JP2008227854A - 無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線アドホックネットワークにおいて隠れ端末問題の影響が少ない経路を選択できる無線通信装置を提供する。
【解決手段】互いにリンクを確立し、当該リンクを通じて通信する無線通信装置１０１ａに、隣接無線通信装置からこの隣接無線通信装置に関する情報を周期的に受信する無線通信部２０１、情報の送信元となる隣接無線通信装置と対応付けて保存する記憶部２０５、記憶部２０５によって保存されている情報と無線通信部２０１によって受信された情報とに基づいて、隠れ端末関係にある無線通信装置を判定し、隠れ端末であると判定された無線通信装置による衝突の発生確率を推定し、推定された衝突発生確率に基づいてリンクの通信特性の指標を得る隣接局情報処理部２０４を備え、得られた指標に基づいて通信経路を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法にかかり、特に無線アドホックネットワークの無線通信システム、無線アドホックネットワークを構成する無線通信装置、無線アドホックネットワークに適用される無線通信方法に関する。

現在、複数の無線通信装置同士を無線リンクで接続するアドホットネットワーク（ad hoc network）が実用化されている。アドホットネットワークは、アクセスポイントを介在させることなく無線通信装置同士を接続するため、柔軟かつ簡易にシステムのカバレッジエリアを拡張することが可能になる。

無線アドホックネットワークにおいては、電波伝搬距離や干渉等によって通信の信号品質（信号のエラー率、ノイズ、伝送速度等をいう、以降無線リンクの品質ともいう）が変動する。このため、無線アドホックネットワークでは、一般的に、無線リンクの品質を考慮して最適な通信経路を選択することがなされている。
無線リンクの品質を考慮して通信経路を選択する従来技術としては、例えば、特許文献１が挙げられる。
特開２００５−３３５５７号公報

ところで、無線アドホックネットワークでは、キャリア・センスと呼ばれる機能がある。キャリア・センスとは、無線通信装置がネットワーク上に信号を送信する以前に他の無線通信装置が信号を送信しているか否かを予め検出することをいう。キャリア・センスによれば、他の無線通信装置が信号を送信している無線通信装置に信号を送信して信号が衝突することを避けることができる。
しかしながら、無線アドホックネットワークでは、電波伝搬距離や障害物等の影響によって互いにキャリア・センスが機能せず、通信信号を送受信できない無線通信装置の状態が発生し得るという問題がある。このような問題を、隠れ端末問題（Hidden Termina1 Problem）といい、隠れ端末問題を起こす無線通信装置の関係を隠れ端末関係という。

隠れ端末関係にある２つの無線通信装置では、互いにキャリア・センスが有効に機能しないため、同時に信号（パケット）を送信することが起こり得る。２つの無線通信装置の信号の送信先となる無線通信装置が同一であれば、送信先の無線通信装置においてパケットの衝突が発生し、伝送速度が低下することによってリンク品質が低下することになる。
上記した特許文献１では、無線リンクの伝送速度を、無線リンクの品質を示すメトリックを使って考慮し、通信経路を選択している。なお、品質メトリックとは、通信の使用可能帯域や上記した通信の信号品質といったトラヒックの状態を示す値である。

このような特許文献１の品質メトリックを使った通信経路の選択は、隠れ端末問題に充分対処できるものでない。したがって、選択された経路において隠れ端末問題によるパケットの衝突が頻繁に発生して遅延時間が増大し、データの伝送速度が低下する可能性がある。したがって、特許文献１の技術は、未だ充分に隠れ端末問題を解消することができないものといわざるを得ない。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、無線アドホックネットワークにおいて隠れ端末問題の影響が少ない経路を選択できる無線通信装置システム、無線通信装置、無線通信方法を提供することを目的とする。

以上述べた請求項１に記載の通信システムは、複数の無線通信装置が互いにリンクを確立し、当該リンクを通じて互いに通信する無線通信システムであって、前記無線通信装置は、複数の無線通信装置のうち直接通信できる隣接無線通信装置に関する情報を周期的に受信する隣接情報受信手段と、前記隣接情報受信手段によって受信された隣接無線通信装置に関する情報を保存する隣接情報保存手段と、前記隣接情報保存手段によって保存されている情報と、前記隣接情報受信手段によって受信された情報とに基づいて、隠れ端末関係にある無線通信装置を判定する隠れ端末判定手段と、前記隠れ端末判定手段によって隠れ端末であると判定された無線通信装置による衝突の発生確率を推定する衝突推定手段と、前記衝突推定手段によって推定された衝突発生確率に基づいて、前記リンクの通信特性の指標を得る隣接局情報処理手段と、を備え、前記隣接局情報処理手段によって得られた前記リンクの通信特性の指標に基づいて通信経路を制御することを特徴とする。このような発明によれば、保存されている隣接無線通信装置の情報に、今回の周期で受信された隣接無線通信装置の情報を比較することができる。また、保存されている情報、受信されている情報に基づいて両者の送信元が隠れ端末関係にあるか否かを判定することができる。さらに、隠れ端末であると判定された無線通信装置による衝突の発生確率を推定し、推定された衝突率に基づいてリンクの品質を判定することができる。判定された品質が良好なリンクを選択することにより、無線アドホックネットワークにおいて隠れ端末問題の影響が少ない経路を選択することができる無線通信装置システムを提供することができる。

また、請求項２に記載の無線通信装置は、互いにリンクを確立し、当該リンクを通じて通信する無線通信装置であって、複数の無線通信装置のうち直接通信できる隣接無線通信装置から、当該隣接無線通信装置に関する情報を周期的に受信する隣接情報受信手段と、前記隣接情報受信手段によって受信された情報を、情報の送信元となる隣接無線通信装置と対応付けて保存する隣接情報保存手段と、前記隣接情報保存手段によって保存されている情報と、前記隣接情報受信手段によって受信された情報とに基づいて、隠れ端末関係にある無線通信装置を判定する隠れ端末判定手段と、前記隠れ端末判定手段によって隠れ端末であると判定された無線通信装置による衝突の発生確率を推定する衝突率推定手段と、前記衝突率推定手段によって推定された衝突発生確率に基づいて、前記リンクの通信特性の指標を得る隣接局情報処理手段と、を備え、前記隣接局情報処理手段によって得られた前記リンクの通信特性の指標に基づいて通信経路を制御することを特徴とする。このような発明によれば、保存されている隣接無線通信装置の情報に、今回の周期で受信された隣接無線通信装置の情報を比較することができる。また、保存されている情報、受信されている情報に基づいて両者の送信元が隠れ端末関係にあるか否かを判定することができる。さらに、隠れ端末であると判定された無線通信装置による衝突の発生確率を推定し、推定された衝突率に基づいてリンクの品質を判定することができる。判定された品質が良好なリンクを選択することにより、無線アドホックネットワークにおいて隠れ端末問題の影響が少ない経路を選択することができる無線通信装置を提供することができる。

また、請求項３に記載の無線通信装置は、請求項２に記載の発明において、前記隣接情報受信手段によって受信された情報が、情報の送信元である第１隣接無線通信装置の隣接無線通信装置であって、かつ自装置でない他の隣接無線通信装置の情報を含み、前記隠れ端末判定手段は、前記隣接情報保存手段に保存されている情報の送信元となる第２隣接無線通信装置が、前記第１隣接無線通信装置と一致せず、かつ、前記他の隣接無線通信装置と一致しない場合、前記第１隣接無線通信装置と前記第２隣接無線通信装置とが隠れ端末関係にあると判定することを特徴とする。このような発明によれば、隣接無線通信装置かから他の隣接無線通信装置を含む情報を受信し、隠れ端末を簡易に判定することができる。

また、請求項４に記載の無線通信装置は、請求項３に記載の発明において、前記衝突率推定手段が、前記第１隣接無線通信装置によって送信されたデータと前記第２隣接無線通信装置によって送信されたデータとの衝突確率を、少なくとも前記第２隣接無線通信装置によって単位時間あたりに送信されるデータ量に基づいて推定することを特徴とする。このような発明によれば、送信されるデータ量の減少の程度を用いて衝突の発生率を推定することができる。

また、請求項５に記載の無線通信装置は、請求項４に記載の発明において、前記隣接情報受信手段によって受信された情報が、前記第１隣接無線通信装置とのリンクがデータを伝送する速度、伝送されるデータの誤り発生率を含み、前記隣接局情報処理手段は、前記衝突率推定手段によって推定された衝突確率、前記リンクがデータを伝送する速度、伝送されるデータの誤り発生率に基づいて、前記リンクの通信特性の指標を算出することを特徴とする。このような発明によれば、隠れ端末による衝突の発生率を考慮した品質メトリック等のリンクの通信特性の指標を得ることができる。

また、請求項６に記載の無線通信装置は、請求項５に記載の発明において、前記隣接局情報処理手段が、前記衝突率推定手段によって推定された衝突確率、前記第１隣接無線通信装置から送信された前記リンクがデータを伝送する速度、伝送されるデータの誤り発生率と、自装置において前記リンクがデータを伝送する速度、伝送されるデータの誤り発生率とに基づいて前記リンクの通信特性の指標を算出することを特徴とする。このような発明によれば、リンクの双方向の通信特性を評価することができ、リンクの品質をより正確に評価することができる。

また、請求項７に記載の無線通信方法は、互いにリンクを確立し、当該リンクを通じて通信する無線通信装置に適用される通信方法であって、複数の無線通信装置のうち直接通信できる隣接無線通信装置から、当該隣接無線通信装置に関する情報を周期的に受信する隣接情報受信ステップと、前記隣接情報受信ステップにおいて受信された情報と、先の周期で受信されて保存されている隣接無線通信装置に関する情報とに基づいて隠れ端末関係にある無線通信装置を判定する隠れ端末判定ステップと、前記隠れ端末判定ステップにおいて隠れ端末であると判定された無線通信装置による衝突の発生確率を推定する衝突率推定ステップと、前記衝突率推ステップにおいて推定された衝突発生確率に基づいて、前記リンクの通信特性の指標を得る隣接局情報処理ステップと、を含むことを特徴とする。このような発明によれば、保存されている隣接無線通信装置の情報に、今回の周期で受信された隣接無線通信装置の情報を比較することができる。また、保存されている情報、受信されている情報に基づいて両者の送信元が隠れ端末関係にあるか否かを判定することができる。さらに、隠れ端末であると判定された無線通信装置による衝突の発生確率を推定し、推定された衝突率に基づいてリンクの品質を判定することができる。判定された品質が良好なリンクを選択することにより、無線アドホックネットワークにおいて隠れ端末問題の影響が少ない経路を選択することができる無線通信方法を提供することができる。

以上述べた本発明は、ステート・アナウンスメントを受信した無線通信装置が隣接無線通信装置と隠れ端末関係にある無線通信装置あることを検出すると共に、隠れ端末となる無線通信装置を簡易に特定することができる。また、隠れ端末による衝突の発生確率を推定し、発生確率に基づいて無線リンクの通信特性の指標を得ることができる。したがって、隠れ端末が存在する無線アドホックネットワークにおいて、隠れ端末による影響を受け難い無線リンクを選択することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態を説明する。
（システム構成）
図１は、本発明の一実施形態の通信システムを説明するための図である。図示した通信システムは、無線アドホックネットワークによって通信するシステムであって、複数の無線通信装置が互いにリンクを確立し、互いに無線リンク１１１〜１１７によって通信する複数の無線通信装置１０１ａ〜１０１ｆによって構成されている。図中、無線通信装置をパーソナルコンピュータ（ＰＣ）として示したが、本実施形態は無線通信装置にＰＣを用いることに限定されるものでなく、無線の通信端末装置として機能する装置であれば、どのような無線通信装置を用いるものであってもよい。
図示した無線アドホックネットワークにおいて、直接通信する無線通信装置同士を互いの隣接無線通信装置という。また、一の無線通信装置が隣接無線通信装置との通信に使用する無線リンクを隣接無線リンクと記す。

（無線通信装置の構成）
図２は、無線通信装置１０１ａの構成を説明するための機能ブロック図である。なお、本実施形態では、複数の無線通信装置１０１ａ〜１０１ｆを全て同様の構成を有するものとする。このため、本実施形態では、通信装置１０１ａの図示及び説明を、他の通信装置１０１ｂ〜１０１ｆの構成に代えるものとする。
ただし、本実施形態は、同様の構成を有する無線通信装置１０１のみによって無線アドホックネットワークを構成するものに限定されるものでなく、異なる構成を有する無線通信装置が混在するものであってもよい。

なお、本実施形態では、主に本実施形態と関連する構成について図示し、説明している。したがって、無線通信装置１０１ａ〜１０１ｆは、無線アドホックネットワークを構成する通信装置に必須の図中に示していない機能構成(電源部など)を有している。
図２に示した無線通信装置１０１ａは、無線通信装置１０１ａ〜１０１ｆが互いに通信するための無線リンクを確立する無線通信部２０１を備えている。無線通信部２０１は、複数の無線通信装置１０１ａ〜１０１ｆのうち直接通信できる隣接無線通信装置から、この隣接無線通信装置に関する情報を周期的に受信する。

また、無線通信装置１０１ａは、受信された隣接無線通信装置に関する情報を保存する記憶部２０５、記憶部２０５によって保存されている情報と、無線通信部２０１によって受信された情報とに基づいて、隠れ端末関係にある無線通信装置を判定し、隠れ端末であると判定された無線通信装置による衝突の発生確率を推定し、衝突発生確率に基づいて、前記リンクの通信特性の指標（品質メトリック）を得る隣接局情報処理部２０４を備えている。
なお、本実施形態では、通信特性とは通信の信号品質（信号のエラー率、ノイズ、伝送速度等）を指すものとする。また、品質メトリックとは、信号品質、通信の使用可能帯域を含むトラヒックの状態の指標をいうものとする。

また、無線通信装置１０１ａは、無線リンクを使った通信の経路を決定する経路制御部２０３を備えている。経路制御部２０３は、隣接局情報処理部２０４によって算出された品質メトリックが良好な無線リンクを選択して通信の経路を決定する。パケット転送部２０２は、経路制御部２０３によって決定された経路（転送経路）にしたがって通信データをパケットとして転送する。

すなわち、無線通信装置１０１ａは、他の無線通信装置（例えば無線通信装置１０１ｂ）の無線通信部２０１からステート・アナウンスメントを受信する。なお、ステート・アナウンスメントとは、隣接無線通信装置である無線通信装置１０１ｂ、隣接無線リンク１１１に関する情報を含む情報である。ステート・アナウンスメントは、無線通信装置１０１ａの無線通信部２０１に受信される。なお、ステート・アナウンスメントについては後に詳述する。

無線通信装置１０１ａが無線通信装置１０１ｂのステート・アナウンスメントを受信した場合、隣接局情報処理部２０４は、受信したステート・アナウンスメントに基づいて、無線通信装置１０１ｂから送信されたパケットが隠れ端末問題によって無線通信装置１０１ａによって送信されたパケットと衝突する確率を推定する。確率の推定は、ステート・アナウンスメントに記された無線通信装置１０ｂの単位時間あたりの送信率や隣接局情報に基づいて行われる。

また、隣接局情報処理部２０４は、推定によって得られた衝突率と、ステート・アナウンスメントに記されている隣接無線リンク１１１の伝送速度及びパケット誤り率とに基づいて、隣接無線リンクの品質メトリックを算出する。
記憶部２０５は、隣接局情報処理部２０４によって推定された隣接無線通信装置との衝突確率や算出された無線リンクの品質メトリックを、ステート・アナウンスメントに含まれる情報と共に記憶する。本実施形態では、記憶部２０５が、隣接局情報処理部２０４によって推定された衝突確率や、算出された品質メトリックをテーブルとして保存する。このテーブルを隣接局情報テーブルと記す。

以上述べた構成においては、無線通信部２０１が隣接情報受信手段、記憶部２０５が隣接情報保存手段、隣接局情報処理部２０４が隠れ端末判定手段、衝突率推定手段、隣接局情報処理手段として機能する。
図３は、本実施形態の無線通信装置１０１のハードウェア構成を説明するための図である。無線通信装置１０１は、無線通信に使用される無線通信モジュール３０１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）３０３、ＲＡＭ（Random Access Memory）３０４を備えている。図２に示した無線通信部２０１、パケット転送部２０２、経路制御部２０３、隣接局情報処理部２０４は、ＣＰＵ３０２及び無線通信モジュール３０１において機能する。また、記憶部２０５は、ＲＯＭ３０３、ＲＡＭ３０４において機能する。

次に、以上述べた各構成について、より詳細に説明するものとする。
・１ ステート・アナウンスメント
図４は、無線通信部２０１によって送受信されるステート・アナウンスメントについて説明するための図であって、ステート・アナウンスメントとして送信されるパケットのフレームフォーマットを示している。

図示したフレームフォーマットには、パケットがステート・アナウンスメントであることを示すＩＤ情報（ＩＤ＝Ｓｔａｔｅ Ａｎｎｏｕｎｃｅｍｅｎｔ）、パケットの長さを示すＬｅｎｇｔｈ、隣接無線リンクの伝送速度、無線リンクがパケット通信をした場合のパケット誤り率、無線通信装置１０１ａが単位時間当たりに送信するデータ量（単位時間あたりの送信率）、無線通信装置１０１ａの隣接無線通信装置のアドレス情報が含まれている。
ステート・アナウンスメントは、各無線通信装置から無線通信装置の隣接無線通信装置に対して周期的にユニキャストされている。

・２ 隣接局情報テーブル
図５は、無線通信装置１０１ａの隣接局情報テーブルを例示した図である。図示した隣接局情報テーブルは、ｎ個の隣接無線通信装置と、無線通信装置と接続するための無線リンクの情報を記憶している。具体的には、無線リンクの伝送速度、パケット誤り率、送信率、隠れ端末問題による衝突率、無線リンクの品質メトリックが、隣接無線通信装置各々のＩＤ（局ＩＤ）に対応付けて記憶されている。
なお、隣接局情報テーブルに記録された複数の隣接無線通信装置を、本実施形態では、隣接局情報テーブルのメンバとも記すものとする。

・３ 隣接局情報処理部
次に、隣接局情報処理部２０４によってなされる処理について説明する。本実施形態の隣接局情報処理部２０４は、自装置と隠れ端末関係にある無線通信装置を検出する。また、検出された隠れ端末による衝突率を推定し、推定された衝突率に基づいて隣接無線リンクの品質メトリックを算出する。

ｉ 隠れ端末の有無の判定
無線アドホックネットワークは、図１に示したように複数の無線通信装置によって構成されている。図１に示した無線アドホックネットワークでは、無線通信装置１０１ａは、無線通信装置１０１ｂ及び無線通信装置１０１ｄからステート・アナウンスメントのパケットを受信する。無線通信装置１０１ａの記憶部２０５は、受信したパケットのデータを無線通信装置１０１ｂ、１０１ｄと対応付けて隣接局テーブルに記憶する。無線通信装置１０１ａの隣接局テーブルを、図６に示す。

本実施形態では、無線通信装置１０１ａの隣接局情報処理部２０４が、パケット衝突率の推定をするものとして説明する。
図７は、無線通信装置１０１ａが隣接無線通信装置に対して送信するステート・アナウンスメントを示した図である。図７（ａ）は、無線通信装置１０１ａから無線通信装置１０１ｂにユニキャストによって送信されるステート・アナウンスメントを示している。また、（ｂ）は、無線通信装置１０１ａから無線通信装置１０１ｄにユニキャストによって送信されるステート・アナウンスメントを示している。

図７（ａ）、（ｂ）に示したステート・アナウンスメントのいずれにも、無線通信装置１０１ａとの無線リンクがデータを伝送する速度（伝送速度Ｒ）、伝送されるデータの誤り発生率（パケット誤り率ＰＥＲ）、無線通信装置１０１ａの単位時間あたりのデータの送信率Ｔｘが含まれている。
さらに、無線通信装置１０１ａ（第１隣接無線通信装置）から無線通信装置１０１ｂに送信されてくるステート・アナウンスメントには、情報の送信元である無線通信装置１０１ａの隣接無線通信装置であって、かつ無線通信装置１０１ｂ（自装置）でない他の隣接無線通信装置１０１ｄのＩＤ情報が含まれている。また、無線通信装置１０１ａから無線通信装置１０１ｄに送信されてくるステート・アナウンスメントには、情報の送信元である無線通信装置１０１ａの隣接無線通信装置であって、かつ無線通信装置１０１ｄ（自装置）でない他の隣接無線通信装置１０１ｂのＩＤ情報が含まれている。

なお、図中に示した伝送速度等に付された「ａｂ」の文字は、無線リンクが無線通信装置１０１ａ、１０１ｂ間のものであることを示している。また、「ａｄ」の文字は、無線リンクが無線通信装置１０１ａ、１０１ｄ間のものであることを示している。
このようなステート・アナウンスメントを受信することによって、無線通信装置１０１ｂ、無線通信装置１０１ｄは、隣接無線通信装置である無線通信装置１０１ａに自装置以外の隣接無線通信装置（他の隣接無線通信装置）があることを検出することができる。

また、無線通信装置１０１ｂ、無線通信装置１０１ｄは、無線通信装置１０１ａを含む隣接無線通信装置からステート・アナウンスメントとして各隣接無線通信装置のＩＤ情報を受信し、自装置の隣接局テーブルに保存している。無線通信装置１０１ｂ、無線通信装置１０１ｄの隣接局情報処理部２０４は、検出された他の隣接無線通信装置のＩＤ情報と隣接局テーブルに保存されている隣接無線通信装置のＩＤ情報とを比較する。この比較により、隣接局テーブルに保存されている情報の送信元となる例えば無線通信装置１０１ａ（第２隣接無線通信装置）が、無線通信装置１０１ａ（第１隣接無線通信装置）と一致せず、かつ、前記他の隣接無線通信装置と一致しない場合、両者が隠れ端末関係にあると判定する。

すなわち、無線通信装置１０１ａは、前記したように、無線通信装置１０１ｂ、無線通信装置１０１ｄに図７（ａ）、（ｂ）に示したステート・アナウンスメントを送信する。ステート・アナウンスメントを受信した無線通信装置１０１ｂは、受信されたステート・アナウンスメントを自装置の隣接局情報テーブルに無線通信装置１０１ａのＩＤ情報と共に記録する。
また、図１に示したように、無線通信装置１０１ｂと無線通信装置１０１ｃとは隣接無線通信装置の関係にある。無線通信装置１０１ｂは、無線通信装置１０１ｃからもステート・アナウンスメントを受信する。受信されたステート・アナウンスメントは、無線通信装置１０１ｂの隣接局情報テーブルに保存される。

図８に、無線通信装置１０１ｂの隣接局情報テーブルを示す。図示した隣接局情報テーブルのメンバは、無線通信装置１０１ａ、無線通信装置１０１ｃである。無線通信装置１０１ｂの隣接局情報処理部２０４は、無線通信装置１０１ａから周期的に送信されるステート・アナウンスメント（図示しないが無線通信装置１０１ａのＩＤ情報が付されている）により、隣接局情報テーブルのメンバのうち無線通信装置１０１ａをチェックする。
チェックの結果、無線通信装置１０１ａはステート・アナウンスメントを送信した無線通信装置であるから、隠れ端末関係ではないと判定される。

次に、隣接局情報処理部２０４は、無線通信装置１０１ａから周期的に送信されるステート・アナウンスメントにより、メンバのうちの無線通信装置１０１ｃをチェックする。チェックの結果、無線通信装置１０１ｃはステート・アナウンスメントを送信した無線通信装置でないと判定される。
隣接局情報処理部２０４は、さらに無線通信装置１０１ｃが無線通信装置１０１ａの他の隣接無線通信装置であるか否か判断する。この判断は、無線通信装置１０１ａのステート・アナウンスメントに含まれている他の隣接無線通信装置のＩＤ情報が無線通信装置１０１ｃのＩＤ情報と一致するか否かを判断することによって可能になる。

判断の結果、隣接無線通信装置１０１ｃは、隣接無線通信装置１０１ａの隣接無線通信装置でもない。このような場合、無線通信装置１０１ｂでは、無線通信装置１０１ｃが無線通信装置１０１ａと隠れ端末関係にあると判定する。
また、同様に、無線通信装置１０１ｄは、自装置の隣接局情報テーブルに受信されたステート・アナウンスメントを無線通信装置１０１ａのＩＤ情報と共に記録する。無線通信装置１０１ｄは、無線通信装置１０１ａの他、無線通信装置１０１ｃ、１０１ｅ、１０１ｆとも隣接する。このため、無線通信装置１０１ｄの隣接局情報テーブルのメンバは、無線通信装置１０１ａ、１０１ｃ、１０１ｅ、１０１ｆとなる。図９に無線通信装置１０１ｄの隣接局情報テーブルを示す。

無線通信装置１０１ｄの隣接局情報処理部２０４は、周期的に送信されてくる無線通信装置１０１ａのステート・アナウンスメントによって隣接局情報テーブルのメンバを順次チェックする。つまり、先ず、メンバのうちの無線通信装置１０１ａをチェックし、無線通信装置１０１ａはステート・アナウンスメントを送信してきた無線通信装置であるから隠れ端末でないと判断する。

次に、メンバのうちの無線通信装置１０１ｃは、ステート・アナウンスメントを送信してきた無線通信装置１０１ａでなく、無線通信装置１０１ａの他の隣接無線通信装置でもないことから、無線通信装置１０１ａにとっての隠れ端末であると判定する。同様に、無線通信装置１０１ｅ、１０１ｆも無線通信装置１０１ａにとっての隠れ端末であると判定される。

ｉｉ パケット衝突率の推定
隣接局情報処理部２０４は、無線通信装置１０１ａの隠れ端末が検出された場合、隠れ端末の存在によって発生する（隠れ端末問題による、あるいは隠れ端末による）衝突の確率を推定する。なお、隠れ端末問題による衝突とは、無線通信装置１０１ａによって送信されたパケットと、隠れ端末となる無線通信装置１０１ｃによって送信されたパケットとが共通の隣接無線通信装置において衝突することをいう。

本実施形態では、隠れ端末問題による衝突の確率を、隠れ端末であると判定された無線通信装置の送信率Ｒに基づいて推定する。例えば、無線通信装置ｉが無線通信装置１０１ａと隠れ端末関係にある場合、無線通信装置ｉによる衝突確率ＣＲは、以下の式によって推定される。なお、式（１）中のＴｘｉは、無線通信装置ｉの送信率である。

以下、隠れ端末問題による衝突の発生確率の推定について、より詳細に説明する。
無線通信装置１０１ａと無線通信装置１０１ｃとが、隠れ端末関係にあると判定された場合、無線通信装置１０１ｂの隣接局情報処理部２０４は、無線通信装置１０１ａと無線通信装置１０１ｂとの間の無線通信装置１０１ｃによる衝突の確率ＣＲ＿ａｂを、以下のようにして推定する。

すなわち、式（１）によって推定される衝突確率ＣＲ＿ａｂは、無線通信装置１０１ｃの送信率を用い、次のように表される。
ＣＲ＿ａｂ＝ＴＸ＿ｃ 式（２）
無線通信装置１０１ｂにおいて推定された衝突確率は、図８に示した無線通信装置１０１ｂの隣接局情報テーブルに記録される。

また、前記したように、無線通信装置１０１ｄは、無線通信装置１０１ａと、無線通信装置１０１ｃ、１０１ｅ、１０１ｆとが隠れ端末関係にあると判定している。無線通信装置１０１ｃ、１０１ｅ、１０１ｆによる無線通信装置１０１ａと無線通信装置１０１ｄとの衝突の発生確率ＣＲ＿ａｄは、以下の式によって推定される。
ＣＲ＿ａｄ＝１−（１−ＴＸ＿ｃ）・（１−ＴＸ＿ｅ）・（１−ＴＸ＿ｆ） 式（３）
無線通信装置１０１ｄにおいて推定された衝突確率は、図９に示した無線通信装置１０１ｄの隣接局情報テーブルに記録される。

ｉｉｉ 品質メトリックの算出
本実施形態では、隣接局情報処理部２０４が、上記したように推定された衝突確率、無線リンクがデータを伝送する速度（伝送速度Ｒ）、に基づいて、品質メトリックを算出する。
すなわち、本実施形態では、式（２）または式（３）によって推定された衝突率に基づいて、無線リンクの品質メトリックＲＭを算出する。品質メトリックＲＭの算出は、以下の式（４）によって実現する。

なお、式（４）中のＲはリンク伝送速度、ＰＥＲはパケット誤り率、Ｂｔはデータのパケット長である。なお、Ｏcaは、チャネルアクセスに必要なオーバーヘッドの時間であって、Ｏpは、プロトコルのオーバーヘッドの時間である。Ｏca、Ｏpは、いずれも定数として演算式に設定しておくことが可能である。
ＲＭ＝（Ｏca＋Ｏp＋（Ｂｔ／Ｒ））×（１／（１−ＰＥＲ））×（１／（１−ＣＲ））
式（４）

無線通信装置１０１ｂでは、式（４）に衝突率ＣＲ＿ａｂを代入して無線通信装置１０１ａとの間の無線リンクの品質メトリックＲＭ＿ａｂを算出する。算出された品質メトリックＲＭ＿ａｂは、以下の式（５）によって表される。なお、式（５）中のＲ＿ａｂ、ＰＥＲ＿ａｂは、いずれも図７（ａ）に示したステート・アナウンスメントに含まれている。

ＲＭ＿ａｂ＝（Ｏca＋Ｏp＋（Ｂｔ／Ｒ＿ａｂ））
×（１／（１−ＰＥＲ＿ａｂ））
×（１／（１−ＣＲ＿ａｂ）） 式（５）
無線通信装置１０１ｂにおいて算出された品質メトリックは、図８に示した無線通信装置１０１ｂの隣接局情報テーブルに記録される。

同様に、無線通信装置１０１ｄでは、式（４）に衝突率ＣＲ＿ａｄを代入して無線通信装置１０１ａとの間の無線リンクの品質メトリックＲＭ＿ａｄを算出する。算出された品質メトリックＲＭ＿ａｄは、以下の式（６）によって表される。なお、式（６）中のＲ＿ａｄ、ＰＥＲ＿ａｄ、Ｂｔは、いずれも図７（ｂ）に示したステート・アナウンスメントに含まれている。

ＲＭ＿ａｄ＝（Ｏca＋Ｏp＋（Ｂｔ／Ｒ＿ａｄ））
×（１／（１−ＰＥＲ＿ａｄ））
×（１／（１−ＣＲ＿ａｄ）） 式（６）
無線通信装置１０１ｄにおいて算出された品質メトリックは、図９に示した無線通信装置１０１ｄの隣接局情報テーブルに記録される。

（無線通信装置通信方法）
図１０は、以上述べた本実施形態において実行される通信方法を説明するためのフローチャートである。図示したフローチャートは、主に隣接局情報処理部２０４によって実行されるものである。
無線通信装置（例えば無線通信装置１０１ｂ）は、無線通信部２０１によって隣接無線通信装置（例えば無線通信装置１０１ａ）からステート・アナウンスメント（ＳＡＮＮ）を受信する（Ｓ１）。隣接局情報処理部２０４は、受信されたステート・アナウンスメントによって隣接局情報テーブルのメンバを順番にチェックする。そして、全てのメンバについてチェックが終了したと判断された場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

以下、隣接局情報処理部２０４によるチェックの手順について説明する。なお、この説明では、無線通信装置１０１ｂの隣接局情報処理部２０４が、無線通信装置１０１ａが送信したステート・アナウンスメントにより、図８に示した隣接局情報テーブルをチェックするものとする。
隣接局情報処理部２０４は、先ず、メンバのうちの無線通信装置１０１ａをチェックする（Ｓ３）。チェックは、ステップ１で受信された情報と、先の周期で受信され、保存されている隣接無線通信装置に関する情報とに基づいて行われる。

具体的には、隣接局情報処理部２０４は、メンバである無線通信装置１０１ａが、ステート・アナウンスメントを送信した無線通信装置１０１ａであるか否か判断する。この結果、無線通信装置１０１ａは、ステート・アナウンスメントを送信した無線通信装置と一致する（Ｓ３：Ｙｅｓ）。したがって、無線通信装置１０１ａは隠れ端末でないと判断し、メンバのチェックが完了したか否かの判断に戻る。

次に、隣接局情報処理部２０４は、メンバのうちの無線通信装置１０１ｃをチェックする。無線通信装置１０１ｃは、無線通信装置１０１ａではない（Ｓ２：Ｎｏ）。このため、隣接局情報処理部２０４は、無線通信装置１０１ａのステート・アナウンスメントに含まれている、無線通信装置１０１ｂ以外の隣接無線通信装置の情報をチェックする。
無線通信装置１０１ｃは、無線通信装置１０１ａの隣接無線通信装置であって、かつ自装置（無線通信装置１０１ｂ）でない他の無線通信装置に該当するか否か判断する（Ｓ４）。図７（ａ）に示したように、無線通信装置１０１ａの他の無線通信装置は無線通信装置１０１ｄであって、無線通信装置１０１ｃではない。したがって、隣接局情報処理部２０４は、無線通信装置１０１ｃが他の隣接無線通信装置に該当しないと判断し（Ｓ４：Ｎｏ）、無線通信装置１０１ａと無線通信装置１０１ｃとが隠れ端末関係であるとする。

そして、隠れ端末によって発生する衝突の確率を推定し（Ｓ５）、推定された衝突率を使って無線通信装置１０１ｃとの無線リンクの品質メトリックを算出する（Ｓ６）。推定された衝突率、算出された品質メトリックは、隣接局情報テーブルに記録される（Ｓ７）。記録後、再度メンバの全てについてチェックが完了したか否か判断し、完了したと判断されれば（Ｓ２：Ｙｅｓ）、次の周期のステート・アナウンスメントの受信に備える。
以上の処理において、ステップ１は隣接情報受信ステップ、ステップ３、４は隠れ端末判定ステップ、ステップ５は衝突率推定ステップ、ステップ６は隣接局情報処理ステップに相当する。

以上述べた本実施形態は、無線通信装置が、自装置のデータ伝送率等の情報と共に、送信先の無線通信装置と異なる他の隣接無線通信装置のＩＤ情報をステート・アナウンスメントとして送信している。このため、ステート・アナウンスメントを受信した無線通信装置は、隣接無線通信装置と隠れ端末関係にある無線通信装置あることを検出すると共に、隠れ端末となる無線通信装置を簡易に特定することができる。
そして、本実施形態は、隠れ端末関係にある無線通信装置のデータの送信率に基づいて衝突の発生確率を推定し、推定された発生率に基づいて無線リンクの品質メトリックを算出することができる。このため、隠れ端末が存在する無線アドホックネットワークにおいて、隠れ端末による影響を受け難い無線リンクを選択することができる。

（変形例）
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、実施形態では、隣接無線リンクの品質メトリックを、一の通信制御装置において算出するものとしている。しかし、本実施形態は、例えば、無線通信装置１０１ａと無線通信装置１０１ｂとの間の無線リンクの品質メトリックを、無線通信装置１０１ａにおいて算出された値と、無線通信装置１０１ｂにおいて算出された値とを用い、無線リンク１１１の双方向の品質メトリックを求めるようにしてもよい。

なお、上記した双方向の品質メトリックの算出は、無線通信装置１０１ａ、１０１ｂの両方において実行されるものであってもよい。また、無線通信装置１０１ａ、１０１ｂのいずれか一方で行ってもよい。品質メトリックを無線通信装置１０１ａ、１０１ｂのいずれか一方で行った場合、得られた品質メトリックを他方に送信し、送信された品質メトリックを受信した無線通信装置が自装置の隣接局情報テーブルに保存するようにしてもよい。

また、前記した実施形態では、隣接無線リンクの品質メトリックを、無線リンクの伝送速度、パケット誤り率、推定された隠れ端末問題による衝突率を式（４）に代入して算出している。しかし、本実施形態は、このような構成に限定されるものでなく、他の物理量、あるいは他の関数を用いて算出するものであってもよい。
さらに、本実施形態は、無線リンクの伝送速度、パケット誤り率、隠れ端末問題による衝突率の他に加え、受信されたパケットが無線通信装置のキューに待機される時間を考慮して品質メトリックを算出してもよい。

以上述べた本発明の無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法は、無線アドホックネットワークにおいて、隠れ端末の影響を受け難い伝送路を選択してデータ伝送効率を高めることに高い効果を奏する。

本発明の一実施形態の通信システム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装置の構成を説明するための機能ブロック図である。 本発明の一実施形態の無線通信装置のハードウェア構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態のステート・アナウンスメントについて説明するための図である。 本発明の一実施形態の隣接局情報テーブルを例示した図である。 図１に示した無線通信装置１０１ａの隣接局テーブルを示した図である。 図１に示した無線通信装置１０１ａが隣接無線通信装置に対して送信するステート・アナウンスメントを示した図である。 図１に示した無線通信装置１０１ｂの隣接局テーブルを示した図である。 図１に示した無線通信装置１０１ｄの隣接局テーブルを示した図である。 本発明の一実施形態において実行される通信方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０１ａ〜１０１ｆ 無線通信装置
１１１〜１１７ 無線リンク
２０１ 無線通信部
２０２ パケット転送部
２０３ 経路制御部
２０４ 隣接局情報処理部
２０５ 記憶部
３０１ 無線通信モジュール
３０２ ＣＰＵ
３０３ ＲＯＭ
３０４ ＲＡＭ

Claims (7)

1. 複数の無線通信装置が互いにリンクを確立し、当該リンクを通じて通信する無線通信システムであって、
   前記無線通信装置は、
   複数の無線通信装置のうち直接通信できる隣接無線通信装置から、当該隣接無線通信装置に関する情報を周期的に受信する隣接情報受信手段と、
   前記隣接情報受信手段によって受信された隣接無線通信装置に関する情報を保存する隣接情報保存手段と、
   前記隣接情報保存手段によって保存されている情報と、前記隣接情報受信手段によって受信された情報とに基づいて、隠れ端末関係にある無線通信装置を判定する隠れ端末判定手段と、
   前記隠れ端末判定手段によって隠れ端末であると判定された無線通信装置による衝突の発生確率を推定する衝突率推定手段と、
   前記衝突率推定手段によって推定された衝突発生確率に基づいて、前記リンクの通信特性の指標を得る隣接局情報処理手段と、を備え、
   前記隣接局情報処理手段によって得られた前記リンクの通信特性の指標に基づいて通信経路を制御することを特徴とする無線通信システム。
2. 互いにリンクを確立し、当該リンクを通じて通信する無線通信装置であって、
   複数の無線通信装置のうち直接通信できる隣接無線通信装置から、当該隣接無線通信装置に関する情報を周期的に受信する隣接情報受信手段と、
   前記隣接情報受信手段によって受信された情報を、情報の送信元となる隣接無線通信装置と対応付けて保存する隣接情報保存手段と、
   前記隣接情報保存手段によって保存されている情報と、前記隣接情報受信手段によって受信された情報とに基づいて、隠れ端末関係にある無線通信装置を判定する隠れ端末判定手段と、
   前記隠れ端末判定手段によって隠れ端末であると判定された無線通信装置による衝突の発生確率を推定する衝突率推定手段と、
   前記衝突率推定手段によって推定された衝突発生確率に基づいて、前記リンクの通信特性の指標を得る隣接局情報処理手段と、を備え、
   前記隣接局情報処理手段によって得られた前記リンクの通信特性の指標に基づいて通信経路を制御することを特徴とする無線通信装置。
3. 前記隣接情報受信手段によって受信された情報が、情報の送信元である第１隣接無線通信装置の隣接無線通信装置であって、かつ自装置でない他の隣接無線通信装置の情報を含み、
   前記隠れ端末判定手段は、前記隣接情報保存手段に保存されている情報の送信元となる第２隣接無線通信装置が、前記第１隣接無線通信装置と一致せず、かつ、前記他の隣接無線通信装置と一致しない場合、前記第１隣接無線通信装置と前記第２隣接無線通信装置とが隠れ端末関係にあると判定することを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記衝突率推定手段は、
   前記第１隣接無線通信装置によって送信されたデータと前記第２隣接無線通信装置によって送信されたデータとの衝突確率を、少なくとも前記第２隣接無線通信装置によって単位時間あたりに送信されるデータ量に基づいて推定することを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. 前記隣接情報受信手段によって受信された情報が、前記第１隣接無線通信装置とのリンクがデータを伝送する速度、伝送されるデータの誤り発生率を含み、
   前記隣接局情報処理手段は、
   前記衝突率推定手段によって推定された衝突確率、前記リンクがデータを伝送する速度、伝送されるデータの誤り発生率に基づいて、前記リンクの通信特性の指標を算出することを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
6. 前記隣接局情報処理手段は、
   前記衝突率推定手段によって推定された衝突確率、前記第１隣接無線通信装置から送信された前記リンクがデータを伝送する速度、伝送されるデータの誤り発生率と、自装置において前記リンクがデータを伝送する速度、伝送されるデータの誤り発生率とに基づいて前記リンクの通信特性の指標を算出することを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
7. 互いにリンクを確立し、当該リンクを通じて通信する無線通信装置に適用される通信方法であって、
   複数の無線通信装置のうち直接通信できる隣接無線通信装置から、当該隣接無線通信装置に関する情報を周期的に受信する隣接情報受信ステップと、
   前記隣接情報受信ステップにおいて受信された情報と、先の周期で受信されて保存されている隣接無線通信装置に関する情報とに基づいて隠れ端末関係にある無線通信装置を判定する隠れ端末判定ステップと、
   前記隠れ端末判定ステップにおいて隠れ端末であると判定された無線通信装置による衝突の発生確率を推定する衝突率推定ステップと、
   前記衝突率推ステップにおいて推定された衝突発生確率に基づいて、前記リンクの通信特性の指標を得る隣接局情報処理ステップと、を含むことを特徴とする無線通信方法。

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