JP2008211584A - Radio communication equipment, radio communication system, and radio communication program - Google Patents

Radio communication equipment, radio communication system, and radio communication program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a delay time of packet relay and to improve throughput by efficiently transmitting a packet in a radio communication system for relaying a radio packet among radio stations. <P>SOLUTION: This radio communication equipment for relaying a radio packet includes a packet transmitting and receiving part 1 for transmitting and receiving a radio packet to be relayed, a packet relaying part 2 for receiving the packet received by the packet transmitting and receiving part 1 and supplying the packet as a packet to be transmitted to the packet transmitting and receiving part 1, and a synchronization control part 3 for controlling the transmitting timing of the radio packet by the packet transmitting and receiving part 1 so as to synchronize the transmitting timing of the packet transmitting and receiving part about the packet to be transmitted with the transmitting timing of a radio packet to be relayed by another radio communication equipment. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、無線によりパケットの送受信をする無線通信装置、無線通信システム及び無線通信プログラムに関する。   The present invention relates to a wireless communication apparatus, a wireless communication system, and a wireless communication program that transmit and receive packets wirelessly.

無線通信では、雑音の影響や送信電力の制限等があることから、通信可能な距離が制限される。このため、数ある無線通信システムの中には、複数の無線局を広範囲に配置し、それらの無線局間をメッシュ状に無線通信回線で接続して無線信号を中継することにより、通信距離を延長する方法を採用しているものがある。このような無線局構成はメッシュネットワークと呼ばれる。   In wireless communication, because of the influence of noise, transmission power limitation, and the like, the communicable distance is limited. For this reason, in a number of wireless communication systems, a plurality of wireless stations are arranged in a wide range, and the wireless communication lines are relayed by connecting the wireless stations with a wireless communication line in a mesh shape. Some have adopted the extension method. Such a radio station configuration is called a mesh network.

無線によりパケットを送受信する無線パケット通信システムについて、近年、上記メッシュネットワークの構成の採用が有望視されている。例えば、非特許文献1には、無線LAN(Local Area Network)を用いてメッシュネットワークを構築する無線LANメッシュネットワークシステムが紹介されており、その標準化の状況やネットワークの主要な構成技術等が開示されている。無線LANメッシュネットワークシステムの標準化については、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers(米国電気電子技術者協会))の無線LAN標準化委員会のタスクグループであるIEEE802.11sで検討が行われており、非特許文献2は、そのIEEE802.11sの標準規格における個々の事項の概要や標準化作業の進捗状況等を開示している。
阪田史郎、外2名、「アドホックネットワークと無線LANメッシュネットワーク」、電子情報通信学会論文誌B、2006年6月、Vol.J89-B、No.6、p.811-823 W. Steven Conner、外3名、“IEEE 802.11s Tutorial, Overview of the Amendment for Wireless Local Area Mesh Networking”、[online]、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers(米国電気電子技術者協会))、インターネット<URL:http://www.ieee802.org/802_tutorials/nov06/802.11s_Tutorial_r5.pdf>
In recent years, adoption of the mesh network configuration has been considered promising for wireless packet communication systems that transmit and receive packets wirelessly. For example, Non-Patent Document 1 introduces a wireless LAN mesh network system that constructs a mesh network using a wireless local area network (LAN), and discloses the standardization status and main configuration technology of the network. ing. The standardization of the wireless LAN mesh network system has been studied by IEEE802.11s, which is a task group of the IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) wireless LAN standardization committee. Patent Document 2 discloses an overview of individual items in the IEEE 802.11s standard, the progress of standardization work, and the like.
Shiro Sakata, 2 others, "Ad hoc network and wireless LAN mesh network", IEICE Transactions B, June 2006, Vol. J89-B, No. 6, p.811-823 W. Steven Conner, 3 others, “IEEE 802.11s Tutorial, Overview of the Amendment for Wireless Local Area Mesh Networking”, [online], IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), Internet <URL: http://www.ieee802.org/802_tutorials/nov06/802.11s_Tutorial_r5.pdf>

ところで、無線局間のパケット中継では、各無線局の送信パケットが無線通信回線上で衝突しないようにする必要がある。この衝突は各無線局の送信パケットを受信する無線局で発生するもので、各無線局が同じ搬送波周波数や拡散符号を用いてパケットを送信し、それらのパケットが少しずつずれたタイミングで重なり合って受信されることによって生ずる。そこで従来は、周波数の選定、送信タイミングの時間のスケジューリング、空間的な隔離若しくは拡散符号の選定又はこれらの組合せによって、各無線局の送信パケットを完全に分離するようにしている。   By the way, in packet relay between radio stations, it is necessary to prevent transmission packets of radio stations from colliding on a radio communication line. This collision occurs at the radio station that receives the transmission packet of each radio station. Each radio station transmits a packet using the same carrier frequency and spreading code, and these packets overlap each other at a slightly shifted timing. It is caused by being received. Therefore, conventionally, transmission packets of radio stations are completely separated by frequency selection, transmission timing time scheduling, spatial isolation or spread code selection, or a combination thereof.

無線メッシュネットワークシステム(メッシュネットワークの構成を採用した無線パケット通信システム)においては、近接した複数の無線局が搬送波の周波数や拡散符号が同一である同じ無線パケットを中継することがあり、空間的な隔離若しくは拡散符号の選定によって送信パケットを分離することはできないので、送信タイミングの時間のスケジューリングによって無線パケットの衝突を回避することが必要になってくる。このため、無線メッシュネットワークシステムでは、各無線局間でのパケット中継を当該各無線局間以外の他の無線局間でのパケット中継と同時に行わないように予め送信タイミングのスケジューリングをするのが通例である。   In a wireless mesh network system (wireless packet communication system adopting a mesh network configuration), a plurality of adjacent wireless stations may relay the same wireless packet having the same carrier frequency and spreading code, and spatial Since transmission packets cannot be separated by selecting isolation or spreading codes, it is necessary to avoid collision of radio packets by scheduling transmission timing times. For this reason, in a wireless mesh network system, it is usual to schedule transmission timing in advance so that packet relay between radio stations is not performed simultaneously with packet relay between other radio stations. It is.

図5は、かかる送信タイミングのスケジューリングによる無線局間のパケット中継例を示した図であり、各無線局間でのパケット中継に対して送信タイミングを理想的にスケジューリングした場合のパケット転送の様子を表している。図5中の左側は、無線メッシュネットワークシステムの構成の概略を示しており、それぞれの丸印が無線パケットを中継する無線局を表している。図5中の右側は、左側の構成中にある無線局a〜eがそれぞれ無線パケットを送受信するタイミングを表したタイミングチャートである。   FIG. 5 is a diagram showing an example of packet relay between wireless stations by such transmission timing scheduling, and shows the state of packet transfer when transmission timing is ideally scheduled for packet relay between wireless stations. Represents. The left side in FIG. 5 shows an outline of the configuration of the wireless mesh network system, and each circle represents a wireless station that relays a wireless packet. The right side in FIG. 5 is a timing chart showing the timing at which the radio stations a to e in the configuration on the left side transmit and receive radio packets.

この図に示すように、中央黒丸印の無線局aで生起したパケットは、実線矢印及び“(1)送信”で示した第1回目の中継で周辺の無線局に転送される。そして、無線局aから無線パケットを受信した周辺の無線局は、互いのパケット送信が衝突しないよう、予め理想的にスケジューリングされた送信タイミングで無線パケットを転送し、さらに周辺の無線局へと中継する。これにより、無線局aで生起したパケットが順次各無線局間で中継されていく。具体的な例を示すと、第2回目の中継では無線局b及び無線局cが無線パケットを送信しうるが、両方がパケット送信をすると、無線局dにおいて無線パケットが衝突しうる。そこで、第2回目の中継では無線局bのみがパケットを送信し(破線矢印及び“(2)送信”)、無線局cはパケット送信をせずに待機する。無線局cは、第3回目の中継で無線パケットを送信する(一点鎖線矢印及び“(3)送信”)。   As shown in this figure, a packet generated in the wireless station a indicated by the central black circle is transferred to the surrounding wireless stations by the first relay indicated by the solid arrow and “(1) transmission”. Then, the neighboring wireless stations that have received the wireless packet from the wireless station a transfer the wireless packet at an ideally scheduled transmission timing so that the packet transmissions do not collide with each other, and further relay to the neighboring wireless stations. To do. As a result, packets generated at the wireless station a are sequentially relayed between the wireless stations. As a specific example, in the second relay, the wireless station b and the wireless station c can transmit wireless packets, but if both transmit packets, the wireless packet may collide at the wireless station d. Therefore, in the second relay, only the wireless station b transmits a packet (broken arrow and “(2) transmission”), and the wireless station c waits without transmitting a packet. The wireless station c transmits a wireless packet by the third relay (a dashed-dotted arrow and “(3) transmission”).

その結果、無線局eは、隣接する無線局cにパケットが既に到達していたにも拘わらず、無線局bのパケット送信時間の分だけ遅延して無線パケットを受信することになっている。すなわち、無線局bがパケット送信をしている間は、無線局cがパケット送信を待機しなければならず、それによってパケット中継に遅延が生じるという結果になっている。無線局間のパケット中継について行われる通例のスケジューリングでは、このようにパケット送信中の無線局の周辺にある他の無線局がパケット送信を待機することで無線パケットの衝突を回避しているため、その待機時間によってパケット中継に遅延が生じており、スループットも低下しているという問題がある。   As a result, the wireless station e is to receive the wireless packet delayed by the packet transmission time of the wireless station b, even though the packet has already reached the adjacent wireless station c. That is, while the wireless station b is transmitting a packet, the wireless station c has to wait for packet transmission, resulting in a delay in packet relay. In the usual scheduling performed for packet relay between radio stations, since other radio stations in the vicinity of the radio station that is transmitting packets in this way wait for packet transmission to avoid collision of radio packets, There is a problem that a delay occurs in the packet relay due to the waiting time, and the throughput also decreases.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、無線パケットを無線局間で中継する無線通信システムにおいてパケットを効率良く伝送することを可能にし、パケット中継の遅延時間の低減及びスループットの向上を実現する無線通信装置、無線通信システム、及び無線通信プログラムを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such circumstances, and enables a packet to be efficiently transmitted in a radio communication system that relays radio packets between radio stations, and reduces delay time and throughput of packet relay. It is an object of the present invention to provide a wireless communication device, a wireless communication system, and a wireless communication program that can improve the above.

かかる目的を達成するための本発明に係る無線通信装置は、無線パケットを中継する無線通信装置であって、中継する無線パケットの送受信手段と、前記送受信手段が受信したパケットを受け、送信するパケットとして前記送受信手段に供給する中継手段と、前記送信するパケットの前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングと、他の無線通信装置が中継する無線パケットの送信タイミングと、が同期するよう、前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングを制御する同期手段と、を含むことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a wireless communication apparatus according to the present invention is a wireless communication apparatus that relays a wireless packet, and is a packet that transmits and receives a wireless packet transmission / reception means and a packet received by the transmission / reception means. The transmission / reception means is configured to synchronize the transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception means of the packet to be transmitted to the transmission / reception means and the transmission timing of the wireless packet relayed by another wireless communication device. And a synchronization means for controlling the transmission timing of the wireless packet.

ここで、前記同期手段は、前記送受信手段による無線パケットの受信完了直後又は受信完了後の一定時間経過後を前記送受信手段による当該無線パケットの送信タイミングとするものとしてもよい。また、タイムスロット化された無線通信回線で前記送受信手段が無線パケットを送受信し、前記同期手段は、前記送受信手段による無線パケットの受信完了直後のタイムスロット又は受信完了後の一定時間経過後のタイムスロットを前記送受信手段による当該無線パケットの送信タイミングとするものとしてもよい。さらに、前記送受信手段は、直交周波数分割多重により無線パケットを送受信するものとしてもよい。   Here, the synchronization means may use the transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception means immediately after completion of reception of the wireless packet by the transmission / reception means or after a lapse of a certain time after completion of reception. In addition, the transmission / reception means transmits / receives a wireless packet through a time slotted wireless communication line, and the synchronization means transmits a time slot immediately after completion of reception of the wireless packet by the transmission / reception means or a time after elapse of a certain time after reception completion The slot may be a transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception means. Furthermore, the transmission / reception means may transmit / receive a radio packet by orthogonal frequency division multiplexing.

本発明に係る無線通信システムは、無線パケットを無線局間で中継する無線通信システムであって、無線パケットを中継するそれぞれの無線局である無線通信装置が、中継する無線パケットの送受信手段と、前記送受信手段が受信したパケットを受け、送信するパケットとして前記送受信手段に供給する中継手段と、前記送信するパケットの前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングと、他の無線通信装置が中継する無線パケットの送信タイミングと、が同期するよう、前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングを制御する同期手段と、を含む、ことを特徴とする。   A radio communication system according to the present invention is a radio communication system that relays radio packets between radio stations, and a radio communication device that is a radio station that relays radio packets includes: A relay unit that receives a packet received by the transmission / reception unit and supplies the packet to the transmission / reception unit as a packet to be transmitted, a transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception unit of the packet to be transmitted, and a wireless packet relayed by another wireless communication device Synchronization means for controlling the transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception means so that the transmission timing is synchronized with the transmission timing.

本発明に係る無線通信プログラムは、無線パケットを中継する無線通信プログラムであって、中継する無線パケットを送受信する送受信機能により受信したパケットを受け、送信するパケットとして前記送受信機能に供給する中継機能と、前記送信するパケットの前記送受信機能による無線パケットの送信タイミングと、他の無線通信プログラムが中継する無線パケットの送信タイミングと、が同期するよう、前記送受信機能による無線パケットの送信タイミングを制御する同期機能とを、コンピュータに実現させるための無線通信プログラムである。   A wireless communication program according to the present invention is a wireless communication program that relays a wireless packet, receives a packet received by a transmission / reception function that transmits / receives a wireless packet to be relayed, and supplies the packet to the transmission / reception function as a packet to be transmitted; The synchronization for controlling the transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception function so that the transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception function of the packet to be transmitted is synchronized with the transmission timing of the wireless packet relayed by another wireless communication program A wireless communication program for causing a computer to realize functions.

本発明によれば、無線パケットを中継する無線通信装置が、送信するパケットの送受信手段による無線パケットの送信タイミングを、他の無線通信装置が中継する無線パケットの送信タイミングと同期させることとしたので、無線パケットの中継先である受信側においては、同じ無線パケットが複数の無線通信装置から送信されてきたとしても、それらはすべて同じ送信タイミングで送信されたものとなっている。従って、無線通信装置間の伝送経路長が全く同じであれば、受信タイミングが完全に等しくなり、パケットの衝突が生ずることはなくなる。これにより、同じ無線パケットを複数の無線通信装置で同時に送信することができ、ある無線通信装置の無線パケット送信中にその周辺にある他の無線通信装置等が同じ無線パケットの送信を待機する必要はなくなる。結果、無線パケットの中継においてパケットを効率良く伝送することが可能になり、パケット中継の遅延時間の低減及びスループットの向上を実現することができる。   According to the present invention, the wireless communication device that relays the wireless packet synchronizes the transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception unit of the transmitted packet with the transmission timing of the wireless packet that is relayed by the other wireless communication device. Even if the same wireless packet is transmitted from a plurality of wireless communication devices on the receiving side that is the relay destination of the wireless packet, they are all transmitted at the same transmission timing. Therefore, if the transmission path lengths between the wireless communication apparatuses are exactly the same, the reception timing is completely equal, and packet collision does not occur. As a result, the same wireless packet can be transmitted simultaneously by a plurality of wireless communication devices, and other wireless communication devices in the vicinity need to wait for the transmission of the same wireless packet while transmitting a wireless packet of a certain wireless communication device. Will disappear. As a result, it is possible to efficiently transmit a packet in relaying a wireless packet, and it is possible to realize a reduction in packet relay delay time and an improvement in throughput.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態による無線通信装置の構成を示したブロック図である。本無線通信装置は、無線パケット通信システムにおいて無線パケットを中継する無線局を構成するものとなっており、図1のブロック図では、その無線局の主要な構成である本無線通信装置の要部を示してある。かかる要部として、本無線通信装置は、図示のようにパケット送受信部1、パケット中継部2及び同期制御部3を有しており、これらを有する本無線通信装置による無線局が複数配置されて各無線局間がメッシュ状に無線通信回線で接続され、無線パケットを中継して通信距離を延長する無線メッシュネットワークシステムが構成されるものとなっている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a wireless communication apparatus according to an embodiment of the present invention. The wireless communication apparatus constitutes a wireless station that relays wireless packets in a wireless packet communication system. In the block diagram of FIG. 1, the main part of the wireless communication apparatus, which is the main configuration of the wireless station, is illustrated. Is shown. As shown in FIG. 1, the wireless communication apparatus includes a packet transmission / reception unit 1, a packet relay unit 2, and a synchronization control unit 3 as shown in the figure. A wireless mesh network system is configured in which each wireless station is connected in a mesh form with a wireless communication line and relays wireless packets to extend the communication distance.

パケット送受信部1は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing(直交周波数分割多重))方式によって無線パケットを送受信する手段であり、その送受信を行うための変調器や復調器等を有し、周囲にある他の無線局(それぞれ本無線通信装置によって構成されている他の無線局)と無線信号を授受するためのオムニアンテナ等のアンテナ1aを備えている。パケット送受信部1は、無線パケットを受信したときには、その無線パケットを復調した受信パケットをパケット中継部2へ供給すると共に、無線パケットの受信を知らせるパケット受信情報を同期制御部3に出力する。   The packet transmitting / receiving unit 1 is a means for transmitting and receiving a wireless packet by an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system, and has a modulator, a demodulator, and the like for performing the transmission and reception. Antennas 1a such as omni antennas for transmitting and receiving radio signals to and from the other radio stations (other radio stations each constituted by the radio communication apparatus). When receiving the wireless packet, the packet transmitting / receiving unit 1 supplies the received packet obtained by demodulating the wireless packet to the packet relay unit 2 and outputs packet reception information notifying the reception of the wireless packet to the synchronization control unit 3.

パケット中継部2は、他の無線局から受信した無線パケットを一時的に保存してさらに他の無線局へと中継する手段であり、パケットのデータを一時記憶する所定の記憶装置等によって構成される。パケット中継部2は、パケット送受信部1から供給される受信パケットを一時的に保存し、その保存した受信パケットを送信パケットとしてパケット送受信部1へ供給することにより、受信パケットのデータを転送して無線パケットを中継する。   The packet relay unit 2 is means for temporarily storing radio packets received from other radio stations and further relaying them to other radio stations, and is configured by a predetermined storage device or the like that temporarily stores packet data. The The packet relay unit 2 temporarily stores the received packet supplied from the packet transmitting / receiving unit 1 and transfers the received packet data by supplying the stored received packet as a transmission packet to the packet transmitting / receiving unit 1. Relay wireless packets.

同期制御部3は、他の無線局と自局(当該無線局)との無線パケットの送信タイミングが同期するよう、自局の無線パケット送信タイミングを制御する手段であり、パケット送受信部1からのパケット受信情報等に基づき、中継する無線パケットの送信タイミングを指示するパケット送信タイミング情報をパケット送受信部1に供給する。これにより、パケット送受信部1は、パケット中継部2からの送信パケットを変調した無線パケットをパケット送信タイミング情報によって指示された送信タイミングで送信する。   The synchronization control unit 3 is a means for controlling the wireless packet transmission timing of the local station so that the transmission timing of the wireless packet between the other wireless station and the local station (the wireless station) is synchronized. Based on the packet reception information and the like, packet transmission timing information for instructing the transmission timing of the relayed wireless packet is supplied to the packet transmitting / receiving unit 1. Thereby, the packet transmission / reception unit 1 transmits a wireless packet obtained by modulating the transmission packet from the packet relay unit 2 at the transmission timing indicated by the packet transmission timing information.

同期制御部3が、無線パケットの送信タイミングを決定し、その決定した送信タイミングをパケット送信タイミング情報で指示することにより、各無線局のパケット送信タイミングを同期させる。この同期制御部3が行う送信タイミングの決定及び指示による同期制御の形態としては、例えば、次のようなものが挙げられる。   The synchronization control unit 3 determines the transmission timing of the wireless packet, and indicates the determined transmission timing with the packet transmission timing information, thereby synchronizing the packet transmission timing of each wireless station. As a form of the synchronization control by the determination and instruction of the transmission timing performed by the synchronization control unit 3, for example, the following can be cited.

・第1同期制御形態
同期制御部3は、中継する無線パケットの受信完了直後又は受信完了後の一定時間経過後を当該無線パケットの送信タイミングと決定し、その送信タイミングをパケット送信タイミング情報でパケット送受信部1に指示する。これにより、各無線局で無線パケットを受信した後に当該無線パケットを中継のために送信するまでの時間を統一し、各無線局間での中継パケットの送信タイミングを同期させる。
First synchronization control mode The synchronization control unit 3 determines the transmission timing of the wireless packet immediately after the completion of reception of the wireless packet to be relayed or after a lapse of a certain time after the reception is completed, and uses the packet transmission timing information as the transmission timing. The transmitter / receiver 1 is instructed. As a result, the time until the wireless packet is transmitted for relay after the wireless packet is received by each wireless station is unified, and the transmission timing of the relay packet between the wireless stations is synchronized.

ここで、無線パケットの受信完了直後を送信タイミングとする場合には、個々の無線パケットを受信するのに要する時間(1無線パケットの受信開始時点から受信完了時点までの時間)は予め分かるので、パケット受信情報を受けた時点からその時間が経過した時点を送信タイミングとすればよい。受信完了後の一定時間経過後を送信タイミングとするのは、自局と他の周辺無線局とで同じ無線パケットを受信するタイミングに差が生じるような場合である。例えば、自局と他の周辺無線局とが共に同じ無線パケットを受信する可能性があるが、その無線パケットの送信元無線局からの経路長(無線局間距離)等が自局と他の周辺無線局とでは異なっており、各無線局での受信完了時点に差が生じるような場合である。このような場合には、例えば、受信完了時点が最も遅い無線局では受信完了直後を送信タイミングとし、他の無線局については、その最も遅い受信完了時点と当該他の無線局での受信完了時点の差に相当する時間を前記一定時間として、受信完了後の一定時間経過後を送信タイミングとすればよい。なお、ここにいう受信完了時点の差は、前記経路長等の差が各無線局の配置等によって分かるので、その経路長等の差に基づいて予め把握することができ、各無線局での送信タイミングを受信完了直後ないし受信完了後の一定時間経過後に予め定めておくことができる。   Here, when the transmission timing is immediately after the completion of reception of the wireless packet, the time required to receive each wireless packet (the time from the reception start time of one wireless packet to the reception completion time) is known in advance. The transmission timing may be the time when the time has elapsed since the reception of the packet reception information. The transmission timing after the elapse of a certain time after completion of reception is a case where there is a difference in the timing of receiving the same radio packet between the own station and other peripheral radio stations. For example, there is a possibility that both the local station and other peripheral wireless stations receive the same wireless packet, but the route length (distance between wireless stations) from the wireless station that transmitted the wireless packet is This is a case where there is a difference in the reception completion time at each wireless station. In such a case, for example, the wireless station with the latest reception completion time is set as the transmission timing immediately after the reception completion, and for the other wireless stations, the latest reception completion time and the reception completion time at the other wireless station. The time corresponding to the difference between the two times may be set as the predetermined time, and the time after the completion of reception may be set as the transmission timing. Note that the difference between the reception completion times mentioned here can be known in advance based on the difference in the path length, etc. The transmission timing can be determined in advance immediately after completion of reception or after a lapse of a certain time after completion of reception.

同期制御部3がパケット受信情報を得たときには、このようにして無線パケットを受信してから所定時間経過後を当該無線パケットの送信タイミングと決定し、その送信タイミングをパケット送受信部1に指示する。これにより、各無線局で無線パケットを受信した後から(最も受信が遅い無線局での受信が完了してから)当該無線パケットを当該各無線局が送信するまでの時間が統一され、各無線局間で中継される無線パケットの送信タイミングを同期させることができる。この第1同期制御形態によれば、比較的簡単な制御によって各無線局(各無線通信装置)のパケット送信タイミングを同期させることができる。   When the synchronization control unit 3 obtains the packet reception information, the wireless packet is determined to be the transmission timing of the wireless packet after a predetermined time has elapsed since the reception of the wireless packet in this way, and the transmission timing is instructed to the packet transmission / reception unit 1 . As a result, the time until each wireless station transmits the wireless packet after the wireless packet is received at each wireless station (after the reception at the wireless station with the slowest reception is completed) is unified. The transmission timing of radio packets relayed between stations can be synchronized. According to this first synchronization control mode, it is possible to synchronize the packet transmission timing of each wireless station (each wireless communication device) with relatively simple control.

・第2同期制御形態
無線パケット通信システムにおいては、一般に無線通信回線が一定時間間隔でタイムスロット化される場合が多いので、パケット送受信部1は、そのタイムスロット化された無線通信回線を用いて無線パケットを送受信する形態となることが多い。この場合、同期制御部3は、各無線局で無線パケットを送信するタイムスロットを揃えるように送信タイミングを決定することにより、無線パケットの送信タイミングを同期させることができる。すなわち、中継する無線パケットの受信完了直後のタイムスロット又は受信完了後の一定時間経過後のタイムスロットを当該無線パケットの送信タイミングと決定し、その送信タイミングをパケット送信タイミング情報でパケット送受信部1に指示する。これにより、各無線局で無線パケットを受信した後に当該無線パケットを中継のために送信するタイムスロットを統一し、各無線局間での中継パケットの送信タイミングを同期させる。
Second Synchronization Control Mode In a wireless packet communication system, since a wireless communication line is often time-slotted at regular time intervals, the packet transmitting / receiving unit 1 uses the time-slotted wireless communication line. In many cases, wireless packets are transmitted and received. In this case, the synchronization control unit 3 can synchronize the transmission timing of the radio packet by determining the transmission timing so that the time slots for transmitting the radio packet are aligned in each radio station. That is, the time slot immediately after the completion of reception of the wireless packet to be relayed or the time slot after the elapse of a certain time after the completion of reception is determined as the transmission timing of the wireless packet, and the transmission timing is transmitted to the packet transmitting / receiving unit 1 using the packet transmission timing information. Instruct. As a result, after receiving the wireless packet at each wireless station, the time slot for transmitting the wireless packet for relaying is unified, and the transmission timing of the relay packet between the wireless stations is synchronized.

ここで、タイムスロットの同期をとるためには、例えば、GPS(Global Positioning System(全地球測位システム))等の手段によって高精度の時刻情報を各無線局の同期制御部3が取得することにより、送信タイミングの決定に当たって各無線局の同期制御部3が共通の時刻情報によるタイムスロットを共用するようにして無線通信回線のタイムスロットの同期を確立してもよい。なお、GPSを利用する場合には、例えば、各無線局にGPS受信機を搭載してGPS時計の時刻情報を取得したり、他所のGPS受信機から時刻情報の供給を受けたりすればよい。   Here, in order to synchronize the time slots, for example, the synchronization control unit 3 of each wireless station acquires high-accuracy time information by means such as GPS (Global Positioning System (Global Positioning System)). In determining the transmission timing, the synchronization control unit 3 of each wireless station may establish time slot synchronization of the wireless communication line by sharing a time slot based on common time information. In the case of using GPS, for example, a GPS receiver may be mounted on each radio station to acquire time information of a GPS clock, or time information may be supplied from a GPS receiver at another location.

無線パケットの受信完了直後のタイムスロットを送信タイミングとする場合には、個々の無線パケットを受信するのに要する時間は予め分かるので、パケット受信情報を受けた時点からその時間が経過した直後のタイムスロットを送信タイミングとすればよい。受信完了後の一定時間経過後のタイムスロットを送信タイミングとするのは、上記第1同期制御形態で受信完了後の一定時間経過後を送信タイミングとする場合と同様に、自局と他の周辺無線局とで同じ無線パケットを受信するタイミングに差が生じるような場合である。このような場合には、例えば、当該無線パケットの受信完了時点が最も遅い無線局では受信完了直後のタイムスロットを送信タイミングとし、他の無線局については、その最も遅い受信完了時点と当該他の無線局での当該無線パケットの受信完了時点の差に相当する時間を前記一定時間として、受信完了後の一定時間経過後のタイムスロットを送信タイミングとすればよい。なお、ここにいう受信完了時点の差も上記第1同期制御形態中にいう受信完了時点の差と同様に各無線局間の経路長等の差に基づいて予め把握することができ、各無線局での送信タイミングを受信完了直後のタイムスロットないし受信完了後の一定時間経過後のタイムスロットに予め定めておくことができる。   When the transmission timing is the time slot immediately after reception of a wireless packet is completed, the time required to receive each wireless packet is known in advance, so the time immediately after that time has elapsed since the packet reception information was received. A slot may be used as a transmission timing. The time slot after the elapse of a certain time after completion of reception is set as the transmission timing in the same manner as in the case where the elapse of the certain time after completion of reception is set as the transmission timing in the first synchronization control mode. This is a case where a difference occurs in the timing of receiving the same radio packet with the radio station. In such a case, for example, in the wireless station with the latest reception completion time of the wireless packet, the time slot immediately after the reception completion is set as the transmission timing, and for the other wireless stations, the latest reception completion time point and the other The time corresponding to the difference between the reception completion points of the wireless packet at the wireless station is set as the predetermined time, and the time slot after the elapse of the predetermined time after the reception is completed may be set as the transmission timing. Note that the difference between the reception completion points mentioned here can be grasped in advance based on the difference in the path length between the radio stations in the same manner as the difference between the reception completion points in the first synchronization control mode. The transmission timing at the station can be set in advance to a time slot immediately after the completion of reception or a time slot after the elapse of a fixed time after completion of reception.

同期制御部3がパケット受信情報を得たときには、このようにして無線パケットを受信してから所定時間経過後のタイムスロットを当該無線パケットの送信タイミングと決定し、その送信タイミングをパケット送受信部1に指示する。これにより、各無線局が受信した無線パケットを中継のために送信するタイムスロットが統一され、各無線局間で中継される無線パケットの送信タイミングを同期させることができる。この第2同期制御形態によれば、GPS等の高精度の時刻情報でタイムスロットの同期をとることができるので、比較的高い精度で各無線局(各無線通信装置)のパケット送信タイミングを同期させることができる。   When the synchronization control unit 3 obtains the packet reception information, the time slot after the elapse of a predetermined time after receiving the wireless packet is determined as the transmission timing of the wireless packet, and the transmission timing is determined as the packet transmission / reception unit 1. To instruct. As a result, the time slots for transmitting the wireless packets received by the wireless stations for relaying are unified, and the transmission timing of the wireless packets relayed between the wireless stations can be synchronized. According to the second synchronization control mode, the time slot can be synchronized with highly accurate time information such as GPS, so that the packet transmission timing of each wireless station (each wireless communication device) is synchronized with relatively high accuracy. Can be made.

同期制御部3は、上記第1同期制御形態や第2同期制御形態等の同期制御により、中継する無線パケットの送信タイミングを他の無線局での当該無線パケットの送信タイミングと同期させるパケット送信タイミング情報をパケット送受信部1に供給し、パケット送受信部1は、同期制御部3から得られたパケット送信タイミング情報によって他の周辺無線局と同一タイミングで当該無線パケットを送信する。このとき、パケット送受信部1は、OFDM方式によって無線パケットを送信するので、中継される無線パケットは、G.I.(ガードインターバル(Guard Interval)。以下同じ。)が挿入されたOFDMシンボルによって送信される。   The synchronization control unit 3 synchronizes the transmission timing of the radio packet to be relayed with the transmission timing of the radio packet at another radio station by the synchronization control such as the first synchronization control mode and the second synchronization control mode. The information is supplied to the packet transmitting / receiving unit 1, and the packet transmitting / receiving unit 1 transmits the radio packet at the same timing as other peripheral radio stations based on the packet transmission timing information obtained from the synchronization control unit 3. At this time, since the packet transmitting / receiving unit 1 transmits a wireless packet by the OFDM method, the relayed wireless packet is G. I. (Guard Interval, the same applies hereinafter) is transmitted by the inserted OFDM symbol.

図2は、中継される無線パケットとOFDMシンボルの関係を表した図であり、(a)が中継される無線パケット、(b)がある無線局(1)のOFDMシンボル送信タイミング、(c)が他の無線局(2)のOFDMシンボル送信タイミングを表している。ここにいう無線局(1)と無線局(2)は、無線メッシュネットワークシステムにおいて同一の無線パケットを中継することがある近接した無線局であるが、OFDMシンボルについての説明の便宜上想定する無線局であって、本無線通信装置による無線局ではない(送信タイミングの同期をとっていない。)。(b)、(c)は、横方向を共通の時間軸として、それぞれ無線局(1)、無線局(2)が共に(a)の同一無線パケットを中継するときのOFDMシンボル送信タイミングを示している。したがって、(b)と(c)では、送信データは全く同一であり、共に(a)の無線パケットのヘッダを含む全データがOFDMシンボルによる送信データになっている。   FIG. 2 is a diagram showing the relationship between a relayed wireless packet and an OFDM symbol, where (a) is a wireless packet to be relayed, (b) is the OFDM symbol transmission timing of a wireless station (1), (c) Represents the OFDM symbol transmission timing of the other radio station (2). The wireless station (1) and the wireless station (2) here are adjacent wireless stations that may relay the same wireless packet in the wireless mesh network system, but are assumed for convenience of explanation of the OFDM symbol. However, it is not a radio station by this radio communication apparatus (the transmission timing is not synchronized). (b) and (c) show the OFDM symbol transmission timing when the radio station (1) and the radio station (2) both relay the same radio packet of (a) with the horizontal direction as a common time axis. ing. Therefore, in (b) and (c), the transmission data is exactly the same, and all the data including the header of the radio packet in (a) is transmission data based on the OFDM symbol.

図2に示すように、OFDM方式を用いると、送るべき無線パケットが複数のOFDMシンボルに分けられて送信され、それぞれのOFDMシンボルにG.I.が付加される。これらのG.I.が付加されたOFDMシンボルには、無線局(1)と無線局(2)の送信タイミングが図示のようにG.I.の範囲内でずれても互いに干渉とならず、受信側において無線局(1)からのOFDMシンボルと無線局(2)からのOFDMシンボルをG.I.の範囲内でずれて受信しても正常に復調して受信することができるという特性がある。このことは、送るべきデータが一つのOFDMシンボルであっても同じである。   As shown in FIG. 2, when the OFDM method is used, a wireless packet to be transmitted is transmitted after being divided into a plurality of OFDM symbols. I. Is added. These G.M. I. In the OFDM symbol to which is added, the transmission timings of the wireless station (1) and the wireless station (2) are as shown in FIG. I. Even if they deviate within the range, the interference does not interfere with each other, and the OFDM symbol from the wireless station (1) and the OFDM symbol from the wireless station (2) are G. I. Even if the signal is deviated within the above range, it can be demodulated and received normally. This is the same even if the data to be transmitted is one OFDM symbol.

ただし、かかる特性を呈するには、無線局(1)と無線局(2)が送信する無線信号が全く同じでなければならない(タイミングがG.I.の範囲内でずれているだけで信号自体は全く同じでなければならない。)。ここでは、無線局(1)と無線局(2)の送信データはヘッダも含めて同一なので、無線パケット(OFDMシンボル)の搬送波周波数も同一にして周波数同期を同じにし、かつ、信号の情報を送る他のヘッダがあればそれも同じ内容にすることにより(このようにすることは可能である。)、上記特性による正常な受信ができることになる。   However, in order to exhibit such characteristics, the radio signals transmitted by the radio station (1) and the radio station (2) must be exactly the same (the signal itself is merely shifted in the range of GI). Must be exactly the same.) Here, since the transmission data of the wireless station (1) and the wireless station (2) are the same including the header, the carrier frequency of the wireless packet (OFDM symbol) is also the same, the frequency synchronization is the same, and the signal information is If there are other headers to be sent, the same contents can be used (this is possible), and normal reception can be performed with the above characteristics.

本無線通信装置におけるパケット送受信部1は、以上のような特性を有するOFDMシンボルで無線パケットを送信する。そして、この無線パケットの送信は、本無線通信装置による無線局が複数配置されて構成される無線メッシュネットワークシステムにおいて、上述した同期制御部3の同期制御により各無線局共同一の送信タイミングで行われ、各無線局間で無線パケットが中継される。   The packet transmitting / receiving unit 1 in this wireless communication apparatus transmits a wireless packet using the OFDM symbol having the above characteristics. Then, in the wireless mesh network system configured by arranging a plurality of wireless stations by this wireless communication apparatus, this wireless packet is transmitted at the same transmission timing of each wireless station by the synchronization control of the synchronization control unit 3 described above. The wireless packet is relayed between the wireless stations.

図3は、その各無線局間での無線パケットの中継例を示した図であり、本無線通信装置による無線局が構成する無線メッシュネットワークシステム(本発明の一実施形態による無線通信システムに相当する。以下「本無線メッシュネットワークシステム」という。)で無線パケットを中継するときのパケット転送例の様子を表している。図3中の左側は、本無線メッシュネットワークシステムの構成例の概略を示しており、それぞれの丸印が本無線通信装置による無線局を表している。メッシュ状に配列した複数の四角形は、各無線局間がメッシュ状に無線通信回線で接続されて構築されるメッシュネットワークを表している。図3中の右側は、同構成例中にある無線局A〜Eがそれぞれ無線パケットを送受信するタイミングを表したタイミングチャートである。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of relaying a wireless packet between the wireless stations, and is a wireless mesh network system (corresponding to a wireless communication system according to an embodiment of the present invention) configured by a wireless station by the wireless communication apparatus. Hereinafter, a state of a packet transfer example when a wireless packet is relayed by "this wireless mesh network system") is shown. The left side in FIG. 3 shows an outline of a configuration example of the wireless mesh network system, and each circle represents a wireless station by the wireless communication apparatus. A plurality of quadrangles arranged in a mesh form represent a mesh network constructed by connecting each wireless station with a wireless communication line in a mesh form. The right side in FIG. 3 is a timing chart showing the timings at which the wireless stations A to E in the configuration example respectively transmit and receive wireless packets.

図3に示すように、中央黒丸印の無線局Aで生起したパケットは、オムニアンテナ等のアンテナ1aによって同心円状に周囲の無線局間を転送され、実線矢印及び“(1)送信”で示した第1回目の中継で周辺の無線局に中継される。そして、無線局Aから無線パケットを受信したすべての周辺の無線局は、それぞれの同期制御部3の同期制御によって同一の送信タイミングで無線パケットを送信し、さらに他の周辺の無線局へと無線パケットを転送する。   As shown in FIG. 3, the packet generated in the wireless station A indicated by the central black circle is transferred between the surrounding wireless stations concentrically by an antenna 1a such as an omni antenna, and is indicated by a solid line arrow and “(1) transmission”. It is relayed to neighboring wireless stations by the first relay. Then, all the peripheral wireless stations that have received the wireless packet from the wireless station A transmit the wireless packet at the same transmission timing by the synchronization control of the respective synchronization control units 3, and further wirelessly transmit to other peripheral wireless stations. Forward the packet.

このとき、各無線局が送信する無線パケットは、すべて第1回目の中継で無線局Aが送信した同一の無線パケットであるため、各無線局の送信データは、ヘッダも含めてすべて同じになる(無線メッシュネットワークでは、このように同一パケットを複数の無線局に中継するため、それらの無線局がさらに中継をするときの送信データの内容はすべて同じになる。)。また、各無線局は、当該無線パケットを送信する際の搬送波として同一周波数の搬送波を使用し、当該無線パケットに信号の情報を送る他のヘッダがあればそれもすべて同じにする。すなわち、無線局Aから無線パケットを受信した各無線局は、当該無線パケットを全く同一の無線信号により同一の送信タイミングで送信する。   At this time, all the wireless packets transmitted by the wireless stations are the same wireless packet transmitted by the wireless station A in the first relay, and therefore the transmission data of each wireless station is the same including the header. (In a wireless mesh network, since the same packet is relayed to a plurality of wireless stations in this way, the contents of transmission data when those wireless stations further relay are all the same). Each wireless station uses a carrier wave of the same frequency as a carrier wave for transmitting the wireless packet, and if there are other headers for sending signal information to the wireless packet, all of them are the same. That is, each wireless station that has received a wireless packet from wireless station A transmits the wireless packet at the same transmission timing with the same wireless signal.

これにより、無線局Aから各無線局が受信した当該無線パケットがさらに他の無線局(無線局Aからさらに離れた無線局)へと転送され、破線矢印及び“(2)送信”で示した第2回目の中継が行われる。この第2回目の中継では、例えば、無線局Dにおいては、無線局Bと無線局Cが当該無線パケットを同時に送信するので、無線局Bと無線局Cの双方から当該無線パケットの無線信号が到来する。   As a result, the wireless packet received by each wireless station from the wireless station A is transferred to another wireless station (a wireless station further away from the wireless station A), and is indicated by a broken-line arrow and “(2) transmission”. The second relay is performed. In the second relay, for example, in the wireless station D, since the wireless station B and the wireless station C transmit the wireless packet at the same time, the wireless signal of the wireless packet is transmitted from both the wireless station B and the wireless station C. To come.

ここで、無線局Bと無線局Dとの間の距離“B−D”よりも無線局Cと無線局Dとの間の距離“C−D”の方が長かったとすると、無線局Dでは、タイミングが少しずれた2つの同じ無線信号が受信されることになり、いわゆるマルチパスによるシンボル間干渉等の影響が生じ得る状態になる。しかし、本無線通信装置では、無線パケットの送受信をOFDM方式によって行っているので、図3中の右側における第2回目の中継に示したように無線局Bと無線局Cがそれぞれ行う“(2)送信”による無線局Dでの受信タイミングのずれがG.I.の範囲内であれば、上記特性等のOFDMの特徴により、無線局Dにおいて到来する無線信号を正常に復調して当該無線パケットを受信することができる。   Here, if the distance “C-D” between the wireless station C and the wireless station D is longer than the distance “BD” between the wireless station B and the wireless station D, the wireless station D As a result, the same two radio signals with slightly different timings are received, and an effect such as inter-symbol interference due to so-called multipath may occur. However, in this wireless communication apparatus, since transmission / reception of wireless packets is performed by the OFDM method, the wireless station B and the wireless station C respectively perform “(2) as shown in the second relay on the right side in FIG. ) Transmission ”causes a shift in the reception timing at the wireless station D. I. If it is within the range, it is possible to normally demodulate the radio signal arriving at the radio station D and receive the radio packet due to the characteristics of OFDM such as the above characteristics.

これに対し、距離“B−D”と距離“C−D”は共にメッシュネットワークにおいて隣接する無線局間の距離である上に、無線局Bと無線局Cのパケット送信タイミングは全く同一である。したがって、図示のように無線局Dでの受信タイミングのずれをG.I.の範囲内とすることは十分可能であり、無線局Dにおいては当該無線パケットを正常に受信することができる。   On the other hand, the distance “BD” and the distance “CD” are both distances between adjacent wireless stations in the mesh network, and the packet transmission timings of the wireless station B and the wireless station C are exactly the same. . Therefore, as shown in FIG. I. The wireless station D can receive the wireless packet normally.

各無線局を構成している本無線通信装置は、以上のように同期制御部3の働きによって中継する無線パケットの送信タイミングを同期させ、さらにマルチパスによる影響を低減させるOFDM方式で無線パケットを送受信しているので、無線パケットの衝突を回避するためにパケット送信を待機する必要がなく、各回の中継で各無線局での受信が完了した時点から直ちに無線パケットを転送して次の中継を行うことができる。これにより、パケット送信の待機時間に起因するパケット中継の遅延は払拭され、パケットを効率良く伝送することが可能となり、パケット中継の遅延時間の低減及びスループットの向上を実現することができる。   As described above, the wireless communication device constituting each wireless station synchronizes the transmission timing of the wireless packet to be relayed by the function of the synchronization control unit 3 and further reduces the influence of the multipath by the OFDM method. Since it is transmitting and receiving, there is no need to wait for packet transmission to avoid collision of wireless packets, and the wireless packet is transferred immediately after the reception at each wireless station is completed in each relay, and the next relay is performed. It can be carried out. Thereby, the delay of the packet relay due to the waiting time of packet transmission is eliminated, the packet can be transmitted efficiently, and the delay time of the packet relay can be reduced and the throughput can be improved.

図4は、そのパケット中継の遅延時間の低減及びスループットの向上の一例を示すものとして、図3のパケット中継例によるチャネルスループットと平均遅延時間(平均伝送遅延時間)の改善効果の計算値を示した図である。図4中の横軸は、ノード間距離(隣接する無線局間の距離)で正規化した無線パケットの中継距離を示し、縦軸は、通例のスケジューリングによる上記図5のパケット中継例におけるチャネルスループットで正規化した図3のパケット中継例におけるチャネルスループット、及び図5のパケット中継例における平均遅延時間で正規化した図3のパケット中継例における平均遅延時間を示している。この改善効果の計算値によれば、図3のパケット中継例は、実線グラフで示されているようにチャネルスループットで約50%改善し、一点鎖線グラフで示されているように平均遅延時間で約12%改善することが分かる。   FIG. 4 shows calculated values of the improvement effect of the channel throughput and the average delay time (average transmission delay time) according to the packet relay example of FIG. 3 as an example of the reduction of the delay time and the improvement of the throughput of the packet relay. It is a figure. The horizontal axis in FIG. 4 indicates the relay distance of radio packets normalized by the distance between nodes (distance between adjacent radio stations), and the vertical axis indicates the channel throughput in the packet relay example of FIG. 6 shows the channel throughput in the packet relay example of FIG. 3 normalized by FIG. 3, and the average delay time in the packet relay example of FIG. 3 normalized by the average delay time in the packet relay example of FIG. According to the calculated value of the improvement effect, the packet relay example of FIG. 3 improves the channel throughput by about 50% as shown by the solid line graph, and the average delay time as shown by the one-dot chain line graph. It turns out that it improves about 12%.

なお、図3のパケット中継例では、無線局Aにおいて、第1回目の中継で自局が送信した無線パケットを第2回目の中継で無線局B等から受信しているが、それを再び無線局Aが転送することとはしていない。本無線メッシュネットワークシステムにおいては、このように同一無線パケットの重複転送を避ける処理を適宜導入するものとしてよく、同じ無線パケットの転送が永遠に繰り返される無限ループの状態にならないようにするための処理等を適宜導入する。無限ループの状態にならないようにするための処理は、より上位レイヤで規定されるルーチングに関わる処理として考えることもできるので、その各種処理を適宜組み合わせて利用することにしてもよい。例えば、各無線パケットのヘッダ部にシーケンスナンバー(SN(Sequence Number))を付与することとし、それを参照することによって過去に転送した無線パケットを再び受信したとしても再転送しない処理等を採用してもよい。   In the packet relay example of FIG. 3, in the wireless station A, the wireless packet transmitted by the local station in the first relay is received from the wireless station B or the like in the second relay. Station A is not supposed to transfer. In this wireless mesh network system, processing for avoiding duplicate transfer of the same wireless packet as described above may be introduced as appropriate, and processing for preventing the state of an infinite loop where the transfer of the same wireless packet is repeated forever. Etc. are introduced as appropriate. The process for preventing the endless loop state from occurring can be considered as a process related to routing defined in a higher layer, and therefore, various processes may be used in combination as appropriate. For example, a sequence number (SN (Sequence Number)) is assigned to the header part of each wireless packet, and processing that does not retransmit even if a wireless packet transferred in the past is received again by referring to it is adopted. May be.

上述したように、本無線通信装置及び本無線メッシュネットワークシステムでは、同時に同じOFDMシンボルを送信しても干渉とならないOFDMの特性を活かしてOFDM方式による無線パケットとしての中継パケットを同時に送信する。これにより、無線メッシュネットワークを中継される同一データからなる無線パケットを、無線メッシュネットワークを構成する複数の無線局が同時に受信することを可能とすることで、パケット中継の遅延時間を低減し、スループットを向上させることができる。   As described above, the wireless communication apparatus and the wireless mesh network system simultaneously transmit relay packets as wireless packets using the OFDM scheme by utilizing the characteristics of OFDM that do not cause interference even if the same OFDM symbol is transmitted simultaneously. As a result, it is possible to reduce the delay time of the packet relay by enabling a plurality of wireless stations constituting the wireless mesh network to simultaneously receive a wireless packet composed of the same data relayed through the wireless mesh network, and throughput. Can be improved.

すなわち、本無線通信装置及び本無線メッシュネットワークシステムは、OFDM方式を採用し、かつ、無線通信装置相互間のパケット送信タイミングの同期を確立し、同時に全く同じOFDMシンボルを複数の無線通信装置から送信することにより、無線パケットを効率的に伝送することができ、無線パケットの中継を効率的に行うことができるものとなっている。その結果として、無線パケットの伝送遅延を短くすることができ、平均遅延時間の低減を図ることができると共に、スループットの向上を図ることができる。さらに、上述した通例のスケジューリングのように無線パケットの衝突を避けるために必要であった無線局間の複雑なスケジューリング制御が不要であるという点も、本無線通信装置及び本無線メッシュネットワークシステムの長所として挙げることができる。   In other words, the wireless communication device and the wireless mesh network system employ the OFDM method, establish synchronization of packet transmission timing between the wireless communication devices, and simultaneously transmit the same OFDM symbol from a plurality of wireless communication devices. By doing so, wireless packets can be transmitted efficiently, and wireless packets can be relayed efficiently. As a result, the transmission delay of the wireless packet can be shortened, the average delay time can be reduced, and the throughput can be improved. Furthermore, the advantage of the present wireless communication apparatus and the present wireless mesh network system is that the complicated scheduling control between the wireless stations, which is necessary for avoiding the collision of the wireless packets as in the usual scheduling described above, is unnecessary. Can be mentioned.

ただし、OFDM方式を採用するという構成は、マルチパスによる影響を低減するための手段であるため、その影響がないといえるような場合においては必須ではない。すなわち、OFDM方式の採用による効果は、上述した無線局Dでの無線パケットの受信のように各無線局からの無線パケットの受信タイミングにずれがあり、マルチパスによる影響が生じるいわゆるマルチパス状態であっても、無線パケットを正常に受信することができるという点である。これに対し、例えば、ある無線局が他の複数の無線局それぞれから受信する無線パケットの受信タイミングが全く同じである場合には、それらの無線パケットが全く同一の無線信号(送信データの内容や搬送波周波数等がすべて同じである無線信号)によって送信されている限り、マルチパス状態は生じないので、OFDM方式によらずとも無線パケットを受信することができる。   However, the configuration employing the OFDM scheme is a means for reducing the influence of multipath, and is not essential in the case where it can be said that there is no such influence. In other words, the effect of adopting the OFDM method is that in the so-called multipath state in which there is a shift in the reception timing of radio packets from each radio station as in the case of radio packet reception at radio station D described above, and the influence of multipath occurs. Even in such a case, the wireless packet can be normally received. On the other hand, for example, when the reception timing of a wireless packet received by a certain wireless station from each of a plurality of other wireless stations is exactly the same, these wireless packets are exactly the same wireless signal (contents of transmission data and As long as the signals are transmitted by radio signals having the same carrier frequency or the like, a multipath state does not occur, so that radio packets can be received without depending on the OFDM scheme.

ここで、各無線局が同じ無線パケットを全く同一の無線信号で送信することは、上記図3のパケット中継例中でも述べたように無線メッシュネットワークシステムにおいては可能なことである。そして、無線メッシュネットワークシステムでは、各無線局間をメッシュ状に無線通信回線で接続するのであるから、上述したように各無線局でのパケット送信タイミングを同期させるという前提があれば、各無線局で周辺無線局からの無線パケットの受信タイミングが同じになるように予め各無線局を配置しておくことも可能である。すなわち、各無線局のパケット送信タイミングが同期しているという構成の下であれば、無線局における他の周辺無線局からの無線パケットの受信タイミングが全く同じになるように予めメッシュネットワークを構成することが可能であり、OFDM方式を採用しなくても、上記同様にパケット中継の遅延時間低減やスループットの向上を図り得る無線通信装置ないし無線メッシュネットワークを構成することができる。   Here, it is possible in the wireless mesh network system that each wireless station transmits the same wireless packet with exactly the same wireless signal as described in the packet relay example of FIG. And, in the wireless mesh network system, each wireless station is connected in a mesh form with a wireless communication line. Therefore, if there is a premise that the packet transmission timing in each wireless station is synchronized as described above, each wireless station Thus, it is possible to arrange each wireless station in advance so that the reception timings of the wireless packets from the surrounding wireless stations are the same. That is, if the configuration is such that the packet transmission timing of each radio station is synchronized, the mesh network is configured in advance so that the reception timing of radio packets from other peripheral radio stations at the radio station is exactly the same. Even if the OFDM system is not adopted, a wireless communication apparatus or a wireless mesh network that can reduce the delay time of packet relay and improve the throughput as described above can be configured.

本無線通信装置及び本無線メッシュネットワークは、このように各無線局のパケット送信タイミングが同期しているという構成により、OFDM方式を採用しない形態をも採り得るものとなっている。上記図5のような通例のスケジューリングによるパケット中継では、各無線局が同じ無線パケットを全く同一の無線信号で送信し、かつ、マルチパス状態が生じると、無線パケットが衝突して受信側の無線局では正常な受信ができない。したがって、図5中の無線局aは、第2回目の中継で無線パケットを受信するかのように示してあるが、実際には、各無線局間距離が厳密には一致しておらず、各無線局のパケット送信タイミングも一致していないので、無線局bからの無線パケットと無線局bの左右対称位置にある無線局からの無線パケットが衝突していて正常な受信はできない(無線パケットの受信タイミングが偶然一致して受信できる場合もあり得るが、極めて稀に受信できる場合があるというだけであり、ほとんど受信できない。)。これに対し、本無線通信装置及び本無線メッシュネットワークでは、各無線局のパケット送信タイミングを積極的に同期させるので、例えば、図3中の無線局Aは、OFDM方式を採用しない形態によっても図示同様に第2回目の中継で無線パケットを受信することができる。なお、本無線通信装置及び本無線メッシュネットワークでは、このように一度転送した無線パケットが複数の無線局から同時に再び転送されてきても当該無線パケットを正常に受信することができるので、当該無線パケットの送信データ等の内容を参照して自局が過去に転送した無線パケットと同一か否かを判定することにより、同一無線パケットの重複転送を避け、上述した無限ループの状態にならないようにするための処理を実現することもできる。   The wireless communication apparatus and the wireless mesh network can adopt a form that does not employ the OFDM scheme due to the configuration in which the packet transmission timings of the wireless stations are synchronized as described above. In the packet relay based on the usual scheduling as shown in FIG. 5 above, each radio station transmits the same radio packet with the same radio signal, and when a multipath state occurs, the radio packet collides and the radio on the receiving side The station cannot receive normally. Therefore, the wireless station a in FIG. 5 is shown as if it receives a wireless packet in the second relay, but in reality, the distance between the wireless stations does not exactly match, Since the packet transmission timings of the wireless stations do not match, the wireless packet from the wireless station b and the wireless packet from the wireless station at the symmetrical position of the wireless station b collide, and normal reception cannot be performed (wireless packet). May be received by coincidence by chance, but it may be received very rarely and hardly received.) On the other hand, in the wireless communication apparatus and the wireless mesh network, the packet transmission timing of each wireless station is actively synchronized. For example, the wireless station A in FIG. Similarly, a wireless packet can be received by the second relay. In the wireless communication device and the wireless mesh network, the wireless packet can be normally received even if the wireless packet once transferred in this way is simultaneously transferred again from a plurality of wireless stations. By referring to the contents of the transmission data, etc., it is determined whether or not it is the same as the wireless packet that the local station has transferred in the past, so that the same wireless packet is not duplicated and the above-mentioned infinite loop state is avoided. Can also be realized.

以上、本発明の一実施形態による無線通信装置及び無線通信システム(無線メッシュネットワークシステム)について説明したが、上述した無線通信装置ないし無線通信システムは、無線パケットを複数の無線局で中継する無線通信システム一般に適用することが可能である。例えば、上述した無線通信装置は、無線LANメッシュネットワークにおけるMP(Mesh Point)、MAP(Mesh Access Point)、MPP(Mesh Portal)等に適用することもでき、それによって上述した無線通信システムを無線LANメッシュネットワーク等として実施することもできる。   The wireless communication device and the wireless communication system (wireless mesh network system) according to the embodiment of the present invention have been described above. The wireless communication device or the wireless communication system described above is a wireless communication that relays wireless packets between a plurality of wireless stations. It can be applied to general systems. For example, the above-described wireless communication apparatus can also be applied to MP (Mesh Point), MAP (Mesh Access Point), MPP (Mesh Portal), etc. in a wireless LAN mesh network. It can also be implemented as a mesh network or the like.

また、以上のような無線通信装置ないし無線通信システムの機能は、その処理ないし動作等の内容を規定したプログラムによってコンピュータに実現させることにしてもよい。例えば、パケット送受信部1、パケット中継部2及び同期制御部3ないし図3の無線メッシュネットワーク等につき、上述した構成、動作ないし処理等の内容をプログラムに規定し、そのプログラムによって上記無線通信装置ないし無線メッシュネットワークをコンピュータに実現させることにしてもよい。   Further, the functions of the wireless communication apparatus or the wireless communication system as described above may be realized by a computer by a program that defines the content of the processing or operation. For example, for the packet transmission / reception unit 1, the packet relay unit 2, and the synchronization control unit 3 to the wireless mesh network of FIG. You may make a computer implement | achieve a wireless mesh network.

本発明の一実施形態による無線通信装置の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the radio | wireless communication apparatus by one Embodiment of this invention. 中継される無線パケットとOFDMシンボルの関係を表した図である。It is a figure showing the relationship between the radio | wireless packet and OFDM symbol which are relayed. 同無線通信装置による無線局間での無線パケットの中継例を示した図である。It is the figure which showed the example of relay of the radio | wireless packet between the radio stations by the radio | wireless communication apparatus. 図3のパケット中継例によるチャネルスループットと平均遅延時間の改善効果の計算値を示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating calculated values of an improvement effect of channel throughput and average delay time according to the packet relay example of FIG. 3. 通例の送信タイミングのスケジューリングによる無線局間のパケット中継例を示した図である。It is the figure which showed the example of a packet relay between the radio stations by the scheduling of usual transmission timing.

符号の説明Explanation of symbols

1 パケット送受信部、
2 パケット中継部、
3 同期制御部、
A〜E 無線局。
1 packet transmitter / receiver,
2 packet relay part,
3 synchronization control unit,
A to E radio stations.

Claims (6)

無線パケットを中継する無線通信装置であって、
中継する無線パケットの送受信手段と、
前記送受信手段が受信したパケットを受け、送信するパケットとして前記送受信手段に供給する中継手段と、
前記送信するパケットの前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングと、他の無線通信装置が中継する無線パケットの送信タイミングと、が同期するよう、前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングを制御する同期手段と、
を含むことを特徴とする無線通信装置。
A wireless communication device that relays wireless packets,
Means for transmitting and receiving wireless packets to be relayed;
A relay unit that receives the packet received by the transmission / reception unit and supplies the packet to the transmission / reception unit as a packet to be transmitted;
Synchronization means for controlling the transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception means so that the transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception means of the packet to be transmitted and the transmission timing of the wireless packet relayed by another wireless communication apparatus are synchronized When,
A wireless communication apparatus comprising:
請求項1に記載の無線通信装置において、
前記同期手段は、前記送受信手段による無線パケットの受信完了直後又は受信完了後の一定時間経過後を前記送受信手段による当該無線パケットの送信タイミングとする、
ことを特徴とする無線通信装置。
The wireless communication device according to claim 1,
The synchronization means sets the transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception means immediately after completion of reception of the wireless packet by the transmission / reception means or after a lapse of a certain time after completion of reception.
A wireless communication apparatus.
請求項1に記載の無線通信装置において、
タイムスロット化された無線通信回線で前記送受信手段が無線パケットを送受信し、
前記同期手段は、前記送受信手段による無線パケットの受信完了直後のタイムスロット又は受信完了後の一定時間経過後のタイムスロットを前記送受信手段による当該無線パケットの送信タイミングとする、
ことを特徴とする無線通信装置。
The wireless communication device according to claim 1,
The transmission / reception means transmits / receives a wireless packet in a time-slotted wireless communication line,
The synchronization means uses a time slot immediately after completion of reception of the wireless packet by the transmission / reception means or a time slot after elapse of a certain time after completion of reception as the transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception means,
A wireless communication apparatus.
請求項1から3までのいずれかに記載の無線通信装置において、
前記送受信手段は、直交周波数分割多重により無線パケットを送受信する、
ことを特徴とする無線通信装置。
In the radio | wireless communication apparatus in any one of Claim 1 to 3,
The transmission / reception means transmits and receives radio packets by orthogonal frequency division multiplexing.
A wireless communication apparatus.
無線パケットを無線局間で中継する無線通信システムであって、
無線パケットを中継するそれぞれの無線局である無線通信装置が、
中継する無線パケットの送受信手段と、
前記送受信手段が受信したパケットを受け、送信するパケットとして前記送受信手段に供給する中継手段と、
前記送信するパケットの前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングと、他の無線通信装置が中継する無線パケットの送信タイミングと、が同期するよう、前記送受信手段による無線パケットの送信タイミングを制御する同期手段と
を含む、
ことを特徴とする無線通信システム。
A wireless communication system that relays wireless packets between wireless stations,
Wireless communication devices that are wireless stations that relay wireless packets
Means for transmitting and receiving wireless packets to be relayed;
A relay unit that receives the packet received by the transmission / reception unit and supplies the packet to the transmission / reception unit as a packet to be transmitted;
Synchronization means for controlling the transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception means so that the transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception means of the packet to be transmitted and the transmission timing of the wireless packet relayed by another wireless communication device are synchronized Including and
A wireless communication system.
無線パケットを中継するための無線通信プログラムであって、
中継する無線パケットを送受信する送受信機能により受信したパケットを受け、送信するパケットとして前記送受信機能に供給する中継機能と、
前記送信するパケットの前記送受信機能による無線パケットの送信タイミングと、他の無線通信プログラムが中継する無線パケットの送信タイミングと、が同期するよう、前記送受信機能による無線パケットの送信タイミングを制御する同期機能と、
をコンピュータに実現させるための無線通信プログラム。
A wireless communication program for relaying wireless packets,
A relay function that receives a packet received by a transmission / reception function that transmits / receives a wireless packet to be relayed and supplies the packet to the transmission / reception function as a packet to be transmitted;
A synchronization function for controlling the transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception function so that the transmission timing of the wireless packet by the transmission / reception function of the packet to be transmitted is synchronized with the transmission timing of the wireless packet relayed by another wireless communication program When,
A wireless communication program for realizing the above on a computer.
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