JP2007060366A

JP2007060366A - 無線通信装置および無線通信方法

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Publication number: JP2007060366A
Application number: JP2005244017A
Authority: JP
Inventors: Loyola Luis; ルイスロヨラ; Masakatsu Ogawa; 将克小川; Toru Sakata; 徹阪田
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】無線マルチホップホップネットワークにおいて、ゲートウェイの処理効率を高め、ネットワーク全体のスループットの低下を回避する。
【解決手段】無線マルチホップネットワークを構成する無線通信装置であり、複数のチャネルの利用が可能な無線通信装置が宛先の無線通信装置が使用するチャネルを使用してパケットを送信することによりマルチホップ接続を行う無線通信装置において、有線ネットワークに接続されたゲートウェイ無線通信装置は、周辺の無線通信装置宛てのパケットを連続的に送信する手段を備え、周辺の無線通信装置は、ゲートウェイ無線通信装置宛てのパケットを連続的に送信する手段を備える。また、ゲートウェイ無線通信装置とパケット送受信を行う無線通信装置は、周辺の無線通信装置に対して送信を禁止する措置を行う。
【選択図】図１

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。

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，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、有線ネットワークに接続されたゲートウェイにトラヒックが集中し、ネットワーク全体のスループットを低下させる。非特許文献２に記載のＴＧｅにおいて、マルチホップ通信における品質制御の仕様は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。

ところで、複数の無線通信装置がそれぞれ複数のチャネルを有し、無線通信装置間で無線パケットを転送する際に、転送先の無線通信装置が使用するチャネルを使用して当該無線パケットを送信する技術がある（特願２００４−２４８２６３）。これにより、無線通信装置が配下の端末局と通信する無線基地局であっても、無線基地局間で無線パケットの転送処理を効率よく行うことができる。しかし、このような無線マルチホップネットワークであっても、ゲートウェイにトラヒックが集中し、ネットワーク全体のスループットが低下する問題は避けられない。

本発明は、無線マルチホップホップネットワークにおいて、ゲートウェイの処理効率を高め、ネットワーク全体のスループットの低下を回避することができ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を構成する無線通信装置であり、複数のチャネルの利用が可能な無線通信装置が宛先の無線通信装置が使用するチャネルを使用してパケットを送信することによりマルチホップ接続を行う無線通信装置において、有線ネットワークに接続されたゲートウェイ無線通信装置は、周辺の無線通信装置宛てのパケットを連続的に送信する手段を備え、周辺の無線通信装置は、ゲートウェイ無線通信装置宛てのパケットを連続的に送信する手段を備える。これにより、ゲートウェイ無線通信装置は、周辺の無線通信装置との間でパケットを連続して送受信できるので、他の無線通信装置とのパケット衝突を回避しながら効率のよいパケット転送を実現することができる。

また、ゲートウェイ無線通信装置は、周辺の無線通信装置とパケット送受信を行うときに、周辺の無線通信装置が使用するチャネルを使用して送受信開始要求を示すＲＴＳパケットを送信する手段を備え、ＲＴＳパケットを受信した無線通信装置は、当該チャネルの使用を禁止するためのＣＴＳパケットをその周辺の無線通信装置に送信する手段を備え、ゲートウェイ無線通信装置および周辺の無線通信装置は、ＲＴＳパケットを受信した無線通信装置からゲートウェイ無線通信装置へのＣＴＳパケットの送信後に、当該チャネルを使用してパケットの連続的な送受信を行う手段とを備える。これにより、ゲートウェイ無線通信装置とパケット送受信を行う無線通信装置は、周辺の無線通信装置の送信を禁止することにより、パケット衝突を未然に防ぐことができる。

本発明は、無線マルチホップネットワークを構成し、複数のチャネルの利用が可能な無線通信装置が宛先の無線通信装置が使用するチャネルを使用してパケットを送信することによりマルチホップ接続を行う無線通信方法において、有線ネットワークに接続されたゲートウェイ無線通信装置は、周辺の無線通信装置宛てのパケットを連続的に送信し、周辺の無線通信装置は、ゲートウェイ無線通信装置宛てのパケットを連続的に送信する。これにより、ゲートウェイ無線通信装置は、周辺の無線通信装置との間でパケットを連続して送受信できるので、他の無線通信装置とのパケット衝突を回避しながら効率のよいパケット転送を実現することができる。

また、ゲートウェイ無線通信装置は、周辺の無線通信装置とパケット送受信を行うときに、周辺の無線通信装置が使用するチャネルを使用して送受信開始要求を示すＲＴＳパケットを送信し、ＲＴＳパケットを受信した無線通信装置は、当該チャネルの使用を禁止するためのＣＴＳパケットをその周辺の無線通信装置に送信し、ゲートウェイ無線通信装置および周辺の無線通信装置は、ＲＴＳパケットを受信した無線通信装置からゲートウェイ無線通信装置へのＣＴＳパケットの送信後に、当該チャネルを使用してパケットの連続的な送受信を行う。これにより、ゲートウェイ無線通信装置とパケット送受信を行う無線通信装置は、周辺の無線通信装置の送信を禁止することにより、パケット衝突を未然に防ぐことができる。

本発明は、ゲートウェイ無線通信装置とその周辺の無線通信装置との間で、パケットを連続的に送受信することにより、チャネルの利用効率を高めることができ、ゲートウェイ無線通信装置におけるスループットを改善することができる。

さらに、ゲートウェイ無線通信装置とその周辺の無線通信装置との間で使用するチャネルについて、他の周辺の無線通信装置に対して利用禁止に設定することにより、パケット衝突を回避してさらにスループットを改善することができる。

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））１〜７で構成される。そのうちの１つの無線通信装置７は、有線ネットワークに接続しているゲートウェイ無線通信装置（ＧＷＡＰ）である。すなわち、ＡＰ１〜ＡＰ６は、それぞれ無線パケットの中継を行いながらＧＷＡＰ７を介してインターネットと接続される。

ここで、ＡＰ１〜ＡＰ６およびＧＷＡＰ７は、それぞれ２つの無線インタフェース（Ｉ／Ｆ１，Ｉ／Ｆ２）を有する。Ｉ／Ｆ１は、各ＡＰごとに予め利用するチャネルｆ₁〜ｆ₇が決められている。Ｉ／Ｆ２は、周辺ＡＰの既知のチャネルに合わせたチャネルを設定し、周辺ＡＰとのパケット送受信に利用される。先願（特願２００４−２４８２６３）で示される発明は、例えばＡＰ６がＡＰ１にパケットを送信するときに、ＡＰ６のＩ／Ｆ２のチャネルをＡＰ１のＩ／Ｆ１のチャネルｆ₁に設定する。これにより、ＡＰ６のＩ／Ｆ２からチャネルｆ₁で送信されたパケットは、チャネルｆ₁がＩ／Ｆ１に設定されているＡＰ１に受信される。

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、無線通信装置は、２つのアンテナ１１−１，１１−２と、各アンテナ１１−１，１１−２に接続される送受信部（ＴＲＸ）１２−１，１２−２と、各送受信部１２−１，１２−２に順次接続されるベースバンド処理部（ＢＢ）１３−１，１３−２および送信制御部（ＴｘＣＮＴ）１４−１，１４−２と、制御部（ＣＮＴ）１５と、有線インタフェース部（Ｉ／Ｆ）１６とにより構成される。

図３は、ＧＷＡＰ７がパケットを送信するときのチャネル利用禁止のための制御例（マルチＣＴＳ）を示す。
図１に示した無線マルチホップネットワークにおいて、ＧＷＡＰ７がＡＰ６にパケットを送信するときに、まずＧＷＡＰ７はＩ／Ｆ２のチャネルをＡＰ６のＩ／Ｆ１のチャネルｆ₆に設定し、パケットの送信開始要求を示すＲＴＳパケットを送信する。このＲＴＳパケットを受信したＡＰ６は、周辺のＡＰ１〜ＡＰ５に対して、それぞれのＩ／Ｆ１のチャネルｆ₁〜ｆ₅を利用して、チャネルｆ₆の利用禁止のためのＣＴＳパケットを順番に送信する。例えば、ＡＰ６がＡＰ１にチャネルｆ₆の利用を禁止するＣＴＳパケットを送信するときは、ＡＰ６のＩ／Ｆ２のチャネルをＡＰ１のＩ／Ｆ１のチャネルｆ₁に設定する。ＣＴＳパケットを受信したＡＰ１〜ＡＰ５は、通知されたチャネルｆ₆の利用を禁止するためのＮＡＶ（送信抑制期間）を設定する（図７参照）。また、ＡＰ６は、最後にチャネルｆ₆でＧＷＡＰ７にＣＴＳパケットを送信するが、ＧＷＡＰ７ではこのＣＴＳパケットに応じてパケットの送受信を開始する（図７参照）。

図４は、マルチＣＴＳの処理手順を示す。ここでは、図１および図３に示すように、ＧＷＡＰ７との間でパケットの送受信を行うＡＰ６における処理手順を例に説明する。
図において、ＡＰ６は、予め周辺のＡＰ１〜ＡＰ５のＩ／Ｆ１およびＧＷＡＰ７のＩ／Ｆ２が利用するチャネルｆ₁〜ｆ₆のリストを作成する（Ｓ１）。このとき、各チャネルのチャネルリスト番号ｋを１，２，…，Ｎとする。Ｎは、ＧＷＡＰ７のＩ／Ｆ２が利用するチャネルｆ₆のチャネルリスト番号ｋに対応する最大値である。次に、ＡＰ６はチャネルリスト番号ｋを「１」とし（Ｓ２）、ＧＷＡＰ７からチャネルｆ₆で送信されるＲＴＳパケットを受信するまで待機する（Ｓ３）。ＲＴＳパケットを受信すると、チャネルリスト番号ｋのチャネル（図３の例ではｆ₁）がビジーであるか否かを判断し（Ｓ４）、このチャネルがビジーであればアイドルになるまで待機する。

一方、チャネルリスト番号ｋのチャネルがアイドルであれば、チャネルリスト番号ｋのＡＰへのＣＴＳパケット（図３の例ではＡＰ１へのＣＴＳパケット）を送信する（Ｓ５）。以下同様に、チャネルリスト番号ｋがＮになるまで順番に、対応するチャネルを用いた周辺ＡＰ１〜ＡＰ５，ＧＷＡＰ７へのＣＴＳパケットの送信を繰り返す（Ｓ６，Ｓ７，Ｓ４，Ｓ５）。

図５は、ＧＷＡＰ７のパケット送受信処理手順を示す。
図において、ＧＷＡＰ７は、起動時に周辺に存在するＡＰをリストアップし、各ＡＰリスト番号ｍを１，２，…，Ｍとする（Ｓ11）。Ｍは、周辺のＡＰ数である。次に、ＧＷＡＰ７は、ＡＰリスト番号ｍを「１」とし（Ｓ12）、ＡＰリスト番号ｍのＡＰへ送信するパケットがあるか否かを判断する（Ｓ13）。ここで、ＧＷＡＰ７から送信するパケットがあれば、ＧＷＡＰ７からＡＰリスト番号ｍのＡＰへのパケットの連続送信を実行する（Ｓ14）。また、ＧＷＡＰ７からの連続送信を終えた後、またはＧＷＡＰ７から送信するパケットがなければ、ＡＰリスト番号ｍのＡＰからＧＷＡＰ７へのパケットの連続送信を実行する（Ｓ15）。以下同様に、ＡＰリスト番号ｍがＭになるまで順番に、ＧＷＡＰ７のパケット送受信を繰り返す（Ｓ16，Ｓ17，Ｓ13〜Ｓ15）。

図６は、ＧＷＡＰ７のパケット送受信のシーケンス例を示す。ＧＷＡＰ７のパケット送受信には、ＧＷＡＰ７からの連続送信（図５のＳ14）と、ＧＷＡＰ７への連続送信（図５のＳ15）がある。

図１に示す無線マルチホップネットワークにおいて、ＧＷＡＰ７からの連続送信（図５のＳ14）では、ＧＷＡＰ７はＡＰ６に対してチャネルｆ₆でＲＴＳパケットを送信する。その後、ＧＷＡＰ７はＡＰ６からＲＴＳパケットの受信応答を示すＡＣＫを受信し、ＡＰ６は図３および図４に示すようにマルチＣＴＳを実行し、最後にＧＷＡＰ７にＣＴＳパケットが受信される。その後、ＧＷＡＰ７は、ＡＰ６宛てのすべてのパケットがなくなるまでパケットを送信し、それぞれ対応するＡＣＫを受信する動作を繰り返す。

次に、ＧＷＡＰ７への連続送信（図５のＳ15）に入り、ＧＷＡＰ７がＡＰ６に対してCF-Poll パケットを送信する。ＡＰ６は、ＧＷＡＰ７に対してＡＣＫを送信後に、ＧＷＡＰ７宛てのすべてのパケットを連続的に送信する。ＡＰ６は、すべてのパケットの送信後にＧＷＡＰ７に対して、すべてのパケットの受信状況を確認するためのブロックＡＣＫ要求（ＢＡＲ）を送信し、ＧＷＡＰ７はすべてのパケットの受信状況を記述したブロックＡＣＫ（ＢＡＣＫ）を送信する。その後、未受信のパケットがあれば再送処理が行われる。

図３のマルチＣＴＳのシーケンス例、図４のマルチＣＴＳの送信処理手順、図５のＧＷＡＰ７のパケット送受信処理手順および図６のシーケンス例に対応するパケット送受信の動作例を図７に示す。

ＧＷＡＰ７との間でパケットを送受信するＡＰ６は、ＧＷＡＰ７からのＲＴＳパケットを受信し、周辺のＡＰ１〜ＡＰ５へのマルチＣＴＳを実行する。このとき、ＣＴＳパケットを受信したＡＰ１〜ＡＰ５は、ＧＷＡＰ７がＡＰ６との間で利用するチャネルｆ₆での送信を禁止する期間としてＮＡＶを設定する。ＮＡＶの期間としては、例えばCF-Poll パケットの送信後のＡＣＫ受信までとする。これにより、ＧＷＡＰ７はＡＰ６からＣＴＳパケットを受信すると、図５および図６の処理手順に従ってパケットの送受信を行う。

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。ＧＷＡＰ７がパケットを送信するときのマルチＣＴＳを示す図。マルチＣＴＳの処理手順を示すフローチャート。ＧＷＡＰ７のパケット送受信処理手順を示すフローチャート。ＧＷＡＰ７のパケット送受信のシーケンス例を示す図。ＧＷＡＰ７のパケット送受信の動作例を示すタイムチャート。

符号の説明

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（Ｔx ＣＮＴ）
１５制御部（ＣＮＴ）
１６インタフェース部（Ｉ／Ｆ）

Claims

無線マルチホップネットワークを構成する無線通信装置であり、複数のチャネルの利用が可能な無線通信装置が宛先の無線通信装置が使用するチャネルを使用してパケットを送信することによりマルチホップ接続を行う無線通信装置において、
有線ネットワークに接続されたゲートウェイ無線通信装置は、周辺の無線通信装置宛てのパケットを連続的に送信する手段を備え、
前記周辺の無線通信装置は、前記ゲートウェイ無線通信装置宛てのパケットを連続的に送信する手段を備えた
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、
前記ゲートウェイ無線通信装置は、前記周辺の無線通信装置とパケット送受信を行うときに、周辺の無線通信装置が使用するチャネルを使用して送受信開始要求を示すＲＴＳパケットを送信する手段を備え、
前記ＲＴＳパケットを受信した無線通信装置は、当該チャネルの使用を禁止するためのＣＴＳパケットをその周辺の無線通信装置に送信する手段を備え、
前記ゲートウェイ無線通信装置および前記周辺の無線通信装置は、前記ＲＴＳパケットを受信した無線通信装置から前記ゲートウェイ無線通信装置へのＣＴＳパケットの送信後に、当該チャネルを使用してパケットの連続的な送受信を行う手段とを備えた
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を構成し、複数のチャネルの利用が可能な無線通信装置が宛先の無線通信装置が使用するチャネルを使用してパケットを送信することによりマルチホップ接続を行う無線通信方法において、
有線ネットワークに接続されたゲートウェイ無線通信装置は、周辺の無線通信装置宛てのパケットを連続的に送信し、
前記周辺の無線通信装置は、前記ゲートウェイ無線通信装置宛てのパケットを連続的に送信する
ことを特徴とする無線通信方法。
請求項３に記載の無線通信方法において、
前記ゲートウェイ無線通信装置は、前記周辺の無線通信装置とパケット送受信を行うときに、周辺の無線通信装置が使用するチャネルを使用して送受信開始要求を示すＲＴＳパケットを送信し、
前記ＲＴＳパケットを受信した無線通信装置は、当該チャネルの使用を禁止するためのＣＴＳパケットをその周辺の無線通信装置に送信し、
前記ゲートウェイ無線通信装置および前記周辺の無線通信装置は、前記ＲＴＳパケットを受信した無線通信装置から前記ゲートウェイ無線通信装置へのＣＴＳパケットの送信後に、当該チャネルを使用してパケットの連続的な送受信を行う
ことを特徴とする無線通信方法。