(57)【要約】【課題】  チャネルの混雑時または閑散時にコンテンション・ウインドウの初期値を適宜設定することにより、スループットを向上させる。【解決手段】  パケット送信後にＡＣＫ信号を受信したときに送信成功数をカウントするとともに送信失敗数を０にリセットし、パケット送信後に所定時間内にＡＣＫ信号を受信しないときに送信失敗数をカウントするとともに送信成功数を０にリセットする第１の手段と、送信成功数が第１の規定値に達したときにコンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin を縮小するとともに送信成功数を０にリセットし、送信失敗数が第２の規定値に達したときにコンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin を拡大するとともに送信失敗数を０にリセットする第２の手段とを備える。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信に使用するチャネルでキャリアセンスを行い、当該チャネルがアイドルのときに、コンテンション・ウインドウの範囲からランダムなバックオフ・タイムを発生させ、そのバックオフ・タイムの期間だけ待機した後にパケット送信を行い、パケット送信後に受信応答であるＡＣＫ信号を所定時間内に受信しないときにコンテンション・ウインドウを拡大し、再度キャリアセンスからの送信処理を行い、パケット送信が成功またはパケット廃棄したときにコンテンション・ウインドウを初期値ＣＷmin にリセットする無線通信装置において、
前記パケット送信後に前記ＡＣＫ信号を受信したときに送信成功数をカウントするとともに送信失敗数を０にリセットし、前記パケット送信後に所定時間内に前記ＡＣＫ信号を受信しないときに送信失敗数をカウントするとともに送信成功数を０にリセットする第１の手段と、
前記送信成功数が第１の規定値に達したときに前記コンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin を縮小するとともに前記送信成功数を０にリセットし、前記送信失敗数が第２の規定値に達したときに前記コンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin を拡大するとともに前記送信失敗数を０にリセットする第２の手段と
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信装置において、
前記第２の手段は、前記コンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin の縮小はＣＷmin ／Ｎとし（Ｎは整数）、前記コンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin の拡大はＣＷmin ＊Ｎとする構成である
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項３】
通信に使用するチャネルでキャリアセンスを行い、当該チャネルがアイドルのときに、コンテンション・ウインドウの範囲からランダムなバックオフ・タイムを発生させ、そのバックオフ・タイムの期間だけ待機した後にパケット送信を行い、パケット送信後に受信応答であるＡＣＫ信号を所定時間内に受信しないときにコンテンション・ウインドウを拡大し、再度キャリアセンスからの送信処理を行い、パケット送信が成功またはパケット廃棄したときにコンテンション・ウインドウを初期値ＣＷmin にリセットする無線通信方法において、
前記パケット送信後に前記ＡＣＫ信号を受信したときに送信成功数をカウントするとともに送信失敗数を０にリセットし、
前記パケット送信後に所定時間内に前記ＡＣＫ信号を受信しないときに前記送信失敗数をカウントするとともに前記送信成功数を０にリセットし、
前記送信成功数が第１の規定値に達したときに、前記コンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin を縮小するとともに前記送信成功数を０にリセットし、
前記送信失敗数が第２の規定値に達したときに、前記コンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin を拡大するとともに前記送信失敗数を０にリセットする
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項４】
請求項３に記載の無線通信方法において、
前記コンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin の縮小はＣＷmin ／Ｎとし（Ｎは整数）、前記コンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin の拡大はＣＷmin ＊Ｎとする
ことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）やＰＡＮ（Personal Area Network ）のように複数の無線局間で相互に通信を行う無線通信システムにおいて、特にＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）に基づいてランダムアクセス制御を行う無線通信装置および無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線ネットワークの標準規格として、IEEE802.11（非特許文献１）やIEEE802.15などがある。
【０００３】
ここで、ＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access ）とは、送信を開始する際にキャリアセンスを行うことにより多重アクセスに対応する接続方式である。有線通信では、多重アクセス方式としてＣＳＭＡ／ＣＤ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）があり、送信を開始する前にチャネルのキャリアセンスを行い、チャネルがアイドルのときに送信を開始し、それでも信号の衝突を検出した場合にはバックオフアルゴリズムで算出されるランダム時間後にデータ再送を行う。
【０００４】
しかし、無線通信では、送信電力と受信電力の差が大きく、衝突を検出することが困難であることから、ＣＳＭＡ／ＣＡによって衝突を回避する方式が採用されている。ＣＳＭＡ／ＣＡは、送信を開始する前にチャネルのキャリアセンスを行い、チャネルがアイドルのときに、コンテンション・ウインドウ（ＣＷ）の範囲からランダムなバックオフ・タイムを発生させ、そのバックオフ・タイムの期間だけ待機した後にパケットを送信する。複数の無線局のバックオフ・タイムがランダムになることから衝突が回避される確率が高いが、所定時間内にＡＣＫ信号を受信しない場合には送信失敗と判断してコンテンション・ウインドウを拡大し、バックオフ・タイムをランダムに発生させる範囲を広げる。その後も送信失敗となった場合にはコンテンション・ウインドウをさらに拡大するが、送信成功またはパケット廃棄後に後続パケットを送信する際には、コンテンション・ウインドウを初期値ＣＷmin にリセットする。
【０００５】
図７は、ＣＳＭＡ／ＣＡが適用される無線通信システムの構成例を示す。図において、無線通信システムは、通信エリア内の複数の無線局５１，５２，５３が相互に無線通信を行う構成である。各無線局は、アンテナ５４、送受信部５５および制御部５６により構成され、各無線局の制御部５６は通信を開始する際にＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行う。
【非特許文献１】IEEE802.11,"Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical (PHY) Layer Specifications", June 2007
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
IEEE802.11標準規格では、図４に示すように再送回数が増えるごとにチャネルが混雑していると判断し、コンテンション・ウインドウを拡大して衝突回避のためのバックオフ・タイムの発生範囲を広げる（２進指数バックオフ）。図４に示すＣＷmin はコンテンション・ウインドウの初期値を示し、ＣＷmax はコンテンション・ウインドウの上限値を示す。ここでは、再送３回目でコンテンション・ウインドウが上限値ＣＷmax に達し、再送４回目で送信成功または再送回数が規定値に達してパケットが廃棄され、後続パケットを送信する際にコンテンション・ウインドウが初期値ＣＷmin にリセットされる様子を示す。
【０００７】
このようなチャネル混雑時の状況でも、送信成功やパケット廃棄後に後続パケットを送信する際には、コンテンション・ウインドウが初期値ＣＷmin にリセットされるので、後続パケットの衝突が生じやすくなり、再び再送処理が繰り返されてスループットが低下（遅延時間が増加）する。
【０００８】
本発明は、チャネルの混雑時または閑散時にコンテンション・ウインドウの初期値を適宜設定することにより、スループットを向上させることができる無線通信装置および無線通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】
【０００９】
第１の発明は、通信に使用するチャネルでキャリアセンスを行い、当該チャネルがアイドルのときに、コンテンション・ウインドウの範囲からランダムなバックオフ・タイムを発生させ、そのバックオフ・タイムの期間だけ待機した後にパケット送信を行い、パケット送信後に受信応答であるＡＣＫ信号を所定時間内に受信しないときにコンテンション・ウインドウを拡大し、再度キャリアセンスからの送信処理を行い、パケット送信が成功またはパケット廃棄したときにコンテンション・ウインドウを初期値ＣＷmin にリセットする無線通信装置において、パケット送信後にＡＣＫ信号を受信したときに送信成功数をカウントするとともに送信失敗数を０にリセットし、パケット送信後に所定時間内にＡＣＫ信号を受信しないときに送信失敗数をカウントするとともに送信成功数を０にリセットする第１の手段と、送信成功数が第１の規定値に達したときにコンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin を縮小するとともに送信成功数を０にリセットし、送信失敗数が第２の規定値に達したときにコンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin を拡大するとともに送信失敗数を０にリセットする第２の手段とを備える。
【００１０】
第１の発明における第２の手段は、コンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin の縮小はＣＷmin ／Ｎとし、コンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin の拡大はＣＷmin ＊Ｎとする構成としてもよい。
【００１１】
第２の発明は、通信に使用するチャネルでキャリアセンスを行い、当該チャネルがアイドルのときに、コンテンション・ウインドウの範囲からランダムなバックオフ・タイムを発生させ、そのバックオフ・タイムの期間だけ待機した後にパケット送信を行い、パケット送信後に受信応答であるＡＣＫ信号を所定時間内に受信しないときにコンテンション・ウインドウを拡大し、再度キャリアセンスからの送信処理を行い、パケット送信が成功またはパケット廃棄したときにコンテンション・ウインドウを初期値ＣＷmin にリセットする無線通信方法において、パケット送信後にＡＣＫ信号を受信したときに送信成功数をカウントするとともに送信失敗数を０にリセットし、パケット送信後に所定時間内にＡＣＫ信号を受信しないときに送信失敗数をカウントするとともに送信成功数を０にリセットし、送信成功数が第１の規定値に達したときに、コンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin を縮小するとともに送信成功数を０にリセットし、送信失敗数が第２の規定値に達したときに、コンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin を拡大するとともに送信失敗数を０にリセットする。
【００１２】
第２の発明において、コンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin の縮小はＣＷmin ／Ｎとし、コンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin の拡大はＣＷmin ＊Ｎとしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、送信失敗が連続して送信失敗数が第２の規定値に達したときにコンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin を拡大し、例えばＣＷmin ＊Ｎとし、その後の送信成功やパケット廃棄後に後続パケットを送信する際に、拡大したコンテンション・ウインドウの初期値にリセットする。これにより、チャネル混雑時にコンテンション・ウインドウの初期値が大きくなり、バックオフ・タイムの発生範囲が広がって衝突確率が低減するので、従来に比べてスループットを向上（遅延時間が減少）させることができる。
【００１４】
また、送信成功が連続して送信成功数が第１の規定値に達したときにコンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin を縮小し、例えばＣＷmin ／Ｎとすることにより、拡大したコンテンション・ウインドウの初期値を当初のＣＷmin に戻すことができる。また、チャネル閑散時に送信成功が連続してコンテンション・ウインドウの初期値をＣＷmin からＣＷmin ／Ｎとすることにより、バックオフ・タイムの発生範囲が狭まり、従来に比べてスループットを向上（遅延時間が減少）させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の無線通信装置の実施形態を示す。ここでは、本発明の無線通信装置および無線通信方法が図７に示す各無線局の制御部５６で実現される例を示す。
【００１６】
図１において、制御部５６は、キャリアセンスを行い、受信パケットおよび送信パケットを送受信し、ＡＣＫ信号を送受信して再送処理を制御する送受信制御部１１と、ＡＣＫ信号を生成する受信応答生成部１２と、再送処理に対応する送信パケットをバッファリングする送信バッファ１３と、再送回数に応じてコンテンション・ウインドウを制御するコンテンション・ウインドウ制御部１４と、連続する送信成功数および送信失敗数をカウントする送信成功・失敗カウント部１５を備える。
【００１７】
図２は、本発明の無線通信装置および無線通信方法の処理手順を示す。この処理手順は、図１に示す送受信制御部１１、コンテンション・ウインドウ制御部１４および送信成功・失敗カウント部１５で実行される。
【００１８】
送受信制御部１１がパケット送信を行うと（Ｓ１）、所定時間内に受信応答であるＡＣＫ信号を受信するか否かを判断する（Ｓ２）。ここで、ＡＣＫ信号を受信すると、コンテンション・ウインドウ制御部１４に通知し、次の送信処理におけるコンテンション・ウインドウを初期値ＣＷmin にリセットする（Ｓ３）。また、送信成功・失敗カウント部１５に通知して送信失敗数Ｎf を０にリセットし、送信成功数Ｎs をインクリメントする（Ｓ４）。次に、送信成功数Ｎs が送信成功数の規定値Ｎsth に達したか否かを判定し（Ｓ５）、達していればコンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin をＣＷmin ／Ｎに縮小するとともに送信失敗数Ｎf を０にリセットし（Ｓ６）、後続パケットの送信処理に戻る。
【００１９】
一方、所定時間内にＡＣＫ信号を受信しない場合には、送受信制御部１１からコンテンション・ウインドウ制御部１４に通知し、ＣＳＭＡ／ＣＡの２進指数バックオフアルゴリズムに基づいてコンテンション・ウインドウを上限値になるまで拡大する（Ｓ７）。また、送信成功・失敗カウント部１５に通知して送信成功数Ｎs を０にリセットし、送信失敗数Ｎf をインクリメントする（Ｓ８）。次に、送信失敗数Ｎf が送信失敗数の規定値Ｎfth に達したか否かを判定し（Ｓ９）、達していればコンテンション・ウインドウの初期値ＣＷmin をＣＷmin ＊Ｎに拡大するとともに送信成功数Ｎs を０にリセットし（Ｓ10）、後続パケットの送信処理に戻る。
【００２０】
図３は、本発明によるコンテンション・ウインドウの初期値の制御例を示す。
図３において、ＣＷmin はコンテンション・ウインドウの初期値（規定値）を示し、ＣＷmax はコンテンション・ウインドウの上限値を示す。再送回数が増えるごとにチャネルが混雑していると判断し、コンテンション・ウインドウを拡大して衝突回避のためのバックオフ・タイムの発生範囲を広げる（２進指数バックオフ）。ここでは、再送３回目でコンテンション・ウインドウが上限値ＣＷmax に達するとともに、送信失敗数Ｎf が送信失敗数の規定値Ｎfth ＝３に達し、コンテンション・ウインドウの初期値がＣＷmin ＊Ｎに拡大し、送信失敗数Ｎf を０にリセットする。再送４回目のときのコンテンション・ウインドウは上限値ＣＷmax で再送処理が行われ、送信成功または再送回数が規定値に達してパケットが廃棄されると、後続パケットの送信の際にコンテンション・ウインドウが初期値ＣＷmin ＊Ｎから始まる。これにより、バックオフ・タイムの発生範囲が広がり、衝突確率が低減して送信成功となり、スループットが向上する。
【００２１】
送信成功が３回連続すると、コンテンション・ウインドウの初期値がＣＷmin ／Ｎに縮小し、送信成功数Ｎs を０にリセットする。これにより、コンテンション・ウインドウの初期値（前回の拡大処理でＣＷmin ＊Ｎ）が当初の規定値ＣＷmin に戻る。さらに、送信成功が３回連続すると、コンテンション・ウインドウの初期値がＣＷmin ／Ｎに縮小し、送信成功数Ｎs を０にリセットする。このときのコンテンション・ウインドウの初期値は、規定値ＣＷmin の１／Ｎになり、バックオフ・タイムの発生範囲が狭まってスループットが向上する。
【００２２】
なお、図２に示す本実施形態の処理アルゴリズムでは、コンテンション・ウインドウの初期値はコンテンション・ウインドウの上限値ＣＷmax を超える場合、また当初の規定値（下限値）ＣＷmin を下回る場合も想定しているが、コンテンション・ウインドウの規定の上限値および下限値の範囲で本実施形態のコンテンション・ウインドウの初期値の拡大・縮小処理を行うようにしてもよい。
【００２３】
図５は、本発明におけるスループットでみたシミュレーション評価例を示す。図６は、本発明における遅延時間でみたシミュレーション評価例を示す。図５および図６において、破線は従来構成、実線は本発明構成によるものである。
【００２４】
図５および図６に示すように、本発明構成では、無線局数が増加してチャネルが混雑する場合でも、コンテンション・ウインドウの初期値を拡大する処理を行うことにより、スループットの低下および遅延時間の増加を抑えることができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の無線通信装置の実施形態を示す図。
【図２】本発明の無線通信装置および無線通信方法の処理手順を示すフローチャート。
【図３】本発明によるコンテンション・ウインドウの初期値の制御例を示す図。
【図４】IEEE802.11標準規格のコンテンション・ウインドウの拡大・リセット例を示す図。
【図５】本発明におけるシミュレーション評価例（スループット）を示す図。
【図６】本発明におけるシミュレーション評価例（遅延時間）を示す図。
【図７】ＣＳＭＡ／ＣＡが適用される無線通信システムの構成例を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
１１  送受信制御部
１２  受信応答生成部
１３  送信バッファ
１４  コンテンション・ウインドウ制御部
１５  送信成功・失敗カウント部
５１，５２，５３  無線局
５４  アンテナ
５５  送受信部
５６  制御部
【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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