JP2009010449A - 無線通信装置及びそのパケット送信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線ＬＡＮ等の通信において、パケット長が変わってもスループット差が大きくならないようにし、ノード間の公平性を向上することのできる無線通信装置及びそのパケット送信方法を提供すること。
【解決手段】パケットを送信する際、固定待ち時間とｂａｃｋｏｆｆ時間を設定して送信待ちを行う無線通信装置であって、送信パケット長を算出するパケット長算出手段１１と、パケット長算出手段１１で算出した送信パケット長に基づいて固定待ち時間を算出する固定待ち時間算出手段１５と、パケット長算出手段１１で算出した送信パケット長に基づいてｂａｃｋｏｆｆ時間を算出するｂａｃｋｏｆｆ算出手段１４と、パケットを送信する際、固定待ち時間算出手段１５で算出された固定待ち時間及びｂａｃｋｏｆｆ算出手段１４で算出されたｂａｃｋｏｆｆ時間を使用して送信待ちをした後、パケットを送信する送信制御手段２０と、を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、自律分散的に無線通信を行う無線ＬＡＮ等において、無線ノードや通信パケット間の公平性を考慮した通信を行う無線通信装置及びそのパケット送信方法に関する。

（非特許文献１）に示されるＩＥＥＥ８０２．１１の無線ＬＡＮでは、各無線ノードが自律分散的かつ無線ノード間で公平に送信機会が得られるようにＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）と呼ばれるアクセス制御を使って無線メディアをアクセスするよう決められている。

ここで、（非特許文献１）の（「９．２．５ ＤＣＦ ａｃｃｅｓｓ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ」Ｐ．７６、「９．２．８ ＡＣＫ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ」Ｐ．８３）を参考に、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定されるＤＣＦを使用したＣＳＭＡ／ＣＡアクセス制御について図を用いて簡単に説明する。

図１０は、従来のＤＣＦアクセス制御における通信時間を示す図であり、８０２．１１無線ＬＡＮにおいてＤＣＦと呼ばれるアクセス制御を使ってデータを送信するときの通信時間を簡易的に示したものである。

図１０において、まず、通信を開始する前にＤＩＦＳと呼ばれる固定時間とｂａｃｋｏｆｆと呼ばれるランダムな時間だけ送信待ちを行う。ここで（非特許文献１）の「９．２．４ Ｒａｎｄｏｍ ｂａｃｋｏｆｆ ｔｉｍｅ」Ｐ．７５によると、このｂａｃｋｏｆｆ時間は（数１）で算出される。

ｂａｃｋｏｆｆ時間＝Ｒａｎｄｏｍ（）×スロット時間・・・（数１）
スロット時間は物理層で決まる値
Ｒａｎｄｏｍ（）＝０以上ＣＷ以下の乱数値
ただし、ＣＷは、ＣＷｍｉｎから始まりＣＷｍａｘまでの値で、
ＣＷｎ＝（ＣＷｍｉｎ＋１）×２ⁿ−１
のように衝突回数ｎをパラメータとして増加される値で、
例えば、７、１５、３１、‥のような値
このように、ｂａｃｋｏｆｆは乱数を用いることで送信時の衝突を防ぐとともに、衝突が増えるとｂａｃｋｏｆｆ時間を長くすることで増加する衝突に対応するようになっている。ｂａｃｋｏｆｆの次に、実際の送信データである無線フレーム（図１０ではＤＡＴＡと表記）の送信時間があり、最後に正しくフレームが相手に届いたかどうかを送達確認するためにＳＩＦＳと呼ばれる時間と相手からのＡＣＫ応答を待ち、このＡＣＫ応答を受信する時間がある。これらの時間を要することで１つの無線フレームの送信が完了する。

図１１は、従来の無線ノードの無線通信のタイミングチャートであり、２つの無線ノードである無線ノード１と無線ノード２が無線メディアを共有しながら同時にＣＳＭＡ／ＣＡアクセス制御を使って無線通信を行うときのタイミングチャートを示している。

図１１において、まず、２つの無線ノードはＤＩＦＳ時間待つ。次にそれぞれ乱数に基づく待ち時間ｂａｃｋｏｆｆ１とｂａｃｋｏｆｆ２だけ待つ。ただし、ｂａｃｋｏｆｆは平均的にはある中央値を取るランダムな数値を用いることで送信機会の公平性を得ている。

ここでは、ｂａｃｋｏｆｆ１＜ｂａｃｋｏｆｆ２であると仮定する。すると、無線ノード１は、ｂａｃｋｏｆｆ１だけ待った後、メディアビジーでないことを確認してからＤＡＴＡ１の通信を開始し、送信後無線フレームの送達確認のＡＣＫを待つ。このとき、無線ノード２は無線ノード１の送信によるメディアビジーを検知し、バックオフタイマーに”ｂａｃｋｏｆｆ２−ｂａｃｋｏｆｆ１”を記憶する。

無線ノード１の送信が完了すると無線ノード２は、再びＤＩＦＳ時間待った後、バックオフタイマーに記憶した”ｂａｃｋｏｆｆ２−ｂａｃｋｏｆｆ１”だけ待ち、その後ＤＡＴＡ２を送信する。

このようなアクセス制御を行うことで各無線ノードは自律分散的かつ公平な送信機会を得ながら送信処理を行う。しかしながら、無線ノード１が送信するフレームのフレーム長ＤＡＴＡ１と無線ノード２送信するフレームのフレーム長ＤＡＴＡ２において、ＤＡＴＡ１＝２×ＤＡＴＡ２の関係があったとする。すると、各フレームの送信機会はｂａｃｋｏｆｆにて公平性を保たれているため、単位時間当たり同じフレーム数だけ送信されることになり、無線ノード１は無線ノード２より２倍のデータ量を送信することになる。すなわち無線ノード１は無線ノード２の２倍のスループットで通信を行うことになる。したがって、ＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮでは、各無線ノードのフレーム送信機会には公正性があるが、スループットを考えると公平性でない場合がある。

次に、図１０に戻り、送信効率について考えてみる。この通信時間の中でデータのサイズにより時間が変わるのはデータ通信時間の部分（図１０のＤＡＴＡ部分）だけである。言い換えると、送信するデータのサイズに関係なく常に「送信待ち時間＋送達確認応答時間」だけ余分な時間が発生することになる。したがって、例えば１５００バイト程度の長いデータを送信した場合に比べ２５６バイト程度の短いデータを送信した場合では、１フレーム通信時間に対する「送信待ち時間＋送達確認時間」の割合が大きくなってしまう。このため、ＩＥＥＥ８０２．１１の無線ＬＡＮでは、フレーム長（あるいはフレームからフレームヘッダを取り除いたパケット長）が短いほど通信効率が低下することになる。

ここで、（非特許文献２）のＰ．１００に記載されるスループットの計算式を使って実際に２つのパケット長に対応するスループットを算出してみる。ただし、無線メディアを他のノードと共有せず、占有して通信を行ったときのスループットとして算出している。

すると、ＩＰパケット長が１５００バイトのときは約３１Ｍｂｐｓ、ＩＰパケット長が２５６バイトのときは約１０Ｍｂｐｓとなり、パケット長により３倍以上ものスループット差が発生することが分かる。このパケット長とスループットをグラフで表したものが図１２である。

ところで、近年ＩＰを使った電話サービス、いわゆるＩＰ電話が普及してきており、その手軽さから無線ＬＡＮでＩＰ電話を行うケースも出てきている。このＩＰ電話では音声パケットを通信データとして通信相手と交換することで会話を行うわけであるが、音声パケットは圧縮方式にもよるが一般にパケット長が短くなっている。例えば、Ｇ．７１１で使われるＰＣＭで符号化したときの符号長は６４Ｋｂｐｓとなるが、Ｇ．７１１を使って音声パケットを大きな遅延が発生しないように２０ｍｓごとにパケット化して送信した場合、音声部のデータ量は約１６０バイトとなる。

これにＲＴＰ、ＵＤＰ、ＩＰなどのヘッダを付加した場合でも約２００バイト程度である（無線ＬＡＮのフレームヘッダを付加しても約２４０バイト程度）。また、Ｇ．７２９などのより圧縮率の高い音声符号化を用いるとさらに音声部のデータ量は小さくなる。このような短いパケット長を持つ音声などのパケットが多く無線通信される無線ノードと、例えば、映像データのようなパケット長の長いデータが多く無線通信される無線ノードとでは、先に述べたようにスループットが大きく異なり、結果として無線ノード間でスループットの公平性がなくなってしまう。

公平な送信機会を与えることを目的としたものとして（特許文献１）がある。この文献ではあらかじめ各無線端末がそれぞれのコンテンションウィンドウ（ｂａｃｋｏｆｆ時間）を無線ＡＰへ送信し、コンテンションフリー期間で無線ＡＰによるポーリングに基づきコンテンションウィンドウが短い無線端末から送信を行うという方法が提案されている。

また、近年、無線ＬＡＮにおいてＱｏＳ制御を行うためにＩＥＥＥ８０２．１１ｅと呼ばれる拡張規格が検討されている。（非特許文献２）のＰ．１１６に記載のとおり、この規格では、大きく２種類のＱｏＳ制御が提案されており、そのうちの１つは、送信パケットに優先度を設定し、送信時の優先度を上げるために優先度が高いパケットほどＤＩＦＳ時間を短くしたり、ｂａｃｋｏｆｆ時間が短くなるよう制御することで、パケットの優先度に合った処理を行うようにしている。しかし、このＱｏＳは公平性を確保するためのものではなく、あくまでも優先度に差をつけることでＱｏＳを提供するものである。
特開２００６−１０８９６６号公報 ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１，１９９９ Ｅｄｉｔｉｏｎ Ｐａｒｔ １１：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ （ＭＡＣ） ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ （ＰＨＹ） Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書，インプレスネットビジネスカンパニー，２００３年３月２９日

しかしながら、上述したようにＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮの場合、パケット長にかかわらず公平に送信機会が与えられる仕組みを持っているため、パケット長が短いとスループットが低下するという不公平が発生している。したがって、本発明ではパケット長が変わってもスループット差が大きくならないようにすることで、ノード間の公平性を向上することを課題とする。

また、（特許文献１）のように無線ＡＰによる中央制御ではなく、アドホック通信などの自律分散的なアクセス制御においても公平性が保たれることを課題とする。

本発明は、無線ＬＡＮ等の通信において、パケット長が変わってもスループット差が大きくならないようにし、ノード間の公平性を向上することのできる無線通信装置及びそのパケット送信方法を提供することを目的とする。

本発明は、パケットを送信する際、固定待ち時間とｂａｃｋｏｆｆ時間を設定して送信待ちを行う無線通信装置であって、送信パケット長を算出するパケット長算出手段と、パケット長算出手段で算出した送信パケット長に基づいて固定待ち時間を算出する固定待ち時間算出手段と、パケット長算出手段で算出した送信パケット長に基づいてｂａｃｋｏｆｆ時間を算出するｂａｃｋｏｆｆ時間算出手段と、パケットを送信する際、固定待ち時間算出手段で算出された固定待ち時間及びｂａｃｋｏｆｆ時間算出手段で算出されたｂａｃｋｏｆｆ時間を使用して送信待ちをした後、パケットを送信する送信制御手段と、を有する構成とした。

この構成によれば、送信パケット長に基づいて送信待ち時間が設定されるようになるので、パケット長に対する待ち時間の割合を均等化することができる。

本発明によれば、従来とは異なり、パケット長に応じた送信待ち時間を設定することができるので、パケット長に対する待ち時間の割合が均等化され、結果としてパケット長が異なる場合でもスループットの差が小さくなる。

また、ロングパケットを多く送信する無線ノードよりショートパケットを多く送信する無線ノードの方がスループットが低いため、無線ノード間にスループットの公正性がなかったが、送信待ちの公正性が向上する。また、相対的に送信待ち時間の比率が長かったショートパケットの待ち時間が短縮し、ショートパケットの通信効率が向上する。

第１の発明は、パケットを送信する際、固定待ち時間とｂａｃｋｏｆｆ時間を設定して送信待ちを行う無線通信装置であって、送信パケット長を算出するパケット長算出手段と、パケット長算出手段で算出した送信パケット長に基づいて固定待ち時間を算出する固定待ち時間算出手段と、パケット長算出手段で算出した送信パケット長に基づいてｂａｃｋｏｆｆ時間を算出するｂａｃｋｏｆｆ時間算出手段と、パケットを送信する際、固定待ち時間算出手段で算出された固定待ち時間及びｂａｃｋｏｆｆ時間算出手段で算出されたｂａｃｋｏｆｆ時間を使用して送信待ちをした後、パケットを送信する送信制御手段と、を有する構成とした。

これにより、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１のＣＳＭＡ／ＣＡアクセス制御において、送信時の固定待ち時間であるＤＩＦＳはパケット長をパラメータとした固定待ち時間とし、さらに、ランダムな待ち時間であるｂａｃｋｏｆｆについてもパケット長をパラメータとしたランダム待ち時間とすることができる。よって、パケット長に対する待ち時間の割合を均等化することができる。

第２の発明は、送信後の送達確認を行う送達確認手段と、送達確認手段で正常送信されなかった場合、送信エラーとして検知するエラー検知手段とを備え、送信制御手段は、エラー検知手段によるエラーの頻度が高い場合には、送信パケット長に基づく送信待ち時間を使用しない構成とした。

これにより、送信エラーの頻度が高い場合には、パケット長に基づく送信待ち時間ではなく、例えば従来の送信待ち時間を使用することで、パケット長が短いパケットが非常に多く通信されるような場合、スループットが低下することを抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態において、パケットまたはＩＰパケットとは、ＯＳＩ参照モデルにおけるネットワーク層（ＩＰ層）で用いられる送受信データの単位のことを示す。フレームまたは無線フレームとは、ＯＳＩ参照モデルにおけるデータリンク層（データリンク層の一部であるＭＡＣ層と表記する場合もある）で用いられる送受信データの単位のことを示す。

無線ＬＡＮでは、ＩＰパケットに無線のフレームヘッダなどを付加して通信を行う。しかし、本実施の形態では、無線パケットと無線フレームのどちらを用いても発明の主旨に差は発生しない。無線ノードとは、無線でフレームの送受信を行う機器・装置のことを示す。例えば、無線ＡＰ、無線端末、無線ルータ、無線リピータなどがある。

図１及び図２は、実施の形態１における無線通信装置の外観斜視図であり、無線通信装置の一例として、無線ＡＰ機能を有するルータを示したものである。図１は前面側から、図２は背面側からそれぞれ見た状態を示すものである。

図１に示すように、本実施の形態におけるルータ１００は、筐体１１１を有しており、筐体１１１の前面には、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの表示部１１２が設けられている。また、筐体１１１の背面には、図２に示すように、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電源コネクタ１１３、ＲＪ４５などＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）用モジュラージャック１１４、及びＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）用モジュラージャック１１５が設けられている。

ＤＣ電源コネクタ１１３には、平行ケーブルなどの電力線１１６が接続される。モジュラージャック１１４、１１５には、ＬＡＮケーブル１１７が接続される。なお、無線通信装置の一例としてルータを示したが、先に述べたように、ルータに限定されるものではない。

図３は、実施の形態１における無線通信装置のハードウェア・ブロック図であり、ルータ１００のハードウェア構成を示している。

図３に示すように、ルータ１００は、破線で示す筐体１１１内に、回路モジュール１５０を有している。回路モジュール１５０には、メインＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１５１と、無線ＬＡＮコントローラ１５９と、無線モジュール１６０とが実装されている。

メインＩＣ１５１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１５１ａと、メインバス１５１ｆやローカルバス１５１ｇなどのバスと、バス上のデータの流れを制御するＢＣＵ（Ｂｕｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１５１ｂと、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）のＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）層を制御するＭＡＣブロック（ＥＭＡＣ）１５１ｃ、１５１ｄと、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）バスを制御するＰＣＩＵ１５１ｅとを有している。

メインＩＣ１５１内のＣＰＵ１５１ａ及びＢＣＵ１５１ｂは、メインバス１５１ｆを介して、ＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１５４と、Ｆｌａｓｈ ＲＯＭ（Ｆｌａｓｈ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１５５とに接続されている。また、ＣＰＵ１５１ａ及びＢＣＵ１５１ｂは、ローカルバス１５１ｇを介して、メインＩＣ１５１にクロックを供給する発振器１５２と、ＬＥＤなどの表示部１１２と、メインＩＣ１５１に初期化信号を出力するリセットＩＣ１５３とに接続されている。

メインＩＣ１５１内のＭＡＣブロック１５１ｃ、１５１ｄはそれぞれ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の物理層を制御するＰＨＹ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ）・ＩＣであるＥＰＨＹ１５６、１５７に接続されており、ＥＰＨＹ１５６、１５７はそれぞれ、ＬＡＮ用モジュラージャック１１４、ＷＡＮ用モジュラージャック１１５に接続されている。また、メインＩＣ１５１は、ＤＣ−ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｏ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）変換器１５８を介して、ＤＣ電源コネクタ１１３に接続されている。ＤＣ−ＤＣ変換器１５８は、ＤＣ電源コネクタ１１３から供給されるＤＣ電圧をメインＩＣ１５１で必要なＤＣ電圧に変換する。

無線ＬＡＮコントローラ１５９は、ＭＡＣ層を制御するＭＡＣブロック１５９ａと、物理層を制御するＰＨＹブロック１５９ｂとを有している。メインＩＣ１５１内のＰＣＩＵ１５１ｅは、ＭＡＣブロック１５９ａを介して、ＰＨＹブロック１５９ｂに接続されている。

無線モジュール１６０は、メインＩＣ１５１から送信または受信状態が設定され、送受信切り替えＳＷ（Ｓｗｉｔｃｈ）１６０ａと、受信信号を増幅するＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１６０ｂと、送信信号を増幅するＰＡ（Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１６０ｃと、無線信号への変調及び無線信号からの復調を行うＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）変復調器１６０ｄとを有している。

無線モジュール１６０は、無線モジュール１６０にクロックを供給する発振器１６１に接続され、無線モジュール１６０内のＲＦ変復調器１６０ｄは、無線ＬＡＮコントローラ１５９内のＰＨＹブロック１５９ｂに接続されている。無線モジュール１６０内の送受信切り替えＳＷ１６０ａは、メインＩＣ１５１から使用するアンテナを切り替えるアンテナ切り替えＳＷ１６２を介して、アンテナ１６３、１６４に接続されている。

図４は、実施の形態１における無線通信装置の外観斜視図であり、携帯可能な電話機等の通信端末１０２を示している。

図４に示すように、通信端末１０２は、筐体１２１を有しており、筐体１２１には、電話番号などを表示するＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）１２２と、電話番号を指定するためのボタンなどで構成されるキーマトリックス１２３と、マイク１２４と、電波を送受信する外部アンテナ１２５ａと、話し相手からの音声を出力するスピーカ１２６とが設けられている。なお、通信端末１０２の一例として、電話機を示したが、特に電話機に限る必要はなく、通信端末は、アクセスポイントと接続可能な機能を備えた機器（例えばパーソナルコンピュータ等の電子機器）であってもよい。

図５は、実施の形態１における無線通信装置のハードウェア・ブロック図であり、図４に示す通信端末１０２のハードウェア構成を示したものである。

図５において、通信端末１０２は、破線で示す筐体１２１内に、回路モジュール１３０を有している。回路モジュール１３０には、図４で説明したＬＣＤ１２２やキーマトリックス１２３の他、ベースバンドＩＣ１３１と、無線モジュール１４３とが実装されている。

ベースバンドＩＣ１３１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１３１ａと、音声処理を行うＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）・ブロック１３１ｂと、無線ＬＡＮのＭＡＣ層を制御する無線ＭＡＣ・ブロック１３１ｃと、メインバス１３１ｄやローカルバス１３１ｅなどのバスとを有している。

ベースバンドＩＣ１３１内のＣＰＵ１３１ａ、ＶｏＩＰ・ブロック１３１ｂ、及び無線ＭＡＣ・ブロック１３１ｃは、メインバス１３１ｄを介して、ＳＤＲＡＭ１３２、及びＦｌａｓｈ ＲＯＭ１３３に接続されている。また、ＣＰＵ１３１ａ、及びＶｏＩＰ・ブロック１３１ｂは、ローカルバス１３１ｅを介して、ＬＣＤ１２２、ＬＣＤの電源を制御するＬＣＤ電源制御ＩＣ１３４、必要なＤＣ電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換器１３６、及び、ベースバンドＩＣ１３１に初期化信号を出力するリセットＩＣ１３８に接続されている。ＤＣ−ＤＣ変換器１３６は、ダイオード１３９を介して電池１３５に接続され、リセットＩＣ１３８、及び、ＬＣＤ１２２に必要な電圧に昇圧するＬＣＤ電源用昇圧回路１３７は、電池１３５に接続されている。

また、ＣＰＵ１３１ａ、及びＶｏＩＰ・ブロック１３１ｂは、ローカルバス１３１ｅを介して、マイク１２４からの信号を増幅するアンプ１４０、及び、スピーカ１２６への信号を増幅するアンプ１４１に接続されている。アンプ１４０、１４１はそれぞれ、マイク１２４及びスピーカ１２６に接続されている。さらに、ベースバンドＩＣ１３１は、キーマトリックス１２３、ベースバンドＩＣ１３１にクロックを供給する発振器１４５、無線モジュール１４３、及び使用するアンテナをベースバンドＩＣ１３１から切り替えるアンテナ切り替えＳＷ１４２に接続されている。

無線モジュール１４３は、送受信切り替えＳＷ１４３ａと、受信信号を増幅するＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１４３ｂと、送信信号を増幅するＰＡ（Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１４３ｃと、無線信号への変調及び無線信号からの復調を行うＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）変復調器１４３ｄとを有している。また、無線モジュール１４３は、無線モジュール１４３にクロックを供給する発振器１４４、及びアンテナ切り替えＳＷ１４２に接続されている。アンテナ切り替えＳＷ１４２は、図４で説明した外部アンテナ１２５ａと、内部アンテナ１２５ｂとに接続されている。

図６は、実施の形態１における無線通信装置の機能構成図であり、本実施の形態における無線通信装置のパケット送信機能について説明する。

図６において、送信待ち時間制御手段１０は、パケットを送信するときの送信待ち時間の算出を制御する。送信待ち時間制御手段１０は次の機能を有する。

パケット長算出手段１１は、送信する無線パケットを解析し送信するパケットのパケット長を算出する。送信待ち制御手段１２は、後述する衝突検知手段２４の結果を受けて、パケット長をパラメータとした送信待ち制御を行うかどうかを設定する。すなわち、衝突検知手段２４により衝突が頻発していると判断された場合はパケット長をパラメータとした送信待ち制御を行わず、通常の送信待ちを行うよう制御するものである。係数記憶手段１３は、待ち時間算出時に利用する係数を記憶する。固定待ち時間算出手段１５（第１の時間算出手段）は送信待ち制御手段１２の指示を受けてＩＥＥＥ８０２．１１のＤＩＦＳに相当する待ち時間を、パケット長をパラメータとして算出する。従来の待ち時間を算出する場合はＤＩＦＳを固定待ち時間（第１の時間）として算出する。ｂａｃｋｏｆｆ算出手段（第２の時間算出手段）１４は送信待ち制御手段１２の指示を受けてＩＥＥＥ８０２．１１のｂａｃｋｏｆｆに相当する待ち時間（第２の時間）を、パケット長をパラメータとして算出する。従来の待ち時間を算出する場合は、従来のｂａｃｋｏｆｆ算出方法に基づいて算出する。剰余ｂａｃｋｏｆｆ算出手段１６は、送信待ちの途中で送信を中断したときに次回送信のための残りのｂａｃｋｏｆｆ時間を算出する。

送信制御手段２０は、送信待ちと送信を制御する。送信制御手段２０は次の機能を有する。

送信待ち手段２１は、算出された送信待ち時間だけ送信待ちする処理を行う。送信待ち手段２１による待ち時間が終了すると、送信手段３０はパケットの送信を行う。送信監視手段２２は、送信待ちのときに他のノードが送信を開始していないかチェックし、他のノードが送信開始していれば送信待ちを中断する。受信手段３１は、送信後の送達確認応答である無線ＡＣＫの受信などの受信処理を行う。送達確認手段２３は、規定時間内に無線ＡＣＫを受取ったかどうか判断する。衝突検知手段２４は、送達確認手段２３によりＡＣＫを受取らなかった場合、衝突が起きたと判断し衝突回数を計測する。

以上のように構成された無線通信装置について、以下にパケット送信動作について説明を行う。

無線ノードである無線通信装置が、他の無線ノードとの間で通信を行うときに、送信待ち制御手段１２は、衝突検知手段２４の結果を受けて通常の送信待ちを行うか、パケット長をパラメータとした送信待ちを行うかを決定する。例えば、単位時間当たりの衝突回数がある閾値以上である場合に通常の送信待ちを行うようにするが他の方法でも構わない。

通常の送信待ちをする場合、固定待ち時間算出手段１５は従来のように固定待ち時間としてＤＩＦＳを算出し、ｂａｃｋｏｆｆ算出手段１４は従来のようにｂａｃｋｏｆｆ時間を算出する。

パケット長をパラメータとして待ち時間を算出する場合は、まず、パケット長算出手段１１は送信するパケットのパケット長を算出する。次に、固定待ち時間算出手段１５はパケット長をパラメータとして（数２）を用いて固定待ち時間を算出する。

固定待ち時間＝ＤＩＦＳｍｉｎ＋（ＤＩＦＳｍａｘ−ＤＩＦＳｍｉｎ）
×パケット長／最大パケット長・・・（数２）
ただし、ＤＩＦＳｍａｘ＞＝ＤＩＦＳ＞＝ＤＩＦＳｍｉｎ＞ＰＩＦＳ
ここで、ＤＩＦＳｍｉｎは固定待ち時間の最小値、ＤＩＦＳｍａｘは固定待ち時間の最大値であり、係数記憶手段１３に記憶される値であるが、条件を満たす値を任意に設定してよい。例えば、ＤＩＦＳｍａｘ＋ＤＩＦＳｍｉｎ／２＝ＤＩＦＳのように設定することができる。

（数２）を用いてＤＩＦＳに相当する固定待ち時間を算出することでパケット長に比例した待ち時間とすることができるが、この式により算出することに限定するものではない。例えば、図７に示すように、数種類の固定待ち時間をテーブルに記憶しておき、パケット長に応じてその種類の中から該当する待ち時間を算出するようにしてもよい。この場合、パケット長が２５６ならば待ち時間はＤＩＦＳｍｉｎとなる。

次に、ｂａｃｋｏｆｆ算出手段１４は、パケット長をパラメータとして（数３）を用いてｂａｃｋｏｆｆスロットとｂａｃｋｏｆｆ時間を算出する。

ｂａｃｋｏｆｆスロット数＝ＣＷｎｍｉｎ＋（ＣＷｎｍａｘ−ＣＷｎｍｉｎ）
×パケット長／最大パケット長・・・（数３）
ｂａｃｋｏｆｆ時間＝ｂａｃｋｏｆｆスロット数×乱数×１スロット時間
ただし、ＣＷｎｍａｘ＞＝ＣＷｎ＞＝ＣＷｎｍｉｎ
ここで、ＣＷｎｍｉｎは、スロット数がＣＷｎのときのランダム待ち時間スロット数の最小値、ＣＷｎｍａｘはスロット数がＣＷｎのときのランダム待ち時間スロット数の最小値であり係数記憶手段１３に記憶される値であるが、条件を満たす値を任意に設定してよい。例えば、ＣＷｎｍａｘ＋ＣＷｎｍｉｎ／２＝ＣＷｎのように設定することができる。

また、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定されるようにＣＷｎは再送回数が増えるごとに、ＣＷｎ＝（ＣＷｍｉｎ−１）×２ｎ−１というように値が増加するものである。（数３）を用いてｂａｃｋｏｆｆ時間を算出することでパケット長に比例した待ち時間とすることができるが、この式ではなく他の式でも構わない。例えば、図８に示すように数種類のｂａｃｋｏｆｆスロット数をテーブルに記憶しておき、パケット長に応じてその種類の中から該当するスロット数を算出するようにしてもよい。この場合、パケット長が２５６ならばスロット数はＣＷｎｍｉｎとなる。

このように算出された送信待ち時間に基づいて送信待ち手段２１は送信待ちを行う。送信待ち手段２１による送信待ちが終了し、他の無線ノードが送信していない場合、送信手段３０によりパケットの送信を行う。

しかし、送信待ちの途中で他の無線ノードが送信を開始する場合がある。送信監視手段２２は、他の無線ノードが送信を開始していないかを監視し、もし、送信待ちの間に他の無線ノードが送信を開始した場合、送信待ちを中断し再び送信待ち時間を算出するよう制御する。

このとき、剰余ｂａｃｋｏｆｆ算出手段１６は、送信待ちの間に経過した時間を元に残ったｂａｃｋｏｆｆ時間を算出し記憶しておく。送信手段３０によりパケット送信が行われたら、送達確認手段２３は、ある決められた時間だけ、送信先からの送達確認であるＡＣＫ応答を受信手段３１を使って待つ。送達確認手段２３はある時間内にＡＣＫ応答が返れば正常に送信されたとして送信完了とみなし、ＡＣＫが返らなければ送信失敗とみなし再送処理を行う。送信失敗の場合、衝突検知手段２４は、衝突が発生したとみなし衝突回数を加算する。

このように、パケット長をパラメータとして、固定待ち時間とｂａｃｋｏｆｆ時間を算出するのであるが、パケット長が短いパケットが非常に多く通信された場合のことを考える。

ＩＥＥＥ８０２．１１では、パケットの衝突が発生するとＣＷｎについて「２のｎ乗−１」のｎを増やすことでｂａｃｋｏｆｆ時間を増やし衝突が発生する確率を低下させる。しかし、大量のショートパケットが通信されるとパケットの送信待ち時間が短いため衝突が発生しやすくなる。このような状態では、スループットの公平性向上のために逆にスループットが低下するという弊害が発生してしまう。

したがって、本実施の形態では、送信時に衝突が発生するようになった場合、送信待ち制御手段１２によりパケット長をパラメータとした待ち時間制御をオフにすることができる。このような動作であるためパケット数が増えたことによるスループットの低下を回避することができる。

図９は、実施の形態１における無線通信装置の動作フローチャートであり、パケットの送信動作について示している。

図９において、まず、ステップ１で、ＤＩＦＳｍｉｎ、ＤＩＦＳｍａｘなどの初期値を設定する。

ステップ２では、パケット衝突の頻度が低いかどうかをチェックする。すなわち、多くのパケットが通信されことによる衝突の可能性が高くないかどうかをチェックする。

衝突の頻度が低い場合、ステップ３で送信パケットのパケット長を算出する。ステップ４では、パケット長をパラメータとして、ｂａｃｋｏｆｆ算出手段１４を使ってｂａｃｋｏｆｆ時間を算出する。ステップ５では、パケット長をパラメータとして、固定待ち時間算出手段１５を使って固定待ち時間を算出する。

一方、ステップ２において衝突の頻度が高い場合は、ステップ６において従来どおり固定待ち時間ＤＩＦＳを算出し、ステップ７で、従来どおりｂａｃｋｏｆｆ時間を算出する。

ステップ８では、算出した待ち時間だけ送信待ちを行う。

次に、ステップ９では、送信待ちの間に他の無線ノードが送信を行っていないかどうかチェックし、他ノードによる送信が検知されたらｂａｃｋｏｆｆの残り時間を算出し、ステップ５またはステップ７へ行く。

ステップ９で送信可能な場合、ステップ１０でパケットを送信する。ステップ１１では、送信完了ＡＣＫが返り正常送信が完了したかどうかをチェックする。正常送信しなかった場合衝突回数をカウントアップしステップ４またはステップ６へ戻る。

正常送信した場合はステップ１２へ進み、処理を終了するかどうかチェックし、終了しない場合はステップ２へ戻る。なお、通常再送回数には上限が設定されているため、再送回数の上限チェックを行う必要があるがこのフローチャートでは省略している。

以上のように本実施の形態では、送信パケット長に応じて送信待ち時間を可変にするため、ショートパケットとロングパケットのスループット差が小さくなり、その結果、パケット間やノード間のスループットの公平性が向上する。

なお、本実施の形態では、固定待ち時間、ｂａｃｋｏｆｆ時間の両方に対し、送信パケット長に基づき算出する例を示したが、何れか一方に対して送信パケット長に基づく算出処理を行い、他方は従来の手法で求めて送信待ち時間として設定してもよいことは言うまでもない。

本発明に係る無線通信装置及びそのパケット送信方法は、例えば無線ＬＡＮなど、無線通信を行う機器に適用可能である。特に、無線ＩＰ電話機では、音声データをベースとした通信であるため、ショートパケットを多用するので本発明を利用した場合はより効果的である。

実施の形態１における無線通信装置の外観斜視図 実施の形態１における無線通信装置の外観斜視図 実施の形態１における無線通信装置のハードウェア・ブロック図 実施の形態１における無線通信装置の外観斜視図 実施の形態１における無線通信装置のハードウェア・ブロック図 実施の形態１における無線通信装置の機能構成図 実施の形態１における固定待ち時間のテーブルでの算出例を示す図 実施の形態１におけるｂａｃｋｏｆｆ時間のテーブルでの算出例を示す図 実施の形態１における無線通信装置の動作フローチャート 従来のＤＣＦアクセス制御における通信時間を示す図 従来の無線ノードの無線通信のタイミングチャート 従来のパケット長に対応するスループットの関係を示すグラフ

符号の説明

１０ 送信待ち時間制御手段
１１ パケット長算出手段
１２ 送信待ち制御手段
１３ 係数記憶手段
１４ ｂａｃｋｏｆｆ算出手段
１５ 固定待ち時間算出手段
１６ 剰余ｂａｃｋｏｆｆ算出手段
２０ 送信制御手段
２１ 送信待ち手段
２２ 送信監視手段
２３ 送達確認手段
２４ 衝突検知手段
３０ 送信手段
３１ 受信手段
１００ ルータ
１０２ 通信端末

Claims (7)

1. パケットを送信する際、第１の時間と第２の時間からなる送信待ち時間を設定して送信待ちを行う無線通信装置であって、
   送信パケット長を算出するパケット長算出手段と、
   前記パケット長算出手段で算出した送信パケット長に基づく第１の時間を算出する第１の時間算出手段と、
   前記第１の時間算出手段で算出された第１の時間を使用して送信待ち時間を設定し、送信待ちをした後、パケットを送信する送信制御手段と、を有することを特徴とする無線通信装置。
2. パケットを送信する際、第１の時間と第２の時間からなる送信待ち時間を設定して送信待ちを行う無線通信装置であって、
   送信パケット長を算出するパケット長算出手段と、
   前記パケット長算出手段で算出した送信パケット長に基づいて第２の時間を算出する第２の時間算出手段と、
   前記第２の時間算出手段で算出された第２の時間を使用して送信待ち時間を設定し、送信待ちをした後、パケットを送信する送信制御手段と、を有することを特徴とする無線通信装置。
3. パケットを送信する際、第１の時間と第２の時間からなる送信待ち時間を設定して送信待ちを行う無線通信装置であって、
   送信パケット長を算出するパケット長算出手段と、
   前記パケット長算出手段で算出した送信パケット長に基づいて第１の時間を算出する第１の時間算出手段と、
   前記パケット長算出手段で算出した送信パケット長に基づいて第２の時間を算出する第２の時間算出手段と、
   前記第１の時間算出手段で算出された第１の時間、及び前記第２の時間算出手段で算出された第２の時間を使用して送信待ち時間を設定し、送信待ちをした後、パケットを送信する送信制御手段と、を有することを特徴とする無線通信装置。
4. 送信後の送達確認を行う送達確認手段と、前記送達確認手段で正常送信されなかった場合、送信エラーとして検知するエラー検知手段とを備え、
   前記送信制御手段は、前記エラー検知手段によるエラーの頻度が高い場合には、送信パケット長に基づく送信待ち時間を使用しない、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の無線通信装置。
5. 前記第１の時間は、固定待ち時間であり、前記第２の時間はｂａｃｋｏｆｆ時間である、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の無線通信装置。
6. パケットを送信する際、第１の時間と第２の時間からなる送信待ち時間を設定して送信待ちを行う無線通信装置のパケット送信方法であって、
   送信パケット長を算出するパケット長算出ステップと、
   前記算出した送信パケット長に基づいて第１の時間を算出する第１の時間算出ステップと、
   前記算出した送信パケット長に基づいて第２の時間を算出する第２の時間算出ステップと、
   パケットを送信する際、前記算出した第１の時間及び第２の時間を使用して送信待ち時間を設定し、送信待ちをした後、パケットを送信する送信ステップと、を有することを特徴とする無線通信装置のパケット送信方法。
7. 送信後の送達確認を行う送達確認ステップと、前記送達確認で正常送信されなかった場合、送信エラーとして検知するエラー検知ステップとを備え、
   エラーの頻度が高い場合には、送信パケット長に基づく送信待ち時間を使用しない、ことを特徴とする請求項６記載の無線通信装置のパケット送信方法。

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