JP2005057373A - 無線パケット通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の課題は、複数パケット送信際の冗長な待ち時間、および冗長な情報の付加を削減してシステム全体の容量を増大させることのできる無線パケット通信装置を提供することである。
【解決手段】上記課題は、複数の無線パケット通信装置が無線チャネルを共有してパケット通信を行う無線パケット通信システムにおける無線パケット通信装置であって、送信バッファ内のパケットから連結対象となるパケットを検出する検出手段と、検出したパケットを連結し、マルチキャスト送信する連結パケット送信制御手段と、を備えることを特徴とする無線パケット通信装置にて達成される。
【選択図】 図１
【解決手段】上記課題は、複数の無線パケット通信装置が無線チャネルを共有してパケット通信を行う無線パケット通信システムにおける無線パケット通信装置であって、送信バッファ内のパケットから連結対象となるパケットを検出する検出手段と、検出したパケットを連結し、マルチキャスト送信する連結パケット送信制御手段と、を備えることを特徴とする無線パケット通信装置にて達成される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線パケット通信装置に関し、詳しくは、無線ＬＡＮやセルラ通信等で用いられる無線パケット通信システムにおいて、複数のパケットを連結させて通信する無線パケット通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線ＬＡＮの方式の代表的な標準規格としてＩＥＥＥ８０２．１１がある。このＩＥＥＥ８０２．１１では、複数の無線端末が同一の周波数資源を共有して利用するために、無線アクセス制御方式としてＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ： 無線ＬＡＮのＭＡＣ層におけるアクセス制御方式）を採用している。
【０００３】
ＣＳＭＡ／ＣＡは、有線のイーサネット（登録商標）と同様、回線が空いていたら送信を許可するというものである。具体的には、利用する周波数帯が他の端末に利用されていないことを確認し、利用されていないようであれば、さらにランダムな待ち時間の後にパケットを送信する。これにより、パケットの衝突を回避し、複数の端末が同一の無線周波数帯を共有することが可能となる。
【０００４】
また、上記のＣＳＭＡ／ＣＡは、パケット通信方式なので、１つのパケットに、受信側が正しいタイミングで読み取れるようにするための同期信号（無線プリアンブル）や、パケットの復調や誤り検出に必要な情報等が含まれる無線ヘッダ、データリンク層のヘッダであるＭＡＣヘッダが各パケットに１つずつ付加される。
【０００５】
パケット送信時に必要となるこれらの冗長な待ち時間や情報は、全てのパケットに対して平等に付加されるため、ペイロードの長さが短い場合は冗長な待ち時間や情報が支配的となりスループットが極端に劣化する。また無線伝送速度が高速化してペイロードの送信時間が短くなると、やはり同様に冗長な待ち時間や情報が支配的となりスループット特性の上限値が低く押さえられてしまう。
【０００６】
そこで、このような問題を解決する方法として、複数のパケットを１つのパケットに連結して送信する方法が多数提案されている。
【０００７】
例えば、非特許文献１に示す方法では、特定の１端末に対して、連続して送信する一定個数のパケット間に必要となるＣＳＭＡ／ＣＡに係るランダム待ち時間を削除する方法が提案されている。
【０００８】
非特許文献２に示す方法では、特定の１端末に対して、連続して送信する一定個数のパケットをＭＡＣ層にＣｏｎｔａｉｎｅｒとうい新たなフレームを定義してパケット連結を実現する方法が提案されている。
【０００９】
非特許文献３は、特定の１端末に対して、連続して送信する一定個数のパケットをＭＡＣ層において連結して送信する方法が提案されている。
【００１０】
【非特許文献１】
Ｊｅａｎ Ｔｏｕｒｒｉｈｅｓ， “Ｐａｃｋｅｔ Ｆｒａｍｅ Ｇｒｏｕｐｉｎｇ ：Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ＩＰ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｖｅｒ ＣＳＭＡ／ＣＡ”， Ｈｐｌａｂｓ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔｓ， ＨＰＬ−９７−１３２， Ｏｃｔ， １９９７
【００１１】
【非特許文献２】
“ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１ｅ／Ｄ１ （Ｄｒａｆｔ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ｔｏ ＩＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１， １９９９ Ｅｄｉｔｉｏｎ）”， Ｍａｒ ２００１
【００１２】
【非特許文献３】
Ｍ．Ｇｒｕｔｅｓｅｒ， Ａ．Ｊａｉｎ， Ｊ．Ｄｅｎｇ， Ｆ．Ｚｈａｏ， Ｄ．Ｇｒｕｎｗａｌｄ， “Ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｉｎ ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ”， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｏｌｏｒａｄｏ ａｔ Ｂｏｕｌｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ， ＣＵ−ＣＳ１５２４−０１， Ｄｅｃ ２００１
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では、音声データをパケットで送信するＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ Ｏｖｅｒ ＩＰ）等の特定の１端末に対して短いデータが散発的に発生するような場合、複数のパケットを連結するために、長時間待機する必要がある。つまり、これによって発生する遅延時間によりリアルタイム性が要求されるＶｏＩＰサービスの品質を劣化させる問題が生じる。
【００１４】
例えば、音声圧縮方式としてＧ７２９のコーデックを用いた場合、６０バイトのＩＰパケットが２０ｍｓ毎に発生する。これを、イーサネット（登録商標）のペイロード長の最大値である１５００バイトまで積み上げようとすると、５００ｍｓ（２０ｍｓ×２５）の遅延が発生することになる。
【００１５】
上述した非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３は全て１端末宛てのパケットを連結する方法を採用しているため、同様の問題が発生する。
【００１６】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、複数パケット送信際の冗長な待ち時間、および冗長な情報の付加を削減してシステム全体の容量を増大させることのできる無線パケット通信装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されるように、複数の無線パケット通信装置が無線チャネルを共有してパケット通信を行う無線パケット通信システムにおける無線パケット通信装置であって、送信バッファ内のパケットから連結対象となるパケットを検出する検出手段と、検出されたパケットを連結し、マルチキャスト送信する連結パケット送信制御手段と、を備えることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の請求項２によれば、前記無線パケット通信装置において、前記検出手段は、送信バッファ内のパケットのパケット長を検出するパケット長検出手段と、前記検出されたパケット長と予め設定されているパケット長とを比較し、比較結果に基づいて、連結対象となるパケットを判断する連結判断手段と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の請求項３によれば、前記無線パケット通信装置において、前記送信バッファ内のパケットの送信先アドレスから該パケットの無線伝送速度を検出する無線伝送速度検出手段を備え、前記連結判断手段は、前記比較結果と、検出されたパケットの無線伝送速度に基づいて、連結対象となるパケットを判断することを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の請求項４によれば、前記無線パケット通信装置において、前記連結パケット送信制御手段は、前記連結判断手段により連結対象と判断されたパケットを連結し、マルチキャストアドレス宛のパケットでカプセル化するパケット連結手段を備えることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の請求項５によれば、前記無線パケット通信装置において、前記連結パケット送信制御手段は、連結したパケットの送信先アドレスとして、マルチキャストアドレス設定するマルチキャストアドレス設定手段を備えることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の請求項６によれば、前記無線パケット通信装置において、前記連結パケット送信制御手段は、パケットの送信先アドレスと無線伝送速度とを対応付けて管理するデータベースを備えることを特徴としている。
【００２３】
また、本発明の請求項７によれば、前記無線パケット通信装置において、前記連結パケット送信制御手段は、送信バッファ内のパケットの総量を測定するパケット数カウント手段を備え、測定されたパケット数の総量が所定量を超えた場合に、連結したパケットをマルチキャストアドレス宛のパケットでカプセル化して送信することを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の請求項８によれば、前記無線パケット通信装置において、前記連結パケット送信制御手段は、送信バッファ内のパケットの待機時間を測定するタイマーを備え、測定された待機時間が所定時間経過した場合に、連結したパケットをマルチキャストアドレス宛のパケットでカプセル化して送信することを特徴としている。
【００２５】
また、本発明の請求項９によれば、前記無線パケット通信装置において、送信側の無線パケット通信装置より送信された連結パケットの受信を制御する連結パケット受信制御手段を備え、前記連結パケット受信制御手段は、連結パケットを受信し、受信した連結パケットから自局宛のパケットを取り出すパケット解体手段と、自局宛のパケットを受信バッファに蓄積する受信バッファ手段と、を備えることを特徴としている。
【００２６】
また、本発明の請求項１０によれば、前記無線パケット通信装置において、 前記連結パケット受信制御手段は、前記パケット解体手段により取り出された自局宛のパケットの位置より、Ａｃｋパケットの送信タイミングを検出し、その検出したタイミングで送信側の無線パケット通信装置にＡｃｋを送信するＡｃｋパケット送信タイミング制御手段を備えることを特徴としている。
【００２７】
上記本発明によれば、パケット長の短い個別パケットを複数連結し、マルチキャストアドレス宛てのパケットでカプセル化して送信する。これにより、従来の問題となっていた冗長な待ち時間や冗長な情報の付加が削減されるため、システム全体の容量を増大させることができるとともに、スループット特性を向上させることができる。また、送信するパケット数が削減されるため、装置の消費電力を削減することが可能である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１及び図２は、本発明の実施の形態による無線パケット通信装置の構成を示すブロック図であり、図１は送信部の構成を示し、図２は受信部の構成を示している。まず、送信部の構成を説明し、次いで、受信部の構成を説明する。
【００３０】
（送信部の説明）
図１において、１１は送信するべきパケットが入力される外部インターフェース、１２は送信を待機しているパケットを保存する送信バッファ（例：メモリ）、１３は連結の対象となるパケットを検出し、マルチキャストアドレス宛のパケットでカプセル化して送信する連結パケット送信制御部、１４は各端末に割り当てるパケット連結に利用するマルチキャストアドレスを管理するマルチキャストアドレス管理部、１５は受信側の無線パケット通信装置からパケット連結機能要請を受け付ける連結パケット送信機能受付部、１６はパケットを無線周波数信号に変換して送信する送信部、１７は通信相手である他の無線パケット通信装置から送信されたパケットを受信する受信部、１８は送信部１６と受信部１７に接続されるアンテナである。
【００３１】
上記連結パケット送信制御部１３は、パケット長検出部２１、連結パケット制御部２２、パケット連結部２３、カウンター部２４、タイマー部２５で構成される。パケット長検出部２１は送信するパケットのパケット長を検出し、カウンター部２４はパケット連結対象になっているパケットのバイト数・パケット数をカウントし、タイマー部２５はパケット連結の処理のために必要なパケット待機をカウントし、連結パケット制御部２２はパケット長検出部２１、カウンター部２４、タイマー部２５、マルチキャストアドレス管理部１４との連携処理を司り、パケット連結部２３は連結の対象となるパケットを連結し、マルチキャストアドレス宛のパケットでカプセル化して送信部に出力する。
【００３２】
また、上記マルチキャストアドレス管理部１４は、連結パケット送信制御部１３からの問い合わせがあった場合に、パケット送信先のアドレスに対するマルチキャストアドレスを回答する機能と、連結パケット送信機能受付部１５からの要求があった場合に、無線パケット通信装置に対して付与するマルチキャストアドレスを回答する機能を有する。
【００３３】
（受信部）
図２において、外部インターフェース１１、送信部１６、受信部１７、アンテナ１８は上記送信部で示した外部インターフェース１０、送信部１６、受信部１７と同様の機能を有するので、その説明は省略し、ここでは、上記送信部との差異について説明する。
【００３４】
同図において、３０は受信した連結パケット（ＩＰパケットまたはカプセル化パケット）を一時的に蓄積する受信バッファ、３１は連結したパケットを受信、および解体し、適切なタイミングでＡｃｋを送信する連結パケット受信制御部、３２は送信側の無線パケット通信装置に対し連結パケット送信機能の利用の要請を行い、マルチキャストアドレスを取得する連結パケット送信機能リクエスト部である。
【００３５】
また、上記連結パケット受信制御部３１は、Ａｃｋパケット送信タイミング制御部４１と、連結パケット解体部４２から構成されている。連結パケット解体部４２は連結したパケットから、自局宛のパケットを取り出す機能を有し、 Ａｃｋパケット送信タイミング制御部４１は、連結パケットの中での自局宛のパケットの位置より、Ａｃｋパケットの送信タイミングを検出し、送信部１６よりＡｃｋを送信させる機能を有する。
【００３６】
次に、本実施形態の動作原理を、図３を参照して説明する。以下では、本発明に係る無線通信パケット装置を通信端末と略記し、送信側の通信端末を通信端末Ａ１、同報通知を受ける受信側の通信端末を通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４と略記して説明する。
【００３７】
同図において、送信側の通信端末Ａ１の送信バッファ１２には、通信端末Ｂ２宛の個別パケット、通信端末Ｃ３宛の個別パケット、通信端末Ｄ４宛の個別パケット、つまり宛先の異なる個別パケットが蓄積されているものとする。上記個別パケットは個別の宛先アドレスを示したＭＡＣヘッダとデータ部分のペイロードで構成される。
【００３８】
通信端末Ａ１は、送信バッファ内に蓄積されているパケットが連結対象のパケットであるか否かを判定した後、連結対象となる個別パケット（ここでは、通信端末Ｂ２〜Ｃ４宛の個別パケットとする）の連結を行う。このとき、ＭＡＣヘッダに個別パケットのパケット長に関する情報が含まれていない場合には、個別パケットの先頭にパケット長を示す情報を挿入する。なお、連結対象のパケットの判定方法については後述する。
【００３９】
通信端末Ａ１は、通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４宛の個別パケットを連結した後、連結されたパケットに無線プリアンブル、無線ヘッダ、マルチキャストアドレスを示したＭＡＣヘッダを付加してカプセル化し、宛先ＩＰアドレスとして指定されるマルチキャストアドレス宛にマルチキャスト送信（同報通知）する。ここでは、通信端末Ｂ２〜Ｄ４が同一のマルチキャストグループに参加しているものとしている。
【００４０】
同図で示されるように、本実施形態では、全ての通信端末が対等な機能を有する無線アドホックネットワークでの動作方法を例示しているが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、基地局と移動局で構成されるような移動通信システムにおいても適用することが可能である。
【００４１】
次に、図４を用いて、通信端末が、複数のパケットを連結して送信するまでの一連の動作について説明する。同図は、通信端末Ａ１が通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４宛てのパケットを連結する過程の状態遷移を示している。
【００４２】
（状態１）
最初の状態では、通信端末Ａ１の送信バッファ１２に送信を待機している通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４宛てのパケットが１個ずつ存在している。各パケットの先頭には、それぞれの送信先である通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４の宛先アドレスの情報を含むＭＡＣヘッダが付加されている。
【００４３】
（状態２）
状態２では、通信端末Ａ１は、送信バッファ内のこれら３つのパケットを連結し、パケット長を示す情報（長さフィールド）を各パケットの先頭に付加する。
【００４４】
（状態３）
状態３では、通信端末Ａ１は、上記のようにして作成した連結パケットの先頭に、マルチキャストアドレスの宛先情報を含むＭＡＣヘッダを付加する。最後に、この連結パケットに無線ヘッダと無線プリアンブルを先頭に付加し、マルチキャストアドレス宛てにパケットを送信する。
【００４５】
続いて、連結パケットの送信に係る通信端末Ａ１での動作を、図５のフローチャートを参照しながら詳述する。
【００４６】
図５において、まず、連結パケットの送信処理が開始されると、連結パケット送信制御部の連結パケット制御部２２は、送信バッファから取り出した連結対象のパケット数をカウントするカウンターＣ（カウンター部２４の機能に対応）を０に（Ｃ＝０）、取り出しパケットの総パケット長Ｍを０に（Ｍ＝０）初期化する。また、連結パケット総数Ｎの最低値であるＮ１、パケット待機時間Ｔの最大値であるＴ１、連結対象とするパケット長Ｌの最大値であるＬ１、取り出したパケットの総パケット長Ｍの最大値Ｍ１を設定する（ステップＳ１）。
ステップＳ２では、連結パケット制御部２２は、連結対象のパケット数をカウントするカウンターＣの値が０であるかどうかを判定し、カウンターＣの値が０であれば（ステップＳ２でＹＥＳ）は、ステップ３に移行し、送信バッファ１２内で送信を待機しているパケットの有無を判定する。この判定で、送信待機パケット有りと判定（ステップＳ３でＹＥＳ）されたときは、ステップＳ４に移行し、タイマー（タイマー部２５の機能に対応）の初期化および連結パケット送信のための動作が開始される。
【００４７】
一方、ステップＳ２の判定で、以前に送信バッファから連結対象のパケットを既に取り出しておりカウンターＣの値が０でないと判定された場合（ステップＳ２でＮＯ）は、連結パケット制御部２２は、ステップＳ５に移行し、送信バッファ１２内に蓄積されているパケットの経過時間を判断する。具体的には、タイマー値Ｔが設定値Ｔ１を超過していないかどうかを判定する。この判定で、タイマー値Ｔが設定値Ｔ１を超過していると判定（ステップＳ５でＮＯ）されたときは、さらに、送信バッファから取り出されたパケットの総数Ｎが設定値Ｎ１を超過していないかが確認される（ステップＳ７）。
【００４８】
連結パケット制御部２２は、ステップＳ７の判定で、パケットの総数Ｎが設定値Ｎ１を超過していないと判定（ステップＳ７でＮＯ）したときは、パケット連結部２３での処理をスルーさせ、送信バッファ１２内に蓄積されているパケットを連結せずに、各パケットを単独に送信（ステップＳ１６）する。
【００４９】
一方、ステップＳ７の判定で、パケットの総数Ｎが設定値Ｎ１を超過していると判定された場合（ステップＳ７でＹＥＳ）、パケット連結部２３は、送信バッファ１２内に蓄積されているパケットを取り出して全て連結（ステップＳ１３）し、マルチキャストアドレス宛てのパケットにカプセル化（ステップＳ１４）して送信（ステップＳ１５）する。
【００５０】
ステップＳ５に戻り、連結パケット制御部２２は、同ステップでタイマー値Ｔが設定値Ｔ１を超過していないと判定（ステップＳ５でＹＥＳ）したときは、送信バッファ１２内に送信を待機しているパケットがあるかどうかを判定（ステップＳ６）する。この判定で、送信バッファ１２内に送信待機パケットが無い判定（ステップＳ６でＮＯ）されたときは、これら一連の動作を繰り返し、送信待機パケットが有ると判定（ステップＳ６でＹＥＳ）されたときは、ステップＳ８に移行する。
【００５１】
連結パケット制御部２２は、送信バッファ１２内に蓄積されている送信待ちパケットを取り出し（ステップＳ８）、その取り出されたパケットのパケット長Ｌが予め設定されている設定値Ｌ１より短いかどうかを判定（ステップＳ９）する。前述したようにパケットの先頭には、パケット長を示す情報が挿入されており、連結パケット制御部２２は、そのパケット長を示す情報を読み出して設定値Ｌ１との比較判定を行う。
【００５２】
連結パケット制御部２２は、ステップＳ９の判定で、上記パケット長Ｌが設定値Ｌ１を超過していたと判定（ステップＳ９でＮＯ）したときは、送信バッファ１２から取り出したパケットを連結せずに単独パケットとして送信（ステップＳ１６）する。
【００５３】
一方、ステップＳ９の判定で、上記パケット長Ｌが設定値Ｌ１を超過していないと判定（ステップＳ９でＹＥＳ）したときは、連結パケット制御部２２は、ステップＳ１０に移行し、送信バッファから取り出されたパケット数のカウンターＣに１を加算し、かつ取り出されたパケットの総パケット長Ｍにパケット長Ｌを加算する。
【００５４】
ステップＳ１１では、これまで取り出されたパケットの総合の長さＭが設定値Ｍ１を超過しているかどうかが判定される。この判定で、超過していると判定された場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）は、パケット連結部２３は取り出された全パケットを連結（ステップＳ１２）し、マルチキャストアドレス宛てのパケットでカプセル化（ステップＳ１３）し、送信（ステップＳ１４）する。
【００５５】
一方、ステップＳ１１の判定で、取り出されたパケットの総合の長さＭが設定値Ｍ１を超過していないと判定（ステップＳ１１でＮＯ）された場合は、ステップＳ２に戻り、ループ処理が行われる。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態における通信端末によれば、異なる宛先の短いパケットを検出して連結し、マルチキャスト宛のパケットでカプセル化して送信することにより、個別パケットの先頭に付加するヘッダやパケット送信までの待ち時間を削減することができる。このため、リアルタイム性を要求するアプリケーションにおいても、スループットの改善およびシステム容量を拡大させる効果を得ることができる。また、送信するパケット数が減少するため、通信端末の消費電力を削減することが可能となる。
【００５７】
また、上記実施形態において、ステップＳ１〜ステップＳ１１までの処理がパケット連結手段に対応し、ステップＳ１２〜ステップＳ１５までの処理がパケット送信手段に対応する。
【００５８】
本実施形態における通信端末では、パケットの無線伝送速度が異なる場合に、パケットを個別に送信することはしない。そこで、本実施形態における通信端末は、送信バッファ内に無線伝送速度毎に、独立したキューを設け、異なる無線伝送速度のパケット毎に並列してパケットの連結を行う機能を有する。
【００５９】
以下、このような機能を有する通信端末の動作を、図６〜８を参照して説明する。図６は、通信端末での複数のパケット連結手段を切り替える方法を説明するための図である。
【００６０】
本実施形態における通信端末は、送信バッファ１２内に、無線伝送速度毎に異なるキュー（送信キュー）が具備される。例えば、送信キューａ５１１は無線伝送速度ａ用、送信キューｂ５１２は無線伝送速度ｂ用、送信キューｃ５１３は無線伝送速度ｃ用、・・・のように設けられる。次に、このような送信キューの選択方法について説明する。図７は、送信キューの選択手順を示すフローチャートである。
【００６１】
同図において、送信バッファにパケットが入力（ステップＳ２１）されると、パケットの宛先アドレスより、パケット送信に利用する無線伝送速度が検出（ステップＳ２２）される。例えば、図８に示すようなデータベースに格納された送信先アドレスに対応する無線伝送速度の情報を読み出す（例：送信先アドレスがｘｘｘの場合は、１Ｍｂｐｓの無線伝送速度情報が読み出される）ことで各パケットの無線伝送速度を検出する。ステップＳ２３では、上記検出された無線伝送速度に基づき、送信キュー（本例では、図６に示す送信キュー５１１、５１２、５１３に対応）を選択してパケットを格納する。
【００６２】
図６に戻り、各送信キュー５１１、５１２、５１３から出力されるパケットは、無線伝送速度毎に設けられるパケット連結手段ａ６１１，ｂ６１２，ｃ６１３に入力され、無線伝送速度毎にパケット連結処理が行われる。各パケット連結手段ａ６１１，ｂ６１２，ｃ６１３による各パケットの連結の処理が完了した後は、共通のパケット送信手段７０を用いて送信される。
【００６３】
このように本実施形態における通信端末によれば、利用する無線伝送速度の数に応じて、並列するパケット連結手段を切り替えるようにしたので、無線伝送速度の異なるアプリケーションにおいてもスループットの改善効果およびシステム容量の拡大効果を得ることができる。
【００６４】
なお、パケット連結を要求する１通信端末に対して、複数のマルチキャストアドレスを付与することも可能である。また、通信端末は、複数のマルチキャストアドレス宛のパケットを受信することも可能である。すなわち、送信するパケットの無線伝送速度が変更した場合でも、カプセル化に利用するマルチキャストアドレスを変更（例えば、図６に示すパケット連結手段の変更、もしくは送信キューの変更）することにより、無線伝送速度の異なるパケットの連結動作を実行することができる。
【００６５】
これまで説明したように、本実施形態における通信端末は、異なる宛先の短いパケットを連結する機能を有する。このパケット連結機能を送信側通信端末、受信側通信端末の双方が利用するためには、連結パケットを受信する受信側の通信端末が送信側の通信端末がパケット連結の機能を備えているかどうかを知っている必要がある。
【００６６】
そこで、本実施形態における通信端末は、パケット連結機能有無確認の機能を有する。この機能の実現方法としては、例えば、図９に示されるように、通信端末Ａ１が定期的に受信側の通信端末Ｂ（ここでは、説明を平易にするため、通信端末Ｂ２のみ例示し、他の通信端末Ｃ３，Ｄ４は省略する）に報知しているビーコンパケットに連結パケット機能の実装の有無を示す情報を付加する方法や、図１０に示されるように、通信端末Ｂ２が通信端末Ａ１に対して連結パケット機能の実装の有無を問い合わせる方法がある。
【００６７】
上記方法のいずれにより、連結パケット機能の実装有無が確認されると、受信側の通信端末は、この連結パケット機能の利用を送信側の通信端末に要求する必要がある。この動作の実現例としては、例えば、図１１に示されるように、受信側の通信端末Ｂ２が送信側の通信端末Ａ１に要求パケットを送信する。この要求パケットを受信した通信端末Ａ１は、連結パケット機能の利用の許可と連結パケットを送信する場合に利用するマルチキャストアドレスの情報を、通知パケットを用いて通信端末Ｂ２に送信する。
【００６８】
上述した連結パケット機能の実装有無確認機能により、送信側、受信側、双方の通信端末において、連結パケット機能の実装「有」を確認し終えると、受信側通信端末宛ての複数のパケットが通信端末Ａ１において連結され１つの連結パケットとして送信される。
【００６９】
しかし、送信された電波が複数の伝搬経路を通ることによって起こるマルチパスフェージングの影響やパケットの衝突により、必ずしも受信側の通信端末に正しく到達するとは限らない。このため、通常はパケット受信後に到達確認である「Ａｃｋパケット」を送信側に返送することによりパケット配送の信頼性を向上させている。ただし、本発明における通信端末は複数の端末に宛てたパケットを１つのパケットに連結して送信するため、各受信通信端末のＡｃｋパケット送信の制御方法が必要となる。そこで、本実施形態における通信端末は、各受信通信端末のＡｃｋパケット送信制御機能を有する。
【００７０】
図１２は、既存システムのパケット送信動作例を示す図である。同図が示すように、通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４宛の各パケットは固定の待ち時間、ランダムな待ち時間を経て無線プリアンブル、無線ヘッダ、ＭＡＣヘッダが付加された後に送信される。この場合、通信端末Ａ１は、通信端末Ｄ宛のパケット→通信端末Ｂ宛のパケット→通信端末Ｃ宛のパケットの順に送信する。受信側の通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４は、それぞれ応答確認として、パケット受信後の一定時間の待ち時間の後にＡｃｋを送信する。これに続くパケットの送信にも同様の動作を繰り返す。
【００７１】
図１３は各受信通信端末のＡｃｋパケット送信の制御方法を説明するための図である。
【００７２】
同図で示されるように、通信端末Ａ１より送信された連結パケットを受信した通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４は個別のパケットが連結パケットに挿入されている順番にＡｃｋを返信する。本実施形態の場合、通信端末Ｄ４→通信端末Ｂ２→通信端末Ｃ３の順番にＡｃｋが返信される。ただし、送受信の切り替えに係る時間や、伝搬路長の違いによる送信タイミングのズレを保障するために、各Ａｃｋの間に一定の時間をあける必要がある。
【００７３】
本実施形態では、連結パケットに通信端末Ｄ４宛、Ｂ宛２、Ｃ３宛の順に個別パケットが挿入されている。この連結パケットは、固定長の待ち時間、ランダムな待ち時間の後に、無線プリンブル、無線ヘッダ、マルチキャストアドレス宛のＭＡＣヘッダが付加された後に送信される。
【００７４】
各受信通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４で連結パケットが受信された後、固定待ち時間（Ｔｇａｐ）経過後に、通信端末Ｄ４がＡｃｋを通信端末Ａ１宛てに最初に送信する。ここで、Ａｃｋの送信時間をＴａｃｋとすると、通信端末Ｂ２の順番は２番目となるので、連結パケット受信後のＴａｃｋ＋２Ｔｇａｐ後にＡｃｋを送信する。最後に通信端末Ｃ３が連結パケット受信後の２Ｔａｃｋ＋３Ｔｇａｐ後にＡｃｋを通信端末Ａ１宛てに送信する。
【００７５】
このように本実施形態では、各受信通信端末のＡｃｋパケットの送信を制御することにより、パケット連結送信時の信頼性を向上させることができる。
【００７６】
また、上記実施形態では、連結パケットの送信が非暗号化送信であることを前提にして説明したが、本実施形態における通信端末に暗号化送信を適用することも可能である。
【００７７】
図１４は、連結パケットの暗号化送信を説明するための図である。同図が示すように、通信端末Ｂ２宛、通信端末Ｃ３宛、通信端末Ｄ４宛の個別パケットはそれぞれ異なる暗号鍵で暗号化される。つまり、通信端末Ｂ２宛のパケットは通信端末Ａ１と通信端末Ｂ２の間で固有の暗号鍵を、通信端末Ｃ３宛のパケットは通信端末Ａ１と通信端末Ｃ３の間で固有の暗号鍵を、通信端末Ｄ４宛のパケットは通信端末Ａ１と通信端末Ｄ４の間で固有の暗号鍵をパケットの暗号化に利用する（同図▲１▼〜▲３▼参照）。
【００７８】
また、連結パケットをカプセル化した外側のパケットは同一のマルチキャストアドレスを共有する全ての通信端末で同一の暗号鍵をパケットの暗号化に利用する（同図▲４▼参照）。
【００７９】
このように本実施形態によれば、連結パケットを暗号化して送信することにより、セキュアな連結パケット送信を実現することができる。
上記実施例において、連結パケット送信制御部１３の機能が検出手段、連結パケット送信制御手段に対応し、同部１３のパケット長検出部２１の機能がパケット長検出手段に、連結パケット制御部２２の機能が連結判断手段、無線伝送速度検出手段に対応する。また、パケット連結部２３の機能がパケット連結手段に対応し、マルチキャストアドレス管理部１４の機能がマルチキャストアドレス設定手段に対応する。さらに、連結パケット制御部２２内のメモリがデータベースに対応し、カウンター部２４のパケット数測定機能がパケット数カウント手段に、タイマー部２５のパケット待機時間測定機能がタイマーに対応する。
【００８０】
また、連結パケット受信制御部３１の機能が連結パケット受信制御手段に対応し、連結パケット解体部４２の機能がパケット解体手段に、Ａｃｋパケット送信タイミング制御部４１の機能がＡｃｋパケット送信タイミング制御手段に、受信バッファ３０の機能が受信バッファ手段に対応する。
【００８１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明によれば、パケット長の短い個別パケットを複数連結し、マルチキャストアドレス宛てのパケットでカプセル化して送信する。これにより、従来の問題となっていた冗長な待ち時間や冗長な情報の付加が削減されるため、システム全体の容量を増大させることができるとともに、スループット特性を向上させることができる。また、送信するパケット数が削減されるため、装置の消費電力を削減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による無線パケット通信装置（送信部）の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態による無線パケット通信装置（受信部）の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態の動作原理を説明するための図である。
【図４】通信端末が複数のパケットを連結し送信するまでの一連の動作を説明するための図である。
【図５】連結パケットの送信に係る通信端末での動作手順を示すフローチャートである。
【図６】複数のパケット連結手段を切り替える方法を説明するための図である。
【図７】送信キューの選択手順を示すフローチャートである
【図８】無線伝送速度管理データベースに格納された情報の一例を示す図である。
【図９】連結パケット機能の実装の有無を確認するための方法（その１）例を示す図である。
【図１０】連結パケット機能の実装の有無を確認するための方法（その２）例を示す図である。
【図１１】連結パケット機能の利用を送信側の通信端末に要求する動作例を示す図である。
【図１２】既存システムのパケット送信動作例を示す図である。
【図１３】各受信通信端末のＡｃｋパケット送信の制御方法を説明するための図である。
【図１４】連結パケットの暗号化送信を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 通信端末Ａ
２ 通信端末Ｂ
３ 通信端末Ｃ
４ 通信端末Ｄ
１１ 外部インターフェース
１２ 送信バッファ
１３ 連結パケット送信制御部
１４ マルチキャストアドレス管理部
１５ 連結パケット送信機能受付部
１６ 送信部
１７ 受信部
１８ アンテナ
２１ パケット長検出部
２２ 連結パケット制御部
２３ パケット連結部
２４ カウンター部
２５ タイマー部
３０ 受信バッファ
３１ 連結パケット受信制御部
３２ 連結パケット送信機能リクエスト部
４１ Ａｃｋパケット送信タイミング制御部
４２ 連結パケット解体部
５１１〜５１３ 送信キューａ〜ｃ
６１１〜６１３ パケット連結手段ａ〜ｃ
７０ パケット送信手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線パケット通信装置に関し、詳しくは、無線ＬＡＮやセルラ通信等で用いられる無線パケット通信システムにおいて、複数のパケットを連結させて通信する無線パケット通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線ＬＡＮの方式の代表的な標準規格としてＩＥＥＥ８０２．１１がある。このＩＥＥＥ８０２．１１では、複数の無線端末が同一の周波数資源を共有して利用するために、無線アクセス制御方式としてＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ： 無線ＬＡＮのＭＡＣ層におけるアクセス制御方式）を採用している。
【０００３】
ＣＳＭＡ／ＣＡは、有線のイーサネット（登録商標）と同様、回線が空いていたら送信を許可するというものである。具体的には、利用する周波数帯が他の端末に利用されていないことを確認し、利用されていないようであれば、さらにランダムな待ち時間の後にパケットを送信する。これにより、パケットの衝突を回避し、複数の端末が同一の無線周波数帯を共有することが可能となる。
【０００４】
また、上記のＣＳＭＡ／ＣＡは、パケット通信方式なので、１つのパケットに、受信側が正しいタイミングで読み取れるようにするための同期信号（無線プリアンブル）や、パケットの復調や誤り検出に必要な情報等が含まれる無線ヘッダ、データリンク層のヘッダであるＭＡＣヘッダが各パケットに１つずつ付加される。
【０００５】
パケット送信時に必要となるこれらの冗長な待ち時間や情報は、全てのパケットに対して平等に付加されるため、ペイロードの長さが短い場合は冗長な待ち時間や情報が支配的となりスループットが極端に劣化する。また無線伝送速度が高速化してペイロードの送信時間が短くなると、やはり同様に冗長な待ち時間や情報が支配的となりスループット特性の上限値が低く押さえられてしまう。
【０００６】
そこで、このような問題を解決する方法として、複数のパケットを１つのパケットに連結して送信する方法が多数提案されている。
【０００７】
例えば、非特許文献１に示す方法では、特定の１端末に対して、連続して送信する一定個数のパケット間に必要となるＣＳＭＡ／ＣＡに係るランダム待ち時間を削除する方法が提案されている。
【０００８】
非特許文献２に示す方法では、特定の１端末に対して、連続して送信する一定個数のパケットをＭＡＣ層にＣｏｎｔａｉｎｅｒとうい新たなフレームを定義してパケット連結を実現する方法が提案されている。
【０００９】
非特許文献３は、特定の１端末に対して、連続して送信する一定個数のパケットをＭＡＣ層において連結して送信する方法が提案されている。
【００１０】
【非特許文献１】
Ｊｅａｎ Ｔｏｕｒｒｉｈｅｓ， “Ｐａｃｋｅｔ Ｆｒａｍｅ Ｇｒｏｕｐｉｎｇ ：Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ＩＰ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｖｅｒ ＣＳＭＡ／ＣＡ”， Ｈｐｌａｂｓ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔｓ， ＨＰＬ−９７−１３２， Ｏｃｔ， １９９７
【００１１】
【非特許文献２】
“ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１ｅ／Ｄ１ （Ｄｒａｆｔ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ｔｏ ＩＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１， １９９９ Ｅｄｉｔｉｏｎ）”， Ｍａｒ ２００１
【００１２】
【非特許文献３】
Ｍ．Ｇｒｕｔｅｓｅｒ， Ａ．Ｊａｉｎ， Ｊ．Ｄｅｎｇ， Ｆ．Ｚｈａｏ， Ｄ．Ｇｒｕｎｗａｌｄ， “Ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｉｎ ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ”， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｏｌｏｒａｄｏ ａｔ Ｂｏｕｌｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ， ＣＵ−ＣＳ１５２４−０１， Ｄｅｃ ２００１
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では、音声データをパケットで送信するＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ Ｏｖｅｒ ＩＰ）等の特定の１端末に対して短いデータが散発的に発生するような場合、複数のパケットを連結するために、長時間待機する必要がある。つまり、これによって発生する遅延時間によりリアルタイム性が要求されるＶｏＩＰサービスの品質を劣化させる問題が生じる。
【００１４】
例えば、音声圧縮方式としてＧ７２９のコーデックを用いた場合、６０バイトのＩＰパケットが２０ｍｓ毎に発生する。これを、イーサネット（登録商標）のペイロード長の最大値である１５００バイトまで積み上げようとすると、５００ｍｓ（２０ｍｓ×２５）の遅延が発生することになる。
【００１５】
上述した非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３は全て１端末宛てのパケットを連結する方法を採用しているため、同様の問題が発生する。
【００１６】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、複数パケット送信際の冗長な待ち時間、および冗長な情報の付加を削減してシステム全体の容量を増大させることのできる無線パケット通信装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されるように、複数の無線パケット通信装置が無線チャネルを共有してパケット通信を行う無線パケット通信システムにおける無線パケット通信装置であって、送信バッファ内のパケットから連結対象となるパケットを検出する検出手段と、検出されたパケットを連結し、マルチキャスト送信する連結パケット送信制御手段と、を備えることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の請求項２によれば、前記無線パケット通信装置において、前記検出手段は、送信バッファ内のパケットのパケット長を検出するパケット長検出手段と、前記検出されたパケット長と予め設定されているパケット長とを比較し、比較結果に基づいて、連結対象となるパケットを判断する連結判断手段と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の請求項３によれば、前記無線パケット通信装置において、前記送信バッファ内のパケットの送信先アドレスから該パケットの無線伝送速度を検出する無線伝送速度検出手段を備え、前記連結判断手段は、前記比較結果と、検出されたパケットの無線伝送速度に基づいて、連結対象となるパケットを判断することを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の請求項４によれば、前記無線パケット通信装置において、前記連結パケット送信制御手段は、前記連結判断手段により連結対象と判断されたパケットを連結し、マルチキャストアドレス宛のパケットでカプセル化するパケット連結手段を備えることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の請求項５によれば、前記無線パケット通信装置において、前記連結パケット送信制御手段は、連結したパケットの送信先アドレスとして、マルチキャストアドレス設定するマルチキャストアドレス設定手段を備えることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の請求項６によれば、前記無線パケット通信装置において、前記連結パケット送信制御手段は、パケットの送信先アドレスと無線伝送速度とを対応付けて管理するデータベースを備えることを特徴としている。
【００２３】
また、本発明の請求項７によれば、前記無線パケット通信装置において、前記連結パケット送信制御手段は、送信バッファ内のパケットの総量を測定するパケット数カウント手段を備え、測定されたパケット数の総量が所定量を超えた場合に、連結したパケットをマルチキャストアドレス宛のパケットでカプセル化して送信することを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の請求項８によれば、前記無線パケット通信装置において、前記連結パケット送信制御手段は、送信バッファ内のパケットの待機時間を測定するタイマーを備え、測定された待機時間が所定時間経過した場合に、連結したパケットをマルチキャストアドレス宛のパケットでカプセル化して送信することを特徴としている。
【００２５】
また、本発明の請求項９によれば、前記無線パケット通信装置において、送信側の無線パケット通信装置より送信された連結パケットの受信を制御する連結パケット受信制御手段を備え、前記連結パケット受信制御手段は、連結パケットを受信し、受信した連結パケットから自局宛のパケットを取り出すパケット解体手段と、自局宛のパケットを受信バッファに蓄積する受信バッファ手段と、を備えることを特徴としている。
【００２６】
また、本発明の請求項１０によれば、前記無線パケット通信装置において、 前記連結パケット受信制御手段は、前記パケット解体手段により取り出された自局宛のパケットの位置より、Ａｃｋパケットの送信タイミングを検出し、その検出したタイミングで送信側の無線パケット通信装置にＡｃｋを送信するＡｃｋパケット送信タイミング制御手段を備えることを特徴としている。
【００２７】
上記本発明によれば、パケット長の短い個別パケットを複数連結し、マルチキャストアドレス宛てのパケットでカプセル化して送信する。これにより、従来の問題となっていた冗長な待ち時間や冗長な情報の付加が削減されるため、システム全体の容量を増大させることができるとともに、スループット特性を向上させることができる。また、送信するパケット数が削減されるため、装置の消費電力を削減することが可能である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１及び図２は、本発明の実施の形態による無線パケット通信装置の構成を示すブロック図であり、図１は送信部の構成を示し、図２は受信部の構成を示している。まず、送信部の構成を説明し、次いで、受信部の構成を説明する。
【００３０】
（送信部の説明）
図１において、１１は送信するべきパケットが入力される外部インターフェース、１２は送信を待機しているパケットを保存する送信バッファ（例：メモリ）、１３は連結の対象となるパケットを検出し、マルチキャストアドレス宛のパケットでカプセル化して送信する連結パケット送信制御部、１４は各端末に割り当てるパケット連結に利用するマルチキャストアドレスを管理するマルチキャストアドレス管理部、１５は受信側の無線パケット通信装置からパケット連結機能要請を受け付ける連結パケット送信機能受付部、１６はパケットを無線周波数信号に変換して送信する送信部、１７は通信相手である他の無線パケット通信装置から送信されたパケットを受信する受信部、１８は送信部１６と受信部１７に接続されるアンテナである。
【００３１】
上記連結パケット送信制御部１３は、パケット長検出部２１、連結パケット制御部２２、パケット連結部２３、カウンター部２４、タイマー部２５で構成される。パケット長検出部２１は送信するパケットのパケット長を検出し、カウンター部２４はパケット連結対象になっているパケットのバイト数・パケット数をカウントし、タイマー部２５はパケット連結の処理のために必要なパケット待機をカウントし、連結パケット制御部２２はパケット長検出部２１、カウンター部２４、タイマー部２５、マルチキャストアドレス管理部１４との連携処理を司り、パケット連結部２３は連結の対象となるパケットを連結し、マルチキャストアドレス宛のパケットでカプセル化して送信部に出力する。
【００３２】
また、上記マルチキャストアドレス管理部１４は、連結パケット送信制御部１３からの問い合わせがあった場合に、パケット送信先のアドレスに対するマルチキャストアドレスを回答する機能と、連結パケット送信機能受付部１５からの要求があった場合に、無線パケット通信装置に対して付与するマルチキャストアドレスを回答する機能を有する。
【００３３】
（受信部）
図２において、外部インターフェース１１、送信部１６、受信部１７、アンテナ１８は上記送信部で示した外部インターフェース１０、送信部１６、受信部１７と同様の機能を有するので、その説明は省略し、ここでは、上記送信部との差異について説明する。
【００３４】
同図において、３０は受信した連結パケット（ＩＰパケットまたはカプセル化パケット）を一時的に蓄積する受信バッファ、３１は連結したパケットを受信、および解体し、適切なタイミングでＡｃｋを送信する連結パケット受信制御部、３２は送信側の無線パケット通信装置に対し連結パケット送信機能の利用の要請を行い、マルチキャストアドレスを取得する連結パケット送信機能リクエスト部である。
【００３５】
また、上記連結パケット受信制御部３１は、Ａｃｋパケット送信タイミング制御部４１と、連結パケット解体部４２から構成されている。連結パケット解体部４２は連結したパケットから、自局宛のパケットを取り出す機能を有し、 Ａｃｋパケット送信タイミング制御部４１は、連結パケットの中での自局宛のパケットの位置より、Ａｃｋパケットの送信タイミングを検出し、送信部１６よりＡｃｋを送信させる機能を有する。
【００３６】
次に、本実施形態の動作原理を、図３を参照して説明する。以下では、本発明に係る無線通信パケット装置を通信端末と略記し、送信側の通信端末を通信端末Ａ１、同報通知を受ける受信側の通信端末を通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４と略記して説明する。
【００３７】
同図において、送信側の通信端末Ａ１の送信バッファ１２には、通信端末Ｂ２宛の個別パケット、通信端末Ｃ３宛の個別パケット、通信端末Ｄ４宛の個別パケット、つまり宛先の異なる個別パケットが蓄積されているものとする。上記個別パケットは個別の宛先アドレスを示したＭＡＣヘッダとデータ部分のペイロードで構成される。
【００３８】
通信端末Ａ１は、送信バッファ内に蓄積されているパケットが連結対象のパケットであるか否かを判定した後、連結対象となる個別パケット（ここでは、通信端末Ｂ２〜Ｃ４宛の個別パケットとする）の連結を行う。このとき、ＭＡＣヘッダに個別パケットのパケット長に関する情報が含まれていない場合には、個別パケットの先頭にパケット長を示す情報を挿入する。なお、連結対象のパケットの判定方法については後述する。
【００３９】
通信端末Ａ１は、通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４宛の個別パケットを連結した後、連結されたパケットに無線プリアンブル、無線ヘッダ、マルチキャストアドレスを示したＭＡＣヘッダを付加してカプセル化し、宛先ＩＰアドレスとして指定されるマルチキャストアドレス宛にマルチキャスト送信（同報通知）する。ここでは、通信端末Ｂ２〜Ｄ４が同一のマルチキャストグループに参加しているものとしている。
【００４０】
同図で示されるように、本実施形態では、全ての通信端末が対等な機能を有する無線アドホックネットワークでの動作方法を例示しているが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、基地局と移動局で構成されるような移動通信システムにおいても適用することが可能である。
【００４１】
次に、図４を用いて、通信端末が、複数のパケットを連結して送信するまでの一連の動作について説明する。同図は、通信端末Ａ１が通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４宛てのパケットを連結する過程の状態遷移を示している。
【００４２】
（状態１）
最初の状態では、通信端末Ａ１の送信バッファ１２に送信を待機している通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４宛てのパケットが１個ずつ存在している。各パケットの先頭には、それぞれの送信先である通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４の宛先アドレスの情報を含むＭＡＣヘッダが付加されている。
【００４３】
（状態２）
状態２では、通信端末Ａ１は、送信バッファ内のこれら３つのパケットを連結し、パケット長を示す情報（長さフィールド）を各パケットの先頭に付加する。
【００４４】
（状態３）
状態３では、通信端末Ａ１は、上記のようにして作成した連結パケットの先頭に、マルチキャストアドレスの宛先情報を含むＭＡＣヘッダを付加する。最後に、この連結パケットに無線ヘッダと無線プリアンブルを先頭に付加し、マルチキャストアドレス宛てにパケットを送信する。
【００４５】
続いて、連結パケットの送信に係る通信端末Ａ１での動作を、図５のフローチャートを参照しながら詳述する。
【００４６】
図５において、まず、連結パケットの送信処理が開始されると、連結パケット送信制御部の連結パケット制御部２２は、送信バッファから取り出した連結対象のパケット数をカウントするカウンターＣ（カウンター部２４の機能に対応）を０に（Ｃ＝０）、取り出しパケットの総パケット長Ｍを０に（Ｍ＝０）初期化する。また、連結パケット総数Ｎの最低値であるＮ１、パケット待機時間Ｔの最大値であるＴ１、連結対象とするパケット長Ｌの最大値であるＬ１、取り出したパケットの総パケット長Ｍの最大値Ｍ１を設定する（ステップＳ１）。
ステップＳ２では、連結パケット制御部２２は、連結対象のパケット数をカウントするカウンターＣの値が０であるかどうかを判定し、カウンターＣの値が０であれば（ステップＳ２でＹＥＳ）は、ステップ３に移行し、送信バッファ１２内で送信を待機しているパケットの有無を判定する。この判定で、送信待機パケット有りと判定（ステップＳ３でＹＥＳ）されたときは、ステップＳ４に移行し、タイマー（タイマー部２５の機能に対応）の初期化および連結パケット送信のための動作が開始される。
【００４７】
一方、ステップＳ２の判定で、以前に送信バッファから連結対象のパケットを既に取り出しておりカウンターＣの値が０でないと判定された場合（ステップＳ２でＮＯ）は、連結パケット制御部２２は、ステップＳ５に移行し、送信バッファ１２内に蓄積されているパケットの経過時間を判断する。具体的には、タイマー値Ｔが設定値Ｔ１を超過していないかどうかを判定する。この判定で、タイマー値Ｔが設定値Ｔ１を超過していると判定（ステップＳ５でＮＯ）されたときは、さらに、送信バッファから取り出されたパケットの総数Ｎが設定値Ｎ１を超過していないかが確認される（ステップＳ７）。
【００４８】
連結パケット制御部２２は、ステップＳ７の判定で、パケットの総数Ｎが設定値Ｎ１を超過していないと判定（ステップＳ７でＮＯ）したときは、パケット連結部２３での処理をスルーさせ、送信バッファ１２内に蓄積されているパケットを連結せずに、各パケットを単独に送信（ステップＳ１６）する。
【００４９】
一方、ステップＳ７の判定で、パケットの総数Ｎが設定値Ｎ１を超過していると判定された場合（ステップＳ７でＹＥＳ）、パケット連結部２３は、送信バッファ１２内に蓄積されているパケットを取り出して全て連結（ステップＳ１３）し、マルチキャストアドレス宛てのパケットにカプセル化（ステップＳ１４）して送信（ステップＳ１５）する。
【００５０】
ステップＳ５に戻り、連結パケット制御部２２は、同ステップでタイマー値Ｔが設定値Ｔ１を超過していないと判定（ステップＳ５でＹＥＳ）したときは、送信バッファ１２内に送信を待機しているパケットがあるかどうかを判定（ステップＳ６）する。この判定で、送信バッファ１２内に送信待機パケットが無い判定（ステップＳ６でＮＯ）されたときは、これら一連の動作を繰り返し、送信待機パケットが有ると判定（ステップＳ６でＹＥＳ）されたときは、ステップＳ８に移行する。
【００５１】
連結パケット制御部２２は、送信バッファ１２内に蓄積されている送信待ちパケットを取り出し（ステップＳ８）、その取り出されたパケットのパケット長Ｌが予め設定されている設定値Ｌ１より短いかどうかを判定（ステップＳ９）する。前述したようにパケットの先頭には、パケット長を示す情報が挿入されており、連結パケット制御部２２は、そのパケット長を示す情報を読み出して設定値Ｌ１との比較判定を行う。
【００５２】
連結パケット制御部２２は、ステップＳ９の判定で、上記パケット長Ｌが設定値Ｌ１を超過していたと判定（ステップＳ９でＮＯ）したときは、送信バッファ１２から取り出したパケットを連結せずに単独パケットとして送信（ステップＳ１６）する。
【００５３】
一方、ステップＳ９の判定で、上記パケット長Ｌが設定値Ｌ１を超過していないと判定（ステップＳ９でＹＥＳ）したときは、連結パケット制御部２２は、ステップＳ１０に移行し、送信バッファから取り出されたパケット数のカウンターＣに１を加算し、かつ取り出されたパケットの総パケット長Ｍにパケット長Ｌを加算する。
【００５４】
ステップＳ１１では、これまで取り出されたパケットの総合の長さＭが設定値Ｍ１を超過しているかどうかが判定される。この判定で、超過していると判定された場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）は、パケット連結部２３は取り出された全パケットを連結（ステップＳ１２）し、マルチキャストアドレス宛てのパケットでカプセル化（ステップＳ１３）し、送信（ステップＳ１４）する。
【００５５】
一方、ステップＳ１１の判定で、取り出されたパケットの総合の長さＭが設定値Ｍ１を超過していないと判定（ステップＳ１１でＮＯ）された場合は、ステップＳ２に戻り、ループ処理が行われる。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態における通信端末によれば、異なる宛先の短いパケットを検出して連結し、マルチキャスト宛のパケットでカプセル化して送信することにより、個別パケットの先頭に付加するヘッダやパケット送信までの待ち時間を削減することができる。このため、リアルタイム性を要求するアプリケーションにおいても、スループットの改善およびシステム容量を拡大させる効果を得ることができる。また、送信するパケット数が減少するため、通信端末の消費電力を削減することが可能となる。
【００５７】
また、上記実施形態において、ステップＳ１〜ステップＳ１１までの処理がパケット連結手段に対応し、ステップＳ１２〜ステップＳ１５までの処理がパケット送信手段に対応する。
【００５８】
本実施形態における通信端末では、パケットの無線伝送速度が異なる場合に、パケットを個別に送信することはしない。そこで、本実施形態における通信端末は、送信バッファ内に無線伝送速度毎に、独立したキューを設け、異なる無線伝送速度のパケット毎に並列してパケットの連結を行う機能を有する。
【００５９】
以下、このような機能を有する通信端末の動作を、図６〜８を参照して説明する。図６は、通信端末での複数のパケット連結手段を切り替える方法を説明するための図である。
【００６０】
本実施形態における通信端末は、送信バッファ１２内に、無線伝送速度毎に異なるキュー（送信キュー）が具備される。例えば、送信キューａ５１１は無線伝送速度ａ用、送信キューｂ５１２は無線伝送速度ｂ用、送信キューｃ５１３は無線伝送速度ｃ用、・・・のように設けられる。次に、このような送信キューの選択方法について説明する。図７は、送信キューの選択手順を示すフローチャートである。
【００６１】
同図において、送信バッファにパケットが入力（ステップＳ２１）されると、パケットの宛先アドレスより、パケット送信に利用する無線伝送速度が検出（ステップＳ２２）される。例えば、図８に示すようなデータベースに格納された送信先アドレスに対応する無線伝送速度の情報を読み出す（例：送信先アドレスがｘｘｘの場合は、１Ｍｂｐｓの無線伝送速度情報が読み出される）ことで各パケットの無線伝送速度を検出する。ステップＳ２３では、上記検出された無線伝送速度に基づき、送信キュー（本例では、図６に示す送信キュー５１１、５１２、５１３に対応）を選択してパケットを格納する。
【００６２】
図６に戻り、各送信キュー５１１、５１２、５１３から出力されるパケットは、無線伝送速度毎に設けられるパケット連結手段ａ６１１，ｂ６１２，ｃ６１３に入力され、無線伝送速度毎にパケット連結処理が行われる。各パケット連結手段ａ６１１，ｂ６１２，ｃ６１３による各パケットの連結の処理が完了した後は、共通のパケット送信手段７０を用いて送信される。
【００６３】
このように本実施形態における通信端末によれば、利用する無線伝送速度の数に応じて、並列するパケット連結手段を切り替えるようにしたので、無線伝送速度の異なるアプリケーションにおいてもスループットの改善効果およびシステム容量の拡大効果を得ることができる。
【００６４】
なお、パケット連結を要求する１通信端末に対して、複数のマルチキャストアドレスを付与することも可能である。また、通信端末は、複数のマルチキャストアドレス宛のパケットを受信することも可能である。すなわち、送信するパケットの無線伝送速度が変更した場合でも、カプセル化に利用するマルチキャストアドレスを変更（例えば、図６に示すパケット連結手段の変更、もしくは送信キューの変更）することにより、無線伝送速度の異なるパケットの連結動作を実行することができる。
【００６５】
これまで説明したように、本実施形態における通信端末は、異なる宛先の短いパケットを連結する機能を有する。このパケット連結機能を送信側通信端末、受信側通信端末の双方が利用するためには、連結パケットを受信する受信側の通信端末が送信側の通信端末がパケット連結の機能を備えているかどうかを知っている必要がある。
【００６６】
そこで、本実施形態における通信端末は、パケット連結機能有無確認の機能を有する。この機能の実現方法としては、例えば、図９に示されるように、通信端末Ａ１が定期的に受信側の通信端末Ｂ（ここでは、説明を平易にするため、通信端末Ｂ２のみ例示し、他の通信端末Ｃ３，Ｄ４は省略する）に報知しているビーコンパケットに連結パケット機能の実装の有無を示す情報を付加する方法や、図１０に示されるように、通信端末Ｂ２が通信端末Ａ１に対して連結パケット機能の実装の有無を問い合わせる方法がある。
【００６７】
上記方法のいずれにより、連結パケット機能の実装有無が確認されると、受信側の通信端末は、この連結パケット機能の利用を送信側の通信端末に要求する必要がある。この動作の実現例としては、例えば、図１１に示されるように、受信側の通信端末Ｂ２が送信側の通信端末Ａ１に要求パケットを送信する。この要求パケットを受信した通信端末Ａ１は、連結パケット機能の利用の許可と連結パケットを送信する場合に利用するマルチキャストアドレスの情報を、通知パケットを用いて通信端末Ｂ２に送信する。
【００６８】
上述した連結パケット機能の実装有無確認機能により、送信側、受信側、双方の通信端末において、連結パケット機能の実装「有」を確認し終えると、受信側通信端末宛ての複数のパケットが通信端末Ａ１において連結され１つの連結パケットとして送信される。
【００６９】
しかし、送信された電波が複数の伝搬経路を通ることによって起こるマルチパスフェージングの影響やパケットの衝突により、必ずしも受信側の通信端末に正しく到達するとは限らない。このため、通常はパケット受信後に到達確認である「Ａｃｋパケット」を送信側に返送することによりパケット配送の信頼性を向上させている。ただし、本発明における通信端末は複数の端末に宛てたパケットを１つのパケットに連結して送信するため、各受信通信端末のＡｃｋパケット送信の制御方法が必要となる。そこで、本実施形態における通信端末は、各受信通信端末のＡｃｋパケット送信制御機能を有する。
【００７０】
図１２は、既存システムのパケット送信動作例を示す図である。同図が示すように、通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４宛の各パケットは固定の待ち時間、ランダムな待ち時間を経て無線プリアンブル、無線ヘッダ、ＭＡＣヘッダが付加された後に送信される。この場合、通信端末Ａ１は、通信端末Ｄ宛のパケット→通信端末Ｂ宛のパケット→通信端末Ｃ宛のパケットの順に送信する。受信側の通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４は、それぞれ応答確認として、パケット受信後の一定時間の待ち時間の後にＡｃｋを送信する。これに続くパケットの送信にも同様の動作を繰り返す。
【００７１】
図１３は各受信通信端末のＡｃｋパケット送信の制御方法を説明するための図である。
【００７２】
同図で示されるように、通信端末Ａ１より送信された連結パケットを受信した通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４は個別のパケットが連結パケットに挿入されている順番にＡｃｋを返信する。本実施形態の場合、通信端末Ｄ４→通信端末Ｂ２→通信端末Ｃ３の順番にＡｃｋが返信される。ただし、送受信の切り替えに係る時間や、伝搬路長の違いによる送信タイミングのズレを保障するために、各Ａｃｋの間に一定の時間をあける必要がある。
【００７３】
本実施形態では、連結パケットに通信端末Ｄ４宛、Ｂ宛２、Ｃ３宛の順に個別パケットが挿入されている。この連結パケットは、固定長の待ち時間、ランダムな待ち時間の後に、無線プリンブル、無線ヘッダ、マルチキャストアドレス宛のＭＡＣヘッダが付加された後に送信される。
【００７４】
各受信通信端末Ｂ２，Ｃ３，Ｄ４で連結パケットが受信された後、固定待ち時間（Ｔｇａｐ）経過後に、通信端末Ｄ４がＡｃｋを通信端末Ａ１宛てに最初に送信する。ここで、Ａｃｋの送信時間をＴａｃｋとすると、通信端末Ｂ２の順番は２番目となるので、連結パケット受信後のＴａｃｋ＋２Ｔｇａｐ後にＡｃｋを送信する。最後に通信端末Ｃ３が連結パケット受信後の２Ｔａｃｋ＋３Ｔｇａｐ後にＡｃｋを通信端末Ａ１宛てに送信する。
【００７５】
このように本実施形態では、各受信通信端末のＡｃｋパケットの送信を制御することにより、パケット連結送信時の信頼性を向上させることができる。
【００７６】
また、上記実施形態では、連結パケットの送信が非暗号化送信であることを前提にして説明したが、本実施形態における通信端末に暗号化送信を適用することも可能である。
【００７７】
図１４は、連結パケットの暗号化送信を説明するための図である。同図が示すように、通信端末Ｂ２宛、通信端末Ｃ３宛、通信端末Ｄ４宛の個別パケットはそれぞれ異なる暗号鍵で暗号化される。つまり、通信端末Ｂ２宛のパケットは通信端末Ａ１と通信端末Ｂ２の間で固有の暗号鍵を、通信端末Ｃ３宛のパケットは通信端末Ａ１と通信端末Ｃ３の間で固有の暗号鍵を、通信端末Ｄ４宛のパケットは通信端末Ａ１と通信端末Ｄ４の間で固有の暗号鍵をパケットの暗号化に利用する（同図▲１▼〜▲３▼参照）。
【００７８】
また、連結パケットをカプセル化した外側のパケットは同一のマルチキャストアドレスを共有する全ての通信端末で同一の暗号鍵をパケットの暗号化に利用する（同図▲４▼参照）。
【００７９】
このように本実施形態によれば、連結パケットを暗号化して送信することにより、セキュアな連結パケット送信を実現することができる。
上記実施例において、連結パケット送信制御部１３の機能が検出手段、連結パケット送信制御手段に対応し、同部１３のパケット長検出部２１の機能がパケット長検出手段に、連結パケット制御部２２の機能が連結判断手段、無線伝送速度検出手段に対応する。また、パケット連結部２３の機能がパケット連結手段に対応し、マルチキャストアドレス管理部１４の機能がマルチキャストアドレス設定手段に対応する。さらに、連結パケット制御部２２内のメモリがデータベースに対応し、カウンター部２４のパケット数測定機能がパケット数カウント手段に、タイマー部２５のパケット待機時間測定機能がタイマーに対応する。
【００８０】
また、連結パケット受信制御部３１の機能が連結パケット受信制御手段に対応し、連結パケット解体部４２の機能がパケット解体手段に、Ａｃｋパケット送信タイミング制御部４１の機能がＡｃｋパケット送信タイミング制御手段に、受信バッファ３０の機能が受信バッファ手段に対応する。
【００８１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明によれば、パケット長の短い個別パケットを複数連結し、マルチキャストアドレス宛てのパケットでカプセル化して送信する。これにより、従来の問題となっていた冗長な待ち時間や冗長な情報の付加が削減されるため、システム全体の容量を増大させることができるとともに、スループット特性を向上させることができる。また、送信するパケット数が削減されるため、装置の消費電力を削減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による無線パケット通信装置（送信部）の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態による無線パケット通信装置（受信部）の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態の動作原理を説明するための図である。
【図４】通信端末が複数のパケットを連結し送信するまでの一連の動作を説明するための図である。
【図５】連結パケットの送信に係る通信端末での動作手順を示すフローチャートである。
【図６】複数のパケット連結手段を切り替える方法を説明するための図である。
【図７】送信キューの選択手順を示すフローチャートである
【図８】無線伝送速度管理データベースに格納された情報の一例を示す図である。
【図９】連結パケット機能の実装の有無を確認するための方法（その１）例を示す図である。
【図１０】連結パケット機能の実装の有無を確認するための方法（その２）例を示す図である。
【図１１】連結パケット機能の利用を送信側の通信端末に要求する動作例を示す図である。
【図１２】既存システムのパケット送信動作例を示す図である。
【図１３】各受信通信端末のＡｃｋパケット送信の制御方法を説明するための図である。
【図１４】連結パケットの暗号化送信を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 通信端末Ａ
２ 通信端末Ｂ
３ 通信端末Ｃ
４ 通信端末Ｄ
１１ 外部インターフェース
１２ 送信バッファ
１３ 連結パケット送信制御部
１４ マルチキャストアドレス管理部
１５ 連結パケット送信機能受付部
１６ 送信部
１７ 受信部
１８ アンテナ
２１ パケット長検出部
２２ 連結パケット制御部
２３ パケット連結部
２４ カウンター部
２５ タイマー部
３０ 受信バッファ
３１ 連結パケット受信制御部
３２ 連結パケット送信機能リクエスト部
４１ Ａｃｋパケット送信タイミング制御部
４２ 連結パケット解体部
５１１〜５１３ 送信キューａ〜ｃ
６１１〜６１３ パケット連結手段ａ〜ｃ
７０ パケット送信手段
Claims (10)
- 複数の無線パケット通信装置が無線チャネルを共有してパケット通信を行う無線パケット通信システムにおける無線パケット通信装置であって、
送信バッファ内のパケットから連結対象となるパケットを検出する検出手段と、
検出されたパケットを連結し、マルチキャスト送信する連結パケット送信制御手段と、を備えることを特徴とする無線パケット通信装置。 - 請求項１記載の無線パケット通信装置において、
前記検出手段は、送信バッファ内のパケットのパケット長を検出するパケット長検出手段と、
前記検出されたパケット長と予め設定されているパケット長とを比較し、比較結果に基づいて、連結対象となるパケットを判断する連結判断手段と、を備えることを特徴とする無線パケット通信装置。 - 請求項２記載の無線パケット通信装置において、
前記送信バッファ内のパケットの送信先アドレスから該パケットの無線伝送速度を検出する無線伝送速度検出手段を備え、
前記連結判断手段は、前記比較結果と、検出されたパケットの無線伝送速度に基づいて、連結対象となるパケットを判断することを特徴とする無線パケット通信装置。 - 請求項１乃至３いずれか記載の無線パケット通信装置において、
前記連結パケット送信制御手段は、前記連結判断手段により連結対象と判断されたパケットを連結し、マルチキャストアドレス宛のパケットでカプセル化するパケット連結手段を備えることを特徴とする無線パケット通信装置。 - 請求項４記載の無線パケット通信装置において、
前記連結パケット送信制御手段は、連結したパケットの送信先アドレスとして、マルチキャストアドレス設定するマルチキャストアドレス設定手段を備えることを特徴とする無線パケット通信装置。 - 請求項５記載の無線パケット通信装置において、
前記連結パケット送信制御手段は、パケットの送信先アドレスと無線伝送速度とを対応付けて管理するデータベースを備えることを特徴とする無線パケット通信装置。 - 請求項６記載の無線パケット通信装置において、
前記連結パケット送信制御手段は、送信バッファ内のパケットの総量を測定するパケット数カウント手段を備え、
測定されたパケット数の総量が所定量を超えた場合に、連結したパケットをマルチキャストアドレス宛のパケットでカプセル化して送信することを特徴とする無線パケット通信装置。 - 請求項７記載の無線パケット通信装置において、
前記連結パケット送信制御手段は、送信バッファ内のパケットの待機時間を測定するタイマーを備え、
測定された待機時間が所定時間経過した場合に、連結したパケットをマルチキャストアドレス宛のパケットでカプセル化して送信することを特徴とする無線パケット通信装置。 - 請求項１乃至８いずれか記載の無線パケット通信装置において、
送信側の無線パケット通信装置より送信された連結パケットの受信を制御する連結パケット受信制御手段を備え、
前記連結パケット受信制御手段は、連結パケットを受信し、受信した連結パケットから自局宛のパケットを取り出すパケット解体手段と、
自局宛のパケットを受信バッファに蓄積する受信バッファ手段と、を備えることを特徴とする無線パケット通信装置。 - 請求項９記載の無線パケット通信装置において、
前記連結パケット受信制御手段は、前記パケット解体手段により取り出された自局宛のパケットの位置より、Ａｃｋパケットの送信タイミングを検出し、その検出したタイミングで送信側の無線パケット通信装置にＡｃｋを送信するＡｃｋパケット送信タイミング制御手段を備えることを特徴とする無線パケット通信装置。
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