JPH1098474A - 無線ｌａｎシステムの端末装置及びブリッジ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、無線ＬＡＮシステムの端末装置に関
し、送信時の衝突の発生を抑えることができるようにす
ることを目的する。 【解決手段】有線ＬＡＮ１の接続窓口となるブリッジ装
置２と無線を介して接続される無線ＬＡＮシステムの端
末装置３であって、ブリッジ装置２に送信したデータに
対する受信確認の返信の有無を検出することで、送信デ
ータに対する衝突の発生を検出する検出手段１２ｂと、
検出手段１２ｂが衝突の発生を検出するときに、送信デ
ータの伝送時間と同程度の時間を持つ固定のバックオフ
時間を使って、次に送信処理に入るまでの待ち時間を設
定する設定手段１３ｂと、設定手段１３ｂの設定する待
ち時間の経過後に、衝突した送信データの再送信を指示
する指示手段１４ｂとを備えるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線ＬＡＮシステ
ムの端末装置及びブリッジ装置に関し、特に、送信時の
衝突の発生を抑えることができるようにする無線ＬＡＮ
システムの端末装置及びブリッジ装置に関する。

【０００２】無線で接続される無線ＬＡＮシステムが普
及しつつある。このような無線ＬＡＮシステムを実用的
なものとしていくためには、スループットの向上を実現
する構成を構築していく必要がある。

【０００３】

【従来の技術】ＩＳＮ波を利用する無線ＬＡＮシステム
では、プロトコルとして、ＣＳＭＡ／ＣＤを利用してい
る。

【０００４】このプロトコルは、送信の直前までは伝送
媒体（この場合には電波）の空き状態を監視している
が、送信に入ると、監視をしないで送信を実行して、相
手からの受信確認により正常に伝送できたのか否かを知
る方式である。これは、無線では、送信と受信のエネル
ギー比が非常に大きいために、送信中は受信が不可能と
なることで、送信中の衝突の検出が本質的に困難である
ことによる。

【０００５】しかしながら、このような手順では、媒体
への伝送負荷が大きい場合に、衝突の発生頻度が極端に
高くなり、ほとんど伝送が不可能となる現象が発生する
ことが知られている。

【０００６】従来では、このような事態に対処するため
に、衝突が発生した場合に、次の送信要求の優先度を低
下させるという方法を採っていた。この優先度の低下
は、実際には、次に送信に入るまでの時間を確率的に延
ばしていくことで実現されており、再度発生する度に確
率的に時間を２倍、４倍と順次延ばしていくことで、衝
突の発生頻度を低くする構成を採っている。

【０００７】このペナルティ（バックオフ）の手順は、
従来のＣＳＭＡ／ＣＤの有線ＬＡＮシステムで広く用い
られている方式である。有線では、送信中の衝突の発生
を検出できることから、衝突の発生頻度もそれほど高く
なく、この手順で衝突の発生頻度を低くできることにな
る。

【０００８】このように、従来の無線ＬＡＮシステムで
は、有線ＬＡＮシステムで用いられているバックオフの
手順を使って、衝突の発生頻度を低くするという方法を
採っていたのである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、無線Ｌ
ＡＮシステムで、このバックオフの手順を用いると、次
のような問題点がある。

【００１０】すなわち、無線では、空き状態の監視から
送信に入るまでの時間が長くなるため、この間に複数の
装置が送信を開始する確率が高くなって、従来のＣＳＭ
Ａ／ＣＤのシステムでは考慮していなかった多重衝突が
多発する。この場合、小さな時間のバックオフでは、次
の機会に再度衝突する確率が高くなることから、高い負
荷において通信性能が大幅に低下することになる。

【００１１】在来ＬＡＮとの接続窓口であるブリッジ装
置（アクセスポイント）は、複数の装置に対してデータ
を分配していく処理を行うが、この増加する衝突による
バックオフによって、その送信サービスが大幅に低下す
ることになる。特に、このブリッジ装置が、ＬＡＮシス
テムの管理機能を兼用している場合には、管理用データ
を通常のデータに優先して送信する必要があるが、この
管理用データの送信性能を確保することさえ難しくな
る。

【００１２】更に、無線ＬＡＮシステムでは、有線ＬＡ
Ｎシステムと異なって、電波の伝搬状況により意図しな
い衝突が発生する。これから、装置によっては、運悪く
衝突の発生しやすい位置に配置される場合があり、この
ような装置は、他の装置に比べて大きいペナルティが課
されることで、他の装置に比べてスループットが極端に
低下するという問題点もある。

【００１３】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、送信時の衝突の発生を抑えることができるよ
うにする新たな無線ＬＡＮシステムの端末装置及びブリ
ッジ装置の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】図１に本発明の原理構成
を図示する。図中、１は有線ＬＡＮ、２は無線ＬＡＮシ
ステムを構成するブリッジ装置であって、有線ＬＡＮ１
の接続窓口となるもの、３は無線ＬＡＮシステムを構成
する複数の端末装置であって、ブリッジ装置２と無線を
介して接続されるものである。

【００１５】このブリッジ装置２は、送信手段１０ａ
と、受信手段１１ａと、検出手段１２ａと、設定手段１
３ａと、指示手段１４ａとを備え、端末装置３は、送信
手段１０ｂと、受信手段１１ｂと、検出手段１２ｂと、
設定手段１３ｂと、指示手段１４ｂとを備える。

【００１６】この送信手段１０ａは、端末装置３に対し
てデータを送信する。受信手段１１ａは、端末装置３か
らのデータを受信する。検出手段１２ａは、端末装置３
に送信したデータに対する受信確認の返信の有無を検出
することで、その送信データに対する衝突の発生を検出
する。設定手段１３ａは、検出手段１２ａが衝突の発生
を検出すると、バックオフ時間を使って、次に送信処理
に入るまでの待ち時間を設定する。指示手段１４ａは、
設定手段１３ａの設定する待ち時間の経過後に、衝突し
た送信データの再送信を指示する。

【００１７】一方、送信手段１０ｂは、ブリッジ装置２
に対してデータを送信する。受信手段１１ｂは、ブリッ
ジ装置２からのデータを受信する。検出手段１２ｂは、
ブリッジ装置２に送信したデータに対する受信確認の返
信の有無を検出することで、その送信データに対する衝
突の発生を検出する。設定手段１３ｂは、検出手段１２
ｂが衝突の発生を検出すると、バックオフ時間を使っ
て、次に送信処理に入るまでの待ち時間を設定する。指
示手段１４ｂは、設定手段１３ｂの設定する待ち時間の
経過後に、衝突した送信データの再送信を指示する。

【００１８】このように構成される本発明では、端末装
置３の設定手段１３ｂは、検出手段１２ｂが衝突の発生
を検出すると、送信データの伝送時間と同程度の時間を
持つ固定のバックオフ時間を使って、次に送信処理に入
るまでの待ち時間を設定し、これを受けて、指示手段１
４ｂは、設定手段１３ｂの設定する比較的長い待ち時間
の経過後に、衝突した送信データの再送信を指示する。

【００１９】一方、ブリッジ装置２の設定手段１３ａ
は、少なくとも端末装置３が２台接続されることと、端
末装置３が送信データの伝送時間と同程度の時間を持つ
固定のバックオフ時間を使うことを考慮して、検出手段
１２ａが衝突の発生を検出すると、送信データの伝送時
間の半分程度の時間を持つ固定のバックオフ時間を使っ
て、次に送信処理に入るまでの待ち時間を設定し、これ
を受けて、指示手段１４ａは、設定手段１３ａの設定す
る比較的長い待ち時間の経過後に、衝突した送信データ
の再送信を指示する。この構成を採るときにあって、設
定手段１３ａは、端末装置３の台数に応じて、バックオ
フ時間を短く設定することがある。

【００２０】このように、本発明の無線ＬＡＮシステム
では、ブリッジ装置２及び端末装置３は、従来に比べて
比較的長い固定のバックオフ時間を使って、衝突した送
信データに対する再送信のペナルティを課すことから、
送信データが衝突した後、再送信を行うときに、再び衝
突する確率を大幅に減少できるようになって、従来に比
べて通信性能を大幅に向上できるようになる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に従って本発明
を詳細に説明する。図２に、本発明の適用される無線Ｌ
ＡＮシステムのシステム構成を図示する。

【００２２】この図に示すように、本発明の適用される
無線ＬＡＮシステムは、有線ＬＡＮ１に、サーバ４とブ
リッジ装置２とが接続されるとともに、端末装置３が無
線を介してブリッジ装置２と接続され、端末装置３は、
ブリッジ装置２を介してサーバ４とデータを送受信した
り、ブリッジ装置２を介して直接的に他端末装置３とデ
ータを送受信したり、ブリッジ装置２を介しサーバ４を
通して他端末装置３とデータを送受信することになる。

【００２３】このブリッジ装置２及び端末装置３は、デ
ータの送受信を実行するデータ送受信機構２０と、送信
データが衝突するときのバックオフ制御を実行するバッ
クオフ制御機構２１とを備える。

【００２４】図３に、端末装置３のバックオフ制御機構
２１が実行する処理フローの一実施例を図示する。端末
装置３のバックオフ制御機構２１は、データ送受信機構
２０が送信データの衝突を検出することで呼び出される
と、この図３の処理フローに示すように、先ず最初に、
ステップ１で、その送信データに対しての最初の衝突で
あるのか否かを判断して、最初の衝突であることを判断
するときには、ステップ２に進んで、変数ｉに“１”を
セットする。なお、最初の衝突であるのか否かの判断
は、データ送受信機構２０が送信に成功するときに変数
ｉに“０”をセットしていくので、変数ｉの値が“０”
であるのか否かをチェックすることで実行する。

【００２５】続いて、ステップ３で、“０”ないし
“１”の間に入る乱数を発生し、続くステップ４で、そ
の発生した乱数値と、送信データの伝送時間と同程度の
固定時間に設定されるバックオフ時間とを乗算すること
で待ち時間を設定する。続いて、ステップ５で、その設
定した待ち時間が経過するのを待って、待ち時間の経過
を確認すると、ステップ６に進んで、データ送受信機構
２０に対してデータの再送信を指示してから、続くステ
ップ７で、変数ｉの値を１つインクリメントして処理を
終了する。

【００２６】一方、ステップ１で最初の衝突でないこと
を判断するときには、ステップ８に進んで、変数ｉの値
が規定の最大値に到達したのか否かを判断して、到達し
ていないことを判断するときには、ステップ３に進んで
いくことでデータの再送信を指示し、到達したことを判
断するときには、ステップ９に進んで、データ送受信機
構２０に対してリトライアウトを指示して処理を終了す
る。

【００２７】このように、本発明の端末装置３では、送
信データの伝送時間と同程度の固定時間に設定されるバ
ックオフ時間を使って、再送信の待ち時間を設定してい
くという構成を採っている。

【００２８】これに対して、従来では、図３の処理フロ
ーのステップ４で、送信データの伝送時間よりかなり短
い時間として設定されるバックオフ単位時間を使い、こ
のバックオフ単位時間と２ⁱ との乗算値により設定され
る時間をバックオフ時間として設定して、それを使って
再送信の待ち時間を設定していくという構成を採ってい
る。

【００２９】この構成の違いにより、本発明では、従来
技術と比べて衝突の発生を大幅に減少できるようにな
る。先ず最初に、図４に従って、この理由を具体的に説
明する。

【００３０】図４（ａ）に示すように、端末装置３-2か
らデータＤ１を端末装置３-1に送信する場合、端末装置
３-2は、最初に、ｔ１時間の間、無線空間の空きを受信
モードで監視した後、ｔ２時間かけて送信モードに切り
替えからデータＤ１を送信し、端末装置３-1は、このデ
ータＤ１を正常に受信すると、送信元である端末装置３
-2に確認応答して応答データＡ１を送信する。

【００３１】続いて、同様の手順に従って無線空間の空
きを確認してから、端末装置３-2が端末装置３-1にデー
タＤ２を送信しているときに、端末装置３-3が、端末装
置３-2の送信に入る前に、同様の手順に従って無線空間
の空きを確認してから、同じく端末装置３-1にデータＤ
３の送信を開始すると、端末装置３-2と端末装置３-3
は、どちらも無線空間の空き状態を規定通り監視してい
るのにもかかわらず衝突が発生してしまい、どちらも端
末装置３-1からの確認応答データＡ１を得られないこと
になる。

【００３２】このように、無線ＬＡＮでは、受信モード
にないときには、無線空間が空いているのか否かを監視
できないことから、複数の端末装置３がほとんど同時に
データを送信する場合に、それらの端末装置３が無線空
間の空きを正規に検出して送信処理に入ることが起こ
り、これにより有線ＬＡＮでは発生しない衝突が起こる
ことになる。

【００３３】端末装置３-1からの確認応答データＡ１が
得られないことで衝突の発生を検出すると、端末装置３
-2と端末装置３-3は、それぞれ、バックオフ時間と乱数
値との乗算値に求まるｂ１,b２という待ち時間をとっ
て、先に説明した手順でデータを再送信していく。

【００３４】このバックオフ時間として、従来では、例
えばｔ２時間のように、送信データの伝送時間よりかな
り短い時間として設定されるバックオフ単位時間を使
い、リトライ回数に応じて、このバックオフ単位時間の
２倍から始めて最大３２倍程度まで、衝突が続く毎に２
倍ずつ逓増させていくものを使うという構成を採ってい
る。

【００３５】しかしながら、このような従来技術に従っ
ていると、複数の端末装置３がほとんど同時にデータを
送信する場合に発生するという無線ＬＡＮに固有の衝突
に対して、対応できないという問題点がある。すなわ
ち、このような衝突では、ほとんど同時に無線空間の空
きの検出に入ることでその空きを検出して、データ送信
に入り、その結果、衝突を検出することになるが、従来
技術に従っていると、図４（ａ）に示すように、待ち時
間ｂ１と待ち時間ｂ２との差が時間ｔ２に比べて小さい
ことで、再び、ほとんど同時に無線空間の空きの検出に
入ってしまうので、衝突を繰り返していくことになるの
である。

【００３６】これに対して、本発明の端末装置３では、
バックオフ時間として、送信データの伝送時間と同程度
の固定時間に設定される比較的長い時間を使う構成を採
っている。この構成に従って、図４（ｂ）に示すよう
に、衝突した端末装置３の待ち時間ｂ１と待ち時間ｂ２
との差が時間ｔ２に比べて大きくなることから、その内
のいずれかの端末装置３が先に送信に入り、他の端末装
置３は、それより後に無線空間の空きの検出に入って、
無線空間が空いていないことを検出することで再送信処
理に入らないことになることから、衝突を繰り返してい
くことを停止できるようになる。

【００３７】次に、この本発明の効果を検証したシミュ
レーション結果について説明する。図５及び図６に、こ
のシミュレーション結果を図示する。ここで、図５は、
本発明に従う場合のシミュレーション結果であり、図６
は、従来技術に従う場合のシミュレーション結果であ
る。

【００３８】このシミュレーションは、端末装置３の台
数を２台〜９台、送信データのデータ長を５００バイ
ト、送信データの送信速度を１Ｍｂｐｓ、送信時間を１
００秒間で行った。従って、送信データの時間長は４ｍ
ｓ（＝５００バイト×８ビット÷１０⁶)である。

【００３９】図５及び図６中、「成功パケット」は送信
に成功したパケットの個数、「コリジョン」は衝突した
回数、「コンテンション」は無線空間の空きをモニタし
た回数、「リトライアウト」は送信を諦めた回数、「送
信ビーコン」はブリッジ装置２が送信に成功したマーカ
信号の個数、「消失ビーコン」はブリッジ装置２が送信
に失敗したマーカ信号の個数、「スループット」は１秒
に送信できたバイト数、「利用率」は無線空間の利用率
である。

【００４０】図５に示すシミュレーション結果は、本発
明に従う場合のシミュレーション結果であり、バックオ
フ時間として、４ｍｓ（＝６４×６６μｓ）という送信
データの送信時間と概略一致する固定時間を用いてい
る。

【００４１】一方、図６に示すシミュレーション結果
は、従来技術に従う場合のシミュレーション結果であ
り、バックオフ時間として、「０.2５ｍｓ（＝４×６６
μｓ）→０.5ｍｓ→０.7５ｍｓ→・・・→４ｍｓ（＝６
４×６６μｓ）」という形で増大していくものを用いて
いる。

【００４２】図５及び図６のシミュレーション結果から
分かるように、無線ＬＡＮシステムでは、多重衝突の発
生頻度が非常に高く、端末装置３の台数が３台を超える
と、再度衝突が発生することが判明した。

【００４３】この対策としては、図５のシミュレーショ
ン結果と図６のシミュレーション結果とを比較するれば
分かるように、端末装置３が２台のときには、従来技術
に従っている方のがスループットが僅かながら大きいも
のの、端末装置３が３台以上となると、衝突数の減少に
伴って、本発明に従っている方のがスループットが大幅
に大きくなり、本発明を用いることが有効であることが
分かる。

【００４４】更に、本発明では、比較的長い固定のバッ
クオフ時間を用いる構成を採っているが、これにより、
電波状態の変動に対しても十分に長い監視時間を確保で
きるので、たまたま電波状態の悪い位置に配置された端
末装置３でも、他の端末装置３の通信への妨害や他の端
末装置３からの妨害の確率を減少させることができる。

【００４５】一方、ブリッジ装置２は、端末装置３のよ
うなバックオフ時間を用いていると、全ての端末装置３
に対する送信サービスを行うことができない。送信性能
を確保するためには、送信に成功する確率を一般の端末
装置３の数倍から１０倍程度までに高める必要がある。
これから、バックオフ時間としては、一般の端末装置３
より小さな値に設定する必要がある。

【００４６】このブリッジ装置２のバックオフ時間は、
同時に送信する必要のある端末装置３の台数に応じて最
適の値がある。その最適値より小さな値であると、他の
端末装置３からの送信のスループットが低下し、大き過
ぎると、ブリッジ装置２からの送信性能が低下する。

【００４７】この値はブリッジ装置２側だけの設定値で
あり、システムの配置の面では、ブリッジ装置２は、ど
の端末装置３に対しても伝送条件の良い位置に配置され
ているので、電波状況により受信できない事態への考慮
は必要なく、送信データ長よりも短い値を設定すること
もできる。

【００４８】これらの点を考慮し、端末装置３として少
なくとも２台が接続されることから、ブリッジ装置２の
バックオフ時間としては、端末装置３のバックオフ時間
の１／２程度がそれ以下にすることが適当であるが、同
時にサービスの必要となる端末装置３が多い場合には、
更に短い時間を示すバックオフ時間が必要である。

【００４９】なお、最大のサービスを行うときには、ブ
リッジ装置２のバックオフ時間を、サービスの状況に応
じて下り（ブリッジ装置２からの送信）と上り（端末装
置３からの送信）のスループットの比に応じて動的に可
変とすることが好ましい。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の無線ＬＡ
Ｎシステムでは、ブリッジ装置及び端末装置は、従来に
比べて比較的長い固定のバックオフ時間を使って、衝突
した送信データに対する再送信のペナルティを課すこと
から、送信データが衝突した後、再送信を行うときに、
再び衝突する確率を大幅に減少できるようになって、従
来に比べて通信性能を大幅に向上できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】本発明の適用される無線ＬＡＮシステムのシス
テム構成図である。

【図３】バックオフ制御機構の実行する処理フローの一
実施例である。

【図４】本発明と従来技術のバックオフ制御の説明図で
ある。

【図５】シミュレーション結果の説明図である。

【図６】シミュレーション結果の説明図である。

【符号の説明】

１ 有線ＬＡＮ ２ ブリッジ装置 ３ 端末装置 １０ａ,b 送信手段 １１ａ,b 受信手段 １２ａ,b 検出手段 １３ａ,b 設定手段 １４ａ,b 指示手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有線ＬＡＮの接続窓口となるブリッジ装
   置と無線を介して接続される無線ＬＡＮシステムの端末
   装置であって、 ブリッジ装置に送信したデータに対する受信確認の返信
   の有無を検出することで、該送信データに対する衝突の
   発生を検出する検出手段と、 上記検出手段が衝突の発生を検出するときに、送信デー
   タの伝送時間と同程度の時間を持つ固定のバックオフ時
   間を使って、次に送信処理に入るまでの待ち時間を設定
   する設定手段と、 上記設定手段の設定する待ち時間の経過後に、衝突した
   送信データの再送信を指示する指示手段とを備えること
   を、 特徴とする無線ＬＡＮシステムの端末装置。
2. 【請求項２】 有線ＬＡＮの接続窓口として機能して、
   複数の端末装置と無線を介して接続される無線ＬＡＮシ
   ステムのブリッジ装置であって、 端末装置に送信したデータに対する受信確認の返信の有
   無を検出することで、該送信データに対する衝突の発生
   を検出する検出手段と、 上記検出手段が衝突の発生を検出するときに、送信デー
   タの伝送時間の半分程度の時間を持つ固定のバックオフ
   時間を使って、次に送信処理に入るまでの待ち時間を設
   定する設定手段と、 上記設定手段の設定する待ち時間の経過後に、衝突した
   送信データの再送信を指示する指示手段とを備えること
   を、 特徴とする無線ＬＡＮシステムのブリッジ装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の無線ＬＡＮシステムのブ
   リッジ装置において、 設定手段は、端末装置の台数に応じて、バックオフ時間
   を短く設定するよう処理することを、 特徴とする無線ＬＡＮシステムのブリッジ装置。