JPWO2015107895A1 - 無線通信装置、無線通信方法、無線通信プログラム、および情報通知システム - Google Patents

Abstract

フレーム集約による効率性を考慮した経路選択を可能とするために、本発明の無線通信装置は、無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置から、他の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を受信する受信手段を備える。

Description

本発明は、無線ネットワーク、例えば、マルチホップネットワークに適用することが可能な無線通信装置、無線通信方法、記憶媒体、および情報通知システムに関する。

無線ネットワークシステムの一形態として、無線マルチホップネットワーク（以降、「マルチホップネットワーク」と呼ぶ）が知られている。マルチホップネットワークにおいて、ネットワークに属する所定の複数の無線通信装置間で情報交換を行う際に両装置間で直接電波が届かない場合、他の無線通信装置を経由した情報交換が行われる。すなわち、マルチホップネットワークによって、無線通信装置は、直接電波が届かないエリアや通信インフラを持たないエリアに存在する無線通信装置と通信することができる。従って、マルチホップネットワークの、広範囲をカバーする必要のあるセンサネットワークや災害時などでインフラが消失した際の情報伝達プラットフォームへの活用が期待されている。

マルチホップネットワークの場合、上述したように、複数の無線ネットワークを経由した通信が行われるため、より多くの無線ネットワーク資源が消費される。このため、マルチホップネットワークにおいて、無線ネットワーク資源の効率的利用が要請されている。

無線ネットワーク資源を効率的に利用するための第１の技術として、「経路選択」を挙げることができる。

例えば、特許文献１は、ルーティングパケットにより検知された不安定な無線リンクを通信経路として使用可能な無線リンクから排除する技術を記載する。

また、特許文献２および非特許文献１は、位置情報に基づいて経路を選択する技術を記載する。具体的には、例えば、特許文献２は、宛先無線通信装置により近い場所に位置する無線通信装置を中継装置として選択する技術を記載する。

また、特許文献３は、パケット到達率とホップ数とが加味されたパスコストに基づいて経路を選択する技術を記載する。

無線ネットワーク資源を効率的に利用するための第２の技術として、「フレーム集約」を挙げることができる。例えば、無線LAN規格のひとつであるIEEE802.11nでは、A-MSDUおよびA-MPDUといった、フレーム集約に関する規格が標準化されている。上記において、LANは、Local Area Networkの略であり、IEEEは、The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.の略であり、A-MSDUは、Aggregate MAC Service Data Unitの略であり、A-MPDUは、Aggregate MAC Protocol Data Unitの略である。

また、特に、IEEE802.11で採用されているCSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）の場合、衝突回避のためのランダムな待ち時間が設定される。この待ち時間によりデータ同士の衝突は回避される。しかしながら、この待ち時間の存在により、データ転送のスループットが低下する虞がある。そこで、複数のフレームを集約して単一フレームとして送信することにより、上記待ち時間を短縮させることができる。従って、無線ネットワーク資源が効率的に利用される可能性が高まる。

なお、IEEE802.11ないしCSMA/CAを利用する通信手段に限らず、無線ネットワークにおいては干渉・衝突回避の観点から、フレーム送信ごとに待ち時間が発生する。従って、フレーム集約の効果は、IEEE802.11に限定されない。

例えば、特許文献４は、サーバ装置の下層に設けられるゲートウェイが、その傘下の各計量器端末からの検針データを集約してサーバ装置へ送信する技術を記載する。

特開２００８−０３５４７３号公報（ページＮｏ．６、７、図１、２、７） 特開２００７−２０８９５５号公報（ページＮｏ．６、７、１０、図２） 特開２０１２−２３９２４３号公報（ページＮｏ．９〜１２、図１〜８） 特開２０１１−０３４３８８号公報（ページＮｏ．６〜９、図１〜４）

M. Zorzi et al., "Geographic Random Forwarding (GeRaF) for Ad Hoc and Sensor Networks: Multihop Performance", IEEE TRANSACTIONS ON MOBILE COMPUTING, VOL. 2, NO. 4, pp. 337-348, 2003

上述したとおり、フレーム集約には、無線ネットワーク資源の効率的利用の効果がある。従って、フレーム集約による効率性を考慮した経路選択が実行されれば、無線ネットワーク資源をより効率的に利用することができる。

しかしながら、一般的なマルチホップネットワークにおける経路選択において、フレーム集約による効率性は全く考慮されていない。さらに、特許文献１−４および非特許文献１は、フレーム集約による効率化の影響を経路選択に反映させるための仕組みについて全く言及していない。

本発明は、フレーム集約による効率性を考慮した経路選択を行うことが可能な、無線通信装置、無線通信方法、記憶媒体、および情報通知システムを提供することを目的とする。

本発明の無線通信装置は、無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置から、他の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を受信する受信手段を備える。

また、本発明の無線通信装置は、無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を、無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置へ送信する送信手段を備える。

本発明の無線通信方法は、無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置から、他の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を受信することを特徴とする。

また、本発明の無線通信方法は、無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を、無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置へ送信することを特徴とする。

本発明の記憶媒体は、無線通信装置のコンピュータに、無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置から、他の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を受信する処理を実行させるための無線通信プログラムを記憶する。

また、本発明の記憶媒体は、無線通信装置のコンピュータに、無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を、無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置へ送信する処理を実行させるための無線通信プログラムを記憶する。

本発明の情報通知システムは、第１の無線通信装置と第２の無線通信装置とを備え、第１の無線通信装置から、第１の無線通信装置との間で接続が確立していない第２の無線通信装置へ、第１の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を通知する。

本発明によれば、フレーム集約による効率性を考慮した経路選択を行うことが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る無線通信装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る情報通知システムの構成例を示す図である。 図３に示す無線端末の構成例を示すブロック図である。 直接接続ネットワーク情報および上流ネットワーク情報を説明するためのネットワーク接続図である。 ネットワーク情報を含むメッセージフレームの一例を示す図である。 ネットワーク情報記憶手段に格納される直接接続ネットワーク情報の一例を示す図である。 ネットワーク情報記憶手段に格納される上流ネットワーク情報の一例を示す図である。 図３に示すアクセスポイントの構成例を示すブロック図である。 無線端末における、ネットワーク情報の送信動作の一例を示すフローチャートである。 無線端末における、ネットワーク情報の受信動作の一例を示すフローチャートである。 無線端末における、ネットワーク情報を利用した他の無線通信装置との接続動作の一例を示すフローチャートである。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置１００の構成例を示すブロック図である。無線通信装置１００は、受信手段１０２を備える。受信手段１０２は、無線通信装置１００との間で接続が確立していない他の無線通信装置（図１において不図示）から、他の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を受信する。

以上説明した第１の実施形態において、無線通信装置１００は、他の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を受信する。従って、無線通信装置１００は、フレーム集約による効率性を考慮した経路選択を行うことができる。結果として、無線ネットワーク資源をより効率的に利用することができる。
［第２の実施形態］
図２は、本発明の第２の実施形態に係る無線通信装置２００の構成例を示すブロック図である。無線通信装置２００は、送信手段２０２を備える。送信手段２０２は、無線通信装置２００が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を、無線通信装置２００との間で接続が確立していない他の無線通信装置（図２において不図示）へ送信する。

以上説明した第２の実施形態において、他の無線通信装置は、無線通信装置２００から、無線通信装置２００が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を受信することができる。従って、他の無線通信装置は、フレーム集約による効率性を考慮した経路選択を行うことができる。結果として、無線ネットワーク資源をより効率的に利用することができる。
［第３の実施形態］
（構成の説明）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る情報通知システム５０の構成例を示す図である。情報通知システム５０は、無線端末１と、アクセスポイント２と、サーバ３とを含む。無線端末１は、他の無線端末１またはアクセスポイント２と接続する。アクセスポイント２は、ネットワーク４を介して、サーバ３と接続する。

図３において、無線端末１−２、１−３がアクセスポイント２−１に接続され、無線端末１−４、１−５、１−６がアクセスポイント２−２に接続される例が示される。アクセスポイント２−１、２−２は、ネットワーク４を介してサーバ３に接続される。また、無線端末１−７は無線端末１−４と接続される。無線端末１−７は、無線端末１−４、アクセスポイント２−２、およびネットワーク４を介してサーバ３と通信する。

なお、図３には、無線端末１−１がどの無線端末１およびアクセスポイント２とも接続されていない状態が示されている。以下において、無線端末１−１が新たな接続先を選択して接続するまでの一連の処理が説明される。従って、図３は、無線端末１−１がどの接続先とも接続されていない初期状態を示す。上記一連の処理については、以下詳細に説明する。なお、無線端末１−１の通信範囲５内には、無線端末１−２、１−３、１−７およびアクセスポイント２−２が存在しているものとする。

図４は、図３に示す無線端末１の構成例を示すブロック図である。無線端末１は、第１アンテナ１０−１と、第２アンテナ１０−２と、第１通信手段１１−１と、第２通信手段１１−２と、フレーム送信手段１２と、フレーム受信手段１３と、ネットワーク情報記憶手段１４と、接続処理手段１５と、ネットワーク情報生成手段１６と、ネットワーク情報解析手段１７と、パケット処理手段１８と、を備える。

第１通信手段１１−１は、第１アンテナ１０−１を介して受信した無線信号をフレームに復号し、フレーム受信手段１３に渡す。また、第１通信手段１１−１は、フレーム送信手段１２から受信したフレームを無線信号に符号化し、第１アンテナ１０−１を介して送信する。

本実施形態において、第１通信手段１１−１は、自無線端末が子機として動作する場合（すなわち、自無線端末がIEEE802.11のインフラストラクチャモードにおけるNon-AP STAとして動作する場合）の無線通信を担当する。なお、以下、Non-AP STAとして動作するモードを「STAモード」と呼ぶ。

第２通信手段１１−２は、第２アンテナ１０−２を介して受信した無線信号をフレームに復号し、そのフレームをフレーム受信手段１３に渡す。また、第２通信手段１１−２は、フレーム送信手段１２から受信したフレームを無線信号に符号化し、その無線信号を、第２アンテナ１０−２を介して送信する。

本実施形態において、第２通信手段１１−２は、自無線端末が親機として動作する場合（すなわち、自無線端末がIEEE802.11のインフラストラクチャモードにおけるAPとして動作する場合）の無線通信を担当する。なお、以下、APとして動作するモードを「APモード」と呼ぶ。

フレーム送信手段１２は、要求に基づいてフレームを生成し、宛先情報に基づいて、フレームを適切な通信手段（第１通信手段１１−１または第２通信手段１１−２）に渡す。また、フレーム送信手段１２は、パケット処理手段１８から受信したメッセージパケットについて、可能な場合には、複数フレームの集約を行う。フレーム集約の一例としては、IEEE802.11nにて規定された、A-MSDUおよびA-MPDUを挙げることができる。

フレーム受信手段１３は、通信手段（第１通信手段１１−１または第２通信手段１１−２）から受信したフレームの宛先および内容を解析し、そのフレームを、接続処理手段１５、ネットワーク情報解析手段１７、パケット処理手段１８のいずれかに渡す。集約されたフレームを受信した場合、フレーム受信手段１３は、その集約フレームを個別のフレームに分割する。

ネットワーク情報記憶手段１４は、ネットワーク情報解析手段１７から取得した、直接接続ネットワーク情報および上流ネットワーク情報を格納する。

ここで、直接接続ネットワーク情報および上流ネットワーク情報について説明する。

図５は、直接接続ネットワーク情報および上流ネットワーク情報を説明するためのネットワーク接続図である。無線端末１−ａは、無線ネットワーク６−ａを介して無線端末１−ｂと接続することができる。なお、現時点において、無線端末１−ａは、未だ、無線端末１−ｂに接続されていないものとする。無線端末１−ｂは、無線ネットワーク６−ｂを介してアクセスポイント２−ａと接続している。また、アクセスポイント２−ａは、有線ネットワーク６−ｃを介してサーバ３−ａと接続している。

直接接続ネットワーク情報は、一般的には、第１通信手段１１−１を介して、無線端末１が接続可能なネットワークに関する情報である。具体的には、例えば、図５の場合、直接接続ネットワーク情報は、無線端末１−ａにおける、無線ネットワーク６−ａに関する情報である。この場合、直接接続ネットワーク情報は、無線端末１（例えば、図５における無線端末１−ａ）が、ネットワーク情報解析手段１７および第１通信手段１１−１を介して、周辺に存在する無線端末１もしくはアクセスポイント２の電波状況を取得することにより収集する。具体的には、通信規格あるいは独自に規定された、未接続および接続済みの無線通信装置と情報交換を行うための手法を用いる。具体的には、IEEE802.11にて規定されたビーコン（Beacon）のスキャン、あるいはプローブ要求・応答（Probe Request/Probe Response）の利用等である。

直接接続ネットワーク情報の一例としては、通信規格、通信レート、RSSI（Received Signal Strength Indicator）、ネットワークビジー率、フレーム集約の可否などを挙げることができる。

一方、上流ネットワーク情報は、一般的には、第１通信手段１１−１およびネットワーク（例えば、図５における無線ネットワーク６−ａ）を介して無線端末１が接続可能な他の無線端末ないしアクセスポイントが、当該ネットワークとは別に接続を確立済みのネットワークに関する情報である。具体的には、例えば、図５の場合、上流ネットワーク情報は、無線端末１−ａにおける、無線ネットワーク６−ｂに関する情報である。

上流ネットワーク情報の取得は、無線端末１−ａの周辺に存在する、無線端末（例えば、図５における無線端末１−ｂ）やアクセスポイントからの通知によりなされる。無線端末１−ｂは、自身の直接接続ネットワーク情報（つまり、無線ネットワーク６−ｂの情報）および接続後に取得可能な情報をもとに、ネットワーク情報を生成する。そして、これを無線端末１−ａに通知する。

上流ネットワーク情報の一例としては、当該ネットワークにおけるフレーム集約の可否のほか、平均送信フレームサイズ、最大送信可能フレームサイズ、通信規格、通信レート、RSSI、ネットワークビジー率などを挙げることができる。例えば、ネットワーク内のすべての通信が単一の通信装置宛てに集約される場合、上流ネットワーク情報は、当該通信装置までのホップ数を含むことができる。

図６は、ネットワーク情報を含むメッセージフレームの一例を示す図である。メッセージフレームは、MAC（Media Access Control）ヘッダと、ネットワーク情報と、FCS（Frame Check Sequence）と、を含む。

MACヘッダは、メッセージフレームがネットワーク情報を通知するメッセージフレームであるか否かを示す。

ネットワーク情報は、例えば、通信規格、ホップ数、RSSI、ビジー率、平均送信フレームサイズ、最大送信可能フレームサイズ、フレーム集約可否情報を含む。通信規格、ホップ数、RSSI、ビジー率、平均送信フレームサイズは、ネットワークの品質を測定するのに用いられる。また、平均送信フレームサイズ、最大送信可能フレームサイズ、フレーム集約可否情報は、フレーム集約による送信効率性の向上を算出するのに用いられる。

通信規格、RSSI、ビジー率、フレーム集約の可否は、無線端末１−ｂ（図５参照）における直接接続ネットワーク情報から取得する。平均送信フレームサイズは、無線端末１−ｂがアクセスポイント２−ａにメッセージフレームを送信する際の平均フレームサイズを用いる。最大送信可能フレームサイズは、例えば、無線端末１−ｂからアクセスポイント２−ａへの送信フレームサイズの許容最大値を用いる。あるいは、無線通信区間に対してMTU（Maximum Transmission Unit） Discoveryによって算出された値を用いる。また、ホップ数は、アクセスポイント２−ａとの接続確立後に、サーバ３−ａまでのホップ数をカウントすることにより取得する。

ネットワーク情報は、通信規格あるいは独自に規定された、未接続および接続済みの無線通信装置と情報交換を行うためのメッセージフレームに含めることにより通知される。例えば、他の無線端末１あるいはアクセスポイント２（これらは「他の無線通信装置」と呼ばれる）は、IEEE802.11によって規定されたメッセージフレーム（例えば、ビーコンあるいはプローブ応答）にネットワーク情報を含める。無線端末１は、これらのメッセージフレームを受信することによってネットワーク情報を収集する。

図７Ａは、ネットワーク情報記憶手段１４に格納される直接接続ネットワーク情報の一例を示す図である。図７Ｂは、ネットワーク情報記憶手段１４に格納される上流ネットワーク情報の一例を示す図である。

以下、図３に示すネットワーク構成を例にとって説明する。具体的には、通信範囲５内に存在する無線端末１−１と、無線端末１−１が接続しようとする他の無線通信装置（無線端末１−２、１−３、１−７、アクセスポイント２−２）を例にとって説明する。

まず、他の無線通信装置とMACアドレスとが関連付けられる。図７Ａおよび図７Ｂにおいて、無線端末１−２のMACアドレスが“00:11:22:AA:BB:CC”に設定され、無線端末１−３のMACアドレスが“00:11:22:XX:YY:ZZ”に設定され、アクセスポイント２−２のMACアドレスが“00:33:44:AA:BB:CC”に設定され、無線端末１−７のMACアドレスが“00:11:22:AB:CD:EF”に設定される。なお、上記対応関係はあくまで一例である。

図７Ａに示すように、直接接続ネットワーク情報は、例えば、通信規格、RSSI、ビジー率、フレーム集約可否情報を含む。

また、図７Ｂに示すように、上流ネットワーク情報は、例えば、通信規格、サーバまでのホップ数、RSSI、ビジー率、そしてフレーム集約可否情報を含む。

無線端末１は、上流ネットワーク情報を参照することにより、直接接続ネットワークの情報とは異なる側面から接続先ネットワークを決定することができる。例えば、図３において、無線端末１−１が無線端末１−２（MACアドレス“00:11:22:AA:BB:CC”）と無線端末１−３（MACアドレス“00:11:22:XX:YY:ZZ”）のいずれかに接続することを想定する。このとき、直接接続ネットワーク情報からは、RSSIのより良好な無線端末１−３を選択することが望ましいと判断できる。しかし、上流ネットワーク情報を参照すると、無線端末１−２のほうが、通信規格、RSSI、フレーム集約可否の観点から、良好な選択肢だと判断できる。

ここで、図４の説明に戻る。接続処理手段１５は、ネットワーク情報記憶手段１４に保持された、直接接続ネットワーク情報および上流ネットワーク情報に基づいて、他の無線通信装置との無線接続を確立するための処理を行う。具体的には、接続処理手段１５は、接続先の決定、接続処理のための他の無線通信装置との情報交換、および取得した情報を用いての接続処理を行う。

ネットワーク情報生成手段１６は、ネットワーク情報記憶手段１４に保持された情報（直接接続ネットワーク情報および上流ネットワーク情報）に基づいてネットワーク情報を生成する。生成されたネットワーク情報は、第２通信手段１１−２を介して他の無線端末１に伝達される。

ネットワーク情報解析手段１７は、第１通信手段１１−１を介して他の無線通信装置から取得したネットワーク情報を取得して解析し、ネットワーク情報記憶手段１４に格納する。

ネットワーク情報の取得は、例えば、チャネルスキャン、IEEE802.11にて規定されたプローブ要求の送信、もしくは独自に規定された要求メッセージの送信などによって行われる。

また、第１通信手段１１−１を介したネットワークが接続済みである場合には、これに加えて、接続後に取得可能な情報を取得する。接続後の情報取得の一例としては、例えば、ICMP（Internet Control Message Protocol）あるいはSMNP（Simple Network Management Protocol）を用いての情報取得を挙げることができる。

パケット処理手段１８は、アプリケーション（図示せず）などの要求に基づいてメッセージパケットを生成し、フレーム送信手段１２に対してフレームの生成を要求する。また、パケット処理手段１８は、フレーム受信手段１３から受信したメッセージパケットの解析を行い、当該パケットの宛先に応じた適切な処理を行う。具体的には、メッセージパケットが自無線端末宛の場合、パケット処理手段１８は、当該パケットに含まれるデータを適切なアプリケーションに引き渡す。また、メッセージパケットが他無線端末宛の場合、パケット処理手段１８は、当該パケットの送信についてフレーム送信手段１２に要求することで、当該パケットを転送する。

なお、本実施形態においては、アクセスポイント２についても、無線端末１と同様に、ネットワーク情報を通知するための機能を有する。

図８は、図３に示すアクセスポイント２の構成例を示すブロック図である。アクセスポイント２の無線端末１に対する差異は、第１通信手段１１−１ａが、有線ネットワークへのインタフェースとして動作する点である。これ以外の構成については、無線端末１と同様である。従って、図８において図３と同一の符号が付され、それらの構成の説明は省略される。
（動作の説明）
図９は、無線端末１における、ネットワーク情報の送信動作の一例を示すフローチャートである。

無線端末１は、自己が上流ネットワークに接続しているか、すなわち、STAモードにて他の無線通信装置に接続しているかを確認する（ステップＳ１０１）。

接続していない場合（ステップＳ１０１において“Ｎｏ”判定）、APモードにて自端末からネットワーク情報を送信する必要がないので、本送信処理は終了する。

上流ネットワークに接続している場合（ステップ１０１において“Ｙｅｓ”判定）、ネットワーク情報生成手段１６は、ネットワーク情報記憶手段１４から、直接接続ネットワーク情報および上流ネットワーク情報を取得する（ステップＳ１０２）。この場合、ネットワーク情報生成手段１６は、接続を確立済みの無線通信装置に関する直接接続ネットワーク情報および上流ネットワーク情報について取得するものとする。

そして、ネットワーク情報生成手段１６は、取得した情報からネットワーク情報を生成する（ステップＳ１０３）。

ネットワーク情報生成手段１６は、フレーム送信手段１２に対して送信要求を行う。フレーム送信手段１２は、当該送信要求に従い、第２通信手段１１−２を介して、STAモードで動作中の他の無線通信端末へネットワーク情報を通知する（ステップＳ１０４）。通知が完了したら、本送信処理は終了する。

図１０は、無線端末１における、ネットワーク情報の受信動作の一例を示すフローチャートである。

第１の通信手段１１−１を介して他の無線通信装置からフレームを受信すると、フレーム受信手段１３は、受信フレームを解析する（ステップＳ１１１）。

受信フレームがネットワーク情報を含むフレームである場合（ステップＳ１１１において“ネットワーク情報有り”）、フレーム受信手段１３は、受信フレームをネットワーク情報解析手段１７に渡す。ネットワーク情報解析手段１７は、受信フレームのネットワーク情報を解析し、上流ネットワーク情報としてネットワーク情報記憶手段１４に格納する（ステップＳ１１２）。上記格納処理が完了したら、本フローチャートの動作は終了する。

一方、受信フレームがネットワーク情報を含まないフレームである場合（ステップＳ１１１において“ネットワーク情報無し”）、フレーム受信手段１３は、受信フレームが集約フレームかどうかを確認する（ステップＳ１１３）。

受信フレームが集約フレームである場合（ステップＳ１１３において“Ｙｅｓ”）、フレーム受信手段１３は、集約フレームの分離を行う（ステップＳ１１４）。一方、受信フレームが集約フレームでない場合（ステップＳ１１３において“Ｎｏ”）、すなわち、通常フレームである場合、ステップＳ１１５の処理が実行される。

フレーム受信手段１３およびパケット処理手段１８は、通常フレームあるいはステップＳ１１４にて分離されたフレームに対して、所定のフレーム処理を施す（ステップＳ１１５）。上記フレーム処理が完了したら、本フローチャートの動作は終了する。

図１１は、無線端末１における、ネットワーク情報を利用した他の無線通信装置との接続動作の一例を示すフローチャートである。

無線端末１の接続処理手段１５は、ネットワーク情報記憶手段１４から、直接接続ネットワーク情報および上流ネットワーク情報を取得する（ステップＳ１２１）。接続処理手段１５は、これらの取得情報に基づいて、接続処理を行う他の無線通信装置を決定する（ステップＳ１２２）。接続処理手段１５は、決定した他の無線通信装置に対して接続処理を行う（ステップＳ１２３）。

上記接続に成功した場合（ステップＳ１２４において“Ｙｅｓ”判定）、本接続処理は終了する。

上記接続に失敗した場合（ステップＳ１２４において“Ｎｏ”判定）、接続処理する他の無線通信装置の決定（ステップＳ１２２）が再度実行される。

なお、ステップＳ１２２における接続先の決定の具体例として、例えば、直接接続ネットワーク情報および上流ネットワーク情報からネットワークスコアを算出し、よりネットワークスコアの高いネットワークを選択する等の方法を挙げることができる。

以下、具体的に説明する。なお、以下の説明は、無線ネットワークはIEEE802.11規格に準拠する無線ネットワークであり、また、有線ネットワークのスループットは無線ネットワークのスループットに比べて十分大きいことを前提とする。

本実施形態では、例えば、ネットワークスコアの算出に、推定スループットとネットワーク利用効率性とを用いる。

推定スループットは、例えば、以下の（式１）にて算出される。

推定スループット＝通信レート×ネットワーク利用可能時間×再送率・・・（式１）

ここで、通信レートは、例えば、ビーコンに含まれるSupported Rates、Extended Supported Ratesの最大値、およびRSSIの値から算出する。また、ネットワーク利用可能時間は、ビジー率から算出する。ビジー率は、例えば、チャネルスキャンを定期的に繰り返し、スキャン回数に占めるビジー判定回数の割合として算出するなどの方法で取得する。また、再送率は、RSSIの値および平均送信フレームサイズから推定する。RSSIはビーコン等の受信強度から取得することができる。これを、直接接続ネットワーク、および上流ネットワーク（ただし上流ネットワークが有線接続の場合を除く）について算出する。

次に、フレーム集約によるネットワーク利用効率性を算出する。フレーム集約を行うことにより、送信メッセージ数を圧縮し、効率よくネットワークを利用することができる。ネットワーク利用効率性を鑑みた接続先選択により、システムスループットを向上させることができる。

上流ネットワークが無線ネットワーク、かつ上流ネットワーク上でフレーム集約が可能な場合、ネットワーク利用効率性は、例えば、以下の（式２）にて算出される。

ネットワーク利用効率性＝（２×通信オーバヘッド＋自端末の平均送信フレームサイズ＋上流ネットワークでの平均送信フレームサイズ）÷（通信オーバヘッド＋自端末の平均送信フレームサイズ＋上流ネットワークでの平均送信フレームサイズ）・・・（式２）

ここで、通信オーバヘッドは、DIFS（DCF(Distributed Coordination Function) Inter Frame Space）、SIFS（Short Inter Frame Space）、Ackなどの、１フレーム送信ごとに要するメッセージフレーム送信以外の時間について、メッセージサイズに換算したものである。通信オーバヘッドの値は、通信規格および通信レートに基づいて算出可能である。

なお、上流ネットワークが無線ネットワークであり、かつ上流ネットワークでフレーム集約が不可能の場合、ネットワーク利用効率性は１とする。

そして、推定スループットおよびネットワーク利用効率性をもとに、以下の（式３）または（式４）に従ってネットワークスコアを算出する。接続処理手段１５は、ネットワークスコアの最も高い無線通信装置に対し、接続処理を行う。

ネットワークスコア（上流ネットワークが有線の場合）＝直接接続ネットワークの推定スループット・・・（式３）

ネットワークスコア（上流ネットワークが無線の場合）＝min(直接接続ネットワークの推定スループット、上流ネットワークの推定スループット×ネットワーク利用効率性)・・・（式４）

（効果の説明）
以上説明した第３の実施形態によれば、接続処理を行おうとする無線通信装置に対して、フレーム集約による効率化を加味した経路選択を行うための情報が通知される。従って、無線通信装置は、フレーム集約による効率性を加味した経路選択が可能となる。結果として、無線ネットワーク資源をより効率的に利用することができる。

ところで、マルチホップネットワークを含む無線ネットワークシステム全般において、不正利用や盗聴を防ぐために、接続の際に認証処理や暗号化処理が行われている。しかしながら、これらの処理には、少なくとも数秒、場合によっては１０秒以上の時間が費やされる場合がある。従って、利便性の観点から、上記各処理以外の接続処理に費やされる時間は極力短いほうが好ましい。

そして、本実施形態の場合、上述したように、接続処理を行おうとする無線通信装置（例えば、図３の無線端末１−１）における、フレーム集約による効率化を加味した経路選択を行うための情報の受信、および上記情報に基づく接続先の決定は、接続処理の前に実行される（図９〜図１１参照）。従って、接続処理に費やされる時間が必要以上に増加することはない。すなわち、本実施形態によれば、利便性を低下させることなく、無線ネットワーク資源の効率的利用を達成することができる。
（変形例）
以上説明した第３の実施形態では、他の無線通信装置との接続が未確立の無線端末１における動作について説明した。しかしながら、本実施形態は、無線端末１が他の無線通信装置と接続を確立済みの場合にも適用可能である。この場合、現在接続している無線通信装置についても同様にネットワークスコアを算出し、よりネットワークスコアの高い無線通信装置が存在した場合には、接続先を切り替える処理を行ってもよい。上記処理により、無線端末は、より効率的なネットワークを利用することができる。

なお、上記処理は、定期的に動作されてもよい。これにより、ネットワーク環境が変化した場合であっても、常により効率的なネットワークが選択される。

また、本実施形態では、ネットワークスコアの最も高い無線通信装置と接続するようにしているが、当該無線通信装置とのネットワークスコアが安定的に高いと判定されたのちに接続するようにしてもよい。例えば、ネットワークスコアについて移動平均をとる方法や、ランジュバン方程式を用いる方法を挙げることができる。上記動作によって、ネットワークスコアが急激に変動するような場合においても、接続先の切り替え処理が頻発することを抑え、安定的にネットワークを利用することができる。

ここで、ランジュバン方程式を用いる場合について説明する。この方法では、ランジュバン方程式のポテンシャル項にシステムの安定性を評価する変数を乗じる。これにより、システムが安定している場合にはポテンシャル項が支配的となり、システムが不安定な場合にはノイズ項が支配的となるようにシステムを動作させることができる。以下では、ランジュバン方程式のポテンシャル項にシステムの安定性を評価する変数を乗じた方程式を、ゆらぎ方程式と称する。

ゆらぎ方程式を本実施形態の情報通知システムに適用した場合の動作の一例について説明する。

ゆらぎ方程式におけるポテンシャル項は、本発明における、システム全体のネットワークスコアの最大値に対する、接続中の無線通信装置とのネットワークスコアの比に相当する。あるいは、接続中ネットワークにおけるネットワーク品質をさらに含めるようにしてもよい。

システムが安定している、すなわち、接続中の無線通信装置とのネットワークスコアが十分高い場合には、ポテンシャル項が支配的になるように動作する。一方、システムが安定していない、すなわち接続中の無線通信装置とのネットワークスコアが相対的に低下した場合、あるいは接続中ネットワークのネットワーク品質が低下した場合には、ノイズ項が支配的になるように動作する。この場合、ネットワークスコアが相対的に高く、かつネットワーク品質も高い接続先が発見されるまで、接続先となる無線通信装置をランダムに変更する。こうすることで、接続中ネットワークの品質が低下し、かつその原因が不明であっても、ネットワーク品質が向上するように、接続先を適宜決定することができる。

また、本実施形態では、個々の情報（通信規格、ホップ数、RSSI、ビジー率、平均送信フレームサイズ、フレーム集約可否情報）がネットワーク情報として送信されている。しかしながら、ネットワーク情報生成手段１６は、上記個々の情報から推定スループットを算出し、算出した推定スループットと、フレーム集約可否情報と、平均送信フレームサイズとをネットワーク情報として通知することもできる。また、ネットワーク情報記憶手段１４は、これら個々の情報について格納する代わりに、個々の推定スループットあるいはネットワークスコアを格納することもできる。

上述の構成および動作により、受信側でネットワークスコアを算出する負荷を削減することができる。加えて、上述の構成および動作により、ネットワーク情報のサイズを削減することができ、無線ネットワーク資源をより効率的に活用することができる。

また、以上説明した第１−第３の実施形態の全部又は一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。

「コンピュータシステム」の例としては、例えば、CPU（Central Processing Unit）を挙げることができる。

「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、例えば、非一時的な記憶装置である。非一時的な記憶装置の例としては、例えば、光磁気ディスク、ROM（Read Only Memory）、不揮発性半導体メモリ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスクを挙げることができる。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、一時的な記憶装置であってもよい。一時的な記憶装置の例としては、例えば、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線、あるいは、コンピュータシステム内部の揮発性メモリを挙げることができる。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

以上、第１−第３の実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は、上記各実施形態の記載に限定されない。上記各実施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は当業者にとって自明である。従って、そのような変更又は改良を加えた形態もまた本発明の技術的範囲に含まれることは説明するまでもない。また、以上説明した第１−第３の実施形態において使用される、数値や各構成の名称等は例示的なものであり適宜変更可能である。

また、上記各実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうる。
＜付記１＞
無線通信装置であって、
前記無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置から、前記他の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を受信する受信手段
を備えることを特徴とする無線通信装置。
＜付記２＞
前記フレーム集約情報は、フレーム集約の可否を含むことを特徴とする付記１記載の無線通信装置。
＜付記３＞
前記フレーム集約情報は、フレーム集約による送信効率性の向上を表す情報であるフレーム集約効率性情報を含むことを特徴とする付記１または２記載の無線通信装置。
＜付記４＞
前記フレーム集約効率性情報は、平均送信フレームサイズおよび最大送信可能フレームサイズから得られた情報であることを特徴とする付記３記載の無線通信装置。
＜付記５＞
前記最大送信可能フレームサイズは、無線通信区間においてMTU Discoveryによって算出された値を用いることを特徴とする付記４記載の無線通信装置。
＜付記６＞
前記ネットワーク情報は、さらに、前記他の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおける、ネットワーク種別、ビジー率、電波強度、およびホップ数のうちの少なくとも１つから得られる情報を含むことを特徴とする付記１−５のいずれかに記載の無線通信装置。
＜付記７＞
前記受信手段は、前記他の無線通信装置から定期的に送信される前記ネットワーク情報をチャネルスキャンによって受信することを特徴とする付記１−６のいずれかに記載の無線通信装置。
＜付記８＞
前記受信手段は、前記無線通信装置から前記他の無線通信装置へ送信される、前記ネットワーク情報の送信を要求するネットワーク情報送信要求に基づいて前記他の無線通信装置から送信される前記ネットワーク情報を受信することを特徴とする付記１−６のいずれかに記載の無線通信装置。
＜付記９＞
前記ネットワーク情報に基づいて接続先を決定する接続処理手段を、さらに備えることを特徴とする付記１−８のいずれかに記載の無線通信装置。
＜付記１０＞
無線通信装置であって、
前記無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を、前記無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置へ送信する送信手段
を備えることを特徴とする無線通信装置。
＜付記１１＞
前記フレーム集約情報は、フレーム集約の可否を含むことを特徴とする付記１０記載の無線通信装置。
＜付記１２＞
前記フレーム集約情報は、フレーム集約による送信効率性の向上を表す情報であるフレーム集約効率性情報を含むことを特徴とする付記１０または１１記載の無線通信装置。
＜付記１３＞
前記フレーム集約効率性情報は、平均送信フレームサイズおよび最大送信可能フレームサイズから得られた情報であることを特徴とする付記１２記載の無線通信装置。
＜付記１４＞
前記最大送信可能フレームサイズは、無線通信区間においてMTU Discoveryによって算出された値を用いることを特徴とする付記１３記載の無線通信装置。
＜付記１５＞
前記ネットワーク情報は、さらに、前記他の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおける、ネットワーク種別、ビジー率、電波強度、およびホップ数のうちの少なくとも１つから得られる情報を含むことを特徴とする付記１０−１４のいずれかに記載の無線通信装置。
＜付記１６＞
前記送信手段は、前記ネットワーク情報を前記他の無線通信装置に対して定期的に送信することを特徴とする付記１０−１５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
＜付記１７＞
前記送信手段は、前記他の無線通信装置から受信する、前記ネットワーク情報の送信を要求するネットワーク情報送信要求に基づいて、前記ネットワーク情報を前記他の無線通信装置へ送信することを特徴とする付記１０−１５のいずれかに記載の無線通信装置。
＜付記１８＞
無線通信装置における無線通信方法であって、
前記無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置から、前記他の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を受信する
ことを特徴とする無線通信方法。
＜付記１９＞
無線通信装置における無線通信方法であって、
前記無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を、前記無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置へ送信する
ことを特徴とする無線通信方法。
＜付記２０＞
無線通信装置のコンピュータに、
前記無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置から、前記他の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を受信する受信処理
を実行させるための無線通信プログラムを記憶する記憶媒体。
＜付記２１＞
無線通信装置のコンピュータに、
前記無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を、前記無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置へ送信する送信処理
を実行させるための無線通信プログラムを記憶する記憶媒体。
＜付記２２＞
第１の無線通信装置と、
第２の無線通信装置と、
を備え、
前記第１の無線通信装置から、前記第１の無線通信装置との間で接続が確立していない前記第２の無線通信装置へ、前記第１の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を通知する
ことを特徴とする情報通知システム。
＜付記２３＞
第１の無線通信装置と第２の無線通信装置とを含む情報通知システムにおける情報通知方法であって、
前記第１の無線通信装置から、前記第１の無線通信装置との間で接続が確立していない前記第２の無線通信装置へ、前記第１の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を通知する
ことを特徴とする情報通知方法。
＜付記２４＞
第１の無線通信装置と第２の無線通信装置とを含む情報通知システムのコンピュータに、
前記第１の無線通信装置から、前記第１の無線通信装置との間で接続が確立していない前記第２の無線通信装置へ、前記第１の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を通知する通知処理
を実行させるための情報通知プログラムを記憶する記憶媒体。

以上、各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１４年１月１５日に出願された日本出願特願２０１４−００４７７６号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１、１−１〜１−７、１−ａ〜１−ｂ 無線端末
２、２−１〜２−２、２−ａ アクセスポイント
３、３−ａ サーバ
４ 有線ネットワーク
５ 通信範囲
６−ａ、６−ｂ 無線ネットワーク
６−ｃ 有線ネットワーク
１０−１ 第１アンテナ
１０−２ 第２アンテナ
１１−１、１１−１ａ 第１通信手段
１１−２ 第２通信手段
１２ フレーム送信手段
１３ フレーム受信手段
１４ ネットワーク情報記憶手段
１５ 接続処理手段
１６ ネットワーク情報生成手段
１７ ネットワーク情報解析手段
１８ パケット処理手段
５０ 情報通知システム
１００ 無線通信装置
１０２ 受信手段
２００ 無線通信装置
２０２ 送信手段

本発明は、無線ネットワーク、例えば、マルチホップネットワークに適用することが可能な無線通信装置、無線通信方法、無線通信プログラム、および情報通知システムに関する。

本発明は、フレーム集約による効率性を考慮した経路選択を行うことが可能な、無線通信装置、無線通信方法、無線通信プログラム、および情報通知システムを提供することを目的とする。

本発明の無線通信プログラムは、無線通信装置のコンピュータに、無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置から、他の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を受信する処理を実行させるための無線通信プログラムである。

また、本発明の無線通信プログラムは、無線通信装置のコンピュータに、無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を、無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置へ送信する処理を実行させるための無線通信プログラムである。

Claims (10)

1. 無線通信装置であって、
   前記無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置から、前記他の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を受信する受信手段
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記フレーム集約情報は、フレーム集約の可否を含むことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記フレーム集約情報は、フレーム集約による送信効率性の向上を表す情報であるフレーム集約効率性情報を含むことを特徴とする請求項１または２記載の無線通信装置。
4. 前記ネットワーク情報に基づいて接続先を決定する接続処理手段をさらに備えることを特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
5. 無線通信装置であって、
   前記無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を、前記無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置へ送信する送信手段
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
6. 無線通信装置における無線通信方法であって、
   前記無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置から、前記他の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を受信する
   ことを特徴とする無線通信方法。
7. 無線通信装置における無線通信方法であって、
   前記無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を、前記無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置へ送信する
   ことを特徴とする無線通信方法。
8. 無線通信装置のコンピュータに、
   前記無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置から、前記他の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を受信する受信処理
   を実行させるための無線通信プログラムを記憶する記憶媒体。
9. 無線通信装置のコンピュータに、
   前記無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を、前記無線通信装置との間で接続が確立していない他の無線通信装置へ送信する送信処理
   を実行させるための無線通信プログラムを記憶する記憶媒体。
10. 第１の無線通信装置と、
    第２の無線通信装置と、
    を備え、
    前記第１の無線通信装置から、前記第１の無線通信装置との間で接続が確立していない前記第２の無線通信装置へ、前記第１の無線通信装置が接続を確立済みのネットワークにおけるフレーム集約に関わる情報であるフレーム集約情報を含むネットワーク情報を通知する
    ことを特徴とする情報通知システム。

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