JP2010093694A - 無線通信方法、無線通信プログラム、および、無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信の環境下において、データ通信の伝送効率を向上させること。
【解決手段】送信装置１ａは、送信対象のペイロードが到着すると、ペイロードを固定長で複数の分割データへと分割し、その分割データごとに分割データのデータ内容を検査するための誤り検査符号と、分割データを特定するための連番とを付加してブロックを生成し、連番で連続する複数のブロックを連結してフレームを生成し、生成したフレームごとに、受信装置１ｂへ送信する。受信装置１ｂは、破損ブロックが存在するときには、破損ブロックの再送を指定するＡＣＫを、送信装置１ａへ返信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信方法、無線通信プログラム、および、無線通信装置に関する。

無線通信では、送信するペイロード（パケット）のサイズが大きい場合、ペイロードを分割して送信するメカニズムとして、フラグメンテーションが用いられる（非特許文献１、２参照）。
フラグメンテーションとは、送信対象のペイロード長が所定の値を超える場合に、送信装置が１つのペイロードを複数のブロックに分割し、そのブロック単位で受信装置に対して送信する手法である。受信装置は、送信装置から受信した複数のブロックから、１つのペイロードを再構築する。

受信装置は、ブロックごとにＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）などの誤り検査符号によって伝送誤りを検出する。伝送誤りが発生したときには、大きいペイロード単位ではなく、小さいブロック単位での再送処理を実行する。これにより、再送データ量を低減することができる。また、ブロックはフラグメンテーションしない場合のペイロードと比較してデータ長が短いため、誤りなく受信される確率が向上し、再送回数が低減する。このように、フラグメンテーション処理は、伝送路特性の変動が激しい無線通信の用途に適している。

受信装置は、自局宛のブロックを正常に受信したことを送信装置に通知するため、ＡＣＫ（ACKnowledgement：受信応答）を送信装置に返送する。送信装置は、ＡＣＫを受けて、次のブロックの送信手続きを開始する。一方、送信装置は、ブロックを送信してから所定時間経過してもＡＣＫを受信できなかった場合、送信装置はブロックが正常に受信されなかったと判断し、ブロックを再送することで、ブロックが伝送中にロスした場合にも対処する。

非特許文献１、２には、全てのブロックを送信後に纏めて受信状態を通知するＡＣＫが記載されている。特許文献１には、所定のブロックごとに纏めて受信状態を通知するＡＣＫが記載されている。これらのＡＣＫを用いることにより、ＡＣＫ待ち時間を短縮でき、伝送効率が向上する。
IEEE、"IEEE Standard for Information technology- Telecommunications and information exchange between systems- Local and metropolitan area networks-Specific requirements Part 11： Wireless LAN Medium Access Control （MAC） and Physical Layer （PHY） Specifications"、IEEE Std 802.11-2007． 守倉 正博、久保田 周治、"改訂版８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書"、株式会社インプレス、２００５年１月． 特開２００７−６０１４５号公報

しかし、従来のデータ送信処理では、通信状況の変動が大きい無線通信の環境下では、充分な伝送効率を提供できていない。

例えば、ペイロードをフラグメンテーションせずに送信する形態では、ペイロードのサイズが大きすぎるため、そのペイロードの一部が通信エラーにより破損したときでも、ペイロード全体を再送することとなり、正常に送信できたデータが重複して再送されてしまうことで、伝送効率を落としてしまっている。

一方、ペイロードをフラグメンテーションしたブロック単位で送信する形態では、ブロックの数が多くなってしまい、そのブロックごとのヘッダ処理がオーバーヘッドとなり、伝送効率を落としてしまっている。

そこで、本発明は、前記した問題を解決し、無線通信の環境下において、データ通信の伝送効率を向上させることを、主な目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、無線通信装置である送信装置から、前記無線通信装置である受信装置へ、送信対象のペイロードのデータを無線通信する無線通信方法であって、
前記無線通信装置が、制御部と、記憶部とを有し、
前記送信装置の制御部が、
前記送信対象のペイロードが到着すると、
ペイロードを固定長で複数の分割データへと分割し、その分割データごとに分割データのデータ内容を検査するための誤り検査符号と、分割データを特定するための連番とを付加してブロックを生成して前記送信装置の記憶部に記憶し、
生成したブロックのうち、連番で連続する複数のブロックを連結して前記フレームを生成し、生成した前記フレームごとに、前記受信装置へ送信し、
前記受信装置の制御部が、
前記送信装置から前記フレームを受信すると、
前記フレームを構成する複数のブロックをそれぞれ抽出し、抽出したブロックごとに誤り検査符号を参照して通信エラーの発生の有無を検査することで、通信エラーの発生した破損ブロックおよび通信エラーの発生していない正常ブロックを特定し、正常ブロックを前記受信装置の記憶部に記憶し、
前記破損ブロックが存在しないときには、前記受信装置の記憶部に記憶されている正常ブロックを読み取り、正常ブロックを連番の順序で連結することで前記送信対象のペイロードを復元し、
前記破損ブロックが存在するときには、前記破損ブロックの再送を指定するＡＣＫを、前記送信装置へ返信し、
前記送信装置の制御部が、前記破損ブロックの再送を指定する前記ＡＣＫを受信すると、
前記送信装置の記憶部に記憶されているブロックから、前記ＡＣＫで再送を指定されたブロックを読み取って前記フレームを生成し、前記受信装置へと再送することを特徴とする。
その他の手段は、後記する。

本発明によれば、無線通信の環境下において、データ通信の伝送効率を向上させることが可能になる。

本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、無線通信装置（送信装置１ａ、受信装置１ｂ）を示す構成図である。
無線通信装置は、所定のペイロードを送信するとき、その送信元である送信装置１ａか、その送信先である受信装置１ｂか、いずれかに分類される。以下の説明では、所定のペイロードの送信に着目したときの、送信装置側の処理、および、受信装置側の処理をそれぞれ説明する。
無線通信装置は、送信装置１ａおよび受信装置１ｂ双方の構成要素を併せて有する。例えば、ペイロードＰが、無線通信装置Ａ→無線通信装置Ｂ→無線通信装置Ｃの順に転送されるとき、無線通信装置Ｂは、無線通信装置Ａからみたときには受信装置１ｂとして動作し、無線通信装置Ｃからみたときには送信装置１ａとして動作する。

送信装置１ａは、ＣＰＵ２１ａと、メモリ２２ａと、無線通信アンテナ２３ａとを有するコンピュータ（無線通信装置）である。
ＣＰＵ２１ａは、メモリ２２ａに記憶されたプログラムを読み取り、実行することにより、通信制御部１０ａと、フレーム処理部１１ａと、規格準拠処理部１２ａと、ＡＣＫ処理部１３ａと、通信停止処理部１４ａと、を構成する。例えば、前記した各処理部は、実装に応じてアナログまたはディジタルの電子回路もしくはＬＳＩに組み込まれたＣＰＵ２１ａにより実行されるファームウェアなどで実現される。
フレーム処理部１１ａと、規格準拠処理部１２ａと、ＡＣＫ処理部１３ａと、通信停止処理部１４ａとは、無線通信処理の階層モデルにおけるＭＡＣ副層の処理を実行する（詳細は、図２参照）。

受信装置１ｂは、ＣＰＵ２１ｂと、メモリ２２ｂと、無線通信アンテナ２３ｂとを有するコンピュータ（無線通信装置）である。
ＣＰＵ２１ｂは、メモリ２２ｂに記憶されたプログラムを読み取り、実行することにより、通信制御部１０ｂと、フレーム処理部１１ｂと、規格準拠処理部１２ｂと、ＡＣＫ処理部１３ｂと、通信停止処理部１４ｂと、を構成する。例えば、前記した各処理部は、実装に応じてアナログまたはディジタルの電子回路もしくはＬＳＩに組み込まれたＣＰＵ２１ｂにより実行されるファームウェアなどで実現される。
フレーム処理部１１ｂと、規格準拠処理部１２ｂと、ＡＣＫ処理部１３ｂと、通信停止処理部１４ｂとは、無線通信処理の階層モデルにおけるＭＡＣ副層の処理を実行する（詳細は、図２参照）。

以下、送信対象のデータを格納する通信データの塊を、「ペイロード」、「ブロック」、「フレーム」の順に定義する。
「ペイロード」とは、通信制御部１０ａでは、ＬＬＣ副層からＭＡＣ副層に出力される通信データであり、通信制御部１０ｂでは、ＭＡＣ副層からＬＬＣ副層に出力される通信データである。
「ブロック」とは、「ペイロード」をフラグメンテーション（分割処理）した結果である分割データに対し、先頭にブロックヘッダを付加し、末尾に誤り検査符号（誤り訂正符号でもよい）を付加したデータの塊である。なお、ブロックヘッダには、例えば、１つのブロックに１つの番号が割り当てられる、ブロックの連番が含まれる。
「フレーム」とは、「ペイロード」を構成する「ブロック」を順番に連結し、その先頭にＭＡＣヘッダを付加したデータの塊である。

通信制御部１０ａ，１０ｂは、それぞれ自装置の無線通信処理に関する制御を行うとともに、自装置のＭＡＣ副層における他処理部を適宜実行する。
フレーム処理部１１ａは、ペイロードをブロックに分割し、１つ以上のブロックからフレームを生成する。
フレーム処理部１１ｂは、フレーム処理部１１ａとは逆に、フレームから１つ以上のブロックを抽出し、そのブロックをもとに、ペイロードを復元する。
規格準拠処理部１２ａ，１２ｂは、フレーム処理部１１ａ，１１ｂの処理を実行しないときのペイロードの送受信処理を、規格に準拠して実行する。規格の詳細は、図２で説明する。
ＡＣＫ処理部１３ａ，１３ｂは、データ送信への応答確認（ＡＣＫ）に関する処理を行う。
通信停止処理部１４ａ，１４ｂは、データ送信に関する処理を停止する処理を行う。通信停止は、送信装置１ａが決定してもよいし、受信装置１ｂが決定してもよい。

図２は、無線通信処理の階層モデルを示す説明図である。図２では、１つの階層について、ＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２委員会での名称（例えば、「インターネット８０２．１」）と、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）参照モデルにおける７階層での名称（例えば、「ＯＳＩ第３層、ネットワーク層」）とを併記する。

通信制御部１０ａ，１０ｂは、ＯＳＩの第１層から第３層までの通信制御機能を有する。この階層モデルにおいて、無線通信は第１層および第２層に定義されている。
ＬＬＣ副層は、送信装置１ａから受信装置１ｂへの論理リンクを制御する。
ＭＡＣ副層は、媒体アクセスを制御する。ＭＡＣ副層では、例えば、ＡＥＳ（Advanced Encryption Standard）などのセキュリティ方式や、ＨＣＦ（Hybrid Coordinator Function）などのＱｏＳ方式が定義される。
ＰＨＹ層は、無線通信の変復調を制御する。ＰＨＹ層には、無線通信手段としてのアンテナが接続される。ＰＨＹ層では、2.4GHz帯で高速通信を行う規格「802.11g」などが定義される。

送信装置１ａの通信制御部１０ａは、上位層から下位層へとデータを流す。
通信制御部１０ａの最下位層である「ＰＨＹ層」は、送信対象のデータを、無線通信アンテナ２３ａを介して、通信相手の無線通信アンテナ２３ｂへと無線通信する。
受信装置１ｂの通信制御部１０ｂは、無線通信アンテナ２３ｂで受信したデータを、通信制御部１０ａとは反対方向（最下位層「ＰＨＹ層」から上位層へ）に流す。

以下、図３から図７を参照して、ペイロードをブロックへと分割し、ブロックを連結してフレームを生成する形態を５つ（図面１つあたり１形態）例示する。

図３は、固定長のブロックと、可変長のブロックとをフレームに含める形態を示す。この形態では、最終ブロックを可変長とすることで様々なデータ長の送信データに対応できる。
まず、ペイロードを固定長で分割すると、最終分割データは可変長となることが多い。図３では１つのペイロードから４つの分割データ（１〜４）へと分割している。
次に、分割データごとに、先頭にブロックヘッダを付加し、末尾に誤り検査符号を付加して、ブロックを生成する。
そして、生成した４つのブロックをデータ順に従って連結し、その先頭にＭＡＣヘッダとそのＭＡＣヘッダ用の誤り検査符号とを付加して、フレームを生成する。ＭＡＣヘッダには、送信装置１ａおよび受信装置１ｂそれぞれのＭＡＣアドレスが記述される。

なお、フレームのＭＡＣヘッダには、ブロックの処理に関する情報として、フレームを構成するブロックのブロック数やブロック長（固定長、可変長）などのデータが記述される。このようにＭＡＣヘッダに追加的な情報を格納するため、既存のＭＡＣヘッダに対して新しい領域を設けることとする。これにより、フレーム処理およびデータ管理を容易におこなうことができる。

これらのフレーム処理に関する情報は、送信対象の先頭フレームだけに記述してもよいし、送信対象のフレームごとに個別に記述してもよいし、フレームのＭＡＣヘッダに含める代わりに、フレームの送信前に、送信装置１ａと受信装置１ｂとであらかじめ設定（共有）しておいてもよい。

図４は、可変長のブロックにパディングを付加し、固定長のブロックにする形態を示す。
前記した図３と比較すると、１つのペイロードから４つの分割データ（１〜４）へと分割した後に、最終分割データ「４」に対して、パディング（詰め物）を付加している点が異なる。このパディングは、最終分割データ「４」のデータ長を、他の分割データのデータ長と一致させることを目的とする。
これにより、全てのブロックの長さが同一になるため、ブロックの処理が容易になる。

図５は、１つのペイロードから、複数のフレームを生成する形態を示す。
１つのフレームを構成するブロック数を「２」に設定することで、１つのペイロードから２つのフレームを生成する。１つのフレームを構成するブロック数は、１以上の整数とし、無線通信装置ごともしくは通信する無線通信装置間で設定可能とする。
これにより、フレームの長さを制限し、フレームが長くなることで生じる変復調誤差を抑制する効果がある。また、通信する無線通信装置間でフレームの長さを制御することで優先制御に利用できる。

図６は、複数のペイロードから、１つのフレームを生成する形態を示す。
１つのフレームを構成するブロック数を「４」に設定することで、２つのペイロードから１つのフレームを生成する。１つのフレームを構成するブロック数は、１以上の整数とし、無線通信装置ごともしくは通信する無線通信装置間で設定可能とする。そして、受信装置１ｂ側で１つのフレームから複数のペイロードを復元するための情報を、ＭＡＣヘッダやブロックヘッダに入れてもよい。
これにより、オーバヘッドを短縮および送信間隔の短縮の効果がある。

図７は、ペイロードにＦＣＳ（Frame Check Sequence）を付加する形態を示す。
ペイロードを分割する前に、ペイロードを検査対象とするＦＣＳを、ペイロードの末尾に付加する。そして、ペイロードを分割する処理において、ペイロードのＦＣＳもペイロードのデータとみなして、分割データへと分割する。
受信装置１ｂは、フレームからペイロードを復元するときに、ペイロードのＦＣＳを利用してペイロードの誤り検査を実行する。
これにより、ブロック単位での誤り検査について、データに誤りがあるにも関わらず誤り検査を通過した場合でも、ペイロードの誤りを検出することが可能となる。

表１は、送信装置１ａと受信装置１ｂとの間でやりとりされる通信メッセージのリストを示す。各通信メッセージは、通信メッセージの種類を示す「タイプ」と、通信メッセージの名称を示す「名称」と、通信メッセージの送受信方向を示す「方向」と、通信メッセージの用途を示す「用途」と、により定義される。これらの通信メッセージの詳細は、後記するフローチャートで明らかにする。

図８（ａ）は、送信装置１ａから受信装置１ｂへのデータ送信について、正常に送信できた場合を示すフローチャートである。このフローチャートは、送信装置１ａの通信制御部１０ａに、送信対象のペイロードが到着した時を契機として、実行される。
フレーム処理部１１ａは、図３〜図７で示したように、送信対象のペイロードをブロックに分割し、そのブロックを連結して送信対象のフレームを生成する。
通信制御部１０ａは、生成された送信対象のフレームを含むデータ送信メッセージ（Ｔ１）を、無線通信アンテナ２３ａ経由で受信装置１ｂの無線通信アンテナ２３ｂへと送信する（Ｓ１０１）。
受信装置１ｂの通信制御部１０ｂは、受信したデータ送信メッセージ（Ｔ１）に含まれるフレームからブロックを抽出し、そのブロックごとに誤り検査を実行する。そして、誤りが発見されなかったので、ＡＣＫ（正常受信）メッセージ（Ｔ３ａ）を送信装置１ａに送信する（Ｓ１０２）。

図８（ｂ）は、送信装置１ａから受信装置１ｂへのデータ送信について、正常に送信できなかった場合を示すフローチャートである。このフローチャートは、送信装置１ａの通信制御部１０ａに、送信対象のペイロードが到着した時を契機として、実行される。
フレーム処理部１１ａは、図３〜図７で示したように、送信対象のペイロードをブロックに分割し、そのブロックを連結して送信対象のフレームを生成する。
通信制御部１０ａは、Ｓ１０１と同様に、データ送信メッセージ（Ｔ１）を、受信装置１ｂの無線通信アンテナ２３ｂに送信する（Ｓ１１１）。
受信装置１ｂの通信制御部１０ｂは、受信したデータ送信メッセージ（Ｔ１）に含まれるフレームからブロックを抽出し、そのブロックごとに誤り検査を実行する。そして、誤りが発見されたので、誤りのブロックの再送を指定するＡＣＫ（再送要求）メッセージ（Ｔ３ｂ）を送信装置１ａに送信する（Ｓ１１２）。

通信制御部１０ａは、ＡＣＫ（再送要求）メッセージ（Ｔ３ｂ）を受信すると、そのメッセージで再送が指定されているブロックを含めたフレームを、データ送信メッセージ（Ｔ１）に含めて、受信装置１ｂに送信する（Ｓ１１３）。なお、初回送信時（Ｓ１１１）と再送時（Ｓ１１３）とで、通信制御を変えることで、再送時の受信確率を向上させることができる。例えば、再送時に変調方式を変調レイトの低い方式に変更してもよい。または、再送時に送信電力パワーを規定の範囲内で大きくしてもよい。
通信制御部１０ｂは、再送されたデータ送信メッセージ（Ｔ１）を受信すると、そのブロックごとに誤り検査を実行する。そして、誤りが発見されなかったので、ＡＣＫ（正常受信）メッセージ（Ｔ３ａ）を送信装置１ａに送信する（Ｓ１１４）。

図９，図１０は、図８（ｂ）のＳ１１１〜Ｓ１１３の形態を示す。
図９（ａ）は、エラー検出したブロック（３）の再送を要求する形態である。この形態では、再送データ量を少なくすることができる。
図９（ｂ）は、エラー検出したブロック（３）以降のブロック（３〜４）の再送を要求する形態である。この形態では、再送データ量が図９（ａ）の形態よりも多くなる代わりに、再送ブロックが１つの範囲に連続して存在するため、再送ブロックを受信バッファに書き込むアクセス回数が１回で済む。つまり、データの管理が容易になり、再送処理および受信処理の負担が軽減する。

図１０（ａ）は、ブロック再送時に、再送フレームを含めて全てのフレームでエラーを検出した（３）以降のブロック（３〜４）の再送を要求する形態である。この形態では、再送ブロックが１つの範囲に連続して存在するため、再送ブロックを受信バッファに書き込むアクセス回数が１回で済む。つまり、データの管理が容易になり、再送処理および受信処理の負担が軽減する。また、再送データ量が図９（ｂ）の形態よりも少なくなる。

図１０（ｂ）は、ブロック再送時に、他ペイロード分のブロックも相乗りする形態である。第１ペイロードは、ブロック「１−１」〜「１−４」に分解され、第２ペイロードは、ブロック「２−１」〜「２−３」に分解されるとする。第１ペイロードの再送では、誤りのあるブロック「１−３」だけを送信すると、フレームの許容データ量にまだ余裕がある。そこで、ブロック「１−３」の再送処理と、次の第２ペイロードの初回送信処理とを、１つのフレームに相乗り（ピギーバック）することにより、オーバヘッドの短縮および送信間隔の短縮の効果がある。

図１１（ａ）は、送信装置１ａから受信装置１ｂへのデータ送信は正常に実行されたものの、その応答であるＡＣＫの送信にエラーが発生した場合を示すフローチャートである。
まず、図８（ａ）のＳ１０１と同様に、データ送信メッセージ（Ｔ１）の送信処理（Ｓ１２１）を実行し、Ｓ１０２と同様に、ＡＣＫ（正常受信）メッセージ（Ｔ３ａ）の送信処理（Ｓ１２２）を実行する。しかし、通信エラーが発生し、ＡＣＫ（正常受信）メッセージ（Ｔ３ａ）は、送信装置１ａに到着しない。
通信制御部１０ａは、ＡＣＫ処理部１３ａを用いて、所定時間を経過してもＡＣＫを受信できなかった場合、ＡＣＫの送信を要求するために、ＡＣＫ要求メッセージ（Ｔ２）を受信装置１ｂに送信する（Ｓ１２３）。

通信制御部１０ｂは、ＡＣＫ要求メッセージ（Ｔ２）を受信すると、既にＳ１２２で送信したＡＣＫ（正常受信）メッセージ（Ｔ３ａ）を、送信装置１ａに再送する（Ｓ１２４）。送信装置１ａは、ＡＣＫ（正常受信）メッセージ（Ｔ３ａ）を受信する。
これにより、ＡＣＫが受信できなかった場合にデータ送信メッセージ（Ｔ１）を再送する場合と比較して、送信するフレーム量が小さいため、再送データ量、再送時間、および、再送回数を低減することができる。

図１１（ｂ）は、図１１（ａ）と異なり、データ送信そのものが正常に実行されなかった場合を示すフローチャートである。
まず、図８（ａ）のＳ１０１と同様に、データ送信メッセージ（Ｔ１）の送信処理（Ｓ１３１）を実行する。ここで、通信エラーが発生し、データ送信メッセージ（Ｔ１）全体が受信装置１ｂに届かない。
通信制御部１０ａは、Ｓ１２３と同様に、ＡＣＫ要求メッセージ（Ｔ２）を受信装置１ｂに送信する（Ｓ１３２）。
通信制御部１０ｂは、ＡＣＫ要求メッセージ（Ｔ２）を受信すると、まだデータ送信メッセージ（Ｔ１）を受信していないため、そのメッセージ全体の再送を要求するために、ＡＣＫ（未受信）メッセージ（Ｔ３ｃ）を受信装置１ｂに送信する。
通信制御部１０ａは、ＡＣＫ（未受信）メッセージ（Ｔ３ｃ）を受信すると、Ｓ１３１のデータ送信メッセージ（Ｔ１）を、受信装置１ｂに再送する。
これにより、ＡＣＫが受信できなかった場合にＡＣＫの送信を要求することで、受信装置１ｂが伝送路特性の悪化や故障などにより通信できない状態にあるか調査することができる。

図１２は、データ送信処理を停止する場合を示すフローチャートである。
通信制御部１０ａは、データ送信メッセージ（Ｔ１）を、受信装置１ｂの無線通信アンテナ２３ｂに送信する（Ｓ１４１）。ここで、通信エラーが発生し、データ送信メッセージ（Ｔ１）の一部のデータが破損する。
通信制御部１０ｂは、誤り検査によりデータ送信メッセージ（Ｔ１）の破損したブロックを特定し、その再送を要求するＡＣＫ（再送要求）メッセージ（Ｔ３ｂ）を送信装置１ａに送信する（Ｓ１４２）。
通信制御部１０ａは、ＡＣＫ（再送要求）メッセージ（Ｔ３ｂ）を受信すると、その要求に従い、再送部分のブロックのみを含むデータ送信メッセージ（Ｔ１）を、受信装置１ｂに送信する（Ｓ１４３）。しかし、通信状況はさらに悪化し、データ送信メッセージ（Ｔ１）全体が受信装置１ｂに届かない通信エラーが発生する。

ここで、送信装置１ａの通信停止処理部１４ａは、通信停止の契機が発生したと判断し、通信相手の受信装置１ｂに対して、停止要求メッセージ（Ｔ４ａ）を送信する（Ｓ１４４）。受信装置１ｂの通信停止処理部１４ａは、停止要求メッセージ（Ｔ４ａ）を受け、その応答である停止応答メッセージ（Ｔ４ｂ）を、送信装置１ａに送信する（Ｓ１４５）。送信装置１ａは、停止応答メッセージ（Ｔ４ｂ）を受けると、以降のデータ送信を停止する。送信装置１ａの送信バッファから送信途中のデータを破棄するとともに、受信装置１ｂの受信バッファから受信途中のデータを破棄するなどの、送信停止に応じた処理を実施する。
これにより、通信を中止もしくは中断した方がよいと判断した場合に通信を停止することで再送時間を短縮できる。また、通信相手局に再送を停止することを通知することでデータの管理などを適切に実施できる。

なお、通信停止の契機は、例えば、以下の場合のうち、少なくとも１つの場合を満たすときが挙げられる。
・データの再送回数が一定の回数以上に達した場合（送信装置１ａ側で判断）
・データの伝送時間が一定時間以上に達した場合（送信装置１ａ側で判断）
・データの伝送期限が切れた場合（送信装置１ａ側で判断）
・優先して送信したいデータがきた場合（送信装置１ａ側で判断）
・通信相手局からの応答が一定回数連続でなかった場合（送信装置１ａ、受信装置１ｂ側で判断）
・伝送路特性が悪くて通信できない場合（送信装置１ａ、受信装置１ｂ側で判断）
・メモリ領域が足りなくなった場合（送信装置１ａ、受信装置１ｂ側で判断）

図１３は、送信装置１ａに着目した処理を示すフローチャートである。

Ｓ２０１において、通信制御部１０ａは、ＬＬＣ副層からＭＡＣ副層に送信対象のペイロードが到着したか否かを判定し、判定条件を満たすときにはＳ２０２へ、満たさないときにはＳ２０１を繰り返す（データが届くまで待機する）。

Ｓ２０２において、通信制御部１０ａは、規格準拠の送信処理を行うか否かを判定し、判定条件を満たすときにはＳ２０３へ、満たさないときにはＳ２０４へ処理を進める。
規格準拠の送信処理とは、従来技術との互換性を保つための通信モードであり、フレーム処理部１１ａによるフレーム生成を行わずに、ペイロード単位、またはブロック単位でデータ送信し、ＡＣＫ受信もしくは再送処理を実行する処理である。
規格準拠の送信処理を行わないときには、フレーム処理部１１ａによってペイロードからフレームを生成する。Ｓ２０２の判定は、送信するデータ長、または過去の通信状態などから決定する。規格準拠の送信処理を行う契機は、例えば、以下の場合のうち、少なくとも１つの場合を満たすときが挙げられる。
・送信対象のペイロードが所定長（事前に定めたブロックの処理を実施するデータ長の最小値）未満のデータ長である場合
・データフレームを送信する相手局（受信装置１ｂ）がフレーム処理部１１ｂを備えていない場合、
・ペイロードの送信先である受信装置１ｂに対する過去の受信確率が所定確率より高い場合
・ペイロードの送信先である受信装置１ｂの過去の受信電界強度（ＲＳＳＩ）が所定強度より高い場合

Ｓ２０３において、規格準拠処理部１２ａは、Ｓ２０１で到着したペイロードを規格準拠処理に従って送信し、ＡＣＫ受信もしくは再送処理し、処理をＳ２０１へと戻す。例えば、規格準拠処理部１２ａは、分割するデータ長を送信データ長と同一に設定し、接続する分割データ数を１に設定し、ペイロードを分割せずに、ペイロード単位で送信する。

Ｓ２０４において、フレーム処理部１１ａは、Ｓ２０１で到着したペイロードを固定長で分割する。
Ｓ２０５において、フレーム処理部１１ａは、分割データごとにブロックを生成し、送信バッファに格納する。
Ｓ２１１において、フレーム処理部１１ａは、ペイロードの全ブロックを送信対象ブロックとする。
Ｓ２１３において、フレーム処理部１１ａは、送信対象ブロックを連結し、フレームを生成する。
Ｓ２１４において、フレーム処理部１１ａは、フレームにＭＡＣヘッダを付加する。なお、ＭＡＣヘッダの生成処理は、フレームの生成処理（Ｓ２１１〜Ｓ２１３）の後に実行してもよいし、両処理を並列処理してもよい。
Ｓ２１５において、フレーム処理部１１ａは、Ｓ２１４のフレームを含むデータ送信メッセージ（Ｔ１）を受信装置１ｂ（ＰＨＹ層）に送信する。

Ｓ２０６において、ＡＣＫ処理部１３ａは、Ｓ２１５で送信したメッセージへの応答としてのＡＣＫが到着したか否かを判定し、判定条件を満たさないときにはＳ２２０へ処理を進める。ここで、判定条件を満たさないとは、Ｓ２１５の送信後、所定時間経過してもＡＣＫが到着しないことを指す。
Ｓ２２０において、ＡＣＫ処理部１３ａは、ＡＣＫ要求メッセージ（Ｔ２）を受信装置１ｂ（ＰＨＹ層）に送信し、ＡＣＫの送信を促す。そして、処理をＳ２０６へ戻す。

一方、Ｓ２０６でＡＣＫが到着したときには、そのＡＣＫのタイプによって、分岐する。ＡＣＫ（正常受信）を受信したときにはＳ２０７へ、ＡＣＫ（未受信）を受信したときにはＳ２１１へ、ＡＣＫ（再送要求）を受信したときにはＳ２１２へ、それぞれ分岐する。
Ｓ２１２において、フレーム処理部１１ａは、ＡＣＫで再送指定されたブロックを送信対象ブロックとし、処理をＳ２１３へ進める。

図１４は、受信装置１ｂに着目した処理を示すフローチャートである。

Ｓ３０１において、通信制御部１０ｂは、ＰＨＹ層からＭＡＣ副層にデータ送信メッセージ（Ｔ１）が到着したか否かを判定し、判定条件を満たすときにはＳ３０２へ、満たさないときにはＳ３３１へ処理を進める。

Ｓ３０２において、通信制御部１０ｂは、Ｓ３０１で到着したデータ送信メッセージ（Ｔ１）の検査処理を実行する（詳細は、図１５参照）。

Ｓ３０３において、フレーム処理部１１ｂは、データ送信メッセージ（Ｔ１）のブロックごとに誤り検査を実行する。ここで、フレーム処理部１１ｂは、データ送信メッセージ（Ｔ１）のフレームからそのフレーム内の１つ以上のブロックを個別に検査するため、ＭＡＣヘッダなどの受信フレームの情報、事前に通知もしくは設定された情報などを参照し、ブロック長、最終ブロック長および接続ブロック数などのフレーム処理に関する情報を読み取る。

Ｓ３１１において、フレーム処理部１１ｂは、Ｓ３０３の検査結果として、誤りが発生するブロックが存在するか否かを判定し、判定条件を満たすときにはＳ３２１へ、満たさないときにはＳ３１２へ処理を進める。

Ｓ３２１において、フレーム処理部１１ｂは、受信に成功した（誤りのない）受信ブロックを受信バッファに格納する。
Ｓ３２２において、フレーム処理部１１ｂは、Ｓ３１１で判断した誤りのあるブロックに対するＡＣＫ（再送要求）メッセージ（Ｔ３ｂ）を作成し（詳細は図９，図１０）、送信装置１ａ（ＰＨＹ層）へと送信する。

Ｓ３１２において、フレーム処理部１１ｂは、受信バッファから既に受信している誤りのないブロックを読み取ってから受信バッファをクリアし、誤りのない受信ブロックからペイロードを抽出（復元）する。ここで、ペイロードを抽出するときには、ＭＡＣヘッダなどの受信フレーム内の情報、事前に通知もしくは設定された情報、または、受信フレームのデータ長の情報などを参照する。

Ｓ３１３において、フレーム処理部１１ｂは、ＡＣＫ（正常受信）メッセージ（Ｔ３ａ）を送信装置１ａ（ＰＨＹ層）へと送信する。Ｓ３１３およびＳ３２２の処理の後、Ｓ３３１へ進む。

Ｓ３３１において、ＡＣＫ処理部１３ｂは、ＡＣＫ要求メッセージ（Ｔ２）を送信装置１ａから受信したか否かを判定し、判定条件を満たすときにはＳ３３２へ、満たさないときにはＳ３０１へ処理を進める。
Ｓ３３２において、ＡＣＫ処理部１３ｂは、受信したＡＣＫ要求メッセージ（Ｔ２）が示すデータ送信メッセージ（Ｔ１）を、以前のＳ３０１で受信したか否かを判定し、判定条件を満たすときにはＳ３３４へ、満たさないときにはＳ３３３へ処理を進める。
Ｓ３３３において、ＡＣＫ処理部１３ｂは、ＡＣＫ（未受信）メッセージ（Ｔ３ｃ）を送信装置１ａ（ＰＨＹ層）へと送信する。
Ｓ３３４において、ＡＣＫ処理部１３ｂは、前回（Ｓ３１３またはＳ３２２）送信したＡＣＫと同じものを送信装置１ａ（ＰＨＹ層）へと再送する。

図１５は、図１４のＳ３０２の詳細を示すフローチャートである。

Ｓ３４１において、通信制御部１０ｂは、Ｓ３０１で受信したデータ送信メッセージ（Ｔ１）に対して、規格準拠の受信処理を行うか否かを判定し、判定条件を満たすときにはＳ３４２へ、満たさないときにはＳ３４３へ処理を進める。
Ｓ３４２において、規格準拠処理部１２ｂは、Ｓ２０３の規格準拠の送信処理に対応する、規格準拠の受信処理を行い、処理をＳ３０１に戻す。

Ｓ３４３において、通信制御部１０ｂは、受信したデータ送信メッセージ（Ｔ１）のＭＡＣヘッダが正常か否かを判定し、判定条件を満たすときにはＳ３４４へ、満たさないときにはＳ３４６へ処理を進める。
Ｓ３４４において、通信制御部１０ｂは、受信したデータ送信メッセージ（Ｔ１）の送信先アドレス（受信指定）が、自装置のアドレスと一致しているか否かを判定し、判定条件を満たすときにはＳ３４５へ、満たさないときにはＳ３４６へ処理を進める。

Ｓ３４５において、通信制御部１０ｂは、受信したデータを、フレーム処理部１１ｂによるフレーム処理を実行する対象であるデータ送信メッセージ（Ｔ１）として、処理をＳ３０３へ進める。
Ｓ３４６において、通信制御部１０ｂは、受信したデータを破棄して、処理をＳ３０１へ戻す。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

まず、ペイロード単位で送信および検査する通信方法と比較して、本実施形態では、ブロック単位で誤り検査が可能であり、ブロック長は元のデータ長より短くなるため、再送時間の短縮および再送回数を低減できるとともに、データの受信確率が向上する。
次に、ペイロードをフラグメンテーションした結果であるブロック単位で送信および検査する通信方法と比較して、本実施形態では、複数のブロックを連結したフレーム単位で送信し、ブロック単位で検査することで、オーバヘッド（再送量、再送時間および再送回数）を短縮できる。

そして、ＡＣＫ要求（Ｔ２）メッセージを送信することで、受信装置１ｂの動作確認と通信環境確認ができるとともに、受信が完了したデータ送信（Ｔ１）メッセージを再度送信することを抑制し、時間ロスを抑制できる。

さらに、停止要求（Ｔ４）メッセージを送信することで、通信負荷などの緊急時に再送を停止でき、再送時間を短縮できる。なお、再送を停止する契機となる緊急時とは、例えば、伝送路特性が悪く通信できない場合、データの伝送期限が切れた場合、優先して送信したいデータがきた場合などの通信を中止もしくは中断した方がよいと判断した場合が挙げられる。

本実施形態は、無線通信において、特に人や物の移動がある場所や、通信に用いる周波数帯域と同周波数を外部に出す機器がある場所など、伝送路特性の変化が大きい場所で用いる無線通信に適用すると効果的であり、その工業的価値は大である。

なお、本発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、フレーム処理部１１ａ，１１ｂを無線通信装置から省略し、規格準拠処理部１２ａ，１２ｂが通信内容および通信手順を規定することとしてもよい。
または、ＡＣＫ処理部１３ａは、ＡＣＫ要求（Ｔ２）メッセージを送信する代わりに、データ送信（Ｔ１）メッセージを再送してもよい。
さらに、通信停止処理部１４ａ，１４ｂが提供する通信停止機能は、緊急時だけ使用されるので、省略してもよい。

本発明の一実施形態に関する無線通信装置（送信装置、受信装置）を示す構成図である。 本発明の一実施形態に関する無線通信処理の階層モデルを示す説明図である。 本発明の一実施形態に関する固定長のブロックと、可変長のブロックとをフレームに含める形態を示す説明図である。 本発明の一実施形態に関する可変長のブロックにパディングを付加し、固定長のブロックにする形態を示す説明図である。 本発明の一実施形態に関する１つのペイロードから、複数のフレームを生成する形態を示す説明図である。 本発明の一実施形態に関する複数のペイロードから、１つのフレームを生成する形態を示す説明図である。 本発明の一実施形態に関するペイロードにＦＣＳを付加する形態を示す説明図である。 本発明の一実施形態に関する送信装置から受信装置へのデータ送信を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に関するＳ１１１〜Ｓ１１３の形態を示す説明図である。 本発明の一実施形態に関するＳ１１１〜Ｓ１１３の形態を示す説明図である。 本発明の一実施形態に関する送信装置と受信装置とのＡＣＫ処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に関するデータ送信処理を停止する場合を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に関する送信装置に着目した処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に関する受信装置に着目した処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に関するＳ３０２の詳細を示すフローチャートである。

符号の説明

１ａ 送信装置（無線通信装置）
１ｂ 受信装置（無線通信装置）
１０ａ，１０ｂ 通信制御部
１１ａ，１１ｂ フレーム処理部
１２ａ，１２ｂ 規格準拠処理部
１３ａ，１３ｂ ＡＣＫ処理部
１４ａ，１４ｂ 通信停止処理部
２１ａ，２１ｂ ＣＰＵ
２２ａ，２２ｂ メモリ
２３ａ，２３ｂ 無線通信アンテナ

Claims (14)

1. 無線通信装置である送信装置から、無線通信装置である受信装置へ、送信対象のペイロードのデータを無線通信する無線通信方法であって、
   前記無線通信装置は、制御部と、記憶部とを有し、
   前記送信装置の制御部は、
   前記送信対象のペイロードが到着すると、
   ペイロードを固定長で複数の分割データへと分割し、その分割データごとに分割データのデータ内容を検査するための誤り検査符号と、分割データを特定するための連番とを付加してブロックを生成して前記送信装置の記憶部に記憶し、
   生成したブロックのうち、連番で連続する複数のブロックを連結してフレームを生成し、生成した前記フレームごとに、前記受信装置へ送信し、
   前記受信装置の制御部は、
   前記送信装置から前記フレームを受信すると、
   前記フレームを構成する複数のブロックをそれぞれ抽出し、抽出したブロックごとに誤り検査符号を参照して通信エラーの発生の有無を検査することで、通信エラーの発生した破損ブロックおよび通信エラーの発生していない正常ブロックを特定し、正常ブロックを前記受信装置の記憶部に記憶し、
   前記破損ブロックが存在しないときには、前記受信装置の記憶部に記憶されている正常ブロックを読み取り、正常ブロックを連番の順序で連結することで前記送信対象のペイロードを復元し、
   前記破損ブロックが存在するときには、前記破損ブロックの再送を指定するＡＣＫを、前記送信装置へ返信し、
   前記送信装置の制御部は、
   前記破損ブロックの再送を指定する前記ＡＣＫを受信すると、
   前記送信装置の記憶部に記憶されているブロックから、前記ＡＣＫで再送を指定されたブロックを読み取って前記フレームを生成し、前記受信装置へと再送することを特徴とする
   無線通信方法。
2. 前記送信装置の制御部は、
   前記送信対象のペイロードが到着すると、そのペイロードが所定長未満のデータ長である場合、ペイロードの送信先である前記受信装置が前記無線通信方法を実現する前記制御部を備えていない場合、ペイロードの送信先である前記受信装置に対する過去の受信確率が所定確率より高い場合、および、ペイロードの送信先である前記受信装置の過去の受信電界強度が所定強度より高い場合のうち、少なくとも１つの場合を満たすときには、ペイロードを分割せずに、前記受信装置へと送信することを特徴とする
   請求項１に記載の無線通信方法。
3. 前記送信装置の制御部は、前記受信装置へ送信した前記フレームについての前記ＡＣＫが送信後の所定時間が経過しても到着しないときには、前記受信装置に対して、前記ＡＣＫの送信を促すメッセージを送信することを特徴とする
   請求項１または請求項２に記載の無線通信方法。
4. 前記無線通信装置は、前記フレームの再送回数が所定回数以上に達した場合、前記フレームの伝送時間が所定時間以上に達した場合、前記フレームの伝送期限が切れた場合、前記フレームよりも優先して送信したいデータが発生した場合、および、通信相手からの応答が所定回数連続で受信しなかった場合のうち、少なくとも１つの場合を満たすときには、通信相手との無線通信処理を停止する旨のメッセージを通信相手の前記無線通信装置に送信することを特徴とする
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の無線通信方法。
5. 前記送信装置の制御部は、ペイロードを固定長で複数の分割データへと分割した結果、固定長とは異なるデータ長になった分割データに対して、固定長への不足分のパディングを付加することで、分割データを固定長にすることを特徴とする
   請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の無線通信方法。
6. 前記送信装置の制御部は、複数のブロックを連結して前記フレームを生成するときに、１つの前記フレームあたりのブロック数の最大数を制限することで、１つのペイロードから１つ以上の前記フレームを生成することを特徴とする
   請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の無線通信方法。
7. 前記送信装置の制御部は、複数のブロックを連結して前記フレームを生成するときに、１つの前記フレームあたりのブロック数の最小数を制限することで、複数のペイロードから１つの前記フレームを生成することを特徴とする
   請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の無線通信方法。
8. 前記送信装置の制御部は、前記送信対象のペイロードが到着すると、ペイロードを分割する前にそのペイロードの内容を対象とする誤り検査符号をそのペイロードに付加し、ペイロードの誤り検査符号を含めてペイロードを分割し、
   前記受信装置の制御部は、前記送信対象のペイロードを復元した後に、ペイロードの誤り検査符号をもとに、ペイロードの通信エラーを検出することを特徴とする
   請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の無線通信方法。
9. 前記送信装置の制御部は、前記フレームの初回送信時と、前記フレームの再送時とで、無線通信の変調方式および送信電力パワーのうちの少なくとも一方を変化させることを特徴とする
   請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の無線通信方法。
10. 前記受信装置の制御部は、前記破損ブロックの再送を指定する前記ＡＣＫを返信するときに、前記破損ブロックおよびそのブロック以降のブロックの再送を指定することを特徴とする
    請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の無線通信方法。
11. 前記受信装置の制御部は、前記破損ブロックの再送を指定する前記ＡＣＫを返信するときに、再送フレームを含む全ての前記フレームで通信エラーを検出した前記破損ブロックおよびそのブロック以降のブロックの再送を指定することを特徴とする
    請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の無線通信方法。
12. 前記送信装置の制御部は、前記破損ブロックの再送を指定する前記ＡＣＫを受信すると、前記ＡＣＫで再送を指定されたブロックに加え、そのブロックの分割元であるペイロードとは別のペイロードから生成されるブロックを含めた前記フレームを生成することを特徴とする
    請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の無線通信方法。
13. 請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の無線通信方法を、コンピュータである前記無線通信装置に実行させるための、無線通信プログラム。
14. 送信装置から受信装置へ送信対象のペイロードのデータを無線通信するときに、送信装置および受信装置の双方を含む無線通信装置であって、
    前記無線通信装置は、制御部と、記憶部とを有し、
    前記無線通信装置は、前記送信対象のペイロードが到着すると前記送信装置として動作し、前記送信装置の制御部は、
    前記送信対象のペイロードを固定長で複数の分割データへと分割し、その分割データごとに分割データのデータ内容を検査するための誤り検査符号と、分割データを特定するための連番とを付加してブロックを生成して前記送信装置の記憶部に記憶し、
    生成したブロックのうち、連番で連続する複数のブロックを連結してフレームを生成し、生成した前記フレームごとに、他装置の前記受信装置へ送信し、
    前記無線通信装置は、他装置から前記フレームを受信すると前記受信装置として動作し、前記受信装置の制御部は、
    前記受信したフレームを構成する複数のブロックをそれぞれ抽出し、抽出したブロックごとに誤り検査符号を参照して通信エラーの発生の有無を検査することで、通信エラーの発生した破損ブロックおよび通信エラーの発生していない正常ブロックを特定し、正常ブロックを前記受信装置の記憶部に記憶し、
    前記破損ブロックが存在しないときには、前記受信装置の記憶部に記憶されている正常ブロックを読み取り、正常ブロックを連番の順序で連結することで前記送信対象のペイロードを復元し、
    前記破損ブロックが存在するときには、前記破損ブロックの再送を指定するＡＣＫを、他装置の前記送信装置へ返信することを特徴とする
    無線通信装置。

Images