JP4278624B2 - 通信端末装置、通信システム、通信方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
アドホックネットワークでは、基地局やアクセスポイントが不要となるため、このようなインフラストラクチャが存在しない場所でも簡易にネットワークを構築することができる。
このアドホックネットワークを利用すると、たとえば複数のユーザが携帯型ゲーム機を持ち寄って相互に無線通信することで、一緒にゲームを楽しむことも可能となる。
トラフィック発生通知メッセージ(Announcement Traffic Indication Message: ATIM)ウィンドウと呼ばれる時間ウィンドウが、ビーコン信号BCNの送信に続いて開始される。このウィンドウは、ノードがアクティブな状態を保たなければならない時間である。
IEEE802.11標準の省電力モードでは、各ステーションが、ATIMウィンドウ中に、ATIM信号を送信して、他のステーションがスリープ(Sleep)することを防ぐことができる。
ステーションSTAおよびステーションSTDは、ATIM信号を送信または受信していないため、ATIMウィンドウの終了後、スリープ状態には入ることができる。
一方、ステーションSTBおよびステーションSTCはスリープ状態に入ることはできず、ATIMウィンドウの終了後、ステーションSTBはステーションSTCにデータを送信し、ステーションSTCは、データ受信後、ステーションSTBにACK信号を返信する。このビーコン間隔BCNIが終了する前に、ステーションSTAおよびステーションSTDは、ビーコン信号BCNを送信または受信するために起動される。次のATIMウィンドウでは、どのステーションもATIM信号を送受信しなかったため、ATIMウィンドウの終了後、全ステーションSTA〜STDがスリープ状態にはいっている。
第1の不利益は、常に送信し続けるので消費電力が増大する。この消費電力の増大は送信側だけではなく、受信する側にも影響を与えるということである。
第2の不利益は、マルチキャストパケットでデータのやり取りを行うために相手が受信したことを知る手段がないということである。
たとえばIEEE802.11bなどの無線LANの規格を使用することで、無線アドホックネットワークが構築されてもよい。IEEE802.11bのMACレイヤの技術には、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance:衝突回避機能付きキャリア感知多元接続)がアクセス制御方式として採用されており、各端末は、通信路が一定時間以上継続して空いていることを確認してからデータを送信する機能をもつ。この待ち時間は最小限の時間に各端末ごとのランダムな長さの待ち時間を加えたもので、直前の通信があってから一定時間後に複数の端末が一斉に送信して、信号同士の衝突が発生することを防止している。
そして、マルチキャスト通信において、ACKを用いて相手先に受信したことを知らせることができれば、送信を止めることができるので、帯域を占有する割合も減少し消費電力も削減することができる。
それぞれのゲーム機2が他のゲーム機におけるステータス情報を受信することで、同じゲームアプリケーションを複数プレイヤが同時に楽しむことが可能となる。
したがって、リアルタイムの要求が高い、すなわち低遅延が要求されるゲームアプリケーションでは、1フィールド(16.7m秒)に少なくとも1回は、自分のステータス情報を他のゲーム機に知らせ、また他のゲーム機のステータス情報を知ることが好ましい。ステータス情報は、レーシングゲームであれば、コース上の位置や車の向き、速度などの絶対的な情報である。
なお、ここで絶対的な情報とするのは、無線環境における通信の信頼性が高くないためであり、十分な信頼性が確保できるのであれば、過去と現在との差分情報を知ることができればよい。
ここでは通信規格として、IEEE802.11プロトコルを用いる。IEEE802.11プロトコルは、Bluetoothなどのプロトコルと比較すると、インターネットへの接続が容易という利点をもつ。ゲーム機2が通信プロトコルにIEEE802.11を採用することで、無線ネットワークの構築だけでなく、インターネット経由で他の端末と接続することも可能となり、通信システム1の拡張性が向上することになる。
IEEE802.11のアドホックネットワークにおいては、他のネットワークと区別するために、ネットワークごとに基本サービスセットID(Basic Service Set ID:BSSID)がランダムな値として設定される。したがって、それぞれのステーションはBSSIDをデータフレームに含めることで、同一の基本サービスエリア内でグループを構成するステーションに対して、自身のデータフレームをマルチキャストで送信することができる。
なお、IEEE802.11以外の通信プロトコルを用いる場合は、それぞれのステーションが、他の3つのステーションのアドレスを指定して、マルチキャスト通信を行ってもよい。
すなわち、ステーションSTAは、BSSIDをデータフレームに含めて、自身のステータス情報を1パケットで送信する。ステーションSTB、STC、STDについても同様である。したがって、このマルチキャスト通信では、ステータス情報の通信が計4回行われる。
そして、前述したように、本実施形態におけるマルチキャスト通信では、ACK信号の返信が行われる。
ただし、単純にACK機能をマルチキャスト通信に適用する方法では、各ステーション(通信端末)がマルチキャストパケット(Multicast Packet)に対してそれぞれACK信号を送信する必要があることから、多数のステーションが存在するBSS(Basic Service Set)ではACK信号の送信数が増大し消費電力が増加してしまうおそれがある。
そこで、本実施形態においては、好適な実施形態として、マルチキャストパケット自体にACKの機能を持たせている。これにより、帯域を占有することなく、相手先に受信したことを知らせることができるので、送信回数が低減され消費電力の削減を実現している。
図5の例において、ACKビット領域ACKBFLDは、ヘッダ(Header)領域HDFLDとデータ領域DTFLDとの間に設けられている。
送信するステーションSTnは、受信した相手先のビットを “1”にして送信することで相手に受信したことを知らせることができる。
以下に、本実施形態のおけるマルチキャスト通信の具体例について説明する。
なお、図6の無線通信部は、ユニキャスト通信にも対応できるように構成されている。
マルチキャストACK生成部106は、図5に示すACKビットの設定処理等を行う。
中央制御部108は、ACK返送タイマーを有し、送信バッファ102に送信するデータがあればそのデータに対するACK情報の返送が必要か否かを判断し、返送が必要な場合にのみ、ACK返送タイマーを起動して相手先からのACK返送に備えるように、マルチキャストACK生成部106、ビーコン生成部107、および送信バッファ103を制御する。
この機能を実現するために、無線通信部100は、ACK機能を持たせたパケットを送信可能とするマルチキャストACK生成部106、受信したパケットデータからACKの情報を解析するマルチキャストACK解析部110、変復調処理を行う無線送受信部104,114、これを制御する中央制御部108、タイミング制御部109等を有している。
この送信処理の中止機能を実現するため、上記の他のステーションのデータ受信確認機能と同様に、無線通信部100は、ACK機能を持たせたパケットを送信可能とするマルチキャストACK生成部106、受信したパケットデータからACKの情報を解析するマルチキャストACK解析部110、変復調処理を行う無線送受信部104,114、これを制御する中央制御部108、タイミング制御部109等を有している。
このACKのみの送信機能を実現するため、上記の他のステーションのデータ受信確認機能と同様に、無線通信部100は、ACK機能を持たせたパケットを送信可能とするマルチキャストACK生成部106、受信したパケットデータからACKの情報を解析するマルチキャストACK解析部110、変復調処理を行う無線送受信部104,114、これを制御する中央制御部108、タイミング制御部109等を有している。
ここでは、ここでは4台のステーションSTA〜STDでBSSを構築した場合の例を示す。
この場合、ステーションSTAは、他のステーションSTB,STC,STDのすべてのマルチキャストパケットを受信できたので(図7(A)でデータ送信後、3回連続で受信RXが行われている)、中央制御部108の制御の下、マルチキャストACK生成部106において、区間INT2で送信するマルチキャストパケットにACK機能を付加して、具体的には、図5のACKビットにおけるステーションSTB,STC,STDの対応するACKビットを”1”にセットして、ACK機能を持たせたマルチキャストパケット(DATA1+ACK)を無線送信部104を通して送信する。
同様に、ステーションSTB,DTC,STDにおいても、受信できたステーションSTに対応するACKビットを”1”にセットして、ACK機能を持たせたマルチキャストパケット(DATA1+ACK)の送信を行う。
同様に、ステーションSTBも他のステーションSTA,STC,STDのマルチキャストパケットのACK ビットを確認し、全ステーションSTが受信したことを確認できるので送信を中止する。
第1の条件は自身が送信したデータを他のステーション(通信端末)がすべて受信していることが確認できることである。
第2の条件は、上位からのデータ更新がないことである。
第3の条件は、他のステーションに対してACKを返す必要がないことである。
ステーションSTA,STC,STDは、区間INT4においてステーションSTBにACKを返すために(NULL+ACK)の送信を再開する。
これを回避するためには、送信を中止せずに送信するパケットを短くし、送信時間を短くする方法が効果的である。
異なる点は、送信を中止する変わりに、今まで送信していたデータ部分を送信せずに、ACKビットのみ、すなわち(NULL+ACK)を送信することである。
これにより、送信を中止する場合と比較して、送信に要する消費電力の削減率は減少するが、確実にスリープ(Sleep)状態になることが可能になるので全体としての消費電力が削減できる場合がある。
そこで、各ステーションSTがメディアの状態を把握して切り替えることにより、最適な低消費電力化の方法を選択することが可能になる。
メディアが混んでいるかの判断する方法は、送信を中止していないときに、受信した他のBSSのパケットの数を確認することにより判断できる。
また別の方法としては、実際に送信を中止し、スリープ(Sleep)状態になるまでの時間を測定することにより知ることが可能である。
また、上記の判定をBSS内の1つのステーションだけが行い、ビーコンの情報に載せて他のステーションに知らせる方法も可能である。
以下に、さらに好適な例として、ACKを用いた場合のスリープ(Sleep)する条件、アウェイク(Awake)する条件、並びにACKビットを用いたマルチキャスト通信処理の詳細について説明する。
基本的に、各ステーションSTがスリープ(Sleep)する条件は、下記の2つのいずれかを満たした場合となる。
第1の条件は、自分の送信が終了し、かつ、他のすべてのステーションSTのデータを受信した場合である。
第2の条件は、ある一定期間メディア(Medium)がアイドル(Idle)状態になった場合である。
第1の条件は、無駄におきている期間をなるべく少なくするために、必要な動作終了後スリープ状態に入る条件である。
第2の条件は、他のステーションSTからのパケットの受信に失敗した場合でもスリープするための条件である。通常、第2の条件で設定される時間は通常のゲームBSSの送信間隔より長く設定している。
本実施形態のように、ACKを用いて送信を中止する場合は、第2の条件のみでスリープ(Sleep)状態に入ることになる。
上述したように、第2の条件の設定期間は、他のステーションSTnが送信するタイミングより十分大きくなっているので、他のステーションSTにデータ更新があり送信を再開した場合にも、スリープする前に受信することが可能になる。
複数のゲーム機(通信端末)により形成される通信システム1において、コーディネータとなるステーション(Game Coordinator)は必ず報知信号としてのビーコン(Beacon)信号BCNを送信しなければならず、コーディネータ以外のステーション(Non Game Coordinator)は必ずビーコン信号BCNを受信しなければならない。
つまり、自身がデータの送信を行なわない場合も、必ずビーコン信号BCNが送受信されるタイミングの前に全ステーションSTは自律的にアウェイク(Awake)する。
本実施携帯において、各ステーションSTは、他のステーションから受信した情報を表す第1テーブル(Table1 :Rx Packet)と、自分が送信したDataが相手に届いているかを表す第2テーブル(Table2 :Rx ACK)の2つを持つ。
各ステーションSTでのマルチキャストACK解析部110では、他のステーションSTから正常に受信できなかった他のステーションのID番号(ID#)を第1デーブルRx_Packetに作成するとともに、他のステーションSTから送信されたマルチキャストパケットのヘッダの中の送信ステーションのID番号(ID#)を検出の上、自分のステーションのID番号(ID#)に対応するACKビットを読み出すことにより第2デーブルRx_ACKを作成し、中央制御部108に通知する。
中央制御部108を介してマルチキャストACK生成部106に伝達される第1テーブルRx_Packetは、ビーコン間隔(Beacon Interval)BCNI毎に情報を更新し、この情報をマルチキャストパケットのACKビット領域ACKBFLDへ載せる。つまり、ACKビット領域ACKBFLDの情報は、前のビーコン間隔(Beacon Interval)BCNIで他のステーションSTのデータを受信したかを表すことになる。
第2テーブルRx ACKは、自身の送信データに対する他のステーションSTからのACK情報を反映したものである。中央制御部108は、この第2テーブルRX_ACKを用いてマルチキャストパケットを送信しない条件に合致するかを判断の上、マルチキャストACK生成部106を制御する。また第2デーブルRx ACKは上位レイヤからデータの更新が行なわれた場合にリセットされる。
ACKビットが“1”にセットされている場合は、前区間でビットに割り当てられた対応するステーションSTからパケットを正常に受信したことを示す。
ACKビットが“0”にセットされている場合は、前区間でビットに割り当てられた対応するステーションSTからパケットを正常に受信しなかったことを示す。
そして、ステーションSTAの第1テーブルRx Packetは今回ステーションSTBのパケットを正常に受信できず、ステーションSTC,STDのパケットを正常に受信したことを示している。
ステーションSTAの第2テーブルRx ACKは、ステーションSTB,STC,STDのいずれからもACK情報を受け取っていないことを示している。
そして、ステーションSTBの第1テーブルRx Packetは今回ステーションSTA,STC,STDのパケットを正常に受信したことを示している。
ステーションSTBの第2テーブルRx ACKは、ステーションSTA,STC,STDのすべてからACK情報を受け取ったことを示している。
そして、ステーションSTCの第1テーブルRx Packetは今回ステーションSTA,STDのパケットを正常に受信せず、ステーションSTDのパケットを正常に受信したことを示している。
ステーションSTCの第2テーブルRx ACKは、ステーションSTA,STBからACK情報を受け取っておらず、ステーションSTDからACK情報を受け取ったことを示している。
そして、ステーションSTDの第1テーブルRx Packetは今回ステーションSTA,STB,STCのパケットを正常に受信したことを示している。
ステーションSTDの第2テーブルRx ACKは、ステーションSTA,STBからACK情報を受け取っており、ステーションSTCからACK情報を受け取っていないことを示している。
図12(A)〜(C)および図13(A)〜(C)に示すように、各ステーションSTA〜STCの第2テーブル(ACKビットテーブル) Rx ACK 1がすべて“1”になったら、送信パケットをNULL+ACKとする(もちろんSTDも同じ機能を有する)。
データ更新があれば、送信パケットをデータを含むパケットにする。
送信するパケットのACKビット領域ACKBFLDには第1テーブルRx Packetのデータをそのままセットする(前のTBTTで受信したDataに'1'にする)。
第2テーブルである受信ACKビットテーブルRx ACKがすべて“1”(=自身が送信したパケットがNull)であり、受信したパケットがすべてNULLだった場合に送信を停止する。
IBSSから受信パケット(Rx Packet)がある場合、あるいはステーション自身のデータ更新がある場合には、送信停止を解除して送信を再開する。
また、送信したデータが全ステーション届いたことを確認することができるので、送信を中止することができ、帯域の確保、消費電力の低減ができる。
また、送信したデータが全ステーションに届いたことを確認することができるので、送信するパケットをACKのみにしてデータ量を削減することができ、帯域の確保、消費電力の低減ができる。
Claims (12)
- 複数の通信端末装置により構築される無線ネットワーク内の1つ以上の他の通信端末装置との間で報知信号に対応した通信間隔で無線によるマルチキャスト通信可能な通信端末装置であって、
無線ネットワーク内の他の通信端末装置に対して報知信号に対応した通信間隔の1区間内に1つのマルチキャストパケットを送信する送信部と、
無線ネットワーク内の他の通信端末装置からマルチキャストパケットを受信する受信部と、
前記受信部が受信したマルチキャストパケットを送信した無線ネットワーク内の他の通信端末装置を特定する解析部と、
他の通信端末装置のそれぞれから送信されたマルチキャストパケットを通信間隔の前区間において前記受信部が受信したか否かを示す他の通信端末装置ごとの受信確認情報を、前記送信部が送信するマルチキャストパケットの所定の領域に含めさせることができる制御部と、を備え、
前記送信部は、通信間隔の現区間において、前記他の通信端末装置のそれぞれに対して設定された受信確認情報を含んだマルチキャストパケットを送信し、
前記解析部は、
前記受信部が、通信間隔の現区間において他の通信端末装置からのマルチキャストパケットを受信できなかった場合に、その通信端末装置を特定する情報を第1テーブルに記録し、
前記受信部が通信間隔の現区間において受信したマルチキャストパケットから、自端末に対して設定された、通信間隔の前区間において前記送信部から送信したマルチキャストパケットが他の通信端末装置で受信されたか否かを示す受信確認情報を読み出して、他の通信端末装置のそれぞれにより設定された受信確認情報を、他の通信端末装置に対応する情報に関連づけて第2テーブルに記録することを特徴とする通信端末装置。 - 前記解析部は、前記受信部が受信したマルチキャストパケットから、自端末に対して設定された受信確認情報を読み出すことにより、前記制御部が、通信間隔の前区間において前記送信部から送信したマルチキャストパケットが他の通信端末装置で受信されたことを確認可能であることを特徴とする請求項1に記載の通信端末装置。
- 前記解析部は、前記受信部が通信間隔の現区間において他の通信端末装置からのマルチキャストパケットを受信できなかった場合に、その通信端末装置に対応する情報に関連づけて、その通信端末装置において、通信間隔の前区間において前記送信部から送信したマルチキャストパケットが受信されていないことを示す受信確認情報を第2テーブルに記録することを特徴とする請求項1または2に記載の通信端末装置。
- 前記解析部は、前記送信部から送信するマルチキャストパケットに含めるデータの更新が行われた場合に、第2テーブルの記録内容をリセットすることを特徴とする請求項3に記載の通信端末装置。
- 前記制御部は、前記送信部から送信したマルチキャストパケットが無線ネットワーク内の他の通信端末装置において受信されたことを確認すると、当該マルチキャストパケットに含まれるデータと同一のデータを含んだマルチキャストパケットが前記送信部より送信されることを停止させることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の通信端末装置。
- 前記制御部がパケットの送信を停止する条件には、前記送信部から送信したマルチキャストパケットが他のすべての通信端末装置により受信されたことを確認すること、前記送信部から送信するマルチキャストパケットに含めるデータの更新がないこと、他の通信端末装置に対して受信確認情報を返す必要がないことを含むことを特徴とする請求項5に記載の通信端末装置。
- 前記制御部は、報知信号に対応した通信間隔の1区間において他の通信端末装置から送信されるマルチキャストパケットに含まれる受信確認情報の受信状態と、それよりも前の区間において他の通信端末装置から送信されるマルチキャストパケットに含まれる受信確認情報の受信状態とに基づいて、前記送信部によるマルチキャストパケットの送信を停止するか否かを判断することを特徴とする請求項5または6に記載の通信端末装置。
- 前記制御部は、通信間隔の前区間以前において他の通信端末装置からの受信確認情報により、送信したマルチキャストパケットが無線ネットワーク内の他のすべての通信端末装置により受信されたことを確認すると、前記送信部による現区間におけるマルチキャストパケットの送信を停止させることを特徴とする請求項5から7のいずれかに記載の通信端末装置。
- 前記制御部は、前記送信部から送信したマルチキャストパケットが無線ネットワーク内の他の通信端末装置において受信されたことを確認すると、前記送信部から送信するマルチキャストパケットに含める情報を、他の通信端末装置のそれぞれから送信されたマルチキャストパケットを通信間隔の前区間において前記受信部が受信したか否かを示す受信確認情報のみとすることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の通信端末装置。
- 前記制御部は、
前記送信部から送信したマルチキャストパケットが無線ネットワーク内の他の通信端末装置において受信されたことを確認すると、当該マルチキャストパケットに含まれるデータと同一のデータを含んだマルチキャストパケットが前記送信部より送信されることを停止させる第1の機能と、
前記送信部から送信したマルチキャストパケットが無線ネットワーク内の他の通信端末装置において受信されたことを確認すると、前記送信部から送信するマルチキャストパケットに含める情報を、他の通信端末装置のそれぞれから送信されたマルチキャストパケットを通信間隔の前区間において前記受信部が受信したか否かを示す受信確認情報のみとする第2の機能と、を含み、
チャネルの混雑度に応じて前記第1の機能と前記第2の機能を切り替えることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の通信端末装置。 - 複数の通信端末装置により構築される無線ネットワーク内で通信端末装置同士が報知信号に対応した通信間隔で無線によるマルチキャスト通信可能な通信システムであって、
各通信端末装置は、
無線ネットワーク内の他の通信端末装置に対して報知信号に対応した通信間隔の1区間内に1つのマルチキャストパケットを送信する送信部と、
無線ネットワーク内の他の通信端末装置からマルチキャストパケットを受信する受信部と、
前記受信部が受信したマルチキャストパケットを送信した無線ネットワーク内の他の通信端末装置を特定する解析部と、
他の通信端末装置のそれぞれから送信されたマルチキャストパケットを通信間隔の前区間において前記受信部が受信したか否かを示す他の通信端末装置ごとの受信確認情報を、前記送信部が送信するマルチキャストパケットの所定の領域に含めさせることができる制御部と、を備え、
前記送信部は、通信間隔の現区間において、前記他の通信端末装置のそれぞれに対して設定された受信確認情報を含んだマルチキャストパケットを送信し、
前記制御部は、
前記送信部から送信したマルチキャストパケットが無線ネットワーク内の他の通信端末装置において受信されたことを確認すると、当該マルチキャストパケットに含まれるデータと同一のデータを含んだマルチキャストパケットが前記送信部より送信されることを停止させる第1の機能と、
前記送信部から送信したマルチキャストパケットが無線ネットワーク内の他の通信端末装置において受信されたことを確認すると、前記送信部から送信するマルチキャストパケットに含める情報を、他の通信端末装置のそれぞれから送信されたマルチキャストパケットを通信間隔の前区間において前記受信部が受信したか否かを示す受信確認情報のみとする第2の機能と、を含み、
チャネルの混雑度に応じて前記第1の機能と前記第2の機能を切り替えることを特徴とする通信システム。 - 複数の通信端末装置により構築される無線ネットワーク内の1つ以上の他の通信端末装置との間で報知信号に対応した通信間隔で無線によるマルチキャスト通信を行う処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
無線ネットワーク内の他の通信端末装置に対して報知信号に対応した通信間隔の1区間内に1つのマルチキャストパケットを送信させる機能と、
無線ネットワーク内の他の通信端末装置からマルチキャストパケットを受信させる機能と、
受信したマルチキャストパケットを送信した無線ネットワーク内の他の通信端末装置を特定させる機能と、
他の通信端末装置のそれぞれから送信されたマルチキャストパケットを通信間隔の前区間において受信したか否かを示す他の通信端末装置ごとの受信確認情報を、送信するマルチキャストパケットの所定の領域に含めさせる機能とを、コンピュータに実行させるコンピュータプログラムであり、
前記送信させる機能は、通信間隔の現区間において、他の通信端末装置のそれぞれに対して設定された受信確認情報を含んだマルチキャストパケットを送信させる機能を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
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