JPH09205431A

JPH09205431A - 無線データ通信方式

Info

Publication number: JPH09205431A
Application number: JP3306996A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Okuyama; 俊幸奥山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-01-26
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 1997-08-05
Anticipated expiration: 2016-01-26
Also published as: JP2705686B2

Abstract

(57)【要約】【課題】無線データ通信装置のバッファに蓄積されるパ
ケット量に応じて送信優先度を高めることによって、バ
ッファ溢れ、伝送速度の低下を回避する。【解決手段】受信手段102はCSMA/CAアクセス制御を行う
無線媒体100に接続し、受信したパケットを一時保留す
るバッファ110に書き込み、バッファ管理手段111はバッ
ファ110に蓄積されるパケット量を監視しバッファ110の
許容量に応じて送信優先度を高め、優先送信動作は無線
媒体取得時の無線媒体空き検出時間を短縮して実現さ
れ、送信時には無線媒体100の空き状態とバッファ管理
手段111の発する優先送信指示により、無線媒体アクセ
ス制御を行うCSMA/CA制御手段112が媒体取得を行い、バ
ッファ110からパケットを取り出し、フレーム生成手段1
20によりパケットをフレーム化し送信手段121から無線
媒体100に送出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線を伝送媒体に
用いた無線データ通信装置に関し、特に無線ＬＡＮ（ロ
ーカルエリアネットワーク）環境に用いて好適な無線デ
ータ通信方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】複数のデータ通信装置が１つの無線媒体
を共有して、パケット化されたデータのフレーム通信を
行う方法として、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃarrier Ｓense Ｍ
ultiple Ａccess with Ｃollision Ａvoidance）方式
が、例えば無線ＬＡＮの標準仕様であるＩＥＥＥ 802.1
1にて規定されている。

【０００３】この方式においては、送信を希望するデー
タ通信装置は無線媒体上のキャリア検出を行う。ここ
で、同一の無線媒体で通信を行うデータ通信装置の間
で、予め定められるフレーム間スペースＩＦＳ（Ｉnter
Ｆrame Ｓpace）の期間キャリアが検出されなければ、
データ通信装置は送信を開始できる。一方、キャリアが
検出された場合には、キャリアの途切れるのを待って、
その後ＩＦＳの間キャリアが検出されなければ、データ
通信装置は送信を開始できる。

【０００４】しかし、複数のデータ通信装置がほぼ同時
に送信手続を開始した場合、装置内の処理遅延、及び無
線媒体上の遅延などで互いのキャリアを検出できずに、
フレームの衝突が起こる可能性がある。そして、衝突が
生じた場合、無線媒体上では衝突を検出することはでき
ないため、それぞれのデータ通信装置が発信するフレー
ムが途切れるまでの間、無駄に無線媒体を占有してしま
う。

【０００５】これを防ぐため、乱数を用いてＩＦＳ待ち
の後に更にランダムな時間の待ちを行い、フレームの衝
突を避けるようにする。

【０００６】また、ＩＥＥＥ 802.11では、無線データ
通信ネットワークの構成の一つとして、集中制御機能
（Ｐoint Ｃoordination Ｆunction）について定めてい
る。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式で媒体アクセス制御を行う、１
つの中継機能を持つデータ通信装置（「親機」という）
と、複数の中継機能を持たないデータ通信装置（「子
機」という）と、により構成されるネットワークにおい
て、子機の通信は、常に親機の中継によって行われる。

【０００７】親機の持つ中継機能は、子機により送信さ
れたフレームを受信し、一旦、親機が内部に持つバッフ
ァに蓄積し、子機がパケットの伝送を希望する別のデー
タ通信装置へ転送するものである。

【０００８】例えば、図２の左半分に示すように、ＣＳ
ＭＡ／ＣＡ方式で無線媒体アクセス制御を行う、１つの
中継機能を持つ親機２１０と、複数の中継機能を持たな
い子機２０１、２０２、２０３により構成されるネット
ワーク２３０においては、これらの子機の通信は常に親
機２１０の中継によって行われる。

【０００９】無線媒体が空いた状態から、例えば子機２
０１によって通信が開始され、親機２１０が持つバッフ
ァ（不図示）に蓄積される。この最中に、別の子機２０
２が送信要求を発した場合、子機２０１の送信が終了し
た次の送信機会には、親機２１０と子機２０２とが同時
に無線媒体使用権の取り合いを行うことになる。

【００１０】送信に先立つ無線媒体取得の優先度は、親
機２１０、子機２０２とも同じであるため、親機２１０
が先に送信できる確率は２分の１となる。さらに、子機
２０２と同様な送信待ち子機が複数ある場合には、送信
待ち子機の台数分だけ、親機２１０が早期に送信できる
機会は少なくなる。そして、この間、親機２１０は子機
が送信したパケットを受信し続け、内部のバッファに蓄
積する。

【００１１】有線ネットワーク上では、送受信機におけ
る衝突検出機能を用いて、バッファ蓄積量のコントロー
ルをすることにより、バッファオーバーフローの生じな
いデータ通信装置が実現されている。例えば特公昭６３
−４３０２９号公報には、有線ネットワークでの媒体ア
クセス制御方式ＣＳＭＡ／ＣＤ（Ｃarrier Ｓense Ｍul
tiple Ａccess with Ｃollision Ｄetect）の特徴であ
る、送受信機における衝突検出機能を用いてバッファ蓄
積量のコントロールをすることにより、バッファ溢れの
生じないデータ通信方式として、パケットを一時記憶す
るバッファ回路の新たなパケットの収容可能性を判断す
るバッファ管理回路が、新たなパケットの収容能力がな
いと判断した状態で新たなパケットが入来した時に妨害
信号を送受信機へ出力するようにした構成が提案されて
いる。

【００１２】有線ネットワークにおいても、パケットの
一時バッファ蓄積を行うデータ通信装置により、蓄積さ
れたパケットをその後、他の端末に中継伝送する方式が
ある。このデータ通信装置は、使用媒体のトラフィック
状況によっては入来したパケットをすぐに送出できない
ことがある。

【００１３】そこで、データ通信装置は装置に入来した
パケットに対してバッファの収容容量が十分にないとき
には、装置内の妨害信号出力手段より、パケットが伝送
されつつある媒体へ妨害信号を発生し、衝突を故意に生
じさせる。各端末は衝突の発生を検出することにより送
信を中断する。端末からの媒体アクセスが停止し、媒体
がフリーになったところへ直ちにパケットを送信するこ
とによって、データ通信装置のバッファ溢れに対する回
復動作がネットワーク上で解決されるものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来のＣＳＭＡ／ＣＡ
方式においては、同一ネットワーク上に用いられるフレ
ーム間スペースＩＦＳはいずれのデータ通信装置におい
ても同じ値に定められ、またランダムな時間待ちについ
ても、同じ確率の下で生成される。

【００１５】このため、子機による呼が集中した場合に
は、親機のバッファに蓄積するパケットが増え、また蓄
積されたパケットを親機から中継先の子機に送信する機
会も減ってしまうことから、バッファの溢れ（オーバー
フロー）が発生する可能性がある。そして、溢れ出たパ
ケットは、ネットワーク上から失われる。

【００１６】また、十分なバッファ容量が確保されてい
る場合でも、送信機会の減少による伝送の遅れが問題と
なる。

【００１７】上記特公昭６３−４３０２９号公報には、
送受信機における衝突検出機能を用いてバッファ蓄積量
のコントロールをすることにより、バッファオーバーフ
ローの生じないデータ通信方式が提案されている。

【００１８】しかし、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式の無線ネット
ワーク上では、無線媒体上の部位によって信号レベルが
大きく違い、また送信しながらの受信を行うことができ
ないために、衝突を検出することができない。

【００１９】このため、衝突検出機能を用いてバッファ
蓄積量のコントロールを行うという、上記特公昭６３−
４３０２９号公報に記載の方法によっては、子機の呼が
集中した場合に親機に蓄積するパケットが増え、また蓄
積されたパケットを中継先である子機に送信する機会も
減ってしまうことから生じるバッファが溢れや、送信機
会の減少による伝送の遅れが等の問題を解決することは
できない。

【００２０】従って、本発明は、上記事情に鑑みて為さ
れたものであって、その目的は、無線データ通信装置の
バッファに蓄積されるパケット量に応じて送信優先度を
高めることによって、バッファ溢れ及び伝送速度の低下
を回避する無線データ通信方式を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の無線データ通信方式は、複数のデータ通信
装置がＣＳＭＡ／ＣＡ方式アクセス手順により、１つの
無線媒体を共有して、パケット化されたデータのフレー
ム交換を行う無線データ通信装置において、前記無線媒
体に接続され、信号を受信して受信パケットを抽出し、
前記無線媒体上のキャリアの有無による無線媒体の空き
状態を検出する受信手段と、前記受信パケットに挿入さ
れた宛先により、この宛先が接続されるネットワーク、
すなわち、前記受信パケットを発した送信元が属するネ
ットワークか又は転送可能な別のネットワークであるか
を判別すると共に、この宛先が送達不可能な宛先である
かの判別を行い、前記受信パケットのバッファへの書き
込み、別のネットワークへの送受信手段の転送、あるい
は廃棄のいずれかを決定するパケットフィルタと、前記
受信パケットを一時的に蓄積保持するバッファと、前記
バッファに蓄積されるパケット量を監視し、前記バッフ
ァの許容量に応じて送信優先度を可変に制御するバッフ
ァ管理手段と、前記無線媒体の空き状態と前記バッファ
管理手段の発する優先送信指示により、無線媒体アクセ
ス制御を行うＣＳＭＡ／ＣＡ制御手段と、データパケッ
トよりＣＳＭＡ／ＣＡ方式によりアクセスを行うネット
ワークに適合するフレームを生成するフレーム生成手段
と、前記ＣＳＭＡ／ＣＡ制御手段の指示によりフレーム
を前記ネットワークに送出する送信手段から構成され
る。

【００２２】本発明においては、優先送信動作は、無線
媒体取得時の無線媒体空き検出時間を短くすることによ
って実現する。優先動作期間終了後は、もとの無線媒体
空き検出時間を伴う送信手順に戻る。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して以下に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形
態の構成を示す図である。

【００２４】図１において、１００はＣＳＭＡ／ＣＡア
クセス制御を行う無線媒体（「無線媒体」という）であ
る。１０１は無線媒体１００に対する親機の受信接点で
あり、この接点を通して、無線媒体１００からのフレー
ム受信、無線媒体１００の空き状態の監視を行う。

【００２５】受信手段１０２は、受信されたフレームが
正常であるか検証し、正常であればパケットを抽出して
パケットフィルタ１０３へと転送し、また無線媒体１０
０の空き状態をＣＳＭＡ／ＣＡ制御手段１１２に伝え
る。

【００２６】パケットフィルタ１０３は、パケットの宛
先に応じてそれぞれの処理系に適合した形式に変換して
転送する。宛先が自ネットワーク２３０に属する場合に
は、接点１０４からバッファ１１０に転送し、宛先が隣
接する他の通信媒体１４０の先に接続している場合に
は、接点１０５から隣接する他の通信媒体１４０に対す
る送受信手段１３０に転送する。なお、宛先が解決でき
ないパケット及び誤り等による不正なパケットは廃棄さ
れる。

【００２７】バッファ１１０は、中継すべきパケットを
蓄積し、送信が完了するまでの間保持する。

【００２８】バッファ管理手段１１１は、バッファ１１
０に蓄積されるパケットの量を監視し、バッファ１１０
に蓄積されるパケット量が、バッファ１１０の収納可能
量に対して予め定めた閾値を超えた場合に、優先送信手
順を動作させ、バッファ１１０内にあるパケットを全て
掃き出す等の、ある条件を満たすまで、優先送信手段
（手順）を保持させる。

【００２９】親機は、バッファ１１０が溢れる前、及び
伝送遅れが顕著化する前に、一時的に優先送信権を得る
ことができ、これによりバッファ溢れ及び伝送遅れの問
題を回避する。

【００３０】ＣＳＭＡ／ＣＡ制御手段１１２は、受信手
段１０２により無線媒体１００の空き状態の情報を受
け、ＣＳＭＡ／ＣＡアクセス方式に従って送信手段１２
１を制御する。また、バッファ管理手段１１１より優先
送信動作の指示を受けた場合は、前述の通り、無線媒体
空き検出時間を短くし、送信手段１２１に優先送信を行
わせる。

【００３１】フレーム生成手段１２０は、バッファ１１
０より出力されたパケットを、ネットワークに適合した
フレーム形式に加工し、送信手段１２１に転送する。

【００３２】送信手段１２１はフレーム化されたパケッ
トをＣＳＭＡ／ＣＡ制御手段１１２の許可により、無線
媒体１００に送信する。

【００３３】隣接する他の通信媒体１４０に対する送受
信手段１３０は、隣接する他の通信媒体１４０を介する
と解釈され、接点１０５を通して転送されたパケットを
パケットフィルタ１０３から接点１３１にて受け、当該
ネットワークで定められるアクセス手段によって媒体に
送出する。

【００３４】また、無線媒体１００のネットワーク宛と
して受信されたパケットを接点１３２を通してバッファ
１１０に入れ、上記アクセス手段により無線媒体１００
のネットワークに転送する。

【００３５】隣接する他の通信媒体１４０は、無線媒体
１００とチャネルの異なるＣＳＭＡ／ＣＡネットワーク
でもよい。この場合、隣接する他の通信媒体１４０に対
する送受信手段１３０を、受信接点１０１、受信手段１
０２、パケットフィルタ１０３、接点１０４、接点１０
５、バッファ１１０、バッファ管理手段１１１、ＣＳＭ
Ａ／ＣＡ制御手段１１２、フレーム生成手段１２０、送
信手段１２１と同じ構成の送受信手段に置き換え、接点
１０４と接点１０５の接続を交叉させることによって実
現する。

【００３６】図２は、本発明の実施形態を適用して実現
されるネットワークの一例を示す図である。

【００３７】ＣＳＭＡ／ＣＡ方式アクセス制御を行う無
線媒体１００にアクセスすることができる、中継機能を
持つ親機２１０が一つと、中継機能を持たない子機２０
１、２０２、２０３、…によりネットワーク２３０が構
成されている。また、親機２１０は隣接する他の通信媒
体１４０を通して、他ネットワーク２４０内のデータ通
信装置２２１と接続することが可能とされ、それぞれの
ネットワーク間でパケットのフィルタリングを行う。こ
こで、端末（子機）間の通信は常に親機２１０の中継に
よって行われる。

【００３８】図２における子機２０１から子機２０２へ
の伝送例を、図１で制御の流れを追って説明する。

【００３９】子機２０１から無線媒体１００に発せられ
たパケットは、親機の受信接点１０１より取り込まれ
る。受信手段１０２によってフレームの妥当性が確認さ
れた後、パケットフィルタ１０３にてパケットの宛先が
子機２０２であることが認識される。

【００４０】パケットフィルタ１０３は、宛先（子機２
０２）が自ネットワーク２３０に属する端末であると判
断し、パケットを接点１０４からバッファ１１０に書き
込む。バッファ１１０への書き込みをバッファ管理手段
１１１が検知し、送信要求を発生する。ここで、無線媒
体１００が空き状態であればすぐに送信を開始できる。
バッファ１１０よりパケットを取り出し、フレーム生成
手段１２０により送信フレームを生成しておく。

【００４１】ＣＳＭＡ／ＣＡ制御手段１１２が、受信手
段１０２より無線媒体１００の空き状態を検出し、規定
のフレーム間スペースＩＦＳ時間とランダム待ち時間の
間、無線媒体１００が空いていれば、送信手段１２１は
用意された送信フレームを直ちに送信する。

【００４２】しかし、送信要求発生後に他の子機２０
１、２０２、２０３、…の送信が続いた場合など、無線
媒体１００が空き状態とならず、且つ親機２１０が連続
して受信状態になると、バッファ１１０に書き込まれる
パケットは増える一方となる。この状態が続くと、バッ
ファ溢れ及び伝送遅れが顕著になるため、蓄積パケット
量がある閾値を超えた場合、バッファ管理手段１１１に
より、優先送信手順を開始する。すなわち、規定のＩＦ
Ｓ時間待ちの後のランダム待ち時間を短くして、無線媒
体取得を優先的に行い、バッファ１１０内に蓄積された
パケットの掃き出しを行う。

【００４３】図３は、本発明を第２の実施形態の構成を
示す図である。本実施形態の構成は、前記第１の実施形
態と同様とされ、その動作も、バッファ３１０、バッフ
ァ管理手段３１１、ＣＳＭＡ／ＣＡ制御手段３１２以外
は、前記第１の実施形態と同じである。

【００４４】バッファ３１０、バッファ管理手段３１
１、ＣＳＭＡ／ＣＡ制御手段３１２の動作は、前記第１
の実施形態におけるバッファ１１０、バッファ管理手段
１１１、ＣＳＭＡ／ＣＡ制御手段１１２とは以下の点で
相違している。

【００４５】バッファ３１０は、中継すべきパケットを
蓄積し、送信が完了するまでの間保持する。バッファ管
理手段３１１は、バッファ３１０に蓄積されるパケット
の量を監視する。バッファ３１０に蓄積されるパケット
量の増加に応じて媒体空き検出時間を短縮して、送信優
先度を段階的に変化させる。親機はバッファに蓄積され
るパケット量が多いほど高い優先送信権を得ることがで
き、バッファ溢れ及び伝送遅れの問題を回避する。

【００４６】ＣＳＭＡ／ＣＡ制御手段３１２は受信手段
１０２より無線媒体１００の空き状態の情報を受け、Ｃ
ＳＭＡ／ＣＡアクセス方式に従って送信手段１２１を制
御する。また、バッファ管理手段３１１より優先送信動
作の指示を受けた場合は、無線媒体空き検出時間を短く
し、送信手段１２１に優先送信を行わせる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
親機無線データ通信装置のバッファに蓄積されるパケッ
ト量に応じて、無線媒体空き検出時間を短くする。ＣＳ
ＭＡ／ＣＡの性質により、無線媒体空き検出時間が短く
なった親機の送信優先度は高くなり、バッファ内に蓄積
された転送待ちパケットの掃き出しをすることができ
る。また、バッファされるパケット量に応じて段階的
に、あるいはある期間（一定時間、一定フレーム数、あ
るいはパケットの掃き出しが終了するまで）、この方法
で送信優先権を持ち、バッファ溢れ、伝送速度の低下を
回避する。親機無線データ通信装置の送信優先度を高め
ることによって、バッファ溢れ、伝送速度の低下を回避
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す図である。

【図２】本発明により実現されるネットワーク全体を示
す図である。

【図３】本発明の第２の実施形態を示す図である。

【符号の説明】

１００ＣＳＭＡ／ＣＡアクセス制御を行う無線媒体１０２受信手段１０３パケットフィルタ１１０バッファ１１１バッファ管理手段１１２ＣＳＭＡ／ＣＡ制御手段１２０フレーム生成手段１２１送信手段１３０隣接する他の通信媒体に対する送受信手段１４０隣接する他の通信媒体２０１、２０２、２０３子機２１０中継機能を持つ親機２２１データ通信装置３１０バッファ３１１バッファ管理手段３１２ＣＳＭＡ／ＣＡ制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のデータ通信装置がＣＳＭＡ／ＣＡ方
式アクセス手順により、１つの無線媒体を共有して、パ
ケット化されたデータのフレーム交換を行う無線データ
通信装置において、前記無線媒体に接続され、信号を受信して受信パケット
を抽出し、前記無線媒体上のキャリアの有無による無線
媒体の空き状態を検出する受信手段と、前記受信パケットに挿入された宛先により、この宛先が
接続されるネットワーク、すなわち、前記受信パケット
を発した送信元が属するネットワークか又は転送可能な
別のネットワークであるかを判別すると共に、この宛先
が送達不可能な宛先であるかの判別を行い、前記受信パ
ケットのバッファへの書き込み、別のネットワークへの
送受信手段の転送、あるいは廃棄のいずれかを決定する
パケットフィルタと、前記受信パケットを一時的に蓄積保持するバッファと、前記バッファに蓄積されるパケット量を監視し、前記バ
ッファの許容量に応じて送信優先度を可変に制御するバ
ッファ管理手段と、前記無線媒体の空き状態と前記バッファ管理手段の発す
る優先送信指示により、無線媒体アクセス制御を行うＣ
ＳＭＡ／ＣＡ制御手段と、データパケットよりＣＳＭＡ／ＣＡ方式によりアクセス
を行うネットワークに適合するフレームを生成するフレ
ーム生成手段と、前記ＣＳＭＡ／ＣＡ制御手段の指示によりフレームを前
記ネットワークに送出する送信手段と、を含むことを特徴とする無線データ通信方式。
【請求項２】前記バッファ管理手段が、前記バッファに
蓄積されるパケット量が前記バッファの収容可能量に対
して予め定めた閾値を超えた場合には、送信優先度を高
めるべく、優先送信指示を前記ＣＳＭＡ／ＣＡ制御手段
に出力することを特徴とする請求項１記載の無線データ
通信方式。
【請求項３】複数のデータ通信装置がＣＳＭＡ／ＣＡ方
式アクセス手順により、１つの無線媒体を共有して、パ
ケット化されたデータのフレーム交換を行う無線データ
通信装置において、中継すべきパケットを蓄積するバッファに蓄積されるパ
ケットの量を監視し、該バッファに蓄積されるパケット
量が該バッファの収納可能量に応じて所定の許容量より
も増大した際に、無線媒体空き検出時間を短くして親機
の送信優先権を高くし、前記バッファ内に蓄積された転
送待ちパケットを優先送信して掃き出すように制御する
ことを特徴とする無線データ通信方式。