JP2006352545A - 無線パケット通信方法および無線パケット通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基地局が送信権を獲得したときに、連続して送信する複数のデータフレームのそれぞれの宛先となる無線局のＦＥＲの影響を最小限に抑え、フレームバースティングの効果を最大限に高める。
【解決手段】 基地局は、キャリアセンスによって無線チャネルの送信権を獲得したときに、キャリアセンスを行うことなく連続送信する複数のデータフレームを選択し、複数のデータフレームのそれぞれの宛先の無線局に対する過去の送信成功確率の高い順（送信失敗確率の低い順）に、複数のデータフレームの送信順位を決定し、複数のデータフレームをそれぞれ無線パケットに変換し、送信権を獲得した無線チャネルを用いて送信順位に従って連続送信する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各無線局が無線パケットの送信に先立ってキャリアセンスを行い、自律的に送信の可否を判断して無線パケットの送信を行う無線パケット通信方法および無線パケット通信装置に関する。

本発明と関連のある無線パケット通信システムの代表的なものとして、例えばIEEE802.11で規定されている無線ＬＡＮシステムおよびIEEE802.11 Task Group e で標準化作業中の無線ＬＡＮシステムがある（非特許文献１、非特許文献2 ）。なお、以下の説明では、これらの規格をそれぞれIEEE802.11規格、IEEE802.11e 規格という。

IEEE802.11規格では、無線アクセス制御法として、無線局間でパケットの衝突が生じないように、複数の無線局がキャリアセンスによって送信権を獲得してからパケットを送信するＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）が規定されている。ＣＳＭＡによる無線アクセス制御法について、図９を参照して説明する。

図９において、無線局１，２，３は、その間で無線パケットの送受信を行う。無線局１〜３は、キャリアセンスによって無線チャネルの空き状態を検出して規定時間Ｔ（ＤＩＦＳ）が経過した後に、バックオフ制御に入って衝突回避期間（Contention Window：ＣＷ）がそれぞれランダムに与えられる。この衝突回避期間の決定にあたり、無線局の全体のルールとして、送信するデータフレームを有する無線局は０以上の所定の範囲の整数が一様分布する乱数を発生させる。そして得られた乱数値に、衝突回避期間の単位時間（スロットタイム）ｔを掛けて衝突回避期間を決定する。これらの処理をキャリアセンス処理と呼ぶ。ここでは、衝突回避期間として、無線局１に２×ｔ、無線局２に６×ｔ、無線局３に５×ｔが与えられるものとする。

無線局１の衝突回避期間が他の無線局２，３に比べて短いために、無線局１の衝突回避期間（２ｔ）の経過後に、無線局１が送信権を獲得して１つの無線パケットを送信する。このとき、無線局２，３の無線パケットの送信は延期され、次回の衝突回避期間はそれぞれ２ｔを減じた４ｔ、３ｔとなる。無線局１が肯定応答（ＡＣＫ）パケットを受信すると、無線局１〜３はキャリアセンスによって無線チャネルの空き状態を検出して規定時間Ｔが経過した後にバックオフ制御に入る。

次に、無線局１は新たに乱数値「５」を発生し、衝突回避期間として５ｔが与えられるものとする。したがって、無線局３の衝突回避期間が他の無線局１，２に比べて短いために、無線局３の衝突回避期間（３ｔ）の経過後に、無線局３が送信権を獲得して無線パケットを送信する。このとき、無線局１，２の無線パケットの送信は延期される。以下同様である。

このように、規定時間Ｔ（ＤＩＦＳ）およびランダムな衝突回避期間（ＣＷ）の設定は、同時に送信しようとする無線局間の無線パケットの衝突の確率を低減させる操作である。すなわち、送信するデータフレームを有する無線局は、送信前にそれぞれ乱数によって得られた異なる衝突回避期間だけキャリアセンスを継続するバックオフ制御により、同時送信を回避して無線パケットの衝突を防ぐことができる。

一方、IEEE802.11e 規格は、IEEE802.11規格において実装されていないＱｏＳ（Quality of Service）機能を規定している。図１０にIEEE802.11e 規格における無線局の構成モデルを示す。

図１０において、各無線局は、送信するデータフレームの優先度に対応する複数の送信バッファ１０１〜１０４を持つ。上位レイヤまたは有線ネットワークから入力する各データフレームは、データフレーム振り分け部１１０でそれぞれに付加されている優先度に応じて、それぞれ対応する送信バッファ１０１〜１０４のいずれかに格納される。優先度については、例えば音声や動画のようなリアルタイム性を要求されるアプリケーションのデータフレームに対して高い優先度を与え、ファイルダウンロードのような非リアルタイム性のアプリケーションのデータフレームに対して低い優先度を与えるといった制御が行われる。

無線局は、各送信バッファ１０１〜１０４に対応し、それぞれ独立して動作するキャリアセンス処理部１２１〜１２４を有する。すなわち、ここでは１つの無線局が４つのキャリアセンス機能を有することになる。なお、各キャリアセンス処理部１２１〜１２４では、各優先度に応じてそれぞれのバックオフ制御に用いる乱数の発生範囲が設定される。すなわち、優先度が高いキャリアセンス処理部では送信権を獲得しやすいように、バックオフ制御に用いる乱数値が確率的に小さくなるようにその発生範囲が小さくなっている。ある送信バッファがキャリアセンスにより無線チャネルへの送信権を獲得したときには、当該送信バッファよりデータフレームが選択され送信される。このとき、さらにその優先度に応じて、ＴＸＯＰ（Transmission Opportunity）と呼ばれる連続送信期間が当該送信バッファに対して与えられる。すなわち、図１１に示すように送信権を獲得した送信バッファに格納されているデータフレームは、ＴＸＯＰの範囲内で連続的に送信される。このように、1 回の送信権の獲得に対して複数のデータフレームを連続送信する送信制御方法は、「フレームバースティング」と呼ばれる。
"Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications", IEEE std 802.11, 1999 Yang Xiao et al, "IEEE 802.11 E: QoS Provisioning at the MAC Layer", IEEE Wireless Communications, June 2004

無線ＬＡＮの一般的な運用形態では、各々の移動端末が１つの基地局に接続し、基地局−移動端末間で無線パケットの交換を行う。すなわち、移動端末の通信相手は基地局のみであるのに対して、基地局の通信相手は一般的に複数存在する。上述したように、IEEE802.11e 規格におけるフレームバースティングでは、送信権を獲得した無線局はＴＸＯＰの範囲内で複数の無線パケットを連続送信できる。それが基地局の場合には、１つの移動端末に対して複数の無線パケットを連続送信してもよく、異なる複数の移動端末に対する無線パケットを連続送信してもよい。ただし、後者の場合、一部の移動端末の無線パケットの誤り率（ＦＥＲ）が極端に高いときに、次のような問題が生じる。

IEEE802.11e 規格では、無線局は送信失敗が生じたときにはチャネルをリリースしてバックオフ制御を行うことが規定されている。ＴＸＯＰの途中であっても、規定時間内にＡＣＫフレームを受信しなかった場合には、無線局はチャネルをリリースし、送信される予定にあった無線パケットの送信を次回のＴＸＯＰまで持ち越す。このとき、一部の移動端末のＦＥＲが極端に高く、当該移動端末を宛先とする無線パケットがＴＸＯＰの前半に送信される場合、当該無線パケットの送信が失敗してそれ以降の無線パケットが次回のＴＸＯＰに持ち越される可能性が高い。このため、基地局は与えられたＴＸＯＰを十分に活用できない可能性が高くなる。この結果、リアルタイム性の高いアプリケーションのデータフレームの送信処理が延期され、当該アプリケーションに許容される遅延時間を越えてしまう問題が生じる。

一方、フレームバースティングは、IEEE802.11e 規格に限らず、一般のIEEE802.11規格の無線ＬＡＮにおいて生じる上下リンクの不公平を改善するために応用することができる。前述したように、移動端末の通信相手は基地局のみであるのに対して、基地局の通信相手は一般的に複数存在し、１つの移動端末の何倍ものトラフィックが蓄積される。ところが、IEEE802.11無線ＬＡＮにおけるチャネルアクセス手順では、バックオフ制御に用いる乱数を基本的に全ての無線局で同一の条件で発生させることにより、無線局間での送信権の公平性を確保している。そのため、基地局が送信する無線パケットの数は１つの移動端末が送信する無線パケットの数と同等となる。このため、移動端末数の増加に伴い、基地局が送信権を獲得する確率は相対的に低下し、それに従って基地局の送信バッファにデータフレームが滞在する時間は長くなる。この結果、基地局が送信する下りリンクデータフレームのスループットが低下し、当該データフレームの遅延時間が著しく増大する問題が生じる。

この問題を解決するためには、単位時間当りに送信される下りリンクデータフレームの数を増加すればよい。具体的には、フレームバースティングを基地局に適用し、基地局は送信権を獲得したときに、複数の無線パケットを連続送信する。これにより、基地局では、単位時間当りに送信されるデータフレーム数が増加して下りリンクのスループットが増大する。また、基地局の送信バッファにデータフレームが滞在する時間が短くなり遅延時間が低減される。このとき、基地局が連続的に全ての移動端末に対してデータフレームを１つずつ送信すれば、各移動端末に公平にデータフレームを送信することができる。

しかし、このような送信制御を行う場合にも、一部の移動端末のＦＥＲが極端に高いときには、前述のIEEE802.11e 規格の場合と同様の問題が生じる。例えば、基地局は、各移動端末に送信するデータフレームをそれぞれ格納する個別の送信バッファと、１つのキャリアセンス処理部を備える。ここで、基地局が送信権を獲得したときに、例えば各移動端末に予め付与されたシーケンス番号に従って１つずつデータフレームを送信する場合を想定する。なお、シーケンス番号は、例えば各移動端末が基地局に接続した順に小さい方から順に付与されるものである。このとき、シーケンス番号の小さい移動端末の中にＦＥＲが極端に高いものがいると、その移動端末への送信によって連続送信が中断される可能性が高い。この結果、下りリンクのデータフレーム数を増加させるフレームバースティングの効果が低減し、下りリンクのスループットが十分に改善されない問題が生じる。

本発明は、各無線局が無線パケットの送信に先立ってキャリアセンスを行い、自律的に送信の可否を判断して無線パケットの送信を行う無線パケット通信方法および無線パケット通信装置において、基地局が送信権を獲得したときに連続して送信する複数のデータフレームのそれぞれの宛先となる無線局のＦＥＲの影響を最小限に抑え、フレームバースティングの効果を最大限に高めることができる無線パケット通信方法および無線パケット通信装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、１台の基地局に複数の無線局が無線接続され、基地局および各無線局がキャリアセンスによって空き状態と判定された無線チャネルを用いて無線パケットを送信する無線パケット通信方法において、基地局は、キャリアセンスによって無線チャネルの送信権を獲得したときに、キャリアセンスを行うことなく連続送信する複数のデータフレームを選択し、複数のデータフレームのそれぞれの宛先の無線局に対する過去の送信成功確率の高い順（送信失敗確率の低い順）に、複数のデータフレームの送信順位を決定し、複数のデータフレームをそれぞれ無線パケットに変換し、送信権を獲得した無線チャネルを用いて送信順位に従って連続送信する。

第２の発明は、第１の発明において、連続送信する複数のデータフレームは、１つの送信バッファに格納された複数のデータフレームの中から格納順に選択する。

第３の発明は、第２の発明において、データフレームはトラフィックの性質に基づく複数種類の優先度を有し、基地局は、優先度ごとにそれぞれ対応するデータフレームを格納する複数の送信バッファを有し、キャリアセンスは優先度に対応する送信バッファごとに独立に行われ、キャリアセンスによって無線チャネルの送信権を獲得した送信バッファから、連続送信する複数のデータフレームとしてその優先度に応じた数のデータフレームを選択する。

第４の発明は、第１の発明において、連続送信する複数のデータフレームは、各無線局宛てに送信するデータフレームをそれぞれ格納する複数の送信バッファから、それぞれ最も早く格納されたデータフレームを１つずつ選択する。

第５の発明は、第１〜４の発明において、基地局が、各無線局に対する過去の送信成功確率（送信失敗確率）を、「当該移動端末に送信したデータフレーム数」に対する「当該移動端末に対して送信成功（送信失敗）した回数」の比として随時管理する。

第６の発明は、１台の基地局に複数の無線局が無線接続され、基地局および各無線局がキャリアセンスによって空き状態と判定された無線チャネルを用いて無線パケットを送信する無線パケット通信方法において、基地局は、キャリアセンスによって無線チャネルの送信権を獲得したときに、キャリアセンスを行うことなく連続送信する複数のデータフレームを選択する選択手段と、複数のデータフレームのそれぞれの宛先の無線局に対する過去の送信成功確率の高い順に、複数のデータフレームの送信順位を決定する手段と、複数のデータフレームをそれぞれ無線パケットに変換し、送信権を獲得した無線チャネルを用いて送信順位に従って連続送信する手段とを備える。

第７の発明は、第６の発明において、選択手段は、連続送信する複数のデータフレームとして、１つの送信バッファに格納された複数のデータフレームの中から格納順に選択する構成である。

第８の発明は、第７の発明において、データフレームはトラフィックの性質に基づく複数種類の優先度を有し、基地局は、優先度ごとにそれぞれ対応するデータフレームを格納する複数の送信バッファと、優先度に対応する送信バッファごとに独立にキャリアセンスを行う手段とを備え、選択手段は、キャリアセンスによって無線チャネルの送信権を獲得した送信バッファから、連続送信する複数のデータフレームとしてその優先度に応じた数のデータフレームを選択する構成である。

第９の発明は、第６の発明において、基地局は、各無線局宛てに送信するデータフレームをそれぞれ格納する複数の送信バッファと、１つのキャリアセンスを行う手段を備え、選択手段は、連続送信する複数のデータフレームとして、複数の送信バッファからそれぞれ最も早く格納されたデータフレームを１つずつ選択する構成である。

第１０の発明は、第６〜９の発明において、基地局が、各無線局に対する過去の送信成功確率（送信失敗確率）を、「当該移動端末に送信したデータフレーム数」に対する「当該移動端末に対して送信成功（送信失敗）した回数」の比として随時管理する。

本発明は、基地局が１回送信権を獲得する毎に複数のデータフレームを連続送信する場合に、連続送信するそれぞれデータフレームの宛先となる無線局が同一でない場合に、送信成功確率が高い（あるいはＦＥＲが低い）無線局を宛先とするデータフレームから順に送信するためのスケジューリング制御を行い、そのスケジュールに従ってデータフレームを連続送信する。これにより、一部の送信成功確率が低い（ＦＥＲが高い）無線局によって、連続送信処理が中断されることを回避し、基地局は獲得した送信機会を有効に利用してフレームバースティングの効果を最大限に高めることが可能となる。

（無線パケット通信方法の第１の実施形態）
図１は、本発明の無線パケット通信方法の第１の実施形態のフローチャートを示す。図２は、第１の実施形態における無線チャネルの利用例を示す。本実施例では、IEEE802.11e 規格に基づいた基地局装置の動作を想定している。すなわち、基地局は、送信するデータフレームの優先度に応じた複数の送信バッファを備える。各送信バッファには識別番号が付与されており、当該識別番号はそれぞれのデータフレームに付与される優先度と一対一で対応している。これにより、ある優先度のデータフレームはその優先度に対応する送信バッファに格納される。なお、それぞれの送信バッファはデータフレームの優先度にのみ関連づけられており、異なる移動端末を宛先とする同じ優先度のデータフレームは同一の送信バッファに格納される。また、基地局は、複数のキャリアセンス処理部を備え、それぞれのキャリアセンス処理部はそれぞれの送信バッファに対応してキャリアセンス処理を行う。

また、基地局は図３に示すようなＦＥＲ管理テーブルを備える。基地局では、当該基地局が各移動端末に対して送信したデータフレームの数と、各移動端末に対して送信失敗した回数を随時取得し、その比である（当該移動端末に対して送信失敗した回数）／（当該移動端末に送信したデータフレーム数）をＦＥＲとして算出し、ＦＥＲ管理テーブルで随時管理している。なお、ＦＥＲに代えて、送信成功確率である（当該移動端末に対して送信成功した回数）／（当該移動端末に送信したデータフレーム数）を管理してもよい。さらに、基地局は図４に示すようなスケジューリングテーブルを備える。このテーブルは、基地局が送信権を獲得した送信バッファにおいて、データフレームの送信順位を管理する。各データフレームを識別するために、各データフレームが格納されている送信バッファ中のメモリアドレス等が利用される。なお、図１に示すフローチャートは、基地局の動作を示すものであり、移動端末は従来と同様の動作を行う。

まず、データフレームが到着するとその優先度に応じた送信バッファに格納され、従来と同様にキャリアセンス処理を行い、送信権を獲得する（Ｓ11）。当該キャリアセンス処理は、データフレームを蓄積している送信バッファに対応するキャリアセンス処理部のみで行われる。次に、ある送信バッファに対応するキャリアセンス処理部が送信権を獲得すると、基地局は当該送信バッファから連続送信するデータフレーム数を決定する（Ｓ12）。データフレーム数を決定する方法としては、当該送信バッファに蓄積されているデータフレームについて、例えば先頭のものから順に送信処理に要する時間を算出し、その合計が対応する優先度に割り当てられたＴＸＯＰを超えない最大のデータフレーム数を選択する方法が考えられるが、本発明ではデータフレーム数の決定方法を制限しない。

次に、基地局は連続送信するデータフレームを決定する（Ｓ13）。連続送信するデータフレームの決定方法としては、ステップＳ12において決定したデータフレーム数と同数のデータフレームを当該送信バッファの先頭から順に選択する方法が考えられる。基地局は、選択したそれぞれのデータフレームについて、その宛先となる移動端末のＦＥＲをＦＥＲ管理テーブルより取得する（Ｓ14）。

次に、各々の移動端末のＦＥＲに基づいてスケジューリングテーブルを作成する（Ｓ15）。最もＦＥＲが小さい移動端末を宛先とするデータフレームについて、送信バッファの格納順に送信順位を付与する。次にＦＥＲの小さい移動端末に対して同様の手順によって送信順位を付与する。この処理を繰り返して、ステップＳ13で選択した全てのデータフレームについて送信順位を付与し、スケジューリングテーブルに登録する。例えば、図２に示すように送信権を獲得した送信バッファに、移動端末３，２，３，１，…宛ての同一優先度のデータフレームが格納されているときに、先頭から順に移動端末３，２，３宛てのデータフレームを選択する。一方、移動端末２，３のＦＥＲを 0.1, 0.05とすると、送信順位が移動端末３，３，２宛てのデータフレームとなるスケジュールリングテーブルが作成される。

基地局は、スケジューリングテーブルに基づいてデータフレームの送信処理を行う（Ｓ16）。まず、送信順位の最も早いデータフレームを選択し、無線パケットに変換してアンテナを介して送信するとともに、ＡＣＫタイムアウトと呼ぶ規定時間を設定し、ＡＣＫパケットを待つ。ＡＣＫタイムアウト以内にＡＣＫパケットを受信した場合はステップＳ18に進み、それ以外の場合はステップＳ11に戻って再送処理を行う（Ｓ17）。ステップＳ18では、スケジューリングテーブルから送信したデータフレームを削除する。次に、スケジューリングテーブルに登録されているデータフレームがあるか否かを確認する（Ｓ19）。スケジューリングテーブルにデータフレームが登録されている場合には、Ｓ16に戻り登録されているデータフレームのうち最も送信順位の早いデータフレームを選択して送信する。スケジューリングテーブルにデータフレームが登録されていない場合には、送信処理を終了する。

このような手順を用いたときの無線チャネルの利用例を図２を用いて説明する。この例では、基地局１台に対して移動端末が３台接続されている。基地局は、送信権を獲得した送信バッファに、移動端末３，２，３，１，…宛ての同一優先度のデータフレームを格納し、各移動端末は基地局に対するデータフレームを十分に蓄積しているものとする。

基地局の当該送信バッファのＣＷは２、移動端末１，２，３の各々のＣＷは１，４，５であったとする。また、それぞれの移動端末に対するＦＥＲは0.01, 0.1, 0.05 であったとする。ＣＷが最小である移動端末１が最初に送信権を獲得し、１つの無線パケットを基地局に送信する。基地局は、従来と同様にＡＣＫパケットを返信する。次に、ＣＷが２であった基地局が送信権を獲得する。基地局は、送信権を獲得した送信バッファに対応するＴＸＯＰで連続送信するデータフレームは３つとし、送信バッファに蓄積されたデータフレームから移動端末２を宛先とするものを１つ（メモリアドレス12000 ）、移動端末３を宛先とするものを２つ（メモリアドレス0, 24000）を選択し、上記のように各移動端末のＦＥＲを考慮して移動端末３，３，２宛ての順番になるように、メモリアドレス０,24000, 12000 の順に送信順位を付与してスケジューリングテーブルに登録する。

基地局は、スケジューリングテーブルの送信順位「１」に対応し、メモリアドレス「０」に格納されている移動端末３宛てのデータフレームを無線パケットに変換して送信する。移動端末３は、従来と同様にＡＣＫパケットを返信する。基地局は、ＡＣＫパケットを受信すると、メモリアドレス０をスケジューリングリストから削除し、送信順位「２」に対応するメモリアドレス24000 のデータフレームを同様の手順により送信する。移動端末３からのＡＣＫパケットを受信すると、メモリアドレス24000 をスケジューリングリストから削除し、送信順位「３」に対応するメモリアドレス12000 のデータフレームを送信する。本例では、上記３つのデータフレームを送信した時点でスケジューリングテーブル上に登録されているデータフレームがなくなる。よって、基地局は、移動端末２からのＡＣＫパケットを受信すると送信権をリリースし、全ての無線局が一斉にキャリアセンス処理を開始する。

なお、IEEE802.11規格では、より効率的にフレーム交換を行うためにマルチレート機能について規定されている。マルチレート機能を利用する場合、レートを切り替える前後でＦＥＲが大きく異なる可能性がある。これに対応するためには、基地局は各移動端末の各レートについてＦＥＲを管理し、レートが切り替わった場合には、切り替わった後のレートに対応するＦＥＲを用いてスケジューリング制御を行う必要がある。

ところで、本実施形態は、データフレームの優先度ごとに設けられた複数の送信バッファから、送信権を獲得した１つの送信バッファを選択し、そこに格納されている複数のデータフレームについて、優先度に応じた数のデータフレームの連続送信の順序を、宛先となる移動端末のＦＥＲに応じて制御するものであった。しかし、この制御は、データフレームの優先度を考慮せず、基地局が１つの送信バッファのみを有するときに、複数のデータフレームを連続送信する際にも適用可能である。

（無線パケット通信方法の第２の実施形態）
図５は、本発明の無線パケット通信方法の第２の実施形態のフローチャートを示す。図６は、第２の実施形態における無線チャネルの利用例を示す。本実施例では、一般的なIEEE802.11規格に基づいた基地局装置の動作を想定している。すなわち、基地局は、基地局に接続している各移動端末に対応する複数の送信バッファを備える。また、基地局は、１つのキャリアセンス処理部を備え、キャリアセンス処理によって送信権を獲得したときに、各移動端末に対応する複数の送信バッファからそれぞれ最も早く格納されたデータフレームを１つずつ選択し、それらを連続送信する処理を行う。

また、基地局は図３に示すようなＦＥＲ管理テーブルを備える。このテーブルにより当該基地局が各々の移動端末に対して送信したデータフレームの数と送信失敗した回数、その比であるＦＥＲが管理されている。さらに、基地局は図７に示すようなスケジューリングテーブルを備える。このテーブルは、基地局が送信権を獲得したときに、データフレームの送信順位を管理する。各データフレームを識別するために、送信バッファの識別番号（＝移動端末の識別番号）が利用される。なお、図５に示すフローチャートは、基地局の動作を示すものであり、移動端末は従来と同様の動作を行う。

まず、宛先に応じた送信バッファにデータフレームが到着すると、従来と同様にキャリアセンス処理を行い、送信権を獲得する（Ｓ21）。次に、各送信バッファにデータフレームが蓄積されているか否かを確認する（Ｓ22）。データフレームが蓄積されている送信バッファに対して、当該送信バッファと対応する移動端末のＦＥＲをＦＥＲ管理テーブルより取得する（Ｓ23）。各々の移動端末のＦＥＲに基づいてスケジューリングテーブルを作成する（Ｓ24）。ＦＥＲの小さい移動端末の順に送信順位を付与し、スケジューリングテーブルに登録する。例えば、図６に示すように、各移動端末に対応する送信バッファにそれぞれ１以上のデータフレームが格納されているとする。一方、各移動端末１，２，３のＦＥＲを0.01, 0.1,0.05とすると、送信順位が移動端末１，３，２となるスケジューリングテーブルを作成する。

基地局はスケジューリングテーブルに基づいてフレーム送信処理を行う（Ｓ25）。送信順位の最も早い送信バッファの先頭に位置するデータフレームを選択し、無線パケットに変換してアンテナを介して送信するとともに、ＡＣＫタイムアウトと呼ぶ規定時間を設定し、ＡＣＫパケットを待つ。ＡＣＫタイムアウト以内にＡＣＫパケットを受信した場合はステップＳ27に進み、それ以外の場合はステップＳ21に戻って再送処理を行う（Ｓ26）。ステップＳ27では、スケジューリングテーブルからデータフレームを送信した移動端末を削除する。次に、スケジューリングテーブルに登録されている移動端末があるか否かを確認する（Ｓ28）。スケジューリングテーブルに移動端末が登録されている場合には、ステップＳ25に戻り登録されている移動端末のうち、最も送信順位の早い移動端末に対応する送信バッファからデータフレームを選択して送信する。スケジューリングテーブルに移動端末が登録されていない場合には、送信処理を終了する。

このような手順を用いたときの無線チャネルの利用例を図６を用いて説明する。この例では、基地局１台に対して移動端末が３台接続されている。基地局は各々の移動端末に対するデータフレームを十分に蓄積しており、各々の移動端末も基地局に対するデータフレームを十分に蓄積しているとする。基地局、移動端末１，２，３の各々のＣＷは２，１，４，５であったとする。また、それぞれの移動端末に対するＦＥＲは0.01, 0.1, 0.05 であったとする。

まず、ＣＷが最小である移動端末１が最初に送信権を獲得し、１つの無線パケットを基地局に送信する。基地局は、従来と同様にＡＣＫパケットを返信する。次に、ＣＷが２であった基地局が送信権を獲得する。基地局は、全ての送信バッファにデータフレームが蓄積され、移動端末１，２，３のＦＥＲがそれぞれ0.01, 0.1, 0.05 であることから、スケジューリングテーブルにおいて移動端末１，３，２の順に送信順位を付与する。基地局は、移動端末１に対応する送信バッファの先頭に位置するデータフレームを無線パケットに変換して送信する。移動端末１は、従来と同様にＡＣＫパケットを返信する。基地局は、ＡＣＫパケットを受信すると、移動端末１を送信順位リストから削除し、移動端末３宛のデータフレームを同様の手順により送信する。移動端末３からのＡＣＫパケットを受信すると、移動端末３を送信順位リストから削除し、移動端末２宛のデータフレームを送信する。本例では、移動端末３台に対して１つずつデータフレームを送信した時点でスケジューリングテーブル上に登録されている移動端末がなくなる。よって、基地局は移動端末２からのＡＣＫを受信すると送信権をリリースし、全ての無線局が一斉にキャリアセンス処理を開始する。

（無線パケット通信装置の実施形態）
図８は、本発明の無線パケット通信装置の実施形態を示す。図において、無線パケット通信装置は、ヘッダ付加部11、送信バッファ12、パケット送信制御部13、変調器14、無線送信部15、アンテナ16、無線受信部17、復調器18、キャリア検出部19、パケット選択部20およびヘッダ除去部21とを備える。

送信バッファ12には、送信すべき送信データフレーム系列が入力され、バッファリングされる。この送信データフレーム系列は、1 つあるいは複数のデータフレームで構成される。実際に扱うデータフレームとしては、例えばイーサネット（登録商標）フレームなどが想定される。送信バッファ21は、現在保持しているデータフレームの数、宛先となる無線パケット通信装置のＩＤ情報、データサイズ、バッファ上の位置を表すアドレス情報などをパケット送信制御部13に逐次通知する。

一方、他の無線パケット通信装置が送信した無線信号は、アンテナ16を介して無線受信部17に入力される。無線受信部17は、入力された無線信号に対して周波数変換、フィルタリング、直交検波およびAD変換を含む受信処理を施す。なお、無線受信部17には、アンテナ16が送信のために使用されていない時に、無線チャネルにおける無線伝搬路上の無線信号が常時入力されており、各無線チャネルの受信電界強度を表すＲＳＳI 信号がキャリア検出部19へ出力される。また、無線受信部17において受信処理されたベースバンド信号は復調器18へ出力される。

復調器18は、無線受信部17から入力されたベースバンド信号に対して復調処理を行い、得られた受信パケットはパケット選択部20へ出力される。パケット選択部20は、入力された受信パケットに対してＣＲＣチェックを行い、受信パケットが誤りなく受信された場合には、その受信パケットが自局に対して送信されたものか否かを識別する。すなわち、各受信パケットの宛先が自局と一致するか否かを調べ、自局宛の受信パケットをヘッダ除去部21へ出力する。また、自局宛でない受信パケットの場合には、パケット選択部20で当該パケットが破棄される。ヘッダ除去部21は、入力された受信パケット系列に含まれている各々の受信パケットからヘッダ部分を除去し、受信データフレーム系列として出力する。なお、パケット選択部20は、ＡＣＫフレームを受信した場合には、受信処理を行ったことをパケット送信制御部13に通知する。

キャリア検出部19は、ＲＳＳＩ信号が入力されると、その信号によって表される受信電界強度の値と予め設定した閾値とを比較する。そして、所定の期間中の受信電界強度が連続的に閾値よりも小さい状態が継続すると、無線チャネルが空き状態であると判定し、それ以外の場合には、無線チャネルがビジーであると判定する。キャリア検出部19は、この判定結果をキャリア検出結果としてパケット送信制御部13に出力する。なお、アンテナ16が送信状態である場合にはキャリア検出部19にＲＳＳＩ信号が入力されない。また、アンテナ16が既に送信状態にある場合には、同じアンテナ16を用いて他の無線パケットを無線信号として同時に送信することはできない。したがって、キャリア検出部19はＲＳＳＩ信号が入力されなかった場合には、無線チャネルがビジーであることを示すキャリア検出結果を出力する。

パケット送信制御部13は、キャリア検出部19から入力されたキャリア検出結果と、送信バッファ12に蓄積されたデータフレーム数とに基づいて無線パケットを送信するか否かを決定する。すなわち、チャネルが空き状態で、かつ、送信バッファにデータフレームが蓄積されている場合にのみ、無線パケットの送信処理に入る。

なお、第１の実施形態のように複数のキャリアセンス処理部を備えるときには、キャリアセンス処理部ごとにチャネルの状態を判定する。これは、各キャリアセンス処理部が互いに異なる衝突回避期間をもつためである。無線パケットを送信する場合には、パケット送信制御部13は送信すべきデータフレームを決定し、当該データフレームを送信バッファ12から受け取る。例えば、無線パケット通信方法の第１の実施形態によると、ＴＸＯＰを超えない最大のデータフレーム数と同数だけ送信バッファの先頭から順に予め選択する。パケット送信制御部13は、ＦＥＲ管理テーブルとスケジューリングテーブルを備えており、ＦＥＲ管理テーブルを参照しながら選択した各データフレームの宛先となる無線局に基づいて各データフレームを送信する順番をスケジューリングテーブルに登録する。スケジューリングテーブル中で最も送信順位の早いデータフレームが最初に送信バッファ12からパケット送信制御部13へ入力される。

送信制御部13は、当該データフレームを変調器14に出力するとともに、ＡＣＫパケットを待機する期限であるＡＣＫタイマにＡＣＫタイムアウトを設定し、カウントダウンを開始する。ＡＣＫタイムアウト以内にパケット選択部20からＡＣＫフレームの受信が通知された場合にはＡＣＫタイマを停止し、次のデータフレームの送信処理を開始する。この送信処理は、予め選択したデータフレームを全て送信するまで継続して行われる。1 つのデータフレームに対して、ＡＣＫタイムアウト以内にＡＣＫフレームの受信が通知されない場合には再送処理を行う。

変調器14は、パケット送信制御部13から入力されたデータフレームに対して所定の変調処理が施し、無線送信部15に出力する。無線送信部15は、変調器14から入力された変調処理後のデータフレームに対して、ＤＡ変換、周波数変換、フィルタリングおよび電力増幅を含む送信処理を施し、アンテナ16から無線パケットとして送信する。

本発明の無線パケット通信方法の第１の実施例を示すフローチャート。 第１の実施形態における無線チャネルの利用例を示す図。 ＦＥＲ管理テーブルの一例を示す図。 スケジューリングテーブルの一例を示す図。 本発明の無線パケット通信方法の第２の実施例を示すフローチャート。 第２の実施形態における無線チャネルの利用例を示す図。 スケジューリングテーブルの一例を示す図。 本発明の無線パケット通信装置の実施形態を示す図。 従来の無線パケット通信方法における無線チャネルの利用例を示す図。 従来の無線パケット通信装置におけるデータフレームの優先度対応構成を示す図。 フレームバースティングを適用したときの無線チャネルの利用例を示す図。

符号の説明

１１ ヘッダ付加部
１２ 送信バッファ
１３ パケット送信制御部
１４ 変調器
１５ 無線送信部
１６ アンテナ
１７ 無線受信部
１８ 復調器
１９ キャリア検出部
２０ パケット選択部
２１ ヘッダ除去部

Claims (10)

1. １台の基地局に複数の無線局が無線接続され、基地局および各無線局がキャリアセンスによって空き状態と判定された無線チャネルを用いて無線パケットを送信する無線パケット通信方法において、
   前記基地局は、
   前記キャリアセンスによって前記無線チャネルの送信権を獲得したときに、前記キャリアセンスを行うことなく連続送信する複数のデータフレームを選択し、
   前記複数のデータフレームのそれぞれの宛先の無線局に対する過去の送信成功確率の高い順（送信失敗確率の低い順）に、複数のデータフレームの送信順位を決定し、
   前記複数のデータフレームをそれぞれ無線パケットに変換し、前記送信権を獲得した無線チャネルを用いて前記送信順位に従って連続送信する
   ことを特徴とする無線パケット通信方法。
2. 請求項１に記載の無線パケット通信方法において、
   前記連続送信する複数のデータフレームは、１つの送信バッファに格納された複数のデータフレームの中から格納順に選択する
   ことを特徴とする無線パケット通信方法。
3. 請求項２に記載の無線パケット通信方法において、
   前記データフレームはトラフィックの性質に基づく複数種類の優先度を有し、
   前記基地局は、前記優先度ごとにそれぞれ対応するデータフレームを格納する複数の送信バッファを有し、
   前記キャリアセンスは前記優先度に対応する送信バッファごとに独立に行われ、
   前記キャリアセンスによって前記無線チャネルの送信権を獲得した送信バッファから、前記連続送信する複数のデータフレームとしてその優先度に応じた数のデータフレームを選択する
   ことを特徴とする無線パケット通信方法。
4. 請求項１に記載の無線パケット通信方法において、
   前記連続送信する複数のデータフレームは、前記各無線局宛てに送信するデータフレームをそれぞれ格納する複数の送信バッファから、それぞれ最も早く格納されたデータフレームを１つずつ選択する
   ことを特徴とする無線パケット通信方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の無線パケット通信方法において、
   前記基地局は、前記各無線局に対する過去の送信成功確率（送信失敗確率）を、「当該移動端末に送信したデータフレーム数」に対する「当該移動端末に対して送信成功（送信失敗）した回数」の比として随時管理する
   ことを特徴とする無線パケット通信方法。
6. １台の基地局に複数の無線局が無線接続され、基地局および各無線局がキャリアセンスによって空き状態と判定された無線チャネルを用いて無線パケットを送信する無線パケット通信装置において、
   前記基地局は、
   前記キャリアセンスによって前記無線チャネルの送信権を獲得したときに、前記キャリアセンスを行うことなく連続送信する複数のデータフレームを選択する選択手段と、
   前記複数のデータフレームのそれぞれの宛先の無線局に対する過去の送信成功確率の高い順（送信失敗確率の低い順）に、複数のデータフレームの送信順位を決定する手段と、 前記複数のデータフレームをそれぞれ無線パケットに変換し、前記送信権を獲得した無線チャネルを用いて前記送信順位に従って連続送信する手段と
   を備えたことを特徴とする無線パケット通信装置。
7. 請求項６に記載の無線パケット通信装置において、
   前記選択手段は、前記連続送信する複数のデータフレームとして、１つの送信バッファに格納された複数のデータフレームの中から格納順に選択する構成である
   ことを特徴とする無線パケット通信装置。
8. 請求項７に記載の無線パケット通信装置において、
   前記データフレームはトラフィックの性質に基づく複数種類の優先度を有し、
   前記基地局は、前記優先度ごとにそれぞれ対応するデータフレームを格納する複数の送信バッファと、前記優先度に対応する送信バッファごとに独立にキャリアセンスを行う手段とを備え、
   前記選択手段は、前記キャリアセンスによって前記無線チャネルの送信権を獲得した送信バッファから、前記連続送信する複数のデータフレームとしてその優先度に応じた数のデータフレームを選択する構成である
   ことを特徴とする無線パケット通信装置。
9. 請求項６に記載の無線パケット通信装置において、
   前記基地局は、前記各無線局宛てに送信するデータフレームをそれぞれ格納する複数の送信バッファと、１つのキャリアセンスを行う手段を備え、
   前記選択手段は、前記連続送信する複数のデータフレームとして、前記複数の送信バッファからそれぞれ最も早く格納されたデータフレームを１つずつ選択する構成である
   ことを特徴とする無線パケット通信装置。
10. 請求項６〜９のいずれかに記載の無線パケット通信装置において、
    前記基地局は、前記各無線局に対する過去の送信成功確率（送信失敗確率）を、「当該移動端末に送信したデータフレーム数」に対する「当該移動端末に対して送信成功（送信失敗）した回数」の比として随時管理する構成である
    ことを特徴とする無線パケット通信装置。
    

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