(57)【要約】【課題】アドホック無線ネットワークにおいて、ノード無線局をルータとして使用する多くの他局発信の通信に起因して、すぐに通信速度の重大な低下に遭遇することを防止し、各無線局のスループットを増大させる。【解決手段】各無線局間でパケット通信を行うアドホック無線ネットワークにおいて、ルータ装置１０５は、所定の重み付け係数比で互いに優先順位が異なる２つのキューメモリ２１３，２１４を備え、他局に送信すべきパケットが自局発信のパケットであるときはより高い優先順位を有するキューメモリ２１３に挿入して送信する一方、他局に送信すべきパケットが別の他局発信のパケットであるときはより低い優先順位を有するキューメモリ２１４に挿入して中継送信するように制御する。【選択図】  図３
2004312542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線局を備え、各無線局間でパケット通信を行うアドホック無線ネットワークのための通信システムにおいて、
所定の重み付け係数比で互いに優先順位が異なる２つのキューメモリを備え、他局に送信すべきパケットが自局発信のパケットであるときはより高い優先順位を有するキューメモリに挿入して送信する一方、他局に送信すべきパケットが別の他局発信のパケットであるときはより低い優先順位を有するキューメモリに挿入して中継送信するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
上記重み付け係数比を入力して設定する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の通信システム。
【請求項３】
上記制御手段は、重み付けラウンドロビン方式を用いて、上記２つのキューメモリからパケットを読み出して送信するように制御することを特徴とする請求項１又は２記載の通信システム。
【請求項４】
複数の無線局を備え、各無線局間でパケット通信を行うアドホック無線ネットワークのための通信装置において、
所定の重み付け係数比で互いに優先順位が異なる２つのキューメモリを備え、他局に送信すべきパケットが自局発信のパケットであるときはより高い優先順位を有するキューメモリに挿入して送信する一方、他局に送信すべきパケットが別の他局発信のパケットであるときはより低い優先順位を有するキューメモリに挿入して中継送信するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする通信装置。
【請求項５】
上記重み付け係数比を入力して設定する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載の通信装置。
【請求項６】
上記制御手段は、重み付けラウンドロビン方式を用いて、上記２つのキューメモリからパケットを読み出して送信するように制御することを特徴とする請求項４又は５記載の通信装置。
【請求項７】
複数の無線局を備え、各無線局間でパケット通信を行うアドホック無線ネットワークのための通信方法において、
所定の重み付け係数比で互いに優先順位が異なる２つのキューメモリを備えた通信装置において、他局に送信すべきパケットが自局発信のパケットであるときはより高い優先順位を有するキューメモリに挿入して送信する一方、他局に送信すべきパケットが別の他局発信のパケットであるときはより低い優先順位を有するキューメモリに挿入して中継送信するように制御する制御ステップを含むことを特徴とする通信方法。
【請求項８】
上記重み付け係数比を入力して設定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７記載の通信方法。
【請求項９】
上記制御ステップは、重み付けラウンドロビン方式を用いて、上記２つのキューメモリからパケットを読み出して送信するように制御することを特徴とする請求項７又は８記載の通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の無線局を備えた、例えばアドホック無線ネットワークにおいてパケット通信を行うアドホック無線ネットワークのための通信システム、通信装置及び通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一時的に特定の地域内に集まった不特定多数の人々の間の通信を無線でサポートするアドホック無線ネットワークでは、例えばインターネットのルータ装置のようなインフラストラクチャが存在しないために、ネットワーク中のユーザが協調してパケットを中継し、ルーティングを行う必要がある。
【０００３】
アドホック無線ネットワークのルーティングとして、例えば、非特許文献１において、ルート探索パケットを送信して経路情報を得る方法（以下、第１の従来例という。）が提案されている。
【０００４】
しかしながら、第１の従来例では、全指向性アンテナを用いているために、同一チャンネル干渉が生じやすく、ビットエラーレート（ＢＥＲ）が大きくなるとともに、パケット送受信時の消費電力が大きくなり、端末装置のバッテリに対する負荷が高くなるという問題点があった。この問題点を解決するために、特許文献１において、「複数の無線局を備え、各無線局間でパケット通信を行う無線ネットワークのためのルーティング方法において、上記複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局に対する、所定の方位角毎の干渉雑音を予め測定して干渉雑音テーブルとして記憶装置に記憶し、パケットを宛先無線局に伝送するときに、上記干渉雑音テーブルに基づいて１ホップ目の無線局を決定し、上記決定された１ホップ目の無線局に対してビームを形成するように、オムニアンテナを制御してパケットを送信することにより、パケットをルーティングする」無線ネットワークのためのルーティング方法（以下、第２の従来例という。）が提案されている。
【０００５】
これらアドホック無線ネットワークの重要な特徴は、無線端末装置間で無線通信を瞬時に開始する能力にある。例えばＩｒＤＡのような赤外線通信方式では、送受信端末装置間で見通し線を確保する必要があるが、そのために、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｂに準拠したＭＡＣプロトコルを用いる無線ＬＡＮ方式や、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（ブルートゥース）に準拠した無線ＬＡＮ方式が広く使用されている。ブルートゥースは１０ｍの送信距離を実現することが可能であり、ＩＥＥＥ８０２．１１．ｂに準拠した無線ＬＡＮ方式では２５０ｍまでの送信が可能である。あるノード無線局がその送信距離を超えた位置にある他のノード無線局に通信しようとする場合、このノード無線局はそのデータを宛先よりも近いノード無線局に送信して中継させる。アドホック無線ネットワークにおける各ノード無線局は、自発的に無線パケットのトラフィックを伝送する場合、ネットワークトポロジーの形成に加わることになる。例えば、ポイントＡからポイントＢに伝送されるデータパケットは、ユーザが気付くことなく他の数個のノード無線局をホップすることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４４９８３号公報。
【非特許文献１】
Ｄ．  Ｂ．  Ｊｏｈｎｓｏｎ，  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｒｏｕｔｉｎｇ  ｉｎ  Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，  ｉｎ  ｂｏｏｋ  ｏｎ  ”Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ”，  Ｃｈａｐｔｅｒ  ５，  ｐｐ．１５３−１８１，  Ｋｌｕｗｅｒ  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，  １９９６。
【非特許文献２】
Ｍａｎｏｌｉｓ  Ｋａｔｅｖｅｎｉｓ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｗｅｉｇｈｔｅｄ  Ｒｏｕｎｄ−Ｒｏｂｉｎ  Ｃｅｌｌ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ｉｎ  ａ  Ｇｅｎｅｒａｌ−Ｐｕｒｐｏｓｅ  ＡＴＭ  Ｓｗｉｔｃｈ  Ｃｈｉｐ”，  ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｎ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ａｒｅａｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，  Ｖｏｌ．９，  Ｎｏ．８，  Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９９１。
【非特許文献３】
長健二朗，「インターネットにおけるＱｏＳ制御技術〜Ｄｉｆｆｓｅｒｖ」，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｗｅｅｋ  ９９，パシフィコ横浜，社団法人日本ネットワークインフォメーションセンター編，１９９９年１２月１４日。
【非特許文献４】
Ｓｃａｌａｂｌｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  ＱｕａｌＮｅｔ  ３．５，  ［平成１５年４月３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｃａｌａｂｌｅ−ｎｅｔｗｏｒｋｓ．ｃｏｍ／＞。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、３０個又はそれ以上のアクティブなモバイルホスト無線局を含むアドホック無線ネットワークでは、ユーザのモバイルホスト無線局は幾つかの同時接続通信を行うルータになることが可能であり、それ故、帯域の大部分を占有し、自局発信の通信を行うための帯域幅が大幅に制限される。現在では、ユーザは、当該アドホック無線ネットワークに中継用ルータ装置として提供するモバイルホスト無線局の帯域幅を調整することができない。帯域幅は、通信が自局発信のものであるか否かに関わらず、すべての通信間で公平に分散される。ユーザは、そのモバイルホスト無線局を中継用ルータ装置として使用する多くの他局発信の通信に起因して、すぐに通信速度の重大な低下に遭遇することになる可能性があるという問題点があった。
【０００８】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、アドホック無線ネットワークにおいて、ノード無線局をルータとして使用する多くの他局発信の通信に起因して、すぐに通信速度の重大な低下に遭遇することを防止し、各無線局のスループットを増大させることができるアドホック無線ネットワークのための通信システム、通信装置及び通信方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る通信システムは、複数の無線局を備え、各無線局間でパケット通信を行うアドホック無線ネットワークのための通信システムにおいて、
所定の重み付け係数比で互いに優先順位が異なる２つのキューメモリを備え、他局に送信すべきパケットが自局発信のパケットであるときはより高い優先順位を有するキューメモリに挿入して送信する一方、他局に送信すべきパケットが別の他局発信のパケットであるときはより低い優先順位を有するキューメモリに挿入して中継送信するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記通信システムにおいて、上記重み付け係数比を入力して設定する手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１１】
さらに、上記通信システムにおいて、上記制御手段は、重み付けラウンドロビン方式を用いて、上記２つのキューメモリからパケットを読み出して送信するように制御することを特徴とする。
【００１２】
第２の発明に係る通信装置は、複数の無線局を備え、各無線局間でパケット通信を行うアドホック無線ネットワークのための通信装置において、
所定の重み付け係数比で互いに優先順位が異なる２つのキューメモリを備え、他局に送信すべきパケットが自局発信のパケットであるときはより高い優先順位を有するキューメモリに挿入して送信する一方、他局に送信すべきパケットが別の他局発信のパケットであるときはより低い優先順位を有するキューメモリに挿入して中継送信するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、上記通信装置において、上記重み付け係数比を入力して設定する手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
さらに、上記通信装置において、上記制御手段は、重み付けラウンドロビン方式を用いて、上記２つのキューメモリからパケットを読み出して送信するように制御することを特徴とする。
【００１５】
第３の発明に係る通信方法は、複数の無線局を備え、各無線局間でパケット通信を行うアドホック無線ネットワークのための通信方法において、
所定の重み付け係数比で互いに優先順位が異なる２つのキューメモリを備えた通信装置において、他局に送信すべきパケットが自局発信のパケットであるときはより高い優先順位を有するキューメモリに挿入して送信する一方、他局に送信すべきパケットが別の他局発信のパケットであるときはより低い優先順位を有するキューメモリに挿入して中継送信するように制御する制御ステップを含むことを特徴とする。
【００１６】
また、上記通信方法において、上記重み付け係数比を入力して設定するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１７】
さらに、上記通信方法において、上記制御ステップは、重み付けラウンドロビン方式を用いて、上記２つのキューメモリからパケットを読み出して送信するように制御することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る一実施形態であるアドホック無線ネットワークの構成を示す複数の無線局１−１乃至１−９（総称して、符号１を付す。）の平面配置図である。この実施形態の無線通信システムでは、図１に示すように、複数の無線局１が平面的に散在して存在し、各無線局１はそれぞれ、オムニアンテナ１０１の利得や送信電力、受信感度などのパラメータで決定される所定のサービスエリアを有し、このサービスエリア内でパケット通信を行うことができ、サービスエリア外の無線局１とパケット通信を行うときは、サービスエリア内の無線局１を中継局として用いてパケットデータを中継することにより、所望の宛先無線局１にパケットデータを伝送する。
【００２０】
図２は、図１の各無線局１の内部構成を示すブロック図である。この実施形態の無線通信システムは、例えば無線ＬＡＮなどのアドホック無線ネットワークのパケット通信システムに適用するものであって、特に、図２及び図３に示すルータ装置１０５を備えたことを特徴としている。ここで、ルータ装置１０５は、図３に示すように、キューマネージャ２１２と、互いに優先順位が異なる２つのキューメモリ２１３，２１４を備え、キューマネージャ２１２は入力されるパケットが自局発信のパケットであるときはより高い優先順位を有するキューメモリ２１３に挿入して格納する一方、キューマネージャ２１２は入力されるパケットが他局発信のパケットであるときはより低い優先順位を有するキューメモリ２１４に挿入して格納する。すなわち、各無線局１は、パケットのルーティングを行うルータ装置１０５を備え、発信端末、中継局、又は宛先端末として動作する。
【００２１】
次いで、本実施形態において用いる、２つの優先順位を持つ待ち行列を使用するアドホック無線ネットワークの中継サービスポリシーについて説明する。
【００２２】
従来技術の項で説明したように、各無線局１のユーザは、当該アドホック無線ネットワークにおいて中継用ルータ装置として提供するモバイルホスト無線局の帯域幅を調整することができない。しかしながら、各無線局１に自局発信の通信と他局発信の通信とを区別して優先順位をつける能力があれば、自局装置の行動の制御を高めることが可能であり、アドホック無線ネットワークにおける柔軟さを高めることができる。その場合、各無線局１は必要な時により多くの帯域幅を自局発信の通信に任意選択で割り当てることが可能であると同時に、自局装置が使用中でないときは、より多くの帯域幅を他局発信の通信に割り当てることができる。
【００２３】
こうした機能を達成するため、本発明者らはモバイルホスト無線局のリンク層でサービスの優先順位付けを実施することを提案する。特に、この機能を実現するために、従来技術に係る１つの待ち行列によるアプローチに対して、２つの待ち行列によるアプローチを使用する新たなフレームワークを提案する。従来技術の設計では、パケットは、そのパケットがどこをソース無線局とするかに関わらず１つの待ち行列に挿入される。例えば、モバイルホスト無線局が幾つかの第三者通信によって中継用ルータ装置として使用されている場合、ＩＰパケットの待ち行列はそれなりに輻輳されることになり、パケットを廃棄し始める可能性がある。この時点でモバイルホスト無線局のユーザが通信の呼出しを行えば、既に輻輳している待ち行列にさらなる負荷が加わり、よって輻輳はさらに苛酷になる。こうした事態に至らず、ユーザ自身の通信が常時第三者による通信より高い優先順位を有することを保証するために、本発明者らは、２つの待ち行列によるアプローチを導入して事態の改善に当たっている。２つの待ち行列のうちの一方は、自局発信の通信からのパケットのみを保持するために使用し、もう一方の待ち行列は、他局発信の通信からのパケットの保持に使用する。これらは何れも、インターネットのＲＦＣ２４８１で規定するＥＣＮ（Ｅｘｐｌｉｃｉｔ  Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ  Ｎｏｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；明示的輻輳通知）をベースとするＲＥＤ（Ｒａｎｄｏｍ  Ｅａｒｌｙ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）に基づく待ち行列であるため、無線回線での損失又は輻輳に起因してパケットの廃棄が発生すれば送信者に通知することができる。２つの待ち行列を設けることにより、パケットの棄却又は１つの待ち行列におけるＥＣＮの呼出しがパケットをその待ち行列に挿入する送信者にのみ影響し、同じノード無線局でも他の待ち行列を使用する送信者には影響しないことを保証する。２つの待ち行列間の待ち行列の重み付け係数の調整のために、重み付けラウンドロビンに基づくスケジューラ（Ｓｃｈｅｄｕｌｅｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｗｅｉｇｈｔｅｄ  Ｒｏｕｎｄ−Ｒｏｂｉｎ；以下、ＷＲＲスケジューラという。例えば、非特許文献２参照。）が使用されている。例えば、一方の待ち行列の方に他方の待ち行列より重い重み付けを加えれば、その待ち行列には複数のパケットを処理され、よってその待ち行列からより多くのパケットが流れ出て、スループットが増大する。
【００２４】
次いで、待ち行列制御に関連するフレームワークについて説明する。以下では、特に、本実施形態で用いたＲＥＤ及びＷＲＲスケジューラのアルゴリズムについて簡単に説明する。
【００２５】
ＥＣＮがイネーブルされるＲＥＤアルゴリズムにおいて、ＲＥＤゲートウェイ装置は、平均待ち行列サイズを計算し、これを最大及び最小しきい値である２つのしきい値と比較する。平均待ち行列サイズが最小しきい値を下回れば、ＥＣＮはどのパケットにもマーキングを行わない。平均待ち行列サイズが最大及び最小しきい値の間になれば、到来するパケットに所定の確率がマーキングされる。平均待ち行列サイズが最大しきい値を超過し、それ故パケットのマーキング速度能力が高まると、ルータ装置は、パケットのヘッダにＣＥビット（Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ  Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄ  ｂｉｔ）をセットするよりは、パケットをドロップさせる場合がある。ＥＣＮは、ルータ装置が輻輳の表示を直接ソース無線局へ送信する機構を提供する。インターネットのＲＦＣ２４８１によれば、ＥＣＮは、ＩＰヘッダにおける２ビットと、ＴＣＰヘッダにおける２つの新規フラグとを必要とする。ＥＣＴビット（ＥＣＮ−Ｃａｐａｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｂｉｔ）は送信者によって設定され、トランスポート層のプロトコルのエンドポイントがＥＣＮ対応であることを示す。次に、ＲＥＤアルゴリズムを使用して、ルータ装置がＣＥビット（Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ  Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄ  ｂｉｔ）をセットして輻輳を表示すべきかどうかが決定される。ＣＥビットがマーキングされたデータパケットを受信すると、データの受信者はＥＣＮエコーフラグを立ててデータの送信者に輻輳を通知する。データ受信者がＥＣＮエコーフラグのセットを中止するときを決定できるように、ＣＷＲ（Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ  Ｗｉｎｄｏｗ  Ｒｅｄｕｃｅｄ）が割り当てられる（例えば、非特許文献３参照。）。
【００２６】
ＷＲＲスケジューラは、各優先待ち行列に対して所定の順序で順次サービスさせる。１つの待ち行列が一回りでサービスされるターン数は、その待ち行列の重み付け係数に依存する。例えば、ＷＲＲは、大きな重み付け係数を有する優先待ち行列に多くのターンをサービスさせる。ＷＲＲは、パケットを含む最初の待ち行列から開始して予定されたパケット数だけサービスし、次いでパケットを含む次の待ち行列へ移動して、パケットを有する各待ち行列がサービスされるまで各々の待ち行列からの単一パケットをサービスする。
【００２７】
さらに、２つの優先順位を持つ待ち行列を使用する優先順位付けの通信方法について以下に説明する。
【００２８】
パケットが挿入される、優先順位を持つ待ち行列は、ＩＰ発信元アドレスと、自局ノードのアドレスとを比較して決定される。ＩＰ発信元アドレスが自局ノードのアドレスに等しければ、そのパケットは自然発生したパケットであり、第１の優先順位の待ち行列であるキューメモリ２１３に挿入される。これに対して、ＩＰ発信元アドレスと自局ノードのアドレスとが不一致であれば、そのパケットは第２の優先順位の待ち行列であるキューメモリ２１４に挿入される。パケットが正しい優先順位の待ち行列に挿入されていることを保証するため、ＩＰのサービスタイプフィールド（ＴＯＳフィールド）では小さな修正が行われている。
【００２９】
図５は図２の無線局１で用いるＴＯＳフィールドのフォーマットを示す図である。ＩＰのＴＯＳフィールドにおけるビット６（ＥＣＴ）及びビット７（ＣＥ）は不変であって、ＥＣＮが発明者らによるこの実施形態の下で動作することを保証している。ビット４及び５は、そのパケットが挿入される優先順位を有する待ち行列を表示するように修正されており、「キューメモリ指定ビット」という。
すなわち、キューメモリ指定ビットが０１であるときは、パケットが第１の優先順位のキューメモリ２１３に挿入され、キューメモリ指定ビットが００であるときは、パケットが第２の優先順位のキューメモリ２１４に挿入される。発明者らが行うこの修正には、Ｄｉｆｆｓｅｒｖ方式（例えば、非特許文献３参照。）との下位互換性はない。
【００３０】
次いで、図２を参照して、各無線局１の装置構成について説明する。図２において、無線局１は、オムニアンテナ１０１と、サーキュレータ１０２と、データパケット送信部１４０及びデータパケット受信部１３０を有するデータパケット送受信部１０３と、回線制御部１０４と、ルータ装置１０５と、上位レイヤ処理装置１０６とを備える。
【００３１】
上位レイヤ処理装置１０６は、自局から送信すべきパケット形式の通信用データ（以下、パケットという。）を発生するとともに、自局で受信するパケットを受信して処理する。上位レイヤ処理装置１０６によって発生されたパケットは、図３を参照して詳細後述するルータ装置１０５及び送信バッファメモリ１４２を介して変調器１４３に入力され、変調器１４３は、所定の無線周波数の搬送波信号を、拡散符号発生器１６０でＣＤＭＡ方式で発生された所定の通信チャネル用拡散符号を用いて、入力されたパケットに従ってスペクトル拡散変調して、変調後の送信信号を高周波送信機１４４に出力する。高周波送信機１４４は入力された送信信号に対して増幅などの処理を実行した後、サーキュレータ１０２を介してオムニアンテナ１０１から他の無線局１に向けて送信する。一方、オムニアンテナ１０１で受信されたパケット形式の通信チャネル用受信信号は、サーキュレータ１０２を介して高周波受信機１３１に入力され、高周波受信機１３１は入力された受信信号に対して低雑音増幅などの処理を実行した後、復調器１３２に出力する。復調器１３２は、入力される受信信号を、拡散符号発生器１６０でＣＤＭＡ方式で発生された通信チャネル用拡散符号を用いて、スペクトル逆拡散により復調して、復調後の受信信号データであるパケットを、受信バッファメモリ１３３及びルータ装置１０５を介して上位レイヤ処理装置１０６に出力する。
【００３２】
回線制御部１０４は、所定の回線制御方式を用いて、送受信で使用すべき通信チャネルに対応するタイムスロットを決定し、その指定データを送信タイミング制御部１４１に送ることにより、送信タイミング制御部１４１が送信バッファメモリ１４２によるパケットの書き込み及び読み出しを制御することにより送信すべきパケットが対応するタイムスロットで送信されるように制御するとともに、受信すべきパケットを所定のタイムスロットで受信するように拡散符号発生器１６０を制御する。
【００３３】
図３は図２のルータ装置１０５の内部構成を示すブロック図である。図３において、図２のパケット送受信部１０３によって受信されたパケットは、受信バッファメモリ１３３からルータ装置１０５の自局アドレス識別器２１１に入力され、自局アドレス識別器２１１は入力されたパケットのＩＰ発信元アドレスが自局のＩＰアドレスであるか否かを判断し、自局のＩＰアドレスであるときはそのパケットを上位レイヤ処理装置１０６に出力する一方、他局のＩＰアドレスであるときはそのパケットをキューマネージャ２１２に出力する。キューマネージャ２１２は、ルーティングコントローラ２００によって制御され、自局アドレス識別器２１１又は上位レイヤ処理装置１０６からのパケットを受信し、図４のキュー管理処理を実行することにより、受信したパケットのＩＰ発信元アドレスが自局のＩＰアドレスであるときは、キューメモリ２１３に挿入して格納する一方、受信したパケットのＩＰ発信元アドレスが他局のＩＰアドレスであるときは、キューメモリ２１４に挿入して格納する。
【００３４】
ルーティングコントローラ２００には、例えばＷＲＲのスケジューラ方式を用いるスケジューラ２１０における２つのキューメモリ２１４，２１３に対する送信出力処理の優先順位を定める重み付け係数比を入力するための入力手段であるキーボード２０１と、上記入力された重み付け係数比の情報を表示する液晶ディスプレイ２０２とが接続される。当該無線局１のユーザがキーボード２０１を用いて、上記２つのキューメモリ２１４，２１３に対する重み付け係数比を入力したとき、その情報はルーティングコントローラ２００を介してスケジューラ２１０に入力されて設定される。本実施形態において、重み付け係数比は、キューメモリ２１４，２１３に対する重み付け係数比であって、（ｘ，ｙ）で表し、本実施形態では、キューメモリ２１３の優先順位は、キューメモリ２１４の優先順位に比較して高く設定されるので、次式のように設定される。
【００３５】
【数１】
ｘ＜ｙ
ここで、
【数２】
ｘ＋ｙ＝１．０
【００３６】
ルーティングコントローラ２００によって制御されるスケジューラ２１０は、公知のＷＲＲスケジューラ方式を用いてかつ上記入力される重み付け係数比で、スイッチ２１５を切り換えて、２つのキューメモリ２１３，２１４から順次パケットを読み出して送信バッファメモリ１４２に出力して送信する。
【００３７】
図４は図３のキューマネージャ２１２によって実行されるキュー管理処理を示すフローチャートである。図４において、ステップＳ１においてパケットが到着したか否かが判断され、ＹＥＳとなるまでステップＳ２を繰り返し、ＹＥＳとなったら、ステップＳ２で到着したパケットのＩＰ発信元アドレスは自局のＩＰアドレスであるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ４に進む。ステップＳ３では、当該パケットのキューメモリ指定ビットに０１を挿入してステップＳ５に進む。一方、ステップＳ４では、当該パケットのキューメモリ指定ビットに００を挿入してステップＳ５に進む。ステップＳ５では、キューメモリ指定ビットに対応するキューメモリ２１３又は２１４に到着したパケットを挿入して格納した後、ステップＳ１に戻る。ここで、キューメモリ指定ビットが０１であるときは、当該パケットはより優先順位が高いキューメモリ２１３に挿入して格納され、キューメモリ指定ビットが００であるときは、当該パケットはより優先順位が低いキューメモリ２１４に挿入して格納される。
【００３８】
【実施例】
次いで、本発明者らは、本実施形態に係るアドホック無線ネットワークの通信システムを用いてシミュレーションを以下の通り実行して、以下のシミュレーション結果を得た。
【００３９】
シミュレーションは、スケーラブルネットワークテクノロジーズから市販されているＱｕａｌｎｅｔ  ３．１（例えば、非特許文献４参照。）のネットワークシミュレータを使用して行った。シミュレーション結果はすべて、異なる乱数を使用して行った１００回のシミュレーション実行の平均値である。表１は、発明者らのシミュレーションで使用したパラメータを示している。
【００４０】
【表１】
2004312542.tif 000003
【００４１】
図６は、シミュレーションで使用したネットワークトポロジーを示している。ここで、ノード無線局はすべて固定的であり、通信はすべてアドホック無線ネットワークによって無線通信する。発明者らのシミュレーションでは、無線リンクの最大帯域幅は２Ｍｂｐｓである。すべてのノード無線局１に２つのＲＥＤ待ち行列のキューメモリ２１３，２１４を設け、すべてをＥＣＮイネーブルとする。
ルーティングプロトコルはＡＯＤＶであり、ＷＲＲスケジューラを用いる。
【００４２】
図６が示すように、ノード無線局１−１とノード無線局１−３の間には、ノード無線局１−２へのホップを必要とする２ホップのＴＣＰ通信が存在する。この場合、ノード無線局１−１はこの無線通信を自局発信の通信と見なし、よってその自局発信のパケットのすべてをその第１の待ち行列であるキューメモリ２１３に挿入する。しかしながら、ノード無線局１−１からのパケットがノード無線局１−２に到達すると、これらのパケットはノード無線局１−２によって発せられたものではなくノード無線局１−２によって他局発信の通信と見なされるため、ノード無線局１−２はこれらすべてのパケットをその第２の待ち行列であるキューメモリ２１４に挿入する。一方では、ノード無線局１−２とノード無線局１−４との間のＴＣＰ通信が、ノード無線局１−１からノード無線局１−３までのＴＣＰ通信と同時に確立されている。この時点では、ノード無線局１−２はこの無線通信を自局発信の通信と見なすため、それ自身が発するすべてのパケットを第１の待ち行列であるキューメモリ２１３に挿入する。同時にノード無線局１−２を辿る一方は自局発信、他方は他局発信である２つの無線通信が存在するものの、２つの無線通信からのパケットは２つの異なる待ち行列であるキューメモリ２１３，２１４に首尾よく分離される。
【００４３】
このような方法では、１ホップの無線通信と２ホップの無線通信との間の動作の差に起因して、本質的にノード無線局１−２からノード無線局１−４へのＴＣＰのスループットの方がノード無線局１−１からノード無線局１−３へのＴＣＰのスループットより大きくなる。図７は、実施例に係るＱｕａｌｎｅｔにおけるシミュレーションのセットアップを示している。
【００４４】
発明者らのシミュレーションには、動作比較のために、従来技術の１つの待ち行列によるシビアなアプローチもまた含まれている。ＷＲＲスケジューラにおける２つの待ち行列の待ち行列の重み付け係数比を変更して、他の結果も求めた。
例えば、図８及び図９のグラフのｘ軸における重み付け係数比（０．５，０．５）は、２つの優先順位を持つ待ち行列であるキューメモリ２１３，２１４が同一の重み付け係数を有することを意味し、重み付け係数比（０．４，０．６）は自局発信の通信の方に重み付け係数が偏っていることを示す。ここで、２つの重み付け係数は上記数２に示すように合計１でなければならない。重み付け係数比（０．３，０．７）は、待ち行列の重み付け係数が自局発信の通信の方にさらに偏っている、等々を意味する。なお、他局発信の通信待ち行列に対する待ち行列の重み付け係数の方が自局発信の通信待ち行列に対する待ち行列の重み係数より重くなる場合の結果については、こうした状況はほとんど起こらないものと想定して検討していない。
【００４５】
図８は、２つのＴＣＰ通信（ノード無線局１−１からノード無線局１−３及びノード無線局１−２からノード無線局１−４）間のスループットの比較を示している。ノード無線局１−２からノード無線局１−４への通信は１ホップの無線通信であるため、そのスループットは本質的にノード無線局１−１からノード無線局１−３までの２ホップの無線通信より速く、図８の１つのキューメモリのときの結果はこの事実を明白に反映している。２つの待ち行列を使用するアプローチを導入すると（重み付け係数比（０．５，０．５）から開始する）、自局発信の通信待ち行列に対する待ち行列の重み付け係数が増大するため、ノード無線局１−２からノード無線局１−４へのスループットが増大する。これは、ノード無線局１−２における自局発信の通信待ち行列に対する待ち行列の重み付け係数が増大するにつれて、ノード無線局１−２は他局発信の通信（この場合はノード無線局１−１からノード無線局１−３への通信）よりも自分自身のＴＣＰ通信の方へより多くの帯域幅を割当て、結果的にスループットが増大するためである。
【００４６】
図９は、２つのＴＣＰ通信を組み合わせた合計帯域幅を示している。図９のグラフの上向きの傾斜は、発明者らの実験のセットアップで説明することができる。上述のように、ノード無線局１−２からノード無線局１−４への通信には１ホップしか必要でないため、本質的にノード無線局１−１からノード無線局１−３への通信よりも高いスループットを有することになる。この実験では、より速い通信方法の方により多くのスループットを見込んでいるため、本質的に遅い方の通信のスループットを下げれば、自然に組み合わせによる合計スループットは増大する。重み付け係数比（０．５，０．５）のケースでは、ノード無線局１−２が自局発信の通信（ノード無線局１−２からノード無線局１−４へ）に関してどんなに速くパケットを発生させても、自局発信の通信待ち行列に対する待ち行列の重み付け係数は他局発信の通信待ち行列に対する待ち行列の重み付け係数と同じであるように制限されている。このため、本質的に速いノード無線局１−２からノード無線局１−４への通信のスループットは低減され、組み合わされた合計スループットが減少する結果となる。
【００４７】
以上説明したように、アドホック無線ネットワーク内のコンピュータ数が増加するにつれて、コンピュータ間の相互通信は極めて複雑化するため、ユーザが自局発信の通信と他局発信の通信との間で帯域幅を調整できるような機能を実施する必要がある。本実施形態では、自局発信の通信と他局発信の通信との間を区別して両者に優先順位をつける２つの待ち行列のキューメモリ２１３，２１４を使用するルーティング方法を提案した。Ｑｕａｌｎｅｔ３．１シミュレータの使用により、優先順位を付けた通信と優先順位を付けない通信に関してスループットの劇的な結果を得た。図８が示すように、優先順位をつけた方の直接の無線通信は、優先順位を付けない無線通信のほぼ４０％増しのスループットを生み出すことができる。さらに、自局発信の無線通信に対する待ち行列の重み付け係数が増大するにつれて、自局発信の無線通信に対するスループットは適宜かつ比例的に増大する。取得したすべての結果に基づいて、発明者らは、発明者らの実施例が目的意図に叶うものであることを確信する。
【００４８】
以上の実施形態においては、ＷＲＲ方式を用いているが、本発明はこれに限らず、例えばＷＤＲＲ（Ｗｅｉｇｈｔｅｄ  Ｄｅｆｉｃｉｔ  Ｒｏｕｎｄ  Ｒｏｂｉｎ）などの他のスケジューラ方式を用いてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係る通信システム、通信装置又は通信方法によれば、複数の無線局を備え、各無線局間でパケット通信を行うアドホック無線ネットワークにおいて、所定の重み付け係数比で互いに優先順位が異なる２つのキューメモリを備えた通信装置において、他局に送信すべきパケットが自局発信のパケットであるときはより高い優先順位を有するキューメモリに挿入して送信する一方、他局に送信すべきパケットが別の他局発信のパケットであるときはより低い優先順位を有するキューメモリに挿入して中継送信するように制御する。従って、ノード無線局を中継ルータ装置として使用する多くの他局発信の通信に起因して、すぐに通信速度の重大な低下に遭遇することを防止し、各無線局のスループットを増大させることができる。また、上記重み付け係数比を入力して設定することにより、上記２つのキューメモリの優先順位を変更することができ、ユーザが所望するスループットに変更することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態であるアドホック無線ネットワークを構成する複数の無線局１−１乃至１−９の平面配置図である。
【図２】図１の各無線局１の内部構成を示すブロック図である。
【図３】図２のルータ装置１０５の内部構成を示すブロック図である。
【図４】図３のキューマネージャ２１２によって実行されるキュー管理処理を示すフローチャートである。
【図５】図２の無線局１で用いるＴＯＳフィールドのフォーマットを示す図である。
【図６】本実施形態に係る実施例におけるアドホック無線ネットワークのシミュレーションで用いたトポロジーを示す平面図である。
【図７】本実施形態に係る実施例におけるアドホック無線ネットワークのシミュレーションで用いたＱｕａｌｎｅｔのトポロジーを示す平面図である。
【図８】本実施形態に係る実施例におけるアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、１つのキューメモリの場合と、２つのキューメモリ２１４，２１３に対するＷＲＲの重み付け係数比に対する、無線局１−１から無線機１−３へのパケット通信、及び無線局１−２から無線局１−４へのパケット通信のスループットを示すグラフである。
【図９】本実施形態に係る実施例におけるアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、１つのキューメモリの場合と、２つのキューメモリ２１４，２１３に対するＷＲＲの重み付け係数比に対する、サーバ装置のスループット及びクライアント装置のスループットを示すグラフである。
【符号の説明】
１，１−１乃至１−９…無線局、
１０１…オムニアンテナ、
１０２…サーキュレータ、
１０３…パケット送受信部、
１０４…回線制御部、
１０５…ルータ装置、
１０６…上位レイヤ処理装置、
１３０…パケット受信部、
１３１…高周波受信機、
１３２…復調器、
１３３…受信バッファメモリ、
１４０…パケット送信部、
１４１…送信タイミング制御部、
１４２…送信バッファメモリ、
１４３…変調器、
１４４…高周波送信機、
１６０…拡散符号発生器。
２００…ルーティングコントローラ、
２０１…キーボード、
２０２…液晶ディスプレイ、
２１０…スケジューラ、
２１１…自局アドレス識別器、
２１２…キューマネージャ、
２１３，２１４…キューメモリ、
２１５…スイッチ。
【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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