JP4966115B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線ネットワークを介して無線通信を行う無線通信装置に関する。

従来の無線ネットワークシステムは、例えば非特許文献１に示すようなＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）基本参照モデルで定義される階層構造の通信プロトコルに従って運用されるのが一般的である。無線ネットワークに接続された各端末は、それぞれ、無線通信を行う無線モジュールと、無線モジュール間のリンクの接続を制御するリンク制御部と、その上位階層の制御部（経路制御、再送制御、アプリケーション等）とを有している。上位階層からブロードキャストやマルチキャストの通信方式でデータパケットを受け取った無線モジュールは、ブロードキャストでデータパケットの伝送を試みる。例えばＩＥＥＥ８０２．１１の規格に準拠して動作するものでは、再送制御を行うことなく、ある端末が送信したデータパケットは電波の届く端末すべてが受信する。また、上位階層がユニキャストで送信する際は、無線モジュールでは、データパケットの宛先となっている端末のみがそのデータパケットを受信する。その他の端末は電波が届いていたとしてもそのデータパケットを廃棄する。
開放型システム相互接続の基本参照モデル（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ−Ｂａｓｉｃ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｍｏｄｅｌ）、ＪＩＳＸ５００３、日本規格協会、１９８７年

ところで、例えばブロードキャスト通信することは、無線モジュールにとっては主に電波の届く端末すべてに情報を伝達することであり、上位階層にとってはネットワーク接続された端末すべてに情報を伝達することであるので、無線モジュールと上位階層とでは、同じ通信方式でも意味が異なることがある。したがって、上位階層がブロードキャストによる送信を要求していても、無線モジュールではユニキャスト通信を行った方が、例えば電力効率や伝送品質の面で効率がよい場合がある。また、上位階層がユニキャストによる送信を要求していても、無線モジュールではブロードキャスト送信を行った方がトラフィック量の観点からは効率がよい場合がある。以下、無線アドホックネットワークに接続された端末を例に挙げて具体例を示す。

（１）無線アドホックネットワークの経路制御における経路探索で、ＩＥＥＥ８０２．１１に準拠した無線モジュールが無指向性のアンテナを有する端末で、かつ端末の移動が比較的激しいネットワークでは、経路探索のためのブロードキャスト送信は、無線モジュールにおいても無指向にブロードキャスト送信を行った方が好ましい。これに対し、同じＩＥＥＥ８０２．１１に準拠した無線モジュールを使う場合、位置が固定され、かつ指向性のアンテナを有する端末で構成されたネットワークでは、通信可能な相手端末は予め決まっているので、無線モジュール間のリンク接続ではユニキャスト送信を行った方が、再送制御が行われるため、伝送品質を保ちやすい。

（２）無線アドホックネットワークにおいて、上位階層ではユニキャストでデータをある一端末からある一端末に伝送する場合、高品質に伝送するために複数の経路に分けて伝送することがある。このときは、上位階層の転送プロトコルではユニキャストで送るが、無線モジュールではブロードキャストで送った方が一度で送信が終わるため伝送効率の面でも、電力効率の面でも好ましい。

（３）無線アドホックネットワークにおいてネットワークに接続された機器をブロードキャストで探索する場合は、既に確立された経路情報を利用して探索を行った方が効率がよい。また、既に経路が決まっている場合、無線モジュールではユニキャスト通信で行った方が伝送品質を保ちやすく電力的にも効率がよい。

（４）無指向性のアンテナを有する複数の無線モジュールから構成される端末があり、そのうちの１つの無線モジュールはネットワーク上のすべての無線モジュールと共通の周波数を持ち、その他は端末毎に異なる周波数を持つ場合、無線アドホックネットワークにおいてネットワーク全体の端末探索のための上位階層でのブロードキャストは、同一周波数の無線モジュールによるブロードキャストによってネットワーク全体の経路表を作成し、さらに、上位階層でのユニキャスト伝送においては、電波干渉がないような無線モジュールを端末毎に設定して、パケット中継経路を構成した方が、スループットの高い伝送経路を確保することができる。

（５）指向性の狭いアンテナを組み合わせて広角な指向性を持たせた無線モジュールや、指向性制御が可能なアンテナを有する無線モジュールは、ブロードキャストの範囲を特定できる。ブロードキャストの範囲を特定する制御も上位階層の要求にあわせて行った方が効率がよい。

以上のように、無線モジュールとその上位階層とで通信方式を異なるものとした方が好ましい場合があるが、従来の端末では、上位階層がブロードキャストやマルチキャスト送信を行うと無線モジュールも単純にブロードキャスト送信を行ってしまう構成となっているので、伝送品質や伝送効率、電力効率、スループット等の面での性能の低下（以下単に「伝送品質等の低下」という。）を招いてしまい、最適な端末間のリンク接続を行うことができないという課題があった。

また、従来、ユニキャスト通信を行う際にデータリンク層の情報のみで確立されたリンクを基に経路制御部が通信経路を生成する方法が知られている。しかしながら、この方法では、無線モジュールの構成によっては最適な経路を生成できない場合がある。例えば、無指向性の電波を送受する無線モジュールであれば、電波の届くすべての隣接端末とリンク接続することが可能であるが（図１０（ａ）参照）、指向性の電波を送受する無線モジュールを持つ端末では、予め電波の方向調整を行っておかなければ通信用のリンクを接続することもできない（図１０（ｂ）参照）。また、どの端末とリンク接続するべきかは必要とする経路によって異なるため、端末間毎に任意に電波の指向方向を調整してリンク接続を確立したとしても、送信端末と受信端末との間に最適な経路を作り出すことはできない。

以上のように、従来の端末では、伝送品質等の低下を招き、また無線モジュールの構成に依存するので、最適な端末間のリンク接続を行うことができないという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、伝送品質等を低下させることなく、また無線モジュールの構成に関わらず、最適な端末間のリンク接続を行うことができる無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明の無線通信装置は、通信相手端末と通信する経路を経路制御により生成する経路制御手段と、ブロードキャスト、マルチキャスト及びユニキャストのいずれかの通信方式のアドレス情報を有するパケットに前記アドレス情報を変換するための変換識別子を付加する変換識別子付加手段と、前記変換識別子に応じて前記パケットのアドレス情報を変換するアドレス情報変換手段と、変換されたアドレス情報に基づいて前記通信相手端末とのリンクの接続制御を行うリンク制御手段と、前記リンクを介して前記通信相手端末と無線通信する無線モジュールとを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の無線通信装置は、アドレス情報変換手段が、変換識別子に応じてパケットのアドレス情報を変換するので、無線モジュールにおいて例えばユニキャスト通信を行った方が伝送品質等の面で好ましい場合、上位階層によるブロードキャストの通信方式をユニキャストの通信方式に変換することができる。したがって、本発明の無線通信装置は、伝送品質等を低下させることなく、最適な端末間のリンク接続を行うことができる。

また、この構成により、本発明の無線通信装置は、アドレス情報変換手段が、変換識別子に応じてパケットのアドレス情報を変換するので、無線モジュールの構成に適応させた通信方式によってデータパケットを送受することができることとなり、無線モジュールの構成に関わらず、最適な端末間のリンク接続を行うことができる。

また、本発明の無線通信装置は、前記無線モジュールは、前記通信相手端末から前記変換識別子が付加されたパケットを受信し、前記アドレス情報変換手段は、受信したパケットのアドレス情報を前記変換識別子に応じて前記通信方式のいずれかのアドレス情報に変換し、変換したアドレス情報を有するパケットを前記経路制御手段に出力する構成を有している。

この構成により、本発明の無線通信装置は、無線モジュールが、通信相手端末においてアドレス情報が変換されたパケットを受信した後、アドレス情報変換手段が、変換識別子に応じてパケットのアドレス情報を変換して元に戻すので、無線モジュールの構成に適応させた通信方式によってデータパケットを送受することができることとなり、無線モジュールの構成に関わらず、最適な端末間のリンク接続を行うことができる。

さらに、本発明の無線通信装置は、前記経路制御手段及び前記リンク制御手段は、それぞれ、ＯＳＩ基本参照モデルにおけるネットワーク層以上の階層及びデータリンク層に相当する機能を有するものであって、前記経路制御手段と前記リンク制御手段との間に前記リンク制御手段の動作を制御する制御プレーンを有し、前記制御プレーンは、前記アドレス情報変換手段を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の無線通信装置は、制御プレーンが、ネットワーク層以上の階層とデータリンク層との間において、ネットワーク層以上の階層による通信方式を最適な通信方式に変換することができるので、伝送品質等を低下させることなく、最適な端末間のリンク接続を行うことができる。

さらに、本発明の無線通信装置は、複数の前記リンク制御手段を有し、前記制御プレーンは、複数の前記リンク制御手段の動作をそれぞれ制御する構成を有している。

この構成により、本発明の無線通信装置は、複数のリンク制御手段が、複数の無線モジュールの動作を制御する場合でも、制御プレーンが、各無線モジュールの構成に適応させた通信方式によってデータパケットを送受することができることとなり、無線モジュールの構成に関わらず、最適な端末間のリンク接続を行うことができる。

さらに、本発明の無線通信装置は、複数の前記リンク制御手段と、複数の前記制御プレーンとを有し、複数の前記制御プレーンは、それぞれ、複数の前記リンク制御手段の動作をそれぞれ制御する構成を有している。

この構成により、本発明の無線通信装置は、複数のリンク制御手段が、サブネットにそれぞれ接続された複数の無線モジュールの動作を制御する場合でも、各制御プレーンが、各無線モジュールの構成に適応させた通信方式によってデータパケットを送受することができることとなり、無線モジュールの構成に関わらず、最適な端末間のリンク接続を行うことができる。

さらに、本発明の無線通信装置は、前記制御プレーンは、前記経路制御手段が生成した経路に基づいてリンク接続の確立の指示を前記リンク制御手段に要求する接続制御部を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の無線通信装置は、リンク制御手段が、接続制御部の指示に基づいて無線モジュールによるリンク接続の確立を制御することができる。

さらに、本発明の無線通信装置は、前記制御プレーンは、前記無線モジュールの個数及び特徴を含む無線モジュール管理表と、リンク接続している通信相手端末と当該リンク接続に利用している無線モジュールとの対応を示す無線モジュール対応表とにより前記通信相手端末とのリンクを管理するリンク管理部を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の無線通信装置は、無線モジュール管理表及び無線モジュール対応表を参照してリンクを管理するので、無線モジュールの構成に適応させた通信方式によってデータパケットを送受することができることとなり、無線モジュールの構成に関わらず、最適な端末間のリンク接続を行うことができる。

さらに、本発明の無線通信装置は、前記制御プレーンは、パケット送信のための必要帯域幅及びパケット送信の優先度を含む通信品質情報を管理する通信品質情報管理部を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の無線通信装置は、パケット送信のための必要帯域幅及びパケット送信の優先度を含む通信品質情報に基づいてリンク接続の確立を行うことができる。

さらに、本発明の無線通信装置は、前記制御プレーンは、前記リンク制御手段からの情報に基づいて、前記通信相手端末とのリンクの品質及び使用可能な帯域を予測する品質帯域予測部を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の無線通信装置は、品質帯域予測部の予測結果に基づいてリンク接続の品質を維持することができる。

さらに、本発明の無線通信装置は、前記品質帯域予測部は、リンク接続している通信相手端末と当該リンク接続に利用している無線モジュールとの対応を示す無線モジュール対応表に含まれるリンク接続と異なるリンク接続の要求があったとき、当該リンクの品質を予測して予測結果を前記経路制御手段及びリンク接続の確立の指示を前記リンク制御手段に要求する接続制御部に通知する構成を有している。

この構成により、本発明の無線通信装置は、無線モジュール対応表に含まれない新たなリンク接続の要求があった場合でも、品質帯域予測部の予測結果に基づいて品質のより高いリンク接続を確立することができる。

さらに、本発明の無線通信装置は、前記経路制御手段は、前記品質帯域予測部が予測した前記通信相手端末とのリンクの品質及び使用可能な帯域に基づいて経路制御を行う構成を有している。

この構成により、本発明の無線通信装置は、品質帯域予測部が取得した帯域幅、パケットロス率、電界強度等の値を経路制御手段の経路決定メトリックとして用いることができる。

本発明は、伝送品質等を低下させることなく、また無線モジュールの構成に関わらず、最適な端末間のリンク接続を行うことができるという効果を有する無線通信装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の無線通信装置を、無線アドホックネットワークを介して例えば映像ストリームのデータパケットを伝送するものに適用した例を挙げて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明に係る無線通信装置の第１の実施の形態における構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態における無線通信装置１００は、経路制御を行う経路制御部１１０と、他の端末とのリンク接続を確立するリンク制御部１２０と、経路制御部１１０とリンク制御部１２０との間で動作する制御プレーン１３０とを備えている。なお、本実施の形態における無線通信装置１００は、ＣＰＵやメモリ等のハードウェアと、このハードウェア上で実行されるプログラムとを備えて動作するようになっている。

経路制御部１１０は、ＯＳＩ参照モデルにおけるネットワーク層に関する制御を主に行うようになっており、公知の経路制御プロトコル、例えばＡＯＤＶ（Ａｄ Ｈｏｃ Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ）プロトコルや映像伝送用プロトコルに従って動作するものである。

また、経路制御部１１０は、ブロードキャストやユニキャスト等のデータパケットを制御プレーン１３０に出力するものであり、データパケットを出力する際に予め定められた変換識別子をデータパケットに付加するようになっている。この変換識別子は、例えばデータパケットのＩＰヘッダのオプション領域に付加され、後述するように通信方式間におけるアドレス情報を変換するためのものである。なお、ソケットのポート番号によって変換識別子を識別する構成としてもよい。

また、経路制御部１１０は、所定の通信プロトコルによって経路を生成した後、宛先端末や次ホップのアドレス情報を含む無線アドホックネットワークの経路情報を経路表として所有するものである。なお、経路制御部１１０は、本発明の経路制御手段及び変換識別子付加手段に対応する。

リンク制御部１２０は、ＯＳＩ参照モデルにおけるデータリンク層に関する制御を行うようになっており、他の端末と無線通信する無線モジュール１２１を備え、主に他の端末とのリンク接続を確立するものである。なお、リンク制御部１２０は、本発明のリンク制御手段に対応する。

制御プレーン１３０は、リンク接続に関する管理を行うリンク管理部１３１と、データパケットを送受信するパケット送受信部１３２と、リンクの品質及び使用可能な帯域を予測する品質帯域予測部１３３と、端末間のリンク接続を制御する接続制御部１３４と、ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）情報を管理するＱｏＳ管理部１３５とを備え、ブロードキャストとユニキャストとの間におけるアドレス変換と、リンク制御部１２０が有する無線モジュール１２１の接続制御を行うようになっている。また、制御プレーン１３０は、主に所定の経路制御プロトコルに従ってネットワーク内のリンク接続の確立のために動作するものである。

なお、図１においては、１つの制御プレーン１３０に１つのリンク制御部１２０が接続された構成を示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図２（ａ）に示すように、１つの制御プレーン１３０に３つのリンク制御部１２０ａ〜１２０ｃを接続した構成とすることもできる。この構成の場合、リンク制御部１２０ａ〜１２０ｃは、それぞれ、無線モジュール１２１ａ〜１２１ｃを含む。また、互いに異なるサブネットワークに対して経路制御を行う場合は、例えば図２（ｂ）に示すように、サブネットワーク毎にそれぞれ制御プレーン１３０ａ〜１３０ｃを備える構成とすることができる。

リンク管理部１３１は、アドレス変換表、無線モジュール対応表及び無線モジュール管理表を備え、リンクの品質及び使用可能な帯域の情報を管理するようになっている。ここで、アドレス変換表は、図３（ａ）に示すように、ブロードキャストとユニキャストとの間においてアドレス変換するためのものである。また、無線モジュール対応表は、図３（ｂ）に示すように、リンク接続している相手端末及び通信方式と、その相手端末に接続している無線モジュールとの対応を示すものである。また、無線モジュール管理表は、無線モジュールの個数や、無線モジュールの特徴を登録して管理するためのものである。無線モジュールの特徴としては、例えば、指向性アンテナの有無、指向方向の変更可否、使用周波数、変調方式、通信電力、バッテリ残量等の情報がある。

パケット送受信部１３２は、リンク管理部１３１が有するアドレス変換表を参照し、経路制御部１１０が出力したデータパケットの変換識別子に応じてアドレス変換を行うようになっている。例えば、図３（ａ）において、上位階層である経路制御部１１０の出力するデータパケットがブロードキャストによるものであって変換識別子＝１の場合、パケット送受信部１３２は、そのデータパケットのアドレスをユニキャストアドレスに変換するようになっている。

なお、図３（ａ）には示していないが、マルチキャストによるデータパケットもブロードキャストと同様にアドレスが変換される。また、経路制御部１１０が出力したデータパケットに変換識別子が付加されていない場合は、パケット送受信部１３２は、入力したデータパケットをそのままリンク制御部１２０に出力する。この場合、無線通信装置１００は、一般的なネットワークプロトコルのスタックとして動作する。

また、パケット送受信部１３２は、複数のリンク制御部１２０がそれぞれ無線モジュールを備えている場合、経路制御部１１０から送られてくるデータパケットを、リンク管理部１３１の無線モジュール対応表に従って、該当する無線モジュールを備えたリンク制御部１２０に出力するとともに、リンク制御部１２０から送られてくるデータパケットを経路制御部１１０に渡すようになっている。なお、リンク管理部１３１及びパケット送受信部１３２は、本発明のアドレス情報変換手段に対応する。

品質帯域予測部１３３は、リンク管理部１３１で管理しているリンクの品質と、使用可能な帯域とをリンク制御部１２０からの情報に基づいて、要求されるリンク接続にふさわしい無線モジュールを決定するようになっている。また、品質帯域予測部１３３は、リンク管理部１３１が有する無線モジュール対応表に含まれないリンクの接続要求があった場合、そのリンクの品質を予測し、予測結果をリンク管理部１３１、経路制御部１１０及び接続制御部１３４に通知するようになっている。

接続制御部１３４は、リンク制御部１２０に対して端末間のリンク接続の確立を指示するようになっている。具体的には、接続制御部１３４は、品質帯域予測部１３３の予測結果、例えば帯域幅、パケットロス率、電界強度等の情報を参照し、無線通信周波数の設定、変調方式の設定、指向性アンテナの方向調整の指示等をリンク制御部１２０に対して行うものである。

ＱｏＳ管理部１３５は、データパケット送信のために必要な帯域幅やデータパケット送信の優先度等の情報を示すＱｏＳ情報を予め格納しており、ＱｏＳ情報を管理するようになっている。このＱｏＳ情報は、リンク管理部１３１及びパケット送受信部１３２によって適宜参照されるようになっている。なお、ＱｏＳ管理部１３５は、本発明の通信品質情報管理部に対応する。

次に、本実施の形態における無線通信装置１００の動作について説明する。動作の説明に当たり、複数の無線通信装置１００が無線アドホックネットワークを構成し、各無線通信装置１００は、図４に示すような構成になっているものとする。すなわち、無線通信装置１００は、３つのリンク制御部１２０ａ〜１２０ｃを有し、リンク制御部１２０ａは、無指向性伝送を行う無線モジュール１２１ａを備え、リンク制御部１２０ｂ及び１２０ｃは、それぞれ、指向性伝送を行う無線モジュール１２１ｂ及び１２１ｃを備えている。

まず、制御プレーン１３０のリンク管理部１３１は、リンク制御部１２０ａ〜１２０ｃがそれぞれ有する無線モジュールの特徴を把握するため、リンク制御部１２０ａ〜１２０ｃに特徴の問い合わせをする。その結果、リンク管理部１３１は、無指向性伝送を行う無線モジュール１２１ａと、指向性伝送を行う無線モジュール１２１ｂ及び１２１ｃとがあることがわかり、無線モジュール１２１ａ〜１２１ｃの特徴を無線モジュール管理表に記述する。無線モジュール１２１ａ〜１２１ｃの特徴を把握することにより、ブロードキャスト送信の際には無指向性伝送を行う無線モジュール１２１ａを使用し、ユニキャスト送信の際には指向性伝送を行う１２１ｂ若しくは１２１ｃ又は無指向性伝送を行う無線モジュール１２１ａを使用すればよいことがわかる。

次いで、経路制御部１１０は、ブロードキャストパケットを送信することによって経路生成を開始する。経路生成は、既存技術であるＡＯＤＶやＯＬＳＲ（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｌｉｎｋ Ｓｔａｔｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ）等のプロトコルを用いることができる。この時点では、経路制御部１１０には経路表がないため、ブロードキャストパケットですべての端末を探索しなければならない。そのため、経路制御部１１０は、図３（ａ）に示すアドレス変換表における変換識別子として"０"を選択し、この変換識別子をブロードキャストパケットに付加して制御プレーン１３０に出力する。

制御プレーン１３０のパケット送受信部１３２は、ブロードキャストパケットを受け取るとリンク管理部１３１のアドレス変換表を参照し、無線モジュールにおいてもブロードキャスト送信しなくてはならないことがわかる。そこで、パケット送受信部１３２は、リンク管理部１３１の無線モジュール管理表を参照し、無指向性伝送が可能な無線モジュール１２１ａを有するリンク制御部１２０ａにブロードキャストパケットを出力する。

続いて、リンク制御部１２０ａでは、無線モジュール１２１ａがブロードキャストパケットを無指向性伝送する。

無指向性伝送されたブロードキャストパケットを受信した端末においては、ブロードキャストパケットは、無指向性伝送する無線モジュール１２１ａで受信され、リンク制御部１２０ａから制御プレーン１３０のパケット送受信部１３２に渡され、さらに経路制御部１１０に到着する。

以上の一連の動作により、各端末内の経路制御部１１０に経路表が作成される。制御プレーン１３０は、経路制御部１１０によって経路表が作成されたとき、又は経路制御部１１０からデータパケットを受け取ったとき、リンク管理部１３１の無線モジュール対応表を更新する。

以下、図５を用いて具体的に説明する。図５に示すように、無線通信装置１００を備えた端末Ａ〜Ｄが配置されている場合、端末Ａから端末Ｃにデータパケットを伝送するとし、前述した一連の動作により作成された経路表に基づき端末Ａから端末Ｃまでの経路として端末Ａ→Ｂ→Ｃが形成されたとする。このとき、端末Ｂの経路表には端末Ａ及びＣが登録される。端末Ｂのリンク管理部１３１は、経路制御部１１０の経路表が更新されたこと、リンク管理部１３１の無線モジュール対応表に端末Ａ及びＣに関する登録がまだないことから、品質帯域予測部１３３に対し、端末Ａ及びＣへの高品質なリンク接続を依頼する。

次いで、端末Ｂの品質帯域予測部１３３は、リンク制御部１２０が有するすべての無線モジュールに問い合わせ、端末Ａ及びＢとのリンクには、それぞれどの無線モジュールを使用すればよいかを決定する。この決定を行うための判断材料としては、リンクの接続の可否、帯域幅等の情報が挙げられる。

引き続き、実際の接続処理は接続制御部１３４が行う。例えば、端末Ｂと端末Ｃとの間のリンクに無線モジュール１２１ｂを使用することを端末Ｂの品質帯域予測部１３３が決定した場合、端末Ｂの接続制御部１３４は、無線モジュール１２１ｂに対して制御命令の信号を出力する。端末Ｂの無線モジュール１２１ｂは指向性伝送を行うものであるため、端末Ｂのリンク制御部１２０ｂは、例えば電波の到来方向を推定してからリンク接続を実現する。リンクが接続されたら、端末Ｂのリンク管理部１３１の無線モジュール対応表に、使用している無線モジュールとリンク先端末とを登録する。端末Ｂの品質帯域予測部１３３は、例えば帯域幅、パケットロス率、電界強度等の情報によってリンク状態を常に監視し、端末Ｂの接続制御部１３４は、必要に応じて無線モジュールの制御を行うことにより、リンク接続の品質を保つ。端末Ｂの品質帯域予測部１３３で得られた値、すなわち帯域幅、パケットロス率、電界強度等の値は、端末Ｂの経路制御部１１０の経路決定メトリックとして用いることができる。

端末Ｂの経路制御部１１０で経路表が作成された後において、ネットワーク上に存在するファイルや機器等の探索を行うためにブロードキャストする場合、端末Ｂの経路制御部１１０は、ブロードキャストパケットの変換識別子を"１"（図３（ａ）参照）として制御プレーン１３０に渡す。端末Ｂの制御プレーン１３０のパケット送受信部１３２は、無線モジュール１２１ｂ及び１２１ｃに端末Ａ宛のユニキャストパケット、端末Ｃ宛のユニキャストパケットをコピーして渡す。

次いで、端末Ａ及びＣにおいて、無線モジュールではユニキャスト伝送によって、端末Ｂからデータパケットを受信する。また、端末Ａ及びＣの制御プレーン１３０において、データパケットのアドレスがユニキャストで変換識別子が"１"であることからブロードキャストアドレスに戻され（図３（ａ）参照）、端末Ａ及びＣの経路制御部１１０に渡される。

なお、前述のものとは異なる端末の構成例として、図６に示すように、無指向性伝送を行う無線モジュール１２２ａ〜１２２ｃを備えたものが挙げられる。この構成によれば、例えば図７に示すように、無線モジュール１２２ａをブロードキャスト用の周波数、無線モジュール１２２ｂ及び１２２ｃをユニキャスト用にホップ毎に周波数変換を行う無線モジュールとして制御することが可能となる。この場合も、図４に示した構成のものと同様に経路制御を行うことができる。

次に、経路制御部１１０でユニキャスト、無線モジュール１２１でブロードキャスト送信を行う例を挙げる。図８に示すように、端末Ａと端末Ｆとが無線通信を行うものとする。このとき、エラー耐性を強くするため、複数経路を確保して通信を行うのが好ましい。図８においては、端末Ａ⇔Ｂ⇔Ｃ⇔Ｆと、端末Ａ⇔Ｄ⇔Ｅ⇔Ｆとの２経路を確保した例が示されている。端末Ａの経路制御部１１０は端末Ｆ宛にデータパケットをユニキャスト送信する。

まず、端末Ａの経路制御部１１０は、端末Ｂ宛にデータパケットを転送する。このとき、経路制御部１１０は、無線伝送なので端末Ｄにもデータパケットが届くため、図３（ａ）における変換識別子を"１"として制御プレーン１３０に渡す。この際、端末Ｄのアドレスを例えばＩＰヘッダのオプション部に記述しておく。

制御プレーン１３０は、変換識別子からユニキャストアドレスをブロードキャストアドレスに変換する。端末Ｆも同様の動作を行う。ブロードキャストパケットを受け取る端末Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥは、変換識別子が"１"であることからユニキャストパケットに戻して各端末の経路制御部１１０に渡すことができる。また、図８に示した場合は、端末Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥがデータパケットを送信する際は、複数の宛先に送る必要がない場合は、ユニキャストアドレスの変換識別子は"０"として通常どおりのユニキャスト通信を行う。したがって、余分なデータパケットを各端末に送ることなく、複数の経路によるデータパケットの転送が可能となる。

以上のように、本実施の形態における無線通信装置１００によれば、リンク管理部１３１は、アドレス変換表を備え、パケット送受信部１３２は、アドレス変換表に基づいてアドレス変換する構成としたので、無線モジュール１２１においてユニキャスト通信を行った方が伝送品質等の面で好ましい場合に経路制御部１１０によるブロードキャストの通信方式をユニキャストの通信方式に変換することができるので、伝送品質等を低下させることなく、最適な端末間のリンク接続を行うことができる。

また、この構成により、本発明の無線通信装置は、アドレス情報変換手段が、変換識別子に応じてパケットのアドレス情報を変換するので、無線モジュールの構成に適応させた通信方式によってデータパケットを送受することができることとなり、無線モジュールの構成に関わらず、最適な端末間のリンク接続を行うことができる。

また、本実施の形態における無線通信装置１００によれば、無線モジュール１２１は、通信相手端末から変換識別子が付加されたパケットを受信し、パケット送受信部１３２が、受信したパケットのアドレス情報を変換識別子に応じてアドレス変換する構成としたので、無線モジュール１２１が、通信相手端末においてアドレス情報が変換されたパケットを受信した後、アドレス情報変換手段が、変換識別子に応じてパケットのアドレス情報を変換して元に戻すことができる。したがって、本実施の形態における無線通信装置１００は、無線モジュール１２１の構成に適応させた通信方式によってデータパケットを送受することができることとなり、無線モジュール１２１の構成に関わらず、最適な端末間のリンク接続を行うことができる。

また、本実施の形態における無線通信装置１００によれば、制御プレーン１３０は、ネットワーク層以上の階層とデータリンク層との間に設けられる構成としたので、ネットワーク層以上の階層による通信方式をデータリンク層における最適な通信方式に変換することができ、伝送品質等を低下させることなく、最適な端末間のリンク接続を行うことができる。ここで、通信方式とは、ブロードキャスト、マルチキャスト、ユニキャストのことをいう。

また、本実施の形態における無線通信装置１００によれば、１つの制御プレーン１３０と、複数のリンク制御部１２０とを備えることができる構成としたので、複数のリンク制御部１２０が複数の無線モジュールの動作を制御する場合でも、制御プレーン１３０が、各無線モジュール１２１の構成に適応させた通信方式によってデータパケットを送受することができることとなり、無線モジュール１２１の構成に関わらず、最適な端末間のリンク接続を行うことができる。

また、本実施の形態における無線通信装置１００によれば、複数の制御プレーン１３０と、複数のリンク制御部１２０とを備えることができる構成としたので、複数のリンク制御部１２０がサブネットにそれぞれ接続された複数の無線モジュール１２１の動作を制御する場合でも、各制御プレーン１３０が、各無線モジュール１２１の構成に適応させた通信方式によってデータパケットを送受することができることとなり、無線モジュール１２１の構成に関わらず、最適な端末間のリンク接続を行うことができる。

また、本実施の形態における無線通信装置１００によれば、制御プレーン１３０が、経路制御部１１０が生成した経路に基づいてリンク接続の確立の指示をリンク制御部１２０に要求する接続制御部１３４を備えた構成としたので、リンク制御部１２０が、接続制御部１３４の指示に基づいて無線モジュール１２１によるリンク接続の確立を制御することができる。

また、本実施の形態における無線通信装置１００によれば、制御プレーン１３０は、無線モジュール１２１の個数及び特徴を含む無線モジュール管理表と、リンク接続している通信相手端末と当該リンク接続に利用している無線モジュール１２１との対応を示す無線モジュール対応表とにより通信相手端末とのリンクを管理するリンク管理部１３１を備えた構成としたので、無線モジュール管理表及び無線モジュール対応表を参照してリンクを管理することができ、無線モジュール１２１の構成に適応させた通信方式によってデータパケットを送受することができることとなり、無線モジュール１２１の構成に関わらず、最適な端末間のリンク接続を行うことができる。

また、本実施の形態における無線通信装置１００によれば、制御プレーン１３０は、パケット送信のための必要帯域幅及びパケット送信の優先度を含むＱｏＳ情報を管理するＱｏＳ管理部を備えた構成としたので、ＱｏＳ情報に基づいてリンク接続の確立を行うことができる。

また、本実施の形態における無線通信装置１００によれば、制御プレーン１３０は、リンク制御部１２０からの情報に基づいて、通信相手端末とのリンクの品質及び使用可能な帯域を予測する品質帯域予測部１３３を備えた構成としたので、品質帯域予測部１３３の予測結果に基づいてリンク接続の品質を維持することができる。

また、本実施の形態における無線通信装置１００によれば、品質帯域予測部１３３は、無線モジュール対応表に含まれないリンク接続の要求があったとき、当該リンクの品質を予測して予測結果を経路制御部１１０及び接続制御部１３４に通知する構成としたので、無線モジュール対応表に含まれないリンク接続の要求があった場合でも、品質帯域予測部１３３の予測結果に基づいて品質のより高いリンク接続を確立することができる。

また、本実施の形態における無線通信装置１００によれば、経路制御部１１０は、品質帯域予測部１３３が予測した通信相手端末とのリンクの品質及び使用可能な帯域に基づいて経路制御を行う構成としたので、品質帯域予測部１３３が取得した帯域幅、パケットロス率、電界強度等の値を経路制御部１１０の経路決定メトリックとして用いることができる。

なお、前述の実施の形態において、無線モジュール１２１の特徴として指向性伝送や無指向性伝送を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、これ以外の無線モジュール１２１の特徴に基づいて無線通信するものでもよい。

また、本実施の形態における無線通信装置１００をコンピュータで実現し、前述した無線通信装置１００の動作をプログラミングすることにより、伝送品質等を低下させることなく、また無線モジュールの構成に関わらず、最適な端末間のリンク接続を行うことができる無線通信用のプログラムを制作することができる。

（第２の実施の形態）
図９に示すように、本発明の第２の実施の形態における無線通信装置２００は、第１の実施の形態における無線通信装置１００（図１参照）の制御プレーンを変更したものである。すなわち、無線通信装置２００は、経路制御を行う経路制御部２１０と、他の端末とのリンク接続を確立するリンク制御部２２０と、経路制御部２１０とリンク制御部２２０との間で動作する制御プレーン２３０とを備えている。なお、第１の実施の形態における無線通信装置１００と重複する説明は省略する。

リンク制御部２２０は、他の端末と無線通信する無線モジュール２２１を備え、主に他の端末とのリンク接続を確立するようになっている。

制御プレーン２３０は、リンク接続に関する管理を行うリンク管理部２３１と、データパケットを送受信するパケット送受信部２３２とを備え、リンク管理部２３１は、アドレス変換表を有している。

パケット送受信部２３２は、アドレス変換表に基づいて、経路制御部２１０の出力するデータパケットを変換識別子に応じてアドレス変換し、リンク制御部２２０に渡すようになっている。また、パケット送受信部２３２は、アドレス変換表に基づいて、無線モジュール２２１が受信したデータパケットをアドレス変換し、経路制御部２１０に渡すようになっている。

したがって、本実施の形態における無線通信装置２００は、無線モジュールとその上位階層とで通信方式を異なるものとした方が好ましい場合に、変換識別子に応じてアドレス変換することによって、伝送品質等の低下を防止することができるので、最適な端末間のリンク接続を行うことができる。

以上のように、本発明に係る無線通信装置は、伝送品質等を低下させることなく、また無線モジュールの構成に関わらず、最適な端末間のリンク接続を行うことができるという効果を有し、無線ネットワークを介して無線通信を行う無線通信装置等として有用である。

本発明に係る無線通信装置の第１の実施の形態におけるブロック図 本発明に係る無線通信装置の第１の実施の形態において、制御プレーン及びリンク制御部の構成例を示すブロック図 （ａ）本発明に係る無線通信装置の第１の実施の形態において、１つの制御プレーンが複数のリンク制御部を制御する場合のブロック図 （ｂ）本発明に係る無線通信装置の第１の実施の形態において、複数の制御プレーンが複数のリンク制御部を制御する場合のブロック図 本発明に係る無線通信装置の第１の実施の形態において、リンク管理部が備えるアドレス変換表及び無線モジュール対応表を示す図 本発明に係る無線通信装置の第１の実施の形態において、３つのリンク制御部が、１つの無指向性伝送の無線モジュールと、２つの指向性伝送の無線モジュールとを備えた場合のブロック図 本発明に係る無線通信装置の第１の実施の形態における動作の説明図 本発明に係る無線通信装置の第１の実施の形態において、３つのリンク制御部が、それぞれ、無指向性伝送の無線モジュールを備えた場合のブロック図 本発明に係る無線通信装置の第１の実施の形態において、図６に示した構成における動作の説明図 本発明に係る無線通信装置の第１の実施の形態において、経路制御部でユニキャスト、無線モジュールでブロードキャスト送信を行う場合の動作の説明図 本発明に係る無線通信装置の第２の実施の形態におけるブロック図 従来の無線通信装置の説明図 （ａ）電波の届くすべての隣接端末とリンク接続した状態を示す図 （ｂ）指向性の電波を送受する無線モジュールを持つ端末において、予め電波の方向調整を行っていない場合の状態を示す図

符号の説明

１００ 無線通信装置
１１０ 経路制御部（経路制御手段、変換識別子付加手段）
１２０（１２０ａ〜１２０ｃ） リンク制御部（リンク制御手段）
１２１（１２１ａ〜１２１ｃ）、１２２ａ〜１２２ｃ 無線モジュール
１３０ 制御プレーン
１３１ リンク管理部（アドレス情報変換手段）
１３２ パケット送受信部（アドレス情報変換手段）
１３３ 品質帯域予測部
１３４ 接続制御部
１３５ ＱｏＳ管理部（通信品質情報管理部）
２００ 無線通信装置
２１０ 経路制御部
２２０ リンク制御部
２２１ 無線モジュール
２３０ 制御プレーン
２３１ リンク管理部
２３２ パケット送受信部

Claims (11)

1. 通信相手端末と通信する経路を経路制御により生成する経路制御手段と、ブロードキャスト、マルチキャスト及びユニキャストのいずれかの通信方式のアドレス情報を有するパケットに前記アドレス情報を変換するための変換識別子を付加する変換識別子付加手段と、前記変換識別子に応じて前記パケットのアドレス情報を変換するアドレス情報変換手段と、変換されたアドレス情報に基づいて前記通信相手端末とのリンクの接続制御を行うリンク制御手段と、前記リンクを介して前記通信相手端末と無線通信する無線モジュールとを備えたことを特徴とする無線通信装置。
2. 前記無線モジュールは、前記通信相手端末から前記変換識別子が付加されたパケットを受信し、前記アドレス情報変換手段は、受信したパケットのアドレス情報を前記変換識別子に応じて前記通信方式のいずれかのアドレス情報に変換し、変換したアドレス情報を有するパケットを前記経路制御手段に出力することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記経路制御手段及び前記リンク制御手段は、それぞれ、ＯＳＩ基本参照モデルにおけるネットワーク層以上の階層及びデータリンク層に相当する機能を有するものであって、前記経路制御手段と前記リンク制御手段との間に前記リンク制御手段の動作を制御する制御プレーンを有し、前記制御プレーンは、前記アドレス情報変換手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信装置。
4. 複数の前記リンク制御手段を有し、前記制御プレーンは、複数の前記リンク制御手段の動作をそれぞれ制御することを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. 複数の前記リンク制御手段と、複数の前記制御プレーンとを有し、複数の前記制御プレーンは、それぞれ、複数の前記リンク制御手段の動作をそれぞれ制御することを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
6. 前記制御プレーンは、前記経路制御手段が生成した経路に基づいてリンク接続の確立の指示を前記リンク制御手段に要求する接続制御部を備えたことを特徴とする請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
7. 前記制御プレーンは、前記無線モジュールの個数及び特徴を含む無線モジュール管理表と、リンク接続している通信相手端末と当該リンク接続に利用している無線モジュールとの対応を示す無線モジュール対応表とにより前記通信相手端末とのリンクを管理するリンク管理部を備えたことを特徴とする請求項３から請求項６までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
8. 前記制御プレーンは、パケット送信のための必要帯域幅及びパケット送信の優先度を含む通信品質情報を管理する通信品質情報管理部を備えたことを特徴とする請求項３から請求項７までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
9. 前記制御プレーンは、前記リンク制御手段からの情報に基づいて、前記通信相手端末とのリンクの品質及び使用可能な帯域を予測する品質帯域予測部を備えたことを特徴とする請求項３から請求項８までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
10. 前記品質帯域予測部は、リンク接続している通信相手端末と当該リンク接続に利用している無線モジュールとの対応を示す無線モジュール対応表に含まれるリンク接続と異なるリンク接続の要求があったとき、当該リンクの品質を予測して予測結果を前記経路制御手段及びリンク接続の確立の指示を前記リンク制御手段に要求する接続制御部に通知することを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
11. 前記経路制御手段は、前記品質帯域予測部が予測した前記通信相手端末とのリンクの品質及び使用可能な帯域に基づいて経路制御を行うことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の無線通信装置。

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