(57)【要約】【課題】無線中継により無線端末が他の端末との通信を行う場合、無線インタフェースが一つの場合、一度受信データをバッファリングした後、送信するという手順によりデータの遅延が発生し、スループットが低下する。この問題を解決するために無線中継基地局が無線インタフェースを複数備えても、キャリアセンスに基づく多元接続を行うと無線中継の段数が増加するほど無線端末のスループットが、他の無線端末と比較して低下するという課題があった。【解決手段】無線中継する基地局２に複数の無線インタフェースを備え、該無線インタフェースの一つは二つの動作モードを備える。動作モードの一つはポーリングによる他の無線中継基地局２との通信を行うモードであり、他の動作モードはキャリアセンスにより無線端末４との通信を行うモードである。無線端末数やデータ量に応じて二つの動作モードの時間を変えることで個々の無線端末のスループットを公平にすることができる。【選択図】　図１
2004128829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有線ネットワークとの通信を行う有線通信インタフェースと少なくとも１つの無線通信インタフェースを備え、該有線通信インタフェースと無線通信インタフェース間のデータを転送する機能を備えた有線接続基地局と、
無線通信インタフェースを複数備え、該無線通信インタフェース間をデータ転送する機能を備えた無線中継基地局と、
前記有線接続基地局もしくは無線中継基地局の無線通信インタフェースと無線通信する無線端末とから構成され、
前記無線中継基地局の第１の無線通信インタフェースは有線ネットワークからのデータを受信および有線ネットワークへデータを送信するために、有線接続基地局または無線中継基地局の無線通信インタフェースと通信する手段を備え、
該無線中継基地局の他の無線インタフェースは、有線ネットワークからのデータを他の無線中継基地局もしくは無線端末に送信し、または他の無線中継基地局もしくは無線端末から有線ネットワークへのデータを受信する手段を備え、
前記第１の無線通信インタフェースは他の無線中継基地局もしくは有線接続基地局からのポーリングにより通信を行う手段を備え、前記他の無線通信インタフェースはポーリングとキャリアセンスによる多元接続手段を備えたことを特徴とする無線中継アクセスシステム。
【請求項２】
前記有線接続基地局および前記無線中継基地局と無線接続している無線端末数により前記他の無線通信インタフェースのポーリング時間を決定する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の無線中継アクセスシステム
【請求項３】
前記有線接続基地局および前記無線中継基地局と無線接続しているトラヒック量に応じてポーリング時間を決定する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の無線中継アクセスシステム。
【請求項４】
無線中継基地局が前記他の無線通信インタフェースとして一つの無線通信インタフェースを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかの無線中継アクセスシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線アクセスシステムに関するものである。特に、無線端末がインターネット等の有線ネットワークにアクセスしてサービスを受ける際に、基地局が無線中継することで無線端末と有線ネットワークの間の通信を可能とするシステムに適用される。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】
Ｊ．Ｊｕｂｉｎ，　ａｎｄ　Ｊ．Ｄ．Ｔｏｒｎｏｗ，”Ｔｈｅ　ＤＡＲＰＡ　ｐａｃｋｅｔ　ｒａｄｉｏ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，”Ｐｒｏｃ．ｏｆ　ＩＥＥＥ　ｖｏｌ．７５，Ｎｏ．１，Ｊａｎ．１９８７．基地局を無線中継伝送して無線端末と有線ネットワークもしくは他の無線端末と通信を行う方法として、無線マルチホッピングを用いる方法が文献：Ｊ．Ｊｕｂｉｎ，　ａｎｄ　Ｊ．Ｄ．Ｔｏｒｎｏｗ，”Ｔｈｅ　ＤＡＲＰＡ　ｐａｃｋｅｔ　ｒａｄｉｏ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，”　Ｐｒｏｃ．ｏｆ　ＩＥＥＥ　ｖｏｌ．７５，Ｎｏ．１，Ｊａｎ．１９８７．に開示されている（非特許文献１）。
図２に無線マルチホッピングの構成例を示す。例えば無線端末７ａと無線端末７ｄが通信を行う場合、他の無線端末７ｂ、７ｃがパケットを中継することにより実現する。具体的には無線端末７ａが送信したパケット３０ａを無線端末７ｂ受信する。無線端末７ｂは受信したパケットをパケット３０ｂとして送信する。パケット３０ｂは無線端末７ａと無線端末７ｃが受信する。無線端末７ａは自局が送信したパケットであることがわかるので、パケット３０ｂを破棄し、他の無線端末に転送することはない。無線端末７ｃはさらにパケット３０ｃとして送信し、無線端末７ｂと無線端末７ｄが受信する。無線端末７ｂは自局が送信したパケットであることがわかるので、このパケット破棄する。無線端末７ｄは自局宛のパケットであるため、パケットを正常受信したことを送信元の無線端末７ａに通知するためにパケット３１ａを送信する。パケット３１ａはパケット３０と同様に転送され、無線端末７ａに伝送される。これにより無線端末７ａと無線端末７ｄは直接無線信号が届かなくても、他の無線端末７ｂ、７ｃを経由することでデータの送受信が可能となる。
図３は無線中継システム構成の他の例である。上記にすべてが無線端末のみで構成される例を示したが、図３に示すように、無線端末４が有線ネットワーク５に接続できるサービスエリアを拡大するために基地局と無線端末との間に無線中継基地局を配置し、前記の無線マルチホッピングと同じ原理でサービスエリアを拡大する方法が知られている。この場合、無線端末と中継基地局との間や中継基地局と有線接続された基地局との間は、例えば無線ＬＡＮの規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｂに沿ったキャリアセンスによる多元接続方式によりデータの送受信が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、有線ネットワークに接続するために非特許文献１等に示す無線マルチホッピング方式では、無線中継を行う基地局が無線インタフェースを一つしか備えていない。そのため、無線中継の際、同時には二箇所とは通信ができない。これは無線中継基地局が無線端末との通信を行っている間は、該無線中継基地局と他の基地局とは通信できないことに起因する。よって、無線インタフェースを一つしか備えない無線中継基地局を用いると無線中継によりスループットが低下することとなる。これを解決する方法は無線中継基地局が複数の無線インタフェースを備え、無線中継基地局が一つの無線端末と通信している間であっても、同時に他の基地局と通信できるようにすることである。
図４にキャリアセンスによる多元接続により複数の無線端末が無線中継基地局を経由して有線ネットワークに接続する例を示す。有線接続された基地局は有線ネットワーク用のインタフェース１１と無線インタフェース１０を備える。無線中継基地局は二つの無線インタフェース２０を備える。無線インタフェース（Ｕ）２０ａは有線ネットワーク側との通信用に用いられ、無線インタフェース（Ｄ）２０ｂは他の無線中継基地局２及び無線端末４との通信に用いられる。無線端末４は無線インタフェースを一つ備え、無線中継基地局２の無線インタフェース（Ｄ）２０ｂもしくは有線接続基地局１の無線インタフェース１０と通信する。これらの無線通信は一般的に無線ＬＡＮで用いられているキャリアセンスに基づく多元接続方式を用いるとする。
図５に無線端末４ａ、４ｂ、４ｃが同時に有線ネットワーク５へのアクセスを行った場合、有線接続基地局１を経由する各無線端末４からのデータの比率を示す。無線端末４ｃからパケット６０ａ、６０ｂは無線中継基地局２ｂに送信される。無線中継基地局２ｂはこのパケット６０ａ、６０ｂを中継し、無線中継基地局２ａに送信する。この時、無線端末４ｂも無線中継基地局２ａに送信すると、キャリアセンスによる多元接続により無線中継基地局２ｂと無線端末４ｂからのパケットは同じ比率で無線中継基地局２ａに伝送される。無線中継基地局２ａは無線端末４ｂ、４ｃのデータを有線接続基地局１に送信する。この時、無線端末４ａも有線接続基地局１に送信すると、無線中継基地局２ａと同様にキャリアセンスにより、無線中継基地局２ａと無線端末４ａからのパケットは同じ比率で有線接続基地局１に伝送される。よって無線端末４ｂ及び４ｃのデータ量は無線端末４ａの半分となる。図４では無線端末数３台の例を示したが、一般に無線中継基地局の台数や接続される無線端末の数が増加するほど、無線中継基地局を多く経由する無線端末はその他の端末と比較してスループットが低下するという問題が生じる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するために、無線中継アクセスシステムにおいて
有線接続基地局は有線ネットワークとの通信を行う有線通信インタフェースと少なくとも１つの無線通信インタフェースと該有線通信インタフェースと無線通信インタフェース間のデータを転送する機能を備え、
無線中継基地局は、複数の無線通信インタフェースと、該無線通信インタフェース間をデータ転送する機能を備え、
無線端末は、前記有線接続基地局もしくは無線中継基地局の無線通信インタフェースと無線通信する機能を備え、
前記無線中継基地局の第１の無線通信インタフェースは有線ネットワークからのデータを受信および有線ネットワークへデータを送信し、有線接続基地局または無線中継基地局の無線通信インタフェースと、ポーリングによる通信手段を備え、
該無線中継基地局の他の無線インタフェースは、ポーリングとキャリアセンスを用いた多元接続により、有線ネットワークからのデータを他の無線中継基地局もしくは無線端末に送信、または他の無線中継基地局もしくは無線端末から有線ネットワークへのデータ受信の手段を備える。
これにより、無線端末が有線ネットワークに接続する際の中継段数が増加した場合においても、他の無線端末と同等のスループットを得ることができる。
本発明の他の目的を達成するために、前記有線接続基地局および前記無線中継基地局と無線接続している無線端末数によりポーリングとキャリアセンスによる多元接続時間の比率を変える手段を備える。接続端末数を把握することは容易であるため、ポーリングとキャリアセンスによる多元接続の比率を容易に計算することができる。
本発明の他の目的を達成するために、
前記有線接続基地局および前記無線中継基地局と無線接続しているトラヒック量に応じてポーリングとキャリアセンスによる多元接続時間の比率を変える手段を備える。接続している端末毎にデータ量は異なるため、この対応により無駄なくポーリングとキャリアセンスによる多元接続の比率を決定することができる。
本発明の他の観点では、無線中継する基地局に複数の無線インタフェースを備え、無線インタフェースの一つは二つの動作モードを備える。動作モードの一つはポーリングによる他の無線中継基地局との通信を行うモードであり、他の動作モードはキャリアセンスにより無線端末との通信を行うモードである。無線端末数やデータ量に応じて二つの動作モードの時間を変えることで個々の無線端末のスループットを公平にすることができる。　本発明の対象は、上記各手段を構成する回路、装置、およびそれらを用いたシステム及び方法が含まれる。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。
図１に本発明の実施例における無線中継システムの構成を示す。無線中継システムは、有線接続基地局１と、無線中継基地局２と、無線端末４と、有線ネットワーク５とから構成される。
有線接続基地局１は、有線ネットワーク５に接続するための有線インタフェース１１と他の無線中継基地局２及び無線端末４と無線通信するための無線インタフェース１０を備える。
無線中継基地局２は、無線インタフェース２０を２つ備える。無線インタフェース２０ａは、データを中継する際に有線ネットワーク５に近い無線中継基地局２もしくは有線接続基地局１との無線通信に用いられる。無線インタフェース２０ｂは有線ネットワーク５へのデータの中継や、有線ネットワーク５からのデータを中継するため、他の無線中継基地局２および無線端末４との無線通信に用いられる。有線ネットワーク５側への無線中継を行う無線中継基地局２の無線インタフェース２０ａと有線ネットワーク５側と反対の無線インタフェース２０ｂはそれぞれ通信手順が異なる。無線インタフェース２０ａは接続している他の無線中継基地局２の無線インタフェース２０ｂからのポーリングによる通信を行う。　例えば、無線中継基地局２ａの無線インタフェース２０ａは有線接続基地局１の無線インタフェース１０からのポーリングによって通信を行い、無線中継基地局２ｂの無線インタフェース２０ａは無線中継基地局２ａからのポーリングによって通信を行う。無線インタフェース１０及び、２０ｂは二つの動作モードを持つ。一つは接続している他の無線中継基地局２の無線インタフェース２０ａとの通信を行うためにポーリングするモード（ＰＣＦモード）と、直接接続している無線端末４と通信するためのキャリアセンスに基づき通信するモード（ＤＣＦモード）である。
図６は本発明の有線接続基地局１および無線中継基地局２のＤＣＦモードとＰＣＦモードの動作を説明した図である。無線端末４ｃは無線中継基地局２ｂの無線インタフェース（Ｄ）２０ｂに対してＤＣＦモードで通信を行う。無線中継基地局２ｂは他の無線中継基地局と接続する必要がないため、すべての通信はＤＣＦモードで行う。無線中継基地局２ｂの無線インタフェース（Ｕ）２０ａと無線中継基地局２ａの無線インタフェース（Ｄ）２０ｂが通信を行う際にはＰＣＦモードで行われる。無線中継基地局２ａは無線中継基地局２ｂと無線端末４と通信する必要があるので、無線端末との通信にはＤＣＦモードで行い、無線中継基地局との通信にはＰＣＦモードを用いる。この時、無線中継基地局２ａは無線中継基地局２ｂが接続している無線中継端末数を考慮し無線中継基地局２ｂとＰＣＦモードで通信する時間を決定する。
有線接続基地局１の無線インタフェース１０は無線中継基地局２ａの無線インタフェース（Ｕ）２０ａと無線端末４ａと通信する。前記の無線中継基地局２ａの無線インタフェース（Ｄ）２０ｂと同様に、無線中継基地局２ａと通信する場合はＰＣＦモードを用い、無線端末４ａと通信する際にはＤＣＦモードを用いる。図６の場合、無線中継基地局２ｂを経由して通信する無線端末は無線端末４ｃの一台であり、無線中継基地局２ａと直接通信する無線端末は無線端末４ｂの一台である。同じ台数であるため、ＰＣＦモードとＤＣＦモードのそれぞれのモードで動作する時間は同じとなる。また、無線中継基地局２ａを経由して通信する無線端末は無線端末４ｂおよび４ｃの二台であり、無線中継基地局２ａと直接通信する無線端末は無線端末４ａの一台である。よって、ＰＣＦモードで動作する時間はＤＣＦモードで動作する時間の二倍となる。
図７に本発明の実施例における無線中継基地局の構成を示す。無線中継基地局２はＣＰＵ２２、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２４、インタフェース（Ｕ）２０ａおよびインタフェース（Ｄ）２０ｂを備える。ＣＰＵ２２は通信プロトコル制御、ＰＣＦ、ＤＣＦモードの制御、ルーティング処理を行う。ＲＯＭ２３はＣＰＵ２２が動作するためのプログラムを格納する。ＲＡＭ２４は送受信データ、プログラム、一時変数等を格納する。インタフェース（Ｕ）２０ａは有線ネットワーク５側に接続されている無線インタフェースである。有線接続基地局はこのインタフェースが有線接続用の有線通信インタフェースとなる。インタフェース（Ｄ）２０ｂは他の無線中継基地局２や無線端末４と通信するための無線インタフェースである。ＤＣＦモード２１３とＰＣＦ２１４モードを切り替えて動作する。ＣＰＵ２２と、ＲＯＭ２３と、ＲＡＭ２４と、インタフェース２０とはバス２５を通じて相互に接続されている。インタフェース２０を通じて受信したデータはＲＡＭ２４に格納され、ＣＰＵ２２からの制御により自局宛のデータか他の機器に転送すべきデータか判断する。他の機器への転送が必要な場合他のインタフェース２０にデータを転送する。
図８に本発明の有線接続基地局１の無線インタフェース１０および無線中継基地局２の無線インタフェース２０ｂの動作を説明する。
動作開始（２００）後、無線端末４に対して有線接続基地局１または無線中継基地局２の存在を通知するためにビーコンフレームを送信する（２０１）。ビーコンフレームは定期的に送信し、無線端末４の新規加入に用いる。新規の無線端末４が存在すれば、ビーコンフレームを送信した基地局に対して接続の要求を出し、基地局はこれを受信する（２０２）。新規無線端末４からの接続要求があれば基地局の記憶領域内に設けられた端末テーブルに登録する。端末テーブルの詳細は後述する。新規無線端末の登録終了後、ＤＣＦモードのタイマ値をセットし（２０４）ＤＣＦモードで動作を開始する（２１３）。ＤＣＦモードのタイマがタイムアウトするまで、無線端末への送信データがある場合はキャリアセンスによるチャネル空き状況をチェック後（２０６）、空きがあれば直ちに送信する（２０７）。該無線端末にデータを送信し、無線端末からの受信データがあれば、受信データ内の送信先アドレスから転送先を決定する。ＤＣＦモードのタイマがタイムアウトした（２０８）後、ＰＣＦモード（２１４）に移行する。ＰＣＦモードでは下り方向の無線中継基地局２への送信データがあれば（２０９）、送信する（２１０）。下り方向からのデータの有無により（２１１）ポーリングの比率を変え下り方向からの基地局のデータを受信する（２１２）。ＰＣＦモード終了後、再びビーコンフレームの送信を行うという動作を繰り返す。
図９に本発明の端末テーブルの説明をする。端末テーブル３００は有線接続基地局１および無線中継基地局２内の記憶領域内に用意される。該基地局が直接通信を行う端末グループＡ（３０１）と該基地局が他の無線中継基地局２から受け取った端末情報である端末グループＢ（３０２）とから構成される。該基地局の端末テーブル３００はさらに上り側の有線接続基地局１または無線中継基地局２に送信され、これを受信した基地局内の端末グループＢ（３０２）に用いられる。他の基地局に転送する情報には端末のアドレスと各端末が上位に送信しようとしているデータ量を含む。基地局は端末テーブル３００を参照し、ＤＣＦモードとＰＣＦモードの比率を計算する。比率の計算方法として端末テーブル３００の端末アドレス数の比率と同等とする方法がある。さらには上りデータ及び下りデータ量の合計値の比から求めるても良い。この場合は送受信の必要がない無線端末４に対してはアクセスする必要がなくシステム全体のスループットが向上する。
【０００５】
【発明の効果】
本発明によれば、無線中継段数によるスループットを平等にした無線アクセスシステムを提供することができる。
本発明によれば、無線中基地局において最低限の無線通信インタフェースである２つより多くの無線通信インタフェースを不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１の実施例における無線中継システムの構成を示した図。
【図２】従来の無線中継システム構成の一つの例を示した図。
【図３】従来の無線中継システム構成の他の例を示した図。
【図４】従来例の説明を示した図。
【図５】従来例におけるパケットの伝送の様子を示した図。
【図６】本発明の実施例におけるパケットの伝送の様子を示した図。
【図７】本発明の実施例における無線中継基地局の構成を示した図。
【図８】本発明の実施例の基地局の動作フローを説明した図。
【図９】本発明の実施例における基地局内の端末テーブルの構造を説明した図。
【符号の説明】
１…有線接続基地局、２…無線中継基地局、４…無線端末、５…有線ネットワーク、１０…無線通信インタフェース、１１…有線通信インタフェース、２０…無線通信インタフェース、２１…アンテナ、２２…ＣＰＵ、２３…ＲＯＭ、２４…ＲＡＭ、２５…バス、３０〜６０…無線パケット、２００〜２１２…基地局動作２１３…ＤＣＦモード、２１４…ＰＣＦモード、３００…端末テーブル、３０１端末グループＡ、３０２…端末グループＢ。
【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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