JP5923012B2

JP5923012B2 - Relay device and relay method

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Publication number: JP5923012B2
Application number: JP2012179488A
Authority: JP
Inventors: 暢朗大槻; 杉山　隆利; 隆利杉山; 守倉　正博; 正博守倉
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2016-05-24
Anticipated expiration: 2032-08-13
Also published as: JP2014039110A

Description

本発明は、ＴＣＰスループットを向上させる技術に関する。 The present invention relates to a technique for improving TCP throughput.

ネットワークコーディング技術（Network Cording）を用いたマルチホップネットワークが提案されている。ネットワークコーディング技術は、複数の異なる宛先局へのパケットを中継局が符号化することにより１つにまとめ、複数の宛先局へ同時にブロードキャストすることにより無線資源を節約し、システムスループットを向上させる技術である。また、可変長パケットの環境においてネットワークコーディング技術の効率を向上させることを目的に、ネットワークコーディング技術とパケットアグリゲーション技術とを併用した技術も提案されている（非特許文献１参照）。 A multi-hop network using network coding technology has been proposed. The network coding technique is a technique for consolidating packets to a plurality of different destination stations into one by a relay station, and simultaneously broadcasting to a plurality of destination stations to save radio resources and improve system throughput. is there. In addition, for the purpose of improving the efficiency of the network coding technique in a variable length packet environment, a technique using both the network coding technique and the packet aggregation technique has been proposed (see Non-Patent Document 1).

図８は、ネットワークコーディング技術を用いてＴＣＰ（Transmission Control Protocol）に基づいた通信を行った場合の動作の具体例を示す図である。基地局装置ＡＰは端末局装置ＳＴＡ宛のＴＣＰセッションを１つ（ＴＣＰセッションＡ）持ち、端末局装置ＳＴＡは基地局装置ＡＰ宛のＴＣＰセッションを１つ（ＴＣＰセッションＢ）持つ。端末局装置ＳＴＡは、基地局装置ＡＰ宛のＴＣＰセッションＢのデータパケット９０１を中継局装置Ｒへ送信する。基地局装置ＡＰは、端末局装置ＳＴＡ宛のＴＣＰセッションＡのデータパケット９０２を中継局装置Ｒへ送信する。さらに、端末局装置ＳＴＡは、基地局装置ＡＰ宛のＴＣＰセッションＢのデータパケット９０３を中継局装置Ｒへ送信する。 FIG. 8 is a diagram illustrating a specific example of an operation when communication based on TCP (Transmission Control Protocol) is performed using a network coding technique. The base station apparatus AP has one TCP session addressed to the terminal station apparatus STA (TCP session A), and the terminal station apparatus STA has one TCP session addressed to the base station apparatus AP (TCP session B). The terminal station apparatus STA transmits a data packet 901 of TCP session B addressed to the base station apparatus AP to the relay station apparatus R. The base station apparatus AP transmits a data packet 902 of TCP session A addressed to the terminal station apparatus STA to the relay station apparatus R. Further, the terminal station apparatus STA transmits a data packet 903 of TCP session B addressed to the base station apparatus AP to the relay station apparatus R.

データパケット９０１及びデータパケット９０３は、先に受信されたデータパケット９０２と共にネットワークコーディング技術を用いて送信可能なデータである。そのため、中継局装置Ｒは、データパケット９０１及びデータパケット９０３に対しパケットアグリゲーションを実行し、結合データパケット９０４を生成する。そして、中継局装置Ｒは、結合データパケット９０４及びデータパケット９０２を用いて符号化処理（ネットワークコーディング処理）を実行し、符号化パケット９０５を生成する。中継局装置Ｒは、生成した符号化パケット９０５を、基地局装置ＡＰ及び端末局装置ＳＴＡの双方に対して送信する。 Data packet 901 and data packet 903 are data that can be transmitted together with previously received data packet 902 using a network coding technique. Therefore, the relay station apparatus R performs packet aggregation on the data packet 901 and the data packet 903 to generate a combined data packet 904. Then, the relay station apparatus R performs an encoding process (network coding process) using the combined data packet 904 and the data packet 902, and generates an encoded packet 905. The relay station apparatus R transmits the generated encoded packet 905 to both the base station apparatus AP and the terminal station apparatus STA.

端末局装置ＳＴＡは、中継局装置Ｒから受信した符号化パケット９０５と、自身が先に送信したデータパケット９０１及びデータパケット９０３と、に基づいて復号化処理を行い、基地局装置ＡＰから送信されたデータパケット９０２を復元する。基地局装置ＡＰは、中継局装置Ｒから受信した符号化パケット９０５と、自身が先に送信したデータパケット９０２と、に基づいて復号化処理を行い、端末局装置ＳＴＡから送信されたデータパケット９０１及びデータパケット９０３を復元する。上述したようにパケットアグリゲーションを行うことにより、ネットワークコーディングの対象となる複数のパケットのパケット長の相違によるスループット劣化を抑制できる。 The terminal station apparatus STA performs a decoding process based on the encoded packet 905 received from the relay station apparatus R and the data packet 901 and the data packet 903 transmitted by itself, and is transmitted from the base station apparatus AP. Data packet 902 is restored. The base station apparatus AP performs a decoding process based on the encoded packet 905 received from the relay station apparatus R and the data packet 902 transmitted earlier by itself, and the data packet 901 transmitted from the terminal station apparatus STA. And the data packet 903 is restored. By performing packet aggregation as described above, it is possible to suppress throughput degradation due to differences in packet lengths of a plurality of packets to be subjected to network coding.

このような関連技術では、中継局装置Ｒによってパケットアグリゲーションが実行される。そのため、パケットアグリゲーション処理の効率を向上させてスループットを最大化させるためには、中継局装置Ｒにおいてある程度の量のパケットを貯め込む必要がある。例えば、端末局装置ＳＴＡ及び基地局装置ＡＰよりも相対的に中継局装置Ｒの送信確率を小さくすることによって、中継局装置Ｒにおいてパケットを貯め込むことが可能となる。中継局装置Ｒの送信確率を小さくすることは、例えばＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance）によって動作するシステムにおいては、中継局装置ＲのＣＷ（Contention Window：コンテンションウィンドウ）の最小値（以下、「ＣＷｍｉｎ＿ＲＳ」と記す。）を大きくすることによって実現できる。従来は、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値は、ＭＡＣ層におけるスループット（以下、「ＭＡＣスループット」という。）を指標として、ＭＡＣスループットが最大となるように固定的に予め決定されていた。 In such a related technique, the packet aggregation is performed by the relay station apparatus R. For this reason, in order to maximize the throughput by improving the efficiency of the packet aggregation processing, it is necessary to store a certain amount of packets in the relay station apparatus R. For example, by making the transmission probability of the relay station apparatus R relatively smaller than that of the terminal station apparatus STA and the base station apparatus AP, the relay station apparatus R can store packets. For example, in a system operating by CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance), reducing the transmission probability of the relay station apparatus R is the minimum value of the CW (Contention Window) of the relay station apparatus R. (Hereinafter, referred to as “CWmin_RS”). Conventionally, the value of CWmin_RS is fixedly determined in advance so as to maximize the MAC throughput, using the throughput in the MAC layer (hereinafter referred to as “MAC throughput”) as an index.

Sangenya, Y et al. , “Novel length aware packet aggregation and coding scheme for multi-hop wireless LANs,” Signal Processing and Communication Systems (ICSPCS), 2011 5th International Conference on , vol., no., pp.1-8, 12-14 Dec. 2011.Sangenya, Y et al., “Novel length aware packet aggregation and coding scheme for multi-hop wireless LANs,” Signal Processing and Communication Systems (ICSPCS), 2011 5th International Conference on, vol., No., Pp.1-8 , 12-14 Dec. 2011.

しかしながら、非特許文献１に記載された発明にはＭＡＣスループットの増加と同時にＲＴＴが増加するという問題がある。トランスポート層にＵＤＰのような送信制御のないプロトコルを用いたデータ転送の場合は、ＲＴＴはトランスポート層における実質的なスループットに影響は及ぼさないが、トランスポート層にＴＣＰを用いた場合には、ＲＴＴの増減により、以下のような特性ある。ＴＣＰスループットは、ＲＴＴ（Round Trip Time）に反比例する。また、ＴＣＰトラヒックは、輻輳ウィンドウ（ｃｗｎｄ）制御による送信制御があるためスロースタートであり、輻輳によりパケット損失等が発生した場合には著しくＴＣＰ送出量が抑制される。また、ＴＣＰ輻輳ウィンドウ（ｃｗｎｄ）の増加は、ＴＣＰ−ＡＣＫ（Acknowledge）が返ってくる度に実施される。以上のようなＴＣＰの特性により、ＭＡＣスループットを最大化しようとすることでＲＴＴが増加すると、実質的なＴＣＰスループットが低下してしまう場合がある。 However, the invention described in Non-Patent Document 1 has a problem that RTT increases at the same time as MAC throughput increases. In the case of data transfer using a protocol with no transmission control such as UDP in the transport layer, RTT does not affect the actual throughput in the transport layer, but when TCP is used in the transport layer Depending on the increase or decrease of RTT, the following characteristics are obtained. TCP throughput is inversely proportional to RTT (Round Trip Time). Also, TCP traffic is slow start because of transmission control by congestion window (cwnd) control. When packet loss or the like occurs due to congestion, the amount of TCP transmission is remarkably suppressed. Further, the TCP congestion window (cwnd) is increased every time a TCP-ACK (Acknowledge) is returned. Due to the characteristics of TCP as described above, when the RTT increases by trying to maximize the MAC throughput, the substantial TCP throughput may decrease.

上記事情に鑑み、本発明は、ネットワークコーディング及びパケットアグリゲーションを用いた通信において、ＴＣＰスループットを向上させる技術の提供を目的としている。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a technique for improving TCP throughput in communication using network coding and packet aggregation.

本発明の一態様は、受信した複数の信号を結合することによって結合信号を生成する結合部と、第一装置から受信した第二装置宛の第一信号又は前記第一信号を前記結合部によって結合することによって生成された第一結合信号と、前記第二装置から受信した前記第一装置宛の第二信号又は前記第二信号を前記結合部によって結合することによって生成された第二結合信号と、をネットワークコーディングによって符号化し符号化信号を生成する符号化部と、前記符号化部によって生成された符号化信号を前記第一装置及び前記第二装置に送信する通信部と、前記通信部が行う通信における送信確率を、前記通信部におけるＴＣＰトラヒック量に応じて制御する送信確率制御部と、を備える中継装置である。 According to one aspect of the present invention, a combining unit that generates a combined signal by combining a plurality of received signals, and the first signal addressed to the second device received from the first device or the first signal by the combining unit. The first combined signal generated by combining the second signal addressed to the first device received from the second device or the second combined signal generated by combining the second signal by the combining unit. An encoding unit that encodes the data by network coding to generate an encoded signal, a communication unit that transmits the encoded signal generated by the encoding unit to the first device and the second device, and the communication unit A transmission probability control unit that controls a transmission probability in communication performed according to a TCP traffic amount in the communication unit.

本発明の一態様は、上記の中継装置であって、前記送信確率制御部は、前記送信確率を、前記通信部におけるＴＣＰトラヒック量が多いほど小さく、ＴＣＰトラヒック量が小さいほど大きく設定する。
本発明の一態様は、上記の中継装置であって、前記送信確率制御部は、前記ＴＣＰトラヒック量がＭＡＣスループットを超えないように前記送信確率を設定する。
本発明の一態様は、上記の中継装置であって、前記送信確率制御部はＣＳＭＡ／ＣＡの適用時においては、前記通信部が行う通信における送信確率の制御をコンテンションウィンドウの最小値を増減させることにより行う。 One aspect of the present invention is the relay device described above, wherein the transmission probability control unit sets the transmission probability to be smaller as the TCP traffic amount in the communication unit is larger and to be larger as the TCP traffic amount is smaller.
One aspect of the present invention is the relay device described above, wherein the transmission probability control unit sets the transmission probability so that the TCP traffic amount does not exceed MAC throughput.
One aspect of the present invention is the relay device described above, wherein the transmission probability control unit increases or decreases a minimum contention window to control transmission probability in communication performed by the communication unit when CSMA / CA is applied. To do.

本発明の一態様は、受信した複数の信号を結合することによって結合信号を生成する結合ステップと、第一装置から受信した第二装置宛の第一信号又は前記第一信号を前記結合ステップによって結合することによって生成された第一結合信号と、前記第二装置から受信した前記第一装置宛の第二信号又は前記第二信号を前記結合ステップによって結合することによって生成された第二結合信号と、をネットワークコーディングによって符号化し符号化信号を生成する符号化ステップと、前記符号化信号を前記第一装置及び前記第二装置に送信する通信ステップと、前記通信ステップの通信における送信確率を、前記通信ステップにおけるＴＣＰトラヒック量に応じて制御する送信確率制御ステップと、を有する中継方法である。 One aspect of the present invention includes a combining step of generating a combined signal by combining a plurality of received signals, and a first signal addressed to a second device received from the first device or the first signal by the combining step. A first combined signal generated by combining and a second signal received from the second device and addressed to the first device or the second signal generated by combining the second signal by the combining step. Encoding step by network coding to generate an encoded signal, a communication step of transmitting the encoded signal to the first device and the second device, and a transmission probability in communication of the communication step, A transmission probability control step of controlling according to the amount of TCP traffic in the communication step.

本発明により、ネットワークコーディング及びパケットアグリゲーションを用いた中継通信においてＴＣＰスループットを向上することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve TCP throughput in relay communication using network coding and packet aggregation.

本発明の中継局装置（Ｒ）２００を含む通信システムにおける中継処理の流れの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the flow of the relay process in the communication system containing the relay station apparatus (R) 200 of this invention. 中継局装置２００の機能構成を表す概略ブロック図である。3 is a schematic block diagram showing a functional configuration of relay station apparatus 200. FIG. 送信確率制御部２０５の処理の具体例を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a specific example of processing of a transmission probability control unit 205. 決定テーブルの具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of a determination table. 第一のシミュレーション結果を表す図である。It is a figure showing a 1st simulation result. シミュレーションにより得られたＴＣＰスループットの時間変化を表す図である。It is a figure showing the time change of the TCP throughput obtained by simulation. シミュレーションにより得られた輻輳ウィンドウサイズの時間変化を表す図である。It is a figure showing the time change of the congestion window size obtained by simulation. ネットワークコーディング技術を用いてＴＣＰに基づいた通信を行った場合の動作の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of operation | movement at the time of performing communication based on TCP using a network coding technique.

［概略］
図１は、本発明の中継局装置（Ｒ）２００を含む通信システムにおける中継処理の流れの例を示す図である。中継局装置２００を含む通信システムには、ＣＳＭＡ／ＣＡをベースとした無線規格（無線ＬＡＮ（Local Area Network）等）が適用されているものとする。
まず、図１を用いて、本発明の中継局装置２００が行う中継処理について説明する。中継局装置２００は、基地局装置（ＡＰ）と端末局装置（ＳＴＡ）との間の無線通信を中継する。中継局装置２００は、ネットワークコーディング技術及びパケットアグリゲーション技術を用いて中継処理を行う。 [Outline]
FIG. 1 is a diagram showing an example of the flow of relay processing in a communication system including a relay station apparatus (R) 200 of the present invention. It is assumed that a wireless standard (such as a wireless local area network (LAN)) based on CSMA / CA is applied to the communication system including the relay station device 200.
First, the relay process performed by the relay station apparatus 200 of the present invention will be described with reference to FIG. The relay station device 200 relays wireless communication between the base station device (AP) and the terminal station device (STA). The relay station apparatus 200 performs a relay process using a network coding technique and a packet aggregation technique.

具体的には以下の通りである。中継局装置２００は、中継バッファの先頭にある基地局装置又は端末局装置から受信したデータパケットのパケット長が、ネットワークコーディングの対象となる反対方向向けのパケットと比べて短い場合には、当該パケットと同じ中継方向のパケットとパケットアグリゲーションを実行することによって結合データパケットを生成する。図１の場合、端末局装置から受信されたデータパケット１０１のパケット長が、基地局装置から受信したデータパケット１０２と比較して短いため、中継局装置２００はデータパケット１０１及びデータパケット１０３に対してパケットアグリゲーションを実行する。パケットアグリゲーションの実行によって、中継局装置２００は結合データパケット１０４を生成する。 Specifically, it is as follows. When the packet length of the data packet received from the base station apparatus or terminal station apparatus at the head of the relay buffer is shorter than the packet for the opposite direction to be subjected to network coding, the relay station apparatus 200 A combined data packet is generated by performing packet aggregation with a packet in the same relay direction as in FIG. In the case of FIG. 1, since the packet length of the data packet 101 received from the terminal station apparatus is shorter than the data packet 102 received from the base station apparatus, the relay station apparatus 200 Packet aggregation. The relay station apparatus 200 generates the combined data packet 104 by executing the packet aggregation.

また、中継局装置２００は、基地局装置及び端末局装置から受信したデータパケットに対してネットワークコーディングを実行する。図１の場合、中継局装置２００は、結合データパケット１０４及びデータパケット１０２に対してネットワークコーディングを行う。ネットワークコーディングの実行により、符号化パケット１０５が生成される。中継局装置２００は、符号化パケット１０５に含まれているパケットを識別するための情報（以下、「ＮＣヘッダ情報」という。）を、符号化パケット１０５のヘッダに記録する。基地局装置及び端末局装置は、ＮＣヘッダ情報を参照することによって、符号化パケット１０５に含まれている各パケットを識別することができる。 Further, relay station apparatus 200 performs network coding on the data packets received from the base station apparatus and the terminal station apparatus. In the case of FIG. 1, relay station apparatus 200 performs network coding on combined data packet 104 and data packet 102. An encoded packet 105 is generated by executing the network coding. Relay station apparatus 200 records information for identifying a packet included in encoded packet 105 (hereinafter referred to as “NC header information”) in the header of encoded packet 105. The base station apparatus and the terminal station apparatus can identify each packet included in the encoded packet 105 by referring to the NC header information.

次に、中継局装置２００が行う制御について説明する。中継局装置２００は、自装置を含む中継システムにおいて送受信されるＴＣＰトラヒック量に応じて、自装置のＣＷｍｉｎ＿ＲＳを適応的に制御する。具体的には、以下のような制御が行われる。
中継局装置２００は、ＴＣＰトラヒックの送出開始時は、予め定められた初期ＣＷｍｉｎ＿ＲＳを用いて通信を行う。初期ＣＷｍｉｎ＿ＲＳは、最小のＲＴＴを実現するように予め設定された値である。ＲＴＴを極力小さくすることにより、ＴＣＰの輻輳ウィンドウの増加を促す。すなわち、基地局装置並びに端末局装置から送出されるＴＣＰトラヒックの送出量増加を促すことが可能となる。中継局装置２００は、初期ＣＷｍｉｎ＿ＲＳで達成可能なＭＡＣスループットにＴＣＰトラヒックが到達するまで、初期ＣＷｍｉｎ＿ＲＳを継続的に使用する。一方、初期ＣＷｍｉｎ＿ＲＳで達成可能なＭＡＣスループットにＴＣＰトラヒックが到達すると、中継局装置２００は、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値を増加させ、達成可能ＭＡＣスループットを増加させることで、ＴＣＰトラヒックがＭＡＣスループットを超過しないようにＣＷｍｉｎ＿ＲＳを適応的に制御する。
逆に輻輳の発生等によりＴＣＰの輻輳制御が動作しＴＣＰトラヒックが減少した場合には、ＴＣＰトラヒックがＭＡＣスループットよりも小さいという条件を満たす範囲でＣＷｍｉｎ＿ＲＳを小さくすることで、ＲＴＴを小さくする。 Next, control performed by relay station apparatus 200 will be described. The relay station apparatus 200 adaptively controls CWmin_RS of the own apparatus according to the amount of TCP traffic transmitted / received in the relay system including the own apparatus. Specifically, the following control is performed.
The relay station device 200 performs communication using a predetermined initial CWmin_RS at the start of transmission of TCP traffic. The initial CWmin_RS is a value set in advance so as to realize the minimum RTT. By reducing the RTT as much as possible, the TCP congestion window is increased. That is, it is possible to promote an increase in the amount of TCP traffic transmitted from the base station apparatus and terminal station apparatus. The relay station apparatus 200 continuously uses the initial CWmin_RS until the TCP traffic reaches the MAC throughput that can be achieved by the initial CWmin_RS. On the other hand, when the TCP traffic reaches the MAC throughput achievable with the initial CWmin_RS, the relay station apparatus 200 increases the value of the CWmin_RS to increase the achievable MAC throughput so that the TCP traffic does not exceed the MAC throughput. CWmin_RS is adaptively controlled.
Conversely, when TCP congestion control is performed due to the occurrence of congestion or the like and the TCP traffic is reduced, the RTT is reduced by reducing CWmin_RS within a range that satisfies the condition that the TCP traffic is smaller than the MAC throughput.

このように、ＴＣＰトラヒックの大きさに応じて中継局装置２００のＣＷｍｉｎが適応的に制御される。このような制御によって、ＴＣＰ輻輳ウィンドウが早期に拡張される。さらに、増加したＴＣＰトラヒックに応じてＭＡＣスループットを増加させることで輻輳を抑制することが可能となる。したがって、ＴＣＰスループットを向上させることが可能となる。 Thus, CWmin of relay station apparatus 200 is adaptively controlled according to the size of TCP traffic. By such control, the TCP congestion window is extended early. Furthermore, congestion can be suppressed by increasing the MAC throughput according to the increased TCP traffic. Therefore, it is possible to improve the TCP throughput.

［詳細］
図２は、中継局装置２００の機能構成を表す概略ブロック図である。中継局装置２００は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、中継プログラムを実行する。中継局装置２００は、中継プログラムの実行によって、通信部２０１、中継部２０２、符号化部２０３、結合部２０４及び送信確率制御部２０５を備える装置として機能する。なお、中継局装置２００の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。中継プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ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等の記憶装置である。中継プログラムは、電気通信回線を介して送受信されても良い。 [Details]
FIG. 2 is a schematic block diagram showing a functional configuration of relay station apparatus 200. The relay station device 200 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory, an auxiliary storage device, and the like connected by a bus, and executes a relay program. The relay station device 200 functions as a device including a communication unit 201, a relay unit 202, an encoding unit 203, a combining unit 204, and a transmission probability control unit 205 by executing the relay program. Note that all or part of each function of the relay station device 200 may be realized by using hardware such as an application specific integrated circuit (ASIC), a programmable logic device (PLD), and a field programmable gate array (FPGA). . The relay program may be recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium is, for example, a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, a CD-ROM, or a storage device such as a hard disk built in the computer system. The relay program may be transmitted / received via a telecommunication line.

通信部２０１は、基地局装置及び端末局装置と通信する。通信部２０１は、基地局装置及び端末局装置と無線通信する。
中継部２０２は、パケットを中継する。具体的には以下の通りである。中継部２０２は、通信部２０１によって受信されたパケットを一時的に保持し中継に備えるための中継バッファを備える。中継部２０２は、端末局装置から受信したパケットを中継バッファに保持し、中継処理を行うことによって基地局装置へ中継する。また、中継部２０２は、基地局装置から受信したパケットを中継バッファに保持し、中継処理を行うことによって端末局装置へ中継する。 The communication unit 201 communicates with the base station device and the terminal station device. The communication unit 201 wirelessly communicates with the base station device and the terminal station device.
The relay unit 202 relays the packet. Specifically, it is as follows. The relay unit 202 includes a relay buffer for temporarily holding a packet received by the communication unit 201 and preparing for the relay. The relay unit 202 holds the packet received from the terminal station apparatus in the relay buffer, and relays it to the base station apparatus by performing a relay process. Also, relay section 202 retains the packet received from the base station apparatus in the relay buffer, and relays it to the terminal station apparatus by performing a relay process.

符号化部２０３は、中継部２０２の制御に応じて、二つのパケットに対して符号化処理（ネットワークコーディング）を行い、符号化パケットを生成する。符号化処理は、例えばデータのビット列の排他的論理和を算出することによって行われても良い。符号化処理の対象となるパケットの一方又は双方は、アグリゲーション処理によって複数のパケットが結合された結合パケットであっても良い。 The encoding unit 203 performs encoding processing (network coding) on the two packets under the control of the relay unit 202, and generates an encoded packet. The encoding process may be performed, for example, by calculating an exclusive OR of a bit string of data. One or both of the packets to be encoded may be a combined packet in which a plurality of packets are combined by an aggregation process.

結合部２０４は、中継部２０２の制御に応じて、複数のパケットに対して結合処理（パケットアグリゲーション処理）を行い、１つの結合パケットを生成する。
送信確率制御部２０５は、自装置（中継局装置２００）の通信部２０１が送信処理を行う際に適用される送信確率を制御する。図３は、送信確率制御部２０５のCSMA/CA適用時における送信確率制御の手法として、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳ値の制御を用いた場合の具体例を示すフローチャートである。以下、図３を用いて送信確率制御部２０５の処理の具体例について説明する。 The combining unit 204 performs combining processing (packet aggregation processing) on a plurality of packets under the control of the relay unit 202 to generate one combined packet.
The transmission probability control unit 205 controls the transmission probability applied when the communication unit 201 of the own device (relay station device 200) performs transmission processing. FIG. 3 is a flowchart illustrating a specific example in the case of using control of CWmin_RS value as a transmission probability control method when transmission probability control section 205 applies CSMA / CA. Hereinafter, a specific example of the processing of the transmission probability control unit 205 will be described with reference to FIG.

送信確率制御部２０５は、予め設定された初期ＣＷｍｉｎ＿ＲＳを記憶している。初期ＣＷｍｉｎ＿ＲＳは、最小のＲＴＴを実現するように予め設定された値である。送信確率制御部２０５は、通信部２０１によってＴＣＰトラヒックの送出が開始された時点では、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値として初期ＣＷｍｉｎ＿ＲＳを適用する（ステップＳ１０１）。送信確率制御部２０５は、所定のタイミングが到来する度に、通信部２０１の通信において送信されるＴＣＰトラヒックの量を取得する（ステップＳ１０２）。送信確率制御部２０５は、送信されるＴＣＰトラヒックの量がその時点でのＣＷｍｉｎ＿ＲＳでシステムが提供可能なＭＡＣスループット（上限閾値）を超えるまで、もしくは、その時点のＣＷｍｉｎ＿ＲＳより１小さいＣＷｍｉｎ＿ＲＳでシステムが提供可能なＭＡＣスループット（下限閾値）を下回るまでは、現状のＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値を適用し続ける（ステップＳ１０３−ＮＯ）。 The transmission probability control unit 205 stores a preset initial CWmin_RS. The initial CWmin_RS is a value set in advance so as to realize the minimum RTT. The transmission probability control unit 205 applies the initial CWmin_RS as the value of CWmin_RS at the time when transmission of TCP traffic is started by the communication unit 201 (step S101). The transmission probability control unit 205 acquires the amount of TCP traffic transmitted in the communication of the communication unit 201 every time a predetermined timing arrives (step S102). The transmission probability control unit 205 provides the system with the CWmin_RS until the amount of TCP traffic to be transmitted exceeds the MAC throughput (upper threshold) that the system can provide with the CWmin_RS at that time, or with a CWmin_RS that is 1 smaller than the CWmin_RS at that time The current CWmin_RS value continues to be applied until it falls below the possible MAC throughput (lower threshold) (step S103—NO).

送信されるＴＣＰトラヒックの量が上限閾値を超える、もしくは下限閾値を下回ると（ステップＳ１０３−ＹＥＳ）、送信確率制御部２０５は、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳを更新する。この場合、送信確率制御部２０５は、受信ＴＣＰトラヒックとＭＡＣスループットとを監視し、ＴＣＰトラヒック量がＭＡＣスループットを超えないという条件下で、可能な限り小さい値をＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値として決定する（ステップＳ１０４）。
以下、送信確率制御部２０５がＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値を決定する処理の具体例として２つの処理（第一決定処理、第二決定処理）を説明する。なお、送信確率制御部２０５がＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値を決定する処理は以下の２つの具体例に限定される必要は無い。 When the amount of TCP traffic to be transmitted exceeds the upper threshold or falls below the lower threshold (step S103—YES), the transmission probability control unit 205 updates CWmin_RS. In this case, the transmission probability control unit 205 monitors the received TCP traffic and MAC throughput, and determines the smallest possible value as the value of CWmin_RS under the condition that the TCP traffic volume does not exceed the MAC throughput (step S104). ).
Hereinafter, two processes (first determination process and second determination process) will be described as specific examples of the process in which the transmission probability control unit 205 determines the value of CWmin_RS. Note that the process of determining the value of CWmin_RS by the transmission probability control unit 205 need not be limited to the following two specific examples.

（第一決定処理）
第一決定処理では、送信確率制御部２０５は、予め決定テーブルを記憶している。図４は、決定テーブルの具体例を示す図である。決定テーブルは、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値、ＭＡＣスループットの値及びＲＴＴの値を対応付けたレコード４０を複数有するテーブルである。レコード４０におけるＭＡＣスループット及びＲＴＴは、同じレコード４０のＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値である場合に当該システムが提供可能な最大のＭＡＣスループット及び平均ＲＴＴを表す。 (First decision process)
In the first determination process, the transmission probability control unit 205 stores a determination table in advance. FIG. 4 is a diagram illustrating a specific example of the determination table. The determination table is a table having a plurality of records 40 in which CWmin_RS values, MAC throughput values, and RTT values are associated with each other. The MAC throughput and the RTT in the record 40 represent the maximum MAC throughput and the average RTT that can be provided by the system when the CWmin_RS value of the same record 40 is used.

送信確率制御部２０５は、通信部２０１において受信された各パケットのＴＣＰヘッダを参照することによって、各ＴＣＰセッションにおける輻輳ウィンドウ（ｃｗｎｄ）のサイズを累積する。所定のタイミングが到来すると、送信確率制御部２０５は、その時点における累積値を用いてＣＷｍｉｎ＿ＲＳ決定処理を行う。ＣＷｍｉｎ＿ＲＳ決定処理の具体例は以下の通りである。まず、送信確率制御部２０５は、レコード４０毎に、ＲＴＴに基づいて当該中継システムにおいて送受信されるＴＣＰトラヒック量（ＴＣＰスループット）の推定値を算出する。次に、送信確率制御部２０５は、レコード４０毎に、算出されたＴＣＰスループットの推定値とＭＡＣスループットとを比較する。送信確率制御部２０５は、ＭＡＣスループットよりも小さいＴＣＰスループットの推定値がＭＡＣスループットよりも小さいという条件を満たすレコードのうち、最大のＴＣＰスループット推定値をもつレコードを判定する。送信確率制御部２０５は、判定されたレコードに対応するＣＷｍｉｎ＿ＲＳを、送信処理に適用するＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値として決定する。 The transmission probability control unit 205 accumulates the size of the congestion window (cwnd) in each TCP session by referring to the TCP header of each packet received by the communication unit 201. When the predetermined timing arrives, the transmission probability control unit 205 performs CWmin_RS determination processing using the accumulated value at that time. A specific example of the CWmin_RS determination process is as follows. First, the transmission probability control unit 205 calculates an estimated value of the amount of TCP traffic (TCP throughput) transmitted / received in the relay system based on the RTT for each record 40. Next, the transmission probability control unit 205 compares the calculated estimated TCP throughput value with the MAC throughput for each record 40. The transmission probability control unit 205 determines a record having the maximum TCP throughput estimated value among records satisfying the condition that the estimated value of TCP throughput smaller than the MAC throughput is smaller than the MAC throughput. The transmission probability control unit 205 determines CWmin_RS corresponding to the determined record as the value of CWmin_RS applied to the transmission process.

（第二決定処理）
第二決定処理では、送信確率制御部２０５は、受信するＴＣＰトラヒック量をＴＣＰスループットとして実測し、当該ＴＣＰスループットの増大に応じてＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値を段階的に大きくする。また、送信確率制御部２０５は、ＴＣＰスループットの減少に応じてＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値を段階的に小さくする。送信確率制御部２０５は、所定のタイミング毎にＴＣＰスループットの実測値を取得し、以上の制御をフィードバック制御として実行する。 (Second decision process)
In the second determination process, the transmission probability control unit 205 measures the received TCP traffic amount as the TCP throughput, and increases the value of CWmin_RS stepwise as the TCP throughput increases. Also, the transmission probability control unit 205 decreases the value of CWmin_RS stepwise in accordance with the decrease in TCP throughput. The transmission probability control unit 205 acquires a measured value of the TCP throughput at every predetermined timing, and executes the above control as feedback control.

より具体的には、第二決定処理として送信確率制御部２０５は以下のように動作しても良い。送信確率制御部２０５には、予めＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値の変更幅を記憶している。送信確率制御部２０５は、所定のタイミング毎にＴＣＰトラヒック量の実測値を取得し、前回取得された実測値と比較する。新たに取得された実測値が前回取得された実測値よりも大きい場合、送信確率制御部２０５は、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値を１段階（１つ分の変更幅分だけ）大きな値に変更する。一方、新たに取得された実測値が前回取得された実測値よりも小さい場合、送信確率制御部２０５は、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値を１段階（１つ分の変更幅分だけ）小さな値に変更する。 More specifically, the transmission probability control unit 205 may operate as follows as the second determination process. The transmission probability control unit 205 stores a change width of the CWmin_RS value in advance. The transmission probability control unit 205 acquires an actual measurement value of the TCP traffic amount at every predetermined timing and compares it with the actual measurement value acquired last time. When the newly acquired actual value is larger than the previously acquired actual value, the transmission probability control unit 205 changes the value of CWmin_RS to a value that is larger by one step (by one change width). On the other hand, when the newly acquired actual value is smaller than the previously acquired actual value, the transmission probability control unit 205 changes the value of CWmin_RS to a value that is smaller by one step (by one change width).

＜効果＞
以下、本発明の実施形態による効果について説明する。
中継局装置２００は、送信確率制御部２０５がＴＣＰトラヒック量の値に応じて適応的にＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値を変更する。具体的には、送出開始時にはＣＷｍｉｎ＿ＲＳとして小さい値（初期ＣＷｍｉｎ＿ＲＳ）が設定される。そのため、ＴＣＰ輻輳ウィンドウが早期に拡張される。また、ＴＣＰトラヒックが所定の閾値を超えると、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳとして初期ＣＷｍｉｎ＿ＲＳよりも大きな値が設定される。このとき、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳには、ＴＣＰトラヒックがＭＡＣスループットを超過しないように、値が設定される。そのため、輻輳を回避しＴＣＰトラヒックの送出量抑制を防止することが可能となる。以上のことより、ＴＣＰスループットを向上させることが可能となる。 <Effect>
Hereinafter, the effect by embodiment of this invention is demonstrated.
In relay station apparatus 200, transmission probability control section 205 adaptively changes the value of CWmin_RS according to the value of the amount of TCP traffic. Specifically, a small value (initial CWmin_RS) is set as CWmin_RS at the start of transmission. Therefore, the TCP congestion window is extended early. Further, when the TCP traffic exceeds a predetermined threshold, a value larger than the initial CWmin_RS is set as CWmin_RS. At this time, a value is set in CWmin_RS so that the TCP traffic does not exceed the MAC throughput. Therefore, it is possible to avoid congestion and prevent transmission amount of TCP traffic. From the above, it is possible to improve the TCP throughput.

＜シミュレーション結果＞
図５は、第一のシミュレーション結果を表す図である。第一のシミュレーションでは、ＭＡＣスループットとＭＡＣ遅延との特性を検証した。シミュレーションを行うに際しての物理レイヤのパラメータは以下の通りである。PHY layerはＩＥＥＥ８０２．１１ａである。PHY data rateは、３６Ｍｂｐｓである。ＭＳＤＵ（MAC Service Data Unit）が、１５００バイトのパケットと４０バイトの２種類のパケットが送受信されるも飽和トラヒックモデルである。Retry limitは７回である。図５から明らかなように、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳが増加するにしたがってＭＡＣスループット及びＭＡＣ遅延が増加している。 <Simulation results>
FIG. 5 is a diagram illustrating a first simulation result. In the first simulation, the characteristics of MAC throughput and MAC delay were verified. The physical layer parameters for the simulation are as follows. The PHY layer is IEEE 802.11a. The PHY data rate is 36 Mbps. MSDU (MAC Service Data Unit) is a saturated traffic model in which two types of packets of 1500 bytes and 40 bytes are transmitted and received. Retry limit is 7 times. As is clear from FIG. 5, the MAC throughput and the MAC delay increase as CWmin_RS increases.

図６及び図７は、第二のシミュレーション結果を表す図である。第二のシミュレーションでは、本発明を第一決定処理により実施した時のＴＣＰスループットと輻輳ウィンドウサイズの時間変化を検証した。図５（Ｂ）から明らかなように、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳが２５以上である場合に、ＭＡＣレイヤの遅延が急激に大きくなる。そのため、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳを１５以上２４以下で制御した。送信確率制御部が持つ決定テーブルは第一のシミュレーションにより得られた結果から作成した。シミュレーションを行うに際しての条件は以下の通りである。理論ＴＣＰスループット（ＲＴＴ及び輻輳ウィンドウサイズに基づいて算出されるＴＣＰトラヒックの推定値）がＭＡＣスループット（実現可能な最大値）を超えた際に輻輳が生じたとみなす。輻輳が発生した時点で再スロースタートとなる（ＴＣＰ−ｒｅｎｏ）。無線伝搬路におけるパケット損失は考慮しない。ＲＴＴ＝２×ＭＡＣ遅延。３６−Ｍｂｐｓモード。ＭＳＳ（Maximum Segment Size）は１４６０バイト。ＴＣＰトラヒック(単位：ｂｐｓ)＝１４６０×８×輻輳ウィンドウサイズ／ＲＴＴ。ＴＣＰスループットは、ＭＡＣスループットと理論ＴＣＰスループットのうち小さい方の値として評価している。 6 and 7 are diagrams illustrating the second simulation result. In the second simulation, the time change of the TCP throughput and the congestion window size when the present invention was implemented by the first determination process was verified. As is apparent from FIG. 5B, when the CWmin_RS is 25 or more, the delay of the MAC layer increases rapidly. Therefore, CWmin_RS was controlled between 15 and 24. The decision table that the transmission probability control unit has was created from the results obtained by the first simulation. Conditions for the simulation are as follows. It is considered that congestion occurs when the theoretical TCP throughput (estimated value of TCP traffic calculated based on the RTT and the congestion window size) exceeds the MAC throughput (maximum realizable value). When congestion occurs, a slow start is started (TCP-reno). Packet loss in the wireless propagation path is not considered. RTT = 2 × MAC delay. 36-Mbps mode. MSS (Maximum Segment Size) is 1460 bytes. TCP traffic (unit: bps) = 1460 × 8 × congestion window size / RTT. The TCP throughput is evaluated as the smaller value of the MAC throughput and the theoretical TCP throughput.

図６は、上記条件で行われたシミュレーションにより得られたＴＣＰスループットの時間変化を表す図である。図７は、上記条件で行われたシミュレーションにより得られた輻輳ウィンドウサイズの時間変化を表す図である。これらの図から、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳが１５に固定された場合に比べて本実施形態では１秒間の平均ＴＣＰスループットが３．３７Ｍｂｐｓから４．４５Ｍｂｐｓに１．３倍向上したことがわかる。また、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳが２４に固定された場合に比べて本実施形態では１秒間の平均ＴＣＰスループットが１．９７Ｍｂｐｓから４．４５Ｍｂｐｓに２．２５倍向上したことがわかる。
このように、シミュレーション結果からも、本実施形態の中継局装置２００の処理により、ＴＣＰスループットが向上することがわかる。 FIG. 6 is a diagram illustrating a temporal change in TCP throughput obtained by a simulation performed under the above conditions. FIG. 7 is a diagram illustrating a temporal change in the congestion window size obtained by the simulation performed under the above conditions. From these figures, it can be seen that the average TCP throughput per second is improved 1.3 times from 3.37 Mbps to 4.45 Mbps in this embodiment compared to the case where CWmin_RS is fixed at 15. Further, it can be seen that the average TCP throughput per second is improved 2.25 times from 1.97 Mbps to 4.45 Mbps in this embodiment as compared with the case where CWmin_RS is fixed at 24.
Thus, it can be seen from the simulation results that the TCP throughput is improved by the processing of the relay station apparatus 200 of the present embodiment.

＜変形例＞
中継局装置２００の通信部２０１は、基地局装置及び端末局装置と有線通信しても良い。
中継局装置２００の通信相手は、基地局装置及び端末装置に限定される必要は無い。また、中継局装置２００の通信相手は、２台に限定される必要は無く、複数台であれば何台であっても良い。
第一決定処理において、送信確率制御部２０５は、輻輳ウィンドウサイズを取得して推定値を算出するのではなく、ＴＣＰトラヒック量の実測値を用いてＣＷｍｉｎ＿ＲＳ決定処理を行っても良い。この場合、決定テーブルにＲＴＴの値を持つ必要はない。
第二決定処理において、送信確率制御部２０５は、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値を１段階ずつ変更するのではなく、複数段階（例えば２段階、３段階）ずつ変更しても良い。また、送信確率制御部２０５は、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳを大きくする場合と小さくする場合とで異なる段階数によって制御しても良い。例えば、送信確率制御部２０５は、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳを大きくする場合には３段階ずつ値を大きくし、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳを小さくする場合には１段階ずつ値を小さくしても良い。また、送信確率制御部２０５は、新たに取得された実測値と前回取得された実測値との差が大きいほど、ＣＷｍｉｎ＿ＲＳの値をより多くの段階分変更しても良い。 <Modification>
The communication unit 201 of the relay station device 200 may perform wired communication with the base station device and the terminal station device.
The communication partner of the relay station device 200 does not need to be limited to the base station device and the terminal device. Further, the number of communication partners of the relay station device 200 is not limited to two, and may be any number as long as it is a plurality.
In the first determination process, the transmission probability control unit 205 may perform the CWmin_RS determination process using the measured value of the TCP traffic amount, instead of acquiring the congestion window size and calculating the estimated value. In this case, it is not necessary to have the value of RTT in the decision table.
In the second determination process, the transmission probability control unit 205 may change the value of CWmin_RS by a plurality of steps (for example, two steps, three steps) instead of changing the value by one step. Moreover, the transmission probability control unit 205 may control the number of stages different depending on whether the CWmin_RS is increased or decreased. For example, the transmission probability control unit 205 may increase the value by three steps when increasing CWmin_RS, and decrease the value by one step when decreasing CWmin_RS. Further, the transmission probability control unit 205 may change the value of CWmin_RS by more stages as the difference between the newly acquired actual measurement value and the previous actual measurement value increases.

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.

２００…中継局装置，２０１…通信部，２０２…中継部，２０３…符号化部，２０４…結合部，２０５…送信確率制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 200 ... Relay station apparatus, 201 ... Communication part, 202 ... Relay part, 203 ... Encoding part, 204 ... Combination part, 205 ... Transmission probability control part

Claims

A combining unit that generates a combined signal by combining a plurality of received signals;
The first signal addressed to the second device received from the first device or the first combined signal generated by combining the first signal by the combining unit and the addressed to the first device received from the second device A second signal or a second combined signal generated by combining the second signal by the combining unit, and an encoding unit that generates an encoded signal by encoding by network coding;
A communication unit that transmits the encoded signal generated by the encoding unit to the first device and the second device;
As the transmission probability in communication performed by the communication unit according to the TCP traffic amount in the communication unit, the initial transmission probability is continuously set until the TCP traffic reaches a MAC throughput that can be achieved with a predetermined initial transmission probability. A transmission probability control unit that controls to reduce the transmission probability when TCP traffic reaches a throughput that can be achieved with the initial transmission probability;
A relay device comprising:

The relay apparatus according to claim 1, wherein the transmission probability control unit sets the transmission probability to be smaller as the amount of TCP traffic in the communication unit is larger and larger as the amount of TCP traffic is smaller.

The relay apparatus according to claim 2, wherein the transmission probability control unit sets the transmission probability so that the amount of TCP traffic does not exceed MAC throughput.

A combining unit that generates a combined signal by combining a plurality of received signals;
The first signal addressed to the second device received from the first device or the first combined signal generated by combining the first signal by the combining unit and the addressed to the first device received from the second device A second signal or a second combined signal generated by combining the second signal by the combining unit, and an encoding unit that generates an encoded signal by encoding by network coding;
A communication unit that transmits the encoded signal generated by the encoding unit to the first device and the second device;
A transmission probability control unit for controlling a transmission probability in communication performed by the communication unit according to a TCP traffic amount in the communication unit;
The transmission probability control unit sets the transmission probability to be smaller as the TCP traffic amount in the communication unit is larger and larger as the TCP traffic amount is smaller, and to set the transmission probability so that the TCP traffic amount does not exceed the MAC throughput. The relay device to be set.

The transmission probability control section, at the time of application of the CSMA / CA performed by increasing or decreasing the minimum value of the contention window control transmission probability in a communication by the communication unit performs, according to any one of claims 1-4 Relay device.

A combining step of generating a combined signal by combining a plurality of received signals;
A first signal addressed to a second device received from the first device or a first combined signal generated by combining the first signal by the combining step, and addressed to the first device received from the second device A second signal or a second combined signal generated by combining the second signals by the combining step, encoding by network coding to generate an encoded signal;
A communication step of transmitting the encoded signal to the first device and the second device;
The initial transmission probability is continuously used until the TCP traffic reaches the MAC throughput achievable with the predetermined initial transmission probability as the transmission probability in the communication in the communication step according to the TCP traffic amount in the communication step. A transmission probability control step for controlling the transmission probability to be reduced when TCP traffic reaches a throughput achievable with the initial transmission probability;
A relay method.

A combining step of generating a combined signal by combining a plurality of received signals;
A first signal addressed to a second device received from the first device or a first combined signal generated by combining the first signal by the combining step, and addressed to the first device received from the second device A second signal or a second combined signal generated by combining the second signals by the combining step, encoding by network coding to generate an encoded signal;
A communication step of transmitting the encoded signal generated by the encoding step to the first device and the second device;
A transmission probability control step for controlling the transmission probability in the communication performed by the communication step according to the amount of TCP traffic in the communication step;
In the transmission probability control step, the transmission probability is set to be smaller as the TCP traffic amount in the communication step is larger, and larger as the TCP traffic amount is smaller, and the transmission probability is set so that the TCP traffic amount does not exceed the MAC throughput. Relay method to set.