(57)【要約】【課題】  有線網４と無線網５とを接続するＴＣＰを実装したゲートウエイ３において、無線リンクの制御を行うことにより伝送効率の良い無線通信を実現する。【解決手段】  有線網と無線網とを接続するゲートウェイ３はＴＣＰ機能３ａとＷ―ＴＣＰ機能３ｂとの間にエージェント機能を有するＡＲＱ機能３ｃを備えており、第１の生成多項式Ｇ1（ｘ）で誤り検出符号化したデータを無線網２の無線ホスト２へ送信し、この第１の生成多項式で誤り検出符号化したデータについて無線ホスト２で誤りを検出した場合には第２の生成多項式Ｇ0（ｘ）で誤り検出符号化したデータを当該無線ホスト２へ再送し、無線ホスト２では第１の生成多項式と第２の生成多項式で誤り検出符号化されたデータとからビタビ復号を行って誤り訂正を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有線網と無線網とを接続するＴＣＰを実装したゲートウェイに、自動再送要求機能を備えた通信システムにおいて、
ゲートウェイの自動再送要求機能は、第１の生成多項式で誤り検出符号化したデータを無線網の受信側へ送信する機能と、第１の生成多項式で誤り検出符号化したデータについて前記受信側で誤りを検出した場合に第２の生成多項式で誤り検出符号化したデータを当該受信側へ送信する機能と、を有し、
前記受信側では、前記第１の生成多項式で誤り検出符号化されたデータと当該第２の生成多項式で誤り検出符号化されたデータとからビタビ復号を行って誤り訂正を行うことを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有線網と無線網とを接続するゲートウェイを備えた通信システムに関し、特に、データパケットの伝送を効率化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネットワーク通信の普及により、有線通信路を用いた有線網や無線通信路を用いた無線網によるデータ通信が広く一般に利用されている。このようなデータ通信は、例えば、有線網との通信機能を備えたパーソナルコンピュータや無線網との無線通信機能を備えたモバイルツールを端末として、パケット化したデータをこれら網で伝送させることにより実現される。
そして、このような通信システムでは、有線網と無線網とを接続するゲートウェイで接続して、網間接続によるネットワークの拡張も図られている。
【０００３】
文献「詳解ネットワークＱｏＳ技術」にあるように、ＱｏＳ技術とは、例えばインターネットのようなネットワーク上におけるそれぞれのデータフローに対して、指定された品質を保ちながら複数のデータフローを同時且つ経済的に伝送する技術である。インターネットでは回線の伝送レート、信頼性（誤り率）、遅延などがすべてサービス品質（ＱｏＳ ：Quality of Service）の要素である。ＱｏＳを評価するためのパラメータとして、あるホスト上のアプリケーションが他のホスト上のアプリケーションに一連のパケットフローを送るときの平均レート、ピークレート、パケットの遅延時間、ジッター、パケット損失率がある。
【０００４】
パケット損失について詳しく説明すると、有線ＬＡＮのような有線網の場合は、光通信技術などの発展によりハードウェア的要因で発生するパケット損失は極めてまれになっている。したがって、パケット損失発生の主要原因はネットワーク内のバッファ溢れである。インターネットにおいては、仮にパケット溢れが発生したとしても、パケット再送によって回復することができる。更に、最近では輻輳の発生を送信者に通知する手段として、パケット廃棄を積極的に利用するアクティブキュー制御技術が採用されるようになってきている。
このような理由から、インターネットではパケット損失を重要な品質パラメータとして扱ってはいない。
【０００５】
しかしながら、現在急成長を遂げている無線通信ネットワークでは、上記とは事情が異なる。一般的なセル電話の場合、裸の無線リンク（無線網）のビット誤り率は１０―２程度である。なお、光ファイバーの場合の誤り率は１０―１２以下である。
無線網のような誤り発生の多い通信路の場合は、再送制御が不可欠である一方、再送が多発するとリンクレートの減少やパケット遅延の増加が起こり、リンクＱｏＳの低下を招いてしまう。また、ビット誤り率は時間的に変動するので、リンクのＱｏＳ特性も時間的に変動してしまう。
ここで、無線網の誤り対策に有効な技術として、ＦＥＣ（Forward Error Correction：誤り訂正符号を使用して受信側で誤りを自動訂正する技術)やＡＲＱ（Automatic Repeat Request：無線リンクでリンクフレームの再送による誤り訂正を行う技術)が知られている。また、文献「符号化理論入門」にあるように、極めて強力な誤り訂正能力がある復号法としてビタビ復号技術が知られている。
【非特許文献１】戸田巌著「詳解ネットワークＱｏＳ技術」、株式会社オーム社、第１版第１刷  ２００１年５月２５日、ｐ．８―９
【非特許文献２】岩垂好裕著「符号化理論入門」、株式会社昭晃堂、１９９７年１０月１０日、ｐ．１３５―１４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように有線網の場合には、誤りによるパケット損失はほとんど生じない。このため、有線網での経路上のゲートウェイのパケット損失は輻輳によるバッファ溢れにより生じると考えて、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）では、パケット損失を検出すると、輻輳制御動作を行って送信レートを低減させるようにしている。
しかしながら、無線網に有線網と同様の技術を用いた場合には、ビット誤りに起因するパケット廃棄が多くなって、重複するＡＣＫ（肯定応答）の送信が多発する可能性が高いという問題が生ずる。また、無線網にＡＲＱを導入して誤り訂正を行うと、ＴＣＰセグメントのＲＴＴ（Round Trip Time）が増大して、再送信タイマ切れになる可能性が高いという問題が生ずる。そして、いずれの場合においても、送信側ＴＣＰはパケット損失と誤認してセグメントを再送するとともに、輻輳発生と認定してスロースタートなどのウィンドウ縮小動作を開始するのでネットワークの伝送レートが急激に低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、有線網と無線網とを接続するＴＣＰを実装したゲートウエイにおいて無線リンクの制御を行うことにより、無線網におけるビット誤りに起因するパケット廃棄、重複ＡＣＫの送信多発、伝送レートの急激な低下などの問題を回避して、伝送効率の良い無線通信を実現する通信システ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】
【０００８】
本発明に係る通信システムは、有線網と無線網とを接続するＴＣＰを実装したゲートウェイに自動再送要求機能（ＡＲＱ）を備えた通信システムにおいて、ゲートウェイの自動再送要求機能は、第１の生成多項式（Ｇ1（ｘ））で誤り検出符号化したデータを無線網の受信側へ送信する機能と、第１の生成多項式で誤り検出符号化したデータについて前記受信側で誤りを検出した場合に第２の生成多項式（Ｇ0（ｘ）））で誤り検出符号化したデータを当該受信側へ送信する機能と、を有し、前記受信側では、前記第１の生成多項式で誤り検出符号化されたデータと当該第２の生成多項式で誤り検出符号化されたデータとからビタビ復号を行って誤り訂正を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、ゲートウェイが無線網でのデータの誤りがあれば再送要求制御を行うが、この場合には第１の生成多項式と第２の生成多項式で符号化されたデータを送信し、これら２つの生成多項式で誤り検出符号化されたデータから受信側ではビタビ復号を行って誤り訂正を行う。したがって、再送された符号化データで誤りを訂正できるので再送回数を低減することができ、有線網と無線網とを接続するＴＣＰを実装したゲートウエイにおいて、無線網におけるビット誤りに起因するパケット廃棄、重複ＡＣＫの送信多発、伝送レートの急激な低下などの問題を回避して、伝送効率の良い無線通信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】
【００１０】
本発明を一実施形態に基づいて具体的に説明する。
本実施形態に係る通信システムは、有線網と無線網とを接続するゲートウェイにＴＣＰとＷ―ＴＣＰ（Wireless‐TCP）とを実装し、その間にタイプ２ハイブリッドＡＲＱ機能を備えたエージェント（Snooping Agent）を設けている。
図１は本実施形態が適用された通信システム構成の一例を示しており、図示のように、このシステムは、ＴＣＰ機能１ａを有する有線ホスト１と、ＴＣＰ機能２ａを有する無線ホスト２と、ＴＣＰ機能３ａとＷ―ＴＣＰ機能３ｂとの両機能を有して有線網４と無線網５とを接続するゲートウェイ３と、を備えており、更に、ゲートウェイ３はＴＣＰ機能３ａとＷ―ＴＣＰ機能３ｂとの間に後述するエージェント機能を有する自動再送要求機能（Snooping agent with タイプ２ハイブリッドＡＲＱ）３ｃを有している。
【００１１】
ゲートウェイ３により、必要な通信機能を有する有線ホスト１側の有線網４と、必要な通信機能を有する無線ホスト２側の無線網５とが接続され、エージェント機能を有する自動再送要求機能３ｃは、ＴＣＰ機能３ａで有線網４側から正しく受信したＴＣＰセグメントを無線網５側のＷ―ＴＣＰ機能３ｂに引き渡し、また、Ｗ―ＴＣＰ機能３ｂで無線網５側から正しく受信したＴＣＰセグメントを有線網４側のＴＣＰ機能３ａに引き渡す処理を行う。
【００１２】
図２は、ＯＳＩ参照モデルを用いた上記エージェント（Snooping agent）３ｃの動作概念を示す。
ゲートウェイ３には物理層（ＰＨＹ）、データリンク層（ＤＬＬ）、ネットワーク層（ＩＰ）、アプリケーション層（ＡＰＰ）と、トランスポート層に相当するＴＣＰ機能層３ａ又はＷ―ＴＣＰ機能層３ｂが設けられており、エージェント機能）３ｃが、データリンク層（ＤＬＬ）とＴＣＰ機能層３ａ又はＷ―ＴＣＰ機能層３ｂと協働して、受信側（同図では、無線ホスト２）からの再送要求の監視処理や、受信側への符号化データの送信処理を行う。なお、受信側（同図では、無線ホスト２）でも同様なＯＳＩ参照モデルが構成されており、下記のような処理を実行する。
【００１３】
図３を参照して、本実施形態におけるデータ送受処理を、有線ホスト１から無線ホスト２へデータを送信する場合を例にとって説明する。
有線ホスト１から無線ホスト２へデータを送信する場合、有線ホスト１から有線網４へ送信されたデータはゲートウェイ３で受信される。ゲートウェイ３では、受信したデータをＴＣＰ機能３ａからＷ―ＴＣＰ機能３ｂへ引き渡し、無線ホスト２宛に無線網５へ送信する。
【００１４】
この送信されるデータは、同図の例ではデータ１〜８であり、データ１〜８はＴＣＰフレームのヘッダフォーマットを表す図４に示すように確認応答番号によりデータの順序が定められる。例えば、図３に示すように、データ２のパケット送信中に誤りが発生した場合、受信側（無線ホスト）においてはデータ２を受信することができない。そこで、受信側（無線ホスト）から送信側（ゲートウェイ）へ送る確認応答フレームにおいてデータ２をＮＡＫ（否定応答）として送り、次の送信フレームで再送されるようにする。
エージェント（snooping agent）機能を有するＡＲＱ機能３ｃは、このようなデータの順序監視を行っており、Ｗ―ＴＣＰが３ｂが受信するセグメント番号を監視している。そして、このＡＲＱ機能３ｃは、無線ホスト２において受信データの脱落があれば（すなわち、一定時間内にＡＣＫ（肯定応答）が返信されない場合、または、ＮＡＫ（否定応答）が返信された場合には）、該当するデータを再送処理する。
【００１５】
図５を参照して、タイプ２ハイブリッドＡＲＱ機能３ｃについて更に詳しく説明する。
タイプ２ハイブリッドＡＲＱ機能３ｃとは、ＡＲＱとＦＥＣ（forward Error Correction）の欠点を相互に補うための方式を実現する機能である。タイプ２ハイブリッドＡＲＱ方式では、ＦＥＣの誤り訂正符号として拘束長７の畳み込み符号を用いる。
図５にはタイプ２ハイブリッドＡＲＱ機能３ｃの構成を示してあり、６段のレジスタ１１とこれらレジスタ出力を加算する加算器１２とにより、送信するデータを送信単位毎にＣＲＣ符号を付加し、２つの生成多項式Ｇ0（ｘ）、Ｇ1（ｘ）で畳み込み符号化する。
【００１６】
ゲートウェイ３から無線ホスト２への１度目の送信では、多項式Ｇ1（ｘ）から生成された符号を送信し、受信側（無線ホスト２）では多項式Ｇ1（ｘ）で逆演算を行ってデータとＣＲＣを取り出し、誤り検出処理を行う。そして、誤りが検出の結果としてＡＣＫ（肯定応答）又はＮＡＫ（否定応答）をゲートウェイ３に返信する。
送信側（ゲートウェイ３）はＡＣＫを受信した場合には、次の送信単位についても生成多項式Ｇ1（ｘ）による符号を送信する。一方、ＮＡＫを受信した場合には、１回目の送信データと他の生成多項式Ｇ0（ｘ）とから生成した符号を送信し、受信側（無線ホスト２）ではＧ1（ｘ）とＧ0（ｘ）とによる符号からビタビ復号を行って誤り訂正を行う。ここで、誤り訂正復号結果に誤りが検出された場合は、再度ＮＡＫを返信し、送信側では最初の送信時と同じＧ1（ｘ）符号を送信する。
【００１７】
したがって、受信側では再送として伝送されたＦＥＣを利用して誤りを訂正できるので、ＡＲＱによる再送回数を減少させることができて伝送効率を向上させることができ、回線状態が劣化した場合において極めて有効である。また、上記の例では、再送をＴＣＰ層で行うことによりデータリンク層におけるＡＲＱヘッダのオーバヘッドがなくなるメリットが得られ、この点によっても伝送効率が向上する。すなわち、上記のような機能を有するエージェント（snooping agent）にタイプ２ハイブリッドＡＲＱを組み合わせた方式とすることで無線リンクの制御を行うことにより、無線リンクにおけるビット誤りに起因するパケット廃棄や重複ＡＣＫ送信の多発、送信側ＴＣＰのパケット損失誤認によるセグメント再送や輻輳発生と認定することによるスロースタートなどのウィンドウ縮小動作開始を回避することができるので、無線網における伝送レートが急激に低下するという問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る通信システムの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るゲートウェイの構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るデータ通信処理を説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＴＣＰフレームのヘッダフォーマットを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るタイプ２ハイブリッドＡＲＱ機能の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００１９】
１：有線ホスト、  １ａ：ＴＣＰ機能、
２：無線ホスト、  ２ａ：ＴＣＰ機能、
３：ゲートウェイ、  ３ａ：ＴＣＰ機能、
３ｂ：Ｗ―ＴＣＰ機能、  ３ｃ：ＡＱＲ機能、
４：有線網、  ５：無線網、
【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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