JP2008219673A - 無線装置およびそれを備えた無線ネットワーク - Google Patents

Abstract

【課題】リンク品質が変動しても高いスループットが得られるように複数のリンクを集約する無線装置を提供する。
【解決手段】品質検出手段１５０は、複数のインターフェース１２１〜１２３の各々におけるオーバーヘッドＯ_ｐｔ，ｉ、送信レートＲ_ｉおよびパケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉからなるリンク品質を検出し、その検出したリンク品質をパケット割当手段１４０へ出力する。パケット割当手段１４０は、リンク品質に基づいて、パケットの送信によって１つのインターフェースを占有する占有時間の一定期間における積算占有時間を各インターフェース１２１〜１２３に対して演算し、インターフェース１２１〜１２３における積算占有時間が略等しくなるようにパケットをインターフェース１２１〜１２３に割り当てる。そして、インターフェース１２１〜１２３の各々は、割り当てられたパケットを送信する。
【選択図】図２

Description

この発明は、無線装置およびそれを備えた無線ネットワークに関し、特に、無線通信におけるリンクを集約する無線装置およびそれを備えた無線ネットワークに関するものである。

次世代の無線ネットワークにおいては、複合的な送信技術が単一のデバイス内に共存することが期待されている（非特許文献１）。複数の無線アクセスを同時に使用することによって、論理的なリンク容量および送信の確実性は、全般的に増強され得る。

これらの複数の無線を用いたコグニティブネットワークに対して、多数の技術的な課題が存在する。例えば、一般的なリンク層は、層状のプロトコルスタックによって異質な無線アクセススキームからなる。この異質性は、上層プロトコル層（例えば、ＩＰ層およびトランスポート層）がより下層の異質なアーキテクチャにとって透過的であるように設定される。

他の課題は、複数の無線アクセスの存在によって導入される送信ダイバーシティの利点を効果的に実現することである。特に、これは、システム全体のスループットを最大にするために、トラフィックをどのように複数の無線アクセスに分割するかという問題を含む。パケットを各無線アクセスに割り当てる方法は、システム全体のスループットを実際に決定する上で重要な要因になる。

端末間の占有時間の公平性は、複数のレートで送信するＩＥＥＥ８０２．１１ネットワークにおいて幅広く研究されている。各端末は、送信レートによって異なったチャネル占有時間を占める。各端末に等しいチャネルリソースを公平に割り当てることによって、ネットワークの特性全体が向上することが報告されている（非特許文献２）。

一方、占有時間は、マルチホップ無線メッシュネットワーク上の経路メトリックのためにも研究されている（非特許文献３）。そして、この経路メトリックは、高いスループットを有する経路を発見することを最終的な目的としている。
N. Niebert, H. Flinck, R. Hancock, H. Karl, and C. Prehofer,"Ambient networks- an architecture for communication networks keyworks beyond 3G", IEEE Wireless Communication Magazine, pp. 14-21, Apr. 2004. G. Tan and J. Guttga, "Time-based fairness improves performance in multi-rate WLANs", Proc. Of the Usenix Annual Tech. Conf., pp. 269-282, June 2004. R. Draves, J. Padhye, and B. Zill, "Routing in multi-radio, multi-hop wireless mesh networks", Proc. Of MobiCom ’04, pp.114-128, Sept.-Oct., 2004

しかし、無線ネットワークでは、リンク品質が変動するため、高いスループットを実現するように複数のリンクを集約することが困難であるという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、リンク品質が変動しても高いスループットが得られるように複数のリンクを集約する無線装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、リンク品質が変動しても高いスループットが得られるように複数のリンクを集約する無線装置を備える無線ネットワークを提供することである。

この発明によれば、無線装置は、複数のインターフェースと、品質検出手段と、パケット割当手段とを備える。複数のインターフェースの各々は、割り当てられたパケットを無線通信によって送信する。品質検出手段は、複数のインターフェースの複数のリンク品質を検出する。パケット割当手段は、品質検出手段によって検出された複数のリンク品質に応じて、パケットの送信によってインターフェースを占有する占有時間の一定期間における和である積算占有時間が複数のインターフェース間で略等しくなるように複数のインターフェースにパケットを割り当てる。

好ましくは、パケット割当手段は、演算手段と、割当手段とを含む。演算手段は、複数のリンク品質に基づいて各々が１つのインターフェースにおける占有時間を示す複数の占有時間を演算し、その演算した複数の占有時間に基づいて各々が積算占有時間を示す複数の積算占有時間を演算する。割当手段は、演算手段によって演算された複数の積算占有時間が略等しくなるようにパケットを複数のインターフェースに割り当てる。

好ましくは、演算手段は、リンク品質が相対的に低下すると、値が相対的に大きくなるように占有時間を演算し、リンク品質が相対的に向上すると、値が相対的に小さくなるように占有時間を演算する。

好ましくは、リンク品質は、送信レートおよびパケットエラー率を含む。そして、演算手段は、送信レートが相対的に低下すると、値が相対的に大きくなるように占有時間を演算し、送信レートが相対的に高くなると、値が相対的に小さくなるように占有時間を演算するとともに、パケットエラー率が相対的に大きくなると、値が相対的に大きくなるように占有時間を演算し、パケットエラー率が相対的に小さくなると、値が相対的に小さくなるように占有時間を演算する。

好ましくは、一定期間は、複数のインターフェースの各々に少なくとも１つのパケットを割当可能な個数のパケットがパケット割当手段に到着する期間に設定される。

好ましくは、一定期間は、パケット到着率に複数のインターフェースの個数を乗算した値以上に設定される。

好ましくは、一定期間は、リンク品質の変動が相対的に速い場合、相対的に短く設定され、リンク品質の変動が相対的に遅い場合、相対的に長く設定される。

好ましくは、複数のインターフェースは、相互に異なるプロトコルに従ってパケットを送信する。

好ましくは、検出手段およびパケット割当手段は、インターネット層よりも下位の層に配置される。

また、この発明によれば、無線ネットワークは、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無線装置を備える。

この発明によれば、複数のインターフェースの複数のリンク品質に応じて、パケットの送信によってインターフェースを占有する占有時間の一定期間における和である積算占有時間が複数のインターフェース間で略等しくなるように複数のインターフェースにパケットが割り当てられて送信される。即ち、複数のインターフェース間でパケットの送信時間が略等しくなるようにパケットが複数のインターフェースに割り当てられて送信される。その結果、リンク品質が変動しても、パケットは、複数のインターフェースにおける負荷を略均一化して送信される。

従って、この発明によれば、リンク品質が変動しても高いスループットが得られるように複数のリンクを集約できる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による無線ネットワークの概略図である。無線ネットワーク１０は、無線装置１〜４を備える。無線装置１〜４は、それぞれ、アンテナ１１〜１４が装着され、無線通信空間に配置される。そして、無線装置１〜４は、それぞれ、アンテナ１１〜１４を介して、後述する方法によって、他の無線装置と無線通信を行なう。

図２は、図１に示す無線装置１の構成を示す概略ブロック図である。無線装置１は、アンテナ１１１〜１１３と、インターフェース１２１〜１２３と、ＬＬＣ（Ｌｏｇｉｃａｌ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ）モジュール１３０と、パケット割当手段１４０と、品質検出手段１５０と、キュー１６０と、通信モジュール１７０とを含む。

アンテナ１１１〜１１３は、図１に示すアンテナ１１を構成し、それぞれ、インターフェース１２１〜１２３に対応して設けられる。そして、アンテナ１１１〜１１３は、それぞれ、インターフェース１２１〜１２３からパケットを受け、その受けたパケットを他の無線装置へ送信するとともに、他の無線装置からパケットを受信し、その受信したパケットをそれぞれインターフェース１２１〜１２３へ出力する。

インターフェース１２１〜１２３は、物理層に属し、相互に異なる無線通信方式によってパケットを送受信する。例えば、インターフェース１２１は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａによってパケットを送受信し、インターフェース１２２は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂによってパケットを送受信し、インターフェース１２３は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇによってパケットを送受信する。

より具体的には、インターフェース１２１は、パケット割当手段１４０によって割り当てられたパケットをＩＥＥＥ８０２．１１ａに従って変調し、その変調したパケットをアンテナ１１１へ出力するとともに、アンテナ１１１から受けたパケットをＩＥＥＥ８０２．１１ａに従って復調して通信モジュール１７０へ出力する。また、インターフェース１２２は、パケット割当手段１４０によって割り当てられたパケットをＩＥＥＥ８０２．１１ｂに従って変調し、その変調したパケットをアンテナ１１２へ出力するとともに、アンテナ１１２から受けたパケットをＩＥＥＥ８０２．１１ｂに従って復調して通信モジュール１７０へ出力する。更に、インターフェース１２３は、パケット割当手段１４０によって割り当てられたパケットをＩＥＥＥ８０２．１１ｇに従って変調し、その変調したパケットをアンテナ１１３へ出力するとともに、アンテナ１１３から受けたパケットをＩＥＥＥ８０２．１１ｇに従って復調して通信モジュール１７０へ出力する。

ＬＬＣモジュール１３０は、データリンク層に属し、ＬＬＣプロトコルを実行して隣接する無線装置との間でリンクの接続および解放を行なう。

パケット割当手段１４０は、データリンク層とインターネット層との間に存在するコグニティブ層に属し、キュー１６０からパケットを読み出すとともに、品質検出手段１５０からリンク品質を受ける。そして、パケット割当手段１４０は、リンク品質に応じて、後述する方法によって、パケットをインターフェース１２１〜１２３に割り当てる。

品質検出手段１５０は、インターフェース１２１〜１２３の各々のリンク品質を後述する方法によって検出し、その検出したリンク品質をパケット割当手段１４０へ出力する。より具体的には、品質検出手段１５０は、インターフェース１２１〜１２３の各々におけるパケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉ（ｉ＝１２１〜１２３）、送信レートＲ_ｉおよびオーベーヘッドＯ_ｐｔ，ｉを検出する。

この場合、品質検出手段１５０は、インターフェース１２１〜１２３の各々がパケットの送信要求ＲＴＳ（Ｒｅｑｅｓｔ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）を送信し、相手の無線装置から送信許可ＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）を受信し、その後、送信したパケットの総数に対して何個の返答ＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）を受信したかによってインターフェース１２１〜１２３の各々におけるパケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉを検出する。

また、品質検出手段１５０は、インターフェース１２１〜１２３の各々において、単位時間当たりに送信するビット数を検出することによって各インターフェース１２１〜１２３における送信レートＲ_ｉを検出する。

更に、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ，ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ，ＩＥＥＥ８０２．１１ｇにおいては、ＤＩＦＳ（ＤＣＦ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ ｓｐａｃｅ）、ＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）、ＲＴＳフレーム、ＣＴＳフレーム、ＡＣＫフレーム ＭＡＣヘッダおよびＰＨＹプリアンブルが異なる。従って、品質検出手段１５０は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ，ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ，ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ等の各無線通信方式におけるＤＩＦＳ、ＳＩＦＳ、ＲＴＳ、ＣＴＳ、ＡＣＫ、ＭＡＣヘッダおよびＰＨＹプリアンブルの送信に要する負荷を計測することによって各インターフェース１２１〜１２３におけるオーバーヘッドＯ_ｐｔ，ｉを検出する。

そして、品質検出手段１５０は、その検出したパケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉ、送信レートＲ_ｉおよびオーベーヘッドＯ_ｐｔ，ｉをリンク品質としてパケット割当手段１４０へ出力する。

キュー１６０は、通信モジュール１７０からパケットを受け、その受けたパケットを保持する。そして、キュー１６０は、パケット割当手段１４０からの読出要求に応じてパケットをパケット割当手段１４０へ出力する。

通信モジュール１７０は、インターネット層、トランスポート層およびアプリケーション層に属する各種のモジュールからなる。そして、通信モジュール１７０は、データに基づいてＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）パケットを生成し、その生成したＴＣＰパケットに基づいて、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）パケットを生成する。ＩＰパケットは、ＩＰヘッダと、ＴＣＰパケットを格納するためのＩＰデータ部とからなる。そして、通信モジュール１７０は、ＴＣＰパケットを生成すると、その生成したＴＣＰパケットをＩＰデータ部に格納してＩＰパケットを生成し、その生成したＩＰパケットをキュー１６０へ格納する。

なお、図１に示す無線装置２〜４の各々は、図２に示す無線装置１と同じ構成からなる。この場合、アンテナ１２〜１４の各々は、図２に示すアンテナ１１と同じ構成からなる。

図３は、図２に示すパケット割当手段１４０の機能ブロック図である。パケット割当手段１４０は、演算手段１４０１と、割当手段１４０２とを含む。演算手段１４０１は、品質検出手段１５０からパケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉ、送信レートＲ_ｉおよびオーバーヘッドＯ_ｐｔ，ｉを受ける。そして、演算手段１４０１は、キュー１６０から読出したパケットＰＫＴのサイズＬを検出する。

そうすると、演算手段１４０１は、パケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉ、送信レートＲ_ｉ、オーバーヘッドＯ_ｐｔ，ｉおよびパケットサイズＬを次式に代入してインターフェースｉ（インターフェース１２１〜１２３のいずれか）における占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}を演算する。

なお、式（１）における占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}は、パケットの送信によって消費されるチャネルの占有時間である。

演算手段１４０１は、占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}を演算すると、その演算した占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}の一定期間Δｔにおける和である積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}（Δｔ）を更に演算する。この場合、一定期間Δｔは、キュー１６０から割当手段１４０２へ到着するパケットの到着率をＲ_ａｒｒとすると、Ｒ_ａｒｒ×（インターフェース１２１〜１２３の個数＝３）≦Δｔ≦上限値を満たすように決定される。即ち、一定期間Δｔは、複数のインターフェース１２１〜１２３の各々に少なくとも１つのパケットを割当可能な個数のパケットがキュー１６０から割当手段１４０２へ到着する期間に設定される。そして、到着率Ｒ_ａｒｒは、例えば、５０ｍｓｅｃに設定される。また、上限値は、無線ネットワーク１０に使用される無線装置１〜４に依存した値からなり、無線ネットワーク１０を構成する際に各無線装置１〜４に初期設定される。

演算手段１４０１は、積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}（Δｔ）を演算すると、その演算した積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}（Δｔ）を割当手段１４０２へ出力する。

演算手段１４０１は、インターフェース１２１〜１２３の全てに対して、上述した方法によって、積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，１２１}（Δｔ）〜Ｃ_{ａｉｒ，１２３}（Δｔ）を演算し、その演算した積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，１２１}（Δｔ）〜Ｃ_{ａｉｒ，１２３}（Δｔ）を割当手段１４０２へ出力する。

割当手段１４０２は、演算手段１４０１から積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，１２１}（Δｔ）〜Ｃ_{ａｉｒ，１２３}（Δｔ）を受け、キュー１６０からパケットＰＫＴを受ける。そして、割当手段１４０２は、複数のインターフェース１２１〜１２３に対して演算された積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，１２１}（Δｔ）〜Ｃ_{ａｉｒ，１２３}（Δｔ）が次式を満たすようにパケットＰＫＴを複数のインターフェース１２１〜１２３に割り当てる。

即ち、割当手段１４０２は、複数のインターフェース１２１〜１２３における積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，１２１}（Δｔ）〜Ｃ_{ａｉｒ，１２３}（Δｔ）が略等しくなるように、パケットＰＫＴを複数のインターフェース１２１〜１２３に割り当てる。

式（１）によって演算される占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}は、パケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉが相対的に大きくなると、値が相対的に大きくなり、パケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉが相対的に小さくなると、値が相対的に小さくなる。また、占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}は、送信レートＲ_ｉが相対的に高くなると、値が相対的に小さくなり、送信レートＲ_ｉが相対的に低くなると、値が相対的に大きくなる。更に、占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}は、オーバーヘッドＯ_ｐｔ，ｉが相対的に大きくなると、値が相対的に大きくなり、オーバーヘッドＯ_ｐｔ，ｉが相対的に小さくなると、値が相対的に小さくなる。

パケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉが相対的に大きくなることは、リンク品質が相対的に低下することに相当し、パケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉが相対的に小さくなることは、リンク品質が相対的に向上することに相当する。また、送信レートＲ_ｉが相対的に高くなることは、リンク品質が相対的に高くなることに相当し、送信レートＲ_ｉが相対的に低くなることは、リンク品質が相対的に低くなることに相当する。更に、オーバーヘッドＯ_ｐｔ，ｉが相対的に大きくなることは、リンク品質が相対的に低くなることに相当し、オーバーヘッドＯ_ｐｔ，ｉが相対的に小さくなることは、リンク品質が相対的に高くなることに相当する。

従って、演算手段１４０１は、リンク品質が相対的に低下すると、値が相対的に大きくなり、リンク品質が相対的に向上すると、値が相対的に小さくなるように占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}を演算する。

そして、積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}（Δｔ）は、一定期間Δｔにおける占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}の和であるので、演算手段１４０１は、リンク品質であるパケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉ、送信レートＲ_ｉおよびオーバーヘッドＯ_ｐｔ，ｉに対して値の変化が占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}と同じになるように積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}（Δｔ）を演算する。

割当手段１４０２は、式（２）に従って、パケットの送信によって占有される積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}（Δｔ）が複数のインターフェース１２１〜１２３間で略等しくなるようにパケットを複数のインターフェース１２１〜１２３に割り当てる。

例えば、インターフェース１２ｉの積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}（Δｔ）がインターフェース１２ｊの積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｊ}（Δｔ）よりも長い場合、割当手段１４０２は、積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}（Δｔ）が短くなるように、即ち、個数を相対的に少なくしてパケットをインターフェース１２ｉに割り当て、または積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｊ}（Δｔ）が長くなるように、即ち、個数を相対的に多くしてパケットをインターフェース１２ｊに割り当てる。

従って、割当手段１４０２は、積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｊ}（Δｔ）の値が相対的に大きくなれば、個数を相対的に少なくしてパケットをインターフェース１２ｉに割り当て、積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｊ}（Δｔ）の値が相対的に小さくなれば、個数を相対的に多くしてパケットをインターフェース１２ｉに割り当てる。

即ち、割当手段１４０２は、インターフェース１２ｉのリンク品質が相対的に低下すると、個数を相対的に少なくしてパケットをインターフェース１２ｉに割り当て、インターフェース１２ｉのリンク品質が相対的に向上すると、個数を相対的に多くしてパケットをインターフェース１２ｉに割り当てる。

図４は、２つの無線装置間においてパケットを送信するときの概念図である。無線装置１の各インターフェース１２１〜１２３における積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，１２１}（Δｔ）〜Ｃ_{ａｉｒ，１２３}（Δｔ）の間に、Ｃ_{ａｉｒ，１２３}（Δｔ）＜Ｃ_{ａｉｒ，１２１}（Δｔ）＜Ｃ_{ａｉｒ，１２２}（Δｔ）の関係が存在する場合、無線装置１のパケット割当手段１４０は、ｐ（ｐは正の整数）個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｐをインターフェース１２１に割り当て、ｑ（ｑは、ｑ＜ｐを満たす正の整数）個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｑをインターフェース１２２に割り当て、ｒ（ｒは、ｒ＞ｐを満たす正の整数）個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｒをインターフェース１２３に割り当てる。

そして、無線装置１において、インターフェース１２１は、割り当てられたパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｐをＩＥＥＥ８０２．１１ａに従って送信し、インターフェース１２２は、割り当てられたパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｑをＩＥＥＥ８０２．１１ｂに従って送信し、インターフェース１２３は、割り当てられたパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｒをＩＥＥＥ８０２．１１ｇに従って送信する。

そうすると、無線装置２のインターフェース１２１〜１２３は、それぞれ、無線装置１のインターフェース１２１〜１２３から送信されたパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｐ；ＰＫＴ１〜ＰＫＴｑ；ＰＫＴ１〜ＰＫＴｒを受信する。

これによって、無線装置１の各インターフェース１２１〜１２３がパケットの送信に要する時間が略等しくなる。

図５は、この発明の実施の形態における無線通信方法を説明するためのフローチャートである。一連の動作が開始されると、送信元の無線装置において、品質検出手段１５０は、各インターフェース１２ｉのオーバーヘッドＯ_ｐｔ，ｉ、送信レートＲ_ｉおよびパケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉを上述した方法によって検出し（ステップＳ１）、その検出したオーバーヘッドＯ_ｐｔ，ｉ、送信レートＲ_ｉおよびパケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉをパケット割当手段１４０へ出力する。

そして、送信元の無線装置において、パケット割当手段１４０は、品質検出手段１５０からオーバーヘッドＯ_ｐｔ，ｉ、送信レートＲ_ｉおよびパケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉを受け、キュー１６０からパケットを読み出す。

そうすると、送信元の無線装置において、パケット割当手段１４０は、オーバーヘッドＯ_ｐｔ，ｉ、送信レートＲ_ｉおよびパケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉを式（１）に代入して占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}を演算し（ステップＳ２）、その演算した占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}に基づいて積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，ｉ}（Δ）を演算する（ステップＳ３）。

その後、送信元の無線装置において、パケット割当手段１４０は、複数のインターフェース１２１〜１２３間で積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，１２１}（Δ）〜Ｃ_{ａｉｒ，１２３}（Δ）が略等しくなるようにパケットを複数のインターフェース１２１〜１２３に割り当てる（ステップＳ４）。

そして、送信元の無線装置において、複数のインターフェース１２１〜１２３は、割り当てられたパケットを送信する（ステップＳ５）。これによって、一連の動作は終了する。

上述したように、送信元の無線装置は、各インターフェース１２１〜１２３のリンク品質に応じて、各インターフェース１２１〜１２３の積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，１２１}（Δ）〜Ｃ_{ａｉｒ，１２３}（Δ）を演算し、その演算した複数の積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，１２１}（Δ）〜Ｃ_{ａｉｒ，１２３}（Δ）が略等しくなるようにパケットを複数のインターフェース１２１〜１２３に割り当ててパケットを送信するので、リンク品質が変動しても、各インターフェース１２１〜１２３における積算占有時間が略同じになるようにパケットを複数のインターフェース１２１〜１２３に割り当てて送信できる。

なお、この発明においては、リンク品質（＝オーバーヘッドＯ_ｐｔ，ｉ、送信レートＲ_ｉおよびパケットエラー率Ｐ_ｅ，ｉ）の変動が相対的に速い場合、一定期間Δｔは、パケット到着率Ｒ_ａｒｒ×（インターフェース１２１〜１２３の個数＝３）≦Δｔ≦上限値の範囲において相対的に短く設定され、リンク品質の変動が相対的に遅い場合、一定期間Δｔは、パケット到着率Ｒ_ａｒｒ×（インターフェース１２１〜１２３の個数＝３）≦Δｔ≦上限値の範囲において相対的に長く設定される。

リンク品質の変動が相対的に速い場合においては、その変動したリンク品質を反映して積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，１２１}（Δｔ）〜Ｃ_{ａｉｒ，１２３}（Δｔ）を演算して複数のインターフェース１２１〜１２３にパケットを割り当てるために一定期間Δｔを相対的に短くする必要があり、リンク品質の変動が相対的に遅い場合においては、リンク品質の変動を反映して積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，１２１}（Δｔ）〜Ｃ_{ａｉｒ，１２３}（Δｔ）を演算するためには、ある程度長い期間が必要であるからである。

上述した割当方法を用いてパケットを割り当ててパケットを送信したときのシミュレーション結果について説明する。シミュレーションにおいては、ＩＥＥＥ８０２．１１ａおよびＩＥＥＥ８０２．１１ｂが用いられた。また、パケットサイズは、１００バイト〜１４６０バイトの中から選択された単一のパケットサイズが用いられた。更に、ネットワークのトポロジーとして、セル内に存在するアクセスポイントおよびステーションが用いられた。そして、２つのノード（アクセスポイントおよびステーション）は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａおよびＩＥＥＥ８０２．１１ｂの両方を用いて同時に無線通信を行なう。更に、上述したパケット割当方法の特性を示すために、比較例として重み付きラウンドロビン方式ＷＲＲ（Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｒｏｕｎｄ Ｒｏｂｉｎ）が用いられた。そして、この重み付きラウンドロビンＷＲＲにおいては、パケットは、送信レートに比例して各インターフェースに割り当てられ、２つのインターフェース間のパケット分布率である重みは、２つの送信レート間の相対比率から求められた。

図６は、全スループットとネットワーク負荷との関係を示す図である。図６において、縦軸は、全スループットを表し、横軸は、ネットワーク負荷を表す。また、図６の（ａ）は、６Ｍｂｐｓの送信レートを有するＩＥＥＥ８０２．１１ａに従ってパケットを送信するインターフェースと、５．５Ｍｂｐｓの送信レートを有するＩＥＥＥ８０２．１１ｂに従ってパケットを送信するインターフェースとを用いた場合を示し、図６の（ｂ）は、１２Ｍｂｐｓの送信レートを有するＩＥＥＥ８０２．１１ａに従ってパケットを送信するインターフェースと、５．５Ｍｂｐｓの送信レートを有するＩＥＥＥ８０２．１１ｂに従ってパケットを送信するインターフェースとを用いた場合を示す。

更に、図６の（ａ）において、曲線ｋ１は、この発明によるパケット割当方法を用いた場合の全スループットとネットワーク負荷との関係を示し、曲線ｋ２は、重み付きラウンドロビンを用いた場合の全スループットとネットワーク負荷との関係を示し、曲線ｋ３は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａに従ってパケットを送信するインターフェースのみを用いた場合の全スループットとネットワーク負荷との関係を示す。更に、図６の（ｂ）において、曲線ｋ４は、この発明によるパケット割当方法を用いた場合の全スループットとネットワーク負荷との関係を示し、曲線ｋ５は、重み付きラウンドロビンを用いた場合の全スループットとネットワーク負荷との関係を示し、曲線ｋ６は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａに従ってパケットを送信するインターフェースのみを用いた場合の全スループットとネットワーク負荷との関係を示す。

図６の（ａ）および（ｂ）から明らかなように、全スループットは、単一のインターフェースのみを用いるよりも、複数のインターフェースを用いる方が高くなる（図６の（ａ）の曲線ｋ１，ｋ２と曲線ｋ３との比較、および図６の（ｂ）の曲線ｋ４，ｋ５と曲線ｋ６との比較参照）。

また、６Ｍｂｐｓの送信レートを有するインターフェースと５．５Ｍｂｐｓの送信レートを有するインターフェースとを用いる場合、全スループットは、ネットワーク負荷が５．５Ｍｂｐｓよりも高くなると、この発明によるパケット割当方法を用いた方が高くなる（曲線ｋ１，ｋ２参照）。そして、１２Ｍｂｐｓの送信レートを有するインターフェースと５．５Ｍｂｐｓの送信レートを有するインターフェースとを用いる場合、全スループットは、ネットワーク負荷が５．５Ｍｂｐｓよりも高くなると、この発明によるパケット割当方法を用いた方が高くなる（曲線ｋ４，ｋ５参照）。

図７は、パケット遅延とライシャンファクターＫとの関係を示す図である。図７において、縦軸は、パケット遅延を表し、横軸は、ライシャンファクターＫを表す。また、曲線ｋ７は、この発明によるパケット割当方法を用いた場合のパケット遅延とライシャンファクターＫとの関係を示し、曲線ｋ８は、重み付きラウンドロビンを用いた場合のパケット遅延とライシャンファクターＫとの関係を示し、曲線ｋ９は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａに従ってパケットを送信するインターフェースのみを用いた場合のパケット遅延とライシャンファクターＫとの関係を示す。

このライシャンファクターＫは、その値が小さくなるに従ってフェージングが大きくなることを表し、その値が大きくなるに従ってフェージングが小さくなることを表す。

図７に示す結果から、ＩＥＥＥ８０２．１１ａに従ってパケットを送信するインターフェースのみを用いた場合、および重み着きラウンドロビンを用いた場合、フェージングが大きくなるに従って（＝ライシャンファクターＫが小さくなるに従って）、パケット遅延が大きくなる（曲線ｋ８，ｋ９参照）。

一方、この発明によるパケット割当方法を用いた場合、フェージングが大きくなっても（＝ライシャンファクターＫが小さくなっても）、パケット遅延は、ほぼ一定である。

従って、この発明によるパケット割当方法を用いることによって、無線ネットワーク１０における全スループットを向上できるとともに、パケット遅延を減少できる。

上述したように、この発明の実施の形態によれば、各インターフェース１２１〜１２３のリンク品質に応じて、各インターフェース１２１〜１２３の積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，１２１}（Δ）〜Ｃ_{ａｉｒ，１２３}（Δ）を演算し、その演算した複数の積算占有時間Ｃ_{ａｉｒ，１２１}（Δ）〜Ｃ_{ａｉｒ，１２３}（Δ）が略等しくなるようにパケットを複数のインターフェース１２１〜１２３に割り当ててパケットを送信するので、リンク品質が変動しても高いスループットが得られるように複数のリンク（複数のインターフェース１２１〜１２３）を集約してパケットを送信できる。

上記においては、各無線装置１〜４は、３個のインターフェース１２１〜１２３を有すると説明したが、この発明においては、これに限らず、各無線装置１〜４は、相互に異なる無線通信方式によって無線通信を行なう２個以上のインターフェースを有していればよい。

また、上記においては、パケット割当手段１４０および品質検出手段１５０は、データリンク層とネットワーク層との間に配置されると説明したが、この発明においては、これに限らず、パケット割当手段１４０および品質検出手段１５０は、ネットワーク層よりも下位の層であれば、どの層に配置されていてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、リンク品質が変動しても高いスループットが得られるように複数のリンクを集約する無線装置に適用される。また、この発明は、リンク品質が変動しても高いスループットが得られるように複数のリンクを集約する無線装置を備える無線ネットワークに適用される。

この発明の実施の形態による無線ネットワークの概略図である。 図１に示す無線装置の構成を示す概略ブロック図である。 図２に示すパケット割当手段の機能ブロック図である。 ２つの無線装置間においてパケットを送信するときの概念図である。 この発明の実施の形態における無線通信方法を説明するためのフローチャートである。 全スループットとネットワーク負荷との関係を示す図である。 パケット遅延とライシャンファクターとの関係を示す図である。

符号の説明

１〜４ 無線装置、１１〜１４，１１１〜１１３ アンテナ、１２１〜１２３ インターフェース、１３０ ＬＬＣモジュール、１４０ パケット割当手段、１５０ 品質検出手段、１６０ キュー、１７０ 通信モジュール、１４０１ 演算手段、１４０２ 割当手段。

Claims (5)

1. 各々が割り当てられたパケットを無線通信によって送信する複数のインターフェースと、
   前記複数のインターフェースの複数のリンク品質を検出する品質検出手段と、
   前記検出された複数のリンク品質に応じて、パケットの送信によって前記インターフェースを占有する占有時間の一定期間における和である積算占有時間が前記複数のインターフェース間で略等しくなるように前記複数のインターフェースにパケットを割り当てるパケット割当手段とを備える無線装置。
2. 前記パケット割当手段は、
   前記複数のリンク品質に基づいて各々が１つのインターフェースにおける前記占有時間を示す複数の占有時間を演算し、その演算した複数の占有時間に基づいて各々が前記積算占有時間を示す複数の積算占有時間を演算する演算手段と、
   前記演算手段によって演算された複数の積算占有時間が略等しくなるように前記パケットを前記複数のインターフェースに割り当てる割当手段とを含む、請求項１に記載の無線装置。
3. 前記演算手段は、前記リンク品質が相対的に低下すると、値が相対的に大きくなるように前記占有時間を演算し、前記リンク品質が相対的に向上すると、値が相対的に小さくなるように前記占有時間を演算する、請求項２に記載の無線装置。
4. 前記リンク品質は、送信レートおよびパケットエラー率を含み、
   前記演算手段は、前記送信レートが相対的に低下すると、値が相対的に大きくなるように前記占有時間を演算し、前記送信レートが相対的に高くなると、値が相対的に小さくなるように前記占有時間を演算するとともに、前記パケットエラー率が相対的に大きくなると、値が相対的に大きくなるように前記占有時間を演算し、前記パケットエラー率が相対的に小さくなると、値が相対的に小さくなるように前記占有時間を演算する、請求項３に記載の無線装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無線装置を備える無線ネットワーク。

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