JP6585807B2 - 中継装置、通信システム及び中継方法 - Google Patents

Description

本発明は、中継装置、通信システム及び中継方法に関する。

従来、通信サービスにおいて送信されるデータの遅延ゆらぎ（ジッタ）を低減して、サービス品質を向上させることが行われている。例えば、特許文献１には、非周期通信区間で発生したパケット送信が、次の周期通信区間までに終了するようにガードバンドを設けることが開示されている。

特開２００９−８９３５２号公報

特許文献１に記載の技術では、ジッタを低減することができるものの、状況によっては、通信を行うアプリケーションが要求する許容遅延時間よりも通信が遅延するおそれがあるという問題がある。すなわち、特許文献１に記載の技術では、ガードバンドを設けたことによって、アプリケーションが通信を開始可能となるまでに、許容遅延時間を超えるおそれがある。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、データ送信の遅延時間を低減するとともにジッタを低減することができる中継装置、通信システム及び中継方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る中継装置は、第１通信端末に対して所定データを送信する第２通信端末との通信を中継する中継装置であって、前記所定データが発生すると予想される時間を示す送信見込み開始タイミングよりも前に、前記第２通信端末の上り帯域の割当て要求に係る処理を行う要求部と、前記要求部が前記上り帯域の割当て要求に係る処理を行う前に、前記第２通信端末から前記第１通信端末への前記所定データの送信に要する送信時間が、予め定められた第１許容遅延時間内になるように第１待ち時間を算出し、当該第１待ち時間に基づいて前記要求部に前記割当て要求を待機させる上り待機部と、を備える。
前記上り待機部は、前記要求部が前記上り帯域の割当て要求に係る処理を行う前に、前記上り帯域の割当てにかかる処理時間、前記第２通信端末から前記中継装置への前記所定データの送信に要する送信時間、及び前記中継装置から前記第１通信端末への前記所定データの送信に要する送信時間の少なくともいずれかに基づいて、前記第１待ち時間を算出してもよい。

前記第１通信端末は、前記第２通信端末に対して制御データを送信し、前記中継装置は、第１通信ネットワークを介して前記第１通信端末と通信を行うとともに、第２通信ネットワークを介して前記第２通信端末と通信を行い、前記中継装置は、前記第２通信ネットワークにおける帯域を、所定期間にわたって前記第２通信端末の下り帯域として占有する帯域占有部と、前記帯域占有部が、前記帯域を占有する前に、前記第１通信端末から前記第２通信端末への前記制御データの送信に要する送信時間が、予め定められた第２許容遅延時間内になるように第２待ち時間を算出し、当該第２待ち時間に基づいて前記帯域占有部に前記帯域の占有を待機させる下り待機部とを備えてもよい。
前記下り待機部は、前記帯域占有部が前記帯域を占有する前に、前記第１通信端末から前記中継装置への前記制御データの送信に要する送信時間、及び前記中継装置から前記第２通信端末への前記制御データの送信に要する送信時間の少なくともいずれかに基づいて、前記第２待ち時間を算出してもよい。

前記帯域占有部は、前記第２通信ネットワークを介して通信を行う他の通信端末に、当該他の通信端末が信号の送信を待機する待機時間よりも短い間隔で、当該他の通信端末とは異なる端末とのデータ通信中であることを示す信号を送信してもよい。

前記帯域占有部は、前記所定データが送信される周期に基づいて、前記第２通信ネットワークにおける帯域を、前記第２通信端末の下り帯域として占有してもよい。
前記中継装置は、前記第１通信端末から前記制御データを受信した後、前記第２通信ネットワークにおける通信において行われている待機を行わずに当該制御データを前記第２通信端末に送信する下り送信部を備えてもよい。

前記要求部は、前記送信見込み開始タイミングに前記所定データが発生した場合における、前記上り帯域の割当てにかかる時間を、前記上り帯域の割当てにかかる処理時間として推定する推定部を有してもよい。

前記要求部は、前記上り帯域の割当てを行う際に参照する、前記上り帯域のチャネル品質を推定するためのサウンディング参照信号を、信号品質を悪化させて送信する品質調整部を有してもよい。

本発明の第２の態様に係る通信システムは、第１通信端末と、第２通信端末と、前記第１通信端末と前記第２通信端末との通信を中継する中継装置とを備える通信システムであって、前記第２通信端末は、前記第１通信端末に送信する所定データを前記中継装置に送信し、前記中継装置は、前記所定データが発生すると予想される時間を示す送信見込み開始タイミングよりも前に、前記第２通信端末の上り帯域の割当て要求に係る処理を行う要求部と、前記要求部が前記上り帯域の割当て要求に係る処理を行う前に、前記第２通信端末から前記第１通信端末への前記所定データの送信に要する送信時間が、予め定められた第１許容遅延時間内になるように待ち時間を算出し、当該待ち時間に基づいて前記要求部に前記割当て要求を待機させる上り待機部と、前記上り帯域が割当てられたことに応じて、前記所定データを前記第１通信端末に送信する送信部とを有し、前記第１通信端末は、前記中継装置から送信された前記所定データを受信する。

本発明の第３の態様に係る中継方法は、コンピュータが、第１通信端末に対して所定データを送信する第２通信端末との通信を中継する中継方法であって、前記コンピュータが、前記所定データが発生すると予想される時間を示す送信見込み開始タイミングよりも前に、前記第２通信端末の上り帯域の割当て要求に係る処理を行うステップと、前記コンピュータが、前記上り帯域の割当て要求に係る処理を行う前に、前記第２通信端末から前記第１通信端末への前記所定データの送信に要する送信時間が、予め定められた第１許容遅延時間内になるように待ち時間を算出し、当該待ち時間に基づいて前記割当て要求を待機するステップと、を備える。

本発明によれば、データ送信の遅延時間を低減するとともにジッタを低減することができるという効果を奏する。

本実施形態に係る通信システムの構成を示す図である。 本実施形態に係る中継装置の構成を示す図である。 本実施形態に係る上り帯域の割当て要求に係る処理の流れを示すシーケンスである。 中継装置の無線環境と、スケジューリング時間の実測値と、複数の予測式のそれぞれを用いて算出したスケジューリング時間の予測値との対応関係を示す図である。 待ち時間の算出方法を説明する図である。

［通信システムＳの構成］
図１は、本実施形態に係る通信システムＳの構成を示す図である。
通信システムＳは、第１通信端末１と、基地局２と、中継装置３と、第２通信端末４とを備える。

通信システムＳは、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）に従って無線通信が行われる第１無線通信システムＳ１と、無線ＬＡＮに従って無線通信が行われる第２無線通信システムＳ２とを有している。

第１無線通信システムＳ１において、第１通信端末１は、ＬＴＥ無線基地局（eNB）である基地局２を介して、中継装置３との無線通信を行う。なお、第１無線通信システムＳ１では、第１通信端末１とは異なる他の通信端末も、基地局２を介して無線通信を行うものとする。以下の説明において、第１無線通信システムＳ１に対応する通信ネットワークを第１通信ネットワークという。

第２無線通信システムＳ２において、中継装置３はアクセスポイントとして機能し、第２通信端末４と無線通信を行う。なお、第２無線通信システムＳ２では、第２通信端末４とは異なる他の通信端末も、中継装置３と無線通信を行うものとする。以下の説明において、第２無線通信システムＳ２に対応する通信ネットワークを第２通信ネットワークという。

通信システムＳは、第１無線通信システムＳ１による通信が困難であるとともに第２無線通信システムＳ２による通信が可能な環境（例えば、家の軒下、火山地帯、災害現場等）に位置しているロボットを、第１無線通信システムＳ１による通信が可能な環境に位置している操作者が操作を行うためのシステムである。

第１通信端末１は、ロボットを操作するコントローラに搭載されており、第２通信端末４は、ロボット等に搭載されている。
第２通信端末４は、ロボットに搭載されているカメラが所定のフレームレートで撮影した、ロボットの周囲を示す画像データ（所定データ）を、中継装置３及び基地局２を介して第１通信端末１に送信する。

第１通信端末１は、中継装置３及び基地局２を介して第２通信端末４から受信した画像データをコントローラに提供する。コントローラは表示部を有しており、取得した画像データに対応する画像を表示させる。操作者は、コントローラの表示部に表示された、ロボットが撮影した画像を確認しながら、コントローラを操作する。第１通信端末１は、操作者がコントローラを操作したことに応じて、基地局２及び中継装置３を介して、ロボットを操作するための操作コマンド（制御データ）を第２通信端末４に送信する。

ここで、例えば、第１無線通信システムＳ１における通信又は第２無線通信システムＳ２における通信が輻輳状態である場合、第１通信端末１と第２通信端末４との通信が遅延したり、ジッタが発生したりする。ロボットを遠隔操作している場合には、通信の遅延や、ジッタの発生は、操作性を著しく悪化させる。

このため、中継装置３は、第２通信端末４から第１通信端末１への通信を行う場合に、画像データが発生すると予想される時間を示す送信見込み開始タイミングよりも前に、基地局２に対して、第２通信端末４から第１通信端末１に対して行われる通信である上り通信の帯域（上り帯域）の割当てを行うことで、通信の遅延を抑制する。さらに、中継装置３は、上り帯域の要求時に、第２通信端末４から第１通信端末１への画像データの送信時間が、予め定められた許容時間内で一定になるように待ち時間を算出し、当該待ち時間に基づいて上り帯域の要求を待機することにより、画像データの送信時のジッタを低減させる。

また、中継装置３は、第１通信端末１から第２通信端末４に対する通信（下り通信）を行う場合に、第２通信ネットワークにおける帯域を所定期間にわたって第２通信端末４の下り帯域として占有することで、通信の遅延を抑制する。さらに、中継装置３は、下り帯域を占有する前に、第１通信端末１から第２通信端末４への操作コマンドの送信時間が、予め定められた許容時間内で一定になるように待ち時間を算出し、当該待ち時間に基づいて待機させることにより、操作コマンドの送信時のジッタを低減させる。なお、下り帯域は、第１通信端末１から第２通信端末４に対する通信（下り通信）に対応する帯域である。
続いて、中継装置３の構成について説明する。

［中継装置３の構成］
図２は、本実施形態に係る中継装置３の構成を示す図である。中継装置３は、第１通信部３１と、第２通信部３２と、記憶部３３と、制御部３４とを備える。

第１通信部３１は、基地局２に各種情報を送信する。第１通信部３１は、制御部３４から出力された信号を変調してＲＦ（Radio Frequency）信号を生成し、アンテナ（不図示）を介して当該ＲＦ信号を基地局２に無線送信する。第１通信部３１は、制御部３４の制御に応じて、サウンディング参照信号を基地局２に送信する。サウンディング参照信号は、基地局２において第２通信端末４の上り帯域の割当てを行う際に参照する、上り帯域のチャネル品質を推定するための信号である。

また、第１通信部３１は、アンテナを介して基地局２から受信したＲＦ信号を復調し、復調により得られた信号を制御部３４に出力する。
以下の説明において、制御部３４は、第１通信部３１を介して基地局２と無線通信を行うものとする。

第２通信部３２は、第２通信端末４に各種情報を送信する。第２通信部３２は、制御部３４から出力された信号を変調してＲＦ信号を生成し、アンテナ（不図示）を介して当該ＲＦ信号を第２通信端末４に無線送信する。
また、第２通信部３２は、アンテナを介して第２通信端末４から受信したＲＦ信号を復調し、復調により得られた信号を制御部３４に出力する。
以下の説明において、制御部３４は、第２通信部３２を介して第２通信端末４と無線通信を行うものとする。

記憶部３３は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスク等である。記憶部３３は、中継装置３を機能させるための各種プログラムを記憶する。記憶部３３は、中継装置３の制御部３４を、要求部３４０、上り待機部３４５、上り送信部３４６、帯域占有部３４７、下り待機部３４８、及び下り送信部３４９として機能させる通信プログラムを記憶する。記憶部３３は、外部メモリ等の記憶媒体に記憶されたプログラムを読み取って記憶してもよく、基地局２を介して外部機器からダウンロードされたプログラムを記憶してもよい。

制御部３４は、例えば、ＣＰＵである。制御部３４は、記憶部３３に記憶されている各種プログラムを実行することにより、中継装置３に係る機能を制御する。制御部３４は、要求部３４０と、上り待機部３４５と、上り送信部３４６と、帯域占有部３４７と、下り待機部３４８と、下り送信部３４９とを備える。

［上り帯域の割当て要求］
要求部３４０は、解析部３４１と、推定部３４２と、割当要求部３４３と、品質調整部３４４とを備える。要求部３４０は、解析部３４１、推定部３４２、割当要求部３４３を機能させることにより、基地局２を介して第１通信端末１に送信する画像データが発生すると予想される時間を示す送信見込み開始タイミングとしての送信見込み開始時刻、及び当該画像データのデータ量を示す送信見込みデータ量に基づいて、送信見込み開始時刻よりも前に、基地局２に対して、第２通信端末４の上り帯域の割当て要求を行う。ここで、送信見込み開始タイミングは、中継装置３が、第２通信端末４から送信された画像データの受信が完了すると見込まれる時刻である。

上り待機部３４５は、要求部３４０が基地局２に対して上り帯域の割当て要求を行う前に、基地局２が上り帯域の割当てにかかる内部処理時間としてのスケジューリング時間、第２通信端末４から中継装置３への画像データの送信に要する送信時間、及び中継装置３から第１通信端末１への画像データの送信に要する送信時間に基づいて、第２通信端末４から第１通信端末１への画像データの送信に要する送信時間が、予め定められた第１許容遅延時間内で一定となるように待ち時間を算出し、当該待ち時間に基づいて要求部３４０に割り当て要求を待機させる。

以下に、第２通信端末４の上り帯域の割当て要求に係る処理について、シーケンス図を用いながら説明を行う。図３は、本実施形態に係る上り帯域の割当て要求に係る処理の流れを示すシーケンスである。

解析部３４１は、送信見込み開始時刻と送信見込みデータ量とを算出する（Ｓ１０）。具体的には、解析部３４１は、中継装置３が第２通信端末４から過去に受信した画像データの周期を解析し、第１通信端末１に送信する画像データが発生すると予想される時刻を示す送信見込み開始時刻を算出する。また、解析部３４１は、中継装置３が第２通信端末４から過去に受信した画像データのデータ量に基づいて、第１通信端末１に送信する画像データのデータ量を示す送信見込みデータ量を算出する。

また、解析部３４１は、中継装置３が第２通信端末４から過去に画像データを受信したときの、画像データの受信に要した時間に基づいて、第２通信端末４から中継装置３への画像データの送信に要する送信時間を算出する。以下の説明において、第２通信端末４から中継装置３への画像データの送信に要する送信時間を第１送信時間という。

また、解析部３４１は、中継装置３が第１通信端末１に過去に画像データを送信したときの、画像データの送信に要した時間に基づいて、中継装置３から第１通信端末１への画像データの送信に要する送信時間を算出する。以下の説明において、中継装置３から第１通信端末１への画像データの送信に要する送信時間を第２送信時間という。

推定部３４２は、解析部３４１が送信見込み開始時刻と送信見込みデータ量とを算出すると、当該送信見込み開始時刻に送信見込みデータ量の画像データが発生した場合における、基地局２が第２通信端末４の上り帯域の割当てにかかる時間を示すスケジューリング時間を推定する（Ｓ２０）。

具体的には、推定部３４２は、過去のスケジューリング時間の時系列データに基づいてスケジューリング時間を算出する予測式を用いて、スケジューリング時間を推定する。ここで、記憶部３３は、複数の予測式として、例えば、ＡＲモデル（Auto-Regressive model）、ＭＡモデル（Moving Average model）、ＡＲＭＡモデル（Auto-Regressive Moving Average model）、指数平滑法、ブラウン法等に基づいた予測式を記憶する。

予測式の具体例として、ＡＲモデルに対応する予測式について説明する。以下に示す式（１）は、ＡＲモデルに対応する予測式を示す。

式（１）において、左辺の値は、送信見込み開始時刻に対応する時刻ｔ＋１におけるスケジューリング時間の予測値を示す。Ｘ_ｔは、時刻ｔにおける実際のスケジューリング時間の値を示す。ａ_０、ａ_１・・・ａ_ｐは、回帰式の係数を示す。ｂは予測誤差を示す。ｐは次数を示し、ｐの値は予めパラメータとして決定される。ａ_０、ａ_１・・・ａ_ｐは、過去のスケジューリング時間を用いて算出することができる。例えば、ａ_０、ａ_１・・・ａ_ｐは、最小二乗法を用いることによって算出することができる。

推定部３４２は、記憶部３３に記憶されている複数の予測式から中継装置３の無線環境に適した予測式を選択し、当該予測式に基づいてスケジューリング時間を算出する。例えば、推定部３４２は、中継装置３が基地局２から受信した信号の電力（受信電力）を特定する。なお、推定部３４２は、受信電力の他に、中継装置３の送信電力、及びＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）等に基づいて、中継装置３の無線環境がどのような環境であるかを特定してもよい。

図４は、中継装置３の無線環境と、スケジューリング時間の実測値と、複数の予測式のそれぞれを用いて算出したスケジューリング時間の予測値との対応関係を示す図である。記憶部３３には、図４に示すように、推定部３４２が過去に特定した中継装置３の受信電力と、スケジューリング時間の実測値と、複数の予測式のそれぞれを用いて算出したスケジューリング時間の予測値と、当該実測値と各予測値との差分とが関連付けて記憶されている。

推定部３４２は、例えば、図４に示す情報を参照し、特定した受信電力に近い受信電力において、実測値と予測値との差分が最も小さい予測式を選択する。そして、推定部３４２は、選択した予測式に基づいてスケジューリング時間を推定する。なお、推定部３４２は、特定した電力と同じ受信電力のデータが複数存在している場合には、実測値と予測値との差分の合計値が一番小さい予測式を選択してもよい。

上り待機部３４５は、現在時刻から、上り帯域の割当ての要求を行うまでの待ち時間を算出する（Ｓ３０）。ここで、現在時刻は、待ち時間の算出を開始する時刻である。
具体的には、上り待機部３４５は、推定部３４２が推定したスケジューリング時間と、解析部３４１が算出した送信見込み開始時刻と、解析部３４１が算出した第１送信時間と、解析部３４１が算出した第２送信時間とに基づいて、要求部３４０に、上り帯域の割当て要求を待機させる時間である待ち時間を算出する。

図５は、待ち時間の算出方法を説明する図である。図５（ａ）は、中継装置３が画像データを受信する時刻に合わせて待ち時間Ｗを設定する例を示す図である。
現在時刻をｔｎ、送信見込み開始時刻をｔｓ、スケジューリング時間をＳＴとすると、待ち時間Ｗは以下の式（２）で示される。
Ｗ＝（ｔｓ−ｔｎ）−ＳＴ・・・（２）

式（２）に示されるように待ち時間Ｗを設定した場合、第１送信時間ＷＵ、第２送信時間ＤＵ、スケジューリング時間ＳＴの変動により、第２通信端末４から第１通信端末１に画像データが送信される時間も変動し、ジッタが発生する。

そこで、本実施形態の上り待機部３４５は、中継装置３が第２通信端末４から画像データを受信した時刻（送信見込み開始時刻ｔｓ）と、中継装置３が第１通信端末１に当該画像データを送信する時刻との間にバッファ時間ＷＡを設けることにより、ジッタを一定にする。具体的には、上り待機部３４５は、第２通信端末４から第１通信端末１への画像データの送信に要する時間が、第１許容遅延時間以内の一定の送信時間ＴＵとなるように待ち時間Ｗ１を設定する。ここで、送信時間ＴＵは、例えば、第１許容遅延時間よりも所定割合短い時間である。

図５（ｂ）は、待ち時間Ｗ１を設定する例を示す図である。バッファ時間ＷＡは、以下の式（３）で示される。
ＷＡ＝ＴＵ−（ＷＵ＋ＤＵ）・・・（３）

待ち時間Ｗ１は、以下の式（４）に示されるように、式（２）で算出した待ち時間Ｗに、バッファ時間ＷＡを加算することにより求められる。
Ｗ１＝Ｗ＋ＷＡ＝（ｔｓ−ｔｎ）＋ＴＵ−（ＳＴ＋ＷＵ＋ＤＵ）・・・（４）

上り待機部３４５は、現在時刻から、算出した待ち時間Ｗ１が経過するまで、要求部３４０による上り帯域の割当て要求を待機させる（Ｓ４０）。
割当要求部３４３は、現在時刻から、上り待機部３４５が算出した待ち時間Ｗ１が経過したことに応じて、基地局２に対して、送信見込み開始時刻、及び送信見込みデータ量を示す情報を含む上り帯域の割当て要求を行う。割当要求部３４３は、解析部３４１が解析した画像データの発生周期を示す情報をさらに含む上り帯域の割当て要求を行ってもよい。

基地局２は、中継装置３から帯域の割当て要求を受け付けると、帯域の割当て要求に含まれる送信見込み開始時刻、及び送信見込みデータ量に基づいて、当該中継装置３に対して上り帯域を割り当てる（Ｓ５０）。基地局２は、物理下り制御チャネル（PDCCH：Physical Downlink Control Channel）により、上り帯域の割当てを通知する。

基地局２が上り帯域の割当てにかかるスケジューリング時間と、推定部３４２が推定したスケジューリング時間とがほぼ一致する場合、基地局２は、送信見込み開始時刻ｔｓからバッファ時間ＷＡが経過した時刻とほぼ同じ時刻に上り帯域の割当てが完了する。これにより、中継装置３は、第２通信端末４から第１通信端末１に画像データが送信される時間が送信時間ＴＵとなるように画像データを送信することができる。
上り送信部３４６は、基地局２から上り帯域の割当てが通知されたことに応じて、画像データを第１通信端末１に送信する。すなわち、上り送信部３４６は、送信見込み開始時刻ｔｓからバッファ時間ＷＡが経過した時間に、画像データを第１通信端末１に送信する。

［サウンディング参照信号の品質調整］
制御部３４は、品質調整部３４４により、サウンディング参照信号の信号品質を調整する。以下にサウンディング参照信号の品質調整について説明する。

基地局２は、中継装置３が送信したサウンディング参照信号を受信すると、サウンディング参照信号で通知されたチャネル品質に基づいて、中継装置３から送信される各パケットの再送率を一定にするためにパケット毎にＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）の調整を行う。基地局２は、中継装置３から送信される各パケットの再送率が所定割合（例えば、１０％）になるようにＭＣＳの調整を行う。

これに対し、第１通信部３１が基地局２に対してデータを送信する場合に再送が起きるときには、第２通信端末４から受信した画像データの送信に要する時間が、ロボットの遠隔操作において要求されている第１許容遅延時間を超過するおそれがある。

そこで、品質調整部３４４は、基地局２において第２通信端末４の上り帯域の割当てを行う際に参照する、上り帯域のチャネル品質を推定するためのサウンディング参照信号の信号品質を悪化させる。例えば、品質調整部３４４は、第１通信部３１がサウンディング参照信号を送信する際の送信電力を、画像データを送信する際の送信電力に比べて小さくすることにより、サウンディング参照信号の信号品質を悪化させる。

このように、サウンディング参照信号の信号品質をデータ送信時よりも悪化させた場合、基地局２側では、悪化された信号品質に基づいて、各パケットの再送率が所定割合になるように調整を行う。中継装置３の実際の信号品質は、基地局２に通知した信号品質よりも良いことから、中継装置３のデータの再送率は、基地局２において設定した再送率よりも低くなる。これにより、中継装置３は、再送によって第１許容遅延時間が超過するおそれを低減させることができる。

［下り帯域の占有］
第２通信ネットワークは、無線ＬＡＮによる通信が行われるため、第２通信ネットワークにおいて通信を行う各通信装置は、他の通信装置が通信を行っているか否かを確認するキャリアセンスを行う。そして、各通信装置は、他の通信装置が通信を行っていないことを確認した後、ランダムな時間だけ待機してデータ送信を行う。

しかしながら、第２通信ネットワークにおいて通信に輻輳が発生している場合には、各通信装置は、他の通信装置が通信を行っていないタイミングを検出することが困難であり、データの送信が完了するまでに時間がかかる。

そこで、帯域占有部３４７は、第２通信ネットワークにおける帯域を、所定期間にわたって第２通信端末４の下り帯域として占有することにより、第１通信端末１から送信された操作コマンドを遅延なく第２通信端末４に送信する。

具体的には、帯域占有部３４７は、画像データが送信される周期に基づいて、画像データが送信されない時間（所定期間）を特定する。そして、帯域占有部３４７は、第２通信ネットワークを介して通信を行う他の通信端末に、当該他の通信端末が信号の送信を待機する待機時間よりも短い間隔で、当該他の通信端末とは異なる端末とのデータ通信中であることを示すショート信号を所定期間にわたって送信する。

ここで、帯域占有部３４７は、例えば、コントローラの電源がＯＮ状態等となり、コントローラによるロボットの操作が可能になったことに応じて、ショート信号の送信を開始する。なお、ショート信号とは、データ量が所定量以下の信号であり、例えばａｃｋ信号である。

他の通信端末は、ショート信号を、自身が待機する待機時間よりも短い間隔で受信することにより、ショート信号を受信し続けている間、データの送信を待機する。これにより、帯域占有部３４７は、第２通信ネットワークにおける帯域を第２通信端末４の下り帯域として占有することができる。
また、帯域占有部３４７は、画像データが送信される周期に基づいて、ショート信号を送信するので、画像データの第１通信端末１への送信に影響がでないように、操作コマンドを第２通信端末４に送信することができる。

下り待機部３４８は、帯域占有部３４７が帯域を占有する前に、第１通信端末１から中継装置３への操作コマンド（制御データ）の送信に要する送信時間、及び中継装置３から第２通信端末４への操作コマンドの送信に要する送信時間に基づいて、第１通信端末１から第２通信端末４への操作コマンドの送信に要する送信時間が、予め定められた第２許容遅延時間内で一定となるように待ち時間を算出し、当該待ち時間に基づいて帯域占有部３４７に帯域の占有を待機させる。

具体的には、まず、解析部３４１は、中継装置３が第１通信端末１から過去に操作コマンドを受信したときの、操作コマンドの受信に要した時間に基づいて、第１通信端末１から中継装置３への操作コマンドの送信に要する送信時間を算出する。以下の説明において、第１通信端末１から中継装置３への操作コマンドの送信に要する送信時間を第３送信時間という。

また、解析部３４１は、中継装置３が第２通信端末４に過去に操作コマンドを送信したときの、操作コマンドの送信に要した時間に基づいて、中継装置３から第２通信端末４への操作コマンドの送信に要する送信時間を算出する。以下の説明において、中継装置３から第２通信端末４への操作コマンドの送信に要する送信時間を第４送信時間という。

下り待機部３４８は、第１通信端末１から第２通信端末４に操作コマンドが送信される時間が、第２許容遅延時間以内の一定の送信時間ＴＤとなるように、操作コマンドを受信してから、操作コマンドを送信するまでの待ち時間ＷＢを設定する。ここで、送信時間ＴＤは、例えば、第２許容遅延時間よりも所定割合短い時間である。解析部３４１が算出した第３送信時間をＷＤ、解析部３４１が算出した第４送信時間をＤＤとすると、待ち時間ＷＢは、以下の式（５）で示される。
ＷＢ＝ＴＤ−（ＷＤ＋ＤＤ）・・・（５）

下り送信部３４９は、現在時刻から待ち時間ＷＳが経過した後、操作コマンドを第２通信端末４に送信する。ここで、下り送信部３４９は、中継装置３が第１通信端末１から操作コマンドを受信した後、無線ＬＡＮにおいて規定されているランダムな時間の待機を行わずに当該操作コマンドを第２通信端末４に送信する。

なお、帯域占有部３４７は、画像データが送信される周期に基づいて、ショート信号を送信することとしたが、これに限らない。下り待機部３４８は、中継装置３が操作コマンドを送信する時点において、第２通信ネットワークの帯域が、第２通信端末４の下り帯域として占有されるように、操作コマンドを受信してからショート信号を送信するまでの待ち時間ＷＳを算出してもよい。ここで、第２通信ネットワークにおいて通信を行う他の通信装置における最大フレーム長のデータ転送時間をＭＴとすると、ショート信号の送信開始時刻は、中継装置３が操作コマンドの送信を開始する時刻、すなわち、中継装置３が操作コマンドを受信してから待ち時間ＷＢが経過した時刻よりもデータ転送時間ＭＴだけ前にする必要がある。したがって、待ち時間ＷＳは、以下の式（６）で示される。なお、ここでは、ＷＢ＞ＭＴであるものとする。
ＷＳ＝ＷＢ−ＭＴ・・・（６）

帯域占有部３４７は、中継装置３が操作コマンドを受信した時刻から待ち時間ＷＳが経過したことに応じて、第２通信ネットワークにおいて通信を行う他の通信装置にショート信号を送信することにより、第２通信ネットワークにおける帯域を第２通信端末４の下り帯域として占有する。 これにより、第１通信端末１から第２通信端末４への操作コマンドの送信時間は、第２許容遅延時間以内となる送信時間ＴＤとなる。

［本実施形態における効果］
以上説明したように、本実施形態に係る中継装置３は、送信見込み開始時刻よりも前に上り帯域の割当て要求を行うことにより、送信対象の画像データが発生してから帯域の割当て要求を行う場合に比べて、データ送信の遅延時間を低減することができる。
また、中継装置３は、第２通信端末４から第１通信端末１への画像データの送信に係る送信時間が、予め定められた第１許容遅延時間内で一定となるように待ち時間を算出し、当該待ち時間に基づいて帯域の割当て要求を待機するので、ジッタを低減することができる。

また、中継装置３は、第２通信ネットワークにおける帯域を、所定期間にわたって第２通信端末４の下り帯域として占有するので、第２通信ネットワークにおいて輻輳が発生している場合であっても、第２通信端末４に操作コマンドを送信する際の遅延時間を低減することができる。

また、中継装置３は、第２通信ネットワークにおける帯域を占有する前に、第１通信端末１から第２通信端末４への操作コマンドの送信に要する送信時間が、予め定められた第２許容遅延時間内で一定となるように待ち時間を算出し、当該待ち時間に基づいて帯域の占有を待機するので、ジッタを低減することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。特に、装置の分散・統合の具体的な実施形態は以上に図示するものに限られず、その全部又は一部について、種々の付加等に応じて、又は、機能負荷に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

１・・・第１通信端末、２・・・基地局、３・・・中継装置、３１・・・第１通信部、３２・・・第２通信部、３３・・・記憶部、３４・・・制御部、３４０・・・要求部、３４１・・・解析部、３４２・・・推定部、３４３・・・割当要求部、３４４・・・品質調整部、３４５・・・上り待機部、３４６・・・上り送信部、３４７・・・帯域占有部、３４８・・・下り待機部、３４９・・・下り送信部、４・・・第２通信端末、Ｓ・・・通信システム

Claims (11)

1. 第１通信端末に対して所定データを送信する第２通信端末との通信を中継する中継装置であって、
   前記所定データが発生すると予想される時間を示す送信見込み開始タイミングよりも前に、前記第２通信端末の上り帯域の割当て要求に係る処理を行う要求部と、
   前記要求部が前記上り帯域の割当て要求に係る処理を行う前に、前記第２通信端末から前記第１通信端末への前記所定データの送信に要する送信時間が、予め定められた第１許容遅延時間内になるように第１待ち時間を算出し、当該第１待ち時間に基づいて前記要求部に前記割当て要求を待機させる上り待機部と、
   を備える中継装置。
2. 前記上り待機部は、前記要求部が前記上り帯域の割当て要求に係る処理を行う前に、前記上り帯域の割当てにかかる処理時間、前記第２通信端末から前記中継装置への前記所定データの送信に要する送信時間、及び前記中継装置から前記第１通信端末への前記所定データの送信に要する送信時間の少なくともいずれかに基づいて、前記第１待ち時間を算出する、
   請求項１に記載の中継装置。
3. 前記第１通信端末は、前記第２通信端末に対して制御データを送信し、
   前記中継装置は、第１通信ネットワークを介して前記第１通信端末と通信を行うとともに、第２通信ネットワークを介して前記第２通信端末と通信を行い、
   前記第２通信ネットワークにおける帯域を、所定期間にわたって前記第２通信端末の下り帯域として占有する帯域占有部と、
   前記帯域占有部が、前記帯域を占有する前に、前記第１通信端末から前記第２通信端末への前記制御データの送信に要する送信時間が、予め定められた第２許容遅延時間内になるように第２待ち時間を算出し、当該第２待ち時間に基づいて前記帯域占有部に前記帯域の占有を待機させる下り待機部とを備える、
   請求項１又は２に記載の中継装置。
4. 前記下り待機部は、前記帯域占有部が前記帯域を占有する前に、前記第１通信端末から前記中継装置への前記制御データの送信に要する送信時間、及び前記中継装置から前記第２通信端末への前記制御データの送信に要する送信時間の少なくともいずれかに基づいて、前記第２待ち時間を算出する、
   請求項３に記載の中継装置。
5. 前記帯域占有部は、前記第２通信ネットワークを介して通信を行う他の通信端末に、当該他の通信端末が信号の送信を待機する待機時間よりも短い間隔で、当該他の通信端末とは異なる端末とのデータ通信中であることを示す信号を送信する、
   請求項３又は４に記載の中継装置。
6. 前記帯域占有部は、前記所定データが送信される周期に基づいて、前記第２通信ネットワークにおける帯域を、前記第２通信端末の下り帯域として占有する、
   請求項３から５のいずれか１項に記載の中継装置。
7. 前記第１通信端末から前記制御データを受信した後、前記第２通信ネットワークにおける通信において行われている待機を行わずに当該制御データを前記第２通信端末に送信する下り送信部を備える、
   請求項３から６のいずれか１項に記載の中継装置。
8. 前記要求部は、前記送信見込み開始タイミングに前記所定データが発生した場合における、前記上り帯域の割当てにかかる時間を、前記上り帯域の割当てにかかる処理時間として推定する推定部を有する、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の中継装置。
9. 前記要求部は、前記上り帯域の割当てを行う際に参照する、前記上り帯域のチャネル品質を推定するためのサウンディング参照信号を、信号品質を悪化させて送信する品質調整部を有する、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の中継装置。
10. 第１通信端末と、第２通信端末と、前記第１通信端末と前記第２通信端末との通信を中継する中継装置とを備える通信システムであって、
    前記第２通信端末は、前記第１通信端末に送信する所定データを前記中継装置に送信し、
    前記中継装置は、
    前記所定データが発生すると予想される時間を示す送信見込み開始タイミングよりも前に、前記第２通信端末の上り帯域の割当て要求に係る処理を行う要求部と、
    前記要求部が前記上り帯域の割当て要求に係る処理を行う前に、前記第２通信端末から前記第１通信端末への前記所定データの送信に要する送信時間が、予め定められた第１許容遅延時間内になるように待ち時間を算出し、当該待ち時間に基づいて前記要求部に前記割当て要求を待機させる上り待機部と、
    前記上り帯域が割当てられたことに応じて、前記所定データを前記第１通信端末に送信する送信部とを有し、
    前記第１通信端末は、前記中継装置から送信された前記所定データを受信する、
    通信システム。
11. コンピュータが、第１通信端末に対して所定データを送信する第２通信端末との通信を中継する中継方法であって、
    前記コンピュータが、前記所定データが発生すると予想される時間を示す送信見込み開始タイミングよりも前に、前記第２通信端末の上り帯域の割当て要求に係る処理を行うステップと、
    前記コンピュータが、前記上り帯域の割当て要求に係る処理を行う前に、前記第２通信端末から前記第１通信端末への前記所定データの送信に要する送信時間が、予め定められた第１許容遅延時間内になるように待ち時間を算出し、当該待ち時間に基づいて前記割当て要求を待機するステップと、
    を備える中継方法。
    

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