JP4622503B2 - 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
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Description
インフラ・モード時のIEEE802.11の動作について、図26を参照しながら説明する。インフラ・モードのBSSにおいては、無線通信システム内にコーディネイションを行なうAPが必須である。
もう一方のアドホック・モード時のIEEE802.11の動作について、図27を参照しながら説明する。
続いて、IEEE802.11における送受信手順について説明する。
続いて、IEEE802.11において規定されているアクセス競合方法について説明する。
IEEE802.11におけるネットワーキングでは、アドホック・モード時のIBSSにおいても、MTは必要に応じて送受信機の電源を落とすスリープ状態に入ることがある。この場合の処理手順について、図30を参照しながら説明する。
IEEE802.11においては、Broadcast/Multicast宛ての通信は定義されているものの、この場合、受信確認応答信号であるACKの返信を行なわない。基本的なアクセス方法がCSMAであるため、送信信号が衝突している可能性があるが、アドホック・モードの同報通信においては、信号の衝突を判断する術が無い。また、Directionalデータを複数局宛てに複数回送信を行なうことも考えられる。この場合、特定局に宛ててデータが送信されるため、受信確認応答を得ることができる。しかしながら、他局の送信信号との衝突のリスクを常に負いつつ同一のデータを何度も送信する手法は効率的ではない。上記の通り、総じてアドホック・モードにおける同報通信は相性がよくない。
IEEE802.11では、送信するデータ量に関わらず、パケットの先頭には固定のオーバーヘッドが発生する。1パケットで送信するデータ量が大きい場合にはこのオーバーヘッドの割合は小さくなるが、送信するデータ量が小さいときには、場合によってはデータ領域よりもオーバーヘッドの方が大きくなるという現象が生じ、リソース利用効率が著しく低下する。
上述したように、IEEE802.11では、CSMAによりデータの衝突が発生することを許容することを前提としたシステムであるが、データの衝突は再送によりカバーされる。再送を行なう際には再度ランダム・バックオフを設定するが、再送を行なう度にこのバックオフ値は2のべき乗で大きくなるよう設定される。したがって、複数の通信局が同時刻に送信を試みるような環境下では、通信局のデータ送信を完了するまでには幾許かの遅延が生じる可能性がある。このため、短レイテンシを要求するトラヒック収容時には問題が発生する。
IEEE802.11においては、低消費電力用途としてのパワーセーブ・モードが定義されているが、ビーコンを送信した局は次のビーコン送信に引き続き開始されるATIM Windowが終了するまで受信機を動作させる必要がある。例えば、2局間でIBSSを構成している場合、データ送信の有無に関わらず、統計的には50%以上の時間率で受信機を動作させる必要があるため、低消費電力の効果が低い。
各通信局は自局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局の前にビーコンを送信する通信局のビーコン送信時刻の前後に所定の受信期間を設けており、
通信局は、情報送信時にはデータ送信先となる通信局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局の前にビーコンを送信する通信局のビーコン送信時刻の後において情報送信を行なう、
ことを特徴とする無線通信システムである。
所定のビーコン送信タイミングで自局のビーコンを送信するビーコン送信ステップと、
周辺局のビーコン送信時刻を把握するビーコン送信時刻管理ステップと、
自局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局の前にビーコンを送信する通信局のビーコン送信時刻の前後において受信処理を行なう受信処理ステップと、
データ送信先となる通信局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局のビーコン送信時刻の後においてにおいて情報送信を行なう送信処理ステップと、
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。
本発明において想定している通信の伝搬路は無線であり、複数の通信局間でネットワークを構築する。本発明で想定している通信は蓄積交換型のトラヒックであり、パケット単位で情報が転送される。また、以下の説明では、各通信局は単一のチャネルを想定しているが、複数の周波数チャネルすなわちマルチチャネルからなる伝送媒体を用いた場合に拡張することも可能である。
各通信局はビーコン情報を報知することにより、近隣(すなわち通信範囲内)の他の通信局に自己の存在を知らしめるとともに、ネットワーク構成を通知する。ビーコン送信周期のことを、「スーパーフレーム(T_SF)」と定義し、例えば80ミリ秒とする。
本発明では、短レイテンシを要求しながら、多数の通信局に宛てて同報通信を行なう際の問題点の解決を目的としている。トラヒックの要求として80ミリ秒を下回る短レイテンシを強要される場合も存在するが、このような場合には、1台の通信局がスーパーフレーム内で複数のビーコン(補助ビーコン)を送信することにより、さらに短いレイテンシにてのデータ転送を行なうことが可能となる。
通信局として動作する無線通信装置100は、特定の制御局を配置しない通信環境下で、緩やかな時分割多重アクセス構造を持った伝送(MAC)フレームにより伝送チャネルを効果的に利用した伝送制御、又はCSMA/CAに基づくランダム・アクセスなどの通信動作を行なう。
各通信局は、毎回、他局のビーコンを受信しているとは限らない。上位レイヤからの指示などにより、受信頻度を落としている場合もある。この場合の送受信手順について、図8を参照しながら説明する。
本発明では、上述したような自律分散型の無線通信ネットワークにおいて、短パケットの同報通信を短レイテンシにて実現することができる。後述するように、この同報通信による情報伝送手順は、自律分散型ネットワークとの相性がよい。
図13には、本発明に係る自律分散型の無線通信ネットワークにおける情報伝送手順についての第2の実施形態の仕組みを図解している。
101…インターフェース
102…データ・バッファ
103…中央制御部
104…ビーコン生成部
106…無線送信部
107…タイミング制御部
109…アンテナ
110…無線受信部
112…ビーコン解析部
113…情報記憶部
Claims (19)
- 各通信局が所定のフレーム周期内でネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことによってネットワークを構築する自律分散型の無線通信システムであって、
各通信局は、自局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局の前にビーコンを送信する通信局のビーコン送信時刻の前後に所定の受信期間を設け、周辺局のビーコン送信時刻を把握し、自局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局の前にビーコンを送信する通信局のビーコン送信時刻の前後において受信処理を行ない、且つ、情報送信時にはデータ送信先となる通信局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局のビーコン送信時刻の後において情報送信を行ない、
通信局は、
すべての通信局に向けて情報の送信を行なう場合、前記フレーム周期内で自局の次にビーコンを送信する次通信局宛てに当該次通信局のビーコン送信時刻の前後に設けられた受信期間を利用して、他のすべての通信局に向けて情報送信を行なうことを予告するデータを送信した後、次のフレーム周期において自局のビーコン送信に引き続き情報を送信し、
他の通信局からの前記予告のデータを受信したことに応答して、前記フレーム周期内で自局の次にビーコンを送信する次通信局宛てに当該次通信局のビーコン送信時刻の前後に設けられた受信期間を利用して、前記予告のデータを送信した後、前記次のフレーム周期において前記他の通信局からのビーコン受信タイミングにおいてビーコン並びに送信情報を受信する、
ことを特徴とする無線通信システム。 - 各通信局が所定のフレーム周期内でネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことによってネットワークを構築する自律分散型の無線通信システムであって、
各通信局は、自局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局の前にビーコンを送信する通信局のビーコン送信時刻の前後に所定の受信期間を設け、周辺局のビーコン送信時刻を把握し、自局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局の前にビーコンを送信する通信局のビーコン送信時刻の前後において受信処理を行ない、且つ、情報送信時にはデータ送信先となる通信局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局のビーコン送信時刻の後において情報送信を行ない、
通信局は、すべての通信局に向けて情報の送信を行なう場合、前記フレーム周期内で自局の次にビーコンを送信する次通信局宛てに当該次通信局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局のビーコン送信時刻の前後に設けられた受信期間を利用して情報を順次送信し、自局が送信した情報を受信したことに応答して、当該情報についての送信処理が完了したことを認識する、
ことを特徴とする無線通信システム。 - 各通信局が所定の時間間隔でネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことによって構築される自律分散型の通信環境下で動作する無線通信装置であって、
チャネル上で無線データを送受信する通信手段と、
自局に関する情報を記載したビーコン信号を生成するビーコン信号生成手段と、
前記通信手段により周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン信号解析手段と、
周辺局のビーコン送信時刻を把握し、自局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局の前にビーコンを送信する通信局のビーコン送信時刻の前後において受信処理を行ない、且つ、情報送信時にはデータ送信先となる通信局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局のビーコン送信時刻の後において情報送信を行なうように、前記チャネル上でのデータ伝送動作を制御する通信制御手段を備え、
前記通信制御手段は、すべての通信局に向けて情報の送信を行なう場合、前記フレーム周期内で自局の次にビーコンを送信する次通信局宛てに当該次通信局のビーコン送信時刻の前後に設けられた受信期間を利用して、他のすべての通信局に向けて情報送信を行なうことを予告するデータを送信した後、次のフレーム周期において自局のビーコン送信に引き続き情報を送信する、
ことを特徴とする無線通信装置。 - 前記通信制御手段は、他の通信局からの前記予告のデータを受信したことに応答して、前記フレーム周期内で自局の次にビーコンを送信する次通信局宛てに当該次通信局のビーコン送信時刻の前後に設けられた受信期間を利用して、前記予告のデータを送信した後、前記次のフレーム周期において前記他の通信局からのビーコン受信タイミングにおいてビーコン並びに送信情報を受信する、
ことを特徴とする請求項3に記載の無線通信装置。 - 前記通信制御手段は、前記次のフレーム周期において、前記予告データを送信した他の通信局から送信情報を誤りなく受信すると、前記次のフレーム周期において受信確認応答を自局のビーコンの送信に引き続き送信する、
ことを特徴とする請求項4に記載の無線通信装置。 - 前記通信制御手段は、前記次のフレーム周期において、前記他の通信局からのビーコン受信に引き続いて受信確認応答を受信する、
ことを特徴とする請求項4に記載の無線通信装置。 - 前記通信制御手段は、前記他の通信局からの受信確認応答を認識できない場合には、当該通信局に宛てて、同一情報に関する所定の再送手順を起動する、
ことを特徴とする請求項6に記載の無線通信装置。 - 各通信局が所定の時間間隔でネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことによって構築される自律分散型の通信環境下で動作する無線通信装置であって、
チャネル上で無線データを送受信する通信手段と、
自局に関する情報を記載したビーコン信号を生成するビーコン信号生成手段と、
前記通信手段により周辺局から受信したビーコン信号を解析するビーコン信号解析手段と、
周辺局のビーコン送信時刻を把握し、自局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局の前にビーコンを送信する通信局のビーコン送信時刻の前後において受信処理を行ない、且つ、情報送信時にはデータ送信先となる通信局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局のビーコン送信時刻の後において情報送信を行なうように、前記チャネル上でのデータ伝送動作を制御する通信制御手段を備え、
前記通信制御手段は、すべての通信局に向けて情報の送信を行なう場合、前記フレーム周期内で自局の次にビーコンを送信する次通信局宛てに当該次通信局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局のビーコン送信時刻の前後に設けられた受信期間を利用して情報を順次送信し、自局が送信した情報を受信したことに応答して、当該情報についての送信処理が完了したことを認識する、
ことを特徴とする無線通信装置。 - 前記通信制御手段は、自局が送信したい情報がある場合、前記フレーム周期内で自局の前にビーコンを送信する前通信局から受信した情報に当該送信したい情報を付加し、自局の次にビーコンを送信する次通信局宛てに送信する、
ことを特徴とする請求項8に記載の無線通信装置。 - 前記通信制御手段は、自局の次にビーコンを送信する次通信局に対する情報送信に失敗した場合、前記フレーム周期内における当該次通信局の受信期間を利用して情報再送を試みる、
ことを特徴とする請求項8に記載の無線通信装置。 - 前記通信制御手段は、他の通信局宛ての情報送信に失敗した場合、いずれの通信局宛ての送信に失敗したかを送信情報に付加した上で、前記フレーム周期内で当該他の通信局の次にビーコンを送信する通信局への情報送信を試みる、
ことを特徴とする請求項10に記載の無線通信装置。 - 前記通信制御手段は、自局が送信した情報を受信したときに、いずれの通信局宛ての送信に失敗したかが付加されている場合には、当該通信局宛ての再送手順を起動する、
ことを特徴とする請求項11に記載の無線通信装置。 - 前記通信制御手段は、自局が送信した情報を受信したときに、いずれの通信局宛ての送信に失敗したかが付加されている場合には、当該情報を自局の次にビーコンを送信する次通信局宛てに再度送信する、
ことを特徴とする請求項11に記載の無線通信装置。 - 前記通信制御手段は、受信した情報量と自局が送信したい情報量と最近自局が送信した情報量のうち少なくとも1つを参照して、フレーム周期内における自局からの情報送信の有無を決定する、
ことを特徴とする請求項9に記載の無線通信装置。 - 前記通信制御手段は、前記所定のフレーム周期内を、必要とされているレイテンシに応じた個数のビーコンで定期的に補間する、
ことを特徴とする請求項3又は8のいずれかに記載の無線通信装置。 - 各通信局が所定の時間間隔でネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことによって構築される自律分散型の通信環境下で無線通信動作を行なうための無線通信方法であって、
所定のビーコン送信タイミングで自局のビーコンを送信するビーコン送信ステップと、
周辺局のビーコン送信時刻を把握するビーコン送信時刻管理ステップと、
自局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局の前にビーコンを送信する通信局のビーコン送信時刻の前後において受信処理を行なう受信処理ステップと、
データ送信先となる通信局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局のビーコン送信時刻の後においてにおいて情報送信を行なう送信処理ステップと、
を有し、
すべての通信局に向けて情報の送信を行なう場合、前記フレーム周期内で自局の次にビーコンを送信する次通信局宛てに当該次通信局のビーコン送信時刻の前後に設けられた受信期間を利用して、他のすべての通信局に向けて情報送信を行なうことを予告するデータを送信した後、次のフレーム周期において自局のビーコン送信に引き続き情報を送信する、
ことを特徴とする無線通信方法。 - 各通信局が所定の時間間隔でネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことによって構築される自律分散型の通信環境下で無線通信動作を行なうための無線通信方法であって、
所定のビーコン送信タイミングで自局のビーコンを送信するビーコン送信ステップと、
周辺局のビーコン送信時刻を把握するビーコン送信時刻管理ステップと、
自局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局の前にビーコンを送信する通信局のビーコン送信時刻の前後において受信処理を行なう受信処理ステップと、
データ送信先となる通信局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局のビーコン送信時刻の後においてにおいて情報送信を行なう送信処理ステップと、
を有し、
すべての通信局に向けて情報の送信を行なう場合、前記フレーム周期内で自局の次にビーコンを送信する次通信局宛てに当該次通信局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局のビーコン送信時刻の前後に設けられた受信期間を利用して情報を順次送信し、自局が送信した情報を受信したことに応答して、当該情報についての送信処理が完了したことを認識する、
ことを特徴とする無線通信方法。 - 各通信局が所定の時間間隔でネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことによって構築される自律分散型の通信環境下で無線通信動作を行なうための処理をコンピュータ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、前記コンピュータに対し、
所定のビーコン送信タイミングで自局のビーコンを送信するビーコン送信ステップと、
周辺局のビーコン送信時刻を把握するビーコン送信時刻管理ステップと、
自局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局の前にビーコンを送信する通信局のビーコン送信時刻の前後において受信処理を行なう受信処理ステップと、
データ送信先となる通信局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局のビーコン送信時刻の後においてにおいて情報送信を行なう送信処理ステップと、
を実行させ、
すべての通信局に向けて情報の送信を行なう場合、前記フレーム周期内で自局の次にビーコンを送信する次通信局宛てに当該次通信局のビーコン送信時刻の前後に設けられた受信期間を利用して、他のすべての通信局に向けて情報送信を行なうことを予告するデータを送信した後、次のフレーム周期において自局のビーコン送信に引き続き情報を送信する、
ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。 - 各通信局が所定の時間間隔でネットワークに関する情報を記述したビーコンを送信し合うことによって構築される自律分散型の通信環境下で無線通信動作を行なうための処理をコンピュータ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、前記コンピュータに対し、
所定のビーコン送信タイミングで自局のビーコンを送信するビーコン送信ステップと、
周辺局のビーコン送信時刻を把握するビーコン送信時刻管理ステップと、
自局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局の前にビーコンを送信する通信局のビーコン送信時刻の前後において受信処理を行なう受信処理ステップと、
データ送信先となる通信局のビーコン送信時刻の前後あるいは自局のビーコン送信時刻の後においてにおいて情報送信を行なう送信処理ステップと、
を実行させ、
すべての通信局に向けて情報の送信を行なう場合、前記フレーム周期内で自局の次にビーコンを送信する次通信局宛てに当該次通信局のビーコン送信時刻の前後に設けられた受信期間を利用して、他のすべての通信局に向けて情報送信を行なうことを予告するデータを送信した後、次のフレーム周期において自局のビーコン送信に引き続き情報を送信する、
ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。
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