JP2001086130A - 無線ネットワーク - Google Patents

無線ネットワーク

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無線ネットワークにおいて、ネットワーク全
体の伝送レートを常に均一に保ち、パケットロスを防止
し、高スループットを実現する。 【解決手段】 無線端末との通信機能を有する複数の無
線通信制御装置が無線幹線を介して相互接続された無線
ネットワークにおいて、各無線通信制御装置は、送受信
バッファ（２０１）に格納されているデータ量が所定の
閾値を超えた時に、他の全ての無線通信制御装置及び全
ての無線端末に対し送信レート抑制要求を同報発信する
手段（２０２ａ、２０２ｃ、２０２ｄ）と、所定の期間
内に他の無線通信制御装置から送信レート抑制要求を受
信した場合には送信レートを低下させ、送信レート抑制
要求を受信しない場合には送信レートを上昇させる手段
（２０２ａ、２０２ｃ、２０２ｂ）とを有することを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の無線端末と
の通信機能をそれぞれ有する複数の無線通信制御装置が
無線幹線を介して相互接続された無線ネットワークに関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、無線通信技術の進歩に伴い、オフ
ィス、店舗、工場等でのレイアウトの変更に伴うケーブ
ル接続工事を不要にするために、端末間のデータ伝送の
ためのネットワークを無線で構成することが行われてい
る。しかし、広域で通信を行う場合には、信頼性を確保
するためにネットワークの幹線は光ファイバや同軸ケー
ブル等の有線とし、この幹線に通信制御装置を接続し、
無線端末をツリー形、バス形、あるいはスター形に複数
接続することが一般的である。このようなネットワーク
として、ＢＲＥＥＺＥＣＯＭ社のＢＲＥＥＺＮＥＴ Ｐ
ＲＯＳｅｒｉｅｓが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ケーブル布設の工事費
用、維持管理費用を低減するためにネットワーク幹線も
無線にすることが望まれている。しかしながら、ネット
ワーク幹線を無線にした場合、天井や壁からの反射電波
による干渉あるいは周囲の雑音等により再送信処理が頻
繁に発生する区間が現れ、しばしば伝送レートが通信区
間で大きくばらつくという問題が発生する。
【０００４】伝送レートが区間毎に大きく異なる状況が
発生すると、伝送レートが低下している区間の無線通信
制御装置の中継用送受信バッファには未処理のデータが
累積して行き、その結果、大きな伝送遅延あるいはパケ
ットロスが発生し、ネットワークが機能停止する恐れが
ある。
【０００５】本発明の課題は、幹線が無線で構成される
無線ネットワークにおいて、伝送レートが区間毎に大き
く異なる状況が発生することを防止し、ネットワーク全
体の伝送レートを常に均一に保つことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】複数の無線通信制御装置
が無線幹線を介して相互接続され、各無線通信制御装置
がその通信エリア内に配置された少なくとも一つの無線
端末との通信機能を有する無線ネットワークにおいて、
各無線通信制御装置は、その送受信バッファに格納され
ているデータ量が所定の閾値を超えた時に、他の全ての
無線通信制御装置及び全ての無線端末に対し送信レート
抑制要求を同報発信する手段と、所定の期間内に他の無
線通信制御装置から送信レート抑制要求を受信した場合
には送信レートを低下させ、送信レート抑制要求を受信
しない場合には送信レートを上昇させる手段とを有する
ことを特徴とする。
【０００７】こうすることにより、伝送レートが無線ネ
ットワーク全体で均一に保たれ、パケットロスが防止さ
れ、スループットが向上する。
【０００８】各無線通信ネットワーク及び無線端末は、
送信レートを上昇あるいは低下させるために、その送受
信バッファの読み取りの時間間隔を変更することを特徴
とする。
【０００９】こうすることにより、伝送パルスの幅を変
えるような複雑な制御を行うことなく、簡単にデータ送
信レートを変えることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図２は、本発明が適用される無線
ネットワークの概要を示す。ここでは、リング型の無線
ネットワークを例に取り説明する。
【００１１】無線通信制御装置１００、１１０、１２
０、１３０は、リング形に無線ネットワークを構成し、
それぞれ固有のアドレスが割り当てられている。無線端
末１０７、１０８、１１７、１１８にも固有のアドレス
が割り当てられている。アドレスはシステム構成時に定
めることも、また通信時に動的に割り当てるようにして
もよい。
【００１２】無線通信制御装置１００はその通信エリア
１０５内に点在する無線端末１０７、１０８と通信を行
い、また、無線通信制御装置１１０はその通信エリア１
１５内に点在する無線端末１１７、１１８と通信を行
う。同様に、無線通信制御装置１２０、１３０もそれぞ
れの通信エリア内に点在する無線端末と通信を行う。
【００１３】例えば、無線端末１０７が無線端末１１８
にデータを送信する場合、無線端末１０７はまず、無線
通信制御装置１００にデータを送る。無線通信制御装置
１００は、通常、最短のルートでデータを転送するよう
に設定されており、このデータは無線通信制御装置１１
０に送られる。次に、無線通信制御装置１１０から無線
端末１１８にこのデータが転送される。
【００１４】送信データのフレームフォーマットの例を
図６に示す。フレームは同期化信号であるプリアンブル
６０１、宛先アドレス６０２、送信元アドレス６０３、
送信データ６０４、及び誤り検査信号ＣＲＣ６０５から
構成される固定長のデータである。。無線端末はデータ
を送信する際、宛先の無線端末あるいは無線通信制御装
置のアドレスを宛先アドレス６０２に格納し、自らのア
ドレスを送信元アドレス６０３に格納する。ネットワー
ク全体、即ち、全ての無線端末及び無線通信制御装置に
対する同報送信は、宛先アドレス６０２に、例えば、-
１のような所定の値を書き込むことにより実行される。
【００１５】次に、図１を参照して無線通信制御装置の
構成を説明する。無線通信制御装置は、送受信アンテナ
２０５、送受信切り替えスイッチ２０６、送信ミキサ２
０４、変調器２０３、受信ミキサ２０９、バンドパスフ
ィルタ２１０、復調器２１１、周波数シンセサイザ２０
８、ホッピングパターン発生器２０７、送受信バッファ
２０１、及び制御部２０２から構成される。
【００１６】制御部２０２は、ＣＰＵ２０２ａ、受信部
２０２ｂ、送信時間間隔記憶部２０２ｃ、送信部２０２
ｄ、ルーティングテーブル２０２ｅを含む。
【００１７】送信部２０２ｄは、送信時間間隔記憶部２
０２ｃに格納されている時間間隔でＣＰＵ２０２ａを介
して送受信バッファ２０１からデータを読み出し、プリ
アンブル、ＣＲＣを付加してフレームを形成し変調器２
０３に送る。変調されたフレームデータは、送信ミキサ
２０４において、ホッピングパターン発生器２０７によ
り制御される周波数シンセサイザ２０８の出力と混合さ
れ周波数変換される。ＣＰＵ２０２ａは送受信切り替え
スイッチ２０６を送信側に切り替え、送受信アンテナか
らデータが送信される。送受信切り替えスイッチ２０６
が受信側に切り替えられると、送受信アンテナ２０５で
受信したデータは受信ミキサ２０９において周波数シン
セサイザ２０８の出力と混合されて周波数変換され、バ
ンドパスフィルタ２１０を通過して復調器２１１で復調
される。復調されたフレームデータは受信部２０２ｂに
送られる。受信部２０２ｂはフレームのプリアンブル及
びＣＲＣをチェックし、正常であればＣＰＵ２０２ａを
介して送受信バッファ２０１に転送する。
【００１８】ＣＰＵ２０２ａは送受信バッファ２０１の
データ蓄積量を監視しており、これが所定の閾値を超え
た場合には、送信レート抑制要求を送信部２０２ｄに送
る。この送信レート抑制要求は、同報アドレスにより全
ての無線送受信器及び無線端末に送られる。また、受信
部２０２ｂから受け取ったデータが送信レート抑制要求
であるならば、ＣＰＵ２０２ａは送信時間間隔記憶部２
０２ｃに格納されている時間間隔を増加させ、送信レー
トを低下させる。一方、送信時間間隔記憶部２０２ｃ
は、１送信時間間隔の間に送信レート抑制要求を受け取
らなかった場合には送信時間間隔を減少させ、送信レー
トを増加させる。
【００１９】ルーティングテーブル２０２ｅは、データ
を最短の経路で送信先に送ることを可能にするために、
全ての無線端末についての経路設定情報を格納するもの
である。
【００２０】ホッピングパターン発生器２０７は、全て
の無線通信制御装置及び無線端末で同じホッピングパタ
ーンを内蔵しており、反射電波の干渉及び雑音に強いシ
ステムを実現している。図３に２．４ＧＨｚの周波数帯
を用いたホッピングパターンの例を示す。このパターン
では、２．４７ＧＨｚから２．４９ＧＨｚの間で１００
ＫＨｚの間隔で送信周波数が時間とともに変化する。
【００２１】無線端末も無線通信制御装置と同様の構成
を有するが、ルーティング機能及び送信レート抑制要求
送信機能は含まない。
【００２２】次に、図２のリング型無線ネットワークに
おいて、ある区間で通信状態が悪化した場合について説
明する。今、無線通信制御装置１００と１３０の間の通
信区間で通信状態が良好であり、無線通信制御装置１０
０と１１０との間の通信区間で通信状態が悪化してお
り、また、無線通信制御装置１００とその通信アリアに
点在する無線端末１０７、１０８との間の通信状態が良
好であるとする。
【００２３】この状態で、無線端末１０７、１０８が無
線端末１１７及び１１８に向けてデータを送信し、ま
た、無線通信制御装置１３０からも無線通信制御装置１
００に無線端末１１７及び１１８宛の別のデータが送ら
れてきたとする。これらのデータは、図４に示すような
Ｎ個のバッファから構成される無線通信制御装置１００
の中継用送受信バッファ２０１に一旦格納され、その後
無線通信制御装置１１０に送信される。しかしながら、
無線通信制御装置１００と１１０との間の通信区間で通
信状態が悪化しているため、データの再送が発生してお
り、無線通信制御装置１００の送受信バッファ２０１内
の受信データが取り出されるまでに要する時間が長くな
る。このような状況では、従来の無線ネットワークで
は、送受信バッファには大量のデータが蓄積されるため
大容量のバッファが必要とされる。また、大きな伝送遅
延のためシステム障害が発生する恐れもある。
【００２４】本発明の無線ネットワークでは、送受信バ
ッファに格納されているデータ量が所定の閾値を超えた
場合、全ての無線通信制御装置及び無線端末に送信レー
ト抑制要求が同報で送信される。閾値としては、例えば
送受信バッファがＮ個のバッファから構成される場合、
Ｎ／２、あるいはＮ／３とすることができる。送信レー
ト抑制要求は、送受信バッファに格納されているデータ
量が閾値以下に低下するまで、データが送信される度に
送られる。送信レート抑制要求は同報で全ての無線通信
制御装置及び無線端末に送られ、送信レート抑制要求を
中継する無線通信制御装置は、これを他のデータに優先
して中継する。閾値は、バッファの容量及びネットワー
クに要求されるスループットにより決定される。
【００２５】送信レート抑制要求を受信した無線通信制
御装置及び無線端末は、送信時間間隔に１フレーム時間
を加算したものを新たな送信時間間隔とし、送信レート
を低下させる。また、データの送信時までに送信レート
抑制要求を受信しないときは、所定の最小時間間隔に達
するまで、送信の度に送信時間間隔から１フレーム時間
減算し、送信レートを上昇させる。
【００２６】以上から明らかな通り、送信抑制要求を送
信する無線通信制御装置が一つでも存在すれば、ネット
ワーク内の全ての無線通信制御装置及び無線端末は送信
レートを抑制し、送信抑制要求を送信する無線通信制御
装置が全く存在しない場合には、ネットワーク内の全て
の無線通信制御装置及び無線端末は送信レートを上昇さ
せる。
【００２７】上記の本発明の無線ネットワークでは、送
受信バッファの読み取り時間間隔、即ちデータの送信時
間間隔を変えることにより、伝送ビットレートを変える
ことなく送信レートを変更しているが、送信レートを変
更するために、伝送ビットレート及び／又は送信時間間
隔を変えるように構成できることは当業者には明らかで
ある。
【００２８】上記の本発明の無線ネットワークでは、一
部の通信区間でのみ伝送レートが大幅に低下することが
防止される。図５はこれを説明するものであり、図５の
Ａは、全区間で通信状態が良好な場合の通信制御装置１
〜３の伝送レートの時間的変化の例を示し、図５のＢ
は、一部通信区間の通信状態が悪化したときの通信制御
装置１〜３の伝送レートの時間的変化の例を示すもので
ある。
【００２９】上記の本発明の無線ネットワークでは、伝
送レートがネットワーク全体でほぼ均一に保たれるの
で、通信品質が維持され、通信資源が有効に利用され
る。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、幹線が無線で構成され
る無線ネットワークにおいて、ネットワーク全体の伝送
レートが常に均一に保たれ、パケットロスが防止され、
高スループットが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無線ネットワークに使用される無線通
信制御装置の構成例である。
【図２】本発明が適用されるリング型無線ネットワーク
の構成の例を示す図である。
【図３】本発明の無線ネットワークに用いられる周波数
ホッピングパターンの例を示す図である。
【図４】本発明の無線ネットワークに使用される無線通
信制御装置の送受信バッファの構成例である。
【図５】本発明の無線ネットワークにおける無線通信制
御装置の伝送レートの時間的変化の例を説明する図であ
る。
【図６】送信データのフレームフォーマットを示す図で
ある。
【符号の説明】
１００、１１０、１２０、１３０：無線通信制御装置 １０５、１１５：通信エリア １０７、１０８、１１７、１１８：無線端末 ２０１：送受信バッファ ２０２：制御部 ２０２ａ：ＣＰＵ ２０２ｂ：受信部 ２０２ｃ：送信時間間隔記憶部 ２０２ｄ：送信部 ２０２ｅ：ルーティングテーブル ２０３：変調器 ２０４、２０９：ミキサ ２０５：送受信アンテナ ２０６：送受信切り替えスイッチ ２０７：ホッピングパターン発生器 ２０８：周波数シンセサイザ ２１０：バンドパスフィルタ ２１１：復調器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 益子 英昭 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか事業所内 (72)発明者 花田 晋一 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか事業所内 (72)発明者 足達 芳昭 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか事業所内 (72)発明者 小川 尚雄 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか事業所内 Ｆターム(参考） 5K033 AA01 CB06 CB13 DA02 DA17 DB16 5K067 AA12 BB21 DD27 EE02 EE12 GG01 GG11 HH22 HH23 KK15

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の無線通信制御装置が無線幹線を介
    して相互接続され、各無線通信制御装置がその通信エリ
    ア内に配置された少なくとも一つの無線端末との通信機
    能を有する無線ネットワークにおいて、各無線通信制御
    装置は、その送受信バッファに格納されているデータ量
    が所定の閾値を超えた時に、他の全ての無線通信制御装
    置及び全ての無線端末に対し送信レート抑制要求を同報
    発信する手段と、所定の期間内に他の無線通信制御装置
    から送信レート抑制要求を受信した場合には送信レート
    を低下させ、送信レート抑制要求を受信しない場合には
    送信レートを上昇させる手段とを有することを特徴とす
    る無線ネットワーク。
  2. 【請求項２】 請求項１において、各無線通信ネットワ
    ーク及び無線端末は、送信レートを上昇あるいは低下さ
    せるために、その送受信バッファの読み取りの時間間隔
    を変更することを特徴とする無線ネットワーク。
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