JP2004350086A - 通信制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の端末が１つの通信路を共有するネットワークにおいて、信号の衝突を回避すると共に所定の信号を優先して送信する。
【解決手段】ネットワーク上の各ノード（端末および中継器を含む）が送信する全てのパケットに共通した優先度を定義する。優先度毎に、パケットを送信するタイミングを規定するスロットを割当てる。各スロットは、通信路上で行われているパケットの転送が終了したタイミングを基準に定められる。優先度のスロットへの割当ては、優先度の高いパケットほど（優先的に送信したいパケットほど）、早いタイミングのスロットに割当てられるようにする。
【選択図】 図１
【解決手段】ネットワーク上の各ノード（端末および中継器を含む）が送信する全てのパケットに共通した優先度を定義する。優先度毎に、パケットを送信するタイミングを規定するスロットを割当てる。各スロットは、通信路上で行われているパケットの転送が終了したタイミングを基準に定められる。優先度のスロットへの割当ては、優先度の高いパケットほど（優先的に送信したいパケットほど）、早いタイミングのスロットに割当てられるようにする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の端末が通信路を共有するネットワークの通信制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワーク上にある複数の通信端末が１つの通信路を共有する場合、当該通信路に対して複数の端末が同時に信号（パケット）を送信しようとしたときに信号の衝突（ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ）が発生する。この衝突を防止するために、複数の端末間で信号の送信タイミングを調整して送信チャネルを確保することを送信権の調停という。
【０００３】
従来の調停の技術としては、ＣＳＭＡ／ＣＤ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方式が知られている（例えば特許文献１）。このＣＳＭＡ／ＣＤ方式では、各端末は送信を行う前に伝送路が使用可能かどうかを調べ、使用可能であると判断した時のみ信号を送信する。また、個々の端末は信号の衝突の発生を検出する機能を有する。そして衝突が発生した場合は衝突の原因となった全ての端末が送信を停止し、乱数によって決定する待機時間だけ送信を控えた後、再送を試みる。
【０００４】
しかし、例えば無線ＬＡＮのように、個々の端末が通信路上の衝突の発生を検出することができないネットワークでは、上記ＣＳＭＡ／ＣＤ方式を適用することは困難である。そのようなネットワークに適用可能な調停の技術としては、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式が知られている。この方式では、各端末は信号の送信を開始する前に通信路をモニタして、当該通信路上で他の端末により信号転送が行われていないかどうかを確認する。そして、所定の待機時間以上継続して通信路上を信号が転送されていなければ、信号の送信を開始する。この待機時間は、一定の時間にランダムな長さの時間を加えたものであり、直前の信号転送の終了時から一定時間経過した後に、複数の端末が一斉に送信を開始して衝突が発生する事態を防止している。
【０００５】
さらに、送信した信号が受信側の端末に受信されると、受信側の端末は信号を正しく受信したことを示す確認応答であるＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）信号を返信する。送信側の端末は、そのＡＣＫ信号の有無によって送信信号が正常に送信されたか否かを判断し、ＡＣＫ信号による応答が無ければ衝突や混信等の通信障害により送信が失敗したものとみなし、信号の再送信を行なう。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２５１３３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＣＳＭＡ／ＣＤ方式では、各端末が送信する信号（パケット）に優先順位はなく、全ての信号が平等に扱われる。しかし実際のところ、送信されるパケットの内容によっては、優先的に送信させたいパケットが存在する場合がある。例えば、動画や音声のリアルタイム配信など、信号の遅延や停止が許されない通信におけるＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）の実現のためには、データ通信の等時性（Ｉｓｏｃｈｒｏｎｏｕｓ）が求められ、そのような通信に係るパケットは優先的に送信／再送信されるべきである。
【０００８】
また、通信路を全てのノードが共有するいわゆるシェアードメディアであるネットワークにおいては、基本的に当該ネットワーク上の各ノードにも優先順位はなく平等である。例えば、ネットワークにおける通信距離を延ばす目的で端末間の通信を中継する中継器を導入した場合、中継器も他の端末と同等のノードとみなされる。よって、中継器が中継を行うために送信したパケットと、他の端末が送信したパケットとの衝突が発生することもあり、中継が成功しにくい。そのため中継器の導入が困難であり、通信距離が制限されてしまう欠点もあった。
【０００９】
本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、複数の端末が１つの通信路を共有するネットワークにおいて、信号の衝突を回避すると共に所定の信号を優先して送信することが可能であり、さらにネットワークへの中継器の導入が容易に可能である通信制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る通信制御方法は、複数の端末が共有の通信路を介して接続したネットワークの通信制御方法であって、前記複数の端末のそれぞれにおいて、（ａ）前記通信路を介して他の端末へ送信しようとする第１の信号に対し、前記ネットワークにおいて規定されている優先度を与える工程と、（ｂ）前記優先度に対応付けられた長さの第１の待機時間を決定する工程と、（ｃ）前記通信路をモニタして、前記通信路上における信号転送の有無を確認する工程と、（ｄ）前記工程（ｃ）で前記第１の待機時間の間に前記信号転送が検出されなかった場合に、前記第１の信号を送信する工程と、（ｅ）前記工程（ｃ）で第１の待機時間の間に前記信号転送が検出された場合に、前記工程（ｂ）に戻る工程とが実行される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
実施の形態１に係る通信制御方法を説明する。ここでは、例えば無線ＬＡＮやＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）によるＬＡＮ環境のような、１つの通信路を全てのノードが共有するシェアードメディアのネットワークを想定する。
【００１２】
まず、ネットワーク上の各ノード（端末および中継器を含む）が送信する全ての信号（パケット）に割当てられるべき優先度をネットワーク上に共通に定義する。この優先度は、各端末毎に与えられるもの（即ち１つの端末が送信するパケットは常に同じ優先度である）であってもよいし、それぞれのパケット毎にアダプディブに与えられるもの（即ち１つの端末があらゆる優先度のパケットを送信する）であってもよい。
【００１３】
そして、上記優先度毎に、パケットを送信するタイミングを規定するタイムスロット（以下「スロット」）を割当てる。各スロットは、通信路上で行われているパケットの転送が終了したタイミングを基準に定められる。優先度のスロットへの割当ては、優先度の高いパケットほど（優先的に送信したいパケットほど）、早いタイミングのスロットに割当てられるようにする。
【００１４】
つまり図１の如く、最も優先度の高い“優先度１”のパケットは、通信路上での前のパケット転送が終了したタイミングを起点として最も早いスロットに割当てられる、その後に続く各スロットには、優先度の高い順番で“優先度２”，“優先度３”・・・のパケットが割当てられる。さらに図１に示した各スロットは、図２の如く、同じ優先度を有するｎ個の要素スロットから成る。なお、以下の説明において、通信路上の前のパケット転送が終了したタイミングを起点とし、次のパケット送信されるまでの所定の待機時間（図１中の時間ＴＢ１、ＴＢ２、ＴＢ３・・・）を、「バックオフ（Ｂａｃｋｏｆｆ）時間」と称する。
【００１５】
また、上記ＣＳＭＡ／ＣＡ方式と同様に、受信側の端末は自分宛てのパケットを受信すると、当該パケットを信号を正しく受信したことを示す確認応答であるＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）信号のパケットを返信する。送信側の端末は、そのＡＣＫ信号による応答の有無によって、送信したパケットが受信側の端末へ正常に送信されたか否かを判断する。そして、ＡＣＫ信号による応答が無ければ送信が失敗したものとみなし、信号の再送信を行なう。本実施の形態においては、ＡＣＫ信号には、最も優先度の高いパケットとして扱われる。よって、図３に示すように、ＡＣＫ信号用のスロットは最も早いタイミングのスロットに割当てられる。即ち、ＡＣＫ信号用のスロットに対応したバックオフ時間は、他のパケットのスロットのものよりも短く設定される。
【００１６】
以下、具体的な例を用いて、本実施の形態に係るネットワークの通信制御方法を説明する。１つの通信路を全てのノードが共有するシェアードメディアのネットワークとしては、ＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）によるＬＡＮ環境がある。図４は、ＰＬＣによるＬＡＮの構成例を示す図である。ＰＬＣでは、一般住宅やオフィス等に電源を供給するために配線された電力線を通信路として利用する。図４に示すようにＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＦＡＸ、テレビ、照明装置等のスイッチ、インターホンのモニタなどは、ＰＬＣモデムを接続（あるいは内蔵）することで、通信端末として機能する。それぞれの端末は、通信路である電力線を介して互いに接続しており、相互に制御信号等の情報を送受信可能である。例えば、ＰＣを用いて、その他の装置の動作を制御することも可能になる。
【００１７】
ＰＬＣによれば一般の電源コンセントをネットワークへの接続コネクタとして使用することが可能となるため、情報通信ネットワークを家庭やオフィスに浸透させる技術として注目されている。例えば家庭内において、電源コンセントはほぼ全ての部屋に備わっているため、それらをＬＡＮへの接続コネクタとして利用できるとなると非常に便利である。
【００１８】
本実施の形態では説明の簡単のため、図５（ａ）に示すように３つの端末Ａ，Ｂ，Ｃが共有の通信路（ＰＬＣでは電力線に相当）に接続されたネットワークを想定する。端末Ａ，Ｂ，Ｃは、中継器を介することなく互いに通信可能な距離にある。当該ネットワークはシェアードメディアであるので、ある端末がパケットの転送を行っている間、それ以外の端末はパケットの送信を行うことができない。例えば、端末Ａと端末Ｃとが同時にパケット送信を行おうとすると図５（ｂ）の如く衝突が発生してしまい、正常なデータ通信を行うことができない。また、端末Ａ，Ｂ，Ｃは、他の端末からのパケットを正常に受信すると、その確認応答としてＡＣＫ信号のパケットを返信する。
【００１９】
図６は本実施の形態に係る端末におけるパケット送信動作を示すフローチャートである。端末が送信の対象である第１の信号としてのパケットを、通信路を介して他の端末に送信する場合、まず当該パケットを準備し（ＳＴ１）、そのパケットに対して、当該ネットワークにおいて規定されている優先度を与える（ＳＴ２）。ここで、優先度が端末毎に与えられる場合は、優先度を示すデータが予め各端末内のＲＯＭに記憶されており、この記憶データを端末自身が参照することにより、ステップＳＴ２の処理が行われる。また、優先度がパケット毎にアダプティブに与えられる場合は、例えば送信するパケットを扱うアプリケーション（ソフト）を特定することで、ステップＳＴ２の処理が行われる。つまり、パケットがどのアプリケーションによって扱われるのかにより、そのパケットのリアルタイム性などの重要性が分かるので、予め各アプリケーション毎に優先度を定めておき、送信するパケットに対してはそれを扱うアプリケーションに応じた優先度を割当てる。
【００２０】
続いて、通信路をモニタして当該通信路上のパケット転送の有無を確認する（ＳＴ３）。このとき通信路上でパケット転送が検出されない場合（即ち通信路がアイドル状態である場合）、端末は即座にパケットの送信を行う（ＳＴ８）。
【００２１】
一方、ステップＳＴ３で、通信路上でパケット転送が検出された場合（即ち、通信路が使用状態である場合）は、それが終了するのを待つ（ＳＴ４）。そして、当該パケットを送信するためのスロットおよび要素スロットを割当てる（ＳＴ５）。このとき、まず当該パケットの優先度に対応したスロットを割当て、さらにそのスロット内で、乱数に基づいて（ランダムに）選択された要素スロットを割当てる。
【００２２】
その後、端末は、自己が送信するパケットに割当てた要素スロット（以下「自己の送信スロット」）になるまで通信路上のモニタを続け（ＳＴ６，ＳＴ７）、当該自己の送信スロットまでに他の端末によるパケット転送が検出されなければ、当該パケット送信を行う（ＳＴ８）。即ち、前のパケット転送の終了時点から自己の送信スロットまでの間（即ち自己の送信スロットのバックオフ時間）は、第１の待機時間に相当する。
【００２３】
自己の送信スロットまでに他の端末によるパケット転送が検出された場合は、それが終了するまでパケット送信はできないので（パケット送信を行うと衝突が発生する）、パケット送信は行わずに上記ステップＳＴ４に戻る。そして、パケットを送信できるまで上記ステップＳＴ４〜ＳＴ７を繰り返す。
【００２４】
第１の待機時間である自己の送信スロットのバックオフ時間は、優先度ごとに定められたスロットの一定のバックオフ時間（第１の要素時間）と、そのスロットに入って所定の要素スロットに至るまでの時間（第２の要素時間）との和である。スロット内の要素スロットは乱数に基づいて選択されるので、第２の要素時間の長さは乱数に基づいて決定される。
【００２５】
各端末におけるパケットの送信タイミングは、優先度が高いものから順番に早いタイミングのスロットに割当てられているので、優先度の高いパケットから順番に転送されることとなる。また、同じ優先度のパケットが複数個ある場合でも、各パケットはランダムに決められた要素スロットに割当てられるため、衝突の発生は抑制される。
【００２６】
パケットを送信した端末は、受信側端末からのＡＣＫ信号による応答を、所定のＡＣＫ信号待機時間（第２の待機時間）だけ待つ（ＳＴ９，ＳＴ１０）。ＡＣＫ信号待機時間は、正常にパケット送信が行われた場合にＡＣＫ信号が受信されるべきタイミングを含む期間とする。本実施の形態においてＡＣＫ信号待機時間は、パケット送信後の優先度１のスロットのバックオフ時間とする。
【００２７】
ＡＣＫ信号待機時間にＡＣＫ信号が受信されるとパケット送信に係る動作を終了する。逆に、ＡＣＫ信号が受信されなければ、先の送信は失敗したものとみなし、ステップＳＴ４に戻ってパケットの再送信を試みる。このとき、当該パケットに対して再送信時の優先度を与える（ＳＴ１１）。再送信時の優先度は前回の送信の際の優先度と同じとする。
【００２８】
このように各端末は、通信路が他の端末により使用されている場合は、その通信（パケット転送）が終了して当該通信路が使用可能な状態になるまで待機し、その後にパケットの送信を行う。多くの場合、この動作により衝突は避けることができる。しかし、通信路が輻輳状態である場合には、複数の端末が互いに同じタイミングでパケットの送信を開始して衝突が発生する場合がある。例えば、複数の端末が同じタイミングでステップＳＴ３の判断を行った場合や、複数の端末が自己の送信スロットとして偶然同じ要素スロットを割当ててしまった場合には衝突が発生する。
【００２９】
本実施の形態に係る端末は、そのような衝突が発生した場合でも、再送信により衝突を回避することができる。例えば、図５（ａ）に示したネットワークにおいて、図７のようにタイミングｔ０で、端末Ａによる端末Ｂへパケット（優先度１）の送信と、端末Ｃによる端末Ｂへのパケット（優先度２）の送信が同時に行われ、衝突が発生したと仮定する。この衝突により、端末Ｂは、端末Ａからのパケットも端末Ｃからのパケットも正常に受信することができない。よって、端末ＢはＡＣＫ信号の送信を行わない。ここで、同図おいて、期間ＷＡはＡＣＫ信号用のスロット、期間Ｗ０は当該スロットＷＡのバックオフ時間を示しており、期間Ｗ１は優先度１のパケット用のスロット、期間Ｗ２は優先度２のパケット用のスロットを示している。
【００３０】
端末Ａおよび端末Ｃのそれぞれは、パケットを送信した後ＡＣＫ信号待機時間（スロットＷ１のバックオフ時間）の間、ＡＣＫ信号を待つ（ＳＴ９，ＳＴ１０）。しかし、ＡＣＫ信号待機時間内のＡＣＫ信号用のスロットＷＡになっても端末ＢからのＡＣＫ信号が受信されないため、端末Ａおよび端末Ｃは、再送信のための処理を行う。その際、再送信するパケットに対して、先の送信時と同じ優先度が与えられる（ＳＴ１１）。
【００３１】
端末は再送信をするために、上記ステップＳＴ４の動作に戻る。図７に示すように、端末Ａ，Ｃの送信が終了したタイミングｔ１後は通信路がアイドル状態であるので、端末Ａ，Ｃのそれぞれは、再送信のためのスロットおよび要素スロットを決定する（ＳＴ５）。再送信の際にも前回の送信と同じ優先度が与えられているので、端末Ａは優先度１のスロットＷ１を割当て、端末Ｃは優先度２のスロットＷ２を割当てる。なお、スロットＷ１，Ｗ２内の要素スロットは乱数に基づいて決められるが、説明の簡単のため省略する。
【００３２】
例えば、スロットＷＡの長さを０．８ｍｓ、そのバックオフ時間Ｗ０を１．０ｍｓ、スロットＷ１およびＷ２の長さをそれぞれ１．６ｍｓと仮定する。この場合、端末Ａは自己の送信スロットのバックオフ時間を３．４ｍｓと定め、同じく端末Ｃは５．０ｍｓと定める。
【００３３】
その後、端末Ａ，Ｃは、自己の送信スロットになるまで通信路上のモニタを続ける（ＳＴ６，ＳＴ７）。端末Ａは、自己の送信スロットＷ１のバックオフ時間に他の端末によるパケット転送が検出されないので、パケットの再送信を行う（ＳＴ８）。一方、端末Ｃは、端末Ａの再送信によるパケット転送を検出するのでステップＳＴ４に戻る。
【００３４】
端末Ａからのパケットを受信した端末Ｂは、そのパケットの転送が終わったタイミングｔ２の後のスロットＷＡでＡＣＫ信号のパケットを送信する。このときＡＣＫ信号は他の信号よりも優先度が高いので、他の信号のスロットよりも早く送信される。そのため、ＡＣＫ信号の送信の際には衝突は発生せず、ＡＣＫ信号は確実に端末Ａに受信される。端末Ａは、端末ＢからのＡＣＫ信号を受け、パケット送信に係る動作を終了する。このとき端末Ｃは、タイミングｔ２で一旦通信路がアイドル状態になるので、ステップＳＴ５〜ＳＴ７の動作に入る。しかし、スロットＷ２になる前のスロットＷＡの期間に、ＡＣＫ信号のパケット転送が検出されるので（ＳＴ６）、再びステップＳＴ４に戻り、通信路がアイドル状態になるまで待機する。
【００３５】
そして、端末ＢがＡＣＫ信号の送信を終了したタイミングｔ３の後、端末Ｃは自己のスロットＷ２のバックオフ時間の間、通信路をモニタし（ＳＴ５〜ＳＴ７）、パケット送信が検出されないのでスロットＷ２でパケットを再送信する（ＳＴ８）。
【００３６】
端末Ｃからのパケットを受信した端末Ｂは、そのパケットの転送が終わったタイミングｔ４の後、スロットＷＡでＡＣＫ信号のパケットを送信する。端末Ｃは、端末ＢからのＡＣＫ信号を受け、パケット送信に係る動作を終了する。以上のように、一旦衝突が発生してもその後の再送時において衝突を避けることができるので、各端末間で確実にパケット通信を行うことができる。
【００３７】
次に、図８のようにタイミングｔ０で、共に優先度が１であるパケット同士により、衝突が発生したと仮定する。このときも、端末Ａおよび端末Ｃのそれぞれは、パケット送信が終了したタイミングｔ１の後、ＡＣＫ信号用のスロットＷＡになっても端末ＢからのＡＣＫ信号が受信されないため、再送信処理を行う。ここでも、再送信するパケットに対して、前回の送信と同じ優先度が与えられる。
【００３８】
端末Ａ，Ｃが送信するパケットは共に優先度１であるので、再送信の際、端末Ａ，Ｃは共にスロットＷ１を自己のスロットに割当てる。さらに、端末Ａ，Ｃは、スロットＷ１内の要素スロットをそれぞれ乱数に基づいて割当てる。
【００３９】
例えば、スロットＷＡの長さを０．８ｍｓ、そのバックオフ時間Ｗ０を１．０ｍｓ、スロットＷ１の長さを１．６ｍｓと仮定する。そして、スロットＷ１内には０．４ｍｓごとに区分された４つの要素スロットが存在すると仮定する。端末Ａ，Ｃは、それらの優先度１のスロットＷ１内の４つの要素スロットの中からランダムに１つを選択するので、各要素スロットのバックオフ時間は、１．８ｍｓ＋０．４ｍｓ×Ｎにより与えられる（Ｎは０〜３の整数）。Ｎは乱数であるが、ここでは端末ＡにおいてはＮ＝１、端末ＢにおいてはＮ＝２に対応した要素スロットがそれぞれ選択されたとする。
【００４０】
端末Ａ，Ｃは、自己の送信スロットになるまで通信路をモニタする（ＳＴ６，ＳＴ７）。端末Ａはタイミングｔ１の後、自己の送信スロットのバックオフ時間（１．８ｍｓ＋０．４ｍｓ）の間通信路上のパケット転送が検出されないので、再送信を行う（ＳＴ８）。一方、端末Ｃは、端末Ａの再送信によるパケット転送を検出してステップＳＴ４に戻る。
【００４１】
端末Ａからのパケットを受信した端末Ｂは、そのパケットの転送が終わったタイミングｔ２の後、スロットＷＡでＡＣＫ信号を送信する。端末Ａは、端末ＢからのＡＣＫ信号を受け、パケット送信に係る動作を終了する。このとき端末Ｃは、タイミングｔ２で一旦通信路がアイドル状態になるので、ステップＳＴ５〜ＳＴ７の動作に入る。しかし、自己の送信スロットになる前に通信路上でＡＣＫ信号のパケット転送が検出されるので、再びステップＳＴ４に戻り、通信路がアイドル状態になるまで待機する。
【００４２】
そして、端末Ｃは、端末ＢがＡＣＫ信号の送信を終了したタイミングｔ３から、自己の送信スロットのバックオフ時間（１．８ｍｓ＋０．８ｍｓ）の間通信路上のパケット送信が検出されないので再送信を行う。
【００４３】
端末Ｃからのパケットを受信した端末Ｂは、そのパケットの転送が終わったタイミングｔ４から、バックオフ時間Ｗ０だけ待機した後、スロットＷＡでＡＣＫ信号を送信する。端末Ｃは、端末ＢからのＡＣＫ信号を受け、パケット送信に係る動作を終了する。
【００４４】
このように、同じ優先度のパケット同士が衝突を起こした場合でも、１つの優先度に対応したスロット内に複数の要素スロットを備え、その要素スロットを乱数に基づいて選択することにより、再送時の衝突の発生は抑制される。この各スロット内の要素スロットの数は、多いほど衝突の確率は低くなる。よって、例えば再送信時には、端末が選択できる要素スロットの数を増やすようにすると、パケットの再送信時における衝突の発生が抑えられ、総再送回数を低減することができる。
【００４５】
ところで、本実施の形態において通信線の輻輳状態が長く続くと、優先度の低いパケットがいつまで経っても送信されないという状態が生じることも考えられる。それを回避するために、例えば図９のように異なる優先度のスロットの一部が互いに重複するようにし、優先度の高いスロット期間中に、それより優先度の低いパケットにも送信可能な機会を与えるようにしてもよい。
【００４６】
図９の例では、優先度２のスロットは、優先度１のスロットと一部の期間で、タイミングが重複している。つまり、その重複した期間であるタイミングｔａ１〜ｔａ２の間で、優先度１の要素スロットｉ１〜要素スロットｎは、優先度２の要素スロット１〜要素スロット（ｎ−ｉ１＋１）とそれぞれ重複する。同様に、優先度３のスロットは、優先度２のスロットとタイミングｔｂ１〜ｔｂ２の間で重複する。つまりその期間は、優先度２の要素スロットｉ２〜要素スロットｎは、優先度３の要素スロット１〜要素スロット（ｎ−ｉ２＋１）とそれぞれ重複する。
【００４７】
それによって、優先度１のスロットの期間内にも優先度２のパケットを送信する機会が与えられ、また、優先度２のスロットの期間内にも優先度３のパケットを送信する機会が与えられる。従って、優先度の低いパケットがいつまで経っても送信されないという状態の発生は抑制される。なお、このようにした場合、互いに優先度の異なるパケット同士の衝突が発生するケースが考えられるが、図６のフローチャートで説明した本実施の形態に係る通信制御方法によれば、そのケースでも再送信により衝突は回避される。つまり、互いに優先度の異なるパケット同士の衝突した場合も、それらのパケットを送信した端末には、ステップＳＴ９でＡＣＫ信号は返ってこないので、ステップＳＴ１１に移行し再送信処理が行われる。
【００４８】
以上のように本実施の形態によれば、パケット送信時における衝突が発生しても再送信によりそれを回避できると共に、優先度の高いパケットを優先して送信することが可能である。また、通信路における信号の衝突を検出する機能を有さない端末にも適用可能である。さらに、各端末間のデータ転送の調停を担当する基地局やサーバー等の機器をネットワークに設ける必要も無い。
【００４９】
また、ＡＣＫ信号の優先度を他の信号よりも高くすることで、ＡＣＫ信号の送受信を確実に行うことができ、通信の信頼性が向上する。例えば、ＰＬＣによるＬＡＮは、大きなノイズが発生しやすいために比較的通信品質は低い（エラーが多い）が、本発明を適用することにより、通信品質の高いＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等と同様に扱うことも可能である。例えば、ＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）基本参照モデルにおいて、レイヤー２ 以下（例えばＰＬＣモデムなど）でＡＣＫ信号が確実に送受信されて通信の信頼性を高くできれば、レイヤー３以上で確認応答を出す必要が無くなる。
【００５０】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、ネットワーク上の各端末が、中継器を介することなく互いに通信可能な距離にある場合について説明した。本実施の形態においては、本発明に係るネットワークに中継器が導入されるケースを考える。ＰＬＣによるＬＡＮのようなシェアードメディアのネットワークでは、中継器も端末と同等のノードとみなされる。つまり中継器がパケットを中継するためには、通常の端末と同様に一旦パケットを完全に受け取ってから、それを送信する必要がある。
【００５１】
本実施の形態では、実施の形態１で説明した通信制御方法に対し、さらに中継器が送信するパケット用の一定の優先度（中継器用優先度）を設ける。中継器用優先度は、ＡＣＫ信号の次に高い優先度とする。つまり、中継器が送信するパケットは、ＡＣＫ信号のパケットの次に優先度の高いパケットとして扱われる。つまり、図１０に示すように、中継器がパケットを送信するスロットは、ＡＣＫ信号用のスロットの次に早いタイミングのスロットに割当てられる。即ち、中継器用のスロットに対応したバックオフ時間は、ＡＣＫ信号を除く他のパケットのスロットのものよりも短く設定される。
【００５２】
本実施の形態では説明の簡単のため、図１１（ａ）に示すように端末Ａ，Ｂ，Ｃおよび中継器Ｄが共有の通信路に接続されたネットワークを想定する。端末Ａ，Ｂは、中継器Ｄを介することなく互いに通信可能な距離にあるが、端末Ｃとの通信には中継器Ｄによる中継が必要である。また、中継器Ｄが中継のために送信したパケットは他の端末が送信するパケットとの区別は無く、他の端末と同じタイミングで送信されると図１１（ｂ）のように衝突が発生する。
【００５３】
図１２および図１３はそれぞれ、本実施の形態に係る端末および中継器の動作を示すフローチャートである。図１２において、図６と同様のステップには同一符号を付してある。図１２から分かるように、ステップＳＴ１〜ＳＴ８までの動作は、実施の形態１と同様であるのでここでの説明は省略し、ステップＳＴ８によりパケットを送信した後の動作について説明する。
【００５４】
例えば、図１１（ａ）に示したネットワークにおいて、図１４のようにタイミングｔ０で、端末Ａによる端末Ｃへパケットの送信が行われたとする。同図おいて、期間ＷＡはＡＣＫ信号用のスロット、期間Ｗ０は当該スロットＷＡのバックオフ時間を示しており、期間ＷＲは中継器用のスロット、期間Ｗ１は優先度１のパケット用のスロット、期間Ｗ２は優先度２のパケット用のスロットを示している。
【００５５】
端末Ａから送信されたパケットは、端末Ｃには到達しないが、中継器Ｄに受信される。図１３に示すように、中継器Ｄは、パケットを受信すると（ＳＴ２１）、パケット転送が終了したタイミングｔ１の後、中継器用のスロットＷＲのバックオフ時間の間（第３の待機時間）、通信路をモニタしてＡＣＫ信号の有無を検出する（ＳＴ２２）。端末Ａの送信パケットは端末Ｃには到達しないので、受信側の端末ＣはＡＣＫ信号を送信しない。よって、中継器ＤはＡＣＫ信号を検出せず、中継器用のスロットになると先に受信したパケットを送信する（ＳＴ２３，ＳＴ２４）。
【００５６】
一方、端末Ａは、パケットを送信した後、所定のＡＣＫ信号待機時間（第４の待機時間）だけＡＣＫ信号を待つ。この時点では、端末ＡはＡＣＫ信号待機時間を、パケット送信後の優先度１のスロットのバックオフ時間とする。端末Ａには、ＡＣＫ信号待機時間内のＡＣＫ信号用スロットＷＡになってもＡＣＫ信号は受信されなず、代わりに中継器用のスロットＷＲに、中継器が送信したパケット（即ち、先に自己が送信したパケット）が受信される。図１２に示すように、端末ＡはＡＣＫ信号待機時間の間に自己が送信したパケットを受信すると（ＳＴ１２）、当該ＡＣＫ信号待機時間を所定の時間だけ延長して（ＳＴ１３）、さらにＡＣＫ信号を待つ。このときＡＣＫ信号待機時間は、少なくとも、中継器を介したパケット送信の応答としてのＡＣＫ信号が送信側端末に受信されるべきタイミングまで延長される。
【００５７】
中継器Ｄが送信したパケットは端末Ｃにより受信され、端末ＣはスロットＷＡでＡＣＫ信号のパケットを送信する。端末ＣからのＡＣＫ信号のパケットは中継器Ｄに受信され、中継器Ｄは当該ＡＣＫ信号のパケットを、中継器用のスロットＷＲで送信する。つまり、端末Ａは前述のステップＳＴ１３において、少なくともタイミングｔ３後の中継器用のスロットＷＲのタイミングまでＡＣＫ信号待機時間を延長しておく必要がある。中継器ＤからのＡＣＫ信号を受信した端末Ａは、先に送信したパケットが端末Ｃにより正常に受信されたと判断して、パケット送信に係る動作を終了する。
【００５８】
次に、中継器が、中継の必要が無いパケットを受信した場合の動作を説明する。例えば図１１（ａ）に示したネットワークにおいて、図１５のように、端末Ａによる端末Ｂへパケットの送信が行われたとする。端末Ａから送信されたパケットは、中継器を介することなく端末Ｂに受信される。一方、当該パケットは中継器Ｄにも受信される。図１３に示すように、中継器Ｄは、パケットを受信すると（ＳＴ２１）、パケット転送が終了したタイミングｔ１の後、中継器用のスロットＷＲのバックオフ時間の間、通信路をモニタしてＡＣＫ信号の有無を検出する（ＳＴ２２）。図１５の例の場合、端末Ｂはパケットを受信するとＡＣＫ信号を送信する。よって、中継器ＤはステップＳＴ２２でＡＣＫ信号を検出し、先に受信したパケットには中継が不要であると判断して、当該パケットを送信せずに動作を終了する。
【００５９】
以上のように、本実施の形態によれば、中継器を導入したケースにおいても、実施の形態と同様に、再送信における衝突を回避すると共に、優先度の高いパケットを優先して送信可能である。つまり、中継器の導入することにより、容易に通信距離を伸ばすことが可能である。また、中継器はパケットの送信前に、ＡＣＫ信号を受信すると中継が不要であると判断してパケットの送信を行わないので、不要な中継動作によって信号の衝突が発生したり、通信路が輻輳状態になることを抑制できる。
【００６０】
なお、以上の実施の形態においては、ネットワークとしてＰＬＣによるＬＡＮを例に挙げたが、本発明はそれ以外の種類のネットワーク（例えば無線ＬＡＮ等）にも適用可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る通信制御方法によれば、信号送信時における衝突が発生しても再送信によりそれを回避できると共に、優先度の高い信号を優先して送信することが可能である。また、通信路における信号の衝突を検出する機能を有さない端末にも適用可能である。さらに、各端末間のデータ転送の調停を担当する基地局やサーバー等の機器をネットワークに設ける必要も無い。また、ＡＣＫ信号の優先度を他の信号よりも高くすることで、ＡＣＫ信号の送受信を確実に行うことができ、通信の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１におけるパケットの優先度とスロットの関係示す図である。
【図２】実施の形態１に係るスロット内の要素スロットを説明するための図である。
【図３】実施の形態１におけるＡＣＫ信号のスロットを説明するための図である。
【図４】ＰＬＣによるＬＡＮの構成例を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る通信制御方法を説明するための図である。
【図６】実施の形態１に係る端末におけるパケット送信動作を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態１に係る通信制御方法を説明するための図である。
【図８】実施の形態１に係る通信制御方法を説明するための図である。
【図９】実施の形態１に係る通信制御方法を説明するための図である。
【図１０】実施の形態２における中継器用のスロットを説明するための図である。
【図１１】実施の形態２に係る通信制御方法を説明するための図である。
【図１２】実施の形態２に係る端末におけるパケット送信動作を示すフローチャートである。
【図１３】実施の形態２に係る中継器の動作を示すフローチャートである。
【図１４】実施の形態２に係る通信制御方法を説明するための図である。
【図１５】実施の形態２に係る通信制御方法を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｗ０ ＡＣＫ信号用スロットのバックオフ時間、Ｗ１ 優先度１のパケット用のスロット、Ｗ２ 優先度２のパケット用のスロット、ＷＡ ＡＣＫ信号用のスロット、ＷＲ 中継器用のスロット。
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の端末が通信路を共有するネットワークの通信制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワーク上にある複数の通信端末が１つの通信路を共有する場合、当該通信路に対して複数の端末が同時に信号（パケット）を送信しようとしたときに信号の衝突（ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ）が発生する。この衝突を防止するために、複数の端末間で信号の送信タイミングを調整して送信チャネルを確保することを送信権の調停という。
【０００３】
従来の調停の技術としては、ＣＳＭＡ／ＣＤ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方式が知られている（例えば特許文献１）。このＣＳＭＡ／ＣＤ方式では、各端末は送信を行う前に伝送路が使用可能かどうかを調べ、使用可能であると判断した時のみ信号を送信する。また、個々の端末は信号の衝突の発生を検出する機能を有する。そして衝突が発生した場合は衝突の原因となった全ての端末が送信を停止し、乱数によって決定する待機時間だけ送信を控えた後、再送を試みる。
【０００４】
しかし、例えば無線ＬＡＮのように、個々の端末が通信路上の衝突の発生を検出することができないネットワークでは、上記ＣＳＭＡ／ＣＤ方式を適用することは困難である。そのようなネットワークに適用可能な調停の技術としては、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式が知られている。この方式では、各端末は信号の送信を開始する前に通信路をモニタして、当該通信路上で他の端末により信号転送が行われていないかどうかを確認する。そして、所定の待機時間以上継続して通信路上を信号が転送されていなければ、信号の送信を開始する。この待機時間は、一定の時間にランダムな長さの時間を加えたものであり、直前の信号転送の終了時から一定時間経過した後に、複数の端末が一斉に送信を開始して衝突が発生する事態を防止している。
【０００５】
さらに、送信した信号が受信側の端末に受信されると、受信側の端末は信号を正しく受信したことを示す確認応答であるＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）信号を返信する。送信側の端末は、そのＡＣＫ信号の有無によって送信信号が正常に送信されたか否かを判断し、ＡＣＫ信号による応答が無ければ衝突や混信等の通信障害により送信が失敗したものとみなし、信号の再送信を行なう。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２５１３３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＣＳＭＡ／ＣＤ方式では、各端末が送信する信号（パケット）に優先順位はなく、全ての信号が平等に扱われる。しかし実際のところ、送信されるパケットの内容によっては、優先的に送信させたいパケットが存在する場合がある。例えば、動画や音声のリアルタイム配信など、信号の遅延や停止が許されない通信におけるＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）の実現のためには、データ通信の等時性（Ｉｓｏｃｈｒｏｎｏｕｓ）が求められ、そのような通信に係るパケットは優先的に送信／再送信されるべきである。
【０００８】
また、通信路を全てのノードが共有するいわゆるシェアードメディアであるネットワークにおいては、基本的に当該ネットワーク上の各ノードにも優先順位はなく平等である。例えば、ネットワークにおける通信距離を延ばす目的で端末間の通信を中継する中継器を導入した場合、中継器も他の端末と同等のノードとみなされる。よって、中継器が中継を行うために送信したパケットと、他の端末が送信したパケットとの衝突が発生することもあり、中継が成功しにくい。そのため中継器の導入が困難であり、通信距離が制限されてしまう欠点もあった。
【０００９】
本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、複数の端末が１つの通信路を共有するネットワークにおいて、信号の衝突を回避すると共に所定の信号を優先して送信することが可能であり、さらにネットワークへの中継器の導入が容易に可能である通信制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る通信制御方法は、複数の端末が共有の通信路を介して接続したネットワークの通信制御方法であって、前記複数の端末のそれぞれにおいて、（ａ）前記通信路を介して他の端末へ送信しようとする第１の信号に対し、前記ネットワークにおいて規定されている優先度を与える工程と、（ｂ）前記優先度に対応付けられた長さの第１の待機時間を決定する工程と、（ｃ）前記通信路をモニタして、前記通信路上における信号転送の有無を確認する工程と、（ｄ）前記工程（ｃ）で前記第１の待機時間の間に前記信号転送が検出されなかった場合に、前記第１の信号を送信する工程と、（ｅ）前記工程（ｃ）で第１の待機時間の間に前記信号転送が検出された場合に、前記工程（ｂ）に戻る工程とが実行される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
実施の形態１に係る通信制御方法を説明する。ここでは、例えば無線ＬＡＮやＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）によるＬＡＮ環境のような、１つの通信路を全てのノードが共有するシェアードメディアのネットワークを想定する。
【００１２】
まず、ネットワーク上の各ノード（端末および中継器を含む）が送信する全ての信号（パケット）に割当てられるべき優先度をネットワーク上に共通に定義する。この優先度は、各端末毎に与えられるもの（即ち１つの端末が送信するパケットは常に同じ優先度である）であってもよいし、それぞれのパケット毎にアダプディブに与えられるもの（即ち１つの端末があらゆる優先度のパケットを送信する）であってもよい。
【００１３】
そして、上記優先度毎に、パケットを送信するタイミングを規定するタイムスロット（以下「スロット」）を割当てる。各スロットは、通信路上で行われているパケットの転送が終了したタイミングを基準に定められる。優先度のスロットへの割当ては、優先度の高いパケットほど（優先的に送信したいパケットほど）、早いタイミングのスロットに割当てられるようにする。
【００１４】
つまり図１の如く、最も優先度の高い“優先度１”のパケットは、通信路上での前のパケット転送が終了したタイミングを起点として最も早いスロットに割当てられる、その後に続く各スロットには、優先度の高い順番で“優先度２”，“優先度３”・・・のパケットが割当てられる。さらに図１に示した各スロットは、図２の如く、同じ優先度を有するｎ個の要素スロットから成る。なお、以下の説明において、通信路上の前のパケット転送が終了したタイミングを起点とし、次のパケット送信されるまでの所定の待機時間（図１中の時間ＴＢ１、ＴＢ２、ＴＢ３・・・）を、「バックオフ（Ｂａｃｋｏｆｆ）時間」と称する。
【００１５】
また、上記ＣＳＭＡ／ＣＡ方式と同様に、受信側の端末は自分宛てのパケットを受信すると、当該パケットを信号を正しく受信したことを示す確認応答であるＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）信号のパケットを返信する。送信側の端末は、そのＡＣＫ信号による応答の有無によって、送信したパケットが受信側の端末へ正常に送信されたか否かを判断する。そして、ＡＣＫ信号による応答が無ければ送信が失敗したものとみなし、信号の再送信を行なう。本実施の形態においては、ＡＣＫ信号には、最も優先度の高いパケットとして扱われる。よって、図３に示すように、ＡＣＫ信号用のスロットは最も早いタイミングのスロットに割当てられる。即ち、ＡＣＫ信号用のスロットに対応したバックオフ時間は、他のパケットのスロットのものよりも短く設定される。
【００１６】
以下、具体的な例を用いて、本実施の形態に係るネットワークの通信制御方法を説明する。１つの通信路を全てのノードが共有するシェアードメディアのネットワークとしては、ＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）によるＬＡＮ環境がある。図４は、ＰＬＣによるＬＡＮの構成例を示す図である。ＰＬＣでは、一般住宅やオフィス等に電源を供給するために配線された電力線を通信路として利用する。図４に示すようにＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＦＡＸ、テレビ、照明装置等のスイッチ、インターホンのモニタなどは、ＰＬＣモデムを接続（あるいは内蔵）することで、通信端末として機能する。それぞれの端末は、通信路である電力線を介して互いに接続しており、相互に制御信号等の情報を送受信可能である。例えば、ＰＣを用いて、その他の装置の動作を制御することも可能になる。
【００１７】
ＰＬＣによれば一般の電源コンセントをネットワークへの接続コネクタとして使用することが可能となるため、情報通信ネットワークを家庭やオフィスに浸透させる技術として注目されている。例えば家庭内において、電源コンセントはほぼ全ての部屋に備わっているため、それらをＬＡＮへの接続コネクタとして利用できるとなると非常に便利である。
【００１８】
本実施の形態では説明の簡単のため、図５（ａ）に示すように３つの端末Ａ，Ｂ，Ｃが共有の通信路（ＰＬＣでは電力線に相当）に接続されたネットワークを想定する。端末Ａ，Ｂ，Ｃは、中継器を介することなく互いに通信可能な距離にある。当該ネットワークはシェアードメディアであるので、ある端末がパケットの転送を行っている間、それ以外の端末はパケットの送信を行うことができない。例えば、端末Ａと端末Ｃとが同時にパケット送信を行おうとすると図５（ｂ）の如く衝突が発生してしまい、正常なデータ通信を行うことができない。また、端末Ａ，Ｂ，Ｃは、他の端末からのパケットを正常に受信すると、その確認応答としてＡＣＫ信号のパケットを返信する。
【００１９】
図６は本実施の形態に係る端末におけるパケット送信動作を示すフローチャートである。端末が送信の対象である第１の信号としてのパケットを、通信路を介して他の端末に送信する場合、まず当該パケットを準備し（ＳＴ１）、そのパケットに対して、当該ネットワークにおいて規定されている優先度を与える（ＳＴ２）。ここで、優先度が端末毎に与えられる場合は、優先度を示すデータが予め各端末内のＲＯＭに記憶されており、この記憶データを端末自身が参照することにより、ステップＳＴ２の処理が行われる。また、優先度がパケット毎にアダプティブに与えられる場合は、例えば送信するパケットを扱うアプリケーション（ソフト）を特定することで、ステップＳＴ２の処理が行われる。つまり、パケットがどのアプリケーションによって扱われるのかにより、そのパケットのリアルタイム性などの重要性が分かるので、予め各アプリケーション毎に優先度を定めておき、送信するパケットに対してはそれを扱うアプリケーションに応じた優先度を割当てる。
【００２０】
続いて、通信路をモニタして当該通信路上のパケット転送の有無を確認する（ＳＴ３）。このとき通信路上でパケット転送が検出されない場合（即ち通信路がアイドル状態である場合）、端末は即座にパケットの送信を行う（ＳＴ８）。
【００２１】
一方、ステップＳＴ３で、通信路上でパケット転送が検出された場合（即ち、通信路が使用状態である場合）は、それが終了するのを待つ（ＳＴ４）。そして、当該パケットを送信するためのスロットおよび要素スロットを割当てる（ＳＴ５）。このとき、まず当該パケットの優先度に対応したスロットを割当て、さらにそのスロット内で、乱数に基づいて（ランダムに）選択された要素スロットを割当てる。
【００２２】
その後、端末は、自己が送信するパケットに割当てた要素スロット（以下「自己の送信スロット」）になるまで通信路上のモニタを続け（ＳＴ６，ＳＴ７）、当該自己の送信スロットまでに他の端末によるパケット転送が検出されなければ、当該パケット送信を行う（ＳＴ８）。即ち、前のパケット転送の終了時点から自己の送信スロットまでの間（即ち自己の送信スロットのバックオフ時間）は、第１の待機時間に相当する。
【００２３】
自己の送信スロットまでに他の端末によるパケット転送が検出された場合は、それが終了するまでパケット送信はできないので（パケット送信を行うと衝突が発生する）、パケット送信は行わずに上記ステップＳＴ４に戻る。そして、パケットを送信できるまで上記ステップＳＴ４〜ＳＴ７を繰り返す。
【００２４】
第１の待機時間である自己の送信スロットのバックオフ時間は、優先度ごとに定められたスロットの一定のバックオフ時間（第１の要素時間）と、そのスロットに入って所定の要素スロットに至るまでの時間（第２の要素時間）との和である。スロット内の要素スロットは乱数に基づいて選択されるので、第２の要素時間の長さは乱数に基づいて決定される。
【００２５】
各端末におけるパケットの送信タイミングは、優先度が高いものから順番に早いタイミングのスロットに割当てられているので、優先度の高いパケットから順番に転送されることとなる。また、同じ優先度のパケットが複数個ある場合でも、各パケットはランダムに決められた要素スロットに割当てられるため、衝突の発生は抑制される。
【００２６】
パケットを送信した端末は、受信側端末からのＡＣＫ信号による応答を、所定のＡＣＫ信号待機時間（第２の待機時間）だけ待つ（ＳＴ９，ＳＴ１０）。ＡＣＫ信号待機時間は、正常にパケット送信が行われた場合にＡＣＫ信号が受信されるべきタイミングを含む期間とする。本実施の形態においてＡＣＫ信号待機時間は、パケット送信後の優先度１のスロットのバックオフ時間とする。
【００２７】
ＡＣＫ信号待機時間にＡＣＫ信号が受信されるとパケット送信に係る動作を終了する。逆に、ＡＣＫ信号が受信されなければ、先の送信は失敗したものとみなし、ステップＳＴ４に戻ってパケットの再送信を試みる。このとき、当該パケットに対して再送信時の優先度を与える（ＳＴ１１）。再送信時の優先度は前回の送信の際の優先度と同じとする。
【００２８】
このように各端末は、通信路が他の端末により使用されている場合は、その通信（パケット転送）が終了して当該通信路が使用可能な状態になるまで待機し、その後にパケットの送信を行う。多くの場合、この動作により衝突は避けることができる。しかし、通信路が輻輳状態である場合には、複数の端末が互いに同じタイミングでパケットの送信を開始して衝突が発生する場合がある。例えば、複数の端末が同じタイミングでステップＳＴ３の判断を行った場合や、複数の端末が自己の送信スロットとして偶然同じ要素スロットを割当ててしまった場合には衝突が発生する。
【００２９】
本実施の形態に係る端末は、そのような衝突が発生した場合でも、再送信により衝突を回避することができる。例えば、図５（ａ）に示したネットワークにおいて、図７のようにタイミングｔ０で、端末Ａによる端末Ｂへパケット（優先度１）の送信と、端末Ｃによる端末Ｂへのパケット（優先度２）の送信が同時に行われ、衝突が発生したと仮定する。この衝突により、端末Ｂは、端末Ａからのパケットも端末Ｃからのパケットも正常に受信することができない。よって、端末ＢはＡＣＫ信号の送信を行わない。ここで、同図おいて、期間ＷＡはＡＣＫ信号用のスロット、期間Ｗ０は当該スロットＷＡのバックオフ時間を示しており、期間Ｗ１は優先度１のパケット用のスロット、期間Ｗ２は優先度２のパケット用のスロットを示している。
【００３０】
端末Ａおよび端末Ｃのそれぞれは、パケットを送信した後ＡＣＫ信号待機時間（スロットＷ１のバックオフ時間）の間、ＡＣＫ信号を待つ（ＳＴ９，ＳＴ１０）。しかし、ＡＣＫ信号待機時間内のＡＣＫ信号用のスロットＷＡになっても端末ＢからのＡＣＫ信号が受信されないため、端末Ａおよび端末Ｃは、再送信のための処理を行う。その際、再送信するパケットに対して、先の送信時と同じ優先度が与えられる（ＳＴ１１）。
【００３１】
端末は再送信をするために、上記ステップＳＴ４の動作に戻る。図７に示すように、端末Ａ，Ｃの送信が終了したタイミングｔ１後は通信路がアイドル状態であるので、端末Ａ，Ｃのそれぞれは、再送信のためのスロットおよび要素スロットを決定する（ＳＴ５）。再送信の際にも前回の送信と同じ優先度が与えられているので、端末Ａは優先度１のスロットＷ１を割当て、端末Ｃは優先度２のスロットＷ２を割当てる。なお、スロットＷ１，Ｗ２内の要素スロットは乱数に基づいて決められるが、説明の簡単のため省略する。
【００３２】
例えば、スロットＷＡの長さを０．８ｍｓ、そのバックオフ時間Ｗ０を１．０ｍｓ、スロットＷ１およびＷ２の長さをそれぞれ１．６ｍｓと仮定する。この場合、端末Ａは自己の送信スロットのバックオフ時間を３．４ｍｓと定め、同じく端末Ｃは５．０ｍｓと定める。
【００３３】
その後、端末Ａ，Ｃは、自己の送信スロットになるまで通信路上のモニタを続ける（ＳＴ６，ＳＴ７）。端末Ａは、自己の送信スロットＷ１のバックオフ時間に他の端末によるパケット転送が検出されないので、パケットの再送信を行う（ＳＴ８）。一方、端末Ｃは、端末Ａの再送信によるパケット転送を検出するのでステップＳＴ４に戻る。
【００３４】
端末Ａからのパケットを受信した端末Ｂは、そのパケットの転送が終わったタイミングｔ２の後のスロットＷＡでＡＣＫ信号のパケットを送信する。このときＡＣＫ信号は他の信号よりも優先度が高いので、他の信号のスロットよりも早く送信される。そのため、ＡＣＫ信号の送信の際には衝突は発生せず、ＡＣＫ信号は確実に端末Ａに受信される。端末Ａは、端末ＢからのＡＣＫ信号を受け、パケット送信に係る動作を終了する。このとき端末Ｃは、タイミングｔ２で一旦通信路がアイドル状態になるので、ステップＳＴ５〜ＳＴ７の動作に入る。しかし、スロットＷ２になる前のスロットＷＡの期間に、ＡＣＫ信号のパケット転送が検出されるので（ＳＴ６）、再びステップＳＴ４に戻り、通信路がアイドル状態になるまで待機する。
【００３５】
そして、端末ＢがＡＣＫ信号の送信を終了したタイミングｔ３の後、端末Ｃは自己のスロットＷ２のバックオフ時間の間、通信路をモニタし（ＳＴ５〜ＳＴ７）、パケット送信が検出されないのでスロットＷ２でパケットを再送信する（ＳＴ８）。
【００３６】
端末Ｃからのパケットを受信した端末Ｂは、そのパケットの転送が終わったタイミングｔ４の後、スロットＷＡでＡＣＫ信号のパケットを送信する。端末Ｃは、端末ＢからのＡＣＫ信号を受け、パケット送信に係る動作を終了する。以上のように、一旦衝突が発生してもその後の再送時において衝突を避けることができるので、各端末間で確実にパケット通信を行うことができる。
【００３７】
次に、図８のようにタイミングｔ０で、共に優先度が１であるパケット同士により、衝突が発生したと仮定する。このときも、端末Ａおよび端末Ｃのそれぞれは、パケット送信が終了したタイミングｔ１の後、ＡＣＫ信号用のスロットＷＡになっても端末ＢからのＡＣＫ信号が受信されないため、再送信処理を行う。ここでも、再送信するパケットに対して、前回の送信と同じ優先度が与えられる。
【００３８】
端末Ａ，Ｃが送信するパケットは共に優先度１であるので、再送信の際、端末Ａ，Ｃは共にスロットＷ１を自己のスロットに割当てる。さらに、端末Ａ，Ｃは、スロットＷ１内の要素スロットをそれぞれ乱数に基づいて割当てる。
【００３９】
例えば、スロットＷＡの長さを０．８ｍｓ、そのバックオフ時間Ｗ０を１．０ｍｓ、スロットＷ１の長さを１．６ｍｓと仮定する。そして、スロットＷ１内には０．４ｍｓごとに区分された４つの要素スロットが存在すると仮定する。端末Ａ，Ｃは、それらの優先度１のスロットＷ１内の４つの要素スロットの中からランダムに１つを選択するので、各要素スロットのバックオフ時間は、１．８ｍｓ＋０．４ｍｓ×Ｎにより与えられる（Ｎは０〜３の整数）。Ｎは乱数であるが、ここでは端末ＡにおいてはＮ＝１、端末ＢにおいてはＮ＝２に対応した要素スロットがそれぞれ選択されたとする。
【００４０】
端末Ａ，Ｃは、自己の送信スロットになるまで通信路をモニタする（ＳＴ６，ＳＴ７）。端末Ａはタイミングｔ１の後、自己の送信スロットのバックオフ時間（１．８ｍｓ＋０．４ｍｓ）の間通信路上のパケット転送が検出されないので、再送信を行う（ＳＴ８）。一方、端末Ｃは、端末Ａの再送信によるパケット転送を検出してステップＳＴ４に戻る。
【００４１】
端末Ａからのパケットを受信した端末Ｂは、そのパケットの転送が終わったタイミングｔ２の後、スロットＷＡでＡＣＫ信号を送信する。端末Ａは、端末ＢからのＡＣＫ信号を受け、パケット送信に係る動作を終了する。このとき端末Ｃは、タイミングｔ２で一旦通信路がアイドル状態になるので、ステップＳＴ５〜ＳＴ７の動作に入る。しかし、自己の送信スロットになる前に通信路上でＡＣＫ信号のパケット転送が検出されるので、再びステップＳＴ４に戻り、通信路がアイドル状態になるまで待機する。
【００４２】
そして、端末Ｃは、端末ＢがＡＣＫ信号の送信を終了したタイミングｔ３から、自己の送信スロットのバックオフ時間（１．８ｍｓ＋０．８ｍｓ）の間通信路上のパケット送信が検出されないので再送信を行う。
【００４３】
端末Ｃからのパケットを受信した端末Ｂは、そのパケットの転送が終わったタイミングｔ４から、バックオフ時間Ｗ０だけ待機した後、スロットＷＡでＡＣＫ信号を送信する。端末Ｃは、端末ＢからのＡＣＫ信号を受け、パケット送信に係る動作を終了する。
【００４４】
このように、同じ優先度のパケット同士が衝突を起こした場合でも、１つの優先度に対応したスロット内に複数の要素スロットを備え、その要素スロットを乱数に基づいて選択することにより、再送時の衝突の発生は抑制される。この各スロット内の要素スロットの数は、多いほど衝突の確率は低くなる。よって、例えば再送信時には、端末が選択できる要素スロットの数を増やすようにすると、パケットの再送信時における衝突の発生が抑えられ、総再送回数を低減することができる。
【００４５】
ところで、本実施の形態において通信線の輻輳状態が長く続くと、優先度の低いパケットがいつまで経っても送信されないという状態が生じることも考えられる。それを回避するために、例えば図９のように異なる優先度のスロットの一部が互いに重複するようにし、優先度の高いスロット期間中に、それより優先度の低いパケットにも送信可能な機会を与えるようにしてもよい。
【００４６】
図９の例では、優先度２のスロットは、優先度１のスロットと一部の期間で、タイミングが重複している。つまり、その重複した期間であるタイミングｔａ１〜ｔａ２の間で、優先度１の要素スロットｉ１〜要素スロットｎは、優先度２の要素スロット１〜要素スロット（ｎ−ｉ１＋１）とそれぞれ重複する。同様に、優先度３のスロットは、優先度２のスロットとタイミングｔｂ１〜ｔｂ２の間で重複する。つまりその期間は、優先度２の要素スロットｉ２〜要素スロットｎは、優先度３の要素スロット１〜要素スロット（ｎ−ｉ２＋１）とそれぞれ重複する。
【００４７】
それによって、優先度１のスロットの期間内にも優先度２のパケットを送信する機会が与えられ、また、優先度２のスロットの期間内にも優先度３のパケットを送信する機会が与えられる。従って、優先度の低いパケットがいつまで経っても送信されないという状態の発生は抑制される。なお、このようにした場合、互いに優先度の異なるパケット同士の衝突が発生するケースが考えられるが、図６のフローチャートで説明した本実施の形態に係る通信制御方法によれば、そのケースでも再送信により衝突は回避される。つまり、互いに優先度の異なるパケット同士の衝突した場合も、それらのパケットを送信した端末には、ステップＳＴ９でＡＣＫ信号は返ってこないので、ステップＳＴ１１に移行し再送信処理が行われる。
【００４８】
以上のように本実施の形態によれば、パケット送信時における衝突が発生しても再送信によりそれを回避できると共に、優先度の高いパケットを優先して送信することが可能である。また、通信路における信号の衝突を検出する機能を有さない端末にも適用可能である。さらに、各端末間のデータ転送の調停を担当する基地局やサーバー等の機器をネットワークに設ける必要も無い。
【００４９】
また、ＡＣＫ信号の優先度を他の信号よりも高くすることで、ＡＣＫ信号の送受信を確実に行うことができ、通信の信頼性が向上する。例えば、ＰＬＣによるＬＡＮは、大きなノイズが発生しやすいために比較的通信品質は低い（エラーが多い）が、本発明を適用することにより、通信品質の高いＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等と同様に扱うことも可能である。例えば、ＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）基本参照モデルにおいて、レイヤー２ 以下（例えばＰＬＣモデムなど）でＡＣＫ信号が確実に送受信されて通信の信頼性を高くできれば、レイヤー３以上で確認応答を出す必要が無くなる。
【００５０】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、ネットワーク上の各端末が、中継器を介することなく互いに通信可能な距離にある場合について説明した。本実施の形態においては、本発明に係るネットワークに中継器が導入されるケースを考える。ＰＬＣによるＬＡＮのようなシェアードメディアのネットワークでは、中継器も端末と同等のノードとみなされる。つまり中継器がパケットを中継するためには、通常の端末と同様に一旦パケットを完全に受け取ってから、それを送信する必要がある。
【００５１】
本実施の形態では、実施の形態１で説明した通信制御方法に対し、さらに中継器が送信するパケット用の一定の優先度（中継器用優先度）を設ける。中継器用優先度は、ＡＣＫ信号の次に高い優先度とする。つまり、中継器が送信するパケットは、ＡＣＫ信号のパケットの次に優先度の高いパケットとして扱われる。つまり、図１０に示すように、中継器がパケットを送信するスロットは、ＡＣＫ信号用のスロットの次に早いタイミングのスロットに割当てられる。即ち、中継器用のスロットに対応したバックオフ時間は、ＡＣＫ信号を除く他のパケットのスロットのものよりも短く設定される。
【００５２】
本実施の形態では説明の簡単のため、図１１（ａ）に示すように端末Ａ，Ｂ，Ｃおよび中継器Ｄが共有の通信路に接続されたネットワークを想定する。端末Ａ，Ｂは、中継器Ｄを介することなく互いに通信可能な距離にあるが、端末Ｃとの通信には中継器Ｄによる中継が必要である。また、中継器Ｄが中継のために送信したパケットは他の端末が送信するパケットとの区別は無く、他の端末と同じタイミングで送信されると図１１（ｂ）のように衝突が発生する。
【００５３】
図１２および図１３はそれぞれ、本実施の形態に係る端末および中継器の動作を示すフローチャートである。図１２において、図６と同様のステップには同一符号を付してある。図１２から分かるように、ステップＳＴ１〜ＳＴ８までの動作は、実施の形態１と同様であるのでここでの説明は省略し、ステップＳＴ８によりパケットを送信した後の動作について説明する。
【００５４】
例えば、図１１（ａ）に示したネットワークにおいて、図１４のようにタイミングｔ０で、端末Ａによる端末Ｃへパケットの送信が行われたとする。同図おいて、期間ＷＡはＡＣＫ信号用のスロット、期間Ｗ０は当該スロットＷＡのバックオフ時間を示しており、期間ＷＲは中継器用のスロット、期間Ｗ１は優先度１のパケット用のスロット、期間Ｗ２は優先度２のパケット用のスロットを示している。
【００５５】
端末Ａから送信されたパケットは、端末Ｃには到達しないが、中継器Ｄに受信される。図１３に示すように、中継器Ｄは、パケットを受信すると（ＳＴ２１）、パケット転送が終了したタイミングｔ１の後、中継器用のスロットＷＲのバックオフ時間の間（第３の待機時間）、通信路をモニタしてＡＣＫ信号の有無を検出する（ＳＴ２２）。端末Ａの送信パケットは端末Ｃには到達しないので、受信側の端末ＣはＡＣＫ信号を送信しない。よって、中継器ＤはＡＣＫ信号を検出せず、中継器用のスロットになると先に受信したパケットを送信する（ＳＴ２３，ＳＴ２４）。
【００５６】
一方、端末Ａは、パケットを送信した後、所定のＡＣＫ信号待機時間（第４の待機時間）だけＡＣＫ信号を待つ。この時点では、端末ＡはＡＣＫ信号待機時間を、パケット送信後の優先度１のスロットのバックオフ時間とする。端末Ａには、ＡＣＫ信号待機時間内のＡＣＫ信号用スロットＷＡになってもＡＣＫ信号は受信されなず、代わりに中継器用のスロットＷＲに、中継器が送信したパケット（即ち、先に自己が送信したパケット）が受信される。図１２に示すように、端末ＡはＡＣＫ信号待機時間の間に自己が送信したパケットを受信すると（ＳＴ１２）、当該ＡＣＫ信号待機時間を所定の時間だけ延長して（ＳＴ１３）、さらにＡＣＫ信号を待つ。このときＡＣＫ信号待機時間は、少なくとも、中継器を介したパケット送信の応答としてのＡＣＫ信号が送信側端末に受信されるべきタイミングまで延長される。
【００５７】
中継器Ｄが送信したパケットは端末Ｃにより受信され、端末ＣはスロットＷＡでＡＣＫ信号のパケットを送信する。端末ＣからのＡＣＫ信号のパケットは中継器Ｄに受信され、中継器Ｄは当該ＡＣＫ信号のパケットを、中継器用のスロットＷＲで送信する。つまり、端末Ａは前述のステップＳＴ１３において、少なくともタイミングｔ３後の中継器用のスロットＷＲのタイミングまでＡＣＫ信号待機時間を延長しておく必要がある。中継器ＤからのＡＣＫ信号を受信した端末Ａは、先に送信したパケットが端末Ｃにより正常に受信されたと判断して、パケット送信に係る動作を終了する。
【００５８】
次に、中継器が、中継の必要が無いパケットを受信した場合の動作を説明する。例えば図１１（ａ）に示したネットワークにおいて、図１５のように、端末Ａによる端末Ｂへパケットの送信が行われたとする。端末Ａから送信されたパケットは、中継器を介することなく端末Ｂに受信される。一方、当該パケットは中継器Ｄにも受信される。図１３に示すように、中継器Ｄは、パケットを受信すると（ＳＴ２１）、パケット転送が終了したタイミングｔ１の後、中継器用のスロットＷＲのバックオフ時間の間、通信路をモニタしてＡＣＫ信号の有無を検出する（ＳＴ２２）。図１５の例の場合、端末Ｂはパケットを受信するとＡＣＫ信号を送信する。よって、中継器ＤはステップＳＴ２２でＡＣＫ信号を検出し、先に受信したパケットには中継が不要であると判断して、当該パケットを送信せずに動作を終了する。
【００５９】
以上のように、本実施の形態によれば、中継器を導入したケースにおいても、実施の形態と同様に、再送信における衝突を回避すると共に、優先度の高いパケットを優先して送信可能である。つまり、中継器の導入することにより、容易に通信距離を伸ばすことが可能である。また、中継器はパケットの送信前に、ＡＣＫ信号を受信すると中継が不要であると判断してパケットの送信を行わないので、不要な中継動作によって信号の衝突が発生したり、通信路が輻輳状態になることを抑制できる。
【００６０】
なお、以上の実施の形態においては、ネットワークとしてＰＬＣによるＬＡＮを例に挙げたが、本発明はそれ以外の種類のネットワーク（例えば無線ＬＡＮ等）にも適用可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る通信制御方法によれば、信号送信時における衝突が発生しても再送信によりそれを回避できると共に、優先度の高い信号を優先して送信することが可能である。また、通信路における信号の衝突を検出する機能を有さない端末にも適用可能である。さらに、各端末間のデータ転送の調停を担当する基地局やサーバー等の機器をネットワークに設ける必要も無い。また、ＡＣＫ信号の優先度を他の信号よりも高くすることで、ＡＣＫ信号の送受信を確実に行うことができ、通信の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１におけるパケットの優先度とスロットの関係示す図である。
【図２】実施の形態１に係るスロット内の要素スロットを説明するための図である。
【図３】実施の形態１におけるＡＣＫ信号のスロットを説明するための図である。
【図４】ＰＬＣによるＬＡＮの構成例を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る通信制御方法を説明するための図である。
【図６】実施の形態１に係る端末におけるパケット送信動作を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態１に係る通信制御方法を説明するための図である。
【図８】実施の形態１に係る通信制御方法を説明するための図である。
【図９】実施の形態１に係る通信制御方法を説明するための図である。
【図１０】実施の形態２における中継器用のスロットを説明するための図である。
【図１１】実施の形態２に係る通信制御方法を説明するための図である。
【図１２】実施の形態２に係る端末におけるパケット送信動作を示すフローチャートである。
【図１３】実施の形態２に係る中継器の動作を示すフローチャートである。
【図１４】実施の形態２に係る通信制御方法を説明するための図である。
【図１５】実施の形態２に係る通信制御方法を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｗ０ ＡＣＫ信号用スロットのバックオフ時間、Ｗ１ 優先度１のパケット用のスロット、Ｗ２ 優先度２のパケット用のスロット、ＷＡ ＡＣＫ信号用のスロット、ＷＲ 中継器用のスロット。
Claims (6)
- 複数の端末が共有の通信路を介して接続したネットワークの通信制御方法であって、
前記複数の端末の各々において、
（ａ）前記通信路を介して他の端末へ送信しようとする第１の信号に対し、前記ネットワークにおいて規定されている優先度を与える工程と、
（ｂ）前記優先度に対応付けられた長さの第１の待機時間を決定する工程と、
（ｃ）前記通信路をモニタして、前記通信路上における信号転送の有無を確認する工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）で前記第１の待機時間の間に前記信号転送が検出されなかった場合に、前記第１の信号を送信する工程と、
（ｅ）前記工程（ｃ）で第１の待機時間の間に前記信号転送が検出された場合に、前記工程（ｂ）に戻る工程とが実行される
ことを特徴とする通信制御方法。 - 請求項１に記載の通信制御方法であって、
前記第１の待機時間は、前記優先度ごとに定められた一定の第１の要素時間と、乱数に基づいて決定される第２の要素時間との和である
ことを特徴とする通信制御方法。 - 請求項１または請求項２に記載の通信制御方法であって、
前記端末は、他の端末からの信号を受信したこと示す確認応答であるＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）信号を、前記第１の信号として送信可能であり、
前記ＡＣＫ信号の前記優先度に対応する前記第１の待機時間は、他の信号の優先度のものよりも短い
ことを特徴とする通信制御方法。 - 請求項３に記載の通信制御方法であって、
前記端末において、さらに、
（ｆ）前記工程（ｄ）で前記第１の信号（ＡＣＫ信号を除く）を送信した後、所定の第２の待機時間だけ経過しても他の端末からのＡＣＫ信号が受信されない場合、前記工程（ａ）または前記工程（ｂ）に戻る工程が実行される
ことを特徴とする通信制御方法。 - 請求項３に記載の通信制御方法であって、
前記通信路には、一の端末から受信した信号を他の端末へ送信する中継器がさらに接続され、
前記中継器において、
（ｇ）前記一の端末からの第２の信号を受信した後、前記通信路をモニタして、前記通信路上におけるＡＣＫ信号の有無を確認する工程と、
（ｈ）前記工程（ｇ）で所定の第３の待機時間の間にＡＣＫ信号が検出されなかった場合に前記第２の信号を前記他の端末に送信する工程とが実行され、
前記第３の待機時間は、ＡＣＫ信号を除く他の信号の優先度に対応する前記第１の待機時間よりも短い
ことを特徴とする通信制御方法。 - 請求項５に記載の通信制御方法であって、
前記端末において、
（ｉ）前記工程（ｄ）で前記第１の信号（ＡＣＫ信号を除く）を送信した後、所定の第４の待機時間だけ経過しても他の端末からのＡＣＫ信号が受信されない場合、前記工程（ａ）または前記工程（ｂ）に戻る工程と、
（ｊ）前記第４の待機時間の間に前記工程（ｄ）で自己が送信した信号を受信した場合、前記第４の待機時間を所定の時間だけ延長する工程とがさらに実行される
ことを特徴とする通信制御方法。
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