JP2016072824A - 無線通信環境に応じてアグリゲーション量を変更可能な無線通信装置、無線通信プログラム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信環境に応じた量のフレームアグリゲーションを実施し、例えばリアルタイム性を追求するアプリケーションシステムで要請される遅延許容条件を満たすようなデータ送信を可能とする無線通信装置を提供する。
【解決手段】本無線通信装置は、データをアグリゲーションして送信可能な送信手段と、データ送信での遅延の原因が、伝送誤りの発生及び通信の輻輳を含む原因候補のうちのいずれであるかを推定する無線環境推定手段と、遅延の原因が伝送誤りの発生に係るものであると推定された場合、送信するデータのアグリゲーションの量を変更する際に当該量を減少させるアグリゲーション量変更手段とを有する。アグリゲーション量変更手段は、遅延の原因が通信の輻輳に係るものであると推定された場合、送信するデータのアグリゲーションの量を変更する際に当該量を増加させることも好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信でのデータ送信におけるフレームアグリゲーション技術に関する。

現在、スマートフォンやタブレット型コンピュータ等の携帯無線端末の普及によって、さらに、各種機器の遠隔制御の進展に伴い、無線ネットワークを用いた無線通信が盛んに利用されている。無線通信では、一般に、送信するデータのスループットを如何に向上させるかが１つの課題となる。この課題に対処する仕組みとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ標準では、いわゆるフレームアグリゲーション技術が規格化されている。

フレームアグリゲーションは、送信すべき個々のデータフレームにヘッダをそれぞれ付与して送信するのではなく、複数のデータフレームを連結し、又はデータフレームにヘッダを付与したＭＡＣ（Media Access Control）フレームを複数連結し、1回のフレーム送信によるデータ送信量を増加させる技術である。このフレームアグリゲーションでは、スループットを改善するために、アグリゲーションの量を如何に調整するかが重要なポイントとなる。

例えば、特許文献１は、ネットワーク内の輻輳が増大した際、コンテンションオーバーヘッドを低減するために、ＭＡＣ層におけるアグリゲーションの量を事前に増大させ、一方、ネットワーク内の輻輳が減少した際、アグリゲーション遅延を最小化するために、アグリゲーションの量を事前に減少させる技術を開示している。

特表２０１３−５１７７２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような従来技術では、フレームアグリゲーションを実施しても結果的に伝送遅延が大きくなってしまい、スループットが低下してしまう問題が生じ得る。

実際、無線通信においてスループットが低下する原因は、通信の輻輳だけではない。例えば、ＳＮＲ（Signal to Noise ratio）の低い無線通信環境では、フレームの再送が多発してスループットを低減させてしまう事態が起こり得る。このような状態で、フレームを必要以上にアグリゲーションしてフレームサイズを増加させると、フレームエラー率が増大して結果的に伝送遅延を大きくし、スループットを更に低下させてしまう。

さらに、特許文献１に記載された技術は、音声や動画といった、２０ミリ秒（msec）程度の周期でコーデックしたデータの伝送に対応しており、例えばロボット制御や触覚フィードバック制御のように、１msec程度の周期で制御データとフィードバックデータとを相互に送受信するデータ伝送は想定していない。

そこで、本発明は、無線通信環境に応じた量のフレームアグリゲーションを実施し、例えばリアルタイム性を追求するアプリケーションシステムで要請される遅延許容条件を満たすようなデータ送信を可能とする無線通信装置、無線通信プログラム及び方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、データをアグリゲーションして送信可能な送信手段を有する無線通信装置であって、
データ送信での遅延の原因が、伝送誤りの発生及び通信の輻輳を含む原因候補のうちのいずれであるかを推定する無線環境推定手段と、
遅延の原因が伝送誤りの発生に係るものであると推定された場合、送信するデータのアグリゲーションの量を変更する際に当該量を減少させるアグリゲーション量変更手段と
を有する無線通信装置が提供される。

この本発明による無線通信装置では、アグリゲーション量変更手段は、遅延の原因が通信の輻輳に係るものであると推定された場合、送信するデータのアグリゲーションの量を変更する際に当該量を増加させることも好ましい。

また、本発明による無線通信装置の一実施形態として、アグリゲーション量変更手段は、
（ａ）遅延の原因が伝送誤りの発生に係るものであると推定された場合、送信遅延の度合いが所定の閾値を超えているならば、送信するデータのアグリゲーションの量を減少させることも好ましく、さらに、
（ｂ）遅延の原因が通信の輻輳に係るものであると推定された場合、送信遅延の度合いが所定の閾値を超えているならば、送信するデータのアグリゲーションの量を増加させることも好ましい。

また、本発明による無線通信装置の他の実施形態として、無線環境推定手段は、送信手段において上位からのデータを待ち受ける時間に相当するサービス間隔、又は送信手段によって送信されるデータを含むフレームのフレームサイズと、その際の送信遅延の度合いとを対応付けた送信遅延管理情報に基づき、
（ａ）サービス間隔又はフレームサイズが大きくなるほど送信遅延の度合いが増大する傾向にあると判断した場合、遅延の原因は伝送誤りの発生に係るものであると推定することも好ましく、さらに、
（ｂ）サービス間隔又は当該フレームサイズにかかわらず当該送信遅延の度合いが一定となる傾向にあると判断した場合、遅延の原因は通信の輻輳に係るものであると推定することも好ましい。

さらに、本発明による無線通信装置の更なる他の実施形態として、アグリゲーション量変更手段は、送信遅延の度合いが所定の下限閾値未満であるならば、送信するデータのアグリゲーションの量を減少させることも好ましい。

また、本発明による無線通信装置では、アグリゲーション量変更手段は、サービス間隔を変更することによって送信するデータのアグリゲーションの量を変更させることも好ましい。

さらに、本発明による無線通信装置の更なる他の実施形態として、本無線通信装置は、送信手段が上位からデータを受け取ってから当該データの送信を完了するまでの送信完了時間を計測する計時手段を更に有し、
アグリゲーション量変更手段は、計測された送信完了時間を、送信遅延の度合いとして扱うことも好ましい。

また、本発明による無線通信装置では、無線環境推定手段は、送信を開始する前に、定期的に、又は所定のタイミングで、ダミーデータを送信することにより送信遅延管理情報を取得して、遅延原因を推定することも好ましい。

本発明によれば、さらに、無線ネットワークを介して互いに通信可能な第１の送受信機及び第２の送受信機を含む無線通信システムであって、第１の送受信機及び第２の送受信機のいずれか一方又は両方が、以上に述べた無線通信装置を含むことを特徴とする無線通信システムが提供される。

本発明によれば、さらにまた、データをアグリゲーションして送信可能な送信手段を有する無線通信装置に搭載されたコンピュータを機能させる無線通信プログラムであって、
データ送信での遅延の原因が、伝送誤りの発生及び通信の輻輳を含む原因候補のうちのいずれであるかを推定する無線環境推定手段と、
遅延の原因が伝送誤りの発生に係るものであると推定された場合、送信するデータのアグリゲーションの量を変更する際に当該量を減少させるアグリゲーション量変更手段と
してコンピュータを機能させる無線通信プログラムが提供される。

本発明によれば、さらに、データをアグリゲーションして送信可能な送信手段を有する無線通信装置における無線通信方法であって、
データ送信での遅延の原因が、伝送誤りの発生及び通信の輻輳を含む原因候補のうちのいずれであるかを推定する第１のステップと、
遅延の原因が伝送誤りの発生に係るものであると推定された場合、送信するデータのアグリゲーションの量を変更する際に当該量を減少させる第２のステップと
を有する無線通信方法が提供される。

本発明の無線通信装置、無線通信プログラム及び方法によれば、無線通信環境に応じた量のフレームアグリゲーションを実施し、例えばリアルタイム性を追求するアプリケーションシステムで要請される遅延許容条件を満たすようなデータ送信を行うことができる。

本発明による無線通信装置を含む無線通信システムの一実施形態を概略的に示す模式図、及び本発明の無線通信装置の一実施形態における機能構成を示す機能ブロック図である。 送信遅延管理テーブルの一実施形態を示すテーブルである。 送信遅延管理テーブルの他の実施形態を示すテーブルである。 サービス間隔、フレームサイズ及び送信完了時間（送信遅延）を説明するためのシーケンス図である。 送信データのサイズ毎の送信遅延を測定した実験結果を示すグラフである。 本発明の無線通信方法における、無線通信環境の推定及びフレームアグリゲーション量の変更を含むアグリゲーション処理の一実施形態を示すフローチャートである。 本発明による無線通信装置を含む無線通信システムの他の実施形態を概略的に示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

［無線通信システム、無線通信装置］
図１は、本発明による無線通信装置を含む無線通信システムの一実施形態を概略的に示す模式図、及び本発明の無線通信装置の一実施形態における機能構成を示す機能ブロック図である。

図１によれば、本無線通信システムは、本発明による無線通信装置としてのアクセスポイント（ＡＰ）１と、無線ネットワークを介してＡＰ１に通信接続される、本発明の無線通信装置としての無線端末２とを備えている。さらに、図１に示すように、インターネットを介してＡＰ１と通信接続可能なサーバ３を備えていてもよい。

ここで、ＡＰ１の送信部１２１及び無線端末２の送信部は、フレームアグリゲーションを実施してフレームを送信することができる。このフレームアグリゲーションは、送信すべき個々のデータフレームにヘッダをそれぞれ付与して送信するのではなく、複数のデータフレームを連結し、又はデータフレームにヘッダを付与したＭＡＣ（Media Access Control）フレームを複数連結し、1回のフレーム送信によるデータ送信量を増加させる技術である。本発明によるＡＰ１及び無線端末２では、このアグリゲーションの量を無線通信環境に応じて適切に調整し、無線ネットワークでのスループットを改善することが可能となる。

尚、ＡＰ１及び無線端末２のいずれか一方のみが本発明による無線通信装置であってもよい。この場合でも、以下に詳細に説明するように、該当する装置からのデータ送信において、無線通信環境に応じた量のフレームアグリケーションを実現することができる。

また、無線ネットワークは、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の無線ＬＡＮ(Local Area Network)とすることができる。さらに、無線端末２は、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、ウェアラブル端末、ノート型コンピュータ又はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）といったユーザインタフェース装置であってもよい。

ＡＰ１と無線端末２とは、無線ネットワークを介して相互にデータを送受信することができる。ＡＰ１（無線端末２）は、データをアグリゲーションして送信可能な送信部を有し、さらに、
（ａ）データ送信での遅延の原因が、「伝送誤りの発生」及び「通信の輻輳」を含む原因候補のうちのいずれであるかを推定し、
（ｂ１）遅延の原因が「伝送誤りの発生」に係るものであると推定された場合、送信するデータのアグリゲーションの量を変更する際に当該量を減少させる
ことに特徴を有する。さらに、
（ｃ１）遅延の原因が「通信の輻輳」に係るものであると推定された場合、送信するデータのアグリゲーションの量を変更する際に当該量を増加させることも好ましい。

ここで、より具体的には、
（ｂ２）遅延の原因が「伝送誤りの発生」に係るものであると推定された場合、送信遅延の度合いが所定の閾値を超えているならば、送信するデータのアグリゲーションの量を減少させてもよく、さらに、
（ｃ２）遅延の原因が「通信の輻輳」に係るものであると推定された場合、送信遅延の度合いが所定の閾値を超えているならば、送信するデータのアグリゲーションの量を増加させてもよい。
このように閾値を設定することによって、許容される遅延の程度に応じた送信遅延を実現することが可能となる。

一般に、無線ネットワークを介したデータ通信において伝送遅延の発生する原因としては、
（１）同時に多数のユーザによる通信が行われたり、例えば送信開始時に大量のデータが送信されたりして、無線ネットワーク内のトラフィック量が増大し、通信を劣化させる輻輳、
（２）送信されるデータにおける誤りが多発してフレームの再送が多量に発生する、無線ネットワークにおけるＳＮＲ（Signal to Noise ratio）の低下、または、
（３）送信フレームの衝突が頻発してフレームの再送が多量に発生する隠れ端末の存在
等が挙げられる。ここで、上記の原因（１）は「通信の輻輳」に相当し、一方、原因（２）及び（３）は「伝送誤りの発生」に相当する。

データ送信で遅延を起こす主な又は最も大きな原因が「伝送誤りの発生」である場合、フレームを必要以上にアグリゲーションしてフレームサイズを増加させると、フレームエラー率が増大して結果的に伝送遅延を大きくし、スループットを更に低下させてしまう。ＡＰ１（無線端末２）では、このような場合、上記（ｂ１）及び（ｂ２）に示すように、送信するデータのアグリゲーションの量を減少させる。

一方、データ送信で遅延を起こす主な又は最も大きな原因が「通信の輻輳」である場合、フレームをアグリゲーションしてフレームサイズを増加させることで、待ち時間の割合を低減させることができる。ＡＰ１（無線端末２）では、このような場合、上記（ｃ１）及び（ｃ２）に示すように、送信するデータのアグリゲーションの量を増加させる。

以上に説明したように、ＡＰ１（無線端末２）は、無線通信環境に応じた量のフレームアグリゲーションを実施することによって、より小さな伝送遅延、従ってより高いスループットを実現することができるのである。

次いで、同じく図１に示した機能ブロック図を用いて、ＡＰ１及び無線端末２の機能構成を説明する。

図１によれば、ＡＰ（無線通信装置）１は、ＷＡＮ（Wide Area Network）側通信インタフェース１０１と、ＬＡＮ側通信インタフェース１０２と、記憶部１０３と、プロセッサ・メモリとを有する。ここで、プロセッサ・メモリは、ＡＰ１のコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって、無線通信機能を実現させる。

さらに、プロセッサ・メモリは、機能構成部として、送信部１２１と、受信部１２２と、通信制御部１２３と、アグリゲーション送信制御部１１とを有する。このうち、アグリゲーション送信制御部１１は、送信遅延管理部１１１ａを含む無線環境推定部１１１と、アグリゲーション量変更部１１２と、計時部１１３とを有する。尚、図１におけるＡＰ１の各機能構成部を矢印で接続した処理の流れは、本発明による無線通信方法の一実施形態としても理解される。

同じく図１によれば、無線端末２は、通信インタフェース２０１と、記憶部２０２と、送信部・受信部・（通信）制御部と、アグリゲーション送信制御部２１１とを有する。ここで、アグリゲーション送信制御部２１１及び記憶部２０２はそれぞれ、ＡＰ１のアグリゲーション送信制御部１１及び記憶部１０３に対応する機能を発動し、無線端末２において無線通信環境に応じた量のフレームアグリケーションを実現させる。従って、以下、ＡＰ１のアグリゲーション送信制御部１１及び記憶部１０３の機能の説明をもって、無線端末２のアグリゲーション送信制御部２１１及び記憶部２０２の機能を説明するものとする。

ＡＰ１において、ＷＡＮ側通信インタフェース１０１（図１）は、ＡＰ１のＷＡＮ側ネットワーク（例えばアクセスネットワーク（事業者通信網））を介したデータの送受信を担当する。また、ＷＡＮ側ネットワークを介して受信されたデータの情報を無線環境推定部１１１に出力する。一方、ＬＡＮ側通信インタフェース１０２（図１）は、ＡＰ１の無線ネットワーク（ＬＡＮ）を介したデータの送受信を担当する。また、無線ネットワークを介して送受信されたデータの情報を無線環境推定部１１１に出力する。

送信部１２１は、ＷＡＮ側ネットワーク及び無線ネットワーク（ＬＡＮ）を介したデータの送信を担当するが、特に、上位の通信プロトコルレイヤからのデータを、無線ネットワーク（ＬＡＮ）を介して送信する。ここで、送信部１２１は、後に詳細に説明するように、アグリゲーション量変更部１１２で決定されたサービス間隔ＳＩをもってフレームアグリゲーションを実施し、アグリゲーションを行ったフレームを送信する。

ここで、送信部１２１は、アグリゲーションの方式として、Ａ−ＭＳＤＵ（Aggregation MAC Service Data Unit）方式を採用することができるが、変更態様としてＡ−ＭＰＤＵ（Aggregation MAC Protocol Data Unit）方式を採用することも可能である。

受信部１２２は、ＷＡＮ側ネットワーク及び無線ネットワーク（ＬＡＮ）を介したデータの受信を担当する。ここで、受信部１２２もフレームアグリゲーション技術に対応しており、アグリゲーションされたフレームから個々のデータフレームを識別可能であることも好ましい。通信制御部１２３（図１）は、送信部１２１及び受信部１２２の動作を制御してＡＰ１の中継機能を発揮させる。

無線環境推定部１１１は、無線ネットワーク（ＬＡＮ）における無線品質の劣化原因を推定する。具体的には、データ送信での遅延の原因が、「伝送誤りの発生」及び「通信の輻輳」を含む原因候補のうちのいずれであるかを推定する。ここで、無線環境推定部１１１は、送信遅延管理部１１１ａを有し、送信遅延管理部１１１ａは、送信遅延管理テーブルを生成して記憶部１０３に記憶させ、管理する。

図２は、送信遅延管理テーブルの一実施形態を示すテーブルであり、図３は、送信遅延管理テーブルの他の実施形態を示すテーブルである。また、図４は、サービス間隔、フレームサイズ及び送信完了時間（送信遅延）を説明するためのシーケンス図である。

図２によれば、本実施形態の送信遅延管理テーブルは、サービス間隔ＳＩの値毎に、その際の送信遅延（単位msec）と時刻（タイムスタンプ値）とを対応付けて記録している。ここで、サービス間隔ＳＩは、図４に示すように、送信部１２１が、連結（アグリゲーション）された１つのフレームを生成するのに用いる上位の通信プロトコルレイヤからのパケット（データ）を待ち受ける時間間隔である。一般に、サービス間隔ＳＩが大きいほどアグリゲーションフレームのフレーム長は大きくなる傾向となる。図２の送信遅延管理テーブルにおけるサービス間隔ＳＩについては、設定間隔をαとして、ＳＩ_min，ＳＩ_min＋α，ＳＩ_min＋２α，・・・，ＳＩ_min＋ｎ・α，・・・，ＳＩ_maxの値が設定されている。ここで、最小値ＳＩ_minは、フレームアグリゲーションの実施されない場合の時間間隔であり、最大値ＳＩ_maxは、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格で設定された最大アグリゲーション量に対応した時間間隔とすることができる。

また、送信遅延（送信遅延の度合い）は、図４に示すように、送信部１２１が上位の通信プロトコルレイヤからのパケット（データ）を入力してから当該パケット（データ）の送信が完了するまで（受信側からのＡＣＫを受信するまで）の送信完了時間とすることができる。この送信完了時間は、計時部１１３（図１）で計測される。当然に、送信遅延として他の指標を用いることも可能であるが、後述するように送信遅延の変化の傾向を見る場合、送信遅延として容易に計測可能な送信完了時間を用いることで十分である。尚、送信遅延は、一定期間における計測された送信完了時間の平均値又は最大値とすることも好ましい。

以上に説明した送信遅延管理テーブルは、送信遅延管理部１１１ａ（図１）が、例えば１つのフレーム送信完了毎に、その際のサービス間隔ＳＩ及び計測された送信遅延を、時刻とともに記録することによって生成されてもよい。また、一定時間を経過したフレーム送信完了毎のエントリは、有効期限切れとして当該テーブルから削除されることも好ましい。また、送信遅延管理部１１１ａは、フレーム送信を開始する前に、定期的に、又は所定のタイミングで、種々のサービス間隔ＳＩの下でダミーデータを送信することによって送信遅延管理情報を取得し、送信遅延管理テーブルを生成・更新してもよい。または、実際にユーザが送信するアプリケーションデータをモニタし、フレーム送信毎のサービス間隔ＳＩについての統計をとることによって生成・更新することも可能である。

無線環境推定部１１１（図１）は、サービス間隔ＳＩと、送信遅延（送信完了時間）とを対応付けた送信遅延管理テーブル（図２）に基づき、サービス間隔ＳＩが大きくなるほど送信遅延が増大する傾向にあると判断した場合、遅延の原因は「伝送誤りの発生」に係るものであると推定する。一方、サービス間隔ＳＩの値にかかわらず送信遅延が一定となる傾向にあると判断した場合、遅延の原因は「通信の輻輳」に係るものであると推定する。

ここで、送信遅延管理テーブル（図２）に基づいて、例えば最小二乗法によるサービス間隔ＳＩに対する送信遅延の回帰直線を算出し、この回帰直線の傾きが、所定の正の傾き閾値以上であれば、サービス間隔ＳＩが大きくなるほど送信遅延が増大する傾向にあると判断してもよい。また、この回帰直線の傾きが、所定のゼロを含む傾き範囲内であれば、サービス間隔ＳＩの値にかかわらず送信遅延が一定となる傾向にあると判断することができる。

次に、図３によれば、本実施形態の送信遅延管理テーブルは、フレームサイズ（byte）の値毎に、その際の送信遅延（単位msec）と時刻（タイムスタンプ値）とを対応付けて記録している。ここで、フレームサイズは、図４に示すように、送信部１２１が送信する、連結（アグリゲーション）された１つのフレームのフレーム長である。一般に、より大きなフレーム長を有するアグリゲーションフレームは、より大きなサービス間隔ＳＩの設定によって生成される傾向にある。また、送信遅延は、図２の送信遅延管理テーブルの場合と同様、計時部１１３（図１）で計測される送信完了時間とすることができる。

この図３の送信遅延管理テーブルは、送信遅延管理部１１１ａ（図１）が、例えば１つのフレーム送信完了毎に、送信したフレームのフレーム長（サイズ）及び計測された送信遅延を、時刻とともに記録することによって生成されてもよい。また、一定時間を経過したフレーム送信完了毎のエントリは、有効期限切れとして当該テーブルから削除されることも好ましい。また、送信遅延管理部１１１ａは、フレーム送信を開始する前に、定期的に、又は所定のタイミングで、種々のフレームサイズを有するダミーデータを送信することによって送信遅延管理情報を取得し、送信遅延管理テーブルを生成・更新してもよい。または、実際にユーザが送信するアプリケーションデータをモニタし、フレーム送信毎のフレームサイズについての統計をとることによって生成・更新することも可能である。

無線環境推定部１１１（図１）は、フレームサイズと、送信遅延（送信完了時間）とを対応付けた送信遅延管理テーブル（図３）に基づき、フレームサイズが大きくなるほど送信遅延が増大する傾向にあると判断した場合、遅延の原因は「伝送誤りの発生」に係るものであると推定する。一方、フレームサイズにかかわらず送信遅延が一定となる傾向にあると判断した場合、遅延の原因は「通信の輻輳」に係るものであると推定する。

ここで、送信遅延管理テーブル（図３）においても、例えば最小二乗法によるフレームサイズに対する送信遅延の回帰直線を算出し、この回帰直線の傾きが、所定の正の傾き閾値以上であれば、フレームサイズが大きくなるほど送信遅延が増大する傾向にあると判断することができる。また、この回帰直線の傾きが、所定のゼロを含む傾き範囲内であれば、フレームサイズにかかわらず送信遅延が一定となる傾向にあると判断してもよい。

図２又は図３に示した送信遅延管理テーブルにおいて、サービス間隔ＳＩやフレームサイズの増減にかかわらず送信遅延が一定となる傾向にある場合、送信遅延の原因としては、隠れ端末の存在やＳＮＲの低い無線環境よりも、通信の輻輳が支配的であると判断することができる。これは、通信が輻輳している場合、無線通信ネットワークにおけるトラフィックが混雑しているので、データがキューイングされてから送信可能となるまでの待ち時間が増大するが、この待ち時間の増大が遅延を生じさせる主原因となることによる。主に待ち時間によって送信遅延の度合いが決定するので、送信遅延はサービス間隔ＳＩやフレームサイズにはほとんど依存せず、概ね一定となる。

一方、サービス間隔ＳＩやフレームサイズが増加するにつれて送信遅延も増大する傾向にある場合、送信遅延の原因としては、通信の輻輳よりも隠れ端末の存在や低ＳＮＲの無線環境が支配的であると判断することができる。これは、隠れ端末が存在していたり無線環境におけるＳＮＲが低かったりする場合、無線通信ネットワークでフレーム同士の衝突が多発したり誤り発生により再送が多発したりするので、伝送遅延の増大が遅延を生じさせる主原因となることによる。衝突の発生や誤り発生の頻度は、サービス間隔ＳＩが大きくなってフレームサイズが大きくなるほど高くなる傾向にあるので、送信遅延はサービス間隔ＳＩやフレームサイズの増加に伴って増大する傾向を示すことになる。

以上、詳細に説明したように、無線環境推定部１１１は、送信遅延管理テーブルを生成・更新し、送信遅延状況をモニタし管理することによって、フレーム送信時の無線通信環境を推定する。ここで、フレームアグリゲーションは、単にその量を増加させれば必ずスループットの改善をもたらすといった技術ではない。また、通信の輻輳状況に合わせて調整しさえすれば最適化されるものでもない。この点を十分に踏まえ、無線環境推定部１１１は、フレームアグリゲーションの量を効果的に設定するように、その量を決定する基準としての無線通信環境、即ち送信遅延の原因を適切に判断するのである。次に、実際に現実の無線通信系で、送信遅延の原因に依存して、データサイズと送信遅延との関係が異なっている様子を示す。

図５は、送信データのサイズ毎の送信遅延を測定した実験結果を示すグラフである。

図５（Ａ）及び（Ｂ）では、フレームアグリゲーションを行わない送信部において、ダミーデータを送信した際の
（ａ）当該ダミーデータパケットのパケットサイズ（byte）と、
（ｂ）当該パケットから生成したフレームを送信した際の送信完了時間に対応するＲＴＴ（Round Trip Time）と
の関係を調査した実験結果をグラフ化している。この実験では、ダミーデータのパケットサイズを１byte〜１２７２byteの間で変化させながら、パケットサイズ毎にPingによるダミーデータ送信を１秒間隔で２００回行った。ここで、１byte及び１２７２byteは、それぞれデータペイロードサイズの最小値及び最大値である。

図５（Ａ）は、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication）が−７０dBmであってスループット（平均値）が１.１Mbpsである、低ＳＮＲの無線通信環境での実験結果である。この場合、パケットサイズが大きくなるほど、遅延（ＲＴＴ）も大きくなる傾向にあることが理解される。

一方、図５（Ｂ）は、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication）が−３０dBmであってスループット（平均値）が８.３８Mbpsである、通信輻輳時での実験結果である。この場合、パケットサイズにかかわらず、遅延（ＲＴＴ）は概ね一定となる傾向を示すことが理解される。

図１に戻って、アグリゲーション量変更部１１２は、無線環境推定部１１１から、
（ａ）遅延の原因が伝送誤りの発生に係るものであるとの推定結果を入力した場合、送信遅延の度合いが所定の閾値を超えている（「送信遅延」＞Th_u）ならば、送信するデータのアグリゲーションの量を減少させる。具体的には、この場合、例えばサービス間隔ＳＩを小さくする。一方、無線環境推定部１１１から、
（ｂ）遅延の原因が通信の輻輳に係るものであるとの推定結果を入力した場合、送信遅延の度合いが所定の閾値を超えている（「送信遅延」＞Th_u）ならば、送信するデータのアグリゲーションの量を増加させる。具体的には、この場合、例えばサービス間隔ＳＩを大きくする。

また、アグリゲーション量変更部１１２は、送信遅延の度合いが所定の下限閾値未満（「送信遅延」＜Th_d）であるならば、送信するデータのアグリゲーションの量を減少させることも好ましい。具体的には、この場合、例えばサービス間隔ＳＩを小さくする。

アグリゲーション量変更部１１２は、このように決定したアグリゲーション量、例えばサービス間隔ＳＩを、送信部１２１（図１）に出力し、送信部１２１が無線通信環境により好適なフレームアグリゲーションを行うことができるようにする。次いで、アグリゲーション量変更部１１２でのアグリゲーション量の調整の具体例を、図６を用いて示す。

［無線通信方法：アグリゲーション処理］
図６は、本発明の無線通信方法における、無線通信環境の推定及びフレームアグリゲーション量の変更を含むアグリゲーション処理の一実施形態を示すフローチャートである。

（Ｓ６０１）通信開始時、フレーム送信時又は定期的に、無線通信環境を推定する。具体的には例えば、送信遅延の原因が「伝送誤りの発生」に係るものであるか、又は「通信の輻輳」に係るものであるかを推定する。これは、言い換えると、サービス間隔ＳＩ又はフレームサイズが増加した際に送信遅延が減少する傾向にあるか、又はサービス間隔ＳＩ又はフレームサイズにかかわらず送信遅延は一定となる傾向にあるかを判断することになる。
（Ｓ６０２）フレーム送信完了毎に送信遅延（送信完了時間）をモニタする。

（Ｓ６０３）送信遅延が、上限閾値Th_uよりも大きいか否かを判定する。ここで、上限閾値Th_uは、例えば２０msecに設定することができる。「送信遅延」＞Th_uである場合、次のステップＳ６０４に進む。一方、「送信遅延」≦Th_uである場合、ステップＳ６１１に移行する。
（Ｓ６０４）送信遅延の原因が「通信の輻輳」であるか否かを判定（確認）する。即ち、サービス間隔ＳＩ又はフレームサイズにかかわらず送信遅延は一定となる傾向にあるか否かを判定（確認）する。

（Ｓ６０５）ステップＳ６０４で真の判定（「通信の輻輳」であるとの判定）を行った場合、サービス間隔ＳＩを、次式
（１） ＳＩ＝min(ＳＩ＋α, ＳＩ_max)
を用いて算出した値とする。ここで、α（＞０）はサービス間隔増減の設定間隔（変更単位量）である。式（１）は、上限をＳＩ_maxとして、サービス間隔ＳＩをαだけ増加させることを意味する。

因みに、上記のステップＳ６０４では、サービス間隔ＳＩ（フレームサイズ）にかかわらず送信遅延は一定となる傾向にあるか否かを判定（確認）している。ここで、このような判定（確認）条件の代わりに、「サービス間隔ＳＩ（フレームサイズ）の増加に伴い送信遅延は増加しない傾向にあるか否か」との判定（確認）条件を用いて、ステップＳ６０４での判定（確認）処理を行うことも可能である。これは、送信遅延が一定となる傾向にある場合だけでなく、サービス間隔ＳＩ（フレームサイズ）の増加に伴い送信遅延が減少する傾向にある場合でも、このステップで真の判定を行い、ステップＳ６０５でサービス間隔を増加させるものである。通常、このような送信遅延減少の傾向は概ね観測されることはないが、実際にモニタ結果としてこのような送信遅延減少の傾向が観測された場合、アグリゲーションの量を大きくして遅延を小さくすることが当初の目的にかなうことになる。

（Ｓ６１２）一方、ステップＳ６０４で偽の判定（「通信の輻輳」ではないとの判定）を行った場合、サービス間隔ＳＩを、次式
（２） ＳＩ＝max(ＳＩ_min, ＳＩ−α)
を用いて算出した値とする。式（２）は、下限をＳＩ_minとして、サービス間隔ＳＩをαだけ減少させることを意味する。

（Ｓ６１１）送信遅延が、下限閾値Th_d未満であるか否かを判定する。ここで、下限閾値Th_dは、例えば５msecに設定することができる。「送信遅延」＜Th_dである場合、上述した次のステップＳ６１２に進む。一方、「送信遅延」≧Th_dである場合、ステップＳ６０６に移行する。

（Ｓ６０６）送信すべきフレームが残っているか否かを判定する。ここで、真の判定（残っているとの判定）を行った場合、ステップＳ６０２に戻って引き続き送信遅延のモニタ・判定を行う。一方、偽の判定（残っていないとの判定）を行った場合、本アグリゲーション処理を終了する。

以上、詳細に説明したように、本実施形態のアグリゲーション処理では、無線通信環境を推定した上で（ステップＳ６０１）、その推定結果に基づいてサービス間隔ＳＩを適切に決定している。その結果、ステップＳ６０３で使用する上限閾値Th_uを、厳しい遅延許容条件に対応する、例えば２０msecといった小さな値に設定することができる。これにより、例えば、リアルタイム性を追求するロボット制御系や触覚フィードバック制御系に係るアプリケーションシステムで要請される遅延許容条件を満たすようなデータ送信を行うことが可能となるのである。

因みに、図６に示したアグリゲーション処理では、送信遅延が次式
（３） Th_d≦「送信遅延」≦Th_u
を満たす場合、アグリゲーション量の変更は行わない。従って、上限閾値Th_u及び下限閾値Th_dは、アグリゲーションを調整すべき送信遅延の範囲を規定していることが理解される。ここで、「送信遅延」が下限閾値Th_d未満の場合、対象となるアプリケーションシステムではそこまで要求されない不必要な即応性（不必要に高いレスポンス）を抑制してシステムへの負担を軽減する目的で、アグリゲーション量を低減している。

［ロボット制御システムへの応用］
図７は、本発明による無線通信装置を含む無線通信システムの他の実施形態を概略的に示す模式図である。

図７に示したロボット制御システムでは、このシステムを構成する制御器としての無線操縦器４、及び制御対象としてのロボット５のそれぞれに、本発明による無線通信装置を適用し、送信遅延の抑制された、リアルタイム性の高い通信制御環境を実現している。

無線操縦器４は、操縦インタフェース４０２を介して入力されたロボット制御操作情報を操縦制御部４０１で処理して制御データとし、当該制御データを、本発明の無線通信装置４０をもってロボット５宛てに送信する。その際、無線通信装置４０は、現在の無線通信環境における送信遅延の原因を推定し、この原因への対処に好適な量のフレームアグリゲーションを実施することにより、制御データの送信におけるリアルタイム性を確保する。

ロボット５のロボット制御部５０１は、受信した制御データに基づいて、センサ部５０２で取得される検出データを参照し、駆動部５０３によるロボット５の駆動を制御する。さらに、ロボット制御部５０１は、センサ部５０２で取得されるロボット５における位置、姿勢や床反力の変更分をフィードバックデータとし、当該フィードバックデータを、本発明の無線通信装置５０をもって無線操縦器４宛てに送信する。その際、無線通信装置５０も、現在の無線通信環境における送信遅延の原因を推定し、この原因への対処に好適な量のフレームアグリゲーションを実施することにより、フィードバックデータの送信におけるリアルタイム性を確保する。

ロボット制御システムにおいては、制御データとフィードバックデータとの送信周期として、例えば１msec程度が想定される。実際、データ伝送遅延が許容遅延時間である２０msecを越えると、ロボット５の操作に違和感の生じることが知られている。ここで、無線操縦器４に無線通信装置４０を使用し、ロボット５に無線通信装置５０を使用して、少なくとも上限閾値Th_uを２０msecに設定することによって、このような厳しい遅延許容条件をクリアすることが可能となるのである。

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、無線通信環境に応じた量のフレームアグリゲーションを実施し、例えばリアルタイム性を追求するアプリケーションシステムで要請される遅延許容条件を満たすようなデータ送信を行うことができる。特に、無線通信環境を適切に推定することによって、送信遅延の低減に効果のある方向にアグリゲーションの量を変更することが可能となる。その結果、送信遅延を対象アプリケーションにおける遅延許容範囲内に抑えることができ、例えばロボット制御や触覚フィードバック制御に適用した場合、操作者にとっての体感性能を大きく向上させることが可能となる。

以上に述べた本発明の種々の実施形態において、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

１ アクセスポイント（無線通信装置）
１０１ ＷＡＮ側通信インタフェース
１０２ ＬＡＮ側通信インタフェース
１０３ 記憶部
１１ アグリゲーション送信制御部
１１１ 無線環境推定部
１１１ａ 送信遅延管理部
１１２ アグリゲーション量変更部
１１３ 計時部
１２１ 送信部
１２２ 受信部
１２３ 通信制御部
２ 無線端末（無線通信装置）
２０１ 通信インタフェース
２０２ 記憶部
２１１ アグリゲーション送信制御部
３ サーバ
４ 無線操縦器
４０、５０ 無線通信装置
４０１ 操縦制御部
４０２ 操縦インタフェース
５ ロボット
５０１ ロボット制御部
５０２ センサ部
５０３ 駆動部

Claims (13)

1. データをアグリゲーションして送信可能な送信手段を有する無線通信装置であって、
   データ送信での遅延の原因が、伝送誤りの発生及び通信の輻輳を含む原因候補のうちのいずれであるかを推定する無線環境推定手段と、
   遅延の原因が伝送誤りの発生に係るものであると推定された場合、送信するデータのアグリゲーションの量を変更する際に当該量を減少させるアグリゲーション量変更手段と
   を有することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記アグリゲーション量変更手段は、遅延の原因が通信の輻輳に係るものであると推定された場合、送信するデータのアグリゲーションの量を変更する際に当該量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記アグリゲーション量変更手段は、遅延の原因が伝送誤りの発生に係るものであると推定された場合、送信遅延の度合いが所定の閾値を超えているならば、送信するデータのアグリゲーションの量を減少させることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信装置。
4. 前記アグリゲーション量変更手段は、遅延の原因が通信の輻輳に係るものであると推定された場合、送信遅延の度合いが所定の閾値を超えているならば、送信するデータのアグリゲーションの量を増加させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
5. 前記無線環境推定手段は、前記送信手段において上位からのデータを待ち受ける時間に相当するサービス間隔、又は該送信手段によって送信されるデータを含むフレームのフレームサイズと、その際の送信遅延の度合いとを対応付けた送信遅延管理情報に基づき、当該サービス間隔又は当該フレームサイズが大きくなるほど当該送信遅延の度合いが増大する傾向にあると判断した場合、遅延の原因は伝送誤りの発生に係るものであると推定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
6. 前記無線環境推定手段は、前記送信手段において上位からのデータを待ち受ける時間に相当するサービス間隔、又は該送信手段によって送信されるデータを含むフレームのフレームサイズと、その際の送信遅延の度合いとを対応付けた送信遅延管理情報に基づき、当該サービス間隔又は当該フレームサイズにかかわらず当該送信遅延の度合いが一定となる傾向にあると判断した場合、遅延の原因は通信の輻輳に係るものであると推定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
7. 前記アグリゲーション量変更手段は、送信遅延の度合いが所定の下限閾値未満であるならば、送信するデータのアグリゲーションの量を減少させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の無線通信装置。
8. 前記アグリゲーション量変更手段は、当該サービス間隔を変更することによって送信するデータのアグリゲーションの量を変更させることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の無線通信装置。
9. 前記送信手段が上位からデータを受け取ってから当該データの送信を完了するまでの送信完了時間を計測する計時手段を更に有し、
   前記アグリゲーション量変更手段は、計測された当該送信完了時間を、送信遅延の度合いとして扱う
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の無線通信装置。
10. 前記無線環境推定手段は、送信を開始する前に、定期的に、又は所定のタイミングで、ダミーデータを送信することにより当該送信遅延管理情報を取得して、遅延原因を推定することを特徴とする請求項５又は６に記載の無線通信装置。
11. 無線ネットワークを介して互いに通信可能な第１の送受信機及び第２の送受信機を含む無線通信システムであって、該第１の送受信機及び該第２の送受信機のいずれか一方又は両方が、請求項１から１０のいずれか１項に記載の無線通信装置を含むことを特徴とする無線通信システム。
12. データをアグリゲーションして送信可能な送信手段を有する無線通信装置に搭載されたコンピュータを機能させる無線通信プログラムであって、
    データ送信での遅延の原因が、伝送誤りの発生及び通信の輻輳を含む原因候補のうちのいずれであるかを推定する無線環境推定手段と、
    遅延の原因が伝送誤りの発生に係るものであると推定された場合、送信するデータのアグリゲーションの量を変更する際に当該量を減少させるアグリゲーション量変更手段と
    してコンピュータを機能させることを特徴とする無線通信プログラム。
13. データをアグリゲーションして送信可能な送信手段を有する無線通信装置における無線通信方法であって、
    データ送信での遅延の原因が、伝送誤りの発生及び通信の輻輳を含む原因候補のうちのいずれであるかを推定する第１のステップと、
    遅延の原因が伝送誤りの発生に係るものであると推定された場合、送信するデータのアグリゲーションの量を変更する際に当該量を減少させる第２のステップと
    を有することを特徴とする無線通信方法。

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