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

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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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