JP3820442B2 - 無線データ通信方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，携帯電話などの移動端末でパケット通信を行う場合などに好適な無線データ通信方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
データ通信に用いられるパケットは，通信対象となるデータ（を分割したもの）に，ヘッダやエラー訂正コードなどの情報を付加したものである。これらの付加情報は，パケットの通信を確立する上で必要になるものであるが，通信対象ではない余分な情報であることにかわりはない。ある一定量のデータを通信するのに用いるパケットの数が増加すると，それだけオーバーヘッドが増加し，通信効率は低下することになる。
パケットの数を抑えるには，例えばパケットのパケット長を大きくすればよい。
ただし，通信路に無線を利用する場合などでは，パケットに損失が生じたり，パケットが消失したりする恐れが高く，パケット長を大きくすれば，それだけパケットが正常に通信されなくなる可能性が高くなる。
特に，移動体通信では，通信環境の変化が激しく，パケット長の大きなパケットは影響を受けやすい。
パケットが正常に通信されなかった場合には，当該パケットを再送することになる。さらに，パケットが消失した場合には，パケットが正常に通信されなかったことが，タイムアウト時間が経過したことにより判断されるから，実質的に通信を行わない時間が増加してしまう。
従って，通信状態が不安定なときに，パケット長を大きくすると，却って通信効率が低下することがある。
このため，例えば無線を利用した移動体通信では，再送ができるだけ発生しないように，通常パケット長が小さな値で固定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，パケット長を小さな値で固定していると，オーバーヘッドが増加することは否めない。例えば特開平１１−６８８７３号公報や，特開平１１−２７５１１０号公報には，回線が切断されるなど通信状態が悪くなると，パケット長を調整する技術が記載されているが，これらの技術においても，パケット長が固定される場合があり，通信効率が低下する場合があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，通信環境に応じて１パケットの通信毎にパケットのサイズを決定することにより，常に効率の良い通信を行うことが可能な無線データ通信方法及び装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，本方法発明は，自局と相手局との間で，パケット単位で無線によるデータ通信を行う無線データ通信方法において，次に通信するパケットの長さを，次式に従って定めるようにしたものである。
Ｐ（ｋ＋１）＝Ｐ（ｋ）＋α×｛Ａ（ｋ）−Ｐ（ｋ）｝
但し，
Ｐ（ｋ）：通信が完了したパケット（時刻ｋ）のパケット長
Ｐ（ｋ＋１）：次のパケット（時刻ｋ＋１）のパケット長
α：平滑化定数
Ａ（ｋ）：目標時間で通信するための最適なパケット長
このような構成により，データ通信途中で通信状態が変化しても，常にその時点での通信状態に合ったパケット長を決定し，高い通信効率を維持することが可能となる。
上記式における，上記最適なパケット長Ａ（ｋ）は，例えば通信が完了したパケットの通信時間に基づいて定めることが可能である。
また，上記最適なパケット長Ａ（ｋ）を，電波状況に基づいて定めることも可能である。
上記無線データ通信方法において，さらに，通信対象となるデータが複数ある場合に，次のパケットの長さよりもサイズの小さいデータを優先的に選択して通信するようにすれば，パケットの長さが各パケット毎に変化する場合でも，データが分割されることによって，パケット数が増加するのを最小限に抑えることが可能であり，その結果さらに通信効率を高めることが可能である。
【０００５】
また，本装置発明は，自局と相手局との間で，パケット単位で無線によるデータ通信を行う無線データ通信装置において，次に通信するパケットの長さを次式に従って定めるパケット長決定手段を具備してなることを特徴とする無線データ通信装置として構成されている。
Ｐ（ｋ＋１）＝Ｐ（ｋ）＋α×｛Ａ（ｋ）−Ｐ（ｋ）｝
但し，
Ｐ（ｋ）：通信が完了したパケット（時刻ｋ）のパケット長
Ｐ（ｋ＋１）：次のパケット（時刻ｋ＋１）のパケット長
α：平滑化定数
Ａ（ｋ）：目標時間で通信するための最適なパケット長
上記パケット長決定手段により，データ通信途中で通信状態が変化しても，常にその時点での通信状態に合ったパケット長を決定し，高い通信効率を維持することが可能となる。
上記無線データ通信装置において，パケット長決定手段は，例えば上記式における，上記最適なパケット長Ａ（ｋ）は，例えば通信が完了したパケットの通信時間に基づいて定めることが可能である。
また，上記最適なパケット長Ａ（ｋ）を，電波状況に基づいて定めることも可能である。
上記無線データ通信装置において，さらに，通信対象となるデータが複数ある場合に，次のパケットの長さよりもサイズの小さいデータを優先的に選択して通信するデータ選択手段を具備すれば，パケットの長さが各パケット毎に変化する場合でも，データが分割されることによって，パケット数が増加するのを最小限に抑えることが可能であり，その結果さらに通信効率を高めることが可能である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下，添付図面を参照して，本発明の実施の形態につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る無線データ通信装置Ｚ１の概略構成を示すブロック図，図２は上記無線データ通信装置Ｚ１を適用可能な無線データ通信システムの一例を示す図，図３は上記無線データ通信装置Ｚ１によるデータ通信手順を示すフローチャート，図４は電界強度時系列値の移動平均及び標準偏差と通信環境との対応関係の一例を示す図，図５は通信環境とパケット長との対応関係の一例を示す図である。
図２は，本実施の形態に係る無線データ通信装置Ｚ１（図１）を用いた無線データ通信システムの構成例である。このシステムは，固定局であるサーバ１と移動局である携帯端末６とで構成されている。上記サーバ１にはモデム２が搭載（若しくは接続）されており，公衆回線３を介して無線基地局４に接続されている。また，上記携帯端末６には，無線通信装置５が搭載（若しくは接続）されており，上記無線基地局４との間で無線によるデータ通信が可能となっている。ここで，上記サーバ１としては，例えばモデムを搭載したデスクトップ型のパーソナルコンピュータ等が考えられ，上記携帯端末６としては，例えばデータカードを介して携帯電話に接続されたノート型のパーソナルコンピュータや，メールなどのデータ通信機能を有した携帯電話等が考えられる。
【０００７】
本実施の形態に係る無線データ通信装置Ｚ１は，例えば上記無線データ通信システムにおけるサーバ１，或いは携帯端末６に搭載され，図１に示すように，アプリケーション１１，データ送受信制御部１２，パケット長決定部１３（パケット長決定手段に対応），電波状況測定部１４，及び通信環境推定部１５を具備して構成されている。
上記アプリケーション１１は，データの通信要求を行うプログラムで，例えば電子メールソフト，ＷＷＷブラウザ等である。
上記データ送受信制御部１２は，データ通信処理のための全般的な制御を行う。
上記電波状況測定部１４は，データ通信開始時の電界強度値を時系列的に測定し，その測定結果を通信環境推定部１５に出力する。
上記通信環境推定部１５は，上記電波状況推定部１４で測定された電界強度の時系列値に基づいて，データ通信開始時の通信環境を推定する。この通信環境の推定は，具体的には，例えば上記電界強度の時系列値の移動平均及び標準偏差と，予め設定された図４に示すような対応関係とに基づいて，接続不可領域，高速移動領域，安定静止領域などのように判定される。
ここで，上記通信環境推定部１５では，電界強度の瞬時値ではなく時系列値に基づいて通信環境を推定しているため，高速移動などにより電波強度が短時間で急変することが想定される移動体による無線データ通信においても，通信環境を精度よく推定することが可能である。
【０００８】
上記パケット長決定部１３は，データ通信開始時には，上記通信環境推定部１５において推定された通信環境に基づいて初期パケット長を設定する。具体的には，図５に示すような対応表に基づいて，上記通信環境推定部１５において推定された通信環境に対応するパケット長を初期のパケット長として設定する。例えば通信環境が安定静止領域にあれば，上記パケット長決定部１３は，初期パケット長を２０４８バイトに設定し，弱電界静止領域にあれば，初期パケット長を１０２４バイトに設定する。
このようにして設定された初期パケット長によりデータ通信が開始されると，上記パケット長決定部１３は，１パケットの通信に要する時間（あるパケットの通信が完了した旨を表す応答が戻ってくるまでの時間）を逐次測定し，この通信時間と既に通信が完了したパケットのパケット長Ｐ（ｋ）とに基づいて，次に通信するパケットのパケット長Ｐ（ｋ＋１）を定める。
具体的には，例えば指数平滑法を用いて，次式（１）により次のパケットのパケット長Ｐ（ｋ＋１）を決定する。
Ｐ（ｋ＋１）＝Ｐ（ｋ）＋α×｛Ａ（ｋ）−Ｐ（ｋ）｝ …（１）
但し，
α：平滑化定数
Ａ（ｋ）：目標時間で通信するための最適なパケット長
上記（１）式における，上記最適なパケット長Ａ（ｋ）は，予め定めた目標時間内に通信し得るデータの量が最大となるように計算したパケット長であり，測定されたパケットの通信時間Ｔと目標時間とに基づいて定められる。
【０００９】
ここで，目標時間をτによって表せば，上記最適なパケット長Ａ（ｋ）は，例えば次式（２）によって表されるデータ量Ｊを最大とするパケット長Ｌである。
Ｊ＝∫〔τ／（（Ｌ／ｖａ）＋Ｔ）〕×Ｌ×ｆ（ｖａ）ｄｖａ …（２）
ここで， ｖａ：ＰＤＣ層のデータ通信速度（携帯電話の場合）
ｆ（ｖａ）：確率変数ｖａの確率密度関数
である。
上記（２）式に含まれる〔 〕は，ガウス記号を表しており，この項によって表されるのは，パケット長Ｌのパケットでデータを通信したときに，目標時間τ内で送れるパケットの個数である。実際の無線によるデータ通信では，通信速度にばらつきが生じることを考慮し，ｖａを確率変数として扱っており，ｖａの確率密度関数をかけて積分することにより，Ｊはτ内で通信されるデータの量を表すことになる。
上記（１）式に従って，次に送信するパケットのパケット長Ｐ（ｋ＋１）を定めれば，通信環境を反映した最適パケット長に各パケットのパケット長が近づけられる。通信環境に適したパケット長をパケット毎に選択することが可能となり，常に効率の良い通信を行うことができる。
【００１０】
続いて，上記のような構成を有する無線データ通信装置Ｚ１による一連のデータ通信手順（本発明に係る無線データ通信方法に対応）を，図２に示すフローチャートに従って説明する。
ユーザが，携帯端末６上で電子メールソフトなどのアプリケーション１１を起動し，メール送信などのデータ通信要求を行うと，データ送受信制御部１２は，パケット長決定部１３に対して初期パケット長の決定要求を，通信環境推定部１５に対して現時点での通信環境の推定要求をそれぞれ出力する。上記通信環境推定部１５は，電波状況測定部１４より電界強度の時系列値を受け取り，この時系列値の移動平均及び標準偏差と，予め設定された図４に示すような対応関係とに基づいて，例えば接続不可領域，高速移動領域，安定静止領域などのような形で現時点での通信環境を推定し，その結果を上記パケット長決定部１３に出力する。上記パケット長決定部１３は，上記通信環境推定部１５から受け取った現時点での通信環境と，図５に示すような対応関係とに基づいて，初期パケット長を決定し，上記データ送受信制御部１２に出力する。上記データ送受信制御部１２は，上記パケット長決定部１３から受け取った初期パケット長で，上記アプリケーション１１から出力されたデータの通信を開始する（ステップＳ１）。
データ通信が開始されると，上記パケット長決定部１３は，１パケットの通信に要する時間を逐次測定し（ステップＳ３），これに基づいて上記（１）式，及び（２）式を用いて，次のパケットのパケット長Ｐ（ｋ＋１）を決定する（ステップＳ４）。そして，上記データ送受信制御部１２は，上記決定されたパケット長Ｐ（ｋ＋１）にてデータ通信を継続する（ステップＳ５）。
上記ステップＳ３〜Ｓ５の処理が，データ通信が終了するまで繰り返し行われる。
このように，本実施の形態に係る無線データ通信方法及び装置によれば，通信環境に適したパケット長をパケット毎に選択することが可能となり，効率の良い通信を行うことができる。
【００１１】
【実施例】
上記実施の形態に係る無線データ通信方法及び装置では，通信環境が反映された最適パケット長Ａ（ｋ）と通信が完了したパケットのパケット長Ｐ（ｋ）の誤差に基づいた値をパケット長Ｐ（ｋ）に加算することにより，通信環境の制限の範囲で最も多くのデータが通信されるように，次に通信するパケットのパケット長Ｐ（ｋ＋１）が定められた。
このような構成では，次に通信されるパケットのパケット長Ｐ（ｋ＋１）は逐次変化することになる。通信対象となるデータが，パケット長から定まるデータ格納サイズよりも大きい場合には，当該データは分割されるから，通信対象となるデータを不用意に選択すると，せっかくパケット長を適当にしても，パケット数が増加してしまう恐れがある。
この問題を解決するために上記実施の形態に係る無線データ通信装置Ｚ１を変形した無線データ通信装置Ｚ１′の構成を図６に示す。
図６において，通信ファイル決定部（データ選択部に対応）１７は，通信対象となるファイル（データ）が複数ある場合に，上記パケット長決定部１３により求められたパケット長よりもサイズの小さなファイルを優先的に選択して，その選択内容をデータ送受信制御部１２に返す。
次に通信されるパケットのパケット長Ｐ（ｋ＋１）が逐次変化していても，それより小さなサイズのファイルを優先的に選択するようにすれば，パケット長Ｐ（ｋ＋１）が小さくなっているにもかかわらず，大きなサイズのファイルを選択してファイルが分割され，それによってパケット数が増加するようなことを極力抑えることが可能となる。
定められたパケット長よりもサイズの小さなファイルが複数ある場合，さらには全てのファイルのサイズが定められたパケット長よりも小さい場合には，サイズのより大きなファイルを選択する。これによって，通信途中でパケット長がさらに小さくなった場合に，それよりも小さなファイルを選択する可能性を高めることができる。
また，全てのファイルのサイズが，定められたパケット長よりも大きい場合には，よりサイズの小さいファイルを選択する。これによって，当該パケット長にて通信を行う場合のパケット数を最小限に抑えながら，通信途中でパケット長がより大きくなった場合に，サイズの大きなファイルを通信して，通信効率を高めることが可能となる。
上記無線データ通信装置Ｚ１′に係るデータ通信処理手順は，図３の通信手順（ステップＳ５）に含まれるものである。ステップＳ４においてパケット長が決定されたら，それよりもサイズの小さなファイルが優先的に選択され，データ送受信制御部１２の制御に従って，当該ファイルが通信されるのである。
このような本発明の一実施例に係る無線データ通信方法及び装置によれば，パケットの長さが通信途中で変化する場合でも，パケットが分割されることによってパケット数が増加するのを最小限に抑えることができ，その結果通信効率をさらに高めることが可能となる。
なお，上記実施例では，上記パケット長決定部１３が定めたパケット長よりもサイズが小さなファイルを選択するようにしたが，上記最適パケット長Ａ（ｋ）よりもサイズが小さなファイルを選択するようにすることも可能である。
また，上記実施の形態では，上記（２）式に従って上記最適パケット長Ａ（ｋ）を求めたが，これに限られるものではなく，例えば図３のステップＳ３において，パケット通信時間を測定する代わりに，電波状況を測定し，測定した電波状況から，通信開始時と同様に，通信環境，さらにはそれと対応付けられた最適パケット長を定めるようにしてもよい。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように，本無線データ通信方法及び装置によれば，データ通信途中で通信状態が変化しても，常にその時点での通信状態に合ったパケット長を決定し，高い通信効率を維持することが可能となる。
さらに，通信対象となるデータが複数ある場合に，次のパケットの長さよりもサイズの小さいデータを優先的に選択して通信するようにすれば，パケットの長さが各パケット毎に変化する場合でも，データが分割されることによって，パケット数が増加するのを最小限に抑えることが可能であり，その結果さらに通信効率を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る無線データ通信装置Ｚ１の概略構成を示すブロック図。
【図２】 上記無線データ通信装置Ｚ１を適用可能な無線データ通信システムの一例を示す図。
【図３】 上記無線データ通信装置Ｚ１によるデータ通信手順を示すフローチャート。
【図４】 電界強度時系列値の移動平均及び標準偏差と通信環境との対応関係の一例を示す図。
【図５】 通信環境と初期パケット長との対応関係の一例を示す図。
【図６】 本発明の一実施例に係る無線データ通信装置Ｚ１′の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１１…アプリケーション
１２…データ送受信装置
１３…パケット長決定部
１４…電波状況測定部
１５…通信環境推定部
１６…通信ファイル決定部

Claims (8)

1. 自局と相手局との間で，パケット単位で無線によるデータ通信を行う無線データ通信方法において，
   次式に従って次のパケットの長さを定めてなることを特徴とする無線データ通信方法。
   Ｐ（ｋ＋１）＝Ｐ（ｋ）＋α×｛Ａ（ｋ）−Ｐ（ｋ）｝
   但し，
   Ｐ（ｋ）：通信が完了したパケット（時刻ｋ）のパケット長
   Ｐ（ｋ＋１）：次のパケット（時刻ｋ＋１）のパケット長
   α：平滑化定数
   Ａ（ｋ）：目標時間で通信するための最適なパケット長
2. 上記最適なパケット長Ａ（ｋ）を，通信が完了したパケットの通信時間に基づいて定めてなる請求項１記載の無線データ通信方法。
3. 上記最適なパケット長Ａ（ｋ）を，電波状況に基づいて定めてなる請求項１記載の無線データ通信方法。
4. 通信対象となるデータが複数ある場合に，次のパケットの長さよりもサイズの小さいデータを優先的に選択して通信してなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線データ通信方法。
5. 自局と相手局との間で，パケット単位で無線によるデータ通信を行う無線データ通信装置において，
   次式に従って次のパケットの長さを定めるパケット長決定手段を備えてなることを特徴とする無線データ通信装置。
   Ｐ（ｋ＋１）＝Ｐ（ｋ）＋α×｛Ａ（ｋ）−Ｐ（ｋ）｝
   但し，
   Ｐ（ｋ）：通信が完了したパケット（時刻ｋ）のパケット長
   Ｐ（ｋ＋１）：次のパケット（時刻ｋ＋１）のパケット長
   α：平滑化定数
   Ａ（ｋ）：目標時間で通信するための最適なパケット長
6. 上記パケット長決定手段は，上記最適なパケット長Ａ（ｋ）を，通信が完了したパケットの通信時間に基づいて定めてなる請求項５記載の無線データ通信装置。
7. 上記パケット長決定手段は，上記最適なパケット長Ａ（ｋ）を，電波状況に基づいて定めてなる請求項５記載の無線データ通信装置。
8. 通信対象となるデータが複数ある場合に，次にパケットの長さよりもサイズの小さいデータを優先的に選択するデータ選択手段を具備してなる請求項５〜７のいずれかに記載の無線データ通信装置。

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