(57)【要約】  【課題】各々の端末から送信がランダムアクセスで非同期に開始される場合であっても送信衝突を起こさず、また、送信要求が発生した端末が１つの場合であっても、バックオフタイムによる無駄な無送信時間を低減することができる通信システムを提供する。  【解決手段】各々の端末において、通信メディアの空きを検出してから、バックオフタイム＝（ランダム()×Ｎ＋Ｍ）×スロットタイムに基づいて算出されるバックオフタイムを計測した後に、送信がランダムアクセスで非同期に開始される通信システムである。ランダム()は、［０、ＣＷ］の範囲の一様な分布から生成される整数値の乱数を発生する関数、ＣＷは、乱数を発生させる範囲を規定する所定範囲内の整数値、スロットタイムは一定の単位時間、Ｎは、全ての端末で共通に使用されるオフセット数、Ｍは、各々の端末で個別に使用されるオフセット値であり、オフセット数Ｎおよびオフセット値Ｍは、２≦Ｎ、０≦Ｍ、Ｍ＜Ｎの関係を満足する整数値である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々の端末において、通信メディアの空きを検出してから、下記式に基づいて算出されるバックオフタイムを計測した後に、送信がランダムアクセスで非同期に開始される通信システムであって、
前記バックオフタイム＝（ランダム()×Ｎ＋Ｍ）×スロットタイム
前記ランダム()は、［０、ＣＷ］の範囲の一様な分布から生成される整数値の乱数を発生する関数、前記ＣＷは、前記乱数を発生させる範囲を規定する所定範囲内の整数値、前記スロットタイムは一定の単位時間、前記Ｎは、全ての前記端末で共通に使用されるオフセット数、前記Ｍは、各々の前記端末で個別に使用されるオフセット値であり、前記オフセット数Ｎおよび前記オフセット値Ｍは、２≦Ｎ、０≦Ｍ、Ｍ＜Ｎの関係を満足する整数値であることを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記オフセット数Ｎは全ての前記端末の数以上の値であり、前記オフセット値Ｍは、各々の前記端末で異なる値である請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記オフセット数Ｎは、ある端末が送信中に、送信要求が発生する端末の数以上の値であり、前記オフセット値Ｍは、少なくとも前記ある端末が送信中に、送信要求が発生する端末では異なる値である請求項１に記載の通信システム。
【請求項４】
当該通信システムは、基地局と、無線通信メディアを介して前記基地局経由で相互に通信を行う複数の端末とによって構成される無線通信システムであって、
前記オフセット数Ｎおよびオフセット値Ｍは、前記基地局から前記無線通信メディアを介して各々の前記端末に設定される請求項１〜３のいずれかに記載の通信システム。
【請求項５】
前記基地局は、全ての前記端末の数、または前記ある端末が送信中に、送信要求が発生する端末の数を監視し、これら全ての前記端末の数、または前記ある端末が送信中に、送信要求が発生する端末の数に応じて、各々の前記端末で使用される前記オフセット数Ｎおよびオフセット値Ｍをダイナミックに変更する請求項４に記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各々の端末において、送信がランダムアクセスで非同期に開始される通信システムにおけるアクセス制御方式に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、無線通信システムは、基地局（アクセスポイント）と、この基地局を経由して、無線通信メディア（無線通信チャネル）を介して相互に通信を行う複数の端末（ステーション）とによって構成される。
【０００３】
無線通信システムでは、通信プロトコルとして、例えばＩＥＥＥ８０２．１１で規定される無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）の規格が使用されている。この規格では、アクセス制御方式として、ＣＳＭＡ／ＣＡ（衝突回避機能付きキャリアセンス多重アクセス方式）が採用されており、各々の端末において、送信がランダムアクセスで非同期に開始される。すなわち、各々の端末において、メディアの空きが監視され、空いていれば、バックオフタイムを計測した後に非同期に送信が開始される。
【０００４】
バックオフタイムは、複数の端末から非同期に開始される送信が衝突する機会を分散するために設けられている。各々の端末から送信がランダムアクセスで非同期に開始される無線通信システムでは、同一値のバックオフタイムが発生される場合があり、２つ以上の端末から同時に送信が開始されると、メディア上で送信衝突が発生する。送信衝突の発生確率は、メディア数と通信トラフィック（通信情報量）の増加とともに大きくなり、送信衝突が発生すると、通信のスループット（転送能力）が低下するという問題がある。
【０００５】
例えば、図３のタイミングチャートに示すように、端末Ａが送信中に、端末Ｂで送信要求が発生し、続いて端末Ｃで送信要求が発生した場合について説明する。図４のフローチャートに示すように、端末Ｂ、Ｃでは、送信要求が発生する（Ｓ１）と、メディアの空きを監視（Ｓ２）し、メディアが空いていれば（Ｓ２でＹｅｓ）送信が開始される（Ｓ８）が、この例のように、端末Ａが送信中である場合（Ｓ２でＮｏ）には、端末Ａの送信が終了してメディアが空くまで待ち（Ｓ３）、その間にバックオフタイムの算出が行われる（Ｓ４）。
【０００６】
バックオフタイムは、ＩＥＥＥ８０２．１１によって規定される無線ＬＡＮの規格では、下記式に基づいて算出される。
バックオフタイム＝ランダム()×スロットタイム
ここで、ランダム()は、［０、ＣＷ］の範囲の一様な分布から生成される整数値の乱数を発生する関数、ＣＷ（コンテンションウインドウ）は乱数を発生させる範囲を規定する所定範囲（０≦乱数＜ＣＷ）内の整数値、スロットタイムは、システムで規定される一定の単位時間（固定値）である。
【０００７】
続いて、端末Ｂおよび端末Ｃでは、メディアの空きが再度検出される（Ｓ５）。メディアが空いていない場合（Ｓ５でＮｏ）、メディアが空くまで繰り返し検出される。端末Ａの送信が終了してメディアの空きが検出される（Ｓ５でＹｅｓ）と、端末Ｂ、Ｃでは、一定の時間ＤＩＦＳ（分散制御用フレーム間隔）が経過した後、バックオフタイムが減算され（Ｓ６およびＳ７でＮｏ）、その値が０になると送信が開始される（Ｓ８）。従って、端末Ｂ、Ｃのバックオフタイムの値が同じ、すなわち端末Ｂ、Ｃで同じ乱数が発生された場合には、端末Ｂ、Ｃの間で送信衝突が発生する。
【０００８】
なお、複数の端末で送信要求が発生した場合の動作は、特許文献１等にも記載されている。特許文献１は、送信要求が発生してから送信を開始するまでの待機時間を測定し、その待機時間が長くなるほど短いバックオフタイムを生成することによって、送信要求が発生した順番に送信権を付与するというものである。この特許文献１でも述べられているように、従来の無線通信システムでは、送信要求が発生した順番に関係なく、全端末で上記の同じバックオフタイムの算出式が用いられている。従って、ある端末が送信中に、Ｎ個の端末で送信要求が発生すると、下記式で示す確率Ｐで送信衝突が発生する。
【０００９】
【数１】
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【００１０】
送信衝突の発生確率は、全端末数、より正確にはある端末が送信中に、送信要求が発生する端末の数が増えるに従って上昇する。送信衝突の発生確率を減らすためには、コンテンションウインドウＣＷの値を大きくすればよいが、コンテンションウインドウＣＷの値を大きくするとバックオフタイムの平均値が大きくなるため、送信要求が発生した端末が１つの場合であってもバックオフタイムによる無駄な無送信時間が平均的に長くなり、通信のスループットが低下するという問題がある。
【００１１】
これに対し、特許文献２には、それぞれホストと接続された複数の端末装置から構成される無線通信システムにおいて、通信媒体上に他の端末装置から発したキャリアの有無を検出するキャリアセンス部による有りの検出中ホストからのデータ送出指令を受けてからキャリアセンス部の無しの検出までの待機時間、および複数の端末装置毎に設定された優先順位を基に、待機時間が長くなるほどかつ、優先順位が高いほど短くなるようにバックオフタイムを生成することが記載されている。
【００１２】
特許文献２の無線通信システムによれば、特定の端末装置のバックオフタイムを、待機時間が長くなるほどかつ、優先順位が高いほど短くなるように生成するため、すなわち同時に送信要求が発生した複数の端末については待機時間は等しくなるが、優先順位が異なるため、生成されるバックオフタイムが異なるので、複数の端末に同時に送信要求が発生した場合でも送信衝突が発生することなく、伝送効率を向上することができるという効果を有するとしている。
【００１３】
しかし、特許文献２では、ある端末が送信中に、複数の端末で同時に送信要求が発生した場合にはバックオフタイムが異なるので送信衝突は発生しないが、例えば優先順位の低い端末で送信要求が発生した後、優先順位の高い端末で送信要求が発生すると、バックオフタイムが同じになって送信衝突が発生する可能性があるという問題点がある。また、特許文献２では、送信要求が発生した端末が１つの場合であってもバックオフタイムによる無駄な無送信時間が長くなるという問題は解決されていない。
【００１４】
【特許文献１】特開平９−４６３４７号公報
【特許文献２】特開平１１−５５２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、各々の端末から送信がランダムアクセスで非同期に開始される場合であっても送信衝突を起こさず、また、バックオフタイムによる無駄な無送信時間を低減することができる通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明は、各々の端末において、通信メディアの空きを検出してから、下記式に基づいて算出されるバックオフタイムを計測した後に、送信がランダムアクセスで非同期に開始される通信システムであって、
前記バックオフタイム＝（ランダム()×Ｎ＋Ｍ）×スロットタイム
前記ランダム()は、［０、ＣＷ］の範囲の一様な分布から生成される整数値の乱数を発生する関数、前記ＣＷは、前記乱数を発生させる範囲を規定する所定範囲内の整数値、前記スロットタイムは一定の単位時間、前記Ｎは、全ての前記端末で共通に使用されるオフセット数、前記Ｍは、各々の前記端末で個別に使用されるオフセット値であり、前記オフセット数Ｎおよび前記オフセット値Ｍは、２≦Ｎ、０≦Ｍ、Ｍ＜Ｎの関係を満足する整数値であることを特徴とする通信システムを提供するものである。
【００１７】
ここで、前記オフセット数Ｎは全ての前記端末の数以上の値であり、前記オフセット値Ｍは、各々の前記端末で異なる値であるのが好ましい。または、前記オフセット数Ｎは、ある端末が送信中に、送信要求が発生する端末の数以上の値であり、前記オフセット値Ｍは、少なくとも前記ある端末が送信中に、送信要求が発生する端末では異なる値であるのが好ましい。
【００１８】
また、当該通信システムは、基地局と、無線通信メディアを介して前記基地局経由で相互に通信を行う複数の端末とによって構成される無線通信システムであって、
前記オフセット数Ｎおよびオフセット値Ｍは、前記基地局から前記無線通信メディアを介して各々の前記端末に設定されるのが好ましい。
【００１９】
また、前記基地局は、全ての前記端末の数、または前記ある端末が送信中に、送信要求が発生する端末の数を監視し、これら全ての前記端末の数、または前記ある端末が送信中に、送信要求が発生する端末の数に応じて、各々の前記端末で使用される前記オフセット数Ｎおよびオフセット値Ｍをダイナミックに変更するのが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の通信システムによれば、オフセット数Ｎが全端末数よりも少ない場合であっても、オフセット値Ｍが異なる端末同士では送信衝突が発生するのを防止することができる。また、オフセット数Ｎを全端末数以上とし、オフセット値Ｍを各々の端末で異なる値とするか、オフセット数Ｎを、ある端末が送信中に、送信要求が発生する端末数以上とし、オフセット値Ｍを、ある端末が送信中に、送信要求が発生する端末同士で異なる値とすることにより、送信要求の発生タイミングに関わらず、送信衝突が発生するのを完全に防止することができる。
【００２１】
また、本発明を適用する無線通信システムでは、基地局から、各々の端末でバックオフタイムを算出する際に使用されるオフセット数Ｎおよびオフセット値Ｍを、全端末数、またはある端末が送信中に、送信要求が発生する端末数に応じてダイナミックに設定変更することにより、全端末数、またはある端末が送信中に、送信要求が発生する端末数に応じて、バックオフタイムの平均値を小さくすることができるため、バックオフタイムによる無駄な無送信時間が発生するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の通信システムを詳細に説明する。
【００２３】
本発明は、各々の端末において、通信メディア（通信チャネル）の空きを検出してから、所定のバックオフタイムを計測した後に、送信がランダムアクセスで非同期に開始される通信システムに適用可能なものである。以下、従来技術との対比が容易となるように、本発明を無線通信システムに適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２４】
本発明を適用する無線通信システムでは、各々の端末において、送信要求が発生すると、メディアの空きが監視され、空いていれば、下記式に基づいて算出されるバックオフタイムを計測した後に送信が非同期に開始される。
【００２５】
バックオフタイム＝（ランダム()×Ｎ＋Ｍ）×スロットタイム
ここで、ランダム()は、［０、ＣＷ］の範囲の一様な分布から生成される整数値の乱数を発生する関数、ＣＷ（コンテンションウインドウ）は乱数を発生させる範囲を規定する所定範囲（０≦乱数＜ＣＷ）内の整数値、スロットタイムは、システムで規定される一定の単位時間（固定値）である。また、Ｎは、全端末で共通に使用されるオフセット数、Ｍは、各端末で個別に使用されるオフセット値であり、これらのオフセット数Ｎおよびオフセット値Ｍは、２≦Ｎ、０≦Ｍ、Ｍ＜Ｎの関係を満足する整数値である。
【００２６】
ランダム（）、コンテンションウインドウＣＷおよびスロットタイムは従来の無線通信システムの場合と同じである。
【００２７】
オフセット数Ｎおよびオフセット値Ｍは、基地局から無線通信メディアを介して各々の端末に設定される。例えば、オフセット数Ｎは、基地局から各々の端末に定期的に送信されるビーコンフレーム（共通報知情報）の中に、また、オフセット値Ｍは、基地局から各々の端末に送信されるマネージメントフレームの中に含めて送信される。各々の端末では、基地局から送信され、設定されたオフセット数Ｎおよびオフセット値Ｍを使用して、上記算出式に基づいてバックオフタイムが算出される。
【００２８】
例えば、オフセット数Ｎを全端末数以上の値とし、オフセット値Ｍを各々の端末で異なる値に設定することによって、各々の端末で発生されるバックオフタイムは必ず異なるものとなる。この場合、送信要求の発生タイミングに関わらず、送信衝突は発生しない。
【００２９】
これに対し、オフセット数Ｎを全端末数よりも少ない値とした場合、オフセット値Ｍが異なる複数の端末と、オフセット値Ｍが同じ複数の端末が存在することになる。オフセット値Ｍが異なる端末同士では送信衝突は発生しないが、オフセット値Ｍが同じ端末同士では、バックオフタイムが同じ値となる場合に送信衝突が発生する可能性がある。しかし、オフセット値Ｍが同じ端末同士であっても、ある端末が送信中に、これら複数の端末で送信要求が発生しない限り、送信衝突は発生しない。
【００３０】
従って、オフセット数Ｎを全端末数よりも少ない値とする場合、オフセット数Ｎを、ある端末が送信中に、送信要求が発生する端末数以上の値とし、オフセット値Ｍを、ある端末が送信中に、送信要求が発生する端末で異なる値とするのが好ましい。また、オフセット数Ｎを全端末数よりも少ない値とした場合であっても、オフセット値Ｍが異なる端末も複数存在し、これらの端末では、発生されるバックオフタイムが異なるため、従来の無線通信システムよりも送信衝突の確率を低減することができる。
【００３１】
無線通信システムでは、全端末数、およびある端末が送信中に、送信要求が発生する端末の数はダイナミックに変化する。本発明を適用する無線通信システムでは、基地局が、全端末数、またはある端末が送信中に、送信要求が発生する端末の数を監視し、これに応じて、各々の端末で使用されるオフセット数Ｎおよびオフセット値Ｍの値をダイナミックに変更する。これにより、全端末数、またはある端末が送信中に、送信要求が発生する端末の数に応じて、バックオフタイムの平均値を小さくすることができ、バックオフタイムによる無駄な無送信時間が発生するのを防止することができる。
【００３２】
続いて、図１のタイミングチャートを参照しながら、全端末数が端末Ａ、Ｂ、Ｃの３台である場合に、オフセット数Ｎを３、端末Ａ、Ｂ、Ｃのオフセット値Ｍをそれぞれ０、１、２に設定した場合を例に挙げて説明する。なお、端末Ｂ、Ｃにおける動作は、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００３３】
従来の通信システムとの対比が容易となるように、端末Ａが送信中に、端末Ｂで送信要求が発生し、続いて端末Ｃで送信要求が発生した場合について説明する。図４のフローチャートに示すように、端末Ｂ、Ｃでは、送信要求が発生する（Ｓ１）と、メディアの空きを監視し（Ｓ２）、メディアが空いていれば（Ｓ２でＹｅｓ）送信が開始される（Ｓ８）が、この例のように、端末Ａが送信中である場合には、端末Ａの送信が終了してメディアが空くまで待ち（Ｓ３）、その間にバックオフタイムが算出される（Ｓ４）。
【００３４】
ここで、端末Ｂでは、（ランダム()×３＋１）×スロットタイムによって算出されるバックオフタイムが発生され、端末Ｃでは、（ランダム()×３＋２）×スロットタイムによって発生されるバックオフタイムが発生される。図１のタイミングチャートには、ランダム（）によって発生される乱数が端末Ｂ、Ｃ共に同じ値であった場合が示されている。すなわち、この例の場合、端末Ｂよりも端末Ｃの方が１スロットタイムだけ長いバックオフタイムが発生される。
【００３５】
続いて、端末Ｂ、Ｃでは、メディアの空きが再度検出される（Ｓ５）。メディアが空いていない場合（Ｓ５でＮｏ）、メディアが空くまで繰り返し検出される。端末Ａの送信が終了してメディアの空きが検出される（Ｓ５でＹｅｓ）と、端末Ｂ、Ｃでは、一定の時間ＤＩＦＳが経過した後、バックオフタイムが減算され（Ｓ６およびＳ７でＮｏ）、その値が０になると（Ｓ７でＹｅｓ）送信が開始される（Ｓ８）。この例の場合、上記の通り、端末Ｂのバックオフタイムの方が端末Ｃのバックオフタイムよりも短いため、端末Ｂのバックオフタイムが先に０となって送信が開始される。
【００３６】
端末Ｂからの送信が開始されると、端末Ｃでは、バックオフタイムの減算が一時停止され、再度メディアの空きが検出される（Ｓ５）。メディアが空いていない場合（Ｓ５でＮｏ）、メディアが空くまで繰り返し検出される。端末Ｂの送信が完了してメディアの空きが検出される（Ｓ５でＹｅｓ）と、端末Ｃでは、一定の時間ＤＩＦＳが経過した後、バックオフタイムの減算が再開され（Ｓ６およびＳ７でＮｏ）、その値が０になる（Ｓ７でＹｅｓ）と送信が開始される（Ｓ８）。以上のように、本発明を適用する無線通信システムでは、ある端末が送信中に、複数の端末で送信要求が発生した場合であっても、送信要求の発生タイミングに関わらず、送信衝突は発生しない。
【００３７】
続いて、図２に示す概念図を参照しながら、基地局から各々の端末に設定されるオフセット数Ｎおよびオフセット値Ｍの値を変更する場合の動作を説明する。ここで、図２（ａ）は、オフセット数Ｎを増やす場合の動作、図２（ｂ）は、オフセット数Ｎを減らす場合の動作を表す。
【００３８】
オフセット数Ｎを増やす場合、図２（ａ）に示すように、全端末Ａ、Ｂ、Ｃのオフセット数Ｎが先に変更され、その後、各々の端末Ａ、Ｂ、Ｃのオフセット値Ｍが順次変更される。
【００３９】
すなわち、まず、基地局から全ての端末Ａ、Ｂ、Ｃに対してビーコンフレームが送信され、このビーコンフレームに含まれるオフセット数Ｎが全ての端末Ａ、Ｂ、Ｃに共通に設定される。なお、ビーコンフレームは常に周期的に送信されており、オフセット数Ｎはいつもビーコンフレームに含まれている。また、全端末Ａ、Ｂ、Ｃは、オフセット数Ｎが変更されている／変更されていないに関わらず、毎回ビーコンフレームを観測している。
【００４０】
続いて、基地局から端末Ａに対して、オフセット値Ｍの変更を要求するマネージメントフレームが送信され、このマネージメントフレームに含まれるオフセット値Ｍが端末Ａに設定される。これに対し、端末Ａから基地局に対してオフセット値Ｍの変更を確認するための応答メッセージが返信される。この応答メッセージにより、各々の端末Ａ、Ｂ、Ｃにおけるオフセット値Ｍの設定変更の完全性が確認される。また、端末Ｂ、端末Ｃについても同様にしてオフセット値Ｍが変更される。
【００４１】
一方、オフセット数Ｎを減らす場合、図２（ｂ）に示すように、先に各々の端末Ａ、Ｂ、Ｃのオフセット値Ｍが順次変更され、その後、全端末Ａ、Ｂ、Ｃのオフセット数Ｎが変更される。
【００４２】
すなわち、まず、基地局から端末Ａに対して、オフセット値Ｍの変更を要求するマネージメントフレームが送信され、このマネージメントフレームに含まれるオフセット値Ｍが端末Ａに設定される。これに対し、端末Ａから基地局に対してオフセット値Ｍの変更を確認するための応答メッセージが返信される。また、端末Ｂ、端末Ｃについても同様にしてオフセット値Ｍが変更される。
【００４３】
その後、基地局から全ての端末Ａ、Ｂ、Ｃに対してビーコンフレームが送信され、このビーコンフレームに含まれるオフセット数Ｎが全ての端末Ａ、Ｂ、Ｃに共通に設定される。同様に、ビーコンフレームは常に周期的に送信されており、オフセット数Ｎはいつもビーコンフレームに含まれている。また、全端末Ａ、Ｂ、Ｃは、オフセット数Ｎが変更されている／変更されていないに関わらず、毎回ビーコンフレームを観測している。
【００４４】
以上により、オフセット数Ｎ＞オフセット値Ｍの関係を満足しつつ、オフセット数Ｎおよびオフセット値Ｍの設定を変更することができる。
【００４５】
なお、本発明は、無線通信システムに限定されるわけではなく、有線通信システム、無線通信システムと有線通信システムが混在する通信システムを問わず、各々の端末において、送信がランダムアクセスで非同期に開始される通信システムに適用可能である。
【００４６】
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明の通信システムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の通信システムにおいて、端末の動作を表す一実施形態のタイミングチャートである。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明の通信システムにおいて、基地局から各々の端末に設定されるオフセット数およびオフセット値を変更する場合の動作を表す一実施形態の概念図である。
【図３】従来の無線通信システムにおいて、端末の動作を表す一例のタイミングチャートである。
【図４】従来の無線通信システムにおいて、端末の動作を表す一例のフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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