(57)【要約】【課題】  同期ＣＤＭＡネットワークにおいて、少ない無線資源の消費量で効率よく衝突を回避する。【解決手段】  各スロットの先頭部に複数のミニスロットを設け、送信を行おうとするノードは、送信を開始するミニスロットをランダムに選択し、選択されたミニスロットまでの間に宛先ノードの符号を用いて送信された信号がないか監視し、この監視の結果、宛先ノードの符号を用いて送信された信号が感知されない場合には、選択されたミニスロットからそのスロットの最後のミニスロットまでは特定の信号を、ミニスロットの終了後はそのスロットの残りの部分で実際のデータを、宛先ノードの符号を用いて送信し、監視の結果、宛先ノードの符号を用いて送信された信号が感知された場合には、送信を停止する。【選択図】  図３
2007221567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ特有の符号が割り当てられた複数のノードが、宛先のノードに割り当てられた符号を用いて、スロット化されたチャネルで互いにパケットを送受信するパケット送信方法において、
各スロットの先頭部に複数のミニスロットを設け、
送信を行おうとするノードは、
送信を開始するミニスロットをランダムに選択し、
選択されたミニスロットまでの間に宛先ノードの符号を用いて送信された信号がないか監視し、
この監視の結果、宛先ノードの符号を用いて送信された信号が感知されない場合には、前記選択されたミニスロットからそのスロットの最後のミニスロットまでは特定の信号を、ミニスロットの終了後はそのスロットの残りの部分で実際のデータを、宛先ノードの符号を用いて送信し、
前記監視の結果、宛先ノードの符号を用いて送信された信号が感知された場合には、送信を停止する
ことを特徴とするパケット送信方法。
【請求項２】
前記送信を行おうとするノードはさらに、
選択されたミニスロットまでの間に自分に割り当てられた符号を用いて送信された信号がないか監視し、
そのような信号が感知された場合には、送信を停止して自分宛のデータを受信する動作状態に移行する
請求項１記載のパケット送信方法。
【請求項３】
送信の必要のないノードは受信動作状態を維持し、他のノードからの自分に割り当てられた符号を用いて送信された信号を監視して、自分宛のデータを受信する
請求項１記載のパケット送信方法。
【請求項４】
固有の符号が割り当てられ、
その符号を用いてスロット化されたチャネルで送られてきたパケットを自分宛のパケットとして受信する受信手段と、
相手先に割り当てられた符号を用いてパケットを送信する送信手段と
を備えたノード装置において、
前記送信手段は、
送信を開始するミニスロットをランダムに選択する手段と、
選択されたミニスロットまでの間に宛先ノードの符号を用いて送信された信号がないか監視する手段と、
この監視の結果、宛先ノードの符号を用いて送信された信号が感知されない場合には、前記選択されたミニスロットからそのスロットの最後のミニスロットまでは特定の信号を、ミニスロットの終了後はそのスロットの残りの部分で実際のデータを、宛先ノードの符号を用いて送信する手段と、
前記監視の結果、宛先ノードの符号を用いて送信された信号が感知された場合には、送信を停止する手段と
を含む
ことを特徴とするノード装置。
【請求項５】
前記受信手段と前記送信手段とはいずれか一方が動作中は他方が動作を停止する構成であり、
前記送信手段は、
選択されたミニスロットまでの間に自分に割り当てられた符号を用いて送信された信号がないか監視する手段と、
そのような信号が感知された場合には動作を停止する手段と
を含む
請求項４記載のノード装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）方式を用い、スロット化されたチャネルでパケットを送受信する技術に関し、特に、パケット衝突を軽減する技術に関する。
【０００２】
本発明はアドホック・ネットワークでの利用に適する。「アドホック・ネットワーク」とは、パーソナル・コンピュータ、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ）などの無線端末が自己組織化された自立分散型の無線ネットワークをいう。
【背景技術】
【０００３】
長距離通信ネットワークの技術動向として、アドホック・ネットワークのような携帯、広帯域および完全分散型のネットワークが注目されている。このようなネットワークでは、各無線端末が、どのような中央制御装置の介在もなしに、他の無線端末とそれぞれ直接に、あるいはリレー・ルータを介して、互いに通信を行うことができる。
【０００４】
分散ネットワークで効率的な多重アクセスを実現する方法として、Ｓ−ＡＬＯＨＡ（Slotted ALOHA）ＣＤＭＡプロトコルが検討されている。Ｓ−ＡＬＯＨＡ  ＣＤＭＡプロトコルは同期多重アクセスプロトコルであり、二またはそれ以上のノードのパケットの同時送信を許容することができる。また、分散無線アドホック・ネットワークにおける非符号化Ｓ−ＡＬＯＨＡまたは搬送波感知多重アクセス（ＣＳＭＡ：Carrier Sense Multiple Access）に基づくプロコトルに比較して、パケットの収容力を高めることができる。しかし、Ｓ−ＡＬＯＨＡ  ＣＤＭＡプロトコルでは、多重アクセスのランダム性によりパケット衝突が発生し、ネットワーク性能の主要な障害となっている。したがって、多重アクセスプロトコルの有効性および安定性のために、効率のよい衝突制御方法が必要である。
【０００５】
非同期ネットワークのための効率のよいパケット衝突解決策として、符号感知（ＣＳ：Code Sensing）技術が知られている。この技術は、ＣＤＭＡを基本とするアドホック・ネットワークに用いて、衝突を効率よく解決することができる（特許文献１参照）。しかし、ＣＳではビジー符号を連続検出する必要があり、非同期ネットワークの資源を過剰に消費してしまう。また、この技術をそのまま同期ネットワークに利用することはできない。
【０００６】
【特許文献１】フィンランド特許第８７６１６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、同期ＣＤＭＡネットワークにおいて、少ない無線資源の消費量で効率よく衝突を回避するためのパケット送信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の観点によると、それぞれ特有の符号が割り当てられた複数のノードが、宛先のノードに割り当てられた符号を用いて、スロット化されたチャネルで互いにパケットを送受信するパケット送信方法において、各スロットの先頭部に複数のミニスロットを設け、送信を行おうとするノードは、送信を開始するミニスロットをランダムに選択し、選択されたミニスロットまでの間に宛先ノードの符号を用いて送信された信号がないか監視し、この監視の結果、宛先ノードの符号を用いて送信された信号が感知されない場合には、前記選択されたミニスロットからそのスロットの最後のミニスロットまでは特定の信号を、ミニスロットの終了後はそのスロットの残りの部分で実際のデータを、宛先ノードの符号を用いて送信し、前記監視の結果、宛先ノードの符号を用いて送信された信号が感知された場合には、送信を停止することを特徴とするパケット送信方法が提供される。
【０００９】
本明細書において「ノード」とは、ネットワークを構成する個々の端末だけでなく、端末間の通信を経由するリレー・ルータを含むものとする。
【００１０】
本発明は同期ＣＤＭＡネットワークでの利用を想定している。すなわち、ネットワーク内ではシステム・タイムが同期しており、各ノードはスロット化されたチャネルでデータを送受信する。また、各ノードは、データをパケットに組み立て、拡散符号により符号化して送信する。本発明では、拡散符号の割り当てに関しては関知しない。拡散符号は最初から割り当てられており、データの受信が必要な各ノードには、それぞれ特有の符号が割り当てられているものとする。すなわち、受信機ベースのＣＤＭＡである。このような受信機ベースのＣＤＭＡは、パケット・ベースのランダム・アクセス・プロトコルや多重ホップ・アドホック・ネットワークには必ず採用される。
【００１１】
パケット・ベースのランダム・アクセス・プロトコルでは、各ノードが種々のスロットで種々のノードのデータを受信することができる。その理由は、トラヒックの間を他のトラヒックが使用できるからである。さらに、マルチホップ・ネットワークでは、各ノードが受信機となり、同時にリレー・ノードとなり、そして、種々のノードのデータを種々のスロットで受信する。ここで、送信側に拡散符号を割り当てる場合には、その信号を復号するために受信ノードが送信側の拡散符号を知る必要があり、ノード間での拡散符号の通知処理が必要となる。一方、拡散符号を受信側に割り当てる受信機ベースＣＤＭＡでは、受信ノードが自分に割り当てられた拡散符号で符号化された信号を復号するので、拡散符号の通知処理は不要である。
【００１２】
本発明では、衝突を二つの種類に分けて考える。第一の種類の衝突は、多数のパケットを同時に受信することにより生じるものである。各ノードには単一または限られた数の受信回路しかないことから、すべてのデータを同じ時刻に受信することができず、衝突が生じる。本発明によれば、同時に送信できるノードが１台に限定され、このような衝突が回避される。
【００１３】
第二の種類の衝突は、ノードの半二重動作により生じるものである。すなわち、各ノードは同時刻に受信および送信を行うことができないので、宛先のノードが送信状態であれば、そのノードにデータを送信してもそのノードは受信できないことになる。
【００１４】
第二の種類の衝突を回避するために、送信を行おうとするノードが、選択されたミニスロットまでの間に自分に割り当てられた符号を用いて送信された信号がないか監視し、そのような信号が感知された場合には、送信を停止して自分宛のデータを受信する状態に移行することが望ましい。また、送信の必要のないノードは受信動作状態を維持し、他のノードからの自分に割り当てられた符号を用いて送信された信号を監視して、自分宛のデータを受信することが望ましい。
【００１５】
本発明の第二の観点によると、固有の符号が割り当てられ、その符号を用いてスロット化されたチャネルで送られてきたパケットを自分宛のパケットとして受信する受信手段と、相手先に割り当てられた符号を用いてパケットを送信する送信手段とを備えたノード装置において、前記送信手段は、送信を開始するミニスロットをランダムに選択する手段と、選択されたミニスロットまでの間に宛先ノードの符号を用いて送信された信号がないか監視する手段と、この監視の結果、宛先ノードの符号を用いて送信された信号が感知されない場合には、前記選択されたミニスロットからそのスロットの最後のミニスロットまでは特定の信号を、ミニスロットの終了後はそのスロットの残りの部分で実際のデータを、宛先ノードの符号を用いて送信する手段と、前記監視の結果、宛先ノードの符号を用いて送信された信号が感知された場合には、送信を停止する手段とを含むことを特徴とするノード装置が提供される。
【００１６】
前記受信手段と前記送信手段とはいずれか一方が動作中は他方が動作を停止する構成であり、前記送信手段は、選択されたミニスロットまでの間に自分に割り当てられた符号を用いて送信された信号がないか監視する手段と、そのような信号が感知された場合には動作を停止してする手段とを含むことが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、自分が送信を開始しようとするミニスロットまで符号を監視し、他のノードが同じ宛先ノードに送信しようとしていないかを感知する。これにより、同じ宛先ノードに送信しようとするノード間で最も最初のミニスロットを選択したものが、他のノードからのデータの干渉を受けず宛先ノードにデータを送信することができる。これにより、上述した第一の種類の衝突が回避される。
【００１８】
また、宛先ノードの符号だけでなく自ノードの符号についても符号を監視し、他のノードが自ノードにデータを送信しようとしているときには、送信を停止して受信状態へ移行する。これにより、上述した第二の種類の衝突がある程度回避される。なお、ここで「ある程度」とは、第二の種類の衝突が完全には解決されないことを意味する。宛先が送信元と同じミニスロットを選択して送信しようとしている場合について、本発明の方法では回避できないからである。ただ、そのような可能性は小さいと考えられる。
【００１９】
このように、本発明では、ミニスロットを用いて符号を監視し、衝突を効率よく回避することができる。また、ビジー符号を連続的に感知する必要がないので、無線資源の消費量も少ない。本発明の方法は単純であり、ノード間での複雑な交渉が不要であり、複雑な交渉や制御を実行することが困難なアドホック・ネットワークでの利用に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本発明の実施形態を説明する図であり、複数のノード１０１〜１１１が無線リンクで接続されたローカルエリア・ネットワークを示す。ノード１０１〜１１１にはそれぞれ特有の符号が割り当てられ、互いに、宛先のノードに割り当てられた符号を用いて、スロット化されたチャネルで互いにパケットを送受信することができる。これらのノード１０１〜１１１は互いに同期しており、ノード１０１、１０２、１０４〜１０８、１１０がスロット開始時に送信状態となり、スロット１０３、１０９、１１１が受信状態であるとする。また、このネットワークでは、ノードが互いに問い合わせを行ってそれぞれの存在を感知し、隠れた端末の問題は無視できるものとする。また、すべてのノードが、本発明の符号感知および擬似データによる衝突回避を行うものとする。
【００２１】
この実施形態において、ノード１０１〜１１１にはそれぞれあらかじめ拡散符号が割り当てられており、各ノードがそれぞれ他のすべてのノードの符号を知っているものと仮定する。どのように拡散符号を割り当て、各ノードが他のノードの拡散符号を知る方法に関しては、本発明では考慮しない。
【００２２】
この実施形態において、送信しようとするノード１０１、１０２、１０４〜１０８、１１０は、送信を開始するミニスロットをランダムに選択し、選択されたミニスロットまでの間に宛先ノードの符号を用いて送信された信号がないか監視し、この監視の結果、宛先ノードの符号を用いて送信された信号が感知されない場合には、選択されたミニスロットからそのスロットの最後のミニスロットまでは特定の信号を、ミニスロットの終了後はそのスロットの残りの部分で実際のデータを、宛先ノードの符号を用いて送信し、前記監視の結果、宛先ノードの符号を用いて送信された信号が感知された場合には、送信を停止する。
【００２３】
図１では、ノード１０８からノード１０９、ノード１０６からノード１０３、ノード１０１からノード１０２、ノード１１０からノード１１１への送信が有効となり、ノード１０４、１０５からノード１０２、ノード１０２、１０７からノード１０３への送信が衝突の可能性により停止されたものとして、それぞれ実線と破線で示す。
【００２４】
図２は本発明で用いられるスロットの構成例を示す。本発明は同期ＣＤＭＡネットワークでの利用を想定しており、ネットワーク内ではシステム・タイムが同期し、各ノードはスロット化されたチャネルでデータを送受信する。各スロットには、その開始部に、複数のミニスロットが設けられる。各ノードはひとつのノードを宛先として選択し、ＣＤＭＡネットワークでデータを拡散するために使用する宛先の符号を知る。さらに各ノードは、宛先の拡散符号により符号化されたデータを送信する送信開始時刻として、ミニスロットをランダムに選択する。
【００２５】
ここで、あるノードがｊ番目のミニスロットを選択したとする。このときそのノードは、最初のミニスロットからｊ−１番目のミニスロットまで、宛先の符号により符号化された信号を監視する。そのような信号が感知されないときには、選択したｊ番目のミニスロットから最後のミニスロット（ｈ番目）まで、擬似データを他のすべてのノードに同報送信する。この擬似データは、例えば、ランダム雑音を宛先の拡散符号で符号化したものであり、実際に送信すべきデータに関して、宛先の拡散符号以外、いかなる実情報も含んでいない。さらに、このノードは、最後のミニスロットに続いて、実データを送信する。同じ時刻に他のノードにより送信された別のデータと衝突する可能性は非常に低い。本発明によれば、同じ宛先を選択し、かつ同じミニスロットを選択した二つのノードでのみ、衝突する可能性がある。しかし、そのような衝突の可能性は非常に小さい。
【００２６】
本発明では、ひとつの送受信回路しか備えていないノードは同時に送信と受信とを行うことができないので、スロットの開始時に状態を選択しなければならない。そこで、送信すべきデータがあるときにはノードは送信状態となり、それ以外は受信状態となる。送信状態であっても、自分を宛先とする符号を感知した場合には、送信状態を解除し、受信状態に移行する。これにより、他のノードから自分宛のデータを受信することができる。
【００２７】
図３は各ノードの送受信処理のフローチャートを示す。
【００２８】
送信すべきデータがあるときには、送信時刻としてミニスロットをランダムに選択し（Ｓ１）、宛先の符号を知る（Ｓ２）。宛先の符号がスロットの開始から選択されたミニスロットの直前のミニスロットまで空状態のとき（Ｓ３）には、選択されたミニスロットから最後のミニスロットまで擬似データを送信し（Ｓ４）、ミニスロットの終了の後に実データを送信する（Ｓ５）。宛先ノードからの確認応答ＡＣＫが受信されないとき（Ｓ６）には、データを次のスロットで再送信する。ＡＣＫを受信した場合には、送信を終了する。なぜなら、ＡＣＫは送信ノードにより送信されたデータの受信が成功したことを示すからである。宛先の符号がビジー（Ｓ３）、すなわち宛先の符号がスロットの開始から選択されたミニスロットの直前のミニスロットのいずれかで検知された場合には、状態を送信から受信に遷移する。
【００２９】
次いで、現在のミニスロットから最後のミニスロットまで送信元自身の符号を監視する（Ｓ８）。送信元自身の符号が検知された場合（Ｓ９）には、そのミニスロットから最後のミニスロットまで擬似データを受信し（Ｓ１０）、さもなければ、受信を終了する。ミニスロットの終了の後、実データを受信する（Ｓ１１）。データの受信が成功すると（Ｓ１２）、送信ノードにＡＣＫを送信する（Ｓ１３）。
【実施例１】
【００３０】
衝突回避の具体的な例として、複数のノードからのパケットがひとつのノードに集中する第一の種類の衝突を回避する方法の例を図４を参照して説明する。ここでは、図１に示したように、ノード１０６、１０２および１０７がノード１０３にデータを送信しようとした場合の動作を示す。
【００３１】
ノード１０６、１０２および１０７はそれぞれ、送信開始時刻として、スロットの開始時のミニスロットからひとつのミニスロットを選択し、最初のミニスロットからそれぞれ選択したミニスロットの前のミニスロットまで、ノード１０３に割り当てられた拡散符号Ｃ１０３を監視する。一方、ノード１０３は受信状態であり、スロットの開始からそれ自身に割り当てられた拡散符号Ｃ１０３を監視する。
【００３２】
ここで、ノード１０６の選択したミニスロットが、他の二つのノード１０２、１０７がそれぞれ選択したミニスロットより先であると仮定する。このときノード１０６は、宛先のノード１０３が受信状態であると信じ、実情報を含まず拡散符号Ｃ１０３で変調された擬似データを送信する。一方、ノード１０２、１０７は、ノード１０６の選択したミニスロットの時点ではまだ拡散符号Ｃ１０３を監視しており、ノード１０６の送信した擬似データにより拡散符号Ｃ１０３を検知すると、送信を停止する。擬似データは、拡散符号Ｃ１０３が使用中であることを他のノードに知らせるために用いられるとともに、ノード１０３が送信側のノード１０６に同期するための信号として用いられる。ノード１０６は、ミニスロットが終了した後、実データＡを送信する。
【００３３】
ノード１０３は受信状態をとり、他のノードからのデータについて、それが拡散符号Ｃ１０３で変調されたものかどうかを監視する。いずれかのミニスロットに拡散符号Ｃ１０３で符号化された信号を検出すると、ミニスロットの終了時にデータを受信するための準備を行う。符号化信号の検出時からミニスロットの終了までの期間、受信ノード１０３は、送信元ノード１０６からの符号化信号（擬似データ）を同期のための信号として使用する。ノード１０３がデータＡをすべて成功裏に受信すると、ＡＣＫを送信元ノード１０６に送信する。
【実施例２】
【００３４】
ノードの半二重動作により生じる第二の種類の衝突の回避について、図５を参照して説明する。ここでは、図１に示したように、ノード１０２が送信状態から受信状態に遷移する場合を例に説明する。
【００３５】
図４に示した例と同様に、ノード１０２は、ノード１０３にデータ送信を行おうとしているが、ノード１０６から送信されたノード１０３を宛先とする符号化信号が受信されると、自分からノード１０３へは送信できないので、受信状態に遷移する。これにより、複数のノードからのパケットがひとつのノードに集中することが回避され、その一方でノード１０２は、ノード１０１、１０４または１０５からのデータを受信できる状態となる。ノード１０２の状態遷移は、送信または受信であれ、ノード１０１、１０４、１０５の処理と無関係に行われ、ノード１０６、１０７の処理にも無関係に行われる。
【００３６】
一方、ノード１０１、１０４、１０５は、ノード１０２を宛先としてデータを送信しようと、それぞれミニスロットを選択し、ノード１０２に割り当てられた拡散符号Ｃ１０２を監視する。ここで、ノード１０１の選択したミニスロットが、他の二つのノード１０２、１０３の選択したものより先であるとする。このときノード１０１は、選択したミニスロット以降のミニスロットで拡散符号Ｃ１０２により変調した擬似データを送信し、続いて、実データＢを送信する。ノード１０４、１０５は、ノード１０１の送信した擬似データにより拡散符号Ｃ１０２を検出すると、送信を停止する。
【００３７】
ノード１０１が擬似データの送信を開始する時点で、宛先ノード１０２が受信状態に遷移しているとは限らない。このため、ノード１０１が擬似データを送信した宛先が、実際には送信状態であってデータを送信しているノードである可能性もある。本発明では、何らかの方法によりノード間で折衝しないかぎり、このような衝突まで防止できるわけではない。しかし、ＣＤＭＡを利用しているので、そのようなデータはノード１０２を含むいずれのノードにも無害である。
【００３８】
ノード１０２がノード１０１からのデータを受信すると、ノード１０２はノード１０１にＡＣＫを送り、データ受信が成功したことを知らせる。
【００３９】
本発明では、ミニスロットの間にノードが擬似データを送信してビジー符号を同報送信している。擬似データを用いる理由は、この実施例２のようにまだ送信状態にあるノードにデータが送られた場合に、宛先ノードがそのようなデータを正しく受信できないからである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態を説明する図であり、複数のノードが無線リンクで接続されたローカルエリア・ネットワークを示す図。
【図２】本発明で用いられるスロットの構成例を示す図。
【図３】各ノードの送受信処理のフローチャート。
【図４】複数のノードからのパケットがひとつのノードに集中する衝突の回避を説明する図（実施例１）。
【図５】ノードの半二重動作により生じる衝突の回避を説明する図（実施例２）。
【符号の説明】
【００４１】
１０１〜１１１  ノード
【図１】
2007221567.tif 000003
【図２】
2007221567.tif 000004
【図３】
2007221567.tif 000005
【図４】
2007221567.tif 000006
【図５】
2007221567.tif 000007