JP2007129570A - Packet collision evading method, communication terminal and communication system - Google Patents

Packet collision evading method, communication terminal and communication system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To evade a collision in a short time without reducing the using band of communication data and without providing a special node. <P>SOLUTION: Each communication terminal includes the transmission timing information of the next packet in a packet from the communication terminal and transmits it. When the packet is to be transmitted from the communication terminal, each communication terminal predicts the presence/absence of the collision of the packet by predicting the transmission timing of the other communication terminal on the basis of the transmission timing of the next packet included in the already received packet transmitted by the other communication terminal, and executes collision evading processing when the collision is predicted. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はパケット衝突回避方法、通信端末及び通信システムに関し、例えば、無線アドホック通信システムに適用し得るものである。   The present invention relates to a packet collision avoidance method, a communication terminal, and a communication system, and can be applied to, for example, a wireless ad hoc communication system.

各ノード（無線通信端末）が任意のタイミングでデータを送信したくなる無線アドホックネットワーク（無線アドホック通信システム）では、一般的に、アクセス制御方式として、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式が適用される。   In a wireless ad hoc network (wireless ad hoc communication system) in which each node (wireless communication terminal) wants to transmit data at an arbitrary timing, CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access Collision Aviation) is generally used as an access control method. The method is applied.

このＣＳＭＡ／ＣＡ方式におけるパケットの衝突回避の方法として、固定長のランダムパルスを送出することにより、自端末が送信することを主張してコネクションを確立させるランダムパルス送出方法や、送信要求（ＲＴＳ）と受信準備完了（ＣＴＳ）を授受することでコネクションを確立させるＲＴＳ／ＣＴＳ方法や、さらに、これら方法に加えて受信応答（ＡＣＫ）の授受を含めてコネクションを確立させる方法などがあった。   As a method of avoiding packet collision in the CSMA / CA system, a random pulse transmission method for transmitting a fixed-length random pulse to insist that the terminal transmits it and establishing a connection, or a transmission request (RTS) And RTS / CTS method for establishing a connection by exchanging reception preparation completion (CTS), and a method for establishing a connection including exchange of a reception response (ACK) in addition to these methods.

また、このようなコネクション確立時の衝突回避のために、特定ノードが各ノードの優先順位を管理し、この優先順位を利用することも行われている（特許文献１参照）。
特表２００２−５３７６８７号公報 In order to avoid such a collision at the time of establishing a connection, a specific node manages the priority of each node and uses this priority (see Patent Document 1).
Special Table 2002-537687

しかしながら、ランダムパルス送出方法では、衝突検出ウィンドウ期間中に、固定長のパルスをランダムに複数個送信しなくてはならず、データ以外に使用する帯域が増加してしまうという課題があった。   However, in the random pulse transmission method, a plurality of fixed-length pulses must be transmitted randomly during the collision detection window period, and there is a problem in that the band used for other than data increases.

同様に、ＲＴＳ／ＣＴＳ方法では、ＲＴＳを送出してＣＴＳを待つので、その分の時間が無駄になると言う課題があった。   Similarly, in the RTS / CTS method, RTS is sent and CTS is waited, so that there is a problem that the time is wasted.

また、パケットをブロードキャストやマルチキャストすることもあり得る方法では、ＡＣＫを使用することができないので、ＣＳＭＡ／ＣＡ ｗｉｔｈ ＡＣＫを用いた方式を用いることはできない。   Further, in a method that can broadcast or multicast a packet, ACK cannot be used, and therefore a method using CSMA / CA with ACK cannot be used.

さらに、特定ノードが管理する優先順位に従って衝突を回避する方法では、特定ノードをわざわざ設けなければならないという課題がある。   Furthermore, in the method of avoiding a collision according to the priority order managed by the specific node, there is a problem that the specific node must be provided.

そのため、通信データに使用できる帯域を削減することなく、特別なノードを設けずに短時間で衝突を回避できる、ブロードキャストやマルチキャストにも対応できるパケット衝突回避方法、通信端末及び通信システムが望まれている。   Therefore, there is a demand for a packet collision avoidance method, a communication terminal, and a communication system that can cope with broadcast and multicast without reducing the bandwidth that can be used for communication data, and can avoid collision in a short time without providing a special node. Yes.

第１の本発明のパケット衝突回避方法は、各通信端末は、当該通信端末からのパケットに当該パケットの次のパケットの送信タイミング情報を盛り込んで送信し、上記各通信端末は、当該通信端末からパケットを送信しようとする際には、他の通信端末が送信して既に受信したパケットに盛り込まれている次のパケットの送信タイミング情報に基づいて、他の通信端末の送信タイミングを予測してパケットの衝突有無を予測し、衝突が予測されるときに、衝突回避処理を実行することを特徴とする。   In the packet collision avoidance method according to the first aspect of the present invention, each communication terminal transmits the packet from the communication terminal by including the transmission timing information of the packet next to the packet, and the communication terminal receives the packet from the communication terminal. When trying to transmit a packet, the packet is predicted by predicting the transmission timing of the other communication terminal based on the transmission timing information of the next packet included in the packet already transmitted by the other communication terminal. The collision avoidance process is executed when a collision is predicted and when a collision is predicted.

第２の本発明は、非同期にパケットの送信動作を行う、通信相手が固定ではない通信端末において、当該通信端末からのパケットに当該パケットの次のパケットの送信タイミング情報を盛り込んで送信させる次パケットタイミング情報挿入手段と、他の通信端末から受信したパケットに盛り込まれている次のパケットの送信タイミング情報を抽出する次パケットタイミング情報抽出手段と、当該通信端末からパケットを送信しようとする際には、他の通信端末が送信して既に受信したパケットに盛り込まれている次のパケットの送信タイミング情報に基づいて、他の通信端末の送信タイミングを予測してパケットの衝突有無を予測し、衝突が予測されるときに、衝突回避処理を実行する衝突回避手段とを有することを特徴とする。   In a second aspect of the present invention, a packet is transmitted asynchronously. In a communication terminal whose communication partner is not fixed, a packet transmitted from the communication terminal includes transmission timing information of a packet next to the packet. Timing information insertion means, next packet timing information extraction means for extracting transmission timing information of the next packet included in a packet received from another communication terminal, and when trying to transmit a packet from the communication terminal Based on the transmission timing information of the next packet included in the packet that has already been transmitted and transmitted by the other communication terminal, the transmission timing of the other communication terminal is predicted to predict whether or not the packet collides. It has a collision avoidance means for executing a collision avoidance process when predicted.

第３の本発明は、非同期にパケットの送信動作を行う通信相手が固定ではない複数の通信端末を有する通信システムにおいて、上記各通信端末として、第２の本発明の通信端末を適用したことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, the communication terminal according to the second aspect of the present invention is applied as each communication terminal in a communication system having a plurality of communication terminals whose communication partners performing asynchronous packet transmission operations are not fixed. Features.

本発明によれば、データパケットに次パケットの送信タイミング情報を盛り込んで授受し合うことで、衝突有無を予測して衝突回避するようにしたので、通信データに使用できる帯域を削減することなく、特別なノードを設けずに短時間で衝突を回避でき、ブロードキャストやマルチキャストにも対応できる。   According to the present invention, the transmission timing information of the next packet is included in the data packet and exchanged, thereby predicting the presence or absence of the collision and avoiding the collision, so without reducing the bandwidth that can be used for the communication data, Collisions can be avoided in a short time without providing a special node, and broadcast and multicast can also be handled.

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明によるパケット衝突回避方法、通信端末及び通信システムを、無線アドホック通信システムに適用した第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。 (A) First Embodiment Hereinafter, a first embodiment in which a packet collision avoidance method, a communication terminal, and a communication system according to the present invention are applied to a wireless ad hoc communication system will be described with reference to the drawings.

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態の無線アドホック通信システムにおける無線端末の構成を示すブロック図である。第１の実施形態の無線アドホック通信システムは、図１に示す内部構成を有する複数の無線端末から構成されている。なお、図１は、パケットの衝突回避面からの詳細構成を示しており、データの入出力構成などは省略している。 (A-1) Configuration of First Embodiment FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a wireless terminal in a wireless ad hoc communication system according to the first embodiment. The wireless ad hoc communication system according to the first embodiment includes a plurality of wireless terminals having the internal configuration shown in FIG. FIG. 1 shows a detailed configuration from a packet collision avoidance side, and a data input / output configuration and the like are omitted.

図１において、無線端末１００は、送信タイミング決定回路１０１、送信タイミング調整回路１０２、送信回路１０３、受信回路１０４及びキャリアセンス回路１０５を有する。   In FIG. 1, the wireless terminal 100 includes a transmission timing determination circuit 101, a transmission timing adjustment circuit 102, a transmission circuit 103, a reception circuit 104, and a carrier sense circuit 105.

送信タイミング決定回路１０１は、システムのデータ送信要求に沿って、自端末からのパケットを送信するタイミングを決定し、決定した送信タイミング及び後述する次パケットの送信タイミングとを送信タイミング信号１１１として、送信タイミング調整回路１０２に与えるものである。送信タイミング決定回路１０１で生成される送信タイミングは、自端末からの次パケットの送信タイミングを予測し得るものである。例えば、送信タイミングについて固定の周期を持っている場合には、決定した送信タイミングに固定周期を加算したものが次の送信タイミングの予測値となる。また例えば、ＣＳＭＡのように、送信ごとに、乱数でタイミング修正する場合にも、次パケットの送信タイミング用の乱数値を予め決定することで次パケットの送信タイミングの予測値を得ることができる。この場合には、決定された送信タイミングに固定周期を加算した後、次パケットの送信タイミング用の乱数値を用いて修正したタイミングが次パケットの送信タイミングの予測値となる。   The transmission timing determination circuit 101 determines the timing for transmitting a packet from its own terminal according to the data transmission request of the system, and transmits the determined transmission timing and the transmission timing of the next packet described later as a transmission timing signal 111. This is given to the timing adjustment circuit 102. The transmission timing generated by the transmission timing determination circuit 101 can predict the transmission timing of the next packet from the own terminal. For example, when the transmission timing has a fixed cycle, a value obtained by adding the fixed cycle to the determined transmission timing is a predicted value of the next transmission timing. Further, for example, when the timing is corrected with a random number for each transmission as in CSMA, a predicted value of the transmission timing of the next packet can be obtained by determining a random value for the transmission timing of the next packet in advance. In this case, after adding a fixed period to the determined transmission timing, the timing corrected using the random value for the transmission timing of the next packet becomes the predicted value of the transmission timing of the next packet.

受信回路１０４は、他の無線端末からのパケットを受信、処理するものであり、受信パケットに含まれている、その端末についての次パケットの送信タイミング情報を抽出し、次パケットタイミング信号１１３として、送信タイミング調整回路１０２に与えるものである。なお、次パケットタイミング信号１１３には、次パケットのタイミング情報だけでなく、パケットサイズの情報が含まれる。さらに、受信回路１０４が受信時刻を管理する場合であれば（なお、送信タイミング調整回路１０２で受信時刻を管理するようにしても良い）、次パケットタイミング信号１１３には受信時刻も含まれる。   The receiving circuit 104 receives and processes a packet from another wireless terminal, extracts the transmission timing information of the next packet for the terminal contained in the received packet, and uses it as a next packet timing signal 113. This is given to the transmission timing adjustment circuit 102. The next packet timing signal 113 includes packet size information as well as the next packet timing information. Further, if the reception circuit 104 manages the reception time (note that the transmission timing adjustment circuit 102 may manage the reception time), the next packet timing signal 113 includes the reception time.

キャリアセンス回路１０５は、当該無線端末２の周囲における無線区間の使用状況をキャリアの存在に基づいて確認するものであり、その確認結果であるキャリア判定信号１１４を送信タイミング調整回路１０２に与えるものである。   The carrier sense circuit 105 confirms the usage status of the wireless section around the wireless terminal 2 based on the presence of the carrier, and gives a carrier determination signal 114 as a confirmation result to the transmission timing adjustment circuit 102. is there.

送信回路１０３は、送信タイミング調整回路１０２から与えられた送信開始信号１１２に基づいて、パケット送信を開始するものである。なお、パケットへの次パケットタイミング情報などの挿入も送信回路１０３が行う。   The transmission circuit 103 starts packet transmission based on the transmission start signal 112 given from the transmission timing adjustment circuit 102. The transmission circuit 103 also inserts the next packet timing information into the packet.

送信タイミング調整回路１０２は、送信タイミング決定回路１０１から出力された送信タイミング信号１１１、受信回路１０４から出力された周辺の各無線端末に係る次パケットタイミング信号１１３及びキャリアセンス回路１０５から出力されたキャリア判定信号１１４に基づいて、実際にパケットを送信するタイミングを調整して決定し、送信回路１０３に対して送信開始信号１１２を出力するものである。なお、送信タイミング調整回路１０２は、例えば、他の無線端末のＩＤに対応させ、次パケットのタイミング情報、パケットサイズ、受信時刻を格納しているテーブルを内蔵している。また、送信タイミング調整回路１０２は、送信タイミング決定回路１０１から出力された送信タイミング信号１１１に基づき、現パケット（これから送信しようとするパケット）の送信タイミングと、次に送信しようとするパケットの送信タイミングとを管理している。   The transmission timing adjustment circuit 102 includes a transmission timing signal 111 output from the transmission timing determination circuit 101, a next packet timing signal 113 related to each peripheral wireless terminal output from the reception circuit 104, and a carrier output from the carrier sense circuit 105. Based on the determination signal 114, the transmission start signal 112 is output to the transmission circuit 103 by adjusting and determining the timing for actually transmitting the packet. Note that the transmission timing adjustment circuit 102 includes, for example, a table storing timing information, packet size, and reception time of the next packet in correspondence with IDs of other wireless terminals. Also, the transmission timing adjustment circuit 102, based on the transmission timing signal 111 output from the transmission timing determination circuit 101, the transmission timing of the current packet (packet to be transmitted) and the transmission timing of the packet to be transmitted next. And manage.

送信タイミング調整回路１０２のタイミングの調整方法については、後述する動作の説明で明らかにする。   The timing adjustment method of the transmission timing adjustment circuit 102 will be clarified in the description of the operation described later.

図２は、第１の実施形態のパケットのフォーマット例を示す説明図である。第１の実施形態のパケットは、ヘッダ部２０１、次パケットタイミング情報２０２及びデータ部２０３からなる。   FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a packet format example according to the first embodiment. The packet according to the first embodiment includes a header part 201, next packet timing information 202, and a data part 203.

ヘッダ部２０１は、宛先アドレスや送信元アドレス並びに各種制御用のデータを含む既存のものと同様なものである。各種制御用のデータとは、システムにより異なるが、優先制御などの情報を含んでいる。   The header portion 201 is the same as the existing one including the destination address, the transmission source address, and various control data. The data for various types of control includes information such as priority control although it differs depending on the system.

次パケットタイミング情報２０２は、次のパケットを現在送信したパケットからどのくらい後に送信するのかを示す情報である。次パケットタイミング情報２０２とヘッダ部２０１とで新規なヘッダ部が構成されている。ここで、システム全体の無線端末が時計合わせを行っている場合には、次パケットタイミング情報２０２として時刻を盛り込んでも良い。また、現在送信したパケットと次のパケットの送信タイミングとの時間差を、次パケットタイミング情報２０２とするようにしても良い。   The next packet timing information 202 is information indicating how long the next packet is transmitted after the currently transmitted packet. The next packet timing information 202 and the header part 201 constitute a new header part. Here, when the wireless terminals of the entire system are performing time adjustment, the time may be included as the next packet timing information 202. Further, the time difference between the transmission timing of the currently transmitted packet and the next packet may be used as the next packet timing information 202.

データ部２０３には、周知のように、送信相手に渡すべきデータが挿入されている。以下の説明では、パケットが可変長パケットであるとして行う。すなわち、データ部２０３の長さ（容量）が変化するものとして説明する。そのため、ヘッダ部２０１には、パケットサイズを直接又は間接に表す情報も盛り込まれる。間接に表す情報とは、例えば、データ部２０３の長さ（容量）であり、これに、ヘッダ部２０１及び次パケットタイミング情報２０２の固定の長さ（容量）を加えるとパケットサイズになる。   As is well known, data to be delivered to the transmission partner is inserted in the data section 203. In the following description, it is assumed that the packet is a variable length packet. That is, it is assumed that the length (capacity) of the data portion 203 changes. Therefore, the header part 201 also includes information that directly or indirectly represents the packet size. Indirectly represented information is, for example, the length (capacity) of the data portion 203, and the packet size is obtained by adding the fixed length (capacity) of the header portion 201 and the next packet timing information 202 to this.

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態の無線アドホック通信システムのパケットの衝突回避動作について、図３のタイムチャートに沿って説明する。図３は、無線端末１００が端末Ａ、端末Ｂ、端末Ｃの３台の場合を示しており、端末Ａ、端末Ｂ、端末Ｃのそれぞれが、図１に示した詳細構成を備えている。以下では、端末ＡがパケットＰａ−１を送信しようとしたときからの動作例（ステップＳ１〜ｓ７）を説明する。以下の動作は、各端末において、送信タイミング調整回路１０２が中心に実行される。 (A-2) Operation of the First Embodiment Next, the packet collision avoidance operation of the wireless ad hoc communication system of the first embodiment will be described with reference to the time chart of FIG. FIG. 3 shows a case where there are three wireless terminals 100, terminal A, terminal B, and terminal C, and each of terminal A, terminal B, and terminal C has the detailed configuration shown in FIG. Hereinafter, an operation example (steps S1 to s7) from when the terminal A tries to transmit the packet Pa-1 will be described. The following operations are executed mainly by the transmission timing adjustment circuit 102 in each terminal.

ステップＳ１：端末Ａは、後述するような衝突しないことの確認後、若しくは、後述するような回避処理したタイミングで送信するパケットＰａ−１に、当該端末Ａからの次パケットＰａ−２を送信しようとするタイミングＴａ−２を含めて送信する。他の端末Ｂ、Ｃは、そのパケットＰａ−１を受信すると、次パケットタイミング情報Ｔａ−２とパケットＰａ−１の受信時刻Ｒａ−１並びにパケットサイズを保存する。   Step S1: The terminal A transmits the next packet Pa-2 from the terminal A to the packet Pa-1 to be transmitted after confirming that there is no collision as will be described later or at the timing of avoidance processing as will be described later. And including the timing Ta-2. When receiving the packet Pa-1, the other terminals B and C store the next packet timing information Ta-2, the reception time Ra-1 of the packet Pa-1, and the packet size.

ステップＳ２：ステップＳ１と同様に、端末Ｃは、後述するような非衝突の確認後や衝突回避処理後に、送信パケットＰｃ−１にその次のパケットの送信タイミングＴｃ−２を含めて送信し、他の端末Ａ、Ｂは、パケットＰｃ−１を受信すると、次パケットタイミング情報Ｔｃ−２とパケットＰｃ−１の受信時刻Ｒｃ−１並びにパケットサイズＰＳｃ−１を保存する。   Step S2: Similar to step S1, the terminal C transmits the transmission packet Pc-1 including the transmission timing Tc-2 of the next packet after confirmation of non-collision and collision avoidance processing as described later, When receiving the packet Pc-1, the other terminals A and B store the next packet timing information Tc-2, the reception time Rc-1 of the packet Pc-1, and the packet size PSc-1.

ステップＳ３：ステップＳ１と同様に、端末Ｂは、後述するような非衝突の確認後や衝突回避処理後に、送信パケットＰｂ−１にその次のパケットの送信タイミングＴｂ−２を含めて送信し、他の端末Ａ、Ｃは、パケットＰｂ−１を受信すると、次パケットタイミング情報Ｔｂ−２とパケットＰｂ−１の受信時刻Ｒｂ−１並びにパケットサイズＰＳｂ−１を保存する。   Step S3: Similar to step S1, the terminal B transmits the transmission packet Pb-1 including the transmission timing Tb-2 of the next packet after confirming the non-collision or the collision avoidance process as described later, When receiving the packet Pb-1, the other terminals A and C store the next packet timing information Tb-2, the reception time Rb-1 of the packet Pb-1, and the packet size PSb-1.

ステップＳ４：端末Ａは、新たなパケットＰａ−２を送信しようとする際には、他の端末Ｂ、Ｃからの次のパケットのタイミングを予測する。端末Ｂについては、直前のパケットＰｂ−１の受信時刻Ｒｂ−１に次パケットタイミング情報Ｔｂ−２を加算した時刻から、パケットサイズＰＳｂ−１の期間を次のパケットの予測タイミングＰＴｂ−２とする。また、端末Ｃについては、直前のパケットＰｃ−１の受信時刻Ｒｃ−１に次パケットタイミング情報Ｔｃ−２を加算した時刻から、パケットサイズＰＳｃ−１の期間を次のパケットの予測タイミングＰＴｃ−２とする。端末Ａは、新たなパケットＰａ−２の送信タイミングと、他の端末Ｂ、Ｃからの次のパケットの予測タイミングとを比較する。図３は、いずれの予測タイミングとも重複していない場合を示しており、端末Ａは、キャリアセンス回路１０５がキャリアをセンスしていないことも確認して、次のパケットＰａ−３のタイミング情報Ｔａ−３を含めたパケットＰａ−２を送信する。他の端末Ｂ、Ｃは、パケットＰａ−２を受信すると、次パケットタイミング情報Ｔａ−２とパケットＰａ−２の受信時刻Ｒａ−２並びにパケットサイズＰＳａ−２を保存する。   Step S4: When the terminal A intends to transmit a new packet Pa-2, the terminal A predicts the timing of the next packet from the other terminals B and C. For the terminal B, the period of the packet size PSb-1 is set as the predicted timing PTb-2 of the next packet from the time when the next packet timing information Tb-2 is added to the reception time Rb-1 of the immediately preceding packet Pb-1. . For the terminal C, the period of the packet size PSc-1 is changed from the time when the next packet timing information Tc-2 is added to the reception time Rc-1 of the immediately preceding packet Pc-1 to the predicted timing PTc-2 of the next packet. And Terminal A compares the transmission timing of the new packet Pa-2 with the predicted timing of the next packet from the other terminals B and C. FIG. 3 shows a case in which there is no overlap with any prediction timing, and the terminal A confirms that the carrier sense circuit 105 does not sense the carrier, and the timing information Ta of the next packet Pa-3 Packet Pa-2 including -3 is transmitted. When the other terminals B and C receive the packet Pa-2, they store the next packet timing information Ta-2, the reception time Ra-2 of the packet Pa-2, and the packet size PSa-2.

この第１の実施形態の場合、他の端末についての予測タイミングの全期間ＰＴｂ−２、ＰＴｃ−２と、新たなパケットＰａ−２の送信に要する時間との一部でも重複している場合を衝突とする。但し、他の判定方法を適用していても良い。例えば、送信開始時刻間の差が、キャリアセンス動作での遅延時間などを考慮して定まる所定時間以内である場合に衝突とするようにしても良い。   In the case of the first embodiment, there is a case in which all the periods PTb-2 and PTc-2 of the prediction timing for other terminals and a part of the time required for transmission of the new packet Pa-2 overlap. It is a collision. However, other determination methods may be applied. For example, the collision may be made when the difference between the transmission start times is within a predetermined time determined in consideration of the delay time in the carrier sense operation.

ステップＳ５：ステップＳ４の場合と同様に、端末Ｂも、新たなパケットＰｂ−２を送信しようとする際には、他の端末Ａ、Ｃからの次のパケットのタイミングを予測して衝突の有無を予測し、端末Ｃも、新たなパケットＰｃ−２を送信しようとする際には、他の端末Ａ、Ｂからの次のパケットのタイミングを予測して衝突の有無を予測する。図３は、パケットＰｂ−２及びＰｃ−２の予測タイミングＰＴｂ−２、ＰＴｃ−２が衝突する場合を示している。   Step S5: Similarly to the case of step S4, when the terminal B intends to transmit a new packet Pb-2, the timing of the next packet from the other terminals A and C is predicted and the presence / absence of a collision is determined. When the terminal C intends to transmit a new packet Pc-2, the timing of the next packet from the other terminals A and B is predicted to predict the presence or absence of a collision. FIG. 3 shows a case where the prediction timings PTb-2 and PTc-2 of the packets Pb-2 and Pc-2 collide.

ステップＳ６−１、Ｓ６−２：端末Ｂ及びＣはそれぞれ、衝突が発生することが判明したので、乱数を発生させて送信タイミングの変更を行って送信する。なお、送信タイミングの変更では、非衝突と予測された端末Ａの予測タイミングと、変更後の送信タイミングが衝突しないことを確認する。   Steps S6-1 and S6-2: Since it has been found that a collision occurs, each of the terminals B and C generates a random number, changes the transmission timing, and transmits it. In addition, in the change of the transmission timing, it is confirmed that the prediction timing of the terminal A that is predicted to be non-collision and the transmission timing after the change do not collide.

送信タイミングを変更したパケットＰｂ−２、Ｐｃ−２の次パケットタイミング情報Ｔｂ−３、Ｔｃ−３には、タイミングの変更に関係なく、送信タイミング決定回路１０１が定めたものを挿入するようにしても良く、また、送信タイミング決定回路１０１が定めた値から、今回のタイミング変更分だけ短くしたものを挿入するようにしても良い。   The packet timing information Tb-3 and Tc-3 of the packets Pb-2 and Pc-2 whose transmission timing is changed are inserted by the transmission timing determination circuit 101 regardless of the timing change. Alternatively, a value shorter than the value determined by the transmission timing determination circuit 101 by the current timing change may be inserted.

なお、図３では記載していないが、キャリアセンス回路１０５が送信しようとしたタイミングにおいてキャリアを検出していた際にも、周知のように、乱数に基づいたタイミングの変更を行う。この場合も、変更されたタイミングで送信するパケットの次パケットタイミング情報には、タイミングの変更に関係なく、送信タイミング決定回路１０１が定めたものを挿入するようにしても良く、また、送信タイミング決定回路１０１が定めた値から、今回のタイミング変更分だけ短くしたものを挿入するようにしても良い。   Although not shown in FIG. 3, when the carrier sense circuit 105 detects a carrier at the timing of transmission, the timing is changed based on a random number as is well known. Also in this case, what is determined by the transmission timing determination circuit 101 may be inserted into the next packet timing information of the packet transmitted at the changed timing regardless of the timing change. A value shortened by the current timing change from the value determined by the circuit 101 may be inserted.

以上のようなステップＳ１〜Ｓ６でなる処理を、各端末Ａ、Ｂ、Ｃが自律的に行って、パケットの衝突を回避する。   Each terminal A, B, and C autonomously performs the process consisting of steps S1 to S6 as described above to avoid packet collision.

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、パケットに次パケットタイミン情報を挿入して授受し、受信した次パケットタイミン情報を利用した各無線端末の自律的な判断動作によって、ＣＳＭＡ方式を適用している無線アドホック通信におけるパケット衝突を少なくすることができ、パケットエラーレート（以下、ＰＥＲと略する）を改善することができる。 (A-3) Effect of First Embodiment As described above, according to the first embodiment, each radio using the received next packet timing information is inserted and received by inserting the next packet timing information into the packet. With the autonomous determination operation of the terminal, packet collision in wireless ad hoc communication applying the CSMA scheme can be reduced, and the packet error rate (hereinafter abbreviated as PER) can be improved.

図４は、第１の実施形態の効果を示す説明図（グラフ）である。図４は、各端末が１００ｍｓｅｃの周期でデータを発生させた場合における端末数ごとのＰＥＲを示しており、白いひし形を連結した折れ線が第１の実施形態の場合を示し、黒丸を連結した折れ線が一般的なＣＳＭＡとしてのＮｏｎ−ｐｅｒｓｉｓｔｅｎ方式の場合を示している。   FIG. 4 is an explanatory diagram (graph) showing the effect of the first embodiment. FIG. 4 shows the PER for each number of terminals when each terminal generates data at a cycle of 100 msec, the broken line connecting the white diamonds shows the case of the first embodiment, and the broken line connecting the black circles. Shows a case of a non-persisten system as a general CSMA.

第１の実施形態によれば、端末数が５台のときには約３０倍の改善効果が得られ、端末数が増加することにその改善効果は小さくなるが、端末数が１００台のときでも１．５倍の改善効果が得られており、第１の実施形態の有効性が明白になっている。   According to the first embodiment, when the number of terminals is five, an improvement effect of about 30 times can be obtained, and when the number of terminals increases, the improvement effect decreases. However, even when the number of terminals is 100, 1 The improvement effect of 5 times is obtained, and the effectiveness of the first embodiment is clear.

なお、この第１の実施形態の場合、ＡＣＫを授受し合うシステムではないので、マルチキャストやブロードキャストに対応し易いものとなっている。また、衝突回避の中心的な役割を果たすノード（端末）を別途も受ける必要もない。   In the case of the first embodiment, since it is not a system that exchanges ACK, it is easy to cope with multicast and broadcast. Further, it is not necessary to separately receive a node (terminal) that plays a central role in collision avoidance.

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明によるパケット衝突回避方法、通信端末及び通信システムを、無線アドホック通信システムに適用した第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下では、第２の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。 (B) Second Embodiment Next, a second embodiment in which the packet collision avoidance method, communication terminal, and communication system according to the present invention are applied to a wireless ad hoc communication system will be described with reference to the drawings. In the following, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.

第１の実施形態においては、次パケットのみのタイミング情報を元に各端末が自律的に衝突の有無を予測していたが、さらに先のパケットのタイミング予測が可能になれば、より衝突回避の効果を上げることができる。第２の実施形態は、このような考え方に基づいたものである。   In the first embodiment, each terminal autonomously predicts whether or not there is a collision based on the timing information of only the next packet. However, if it becomes possible to predict the timing of a further previous packet, more collision avoidance can be achieved. The effect can be improved. The second embodiment is based on such a concept.

図５は、第２の実施形態のパケットのフォーマット例を示す説明図である。第２の実施形態のパケットは、ヘッダ部４０１、次パケットタイミング情報４０２、次次パケットタイミング情報４０３及びデータ部４０４からなる。   FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a format example of a packet according to the second embodiment. The packet according to the second embodiment includes a header portion 401, next packet timing information 402, next packet timing information 403, and a data portion 404.

ヘッダ部４０１、次パケットタイミング情報４０２及びデータ部４０４は、第１の実施形態の対応要素と同様なものである。次次パケットタイミング情報４０３は、現在送信したパケットから、次の次のパケットをどのくらい後に送信するのかを示す情報である。この情報は、時間差で表された情報であっても良く、時刻表記の情報であっても良い。   The header part 401, the next packet timing information 402, and the data part 404 are the same as the corresponding elements of the first embodiment. The next packet timing information 403 is information indicating how long the next next packet is transmitted after the currently transmitted packet. This information may be information expressed as a time difference or may be information expressed in time.

第２の実施形態の場合、ヘッダ部４０１、次パケットタイミング情報４０２及び次次パケットタイミング情報４０３が新たなヘッダ部を構成する。   In the case of the second embodiment, the header portion 401, the next packet timing information 402, and the next packet timing information 403 constitute a new header portion.

第２の実施形態も、パケット衝突回避に係る無線端末の内部構成は、上述した図１とほぼ同様に表すことができる。異なる点は、送信タイミング決定回路１０１が、次パケットタイミング情報だけでなく次次パケットタイミング情報をも決定する点、受信回路１０４が、受信パケットから次パケットタイミング情報だけでなく次次パケットタイミング情報をも抽出して送信タイミング調整回路１０２に与える点、送信タイミング調整回路１０２がこれから送信しようとする次パケットについての衝突だけでなく、その次のパケットの衝突も判断する点などが異なっている。   Also in the second embodiment, the internal configuration of the wireless terminal related to packet collision avoidance can be expressed in substantially the same manner as in FIG. 1 described above. The difference is that the transmission timing determination circuit 101 determines not only the next packet timing information but also the next packet timing information, and the reception circuit 104 receives not only the next packet timing information but also the next packet timing information from the received packet. And the transmission timing adjustment circuit 102 determines not only the collision of the next packet to be transmitted, but also the collision of the next packet.

第２の実施形態におけるパケットの衝突回避方法の特徴は、以下の通りである。例えば、図３において、端末ＡがパケットＰａ−２を送信する前に、端末Ｂの次パケットタイミンク情報Ｔｂ−２と受信パケットＰｂ−１の受信時刻情報Ｒｂ−１、パケットサイズＰＳｂ-１を元にパケットＰｂ−２が送信されるタイミングＰＴｂ−２を予測すると共に、端末Ｃの次パケットタイミング情報Ｔｃ−２とパケットＰｃ−１の受信時刻情報Ｒｃ−１、パケットサイズＰＳｃ−１を元にパケットＰｃ−２が送信されるタイミングＰＴｃ−２を予測し、他の端末の次パケットタイミングの予測値ＰＴｂ−２及びＰＴｃ−２と、当該端末Ａからの送信タイミングから、送信しようとするパケットＰａ−２の衝突を予測する。   The features of the packet collision avoidance method in the second embodiment are as follows. For example, in FIG. 3, before the terminal A transmits the packet Pa-2, the next packet timing information Tb-2 of the terminal B, the reception time information Rb-1 of the reception packet Pb-1, and the packet size PSb-1 Is predicted based on the timing PTb-2 at which the packet Pb-2 is transmitted at the same time, and the next packet timing information Tc-2 of the terminal C, the reception time information Rc-1 of the packet Pc-1, and the packet size PSc-1. The timing PTc-2 at which Pc-2 is transmitted is predicted, and the packet Pa- to be transmitted is predicted from the predicted values PTb-2 and PTc-2 of the next packet timing of other terminals and the transmission timing from the terminal A. Predict 2 collisions.

第２の実施形態では、この予測判断時に、次次パケットタイミング情報を考慮し、次次パケットＰａ−３が衝突するかどうかを次パケットＰａ−２の送信前に予測する。そして、次パケットＰａ−２は衝突しないが、次次パケットＰａ−３の衝突が発生すると判断した場合には、乱数を発生し直し、次パケットＰａ−２から見た次パケット（すなわち、次次パケットＰａ−３）の送信タイミング情報を更新し、パケットＰａ−２における次パケットタイミング情報４０２には更新した情報を挿入する。   In the second embodiment, at the time of this prediction determination, the next packet timing information is considered and whether or not the next packet Pa-3 collides is predicted before the next packet Pa-2 is transmitted. When it is determined that the next packet Pa-2 does not collide but the next packet Pa-3 collides, a random number is generated again, and the next packet viewed from the next packet Pa-2 (that is, the next packet Pa-2). The transmission timing information of the packet Pa-3) is updated, and the updated information is inserted into the next packet timing information 402 in the packet Pa-2.

ここで、更新後の情報として、当初の次々タイミング情報Ｔａ−３から発生乱数分だけ変更したものとしても良く、当初の次々タイミング情報Ｔａ−３に代えて、発生された乱数そのものを更新後の情報として挿入するようにしても良い。   Here, the updated information may be changed from the initial successive timing information Ta-3 by the generated random number, and the generated random number itself is updated instead of the original succeeding timing information Ta-3. It may be inserted as information.

第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、以下の効果を奏することができる。すなわち、次パケットの衝突予測だけではなく、さらに先の次次パケットの衝突予測ができ、さらなる衝突回避の効果が期待できる。   According to the second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects of the first embodiment. That is, not only the collision prediction of the next packet but also the collision prediction of the next next packet can be performed, and further collision avoidance effect can be expected.

（Ｃ）他の実施形態
第１の実施形態では次パケットタイミング情報は１つ先、第２の実施形態では２つ先まで考慮したが、個数を更に増やすことにより、衝突回避の効果を上げることが可能である。 (C) Other Embodiments In the first embodiment, the next packet timing information is considered to be one ahead, and in the second embodiment, up to two ahead, but the effect of collision avoidance can be improved by further increasing the number. Is possible.

第１の実施形態、第２の実施形態共に衝突が判明した際に、乱数を発生させてその値分だけ、送信を遅らせることによって対応した。しかし第２の実施形態のように次次パケットまで予測できる場合は次パケットタイミング情報に乱数を足すだけではなく引くことも可能である。   When a collision is found in both the first and second embodiments, a random number is generated and transmission is delayed by that value. However, when the next packet can be predicted as in the second embodiment, it is possible not only to add a random number to the next packet timing information but also to subtract it.

上記各実施形態では、ＣＳＭＡ方式との併用の場合を説明したが、必ずしも、ＣＳＭＡ方式が適用されていなくても良い。   In each of the above-described embodiments, the case of using together with the CSMA method has been described, but the CSMA method may not necessarily be applied.

また、上記各実施形態では、無線通信システムに本発明を適用した場合を示したが、有線通信システムに対しても本発明を適用可能である。例えば、共通バスに対して複数の端末が接続されている場合に、本発明を適用することができる。   In each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to a wireless communication system has been described. However, the present invention can also be applied to a wired communication system. For example, the present invention can be applied when a plurality of terminals are connected to a common bus.

さらに、第１の実施形態においては、衝突が予測された場合に、衝突に係る全ての端末が送信タイミングを発生乱数に基づいてずらすものを示したが、端末間に優先順位を付与して各端末に他の端末のものを含めて優先順位を記憶させておき、衝突が予測される端末の中で、自端末が優先順位が最も高いと認識した端末は送信タイミングをずらすことなく、そのタイミングでパケットを送信するようにしても良い。同様に、第２の実施形態についても、端末の優先順位を導入し、衝突が予測される端末の中で、優先順位が最も高い端末は送信タイミングをずらすことなく、そのタイミングでパケットを送信するようにしても良い。   Further, in the first embodiment, when a collision is predicted, all the terminals involved in the collision shift the transmission timing based on the generated random number. Priorities are stored in the terminal, including those of other terminals, and the terminal that the terminal recognizes as having the highest priority among the terminals that are predicted to collide does not shift its transmission timing. The packet may be transmitted using Similarly, also in the second embodiment, the priority of the terminal is introduced, and the terminal having the highest priority among the terminals predicted to collide transmits the packet at that timing without shifting the transmission timing. You may do it.

第１の実施形態の無線アドホック通信システムにおける無線端末の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the radio | wireless terminal in the radio | wireless ad hoc communication system of 1st Embodiment. 第１の実施形態のパケットのフォーマット例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the format example of the packet of 1st Embodiment. 第１の実施形態の動作説明に供するタイムチャートである。It is a time chart with which it uses for operation | movement description of 1st Embodiment. 第１の実施形態の効果の説明図である。It is explanatory drawing of the effect of 1st Embodiment. 第２の実施形態のパケットのフォーマット例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a format of the packet of 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１００…無線端末、１０１…送信タイミング決定回路、１０２…送信タイミング調整回路、１０３…送信回路、１０４…受信回路、１０５…キャリアセンス回路。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Wireless terminal, 101 ... Transmission timing determination circuit, 102 ... Transmission timing adjustment circuit, 103 ... Transmission circuit, 104 ... Reception circuit, 105 ... Carrier sense circuit

Claims (7)

各通信端末は、当該通信端末からのパケットに当該パケットの次のパケットの送信タイミング情報を盛り込んで送信し、
上記各通信端末は、当該通信端末からパケットを送信しようとする際には、他の通信端末が送信して既に受信したパケットに盛り込まれている次のパケットの送信タイミング情報に基づいて、他の通信端末の送信タイミングを予測してパケットの衝突有無を予測し、衝突が予測されるときに、衝突回避処理を実行する
ことを特徴とするパケット衝突回避方法。 Each communication terminal includes the transmission timing information of the packet next to the packet in the packet from the communication terminal and transmits the packet,
When each of the communication terminals tries to transmit a packet from the communication terminal, the other communication terminal transmits another packet based on the transmission timing information of the next packet included in the packet already transmitted by the other communication terminal. A packet collision avoidance method characterized by predicting the transmission timing of a communication terminal to predict the presence or absence of a packet collision and executing collision avoidance processing when a collision is predicted. 上記衝突回避処理が、送信しようとするパケットの送信タイミングを、乱数を発生させてずらすことであることを特徴とする請求項１に記載のパケット衝突回避方法。   The packet collision avoidance method according to claim 1, wherein the collision avoidance processing is to shift a transmission timing of a packet to be transmitted by generating a random number. 各通信端末は、当該通信端末からのパケットに当該パケットの次の次のパケットの送信タイミング情報をも盛り込んで送信し、
上記各通信端末は、当該通信端末からパケットを送信しようとする際には、他の通信端末から受信したパケットに盛り込まれている、次のパケットの送信タイミングや次の次のパケットの送信タイミング情報に基づいて、当該通信端末からの次のパケットと他の通信端末からのパケットとの衝突有無を予測し、衝突が予測されるときに、当該通信端末からの次のパケットの送信タイミングを、乱数を発生させてずらすこと特徴とする請求項１又は２に記載のパケット衝突回避方法。 Each communication terminal includes the transmission timing information of the next packet after the packet in the packet from the communication terminal and transmits the packet.
When each of the communication terminals tries to transmit a packet from the communication terminal, the transmission timing of the next packet and the transmission timing information of the next next packet included in the packet received from the other communication terminal Based on the transmission terminal, the next packet from the communication terminal is predicted to collide with a packet from another communication terminal, and when a collision is predicted, the transmission timing of the next packet from the communication terminal 3. The packet collision avoidance method according to claim 1 or 2, wherein the packet collision is generated and shifted. 非同期にパケットの送信動作を行う、通信相手が固定ではない通信端末において、
当該通信端末からのパケットに当該パケットの次のパケットの送信タイミング情報を盛り込んで送信させる次パケットタイミング情報挿入手段と、
他の通信端末から受信したパケットに盛り込まれている次のパケットの送信タイミング情報を抽出する次パケットタイミング情報抽出手段と、
当該通信端末からパケットを送信しようとする際には、他の通信端末が送信して既に受信したパケットに盛り込まれている次のパケットの送信タイミング情報に基づいて、他の通信端末の送信タイミングを予測してパケットの衝突有無を予測し、衝突が予測されるときに、衝突回避処理を実行する衝突回避手段と
を有することを特徴とする通信端末。 In communication terminals that perform packet transmission operations asynchronously and whose communication partner is not fixed,
A next packet timing information insertion means for sending the transmission timing information of the packet next to the packet in a packet from the communication terminal;
Next packet timing information extracting means for extracting transmission timing information of a next packet included in a packet received from another communication terminal;
When trying to transmit a packet from the communication terminal, the transmission timing of the other communication terminal is determined based on the transmission timing information of the next packet included in the packet already transmitted by the other communication terminal. A communication terminal comprising: a collision avoidance unit that predicts whether or not a packet collides, and executes collision avoidance processing when a collision is predicted. 上記衝突回避手段は、衝突回避処理として、送信しようとするパケットの送信タイミングを、乱数を発生させてずらすことを実行することを特徴とする請求項４に記載の通信端末。   5. The communication terminal according to claim 4, wherein the collision avoidance means executes, as the collision avoidance processing, shifting the transmission timing of a packet to be transmitted by generating a random number. 上記次パケットタイミング情報挿入手段は、当該通信端末からのパケットに当該パケットの次の次のパケットの送信タイミング情報をも盛り込んで送信し、
上記次パケットタイミング情報抽出手段は、他の通信端末から受信したパケットに盛り込まれている次の次のパケットの送信タイミング情報をも抽出し、
上記衝突回避手段は、当該通信端末からパケットを送信しようとする際には、他の通信端末から受信したパケットに盛り込まれている、次のパケットの送信タイミングや次の次のパケットの送信タイミング情報に基づいて、当該通信端末からの次のパケットと他の通信端末からのパケットとの衝突有無を予測し、衝突が予測されるときに、当該通信端末からの次のパケットの送信タイミングを、乱数を発生させてずらす
こと特徴とする請求項４又は５に記載の通信端末。 The next packet timing information inserting means transmits the packet from the communication terminal including the transmission timing information of the next packet next to the packet,
The next packet timing information extracting means also extracts transmission timing information of the next next packet included in a packet received from another communication terminal,
When the collision avoidance means tries to transmit a packet from the communication terminal, the next packet transmission timing information and the next packet transmission timing information included in the packet received from another communication terminal Based on the transmission terminal, the next packet from the communication terminal is predicted to collide with a packet from another communication terminal, and when a collision is predicted, the transmission timing of the next packet from the communication terminal The communication terminal according to claim 4 or 5, wherein the communication terminal is shifted by generating. 非同期にパケットの送信動作を行う通信相手が固定ではない複数の通信端末を有する通信システムにおいて、
上記各通信端末として、請求項４〜６のいずれかに記載の通信端末を適用したことを特徴とする通信システム。
In a communication system having a plurality of communication terminals whose communication counterparts performing asynchronous packet transmission operations are not fixed,
A communication system, wherein the communication terminal according to any one of claims 4 to 6 is applied as each of the communication terminals.
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