(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチホップ無線網において、アクセスポイントや収容可能な移動端末の数が増加した場合であっても、構成が簡単であって、コストが大幅にアップすることなく、スループット特性の低下を防止して、通信性能を向上させることができるとともに、通信性能の不公平性を解消することが可能なマルチホップ無線通信システムの構成方法、マルチホップ無線通信システム及び無線通信装置を提供する。【解決手段】複数の無線通信基地局間の無線通信では、１つの無線通信基地局における中継用の無線送信と中継用の無線受信とを、異なるインタフェースおよび周波数の異なったチャネルを用いて行うとともに、前記中継用の無線送信で使用するインタフェースにおけるチャネルは、受信する相手の無線通信基地局で使用する受信用インタフェースにおける周波数のチャネルに動的に合わせるように構成した。【選択図】図１
2008172283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基幹網に有線で接続された少なくとも１つ以上の無線通信基地局と、
前記無線通信基地局を一部に含む複数の無線通信基地局と無線で中継することによって接続される複数の無線通信基地局とを備えたマルチホップ無線通信システムの構成方法において、
前記複数の無線通信基地局間の無線通信では、１つの無線通信基地局における中継用の無線送信と中継用の無線受信とを、異なるインタフェースおよび周波数の異なったチャネルを用いて行うとともに、前記中継用の無線送信で使用するインタフェースにおけるチャネルは、受信する相手の無線通信基地局で使用する受信用インタフェースにおける周波数のチャネルに動的に合わせることを特徴とするマルチホップ無線通信システムの構成方法。
【請求項２】
前記中継用の無線受信は、固定した周波数のチャネルを用いて行うことを特徴とする請求項１に記載のマルチホップ無線通信システムの構成方法。
【請求項３】
前記無線通信基地局は、移動端末と通信を行う移動端末収容用の無線通信機能を備え、当該移動端末収容用の無線通信を、中継用の無線送信及び中継用の無線受信と周波数の異なったチャネルを用いて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチホップ無線通信システムの構成方法。
【請求項４】
隣接する前記無線通信基地局で使用する移動端末収容用の無線通信は、周波数の異なったチャネルを用いて行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマルチホップ無線通信システムの構成方法。
【請求項５】
基幹網に有線で接続された少なくとも１つ以上の無線通信基地局と、
前記無線通信基地局を一部に含む複数の無線通信基地局と無線で中継することによって接続される複数の無線通信基地局とを備えたマルチホップ無線通信システムにおいて、
前記複数の無線通信基地局は、中継用の無線送信手段と、中継用の無線受信手段とを備え、
前記中継用の無線送信手段と中継用の無線受信手段とでは、周波数の異なったチャネルを用いることを特徴とするマルチホップ無線通信システム。
【請求項６】
前記無線通信基地局は、移動端末と通信を行う移動端末収容用の無線通信手段を備え、当該移動端末収容用の無線通信手段は、前記中継用の無線送信手段及び中継用の無線受信手段と周波数の異なったチャネルを用いて通信を行うことを特徴とする請求項５に記載のマルチホップ無線通信システム。
【請求項７】
基幹網に有線で接続された少なくとも１つ以上の無線通信基地局と、
前記無線通信基地局を一部に含む複数の無線通信基地局と無線で中継することによって接続される複数の無線通信基地局とを備えたマルチホップ無線通信システムに用いられる無線通信装置において、
前記無線通信基地局としての無線通信装置は、中継用の無線送信手段と、中継用の無線受信手段と、移動端末収容用の送受信手段とを備え、
前記中継用の無線送信手段と中継用の無線受信手段とでは、周波数の異なったチャネルを用いることを特徴とする無線通信装置。
【請求項８】
隣接する前記無線通信装置との間では、移動端末収容用の送受信手段において、周波数の異なったチャネルを用いることを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線端末を収容するための複数のアクセスポイント間を、無線ＬＡＮ機器等による技術を用いた無線通信で接続し、インターネット等の基幹網に接続したアクセスポイントまでの間を多段に無線で中継するマルチホップ無線通信システムの構成方法、マルチホップ無線通信システム及び無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００５−１３０１９３号公報
【特許文献２】特開２００４−３６４２８７号公報
【特許文献３】特開２００３−０６９６００号公報
【特許文献４】特開２００２−３２５２７３号公報
【特許文献５】特開２００２−３２０２５６号公報
【０００３】
近年、無線ＬＡＮ機器の急速な発達並びに普及に伴って、ノート型パーソナルコンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistants ）等からなる移動端末をどこからでもインターネットなどの基幹網に接続可能とする通信環境の構築が期待されている。現在普及しているIEEE 802.11 規格に基づく無線ＬＡＮ（以下、単に「無線ＬＡＮ」という。）においては、ノート型パソコンやＰＤＡ等からなる移動端末としての無線端末局を収容する無線通信基地局としての役割を有するアクセスポイント（Access  Point ；ＡＰ）は、有線ケーブルによってインターネットなどの基幹網へ接続されている。
【０００４】
したがって、無線端末局が利用可能な無線ＬＡＮのエリアを拡大するために、インフラストラクチャモードでアクセスポイントを多数配置する場合には、すべてのアクセスポイントの設置場所まで通信ケーブルを敷設する必要があり、設置コストが大幅に増大するという問題点を有している。
【０００５】
そこで、かかる問題点を解決するため、図２０に示すように、アクセスポイント間も通常の無線ＬＡＮと同様の無線ＬＡＮによって接続し、複数のアクセスポイント間を無線通信によって多段にデータの中継を行うことにより、設置コストを抑えつつ、無線ＬＡＮエリアを容易に拡大することが可能なマルチホップ無線網の構成が検討されており、現在、ワイヤレスメッシュネットワークとして、IEEE 802.11sＴＧ（Task  Group ）において標準化の作業が進められている。このようなマルチホップ無線網においては、すべてのアクセスポイントを有線網に接続する必要が無いため、無線ＬＡＮの利用範囲を容易に拡大することが可能となる。
【０００６】
ところで、無線ＬＡＮのアクセスポイントを用いてマルチホップ網を構成する際には、無線端末局を収容するアクセスポイントから無線で中継されるアクセスポイントの数であるホップ数が増加することに伴い、スループット特性の著しい低下や、さらし端末問題、通信性能の不公平性など、様々な問題が発生することが知られている。
【０００７】
更に説明すると、無線ＬＡＮ方式で利用可能なマルチホップ網構成の一つに、無線ディストリビューションシステム（ＷＤＳ：Wireless  Distribution  System）がある。この無線ディストリビューションシステムは、アクセスポイントが無線端末を収容するだけでなく、他のアクセスポイントへのブリッジとしても動作し、有線でインターネット等に接続されたアクセスポイントまでデータを中継する機能を提供するものである。
【０００８】
無線ディストリビューションシステムによれば、アクセスポイントは、単一の無線インタフェースを使用するだけで、移動端末との通信と、アクセスポイント間の通信の双方を実現することができるため、構成が非常に簡単であるという利点を有している。
【０００９】
しかし、無線ディストリビューションシステムにおいては、そのシステム仕様上の制約から、無線端末とアクセスポイントのすべてが同一の無線チャネルを使用する必要があり、無線端末やアクセスポイントの台数が増加するのに伴って、スループット特性が著しく低下し、通信性能が悪化するという問題点を有している。
【００１０】
すなわち、上記アクセスポイントのうち、例えばインターネット等の基幹網に接続されたアクセスポイントでは、当該アクセスポイントが収容する移動端末との通信と、隣接するアクセスポイント間の中継と、当該アクセスポイントからインターネット等の基幹網との通信を行う必要があるため、無線端末やアクセスポイントの台数が増加するのに伴って、スループット特性が著しく低下し、通信性能が悪化するという問題点を有している。
【００１１】
また、上記アクセスポイントのうち、インターネット等の基幹網に接続されたアクセスポイント、及び当該アクセスポイントに隣接したアクセスポイント等では、上述したような無線端末やアクセスポイントの台数が増加するのに伴うスループット特性の著しい低下の影響を受けて、当該インターネット等の基幹網に接続されたアクセスポイントやこれに隣接するアクセスポイント等が収容する移動端末は、他の離れたアクセスポイントに比較して、スループット特性が著しく低下してしまい、通信性能の不公平性を招くという問題点をも有している。
【００１２】
さらに、上記無線ディストリビューションシステムを採用したマルチホップ無線網においては、隠れ端末問題が生じやすいという問題点をも有している。無線ディストリビューションシステムでは、自律分散的なアクセス制御が可能となる方式を採用しており、アクセスポイントも移動端末も同様の手順でデータの転送を行うように構成されている。このデータ転送の基本動作は、信号送信を試みようとする移動端末が他の移動端末が送信している信号に衝突させないように、事前に無線チャネルの使用状況を確認し、「未使用」であれば直ちに信号を送信し、「使用中」であれば未使用状態になるまで送信を延期するものである。
【００１３】
隠れ端末問題とは、図２１に示すように、移動端末Ａが移動端末Ｂと通信中であるにもかかわらず、移動端末Ａから移動端末Ｂに送信されている電波が届かない移動端末Ｃは、その「使用中」である状態を知り得ないため、通信中の移動端末Ｂに通信を要求してしまい、送信信号の衝突が発生してしまうという問題である。
【００１４】
そこで、かかる隠れ端末問題に対しては、ＲＴＳ／ＣＴＳ（Request to Send ／Clear to Send ）信号の交換による対策が不可欠であるが、単一のチャネルを使用した網環境においては、ＲＴＳ／ＣＴＳ交換に起因してさらし端末問題と呼ばれる問題が新たに発生し、著しく通信性能が低下したり、不本位にリンクが切断されてしまうという問題が生じることが明らかになっている。
【００１５】
ここで、さらし端末問題について、図２２に基づいて説明する。いま、各ノードの直接通信可能なエリアは、図２２に示すように、隣接するノードまでとし、各ノードの間で  （１）〜（６）の順に通信が行われるものとする。まず、ノード１がノード２に対してＲＴＳ／ＣＴＳ交換を行い、その後、（３）（６）に示すように、ＤＡＴＡ／ＡＣＫ（Acknowledgment）交換を行うものとする。ノード３は、ノード２からＣＴＳフレームを受信するため、ＮＡＶ期間に入る。ここで、ＮＡＶ期間とは、ＲＴＳフレームやＣＴＳフレームに含まれる情報であるＡＣＫフレームを返送するまでの無線チャネルの占有時間（Network   Ａllocation   Vector）の期間をいう。
【００１６】
次に、ノード３がＮＡＶ期間のうちに、図２２の（４）に示すように、ノード４がノード３を送信先としてＲＴＳ／ＣＴＳ交換を試みたとする。しかし、この場合、ノード３は、ＮＡＶ期間であるために、このＲＴＳに対してＣＴＳを返すことがない。そのため、ノード４とノード３との間で、ＲＴＳ／ＣＴＳ交換は失敗する。この現象は、ＮＡＶ Blocking と呼ばれる。ここで、ノード３は、隣接するノード２のデータ通信を傍受してしまったため、他のノード４に対する通信が抑制されてしまっており、かかる問題をさらし端末問題という。
【００１７】
さらし端末問題による通信性能の低下を防ぐ手法については、これまでいくつかの提案が行われている。まず、ＴＣＰ（Transmission  Control   Protocol）におけるリンク切断の誤検出を防ぐために、ＴＣＰの最大輻輳ウインドウサイズを小さくする方法がある。この方法では、ＴＣＰの最大輻輳ウインドウサイズとして、１または４が使用されている。これにより、アクセスポイント間同士において、パケット送出間隔が大きくなり、ＲＴＳ／ＣＴＳ交換失敗によるリンク切断による誤検出を防止することが可能となる。
【００１８】
しかし、この方法では、トランスポート層を意識する必要があること、エンドツーエンド間の遅延が大きい環境においては、十分なスループットを得られない虞れがあること、ＵＤＰ（User  Datagram  Protocol）には対応できこと、などの問題点を有している。
【００１９】
また、リンク切断の誤検出を回避するために、ＲＴＳ／ＣＴＳ交換の失敗回数のカウンタであるＳＳＲＣ（Station   Short   Retry   Count ）の最大値であるＳＲＬ（Short Retry   Limit ）の値を大きく設定し、ＲＴＳ／ＣＴＳ交換の失敗回数の許容範囲を大きくする手法が提案されている。
【００２０】
しかし、これだけでは、さらし端末問題を根本的に解決することができず、仮想キャリアセンス誤機能は解決することができないばかりか、むしろ、ＲＴＳ／ＣＴＳ交換の失敗が続くことにより、不必要に周囲の移動端末のフレーム送信を抑制するキャリアセンス誤機能の影響は大きくなるという問題点を有している。
【００２１】
そこで、ＲＴＳ／ＣＴＳ交換に失敗した場合に、既にＲＴＳを受け取ったノードへＮＡＶ期間を解除するＣＲＴＳ（Cancel  ＲＴＳ）を送信する方法も提案されている。
【００２２】
この方式では、既存の方法より良好なスループットが得られているが、さらし端末問題は解決しておらず、高いスループットが得られているとは言えず、また、ＳＲＬの値を増加させることにより、ＲＴＳ／ＣＴＳ交換の失敗が続くことにより、リンク切断の検出が遅れてしまうという問題を有している。
【００２３】
さらに、アンテナに指向性を持たせることによって不必要なＲＴＳ／ＣＴＳを受信することを防ぐ手法についても検討が行われているが、この手法では各ノードが通信相手へアンテナを向ける必要があり、アクセスポイントを配置する際の柔軟性が低下するほか、複数のアクセスポイントと隣接関係を形成することが困難であるという課題が残されている。
【００２４】
かかる問題点に関連する技術としては、特開２００５−１３０１９３号公報や、特開２００３−６９６００号公報、特開２００２−３２５２７３号公報、特開２００２−３２０２５６号公報等に開示されたものも、既に提案されている。
【００２５】
上記特開２００５−１３０１９３号公報に係る無線通信装置は、有線ＬＡＮネットワーク上に存在する無線通信基地局としての無線通信装置と、他の複数の無線通信装置とで構成される無線通信システムにおける無線通信装置において、
前記無線通信装置は、２以上の無線信号送受信部と、無線通信制御部と、記憶部とにより構成され、
前記無線通信制御部は、他の無線通信装置からの受信データを別の他の無線通信装置に転送する制御を行い、複数の情報伝達先候補を捕捉して予め設定した条件と比較するマルチホッププロトコル制御部を備え、
前記記憶部は、複数の情報伝達先候補、情報伝達先候補の比較条件、及び、設定条件により比較した結果を格納するマルチホップ情報記憶部を格納しており、前記マルチホッププロトコル制御部は、無線信号送受信部の１つを用いて通信中に、他方の無線信号送受信部を用いて周囲に存在する他の無線通信装置を検知して相互に情報交換を行い、通信中の情報伝達先とは別の複数の情報伝達先候補を捕捉し、前記通信中の情報伝達先と前記捕捉した複数の情報伝達先を予め設定した条件により比較した比較結果を前記記憶部に格納し、通信中の無線信号送受信部での通信の維持ができなくなったとき、前記比較結果に応じて別の情報伝達先を選択して、選択した無線通信装置との通信を開始させるように構成したものである。
【００２６】
また、上記特開２００４−３６４２８７号公報に係る通信方法は、複数の基盤要素を備えた無線メッシュネットワーク環境において前記複数の基盤要素が適応的に互いに通信する方法であって、
第１の指向性アンテナビームを使用して、前記複数の基盤要素のうちの第２の基盤要素を介して宛先と通信する、前記複数の基盤要素のうちの第１の基盤要素の動作と、
前記第１の基盤要素が択一的に前記複数の基盤要素のうちの第３の基盤要素を介して前記宛先と通信できると判断する動作と、
第２の指向性アンテナビームを使用して、前記第３の基盤要素を介して前記宛先と通信する、前記第１の基盤要素の動作と
を含むように構成したものである。
【００２７】
さらに、上記特開２００３−６９６００号公報に係るマルチホップネットワークの中継方法は、無線ノードに、ＩＰ層とＭＡＣ層の間にＷＭ（ワイヤレスミドルウェア）層を導入し、ＷＭ層で宛先アドレス、中継ノードのアドレス、送信するポートを管理する経路表をもち、前記ＷＭ層において受信したパケットのＷＭヘッダを解析し、自ノード宛てのパケットならばＩＰ層にパケットを引き継ぎ、他ノード宛てのパケットならば前記経路表に基づいてネットワークインタフェースを選択し、そのネットワークインタフェースを用いて中継するように構成したものである。
【００２８】
又、上記特開２００２−３２５２７３号公報に係る無線通信システムは、複数の無線局を有し、各無線局はパケット無線通信のための少なくともひとつの無線チャネルを有し、各無線局は、他の無線局と、直接に又は少なくともひとつの無線局を介して通信可能な無線通信システムにおいて、各無線局は近傍の無線局との間で、各無線チャネル毎に、集中制御アクセス又は自律分散アクセスにより通信を行い、集中制御アクセスの場合は、各無線局は、各無線チャネル毎に、適応的に、送信権を管轄し自局の制御に従って信号を伝送する親局、又は、親局の制御に従って信号を伝送する子局として動作し、前記集中制御アクセスと前記自律分散アクセスが、各無線局毎に、かつ各無線チャネル毎に時間的に分割して行われるように構成したものである。
【００２９】
更に、上記特開２００２−３２０２５６号公報に係る無線ネットワークの周波数割り当てシステムは、複数の無線局が分散配置され、各無線局が近隣の複数の無線局のそれぞれと有指向性のアンテナを相互に対向させて無線リンクを確立する無線ネットワークの周波数割り当てシステムにおいて、ネットワークのトポロジを解析するトポロジ解析手段と、前記トポロジの解析結果に基づいて、各無線リンクを複数のカテゴリに分類するカテゴリ分類手段と、各カテゴリに異なる周波数スロットを割り当てる周波数割り当て手段と、各無線リンクを、当該無線リンクが属するカテゴリに割り当てられた周波数スロットで運用する周波数運用手段とを具備し、前記カテゴリ分類手段は、一の基準無線局が他の無線局との間に確立する複数の基準無線リンクのそれぞれを異なるカテゴリに分類し、各基準無線リンクと所定の位置関係にある他の無線リンクを、各基準無線リンクと同一カテゴリに分類するように構成したものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
しかしながら、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、上記特開２００５−１３０１９３号公報に係る無線通信装置の場合には、無線通信基地局と、複数の無線通信装置とで構成する情報伝達経路に変更が生じたときに、即座に対応することが可能であるものの、さらし端末問題や、アクセスポイントや移動端末が増加した場合におけるスループットの低下や、移動端末間の通信性能の不公平性を解消することができないという問題点を有している。
【００３１】
また、特開２００４−３５４２８７号公報に係る通信方法の場合には、前述したように、各ノードが通信相手へアンテナを向ける必要があり、アクセスポイントを配置する際の柔軟性が低下するほか、複数のアクセスポイントと隣接関係を形成することが困難であるという問題点を有している。
【００３２】
さらに、特開２００３−６９６００号公報に係るマルチホップネットワークの中継方法の場合には、やはり、さらし端末問題や、アクセスポイントや移動端末が増加した場合におけるスループットの低下や、移動端末間の通信性能の不公平性を解消することができないという問題点を有している。
【００３３】
又、特開２００２−３２５２７３号公報に係る無線通信システムの場合には、集中制御アクセスと自律分散アクセスが、各無線局毎に、かつ各無線チャネル毎に時間的に分割して行われるように構成したものであるが、アクセスポイントや移動端末が増加した場合には、スループットが低下せざるを得ず、移動端末間の通信性能の不公平性をも解消することができないという問題点を有している。
【００３４】
更に、特開２００２−３２０２５６号公報に係る周波数割り当てシステムの場合には、有指向性のアンテナを前提としているため、前述したように、アクセスポイントを配置する際の柔軟性が低下するほか、複数のアクセスポイントと隣接関係を形成することが困難であるばかりか、複数の無線局毎に周波数の異なる送受信部を設ける必要があり、構成が複雑となり、コストが大幅にアップするという問題点を有している。
【００３５】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、マルチホップ無線網において、アクセスポイントや収容可能な移動端末の数が増加した場合であっても、構成が簡単であって、コストが大幅にアップすることなく、スループット特性の低下を防止して、通信性能を向上させることができるとともに、通信性能の不公平性を解消することが可能なマルチホップ無線通信システムの構成方法、マルチホップ無線通信システム及び無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
すなわち、請求項１に記載された発明は、基幹網に有線で接続された少なくとも１つ以上の無線通信基地局と、
前記無線通信基地局を一部に含む複数の無線通信基地局と無線で中継することによって接続される複数の無線通信基地局とを備えたマルチホップ無線通信システムの構成方法において、
前記複数の無線通信基地局間の無線通信では、１つの無線通信基地局における中継用の無線送信と中継用の無線受信とを、異なるインタフェースおよび周波数の異なったチャネルを用いて行うとともに、前記中継用の無線送信で使用するインタフェースにおけるチャネルは、受信する相手の無線通信基地局で使用する受信用インタフェースにおける周波数のチャネルに動的に合わせることを特徴とするマルチホップ無線通信システムの構成方法である。
【００３７】
この請求項１に記載された発明によれば、複数の無線通信基地局間の無線通信では、１つの無線通信基地局における中継用の無線送信と中継用の無線受信とを、周波数の異なったチャネルを用いて行うことにより、無線通信基地局の数が増加し、複数の無線通信基地局間で中継するホップ数が増加した場合でも、中継用の無線送信と中継用の無線受信とを、周波数の異なったチャネルを用いて行うため、無線チャネルが競合するのを回避することができ、著しいスループットの低下が生じることがなく、高い通信性能を維持することができる。
【００３８】
また、請求項２に記載された発明は、前記中継用の無線受信は、固定した周波数のチャネルを用いて行うことを特徴とする請求項１に記載のマルチホップ無線通信システムの構成方法である。
【００３９】
この請求項２に記載された発明によれば、複数の無線通信基地局間の無線通信では、１つの無線通信基地局における中継用の無線送信と中継用の無線受信とを、周波数の異なったチャネルを用いて行うとともに、前記中継用の無線送信で使用するチャネルは、受信する相手の無線通信基地局で使用する周波数のチャネルに動的に合わせることにより、無線電波の干渉を考慮した無線通信基地局の配置及び使用チャネルを設計する際に、中継用の無線受信が、隣接する無線通信基地局で干渉しないように静的に設定すればよくなり、網設計が容易となる。
【００４０】
さらに、請求項３に記載された発明は、前記無線通信基地局は、移動端末と通信を行う移動端末収容用の無線通信機能を備え、当該移動端末収容用の無線通信を、中継用の無線送信及び中継用の無線受信と周波数の異なったチャネルを用いて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチホップ無線通信システムの構成方法である。
【００４１】
又、請求項４に記載された発明は、隣接する前記無線通信基地局で使用する移動端末収容用の無線通信は、周波数の異なったチャネルを用いて行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマルチホップ無線通信システムの構成方法である。
【００４２】
さらに、請求項５に記載された発明は、基幹網に有線で接続された少なくとも１つ以上の無線通信基地局と、
前記無線通信基地局を一部に含む複数の無線通信基地局と無線で中継することによって接続される複数の無線通信基地局とを備えたマルチホップ無線通信システムにおいて、
前記複数の無線通信基地局は、中継用の無線送信手段と、中継用の無線受信手段とを備え、
前記中継用の無線送信手段と中継用の無線受信手段とでは、周波数の異なったチャネルを用いることを特徴とするマルチホップ無線通信システムである。
【００４３】
又、請求項６に記載された発明は、前記無線通信基地局は、移動端末と通信を行う移動端末収容用の無線通信手段を備え、当該移動端末収容用の無線通信手段は、前記中継用の無線送信手段及び中継用の無線受信手段と周波数の異なったチャネルを用いて通信を行うことを特徴とする請求項５に記載のマルチホップ無線通信システムである。
【００４４】
更に、請求項７に記載された発明は、基幹網に有線で接続された少なくとも１つ以上の無線通信基地局と、
前記無線通信基地局を一部に含む複数の無線通信基地局と無線で中継することによって接続される複数の無線通信基地局とを備えたマルチホップ無線通信システムに用いられる無線通信装置において、
前記無線通信基地局としての無線通信装置は、中継用の無線送信手段と、中継用の無線受信手段と、移動端末収容用の送受信手段とを備え、
前記中継用の無線送信手段と中継用の無線受信手段とでは、周波数の異なったチャネルを用いることを特徴とする無線通信装置である。
【００４５】
この請求項７に記載された発明によれば、前記中継用の無線送信手段と中継用の無線受信手段とでは、周波数の異なったチャネルを用いることにより、無線通信基地局の数が増加し、複数の無線通信基地局間で中継するホップ数が増加した場合でも、中継用の無線送信と中継用の無線受信とを、周波数の異なったチャネルを用いて行うため、無線チャネルが競合するのを回避することができ、著しいスループットの低下が生じることがなく、高い通信性能を維持することができる。
【００４６】
また、上記請求項７に記載された発明によれば、中継用の無線受信手段を固定チャネル、中継用の無線送信手段を可変チャネルで動作させることにより、無線電波の干渉を考慮した無線通信装置の配置及び使用チャネルを設計する際に、中継用の無線受信手段に設定する無線チャネルが隣接する無線通信装置間で干渉しないように静的に設計すればよくなり、網設計が容易となる。
【００４７】
また、請求項８に記載された発明は、隣接する前記無線通信装置との間では、移動端末収容用の送受信手段において、周波数の異なったチャネルを用いることを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置である。
【００４８】
なお、本発明においては、マルチホップ無線網としては、データを中継するノード自体が移動性を持つアドホックネットワークであっても良いが、ここでは、主に通信基盤として固定した状態で設置され、移動端末に対して接続性を提供するような無線通信基地局としてのアクセスポイントを想定し、これら複数のアクセスポイント間を無線ＬＡＮ方式によって中継する場合を対象としている。ただし、データを中継するノード自体が移動性を持つアドホックネットワークに適用しても良いことは勿論である。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、マルチホップ無線網において、アクセスポイントや移動端末の数が増加した場合であっても、構成が簡単であって、コストが大幅にアップすることなく、スループット特性の低下を防止して、通信性能を向上させることができるとともに、通信性能の不公平性を解消することが可能なマルチホップ無線通信システムの構成方法、マルチホップ無線通信システム及び無線通信装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００５１】
実施の形態１
図２はこの発明の実施の形態１に係るマルチホップ無線通信システムの構成方法を適用したマルチホップ無線通信システムを示す概略構成図である。
【００５２】
このマルチホップ無線通信システム１は、図２に示すように、無線通信装置である無線通信基地局としての複数のアクセスポイント（ＡＰ）１０１〜１０３を備えており、これら複数のアクセスポイント１０１〜１０３のうち、一部のアクセスポイント１０１は、インターネット等の基幹網１５０に通信ケーブル１６０を介して有線で接続されている。上記基幹網１５０としては、インターネットに限らず、イントラネット（登録商標）等のように、所定の会社や工場の敷地内などに敷設された有線ＬＡＮ等も含むことは勿論である。上記アクセスポイント１０１は、例えば、１００Ｍｂ／ｓの通信速度を有するインターネットからなる基幹網１５０を介してサーバーやパーソナルコンピュータ等からなる端末１７０に接続されている。なお、基幹網１５０に通信ケーブル１６０を介して接続されたアクセスポイント１０１は、１つに限らず、複数設置しても良いことは勿論である。また、図示例では、便宜上、アクセスポイント１０１〜１０３が３つのみ図示されているが、アクセスポイントは、これに限らず、４つ以上にわたって多数配置しても良いことは勿論である。
【００５３】
上記マルチホップ無線通信システム１では、図２に示すように、基幹網１５０に通信ケーブル１６０を介して接続されたアクセスポイント１０１を含む複数のアクセスポイント１０１〜１０３が、隣接するアクセスポイントどうし無線ＬＡＮと同様の無線通信を介して互いに接続されている。なお、隣接するアクセスポイントは、１つに限らないことは勿論である。
【００５４】
ところで、この実施の形態１では、基幹網に有線で接続された少なくとも１つ以上の無線通信基地局と、
前記無線通信基地局を一部に含む複数の無線通信基地局と無線で中継することによって接続される複数の無線通信基地局とを備えたマルチホップ無線通信システムの構成方法において、
前記複数の無線通信基地局間の無線通信では、１つの無線通信基地局における中継用の無線送信と中継用の無線受信とを、周波数の異なったチャネルを用いて行うとともに、前記中継用の無線送信で使用するチャネルは、受信する相手の無線通信基地局で使用する周波数のチャネルに動的に合わせるように構成されている。
【００５５】
図１はこの発明の実施の形態１に係るマルチホップ無線通信システムの構成方法を適用した無線通信基地局としてのアクセスポイントを示すブロック図である。なお、アクセスポイントは、基本的にすべて同様に構成されているが、基幹網１５０に接続されたアクセスポイントは、後述する信号処理部・伝送部が通信ケーブル１６０を介して基幹網１５０にも接続されている。
【００５６】
このアクセスポイント１０２は、図１に示すように、大別して、転送インタフェースとしてのアクセスポイント間通信用の送信部１１０と、受信インタフェースとしてのアクセスポイント間通信用の受信部１２０と、端末収容用インタフェースとしての端末間通信用の送受信部１３０とを備えるように構成されている。
【００５７】
上記アクセスポイント間通信用の送信部１１０は、アクセスポイント１０１〜１０２間で中継するデータを送信するために用いられるものであり、このアクセスポイント間通信用の送信部１１０は、例えば、IEEE 802.11aやIEEE 802.11bなどの規格によって定められているチャネルを選択して、中継するデータを、アクセスポイント間通信用アンテナ１１３から送信可能となるように構成されているとともに、送信チャネルを、送信相手のアクセスポイント（例えば図１の場合はアクセスポイント１０１）の予め固定された受信チャネルに動的に合わせる機能を有している。
【００５８】
上記アクセスポイント間通信用の送信部１１０には、送信チャネルの可変制御部１１１が接続されており、当該送信チャネルの可変制御部１１１は、アクセスポイント間通信用の送信部１１０がデータを送信する際に使用する送信チャネルを、送信相手のアクセスポイントの受信チャネルに動的に合わせるように可変制御するためのものである。
【００５９】
また、この送信チャネルの可変制御部１１１は、各アクセスポイントの受信チャネルのテーブル１１２を備えており、この各アクセスポイントの受信チャネルテーブル１１１は、ＲＡＭ等の記憶手段に書き替え可能に記憶されている。
【００６０】
一方、上記アクセスポイント間通信用の受信部１２０は、アクセスポイント毎に予め固定された受信チャネルで、他のアクセスポイントから送信されてくるデータを、受信アンテナ１２１によって受信し、当該受信した中継データを信号処理部・伝送部１４０に送るように構成されている。
【００６１】
上記アクセスポイント間通信用の受信部１２０で使用するチャネルは、予め固定されたチャネルが決められており、図２に示す例では、アクセスポイント１０１が３６ｃｈに、アクセスポイント１０２が４０ｃｈに、アクセスポイント１０３が４４ｃｈに、それぞれ設定されている。
【００６２】
さらに、上記端末間通信用の送受信部１３０は、図１に示すように、当該アクセスポイントのエリア内の無線端末（ＳＴＡ）から送信されてくるデータや、アクセスポイントのエリア内の無線端末（ＳＴＡ）に向けて送信するデータを、端末間送受信用アンテナ１３１で送受信し、当該端末間送受信用アンテナ１３１で受信した受信データや、送信する送信データを、信号処理部・伝送部１４０に送るように構成されている。この端末間通信用の送受信部１３０としては、例えば、IEEE 802.11gの規格に従ったモジュールなどが用いられる。
【００６３】
この端末間通信用の送受信部１３０で送受信に使用するチャネルは、予め決められており、隣接するアクセスポイントと異なるように設定されている。図２に示す例では、アクセスポイント１０１が１ｃｈに、アクセスポイント１０２が６ｃｈに、アクセスポイント１０３が１１ｃｈに、それぞれ設定されており、隣接するアクセスポイント１０１〜１０３の間で使用するチャネルが例えば２．４ＧＨｚ帯のIEEE 802.11bやIEEE 802.11gの場合、少なくとも５チャネル以上異なるように設定されており、隣接するアクセスポイント１０１〜１０３間におけるさらし端末問題等を生じないように構成されている。
【００６４】
以上の構成において、この実施の形態１に係るマルチホップ無線通信システムでは、次のようにして、マルチホップ無線通信システムが構成され、アクセスポイント間でのデータの送受信等が行われる。
【００６５】
すなわち、この実施の形態１に係るマルチホップ無線通信システム１では、図２に示すように、インターネット等の基幹網１５０に接続されたアクセスポイント１０１に対して、他の複数のアクセスポイント１０２、１０３は、無線ＬＡＮと同様に、無線通信によってマルチホップ無線網を構成するアクセスポイント間におけるデータの中継を行うようになっている。
【００６６】
このマルチホップ無線通信システム１では、図２に示すように、インターネット等の基幹網１５０に接続されたアクセスポイント１０１が設置されるとともに、当該アクセスポイント１０１に対して所定の距離だけ順次離れた位置に他のアクセスポイント１０２、１０３が設置される。これらのアクセスポイント１０２、１０３は、上述したように、有線の通信ケーブル１６０によっては接続されておらず、無線ＬＡＮと同様に、無線通信によってアクセスポイント間におけるデータの中継を行うものである。
【００６７】
いま、アクセスポイント１０３のエリア２０３内で使用される移動端末（ＳＴＡ３）３０３から、インターネット等の基幹網１５０に接続されたサーバー１７０にデータを送信する場合を考えると、移動端末（ＳＴＡ３）３０３は、アクセスポイント１０３の端末収容用のチャネルである１１ｃｈの周波数を使用して、アクセスポイント１０３に所定のデータを送信する。
【００６８】
すると、アクセスポイント１０３は、図１に示すように、端末間通信用のアンテナ１３１で移動端末（ＳＴＡ３）３０３から１１ｃｈの周波数を使用して送信されたデータを受信し、当該端末間通信用のアンテナ１３１で受信した移動端末（ＳＴＡ３）３０３からのデータを端末間通信用の送受信部１３０に送り、この端末間通信用の送受信部１３０では、受信したデータを復調して、信号処理部・伝送部１４０に送る。
【００６９】
信号処理部・伝送部１４０では、受信したデータをサーバー１７０へ送るため、アクセスポイント間通信用の送信部１１０にデータを伝送するようになっている。アクセスポイント間通信用の送信部１１０は、信号処理部・伝送部１４０から送られたデータを隣接するアクセスポイント１０２へ送信するために、送信チャネル可変制御部１１１を介して隣接するアクセスポイント１０２の受信チャネルである４０ｃｈを、各アクセスポイントの受信チャネルテーブル１１２を参照して取得する。
【００７０】
そして、上記アクセスポイント間通信用の送信部１１０は、送信チャネル可変制御部１１１によって送信チャネルを４０チャネルに設定して、隣接するアクセスポイント１０２に所定のデータを送信するようになっている。
【００７１】
上記アクセスポイント１０３のアクセスポイント間通信用の送信部１１０から送信された中継データは、隣接するアクセスポイントであるアクセスポイント１０２のアクセスポイント１０間の通信用アンテナ１２１によって受信される。このアクセスポイント間通信用の受信アンテナ１２１によって受信されたデータは、アクセスポイント間通信用の受信部１２０に送られ、当該アクセスポイント間通信用の受信部１２０によって復調され、サーバー１７０へ送るためのデータであることが解析される。
【００７２】
すると、アクセスポイント間通信用の受信部１２０は、信号処理部・伝送部１４０にデータを送り、当該信号処理部・伝送部１４０では、受信したデータをサーバー１７０へ送るため、アクセスポイント間通信用の送信部１１０にデータを伝送するようになっている。アクセスポイント間通信用の送信部１１０は、信号処理部・伝送部１４０から送られたデータを隣接するアクセスポイント１０１へ送信するために、送信チャネル可変制御部１１１を介して隣接するアクセスポイント１０１の受信チャネルである３６ｃｈを、各アクセスポイントの受信チャネルテーブル１１２を参照して取得する。
【００７３】
そして、上記アクセスポイント間通信用の送信部１１０は、送信チャネル可変制御部１１１によって送信チャネルを３６チャネルに設定して、隣接するアクセスポイント１０１に所定のデータを送信するようになっている。
【００７４】
このようにして、上記アクセスポイントのアクセスポイント間通信用の送信部１１０から送信された中継データは、アクセスポイント１０１のアクセスポイント間の通信用アンテナ１２１によって受信され、この受信されたデータは、アクセスポイント間通信用の受信部１２０に送られ、当該アクセスポイント間通信用の受信部１２０によって復調され、サーバー１７０へ送るためのデータであることが解析される。
【００７５】
そして、アクセスポイント間通信用の受信部１２０は、信号処理部・伝送部１４０にデータを送り、当該信号処理部・伝送部１４０では、受信したデータをサーバー１７０へ送るため、通信ケーブル１６０及びインターネット等の基幹網１５０を介して、移動端末３０３からのデータをサーバー１７０に送信するようになっている。
【００７６】
また、上記マルチホップ無線通信システム１では、他のアクセスポイント間の通信や、アクセスポイントのエリア内の移動端末間の通信も、同様の処理によって実行されるようになっている。
【００７７】
ところで、上記マルチホップ無線通信システム１では、図３に示すように、新たにアクセスポイント１０４を増設する場合でも、新たなアクセスポイント１０４を所定の設置場所に設置するだけで良い。
【００７８】
この新しいアクセスポイント１０４には、予め、固定されたアクセスポイント間の通信用の受信チャネルと、端末間通信用のチャネルとが、隣接するアクセスポイントと重複しないように割り当てられており、新しいアクセスポイントでは、これらの固定されたアクセスポイント間の通信用の受信チャネルと、端末間通信用のチャネルとを使用するように構成されている。
【００７９】
その際、上記新しいアクセスポイント１０４では、予め、隣接するアクセスポイント１０３が既知であるため、当該新しいアクセスポイント１０４の各アクセスポイント受信チャネルテーブル１１２には、隣接するアクセスポイント１０３のアクセスポイント間通信用の受信チャネル（４４ｃｈ）が書き込まれており、隣接するアクセスポイント１０３との通信が可能となっている。
【００８０】
また、上記新しいアクセスポイント１０４と隣接する既設のアクセスポイント１０３では、その各アクセスポイント受信チャネルテーブル１１２に、新しいアクセスポイント１０４が使用するアクセスポイント間通信用の受信チャネル（例えば、４８ｃｈ）が書き込まれていない。この場合には、例えば、新しいアクセスポイント１０４の設置時など所定のタイミングで、新しいアクセスポイント１０４から隣接する既設のアクセスポイント１０３に対して、自己のアクセスポイント間通信用の受信チャネル（例えば、４８ｃｈ）に関するデータを送信することで、既設のアクセスポイント１０３が、新しいアクセスポイント１０４で使用するアクセスポイント間通信用の受信チャネルを知ることができ、既設のアクセスポイント１０３が、新しいアクセスポイント１０４で使用するアクセスポイント間通信用の受信チャネルを、各アクセスポイント受信チャネルテーブル１１２に自動的に書き加えることにより、既設のアクセスポイント１０３から新しいアクセスポイント１０４への通信も可能となる。
【００８１】
実験例１
本発明者らは、上記実施の形態１に係るマルチホップ無線通信システムの効果を確認するため、次に示すようなマルチホップ無線通信システム１を試作し、実際に効果を確認する実験を行った。
【００８２】
実験用のマルチホップ無線通信システム１としては、図４に示すように、サーバーであるアクセスポイントとしての無線ＬＡＮ機能を備えたパーソナルコンピュータ１０１と、当該パーソナルコンピュータ１０１と直線距離で約８ｍ離れた位置に設置されたアクセスポイントとしての無線ＬＡＮ機能を備えたパーソナルコンピュータ１０２と、当該パーソナルコンピュータ１０２と直線距離で約１３ｍ離れた位置に設置されたアクセスポイントとしての無線ＬＡＮ機能を備えたパーソナルコンピュータと、同じく、当該パーソナルコンピュータ１０２と直線距離で約１３ｍ離れた位置に設置されたアクセスポイントとしての無線ＬＡＮ機能を備えたパーソナルコンピュータと、当該パーソナルコンピュータと直線距離で約１０ｍ離れた位置に設置されたアクセスポイントとしての無線ＬＡＮ機能を備えたパーソナルコンピュータと、当該パーソナルコンピュータと直線距離で約２５ｍ離れた位置に設置された移動端末としての無線ＬＡＮ機能を備えたパーソナルコンピュータとからなるシステムを用いた。
【００８３】
上記第１のアクセスポイント１０１では、受信用無線インタフェースで使用するチャネルとして、５ＧＨｚ帯の４０ｃｈを使用し、第２のアクセスポイント１０２では５２ｃｈを、第３のアクセスポイント１０３では４８ｃｈを、第４のアクセスポイント１０４では３６ｃｈを、第５のアクセスポイント１０５では６４ｃｈを、第６のアクセスポイント１０６では６０ｃｈを、それぞれ使用するように設定されている。
【００８４】
図５は上記実験例１の結果を示すグラフである。
【００８５】
この図５から明らかなように、実験例１においては、ホップ数が４であっても、２１．４Ｍｂ／ｓという非常に高いスループットを維持することができたのに対して、従来の単一のインタフェースを用いたＷＤＳ方式では、ホップ数が４なると、６．１Ｍｂ／ｓと大きくスループットが低下することが判った。
【００８６】
実験例２
次に、本発明者らは、上記実施の形態１に係るマルチホップ無線通信システムの効果を確認するため、次に示すようなマルチホップ無線通信システムを想定し、計算機シミュレーションを行って、本発明の効果を確認する実験を行った。
【００８７】
実験用のマルチホップ無線通信システムとしては、図６に示すように、６つのアクセスポイント１０１〜１０６を無線ＬＡＮによって直列に接続したシステムを用いた。このシミュレーションモデルは、図６に示すように、６つのアクセスポイント１０１〜１０６のうち、アクセスポイント１０１のみが有線網１６０と接続されており、ゲートウェイの役割を有している。また、アクセスポイント１０１〜１０６間は、すべて無線で通信し、各アクセスポイント１０１〜１０６は、それぞれ移動端末局をそのエリア内に収容しているものとする。
【００８８】
本発明の実験例２については、アクセスポイント１０１〜１０６間中継のための送信用インタフェースおよび受信用インタフェースとして、IEEE802.11a を使用し、アクセスポイントの端末収容用インタフェースおよび移動端末は、すべてのアクセスポイント１０１〜１０６において干渉しないチャネルを使用するために、IEEE802.11a 及びIEEE802.11g を使用するものとする。また、伝送レートは、すべて５４Ｍｂ／ｓに固定した。また、アクセスポイント１０１〜１０６間及びアクセスポイントと端末間の距離は、全て５０ｍとした。さらに、隣接するアクセスポイント１０１〜１０６間は、ネットワークセグメントを変えることにより、それぞれのアクセスポイント１０１〜１０６は、ＩＰルータとして動作するようにし、ルーティングは静的に行うものとする。
【００８９】
評価対象として、以下の４種類の方式を用いた。
【００９０】
Sing1e：中継用に単一のチャネルを使用する手法
multi ：中継区間毎にすべて異なるインタフェースとチャネルを使用する手法
proposed1 ：比較例である提案方式１
proposed2 ：本発明の実験例である提案方式２
【００９１】
ここで、比較例である提案方式１とは、図７に示すように、端末収容用のインタフェースと、中継用のインタフェースとで、同じチャネルを使用するように構成したものである。また、この比較例の提案方式１については、アクセスポイントおよび端末の全ての無線インタフェースとしてIEEE802.11a を使用するものとする。
【００９２】
また、sing1e方式とは、アクセスポイントが二つのインタフェースを有し、一つを端末収容用、もう一つをアクセスポイント間接続用に使用するもののうち、アクセスポイント間接続用のインタフェースとして無線網内のすべてのアクセスポイントが同一チャネルを使用する既存の手法である。
【００９３】
また、multi 方式とは、アクセスポイントが複数のインタフェースを有し、一つを端末収容用、その他をアクセスポイント間接続用として使用するものであり、隣接するアクセスポイント毎に専用のインタフェースを有し、全ての無線区間において干渉が生じないように異なるチャネルを設定するものである。隣接するアクセスポイント数に相当するインタフェースとチャネル数を使用するため、非常に多くの通信手段を必要としコストアップを招くが、通信性能の面では理想的な結果が得られるものと考えられる。
【００９４】
性能指標として、ＴＣＰによる通信を行った際のスループット特性に着目し、下記の項目に関して調査を行った。
【００９５】
（１）ホップ数とスループット特性の関係
（２）ホップ数の異なる通信が混在する際の特性
（３）様々な通信パターンにおける方式間の特性の違い
（４）ランダムに複数の通信が発生する場合の特性
なお、本実験例では、シミュレータとしてScalable  Network   Technologies社のQualNet を使用した。
【００９６】
図８はホップ数とスループット特性の関係を調べた実験結果を示すグラフである。
【００９７】
ここでは、移動端末とアクセスポイントとの間、及びアクセスポイント間同士の通信を区別せず、一つの無線リンク（区間）を経由することを１ホップと定義した。
【００９８】
シミュレーションモデルである図６において、アクセスポイント１０１に接続された移動端末３０１（ＳＴＡ１）から有線網内にあるサーバー１７０まで、１本のＴＣＰフローを送信した場合の平均スループット特性を１ホップ、移動端末ＳＴＡ２からサーバーまでの同様な通信を２ホップの特性とし、以降、６ホップまで調査した結果が図８である。
【００９９】
この図８から明らかなように、ホップ数が３ホップ以上の場合に、Single方式の性能が著しく低下しているのに対し、その他の方式では、ホップ数が増加してもほとんど性能劣化が見られないことがわかった。また、比較例の提案方式１においても、１ホップの性能と比較すると、２ホップ目で１割程度スループットが低下しているが、２ホップ目以降は、ホップ数が増加しても性能劣化は見られない。また、multi 方式と本発明の提案方式２は、ほぼ同等の性能が得られており、本発明では、ホップ数とスループット特性の関係において、理想に近い特性が得られていることが判る。
【０１００】
次に、無線網と有線網を接続するゲートウェイにおいて、複数の通信が集中する場合のスループット特性について調査した。
【０１０１】
まず、図６の構成において、ゲートウェイとなるアクセスポイント１０１に接続された移動端末３０１（ＳＴＡ１）を除いた移動端末（ＳＴＡ２）から移動端末（ＳＴＡ６）までの５台の無線端末のうち、３台の無線端末をランダムに選択し、有線網に接続されたサーバーとの間で３台の無線端末がほぼ同時にＴＣＰにより、セグメントサイズ1500Byteのパケットを５秒間流し続けた場合の各ＴＣＰフローの平均スループット特性を調査した。
【０１０２】
図９は１００回のシミュレーションを行った結果を示したものである。
【０１０３】
ここで、“ＳＴＡ→Ｓｅｒｖｅｒ" は、３台の無線端末ＳＴＡからサーバーに向けてデータを転送した場合の特性であり、“Ｓｅｒｖｅｒ→ＳＴＡ" は、逆にサーバーから３台の無線端末ＳＴＡに向けてデータを転送した場合の特性を表している。
【０１０４】
図９から明らかなように、multi 方式と本発明の提案方式２は、無線端末（ＳＴＡ）からサーバー方向、及びサーバーから無線端末（ＳＴＡ）方向のいずれも高いスループットを達成していることがわかる。比較例である提案方式１では、アクセスポイントが中継データを受信した後、自身の配下に接続された無線端末へ転送する際に、一つのローカルインタフェースで中継データの受信と端末へのデータ送信を行うため、サーバーから無線端末ＳＴＡ方向へ向かう通信の特性が逆方向の場合と比較して低下していることがわかる。
【０１０５】
続いて、複数の通信が集中した場合における各フロー個別の特性について調査するために、図６の構成における、無線端末（ＳＴＡ２）から無線端末（ＳＴＡ６）までの５台の無線端末から、各１本のＴＣＰフローをサーバーに向けてほぼ同時に発生させる実験を行った。
【０１０６】
この場合には、アクセスポイント１０２からアクセスポイント１０１に向けて、それぞれホップ数の異なる５本のＴＣＰフローが集中することとなる。各フローのスループット特性を図１０に示す。
【０１０７】
図１０において、フロー１は無線端末（ＳＴＡ２）からサーバー、フロー２は無線端末ＳＴＡ３からサーバー、フロー３は無線端末（ＳＴＡ４）からサーバー、フロー４は無線端末ＳＴＡ５からサーバー、フロー５は無線端末（ＳＴＡ６）からサーバーへのフローをそれぞれ表しており、average は、フロー１からフロー５までのスループットの平均値を表している。
【０１０８】
この図１０より、比較例である提案方式１では、ホップ数が短いフロー１のみが非常に高いスループットを得ており、通信性能の公平性に関して課題があることが明らかとなった。また、本発明である提案方式２については、平均４. ９３Ｍｂ／ｓのスループットが得られており、他の方式と比較しても良好な特性を示していることが判る。
【０１０９】
次に、様々な通信パターンを想定し、各方式における特性の違いについて調査した。
【０１１０】
図１１に示す通り、フロー１は無線端末（ＳＴＡ１）から無線端末（ＳＴＡ２）へ、フロー２は無線端末（ＳＴＡ４）から無線端末（ＳＴＡ３）へ、フロー３は無線端末（ＳＴＡ６）から無線端末（ＳＴＡ５）へそれぞれ向かうＴＣＰフローと定義し、これらの通信をほぼ同時に行った場合における各フローのスループット特性を求めた。
【０１１１】
図１２は上記トラヒックパターン１における調査結果を示したものである。
【０１１２】
ここで、average は、フロー１から３の平均スループットを示している。この通信パターンでは、無線区間が重なる部分が全く無いにもかかわらず、Sing1e方式では著しい性能劣化が生じており、アクセスポイント間中継に使用するチャネルが一つであることの問題が顕著に現れている。比較例である提案方式１では、一つのローカルインタフェースで中継データの受信と端末へのデータ送信を行っため、multi 方式、本発明である提案方式２と比較してスループットが低いが、フロー１から３のいずれも同程度のスループットが得られている。
【０１１３】
次に、図１３に示す通り、フロー１を無線端末（ＳＴＡ３）からサーバーへ向かうＴＣＰフロー、フロー２を無線端末（ＳＴＡ２ａ）から無線端末（ＳＴＡ２ｂ）へ向かうＴＣＰフローと定義し、これらの通信をほぼ同時に行った場合における各フローのスループット特性を求めた。
【０１１４】
図１４は上記トラヒックパターン２における調査結果を示したものである。ここで、average は、フロー１と2 の平均スループットを表している。
【０１１５】
multi 方式、本発明である提案方式２は、この場合も同様に良好なスループット特性を得られていることが判る。一方、比較例である提案方式１については、この通信パターンでは、アクセスポイント２のローカルインタフェースにおいて、フロー１の無線端末３からサーバーへのパケットの受信、フロー１のアクセスポイント１０１からアクセスポイント１０２へのパケットの受信、フロー２の無線端末（ＳＴＡ２ａ）からアクセスポイント１０２へのパケットの送信、フロー２のアクセスポイント１０２から無線端末（ＳＴＡ２ｂ）へのパケットの送信という、４通りの通信機能の競合が生じている。そのため、multi 方式、本発明の提案方式２と比較してスループット特性が低く抑えられている。
【０１１６】
さらに、図１５に示す通り、フロー１を無線端末（ＳＴＡ３）からサーバーへ向かっＴＣＰフロー、フロー２を無線端末（ＳＴＡ２）から無線端末（ＳＴＡ４）へ向かうＴＣＰフローと定義し、これらの通信をほぼ同時に行った場合における各フローのスループット特性を求めた。
【０１１７】
図１６は上記実験の結果を示したものである。ここで、average はフロー１とフロー２の平均スループットを表している。
【０１１８】
この通信パターンでは、２つのフローが無線区間を共有しているが、multi 方式と比較例である提案方式１がほぼ同様に約１０Ｍｂ／ｓ程度の平均スループット特性を示している。これに対して、本発明である提案方式２では、１５Ｍｂ／ｓ以上の平均スループットを達成している。
【０１１９】
multi 方式では、アクセスポイント１０２、アクセスポイント１０３は、それぞれアクセスポイント１０３、アクセスポイント１０２と接続する専用の無線インタフェースを有するが、アクセスポイント１０２からアクセスポイント１０３へ向かつトラヒツクと、アクセスポイント１０３からアクセスポイント１０２へ向かうトラヒックは、同じ無線リンクを共有するため、フロー１とフロー２で競合が生じる。しかし、本発明である提案方式２においては、アクセスポイント１０２からアクセスポイント１０３へ向かうトラヒックは、アクセスポイント１０２の送信インタフェースからアクセスポイント１０３の受信インタフェースヘ転送され、アクセスポイント１０３からアクセスポイント１０２へ向かうトラヒックは、アクセスポイント１０３の送信インタフェースからアクセスポイント１０２の受信インタフェースへと伝送されるため、フロー１とフロー２が競合することは無く、性能低下が生じていない。すなわち、データの流れる主な方向が異なる場合において、本発明である提案方式２では、非常に良好な特性が得られることが判る。
【０１２０】
６台全てのアクセスポイントにそれぞれ４台の無線端末（ＳＴＡ) が接続しているものとし、全２４台の無線端末（ＳＴＡ）および有線網に接続された１台のサーバーの間で、ランダムに通信が発生すると仮定する。フローは３秒間隔で発生するものとし、１本あたり３秒間の通信を行うものとする。このような条件において、同時に発生するフロー数を変化させた場合における各ＴＣＰフローの平均スループット特性を調査した。シミュレーションは同一の条件で１００回実行し、その平均を求めている。
【０１２１】
図１７は上記実験の結果を示したものである。
【０１２２】
この結果より、本発明である提案方式２が最も良好な特性を示しており、その有効性が検証された。また、比較例である提案方式１は、multi 方式や本発明である提案方式２と比較すると、スループット特性が劣るものの、single方式より、常に良い性能が得られており、二つのインタフェースを用いてアクセスポイントを構成する場合の方式として、比較例である提案方式１の優位性が示されている。
【０１２３】
以上の通り、本発明によれば、マルチホップ無線網において、アクセスポイントや収容可能な移動端末の数が増加した場合であっても、構成が簡単であって、コストが大幅にアップすることなく、スループット特性の低下を防止して、通信性能を向上させることができるとともに、通信性能の不公平性を解消することが可能となる。
【０１２４】
実施の形態２
図１８はこの発明の実施の形態２を示すものであり、前記実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この実施の形態２では、１つのアクセスポイントが複数のアクセスポイントと無線によって連結されるように構成されており、マルチホップ無線メッシュネットワークを構成している。
【０１２５】
この実施の形態２では、図１８に示すように、１つのアクセスポンントが複数のアクセスポイントと無線によって連結されるような、マルチホップ無線メッシュネットワークで構成されている。一般にメッシュネットワークは複数の伝送路を備えており、ネットワークのトラフィック量または負荷の状況に応じて、あるいは伝送路の切断や装置故障などに起因するネットワーク内での障害発生の状況に応じて、ネットワーク内の伝送路を適切な経路に制御する機能を有する。例えば、電話網やインターネット網または電力ネットワークなどもメッシュネットワークで構成されており、メッシュネットワークによって冗長性を持たせることで、システム全体としての信頼性を向上させている。
【０１２６】
今、図１８において、アクセスポイント１０３のエリア内で使用される移動端末（ＳＴＡ３）３０３から、有線ネットワーク側のサーバー１７０へのデータの流れを考えると、アクセスポイント１０３→１０２→１０１という経路のほかに、１０３→１０４→１０１、１０３→１０６→１０５→１０１など、ほか多数の経路が考えられる。仮にアクセスポイント１０２に何らかの障害が発生した場合、１０３→１０２→１０１という経路から例えば１０３→１０４→１０１という経路に切り替えることにより、移動端末３０３からサーバー１７０への伝送経路は確保できる。このようにメッシュネットワークにより冗長性を持たせることで、ネットワークの信頼性が向上する。
【０１２７】
図１８に示したメッシュネットワークは一例であり、一般的に複数経路を有するメッシュネットワークであっても、それぞれのアクセスポイントは、アクセスポイント間通信の送信用、受信用、ＳＴＡ収容用の３種類の無線インタフェースを具備すればよく、その機能動作は図１のブロック図で示したような構成に経路制御機能を持たせることで実現できる。
【０１２８】
図１９は、伝送経路の違いによる送信チャネルの違いを、例えばアクセスポイント１０３からアクセスポイント１０１にデータを送信する場合について説明したものである。伝送経路がアクセスポイント１０３→１０２→１０１という場合は、先ずアクセスポイント１０３は送信相手であるアクセスポイント１０２の受信チャネルＢｃｈに合わせてデータを送信し、アクセスポイント１０２は送信相手先であるアクセスポンント１０１の受信チャネルＡｃｈに合わせてデータを中継再送信し、アクセスポイント１０１のＡｃｈで受信する。
【０１２９】
次に、伝送経路がアクセスポイント１０３→１０４→１０１という場合は、先ずアクセスポイント１０３は送信相手であるアクセスポイント１０４の受信チャネルＤｃｈに合わせてデータを送信し、アクセスポンント１０４は送信相手先であるアクセスポイント１０１の受信チャネルＡｃｈに合わせてデータを中継再送信し、アクセスポイント１０１のＡｃｈで受信する。
【０１３０】
つまり、アクセスポイント１０３の送信相手としてはアクセスポイント１０２と１０４が選択でき、送信先がアクセスポイント１０２の時はアクセスポイント１０２の受信チャネルＢｃｈに合わせてデータを送信し、送信先がアクセスポイント１０４の時はアクセスポイント１０４の受信チャネルＤｃｈに合わせてデータを送信する。送信チャネルの変更は、図１のブロック図１１２，１１１および１１０で実現される。
【０１３１】
また、このようにアクセスポイント間中継用の無線受信を固定チャネル、その無線送信を可変チャネルで動作させることにより、個々のアクセスポイントの動作が簡単化でき無線ネットワークシステムの設計そのものが容易になる。つまり具体的には、一般的に無線ネットワークシステムの設計におけるアクセスポイントの置局配置においては、無線電波の干渉を考慮したアクセスポイントの配置及び使用チャネルの設計が必要となり、作業が複雑化する。そこで本発明によるアクセスポイントと構成方法を用いれば、アクセスポイント間中継用の無線受信に設定する無線チャネルが隣接するアクセスポイント間で干渉しないように静的に設計すればよく、無線ネットワーク設計が非常に容易となる。
【０１３２】
その他の構成及び作用は、前記実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】図１はこの発明の実施の形態１に係るマルチホップ無線通信システムの構成方法を適用したマルチホップ無線通信システムのアクセスポイントを示すブロック図である。
【図２】図２はこの発明の実施の形態１に係るマルチホップ無線通信システムの構成方法を適用したマルチホップ無線通信システムを示す概略構成図である。
【図３】図３はこの発明の実施の形態１に係るマルチホップ無線通信システムの構成方法を適用したマルチホップ無線通信システムにおいて、アクセスポイントを増設した場合を示す概略構成図である。
【図４】図４は実験例１の構成を示す概略構成図である。
【図５】図５は実験例１の結果を示すグラフである。
【図６】図６は実験例２の構成を示す概略構成図である。
【図７】図７は比較例の構成を示す概略構成図である。
【図８】図８は実験例２の結果を示すグラフである。
【図９】図９は実験例２の結果を示す図表である。
【図１０】図１０は実験例２の結果を示すグラフである。
【図１１】図１１は実験例２の構成を示す概略構成図である。
【図１２】図１２は実験例２の結果を示すグラフである。
【図１３】図１３は実験例２の構成を示す概略構成図である。
【図１４】図１４は実験例２の結果を示すグラフである。
【図１５】図１５は実験例２の構成を示す概略構成図である。
【図１６】図１６は実験例２の結果を示すグラフである。
【図１７】図１７は実験例２の結果を示すグラフである。
【図１８】図１８はこの発明の実施の形態２に係るマルチホップ無線通信システムの構成方法を適用したマルチホップ無線通信システムを示す概略構成図である。
【図１９】図１９はこの発明の実施の形態２に係るマルチホップ無線通信システムの構成方法を適用したマルチホップ無線通信システムを示す概略構成図である。
【図２０】図２０は従来のマルチホップ無線通信システムを示す概略構成図である。
【図２１】図２１は隠れ端末問題を示す説明図である。
【図２２】図２２はさらし端末問題を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１３４】
１：マルチホップ無線通信システム、１０１〜１０３：アクセスポイント（ＡＰ）、１５０：基幹網、１１０：アクセスポイント間通信用の送信部、１２０：アクセスポイント間通信用の受信部１２０、１３０：端末間通信用の送受信部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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