JP2014068188A

JP2014068188A - 無線通信装置

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Publication number: JP2014068188A
Application number: JP2012212125A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Uchikawa; 信幸内川; Junichi Shiraishi; 純一白石
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: JP6014441B2

Abstract

【課題】Ｎ対Ｎのグループ通信において応答信号の返送効率だけでなくデータの伝送効率を高め、これにより無線伝送帯域のさらなる有効利用を図る。
【解決手段】データの送信時に、経路情報を含むＭＡＣフレームと複数のデータ用ＭＡＣフレームとを、それぞれのＭＡＣフレームにその境界を表す情報を含むデリミタを付加したのち連結してマルチＭＡＣフレームを生成し、送信する。また、応答時には、受信したマルチＭＡＣフレームをデリミタに含まれる境界情報をもとに複数のＭＡＣフレームに分離し受信すると共に、この受信された経路情報を含むＭＡＣフレームと応答用のＭＡＣフレームとを、それぞれのフレームにその境界を表す情報を含むデリミタを付加したのち連結し、この連結処理により生成された応答用のマルチＭＡＣフレームを送信する。
【選択図】図２

Description

この発明は、通信相手が予め定められた複数のノード間で無線回線を介してＮ対Ｎのデータ伝送を行うシステムにおいて、上記ノードとして使用される無線通信装置に関する。

無線通信方式には、１対１の対向通信（Peer to Peer方式、Master-Slave方式）、１対Ｎの放送通信、Ｎ対Ｎのグループ通信等、種々の方式がある。また、用途により陸上移動系、海上移動系、陸上固定系、衛星を使用した中継等に分類される。このうち陸上移動系は、サービスエリアに基地局やアクセスポイントを設置し、これらの基地局又はアクセスポイント間を有線網を介して接続する構成を採ることが一般的である。このような陸上移動系の代表的なものとしては携帯電話網が挙げられる。

一方、同一無線チャネルを複数の無線局で共有して通信を行うためのアクセス技術としては、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式やＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avodiance）方式等がある。ＴＤＭＡ方式は、携帯電話システム等の無線通信に使われる方式の１つで、１つの周波数を短時間ずつ交代で複数の発信者で共有する。この方式は第二世代の携帯電話方式であるＰＤＣやＧＳＭ（登録商標）において使用されている。これに対しＣＳＭＡ／ＣＡ方式は、各局が無線チャネルの使用状況を監視して自律的にパケット（フレーム）の送信タイミングを決定するもので、IEEE 802.11を採用した無線ＬＡＮで使用されている。

ところで、海上移動系はサービスエリアに基地局を設置することができない。このため、この種のシステムでは、上記ＣＳＭＡ／ＣＡ方式のようなアクセス方式を用いて無線局間でアドホック通信することで、基地局やアクセスポイントに依存することなく通信する方式が採用されている。このようなシステムにおいて、１対Ｎの放送通信をする場合にはアドホック通信によりマルチキャスト又はブロードキャストを使用すればよいが、Ｎ対Ｎのグループ通信をする場合には、アドホック通信かつマルチキャスト又はブロードキャストだけでは実現できない。

１対Ｎの放送通信及びＮ対Ｎのグループ通信のいずれにおいても、アクセス方式としてＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いた場合には、互いの通信の衝突を回避するために待ち時間制御が行われる。待ち時間の制御要因の一つとして伝播遅延時間がある。待ち時間の制御を行う際にはこの伝播遅延時間を加味する必要があり、応答（ＡＣＫ）の制御を確実に行うには想定する通信距離を最大にした待ち時間を設定する必要がある。しかし、待ち時間を、通信距離を最大に設定した場合に固定するか、或いはＮ対Ｎのグループ通信において通信距離を最長距離のものに設定すると、逆に距離が短い場合には通信のリアルタイム性を損ない、スループットも理想値より劣ることとなる。さらに、Ｎ対Ｎのグループ通信を考えた場合、無線チャネルを獲得する機会がＣＳＭＡ／ＣＡ方式のバックオフ時間に依存するため、必ずしも平等に送信機会が得られることにならない。

そこで、待ち時間が伝播遅延時間に左右されることなく、Ｎ対Ｎのグループ通信においても平等に送信機会が得られる技術が提案されている。この技術は、複数の送受信局に予め応答順序を設定しておき、上記複数の送受信局の１つがデータを送信すると、当該データの送信元を含め、上記応答順序が上位の送受信局から上記データに対する応答信号を順次送信するようにしたものである（例えば、特許文献１を参照）。

このようなシステムであれば、送信元となる局と受信先となる局との間の伝播遅延、及び各受信先からの応答信号の衝突回避を考慮した待ち時間を設定する必要がなく、これにより応答信号の返送を効率良く行うことが可能となる。

特開２０１２−０４９９４８号公報

ところが、特許文献１に記載された方式では、Ｎ対Ｎのグループ通信の通信方式、特にブロードキャストにおける応答性については最適化されるものの、１回に送受信するパケット（フレーム）数を原則として１フレームに限定しているため、データ伝送効率が低く無線伝送帯域を有効利用できなかった。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、Ｎ対Ｎのグループ通信において応答信号の返送効率だけでなくデータの伝送効率を高め、これにより無線伝送帯域のさらなる有効利用を図った無線通信装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の第１の観点は、通信相手が予め定められた複数のノード間で無線回線を介してＮ対Ｎのデータ伝送を行うシステムで上記ノードとして使用される無線通信装置にあって、データ送信時に動作する第１の生成手段及びデータ送信手段と、応答時に動作する分離手段、第２の生成手段及び応答送信手段を備えている。
そして、データの送信時に、上記第１の生成手段により上記複数のノード間におけるデータ伝送順序を表す経路情報を含む経路伝送フレームと、送信対象となるデータを含む複数のデータ伝送フレームをそれぞれ生成し、上記データ送信手段により、上記生成された経路伝送フレームと複数のデータ伝送フレームとを、それぞれのフレームにその境界を表す情報を含むデリミタを付加したのち連結し、この連結処理により生成されたマルチ伝送フレームを通信相手となる他のノードへ向け送信する。
これに対し、他のノードから送信された前記マルチ伝送フレームを受信した場合には、先ず上記分離手段により、当該受信されたマルチ伝送フレームからデリミタを抽出してこの抽出されたデリミタに含まれる境界情報をもとに前記マルチ伝送フレームを複数の伝送フレームに分離し、この分離された複数の伝送フレームの受信結果を表す応答情報を含む応答伝送フレームを上記第２の生成手段により生成する。そして、上記応答送信手段により、上記分離された経路伝送フレームと上記生成された応答伝送フレームとを、それぞれのフレームにその境界を表す情報を含むデリミタを付加したのち連結し、この連結処理により生成された応答用のマルチ伝送フレームを通信相手となる他のノードへ向け送信するようにしたものである。

またこの発明の第２の観点は、上記応答送信手段において、通信相手となる他のノードへ送信すべきデータ伝送フレームの有無を判定する。この判定の結果、送信すべきデータ伝送フレームがある場合には、上記受信された経路伝送フレームと、上記生成された応答伝送フレームと、上記送信すべきデータ伝送フレームとを、それぞれのフレームにその境界を表す情報を含むデリミタを付加したのち連結し、通信相手となる他のノードへ向け送信するようにしたものである。

さらにこの発明の第３の観点は、上記データ送信手段において、通信相手となる全てのノードから応答情報を受信したか否かを判定する。またそれと共に、未送信のデータ伝送フレームが残っているか否かを判定する。そしてこの判定の結果、通信相手となる全てのノードから応答情報を受信し、かつ上記未送信のデータ伝送フレームが残っている場合に、上記生成された経路伝送フレームと、上記未送信のデータ伝送フレームとを、それぞれのフレームにその境界を表す情報を含むデリミタを付加したのち連結し、この連結処理により生成されたマルチ伝送フレームを通信相手となる他のノードへ向け送信するようにしたものである。

この発明の第１の観点によれば、データ送信時に、経路情報を含む経路伝送フレームに、送信対象となるデータを含む複数のデータ伝送フレームがデリミタを用いて連結されてマルチ伝送フレームとなり送信される。また、マルチ伝送フレームを受信した場合には、当該マルチ伝送フレームがデリミタに含まれる境界情報をもとに複数の伝送フレームに分離され、この分離された経路伝送フレームの経路情報に従い応答用の伝送フレームが生成されて送信される。このため、送信元のノードと受信先のノードは、経路伝送フレームと複数のデータ伝送フレームを一括して送受信することが可能となり、これにより各伝送フレームを個別に伝送する場合に比べデータ伝送効率を高め、無線帯域の利用効率を向上させることができる。

またこの発明の第２の観点によれば、データ受信先のノードにおいて、受信応答時にその応答伝送フレームと共にデータ伝送フレームが送信される。すなわち、応答時の伝送フレームを利用してデータを送信することが可能となる。このため、応答伝送フレームのみを返送する場合に比べデータ伝送効率を高めることができ、これにより無線帯域の利用効率をさらに向上させることができる。

さらにこの発明の第３の観点によれば、送信元のノードにおいて、未送信のデータが残っている場合、受信先の全てのノードへのデータ送信が終了すると、引き続き上記未送信のデータが送信される。すなわち、送信対象のデータサイズが大きい場合には、この送信対象のデータが複数回に分けられて自動的に繰り返し伝送される。このため、送信対象のデータサイズが大きい場合でも、例えばオペレータがデータ送信操作を複数回繰り返すことなく効率良く送信することができる。また、１つのマルチ伝送フレームの長さを制限することができ、これにより１つのノードが無線伝送帯域を長時間に渡って占有しないようにすることができる。

すなわちこの発明によれば、Ｎ対Ｎのグループ通信において応答信号の返送効率だけでなくデータの伝送効率を高め、これにより無線伝送帯域のさらなる有効利用を図った無線通信装置を提供することができる。

この発明の一実施形態に係るＮ対Ｎ無線通信システムの構成を示す図。図１に示した無線通信システムの送受信局（ノード）に用いられる無線ＩＰ通信装置の構成を示すブロック図。図２に示した無線ＩＰ通信装置のＭＡＣ層処理部の構成を示すブロック図。図３に示したＭＡＣ層処理部において生成される、ユーザデータ送信時のマルチフレームフォーマットを示す図。図３に示したＭＡＣ層処理部において生成される、応答時のマルチフレームフォーマットを示す図。図４及び図５に示したマルチフレームにおいて、ＭＡＣフレーム間を接続するために用いられるデリミタのフォーマットを示す図。複数のノード間でプリアサイン方式を用いてデータ伝送を行うときの基本的なシーケンスを示す図。図１に示したシステムにおいて本発明の一実施形態によるデータ伝送方式を用いてデータ伝送を行うときのシーケンスの第１の例を示す図。図１に示したシステムにおいて本発明の一実施形態によるデータ伝送方式を用いてデータ伝送を行うときのシーケンスの第２の例を示す図。

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
（構成）
図１は、この発明の一実施形態に係るＮ対Ｎ無線通信システムの構成の一例を示す図であり、例えば海上のように基地局やアクセスポイントを設置することができない場所にサービスエリアを形成する。

各送受信局ＭＳ１〜ＭＳ３（ノードＡ〜Ｃ）は、何れも通信方式として第１の通信方式（プリアサイン方式と呼び詳細は後述する）と、第２の通信方式（ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance））方式を備える。なお、第１の通信方式を使用する場合も、また第２の通信方式を使用する場合も、各ノードＡ〜Ｃは同一の周波数帯域を使用し、さらに同一の変復調方式を使用する。

第２の通信方式は、通信相手を通信グループに属するノードに限定しない（通信システムに加入している全てのノードが通信対象となり得る）方式であり、周辺に存在する他のノードが送信していないことを確認したのちに送信を開始する方式である。

これに対し第１の通信方式は、通信相手を通信グループに属するノードに限定する（通信システムに加入しているノードのうち、２つ以上のノードで構成された通信グループ内で通信を行う）方式であり、ノードが第２の通信方式により通信グループ内の他のノードが送信していないことを確認してデータ送信を行い、このデータ送信後に通信グループ内の全てのノードが予め自己に対し割り当てられた応答順番に従い応答信号（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号）を返送する。この第１の通信方式を用いると、各ノードはデータ信号又は応答信号を受信すると予め自己に対し設定された順番で応答信号を送信するので、送信元のノードと受信先となる複数のノードとの間の伝播遅延や、各受信先ノードからの応答信号の衝突回避を考慮した待ち時間を設定する必要がなくなり、これにより応答信号を効率良く送信することが可能となる。

ところで、上記各送受信局ＭＳ１〜ＭＳ３（ノードＡ〜Ｃ）は次のように構成される。図２はその機能構成を示すブロック図である。
すなわち、送受信局ＭＳ１〜ＭＳ３は、アンテナ２を備えた無線ＩＰ通信装置１と、ルータ３とを備え、このルータ３に１つ又は複数のデータ端末（図示せず）が接続される。データ端末としてはパーソナル・コンピュータやタブレット型端末、スマートホン等が用いられる。なお、ルータ３は有線ルータ及び無線ルータのいずれでもよい。

無線ＩＰ通信装置１は、ＩＰ層処理部１１と、ＭＡＣ（Media Access Control）層処理部１２と、物理層処理部１３と、送信部１４と、受信部１５を備えている。
ＩＰ層処理部１１は、ノード管理テーブルと、通信グループ送信ルーティング機能と、受信ルーティング機能を有する。ノード管理テーブルには、通信グループを構成するノードのそれぞれについてＭＡＣアドレスとＩＰアドレスとを関連付けた情報と、経路情報がそれぞれ記憶される。経路情報には、無線空間上で伝送経路を構築するために必要なルーティング情報と、自ノードの応答順位に関する情報が含まれる。

送信ルーティング機能は、図示しないデータ端末から送信されたデータパケットがルータ３を介して入力された場合に、当該データパケットの宛先を示すＩＰアドレスをもとにデータパケットの転送先が当該ノードに収容された他のデータ端末であるか、或いは他のノードに収容されたデータ端末であるかを判断する。そして、転送先が当該ノードに収容された他のデータ端末であれば上記データパケットをルータ３へ返送し、一方他のノードに収容されたデータ端末であれば上記データパケットをその送信要求と共にＭＡＣ層処理部１２へ転送する。受信ルーティング機能は、ＭＡＣ層処理部１２から渡された受信データパケットのルーティング情報を見て当該データパケットを受信するか破棄するかを判断し、受信する場合にはルータ３へ転送する。

ＭＡＣ層処理部１２は、自律分散制御により無線チャネルを獲得するチャネル獲得制御機能と、ＭＡＣフレーム送信処理機能と、ＭＡＣフレーム受信応答処理機能を有している。ＭＡＣフレーム送信処理機能は、上記ＩＰ層処理部１１から転送されたデータパケットをもとに送信ＭＡＣフレームを生成し、この生成されたＭＡＣフレームを上記獲得した無線チャネルのタイミングに同期して物理層処理部１３へ渡す。ＭＡＣフレーム受信応答処理機能は、物理層処理部１３から渡された受信ＭＡＣフレームについて宛先やフレームエラーをチェックすると共に、自ノードの応答順位であるか否かを確認する。そして、宛先が自ノードで、かつ自ノードの応答順位の場合には、上記受信ＭＡＣフレームに対する応答フレームを生成して物理層処理部１３へ返信すると共に、上記受信ＭＡＣフレームからデータパケットを再生してＩＰ層処理部１１へ渡す。なお、このＭＡＣ層処理部１２の構成については後に詳しく説明する。

物理層処理部１３は、上記ＭＡＣ層処理部１２から渡された送信ＭＡＣフレーム及び応答フレームを所定の変調方式を用いて送信ベースバンド信号に変換して送信部１４へ出力する機能と、受信部１５から出力された受信ベースバンド信号を復調して受信ＭＡＣフレームを再生し上記ＭＡＣ層処理部１２へ出力する機能を有する。

送信部１４は、上記物理層処理部１３から出力された送信ベースバンド信号を所定の無線周波信号に変換してアンテナ２から送信する。受信部１５は、アンテナ２により受信された無線周波信号を受信ベースバンド信号に周波数変換して上記物理層処理部１３へ出力する。

図３は上記ＭＡＣ層処理部１２の構成を示すブロック図である。
ＭＡＣ層処理部１２は、受信処理部２１と、受信フレーム解析部２２と、通信制御部２３と、データ要求確認部２４と、ＭＡＣフレーム生成部２５と、経路情報制御部２６と、記憶部２７と、フレーム連結部２８と、送信処理部２９を有している。

経路情報制御部２６は、上記ＩＰ層処理部１１から経路情報を取得して記憶部２７に保持する。経路情報には、ルーティング情報に加え、自ノードの応答順位に関する情報も含まれる。経路情報制御部２６は、ＩＰ層処理部１１に保存されている経路情報が更新された場合にも最新の経路情報を再取得し、上記記憶部２７に保持されている情報を更新する。また経路情報制御部２６は、データ送信時に、上記記憶部２７に保持されている経路情報を含むＭＡＣフレームを生成する。

データ要求確認部２４は、ＩＰ層処理部１１からのデータパケット及びその送信要求の到来を監視し、送信要求が送られると通信制御部２３にこの要求を通知すると共に、データパケットをＭＡＣフレーム生成部２５へ転送する。

通信制御部２３は、データ要求確認部２４からデータ送信要求の通知を受けると、ＭＡＣフレーム生成部２５に対してＭＡＣフレームの生成を指示する。また通信制御部２３は、データ送信要求をトリガにして自律分散制御による無線チャネルの獲得を行う。無線チャネルが獲得できると、フレーム連結部２８及び送信処理部２９に対して送信動作の実行を指示する。

ＭＡＣフレーム生成部２５は、上記通信制御部２３からの生成指示を受けて、上記ＩＰ層処理部１１から転送されたデータパケットをもとにＭＡＣフレームを生成する。データパケットが複数の場合には、データパケットごとにＭＡＣフレームを生成する。１つのＭＡＣフレームは可変長であるが、フレーム長の最大値が１５３１バイトに設定される。

フレーム連結部２８は、上記通信制御部２３からの送信実行指示を受けると、上記経路情報制御部２６により生成された経路情報のＭＡＣフレームと、上記ＭＡＣフレーム生成部２５により生成されたデータパケットのＭＡＣフレームとを、それぞれのＭＡＣフレームにデリミタを付加したのち連結し、マルチＭＡＣフレームを生成する。

図４は、生成されたマルチＭＡＣフレームの構成の一例を示すものである。この例では、１フレーム目に経路情報を含むＭＡＣフレームが配置され、２フレーム以降にユーザデータを含むＭＡＣフレームが配置された場合を示している。連結するＭＡＣフレームの最大値は６４フレームに設定される。この値はＣＳＭＡ／ＣＡ方式の最大フレーム数に合わせている。各ＭＡＣフレームは、いずれもＭＡＣヘッダに続いてペイロード及びＦＣＳ（Frame Check Sequence）符号を配置し、先頭にデリミタを付加したものからなる。１つのＭＡＣフレームは可変長であるが、最大長は１５３１バイトに設定される。デリミタには、当該ＭＡＣフレームの境界を表す情報が挿入される。具体的には、図６に示すようにＭＡＣフレーム長とそのＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）符号が挿入される。

送信処理部２９は、上記通信制御部２３から指示された無線チャネルの送信期間に、上記フレーム連結部２８により生成されたマルチＭＡＣフレームを物理層処理部１３へ出力する。

受信処理部２１は、物理層処理部１３から転送された受信マルチＭＡＣフレームを受け取り、受信フレーム解析部２２に転送する。受信フレーム解析部２２は、上記転送された受信マルチＭＡＣフレームからデリミタを抽出し、この抽出されたデリミタに含まれるＭＡＣフレーム長に従い、上記受信マルチＭＡＣフレームを複数のＭＡＣフレームに分離する。そして、この分離されたＭＡＣフレームごとにそのＭＡＣアドレスをもとに当該ＭＡＣフレームが自ノード宛か否かを判定し、自ノード宛であれば当該ＭＡＣフレームのペイロードから経路情報やユーザデータを抽出し、ＩＰ層処理部１１へ転送する。また同時に、上記分離されたＭＡＣフレームのうち１フレーム目のＭＡＣフレームに含まれる経路情報を解析して自ノードの応答順位か否かを判定し、自ノードの応答順位だった場合には通信制御部２３にその旨を通知する。

通信制御部２３は、上記受信フレーム解析部２２から自ノードの応答順位である旨の通知を受けると、ＭＡＣフレーム生成部２５に応答情報を含むＭＡＣフレームの生成を指示し、かつフレーム連結部２８にフレームの連結指示を与える。上記指示を受けてＭＡＣフレーム生成部２５は応答情報を含むＭＡＣフレームを生成する。

フレーム連結部２８は、経路情報を含むＭＡＣフレームと、上記生成された応答情報を含むＭＡＣフレームとを、それぞれのＭＡＣフレームにデリミタを付加したのち連結して、応答用のマルチＭＡＣフレームを生成する。

また、上記応答時において通信制御部２３は、自ノードが送信しようとしているユーザデータが存在するか否かをデータ要求確認部２４からの通知をもとに判定し、送信対象データが存在する場合にはＭＡＣフレーム生成部２５に対し指示を与えて、当該送信対象データを含むＭＡＣフレームを生成させる。フレーム連結部２８は、上記経路情報を含むＭＡＣフレーム及び上記応答情報を含むＭＡＣフレームに、上記送信対象データのＭＡＣフレームをさらに連結し、応答用のマルチＭＡＣフレームを生成する。なお、この場合も各ＭＡＣフレームには同様にデリミタが付加される。

図５は、この応答用のマルチＭＡＣフレームの一例を示すもので、連結するＭＡＣフレームの最大値は、経路情報を含むＭＡＣフレーム及び応答情報ＡＣＫを含むＭＡＣフレームを含めて６４フレームに設定される。なお、この応答用のマルチＭＡＣフレームに使用されるＭＡＣフレームの構成は先に図４で説明したものと同じである。

さらに通信制御部２３は、受信フレーム解析部２２による受信ＭＡＣフレームの解析結果から、自ノードが送信したユーザデータを同じ通信グループを構成する他のノードが受信完了したか否かを判定する。そして、受信完了した場合には、データ要求確認部２４からの通知をもとに未送信のユーザデータの有無を判定し、未送信データがある場合には引き続き当該未送信データの送信制御を実行する。

（動作）
次に、以上のように構成された送受信局ＭＳ１〜ＭＳ３（ノードＡ〜Ｃ）の動作を説明する。
ここでは、図１に示すようにノードＡ〜Ｃが通信グループを構成し、これらのノードＡ〜Ｃ間でＮ対Ｎのグループ通信を行う場合を例にとって説明を行う。グループ通信を行うために各ノードＡ〜Ｃの無線ＩＰ通信装置１には、経路情報が予め登録されている。経路情報には、無線空間上で伝送経路を構築するために必要なルーティング情報と、自ノードの応答順位に関する情報が含まれる。なお、経路情報はノードの位置や優先度に応じて適宜更新される。

（１）送信対象となるデータパケットが１個の場合の基本シーケンス
図７は、送信対象となるデータパケットが１個の場合、つまりマルチＭＡＣフレームを使用しないときの基本的な送受信シーケンスを示す図である。なお、同図では伝播遅延速度がシンボル速度と同程度の場合を示している。

送受信局（ノードＡ〜Ｃ）ＭＳ１〜ＭＳ３には、応答を要求された場合の返答順序を表す応答順位が決められている。例えば図７では、ノードＡ〜Ｃに対し応答順位がノードＢ、ノードＡ、ノードＣの順に高く設定されている。なお、同一の通信グループ内では異なるノードに同じ応答順位が設定されることはない。

図７において、データ送信元となるノードＡが、経路情報を含むＭＡＣフレームとユーザデータパケット（音声や画像などの情報を表すデータパケット）を含む１個のＭＡＣフレーム（経路情報＋データ）を送信したとすると、この経路情報＋データは同一の通信グループに属する他のノードＢ，Ｃにおいてそれぞれ受信される。上記経路情報＋データを受信すると各ノードＢ，Ｃは応答処理を実行するが、ノードＢの応答順位が第１位(1) に設定されているため、先ずノードＢが経路情報を含むＭＡＣフレームと応答情報ＡＣＫを含むＭＡＣフレーム（経路情報＋ＡＣＫ）を返送する。

このノードＢから返送された経路情報＋ＡＣＫをノードＡ，Ｃが受信すると、上記ノードＢよりも下位の応答順位を持つノードのうちの最上位（つまり第２位(2) ）のノードＡが経路情報＋ＡＣＫを送信する。なお、ノードＡは最初に経路情報＋データを送信した送信元であるが、応答順位がより下位のノードに対し経路情報＋ＡＣＫの送信を促しかつ送信元であっても経路を維持するために、経路情報＋ＡＣＫを送信する。以下同様にノードＣも、応答順位が直近上位のノードＡからの経路情報＋ＡＣＫを受信すると、経路情報＋ＡＣＫを送信する。

なお、受信した経路情報＋ＡＣＫに対する応答順位が自ノードに設定された順位であるか否かは、最初に経路情報＋データを送信したノードＡの経路情報に含まれる、受信端末の応答順位を関連付けする情報をもとに判断する。具体的には、受信した応答の数を通信制御部２３でカウントアップするか、又はＡＣＫから送信元の応答順位を示す情報を抽出し、これらの値が自ノードの応答順位と一致するかどうかを判定することにより行う。

応答順位が最下位に設定されたノードＣが送信した経路情報＋ＡＣＫをデータ送信元のノードＡが受信すると、当該ノードＡはデータ送信の完了をノードＢ，Ｃに通知するため、経路情報＋終了を送信する。なお、経路情報＋ＡＣＫを送信したノードＣが応答順位最下位のノードであるか否かは、受信したＡＣＫに含まれる応答順位を調べるか、又は受信したＡＣＫの数が通信グループに所属する加入局数（この場合は３）と一致するか否かを判定することにより判断できる。

（２）複数の送信対象データ（６３フレーム以下）が存在する場合のシーケンス
図８は、送信対象となるデータパケットが２個以上６３個以下の場合に、これらのデータパケットをマルチＭＡＣフレームを使用して送信する場合の送受信シーケンスを示す図である。なお、図８においても、先に述べた図７と同様に、ノードＡ〜Ｃに対し応答順位がノードＢ、ノードＡ、ノードＣの順に高く設定されているものとして説明する。

送信元となるノードＡは、データ送信を行う際に、送信対象となるデータパケットが複数存在するか否かを確認する。そして、複数存在する場合には、ＭＡＣ層処理部１２のフレーム連結部２８において、経路情報制御部２６により生成された経路情報のＭＡＣフレームと、ＭＡＣフレーム生成部２５により生成されたデータ用の複数のＭＡＣフレームとを、それぞれのＭＡＣフレームにデリミタを付加したのち連結し、マルチＭＡＣフレームを生成して送信する。

なお、このとき連結するＭＡＣフレームの上限数は、図４に示したように経路情報のＭＡＣフレームを含めて６４フレームに設定される。したがって、送信元ノードＡは、１回のマルチＭＡＣフレームの送信により最大６３個のデータ用ＭＡＣフレームを送信することができる。

上記マルチＭＡＣフレームを受信すると各ノードＢ，Ｃでは、先ず応答順位が第１位(1) に設定されているノードＢが以下のように応答処理を行う。
すなわち、ＭＡＣ層処理部１２の通信制御部２３により、自ノードＢが送信しようとしているユーザデータが存在するか否かを判定する。そして、送信対象データが存在する場合には、ＭＡＣフレーム生成部２５により当該送信対象データを含むＭＡＣフレームを生成する。続いてフレーム連結部２８により、上記受信された経路情報を含むＭＡＣフレームと、応答情報ＡＣＫを含むＭＡＣフレームと、上記生成された送信対象データのＭＡＣフレームとを、それぞれのＭＡＣフレームにデリミタを付加したのち連結し、これにより生成された応答用のマルチＭＡＣフレーム（経路情報＋ＡＣＫ＋複数のデータ）を返送する。

図５は、この応答用のマルチＭＡＣフレームの一例を示すもので、連結するＭＡＣフレームの最大値は、経路情報を含むＭＡＣフレーム及び応答情報ＡＣＫを含むＭＡＣフレームを含めて６４フレームに設定される。すなわち、受信先ノードＢでありながら、応答用のマルチＭＡＣフレームを利用して、最大６２個のデータ用ＭＡＣフレームを送信することができる。

上記ノードＢから返送された経路情報＋ＡＣＫ＋複数のデータをノードＡ，Ｃが受信すると、上記ノードＢよりも下位の応答順位を持つノードのうちの最上位（つまり第２位(2) ）のノードＡが経路情報＋ＡＣＫを送信する。

応答順位が第３位(3) に設定されたノードＣは、上記送信元ノードＡから送信された経路情報＋複数のデータを受信し、さらに応答順位が直近上位のノードＡから送信された経路情報＋ＡＣＫを受信すると、上記ノードＢと同様に自ノードＣが送信すべきデータの有無を判定し、送信すべきデータが存在する場合には、経路情報＋ＡＣＫ＋複数のデータからなる応答用のマルチＭＡＣフレームを生成して送信する。この応答用のマルチＭＡＣフレームはノードＡ，Ｂにより受信される。

上記ノードＣから送信された経路情報＋ＡＣＫ＋複数のデータからなる応答用のマルチＭＡＣフレームを受信すると、データ送信元のノードＡは未送信のデータの有無を判定する。そして、未送信データがなければ、データの送信完了をノードＢ，Ｃに通知するため、経路情報＋終了を生成し送信する。

（３）複数の送信対象データ（６４フレーム以上）が存在する場合のシーケンス
図９は、送信対象となるデータパケットが６４個以上存在する場合に、これらのデータパケットをマルチＭＡＣフレームを使用して送信する場合の送受信シーケンスを示す図である。なお、図９においても、先に述べた図７及び図８と同様に、ノードＡ〜Ｃに対し応答順位がノードＢ、ノードＡ、ノードＣの順に高く設定されているものとして説明を行う。

送信元となるノードＡは、データ送信を行う際に、送信対象となるデータパケットが複数存在するか否かを確認する。そして、複数存在する場合には、ＭＡＣ層処理部１２のフレーム連結部２８において、経路情報制御部２６により生成された経路情報のＭＡＣフレームと、ＭＡＣフレーム生成部２５により生成されたデータ用の複数のＭＡＣフレームとを、それぞれのＭＡＣフレームにデリミタを付加したのち連結し、マルチＭＡＣフレームを生成して送信する。このとき、連結するＭＡＣフレームの上限数は図４に示したように経路情報のＭＡＣフレームを含めて６４フレームに設定され、連結できずに残留したデータ用のＭＡＣフレームはＭＡＣフレーム生成部２５に保存される。

上記マルチＭＡＣフレームを受信すると各ノードＢ，Ｃでは、先ず応答順位が第１位(1) に設定されているノードＢが、自ノードＢが送信しようとしているユーザデータが存在するか否かを判定する。そして、送信対象データが存在する場合には、上記受信された経路情報を含むＭＡＣフレームと、応答情報ＡＣＫを含むＭＡＣフレームと、上記生成された送信対象データのＭＡＣフレームとを、それぞれのＭＡＣフレームにデリミタを付加したのち連結し、これにより生成された応答用のマルチＭＡＣフレーム（経路情報＋ＡＣＫ＋複数のデータ）を返送する。

応答順位が第３位(3) に設定されたノードＣは、上記送信元ノードＡから送信された経路情報＋複数のデータを受信し、さらに応答順位が直近上位のノードＡから送信された経路情報＋ＡＣＫを受信すると、上記ノードＢと同様に自ノードＣが送信すべきデータの有無を判定する。そして、送信すべきデータが存在する場合には、経路情報＋ＡＣＫ＋複数のデータからなる応答用のマルチＭＡＣフレームを生成して送信する。この応答用のマルチＭＡＣフレームはノードＡ，Ｂにより受信される。

上記ノードＣから送信された経路情報＋ＡＣＫ＋複数のデータからなる応答用のマルチＭＡＣフレームをデータ送信元のノードＡが受信すると、当該データ送信元ノードＡは以下のようにデータ送信処理を継続する。
すなわち、ノードＡは未送信のデータの有無を判定し、未送信データが存在すれば、経路情報制御部２６により生成された経路情報のＭＡＣフレームと、ＭＡＣフレーム生成部２５に保存されている未送信のデータ用ＭＡＣフレームとを、それぞれのＭＡＣフレームにデリミタを付加したのち連結し、マルチＭＡＣフレームを生成して送信する。

この場合も、マルチＭＡＣフレーム長は最大６４フレームに設定されているので、未送信データのＭＡＣフレームは最大６３個がマルチＭＡＣフレームで多重化され、送信される。以後同様に、未送信データがなくなるまで、図９に示したシーケンスが繰り返し実行される。そして、未送信データがなければ、データの送信完了をノードＢ，Ｃに通知するため、経路情報＋終了を生成し送信する。

また、受信先の各ノードＢ，Ｃにおいても、送信データが６３パケット以上存在する場合には、６２パケットずつに分けて複数の応答用のマルチＭＡＣフレームに多重化され送信される。なお、送信元ノードＡから経路情報＋終了を受信した時点で、受信先の各ノードＢ，Ｃに未送信データが残っている場合には、ノードＢ，Ｃは自ノードがデータ送信元ノードとなって、先に述べたノードＡと同様にデータ送信処理を実行する。

（実施形態の作用効果）
以上詳述したようにこの発明の一実施形態では、データの送信時に、経路情報を含むＭＡＣフレームと複数のデータ用ＭＡＣフレームとを、それぞれのＭＡＣフレームにその境界を表す情報を含むデリミタを付加したのち連結してマルチＭＡＣフレームを生成し、送信する。また、応答時には、受信したマルチＭＡＣフレームをデリミタに含まれる境界情報をもとに複数のＭＡＣフレームに分離し受信すると共に、この受信された経路情報を含むＭＡＣフレームと応答用のＭＡＣフレームとを、それぞれのフレームにその境界を表す情報を含むデリミタを付加したのち連結し、この連結処理により生成された応答用のマルチＭＡＣフレームを送信するようにしている。

したがって、送信元のノードＡと受信先のノードＢ，Ｃは、複数のデータパケットを１つのマルチＭＡＣフレームに多重して一括して送受信することが可能となり、これによりデータパケットを１パケットずつ伝送する場合に比べデータ伝送効率を高め、無線帯域の利用効率を向上させることができる。

また、応答時において、送信データが存在する場合には、受信された経路情報を含むＭＡＣフレームと応答用のＭＡＣフレームに、上記送信データのＭＡＣフレームをさらに連結して送信するようにしている。このため、応答時のマルチＭＡＣフレームを利用して自ノードのデータパケットを送信することが可能となり、これにより応答フレームのみを返送する場合に比べてデータ伝送効率を高めることができ、これにより無線帯域の利用効率をさらに向上させることができる。

さらに、データ送信時において、未送信のデータパケットが残っている場合には、受信先の全てのノードへのデータ送信が終了した後、引き続き上記未送信のデータパケットを送信するシーケンスを実行するようにしている。したがって、送信対象のデータサイズが大きい場合には、この送信対象のデータが複数のマルチＭＡＣフレームに分けられて自動的に繰り返し伝送される。このため、送信対象のデータサイズが大きい場合でも、例えばオペレータがデータ送信操作を複数回繰り返すことなく効率良く送信することができる。また、１つのマルチ伝送フレームの長さを制限することができ、これにより１つのノードが無線伝送帯域を長時間に渡って占有しないようにすることができる。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態ではノードを、無線ＩＰ通信装置１にルータ３を介してパーソナル・コンピュータ等のデータ端末を接続する構成としたが、無線ＩＰ通信装置１を内蔵したパーソナル・コンピュータ等のデータ端末をノードとして用いてもよい。

またノードとしては、パーソナル・コンピュータのほか、スマートホンやタブレット型端末等を用いることができ、さらに船舶内に設置された航法用コンピュータや観測用コンピュータ等をノードとして用いてもよい。その他、無線通信装置の構成、マルチＭＡＣフレームの構成と当該マルチＭＡＣフレームへのデータパケットの多重数、デリミタの構成と付加位置等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。

要するにこの発明は、上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、上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、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

ＭＳ１〜ＭＳ３…送受信局（ノード）、１…無線ＩＰ通信装置、２…アンテナ、３…ルータ、１１…ＩＰ層処理部、１２…ＭＡＣ層処理部、１３…物理層処理部、１４…送信部、１５…受信部、２１…受信処理部、２２…受信フレーム解析部、２３…通信制御部、２４…データ要求確認部、２５…ＭＡＣフレーム生成部、２６…経路情報制御部、２７…記憶部、２８…フレーム連結部、２９…送信処理部。

Claims

通信相手が予め定められた複数のノード間で無線回線を介してＮ対Ｎのデータ伝送を行うシステムで前記ノードとして使用される無線通信装置であって、
データの送信時に、前記複数のノード間におけるデータ伝送順序を表す経路情報を含む経路伝送フレームと、送信対象となるデータを含む複数のデータ伝送フレームをそれぞれ生成する第１の生成手段と、
前記生成された経路伝送フレームと、複数のデータ伝送フレームとを、それぞれのフレームにその境界を表す情報を含むデリミタを付加したのち連結し、この連結処理により生成されたマルチ伝送フレームを通信相手となる他のノードへ向け送信するデータ送信手段と、
他のノードから送信された前記マルチ伝送フレームを受信した場合に、当該受信されたマルチ伝送フレームからデリミタを抽出し、この抽出されたデリミタに含まれる境界情報をもとに前記マルチ伝送フレームを複数の伝送フレームに分離する分離手段と、
前記分離された複数の伝送フレームの受信結果を表す応答情報を含む応答伝送フレームを生成する第２の生成手段と、
前記分離された経路伝送フレームと、前記生成された応答伝送フレームとを、それぞれのフレームにその境界を表す情報を含むデリミタを付加したのち連結し、この連結処理により生成された応答用のマルチ伝送フレームを通信相手となる他のノードへ向け送信する応答送信手段と
を具備することを特徴とする無線通信装置。
前記応答送信手段は、
通信相手となる他のノードへ送信すべきデータ伝送フレームの有無を判定する手段と、
前記送信すべきデータ伝送フレームがあると判定された場合に、前記受信された経路伝送フレームと、前記生成された応答伝送フレームと、前記送信すべきデータ伝送フレームとを、それぞれのフレームにその境界を表す情報を含むデリミタを付加したのち連結し、通信相手となる他のノードへ向け送信する手段と
を、さらに備えることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
前記データ送信手段は、
通信相手となる全てのノードから応答情報を受信したか否かを判定する手段と、
未送信のデータ伝送フレームが残っているか否かを判定する手段と、
通信相手となる全てのノードから応答情報を受信したと判定され、かつ前記未送信のデータ伝送フレームが残っていると判定された場合に、前記生成された経路伝送フレームと、前記未送信のデータ伝送フレームとを、それぞれのフレームにその境界を表す情報を含むデリミタを付加したのち連結し、この連結処理により生成されたマルチ伝送フレームを通信相手となる他のノードへ向け送信する手段と
を、さらに備えることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。