JP2008079141A - 多重アクセス通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パケットの内容に対する優先度クラスが高いクラスのパケットほど、先に送信機会が得られ、競合端末数に関わらず、高いスループットを確保でき、更に優先度クラスが同一の通信において、全端末において同程度の 送信機会が得られる公平性を確保することができる多重アクセス通信方法を提供することにある。
【解決手段】送信パケットの種類に応じて予め複数の優先度を有したクラスに分類して、所定番目のクラスに対して、０から前記所定番目のクラスに対応するコンテンション・ウィンドウ値までの整数から、一様にランダムな値を選択し、該選択した値とオフセット値とを加算した値をバックオフ時間と設定する際に、各端末の送信制御部２では、伝送路(通信メディア）上のトラフィック負荷状況を所定の指標で観測し、トラフィック負荷状況に応じて所定番目のクラスの前記オフセット値を動的に変化させる
【選択図】図１

Description

本発明は、メディア共有型伝送方式において複数端末が非同期で送信を行うために用いる、適応バックオフ型の多重アクセス通信方法に関する。

メディア共有型の伝送方式においては、端末間のアクセス競合を解決するためのアクセス方法が必要である。特に、基地局などの中央制御装置を必要としない、分散型のアクセス通信方法として、アロハ（ＡＬＯＨＡ）やＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）などがよく知られている。無線や電力線通信など、信号減衰が大きく、衝突検出が困難な伝送方式では、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）と呼ばれる衝突回避型のキャリアセンス多重アクセス通信方法が用いられる。

代表的なものとして、IEEE802.11で定められているＤＣＦ（Distributed Coordination Function）と呼ばれるアクセス方式が挙げられる。この方式では図６（ａ）に示すようにＳＩＦＳ（Short Inter Frame Space）とＤＩＦＳ（Distributed access Inter Frame Space）の２つのフレーム間隔が用い、各端末ではＤＡＴＡフレームを正しく受信したことを知らせるＡＣＫフレームの送信をＳＩＦＳが経過した後に行い、ＤＡＴＡフレームを送信する場合にはＤＩＦＳ時間が経過し，且つアイドル時間を経てパケットを送信する前に、通信メディア上で他端末が送信しているかどうかを検出するキャリアセンスを行い、通信メディアが空き状態になった後、所定時間（ＤＩＦＳ）が経過するのを待ち、その後０〜コンテンション・ウィンドウ値（以下ＣＷ＜Contention Window＞と略す）の範囲からランダムなバックオフ時間の値を選択し、スロット時間を最小単位として、バックオフ時間の値×スロット時間が経過した後に送信を開始する。２台以上の複数端末が同時に送信しようとした場合でも、バックオフ値をランダムに選択することによって、衝突を避けることができる。

即ち、最も小さいバックオフ値を選択した端末が最初に送信を開始し、他の端末は、前記端末が送信開始したことをキャリアセンスによって検出すると、バックオフ処理を中断して、再び通信メディアが空き状態になった後にバックオフ処理を再開するのである。

バックオフ値はランダムに選択されるが、偶然に同一値を選択した場合は、衝突が発生する。衝突が発生する度にＣＷを２倍にし、ランダム値の範囲を拡大して衝突確率を低下させる指数バックオフが行われる。

同時に送信しようとする端末（競合端末）数が多くなれば、同一のバックオフ値を選択する確率が高くなり、衝突が多発し、スループットが低下する。IEEE802.11aでは、ＣＷの初期値は１５と規定されており、衝突毎に３１，６３，１２７，…，１０２３まで指数的に増加させる。

ＣＷの初期値を大きくしておけば衝突確率が低減し、競合端末が多い場合でもスループットの低下を抑制できるが、一方競合端末が少ない場合に無駄な待ち時間が多くなり、スループットが低下してしまう（図６（ｂ）はＣＷの最小値を３，７，…，１２７，２５５と変化させた場合における端末数とスループットの関係を示す）。

これらを解決するため、通信メディアの使用状況を測定して、それに応じてバックオフ値のランダム範囲を動的に変更する方法が提供されている（例えば特許文献１）。

また、衝突確率を低下させるため、ランダムなバックオフ値に端末毎に異なるオフセット値を加算し、バックオフ値が一致するのを回避する方法が提供されている。（例えば特許文献２）。これらの方法によれば、競合端末数に応じて適切なバックオフ値を選択して、スループットを高めることが可能である。
特開２００５−１２２７５号公報（段落００２３） 特開２００５−６４７９５号公報（段落００２５〜００２８）

ところで、IEEE802.11のアクセス方法は、ランダムなバックオフ時間の値を選択しているため、長期間で考えると各端末の平均バックオフ時間はＣＷ／２となり、公平に送信機会を得られるが、短時間で考えると、小さいバックオフ時間値を連続して選択する端末の送信機会が増え、公平性が低くなる。

また、衝突を起こした端末は指数バックオフに待ち時間が激増するのに対して、たまたま衝突せずに送信できた端末は、次回もＣＷの初期値の範囲からランダムなバックオフ時間の値を選択するため小さい待ち時間となり、送信成功した端末が連続して送信する確率が低くない。図７（ａ）はIEEE802.11のアクセス方式において、競合端末数を１６台とした場合の１秒毎の各端末の送信成功パケット数を計算機シミュレーションにより求めた結果であるが、５０パケット／秒〜２５０パケット／秒の範囲でばらついており、最大５倍もの差が見られる。

前記の特許文献１，特許文献２に開示されている方法では、飽くまで伝送効率（合計スループット）の改善が目的であり、公平性は改善されていない。例えば、図６（ｂ）において競合端末数が１６の場合に、IEEE802.11のデフォルトＣＷ＝１５に対して、ＣＷ＝６３にすれば、伝送効率は改善されている（合計スループットが高くなる）のが分かるが、この場合の送信成功パケット数は図７（ｂ）のようになり、図７（ａ）と比べて若干ばらつきの幅は小さくなったものの、７０パケット／秒〜２１０パケット／秒と依然として３倍程度のばらつきがある。

本発明は、上述の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、パケットの内容に対する優先度クラスが高いクラスのパケットほど、先に送信機会が得られ、競合端末数に関わらず、高いスループットを確保でき、更に優先度クラスが同一の通信において、全端末において同程度の 送信機会が得られる公平性を確保することができる多重アクセス通信方法を提供することにある。

上述の目的を達成するために、請求項１の多重アクセス通信方法に係る発明では、各端末がキャリアセンスによって通信メディアの空き状態を検出してから、衝突回避のためのランダムなバックオフ時間が経過した後に送信を開始する多重アクセス通信方法であって、送信パケットの種類に応じて予め複数の優先度を有したクラスに分類して、所定番目のクラスに対して、０から前記所定番目のクラスに対応するコンテンション・ウィンドウ値までの整数から、一様にランダムな値を選択し、該選択した値とオフセット値とを加算した値をバックオフ時間として、前記ランダムな値と前記オフセット値を優先度クラス毎に算出し、各端末では、通信メディア上のクラス毎のトラフィック負荷状況を所定の指標で観測し、前記所定番目のクラスのトラフィック負荷状況に応じて当該所定番目のクラスの前記オフセット値を動的に変化させることを特徴とする。

請求項２の多重アクセス通信方法に係る発明では、各端末がキャリアセンスによって通信メディアの空き状態を検出してから、衝突回避のためのランダムなバックオフ時間が経過した後に送信を開始する多重アクセス通信方法であって、送信パケットの種類に応じて予め複数の優先度を有したクラスに分類して、所定番目のクラスに対して、０から前記所定番目のクラスに対応するコンテンション・ウィンドウ値までの整数から、一様にランダムな値を選択し、該選択した値とオフセット値とを加算した値をバックオフ時間として、前記ランダムな値と前記オフセット値を優先度クラス毎に算出し、各端末では、通信メディア上のトラフィック負荷状況を所定の指標で観測し、前記トラフィック負荷状況に応じてクラスに関わらず全クラスの前記オフセット値を一括して動的に変化させることを特徴とする。

請求項３の多重アクセス通信方法に係る発明は、請求項１の発明において、トラフィック負荷状況を、アイドル時間を基に推定した競合端末数を所定の指標として観測することを特徴とする。

請求項４の多重アクセス通信方法に係る発明は、請求項１の発明において、トラフィック負荷状況を、アイドル時間を所定の指標として観測することを特徴とする。

請求項５の多重アクセス通信方法に係る発明は、請求項１の発明において、トラフィック負荷状況を、バックオフを中断した回数を所定の指標として観測することを特徴とする。

請求項６の多重アクセス通信方法に係る発明は、請求項１の発明において、トラフィック負荷状況を、一定時間内に送信を行った端末数を所定の指標として観測することを特徴とする。

請求項７の多重アクセス通信方法に係る発明は、請求項１乃至６の何れか１項の発明において、送信パケットのヘッダに、現在の前記オフセット値を示すフィールドを設け、前記送信パケットを受信した各端末は、トラフィック負荷状況を観測する際に、送信した前記ヘッダ内の前記オフセット値を用いて所定の指標を算出することを特徴とする。

請求項８の多重アクセス通信方法に係る発明は、送信パケットのヘッダに、現在の前記オフセット値を示すフィールドを設け、前記送信パケットを受信した各端末は、トラフィック負荷状況を観測する際に、受信した前記ヘッダ内の前記送信パオフセット値によって重み付けを行うことを特徴とする請求項１乃至６の何れかの１項に記載の多重アクセス通信方法。送信パケットのヘッダに、現在の前記オフセット値を示すフィールドを設け、前記送信パケットを受信した各端末は、トラフィック負荷状況を観測する際に、受信した前記ヘッダ内の前記オフセット値によって重み付けを行うことを特徴とする。

本発明の多重アクセス通信方法は、 パケットの内容に対する優先度クラスが高いクラスのパケットほど、先に送信機会が得られ、所謂QoS(Quality of Service)を実現できると 同時に、競合端末数に関わらず、高いスループットを確保でき、更に優先度クラスが同一の通信において、全端末において同程度の 送信機会が得られる公平性を確保することができるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の方法は、例えば電力線を伝送路として用いて、該電力線上に電力線搬送信号を重畳させて通信を行う通信システムに採用しており、図１（ａ）はその通信システムに使用する電力線搬送通信用の端末の回路構成を示す。

この端末は、信号処理部（図示せず）で作成した送信パケットを送信バッファ１と送信制御部２とを介して変調部３に送って変調した後、送信ＡＦＥ（アナログフロントエンド）部４から結合器５を介して電力線搬送信号により電力線Ｌ上に送信する送信機能と、結合器５を介して電力線Ｌ上の電力線搬送信号を受信ＡＦＥ部６に取り込み、この取り込んだ電力線搬送信号から復調部７によって受信パケットを復調し、この受信パケットが自己宛の場合には受信制御部８を通じて信号処理部（図示せず）に取り込む受信機能とを備えている。また受信ＡＦＥ部３を通じて電力線Ｌ上の電力線搬送信号の検出がなくなると、空き状態となったことを示す信号を送信制御部２に出力するキャリア検出部９を備えている。

送信制御部２は図１（ｂ）に示すようキャリア検出部９から空き状態を示す信号が出力されてから、ＤＩＦＳの経過からパケットの送信若しくは受信開始されるまでのアイドル時間を観測して計測し、その計測値からトラフィック負荷状況に対応した指標として競合端末数Ｍを算出するアイドル時間観測部２１と、このアイドル時間観測部２１で算出した競合端末数Ｍを用いて後述するようにオフセット値を求めるオフセット値設定部２２と、０〜ＣＷまでの整数から一様にランダムな値を選択してその値と、上述のオフセット値とを加算してバックオフ時間とし、そのバックオフ時間が経過した後に上述の送信パケットの送信を開始する制御を行うパケット送信処理部２３とを備えている。図２（ａ）はパケットの送受信のタイミングに対するアイドル時間の観測状況を示す。

また受信制御部８は正しく自己宛の受信パケットを受信したときにＡＣＫ信号をＳＩＦＳの経過時にＡＣＫ信号を送信バッファ１に送り、送信制御部２，変調部３，送信ＡＦＥ部４、結合器５を通じて電力線搬送信号として送信させる機能を備えている。

ここで、上述のバックオフ時間をBackoff、選択されるランダムな値をrand（0,CW）、オフセット値をCWoffsetとすると、バックオフ時間は、
Backof＝rand（0,CW）＋CWoffsetf
となる。

ここでＣＷを仮に１５とし、競合端末数Ｍが２乃至１６台の場合について、オフセット値（CWoffset）をIEEE802.11の規格から３，７，１５，３１，６３，１２７の各スロットまで変化させた場合の合計スループットを計算機シミュレーションにより求めたところ、図２（ｂ）に示すような結果が得られた。

この結果では競合端末数Ｍが少ない場合は、オフセット値（CWoffset）が小さい方が待ち時間が少なく伝送効率が高い（スループットが高い）が、競合端末数Ｍが８台の場合はCWoffset＝３１、競合端末数Ｍが１６台の場合はCWoffset＝６３とした場合が最も高効率となった。これは、バックオフ時間が大きくなることにより、衝突が低減されるためである。

本実施形態の方法では、上述したアイドル時間観測部２１でアイドル時間を観察し、このアイドル時間に基づいてオフセット値設定部２２で後述するようCW及びオフセット値（CWoffset）を適切に設定することで、高いスループットを確保しつつ衝突を低減する点に特徴がある。

まず、CWoffsetが０の場合、バックオフ時間は０からＣＷまでのランダム値であるから、あるスロットで送信する確率Ｐは、下記の式（１）で求まる。

また、競合端末数がＭ台の場合、あるスロットで１台以上が送信する確率ｑは下記の式（２）で求まる。

また平均アイドル時間は、下記の式（３）で求まる。

さらにCWoffsetを考慮すれば、平均的にはCWoffset／Ｍだけアイドル時間が長くなるため、この場合の平均アイドル時間は、下記の式（４）で求まる。

ところで、本実施形態の方法では、送信すべきパケットの内容によって、例えば４段階の優先度クラスを設けておき、クラス毎にＣＷとCWoffsetの値を上述のアイドル時間に応じて設定するものである。送信パケットと優先度クラスの対応付けは、例えばIEEE802.1Qで定義されるＶＬＡＮ(Virtual LAN)タグ内のＣｏＳ（Class of Service）フィールドや、ＩＰ（Internet Protocol ）ヘッダのＴｏＳ（Type of Service）又はＤＳＣＰ（Differentiated Services Code Point）などの値を用いても良いし、アプリケーションから明示的に指定してもよい。

ここでは、クラス番号を０〜３とし、番号が大きいクラスほど優先されるよう、ＣＷとCWoffsetを表１に示すように定義する。ここで、優先度が高いクラスほどCWの値を小さくしているのは、IEEE 802.11eと同様である。

そしてＭＡＣヘッダにクラス番号を示すフィールドを設けるか、あるいはＶＬＡＮ−ＣｏＳやＩＰ−ＴｏＳのフィールドを読み出すことによってクラスを判別し、クラス毎に夫々アイドル時間観測部２１でアイドル時間を観測する。例えば、ＤＩＦＳの経過後に受信したパケットがクラス３であった場合は、クラス３のアイドル時間として、過去の値と平均化する。

そしてクラス毎にアイドル時間の閾値を決めておき、閾値以上の場合にはオフセット値として、表１中のCWoffsetAの値を採用し、閾値を下回る場合にはオフセット値としてCWoffsetBの値を採用する。CWoffsetAは、一つ上位のクラスのCW+CWoffsetA+1という値を用い、上位クラスが先に送信する機会が得られるようにしている。

また表１で、クラス３のオフセット値（CWoffset）をいずれも０としているのは以下の理由による。つまりクラス３は音声に用いるため、各端末は一定時間間隔で固定長のパケットを送信し、バースト的なトラフィックは発生しない。従って、競合端末数Mが多くなっても公平性はもともと損なわれないため、オフセット値（CWoffset）を大きくする必要はない。寧ろ音声パケットは低遅延であることが重要であるため、クラス３のCWoffsetA及びCWoffsetBを常に０としている。

一方クラス２の用途は映像であるが、可変レートの場合は、各端末が送信するデータ量は全く一定でなく、多少ばらつくことになる。従って、ある程度バースト的な要素があるため、CWoffsetBをＣＷと２倍程度の値にしている。

クラス１，０に関してはバーストトラフィックが発生するため、競合端末数Mが多い（＝アイドル時間が短い）場合の公平性を確保するため、CWoffsetBをＣＷの２倍程度の値に設定している。

次に図３のフローチャートにより本実施形態の方法を用いた端末の処理動作を詳説する。

まず、キャリア検出部９は、受信ＡＦＢ部６を通じて電力線Ｌ上に電力線搬送信号が検出されなくなるか否かで伝送路（通信メディア）が空き状態になるか否かを常時監視し（ステップＳ１）、空き状態となるとその空き状態となったことを示す信号をパケット送信処理部２３及びアイドル時間観測部２１へ出力する。

パケット送信処理部２３は、空き状態となってからＤＩＦＳを経過するまでの時間カウントを行い（ステップＳ２）、ＤＩＦＳが経過すると送信バッファ１に送信パケットがあるか否かのチェックを行い（ステップＳ３）、送信パケットがあれば、バックオフ時間が未設定であるか否かのチェックを行い（ステップＳ４）、未設定であればオフセット値設定部２２で、例えば優先度が所定のクラス（ｋ）における０〜ＣＷ(k）までのランダム値＜rand(0,CW(k))＞と後述するように算出されるオフセット値(CWoffset(k)）とを加算してバックオフ時間を設定する（ステップＳ５）。

ステップＳ３でのチェックで送信パケットがないと判定された場合、或いはステップＳ４でのチェックでバックオフ時間が設定されていると判定された場合、またステップＳ５が終了した場合には、ステップＳ６で、キャリア検出部９の検出に基づいて他の端末からのパケットを受信しているか否かのチェックを行い、受信していない場合には、再度バックオフ時間が未設定か否かのチェックをステップＳ７で行う。ここで未設定の場合にはステップＳ１に戻り、設定されている場合には、パケット送信処理部２３は、１スロットの時間が経過するまでの時間カウントを行い（ステップＳ８）、この１スロットの時間が経過した後に、バックオフ時間値のカウントダウンを行い（ステップＳ９）、このカウントダウンによってバックオフ時間値が”０”となったか否かを次のステップＳ１０でチェックし、”０”で無ければ、ステップ６に戻って、Ｓ６〜Ｓ１０までの処理を繰り返す。そして、ステップＳ１０のチェックでバックオフ時間値が”０”となったと判定された場合には、送信バッファ１にある送信パケットの送信処理を行う（ステップＳ１１）。

このステップＳ１１でのパケット送信又は、上述のステップＳ６で他端末からのパケット受信があると判定されると、アイドル時間観測部２１は、パケット送信処理部２３の下で、優先度のクラス毎にＤＩＦＳ経過時からパケット受信開始又は送信開始までのアイドル時間を計測する（ステップＳ１２）。即ち、計測したアイドル時間は、今回受信または送信したパケットの 優先度クラスｋに関するアイドル時間として、以降の処理を行う。

つまりステップＳ１３では、たった今受信又は送信したパケットのクラスについて上述の式（４）の計算を行い、当該クラスの過去の値と平均化した競合端末数Ｍを用いてオフセット値(CWoffset)を計算する。

次のステップＳ１４において、オフセット値設定部２２は、算出し平均化した競合端末数Ｍと、各クラス毎に予め設定している閾値のうち、当該クラスｋの閾値とを比較し、閾値を越えている否かにより上述の表１のようにクラス毎に予め決めてあるオフセット値（CWoffsetA）又は（CWoffsetB）を選択し、当該クラスｋのオフセット値CWoffset（ｋ）として設定する）。例えば、ステップＳ６で他端末からの優先度クラス１のパケットを受信した場合、計測したアイドル時間とクラス１の過去のアイドル時間計測値１０回分との平均値を算出し、算出した値がクラス１の閾値を超えていれば、表１のクラス１に関するCWoffsetBの値３１を選択し、CWoffset(3)＝３１として、以後の送信時のオフセット値として用いる。逆に、算出した値がクラス１の閾値以下であれば、CWoffsetAの値１２を選択し、CWoffset(3)=１２とする。

このように、本実施形態の方法では、送信パケットの内容によって優先度のクラスを設け、クラス毎に決めてあるCW(k)とトラフィック負荷状況の指標であるアイドル時間に対応して選択されるオフセット値（CWoffse(k))とを加算して、バックオフ時間を設定することで、同一クラスにおいては、競合端末数に関わり無く公平性を確保し且つ 高いスループットを確保でき、異なるクラス間では、高優先度クラスほど送信機会が得られやすいというQoSを実現可能である。

尚本実施形態の方法は、電力線搬送通信に適用させた場合であったが、無線通信においても適用でき、電力線搬送通信に限定されるものではない。

また、アイドル時間の観測をクラス毎に行わずに、クラスを区別せずに全クラスを一括して観測しても良い。この場合には上述のステップＳ１３において、式（４）の逆関数によって競合端末数Ｍを算出して、この競合端末数Ｍの平均化を行い、この競合端末数Mを用いてオフセット値(CWoffset)の値を計算する。

またクラスを区別せずに観測した競合端末数Ｍが閾値を超えた場合、全クラスについて、表１のCWoffsetAを採用し、閾値以下の場合は、やはり全クラスともCWoffsetBを採用する。例えば、クラス２の台数は少なくトラフィックは混雑していないが、クラス０は混雑している場合にも、クラス２のバックオフを大きい値に変更するすることにより、よりクラス０の通信を妨害する可能性が小さくなる。即ちクラス２は混んでいない（台数が少ない）にもかかわらず、大きなオフセット値を用いることになり、クラス２のスループットは低下してしまうが、クラス０の通信遅延の増大を防ぎ、音声通信を高品質で行なうことが可能となる。
（実施形態２）
本実施形態は、競合端末数Ｍからオフセット値(CWoffset)を算出することにより、実施形態１のようにオフセット値を２段階（CWoffsetA, CWoffsetB）とするよりも極め細かく台数に応じたオフセット値（CWoffset）を設定できるようにしたものある。

表２は、各クラス毎のオフセット値(CWoffset)を求める場合の一例を示し、クラス３では、オフセット値(CWoffset)は０であるが、クラス２では競合端末数Ｍに例えば４を加算し、クラス１は競合端末数Ｍを２倍にして８を加算し、更にクラス０では競合端末数Ｍｎを４倍して１６を加算して、夫々のクラスのオフセット値(CWoffset)を計算するようになっている。競合端末数Mが多いほど、オフセット値（CWoffset）は大きい値となり、例えばM=１６台ではクラス３，２，１，０について、オフセット値（CWoffset）は夫々０，２０，４０，８０となる。即ち、ＣＷの２倍強の値になるため、公正性を確保できる。

表２において、競合端末数Mからオフセット値（CWoffset）を計算する際に、４，８，１６を加算しているが、これは、ひとつ上位クラスのＣＷよりも大きい値を加算することにより、上位クラスのトラフィックが優先的に送信されるようにするためである。

（実施形態３）
実施形態１では、観測したアイドル時間を基に算出した競合端末数Ｍを所定の指標として用いてトラフィック負荷状況の観測を行っているが、競合端末数Ｍが多いほどアイドル時間が短くなることから、本実施形態の方法は、競合端末数Ｍを算出せずに、アイドル時間を所定の指標として用い、アイドル時間に基づいてオフセット値（CWoffset）を設定することで、複雑な競合端末数Ｍの算出が不要としている。

但し、同じ競合端末数でもオフセット値（CWoffset）によってアイドル時間は大幅に変わる。

図４は、端末数が１〜１６台の場合について、CWoffset＝０の場合、CWoffset＝３１の場合、及びこれらの混在時のアイドル時間をシミュレーションにより求めた結果である。ＣＷ＝１５で、１５を超えるアイドル時間は１５とみなしている。同じ競合端末数であっても、オフセット値（CWoffset）の値によって、観測されるアイドル時間は大きく異なる。逆に、あるアイドル時間を観測しても、実際の競合端末数は特定できないため、必ずしも最適なオフセット値（CWoffset）を設定できない可能性がある。

しかしながら、競合端末数Ｍが８台程度までは公平性はあまり悪くなく、１６台以上で極端に悪化するため、本実施形態の方法では、例えばアイドル時間＝４を閾値として、それ以下の場合はCWoffset＝０、それ以上の場合はCWoffset＝３１として、CWoffsetを０と、ＣＷ×２程度の２値で切り替えるようにしている。
（実施形態４）
実施形態３において、説明したように，同じ競合台数の場合に観測されるアイドル時間は、送信端末のオフセット値（CWoffset）によって大きく異なる。例えばオフセット値（CWoffset）が大きい値の端末が送信した場合は、アイドル時間が長くなり、オフセット値（CWoffset）が小さい値の端末が送信した場合はアイドル時間が短くなる傾向にある。

そこで本実施形態では、送信パケットのヘッダに図５（ａ）に示すようにオフセット値（CWoffset）を格納しておき、観測したアイドル時間を、ヘッダ内のオフセット値（CWoffset）によって重み付けをする。

例えば、実施形態３におけるCWoffset＝０とCWoffset＝３１との２段階とした場合において、CWoffset＝０の場合の観測アイドル時間を例えば２倍し、CWoffset＝３１の場合はそのままとすると、図５（ｂ）のようになる（混在の場合は図示せず）。本実施形態では、オフセット値（CWoffset）に対応してアイドル時間み付けを行うことで、オフセット値（CWoffset）によるアイドル時間のばらつき幅をに重み付けを行うことで、オフセット値（CWoffset）によるアイドル時間のばらつき幅を図４の結果と比べて少なくし、競合端末数の推定精度を向上させている。

而して、本実施形態によれば、２段階よりも多く、オフセット値（CWoffset）の区分を設けて、より実際のトラフィック負荷状況に即したオフセット値（CWoffset）の設定を行うことが可能となる。

尚、実施形態３，４のようにアイドル時間を観測する以外に競合端末数Ｍを推定する方法としては、端末において自己がバックオフ動作に入ってから送信を行うまでの間に、他端末が先に送信を開始したためにバックオフを中断した回数を観測する方法や、予め定めた一定期間の間に受信したパケット数をカウントすることによりトラフィックの混雑度合いを推定する方法や、一定期間の間に受信したパケットのヘッダ内の送信元アドレスを観測して何台の端末が送信を行ったかを観測する方法も有効である。

（ａ）は実施形態１に用いる端末の構成図、（ｂ）は端末の送信制御部の詳細構成図である。 （ａ）は実施形態１におけるアイドル時間の観測説明用のタイムチャート、（ｂ）はオフセット値をシミュレーションにより変化させて得られた合計スループットの結果説明図である。 実施形態１の処理動作説明用フローチャートである。 実施形態３によるアイドル時間観測結果図である。 （ａ）は実施形態４に用いるＭＡＣヘッダのフォーマット、（ｂ）はアイドル時間観測結果図である。 （ａ）は従来例のアクセス方式の説明図、（ｂ）はＣＷを変化させた場合の合計スループットの変化説明図である。 （ａ）は従来例のアクセス方式において送信成功パケット数を計算機シミュレーションにより求めた結果説明図、（ｂ）はIEEE802.11のアクセス方式において、ＣＷのデフォルト値を変化させた場合の送信パケット数の変化を示す説明図である。

符号の説明

１ 送信バッファ
２ 送信制御部
２１ アイドル時間観測部
２２ オフセット値設定部
２３ パケット送信処理部
３ 変調部
４ 送信ＡＦＥ部
５ 結合器
６ 受信ＡＦＥ部
７ 復調部
８ 受信制御部
９ キャリア検出部

Claims (8)

1. 各端末がキャリアセンスによって通信メディアの空き状態を検出してから、衝突回避のためのランダムなバックオフ時間が経過した後に送信を開始する多重アクセス通信方法であって、
   送信パケットの種類に応じて予め複数の優先度を有したクラスに分類して、所定番目のクラスに対して、０から前記所定番目のクラスに対応するコンテンション・ウィンドウ値までの整数から、一様にランダムな値を選択し、該選択した値とオフセット値とを加算した値をバックオフ時間として、前記ランダムな値と前記オフセット値を優先度クラス毎に算出し、
   各端末では、通信メディア上のクラス毎のトラフィック負荷状況を所定の指標で観測し、前記所定番目のクラスのトラフィック負荷状況に応じて当該所定番目のクラスの前記オフセット値を動的に変化させることを特徴とする多重アクセス通信方法。
2. 各端末がキャリアセンスによって通信メディアの空き状態を検出してから、衝突回避のためのランダムなバックオフ時間が経過した後に送信を開始する多重アクセス通信方法であって、
   送信パケットの種類に応じて予め複数の優先度を有したクラスに分類して、所定番目のクラスに対して、０から前記所定番目のクラスに対応するコンテンション・ウィンドウ値までの整数から、一様にランダムな値を選択し、該選択した値とオフセット値とを加算した値をバックオフ時間として、前記ランダムな値と前記オフセット値を優先度クラス毎に算出し、
   各端末では、通信メディア上のトラフィック負荷状況を所定の指標で観測し、前記トラフィック負荷状況に応じてクラスに関わらず全クラスの前記オフセット値を一括して動的に変化させることを特徴とする多重アクセス通信方法。
3. トラフィック負荷状況を、アイドル時間を基に推定した競合端末数を所定の指標として観測することを特徴とする請求項１又は２記載の多重アクセス通信方法。
4. トラフィック負荷状況を、アイドル時間を所定の指標として観測することを特徴とする請求項１又は２記載の多重アクセス通信方法。
5. トラフィック負荷状況を、バックオフを中断した回数を所定の指標として観測することを特徴とする請求項１又は２記載の多重アクセス通信方法。
6. トラフィック負荷状況を、一定時間内に送信を行った端末数を所定の指標として観測することを特徴とする請求項１又は２記載の多重アクセス通信方法。
7. 送信パケットのヘッダに、現在の前記オフセット値を示すフィールドを設け、前記送信パケットを受信した各端末は、トラフィック負荷状況を観測する際に、送信した前記ヘッダ内の前記オフセット値を用いて所定の指標を算出することを特徴とする請求項１乃至６の何れかの１項に記載の多重アクセス通信方法。
8. 送信パケットのヘッダに、現在の前記オフセット値を示すフィールドを設け、前記送信パケットを受信した各端末は、トラフィック負荷状況を観測する際に、受信した前記ヘッダ内の前記送信パオフセット値によって重み付けを行うことを特徴とする請求項１乃至６の何れかの１項に記載の多重アクセス通信方法。

Images