(57)【要約】【課題】マルチホップ転送のフロー内の転送効率を向上させることのできるマルチホップ無線装置を得る。【解決手段】ルーティングテーブル管理部４１０は、データの送信元から送信先までのマルチホップ転送のホップ数を示すルーティングテーブルを管理する。送信制御部４００は、ルーティングテーブルのホップ数に基づいて、ホップ数が多いほどバックオフ時間の上限値が大きく、ホップ数が少ないほどバックオフ時間の上限値が小さくなるようバックオフ時間を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャネルの空き状態を判定し、当該チャネルが空き状態であった場合は所定のバックオフ時間待機した後にデータを送信すると共に、他の装置との間で前記データのマルチホップ通信を行うマルチホップ無線装置であって、
前記データの送信元から送信先までのマルチホップ転送の経路を示すルーティングテーブルを管理するルーティングテーブル管理部と、
前記ルーティングテーブルに基づいて、前記マルチホップ転送する前記データのホップ数が少ないほど前記バックオフ時間を選択する際の上限値が小さくなるよう当該バックオフ時間の制御を行う送信制御部を備えたマルチホップ無線装置。
【請求項２】
前記送信制御部は、前記ホップ数に基づく制御値と、前記データの受信信号強度が大きいほど前記バックオフ時間の上限値を低くする制御値との合計値を用いて前記バックオフ時間の制御を行うことを特徴とする請求項１記載のマルチホップ無線装置。
【請求項３】
前記送信制御部は、前記バックオフ時間を、０から前記上限値までの範囲で選択することを特徴とする請求項１または請求項２記載のマルチホップ無線装置。
【請求項４】
前記送信制御部は、前記バックオフ時間を、前記上限値までの固定範囲の値の中から選択することを特徴とする請求項１または請求項２記載のマルチホップ無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線マルチホップ転送のフロー内における中継端末のバックオフ時間の制御を行うマルチホップ無線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線マルチホップ転送に関する従来技術として、例えば非特許文献１に示す方法があった。非特許文献１における無線パケット通信は、無線ＬＡＮを初めとする様々なシステムで採用されている通信形態であり、無線ＬＡＮの規格については、ＩＥＥＥ８０２．１１委員会で標準化が進められている。通信モードの一つにインフラストラクチャモードがあり、ＡＰ（アクセスポイント）に無線端末が無線接続して形成される無線ネットワークを構成している。この非特許文献１に示される方法は、ＡＰ（アクセスポイント）と端末間での通信制御に関する方法である。
【０００３】
また、これ以外の従来技術として、例えば非特許文献２に示す方法があった。この非特許文献２に示される方法は、音声や映像のようなリアルタイムトラフィックを高い品質で伝送するために、優先制御を導入している。この優先制御では、ＡＰ（アクセスポイント）に入力されたトラヒックを音声、映像、非リアルタイムトラヒックといったカテゴリに分け、それらに対応するキューに格納する。それぞれのキューには優先順位が設定されており、音声や映像のトラフィックが優先的に送信されるように送信制御が行われる方法である。
【０００４】
さらに、無線マルチホップ転送を行う従来装置として、例えば特許文献１に示す装置があった。この特許文献１には、映像、音声等のリアルトラヒックが要求されるフローをマルチホップ転送する際に、他のマルチホップ転送のフローよりもキャリアセンスを優先して行う無線基地局及びマルチホップ制御方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３３５９４３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】IEEE802.11“Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications”, IEEE STD 802.11, August 1999
【非特許文献２】IEEE802.11“Medium Access Control (MAC) Quality Service Enhancements”, January 2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に示された方法では、データフレームのマルチホップ転送のフロー内における転送手順（中継方法）については規定されていない。また、非特許文献２に示された方法は、データの種類に応じた優先制御に関する方法があるが、非特許文献１と同様に、ＡＰ（アクセスポイント）と端末間での通信制御に関する方法であり、データフレームのマルチホップ転送のフロー内における転送手順（中継方法）については規定されていない。
【０００８】
さらに、特許文献１に示された装置では、マルチホップ転送回数の多い特定のマルチホップ転送のフローを優先するために、他のマルチホップ転送のフローとはキャリアセンス時間を差別化して優先しており、そのために他のマルチホップ転送のフローの転送効率が低下するという課題があった。また、マルチホップ転送のフロー内における転送手順（中継方法）については規定されていなかった。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、マルチホップ転送のフロー内の転送効率を向上させることのできるマルチホップ無線装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係るマルチホップ無線装置は、チャネルの空き状態を判定し、チャネルが空き状態であった場合は所定のバックオフ時間待機した後にデータを送信すると共に、他の装置との間でデータのマルチホップ通信を行うマルチホップ無線装置であって、データの送信元から送信先までのマルチホップ転送の経路を示すルーティングテーブルを管理するルーティングテーブル管理部と、ルーティングテーブルに基づいて、マルチホップ転送するデータのホップ数が少ないほどバックオフ時間を選択する際の上限値が小さくなるようバックオフ時間の制御を行う送信制御部を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明のマルチホップ無線装置は、マルチホップ転送するデータのホップ数が少ないほどバックオフ時間の上限値が小さくなるようバックオフ時間の制御を行うようにしたので、それぞれのマルチホップ転送のフロー内のデータ到達率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１によるマルチホップ無線装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるマルチホップ無線装置のルーティングテーブルの説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるマルチホップ無線装置のバックオフ時間の算出方法の説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるマルチホップ無線装置のバックオフ時間の設定例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるマルチホップ無線装置を示す構成図である。
マルチホップ無線装置は、図示のように、送受信処理部１００、送信バッファ部２００、パケット生成部２１０、ヘッダ除去部３００、データ処理部３１０、送信制御部４００、ルーティングテーブル管理部４１０を備えている。送受信処理部１００は、変調部１１０、送信部１２０、アンテナ１３０、受信部１４０、復調部１５０、キャリア検出部１６０を備えている。
【００１４】
送受信処理部１００には、アンテナ１３０を介して受信された無線信号が入力される。受信部１４０は、入力した無線信号に対して周波数変換、フィルタリング、直交検波及びＡＤ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換を含む受信処理を施している。アンテナ１３０が送信状態以外の時には、受信部１４０には常に無線伝搬路上の無線信号が入力されて、無線信号の所定の周波数チャネルにおける受信信号の強度を表すＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）信号がキャリア検出部１６０へ出力される。また、受信部１４０が無線信号を受信した場合には、受信処理されたベースバンド信号が復調部１５０へ出力される。
【００１５】
キャリア検出部１６０は、受信部１４０から入力したＲＳＳＩ信号を用いて所定の周波数チャネルの状態を判定する。一定期間に渡ってＲＳＳＩ信号が予め定めた閾値以下の場合には周波数チャネルは空き状態と判定し、また、閾値以上の場合には周波数チャネルはビジー状態であると判定する。この判定結果は送信制御部４００へキャリアセンス結果として通知される。
【００１６】
復調部１５０は、受信部１４０で受信処理を施されたベースバンド信号に対して復調処理を行い、受信パケットとしてヘッダ除去部３００へ出力する。ヘッダ除去部３００では、受信パケットのヘッダに含まれる制御情報を解析し、宛先アドレスが自端末のアドレスと一致しない場合には受信パケットを破棄し、一致する場合にはヘッダを除去してデータフレームを抽出し、データ処理部３１０へ出力する。
【００１７】
データ処理部３１０では、ヘッダ除去部３００からのデータフレームに対して、通常のデータに関しては自端末に接続されるコンピュータ等の装置へ受信データとして出力する。また、ハローパケットのようなネットワーク情報に関するデータに関しては、ルーティングテーブル管理部４１０へ出力する。
【００１８】
ルーティングテーブル管理部４１０では、自端末と周辺端末との無線ネットワーク関係の情報を管理しており、例えば、直接送受信可能な端末や、マルチホップ転送されて送受信可能な端末とそのマルチホップ転送回数や、ハローパケットを受信した際のＲＳＳＩ情報等をルーティングテーブルで表している。なお、ルーティングテーブルの詳細については図２を用いて後述する。
【００１９】
送信バッファ部２００は、自端末に接続されるコンピュータ等の装置から送信データが入力されると、送信制御部４００に対してデータフレームの入力を通知し、データフレームに関する情報（データフレーム数、データサイズ、送信元（発生端末）、送信先（目的端末）のアドレス等）を送信制御部４００へ逐次出力する。
【００２０】
送信制御部４００は、送信バッファ部２００からのデータフレームに関する情報と、キャリア検出部１６０からのキャリアセンス結果に基づいて、送信制御処理を開始可能であるか判定する。送信バッファ部２００にデータフレームが入力されて、周波数チャネルが空き状態の場合には、送信制御処理を開始する。また、それ以外の場合には、送信制御処理を開始しない。
【００２１】
送信制御部４００における送信制御処理では、送信元（発生端末）から送信先（目的端末）へデータを送る際に、ルーティングテーブル管理部４１０のルーティングテーブルからマルチホップ転送回数、直接転送可能な隣接端末アドレスとＲＳＳＩ情報を取得し、バックオフのためのスロット数を割り当てる。バックオフ時間はこのスロット数とスロット時間（通常はシンボル時間）の掛け算で表される。このバックオフ時間は、マルチホップ転送回数が比較的多い送信元（発生端末）側の中継端末ほど比較的大きな値を設定し、送信先（目的端末）側のマルチホップ転送回数が比較的少ない中継端末ほど比較的小さな値を設定する。従って、送信先（目的端末）側の中継端末ほど、単位時間当たりのデータ転送量を大きく設定して優先する。
【００２２】
また、このバックオフ時間に直接転送可能な隣接端末のＲＳＳＩ情報を追加しても良い。具体的には、ＲＳＳＩが比較的大きく電波伝搬状況が良い場合には比較的小さな値を設定し、ＲＳＳＩが比較的小さく電波伝搬状況が良くない場合には比較的大きな値を設定する。ＲＳＳＩが比較的小さな電波伝搬状況が良くない場合にはパケットの到達率が低下するのでこの区間の優先度を低下させ、トラヒックを軽減させて比較的強い負荷を掛けないよう配慮する。一方、ＲＳＳＩが比較的大きく電波伝搬状況が良い場合はパケットの到達率が向上することから、その区間の優先度を高くしてよりトラヒックを高くして比較的強い負荷をかけるようにする。このようにして、マルチホップ転送回数に基づくバックオフ時間とＲＳＳＩに基づくバックオフ時間を組み合わせて最終的なバックオフ時間を設定する。これにより、電波伝搬状況も考慮したよりきめ細かい設定を行うことができる。
【００２３】
送信制御部４００では、送信制御処理によって設定されたバックオフ時間がカウントダウンされて零となった時点で、送信バッファ部２００の先頭に蓄積されたデータフレームをパケット生成部２１０へ出力する。また、カウントダウンの途中で、キャリア検出部１６０からＲＳＳＩ情報が閾値以上となった場合には周波数チャネルはビジー状態であると判定し、カウントダウンをいったん停止する。その後、ＲＳＳＩ情報が閾値以下となった場合には周波数チャネルは空き状態と判定し、再びカウントダウンを開始する。
【００２４】
パケット生成部２１０は、送信バッファ部２００からのデータフレームに対して、送信制御部４００からルーティングテーブル管理部４１０のルーティングテーブルの情報を得て、送信先（目的端末）のアドレス、送信元（発生端末）アドレス、マルチホップ転送時には直接送受信可能な隣接端末のアドレス等の制御情報で構成されるヘッダ及び誤り検出符号を付加して無線パケットを生成する。生成された無線パケットは、変調部１１０で変調処理を施され、送信部１２０でＤＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｏ  Ａｎａｌｏｇ）変換、周波数変換、フィルタリング及び電力増幅を含む送信処理が施され、アンテナ１３０から無線信号として送信される。
【００２５】
図２は本発明の実施の形態１によるマルチホップ無線装置のルーティングテーブルの説明図である。一例として、端末１から端末６までの６台の端末を直線状に配置して、マルチホップ転送する場合について説明する。また、各端末は隣の端末とのみ通信が可能であることとする。
【００２６】
各端末のルーティングテーブルには、自端末を示すｏｒｉｇｉｎａｌ（ｏｒｇ）、隣接端末を示すｇａｔｅｗａｙ（ｇｗ）、送信元（発生端末）や送信先（目的端末）を示すｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ（ｄｓｔ）、その際のマルチホップ数を示すｈｏｐ、隣接端末からのハローパケット受信時のＲＳＳＩ情報（ｒｓｓｉ）が管理されている。また、データフレーム（図示省略）には、データの発生元である送信元（発生端末）を示すｓｏｕｒｃｅ、送信先（目的端末）を示すｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎの情報が収納されている。従って、送信元（発生端末）で発生したデータは、各端末が自己のルーティングテーブルにより、隣接端末を中継して送信先端末（目的端末）までマルチホップ転送される。
【００２７】
具体的には、送信元端末１から送信先端末６へデータをマルチホップ転送する場合には、まず、端末１は自己のルーティングテーブルにより隣接端末２へデータを転送すれば、５ホップで送信先端末６へデータを届けることが出来る。次に、端末２は自己のルーティングテーブルにより隣接端末３へデータを転送すれば、４ホップで送信先端末６へデータを届けることが出来る。同じく、端末３は自己のルーティングテーブルにより隣接端末４へデータを転送すれば、３ホップで送信先端末６へデータを届けることが出来る。同様に、端末４は自己のルーティングテーブルにより隣接端末５へデータを転送すれば、２ホップで送信先端末６へデータを届けることが出来る。最後に、端末５は自己のルーティングテーブルにより送信先端末６が隣接端末であり１ホップでデータを届けることが出来る。このような一連の関係から、送信元端末１は送信先端末６へ中継端末を経由してマルチホップ転送によりデータを届けることが出来る。
【００２８】
図３は本発明の実施の形態１によるバックオフ時間の算出方法を示す説明図である。
バックオフ時間はホップ数を考慮した値とＲＳＳＩを考慮した値の合計として算出される。バックオフのスロット数の最大値：ＣＷ（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ  Ｗｉｎｄｏｗ）ｍａｘは、従来技術の非特許文献１と同じく１０２３としても良い。また、周辺端末の台数に較べて十分余裕のある値を設定しても良い。
【００２９】
まず、ホップ数を考慮したバックオフ時間を説明する。各中継端末は、送信元（発生端末）で発生したデータについて、自己のルーティングテーブルにより、送信元（発生端末）までのホップ数と送信先（目的端末）までのホップ数の情報を取得し、マルチホップ転送における全ホップ数を把握する。
【００３０】
例１の中継端末は、ＣＷ（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ  Ｗｉｎｄｏｗ）ｍａｘに、０から｛（送信先（目的端末）までのホップ（ｈｏｐ）数）／（全ホップ（ｈｏｐ）数）｝を乗算した範囲からランダムな値を選択する。
【００３１】
例２の中継端末は、ＣＷ（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ  Ｗｉｎｄｏｗ）ｍａｘに、｛（送信先（目的端末）までのホップ数−１｝／全ホップ数｝から｛送信先（目的端末）までのホップ数／全ホップ数｝を乗算した範囲からランダムな値を選択する。
【００３２】
そして、ＲＳＳＩを考慮したバックオッフのスロット数との重み付け具合から、任意の係数：Ｓで除算される。ホップ数によるバックオフ値のスロット数を優先する場合にはＳの値を小さくし、逆の場合にはＳの値を大きくする。
【００３３】
次に、ＲＳＳＩを考慮したバックオフ時間を説明する。各中継端末は、自己のルーティングテーブルにより、隣接端末とのＲＳＳＩ情報を取得し、任意の係数：−ｋを乗算する。
ＲＳＳＩが比較的大きく電波伝搬状況が良い場合、例えばＲＳＳＩ＝−３０ｄＢｍの場合には３０ｋの値が設定され、ＲＳＳＩが比較的小さく電波伝搬状況が悪い場合、例えばＲＳＳＩ＝−９０ｄＢｍの場合には９０ｋの値が設定される。これにより、電波伝搬状況が良い場合にはバックオフ時間が比較的小さな値が選択されて優先度を高くする。
【００３４】
そして、ホップ数を考慮したバックオッフのスロット数との重み付け具合から、任意の係数：ｋで乗算される。ＲＳＳＩによるバックオフ値のスロット数を優先する場合にはｋの値を大きくし、逆の場合にはｋの値を小さくする。
【００３５】
図４は本発明の実施の形態１によるマルチホップ無線装置のバックオフ時間の設定例を示す説明図である。図４では、図２と同じく、端末１から端末６までの６台の端末を直線状に配置して、マルチホップ転送する場合について説明し、各端末は隣の端末とのみ通信が可能であることとする。
【００３６】
マルチホップ転送を行うフロー内において、中継端末はデータ転送中には、次に転送するデータを受け取ることが出来ない。従って、中継端末はデータ転送を早く完了させて、次のデータを到着させる必要がある。そこで、データの転送率を到着率よりも大きくすることが望ましい。ここで、転送率とは次の中継端末へデータを渡す割合であり、到着率とは前の中継端末からデータを受け取る割合である。すなわち、到着率は、前の中継端末から自身の中継端末へデータを渡す割合と同じで、前の中継端末の転送率に相当する。従って、転送率は自中継端末で決定し、到着率は前の中継端末によって決定されることになる。なお、転送率も到着率も同一中継端末における事象として定義する。
【００３７】
１回のデータフレームで転送できるデータ量は固定なので、それに掛かるデータフレーム全体の時間を制御して転送率や到着率を変化させる。データフレームは、キャリアセンス、バックオフ、データ転送の時間で構成され、図１における送信制御部４００では、バックオフ時間を制御して転送率や到着率を変化させる。キャリアセンスの時間は固定時間が必要であり変化の対象としない。転送率を大きくするためにはバックオフ時間を小さくし、到着率を小さくするためにはバックオフ時間を大きくする。従って、送信元（発生端末）側の中継端末は比較的バックオフ時間を大きくし、送信先（目的端末）側の中継端末は比較的バックオフ時間を小さく設定する。
【００３８】
従来技術の非特許文献１による方法では、マルチホップ転送のフロー内の各中継端末は、０からＣＷｍａｘの中から選択されたランダムな値をバックオフ値としている。従って、中継端末では、転送率が到着率よりも大きい場合や小さい場合が同程度の確率で発生する。転送率が到着率よりも小さい時には、到着を試みるデータが再送や破棄されるため、データ到着率が低下してしまう。
【００３９】
例１では、マルチホップ転送のフロー内の中継端末は、送信元（発生端末）から送信先（目的端末）に向かうほどバックオフ値の上限値が下がり比較的小さな幅からランダムな値が選択される。従って、中継端末においては、転送率が到着率よりも大きくなる確率が従来技術の方法よりも比較的高くなる。よって、従来技術による方法よりもデータ到達率が向上する。
【００４０】
例２では、マルチホップ転送のフロー内の中継端末は、送信元（発生端末）から送信先（目的端末）に向かうほどバックオフ値の上限値及び下限値が下がった選択幅からランダムな値が選択される。従って、中継端末においては、転送率が到着率よりも大きくなる確率が更に高くなる。よって、従来技術による方法よりもデータ到達率が向上する。
【００４１】
なお、例１及び例２は、トラヒックが高い場合に設定する方式としている。そのなかでも、比較的トラヒックが低い場合には例１の制御を、比較的トラヒックが高い場合には例２の制御が効果的である。ここで、トラヒックが低い場合とは、マルチホップ区間内で扱うデータ量が少ない場合で、各中継端末に負荷が無く、届いたデータを、謂わば、何時でも転送可能な状態を意味する。一方、トラヒックが高い場合とは、マルチホップ区間内で扱うデータ量が多い場合で、各中継端末の負荷が高く、謂わば、データを転送したくとも次の中継端末の転送が完了していないために、受け取る状態になっていない場合で、極端な場合としてはマルチホップ区間内でデータ転送が滞ってしまっているような状態を意味している。
【００４２】
以上説明したように、実施の形態１のマルチホップ無線装置によれば、チャネルの空き状態を判定し、チャネルが空き状態であった場合は所定のバックオフ時間待機した後にデータを送信すると共に、他の装置との間でデータのマルチホップ通信を行うマルチホップ無線装置であって、データの送信元から送信先までのマルチホップ転送の経路を示すルーティングテーブルを管理するルーティングテーブル管理部と、ルーティングテーブルに基づいて、マルチホップ転送するデータのホップ数が少ないほどバックオフ時間を選択する際の上限値が小さくなるようバックオフ時間の制御を行う送信制御部を備えたので、マルチホップ転送の複数のフローに対して同じ転送手順（中継方法）を用い、それぞれのマルチホップ転送のフロー内のデータ到達率を向上させることができる。
【００４３】
また、実施の形態１のマルチホップ無線装置によれば、送信制御部は、ホップ数に基づく制御値と、データの受信信号強度が大きいほどバックオフ時間の上限値を低くする制御値との合計値を用いてバックオフ時間の制御を行うようにしたので、電波伝搬状況も考慮したよりきめ細かい設定を行うことができる。
【００４４】
また、実施の形態１のマルチホップ無線装置によれば、送信制御部は、バックオフ時間を、０から上限値までの範囲で選択するようにしたので、比較的トラヒックが低く、負荷が少ない場合に効率的にデータ制御を行うことができる。
【００４５】
また、実施の形態１のマルチホップ無線装置によれば、送信制御部は、バックオフ時間を、上限値までの固定範囲の値の中から選択するようにしたので、比較的トラヒックが高い場合でも、それぞれのマルチホップ転送のフロー内のデータ到達率を向上させることができる。
【００４６】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１００  送受信処理部、１１０  変調部、１２０  送信部、１３０  アンテナ、１４０  受信部、１５０  復調部、１６０  キャリア検出部、２００  送信バッファ部、２１０  パケット生成部、３００  ヘッダ除去部、３１０  データ処理部、４００  送信制御部、４１０  ルーティングテーブル管理部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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