JP2004349808A

JP2004349808A - 無線中継方法および装置

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Publication number: JP2004349808A
Application number: JP2003141946A
Authority: JP
Inventors: Takamasa Nishimura; 卓真西村; Shunji Inada; 俊司稲田; Hisayuki Maruyama; 久幸丸山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-20
Also published as: JP3950081B2

Abstract

【課題】無線伝送フレームの送信衝突を回避し、他システムからの同一無線チャネルによる無線伝送を抑える。
【解決手段】ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を利用した無線中継装置１００、２００において、通信する無線中継装置間で無線伝送フレームの送信時間をそれぞれ排他的に分割する。まず時分割モードの認識処理を行い、時分割要求モードフレームに対する応答フレームを受信すると、応答フレームの送信時間とそれを受信した時間から伝播遅延時間を検出し、最大フレーム長と伝播遅延時間の合計を送信割り当て時間として設定し、以後の時分割通信に排他的に利用する。また、伝送フレームフレームの送信割り当て時間の間は無線伝送フレームと同一チャネルの送信信号を送出することで、無線中継装置間でチャネルの占有を行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式による無線通信の無線中継方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線中継装置はＧＰＳ人工衛星から受信するＧＰＳ信号をベースとして、監視センターとデータ送受信を行なっている。特許文献１には複数の車載装置のそれぞれに、時刻をずらして位置情報発報時刻を設定することで、各車載装置から送信されるデータの衝突発生を回避する移動体管理装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−６３９９７号公報（段落００２０−００２４、図１、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術では、複数の車載装置の位置情報発報時刻の間に、同一無線チャネルを使用した他のシステムとの電波干渉が発生することについて考慮されていない。また、移動体管理装置と車載装置との間の電波環境の悪化や伝搬遅延時間についても考慮されていない。
【０００５】
本発明の目的は、従来技術の問題点を克服し、送信衝突を回避して、無線中継装置間の伝送遅延時間を保証する無線中継方法及び装置を提供することにある。また、同一無線チャネルにおける電波干渉を回避できる無線中継方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式の無線通信において、無線伝送フレームの送信割り当て時間を、最大フレーム長の無線伝送フレームを送信するのに要する時間に、通信相手である無線中継装置までの伝搬遅延時間を加えた時間として最短化し、通信する無線中継装置間で無線伝送フレームの送信時間をそれぞれ排他的に分割することを特徴とする。これにより、無線中継装置間の伝送遅延時間を保証し、無線伝送フレームの送信衝突を回避することができる。
【０００７】
また、前記無線伝送フレームの送信割り当て時間の間、無線伝送フレームと同一チャネルの送信信号を送出し続けることにより、無線中継装置間で無線チャネルを占有することを特徴とする。これにより、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を利用した他システムからの同一無線チャネルの送信を抑える通信が可能になる。
【０００８】
本発明の無線中継装置は、無線チャネルが占有されていないことを検出してから同一チャネルにて無線伝送フレームを送受信するＣＳＭＡ／ＣＡ方式において、ＧＰＳ信号を受信して複数の無線中継装置が同一の時刻情報を取得するＧＰＳ受信部と、送信した時分割モード要求フレームに対し、相手局から時分割モード応答フレームを受信するとその受信時間を検出し、前記時分割モード応答フレームに含まれる送信時間と前記受信時間との差から伝播遅延時間を検出し、所定の最大フレーム長と前記伝播遅延時間の合計を自局の伝送フレームの送信割り当て時間に設定すると共に、同一無線チャネルを利用する複数の中継局のＭＡＣアドレスの順番に送信タイミングモードを設定する時分割モード認識処理部を備え、自局の送信タイミングモードのとき、前記送信割り当て時間による伝送フレームの送信を行うことを特徴とする。
【０００９】
前記時分割モード認識処理部は、無線伝送フレームの受信時刻を検出する無線伝送フレームの受信手段と、送信時刻を含む無線伝送フレームの送信手段と、送信時刻を含む無線伝送フレームの受信時刻から、受信時刻と送信時刻の差より通信相手である無線中継装置までの伝搬遅延時間を検出する手段と、通信相手である無線中継装置との無線伝送フレームの送信衝突を回避するため、複数の無線中継装置が互いに排他的に行う無線伝送フレーム送信割り当て時間の設定手段と、前記無線伝送フレームの送信割り当て時間を、最大フレーム長の無線伝送フレームを送信するのに要する時間に、通信相手である無線中継装置までの伝搬遅延時間を加えた時間と設定する手段を設けている。
【００１０】
また、前記無線伝送フレームの受信手段は、受信した無線伝送フレームの受信電力を検出する手段と、受信電力の変動によりビット誤り率が高くなったときに最大フレーム長を短く設定する最大フレーム長の設定手段を設けている。
【００１１】
また、前記無線伝送フレームの送信手段は、無線伝送フレームのフレーム長が最大フレーム長より短いとき、送信割り当て時間の間、送信する無線伝送フレームと同一チャネルの信号を送出する手段を設けている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施例を図１から図５により説明する。図１は無線中継装置のブロック図を示す。無線中継装置１００と無線中継装置２００は同一の構成である。無線中継装置１００と無線中継装置２００は、有線ＬＡＮからのデータと無線からのデータを中継し、端末１０１、１０２、１０３と端末２０１の間の通信を行なう。
【００１３】
無線中継装置１００は、無線中継装置２００と一致した時刻を検出するＧＰＳ受信部１１０と内部時計１１１を有している。さらに無線からのデータを送受信する無線インタフェース部１１２、有線からのデータを送受信する有線インタフェース部１２５、無線インタフェース部１１２と有線インタフェース部１２５を制御する制御部１２４を有している。
【００１４】
端末１０１、１０２、１０３から端末２０１へ送信されるデータは、有線ＬＡＮ１７０へ送出される。無線中継装置１００の有線インタフェース部１２５は有線ＬＡＮ１７０へ送出されたデータを受信し、無線伝送フレーム生成部１１４へ転送する。無線伝送フレーム生成部１１４は有線からのデータに自局ＭＡＣアドレス１２７と宛先ＭＡＣアドレスを付加し、無線伝送フレームのフォーマットに変換して、送信部１１３へ転送する。
【００１５】
自局ＭＡＣアドレス１２７は、無線中継装置ごとに固有の値であり、同じＭＡＣアドレスの無線中継装置は他に存在しない。通信相手である無線中継装置の宛先ＭＡＣアドレスが不明な場合、宛先を同報にして通信相手の認識をするＡＲＰプロトコルのようなアドレス解決処理が実行される。本発明に特徴的な無線での時分割通信をしないとき、無線中継装置１００は、ＣＳＭＡ／ＣＡ処理部１２６に従い無線伝送フレームを無線中継装置２００へ送信する。
【００１６】
ここで、一般的なＣＳＭＡ／ＣＡの動作について説明する。無線ＬＡＮでは有線と異なり同じ回線を流れる信号の衝突を検出できないため、各端末は無線通信チャネルが一定時間以上継続して使用されていないことを確認してからデータを送信する。この待ち時間は最小限の時間にランダムな長さの待ち時間を加えたもので、直前の通信があってから一定時間後に複数の端末が一斉に送信する事態を防止している。実際にデータが正しく送信されたことは、受信側からの応答信号が到着するかどうかで判定し、ある一定時間に応答信号がなければ通信障害があったとみなしてデータの再送信を行なう。
【００１７】
ＣＳＭＡ／ＣＡ処理部１２６には、受信部１１８から無線チャネルの使用状況が通知される。ＣＳＭＡ／ＣＡ処理部１２６は、最小限の時間にランダムな長さの待ち時間を加えた時間、無線チャネルが空いていることを認識すると、送信部１１３に無線伝送フレームの送信許可を与える。送信部１１３は送信すべき無線伝送フレームがある場合、無線伝送フレームを送信する。無線中継装置２００は、無線伝送フレームを受信部１１８と同様な機能により受信し、有線伝送フレーム生成部１２３と同様な機能で有線伝送フレームに変換して端末２０１へと送信する。
【００１８】
次に、無線中継装置１００と無線中継装置２００が、本発明に特徴的な時分割通信を行なう前の時分割モードの認識処理について説明する。この認識処理は、無線インタフェース部１１２の大部分が関わる時分割モード認識処理部による。無線中継装置１００、２００が時分割通信モードを認識した後は、無線中継装置１００と２００を再起動させるまでは再度実行する必要が無い。
【００１９】
図２に、時分割モードの設定を行なう無線伝送フレームのフレームフォーマットを示す。（ａ）の時分割モード要求フレーム１０には、宛先ＭＡＣアドレス１１、送信元ＭＡＣアドレス１２、フレーム長１１３がある。また、ＧＰＳ受信部１１０と内部時計１１１で検出される無線中継装置２００と一致した時刻での送信時刻１５と、時分割モード要求フレームを示す時分割モード要求フレーム識別情報１４が含まれる。（ｂ）の時分割モード応答フレーム２０には、宛先ＭＡＣアドレス２１、送信元ＭＡＣアドレス２２、フレーム長２３、時分割モード応答フレーム識別情報２４がある。また、時分割モード開始時刻、最大フレーム長、送信割り当て時間の情報２５が含まれる。
【００２０】
時分割モード要求フレーム１０は、時分割モード要求フレーム生成部１１５が生成するもので、時分割通信モード時に自分が動く送信タイミングモードを知るために発行される。時分割モード応答フレーム２０は、時分割モード応答フレーム生成部１１６が生成するもので、時分割モード要求フレーム１０に対する回答である。無線中継装置１００は、時分割モード要求フレーム１０と時分割モード応答フレーム２０を時分割モード認識フレーム受信部１２１で識別する。
【００２１】
図３に制御部１２４が行なう時分割モードの認識処理を示す流れ図、図４に時分割モードの認識処理を示すタイミングチャートを示す。図３のように、時分割モード認識処理が開始すると、まず、有線ＬＡＮ１７０へのデータ送出を停止する（４１）。このため、制御部１２４は有線ＬＡＮインタフェース部１２５を停止し、次に無線ＬＡＮインタフェース部１１２を起動する（４２）。制御部１２４は、無線ＬＡＮインタフェース部１１２を時分割モード要求フレームの受信待ち状態にする（４３）。待ち時間がタイムアウトすると、時分割モード要求フレーム送信命令を無線インタフェース部１１２に発行して、時分割モード要求フレーム生成部１１５を起動させる（４４）。
【００２２】
このとき、図４のように無線中継装置１００は、無線中継装置２００に時分割モード要求フレーム１０を送信する。要求フレーム１０には要求フレーム識別情報１４や送信時刻１５が含まれている。時分割モード要求フレーム１０の送信後、制御部１２４は無線インタフェース部１１２を時分割モード応答フレーム受信待ち状態にする（４７）。
【００２３】
無線中継装置２００が、時分割モード要求フレーム１０を受信すると、送信割り当て時間設定命令が出され（４５）、図４の送信割り当て時間設定処理が開始される。すなわち、受信したフレームが時分割モード要求フレーム１０であることを時分割モード認識フレーム受信部１２１と同じ機能により識別する。そして、ＧＰＳ受信部１１０と内部時計１１１と同じ機能で検出される無線中継装置１００と一致した時刻の受信時刻と、受信電力検出部１１９と同じ機能により時分割モード要求フレームの受信電力を検出する。
【００２４】
無線中継装置２００は、伝搬遅延時間検出部１２２と同じ機能により、要求フレーム１０上の送信時刻１５と前記受信時刻との差から伝搬遅延時間を検出する。また、受信電力が低いときには、最大フレーム長設定部１２０と同じ機能が、無線環境が悪化しビット誤り率が高いと判断し、最大フレーム長を短く設定する。受信電力が高いときにはこの逆となる。
【００２５】
無線中継装置２００は、送信割り当て時間設定部１１７と同じ機能により、最大長の無線伝送フレームを送信するのに要する時間と伝搬遅延時間の合計を送信割り当て時間とし、時分割モード応答フレーム生成部１１６と同じ機能に通知する。
【００２６】
時分割モード応答フレーム生成部１１６は、時分割モードの開始時刻を設定し、時分割モード応答フレーム２０を生成する（４６）。時分割モード応答フレーム２０は、時分割モード応答フレームを示す時分割フレーム識別情報２４と、時分割モード開始時刻と最大フレーム長と送信割り当て時間の情報２５を含む。
【００２７】
図４のように、時分割モード応答フレーム２０は無線中継装置２００から送信され、無線インタフェース部１１２が時分割モード応答フレームの待ち状態（４７）にある無線中継装置１００に受信される。時分割モード応答フレーム２０は、時分割モード認識フレーム受信部１２２により、時分割モード応答フレームと識別される。
【００２８】
制御部１２４は、時分割モード応答フレーム２０を受信すると、無線インタフェース部１１２の自局ＭＡＣアドレスと無線中継装置２００の応答フレーム２０のＭＡＣアドレス（宛先ＭＡＣアドレス）と比較し（４８）、自局が大きい場合は無線インタフェース部１１２を送信タイミングＡモードに設定する（４９）。そして、時分割モード開始時刻、最大フレーム長及び送信割り当て時間の情報２５に従い、時分割モードでの通信を開始する。一方、自局のＭＡＣアドレスが宛先ＭＡＣアドレスより小さい場合は送信タイミングモードＢに設定する（５０）。
【００２９】
図５に時分割モードによる無線伝送フレームの送受信のタイミングチャートを示す。無線中継装置１００が送信タイミングＡモード、無線中継装置２００が送信タイミングＢモードで動作している場合、無線中継装置１００が無線伝送フレームを送信中に、無線中継装置２００は無線伝送フレームを送信することはない。
【００３０】
無線中継装置１００が無線中継装置２００に無線伝送フレームを送信すると、伝搬遅延時間３１だけ遅れて、無線中継装置２００に受信される。無線中継装置２００がＡＣＫ応答等、フレーム長の短い無線伝送フレームを無線中継装置１００に送信する場合、同一無線チャネル信号３４の間、無線中継装置２００は同一無線チャネルの信号を送出する。
【００３１】
つまり、伝送フレームの幅は送信割り当て時間の範囲で、送信データに応じて可変となるので、無信号の時間帯を生じる場合がある。そこで、最大長の無線伝送フレームを送信するのに要する時間３２から、ＡＣＫ応答等、フレーム長の短い無線伝送フレームを無線中継装置１００に送信するのに要する時間３３の差の時間は、同一無線チャネルの信号（縦縞で示す）を送出し続ける。
【００３２】
無線中継装置１００に接続された端末１０１、１０２、１０３から無線中継装置２００に接続された端末２０１への送信データがない場合も、無線中継装置１００は同一無線チャネルの信号を送出時間３５の間、無線中継装置２００に送出し続ける。
【００３３】
このようにして、無線中継装置１００と無線中継装置２００は無線伝送フレームを衝突させることなく、効率的にデータ転送を行ない、無線チャネルを占有することで、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式による他システムからの同一チャネルの無線伝送フレームとの干渉を抑える。
【００３４】
以上、本発明の第一の実施例によれば、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式の無線中継装置において、無線伝送フレームの伝搬遅延時間と最大長の無線伝送フレームを送信するのに要する時間の合計を無線伝送フレームの送信割り当て時間として最短化している。このように、送信割り当て時間を各無線中継装置が排他的に持つことで、無線伝送フレームの送信衝突を回避して、伝送遅延時間を保証した無線通信を行なうことができる。
【００３５】
また、無線伝送フレームの送信割り当て時間の間、無線伝送フレームと同一チャネルの送信信号を送出し続けることにより、無線中継装置間で無線チャネルを占有し、他システムからの同一無線チャネルの無線伝送フレームの送信を抑える。これにより、無線中継装置間の伝送遅延時間を保証する通信を行なうことができる。
【００３６】
図６は本発明の第二の実施例で、（ａ）は概略構成、（ｂ）は各中継装置の送信タイミングを示す。第一の実施例の無線中継装置１００と同様の構成である無線中継装置４００、５００、６００は、ＧＰＳ衛星３００により、それぞれ一致した時刻情報を得ることができる。
【００３７】
無線中継装置４００、５００、６００は、それぞれ図３と同様の処理を実行する。無線中継装置４００が、無線中継装置５００と無線中継装置６００から時分割モード要求フレーム１０を受信すると、時分割モード応答フレーム２０を無線中継装置５００と無線中継装置６００に送信する。複数の無線中継装置から時分割モード要求フレーム１０を受信した場合は、通信する無線中継装置の台数と同じ数の送信タイミングモードＡ、Ｂ、Ｃ…を設ける。そして、それぞれ独立した送信割り当て時間情報２５を、時分割モード応答フレーム２０に付加して、送信割り当て時間を無線中継装置５００と無線中継装置６００に通知する。
【００３８】
ここでの無線中継装置の送信タイミングは、ＭＡＣアドレスの大きい順に、送信タイミングＡモード、送信タイミングＢモード、送信タイミングＣモードである。時分割モード応答フレーム２０の時分割モード開始時刻に従い、無線中継装置４００、５００、６００は、自局の送信タイミングモードで、無線中継装置間での電波干渉を起こさない独立した送信割り当て時間により通信を行なう。
【００３９】
第二の実施例によれば、３以上の無線中継装置間でも、ＭＡＣアドレスの大きさで送信タイミングモードを設定すると共に、各中継装置の送信割り当て時間に基づく排他的な送信が行われる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、無線伝送フレームの伝搬遅延時間と最大長の無線伝送フレームを送信するのに要する時間の合計を無線伝送フレームの送信割り当て時間とするので、各無線中継装置が送信割り当て時間を排他的に持つことで、無線伝送フレームの送信衝突を回避できる効果がある。また、送信割り当て時間の間、無線伝送フレームと同一チャネルの送信信号を送出し続けることにより、無線中継装置間で無線チャネルを占有し、他システムからの同一無線チャネルによる無線伝送を抑える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例による無線中継装置の構成を示すブロック図。
【図２】無線伝送フレームのフレームフォーマットを示す説明図。
【図３】時分割モードの認識処理を示す流れ図。
【図４】時分割モードの認識処理を示すタイミングチャート。
【図５】無線伝送フレームの送受信を示すタイミングチャート。
【図６】本発明の第二の実施例を示す無線中継装置の構成図とタイミングチャート。
【符号の説明】
１００…無線中継装置、１０１，１０２，１０３，２０１…端末、１１０…ＧＰＳ受信部、１１１…内部時計、１１２…無線インタフェース部、１１３…送信部、１１４…無線伝送フレーム生成部、１１５…時分割モード要求フレーム生成部、１１６…時分割モード応答フレーム生成部、１１７…送信割り当て時間設定部、１１８…受信部、１１９…受信電力検出部、１２０…最大フレーム長設定部、１２１…時分割モード認識フレーム受信部、１２２…伝搬遅延時間検出部、１２３…有線伝送フレーム生成部、１２４…制御部、１２５…有線インタフェース部、１５０…ＧＰＳアンテナ、１６０…無線中継伝送用アンテナ、１７０…有線ＬＡＮ、２００…無線中継装置、２５０…ＧＰＳアンテナ、２６０…無線中継伝送用アンテナ、３００…ＧＰＳ衛星。

Claims

無線チャネルが占有されていないことを検出してから同一チャネルにて無線伝送フレームを送受信するＣＳＭＡ／ＣＡ方式の無線中継方法において、
時分割モード要求フレームを送信し、相手局から時分割モード応答フレームを受信してその受信時間を検出し、前記時分割モード応答フレームに含まれる送信時間と前記受信時間との差から伝播遅延時間を検出し、所定の最大フレーム長と前記伝播遅延時間の合計を自局の伝送フレームの送信割り当て時間に設定する時分割モード認識処理を行い、所定の順に送信タイミングモードとなると、相手局に対し前記送信割り当て時間による伝送フレームの送信を行うことを特徴とする無線中継方法。
請求項１において、
前記送信割り当て時間の間は無線伝送フレームがない場合にも、同一チャネルの送信信号を送出することを特徴とする無線中継方法。
請求項１において、
前記送信タイミングモードの所定順は、中継局間のＭＡＣアドレスの順番に設定することを特徴とする無線中継方法。
請求項１において、
前記時分割モード応答フレームの受信電力を検出し、その受信電力が低いときは前記最大フレーム長を短く設定することを特徴とする無線中継方法。
無線チャネルが占有されていないことを検出してから同一チャネルにて無線伝送フレームを送受信するＣＳＭＡ／ＣＡ方式の無線中継装置において、
ＧＰＳ信号を受信して複数の無線中継装置が同一の時刻情報を取得するＧＰＳ受信部と、送信した時分割モード要求フレームに対し、相手局から時分割モード応答フレームを受信するとその受信時間を検出し、前記時分割モード応答フレームに含まれる送信時間と前記受信時間との差から伝播遅延時間を検出し、所定の最大フレーム長と前記伝播遅延時間の合計を自局の伝送フレームの送信割り当て時間に設定すると共に、同一無線チャネルを利用する複数の中継局のＭＡＣアドレスの順番に送信タイミングモードを設定する時分割モード認識処理部を備え、自局の送信タイミングモードのとき、前記送信割り当て時間による伝送フレームの送信を行うことを特徴とする無線中継装置。
請求項５において、
前記無線中継装置は、前記伝送フレームが前記送信割り当て時間より短い場合、前記送信割り当て時間の間は同一チャネルの送信信号を送出することを特徴とする無線中継装置。