JP5266474B2

JP5266474B2 - 無線通信システム、中継局装置及び無線通信方法

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Publication number: JP5266474B2
Application number: JP2009042809A
Authority: JP
Inventors: 隆利杉山; 大祐梅原; 俊翔黄
Original assignee: Kyoto University; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Kyoto University; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: JP2010199998A

Description

本発明は、中継局装置を用いて無線局間の無線通信を中継する無線通信システム、中継局装置及び無線通信方法に関する。

無線通信はより高速な通信の実現に向けて、高周波数・広帯域化が進んでいる。現状の無線通信システムと同じ構成のシステムでは送信局に対してさらに高い送信電力が要求されるため、各無線局の送信電力の軽減を目的として中継局（あるいは中継局装置；AP（Access Point））を有するマルチホップ無線通信ネットワークの研究開発が行われている（例えば非特許文献２参照）。一方、中継局において複数の宛先へのデータをコーディングすることによって送信するパケット数を低減可能なネットワークコーディング技術が注目を集めている（例えば非特許文献３参照）。特に、無線LAN（Local Area Network）システムにはネットワークコーディングが実験的に実装され、その特性が評価されている（例えば非特許文献４参照）。しかし、ネットワークコーディングを適用した際における、最適なメディアアクセス制御方式の実現手法はこれからの技術的課題である。

また、全ての無線局にCSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance；衝突回避機能付キャリア（搬送波）感知多重アクセス）を採用した無線LANシステムにネットワークコーディングを適用した結果が報告されている（例えば非特許文献４参照）。その結果、ネットワークコーディングによってスループットの向上が報告されている。それに対し、Slotted ALOHA（スロッテッドアロハ）による無線中継ネットワークコーディングでは中継局の送信確率の制御によってスループットを向上することが示されている（例えば非特許文献１、５参照）。また、RTS/CTS（Request To Send；送信要求／Clear To Send；受信準備完了）を用いた無線マルチホップネットワークでは、ハンドシェイク時の制御パケットの削減手法が提案されている（例えば非特許文献６参照）。

平野智也、梅原大祐、田野哲、守倉正博、杉山隆利、 "無線中継Slotted ALOHAネットワークコーディングシステムにおける中継制御方式の検討"、信学技報 RCS2008-83、pp.181− 186、2008年8月 F. A. Tobagi,"Analysis of a two-hop centralized packet radio network − Part II: Carrier sense multiple access," IEEE Trans. Commun., vol. COM-28, no. 2, pp. 208−216, Feb. 1980 R. Ahlswede et al.,"Network information flow," IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 46, no. 4, pp. 1204−1216, July 2000 S. Katti et al., "XOR's in the air: Practical wireless network coding," Proc. ACM SIGCOMM 2006, pp. 243−254, Sep. 2006 D. Umehara et al., "Throughput analysis of wireless relay slotted ALOHA systems with network coding," Proc. IEEE Globecom 2008, 5 pages, Nov./Dec. 2008 C-K. Toh et al., "MARCH: A medium access control protocol for multihop wireless ad hoc networks," Proc. MILCOM 2000, pp. 512−516, Oct. 2000

上述したように、中継局を有するマルチホップ無線通信ネットワークでは、スループットの向上などのためネットワークコーディングの技術が検討されている。また、CSMA/CAと、ネットワークコーディングの技術との組み合わせも検討されている。しかしながら、従来のCSMA/CAは、ネットワークコーディングの技術との組み合わせにおける最適化を考慮したものではなかった。

なお、本発明に係る無線通信システムでは、データが一定の単位で分割されて送受信される。このデータ分割の単位は、パケットあるいはフレームと呼ばれる。本願では、以下、このデータの分割単位をフレームと呼ぶこととする。また、フレームは、マネージメントフレーム、制御フレーム及びデータフレームの３種類に区分されているものとする。マネージメントフレームとしてはビーコンフレーム、オーセンティケーションフレームなどがある。制御フレームとしては、ACKフレーム（Acknowledgment、応答確認フレーム）、RTSフレーム（送信要求フレーム）、CTSフレーム（受信準備完了フレーム）などがある。また、データフレームは、ユーザデータを転送するために用いられる。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、無線局間の無線中継を行う中継局装置を備え、CSMA/CA（衝突回避機能付キャリア感知多重アクセス方式）に基づいてフレーム単位で無線信号の送受信を行う無線通信システムにおいて、中継局装置によってネットワークコーディングを行う場合に、スループットをより向上させることができる無線通信システム、中継局装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、無線局間の無線中継を行う中継局装置と、互いに電波が到達不可能で前記中継局装置を介して無線信号の送受信を行う第１の無線局と第２の無線局とを備えた無線通信システムであって、前記第１の無線局、前記第２の無線局及び前記中継局装置は衝突回避機能付キャリア感知多重アクセス方式に基づいてフレーム単位で無線信号の送受信を行い、前記第１の無線局又は前記第２の無線局は、データフレーム送信前に送信要求フレームを送信し、前記送信要求フレームに対する応答として受信準備完了フレームを受信した場合にデータフレームを送信し、前記中継局装置が前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームを受信した場合、前記中継局装置、前記第１の無線局及び前記第２の無線局間で、前記中継局装置から前記第１の無線局と前記第２の無線局の少なくとも一方に向けた制御フレームと、前記中継局装置が受信した前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームと前記中継局装置の記憶手段内の前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームとで排他的論理和の演算処理を行って生成したコーディングデータフレームとを少なくとも含む複数のフレームを、優先度が高い短フレーム間隔で継続的に送受信することを特徴とする無線通信システムである。

請求項２記載の発明は、前記中継局装置は、前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームを受信した場合に、前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームが前記中継局装置の記憶手段内に無いときには、前記短フレーム間隔で継続的に、前記第２の無線局への送信要求情報を含む前記第１の無線局への応答信号である確認応答フレームを前記第１の無線局と前記第２の無線局とに向けて送信し、前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームを受信して前記記憶手段に記憶し、前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームと前記記憶手段内の前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームとで排他的論理和の演算処理を行って生成したコーディングデータフレームを前記第１の無線局と前記第２の無線局とに向けて送信することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記中継局装置は、前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームを受信した場合に、前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームが前記中継局装置の記憶手段内に有るときには、前記短フレーム間隔で継続的に、前記第２の無線局への送信要求情報を含む前記第１の無線局への応答信号である確認応答フレームを前記第１の無線局と前記第２の無線局とに向けて送信し、前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームと前記記憶手段内の前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームとで排他的論理和の演算処理を行って生成したコーディングデータフレームを前記第１の無線局と前記第２の無線局とに向けて送信することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記中継局装置は、前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームを受信した場合に、前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームが前記中継局装置の記憶手段内に有るときには、前記短フレーム間隔で継続的に、前記第１の無線局に向けて確認応答フレームを送信し、前記第２の無線局に向けて送信要求フレームを送信し、前記送信要求フレームに対する応答として前記第２の無線局から受信準備完了フレームを受信し、その後、前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームと前記記憶手段内の前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームとで排他的論理和の演算処理を行って生成したコーディングデータフレームを前記第１の無線局と前記第２の無線局とに向けて送信することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、無線局間の無線中継を行う中継局装置と、互いに電波が到達不可能で前記中継局装置を介して無線信号の送受信を行う第１の無線局と第２の無線局とを備えた無線通信システムにおける中継局装置であって、前記第１の無線局及び前記第２の無線局との間で、衝突回避機能付キャリア感知多重アクセス方式に基づいてフレーム単位で無線信号の送受信を行うものであり、前記第１の無線局又は前記第２の無線局から、送信要求フレームを受信した場合に、その送信要求フレームに対する応答として当該無線局に受信準備完了フレームを送信し、その受信準備完了フレームに対して当該無線局から送信されたデータフレームを受信し、前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームを受信した場合、前記中継局装置、前記第１の無線局及び前記第２の無線局間で、前記中継局装置から前記第１の無線局と前記第２の無線局の少なくとも一方に向けた制御フレームと、前記中継局装置が受信した前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームと前記中継局装置の記憶手段内の前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームとで排他的論理和の演算処理を行って生成したコーディングデータフレームとを少なくとも含む複数のフレームを、優先度が高い短フレーム間隔で継続的に送受信することを特徴とする中継局装置である。

請求項６記載の発明は、無線局間の無線中継を行う中継局装置と、互いに電波が到達不可能で前記中継局装置を介して無線信号の送受信を行う第１の無線局と第２の無線局とを備えた無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記第１の無線局、前記第２の無線局及び前記中継局装置は衝突回避機能付キャリア感知多重アクセス方式に基づいてフレーム単位で無線信号の送受信を行い、前記第１の無線局又は前記第２の無線局は、データフレーム送信前に送信要求フレームを送信し、前記送信要求フレームに対する応答として受信準備完了フレームを受信した場合にデータフレームを送信し、前記中継局装置が前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームを受信した場合、前記中継局装置、前記第１の無線局及び前記第２の無線局間で、前記中継局装置から前記第１の無線局と前記第２の無線局の少なくとも一方に向けた制御フレームと、前記中継局装置が受信した前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームと前記中継局装置の記憶手段内の前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームとで排他的論理和の演算処理を行って生成したコーディングデータフレームとを少なくとも含む複数のフレームを、優先度が高い短フレーム間隔で継続的に送受信することを特徴とする無線通信方法である。

本発明によれば、中継局装置が第１の無線局から第２の無線局宛のデータフレームを受信した場合、中継局装置から第１の無線局と第２の無線局とに向けた制御フレームと、中継局装置が受信した第１の無線局から第２の無線局宛のデータフレームと中継局装置の記憶手段内の第２の無線局から第１の無線局宛のデータフレームとで排他的論理和の演算処理を行って生成したコーディングデータフレームとを少なくとも含む複数のフレームが、優先度が高い短フレーム間隔で継続的に送受信されるので、衝突回避等のために待機状態となる時間を従来と比べ低減することができる。従って、従来に比べ、スループットを向上させることができる。

また、第２の無線局への送信要求情報を含む第１の無線局への応答信号である確認応答フレームを第１の無線局と第２の無線局とに向けて送信することで、送信要求フレームや受信準備完了フレームの一部を省略することが可能となる。従って、さらにスループットを向上させることができる。

本発明による無線通信システムの一実施形態を示すブロック図である。本発明の背景技術としてRTS/CTSを用いたCSMA/CAによるフレームフローを示す模式図である。図１に示す中継局装置Ｒにおけるフレームフローの一例を示す模式図である。図３に示すフレームフローに対応する図１の中継局装置Ｒにおける処理フローを示すフローチャートである。図１に示す中継局装置Ｒにおけるフレームフローの他の例を示す模式図である。図５に示すフレームフローに対応する図１の中継局装置Ｒにおける処理フローを示すフローチャートである。ネットワークコーディングの技術とRTS/CTSを用いたCSMA/CAとRTS/CTSを用いないCSMA/CAとを組み合わせる場合の中継局で中継されるデータフレームの無線局間の偏り度合いを示すための特性図である。従来のCSMA/CA方式（CSMA/CA）と、本発明の実施形態における制御方式（RITとRIT/TH）とのスループットの比較図である。

以下、図面を参照して本発明による無線通信システムの実施形態について説明する。図１に示す無線通信システム１は、中継局装置Ｒ、無線局Ａ及び無線局Ｂから構成されている。中継局装置Ｒは、無線局Ａ及びＢ間の無線中継を行う装置である。無線局Ａと無線局Ｂは、互いに電波が到達不可能で中継局装置Ｒを介して無線信号の送受信を行う無線局である。すなわち、無線局Ａと無線局Ｂは、隠れ端末関係におかれている。なお、以下では、中継局装置Ｒ、無線局Ａ及び無線局Ｂを、送信局あるいは受信局と呼ぶこともある。

図１に示す中継局装置Ｒは、無線信号の送受信を行うための通信制御装置１１と、無線局Ａや無線局Ｂから受信したデータフレームを記憶するための記憶装置（記憶手段）１２とを備えている。この場合、記憶装置１２は、無線局Ｂから受信した無線局Ａ宛のデータフレームを記憶するためのバッファＡ１３と、無線局Ａから受信した無線局Ｂ宛のデータフレームを記憶するためのバッファＢ１４とを有している。

また、無線局Ａは、無線信号の送受信を行うための通信制御回路２１と、中継局装置Ｒを介して無線局Ｂ宛に送信したデータフレームを記憶するためのバッファ２３を有する記憶装置２２とを備えている。無線局Ｂは、無線信号の送受信を行うための通信制御回路３１と、中継局装置Ｒを介して無線局Ｂ宛に送信したデータフレームを記憶するためのバッファ３３を有する記憶装置３２とを備えている。

以上の構成で、図１の中継局装置Ｒは、一方、無線局Ａから受信した無線局Ｂ宛のデータフレーム４１を一旦バッファＢ１４に記憶した後、所定のタイミングで読み出して無線局Ｂ宛に送信し、他方、無線局Ｂから受信した無線局Ａ宛のデータフレーム４２を一旦バッファＡ１３に記憶した後、所定のタイミングで読み出して無線局Ａ宛に送信することで、無線信号を中継する。この場合、データフレーム４１に含まれるデータが「ａ」、データフレーム４２に含まれるデータが「ｂ」であるとする。

その際、中継局装置Ｒは、無線局Ａから無線局Ｂ宛のデータフレーム４１（データ「ａ」）を受信した場合に、バッファＡ１３内に無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレーム４２（データ「ｂ」）が存在していたときには、データフレーム４１とデータフレーム４２とで排他的論理和の演算処理を行ってコーディングデータフレーム４３を生成する。そして、生成したコーディングデータフレーム４３を、無線局Ａと無線局Ｂとに向けて送信する（ブロードキャストする）。また、中継局装置Ｒは、無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレーム４２（データ「ｂ」）を受信した場合に、バッファＢ１４内に無線局Ａから無線局Ｂ宛のデータフレーム４１（データ「ａ」）が存在していたときには、データフレーム４２とデータフレーム４１とで排他的論理和の演算処理を行ってコーディングデータフレーム４３を生成する。そして、生成したコーディングデータフレーム４３を、無線局Ａと無線局Ｂとに向けて送信する（ブロードキャストする）。データフレーム４１のデータが「ａ」、データフレーム４２のデータが「ｂ」である場合、コーディングデータフレーム４３のデータは「ａｘｏｒｂ」となる（なお、本明細書では排他的論理和を「ｘｏｒ」で表しているが、図１では「○」の中に「＋」を記した記号で表している）。

一方、無線局Ａは、中継局装置Ｒへ無線局Ｂ宛のデータフレーム４１（データ「ａ」）を送信した際に、バッファ２３に送信したデータフレーム４１を記憶している。そして、中継局装置Ｒからコーディングデータフレーム４３（データ「ａｘｏｒｂ」）を受信した場合、バッファ２３内のデータフレーム４１とコーディングデータフレーム４３とで排他的論理和の演算処理を行って、無線局Ｂが無線局Ａ宛に送信したデータフレーム４２のデータ「ｂ」を復号する。すなわち、ａｘｏｒ（ａｘｏｒｂ）＝ｂの演算処理によって、データ「ｂ」が求められる。また、無線局Ｂは、中継局装置Ｒへ無線局Ａ宛のデータフレーム４２（データ「ｂ」）を送信した際に、バッファ３３に送信したデータフレーム４２を記憶している。そして、中継局装置Ｒからコーディングデータフレーム４３（データ「ａｘｏｒｂ」）を受信した場合、バッファ３３内のデータフレーム４２とコーディングデータフレーム４３とで排他的論理和の演算処理を行って、無線局Ａが無線局Ｂ宛に送信したデータフレーム４１のデータ「ａ」を復号する。すなわち、ｂｘｏｒ（ａｘｏｒｂ）＝ａの演算処理によって、データ「ａ」が求められる。

他方、中継局装置Ｒは、無線局Ａから無線局Ｂ宛のデータフレーム４１（データ「ａ」）を受信した場合に、バッファＡ１３内に無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレーム４２（データ「ｂ」）が無いときには、データフレーム４１がバッファＢ１４に一旦記憶される。そして、中継局装置Ｒは、所定の待機時間経過後に、バッファＢ１４に記憶されているデータフレーム４１内のデータ「ａ」を含むデータフレーム４５を生成して無線局Ｂに向けて送信する。また、中継局装置Ｒは、無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレーム４２（データ「ｂ」）を受信した場合に、バッファＢ１４内に無線局Ａから無線局Ｂ宛のデータフレーム４１（データ「ａ」）が無いときには、データフレーム４２がバッファＡ１３に一旦記憶される。そして、中継局装置Ｒは、所定の待機時間経過後に、バッファＡ１３に記憶されているデータフレーム４２内のデータ「ｂ」を含むデータフレーム４４を生成して無線局Ａに向けて送信する。

上記待機時間は、無線局Ａと無線局Ｂの双方からデータを受信することでコーディングデータフレーム４３を作成可能となる状態が発生する確率を高めるために設定されたものである。この待機時間が長ければコーディング可能となる確率も高くなる。しかし、待機時間を長くすると、待機状態におかれたデータの伝送遅延を増加させることになる。したがって、待機時間は適切な値に設定することが望ましい。待機時間の設定値は、例えばシミュレーション結果などを用いて設定することができる。本実施形態においては、適切な待機時間を設けることで、ネットワークコーディングの技術を用いる場合に、特に不均一トラフィック環境において問題となるスループット低下を抑制するとともに、データフレーム伝送遅延を補償することが可能になる。さらに、不均一なトラフィックが生じる環境において、コーディング不可能な状態でも、所定の待機時間を超えた場合にコーディングしていないデータフレームを高確率で送信することによって、中継局装置Ｒのバッファ容量を大量に消費せずにすむという効果がある。

また、図１に示す本実施形態の無線局Ａ、無線局Ｂ及び中継局装置Ｒは、送信要求フレーム（RTSフレーム）と受信準備完了フレーム（CTSフレーム）を用いた衝突回避機能付キャリア感知多重アクセス方式（CSMA/CA）に基づいてフレーム単位で無線信号の送受信を行う。CSMA/CAは、無線信号の衝突を回避するため、送信局が無線信号の送信前に、他の送信局が無線信号（すなわちキャリア（搬送波））を送信していないことを感知するようにしたアクセス方式である。また、RTS/CTSを用いたCSMA/CAは、本実施形態のように、無線局Ａ及びＢ間で互いに電波が到達不可能な場合（つまり他の送信局が送信する無線信号を感知することができない送信局が存在する場合）、すなわち隠れ端末問題が発生する場合に対する対策機能を備えたCSMA/CAである。RTSフレームは、無線信号の送信を行おうとする送信局が送信要求（フレームを送信したいとう要求）を行うために送信する制御フレームである。このRTSフレームには、RTSフレームの送信局のアドレス、受信局のアドレス、必要な期間（デュレーション）などが含まれている。CTSフレームは、RTSフレームの受信局アドレスで指定された受信局が受信準備を完了した場合に送信する制御フレームである。CTSフレームは、CTSフレームの送信局のアドレスとCTSフレームの受信局のアドレスなどが含まれている。無線局Ａ又は無線局Ｂから中継局装置Ｒに対してRTSフレームを送信し、中継局装置ＲからCTSフレームを受信した場合に、データフレームを送信するようにすることで、送信局が他の送信局からの無線信号を感知できないときでも、信号の衝突を回避することができる。

また、他の制御フレームであるACKフレームは、フレームを正常に受信した場合にその確認応答のために用いられるフレームである。ACKフレームには、受信局のアドレスなどが含まれている。また、ユーザデータを転送するためのデータフレームには、受信局アドレス（宛先アドレス）、送信局アドレス（送信元アドレス）、中継局装置Ｒのアドレスと、送信するユーザデータなどが含まれている。データフレームの受信局アドレスに予め設定されているブロードキャストアドレスを設定することで複数の受信局に向けてデータフレームを送信することができる。

なお、本実施形態における送信タイミングの決定は、CSMA/CAの２進スロット指数バックオフアルゴリズムに従って行われる。また。無線局ＡとＢ、中継局装置Ｒは同一のチャネル（周波数帯）を用いるものとする。従って、１つの局が２つ以上のフレームを同時に受信することはできない。無線局ＡとＢの間には干渉がないため、一方の無線局がフレームを送信しているときでも他方の無線局は中継局装置Ｒのフレームを受信できる。無線局ＡとＢ、中継局装置Ｒはそれぞれ、単一の無指向性アンテナを有し、フレームの送信と受信は同時にできない。

このように、本実施形態の無線通信システムは、ネットワークコーディングの技術に、RTS/CTSを用いたCSMA/CAによるアクセス制御の技術を組み合わせたものである。そして、本実施形態の無線通信システムは、無線中継におけるフレームフローに特徴となる構成を採用することで、両技術を組み合わせる場合のフレーム効率、すなわちスループットの向上を図ったものである。以下、図２〜図５を参照して、本発明で採用したフレームフローについて説明する。ただし、図２は、図３及び図５に示す本発明が特徴とする構成を比較説明するための背景となる技術を示したものである。

図２は、図１と同じ無線通信システムの構成において中継局装置Ｒで送受信されるフレームの時系列の並びを示す模式図である。図２（ａ）と図２（ｂ）はともに無線局ＡからRTSフレームが送信され、中継局装置Ｒに正しく受信された場合の動作を示している。ただし、図２（ａ）は中継局装置Ｒに無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームが無い場合、図２（ｂ）は中継局装置Ｒに無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームがある場合の動作を示している。

各図において、点線で示したブロックは、無線局Ａ、Ｂ及び中継局装置Ｒが競合する可能性がある時間に中継局装置Ｒで送受信されたフレームあるいは時間間隔である。つまり、これらのフレームは、必ずこの時刻に送受信できるとは限らない。

また、右上がりの斜線で網掛けしたブロックはSIFS（Short Inter Frame Space；短フレーム間隔）、右下がり斜線で網掛けしたブロックはDIFS（Distributed Inter Frame Space；分散制御用フレーム間隔）である。例えば、IEEE802.11規格では、IFS（Inter Frame Space；フレーム間隔）による優先制御が定義されている。CSMAでは、送信信号が無くなった時から、各送信局に対して割り当てられている所定のIFS時間と、バックオフと呼ばれるランダムな時間との間、キャリアセンスが行われる。そしてその間継続して無線信号を感知しなかった送信局が無線信号の送信権利を得る。このIFSの長さを複数種類定義することで優先権の制御が行われる。IFSの種類としては、SIFS及びDIFSと、PIFS（Point coordination function IFS；ポーリング用フレーム間隔）との３種類が定義されている。これらのうち、SIFSが最も短く、優先度が最優先（最高）となるIFSである。ACKフレームを送信する前の間隔などとして設定されている。PIFSは、次の優先度を持ち、集中制御に使用される。そして、DIFSが、最も長く、優先度が低優先（最低）となるIFSである。分散制御に使用される。

図２（ａ）に示す中継局装置Ｒに無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームが無い場合、まず無線局Ａから中継局装置ＲにRTSフレーム１０１が送信され、中継局装置Ｒで受信される。次に、SIFS１０２を置いて中継局装置Ｒから無線局ＡにCTSフレーム１０３が送信される。次に、無線局ＡはSIFS１０４を置いてデータフレーム１０５を送信し、中継局装置Ｒがこれを受信する。中継局装置ＲはSIFS１０６を置いて無線局Ａに対してデータフレーム１０５が正常に受信されたことを示すACKフレーム１０７を送信し、無線局Ａがこれを受信する。この後、DIFS１０８と、ランダムな個数のスロットタイム１０９、１１０、１１１、１１２からなるバックオフと呼ばれる遅延時間とが経過した後、中継局装置Ｒが無線局ＢにRTSフレーム１１３を送信する。RTSフレーム１１３を受信した無線局Ｂは、SIFS１１４を置いてCTSフレーム１１５を中継局装置Ｒに対して送信する。中継局装置Ｒは、SIFS１１６を置いて無線局Ａから受信したデータフレーム１０５に基づいて生成したデータフレーム１１７を無線局Ｂに送信する。

図２（ｂ）に示す中継局装置Ｒに無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームがある場合、まず無線局Ａから中継局装置ＲにRTSフレーム１０１が送信され、中継局装置Ｒで受信される。次に、SIFS１０２を置いて中継局装置Ｒから無線局ＡにCTSフレーム１０３が送信される。次に、無線局ＡはSIFS１０４を置いてデータフレーム１０５を送信し、中継局装置Ｒがこれを受信する。中継局装置ＲはSIFS１０６を置いて無線局Ａに対してデータフレーム１０５が正常に受信されたことを示すACKフレーム１０７を送信し、無線局Ａがこれを受信する。この後、DIFS１０８と、ランダムな個数のスロットタイム１０９、１１０、１１１、１１２、…からなるバックオフ（遅延時間）とが経過した後、中継局装置Ｒが無線局Ｂに向けてRTSフレーム２０１を送信する。RTSフレーム２０１を受信した無線局Ｂは、SIFS２０２を置いてCTSフレーム２０３を中継局装置Ｒに対して送信する。中継局装置Ｒは、SIFS２０４を置いて、無線局Ａから受信したデータフレーム１０５と記憶している無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームとを排他的論理和することで生成したデータフレーム２０５を無線局Ａと無線局Ｂに向けてブロードキャストで送信する。

このように、図２（ａ）及び（ｂ）に示す場合には、中継局装置Ｒが無線局Ａからデータフレーム１０７を受信してACKフレーム１０７を送信した後に、DIFS１０８と、ランダムな個数のスロットタイム１０９、１１０、１１１、１１２、…からなるバックオフと呼ばれる遅延時間とからなる中継局装置Ｒが待機状態となる時間が発生している。

図３は、図１に示す無線通信システムの構成において中継局装置Ｒで送受信されるフレームの本発明が特徴とする時系列の並びを示す模式図である。図３（ａ）と図３（ｂ）はともに無線局ＡからRTSフレームが送信され、中継局装置Ｒに正しく受信された場合の動作を示している。ただし、図３（ａ）は中継局装置Ｒに無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームが無い場合、図３（ｂ）は中継局装置Ｒに無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームがある場合の動作を示している。なお、図３において、図２と同一の構成には同一の符号を用いている。

また、図２と同様に、図３において、点線で示したブロックは、無線局Ａ、Ｂ及び中継局装置Ｒが競合する可能性がある時間に中継局装置Ｒで送受信されたフレームあるいは時間間隔である。つまり、これらのフレームは、必ずこの時刻に送受信できるとは限らない。また、右上がりの斜線で網掛けしたブロックはSIFSである。

図３（ａ）に示す中継局装置Ｒに無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームが無い場合、まず無線局Ａから中継局装置ＲにRTSフレーム１０１が送信され、中継局装置Ｒで受信される。次に、SIFS１０２を置いて中継局装置Ｒから無線局ＡにCTSフレーム１０３が送信される。次に、無線局ＡはSIFS１０４を置いてデータフレーム１０５を送信し、中継局装置Ｒがこれを受信する。中継局装置ＲはSIFS１０６を置いて無線局Ａに対してデータフレーム１０５が正常に受信されたことを示すACKフレーム１０７を送信し、無線局Ａがこれを受信する。この後、SIFS３０１の後、所定の待機時間（WAIT）３０２が発生する。そして、待機時間３０２経過後に、中継局装置Ｒが無線局ＢにRTSフレーム３０３を送信する。RTSフレーム３０３を受信した無線局Ｂは、SIFS３０４を置いてCTSフレーム３０５を中継局装置Ｒに対して送信する。中継局装置Ｒは、SIFS３０６を置いて無線局Ａから受信したデータフレーム１０５に基づいて生成したデータフレーム３０７を無線局Ｂに送信する。

図３（ｂ）に示す中継局装置Ｒに無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームがある場合、まず無線局Ａから中継局装置ＲにRTSフレーム１０１が送信され、中継局装置Ｒで受信される。次に、SIFS１０２を置いて中継局装置Ｒから無線局ＡにCTSフレーム１０３が送信される。次に、無線局ＡはSIFS１０４を置いてデータフレーム１０５を送信し、中継局装置Ｒがこれを受信する。中継局装置ＲはSIFS１０６を置いて無線局Ａに対してデータフレーム１０５が正常に受信されたことを示すACKフレーム１０７を送信し、無線局Ａがこれを受信する。この後、SIFS４０１が経過した後、中継局装置Ｒが無線局Ｂに向けてRTSフレーム４０２を送信する。RTSフレーム４０２を受信した無線局Ｂは、SIFS４０３を置いてCTSフレーム４０４を中継局装置Ｒに対して送信する。中継局装置Ｒは、SIFS４０５を置いて、無線局Ａから受信したデータフレーム１０５と記憶している無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームとを排他的論理和することで生成したコーディングデータフレーム４０６を無線局Ａと無線局Ｂに向けてブロードキャストで送信する。

このように、図３（ａ）及び（ｂ）に示す場合には、IFSとしてSIFSのみを用い、DIFSなどを使用せずに、アクセス制御を行うことが可能となる。また、バックオフによるキャリアセンスは必ずしも必要ではない。また、図３（ｂ）に示す、ネットワークコーディングによるコーディングデータフレームの送信が可能な場合には、競合区間（点線で示すブロック）を発生させずに、SIFS間隔で継続的に、制御フレームとコーディングデータフレームとを送受信することができる。

図４は、図３に示すフレームフローに対応する図１の中継局装置Ｒにおける処理フローを示すフローチャートである。この図４の処理フローは、キャリアセンス状態にある中継局装置Ｒで無線信号を送信し若しくは受信し又は無線信号の衝突状態を検知した場合の処理の流れを示している。中継局装置Ｒはデータ（DATA）を送信する場合（ステップＳ１０１で「送信」）、中継局装置Ｒから無線局Ａ又はＢにRTSフレームを送信する（ステップＳ１０２）。中継局装置Ｒは、最大所定のタイムアウト時間（Timeout）、無線局Ａ又はＢからCTSフレームが送られてくるのを待ち（ステップＳ１０３）、タイムアウト時間経過前にCTSフレームが送られてきた場合にはそれを受信する（ステップＳ１０４）。中継局装置Ｒは、次に、無線局Ａ又はＢにデータフレームを送信する（ステップＳ１０５）。無線局Ａ又はＢで正常に受信された場合には無線局Ａ又はＢからACKフレームが送信されるので、中継局装置Ｒはこれを受信する（ステップＳ１０６）。次に所定の待機時間が設定され（ステップＳ１０７）、中継局装置Ｒはキャリアセンス状態に戻る。

一方、キャリアセンス状態にある中継局装置Ｒで無線局Ａ又はＢからRTSフレーム（図３のRTSフレーム１０１に対応）を受信した場合（ステップＳ１０１で「受信」からステップＳ１０８）、中継局装置Ｒは、SIFS（SIFS１０２に対応）を置いて、無線局Ａ又はＢへCTSフレーム（CTSフレーム１０３に対応）を送信する（ステップＳ１０９）。そして、中継局装置Ｒは、SIFS（SIFS１０４に対応）を置いて、無線局Ａ又はＢからデータフレーム（データフレーム１０５に対応）を受信する（ステップＳ１１０）。中継局装置Ｒは、正常にデータを受信した場合、SIFS（SIFS１０６に対応）を置いて、無線局Ａ又はＢへACKフレーム（ACKフレーム１０７に対応）を送信する（ステップＳ１１１）。ここで、コーディング可能である場合、すなわちバッファＡ１３又はＢ１４にコーディング対象のデータが格納されていた場合（ステップＳ１１２で「Ｙ」）、中継局装置Ｒは、SIFS（SIFS４０１に対応）を置いて、無線局Ｂ又はＡへRTSフレーム（RTSフレーム４０２に対応）を送信する（ステップＳ１１３）。中継局装置Ｒは、SIFS（SIFS４０３に対応）を置いて無線局Ｂ又はＡからCTSフレーム（CTSフレーム４０４に対応）を受信した場合（ステップＳ１１４）、中継局装置Ｒは、SIFS（SIFS４０５に対応）を置いて、無線局Ａ及びＢへコーディングデータフレーム（コーディングデータフレーム４０６に対応）を送信する（ステップＳ１１５）。次に所定の待機時間が設定され（ステップＳ１０７）、中継局装置Ｒはキャリアセンス状態に戻る。なお、コーディング可能でない場合（ステップＳ１１２で「Ｎ」の場合）、中継局装置Ｒは、所定の待機時間（待機時間（WAIT）３０２に対応）を設定した後（ステップＳ１０７）、キャリアセンス状態に戻る。

また、キャリアセンス状態で送信信号の衝突を検知した場合（ステップＳ１０１で「衝突」の場合）又はデータ送信時にRTSフレーム送信後タイムアウト時間が経過した場合（ステップＳ１０３で「Ｙ」の場合）には、所定の待機時間が設定され（ステップＳ１０７）、中継局装置Ｒはキャリアセンス状態に復帰する。

このように、中継局装置Ｒにおいて、図３のフレームフロー（すなわち図４のフロー）に従って無線信号を送受信する場合、コーディング可能であれば、即時に（すなわちSIFS間隔で）、コーディングデータフレームの送信を行うことが可能となる（図４のステップＳ１０８〜Ｓ１１５の一連の処理）。

図５は、図１に示す無線通信システムの構成において中継局装置Ｒで送受信されるフレームの本発明が特徴とする他の時系列の並びを示す模式図である。図５（ａ）と図５（ｂ）と図５（ｃ）はともに無線局ＡからRTSフレームが送信され、中継局装置Ｒに正しく受信された場合の動作を示している。ただし、図５（ａ）は中継局装置Ｒに無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームが無く、無線局Ｂに送信データが無い場合、図５（ｂ）は中継局装置Ｒに無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームが無く、無線局Ｂに送信データがある場合、図５（ｃ）は中継局装置Ｒに無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームがある場合の動作を示している。また、図５において、図２と同一の構成には同一の符号を用いている。

また、図２と同様に、図５において、点線で示したブロックは、無線局Ａ、Ｂ及び中継局装置Ｒが競合する可能性がある時間に中継局装置Ｒで送受信されたフレームあるいは時間間隔である。つまり、これらのフレームは、必ずこの時刻に送受信できるとは限らない。また、右上がりの斜線で網掛けしたブロックはSIFSである。

図５（ａ）に示す中継局装置Ｒに無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームが無く、無線局Ｂに送信データが無い場合、まず無線局Ａから中継局装置ＲにRTSフレーム１０１が送信され、中継局装置Ｒで受信される。次に、SIFS１０２を置いて中継局装置Ｒから無線局ＡにCTSフレーム１０３が送信される。次に、無線局ＡはSIFS１０４を置いてデータフレーム１０５を送信し、中継局装置Ｒがこれを受信する。中継局装置ＲはSIFS１０６を置いて無線局Ａ及び無線局Ｂに対してACKフレーム５０１を送信し、無線局Ａ及び無線局Ｂがこれを受信する。

このACKフレーム５０１は、本実施形態で定義されたフレーム構成を有し、無線局Ａに対してデータフレーム１０５が正常に受信されたことを示すとともに、無線局Ｂへの送信要求を示すための情報（送信要求情報）を含んで構成されているものとする。ACKフレーム５０１は、例えば、ACKフレーム５０１を受信する受信局のアドレス（この場合、受信局Ａのアドレスと受信局Ｂのアドレス）とを含んで構成される。また、アドレスが含まれるフレーム内の位置や、他の付加情報を用いて、複数の受信局のアドレスのなかで確認応答の送り先のアドレスと送信要求情報の送り先のアドレスとが識別できるようになっているものとする。

ACKフレーム５０１が送信された後のさらにSIFS５０２の後、所定の待機時間（WAIT）５０４が発生する。そして、待機時間５０４経過後に、中継局装置Ｒが無線局ＢにRTSフレーム５０４を送信する。RTSフレーム５０４を受信した無線局Ｂは、SIFS５０５を置いてCTSフレーム５０６を中継局装置Ｒに対して送信する。中継局装置Ｒは、SIFS５０７を置いて無線局Ａから受信したデータフレーム１０５に基づいて生成したデータフレーム５０８を無線局Ｂに送信する。

図５（ｂ）に示す中継局装置Ｒに無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームが無く、無線局Ｂに送信データがある場合、まず無線局Ａから中継局装置ＲにRTSフレーム１０１が送信され、中継局装置Ｒで受信される。次に、SIFS１０２を置いて中継局装置Ｒから無線局ＡにCTSフレーム１０３が送信される。次に、無線局ＡはSIFS１０４を置いてデータフレーム１０５を送信し、中継局装置Ｒがこれを受信する。中継局装置ＲはSIFS１０６を置いて無線局Ａ及び無線局Ｂに対してACKフレーム６０１を送信し、無線局Ａ及び無線局Ｂがこれを受信する。このACKフレーム６０１は、上記ACKフレーム５０１と同様に、無線局Ａに対してデータフレーム１０５が正常に受信されたことを示すとともに、無線局Ｂへの送信要求を示すための情報を含んでいる。この後、SIFS６０２が経過した後、無線局Ｂが無線局Ａ宛のデータフレーム６０３を中継局装置Ｒに対して送信し、中継局装置Ｒがデータフレーム６０３を受信して記憶する。中継局装置Ｒは、SIFS６０４を置いて、無線局Ａから受信したデータフレーム１０５と記憶した無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレーム（データフレーム６０３）とを排他的論理和することで生成したコーディングデータフレーム６０５を無線局Ａと無線局Ｂに向けて送信する。

図５（ｃ）に示す中継局装置Ｒに無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームがある場合、まず無線局Ａから中継局装置ＲにRTSフレーム１０１が送信され、中継局装置Ｒで受信される。次に、SIFS１０２を置いて中継局装置Ｒから無線局ＡにCTSフレーム１０３が送信される。次に、無線局ＡはSIFS１０４を置いてデータフレーム１０５を送信し、中継局装置Ｒがこれを受信する。中継局装置ＲはSIFS１０６を置いて無線局Ａ及び無線局Ｂに対してACKフレーム７０１を送信し、無線局Ａ及び無線局Ｂがこれを受信する。このACKフレーム７０１は、上記ACKフレーム５０１、６０１と同様に、無線局Ａに対してデータフレーム１０５が正常に受信されたことを示すとともに、無線局Ｂへの送信要求を示すための情報を含んでいる。この後、SIFS７０２が経過した後に中継局装置Ｒは、無線局Ａから受信したデータフレーム１０５と記憶している無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレームとを排他的論理和することで生成したコーディングデータフレーム７０３を無線局Ａと無線局Ｂに向けて送信する。

このように、図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示す場合には、IFSとしてSIFSのみを用い、DIFSなどを使用せずに、アクセス制御を行うことが可能となる。また、バックオフによるキャリアセンスは必ずしも必要ではない。また、図５（ｂ）、（ｃ）に示す、ネットワークコーディングによるコーディングデータフレームの送信が可能な場合には、競合区間（点線で示すブロック）を発生させずに、SIFS間隔で継続的に、制御フレームとデータフレームとコーディングデータフレームとを送受信することができる。

また、図５（ｂ）及び（ｃ）に示す場合は、図３に示すコーディングデータフレーム４０６送信前のRTSフレーム４０２、CTSフレーム４０４に相当する制御フレームの送受信を省略することができる。これによってさらなるフレーム効率の向上が図れる。

図６は、図５に示すフレームフローに対応する図１の中継局装置Ｒにおける処理フローを示すフローチャートである。この図６の処理フローは、キャリアセンス状態にある中継局装置Ｒで無線信号を送信し若しくは受信し又は無線信号の衝突状態を検知した場合の処理の流れを示している。中継局装置Ｒはデータ（DATA）を送信する場合（ステップＳ２０１で「送信」）、中継局装置Ｒから無線局Ａ又はＢにRTSフレームを送信する（ステップＳ２０２）。中継局装置Ｒは、最大所定のタイムアウト時間（Timeout）、無線局Ａ又はＢからCTSフレームが送られてくるのを待ち（ステップＳ２０３）、タイムアウト時間経過前にCTSフレームが送られてきた場合にはそれを受信する（ステップＳ２０４）。中継局装置Ｒは、次に、無線局Ａ又はＢにデータフレームを送信する（ステップＳ２０５）。無線局Ａ又はＢで正常に受信された場合には無線局Ａ又はＢからACKフレームが送信されるので、中継局装置Ｒはこれを受信する（ステップＳ２０６）。次に所定の待機時間が設定され（ステップＳ２０７）、中継局装置Ｒはキャリアセンス状態に戻る。

一方、キャリアセンス状態にある中継局装置Ｒで無線局Ａ又はＢからRTSフレーム（図５のRTSフレーム１０１に対応）を受信した場合（ステップＳ２０１で「受信」からステップＳ２０８）、中継局装置Ｒは、SIFS（SIFS１０２に対応）を置いて、無線局Ａ又はＢへCTSフレーム（CTSフレーム１０３に対応）を送信する（ステップＳ２０９）。そして、中継局装置Ｒは、SIFS（SIFS１０４に対応）を置いて、無線局Ａ又はＢからデータフレーム（データフレーム１０５に対応）を受信する（ステップＳ２１０）。中継局装置Ｒは、正常にデータを受信した場合、SIFS（SIFS１０６に対応）を置いて、無線局Ａ及びＢへACKフレーム（ACKフレーム５０１、６０１又は７０１に対応）を送信する（ステップＳ２１１）。ここで、コーディング可能である場合、すなわちバッファＡ１３又はＢ１４にコーディング対象のデータが格納されていた場合（ステップＳ２１２で「Ｙ」）、中継局装置Ｒは、SIFS（SIFS７０２に対応）を置いて、無線局Ａ及びＢへコーディングデータフレーム（コーディングデータフレーム７０３に対応）を送信する（ステップＳ２１３）。そして所定の待機時間が設定され（ステップＳ２０７）、中継局装置Ｒはキャリアセンス状態に戻る。

一方、コーディング可能でない場合（ステップＳ２１２で「Ｎ」）に、中継局装置ＲがSIFS（SIFS６０２に対応）を置いて無線局Ｂ又はＡからデータフレーム（データフレーム６０３に対応）を受信したときには（ステップＳ２１４で「Ｙ」からステップＳ２１５）、中継局装置Ｒは、SIFS（SIFS６０４に対応）を置いて、無線局Ａ及びＢへコーディングデータフレーム（コーディングデータフレーム６０５に対応）を送信する（ステップＳ２１３）。そして所定の待機時間が設定され（ステップＳ２０７）、中継局装置Ｒはキャリアセンス状態に戻る。

他方、コーディング可能でない場合（ステップＳ２１２で「Ｎ」）に、中継局装置ＲがSIFS（SIFS５０２に対応）を置いて無線局Ｂ又はＡからデータフレームを受信しなかったときには（ステップＳ２１４で「Ｎ」）、所定の待機時間（待機時間５０３に対応）が設定され（ステップＳ２０７）、中継局装置Ｒはキャリアセンス状態に戻る。

また、キャリアセンス状態で送信信号の衝突を検知した場合（ステップＳ２０１で「衝突」の場合）又はデータ送信時にRTSフレーム送信後タイムアウト時間が経過した場合（ステップＳ２０３で「Ｙ」の場合）には、所定の待機時間が設定され（ステップＳ２０７）、中継局装置Ｒはキャリアセンス状態に復帰する。

このように、中継局装置Ｒにおいて、図５のフレームフロー（すなわち図６のフロー）に従って無線信号を送受信する場合、コーディング可能であれば、即時に（すなわちSIFS間隔で）、コーディングデータフレームの送信を行うことが可能となる（図６のステップＳ２０８〜Ｓ２１３の一連の処理あるいはステップＳ２０８〜Ｓ２１２、Ｓ２１４、Ｓ２１５及び２１３の一連の処理）。また、図５のフレームフロー（あるいは図６のフロー）によれば、図３のフレームフロー（あるいは図４のフロー）に比べて、コーディングデータフレーム送信の際に、RTS/CTSフレーム送受信の手順を省略することができる。また、図５のフレームフロー（あるいは図６のフロー）によれば、状況に応じて即時に（すなわちSIFS間隔で）無線局Ａ又はＢへのデータ送信要求を行うことができる。

なお、以上をまとめると、図３〜図６を参照して説明したように、本実施形態は、中継局装置Ｒ、無線局Ａ（第１の無線局）及び無線局Ｂ（第２の無線局）間で、中継局装置Ｒから無線局Ａと無線局Ｂとに向けた制御フレーム（RTSフレーム４０２、CTSフレーム４０４、ACKフレーム６０１、ACKフレーム７０１）と、中継局装置Ｒが受信した無線局Ａから無線局Ｂ宛のデータフレーム１０５と中継局装置Ｒの記憶手段（記憶装置１２）内の無線局Ｂから無線局Ａ宛のデータフレーム（データフレーム６０３に対応するもの等）とで排他的論理和の演算処理を行って生成したコーディングデータフレーム（コーディングデータフレーム４０６、６０５、７０３）とを少なくとも含む複数のフレームを、優先度が高い短フレーム間隔（SIFS）で継続的に（すなわちバックオフやDIFSを挟むこと無しに）送受信することを特徴とする無線通信システムである。

次に、図７及び図８を参照して、図１に示す無線通信システムの実施形態の動作特性について説明する。なお、各図は、回線速度としてIEEE 802.11の54 Mbpsモードを用いた例である。図７は、中継局装置Ｒと無線局Ａの間又は中継局装置Ｒと無線局Ｂの間で、データフレームの流れにどの程度の偏りが生じるかを確認した結果である。図７では、比較のため、アクセス制御方式として、CSMA/CAを用いる場合と、本実施の形態のようにRTS/CTSを用いたCSMA/CAを用いる場合との両方の特性を示している。図７の横軸は中継局装置Ｒで送信したデータフレームのうちで送信局Ａから送信局Ｂへのデータフレームの割合を表し、縦軸はその度数分布を表している。実線で示すRTS/CTSを用いたときの分布は、破線で示すRTS/CTSを用いないときの分布と比べ、割合＝０．５付近により集中していることがわかる。すなわち、RTS/CTSを用いることで、片方向通信になることを防ぎ（つまり双方向通信が維持され）、ネットワークコーディングが行われる機会を増大させることができることがわかる。

一方、図８は、図３及び図５に示す本発明が特徴とするフレームフローを用いた場合と、図２に示すフレームフローを用いる場合とを比較するための特性図である。図８は、図２に示すフレームフローを用いた場合（CSMA/CAとして示した）、図３に示すフレームフローを用いた場合（RITとして示した）、及び図５に示すフレームフローを用いた場合（RIT/RHとして示した）のスループットを示した。また、各場合において、ネットワークコーディングの技術を組み合わせたとき（白抜きの矩形）と、ネットワークコーディングの技術を用いなかったとき（網掛けした矩形）を比較した。なお、RITは、Relay Immediate Transmission、RHはReduced Handshakeの略である。

図８に示すように、RITでネットワークコーディングの技術を組み合わせた場合と、RIT/RHでネットワークコーディングの技術を組み合わせた場合は、他と比べてスループットが向上していることがわかる。

このように、本実施形態の構成におけるRTS/CTSを用いた中継制御方式は、RTS/CTSによって片方向通信になることを防ぎ、ネットワークコーディングの機会を増大させることができる（図７から）。これによって、中継局装置ＲにランダムアクセスのCSMA/CAを実装したときのコーディングゲイン（コーディングの効果）を向上させることができる（図８のCSMA/CAのネットワークコーディング（NC）ありと無しから）。また、中継局装置Ｒから送信する中継データフレームを最優先に送信することによって、更なるコーディングゲインが期待される（図８のRITから）。また、CTSとACKの機能を一つの制御パケットで送信することによるハンドシェークの削減で、更なるコーディングゲインが得られる（図８のRIT/RH）。

なお、本発明の実施の形態は上記に限定されず、例えば中継局装置Ｒや無線局Ａ、Ｂの数を適宜に増やした構成とすることもできる。また、中継局装置Ｒや無線局Ａ、Ｂは、例えば他の電子機器などに組み込まれる形で構成されていてもよい。また、アクセス制御方式は、CSMA/CAという名称に限定されず、同様の機能、すなわちフレーム間隔による優先制御とキャリア感知による衝突回避機能を備えた多重アクセス方式であれば他の付加機能を備えるようなものであっても適用可能であると考えられる。また、図２や図３に示すフレームフローにおいては、RTSフレーム、CTSフレーム、ACKフレーム等の制御フレームやSIFS等のフレーム間隔の名称についても上記に限定されず、隠れ端末問題を解決するための制御フレームや、信号送信権の要求やその可否の応答を示す情報を有するものであれば他の情報を含むフレームを用いることが可能であると考えられる。

また、上述の中継局装置Ｒ、無線局Ａ及び無線局Ｂは内部にあるいは組み合わせされる電子機器の内部に、コンピュータシステムを有して構成することができる。そして、上述したネットワークコーディングに係る処理などは、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われるようにすることができる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

なお、特許請求の範囲の記載と、実施形態における各フレームフローとの関係は、次の通りである。請求項１は、各フレームフローに対応する。請求項２は、図５（ｂ）を参照して説明したフレームフローに対応する。請求項３は、図５（ｃ）を参照して説明したフレームフローに対応する。請求項４は、図３（ｂ）を参照して説明したフレームフローに対応する。

Ｒ…中継局装置、Ａ、Ｂ…無線局、１２…記憶装置、１３…バッファＡ、１４…バッファＢ、１０６、４０１、４０３、４０５、６０２、６０４、７０２…SIFS、４０２…RTSフレーム、４０４…CTSフレーム、６０１、７０１…ACKフレーム、６０３…データフレーム、４０６、６０５、７０３…コーディングデータフレーム。

Claims

無線局間の無線中継を行う中継局装置と、互いに電波が到達不可能で前記中継局装置を介して無線信号の送受信を行う第１の無線局と第２の無線局とを備えた無線通信システムであって、
前記第１の無線局、前記第２の無線局及び前記中継局装置は衝突回避機能付キャリア感知多重アクセス方式に基づいてフレーム単位で無線信号の送受信を行い、
前記第１の無線局又は前記第２の無線局は、データフレーム送信前に送信要求フレームを送信し、前記送信要求フレームに対する応答として受信準備完了フレームを受信した場合にデータフレームを送信し、
前記中継局装置が前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームを受信した場合、前記中継局装置、前記第１の無線局及び前記第２の無線局間で、前記中継局装置から前記第１の無線局と前記第２の無線局の少なくとも一方に向けた制御フレームと、前記中継局装置が受信した前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームと前記中継局装置の記憶手段内の前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームとで排他的論理和の演算処理を行って生成したコーディングデータフレームとを少なくとも含む複数のフレームを、優先度が高い短フレーム間隔で継続的に送受信する
ことを特徴とする無線通信システム。
前記中継局装置は、前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームを受信した場合に、前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームが前記中継局装置の記憶手段内に無いときには、前記短フレーム間隔で継続的に、
前記第２の無線局への送信要求情報を含む前記第１の無線局への応答信号である確認応答フレームを前記第１の無線局と前記第２の無線局とに向けて送信し、
前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームを受信して前記記憶手段に記憶し、
前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームと前記記憶手段内の前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームとで排他的論理和の演算処理を行って生成したコーディングデータフレームを前記第１の無線局と前記第２の無線局とに向けて送信する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
前記中継局装置は、前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームを受信した場合に、前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームが前記中継局装置の記憶手段内に有るときには、前記短フレーム間隔で継続的に、
前記第２の無線局への送信要求情報を含む前記第１の無線局への応答信号である確認応答フレームを前記第１の無線局と前記第２の無線局とに向けて送信し、
前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームと前記記憶手段内の前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームとで排他的論理和の演算処理を行って生成したコーディングデータフレームを前記第１の無線局と前記第２の無線局とに向けて送信する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
前記中継局装置は、前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームを受信した場合に、前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームが前記中継局装置の記憶手段内に有るときには、前記短フレーム間隔で継続的に、
前記第１の無線局に向けて確認応答フレームを送信し、
前記第２の無線局に向けて送信要求フレームを送信し、
前記送信要求フレームに対する応答として前記第２の無線局から受信準備完了フレームを受信し、その後、
前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームと前記記憶手段内の前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームとで排他的論理和の演算処理を行って生成したコーディングデータフレームを前記第１の無線局と前記第２の無線局とに向けて送信する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
無線局間の無線中継を行う中継局装置と、互いに電波が到達不可能で前記中継局装置を介して無線信号の送受信を行う第１の無線局と第２の無線局とを備えた無線通信システムにおける中継局装置であって、
前記第１の無線局及び前記第２の無線局との間で、衝突回避機能付キャリア感知多重アクセス方式に基づいてフレーム単位で無線信号の送受信を行うものであり、
前記第１の無線局又は前記第２の無線局から、送信要求フレームを受信した場合に、その送信要求フレームに対する応答として当該無線局に受信準備完了フレームを送信し、その受信準備完了フレームに対して当該無線局から送信されたデータフレームを受信し、
前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームを受信した場合、前記中継局装置、前記第１の無線局及び前記第２の無線局間で、前記中継局装置から前記第１の無線局と前記第２の無線局の少なくとも一方に向けた制御フレームと、前記中継局装置が受信した前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームと前記中継局装置の記憶手段内の前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームとで排他的論理和の演算処理を行って生成したコーディングデータフレームとを少なくとも含む複数のフレームを、優先度が高い短フレーム間隔で継続的に送受信する
ことを特徴とする中継局装置。
無線局間の無線中継を行う中継局装置と、互いに電波が到達不可能で前記中継局装置を介して無線信号の送受信を行う第１の無線局と第２の無線局とを備えた無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記第１の無線局、前記第２の無線局及び前記中継局装置は衝突回避機能付キャリア感知多重アクセス方式に基づいてフレーム単位で無線信号の送受信を行い、
前記第１の無線局又は前記第２の無線局は、データフレーム送信前に送信要求フレームを送信し、前記送信要求フレームに対する応答として受信準備完了フレームを受信した場合にデータフレームを送信し、
前記中継局装置が前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームを受信した場合、前記中継局装置、前記第１の無線局及び前記第２の無線局間で、前記中継局装置から前記第１の無線局と前記第２の無線局の少なくとも一方に向けた制御フレームと、前記中継局装置が受信した前記第１の無線局から前記第２の無線局宛のデータフレームと前記中継局装置の記憶手段内の前記第２の無線局から前記第１の無線局宛のデータフレームとで排他的論理和の演算処理を行って生成したコーディングデータフレームとを少なくとも含む複数のフレームを、優先度が高い短フレーム間隔で継続的に送受信する
ことを特徴とする無線通信方法。