(57)【要約】【課題】実際の通信に用いられるパケット長に応じて正確な通信負荷状態を求めることができる無線通信装置及びその通信負荷算出方法を提供すること。【解決手段】通信計測手段１０は実際の通信のパケット数や通信量を計測し、通信状態算出手段２０は計測された情報から平均パケット長や使用帯域を算出し、通信可能情報算出手段３０は平均パケット長からあらかじめ求めておいた伝送レートごとの平均パケット長対通信可能帯域のテーブルまたは通信可能帯域の算出式から現在通信中の平均パケット長に対応する通信可能帯域を算出し、負荷算出手段４０では通信可能帯域と使用帯域とから負荷率を算出し、負荷状態通知手段４１は算出した負荷率を他の端末へ通知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線でデータを通信する無線通信装置であって、
所定の期間に実際に通信した平均パケット長に基づく通信負荷情報を求める通信負荷算出手段と、
前記通信負荷算出手段で求めた通信負荷情報を他の端末へ送信する負荷送信手段と、を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
通信負荷算出手段は、平均パケット長に対応した通信可能帯域を求めると、当該通信可能帯域と実際の通信で使用している帯域とに基づいて通信負荷情報を求めることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
通信負荷算出手段は、前記平均パケット長に対応した通信可能パケット数を求め、当該通信可能パケット数と実際に通信しているパケット数とに基づいて通信負荷情報を求めることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項４】
他の端末から通知された通信負荷情報を受信する負荷受信手段を備え、前記負荷受信手段で受信した通信負荷情報の最も低い端末を選択して通信接続することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項５】
他の端末から通知された通信負荷情報を受信する負荷受信手段を備え、現在通信接続している端末の通信負荷情報が高負荷状態であるときは、通信負荷情報の低い端末を選択して通信接続を切り替えることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記通信負荷算出手段の通信負荷情報が高い場合には、通信相手からの接続要求を拒否することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記通信負荷算出手段の通信負荷情報が高い場合には、現在接続中の通信相手との通信を切断することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項８】
複数の無線ノードを経由しながら無線マルチホップ通信を行う無線通信装置であって、複数の無線ノードから構成される複数の無線ルートの中から１つのルートを選んでマルチホップ通信を行う際、複数の前記無線ノードから通信負荷情報を受信し、負荷状態が高い無線ノードを含まないルートを選択して通信を行うことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項９】
複数の無線ノードを経由しながら無線マルチホップ通信を行う無線通信装置であって、複数の無線ノードから構成される複数の無線ルートの中から１つのルートを選んでマルチホップ通信を行っている場合に、現在使用しているルートに通信負荷が高い無線ノードが含まれたことを検出すると、複数の無線ノードから通信負荷情報を受信し、負荷状態が高い無線ノードを含まないルートを選択して通信を行うことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項１０】
他の端末から帯域要求された場合、帯域要求元から必要な帯域、これから通信した場合に使用する平均パケット長の情報を受取り、当該情報に基づいて必要な帯域が確保できるか否かを判断することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項１１】
前記通信負荷算出手段は、所定の期間毎に通信負荷情報を算出することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項１２】
無線でデータを通信する無線通信装置の通信負荷算出方法であって、
所定の期間に実際に通信した平均パケット長に基づく通信負荷情報を求めるステップと、
前記求めた通信負荷情報を他の端末へ送信するするステップと、を有することを特徴とする無線通信装置の通信負荷算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信において、通信相手や通信経路に存在する無線ノードの負荷状況を検知し、検知した負荷状況に応じて最適な通信相手や通信経路を選択する無線通信装置及びその通信負荷算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線ＬＡＮなどの無線通信において、負荷の少ない無線ノードを通信相手として選択することは、より高いスループットや低遅延を実現するために重要となるだけでなく、負荷分散により通信ネットワーク全体の資源の有効活用にもなる。
【０００３】
ところで、（非特許文献１）に示されるＩＥＥＥ８０２．１１で規格化されている無線ＬＡＮは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａであれば最大伝送速度５４Ｍｂｐｓの通信速度が規定されている。しかし、この伝送速度は物理層の速度であり、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）層におけるＣＳＭＡ／ＣＡアクセス制御などにより、実質的に通信可能なスループットは低下する。
【０００４】
ここで、（非特許文献１）の「９．２．５  ＤＣＦ  ａｃｃｅｓｓ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ」Ｐ．７６、「９．２．８  ＡＣＫ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ」Ｐ．８３を参考に、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定されるＤＣＦを使用したＣＳＭＡ／ＣＡアクセス制御について簡単に説明する。
【０００５】
図１９は、ＤＣＦと呼ばれるアクセス制御を使ってデータを送信するときの通信時間を簡易的に示す図である。
【０００６】
まず、通信を開始する前にＤＩＦＳと呼ばれる固定時間とｂａｃｋｏｆｆと呼ばれるランダムな時間だけ送信待ちを行う。次に、実際の送信データである無線フレーム（図では「ＤＡＴＡ」と表記）の送信を行い、最後に正しくフレームが相手に届いたかどうかを送達確認するためにＳＩＦＳと呼ばれる時間と相手からのＡＣＫ応答を待ち、このＡＣＫ応答を受信することで１つの無線フレームの送信が完了する。
【０００７】
図１９に示した中で、データのサイズにより時間が変わるのは実データ通信時間の部分だけである。言い換えると、送信するデータのサイズに関係なく常に「送信待ち時間＋送達確認応答時間」だけ余分な時間が発生することになる。したがって、１５００バイト程度の長いデータを送信した場合に比べ、２５６バイト程度の短いデータを送信した場合では、１フレーム通信時間に対する「送信待ち時間＋送達確認時間」の割合が大きくなってしまう。このため、ＩＥＥＥ８０２．１１の無線ＬＡＮでは、フレーム長（あるいはフレームからフレームヘッダを取り除いたパケット長）が短いほど通信効率が低下することになる。
【０００８】
ここで、（非特許文献２）のＰ．１００に記載されるスループットの計算式を使って実際に２つのパケット長に対応するスループットを算出してみる。ＩＰパケット長が１５００バイトのときは約３１Ｍｂｐｓ、ＩＰパケット長が２５６バイトのときは約１０Ｍｂｐｓとなり、パケット長により３倍以上ものスループット差が発生することが分かる。
【０００９】
ところで、近年ＩＰを使った電話サービス、いわゆるＩＰ電話が普及してきており、その手軽さから無線ＬＡＮでＩＰ電話を行うケースも出てきている。ＩＰ電話では音声パケットを通信データとして通信相手と交換することで会話を行うわけであるが、音声パケットは圧縮方式にもよるが一般にパケット長が短くなっている。
【００１０】
例えば、Ｇ．７１１で使われるＰＣＭで符号化したときの符号長は６４Ｋｂｐｓとなるが、Ｇ．７１１を使って音声パケットを大きな遅延が発生しないように２０ｍｓごとにパケット化して送信した場合、音声部のデータ量は約１６０バイトとなる。これにＲＴＰ、ＵＤＰ、ＩＰなどのヘッダを付加した場合でも約２００バイト程度である（無線ＬＡＮのフレームヘッダを付加しても約２４０バイト程度）。
【００１１】
また、Ｇ．７２９などのより圧縮率の高い音声符号化を用いるとさらに音声部のデータ量は小さくなる。このような短いパケット長を持つ音声などのパケットが多く無線通信されたときに、実際の通信で使用される帯域が大きくない場合でも負荷が高くなってしまう場合がある。例えば、８０２．１１ａで伝送レートが５４Ｍｂｐｓのときに、実際の通信帯域が７Ｍｂｐｓであったとする。また、高負荷と判断する閾値が負荷率６０％以上であると仮定する。このとき、実際の通信の平均パケット長が１５００バイトであるならばスループットは約３１Ｍｂｐｓであるため負荷率は２３％となり高負荷ではない。しかし、平均パケット長が２５６バイトのときは、スループットは約１０Ｍｂｐｓであるため、負荷率が７０％となり高負荷となる。
【００１２】
さらに、ＴＣＰプロトコルの場合、送達確認としてＴＣＰ  ＡＣＫが通信相手から応答される分冗長な通信プロトコルとなるため、ＵＤＰに比べ通信可能帯域が狭くなってしまう。このため、高負荷と判断される通信帯域がＵＤＰよりさらに低くなる。
【００１３】
一方、負荷分散に関するものとして（特許文献１）や（特許文献２）では、送信される総データ量や帯域幅をもとに負荷の判断を行う点が示されている。このように、従来はパケット長に依存せず、単に現在の利用帯域に応じて負荷の状態を把握していた。
【００１４】
また、ＱｏＳ関連の技術として、（特許文献３）では、トラフィックを集計した上で基地局間のトラフィック集計に応じて無線ノードの接続先を変更することで帯域保証する点が示されている。このように、従来ではパケット長に依存することなく、トラフィック量だけでＱｏＳ制御を行っていた。
【特許文献１】特開２００４−３２０２４７号公報
【特許文献２】特表２００５−５３０３７８号公報
【特許文献３】特開２００３−０６０６６３号公報
【非特許文献１】ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ  Ｓｔｄ  ８０２．１１，１９９９  Ｅｄｉｔｉｏｎ  Ｐａｒｔ  １１：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＬＡＮ  Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  （ＭＡＣ）  ａｎｄ  ＰＨＹｓｉｃａｌ  Ｌａｙｅｒ  （ＰＨＹ）  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ
【非特許文献２】「８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書」、インプレスネットビジネスカンパニー、２００３年３月２９日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、前述した無線ＬＡＮのように、実際の通信で用いられるパケット長に依存して通信可能な帯域が異なってくるため、ショートパケットが多い通信状況では、（特許文献１）や（特許文献２）の場合、実際には負荷が高い状態であるにもかかわらず、高負荷と判断されない場合が発生する。これでは、無線ノードの負荷状態を単純な通信量をもとに算出すると正確な負荷状態を把握ができないことになり、無線端末は負荷の少ない無線ＡＰ等を正しく選択できないことになる。
【００１６】
また、無線端末と無線ＡＰ間だけでなく、メッシュネットワークやアドホックネットワークのようなマルチホップ転送を行う無線ノード間においても同様の課題をもたらす。すなわち、マルチホップ転送の転送先として負荷の少ない無線ノードを含むルートを選択するとき、負荷の算出方法がパケット長を考慮していなければ、正確な負荷状態を算出することができず、結果として負荷が少ないルートを正確に選ぶことができなくなる。
【００１７】
また、帯域保証サービスを提供する無線ＡＰ等の場合、（特許文献３）のように現在の利用帯域の平均パケット長を考慮していないと、あるいは帯域要求する側の平均パケット長を考慮しないと、本当に要求された帯域を保証できるかどうか正確に判断することができない。例えば、伝送速度５４ＭｂｐｓのＩＥＥＥ８０２．１１ａで通信するときに１２Ｍｂｐｓの帯域を要求された場合、従来の方法であれば現在の利用帯域がゼロの無線ノードがあれば、そのノードを選択することで帯域保証できると判断することになるが、実際には要求側の平均パケット長に依存し１５００バイトならば保証できるが、２５６バイトならば最大１０Ｍｂｐｓまでしかスループットを提供できないため、結果として帯域保証できないことになり、誤った判断となっていた。
【００１８】
本発明は、実際の通信に用いられるパケット長に応じて正確な通信負荷状態を求めることができる無線通信装置及びその通信負荷算出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】
【００１９】
本発明は、無線でデータを通信する無線通信装置であって、所定の期間に実際に通信した平均パケット長に基づく通信負荷情報を求める通信負荷算出手段と、通信負荷算出手段で求めた通信負荷情報を他の端末へ送信する負荷送信手段と、を有する構成とした。
【００２０】
この構成によれば、実際に通信するパケット長を考慮した通信負荷状態を把握することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、実際の通信に用いられるパケット長に応じて正確な負荷状態を算出することが可能となる。また、算出した通信負荷情報に応じて、他の端末を選択して接続するので、通信効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態において使用する用語において、パケットまたはＩＰパケットとは、ＯＳＩ参照モデルにおけるネットワーク層（ＩＰ層）で用いられる送受信データの単位のことを示す。また、フレームまたは無線フレームとは、ＯＳＩ参照モデルにおけるデータリンク層（データリンク層の一部であるＭＡＣ層と表記する場合もある）で用いられる送受信データの単位のことを示す。
【００２４】
無線ＬＡＮではＩＰパケットに無線のフレームヘッダなどを付加して通信を行う。通信帯域の算出はフレーム長またはパケット長のいずれかを使って行うが、本実施の形態では、パケット長を使って帯域を算出することとする。ただし、フレーム長またはパケット長のいずれを使ってスループットを算出しても基本的な考え方に差異はない。無線ノードとは、無線でフレームの送受信を行う機器・装置のことを示す。例えば、無線ＡＰ、無線端末、無線ルータ、無線リピータなどがある。なお、通信専用の機器である必要はなく、通信機能を備えた家電機器等であっても良い。
【００２５】
まず、無線ＬＡＮでのパケット長に対応した「通信可能帯域」または「通信可能パケット数」を算出する方法について示す。
【００２６】
ここでは、例としてＩＥＥＥ８０２．１１ａで伝送速度が５４Ｍｂｐｓ、通信プロトコルとしてＵＤＰを用いた場合について記述する。また、通信帯域はＩＰパケットでのスループットとする。
【００２７】
図１９の説明で述べたように、無線ＬＡＮのデータ通信に要する時間は（数１）で与えられる。
【００２８】
【数１】
2009021654.tif 000003
【００２９】
ＩＥＥＥ８０２．１１ａの場合、ＤＩＦＳは３４ｕｓ、無線フレームどうしの衝突が発生しなかったとしてｂａｃｋｏｆｆ平均を６７．５ｕｓとする。また、（非特許文献２）のＰ．１００によれば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａで伝送速度が５４Ｍｂｐｓのときのデータ通信時間は（数２）となる。
【００３０】
【数２】
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【００３１】
例えば、ＩＰパケット長が１５００バイトならば２４８ｕｓ、ＩＰパケット長が２５６バイトならば６４ｕｓとなる。また、ＳＩＦＳは１６ｕｓであり、送達確認応答時間は（数３）となる。
【００３２】
【数３】
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【００３３】
したがって、１フレーム通信時間は「ＤＩＦＳ＋ｂａｃｋｏｆｆ＋データ通信時間＋送達確認応答時間」であるので、ＩＰパケット長が１５００バイトの場合は、３４＋６７．５＋２４８＋４０＝３８９．５ｕｓとなる。また、ＩＰパケット長が２５６バイトの場合は、３４＋６７．５＋６４＋４０＝２０５．５ｕｓとなる。
【００３４】
一方、通信可能帯域の算出式を（数４）に示す。
【００３５】
【数４】
2009021654.tif 000006
【００３６】
この（数４）より、ＩＰパケット長１５００バイトのときスループットは約３１Ｍｂｐｓ、ＩＰパケット長バイト２５６のときスループットは約１０Ｍｂｐｓとなる。（数４）を用いてパケット長とスループットの関係をグラフで示すと図３のようになる。
【００３７】
これは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａで伝送速度５４Ｍｂｐｓ、ＵＤＰプロトコルのときの各パケット長に対応する通信可能帯域を示すグラフとなる。このグラフから分かるとおり、パケット長が短くなるにしたがって通信可能帯域が狭くなるので、無線通信で通信可能帯域を算出するときはパケット長を考慮する必要がある。
【００３８】
次に、通信可能パケット数であるが、通信に要する時間から（数５）で算出できる。
【００３９】
【数５】
2009021654.tif 000007
【００４０】
（数５）から、ＩＰパケット長１５００バイトのとき約２６００パケット、ＩＰパケット長２５６バイトのとき約４９００パケットとなる。同じくパケット長とパケット数の関係をグラフで示すと図４となる。これは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａの伝送速度５４Ｍｂｐｓ、ＵＤＰプロトコルのときの各パケット長に対応する通信可能パケット数を示すグラフとなる。このグラフから分かるとおり、パケット長に依存して通信可能パケット数が変わるので、無線通信で通信可能パケット数を算出するときはパケット長を考慮する必要がある。
【００４１】
これらパケット長に対応する通信可能帯域や通信可能パケット数は、上述の式で算出しても良いし、図５や図６に示すように、予めパケット長ごとに通信可能帯域や通信可能パケット数をテーブルに保持し、このテーブルを用いて算出しても良い。
【００４２】
図５、図６は離散的なテーブルの例であるので、中間のパケット長のときは補間で求めることができるし、離散的ではなく１バイト単位のテーブルとしても良い。また、ここに記載の通信可能帯域や通信可能パケット数の例は、ＵＤＰプロトコルを行ったときの算出例であるが、ＴＣＰの場合も同様な方法で算出することが可能である。
【００４３】
上述した無線ＬＡＮでのパケット長に対応した「通信可能帯域」または「通信可能パケット数」を利用した無線通信装置、通信負荷判定動作について説明する。
【００４４】
図１は、実施の形態１における無線通信装置の機能構成図であり、通信負荷判定手段１について示したものである。通信負荷判定手段は無線通信装置に組み込まれて動作する。
【００４５】
図１において、通信計測手段１０は、パケット数をカウントするパケット数計数手段１１、通信データ量を計測する通信量計数手段１２を有し、通信が発生するとパケット数計数手段１１はパケット数を１つ増やし、通信量計数手段１２はパケット長分だけデータ量を加算する。
【００４６】
通信状態算出手段２０は、平均パケット長算出手段２１、使用帯域算出手段２２、単位パケット数算出手段２３を有し、それぞれ定期的にあるいは他からの要求にしたがって後述する方法で平均パケット長、使用帯域、単位時間当たりのパケット数を算出する。
【００４７】
通信可能情報算出手段３０は、通信可能帯域算出手段３１、通信可能パケット数算出手段３２を有し、それぞれに平均パケット長を与えることで、前述の（数４）、（数５）、あるいは図５、図６に示すようなテーブルを使ってパケット長に対応する通信可能帯域、通信可能パケット数をそれぞれ算出する。
【００４８】
次に、通信負荷判定手段１の動作について説明する。
【００４９】
無線ノードは、他の無線ノードとの間で無線パケットを通信する。このパケット通信が発生すると、通信計測手段１０のパケット数計数手段１１でパケット数をカウントアップし、通信量計数手段１２では通信する各パケットのパケット長を加算することで通信データ量を計測する。
【００５０】
通信状態算出手段２０は定期的にあるいは他からの要求にしたがって通信計測手段１０の計数情報を用いることで、平均パケット長、使用帯域及び単位パケット数を算出する。平均パケット長算出手段２１は、実際に通信された平均パケット長を（数６）を使って算出する。使用帯域算出手段２２は、通信量計数手段１２の情報を用い、（数７）を使って使用帯域を算出する。単位パケット数算出手段２３は、パケット数計数手段１１で計数したパケット数を用い、（数８）を使って単位時間当たりのパケット数を算出する。
【００５１】
【数６】
2009021654.tif 000008
【００５２】
【数７】
2009021654.tif 000009
【００５３】
【数８】
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【００５４】
ただし、（数６）、（数７）、（数８）は、直近の単位時間の計測値であるので、直近値を用いると変動が多いと判断するときは、これらの式に限らず例えば、過去の計数情報を記憶しておき、移動平均を用いる、あるいは最近のパケットに重み付けをした算出値などを用いても良い。
【００５５】
平均パケット長、使用帯域、単位時間パケット数が算出されると、通信状態算出手段２０に平均パケット長を与えることで、平均パケット長に対応した通信可能帯域または平均パケット長に対応した通信可能パケット数を算出する。
【００５６】
負荷算出手段４０は、使用帯域、通信可能帯域から（数９）を使って負荷率を算出する。または、単位時間パケット数、通信可能パケット数から（数１０）を使って負荷率を算出する。
【００５７】
【数９】
2009021654.tif 000011
【００５８】
【数１０】
2009021654.tif 000012
【００５９】
負荷状態通知手段４１は、負荷算出手段４０が算出した負荷率を用い、予め高負荷状態を示す閾値が設定されている場合は、該閾値と前記算出した負荷率を比較することで高負荷状態かどうかを判定する。したがって、算出した負荷率は負荷状態通知手段４１を経由して無線ノードが高負荷状態であるかどうかという情報や、単に負荷率の値そのものを他のノードへ通知することがきる。負荷状態を受取った他のノードは、負荷状態を発信した無線ノードが高負荷状態であるかどうかだけではなく、負荷率から負荷の割合も把握することが可能となる。
【００６０】
ここではＩＰパケットのプロトコル種別がＵＤＰであるときの例を示したが、ＴＣＰプロトコルと混在した場合も対応可能である。前述したようにＴＣＰは、ネットワーク層においてＴＣＰの送達確認応答が行われるため、ＵＤＰと比べてパケット長に対応する通信可能帯域が低い。図示していないが、通信計測手段１０においてＴＣＰとＵＤＰパケットの種別を判定した上でそれぞれのパケット数及び通信量を計測し、以降、ＵＤＰの動作例と同じようにプロトコル別に通信状態、通信可能情報、負荷率をそれぞれで算出する。最終的にそれぞれで算出した負荷率を合算することで負荷状態を算出することができる。このときＴＣＰやＵＤＰプロトコル以外のＩＣＭＰなどのＩＰプロトコルにおけるパケットや、ＩＰプロトコルではないＡＲＰなどのパケットの場合、ＵＤＰとみなして処理するか、または、それらは制御データとみなして負荷率算出の対象から外しても良い。
【００６１】
図２は、実施の形態１における無線通信装置の動作フローチャートであり、通信負荷判定手段１の動作を示したものである。
【００６２】
図２において、ステップ１では、パケット数、通信量、計測開始時刻など各種パラメータの初期化を行う。ステップ２で、通信するパケットを受取り、パケット長を算出する。
【００６３】
ステップ３では、パケット数を１つ加算し、通信量をパケット長分だけ加算する。ステップ４では、負荷率算出の時間になったか、あるいは負荷率算出のトリガが入っていれば、ステップ５へ進む。まだ、負荷率を算出しないならばステップ２へ戻り、次のパケットの計測を続ける。
【００６４】
ステップ５では計測時間を算出する。ステップ６では、（数６）ないし（数８）に示した算出式を用いて平均パケット長、使用帯域、単位時間パケット数を算出する。ステップ７では（数９）または（数１０）に示した算出式を用いて負荷率を算出する。
【００６５】
ステップ８では算出した負荷率の通知を行う。最後に処理を継続するならばステップ１へ戻り処理を続ける。
【００６６】
以上のように、実施の形態１では、通信計測手段１０により実際の通信のパケット数や通信量を統計情報として計測し、通信状態算出手段２０では統計情報から平均パケット長や使用帯域を算出し、通信可能情報算出手段３０では平均パケット長から予め求めておいた伝送レートごとの平均パケット長対通信可能帯域のテーブルまたは通信可能帯域の算出式から現在通信中の平均パケット長に対応する通信可能帯域を算出し、負荷算出手段４０では通信可能帯域と使用帯域とから負荷率を算出し、負荷状態通知手段４１では算出した負荷率を通知する。
【００６７】
また、負荷通知手段４２（図１０参照）では算出した負荷割合が予め決められた閾値を越えていたら高負荷であると判断し、他の無線ノードに負荷率とともに高負荷であるという状態を通知したり、他の無線ノードの接続要求を拒否したりする。
【００６８】
（実施の形態２）
実施の形態１に記載した無線通信装置を、「無線ＡＰ」へ適用した場合を説明する。
【００６９】
図７は、実施の形態２における無線ＡＰの前面を示す外観斜視図、図８は、実施の形態２における無線ＡＰの背面を示す外観斜視図であり、無線ＡＰ１００の例としてルータを示している。
【００７０】
図７及び図８に示すように、無線ＡＰ１００は、筐体１１１を有しており、筐体１１１の前面には、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの表示部１１２が設けられている。筐体１１１の背面には、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）電源コネクタ１１３、ＲＪ４５などＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）用モジュラージャック１１４、及びＷＡＮ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）用モジュラージャック１１５が設けられている。
【００７１】
ＤＣ電源コネクタ１１３には、平行ケーブルなどの電力線１１６が接続される。モジュラージャック１１４、１１５には、ＬＡＮケーブル１１７が接続される。なお、無線ＡＰの一例としてルータを示したが、特にこれに限る必要はなく、無線ＡＰは、アクセスポイントの機能を備えた機器（例えばテレビ等の家電機器）であれば良い。
【００７２】
図９は、実施の形態２における無線ＡＰのハードウェア構成図であり、図７及び図８示した無線ＡＰ１００のハードウェア構成について示している。
【００７３】
図９に示すように、無線ＡＰ１００は、破線で示す筐体１１１内に、回路モジュール１５０を有している。回路モジュール１５０には、メインＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）１５１と、無線ＬＡＮコントローラ１５９と、無線モジュール１６０とが実装されている。
【００７４】
メインＩＣ１５１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１５１ａと、メインバス１５１ｆやローカルバス１５１ｇなどのバスと、バス上のデータの流れを制御するＢＣＵ（Ｂｕｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１５１ｂと、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）のＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）層を制御するＭＡＣブロック（ＥＭＡＣ）１５１ｃ、１５１ｄと、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  Ｕｎｉｔ）バスを制御するＰＣＩＵ１５１ｅとを有している。
【００７５】
メインＩＣ１５１内のＣＰＵ１５１ａ及びＢＣＵ１５１ｂは、メインバス１５１ｆを介して、ＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１５４と、Ｆｌａｓｈ  ＲＯＭ（Ｆｌａｓｈ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１５５とに接続されている。また、ＣＰＵ１５１ａ及びＢＣＵ１５１ｂは、ローカルバス１５１ｇを介して、メインＩＣ１５１にクロックを供給する発振器１５２と、ＬＥＤなどの表示部１１２と、メインＩＣ１５１に初期化信号を出力するリセットＩＣ１５３とに接続されている。
【００７６】
メインＩＣ１５１内のＭＡＣブロック１５１ｃ、１５１ｄはそれぞれ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の物理層を制御するＰＨＹ（ＰＨＹｓｉｃａｌ  Ｌａｙｅｒ）・ＩＣであるＥＰＨＹ１５６、１５７に接続されており、ＥＰＨＹ１５６、１５７はそれぞれ、ＬＡＮ用モジュラージャック１１４、ＷＡＮ用モジュラージャック１１５に接続されている。また、メインＩＣ１５１は、ＤＣ−ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  ｔｏ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）変換器１５８を介して、ＤＣ電源コネクタ１１３に接続されている。ＤＣ−ＤＣ変換器１５８は、ＤＣ電源コネクタ１１３から供給されるＤＣ電圧をメインＩＣ１５１で必要なＤＣ電圧に変換する。
【００７７】
無線ＬＡＮコントローラ１５９は、ＭＡＣ層を制御するＭＡＣブロック１５９ａと、物理層を制御するＰＨＹブロック１５９ｂとを有している。メインＩＣ１５１内のＰＣＩＵ１５１ｅは、ＭＡＣブロック１５９ａを介して、ＰＨＹブロック１５９ｂに接続されている。
【００７８】
無線モジュール１６０は、メインＩＣ１５１から送信または受信状態が設定され、送受信切り替えＳＷ（Ｓｗｉｔｃｈ）１６０ａと、受信信号を増幅するＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１６０ｂと、送信信号を増幅するＰＡ（Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１６０ｃと、無線信号への変調及び無線信号からの復調を行うＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）変復調器１６０ｄとを有している。
【００７９】
無線モジュール１６０は、無線モジュール１６０にクロックを供給する発振器１６１に接続され、無線モジュール１６０内のＲＦ変復調器１６０ｄは、無線ＬＡＮコントローラ１５９内のＰＨＹブロック１５９ｂに接続されている。無線モジュール１６０内の送受信切り替えＳＷ１６０ａは、メインＩＣ１５１から使用するアンテナを切り替えるアンテナ切り替えＳＷ１６２を介して、アンテナ１６３、１６４に接続されている。
【００８０】
以上のように構成された無線ＡＰ１００における、通信負荷判定動作を、図１０に基づいて説明する。
【００８１】
図１０は、実施の形態２における無線ＡＰの機能構成図を示している。
【００８２】
図１０において、無線ＡＰ１００は、無線パケット通信を行うとき通信負荷判定手段１にパケット長、プロトコル種別などの情報を渡す。通信負荷判定手段１は先に述べたようにパケットに関する計数を行い、定期的に通信状態を算出し、その結果から負荷状態を算出する。
【００８３】
無線ＡＰ１００は、通信負荷判定手段１が算出した負荷状態を受取ることができる。無線ＡＰ１００は、通信負荷判定手段１から受取った負荷情報を、負荷通知手段４２で予め設定した閾値より越えていた場合負荷率が高いと判断し、無線送受信手段４３を介して、ビーコンなどに付加して周囲の通信ノードへ通知することができる。
【００８４】
この場合、ビーコンを受信した無線端末がビーコンに付加された情報を読み取り、接続中または接続しようとする無線ＡＰ１００の負荷状態を把握し、無線ＡＰ１００からの受信電波強度やスループット予測など他の指標と合わせて接続先切り替えや接続先選択の判断材料とすることができる。
【００８５】
例えば、図１１のように、無線端末が２台の無線ＡＰ１００ａ、１００ｂの中から１台を選択する場合、接続候補である無線ＡＰ１００ａ、１００ｂの負荷状態を受信した無線端末は、いずれも受信電波強度が良好で高スループットが期待できるならば、２台の負荷率を比較し最も負荷が少ない無線ＡＰを選択することができる。
【００８６】
あるいは、通信負荷判定手段１から負荷状態を受けた無線ＡＰ１００が、予め設定された閾値との比較により高負荷であることを自身で認識した場合、以降、無線端末からの接続要求を拒否する、あるいは、現在接続中の無線端末との接続を切断することもできる。切断する端末の選択方法としては例えば、通信量が少ない端末を選ぶことができるが、他の方法でもかまわない。また、通信負荷判定手段１は定期的に負荷状態を判断するため、高負荷状態が解消された場合、無線ＡＰ１００は無線端末からの接続要求を受け入るように処理を変更することが可能である。
【００８７】
無線ＡＰ１００は、通信負荷判定手段１からの負荷情報を受け、上記動作をすることにより、実際に通信されたパケット長などに応じて、正確に無線ＡＰ１００の負荷の状態を算出することができるようになり、負荷状態に対応した正しい対処が可能となる。
【００８８】
（実施の形態３）
実施の形態１の無線通装置をメッシュノードやアドホックノードに適用した場合の例を示す。
【００８９】
図１２は、実施の形態３におけるメッシュノードの構成図である。
【００９０】
図１２において、メッシュノード１０１は、無線でＡＰ間を接続し、マルチホップしながらＡＰ間通信を行う。ＣＰＵ５０は、ＲＯＭ５２上のプログラムを読み込み送受信制御、デバイス制御、ルーティング制御などを行う。ＲＡＭ５１には送受信データなど通信に関するさまざまな情報を保存する。ＬＥＤ５３には電源の状況や正常に通信が行われてるか等の状況を表示する。
【００９１】
有線ＬＡＮインターフェース５４は、他の通信機器との間でパケットを有線で送受信する。メッシュノードでは有線ＬＡＮインターフェース５４を持たないものもある。無線ＬＡＮインターフェース５５は、他のメッシュノードや無線端末との間でパケットを無線で送受信する。メッシュノード中には無線ＬＡＮインターフェース５５を複数持つものあり、そのようなメッシュノードでは１つの無線ＬＡＮインターフェース５５をメッシュノード間通信に用い、別の無線ＬＡＮインターフェース５５を無線端末との通信として使うことがある。このような構成のメッシュノードは、無線ＬＡＮインターフェース５５から受信したパケットを、別の無線ＬＡＮインターフェース５５で他のメッシュノードへ転送を行う。
【００９２】
メッシュノードはパケットの経路制御機能であるルーティング機能を持つが、ＲＯＭ５２内のルーティングプログラムやＲＡＭ５１内のルーティングテーブルを使って実現される。
【００９３】
上記構成のメッシュノード１０１に通信負荷判定手段１を搭載したときの動作を、図１３を使って説明する。
【００９４】
図１３は、実施の形態３におけるメッシュノードの機能構成図である。
【００９５】
図１３において、メッシュノード１０１は、マルチホップ通信するときに中継メッシュノードを選択して通信を行う。メッシュノード１０１は、無線パケット通信を行うとき通信負荷判定手段１にパケット長、プロトコル種別などのパケット情報を渡す。通信負荷判定手段１は先に述べたようにパケットに関する計数を行い、定期的に通信状態を算出し、その結果から負荷状態を算出する。メッシュノード１０１は算出された負荷状態を受取ることができる。
【００９６】
メッシュノード１０１は通信負荷判定手段１から受取った負荷情報を、負荷通知手段４２、無線送受信手段４３を介し、ビーコンやルーティングパケットなどに付加して周囲のメッシュノードへ通知することができる。
【００９７】
この場合、ルーティング処理手段４５は、ビーコンやルーティングパケットを受信した他のメッシュノード１０１が負荷状態を読み取り、中継ノードとして選択しようとするメッシュノード１０１の負荷状態を把握し、接続先ノードからの受信電波強度やスループット予測など他の指標と合わせて選択先メッシュノード選定の判断材料とすることができる。また、他のメッシュノード１０１の負荷状態から負荷の少ない、最適な通信ルートを選択することができる。
【００９８】
例えば、図１４のように、メッシュノード１０１ｃが２台のメッシュノード１０１ａ、１０１ｂの中から１台を選択する場合、接続候補メッシュノード１０１ａ、１０１ｂの負荷状態を受信したメッシュノード１０１ｃは、いずれも受信電波強度が良好で高スループットが期待できるならば、２台の負荷率を比較し最も負荷が少ないメッシュノードを選択することができる。
【００９９】
あるいは、図１５のようにメッシュノード１０１ｉからメッシュノード１０１ｄへ至る通信ルートが２つある場合、途中のメッシュノード１０１ｅ〜１０１ｈの負荷率を調査し、負荷率が最も少ないメッシュノード１０１ｅと１０１ｆと通るルートを選択することができる。
【０１００】
あるいは、通信負荷判定手段１からの負荷状態を受けたメッシュノード１０１のルーティング処理手段４５は、予め設定された閾値との比較により高負荷であることを認識した場合、以降、他のメッシュノード１０１からのルーティング要求を拒否することができる。あるいは、現在通信中のメッシュノード１０１との通信を切断することもできる。切断する端末の選択方法としては例えば、通信量が少ないメッシュノード１０１を選ぶことができるが、他の方法でもかまわない。通信負荷判定手段１は定期的に負荷状態を判断するため、高負荷状態が解消された場合、メッシュノードは他のメッシュノードからの通信要求を受け入るように処理を変更することが可能である。
【０１０１】
メッシュノード１０１は、通信負荷判定手段１からの負荷情報を受け、上記のような動作をすることにより、実際に通信されたパケット長などに応じて、正確にメッシュノードの負荷の状態を算出することができるようになり、負荷状態に対応した正しい対処が可能になる。
【０１０２】
なお、ここでは、メッシュノード１０１についての負荷処理の説明を行ったが、無線端末間でマルチホップしながらパケット通信するアドホックノードにおいても同様の処理を行うことができる。
【０１０３】
（実施の形態４）
実施の形態１の無線通信装置を、ＱｏＳ機能を持った無線ＡＰ（以下「ＱｏＳ無線ＡＰ」と称する）に適用した例を示す。
【０１０４】
図１６は、実施の形態４におけるＱｏＳ無線ＡＰの構成図である。
【０１０５】
図１６において、ＣＰＵ５０は、ＲＯＭ５２上のプログラムを読み込み送受信、デバイスの制御、ＱｏＳ制御などを行う。ＲＡＭ５１には送受信データやＱｏＳなどに関するさまざまな情報を保存する。ＬＥＤ５３には電源の状況や正常に通信が行われてるか等の状況が表示される。
【０１０６】
有線ＬＡＮインターフェース５４は、他の通信機器との間でパケットを有線で送受信する。無線ＬＡＮインターフェース５５は、他の無線端末との間でパケットを無線で送受信する。このような構成のＱｏＳ無線ＡＰ１０２は、他の無線端末からのＱｏＳ要求の処理を行い、無線ＬＡＮインターフェース５５から受信したパケットを有線ＬＡＮインターフェース５４へ転送したり、あるいはその逆方向のパケット転送を行う。ＱｏＳ機能はＲＯＭ５２内のＱｏＳプログラムやＲＡＭ５１内のＱｏＳ制御テーブルなどを使って実現される。
【０１０７】
上記構成のＱｏＳ無線ＡＰ１０２における通信負荷判定動作を、図１７を使って説明する。
【０１０８】
図１７は、実施の形態４におけるＱｏＳ無線ＡＰの機能構成図である。
【０１０９】
図１７において、ＱｏＳ処理手段４６を有するＱｏＳ無線ＡＰ１０２は、無線送受信手段４３を介して無線パケット通信を行うとき通信負荷判定手段１にパケット長、プロトコル種別などのパケット情報を渡す。
【０１１０】
通信負荷判定手段１は先に述べたようにパケットに関する計数を行い、定期的に通信状態を算出し、その結果から負荷率を算出する。
【０１１１】
ＱｏＳ無線ＡＰ１０２は、通信負荷判定手段１が算出した負荷率を受取ることができる。その上で、他の無線ノードから帯域要求を受取ったＱｏＳ無線ＡＰ１０２は、通信負荷判定手段１にある通信可能情報算出手段３０へ帯域要求を行った無線端末が使用する平均パケット長などの情報を渡し、通信可能情報算出手段３０から通信可能帯域を受取る。次に（数１１）を使い平均パケット長に対応する現在の通信可能帯域を算出する。
【０１１２】
【数１１】
2009021654.tif 000013
【０１１３】
この場合、図１８のように平均パケット長とともにＱｏＳ帯域要求を受けたＱｏＳ無線ＡＰ１０２は（数１１）を使って現在の通信可能帯域を算出し、ＱｏＳ処理手段４６は負荷率に応じて、この現在の通信可能帯域と無線端末の要求帯域とを比較し、要求を受け入れるかどうかを判断する。
【０１１４】
ＱｏＳ無線ＡＰ１０２は、通信負荷判定手段１からの負荷情報を受け、上記のような動作をすることにより、実際に通信するパケット長などに応じて、正確に現在の通信可能帯域を算出することができるようになり、現在の負荷状態と合わせて無線端末からの帯域要求に正しく対応することができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明に係る無線通信装置は、無線ノードの負荷状況を判断して何らかの動作を起こす無線通信装置に利用することができる。すなわち、無線端末が無線ＡＰの負荷状況に応じて最適な無線ＡＰを選択するとき、メッシュ接続されたメッシュノードが負荷の高いメッシュノードを避け、負荷の低いメッシュノードを選択したり、負荷の低いルートを選択するとき、あるいは、ＱｏＳをサポートしたＱｏＳ無線ＡＰが無線端末からの帯域要求を受けたときにその要求帯域を受け入れることができるかどうか判断する場合などである。特に、最近増加傾向にある無線ＩＰ電話は、音声データの通信でありショートパケットを多用するため、無線ＩＰ電話と接続する無線ＡＰに利用した場合はより効果的である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】実施の形態１における無線通信装置の機能構成図
【図２】実施の形態１における無線通信装置の動作フローチャート
【図３】実施の形態１におけるパケット長とスループットの関係を示すグラフ
【図４】実施の形態１におけるパケット長とパケット数の関係を示すグラフ
【図５】実施の形態１におけるパケット長と通信可能帯域の対応テーブルを示す図
【図６】実施の形態１におけるパケット長とパケット数との対応テーブルを示す図
【図７】実施の形態２における無線ＡＰの前面を示す外観斜視図
【図８】実施の形態２における無線ＡＰの背面を示す外観斜視図
【図９】実施の形態２における無線ＡＰのハードウェア構成図
【図１０】実施の形態２における無線ＡＰの機能構成図
【図１１】実施の形態２における無線ＡＰの動作説明図
【図１２】実施の形態３におけるメッシュノードの構成図
【図１３】実施の形態３におけるメッシュノードの機能構成図
【図１４】実施の形態３におけるメッシュノードの動作説明図
【図１５】実施の形態３におけるメッシュノードの動作の説明図
【図１６】実施の形態４におけるＱｏＳ無線ＡＰの構成図
【図１７】実施の形態４におけるＱｏＳ無線ＡＰの機能構成図
【図１８】実施の形態４におけるＱｏＳ無線ＡＰの動作説明図
【図１９】ＤＣＦと呼ばれるアクセス制御を使ってデータを送信するときの通信時間を簡易的に示す図
【符号の説明】
【０１１７】
１    通信負荷判定手段
１０    通信計測手段
１１    パケット数計数手段
１２    通信量計数手段
２０    通信状態算出手段
２１    平均パケット長算出手段
２２    使用帯域算出手段
２３    単位パケット数算出手段
３０    通信可能情報算出手段
３２    通信可能パケット数算出手段
４０    負荷算出手段
４１    負荷状態通知手段
【図１】
2009021654.tif 000014
【図２】
2009021654.tif 000015
【図３】
2009021654.tif 000016
【図４】
2009021654.tif 000017
【図５】
2009021654.tif 000018
【図６】
2009021654.tif 000019
【図７】
2009021654.tif 000020
【図８】
2009021654.tif 000021
【図９】
2009021654.tif 000022
【図１０】
2009021654.tif 000023
【図１１】
2009021654.tif 000024
【図１２】
2009021654.tif 000025
【図１３】
2009021654.tif 000026
【図１４】
2009021654.tif 000027
【図１５】
2009021654.tif 000028
【図１６】
2009021654.tif 000029
【図１７】
2009021654.tif 000030
【図１８】
2009021654.tif 000031
【図１９】
2009021654.tif 000032