CN108353437B - 网络系统、节点、帧通信方法及计算机存储介质 - Google Patents

网络系统、节点、帧通信方法及计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

提供适合在采用CSMA等的情况下也能提高网络整体的通信效率的网络系统等。网络系统使用具有根节点、多个内部节点及多个叶节点的树结构的路径来传输上下线路通信量，其中，根节点以对于每个目标节点不同的附加待机时间以上的间隔，对内部节点或叶节点发送下行帧。根节点例如以合并了附加待机时间与用于保证通信质量的质量保证时间的间隔来发送下行帧。虽然是不同的时间间隔，但通过至少保证附加待机时间的间隔来提高网络整体的通信效率。

Description

网络系统、节点、帧通信方法及计算机存储介质
技术领域
本发明涉及网络系统、节点、帧通信方法及程序，尤其涉及包含多个节点的网络系统等。
背景技术
例如在CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidan：载波侦听多路访问/冲突避免)协议等中，为了防止多个通信装置一齐发送而自动地待机，随后在变成可发送状态后进行发送。一般而言，该待机时间是随机给出的。
另外，发明人提出：在包含1个核心节点(与中枢链路连接的网关节点)和多个从属节点的无线多跳网络系统中，为了提高网络整体的通信效率，核心节点周期性地进行间歇发送，由此来提高网络整体的通信效率(周期性间歇发送法(IPT：Intermittent PeriodicTransmit))。而且，提出了既抑制电波干涉又高效地传输上下线路通信量(traffic)的方法(参照专利文献1等)。例如，在专利文献1中记载有通过利用多信道来划分上下线路，从而避免上下线路间的电波干涉或封包冲突的方法。
另外，在非专利文献1中记载有一种无线多跳方式，在定义为AWiMA网的无线多跳网络系统中，为了抑制上下线路通信量的电波干涉，规定使电波能够相对于其他所有节点到达的大功率AP(Access Point：访问点)，该大功率AP成为中介，向其他所有节点指示上行数据处理期间与下行数据处理期间，以抑制上下线路间的电波干涉。而且记载有，在以多个大功率AP来实现的情况下，在这些AP之间进行协调处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5515072号
非专利文献
非专利文献1：明石、外3名著，“分割AwiMA Netにおけるデタ通信方式について”，「マルチメディア，分散，とモバイル(DICOMO2008)シンポジウム」，2008年7月
发明内容
发明要解决的问题
当在核心节点的无线IF(InterFace：接口)中采用CSMA/CA等时，会赋予自动待机的时间。但是，这是从核心节点进行直接通信的情况，是随机退避的，所以效率差，无法提高网络整体的通信效率。
另外，例如根据专利文献1记载的方法，通过使用两个以上的无线模块，能够划分上下线路。但是，由于需要多个模块，因此存在装置成本变高的问题。另外，在像这样利用多个无线模块来分别对上下线路排他性地分配无线模块的情况下，会发生信道分割损失。在专利文献1(参照说明书0067段落等)中记载有：为了抑制此种损失，在多个信道中的一个信道(上下线路混合信道)中使上下线路通信量混合存在。但是，其具体方法尚未明述。如果要在仅有单车道的行车道上让双向的车辆同时通行，不难想象会发生明显的阻滞。在上下线路混合信道中，将会发生与此相同的现象。以下，将本现象称作“双向冲突”。
而且，当将基于专利文献1记载的方法的IPT，安装于配备有CSMA/CA等数据链路层中的质量保证功能的无线模块上时，也存在下述问题，即，因该质量保证功能而自动赋予的概率性的发送待机时间打乱了IPT动作所需的发送待机时间。
另外，非专利文献1记载的背景技术中，AWiMA网在上下线路中采用不同的通信方式，利用以单跳通信发送下行数据，AP控制所有终端的通信。因此，非专利文献1公开的AP与终端之间的通信控制无法应用于AP间的通信。在多个AP之间，为了防止重复区域中的数据冲突/干涉，要进行复杂的协调处理。
因此，本发明的目的在于提出适于即使在采用了CSMA/CA等的情况下，也能提高网络整体通信效率的网络系统等。
解决问题的方案
本发明的第1观点是网络系统，包含多个节点，所述多个节点使用具有1个根节点、多个内部节点及多个叶节点的树结构的路径来传输上下线路通信量，所述根节点包括：CN通信单元，对所述内部节点及所述叶节点发送下行帧；以及发送待机时间决定单元，在发送下行帧时决定发送待机时间，所述发送待机时间决定单元在发送所述下行帧时，决定根据每个目标节点而不同的附加待机时间以上的时间，以作为所述发送待机时间，当所述根节点发送所述下行帧时，所述发送待机时间决定单元决定发送待机时间，所述CN通信单元从发送前一个所述下行帧开始经过所述发送待机时间后，发送所述下行帧。
本发明的第2观点在第1观点的网络系统中，所述发送待机时间决定单元包括：质量保证时间决定单元，决定用于在所述各下行帧的发送时保证与下个中继目标节点之间的通信质量的质量保证时间；以及附加待机时间决定单元，决定根据每个最终目标节点而不同的所述附加待机时间，所述CN通信单元从发送前一个所述下行帧开始经过所述质量保证时间及所述附加待机时间后，发送下个所述下行帧。
本发明的第3观点在第2观点的网络系统中，所述根节点通过多个层来实现，所述质量保证时间决定单元在第1层中决定用于保证与下个中继目标节点之间的通信质量的时间，以作为所述质量保证时间，所述附加待机时间决定单元在与所述第1层不同的第2层中决定为了保证直到最终中继目标节点为止的通信质量而附加的时间，以作为所述附加待机时间。
本发明的第4观点在第1至第3中任一观点的网络系统中，所述内部节点及所述叶节点包括：SN质量保证时间决定单元，决定用于在帧的发送时保证与下个中继目标节点之间的通信质量的质量保证时间；以及SN通信单元，从前一个帧的发送开始经过所述质量保证时间后，发送下个帧。
本发明的第5观点在第1至第4中任一观点的网络系统中，所述根节点沿着所述路径对所述内部节点及所述叶节点发送指示帧，所述指示帧包含指示上行线路的上行方向指示帧与指示下行线路的下行方向指示帧，所述内部节点及所述叶节点包含与其他节点进行通信的SN通信单元，所述SN通信单元在接收到所述上行方向指示帧时，如果是所述内部节点，则朝下行方向转发所述上行方向指示帧，在直到接收所述上行方向指示帧以外的新的指示帧为止的通信中，接收上行数据帧及下行数据帧与所述指示帧，且发送上行数据帧并缓冲而不发送下行数据帧，所述SN通信单元在接收到所述下行方向指示帧时，如果是所述内部节点，则朝下行方向转发所述下行方向指示帧，在直到接收所述下行方向指示帧以外的新的指示帧为止的通信中，接收上行数据帧及下行数据帧与所述指示帧，且发送下行数据帧并缓冲而不发送上行数据帧。
本发明的第6观点在第5观点的网络系统中，所述根节点根据通信量和/或缓冲量，变更从发送所述上行方向指示帧开始到发送下个指示帧为止的时间、与从发送所述下行方向指示帧开始到发送下个指示帧为止的时间的时间分配。
本发明的第7观点在第5或第6观点的网络系统中，所述指示帧还包含访问线路指示帧，所述SN通信单元当接收所述访问线路指示帧时，在直到接收所述访问线路指示帧以外的新的指示帧为止的通信中，如果是所述内部节点，则朝下行方向转发所述访问线路指示帧，接收上行数据帧及下行数据帧与所述指示帧，且与所述多个节点以外的通信装置进行通信，缓冲而不发送下行数据帧及上行数据帧。
本发明的第8观点在第1至第4中任一观点的网络系统中，所述内部节点包括对其他节点发送轮询帧的SN通信单元，该SN通信单元具备上行缓冲器与下行缓冲器，所述轮询帧包含上行数据帧或下行数据帧、以及表示为上行还是下行的标记，所述根节点所具备的CN通信单元对下行节点发送轮询帧，所述SN通信单元在从上行节点接收轮询帧时，在接收的轮询帧包含下行数据帧的情况下，将该下行帧缓冲到下行缓冲器中，如果所接收的轮询帧中所含的标记为表示上行的标记，则从上行缓冲器中取出上行数据帧进行发送准备，如果所接收的轮询帧中所含的标记为表示下行的标记，则从下行缓冲器中取出下行数据帧进行发送准备，生成包含处于发送准备状态的上行数据帧或下行数据帧及标记的新的轮询帧，将该轮询帧以在上下方向连接的多个节点能够接收的方式予以发送，所述SN通信单元或所述CN通信单元在从下行节点接收轮询帧，且该轮询帧包含上行数据帧时，所述SN通信单元将该上行数据帧缓冲到上行缓冲器中，所述CN通信单元将该上行数据帧朝向国际互联网线路转发。
本发明的第9观点在第1至第8中任一观点的网络系统中，所述多个节点利用1个通信接口或者捆绑利用多个通信接口进行通信，分配同一信道来对上下线路通信量进行通信。
本发明的第10观点是节点，其对其他节点发送下行帧，包括：发送待机时间决定单元，在发送所述下行帧时决定发送待机时间；以及CN通信单元，针对所述其他节点，从前一个所述下行帧的发送开始经过所述发送待机时间后，发送下个所述下行帧，所述发送待机时间决定单元在发送所述下行帧时，决定与目标节点相应的附加待机时间以上的时间，以作为所述发送待机时间。
本发明的第11观点是帧传输方法，用于包含多个节点的网络系统，所述多个节点使用具有1个根节点、多个内部节点及多个叶节点的树结构的路径来传输上下线路通信量，所述根节点包括：发送待机时间决定单元，在发送下行帧时决定发送待机时间；以及CN通信单元，对所述内部节点及所述叶节点发送下行帧，所述发送待机时间决定单元在发送所述下行帧时，决定与目标节点相应的附加待机时间以上的时间，以作为所述发送待机时间，所述帧传输方法包括：决定步骤，当所述根节点发送下行帧时，所述发送待机时间决定单元决定所述发送待机时间；以及发送步骤，所述CN通信单元从前一个所述下行帧的发送开始经过所述发送待机时间后，发送所述下行帧。
本发明的第12的观点是程序，用于使计算机作为第10观点所述的节点发挥功能。
此外，本发明也可作为(稳定地)存储有第12观点的程序的计算机可读取的存储介质、或各观点的根节点而实施。
另外，本发明也可以看作下述网络系统，其包含核心节点与多个从属节点，所述核心节点包括对从属节点发送指示帧及下行数据帧的CN通信单元，所述指示帧包含指示上行线路的上行方向指示帧与指示下行线路的下行方向指示帧，所述从属节点包括与其他节点进行通信的SN通信单元，所述SN通信单元在接收到所述上行方向指示帧时，在直到接收到新的下行方向指示帧为止的通信中，接收上行数据帧及下行数据帧与所述指示帧，且发送上行数据帧并缓冲而不发送下行数据帧，在接收到所述下行方向指示帧时，在直到接收新的下行方向指示帧为止的通信中，接收上行数据帧及下行数据帧与所述指示帧，且发送下行数据帧并缓冲而不发送上行数据帧。
而且，根节点也可根据通信量和/或缓冲量，除了从发送上行方向指示帧开始到发送下个指示帧为止的时间、以及从发送下行方向指示帧到发送下个指示帧为止的时间以外，还变更从发送访问线路指示帧到发送下个指示帧为止的时间的时间分配。
发明的效果
根据本发明的各观点，在根节点中，在下行帧发送时，有目的地设定根据每个目标节点而不同的附加待机时间以上的发送待机时间，由此，难以受到随机退避的影响，而能够以充分的周期来实现周期性间歇发送(IPT)，从而作为网络整体实现高效率的通信。根节点的一例是核心节点(与中枢链路连接的网关节点)，内部节点及叶节点的一例是从属节点。此外，发明人迄今为止所提出的IPT是在源节点给予绝对发送周期的IPT，不同于本发明。
根据本发明的第2、3观点，通过追加附加待机时间决定单元，既能保证根据每个目标节点而不同的发送待机时间，而且在配备有CSMA/CA等数据链路层(层2)中的质量保证功能的无线模块中安装有IPT的情况下，也能够设定IPT动作所需的适当的发送待机时间。
而且，根据本发明的第4观点，内部节点及叶节点能够通过采用CSMA/CA等的普通的通信装置来实现。
而且，根据本发明的第5观点，通过根节点利用指示帧，从而内部节点及叶节点在与相邻节点之间，在上行线路或下行线路中的任一线路中收发数据帧。内部节点及叶节点在指定了上行线路时，仅发送上行数据帧而不发送下行数据帧。另外，内部节点在指定了下行线路时，仅发送下行数据帧而不发送上行数据帧。根节点对内部节点及叶节点，通过指示帧来指定上行线路或下行线路。若指示帧到达叶节点，则其间成为上行线路或下行线路。
对于数据帧的接收，既接收上行数据帧，也接收下行数据帧。因此，即使相邻节点(能够在路径上直接通信的节点)混合存在指定了上行线路的节点和指定了下行线路的节点，也接收从它们发送的数据帧。因而，作为网络整体，无须同步切换上行线路与下行线路，只要以节点间的路径为单位来指定上行线路与下行线路即可。由此，既能容易地抑制节点间的双向冲突的发生，又能在同一中继路上实现上下线路通信量。
此外，节点间的通信既可为无线通信，也可为有线通信。例如即使无线模块为1个，也能够实现稳定的上下线路帧转发。另外，即使无线模块为多个，也能够通过各自进行并列动作来分散负载。
而且，根据本发明的第6观点，通过变更上下线路的时间分配，能够有效利用通信资源。此外，也可使得，在分配访问线路的时间的情况下，其时间分配也能够变更。
而且，根据本发明的第7观点，除了上行线路及下行线路以外，也切换访问线路(终端与该终端直接连接的节点间的线路)，由此，能够使访问线路与中继线路混合存在。因此，例如利用1个通信模块，除了节点间以外，也能够与其他通信装置进行通信，从而能够有效利用无线模块等通信资源。
而且，根据本发明的第8观点，利用轮询帧，能够在同一中继路上实现上下线路通信量。此外，带有及未带有上行DF标记的状态分别与未带有及带有下行DF标记的状态为相同的含义。
而且，根据本发明的第9观点，例如即使包含无线通信，也能够分配同一无线信道而实现能够彼此通信的状态。这是通过与多信道网不同的网络来实现的。
此外，非专利文献1公开的背景技术中，当AP发送数据时，终端不发送，当AP不发送数据时，终端才发送数据。因此，必须与AP的数据发送同步地控制网络整体的通信。由于终端不发送下行数据帧，因此不会区别上行数据帧与下行数据帧来进行发送控制。根据本发明，独立地控制数据帧的发送与接收，对于接收，不区别上行数据帧与下行数据帧地进行接收控制，对于发送，区别上行数据帧与下行数据帧地进行发送控制。即使上行数据帧与下行数据帧同时到达某从属节点，该从属节点也均能够予以接收。因此，也可使多个从属节点中混合存在指定了上行线路的节点与指定了下行线路的节点。本发明能够独立地控制各个从属节点，本质上不同于如非专利文献1记载的那样分时控制网络整体的技术。
附图说明
图1表示本发明的实施方式的网络系统的一例。
图2的(a)是表示图1中的核心节点3的结构的一例的方框图，图2的(b)是表示图1中的从属节点5的结构的一例的方框图。
图3是表示利用暗示性IPT时的图2的核心节点3及从属节点5的动作的一例的流程图。
图4表示不使用IPT时的中继处理的一例。
图5表示单纯使用以往的IPT时的一例。
图6表示使用暗示性IPT时的一例。
图7是关于使用指示帧的分时法，表示图2的核心节点3及从属节点5的动作的一例的流程图。
图8是表示图1的网络系统1中的、基于图7的处理的动作的一例的图。
图9是表示在相邻节点的一例中，从指定了下行线路的状态向指定了上行线路的状态变更的情况的图。
图10是表示在相邻节点的一例中，从指定了上行线路的状态向指定了下行线路的状态变更的情况的图。
图11是表示在相邻节点的一例中，从指定了下行线路的状态向指定了访问线路的状态变更的情况的图。
图12是关于使用轮询帧的情况，表示图2的从属节点5的动作的一例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施例。此外，本发明并不限定于该实施例。
实施例
图1是表示本发明的实施方式的网络系统的一例的图。在网络系统1中，有1个核心节点3与6个从属节点51、……、56。此外，有时会省略标号的下标。以下，以下述情况为例进行说明，即，各节点通过1个无线模块进行无线通信，所有节点分配同一无线信道，处于能够彼此通信的状态。此外，本发明也可使用多个无线模块，或者有线通信，或者组合有线通信与无线通信的通信。在利用多个无线模块的情况下，例如能够使各无线模块并列动作而分散负载。
在网络系统1中，构建有树结构的路径。核心节点3(本申请技术方案的“根节点”的一例)是树结构的根。从属节点51及52(本申请技术方案的“内部节点”的一例)是树结构的内部。从属节点53、54、55及56(本申请技术方案的“叶节点”的一例)是树结构的叶。核心节点3的子节点为从属节点51及52。从属节点51的子节点为从属节点53、54及55。从属节点52的子节点为从属节点56。
相邻节点是在网络中构建的路径上能够直接通信的节点。例如从属节点52的相邻节点是核心节点3与从属节点56。
上行线路是沿着网络中构建的树结构的路径，自从属节点朝向核心节点的线路。例如从属节点53的上行线路为朝向父从属节点51的线路。上行节点是相邻节点中位于朝向核心节点的方向的节点。其是树结构路径的父节点。例如从属节点56的上行节点为从属节点52。
下行线路是沿着网络中构建的路径，从核心节点朝向从属节点的线路。上行帧是上行线路的帧。下行帧是下行线路的帧。下行节点是相邻节点中位于远离核心节点的方向的节点。其是树结构路径的子节点。例如从属节点52的下行节点为从属节点56。
数据帧是用于发送数据的帧。上行数据帧是用于发送数据的上行帧。下行数据帧是用于发送数据的下行帧。指示帧是用于核心节点对从属节点指示上行线路、下行线路及访问线路的帧。这里，上行线路与下行线路是主干线路(中枢链路)，在节点间进行通信。访问线路是在节点与移动终端等之间进行通信的线路。本实施例中，由于能够指示各节点作为访问线路发挥功能，因此，例如能够将用于中枢链路的无线通信设备也用于访问线路。
用于构建路径的路径控制例如能够与专利文献1及日本专利第4496336号公报中记载的同样地通过最小传播损失路由等构建。本发明涉及构建路径后的帧转发。
图2的(a)是表示图1中的核心节点3的一例的方框图，图2的(b)是表示图1中的从属节点5的结构的一例的方框图。参照图2来说明核心节点3及从属节点5的结构的一例。
参照图2的(a)，核心节点3具备进行核心节点3的动作控制的CN控制单元11、存储帧的CN通信缓冲器13、以及与其他节点进行通信的CN通信单元15。CN通信单元15具备决定质量保证时间的CN质量保证时间决定单元17、决定附加待机时间的附加待机时间决定单元19、对其他节点发送帧的CN发送单元21、以及从其他节点接收帧的CN接收单元23。
核心节点3通过多个层来实现。CN质量保证时间决定单元17例如以MAC(MediaAccess Control：媒体访问控制)(层2的CSMA/CA)的动作赋予质量保证时间。CN附加待机时间决定单元19例如根据IPT协议，在2.5层赋予附加待机时间。对于核心节点3的设计者而言，可以说质量保证时间是“任意地”赋予，与此相对，附加待机时间是“有目的地”赋予。
参照图2的(b)，从属节点5具备进行从属节点5的动作控制的SN控制单元25、存储帧的SN通信缓冲器27、以及与其他节点进行通信的SN通信单元29。SN通信缓冲器27具备SN上行缓冲器37及SN下行缓冲器39。SN通信单元29具备决定质量保证时间的SN质量保证时间决定单元31、对其他节点发送帧的SN发送单元33、以及从其他节点接收帧的SN接收单元35。
从属节点5与核心节点3同样，通过多个层来实现。SN质量保证时间决定单元31与CN质量保证时间决定单元17同样，例如通过MAC动作来赋予质量保证时间。
图3是表示利用暗示性IPT时的图2的核心节点3及从属节点5的动作的一例的流程图。
参照图3的(a)及图3的(b)来说明图2的核心节点3的动作的一例。参照图3的(a)来说明帧发送时的动作的一例。CN附加待机时间决定单元19根据目标节点计算附加待机时间(步骤STCS1)。附加待机时间一般存在跳数越增加则变得越大的倾向。但是，本发明中，并不限定于此种大小关系。CN发送单元15判断是否发送下行帧(步骤STCS2)。要发送的帧被保存在CN通信缓冲器中。如果不发送，则待机到发送为止。如果要发送，则CN质量保证时间决定单元17计算质量保证时间(步骤STCS3)。质量保证时间例如是像以CSMA/CA给出的那样，为了防止多个通信装置一齐发送而赋予的时间等。一般而言，其是随机的待机时间。CN控制单元11判断是否经过了将质量保证时间与附加待机时间合起来的发送待机时间(步骤STCS4)。如果未经过，则待机到经过为止。如果经过了，则发送帧(步骤STCS5)，返回步骤STCS2。
此外，要将发送待机时间设为附加待机时间以上，例如也可通过其他处理来实现，比如：若所获得的质量保证时间小于附加待机时间，则再次重新决定来设为附加待机时间以上。由此，能够至少以附加待机时间以上的间隔来实现IPT。
一般而言，在具体实现源节点(图1的核心节点3等)时，当CSMA进入无线IF时，自动设定最低限的IPT周期。但是，这是为了避免相邻节点的同时通信等，而无法防止位于远离源节点处的路径上的干涉。暗示性IPT根据目标节点来赋予附加待机时间，由此，即使在源节点赋予CSMA的情况下，也能够防止位于远处的路径上的干涉。
参照图3的(b)来说明帧接收时的动作的一例。CN接收单元23反复进行接收从其他节点发送的帧的动作(步骤STCR1)。CN接收单元23始终进行接收处理。
参照图3的(c)及图3的(d)来说明图2的从属节点5的动作的一例。参照图3的(b)来说明帧发送时的动作的一例。SN发送单元29判断是否发送下行帧(步骤STSS1)。要发送的帧被保存在SN通信缓冲器中。如果不发送，则待机到发送为止。如果要发送，则SN质量保证时间决定单元31计算质量保证时间(步骤STSS2)。SN质量保证时间决定单元31的动作与CN质量保证时间决定单元17相同。SN控制单元25判断是否经过了质量保证时间(步骤STSS3)。如果未经过，则待机到经过为止。如果已经过，则发送帧(步骤STSS4)，返回步骤STSS1。
此外，在从属节点5中，也可关闭质量保证时间决定单元17对质量保证时间的决定处理。此时，在图3的(c)中，能够通过与无质量保证时间的情况相同的处理来实现。
参照图3的(d)来说明帧接收时的动作的一例。SN接收单元35反复进行接收从其他节点发送的帧的动作(步骤STSR1)。SN接收单元35始终进行接收处理。
参照图4、图5及图6来具体说明暗示性IPT的技术意义。时间从上向下经过。中继节点对应于核心节点。中继节点对应于从属节点。另外，假设中继节点3与中继节点1位于干涉到达范围内。因此，假设在中继节点3向中继节点4发送的时机，从源节点向中继节点1的发送因电波干涉而失败。从源节点发送的下行数据帧依次经由中继节点1、2及3到达中继节点4。图4表示不使用IPT时的一例。图5表示单纯使用以往的IPT的情况。图6表示使用暗示性IPT的情况。
参照图4来说明未应用IPT时的问题。源节点对中继节点1发送数据帧51。中继节点1接收数据帧53。中继节点1对源节点发送ACK55。源节点接收ACK57。源节点根据CSMA协议待机随机的质量保证时间59。源节点在经过质量保证时间后，发送下个数据帧61。中继节点1根据CSMA协议待机随机的质量保证时间65，对中继节点2转发数据帧67。中继节点2等待质量保证时间后转发给中继节点3。在中继节点3向中继节点4发送的时机，从源节点向中继节点1的发送因电波干涉而失败。质量保证时间是为了避免同时发送而随机赋予的，因此在中继的情况下，有时会因电波干涉导致发送失败。
参照图5来说明应用IPT的情况。在源节点中给予固定的发送周期(IPT周期)。源节点对中继节点1发送数据帧71。然后，在经过IPT周期后，发送下个数据帧75。中继节点1在经过随机的质量保证时间77后，向中继节点2转发数据帧79。同样，依照中继节点2、3及4的顺序，在经过随机的时间后转发数据帧。在单纯应用IPT的情况下，为了中继节点中的CSMA/CA的随机退避，需要长的IPT周期。
参照图6来说明应用暗示性IPT的情况。源节点在发送数据帧81后，除了质量保证时间83以外还经过附加待机时间85后，发送下个数据帧87。然后，在经过质量保证时间89与附加待机时间91后，发送下个数据帧93。质量保证时间是随机自动赋予的。与此相对，附加待机时间是根据目标(中继节点4)节点而定的。因此，难以受到随机退避的影响，能够实现更高效的IPT。
这样，在暗示性IPT中，即使使用了CSMA协议的系统，也能够在该功能存在的状态下实现IPT。因此，只要变更普通的采用CSMA/CA等的无线设备的软件等，便能够实现IPT。
接着，参照图7～图11来说明使用指示帧的分时法。图7是表示图2的核心节点3及从属节点5的动作的一例的流程图。参照图7来说明核心节点3及从属节点5的动作的一例。
参照图7的(a)及图7的(b)来说明核心节点3的动作的一例。图7的(a)是核心节点3的接收时的动作。CN接收单元23从下行从属节点接收上行数据帧(步骤STTCR1)。CN接收单元23始终接收数据帧。
图7的(b)是核心节点3的发送时的动作。CN控制单元11判断是否指定了下行线路(步骤STTCS1)。如果未指定，则不发送下行数据帧而进入步骤STTCS3。如果指定了下行线路，则发送下行数据帧(步骤STTCS2)，进入步骤STTCS3。在步骤STTCS3中，判断是否发送指示帧。如果发送指示帧，则对从属节点5发送指示帧(步骤STTCS4)，返回步骤STTCS1。如果不发送指示帧，则返回步骤STTCS1。
指示帧有指定下行线路的下行方向指示帧、指定上行线路的上行方向指示帧和指定访问线路的访问线路指示帧。核心节点3适应性地调整上行线路、下行线路与访问线路的时间分配。例如，上下线路的调整以下述方式进行。在初始状态下，例如将上下线路的分配设为1：1。并且，根据通信量和/或缓冲量，变更上下线路的比率分配。通信量例如根据上下线路的线路占用率而测得。缓冲量例如根据上下线路的数据帧的缓冲量而测得。另外，访问线路与上下线路的时间分配通过根据上下线路中的通信量和/或缓冲量来掌握数据量而调整。
参照图7的(c)及图7的(d)来说明从属节点5的动作的一例。图7的(a)是从属节点5的接收时的动作。SN接收单元35从相邻节点接收上行数据帧及下行数据帧与指示帧(步骤STTSR1)。在转发所接收的帧时，保存到SN通信缓冲器27中。SN接收单元35始终接收数据帧及指示帧。
图7的(d)是从属节点5的发送时的动作。SN控制单元25判断是否接收到指示帧(步骤STTSS1)。如果未接收到指示帧，则进入步骤STTSS5。如果接收到指示帧，则设定为进行由指示帧所指定的动作(步骤STTSS2)，进入步骤STTSS3。如果接收到下行方向指示帧，则发送下行数据帧，上行数据帧保存到SN通信缓冲器27中而不发送。如果接收到上行方向指示帧，则发送上行数据帧，下行数据帧保存到SN通信缓冲器27中而不发送。如果接收到访问线路指示帧，则不进行节点间的通信，而与省略图示的通信设备(例如智能电话等)进行通信。由此，从属节点5能够作为访问点发挥功能。由此，分时为3个，分别切换上行线路、下行线路及访问线路，从而即使为1个无线模块，也能够使访问线路与中继线路混合存在而进行无线模块的有效利用。
在步骤STTSS3中，SN控制单元25判断该从属节点5是否为内部。如果并非内部(即是叶)，则进入步骤STTSS6。如果是内部，则转发指示帧(步骤STTSS4)，进入步骤STTSS5。
在步骤STTSS5中，判断是否指示了下行线路。如果指示了下行线路，则SN发送单元33发送下行数据帧，并将上行数据帧缓冲到SN通信缓冲器23中而不发送(步骤STTSS6)，返回步骤STTSS1。如果未指示下行线路，则判断是否指示了上行线路(步骤STTSS7)。如果指示了上行线路，则发送单元33发送上行数据帧，并将下行数据帧缓冲到SN通信缓冲器23中而不发送(步骤STTSS8)，返回步骤STSS1。如果未指示上行线路，则判断是否指示了访问线路(步骤STTSS9)。如果未指示访问线路，则返回步骤STTSS1。如果指示了访问线路，则SN通信单元29与智能电话等通信装置进行通信(步骤STTSS10)，返回步骤STTSS1。
图8是表示图1的网络系统1中的动作的一例的图。(a)作为网络整体指示了下行线路。(b)核心节点3为了指定上行线路而对从属节点51及52发送上行方向指示帧。(c)接收到上行方向指示帧的从属节点51及52成为被指示了上行线路的状态。从属节点51及52转发上行方向指示帧。(d)成为作为网络整体而指定了上行线路的状态。
参照图9～11来具体说明相邻节点中的动作。作为从属节点33的父节点，有从属节点31，作为子节点，有从属节点351及352。图9表示从指定了下行线路的状态变更为指定了上行线路的状态的情况。图10表示从指定了上行线路的状态变更为指定了下行线路的状态的情况。图11表示从指定了下行线路的状态变更为指定了访问线路的状态的情况。
参照图9，(a)作为整体指定了下行线路。(b)从属节点31接收到上行方向指示帧而成为被指定了上行线路的状态，向从属节点33转发上行方向指示帧。(c)从属节点33成为被指定了上行线路的状态，向从属节点351及352转发上行方向指示帧。(d)成为作为整体而指定了上行线路的状态。
参照图10，(a)作为整体指定了上行线路。(b)从属节点31接收到下行方向指示帧而成为被指定了下行线路的状态。(c)转发指示帧。(d)从属节点33成为被指定了下行线路的状态，将指示帧发送给从属节点351及352。(e)从属节点352接收到指示帧而成为被指定了下行线路的状态。(f)从属节点351也接收到指示帧而成为被指定了下行线路的状态。由此，作为整体指定了下行线路。
参照图11，(a)作为整体指定了下行线路。(b)从属节点31接收到访问线路指示帧而成为被指定了访问线路的状态，向从属节点33转发访问线路指示帧。(c)从属节点33成为被指定了访问线路的状态，向从属节点351及352转发访问线路指示帧。(d)成为作为整体而指定了访问线路的状态。
此外，本实施例中，对指示帧包含访问线路指示帧的示例进行了说明，但也可仅指定上下线路。
接着，参照图12，对利用轮询帧的实施例进行说明。图12的(a)表示轮询帧的一例。轮询帧包含数据帧与上行DF标记。带有上行DF标记的状态为上行数据帧，未带有的状态为下行数据帧。上行轮询帧是包含上行数据帧的轮询帧。下行轮询帧是包含下行数据帧的轮询帧。轮询帧为多播帧，不论是上行方向的节点还是下行方向的节点，均能够同时接收某节点发送的帧。
图12的(b)是表示核心节点3发送轮询帧的动作的一例的流程图。CN通信单元15对下行节点发送轮询帧(步骤STPCS1)。此时，既可以与图3的(a)同样地保证质量保证时间，也可以例如像以往的IPT那样通过间歇发送周期来发送。图12的(c)是表示核心节点3接收轮询帧的动作的一例的流程图。CN通信单元15判断是否从下行节点接收到了轮询帧(步骤STPCR1)。如果未接收到，则等到接收为止。如果已接收到，若包含上行数据帧，则朝向国际互联网线路转发(步骤STPCR2)，返回步骤STPCR1。
图12的(d)是表示轮询控制时的从属节点5中的轮询帧的收发处理的流程图。各从属节点5将上行数据帧保存到上行缓冲器37中，将下行数据帧保存到下行缓冲器39中。这些数据帧例如是在从属节点5作为访问点发挥功能时从智能电话等设备接收的数据帧或从其他节点接收的数据帧。从属节点5判断是否从上行节点接收到轮询帧(步骤STPS1)。如果未接收到，则进入步骤STPS5。如果已接收到，则将轮询帧中所含的上行数据帧或下行数据帧分别保存到上行缓冲器37或下行缓冲器39中(步骤STPS2)。然后，根据接收到的轮询帧中所含的标记的状态，将分别保存在上行缓冲器37或下行缓冲器39中的上行数据帧或下行数据帧设为发送准备状态(步骤STPS3)。例如，如果带有上行DF标记，则将上行数据帧设为发送准备状态，如果是未带有上行DF标记的状态，则将下行数据帧设为发送准备状态。然后，生成包含处于发送状态的数据帧和标记的新的轮询帧，将该轮询帧以连接于上下方向的多个节点能够接收的方式予以发送(步骤STPS4)。新的轮询帧中所含的标记例如既可直接保持所接收到的上行DF标记，也可进行变更。然后，返回步骤STPS1。如果在步骤STPS1中未接收到，则在步骤STPS5中判断是否从下行节点接收到轮询帧。如果未从下行节点接收到，则返回步骤STPS1。如果从下行节点接收到了，则缓冲数据帧(步骤STPS6)。例如如果包含上行数据帧，则保存到上行缓冲器中。然后返回步骤STPS1。
附图标记说明
1 网络系统
3 核心节点
5 从属节点
11 CN控制单元
13 CN通信缓冲器
15 CN通信单元
17 CN质量保证时间决定单元
19 CN附加待机时间决定单元
21 CN发送单元
23 CN接收单元
25 SN控制单元
27 SN通信缓冲器
29 SN通信单元
31 SN质量保证时间决定单元
33 SN发送单元
35 SN接收单元

Claims (11)

1.网络系统，包含多个节点，
所述多个节点使用具有1个根节点、多个内部节点及多个叶节点的树结构的路径来传输上下线路通信量，
所述根节点包括：
CN通信单元，对目标节点发送第一下行帧，所述目标节点为所述内部节点及所述叶节点中的任一个节点；以及
发送待机时间决定单元，在发送所述第一下行帧时决定发送待机时间，
所述发送待机时间决定单元包括：
质量保证时间决定单元，决定用于保证所述根节点与从所述根节点接收所述第一下行帧的接收节点之间的通信质量的质量保证时间；以及
附加待机时间决定单元，决定取决于所述目标节点的附加待机时间，
在发送所述第一下行帧时，所述发送待机时间决定单元以将所述附加待机时间与所述质量保证时间相加所得的时间设为所述发送待机时间的方式，决定所述发送待机时间，
当所述根节点发送所述第一下行帧时，所述发送待机时间决定单元决定所述发送待机时间，所述CN通信单元在从发送第二下行帧起经过所述发送待机时间后，发送所述第一下行帧，所述第二下行帧是在所述第一下行帧的前一个发送的下行帧。
2.如权利要求1所述的网络系统，
所述根节点通过多个层来实现，
所述质量保证时间决定单元在第1层中决定用于保证与所述接收节点之间的通信质量的时间，以作为所述质量保证时间，
所述附加待机时间决定单元在与所述第1层不同的第2层中决定为了保证直到所述目标节点为止的通信质量而附加的时间，以作为所述附加待机时间。
3.如权利要求1或2所述的网络系统，
所述内部节点及所述叶节点包括：
SN质量保证时间决定单元，决定用于在发送帧时保证与下个中继目标节点之间的通信质量的质量保证时间；以及
SN通信单元，从前一个帧的发送起经过所述质量保证时间后，发送下一个帧。
4.如权利要求1所述的网络系统，
所述根节点沿着所述路径对所述内部节点及所述叶节点发送指示帧，
所述指示帧包含指示上行线路的上行方向指示帧与指示下行线路的下行方向指示帧，
所述内部节点及所述叶节点包含与其他节点进行通信的SN通信单元，
所述SN通信单元在接收到所述上行方向指示帧时，如果是所述内部节点，则朝下行方向转发所述上行方向指示帧，在直到接收到所述上行方向指示帧以外的新的指示帧为止的通信中，接收上行数据帧及下行数据帧与所述指示帧，且发送上行数据帧并缓冲下行数据帧，而不发送下行数据帧，
所述SN通信单元在接收到所述下行方向指示帧时，如果是所述内部节点，则朝下行方向转发所述下行方向指示帧，在直到接收到所述下行方向指示帧以外的新的指示帧为止的通信中，接收上行数据帧及下行数据帧与所述指示帧，且发送下行数据帧并缓冲上行数据帧，而不发送上行数据帧。
5.如权利要求4所述的网络系统，
所述根节点根据通信量和/或缓冲量，变更从发送所述上行方向指示帧起到发送下一个指示帧为止的时间、与从发送所述下行方向指示帧起到发送下一个指示帧为止的时间的时间分配。
6.如权利要求4所述的网络系统，
所述指示帧还包含访问线路指示帧，
所述SN通信单元在接收到所述访问线路指示帧时，在直到接收到所述访问线路指示帧以外的新的指示帧为止的通信中，如果是所述内部节点，则朝下行方向转发所述访问线路指示帧，接收上行数据帧及下行数据帧与所述指示帧，且与所述多个节点以外的通信装置进行通信，缓冲下行数据帧及上行数据帧，而不发送下行数据帧及上行数据帧。
7.如权利要求1所述的网络系统，
所述内部节点包括对其他节点发送轮询帧的SN通信单元，
该SN通信单元具备上行缓冲器与下行缓冲器，
所述轮询帧包含上行数据帧或下行数据帧、以及表示为上行还是下行的标记，
所述根节点所具备的CN通信单元对下行节点发送轮询帧，
所述SN通信单元在从上行节点接收到轮询帧时，在接收到的轮询帧包含下行数据帧的情况下，将该下行帧缓冲到下行缓冲器中，如果接收到的轮询帧中所含的标记为表示上行的标记，则从上行缓冲器中取出上行数据帧并进行发送准备，如果接收到的轮询帧中所含的标记为表示下行的标记，则从下行缓冲器中取出下行数据帧并进行发送准备，并且生成包含处于发送准备状态的上行数据帧或下行数据帧、以及标记的新的轮询帧，并以在上下方向上连接的多个节点能够接收的方式发送该轮询帧，
所述SN通信单元或所述CN通信单元在从下行节点接收轮询帧且该轮询帧包含上行数据帧时，所述SN通信单元将该上行数据帧缓冲到上行缓冲器中，所述CN通信单元向互联网线路转发该上行数据帧。
8.如权利要求1所述的网络系统，
所述多个节点利用1个通信接口或者捆绑利用多个通信接口进行通信，
并且分配同一信道来对上下线路通信量进行通信。
9.根节点，其对其他节点发送第一下行帧，包括：
发送待机时间决定单元，在发送所述第一下行帧时决定发送待机时间；以及
CN通信单元，对所述其他节点，在从发送第二下行帧起经过所述发送待机时间后，发送所述第一下行帧，所述第二下行帧是在所述第一下行帧的前一个发送的下行帧，
所述发送待机时间决定单元包括：
质量保证时间决定单元，决定用于保证所述根节点与从所述根节点接收所述第一下行帧的接收节点之间的通信质量的质量保证时间；以及
附加待机时间决定单元，决定取决于所述其他节点的附加待机时间，
在发送所述第一下行帧时，所述发送待机时间决定单元以将所述附加待机时间与所述质量保证时间相加所得的时间设为所述发送待机时间的方式，决定所述发送待机时间。
10.帧传输方法，用于包含多个节点的网络系统中，
所述多个节点使用具有1个根节点、多个内部节点及多个叶节点的树结构的路径来传输上下线路通信量，
所述根节点包括：
发送待机时间决定单元，在发送第一下行帧时决定发送待机时间；以及
CN通信单元，对目标节点发送所述第一下行帧，所述目标节点为所述内部节点及所述叶节点中的任一个节点，
所述帧传输方法包括：
第一决定步骤，所述发送待机时间决定单元决定用于保证所述根节点与从所述根节点接收所述第一下行帧的接收节点之间的通信质量的质量保证时间；
第二决定步骤，所述发送待机时间决定单元决定取决于所述目标节点的附加待机时间；
第三决定步骤，所述发送待机时间决定单元以将所述附加待机时间与所述质量保证时间相加所得的时间设为所述发送待机时间的方式，决定所述发送待机时间；以及
发送步骤，所述CN通信单元在从发送第二下行帧起经过所述发送待机时间后，发送所述第一下行帧，所述第二下行帧是在所述第一下行帧的前一个发送的下行帧。
11.一种计算机存储介质，其存储有实现权利要求10所述帧传输方法的计算机程序。
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