(57)【要約】【課題】無線パケットを無線局間で中継する無線通信システムでパケットを効率良く伝送し、パケット中継の遅延時間の低減及びスループットの向上を実現する。【解決手段】無線パケットを中継する無線通信装置において、中継する無線パケットを送受するパケット送受信部１と、パケット送受信部１が受信したパケットを受け、送信するパケットとしてパケット送受信部１に供給するパケット中継部２と、前記送信するパケットのパケット送受信部１による無線パケットの送信タイミングと、他の無線通信装置が中継する無線パケットの送信タイミングと、が同期するよう、パケット送受信部１による無線パケットの送信タイミングを制御する同期制御部３と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１
2008211584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線パケットを中継する無線通信装置であって、
中継する無線パケットの送受信手段と、
前記送受信手段が受信したパケットを受け、送信するパケットとして前記送受信手段に供給する中継手段と、
前記送信するパケットの前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングと、他の無線通信装置が中継する無線パケットの送信タイミングと、が同期するよう、前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングを制御する同期手段と、
を含むことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信装置において、
前記同期手段は、前記送受信手段による無線パケットの受信完了直後又は受信完了後の一定時間経過後を前記送受信手段による当該無線パケットの送信タイミングとする、
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項３】
請求項１に記載の無線通信装置において、
タイムスロット化された無線通信回線で前記送受信手段が無線パケットを送受信し、
前記同期手段は、前記送受信手段による無線パケットの受信完了直後のタイムスロット又は受信完了後の一定時間経過後のタイムスロットを前記送受信手段による当該無線パケットの送信タイミングとする、
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかに記載の無線通信装置において、
前記送受信手段は、直交周波数分割多重により無線パケットを送受信する、
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
無線パケットを無線局間で中継する無線通信システムであって、
無線パケットを中継するそれぞれの無線局である無線通信装置が、
中継する無線パケットの送受信手段と、
前記送受信手段が受信したパケットを受け、送信するパケットとして前記送受信手段に供給する中継手段と、
前記送信するパケットの前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングと、他の無線通信装置が中継する無線パケットの送信タイミングと、が同期するよう、前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングを制御する同期手段と
を含む、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
無線パケットを中継するための無線通信プログラムであって、
中継する無線パケットを送受信する送受信機能により受信したパケットを受け、送信するパケットとして前記送受信機能に供給する中継機能と、
前記送信するパケットの前記送受信機能による無線パケットの送信タイミングと、他の無線通信プログラムが中継する無線パケットの送信タイミングと、が同期するよう、前記送受信機能による無線パケットの送信タイミングを制御する同期機能と、
をコンピュータに実現させるための無線通信プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線によりパケットの送受信をする無線通信装置、無線通信システム及び無線通信プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信では、雑音の影響や送信電力の制限等があることから、通信可能な距離が制限される。このため、数ある無線通信システムの中には、複数の無線局を広範囲に配置し、それらの無線局間をメッシュ状に無線通信回線で接続して無線信号を中継することにより、通信距離を延長する方法を採用しているものがある。このような無線局構成はメッシュネットワークと呼ばれる。
【０００３】
無線によりパケットを送受信する無線パケット通信システムについて、近年、上記メッシュネットワークの構成の採用が有望視されている。例えば、非特許文献１には、無線ＬＡＮ（Local Area Network）を用いてメッシュネットワークを構築する無線ＬＡＮメッシュネットワークシステムが紹介されており、その標準化の状況やネットワークの主要な構成技術等が開示されている。無線ＬＡＮメッシュネットワークシステムの標準化については、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers（米国電気電子技術者協会））の無線ＬＡＮ標準化委員会のタスクグループであるIEEE802.11sで検討が行われており、非特許文献２は、そのIEEE802.11sの標準規格における個々の事項の概要や標準化作業の進捗状況等を開示している。
【非特許文献１】阪田史郎、外２名、「アドホックネットワークと無線ＬＡＮメッシュネットワーク」、電子情報通信学会論文誌Ｂ、２００６年６月、Vol.J89-B、No.6、p.811-823
【非特許文献２】W. Steven Conner、外３名、“IEEE 802.11s Tutorial, Overview of the Amendment for Wireless Local Area Mesh Networking”、[online]、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers（米国電気電子技術者協会））、インターネット<ＵＲＬ：http://www.ieee802.org/802_tutorials/nov06/802.11s_Tutorial_r5.pdf>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、無線局間のパケット中継では、各無線局の送信パケットが無線通信回線上で衝突しないようにする必要がある。この衝突は各無線局の送信パケットを受信する無線局で発生するもので、各無線局が同じ搬送波周波数や拡散符号を用いてパケットを送信し、それらのパケットが少しずつずれたタイミングで重なり合って受信されることによって生ずる。そこで従来は、周波数の選定、送信タイミングの時間のスケジューリング、空間的な隔離若しくは拡散符号の選定又はこれらの組合せによって、各無線局の送信パケットを完全に分離するようにしている。
【０００５】
無線メッシュネットワークシステム（メッシュネットワークの構成を採用した無線パケット通信システム）においては、近接した複数の無線局が搬送波の周波数や拡散符号が同一である同じ無線パケットを中継することがあり、空間的な隔離若しくは拡散符号の選定によって送信パケットを分離することはできないので、送信タイミングの時間のスケジューリングによって無線パケットの衝突を回避することが必要になってくる。このため、無線メッシュネットワークシステムでは、各無線局間でのパケット中継を当該各無線局間以外の他の無線局間でのパケット中継と同時に行わないように予め送信タイミングのスケジューリングをするのが通例である。
【０００６】
図５は、かかる送信タイミングのスケジューリングによる無線局間のパケット中継例を示した図であり、各無線局間でのパケット中継に対して送信タイミングを理想的にスケジューリングした場合のパケット転送の様子を表している。図５中の左側は、無線メッシュネットワークシステムの構成の概略を示しており、それぞれの丸印が無線パケットを中継する無線局を表している。図５中の右側は、左側の構成中にある無線局ａ〜ｅがそれぞれ無線パケットを送受信するタイミングを表したタイミングチャートである。
【０００７】
この図に示すように、中央黒丸印の無線局ａで生起したパケットは、実線矢印及び“(1)送信”で示した第１回目の中継で周辺の無線局に転送される。そして、無線局ａから無線パケットを受信した周辺の無線局は、互いのパケット送信が衝突しないよう、予め理想的にスケジューリングされた送信タイミングで無線パケットを転送し、さらに周辺の無線局へと中継する。これにより、無線局ａで生起したパケットが順次各無線局間で中継されていく。具体的な例を示すと、第２回目の中継では無線局ｂ及び無線局ｃが無線パケットを送信しうるが、両方がパケット送信をすると、無線局ｄにおいて無線パケットが衝突しうる。そこで、第２回目の中継では無線局ｂのみがパケットを送信し（破線矢印及び“(2)送信”）、無線局ｃはパケット送信をせずに待機する。無線局ｃは、第３回目の中継で無線パケットを送信する（一点鎖線矢印及び“(3)送信”）。
【０００８】
その結果、無線局ｅは、隣接する無線局ｃにパケットが既に到達していたにも拘わらず、無線局ｂのパケット送信時間の分だけ遅延して無線パケットを受信することになっている。すなわち、無線局ｂがパケット送信をしている間は、無線局ｃがパケット送信を待機しなければならず、それによってパケット中継に遅延が生じるという結果になっている。無線局間のパケット中継について行われる通例のスケジューリングでは、このようにパケット送信中の無線局の周辺にある他の無線局がパケット送信を待機することで無線パケットの衝突を回避しているため、その待機時間によってパケット中継に遅延が生じており、スループットも低下しているという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、無線パケットを無線局間で中継する無線通信システムにおいてパケットを効率良く伝送することを可能にし、パケット中継の遅延時間の低減及びスループットの向上を実現する無線通信装置、無線通信システム、及び無線通信プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するための本発明に係る無線通信装置は、無線パケットを中継する無線通信装置であって、中継する無線パケットの送受信手段と、前記送受信手段が受信したパケットを受け、送信するパケットとして前記送受信手段に供給する中継手段と、前記送信するパケットの前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングと、他の無線通信装置が中継する無線パケットの送信タイミングと、が同期するよう、前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングを制御する同期手段と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記同期手段は、前記送受信手段による無線パケットの受信完了直後又は受信完了後の一定時間経過後を前記送受信手段による当該無線パケットの送信タイミングとするものとしてもよい。また、タイムスロット化された無線通信回線で前記送受信手段が無線パケットを送受信し、前記同期手段は、前記送受信手段による無線パケットの受信完了直後のタイムスロット又は受信完了後の一定時間経過後のタイムスロットを前記送受信手段による当該無線パケットの送信タイミングとするものとしてもよい。さらに、前記送受信手段は、直交周波数分割多重により無線パケットを送受信するものとしてもよい。
【００１２】
本発明に係る無線通信システムは、無線パケットを無線局間で中継する無線通信システムであって、無線パケットを中継するそれぞれの無線局である無線通信装置が、中継する無線パケットの送受信手段と、前記送受信手段が受信したパケットを受け、送信するパケットとして前記送受信手段に供給する中継手段と、前記送信するパケットの前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングと、他の無線通信装置が中継する無線パケットの送信タイミングと、が同期するよう、前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングを制御する同期手段と、を含む、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る無線通信プログラムは、無線パケットを中継する無線通信プログラムであって、中継する無線パケットを送受信する送受信機能により受信したパケットを受け、送信するパケットとして前記送受信機能に供給する中継機能と、前記送信するパケットの前記送受信機能による無線パケットの送信タイミングと、他の無線通信プログラムが中継する無線パケットの送信タイミングと、が同期するよう、前記送受信機能による無線パケットの送信タイミングを制御する同期機能とを、コンピュータに実現させるための無線通信プログラムである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、無線パケットを中継する無線通信装置が、送信するパケットの送受信手段による無線パケットの送信タイミングを、他の無線通信装置が中継する無線パケットの送信タイミングと同期させることとしたので、無線パケットの中継先である受信側においては、同じ無線パケットが複数の無線通信装置から送信されてきたとしても、それらはすべて同じ送信タイミングで送信されたものとなっている。従って、無線通信装置間の伝送経路長が全く同じであれば、受信タイミングが完全に等しくなり、パケットの衝突が生ずることはなくなる。これにより、同じ無線パケットを複数の無線通信装置で同時に送信することができ、ある無線通信装置の無線パケット送信中にその周辺にある他の無線通信装置等が同じ無線パケットの送信を待機する必要はなくなる。結果、無線パケットの中継においてパケットを効率良く伝送することが可能になり、パケット中継の遅延時間の低減及びスループットの向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態による無線通信装置の構成を示したブロック図である。本無線通信装置は、無線パケット通信システムにおいて無線パケットを中継する無線局を構成するものとなっており、図１のブロック図では、その無線局の主要な構成である本無線通信装置の要部を示してある。かかる要部として、本無線通信装置は、図示のようにパケット送受信部１、パケット中継部２及び同期制御部３を有しており、これらを有する本無線通信装置による無線局が複数配置されて各無線局間がメッシュ状に無線通信回線で接続され、無線パケットを中継して通信距離を延長する無線メッシュネットワークシステムが構成されるものとなっている。
【００１６】
パケット送受信部１は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing（直交周波数分割多重））方式によって無線パケットを送受信する手段であり、その送受信を行うための変調器や復調器等を有し、周囲にある他の無線局（それぞれ本無線通信装置によって構成されている他の無線局）と無線信号を授受するためのオムニアンテナ等のアンテナ１ａを備えている。パケット送受信部１は、無線パケットを受信したときには、その無線パケットを復調した受信パケットをパケット中継部２へ供給すると共に、無線パケットの受信を知らせるパケット受信情報を同期制御部３に出力する。
【００１７】
パケット中継部２は、他の無線局から受信した無線パケットを一時的に保存してさらに他の無線局へと中継する手段であり、パケットのデータを一時記憶する所定の記憶装置等によって構成される。パケット中継部２は、パケット送受信部１から供給される受信パケットを一時的に保存し、その保存した受信パケットを送信パケットとしてパケット送受信部１へ供給することにより、受信パケットのデータを転送して無線パケットを中継する。
【００１８】
同期制御部３は、他の無線局と自局（当該無線局）との無線パケットの送信タイミングが同期するよう、自局の無線パケット送信タイミングを制御する手段であり、パケット送受信部１からのパケット受信情報等に基づき、中継する無線パケットの送信タイミングを指示するパケット送信タイミング情報をパケット送受信部１に供給する。これにより、パケット送受信部１は、パケット中継部２からの送信パケットを変調した無線パケットをパケット送信タイミング情報によって指示された送信タイミングで送信する。
【００１９】
同期制御部３が、無線パケットの送信タイミングを決定し、その決定した送信タイミングをパケット送信タイミング情報で指示することにより、各無線局のパケット送信タイミングを同期させる。この同期制御部３が行う送信タイミングの決定及び指示による同期制御の形態としては、例えば、次のようなものが挙げられる。
【００２０】
・第１同期制御形態
同期制御部３は、中継する無線パケットの受信完了直後又は受信完了後の一定時間経過後を当該無線パケットの送信タイミングと決定し、その送信タイミングをパケット送信タイミング情報でパケット送受信部１に指示する。これにより、各無線局で無線パケットを受信した後に当該無線パケットを中継のために送信するまでの時間を統一し、各無線局間での中継パケットの送信タイミングを同期させる。
【００２１】
ここで、無線パケットの受信完了直後を送信タイミングとする場合には、個々の無線パケットを受信するのに要する時間（１無線パケットの受信開始時点から受信完了時点までの時間）は予め分かるので、パケット受信情報を受けた時点からその時間が経過した時点を送信タイミングとすればよい。受信完了後の一定時間経過後を送信タイミングとするのは、自局と他の周辺無線局とで同じ無線パケットを受信するタイミングに差が生じるような場合である。例えば、自局と他の周辺無線局とが共に同じ無線パケットを受信する可能性があるが、その無線パケットの送信元無線局からの経路長（無線局間距離）等が自局と他の周辺無線局とでは異なっており、各無線局での受信完了時点に差が生じるような場合である。このような場合には、例えば、受信完了時点が最も遅い無線局では受信完了直後を送信タイミングとし、他の無線局については、その最も遅い受信完了時点と当該他の無線局での受信完了時点の差に相当する時間を前記一定時間として、受信完了後の一定時間経過後を送信タイミングとすればよい。なお、ここにいう受信完了時点の差は、前記経路長等の差が各無線局の配置等によって分かるので、その経路長等の差に基づいて予め把握することができ、各無線局での送信タイミングを受信完了直後ないし受信完了後の一定時間経過後に予め定めておくことができる。
【００２２】
同期制御部３がパケット受信情報を得たときには、このようにして無線パケットを受信してから所定時間経過後を当該無線パケットの送信タイミングと決定し、その送信タイミングをパケット送受信部１に指示する。これにより、各無線局で無線パケットを受信した後から（最も受信が遅い無線局での受信が完了してから）当該無線パケットを当該各無線局が送信するまでの時間が統一され、各無線局間で中継される無線パケットの送信タイミングを同期させることができる。この第１同期制御形態によれば、比較的簡単な制御によって各無線局（各無線通信装置）のパケット送信タイミングを同期させることができる。
【００２３】
・第２同期制御形態
無線パケット通信システムにおいては、一般に無線通信回線が一定時間間隔でタイムスロット化される場合が多いので、パケット送受信部１は、そのタイムスロット化された無線通信回線を用いて無線パケットを送受信する形態となることが多い。この場合、同期制御部３は、各無線局で無線パケットを送信するタイムスロットを揃えるように送信タイミングを決定することにより、無線パケットの送信タイミングを同期させることができる。すなわち、中継する無線パケットの受信完了直後のタイムスロット又は受信完了後の一定時間経過後のタイムスロットを当該無線パケットの送信タイミングと決定し、その送信タイミングをパケット送信タイミング情報でパケット送受信部１に指示する。これにより、各無線局で無線パケットを受信した後に当該無線パケットを中継のために送信するタイムスロットを統一し、各無線局間での中継パケットの送信タイミングを同期させる。
【００２４】
ここで、タイムスロットの同期をとるためには、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System（全地球測位システム））等の手段によって高精度の時刻情報を各無線局の同期制御部３が取得することにより、送信タイミングの決定に当たって各無線局の同期制御部３が共通の時刻情報によるタイムスロットを共用するようにして無線通信回線のタイムスロットの同期を確立してもよい。なお、ＧＰＳを利用する場合には、例えば、各無線局にＧＰＳ受信機を搭載してＧＰＳ時計の時刻情報を取得したり、他所のＧＰＳ受信機から時刻情報の供給を受けたりすればよい。
【００２５】
無線パケットの受信完了直後のタイムスロットを送信タイミングとする場合には、個々の無線パケットを受信するのに要する時間は予め分かるので、パケット受信情報を受けた時点からその時間が経過した直後のタイムスロットを送信タイミングとすればよい。受信完了後の一定時間経過後のタイムスロットを送信タイミングとするのは、上記第１同期制御形態で受信完了後の一定時間経過後を送信タイミングとする場合と同様に、自局と他の周辺無線局とで同じ無線パケットを受信するタイミングに差が生じるような場合である。このような場合には、例えば、当該無線パケットの受信完了時点が最も遅い無線局では受信完了直後のタイムスロットを送信タイミングとし、他の無線局については、その最も遅い受信完了時点と当該他の無線局での当該無線パケットの受信完了時点の差に相当する時間を前記一定時間として、受信完了後の一定時間経過後のタイムスロットを送信タイミングとすればよい。なお、ここにいう受信完了時点の差も上記第１同期制御形態中にいう受信完了時点の差と同様に各無線局間の経路長等の差に基づいて予め把握することができ、各無線局での送信タイミングを受信完了直後のタイムスロットないし受信完了後の一定時間経過後のタイムスロットに予め定めておくことができる。
【００２６】
同期制御部３がパケット受信情報を得たときには、このようにして無線パケットを受信してから所定時間経過後のタイムスロットを当該無線パケットの送信タイミングと決定し、その送信タイミングをパケット送受信部１に指示する。これにより、各無線局が受信した無線パケットを中継のために送信するタイムスロットが統一され、各無線局間で中継される無線パケットの送信タイミングを同期させることができる。この第２同期制御形態によれば、ＧＰＳ等の高精度の時刻情報でタイムスロットの同期をとることができるので、比較的高い精度で各無線局（各無線通信装置）のパケット送信タイミングを同期させることができる。
【００２７】
同期制御部３は、上記第１同期制御形態や第２同期制御形態等の同期制御により、中継する無線パケットの送信タイミングを他の無線局での当該無線パケットの送信タイミングと同期させるパケット送信タイミング情報をパケット送受信部１に供給し、パケット送受信部１は、同期制御部３から得られたパケット送信タイミング情報によって他の周辺無線局と同一タイミングで当該無線パケットを送信する。このとき、パケット送受信部１は、ＯＦＤＭ方式によって無線パケットを送信するので、中継される無線パケットは、Ｇ．Ｉ．（ガードインターバル（Guard Interval）。以下同じ。）が挿入されたＯＦＤＭシンボルによって送信される。
【００２８】
図２は、中継される無線パケットとＯＦＤＭシンボルの関係を表した図であり、(a)が中継される無線パケット、(b)がある無線局(1)のＯＦＤＭシンボル送信タイミング、(c)が他の無線局(2)のＯＦＤＭシンボル送信タイミングを表している。ここにいう無線局(1)と無線局(2)は、無線メッシュネットワークシステムにおいて同一の無線パケットを中継することがある近接した無線局であるが、ＯＦＤＭシンボルについての説明の便宜上想定する無線局であって、本無線通信装置による無線局ではない（送信タイミングの同期をとっていない。）。(b)、(c)は、横方向を共通の時間軸として、それぞれ無線局(1)、無線局(2)が共に(a)の同一無線パケットを中継するときのＯＦＤＭシンボル送信タイミングを示している。したがって、(b)と(c)では、送信データは全く同一であり、共に(a)の無線パケットのヘッダを含む全データがＯＦＤＭシンボルによる送信データになっている。
【００２９】
図２に示すように、ＯＦＤＭ方式を用いると、送るべき無線パケットが複数のＯＦＤＭシンボルに分けられて送信され、それぞれのＯＦＤＭシンボルにＧ．Ｉ．が付加される。これらのＧ．Ｉ．が付加されたＯＦＤＭシンボルには、無線局(1)と無線局(2)の送信タイミングが図示のようにＧ．Ｉ．の範囲内でずれても互いに干渉とならず、受信側において無線局(1)からのＯＦＤＭシンボルと無線局(2)からのＯＦＤＭシンボルをＧ．Ｉ．の範囲内でずれて受信しても正常に復調して受信することができるという特性がある。このことは、送るべきデータが一つのＯＦＤＭシンボルであっても同じである。
【００３０】
ただし、かかる特性を呈するには、無線局(1)と無線局(2)が送信する無線信号が全く同じでなければならない（タイミングがＧ．Ｉ．の範囲内でずれているだけで信号自体は全く同じでなければならない。）。ここでは、無線局(1)と無線局(2)の送信データはヘッダも含めて同一なので、無線パケット（ＯＦＤＭシンボル）の搬送波周波数も同一にして周波数同期を同じにし、かつ、信号の情報を送る他のヘッダがあればそれも同じ内容にすることにより（このようにすることは可能である。）、上記特性による正常な受信ができることになる。
【００３１】
本無線通信装置におけるパケット送受信部１は、以上のような特性を有するＯＦＤＭシンボルで無線パケットを送信する。そして、この無線パケットの送信は、本無線通信装置による無線局が複数配置されて構成される無線メッシュネットワークシステムにおいて、上述した同期制御部３の同期制御により各無線局共同一の送信タイミングで行われ、各無線局間で無線パケットが中継される。
【００３２】
図３は、その各無線局間での無線パケットの中継例を示した図であり、本無線通信装置による無線局が構成する無線メッシュネットワークシステム（本発明の一実施形態による無線通信システムに相当する。以下「本無線メッシュネットワークシステム」という。）で無線パケットを中継するときのパケット転送例の様子を表している。図３中の左側は、本無線メッシュネットワークシステムの構成例の概略を示しており、それぞれの丸印が本無線通信装置による無線局を表している。メッシュ状に配列した複数の四角形は、各無線局間がメッシュ状に無線通信回線で接続されて構築されるメッシュネットワークを表している。図３中の右側は、同構成例中にある無線局Ａ〜Ｅがそれぞれ無線パケットを送受信するタイミングを表したタイミングチャートである。
【００３３】
図３に示すように、中央黒丸印の無線局Ａで生起したパケットは、オムニアンテナ等のアンテナ１ａによって同心円状に周囲の無線局間を転送され、実線矢印及び“(1)送信”で示した第１回目の中継で周辺の無線局に中継される。そして、無線局Ａから無線パケットを受信したすべての周辺の無線局は、それぞれの同期制御部３の同期制御によって同一の送信タイミングで無線パケットを送信し、さらに他の周辺の無線局へと無線パケットを転送する。
【００３４】
このとき、各無線局が送信する無線パケットは、すべて第１回目の中継で無線局Ａが送信した同一の無線パケットであるため、各無線局の送信データは、ヘッダも含めてすべて同じになる（無線メッシュネットワークでは、このように同一パケットを複数の無線局に中継するため、それらの無線局がさらに中継をするときの送信データの内容はすべて同じになる。）。また、各無線局は、当該無線パケットを送信する際の搬送波として同一周波数の搬送波を使用し、当該無線パケットに信号の情報を送る他のヘッダがあればそれもすべて同じにする。すなわち、無線局Ａから無線パケットを受信した各無線局は、当該無線パケットを全く同一の無線信号により同一の送信タイミングで送信する。
【００３５】
これにより、無線局Ａから各無線局が受信した当該無線パケットがさらに他の無線局（無線局Ａからさらに離れた無線局）へと転送され、破線矢印及び“(2)送信”で示した第２回目の中継が行われる。この第２回目の中継では、例えば、無線局Ｄにおいては、無線局Ｂと無線局Ｃが当該無線パケットを同時に送信するので、無線局Ｂと無線局Ｃの双方から当該無線パケットの無線信号が到来する。
【００３６】
ここで、無線局Ｂと無線局Ｄとの間の距離“Ｂ−Ｄ”よりも無線局Ｃと無線局Ｄとの間の距離“Ｃ−Ｄ”の方が長かったとすると、無線局Ｄでは、タイミングが少しずれた２つの同じ無線信号が受信されることになり、いわゆるマルチパスによるシンボル間干渉等の影響が生じ得る状態になる。しかし、本無線通信装置では、無線パケットの送受信をＯＦＤＭ方式によって行っているので、図３中の右側における第２回目の中継に示したように無線局Ｂと無線局Ｃがそれぞれ行う“(2)送信”による無線局Ｄでの受信タイミングのずれがＧ．Ｉ．の範囲内であれば、上記特性等のＯＦＤＭの特徴により、無線局Ｄにおいて到来する無線信号を正常に復調して当該無線パケットを受信することができる。
【００３７】
これに対し、距離“Ｂ−Ｄ”と距離“Ｃ−Ｄ”は共にメッシュネットワークにおいて隣接する無線局間の距離である上に、無線局Ｂと無線局Ｃのパケット送信タイミングは全く同一である。したがって、図示のように無線局Ｄでの受信タイミングのずれをＧ．Ｉ．の範囲内とすることは十分可能であり、無線局Ｄにおいては当該無線パケットを正常に受信することができる。
【００３８】
各無線局を構成している本無線通信装置は、以上のように同期制御部３の働きによって中継する無線パケットの送信タイミングを同期させ、さらにマルチパスによる影響を低減させるＯＦＤＭ方式で無線パケットを送受信しているので、無線パケットの衝突を回避するためにパケット送信を待機する必要がなく、各回の中継で各無線局での受信が完了した時点から直ちに無線パケットを転送して次の中継を行うことができる。これにより、パケット送信の待機時間に起因するパケット中継の遅延は払拭され、パケットを効率良く伝送することが可能となり、パケット中継の遅延時間の低減及びスループットの向上を実現することができる。
【００３９】
図４は、そのパケット中継の遅延時間の低減及びスループットの向上の一例を示すものとして、図３のパケット中継例によるチャネルスループットと平均遅延時間（平均伝送遅延時間）の改善効果の計算値を示した図である。図４中の横軸は、ノード間距離（隣接する無線局間の距離）で正規化した無線パケットの中継距離を示し、縦軸は、通例のスケジューリングによる上記図５のパケット中継例におけるチャネルスループットで正規化した図３のパケット中継例におけるチャネルスループット、及び図５のパケット中継例における平均遅延時間で正規化した図３のパケット中継例における平均遅延時間を示している。この改善効果の計算値によれば、図３のパケット中継例は、実線グラフで示されているようにチャネルスループットで約５０％改善し、一点鎖線グラフで示されているように平均遅延時間で約１２％改善することが分かる。
【００４０】
なお、図３のパケット中継例では、無線局Ａにおいて、第１回目の中継で自局が送信した無線パケットを第２回目の中継で無線局Ｂ等から受信しているが、それを再び無線局Ａが転送することとはしていない。本無線メッシュネットワークシステムにおいては、このように同一無線パケットの重複転送を避ける処理を適宜導入するものとしてよく、同じ無線パケットの転送が永遠に繰り返される無限ループの状態にならないようにするための処理等を適宜導入する。無限ループの状態にならないようにするための処理は、より上位レイヤで規定されるルーチングに関わる処理として考えることもできるので、その各種処理を適宜組み合わせて利用することにしてもよい。例えば、各無線パケットのヘッダ部にシーケンスナンバー（ＳＮ（Sequence Number））を付与することとし、それを参照することによって過去に転送した無線パケットを再び受信したとしても再転送しない処理等を採用してもよい。
【００４１】
上述したように、本無線通信装置及び本無線メッシュネットワークシステムでは、同時に同じＯＦＤＭシンボルを送信しても干渉とならないＯＦＤＭの特性を活かしてＯＦＤＭ方式による無線パケットとしての中継パケットを同時に送信する。これにより、無線メッシュネットワークを中継される同一データからなる無線パケットを、無線メッシュネットワークを構成する複数の無線局が同時に受信することを可能とすることで、パケット中継の遅延時間を低減し、スループットを向上させることができる。
【００４２】
すなわち、本無線通信装置及び本無線メッシュネットワークシステムは、ＯＦＤＭ方式を採用し、かつ、無線通信装置相互間のパケット送信タイミングの同期を確立し、同時に全く同じＯＦＤＭシンボルを複数の無線通信装置から送信することにより、無線パケットを効率的に伝送することができ、無線パケットの中継を効率的に行うことができるものとなっている。その結果として、無線パケットの伝送遅延を短くすることができ、平均遅延時間の低減を図ることができると共に、スループットの向上を図ることができる。さらに、上述した通例のスケジューリングのように無線パケットの衝突を避けるために必要であった無線局間の複雑なスケジューリング制御が不要であるという点も、本無線通信装置及び本無線メッシュネットワークシステムの長所として挙げることができる。
【００４３】
ただし、ＯＦＤＭ方式を採用するという構成は、マルチパスによる影響を低減するための手段であるため、その影響がないといえるような場合においては必須ではない。すなわち、ＯＦＤＭ方式の採用による効果は、上述した無線局Ｄでの無線パケットの受信のように各無線局からの無線パケットの受信タイミングにずれがあり、マルチパスによる影響が生じるいわゆるマルチパス状態であっても、無線パケットを正常に受信することができるという点である。これに対し、例えば、ある無線局が他の複数の無線局それぞれから受信する無線パケットの受信タイミングが全く同じである場合には、それらの無線パケットが全く同一の無線信号（送信データの内容や搬送波周波数等がすべて同じである無線信号）によって送信されている限り、マルチパス状態は生じないので、ＯＦＤＭ方式によらずとも無線パケットを受信することができる。
【００４４】
ここで、各無線局が同じ無線パケットを全く同一の無線信号で送信することは、上記図３のパケット中継例中でも述べたように無線メッシュネットワークシステムにおいては可能なことである。そして、無線メッシュネットワークシステムでは、各無線局間をメッシュ状に無線通信回線で接続するのであるから、上述したように各無線局でのパケット送信タイミングを同期させるという前提があれば、各無線局で周辺無線局からの無線パケットの受信タイミングが同じになるように予め各無線局を配置しておくことも可能である。すなわち、各無線局のパケット送信タイミングが同期しているという構成の下であれば、無線局における他の周辺無線局からの無線パケットの受信タイミングが全く同じになるように予めメッシュネットワークを構成することが可能であり、ＯＦＤＭ方式を採用しなくても、上記同様にパケット中継の遅延時間低減やスループットの向上を図り得る無線通信装置ないし無線メッシュネットワークを構成することができる。
【００４５】
本無線通信装置及び本無線メッシュネットワークは、このように各無線局のパケット送信タイミングが同期しているという構成により、ＯＦＤＭ方式を採用しない形態をも採り得るものとなっている。上記図５のような通例のスケジューリングによるパケット中継では、各無線局が同じ無線パケットを全く同一の無線信号で送信し、かつ、マルチパス状態が生じると、無線パケットが衝突して受信側の無線局では正常な受信ができない。したがって、図５中の無線局ａは、第２回目の中継で無線パケットを受信するかのように示してあるが、実際には、各無線局間距離が厳密には一致しておらず、各無線局のパケット送信タイミングも一致していないので、無線局ｂからの無線パケットと無線局ｂの左右対称位置にある無線局からの無線パケットが衝突していて正常な受信はできない（無線パケットの受信タイミングが偶然一致して受信できる場合もあり得るが、極めて稀に受信できる場合があるというだけであり、ほとんど受信できない。）。これに対し、本無線通信装置及び本無線メッシュネットワークでは、各無線局のパケット送信タイミングを積極的に同期させるので、例えば、図３中の無線局Ａは、ＯＦＤＭ方式を採用しない形態によっても図示同様に第２回目の中継で無線パケットを受信することができる。なお、本無線通信装置及び本無線メッシュネットワークでは、このように一度転送した無線パケットが複数の無線局から同時に再び転送されてきても当該無線パケットを正常に受信することができるので、当該無線パケットの送信データ等の内容を参照して自局が過去に転送した無線パケットと同一か否かを判定することにより、同一無線パケットの重複転送を避け、上述した無限ループの状態にならないようにするための処理を実現することもできる。
【００４６】
以上、本発明の一実施形態による無線通信装置及び無線通信システム（無線メッシュネットワークシステム）について説明したが、上述した無線通信装置ないし無線通信システムは、無線パケットを複数の無線局で中継する無線通信システム一般に適用することが可能である。例えば、上述した無線通信装置は、無線ＬＡＮメッシュネットワークにおけるＭＰ（Mesh Point）、ＭＡＰ（Mesh Access Point）、ＭＰＰ（Mesh Portal）等に適用することもでき、それによって上述した無線通信システムを無線ＬＡＮメッシュネットワーク等として実施することもできる。
【００４７】
また、以上のような無線通信装置ないし無線通信システムの機能は、その処理ないし動作等の内容を規定したプログラムによってコンピュータに実現させることにしてもよい。例えば、パケット送受信部１、パケット中継部２及び同期制御部３ないし図３の無線メッシュネットワーク等につき、上述した構成、動作ないし処理等の内容をプログラムに規定し、そのプログラムによって上記無線通信装置ないし無線メッシュネットワークをコンピュータに実現させることにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態による無線通信装置の構成を示したブロック図である。
【図２】中継される無線パケットとＯＦＤＭシンボルの関係を表した図である。
【図３】同無線通信装置による無線局間での無線パケットの中継例を示した図である。
【図４】図３のパケット中継例によるチャネルスループットと平均遅延時間の改善効果の計算値を示した図である。
【図５】通例の送信タイミングのスケジューリングによる無線局間のパケット中継例を示した図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  パケット送受信部、
２  パケット中継部、
３  同期制御部、
Ａ〜Ｅ  無線局。
【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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