JP4353007B2 - 送信制御装置、無線通信装置及び無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、送信制御装置、無線通信装置及び無線通信システムに関し、例えば、無線ＬＡＮ等の半二重な通信伝送路を用いたネットワークにおいて、双方向通信可能な無線通信システムや、この無線通信システムを構成する装置として適用され得る。

近年、例えばインターネットやイントラネットを構築する技術として、従来の銅線や光ファイバなどの有線メディアだけでなく、無線メディアを用いたＩＰネットワークの構築が注目されている。

無線ＩＰネットワークを構築する代表的な技術として、例えば、２．４ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯の周波数帯域を用いて、１１Ｍｂｐｓ〜５４Ｍｂｐｓの通信速度を実現する無線ＬＡＮがある。

この無線ＬＡＮにおいてパケット伝送を行う通信制御方式として、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）が広く使用されており、このＣＳＭＡ／ＣＡ方式は、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格のＭＡＣプロトコルとして採用されている。

ＣＳＭＡ／ＣＡ方式は、無線局がパケットを送信する前に、無線チャネル（通信伝送路）の使用状況を観測（キャリアセンス）し、該無線チャネルが使用されていない（ビジー状態でない）ことを確認した後に、パケットの送信を行う通信制御方式である。

ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を採用した無線ＩＰネットワークを構築する場合、無線局と複数の無線端末間で同じ無線チャネルを使用して頻繁にパケット送受信を行なわれると、複数の無線端末からの送信パケットが互いに衝突する可能性が高くなり、無線チャネルのスループットが低下するという特性がある。

また、この場合、衝突したパケットは、無線局や無線端末でランダム待ち時間が経過してから再び無線チャネルヘと送信されることになる。

従って、無線ＩＰネットワークがＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ Ｏｖｅｒ ＩＰ）を採用した音声通信に使用される場合、衝突したパケットが音声パケットであるときには、音声パケットの再送により、送信先での到着間隔が一定でなくなるため遅延揺らぎが発生し、リアルタイム性が要する音声通信の通話品質に悪影響を与えてしまう場合ある。

従来、このような問題を解決するため、特許文献１に示すように、無線チャネルの負荷状態を検出し、輻輳状態のときに、音声パケットをデータパケットより優先的に送信することで、音声通話の品質劣化の低減を図る技術がある。
特開２００４−１５２９０号公報

しかしながら、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を採用した無線ＩＰネットワークにおいて、音声パケットの衝突は、上述したような他の無線端末が送信したデータパケットとの間だけでなく、当該無線端末が無線局に送信した上り方向パケットと、無線局が当該無線端末に送信した下り方向パケットとの間で送信タイミングが重なり合うことによっても生じ得る。

特に、ＶｏＩＰやＴＶ電話などの双方向通信を行なう場合、上り方向と下り方向のパケット生成間隔は同じ周期となるため、一旦、上り方向と下り方向のパケット送信タイミングが重なり衝突が発生すると、それ以降のパケットも連続して衝突する可能性が高くなるという問題があった。

従って、パケット衝突に起因する、無縁チャネルのスループット低下、及び音声通信における遅延揺らぎの発生と通話品質の劣化が生じ得る。

そのため、上り方向と下り方向とで通信伝送路を共有する半二重な無線通信システムにおいて、上り方向パケットと下り方向パケットとの衝突を回避することができる送信制御装置、無線通信装置及び無線通信システムが求められている。

かかる課題を解決するために、第１の本発明の送信制御装置は、半二重な通信伝送路を無線通信する上り方向パケット又は下り方向パケットの送信タイミングを制御する送信制御装置において、（１）到着したパケットのパケット情報に基づいて、当該到着パケットが双方向通信対応のパケットであるか否かを判別するパケット種別判定手段と、パケット種別判定手段により双方向通信対応パケットであると判定されたパケットの上り方向の到着時刻及び下り方向の到着時刻と、当該双方向通信対応パケットの上り方向又は下り方向の平均到着間隔時間とを測定するパケット測定手段と、（２）双方向通信対応パケットを受信すると、当該双方向通信対応パケットを一時的に保持するパケット保持手段と、（３）上り方向パケットの到着時刻又は下り方向パケットの到着時刻から、平均到着間隔時間に基づいて求めた送信保持時間経過後に、当該上り方向パケット又は当該下り方向パケットを送信する送信制御手段とを備えることを特徴とする。

第２の本発明の無線通信装置は、半二重な通信伝送路を用いて無線通信するものであって、送信する双方向通信対応パケットの上り方向パケットの送信タイミングを制御する無線通信装置であって、（１）所定の通信制御方式に従ってパケットを送受信する無線通信手段と、（２）送信パケットを生成する送信パケット生成手段と、（３）無線通信手段が受信したパケットの到着時刻及び送信パケット生成手段が送信パケットを生成した生成時刻と、無線通信手段の送信パケットの平均送信間隔時間とを測定するパケット測定手段と、（４）上り方向パケットの到着時刻から、平均送信間隔時間に基づいて求めた送信保持時間経過後に、当該上り方向パケットを送信する送信制御手段とを備えることを特徴とする。

第３の本発明の無線通信システムは、上り方向と下り方向とで通信伝送路を共有する半二重な無線通信システムにおいて、（１）第２の本発明の１又は複数の無線通信装置と、（２）無線通信装置と無線通信する１又は複数の無線局装置と、（３）無線通信装置と無線局装置との間の無線通信される上り方向パケットと下り方向パケットの送信タイミングを制御する第１の本発明の送信制御装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、無線区間において、上り方向と下り方向とのパケット衝突確率を低減することができるので、通信伝送路（無線チャネル)のスループットを向上させることができ、また音声通信における通話品質を向上させることができる。

以下、本発明に係る送信制御装置を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

（Ａ）第１の実施形態
第１の実施形態は、無線通信ネットワークを包含する音声通信ネットワークについて説明する。また、第１の実施形態における無線通信ネットワークは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を採用するネットワークである。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態に係る音声通信ネットワークの主要な全体構成を示す図である。

図１において、本実施形態の音声通信ネットワーク１は、無線端末１０１及び１０２、無線局１０３、パケット送信制御装置１０４、ルータ１０５、ＩＰネットワーク１０６、メディアゲートウェイ１０７、公衆回線網１０８、電話端末１０９、ルータ１１０、ＩＰ電話端末１１１、ゲートキーパー１１２を備える。

無線端末１０１及び１０２は、音声信号をパケット化し、ＩＰネットワーク上で音声通信や動画像通信等を制御プロトコル（例えば、ＩＴＵ−Ｈ.３２３やＳＩＰ等）に従って実現する通信制御機能と、伝送制御機能（本実施形態ではＣＳＭＡ／ＣＡ方式を採用）とを備える無線通信装置である。この無線端末１０１及び１０２は、例えば、移動通信装置（例えば携帯電話機等）や無線通信装置（例えばＬＡＮカード等）を搭載したパーソナルコンピュータ等が該当する。

無線局（アクセスポイント）１０３は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式により伝送制御し、無線端末１０１及び１０２と無線通信するものである。無線局１０３は、無線端末１０１及び１０２から受信したパケット（上り方向パケット）を、パケット送信制御装置１０４に与えるものである。また、無線局１０３は、パケット送信制御装置１０４から与えられたパケット（下り方向パケット）を、無線端末１０１及び１０２に無線チャネルにより与えるものである。

パケット送信制御装置１０４は、送信パケットの送信タイミングを変更するものである。パケット送信制御装置１０４は、到着したパケットが双方向通信対応のパケットである場合に、無線通信される上り方向パケットと下り方向パケットとの送信タイミングが重ならないように、下り方向のパケットの送信タイミングを調整するものである。パケット送信制御装置１０４は、例えば、無線局１０３やルータ１０５などの中継装置などに実装されるようにしてもよい。なお、パケット送信制御装置１０４の詳細な機能構成については後述する。

ルータ１０５は、ＩＰネットワーク１０６と接続し、受信したパケットを宛先に向けて中継する中継装置である。

ＩＰネットワーク１０６は、ＩＰ（インターネットプロトコル）に従った通信網である。ＩＰネットワーク１０６は、専用網、公衆網、移動通信網又はこれらの通信網が結合した網に適用でき、例えば、インターネットやイントラネットなどが代表例として挙げられる。

メディアゲートウェイ１０７は、ＩＰネットワーク１０６と公衆回線網１０８との間で、受信したパケットの中継を行なうものである。メディアゲートウェイ１０７は、受信したパケットの制御プロトコルの変換処理やフォーマット変換処理などを行ない、受信パケットの中継処理を行なうものである。

公衆回線網１０８は、従来の電話端末１０９を収容する電話回線網である。

電話端末１０９は、公衆回線網１０８に接続可能な従来の電話端末である。

ルータ１１０は、ＩＰネットワーク１０６とＩＰ電話端末１１１と間で、受信したパケットの中継を行なう中継装置である。

ＩＰ電話端末１１１は、所定の制御プロトコル（例えば、ＩＴＵ−Ｈ．３２３やＳＩＰ等）に従って通信を実現可能にする通信制御機能により音声通信可能な装置である。

ゲートキーパー１１２は、ＩＰネットワーク１０６に接続可能であり、音声通信に係る呼制御を所定のプロトコルに従って行なうものである。

次に、パケット送信制御装置１０４が備える機能構成について図２を参照して説明する。図２は、パケット送信制御装置１０４の機能ブロック図である。

図２に示すように、パケット送信制御装置１０４は、パケット解析部２０１、パケットバッファ２０２、パケット測定部２０３、送信判定部２０４、パケット送信部２０５を有する。

これらパケット送信制御装置１０４の各機能は、図示しない制御手段（例えばＣＰＵ等）が所定プログラムを実行することにより実現されるものである。

パケット解析部２０１は、到着したパケットのパケットヘッダやフィールド情報等を解析し、到着パケットが双方向通信対応のパケットであるか否か、及び、上り方向又は下り方向のパケットであるか否かを判断するものである。

パケットバッファ２０２は、パケット解析部２０１が双方向通信対応であり、かつ、下り方向のパケットであると判断したとき、その到着パケット（下り方向パケット）を一時的に保持するものである。また、パケットバッファ２０２は、パケット送信部２０５からの指示に応じて、保持している下り方向パケットをパケット送信部２０５に与えるものである。

パケット測定部２０３は、パケット解析部２０１が双方向通信対応であると判断した場合、その到着したパケットの到着時刻を測定するものである。つまり、パケット測定部２０３は、到着パケットが双方向通信対応のものであれば、上り方向パケット及び下り方向パケットの双方についての到着時刻を測定するものである。また、パケット測定部２０３は、到着する上り方向パケットの到着時刻を測定することで、その上り方向パケットの到着間隔時間（平均到着間隔時間）を測定するものである。これは、上り方向パケットが、到着する上り方向パケットの生起間隔が一定であるという特徴を有するため、到着する上り方向パケットを逐次測定することで、その間隔時間を測定することができる。

送信判定部２０４は、パケット測定部２０３から測定結果を受け取り、その測定結果に基づいて、下り方向パケットをパケットバッファ２０２に保持するバッファ停留時間を求めるものである。また、送信判定部２０４は、バッファ停留時間に基づいて、パケットバッファ２０２に保持されている下り方向パケットの送信タイミングを管理するものである。つまり、送信判定部２０４は、バッファ停留時間に達した時に、送信指示をパケット送信部２０５に与えて、パケットバッファ２０２に保持されている下り方向パケットを送信させるものである。

このように、送信判定部２０４が求めたバッファ停留時間だけ、下り方向パケットをパケットバッファ２０２に保持させることで、無線区間（無線チャネル）において、上り方向パケットと下り方向パケットとの衝突を回避させることができる。

ここで、送信判定部２０４によるバッファ停留時間の算出方法について説明する。

送信判定部２０４は、パケット測定部２０３から上り方向パケットの到着時刻Ｔｕｐ、下り方向パケットの到着時刻Ｔｄｏｗｎ、及び、上り方向パケットの到着間隔時間（平均到着間隔時間）Ｔｉｎｔを受け取る。

そして、送信判定部２０４は、下記式（１）に従って、下り方向パケットの保持時間Ｔｂｕｆｆを求める。

Ｔｂｕｆｆ＝Ｔｉｎｔ／２−｜Ｔｕｐ−Ｔｄｏｗｎ｜ …（１）
上記式（１）に示すように、バッファ停留時間Ｔｂｕｆｆは、上り方向のパケット到着間隔時間Ｔｉｎｔの半分の時間から、上り方向のパケットの到着時刻Ｔｕｐから下り方向のパケット到着時刻Ｔｄｏｗｎの差分の絶対値の差分と一致した時点を示している。

パケット送信部２０５は、到着したパケットを送信する通信手段である。パケット送信部２０５は、到着パケットが双方向通信対応パケットでない場合、そのパケットを無線局１０３又はルータ１０５に送信するものである。また、パケット送信部２０５は、到着パケットが双方向通信対応であり、下り方向パケットである場合、送信判定部２０４から送信指示を受けて、パケットバッファ２０２から下り方向パケットを読み出し、その読み出した下り方向パケットを無線局１０３に送信するものである。さらに、パケット送信部２０５は、到着パケットが双方向通信対応であり、上り方向パケットである場合、パケットの到着時刻が測定された後に、その上り方向パケットをルータ１０５に送信するものである。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態のパケット送信制御装置１０４を備えた音声通信ネットワーク１の動作について図面を参照して説明する。

以下では、図１に示す音声通信ネットワーク１において、無線端末１０１とＩＰ電話端末１１１との間で音声通信を行なう場合を例に挙げて説明する。

無線端末１０１とＩＰ電話端末１１１との間での音声通信は、所定の通信制御プロトコル（例えばＩＴＵ−Ｈ．３２３やＳＩＰ等）に従って行なわれる。また、無線端末１０１は、ゲートキーパー１１２による所定の呼処理を介して、相手先となるＩＰ電話端末１１１との間でセッションが行なわれるが、このときの接続シーケンスの詳細については省略する。

無線端末１０１がＩＰ電話端末１１１との間でセッションを開始するとき、無線端末１０１と無線局１０３との間ではパケットの送受信が無線通信で行なわれる。また、無線端末１０１は、無線局１０３との間でＣＳＭＡ／ＣＡ方式によるアクセス制御がなされる。

このときの無線局１０３と無線端末１０１との間で送受信される上り方向パケットと下り方向パケットとの送信間隔の関係について図３を参照して説明する。

図３は、パケット送信制御装置１０４により下り方向パケットの送信タイミングが変更されていない場合である。

図３に示すように、無線局１０３と無線端末１０１との間では、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によりアクセス制御されるが、上り方向パケットと下り方向パケットとの送信タイミングが重なり合うことがある。

これは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式が、無線チャネルの使用状況を観測した後、バックオフと呼ばれるランダム時間後にパケットを送信することで他のパケットとの衝突を回避する方式であるが、選択されるランダム時間が同じである場合は、パケットの衝突は回避できないことがある。つまり、この送信タイミングが重なっている状態は、上り方向パケットと下り方向パケットの衝突確率が高くなっていることを表している。

そこで、本実施形態は、パケット送信制御装置１０４が下り方向パケットの送信タイミングを変更し、その送信タイミングを変更した下り方向パケットを無線局１０３に与えて無線通信させることで、この衝突確率を低減するようにした。

図４は、パケット送信制御装置１０４の動作を示すフローチャートである。

パケット送信制御装置１０４にパケットが到着すると、受信パケットが、パケット解析部２０１に与えられる。受信パケットは、パケット解析部２０１により、パケットヘッダやフィールド情報等が解析され、パケット種別が判定される（Ｓ４０１）。

パケット解析部２０１により、受信パケットが双方向通信対応のパケットでないと判断されると、その受信パケットは、そのまま無線局１０３若しくはルータ１０５に送信される（Ｓ４０２、Ｓ４０９）。

一方、パケット解析部２０１により、受信パケットが双方向通信対応のパケットであると判断されると、その受信パケットが、上り方向パケットであるか又は下り方向パケットであるか判定される（Ｓ４０３）。

受信パケットが上り方向パケットである場合、その受信パケットは、パケット測定部２０３により、到着時刻が測定される（Ｓ４０４）。

また、音声パケットはパケットの生起間隔が一定であるという特徴より、連続して受信した上り方向パケットの到着時刻から、パケット測定部２０３は、上り方向パケットの到着間隔時間を測定する（Ｓ４０５）。

上り方向パケットの到着時刻及び到着間隔時間が測定されると、その上り方向パケットは、ルータ１０５に送信される（Ｓ４０９）。

また、受信パケットが下り方向パケットである場合、その受信パケットは、パケット測定部２０３により、到着時刻が測定される（Ｓ４０６）。

下り方向パケットの到着時刻が測定されると、その下り方向パケットは、パケットバッファ２０２により保持される（Ｓ４０７）。

また、パケット測定部２０３により測定された測定結果は送信判定部２０４に与えられ、送信判定部２０４により、バッファ停留時間Ｔｂｕｆｆが求められ、現在時刻がバッファ停留時間Ｔｂｕｆｆに応じた時刻であるか否か判定される（Ｓ４０８）。

送信判定部２０４により、現在時刻がバッファ停留時間に応じた時刻であると判定されると、パケット送信部２０５に対して送信指示が与えられる。そして、送信指示を受けたパケット送信部２０５により、下り方向パケットが、パケットバッファ２０２から読み出され、無線局１０３に送信される（Ｓ４０９）
また、現在時刻がバッファ停留時間に応じた時刻でないと判断されると、送信タイミングが来るまで、下り方向パケットは、パケットバッファ２０２に保持される（Ｓ４０８）。

このようにして、パケット送信制御装置１０４により送信タイミングが調整された下り方向パケットは、無線局１０３に与えられ、無線通信により無線端末１０１に与えられる。

このとき、上り方向パケットと下り方向パケットとの送信間隔の関係を図５に示す。図５に示すように、無線局１０３から無線端末１０１に与えられる下り方向パケットは、パケット送信制御装置１０４によりバッファ停留時間Ｔｂｕｆｆだけ遅れるので、上り方向パケットと衝突が回避される。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上、本実施形態によれば、パケット送信制御装置１０４が、無線区間で送信される下り方向パケットの送信タイミングを、上り方向パケット到着周期の半分に変更することで、無線区間におけるパケット衝突確率を低減することが可能となり、スループットの向上が実現できる。

また、本実施形態によれば、無線区間で他のデータパケットの送信が行われた場合にも、下り方向のパケットの送信タイミングを変更することで、上り方向と下り方向のパケットの両方が同時に待たされる確率を低減することができるため、待ち合わせによる遅延揺らぎを最小に抑えることが可能となる。

（Ｂ）第２の実施形態
第２の実施形態も、第１の実施形態で説明した図１の音声通信ネットワークに適用した場合である。

第２の実施形態は、複数の無線端末が無線局に対して上り方向パケットを送信する場合に、各無線端末が上り方向パケットの送信タイミングを制御し、パケット送信制御装置が下り方向パケットの送信タイミングを制御する場合の適用について説明する。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
第２の実施形態の音声通信ネットワークの構成は、図１で説明したネットワーク構成に対応する。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、無線端末１０１及び１０２の機能と、パケット送信制御装置１０４の機能である。従って、以下では、第１の実施形態と異なる機能について詳細に説明する。

図６は、無線端末１０１及び１０２の内部機能を説明する機能ブロック図である。図６に示すように、無線端末は、アンテナ６０１、無線受信部６０２、パケット測定部６０３、音声復号部６０４、スピーカ６０５、マイク６０６、音声符号化部６０７、パケットバッファ６０８、送信判定部６０９、無線送信部６１０を備える。

アンテナ６０１は、無線信号を捕捉して無線受信部６０２に与えるものである。また、アンテナ６０１は、無線送信部６１０からの無線信号を送波するものである。

無線受信部６０２は、アンテナ６０１から無線信号を受け取り、音声パケットを抽出し、パケット測定部６０３に与えるものである。

パケット測定部６０３は、無線受信部６０３から無線信号を受け取り、その無線信号の到着時刻を測定するものである。また、パケット測定部６０３は、受信したパケットのパケットヘッダ等から、ゲートキーパー１１２を介して行なわれたセッション数及び基準セッションの平均送信間隔時間を取得するものである。また、パケット測定部６０３は、測定した受信パケットの到着時刻、取得したセッション数及び基準セッションの平均送信間隔時間を、送信判定部６０９に与えるものである。ここで、基準セッション数とは、複数のセッションのうち決定された１セッションをいう。

音声復号部６０４は、パケット測定部６０３が測定した受信パケットを受け取り、その受信パケットを所定の符号化・復号方式に従って復号するものである。なお、音声信号の符号化・復号方式は、特に限定されず広く適用可能である。

スピーカ６０５は、音声復号部６０４により復号された音声信号を受け取り、音声として出力するものである。

マイク６０６は、使用者が発した音声を捕捉して、音声信号として音声符号化部６０７に与えるものである。

音声符号化部６０７は、マイク６０６から音声信号を受け取り、所定の符号化・復号方式に従って符号化し、その音声信号をパケット化するものである。また、音声符号化部６０７は、生成したパケットをパケットバッファ６０８に与えるものである。ここで、音声符号化部６０７が生成するパケットの生成時刻をパケット生成時刻Ｔｓｎｄとする。

パケットバッファ６０８は、音声符号化部６０７から受け取ったパケットを一時的に保持するものである。また、パケットバッファ６０８に保持されているパケットは、送信判定部６０９に読み出される。

送信判定部６０９は、パケット測定部６０３から受信パケットの到着時刻と基準セッションの平均送信間隔時間とセッション数とを受け取り、また音声符号化部６０７が生成するパケットのパケット生成時刻を受け取り、バッファ停留時間を求めるものである。また、送信判定部６０９は、バッファ停留時間に基づいてパケットバッファ６０８に保持されている上り方向パケットの送信タイミングを管理するものである。つまり、送信判定部６０９は、バッファ停留時間に達した時に、パケットバッファ６０８から上り方向パケットを読み出し、その読み出した上り方向パケットを無線送信部６１０に与えるものである。

ここで、送信判定部６０９による上り方向パケットのバッファ停留時間の算出方法について説明する。

送信判定部６０９は、パケット測定部６０３から、受信パケットの到着時刻Ｔｒｃｖ、基準セッションの平均送信間隔時間Ｔｉｎｔ及びセッション数ｍを受け取る。また、送信判定部６０９は、音声符号化部６０７が生成するパケットのパケット生成時刻Ｔｓｎｄを受け取る。

そして、送信判定部６０９は、下記式（２）に従って、上り方向パケットの保持時間Ｔｂｕｆｆを求める。

Ｔｂｕｆｆ＝Ｔｉｎｔ／２ｍ−（Ｔｒｃｖ−Ｔｓｎｄ） …（２）
無線送信部６１０は、送信判定部６０９から送信パケット（上り方向パケット）を受け取り、その送信パケットをアンテナを介して送信するものである。

（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、第２の実施形態に係る送信制御装置の動作について図面を参照して説明する。

以下では、図１において、無線端末１０１がゲートキーパー１０２の呼処理を介してＩＰ電話端末１１１と音声通話のセッションを開始し、また、無線端末１０２がゲートキーパー１０２の呼処理を介して電話端末１０９と音声通話のセッションを開始する場合の動作について説明する。

図７は、無線局１０３と無線端末１０１及び１０２との間での、送信パケットの間隔の様子を示す図である。なお、無線端末１０１の音声通話をセッション＃０とし、無線端末１０２の音声通話をセッション＃１とする。

図７では、無線局１０３と無線端末１０１及び１０２との間の上り方向パケットと下り方向パケットとの送信タイミングが重なり、パケット衝突の確率が高くなっている様子を示している。

そこで、本実施形態では、パケット送信制御装置１０４では下り方向のパケット送信タイミングを変更することでこの衝突確率を低減する。

まず、パケット送信制御装置１０４での動作を図８のフローを用いて説明する。

Ｓ８０１〜Ｓ８０３までは第１の実施形態（図４のＳ４０１〜Ｓ４０３）と同様であり、到着したパケットから下り方向のパケットのみを検出する。

Ｓ８０３において検出された下り方向のパケットから、現在、使用されている音声通話のセッション数を算出する。この検出したセッション数をここではｍとする。（Ｓ８０４）
このとき、ｍ個のセッションの中から基準とするセッション＃０を決定する。ここでは無線端末１０１の音声パケットをセッション＃０とする。

次に、到着した下り方向のパケットがセッション＃０のものかどうかを判定し、セッション＃０である場合は、到着した時刻Ｔ０を測定する（Ｓ８０５，Ｓ８０６）。

このセッション＃０の複数個のパケット到着時刻を測定することで、セッション＃０のパケットの平均到着間隔時間Ｔｉｎｔを測定することができる。（Ｓ８０７）
測定が終了した下り方向のセッション＃０のパケットはそのまま無線局１０３へと送信される。

一方、基準セッション＃０以外のパケットに関しては、その到着時刻Ｔｎをそれぞれのセッション毎に測定する。（Ｓ８０８）
測定されたパケットは一旦、パケットバッファ２０２にて保持され、送信判定部２０４にてバッファから読み出されるタイミングが決定される。（Ｓ８０９）
このバッファから読み出されるタイミングは下記式（３）によって決定される
Ｔｂｕｆｆ＝Ｔｉｎｔ／ｍ＊ｎ−（Ｔ０−Ｔｎ） …（３）
ここで、セッション数ｍ＝２とし、到着時刻Ｔｎは無線端末１０２のセッション＃１（ｎ＝１）とした場合、セッション＃１のパケットが送信されるタイミングは、セッション＃０のパケットが送信されてからＴｉｎｔ／２の時間が経過してからとなる。

以上の動作によりパケット送信制御装置１０４では、複数セッションの下り方向音声パケットの送信間隔を一定にすることができる。

次に、無線端末１０１、１０２における動作について図９を参照して説明する。図９は、無線端末の動作を示すフローチャートである。

図９において、無線局１０３からの下り方向パケットは、アンテナ６０１を介して無線受信部６０２に与えられる（Ｓ９０１）。

無線受信部６０２に受信された受信パケットは、パケット測定部６０３に与えられ、パケット測定部６０３により、その到着時刻Ｔｒｃｖが測定される（Ｓ９０２）。

このとき、無線局１０３からの制御用パケットなどにより、現在の音声通話のセッション数ｍと、セッション＃０（基準セッション）についての平均送信間隔時間Ｔｉｎｔが、パケット測定部６０３により検出される（Ｓ９０３）。

到着時刻が測定された下り方向のパケットは、音声復号部６０４に与えられ、音声復号部６０４により復号される。そして、復号された音声はスピーカ６０５により再生される（Ｓ９０４）。

一方、マイク６０６から入力された音声は、音声符号化部６０７に与えられ、音声符号化部６０７により、音声パケット化される。このとき、音声符号化部６０７が生成するパケットの生成時刻Ｔｓｎｄが測定される（Ｓ９０５、Ｓ９０６）。

生成された上り方向パケット（送信パケット）はパケットバッファ６０８に与えられ、一時的に保持される（Ｓ９０７）。パケットバッファ６０８に保持されている上り方向パケットは、送信判定部６０９からの読み出されるまで、パケットバッファ６０８に保持される。

送信判定部６０９では、下り方向パケット（受信パケット）の到着時刻Ｔｒｃｖ、基準セッションの平均送信間隔時間Ｔｉｎｔ、セッション数ｍ及び上り方向パケット（送信パケット）の生成時刻Ｔｓｎｄを上記式（２）に代入することで、バッファ停留時間Ｔｂｕｆｆを算出する。

ここで、セッション数ｍ＝２とした場合、パケットの送信タイミングは下り方向のパケットが到着した時刻ＴｒｃｖよりＴｉｎｔ／４の時間が経過してからとなる。

このとき、上り方向パケットと下り方向パケットとの送信間隔の関係を図１０に示す。図１０に示すように、無線端末１０１、１０２では、下り方向のパケットの到着間隔時間よりそれぞれ１／４周期ずれて上り方向のパケットが送信されるため、上り方向パケットと下り方向パケットとの衝突が回避される。

（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
以上のように、本実施形態によれば、複数の無線端末が無線通信する場合に、パケット送信制御装置１０４が、基準セッションのパケット生起間隔に基づいて、複数セッションの下り方向のパケット送信タイミングをそれぞれ変更することで、下り方向の無線区間におけるパケット衝突確率を低減することが可能となる。

また、本実施形態によれば、無線端末が、下り方向のパケット到着タイミングに追随して上り方向のパケット送信タイミングを変更することで、無線区間にパケットが送信される間隔が平滑化されるため、無線区間でパケット衝突確率を低減することが可能となり、無線チャネルのスループットの向上が実現できる。

（Ｃ）第３の実施形態
第３の実施形態は、複数の無線局で構成され、隣接した無線局間でパケットの中継を行なうことで、電波の直接届かない無線局及び無線端末の通信を実現するマルチホップネットワークに適用した場合について説明する。

なお、図１の音声通信ネットワークがマルチホップネットワークを包含してもよい。

（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
図１１は、第３の実施形態のマルチホップネットワークの構成イメージを示す構成図である。

図１１において、本実施形態のマルチホップネットワークは、無線端末１１０１及び１１０２、無線局１１０３〜１１０５、パケット送信制御装置１１０６を備えて構成される。

無線端末１１０１及び１１０２は、第１の実施形態で説明した無線端末１０１及び１０２に対応するものであるので詳細な説明は省略する。

無線局１１０３〜１１０５は、無線ＬＡＮ制御機能を有する無線ネットワーク装置であり、例えば、建物や電柱などの構造物に設置され得る装置（例えばアクセスポイント）を適用できる。また、無線端末１１０３〜１１０５は、無線ＬＡＮ制御機能を装備していれば、例えば携帯電話などの移動通信端末やパーソナルコンピュータ等の無線通信端末などにも適用できる。

また、無線局１１０３〜１１０５は、周辺無線局との間で情報を無線通信し合いネットワーク構成などを解析するトポロジー解析機能や、経路探索機能や、中継機能などを有するものとしてもよい。

また、無線局１１０５は、パケット送信制御装置１１０６を介してＩＰネットワーク１０６に接続可能なものである。

パケット送信制御装置１１０６は、下り方向パケットの送信タイミングを変更するものである。

図１５は、パケット送信制御装置１１０６の内部機能を説明する機能ブロック図である。図１５に示すように、パケット送信制御装置１１０６は、パケット解析部１５０１、パケットバッファ１５０２、送信判定部１５０３、パケット送信部１５０４を有する。

パケット解析部１５０１、パケットバッファ１５０２及びパケット送信部１５０４は、第１の実施形態で説明した機能構成に対応するものである。

送信判定部１５０３は、パケット解析部１５０１による解析結果を受け取り、パケットバッファ１５０２に保持されている下り方向パケットの送信タイミングを判定するものである。

つまり、送信判定部１５０３は、上り方向パケットが到着したことを確認した後、送信指示をパケット送信部１５０４に与え、パケットバッファ１５０２に保持されている下り方向パケットを送信させるものである。

なお、本実施形態において、パケット送信制御装置１１０６が、第１の実施形態で説明した機能構成を備えるようにしてもよい（図２参照）。この場合、パケット送信制御装置１１０６は、下り方向のパケットの送信タイミングを、上り方向のパケット到着周期の半分とするようにしてもよい。なお、この場合、各無線局での中継遅延時間Ｔｄｅｌの合計が、上り方向のパケット到着周期の半分よりも大きい場合は、次のタイミングで送信される上り方向の音声パケットと無線区間で衝突する可能性がある。

（Ｃ−２）第３の実施形態の動作
図１２は、無線局１１０３〜１１０５と無線端末１１０１間でマルチホップ通信を行っている様子を示す。

図１２（Ａ）は、無線端末１１０１から送信された上り方向パケットが、無線局１１０３→無線局１１０４→無線局１１０５へと中継される様子を示し、図１２（Ｂ）は、無線局１１０５から送信された下り方向のパケットが、無線局１１０４→無線局１１０３→無線端末１１０１へと中継される様子を示している。

なお、図１２（Ａ）に示すように、上り方向パケットは、各無線局１１０３〜１１０５を経由する際に、パケットのバッファリングやキャリアセンス時間などによる中継遅延Ｔｄｅｌが発生する。

図１２（Ａ）及び（Ｂ）より、無線局１１０３と無線局１１０４との間の無線区間で、上り方向のパケットと下り方向のパケットとの送信タイミングが重なっているため、パケット衝突の可能性があることが分かる。

そこで、本実施形態では、パケット送信制御装置１１０６において、下り方向のパケット送信タイミングを変更することでこの衝突確率を低減する。

図１３は、パケット送信制御装置１１０６の動作を示すフローチャートである。

図１３において、Ｓ１３０１〜Ｓ１３０３は、第１の実施形態の動作に対応するので詳細な説明は省略する。

Ｓ１３０３において、下り方向のパケットが検出されると、その下り方向パケットは、パケットバッファ１５０２に一旦保持される（Ｓ１３０４）。

また、下り方向パケットがパケットバッファ１５０２に保持されると、送信判定部１５０３により送信タイミングが決定される。このバッファから読み出されるタイミングは、上り方向のパケットが到着したか否かであり、到着した場合は直ちに、下り方向のパケットの送信を行う（Ｓ１３０５、Ｓ１３０６）。

このとき、上り方向パケットと下り方向パケットとの送信間隔の関係を図１４に示す。図１４に示すように、上り方向パケットの到着後に下り方向パケットを送信するようにしたので、マルチホップで中継される無線区間における上り方向のパケットと下り方向のパケットが交差することなく中継することができる。

（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
以上、本実施形態によれば、複数の無線局で構成されたマルチホップネットワークで、下り方向のパケット送信タイミングを制御し、上り方向のパケット到着後直ちに下り方向のパケットを送信することで、マルチホップで中継される無線区間におけるパケットの衝突確率を低減することができる。

（Ｄ）第４の実施形態
第４の実施形態のネットワーク構成は、第３の実施形態で説明したマルチホップネットワークの構成である。

（Ｄ−１）第４の実施形態の構成
図１６は、第４の実施形態のパケット送信制御装置１１０６の内部構成を示す機能ブロック図である。

図１６に示すように、パケット解析部１６０１、パケットバッファ１６０２、パケット測定部１６０３、送信判定部１６０４、パケット送信部１６０５、制御パケット生成部１６０６を備える。

パケット解析部１６０１、パケットバッファ１６０２、パケット測定部１６０３、送信判定部１６０４及びパケット送信部１６０５は、第１の実施形態で説明した機能構成に対応するので詳細な説明は省略する。

制御パケット生成部１６０６は、各無線局１１０３〜１１０５との間で無線通信する負荷情報を収集する制御用パケットを生成するものである。

（Ｄ−２）第４の実施形態の動作
図１７は、本実施形態のパケット送信制御装置１１０６の動作を示すフローチャートである。

本実施形態は、無線局１１０３〜１１０５の負荷情報を、パケット送信制御装置１１０６が測定し、下り方向のパケット送信タイミングを制御することで、高負荷無線局でのパケット衝突確率を低減させることを目的としている。

図１７において、Ｓ１６０１〜Ｓ１６０５は第２の実施形態の動作に対応するので詳細な説明は省略する。

パケット送信制御装置１１０６では、制御パケット生成部１５０６を用いて制御パケットを各無線局に定期的に送信することで、各無線局までの中継遅延や、各無線局でのパケット衝突頻度や中継パケット数などの負荷情報を測定可能なものとする。

パケット送信制御装置１１０６で受信した下り方向のパケットが制御用のパケットであった場合、そのパケットのメッセージからマルチホップネットワークを構成する無線局の中から一番負荷の低い無線局を検出する（Ｓ１６０６，Ｓ１６０７）。

この時、パケット送信制御装置１１０６から低負荷無線局までのパケット中継にかかる遅延時間Ｔｄｅｌの測定も行う（Ｓ１６０８）。

一方、下り方向のパケットは、パケット送信制御装置１１０６に到着した時刻Ｔｎが測定され、パケットバッファ２０２に一旦保持される（Ｓ１６０９，Ｓ１６１０）。

このバッファから読み出されるタイミングは下記式（４）によって決定される。

Ｔｂｕｆｆ＝Ｔｉｎｔ−Ｔｄｅｌ−（Ｔ０−Ｔｎ）…（４）
この値は、下り方向のパケットと上り方向のパケットが交差する無線区間を、低負荷の無線局の無線区間とすることを意味している。この下り方向のパケット送信タイミングを変更することにより、高負荷無線局で上り方向と下り方向のパケットが交差することによるパケット衝突確率を低減することが可能となる。

なお、下り方向のパケット送信タイミングは第２の実施形態と同様に、複数セッションの下り方向パケットの送信タイミングの平滑化を行い、下り方向のパケットに追随して上り方向のパケット送信タイミングを変更する手法を適用してもよい。この場合、すべてのマルチホップ無線区間の平均衝突確率を低減することができる。

（Ｄ−３）第４の実施形態の効果
以上、本実施形態によれば、複数の無線局で構成されたマルチホップネットワークで、下り方向のパケット送信タイミングを変更することで、低負荷な無線局で上り方向のパケットと下り方向のパケットを交差させることで、高負荷な無線局でのパケット衝突確率を低減することが可能となる。

また、本実施形態によれば、複数のセッションの下り方向のパケット送信タイミングの平滑化を行い、下り方向のパケットに追随して上り方向のパケットの送信タイミングを変更することで、マルチホップ無線区間の平均衝突確率を低減することができる。

（Ｅ）他の実施形態
（Ｅ−１）上述した第１〜第４の実施形態では、説明便宜上、図１に示すようなネットワーク構成を用いて説明したが、無線区間での上り方向及び下り方向パケットの重なり合いが調整可能であれば、ネットワーク構成は特に限定されない。

（Ｅ−２）上述した第１〜第４の実施形態では、上り方向パケット及び下り方向パケット共に音声パケットとした場合の適用について説明したが、同じ無線チャネル上での上り方向及び下り方向のパケットの衝突が回避できれば、パケット種類については特に限定されない。従って、例えば、データ通信系ネットワークにおいて、無線通信されるパケットがデータパケットについても適用可能である。

第１の実施形態の音声通信ネットワークの全体構成図である。 第１の実施形態のパケット送信制御装置の内部機能を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態において、上り方向パケットと下り方向パケットとの送信間隔の関係を説明する説明図である。 第１の実施形態のパケット送信制御装置の動作フローチャートである。 第１の実施形態において、上り方向パケットと下り方向パケットとの送信間隔の関係を説明する説明図である。 第２の実施形態の無線端末の内部機能を示す機能ブロック図である。 第２の実施形態において、上り方向パケットと下り方向パケットとの送信間隔の関係を説明する説明図である。 第２の実施形態のパケット送信制御装置の動作フローチャートである。 第２の実施形態の無線端末の動作フローチャートである。 第２の実施形態において、上り方向パケットと下り方向パケットとの送信間隔の関係を説明する説明図である。 第３の実施形態のマルチホップネットワークの構成例を説明する構成図である。 第３の実施形態において、上り方向パケットと下り方向パケットとの送信間隔の関係を説明する説明図である。 第３の実施形態のパケット送信制御装置の動作フローチャートである。 第３の実施形態において、上り方向パケットと下り方向パケットとの送信間隔の関係を説明する説明図である。 第３の実施形態のパケット送信制御装置の内部機能を示す機能ブロック図である。 第４の実施形態のパケット送信制御装置の内部機能を示す機能ブロック図である。 第４の実施形態のパケット送信制御装置の動作フローチャートである。

符号の説明

１…音声通信ネットワーク、
１０１、１０２、１１０１及び１１０２…無線端末、
１０３、１１０３、１１０４及び１１０５…無線局、
１０４、１１０６…パケット送信制御装置、
２０１、１５０１及び１６０１…パケット解析部、
２０２、１５０２及び１６０２…パケットバッファ、
２０３及び１６０３…パケット測定部、
２０４、１５０３及び１６０４…送信判定部、
２０５、１５０４及び１６０５…パケット送信部、
１６０６…制御パケット生成部。

Claims (8)

1. 半二重な通信伝送路を無線通信する上り方向パケット又は下り方向パケットの送信タイミングを制御する送信制御装置において、
   到着したパケットのパケット情報に基づいて、当該到着パケットが双方向通信対応のパケットであるか否かを判別するパケット種別判定手段と、
   上記パケット種別判定手段により双方向通信対応パケットであると判定されたパケットの上り方向の到着時刻及び下り方向の到着時刻と、当該双方向通信対応パケットの上り方向又は下り方向の平均到着間隔時間とを測定するパケット測定手段と、
   上記双方向通信対応パケットを受信すると、当該双方向通信対応パケットを一時的に保持するパケット保持手段と、
   上記上り方向パケットの到着時刻又は上記下り方向パケットの到着時刻から、上記平均到着間隔時間に基づいて求めた送信保持時間経過後に、当該上り方向パケット又は当該下り方向パケットを送信する送信制御手段と
   を備えることを特徴とする送信制御装置。
2. 上記送信保持時間が、上記平均到着間隔時間の半分の時間から、上記上り方向の到着時刻と上記下り方向の到着時刻との絶対差分値を差し引いた時間であることを特徴とする請求項１に記載の送信制御装置。
3. 上記通信伝送路を介して行われる無線通信が複数のセッションを有するものである場合、
   上記送信保持時間が、上記複数のセッションの中から選択した基準セッションの双方向通信対応パケットの上記平均到着時間をセッション数で割った時間から、直前セッションの下り方向パケットの到着時刻と今回セッションの下り方向パケットの到着時刻との絶対差分値を差し引いた時間であることを特徴とする請求項１に記載の送信制御装置。
4. 上記送信制御手段が、下り方向パケットの到着タイミングを制御すると共に、上り方向パケットの送信タイミングを変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の送信制御装置。
5. 上記送信制御手段が、マルチホップで中継されてきた上り方向パケットの到着後に、下り方向パケットをマルチホップ区間に送信することを特徴とする請求項１に記載の送信制御装置。
6. 上記送信制御手段が、マルチホップネットワークを形成する各無線局の負荷情報を提供するための制御用パケットを生成する制御用パケット生成部を有することを特徴とする請求項５に記載の送信制御装置。
7. 半二重な通信伝送路を用いて無線通信するものであって、送信する双方向通信対応パケットの上り方向パケットの送信タイミングを制御する無線通信装置であって、
   所定の通信制御方式に従ってパケットを送受信する無線通信手段と、
   送信パケットを生成する送信パケット生成手段と、
   上記無線通信手段が受信したパケットの到着時刻及び上記送信パケット生成手段が送信パケットを生成した生成時刻と、上記無線通信手段の送信パケットの平均送信間隔時間とを測定するパケット測定手段と、
   上記上り方向パケットの到着時刻から、上記平均送信間隔時間に基づいて求めた送信保持時間経過後に、当該上り方向パケットを送信する送信制御手段と
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
8. 上り方向と下り方向とで通信伝送路を共有する半二重な無線通信システムにおいて、
   請求項７に記載の１又は複数の無線通信装置と、
   上記無線通信装置と無線通信する１又は複数の無線局装置と、
   上記無線通信装置と上記無線局装置との間の無線通信される上り方向パケットと下り方向パケットの送信タイミングを制御する請求項１〜請求項６のいずれかに記載の送信制御装置と
   を備えることを特徴とする無線通信システム。

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