JP2006013841A - 無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 受信電力の弱い通信局の再送間隔が不当に長くなり通信機会が不公平になる事態を回避して、システム全体として効率的にデータ伝送を行なう。
【解決手段】 各通信局は、アクセス・ポイントからの受信電力に基づいて自局の通信状態を把握し、受信電力が大きくなったことに応じて再送回数の上限値を増加し、該受信電力が小さくなったことに応じて再送回数の上限値を減少することにより、送信間隔を自局が置かれている通信状態に応じて設定する。この結果、通信状態が良好でない場合は、衝突により再送回数が重なる度に再送間隔を伸ばし、送信機会が得られなくなるという事態に陥るのを自律的に回避する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のように複数の無線局間で相互に通信を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、各通信局が自律分散的な通信動作を行なうことにより無線ネットワークが運営される無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。

さらに詳しくは、本発明は、各通信局がＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：搬送波感知多重アクセス）通信手順に従い衝突を回避しながら自律分散的にアクセス制御を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、受信電力の弱い通信局の再送間隔が不当に長くなり通信機会が不公平になる事態を回避して、システム全体として効率的にデータ伝送を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。

ＬＡＮを始めとするコンピュータ・ネットワーキングにより、情報資源の共有や機器資源の共有を効率的に実現することができる。ここで、旧来の有線方式によるＬＡＮ配線からユーザを解放するシステムとして、無線ＬＡＮが注目されている。無線ＬＡＮによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。

近年では、無線ＬＡＮシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）の導入が検討されている。例えば、２．４ＧＨｚ帯や、５ＧＨｚ帯など、監督官庁の免許が不要な周波数帯域を利用して、異なった無線通信システム並びに無線通信システムが規定されている。

無線ネットワークに関する標準的な規格の１つにＩＥＥＥ（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１（例えば、非特許文献１を参照のこと）や、ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２（例えば、非特許文献２又は非特許文献３を参照のこと）、ＩＥＥＥ８０２．１５．３、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信などを挙げることができる。ＩＥＥＥ８０２．１１規格については、無線通信方式や使用する周波数帯域の違いなどにより、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ（例えば、非特許文献４を参照のこと），ｂ，ｇといった拡張規格が存在する。

一般的に、無線技術を用いてローカル・エリア・ネットワークを構成するために、「アクセス・ポイント」、「コーディネータ」、若しくは「ポイント・コーディネータ（ＰＣ）」と呼ばれる、エリア内を統括的に制御する通信装置を１台設け、この通信装置の統括的な制御下でネットワークを形成する方法が用いられている。ある通信局が情報伝送を行なう場合は、まずその情報伝送に必要な帯域をアクセス・ポイントに予約し、他の通信局における情報伝送と衝突が生じないように伝送路の利用を行なう。すなわち、アクセス・ポイントの介在により無線ネットワーク内の通信局同士が互いに同期をとるという同期的な無線通信を行なう。

ここで、アクセス・ポイントが存在する無線通信システムで、送信側と受信側の通信装置間で非同期通信を行なう場合には、必ずアクセス・ポイントを介した無線通信が必要になるため、伝送路の利用効率が半減してしまうという問題がある。これに対し、無線ネットワークを構成する他の方法として、端末同士が直接非同期的に無線通信を行なう自律分散型の通信方式が考案されている。

例えば、中央制御局が存在しないアドホック型無線通信システムでは、１台が故障又は電源オフになってもルーティングを自動的に変更するのでネットワークが破綻しにくい、移動局間でパケットを複数回ホップさせることにより高速データレートを保ったままで比較的遠くまでデータを伝送することができる、といった特徴がある。アドホック・システムにはいろいろな開発事例が知られている（例えば、非特許文献５を参照のこと）。

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１系の無線ＬＡＮシステムでは、ＩＥＥＥ８０２．１１におけるネットワーキングは、ＢＳＳ（Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ）の概念に基づいている。ＢＳＳは、ＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ：制御局）のようなマスタが存在する「インフラ・モード」で定義されるＢＳＳと、複数の移動局（Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ：移動局）のみにより構成される「アドホック・モード」で定義されるＩＢＳＳ（Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ＢＳＳ）の２種類で構成される。

また、無線ネットワークにおけるデータ伝送・アクセス制御方式として、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：搬送波感知多重アクセス）通信手順が知られている。ＣＳＭＡとは、キャリア検出に基づいて多重アクセスを行なう接続方式のことである。無線通信では自ら情報送信した信号を受信することが困難であることから、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式により、他の通信装置の情報送信がないことを確認してから、自らの情報送信を開始することによって、衝突を回避する。ＣＳＭＡ方式は、ファイル転送や電子メールなどの非同期データ通信に適しているアクセス方式である。例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１１では、基本的なデータ転送シーケンスとしてＣＳＭＡ／ＭＡ方式を採用している。

送信データを所有している通信局は、無線媒体上における信号の有無を監視し、所定のフレーム間隔だけ無線媒体が未使用であることを確認したら、さらにバックオフ分だけ待機し、このバックオフ期間においても信号が無線媒体中に現れなければ、自局が送信権を獲得したものとしてデータ送信を開始する。この送信データがただ１つの特定の通信局宛てである場合は、受信先はデータの受信後に送達確認信号ＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）を送信局に対して送信する。

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＩＳＯ／ＩＥＣ ８８０２−１１：１９９９（Ｅ） ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１， １９９９ Ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｐａｒｔ１１：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ） ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ） Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ＥＴＳＩ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−１ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）；ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２；Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ；Ｐａｒｔ１：Ｂａｓｉｃ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−２ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）；ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ２： Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＲＬＣ） ｓｕｂｌａｙｅｒ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ｔｏ ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ−Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｙｓｔｅｍｓ−Ｌｏｃａｌ ａｎｄ ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋｓ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ−Ｐａｒｔ １１： Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ） ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ） ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ： Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ５ＧＨＺ Ｂａｎｄ Ｃ．Ｋ．Ｔｈｏ著"Ａｄ Ｈｏｃ Ｍｏｂｉｌｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ"（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ ＰＴＲ社刊）

上述したように、自律分散型の無線通信システムにおいては、ＣＳＭＡ手順に基づき、各通信局が衝突を回避しながらアクセス制御を行なうことが一般的である。すなわち、送信データのある通信局は、フレーム間隔だけ無線媒体上のみ使用を確認し、さらにバックオフ分だけ待機した後、送信権を獲得する。

このような無線通信システムでは、各通信局は衝突回避の手段としてバックオフの制御を行なう。すなわち、パケットを送信しようとする送信機は、規定のコンテンション・ウインドウの範囲内で乱数を発生させ、その乱数値を基にしたバックオフ時間を設定する。コンテンション・ウインドウは再送の度に２倍に増加していく。すなわち、再送の度に送信間隔は長くなっていく傾向になる。ＩＥＥＥ８０２．１１においては、コンテンション・ウインドウの最小値が１５スロットで、最大値が１０２３スロットとなっている。このような再送制御方式では、通信局は再送回数に上限を設定しない限り、パケットが衝突し再送が発生する毎にコンテンション・ウインドウは増加し続けることになる。

各通信局からアクセス・ポイントへ向けて送信したパケットが衝突したときは、基本的にはアクセス・ポイントでの受信電力が弱い通信局のパケットが破棄されてしまう。したがって、受信電力の弱い通信局と強い通信局が存在しそれぞれがアクセス・ポイントと通信をする場合、パケットが衝突すると、受信電力の弱い通信局のパケットが常に破棄されてしまう。言い換えれば、受信電力の弱い通信局の再送回数が一方的に増え、結果として送信間隔が長くなっていってしまう。よって、このような通信局はパケットが衝突して破棄されてしまう上に、データを送信する機会も減るため、ほとんど、通信が成り立たないような状況に陥ってしまう。このように公平であるべき送信アクセス権の調停がある端末に偏る現象は、キャプチャ効果と呼ばれ、従来からＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の問題点として挙げられている。

ここで、通信局が再送回数に上限を設定するという解決方法も考えられる。ところが、逆に再送回数の上限値を極端に少ない回数で固定してしまうと、送信間隔が十分に長くならず、受信電力が強いときには自局が帯域を占有してしまうことになり、周囲局と帯域を公平に分け合うことができなくなってしまう。

このように通信局間における受信電力の大小により帯域の利用が不公平となる現象は、とりわけ隠れ端末状態などで、お互いが認識できない状態に顕著に現れる。

本発明は、上述したような技術的課題を鑑みたものであり、その主な目的は、各通信局がＣＳＭＡ通信手順に従い衝突を回避しながら自律分散的にアクセス制御を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、受信電力の弱い通信局の再送間隔が不当に長くなり通信機会が不公平になる事態を回避して、システム全体として効率的にデータ伝送を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、各通信局が衝突を回避しながら自律分散的にアクセス制御を行なう無線通信システムであって、
通信局は、自局の通信状態に応じて再送回数の上限値を設定し、衝突の検出に応じて、再送間隔を増加させながら前記再送回数の上限値に到達するまで再送を行なう、
を特徴とする無線通信システムである。

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。

本発明は、各通信局がＣＳＭＡ通信手順に従い衝突を回避しながら自律分散的にアクセス制御を行なう無線通信システムに関する。この種の無線通信システムでは、受信電力の弱い通信局の再送間隔が不当に長くなり通信機会が不公平になるという現象が発生することにより、システム全体の伝送効率が低下するという問題がある。

本発明では、各通信局は、自局が置かれている通信状態に基づいて再送回数の上限値を変更して、送信間隔を自局が置かれている通信状態若しくは通信環境に応じて設定するようになっている。具体的には、アクセス・ポイント（若しくは所定の周辺局）からの受信電力に基づいて自局の通信状態を把握し、アクセス・ポイント若しくは所定の周辺局からの受信電力が大きくなったことに応じて再送回数の上限値を増加し、該受信電力が小さくなったことに応じて再送回数の上限値を減少するようにする。この結果、通信状態が良好でない場合であっても、衝突により再送回数が重なる度に再送間隔を伸ばし、送信機会がなかなか得られなくなるという事態に陥るのを自律的に回避することができる。

また、本発明の第２の側面は、無線ネットワーク上で通信局同士の衝突を回避しながら自律分散的にアクセス制御を行なうための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
前記無線ネットワーク上での通信局の通信状態を検出する通信状態検出ステップと、
前記無線ネットワーク上で他局の信号との衝突を回避しながらアクセス制御を行なうアクセス制御ステップと、
前記通信局の通信状態に応じて再送回数の上限値を設定し、衝突の検出に応じて、再送間隔を増加させながら前記再送回数の上限値に到達するまで再送を行なう再送制御ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。

本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・システム上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータ・システムにインストールすることによってコンピュータ・システム上では協働的作用が発揮され、通信装置として動作する。このような通信装置を複数起動して無線ネットワークを構築することによって、本発明の第１の側面に係る無線通信システムと同様の作用効果を得ることができる。

本発明によれば、各通信局がＣＳＭＡ通信手順に従い衝突を回避しながら自律分散的にアクセス制御を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。

また、本発明によれば、受信電力の弱い通信局の再送間隔が不当に長くなり通信機会が不公平になる事態を回避して、システム全体として効率的にデータ伝送を行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。

本発明に係る無線通信システムでは、各通信局は、自局の受信電力に基づいて再送回数の上限値を変更することにより、送信間隔を自局が置かれている通信状態若しくは通信環境に応じて設定することができる。この結果、通信状態が良好でない場合であっても、衝突により再送回数が重なる度に再送間隔を伸ばし、送信機会がなかなか得られなくなるという事態に陥るのを自律的に回避することができる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

図１には、無線通信システムの構成例を示している。図示のシステムは、複数台の端末局と１台のアクセス・ポイントにより構成され、ＣＳＭＡ通信手順に従い衝突を回避しながら自律分散的にアクセス制御を行なわれている。同図において、アクセス・ポイント１０と、端末局１１と端末局１２は、互い通信可能な位置に配置される。

また、図２には、無線通信システムの他の構成例を示している。図示のシステム構成では、いわゆる隠れ端末間状態が存在するという点で、図１に示したシステム構成とは相違する。すなわち、端末局２１と端末局２２は、いずれもアクセス・ポイントとは通信可能範囲にあるものの、端末間での障害物の影響やその他の原因によりお互いを認識できない状態にある。このような場合、キャリア・センスが正常に動作しないため、パケットを同時に送信してしまい、頻繁に衝突が発生する。このような場合、アクセス・ポイントにおいて、端末局２１と端末局２２からの送信パケットの衝突が生じると、受信電力が強い方が競合関係を制し、受信電力の弱いパケットは廃棄されてしまう。通常、送信パケットが破棄された（すなわちＡｃｋが戻ってこなかった）端末局は、再送間隔を大きくするというバックオフ制御を施し、再送を試行する。

図３には、バックオフとパケットの衝突の関係を示している。送信データのある端末局は、キャリア・センスを行ない、アイドル状態であれば、送信権を獲得する。

図３に示した例では、送信データを持つ３台の端末局１〜３がそれぞれバックオフ制御を行ない、このうち端末局１のバックオフ時間が最も短いので、データパケットをアクセス・ポイントに向けて送信する。

端末局１がアクセス・ポイントに向けてパケットを送信する間、他の端末局２と３は待機する。そして、端末局１がＡｃｋを受けて通信を完了した後に、端末局２と３は持ち越されたバックオフ時間を待ち、アクセス・ポイントに向けてデータ・パケットの送信を行なう。

図３に示した例では、このときの端末局２と３のバックオフ時間が同じであったために、衝突が発生する。次に、端末局２と３は再送を行なうため、再びコンテンション・ウインドウからバックオフ時間を算出する。ここでは、端末局２のバックオフ時間が短かったため、端末局２が先に再送を行なう。

再送の度に、コンテンション・ウインドウは増加していく。図４には、ＩＥＥＥ８０２．１１におけるコンテンション・ウインドウの増加の様子を示している。図示の例では、コンテンション・ウインドウの最小値が１５スロットで、最大値が１０２３スロットで、コンテンション・ウインドウは再送毎に２倍に増えていく。通信局は、パケットの再送を行なうとき、コンテンション・ウインドウと乱数値により、バックオフ時間を算出する。

図５には、アクセス・ポイントにおいて、隠れ端末状態となる２台の端末からそれぞれ受信電力の異なるパケットを受信したときのパケット・シーケンス例を示している。

図示の例では、端末１及び端末２のそれぞれからの送信パケットにおいて競合している。アクセス・ポイントでのパケットの受信電力は、端末１の方が大きく、端末２は受信電力が小さい。したがって、両者のパケットが衝突した場合は、基本的に受信電力の小さい端末２のパケットが破棄される。

図示の例では、端末２側では、再送回数を限定していない。このため、端末２は、受信電力が小さいことから、端末１とパケットが衝突する度に、自己の送信パケットが廃棄され、パケット再送を行なう。そして、送信間隔がさらに長くなり（図４を参照のこと）、送信機会が少なくなっていき、ほとんど通信ができない状態に陥ってしまう。すなわちキャプチャ効果が生じる。

また、図６には、アクセス・ポイントにおいて、隠れ端末状態となる２台の端末からそれぞれ受信電力の異なるパケットを受信したときのパケット・シーケンスの他の例を示している。

上述と同様に、アクセス・ポイントでのパケットの受信電力は、端末１の方が大きく、端末２は受信電力が小さい。但し、図５の場合とは相違し、受信電力が小さい端末２は、自局の通信状態に応じて、再送回数の上限を設定している。

ここで言う通信状態とは、自局からの送信パケットがアクセス・ポイントにおいて受信されたときの電力強度に相当する。但し、アクセス・ポイントにおける受信電力を直接計測することはできないので、伝搬路特性がほぼ可逆であることから、アクセス・ポイント（若しくはその他の周辺局）からの送信パケットの自局における受信電力を基に再送回数の上限値を設定する。

端末２は、アクセス・ポイントからの受信電力が大きくなったことに応じて再送回数の上限値を増加する一方、受信電力が小さくなったことに応じて再送回数の上限値を減少するようにする。この結果、通信状態が良好でない場合であっても、衝突により再送回数が重なる度に再送間隔を伸ばし、送信機会がなかなか得られなくなるという事態に陥ることを自律的に回避することができる。

図６に示すパケットのシーケンス例では、端末２は再送回数の上限値を１回に設定している。端末２は、再送の度にコンテンション・ウインドウを増加していくが（図４を参照のこと）、再送回数の上限を設けることにより、送信間隔が短くなる。この結果、受信電力の弱い端末２側での送信機会が増え、図示のように、端末1の送信間隔に間にパケットが入り込み通信が可能となる。

図７には、アクセス・ポイントにおいて、隠れ端末状態となる２台の端末からそれぞれ受信電力の異なるパケットを受信したときのパケット・シーケンスのさらに他の例を示している。但し、図示の例では、端末１及び端末２の受信電力がお互いに大きいが、端末１のみが再送回数の上限値を１回にし、端末２では再送回数の上限値を設けていない。

両者のパケットが衝突した際には、受信電力に差がないため、両者のパケットとも破棄されてしまう。このとき、端末１側では再送回数の上限値が1回なので、送信間隔が長くなることはない。端末２側では、再送回数に上限値を設けていないため、再送する度にコンテンション・ウインドウを増加していくことになり（図４を参照のこと）、送信間隔が長くなってしまう。

このように端末毎に異なる再送回数の制御を行なう結果として、端末１が帯域を占有してしまうことになる。言い換えれば、端末２は送信機会が少なくなっていき、図５に示した場合と同様に、ほとんど通信ができない状態に陥ってしまう。

図８には、アクセス・ポイントにおいて、隠れ端末状態となる２台の端末からそれぞれ受信電力の異なるパケットを受信したときのパケット・シーケンスのさらに他の例を示している。但し、図示の例では、端末１及び端末２の受信電力がお互いに大きいが、端末１側では、自局の受信電力が大きいことに応じて再送回数を増やしている。

両者のパケットが衝突した際には、受信電力に差がないため、両者のパケットとも破棄されてしまう。このとき、端末１及び端末２はともに、再送する度にコンテンション・ウインドウを増加していくことになり（図４を参照のこと）、送信間隔が長くなることから、両端末は帯域を公平にシェアすることが可能となる。

勿論、端末１が自局の受信電力が大きいことに応じて再送回数を増やすのではなく、端末２が自局の送信機会が不当に少ないことに応じて再送回数の上限を設定することによっても、同様に、端末間で帯域を公平にシェアするという効果を得ることが可能である。

図９には、本発明に係る無線通信システムにおいて端末局として動作する無線通信装置の構成を模式的に示している。この無線通信装置は、ＣＳＭＡ通信手順に従い衝突を回避しながら自律分散的にアクセス制御を行なうことができる。また、この無線通信装置は、自局の通信状態に応じて適当な再送回数を設定することにより、キャプチャ効果により送信機会がなかなか得られなくなる、という事態に陥ることを自律的に回避することができる。

無線通信装置１００は、無線信号の送受信を行なうためのアンテナ１０１と、高周波信号の処理を行なうＲＦ部１０２と、デジタル信号の処理を行なうとともに、高周波信号へのアップコンバート並びに中間周波数信号へのダウンコンバートを行なうベースバンド部１０３で構成される。

ベースバンド部１０３は、ＯＦＤＭ変調などのデジタル変復調を行なう変調部１３１及び復調部１３２と、無線信号におけるＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）フレームの処理を行なうＭＡＣ処理部１３３と、ＭＡＣ処理部を制御するＣＰＵ１３４と、ＣＰＵ１３４における処理動作を記述したプログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１３５と、ＲＯＭ１３５に格納されたプログラムのロードや作業データの一時記憶などのデータ展開などに使用するためのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）１３６で構成される。

ＭＡＣ処理部１３３では、主として、無線伝送路におけるアクセス制御を行なう。本実施形態では、ＣＳＭＡ通信手順に従い衝突を回避しながら自律分散的にアクセス制御を行なうとともに、パケット衝突時における再送制御を行なう。アクセス制御並びに再送制御は、ＣＰＵ１３４がＲＯＭ１３５内の制御プログラムをＲＡＭ１３６に展開して実行するという形態で実現される。

各通信局は衝突回避の手段として、一般にはバックオフの制御を行なう。すなわち、パケットを送信しようとするとき、規定のコンテンション・ウインドウの範囲内で乱数を発生させ、その乱数値を基にしたバックオフ時間を設定する。このような再送制御方式では、通信局は再送回数に上限を設定しない限り、パケットが衝突し再送が発生する毎にコンテンション・ウインドウは増加し続け、送信機会が得られなくなるというキャプチャ効果が生じる可能性がある。

そこで、本実施形態では、自局の通信状態に応じて適当な再送回数を設定することにより、キャプチャ効果により送信機会がなかなか得られなくなる、という事態に陥るのを自律的に回避するようになっている。再送回数の上限を設けることにより、送信間隔が短くなることから、通信局は適度に送信機会を獲得することができるようになる。

ここで言う通信状態は、自局からの送信パケットがアクセス・ポイントにおいて受信されたときの電力強度に相当する。但し、アクセス・ポイントにおける受信電力を直接計測することはできないので、伝搬路特性がほぼ可逆であることから、アクセス・ポイント（若しくはその他の周辺局）からの送信パケットの自局における受信電力を用いる。

ＣＰＵ１３４は、受信電力の算出には、ＲＦ部１１２において得られるＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ：受信信号強度表示信号）を用いてもよいし、それ以外の装置を有してもよい。そして、算出された受信電力の値を基に、ＣＰＵ１３４で再送回数の上限値を変更する。

図１０には、無線通信装置において、受信電力強度に応じて自局の再送回数の上限値を設定するための動作手順をフローチャートの形式で示している。

無線通信局は、アクセス・ポイント（若しくはその他の周辺局）からデータを受信した際（ステップＳ１）、その受信電力の値を算出する（ステップＳ２）。そして、その値が閾値を越えるかどうかを判別する（ステップＳ３）。

ここで、算出された受信電力が閾値以下であれば、送信回数の上限値を減らす（ステップＳ４）。また、算出された受信電力が閾値以上であれば送信回数の上限値を増やす（ステップＳ５）。

このように、無線通信システム内で動作する各通信局が、受信電力に応じて送信回数の上限値をそれぞれ自律的に設定することにより、均等に送信機会が得られることができるようになるので、同じ帯域を公平にシェアすることができるようになる。なお、閾値を複数設定し、送信回数の上限値を複数設定できるようにしてもよい。

また、上記の実施形態においては、受信電力が大きいときには、帯域を公平に分け合うため、再送回数の上限値を増やす場合について説明しているが、受信電力が大きいときに、敢えて帯域を占有するため、再送回数を減らすといった手法も考えられる。このように、本発明の要旨は、受信電力から再送回数の上限値を設定するという再送制御方法をすべて含むものであることを十分に理解されたい。

また、図１１には、無線通信装置が、受信電力に基づいて自ら設定した再送回数の上限値を用いて再送制御するための動作手順をフローチャートの形式で示している。

無線通信装置は、パケットを送信した後（ステップＳ１１）、送信先からＡｃｋ若しくはこれに相当する受信確認応答信号を受信すると（ステップＳ１２）、次のパケットを送信する（若しくは、送信データがなくなったときには、送信動作自体を終了する）（ステップＳ１３）

一方、送信先からＡｃｋを得られなかった場合には、他の通信局からの送信パケットと衝突した（若しくはその他の原因により送信先においてパケット受信処理に失敗した）ことを認識する。

この場合、現在の再送回数が、受信電力に基づいて設定されている再送回数の上限値に到達したかどうかを判別する（ステップＳ１４）。

ここで、現在の再送回数がその上限値にまだ到達していない場合には、通常の再送動作と同様に、バックオフ時間を算出し（ステップＳ１５）、これにより得られるパケット再送タイミングによりデータ再送を試みる（ステップＳ１６）。

一方、現在の再送回数がその上限値に到達した場合には、当該パケットの再送を諦め、次のパケットの送信を行なう（ステップＳ１３）。

このように再送回数を上限値までに制限することにより、再送する度にコンテンション・ウインドウを増加し）、送信間隔が長くなっていくという事態を回避している。この結果、無線通信装置は、受信電力が小さい場合であっても、適当な送信間隔で送信機械を得ることができるようになり、他の通信局との間で帯域を公平にシェアすることが可能となる。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書では、自律分散型の無線ネットワークにおいて本発明を適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。例えば、自律分散以外の無線ネットワーク、あるいは有線ネットワークであっても、衝突検出若しくは衝突回避によりアクセス制御を行なうとともに衝突の発生に応じて再送制御を行なう通信システムに対し、本発明を同様に適用可能であることは言うまでもない。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。

図１は、無線通信システムの構成例を示した図である。 図２は、無線通信システムの他の構成例を示した図である。 図３は、バックオフとパケットの衝突の関係を示した図である。 図４は、ＩＥＥＥ８０２．１１におけるコンテンション・ウインドウの増加の様子を示した図である。 図５は、アクセス・ポイントにおいて、隠れ端末状態となる２台の端末からそれぞれ受信電力の異なるパケットを受信したときのパケット・シーケンス例を示した図である。 図６は、アクセス・ポイントにおいて、隠れ端末状態となる２台の端末からそれぞれ受信電力の異なるパケットを受信したときのパケット・シーケンスの他の例を示した図である。 図７は、アクセス・ポイントにおいて、隠れ端末状態となる２台の端末からそれぞれ受信電力の異なるパケットを受信したときのパケット・シーケンスのさらに他の例を示した図である。 図８は、アクセス・ポイントにおいて、隠れ端末状態となる２台の端末からそれぞれ受信電力の異なるパケットを受信したときのパケット・シーケンスのさらに他の例を示した図である。 図９は、本発明に係る無線通信システムにおいて端末局として動作する無線通信装置の構成を模式的に示した図である。 図１０は、無線通信装置において、自局の再送回数の上限値を設定するための動作手順を示したフローチャートである。 図１１は、無線通信装置が、自ら設定した再送回数の上限値を用いて再送制御するための動作手順を示したフローチャートである。

符号の説明

１０，２０…アクセス・ポイント
１１，２１，１２，２２…端末
１００…無線通信装置
１０１…アンテナ
１０２…ＲＦ部
１０３…ベースバンド部
１３１…変調部
１３２…復調部
１３３…ＭＡＣ処理部
１３４…ＣＰＵ
１３５…ＲＯＭ
１３６…ＲＡＭ

Claims (10)

1. 各通信局が衝突を回避しながら自律分散的にアクセス制御を行なう無線通信システムであって、
   通信局は、自局の通信状態に応じて再送回数の上限値を設定し、衝突の検出に応じて、再送間隔を増加させながら前記再送回数の上限値に到達するまで再送を行なう、
   を特徴とする無線通信システム。
2. 前記通信局は、アクセス・ポイント若しくは所定の周辺局からの受信電力に基づいて自局の通信状態を把握する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記通信局は、アクセス・ポイント若しくは所定の周辺局からの受信電力が大きくなったことに応じて再送回数の上限値を増加し、該受信電力が小さくなったことに応じて再送回数の上限値を減少する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. 無線ネットワーク上で通信局同士の衝突を回避しながら自律分散的にアクセス制御を行なう無線通信装置であって、
   前記無線ネットワーク上で無線信号の送受信を行なう通信手段と、
   前記無線ネットワーク上での自局の通信状態を検出する通信状態検出手段と、
   前記無線ネットワーク上で他局の信号との衝突を回避しながらアクセス制御を行なうアクセス制御手段と、
   自局の通信状態に応じて再送回数の上限値を設定し、衝突の検出に応じて、再送間隔を増加させながら前記再送回数の上限値に到達するまで再送を行なう再送制御手段と、
   を具備することを特徴とする無線通信装置。
5. 前記通信状態検出手段は、アクセス・ポイント若しくは所定の周辺局からの受信電力に基づいて自局の通信状態を検出する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
6. 前記再送制御手段は、アクセス・ポイント若しくは所定の周辺局からの受信電力が大きくなったことに応じて再送回数の上限値を増加し、該受信電力が小さくなったことに応じて再送回数の上限値を減少する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
7. 無線ネットワーク上で通信局同士の衝突を回避しながら自律分散的にアクセス制御を行なうための無線通信方法であって、
   前記無線ネットワーク上での通信局の通信状態を検出する通信状態検出ステップと、
   前記無線ネットワーク上で他局の信号との衝突を回避しながらアクセス制御を行なうアクセス制御ステップと、
   前記通信局の通信状態に応じて再送回数の上限値を設定し、衝突の検出に応じて、再送間隔を増加させながら前記再送回数の上限値に到達するまで再送を行なう再送制御ステップと、
   を具備することを特徴とする無線通信方法。
8. 前記通信状態検出ステップでは、アクセス・ポイント若しくは所定の周辺局からの受信電力に基づいて前記通信局の通信状態を検出する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信方法。
9. 前記再送制御ステップでは、アクセス・ポイント若しくは所定の周辺局からの受信電力が大きくなったことに応じて再送回数の上限値を増加し、該受信電力が小さくなったことに応じて再送回数の上限値を減少する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
10. 無線ネットワーク上で通信局同士の衝突を回避しながら自律分散的にアクセス制御を行なうための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
    前記無線ネットワーク上での通信局の通信状態を検出する通信状態検出ステップと、
    前記無線ネットワーク上で他局の信号との衝突を回避しながらアクセス制御を行なうアクセス制御ステップと、
    前記通信局の通信状態に応じて再送回数の上限値を設定し、衝突の検出に応じて、再送間隔を増加させながら前記再送回数の上限値に到達するまで再送を行なう再送制御ステップと、
    を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラム。
    

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