JP4180758B2 - 無線ネットワーク、その経路制御方法および無線通信制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の無線通信制御装置から構成される無線ネットワークに関し、特に無線通信制御装置の経路制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、計算機間でデータのやり取りを行うコンピュータネットワークの進歩により、通信サービス業務を行っている業者だけにとどまらず、企業内および企業間におけるデータ通信などに普及している。さらに、ネットワーク通信の導入の要求は小規模なオフィス、スーパーマーケット、一般家庭等にも広がっている。しかし、これまでのネットワーク技術はケーブルによる計算機の相互接続を行う有線方式が主体であり、スーパーマーケットのように頻繁に計算機の配置が変化する場所、あるいはケーブル自体の敷設が困難な一般家庭や小規模オフィスではネットワークを導入することが困難であった。
【０００３】
これらのケーブル敷設の問題を解決する方法として、ケーブルではなく無線によるネットワークが注目されている。無線ネットワーク構築のためには、隣接する特定の無線局間の通信を確立する必要がある。例えば、国際規格IEEE802.11に定められた周波数ホッピング方式により、各無線局は帯域を予め決められたパターンで分割することで、特定の無線局との通信を行うことができる。つまり、周波数ホッピングパターンが同じ無線局間でしか通信が成立しないため、他の無線局間の通信が誤って受信されることはない。
【０００４】
無線局が特定の隣接局とのみの通信回線を確保したうえで、各無線局に割り振られたSSID(システムID番号)を基に、論理的なネットワークの構成を決定する。この段階では、論理的なネットワーク網を構成するだけなので、無線局の中継を介した無線局間のネットワーク経路は複数存在しており、どの経路を選択するかは、論理的なネットワーク網を構成したプログラムよりも更に上位のプログラムが行う。
【０００５】
無線ネットワークにおける帯域共有の一般的な方法は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式である。この方式は規格IEEE802.11に記載されている通り、キャリアセンスを行い、どの無線局もデータ(送信波)を出していないことを確認し、データ送信を行う方法である。複数の無線局の送信波が衝突してデータが相手局に到達しなかった場合、相手局が送信されたデータに対して応答を返さないため送信局は応答受信までの時間がタイムアウトとなり、送信波の衝突、あるいは外乱による送信波の未到達を送信局は検出する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
無線ネットワークはケーブル敷設が不要であるから、これまでは小規模で計算機間の距離が短いネットワークの構成に使われている。しかし、これまでは有線ネットワークしか実現されていなかった大規模な幹線ネットワークについても、無線ネットワークの適用が求められている。
【０００７】
しかし、無線ネットワークによる通信環境は、近くの他の無線通信装置のみならず電波を放出ないし反射する様々の外乱要因が存在し、電波を送受信する環境の時々刻々とした変化により、回線品質が時間の経過とともに変化するという、有線ネットワークにはない特徴がある。このため、有線に比べて通信障害の発生頻度が高く、ビットエラーレートが10倍から100倍程度に高い。また、一度決定した通信回線でも、使用中に異常となって通信が途絶することもある。一方、無線通信での異常は一過性の場合が多く、時間が経過するとともに速やかに回線品質が復旧するという特徴もある。
【０００８】
また、複数組の無線通信装置が相互に通信を行う場合、帯域を共有しなくてはならないため、データ転送のスループットが低下する点である。複数の無線ネットワークが存在し、同じ周波数帯域を使用する場合、相互の通信を妨害しない様に帯域を共有するため、例えば時分割で帯域を使用して通信することがある。よって、通信を行う無線ネットワークが複数存在すると、そのネットワークの数だけデータ転送のスループットが低下する。なお、複数の無線ネットワークが互いに離れていて、通常は相互に影響が無い場合でも、一時的に相互の無線通信が受信され、帯域の共有を行わなくてはならない状態が発生することがある。有線ネットワークでは各ネットワーク用のケーブルを敷設するため、複数のネットワークが帯域を共有をすることはない。
【０００９】
つまり、無線ネットワークでは一時的にデータ転送ができない、あるいはデータ転送のスループットが低下する箇所が頻繁に発生するため、データ転送を安定に行うことができない。そして、データ転送が安定しないことにより、パケット(フレーム)ロスが発生し上位プロトコルでの再送、あるいは中継機器間でのフレーム再送が頻発し、伝送遅延が大きくなる。このようなことが、無線ネットワークを大規模かつデータ伝送距離の長い基幹ネットワークに適用する上での制約となっている。
【００１０】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点に鑑み、データ転送の性能と信頼性を確保し、安定したデータ転送を可能にする無線ネットワークのデータ伝送路制御方式と、大規模な基幹ネットワークの無線ネットワーク化を実現することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、無線通信機能を持つ複数の通信制御装置間で、送信元となる通信制御装置から送信先となる別の通信制御装置へデータを送信する経路が複数存在するように構成される無線ネットワークにおいて、前記送信元から前記送信先へ経路情報の調査可能なフレームを送信し、このフレームを通じて取得される経路情報による回線品質が一定レベル以上となる経路または複数の経路の中で最も回線品質の高い経路を使用経路に決定する転送経路制御機能を設けてなることを特徴とする。
【００１２】
前記経路情報は、前記送信元から前記送信先へ前記フレームを送信する片道または往復の経路における前記フレームの通信時間、リトライ回数または回線負荷であり、前記経路情報の値が小さいほど前記回線品質を高く評価することを特徴とする。
【００１３】
前記転送経路制御機能は、前記通信制御装置が、前記経路情報の調査可能なフレームの発行手段と、受信した経路情報に基づいて使用経路を決定する経路判定手段を備え、送信元、送信先、あるいは中継局として連系した構成によって実現される。
【００１４】
また、本発明は、無線通信機能を持つ複数の通信制御装置間で、送信元となる通信制御装置から送信先となる別の通信制御装置へ直接または他の通信制御装置を経由してデータを送信する経路が複数存在するように構成されている無線ネットワークにおいて、前記送信元から前記送信先への通信中に、送信元からのデータフレームに設けた経路情報エリアを用いて経路上の経路情報を取得し、前記送信先で異常検出閾値と経路情報エリアの値を比較し、前記経路情報の値が前記異常検出値を超える場合に通信中の経路の異常検出を行い、前記送信元へ異常発生を通知する回線異常検出機能を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、前記転送経路制御機能を設け、前記送信元は使用経路の異常発生を知ったときに、少なくとも使用経路外の他の全ての経路を通じて前記送信先へ前記経路情報の調査可能なフレームを送信し、前記経路品質のよい経路への切り替えを可能にしたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の無線ネットワークの経路制御方法は、無線通信機能を持つ複数の通信制御装置間で、送信元となる通信制御装置から送信先となる別の通信制御装置へデータを送信する経路が複数存在するように構成される無線ネットワークにおいて、前記送信元から前記送信先への通信開始または再開時に、前記送信元から前記送信先への全ての経路に対して経路情報を調査するための経路調査フレームを送信し、前記送信先が受信した複数の経路の経路調査フレームの経路情報、または前記送信先で各々の経路を折り返し前記送信元が受信した複数の経路調査フレームの経路情報に基づいて、各経路の回線品質を判断して使用経路を決定することを特徴とする。
【００１７】
前記送信先または前記送信元が複数の経路から前記経路調査フレームを受信し、最初に受信された経路を通信時間の最も短い最良の回線品質の経路と判断することを特徴とする。
【００１８】
また、前記経路調査フレーム内にリトライ回数を前記経路情報として格納する領域を持ち、前記送信元から前記送信先への経路調査フレームまたは折り返しの経路調査フレームの中継を行う通信制御装置が前記経路調査フレームを次段の通信制御装置へ送信する時に発生したリトライ回数を前記経路調査フレーム内のリトライ回数を格納する領域に累積し、前記送信先または前記送信元が複数の経路から受信した経路調査フレーム内のリトライ回数を比較し、リトライ回数の累積値の最も小さい経路を最良の回線品質の経路と判断することを特徴とする。
【００１９】
また、前記経路調査フレーム内に回線負荷を格納する領域を持ち、前記送信元から前記送信先への経路調査フレームまたは折り返しの経路調査フレームの中継を行う通信制御装置が前記経路調査フレームを次段の通信制御装置へ送信する際に現在の回線負荷を求め、前記経路調査フレーム内に格納された回線負荷の値より求めた回線負荷が大きい場合に経路調査フレーム内の回線負荷を求めた回線負荷に書き換え、前記送信先または前記送信元が複数の経路から受信した経路調査フレーム内の回線負荷を比較し、回線負荷の最も小さい経路を最良の回線品質の経路と判断することを特徴とする。
【００２０】
前記回線負荷は、現時点から所定時間前までに前記次段の通信制御装置と送受信したフレームのビット数を、前記次段の通信制御装置との間の回線の帯域で割った値によって表すことを特徴とする。
【００２１】
本発明の無線通信制御装置は、無線ネットワークを構成する複数の通信制御装置の１つであって、送信局、受信局または中継局となって送信元（送信局）から送信先（受信局）へのデータを複数の経路の１つを使用して送信する無線通信機能を持ち、さらに、経路情報エリアを有し、前記送信元から前記送信先への経路の経路情報の取得可能なフレームの送信手段と、受信したフレームの経路情報を自装置で求めた経路情報に基づいて更新する経路情報取得手段と、複数の経路から受信したフレームの経路情報に基づいて使用経路を決定する経路判定手段を設け、自装置が送信局、受信局または中継局かに応じて上記各手段の少なくとも１つを実行することを特徴とする。
【００２２】
また、前記送信元から前記送信先へ送信するデータフレームに前記経路情報エリアを有し、データ通信中に使用経路の経路情報を前記データフレームから取得して、予め設定されている異常検出閾値と比較し、使用経路の経路情報の値が閾値を超える場合に前記使用経路の異常検出を行なう異常検出手段を設けたことを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、無線ネットワーク上で一過性の回線品質の低下が各無線通信装置間で発生し、一時的にデータ転送が遅くなったり、データ転送そのものができない経路が発生した場合、データ送信元の通信制御装置またはデータ送信先の通信制御装置が、データ転送に要する時間、無線通信装置間のデータ転送リトライ回数あるいは、無線通信装置間の回線負荷から回線品質の低下を検出し、回線品質の低下した経路から回線品質が低下していない経路にデータ転送を切替えることで、データ転送経路を確保しデータ通信を継続する。
【００２４】
また、データ転送経路を確保することにより、データ転送の性能、信頼性を確保することができるため、安定したデータ転送を無線ネットワークで実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による無線ネットワーク及びその転送経路制御方式について、複数の実施形態を説明する。第１の実施形態では、送信の開始に際して送信元と送信先間の無線ネットワークで行われる転送経路制御方式を説明する。第２の実施形態は送信中の送信元と送信先間の無線ネットワークで行われる転送経路の監視、制御方式を説明する。
【００２６】
〔第１の実施形態〕
図２は本発明を適用する無線ネットワークの一実施例を示す。この無線ネットワークは無線通信制御装置100，110，120，130，140と、無線端末101，102，103，121，122，123等からなり、リング状の無線ネットワークを構成している。説明の都合上、無線通信制御装置100，120に接続している無線端末のみ示しているが、他の無線通信制御装置にも同様な無線端末が接続されている。
【００２７】
リング状のネットワークを構成するため、各無線通信制御装置は図示の矢印のように、他の２個所の無線通信装置と通信ができるようになっている。例えば、無線通信制御装置100は経路▲１▼、▲２▼により、無線通信制御装置110，140と通信が可能である。また、直接通信ができない無線通信制御装置120とのデータ転送は、経路▲１▼では無線通信装置110，130、経路▲２▼では無線通信装置140を中継して行われる。他の無線通信装置の場合も同様である。なお、回線異常検出閾値記憶部211は、リトライ回数あるいは回線負荷がどれだけの値になったら回線の異常として検出するかを示す閾値を記憶していて、後述する実施形態２の動作で参照される。
【００２８】
図１は、本発明の一実施例による無線通信制御装置の構成を示す。無線通信制御装置100は制御部200、タイマ201、復調器202、バンドパスフィルター203、受信ミキサー204、周波数シンセサイザー205、送信ミキサー206、変調器207、送受信バッファ208、空中線209、送受信切替えスイッチ210、回線異常検出閾値記憶部211から構成されている。他の無線通信装置も同様である。
【００２９】
ここで、無線通信制御装置100の制御部200は全体の制御を司るとともに、「課題を解決するための手段」に記載した経路情報の取得可能なフレームの送信手段、自装置での経路情報を算出し受信したフレームの経路情報を更新する経路情報取得手段、複数の経路から受信したフレームの経路情報に基づいて使用経路を決定する経路判定手段を、後述するソフトウエアの機能によって実現している。また、第２の実施形態にかかる異常検出手段も同様である。
【００３０】
無線通信制御装置100におけるデータ送信の基本的な動作を説明する。制御部200は送信先アドレス、送信元アドレス、データを含むデータフレームを生成し、送受信バッファ208に格納する。送信時、制御部200は送受信切替えスイッチ210を送信ミキサー206の出力に切替え、送受信バッファ208からデータフレームを読み出し、変調器207に出力する。変調器207で変調されたデータフレームは送信ミキサー206に送られ、周波数シンセサイザ205の生成する搬送波に載せられ、空中線209を介して他の無線通信制御装置に送信される。一方、受信ミキサー204は周波数シンセサイザ205からの搬送周波数に同調する信号を受信して周波数変調し、バンドパスフィルター203を経て復調器202でデジタルデータのデータフレームに復調する。受信のデータフレームは制御部200に送られ、送受信バッファ208に格納される。
【００３１】
図３に、送受信に用いる複数のデータフレームの構成を示す。（ａ）のフレームは、プリアンブル300、送信先アドレス301、送信元アドレス302、ルート303、データ304、CRC(Cyclic Redundancy Code)305から構成されている。ルート303は本フレームの転送経路を示すフィールドで、図２の経路▲１▼または経路▲２▼のいずれかを示している。一方、（ｂ）のフレームはリトライ回数306のフィールド、（ｃ）のフレームは回線負荷307のフィールドを有し、回線でのリトライ回数306または回線負荷307が転送され、送受信バッファ208に格納される。
【００３２】
第１の実施形態の転送経路制御方式で、図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）のフレームはそれぞれ以下に説明する実施例１、実施例２及び実施例３に適用される。
【００３３】
〔実施例１〕
転送経路制御方法の実施例１は、複数の経路の中でフレームが最も早く受信される経路を転送経路に決定する方式で、以下、無線端末101が無線端末123に対しデータを転送する例によって説明する。
【００３４】
無線端末101は無線通信制御装置100にデータを転送する。無線通信制御装置100は無線端末101からのデータをフレーム化し、経路▲１▼の無線通信制御装置140あるいは経路▲２▼の無線通信制御装置110に転送する。無線通信制御装置110がデータフレームを受信した場合は、無線通信制御装置120にデータが転送される。一方、無線通信制御装置140がデータフレームを受信した場合は無線通信制御装置130を経由してデータフレームが無線通信制御装置120に転送される。データフレームを受信した無線通信制御装置120は、データ転送先が無線端末123であることを認識して、受信したデータを無線端末123に転送する。
【００３５】
このデータ送信の開始に際し、無線ネットワークで送信側（送信元）となる無線通信制御装置100と受信側（送信先）となる無線通信制御装置120の間で、経路▲１▼、▲２▼を使用して経路調査フレームを送受信して転送経路の決定が行われる。ここでは、図２のように経路▲２▼に異常があり、経路▲１▼が正常であるケースを説明する。使用する経路調査フレームは、図３（ａ）のデータフレームと同じフォーマットである。ただし、データ304は受信先での正常受信のチエックができればよいので、テストデータでもよい。
【００３６】
図４は、実施例１で送信先が経路を決定するときの通信フレームの流れを示す。両経路▲１▼、▲２▼のフレームの流れが比較しやすいように、送信先の無線通信制御装置120を中央部に、送信元の無線通信制御装置100を両端に記述（実際には１つ）している。無線通信制御装置100は図示の右側の経路▲１▼と左側の経路▲２▼に、同時に経路調査フレームを送信する。
【００３７】
経路▲１▼に送信された経路調査フレームは無線通信制御装置140に受信される。無線通信制御装置140はフレーム内のCRC305を用いて経路調査フレームのデータが正しく受信されたか確認する。正しく受信された場合は前段の送信側である無線通信制御装置100に受信応答を返す。無線通信制御装置140以降にフレームを中継する無線通信制御装置130および最終的にフレームを受信する無線通信制御装置120も同様の確認を行い、フレームが正しければ前段の無線通信制御装置に受信応答を返す。これらの手順により、経路調査フレームは経路▲１▼を通って無線通信制御装置120に受信される。
【００３８】
一方、経路▲２▼に送信された経路調査フレームは無線通信制御装置100から無線通信制御装置110に送信されるが、無線通信制御装置100と110の間の回線が電波障害等により、無線通信制御装置110は正しく受信できず、無線通信制御装置100に受信応答を返すことができない。無線通信制御装置100は調査フレーム送信後、装置内のタイマ201により無線通信制御装置110からの受信応答を監視するが、受信応答が帰ってこないためタイムアウトとなる。そこで、無線通信制御装置100は無線通信制御装置110に対する経路調査フレームの送信をリトライ（再送）する。
【００３９】
図示では、２回目のリトライで無線通信制御装置110は経路調査フレームを正しく受信し、受信応答を無線通信制御装置100に返している。この結果、経路▲２▼に送信された経路調査フレームは、無線通信制御装置110を中継して無線通信制御装置120に受信されている。なお、予め定められている最大リトライ回数を超えたときは通信が中断される。
【００４０】
経路調査フレームを受信した送信先の無線通信制御装置120は、経路▲１▼および経路▲２▼からの経路調査フレームを受信すると、使用する経路調査フレームの構成に応じて、以下の３つの何れかの方法で経路を決定する。図３（ａ）のフォーマットの経路調査フレームを用いる場合、無線通信制御装置120は経路▲１▼及び経路▲２▼を通過した２つの経路調査フレームのうち、先に受信した経路調査フレームが通過した経路▲１▼を使用経路に決定する。そして、経路フレームのルート303に経路▲１▼を設定した経路応答フレームを、無線通信制御装置130、140を経由して、送信元の無線通信制御装置100に返す。無線通信制御装置100は応答フレームの経路情報から経路▲１▼を無線通信制御装置120へのフレーム送信経路に設定し、フレームを経路▲１▼経由で無線通信制御装置120に送信する。
【００４１】
本実施例では、送信元から送信先に２つの経路で経路調査フレームを送信し、送信先が先に受信した経路調査フレームの経路を転送経路に決定し、経路応答フレームによって送信元に通知しているので、無線ネットワークの経路決定にかかわる時間を短縮できる。
【００４２】
実施例１の変形として、送信先は経路を決定せずに、同一経路を折り返す経路応答フレームを送信し、送信元が先に受信した経路応答フレームの経路を転送経路に決定するようにしてもよい。
【００４３】
図５は、送信元が経路を決定するときの通信フレームの流れを示し、図４と同様の形式で記述されている。無線通信制御装置100は経路▲１▼と経路▲２▼に経路調査フレームを送信する。経路▲１▼及び経路▲２▼に送信された経路調査フレームは、図４の場合と同じ手順で無線通信制御装置120に到達する。一方、経路▲２▼に送信された経路調査フレームが無線通信制御装置100と110の間の回線が電波障害により正しく送信されず、リトライが発生する。
【００４４】
経路▲１▼及び経路▲２▼からの経路調査フレームを受信した無線通信制御装置120は、経路調査フレームを受信すると折り返し当該経路に、経路応答フレームを同じ手順により無線通信制御装置100に返す。無線通信制御装置100は経路▲１▼及び経路▲２▼から受信した経路応答フレームのうち、先に受信したフレームのルート303に設定されている経路を転送経路に決定する。一般に、送信元による経路決定は送信先の決定に比べて信頼度を向上できる。しかし、両方式にそれぞれの長短があり、詳細な比較は後述する。
【００４５】
〔実施例２〕
転送経路制御方法の実施例２は、複数の経路の中でリトライ回数が最も少ない経路を転送経路に決定する方式で、以下、無線通信制御装置100から無線通信制御装置110に経路調査フレームを送信する例によって説明する。実施例２に適用され経路調査フレームは、図３（ｂ）のフレームと同じフォーマットである。すなわち、経路調査フレームが無線通信制御装置100から無線通信制御装置120へ転送されるまでに、各無線通信制御装置がおこなった経路調査フレームのリトライ回数を累積して格納するリトライ回数306のエリアを有している。
【００４６】
図７に、リトライ回数の更新を含む無線通信制御装置の送信処理のフローを示す。この処理手順は制御部200によって制御される。無線通信制御装置が前段の無線通信制御装置から経路調査フレームを受信すると(ｓ１０１)、経路調査フレーム内の送信先アドレス401とCRC305をチェックする(ｓ１０２)。送信先アドレス301から自分宛ての経路調査フレームでないことを確認すると、次段の無線通信制御装置に受信した経路調査フレームを送信する(ｓ１０３)する。経路調査フレーム送信後、次段の無線通信制御装置からの受信応答を装置内のタイマ201で監視する(ｓ１０４)。タイマ201のタイムアウト前に受信応答が帰ってきた場合は、経路調査フレームの送信動作は終了となる。しかし、受信応答がなくタイマ201がタイムアウトした場合は、経路調査フレームのリトライ回数306を読み出し、その値に１を加える(ｓ１０５)。
【００４７】
無線通信制御装置が経路調査フレームを最初に送信する時は、リトライ回数306には０が書き込まれている。リトライ回数306に１を加えると、再び経路調査フレームを次段の無線通信制御装置に送信する(ｓ１０３)。リトライは、予め回線異常検出閾値部211に設定されているリトライ回数になるまで繰り返され、経路調査フレーム内のリトライ回数306の値を累積していく。
【００４８】
図６は、実施例２で送信先が経路を決定するときの通信フレームの流れを示す。経路▲１▼を通過して無線通信制御装置120で受信された経路調査フレーム上のリトライ回数306の値は０となり、経路▲２▼を通過したリトライ回数306の値は２となる。無線通信制御装置120は経路▲１▼及び経路▲２▼を通過した経路調査フレームのリトライ回数306を比較し、リトライ回数306の値が小さい経路▲１▼を無線通信制御装置100と無線通信制御装置120間の転送経路と決定する。そして、決定した経路▲１▼に経路応答フレームを送信し、無線通信制御装置100に通知する。
【００４９】
これによれば、転送経路内の無線通信制御装置間のリトライ回数を累積して、リトライの少ない経路を選択するので、無線ネットワークのように一過性の通信異常が多い場合に、使用時間帶で相対的に異常の少ない経路を選択でき、データ転送を安定に行うことができる。
【００５０】
実施例２においても、送信先ではなく送信元で転送経路を決定する変形が可能である。すなわち、無線通信制御装置120から経路▲１▼、経路▲２▼の各々に経路応答フレームが送信され、無線通信制御装置100で受信される。経路応答フレームのリトライ回数は、経路調査フレームで累積したリトライ回数を初期値とし、各通信制御装置により折り返し経路で発生したリトライ回数を累積される。無線通信制御装置100は受信した経路応答フレームでリトライ回数の少ない方を使用する転送経路に決定する。
【００５１】
図５の流れに示す例では、経路▲１▼では経路調査フレーム、経路応答フレームの転送ではリトライが発生しないため、経路▲１▼の経路応答フレーム内のリトライ回数306の値は０である。一方、経路▲２▼における経路調査フレームのリトライ回数は２回、経路応答フレームのリトライ回数は１回であるから、経路▲２▼経路応答フレーム内のリトライ回数306の値は３である。この結果、無線通信制御装置100は経路▲１▼を無線通信制御装置100と無線通信制御装置120間の経路として選択する。
【００５２】
〔実施例３〕
転送経路制御方法の実施例３は、複数の経路の中で回数負荷の最大値が最も少ない経路を転送経路に決定する方式で、以下、無線通信制御装置100から無線通信制御装置110に経路調査フレームを送信する例によって説明する。実施例３に適用され経路調査フレームは、図３（ｃ）のフレームと同じフォーマットである。すなわち、経路調査フレームが無線通信制御装置100から無線通信制御装置120へ転送されるまでに、各無線通信制御装置が単位時間当りの回線負荷を算出し、その最大値で経路調査フレームの回線負荷307のエリアが更新される。
【００５３】
図８に、回線負荷の算出を含む無線通信制御装置の送信処理のフローを示す。無線通信制御装置が前段から経路調査フレームを受信すると(ｓ２０１)、経路調査フレームの送信先アドレス301とCRC305をチェックする(ｓ２０２)。CRC503のチェックで経路調査フレームが正常に受信されたと判断すると、次段の無線通信制御装置との間の現在の回線負荷を算出する(ｓ２０３)。
【００５４】
回線負荷の算出方法の一例をあげれば、「過去１秒間における次段の無線通信制御装置と送受信したフレームのビット数」を「次段の無線通信制御装置との間の回線の帯域」で割る。例えば、回線の帯域が100MBit／secで、過去１秒間における次段の無線通信制御装置への送信ビット数が64.8Mbit／secの場合、負荷は0.648となる。この回線負荷は回線帯域の占有度を示し、本来100MBit／secで送受信できる帯域が、何らかの理由で64.8Mbit／secしか転送できない。つまり、この回線負荷値が低いほどスループットが低下する。
【００５５】
回線負荷の算出後、受信した経路調査フレーム内の回線負荷307の値と算出した回線負荷の値を比較し(ｓ２０４)、算出した負荷が大きい場合は経路調査フレーム内の回線負荷307の値を算出した負荷に書き換え(ｓ２０５)、次段の無線通信制御装置へ経路調査フレームを送信する(ｓ２０６)。算出した負荷よりも経路調査フレーム内の回線負荷307の値が大きい場合は、経路調査フレーム内の回線負荷307の値はそのままにして、次段の無線通信制御装置に経路調査フレームを送信する。
【００５６】
経路調査フレーム送信後、次段の無線通信制御装置からの受信応答を無線通信制御装置内のタイマ201で監視する(ｓ２０７)。タイマ201のタイムアウト前に受信応答が帰ってきた場合は、次段の無線通信制御装置への経路調査フレームの送信は終了となる。一方、受信応答がタイマ201のタイムアウト前に受信されない場合は、再度経路調査フレームを送信する。そして、ステップｓ２０３に戻り、再度負荷の計算を行う。ここでの負荷計算では、先程、次段の無線通信制御装置に送信した経路調査フレームの送信ビット数も含めて行われる。このため、経路調査フレームの送信がリトライされる度に不要な送信ビット数が増えるため、負荷の値が大きくなる。
【００５７】
以上のように経路調査フレームの送信リトライが成功するまで負荷が計算され、最も大きい回線負荷の値が経路調査フレームの回線負荷307のエリアに書き込まれる。図６における経路▲１▼および経路▲２▼に送信された経路調査フレームでは、経路▲１▼を通過した経路調査フレームの回線負荷307の値が、経路調査フレームのリトライが発生する経路▲２▼を通過した経路調査フレームの回線負荷307の値よりも、一般的には小さくなる。この時無線通信制御装置120は経路▲１▼及び経路▲２▼を通過した経路調査フレームの回線負荷307を比較し、回線負荷307の値が小さい経路▲１▼を無線通信制御装置100と無線通信制御装置120間の経路と判断する。
【００５８】
ところで、図２の無線ネットワークに近接する他の無線ネットワークが存在し、他のネットワークの無線通信制御装置と経路▲１▼の通信制御装置が通信帯域を共有するような場合、他のネットワークからの送信信号の入来によって送受信できるデータ両が制限されるため、その分だけ当該装置のスループットが低下する。本実施例の回線負荷の比較によれば、このような無線特有の負荷変動に対しても含めて、より処理効率のよい経路選択が可能になる。
【００５９】
実施例３においても、送信元で転送経路を決定する変形が可能である。すなわち、無線通信制御装置120から経路▲１▼、経路▲２▼の各々に経路応答フレームが送信され、無線通信制御装置100で受信される。このとき、経路応答フレームの回線負荷307は経路調査フレームでの値を初期値とし、折り返し経路の各通信制御装置によって計算され回線負荷と比較され、最大値に更新される。
【００６０】
図５の流れに示す例では、経路▲１▼、経路▲２▼のリトライ回数はそれぞれ０回、３回となるので、他の要因がないとすれば経路▲２▼の負荷が大になり、負荷の小さい経路▲１▼が転送経路に決定される。
【００６１】
以上、無線ネットワークにおけるデータ通信開始時の経路決定方法を実施例１〜３によって説明した。実施例１は回線決定の処理時間が最も短い。実施例２はリトライ回数を累積する分だけ処理時間は長くなるが、一過性の異常が発生しやすい無線ネットワークの回線状況をより正確に反映でき、信頼度が向上する。実施例３は回線負荷の計算及び最大値判定などで処理時間は最も長くなる。しかし、回線負荷にはリトライ回数や帯域の混雑状況など、無線ネットワーク特有の回線状況が反映されるので、最も異常が少なくかつスループットの高い転送経路を選択できるので、通信中の回線中断やスループット低下が少なく、信頼性が高い。
【００６２】
なお、上記の各実施例で経路調査フレームに共通のフォーマット用いることも可能である。即ち、フレーム内に調査パラメータのエリアを設け、制御プログラムのパラメータに応じて、リトライ回数あるいは回線負荷を格納する。実施例１の場合はダミーとなる。
【００６３】
次に、転送経路を送信元で決定する場合と送信先で決定する場合との特徴を説明する。一般的には、送信元で決定する方法は経路の往復を通じて回線状況が反映されるので、経路決定の信頼度が高くなるが、さらに次のような得失がある。
【００６４】
送信元が決定する場合、送信元は送信する経路調査フレーム数を予め定めることができるので、返信されてくる経路応答フレーム数の上限も分かる。一方、送信先で決定する場合、受信する経路調査フレーム数がどれだけあるか分からない。このため、実施例２、３では、経路比較を行うタイミングを確定するための余裕時間や、比較のためのデータの記憶領域に十分な余裕をもつ必要がある。従って、送信元が決定する方が、記憶装置を小さくすることができる。
【００６５】
一方、送信元が決定する場合は、各経路を経路フレームが１往復するのに対し、受信側が決定する場合は決定した経路のみに経路フレームを返信するので、返信時に使用される回線が１つだけとなる。このため、受信側が判定した場合の方が、経路調査フレームの回線使用量が少なくてすみ、回線負荷を小さくすることができる。
【００６６】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態として、送信中の送信元と送信先間の無線ネットワークで行われる転送経路の監視、制御方式を説明する。第２の実施形態での無線通信制御装置や無線ネットワークは、第１の実施形態の説明に用いた図１、図２等と同じである。
【００６７】
第２の実施形態では、通信中のデータフレームに格納されるリトライ回数あるいは回線負荷を監視し、それらが異常検出閾値を超えた場合に回線異常の予兆ないし発生として異常検出を行う。さらに、異常検出をした場合は、実施形態１と同様の経路調査フレームを発行して、使用する転送経路を再決定する。
【００６８】
図９に、通信中に回線異常を生じた無線ネットワークを示す。ネットワーク構成は図２と同じである。図２の状態では、無線通信制御装置100と無線通信制御装置110間の経路▲２▼が異常であり、フレームの転送経路には経路▲１▼が選択されて、データ通信が行われている。この状態から、経路▲２▼の回線異常は回復し、新たに無線通信制御装置130と無線通信制御装置140間の回線が異常になったとする。この場合、無線通信制御装置100と無線通信制御装置120間のフレーム転送経路である経路▲１▼は正常にフレームを転送できなくなる。
【００６９】
図１０に、通信中に異常が発生した経路▲１▼のフレームの流れを示す。無線通信制御装置130と無線通信制御装置140間の回線が不安定なため、データフレーム及びデータフレームに対する応答フレームの転送時にリトライが発生する。本実施形態では、データフレームに図３（ｂ）または（ｃ）のフォーマットを使用し、そのリトライ回数306または回線負荷307を監視して、使用中の回線の経路異常を検出する。
【００７０】
すなわち、リトライ回数306あるいは回線負荷307を格納したデータフレームは、図６の経路▲１▼で示した手順で無線通信制御装置100から無線通信制御装置120へ転送される。データフレームを受信した無線通信制御装置120はデータフレーム内のリトライ回数306あるいは回線負荷307を読み出し、その値が閾値以上になっているか判定し（図６の送信先での「比較判定」に替えて「異常判定」が行われる）、閾値を超えている場合、経路▲１▼に異常が発生ないし予兆とみなし無線通信制御装置100に回線異常を知らせる経路応答フレームを送信する。回線異常の通知は、たとえばリトライ回数306や回線負荷307の数値を異常発生を示す特定値にして返送する。
【００７１】
閾値は図１の回線異常検出閾値記憶部211に、リトライ回数または回線負荷値が設定される。通信が中断される少し前の回線異常ないし予兆のレベルを閾値とするのが望ましい。
【００７２】
また、回線異常の検出を送信元で行うようにしてもよい。このときのデータフレームと応答フレームの流れは、図５の経路▲１▼に示した手順と同じである。経路▲１▼の場合、無線通信制御装置100は経路応答フレーム内のリトライ回数306または回線負荷307の値を読み出し、その値が閾値を超えている場合、経路▲１▼に異常が発生したことを検出する。
【００７３】
送信元の無線通信制御装置100は送信先または自装置により、使用中の経路の回線異常を検出すると、通信を一時中断して経路調査フレームを経路▲１▼、▲２▼に送信し、第１の実施形態により説明した転送経路制御方式によって正常な経路を調べ、その結果、経路▲１▼が選択される。無線通信制御装置100は一時中断していたデータ通信を経路▲１▼を使用して再開する。
【００７４】
なお、回線異常の検出時、実行中の通信がまだ事故中断していない場合には、送信元の無線通信制御装置100が使用していない経路▲２▼にだけ経路調査フレームを送信し、その使用の可否を判定するようにしてもよい。また、通信中の異常検出による転送経路の再決定において、切替までの処理時間を最も短くするのには実施例１の手法によるのがよい。しかし、上述した信頼度を考慮する場合には、実施例２または実施例３の手法によってもよい。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、一過性の異常が発生しやすい無線ネットワークにおいて、送信元から送信先への複数の経路について回線状態を調査し、回線状態が良好な経路を判別して、データ転送する経路を決定するので、事故中断の少ない安定した無線通信が実現でき、無線ネットワークの信頼性を向上し、大規模ネットワークへの適用を可能にする。また、最短処理時間経路あるいは最小回線負荷の経路を選択できるので、データ転送の処理性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による無線通信御装置の構成図。
【図２】本発明を適用する無線ネットワークの構成図。
【図３】本発明の無線通信に用いる複数の実施例によるフレームの構成図。
【図４】無線ネットワークにおける経路調査フレームの流れ図（その１）。
【図５】無線ネットワークにおける経路調査フレームの流れ図（その２）。
【図６】無線ネットワークにおける経路調査フレームの流れ図（その３）。
【図７】図１の無線通信制御装置による経路調査フレーム内のリトライ回数値の処理手順を示すフロー図。
【図８】図１の無線通信制御装置による経路調査フレーム内の回線負荷値の処理を示すフロー図。
【図９】通信中の無線ネットワークにおける回線異常発生例を示す説明図。
【図１０】通信中の回線異常発生を検出するためのデータフレームの流れ図。
【符号の説明】
100，110，120，130，140…無線通信制御装置、101〜103，121〜123…無線端末、200…制御部、201…タイマ、202…復調器、203…バンドパスフィルタ、204…受信ミキサー、205…周波数シンセサイザ、206…送信ミキサー、207…変調器、208…送受信バッファ、209…空中線、210…送受信切替えスイッチ、211…回線異常検出閾値記憶部、300…プリアンブル、301…送信先アドレス、302…送信元アドレス、303…ルート、304…データ、305…CRC、306…リトライ回数、307…回線負荷。

Claims (4)

1. 無線通信機能を持つ複数の通信制御装置間で、送信元となる通信制御装置から送信先となる別の通信制御装置へデータを送信する経路が複数存在するように構成される無線ネットワークにおいて、
   前記送信元から前記送信先へ経路情報の調査可能なフレームを送信し、このフレームを通じて取得される経路情報による回線品質が一定レベル以上となる経路または複数の経路の中で最も回線品質の高い経路を使用経路に決定する転送経路制御機能と、
   前記送信元から前記送信先への通信中に、前記フレームに設けた経路情報エリアを用いて経路上の経路情報を取得し、前記送信先で異常検出閾値と経路情報エリアの値を比較し、前記経路情報エリアの値が前記異常検出閾値を超える場合に通信中の経路の異常検出を行い、前記送信元へ異常発生を通知する回線異常検出機能を、
   前記複数の通信制御装置の各々へ備えたことを特徴とする無線ネットワーク。
2. 請求項１において、前記送信元は前記回線異常検出機能により使用経路の異常発生を知ったときに、通信を一時中断して前記転送経路制御機能により、少なくとも使用経路外の他の全ての経路を通じて前記送信先へ前記経路情報の調査可能なフレームを送信し、受信した経路情報に基づいて使用経路を決定することを特徴とする無線ネットワーク。
3. 請求項１において、前記経路情報の調査可能なフレーム内に回線負荷を格納する領域を持ち、前記送信元から前記送信先への経路調査フレームまたは折り返しの経路調査フレームの中継を行う通信制御装置が前記経路調査フレームを次段の通信制御装置へ送信する際に現在の回線負荷を求め、前記経路調査フレーム内に格納された回線負荷の値より求めた回線負荷が大きい場合に経路調査フレーム内の回線負荷を求めた回線負荷に書き換え、前記送信先または前記送信元が複数の経路から受信した経路調査フレーム内の回線負荷を比較し、回線負荷の最も小さい経路を最良の回線品質の経路と判断することを特徴とする無線ネットワーク。
4. 請求項３において、前記回線負荷は、現時点から所定時間前までに次段の通信制御装置との間で送受信したフレームのビット数を、前記次段の通信制御装置との間の回線の帯域で割った値によって表すことを特徴とする無線ネットワーク。

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