JP2004312542A

JP2004312542A - Communication system, communication equipment, and communication method

Info

Publication number: JP2004312542A
Application number: JP2003105527A
Authority: JP
Inventors: Nouri Shirazi Mahdad; ヌリシラジマハダド; Hei Cho; 兵張
Original assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International; National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International; National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-09
Also published as: JP3759734B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the throughput of each radio station by preventing the immediate drop of the communication speed resulting from the communication of many other station transmission using a node radio station as a router in an ad hoc radio network. <P>SOLUTION: In the ad hoc radio network for performing packet communication between radio stations, a router device 105 is provided with two queue memories 213, 214 whose priority levels are mutually different by the prescribed weighting coefficient ratio, performs control so as to insert it in the queue memory 213 having higher priority level and to transmit it when a packet to be transmitted to other stations is the one transmitted by the present station and on the other hand, performs control so as to insert it in the queue memory 214 having lower priority level and to perform relay transmission of it when the packet to be transmitted to other stations is the one transmitted by alternative other stations. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の無線局を備えた、例えばアドホック無線ネットワークにおいてパケット通信を行うアドホック無線ネットワークのための通信システム、通信装置及び通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一時的に特定の地域内に集まった不特定多数の人々の間の通信を無線でサポートするアドホック無線ネットワークでは、例えばインターネットのルータ装置のようなインフラストラクチャが存在しないために、ネットワーク中のユーザが協調してパケットを中継し、ルーティングを行う必要がある。
【０００３】
アドホック無線ネットワークのルーティングとして、例えば、非特許文献１において、ルート探索パケットを送信して経路情報を得る方法（以下、第１の従来例という。）が提案されている。
【０００４】
しかしながら、第１の従来例では、全指向性アンテナを用いているために、同一チャンネル干渉が生じやすく、ビットエラーレート（ＢＥＲ）が大きくなるとともに、パケット送受信時の消費電力が大きくなり、端末装置のバッテリに対する負荷が高くなるという問題点があった。この問題点を解決するために、特許文献１において、「複数の無線局を備え、各無線局間でパケット通信を行う無線ネットワークのためのルーティング方法において、上記複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局に対する、所定の方位角毎の干渉雑音を予め測定して干渉雑音テーブルとして記憶装置に記憶し、パケットを宛先無線局に伝送するときに、上記干渉雑音テーブルに基づいて１ホップ目の無線局を決定し、上記決定された１ホップ目の無線局に対してビームを形成するように、オムニアンテナを制御してパケットを送信することにより、パケットをルーティングする」無線ネットワークのためのルーティング方法（以下、第２の従来例という。）が提案されている。
【０００５】
これらアドホック無線ネットワークの重要な特徴は、無線端末装置間で無線通信を瞬時に開始する能力にある。例えばＩｒＤＡのような赤外線通信方式では、送受信端末装置間で見通し線を確保する必要があるが、そのために、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｂに準拠したＭＡＣプロトコルを用いる無線ＬＡＮ方式や、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（ブルートゥース）に準拠した無線ＬＡＮ方式が広く使用されている。ブルートゥースは１０ｍの送信距離を実現することが可能であり、ＩＥＥＥ８０２．１１．ｂに準拠した無線ＬＡＮ方式では２５０ｍまでの送信が可能である。あるノード無線局がその送信距離を超えた位置にある他のノード無線局に通信しようとする場合、このノード無線局はそのデータを宛先よりも近いノード無線局に送信して中継させる。アドホック無線ネットワークにおける各ノード無線局は、自発的に無線パケットのトラフィックを伝送する場合、ネットワークトポロジーの形成に加わることになる。例えば、ポイントＡからポイントＢに伝送されるデータパケットは、ユーザが気付くことなく他の数個のノード無線局をホップすることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４４９８３号公報。
【非特許文献１】
Ｄ．Ｂ．Ｊｏｈｎｓｏｎ，ｅｔａｌ．， ”ＤｙｎａｍｉｃＳｏｕｒｃｅＲｏｕｔｉｎｇｉｎＡｄＨｏｃＷｉｒｅｌｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋｓ”，ｉｎｂｏｏｋｏｎ ”ＭｏｂｉｌｅＣｏｍｐｕｔｉｎｇ”，Ｃｈａｐｔｅｒ５，ｐｐ．１５３−１８１，ＫｌｕｗｅｒＡｃａｄｅｍｉｃＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，１９９６。
【非特許文献２】
ＭａｎｏｌｉｓＫａｔｅｖｅｎｉｓｅｔａｌ．， ”ＷｅｉｇｈｔｅｄＲｏｕｎｄ−ＲｏｂｉｎＣｅｌｌＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇｉｎａＧｅｎｅｒａｌ−ＰｕｒｐｏｓｅＡＴＭＳｗｉｔｃｈＣｈｉｐ”，ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｎＳｅｌｅｃｔｅｄＡｒｅａｓｉｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．８，Ｏｃｔｏｂｅｒ１９９１。
【非特許文献３】
長健二朗，「インターネットにおけるＱｏＳ制御技術〜Ｄｉｆｆｓｅｒｖ」，ＩｎｔｅｒｎｅｔＷｅｅｋ９９，パシフィコ横浜，社団法人日本ネットワークインフォメーションセンター編，１９９９年１２月１４日。
【非特許文献４】
ＳｃａｌａｂｌｅＮｅｔｗｏｒｋｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ＱｕａｌＮｅｔ３．５，［平成１５年４月３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｃａｌａｂｌｅ−ｎｅｔｗｏｒｋｓ．ｃｏｍ／＞。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、３０個又はそれ以上のアクティブなモバイルホスト無線局を含むアドホック無線ネットワークでは、ユーザのモバイルホスト無線局は幾つかの同時接続通信を行うルータになることが可能であり、それ故、帯域の大部分を占有し、自局発信の通信を行うための帯域幅が大幅に制限される。現在では、ユーザは、当該アドホック無線ネットワークに中継用ルータ装置として提供するモバイルホスト無線局の帯域幅を調整することができない。帯域幅は、通信が自局発信のものであるか否かに関わらず、すべての通信間で公平に分散される。ユーザは、そのモバイルホスト無線局を中継用ルータ装置として使用する多くの他局発信の通信に起因して、すぐに通信速度の重大な低下に遭遇することになる可能性があるという問題点があった。
【０００８】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、アドホック無線ネットワークにおいて、ノード無線局をルータとして使用する多くの他局発信の通信に起因して、すぐに通信速度の重大な低下に遭遇することを防止し、各無線局のスループットを増大させることができるアドホック無線ネットワークのための通信システム、通信装置及び通信方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る通信システムは、複数の無線局を備え、各無線局間でパケット通信を行うアドホック無線ネットワークのための通信システムにおいて、
所定の重み付け係数比で互いに優先順位が異なる２つのキューメモリを備え、他局に送信すべきパケットが自局発信のパケットであるときはより高い優先順位を有するキューメモリに挿入して送信する一方、他局に送信すべきパケットが別の他局発信のパケットであるときはより低い優先順位を有するキューメモリに挿入して中継送信するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記通信システムにおいて、上記重み付け係数比を入力して設定する手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１１】
さらに、上記通信システムにおいて、上記制御手段は、重み付けラウンドロビン方式を用いて、上記２つのキューメモリからパケットを読み出して送信するように制御することを特徴とする。
【００１２】
第２の発明に係る通信装置は、複数の無線局を備え、各無線局間でパケット通信を行うアドホック無線ネットワークのための通信装置において、
所定の重み付け係数比で互いに優先順位が異なる２つのキューメモリを備え、他局に送信すべきパケットが自局発信のパケットであるときはより高い優先順位を有するキューメモリに挿入して送信する一方、他局に送信すべきパケットが別の他局発信のパケットであるときはより低い優先順位を有するキューメモリに挿入して中継送信するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、上記通信装置において、上記重み付け係数比を入力して設定する手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
さらに、上記通信装置において、上記制御手段は、重み付けラウンドロビン方式を用いて、上記２つのキューメモリからパケットを読み出して送信するように制御することを特徴とする。
【００１５】
第３の発明に係る通信方法は、複数の無線局を備え、各無線局間でパケット通信を行うアドホック無線ネットワークのための通信方法において、
所定の重み付け係数比で互いに優先順位が異なる２つのキューメモリを備えた通信装置において、他局に送信すべきパケットが自局発信のパケットであるときはより高い優先順位を有するキューメモリに挿入して送信する一方、他局に送信すべきパケットが別の他局発信のパケットであるときはより低い優先順位を有するキューメモリに挿入して中継送信するように制御する制御ステップを含むことを特徴とする。
【００１６】
また、上記通信方法において、上記重み付け係数比を入力して設定するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１７】
さらに、上記通信方法において、上記制御ステップは、重み付けラウンドロビン方式を用いて、上記２つのキューメモリからパケットを読み出して送信するように制御することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る一実施形態であるアドホック無線ネットワークの構成を示す複数の無線局１−１乃至１−９（総称して、符号１を付す。）の平面配置図である。この実施形態の無線通信システムでは、図１に示すように、複数の無線局１が平面的に散在して存在し、各無線局１はそれぞれ、オムニアンテナ１０１の利得や送信電力、受信感度などのパラメータで決定される所定のサービスエリアを有し、このサービスエリア内でパケット通信を行うことができ、サービスエリア外の無線局１とパケット通信を行うときは、サービスエリア内の無線局１を中継局として用いてパケットデータを中継することにより、所望の宛先無線局１にパケットデータを伝送する。
【００２０】
図２は、図１の各無線局１の内部構成を示すブロック図である。この実施形態の無線通信システムは、例えば無線ＬＡＮなどのアドホック無線ネットワークのパケット通信システムに適用するものであって、特に、図２及び図３に示すルータ装置１０５を備えたことを特徴としている。ここで、ルータ装置１０５は、図３に示すように、キューマネージャ２１２と、互いに優先順位が異なる２つのキューメモリ２１３，２１４を備え、キューマネージャ２１２は入力されるパケットが自局発信のパケットであるときはより高い優先順位を有するキューメモリ２１３に挿入して格納する一方、キューマネージャ２１２は入力されるパケットが他局発信のパケットであるときはより低い優先順位を有するキューメモリ２１４に挿入して格納する。すなわち、各無線局１は、パケットのルーティングを行うルータ装置１０５を備え、発信端末、中継局、又は宛先端末として動作する。
【００２１】
次いで、本実施形態において用いる、２つの優先順位を持つ待ち行列を使用するアドホック無線ネットワークの中継サービスポリシーについて説明する。
【００２２】
従来技術の項で説明したように、各無線局１のユーザは、当該アドホック無線ネットワークにおいて中継用ルータ装置として提供するモバイルホスト無線局の帯域幅を調整することができない。しかしながら、各無線局１に自局発信の通信と他局発信の通信とを区別して優先順位をつける能力があれば、自局装置の行動の制御を高めることが可能であり、アドホック無線ネットワークにおける柔軟さを高めることができる。その場合、各無線局１は必要な時により多くの帯域幅を自局発信の通信に任意選択で割り当てることが可能であると同時に、自局装置が使用中でないときは、より多くの帯域幅を他局発信の通信に割り当てることができる。
【００２３】
こうした機能を達成するため、本発明者らはモバイルホスト無線局のリンク層でサービスの優先順位付けを実施することを提案する。特に、この機能を実現するために、従来技術に係る１つの待ち行列によるアプローチに対して、２つの待ち行列によるアプローチを使用する新たなフレームワークを提案する。従来技術の設計では、パケットは、そのパケットがどこをソース無線局とするかに関わらず１つの待ち行列に挿入される。例えば、モバイルホスト無線局が幾つかの第三者通信によって中継用ルータ装置として使用されている場合、ＩＰパケットの待ち行列はそれなりに輻輳されることになり、パケットを廃棄し始める可能性がある。この時点でモバイルホスト無線局のユーザが通信の呼出しを行えば、既に輻輳している待ち行列にさらなる負荷が加わり、よって輻輳はさらに苛酷になる。こうした事態に至らず、ユーザ自身の通信が常時第三者による通信より高い優先順位を有することを保証するために、本発明者らは、２つの待ち行列によるアプローチを導入して事態の改善に当たっている。２つの待ち行列のうちの一方は、自局発信の通信からのパケットのみを保持するために使用し、もう一方の待ち行列は、他局発信の通信からのパケットの保持に使用する。これらは何れも、インターネットのＲＦＣ２４８１で規定するＥＣＮ（ＥｘｐｌｉｃｉｔＣｏｎｇｅｓｔｉｏｎＮｏｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；明示的輻輳通知）をベースとするＲＥＤ（ＲａｎｄｏｍＥａｒｌｙＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）に基づく待ち行列であるため、無線回線での損失又は輻輳に起因してパケットの廃棄が発生すれば送信者に通知することができる。２つの待ち行列を設けることにより、パケットの棄却又は１つの待ち行列におけるＥＣＮの呼出しがパケットをその待ち行列に挿入する送信者にのみ影響し、同じノード無線局でも他の待ち行列を使用する送信者には影響しないことを保証する。２つの待ち行列間の待ち行列の重み付け係数の調整のために、重み付けラウンドロビンに基づくスケジューラ（ＳｃｈｅｄｕｌｅｒｂａｓｅｄｏｎＷｅｉｇｈｔｅｄＲｏｕｎｄ−Ｒｏｂｉｎ；以下、ＷＲＲスケジューラという。例えば、非特許文献２参照。）が使用されている。例えば、一方の待ち行列の方に他方の待ち行列より重い重み付けを加えれば、その待ち行列には複数のパケットを処理され、よってその待ち行列からより多くのパケットが流れ出て、スループットが増大する。
【００２４】
次いで、待ち行列制御に関連するフレームワークについて説明する。以下では、特に、本実施形態で用いたＲＥＤ及びＷＲＲスケジューラのアルゴリズムについて簡単に説明する。
【００２５】
ＥＣＮがイネーブルされるＲＥＤアルゴリズムにおいて、ＲＥＤゲートウェイ装置は、平均待ち行列サイズを計算し、これを最大及び最小しきい値である２つのしきい値と比較する。平均待ち行列サイズが最小しきい値を下回れば、ＥＣＮはどのパケットにもマーキングを行わない。平均待ち行列サイズが最大及び最小しきい値の間になれば、到来するパケットに所定の確率がマーキングされる。平均待ち行列サイズが最大しきい値を超過し、それ故パケットのマーキング速度能力が高まると、ルータ装置は、パケットのヘッダにＣＥビット（ＣｏｎｇｅｓｔｉｏｎＥｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄｂｉｔ）をセットするよりは、パケットをドロップさせる場合がある。ＥＣＮは、ルータ装置が輻輳の表示を直接ソース無線局へ送信する機構を提供する。インターネットのＲＦＣ２４８１によれば、ＥＣＮは、ＩＰヘッダにおける２ビットと、ＴＣＰヘッダにおける２つの新規フラグとを必要とする。ＥＣＴビット（ＥＣＮ−ＣａｐａｂｌｅＴｒａｎｓｐｏｒｔｂｉｔ）は送信者によって設定され、トランスポート層のプロトコルのエンドポイントがＥＣＮ対応であることを示す。次に、ＲＥＤアルゴリズムを使用して、ルータ装置がＣＥビット（ＣｏｎｇｅｓｔｉｏｎＥｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄｂｉｔ）をセットして輻輳を表示すべきかどうかが決定される。ＣＥビットがマーキングされたデータパケットを受信すると、データの受信者はＥＣＮエコーフラグを立ててデータの送信者に輻輳を通知する。データ受信者がＥＣＮエコーフラグのセットを中止するときを決定できるように、ＣＷＲ（ＣｏｎｇｅｓｔｉｏｎＷｉｎｄｏｗＲｅｄｕｃｅｄ）が割り当てられる（例えば、非特許文献３参照。）。
【００２６】
ＷＲＲスケジューラは、各優先待ち行列に対して所定の順序で順次サービスさせる。１つの待ち行列が一回りでサービスされるターン数は、その待ち行列の重み付け係数に依存する。例えば、ＷＲＲは、大きな重み付け係数を有する優先待ち行列に多くのターンをサービスさせる。ＷＲＲは、パケットを含む最初の待ち行列から開始して予定されたパケット数だけサービスし、次いでパケットを含む次の待ち行列へ移動して、パケットを有する各待ち行列がサービスされるまで各々の待ち行列からの単一パケットをサービスする。
【００２７】
さらに、２つの優先順位を持つ待ち行列を使用する優先順位付けの通信方法について以下に説明する。
【００２８】
パケットが挿入される、優先順位を持つ待ち行列は、ＩＰ発信元アドレスと、自局ノードのアドレスとを比較して決定される。ＩＰ発信元アドレスが自局ノードのアドレスに等しければ、そのパケットは自然発生したパケットであり、第１の優先順位の待ち行列であるキューメモリ２１３に挿入される。これに対して、ＩＰ発信元アドレスと自局ノードのアドレスとが不一致であれば、そのパケットは第２の優先順位の待ち行列であるキューメモリ２１４に挿入される。パケットが正しい優先順位の待ち行列に挿入されていることを保証するため、ＩＰのサービスタイプフィールド（ＴＯＳフィールド）では小さな修正が行われている。
【００２９】
図５は図２の無線局１で用いるＴＯＳフィールドのフォーマットを示す図である。ＩＰのＴＯＳフィールドにおけるビット６（ＥＣＴ）及びビット７（ＣＥ）は不変であって、ＥＣＮが発明者らによるこの実施形態の下で動作することを保証している。ビット４及び５は、そのパケットが挿入される優先順位を有する待ち行列を表示するように修正されており、「キューメモリ指定ビット」という。
すなわち、キューメモリ指定ビットが０１であるときは、パケットが第１の優先順位のキューメモリ２１３に挿入され、キューメモリ指定ビットが００であるときは、パケットが第２の優先順位のキューメモリ２１４に挿入される。発明者らが行うこの修正には、Ｄｉｆｆｓｅｒｖ方式（例えば、非特許文献３参照。）との下位互換性はない。
【００３０】
次いで、図２を参照して、各無線局１の装置構成について説明する。図２において、無線局１は、オムニアンテナ１０１と、サーキュレータ１０２と、データパケット送信部１４０及びデータパケット受信部１３０を有するデータパケット送受信部１０３と、回線制御部１０４と、ルータ装置１０５と、上位レイヤ処理装置１０６とを備える。
【００３１】
上位レイヤ処理装置１０６は、自局から送信すべきパケット形式の通信用データ（以下、パケットという。）を発生するとともに、自局で受信するパケットを受信して処理する。上位レイヤ処理装置１０６によって発生されたパケットは、図３を参照して詳細後述するルータ装置１０５及び送信バッファメモリ１４２を介して変調器１４３に入力され、変調器１４３は、所定の無線周波数の搬送波信号を、拡散符号発生器１６０でＣＤＭＡ方式で発生された所定の通信チャネル用拡散符号を用いて、入力されたパケットに従ってスペクトル拡散変調して、変調後の送信信号を高周波送信機１４４に出力する。高周波送信機１４４は入力された送信信号に対して増幅などの処理を実行した後、サーキュレータ１０２を介してオムニアンテナ１０１から他の無線局１に向けて送信する。一方、オムニアンテナ１０１で受信されたパケット形式の通信チャネル用受信信号は、サーキュレータ１０２を介して高周波受信機１３１に入力され、高周波受信機１３１は入力された受信信号に対して低雑音増幅などの処理を実行した後、復調器１３２に出力する。復調器１３２は、入力される受信信号を、拡散符号発生器１６０でＣＤＭＡ方式で発生された通信チャネル用拡散符号を用いて、スペクトル逆拡散により復調して、復調後の受信信号データであるパケットを、受信バッファメモリ１３３及びルータ装置１０５を介して上位レイヤ処理装置１０６に出力する。
【００３２】
回線制御部１０４は、所定の回線制御方式を用いて、送受信で使用すべき通信チャネルに対応するタイムスロットを決定し、その指定データを送信タイミング制御部１４１に送ることにより、送信タイミング制御部１４１が送信バッファメモリ１４２によるパケットの書き込み及び読み出しを制御することにより送信すべきパケットが対応するタイムスロットで送信されるように制御するとともに、受信すべきパケットを所定のタイムスロットで受信するように拡散符号発生器１６０を制御する。
【００３３】
図３は図２のルータ装置１０５の内部構成を示すブロック図である。図３において、図２のパケット送受信部１０３によって受信されたパケットは、受信バッファメモリ１３３からルータ装置１０５の自局アドレス識別器２１１に入力され、自局アドレス識別器２１１は入力されたパケットのＩＰ発信元アドレスが自局のＩＰアドレスであるか否かを判断し、自局のＩＰアドレスであるときはそのパケットを上位レイヤ処理装置１０６に出力する一方、他局のＩＰアドレスであるときはそのパケットをキューマネージャ２１２に出力する。キューマネージャ２１２は、ルーティングコントローラ２００によって制御され、自局アドレス識別器２１１又は上位レイヤ処理装置１０６からのパケットを受信し、図４のキュー管理処理を実行することにより、受信したパケットのＩＰ発信元アドレスが自局のＩＰアドレスであるときは、キューメモリ２１３に挿入して格納する一方、受信したパケットのＩＰ発信元アドレスが他局のＩＰアドレスであるときは、キューメモリ２１４に挿入して格納する。
【００３４】
ルーティングコントローラ２００には、例えばＷＲＲのスケジューラ方式を用いるスケジューラ２１０における２つのキューメモリ２１４，２１３に対する送信出力処理の優先順位を定める重み付け係数比を入力するための入力手段であるキーボード２０１と、上記入力された重み付け係数比の情報を表示する液晶ディスプレイ２０２とが接続される。当該無線局１のユーザがキーボード２０１を用いて、上記２つのキューメモリ２１４，２１３に対する重み付け係数比を入力したとき、その情報はルーティングコントローラ２００を介してスケジューラ２１０に入力されて設定される。本実施形態において、重み付け係数比は、キューメモリ２１４，２１３に対する重み付け係数比であって、（ｘ，ｙ）で表し、本実施形態では、キューメモリ２１３の優先順位は、キューメモリ２１４の優先順位に比較して高く設定されるので、次式のように設定される。
【００３５】
【数１】
ｘ＜ｙ
ここで、
【数２】
ｘ＋ｙ＝１．０
【００３６】
ルーティングコントローラ２００によって制御されるスケジューラ２１０は、公知のＷＲＲスケジューラ方式を用いてかつ上記入力される重み付け係数比で、スイッチ２１５を切り換えて、２つのキューメモリ２１３，２１４から順次パケットを読み出して送信バッファメモリ１４２に出力して送信する。
【００３７】
図４は図３のキューマネージャ２１２によって実行されるキュー管理処理を示すフローチャートである。図４において、ステップＳ１においてパケットが到着したか否かが判断され、ＹＥＳとなるまでステップＳ２を繰り返し、ＹＥＳとなったら、ステップＳ２で到着したパケットのＩＰ発信元アドレスは自局のＩＰアドレスであるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ４に進む。ステップＳ３では、当該パケットのキューメモリ指定ビットに０１を挿入してステップＳ５に進む。一方、ステップＳ４では、当該パケットのキューメモリ指定ビットに００を挿入してステップＳ５に進む。ステップＳ５では、キューメモリ指定ビットに対応するキューメモリ２１３又は２１４に到着したパケットを挿入して格納した後、ステップＳ１に戻る。ここで、キューメモリ指定ビットが０１であるときは、当該パケットはより優先順位が高いキューメモリ２１３に挿入して格納され、キューメモリ指定ビットが００であるときは、当該パケットはより優先順位が低いキューメモリ２１４に挿入して格納される。
【００３８】
【実施例】
次いで、本発明者らは、本実施形態に係るアドホック無線ネットワークの通信システムを用いてシミュレーションを以下の通り実行して、以下のシミュレーション結果を得た。
【００３９】
シミュレーションは、スケーラブルネットワークテクノロジーズから市販されているＱｕａｌｎｅｔ３．１（例えば、非特許文献４参照。）のネットワークシミュレータを使用して行った。シミュレーション結果はすべて、異なる乱数を使用して行った１００回のシミュレーション実行の平均値である。表１は、発明者らのシミュレーションで使用したパラメータを示している。
【００４０】
【表１】

【００４１】
図６は、シミュレーションで使用したネットワークトポロジーを示している。ここで、ノード無線局はすべて固定的であり、通信はすべてアドホック無線ネットワークによって無線通信する。発明者らのシミュレーションでは、無線リンクの最大帯域幅は２Ｍｂｐｓである。すべてのノード無線局１に２つのＲＥＤ待ち行列のキューメモリ２１３，２１４を設け、すべてをＥＣＮイネーブルとする。
ルーティングプロトコルはＡＯＤＶであり、ＷＲＲスケジューラを用いる。
【００４２】
図６が示すように、ノード無線局１−１とノード無線局１−３の間には、ノード無線局１−２へのホップを必要とする２ホップのＴＣＰ通信が存在する。この場合、ノード無線局１−１はこの無線通信を自局発信の通信と見なし、よってその自局発信のパケットのすべてをその第１の待ち行列であるキューメモリ２１３に挿入する。しかしながら、ノード無線局１−１からのパケットがノード無線局１−２に到達すると、これらのパケットはノード無線局１−２によって発せられたものではなくノード無線局１−２によって他局発信の通信と見なされるため、ノード無線局１−２はこれらすべてのパケットをその第２の待ち行列であるキューメモリ２１４に挿入する。一方では、ノード無線局１−２とノード無線局１−４との間のＴＣＰ通信が、ノード無線局１−１からノード無線局１−３までのＴＣＰ通信と同時に確立されている。この時点では、ノード無線局１−２はこの無線通信を自局発信の通信と見なすため、それ自身が発するすべてのパケットを第１の待ち行列であるキューメモリ２１３に挿入する。同時にノード無線局１−２を辿る一方は自局発信、他方は他局発信である２つの無線通信が存在するものの、２つの無線通信からのパケットは２つの異なる待ち行列であるキューメモリ２１３，２１４に首尾よく分離される。
【００４３】
このような方法では、１ホップの無線通信と２ホップの無線通信との間の動作の差に起因して、本質的にノード無線局１−２からノード無線局１−４へのＴＣＰのスループットの方がノード無線局１−１からノード無線局１−３へのＴＣＰのスループットより大きくなる。図７は、実施例に係るＱｕａｌｎｅｔにおけるシミュレーションのセットアップを示している。
【００４４】
発明者らのシミュレーションには、動作比較のために、従来技術の１つの待ち行列によるシビアなアプローチもまた含まれている。ＷＲＲスケジューラにおける２つの待ち行列の待ち行列の重み付け係数比を変更して、他の結果も求めた。
例えば、図８及び図９のグラフのｘ軸における重み付け係数比（０．５，０．５）は、２つの優先順位を持つ待ち行列であるキューメモリ２１３，２１４が同一の重み付け係数を有することを意味し、重み付け係数比（０．４，０．６）は自局発信の通信の方に重み付け係数が偏っていることを示す。ここで、２つの重み付け係数は上記数２に示すように合計１でなければならない。重み付け係数比（０．３，０．７）は、待ち行列の重み付け係数が自局発信の通信の方にさらに偏っている、等々を意味する。なお、他局発信の通信待ち行列に対する待ち行列の重み付け係数の方が自局発信の通信待ち行列に対する待ち行列の重み係数より重くなる場合の結果については、こうした状況はほとんど起こらないものと想定して検討していない。
【００４５】
図８は、２つのＴＣＰ通信（ノード無線局１−１からノード無線局１−３及びノード無線局１−２からノード無線局１−４）間のスループットの比較を示している。ノード無線局１−２からノード無線局１−４への通信は１ホップの無線通信であるため、そのスループットは本質的にノード無線局１−１からノード無線局１−３までの２ホップの無線通信より速く、図８の１つのキューメモリのときの結果はこの事実を明白に反映している。２つの待ち行列を使用するアプローチを導入すると（重み付け係数比（０．５，０．５）から開始する）、自局発信の通信待ち行列に対する待ち行列の重み付け係数が増大するため、ノード無線局１−２からノード無線局１−４へのスループットが増大する。これは、ノード無線局１−２における自局発信の通信待ち行列に対する待ち行列の重み付け係数が増大するにつれて、ノード無線局１−２は他局発信の通信（この場合はノード無線局１−１からノード無線局１−３への通信）よりも自分自身のＴＣＰ通信の方へより多くの帯域幅を割当て、結果的にスループットが増大するためである。
【００４６】
図９は、２つのＴＣＰ通信を組み合わせた合計帯域幅を示している。図９のグラフの上向きの傾斜は、発明者らの実験のセットアップで説明することができる。上述のように、ノード無線局１−２からノード無線局１−４への通信には１ホップしか必要でないため、本質的にノード無線局１−１からノード無線局１−３への通信よりも高いスループットを有することになる。この実験では、より速い通信方法の方により多くのスループットを見込んでいるため、本質的に遅い方の通信のスループットを下げれば、自然に組み合わせによる合計スループットは増大する。重み付け係数比（０．５，０．５）のケースでは、ノード無線局１−２が自局発信の通信（ノード無線局１−２からノード無線局１−４へ）に関してどんなに速くパケットを発生させても、自局発信の通信待ち行列に対する待ち行列の重み付け係数は他局発信の通信待ち行列に対する待ち行列の重み付け係数と同じであるように制限されている。このため、本質的に速いノード無線局１−２からノード無線局１−４への通信のスループットは低減され、組み合わされた合計スループットが減少する結果となる。
【００４７】
以上説明したように、アドホック無線ネットワーク内のコンピュータ数が増加するにつれて、コンピュータ間の相互通信は極めて複雑化するため、ユーザが自局発信の通信と他局発信の通信との間で帯域幅を調整できるような機能を実施する必要がある。本実施形態では、自局発信の通信と他局発信の通信との間を区別して両者に優先順位をつける２つの待ち行列のキューメモリ２１３，２１４を使用するルーティング方法を提案した。Ｑｕａｌｎｅｔ３．１シミュレータの使用により、優先順位を付けた通信と優先順位を付けない通信に関してスループットの劇的な結果を得た。図８が示すように、優先順位をつけた方の直接の無線通信は、優先順位を付けない無線通信のほぼ４０％増しのスループットを生み出すことができる。さらに、自局発信の無線通信に対する待ち行列の重み付け係数が増大するにつれて、自局発信の無線通信に対するスループットは適宜かつ比例的に増大する。取得したすべての結果に基づいて、発明者らは、発明者らの実施例が目的意図に叶うものであることを確信する。
【００４８】
以上の実施形態においては、ＷＲＲ方式を用いているが、本発明はこれに限らず、例えばＷＤＲＲ（ＷｅｉｇｈｔｅｄＤｅｆｉｃｉｔＲｏｕｎｄＲｏｂｉｎ）などの他のスケジューラ方式を用いてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係る通信システム、通信装置又は通信方法によれば、複数の無線局を備え、各無線局間でパケット通信を行うアドホック無線ネットワークにおいて、所定の重み付け係数比で互いに優先順位が異なる２つのキューメモリを備えた通信装置において、他局に送信すべきパケットが自局発信のパケットであるときはより高い優先順位を有するキューメモリに挿入して送信する一方、他局に送信すべきパケットが別の他局発信のパケットであるときはより低い優先順位を有するキューメモリに挿入して中継送信するように制御する。従って、ノード無線局を中継ルータ装置として使用する多くの他局発信の通信に起因して、すぐに通信速度の重大な低下に遭遇することを防止し、各無線局のスループットを増大させることができる。また、上記重み付け係数比を入力して設定することにより、上記２つのキューメモリの優先順位を変更することができ、ユーザが所望するスループットに変更することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態であるアドホック無線ネットワークを構成する複数の無線局１−１乃至１−９の平面配置図である。
【図２】図１の各無線局１の内部構成を示すブロック図である。
【図３】図２のルータ装置１０５の内部構成を示すブロック図である。
【図４】図３のキューマネージャ２１２によって実行されるキュー管理処理を示すフローチャートである。
【図５】図２の無線局１で用いるＴＯＳフィールドのフォーマットを示す図である。
【図６】本実施形態に係る実施例におけるアドホック無線ネットワークのシミュレーションで用いたトポロジーを示す平面図である。
【図７】本実施形態に係る実施例におけるアドホック無線ネットワークのシミュレーションで用いたＱｕａｌｎｅｔのトポロジーを示す平面図である。
【図８】本実施形態に係る実施例におけるアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、１つのキューメモリの場合と、２つのキューメモリ２１４，２１３に対するＷＲＲの重み付け係数比に対する、無線局１−１から無線機１−３へのパケット通信、及び無線局１−２から無線局１−４へのパケット通信のスループットを示すグラフである。
【図９】本実施形態に係る実施例におけるアドホック無線ネットワークのシミュレーション結果であって、１つのキューメモリの場合と、２つのキューメモリ２１４，２１３に対するＷＲＲの重み付け係数比に対する、サーバ装置のスループット及びクライアント装置のスループットを示すグラフである。
【符号の説明】
１，１−１乃至１−９…無線局、
１０１…オムニアンテナ、
１０２…サーキュレータ、
１０３…パケット送受信部、
１０４…回線制御部、
１０５…ルータ装置、
１０６…上位レイヤ処理装置、
１３０…パケット受信部、
１３１…高周波受信機、
１３２…復調器、
１３３…受信バッファメモリ、
１４０…パケット送信部、
１４１…送信タイミング制御部、
１４２…送信バッファメモリ、
１４３…変調器、
１４４…高周波送信機、
１６０…拡散符号発生器。
２００…ルーティングコントローラ、
２０１…キーボード、
２０２…液晶ディスプレイ、
２１０…スケジューラ、
２１１…自局アドレス識別器、
２１２…キューマネージャ、
２１３，２１４…キューメモリ、
２１５…スイッチ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a communication system, a communication apparatus, and a communication method for an ad hoc wireless network having a plurality of wireless stations, for example, performing packet communication in an ad hoc wireless network.
[0002]
[Prior art]
In an ad hoc wireless network that wirelessly supports communication between an unspecified number of people who are temporarily gathered in a specific area, users in the network cannot operate without the infrastructure such as an Internet router device. It is necessary to coordinately relay packets and perform routing.
[0003]
As a routing method for an ad hoc wireless network, for example, Non-Patent Document 1 proposes a method of transmitting route search packets to obtain route information (hereinafter, referred to as a first conventional example).
[0004]
However, in the first conventional example, since the omnidirectional antenna is used, co-channel interference is likely to occur, the bit error rate (BER) increases, and the power consumption during packet transmission and reception increases. There is a problem that the load on the battery becomes high. In order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-163, “A routing method for a wireless network including a plurality of wireless stations and performing packet communication between the wireless stations includes a service area of the plurality of wireless stations. The interference noise for each of the predetermined azimuth angles for each wireless station is previously measured and stored in the storage device as an interference noise table. When a packet is transmitted to the destination wireless station, one hop is performed based on the interference noise table. Route the packet by controlling the omni-antenna so as to form a beam to the determined first hop radio station and transmit the packet to the determined first hop radio station. (Hereinafter referred to as a second conventional example) has been proposed.
[0005]
An important feature of these ad hoc wireless networks is the ability to instantly initiate wireless communication between wireless terminals. For example, in an infrared communication system such as IrDA, it is necessary to secure a line of sight between transmitting and receiving terminal devices. For this purpose, for example, a wireless LAN system using a MAC protocol compliant with IEEE802.11b or a Bluetooth (Bluetooth) system is used. The wireless LAN system has been widely used. Bluetooth is capable of achieving a transmission distance of 10 m, and is compatible with IEEE 802.11. The transmission up to 250 m is possible in the wireless LAN system conforming to b. When a certain node radio station attempts to communicate with another node radio station located beyond the transmission distance, the node radio station transmits the data to a node radio station closer to the destination and relays the data. When each node wireless station in the ad hoc wireless network spontaneously transmits wireless packet traffic, it participates in forming a network topology. For example, a data packet transmitted from point A to point B can hop to several other node radio stations without the user noticing.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-244983 A.
[Non-patent document 1]
D. B. Johnson, et al. , "Dynamic Source Routing in Ad Hoc Wireless Networks", in book on "Mobile Computing", Chapter 5, pp. 153-181, Kluer Academic Publishers, 1996.
[Non-patent document 2]
Manolis Katevenis et al. , "Weighted Round-Robin Cell Multiplexing in a General-Purpose ATM Switch Chip", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 9, No. 8, October 1991.
[Non-Patent Document 3]
Kenjiro Cho, "QoS Control Technology on the Internet-Diffserv", Internet Week 99, Pacifico Yokohama, Japan Network Information Center, December 14, 1999.
[Non-patent document 4]
Scalable Networks Technologies, QualNet 3.5 [Retrieved April 3, 2003], Internet <URL: http: // www. scalable-networks. com / >>.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
For example, in an ad hoc wireless network that includes 30 or more active mobile host radio stations, the user's mobile host radio station can be a router that performs some simultaneous communications, and therefore has less bandwidth. It occupies a large part, and the bandwidth for performing communication originating from the local station is greatly limited. At present, the user cannot adjust the bandwidth of the mobile host wireless station provided as a relay router device to the ad hoc wireless network. Bandwidth is fairly distributed between all communications, whether or not the communications originate from the home station. The problem is that the user may soon experience a significant drop in communication speed due to many other station originated communications using the mobile host radio station as a relay router device. there were.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above problems, and to immediately encounter a serious decrease in the communication speed in an ad hoc wireless network due to the communication originating from many other stations using a node wireless station as a router. It is an object of the present invention to provide a communication system, a communication device, and a communication method for an ad hoc wireless network, which can prevent the occurrence of an error and increase the throughput of each wireless station.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A communication system according to a first invention is a communication system for an ad hoc wireless network that includes a plurality of wireless stations and performs packet communication between the wireless stations.
Two queue memories having different priorities from each other with a predetermined weighting factor ratio are provided. When a packet to be transmitted to another station is a packet originating from the own station, the packet is inserted into a queue memory having a higher priority and transmitted. When a packet to be transmitted to another station is a packet originating from another station, control means for controlling the packet to be inserted into a queue memory having a lower priority and relayed is provided.
[0010]
The communication system may further include a unit configured to input and set the weighting coefficient ratio.
[0011]
Further, in the above communication system, the control means controls to read and transmit packets from the two queue memories by using a weighted round robin method.
[0012]
A communication device according to a second invention is a communication device for an ad hoc wireless network including a plurality of wireless stations and performing packet communication between the wireless stations,
Two queue memories having different priorities from each other with a predetermined weighting factor ratio are provided. When a packet to be transmitted to another station is a packet originating from the own station, the packet is inserted into a queue memory having a higher priority and transmitted. When a packet to be transmitted to another station is a packet originating from another station, control means for controlling the packet to be inserted into a queue memory having a lower priority and relayed is provided.
[0013]
The communication device may further include a unit configured to input and set the weighting coefficient ratio.
[0014]
Further, in the communication device, the control means controls to read and transmit packets from the two queue memories using a weighted round robin method.
[0015]
A communication method according to a third invention is a communication method for an ad hoc wireless network including a plurality of wireless stations and performing packet communication between the wireless stations.
In a communication device having two queue memories having different priorities from each other with a predetermined weighting coefficient ratio, when a packet to be transmitted to another station is a packet originating from the own station, the packet is inserted into a queue memory having a higher priority. And when the packet to be transmitted to another station is a packet originated from another station, the packet is inserted into a queue memory having a lower priority and controlled to perform relay transmission. And
[0016]
The communication method may further include a step of inputting and setting the weighting coefficient ratio.
[0017]
Further, in the above communication method, the control step is characterized in that a packet is read from the two queue memories and transmitted using a weighted round robin method.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
FIG. 1 is a plan view of a plurality of wireless stations 1-1 to 1-9 (generally denoted by reference numeral 1) showing the configuration of an ad hoc wireless network according to an embodiment of the present invention. In the wireless communication system of this embodiment, as shown in FIG. 1, a plurality of wireless stations 1 are scattered in a plane, and each wireless station 1 has a gain of the omni antenna 101, transmission power, reception sensitivity, and the like. Has a predetermined service area determined by the following parameters. Packet communication can be performed in this service area. When performing packet communication with the wireless station 1 outside the service area, the wireless station 1 in the service area must be The packet data is transmitted to a desired destination wireless station 1 by using the relay station to relay the packet data.
[0020]
FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of each wireless station 1 in FIG. The wireless communication system according to the present embodiment is applied to a packet communication system of an ad hoc wireless network such as a wireless LAN, for example, and is characterized by including the router device 105 shown in FIGS. 2 and 3. Here, as shown in FIG. 3, the router device 105 includes a queue manager 212 and two

queue memories

213 and 214 having different priorities from each other. While the queue manager 212 inserts the packet into the queue memory 213 having a higher priority and stores the packet, the queue manager 212 inserts the packet into the queue memory 214 having a lower priority when the input packet is a packet transmitted from another station. And store. That is, each wireless station 1 includes the router device 105 that performs packet routing, and operates as a calling terminal, a relay station, or a destination terminal.
[0021]
Next, a relay service policy of an ad hoc wireless network using a queue having two priorities used in the present embodiment will be described.
[0022]
As described in the section of the related art, the user of each wireless station 1 cannot adjust the bandwidth of the mobile host wireless station provided as a relay router device in the ad hoc wireless network. However, if each wireless station 1 has the ability to distinguish between the communication originating from the local station and the communication originating from another station and to give a priority, it is possible to enhance the control of the behavior of the local station apparatus, and to improve the control in the ad hoc wireless network. Flexibility can be increased. In that case, each wireless station 1 can optionally allocate more bandwidth to its own originating communication when needed, and at the same time, more bandwidth when its own device is not in use. Can be assigned to communication originating from another station.
[0023]
To achieve these functions, we propose to implement service prioritization at the link layer of the mobile host radio station. In particular, in order to realize this function, we propose a new framework that uses a two-queue approach versus a one-queue approach according to the prior art. In prior art designs, packets are inserted into one queue regardless of where the packet is the source radio station. For example, if the mobile host radio station is being used as a relay router device by some third party communications, the queue of IP packets will be congested accordingly and may start dropping packets . At this point, if the user of the mobile host radio station makes a call for communication, the already congested queue will be loaded further, and congestion will be even more severe. In order to ensure that this is not the case and that the user's own communications always have a higher priority than third party communications, we have introduced a two-queue approach to improve the situation. I have. One of the two queues is used to hold only packets from the communication originating from the local station, and the other queue is used to hold packets from the communication originating from the other station. All of these are queues based on RED (Random Early Detection) based on ECN (Explicit Congestion Notification) defined by RFC 2481 of the Internet, and therefore are caused by loss or congestion in a wireless line. If the packet is discarded, the sender can be notified. By providing two queues, dropping a packet or invoking an ECN in one queue only affects the sender inserting the packet into that queue, and transmissions using the same queue at the same node radio station. Not to affect the people. A scheduler based on Weighted Round-Robin (hereinafter, referred to as a WRR scheduler; see, for example, Non-Patent Document 2) is used for adjusting the weighting factor of a queue between two queues based on a weighted round robin. ing. For example, if one queue is weighted more heavily than the other queue, the queue will be processed with multiple packets, thus allowing more packets to flow out of the queue and increasing throughput.
[0024]
Next, a framework related to queuing control will be described. In the following, particularly, the algorithm of the RED and WRR schedulers used in the present embodiment will be briefly described.
[0025]
In the ECN enabled RED algorithm, the RED gateway device calculates the average queue size and compares it to two thresholds, a maximum and a minimum threshold. If the average queue size is below the minimum threshold, the ECN will not mark any packets. If the average queue size falls between the maximum and minimum thresholds, the incoming packets are marked with a predetermined probability. When the average queue size exceeds the maximum threshold value, and thus the marking speed capability of the packet increases, the router device drops the packet rather than setting the CE bit (Congestion Expedited bit) in the header of the packet. There is. ECN provides a mechanism by which the router device sends an indication of congestion directly to the source wireless station. According to Internet RFC 2481, ECN requires two bits in the IP header and two new flags in the TCP header. The ECT bit (ECN-Capable Transport bit) is set by the sender and indicates that the endpoint of the transport layer protocol is ECN-compliant. Next, using the RED algorithm, it is determined whether or not the router device should set the CE bit (Congestion Enhanced bit) to indicate congestion. Upon receiving a data packet with the CE bit marked, the data receiver sets an ECN echo flag to notify the data sender of congestion. A CWR (Congestion Window Reduced) is assigned so that the data receiver can determine when to stop setting the ECN echo flag (for example, see Non-Patent Document 3).
[0026]
The WRR scheduler sequentially services each priority queue in a predetermined order. The number of turns that a queue is serviced around depends on the weighting factor of that queue. For example, WRR causes a priority queue with a large weighting factor to service many turns. The WRR will service the scheduled number of packets starting from the first queue containing packets, and then move on to the next queue containing packets, each waiting until each queue with packets is serviced. Serve a single packet from the queue.
[0027]
Further, a communication method of prioritization using a queue having two priorities will be described below.
[0028]
The priority queue in which the packet is inserted is determined by comparing the IP source address with the address of the own node. If the IP source address is equal to the address of the own node, the packet is a naturally occurring packet and is inserted into the queue memory 213, which is the first priority queue. On the other hand, if the IP source address does not match the address of the own node, the packet is inserted into the queue memory 214, which is the second priority queue. Minor modifications have been made in the IP service type field (TOS field) to ensure that packets are being inserted into the correct priority queue.
[0029]
FIG. 5 is a diagram showing a format of a TOS field used in the wireless station 1 of FIG. Bit 6 (ECT) and bit 7 (CE) in the TOS field of the IP are unchanged, ensuring that the ECN operates under this embodiment by the inventors.

Bits

4 and 5 have been modified to indicate the queue having the priority at which the packet is inserted, and are referred to as "queue memory designation bits."
That is, when the queue memory designation bit is 01, the packet is inserted into the first priority queue memory 213, and when the queue memory designation bit is 00, the packet is inserted into the second priority queue memory 214. Is inserted into This modification made by the inventors has no backward compatibility with the Diffserv method (for example, see Non-Patent Document 3).
[0030]
Next, the device configuration of each wireless station 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the wireless station 1 includes an omni antenna 101, a circulator 102, a data packet transmitting / receiving unit 103 having a data packet transmitting unit 140 and a data packet receiving unit 130, a line control unit 104, a router device 105, And a layer processing device 106.
[0031]
The upper layer processing device 106 generates communication data (hereinafter, referred to as a packet) in a packet format to be transmitted from the own station, and receives and processes the packet received by the own station. The packet generated by the upper layer processing device 106 is input to the modulator 143 via the router device 105 and the transmission buffer memory 142, which will be described in detail later with reference to FIG. 3, and the modulator 143 generates a carrier of a predetermined radio frequency. The signal is spread-spectrum-modulated according to the input packet using a predetermined communication channel spreading code generated by the CDMA method in the spreading code generator 160, and the modulated transmission signal is output to the high-frequency transmitter 144. . After performing processing such as amplification on the input transmission signal, the high-frequency transmitter 144 transmits the signal from the omni antenna 101 to another wireless station 1 via the circulator 102. On the other hand, the reception signal for the communication channel in the packet format received by the omni antenna 101 is input to the high frequency receiver 131 via the circulator 102, and the high frequency receiver 131 performs low noise amplification or the like on the input reception signal. After performing the processing, the signal is output to the demodulator 132. Demodulator 132 demodulates the received signal to be input by spread spectrum despreading using a spread code for a communication channel generated by spread code generator 160 in a CDMA system, and outputs a demodulated packet as received signal data. Is output to the upper layer processing device 106 via the reception buffer memory 133 and the router device 105.
[0032]
The line control unit 104 determines a time slot corresponding to a communication channel to be used for transmission / reception using a predetermined line control method, and sends the designated data to the transmission timing control unit 141. Controls the writing and reading of the packet by the transmission buffer memory 142 so that the packet to be transmitted is transmitted in the corresponding time slot, and the packet to be received is spread so as to be received in the predetermined time slot. Controls the code generator 160.
[0033]
FIG. 3 is a block diagram showing the internal configuration of the router device 105 of FIG. 3, a packet received by the packet transmitting / receiving unit 103 in FIG. 2 is input from the reception buffer memory 133 to the own station address identifier 211 of the router device 105, and the own station address identifier 211 It is determined whether or not the source address is the IP address of the own station. If the source address is the IP address of the own station, the packet is output to the upper layer processing device 106. Output the packet to the queue manager 212. The queue manager 212 is controlled by the routing controller 200, receives a packet from the local station address identifier 211 or the upper layer processing device 106, and executes the queue management process of FIG. If the address is the own station's IP address, it is inserted and stored in the queue memory 213. On the other hand, if the received packet's IP source address is the IP address of another station, it is inserted and stored in the queue memory 214. I do.
[0034]
The routing controller 200 includes, for example, a keyboard 201 as input means for inputting a weighting coefficient ratio that determines the priority of transmission output processing for the two

queue memories

214 and 213 in the scheduler 210 using the WRR scheduler method, And a liquid crystal display 202 for displaying information on the weighted coefficient ratios. When the user of the wireless station 1 uses the keyboard 201 to input the weighting coefficient ratio for the two

queue memories

214 and 213, the information is input to the scheduler 210 via the routing controller 200 and set. In the present embodiment, the weighting coefficient ratio is a weighting coefficient ratio for the

queue memories

214 and 213 and is represented by (x, y). In the present embodiment, the priority of the queue memory 213 is the priority of the queue memory 214. Is set higher than the above, so that it is set as in the following equation.
[0035]
(Equation 1)
x <y
here,
(Equation 2)
x + y = 1.0
[0036]
The scheduler 210 controlled by the routing controller 200 switches the switch 215 by using a known WRR scheduler method and at the input weighting coefficient ratio to sequentially read packets from the two

queue memories

213 and 214 and transmit the packets to the transmission buffer. The data is output to the memory 142 and transmitted.
[0037]
FIG. 4 is a flowchart showing a queue management process executed by the queue manager 212 of FIG. In FIG. 4, it is determined whether or not a packet has arrived in step S1, and step S2 is repeated until YES is reached. If YES, the IP source address of the packet arrived in step S2 is the IP address of the own station. It is determined whether or not there is, and if YES, the process proceeds to step S3, while if NO, the process proceeds to step S4. In step S3, 01 is inserted into the queue memory designation bit of the packet, and the flow advances to step S5. On the other hand, in step S4, 00 is inserted into the queue memory designation bit of the packet, and the flow advances to step S5. In step S5, after the packet arriving at the

queue memory

213 or 214 corresponding to the queue memory designation bit is inserted and stored, the process returns to step S1. Here, when the queue memory designation bit is 01, the packet is inserted and stored in the queue memory 213 having a higher priority, and when the queue memory designation bit is 00, the packet has a higher priority. It is inserted and stored in the low queue memory 214.
[0038]
【Example】
Next, the present inventors performed a simulation as follows using the communication system of the ad hoc wireless network according to the present embodiment, and obtained the following simulation results.
[0039]
The simulation was performed using a network simulator of Qualnet 3.1 (for example, see Non-Patent Document 4) commercially available from Scalable Network Technologies. All simulation results are the average of 100 simulation runs using different random numbers. Table 1 shows the parameters used in our simulations.
[0040]
[Table 1]

[0041]
FIG. 6 shows the network topology used in the simulation. Here, the node wireless stations are all fixed, and all communication is performed wirelessly by an ad hoc wireless network. In our simulations, the maximum bandwidth of the wireless link is 2 Mbps. All the node wireless stations 1 are provided with two RED

queue queue memories

213 and 214, all of which are ECN enabled.
The routing protocol is AODV and uses a WRR scheduler.
[0042]
As shown in FIG. 6, between the node radio station 1-1 and the node radio station 1-3, there is a 2-hop TCP communication that requires a hop to the node radio station 1-2. In this case, the node wireless station 1-1 regards this wireless communication as a communication originating from the own station, and inserts all the packets originating from the own station into the queue memory 213 which is the first queue. However, when the packets from the node wireless station 1-1 arrive at the node wireless station 1-2, these packets are not issued by the node wireless station 1-2, but are transmitted from the other station by the node wireless station 1-2. To be considered a communication, node wireless station 1-2 inserts all these packets into its second queue, queue memory 214. On the other hand, the TCP communication between the node wireless station 1-2 and the node wireless station 1-4 is established at the same time as the TCP communication from the node wireless station 1-1 to the node wireless station 1-3. At this point, the node wireless station 1-2 regards this wireless communication as communication originating from the local station, and inserts all packets issued by itself into the queue memory 213 as the first queue. Simultaneously following the node radio station 1-2, there are two radio communications, one of which is originating from the local station and the other is originating from another station, but packets from the two radio communications are queue memories 213, which are two different queues. 214 is successfully separated.
[0043]
In such a method, the TCP throughput from the node radio station 1-2 to the node radio station 1-4 is essentially due to the difference in operation between the one-hop wireless communication and the two-hop wireless communication. Is larger than the TCP throughput from the node wireless station 1-1 to the node wireless station 1-3. FIG. 7 illustrates a simulation setup in the Qualnet according to the embodiment.
[0044]
Our simulations also include a one-queue severe approach of the prior art for performance comparisons. Other results were obtained by changing the ratio of the weighting factors of the two queues in the WRR scheduler.
For example, the weighting coefficient ratios (0.5, 0.5) on the x-axis in the graphs of FIGS. 8 and 9 indicate that the

queue memories

213 and 214, which are queues having two priorities, have the same weighting coefficient. Means that the weighting coefficient ratio (0.4, 0.6) indicates that the weighting coefficient is biased toward the communication originating from the own station. Here, the two weighting coefficients must be a total of 1 as shown in the above equation (2). The weighting coefficient ratio (0.3, 0.7) means that the weighting coefficient of the queue is further biased toward the communication originating from the own station, and so on. In the case where the weighting factor of the queue for the communication queue originating from another station is heavier than the weighting factor of the queue for the communication queue originating from the own station, it is assumed that such a situation hardly occurs. Have not considered.
[0045]
FIG. 8 shows a comparison of throughput between two TCP communications (the node radio stations 1-1 to the node radio stations 1-3 and the node radio stations 1-2 to the node radio stations 1-4). Since the communication from the node wireless station 1-2 to the node wireless station 1-4 is a one-hop wireless communication, the throughput is essentially two hops from the node wireless station 1-1 to the node wireless station 1-3. Faster than wireless communication, the results for one queue memory in FIG. 8 clearly reflect this fact. When an approach using two queues is introduced (starting with a weighting factor ratio (0.5, 0.5)), the weighting factor of the queue with respect to the communication queue originating from the local station increases. The throughput from 1-2 to the node radio station 1-4 increases. This is because, as the weighting factor of the queue for the communication queue originating from the local station in the node radio station 1-2 increases, the node radio station 1-2 communicates with the other station (in this case, the node radio station 1-1). This is because more bandwidth is allocated to the own TCP communication than to the node wireless station 1-3).
[0046]
FIG. 9 shows the total bandwidth obtained by combining two TCP communications. The upward slope of the graph in FIG. 9 can be explained in our experimental setup. As described above, since communication from the node wireless station 1-2 to the node wireless station 1-4 requires only one hop, the communication from the node wireless station 1-1 to the node wireless station 1-3 is essentially less. Will also have high throughput. In this experiment, the faster communication method expects more throughput, so if the throughput of the essentially slower communication is reduced, the total throughput by the combination naturally increases. In the case of the weighting coefficient ratio (0.5, 0.5), no matter how fast the node wireless station 1-2 generates a packet for communication originating from the own station (from the node wireless station 1-2 to the node wireless station 1-4). Even so, the weighting factor of the queue for the communication queue originating from the own station is limited to be the same as the weighting factor of the queue for the communication queue originating from the other station. This reduces the throughput of the essentially fast communication from node radio station 1-2 to node radio station 1-4, resulting in a reduction in the combined total throughput.
[0047]
As described above, as the number of computers in the ad hoc wireless network increases, the mutual communication between the computers becomes extremely complicated, so that the user increases the bandwidth between the communication originating from the local station and the communication originating from another station. It is necessary to implement functions that can be adjusted. The present embodiment has proposed a routing method that uses the

queue memories

213 and 214 of two queues for distinguishing between communication originating from the local station and communication originating from another station and prioritizing the two. The use of the Qualnet 3.1 simulator has resulted in dramatic throughput results for prioritized and non-prioritized communications. As FIG. 8 shows, prioritized direct wireless communication can produce almost 40% more throughput than unprioritized wireless communication. Furthermore, as the weighting factor of the queue for the wireless communication originating from the local station increases, the throughput for the wireless communication originating from the local station increases appropriately and proportionally. Based on all the obtained results, the inventors are convinced that the examples of the inventors meet the purpose and intention.
[0048]
In the above embodiments, the WRR scheme is used, but the present invention is not limited to this, and another scheduler scheme such as, for example, a WDRR (Weighted Defined Round Robin) may be used.
[0049]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the communication system, the communication device, or the communication method according to the present invention, in an ad hoc wireless network including a plurality of wireless stations and performing packet communication between the wireless stations, a predetermined weighting coefficient ratio is used for each. In a communication device having two queue memories having different priorities, when a packet to be transmitted to another station is a packet originated by the own station, the packet is inserted into a queue memory having a higher priority and transmitted. If the packet to be transmitted to the other station is a packet transmitted from another station, the packet is inserted into a queue memory having a lower priority and is controlled to be relayed. Accordingly, it is possible to prevent a serious decrease in the communication speed from being immediately caused due to communication originating from many other stations using the node wireless station as a relay router apparatus, and to increase the throughput of each wireless station. it can. Further, by inputting and setting the weighting coefficient ratio, the priority order of the two queue memories can be changed, and the throughput can be changed to a user's desired throughput.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a plurality of wireless stations 1-1 to 1-9 constituting an ad hoc wireless network according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of each wireless station 1 of FIG.
FIG. 3 is a block diagram illustrating an internal configuration of the router device 105 of FIG. 2;
FIG. 4 is a flowchart showing a queue management process executed by a queue manager 212 in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a format of a TOS field used in the wireless station 1 of FIG. 2;
FIG. 6 is a plan view showing a topology used in a simulation of an ad hoc wireless network in an example according to the present embodiment.
FIG. 7 is a plan view showing a topology of the Qualnet used in the simulation of the ad hoc wireless network in the example according to the embodiment.
FIG. 8 is a simulation result of an ad hoc wireless network in an example according to the present embodiment, showing the wireless station 1-1 with respect to the ratio of WRR weighting coefficients for one queue memory and two

queue memories

214 and 213; 7 is a graph showing the throughput of packet communication from the wireless station 1-3 to the wireless device 1-3 and from the wireless station 1-2 to the wireless station 1-4.
9 is a simulation result of an ad hoc wireless network in an example according to the present embodiment, showing the throughput of the server device for the case of one queue memory and the ratio of the WRR weighting coefficient to the two

queue memories

214 and 213; FIG. 6 is a graph showing the throughput of the client device.
[Explanation of symbols]
1,1-1 to 1-9 ... wireless stations,
101 ... Omni antenna,
102: circulator,
103: Packet transmitting / receiving unit,
104 ... line control unit,
105 ... router device,
106 ... upper layer processing device,
130 ... Packet receiving unit,
131 ... high frequency receiver,
132 demodulator,
133: reception buffer memory,
140 ... packet transmitting unit,
141: transmission timing control unit,
142 transmission buffer memory,
143: modulator,
144: high frequency transmitter,
160 ... Spreading code generator.
200 ... Routing controller,
201 ... keyboard,
202 ... Liquid crystal display,
210: scheduler,
211 ... own station address discriminator,
212 ... Queue manager,
213, 214 ... queue memory,
215 ... Switch.

Claims

In a communication system for an ad hoc wireless network comprising a plurality of wireless stations and performing packet communication between the wireless stations,
Two queue memories having different priorities with a predetermined weighting factor ratio are provided, and when a packet to be transmitted to another station is a packet originating from the own station, the packet is inserted into a queue memory having a higher priority and transmitted. Communication means for controlling, when a packet to be transmitted to another station is a packet originating from another station, inserting the packet into a queue memory having a lower priority and performing relay transmission. system.

2. The communication system according to claim 1, further comprising means for inputting and setting said weighting coefficient ratio.

3. The communication system according to claim 1, wherein said control means controls to read and transmit packets from said two queue memories using a weighted round robin method.

A communication device for an ad hoc wireless network including a plurality of wireless stations and performing packet communication between the wireless stations,
Two queue memories having different priorities with a predetermined weighting factor ratio are provided, and when a packet to be transmitted to another station is a packet originating from the own station, the packet is inserted into a queue memory having a higher priority and transmitted. Communication means for controlling, when a packet to be transmitted to another station is a packet originating from another station, inserting the packet into a queue memory having a lower priority and performing relay transmission. apparatus.

5. The communication device according to claim 4, further comprising a unit configured to input and set the weighting coefficient ratio.

6. The communication apparatus according to claim 4, wherein said control means controls to read and transmit packets from said two queue memories using a weighted round robin method.

A communication method for an ad hoc wireless network comprising a plurality of wireless stations and performing packet communication between the wireless stations,
In a communication apparatus having two queue memories having different priorities from each other with a predetermined weighting coefficient ratio, when a packet to be transmitted to another station is a packet originating from the own station, the packet is inserted into a queue memory having a higher priority. And when the packet to be transmitted to another station is a packet originating from another station, the packet is inserted into a queue memory having a lower priority and controlled to perform relay transmission. Communication method.

The communication method according to claim 7, further comprising a step of inputting and setting the weighting coefficient ratio.

9. The communication method according to claim 7, wherein the control step controls to read out and transmit packets from the two queue memories using a weighted round robin method.