JP6429411B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関するものである。

無線通信システムは、例えば、図１に示す構成であり、
送受信局１０１，１０２，１０３が移動することにより、図示していない基地局またはアクセスポイントがない状況下でも特定のネットワーク(アドホックネットワーク)を構築し、情報を共有する。アドホックネットワークでは、送受信局１０１，１０２，１０３の移動に対応し、移動した位置や回線状況に応じて、通信相手、中継の有無を決めることで、常に通信を維持できるようにしている。

図２は、送受信局１０１，１０２，１０３の無線通信装置の構成の概略を示す図である。
図２において、送受信局１０１，１０２，１０３の無線通信装置２００は、アンテナ２０１と、送信部２０２と、受信部２０３と、物理層処理部２０４と、ＭＡＣ（Media Acc ess Control）層処理部２０５と、ＩＰ（Internet Protocol）層処理部２０６とを備えている。
また、無線IP通信装置２００は、ルーター２１０と電気的に接続されている。

送信データの流れとしては、無線通信装置２００がＰＣ（Personal Computer）などの端末から出力された送信データの仲介を行う。
ルーター２１０から出力されたＩＰパケットは、無線通信装置２００に入力され、ＩＰ層処理部２０６にてルーティングされる。ルーティングされた結果、他の送受信局宛の場合、ＭＡＣ層処理部２０５でＩＰパケットからＭＡＣフレームが生成される。また、同時にＭＡＣ層処理部２０５では、自律分散制御により無線チャネルを取得する。
無線通信装置２００は、無線チャネルが取得できた場合、ＭＡＣフレーム情報を物理層処理部２０４にて変調され、送信部２０２を介してアンテナ２０１から送信される。

一方、受信データの流れとしては、アンテナ２０１から受信部２０３を介して受信した信号を物理層処理部２０４にて復調され、ＭＡＣフレーム情報としてＭＡＣ層処理部２０５に入力される。ＭＡＣ層処理部２０５では宛先やフレームエラーをチェックし、更に自分の応答順位であるか確認し、自身の応答順位の場合には、先の受信したＭＡＣフレームに対する応答フレームを生成し、返信すると同時にＩＰパケットをＩＰ層処理部２０６へ渡す出力する。ＩＰ層処理部２０６では、ルーティング情報をみてデータを破棄するか、ルーター２１０へ出力するかを判断する。

図３は、無線通信システムの動作を説明するためのタイミングチャートである。
なお、図３では、伝播遅延速度がシンボル速度と同程度とした場合であり、送受信局（ノード）の数が３局である。
予め、アドレスコードは設定しておく。
アドレスコードは、アドレスコード情報として、無線通信装置２００のＩＰ層処理部２０６及び、ＭＡＣ層処理部２０５に設定される。
設定されたアドレスコード情報は、アドレスコードをキーにして、加入局数、応答番号をプリアサインテーブルとして記憶される。

ノードＡ，Ｂ，Ｃは、応答を要求された場合の応答順序が決められている。図３では応答順位（１）が優先順位最上位であり、応答順位（３）が最下位である。同一の通信系内では異なるノードが同じ応答順序を持つことはない。
図３は、ノードＡからキャリアセンス実施（固定の待ち時間）後、経路情報＋データの送信が開始された場合を示している。

ノードＡから「経路情報＋データ（音声や画像などの情報を表すデータ）」の送信がなされると、受信可能な各ノードはノードＡが送信した「経路情報＋データ」の受信を行う。
なお、他ノードの返信も該ノードにおいて「経路情報＋データ」の受信が完了することが前提となる。
この「経路情報＋データ」の受信を行った各ノードのうち、まず応答順序（１）のノードＢが「経路情報＋データ」の受信を完了すると「経路情報＋ＡＣＫ」を返信する。このノードＢの「経路情報＋ＡＣＫ」を受けて、ノードＢよりも下位の応答順序を持つものの内、最上位の（すなわち、次の順序の）ノードＡが「経路情報＋ＡＣＫ」を送信する。
ここで、ノードＡは最初に「経路情報＋データ」を送信した送信元である。しかし、応答順序がより下位のノードに「経路情報＋ＡＣＫ」を送信することを促すと共に送信元であっても経路を維持するために「経路情報＋ＡＣＫ」を送信する。

以下同様に、応答順序が直近上位のノードの「経路情報＋ＡＣＫ」を受信したら、各ノードは「経路情報＋ＡＣＫ」を送信する。
応答順序が自局か否かの判断は、最初に「経路情報＋データ」を送信したノードＡの経路情報に含まれる受信端末の応答順位を関連付けする情報から自身応答順位を判断し、受信した応答の数を通信制御部でカウントアップした数または、ＡＣＫが含まれる送信元の応答順序を示す情報が自身の応答順位と一致するかで行う。

応答順序最下位のノードＣからの応答の受信が終了すると、送信元であるノードＡが通信の終了を示すために、経路情報＋終了を送信する。この際、ＡＣＫに含まれる応答順位を調べることで優先順位最下位の送受信局からの送信か、受信した回数が加入局数（この場合は３）と一致するかで終了するしないを判断する。以上が基本動作となる。

プリアサイン方式は、制約条件として、1ホップ内、すなわち、直接通信が可能なノードのみが、利用可能な方式である。つまり、プリアサインのグループに登録されていても、例えば、図４に示すように、ノードＡとノードＣは直接通信をすることができず、中継が必要な場合には、プリアサイン方式を行うことはできない。ノードＡとノードＣのデータ送信及び応答は、お互いに届かないことになる。

先行技術文献としては、例えば、特許文献１に、アドホックルーティングプロトコルによる無線ネットワークのＩＰアドレスとＭＡＣアドレスの対応を効率的に特定する技術が開示されている。

特開２０１３−１１０５２１号公報

前述の従来技術においては、直接通信が可能な場合のみプリアサイン通信が可能なこと、また、アドホックネットワークに所属する無線装置全てが同一のアドレスコード情報を管理者等が設定、保持しておくことが制約となっている。同アドレスコードで、加入局数、応答番号が異なる場合は、通信不可となる。
また、通信対象者の参加、離脱が著しいアドホックネットワークにおいては、直接通信可能かどうかの判断をしながら、上記制約を守りつつ、もっとも効率の良いアドレスコード情報を管理者が設定、保持することは難しい。

そこで、本発明はアドホックネットワークを構築する際に、遅延が最小となるアドレスコード情報を容易に生成することを目的とする。

本発明の無線通信システムは、信号処理部／送信部と、ＭＡＣ層処理部と、ＩＰ層処理部を有する複数の通信装置が送受信を行う無線通信システムであって、ＩＰ層処理部はアドホックネットワーク処理部と、アドレス情報管理部と、中継情報記憶部と、ＡＲＰ情報記憶部を有し、ＡＲＰ情報記憶部は、アダプティブアドレスコード情報テーブルを記憶し、中継情報記憶部は中継情報テーブルを記憶していることを特徴とする。

また、本発明の無線通信システムは、上述の無線通信システムであって、中継の通信装置は送信側のアドレスコードを送信先のアドレスコードに変換することを特徴とする。

さらに、本発明の無線通信システムは、上述の無線通信システムであって、アダプティブアドレスコード情報テーブルはアドレスコードと参加数と応答番号と複数のＩＰアドレスを有し、中継情報テーブルは宛先と中継先と中継数を有していることを特徴とする。

本発明によれば、アドホックネットワークを構築する際に、遅延が最小となるアドレスコード情報を生成することができる。

無線通信システムの概念を示す図である。 無線通信装置の構成の概略を示す図である。 無線通信システムの動作を説明するためのタイミングチャートである。 無線通信システムにおける中継の概念を示す図である。 本発明の一実施例に係る無線通信システムにおいて、アドホックネットワーク情報を送信する場合の概念を示す図である。 無線通信システムにおけるアドホックネットワーク構築時のＩＰアドレスを説明するための図である。 本発明の一実施例に係る無線通信システムにおいて、アドホックネットワーク構築時のアダプティブアドレスコード情報を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る無線通信システムにおいて、アドホックネットワーク構築時の ＡＲＰ情報更新を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る無線通信システムにおいて、アドホックネットワーク構築時の中継判定を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る無線通信システムにおいて、アダプティブアドレスコードを使用した中継通信を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
図４は無線通信システムにおける中継の概念を示す図である。
図４において、通信装置Ａ４１０が、通信装置Ｃ４３０と直接通信ができず、通信装置Ｂ４２０を中継することにより、通信した場合である。
まず、通信装置Ａ４１０は通信装置Ｂ４２０とアドホックネットワーク情報を交換する。同時に、通信装置Ｃ４３０は、同じく通信装置Ｂ４２０とアドホックネットワーク情報を交換する。
メッセージは、全配信（ブロードキャスト）での配信が必要となるため、ＡＣＫ通信が不要となるコード、例えば、アドレスコード「０」でＩＰ層処理部２０６がＭＡＣ層処理部２０５に指示し、無線送信する。

上記で、情報交換が成功した場合、通信装置Ａ４１０は、通信装置Ｂ４２０への中継にて通信装置Ｃ４３０と通信可能となる。この際、通信装置Ａ４１０および通信装置Ｃ４３０，通信装置Ｂ４２０は同じネットワークに参加することになるため、図６に示すように、同じネットワーク内で一意なＩＰアドレスを持つ。

図６は無線通信システムにおけるアドホックネットワーク構築時のＩＰアドレスを説明するための図である。
ＩＰアドレスは、例えば、最終番号の組み合わせにより、ＩＰ層処理部２０６がアドレスコードを決定する。一意なＩＰアドレスを組み合わせ使用することにより、これらから生成されるアドレスコードもまた、アドホックネットワーク上で一意なものとなる。
ここで生成されるアドレスコードの参加数は「２」とし、応答順はＩＰアドレスの昇順で決まるものとする。この情報をアダプティブアドレスコード情報と定義する。
アダプティブアドレスコードはＭＡＣ処理部２０５にも設定する。

次に、本発明の一実施例である無線通信システムの動作について図７と図８を用いて説明する。
図７は、本発明の一実施例に係る無線通信システムにおいて、アドホックネットワーク構築時のアダプティブアドレスコード情報を説明するための図である。
図８は、本発明の一実施例に係る無線通信システムにおいて、アドホックネットワーク構築時の ＡＲＰ情報更新を説明するための図である。
図８において、ＡＲＰ情報記憶部８２６は、図７のアダプティブアドレスコード情報テーブルを記憶している。
ＩＰ層処理部５１３，８２３がアドホックネットワーク情報を交換する際は、通信装置のＭＡＣアドレス、ＩＰアドレスを付与して交換する。これを利用し、ＩＰ層処理部５１３，８２３はアドホックネットワーク情報を受信時に、ＭＡＣアドレスとＩＰアドレスの組み合わせを持つＡＲＰ(Address Resolution Protocol)情報も更新する。
ここまでがＰＣ等の端末がＩＰパケットを送信するまでに行う事前処理である。

次に、ＰＣ等の端末からＩＰパケットを通信装置に入力された際の処理を説明する。
ＰＣ等の端末から通信装置にＩＰパケットを入力された際、通信装置内のＩＰ層処理部５１３，８２３はアドホックネットワーク上で交換した情報から、中継の有無を判定する。中継の判定を図９に示す。

図９は、本発明の一実施例に係る無線通信システムにおいて、アドホックネットワーク構築時の中継判定を説明するための図である。
中継の判定にはアドホックネットワーク情報の内容で、無線区間の接続情報（以降、リンク情報と称する)を使用する。本一実施例では、宛先となる通信装置Ｃ４３０に対して通信装置Ｂ４２０が接続されていることが分かるため、通信装置Ａ４１０は通信装置Ｂ４２０を中継先に指定する。

ＭＡＣ層処理部へＩＰパケットを出力する際は、中継者がいない場合には宛先へのＭＡＣアドレスを設定し、中継者がいる場合には、中継者のＭＡＣアドレスを設定する。この時、ＡＲＰ情報から先記ＭＡＣアドレスに該当するＩＰアドレスを抽出する。抽出したＩＰアドレスと自通信装置のＩＰアドレスを検索キーとし、アダプティブアドレスコード情報から合致するアドレスコードを抽出、ＭＡＣ層処理部にＩＰパケットを入力する際に、上記アドレスコードを付与する。
ＭＡＣ層処理部は付与されたアドレスコードとＩＰパケットを基に、ＭＡＣフレームを生成し、物理層処理部に出力し、無線送信する。

受信側通信装置も同様に、アダプティブアドレスコード情報を保有しているため、 上記ＭＡＣフレームを受信した際には、自通信装置宛情報と判断し、ＡＣＫを送信側に送信先に送信後、ＩＰ層処理部に送信する。
本事例の場合を図１０に示す。

図１０は、本発明の一実施例に係る無線通信システムにおいて、アダプティブアドレスコードを使用した中継通信を説明するための図である。
図１０において、ＡＲＰ情報記憶部８２６，１０１６には、図７のアダプティブアドレスコード情報テーブルを記憶している。
中継情報記憶部１０１７，１０２７には、図９の中継情報テーブルを記憶している。
通信装置Ａ４１０は、図７で示したアダプティブアドレスコード情報と図９で示した中継情報を使用する。中継情報において、端末＃２へのＩＰパケットを送るためには中継先が通信装置Ｂ４２０であることがわかる。
そのため、通信装置Ａ４１０は、通信装置Ｂ４２０との間で構築したアダプティブアドレスコード情報（アドレスコード「０ｘ０１０２」）を選択し、ＭＡＣ層処理部５１２に出力し、ＭＡＣフレームを無線送信する。

無線を受信した通信装置Ｂ４２０は、同様にアダプティブアドレスコード情報と中継情報を参照し、端末＃２へのデータを送るために、通信装置Ｃ４３０に対してＩＰパケットを送信する。
その際、通信装置Ｂ４２０は、通信装置Ｃ４３０との間で構築したアダプティブアドレスコード情報（アドレスコード「０ｘ０２０３」）を選択し、ＭＡＣ層処理部５２２に出力し、ＭＡＣフレームを無線送信し、通信装置Ｃ４３０で受信する。
以上により、最適なアドレスコード情報の構築と通信時のアドレスコードの選択を行う。

本発明の実施形態である無線通信システムは、アドホックネットワークを構築する際に、遅延が最小となるアドレスコード情報を生成することができる。

以上本発明について詳細に説明したように、本発明は、無線通信システムに有用であり利用可能である。
また、本発明は、ここに記載された無線通信システムに限定されるものではなく、上記以外の無線通信システムに広く適用することができることは言うまでもない。
この出願は、２０１４年１２月３日に出願された日本出願特願２０１４−２４４８９６を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。

１０１，１０２，１０３：送受信局、２００：無線通信装置、２０１：アンテナ、２０２：送信部、２０３：受信部、２０４：物理層処理部、２０５，５１２，５２２：ＭＡＣ層処理部、２０６，５１３，５２３，１０１３，１０２３，１０３３：ＩＰ層処理部、２１０：ルーター、４１０：通信装置Ａ、４２０：通信装置Ｂ、４３０：通信装置Ｃ、５１１，５２１：信号処理部／送信部、５１４，５２３，１０３４：アドホックネットワーク処理部、５１５，５２５，１０３５：アドレスコード情報管理部、８２６，１０１６：ＡＲＰ情報記憶部、１０１７，１０２７：中継情報記憶部。

Claims (2)

1. 信号処理部／送信部と、ＭＡＣ層処理部と、ＩＰ層処理部を有する複数の通信装置が送受信を行う無線通信システムにおいて、
   前記ＩＰ層処理部は、アドホックネットワーク処理部と、アドレス情報管理部と、中継情報記憶部と、ＡＲＰ情報記憶部を有し、
   前記ＡＲＰ情報記憶部は、アダプティブアドレスコード情報テーブルを記憶し、
   前記中継情報記憶部は、中継情報テーブルを記憶し、
   前記アダプティブアドレスコード情報テーブルは、アドレスコードと、参加局数と、応答番号と、複数のＩＰアドレスを有し、
   前記中継情報テーブルは、宛先と、中継先と、中継局数を有し、
   前記アドホックネットワーク処理部によりネットワークを構築する際に、前記複数のＩＰアドレスの各々は、所定の組み合わせによりアドレスコードを決定し、
   前記複数のＩＰアドレスのアドレスコードによる所定の順序で決定された情報をアダプティブアドレスコード情報として設定することで、遅延が最小となるアドレスコード情報を生成し、生成したアドレスコード情報を用いて通信を行うことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   中継の通信装置は、送信側のアドレスコードを送信先のアドレスコードに変換することを特徴とする無線通信システム。

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