(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアセンスによるチャネルの空き状態を検出後、固定時間と、コンテンションウィンドウ幅から選択されたランダム値に基づくバックオフ時間と、が経過した後に送信を開始するアクセス制御に基づく無線通信装置であって、
データの発生から許容される要求遅延時間までの残余時間を算出する残余時間算出部と、
前記残余時間算出部で算出した残余時間に応じて、前記固定時間と、前記コンテンションウィンドウ幅と、を設定する設定部を備え、
前記設定部は、前記固定時間と、前記コンテンションウィンドウ幅と、のいずれか少なくとも一方について、第1の残余時間で設定される第1の固定時間を前記第1の残余時間よりも長い第2の残余時間で設定される第2の固定時間よりも小さく設定する、もしくは、前記第1の残余時間で設定される第1のコンテンションウィンドウ幅を前記第2の残余時間で設定される第2のコンテンションウィンドウ幅よりも小さく設定し、
前記第1の残余時間で設定される第1の固定時間と前記第1の残余時間で設定される前記第1のコンテンションウィンドウ幅で選択されうる最大バックオフ時間との合計が、前記第2の残余時間で設定される第2の固定時間よりも小さいことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
キャリアセンスによるチャネルの空き状態を検出後、コンテンションウィンドウ幅から選択されたランダム値に基づくバックオフ時間が経過した後に送信を開始するアクセス制御に基づく無線通信装置であって、
データの発生から許容される要求遅延時間までの残余時間を算出する残余時間算出部と、
前記残余時間算出部で算出した残余時間に応じて、前記コンテンションウィンドウ幅を設定する設定部を備え、
前記ランダム値は、前記ランダム値の確率密度関数を用いて発生させられ、
前記確率密度関数の期待値は、前記残余時間算出部で算出した残余時間に応じて設定され、
前記第1の残余時間で設定される第1の期待値は、前記第2の残余時間で設定される第2の期待値よりも小さいことを特徴とする無線通信装置。
【請求項３】
前記ランダム値は、前記ランダム値の確率密度関数を用いて発生させられ、
前記確率密度関数の期待値は、前記残余時間算出部で算出した残余時間に応じて設定され、
前記第1の残余時間で設定される第1の期待値は、前記第2の残余時間で設定される第2の期待値よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記残余時間算出部は、前記固定時間の間にビジーが検出されたときに前記残余時間の算出を行うことを特徴とする請求項1または3に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記残余時間算出部は、前記バックオフ時間の間にビジーが検出されたときに前記残余時間の算出を行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記残余時間算出部は、前記キャリアセンスにより前記空き状態が検出された直後に前記残余時間の算出を行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記残余時間算出部は、前記データの再送が決定されるごとに、前記残余時間の算出を行うことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項８】
キャリアセンスによるチャネルの空き状態を検出後、固定時間と、コンテンションウィンドウ幅から選択されたランダム値に基づくバックオフ時間と、が経過した後に送信を開始するアクセス制御に基づく無線通信方法であって、
データの発生から許容される要求遅延時間までの残余時間を算出する残余時間算出ステップと、
前記残余時間算出ステップで算出した残余時間に応じて、前記固定時間と、前記コンテンションウィンドウ幅と、を設定する設定ステップを備え、
前記設定ステップは、前記固定時間と、前記コンテンションウィンドウ幅と、のいずれか少なくとも一方について、第1の残余時間で設定される第1の固定時間を前記第1の残余時間よりも長い第2の残余時間で設定される第2の固定時間よりも小さく設定する、もしくは、前記第1の残余時間で設定される第1のコンテンションウィンドウ幅を前記第2の残余時間で設定される第2のコンテンションウィンドウ幅よりも小さく設定し、
前記第1の残余時間で設定される第1の固定時間と前記第1の残余時間で設定される前記第1のコンテンションウィンドウ幅で選択されうる最大バックオフ時間との合計が、前記第2の残余時間で設定される第2の固定時間よりも小さいことを特徴とする無線通信方法。
【請求項９】
キャリアセンスによるチャネルの空き状態を検出後、コンテンションウィンドウ幅から選択されたランダム値に基づくバックオフ時間が経過した後に送信を開始するアクセス制御に基づく無線通信方法であって、
データの発生から許容される要求遅延時間までの残余時間を算出する残余時間算出ステップと、
前記残余時間算出ステップで算出した残余時間に応じて前記コンテンションウィンドウ幅を設定する設定ステップと、を備え、
前記ランダム値は、前記ランダム値の確率密度関数を用いて発生させられ、
前記確率密度関数の期待値は、前記残余時間算出部で算出した残余時間に応じて設定され、
前記第1の残余時間で設定される第1の期待値は、前記第2の残余時間で設定される第2の期待値よりも小さいことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、無線通信装置および無線通信方法に関し、例えばCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)方式を用いる無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線LAN(IEEE802.11)やZigbee等といった無線通信システムで用いられるアクセス方式としてCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)がある。この方式では、各端末は送信を開始する前にチャネルのキャリアセンスを行い、チャネルが一定期間の空き(アイドル)状態を検知した後、パケットの送信を行う。ここで、待機する上記一定期間は、ある固定時間に、コンテンションウィンドウ(CW)の範囲からランダムに選択した乱数値に基づいたバックオフ時間を加えた時間である。一般に、各端末がバックオフ時間をランダムに選択することにより、複数端末が同時に送信しようとした場合でも衝突を回避することが出来る。しかしながら、複数端末が偶然に同一のランダム値を選択してしまった場合には、衝突が発生してしまうため、その場合には各端末はCWの範囲を拡大することで衝突確率を低下させて再送が行われる。CWは、最小値CWminから開始され、再送の都度、最大値CWmaxに達するまで2倍に拡大していく。
【０００３】
このように、CSMA/CA方式では衝突等によって再送回数が増えるに従ってCWが大きくなるため、再送の都度バックオフ時間が延びてしまい、再送による時間遅延が長期化する恐れもある。そのため、特に端末数が多く衝突発生頻度が増えてしまうような環境では、送信完了までの遅延時間が延び、要求遅延時間を満たさない事も考えられる。この問題を解決する方法として、端末数やトラフィック量などに応じて、CWの範囲を制御することにより、バックオフ時間に伴うオーバーヘッドにより必要以上に遅延時間が増大する問題を防止する方法等が提案されている(例えば、特許文献1)。また、無線LANシステムではIEEE802.11e規格(非特許文献1)においてEDCA方式が提案されている。EDCA方式では、データの種類を4カテゴリに分類し、各カテゴリに優先度付けを行う。例えば要求遅延が短く優先度が高いカテゴリである音声通信用に関しては固定時間(AIFS：Arbitration Inter Frame Space)、CWmin、CWmaxを短く設定する。これにより、優先度の高いカテゴリのデータが優先的に送信されるようにする。EDCA方式では、この優先制御により、低遅延が要求されるデータがタイムアウトになる事を防止することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2011-35600号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications, Medium Access Control (MAC) Quality of Service (QoS) Enhancements,” IEEE Std. 802.11e-2005.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献1ではトラフィック量に応じて相対的に遅延時間を考慮した制御がなされるに過ぎず、同一のトラフィック量環境下における端末間での遅延時間保証がなされるものではない。また、EDCA方式においても異なる優先度を有するデータ間の相対的な送信優先度順位が制御されるに過ぎず、同優先度のデータ間での遅延時間保証がなされるものではない。
【０００７】
このように、従来の方法においては、トラフィック量やデータ種別に応じた相対的な制御であり、衝突等によって再送回数が増えるに従いCWが大きくなり、再送の都度バックオフ時間が延びてしまうといった点は変わらない。従って、再送に起因した時間遅延が長期化してしまという根本的な問題は残ったままである。つまり、同一トラフィック量や同一データ種別間においては通常のCSMA/CA方式として動作するのみであるため、データの要求遅延に対してタイムアウトとならないような遅延保証制御は施されてはいない。
【０００８】
本発明の一側面は、以上の点を考慮してなされたもので、同一トラフィック量や同一データ種別間であっても要求遅延時間に対する遅延制御を可能とし、タイムアウト時間までにより確実にデータ送信を完了することの出来る高信頼な無線通信装置および無線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】
本発明の実施形態としての無線通信装置は、キャリアセンスによるチャネルの空き状態を検出後、コンテンションウィンドウ幅から選択されたランダム値に基づくバックオフ時間が経過した後に送信を開始するアクセス制御に基づく無線通信装置であって、残余時間算出部と設定部とを備える。
【００１０】
前記残余時間算出部は、データの発生から許容される要求遅延時間までの残余時間を算出する。
【００１１】
前記設定部は、前記残余時間算出部で算出した残余時間に応じて、前記コンテンションウィンドウ幅を設定する。
【００１２】
前記設定部は、第1の残余時間で設定される第1のコンテンションウィンドウ幅を、第1の残余時間よりも長い第2の残余時間で設定される第2のコンテンションウィンドウ幅よりも小さくする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る無線通信装置の構成例を示すブロック図。
【図２】本実施形態に係るAIFS設定部で設定するAIFS値の決定方法の例(その1)を示す図。
【図３】本実施形態に係るAIFS設定部で設定するAIFS値の決定方法の例(その2)を示す図。
【図４】本実施形態に係るAIFS設定部で設定するAIFS値の決定方法の例(その3)を示す図。
【図５】本実施形態に係るCW設定部で設定するCW値の決定方法の一例を示す図。
【図６】本実施形態に係るCSMA/CA制御フローの一例を示す図。
【図７】本実施形態に係るCSMA/CA制御フローの他の例を示す図。
【図８】本実施形態に係る具体的な動作例を示す図。
【図９】本実施形態に係る具体的なAIFS値及びCW値に関する関係を説明する図(その1)。
【図１０】本実施形態に係る具体的なAIFS値及びCW値に関する関係を説明する図(その2)。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。本発明の各実施形態は、複数の無線通信装置の間でCSMA/CA方式を用いた無線通信に関するものである。実際には、無線通信装置には無線端末及び無線基地局が存在するが、基本的にはいずれも同一の構成を有する。
【００１５】
（第1の実施の形態）
図1は、本実施形態に係る無線通信装置の構成例を示すブロック図である。少なくとも図1に示すように、本実施形態に係る無線通信装置は、アンテナ部11、送信部12、受信部13、キャリアセンス部14、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)制御部15、残余時間算出部16、Contention Window(CW)設定部17、AIFS(AIFS：Arbitration Inter Frame Space)設定部18とから構成されている。
【００１６】
無線通信装置が送信を行う場合は、上位レイヤから新規の送信データの送信が指示され、送信データがCSMA/CA制御部15へと渡される。CSMA/CA制御部15は、所望のデータフレーム生成を行い、また、キャリアセンスを実施するキャリアセンス部14から得られたキャリアセンス情報に従い所定のCSMA/CA制御を行う。CSMA/CA制御部15は、送信アクセス権を獲得出来たタイミングで、送信部12へデータフレームを出力する。送信部12では、D/A変換や変調処理や所定周波数への無線信号に周波数変換処理など、所望の送信に必要な処理をデータフレームに施し、アンテナ部11を介して無線端末あるいは無線基地局へ無線信号を送信する。
【００１７】
また、上位レイヤから新規の送信データの送信が指示された際に、並行して残余時間算出部16にて、送信データの要求遅延時間に対するタイムアウトまでの残余時間が算出される。ここで、要求遅延時間は送信データ種別に応じて事前に定義されているものであり、各送信データに対する要求遅延は上位レイヤからデータと共に通知されたり、あるいはデータベース参照等によって把握出来るようになっていたりする。少なくとも残余時間算出部16が要求遅延時間に対するタイムアウトまでの残余時間を算出することが可能であれば、どのようなものであっても構わない。基本的に、新規の送信データ指示の際には、残余時間算出部16で算出される残余時間は要求遅延時間と等しい時間となる。
【００１８】
CSMA/CA制御部15でのCSMA/CA制御に用いられるCW値およびAIFS値は、残余時間算出部16で算出した残余時間に基づき、それぞれCW設定部17およびAIFS設定部18で決定される。つまり、本実施形態に係る無線通信装置では、要求遅延時間に対するタイムアウトまでの残余時間に応じて決定されたCW値およびAIFS値に基づいてCSMA/CA制御がなされる。なお、CSMA/CA制御部15で実施するCSMA/CA制御の動作、及び、残余時間算出部16に基づき設定されるCW設定部17でのCW設定ポリシー、AIFS設定部18でのAIFS設定ポリシーの詳細は後述する。
【００１９】
一方、無線通信装置が受信を行う場合、アンテナ部11を介して受信部13が無線信号を受信し、ベースバンドへの周波数変換、A/D変換、復調処理など受信時に必要な処理を施す。受信部13は、当該無線通信装置宛ての受信データを上位レイヤへと渡すと共に、CSMA/CA制御部15への通知を行う。CSMA/CA制御部15では、送信データに対するACKフレーム受信の有無などに応じて再送処理の必要性を判断する。CSMA/CA制御部15は、送信データに対するACK応答が得られず再送が必要と判断した場合には、所定のCSMA/CA制御に従い、改めて再送のための送信アクセス権獲得に向けた処理を実施する。CSMA/CA制御部15は、再度送信アクセス権が獲得出来たタイミングで送信部12を介して該当データの再送を行う。
【００２０】
ここで、新規のデータ送信時と比較し、再送時においては新規のデータ送信に要する時間や再送判断のためのACK応答待ちに要する時間などに伴い、その分時間が経過している。つまり、再送時には該データの要求遅延に対する残余時間が少なくなっている。また、再送回数が増加するにつれ、その残余時間が更に少なくなる。そこで、再送時のCSMA/CA制御を実施する都度、改めて残余時間算出部16は該データの要求遅延に対するタイムアウトまでの残余時間の更新を行う。更新した残余時間に基づき、CW設定部17およびAIFS設定部18では改めてCW値およびAIFS値をそれぞれ後述するポリシーに従い決定し、CSMA/CA制御部15では再決定したCW値およびAIFS値を利用して、再送のための送信アクセス権獲得に向けた処理を実施する。
【００２１】
また、自らの無線通信装置が送信アクセス権を獲得する前に、他無線通信装置が先に送信アクセス権を獲得した場合、つまりキャリアセンスがBusyになった場合、改めてキャリアセンスがIdleとなったタイミングから、再度CSMA/CA制御が実施される。このケースは、再送データの送信に限らず新規データの場合でも起こりうるが、他無線通信装置が送信の間、該データの要求遅延に対するタイムアウトまでの残余時間はその分少なくなっている。そのため、キャリアセンスがBusyになったのに伴い再度CSMA/CA制御が必要となった場合にも、その都度、改めて残余時間算出部16は該データの要求遅延に対するタイムアウトまでの残余時間の更新をし、CSMA/CA制御部15では更新した残余時間に基づいて設定したCW値およびAIFS値を利用して、送信アクセス権獲得に向けたCSMA/CA制御を再開する。
【００２２】
よって、本実施形態に係る無線通信装置では、新規送信および再送に関わらず、その都度CSMA/CA制御を実施する各タイミングでのタイムアウトまでの残余時間に応じて決定されたCW値とAIFS値を用いて、CSMA/CA制御が行われることになる。
【００２３】
CW設定部17およびAIFS設定部18で設定されるCW値およびAIFS値のポリシーについて説明する。
【００２４】
まず、AIFS設定部18で設定するAIFS値は、残余時間算出部16で算出される残余時間に応じ、基本的に残余時間が少ないほど小さいAIFS値が設定されるようなポリシーで決定される。具体的には、図2の例に示すように残余時間に応じて段階的に予め定義されたAIFS値を選択する方法や、図3や図4の例に示すように予め最大AIFS値(AIFS0)と最小AIFS値(AIFS1)のみを定義しておき、残余時間算出部16で算出された残余時間に応じてAIFS0とAIFS1を補間したAIFS値を選択または計算する方法などによって決定される。また、当然ながらこれらを組み合わせた方法によってAIFS値が決定されても良い。少なくとも、AIFS設定部18で設定されるAIFS値は、要求遅延へのタイムアウトに対する残余時間が少ないほど小さい値が設定されるようになっていれば、どのような方法であっても構わない。
【００２５】
次に、CW設定部17で設定するCW値は、AIFS値と同様、基本的に残余時間算出部16で算出される残余時間が少ないほど小さいCW値が設定されるようなポリシーで決定される。決定方法に関しては、図2〜図4に示すAIFS値の決定方法と同様な方法で決定される。
【００２６】
ただしCW値設定に関しては図5に示すように、残余時間が大きく、タイムアウトまで十分に送信時間が残っている場合(図5の例ではt3以上)では、従来のCSMA/CAと同様、再送の都度、CW値を2倍に拡大していく方法であっても良い。つまり、残余時間に余裕がある期間(図5の例ではt3以上)では、従来通りに再送に応じてCW値を増加させていき、ある時間(図5の例ではt3)を切った段階から、残余時間に応じて再送回数に関わらずCW値を小さくしていく方法でも良い。また、AIFS設定部18での時間とCW設定部17で設定に用いるそれぞれの残余時間の値(例えば、図2のt0と図5のt0等)は同一の値であっても良いし、独立に異なる値であっても構わない。
【００２７】
次に、図6に示すフローチャートに従いCSMA/CA制御の処理フローについて説明する。まず、上位レイヤから新規の送信データの送信が指示されると、送信データの要求遅延時間に対するタイムアウトまでの残余時間の算出を行う(S601)。基本的にこのタイミングで算出される残余時間は要求遅延時間と等しい値となる。次に、前述したポリシーに基づき、残余時間に応じたAIFS値およびCW値の設定を行う(S602)。CSMA/CA制御部15では、設定されたCW値に基づき、0からCW値までの範囲内でランダムに選択された値に応じたバックオフ時間の決定を行う(S603)。以降、設定されたAIFS値およびバックオフ時間によりCSMA/CA制御が行われる。
【００２８】
CSMA/CA制御部15では、キャリアセンス部14からのキャリアセンス結果(S604)がIdleになったら、設定したAIFS期間の間、チャネルが継続してIdleであるか否かの判定を行う(S605)。
【００２９】
S605にて、継続してIdleと判定した場合には、更に継続して決定したバックオフ時間の間、チャネルがIdleであるか否かの判定を行う(S606)。S606にて、バックオフ時間の間、継続してIdleと判定した場合には、自無線通信端末が送信アクセス権を獲得出来たと判断し、データの送信を行う(S607)。データ送信後、ACK応答の有無などによって再送が必要かの判断を行い(S608)、ACK応答等により受信データの再送が必要無いと判断した場合には（S609のNo）、送信処理を完了する。
【００３０】
S605にて、キャリアセンスのIdle状態が継続してAIFS期間に達する前にBusyと判定した場合には、改めてそのタイミングにおける該データの残余時間算出を実施し、残余時間の更新を行う(S610)。そして、更新した残余時間が閾値以下になったかを判定する(S611)。ここでは、更新した残余時間が0s、すなわちタイムアウトに達したかを判定する(S611)。タイムアウトに達していた場合には（Yes）、該データは送信せずに廃棄する。一方、タイムアウトに達していなかった場合には（No）、前述したポリシーに基づき、改めて更新した残余時間に応じてAIFS値およびCW値の設定を行う(S612)。ここで、更新した残余時間は、少なくともS601で算出した残余時間と比較して少ない時間であるため、基本的にはS612で再設定されるAIFS値およびCW値はS602で初期設定したそれぞれの値以下になっているはずである。S612で再設定されたCW値に基づき、0からCW値までの範囲内でランダムに選択した値に応じたバックオフ時間を決定し(S603)、CSMA/CA制御部15では改めて再設定したAIFS値およびバックオフ時間によりCSMA/CA制御を実施する。
【００３１】
S606にて、キャリアセンスのIdle状態がAIFS経過後に継続してバックオフ時間に達する前にBusyと判定された場合には、同様に改めてそのタイミングにおける該データの残余時間算出を実施し、残余時間の更新を行う(S610)。以降、上記と同様である。
【００３２】
なお、S606の判定からS610へ移行した場合には、S605の判定からS610へ移行した場合と違い、決定したバックオフ時間がある時間だけカウントダウンされた状態となっている。そのため図6のフローには記載していないが、以下のようにすることも可能である。すなわち、S606経由でCW値を再設定後(S612)、再設定したCW値の範囲内で改めてランダムに決定した値に応じたバックオフ時間と、S610へ移行した時点での残りのバックオフ時間とを比較する。当該残りのバックオフ時間の方が小さかった場合には、その後のCSMA/CA制御においては、S610へ移行した時点での残バックオフ時間をそのまま継続して利用する。
【００３３】
S609にて、再送が必要と判断した場合にも（Yes）同様に、S610へ移行し残余時間の更新を行う。その後も同様にして、更新した残余時間に応じてAIFS値とCW値の再設定を行う。ただし、この場合には前述の通りCW値の再設定に限っては、残余時間に余裕がある間は従来通り、CW値を増大する場合も考えられる。
【００３４】
図7のフローチャートに、CSMA/CA制御の処理フローの他の例を示す。このフローでは、図６の処理フローとステップの一部の順序が変更されている。具体的に、残余時間の更新（S610）、タイムアウトしたかの判定（S611）、残余時間に基づくAIFS値およびCW値の再設定（S612）、バックオフ時間の決定（S603）が、S604にてキャリアセンス結果がIdleになったタイミングで実施している。これにより、S604でのキャリアセンスに時間を要した場合にも、その時点での残余時間を適切に反映したAIFS値およびCW値を設定することが可能となる。
【００３５】
次に、図8に本実施形態の具体的な動作例を示す。図8では3台の無線通信装置が存在し、時刻t0(端末1,2)および時刻t1(端末3)でそれぞれデータが発生したケースであり、残余時間の更新は、再度キャリアセンス結果がIdleになったタイミングで実施する場合（図7に示したフローの場合）の例である。
【００３６】
端末1および2は、データ発生した時刻t0においてAIFS値(AIFS0)とCW(CW0)値が設定され、またCW0に基づきそれぞれランダムなバックオフ時間が決定される。図8では、両端末での乱数発生の結果、端末2に比べ端末1の方がバックオフ時間が短い値で決定された例となっている。そのため、端末1が先にバックオフ時間が完了し、データ送信が行われる。一方、端末2は端末1がデータ送信を開始した時点で、キャリアセンス結果がBusyとなり、再度キャリアセンスがIdleとなるまで待機する。その間に、時刻t1で端末3のデータが発生し、端末3においてもAIFS値(AIFS0)とCW(CW0)値が設定される。時刻t2でチャネルがIdleとなるため、改めて端末2と端末3はCSMA/CA制御が再開される。
【００３７】
ここで、端末2では(t2-t0)だけ時間が経過しており、その分残余時間も(t2-t0)だけ減っている。そのため、端末2では少なくなった残余時間に応じて、AIFS値とCW値がそれぞれAIFS0とCW0より小さいAIFS1とCW1で再設定されている。つまり、時刻t2でチャネルがIdleとなったタイミングで、端末2ではAIFS1と、CW1を最大とする範囲内でランダムに決定されたバックオフ時間とを用いてCSMA/CAが実施され、端末3ではAIFS0と、CW0を最大とする範囲内でランダムに決定されたバックオフ時間とを用いてCSMA/CAが実施されることになる。AIFS1 < AIFS0であるため、端末2の方が先にAIFS期間が経過し、バックオフ期間に突入する。またCW1 < CW0であるため、バックオフ時間に関しても端末2の方が確率的に小さいバックオフ時間が設定されている可能性が高く、端末3に比べて端末2が優先的に送信アクセス権を獲得出来る。端末3は、改めて時刻t3にて残余時間を更新し、(t3- t1)だけ減った残余時間に応じたAIFS2およびCW2を再設定し、CSMA/CA制御を再開する。
【００３８】
このように、端末2と端末3を比べた場合、残余時間が大きい端末3に比べ残余時間の小さい端末2の方が優先してデータ送信が出来る可能性が高くなる。その結果、遅延時間の増大を抑えることが出来、従来に比べタイムアウトとなる可能性を減らすことが出来る。
【００３９】
次に、残余時間に応じて設定されるAIFS値およびCW値の具体的な値に対する関係性について図9を用いて説明する。以降では簡単化のため、ある残余時間Tn-1におけるAIFS値およびCW値をそれぞれAIFSn-1およびCWn-1とし、Tn-1より残余時間の少ないTnにおけるAIFS値およびCW値をそれぞれAIFSnおよびCWnとして説明する。なお、いずれもAIFSn < AIFSn-1、およびCWn < CWn-1の関係が成り立っているものとする。
【００４０】
図9に示すように、
AIFSn + CWn×slot_time ＜  AIFSn-1
の関係性が成り立つように各AIFS値およびCW値の設定を行う。実際のバックオフ時間は、CW値を最大とする範囲内でランダムに選択された値にslot_time(IEEE802.11無線LANの場合には9us)を乗じた時間であるためCWn×slot_timeは、その時点で取り得る最大バックオフ時間を意味する。そのため、上記関係式が成り立つような具体的なAIFS値およびCW値を設定することにより、端末2(残余時間=Tn)の乱数発生結果に関わらず、より残余時間の大きい端末1(残余時間= Tn-1)に対して常に優先的に端末2が送信アクセス権を獲得可能となる。よって、残余時間が少ないデータ送信の優先的な送信を確実に保証する事が出来る。
【００４１】
仮に上記関係式を必ずしも保証していない場合、図10に示すように、例えば端末1が乱数発生の結果CWn-1を最大とする範囲内で小さい値が選択され、一方端末2が乱数発生の結果CWnを最大とする範囲内で大きい値(図10では最大のCWn)が選択されることも考えられる。この場合、残余時間が大きい端末1が先に送信アクセス権を獲得してしまう。
【００４２】
このように、確率的には残余時間の少ない端末2の方が優先的に送信アクセス権の獲得が可能になっているが、乱数発生結果次第では必ずしも残余時間の少ない端末2が先に送信アクセス権の獲得が保証されるわけではない。端末1が先に送信アクセス権を獲得した場合、残余時間の少ない端末2は、再度キャリアセンスがIdleになるのを待たなくてはならず、遅延時間が延びてしまう。そこで、AIFS値およびCW値の具体的な値として、上記関係式が成り立つような値を採用することにより、残余時間が少ないデータ送信を確実に優先的に保証出来る。これにより、遅延時間が必要以上に延びてしまうことを防止することが可能となる。ここで、必ずしも常にいずれの残余時間においても上記関係式を維持するAIFS値とCW値を採用する必要はなく、例えば残余時間が閾値を切った等、タイムアウトに近い場合にのみ、上記関係式を維持するAIFS値とCW値を採用しても良い。
【００４３】
また、残余時間に応じてCW値を設定した後、CW値に基づきランダムにバックオフ時間が決定されるが、通常は発生させる乱数は確率密度分布が0からCWの範囲で一様となる一様分布に従うものである。本実施形態では、確率密度分布が一様分布に従う乱数ではなく、異なる分布に従う乱数を用い、更に、算出した残余時間に応じて確率密度分布の期待値を変化させる方法を提案する。具体的には、残余時間が小さいほど、確率密度分布の期待値E(x)が小さくなるようにする。つまりこれは残余時間が少ないほど、同じCW値の場合であっても、より小さい確率変数が選択される確率が高くなることを意味する。確率密度関数f(x)の例としては、
【数１】
0005677280.tif 000002
に従う指数分布がある。その他には例えばパレート分布などが挙げられる。指数分布の場合には期待値は
【数２】
0005677280.tif 000003
で表されるため、残余時間に応じてλを変化させることで、期待値を変化させることができる。
【００４４】
乱数の発生範囲としては、これまでと同様に、CWを上限値として、0〜CWの範囲内で、上記指数分布などに従う確率密度関数で、乱数値を選択する。その際の上限であるCWは、これまで述べた記載の通り、残余時間が小さくなるほど小さくするものでよい。この際、従来のCSMA/CAの通り、残余時間が所定の値に達するまでは、再送の都度、CWを2倍に増大にするようにしてもよい。再送の都度、CWを2倍に増大する場合、乱数値が選択される範囲が広がってしまうものの、残余時間に応じて小さい値を選択する確率を上げることで（すなわち期待値を小さくすることで）、残余時間が大きい端末に比べ、優先的に送信することが出来るようになる効果が得られる。再送の都度、CWも増大していくことから、他端末との衝突確率を下げるという従来CSMA/CAの効果も残る。
【００４５】
なお、使用する確率密度分布は、上記指数分布の例のように、確率変数xが小さい値ほど高い確率で発生する分布でもよいし、それ以外の分布でもよい。残余時間が小さいほど、期待値E(x)が小さくなる確率密度分布であれば、どのような分布を用いても構わない。
【００４６】
上記のように従う乱数発生によりバックオフ時間を決定することで、一様分布に従う乱数発生とは異なり、残余時間が小さいほど短いバックオフ時間に、決定される確率を上げることが出来る。よって、残余時間が小さい無線通信端末ほど更に送信アクセス権の獲得の優先度を上げることが出来、タイムアウト時間までにより確実にデータ送信を完了することが可能となる。
【００４７】
以上のように、本実施形態の無線通信装置では、CSMA/CA制御に用いるCW値とAIFS値を、残余時間が小さいほど小さい値となるように設定するポリシーを用いることになる。そのため、残余時間が小さい、すなわちタイムアウトまで残り時間が少ないデータを有する無線通信装置ほど、より優先的に送信アクセス権が獲得可能となり、残余時間が大きい他無線端末よりも優先してデータ送信出来る可能性を高くすることが出来る。よって、タイムアウトまでに残された時間が少ないデータ送信に対して、タイムアウトすること無く、より確実にデータ送信を完了する可能性を向上させた高信頼な無線通信装置を提供することが出来る。
【００４８】
具体的には、残余時間に応じ、残余時間が少ないほどAIFS値を小さくすることで優先度化を図り、また残余時間が少ないほど小さいCW幅に基づく乱数を発生させることでバックオフ時間に費やす時間の短縮を図る。バックオフ時間の短縮は、残余時間の大きい他無線端末に対し優先的に送信アクセス権獲得が可能となるだけでなく、他無線端末が競合しない場合であっても絶対的に時間が短縮されることにより根本的に遅延時間の増大を防止する効果もある。本来であれば、CW幅を小さくすることにより、他無線端末との衝突確率が大きくなってしまう恐れもあるが、本実施形態ではAIFS値も残余時間に応じて優先度化が図られているため、競合端末の影響は最小限に抑える事が出来る。
【００４９】
なお、本実施形態はキャリアセンスによるチャネルの空き状態を検出後、AIFSとSW幅から選択されたランダム値に基づくバックオフ時間とが経過した後に送信を開始するアクセス制御の例を示したが、AIFSを用いないアクセス制御にも適用可能である。すなわち、キャリアセンスによるチャネルの空き状態を検出後、CW幅から選択されたランダム値に基づくバックオフ時間が経過した後に送信を開始するアクセス制御にも適用可能である。
【００５０】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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