JP4529839B2 - 無線ネットワークシステム及び無線局 - Google Patents

Description

本発明は無線ネットワークシステム及び無線局に関し、例えば、複数の無線局で構成されたマルチホップの無線ネットワークシステムや無線局に適用し得るものである。

マルチホップネットワークに対応した無線通信システムでは、中継機能を有する複数の無線局でネットワークを構成し、隣接した無線局でパケットを中継することにより、送信元無線局からは直接電波の届かない無線局まで、パケットを転送することができる。

従来、このマルチホップ中継機能を無線ＬＡＮに適用し、無線ＬＡＮの基地局であるアクセスポイント装置（ＡＰ；Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ）間の接続を無線とすることにより、ＡＰの設置に必要とされていた有線ネットワークの敷設コストを削減することが可能な方法が既に提案されている（非特許文献１参照）。

非特許文献１では、ＡＰが、無線端末から受信した無線ＬＡＮフレームをイーサネットフレーム（イーサネットは登録商標）に変換し、そのフレームをＵＤＰパケットでカプセル化し、目的ＡＰまでマルチホップ中継する方式について記載されている。

このマルチホップ中継機能を有した無線ＬＡＮでのメディアアクセス制御技術として、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式がよく知られている。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、無線局がデータフレームを送信しようとしたとき、他の無線局が送信した無線信号（キャリア）を検出するためのキャリアセンスを行い、キャリアが検出された場合は、そのキャリアが検出されなくなるまでデータフレームの送信を待機する。キャリアが検出されない場合は、データフレームを送信可能な状態となるが、キャリアが検出されなくなってから、規定時間とランダムな待ち時間が経過した後に、データフレームを送信することができる。また、データフレーム送信後に、宛先無線局からの確認応答フレームを受信しない場合は、データフレームが他の無線局のフレームと衝突したものと判断し、乱数がとり得る上限値を増加させて、ランダム待ち時間が経過した後にデータフレームの再送を行う。
大和田泰伯他著、「無線マルチホップＬＡＮのアーキテクチャにおける検討」、信学技報、ＩＮ２００４−１１２、ｐｐ２５−３０

上述したＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、送信するデータフレームのサイズの違いにより、得られるスループットが異なることがある。例えば、データフレームのサイズが小さくなると、同じデータ量を送信する場合でも得られるスループットは低下してしまう。このスループットが低下する要因として、フレームのサイズが小さくなるにつれて生成されるフレームの個数が多くなり、その結果、送信されるデータ中のオーバヘッドが占める割合が多くなってしまうことが挙げられる。また、一つのデータフレームを送信する際には必ずキャリアセンス後のランダム送信待ち時間が必要となるため、フレームの個数が増加すると全体の待ち時間も増大し、スループット低下の要因となる。

このようにサイズが小さなフレームが連続して送信されるアプリケーションとして、音声をＩＰパケット化して送信するＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ ＩＰ）が考えられる。そのため、従来技術で示されるマルチホップ機能を有した無線ＬＡＮ上で、ＶｏＩＰサービスを実施した場合には、所望するスループットが得られないという問題があった。

そのため、サイズが小さいフレームが多いような状況でも、所望するスループットを達成することができる、マルチホップ対応の無線ネットワークシステム及び無線局が望まれている。

第１の本発明は、各無線局がパケットを隣接する無線局に中継する機能を備えたマルチホップの無線ネットワークシステムにおける無線局において、同一の隣接無線局に中継するパケットを一つのパケットに統合する第１の統合手段、又は、同一無線局へ中継する収容している１又は複数の無線端末からのフレームを一つのパケット若しくは一つのフレームに統合する第２の統合手段の少なくとも一方を備えることを特徴とする。

第２の本発明は、各無線局がパケットを隣接する無線局に中継する機能を備えたマルチホップの無線ネットワークシステムにおいて、上記各無線局として、第１の本発明の無線局を適用したことを特徴とする。

本発明によれば、中継無線局で複数のパケットを一つのパケットとして統合することにより、パケット当たりのオーバヘッド量を削減し、キャリアセンスの頻度を減少させることでランダム待ち時間量を削減し、スループットを向上させることができる。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による無線ネットワークシステム及び無線局の第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図２は、第１の実施形態の無線ネットワークシステムにおけるネットワーク構成例を示している。

図２において、第１の実施形態の無線ネットワークシステム２００は、ＩＰネットワーク２０７を介して接続可能な２個の有線ネットワーク２０４及び有線ネットワーク２０９を有している。

第１の有線ネットワーク２０４に関連して、複数（図２では３個を示している）の無線端末２０１−１〜２０１−３、複数（図２では３個を示している）の中継用無線局２０２−１〜２０２−３、１又は複数の（図２では１個を示している）の有線接続無線局２０３、ルータ２０５及びサーバ２０６が設けられている。

また、第２の有線ネットワーク２０９に関連して、複数（図２では３個を示している）のＩＰ電話端末２１０−１〜２１０−３及びルータ２０８が設けられている。

各無線端末２０１−１、２０１−２、２０１−３はそれぞれ、音声信号をＩＰパケット化し、ＩＰ上で音声通信や動画像通信を実現するための制御プロトコル（Ｈ．３２３やＳＩＰなど）の機能を備え、いずれかの無線局２０２（２０２−１、２０２−２、２０２−３）、２０３に無線で接続することが可能なものである。

各中継用無線局２０２−１、２０２−２、２０２−３はそれぞれ、収容している無線端末２０１（２０１−１、２０１−２、２０１−３）から受信したフレームを、隣接無線局に中継することにより、収容している無線端末２０１からは直接電波の届かない無線局までフレームを転送する機能を備えたものである。有線接続無線局２０３は、中継用無線局２０２と同様の中継機能を備え、なおかつ、有線ネットワーク２０４とのゲートウェイ機能を備えるものである。これら無線局２０２−１、２０２−２、２０２−３、２０３は、例えば、無線ＬＡＮのアクセスポイント装置が該当する。

ルータ２０５は、インターネット／イントラネットなどを構成するＩＰネットワーク２０７と接続し、有線ネットワーク２０４側とのＩＰパケットの中継を行うものである。

サーバ２０６は、ＩＰネットワーク２０７上で音声通信や動画像通信を実現するための制御プロトコルが実装されたものである。

ＩＰ電話端末２１０−１、２１０−２、２１０−３は、上述した制御プロトコルを用いて無線端末２０１−１、２０１−２、２０１−３側と音声通信を行うことが可能な電話端末であり、例えば、専用機としてのＩＰ電話端末だけでなく、いわゆるソフトフォンであっても良い。

ルータ２０８は、有線ネットワーク２０９に収容されている、これらＩＰ電話端末２１０−１、２１０−２、２１０−３をＩＰネットワーク２０７に接続するものである。

図１は、無線局１００の中継機能に係る機能的構成を示すブロック図である。図１は、無線局２０２−２の例で示しているが、他の無線局２０２−１、２０２−３、２０３についても同様である。なお、無線局２０３については、無線系の処理構成が図１に示すものと同様である。

無線局１００は、無線受信部１１２、フレーム解析部１０１、ＭＡＣアドレス管理テーブル１０２、ルーティングテーブル１０３、カプセル解除部１０４、バッファ制御部１０５、宛先無線局毎バッファ１０６、カプセル生成部１０７、隣接無線局毎バッファ１０９、パケット統合部１１０、バッファ制御部１１１及び無線送信部１１３を有する。

無線受信部（受信アンテナを含む）１１２は、他の無線局が放射した無線フレームを受信するものである。

フレーム解析部１０１は、受信した無線フレームのヘッダ情報を解析することで、無線フレームが無線端末２０１（２０１−１、２０１−２）から送信されたものか、隣接する無線局１００Ｎ（２０２−１、２０２−３）から送信されたものかを判断するものである。フレーム解析部１０１は、フレーム受信時には、ＭＡＣアドレス管理テーブル１０２とルーティングテーブル１０３を参照して上述したフレーム解析を行う。

ＭＡＣアドレス管理テーブル１０２は、各無線端末２０１−１、２０１−２、２０１−３がどの無線局２０２−１〜２０２−３、２０３に収容されているかなどを示すテーブルであり、無線局毎に収容されている無線端末のＭＡＣアドレスが記載されている。また、ＩＰネットワーク２０７に接続するルータ２０５のＭＡＣアドレスも、ＩＰネットワーク２０７を介する相手端末との通信のために記載されている。なお、図１ではＭＡＣアドレス管理テーブルの作成構成を省略しているが、各無線局２０２−１〜２０２−３、２０３がそれぞれ、自身が収容している無線端末などのＭＡＣアドレスを他の無線局にブロードキャストフレームを用いて放送することにより、このＭＡＣアドレス管理テーブル１０２を作成する。

ルーティングテーブル１０３は、所望する無線局へパケットを送信する際に、どの隣接無線局１００Ｎに向けてパケットを中継すればよいかが示されたテーブルである。

カプセル解除部１０４は、受信したパケット（フレーム）が既にカプセル化されている場合に（図４及び図５参照）、カプセル化されたイーサネットフレームやＩＰパケットの抽出を行うものである。カプセル解除部１０４は、このとき、複数のフレームやＩＰパケットがカプセル化により統合されている場合には（図５参照）、このパケット統合の解除も行うものである。

バッファ制御部１０５は、カプセル生成部１０７の要請に応じて、宛先無線局毎バッファ１０６の読出し制御を行うものである。

宛先無線局毎バッファ１０６は、無線端末２０１（２０１−１、２０１−２）から受信したフレームを、宛先無線局が同一となるフレーム毎に論理的に区分して保存するものである。

カプセル生成部１０７は、宛先無線局を送信先とするＩＰパケットを生成し、無線端末２０１より受信したフレームを、ＩＰパケットにカプセル化するものである（図４参照）。カプセル生成部１０７は、後述する条件によっては、同一宛先無線局となる複数のフレームを一つのＩＰパケットにカプセル化することも行う。また、カプセル生成部１０７は、バッファ制御部１０５を介して宛先無線局毎バッファ１０６の読み出し制御を行う。

バッファ制御部１１１は、カプセル統合部１１０の要請に応じて、隣接無線局毎バッファ１０９の読出し制御を行うものである。

隣接無線局毎バッファ１０９は、隣接無線局１００Ｎ又は収容無線端末から受信したパケットを、転送先の隣接無線局が同一であるパケット毎に論理的に区分して保存するものである。

パケット統合部１１０は、転送先隣接無線局（ルーティングにおけるネクストホップに相当）が同じＩＰパケットがバッファ１０９に停留していれば、それら複数のパケットを一つのパケットへ統合するものである。パケット統合部１１０は、バッファ制御部１１１を介して、隣接無線局毎バッファ１０９の読み出し制御を行う。

無線送信部１１３は、統合されたパケット（若しくは単一パケット）を無線信号として送信するものである。

なお、この明細書においては、ネットワーク層で取り扱うデータの単位をパケットと呼び、データリンク層で取り扱うデータの単位をフレームと呼んでいる。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
以下、第１の実施形態の無線局における基本的な中継動作を、図３のフローチャートを参照しながら説明する。図３は、ある１個の受信フレームに対する処理面から示しており、ある受信フレームに対する処理中に他のフレームを受信した際には、図３に示す処理が並行的に実行される。

なお、既に、各無線局２０２−１、２０２−２、２０２−３、２０３において、互いの隣接無線局の情報を制御フレームを用いて交換し、各無線端末までの無線局を経由する経路情報を得ているという前提のもとで、以下の説明を行う。例えば、無線局２０３において、無線端末２０１−３宛てのフレームを受信した場合、無線端末２０１−３は無線局２０２−３に収容されているため、受信したフレームは無線局２０２−３に転送すれば良く、無線局２０２−３への転送は無線局２０２−１に中継すれば良いことが既知であることを意味する。

以下、無線局２０２−２での動作例を説明する。なお、無線端末２０１−１とＩＰ電話端末２１０−１間と、無線端末２０１−２とＩＰ電話端末２１０−２間と、無線端末２０１−３とＩＰ電話端末２１０−３間とでそれぞれ、ＶｏＩＰによるセッションが開始されているものとする。

無線局２０２−２において、無線受信部１１２によって無線フレームを受信したものとする（Ｓ３０１）。

受信したフレームはフレーム解析部１０１によりそのヘッダ部が解析され、このフレームは自身が収容する無線端末２０１−１、２０１−２から送信されたものか、若しくは、隣接する無線局２０２−１、２０２−３から送信されたものかが判定される（Ｓ３０２）。

無線端末２０１−１、２０１−２から受信したフレームの場合には、ＭＡＣアドレス管理テーブル１０２を参照する（Ｓ３０３）。ＭＡＣアドレス管理テーブル１０２には、各無線局に収容されている無線端末のＭＡＣアドレスや、ＩＰネットワーク２０７に接続するルータ２０５のＭＡＣアドレスが記載されており、このテーブルを参照することにより、受信したフレームの宛先無線局（中継先無線局）が決定される（Ｓ３０４）。相手端末がＩＰ電話端末である場合には、宛先無線局は有線ネットワークとの接続されている無線局であり、この無線局は最終的な宛先ではなく、ＩＰ電話端末への中継を行う中継先無線局である。

このフレームは中継先毎に区分された宛先無線局毎バッファ１０６にて保持される（Ｓ３０５）。その後、保持されたフレームは、カプセル生成部１０７により宛先無線局をディスティネーションとするＩＰパケットにカプセル化される（Ｓ３０６、Ｓ３０７Ｎ）。

例えば、無線端末２０１−１からのフレームを受信した場合であれば、無線端末２０１−１の通信相手先はＩＰ電話端末２１０−１であるため、データリンク層でのディスティネーションアドレスは、ＩＰネットワーク２０７との接続を行うルータ２０５のＭＡＣアドレスとする。ルータ２０５のＭＡＣアドレスは、無線局２０３で収容されていることがＭＡＣアドレス管理テーブル１０２に記載されているため、無線端末２０１−１からのフレームの転送先は無線局２０３となる。このとき、無線端末２０１−１とルータ２０５間をデータリンク層で接続するために、無線端末２０１−１からのフレームは無線局２０２−２から無線局２０３へのＩＰパケットにカプセル化され、隣接無線局毎バッファ１０９にバッファリングされた後、読み出されて転送される（例えば、Ｓ３０６ＮＯ−Ｓ３０７Ｎ−Ｓ３１０−Ｓ３１１ＮＯ−Ｓ３１３の処理による）。

図４は、このような保持フレーム数が１個の場合のカプセル化の様子を示す説明図である。図４は、無線端末２０１−１からＩＰ電話端末２１０−１へのＩＰ／ＵＤＰパケット４０１に対して、無線端末２０１−１からルータ２０５へのＭＡＣアドレスを付与したイーサネットフレームＥＦを作成し、そのイーサネットフレームＥＦを無線局２０２−２から無線局２０３へのＩＰ／ＵＤＰパケットでカプセル化している様子を示している。図４において、カプセル化パケットは符号４０２で表している。

カプセル生成部１０７は、宛先無線局毎バッファ１０６に保持されたフレームが複数ある場合には、後述する図６に示すように、それら複数のフレームをＩＰパケットにカプセル化する（すなわちパケットの統合も行う）。

一方、受信したフレームが他無線局２０２−１、２０２−３からのフレームであり、かつ、自身宛てへのパケットでない場合は、ルーティングテーブル１０３を参照し次に転送する無線局を決定する（Ｓ３０８）。

受信したパケットの送信先ＩＰアドレスが自身のアドレス（無線局２０２−２）である場合には、カプセル解除部１０４でカプセル化されたパケットを分解し、イーサネットフレーム若しくはＩＰパケットの抽出を行う（Ｓ３０９）。

カプセル化が解除されたＩＰパケットは、中継先が同一となる隣接無線局毎に振り分けられて、隣接無線局毎バッファ１０９にて保持される（Ｓ３１０）。その後、保持されたＩＰパケットは無線送信部１１３にてＭＡＣアドレスが付与され、隣接無線局へと転送される（Ｓ３１１ＮＯ−Ｓ３１３）。

カプセル生成部１０７によってカプセル化された後に隣接無線局毎バッファ１０９にバッファリングされたＩＰパケットも、また、カプセル解除部１０４によってカプセル化が解除された後に隣接無線局毎バッファ１０９にバッファリングされたＩＰパケットも、それを無線送信しようとした際に、無線区間の混雑状態（ＣＳＭＡ／ＣＡ方式の場合であればキャリアのセンス）により、隣接無線局毎バッファ１０９にそのパケットが継続して停留される場合がある（Ｓ３１１ＹＥＳ）。この混雑状態を検出したパケット統合部１１０は、バッファ１０９内に停留している同一隣接無線局宛てのパケットを一つのパケットに統合し（Ｓ３１２）、無線送信部１１３によって統合されたパケットの無線フレームを送信する（Ｓ３１３）。

図５は、このような停留パケットのパケット統合の様子を示す説明図である。図５は、宛先が同一の隣接無線局２０２−１である、カプセル生成部１０７から与えられて停留しているパケット５０１と、カプセル解除部１０４から与えられて停留しているパケット５０２との統合の様子を示している。

パケット５０１は、図４のパケット４０２が該当するものである。すなわち、無線端末２０１−１からＩＰ電話端末２１０−１へのＩＰ／ＵＤＰパケット（図４のパケット４０１）に対して、無線端末２０１−１からルータ２０５へのＭＡＣアドレスを付与したイーサネットフレームが作成され、そのイーサネットフレームを無線局２０２−２から無線局２０３へのＩＰ／ＵＤＰパケットでカプセル化しているものである。

パケット５０２は、無線端末２０１−３からＩＰ電話端末２１０−３へのＩＰ／ＵＤＰパケットに対して、無線端末２０１−３からルータ２０５へのＭＡＣアドレスを付与したイーサネットフレームが作成され、そのイーサネットフレームを無線局２０２−３から無線局２０３へのＩＰ／ＵＤＰパケットでカプセル化しているものである。このパケット５０２は、隣接無線局２０２−３のカプセル生成部１０７が生成したものである。

統合に供する複数（３以上あっても良い）のパケット５０１及び５０２を連結したものを、当該無線局２０２−２から隣接無線局２０２−１へのＩＰ／ＵＤＰパケット５０３のペイロード部分としてカプセル化している。

統合に供する複数のパケットの組合せは、カプセル生成部１０７から与えられて停留しているパケットと、カプセル解除部１０４から与えられて停留しているパケットとの組合せに限らず、カプセル生成部１０７から与えられて停留している複数のパケットを統合しても良く、カプセル解除部１０４から与えられて停留している複数のパケットを統合しても良い。

以上のようにして隣接無線局宛てのパケット統合が行われた場合には（他の場合も、同様に扱うようにしても良い；例えば、無線送信した場合）、この情報はカプセル生成部１０７に伝えられる。このとき、宛先無線局毎バッファ１０６に複数のフレームがバッファリングされているのであれば、新たなカプセル化パケットの作成を行う（Ｓ３０６、Ｓ３０７Ｙ）。

例えば、当該無線局２０２−２からの無線区間の混雑状態が長いような状況においては、複数の同一無線局宛てのフレームが宛先無線局毎バッファ１０６に停留していることもあり、この場合のカプセル生成では、複数のフレームを統合して新たなカプセル化パケットを作成する。

図６は、宛先無線局毎バッファ１０６に停留している複数のフレームを統合して新たなカプセル化パケットを作成する様子を示す説明図である。図６は、宛先無線局が無線局２０３である（宛先ＭＡＣアドレスがルータ２０５である）、２個のパケット６０１及び６０２を統合してカプセル化パケットを生成する様子を示している。

図６の例では、無線端末２０１−１からＩＰ電話端末２１０−１へのＩＰ／ＵＤＰパケット６０１に対して、無線端末２０１−１からルータ２０５へのＭＡＣアドレスを付与したイーサネットフレームＥＦ６０１と、無線端末２０１−２からＩＰ電話端末２１０−２へのＩＰ／ＵＤＰパケット６０２に対して、無線端末２０１−２からルータ２０５へのＭＡＣアドレスを付与したイーサネットフレームＥＦ６０２とが、無線局２０２−２から無線局２０３へのＩＰ／ＵＤＰパケット６０３でカプセル化されながら統合されている。

以上の動作により、カプセル生成部１０７では複数のイーサネットフレームをＩＰパケットでカプセル化することによるパケット統合を、パケット統合部１１０では、複数のＩＰパケットをＩＰパケットでカプセル化することによるパケット統合が実現可能となる。

無線局２０２−１が無線局２０２−２からの無線フレームを受信した場合の、隣接無線局毎バッファ１０９に保持させるまでの動作を簡単に説明する。なお、無線局２０２−１の各部も無線局２０２−２の各部と同様に動作するのは勿論である。

無線局２０２−１が、図４に示すカプセル化パケット４０２の前に隣接無線局へ到達させるためのヘッダが付加されたＩＰ／ＵＤＰパケット（送信元が無線局２０２−２、宛先が当該無線局２０２−１のヘッダを含む）を受信したときには、自己宛であるので、カプセルを解除し、隣接無線局へ到達させるためのヘッダ部分を除去した、図４に示すカプセル化パケット４０２の部分を取り出し、無線局２０３に係る隣接無線局毎バッファ１０９に保持させる。

無線局２０２−１が、図５に示すカプセル化パケット５０３（送信元が無線局２０２−２、宛先が当該無線局２０２−１のヘッダを含む）を受信したときには、自己宛であるので、カプセルを解除し、隣接無線局へ到達させるためのヘッダ部分を除去した、図５に示すパケット５０１及び５０２の連結構成部分を取り出し、無線局２０３に係る隣接無線局毎バッファ１０９に保持させる。

無線局２０２−１が、図６に示すカプセル化パケット６０３の前に隣接無線局へ到達させるためのヘッダが付加されたＩＰ／ＵＤＰパケット（送信元が無線局２０２−２、宛先が当該無線局２０２−１のヘッダを含む）を受信したときには、自己宛であるので、カプセルを解除し、隣接無線局へ到達させるためのヘッダ部分を除去した、図６に示すカプセル化パケット６０３の部分を取り出し、無線局２０３に係る隣接無線局毎バッファ１０９に保持させる。

図５及び図６の場合を説明したように、カプセル解除部１０４の処理を経ても、統合されているイーサネットフレームやＩＰパケットの分離までは実行されない。

以上では、無線局から無線局への中継機能を説明したが、当該無線局２０２−２が収容している無線端末への無線フレームを他の基地局から与えられた場合にも、上述の場合とほぼ同様に動作する。例えば、隣接無線局毎バッファ１０９と同様な収容無線端末毎のバッファを設け、無線受信部１１２、フレーム解析部１０１及びカプセル解除部１０５などを介したＩＰパケットをそのバッファに保持させ、保持されたＩＰパケットを無線送信部１１３から無線端末に送信させるようにすれば良い。

また、無線局２０３の場合には、有線ネットワーク２０４側からの入力もあるが、その入力パケットを、上述した収容無線端末からの受信パケットと同様に処理し、隣接無線局に送信するようにしたら良い。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、中継無線局で複数のパケットを一つのパケットとして統合することにより、パケット当たりのオーバヘッド量を削減し、キャリアセンスの頻度を減少させることでランダム待ち時間量を削減し、スループットを向上させることができる。

すなわち、上記第１の実施形態によれば、同一隣接無線局宛ての複数のパケットをカプセル化により一つのパケットに統合して送信するようにしたので、キャリアセンスの頻度の低減や無線区間のオーバヘッド量の削減が可能となり、マルチホップ無線通信区間のスループットを向上させることができる。

また、上記第１の実施形態によれば、同一宛先無線局への、収容している無線端末からの複数のイーサネットフレームを一つのパケットとして統合することで、中継経路上での無線局でのカプセル化の解除が必要なくなるため、カプセル化に係る処理遅延を削減することができる。

そのため、上述のように、マルチホップ機能を有した無線ＬＡＮ上でＶｏＩＰサービスを実施し、サイズが小さいフレームが多いような状況でも、所望するスループットを達成することができる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による無線ネットワークシステム及び無線局の第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。第２の実施形態の場合、第１の実施形態に比較すると、無線局の内部構成及び動作が多少異なっている。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
図７は、第２の実施形態における無線局（１００Ａ；上述した図２での無線局２０２−１〜２０２−３、２０３が該当）の中継機能に係る機能的構成を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る上述した図１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。

第２の実施形態における無線局１００Ａは、フレーム解析部１０１とカプセル解除部１０４との間に統合検出部１１４を具備している点が第１の実施形態と異なっている。統合検出部１１４は、受信したパケットの制御情報フィールドを参照することにより、逆方向から到着したパケットが統合されているか否かを検出し、その結果に基づき、バッファ制御部１０５を介して、宛先無線局毎バッファ１０６の読み出し制御を行うものである。

（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
第２の実施形態は、逆方向から到着したパケットの統合状況を検出し、パケットが統合されている場合は、隣接無線局毎バッファ１０９にパケットが停留していなくても、積極的に、カプセル生成部１０７でフレームの統合を実行させることにより、マルチホップ中継区間のスループットを向上させようとしたものである。

図８は、第２の実施形態の無線局における基本的な中継動作を示すフローチャートであり、第１の実施形態に係る図３のフローチャートに対応するものである。図８も、ある１個の受信フレームに対する処理面から示している。

以下の動作説明の前提として、第１の実施形態と同様に、各無線局でのルーティングテーブルは構築済みであるものとする。また、無線端末２０１−１とＩＰ電話端末２１０−１間と、無線端末２０１−２とＩＰ電話端末２１０−２間とでそれぞれＶｏＩＰによるセッションが開始されているものとする。さらに、無線局２０３と無線局２０２−１間の無線区間での通信頻度が多くなり、無線局２０３から無線局２０２−２に向けて送信されるパケットは統合されているものとする。

無線局２０２−２において、無線受信部１１２が無線フレームを受信したときに（Ｓ８０１）、フレーム解析部１０１によって無線端末から送信されたものか又は無線局から送信されたものかが判別される（Ｓ８０２）。

受信したフレームが無線端末から送信されたものである場合は、第１の実施形態と同様にして、ＭＡＣアドレス管理テーブル１０２などが参照され、宛先無線局が決定される（Ｓ８０２〜Ｓ８０４）。

一方、受信したフレームが他の無線局（当然に隣接無線局）からのフレームであった場合には、ルーティングテーブル１０３を参照し、次に転送する無線局を決定すると共に（Ｓ８１４）、受信したフレームの統合情報の検出動作を行う（Ｓ８１５）。ヘッダ内に統合を示す情報（例えばフラグ）を設けるようにしても良く、また、ＭＡＣアドレスなどのアドレス情報の個数をカウントして統合を判断するようにしても良い。

他の無線局からの受信フレームに対するその後の処理は、第１の実施形態の場合と同様である（Ｓ８１６〜Ｓ８２０）。但し、パケット統合部１１０がパケットの統合を行っても、その旨の情報がカプセル生成部１０７に与えられない点が第１の実施形態とは異なっている。

他の無線局からのフレームがパケット統合されているか否の情報は、バッファ制御部１０５に与えられ、無線端末から到着したパケットに対する、逆方向についてパケットが統合されているか否かの判定に用いられる（Ｓ８０５）。

他の無線局からのフレーム（無線端末からの受信フレームの逆方向のフレーム）がパケット統合されていない場合には、第１の実施形態と同様に、無線端末より受信したフレームは宛先無線局毎バッファ１０６で保持された後、直ちに（又は保持されることなく直ちにカプセル生成部１０７に与えられ）、カプセル生成部１０７で宛先無線局宛てのＩＰパケットとしてカプセル化され、隣接無線局毎バッファ１０９に保持される（Ｓ８１３、Ｓ８１７）。

他の無線局から受信したフレーム、すなわち、逆方向のフレームがパケット統合されている場合とは、例えば、以下のような場合である。例えば、ＩＰ電話端末２１０−１から無線端末２０１−１へのフレーム（ＭＡＣアドレスはルータ２０５がソースアドレス、無線端末２０１−１がディスティネーションアドレスとなる）は無線局２０３から無線局２０２−２へのＩＰパケットにカプセル化されて転送される。このとき、ＩＰ電話端末２１０−２から無線端末２０１−２へのフレーム（ＭＡＣアドレスはルータ２０５がソースアドレス、無線端末２０１−２がディスティネーションアドレスとなる）とパケット統合されていたとする。このようなときに、無線端末２０１−１からのフレームを受信した場合が、他の無線局から受信したフレーム、すなわち、逆方向のフレームがパケット統合されている場合として判断される。

以上のような逆方向フレームがパケット統合されているときに、受信したフレームを、宛先無線局毎バッファ１０６で保持することにより、強制的に遅延を与えて、積極的にパケットの統合を実施させる。これは、このフレームの逆方向からのフレームがパケット統合されていることにより、マルチホップ転送される経路上の無線区間（上述の例で言えば、無線局２０３から無線局２０２−２との間）が混雑しており、パケット統合によるスループット改善を要するものと判断できるためである。以下、上述のような場合を例に説明する）。
図８では、以上のような逆方向のパケット統合に基づき、受信フレームに関してパケット統合を行う動作部分をステップＳ８０６〜Ｓ８１２で示している。

無線端末２０１−１からの、逆方向ではパケット統合がなされているフレームを受信すると、まず、宛先無線局毎バッファ１０６を参照し、同一無線局宛のフレームが既に保持されているか否かを判定する（Ｓ８０６、８０７）。

ここで、仮に、同一無線局宛のフレーム（無線端末２０１−２からＩＰ電話端末２１０−２宛のパケット）が保持されている場合には、そのフレームを読み出し、当該無線局２０２−２からその無線局２０３宛のＩＰパケットとして、カプセル化によるフレーム統合を行う（Ｓ８０８、Ｓ８０９）。

これに対して、宛先無線局毎バッファ１０６に同一無線局宛のフレームが保持されていない場合は、一定の時間を設定し、強制的にその時間内は宛先無線局毎バッファ１０６で保持する（Ｓ８１０〜Ｓ８１２）。これにより、一定の時間内に同一無線局宛のフレームが到着した場合に、ステップＳ８０９で示したフレームの統合が可能となる。なお、この一定時間の算出は、例えば、無線端末からのパケット到着周期を観測し、その到着周期以内の時間を設定する。これにより、同じ無線端末からの複数のパケットがバッファ１０６に保持されることを防ぐことができる。

パケット統合がなされたカプセル化パケット若しくは一定保持時間が経過したパケットは、第１の実施形態と同様に、隣接無線局毎バッファ１０９にてバッファリングされ、無線フレームとして隣接無線局に送信される（Ｓ８１７〜Ｓ８２０）。

（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果に加え、以下の効果を奏することができる。

すなわち、逆方向から到着したパケットの統合状態により、マルチホップ無線通信区間の輻輳状態を検出し、バッファで強制的な遅延を加え積極的にパケット統合を行うようにしたので、無線通信区間のスループットが向上させることができる。

（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明による無線ネットワークシステム及び無線局の第３の実施形態を、図面を参照しながら説明する。第３の実施形態の場合、第１の実施形態に比較すると、無線局の内部構成及び動作が多少異なっている。

（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
図９は、第３の実施形態における無線局（１００Ｂ；上述した図２での無線局２０２−１〜２０２−３、２０３が該当）の中継機能に係る機能的構成を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る上述した図１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。

第３の実施形態の無線局は１００Ｂ、パケット統合部１１０に関連してマルチキャストアドレス生成部１１５を有する点が、第１の実施形態のものと異なっている。

マルチキャストアドレス生成部１１５は、複数の隣接無線局に対してマルチキャストアドレスの設定を行う処理部である。

（Ｃ−２）第３の実施形態の動作
以下、第３の実施形態の無線局の動作を、第１の実施形態の無線局の動作と異なる点を中心に説明する。なお、以下の説明では、無線局の配置なのネットワーク構成が図１０に示すようになっているとし、無線局２０２−２での動作を説明する。

図１０は、第１の実施形態の説明で用いた図２に対応する図面であり、図２に比較すると、無線端末２０１−４を収容している無線局２０２−４が追加されており、この無線局２０２−４は、無線局２０２０−２の隣接無線局となっている。

第３の実施形態では、同一宛先無線局若しくは同一隣接無線局宛てのパケットの統合だけではなく、異なる隣接無線局宛てのパケットに対しても、パケットの統合を行うことによりスループットを改善しようとしたものである。

以下の動作説明の前提として、第１や第２の実施形態と同様に、各無線局でのルーティングテーブルは構築済みであるものとする。また、無線端末２０１−１とＩＰ電話端末２１０−１との間と、無線端末２０１−３と無線端末２０１−４との間とでそれぞれＶｏＩＰによるセッションが開始されているものとする。

この第３の実施形態における無線局の動作は、第１の実施形態の無線局の動作とほぼ同様であり、上述した図３のフローチャートで表すことができるが、ステップＳ３１２でのパケット統合動作の動作が異なる。

例えば、パケット統合部１１０が、隣接無線局毎バッファ１０９に、無線局２０２−１宛てのパケットと無線局２０２−４宛てのパケットが停留していることを検出したものとする。

このとき、マルチキャストアドレス生成部１１５は、無線局２０２−１と無線局２０２−４をメンバとするマルチキャストＩＰアドレスを生成し、パケット統合部１１０に通知する。パケット統合部１１０では、マルチキャストＩＰアドレスにより、異なる無線局宛てのパケットを一つのパケットとして統合する。

図１１は、異なる隣接無線局宛てのパケットを一つのパケットとして統合する様子を示した説明図である。図１１は、無線端末２０１−１からＩＰ電話端末２１０−１へのＩＰ／ＵＤＰパケットに対して、無線端末２０１−１からルータ２０５へのＭＡＣアドレスを付与したイーサネットフレームが作成され、そのイーサネットフレームを無線局２０２−２から無線局２０３へのＩＰ／ＵＤＰパケットでカプセル化しているパケット１１０１と、無線端末２０１−３から無線端末２０１−４へのＩＰ／ＵＤＰパケットに対して、無線端末２０１−３から無線端末２０１−４へのＭＡＣアドレスを付与したイーサネットフレームが作成され、そのイーサネットフレームを無線局２０２−３から無線局２０２−４へのＩＰ／ＵＤＰパケットでカプセル化しているパケット１１０２とが、無線局２０２−２から無線局２０２−１及び２０２−４を示すマルチキャストアドレスのＩＰ／ＵＤＰパケット１１０３のペイロード部分としてカプセル化されている様子を示している。

この統合されたパケットは無線局２０２−１及び２０２−４で受信され、それぞれの無線局宛てのパケットのみが抽出される。

（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
第３の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、マルチキャストパケットによるカプセル化を行うことにより、異なる隣接無線局へ同時にパケットを送信することが可能となり、パケット送信待ち時間の減少によるスループットの向上が可能となるという効果をも奏することができる。

（Ｄ）他の実施形態
上記各実施形態の技術思想は、適宜、組み合わせて適用しても良いことは勿論である。例えば、第１及び第３の実施形態の技術思想を組み合わせた場合であれば、図５におけるパケット５０１（図１１のパケット１１０１と同様）、５０２と、図１１のパケット１１０２とをマルチキャストパケットによりカプセル化するようにしても良い。

また、第１や第２の実施形態における、宛先無線局のカプセル化という技術思想と、隣接無線局へのパケットの統合という技術思想の一方のみを適用したマルチホップ無線通信システムを構築するようにしても良い。

また、上記各実施形態では、データの配送単位としてＩＰ／ＵＤＰを用いているが、ＵＤＰパケットをＴＣＰパケットとしても良い。

さらに、現在、ＩＥＥＥ８０２．１１ＴＧｓで検討されているような、ＩＰアドレスの代わりにＭＡＣアドレスのみでルーティングを行うようなシステムにおいても同様に適用可能であり、その場合、ＩＰ／ＵＤＰで記載した箇所がそれぞれの機器を識別するＭＡＣアドレスに置き換わる。

例えば、ＩＰパケットによるカプセル化だけでなく、イーサネットフレームによるカプセル化も本発明の技術思想に含まれる。

各実施形態の特徴的な技術思想の動作を実行できる状態にするか否かを、無線局に対する外部からの設定などにより、設定可能とするようにしても良い。

上記各実施形態においては、パケット統合に供するか否かを、宛先無線局又は隣接無線局の一致性などに基づいて判断するものを示したが、可変長パケットを取り扱うシステムであれば、宛先無線局や隣接無線局の一致性などに加え、パケット長の長短も、パケットを統合するか否かの判断に用いるようにしても良い。

第１の実施形態の無線局の機能的構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の無線局を含む無線ネットワークシステムの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の無線局の動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態のカプセル生成部のカプセル化動作の説明図である。 第１の実施形態のパケット統合部のパケット統合動作の説明図である。 第１の実施形態のカプセル生成部のパケット統合動作の説明図である。 第２の実施形態の無線局の機能的構成を示すブロック図である。 第２の実施形態のカプセル生成部のパケット統合動作の説明図である。 第３の実施形態の無線局の機能的構成を示すブロック図である。 第３の実施形態の無線局を含む無線ネットワークシステムの構成を示すブロック図である。 第３の実施形態のパケット統合部のパケット統合動作の説明図である。

符号の説明

１００、１００Ａ、１００Ｂ、２０２−１〜２０２−４、２０３…無線局、２０１−１〜２０２−４…無線端末、１０１…フレーム解析部、１０２…ＭＡＣアドレス管理テーブル、１０３…ルーティングテーブル、１０４…カプセル解除部、１０５…バッファ制御部、１０６…宛先無線局毎バッファ、１０７…カプセル生成部、１０９…隣接無線局毎バッファ、１１０…パケット統合部、１１１…バッファ制御部、１１２…無線受信部、１１３…無線送信部、１１４…統合検出部、１１５…マルチキャストアドレス生成部。

Claims (5)

1. 各無線局がパケットを隣接する無線局に中継する機能を備えたマルチホップの無線ネットワークシステムにおける無線局において、
   同一の隣接無線局に中継するパケットを一つのパケットに統合する第１の統合手段、又は、同一無線局へ中継する場合、収容している１又は複数の無線端末からのフレームを一つのパケット若しくは一つのフレームに統合する第２の統合手段の少なくとも一方を備えることを特徴とする無線局。
2. 上記第１及び第２の統合手段を共に備え、上記第２の統合手段は、上記第１の統合手段による同一の隣接無線局へのパケット統合が行われた場合に、収容している無線端末からの同一無線局へ中継するフレームを一つのパケット若しくは一つのフレームに統合することを特徴とする請求項１に記載の無線局。
3. 上記第２の統合手段は、収容している無線端末からのフレームを含むパケットが流れる方向の逆方向から到着したパケットが統合されているときに、収容している無線端末からのフレームに強制的に処理遅延を加えて積極的に統合を行うことを特徴する請求項１に記載の無線局。
4. 上記第１の統合手段は、マルチキャストパケットによるカプセル化を行って、異なる隣接無線局へのパケットを一つのパケットに統合することを特徴する請求項１〜３のいずれかに記載の無線局。
5. 各無線局がパケットを隣接する無線局に中継する機能を備えたマルチホップの無線ネットワークシステムにおいて、
   上記各無線局として、請求項１〜４のいずれかに記載の無線局を適用したことを特徴とする無線ネットワークシステム。

Images