JP2011135483A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線ネットワークにおいて、自己のノードの種類に応じた動作を行い、データ伝送遅延を低減する無線通信装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る無線通信装置は、複数の移動可能な無線通信装置を含む無線ネットワークにおいて、他の前記無線通信装置とデータ通信処理を行う前記無線通信装置であって、前記無線ネットワークの制御情報に基づいて、この無線通信装置が、データを中継する中継ノードであるか否かを判定するノード判定手段と、前記ノード判定手段による判定結果に基づいて、この無線通信装置の通信方式を設定する通信方式設定手段とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線通信装置に関する。

例えば、引用文献１は、通信フレームのアグリゲーションにより、通信のサービス品質を維持しながら通信を行う無線通信装置を開示する。

特開２００６−３５２８９６号公報

本発明は、上述のような背景からなされたものであり、無線ネットワークにおいて、自己のノードの種類に応じた動作を行い、データ伝送遅延を低減することができるよう改良された無線通信装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明に係る無線通信装置（２）は、複数の移動可能な無線通信装置を含む無線ネットワーク（１）において、他の前記無線通信装置とデータ通信処理を行う前記無線通信装置であって、前記無線ネットワークの制御情報に基づいて、この無線通信装置が、データを中継する中継ノードであるか否かを判定するノード判定手段（３０６）と、前記ノード判定手段による判定結果に基づいて、この無線通信装置の通信方式を設定する通信方式設定手段（３０８）とを有する。
なお、ここで付された符号は、本願発明の理解を助けることを意図するものであり、本願発明の技術的範囲を限定することを意図するものではない。

本発明に係る無線通信装置によれば、無線ネットワークにおいて、自己のノードの種類に応じた動作を行い、データ伝送遅延を低減することができる。

本発明に係る無線通信装置により構成される無線ネットワークを例示する図である。 図１に示した無線通信装置のネットワーク構成を例示する図である。 図２に示したＯＬＳＲソフトウェアの構成を例示する図である。 （Ａ）は、図３に示したノード判定部の処理を例示するフローチャートであり、（Ｂ）は、図３に示した通信方式設定部の処理を例示するフローチャートである。 （Ａ）は、図１に示した無線通信装置を有さない無線ネットワークにおけるデータ伝送遅延を例示する図であり、（Ｂ）は、図１に示した無線通信装置から構成される無線ネットワークにおけるデータ伝送遅延を例示する図である。

［本発明の背景］
本発明の理解を助けるために、まず、本発明がなされるに至った背景を説明する。
アドホックルーティングとは、移動し得る複数の無線通信装置（以下、「ノード」と記述することがある）から構成される無線ネットワークにおいて、あるノードから他のノードへデータを送信する場合に、最適な通信経路を選択して送信することである。
上述のアドホックルーティングにより、データ（例えば、パケットや制御メッセージ）を送信する送信元ノードから送信先ノードを直接接続するリンクが存在しない場合でも、送信元ノードと送信先ノードとの間に存在する他のノード（中継ノード）を中継して、送信元ノードから送信先ノードへデータ送信を行うことができる。
しかしながら、無線ネットワーク上には、データ送信に用いられるノード以外の他のノードが存在するため、他のノードから発生するトラフィックの影響により、大幅なデータの伝送遅延が生じることがある。

上述のようなデータの伝送遅延を回避するために、例えば、ノード間でＱｏＳ（Quality of Service）用のメッセージを交換して、ネットワークの通信品質を一定の状態に維持する方法が挙げられる。
しかしながら、上述の方法は、ネットワークのノードが、ＱｏＳ用のメッセージ交換を行う機能を有する必要があり、すべてのノードに対して、メッセージ交換を行う機能を付加することにより、多大なコストが発生する場合がある。
本発明に係る無線通信装置は、このような背景からなされたものであり、無線ネットワークにおいて、自己のノードの種類に応じた動作を行い、データ伝送遅延を低減することができるよう工夫されている。

［無線ネットワーク１］
図１は、本発明に係る無線通信装置（ノード）２−１〜２−６を有するアドホックな無線ネットワーク１の構成を例示する図である。
図１に示すように、無線ネットワーク１は、無線通信装置２−１〜２−６の隣接する無線通信装置間で、無線通信リンク１２０−１〜１２０−５により接続されて構成される。
無線ネットワーク１において、無線通信装置２−１〜２−６それぞれは、隣接する無線通信装置を中継して、送信先の無線通信装置へとデータを送信する。

なお、図１においては、説明の明確化・具体化のために、無線ネットワーク１が、６台の無線通信装置２−１〜２−６から構成される場合を具体例としているが、無線通信装置の台数は、これに限定されるものではない。
また、例えば、無線通信装置２−１と無線通信装置２−３とが、無線通信リンク１２０−１により接続されているが、図１に示すような接続状態に限定されるものではない。
また、以下、無線通信装置２−１〜２−６など、複数ある構成部分のいずれかを示すときは、単に、無線通信装置２と記載することがある。
以下、各図において、実質的に同じ構成部分・処理には、同じ符号が付される。

［ハードウェア構成］
以下、無線通信装置２のハードウェア構成を説明する。
図１に示すように、無線通信装置２は、ＣＰＵ１０２、ＲＯＭ及びＲＡＭなどを含むメモリ１０４及びこれらの周辺回路などから構成される本体１００、表示装置、キーボードなどを含む入出力装置１０６、無線通信リンク１２０と本体１００との間で情報を送受信する無線インターフェース（ＩＦ）部１１０、ＨＤ，ＣＤ，ＤＶＤなどの記憶媒体１１４に対してデータの書き込みおよび読み出しを行う記録装置１１２から構成される。
つまり、無線通信装置２は、他の無線通信装置２と通信可能な一般的な無線通信装置としての構成を有している。
なお、これらの構成部分においては、ＣＰＵ１０２とともに、あるいは、ＣＰＵ１０２の代わりに、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)が用いられてもよい。

［ネットワーク構成］
図２は、各無線通信装置２（図１）のネットワーク構成を例示する図である。
図２に示すように、無線通信装置２のネットワークは、ネットワーク層に位置するアドホックルーティング部２０およびＩＰ（Internet Protocol）ルーティング部２２、データリンク制御層に位置するＬＬＣ／ＭＡＣ（Logical Link Control／Media Access Control）部２４、および、物理層に位置する無線部２６から構成される。
また、アドホックルーティング部２０は、ＯＬＳＲ（Optimized Link State Routing）ソフトウェア３０を有し、ＩＰルーティング部２２は、ルーティングテーブル２２０を有し、ＬＬＣ／ＭＡＣ部２４は、ＱｏＳ（Quality of Service）制御部２４０、ＡＲＱ（Automatic Repeat request）制御部２４２およびＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access／Collision Avoidance）制御部２４４を有し、無線部２６は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調部２６０を有する。

ＯＬＳＲソフトウェア３０は、データ通信前に定期的に経路を決定するルーティングプロトコルであるＯＬＳＲのソフトウェアである（図３を参照して後述）。
ルーティングテーブル２２０は、無線通信装置２から他の無線通信装置２へのデータの通信経路情報を、ＯＬＳＲソフトウェア３０から受け入れて、保持する。
ＱｏＳ制御部２４０は、無線通信の状態に応じて、無線通信の品質を確保するように制御する。
ＡＲＱ制御部２４２は、他の無線通信装置２から誤ったデータを受信したときに、送信側の無線通信装置２に対して、データの再送を要求するように制御する。

ＣＳＭＡ／ＣＡ制御部２４４は、無線ネットワークなどにおいて、同一のチャネルに複数のユーザがアクセスするときに、競合を回避するように制御する。
ＯＦＤＭ変調部２６０は、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａ／ｇ／ｈなどの無線ネットワークにおいて、複数の搬送波を用いることにより、より多くのデータを送信することができるように制御する。

［ＯＬＳＲソフトウェア３０］
図３は、ＯＬＳＲソフトウェア３０の構成を例示する図である。
図３に示すように、ＯＬＳＲソフトウェア３０は、経路判定部３００、制御パケット送受信部３０２、ＭＰＲ（Multipoint Relay）ノード決定部３０４、ノード判定部３０６、通信方式設定部３０８および通信情報テーブル３１０から構成される。
ＯＬＳＲソフトウェア３０は、例えば、メモリ１０４（図１）に記憶されて各無線通信装置２に供給され、必要に応じて、各無線通信装置２にインストールされたＯＳ（図示せず）上で、各無線通信装置２のハードウェア資源を、具体的に利用して実行される。
ＯＬＳＲソフトウェア３０は、無線ネットワーク１（図１）において、ＯＬＳＲソフトウェア３０を実行する無線通信装置２のノードの種類を判定し、判定結果に応じて、無線通信装置２の通信方式を設定する。
なお、以下、ＯＬＳＲソフトウェア３０を実行する１つの無線通信装置２を、他の無線通信装置２と区別して、「自己の無線通信装置２」と記述することがある。

経路判定部３００は、制御パケット送受信部３０２から入力された制御パケットに基づいて、他の無線通信装置２までの通信経路を判定し、通信経路情報としてルーティングテーブル２２０および制御パケット送受信部３０２に対して出力する。
制御パケットは、例えば、ＯＬＳＲプロトコルのＨＥＬＬＯパケットや、ＴＣ（Topology Control）パケットを示し、無線ネットワーク１（図１）上の隣接ノードの情報、および、後述するＭＰＲ情報などが含まれる。
制御パケット送受信部３０２は、経路判定部３００から入力された通信経路情報や、後述するＭＰＲノード決定部３０４から入力されたＭＰＲ情報を含む制御パケット情報を、ＩＰルーティング部２４およびデータリンク制御部２６を介して、予め定められた間隔で、他の無線通信装置２に対して送信する。

また、制御パケット送受信部３０２は、データリンク制御部２６およびＩＰルーティング部２４を介して、予め定められた間隔で、他の無線通信装置２から制御パケットを受信して、経路判定部３００、ＭＰＲノード決定部３０４およびノード判定部３０６に対して出力する。
ＭＰＲノード決定部３０４は、制御パケット送受信部３０２から入力された制御パケットに基づいて、自己の無線通信装置２に対するＭＰＲノードを決定する。
自己の無線通信装置２に対するＭＰＲノードは、例えば、自己の無線通信装置２から１ホップの（つまり、直接接続される）無線通信装置２のうち、自己の無線通信装置２から２ホップの無線通信装置２と直接接続される無線通信装置２の集合を示す。
つまり、ＭＰＲノードは、送信元の無線通信装置２から、直接接続されない送信先の無線通信装置２へデータ送信を行うために、データを中継しうる無線通信装置２を示す。
具体的には、例えば、図１に示す無線ネットワーク１において、自己の無線通信装置が無線通信装置２−１である場合、無線通信装置２−１に対するＭＰＲノードは、無線通信装置２−３となる。

また、ＭＰＲノード決定部３０４は、決定したＭＰＲノードの集合を示すＭＰＲ情報を、制御パケット送受信部３０２に対して出力する。
各無線通信装置２のＭＰＲノード決定部３０４により決定されたＭＰＲ情報が、制御パケット送受信部３０２を介して、各無線通信装置２の間で交換されることにより、無線ネットワーク全体のＭＰＲ情報が制御パケットに含まれる。
具体的には、例えば、図１に示す無線ネットワーク１全体のＭＰＲ情報は、無線通信装置２−３および無線通信装置２−４を示す。
なお、以下の説明において記述される「ＭＰＲ情報」は、無線ネットワーク全体のＭＰＲ情報を示すものとする。

ノード判定部３０６は、制御パケット送受信部３０２から入力された制御パケットに含まれるＭＰＲ情報に基づいて、自己の無線通信装置２が、ＭＰＲノードであるか否かを判定する（図４（Ａ）を参照して後述）。
また、ノード判定部３０６は、判定結果を、通信方式設定部３０８に対して出力する。
通信方式設定部３０８は、ノード判定部３０６から入力された判定結果に基づいて、通信情報テーブル３１０から、通信方式を選択し、データリンク制御部２６および無線部２８に対して、選択した通信方式を設定する（図４（Ｂ）を参照して後述）。
通信情報テーブル３１０は、例えば、下記表１に示す通信情報を記憶し、通信方式設定部３０８の要求に応じて、必要な情報を、通信方式設定部３０８に対して出力する。

表１に示すように、テーブルの１列目は、ノードの種類（ＭＰＲまたはＭＰＲ以外）を示し、２列目〜４列目は、ノードの種類に応じて設定可能な通信方式などを示す。
具体的には、例えば、２列目は、ＣＳＭＡ／ＣＡ制御部２４４（図２）に対して、設定する最小バックオフ時間（データ衝突を回避するためのランダムな待ち時間の最小値）を示し、３列目は、ＡＲＱ制御部２４２に対して設定することができるプロトコルを示し、４列目は、ＯＦＤＭ変調部２６０に対して設定することができる変調方式を示す。

例えば、ノードの種類がＭＰＲである場合、ノードは、ＡＲＱ制御部２４２に対して、Ｓｔｏｐ＆Ｗａｉｔ（送信側はフレームを送った後ＡＣＫ（肯定応答：Acknowledgment）を受信するまで次のフレームを送らず、受信側はフレームの受信に成功するとＡＣＫを送信する）、または、ＢｌｏｃｋＡＣＫ（複数のデータに対して、ＡＣＫを一括して返送する）を設定することができる。
ＭＰＲノードは、送信すべきデータの長さに応じて、Ｓｔｏｐ＆ＷａｉｔまたはＢｌｏｃｋＡＣＫを選択する。
ＭＰＲノードは、例えば、送信すべきデータ長が短い場合は、Ｓｔｏｐ＆Ｗａｉｔを選択して、ＡＲＱ制御部２４２に対して設定し、送信すべきデータ長が長い場合は、ＢｌｏｃｋＡＣＫを選択して、ＡＲＱ制御部２４２に対して設定する。

また、例えば、ノードの種類がＭＰＲである場合、ノードは、ＯＦＤＭ変調部２６０に対して、デジタル値をアナログ信号に変換する変調方式の一つであるＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、および、無線などで用いられるデジタル変調方式の一つである１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、６４ＱＡＭのいずれかを設定することができる。
ＭＰＲノードは、例えば、直前までの確達状況（ＡＣＫフレームの受信回数）と無線回線品質（ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication）やパイロットキャリアの等価誤差など）とに応じて、変調方式を選択する。
ＭＰＲノードは、例えば、確達状況が良いほど、より高速な変調方式を選択して、ＯＦＤＭ変調部２６０に対して設定する。

表１に示すように、ノードの種類がＭＰＲである場合、ノードは、一般に無線通信の回線占有率が高くなるＢｌｏｃｋＡＣＫや、一般に伝送速度は遅いがノイズに強いＢＰＳＫなど、無線通信の回線占有率の高い通信方式を設定することができる。
一方、ノードの種類がＭＰＲ以外である場合は、ＢｌｏｃｋＡＣＫや、ＢＰＳＫなどを含まず、無線通信の回線占有率の低い通信方式を設定する必要がある。
つまり、ＭＰＲノードは、ＭＰＲ以外のノードよりも、より確達性の高い通信方式を含めて、通信方式の選択を行うことができる。
また、表１に示すように、ＭＰＲノードは、ＭＰＲ以外のノードよりもバックオフを短く設定することができるため、ＭＰＲノードによる送信を優先させることができる。
なお、表１に示す最小バックオフ時間は、例示であり、この時間に限定されるものではない。

［ノード判定部３０６の処理］
図４（Ａ）は、図３に示したノード判定部３０６の処理を示すフローチャートである。
以下、図４（Ａ）を参照して、ノード判定部３０６の処理をさらに説明する。
ノード判定部３０６は、制御パケット送受信部３０２（図３）から入力された制御パケットを受け入れると、ノード判定処理を開始する。

図４（Ａ）に示すように、ステップ４００（Ｓ４００）において、ノード判定部３０６は、受け入れた制御パケットに含まれるＭＰＲ情報を取得する。
ステップ４０２（Ｓ４０２）において、ノード判定部３０６は、Ｓ４００において取得したＭＰＲ情報に、自己の無線通信装置２が含まれているか否かを判断する。
含まれていると判断するときは、ノード判定部３０６は、Ｓ４０４の処理に進み、それ以外のときは、Ｓ４０６の処理に進む。

具体的には、例えば、無線通信装置２−１のノード判定部３０６は、図１に示す無線ネットワーク１において、自己の無線通信装置２−１は、ＭＰＲ情報に含まれないと判断する。
また、例えば、無線通信装置２−３のノード判定部３０６は、図１に示す無線ネットワーク１において、自己の無線通信装置２−３は、ＭＰＲ情報に含まれると判断する。

ステップ４０４（Ｓ４０４）において、ノード判定部３０６は、ノードの種類がＭＰＲであるという判定結果を、通信方式設定部３０８に対して出力し、処理を終了する。
ステップ４０６（Ｓ５０６）において、ノード判定部３０６は、ノードの種類他ＭＰＲ以外であるという判定結果を、通信方式設定部３０８に対して出力し、処理を終了する。

［通信方式設定部３０８の処理］
図４（Ｂ）は、図３に示した通信方式設定部３０８の処理を示すフローチャートである。
以下、図４（Ｂ）を参照して、通信方式設定部３０８の処理をさらに説明する。
通信方式設定部３０８は、ノード判定部３０６から入力された判定結果を受け入れると、通信方式の設定処理を開始する。

図４（Ｂ）に示すように、ステップ４２０（Ｓ４２０）において、通信方式設定部３０８は、受け入れた判定結果が、ノードの種類がＭＰＲであることを示すか否かを判断する。
ＭＰＲであるときは、Ｓ４２２の処理に進み、それ以外のときは、Ｓ４２４の処理に進む。

ステップ４２２（Ｓ４２２）において、通信方式設定部３０８は、自己の無線通信装置２を、回線占有率の高い通信方式に設定して、処理を終了する。
つまり、通信方式設定部３０８は、通信情報テーブル３１０（図３）が記憶する通信情報（表１）を参照して、ノードの種類がＭＰＲである場合の通信方式から選択して、自己の無線通信装置２に対して設定する。
ステップ４２４（Ｓ４２４）において、通信方式設定部３０８は、自己の無線通信装置２を、回線占有率の低い通信方式に設定して、処理を終了する。
つまり、通信方式設定部３０８は、通信情報テーブル３１０が記憶する通信情報を参照して、ノードの種類がＭＰＲ以外である場合の通信方式から選択して、自己の無線通信装置２に対して設定する。

［無線ネットワーク１の全体動作例］
図５（Ａ）は、本発明に係る無線通信装置２を有さない無線ネットワークにおけるデータの伝送遅延を例示する図であり、図５（Ｂ）は、本発明に係る無線通信装置２から構成される無線ネットワーク１（図１）におけるデータの伝送遅延を例示する図である。
以下、図５（Ｂ）を参照して、無線ネットワーク１（図１）の全体動作例として、各無線通信装置２の間でデータ送信を行った場合のデータ伝送遅延を、図５（Ａ）が示すデータ伝送遅延と比較して説明する。

以下、説明の明確化・具体化のために、無線ネットワーク１（図１）を構成する無線通信装置２−１〜２−６を、図５（Ｂ）のノードＡ２〜Ｆ２とし、ノードＡ２から、ノードＣ２およびノードＤ２を介して、ノードＦ２へデータを送信する場合を具体例として説明する。
また、図５（Ａ）のノードＡ１〜Ｆ１は、図５（Ｂ）のノードＡ２〜Ｆ２を、本発明に係る無線通信装置２以外の無線通信装置と置き換え、各ノードの接続関係と、データの送信経路は、図５（Ｂ）と同じとした場合を具体例として説明する。

図５（Ａ）に示すように、ノードごとに、データの送信（Ｔ：Ｔｒａｎｓｍｉｔ）またはデータの受信（Ｒ：Ｒｅｃｅｉｖｅ）に要する時間が四角で示され、ノードＡ１からノードＦ１へのデータ送信に要するデータ送信時間が、斜線で塗りつぶされた四角で示される。
また、ノードＡ１からノードＦ１へのデータ送信以外のデータ送信に要する時間が、破線で囲まれた四角で示される。
つまり、図５（Ａ）に示すように、ノードＡ１からノードＦ１へのデータ伝送遅延は、斜線で塗りつぶされた四角で示すデータ送信時間と、破線で囲まれた四角で示すデータ送信時間との総和となる。

本発明に係る無線通信装置２以外の無線通信装置を示すノードＡ１〜Ｆ１は、ＭＰＲノードか否かに応じて通信方式を設定することはない。
例えば、図５（Ａ）に示すノードＥ１は、ＭＰＲ以外の送信ノードであるにも関わらず、回線占有率の高い通信方式が設定され、回線占有時間が長くなる場合がある。

一方、本発明に係る無線通信装置２を示すノードＡ２〜Ｆ２のうち、送信ノードＣ２は、自己のノードがＭＰＲであると判定し、回線占有率の高い通信方式に設定する。
また、それ以外の送信ノード（ノードＡ２，Ｂ２およびＥ２）それぞれは、自己のノードがＭＰＲ以外であると判定し、回線占有率の低い通信方式に設定する。
つまり、図５（Ｂ）に示すように、ノードＣ２以外のノードは、ノードＣ２よりも回線占有率が低いので、回線占有時間が短くなる。

また、例えば、図５（Ｂ）に示すノードＥ２の回線占有時間は、図５（Ａ）に示すノードＥ１の回線占有時間よりも短くなり、ノードＤ２からノードＦ２へのデータ送信が、データＤ１からデータＦ１へのデータ送信よりも早く行われる。
その結果、本発明に係る無線通信装置２から構成される無線ネットワーク１（図１）におけるデータ伝送遅延（図５（Ｂ））は、本発明に係る無線通信装置２を有さない無線ネットワークにおけるデータ伝送遅延（図５（Ａ））よりも低減される。

１・・・無線ネットワーク，２・・・無線通信装置，１００・・・本体，１０２・・・ＣＰＵ，１０４・・・メモリ，１０６・・・入出力装置，１１０・・・無線ＩＦ部，１１２・・・記録装置，１１４・・・記憶媒体，１２０・・・無線通信リンク，アドホックルーティング部，２２・・・ＩＰルーティング部，２２０・・・ルーティングテーブル，２４・・・ＬＬＣ／ＭＡＣ部，２４０・・・ＱｏＳ制御部，２４２・・・ＡＲＱ制御部，２４４・・・ＣＳＭＡ／ＣＡ制御部，２６・・・無線部，２６０・・・ＯＦＤＭ変調部，３０・・・ＯＬＳＲソフトウェア，３００・・・経路判定部，３０２・・・制御パケット送受信部，３０４・・・ＭＰＲノード決定部，３０６・・・ノード判定部，３０８・・・通信方式設定部，３１０・・・通信情報テーブル

Claims (1)

1. 複数の移動可能な無線通信装置を含む無線ネットワークにおいて、他の前記無線通信装置とデータ通信処理を行う前記無線通信装置であって、
   前記無線ネットワークの制御情報に基づいて、この無線通信装置が、データを中継する中継ノードであるか否かを判定するノード判定手段と、
   前記ノード判定手段による判定結果に基づいて、この無線通信装置の通信方式を設定する通信方式設定手段と
   を有する無線通信装置。

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