JP2006033070A - データ伝送制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の無線端末が同時に大量のデータを伝送しようとした場合でも、パケットの衝突が生じないデータ伝送制御方法を提供する。
【解決手段】複数の親機１−１〜１−８を有線ＬＡＮ４で接続する。各親機に対応する子機を無線ＬＡＮで接続する。各親機が子機との通信に使用するチャンネルを、有線ＬＡＮを経由して相互に送信する。同一のチャンネルを使用する複数の親機が、同一のルールで、該複数の親機に対してそれぞれタイムスロットを割り当て、対応する子機にこのタイムスロットを通知する。各親機または子機に送信すべきデータが発生したとき、自機に割り当てられた通信時間帯にそのデータの送信を行う。
【選択図】 図１

Description

この発明は、多数の端末装置を無線ＬＡＮでネットワークに接続した場合の輻輳を防止したデータ伝送方法に関する。

従来、無線ＬＡＮシステムは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、１１ｂ、１１ｇとして標準化、規格化が行われており、これら規格においてＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）と呼ばれる送信パケットの衝突回避手段が規定されている。

ＣＳＭＡ／ＣＡは、通信周波数に送信されている電波が存在するかを一定時間監視し、電波が存在しないことを確認したとき、自己のパケットを送信することによって送信パケットの衝突を回避する手順である（非特許文献１参照）。

この手順では、パケットの送信後、相手局からＡｃｋを受け取れば正常な通信が完了したと判断し、Ａｃｋを受け取ることができなかった場合には、通信に失敗したとしてパケットを再送する。
Tutorial of draft Standard IEEE 802.11 Part 3: the MAC entity (Phil Belanger and Wim Diepstraten) 、「平成１６年７月９日検索」、インターネット＜ftp://stdsbbs.ieee.org/pub/802_main/802.11/tutorial/tutmac3.ppt＞

しかし、上記手順では、予め周波数をワッチして現在パケットの送信中であるか否かを確認するが、複数の機器が同時に送信を開始してしまった場合には衝突を回避することができない。パケットの衝突は、多数の端末が同時に大量のデータを送信しようとしている高負荷時に発生しやすいが、このような高負荷の場面では、衝突によるパケットの再送がさらに衝突を生み、ネットワーク全体としてのスループットが極端に低下してしまうという問題があった。

この発明は、多数の無線端末が同時に大量のデータを伝送しようとした場合でも、パケットの生じないデータ伝送制御方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、有線ネットワークで接続された複数の親機と、前記複数の親機のいずれかに対応し、対応する親機と無線で通信する複数の子機とを有する通信システムで実行される方法であって、各親機が、有線ＬＡＮを経由して、対応する子機との通信に使用する無線周波数チャンネルを相互に送信する手順、同一の無線周波数チャンネルを使用する複数の親機が、同一のルールで、該同一無線周波数チャンネルを使用する複数の親機に対してそれぞれ通信時間帯を割り当てる手順、各親機が、対応する子機に、自機に割り当てられた通信時間帯を通知する手順、各親機および対応する子機のいずれかに送信すべきデータが発生したとき、自機に割り当てられた通信時間帯にそのデータの送信を行う手順、を有することを特徴とする。

複数の親機が予め有線ＬＡＮ経由で通信して、各親機が子機と無線通信する通信時間帯（割当タイムスロット）を決定する。この通信時間帯の決定は、各親機がそれぞれ独自に行うが、同じルールに基づいて通信時間帯の割り当てを行うため（たとえば識別番号順に割り当てるなど）、独自に行っても各親機に対して同じ順に通信時間帯の割り当てが行われる。したがって、ネットワーク全体を制御するホスト装置を設けなくても無線通信においてパケットの衝突が生じない。

請求項２の発明は、各子機が、前記自機に割り当てられた通信時間帯以外は、無線通信回路部を休止状態にする手順を備えたことを特徴とする。

子機が、電池駆動されるものである場合、アナログ回路である無線通信回路部による電力の消耗が問題となる。この消費電力は送信モード／受信モードで大差がない。そこでこの発明では、上記のように通信時間帯が決定されており、通信時間帯以外はデータの送受信を行わないため、通信時間帯以外は、無線通信回路部を受信も送信も行わない省電力モードに設定することにより、消費電力を抑えている。

この発明では、各機器に無線送信が可能な時間帯を重複しないように割り当てることにより、パケット送信の衝突が発生せず、ネットワークの高負荷時にもスループット低下という問題が発生しない。

さらに、割り当て時間以外では、パケットが到着することがないため、その期間はＬＡＮインタフェース回路を休止状態にしておくことができ、消費電力を削減することが可能になる。

図面を参照してこの発明の実施形態であるネットワークシステムについて説明する。このネットワークシステムは、有線ＬＡＮで接続された複数の親機と、無線ＬＡＮを介して有線ＬＡＮに接続される複数の子機で構成される。各子機はそれぞれ各親機に対応している。このシステムは、たとえば多数の部屋を有する大規模なカラオケボックスに適用されるものであり、親機は各部屋に設置されているカラオケ装置であり、子機はカラオケ装置に対して曲を予約したり予約状況を確認したりする多機能リモコン装置である。

図１では、説明を簡略化するために親機、子機をそれぞれ８台設け、無線ＬＡＮ用のアクセスポイントを２台設けたシステムを図示しているが、実際には、より大規模な、親機、子機がそれぞれ数十台〜１００台程度設けられたシステムを想定している。

図１は同ネットワークシステムのブロック図である。各部屋にカラオケ装置である親機１（１−１〜１−８）および多機能リモコンである子機２（２−１〜２−８）が設置されている。親機１−１〜１−８は、互いに有線ＬＡＮ４で接続されている。この有線ＬＡＮ４には２台の無線ＬＡＮ用アクセスポイント３（３−１，３−２）が接続されている。子機２−１〜２−８は、最寄りのアクセスポイント３と通信するが、この図の場合、子機２−１〜２−４は、アクセスポイント３−１と通信し、子機２−５〜２−８は、アクセスポイント３−２と通信するようになっている。

上記構成で、子機２は、アクセスポイント３および有線ＬＡＮ４を経由してそれぞれ対応する親機１と通信する。子機２は、親機１に対してカラオケ曲のリクエスト情報を送信するとともに、予約状況の情報や演奏中のカラオケ曲の歌詞などを要求する。親機１は、受信したリクエスト情報を予約リストに登録するとともに、この予約リストの内容を予約状況の情報として子機２に送信する。また、子機２からの要求に応じてカラオケ曲の歌詞なども送信する。

アクセスポイント３−１および３−２は、別のチャンネル（無線周波数帯）を使用するように設定されているため、互いに干渉することなく同時に担当する子機２と無線通信を行うことができる。ただし、子機２−１〜２−４は、同じアクセスポイント３−１と通信するため、同時に通信すると電波が衝突するして通信ができなくなる。これを回避するためのタイムスロット（時間帯）の分割割り当てが行われている。また、アクセスポイント３−２と通信する子機２−５〜２−８についても同じようにタイムスロットの分割割り当てが行われている。

図２は、前記親機１および子機２のブロック図である。

親機１は、有線ＬＡＮ４を経由してパケット通信を行う有線ＬＡＮインタフェース部１１、親機としての機能を実行するアプリケーション機能部１３、および、装置の動作を制御する制御部１２を備えている。制御部１２は、有線ＬＡＮインタフェース部１１やアプリケーション機能部１３を制御して通信およびアプリケーション動作を制御する。制御部１２は、自機に割り当てられたアクセスポイント３との通信時間帯である割当タイムスロットを記憶する割当タイムスロット記憶部１２１および時刻を計時する時計１２２を有している。時計１２２は、ネットワーク全体（全親機１）で同期される。

また、制御部１２は、有線ＬＡＮインタフェース部１１を制御して、自己の識別情報および対応する子機と通信するときに使用する無線ＬＡＮのチャンネルを有線ＬＡＮ４経由で他の全親機宛に同報送信し、各親機から送信されてきた識別情報／使用チャンネルに基づいて自機の割当タイムスロットを割り出して割当タイムスロット記憶部１２１に記憶するとともに、この割当タイムスロットを自己の子機に送信する。また、全親機および対応する子機との間で時計１２２を同期させる時刻同期処理を行う。

アプリケーション機能部１３は、カラオケ装置の場合、カラオケ曲の演奏を実行する音源部や背景映像を再生する映像再生部などである。制御部１２は、子機２からのリクエストに応じてアプリケーション機能部１３を制御し、カラオケ曲の演奏や背景映像・歌詞の表示などを行う。

子機２は、電池駆動であり、アクセスポイント３を経由してパケット通信を行う無線ＬＡＮインタフェース部２１、所定の機能を実行するアプリケーション機能部２３、および、装置の動作を制御する制御部２２を備えている。制御部２２は、無線ＬＡＮインタフェース部２１、アプリケーション機能部２３を制御して、通信機能およびアプリケーション機能を制御する。制御部２２は、自機の割当タイムスロットを記憶する割当タイムスロット記憶部２２１および時刻を計時する時計２２２を有している。時計２２２は、親機１から通知される（ネットワーク全体で同期された）時刻に同期させる。

制御部２２は、上記アプリケーション機能部２３を制御するとともに、無線ＬＡＮインタフェース部２１を制御して、親機１から送られてきた割当タイムスロットを受信して割当タイムスロット記憶部２２１に記憶するとともに、親機１からの時刻同期処理によって時計２２２を親機１に同期させる。アプリケーション機能部２３は、親機１から送信されてきた予約状況、歌詞の表示や選曲のための曲名リストの表示などである。

無線ＬＡＮインタフェース部２１は、アクセスポイントと無線通信を行う（主として）アナログ回路で構成されており、通常モードである送信モード・受信モード時には約１Ｗの電力を消費する。送受信機能を停止させた省電力モードでは、約０．１Ｗに消費電力を抑制することができる。

上記構成のネットワークシステムにおいて、各親機１は以下の処理で割当タイムスロットを決定する
（１） 有線ＬＡＮ４上の全親機１が内蔵時計１２２の時刻を同期させ、この同期した時刻を対応する子機２に送信する。これによって、有線ＬＡＮ・無線ＬＡＮ上の全ての端末装置の時刻が同期する。この処理は、タイムスロット割り当て時、または、定期的に行われる。

（２） 各親機１−１〜１−８は、送受信制御部１２の有線ＬＡＮインタフェース部１１を制御して、自己の識別情報、使用する無線ＬＡＮのアクセスポイント情報（使用するチャンネル情報）を、全親機１宛に同報通信する。

（３） 各親機は、他の全ての親機から同報で送信されてきたその識別情報およびチャンネル情報を受信し、そのなかから自機と同じチャンネルを使用する親機を選択する。この同じチャンネルを使用する（自機を含む）親機を識別番号順に配列し、その順番でタイムスロットを割り当ててゆく。自機に割り当てられたタイムスロットを割当タイムスロットとして割当タイムスロット記憶部１２１に記憶する。

タイムスロットは、毎秒正時から１０ミリ秒ずつの区切りで順次循環的に割り当てられ、正時直前の所定時間は休止時間とする。

この方式で各親機の割当タイムスロットを決定することにより、各親機がそれぞれ独自に自機の割当タイムスロットを決定しても互いに重なり合うことがない。

なお、この実施形態では、親機１−１〜１−４の４台が同じチャンネル（アクセスポイント）を使用し、親機１−５〜１−８の４台が同じチャンネル（アクセスポイント）を使用しているため、それぞれの４台について、図３に示すように、時間軸に沿って並べられた４つのタイムスロットが各親機に割り当てられる。

（４） 続いて、各親機１は、自機の割当タイムスロットの情報を対応する子機２に送信する。この情報は親機１から有線ＬＡＮ４、アクセスポイント３を経由して無線ＬＡＮで子機２に送られる。この通信はタイムスロットに従ったものではなくランダムに行われるが、通信するデータ量はわずかであるため一般的な衝突回避手順（ＣＳＭＡ／ＣＡ等）で回避可能である。

（５） 以後、子機２の制御部２２は、アプリケーション機能部２３からのパケット送信要求を、割当タイムスロットになるまで待たせ、割当タイムスロットになったとき、無線ＬＡＮインタフェース部２１を経由してパケット送信を実行する。また同様に、親機１においても制御部１２は、割当タイムスロットが到来するまで、子機２へのパケット送信を待機する。

このように、各組の親機１、子機２間のパケット送信は、その親機・子機の組に割り当てられたタイムスロットのみ実行されるので、異なった組の機器から送信されたパケットがＬＡＮ上で衝突するという問題が発生しない。

また、子機の制御部２２は、割当タイムスロット以外は無線ＬＡＮインタフェース部２１を省電力モードにして休止状態に設定する。これにより、子機２の消費電力を大幅に抑制することができる。

上記割当タイムスロットの設定手順における親機および子機の動作を図４のフローチャートを参照して説明する。

図４（Ａ）は、親機の動作を示すフローチャートである。まず、有線ＬＡＮ４上の親機相互間で時計の同期を取る（ｓ１）。この時計の同期は、このタイミングのみならず、任意のタイミングに行うようにしてもよい。次に全親機が同報通信で識別番号と使用しているチャンネルの情報を相互に交換する（ｓ２）。このとき各親機は、自機の識別番号およびチャンネル情報を送信するとともに、他の親機の識別番号・チャンネル情報を受信することになる。この識別番号・チャンネル情報の交換ののち、同じチャンネルを使用している親機を識別番号順に並べ、識別番号順にタイムスロットを割り当てる（ｓ３）。時計の同期がとられ、各タイムスロットの時間枠は、毎秒正時から１０ｍ秒ずつと予め決められているため、各親機が独自に自機の割当タイムスロットを決定しても、各親機で同じようにタイムスロットの割り当てが行われ、互いに重複することなくそれぞれの親機に割当タイムスロットが割り当てられる。

タイムスロットが決定されると、子機にタイムスロットを連絡するとともに、子機の時計を同期させ（ｓ４）、以後このスケジュールにしたがった運用を開始する。

各親機１の運用形態は、送信すべきデータがあれば自機の割当タイムスロットの時間枠内でこれを送信し、それ以外は（自己の割当タイムスロットであっても）受信状態で待機するという形態である。

一方、各子機２の運用形態は、「自機の割当タイムスロットでは受信モードに設定し、それ以外の時間帯は無線ＬＡＮインタフェース部２１を省電力モードに設定する。なお、送信すべきデータがあるとき自機の割当タイムスロットの時間枠内でこれを送信する。」という形態である。

このように、この実施形態によれば、対応する親機と子機が自機に割り当てられたタイムスロットのみ通信を行うように自動設定することにより、多数の親機と子機がストリーミングなどの大量のデータ送受信を行う場合でも衝突による通信の効率低下を防止することができる。

また、子機２は、自機の割当タイムスロット以外の時間帯は、アナログ回路で消費電力の大きい無線ＬＡＮインタフェース部２１を省電力モードに設定しておくことができるため、消費電力を大幅に改善することができる。

なお、この実施形態は、子機２が、アクセスポイント３および有線ＬＡＮ４を経由して親機１と通信するものであるが、子機２と親機１が直接通信するシステムにおいても、同一の通信チャンネルを用いて通信が衝突する可能性がある場合には、同様にこの発明を適用することができる。

この発明の実施形態であるネットワークシステムのブロック図 同ネットワークシステムの親機、子機のブロック図 各親機・子機に割り当てられるタイムスロットを示す図 親機および子機の動作を示すフローチャート

符号の説明

１（１−１〜１−８）…親機
２（２−１〜２−８）…子機
３（３−１、３−２）…無線ＬＡＮ用アクセスポイント
４…有線ＬＡＮ
１１…有線ＬＡＮインタフェース部
１２…制御部
１３…アプリケーション機能部
２１…無線ＬＡＮインタフェース部
２２…制御部
２３…アプリケーション機能部

Claims (2)

1. 有線ネットワークで接続された複数の親機と、前記複数の親機のいずれかに対応し、対応する親機と無線で通信する複数の子機とを有する通信システムで実行される方法であって、
   各親機が、有線ＬＡＮを経由して、対応する子機との通信に使用する無線周波数チャンネルを相互に送信する手順、
   同一の無線周波数チャンネルを使用する複数の親機が、同一のルールで、該同一無線周波数チャンネルを使用する複数の親機に対してそれぞれ通信時間帯を割り当てる手順、
   各親機が、対応する子機に、自機に割り当てられた通信時間帯を通知する手順、
   各親機および対応する子機のいずれかに送信すべきデータが発生したとき、自機に割り当てられた通信時間帯にそのデータの送信を行う手順、
   を有することを特徴とするデータ伝送制御方法。
2. 各子機が、前記自機に割り当てられた通信時間帯以外は、無線通信回路部を休止状態にする手順、を備えたデータ伝送制御方法。

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