JP2011155321A - Radio communication device, radio communication system, program and radio communication method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信装置、無線通信システム、プログラム、および無線通信方法に関する。 The present invention relates to a wireless communication device, a wireless communication system, a program, and a wireless communication method.
IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)802.11bに代表される一般的な無線ネットワークの多くにおいては、各ノードが、DCF(Distributed Coordination Function)であるCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)アクセス方式を用いることにより、限られた無線帯域を周囲のノードと共用して通信を行なう。 In many of the general wireless networks represented by IEEE (Institut of Electrical and Electronic Engineers) 802.11b, each node is a DCF (Distributed Coordination Energies Cultivation Census Cultivation Census Cultivation Census). By using the access method, communication is performed by sharing a limited wireless band with surrounding nodes.
このCSMA/CAアクセス方式を無線マルチホップネットワークに適用すると、隠れ端末問題およびさらし端末問題により通信品質が劣化する場合がある。なお、隠れ端末問題は、2ノードが互いの電波を受信できない位置関係にある場合に、互いに送信したフレームが頻繁に衝突してエラーが発生してしまう問題である。また、さらし端末問題は、2ノードが互いの電波を受信できる位置関係にある場合、一方のノードにより大量のフレームが送信されると他方のノードの送信機会が著しく低下してしまう問題である。また、無線マルチホップネットワークについては、例えば以下の特許文献1に記載されている。
When this CSMA / CA access method is applied to a wireless multi-hop network, communication quality may deteriorate due to a hidden terminal problem and an exposed terminal problem. The hidden terminal problem is a problem in which, when two nodes are in a positional relationship where they cannot receive each other's radio waves, frames transmitted from each other frequently collide with each other and an error occurs. Further, the exposed terminal problem is a problem that when two nodes are in a positional relationship where they can receive each other's radio waves, if a large number of frames are transmitted by one node, the transmission opportunity of the other node is significantly reduced. The wireless multi-hop network is described in, for example,
一方、一般的な無線ネットワークの多くは、複数の無線チャネルが利用可能である。例えば、IEEE802.11bでは、日本国内で14の無線チャネルを利用可能である(同時に使用可能な無線チャネル最大数は4。)。したがって、複数の無線ネットワークが混在する環境においては、他の無線ネットワークと重複しない利用可能帯域の広い無線チャネルを選択することが望まれる。 On the other hand, many general wireless networks can use a plurality of wireless channels. For example, in IEEE 802.11b, 14 radio channels can be used in Japan (the maximum number of radio channels that can be used simultaneously is 4). Therefore, in an environment where a plurality of wireless networks coexist, it is desirable to select a wireless channel with a wide available bandwidth that does not overlap with other wireless networks.
これに関連し、無線ネットワークにおける利用可能帯域を推定する方法として、2つのノード間のスループットを測定する方法が挙げられる。例えば、現在広く普及している無線LANネットワークに代表される無線ネットワークの形態としてインフラストラクチャ型無線ネットワークがある。このインフラストラクチャ型無線ネットワークは、アクセスポイントに代表されるネットワークを集中管理するノードを中心とするスター型のトポロジーを形成する。このため、インフラストラクチャ型無線ネットワークにおいては、ネットワークを集中管理するノードと他の各ノード間のスループット(リンク品質)を測定することにより利用可能帯域の推定が可能である。 In this connection, as a method for estimating the available bandwidth in the wireless network, there is a method for measuring the throughput between two nodes. For example, there is an infrastructure type wireless network as a form of a wireless network typified by a wireless LAN network that is currently widely used. This infrastructure type wireless network forms a star topology centering on a node that centrally manages a network represented by an access point. For this reason, in an infrastructure type wireless network, the available bandwidth can be estimated by measuring the throughput (link quality) between a node that centrally manages the network and each other node.
しかし、無線マルチホップネットワークにおいては、各ノードがネットワークを集中管理するノードと通信するインフラストラクチャ型無線ネットワークと異なり、各ノード(無線通信装置)がいずれのノードと通信するかが定まっていない。このため、各ノードが単に特定のノードとの間のリンク品質を推定するだけでは、無線マルチホップネットワーク全体の通信品質を推定することが困難であるという問題があった。 However, in the wireless multi-hop network, unlike an infrastructure wireless network in which each node communicates with a node that centrally manages the network, which node (wireless communication device) communicates with is not determined. For this reason, there is a problem that it is difficult to estimate the communication quality of the entire wireless multihop network simply by estimating the link quality between each node and a specific node.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ネットワークを構成する各無線通信装置間のリンク品質を効率的に算出することが可能な、新規かつ改良された無線通信装置、無線通信システム、プログラム、および無線通信方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is a novel that can efficiently calculate the link quality between each wireless communication device constituting the network. Another object of the present invention is to provide an improved wireless communication device, wireless communication system, program, and wireless communication method.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、同一無線ネットワークを形成する1または2以上の無線通信装置と通信する通信部と、キャリアセンス型のアクセス方式で前記通信部からブロードキャストフレームを送信させる通信制御部と、前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの送信量、および、前記1または2以上の無線通信装置の各々における前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの受信量に基づき、前記1または2以上の無線通信装置の各々との間の無線リンク品質を算出する算出部と、を備える無線通信装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, a communication unit that communicates with one or more wireless communication devices forming the same wireless network, and a broadcast from the communication unit using a carrier sense type access method. Based on a communication control unit that transmits a frame, a transmission amount per unit time of the broadcast frame, and a reception amount per unit time of the broadcast frame in each of the one or more wireless communication devices, the 1 or A wireless communication device is provided that includes a calculation unit that calculates wireless link quality between each of the two or more wireless communication devices.
前記算出部は、理想環境における前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの送信量に対する実環境における前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの送信量の割合である利用可能帯域率と、前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの送信量に対する前記1または2以上の無線通信装置の各々における前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの受信量の割合である送信成功率とを重み付け加算することにより前記無線リンク品質を算出してもよい。 The calculation unit includes an available bandwidth ratio that is a ratio of a transmission amount per unit time of the broadcast frame in a real environment to a transmission amount per unit time of the broadcast frame in an ideal environment, and a per unit time of the broadcast frame. The radio link quality may be calculated by weighting and adding a transmission success rate that is a ratio of the reception amount of the broadcast frame per unit time in each of the one or two or more wireless communication apparatuses to the transmission amount.
前記通信制御部は、前記通信部から1の伝送速度で前記ブロードキャストフレームを送信させ、前記算出部は、前記1の伝送速度での前記利用可能帯域率および前記送信成功率を重み付け加算することにより前記無線リンク品質を算出してもよい。 The communication control unit causes the communication unit to transmit the broadcast frame at a transmission rate of 1, and the calculation unit weights and adds the available bandwidth rate and the transmission success rate at the transmission rate of 1. The radio link quality may be calculated.
前記通信制御部は、複数の伝送速度のうちで最も使用頻度が高い伝送速度で前記通信部から前記ブロードキャストフレームを送信させてもよい。 The communication control unit may cause the communication unit to transmit the broadcast frame at a transmission rate having the highest use frequency among a plurality of transmission rates.
前記通信制御部は、前記通信部から複数の伝送速度で前記ブロードキャストフレームを送信させ、前記複数の伝送速度の各々での前記利用可能帯域率の統合値および前記送信成功率の統合値を重み付け加算することにより前記無線リンク品質を算出してもよい。 The communication control unit causes the communication unit to transmit the broadcast frame at a plurality of transmission rates, and weights and adds the integrated value of the available bandwidth rate and the integrated value of the transmission success rate at each of the plurality of transmission rates. By doing so, the radio link quality may be calculated.
前記算出部は、前記1または2以上の無線通信装置の各々との間の無線リンク品質の少なくともいずれかに基づいて前記無線通信装置におけるチャネル品質を算出してもよい。 The calculation unit may calculate channel quality in the radio communication device based on at least one of radio link qualities with each of the one or more radio communication devices.
前記算出部は、前記1または2以上の無線通信装置において算出された前記チャネル品質、および前記無線通信装置において算出された前記チャネル品質に基づき、前記無線ネットワークにおけるチャネル品質を算出してもよい。 The calculation unit may calculate the channel quality in the wireless network based on the channel quality calculated in the one or more wireless communication devices and the channel quality calculated in the wireless communication device.
前記通信制御部は、複数の無線チャネルで前記通信部からブロードキャストフレームを送信させ、前記算出部は、前記複数の無線チャネルの各々での前記無線ネットワークにおける無線チャネル品質を算出してもよい。 The communication control unit may cause a broadcast frame to be transmitted from the communication unit using a plurality of radio channels, and the calculation unit may calculate a radio channel quality in the radio network for each of the plurality of radio channels.
前記通信制御部は、前記算出部により算出された前記無線ネットワークにおけるチャネル品質が最も良好であった無線チャネルを通信チャネルとして選択してもよい。 The communication control unit may select a radio channel having the best channel quality in the radio network calculated by the calculation unit as a communication channel.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、同一無線ネットワークを形成する複数の無線通信装置からなる無線通信システムであって、前記複数の無線通信装置の各々は、他の無線通信装置と通信する通信部と、キャリアセンス型のアクセス方式で前記通信部からブロードキャストフレームを送信させる通信制御部と、前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの送信量、および、前記他の無線通信装置の各々における前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの受信量に基づき、前記他の無線通信装置の各々との間の無線リンク品質を算出する算出部と、を備える無線通信システムが提供される。 In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, a wireless communication system including a plurality of wireless communication devices forming the same wireless network, each of the plurality of wireless communication devices includes: A communication unit that communicates with another wireless communication device, a communication control unit that transmits a broadcast frame from the communication unit using a carrier sense type access method, a transmission amount of the broadcast frame per unit time, and the other wireless There is provided a wireless communication system comprising: a calculation unit that calculates a wireless link quality with each of the other wireless communication devices based on a reception amount of the broadcast frame per unit time in each of the communication devices.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータを、同一無線ネットワークを形成する1または2以上の無線通信装置と通信する通信部と、キャリアセンス型のアクセス方式で前記通信部からブロードキャストフレームを送信させる通信制御部と、前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの送信量、および、前記1または2以上の無線通信装置の各々における前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの受信量に基づき、前記1または2以上の無線通信装置の各々との間の無線リンク品質を算出する算出部と、として機能させるためのプログラムが提供される。 In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, a communication unit that communicates a computer with one or more wireless communication devices forming the same wireless network, and a carrier sense type access method A communication control unit for transmitting a broadcast frame from the communication unit, a transmission amount of the broadcast frame per unit time, and a reception amount of the broadcast frame per unit time in each of the one or more wireless communication devices Based on the above, a program for functioning as a calculation unit that calculates the radio link quality with each of the one or more radio communication apparatuses is provided.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、キャリアセンス型のアクセス方式でブロードキャストフレームを送信するステップと、前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの送信量、および、周囲の無線通信装置の各々における前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの受信量に基づき、前記周囲の無線通信装置との間の無線リンク品質を算出するステップと、を含む無線通信方法が提供される。 In order to solve the above problem, according to another aspect of the present invention, a step of transmitting a broadcast frame by a carrier sense type access method, a transmission amount of the broadcast frame per unit time, and surroundings Calculating a wireless link quality with the surrounding wireless communication devices based on the received amount of the broadcast frame per unit time in each of the wireless communication devices.
以上説明したように本発明によれば、ネットワークを構成する各無線通信装置間のリンク品質を効率的に算出することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to efficiently calculate the link quality between the wireless communication devices constituting the network.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に#および異なるアルファベットを付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成を、必要に応じてノード20#A、20#Bおよび20#Cのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、クライアント20#A、20#Bおよび20#Cを特に区別する必要が無い場合には、単にノード20と称する。
In the present specification and drawings, a plurality of constituent elements having substantially the same functional configuration may be distinguished by attaching # and a different alphabet after the same reference numeral. For example, a plurality of configurations having substantially the same functional configuration are distinguished as
また、以下に示す項目順序に従って当該「発明を実施するための形態」を説明する。
1.本発明の一実施形態の趣旨
2.ノードの構成
3.ノードの動作
4.まとめ
Further, the “DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION” will be described according to the following item order.
1. 1. Purpose of one embodiment of the
<1.本発明の一実施形態の趣旨>
まず、図1〜図4を参照し、本発明の一実施形態の趣旨を説明する。
<1. Purpose of one embodiment of the present invention>
First, the gist of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
複数のノードを配置して新たな無線マルチホップネットワークを形成する場合、新たな無線マルチホップネットワークの通信品質が、既存のネットワークにおける通信により劣化してしまうことが懸念される。特に、通信品質の劣化は、新たな無線マルチホップネットワークが利用する無線チャネルと、既存ネットワークが利用する無線チャネルが同一である場合に発生する。以下、図1〜図3を参照し、通信品質が劣化してしまう場合を具体的に説明する。 When a new wireless multi-hop network is formed by arranging a plurality of nodes, there is a concern that the communication quality of the new wireless multi-hop network may deteriorate due to communication in the existing network. In particular, the degradation of communication quality occurs when the radio channel used by the new radio multi-hop network and the radio channel used by the existing network are the same. Hereinafter, the case where the communication quality is deteriorated will be described in detail with reference to FIGS.
図1は、複数の無線ネットワークの構成例を示した説明図である。図1においては、既存のネットワークとしてネットワーク#2およびネットワーク#3を示し、新たに形成するネットワークとしてネットワーク#1を示している。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration example of a plurality of wireless networks. In FIG. 1,
また、図1に示したように、ネットワーク#2はノード22#Lおよびノード22#Mにより形成され、無線チャネル2を通信チャネルとして利用している。また、ネットワーク#3はノード22#O、ノード22#Pおよびノード22#Qにより形成され、無線チャネル3を通信チャネルとして利用している。
Further, as shown in FIG. 1, the
また、ネットワーク#1は、本発明の一実施形態によるノード20#A〜ノード20#Eにより形成される。また、ノード20#A〜ノード20#Eは、例えばCSMA/CA方式に代表されるキャリアセンス型のアクセス方式で通信を行う。
The
ここで、ネットワーク#1の通信チャネルとして無線チャネル2を選択すると例えば隠れ端末問題により通信品質が劣化し、無線チャネル3を選択すると例えばさらし端末問題により通信品質が劣化する。以下、図2および図3を参照し、隠れ端末問題およびさらし端末問題について説明する。
Here, when the
図2は、隠れ端末問題を示した説明図である。図2に示したように、ノード20#Bおよびノード22#Lが各々の電波を受信できない位置関係にある場合、ノード20#Bおよびノード22#Lは、他方のフレーム送信にかかわらずフレームを送信する。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the hidden terminal problem. As shown in FIG. 2, when the
このため、図2に示したように、ノード20#Bおよびノード22#Lによるフレームの同時送信により、ノード20#Bおよびノード22#Lが送信したフレームがノード20#Aにおいて衝突し、エラーが発生してしまう。なお、図2に示した例では、ノード20#Bから見ればノード22#Lが隠れ端末に該当し、ノード20#Lから見ればノード22#Bが隠れ端末に該当する。
For this reason, as shown in FIG. 2, the frames transmitted by the
図3は、さらし端末問題を示した説明図である。図3に示したように、ノード20#Bおよびノード22#Oが各々の電波を受信できる位置関係にある場合、ノード20#Bは、ノード22#Oによるフレーム送信を感知すると、フレーム送信を待機する。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the exposed terminal problem. As shown in FIG. 3, when the
このため、図3に示したようにノード22#Oから大量のフレームが送信されると、ノード20#Bの送信機会が著しく低下してしまう。このように、他ノードによるフレーム送信により送信機会が低下してしまう問題がさらし端末問題と呼ばれている。
For this reason, as shown in FIG. 3, when a large number of frames are transmitted from the
このように、新たに形成するネットワーク#1の通信品質は、通信チャネルとして選択する無線チャネルによって、隠れ端末問題やさらし端末問題による悪影響を受けてしまう。このため、新たにネットワーク#1を形成する場合、隠れ端末問題やさらし端末問題の影響が少ない、利用可能帯域が広くチャネル品質が良好な無線チャネルを利用チャネルとして選択することが望まれる。
As described above, the communication quality of the newly formed
ところで、現在広く普及している無線LANネットワークに代表される無線ネットワークの形態として、図4に示すインフラストラクチャ型無線ネットワークがある。 Incidentally, there is an infrastructure type wireless network shown in FIG. 4 as a form of a wireless network typified by a wireless LAN network that is currently widely used.
図4は、インフラストラクチャ型無線ネットワークの具体例を示した説明図である。図4に示したように、インフラストラクチャ型無線ネットワークは、ネットワークを集中管理するアクセスポイント26を中心とするスター型のトポロジーを形成する。すなわち、各ノード24は、いずれのノードと通信する場合であってもアクセスポイント26との間のリンクを利用する。このため、インフラストラクチャ型無線ネットワークにおいては、各ノード24は、アクセスポイント26との間のスループットを測定することにより利用可能帯域を推定することが可能である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a specific example of an infrastructure type wireless network. As shown in FIG. 4, the infrastructure type wireless network forms a star topology centering on the
しかし、無線マルチホップネットワークにおいては、図1に示したように、各ノード20がいずれのノードと通信するかが定まっていない。このため、各ノード20が単に特定のノード20との間のリンク品質を推定するだけでは、無線マルチホップネットワーク全体の通信品質(利用可能帯域)を推定することが困難であるという問題があった。
However, in the wireless multi-hop network, as shown in FIG. 1, it is not determined which node each
そこで、上記事情を一着眼点にして本発明の一実施形態によるノード20を創作するに至った。本発明の一実施形態によるノード20によれば、無線チャネルごとに、同一ネットワークを構成する他のノードとの間のリンク品質を、隠れ端末およびさらし端末を考慮しつつ、効率的に算出することができる。以下、このようなノード20の構成および動作を詳細に説明する。
In view of the above circumstances, the
<2.ノードの構成>
(用語の整理)
まず、ノードの構成の説明に先立ち、本明細書において用いる用語の一部を説明する。なお、以下の説明は各用語の意義の一例であり、各用語の意義は以下の説明に限定されない。
・理想環境
あるノードから見て、他のノードによるフレーム送信が存在せず、送信フレームの失敗がない環境である。
・利用可能帯域率AB
理想環境におけるブロードキャストフレームの単位時間あたりの送信量に対する、実環境におけるブロードキャストフレームの単位時間あたりの送信量の割合である。このため、CSMA/CAアクセス方式を用いる無線ネットワークにおいては、利用可能帯域率が1に近いほど獲得可能なフレーム送信機会が多いことを意味する。
・通信可能帯域率CB
理想環境におけるブロードキャストフレームの単位時間あたりの送信量に対する、実環境におけるブロードキャストフレームの単位時間あたりの受信成功量の割合である。
・送信成功率FS
送信フレーム量に対する受信フレーム量の割合である。(通信可能帯域率CB)/(利用可能帯域率AB)、および1−FER(Frame Error Ratio)と等価である。送信成功率FSは、値が1に近づくほど、受信フレーム数が送信フレーム数に近づくことを意味する。すなわち、送信成功率FSは、値が1に近づくほど通信状態が良好であることを意味する。
・無線リンク品質(#X)
あるノード20における、ノード20#Xに対する無線リンクの品質である。
<2. Node configuration>
(Organization of terms)
First, prior to the description of the node configuration, some of the terms used in this specification will be described. The following explanation is an example of the meaning of each term, and the meaning of each term is not limited to the following explanation.
-Ideal environment An environment where there is no frame transmission by another node and there is no transmission frame failure as seen from a certain node.
-Available bandwidth ratio AB
This is the ratio of the transmission amount per unit time of the broadcast frame in the real environment to the transmission amount per unit time of the broadcast frame in the ideal environment. For this reason, in a wireless network using the CSMA / CA access scheme, the closer the available bandwidth ratio is to 1, the more frame transmission opportunities that can be acquired.
・ Communication bandwidth ratio CB
This is the ratio of the amount of successful reception per unit time of the broadcast frame in the real environment to the amount of transmission per unit time of the broadcast frame in the ideal environment.
・ Transmission success rate FS
This is the ratio of the amount of received frames to the amount of transmitted frames. It is equivalent to (communication bandwidth ratio CB) / (available bandwidth ratio AB) and 1-FER (Frame Error Ratio). The transmission success rate FS means that the closer the value is to 1, the closer the number of received frames is to the number of transmitted frames. In other words, the transmission success rate FS means that the closer the value is to 1, the better the communication state is.
・ Radio link quality (#X)
This is the quality of a radio link for a
図5は、本発明の一実施形態によるノード20の構成を示した機能ブロック図である。図5に示したように、ノード20は、アンテナ216と、通信部220と、通信制御部224と、算出部230と、受信状況取得部236と、を備える。また、算出部230は、送信量測定部232、利用可能率算出部234、通信可能率算出部238、送信成功率算出部240、リンク品質算出部242、およびチャネル品質算出部244を含む。
FIG. 5 is a functional block diagram showing the configuration of the
アンテナ216は、周囲のノード20から無線信号を受信して電気的な高周波信号を取得し、高周波信号を通信部220へ供給する。また、アンテナ216は、通信部220から供給される高周波信号に基づいて周囲のノード20に無線信号を送信する。なお、図5においてはノード20が1のアンテナ216を備える例を示しているが、ノード20は、複数のアンテナを備え、MIMO(Multiple Input Multiple Output)通信やダイバーシティ通信に対応していてもよい。
The
通信部220は、アンテナ216から供給される高周波信号の復調および復号などを行って受信フレームを取得する。また、通信部220は、送信フレームの符号化および変調などを行い、送信フレームを高周波信号に変換してアンテナ216へ供給する。なお、通信部220は、通信制御部224により指示された無線チャネルで無線信号が送受信されるよう受信処理および送信処理を行う。
The
通信制御部224は、通信チャネルの選択および送信フレームの生成など、通信部220による通信全般を制御する。
The
算出部230および受信状況取得部236は、事前に取得済のブロードキャストフレームのフレーム長L(Bytes)、および、理想環境におけるブロードキャストフレーム(フレーム長L)の単位時間あたりの最大送信量Tx_realに基づき、ノード20の無線リンク品質やチャネル品質などを算出する。
The
(フレーム長の決定)
上記ブロードキャストフレームのフレーム長L(Byte)は、無線マルチホップネットワークを利用するアプリケーションの特性に依存して決定されてもよい。例えば、アプリケーションによりネットワーク全体で平均L_avg(Bytes)のフレーム送受信が発生することが想定される場合、フレーム長L=L_avgとしてもよい。
(Determining the frame length)
The frame length L (Byte) of the broadcast frame may be determined depending on the characteristics of the application using the wireless multi-hop network. For example, when it is assumed that an average L_avg (Bytes) frame transmission / reception occurs in the entire network by the application, the frame length L may be L = L_avg.
(理想環境における最大送信量Tx_realの測定)
また、理想環境におけるブロードキャストフレームの単位時間あたりの最大送信量Tx_realは、例えば電波暗室を利用して測定することができる。また、最大送信量Tx_realとしては、単位時間あたりの送信フレーム数やスループットなどがあげられるが、以下の説明では、最大送信量Tx_realが送信フレーム数であるものとする。また、最大送信量Tx_realは、物理層の伝送速度に大きく依存する。このため、無線リンク品質やチャネル品質を算出するために利用するブロードキャストフレームの伝送速度ごとに最大送信量Tx_realを測定しておく。
(Measurement of maximum transmission amount Tx_real in ideal environment)
In addition, the maximum transmission amount Tx_real per unit time of a broadcast frame in an ideal environment can be measured using, for example, an anechoic chamber. Further, examples of the maximum transmission amount Tx_real include the number of transmission frames per unit time and throughput. In the following description, it is assumed that the maximum transmission amount Tx_real is the number of transmission frames. The maximum transmission amount Tx_real greatly depends on the transmission rate of the physical layer. Therefore, the maximum transmission amount Tx_real is measured for each transmission rate of the broadcast frame used for calculating the radio link quality and the channel quality.
なお、本明細書においては無線リンク品質やチャネル品質を算出するための実施例として第1の例〜第3の例を説明する。第1の例〜第3の例においては、以下に説明するように、事前に測定しておくべき最大送信量Tx_realが異なる。 In the present specification, first to third examples will be described as examples for calculating radio link quality and channel quality. In the first to third examples, as described below, the maximum transmission amount Tx_real that should be measured in advance is different.
第1の例は、ネットワーク#1においてノード20により固定の伝送速度R_fix(Bytes/s)が利用されると想定される場合の実施例である。このため、第1の例においては、理想環境における伝送速度R_fixでのブロードキャストフレームの最大送信量Tx_realを事前測定する。
The first example is an example when it is assumed that a fixed transmission rate R_fix (Bytes / s) is used by the
第2の例は、ネットワーク#1においてノード20により複数の伝送速度が適宜変更して利用されると想定される場合の実施例である。このため、第2の例においては、理想環境におけるブロードキャストフレームの最大送信量Tx_realを複数の伝送速度ごとに事前測定する。そして、第2の例によれば、事前測定された伝送速度ごとの最大送信量Tx_realのうち、最も使用頻度の高い伝送速度での最大送信量Tx_realが利用可能帯域率の算出に用いられる。以下では、伝送速度Rでの単位時間あたりの最大送信量をTx_real[R]と表記する。
The second example is an example when it is assumed that a plurality of transmission rates are appropriately changed and used by the
第3の例は、ネットワーク#1においてノード20により複数の伝送速度が適宜変更して利用されると想定される場合の実施例である。このため、第3の例においては、第2の例と同様に、理想環境におけるブロードキャストフレームの最大送信量Tx_realを複数の伝送速度ごとに事前測定する。第2の例と異なるのは、事前測定された伝送速度ごとの最大送信量Tx_realを複合的に利用して利用可能帯域率を算出する点である。
The third example is an example when it is assumed that a plurality of transmission rates are appropriately changed and used by the
以下では、上記の事前測定により図6に示す最大送信量Tx_realが得られたものとして、算出部230および受信状況取得部236の構成を説明する。
Below, the structure of the
(実環境における最大送信量Txの測定)
通信制御部224は、1の無線チャネルを選択し、通信部220から伝送速度Rでブロードキャストフレームを送信させ、送信量測定部232は、ブロードキャストフレームの伝送速度Rでの単位時間あたりの最大送信量Tx[R]を測定する。
(Measurement of maximum transmission amount Tx in real environment)
The
具体的には、第1の例においては、ブロードキャストフレームの伝送速度Rとして固定の伝送速度R_fixを用い、実環境における最大送信量Tx[R_fix]を測定する。 Specifically, in the first example, a fixed transmission rate R_fix is used as the transmission rate R of the broadcast frame, and the maximum transmission amount Tx [R_fix] in the real environment is measured.
第2の例においては、複数の伝送速度のうちで最も使用頻度が高い伝送速度での最大送信量Txを測定する。図7に示したように、伝送速度R1の使用頻度が10%であり、伝送速度R2の使用頻度が30%であり、伝送速度R3の使用頻度が40%であり、伝送速度R1の使用頻度が20%である場合、最も使用頻度が高い伝送速度R3での最大送信量Tx[R3]を測定する。なお、ノード20が各伝送速度の使用履歴を記録している場合、当該使用履歴から各伝送速度の使用頻度を取得してもよい。
In the second example, the maximum transmission amount Tx at the transmission rate with the highest use frequency among the plurality of transmission rates is measured. As shown in FIG. 7, the usage rate of the transmission rate R1 is 10%, the usage rate of the transmission rate R2 is 30%, the usage rate of the transmission rate R3 is 40%, and the usage rate of the transmission rate R1. Is 20%, the maximum transmission amount Tx [R3] at the transmission rate R3 with the highest use frequency is measured. In addition, when the
第3の例においては、伝送速度R1〜R4の各々での最大送信量Tx[R1]、Tx[R2]、Tx[R3]、およびTx[R4]を測定する。以下では、図8に示す測定結果が得られたものとして説明を進める。 In the third example, the maximum transmission amounts Tx [R1], Tx [R2], Tx [R3], and Tx [R4] at each of the transmission rates R1 to R4 are measured. Hereinafter, the description will be made assuming that the measurement result shown in FIG. 8 is obtained.
(利用可能帯域率ABの算出)
利用可能率算出部234は、理想環境における最大送信量Tx_realおよび実環境における最大送信量Txから、利用可能帯域率AB(0≦AB≦1)を算出する。具体的には、第1の例〜第3の例の各々においては、以下のようにして利用可能帯域率ABを算出する。なお、U(R)は、伝送速度Rの使用頻度を意味する。
(Calculation of available bandwidth ratio AB)
The available
・第1の例
AB=Tx[R_fix]/Tx_real[R_fix]
First example AB = Tx [R_fix] / Tx_real [R_fix]
・第2の例
AB=Tx[R]/Tx_real[R](U[R]が最大となるR)
=Tx[R3]/Tx_real[R3]
Second example AB = Tx [R] / Tx_real [R] (R that maximizes U [R])
= Tx [R3] / Tx_real [R3]
・第3の例
AB=Σ((Tx[R]/Tx_real[R])×U[R])(ΣU[R]=1)
=(Tx[R1]/Tx_real[R1])×U[R1]
+(Tx[R2]/Tx_real[R2])×U[R2]
+(Tx[R3]/Tx_real[R3])×U[R3]
+(Tx[R4]/Tx_real[R4])×U[R4]
・ Third example
AB = Σ ((Tx [R] / Tx_real [R]) × U [R]) (ΣU [R] = 1)
= (Tx [R1] / Tx_real [R1]) × U [R1]
+ (Tx [R2] / Tx_real [R2]) × U [R2]
+ (Tx [R3] / Tx_real [R3]) × U [R3]
+ (Tx [R4] / Tx_real [R4]) × U [R4]
したがって、図6〜図8に示した測定結果などを用いる場合、第1の例〜第3の例の各々においては、以下の利用可能帯域率ABが算出される。 Therefore, when the measurement results shown in FIGS. 6 to 8 are used, the following available bandwidth ratio AB is calculated in each of the first to third examples.
・第1の例
AB=Tx[R1]/Tx_real[R1]
=135/160
≒0.84(R_fix=R1の場合)
AB=Tx[R2]/Tx_real[R2]
=65/80
≒0.81(R_fix=R2の場合)
AB=Tx[R3]/Tx_real[R3]
=25/40
≒0.63(R_fix=R3の場合)
AB=Tx[R4]/Tx_real[R4]
=15/20
=0.75(R_fix=R4の場合)
First example AB = Tx [R1] / Tx_real [R1]
= 135/160
≒ 0.84 (when R_fix = R1)
AB = Tx [R2] / Tx_real [R2]
= 65/80
≒ 0.81 (when R_fix = R2)
AB = Tx [R3] / Tx_real [R3]
= 25/40
≈ 0.63 (when R_fix = R3)
AB = Tx [R4] / Tx_real [R4]
= 15/20
= 0.75 (when R_fix = R4)
・第2の例
AB=Tx[R3]/Tx_real[R3]
≒0.63
Second example AB = Tx [R3] / Tx_real [R3]
≒ 0.63
・第3の例
AB=(Tx[R1]/Tx_real[R1])×U[R1]
+(Tx[R2]/Tx_real[R2])×U[R2]
+(Tx[R3]/Tx_real[R3])×U[R3]
+(Tx[R4]/Tx_real[R4])×U[R4]
=(135/160)×0.1
+(65/80)×0.3
+(25/40)×0.4
+(15/20)×0.2
≒0.73
Third example AB = (Tx [R1] / Tx_real [R1]) × U [R1]
+ (Tx [R2] / Tx_real [R2]) × U [R2]
+ (Tx [R3] / Tx_real [R3]) × U [R3]
+ (Tx [R4] / Tx_real [R4]) × U [R4]
= (135/160) x 0.1
+ (65/80) x 0.3
+ (25/40) x 0.4
+ (15/20) x 0.2
≒ 0.73
以上説明したように、ノード20は、ブロードキャストフレームを送信することにより利用可能帯域率ABを算出することができる。ここで、ユニキャストフレームでなく、ブロードキャストフレームを利用することにより、例えば以下の顕著な効果が得られる。
(1)ブロードキャストフレームを利用する場合、通信相手を用意せず、ノード20単体で利用可能帯域率ABを算出することができる。
(2)ユニキャストフレームを利用する場合、通信相手からACKが受信されないと送信を停止してしまう場合が想定され、この場合、最大送信量Txを正確に算出することができなくなる。
As described above, the
(1) When a broadcast frame is used, the available bandwidth ratio AB can be calculated by the
(2) When a unicast frame is used, it is assumed that transmission is stopped unless an ACK is received from a communication partner. In this case, the maximum transmission amount Tx cannot be accurately calculated.
(通信可能帯域率CBの算出)
上記のようにして算出される利用可能帯域率ABは、無線チャネルの状況の判定材料として有用である。しかし、実環境においては、ノード20が送信したフレームが相手ノードにおいて正常に受信できない場合がある。特に、通信媒体が無線である場合、有線と比較して、相手ノードにおいて正常にフレームを受信できないケースが多い。
(Calculation of communicable bandwidth ratio CB)
The available bandwidth ratio AB calculated as described above is useful as a material for determining the status of the radio channel. However, in a real environment, the frame transmitted by the
そこで、本実施形態においては、相手ノードの受信状況が加味された通信可能帯域率CBを算出する。具体的には、通信可能帯域率CBの算出のために、図9に示したように例えばノード20#Bからブロードキャストフレームが送信されると、各ノード20の受信状況取得部236が、ブロードキャストフレームの受信状況を取得し、記録しておく。なお、ネットワーク#1を構成する各ノード20は同一の無線チャネルを利用して動作している。
Therefore, in the present embodiment, the communicable bandwidth ratio CB is calculated in consideration of the reception status of the counterpart node. Specifically, for example, when a broadcast frame is transmitted from the
その後、各ノード20の通信制御部224が、ブロードキャストフレームの受信状況を通信部220からノード20#Bにフィードバックさせる。なお、受信状況としては、図10に示したように、伝送速度ごとの単位時間あたりの受信フレーム数、平均受信RSSI(Received Signal Strength Indicator)、および平均受信フレーム長(=ブロードキャストフレーム長L)などがあげられる。
Thereafter, the
また、受信状況のフィードバックは、ブロードキャストフレームの送信元に対するユニキャストにより行ってもよいし、上記送信元を記載したブロードキャストにより行ってもよい。 Further, the feedback of the reception status may be performed by unicast to the transmission source of the broadcast frame, or may be performed by broadcast describing the transmission source.
通信可能率算出部230は、こうして得られた受信状況、および理想環境における最大送信量Tx_realから、ノード20#X(同一ネットワークを形成するいずれかのノード)に対する通信可能帯域率CB[X]を算出する。具体的には、第1の例〜第3の例の各々においては、以下のようにして通信可能帯域率CBを算出する。なお、Rx[#X、R]は、伝送速度Rでのノード20#Xにおける単位時間当たりの受信フレーム数を意味する。
The communicable
・第1の例
CB[#X]=Rx[#X,R_fix]/Tx_real[R_fix]
First Example CB [#X] = Rx [#X, R_fix] / Tx_real [R_fix]
・第2の例
CB[#X]=Rx[#X,R]/Tx_real[R]
(U[R]が最大となるR)
=Rx[#X,R3]/Tx_real[R3]
Second example CB [#X] = Rx [# X, R] / Tx_real [R]
(R that maximizes U [R])
= Rx [# X, R3] / Tx_real [R3]
・第3の例
CB[#X]=Σ((Tx[#X,R]/Tx_real[R])×U[R])
(ΣU[R]=1)
=(Rx[#X,R1]/Tx_real[R1])×U[R1]
+(Rx[#X,R2]/Tx_real[R2])×U[R2]
+(Rx[#X,R3]/Tx_real[R3])×U[R3]
+(Rx[#X,R4]/Tx_real[R4])×U[R4]
Third Example CB [#X] = Σ ((Tx [# X, R] / Tx_real [R]) × U [R])
(ΣU [R] = 1)
= (Rx [# X, R1] / Tx_real [R1]) × U [R1]
+ (Rx [# X, R2] / Tx_real [R2]) × U [R2]
+ (Rx [# X, R3] / Tx_real [R3]) × U [R3]
+ (Rx [# X, R4] / Tx_real [R4]) × U [R4]
したがって、図6に示した測定結果および図10に示した受信状況を用いる場合、第1の例〜第3の例の各々においては、以下の通信可能帯域率CB[#X]が算出される。 Therefore, when the measurement results shown in FIG. 6 and the reception status shown in FIG. 10 are used, the following communicable bandwidth ratio CB [#X] is calculated in each of the first to third examples. .
・第1の例
CB[#X]=Rx[#X,R1]/Tx_real[R1]
=130/160
≒0.81(R_fix=R1の場合)
CB[#X]=Rx[#X,R2]/Tx_real[R2]
=60/80
=0.75(R_fix=R2の場合)
CB[#X]=Rx[#X,R3]/Tx_real[R3]
=20/40
=0.5(R_fix=R3の場合)
CB[#X]=Rx[#X,R4]/Tx_real[R4]
=10/20
=0.5(R_fix=R4の場合)
First Example CB [#X] = Rx [#X, R1] / Tx_real [R1]
= 130/160
≒ 0.81 (when R_fix = R1)
CB [#X] = Rx [#X, R2] / Tx_real [R2]
= 60/80
= 0.75 (when R_fix = R2)
CB [#X] = Rx [#X, R3] / Tx_real [R3]
= 20/40
= 0.5 (when R_fix = R3)
CB [#X] = Rx [#X, R4] / Tx_real [R4]
= 10/20
= 0.5 (when R_fix = R4)
・第2の例
CB[#X]=Rx[#X,R3]/Tx_real[R3]
=20/40
=0.5
Second example CB [#X] = Rx [#X, R3] / Tx_real [R3]
= 20/40
= 0.5
・第3の例
CB[#X]=(Rx[#X,R1]/Tx_real[R1])×U[R1]
+(Rx[#X,R2]/Tx_real[R2])×U[R2]
+(Rx[#X,R3]/Tx_real[R3])×U[R3]
+(Rx[#X,R4]/Tx_real[R4])×U[R4]
=(130/160)×0.1
+(60/80)×0.3
+(20/40)×0.4
+(10/20)×0.2
≒0.61
Third Example CB [#X] = (Rx [#X, R1] / Tx_real [R1]) × U [R1]
+ (Rx [# X, R2] / Tx_real [R2]) × U [R2]
+ (Rx [# X, R3] / Tx_real [R3]) × U [R3]
+ (Rx [# X, R4] / Tx_real [R4]) × U [R4]
= (130/160) x 0.1
+ (60/80) x 0.3
+ (20/40) x 0.4
+ (10/20) x 0.2
≒ 0.61
以上説明したように、ノード20は、ブロードキャストフレームを送信し、その受信状況を周囲のノードから受信することにより、通信可能帯域率CBを算出することができる。この定量的評価によれば、周囲のノードが複数存在する場合においても、一度のブロードキャストフレームの送信により各ノードに対する通信可能帯域率CBを算出することが可能であるので、各ノードにユニキャストフレームを送信する場合と比較して効率的である。
As described above, the
特に、無線マルチホップネットワークにおいては、どのノードと通信するかによって通信相手が異なり、かつ、ノードの移動や無線チャネル状況に応じて時々刻々と通信相手が変化する。したがって、本実施形態による通信可能帯域率CBの算出方法のように、ユニキャスト通信を利用する方法と比較してオーバーヘッドを抑制して効率的に通信可能帯域率CBを得ることは、無線マルチホップネットワークにおいて極めて有効である。 In particular, in a wireless multi-hop network, the communication partner differs depending on which node communicates with, and the communication partner changes from moment to moment according to the movement of the node and the state of the radio channel. Therefore, as in the method of calculating the communicable bandwidth CB according to the present embodiment, it is possible to efficiently obtain the communicable bandwidth CB while suppressing overhead compared to a method using unicast communication. It is extremely effective in the network.
(送信成功率FSの算出)
送信成功率算出部240は、利用可能率算出部234により算出された利用可能帯域率AB、および通信可能率算出部238により算出された通信可能帯域率CBから、送信フレーム量に対する受信フレーム量である送信成功率FSを算出する。具体的には、第1の例〜第3の例の各々においては、以下のようにして送信成功率FSを算出する。なお、FS[#X]は、ノード20#Xに対するフレームの送信成功率を意味する。
(Calculation of transmission success rate FS)
The transmission success
・第1の例
FS[#X]=CB[#X]/AB
=0.81/0.84
≒0.96(R_fix=R1の場合)
FS[#X]=CB[#X]/AB
=0.75/0.81
=0.93(R_fix=R2の場合)
FS[#X]=CB[#X]/AB
=0.5/0.63
=0.79(R_fix=R3の場合)
FS[#X]=CB[#X]/AB
=0.5/0.75
=0.67(R_fix=R4の場合)
First example FS [#X] = CB [#X] / AB
= 0.81 / 0.84
≈ 0.96 (when R_fix = R1)
FS [#X] = CB [#X] / AB
= 0.75 / 0.81
= 0.93 (when R_fix = R2)
FS [#X] = CB [#X] / AB
= 0.5 / 0.63
= 0.79 (when R_fix = R3)
FS [#X] = CB [#X] / AB
= 0.5 / 0.75
= 0.67 (when R_fix = R4)
・第2の例
FS[#X]=CB[#X]/AB
=0.5/0.63
=0.79
Second example FS [#X] = CB [#X] / AB
= 0.5 / 0.63
= 0.79
・第3の例
FS[#X]=CB[#X]/AB
=0.61/0.73
=0.84
Third example FS [#X] = CB [#X] / AB
= 0.61 / 0.73
= 0.84
なお、上記では、送信成功率算出部240が利用可能帯域率AB、および通信可能帯域率CBから送信成功率FSを算出する例を説明したが、送信成功率の算出方法はかかる例に限定されない。例えば、送信成功率算出部240は、送信量測定部232により測定された最大送信量Txと、ノード20#Xからフィードバックされた受信量Rxとから送信成功率FSを算出してもよい。
In the above description, an example in which the transmission success
(無線リンク品質の算出)
ここで、以上説明した利用可能帯域率ABおよび送信成功率FSと、さらし端末問題および隠れ端末問題との関係を検討する。
(Calculation of radio link quality)
Here, the relationship between the usable bandwidth rate AB and the transmission success rate FS described above, and the exposed terminal problem and the hidden terminal problem will be examined.
図3に示したように、ノード20#Bがノード22#Oのさらし端末に該当する場合、ノード20#Bからノード20#Aへのフレーム送信は、ノード22#Oからのフレーム送信との間でCSMA/CAによるアクセス競合が発生する。このため、ノード20#Bの送信機会が減少し、ノード20#Bの利用可能帯域ABも低下することが予想される。すなわち、利用可能帯域率ABは、さらし端末の影響に依存する値であり、さらし端末の影響の度合いを示すパラメータとして捉えることもできる。
As shown in FIG. 3, when the
一方、図2に示したように、ノード20#Bの隠れ端末としてノード22#Lが存在する場合、ノード20#Bからノード20#Aへのフレームの送信成功率FSは、ノード22#Lから送信されたフレームとの衝突により低下することが予想される。すなわち、送信成功率FSは、隠れ端末の影響に依存する値であり、隠れ端末の影響の度合いを示すパラメータとして捉えることもできる。
On the other hand, as illustrated in FIG. 2, when the
そこで、本実施形態においては、利用可能帯域率ABおよび送信成功率FSの双方を用いることで、隠れ端末およびさらし端末の影響の度合いを考慮した無線リンク品質LQ[#X]および無線チャネル品質を算出する。具体的には、リンク品質算出部242が以下の数式に従って、利用可能帯域率ABおよび送信成功率FSを重み付け加算することによって無線リンク品質LQ[#X]を算出する。
Therefore, in this embodiment, by using both the available bandwidth rate AB and the transmission success rate FS, the radio link quality LQ [#X] and the radio channel quality considering the degree of influence of the hidden terminal and the exposed terminal are set. calculate. Specifically, the link
LQ[#X]=AB×α+FS[#X]×(1−α)(0≦α≦1) LQ [#X] = AB × α + FS [#X] × (1−α) (0 ≦ α ≦ 1)
なお、上記数式におけるαは、無線リンク品質LQの隠れ端末の影響およびさらし端末の影響への依存度を決定する重み係数である。例えば、重み係数αを大きくすれば、無線リンク品質LQにさらし端末の影響が大きく反映されるようになり、重み係数αを小さくすれば、無線リンク品質LQに隠れ端末の影響が大きく反映されるようになる。また、この重み係数αの設定方法は特に限定されない。例えば、オペレータが目的に応じて重み係数αを設定してもよいし、ノード20がネットワークトポロジーなどに基づいて動的に重み係数αを設定してもよい。
In the above equation, α is a weighting factor that determines the dependence of the radio link quality LQ on the influence of hidden terminals and the influence of exposed terminals. For example, if the weighting factor α is increased, the influence of the terminal is greatly reflected on the radio link quality LQ, and if the weighting factor α is decreased, the influence of the hidden terminal is greatly reflected on the radio link quality LQ. It becomes like this. Moreover, the setting method of this weighting coefficient (alpha) is not specifically limited. For example, the operator may set the weighting factor α according to the purpose, or the
したがって、重み係数α=0.5である場合、第1の例〜第3の例の各々においては、以下の無線リンク品質LQ[#X]が算出される。 Therefore, when weighting factor α = 0.5, the following radio link quality LQ [#X] is calculated in each of the first to third examples.
・第1の例
LQ[#X]=0.84×0.5+0.96×0.5
≒0.9(R_fix=R1の場合)
LQ[#X]=0.81×0.5+0.93×0.5
=0.87(R_fix=R2の場合)
LQ[#X]=0.63×0.5+0.79×0.5
=0.71(R_fix=R3の場合)
LQ[#X]=0.75×0.5+0.67×0.5
=0.71(R_fix=R4の場合)
First example LQ [#X] = 0.84 × 0.5 + 0.96 × 0.5
≈ 0.9 (when R_fix = R1)
LQ [#X] = 0.81 × 0.5 + 0.93 × 0.5
= 0.87 (when R_fix = R2)
LQ [#X] = 0.63 × 0.5 + 0.79 × 0.5
= 0.71 (when R_fix = R3)
LQ [#X] = 0.75 × 0.5 + 0.67 × 0.5
= 0.71 (when R_fix = R4)
・第2の例
LQ[#X]=0.63×0.5+0.79×0.5
=0.71
Second example LQ [#X] = 0.63 × 0.5 + 0.79 × 0.5
= 0.71
・第3の例
LQ[#X]=0.73×0.5+0.84×0.5
=0.79
Third example LQ [#X] = 0.73 × 0.5 + 0.84 × 0.5
= 0.79
リンク品質算出部242は、上記のようにして、隣接ノードとの間の無線リンク品質LQを、隠れ端末の影響およびさらし端末の影響を考慮した形で算出する。例えば、図1に示したノード20#Bのリンク品質算出部242は、同一ネットワークを形成するノード20#A、ノード20#C、ノード20#D、およびノード20#Eとの無線リンク品質LQを算出する。
As described above, the link
(無線チャネル品質CQの算出)
ノード20#Xのチャネル品質算出部244は、まず、リンク品質算出部242により算出された隣接ノードとの間の無線リンク品質LQに基づき、ノード20#Xにおける無線チャネル品質CQ[#X]を算出する。そして、チャネル品質算出部244は、同一無線ネットワークを形成する隣接ノードにおける無線チャネル品質CQ[#]を取得し、隣接ノードにおける無線チャネル品質CQ[#]、およびノード20#Xにおける無線チャネル品質CQ[#X]に基づいて最終的な無線チャネル品質CQを算出する。
(Calculation of radio channel quality CQ)
The channel
さらに、ネットワークを構成する各ノード20が無線チャネルを順次に変更して以上説明した処理を行うことにより、無線チャネル品質CQを無線チャネルごとに算出することができる。その結果、無線チャネルごとの無線チャネル品質CQに基づき、最も利用可能帯域が広く、通信品質が良好な無線チャネルを通信チャネルとして選択することが可能となる。以下、ノード20#Xにおける無線チャネル品質CQ[#X]、および最終的な無線チャネル品質CQの算出方法を具体的に説明する。
Furthermore, the wireless channel quality CQ can be calculated for each wireless channel by each
まず、チャネル品質算出部244は、ノード20#Xにおける無線チャネル品質CQ[#X]を以下のようにして算出する。なお、LQ[#X、#Y]は、ノード20#Xにおけるノード#Yに対する無線リンク品質を意味する。
First, channel
CQ[#X]=Σ(LQ[#X,m])/ノード20#Xに隣接するノード数
(ノードmはノード20#Xに隣接する全てのノード)
CQ [#X] = Σ (LQ [# X, m]) / number of nodes adjacent to
(Node m is all nodes adjacent to
つまり、ノード20#Xのチャネル品質算出部244は、ノード20#Xに隣接する全てのノードに対する無線リンク品質LQを平均することにより、ノード20#Xにおける無線チャネル品質CQ[#X]を算出する。したがって、例えば図1に示したノード20#Bのチャネル品質算出部244は、無線チャネル品質CQ[#B]を以下のように算出する。
That is, the channel
CQ[#B]=(LQ[#B,#A]+LQ[#B,#C]
+LQ[#B,#D]+LQ[#B,#E])/4
CQ [#B] = (LQ [#B, #A] + LQ [#B, #C]
+ LQ [#B, #D] + LQ [#B, #E]) / 4
同一無線ネットワークを構成する全てのノード20は、上記のようにしてチャネル品質算出部244により算出された各ノード20における無線チャネル品質CQ[#]を、特定ノードに対するユニキャスト、ブロードキャスト、またはフラッディングにより送信する。これにより、各ノード20、または特定のノードは、同一無線ネットワークを構成する全てのノード20における無線チャネル品質CQ[#]を取得することができる。
All the
そして、同一無線ネットワークを構成する全てのノード20における無線チャネル品質CQ[#]を取得したノード20#Xは、以下に示すように、全てのノード20における無線チャネル品質CQ[#]を平均することにより最終的な無線チャネル品質CQを算出する。
Then, the
CQ=Σ(CQ[n])/ネットワーク内に存在する全ノード数
(ノードnはネットワーク内に存在する全てのノード)
CQ = Σ (CQ [n]) / total number of nodes present in the network
(Node n is all nodes existing in the network)
または、ノード20#Xのチャネル品質算出部244は、各ノード20のトラフィック量が予想できる場合には、以下に示すように、各ノード20のトラフィック量に応じて各ノード20における無線チャネル品質CQ[#]を重み付けすることにより無線チャネル品質CQを算出してもよい。
Alternatively, when the traffic quality of each
CQ=Σ(β[n]×CQ[n])/ネットワーク内に存在する全ノード数
(β[n]=T[n]/Σ(T[p]))
CQ = Σ (β [n] × CQ [n]) / total number of nodes existing in the network
(Β [n] = T [n] / Σ (T [p]))
ここで、β[n]はノードnのトラフィック量T[n]を全体のトラフィック量Σ(T[p])で正規化した値である。このため、Σβ[n]=1を満足する。 Here, β [n] is a value obtained by normalizing the traffic amount T [n] of the node n by the total traffic amount Σ (T [p]). Therefore, Σβ [n] = 1 is satisfied.
(変形例)
以上説明した方法により算出された無線チャネル品質CQは、ネットワークを構成する全ての無線リンク(双方向)の無線リンク品質に依存する値である。したがって、実際のネットワーク運用時に、図11に示すように、ネットワークを構成する全ての無線リンクが利用されることが予想される場合、上記方法により無線チャネル品質CQを算出することは有効である。
(Modification)
The radio channel quality CQ calculated by the method described above is a value depending on the radio link quality of all radio links (bidirectional) constituting the network. Therefore, when it is expected that all wireless links constituting the network will be used during actual network operation as shown in FIG. 11, it is effective to calculate the wireless channel quality CQ by the above method.
一方、実際のネットワーク運用時に、図12に示すように、一部の無線リンクにトラフィックが集中し、一部の無線リンクが利用されないことが予想される場合、利用されない無線リンクの無線リンク品質が無線チャネル品質CQに反映されることは必ずしも好ましくはない。 On the other hand, as shown in FIG. 12, when traffic is concentrated on some radio links and it is expected that some radio links will not be used during actual network operation, the radio link quality of the radio links that are not used is It is not always preferable to be reflected in the radio channel quality CQ.
そこで、ノード20#Xのチャネル品質算出部244は、ネットワーク運用時のトラフィックを予想できる場合、ノード20#Xにおける無線チャネル品質CQ[#X]を、トラフィックの流れに応じた方法で算出してもよい。具体的には、ノード20#Xのチャネル品質算出部244は、以下に示すように、ネットワーク運用時のノード20#Xからのフレーム送信先として予想されるノード#Nに対する無線リンク品質[#X、#N]から無線チャネル品質CQ[#X]を算出してもよい。
Therefore, the channel
CQ[#X]=LQ[#X,#N] CQ [#X] = LQ [#X, #N]
したがって、例えば図12に示したようにノード20#Bとノード20#Eの間の無線リンクにトラフィックが集中することが予想される場合、ノード20#Bのチャネル品質算出部244は、無線チャネル品質CQ[#B]を以下のように算出する。
Therefore, for example, as shown in FIG. 12, when traffic is expected to concentrate on the radio link between the
CQ[#B]=LQ[#B,#E] CQ [#B] = LQ [#B, #E]
かかる構成により、実際のネットワーク運用時に利用される無線リンクの無線リンク品質が反映された無線チャネル品質CQを算出できるので、より適切に無線チャネルを選択することが可能となる。なお、試験的にネットワークをいずれかの無線チャネルで動作させることによりネットワーク運用時のトラフィックを予想してもよい。 With this configuration, it is possible to calculate the radio channel quality CQ reflecting the radio link quality of the radio link used during actual network operation, so it is possible to select a radio channel more appropriately. Note that traffic during network operation may be predicted by operating the network on any one of the radio channels on a trial basis.
(無線チャネルの選択および通信チャネルとしての利用)
ノード20は、チャネル品質算出部244により算出された無線チャネルごとの無線チャネル品質CQに基づき、最も品質が良好な無線チャネルを通信チャネルとして選択する。そして、同一ネットワークを構成する他のノード20と共に、選択した無線チャネルに通信チャネルを変更する。
(Selection of radio channel and use as communication channel)
Based on the radio channel quality CQ for each radio channel calculated by the channel
なお、ノード20は、通信チャネルとして選択した無線チャネル、および当該無線チャネルへの変更タイミングを示す情報を、同一ネットワークを構成する他のノード20に送信してもよい。例えば、ノード20は、上記情報をユニキャストにより送信してもよいし、ブロードキャストにより送信してもよいし、フラッディングにより送信してもよい。
Note that the
これにより、同一ネットワークを構成する複数のノード20が、新たな無線チャネル、および新たな無線チャネルへの変更タイミングを把握し、通信チャネルを同時に新たな無線チャネルに変更することが可能となる。
Thereby, the plurality of
<3.ノードの動作>
以上、本実施形態によるノード20の構成を説明した。続いて、図13を参照し、本実施形態によるノード20の動作を説明する。
<3. Node operation>
The configuration of the
図13は、本実施形態によるノード20の動作を示したフローチャートである。図13に示したように、まず、ノード20はブロードキャストフレームのフレーム長Lを決定する(S304)。続いて、ノード20は、理想環境におけるブロードキャストフレームの最大送信量Tx_realを測定する(S308)。なお、最大送信量Tx_realの測定は、各ノード20において行ってもよいし、1のノード20において行ってもよい。後者の場合、各ノード20は、1のノード20において測定された最大送信量Tx_realを用いて各パラメータを算出する。
FIG. 13 is a flowchart showing the operation of the
そして、ノード20は、利用可能な複数の無線チャネルのうちの1の無線チャネルを選択し、選択した無線チャネルを同一ネットワークを構成する他のノード20と共に通信チャネルとして設定する(S312)。その後、各ノード20が順次にブロードキャストフレームを送信し(S316)、実環境における最大送信量Txを測定する(S320)。さらに、各ノード20の利用可能率算出部234が、最大送信量Tx_realおよび最大送信量Txから利用可能帯域率ABを算出する(S324)。
Then, the
また、各ノード20は、ブロードキャストフレームの受信先の各々から受信フレーム量Rxを取得する(S328)。そして、各ノード20の通信可能率算出部238は、最大送信量Tx_realおよび受信フレーム量Rxから通信可能帯域率CBを算出する(S332)。さらに、各ノード20の送信成功率算出部240が、利用可能帯域率ABおよび通信可能帯域率CBから送信成功率FSを算出する(S336)。
Each
その後、各ノード20のリンク品質算出部242が、利用可能帯域率ABおよび送信成功率FSから各リンクの無線リンク品質LQを算出する(S340)。そして、各ノード20のチャネル品質算出部244が、リンク品質算出部242により算出された各リンクの無線リンク品質LQに基づいて各ノード20における無線チャネル品質CQ[#]を算出し、さらに、各ノード20における無線チャネル品質CQ[#]に基づいてネットワークにおける無線チャネル品質CQを算出する(S344)。
Thereafter, the link
続いて、全ての無線チャネルが選択済みであり、全ての無線チャネルの無線チャネル品質CQが得られている場合、最も無線チャネル品質が良好な無線チャネルを通信チャネルとして選択する(S356)。一方、未選択の無線チャネルがある場合、未選択の無線チャネルを通信チャネルとして選択し、S316からの処理を繰り返す(S352)。 Subsequently, when all the radio channels have been selected and the radio channel quality CQ of all the radio channels is obtained, the radio channel having the best radio channel quality is selected as the communication channel (S356). On the other hand, when there is an unselected radio channel, the unselected radio channel is selected as a communication channel, and the processing from S316 is repeated (S352).
なお、上記では図13のフローチャートに示した各処理をノード20が行う例を説明したが、図13のフローチャートに示した処理の一部を人的に行ってもよい。例えば、S304に示したブロードキャストフレームのフレーム長の決定、S312、S352、S356などに示した無線チャネルの選択などは、オペレータが人的に実行してもよい。
In the above description, an example in which the
<4.まとめ>
以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、利用可能帯域率ABおよび送信成功率FSの双方を用いることで、隠れ端末およびさらし端末の影響の度合いを考慮した無線リンク品質LQおよび無線チャネル品質を算出することができる。
<4. Summary>
As described above, according to an embodiment of the present invention, by using both the available bandwidth rate AB and the transmission success rate FS, the radio link quality LQ considering the degree of influence of hidden and exposed terminals, and Radio channel quality can be calculated.
また、本発明の一実施形態によれば、ノード20は、ブロードキャストフレームを送信することにより利用可能帯域率ABを算出することができる。ブロードキャストフレームを利用する場合、通信相手を用意せず、ノード20単体で利用可能帯域率ABを算出することができる点で効果的である。
Further, according to an embodiment of the present invention, the
さらに、本発明の一実施形態によれば、ブロードキャストフレームを送信し、その受信状況を周囲のノードから受信することにより、通信可能帯域率CBを算出することができる。この定量的評価によれば、周囲のノードが複数存在する場合においても、ブロードキャストフレームの送信により各ノードに対する通信可能帯域率CBを算出することが可能であるので、各ノードにユニキャストフレームを送信する場合と比較して効率的である。 Furthermore, according to an embodiment of the present invention, the communicable bandwidth ratio CB can be calculated by transmitting a broadcast frame and receiving the reception status from surrounding nodes. According to this quantitative evaluation, even when there are a plurality of surrounding nodes, it is possible to calculate the communicable bandwidth ratio CB for each node by transmitting a broadcast frame, so a unicast frame is transmitted to each node. This is more efficient than
なお、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
例えば、本明細書のノード20の処理における各ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、ノード20の処理における各ステップは、フローチャートとして記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。
For example, each step in the processing of the
また、ノード20に内蔵されるCPU、ROMおよびRAMなどのハードウェアを、上述したノード20の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。
In addition, it is possible to create a computer program for causing hardware such as a CPU, a ROM, and a RAM built in the
216 アンテナ
220 通信部
224 通信制御部
230 算出部
232 送信量測定部
234 利用可能率算出部
236 受信状況取得部
238 通信可能率算出部
240 送信成功率算出部
242 リンク品質算出部
244 チャネル品質算出部
216
Claims (12)
キャリアセンス型のアクセス方式で前記通信部からブロードキャストフレームを送信させる通信制御部と;
前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの送信量、および、前記1または2以上の無線通信装置の各々における前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの受信量に基づき、前記1または2以上の無線通信装置の各々との間の無線リンク品質を算出する算出部と;
を備える、無線通信装置。 A communication unit that communicates with one or more wireless communication devices forming the same wireless network;
A communication control unit for transmitting a broadcast frame from the communication unit in a carrier sense type access method;
Based on the transmission amount of the broadcast frame per unit time and the reception amount of the broadcast frame per unit time in each of the one or more wireless communication devices, and each of the one or more wireless communication devices A calculation unit for calculating the radio link quality between
A wireless communication device.
前記算出部は、前記1の伝送速度での前記利用可能帯域率および前記送信成功率を重み付け加算することにより前記無線リンク品質を算出する、請求項2に記載の無線通信装置。 The communication control unit transmits the broadcast frame at a transmission rate of 1 from the communication unit,
The radio communication apparatus according to claim 2, wherein the calculation unit calculates the radio link quality by weighted addition of the available bandwidth rate and the transmission success rate at the transmission rate of 1.
前記複数の伝送速度の各々での前記利用可能帯域率の統合値および前記送信成功率の統合値を重み付け加算することにより前記無線リンク品質を算出する、請求項2に記載の無線通信装置。 The communication control unit causes the broadcast unit to transmit the broadcast frame at a plurality of transmission rates,
The radio communication apparatus according to claim 2, wherein the radio link quality is calculated by weighted addition of the integrated value of the available bandwidth ratio and the integrated value of the transmission success rate at each of the plurality of transmission rates.
前記算出部は、前記複数の無線チャネルの各々での前記無線ネットワークにおけるチャネル品質を算出する、請求項7に記載の無線通信装置。 The communication control unit transmits a broadcast frame from the communication unit through a plurality of radio channels,
The wireless communication device according to claim 7, wherein the calculation unit calculates channel quality in the wireless network in each of the plurality of wireless channels.
前記複数の無線通信装置の各々は、
他の無線通信装置と通信する通信部と;
キャリアセンス型のアクセス方式で前記通信部からブロードキャストフレームを送信させる通信制御部と;
前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの送信量、および、前記他の無線通信装置の各々における前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの受信量に基づき、前記他の無線通信装置の各々との間の無線リンク品質を算出する算出部と;
を備える、無線通信システム。 A wireless communication system comprising a plurality of wireless communication devices forming the same wireless network, wherein:
Each of the plurality of wireless communication devices is
A communication unit that communicates with other wireless communication devices;
A communication control unit for transmitting a broadcast frame from the communication unit in a carrier sense type access method;
Radio link quality with each of the other wireless communication devices based on the transmission amount of the broadcast frame per unit time and the reception amount of the broadcast frame per unit time in each of the other wireless communication devices A calculating unit for calculating
A wireless communication system.
同一無線ネットワークを形成する1または2以上の無線通信装置と通信する通信部と;
キャリアセンス型のアクセス方式で前記通信部からブロードキャストフレームを送信させる通信制御部と;
前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの送信量、および、前記1または2以上の無線通信装置の各々における前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの受信量に基づき、前記1または2以上の無線通信装置の各々との間の無線リンク品質を算出する算出部と;
として機能させるための、プログラム。 Computer
A communication unit that communicates with one or more wireless communication devices forming the same wireless network;
A communication control unit for transmitting a broadcast frame from the communication unit in a carrier sense type access method;
Based on the transmission amount of the broadcast frame per unit time and the reception amount of the broadcast frame per unit time in each of the one or more wireless communication devices, and each of the one or more wireless communication devices A calculation unit for calculating the radio link quality between
Program to function as
前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの送信量、および、周囲の無線通信装置の各々における前記ブロードキャストフレームの単位時間あたりの受信量に基づき、前記周囲の無線通信装置との間の無線リンク品質を算出するステップと;
を含む、無線通信方法。
Transmitting a broadcast frame by a carrier sense type access method;
Based on the transmission amount of the broadcast frame per unit time and the reception amount of the broadcast frame per unit time in each of the surrounding wireless communication devices, the wireless link quality with the surrounding wireless communication device is calculated. Steps and;
A wireless communication method.
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