(57)【要約】【課題】互いに通信不可能なエリアにある無線端末間で通信を行うときに、送受信無線端末間の最適な位置にある第３者無線端末が自動的にフレーム中継をおこなう無線中継方法を提供する。【解決手段】送信元無線端末が宛先無線端末宛に送信したフレームを第３者無線端末がバッファに蓄積し、宛先端末からの受信確認応答の受信待ちを行い、受信確認応答が受信できなかった場合に、第３者無線端末と宛先端末の間の受信電力により決定した優先度に応じて所定の時間経過後に宛先無線端末に代わってフレームの受信確認応答を送信元無線端末宛に送信し、バッファに蓄積したフレームの中継を行う。これにより、宛先無線端末との間の受信電力が強い無線端末が中継することとなり、フレーム中継時の通信安定性の向上を図るとともに、無線伝送可能なエリアを容易に拡張することができる。【選択図】図２
2007208830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線端末で構成される無線ネットワークにおいて、互いに通信不可能な位置にある送信元無線端末と宛先無線端末との間で、第３者無線端末がフレームを中継再送する無線中継方法であって、
前記第３者無線端末が、
前記送信元無線端末が前記宛先無線端末宛に送信したフレームを受信するステップと、
前記フレームをバッファに蓄積するステップと、
前記宛先端末からの受信確認応答の受信待ちを行うステップと、
前記受信確認応答が受信できなかった場合に、優先度に応じて定めた時間経過後に前記フレームを中継再送するステップとを含む無線中継方法。
【請求項２】
前記フレームを中継再送するステップは、
前記フレームの受信確認応答を送信元無線端末宛に送信するステップと、
前記フレームを宛先無線端末宛に送信するステップとを含む請求項１記載の無線中継方法。
【請求項３】
前記フレームを中継再送するステップは、
前記宛先無線端末宛に送信要求を送信するステップと、
前記宛先端末からの送信要求応答を受信するステップをさらに含む請求項２記載の無線中継方法。
【請求項４】
前記優先度は、前記宛先無線端末からの受信電力に応じて定めることを特徴とする請求項１に記載の無線中継方法。
【請求項５】
前記優先度は前記宛先無線端末との間のフレーム伝送誤り率に応じて定めることを特徴とする請求項１に記載の無線中継方法。
【請求項６】
前記第３者無線端末は、蓄積したフレームを中継再送する前に、前記第３者無線端末から前記宛先無線端末に対して送信要求を送信するステップと、
前記送信要求を受信した前記宛先無線端末が送信要求応答を送信するステップとを有することを特徴とする請求項１に記載の無線中継方法。
【請求項７】
前記第３者無線端末は、前記宛先無線端末に代わって送信する受信確認応答と、前記宛先無線端末に対して送信する送信要求を同一のフレームとして送信することを特徴とする請求項６に記載の無線中継方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに連携していない複数無線端末が混在する無線伝送システムにおいて、送信元無線端末と宛先無線端末との間で直接通信ができない場合に、第３者無線端末が自動的にフレーム中継を行う無線中継方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線ＬＡＮ端末の普及に伴い、宅内やオフィスなどでインターネットへアクセスするのに、ノート型パーソナルコンピュータなどの無線ＬＡＮ子局から無線ＬＡＮ基地局を介してインターネットサービスプロバイダへ接続するのが一般的になってきている。しかし、宅内やオフィスにおいては障害物が多く、無線ＬＡＮ子局が無線ＬＡＮ基地局と直接通信できない場合には、無線のリピータを適切な位置に配置することにより、無線ＬＡＮのカバーする範囲を拡張している。
【０００３】
無線ＬＡＮの標準規格としてはＩＥＥＥ８０２．１１（ＩＥＥＥ  Ｓｔｄ  ８０２．１１−１９９７  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＬＡＮ  Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ）  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）  ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）がある。ＩＥＥＥ８０２．１１で規定された無線ＬＡＮにおいて、ＷＤＳ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）という無線ＬＡＮ基地局同士を接続する機能が定められており、この機能を用いて無線リピータを構成することはできるが、接続する相手先無線ＬＡＮ基地局を手動で設定しなければならず、無線ＬＡＮの知識のない一般ユーザには無線リピータの設置に非常に困難を伴っていた。
【０００４】
一方、このような接続先の設定などのルーティングを自動的に行う技術としては、ＭＡＮＥＴ（Ｍｏｂｉｌｅ  Ａｄ−ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などに代表される標準規格があるが、いずれも複雑なルーティング技術を用いており、コストが高く、一般の家庭では安易に導入することはできない。
【０００５】
そこで、複雑なルーティングを行うことなく、自動的に無線中継を行う方法としては特許文献１に記載されているものがある。
【０００６】
図４は、特許文献１の無線中継方法が適用される無線ネットワークの構成を表す図である。図４において、無線ネットワークは１つの無線基地局５１と複数の無線子局６１、７１、及び８１から構成される。ここで、無線子局６１、７１、及び８１は、無線基地局５１の管理下にあって、無線基地局５１とは通信可能な状態にある。また、無線子局６１と無線子局７１は離れた位置にあり、互いに直接通信は不可能な位置にあるものとする。
【０００７】
この時、無線子局６１は無線子局７１と直接通信したい場合の動作について、図５を用いて説明する。図５は、従来の無線中継方法を説明するための模式図である。図５において、無線基地局及び各無線子局がフレームを送信するタイミングを横軸方向に時系列に示している。
【０００８】
無線子局６１から無線子局７１宛へデータフレーム２００を送信するが、無線子局６１と無線子局７１は互いに通信可能な範囲内にないので、無線子局７１はデータフレーム２００を受信することができない。無線基地局５１は無線子局６１の通信可能範囲内にあるので、データフレーム２００を受信し、受信したデータフレーム２００を解析して、宛先アドレスが自アドレス宛であるか否かを判定する。データフレーム２００は無線子局７１宛であるので、無線基地局５１は、データフレーム２００を一旦内部のバッファに蓄積する。
【０００９】
データフレーム２００を受信することができなかった無線子局７１は、無線子局６１へ確認応答（ＡＣＫ）フレームを送信しない。無線基地局５１は、無線子局６１が送信したデータフレーム２００に対する確認応答（ＡＣＫ）の待ち時間Ｔ１１が経過するのを待った後、無線子局６１に対してデータフレーム２００に対するＡＣＫフレーム２１０を無線子局７１に代わって送信する。
【００１０】
この時、ＡＣＫフレーム２１０の送信元アドレスは無線子局７１のアドレスを設定し、無線子局６１はＡＣＫフレーム２１０を無線子局７１から送信されたものとしてデータフレーム２００の送信処理を完了する。
【００１１】
次に、無線基地局５１は、内部のバッファに蓄積しておいたデータフレーム２００を、データフレーム２１１として無線子局７１へ送信することにより、データフレームの中継を行う。以上の動作により、無線基地局５１でフレーム中継することにより、直接通信が不可能な無線子局６１と無線子局７１との間で通信が可能となる。
【特許文献１】特開平７−３１２５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記従来の無線中継方法においては、フレーム中継を行うのは無線子局が帰属する無線基地局のみであって、通信を行いたい無線子局がいずれも無線基地局と通信できる範囲内に存在しなければならない。
【００１３】
さらに、無線基地局が、通信を行いたい無線子局同士から離れた場所に設置されており、無線基地局と無線子局との間の通信状態が悪い状態で中継処理を行わなければならない場合には、伝送効率の劣化を招くという課題を有している。
【００１４】
この課題を解決するために、無線基地局でない無線端末がフレーム中継を行うようにすると、あらかじめルーティング経路を設定しておかなければ、複数の無線端末がそれぞれ独自に確認応答を返送したり、フレーム中継を行おうとするために、確認応答や中継したフレームが無線区間で衝突したり、中継したフレームが複数宛先に届いたりするという課題を有している。
【００１５】
本発明の無線中継方法は、前記従来の課題を解決するもので、無線基地局に限らず、いずれの無線端末でもフレーム中継を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の無線中継方法は、複数の無線端末で構成される無線ネットワークにおいて、互いに通信不可能な位置にある送信元無線端末と宛先無線端末との間で、第３者無線端末が、前記送信元無線端末が前記宛先無線端末宛に送信したフレームを受信し、前記フレームをバッファに蓄積し、前記宛先端末からの受信確認応答の受信待ちを行い、前記受信確認応答が受信できなかった場合に、優先度に応じて定めた時間経過後に前記フレームを中継再送するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の無線中継方法によれば、複数の第３者端末が同時に受信確認応答を送信することによる受信確認応答の衝突を回避することができ、無線伝送可能なエリアを容易に拡張することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における無線中継方法が適用される無線ネットワークの構成を表す図である。
【００１９】
図１において、無線ネットワークは無線端末１１、２１、３１及び４１から構成される。無線端末の周囲に描いた円は各無線端末が通信可能な範囲を示しており、通信エリア１０は無線端末１１が通信可能な範囲、通信エリア２０は無線端末２１が通信可能な範囲、通信エリア３０は無線端末３１が通信可能な範囲、通信エリア４０は無線端末４１が通信可能な範囲を示している。
【００２０】
図１において、無線端末１１は、通信エリア３０及び通信エリア４０内にあるので、無線端末３１及び無線端末４１とは通信可能であるが、通信エリア２０内にはないので、無線端末２１とは直接通信は不可能である。同様に、無線端末２１は、無線端末３１及び無線端末４１とは通信可能であるが、無線端末１１とは直接通信は不可能であり、無線端末３１は、無線端末１１及び無線端末２１とは通信可能であるが、無線端末４１とは直接通信は不可能であり、無線端末４１は、無線端末１１及び無線端末２１とは通信可能であるが、無線端末３１とは直接通信は不可能である。
【００２１】
以上のように構成された無線ネットワークにおいて、無線端末１１から無線端末２１へデータフレームを送信する時のフレーム送受信のシーケンスを説明する。図２は、本発明の実施の形態１における無線中継方法を説明するための模式図である。図２において、各無線端末がフレームを送信するタイミングを横軸方向に時系列に示している。
【００２２】
無線端末１１から無線端末２１宛へデータフレーム１００を送信すると、無線端末３１及び無線端末４１は無線端末１１の通信エリア１０内にあるので、データフレーム１００を受信する。無線端末３１及び無線端末４１は受信したデータフレーム１００を解析して、宛先アドレスが自アドレス宛であるか否かを判定する。データフレーム１００は無線端末２１宛であるので、無線端末３１及び無線端末４１はそれぞれの中継バッファにデータフレーム１００を蓄積する。
【００２３】
次に、無線端末２１は無線端末１１の通信エリア１０内にいないので、データフレーム１００を受信することができない。従って、無線端末２１は無線端末１１へ確認応答（ＡＣＫ）フレームを送信しない。
【００２４】
次に、無線端末３１及び無線端末４１は無線端末１１が送信したデータフレーム１００に対する確認応答（ＡＣＫ）の待ち時間がタイムアウトするのを待った後、それぞれが定めたバックオフ時間Ｔ２及びＴ３の時間経過後、無線端末１１に対してデータフレーム１００に対するＡＣＫを無線端末２１に代わって送信する。この時、無線端末３１のバックオフ期間Ｔ２の方が、無線端末４１のバックオフ期間Ｔ３よりも短いので、無線端末３１が無線端末１１に対して代理ＡＣＫ１１０を送信する。
【００２５】
代理ＡＣＫ１１０の送信元アドレスは無線端末２１のアドレスを設定し、無線端末１１はＡＣＫを無線端末２１から送信されたものとしてデータフレーム１００の送信処理を完了する。ここで、代理ＡＣＫの送信を行う無線端末がそれぞれ定めるバックオフ期間の設定方法について説明する。バックオフ期間はフレームを送信する前に、無線区間での競合を避けるために送信待ちを行う期間であり、無線端末が個別に設定する。
【００２６】
例えば、あらかじめ最大バックオフ値を１５と定めておくと、無線端末は０〜１５の間の整数をランダムに選択し、選択した整数値にあらかじめ取り決めておいた単位時間を乗算してバックオフ期間の初期値を設定する。したがって、無線端末が個別にランダムな送信待ち時間を経過後、フレームの送信を開始し始めるので、キャリアセンスを行って無線区間がアイドル状態であることを確認してから、フレームを送信するようにすれば、無線区間でフレームの衝突が発生することを抑制できる。
【００２７】
この時、最大バックオフ値を小さい値に設定すれば、確率的に送信開始までの待ち時間が短くなり、代理ＡＣＫ送信の優先度を高めることができる。この性質を利用して特定の無線端末が優先的に代理ＡＣＫを送信して、フレーム中継を行うようにすることが可能となる。
【００２８】
次に、代理ＡＣＫを優先的に送信するための優先度の決定方法について、図３を用いて説明する。図３は、無線端末３１及び無線端末４１がそれぞれ管理する中継情報管理テーブルの構成を示している。中継情報管理テーブルは宛先アドレス及び受信電力より構成される。受信電力は、宛先端末からフレームを受信した時に測定したり、あるいは測定用のフレームを送信して、その応答の受信電力を測定したりしても良い。このように、あらかじめ測定した宛先端末ごとの受信電力により優先度を決定する。
【００２９】
中継端末となりうる無線端末３１と無線端末４１は、送信元無線端末１１からはすでにフレームを受信しているので、無線端末２１との受信電力が強い無線端末を中継端末とすることで、中継無線端末と宛先無線端末間の通信の安定性が向上する。
【００３０】
図３において、無線端末３１が無線端末２１との間の通信により得られた受信電力は−５５ｄＢｍであり、また、無線端末４１が無線端末２１との間の通信により得られた受信電力は−６０ｄＢｍである。
【００３１】
ここで、例えば、受信電力が−５２ｄＢｍ〜−５７ｄＢｍの場合は最大バックオフ値を７、−６２ｄＢｍ〜−５７ｄＢｍの場合は最大バックオフ値を１５と設定するように定めておけば、無線端末３１は最大バックオフ値を７として、０〜７の間でバックオフ待ち時間を決定し、無線端末４１は最大バックオフ値を１５として、０〜１５の間でバックオフ待ち時間を決定する。したがって、確率的に無線端末３１の方が無線端末４１よりも送信待ち時間が短くなり、優先的に代理ＡＣＫ応答を送信することが可能となる。
【００３２】
なお、受信電力測定は無線伝播環境の状態等により、測定結果にバラツキが大きい場合があるので、１回の測定だけではなく、複数回測定を行ってその平均を取るなどの方法を用いても良い。
【００３３】
なお、上記の例では、第３者無線端末と宛先無線端末間の受信電力に応じて最大バックオフ値を設定したが、別の方法として、第３者無線端末と宛先無線端末間のフレーム伝送誤り率に応じて最大バックオフ値を決めてもよい。この場合、フレーム伝送誤り率が高いほど最大バックオフ値を大きく設定する。
【００３４】
無線端末３１は代理ＡＣＫ１１０を送信した後、中継バッファに蓄積したデータフレーム１００を中継再送する前に、無線端末２１に対して送信要求（ＲＴＳ：Ｒｅｑｕｅｓｔ  ｔｏ  Ｓｅｎｄ）１１１を送信する。無線端末２１はＲＴＳ１１１を受信後、送信要求応答（ＣＴＳ：Ｃｌｅａｒ  ｔｏ  Ｓｅｎｄ）１１２を送信する。
【００３５】
無線端末３１は無線端末２１からＣＴＳ１１２を受信すると、中継バッファに蓄積しているデータフレーム１１３を中継再送する。この時、データフレーム１１３の送信元アドレスは無線端末１１のアドレスを用いて送信する。データフレーム１１３を正常に受信した無線端末２１は、データフレーム１１３の送信元である無線端末１１に対してＡＣＫフレーム１１４を送信する。無線端末３１はこのＡＣＫフレーム１１４を受信し、データフレーム１１３の中継再送処理を完了する。
【００３６】
以上の動作により、無線端末１１及び無線端末２１は互いに相手が通信可能範囲にあるか否かを意識することなく、無線端末３１を経由してデータフレームを伝送することが可能となる。
【００３７】
なお、本実施の形態において、中継局となる無線端末３１がデータフレームを送信する前にＲＴＳ及びＣＴＳを送信するようにしたのは、互いに通信可能エリア内になく、相手の存在を知らないいわゆる隠れ端末である無線端末が送信したフレームが無線区間で競合するのを避けるためである。このため、ＲＴＳ１１１には、ＣＴＳ１１２、データフレーム１１３及びＡＣＫフレーム１１４が伝送される期間の情報を挿入しておき、その期間中、他の無線端末はフレームを送信できないようにしている。
【００３８】
また、ＣＴＳ１１２にはデータフレーム１１３及びＡＣＫフレーム１１４が伝送される期間Ｔ４の情報を挿入しておき、その期間中、他の無線端末はフレームを送信できないようにしている。以上の動作はあくまでも無線区間でのデータフレーム等の衝突を回避するための動作であり、無線区間での衝突が発生しないような環境が想定される場合においては、ＲＴＳ１１１及びＣＴＳ１１２を送信するシーケンスを省略しても良い。
【００３９】
なお、本実施の形態１において、代理ＡＣＫ応答を返す優先度を決定するのは中継端末と宛先端末間の受信電力により決定するものとしたが、中継端末と宛先端末間の伝送誤り率により優先度を決定、すなわち最大バックオフ値を決定しても良い。
【００４０】
なお、本実施の形態において、無線端末３１が送信する代理ＡＣＫ１１０とＲＴＳ１１１を別フレームとして順次送信するようにしたが、代理ＡＣＫとＲＴＳを兼用して同一のフレームとして無線端末１１と無線端末２１に送信しても良い。これにより、別々のフレームとして送信するよりも短時間でデータフレームの中継再送を開始することが可能となり、他の無線端末からの競合を回避する確率が高くなる。
【００４１】
なお、本発明の無線端末は典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されても良いし、一部または全てを含むように１チップ化されても良い。
【００４２】
ここではＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩ、と呼称されることもある。
【００４３】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用しても良い。あるいはプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられても良い。
【００４４】
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行っても良い。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明にかかる無線中継方法は、宅内やオフィスなどにおける無線ＬＡＮシステムにおいて、アクセスポイントとの間で直接通信できないステーションとの中継を行う無線リピータとして有用である。また、互いに連携していない複数無線端末が混在する無線伝送システム、例えば、アドホック型無線ネットワークやマルチホップ型無線ネットワークにおける無線端末間のフレーム中継方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１における無線ネットワークの構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における無線中継方法を説明するための模式図
【図３】本発明の実施の形態１における無線端末が管理する中継情報管理テーブル
【図４】従来の無線ネットワークの構成を示す図
【図５】従来の無線中継方法の一例を説明するための模式図
【符号の説明】
【００４７】
１０、２０、３０、４０  無線端末の通信可能エリア
１１、２１、３１、４１  無線端末
５１  無線基地局
６１、７１、８１  無線子局
１００、２００  データフレーム
１１０  代理ＡＣＫフレーム
１１１  ＲＴＳフレーム
１１２  ＣＴＳフレーム
１１３  中継データフレーム
１１４  ＡＣＫフレーム
２１０  ＡＣＫフレーム
２１１  中継データフレーム
【図１】
2007208830.tif 000003
【図２】
2007208830.tif 000004
【図３】
2007208830.tif 000005
【図４】
2007208830.tif 000006
【図５】
2007208830.tif 000007