JP2006253916A

JP2006253916A - 通信装置

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Publication number: JP2006253916A
Application number: JP2005065753A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Katsumata; 俊和勝又; Hideo Shimizu; 英夫清水; Hiroshi Nomura; 浩史野村; Yoshihiro Shintani; 嘉浩新谷
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】端末との通信状態が悪化したときに、その端末に送信されるパケットの総量を規制するように構成された通信装置を提供する。
【解決手段】伝送レートが変化する無線ＬＡＮネットワーク５に接続され、この無線ＬＡＮネットワーク５に接続された端末局２とパケットをやり取りする基地局１を、端末局２に送信するパケットを蓄積するパケット蓄積部１５と、端末局２との通信状態を監視し、この通信状態が悪化しているときに、この端末局２へのパケットＰの送信を規制する監視部１９と、パケット蓄積部１５からパケットＰを取り出し、監視部１９によりパケットＰの送信が規制されていないときは、端末局２にパケットＰを送信し、監視部１９によりパケットＰの送信が規制されているときは、パケットＰの一部を破棄し、残りの一部を端末局２に送信して、単位時間当たりにこの端末局２に送信されるパケットＰの量を所定の値より少なくするデキュー処理部１６とから構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、移動する端末を上位ネットワークに接続するための無線ＬＡＮ基地局等の通信装置に関する。

無線ＬＡＮシステムは、基地局と端末とから構成され、ＣＳＭＡ／ＣＡ(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)方式を用いて基地局に対してアソシエーションする複数の端末のアクセス制御を行っている。このような無線ＬＡＮシステムにおいて、無線通信の状態は、端末が移動することにより、基地局と端末との間に位置する障害物等による電波伝送路の状況や周囲で発生するノイズ等からの影響を受けて変化する。そのため、このような変化に対応するために、無線ＬＡＮシステムにおいては、無線区間のアクセス制御（パケット再送間隔）や伝送レートを動的に変化させるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。なお、このような通信制御の方法は、無線通信に限られず、電力線を用いて通信を行う電力線搬送通信等の有線通信でも用いられている。

特開平４−３５３１２９号公報

しかしながら、アクセス制御や伝送レートを動的に変化させて通信を行ったとしても、電波伝送路の状況が更に悪化すると基地局と端末との間の通信は不能となる。このとき、基地局から当該端末へパケットを送信していた場合、このパケットの送信が完了しないため、基地局ではこのパケットの再送（リトライ）を繰り返す。

基地局における再送処理は、予め設定された回数繰り返され、再送間隔は、再送処理を繰り返すたびに最大再送間隔まで長くなる。これにより、同じ基地局に接続して通信を行っている電波状況の良い（電波伝送路の状況が良い）端末へ送信されるパケットが停滞することとなり、全体として通信できるパケット数が減少してしまうという課題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、端末との通信状態が悪化したときに、その端末に送信されるパケットの総量を規制するように構成された通信装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る通信装置（例えば、実施形態における基地局１）は、伝送レートが変化するネットワーク（例えば、実施形態における無線ＬＡＮネットワーク５）に接続された端末（例えば、実施形態における端末局２）とパケットをやり取りするものであり、端末に送信するパケットを蓄積するパケット蓄積手段（例えば、実施形態におけるパケット蓄積部１５）と、端末との通信状態を監視し、この通信状態が悪化しているときに、端末へのパケットの送信を規制する監視手段（例えば、実施形態における監視部１９）と、パケット蓄積手段からパケットを取り出し、監視手段によりパケットの送信が規制されていないときは、端末にパケットを送信し、監視手段によりパケットの送信が規制されているときは、パケットの一部を破棄し、パケットの残りの一部を端末に送信して、単位時間当たりにこの端末に送信されるパケットの量を所定の値より少なくするパケット送信手段（例えば、実施形態におけるデキュー処理部１６）とを有して構成される。

なお、このような通信装置において、監視手段が、端末に送信されたパケットの、伝送レートの割合および重み係数の積和演算を平均した重み係数平均値と、リトライ回数を平均したの平均リトライ回数とを算出し、重み係数平均値が所定の閾値より小さくなり、且つ、平均リトライ回数が所定の閾値より大きくなったときに、端末へのパケットの送信を規制し、重み係数平均値が所定の閾値以上か、若しくは、平均リトライ回数が所定の閾値以下のときに、端末への規制を解除するように構成されることが好ましい。

このとき、監視手段が、重み係数平均値と平均リトライ回数とを、端末に送信されたパケットの移動平均処理により算出するように構成されることが好ましい。

また、基地局と端末との通信状態を監視するネットワーク管理装置を有し、監視手段が、端末へのパケットの送信が規制された情報、および、規制が解除された情報をネットワーク管理装置に通知するように構成されることが好ましい。

本発明に係る通信装置を以上のように構成すると、ネットワークを介してこの通信装置に接続している端末のうち、通信状態が悪化した端末があっても、その端末へのパケットの送信が規制されるため、他の端末の通信に影響することがない。

なお、通信状態の判断を、重み係数平均値とリトライ回数の平均値とから行うことにより、当該端末との通信状態を適切に把握することができる。また、この重み係数平均値とリトライ回数の平均値を移動平均処理により求めることにより、その端末との通信状態が悪化しているのか改善しているのかを的確に判断することができ、他の端末への影響をさらに少なくすることができる。

また、パケットの送信が規制された情報およびこの規制が解除された情報をネットワーク管理装置に通知するように構成することにより、ネットワークの状況の把握が容易になる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、本発明に係る通信装置の一例として、無線ＬＡＮシステムにおける基地局１の構成について図１を用いて説明する。無線ＬＡＮシステムは、ＬＡＮ等の上位ネットワーク３に接続された基地局１と、この基地局１に無線ＬＡＮネットワーク５を介して接続する端末局２（図１においては３台の端末局２ａ〜２ｃ）、および、上位ネットワーク３に接続されてこの基地局１と端末局２との接続状態を監視するネットワーク監視装置（ＮＭＳ）４とから構成される。

基地局１は、上位ネットワーク３に対してパケットＰの入出力を行うＬＡＮインタフェース１１、無線通信により端末局２に対してパケットＰの送受信を行う無線インタフェース１３、および、ＬＡＮインタフェース１１と無線インタフェース１３との間でパケットＰの制御を行う通信処理部１２から構成される。また、通信処理部１２は、下り制御部１７、上り制御部１８、および、無線通信の状態を監視する監視部１９から構成され、さらに、下り制御部１７は、パケット蓄積部１５、ＬＡＮインタフェース１１を解して上位ネットワーク３から受け取ったパケットＰをパケット蓄積部１５に蓄積するエンキュー処理部１４、および、パケット蓄積部１５からパケットを取り出して無線インタフェース１３を介して端末局２へパケットＰを送信するデキュー処理部１６から構成される。また、無線インタフェース１３は、デキュー処理部１６から渡されたパケットＰを順番に端末局２（２ａ〜２ｃ）に送信する送信機能２１と、端末局２から受け取ったパケットＰを上り制御部１８に渡す受信機能２２とから構成される。

それでは、このような無線ＬＡＮシステムにおける通信の流れについて説明する。端末局２（２ａ〜２ｃ）が基地局１の通信可能範囲に入るとアソシエーションが確立され端末局２と基地局１との通信が可能になる。このとき監視部１９は、パケット蓄積部１５にその端末局２用のキューを作成する（図１においては、端末局２ａ〜２ｃに対応してキュー１５ａ〜１５ｃが作成される）。ここで、キューとは、先に入力されたパケットが先に出て行くデータ構造である。また、同時に監視部１９はＬＡＮインタフェース１１を介してＮＭＳ４に端末局２とアソシエーションが確立されたことを通知する。

上位ネットワーク３から端末局２へ送信されたパケットＰは、ＬＡＮインタフェース１１を介してエンキュー処理部１４に渡され、このエンキュー処理部１４によりパケット蓄積部１５の対応する端末局２ａ〜２ｃのキュー１５ａ〜１５ｃに蓄積される。そして、デキュー処理部１６によりパケット蓄積部１５からパケットＰが取り出されて、無線インタフェース１３の送信機能２１の送信キュー２１ａに蓄積されて蓄積された順に端末局２（２ａ〜２ｃ）に送信される。このとき、端末局２との通信状態が悪いと、端末局２と基地局１との間の通信の伝送レートを下げ、それでも、パケットＰを送信できないときは、送信機能２１は所定の回数だけ再送処理（リトライ）を繰り返し、再送処理によっても送信できないときはそのパケットＰを破棄するように構成されている。

しかしながら、上述のように、再送処理を繰り返す通信状態の端末局２（以降の説明では通信状態が悪い端末を２ａとして説明する）が存在すると、その端末局２ａへのパケットＰが端末局２ａに送信されるか、若しくは、破棄されるまでは次のパケットＰが処理されないため、他に通信状態の良い端末局２（２ｂ，２ｃ）が基地局１とアソシエーションして通信を行っている場合、その通信に影響し、全体として送信できるパケット数が減少する。そのため、本実施例に係る基地局１においては、監視部１９で、この基地局１とアソシエーションしている端末局２（２ａ〜２ｃ）のそれぞれの通信状態を監視し、再送処理が頻繁に発生する通信状態になる前にそのような端末局２に向けて送信されるパケットの総量規制を行うように構成されている。以下、その方法について説明する。

監視部１９は、図２に示すように、無線インタフェース１３から端末局２ａ〜２ｃにパケットＰが送信される毎に履歴情報１０として、そのパケットＰを送信したときのパケット情報２０、伝送レート３０およびリトライ回数４０を端末局２ａ〜２ｃ毎に記憶している。そして、送信機能２１により端末局２ａ〜２ｃのいずれかへパケットＰが送信される毎に、監視部１９は、そのパケットＰが送信された端末局２（２ａ〜２ｃのいずれか）へのパケットの送信を規制するか否か（総量規制を行うか否か）を図３に示す処理より判断する（この処理を「総量規制判断処理」と呼ぶ）。

まず、履歴情報１０の今回送信したパケット情報２０を含む過去ｎ個分の伝送レート３０を用いて、図４に示すように、伝送レート３１毎の比率３２を求め、さらに、それぞれの伝送レート３１に対して予め設定された重み係数３３を乗じて積和演算を行い、それらの平均値（この平均値を「重み係数平均値３４」と呼ぶ）を求める（ステップＳ１００）。次に、履歴情報１０の今回送信したパケット情報Ｐを含む過去ｎ個分のリトライ回数４０を用いて、図５に示すように、リトライ回数４１毎の比率４２を求め、さらに、それらの平均値を計算して平均リトライ回数４３を得る（ステップＳ１０１）。

このように、本実施例においては、伝送レート３０の重み係数平均値３４とリトライ回数４０の平均リトライ回数４３は、現在送信したパケットＰを含む過去ｎ個のパケットから移動平均処理により求めるように構成されている。これにより、これまでの通信状態の履歴情報１０から、その端末局２（２ａ〜２ｃ）との通信状態が悪化するのか改善されるのかを予測して判断をすることができる。

そして、伝送レートの重み係数平均値３４が所定の閾値未満であるか否かを判断し（ステップＳ１０２）、閾値以上であれば、その端末局２ａ〜２ｃへの通信は送信規制状態でないとする（ステップＳ１０５）。一方、重み係数平均値３４が所定の閾値未満である場合には、平均リトライ回数４３が閾値を越えているか否かを判断する（ステップＳ１０３）。平均リトライ回数４３が閾値以下であればその端末局２ａ〜２ｃへの通信は送信規制状態でないとし（ステップＳ１０５）、閾値を越えていれば、その端末局２ａ〜２ｃへの通信は送信規制状態であるとする（Ｓ１０４）。

ここで、その端末局２（２ａ〜２ｃ）の通信が送信規制状態であるとされた場合は、監視部１９は、パケット蓄積部１５の端末局２ａ〜２ｃが対応するキュー１５ａ〜１５ｃに送信規制中フラグ２０ａ〜２０ｃを立てる（ステップＳ１０４）。一方、送信規制状態でないとされた場合は、送信規制中フラグ２０ａ〜２０ｃを下げる。なお、監視部１９は、送信規制中フラグ２０ａ〜２０ｃを立てたとき（ステップＳ１０４）、および、フラグ２０ａ〜２０ｃを下げたとき（ステップＳ１０５）は、その端末局２ａ〜２ｃの情報とともに送信規制中フラグ２０ａ〜２０ｃの状態（規制通知および復旧通知）をＮＭＳ４に通知する。このように、基地局１と端末局２とがアソシエーションを確立した情報だけでなく、送信規制状態か否かをＮＭＳ４で管理することにより、無線ＬＡＮネットワーク５の状況を的確に把握することができる。

なお、総量規制判断処理における重み係数平均値３４と平均リトライ回数４３の閾値は、実際の無線ＬＡＮネットワーク５で測定を行う等をして、総量規制をしなければならない無線ＬＡＮネットワーク５の状態、すなわち、それ以上通信状態が悪化すると再送処理が頻繁に発生する状態になる値を求めることにより設定される。例えば、無線ＬＡＮの標準規格である、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、若しくは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ８０２．１１ｇを用いた無線ＬＡＮの場合は、重み係数平均値３４の閾値を０．２とし、平均リトライ回数４３の閾値を０．４に設定することにより、効率の良い通信を行うことができる。

次に、デキュー処理部１６によるパケット送信処理について図６を用いて説明する。デキュー処理部１６はパケット蓄積部１５のキュー１５ａ〜１５ｃからパケットＰを取り出すときに、送信規制中フラグ２０ａ〜２０ｃを調べ、送信規制中か否かを判断する（ステップＳ２００）。送信規制中フラグ２０ａ〜２０ｃが立っていなければパケットを無線インタフェース１３に渡して端末局２に送信し（ステップＳ２０３）、送信規制中フラグ２０ａ〜２０ｃが立っていれば、次に、前回の送信時刻と現在時刻の差が閾値以内か否かを判断する（ステップＳ２０１）。前回と現在の送信時刻の差が所定の閾値より大きければ、そのパケットを送信し（ステップＳ２０３）、閾値以内で有ればそのパケットを破棄する（ステップＳ２０２）。すなわち、送信規制中の場合は、その端末局２ａ〜２ｃに送信されるパケットの単位時間あたりの個数を規制して、総量を所定の量以下に抑えるように制御される。

このように、通信規制状態になった端末局２ａに対して送信されるパケットＰの単位時間当たり個数を所定の閾値以下に規制することにより、たとえその端末局２ａとの通信状態が悪くなって無線インタフェース１３において再送処理が行われても、送信されるパケット数が少ないために他の端末局２（２ｂ，２ｃ）と基地局１との通信に与える影響を小さくすることができ、最適な通信環境を維持することができる。このような総量規制されているときのパケットＰの送信量は、例えば、単位時間（１秒）当たり０．５パケットに設定される。

なお、端末局２ａとの通信状態が悪化して通信規制状態になったとしても、上述のようにその端末局２ａが移動したり、ノイズの発生が停止したりすることにより通信状態が回復したときは、総量が規制されて一部のパケットは破棄されているが、残りのパケットがその端末局２ａに送信されているため、その通信により、通信状態を判断して端末局２ａと基地局１との伝送レートを上げることができ、リトライ回数も減るため、それにより、送信規制状態を解除して（送信規制フラグ２０ａを下げる）通常の通信に復帰させることができる。

反対に、さらに通信環境が悪化して、端末局２ａと基地局１との通信ができなくなったときは、所定のエージング時間が経過した後に、その端末局２ａとのアソシエーションが切断されるため、監視部１９により、その端末局２ａとのアソシエーションが切断された情報がＮＭＳ４に通知されるとともに、その端末局２ａに割り当てられたキュー１５ａが消去されて、送信規制フラグ２０ａもリセットされる。同様に、端末局２ａの電源が切断されて通信ができなくなったときも、基地局１により、エージング時間経過後にアソシエーションが切断されるか、若しくは、その前に端末局２ａに電源が投入され、新たなアソシエーションが確立されて、前のキュー１５ａがクリアされて新たなキュー１５ａが作成されるため、送信規制フラグ２０ａもリセットされる。

また、以上の実施例において、重み係数平均値３４と平均リトライ回数４３とを算出するときに移動平均処理を行うパケット個数ｎの値を小さく設定すると、通信状態の変化に敏感に反応して送信規制フラグ２０ａ〜２０ｃが立てられたり下げられたりするため、通信状態が安定しないおそれがある。また、ｎの値を大きく設定すると、無線状態の急変時の追随性が悪くなる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａや８０２．１１ｇを採用している場合は、移動平均処理を行うパケット数ｎを８に設定することにより、通信状況の変化に適切に応答することができる。また、以上の実施例では、パケットＰを送信する毎にｎ個の移動平均処理により送信規制フラグ２０ａ〜２０ｃを立てるか下げるかを判断していたが、ｎ個送信するごとに、それまでのｎ個のパケットから上述の重み係数平均値３４と平均リトライ回数４３を算出して送信規制フラグを立てるか下げるかを判断するように構成することも可能である。

さらに、以上の実施例においては、無線通信に本発明を適用した場合について説明したが、有線通信に適用することも可能である。例えば、電力線通信信号として中心周波数の異なる複数のキャリアを用いる直交周波数分割多重通信（ＯＦＤＭ）が用いられる電力線搬送通信に本発明を適用することが可能である。また、本実施例においては、上位ネットワーク３に無線ＬＡＮネットワーク５を介して端末局２を接続するための基地局１について説明したが、上位ネットワーク３が回線状態に応じて伝送レートが変化するように構成されている場合には、同様の方法により効率的に通信をすることができる。

無線ＬＡＮネットワークの構成を示すブロック図である。パケットの送信履歴を管理するデータ構造を示すデータ構造図である。総量規制判断処理を示すフローチャートである。重み係数平均値を算出するための手順を示す説明図である。平均リトライ回数を算出するための手順を示す説明図である。パケット送信処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１基地局（通信装置）
２端末局（端末）
４ネットワーク管理装置（ＮＭＳ）
５無線ＬＡＮネットワーク（ネットワーク）
１５パケット蓄積部（パケット蓄積手段）
１６デキュー処理部（パケット送信手段）
１９監視部（監視手段）
３４重み係数平均値
４３平均リトライ回数
Ｐパケット

Claims

伝送レートが変化するネットワークに接続され、前記ネットワークに接続された端末とパケットをやり取りする通信装置であって、
前記端末に送信する前記パケットを蓄積するパケット蓄積手段と、
前記端末との通信状態を監視し、前記通信状態が悪化しているときに、前記端末への前記パケットの送信を規制する監視手段と、
前記パケット蓄積手段から前記パケットを取り出し、前記監視手段により前記パケットの送信が規制されていないときは、前記端末に前記パケットを送信し、前記監視手段により前記パケットの送信が規制されているときは、前記パケットの一部を破棄し、前記パケットの残りの一部を前記端末に送信して、単位時間当たりに前記端末に送信される前記パケットの量を所定の値より少なくするパケット送信手段とを有することを特徴とする通信装置。
前記監視手段が、
前記端末に送信された前記パケットの、伝送レートの割合および重み係数の積和演算値を平均した重み係数平均値と、リトライ回数を平均した平均リトライ回数とを算出し、
前記重み係数平均値が所定の閾値より小さくなり、且つ、前記平均リトライ回数が所定の閾値より大きくなったときに、前記端末への前記パケットの送信を規制し、
前記重み係数平均値が所定の閾値以上か、若しくは、前記平均リトライ回数が所定の閾値以下のときに、前記端末への前記規制を解除するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
前記監視手段が、
前記重み係数平均値と前記平均リトライ回数とを、前記端末に送信された前記パケットの移動平均処理により算出することを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
前記基地局と前記端末との通信状態を監視するネットワーク管理装置を有し、
前記監視手段が、前記端末への前記パケットの送信が規制された情報、および、前記規制が解除された情報を前記ネットワーク管理装置に通知するように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の通信装置。