JP3863871B2 - 送信レート制御方法および通信装置 - Google Patents
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Description
このような問題を解決するためには、ブロードキャストされるデータがより確実に宛先に到達するように、データをブロードキャストするタイミングを上手く選ばなければならない。しかしながら、そのようなブロードキャストをネットワークの規模に応じて柔軟に実現するための解決策は未だ見い出されていない(非特許文献1〜5を参照されたい)。
本願発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、端末の電力消費を考慮しつつ、送信したデータをより確実に宛先に到達させることができる送信レート制御方法、および、通信装置を提供することを目的とする。
S.Y.Ni, Y.C.Tseng, and J.P.Sheu, "Broadcast storm problem in a mobile ad hoc network," In Proceedings of Mobile Computing (MobiCom), pp.151-162, August 1999. B.Williams and T.Camp, "Comparison of broadcasting techniques for mobile ad hoc networks," In Proceedings of ACM Symposium on Mobile Ad Hoc Networking & Computing (MobiHoc) 2002, pp.194-205, July 2002. A.Woo and D.Culler, "A transmission Control Scheme for Media Access in Sensor Networks," in Proceedings of ACM MobiCom’01, Rome, Italy, July 2001, pages 221-235. L.Kleinrock and F.Tobagi, Packet Switching in radio channels, part I: Carrier sense multiple-access models and their throughput-delay characteristics, 23(5), 1400-1416, 1975. F.Tobagi and L.Kleinrock, Packet switching in radio channels part II: Hidden-terminal problem in carrier sense multiple access and the busy-tone solution, 23(5), 1437-1433, 1975.
[1] 実施の形態
本実施の形態に係る無線ネットワークは、パケットを無線送信する複数の携帯端末からなっており、何れの携帯端末も同一のデータ長のパケットを同一の送信レートで送信する。図1は、本実施の形態に係る無線ネットワークの構成を示すネットワーク構成図である。
[2] パケットの送信レートの決定
パケットの送信レートを決定するためには、本実施の形態においては、予め次の3つの定数を与える必要がある。
一般的に、携帯端末はパケットの送信時に多くの電力を消費する。このため、Pdは送信レートと、ひとつのパケットを送信するのに要する時間(以下、この時間を「パケット長」という。)Lとの積にて表される。
予め与えるべきもうひとつの定数は、パケットの平均受信間隔時間の目標値Tdである。これは、パケットを送信しても衝突等により宛先の携帯端末に到達しない場合があるためで、パケットが宛先に受信される時間間隔を目標として送信レートを決定するのが妥当だからである。
本実施の形態においては、単位時間当りの電力消費量の上限Pdを優先して考慮するものとして、単位時間当りの電力消費量がPdを超えない範囲でパケットの受信間隔時間を最小化するか、又は目標値Tdとすることを考える。
次に、無線ネットワークを構成する携帯端末の数Nを受け付ける(ステップS101)。
[3] 携帯端末数と受信間隔時間、電力消費量の関係
次に、本実施の形態に係る無線ネットワークにおける、携帯端末数と受信間隔時間、電力消費量の関係について説明する。
まず、携帯端末の電源容量に余裕がある例として、Pd=0.006、Td=5秒、L=15m秒の場合を例にとって説明する。
図3は、Pd=0.006、Td=5秒、L=15m秒とした場合であって、図3(a)は携帯端末数Nと受信間隔時間Tとの関係を示すグラフであり、図3(b)は携帯端末数Nと電力消費量Pとの関係を示すグラフである。この場合には、次式
より、パケットの平均受信間隔の目標値Tdを達成することができる最大の端末数N*(以下、「限界端末数」という。)が100となる。
(2) 電源容量に余裕がない例
次に、携帯端末の電源容量に余裕がない例として、Pd=0.0035、Td=5秒、L=15m秒の場合を例にとって説明する。
図4(a)に示されるように、携帯端末数Nが小さい時、携帯端末の数Nに関わりなく受信間隔時間Tは受信間隔時間の目標値Tdに等しい値をとるが、電力消費量が最大電力消費量Pdを越えないように送信レートの増加が制約されるため、携帯端末数のNがN*よりも小さい値でも受信間隔時間Tが受信間隔時間の目標値Tdよりも大きくなる。
携帯端末数NがN*に達した後、しばらくは、送信レートλは一定値Pd/Lをとる。これは、電力消費量Pが上限Pdを超えないようにするためである。
[4] 変形例
以上、本願発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本願発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
すなわち、無線ネットワーク1を構成する携帯端末が互いに通信不能な範囲にまで広がって分布しているような場合には、通信可能な範囲に存する携帯端末数Nに応じて送信レートを決定するとしても良い。
携帯端末は、通信可能な範囲に存在する携帯端末数Nを計測する(ステップS201)。そして、得られたNと、Pd、Td、Lを用いて送信レートλを算出する(ステップS202)。
前記タイマにより所定時間を経過したことを検出すると(ステップS205:YES)、携帯端末は、再び、通信可能な範囲に存する携帯端末数Nを計測する(ステップS206)。その結果、新たに取得したNが前回取得したNと異なっていたら(ステップS207:YES)、新たに取得したNを用いて送信レートλを算出し、更新する(ステップS208)。
このようにすれば、通信可能な範囲に存在する携帯端末数Nが動的に変化するような場合であっても、携帯端末毎に電力消費を考慮しつつ、データをより確実に宛先に到達させることができる。
また、通信可能な範囲として、自機と通信可能な携帯端末と、携帯端末と通信可能なすべての携帯端末数を取得するとしても良い。このようにすれば、自機とは通信可能でないが、自機と通信可能な携帯端末と通信可能な携帯端末からのトラフィックも考慮することができるので、さらに送信データの不達を低減することができる。
すなわち、一般的に、平均受信間隔時間は
で表される。ここで関数Sは、N、L、λの何れについても単調減少関数であって、成功率と呼ばれる。すなわち、端末から送信したデータが宛先端末に受信される確率であり、1から0へと単調に減少する。
このため、平均受信間隔時間の目標値Tdを達成することができる送信レートλの解は、2つ以上あり得る。このため、解が2つ以上ある場合には、電力消費を考慮して最も小さい送信レートが採用される。また、解がない場合には、前記λminのように平均受信間隔時間を最小化する送信レートが用いられる。
また、実際に、或いは、シミュレーションによって、通信実験を行うことによって成功率Sを計測するとしても良く、これによって得られた成功率Sを用いて、送信レートを求めることもできる。
を得る。
従って、成功率が上記実施の形態におけるのとは異なる関数によって与えられる場合であっても、上記と同様にして送信レートλを決定することができる。
すなわち、本願発明を有線ネットワークに適用するとしても良い。特に、有線ネットワークが所謂共有メディア型(shared media)である場合には、データがブロードキャストにより送信されるかに関わらず、本願発明により通信の信頼性を高めることができる。
(4) 上記実施の携帯においては、成功率Sを表す式に含まれる定数kとして値1.2を用いる場合を例にとって説明したが、本願発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、1.2以外の値を用いるとしても良い。
また、成功率Sを縦軸、端末数Nを横軸とする平面において、端末数Nがゼロの場合に成功率Sが1となる直線であって、かつ、得られた成功率Sを表す曲線に下から1点で接するような直線を求めて、定数kを決定するとしても良い。
10…携帯端末
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