JP2008211600A - 無線通信システム、通信装置及び通信制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信システムに含まれる通信装置が互いに適正な情報を取得することによって通信のパラメータを適正に設定しエラーが実際に発生する以前に無線通信システムの通信品質や通信装置間で通信品質の不公性をなくすことができる通信装置を提供する。
【解決手段】無線通信システムを構成する通信装置に、無線通信システムに属する他の通信装置の情報を取得する情報交換部１０１、取得された情報に基づいて自装置の通信に使用されるパラメータを決定するパラメータ決定部１０３を有し、情報交換部１０１が、他の通信装置のＩＤ情報、データ通信量、ＱｏＳ設定情報、エラー発生率、再送回数、無線電力強度や通信に使用する変調方式の少なくとも一つを収集し、パラメータ決定部１０３は通信速度、変調方式、送信信号の電力強度、送信時の待ち時間、受信確認応答の待ち時間の少なくとも一つを含む通信パラメータを決定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、無線通信システム、無線通信システムを構成する通信装置、この通信装置を制御する通信制御方法に関する。

現在、無線通信の通信装置を複数備えた無線通信システムが普及している。無線通信システムでは、通信装置同士が円滑に信号を送受信するため、自局と通信する他の通信装置の情報を取得し、この情報に基づいて自局の通信に関する条件を設定するものがある。このような技術の従来例として、例えば、特許文献１、特許文献２が挙げられる。
特許文献１では、他局の通信チャネルの使用状態に基づいて、この他局の通信を制限して制御信号の送信完了率を高めている。また、特許文献２には、複数の無線通信装置がそれぞれに関する情報を含む報知信号を定期的に送信し、無線端末装置がこの信号に基づいて無線通信装置との通信の速度を切替えることが記載されている。

ところで、無線通信システムでは、一の通信装置に注目した場合、この通信装置にとって隠れ端末と呼ばれる通信装置が存在する場合がある。この場合の隠れ端末とは、一の通信装置とは直接通信することができず、かつ無線通信システムに属する他の通信装置と通信できる通信装置をいう。
一の通信装置は隠れ端末となる通信装置の存在を知ることができないため、一の通信装置（通信装置Ａとする）と、通信装置Ａの隠れ端末にあたる通信装置（通信装置Ｂとする）とが、同じ通信装置に対してデータフレームを送信してパケット衝突によるフレームエラーが発生したものとする。このような場合、エラーを発生した通信装置は、送信に失敗したデータフレームを再度送信してエラーに対処する。

通信で使用する変調方式を適応的に変更する通信方式では、一般的にフレーム単位のデータ（データフレーム）の通信速度（ｂｐｓで示す）が相違する。従来の無線通信システムを構成する複数の通信装置は、通信速度が異なる通信であっても、データフレームを同じ時間間隔で送受信している。
このため、より高い通信速度で通信していた通信装置は先に通信を終了して先に再送処理を開始する。再送処理の開始時には通信速度がより低い通信装置は未だ信号の送信中であることが多く、再度のパケット衝突によるフレームエラーを発生する。このようなエラーが頻繁に生じることにより、無線通信システムの通信品質の劣化、通信装置間の不公平性が発生する。

このような衝突によって無線通信システムにおける通信に支障がでることを、隠れ端末問題ともいう。隠れ端末とは互いに通信できないため、隠れ端末問題は上記した特許文献１、特許文献２によっても解決することができない。なお、通信の不公平性とは、一の無線通信局が無線通信システムの他の無線通信局に比べて高い確率でエラーを発生することを指し、通信品質劣化とは、このために無線通信システムで行われる通信に支障がでることをいう。

隠れ端末を見つけて信号の衝突を防ぐ技術としては、例えば、特許文献３が挙げられる。特許文献３には、ネットワーク上の通信装置が管理ログを他の通信装置と交換し、自装置及び他の装置の信号の衝突によるエラーの発生のタイミングに基づいて隠れ端末の有無を判定することが記載されている。
特開２００６−１０１３４８号公報 特開２０００−６９５６７号公報 特開２００６−２３７８４０号公報

しかしながら、特許文献３の発明では、信号の衝突によるエラーの発生のタイミングに基づいて隠れ端末を検出している。このため、実際に信号の衝突が発生しなければ隠れ端末を見つけることができない。
したがって、特許文献３の発明は、隠れ端末が検出されて対処できるまでは、無線通信システムの通信品質を低下、通信装置の通信品質に不公性を生じることになる。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、無線通信システムに含まれる通信装置が互いに適正な情報を取得することによって通信のパラメータを適正に設定し、隠れ端末等によるエラーが実際に発生する以前に無線通信システムの通信品質や通信装置間で通信品質の不公性をなくすことができる無線通信システム、通信装置、通信制御方法を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の無線通信システムは、複数の通信装置を含む無線通信システムであって、前記通信装置の少なくとも一つが、無線通信システムに属する他の通信装置の情報を取得する情報取得手段と、前記情報取得手段によって取得された情報に基づいて、自装置の通信に使用されるパラメータを決定する通信パラメータ決定手段と、を有し、前記情報取得手段は、前記他の通信装置を特定するＩＤ情報、前記他の通信装置のデータ通信量、通信品質に関する情報、エラー発生率及びデータ再送回数の少なくとも一つを含む情報である通信状態情報、前記他の通信装置から受信した信号の電力強度、通信速度、通信データの変調方式の少なくとも一つを含む使用無線パラメータ情報の少なくとも一方を取得し、前記通信パラメータ決定手段は、自装置の通信速度、通信に使用する通信データの変調方式、送信信号の電力強度、チャネルの空き状況を確認する際の待ち時間、送信が成功したか否かを判定する受信確認応答の待ち時間の少なくとも一つを含む通信パラメータを決定することを特徴とする。このような発明によれば、通信装置の少なくとも一つが、他の通信装置を特定するＩＤ情報、他の通信装置のデータ通信量、通信品質に関する情報、エラー発生率及びデータ再送回数の少なくとも一つを含む情報である通信状態情報、前記他の通信装置から受信した信号の電力強度、通信速度、通信データの変調方式の少なくとも一つを含む使用無線パラメータ情報の少なくとも一方を取得し、取得した情報に基づいて自装置の通信速度、通信に使用する通信データの変調方式、送信信号の電力強度、チャネルの空き状況を確認する際の待ち時間、送信が成功したか否かを判定する受信確認応答の待ち時間の少なくとも一つを含む通信パラメータを決定することができる。このため、無線通信システムに含まれる通信装置が互いに適正な情報を取得することによって通信のパラメータを適正に設定し、エラーが実際に発生する以前に無線通信システムの通信品質や通信装置間で通信品質の不公性をなくすことができる。

また、本発明の請求項２に記載の通信装置は、無線通信システムを構成する通信装置であって、前記無線通信システムに属する他の通信装置の情報を取得する情報取得手段と、前記情報取得手段によって取得された情報に基づいて、自装置の通信に使用されるパラメータを決定する通信パラメータ決定手段と、を有し、前記情報取得手段は、前記他の通信装置を特定するＩＤ情報、前記他の通信装置のデータ通信量、通信品質に関する情報、エラー発生率及びデータ再送回数の少なくとも一つを含む情報である通信状態情報、前記他の通信装置から受信した信号の電力強度、通信速度、通信データの変調方式の少なくとも一つを含む使用無線パラメータ情報の少なくとも一方を取得し、前記通信パラメータ決定手段は、自装置の通信速度、通信データの変調方式、送信信号の電力強度、チャネルの空き状況を確認する際の待ち時間、送信が成功したか否かを判定する受信確認応答の待ち時間の少なくとも一つを含む通信パラメータを決定することを特徴とする。このような発明によれば、通信装置の少なくとも一つが、他の通信装置を特定するＩＤ情報、他の通信装置のデータ通信量、通信品質に関する情報、エラー発生率及びデータ再送回数の少なくとも一つを含む情報である通信状態情報、前記他の通信装置から受信した信号の電力強度、通信速度、通信データの変調方式の少なくとも一つを含む使用無線パラメータ情報の少なくとも一方を取得し、取得した情報に基づいて自装置の通信速度、通信に使用する通信データの変調方式、送信信号の電力強度、チャネルの空き状況を確認する際の待ち時間、送信が成功したか否かを判定する受信確認応答の待ち時間の少なくとも一つを含む通信パラメータを決定することができる。このため、無線通信システムに含まれる通信装置が互いに適正な情報を取得することによって通信のパラメータを適正に設定し、エラーが実際に発生する以前に無線通信システムの通信品質や通信装置間で通信品質の不公性をなくすことができる。

また、本発明の請求項３に記載の通信装置は、請求項２に記載の発明において、前記他の通信装置が、通信範囲が自装置の通信範囲と隣接する隣接通信装置であって、前記情報取得手段によって取得された情報に基づいて、前記隣接通信装置と通信範囲が隣接する自装置以外の他の隣接通信装置の有無を判定する隣接通信装置判定手段と、前記隣接通信装置判定手段によって前記他の隣接通信装置があると判定された場合、前記他の隣接通信装置の通信速度を検出する通信速度検出手段と、をさらに有し、前記通信パラメータ決定手段は、前記通信速度検出手段によって検出された前記他の隣接通信装置の通信速度及び自装置の通信速度のうち最も低い速度を自装置の通信速度に設定することを特徴とする。このような発明によれば、情報取得手段によって取得された情報に基づいて、隣接通信装置の他の隣接通信装置がある場合、他の隣接通信装置の通信速度及び自装置の通信速度のうち最も低い速度を自装置の通信速度に設定することができる。このような発明によれば、パケット衝突が発生して再送する場合にも他方のデータフレームの送信が完了していない確率を低減し、エラーが繰り返し発生することを防ぐことができる。

また、本発明の請求項４に記載の通信装置は、請求項２に記載の発明において、前記隣接通信装置判定手段によって前記他の隣接通信装置があると判定された場合、前記他の隣接通信装置が、自装置と通信できない隠れ通信装置であるか否かを判定する隠れ通信装置判定手段をさらに備え、前記通信パラメータ決定手段は、前記隠れ通信装置判定手段によって隠れ通信装置であると判定された前記他の隣接通信装置が使用する通信のパラメータに基づいて自装置の通信速度、通信データの変調方式、送信信号の電力強度、チャネルの空き状況を確認する際の待ち時間、送信が成功したか否かを判定する受信確認応答の待ち時間の少なくとも一つを含む通信パラメータを決定することを特徴とする。このような発明によれば、隠れ通信装置であると判定された隣接通信装置が使用する通信のパラメータに基づいて自装置の通信パラメータを決定することができる。このため、隠れ通信装置との間でエラーが繰り返し発生することを防ぐことができる。

また、本発明の請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記隣接通信装置判定手段によって前記他の隣接通信装置があると判定された場合、前記他の隣接通信装置が、自装置と通信できない隠れ通信装置であるか否かを判定する隠れ通信装置判定手段をさらに備え、前記通信パラメータ決定手段は、自装置、前記隠れ通信装置判定手段によって隠れ通信装置であると判定された前記他の隣接通信装置の少なくとも一方について、チャネルの空き状況を確認する際の待ち時間、送信が成功したか否かを判定する受信確認応答の待ち時間の少なくともいずれかを延長することを特徴とする。このような発明によれば、自装置、隠れ通信装置であると判定された他の隣接通信装置の少なくとも一方について、データフレームが送信される時間間隔を延長することができる。このため、パケット衝突が起こったことによってデータフレームを再送した場合に他方のデータフレームの送信が完了していない確率を低減し、エラーが繰り返し発生することを防ぐことができる。また、一方のデータフレームの送信間隔に他方のデータフレームを送信できる確率を高めることができる。

また、本発明の請求項６に記載の通信方法制御方法は、無線通信システムを構成する通信装置の制御方法であって、前記無線通信システムに属する他の通信装置から、前記他の通信装置を特定するＩＤ情報、前記他の通信装置のデータ通信量、通信品質に関する情報、エラー発生率及びデータ再送回数の少なくとも一つを含む情報である通信状態情報、前記他の通信装置から受信した信号の電力強度、通信速度、通信データの変調方式の少なくとも一つを含む使用無線パラメータ情報の少なくとも一方を取得する情報取得ステップと、前記情報取得ステップにおいて取得された情報に基づいて、自装置の通信速度、通信データの変調方式、送信信号の電力強度、チャネルの空き状況を確認する際の待ち時間、送信が成功したか否かを判定する受信確認応答の待ち時間の少なくとも一つを含む通信パラメータを決定する通信パラメータ決定ステップと、を含むことを特徴とする。このような発明によれば、通信装置の少なくとも一つが、他の通信装置を特定するＩＤ情報、他の通信装置のデータ通信量、通信品質に関する情報、エラー発生率及びデータ再送回数の少なくとも一つを含む情報である通信状態情報、前記他の通信装置から受信した信号の電力強度、通信速度、通信データの変調方式の少なくとも一つを含む使用無線パラメータ情報の少なくとも一方を取得し、取得した情報に基づいて自装置の通信速度、通信に使用する通信データの変調方式、送信信号の電力強度、チャネルの空き状況を確認する際の待ち時間、送信が成功したか否かを判定する受信確認応答の待ち時間の少なくとも一つを含む通信パラメータを決定することができる。このため、無線通信システムに含まれる通信装置が互いに適正な情報を取得することによって通信のパラメータを適正に設定し、エラーが実際に発生する以前に無線通信システムの通信品質や通信装置間で通信品質の不公性をなくすことができる。

以上述べたように、本発明は、無線通信システムに含まれる通信装置が互いに適正な情報を取得することによって通信のパラメータを適正に設定できるので、隠れ端末等によるエラーが実際に発生する以前に無線通信システムの通信品質や通信装置間で通信品質の不公性をなくすことができる無線通信システム、通信装置、通信制御方法を提供することができる。

（隠れ端末によって発生する問題）
本発明の一実施形態の構成の説明に先立って、本明細書では、先ず、隠れ端末による信号の衝突について説明する。
なお、本実施形態は、複数の通信装置（無線通信局）から構成される無線ネットワークに関する。本明細書では、本実施形態を、無線ＬＡＮ規格である、IEEE 802.11を用いた複数の無線通信局からなる無線ＬＡＮネットワークを例にとって説明する。
IEEE 802.11a規格は、高速な無線ＬＡＮ通信を目的としてIEEE 802.11を拡張して策定された通信の規格である。図１に、IEEE 802.11a規格において規定されている複数の変調方式の符号化率と通信速度とを示す。IEEE 802.11a規格において、複数の変調方式が設定されているのは、無線通信局間の距離などによって通信強度を変更することを可能にするためである。

図１のように、IEEE 802.11a規格では、通信速度（図中では伝送レートと示す）が低いものの低い電力強度によって通信可能な変調方式、高い電力強度が必要であるが高い通信速度が得られる変調方式が段階的に規定されている。また、通信速度が高い変調方式はエラーに対する耐性が低く、通信速度が低い変調方式はエラーに対する耐性が高い傾向がある。
さらに、IEEE 802.11a規格では、通信速度が変調方式と対応していて、通信速度の変更は通信データの変調方式を変更することによって実現できる。
具体的には、通信に必要な電力強度が最も低い変調方式はＢＰＳＫ変調方式であり、その通信速度は６Ｍｂｐｓである。また、通信に必要な電力強度が最も高い変調方式は６４ＱＡＭ変調方式であり、その通信速度は５４Ｍｂｐｓである。

図２、図３は、従来の無線通信システムで隠れ端末によって信号の衝突が発生するプロセスを説明するための図である。図２に示した３つの無線通信局１、２、３は、ネットワークシステムを構築する複数の無線通信局の一部である。無線通信では、電波の届く範囲の無線通信局同士以外は通信できない。ある無線通信曲から見て通信可能な範囲外にある無線通信局を隠れ端末といい、お互いが隠れ端末になる位置にいる無線端末局同士の位置関係を隠れ端末関係という。

図２に示した例では、無線通信局１と無線通信局２、無線通信局２と無線通信局３とはいずれも互いに通信可能であって、無線通信局１と無線通信局３とは、互いに通信ができない、いわゆる隠れ端末関係にある。
また、無線通信局１と無線通信局２とは通信速度２４Ｍｂｐｓで通信し、無線通信局２と無線通信局３とは通信速度６Ｍｂｐｓで通信している。無線通信局１と無線通信局２、無線通信局２と無線通信局３の通信の可変長のデータのデータフレーム（データフレーム）送信の時間間隔は同一である。

IEEE 802.11無線ＬＡＮネットワークで一般的に使われているＤＣＦ（Distributed Coordinated Function: 自律分散アクセス制御手段）では、特定の時間スロットを割り当てる集中制御局（セルラー携帯電話ネットワークの基地局に当たる）が存在しない。このため、図２に示した無線通信システムでは、無線通信局１、２、３がＣＳＭＡ／ＣＡ方式と呼ばれるアクセス制御方式を用い、同じ無線チャネルを共有して自律的にデータを送受信している。
ＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、無線通信局１、２、３が、乱数で決められた時間だけデータフレームの送信を待ち、無線チャネルの空きを確認する。そして、他の無線通信局のいずれもが通信しないタイミングでデータフレーム送信する。この際に他の無線通信局の通信が検知された場合、通信の時間分だけデータフレームの送信待ち時間が延長される。

このようにして送信されたデータフレームを受信した無線通信局は、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）チェックによって通信エラーの有無を確認する。確認の結果、受信が正常になされている場合は受信確認を送信局に送信する。一方、データフレームの衝突があった場合には受信確認を送信局に送信しない。データフレームを送信した無線通信局は、受信確認の有無により送信が正常になされたことを確認できる。受信確認が受信できない場合、送信をした無線通信局は、送信失敗と判断し、ランダム時間後に再度同じデータフレームを送信する。

データフレームを再送信する場合、同時にデータを送信すると再送信にも失敗し、通信エラーの頻度が高まることになる。エラー発生頻度を下げるため、無線通信局は、再送信時の送信待ち時間を前回の倍にする。データフレームの送信が予め規定されている回数失敗した場合、そのデータフレームの送信は失敗したと判定され、上位層にパケットエラーとして通知される。

隠れ端末にある無線通信局１と無線通信局３とがＣＳＭＡ／ＣＡ方式を使って通信する場合、お互いが他方を検知できないため、何度も同時にデータフレームの送信をし、通信成功率が悪化させることがある。図３は、このような状態を説明するための図である。
図３に示したように、無線通信局１と無線通信局３とが無線通信局３にデータフレームを送信する場合、無線通信局１は、無線通信局３よりも無線通信局２との通信速度が高いため、送信にかかる時間が短い。このため、無線通信局２において無線通信局１が送信したデータフレーム（送信（ｉ））と無線通信局３が送信したデータフレーム（送信（ｉｉ））が衝突すると、無線通信局１は、無線通信局２よりも早期に送信が正常になされなかったことを検知する。

無線通信局１は、送信できなかったデータフレームの再送を開始する（再送（ｉ））。再送が送信（ｉｉ）の送信完了以前に開始されれば、送信（ｉｉ）で送信されているデータフレームが再送されたデータフレームと再び衝突する。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、規定された回数に達するまで繰り返し再送がされるためにデータフレームの送信失敗が繰り返し生じ、無線通信システムの通信品質の劣化や通信装置間の不公平性が発生する。

さらに、再送時のたびに送信待ち時間は前回の倍になる。このため、図３に示した状況では、データ送信にかかる時間が再送のたびに長くなって通信に遅れが生じることになる。
このような点は、ＶｏＩＰアプリケーションなどの音声通信やビデオ会議アプリケーションの動画通信等、双方向通信でデータフレーム間隔が短く、フロー制御などを行わないＵＤＰ（User Datagram Protocol）アプリケーションにおいて特に深刻な問題となる。

また、以上の不具合は、より高い通信速度で通信している無線通信局が、通信速度がより低い通信速度で通信している無線通信局の通信速度に合わせて通信すれば解決できる。しかし、このようにした場合、無線通信システム全体の通信速度が低下するため、システムのキャパシティや全体の通信品質が急激に劣化するという問題が発生する。
本発明の実施形態は、いずれも無線通信局の変調方式を変更することなく、無線通信システムの通信品質劣化や通信品質に無線通信局間で不公平性が生じることを防ぐため、以下のように構成される。

以下、図を参照して本発明に係る無線通信システム、通信装置、通信装置の制御方法の実施形態を説明する。
（無線通信局の構成）
図４は、本実施形態の無線通信局１の構成を説明するための図である。無線通信局１、２、３は、いずれも同様に構成されているため、本実施形態では無線通信局１の構成についてのみ図示して説明し、無線通信局２、無線通信局３の説明に代えるものとする。
無線通信局１は、無線通信システムに属する他の無線通信局２の情報を取得する情報交換部１０１、取得された情報を保存するノード情報保持部１０２、取得された情報に基づいて、自装置の通信に使用されるパラメータを決定するパラメータ決定部１０３、パラメータ取得・設定部１０４を備えている。

情報交換部１０１は、無線通信局２を特定するＩＤ情報、無線通信局２のデータ通信量、通信品質に関する情報、エラー発生率及びデータ再送回数の少なくとも一つを含む情報である通信状態情報、無線通信局２から受信した信号の電力強度、通信速度、通信データの変調方式の少なくとも一つを含む使用無線パラメータ情報の少なくとも一方を取得する。ノード情報保持部１０２は、取得された情報を保存するデータベースである。

また、パラメータ決定部１０３ は、無線通信局１の通信速度、通信データの変調方式、送信信号の電力強度、チャネルの空き状況を確認する際の待ち時間、送信が成功したか否かを判定する受信確認応答の待ち時間の少なくとも一つを含む通信パラメータを決定する。パラメータ取得・設定部１０４は、決定した通信パラメータを無線通信局１に設定し、無線通信局１の通信のパラメータとして反映させる。

このような情報交換部１０１は情報取得手段、パラメータ決定部１０３、パラメータ取得・設定部１０４は通信パラメータ決定手段として機能する。
すなわち、情報交換部１０１は、無線通信局１の通信範囲と通信範囲が隣接する無線通信局２との間で、無線通信局１にかかる情報と無線通信局２にかかる情報とを交換する構成である。なお、無線通信局１と無線通信局２のように、通信範囲が互いに隣接する無線通信局は、本実施形態でいう隣接通信装置であって、一般的には隣接端末と呼ばれている。

無線通信局２と交換される情報には、無線通信局１及び無線通信局２のＩＤ情報、データ通信量、アプリケーションのＱｏＳ（Quality of Service）設定情報、エラー発生率、再送回数などの通信状態情報、隣接無線通信局の無線電力強度や通信に使用する変調方式などの使用無線パラメータ情報の少なくとも一つが含まれる。本実施形態では、通信状態情報と使用無線パラメータ情報とを合わせて隣接無線通信端末局情報という。

ＩＤ情報とは、例えば、ＭＡＣアドレスやＩＰアドレス情報をいい、データ通信量とは、例えば通信で占有する無線リソースの時間割合や単位時間あたりの送受信バイト数をいう。また、アプリケーションのＱｏＳ設定情報とは、通信品質（通信の遅延やスループット等）の通信品質を制御するための情報であり、例えば、IEEE 802.11e規格で通信フレーム内に規定されているＱｏＳフィールドの情報やＩＰのＴｏＳ(Type of Service)情報をいう。

エラー発生率とは、例えば単位時間あたりの送信フレームエラー回数をいい、再送回数とは、例えば１データフレームあたりの平均再送回数をいう。
ノード情報保持部１０２には、無線通信局１から無線通信局２に送信される無線通信局１の隣接無線通信端末局情報も保存されている。保存された隣接無線通信端末局情報は、常時最新の情報に更新される。また、無線通信局２から無線通信局１に送信された隣接無線通信端末局情報は、ノード情報保持部１０２に保存され、最新の情報に更新されている。

ノード情報保持部１０２は保存している無線通信局１の隣接無線通信端末局情報を情報交換部１０１に渡し、情報交換部１０１は、渡された隣接無線通信端末局情報を無線通信局２に送信する。この動作により、本実施形態は、無線通信局１と無線通信局２との隣接無線通信端末局情報の交換が可能になる。
また、パラメータ決定部１０３は、無線通信局１が通信に使用するパラメータ（無線パラメータ）を決定する。決定される無線パラメータとしては、通信の速度、通信の変調方式（IEEE 802.11a規格を使用する場合、図1に示した変調方式のいずれか等）、送信電力（無線送信時の電力［ｍＷ］）、送信前にチャネルの空き状況を確認するための待ち時間の乱数値の範囲、送信後に送信成功したか否かを判定する受信確認応答を待つ時間の少なくとも一つをいう。

本実施では、通信の変調方式を切り替えて通信速度を決定するものとした。待ち時間の乱数値の範囲の決定は、IEEE 802.11e規格によって規定されているＣＷ（コンテンションウィンドウ）やＡＩＦＳ（Arbitration IFS）の値を用いても決定することができる。
さらに、パラメータ決定部１０３は、情報交換部１０１が無線通信局２から取得された隣接無線通信端末局情報に基づいて隠れ端末の存在の有無を検出する構成である。隠れ端末の存在の検出は、パラメータ決定部１０３が、無線通信局２の隣接無線通信端末局情報と無線通信局１の隣接無線通信端末局情報とを比較し、その差分をとることによって行われる。
このようなパラメータ決定部１０３は、本実施形態の隣接通信装置判定手段及び隣接通信装置の通信速度を検出する通信速度検出手段としても機能する。
また、本実施形態では、隣接無線通信端末局情報を使って隠れ端末が自装置の通信に与える影響の大きさを判定している。

（通信装置の動作）
図５は、本実施形態の無線通信局１、２、３が互いに通信する動作において、無線通信局１の制御方法を説明するためのフローチャートである。
無線通信局１と無線通信局２とは互いに隣接端末の関係にあって、無線通信局１と無線通信局３とは互いに隠れ端末の関係にある。無線通信局１と無線通信局２とは通信可能であって、互いの情報を取得することができる。また、無線通信局２と無線通信局３とも通信可能であって、互いの情報を取得することができる。

無線通信局１は、隠れ端末に関する判定を開始する（Ｓ４０１）。判定開始後、無線通信局１は、無線通信局２に対して隣接無線通信端末局情報の問い合わせをする。無線通信局２は、問い合わせに応答して自装置のノード情報保持部１０２に保存されている隣接無線通信端末局情報を無線通信局１に送信する。
ここで、各無線通信局は、報知情報の定期的な送出や問い合わせ情報のブロードキャスト送信などにより、自無線通信局から通信可能範囲にいる全隣接無線通信局を予め把握しているものとする。
なお、無線通信局１による判定は、無線通信局の起動時や一定の周期ごとに行われるものであってもよい。また、図示しないより上位の制御部やネットワーク管理者の判断示、トポロジの変更時などに適宜開始するものであってもよい。

また、無線通信局１の隣接無線通信端末局情報の問い合わせ及び応答は、受信側の無線通信局を指定して行うものに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、一の無線通信局が他の無線通信局にブロードキャスト送信して情報交換してもよい。ブロードキャストは、IEEE 802.11で規定されているｂｅａｃｏｎフレームなどに乗せて実行することも可能である。

無線通信局１は、隣接無線通信端末局情報を取得すると、パラメータ決定部１０３において隠れ端末の検出をする。また、隠れ端末が検出された場合、無線通信局１は、この隠れ端末によって自装置の通信に支障がでる程度（不公平性度）について判定する（Ｓ４０２）。さらに、パラメータ決定部１０３が不公性度の判定結果に基づいて無線通信局１の無線パラメータを決定し、パラメータ取得・設定部１０４は、決定されたパラメータを無線通信局１の通信条件に反映する（Ｓ４０３）。

以下、図５、図６に示したステップＳ４０２、Ｓ４０３の処理について説明する。
（１）隠れ端末の検出
無線通信局１の情報交換部１０１は、無線通信局２から隣接無線通信端末局情報を受信する。パラメータ決定部１０３は、無線通信局２の隣接無線通信端末局情報に含まれるＩＤ情報に基づいて隣接無線通信端末局情報の送信元が無線通信局２であると判定することができる。

また、パラメータ決定部１０３は、無線通信局２の隣接無線通信端末局情報とノード情報保持部１０２に保存されている無線通信局１の隣接無線通信端末局情報とを比較する。そして、両者の差分をとり、無線通信局２の隣接端末が無線通信局１にとって隠れ端末になっているか否かを判定することができる。
ここで、無線通信局１の隣接無線通信端末局情報には無線通信局１の隣接無線通信局は無線通信局２のみであるため隣接無線局ＩＤとして、無線通信局２のＩＤが含まれている。無線通信局２の隣接無線通信端末局情報には、無線通信局１及び無線通信局３のＩＤが含まれている。

すなわち、無線通信局１のパラメータ決定部１０３は、隣接無線通信局である無線通信局２から受信した隣接無線通信端末局情報（無線通信局１および３）と自局の持つ隣接無線通信局情報（無線通信局２）にそれぞれの送信局のＩＤを加えたものの比較をする。つまり、無線通信局２の持つＩＤ情報は、無線通信局１（隣接局）、無線通信局２（自局）、無線通信局３（隣接局）であり、無線通信局１のもつＩＤ情報は、無線通信局１（自局）、無線通信局２（隣接局）となる。この二つの差分をとることで、無線通信局１は無線通信局２の隣接に隠れ端末となる無線通信局３が存在することを知ることが可能となる。

また、例えば、無線通信局１の隣接無線通信端末局情報から無線通信局２と通信したデータのデータ量を抽出する。そして、抽出されたデータ量と無線通信局２の無線通信局情報との差分をとり、差分値が予め適正に定められたしきい値と比較する。この結果、差分値がしきい値に満たない場合には無線通信局２の隣接端末は無線通信局１のみであると判定できる。一方、差分値がしきい値以上であれば、無線通信局２に無線通信局１以外の隣接端末が存在すると判定できる。

さらに、無線通信局１がこの隣接端末を検出できない場合、この隣接端末が無線通信局１にとって隠れ端末となる。したがって、このような本実施形態の構成は、隠れ端末によるエラーが発生する以前に隠れ端末を検出することができるという効果を奏するものである。
また、パラメータ決定部１０３は、無線通信局１と無線通信局２とで、隣接無線通信端末局情報に含まれるエラー発生率及び再送回数を比較することによって無線通信局２の隣接端末が無線通信局１にとって隠れ端末であるか否かを判定することができる。

例えば、パラメータ決定部１０３は、無線通信局１の隣接無線通信端末局情報に含まれる無線通信局２との間で発生するエラー発生率と無線通信局２の隣接無線通信端末局情報に含まれるエラー発生率とを比較する。比較の結果、無線通信局１の送信エラー発生率と無線通信局２の受信エラー発生率とが一致していれば、無線通信局２の隣接には無線通信局１にとっての隠れ端末がない、または隠れ端末が存在したとしても通信中ではないため通信品質劣化の原因とはならないと推定することができる。

一方、無線通信局１の送信エラー発生率よりも無線通信局２の受信エラー発生率が大きく、かつ両者の差分値がしきい値より大きい場合、無線通信局２の隣接には無線通信局１にとっての隠れ端末が通信中であると推定することができる。
さらに、無線通信局２が無線通信局１以外の隣接端末を有し、かつ無線通信局１の無線通信局２への再送回数と無線通信局２から無線通信局１への再送回数との差分値がしきい値以上である場合、無線通信局２には無線通信局１と隠れ端末端末関係にある隣接端末があると推定することができる。

なお、本実施形態は、以上述べた方法によって無線通信局２の隣接端末の有無及びこの隣接端末が隠れ端末であるか否かを判定するものに限定されるものではない。例えば、無線通信局１がＱｏＳ情報に基づいて無線通信局３のアドレスを取得した場合、パラメータ決定部１０３は、このアドレスの無線通信局３と無線通信局１とが通信できるか否か判断することによっても隠れ端末が存在するか否かを判定することが可能になる。

無線通信局１と無線通信局３とが通信可能であるか否かは、パラメータ決定部１０３が情報交換部１０１を介して取得したアドレスに信号を送信することによって判定してもよい。また、図示しないメモリ等に保存されている無線通信局１の通信にかかる設定情報やログ記録を参照し、このアドレスが無線通信局１の通信の対象となっているか否か判断することによっても可能である。

また、本実施形態は、以上述べたように、無線通信局情報に含まれる通信状態情報を使って隣接端末や隠れ端末の有無を判定するものに限定されるものでなく、使用無線パラメータ情報を使うものであってもよい。さらに、無線通信局１と無線通信局２とで無線通信局情報を比較することによって隣接端末の有無や隠れ端末の有無を判定する方法であれば、どのような方法を使うものであってもよい。

（２）不公平度の判定
無線通信局２の隣接端末（無線通信局３）が隠れ端末関係にあると判定された場合、無線通信局１のパラメータ決定部１０３は、無線通信局３が使用している変調方式情報、受信電力強度に関する情報に基づいて、無線通信システムにおける無線通信局１の不公平度を判定する。
なお、無線通信局２と無線通信局３との通信の変調方式を示す情報は、無線通信局２の使用無線パラメータ情報に含まれている。使用無線パラメータ情報は、変調方式を直接表す情報を含むものであってもよい。また、使用無線パラメータ情報は受信電力強度を示す情報を含み、パラメータ決定部１０３が受信電力強度から変調方式を判定するものであってもよい。

パラメータ決定部１０３は、無線通信局２の使用無線パラメータ情報に基づいて、無線通信局２と無線通信局３との通信の変調方式を判定する。そして、無線通信局２と無線通信局３との間で行われる通信の通信速度を、無線通信局１と無線通信局２との間の通信速度と比較する。そして、無線通信局１と無線通信局２との通信の速度が、無線通信局２と無線通信局３との通信の速度と相違する場合、無線通信システムの通信品質劣化や無線通信局１の不公平性が発生する可能性があると判定する。
より具体的には、パラメータ決定部１０３は、無線通信局２から取得した無線通信局３の使用無線パラメータ情報が通信速度６Ｍｂｐｓを示し、無線通信局１が無線通信局２と５４Ｍｂｐｓの通信速度で通信している場合、図３において説明した理由によって通信の不公平性に起因する通信品質劣化の可能性があると判断する。

（３）不公平性及び品質劣化の程度の判定
次に、パラメータ決定部１０３は、無線通信局２から取得したデータ通信量（トラフィック量）やエラー発生率に基づいて、不公平性や品質劣化の程度を判定する。判定の結果、品質劣化等の程度が予め規定されたしきい値以上であった場合、無線パラメータの変更が必要であると判定して新たな無線パラメータを決定する。このパラメータは、パラメータ取得・設定部１０４によって無線通信局１に設定される。また、通信量の大きい通信が始まる前に予め設定しても良い。

例えば、無線通信局２から取得した無線通信局３のデータ通信量が２Ｍｂｐｓ、パケットエラー率が０．０１％であることを取得する。一方、無線通信局１のデータ通信量が５００ｋｂｐｓ、パケットエラー率が１０％であり、不公平性のしきい値が、エラー発生率が１００倍またはデータ通信量が４０％以下と規定されている場合、パラメータ決定部１０３は、無線パラメータの変更を決定する。

また、不公平性や品質劣化の判定のしきい値は、以下のような考え方に基づいて設定することができる。すなわち、音声通信では、数％のパケットエラー率は人間の感覚に影響しない。しかし、通信の遅延時間が１００ｍｓを超えると、人間は通信品質の劣化を感じる。また、パケットエラー率が数％を超えると、ＴＣＰのフロー制御などによって空いている帯域を使うことができずスループットが悪化する。
このように、アプリケーションがデータ通信か音声通信かによっても人間の許容範囲は異なるので、通信品質のしきい値は、無線通信システムの管理者などが事前に適宜設定する必要がある。

具体的には、例えば音声通信の場合、パケットエラー率が２．５％以上，平均伝送遅延時間の比が隠れ端末関係にある無線通信局との比で３倍以上であって、かつ５０ｍｓ以上の場合にしきい値を超えていると判定する。また、データ通信の場合、無線通信局のスループットが隠れ端末関係にある無線通信局のスループットに比べて３倍以上になった場合しきい値を超えていると判定することができる。

（４）無線パラメータの変更
実施形態１では、無線通信局１のパラメータ決定部１０３は、送信前にチャネルの空き状況を確認する待ち時間の乱数値の範囲、または送信後に送信が成功したか否かを判定する受信確認応答を待つ時間を変更する。なお、送信前にチャネルの空き状況を確認する待ち時間の乱数値の範囲は、送信前の待ち時間を決定するパラメータである。また、受信確認応答を待つ時間は、送信が完了した後、再送までの待ち時間を決定するパラメータである。

本実施形態では、無線通信局１の通信速度と無線通信局３の通信速度の高低に関わらず、送信前の待ち時間、再送までの待ち時間が長くなるように変更する。このような変更により、本実施形態は、データフレームが送信されてから次のデータフレームが送信されるまでの時間間隔（送信間隔）を延ばすことができる。
送信前の待ち時間、再送までの待ち時間の設定は、例えばIEEE 802.11eで用いられるＱｏＳ情報パラメータを変更することで可能である。なぜなら、ＱｏＳ情報パラメータには送信するフレームの送信間隔に関わるパラメータも含まれるため、IEEE 802.11eのＱｏＳ設定を変更することで時間間隔を変更することは可能である。

図７は、このようなパラメータの変更によってパケット衝突を低減できる理由を説明するための図である。無線通信局１が無線通信局３より高い通信速度で通信している場合、無線通信局１は、送信間隔を延ばすことによって、フレーム長がより長い無線通信局３のデータフレームと繰り返し衝突することを防ぐことができる（図７中の送信（ｉ）、再送（ｉ））。
また、実施形態１では、無線通信局１が無線通信局３より低い通信速度で通信している場合にも、無線通信局１の送信間隔を延ばす。このようにすれば、高速通信している無線通信局３の占有時間の短いデータフレームが、無線通信局１が次のデータフレームを送信するまでの間に送信できる確率を高めることが可能になる。

なお、本実施形態は、無線通信局１側のデータフレームの送信間隔のみを調整する構成に限定されるものではない。無線通信システムが、無線通信局１から無線通信局３にパラメータの変更を指示できるよう構成されている場合には、図７の送信（ｉｉ）、再送（ｉｉ）に示したように、無線通信局３のデータフレームの送信間隔を変更するものであってもよい。さらに、無線通信局１と無線通信局３の両方のデータフレームの送信間隔を調整するものであってもよい。

以上のようにして、本実施形態は、互いに隠れ端末関係にある通信速度が異なる制御装置が何度もパケット衝突をしてエラー率が高めること、不公平性及び不公平性による通信品質の劣化を改善することが可能となる。
なお、本実施形態のパラメータの変更量であるデータフレームの送信間隔は、大きくすれば単位時間当たりに送信できるデータフレームの数を減少させることになる。このため、送信間隔は、フレーム損失率や不公平性とシステム全体のスループット等との間にトレードオフの関係があり、状況に即した最適値に設定することが望ましい。

適正な送信間隔を設定するため、本実施形態は、例えば、次のようにして送信間隔を設定することが考えられる。すなわち、無線通信局が、互いに隣接する他の無線通信局と情報交換をしながら順次無線パラメータを変更する。より具体的には、送信間隔を前回の不フレームデータの送信時の１．５倍にしながら通信品質の不公平性や通信品質劣化を観測する。そして、観測された値がしきい値以下となった場合、または前回に比べて悪化した場合、パラメータ変更を終了する。このようにすれば、無線通信システム全体のスループットとフレーム損失率や不公平性のトレードオフを適応的に設定することが可能である。

なお、以上述べた本実施形態は、本発明の無線通信システム、通信装置、通信制御方法を複数の無線通信局からなるIEEE802.11a規格の無線ＬＡＮネットワークを例として説明した。しかし、本実施形態は、このような例に限定されるものでなく、メッシュネットワークやアドホックネットワークなどの自律分散的なノード間、制御局と一般的な通信端末装置のようなネットワークで使用することも可能である。

また、本実施形態は、以上述べた構成に限定されるものではない。すなわち、本実施では、無線パラメータとして、自装置あるいは隠れ端末となる無線通信局の送受信の待ち時間を変更しているが、本実施形態は、このようなパラメータを変更するものに限定されるものではない。例えば、パラメータ決定部１０３が無線通信局２から取得した隣接無線通信端末局情報から無線通信局３の通信速度を検出する。そして、検出された無線通信局３の通信速度と自装置の速度とを比較し、通信速度のうち最も低い速度を自装置の通信速度に設定してもよい。通信速度の設定は、自装置の変調方式を通信速度が最も低い変調方式にすることによって実現することができる。

このようにすれば、無線通信局のデータフレームの送信が同じになるため、一方が再送した際に他方もデータフレームの送信を完了している可能性が高くなり、頻繁なパケット衝突を防ぐことができる。
さらに、本実施形態は、隠れ端末と判定された無線通信局が使用する通信のパラメータに基づいて自装置の通信速度、通信データの変調方式、送信信号の電力強度、チャネルの空き状況を確認する際の待ち時間、送信が成功したか否かを判定する受信確認応答の待ち時間の少なくとも一つを含む通信パラメータを決定するものであってもよい。

本発明は、複数の通信装置を含んで構成されるネットワークシステムに適用でき、特に互いに存在が検出できない、いわゆる隠れ端末問題が生じるネットワークシステムに適している。

IEEE 802.11a規格において規定されている複数の変調方式の符号化率と通信速度とを示した図である。 従来の無線通信システムで隠れ端末によって信号の衝突が発生するプロセスを説明するための図である。 従来の無線通信システムで隠れ端末によって信号の衝突が発生するプロセスを説明するための他の図である。 本発明の一実施形態の無線通信局の構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態の無線通信局が互いに通信する動作において、無線通信局１の制御方法を説明するためのフローチャートである。 図５示したフローチャートの他の例を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態がパラメータの変更によってパケット衝突を低減できる理由を説明するための図である。

符号の説明

１，２，３ 無線通信局
１０１ 情報交換部
１０２ ノード情報保持部
１０３ パラメータ決定部
１０４ パラメータ取得・設定部

Claims (6)

1. 複数の通信装置を含む無線通信システムであって、
   前記通信装置の少なくとも一つは、
   無線通信システムに属する他の通信装置の情報を取得する情報取得手段と、
   前記情報取得手段によって取得された情報に基づいて、自装置の通信に使用されるパラメータを決定する通信パラメータ決定手段と、を有し、
   前記情報取得手段は、
   前記他の通信装置を特定するＩＤ情報、前記他の通信装置のデータ通信量、通信品質に関する情報、エラー発生率及びデータ再送回数の少なくとも一つを含む情報である通信状態情報、前記他の通信装置から受信した信号の電力強度、通信速度、通信データの変調方式の少なくとも一つを含む使用無線パラメータ情報の少なくとも一つを取得し、
   前記通信パラメータ決定手段は、
   自装置の通信速度、通信に使用する通信データの変調方式、送信信号の電力強度、チャネルの空き状況を確認する際の待ち時間、送信が成功したか否かを判定する受信確認応答の待ち時間の少なくとも一つを含む通信パラメータを決定することを特徴とする無線通信システム。
2. 無線通信システムを構成する通信装置であって、
   前記無線通信システムに属する他の通信装置の情報を取得する情報取得手段と、
   前記情報取得手段によって取得された情報に基づいて、自装置の通信に使用されるパラメータを決定する通信パラメータ決定手段と、を有し、
   前記情報取得手段は、
   前記他の通信装置を特定するＩＤ情報、前記他の通信装置のデータ通信量、通信品質に関する情報、エラー発生率及びデータ再送回数の少なくとも一つを含む情報である通信状態情報、前記他の通信装置から受信した信号の電力強度、通信速度、通信データの変調方式の少なくとも一つを含む使用無線パラメータ情報の少なくとも一方を取得し、
   前記通信パラメータ決定手段は、
   自装置の通信速度、通信データの変調方式、送信信号の電力強度、チャネルの空き状況を確認する際の待ち時間、送信が成功したか否かを判定する受信確認応答の待ち時間の少なくとも一つを含む通信パラメータを決定することを特徴とする通信装置。
3. 前記他の通信装置は、通信範囲が自装置の通信範囲と隣接する隣接通信装置であって、
   前記情報取得手段によって取得された情報に基づいて、前記隣接通信装置と通信範囲が隣接する自装置以外の他の隣接通信装置の有無を判定する隣接通信装置判定手段と、
   前記隣接通信装置判定手段によって前記他の隣接通信装置があると判定された場合、前記他の隣接通信装置の通信速度を検出する通信速度検出手段と、
   をさらに有し、
   前記通信パラメータ決定手段は、前記通信速度検出手段によって検出された前記他の隣接通信装置の通信速度及び自装置の通信速度のうち最も低い速度を自装置の通信速度に設定することを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
4. 前記隣接通信装置判定手段によって前記他の隣接通信装置があると判定された場合、前記他の隣接通信装置が、自装置と通信できない隠れ通信装置であるか否かを判定する隠れ通信装置判定手段をさらに備え、
   前記通信パラメータ決定手段は、前記隠れ通信装置判定手段によって隠れ通信装置であると判定された前記他の隣接通信装置が使用する通信のパラメータに基づいて自装置の通信速度、通信データの変調方式、送信信号の電力強度、チャネルの空き状況を確認する際の待ち時間、送信が成功したか否かを判定する受信確認応答の待ち時間の少なくとも一つを含む通信パラメータを決定することを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
5. 前記隣接通信装置判定手段によって前記他の隣接通信装置があると判定された場合、前記他の隣接通信装置が、自装置と通信できない隠れ通信装置であるか否かを判定する隠れ通信装置判定手段をさらに備え、
   前記通信パラメータ決定手段は、自装置、前記隠れ通信装置判定手段によって隠れ通信装置であると判定された前記他の隣接通信装置の少なくとも一方について、チャネルの空き状況を確認する際の待ち時間、送信が成功したか否かを判定する受信確認応答の待ち時間の少なくともいずれかを延長することを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
6. 無線通信システムを構成する通信装置の制御方法であって、
   前記無線通信システムに属する他の通信装置から、
   前記他の通信装置を特定するＩＤ情報、前記他の通信装置のデータ通信量、通信品質に関する情報、エラー発生率及びデータ再送回数の少なくとも一つを含む情報である通信状態情報、前記他の通信装置から受信した信号の電力強度、通信速度、通信データの変調方式の少なくとも一つを含む使用無線パラメータ情報の少なくとも一方を取得する情報取得ステップと、
   前記情報取得ステップにおいて取得された情報に基づいて、自装置の通信速度、通信データの変調方式、送信信号の電力強度、チャネルの空き状況を確認する際の待ち時間、送信が成功したか否かを判定する受信確認応答の待ち時間の少なくとも一つを含む通信パラメータを決定する通信パラメータ決定ステップと、
   を含むことを特徴とする通信制御方法。

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