成して送信キュー２３−２に格納し、次のＡ−ＭＰＤＵで再送してもよい。
【００２９】
ＭＰＤＵ冗長化部２２は、入力データの要求品質に応じて冗長化対象か否かを判定するが、その要求品質は例えば以下の各パラメータを参照する。
・宛先ＭＡＣアドレス
・ＩＰヘッダ内のＴＯＳフィールド、ＤＳＣＰ値（ＱｏＳレベル) 
・Ethernet（登録商標）ヘッダのＣｏＳフィールド（ＱｏＳレベル) 
・アプリケーション種別／プロトコル種別（ＤＰＩによる判定) 
・パケットサイズが一定値以下
・複数のVirtual ＡＰが設定された場合の端末の帰属ＳＳＩＤ
【符号の説明】
【００３０】
１０  ネットワーク部
２０  ＭＡＣ部
２１  ＭＰＤＵ生成部
２２  ＭＰＤＵ冗長化部
２３  送信キュー
２４  Ａ−ＭＰＤＵ生成部
２５  無線ＬＡＮ信号処理部
３０  ＲＦ部およびアンテナ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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