JP2009010552A - フレーム制御方法及び通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＸＯＰ期間内において伝送効率、遅延時間の観点で最適な連結制御を行うフレーム制御方法を提供すること。
【解決手段】上記従来の課題を解決するために、本願に記載のフレーム制御方法は、各通信端末のトラフィックに対する通信帯域幅を制御局が集中制御する通信方式において、通信端末の通信状況を監視する通信状況監視ステップと、連結数比率を上記通信状況に応じて決定する連結数比率決定ステップと、制御局より付与された通信帯域において、上記連結数比率に基づきフレーム連結数を制御するフレーム連結数制御ステップとを有する。
【選択図】図５

Description

本発明はトラフィックに対する通信帯域幅を制御局が集中制御する通信方式におけるフレーム制御方法に関し、特に遅延許容時間等のＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）要件を満たすことを考慮した効率的な連結フレーム制御方法に関する。

電灯線通信（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）や無線ＬＡＮシステムにおけるスループットを向上させる方法として、フレーム連結方式等の複数パケットを連結してフレームを生成し、生成したフレームを送信する方式が提案されている。このフレーム連結方式は、ＭＡＣヘッダの情報（宛先アドレス等）が同じである比較的小さい複数パケットを１つのフレームとして纏めて伝送する方式である。フレーム連結を行わない場合には複数フレームにより送っていたものであっても、フレーム連結方式により１つの大きなフレームとして伝送することにより、伝送フレーム間の所定の待ち時間であるＩＦＳ（Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）と、ＭＡＣヘッダを減らすことができる。そして、フレーム連結方式を用いる結果として、システム全体のスループットが向上する。

従来のフレーム制御方法としては、「伝搬路変動の程度」に応じてフレーム連結とフレーム分割とを切り換えるものがあった（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の方法では、「伝搬路変動の程度」が大きいときには、無線通信装置が送信したフレームが受信側において正しく受信できる可能性が低くなりこのときにフレーム連結を行った連結フレームを送信して受信側から再送要求が来ると連結して長くなったフレームを再送する必要があるため、著しく伝送効率が落ちスループットの低下を招くこととなる。そのため、「伝搬路変動の程度」が大きいときには、フレーム分割することが有利となる。

一方、「伝搬路変動の程度」が小さいときには、無線通信装置が送信したフレームが受信側において正しく受信できる可能性が高くなるため、フレーム連結によりシステム全体のスループットが向上する。よって、「伝搬路変動の程度」に応じてフレーム連結とフレーム分割とを切り換えることにより、システム全体のスループットを向上させていた。
特開２００６−１７３８６７号公報

上記従来の構成によるフレーム制御方法では、フレーム全体を再送する方式においては有効であるが、誤りが発生したパケットのみを再送する選択再送方式においては、必ずしも最適なフレーム制御がなされない。

具体的には、ＴＸＯＰ期間（割り当てられた送信期間）内でのフレーム送信において、上記従来の構成によるフレーム制御方法では、パケット誤りが頻繁に発生する環境下では、連結数を減らすように制御するが、それにより伝送効率が低くなってしまうため、必ずしも最適な連結数制御であるとは言えない。一方、伝送効率を考慮して連結数を増やすとＴＸＯＰ期間内にパケットを再送できない場合が発生し、次のＴＸＯＰ期間まで送信できず伝送遅延が起こるという課題を有していた。

特に、ブリッジ機器などでは受信パケットを転送する際、受信した複数パケットのうち途中のパケットが抜けると以降のパケットの転送ができないため、スループットが低下するという課題を有していた。

本願は、上記従来の課題を解決するために、ＴＸＯＰ期間内において伝送効率、遅延時間の観点で最適な連結制御を行うフレーム制御方法を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するためのフレーム制御方法は、各通信端末のトラフィックに対する通信帯域幅を制御局が集中制御する通信方式において、通信端末の通信状況を監視する通信状況監視ステップと、連結数比率を上記通信状況に応じて決定する連結数比率決定ステップと、制御局より付与された通信帯域において、上記連結数比率に基づきフレーム連結数を制御するフレーム連結数制御ステップとを有する。

本構成によって、通信状況に応じた連結数制御を行い、伝送効率を下げず再送フレームの伝送遅延を抑えることが可能となる。

上記のフレーム制御方法によれば、送信フレームの最適な連結数制御によりＴＸＯＰ期間を効率的に利用でき、ＴＸＯＰ期間をまたがる遅延が発生しにくいことから遅延時間の制限が厳しいトラフィックのＱｏＳ要件を満足できる。

以下本願発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図面では、説明の理解を助けるため各実施の形態の説明の為に必要な機能ブロックのみが簡略化され示されている。

（実施の形態１）
Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＰＬＣ ＭＡＣ）５と、ＣＰＵ６と、イーサネット（登録商標）モジュール７とを備える。アナログフロントエンド２は、電灯線８と接続される。イーサネット（登録商標）モジュール７は、イーサネット（登録商標）ケーブル９と接続される。

アナログフロントエンド２は、Ａ／Ｄ変換、Ｄ／Ａ変換、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、およびカップリングを行う。電灯線通信物理層部３は、サンプリング、変調、復調、および誤り訂正処理を行う。メモリ４は、本発明の処理手順を実行するプログラム、送信データおよび受信データを蓄積する。電灯線通信ＭＡＣ層部５は、フレーミング、巡回冗長符号（ＣＲＣ：Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋｉｎｇ）付加、ＣＲＣチェック、送信制御、受信処理、通信状況監視、および再送制御を行う。ＣＰＵ６は、ＱｏＳ処理および上位層Ｉ／Ｆ制御を行う。イーサネット（登録商標）モジュール７は、イーサネット（登録商標）に対して、データを送受信する。

図２は、本願発明の実施の形態１に係る送信側の通信端末１の機能的構成を示すブロック図である。図２において、送信側の通信端末１は、送信上位Ｉ／Ｆ部１０１と、ストリーム識別部１０２と、キュー制御部１０３と、送信キュー１０４，１０５，１０６，１０７と、送信制御部１０８と、フレーミング部１０９と、媒体送信部１１０と、媒体受信部１１１と、カウンタ１１２と、ＱｏＳ制御部１１３と、通信状況監視部１１４とを備える。なお、ここでは、四つの送信キューを図示することとしたが、送信キューは、三つ以下であってもよいし、五つ以上であってもよい。

図３は、本願発明の実施の形態１に係る受信側の通信端末１の機能的構成を示すブロック図である。図３において、受信側の通信端末１は、媒体受信部２０１と、パケット受信処理部２０２と、受信上位Ｉ／Ｆ部２０３と、再送制御部２０４と、媒体送信部２０５とを備える。

送信側の通信端末１において、媒体送信部１１０および媒体受信部１１１は、アナログフロントエンド２および電灯線通信物理層部３によって実現される。送信制御部１０８、フレーミング部１０９、カウンタ１１２、および通信状況監視部１１４は、電灯線通信ＭＡＣ層部５によって実現される。送信キュー１０４、１０５、１０６、１０７は、メモリ４によって実現される。送信上位Ｉ／Ｆ部１０１、ストリーム識別部１０２、キュー制御部１０３、およびＱｏＳ制御部１１３は、ＣＰＵ６によって実現される。なお、ストリーム識別部１０２は、電灯線通信ＭＡＣ層部５によって実現されてもよい。

受信側の通信端末１において、媒体受信部２０１および媒体送信部２０５は、アナログフロントエンド２および電灯線通信物理層部３によって実現される。パケット受信処理部２０２および再送制御部２０４は、電灯線通信ＭＡＣ層部５によって実現される。受信上位Ｉ／Ｆ部２０３は、ＣＰＵ６によって実現される。

送信側の通信端末１と受信側の通信端末１とは、通信媒体として電灯線を介して相互に通信可能となるように接続される。また、通信媒体上には、ＱｏＳコントローラが接続されている。通信端末１は、電灯線を介して、ＱｏＳコントローラと通信可能である。ＱｏＳコントローラは、通信媒体上での帯域を制御する通信端末であり、通信端末１がその機能を有しても良い。

図２において、送信上位Ｉ／Ｆ部１０１は、上位層から送信パケットを受け取る。この送信パケットは、イーサネット（登録商標）フレームや、ＭＰＥＧ２−ＴＳパケット等である。ストリーム識別部１０２は、送信パケットがどの種のストリームであるか判別し、各パケットにストリームナンバーを付加する。キュー制御部１０３は、ストリームの種別および送信宛先毎に送信パケットを分別して、送信キュー１０４，１０５，１０６，１０７への格納を制御する。送信キュー１０４，１０５，１０６，１０７は、送信パケットを格納する。送信制御部１０８は、送信キュー１０４，１０５，１０６，１０７からパケットを取り出してフレーミング部１０９に渡す。フレーミング部１０９は、送信制御部１０８からの一連のパケットの先頭に、プリアンブル、フレームコントロールを付加して、個々のパケットの先頭に同期情報を付加し、個々のパケットの末尾に誤り検出符号を付加して、一つのフレームを構築する。媒体送信部１１０は、フレーミング部１０９からのフレームを通信媒体を介して受信側の通信端末へと伝送する。媒体受信部１１１は、受信側の通信端末からの再送要求を受信する。カウンタ１１２は、現在時刻を表す。ＱｏＳ制御部１１３は、ＱｏＳコントローラに帯域割り当てを要求する。

図３において、媒体受信部２０１は、通信媒体からのフレームを受信する。パケット受信処理部２０２は、フレームから個々のパケットを切り出す。再送制御部２０４は、再送要求を生成する。媒体送信部２０５は、再送要求を送信側の通信端末に送信する。受信上位Ｉ／Ｆ部２０３は、受信パケットを上位層へと渡す。

なお、ここでは、通信媒体として電灯線を用いることとしたが、通信媒体は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、ＡＤＳＬ、ＨｏｍｅＰＮＡなどの有線通信媒体であってもよいし、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ，ｂ，ｇ，ｎ、ＵＷＢなどの無線媒体であってもよい。

以下、本発明の通信端末の動作について説明する。まず、通信に先立って行われる初期設定について説明する。ＱｏＳ制御部１１３は、上位層のアプリケーション（以下、上位アプリという）からのパケットに含まれるストリーム識別情報およびＱｏＳパラメータを取得する。ここで、ストリーム識別情報には、ストリームに一意に割り当てられたストリームナンバー、当該パケットの送信元アドレス、当該パケットの送信先アドレス、ＩＰパケットのＵＤＰやＴＣＰ等のプロトコル、ＴＯＳフィールド、ＶＬＡＮタグ、ポート番号、ＵＳＢパケット、およびＩＥＥＥ１３９４パケットの非同期・同期期間情報等が含まれている。ＱｏＳパラメータは、ストリームの伝送に要求される品質の条件（伝送品質条件という）を示すパラメータであって、ストリーム毎に定義されている。ＱｏＳパラメータとして、最大許容遅延時間、最大許容ジッタ、最大レート、最小レート、最大連続送信時間、または最大送信停止時間のいずれかが含まれている。

次に、ＱｏＳ制御部１１３は、フレームを送信するにあたって、ＱｏＳパラメータから必要な送信期間、送信間隔、送信レートなどの必要な帯域を算出し、この帯域を割り当てるようＱｏＳコントローラに要求する。これに応じて、ＱｏＳコントローラは、要求された条件ができるだけ満たされるように、通信端末１に対して帯域を割り当てる。ＱｏＳコントローラは、実際に割り当てた帯域をリソース使用許可情報として、通信端末１に対して返信する。ここで、リソース使用許可情報には、実際に割り当てられた帯域に基づいて、ＴＸＯＰ開始時刻、ＴＸＯＰ期間、および使用可能周波数などが指定されている。また、ＱｏＳコントローラは、ビーコンフレームにリソース使用許可情報を含んで送信し、通信端末１に対して通知しても良い。

なお、ＱｏＳコントローラは通信端末１の通信状況を監視してＴＸＯＰ期間内での実際のパケット連結数に基づきＴＸＯＰ期間の最適な割り当てを行ってもよい。例えば、パケット連結数が２２個の１フレームを送信する場合とパケット連結数１９個、２個の２フレームを送信する場合では帯域利用効率が異なり同じ送信レートでも必要なＴＸＯＰ期間は異なってくるため、パケット連結数に応じたＴＸＯＰ期間割り当てを行うことが望ましい。

次に、ＴＸＯＰ期間でのフレームの送信動作について説明する。まず、送信上位Ｉ／Ｆ部１０１は、上位層から、送信パケットを受け取る。当該送信パケットには、送信先アドレスが指定されているとする。送信パケットとしては、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）フレーム、ＭＰＥＧ１パケット、ＭＰＥＧ２−ＰＳ／ＴＳパケット、ＭＰＥＧ４パケット、ＡＤＰＣＭパケット、Ｇ．７２３パケット、ＵＳＢパケット、ＩＥＥＥ１３９４フレームなどがある。送信上位Ｉ／Ｆ部１０１は、受け取った送信パケットをストリーム識別部１０２に渡す。

ストリーム識別部１０２は、送信上位Ｉ／Ｆ部１０１から渡される送信パケットに含まれるストリーム識別情報を参照して、送信パケットのストリームナンバーおよび送信宛先を取り出して、取り出したストリームナンバーおよび送信宛先を明示的に送信パケットに付加し、キュー制御部１０３に渡す。

キュー制御部１０３は、渡された送信パケットに付加されているストリームナンバーおよび送信宛先を参照して、同種のストリームおよび同一の送信宛先を有するパケットが送信キュー１０４，１０５，１０６，１０７のいずれかに格納されているか否かを確認する。

同種のストリームおよび同一の送信宛先を有するパケットが格納されている場合、キュー制御部１０３は、当該パケットが格納されている送信キューに、送信パケットを格納する。一方、同種のストリームおよび同一の送信宛先を有するパケットが格納されていない場合、キュー制御部１０３は、送信パケットを空の送信キューに格納する。キュー制御部１０３は、送信パケットを送信キューに格納する際、カウンタ１１２から現在の時刻を読み出して、読み出した時刻を送信パケットに付加しておく。このように、キュー制御部１０３は、ストリームの種別および送信宛先毎にパケットを分別して、送信キューに蓄積する。

以降では、図４と図５を用いて、パケット連結数制御及びフレーム送信の手順を説明する。ここで、図４は、フレーミング部１０９で生成されるフレームの構造を示す図であり、連結数制御及びフレーム送信の手順を示すフローチャートである。

まず、送信を開始する前に、初期連結数比率を算出する（ステップＳ０１）。初期連結数比率は、例えば前回の連結数比率を用いても良いし、それまでの通信状況を監視しておき、後述するＰＥＲとの関係式より算出しても良い。また、初期連結比率は固定値でもよい。

送信制御部１０８は、ＴＸＯＰ期間とパケット連結数比率に基づき各送信フレームのパケット連結数を決定する。まず、ＴＸＯＰ期間内においてパケットを最大限連結した際に送信可能な総パケット数Ｎｍａｘを算出する。

送信制御部１０８は、ＴＸＯＰ期間Ｕとフレーム送信に必要な冗長時間Ｖ、および１パケットのデータを送信するのに必要な期間Ｗに基づいて、（Ｕ−Ｖ）／Ｗを計算し、（Ｕ−Ｖ）／Ｗを超えない最大の整数をＮｍａｘとして算出する。ここで、フレーム送信に必要な冗長時間Ｖは、プリアンブル３０１の期間とフレームコントロール３０２の期間、及び確認応答（ＡＣＫ）フレーム送信に必要な時間とを加算した期間である。１パケットのデータを送信するのに必要な期間Ｗは、一つの送信パケットに対応するパケット長３０３の送信に必要な期間と、パケット位置情報３０４の送信に必要な期間と、パケットデータボディ３０５の送信に必要な期間と、誤り検出符号３０６の送信に必要な期間とを加算した期間である。

次にＮｍａｘを連結数比率に基づき分割する。例えばＮｍａｘ＝２２、連結数比率が０．１の場合、２０連結フレームと２連結フレームに分割し送信する。ここで、オーバーヘッドの増加により２つのフレームがＴＸＯＰ期間内に収まらない場合には総パケット数Ｎを減らし分割する。ここで、実際の連結数比率が目標の連結数比率を超える最小の値となるように分割する。例えば総パケット数Ｎ＝２１として１９連結フレームと２連結フレームに分割する。

送信制御部１０８は、カウンタ１１２の現在時刻がＴＸＯＰ開始時刻に達すると（ステップＳ０２）、決定したパケット連結数に基づいて送信フレームの連結制御を行う。送信制御部１０８は、ＴＸＯＰ期間に対応する送信キューに格納されている送信パケットをパケット連結数分取り出して、フレーミング部１０９に送る。ただし、送信キューの送信パケットが指定されたパケット連結数分に満たない場合は、蓄積された全パケットを取り出して、フレーミング部１０９に送る。この場合、二回目に送信するフレームは決定していたパケット連結数に関係なく最大限連結して送信することになる。

フレーミング部１０９は、送信制御部１０８から送られてくる複数の送信パケットを整形して、一つのフレームを生成する（ステップＳ０３）。

図４に示すように、一つのフレームには、プリアンブル３０１と、フレームコントロール３０２と、送信パケットに対応したパケット長３０３と、パケット位置情報３０４と、パケットデータボディ３０５と、誤り検出符号３０６と、同期フラグ３０７とが含まれている。パケット長３０３、パケット位置情報３０４、誤り検出符号３０６は、送信パケット毎に設けられている。二番目以降のパケットデータボディ３０５に対応するパケット長３０３の前には、同期フラグ３０７が挿入されている。フレームの先頭には、プリアンブル３０１およびフレームコントロール３０２が付加されている。次に、パケット長３０３および送信フレーム中の何番目のパケットかを示すパケット位置情報３０４が、パケットデータボディ３０５に付加されている。パケットデータボディ３０５の末尾には、パケット長３０３からパケットデータボディ３０５までの部分の誤り検出符号３０６が付加されている。次に、同期フラグ３０７が付加され、以後格納する送信パケットの数だけ同期フラグ３０７から誤り検出符号３０６までの情報が繰り返し付加されている。

図４では、１フレームに３パケットを格納した例を図示したが、２パケット以下であってもよいし、４パケット以上であってもよい。なお、最後のパケットデータボディ３０５に付加するパケット位置情報３０４には、最後尾を明示するために、０ｘ８０を加算しておくこととする。

フレーミング部１０９は、生成したフレームを媒体送信部１１０に渡す。媒体送信部１１０は、フレーミング部１０９から渡されたフレームを変調し、通信媒体を介して、受信側の通信端末へと送信する。このようにして、送信側の通信端末からパケットが格納されたフレームが送信される（ステップＳ０４）。

ＴＸＯＰ期間が終了していない場合には、ステップＳ０３に戻り連結フレームを生成し送信する。ＴＸＯＰ期間が終了すると通信状況監視結果に基づき連結比率を再度決定し、次のＴＸＯＰ期間の開始を待つ（ステップＳ０６、Ｓ０７）。以上の動作を通信が終了するまで繰り返す。

次に、連結数比率の算出方法について説明する。送信制御部１０８は、通信状況監視部１１４よりパケット誤り率（ＰＥＲ：Ｐａｃｋｅｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）を取得すると、パケット誤り率より連結数比率を算出する。ここで、連結数比率とはＴＸＯＰ期間内におけるＮ回目に送信したフレームの連結パケット数とＮ＋１回目のフレームの連結パケット数の比率である。ＰＥＲをＸ％とすると連結数比率はＸ／１００で算出され、例えばＸ＝１０では、連結数比率は０．１となり、１回目の送信フレームのパケット連結数が２０であれば、２回目の送信フレームのパケット連結数は２となる。また、一回目の送信フレームパケット連結数が１９の場合、２回目の送信フレームパケット連結数は１．９となるが、小数点以下を切り上げして２と算出する。

なお、ここでは連結数比率をＰＥＲとの関係式より算出したが、他のアルゴリズムにより求めても良い。例えば、図６に示すフローチャートに従い連結数比率を求める例を以下に示す。

まず、初期連結数比率に基づきＴＸＯＰ期間内でのフレームの送信処理を行い、その通信状況を監視する（ステップＳ０１１）。このとき、一回目の送信フレームの再送パケットを二回目の送信フレームで送信成功したかを判断する（ステップＳ０１２）。

ステップＳ０１２においてＮｏと判断されると連結数比率を一段階増加させる（ステップＳ０１３）。例えば、一回目、二回目の送信フレームがそれぞれ２０連結、２連結であった場合、１９連結、３連結となるように連結数比率を０．１５７へと変更して連結数比率決定処理を終了する（Ｓ０１６）。

一方ステップＳ０１２においてＹｅｓと判断した場合には、現状の連結数比率の下、過去のＴｈ回のＴＸＯＰ期間において連続で一回目の送信フレームの再送パケットを二回目の送信フレームで送信成功したかの判断を行う（ステップＳ０１４）。ここでＴｈは、伝送試験等に基づいて決定されるパラメータである。

ステップＳ０１４において、Ｙｅｓと判断した場合、連結数比率を一段階減少させる。例えば、一回目、二回目の送信フレームがそれぞれ２０連結、２連結であった場合、２１連結、１連結となるように連結数比率を０．０４７へと変更して連結数比率決定処理を終了する（ステップＳ０１５、Ｓ０１６）。

一方ステップＳ０１４においてＮｏと判断した場合は、連結数比率を変更せずに連結数比率決定処理を終了する（ステップＳ０１６）。

次に、受信側の通信端末の動作について説明する。媒体受信部２０１は、送られたフレームを復調し、パケット受信処理部２０２へ渡す。パケット受信処理部２０２は、フレームに含まれる最初のパケット長３０３に基づいて、フレームから、最初のパケット位置情報３０４、最初のパケットデータボディ３０５、および最初の誤り検出符号３０６を切り出す。パケット受信処理部２０２は、切り出した誤り検出符号３０６を用いて、パケットデータボディ３０５に誤りが発生していないか否かを確認する。誤りが発生していない場合、パケット受信処理部２０２は、切り出したパケット位置情報３０４を再送制御部２０４に通知すると共に、切り出したパケットデータボディを受信上位Ｉ／Ｆ部２０３に渡す。受信上位Ｉ／Ｆ部２０３は、渡されたパケットデータボディを上位層に渡す。一方、誤りが発生している場合、パケット受信処理部２０２は、切り出したパケット位置情報３０４およびパケットデータボディ３０５を破棄する。

次に、パケット受信処理部２０２は、同期フラグ３０７を検索する。そして、パケット受信処理部２０２は、同期フラグ３０７を見つけたら、その後から、パケット長３０３、パケット位置情報３０４、パケットデータボディ３０５、誤り検出符号３０６を切り出し、上記と同様にして、誤りが発生していないか否かを判断する。誤りが発生していない場合、パケット受信処理部２０２は、切り出したパケット位置情報３０４を再送制御部２０４に通知すると共に、切り出したパケットデータボディを受信上位Ｉ／Ｆ部２０３に渡す。受信上位Ｉ／Ｆ部２０３は、渡された送信パケットを上位層に渡す。一方、誤りが発生している場合、パケット受信処理部２０２は、切り出したパケット位置情報３０４およびパケットデータボディ３０５を破棄する。以下、フレームの末尾まで、パケット受信処理部２０２は、同様の処理を繰り返す。

フレームの末尾まで処理を終えたら、パケット受信処理部２０２は、その旨を再送制御部２０４に通知する。当該通知を受けた再送制御部２０４は、誤りなく受信できた旨の通知がなされたパケット位置情報が、先頭から最後尾まで抜けなく存在するか否かを確認する。つまり、フレームに格納されているパケットの数がＭの場合、再送制御部２０４は、パケット位置情報が１、２、３、と順番に到着し、最後にＭ＋０ｘ８０が通知されているか否かを確認する。抜けがなく到着している場合、再送制御部２０４は、受信完了通知を媒体送信部２０５に渡す。これに応じて、媒体送信部２０５は、送信側の通信装置に受信完了通知を送信する。一方、抜けがある場合、再送制御部２０４は、正常受信した送信パケットのパケット位置情報から構成される再送要求通知を媒体送信部２０５に渡す。これに応じて、媒体送信部２０５は、送信側の通信装置に再送要求通知を送信する。

送信側の通信装置１において、媒体受信部１１１は、送られてくる受信完了通知または再送要求通知を受信する。受信完了通知を受け取った場合、媒体受信部１１１は、送信したパケットを送信キューからすべてを破棄し、送信処理を完了する。一方、再送要求通知を受け取った場合、媒体受信部１１１は、正常受信を通知されたパケットのみを送信キューから破棄し、正常受信を通知されなかったパケットの再送処理を送信制御部１０８に要求する。これに応じて、送信制御部１０８は、送信失敗したパケットのみを再送するか、あるいは、新たな送信パケットが送信キューに格納されるのを待って、新しいパケットと送信に失敗したパケットとを連結させて一つのフレームを構築して再送する。

このように、本発明の実施の形態１によれば、通信端末は、ＴＸＯＰ期間内における最適な連結数比率を判断し、フレームの連結制御を行う。したがって、ＴＸＯＰ期間を効率的に利用でき、ＴＸＯＰ期間をまたがる遅延の発生を抑制でき、遅延時間の制限が厳しいトラフィックのＱｏＳ要件を満足できる。特に、ＴＣＰプロトコルでの映像ストリーム伝送する場合には、往復遅延時間がスループットに影響することから本発明は、有用である。

なお、実施の形態１では、通信端末が連結数比率を判断したが、予め定めた既定の基準に従って、ＱｏＳコントローラが連結数比率を判断し、ビーコンフレームを用いてスケジュールと併せて通知してもよい。その際、ＱｏＳコントローラは連結数を考慮した帯域の割り当てが可能である。

なお、実施の形態１では、ＴＸＯＰ期間内でのフレーム連結数を制御することとしたが、特にＱｏＳ要件がないストリームの場合にはフレーム連結数が最大となる制御へ切り換えてもよい。

なお、実施の形態１では、ＱｏＳ制御部１１３がＱｏＳパラメータから要求帯域を判断し、ＱｏＳコントローラへ通知することとしたが、ＱｏＳパラメータそのものをＱｏＳコントローラへ通知してもよい。

なお、実施の形態１では、パケットを一時蓄積しておく構成として、キュー構造を用いることとしたが、パケットの順序さえ正しく制御されるのであれば、キュー構造でなくても、単にパケットを蓄積するパケット蓄積手段さえあればよい。

なお、実施の形態１では、受信側および送信側の通信端末を別々に示したが、一台の通信端末内に送信側の機能と受信側の機能との両方が含まれていてもよいことは、言うまでもない。

なお、実施の形態１では、電灯線とイーサネット（登録商標）のブリッジにおいて、電灯線通信にフレーム制御方法を適用した例を示したが、無線ＬＡＮと電灯線のブリッジ機器等では、無線と電灯線の両通信媒体に適用しても良い。

（実施の形態２）
電灯線を通信媒体として用いる電灯線通信の場合、伝送路上に接続される機器が原因で、電源周期（たとえば、日本東部では５０Ｈｚ、日本西部では６０Ｈｚ）に同期した周期電源ノイズが発生する。

周期的電源ノイズは、時間の経過に応じて、周期的に電圧が上下する。このような周期的電源ノイズが受信端末近傍に発生すると、ノイズの電圧があるしきい値Ｑを超える期間Ｒｘでは、ＳＮ比が悪くなる。一方、ノイズの電圧があるしきい値Ｑ以下である期間Ｒでは、ＳＮ比が良好である。したがって、期間Ｒｘでは、受信端末側での受信が不可能となる。よって、期間Ｒと期間Ｒｘでは、最適な連結数制御が異なってくるため、期間毎の最適な制御が必要である。実施の形態２では、上記課題を解決することができる通信端末について説明する。

図７は、本願発明の実施の形態２に係る送信側の通信端末の機能的構成を示すブロック図である。図７において、実施の形態１に係る送信側の通信端末の機能ブロックと同様の部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。図７に示すように、実施の形態２に係る送信側の通信端末では、ノイズ検出制御部１１５が新たに追加されている点が実施の形態１と異なる。

図８は、本願発明の実施の形態２に係る受信側の通信端末の機能的構成を示すブロック図である。図８において、実施の形態１に係る受信側の通信端末の機能ブロックと同様の部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。図８に示すように、実施の形態２に係る受信側の通信端末では、周期的ノイズ検出部２０６が新たに追加されている点が実施の形態１と異なる。

以下、実施の形態２に係る通信端末の動作について説明する。

ノイズ検出制御部１１５は、受信したパケットの誤り率が予め定められた規定値以上である旨の通知を受信側の通信端末から受け取るか否かを判断する。既定値以上のパケット誤り率である旨の通知を受け取った場合、ノイズ検出制御部１１５は、ノイズ検出要求フレームを送信制御部１０８に渡して、受信側の通信端末宛に送信させる。これによって、送信側ノイズ検出シーケンスが開始する。送信側ノイズ検出シーケンスにおいて、送信側の通信端末は、評価用ショートパケットを連続して送信する。また、送信側の通信端末は、ノイズ検出に必要な時間（電源周期の半分）の間、データパケットの送信を停止する。

ノイズ検出要求フレームを受信した受信側の通信端末において、周期的ノイズ検出部２０６は、受信側ノイズ検出シーケンスを開始する。受信側ノイズ検出シーケンスにおいて、周期的ノイズ検出部２０６は、送られてくる評価用ショートパケットからＳ／Ｎ比および誤り率を検出し、ノイズの電力レベルを検出する。なお、ノイズ検出シーケンスを実行中の一組の通信端末以外の通信端末がネットワーク上に存在する場合、ノイズ検出要求フレームを受信した他の通信端末は、ノイズ検出に必要な時間（電源周期の半分）以上、送信動作を停止することとする。

周期的ノイズ検出部２０６は、受信側ノイズ検出シーケンスで得られた測定データに基づいて、通信可能期間Ｒを算出し、媒体送信部２０５を介して送信側の通信端末に通知する。

通信可能期間Ｒの通知があった場合、ノイズ検出制御部１１５は、送信制御部１０８に通信可能期間Ｒの通知を行う。送信制御部１０８は、通信可能期間Ｒと周期的ノイズ発生期間Ｒｘとでフレーム連結数の制御を切り換える。

通信状況の監視の際、ＰＥＲの算出は通信可能期間Ｒとノイズ発生期間Ｒｘで別々に算出する。これにより、通信可能期間Ｒとノイズ発生期間Ｒｘでは異なる連結数比率が使用される。

なお、ＴＸＯＰ期間と周期的ノイズの関係は以下の４つに分類できる。（１）ＴＸＯＰ期間内は、周期的ノイズは発生しない、（２）ＴＸＯＰ期間内常に周期的ノイズが発生する、（３）ＴＸＯＰ期間内の先頭から途中まで周期的ノイズが発生する、（４）ＴＸＯＰ期間内の途中から最後まで周期的ノイズが発生する。（３）、（４）のようにＴＸＯＰ期間中の一部に周期的ノイズが発生する場合は、周期的ノイズの発生割合が高い場合は該ＴＸＯＰ期間をノイズ発生期間Ｒｘであると判断してフレーム連結数を制御してもよい。

このように、実施の形態２によれば、通信端末は、周期的電源ノイズが発生している状況下と発生していない状況下で、フレーム連結数の制御を切り換える。したがって、周期的電源ノイズが発生している状況下において、通信端末は、遅延時間を抑えるように、最適なフレーム連結数を制御することとなる。よって、周期的電源ノイズが発生している状況下においても、伝送効率の低下を抑えることができる通信端末が提供されることとなる。

なお、上述の実施の形態２では周期的ノイズの検出方法としてノイズ検出シーケンスを実行する例を示したが、これに限定するものではない。

なお、上述の各実施形態は、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）に格納された上述の処理手順をＣＰＵに実行させることができるプログラムを、コンピュータ装置に実行させることによっても実現できる。この場合、当該プログラムは、記録媒体を介して記憶装置内に格納された上で実行されてもよいし、記録媒体上から直接実行されてもよい。ここでの記録媒体は、ＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクメモリ、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ、ＢＤ等の光ディスク、メモリカード等の記録媒体をいう。また、ここでいう記録媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体も含む概念である。

なお、図２，３，７，８に示した各機能ブロックは、集積回路であるＬＳＩとして実現されてもよい。これらの機能ブロックは、１チップ化されていてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されていてもよい。ここでは、ＬＳＩといったが、集積度の違いによっては、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと称呼されることもある。また、集積回路化の手法は、ＬＳＩに限られるものではなく、専用回路または汎用プロセッサで集積回路化を行ってもよい。また、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを用いてもよい。さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。

以下に、上記各実施の形態の通信端末を実際のネットワークシステムに応用した例について説明する。図９は、本願の各実施の形態の通信端末を高速電灯線伝送に適用したときのシステム全体の構成を示す図である。図９に示すように、本願の各実施の形態の通信端末は、デジタルテレビ（ＤＴＶ）やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のマルチメディア機器と電灯線との間のインターフェイスを提供する。マルチメディア機器と本願の各実施の形態の通信端末との間は、ＩＥＥＥ１３９４のインターフェイスであったり、ＵＳＢインターフェイスであったり、イーサネット（登録商標）インターフェイスであったり、無線ＬＡＮインターフェイスであったりする。特に無線ＬＡＮインターフェイスの場合には、無線ＬＡＮ、電灯線通信の双方に本願の各実施の形態の構成が適用可能であり効果的である。

このような構成によって、電灯線を媒体としたマルチメディアデータ等のデジタルデータを高速伝送する通信ネットワークシステムが構成されることとなる。この結果、従来の有線ＬＡＮのようにネットワークケーブルを新たに敷設することなく、家庭、オフィス等に既に設置されている電灯線をそのままネットワーク回線として使用することができる。したがって、コスト面、設置の容易性の面から、その利便性は、極めて大きい。

図９に示した実施形態では、本願の各実施の形態の通信端末は、既存のマルチメディア機器の信号インターフェイスを電灯線通信のインターフェイスに変換するアダプタとしての役割を果たしているが、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤレコーダ、デジタルテレビ、ホームサーバシステムなどのマルチメディア機器に本願の各実施の形態の通信端末が内蔵されていてもよい。これにより、マルチメディア機器の電源コードを介して、機器間のデータ伝送が可能となる。この場合、アダプタと電灯線とを接続する配線や、ＩＥＥＥ１３９４ケーブル、ＵＳＢケーブルが不要となり、配線が簡略化されることとなる。

また、電灯線を用いた通信ネットワークシステムは、ルータおよび／またはハブを介して、インターネットや、無線ＬＡＮ、従来の有線ケーブルのＬＡＮに接続することができるので、本願の各実施の形態の通信ネットワークシステムを用いたＬＡＮシステムの拡張にも何らの問題も生じない。さらに、電灯線を流れるデータは、たとえば、ＩＰプロトコルにおけるＩＰＳｅｃや、コンテンツ自身の暗号化、その他のＤＲＭ方式等で保護されていてもよい。

このように、上記のコンテンツ暗号化による著作権保護機能や、本願の各実施の形態により得られる効果である遅延時間の抑制といったＱｏＳ機能を実現することによって、電灯線を用いた高品質なＡＶコンテンツの伝送が可能となる。

以上、本願発明を各実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本願発明の例示にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。

本願発明に係る通信端末、方法、プログラム、記録媒体、および集積回路は、複数のパケットが含まれるフレームを送受信する通信ネットワークシステム等に有用である。

本願発明の実施の形態１に係る通信端末のハードウエア的構成を示すブロック図 本願発明の実施の形態１に係る送信側の通信端末１の機能的構成を示すブロック図 本願発明の実施の形態１に係る受信側の通信端末１の機能的構成を示すブロック図 フレーミング部１０９で生成されるフレームの構造を示す図 パケット連結数制御及びフレーム送信の手順を示すフローチャート 連結数比率決定手順を示すフローチャート 本願発明の実施の形態２に係る送信側の通信端末の機能的構成を示すブロック図 本願発明の実施の形態２に係る受信側の通信端末の機能的構成を示すブロック図 本願の各実施の形態に記載の通信端末を高速電灯線伝送に適用したときのシステム全体の構成を示す図

符号の説明

１ 通信端末
１０１ 送信上位Ｉ／Ｆ部
１０２ ストリーム識別部
１０３ キュー制御部
１０４，１０５，１０６，１０７ 送信キュー
１０８ 送信制御部
１０９ フレーミング部
１１０ 媒体送信部
１１１ 媒体受信部
１１２ カウンタ
１１３ ＱｏＳ制御部
１１４ 通信状況監視部
１１５ ノイズ検出制御部
２０１ 媒体受信部
２０２ パケット受信処理部
２０３ 受信上位Ｉ／Ｆ部
２０４ 再送制御部
２０５ 媒体送信部
２０６ 周期的ノイズ検出部
３０１ プリアンブル
３０２ フレームコントロール
３０３ パケット長
３０４ パケット位置情報
３０５ パケットデータボディ
３０６ 誤り検出符号
３０７ 同期フラグ

Claims (12)

1. 各通信端末のトラフィックに対する通信帯域幅を制御局が集中制御する通信方式において、
   通信端末の通信状況を監視する通信状況監視ステップと、
   連結数比率を前記通信状況に応じて決定する連結数比率決定ステップと、
   制御局より付与された帯域確保期間において、前記連結数比率に基づきフレーム連結数を制御するフレーム連結数制御ステップとを有することを特徴とするフレーム制御方法。
2. 前記連結数比率決定ステップは、前記確保された通信帯域における伝送誤り率に基づき算出することを特徴とする請求項１に記載のフレーム制御方法。
3. 前記連結数比率決定ステップは、前記確保された通信帯域における再送フレームの遅延発生状況に基づき算出することを特徴とする請求項１に記載のフレーム制御方法。
4. 前記フレームを伝送するための伝送路は、電灯線であり、
   前記連結数比率決定ステップは、前記電灯線上で周期的電源ノイズが発生した場合、前記周期的電源ノイズにおけるノイズが所定量以下か否かに応じて、連結数比率の算出方法を切り換えることを特徴とする請求項１に記載のフレーム制御方法。
5. 前記連結数比率に基づき、帯域確保期間を再設定するスケジュール設定ステップと、
   前記スケジュールを通知するスケジュール通知ステップとを有することを特徴とする請求項１に記載のフレーム制御方法。
6. 各通信端末のトラフィックに対する通信帯域幅を制御局が集中制御する通信システムにおいて、
   通信端末は、
   自己端末の通信状況を監視する通信状況監視手段と、
   連結数比率を前記通信状況に応じて決定する連結数比率決定手段と、
   制御局より付与された帯域確保期間において、前記連結数比率に基づきフレーム連結数を制御するフレーム連結数制御手段と、
   生成したフレームを送信宛先の通信端末に送信する手段を備えることを特徴とする通信システム。
7. 各通信端末のトラフィックに対する通信帯域幅を制御局が集中制御する通信システムにおいて、
   制御局は、
   前記連結数比率に基づき、帯域確保期間を再設定するスケジュール設定手段と、
   前記スケジュールを通知するスケジュール通知手段とを備えることを特徴とする請求項６に記載の通信システム。
8. 複数のパケットを連結してフレームを生成し、生成したフレームを送信する通信端末であって、
   自己端末の通信状況を監視する通信状況監視手段と、
   連結数比率を前記通信状況に応じて決定する連結数比率決定手段と、
   制御局より付与された帯域確保期間において、前記連結数比率に基づきフレーム連結数を制御するフレーム連結数制御手段と、
   生成したフレームを送信宛先の通信端末に送信する手段とを備えることを特徴とする通信端末。
9. 複数のパケットを連結してフレームを生成し、生成したフレームを送信する通信端末であって、
   前記フレームを伝送するための伝送路は、電灯線であり、
   前記連結数比率決定手段は、前記電灯線上で周期的電源ノイズが発生した場合、前記周期的電源ノイズにおけるノイズが所定量以下か否かに応じて、連結数比率の算出方法を切り換えることを特徴とする請求項８に記載の通信端末。
10. コンピュータ装置に、複数のパケットを連結させてフレームを生成させ、生成されたフレームを送信させるプログラムであって、
    通信状況を監視させる通信状況監視ステップと、
    連結数比率を前記通信状況に応じて決定させる連結数比率決定ステップと、
    制御局により付与された帯域確保期間において前記連結数比率に基づきフレーム連結数を制御させるフレーム連結数制御ステップと、
    生成したフレームを送信宛先の通信端末に、前記コンピュータ装置に送信させるステップとを備える、プログラム。
11. コンピュータ装置に、複数のパケットを連結させてフレームを生成させ、生成されたフレームを送信させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    通信状況を監視させる通信状況監視ステップと、
    連結数比率を前記通信状況に応じて決定させる連結数比率決定ステップと、
    制御局により付与された帯域確保期間において前記連結数比率に基づきフレーム連結数を制御させるフレーム連結数制御ステップと、
    生成したフレームを送信宛先の通信端末に、前記コンピュータ装置に送信させるステップとを備える、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
12. 複数のパケットを連結させてフレームを生成させ、生成されたフレームを送信させる集積回路であって、
    通信状況を監視させる通信状況監視手段と、
    連結数比率を前記通信状況に応じて決定させる連結数比率決定手段と、
    制御局により付与された帯域確保期間において前記連結数比率に基づきフレーム連結数を制御させるフレーム連結数制御手段と、
    生成したフレームを送信宛先の通信端末に送信させる手段とを備える、集積回路。

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