JP2007096917A

JP2007096917A - 通信方法および通信装置

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Publication number: JP2007096917A
Application number: JP2005285184A
Authority: JP
Inventors: Yoriko Utsunomiya; 依子宇都宮; Kiyoshi Toshimitsu; 清利光; Takefumi Sakamoto; 岳文坂本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】高性能な端末に負荷を集中させることで効率よくデータ転送を行い、システム全体のスループット向上および中継端末の消費電力の低減を図ることのできる通信方法および通信装置を提供する。
【解決手段】STA2とSTA3は、端末の送信の能力が高いほどオフセット時間を短くするというポリシーの同じアルゴリズムに従って送信方法決定部４において応答時間のオフセットt1,t2を決定することで、結果としてt1 < t2になる。STA4は最初に受信したProbeResponseフレームの送信元である中継端末、すなわちSTA2を接続先として選択し、STA2に対して接続手続きを実行し、STA2に接続完了後、STA2に転送してもらうデータ送信を送信する。STA2がSTA3よりも早くProbeRequestフレームを返信することで、STA2はSTA4の中継端末として選択される。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線により送信されるデータフレームの中継に関し、特に中継端末であることを示す制御フレームを送信する通信方法および通信装置に関する。

近年、無線LANが普及し、企業、大学だけでなく、家庭でも利用されるようになってきた。また、フラットテレビ、ハードディスクレコーダ等の情報家電に無線LANが利用されつつある。例えば、テレビパネルとテレビチューナ間を無線化することにより、テレビパネルを別の部屋に持ち運んで見ることが可能になる。

特に、家庭で無線LANを利用する場合は、１つのアクセスポイントを設置して利用するケースが多い。そして、端末は各部屋で利用することが多いため、アクセスポイントと端末間の通信品質の確保や、アクセスポイントと端末間の距離を延長させる必要があった。

このような問題を解決するために、外付けのアンテナを追加拡張するなどの対策が実施され、外付けアンテナ等が製品化されている。しかし、外付けアンテナによる拡張は、端末の可搬性を損なうものであり、また、美観上も好ましくない。一方で、中継装置を設置し、端末―中継装置―アクセスポイントというネットワークを構築する方法も考えられるが、アクセスポイントと直接通信をするか、中継装置を介して通信をするかの判断が課題となっていた。このような問題を解決するために、特許文献１は、アクセスポイントに直接通信できない場合は、最初に発見した中継可能な中継端末装置を介して通信することを提案している。しかしながら、特定中継端末装置にトラヒックが集中すると、中継装置に必要以上の負荷がかかり、中継装置の消費電力が大きくなってしまうという課題がある。また、中継可能な中継端末装置が複数存在する場合は、通信品質等に応じた中継装置選択ができることが望ましい。

そこで、特許文献２に示されているように、マルチホップにより中継してデータ転送を行う場合、トラヒック負荷を分散させる方式がこれまで検討されてきた。一方、トラヒック負荷の分散とは反対に、特定端末に負荷を集中させる方式は考えられていない。しかし、今後、例えばIEEE 802.11nのような高性能なフレーム送信能力を有する端末装置が現れると、これまでとは逆に高性能な端末装置にトラヒック負荷を集中させて、効率よくデータ転送を行う方式が必要である。
特開２００３−２４９９３７号公報特開２００１−２７４８０１号公報

本発明は、高性能な端末に負荷を集中させることで効率よくデータ転送を行い、システム全体のスループット向上および中継端末の消費電力の低減を図ることのできる通信方法および通信装置を提供することを目的とする。

本発明の一観点に係る通信方法は、送付元端末で送信するデータを送付先端末へ中継することを要求する中継要求を、送付元端末から送信するステップと、第１の中継装置で前記中継要求を受信し、該中継要求に対する第１の中継可能通知を前記中継要求の受信から第１の応答時間内に前記第１の中継装置から前記送付元端末へ送信するステップと、第２の中継装置で前記中継要求を受信し、該中継要求に対する第２の中継可能通知を前記中継要求の受信から前記第１の応答時間よりも長い前記第２の応答時間内に前記第２の中継装置から前記送付元端末へ送信するステップと、前記第１の中継可能通知と前記第２の中継可能通知を前記送付元端末で受信するステップと、前記第１の中継可能通知の受信に基づいて、前記送付元端末で前記第１の中継装置を選択するステップと、前記送付元端末から前記第１の中継装置へ前記データを送信するステップと、前記第１の中継装置で前記データを前記送付先端末へ送信するステップと、を備えることを特徴とする通信方法である。

本発明によれば、高性能な端末に負荷を集中させることで効率よくデータ転送を行い、システム全体のスループット向上および中継端末の消費電力の低減を図ることのできる通信方法および通信装置を提供できる。

図面を参照しながら発明の実施の形態を説明する。

通信に先立ち周波数チャネルの探索を行う無線通信システムとして、IEEE Std. 802.11-1999 (revision 2003はISO/IEC 8802-11:1999(E) ANSI/IEEE Std 802.11、1999 edition、IEEE Std 802.11a-1999、IEEE Std 802.11b-1999、IEEE Std 802.11b-1999/Cor 1-2001とIEEE Std 802.11d-2001を含む)に基づく無線LANシステムがある。以下ではIEEE 802.11無線LANシステムに基づき、基本的なシステム構成を説明する。IEEE 802.11標準規格は物理(Physical: PHY)層と媒体アクセス制御(Medium Access Control: MAC)層に関する規格である。以下の処理は主にMAC層での処理に注目し、説明する。なお、ここで記述するIEEE 802.11標準規格にはIEEE 802.11標準規格のamendmentやrecommended practiceなどとして位置付けられる標準規格も含む。

（第１の実施形態）
図１に本発明に関わる無線システムの構成例を示す。ここでは１台のアクセスポイント(AP)に対して、3台の無線端末(STA1,STA2,STA3)が接続し、そのうちの2台が中継機能を持った無線端末(STA2,STA3)とする。無線端末(STA4)はAPの電波到達範囲外、すなわち、このAPが形成するBSS(Basic Service Set)の範囲外に位置しており、アクセスポイントとの接続を望んでいるとする。また、AP,STA2の2端末はIEEE 802.11a及びIEEE802.11nの両規格をサポートしており、STA1,STA3,STA4の3端末はIEEE 802.11a規格のみに準じているものとする。なお、アクセスポイントに接続する無線端末の台数や、中継機能を持った無線端末の台数は、本発明を限定するものではない。また、中継機能を持った無線端末は、中継専用装置であっても良いし、自らもアクセスポイントと通信を行う無線端末であっても良い。

以下、中継機能を有するSTA2またはSTA3がSTA4の送信データを中継する手順を説明する。尚、STA2やSTA3は、STA4のようなBSSの範囲外に位置する端末のデータを中継するだけでなく、BSSの範囲内に位置しているがSTA2またはSTA3よりもデータの送信能力が低い端末の送信データを中継することも考えられる。例えば、IEEE 802.11a規格のみに準じている端末が、直接APにデータを送信するのではなく、より高速通信が可能な11n規格を有するSTA2にデータを中継してもらうことも考えられる。

図１２に、中継機能を持った無線端末装置(STA2,STA3)の構成例を示す。また、図２に、中継用制御情報フレームの交換図を示す。APと接続したいSTA4は、APサーチを行うために、AP探索要求（ProbeRequest）フレームを送信する。ここではProbeRequestフレームを用いて説明するが、実際には類似した役割を持つ他のフレームでもよい。

STA4はAPの電波到達範囲外に位置しているため、STA4が送信したProbeRequestフレームはAPには届かない。したがって、APは何の応答も示さない。一方、STA1,STA2,STA3はSTA4が送信したProbeRequestフレームを受信する。中継機能を備えていない無線端末STA1は、STA4からのProbeRequestフレームを受信できたとしても、AP探索応答(ProbeResponse)フレームを送信しない。中継機能を備えたSTA2,STA3は図１２の受信部１においてProbeRequestフレームを受信し、フレーム処理部２においてProbeRequestフレームを解析する。受信したフレームがProbeRequestフレームであることが判明すると、フレーム処理部２においてProbeResponseフレームを生成し、送信部３よりSTA4に対してProbeResponseフレームを返信する。各中継端末のProbeResponseフレームの応答方法は送信方法決定部４において、例えば情報記録部５に記憶された値（各中継端末のデータフレームの送信能力など）により決定される。なお、情報記録部５が記憶するこの決定判断の基準とする値は、データフレームの送信能力に限るものではなく、例えば自機の中継用途（動画中継用、VoIP用、など）など、任意に与えられた値でもよい。

データフレームの送信能力とは、たとえば、PHY層におけるデータ伝送速度のことである。また、たとえばフレームアグリゲーションと呼ばれる技術、すなわち、複数のMACフレームを1つのPHYフレームにまとめて送信するような技術をMAC層がサポートしているかどうか、ということも、中継端末におけるデータフレームの送信能力として考えられる。フレームアグリゲーションの技術詳細については、文献「西林，宇都宮，高木，“無線LANにおける選択的再送制御を用いたMACフレームアグリゲーション方式の提案，”信学技報，IN2004−113，Nov. 2004.」等に記載されている。本実施形態では、中継端末が11a端末/11n端末のいずれであるかに応じて、データフレームの送信能力が異なるものとする。11a端末は6,9,12,18,24,36,48,54[Mbps]の8種類の伝送速度をサポートしており、MAC層におけるフレームアグリゲーション機能はサポートしていない。11n端末は11a端末と同様の6,9,12,18,24,36,48,54[Mbps]の8種類の伝送速度に加え、たとえば100-300[Mbps]といった高速な伝送速度をサポートしているものとする。また11n端末は、MAC層におけるフレームアグリゲーション機能もサポートしている。すなわち、11n端末の方が、11a端末よりもデータフレームの送信能力が高いと言える。本実施形態では、STA2とSTA3は共に中継機能を備えているが、11nをサポートしているSTA2の方が、11aのみをサポートしているSTA3よりも高いデータフレームの送信能力を有している。

STA2とSTA3はデータフレームの送信能力が異なるので、ProbeResponseフレームの応答方法が異なる。ProbeResponseフレームの応答方法は図１２の情報記録部５に記録された情報に基づいて、送信方法決定部４において決定される。送信方法決定部４において決定された応答方法に従って、フレーム処理部２においてProbeResponseフレームを生成し、送信部３からProbeResponseフレームを送信する。

下記に、データフレームの送信能力に応じて、ProbeResponseフレームの応答時間にオフセットをつける場合を説明する。図３に、中継用制御情報フレームの交換図を示す。11nをサポートしているSTA2は、STA4からのProbeRequestフレームを図１２の受信部１において受信すると、図１２の情報記録部５に記録された自装置の送信能力や他中継端末装置の送信能力情報等に基づいて、送信方法決定部４において応答時間のオフセットt1を決定する。送信方法決定部４からの指示に従って、フレーム処理部２においてProbeRequestフレームを生成し、送信t1時間経過後にSTA4宛のProbeResponseフレームを送信部３から送信する。一方、11aのみをサポートしているSTA3は、STA4からのProbeRequestフレームを図１２の受信部１において受信すると、図１２の情報記録部５に記録された自装置の送信能力や他中継端末装置の送信能力情報等に基づいて、送信方法決定部４において応答時間のオフセットt2を決定する。送信決定部４からの指示に従って、フレーム処理部２においてProbeRequestフレームを生成し、t2時間経過後にSTA4宛のProbeResponseフレームを送信する。

STA2とSTA3は、端末の送信の能力が高いほどオフセット時間を短くするというポリシーの同じアルゴリズムに従って送信方法決定部４において応答時間のオフセットt1,t2を決定することで、結果としてt1 < t2になる。STA4は最初に受信したProbeResponseフレームの送信元である中継端末、すなわちSTA2を接続先として選択し、STA2に対して接続手続きを実行する。STA2に接続完了後、STA2に転送してもらうデータ送信を送信する。

11nをサポートしているSTA2が11aのみをサポートしているSTA3よりも早くProbeRequestフレームを返信することで、STA2はSTA4の中継端末として選択される。STA2はデータフレームの高速伝送が可能であるため、STA3が中継を行う場合よりも、高速にデータ中継を行うことができる。また、STA2がMAC層においてサポートしているフレームアグリゲーション技術は、送信データ量が多い方がオーバーヘッドを大きく削減でき、スループット特性を改善する。フレームアグリゲーション技術を用いて複数データフレームを1回にまとめて送信すると、送信回数が減るため、送信に付随してチャネルアクセスに必要となるフレーム間隔やバックオフ時間といったオーバーヘッドを削減することができる。多くのデータフレームをアグリゲーションすればするほど、オーバーヘッドは削減され、フレームアグリゲーション技術の効果が高くなり、データフレームを高速に転送することが可能である。しかし、送信データ量が少なく短いデータフレームを単独で送信する場合、データフレーム送信毎にオーバーヘッドが生じるので、フレームアグリゲーション技術によるスループット特性改善効果は十分に得られない。そこで、フレームアグリゲーション技術によるスループット改善効果を最大限に引き出すためには送信データ量が多いことが重要であり、STA2単独では送信データ量が少ない場合には、他端末の中継を請け負うことで様々な端末からトラヒック負荷を集めることができる。

そのため、上記のようにSTA2が早く応答してSTA2に多くの端末から中継のトラヒック負荷を集中させることで、フレームアグリゲーション技術の効果がより顕著に働き、効率よくデータを送信することができる。

以下に、STA2が早く応答を返す方法以外に、多くの端末から中継のトラヒック負荷をSTA2に集中させる方法を記述する。

11nをサポートしているSTA2に負荷を集中させる別の方法として、データフレームの送信能力に応じて、ProbeRequestフレームの応答頻度を変える方法が考えられる。図４に、ProbeResponseフレームの応答の様子を示す。

11nをサポートしているSTA2は、STA4からのProbeRequestフレームを図１２の受信部１において受信すると、図１２の情報記録部５に記録された自装置の送信能力や他中継端末装置の送信能力情報等に基づいて、ProbeResponseフレームを返信する確率p1を送信方法決定部４において決定する。その後、送信方法決定部４は確率p1に基づいてProbeResponseフレームを送信するかどうかを決定し、送信すると決定した場合には、フレーム処理部２にProbeRequestフレームを生成の指示を出す。その後、送信部３からSTA4宛のProbeResponseフレームを送信する。同様に、11aのみをサポートしているSTA3は、STA4からのProbeRequestフレーム受信に対して、p2の確率でProbeResponseフレームを送信する。ここで、1.0 >= p1 > p2 >= 0.0 である。STA4は最初に受信したProbeResponseフレームの送信元である中継端末、すなわち図４の場合にはSTA2を接続先として選択し、STA2に対して接続手続きを実行する。STA2に接続完了後、STA2に転送してもらうデータ送信を送信する。

この方法では、ProbeResponseフレームの応答時間にオフセットをつける方法とは異なり、常にSTA2が選択されるとは限らない。11nをサポートしているSTA2が11aのみをサポートしているSTA3よりも高確率でProbeResponseフレームを返信することで、STA2がSTA4の中継端末として選択される可能性が高くなる。このように、ProbeResponseフレームの応答確率を各中継端末の性能に適した値に設定することで、各中継端末に対してデータフレームの送信能力に応じた量のトラヒックを配分することができる。

11nをサポートしているSTA2に負荷を集中させる別の方法として、中継を依頼している端末のトラヒックの種類やデータレートにより、ProbeResponseフレームを送信する/しないを決定する方法が考えられる。

例えば、STA4の送信データが、動画像データである場合を考える。STA4は、ProbeRequestフレームに送信するトラヒックの種類やデータレートを記載して送信する。STA4からのProbeRequestフレームを受信部１において受信したSTA2とSTA3は、フレーム処理部２においてProbeRequestフレームに記載されたトラヒックの種類/データレートをチェックする。

11nをサポートしているSTA2は、例えば、高ビットレートの動画像データ（つまりデータの種類）を転送することが可能であるというSTA2自身の送信能力を、情報記録部５に記憶している。記憶されている自装置の送信能力とProbeRequestフレームに記載されたトラヒックの種類/データレートとを比較して、それより高ビットレートの動画像データを転送することが可能だと判断すると、送信方法決定部４においてProbeResponseフレームを返信することを決定し、送信方法決定部４からの指示に従ってフレーム処理部２においてSTA4宛のProbeResponseフレームを生成し、送信部３から送信する。

一方、11aのみをサポートしているSTA3は、フレーム処理部２においてProbeRequestフレームより取得したSTA4のデータレートと、情報記録部５に記憶している自装置がサポートしている伝送レートを送信方法決定部４において比較し、転送が可能であると判断すれば、送信方法決定部４からフレーム処理部２へProbeResponseフレーム生成を指示する。その後、送信部３よりSTA4宛にProbeResponseフレームを送信する。STA4のデータレートがSTA3の伝送レートよりも大きい、またはSTA3の伝送レートの方がSTA4のデータレートより大きくてもSTA4の中継を引き受けると処理負荷が非常に重たくなる、という場合には、STA3はProbeResponseフレームを送信しない。このようなProbeResponseフレームを生成(送信)する/しないは、情報記録部５の情報に基づいて送信方法決定部４において決定し、フレーム処理部２や送信部３に指示を出す。STA4は、ProbeResponseフレームを送信してきた中継端末に対して、接続手続きを実行する。複数のProbeResponseフレームを受信した場合には、例えば先着順であるとか、予め定めた期間中に受け取ったProbeResponceフレームの送信元のうち最も送信応力の高いものを選択するとかといった、なんらかのポリシーに基づいて接続する中継端末を選択する。

なお、転送可能かどうかという送信能力を表す値を情報記録部５に記憶するものとして説明したが、送信能力に関係なく、扱うべきデータか否か（例えば、動画像データであれば扱う、VoIPデータであれば扱わない、など）という任意の値を記憶し、これに基づいて判断を行うようにしてもよい。

また、別の例として中継機能を有するSTA2自身がVoIP(Voice over IP)データをAPに送信している場合を考える。VoIPデータは長さの短いパケットが周期的に発生するという特徴を持つ。音声は、発生データ量が少なく、また、許容遅延時間が短いのですぐに送る必要があり、ある程度のデータ量になるまでデータをためておくことが出来ない。そのため、１データフレームを1回ずつ送信することになり、アグリゲーションを用いて複数データフレームをまとめて送信することはできない。したがって、STA2は複数のフレームをまとめて送信するフレームアグリゲーション機能をサポートしているにもかかわらず、音声データの性質から複数データフレームをアグリゲーション送信することができず、スループット特性改善の効果を得られない。STA2が他にも送信するデータを有していれば、フレームアグリゲーション機能により他のデータフレームとVoIPのデータフレームをひとつの大きなデータフレームにまとめ、各データフレームを個別に送信する場合と比較して、送信に伴うオーバーヘッドを削減し効率よく送信することが可能である。そこで、STA2は、STA4からのProbeRequestフレームに記載されたトラヒックの種類/データレートをチェックし、STA4の送信データが自装置の送信しているVoIPデータとフレームアグリゲーションを行うのに適したデータであれば、STA4宛にProbeResponseフレームを送信する。このようにすることで、STA2は自端末で発生したデータだけでなく、1台以上の他端末からのトラヒックを集め、アグリゲーション機能によりそれらをまとめて送信することができ、中継端末のデータフレームの送信能力を最大限に活かして、効率よくデータ送信を行うことが可能になる。

また、この方法では、中継端末側が端末のトラヒック情報を見て、中継可能な端末、中継を引き受けることでトラヒック負荷を集めデータ送信効率が改善される端末を選択することもできる。

11nをサポートしているSTA2に負荷を集中させる別の方法として、自装置のデータフレームの送信能力をProbeRequestフレームに記載してSTA4に通知する方法が考えられる。記載するデータフレームの送信能力は、たとえば、11n/11aといったサポートしている規格の種類でも良いし、使用可能な伝送レートを通知してもよい。もしくは、中継装置のデータフレームの送信能力を複数段階にランク付けし、自装置のランクを記載してもよい。また、ProbeRequestフレームに記載する情報は自装置のデータフレームの送信能力に限らず、所望収容STA数や許容負荷量であってもよい。

11nをサポートしているSTA2は、STA4からのProbeRequestフレームを図１２の受信部１において受信すると、フレーム処理部２においてProbeResponseフレームを生成する際、図１２の情報記録部５に記録された自装置の送信能力をProbeResponseフレームに記載する。自装置のデータフレームの送信能力は、ProbeRequestフレームのMACヘッダ部の未使用ビットを使用して記載することができる。また、11n/11aといったサポートしている規格の種類や使用可能な伝送レートならば、図１１に示すように従来より設けられているMACヘッダ中のProtocol Versionフィールドやフレームボディ中のSupported Rateフィールドを用いてSTA4に通知することができる。生成されたSTA4宛のProbeResponseフレームは、送信部３から送信される。複数端末からのProbeResponseフレームを受信したSTA4は自装置のトラヒック量や送信するデータの種類に適したデータフレームの送信能力を持つ中継端末を接続先として選択し、接続手続きを実行する。選択した中継端末に接続完了後、データを送信する。

この方法では、端末側が中継端末の性能情報を見て、自端末のデータ転送に適切な中継端末を選択することができる。

以上のいずれかの方法により、アグリゲーション機能を有する高性能な中継端末であるSTA2に1台以上の他端末からのトラヒック負荷を集めることで複数のデータフレームをまとめて送信し、送信毎に発生するチャネルアクセスのためのフレーム間隔やバックオフ時間といったオーバーヘッドを削減することができる。これにより、STA2単独ではトラヒックの発生量が少ない場合であっても、アグリゲーション機能の効果を発揮させることができ、スループット特性を向上させることが可能である。

（第２の実施形態）
本実施形態における無線システムの構成は、図１に示した第１の実施形態のものと同様である。中継機能を持った無線端末装置(STA2,STA3)の構成例についても図１２に示した第１の実施形態のものと同様である。図５に、本実施形態に係る中継用制御情報フレームの交換図を示す。中継機能を備えているSTA2とSTA3は、送信方法決定部４から指示される周期／送信方法に基づいて、定期的にフレーム処理部２において中継可能であることを示す中継端末情報報知フレームを生成し、送信部３からブロードキャスト送信する。各中継端末の中継端末情報報知フレームの送信方法は送信方法決定部４において決定され、各中継端末のデータフレームの送信能力により異なる。APと接続したいSTA4は、いずれかの中継端末から中継端末情報報知フレームを受信した場合、その中継端末に対して接続手続きを行い、データを送信する。

以下、データフレームの送信能力に応じて、中継端末情報報知フレームの送信頻度を変える場合を説明する。図６に、中継用制御情報フレームの交換図を示す。

11nをサポートしているSTA2は、図１２の情報記録部５に記録された自装置の送信能力や他中継端末装置の送信能力情報等に基づいて、送信方法決定部４において中継端末情報報知フレームをブロードキャスト送信する時間周期t1を決定する。送信決定部４からの指示に従って、フレーム処理部２において中継端末情報報知フレームを生成し、送時間周期t1毎にSTA4宛の中継端末情報報知フレームを送信部３からブロードキャスト送信する。同様に、11aのみをサポートしているSTA3は、t2の時間周期で中継端末情報報知フレームをブロードキャスト送信する。STA2とSTA3は、端末の送信の能力が高いほど送信する時間周期を短くするというポリシーの同じアルゴリズムに従って送信方法決定部４において中継端末情報報知フレームを送信する時間周期t1,t2を決定することで、結果としてt1 < t2になる。STA2はSTA3よりも短い周期で頻繁に中継用制御情報フレームを送信するので、STA4がSTA2を発見する確率は高い。結果として、中継を希望する端末が中継端末としてSTA2を選択する場合が多くなる。

このように11nをサポートしているSTA2が11aのみをサポートしているSTA3よりも短い周期で中継用制御情報フレームをブロードキャスト送信することで、STA2はSTA4の中継端末として選択される確率が高くなる。STA2はデータフレームの高速伝送が可能であるため、STA3が中継を行う場合よりも、高速にデータ中継を行うことができる。また、STA2がMAC層においてサポートしているフレームアグリゲーション技術は、送信データ量が多い方がオーバーヘッドを大きく削減でき、スループット特性を改善する。したがって、上記のようにSTA2に中継のトラヒック負荷を集中させることで、フレームアグリゲーション技術の効果がより有効に働き、効率よくデータを送信することができる。

11nをサポートしているSTA2に負荷を集中させる別の方法として、データフレームの送信能力に応じて、中継端末情報報知フレームの送信範囲を変える方法が考えられる。中継端末情報報知フレームの送信範囲は、たとえば、送信電力やアンテナの指向性により変化させることができる。

図７を用いて、送信電力を用いる例を説明する。11nをサポートしているSTA2は、図１２の情報記録部５に記録された自装置の送信能力や他中継端末装置の送信能力情報等に基づいて、送信方法決定部４において送信電力p1を決定する。フレーム処理部２において中継端末情報報知フレームを生成し、送信決定部４からの指示に従って送時間周期毎にSTA4宛の中継端末情報報知フレームを送信電力p1を用いて送信部３からブロードキャスト送信する。

同様に、11aのみをサポートしているSTA3は、p2の送信電力で中継端末情報報知フレームを定期的にブロードキャスト送信する。STA2とSTA3は、端末の送信の能力が高いほど送信電力を大きく設定するというポリシーの同じアルゴリズムに従って、送信方法決定部４において中送信電力p1,p2を決定することで、結果としてp1 > p2になる。STA2はSTA3よりも大きい送信電力で中継用制御情報フレームを送信するので、より広範囲に到達する。したがって、STA2が送信した中継用制御情報フレームは多くの端末に受信される。その結果、STA2に接続する端末が多くなり、STA2は11nの性能を活かした高速伝送を行うことができる。

また、図８に示すように、アンテナの指向性により、中継端末情報報知フレームの送信範囲を制御することもできる。たとえば、11nをサポートしているSTA2は、図１２の情報記録部５に記録された自装置の送信能力や他中継端末装置の送信能力情報等に基づいて、送信方法決定部４において無指向性アンテナの使用を決定する。フレーム処理部２において中継端末情報報知フレームを生成し、送信決定部４からの指示に従って送時間周期毎にSTA4宛のP中継端末情報報知フレームを無指向性アンテナを用いて送信部３からブロードキャスト送信する。同様に、11aのみをサポートしているSTA3は、アンテナの指向性をしぼって、中継端末情報報知フレームをブロードキャスト送信する。この結果、STA2の送信した中継端末情報報知フレームは、STA3よりも広い範囲に到達する。したがって、STA2が送信した中継用制御情報フレームは多くの端末に受信され、結果として接続を要求する端末数が多くなる。

このように、11nをサポートしているSTA2のカバーエリアを広くし、11aのみをサポートしているSTA3のカバーエリアを狭くすることで、STA2配下に多くの端末を集中させることができる。これらの端末の中継をSTA3が行うことで、STA2にトラヒック負荷が集中する。

11nをサポートしているSTA2に負荷を集中させる別の方法として、自装置のデータフレームの送信能力を中継端末情報報知フレームに記載してブロードキャストする方法が考えられる。記載するデータフレームの送信能力情報は、たとえば11n/11aといったサポートしている規格の種類でも良いし、使用可能な伝送レートでもよい。もしくは、中継装置のデータフレームの送信能力を複数段階にランク付けし、自装置のランクを記載してもよい。また、データフレームの送信能力に限らず、所望収容STA数や許容負荷量であってもよい。

11nをサポートしているSTA2は、フレーム処理部２において中継端末情報報知フレームを生成する際、図１２の情報記録部５に記録された自装置の送信能力を中継端末情報報知フレームに記載する。中継端末情報報知フレームのフレーム構成は、図１１に示すProbeRequestフレームと同様、もしくは類似の構成であると考えられる。自装置のデータフレームの送信能力は、中継端末情報報知フレームのMACヘッダ部の未使用ビットを使用して記載することができる。また、11n/11aといったサポートしている規格の種類や使用可能な伝送レートならば、図１１に示すように従来より設けられているMACヘッダ中のProtocol Versionフィールドやフレームボディ中のSupported Rateフィールドを用いてSTA4に通知することができる。複数端末からの中継端末情報報知フレームを受信したSTA4は、自装置のトラヒック量や送信するデータの種類に適したデータフレームの送信能力を持つ中継端末を接続先として選択し、接続手続きを実行する。選択した中継端末に接続完了後、データを送信する。

（第３の実施形態）
第１の実施形態および第２の実施形態では、端末と中継端末の接続確立に関する制御フレームの送信方法によって、データフレームの送信能力が高い中継端末に負荷を集中させる方法を説明したが、本実施形態では、データフレームの送信能力が高い中継端末が送信データを増やしたい場合に、中継データ募集フレームを送信し、このフレームを受信した各端末は中継ルートを変更することで負荷を集める方式を説明する。中継端末情報報知フレームのフレーム構成は、図１１に示すProbeRequestフレームと同様、もしくは類似の構成であるとする。

本実施形態における無線システムの構成は、図１に示した第１の実施形態のものと同様である。図９に、本実施形態に係る中継機能を有する端末構成を示す。また、図１０に、本実施形態に係る中継用制御情報フレームの交換図を示す。時刻tの時点で、STA4はSTA3を中継してデータ送信を行っているものとする。時刻t+Δt1になったとき、STA2が短いデータ、例えば、VoIPデータを送信開始する。時刻t+Δt2になるまでSTA2はVoIPデータを送信し続け、時刻t+Δt1から時刻t+Δt2の間、図９に示す低効率検出部９０において伝送効率を測定する。伝送効率とは、例えば、自装置が達成している実効伝送速度である。時刻t+Δt2において、測定した伝送効率があらかじめ定めた閾値よりも低い場合、低効率検出部９０から中継データ募集フレーム生成部９１へと、信号を入力する。中継データ募集フレーム生成部９１は信号が入力されると、中継データ募集フレームを生成し、該フレームを物理層９２に受け渡し、物理層９２からブロードキャストで送信される。中継端末STA2は、上記のような伝送効率測定、及び、条件に合致した場合は中継データ募集フレーム生成と送信を定常的に行っても良いし、定期的に行ってもよい。

STA2からの中継データ募集フレームを受信したSTA4は、中継データ募集フレームの送信元アドレス(STA2)と現在接続している中継端末のアドレス(STA3)を比較する。両アドレスが異なる場合、現在接続している中継端末(STA3)に対して接続切断要求フレームを送信し、STA3との接続を切断する。その後、STA4に対して接続要求フレームを送信し、接続手続きを開始する。

このようにして、STA4は中継データ募集フレームを受信した場合、STA3からSTA2へと中継端末を切り替える。端末が中継データ募集フレームを受信した際に中継端末を切り替える判断基準としては、上記で述べたようなアドレスの比較だけでなく、中継端末のデータフレームの送信能力や中継端末が募集しているトラヒックの種類、データレート等を考慮して切り替えを行うか否かを決定してもよい。中継端末のこれらの情報は、中継端末が中継データ募集フレームに記載して端末に通知することができる。

この方法では、中継端末が必要なときにトラヒックを募集することで、伝送効率が改善するように送信データ量を調節することができる。

以上の方法により、アグリゲーション機能を有する高性能な中継端末であるSTA2に1台以上の他端末からのトラヒック負荷を集めることで複数のデータフレームをまとめて送信し、送信毎に発生するチャネルアクセスのためのフレーム間隔やバックオフ時間といったオーバーヘッドを削減することができる。これにより、STA2単独ではトラヒックの発生量が少ない場合であっても、アグリゲーション機能の効果を発揮させることができ、スループット特性を向上させることが可能である。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る無線システムの構成例を示す図同実施形態に係る中継用制御情報フレームの交換図同実施形態に係る別の中継用制御情報フレームの交換図同実施形態に係る別の中継用制御情報フレームの交換図本発明の第２の実施形態に係る中継用制御情報フレームの交換図同実施形態に係る中継用制御情報フレームの詳細な交換図同実施形態に係る中継用制御情報フレームの送信範囲を示す図同実施形態に係る中継用制御情報フレームの別の送信範囲を示す図本発明の第３の実施形態に係る中継端末の構成を示す図同実施形態に係る中継用制御情報フレームの交換図ＰｒｏｂｅＲｅｑｕｅｓｔフレーム構成を示す図中継無線通信装置の構成図

符号の説明

１…受信部；
２…フレーム処理部；
３…送信部；
４…送信方法決定部；
５…情報記録部

Claims

送付元端末で送信するデータを送付先端末へ中継することを要求する中継要求を、送付元端末から送信するステップと、
第１の中継装置で前記中継要求を受信し、該中継要求に対する第１の中継可能通知を前記中継要求の受信から第１の応答時間内に前記第１の中継装置から前記送付元端末へ送信するステップと、
第２の中継装置で前記中継要求を受信し、該中継要求に対する第２の中継可能通知を前記中継要求の受信から前記第１の応答時間よりも長い前記第２の応答時間内に前記第２の中継装置から前記送付元端末へ送信するステップと、
前記第１の中継可能通知と前記第２の中継可能通知を前記送付元端末で受信するステップと、
前記第１の中継可能通知の受信に基づいて、前記送付元端末で前記第１の中継装置を選択するステップと、
前記送付元端末から前記第１の中継装置へ前記データを送信するステップと、
前記第１の中継装置で前記データを前記送付先端末へ送信するステップと、
を備えることを特徴とする通信方法。
送付元端末が送信するデータを送付先端末へ中継することを要求する中継要求を、前記送付元端末から受信し、送付元端末からの前記データを受信する受信部と、
前記受信部で前記中継要求を受信してから、他の通信装置が前記中継要求を受信してから前記中継要求に対する他の中継可能通知を送信するまでの第２の応答時間よりも短い第１の応答時間以内に、前記中継要求に対する中継可能通知を前記送付元端末へ送信し、前記送付元端末からの前記データを前記送付先端末へ送信する送信部と、
を備えることを特徴とする通信装置。
前記送信部は、前記送付元端末からの前記データを前記送付先端末へ、前記送付先端末への前記他の通信装置の伝送速度よりも高い伝送速度で、送信することができることを特徴とする請求項２記載の通信装置。
前記送信部は、前記他の端末がサポートしないフレームアグリゲーション機能をサポートしていることを特徴とする請求項２記載の通信装置。
送付元端末で送信するデータを送付先端末へ中継することが可能であることを通知する第１の中継可能通知を第１の中継装置からp1の頻度で送信するステップと、
前記送付元端末で送信する前記データを前記送付先端末へ中継することが可能であることを表す第２の中継可能通知を前記第２の中継装置から前記p1よりも低いp2の頻度で送信するステップと、
前記第１の中継可能通知と前記第２の中継可能通知を前記送付元端末で受信するステップと、
前記第１の中継可能通知の受信に基づいて、前記送付元端末で前記第１の中継装置を選択するステップと、
前記送付元端末から前記第１の中継装置へ前記データを送信するステップと、
前記第１の中継装置で前記データを前記送付先端末へ送信するステップと、
を備えることを特徴とする通信方法。
送付元端末からのデータを受信する受信部と、
送付元端末が送信するデータを送付先端末へ中継することが可能であることを通知する中継可能通知を、他の通信装置が他の中継可能通知を送信する確率p2よりも高いp1の確率で送信し、前記送付元端末からの前記データを前記送付先端末へ送信する送信部と、
を備えることを特徴とする通信装置。
送付元端末で送信するデータを送付先端末へ中継することを要求する中継要求を、前記データの種類を表すデータ種類情報と共に送付元端末から送信するステップと、
中継装置で前記中継要求と前記データ種類情報とを受信し、前記データ種類情報が表す前記データの種類を扱うかどうか判断するステップと、
前記データ種類情報が表す前記データの種類を扱うと判断した場合に、前記中継要求に対する中継可能通知を前記中継装置から前記送付元端末へ送信するステップと、
前記中継可能通知を前記送付元端末で受信し、前記受信した中継可能通知を送信した中継装置へ前記送付元端末から前記データを送信するステップと、
前記データを前記受信した中継可能通知を送信した中継装置で受信して前記送付先端末へ送信するステップと、
を備えることを特徴とする通信方法。
扱うべきデータの種類を記憶する記憶部と、
送付元端末が送信するデータを送付先端末へ中継することを要求する中継要求を、前記データの種類を表すデータ種類情報と共に送付元端末から受信し、前記送付元端末からの前記データを受信する受信部と、
前記データ種類情報と前記記憶部が記憶している前記扱うべきデータの種類とを比較して前記受信部で受信した前記データを扱うかどうか判断する判断部と、
前記判断部が、前記データ種類情報が表す前記データの種類を扱うと判断した場合に、前記中継要求に対する中継可能通知を前記送付元端末へ送信し、前記送付元端末からの前記データを前記送付先端末へ送信する送信部と、
を備えることを特徴とする通信装置。
送付元端末で送信するデータを送付先端末へ中継することが可能であることを通知する中継可能通知を、取扱可能なデータの種類を表す取扱データ種類情報と共に中継装置から送信するステップと、
前記中継可能通知と前記取扱データ種類情報とを前記送付元端末で受信し、前記取扱データ種類情報に前記データの種類が含まれるかどうかを判断するステップと、
前記取扱データ種類情報に前記データの種類が含まれると判断した場合に、前記受信した中継可能通知を送信した中継装置へ前記送付元端末から前記データを送信するステップと、
前記データを前記受信した中継可能通知を送信した中継装置で受信して前記送付先端末へ送信するステップと、
を備えることを特徴とする通信方法。
前記中継可能通知と前記取扱データ種類情報とを受信する受信部と、
前記取扱データ種類情報に前記データの種類が含まれるかどうかを判断する判断部と、
前記取扱データ種類情報に前記データの種類が含まれると判断した場合に、前記受信した中継可能通知を送信した通信装置へ前記データを送信する送信部と、を備えることを特徴とする通信装置。
送付元端末で送信するデータを送付先端末へ中継することが可能であることを通知する第１の中継可能通知を前記第１の中継装置から第１の送信範囲に送信するステップと、
送付元端末で送信するデータを送付先端末へ中継することが可能であることを通知する第２の中継可能通知を前記第２の中継装置から、前記第１の送信範囲よりも狭い第２の送信範囲に送信するステップと、
前記第１の中継可能通知と前記第２の中継可能通知とのうち、前記送付元端末で受信した中継可能通知を送信した中継装置へ前記データを送信するステップと、
前記送付元端末で受信した前記中継可能通知を送信した前記中継装置で前記データを前記送付先端末へ送信するステップと、
を備えることを特徴とする通信方法。
送付元端末が送信するデータを受信する受信部と、
送付元端末が送信するデータを送付先端末へ中継することが可能であることを通知する中継可能通知を、他の通信装置が他の中継可能通知を送信する送信範囲とは大きさが異なる送信範囲に向けて送信し、前記送付元端末からの前記データを前記送付先端末へ送信する送信部と、
を備えることを特徴とする通信装置。
送付元端末で送信するデータを送付先端末へ中継することが可能であることを通知する第１の中継募集通知を前記第１の中継装置から送信するステップと、
前記データを第２の中継装置へ送信している前記送付元端末で受信し、前記データを、前記第２の中継装置へ送信するのを止めて、前記受信した中継募集通知を送信した前記第１の中継装置へ送信するステップと、
前記データを前記受信した中継募集通知を送信した前記第１の中継装置で受信して前記送付先端末へ送信するステップと、
を備えることを特徴とする通信方法。
前記第１の中継装置におけるデータの伝送効率を測定するステップと、
前記伝送効率をあらかじめ定められた閾値と比較するステップとをさらに備え、
前記伝送効率が前記閾値よりも低くなったときに前記第１の中継装置が前記第１の中継募集通知を送信することを特徴とする請求項１３に記載の通信方法。