JP2007060365A

JP2007060365A - 無線通信装置および無線通信方法

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Publication number: JP2007060365A
Application number: JP2005244016A
Authority: JP
Inventors: Loyola Luis; ルイスロヨラ; Masakatsu Ogawa; 将克小川; Toru Sakata; 徹阪田; Yutaka Kuno; 豊久埜; Daiki Shibayama; 大樹柴山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】アクセスカテゴリー（メディアの種類）とホップ数を考慮した通信品質制御を可能にする。
【解決手段】メディアの種類を示すアクセスカテゴリーに対応する複数のキューを備え、その少なくとも一部のキューは、パケットのホップ数に対応する複数のキューから構成され、到着するパケットをアクセスカテゴリーとパケットのホップ数に対応するキューに格納するフィルタリング手段と、アクセスカテゴリーに対応する複数のキューに格納されたパケットのうち、優先度の高いアクセスカテゴリーのキューに格納されたパケットを優先的に送信するスケジューリング手段とを備える。また、スケジューリング手段は、パケットのホップ数に対応する複数のキューのうち、ホップ数の大きいキューに格納されたパケットから順に送信する構成である。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線マルチホップネットワークで用いられる無線通信装置および無線通信方法に関する。

無線パケット通信は、無線ＬＡＮをはじめとする様々なシステムで採用されている通信形態である。無線ＬＡＮの規格については、IEEE802.11委員会で標準化が進められ、IEEE802.11規格（非特許文献１）として制定されている。

さらに、IEEE802.11規格における通信品質制御の仕様は、タスクグループｅ（以下、「ＴＧｅ」という）で標準化が進められている。ＴＧｅでは、ＭＡＣプロトコルとしてＥＤＣＡ(Enhanced Distributed Channel Access) の仕様を作成した。ＥＤＣＡでは、無線通信装置は４つのアクセスカテゴリー（メディアの種類に対応する通信品質）に応じた４つのキュー（待ち行列）をもち、送信パケットはフィルタリング機能によりアクセスカテゴリーごとに分類され、対応するキューに格納される。それぞれのキューは、独立に優先機能付きＤＣＦ（Distributed Coordination Function)が動作し、優先度の高いアクセスカテゴリーのパケットを優先的に送信させる（非特許文献２）。

また、マルチホップ通信の仕様は、タスクグループｓ（以下、「ＴＧｓ」という）で標準化が進められている（非特許文献２）。
IEEE802.11, "Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical (PHY) Layer Specifications", pp.9-28, August 1999 改訂版802.11高速無線ＬＡＮ教科書, pp.47-55,132-141, インプレス

複数の無線通信装置で構成される無線マルチホップネットワークでは、パケットのホップ数が増加するに伴って遅延時間が増加する傾向にあり、特にリアルタイム系のメディアである音声や映像通信の通信品質を確保できない場合がある。そのため、パケットのホップ数が増加した際に遅延時間を減少させ、通信品質を確保することが課題になっている。

なお、非特許文献２に記載のＴＧｅにおけるＥＤＣＡは、送信元無線通信装置から宛先無線通信装置への１ホップの通信における通信品質制御の仕様であり、マルチホップ環境には適用できない。一方、マルチホップ通信における品質制御の仕様は、ＴＧｓにおいて標準化の要求項目になっているが、その仕様に関する詳細は何も決まっていない。

本発明は、アクセスカテゴリー（メディアの種類）とホップ数を考慮した通信品質制御を可能にする無線通信装置および無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明は、無線マルチホップネットワークで用いられる無線通信装置において、メディアの種類を示すアクセスカテゴリーに対応する複数のキューを備え、その少なくとも一部のキューは、パケットのホップ数に対応する複数のキューから構成され、到着するパケットをアクセスカテゴリーとパケットのホップ数に対応するキューに格納するフィルタリング手段と、アクセスカテゴリーに対応する複数のキューに格納されたパケットのうち、優先度の高いアクセスカテゴリーのキューに格納されたパケットを優先的に送信するスケジューリング手段とを備える。これにより、アクセスカテゴリーとホップ数に対応するキューごとに、パケットの送信のタイミングを制御することができる。

また、スケジューリング手段は、パケットのホップ数に対応する複数のキューのうち、ホップ数の大きいキューに格納されたパケットから順に送信する構成である。これにより、ホップ数の大きいパケットを優先的に送信することができ、ホップ数の増加に伴う遅延時間の増加を低減することができる。

また、キューにパケットを格納するときに、その格納時刻をパケットに記録するバッファリング手段と、キューごとにパケットの滞在時間の閾値を設定し、この閾値を経過したパケットを格納しているキューが存在する場合に、スケジューリング手段の機能を中断し、当該パケットのすべてを優先的に送信する割り込み手段とを備える。さらに、ホップ数に対応するキューごとのパケットの滞在時間の閾値は、ホップ数の増加に応じて小さい値になるように設定される。これにより、パケットの滞在時間が閾値を超えたときに、当該パケットのすべてを優先的に送信することができ、リアルタイム性が求められる音声パケットや映像パケットの遅延時間、特にホップ数の大きいパケットの遅延時間を低減でき、通信品質を保証することができる。

本発明は、無線マルチホップネットワークで用いられる無線通信方法において、メディアの種類を示すアクセスカテゴリーに対応する複数のキューを備え、その少なくとも一部のキューは、パケットのホップ数に対応する複数のキューから構成され、到着するパケットをアクセスカテゴリーとパケットのホップ数に対応するキューに格納するフィルタリング機能と、アクセスカテゴリーに対応する複数のキューに格納されたパケットのうち、優先度の高いアクセスカテゴリーのキューに格納されたパケットを優先的に送信するスケジューリング機能とを有する。これにより、アクセスカテゴリーとホップ数に対応するキューごとに、パケットの送信のタイミングを制御することができる。

ここで、スケジューリング機能は、パケットのホップ数に対応する複数のキューのうち、ホップ数の大きいキューに格納されたパケットから順に送信する処理を行う。これにより、ホップ数の大きいパケットを優先的に送信することができ、ホップ数の増加に伴う遅延時間の増加を低減することができる。

また、キューにパケットを格納するときに、その格納時刻をパケットに記録するバッファリング機能と、キューごとにパケットの滞在時間の閾値を設定し、この閾値を経過したパケットを格納しているキューが存在する場合に、スケジューリング機能を中断し、当該パケットのすべてを優先的に送信する割り込み機能とを有する。さらに、ホップ数に対応するキューごとのパケットの滞在時間の閾値は、ホップ数の増加に応じて小さい値になるように設定される。これにより、パケットの滞在時間が閾値を超えたときに、当該パケットのすべてを優先的に送信することができ、リアルタイム性が求められる音声パケットや映像パケットの遅延時間、特にホップ数の大きいパケットの遅延時間を低減でき、通信品質を保証することができる。

本発明は、無線マルチホップネットワークで用いられる無線通信装置について、アクセスカテゴリーに加えてパケットのホップ数ごとにキューを備え、ホップ数の大きいキューのパケットから優先的に送信させることができる。また、キューごとに設定した滞在時間の閾値を超えたパケットについて、そのパケットを最優先に送信させることができる。これにより、ホップ数の増加による遅延時間の増加を解消し、リアルタイムメディアである音声や映像通信の通信品質の劣化を防止することができる。

図１は、本発明の無線通信装置および無線通信方法が適用される無線マルチホップネットワークの構成例を示す。
図において、無線マルチホップネットワークは、複数の無線通信装置（アクセスポイント（ＡＰ）またはステーション（ＳＴＡ））１０−１，１０−２，１０−３，１０−４で構成される。例えば、無線通信装置１０−１と無線通信装置１０−４は、無線通信装置１０−２および無線通信装置１０−３が無線パケットを中継することにより、無線パケットの送受信を行う。

図２は、本発明の無線通信装置の構成例を示す。
図において、無線通信装置１０は、アンテナ１１と、アンテナ１１に接続される送受信部（ＴＲＸ）１２と、送受信部１２に順次接続されるベースバンド処理部（ＢＢ）１３、送信制御部（ＣＮＴ）１４およびインタフェース部（Ｉ／Ｆ）１５とにより構成される。

図３は、送信制御部（ＣＮＴ）１４のキューの構成例を示す。
図において、送信制御部（ＣＮＴ）１４は、IEEE802.11ｅで定義されている４つのアクセスカテゴリー（ＡＣ＿Ｖｏ，ＡＣ＿Ｖｉ，ＡＣ＿ＢＥ，ＡＣ＿ＢＫ）に対応するキュー２１，２２，２３，２４を有する。さらに、ＡＣ＿Ｖｏ，ＡＣ＿Ｖｉに対応するキュー２１，２２は、それぞれパケットのホップ数１〜Ｎ（Ｎは２以上の整数）に対応するＮ個のキューから構成される。さらに、アクセスカテゴリーごとに、送信を試みるパケットを格納する４つのＥＤＣＡバッファ３１，３２，３３，３４を有する。

図４は、送信制御部（ＣＮＴ）１４の処理手順を示す。なお、以下の説明では図３に示すキューの構成を参照する。
図において、パケットが到着すると（Ｓ１）、パケットのアクセスカテゴリーによる分類を行い、ここではＡＣ＿ＶｏまたはＡＣ＿Ｖｉと、ＡＣ＿ＢＥまたはＡＣ＿ＢＫに分類する（Ｓ２）。到着したパケットのアクセスカテゴリーがＡＣ＿ＶｏまたはＡＣ＿Ｖｉであれば、そのアクセスカテゴリーに対応するキュー２１または２２のホップ数に対応するキューにパケットを格納する（Ｓ３）。一方、到着したパケットのアクセスカテゴリーがＡＣ＿ＢＥまたはＡＣ＿ＢＫであれば、そのアクセスカテゴリーに対応するキュー２３または２４にパケットを格納する（Ｓ４）。以上がフィルタリング手段の機能である。

さらに、到着したパケットのアクセスカテゴリーがＡＣ＿ＶｏまたはＡＣ＿Ｖｉであれば、キューにパケットを格納する際に、キューに格納した時間をパケットに記録する（Ｓ５）。次に、それぞれ対応するキューに格納されたパケットは、各アクセスカテゴリーのＥＤＣＡバッファ３１〜３４が空き状態になるまで待機する（Ｓ６，Ｓ７）。以上がバッファリング手段の機能である。

次に、アクセスカテゴリーがＡＣ＿ＶｏまたはＡＣ＿ＶｉのＥＤＣＡバッファ３１または３２が空き状態になれば、対応するキュー２１または２２の最大のホップ数Ｎmax をカウンタＣに設定する（Ｓ８）。次に、ホップ数Ｃのキューが空き状態か否かを判断し、空き状態であればホップ数Ｃをデクリメントしてゆき、パケットを格納しているホップ数Ｃのキューがあれば、そのキューの先頭のパケットをＥＤＣＡバッファ３１または３２に格納する（Ｓ９，Ｓ10，Ｓ11，Ｓ12）。一方、パケットを格納しているキューがなく、カウンタＣが０になった場合には、Ｓ６に戻る。また、アクセスカテゴリーがＡＣ＿ＢＥまたはＡＣ＿ＢＫのＥＤＣＡバッファ３３または３４が空き状態になれば、対応するキュー２３または２４の先頭のパケットをＥＤＣＡバッファ３３または３４に格納する（Ｓ13）。以上がスケジューリング手段の機能である。

図５は、送信制御部（ＣＮＴ）１４におけるＥＤＣＡ＋割り込み手段の処理手順を示す。
図において、各アクセスカテゴリーのキュー２１〜２４にパケットが格納されている状態で、ＥＤＣＡ＋割り込み機能の動作が開始する。まず、ＡＣ＿ＶｏまたはＡＣ＿Ｖｉのキュー２１，２２については、各ホップ数に対応するキューにパケットが格納されており、かつそのキューにおける滞在時間の閾値を超えたパケットがあるか否かを判断する（Ｓ21，Ｓ22）。ここで、ＡＣ＿ＶｏまたはＡＣ＿Ｖｉのキュー２１，２２において滞在時間の閾値を超えたパケットがない場合、またはＡＣ＿ＢＥまたはＡＣ＿ＢＫのキュー２３，２４の場合には、各キューに対応する４つのＥＤＣＡバッファ３１〜３４はIEEE802.11ｅのＥＤＣＡに基づいてパケット送信を試みる（Ｓ23）。そして、ＥＤＣＡに基づく所定のＥＤＣＡバッファのパケットが送信される（Ｓ24）。

一方、ＡＣ＿ＶｏまたはＡＣ＿Ｖｉのキュー２１，２２において滞在時間の閾値を超えたパケットがあれば、チャネルがビジーであるか否かを判断し（Ｓ25）、ビジーでなければ４つのＥＤＣＡバッファ３１〜３４のＥＤＣＡによるパケットの送信を中断し、滞在時間の閾値を超えたパケットのすべてを連続的に送信する（Ｓ26，Ｓ27）。

図６は、キュー２１，２２の各ホップ数に対応する滞在時間の閾値の一例を示す。ここでは、ホップ数の増加に応じて滞在時間の閾値を小さい値に設定する。これにより、アクセスカテゴリーがＡＣ＿ＶｏまたはＡＣ＿Ｖｉのパケットについては、ホップ数が大きいほど、短い滞在時間で優先的に送信されることになる。

図７は、ＥＤＣＡ＋割り込み手段によるパケットの優先送信の動作例を示す。ここでは、アクセスカテゴリーがＡＣ＿ＶｏまたはＡＣ＿Ｖｉにおけるホップ数Ｍのキューにおいて、格納されているパケット７１，７２，７３の滞在時間が閾値を超えた場合を想定している。送信ＡＰは、チャネルの状態がビジーからアイドルに変わり、さらにＰＩＦＳ（ポーリング用フレーム間隔）の期間がアイドルであればパケット７１を送信する。次に、このパケット７１の送信からＳＩＦＳ（短フレーム間隔）後に、受信ＡＰから送信されたＡＣＫ８１を受信する。そして、ＳＩＦＳ後に次のパケット７２を送信する動作を繰り返すことにより、３つのパケット７１，７２，７３が連続的に送信される。

無線マルチホップネットワークの構成例を示す図。本発明の無線通信装置の構成例を示す図。送信制御部（ＣＮＴ）１４のキューの構成例を示す図。送信制御部（ＣＮＴ）１４の処理手順を示すフローチャート。送信制御部（ＣＮＴ）１４におけるＥＤＣＡ＋割り込み手段の処理手順を示すフローチャート。キュー２１，２２の各ホップ数に対応する滞在時間の閾値の一例を示す図。ＥＤＣＡ＋割り込み手段によるパケットの優先送信の動作例を示すタイムチャート。

符号の説明

１０無線通信装置
１１アンテナ
１２送受信部（ＴＲＸ）
１３ベースバンド処理部（ＢＢ）
１４送信制御部（ＣＮＴ）
１５インタフェース部（Ｉ／Ｆ）
２１，２２，２３キュー
３１，３２，３３ＥＤＣＡバッファ

Claims

無線マルチホップネットワークで用いられる無線通信装置において、
メディアの種類を示すアクセスカテゴリーに対応する複数のキューを備え、その少なくとも一部のキューは、パケットのホップ数に対応する複数のキューから構成され、
到着するパケットを前記アクセスカテゴリーと前記パケットのホップ数に対応するキューに格納するフィルタリング手段と、
前記アクセスカテゴリーに対応する複数のキューに格納されたパケットのうち、優先度の高いアクセスカテゴリーのキューに格納されたパケットを優先的に送信するスケジューリング手段と
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
請求項１に記載の無線通信装置において、
前記スケジューリング手段は、前記パケットのホップ数に対応する複数のキューのうち、ホップ数の大きいキューに格納されたパケットから順に送信する構成である
ことを特徴とする無線通信装置。
請求項１または請求項２に記載の無線通信装置において、
前記キューにパケットを格納するときに、その格納時刻をパケットに記録するバッファリング手段と、
前記キューごとにパケットの滞在時間の閾値を設定し、この閾値を経過したパケットを格納しているキューが存在する場合に、前記スケジューリング手段の機能を中断し、当該パケットのすべてを優先的に送信する割り込み手段と
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
請求項３に記載の無線通信装置において、
前記ホップ数に対応するキューごとのパケットの滞在時間の閾値は、前記ホップ数の増加に応じて小さい値になるように設定される
ことを特徴とする無線通信装置。
無線マルチホップネットワークで用いられる無線通信方法において、
メディアの種類を示すアクセスカテゴリーに対応する複数のキューを備え、その少なくとも一部のキューは、パケットのホップ数に対応する複数のキューから構成され、
到着するパケットを前記アクセスカテゴリーと前記パケットのホップ数に対応するキューに格納するフィルタリング機能と、
前記アクセスカテゴリーに対応する複数のキューに格納されたパケットのうち、優先度の高いアクセスカテゴリーのキューに格納されたパケットを優先的に送信するスケジューリング機能と
を有することを特徴とする無線通信方法。
請求項５に記載の無線通信方法において、
前記スケジューリング機能は、前記パケットのホップ数に対応する複数のキューのうち、ホップ数の大きいキューに格納されたパケットから順に送信する処理を行う
ことを特徴とする無線通信方法。
請求項５または請求項６に記載の無線通信方法において、
前記キューにパケットを格納するときに、その格納時刻をパケットに記録するバッファリング機能と、
前記キューごとにパケットの滞在時間の閾値を設定し、この閾値を経過したパケットを格納しているキューが存在する場合に、前記スケジューリング機能を中断し、当該パケットのすべてを優先的に送信する割り込み機能と
を有することを特徴とする無線通信方法。
請求項７に記載の無線通信方法において、
前記ホップ数に対応するキューごとのパケットの滞在時間の閾値は、前記ホップ数の増加に応じて小さい値になるように設定される
ことを特徴とする無線通信方法。