JP5888785B2

JP5888785B2 - 送信周期決定方法、送信周期決定装置及びプログラム

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Publication number: JP5888785B2
Application number: JP2012558034A
Authority: JP
Inventors: 古川　浩; 浩古川; 光日金
Original assignee: Kyushu University NUC
Current assignee: Kyushu University NUC
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2032-02-17
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Description

本発明は、送信周期決定方法、送信周期決定装置及びプログラムに関し、特に、周期的間欠送信システムにおいて、始点ノードから終点ノードへのパケットの送信周期を決定する送信周期決定方法等に関する。

次世帯モバイル無線通信では、100Mbpsオーダーの通信容量を満たすことが求められる。そのためには、半径数十メートルの狭小セル基地局群を大量に敷設しなければならない。そのため、基地局敷設コストが深刻な問題となる。無線バックホールは、各基地局間を無線マルチホップ中継により接続し、システムの導入に必要な有線回線の敷設コストを大幅に削減可能とする。無線バックホールは、この問題を解決するほぼ唯一の技術である。

無線バックホールは、幾つかのコアノードと複数のスレーブノードにより構成される。そのうち、コアノードだけが、有線により基幹網に接続する。各スレーブノードは、コアノードまで無線マルチホップ中継することにより基幹網に接続する。そのため、低コストで基地局を敷設でき、基地局の再配置や追加を楽に行うことができる。

無線バックホールの性能は、ノード間のパケット中継効率により決定される。発明者らは、無線バックホールのパケット中継効率の向上のため、周期的間欠送信（Intermittent Periodic Transmit，IPT）を提案した（特許文献１、非特許文献１など参照）。無線バックホールでは、ネットワーク中継性能の劣化の主要な原因は、パケットを同時に送信する二つのノード間の相互干渉によるパケットの衝突である。IPTでは、始点ノードは、終点ノードにパケットを送信する際に、一定の間隔（IPT送信周期）を与える。中継経路上の各ノードは、パケットを受信したら直ちに次のノードにパケットを中継する。始点ノードでIPT送信周期を与えることにより、周波数リユース間隔（パケットを衝突無しに同時に送信できる二つのノード間の間隔）を制御することができる（図６参照）。

周波数リユース間隔は、IPT送信周期に比例する。IPT送信周期が一定の値以上であれば、送信ノード間の干渉は完全に回避できる。IPT送信周期がちょうどある閾値になるように設定すれば、始点ノードから終点ノードまでのスループットは最大値となる。そのため、IPT送信周期は、無線バックホールでIPTを適用する場合、一番重要なパラメータである。その値を適切に設定しなければ、システムの最適な性能を引き出すことはできない。一方、IPT送信周期は、周辺環境、各ノードの設置場所及びアンテナの方向などに依存している。そのため、適切に設定するのが難しく、自動的に設定する方法が求められている。

特許文献１及び非特許文献１では、無線バックホールにおいてIPT送信周期を自動的に算出するプロトコルを提案している。具体的には、３種類のパケット（RTSS(Request To Stop Sending)パケット、CTP(Clear To Pilling up)パケット及びCTPACK(CTP ACKnowledgement)パケット）を定義する。図７を参照して、従来の周期設定処理について説明する。(1)始点ノードは終点ノードに向け、一定の送信間隔でパケットを送信する。(2)中継ノードは、パケットの中継途中、干渉などによりパケットの滞留が発生する場合がある。パケットの滞留が発生したノード（図７の滞留発生ノード）は、直ちにパケットの中継を止め、始点ノードにRTSSパケットを送信する。(3)RTSSパケットを受信した始点ノードは、CTPパケットを送信する。CTPパケットを受信した中継ノードは、パケットをクリアする。これにより、中継経路内のパケットが一掃される。(4)終点ノードは、CTPパケットを受信すると、始点ノードにCTPACKパケットを送信する。(5)始点ノードは、CTPパケットを送信してからCTPACKパケットを受信するまで、パケットの送信を停止する。始点ノードは、CTPACKパケットを受信すると、送信間隔を少し増やしてパケット送信を再開する（パケットDAT1、DAT2…）。そして、(1)〜(5)をパケットの衝突が発生しなくなるまで繰り返すことにより、各スレーブノードの送信間隔は一定の値に収束する。その収束した値を該当終点ノード（スレーブノード）のIPT送信周期とする。

特許第４４９６３３６号公報

比嘉，外１名著，"線トポロジー型無線マルチホップネットワークにおける高効率中継伝送方式"，電子情報通信学会 B，Vol．J90-B，No.12，2007．

しかし、特許文献１及び非特許文献１記載の手法は、以下の問題点がある。すなわち、(1)RTSSパケット、CTPパケット及びCTPACKパケットは、IEEE802.11の仕様に定義されてない。これらのパケットは、MAC層パケットとして、新たに定義される必要がある。そのため、汎用無線モジュールによる実装が難しい。(2)パケットの送受信状態（成功か失敗か）は、無線モジュールのMAC層の状態を確認することにより判断されている。しかしながら、既存の無線モジュールのドライバ（例えばMadWiFiドライバ）は、このような機能を提供していない。(3)算出されたIPT送信周期は、システムのスループットが最大になることを保証していない。これらの問題点により、IPT送信周期設定の新しいプロトコルが必要となる。

そこで、本願発明は、汎用無線モジュールと既存のドライバによるIPT送信周期設定を実現可能な送信周期決定方法等を提案することを目的とする。

第１の観点は、始点ノードが終点ノードに対して送信周期を与えてパケットを送信する周期的間欠送信システムにおいて、前記送信周期を設定する送信周期決定方法であって、前記始点ノードが、前記終点ノードに対して、送信間隔Ｄで複数の訓練パケットを送信するパケット送信ステップと、推定手段が、前記終点ノードが訓練実行時間内に最初に受信した訓練パケット及び最後に受信した訓練パケットから、前記終点ノードが前記複数の訓練パケットを受信するに要した経過時間Ｔを推定する推定ステップと、計算手段が、前記訓練時間Ｔから訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭを計算する計算ステップと、更新手段が、訓練メトリックＴＭの値と前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭの値とを比較して、後者が前者よりも大きい場合に、前記訓練メトリックＴＭの値を前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭとし、前記送信間隔Ｄを変更して、前記始点ノードに対して再度前記パケット送信ステップを行わせ、それ以外の場合には前記送信周期を決定する更新ステップを含むものである。

第２の観点は、第１の観点において、前記推定ステップにおいて、前記推定手段が、前記始点ノードが最初に送信した訓練パケット及び最後に送信した訓練パケットを、それぞれ、前記終点ノードが受信すべき時刻Ｔ_start及びＴ_endを推定し、訓練時間ＴをＴ_end−Ｔ_startとして推定し、前記計算ステップにおいて、前記計算手段が、前記訓練時間Ｔと、前記終点ノードが重複無しに受信した訓練パケットの数Ｎｕｍとの比により前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭを計算するものである。

第３の観点は、第２の観点において、前記推定ステップにおいて、前記推定手段が、前記始点ノードから送信された前記訓練パケットの数Ｎ、並びに、前記最初に受信した訓練パケット及び前記最後に受信した訓練パケットが、それぞれ、前記始点ノードから送信された順番Ｓｅｑ₁及びＳｅｑ₂に対して、式(eq4)により前記訓練時間Ｔを推定し、前記計算ステップにおいて、前記計算手段は、式(eq5)により前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭを計算し、前記更新ステップにおいて、前記更新手段は、訓練ステップΔに対し、前記訓練メトリックＴＭの値及び前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭの値の一方が他方よりも大きい場合に、Ｄ＋Δを新たな前記送信間隔として、再度前記パケット送信ステップを行わせ、前記訓練メトリックＴＭの値及び前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭの値が等しい場合に、前記送信周期をＤ又はＤ−Δと決定し、それ以外の場合に、前記送信周期をＤ−Δと決定するものである。

第４の観点は、始点ノードが終点ノードに対してパケットを送信する際に与える送信周期を設定する送信周期決定装置であって、前記始点ノードが前記終点ノードに対して送信間隔Ｄで送信した複数の訓練パケットを、前記終点ノードが訓練実行時間内に受信し、前記終点ノードが最初に受信した訓練パケット及び最後に受信した訓練パケットから、前記終点ノードが前記複数の訓練パケットを受信するための訓練時間Ｔを推定する推定手段と、前記訓練時間Ｔから訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭを計算する計算手段と、訓練メトリックＴＭの値と前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭの値とを比較して、一方（例えば後者）が他方（例えば前者）よりも大きい場合に、前記訓練メトリックＴＭの値を前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭとし、前記送信間隔Ｄを変更して、前記始点ノードに対して再度前記パケット送信ステップを行わせ、それ以外の場合には前記送信周期を決定する更新手段を備えるものである。

第５の観点は、コンピュータを、始点ノードが終点ノードに対して送信間隔Ｄで送信した複数の訓練パケットを、前記終点ノードが訓練実行時間内に受信し、前記終点ノードが最初に受信した訓練パケット及び最後に受信した訓練パケットから、前記終点ノードが前記複数の訓練パケットを受信するための訓練時間Ｔを推定する推定手段と、前記訓練時間Ｔから訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭを計算する計算手段と、訓練メトリックＴＭの値と前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭの値とを比較して、一方（例えば後者）が他方（例えば前者）よりも大きい場合に、前記訓練メトリックＴＭの値を前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭとし、前記送信間隔Ｄを変更して、前記始点ノードに対して再度前記パケット送信ステップを行わせ、それ以外の場合には前記送信周期を決定する更新手段として機能させることにより、前記始点ノードが前記終点ノードに対してパケットを送信する際に与える送信周期を設定するためのプログラムである。

なお、更新ステップにおいて、更新手段が、訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭの値が現在の訓練メトリックＴＭの値よりも大きい場合に、送信間隔Ｄの値を更新して、再度パケット送信ステップを行わせ、訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭの値が現在の訓練メトリックＴＭの値と等しい又は小さい場合に、終点ノードに対する送信周期を決定するものであってもよい。

また、本願発明を、第５の観点のプログラムを（定常的に）記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として捉えてもよい。

本願の各請求項に係る発明によれば、最初に受信した訓練パケット及び最後に受信した訓練パケットから訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭを計算する。そのため、新たな制御パケットを定義する必要がない。よって、本願発明は、IEEE802.11などの仕様を変更することなく送信周期（IPT送信周期）を設定することができる。すなわち、汎用無線モジュールと既存のドライバにより容易に実装することができる。

本願請求項２に係る発明によれば、推定手段は、終点ノードが、始点ノードが最初及び最後に送信した訓練パケットをそれぞれ受信すべき時刻から訓練時間Ｔを推定する。そのため、通信途中パケットの欠落を考慮して、より精度の高い訓練時間の推定が可能になる。さらに、計算手段は、訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭを、訓練時間Ｔと重複無しに受信した訓練パケットの数Ｎｕｍとの比により計算する。そのため、コアノードから対象スレーブノードまでのエンド・ツー・エンド（End to End）のスループットを評価して、送信周期を設定することが可能になる。

さらに、本願請求項３に係る発明によれば、式(eq1)〜(eq5)により、精度の高い推定が可能になる。さらに、訓練ステップΔを基準として送信間隔を増加させて訓練メトリックの評価を行うことにより、訓練メトリックの値が増加から減少になった時点（又は、減少から増加になった時点）で、パケットの送信周期を決定することが可能になる。

本願発明の実施例に係る無線通信システム１の概要を示すブロック図である。図１の無線通信システム１の処理の概要を示すフロー図である。シミュレーションシナリオ１において構築されるストリングトポロジーの無線バックホールを示す図である。シミュレーションシナリオ２において構築されるツリートポロジーの無線バックホールを示す図である。実機による実験シナリオにおいて構築される無線バックホールを示す図である。発明者らが提案した周期的間欠送信（ＩＰＴ）の概要を示す図である。従来のIPT送信周期設定処理の概要を示す図である。

以下では、図面を参照して、本願発明の実施例について説明する。なお、本願発明は、この実施例に限定されるものではない。

図１は、本願発明の実施例に係る無線通信システムの概要を示すブロック図である。無線通信システム１（本願請求項の「周期的間欠送信システム」の一例）は、幾つかのコアノードと複数のスレーブノードにより構成される。コアノードは、基幹網に接続する。各スレーブノードは、コアノードまで無線マルチホップ中継することにより基幹網に接続する。

無線通信システム１において、スレーブノード５（本願請求項の「終点ノード」の一例）は、コアノード３（本願請求項の「始点ノード」の一例）により基幹網に接続する。その通信経路は、事前の処理により決定されている。この通信経路の決定については、発明者らにより多くの手法が提案されている（特許文献１、非特許文献１など参照）。無線通信システム１では、IPTにより、コアノード３からスレーブノード５へパケットが送信される。すなわち、コアノード３は、スレーブノード５に対し、IPT送信周期（本願請求項の「送信周期」の一例）を与えてパケットを送信する。本実施例では、送信周期決定装置７（本願請求項の「送信周期決定装置」の一例）が、スレーブノード５に対するIPT送信周期を自動的に設定するプロトコルについて説明する。

コアノード３は、送信部１１と、送信周期記憶部１３を備える。送信部１１は、スレーブノード５に対し、Ｎ個の訓練パケット（Training Packet）（本願請求項の「訓練パケット」の一例）を、送信間隔Ｄ（本願請求項の「送信間隔」の一例）で送信する。本実施例では、訓練パケットは、パケット長1450バイトのＬ₂データパケットであるとする。各訓練パケットには、シーケンス番号が与えられている。各訓練パケットは、シーケンス番号により識別される。送信間隔Ｄは、初期値がＤ₀（単位はμ秒）であり、訓練ステップΔ（単位はμ秒）で増加されるものである。送信間隔記憶部１３は、送信間隔Ｄを記憶するものである。

スレーブノード５は、受信部１５と、分析部１７を備える。受信部１５は、訓練実行時間内に、送信部１１が送信した訓練パケットを受信する。訓練実行時間は、予め定められた時間である。例えば、二つのノード間の相互干渉により、訓練パケットの衝突が生じうる。そのため、受信部１５は、訓練実行時間内に、すべての訓練パケットを受信できるとは限らない。また、訓練パケットの再送などにより、同じ訓練パケットを重複して受信する場合もある。そのため、分析部１７は、受信した訓練パケットを分析して、最初に受信した訓練パケットのシーケンス番号と受信時刻（Ｓｅｑ₁，Ｔ₁）、最後に受信した訓練パケットのシーケンス番号と受信時刻（Ｓｅｑ₂，Ｔ₂）及び重複無しに受信した訓練パケットの数Ｎｕｍ（重複して受信された訓練パケットを１つとしてカウントしたもの）を得る。分析部１７は、送信周期決定装置７に対し、レポートパケットにより分析結果を送信する。

送信周期決定装置７は、推定部２１（本願請求項の「推定手段」の一例）と、計算部２３（本願請求項の「推定手段」の一例）と、更新部２５（本願請求項の「更新手段」の一例）と、訓練メトリック記憶部２７を備える。

推定部２１は、最初に受信した訓練パケットのシーケンス番号と受信時刻（Ｓｅｑ₁，Ｔ₁）及び最後に受信した訓練パケットのシーケンス番号と受信時刻（Ｓｅｑ₂，Ｔ₂）から、訓練時間Ｔを推定する。訓練時間Ｔは、Ｎ個の訓練パケットをすべて受信するために必要な時間として推定されるものである。

推定部２１は、まず、式(eq1)より、受信した各訓練パケットの１個あたりの送信時間δを得る。推定部２１は、式(eq2)により、コアノード３から最初に送信されたパケットを受信するはずの時間Ｔ_startを得る。式(eq2)は、δ×（Ｓｅｑ₁−１）より、欠落した最初に送信された部分のパケットの受信予定時間を得て、これをＴ₁から減算することにより、受信時刻Ｔ_startとするものである。同様に、式(eq3)にあるように、コアノードから最後に送信されたパケットを受信するはずの時間Ｔ_endを得る。これは、δ×（Ｎ−Ｓｅｑ₂）により欠落した最後に送信された部分のパケットの受信予定時間を得て、これをＴ2に加算することにより、受信時刻Ｔ_endとするものである。これは、訓練パケットの送信途中に、無線通信路の不安定及びパケットの衝突などによるパケットの欠落が発生することを考慮しているためである。そして、式(eq4)より、訓練時間Ｔを、Ｔ_end−Ｔ_startと推定する。

計算部２３は、式(eq5)により、訓練時間Ｔと重複無しに受信した訓練パケットの数Ｎｕｍとから、訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭを計算する。式(eq5)により、コアノード３からスレーブノード５へのエンド・ツー・エンドのスループットを実質的に評価することができる。そのため、この値を最大化する送信間隔を用いて送信周期を決定することにより、システムのスループットを最大化することができる。

訓練メトリック記憶部２７は、訓練メトリック（Training Metric）ＴＭを記憶するものである。

更新部２５は、訓練メトリック記憶部２７に記憶された現在の訓練メトリックＴＭと、訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭとを比較する。訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭが訓練メトリックＴＭよりも大きい場合、送信間隔記憶部１３に記憶された送信間隔を、Ｄ＋Δに変更し、再度、送信部１１に対し、複数の訓練パケットを送信させる。訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭが訓練メトリックＴＭよりも小さい又は両者が等しい場合には、直前の送信間隔が最もスループットが高いため、コアノード３からスレーブノード５への送信周期をＤ−Δと決定する。

なお、送信周期決定装置７は、コアノード３と一体のものであってもよい。

図２は、無線通信システム１の処理の概要を示すフロー図である。無線通信システム１は、無線バックホールであり、ルートが確定されている（ステップＳＴ１）。続いて、コアノード３の送信部１１は、未処理のスレーブノードを選択する（ステップＳＴ２）。更新部２５は、送信間隔記憶部１３に記憶された送信間隔の初期値を設定する。更新部２５は、訓練メトリック記憶部２７に記憶された訓練メトリックの初期値を設定する（ステップＳＴ３）。

送信部１１は、選択したスレーブノード（図１のスレーブノード５）に対し、シーケンス番号が１，…，ＮのＮ個の訓練パケットを、送信間隔を与えて送信する。スレーブノード５の受信部１５は、訓練パケットを受信する（ステップＳＴ４）。分析部１７は、受信した訓練パケットのシーケンス番号、受信時刻、及び、受信パケットの数を記録する。分析部１７は、スレーブノード５宛の訓練パケットの受信が終了したら、送信周期決定装置７に対して、レポートパケットを送信する（ステップＳＴ５）。レポートパケットには、最初に受信した訓練パケットのシーケンス番号と受信時刻（Ｓｅｑ₁，Ｔ₁）、最後に受信した訓練パケットのシーケンス番号と受信時刻（Ｓｅｑ₂，Ｔ₂）、重複無しに受信した訓練パケットの数Ｎｕｍが含まれている。

推定部２１は、レポートパケットを受信すると、式(eq1)〜(eq4)により訓練時間Ｔを推定する（ステップＳＴ６）。続いて、計算部２３は、式(eq5)により訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭを計算する（ステップＳＴ７）。更新部２５は、訓練メトリック記憶部に記憶された訓練メトリックの値ＴＭと、訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭの値とを比較する（ステップＳＴ８）。Ｎｅｗ＿ＴＭ＞ＴＭの場合は、ステップＳＴ９へ進む。そうでない場合には、ステップＳＴ１０へ進む。

ステップＳＴ９では、更新部２５は、訓練メトリック記憶部２７に対して、Ｎｅｗ＿ＴＭを新たな訓練メトリックとして記憶させる。更新部２５は、送信間隔記憶部１３に対し、Ｄ＋Δを新たなＤとして記憶させる。そして、ステップＳＴ４の処理へ戻る。

ステップＳＴ９では、更新部２５は、スレーブノード５に対する訓練を終了し、（Ｄ−Δ）を当該スレーブノード５のIPT送信周期に設定する。そして、訓練されていないスレーブノードが存在するか否かを判断する（ステップＳＴ１１）。存在するのであれば、ステップＳＴ２の処理へ戻る。存在しないのであれば、処理を終了する。

本実施例において提案されたプロトコルをまとめると、以下のとおりである。このプロトコルは、コアノードが各スレーブノードに訓練パケットを送信し、訓練メトリックが最大になるようにIPT送信周期を設定する。また、このプロトコルでは、無線バックホールのルートが確定した後に実行され、プロトコルの実行中システムのルートは変化しないと仮定するものである。このとき、プロトコルの原理として、無線バックホールにおいて、コアノードと各スレーブノード間のエンド・ツー・エンドのスループットは、IPT送信周期が最適に設定されたとき、最大値に達することが認められる。

無線バックホールにおいて、コアノードをＣ、コアノードＣに属する（すなわち、Ｃを経由して有線網に接続する）スレーブノードを｛Ｓ₁，Ｓ₂，…，Ｓ_n｝とする。コアノードＣは、システムのルートが確定された後、各スレーブノードＳ∈｛Ｓ₁，Ｓ₂，…，Ｓ_n｝に対して、下記のような処理を行う。

(1)コアノードＣは、スレーブノードＳ用に、訓練メトリックＴＭを、ＴＭ＝−１として初期化する。
(2)コアノードＣは、スレーブノードＳに対して、シーケンス番号が１，２，…，Ｎの訓練パケットを送信する。ただし、連続したパケットは送信間隔Ｄを持っていて、その初期値はＤ₀とする。
(3)スレーブノードＳは、自分宛の訓練パケットを受信すると、受信パケットのシーケンス番号、受信時刻、受信パケットの数を記録する。
(4)スレーブノードＳは、自分宛の訓練パケットの受信が終了したら、送信周期決定装置７に対して、最初に受信したパケットのシーケンス番号と受信時刻（Ｓｅｑ₁，Ｔ₁）、最後に受信したパケットのシーケンス番号と受信時刻（Ｓｅｑ₂，Ｔ₂）、重複無しに受信した訓練パケットの数Ｎｕｍを、レポートパケットにより送信する。
(5)送信周期決定装置７は、スレーブノードＳからレポートパケットを受信したら、まず、式(eq1)〜(eq4)により訓練時間Ｔを推定する。そして、式(eq5)により訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭをにより計算する。
(6)もしＮｅｗ＿ＴＭ≦ＴＭであれば、更新部２５は、スレーブノードＳに対する訓練を終了し、（Ｄ−Δ）を当該スレーブノードＳのIPT送信周期に設定し、次のスレーブノードの訓練を開始する。
もしＮｅｗ＿ＴＭ＞ＴＭであれば、更新部２５は、Ｎｅｗ＿ＴＭを新たなＴＭとし、Ｄ＋Δを新たなＤとして、ステップ(2)〜(5)を繰り返す。
(7)コアノードＣは、すべてのＳ∈｛Ｓ₁，Ｓ₂，…，Ｓ_n｝の訓練が完了するまで、ステップ（１）〜（６）を繰り返す。

続いて、提案プロトコルについて、マニュアル的に測定したIPT送信周期と、シミュレーションにより得られたIPT送信周期を比較して評価する。

表１に、シミュレーション時のシミュレータのパラメータの設定を示す。シミュレーションでは、スループットは、式(eq6)により計算する。表１のパラメータで、シナリオ１とシナリオ２の両サイトで無線バックホールを構築し、提案プロトコルを実装する。まず、両シナリオで各スレーブノードのIPT送信周期をマニュアル的に測定し、スループットが最大となるIPT送信周期を探す。次に、提案プロトコルを実行し、各スレーブノードのIPT送信周期を自動的に算出し、マニュアル測定値と比較する。

シミュレーションシナリオ１では、図３に示すようにストリングトポロジーの無線バックホールを構築する。各スレーブノードに対し、エンド・ツー・エンドのスループットを測定する。スループットの測定では、与えられたIPT送信周期により2000個のデータパケットを送信し、式（eq6）により受信側でスループットを計算している。表２に、マニュアルの測定値を示す。表３に、提案プロトコルにより自動的に算出された値を示す。

シミュレーションシナリオ２では、図４に示すようにツリートポロジーの無線バックホールを構築する。各スレーブノードに対し、エンド・ツー・エンドのスループットを測定する。スループットの測定では、与えられたIPT送信周期により2000個のデータパケットを送信し、式（eq6）により受信側でスループットを計算している。表４に、マニュアルの測定値を示す。表５に、提案プロトコルにより自動的に算出された値を示す。

上記の両シナリオにおいて、提案プロトコルにより算出されたIPT送信周期は、マニュアル的に測定した最適なIPT送信周期に合致している。また、提案プロトコルは、訓練パケット数を1000にした場合にも、数十秒程度で完了する。

さらに、実験による評価について説明する。すなわち、提案プロトコルを実機テストベッドに実装し、自動的に算出されたIPT送信周期とマニュアルで測定した値を比較する。

ＰｉｃｏＭｅｓｈＬｕｎｃｈＢｏｘ（ＬＢ）を実機テストベッドとして使用する。表６に、ＬＢの主要諸元を示す。実験シナリオは、図５に示すように、九州大学伊都キャンパスＷ４号館の９階にコアノード１つとスレーブノード６つの無線バックホールを構築する。ルートが確定したら、スレーブノード３、４、５、６に対し、エンド・ツー・エンドのスループットを測定する。なお、スループット測定にはｉＰｅｒｆを使用し、毎回の測定時間は３０秒とする。表７に、マニュアル的に測定したIPT送信周期の値を示す。表８に、提案プロトコルを実装して自動的に算出された値を示す。

表７及び表８より、提案プロトコルにより算出されたIPT送信周期は、マニュアル的に測定した最適な値に合致している。

１無線通信システム、３コアノード、５スレーブノード、７送信周期決定装置、２１推定部、２３計算部、２５更新部

Claims

始点ノードが終点ノードに対して送信周期を与えてパケットを送信する周期的間欠送信システムにおいて、前記送信周期を設定する送信周期決定方法であって、
前記始点ノードが、前記終点ノードに対して、送信間隔Ｄで複数の訓練パケットを送信するパケット送信ステップと、
推定手段が、前記終点ノードが訓練実行時間内に最初に受信した訓練パケット及び最後に受信した訓練パケットから、前記終点ノードが前記複数の訓練パケットを受信するに要した経過時間Ｔを推定する推定ステップと、
計算手段が、訓練時間Ｔから訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭを計算する計算ステップと、
更新手段が、
訓練メトリックＴＭの値と前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭの値とを比較して、後者が前者よりも大きい場合に、前記訓練メトリックＴＭの値を前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭとし、前記送信間隔Ｄを変更して、前記始点ノードに対して再度前記パケット送信ステップを行わせ、
それ以外の場合には前記送信周期を決定する更新ステップを含む送信周期決定方法。
前記推定ステップにおいて、前記推定手段が、前記始点ノードが最初に送信した訓練パケット及び最後に送信した訓練パケットを、それぞれ、前記終点ノードが受信すべき時刻Ｔ_start及びＴ_endを推定し、訓練時間ＴをＴ_end−Ｔ_startとして推定し、
前記計算ステップにおいて、前記計算手段が、前記訓練時間Ｔと、前記終点ノードが重複無しに受信した訓練パケットの数Ｎｕｍとの比により前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭを計算する、請求項１記載の周期決定方法。
前記推定ステップにおいて、前記推定手段が、前記始点ノードから送信された前記訓練パケットの数Ｎ、並びに、前記最初に受信した訓練パケット及び前記最後に受信した訓練パケットが、それぞれ、前記始点ノードから送信された順番Ｓｅｑ₁及びＳｅｑ₂に対して、式(eq4)により前記訓練時間Ｔを推定し、
前記計算ステップにおいて、前記計算手段は、式(eq5)により前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭを計算し、
前記更新ステップにおいて、前記更新手段は、訓練ステップΔに対し、
前記訓練メトリックＴＭの値及び前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭの値の一方が他方よりも大きい場合に、Ｄ＋Δを新たな前記送信間隔として、再度前記パケット送信ステップを行わせ、
前記訓練メトリックＴＭの値及び前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭの値が等しい場合に、前記送信周期をＤ又はＤ−Δと決定し、
それ以外の場合に、前記送信周期をＤ−Δと決定する、請求項２記載の周期決定方法。
始点ノードが終点ノードに対してパケットを送信する際に与える送信周期を設定する送信周期決定装置であって、
前記始点ノードが前記終点ノードに対して送信間隔Ｄで送信した複数の訓練パケットを、前記終点ノードが訓練実行時間内に受信し、前記終点ノードが最初に受信した訓練パケット及び最後に受信した訓練パケットから、前記終点ノードが前記複数の訓練パケットを受信するための訓練時間Ｔを推定する推定手段と、
前記訓練時間Ｔから訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭを計算する計算手段と、
訓練メトリックＴＭの値と前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭの値とを比較して、一方が他方よりも大きい場合に、前記訓練メトリックＴＭの値を前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭとし、前記送信間隔Ｄを変更して、前記始点ノードに対して再度前記パケット送信ステップを行わせ、それ以外の場合には前記送信周期を決定する更新手段を備える送信周期決定装置。
コンピュータを、
始点ノードが終点ノードに対して送信間隔Ｄで送信した複数の訓練パケットを、前記終点ノードが訓練実行時間内に受信し、前記終点ノードが最初に受信した訓練パケット及び最後に受信した訓練パケットから、前記終点ノードが前記複数の訓練パケットを受信するための訓練時間Ｔを推定する推定手段と、
前記訓練時間Ｔから訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭを計算する計算手段と、
訓練メトリックＴＭの値と前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭの値とを比較して、一方が他方よりも大きい場合に、前記訓練メトリックＴＭの値を前記訓練メトリックの候補Ｎｅｗ＿ＴＭとし、前記送信間隔Ｄを変更して、前記始点ノードに対して再度前記パケット送信ステップを行わせ、それ以外の場合には送信周期を決定する更新手段
として機能させることにより、前記始点ノードが前記終点ノードに対してパケットを送信する際に与える送信周期を設定するためのプログラム。