JP2004128829A - Radio relay accessing system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線アクセスシステムに関するものである。特に、無線端末がインターネット等の有線ネットワークにアクセスしてサービスを受ける際に、基地局が無線中継することで無線端末と有線ネットワークの間の通信を可能とするシステムに適用される。
【0002】
【従来の技術】
【非特許文献1】
J.Jubin, and J.D.Tornow,”The DARPA packet radio network protocols,”Proc.of IEEE vol.75,No.1,Jan.1987.基地局を無線中継伝送して無線端末と有線ネットワークもしくは他の無線端末と通信を行う方法として、無線マルチホッピングを用いる方法が文献:J.Jubin, and J.D.Tornow,”The DARPA packet radio network protocols,” Proc.of IEEE vol.75,No.1,Jan.1987.に開示されている(非特許文献1)。
図2に無線マルチホッピングの構成例を示す。例えば無線端末7aと無線端末7dが通信を行う場合、他の無線端末7b、7cがパケットを中継することにより実現する。具体的には無線端末7aが送信したパケット30aを無線端末7b受信する。無線端末7bは受信したパケットをパケット30bとして送信する。パケット30bは無線端末7aと無線端末7cが受信する。無線端末7aは自局が送信したパケットであることがわかるので、パケット30bを破棄し、他の無線端末に転送することはない。無線端末7cはさらにパケット30cとして送信し、無線端末7bと無線端末7dが受信する。無線端末7bは自局が送信したパケットであることがわかるので、このパケット破棄する。無線端末7dは自局宛のパケットであるため、パケットを正常受信したことを送信元の無線端末7aに通知するためにパケット31aを送信する。パケット31aはパケット30と同様に転送され、無線端末7aに伝送される。これにより無線端末7aと無線端末7dは直接無線信号が届かなくても、他の無線端末7b、7cを経由することでデータの送受信が可能となる。
図3は無線中継システム構成の他の例である。上記にすべてが無線端末のみで構成される例を示したが、図3に示すように、無線端末4が有線ネットワーク5に接続できるサービスエリアを拡大するために基地局と無線端末との間に無線中継基地局を配置し、前記の無線マルチホッピングと同じ原理でサービスエリアを拡大する方法が知られている。この場合、無線端末と中継基地局との間や中継基地局と有線接続された基地局との間は、例えば無線LANの規格であるIEEE802.11bに沿ったキャリアセンスによる多元接続方式によりデータの送受信が行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、有線ネットワークに接続するために非特許文献1等に示す無線マルチホッピング方式では、無線中継を行う基地局が無線インタフェースを一つしか備えていない。そのため、無線中継の際、同時には二箇所とは通信ができない。これは無線中継基地局が無線端末との通信を行っている間は、該無線中継基地局と他の基地局とは通信できないことに起因する。よって、無線インタフェースを一つしか備えない無線中継基地局を用いると無線中継によりスループットが低下することとなる。これを解決する方法は無線中継基地局が複数の無線インタフェースを備え、無線中継基地局が一つの無線端末と通信している間であっても、同時に他の基地局と通信できるようにすることである。
図4にキャリアセンスによる多元接続により複数の無線端末が無線中継基地局を経由して有線ネットワークに接続する例を示す。有線接続された基地局は有線ネットワーク用のインタフェース11と無線インタフェース10を備える。無線中継基地局は二つの無線インタフェース20を備える。無線インタフェース(U)20aは有線ネットワーク側との通信用に用いられ、無線インタフェース(D)20bは他の無線中継基地局2及び無線端末4との通信に用いられる。無線端末4は無線インタフェースを一つ備え、無線中継基地局2の無線インタフェース(D)20bもしくは有線接続基地局1の無線インタフェース10と通信する。これらの無線通信は一般的に無線LANで用いられているキャリアセンスに基づく多元接続方式を用いるとする。
図5に無線端末4a、4b、4cが同時に有線ネットワーク5へのアクセスを行った場合、有線接続基地局1を経由する各無線端末4からのデータの比率を示す。無線端末4cからパケット60a、60bは無線中継基地局2bに送信される。無線中継基地局2bはこのパケット60a、60bを中継し、無線中継基地局2aに送信する。この時、無線端末4bも無線中継基地局2aに送信すると、キャリアセンスによる多元接続により無線中継基地局2bと無線端末4bからのパケットは同じ比率で無線中継基地局2aに伝送される。無線中継基地局2aは無線端末4b、4cのデータを有線接続基地局1に送信する。この時、無線端末4aも有線接続基地局1に送信すると、無線中継基地局2aと同様にキャリアセンスにより、無線中継基地局2aと無線端末4aからのパケットは同じ比率で有線接続基地局1に伝送される。よって無線端末4b及び4cのデータ量は無線端末4aの半分となる。図4では無線端末数3台の例を示したが、一般に無線中継基地局の台数や接続される無線端末の数が増加するほど、無線中継基地局を多く経由する無線端末はその他の端末と比較してスループットが低下するという問題が生じる。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するために、無線中継アクセスシステムにおいて
有線接続基地局は有線ネットワークとの通信を行う有線通信インタフェースと少なくとも1つの無線通信インタフェースと該有線通信インタフェースと無線通信インタフェース間のデータを転送する機能を備え、
無線中継基地局は、複数の無線通信インタフェースと、該無線通信インタフェース間をデータ転送する機能を備え、
無線端末は、前記有線接続基地局もしくは無線中継基地局の無線通信インタフェースと無線通信する機能を備え、
前記無線中継基地局の第1の無線通信インタフェースは有線ネットワークからのデータを受信および有線ネットワークへデータを送信し、有線接続基地局または無線中継基地局の無線通信インタフェースと、ポーリングによる通信手段を備え、
該無線中継基地局の他の無線インタフェースは、ポーリングとキャリアセンスを用いた多元接続により、有線ネットワークからのデータを他の無線中継基地局もしくは無線端末に送信、または他の無線中継基地局もしくは無線端末から有線ネットワークへのデータ受信の手段を備える。
これにより、無線端末が有線ネットワークに接続する際の中継段数が増加した場合においても、他の無線端末と同等のスループットを得ることができる。
本発明の他の目的を達成するために、前記有線接続基地局および前記無線中継基地局と無線接続している無線端末数によりポーリングとキャリアセンスによる多元接続時間の比率を変える手段を備える。接続端末数を把握することは容易であるため、ポーリングとキャリアセンスによる多元接続の比率を容易に計算することができる。
本発明の他の目的を達成するために、
前記有線接続基地局および前記無線中継基地局と無線接続しているトラヒック量に応じてポーリングとキャリアセンスによる多元接続時間の比率を変える手段を備える。接続している端末毎にデータ量は異なるため、この対応により無駄なくポーリングとキャリアセンスによる多元接続の比率を決定することができる。
本発明の他の観点では、無線中継する基地局に複数の無線インタフェースを備え、無線インタフェースの一つは二つの動作モードを備える。動作モードの一つはポーリングによる他の無線中継基地局との通信を行うモードであり、他の動作モードはキャリアセンスにより無線端末との通信を行うモードである。無線端末数やデータ量に応じて二つの動作モードの時間を変えることで個々の無線端末のスループットを公平にすることができる。 本発明の対象は、上記各手段を構成する回路、装置、およびそれらを用いたシステム及び方法が含まれる。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。
図1に本発明の実施例における無線中継システムの構成を示す。無線中継システムは、有線接続基地局1と、無線中継基地局2と、無線端末4と、有線ネットワーク5とから構成される。
有線接続基地局1は、有線ネットワーク5に接続するための有線インタフェース11と他の無線中継基地局2及び無線端末4と無線通信するための無線インタフェース10を備える。
無線中継基地局2は、無線インタフェース20を2つ備える。無線インタフェース20aは、データを中継する際に有線ネットワーク5に近い無線中継基地局2もしくは有線接続基地局1との無線通信に用いられる。無線インタフェース20bは有線ネットワーク5へのデータの中継や、有線ネットワーク5からのデータを中継するため、他の無線中継基地局2および無線端末4との無線通信に用いられる。有線ネットワーク5側への無線中継を行う無線中継基地局2の無線インタフェース20aと有線ネットワーク5側と反対の無線インタフェース20bはそれぞれ通信手順が異なる。無線インタフェース20aは接続している他の無線中継基地局2の無線インタフェース20bからのポーリングによる通信を行う。 例えば、無線中継基地局2aの無線インタフェース20aは有線接続基地局1の無線インタフェース10からのポーリングによって通信を行い、無線中継基地局2bの無線インタフェース20aは無線中継基地局2aからのポーリングによって通信を行う。無線インタフェース10及び、20bは二つの動作モードを持つ。一つは接続している他の無線中継基地局2の無線インタフェース20aとの通信を行うためにポーリングするモード(PCFモード)と、直接接続している無線端末4と通信するためのキャリアセンスに基づき通信するモード(DCFモード)である。
図6は本発明の有線接続基地局1および無線中継基地局2のDCFモードとPCFモードの動作を説明した図である。無線端末4cは無線中継基地局2bの無線インタフェース(D)20bに対してDCFモードで通信を行う。無線中継基地局2bは他の無線中継基地局と接続する必要がないため、すべての通信はDCFモードで行う。無線中継基地局2bの無線インタフェース(U)20aと無線中継基地局2aの無線インタフェース(D)20bが通信を行う際にはPCFモードで行われる。無線中継基地局2aは無線中継基地局2bと無線端末4と通信する必要があるので、無線端末との通信にはDCFモードで行い、無線中継基地局との通信にはPCFモードを用いる。この時、無線中継基地局2aは無線中継基地局2bが接続している無線中継端末数を考慮し無線中継基地局2bとPCFモードで通信する時間を決定する。
有線接続基地局1の無線インタフェース10は無線中継基地局2aの無線インタフェース(U)20aと無線端末4aと通信する。前記の無線中継基地局2aの無線インタフェース(D)20bと同様に、無線中継基地局2aと通信する場合はPCFモードを用い、無線端末4aと通信する際にはDCFモードを用いる。図6の場合、無線中継基地局2bを経由して通信する無線端末は無線端末4cの一台であり、無線中継基地局2aと直接通信する無線端末は無線端末4bの一台である。同じ台数であるため、PCFモードとDCFモードのそれぞれのモードで動作する時間は同じとなる。また、無線中継基地局2aを経由して通信する無線端末は無線端末4bおよび4cの二台であり、無線中継基地局2aと直接通信する無線端末は無線端末4aの一台である。よって、PCFモードで動作する時間はDCFモードで動作する時間の二倍となる。
図7に本発明の実施例における無線中継基地局の構成を示す。無線中継基地局2はCPU22、ROM23、RAM24、インタフェース(U)20aおよびインタフェース(D)20bを備える。CPU22は通信プロトコル制御、PCF、DCFモードの制御、ルーティング処理を行う。ROM23はCPU22が動作するためのプログラムを格納する。RAM24は送受信データ、プログラム、一時変数等を格納する。インタフェース(U)20aは有線ネットワーク5側に接続されている無線インタフェースである。有線接続基地局はこのインタフェースが有線接続用の有線通信インタフェースとなる。インタフェース(D)20bは他の無線中継基地局2や無線端末4と通信するための無線インタフェースである。DCFモード213とPCF214モードを切り替えて動作する。CPU22と、ROM23と、RAM24と、インタフェース20とはバス25を通じて相互に接続されている。インタフェース20を通じて受信したデータはRAM24に格納され、CPU22からの制御により自局宛のデータか他の機器に転送すべきデータか判断する。他の機器への転送が必要な場合他のインタフェース20にデータを転送する。
図8に本発明の有線接続基地局1の無線インタフェース10および無線中継基地局2の無線インタフェース20bの動作を説明する。
動作開始(200)後、無線端末4に対して有線接続基地局1または無線中継基地局2の存在を通知するためにビーコンフレームを送信する(201)。ビーコンフレームは定期的に送信し、無線端末4の新規加入に用いる。新規の無線端末4が存在すれば、ビーコンフレームを送信した基地局に対して接続の要求を出し、基地局はこれを受信する(202)。新規無線端末4からの接続要求があれば基地局の記憶領域内に設けられた端末テーブルに登録する。端末テーブルの詳細は後述する。新規無線端末の登録終了後、DCFモードのタイマ値をセットし(204)DCFモードで動作を開始する(213)。DCFモードのタイマがタイムアウトするまで、無線端末への送信データがある場合はキャリアセンスによるチャネル空き状況をチェック後(206)、空きがあれば直ちに送信する(207)。該無線端末にデータを送信し、無線端末からの受信データがあれば、受信データ内の送信先アドレスから転送先を決定する。DCFモードのタイマがタイムアウトした(208)後、PCFモード(214)に移行する。PCFモードでは下り方向の無線中継基地局2への送信データがあれば(209)、送信する(210)。下り方向からのデータの有無により(211)ポーリングの比率を変え下り方向からの基地局のデータを受信する(212)。PCFモード終了後、再びビーコンフレームの送信を行うという動作を繰り返す。
図9に本発明の端末テーブルの説明をする。端末テーブル300は有線接続基地局1および無線中継基地局2内の記憶領域内に用意される。該基地局が直接通信を行う端末グループA(301)と該基地局が他の無線中継基地局2から受け取った端末情報である端末グループB(302)とから構成される。該基地局の端末テーブル300はさらに上り側の有線接続基地局1または無線中継基地局2に送信され、これを受信した基地局内の端末グループB(302)に用いられる。他の基地局に転送する情報には端末のアドレスと各端末が上位に送信しようとしているデータ量を含む。基地局は端末テーブル300を参照し、DCFモードとPCFモードの比率を計算する。比率の計算方法として端末テーブル300の端末アドレス数の比率と同等とする方法がある。さらには上りデータ及び下りデータ量の合計値の比から求めるても良い。この場合は送受信の必要がない無線端末4に対してはアクセスする必要がなくシステム全体のスループットが向上する。
【0005】
【発明の効果】
本発明によれば、無線中継段数によるスループットを平等にした無線アクセスシステムを提供することができる。
本発明によれば、無線中基地局において最低限の無線通信インタフェースである2つより多くの無線通信インタフェースを不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1の実施例における無線中継システムの構成を示した図。
【図2】従来の無線中継システム構成の一つの例を示した図。
【図3】従来の無線中継システム構成の他の例を示した図。
【図4】従来例の説明を示した図。
【図5】従来例におけるパケットの伝送の様子を示した図。
【図6】本発明の実施例におけるパケットの伝送の様子を示した図。
【図7】本発明の実施例における無線中継基地局の構成を示した図。
【図8】本発明の実施例の基地局の動作フローを説明した図。
【図9】本発明の実施例における基地局内の端末テーブルの構造を説明した図。
【符号の説明】
1…有線接続基地局、2…無線中継基地局、4…無線端末、5…有線ネットワーク、10…無線通信インタフェース、11…有線通信インタフェース、20…無線通信インタフェース、21…アンテナ、22…CPU、23…ROM、24…RAM、25…バス、30〜60…無線パケット、200〜212…基地局動作213…DCFモード、214…PCFモード、300…端末テーブル、301端末グループA、302…端末グループB。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wireless access system. In particular, when a wireless terminal accesses a wired network such as the Internet and receives a service, the present invention is applied to a system that enables communication between the wireless terminal and the wired network by wirelessly relaying the base station.
[0002]
[Prior art]
[Non-patent document 1]
J. Jubin, and J.M. D. Tonow, "The DARPA packet radio network protocols," Proc. of IEEE vol. 75, no. 1, Jan. 1987. As a method of performing wireless relay transmission of a base station and communicating with a wireless terminal and a wired network or another wireless terminal, a method using wireless multi-hopping is described in J. Pat. Jubin, and J.M. D. Tornow, "The DARPA packet radio network protocols," Proc. of IEEE vol. 75, no. 1, Jan. 1987. (Non-Patent Document 1).
FIG. 2 shows a configuration example of wireless multi-hopping. For example, when the wireless terminal 7a communicates with the wireless terminal 7d, the communication is realized by the other wireless terminals 7b and 7c relaying a packet. Specifically, the
FIG. 3 shows another example of the configuration of the wireless relay system. In the above, an example in which everything is configured only with wireless terminals has been described. However, as shown in FIG. There is known a method of arranging a wireless relay base station and expanding a service area on the same principle as that of the above-described wireless multi-hopping. In this case, between the wireless terminal and the relay base station or between the relay base station and the wired base station, for example, data is transmitted by a multiple access method using carrier sense according to IEEE802.11b which is a wireless LAN standard. Transmission and reception are performed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the wireless multi-hopping method disclosed in Non-Patent
FIG. 4 shows an example in which a plurality of wireless terminals connect to a wired network via a wireless relay base station by multiple access using carrier sense. The wired base station includes a
FIG. 5 shows a ratio of data from each
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the object of the present invention, in a wireless relay access system, a wired connection base station transmits a wired communication interface for communicating with a wired network, at least one wireless communication interface, and data between the wired communication interface and the wireless communication interface. With the ability to transfer,
The wireless relay base station has a plurality of wireless communication interfaces and a function of transferring data between the wireless communication interfaces,
The wireless terminal has a function of performing wireless communication with a wireless communication interface of the wired connection base station or the wireless relay base station,
The first wireless communication interface of the wireless relay base station receives data from a wired network and transmits data to the wired network, and includes a wireless communication interface of the wired connection base station or the wireless relay base station, and communication means by polling. ,
The other wireless interface of the wireless relay base station transmits data from a wired network to another wireless relay base station or a wireless terminal by polling and multiple access using carrier sense, or transmits data from another wireless relay base station or a wireless terminal. A means for receiving data from the terminal to the wired network is provided.
Thereby, even when the number of relay stages when a wireless terminal connects to a wired network increases, a throughput equivalent to that of another wireless terminal can be obtained.
In order to achieve another object of the present invention, there is provided means for changing a ratio of a multiple access time by polling and carrier sense according to the number of wireless terminals wirelessly connected to the wired connection base station and the wireless relay base station. Since it is easy to grasp the number of connected terminals, the ratio of multiple access by polling and carrier sense can be easily calculated.
In order to achieve another object of the present invention,
Means for changing the ratio of the multiple access time by polling and carrier sense according to the amount of traffic wirelessly connected to the wired connection base station and the wireless relay base station. Since the amount of data differs for each connected terminal, this correspondence makes it possible to determine the ratio of multiple access by polling and carrier sense without waste.
According to another aspect of the present invention, a base station that performs wireless relay includes a plurality of wireless interfaces, and one of the wireless interfaces includes two operation modes. One of the operation modes is a mode for performing communication with another wireless relay base station by polling, and the other operation mode is a mode for performing communication with a wireless terminal by carrier sense. By changing the time between the two operation modes according to the number of wireless terminals and the amount of data, the throughput of each wireless terminal can be made fair. The subject of the present invention includes circuits and devices constituting each of the above means, and systems and methods using them.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a wireless relay system according to an embodiment of the present invention. The wireless relay system includes a wired
The wired
The wireless
FIG. 6 is a diagram for explaining the operations of the DCF mode and the PCF mode of the wired
The
FIG. 7 shows a configuration of the wireless relay base station in the embodiment of the present invention. The wireless
FIG. 8 illustrates the operation of the
After the operation starts (200), a beacon frame is transmitted to notify the
FIG. 9 illustrates the terminal table of the present invention. The terminal table 300 is prepared in a storage area in the wired
[0005]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a wireless access system in which the throughput according to the number of wireless relay stages is equalized.
According to the present invention, it is possible to eliminate the need for more than two wireless communication interfaces, which are the minimum wireless communication interfaces, in the wireless base station.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wireless relay system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing one example of a configuration of a conventional wireless relay system.
FIG. 3 is a diagram showing another example of the configuration of a conventional wireless relay system.
FIG. 4 is a diagram showing a description of a conventional example.
FIG. 5 is a diagram showing a state of packet transmission in a conventional example.
FIG. 6 is a diagram showing a state of packet transmission according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a wireless relay base station according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating an operation flow of the base station according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating the structure of a terminal table in a base station according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
無線通信インタフェースを複数備え、該無線通信インタフェース間をデータ転送する機能を備えた無線中継基地局と、
前記有線接続基地局もしくは無線中継基地局の無線通信インタフェースと無線通信する無線端末とから構成され、
前記無線中継基地局の第1の無線通信インタフェースは有線ネットワークからのデータを受信および有線ネットワークへデータを送信するために、有線接続基地局または無線中継基地局の無線通信インタフェースと通信する手段を備え、
該無線中継基地局の他の無線インタフェースは、有線ネットワークからのデータを他の無線中継基地局もしくは無線端末に送信し、または他の無線中継基地局もしくは無線端末から有線ネットワークへのデータを受信する手段を備え、
前記第1の無線通信インタフェースは他の無線中継基地局もしくは有線接続基地局からのポーリングにより通信を行う手段を備え、前記他の無線通信インタフェースはポーリングとキャリアセンスによる多元接続手段を備えたことを特徴とする無線中継アクセスシステム。A wired connection base station comprising a wired communication interface for performing communication with a wired network and at least one wireless communication interface, and having a function of transferring data between the wired communication interface and the wireless communication interface;
A wireless relay base station having a plurality of wireless communication interfaces and having a function of transferring data between the wireless communication interfaces,
A wireless terminal that performs wireless communication with a wireless communication interface of the wired connection base station or the wireless relay base station,
The first wireless communication interface of the wireless relay base station includes means for communicating with a wireless communication interface of a wired connection base station or a wireless relay base station for receiving data from a wired network and transmitting data to the wired network. ,
Another wireless interface of the wireless relay base station transmits data from the wired network to another wireless relay base station or wireless terminal, or receives data from another wireless relay base station or wireless terminal to the wired network. With means,
The first wireless communication interface includes means for performing communication by polling from another wireless relay base station or a wired connection base station, and the other wireless communication interface includes multiple access means by polling and carrier sense. Wireless relay access system characterized.
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