JP5678378B2

JP5678378B2 - 無線通信システム及び方法

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Publication number: JP5678378B2
Application number: JP2010269590A
Authority: JP
Inventors: 洲藍; 俊義王; チンシャンサム; トンチェアバイカッシュ; 原田　博司; 博司原田
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: JP2012120039A

Description

本発明は、ＷＰＡＮ（Wireless Personal Area Network）等に代表されるようにネットワーク内においてアドホックな時分割の無線通信を行う無線通信システム及び方法に関し、特にスループットの向上を図る上で好適な無線通信システム及び方法に関するものである。

近年においてＷＰＡＮの実用化に関する研究が進展している。このＷＰＡＮは、通信距離１０〜２０ｍの近距離をカバーする無線ネットワークであり、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等を始めとした電子機器間でのアドホックな無線通信に用いられることが想定されている（例えば、特許文献１参照。）。

このようなＷＰＡＮを始めとしたアドホック無線通信システムにおいて、特にＧｂｐｓレベルのスループットを実現するためには、先ず第１のパスロスを低減させることが重要である。６０ＧＨｚ帯域において、２ｍのパスロスは、約７４ｄＢの減衰につながるものとされている。これは、１０ｄＢｍの信号伝送を行おうとした場合に、３ｍのパスロスが生じることを意味している。

また６０ＧＨｚ帯域のアドホック無線通信システムにおいて、もう一つの大きな問題点は、通信障壁の存在である。無線通信における送信機と受信機の間を結ぶ直線距離(LOS Line of Sight)中に人間や静止物体が存在する場合、６０ＧＨｚ帯域の電波ではそれらが障害となって通過できない場合がある。仮にＬＯＳパスがＰＣのディスプレイのような金属製の物体によって遮断されていた場合、約４０ｄＢｍ以上のパスロスが生じることが予測される。

なお近年のビームフォーミング技術により、アンテナのゲインを増強させることが可能となったが、かかる信号の減衰の問題を解決するには至らなかった。また互いに位相を変えた２つの波の干渉を利用して信号波の連続的な変化を人工的に作り出すフェイズ・シフターも提案されているが、これを６０ＧＨｚ帯域において動作させた場合に４ｄＢのロスを生み出すことにもなる。結局のところ、このようなフェイズ・シフターを用いても、ゲインを消費してしまうことに他ならない。

また、ビームフォーミング技術は、隣接する他の無線通信デバイスに関する問題点を引き起こす場合がある。アンテナの種類によっては、無線通信デバイスから、通信先の無線通信デバイスの方向を識別するステップを踏むことが要求される場合があり、そのステップの存在が通信時間全体のロスを生み出すことにもなり、ひいてはスループットの減少にもつながる。特に隣接する他のデバイスの数が増加するにつれて、かかる通信時間全体のロスはより大きくなる。

ちなみに、上述したＬＯＳパス中に存在する障害物によるスループットの減少を防ぐために、例えば図５に示すようなリレータイプのアドホック無線通信システム７が提案されている。このリレータイプの通信方式は、安価でしかも簡易なシステムとすることができ、しかも広い範囲までの通信をもカバーできる点において有用である。このアドホック無線通信システム７では、ネットワーク７０内において時分割でアドホックな無線通信する複数の無線通信デバイス７１と、ネットワーク内で行われるアドホックな無線通信を時分割のタイムスロットに割り当てて制御するコーディネータ７２とを備えている。

この無線通信システム７は、例えば通信元の無線通信デバイス７１ａから通信先の無線通信デバイス７１ｃに向けて無線通信を行う際に、ＬＯＳパス中に障害物がある場合、或いは、通信元の無線通信デバイス７１ａと通信先の無線通信デバイス７１ｃとの距離が長い場合等に、途中で無線通信デバイス７１ｂを中継させることによりリレー方式で無線通信を行う。即ち、無線通信デバイス７１ａから無線通信デバイス７１ｂを介して通信先の無線通信デバイス７１ｃへとデータを送信することとなる。これにより障害物を避けるようにしてデータを送信することが可能となり、或いは通信元と距離が離れている通信先へデータを送信することが可能となる。

ところで、このようなリレー方式によるアドホック無線通信は、例えばＩＥＥＥ８０２．１６ｊや、第３世代（３Ｇ）携帯端末等において取り入れられている。しかしながら、このようなリレー方式によるアドホック無線通信は、ミリ波によるＷＰＡＮの無線通信には直接的に適用されていない。その理由として、ＷＰＡＮは、いわゆる半二重通信方式を採用しており、同時に双方からデータを送信したり、受信したりすることができず、時間を区切って片方向からの送信しかできない通信方式であるためである。

このためＷＰＡＮでは、例えば無線通信デバイス７１ａから無線通信デバイス７１ｂを介して通信先の無線通信デバイス７１ｃへとデータを送信する場合において、図６に示すように、第１タイムスロットにおいて、無線通信デバイス７１ａから無線通信デバイス７１ｂまでの通信経路ｄ_abの通信を割り当てる。そして、次の第２タイムスロットにおいて、無線通信デバイス７１ｂから無線通信デバイス７１ｃまでの通信経路ｄ_bcの通信を割り当てる。その結果、同一のデータサイズからなるデータを送信する際において、無線通信デバイス７１ａから無線通信デバイス７１ｃまで直接的にデータを送る場合と比較して、このリレー方式では、２倍の通信時間が必要となり、単位時間当たりのスループットが半減してしまうことにもなる。

また図７は、無線通信デバイス７１ａから無線通信デバイス７１ｃへ直接的にデータを送信することと、他の無線通信デバイス７１ｄ、７１ｅからそれぞれ無線通信デバイス７１ｆへデータを送信することをほぼ同時期に行う例を示している。かかる場合において、時分割で無線通信を行うＷＰＡＮでは、例えば図８(a)に示すように、第１のタイムスロットにおいて、無線通信デバイス７１ａから無線通信デバイス７１ｃまでの通信経路ｄ_acの通信を割り当て、第２のタイムスロットにおいて無線通信デバイス７１ｄから無線通信デバイス７１ｆまでの通信経路ｄ_dfの通信を、更に第３のタイムスロットにおいて無線通信デバイス７１ｅから無線通信デバイス７１ｆまでの通信経路ｄ_efの通信を割り当てることになる。

しかしながら、従来のリレー方式をこのＷＰＡＮに当てはめた場合、例えば、図７に示すように、無線通信デバイス７１ａから無線通信デバイス７１ｂを介して通信先の無線通信デバイス７１ｃへとデータを送信する場合には、図８(b)に示すように、第１のタイムスロットに通信経路ｄ_abの通信を割り当て、更に第４のタイムスロットを設けてここに通信経路ｄ_bcの通信を割り当てる必要がある。その結果、リレー方式を用いなかった場合におけるトータルの通信時間Ｔに対して、このリレー方式を用いた場合には、この第４のタイムスロットの増加分ｔ´だけ通信時間が長くなる。これがスループット減少の要因にもなる。

特開２００５−３２３３７５号公報

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、ＷＰＡＮ等に代表されるようにネットワーク内においてアドホックな時分割の無線通信を行う無線通信システム及び方法において、特にタイムスロットの増加によるトータルの通信時間を増やすことなくスループットの向上を図ることが可能な無線通信システム及び方法を提供することにある。

本発明に係る無線通信システムは、上述した課題を解決するために、ネットワーク内において時分割でアドホックな無線通信する複数の無線通信デバイスと、上記ネットワーク内で行われるアドホックな無線通信を時分割のタイムスロットに割り当てて制御するコーディネータとを有する無線通信システムにおいて、通信元の各無線通信デバイスは、少なくとも通信先の無線通信デバイスを指定した無線通信情報を上記コーディネータに通知し、上記コーディネータは、上記各無線通信デバイスから通知されたそれぞれの無線通信情報に基づいて、通信元と通信先の無線通信デバイス間で行われる各無線通信のうち、上記ネットワーク内において互いに通信干渉が生じない２以上の無線通信を判別し、判別した２以上の無線通信が時間軸上で重複するようにタイムスロットを割り当て、上記通信元の無線通信デバイスから中継点の無線通信デバイスを介して上記通信先の無線通信デバイスへ無線通信を行う場合に、通信元の無線通信デバイスから中継点の無線通信デバイスまでを第１ホップ、中継点の無線通信デバイスから通信先の無線通信デバイスまでを第２ホップとし、第１ホップにおけるデータレートをＲ ^ti _s,r とし、第２ホップのデータレートをＲ ^ti' _r,z とし、第１ホップが割り当てられるタイムスロットの時間をｔ _i 、第２ホップ
が割り当てられるタイムスロットの時間をｔ _i 'としたとき、上記無線通信のスループッ
トＲ ^E が下記に基づいて決定されることを特徴とする。
Ｒ ^E ∝min[Ｒ ^ti _s,r ・ｔ _i ・Ｋ _ti 、Ｒ ^ti' _r,z ・ｔ _i '・Ｋ _ti ']
ここでＫ _ti は、第１ホップにおけるスループットロス要因、Ｋ _ti ' _i は、第１ホップにおけるスループットロス要因

本発明に係る無線通信方法は、上述した課題を解決するために、ネットワーク内において時分割でアドホックな無線通信する複数の無線通信デバイスと、上記ネットワーク内で行われるアドホックな無線通信を時分割のタイムスロットに割り当てて制御するコーディネータとを有する無線通信システムによる無線通信方法において、通信元の各無線通信デバイスにより、少なくとも通信先の無線通信デバイスを指定した無線通信情報を上記コーディネータに通知し、上記コーディネータにより、上記各無線通信デバイスから通知されたそれぞれの無線通信情報に基づいて、通信元と通信先の無線通信デバイス間で行われる各無線通信のうち、上記ネットワーク内において互いに通信干渉が生じない２以上の無線通信を判別し、判別した２以上の無線通信が時間軸上で重複するようにタイムスロットを割り当て、上記通信元の無線通信デバイスから中継点の無線通信デバイスを介して上記通信先の無線通信デバイスへ無線通信を行う場合に、通信元の無線通信デバイスから中継点の無線通信デバイスまでを第１ホップ、中継点の無線通信デバイスから通信先の無線通信デバイスまでを第２ホップとし、第１ホップにおけるデータレートをＲ ^ti _s,r とし、第２ホップのデータレートをＲ ^ti' _r,z とし、第１ホップが割り当てられるタイムスロットの時間をｔ _i 、第２ホップが割り当てられるタイムスロットの時間をｔ _i 'としたとき、上
記無線通信のスループットＲ ^E が下記に基づいて決定されることを特徴とする。
Ｒ ^E ∝min[Ｒ ^ti _s,r ・ｔ _i ・Ｋ _ti 、Ｒ ^ti' _r,z ・ｔ _i '・Ｋ _ti ']
ここでＫ _ti は、第１ホップにおけるスループットロス要因、Ｋ _ti ' _i は、第１ホップにおけるスループットロス要因

本発明を適用した無線通信システムによれば、通信元の各無線通信デバイスにより、少なくとも通信先の無線通信デバイスを指定した無線通信情報をコーディネータに通知し、コーディネータにより、各無線通信デバイスから通知されたそれぞれの無線通信情報に基づいて、通信元と通信先の無線通信デバイス間で行われる各無線通信のうち、ネットワーク内において互いに通信干渉が生じない２以上の無線通信を判別し、判別した２以上の無線通信が時間軸上で重複するようにタイムスロットを割り当てる。

これにより、本発明は、ＷＰＡＮ等に代表されるようにネットワーク内においてアドホックな時分割の無線通信を行う際において、特にタイムスロットの増加によるトータルの通信時間を増やすことなく通信を行うことが可能となる。その結果、ネットワーク内において存在する無線通信デバイスの数が増加してもスループットの向上を図ることが可能となり、ＷＰＡＮを始めとしたアドホック無線通信システムにおいて、特にＧｂｐｓレベルのスループットを実現することが可能となる。

本発明を適用した無線通信システムの構成図である。本発明を適用した無線通信システムにおいて伝送されるデータフレームの構成について説明するための図である。本発明を適用した無線通信方法のフローチャートである。本発明を適用した無線通信システムにおいて割り当てられたタイムスロットの例を示す図である。リレータイプのアドホック無線通信システムを示す図である。従来のアドホック無線通信システムにおいて割り当てられたタイムスロットの例を示す図である。リレータイプのアドホック無線通信システムを示す他の図である。従来のアドホック無線通信システムにおいて割り当てられたタイムスロットの例を示す他の図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明を適用した無線通信システム１の構成例を示している。この無線通信システム１は、複数の無線通信デバイス２と、ネットワーク１０全体を制御するコーディネータ３とを備えている。この無線通信システム１は、例えばＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃやＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ等の規格に基づくものであり、例えばＷＰＡＮ（Wireless Personal Area Network）や、ＷＬＡＮ（Wireless Local Area Network）等の通信規格に基づいて無線通信を行う。なお無線通信システム１は、図１に示すようなスター型に限定されるものではなく、ツリー型やメッシュ型等いかなるネットワーク１０形態を適用してもよい。

無線通信デバイス２は、例えばパーソナルコンピュータ（ノートＰＣ）や、携帯電話等を初めとした各種携帯情報端末等で構成される。無線通信デバイス２は、少なくともＷＰＡＮやＷＬＡＮ等の規格に基づき、ネットワーク１０内において時分割でアドホックな無線通信を行う。この無線通信デバイス２は、通信元の無線通信デバイス２から通信先の無線通信デバイス２に向けて無線通信を行う際に、ＬＯＳパス中に障害物がある場合、或いは、通信元の無線通信デバイス２と通信先の無線通信デバイス２との距離が長い場合等に、途中で他の無線通信デバイス２を中継させることによりリレー方式で無線通信を行う。また、この無線通信デバイス２は、必要に応じてコーディネータ３との間で無線通信を行うことができ、更にはコーディネータ３を介して無線通信デバイス２との間で無線通信を行うことも可能となる。

コーディネータ３も同様に上述した携帯情報端末と構成を同一とするものであってもよい。このコーディネータ３は、中央制御ユニットとしての役割を担う。そして、即ち、このコーディネータ３は、ネットワーク１０内で行われるアドホックな無線通信を時分割のタイムスロットに割り当てて制御する。

本発明を適用した無線通信システム１は、例えば図２に示すように、ビーコン２１を使用したいわゆるスーパーフレーム構造を用いる。スーパーフレームは、ビーコン２１の後にＣＡＰ（Contention Access Period）２２と、ＣＦＰ(Contention Free Period)２３とを有している。２つのビーコン２１間の時間は、スーパーフレームの周期に関係なく、所定数のスロットに分けられる。ちなみに、このスーパーフレーム構造において、ＣＦＰ２３を構成するスロット数は可変としており、ＣＡＰ２２を構成するスロット数は固定としている。ＣＡＰ２２は、全てのデバイス２がアクセス可能な期間であり、ＣＦＰ２３は、特定の無線通信デバイス２が専有してアクセス可能な期間である。

次に、本発明を適用した無線通信システムの動作について説明をする。図３は、本発明を適用した無線通信システムによるアドホックな無線通信を実現する上でのフローチャートである。以下の説明においては、図１に示すように、無線通信デバイス２ａから無線通信デバイス２ｃへ他の無線通信デバイス２ｂを介してデータを送信することと、他の無線通信デバイス２ｄ、２ｅからそれぞれ無線通信デバイス２ｆへデータを送信することをほぼ同時に行う場合を例にとり説明をする。即ち、この例では、無線通信デバイス２ａから無線通信デバイス２ｂにいたるまでの通信経路ｄ_ab、無線通信デバイス２ｂから無線通信デバイス２ｃにいたるまでの通信経路ｄ_bc、無線通信デバイス２ｄから無線通信デバイス２ｆにいたるまでの通信経路ｄ_df、無線通信デバイス２ｅから無線通信デバイス２ｆにいたるまでの通信経路ｄ_efの４つの通信を時分割で行う。

先ず、ステップＳ１１において、通信元の無線通信デバイス２から通信開始要求をコーディネータ３へ送信する。ここで通信元の無線通信デバイス２とは、通信先の無線通信デバイス２へデータの送信を試みるデバイスであって、上述の例では、無線通信デバイス２ａ、無線通信デバイス２ｄ、２ｅの３つである。これら無線通信デバイス２ａ、２ｄ、２ｅからコーディネータ３へ通信開始要求を送信する。

次にステップＳ１２へ移行し、コーディネータ３は、係る通信開始要求を受けて、時分割でアドホック通信を行うための当初タイムスロットを設定する。この当初タイムスロットは、無線通信デバイス２毎に設定するものであり、特に各通信経路（ｄ_ab、ｄ_bc、ｄ_df、ｄ_ef）のそれぞれの無線通信間において何ら調整がなされたものでない。即ち、コーディネータ３は、無線通信デバイス２毎に専用のこの当初タイムスロットを単に設定すればよく、それらが時間的に重複したものであってもよい。

次にステップＳ１３へ移行し、コーディネータ３は各無線通信デバイス２に対して、それぞれに対して設定した当初タイムスロットを通知する。

次にステップＳ１４に移行した段階において、各無線通信デバイス２は、コーディネータ３からそれぞれの当初タイムスロットを受信した状態となっている。この状態で各無線通信デバイス２は、それぞれ通知された当初タイムスロットに基づいてネットワーク１０内の不特定の他の無線通信デバイス２に対して電波を送信する。即ち、このステップＳ１４において、各無線通信デバイス２は、独自に設定された当初タイムスロットにそって電波を試験的にブロードキャスティングする。

次にステップＳ１５へ移行し、無線通信デバイス２は、無線通信情報を作成する。この無線通信情報の作成は、主として他の無線通信デバイス２から送られてくる電波に基づいて作成する。即ち、ステップＳ１４において一の無線通信デバイス２から電波をブロードキャスティングすると同時に、他の無線通信デバイス２も同様に電波をブロードキャスティングすることから、一の無線通信デバイス２には、他の無線通信デバイス２からの電波が送られてくる。各無線通信デバイス２は、他の無線通信デバイス２から送信されてくる電波を受信し、これを作成する無線通信情報に含める。また、通信元の無線通信デバイス２は、この無線通信情報に、通信先の無線通信デバイス２を指定する。無線通信情報の作成を終了後、ステップＳ１６へ移行する。

ステップＳ１６に移行した場合、無線通信デバイス２は、作成した無線通信情報をコーディネータ３へ送信する。

次にステップＳ１７へ移行し、コーディネータ３は、各無線通信デバイス２から受信した無線通信情報を読み取り、タイムスロットの作成を行う。先ずコーディネータ３は、各無線通信デバイス２から受信した無線通信情報から、通信元の無線通信デバイス２がデータを送信しようとする通信先の無線通信デバイス２を識別することが可能となる。その結果、コーディネータ３は、これから各通信経路（ｄ_ab、ｄ_bc、ｄ_df、ｄ_ef）においてそれぞれ無線通信が行われようとしていることを識別することが可能となる。

次に、このコーディネータ３は、各通信経路（ｄ_ab、ｄ_bc、ｄ_df、ｄ_ef）における無線通信のうち、ネットワーク１０内において互いに通信干渉が生じない２以上の無線通信を判別する。この通信干渉が生じるか否かの判別は、いかなる方法で行うようにしてもよく、例えば無線通信情報に含めた各無線通信デバイス２の位置情報等から判断するようにしてもよい。

なお、ステップＳ１７において、コーディネータ３は、無線通信情報に基づいて、通信元と通信先の無線通信デバイス２間における電波強度と、通信先以外の無線通信デバイス２から通信元の無線通信デバイス２への電波強度とを比較することにより、通信干渉が生じるか否かの判別を行うようにしてもよい。例えば、通信元の無線通信デバイス２ａと通信先の無線通信デバイス２ｂとの間で通信を行う上で、他の無線通信端末２ｃ〜２ｆからの電波は通信干渉となる。このため、通信元の無線通信デバイス２ａと通信先の無線通信デバイス２ｂとの間における電波強度に対する、他の無線通信端末２ｃ〜２ｆからの電波とを比較し、その比率が予め設定した閾値以上又は未満の場合に通信干渉が生じるか否かを判別するようにしてもよい。

その結果、例えば通信経路ｄ_bcの無線通信、通信経路ｄ_dfの無線通信は、互いに同時に行っても通信干渉が生じないものと判断したものとする。かかる場合には、例えば図４に示すように、互いに通信干渉が生じない通信経路ｄ_bcの無線通信、通信経路ｄ_dfの無線通信が時間軸上で重複するようにタイムスロットを割り当てる。即ち、この図４の例では、通信経路ｄ_bcの無線通信、通信経路ｄ_dfの無線通信は、互いに同時に行っても通信干渉が生じないが、通信経路ｄ_abの無線通信や、通信経路ｄ_efの無線通信は、他の無線通信と通信干渉が生じる点を判別したものである。このため、第１のタイムスロットに、通信経路ｄ_abの無線通信を割り当て、第２のタイムスロットに、通信経路ｄ_bcの無線通信、通信経路ｄ_dfの無線通信を時間軸上で重複させ、第３のタイムスロットに、通信経路ｄ_efの無線通信を割り当てる。

次にステップＳ１８へ移行し、コーディネータ３は、これら割り当てた時分割のタイムスロットを各無線通信デバイス２へ通知し、これらの通信を制御する。

通信元の各無線通信デバイス２ａ、２ｄ、２ｂ、２ｅは、それぞれ通知されたタイムスロットに基づいて、通信先の無線通信デバイス２にデータを送信する。

このように、本発明を適用した無線通信システム１によれば、通信元の各無線通信デバイスにより、少なくとも通信先の無線通信デバイスを指定した無線通信情報をコーディネータ３に通知し、コーディネータ３により、各無線通信デバイス２から通知されたそれぞれの無線通信情報に基づいて、通信元と通信先の無線通信デバイス２間で行われる各無線通信のうち、ネットワーク１０内において互いに通信干渉が生じない２以上の無線通信を判別し、判別した２以上の無線通信が時間軸上で重複するようにタイムスロットを割り当てる。

これにより、本発明は、ＷＰＡＮ等に代表されるようにネットワーク１０内においてアドホックな時分割の無線通信を行う際において、特にタイムスロットの増加によるトータルの通信時間を増やすことなく通信を行うことが可能となる。その結果、ネットワーク１０内において存在する無線通信デバイス２の数が増加してもスループットの向上を図ることが可能となり、ＷＰＡＮを始めとしたアドホック無線通信システムにおいて、特にＧｂｐｓレベルのスループットを実現することが可能となる。

なお、本発明は、少なくともネットワーク１０内において互いに通信干渉が生じない２以上の無線通信を判別すればよく、通信干渉が生じる２以上の無線通信の判別ステップを省略するようにしてもよい。

また、上述したステップＳ１７において、コーディネータ３は、通信元と通信先の無線通信デバイス２間における電波強度と、通信先以外の無線通信デバイス２から通信元の無線通信デバイスへの電波強度とを比較することにより、通信干渉が生じるか否かの判別を行うようにしてもよい。例えば、通信元の無線通信デバイス２ａの場合、その通信先である無線通信デバイス２ｂとの間における電波強度と、通信先以外の無線通信デバイス２ｃ〜２ｆとの間における電波強度とを比較することにより実行するようにしてもよい。かかる場合において、例えば下記式（１）に示すように、通信元と通信先の無線通信デバイス２間における電波強度をＳ、通信先以外の無線通信デバイス２から通信元の無線通信デバイスへの電波強度をＩ、ノイズをＮとしたとき、Ｓ／（Ｉ＋Ｎ）が、予め設定した閾値を超えるか否かに基づいて判別するようにしてもよい。

以下、本発明を適用した無線通信システム１の実施例について詳細に説明をする。

ここで通信元の無線通信デバイス２ｓから通信先の無線通信デバイス２ｚまでのデータレートをＲ^tｉ _s,zと定義する。各データストリームにおける効果的なスループットＲは、（１）式のように現される。

Ｒ＝Ｒ^tｉ _s,z×ｔ_ｉ／Ｔ・・・・・・・・・・・・・（１）

この（１）式は、図８(a)に示す例に対応するものである。ここでＴは、タイムフレームの長さである。また、ｔは各タイムスロットの長さであり、３データストリームの場合、１≦ｉ≦３で表される。また、Ｔは下記の（２）式で表される。

Ｔ＝Σ^K _ｉ=1ｔ_ｉ＋Ｔ_beacon＋Ｔ_cap・・・・・・・・・・・（２）

ここでＫはＣＴＡ（Channel Time Allocation）によってサポートされる数であり、この例ではＫは３である。ここで、各データストリームは分割されたＣＴＡを使用するため、スループットの減少を誘発するようなチャネル間の通信干渉が無いものと仮定する。また、このＴ_beaconは、ビーコン２１の時間を、更にＴ_capは、ＣＡＰ２２の時間である。

図８(b)の例は、新たに割り当てられた第４のタイムスロットにおいて、通信経路ｄ_bcが割り当てられることになるが、スループットＲ^Eは、下記（３）式によって説明することができる。

Ｒ^E＝Ｒ^tｉ _s,r×ｔ_ｉ／（Ｔ＋ｔ_ｉ’）・・・・・・・・・・（３）

ここで、通信元の無線通信デバイス２ｓから中継点の無線通信デバイス２ｒまでを第１ホップ、中継点の無線通信デバイス２ｒから通信先の無線通信デバイス２ｚまでを第２ホップという。Ｒ^tｉ _s,rは、この第１ホップにおけるデータレートである。

また、第１ホップにおけるデータ伝送期間は、第２ホップのデータ伝送期間と同一となるように調整される。ｔ_ｉは、第１ホップが割り当てられるタイムスロットの時間である。

Ｒ^tｉ _s,r×ｔ_ｉ＝Ｒ^tｉ' _r,z×ｔ_ｉ’・・・・・・・・・・・（４）

ここでＲ^tｉ' _r,zは、第２ホップのデータレートである。ｔ_ｉ’は、第２ホップが割り当てられるタイムスロットの時間である。

これに対して本発明では、図４に示すようなタイムスロットの割り当てで構成される。第２ホップにおいて新たにタイムスロットを割り当てる代わりに、互いに通信干渉の生じない通信経路の無線通信を同一のタイムスロットにおいて重複して割り当てる。本発明のスループットＲ^Eは、下記（５）式で表すことが可能となる。

Ｒ^E＝１／Ｔ・min[Ｒ^tｉ _s,r・ｔ_ｉ・Ｋ_tｉ、Ｒ^tｉ' _r,z・ｔ_ｉ’・Ｋ_tｉ’｝・・・・・（５）

ここで、Ｋ_tｉとＫ_tｉ’は、スループットロス要因である。第１ホップにおいて送信を意図していない他の無線通信デバイス２に対してデータを送信してしまう場合等がこれに含まれる。

１無線通信システム
２無線通信デバイス
１０ネットワーク
３コーディネータ
２１ビーコン
２２ＣＡＰ
２３ＣＦＰ

Claims

ネットワーク内において時分割でアドホックな無線通信する複数の無線通信デバイスと、上記ネットワーク内で行われるアドホックな無線通信を時分割のタイムスロットに割り当てて制御するコーディネータとを有する無線通信システムにおいて、
通信元の各無線通信デバイスは、少なくとも通信先の無線通信デバイスを指定した無線通信情報を上記コーディネータに通知し、
上記コーディネータは、上記各無線通信デバイスから通知されたそれぞれの無線通信情報に基づいて、通信元と通信先の無線通信デバイス間で行われる各無線通信のうち、上記ネットワーク内において互いに通信干渉が生じない２以上の無線通信を判別し、判別した２以上の無線通信が時間軸上で重複するようにタイムスロットを割り当て、
上記通信元の無線通信デバイスから中継点の無線通信デバイスを介して上記通信先の無線通信デバイスへ無線通信を行う場合に、通信元の無線通信デバイスから中継点の無線通信デバイスまでを第１ホップ、中継点の無線通信デバイスから通信先の無線通信デバイスまでを第２ホップとし、第１ホップにおけるデータレートをＲ ^ti _s,r とし、第２ホップのデータレートをＲ ^ti' _r,z とし、第１ホップが割り当てられるタイムスロットの時間をｔ _i 、第２ホップが割り当てられるタイムスロットの時間をｔ _i 'としたとき、上記無線通
信のスループットＲ ^E が下記に基づいて決定されることを特徴とする無線通信システム。
Ｒ ^E ∝min[Ｒ ^ti _s,r ・ｔ _i ・Ｋ _ti 、Ｒ ^ti' _r,z ・ｔ _i '・Ｋ _ti ']
ここでＫ _ti は、第１ホップにおけるスループットロス要因、Ｋ _ti ' _i は、第１ホップにおけるスループットロス要因
上記コーディネータは、更に上記ネットワーク内において互いに通信干渉が生じる２以上の無線通信を判別し、判別した２以上の無線通信を時間軸上で異ならせたタイムスロットにそれぞれ割り当てること
を特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
上記コーディネータは、通信元の各無線通信デバイスから通信開始要求を受けて、上記通信元の無線通信デバイス毎に当初タイムスロットを設定し、設定した当初タイムスロットを各無線通信デバイスに通知し、
上記各無線通信デバイスは、それぞれ通知された当初タイムスロットに基づいて上記ネットワーク内の不特定の無線通信デバイスに対して電波を送信するとともに、他の無線通信デバイスから送信される電波を受信し、受信した電波に基づいて上記無線通信情報を作成すること
を特徴とする請求項１又は２記載の無線通信システム。
上記コーディネータは、上記無線通信情報に基づいて、通信元と通信先の無線通信デバイス間における電波強度と、通信先以外の無線通信デバイスから通信元の無線通信デバイスへの電波強度とを比較することにより、通信干渉が生じるか否かの判別を行うこと
を特徴とする請求項３記載の無線通信システム。
ネットワーク内において時分割でアドホックな無線通信する複数の無線通信デバイスと、上記ネットワーク内で行われるアドホックな無線通信を時分割のタイムスロットに割り当てて制御するコーディネータとを有する無線通信システムによる無線通信方法において、
通信元の各無線通信デバイスにより、少なくとも通信先の無線通信デバイスを指定した無線通信情報を上記コーディネータに通知し、
上記コーディネータにより、上記各無線通信デバイスから通知されたそれぞれの無線通信情報に基づいて、通信元と通信先の無線通信デバイス間で行われる各無線通信のうち、上記ネットワーク内において互いに通信干渉が生じない２以上の無線通信を判別し、判別した２以上の無線通信が時間軸上で重複するようにタイムスロットを割り当て、
上記通信元の無線通信デバイスから中継点の無線通信デバイスを介して上記通信先の無線通信デバイスへ無線通信を行う場合に、通信元の無線通信デバイスから中継点の無線通信デバイスまでを第１ホップ、中継点の無線通信デバイスから通信先の無線通信デバイスまでを第２ホップとし、第１ホップにおけるデータレートをＲ ^ti _s,r とし、第２ホップのデータレートをＲ ^ti' _r,z とし、第１ホップが割り当てられるタイムスロットの時間をｔ _i 、第２ホップが割り当てられるタイムスロットの時間をｔ _i 'としたとき、上記無線通
信のスループットＲ ^E が下記に基づいて決定されることを特徴とする無線通信方法。
Ｒ ^E ∝min[Ｒ ^ti _s,r ・ｔ _i ・Ｋ _ti 、Ｒ ^ti' _r,z ・ｔ _i '・Ｋ _ti ']
ここでＫ _ti は、第１ホップにおけるスループットロス要因、Ｋ _ti ' _i は、第１ホップにおけるスループットロス要因
上記コーディネータにより、更に上記ネットワーク内において互いに通信干渉が生じる２以上の無線通信を判別し、判別した２以上の無線通信を時間軸上で異ならせたタイムスロットにそれぞれ割り当てること
を特徴とする請求項５記載の無線通信方法。
上記コーディネータにより、通信元の各無線通信デバイスから通信開始要求を受けて、上記通信元の無線通信デバイス毎に当初タイムスロットを設定し、設定した当初タイムスロットを各無線通信デバイスに通知し、
上記各無線通信デバイスにより、それぞれ通知された当初タイムスロットに基づいて上記ネットワーク内の不特定の無線通信デバイスに対して電波を送信するとともに、他の無線通信デバイスから送信される電波を受信し、受信した電波に基づいて上記無線通信情報を作成すること
を特徴とする請求項５又は６記載の無線通信方法。
上記コーディネータにより、上記無線通信情報に基づいて、通信元と通信先の無線通信デバイス間における電波強度と、通信先以外の無線通信デバイスから通信元の無線通信デバイスへの電波強度とを比較することにより、通信干渉が生じるか否かの判別を行うこと
を特徴とする請求項７記載の無線通信方法。