JP7102361B2 - 通信方法及び通信装置 - Google Patents

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Description

複数の通信装置間でトランスポート層としてUDPプロトコルを使用する場合の通信制御に関する。
近年、IoT(Internet of Things)という言葉に代表されるように、あらゆるモノがネットワークに接続し、様々なアプリケーションが相互に通信を行っている。無線の物理層のプロトコルとしては、LTE(Long Term Evolution)や無線LAN、LoRaWANなどのLPWAN(Low Power Wide Area Network)など、アプリケーションの用途に応じて適切な物理層プロトコルが使用されている。
物理層より上位のトランスポート層では、典型的にはデータの到達が保証されるTCPプロトコルや、到達が保証されないがコネクションレスで通信が可能なUDPプロトコルなど、トランスポート層においてもアプリケーションの用途に応じて適切なプロトコルが使用されている。
本技術分野の背景技術として、以下の先行技術がある。特許文献1(特開2008-60817号公報)には、「ネットワークを介して送信装置の情報を受信装置で受信する通信システムであって、UDPプロトコルに通信相手との相互認証及び暗号化機能を追加して電子化情報の通信を行う場合に、前記送信装置には、前記UDPプロトコルの通信相手との相互認証及び暗号化機能からの情報のパケットに連番のパケット番号を付加すると共に前記パケット番号の付加されたパケットを前記UDPプロトコルに送出する手段と、前記パケットとパケット番号を記憶する手段と、前記受信装置からの再送要求に対して要求された前記パケット番号が前記記憶されているか否かを判断して再送処理を行う手段とを備え、前記パケット番号が前記記憶されているときに前記記憶された前記パケットを前記UDPプロトコルに再送出し、前記受信装置には、前記UDPプロトコルから送付された前記パケットとパケット番号を記憶して前記パケット番号に従ってソートすると共に前記パケットを前記UDPプロトコルの通信相手との相互認証及び暗号化機能に送出する手段と、前記パケット番号の異常を判断する手段とを備え、前記パケット番号に異常が判断されたときに欠落したパケット番号について前記送信装置にパケットの再送信を要求する処理を行うことを特徴とする通信システム。」が開示されている(請求項1参照)。
特開2008-60817号公報
特許文献1で開示されている方法では、UDPパケットの受信側でシーケンス番号の欠落を検出すると、送信側に対して再送要求を発行して、UDP上で再送制御を実現する。TCPプロトコルは仕組み上、パケットロスにより通信性能が大幅に低下する欠点を有するが、UDPベースで再送機構を付与することで、TCPの欠点を克服しつつ再送機能を提供している。
しかし、アプリケーションによっては、再送の仕組み自体が不要であったり、TCPのような確実なACK応答が必要であったり、ACK応答は必要だが狭帯域システムでの運用するためにACK応答の頻度を下げたり等、アプリケーションごとに再送機能に求める要件が異なる。特許文献1に開示された技術では、アプリケーションが必要とする再送機能要件に応じた柔軟な再送制御の実施が困難である。
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、通信装置で実行されるアプリケーション間でデータを伝送する通信方法であって、トランスポート層でUDPによってデータを伝送し、前記アプリケーションは、UDP上で再送を制御するための第一のフラグと第二のフラグと第三のフラグを含むフラグ群及びシーケンス番号を、伝送するデータパケットに付与し、前記フラグ群の設定値の操作によって、伝送するデータパケット単位で再送方法を制御するものであって、前記第一のフラグは、データパケットの受信側の通信装置が受信する場合は、ACK応答及びNACK応答の少なくとも一方を要求するか否かを示し、データパケットの送信側の通信装置が受信する場合は、前記データパケットの再送を要求するか否かを示し、前記第二のフラグは、前記データパケットの送信側か、前記データパケットに対してACK応答及びNACK応答の少なくとも一方の送信側かを示し、前記第三のフラグは、ACK応答かNACK応答か、又はACK応答及びNACK応答の両方を要求するかNACK応答のみを要求するかのいずれかを示すことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、アプリケーションが必要とする再送機能への要件に応じて、パケット単位で柔軟な再送制御を実施できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。
本発明の第一の実施例の通信システムの構成例を示す図である。 第一の実施例のプロトコルスタックの構成例を示す図である。 第一の実施例の通信装置の構成例を示す図である。 第一の実施例の上位再送制御部の構成例を示す図である。 第一の実施例の上位再送処理部の構成例を示す図である。 第一の実施例のUDPパケット及び再送制御情報ヘッダの構成例を示す図である。 第一の実施例の送信バッファの構成例を示す図である。 第一の実施例の典型的な通信手順の一例を示す図である。 本発明の第二の実施例の通信システムの構成例を示す図である。
以下、本発明の第一の実施例を図面を用いて説明する。
図1は、本発明の第一の実施例の通信システムの構成例を示す図である。
本発明の実施例の通信システムは、少なくとも一対の無線通信装置12-1、12-2と、各無線通信装置に有線接続される通信装置11-1、11-2を有する。無線通信装置12-1、12-2の間は、LTE(Long Term Evolution)や無線LANなどの無線層のプロトコルに従って、双方向で通信する。
無線通信装置12-1、12-2の間では、適用される無線層のプロトコルで定められる無線制御情報(LTEではC-Planeと称される)と、ユーザデータ(LTEではU-Planeと称される)を、時間や周波数などで分割された無線チャネルに配置して無線伝送する。
通信装置11-1、11-2は、前記U-Planeで伝送される情報を送受信するための装置であり、IP(Internet Protocol)層やUDP(User Datagram Protocol)層に関する伝送機能を有する。各通信装置11-1、11-2に接続されている無線通信装置12-1、12-2との間では、UDP/IPパケットを双方向で伝送する。
通信装置11-1から通信装置11-2へユーザデータが伝送される場合を考える。無線通信装置12-1では、通信装置11-1から入力されたUDP/IPパケットを一旦送信バッファに蓄積し、無線チャネルで伝送可能なサイズに分割したうえで、符号化や変調などの無線信号生成処理を実行して、電波として送信する。対向する無線通信装置12-2から電波を受信すると、復調や誤り訂正、誤りチェックなどの無線信号処理を実行した後、送信側で分割されたUDP/IPパケットを組み立て、組み立てたUDP/IPパケットを通信装置11-2へ出力する。無線層のプロトコルの規定に応じて、ARQ(Automatic Repeat Request)やHARQ(Hybrid ARQ)などの無線区間での再送制御を行う。
図1では、C-Planeを伝送する仕組みの記載を省略しているが、適用する無線層のプロトコルに応じて、例えばLTEであれば、MME(Mobility Management Entity)などの必要な装置を設置する。
なお、図1では一対の無線通信装置12-1、12-2について記載しているが、一台の無線通信装置が複数の無線通信装置と双方向通信をしてもよく、また、一台の通信装置が複数の通信装置と双方向通信してもよく、本発明はこのような場合も包含する。
図2は、第一の実施例のプロトコルスタックの構成例を示す図である。
図示するプロトコルスタックの最上位には、通信装置11上で動作するアプリケーション21-1~21-7がある。アプリケーションの個数に制約はなく、図2はあくまで例である。第一の実施例では、アプリケーション21-1~21-7、通信装置11-1、11-2間の通信を必要とするアプリケーションである。
アプリケーション21-1から21-7の下位には、上位再送制御層22-1及び22-2がある。上位再送制御層22-1、22-2では、アプリケーションから入力されたデータ本体や再送制御に関する情報に基づいて、UDPパケットのペイロードを生成し、UDP/IP層へ出力する。そして、UDP/IP層から受信したUDPパケットのペイロードからデータ本体と再送制御に関する情報を分離し、データ本体と再送制御に関する情報とのそれぞれをアプリケーションに出力する。上位再送制御層22-1、22-2は、受信時に、分離した再送制御に関する情報を参照して、アプリケーション21-1~21-7からの指示を待たずに自律的に再送する機能を有する。上位再送制御層22-1、22-2の動作の詳細は後述する。
上位再送制御層22-1、22-2の下位には、UDP層とIP層の送受信処理を行うUDP/IP層23-1及び23-2がある。UDP/IP層23-1及び23-2は、第一の実施例に特有の仕組みではなく、一般的に用いられているプロトコルスタックを活用すればよく、詳細な記述は省略する。本発明においては、上位再送制御層22-1、22-2から入力されるUDPペイロードを含むUDP/IPパケットとして無線側へ出力し、無線側から入力されたUDP/IPパケットから、UDPペイロードを抽出して上位再送制御層22-1、22-2へ出力する機能を有する。
UDP/IP層23-1、23-2の下位には、無線層24-1及び24-2がある。無線層24-1、24-2は、UDP/IP層23-1、23-2から入力されたUDP/IPパケットを電波として無線チャネルで出力する送信機能と、受信した電波から抽出されたUDP/IPパケットをUDP/IP層へ出力する受信機能を有する。すなわち、送信機能及び受信機能を有する無線通信装置12-1の送受信機(送信部及び受信部)と、対向する受信機能及び送信機能を有する無線通信装置12-2の送受信機(受信部及び送信部部)とによって無線層24-1及び24-2が構成される。第一の実施例において、無線層における再送制御は必須ではないが、上位層の観点でパケットロスを削減でき、上位層での再送頻度を減少できるため、無線層においても再送制御を適用するとよい。
図3は、第一の実施例の通信装置11の構成例を示す図である。
通信装置11は、通信装置11内に一つ又は複数存在するアプリケーションプログラム31-1、31-2、上位再送制御部32、UDP/IP処理部33及びネットワークインターフェース34を有する。
アプリケーションプログラム31は、他の通信装置上のアプリケーションとの間のデータ通信を必要とするアプリケーションプログラムであり、ログ収集や装置の状態監視など、システムの運用管理に必要な機能と、アプリケーション内で生成したログなどのデータを通信装置11間で伝送する機能を有するプログラムである。前者のシステム運用管理機能は、本発明の範囲外であるため詳細は省略する。後者のデータ伝送機能は、対向するアプリケーションにデータを送信する機能と、対向するアプリケーションからデータを受信する機能とを含む。
アプリケーションプログラム31は、データ伝送機能を実現するため、アプリケーションプログラムが取り扱うデータの本体と、データに付与するシーケンス番号と、当該シーケンス番号のデータに関する再送制御情報を、上位再送制御部32との間で双方向のプロセス間通信として転送する。また、プロセス間通信を用いて、アプリケーションプログラム31から上位再送制御部32に対して、UDPソケットに関する情報、すなわちデータ送信先アプリケーションのIPアドレスとポート番号とデータ受信するポート番号とを指示する。この指示は、初回のプロセス間通信時に送信する。
上位再送制御部32は、アプリケーションプログラム31から入力されるデータ本体とシーケンス番号と再送制御情報とに基づいて、UDPパケットのペイロードを生成し、生成されたペイロードをUDPソケット情報に基づいてUDP/IP処理部33へ出力する機能と、再送に備えて出力されるUDPパケットのペイロードを一時的に蓄積する機能と、UDP/IP処理部33から入力されるUDPパケットのペイロードを、データ本体とシーケンス番号と再送制御情報とに分離してアプリケーションプログラム31へ出力する機能と、分離した再送制御情報に基づいて一時的に蓄積されたUDPパケットのペイロードを再送する機能を有する。
UDP/IP処理部33は、上位再送制御部32から入力されるUDPパケットのペイロードとソケット情報とに基づいてUDP/IPパケットを生成して、ネットワークインターフェース34へ出力する機能と、ネットワークインターフェース34から入力されるUDP/IPパケットからUDPパケットのペイロードを抽出して、上位再送制御部32へ出力する機能とを有する。
ネットワークインターフェース34は、UDP/IP処理部33から入力されるUDP/IPパケットをネットワーク物理層の信号として生成し、ネットワークへ出力する機能と、ネットワークから受信した物理信号を復号してUDP/IPパケットを抽出し、UDP/IP処理部33へ出力する機能とを有する。
図4は、第一の実施例の上位再送制御部32の構成例を示す図である。
上位再送制御部32は、ヘッダ生成部41、UDPペイロード生成部42、UDPソケット処理部43、UDPペイロード解析部44、ヘッダ解析部45及び上位再送処理部46を有する。
ヘッダ生成部41は、アプリケーションプログラム31から入力されるシーケンス番号と再送制御情報に基づいて、再送制御用のヘッダを生成する。
UDPペイロード生成部42は、ヘッダ生成部41で生成された再送制御用のヘッダと、アプリケーションプログラム31から入力されるデータ本体とを結合してUDPパケットのペイロードを生成する。生成されたUDPパケットのペイロードは、UDPソケット処理部43及び上位再送処理部46に出力される。
なお、ヘッダ生成部41及びUDPペイロード生成部42でUDPペイロードを生成する機能は、アプリケーションプログラム31内に設けてもよい。
UDPソケット処理部43は、アプリケーションプログラム31から指示されたソケット情報に基づいて、UDPペイロードをUDP/IP処理部33との間で転送する。UDP/IP処理部33に出力されるUDPペイロードは、UDPペイロード生成部42及び上位再送処理部46から入力される。UDP/IP処理部33から入力されるUDPペイロードは、UDPペイロード解析部44へ出力される。
UDPペイロード解析部44は、UDPソケット処理部43から入力されるUDPパケットのペイロードから、データ本体を抽出してアプリケーションプログラム31へ出力し、シーケンス番号及び再送制御情報を抽出してヘッダ解析部45へ出力する。
ヘッダ解析部45は、UDPペイロード解析部44から入力されるシーケンス番号と再送制御情報との塊から両者を分離し、分離した結果をアプリケーションプログラム31及び上位再送処理部46へ出力する。
上位再送処理部46は、ヘッダ解析部45からシーケンス番号と再送制御情報のペアが入力され、再送制御情報がUDPペイロードの再送を要求しているか否かを判定する。そして、上位再送処理部46は、要求していると判定した場合に、当該再送制御情報のペアとして入力されたシーケンス番号に関して、UDPペイロード生成部42から入力され、上位再送処理部46内に一時的に蓄積された当該シーケンス番号のUDPペイロードをUDPソケット処理部43へ出力する。
時系列としては、UDPペイロード生成部42から入力されたUDPペイロードがシーケンス番号とともにバッファへ一時的に蓄積された後に、ヘッダ解析部45からシーケンス番号と再送制御情報のペアが入力される。このため、当該ペアが入力される時点で上位再送処理部46は、当該シーケンス番号に対応するUDPペイロードをバッファに蓄積済みである。つまり、送信データが一時的に蓄積された状態で再送制御情報に応じた再送制御を実施する。
図5は、第一の実施例の上位再送処理部46の構成例を示す図である。
上位再送処理部46は、一時蓄積処理部51、送信バッファ52及び上位再送送信部53を有する。
UDPペイロード生成部42から出力されたUDPペイロードは、一時蓄積処理部51が送信バッファ52に一時的に格納する。送信バッファ52は、シーケンス番号ごとにUDPペイロードを格納する機能を有する。シーケンス番号は有限桁であるため、カウントが一巡すると同一のシーケンス番号が再び使用され、一時蓄積処理部51は、送信バッファ52内の古い情報に新しい情報を上書きする。
上位再送送信部53は、ヘッダ解析部45から入力されたシーケンス番号と再送制御情報のペアを参照し、再送制御情報がデータ再送を要求する内容であれば、ペアとなっているシーケンス番号の一時蓄積情報を送信バッファ52から読み出し、UDPソケット処理部43へ送信UDPペイロードとして出力する。再送制御情報が、データ再送を要求する内容でなければ、当該入力は無視する。
図6は、第一の実施例のUDPパケット及び再送制御情報ヘッダ62の構成例を示す図である。
図6(A)に示すように、UDPパケットは、IP層及びUDP層で参照されるヘッダが格納されたUDP/IPヘッダ61と、再送制御情報ヘッダ62と、アプリケーションプログラム31が取り扱うデータ本体63とで構成される。再送制御情報ヘッダ62及びデータ本体63は、UDPパケットのペイロードに相当する。図6(B)に示すように、UDP/IPヘッダ61の直後に複数の再送制御情報ヘッダ62を配置してもよい。
図6(C)に示すように、再送制御情報ヘッダ62は、第四のフラグであるCフラグ71と、第二のフラグであるTフラグ72と、第一のフラグであるRフラグ73と、第三のフラグであるAフラグ74と、シーケンス番号75とで構成される。
次に、図6(D)を参照して、各フラグの意味を説明する。Cフラグ71は、当該再送制御情報ヘッダ62の後続に別の再送制御情報ヘッダ62があるかを示す。Cフラグ71が1の場合は後続の再送制御情報ヘッダ62があることを示し、Cフラグ71が0の場合は当該再送制御情報ヘッダ62が最終のヘッダであることを示す。
Tフラグ72は、当該再送制御情報ヘッダ62が、アプリケーションデータの送信側か、アプリケーションデータの受信側(すなわち、アプリケーションデータに対するACK/NACKの応答側)かを示すフラグである。Tフラグ72が1の場合は、アプリケーションデータの送信側であることを示し、当該再送制御情報ヘッダ62が後続のデータ本体63に関する情報である。すなわち、シーケンス番号75が当該データ本体63に関するデータ通し番号である。一方、Tフラグ72が0の場合は、アプリケーションデータの受信側であることを示し、当該再送制御情報ヘッダ62は他のアプリケーションプログラム31から送信されたデータ本体に対するACK/NACK応答を示す。シーケンス番号75は、当該送信されたデータ本体に付与されていた再送制御情報ヘッダ62が示す番号である。
Rフラグ73は、Tフラグ72の値によって、指示する内容が異なる。
Tフラグ72が1の場合は、Rフラグ73は、当該UDP/IPパケット内の最後尾で送信するデータ本体63を受信してACK/NACK応答を発行する受信側のアプリケーションプログラムに対する指示となる。指示内容は、Tフラグ72が1かつRフラグ73が1である場合、アプリケーションデータの受信側は、当該シーケンス番号75のデータ本体63に関してACK応答又はNACK応答を必ず返す。Tフラグ72が1かつRフラグ73が0である場合、アプリケーションデータ受信側は、当該シーケンス番号75のデータ本体63に関してACK応答及びNACK応答のいずれも返さなくてよい。Rフラグ73の値は、アプリケーションプログラム31の必要に応じて選択可能であり、アプリケーションプログラム31内のロジックが決定するとよい。
Tフラグ72が0の場合は、Rフラグ73は、アプリケーションデータ受信側から送信側に対する指示となる。データ受信側がRフラグ73に1をセットすると、データ送信側はアプリケーションデータを送信する。但し、Aフラグ74が1(ACK応答)の場合は、シーケンス番号75で示すデータの次のデータの送信要求を意味し、Aフラグ74が0(NACK応答)の場合は、シーケンス番号75が示すデータの再送要求を示す。
Aフラグ74は、Tフラグ72の値によって、指示する内容が異なる。
Tフラグ72が1かつRフラグ73が1の場合は、前述の通り、データ本体受信側にACK/NACK応答を要求する。Aフラグ74が1の場合は、ACK応答とNACK応答の双方を要求し、Aフラグ74が0の場合は、NACK応答のみを要求しACK応答は必須ではない。Tフラグ72が1かつRフラグ73が0の場合は、データ受信側はACK/NACK応答を返す必要がないと解釈する。Aフラグ74の値はデータ受信側で無視される。
Tフラグ72が0の場合は、当該シーケンス番号75が示すデータに関するAフラグ74が1であればACK応答をアプリケーションデータ送信側に通知し、Aフラグ74が0であればNACK応答をアプリケーションデータ送信側に通知することを示す。
シーケンス番号75は、送信側のアプリケーションプログラム31がデータ送信順に1ずつ増加する値として与える。シーケンス番号75は有限桁であるため、上限値を超えた場合には0にラップアラウンドする。シーケンス番号75の桁数は本発明では特に限定しないが、各フラグ71~74のビット数も考慮し、シーケンス番号75も含めた合計のサイズが8bitsの整数倍、すなわちバイトアラインされていることが望ましい。
アプリケーションデータ受信側のアプリケーションプログラム31は、Tフラグ72が1のシーケンス番号75と、同一UDPパケット内にあるデータ本体63の受信確認に成功すると、当該シーケンス番号75に関するACK応答をアプリケーションデータ送信側へ返信する。但し、前述したフラグ設定値によってACK応答が不要であることが示されている場合、ACK応答を返信しない。
また、あるシーケンス番号75に関する受信確認に成功した結果、シーケンス番号75の欠落を確認した場合は、欠落したシーケンス番号75に関するNACK応答と、受信確認に成功したシーケンス番号75に関するACK応答を返信する。但し、前述したフラグ設定値がACK応答もNACK応答も不要であることを示す場合、フラグの指示に従って、ACK応答もNACK応答も返信しない。
アプリケーションプログラム31は、データ本体63の受信をトリガとした割り込み処理によって、データ送受信の処理を優先することも可能だが、プログラムの作りに依存するため、必ずしも優先処理される保証はない。データ送受信を優先して処理しない場合、アプリケーションプログラム31は、複数のアプリケーションデータの受信後に纏めてデータ処理することがある。つまり、複数のアプリケーションデータに関してACK/NACK判定を行うが、連続するシーケンス番号75に関するACK応答を個別に返すことは通信リソースを無駄に使用するため、複数のACK応答を纏めると通信リソースを有効に活用できる。
具体的には、ACK応答に付随するシーケンス番号75は、当該シーケンス番号75まで全てACKであることを示すルールとすれば、複数のACK応答を1個に纏めることができる。さらに、ほとんどのアプリケーションデータはACKで一部のアプリケーションデータだけがNACKの場合、例えば1個のアプリケーションデータを除いて全てACKである場合、ACK応答に付随するシーケンス番号75までACKだが、例外としてNACK応答に付随するシーケンス番号75だけはNACKであることを、二つの再送制御情報ヘッダ62により表現できる。このようなルールの適用は、相互に通信相手となるアプリケーションプログラム31間で共通化することで実現できる。
図7は、第一の実施例の送信バッファ52の構成例を示す図である。
送信バッファ52は、シーケンス番号75毎に記憶領域を有し、各記憶領域にUDPペイロード、すなわち再送制御情報ヘッダ62とデータ本体63とを結合させたデータが格納される。図7(A)に示すテーブルは、再送制御情報ヘッダ62がUDPペイロード内に複数存在する例である。
図7(B)に示すテーブルは、図7(A)に示すテーブルの内容のうち、Tフラグ72が0の再送制御情報ヘッダ62、すなわち再送制御情報ヘッダ62-1と62-3を除去したものである。これは、上位再送処理部46による再送対象を、UDPペイロード生成部42が生成したUDPペイロード全てではなく、送信するアプリケーションデータ本体及び関連する再送制御情報ヘッダ62のみとし、通信相手に対するACK/NACK応答を示す再送制御情報ヘッダ62を再送対象から除外することを示す。つまり、それぞれのACK/NACK応答は、UDPペイロード生成部42から直接UDPソケット処理部43にUDPペイロードを出力するときだけ、1回限り送信される。これは、アプリケーションプログラム間のデータ伝送の帯域が細いシステムに適しており、データ伝送量を削減する効果が得られる。データ伝送能力が十分であれば、Tフラグ72が0の再送制御情報ヘッダ62も送信バッファ52に蓄積しておくことが推奨される。
図7(B)に示すテーブルの運用方法で上位再送処理部46を実装する場合、一時蓄積処理部51にてTフラグ72が0の再送制御情報ヘッダ62を一時的に除去し、後続ビット列を前詰めにして、送信バッファ52に蓄積する。
図8は、第一の実施例の典型的な通信手順の一例を示す図であり、アプリケーションデータ本体を生成して送信する通信装置11-1(Transmitterの役割)と、アプリケーションデータ本体を受信してACK/NACK応答を送信する通信装置11-2(Responderの役割)との間で行われる第一の実施例によるデータ通信の一例を示す。
Transmitter側のアプリケーションプログラム31が、送信するデータ本体63と、当該データ本体63の再送制御情報が格納された再送制御情報ヘッダ62を送信する。新しいデータ本体63を送信するたびに、シーケンス番号75に1を加算する。
Responder側のアプリケーションプログラム31は、イベントドリブン(割り込み処理)又はポーリングによって受信した再送制御情報ヘッダ62及びデータ本体63に基づいて、受信に成功したデータ本体63をアプリケーションプログラム内に取り込み、シーケンス番号75の抜けを検出した場合はデータ本体63が伝送路内でロストしたと判断する。
以上の解析結果に基づいて、Responder側のアプリケーションプログラム31は、ACK応答に対応する最新のシーケンス番号75のACK応答と、NACK応答に対応するシーケンス番号75に関するNACK応答を生成する。なお、Responder側のアプリケーションプログラム31は、受信した再送制御情報ヘッダ62のRフラグ73及びAフラグ74を参照し、Rフラグ73が1かつAフラグ74が1の場合はACK応答及びNACK応答の両方を生成する。Rフラグ73が1かつAフラグ74が0の場合はNACK応答のみを生成し、ACK応答は生成しなくてよい。Rフラグ73が0の場合はACK/NACK応答を生成する処理を省略できる。
Responder側のアプリケーションプログラム31内で、受信した再送制御情報ヘッダ62の解析、受信したデータ本体63の条件付きでの取り込み、ACK/NACK応答生成は、パケット受信処理機能101で実施される。
本図には、Responder側のアプリケーションプログラム31はACK応答とNACK応答をどちらも生成する必要がある例を示す。図示した例では、パケット受信処理機能101による処理の後、Responder側のアプリケーションプログラム31は、生成したACK/NACK応答をTransmitter側のアプリケーションプログラム31へ送信する。つまり、図示する通り二つの再送制御情報ヘッダ62をCフラグ71で結合し、データ本体63を付与せずに一つのUDPパケットとして送信する。
この応答を受信したTransmitter側のアプリケーションプログラム31は、再送制御情報ヘッダ62を解析し、シーケンス番号75が2のNACK応答に対して、上位再送処理部46により送信バッファ52からUDPペイロードを再送する(102)。
ここで、上位再送処理部46は、受信した再送制御情報ヘッダ62の内容で動作が変わる。再送制御情報ヘッダ62内のTフラグ72が0かつRフラグ73が1かつAフラグ74が0、すなわち当該シーケンス番号75に関するNACK応答であり、データ再送を要求する内容を示す場合には、送信バッファ52から該当するシーケンス番号75の蓄積データを読み出して再送する。Rフラグ73が0又はAフラグ74が1の再送制御情報ヘッダ62は、データ再送要求でない又はACK応答であることを示すため、送信バッファ52からの再送は行わない。
上位再送処理部46での再送実施有無にかかわらず、Transmitter側のアプリケーションプログラム31は、受信した再送制御情報ヘッダ62及びデータ本体63を参照し、新規のデータ本体63を送信する(103)。本図に示す例では、シーケンス番号75が4のACK応答を受けて、シーケンス番号75が5以降のデータ本体63を送信する(103)。
なお、第一の実施例では、どちらの通信装置ともTransmitterの役割とResponderの役割が可能であるため、アプリケーションプログラム31はパケット受信処理機能101とデータ送信機能103とを併せ持つことになる。換言すると、各通信装置はTフラグ72が1の再送制御情報ヘッダ62とデータ本体63とTフラグ72が0の再送制御情報ヘッダ62とを一つのUDPパケット内で纏めて送信できる。この仕組みによりシステム内で伝送されるUDPパケットの数を抑制できるため、UDPパケットの送信ごとに発生するIP層やUDP層のヘッダなどのオーバーヘッドを削減できる。
図8に示す例では、データ本体63の送信に対してACK/NACK応答が正しく返ってきているが、ACK/NACK応答を要求(Tフラグ72が1かつRフラグ73が1)してもACK/NACK応答が返ってこない場合は、最初に送信したときの再送制御情報ヘッダ62のみをアプリケーションプログラム31から上位再送制御部32にセットすることで、上位再送制御部32が上位再送処理部46に対して送信バッファ52内の蓄積データの再送を要求できる。このとき、アプリケーションプログラム31からは再送制御情報ヘッダ62をセットし、データ本体63は空とする。別途、データ本体63が空であることを示すフラグをアプリケーションプログラム31と上位再送制御部32との間に定義してもよい。上位再送制御部32は、データ本体63が空であり、かつTフラグ72が1の再送制御情報ヘッダ62を検知すると、上位再送送信部53に対する当該シーケンス番号75の再送指示と解釈し、再送動作を行う。
データ本体受信側において、NACK検出はシーケンス番号75の欠落により検出を行うが、データ本体送信側が送信した最後のデータ本体63が欠落した場合、この方法ではNACK検出ができない。このため、データ本体送信側ではデータ本体63を送信してからACK/NACK応答受信を確認するまでの時間を管理するタイマを保持し、同タイマが予めアプリケーションプログラム31で定められた閾値を超えた場合、前述のとおりデータ本体63を空として同一UDPペイロードの再送を行う。
データ本体63の受信側がNACK応答とともにデータ再送を要求(Tフラグ72が0、Rフラグ73が1、Aフラグ74が0)したにもかかわらず、アプリケーションプログラム31が再送データの到着を確認できない場合、アプリケーションプログラム31から同一のデータ再送要求を示す再送制御情報ヘッダ62を再度送信する。
以下、本発明の第二の実施例を図面を用いて説明する。
図9は、本発明の第二の実施例の通信システムの構成例を示す図である。
本発明の第二の実施例の通信システムは、複数台の地上側の無線通信装置12-1と12-3があり、自動車や鉄道などの移動体に搭載される移動体側の無線通信装置12-2が、移動体の移動に伴い適切な地上側の無線通信装置を切り替えながら無線通信するハンドオーバ制御を実施する。ハンドオーバ制御のため、システム内の各移動体がどの地上側の無線通信装置と通信しているかを管理する移動体位置管理装置13を配置する。移動体位置管理装置13は、LTEにおいてはMMEに相当する装置である。
移動体位置管理装置13は、移動体側の無線通信装置12-2と、当該移動体周辺の1又は複数の地上側の無線通信装置との間の無線通信品質に基づき、当該移動体側の無線通信装置12-2と接続するのに適切な地上側の無線通信装置を選択、及び管理し、地上側の通信装置11-1と移動体側の通信装置11-2との間の通信を行う際に、どの地上側の無線通信装置を経由して通信するかのルート管理、及び通信装置11への指示を行う。
前記指示に基づき、通信装置11は当該移動体側の通信装置12に対して送信するデータを、指示された地上側の無線通信装置へ送信する。
ハンドオーバ制御が実施されると、無線通信装置間での再送制御や、上位層のデータを無線層のデータサイズに分割して送信後、受信側で分割データを組み立てる分割・組立制御が完結する前に制御が中断する場合がある。これらのデータは、通信装置11-1と通信装置11-2との間でやり取りされるデータの観点で、データのロストとして観測される。すなわち、図8のUDP Packet Lostと同様の現象として現れる。
このような状態でも、第一の実施例で示した通信装置11及び上位再送制御の仕組みで、ハンドオーバに伴うデータロストに対応することができる。つまり、ハンドオーバが発生する状況においても、ハンドオーバに伴い通信する地上側の無線通信装置を切り替える制御の追加は必要となるが、その他は第一の実施例と同じ仕組みで第一の実施例と同じ効果を得ることができる。なお、図9においては地上側の無線通信装置の数をとしたが、これを3以上としても同様である。
以上に説明したように、本発明の実施例によると、通信装置11で実行されるアプリケーション21の間でデータを伝送する通信方法であって、トランスポート層でUDPによってデータを伝送し、アプリケーション21は、伝送するデータパケット単位で再送方法を制御するので、アプリケーション21が必要とする再送機能への要件に応じて、データパケット単位で柔軟な再送制御を実施できる。
また、アプリケーション21は、UDP上で再送を制御するためのフラグ群71~74及びシーケンス番号75を、伝送するデータパケットに付与し、フラグ群71~74の設定値の操作によって、伝送するデータパケット単位で再送方法を制御するので、アプリケーション21がデータに付与するシーケンス番号75に関して、受信側アプリケーション21に対して、シーケンス番号75ごとの再送制御動作をフラグ群71~74の指定によって指示できる。
また、フラグ群71~74は、再送方法を制御するための第一のフラグ(Rフラグ73)を含み、データパケットの受信側の通信装置11が受信する場合の第一のフラグ73は、ACK応答及びNACK応答の少なくとも一方を要求するか否かを示し、データパケットの送信側の通信装置が受信する場合の第一のフラグ73は、データパケットの再送を要求するか否かを示すので、アプリケーション21がデータに付与するシーケンス番号75に関して、受信側アプリケーション21に対して、シーケンス番号75ごとの再送制御動作を第一のフラグ群(Rフラグ73)の指定によって指示できる。
また、フラグ群71~74は、データパケットの送信側か、データパケットに対してACK応答及びNACK応答の少なくとも一方の送信側かを示す第二のフラグ(Tフラグ72)と、ACK応答かNACK応答かを示す、又はACK応答及びNACK応答の両方を要求するかNACK応答のみを要求するかを示す、のいずれかである第三のフラグ(Aフラグ74)とを含むので、送信側アプリケーション21が受信側アプリケーション21に対して、送信したデータに対するACK、NACKそれぞれの応答要否をデータパケット単位で指示できる。また、受信側から送信側に対してデータ再送要否をデータパケット単位で指示できる。その結果、アプリケーション21として不要なACK/NACK応答やデータ再送を削減でき、通信リソースを有効活用できる。
また、1以上の前記フラグ群及び前記シーケンス番号のセットを前記各データパケットに配置し、フラグ群71~74は、当該セットの後続に別のセットがあるか否かを示す第四のフラグ(Cフラグ71)を含むので、複数のデータに対するACK/NACK応答やアプリケーションデータ63を1個のUDPパケットで伝送可能となるため、UDPパケット送信で発生するIPヘッダやUDPヘッダなどのオーバーヘッドを削減できる。その結果、通信リソースを有効活用できる。
また、第二のフラグ(Tフラグ72)がデータパケットの送信側であることを示す場合、第三のフラグ(Aフラグ74)は、ACK応答及びNACK応答の両方を要求するか、NACK応答のみを要求するかを示し、第二のフラグ(Tフラグ72)がACK応答及びNACK応答の少なくとも一方の送信側であることを示す場合、第三のフラグ(Aフラグ74)は、ACK応答かNACK応答かを示すので、受信側アプリケーション21に対して、シーケンス番号75ごとの再送制御動作をフラグ群71~74の指定によって指示できる。
また、装置間でデータを伝送するアプリケーションと、アプリケーションから伝送するデータパケット本体に、UDP上で再送を制御するためのフラグ群とシーケンス番号とを付加して、UDPパケットとして送出する送信部(無線層24の送信機能)と、該装置外から入力されるUDPパケットを受信し、データパケット本体とUDP上で再送を制御するためのフラグ群及びシーケンス番号とを分離して、前記アプリケーションに出力する受信部(無線層24の受信機能)と、送信部から送信されるUDPパケットを一時的に蓄積する送信バッファ部52と、受信部で分離されたフラグ群の値及び前記シーケンス番号に基づいて、送信バッファ部52に蓄積されたUDPパケットのうち、該シーケンス番号に対応するUDPパケットを再送するように制御する再送制御部(上位再送制御部32)と、を備えるので、アプリケーションが必要とする再送機能への要件に応じて、データパケット単位で柔軟な再送制御を実施できる。
また、送信部は、送信バッファ部52にUDPパケットを一時的に蓄積する際、前記第二のフラグ(Tフラグ72)がACK応答及びNACK応答の少なくとも一方の送信側であることを示す場合、フラグ群71~74とシーケンス番号75とのセットを除去した後に、当該UDPパケットを送信バッファ部52に蓄積するので、UDPパケット再送時にACK/NACK応答自体の再送を省略することで、通信リソースを有効活用できる。
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に格納することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。
11…通信装置
12…無線通信装置
13…移動体位置管理装置
21…アプリケーション
22…上位再送制御層
23…UDP/IP層
24…無線層
31…アプリケーションプログラム
32…上位再送制御部
33…UDP/IP処理部
34…ネットワークインターフェース
41…ヘッダ生成部
42…UDPペイロード生成部
43…UDPソケット処理部
44…UDPペイロード解析部
45…ヘッダ解析部
46…上位再送処理部
51…一時蓄積処理部
52…送信バッファ
53…上位再送送信部
61…UDP/IPヘッダ
62…再送制御情報ヘッダ
63…アプリケーションデータ本体
71…再送制御情報ヘッダ内の第四のフラグ(Cフラグ)
72…再送制御情報ヘッダ内の第二のフラグ(Tフラグ)
73…再送制御情報ヘッダ内の第一のフラグ(Rフラグ)
74…再送制御情報ヘッダ内の第三のフラグ(Aフラグ)
75…再送制御情報ヘッダ内のシーケンス番号
101…アプリケーションプログラム内のパケット受信処理機能
102…上位再送処理部46による自律的な再送処理
103…アプリケーションプログラム内のデータ送信機能

Claims (7)

  1. 通信装置で実行されるアプリケーション間でデータを伝送する通信方法であって、
    トランスポート層でUDPによってデータを伝送し、
    前記アプリケーションは、
    UDP上で再送を制御するための第一のフラグと第二のフラグと第三のフラグを含むフラグ群及びシーケンス番号を、伝送するデータパケットに付与し、
    前記フラグ群の設定値の操作によって、伝送するデータパケット単位で再送方法を制御するものであって、
    前記第一のフラグは、
    データパケットの受信側の通信装置が受信する場合は、ACK応答及びNACK応答の少なくとも一方を要求するか否かを示し、
    データパケットの送信側の通信装置が受信する場合は、前記データパケットの再送を要求するか否かを示し、
    前記第二のフラグは、前記データパケットの送信側か、前記データパケットに対してACK応答及びNACK応答の少なくとも一方の送信側かを示し、
    前記第三のフラグは、ACK応答かNACK応答か、又はACK応答及びNACK応答の両方を要求するかNACK応答のみを要求するかのいずれかを示すことを特徴とする通信方法。
  2. 請求項1に記載の通信方法であって、
    1以上の前記フラグ群及び前記シーケンス番号のセットを前記各データパケットに配置し、
    前記フラグ群は、当該セットの後続に別の前記セットがあるか否かを示す第四のフラグを含むことを特徴とする通信方法。
  3. 請求項1又は2に記載の通信方法であって、
    前記第二のフラグがデータパケットの送信側であることを示す場合、前記第三のフラグは、ACK応答及びNACK応答の両方を要求するか、NACK応答のみを要求するかを示し、
    前記第二のフラグがACK応答及びNACK応答の少なくとも一方の送信側であることを示す場合、前記第三のフラグは、ACK応答かNACK応答かを示すことを特徴とする通信方法。
  4. 装置のアプリケーション間でデータを伝送する通信装置であって、
    装置間でデータを伝送するアプリケーションと、
    前記アプリケーションから伝送するデータパケットに、UDP上で再送を制御するためのフラグ群とシーケンス番号とを付加して、UDPパケットとして送出する送信部と、
    該装置外から入力されるUDPパケットを受信し、データパケット本体とUDP上で再送を制御するためのフラグ群及びシーケンス番号とを分離して、前記アプリケーションに出力する受信部と、
    前記送信部から送信されるUDPパケットを一時的に蓄積する送信バッファ部と、
    前記受信部で分離されたフラグ群の値及び前記シーケンス番号に基づいて、前記送信バッファ部に蓄積されたUDPパケットのうち、該シーケンス番号に対応するUDPパケットを再送するように制御する再送制御部と、を備え、
    前記フラグ群は、再送方法を制御するための第一のフラグと第二のフラグと第三のフラグとを含み、
    前記第一のフラグは、
    データパケットの受信側の通信装置が受信する場合は、ACK応答及びNACK応答の両方を要求するか否かを示し、
    データパケットの送信側の通信装置が受信する場合は、前記データパケットの再送を要求するか否かを示し、
    前記第二のフラグは、前記データパケットの送信側か、前記データパケットに対してACK応答及びNACK応答の少なくとも一方の送信側かを示し、
    前記第三のフラグは、フラグを受信した装置に、ACK応答かNACK応答か、又はACK応答及びNACK応答の両方を要求するかNACK応答のみを要求するかのいずれかを示すことを特徴とする通信装置。
  5. 請求項4に記載の通信装置であって、
    前記送信部は、1以上の前記フラグ群及び前記シーケンス番号のセットを前記各データパケットに配置し、
    前記フラグ群は、当該セットの後続に別の前記セットがあるか否かを示す第四のフラグを含むことを特徴とする通信装置。
  6. 請求項4又は5に記載の通信装置であって、
    前記第二のフラグがデータパケットの送信側であることを示す場合、前記第三のフラグは、ACK応答及びNACK応答の両方を要求するか、NACK応答のみを要求するかを示すインジケータであり、
    前記第二のフラグがACK応答及びNACK応答の少なくとも一方の送信側であることを示す場合、前記第三のフラグは、ACK応答かNACK応答かを示すインジケータであることを特徴とする通信装置。
  7. 請求項4又は5に記載の通信装置であって、
    前記送信部は、前記送信バッファ部にUDPパケットを一時的に蓄積する際、前記第二のフラグがACK応答及びNACK応答の少なくとも一方の送信側であることを示す場合、前記フラグ群とシーケンス番号とのセットを除去した後に、当該UDPパケットを前記送信バッファ部に蓄積することを特徴とする通信装置。
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