JP2007096902A - 無線通信システムのパケット衝突検出方法及び無線通信装置 - Google Patents

無線通信システムのパケット衝突検出方法及び無線通信装置 Download PDF

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Abstract

【課題】他端末MS2からのパケットの受信後でキャリア判定前に自端末MS1からパケットが送信された場合に、他端末からの受信パケットと自端末の送信パケットとの衝突を検出してデータ送信を停止し、データパケットの欠落を防止する。
【解決手段】他端末MS2からの受信パケットの遅延時間d0が重畳されたキャリア判定信号を、自端末MS1がパケット送信中においても監視し、他端末MS2からの受信パケットと自端末MS1の送信パケットとの衝突を検出したとき、送信データ送出を停止する。上記自端末MS1の送信パケットの遅延時間d1内に、上記他端末MS2からの受信パケットのキャリア判定信号出力があったとき、パケット衝突と判断する。
【選択図】図1

Description

本発明は、車々間通信システムのような複数の移動端末局が、CSMA(Carrier Sense Multiple Access)を用いて通信を行うシステムにおける無線通信システムのパケット衝突検出方法及び無線通信装置に関する。
複数の移動端末局が、CSMAを用いて通信を行うシステムは、非特許文献1に記載されているように、一般に知られている。ここで、CSMAとは、各端末が通信媒体(ここでは大気中)の使用状況を見ながら(キャリアセンス:Carrier sense)、媒体がビシー状態であれば送信を見送り、空き状態であれば送信を行う方式である。ビシー状態確認後の動作により、non−persistent方式とp−persistent方式がある。
CSMAを有線LANに適用し、パケット衝突を自動検出するものをCSMA/CD(CSMA with Collision Detection)という。代表的な方式に、ケーブル上の直流成分を監視し、その増加分で衝突検出を行うものがある。ただし、受信レベルが激しく変動する無線通信の場合には、一般的に電力、電流等のアナログ信号での衝突検出機能を持たない。
衝突検出機能はないが、何らかの衝突回避機能を備えたものをCSMA/CA(CSAM with Collision Avoidance)と呼ぶ。トラフィック量に応じて、p−persistent、l−persistent non−persistentを変動する方式、non−persistentにおいて待機時間に優先順位を設ける方式等がある。
特開平11−127479号公報 ワイヤレスLANアーキテクチャ 第3章 3.1 媒体アクセス制御技術 コンテンション方式 共立出版
しかしながら、CSMA/CA方式を用いた場合においては、通信を行う車両台数の増加に伴いキャリアセンス待機時間のフレームに占める割合が増加し、システム全体の品質劣化につながる。
また、一般的に送信を開始すると他端末からの受信パケットのキャリア判定を行わないが、図11に示すように、送信を開始するまでに無線区間での伝搬遅延によりキャリアセンスが無効となる時間(遅延時間d0)が存在するという問題があった。これにより、キャリアセンスが無効となる遅延時間d0内にパケットが送信されるとパケット衝突が起こるが、車両台数が増加していくと1フレーム内で再送制御を行う時間がなく、その結果パケットが破棄されてシステム全体の品質の劣化につながる。
このため、特許文献1に、送信局から受信局までの距離に応じたダミービットをパケットに付加してパケット衝突を回避する発明が提案されている。しかしこの場合でも、受信パケットのキャリア判定の遅延時間内にパケットが送信されると、パケット衝突が起きてしまう。
以上のことから、車々間通信システムにおいては、無線通信システムでありながら短時間で精度の高いパケット衝突を検出する方式が必要となる。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、他端末からの受信パケットの遅延時間が重畳されたキャリア判定信号を、自端末がパケット送信中においても監視し、他端末からの受信パケットと自端末の送信パケットとの衝突を検出したとき、送信データ送出を停止することを特徴とする。
他端末からのキャリア判定信号を、自端末がパケット送信中においても監視するため、他端末からのパケットの受信後でキャリア判定前に自端末からパケットが送信された場合でも、他端末からの受信パケットと自端末の送信パケットとの衝突を検出することができる。これにより、送信データ送出を停止して、データパケットの欠落を防止することができる。この結果、システムの性能、システムに対する品質、信頼性を向上させることができる。
次に、本発明の実施形態について添付図面を基に説明する。
[第1実施形態]
以下、第1の実施形態について説明する。図1に本実施形態に係る通信端末局の基本構成を示す。図1においては、受信側の通信端末局MS1と、送信側の通信端末局MS2と、データ構成例とを記載している。通信端末局MS1と通信端末局MS2は、車々間通信システム等に用いられる移動端末局である。CSMAを用いて通信を行う複数の移動端末局を備えてシステムが構成されている。
各通信端末局MS1,MS2は同じ構成を有している。具体的には、通信端末局MS1,MS2は、メディアアクセス部MAC1,MAC2と、送信部TX1,TX2と、アンテナANT1,ANT2と、受信部RX1,RX2と、サーキュレータCIR1,CIR2と、キャリアセンス回路CS1,CS2とを備えて構成されている。
メディアアクセス部MAC1,MAC2は、送信信号作成等を行う部分である。メディアアクセス部MAC1,MAC2は、送信信号の作成の際には、予め設定された構成のデータを作成する。このデータは、無線部での同期用データブロックや個別情報ブロック等の通常データブロックと、その前に付加された衝突検出用のダミーブロックCDB1,CDB2とから構成されている。このため、メディアアクセス部MAC1,MAC2は、送信信号の作成の際に通常データブロックの前に衝突検出用のダミーブロックCDB1,CDB2を付加する。このダミーブロックCDB1,CDB2の長さは[d0+d2]となる。この長さ[d0+d2]については後述する。ダミーブロックのデータにはCLK同期用データを含む。
さらに、メディアアクセス部MAC1,MAC2は、自端末がパケット送信中も、キャリアセンス回路CS1,CS2からのキャリア判定信号出力を取り込むように設定されている。これにより、メディアアクセス部MAC1,MAC2は、自端末がパケット送信中であって、キャリア判定可能時刻T1から自端末のキャリア判定可能時刻T3までの区間(衝突検出可能区間)内に、キャリアセンス回路CS1,CS2からのキャリア判定信号出力が接続された場合は、パケット衝突と判断し、パケット送信を中止する機能を備えている。
送信部TX1,TX2は、メディアアクセス部MAC1,MAC2からの送信信号を、無線伝送に適した形にディジタル変調し、所定の周波数に変換してアンテナANT1,ANT2側へ送出する。受信部RX1,RX2は、アンテナANT1,ANT2からの受信信号を、所定の中間周波に変換し、ディジタル復調後メディアアクセス部MAC1,MAC2及びキャリアセンス回路CS1,CS2へ送出する。サーキュレータCIR1,CIR2は、結合に方向性が持たせてあり、送信部TX1,TX2と受信部RX1,RX2を選択的にアンテナANT1,ANT2に接続する。
キャリアセンス回路CS1,CS2は、受信部RX1,RX2からの信号を受けてキャリア判定を行い、そのキャリア判定信号出力をメディアアクセス部MAC1,MAC2に接続する。このキャリアセンス回路CS1,CS2は、自端末がパケット送信中においても監視するように設定されている。即ち、キャリアセンス回路CS1,CS2は、自端末がパケット送信中においてもキャリア判定を行い、キャリア判定信号出力をメディアアクセス部MAC1,MAC2へ接続する機能を備えている。
[動作]
以上のように構成された通信端末局MS1,MS2は、次のように動作する。図2のタイミングチャートを基に説明する。
時刻T0に送信側の通信端末局MS2から送信されたパケットP2は、受信側の通信端末局MS1のアンテナANT1で受信され、サーキュレータCIR1を介して受信部RX1に取り込まれる。受信部RX1では、キャリア判定遅延d0の影響を受け、時刻T1に判定可能になる。
このため、MS1において時刻T1以降にメディアアクセス部MAC1より送信要求がありキャリアセンスを行う場合は、キャリア判定を正常に行うことができ、パケットの衝突は起こらない。
しかし、MS1において時刻T2のように時刻T0からT1の間に送信要求が起こると、キャリア判定が行えないため、パケットP1は送信されてしまう。このMS1より送信されたパケットP1は、サーキュレータCIR1を逆方向に漏洩して自端末MS1内の受信部RX1に入力され、遅延時間d1を経て時刻T3においてキャリア判定される。
この場合において、時刻T1から時刻T3の間は、自端末MS1からの送信パケットは判定できないが、他端末MS2からの送信パケットの有無は判断できる。つまり、MS1では、自端末がパケット送信中でも、キャリアセンス回路CS1は機能しており、このキャリアセンス回路CS1がキャリア判定を行う。この結果、キャリアセンス回路CS1はキャリア判定信号出力をメディアアクセス部MAC1に接続することになる。メディアアクセス部MAC1では、キャリアセンス回路CS1からのキャリア判定信号出力を取り込み、自端末のパケット送信中でありながらキャリア判定信号出力を受けたことでパケットの衝突と判断する。この結果、ダミー信号内においてパケットの衝突を検出できることとなる。なお、パケットの衝突を検出する時刻T4は、キャリア判定を連続的に行うことにより、時刻T1まで早めることができる。
パケットの衝突を検出した端末MS1のMAC1は、即座にデータ生成部からのデータ送信の中止処理を行う。この送信停止処理は、MAC1内およびTX1内の処理遅延時間d2を経て時刻T5に完了する。よって、付加するダミーデータのデータ長は、[d0+d2]となる。なお、d2は、キャリア判定を連続的に行って、パケットの衝突を検出する時刻T4を時刻T1まで早めた場合が最短となる。キャリア判定の間隔が開けば、時刻T1と時刻T4との間も開くため、d2はその分だけ長くなる。
以上の動作により、MS2のデータパケットの欠落を防ぐ。また、MS1にて送信が中止されたパケットは、そのパケットのうちダミーデータが破損するだけで、データパケットは保護され、このデータパケットにダミーデータが再び付加され、送信待機時間を経て、再送信される。
[効果]
以上のように、本実施形態によれば、各パケットの先頭に衝突検出用のダミーデータを付加し、他端末からのパケットの検出と、自端末で折返されたパケットの検出との遅延時間差を利用し、自端末が送信を開始した後に他端末からのキャリア判定を行うことにより、パケットの衝突を検出することができるようになる。これにより、ダミーデータ内で衝突を検出してパケット送信を中止するため、データパケットの欠落を防止することができる。この結果、システムの性能、システムに対する品質、信頼性を向上させることができる。

[第2実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図3に本実施形態に係る通信端末局の基本構成を示す。図3に記載した通信端末局MS1の構成は、上記第1実施形態で説明した通信端末局とほぼ同様である。そして、本実施形態の通信端末局MS1では、上記第1実施形態の通信端末局に、衝突検出回路CD1と送信部停止用スイッチSW1とを備えたものである。
衝突検出回路CD1は、キャリアセンス回路CS1に接続され、このキャリアセンス回路CS1にてキャリア判定されて出力されたキャリア判定信号を取り込むように設定されている。さらに衝突検出回路CD1は、メディアアクセス部MAC1にも接続され、メディアアクセス部MAC1から送信中信号TXW1を取り込むように設定されている。これにより、衝突検出回路CD1は、送信中信号TXW1とキャリア判定信号とが取り込まれた時点で送信部停止用スイッチSW1をオフにする。即ち、衝突検出回路CD1は、送信中信号TXW1が接続されている状態であって設定時間(遅延d1)の間にキャリア判定信号が接続されると、即座に送信部停止信号を出力して送信部停止用スイッチSW1をオフにする機能を備えている。
送信部停止用スイッチSW1は、送信部TX1に送信制御信号を出力して、パケットの送信/停止を制御するためのスイッチである。即ち、送信部停止用スイッチSW1は、通常はオン状態(送信部TX1がパケット送信可能状態)になっており、衝突検出回路CD1からの送信部停止信号が入力すると、スイッチオフの送信制御信号を送信部TX1に出力して、パケットの送信を停止させる機能を備えている。
送信部TX1は、送信部停止用スイッチSW1からのスイッチオフの送信制御信号を受けて、即座にパケットの送信処理を停止する機能を備えている。このため、メディアアクセス部MAC1は、衝突検出によるパケット送信の停止機能は不要となる。
なお、本実施形態では、通信端末局MS1についてのみ説明したが、複数存在するすべての通信端末局が同様の構成を有している。
[動作]
以上のように構成された通信端末局MS1は、次のように動作する。図4のタイミングチャートを基に説明する。なお、本実施形態の通信端末局MS1の全体的な動作は上記第1実施形態の通信端末局と同様であるため、ここでは本実施形態の通信端末局MS1に特有の動作を中心に説明する。
第1の実施形態と同様に、MS2からの遅延分d0が重畳されたキャリア判定信号と、MAC1からの送信中信号TXW1により、CD1にて衝突の検出を行う。具体的には、送信要求時刻T2にメディアアクセス部MAC1が送信部TX1にパケットデータの送信を開始すると同時に、送信中信号TXW1を衝突検出回路CD1に出力する。衝突検出回路CD1は、遅延d1の時間内にキャリア判定信号が入力されたか否かを判断する。そして、遅延d1内の時刻T1にキャリア判定信号が入力されると、パケットの衝突と判断して、その時刻T1に、即座に送信部停止信号を送信部停止用スイッチSW1に出力して送信部停止用スイッチSW1をオフにする。これにより、送信部停止用スイッチSW1は、送信部TX1に送信制御信号を出力して、パケットの送信を停止する。この場合に、データパケットの先頭に付加する必要があるダミーデータのデータ長は[d0]となる。
遅延d1内にキャリア判定信号が入力されない場合は、他端末からのパケットの送信が無いということであるため、衝突検出回路CD1及び送信部停止用スイッチSW1が作動することはなく、そのまま送信される。
この結果、他端末から送信されたパケットと自端末のパケットとが衝突したと判断した場合は、その時刻T1とほぼ同時にパケットの送信を停止するため、遅延d1内である、パケット先頭のダミーデータ内で送信が中止される。そして、送信が中止されたパケットは、再びダミーデータが付加され、送信待機時間を経て再送信される。
[効果]
第1の実施形態では、MAC1で送信データ停止を行うため、MAC1およびTX1内での処理遅延が発生する可能性があった。この遅延時間は短いため、通信端末局の数があまり多くない場合には問題になることはない。一方、通信端末局の数が多い場合には、わずかな遅延時間も削る必要があるため、この場合に本実施形態の有効になる。即ち、本実施形態では専用の処理回路をアンテナに接続される回路に直接設けることにより、処理遅延d2をなくして付加ダミーデータをより短くすることができるため、フレーム内の占有時間を削減することができる。この結果、システムのパフォーマンス、通信の品質、信頼性を向上させることができる。

[第3実施形態]
以下、本発明の第3の実施形態について説明する。図5に本実施形態に係る通信端末局の基本構成を示す。図5に記載した通信端末局MS1の基本的な構成は、上記第1実施形態で説明した通信端末局と同様である。そして、本実施形態では、上記第1実施形態の通信端末局に、スイッチSW2を備えたものである。
スイッチSW2は、受信部RX1及びキャリアセンス回路CS1を必要に応じて停止させる制御を行うためのスイッチである。スイッチSW2は、メディアアクセス部MAC1と受信部RX1とに接続され、メディアアクセス部MAC1からの受信制御信号RXW1の出力を受けて、受信部RX1の動作/停止の切り替え制御を行う機能を備えている。さらに、受信部RX1の動作/停止に連動してキャリアセンス回路CS1が動作/停止するように設定されている。
[動作]
以上のように構成された通信端末局MS1は、次のように動作する。図6のタイミングチャートを基に説明する。なお、本実施形態の通信端末局MS1の全体的な動作は上記第1実施形態の通信端末局と同様であるため、ここでは本実施形態の通信端末局MS1に特有の動作を中心に説明する。
第1の実施形態と同様に、MS2からのパケット送信と自端末局からのパケット送信とが衝突した場合は、その衝突を検出してパケット送信を中止する。
MS2からのパケット送信がない状態で、自端末局からパケットを送信する場合は、受信部RX1及びキャリアセンス回路CS1を動作させておく必要はない。このため、時刻T3において衝突検出がされなかった場合、スイッチ回路SW2は、メディアアクセス部MAC1からRXオフの受信制御信号RXW1の出力を受けて、受信部RX1を停止させる。さらに、受信部RX1の停止に連動してキャリアセンス回路CS1も停止させる。
このRX1およびCS1の停止状態は、自端末局からのパケットが送信されている間続く。自端末局からのパケット送信が完了する時刻T4には、メディアアクセス部MAC1からRXオンの受信制御信号RXW1がスイッチ回路SW2に出力され、受信部RX1及びキャリアセンス回路CS1が再度動作状態に戻される。
[効果]
本実施形態では、第1の実施形態の効果に加え、次の効果を奏する。
通信端末局MS1が、自端末からのパケットP1の送信中に、RX1およびCS1を停止させることにより、衝突検出に費用最小限の受信動作を実現させ、省電力化を図ることができる。
[変形例]
上記第1、2、3の実施形態では、送信部TX1と受信部RX1の結合にサーキュレータCIR1を用いたが、本発明はこれに限定するものではなく、他の回路を用いても良い。例えば、システムまたは回路上に減衰マージンがあれば、図7のような抵抗分配(結合)回路H1を利用することも実施可能である。
また、アンテナ端反射電力や、送信と受信で別系統のアンテナを有する場合では、アンテナ間での漏洩結合電力を利用することも可能である(図8、図9参照)
また、各実施形態のデータパケット構成では、ダミーデータを付加しているが、同期用データと同じものを付加しても実施可能である。
また、第3の実施形態では、第1の実施形態にRXW1およびSW2を追加した構成としたが、本発明はこれに限定することなく、図10に示すように、第3の実施形態に第2の実施形態と同様の回路を追加する構成としても実施可能である。この場合は、第2の実施形態及び第3の実施形態のそれぞれの効果を奏することができる。また、実施可能な範囲で各実施形態に係る構成を適宜組み合わせることができる。
本発明の第1の実施形態に係る通信端末局の基本構成及びデータの構成を示す構成図である。 本発明の第1の実施形態に係る通信端末局での処理のタイミングチャートを示す構成図である。 本発明の第2の実施形態に係る通信端末局の基本構成を示す構成図である。 本発明の第2の実施形態に係る通信端末局での処理のタイミングチャートを示す構成図である。 本発明の第3の実施形態に係る通信端末局の基本構成を示す構成図である。 本発明の第3の実施形態に係る通信端末局での処理のタイミングチャートを示す構成図である。 本発明の第1の変形例を示す構成図である。 本発明の第2の変形例を示す構成図である。 本発明の第3の変形例を示す構成図である。 本発明の第4の変形例を示す構成図である。 従来の無線通信システムに用いられる通信端末局の構成及びタイミングチャートを示す構成図である。
符号の説明
MS1:通信端末局
MS2:通信端末局
MAC1,MAC2:メディアアクセス部
TX1,TX2:送信部
ANT1,ANT2:アンテナ
RX1,RX2:受信部
CIR1,CIR2:サーキュレータ
CS1,CS2:キャリアセンス回路
CDB1,CDB2:ダミーブロック

Claims (14)

  1. 他端末からの受信パケットの遅延時間が重畳されたキャリア判定信号を、自端末のパケット送信中に監視し、
    他端末からの受信パケットと自端末の送信パケットとの衝突を検出したとき、送信データ送出を停止することを特徴とする無線通信システムのパケット衝突検出方法。
  2. 請求項1に記載の無線通信システムのパケット衝突検出方法において、
    上記自端末の送信パケットの遅延時間内に、上記他端末からの受信パケットのキャリア判定信号出力があったとき、パケット衝突と判断することを特徴とする無線通信システムのパケット衝突検出方法。
  3. 他端末からの受信パケットの遅延時間が重畳されたキャリア判定信号を、自端末送信パケットの送信開始後に監視し、
    他端末からの受信パケットと自端末の送信パケットとの衝突を検出したとき、送信データ送出を停止することを特徴とする無線通信システムのパケット衝突検出方法。
  4. 請求項3に記載の無線通信システムのパケット衝突検出方法において、
    上記自端末送信パケットの送信開始と同時に出力する送信中信号を用い、
    当該送信中信号出力後に、上記他端末からの受信パケットのキャリア判定信号出力があったとき、パケット衝突と判断することを特徴とする無線通信システムのパケット衝突検出方法。
  5. 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の無線通信システムのパケット衝突検出方法において、
    上記パケット衝突と判断したとき、送信回路を停止することを特徴とする無線通信システムのパケット衝突検出方法。
  6. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の無線通信システムのパケット衝突検出方法において、
    上記自端末の送信パケットのキャリア判定信号出力時に、上記他端末からの受信パケットのキャリア判定信号出力がないとき、自端末送信パケットの送信完了まで受信回路を停止させることを特徴とする無線通信システムのパケット衝突検出方法。
  7. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の無線通信システムのパケット衝突検出方法において、
    衝突検出用に付加するデータブロックとして、キャリア判定遅延時間分のダミーデータを付加したことを特徴とする無線通信システムのパケット衝突検出方法。
  8. 他端末からの受信パケットの遅延時間が重畳されたキャリア判定信号を、自端末のパケット送信中に監視し、他端末からの受信パケットと自端末の送信パケットとの衝突を検出したとき、送信データ送出を停止させる機能を備えたことを特徴とする無線通信装置。
  9. 請求項8に記載の無線通信装置において、
    上記自端末の送信パケットの遅延時間内に、上記他端末からの受信パケットのキャリア判定信号出力があったとき、パケット衝突と判断する機能を備えたことを特徴とする無線通信装置。
  10. 他端末からの受信パケットの遅延時間が重畳されたキャリア判定信号を、自端末送信パケットの送信開始後に監視し、他端末からの受信パケットと自端末の送信パケットとの衝突を検出したとき、送信データ送出を停止させる機能を備えたことを特徴とする無線通信装置。
  11. 請求項10に記載の無線通信装置において、
    上記自端末送信パケットの送信開始と同時に出力する送信中信号を用い、
    当該送信中信号出力後に、上記他端末からの受信パケットのキャリア判定信号出力があったとき、パケット衝突と判断する機能を備えたことを特徴とする無線通信装置。
  12. 請求項8ないし11のいずれか1項に記載の無線通信装置において、
    上記パケット衝突と判断したとき、送信回路を停止する機能を備えたことを特徴とする無線通信装置。
  13. 請求項8ないし12のいずれか1項に記載の無線通信装置において、
    上記自端末の送信パケットのキャリア判定信号出力時に、上記他端末からの受信パケットのキャリア判定信号出力がないとき、自端末送信パケットの送信完了まで受信回路を停止させる機能を備えたことを特徴とする無線通信装置。
  14. 請求項8ないし13のいずれか1項に記載の無線通信装置において、
    衝突検出用に付加するデータブロックとして、キャリア判定遅延時間分のダミーデータを付加したことを特徴とする無線通信装置。

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