FURUKAWA HIROSHI (JP)
| JP2005303828A | 2005-10-27 | |||
| JPH0946753A | 1997-02-14 | |||
| JP2006352896A | 2006-12-28 | |||
| JP2007158504A | 2007-06-21 | |||
| JP2005079985A | 2005-03-24 | |||
| JP2005143046A | 2005-06-02 | |||
| JP2006157501A | 2006-06-15 | |||
| JP2006319787A | 2006-11-24 |
| 1つのコアノードと複数のスレーブノードを含むネットワークシステムにおいて、 前記各スレーブノードは、 前記コアノードから他のスレーブノードに対して送信されたパケットである下りパケット、及び、スレーブノードから前記コアノードに対して送信されたパケットである上りパケットを格納する送信バッファと、 他のノードからパケットを受信し、及び、他のノードに対して前記送信バッファに格納されたパケットを送信し、並びに、2種類の優先度である下り優先度及び上り優先度が設定された複数の通信手段と、 前記送信バッファに格納されたパケットから送信準備パケットを選択する送信準備パケット選択手段と、 前記送信準備パケットが前記下りパケットであれば前記下り優先度に従って、又は、前記送信準備パケットが前記上りパケットであれば前記上り優先度に従って、1つの通信手段を選択し、選択された通信手段に対して前記送信準備パケットを送信させる通信制御手段を備え、 前記コアノードは、 パケットを格納する送信バッファと、 スレーブノードからパケットを受信し、及び、スレーブノードに対して前記送信バッファに格納されたパケットを送信し、並びに、2種類の優先度である下り優先度及び上り優先度が設定された複数の通信手段と、 前記送信バッファに格納されたパケットから送信準備パケットを選択する送信準備パケット選択手段と、 前記下り優先度に従って1つの通信手段を選択し、選択された通信手段に対して、送信待機状態を経て前記送信準備パケットを送信させることにより、当該通信手段上で直前にパケットを送信し終えた時刻から前記送信準備パケットを送信させる時刻までの時間を所定の時間とする通信制御手段を備える ネットワークシステム。 |
| 前記各スレーブノードは、下りパケットを受信した場合にイベントを発生するイベント発生手段を備え、 前記スレーブノードの前記通信制御手段は、前記スレーブノードの前記イベント発生手段によりイベントが発生した場合に1つの通信手段を選択する、 請求項1記載のネットワークシステム。 |
| 前記コアノードは、スレーブノードに対して、定期的にパケットを送信する、 請求項2記載のネットワークシステム。 |
| 前記イベント発生手段は、前記送信バッファに所定の数以上のパケットが格納されていた場合にイベントを発生する、 請求項2又は3記載のネットワークシステム。 |
| 前記各スレーブノードは、前記送信バッファに新たなパケットが追加された場合にイベントを発生するイベント発生手段を備え、 前記スレーブノードの前記通信制御手段は、前記スレーブノードの前記イベント発生手段によりイベントが発生した場合に1つの通信手段を選択する、 請求項1記載のネットワークシステム。 |
| 前記上り優先度の最も高い通信手段と前記下り優先度の最も高い通信手段とは異なる、請求項1から5のいずれかに記載のネットワークシステム。 |
| 前記コアノードの前記通信制御手段は、当該通信手段上で直前にパケットを送信し終えた時刻から前記送信準備パケットを送信させる時刻までの時間を、前記送信準備パケットの送信先となるスレーブノード及び前記送信準備パケットのパケット長の少なくとも一方に応じて設定される送信周期とする、 請求項1から6のいずれかに記載のネットワークシステム。 |
| 前記コアノード及び前記スレーブノードの少なくとも一方の前記通信制御手段は、 前記送信バッファに格納されたパケットの数が所定の数P NT を超えない場合、最も優先度の高い通信手段を選択し、 送信バッファに格納されたパケットの数がP NT を超える場合、 直前に選択した通信手段が最も優先度の低い通信手段ではないときは次に優先順位の高い通信手段を選択し、 直前に選択した通信手段が最も優先度の低い通信手段であるときは最も優先度の高い通信手段を選択する、 請求項1から7のいずれかに記載のネットワークシステム。 |
| 前記コアノードの前記送信準備パケット選択手段は、前記送信バッファに格納されたパケットに対して送信優先順位を設定し、送信優先順位の最も高いパケットを送信準備パケットとして選択するものであり、 前記送信優先順位は、 前記送信バッファに格納された時間が長いパケットが高くなるように設定されるか、 前記送信優先順位が一つ異なるパケット間で、パケットを中継伝送する場合に次に中継すべきノードである次伝送ノードが一致するように設定されるか、又は、 前記送信優先順位が一つ異なるパケット間で次伝送ノードが一致しないように設定される、 請求項1から8のいずれかに記載のネットワークシステム。 |
| 前記複数の通信手段は無線通信により他のノードとパケットの送受信を行うものであり、 前記複数の通信手段には、それぞれ異なる無線チャネルが割り当てられ、 前記ネットワーク上において、上り優先度又は下り優先度が同一の通信手段に割り当てられる前記無線チャネルは同一である、 請求項1から9のいずれかに記載のネットワークシステム。 |
| 前記複数の通信手段は無線通信により他のノードとパケットの送受信を行うものであり、 前記複数の通信手段には、それぞれ、干渉受信レベルに基づいて異なる無線チャネルが割り当てられる、 請求項1から9のいずれかに記載のネットワークシステム。 |
| ネットワーク上の他のノードに対して送信準備パケットを送信するノードであって、 2種類の優先度である下り優先度及び上り優先度が設定された複数の通信手段と、 前記下り優先度又は前記上り優先度に従って前記複数の通信手段から1つの通信手段を選択し、選択された通信手段に対して前記送信準備パケットを送信させる通信制御手段 を備え、 前記通信制御手段は、 当該ノードがスレーブノードの場合には、 前記送信準備パケットの送信元がコアノードであるときは前記下り優先度に従って1つの通信手段を選択して前記送信準備パケットを送信させ、 前記送信準備パケットの送信先が前記コアノードであるときは前記上り優先度に従って1つの通信手段を選択して前記送信準備パケットを送信させ、 当該ノードがコアノードの場合には、前記下り優先度に従って前記複数の通信手段から1つの通信手段を選択し、送信待機状態を経て前記送信準備パケットを送信させることにより、当該通信手段上で直前にパケットを送信し終えた時刻から前記送信準備パケットを送信させる時刻までの時間を所定の時間とする、 ノード。 |
| 1つのコアノードと複数のスレーブノードを含むネットワークにおけるパケットフォワーディング方法であって、 前記コアノード及び前記各スレーブノードは、 他のノードと通信をするための複数の通信手段と、 前記複数の通信手段に設定された2種類の優先度である上り優先度及び下り優先度のいずれかに従って前記複数の通信手段の1つを選択し、選択した通信手段に対してパケットを送信させる通信制御手段 を備え、 前記コアノードから前記スレーブノードにパケットを中継転送する場合、 前記コアノードの通信制御手段が、下り優先度に従って前記複数の通信手段のいずれかを選択し、選択した通信手段に対して中継転送先のスレーブノードに送信待機状態を経て当該パケットを送信させ、 前記パケットを受信したスレーブノードの通信制御手段は、当該パケットの送信先が他のスレーブノードである場合には、下り優先度に従って前記複数の通信手段の1つを選択し、選択した通信手段に対して中継転送先のスレーブノードに当該パケットを送信させ、 前記スレーブノードから前記コアノードにパケットを中継転送する場合、 前記スレーブノードの通信制御手段が、上り優先度に従って前記複数の通信手段の1つを選択し、選択した通信手段に対して当該パケットを送信させる、 パケットフォワーディング方法。 |
| コンピュータを、請求項12記載の通信制御手段として機能させるためのプログラム。 |
| 請求項14記載のプログラムを記録する記録媒体。 |
本願発明は、ネットワークシステム、ノ ド、パケット送信方法、プログラム及び記 媒体に関し、特に1つのコアノードと複数の スレーブノードを含むネットワークシステム 等に関する。
低コストモバイル通信インフラのバック ールネットワークとして、無線メッシュネ トワークが注目されている。無線メッシュ ットワークは、基地局間を専用の無線で中 接続し、有線バックホール回線の敷設を不 にし、モバイル通信システム導入に要する 設コストを大幅に削減可能な技術である。 来のブロードバンド通信ではセルの狭小化 避けられず、極めて多数の基地局を設置し ければならなくなり、基地局敷設コストの 大が深刻な問題となる。無線メッシュネッ ワークはこの問題を解決する唯一の技術で る。
発明者らは、複数のノードが配置された ルチホップネットワークにおいて伝送効率 高いパケット中継伝送を実現する周期的間 送信法(Intermittent Periodic Transmit。以下、「I PT」という。)を提案している(特許文献1、特 文献2、特許文献3参照)。
IPTでは、プロトコルが、上下回線を一車 通路上で伝送することを前提として設計さ ていた。そのため、上下回線が混在したり 車線が枝分かれしたりした場合に、大きな 性劣化を生じていた。
IPTは、原理的に、1次元配列された中継リ ンクのもとで最大の効果を発揮するが、現実 は2次元あるいは3次元的に中継ノードは分散 置される。そこで、発明者らは、特許文献3 にあるように、経路予約を適用することによ っていかなるネットワークトポロジーの下で も周期的間欠送信の効果を発揮することが可 能な手法を考案した。しかしながら、経路予 約法によっては、経路予約のためのオーバヘ ッドが生じてしまう。
そこで、本願発明は、IPTにおいて、より 継伝送効率の高いパケット中継伝送を実現 るネットワークシステム、ノード、パケッ フォワーディング方法、プログラム及び記 媒体を提案することを目的とする。
請求項1に係る発明は、1つのコアノード 複数のスレーブノードを含むネットワーク ステムにおいて、前記各スレーブノードは 前記コアノードから他のスレーブノードに して送信されたパケットである下りパケッ 、及び、スレーブノードから前記コアノー に対して送信されたパケットである上りパ ットを格納する送信バッファと、他のノー からパケットを受信し、及び、他のノード 対して前記送信バッファに格納されたパケ トを送信し、並びに、2種類の優先度である り優先度及び上り優先度が設定された複数 通信手段と、前記送信バッファに格納され パケットから送信準備パケットを選択する 信準備パケット選択手段と、前記送信準備 ケットが前記下りパケットであれば前記下 優先度に従って、又は、前記送信準備パケ トが前記上りパケットであれば前記上り優 度に従って、1つの通信手段を選択し、選択 された通信手段に対して前記送信準備パケッ トを送信させる通信制御手段を備え、前記コ アノードは、パケットを格納する送信バッフ ァと、スレーブノードからパケットを受信し 、及び、スレーブノードに対して前記送信バ ッファに格納されたパケットを送信し、並び に、2種類の優先度である下り優先度及び上 優先度が設定された複数の通信手段と、前 送信バッファに格納されたパケットから送 準備パケットを選択する送信準備パケット 択手段と、前記下り優先度に従って1つの通 手段を選択し、選択された通信手段に対し 、送信待機状態を経て前記送信準備パケッ を送信させることにより、当該通信手段上 直前にパケットを送信し終えた時刻から前 送信準備パケットを送信させる時刻までの 間を所定の時間とする通信制御手段を備え ものである。
請求項2に係る発明は、請求項1記載のネ トワークシステムであって、前記各スレー ノードは、下りパケットを受信した場合に ベントを発生するイベント発生手段を備え 前記スレーブノードの前記通信制御手段は 前記スレーブノードの前記イベント発生手 によりイベントが発生した場合に1つの通信 段を選択するものである。
請求項3に係る発明は、請求項2記載のネ トワークシステムであって、前記コアノー は、スレーブノードに対して、定期的にパ ットを送信するものである。
請求項4に係る発明は、請求項2又は3記載 ネットワークシステムであって、前記イベ ト発生手段は、前記送信バッファに所定の 以上のパケットが格納されていた場合にイ ントを発生するものである。
請求項5に係る発明は、請求項1記載のネ トワークシステムであって、前記各スレー ノードは、前記送信バッファに新たなパケ トが追加された場合にイベントを発生する ベント発生手段を備え、前記スレーブノー の前記通信制御手段は、前記スレーブノー の前記イベント発生手段によりイベントが 生した場合に1つの通信手段を選択するもの ある。
請求項6に係る発明は、請求項1から5のい れかに記載のネットワークシステムであっ 、前記上り優先度の最も高い通信手段と前 下り優先度の最も高い通信手段とが異なる のである。
請求項7に係る発明は、請求項1から6のい れかに記載のネットワークシステムであっ 、前記コアノードの前記通信制御手段が、 該通信手段上で直前にパケットを送信し終 た時刻から前記送信準備パケットを送信さ る時刻までの時間を、前記送信準備パケッ の送信先となるスレーブノード及び前記送 準備パケットのパケット長の少なくとも一 に応じて設定される送信周期とするもので る。
請求項8に係る発明は、請求項1から7のいず かに記載のネットワークシステムであって 前記コアノード及び前記スレーブノードの なくとも一方の前記通信制御手段は、前記 信バッファに格納されたパケットの数が所 の数P NT を超えない場合、最も優先度の高い通信手段 を選択し、送信バッファに格納されたパケッ トの数がP NT を超える場合、直前に選択した通信手段が最 も優先度の低い通信手段ではないときは次に 優先順位の高い通信手段を選択し、直前に選 択した通信手段が最も優先度の低い通信手段 であるときは最も優先度の高い通信手段を選 択するものである。
請求項9に係る発明は、請求項1から8のい れかに記載のネットワークシステムであっ 、前記コアノードの前記送信準備パケット 択手段は、前記送信バッファに格納された ケットに対して送信優先順位を設定し、送 優先順位の最も高いパケットを送信準備パ ットとして選択するものであり、前記送信 先順位は、前記送信バッファに格納された 間が長いパケットが高くなるように設定さ るか、前記送信優先順位が一つ異なるパケ ト間で、パケットを中継伝送する場合に次 中継すべきノードである次伝送ノードが一 するように設定されるか、又は、前記送信 先順位が一つ異なるパケット間で次伝送ノ ドが一致しないように設定されるものであ 。
請求項10に係る発明は、請求項1から9のい ずれかに記載のネットワークシステムであっ て、前記複数の通信手段は無線通信により他 のノードとパケットの送受信を行うものであ り、前記複数の通信手段には、それぞれ異な る無線チャネルが割り当てられ、前記ネット ワーク上において、上り優先度又は下り優先 度が同一の通信手段に割り当てられる前記無 線チャネルは同一である。
請求項11に係る発明は、請求項1から9のい ずれかに記載のネットワークシステムであっ て、前記複数の通信手段は無線通信により他 のノードとパケットの送受信を行うものであ り、前記複数の通信手段には、それぞれ、干 渉受信レベルに基づいて異なる無線チャネル が割り当てられるものである。
請求項12に係る発明は、ネットワーク上 他のノードに対して送信準備パケットを送 するノードであって、2種類の優先度である り優先度及び上り優先度が設定された複数 通信手段と、前記下り優先度又は前記上り 先度に従って前記複数の通信手段から1つの 通信手段を選択し、選択された通信手段に対 して前記送信準備パケットを送信させる通信 制御手段を備え、前記通信制御手段は、当該 ノードがスレーブノードの場合には、前記送 信準備パケットの送信元がコアノードである ときは前記下り優先度に従って1つの通信手 を選択して前記送信準備パケットを送信さ 、前記送信準備パケットの送信先が前記コ ノードであるときは前記上り優先度に従っ 1つの通信手段を選択して前記送信準備パケ トを送信させ、当該ノードがコアノードの 合には、前記下り優先度に従って前記複数 通信手段から1つの通信手段を選択し、送信 待機状態を経て前記送信準備パケットを送信 させることにより、当該通信手段上で直前に パケットを送信し終えた時刻から前記送信準 備パケットを送信させる時刻までの時間を所 定の時間とするものである。
請求項13に係る発明は、1つのコアノード 複数のスレーブノードを含むネットワーク おけるパケットフォワーディング方法であ て、前記コアノード及び前記各スレーブノ ドは、他のノードと通信をするための複数 通信手段と、前記複数の通信手段に設定さ た2種類の優先度である上り優先度及び下り 優先度のいずれかに従って前記複数の通信手 段の1つを選択し、選択した通信手段に対し パケットを送信させる通信制御手段を備え 前記コアノードから前記スレーブノードに ケットを中継転送する場合、前記コアノー の通信制御手段が、下り優先度に従って前 複数の通信手段のいずれかを選択し、選択 た通信手段に対して中継転送先のスレーブ ードに送信待機状態を経て当該パケットを 信させ、前記パケットを受信したスレーブ ードの通信制御手段は、当該パケットの送 先が他のスレーブノードである場合には、 り優先度に従って前記複数の通信手段の1つ 選択し、選択した通信手段に対して中継転 先のスレーブノードに当該パケットを送信 せ、前記スレーブノードから前記コアノー にパケットを中継転送する場合、前記スレ ブノードの通信制御手段が、上り優先度に って前記複数の通信手段の1つを選択し、選 択した通信手段に対して当該パケットを送信 させるものである。
請求項14に係る発明は、コンピュータを 請求項12記載の通信制御手段として機能させ るためのプログラムである。
請求項15に係る発明は、請求項14記載のプ ログラムを記録する記録媒体である。
なお、コアノードは、送信バッファが空 ない場合にイベントを発生するイベント発 手段を備え、コアノードの通信制御手段は イベント発生手段によりイベントが発生し 場合に1つの通信手段を選択してもよい。
また、請求項6に係る発明において、上り 優先度と下り優先度は、上り優先度が高いも のは下り優先度が低く、上り優先度が低いも のは下り優先度が高くなるように、正反対と なるように設定されるものであってもよい。
さらに、ノードは、それぞれ、その配下 複数の端末が接続され、前記複数の端末か 発せられた上りパケット又は前記端末に向 た下りパケットを中継伝送する、アクセス イントとして動作するものであってもよい
さらに、上り回線又は下り回線がたまた 空いている場合には反対回線のパケットの 送を許可するようにしてもよい(上下回線パ ケットのアグリゲーション伝送)。これによ 、通信品質をさらに改善することができる また、例えば、下り回線チャネル上で上り ケットを伝送する際は周期的間欠送信を、 り回線チャネル上で下りパケットを伝送す 際は、下り連動型周期的間欠送信を上りパ ットと同様に実施するようにしてもよい。
本願発明によれば、各ノードに、例えば 数の無線インターフェースなどの通信手段 装備したマルチチャネル環境のもとで、経 予約の必要なくIPTを実現し、高い中継伝送 率を達成することが可能となる。
すなわち、コアノード(有線回線に接続さ れた起点ノード)に対する上りトラフィック コアノードからの下りトラフィックを異な 無線IFで分けて扱うことにより、両回線種間 の干渉を排除する。さらに、下りトラフィッ クがコアノードを主導者とするポーリング型 アクセスであることに着目し、従来のような 予約手順を必要なくして経路選択を行い、周 期的間欠送信を実現することができる。
また、請求項2に係る発明にあるように、 経路選択周期的間欠送信により伝送された下 りパケットをあたかも上りのポーリング信号 のように扱うことにより、上り回線において も周期的間欠送信の効果を発揮することがで きる(下り連動型周期的間欠送信)。
さらに、請求項9に係る発明にあるように 、前記送信バッファに格納された時間が長い パケットを優先的に選択するようにしたり(FI FO送信)、送信優先順位が一つ異なるパケット 間で次伝送ノードが一致するように設定した り(集中送信)、前記送信優先順位が一つ異な パケット間で次伝送ノードが一致しないよ に設定したり(ラウンドロビン送信)しても く、この場合、例えばパケットバッファと ケジューリングにより同一方向のパケット まとめて伝送することにより、異なる宛先 パケット間の干渉を抑制し、更なる中継伝 効率を達成することができる。
さらに、空間に分散配置された各中継ノ ドはそれぞれ設置された場所に応じて受け 電波干渉の程度も異なる。そのため、請求 11に係る発明にあるように、例えば電波干 などの通信状態に応じて、異なるチャネル 割り当てられる場合があってもよい。この 合、通信がなされる2つのノード間で上り優 度又は下り優先度が等しい通信手段に割り てられたチャネルが異なるときは、一方の ードの通信手段は、当該通信手段を用いて ケットを送信するとき以外は、他方のノー の通信手段に割り当てられたチャネルに合 せるようにしてもよい。このように、中継 ンク毎、パケット毎に動的にチャネルを選 することにより、各中継ノードが常に一番 質の良いチャネルを適応的に選択し、通信 質の改善をすることができる。
本願発明は、例えば無線通信システム全 、すなわち、無線メッシュポイントの中継 送、固定マイクロ波無線、無線LAN、陸上移 通信、ディジタル放送などにわたり広く適 可能である。
21 コアノード、23 送信バッファ、29 1 ,・・・,29 N 通信部、31 送信準備パケット選択部、33 ベント発生部、35 通信制御部、41 スレーブ ノード、43 送信バッファ、49 1 ,・・・,49 N 通信部、51 送信準備パケット選択部、53 ベント発生部、55 通信制御部、
以下では、図面を参照して、本願発明の 施の形態について説明する。
図1は、無線メッシュネットワークの一例 を示す図である。図1において、無線メッシ ネットワーク101は、メッシュクラスタ103、10 5、107を含む。各メッシュクラスタは複数の ードを含む。ノードは、ネットワークを構 する一つ一つの要素であり、例えば、コン ュータ、アクセスポイントとして動作する の(各ノードの配下に複数の端末が接続され 各ノードにおいてこれらの端末から発せら たパケットもしくはこれらの端末へ向けた ケットを中継伝送するもの)である。複数の ノードは相互に通信可能であり、いわばメッ シュ状に接続されたものである(図2(a)参照)。 各メッシュクラスタ103、105、107には、それぞ れ、コアノード111、113、115が含まれている。 コアノード111、113、115は、外部ネットワーク であるワイヤライン・コア・ネットワーク109 と接続した起点ノードである。なお、以下で は、メッシュクラスタにおいて、コアノード 以外のノードをスレーブノードという。
図2は、図1のメッシュクラスタ103、105、10 7の一例であるメッシュクラスタ1と、メッシ クラスタ1に含まれるコアノード3を根とす 木構造の中継経路の一例を示す図である。
図2(a)に示されているように、メッシュク ラスタ1には9個のノードが含まれている。1個 はコアノード3であり、8個はスレーブノード5 、7、9、11、13、15、17、19である。コアノード 3はスレーブノード5、7、9と直接に通信可能 あり、スレーブノード5はコアノード3及びス レーブノード11と、スレーブノード7はコアノ ード3及びスレーブノード11、13、17と、スレ ブノード9はコアノード3及びスレーブノード 17、19と、スレーブノード11はスレーブノード 5、7、13と、スレーブノード13はスレーブノー ド7、11、15と、スレーブノード15はスレーブ ード13、17と、スレーブノード17はスレーブ ード7、9、15、19と、スレーブノード19はスレ ーブノード9、17と、直接通信可能であるとす る。
図2(b)に示されているように、メッシュク ラスタ1において、コアノード3を根とし、直 通信可能なノード間を枝とする木構造の中 経路を設定する。コアノード3はスレーブノ ード5、7、9を子とし、スレーブノード5はス ーブノード11を子とし、スレーブノード7は レーブノード13、17を子とし、スレーブノー 13はスレーブノード15を子とし、スレーブノ ード9はスレーブノード19を子とするとする。 なお、以下では、コアノード3から各スレー ノードへ向かう方向を下り方向とし、各ス ーブノードからコアノード3へ向かう方向を り方向という。また、コアノード3からスレ ーブノードへ送信されたパケットを下りパケ ットといい、スレーブノードからコアノード 3へ送信されたパケットを上りパケットとい 。また、パケットを中継伝送する場合に次 中継すべきノード(例えば、コアノード3から スレーブノード15へ中継伝送する場合のスレ ブノード7)を次伝送ノードという。
図3は、本願発明の実施の形態に係るコア ノード21及びスレーブノード41の一例を示す ロック図である。また、図4は、図3のコアノ ード21及びスレーブノード41の動作を示すフ ー図である。以下では、図3及び図4を参照し て、コアノード及びスレーブノードの構成及 び動作について説明する。
まず、図3(a)及び図4(a)を参照して、コア ードの構成について説明する。
図3(a)にあるように、コアノード21は、送信 るパケットを格納する送信バッファ23と、 信したパケットを格納する受信バッファ25と 、送信バッファ23及び受信バッファ25を制御 るバッファ制御部27と、スレーブノードと通 信を行う複数の通信部29 1 、・・・29 N と、送信バッファ23に格納されたパケットか 1つのパケットを送信準備パケットとして選 択する送信準備パケット選択部31と、パケッ 送信基準が真である場合に送信可能割り込 イベントを発生するイベント発生部33と、 信部29 1 、・・・、29 N の1つを選択して、選択した通信部に送信準 パケットを送信させる通信制御部35を備える 。
通信部29 1 、・・・、29 N は、それぞれ異なるチャネルが割り当てられ 、無線によりスレーブノードとの通信を行う 無線機である。通信部29 1 、・・・、29 N には、上り優先度と下り優先度という2種類 優先度が設定されている。通信部29 1 、・・・、29 N は、この順番に、下り優先度が高いものは上 り優先度が低く、上り優先度が高いものは下 り優先度が低くなるように、上り優先度と下 り優先度が正反対となるように設定されてい るものとする。以下では、通信部29 1 が最も上り優先度が高くて最も下り優先度が 低く、通信部29 2 が次に上り優先度が高くて下り優先度が低く 、順に、通信部29 N が最も上り優先度が低くて最も下り優先度が 高いものとする。
バッファ制御部27は、通信部29 1 、・・・、29 N が受信したパケットを受信バッファ25に格納 る。また、バッファ制御部27は、送信バッ ァ23に対し、例えば、コアノード21において 生したスレーブノード宛のパケットや、外 ネットワーク(図1のワイヤライン・コア・ ットワーク109参照)より受信したスレーブノ ドに対して送信されるべきパケットを格納 る。なお、送信バッファ23に格納されるパ ットは下りパケットであり、コアノードか スレーブノードに送信されるものである。
送信準備パケット選択部31は、送信バッ ァ23に格納されたパケット群に送信優先順位 を設定し、最も送信優先順位の高いパケット を次に送信されるパケットである送信準備パ ケットとして選択する。送信優先順位は、例 えば、送信バッファ23に格納された時間が長 パケットが優先順位を高く設定してもよく( FIFO送信)、送信優先順位が一つ異なるパケッ 間で次伝送ノードが一致しないように設定 てもよく(ラウンドロビン送信)、送信順位 一つ異なるパケット間で次伝送ノードが一 するように設定してもよい(集中伝送)。
イベント発生部33は、パケット送信基準 真である場合に送信可能割り込みイベント 発生する。パケット送信基準としては、例 ば、送信バッファ23が空でないこととし、ス レーブノードに対してパケットを積極的に送 信するようにする。
通信制御部35は、イベント発生部33が送信 可能割り込みイベントを発生した場合、下り 優先度に従って1つの通信部を選択し、選択 れた通信部に対して、送信待機状態を経て 信準備パケットを送信させる。
通信制御部35の動作について、図4(a)を参 して、具体的に説明する。図4(a)は、図3(a) 通信制御部35の動作を示すフロー図である。
通信制御部35は、まず、送信可能割り込 イベントが発生したか否かを判断する(ステ プSTC1)。
次に、通信制御部35は、イベントが発生し 場合、下り優先度に基づいて通信部を選択 る(ステップSTC2)。具体的には、送信バッフ 23に格納されたパケットの数が所定の数P NT を超えない場合は、最も下り優先度の高い通 信部29 N を選択する。送信バッファ23に格納されたパ ットの数がP NT を超える場合には、例えば、通信部29 N 、29 N-1 、・・・、29 1 、29 N 、29 N-1 、・・・のように、直前に選択した通信部が 最も優先度の低い通信部29 1 でないときは直前に選択した通信部の次に下 り優先度の高い通信部を選択し、直前に選択 した通信部が通信部29 1 のときは最も下り優先度の高い通信部29 N を選択する。このように、通信制御部35は、 り優先度に従い、送信バッファ23の状態に じたパケット選択基準により、通信部を選 する。
次に、通信制御部35は、選択された通信 に対して、当該通信部上で直前にパケット 送信し終えた時刻から送信準備パケットを 信させる時刻までの時間が、例えば送信準 パケットの送信先となるスレーブノードや 信準備パケットのパケット長に応じて設定 れる送信周期となるように、送信待機状態 経させ(ステップSTC3)、その後に、選択され 通信部に対して、送信準備パケットを送信 せる(ステップSTC4)。そして、ステップSTC1の 理に戻る。
続いて、図3(b)及び図4(b)を参照して、ス ーブノードの構成について説明する。
図3(b)にあるように、スレーブノード41は、 3(a)のコアノード21と同様に、送信するパケ トを格納する送信バッファ43と、受信した ケットを格納する受信バッファ45と、送信バ ッファ43及び受信バッファ45を制御するバッ ァ制御部47と、スレーブノードと通信を行う 複数の通信部49 1 、・・・49 N と、送信バッファ43に格納されたパケットか 1つのパケットを送信準備パケットとして選 択する送信準備パケット選択部51と、パケッ 送信基準が真である場合に送信可能割り込 イベントを発生するイベント発生部53と、 信部49 1 、・・・、49 N の1つを選択して、選択した通信部に送信準 パケットを送信させる通信制御部55を備える 。
通信部49 1 、・・・、49 N は、それぞれ異なるチャネルが割り当てられ 、無線により他のノードとの通信を行う無線 機である。通信部49 1 、・・・、49 N には、通信部29 1 、・・・、29 N と同様に、上り優先度と下り優先度が設定さ れている。
バッファ制御部47は、通信部49 1 、・・・、49 N が受信したパケットを受信バッファ45に格納 る。また、バッファ制御部47は、送信バッ ァ43に対し、例えば、スレーブノード41で発 した他のノード宛のパケットや、他のスレ ブノードから受信した他のスレーブノード のパケットを格納させる。送信バッファ43 格納されるパケットには、上りパケットと りパケットが含まれる。
送信準備パケット選択部51は、送信バッ ァ43に格納されたパケット群に送信優先順位 を設定し、最も送信優先順位の高いパケット を送信準備パケットとして選択する。送信優 先順位は、例えば、送信バッファ43に格納さ た時間が長いパケットが優先順位を高く設 する(FIFO送信)。
イベント発生部53は、パケット送信基準 真である場合に送信可能割り込みイベント 発生する。
パケット送信基準としては、例えば、送 バッファ43に新たなパケットが追加された ととしてもよい(下り非同期IPT)。具体的には 、他のスレーブノード若しくはコアノードか らパケットを受信する場合、又は、当該スレ ーブノード内部でパケットが発生する場合で ある。
また、パケット送信基準として、送信バ ファ43に新たな下りパケットが追加された ととしてもよい(下り同期IPT)。特に、下り同 期とすることにより、さらに効率のよい中継 伝送を達成することができる。すなわち、下 り同期は、下り回線はコアノードがあたかも ポーリングするような中継伝送が行われるこ とに着目するものである。上り回線では、下 り回線でIPTにより中継伝送される下りパケッ トをポーリング信号のごとく捉え、これに同 期させて伝送する。この伝送により、中継パ ケットの衝突が回避され、さらに効率のよい 中継伝送効率を達成することができる。ただ し、下り同期では、下りパケットの受信がそ れほどない場合に、スレーブノードに上りパ ケットが溜まる可能性がある。そのため、例 えば、定期的に、コアノードから空の下りパ ケットをIPTにより伝送するようにしてもよく 、また、他のノードからのパケットの受信を 待たずに、イベント発生部53は、スレーブノ ドに一定数以上のパケットが溜まった場合 は送信可能割り込みイベントを発生し、送 バッファ43のパケット送信が行われるよう してもよい。
通信制御部55は、イベント発生部53が送信 可能割り込みイベントを発生した場合、送信 準備パケットが上りパケットの場合には上り 優先度に従って、送信準備パケットが下りパ ケットの場合には下り優先度に従って、1つ 通信部を選択し、選択された通信部に対し 送信準備パケットを送信させる。
通信制御部55の動作について、図4(b)を参 して、具体的に説明する。図4(b)は、図3(b) 通信制御部55の動作を示すフロー図である。
通信制御部55は、まず、送信可能割り込 イベントが発生したか否かを判断する(ステ プSTS1)。
次に、通信制御部35は、送信準備パケッ が上りパケットか否かを判断する(ステップS TS2)。送信準備パケットが上りパケットであ 場合、通信制御部35は、図4のステップSTC2に いて説明したことと同様にして、上り優先 に従って通信部を選択する(ステップSTS3)。 信準備パケットが下りパケットである場合 通信制御部35は、図4のステップSTC2において 説明したことと同様にして、下り優先度に従 って通信部を選択する(ステップSTS4)。
次に、通信制御部35は、選択された通信 に対して、通信待機状態を経ることなく、 信準備パケットを送信させる(ステップSTS5) そして、ステップSTS1の処理に戻る。
以上をまとめると、コアノード及びスレ ブノードの動作は、次の表のようにまとめ ことができる。すなわち、上りパケットの 信はスレーブノードのみが関連するが、通 部の選択は上り優先度に従って行われ、送 可能割り込みイベントの発生により送信処 がなされる。他方、下りパケットの送信は コアノードもスレーブノードも行う。通信 の選択は下り優先度に従って行われ、コア ードでは周期的間欠にパケットの送信が行 れ、スレーブノードでは送信可能割り込み ベントの発生により送信処理がなされる。
なお、通信部29 1 、・・・、29 N に割り当てられるチャネルに関して、上り優 先度もしくは下り優先度が等しい通信部はす べてのノードにおいて同じ無線チャネルを割 り当ててもよい(固定チャネル割り当て)。
また、スレーブノードの場合には各通信 は当該スレーブノードの中継先となる中継 ノードにおいて最も電波干渉を受けにくい 線チャネルを割り当て、上り優先度もしく 下り優先度が等しい無線機に割り当てられ 無線チャネルが中継元ノードと中継先ノー とで異なる場合、中継先ノードでは当該ノ ドが送信するとき以外は中継元ノードの無 チャネルに合わせるようにしてもよい(ダイ ナミックチャネル選択)。特に、ダイナミッ チャネル選択により、干渉をより一層軽減 ることができる。すなわち、ISMバンドの適 を前提とした場合、干渉は、自身のメッシ クラスタ内で発生する近隣の中継回線から せられる干渉と、他の無線システムから発 られる干渉という2つの根源がある。各中継 ンクに最も干渉の影響を受けにくいチャネ を動的に選択し、ISMバンドの下であっても バストな中継伝送を実現することができる IPTを前提としたダイナミックチャネル選択 行うことにより、マルチチャネルIPTとの相 効果を発揮することができる。
また、流れるトラフィックは、メッシュ ラスタの外郭に位置するノードでは疎とな 。例えば、下り回線ばかりしか伝送されな 状況では、上り回線用に確保した車線はほ んど使われない。そのため、スレーブノー 間では、使用されていない車線に反対方向 パケットを流すようにしてもよい(リンクbor rowing)。
続いて、図5~9を参照して、本願発明に関 るシミュレーション結果を示し、本願発明 有効性について説明する。
図5は、本願発明のシミュレーションにお けるノードの配置を示す図である。シミュレ ーション緒元について説明する。コアノード は1個(図5において0番のもの)、スレーブノー は23個である。伝播路は、5mまでは伝播定数 α=2であり、それ以上はα=3.5である(屋内環境 デル)。ルーティングは最小伝播損ルーティ ングである。シャドウイングは壁による減衰 のみ(12dB)である。無線IFはIEEE802.11a(54Mbps)であ る。データパケットサイズは1500bytes、シミュ レーション時間は180secである。トラフィック モデルは、UDPトラフィックのみであり、呼は 基地局においてポアソン生起、1パケットバ ストあたりのパケット数は対数正規分布に う(Uplinkは平均3パケット、Downlinkは平均20パ ットであり、上下総トラフィック比は1:10。) 。IPTは、コアノードからの下り回線トラフィ ックにのみ適用する。
図6は、システムスループットについて、 本願発明の実施例である下りリンク用チャネ ルにのみIPTを適用したもの(以下、「DL-IPT」 いう。)と、従来技術との比較を示す図であ 。比較の対象となる3つの従来技術は、一つ が使用するチャネル(IF)が一つのみのもの(Sing leCh。以下、「従来技術1」という。)、2つの 線IFを使用し、上り、下りリンクにそれぞれ チャネルを割り当てたもの(DualCh;UL&DL。以 、「従来技術2」という。)、上り、下りの 別無くチャネルを使用するもの(DualCh;Mixed。 下、「従来技術3」という。)である。本願 明の実施例であるDL-IPTでは、下りリンク用 ャネルにのみIPTを適用する。最小CW=7[slot tim e]、送信周期=0.5[msec]に設定する。ただし、キ ューに下りリンクのパケットがある程度溜ま ってきたら上りリンクのチャネルも使用する (リンクborrowing)。
図6において、横軸は呼量であり、縦軸は 合計スループットである。図5に示されてい ように、スループットは、従来技術1では高 約12Mbps、従来技術2では高々約13Mbpsである。 従来技術3では、高々約24Mbpsであり、従来技 1や従来技術2に比較して約2倍となっている それに対し、本願発明の実施例であるDL-IPT は、約27Mbpsが達成されており、従来技術3と 較しても、約12%も改善されている。
なお、上り回線におけるトラフィックが り回線におけるトラフィックに比べて小さ 、ほとんど空いている状態であるため、上 回線にも下り回線のトラフィックを流すこ でシステムスループットは大幅に向上した
図7は、1パケットあたりの平均遅延につ て、本願発明の実施例であるDL-IPTと、従来 術との比較を示す図である。平均遅延は、 ケットがキューに蓄えられてから最終宛先 ードへ届くまでの時間である。図6において 横軸は呼量であり、縦軸は平均遅延である 平均遅延が0.5[sec/Packet]を超えるときの呼量 値を比較すると、従来技術1では約12Mbps、従 来技術2では約13Mbps、従来技術3では約24Mbpsで る。それに対し、本願発明の実施例であるD L-IPTでは、約26Mbpsであり、従来技術と比較し 、大幅に改善されている。
図8は、下り回線トラフィックにおけるパ ケットロス率について、本願発明の実施例で あるDL-IPTと、従来技術との比較を示す図であ る。ここで、パケットロス率は、最大再送回 数を超えて破棄されたバケット数を、受信に 成功したパケット数と破棄されたパケット数 を足したもので割って得られたものとする。 図8において、横軸は呼量であり、縦軸はパ ットロス率である。従来技術3では、低くと 0.02%以上あり、呼量が20Mbpsを超えると約0.05% 程度にまで上昇している。それに対し、本願 発明の実施例であるDL-IPTでは、0.01以下とほ 0に近く、従来技術3と比較して、大幅に改善 されている。
図9は、上り回線トラフィックにおけるパ ケットロス率について、本願発明の実施例で あるDL-IPTと、従来技術との比較を示す図であ る。図9において、横軸は呼量であり、縦軸 パケットロス率である。上り回線トラフィ クに関しては、従来技術3が高くとも0.05%以 であるのに対し、本願発明の実施例であるDL -IPTでは、呼量が低いときには従来技術3と同 の値となっているものの、呼量の値が大き なるにつれて0.08%付近にまで上昇している
なお、上り回線を使わないDL-IPTのみの適 では、最大で16Mbpsの改善が得られている。 じ条件の従来技術に対しては、20%程度、改 されている。