JP4790734B2 - 通信端末、通信方法および通信システム - Google Patents

Description

本発明は、アドホックネットワークにおいてブロードキャスト通信を行う通信端末、通信方法および通信システムに関する。

近年、集中制御局を必要とせず自律分散的に形成されるアドホックネットワークが注目を集めている。アドホックネットワークは移動端末だけで構成することが可能であるため、柔軟性に優れており、現在多く用いられているセルラ通信や無線ＬＡＮ、今後急速な発展が予想されるＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ：高度道路交通システム）など様々なネットワークに対応することでシームレスな通信を実現でき、これまでサービスの提供が困難であった場所でも手軽に情報を得ることができるようになると考えられている。

災害時において基地局などのインフラが被害を受けた際、緊急の通信網として、端末間の通信のみですむアドホックネットワークは有用であると考えられる。
アドホックネットワークでは、送信元（ソース）となる端末と直接通信を行うことができない端末は、マルチホップ通信により他の端末が中継を行うことで情報の受信を可能とする。

しかしアドホックネットワークは、インフラが無いために、送信開始時間を制御するアクセス制御が難しいことや、近隣の端末や受信する端末の正確な位置情報を特定するルート制御が困難といった技術的課題が挙げられる。

そこで、基本的な通信方法として、まずは自端末の通信可能領域内にある全端末にデータを送信するブロードキャストを行う手法がある。このブロードキャストはルーティングや全端末への情報配信を行う場合に利用され、そのデータ転送をフラッディングと呼ぶ。フラッディングは、ブロードキャストパケットを受信した端末が、必ず１回リブロードキャストを行うことで全端末にブロードキャストパケットを行きわたらせる手法である。しかし、単純にブロードキャストパケットを受信した端末が全て、パケットをリブロードキャストしてしまうと、トラヒックが急増して、パケットが衝突する確率が増え、全体のデータ伝送が滞ってしまう（ブロードキャストストーム問題）。
よって、最小のブロードキャスト数で全ての端末にデータを送信することが課題となる。

ブロードキャストストーム問題を解決するために、従来の技術では、確率的に中継を行うか行わないかを決定する手法、中継を行う前に同じデータパケットを一定回数以上重複して受け取った場合は中継を中止する手法、端末間の距離を既知と仮定し、データパケットを受け取った端末との距離が一定以上ならば中継、それ以下ならば中止するという手法、ＧＰＳを使って、データパケットを受け取った端末との位置関係を調べ、自身のブロードキャストによってブロードキャストの範囲が一定面積以上に拡大できるならば中継する手法、あらかじめアドホックネットワーク内にクラスタと呼ばれる小さなネットワークを複数構成しておき、クラスタ内の特定の端末だけがブロードキャストを行う手法が提案されている（Ｙｕ−Ｃｈｅｅ Ｔｓｅｎｇ， Ｓｚｅ−Ｙａｏ Ｎｉ， Ｙｕｈ−Ｓｈｙａｎ Ｃｈｅｎ， ａｎｄ Ｊａｎｇ−Ｐｉｎｇ Ｓｈｅｕ， “Ｔｈｅ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｓｔｏｒｍ Ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ａ Ｍｏｂｉｌｅ Ａｄ Ｈｏｃ Ｎｅｔｗｏｒｋ，” Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ５ｔｈ ａｎｎｕａｌ ＡＣＭ／ＩＥＥＥ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ， Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ， ｐｐ． １５１≡１６２， １９９９．参照）。しかし、上記手法では、重複中継数は減少するものの確実に全端末にデータを届けることができない可能性が生じてしまう。

ところで、アドホックネットワークにおけるＭＡＣプロトコルの主な種類として、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：衝突回避機能付き搬送波感知多重アクセス方式）とＲＴＳ／ＣＴＳ方式（Ｒｅｑｕｅｓｔ ｔｏ Ｓｅｎｄ／Ｃｌｅａｒ ｔｏ Ｓｅｎｄ）がある（ＬＡＮ ＭＡＮ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｏｃｉｅｔｙ， “Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ≡ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｙｓｔｅｍｓ≡ Ｌｏｃａｌ ａｎｄ ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋｓ≡ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ≡ Ｐａｒｔ１１： Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ （ＭＡＣ） ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ （ＰＨＹ） Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ，” ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ８０２．１１−１９９９（Ｒ２００３）， Ｊｕｎｅ ２００３．参照）。

ＣＳＭＡ／ＣＡ方式とは、同一チャネルに複数の端末が通信をする際の競合を回避する手法である。動作例を図１８に示す。パケットの送信を試みる端末Ａ、Ｂは、まずチャネルが使用中であるビジーから使用中でないアイドルに代わった後、ＤＩＦＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ：分散制御用フレーム間隔）の時間をおいて、他端末のチャネルの使用状況をセンスする（キャリアセンス）。チャネルが空き状態であれば、端末Ａ、Ｂは乱数によりコンテンションウインドウ（ＣＷ）を設定する。一方、もしチャネルが使用中であれば、チャネルが空くまで待ち、チャネルが空き状態になった後、再度ＤＩＦＳ時間の時間をおく。その後、前述のチャネルが空き状態だった場合と同様に端末Ａ、Ｂは乱数によりＣＷを設定する。

このＣＷは、端末が同時にパケットを送信することによるパケットの衝突を低減させるために用いられる。このＣＷは通常端末毎に乱数により確率的に大きさが与えられ、そのＣＷに一定時間（Ｓｌｏｔ Ｔｉｍｅ）を掛けたバックオフ時間の間送信を待機して、端末同士の衝突の確率を下げるようにしている。

チャネルが空いている間、端末のバックオフ時間は一定時間（Ｓｌｏｔ Ｔｉｍｅ）毎に減少（カウントダウン）する。このカウントダウンにより、ＣＷの大きさが０になった端末が送信権を持つこととなる。図１８において、もし端末Ａのバックオフ時間が０にならない間に端末Ｂのバックオフ時間が０になって、端末Ｂがパケットを送信しチャネルが使用中になると、再び端末Ａは待機状態となり、端末Ｂのパケット送信が終了すると、端末Ａは、アイドル状態になった後、ＤＩＦＳの期間が経過するまで、バックオフ時間をそのまま保持する。ＤＩＦＳ経過後、再度カウントダウンを開始し、端末Ａのバックオフ時間が０になったとき、端末Ａはパケットの送信を開始する。ここで、もし複数の端末（端末Ａ、端末Ｃ）のバックオフ時間が同時に０になると、衝突が発生する。そして、衝突を起こしてパケットの送信ができなかった端末は、新たにバックオフ時間を設定することで再度の送信機会をうかがう。

この方式では、送信端末の通信範囲外に端末があった場合、その端末が送信端末からの通信を知らずに送信してしまい、パケットが衝突してしまう隠れ端末問題が生じてしまう。

ＲＴＳ／ＣＴＳ方式とは、ユニキャスト通信において、特定の受信端末へのデータ送信が可能か確認をしてデータを送信する手法である。図１９に動作例を示す。送信端末Ａが受信端末ＢにＲＴＳ（送信要求）メッセージを送る。受信端末ＢがＲＴＳメッセージを受信し、データの受信が可能であれば、送信端末ＡへＣＴＳ（受信準備完了）メッセージを返す。ＣＴＳメッセージを受信した送信端末Ａは受信端末Ｂへデータを送信する。
通信に関与しない端末Ｃ、ＤがＲＴＳまたはＣＴＳを受信した場合は、通信に関与しないので送信を控える。この通信を控えるフラグとなるものがＮＡＶであり、このＮＡＶが設定されている場合は、当該端末は送信禁止状態となる。

しかし、ＲＴＳ／ＣＴＳ方式はユニキャスト通信を想定しているため、ブロードキャストでこの方式を行うと、ＣＴＳメッセージを受ける際に、同時に複数の端末からＣＴＳメッセージが返されることになり、ＣＴＳメッセージが衝突してしまう。

よって、ブロードキャストにおいても、ＲＴＳ／ＣＴＳ方式のようにパケットの送信が可能かどうか確認をし、かつＣＳＭＡ／ＣＡ方式でキャリアセンスをして他端末から送信されたパケットとの衝突を防ぐシステムが必要とされる。

アドホックネットワークを用いてパケットをブロードキャストする際、受信可能なエリア内の端末密度が高い場合などは、既にエリア内の多くの端末がそのパケットを受信しているにも関わらず、パケットを受信した端末がリブロードキャストを行ってしまい、冗長な通信が頻繁に発生して通信リソースを浪費してしまう。また、トラヒックの増加に伴うデータの衝突や、他の通信との競合が増加し、スループットを更に下げることとなる。

この発明はこのような点に鑑みてなされたもので、アドホックネットワークにおけるブロードキャストにおいて、無駄な送信の削減をし、端末がブロードキャストをしたデータパケットが確実かつ短時間で効率よく受信する通信端末、通信方法および通信システムを提供することを目的としている。

本発明は以下を要旨とする。
（１）ブロードキャストによりデータパケットのマルチホップ通信を行う通信端末において、
送信元の通信端末からブロードキャスト送信された、データパケットのＩＤ情報を含む第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットを受信するＲｅｑｕｅｓｔ受信手段と、
既に受信済みのデータパケットのＩＤ情報を記憶する受信パケットＩＤ記憶手段と、
前記Ｒｅｑｕｅｓｔ受信手段で受信した、前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットが有するデータパケットのＩＤ情報と、前記受信パケットＩＤ記憶手段に記憶されている既に受信済みのデータパケットのＩＤ情報とから、前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットが有するＩＤ情報によって識別されるデータパケットを既に受信しているか否かの判断を行う判断手段と、
前記判断手段により、前記データパケットを受信していない場合、前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケット内のデータパケットのＩＤ情報を記録し、制御信号であるｒｅｐｌｙ信号を送信するｒｅｐｌｙ送信手段と、
前記送信元の通信端末によって受信された、前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットを受信した通信端末からの前記ｒｅｐｌｙ信号が所定の閾値を超えた場合に、前記送信元の通信端末によってブロードキャストされた前記データパケットを受信するデータパケット受信手段と、
前記データパケット受信手段で前記データパケットを受信した後、任意に設定された検出時間内で周囲の通信状況を検出する検出手段と、
前記検出手段により前記検出時間内で周囲に通信があることを検出しなかった場合、前記データパケット受信手段によって受信されたデータパケットのＩＤ情報を含む第２のＲｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャストするＲｅｑｕｅｓｔ送信手段と、
前記Ｒｅｑｕｅｓｔ送信手段でブロードキャストした前記第２のＲｅｑｕｅｓｔパケットに応答するｒｅｐｌｙ信号を受信するｒｅｐｌｙ受信手段と、
前記ｒｅｐｌｙ受信手段により受信した前記ｒｅｐｌｙ信号が所定の閾値を越えた場合、前記データパケットをブロードキャストするデータパケット送信手段と、
を備えたことを特徴とする通信端末。

（２）前記判断手段により、前記データパケットが受信済みと判断された場合、前記Ｒｅｑｕｅｓｔ送信手段で送信されたＲｅｑｕｅｓｔパケットを破棄する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信端末。

（３）前記検出時間は乱数によって設定する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信端末。

（４）前記検出手段により検出時間内で周囲に通信があることが検出された場合、前記検出時間を一時停止して送信を待機する、
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の通信端末。

（５）受信したデータパケットのＳＮＲを検知するデータパケットＳＮＲ検知手段を更に有し、
前記データパケットＳＮＲ検知手段により検知された当該データパケットのＳＮＲが所定の閾値より小さければ、前記検出時間を短く成るべく設定する、
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の通信端末。

（６）送信したデータパケットの回数を計測する送信回数計測手段を更に有し、
前記送信回数計測手段で計測したデータパケットの回数が一定回数より多ければ、前記検出時間を短く成るべく設定する、
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の通信端末。

（７）複数の端末で同じデータパケットのＩＤ情報を付加したＲｅｑｕｅｓｔパケットを保持し、該複数の端末がｒｅｐｌｙ信号を受信した場合に、協調ダイバーシチ送信を行う、
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の通信端末。

（８）パケットの衝突を通知する緊急信号送信手段を更に有し、
前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケット受信手段またはデータパケット受信手段でＲｅｑｕｅｓｔパケットまたはデータパケットを受信する際に、パケットが衝突して受信できなかった場合、前記緊急信号送信手段により緊急信号を送信する、
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の通信端末。

（９）前記検出時間内に受信したＲｅｑｕｅｓｔパケットが有するデータパケットのＩＤ情報が、前記第２のＲｅｑｕｅｓｔパケットに含まれる、既に有しているデータパケットのＩＤ情報と同一の場合に、当該受信したＲｅｑｕｅｓｔパケットのＳＮＲを検知するＲｅｑｕｅｓｔパケットＳＮＲ検知手段を更に有し、
前記ＲｅｑｕｅｓｔパケットＳＮＲ検知手段により検知された当該ＲｅｑｕｅｓｔパケットのＳＮＲが所定の閾値より大きい場合、前記検出時間を延長する、
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の通信端末。

（１０）ブロードキャストによりデータパケットのマルチホップ通信を行う通信方法において、各通信端末は、
送信元の通信端末からブロードキャスト送信された、データパケットのＩＤ情報を含む第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットを受信するＲｅｑｕｅｓｔ受信ステップと、
前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットが有するデータパケットのＩＤ情報と、メモリに記憶されている既に受信済みのデータパケットのＩＤ情報とから、前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットが有するＩＤ情報によって識別されるデータパケットを既に受信しているか否かの判断を行うステップと、
前記データパケットを受信していない場合、前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケット内のデータパケットのＩＤ情報を記録し、制御信号であるｒｅｐｌｙ信号を送信するステップと、
前記送信元の通信端末によって受信された、前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットを受信した通信端末からの前記ｒｅｐｌｙ信号が所定の閾値を超えた場合に、前記送信元の通信端末によってブロードキャストされた前記データパケットを受信するステップと、
前記データパケットを受信した後、任意に設定された検出時間内で周囲の通信状況を検出するステップと、
前記検出時間内で周囲に通信があることを検出しなかった場合、前記データパケット受信ステップにおいて受信されたデータパケットのＩＤ情報を含む第２のＲｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャストするステップと、
ブロードキャストした前記第２のＲｅｑｕｅｓｔパケットに応答するｒｅｐｌｙ信号を受信するステップと、
受信した前記ｒｅｐｌｙ信号が所定の閾値を超えた場合、前記データパケットをブロードキャストするステップと、
を有することを特徴とする通信方法。

（１１）複数の通信端末から構成され、データパケットをブロードキャスト送信するアドホック・マルチホップ通信システムにおいて、
前記複数の通信端末のうち、データパケットを保有している送信元の通信端末は、当該データパケットのＩＤ情報を含むＲｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャスト送信し、
前記複数の通信端末のうち、前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットを受信した通信端末は、受信したＲｅｑｕｅｓｔパケットが有するデータパケットのＩＤ情報と、当該通信端末のメモリに記憶されている既に受信済みのデータパケットのＩＤ情報とから、前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットが有するＩＤ情報によって識別されるデータパケットを既に受信しているか否かの判断を行い、既に前記データパケットを受信しているときは応答しないが、未だ前記データパケットを受信していないときは当該データパケットの受信を必要としていることを意味するｒｅｐｌｙ信号を送信し、
前記送信元の通信端末は、所定の閾値以上の前記ｒｅｐｌｙ信号を受信したときにのみ、前記データパケットをブロードキャストする
ことを特徴とする通信システム。

（１２）前記送信元の通信端末は、前記データパケットを受け取った場合において、前記データパケットを送信した通信端末との距離を判断する機能（装置）を備え、前記距離が遠いほど短く成るべく設定された前記待ち時間が経過した後に、前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャスト送信する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の通信システム。

（１３）前記各通信端末は、所与の待ち時間が経過した後に前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャスト送信するものであり、
前記各通信端末が、他の通信端末が送信する前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットの受信電力をモニタする装置（機能）をさらに備え、
前記データパケットを保有している前記各通信端末は、他の通信端末から受信した前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットが有するデータパケットのＩＤ情報が、当該各通信端末が既に有しているデータパケットのＩＤ情報と同一の場合に、当該各通信端末が備える前記受信電力をモニタする装置（機能）によって当該受信したＲｅｑｕｅｓｔパケットの受信電力を検知し、検知された受信電力の大きさが大きいときは前記待ち時間を長く成るべく設定し、当該受信したＲｅｑｕｅｓｔパケットの受信電力の大きさが小さいときは前記待ち時間を短く成るべく設定する、
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の通信システム。

（１４）前記各通信端末は、所与の待ち時間が経過した後に前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャスト送信するものであり、
前記各通信端末は、前記データパケットの送信回数を累積して記憶し、
前記累積した送信回数が多いときに前記待ち時間を短く成るべく設定し、
前記累積した送信回数が少ないときに前記待ち時間を長く成るべく設定する、
ことを特徴とする請求項１１から１３の何れかに記載の通信システム。

（１５）前記通信端末のうち２つの通信端末がダイバーシチ送信における２つのアンテナとして機能することを特徴とする請求項１１から１４の何れかに記載の通信システム。

（１６）前記各通信端末は、複数のＲｅｑｕｅｓｔパケットまたはデータパケットを同時受信したときは、前記ｒｅｐｌｙ信号を送信せずに、ｒｅｐｌｙ信号に割り当てられている時間と重複しないように、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットの再送要求を送信し、
前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットの再送要求を受信した前記通信端末は、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットを再送する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の通信システム。

（１７）前記各通信端末は、複数の前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットまたはデータパケットを同時受信したときは、ｒｅｐｌｙ信号を送信せずに、当該ｒｅｐｌｙ信号に割り当てられている時間にＲｅｑｅｓｔパケットの再送要求をｒｅｐｌｙ信号とは異なる符号化をして送信する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の通信システム。

（１）から（９）に記載の通信端末、（１０）に記載の通信方法、（１１）から（１６）に記載の通信システムによれば、無駄な送信の削減をし、トラヒックを減らし、結果としてスループットを向上させることができる。
具体的には、（１）に記載の通信端末によれば、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャストし、該Ｒｅｑｕｅｓｔパケットに応答するｒｅｐｌｙ信号が所定の閾値を超えた場合、データパケットをブロードキャストする。よって、無駄なブロードキャストを削減することができ、帯域の占有時間や消費電力も少なくすることができる。また、周囲の通信状況を検出するので、通信範囲内に複数の端末が配置されていても、データパケットが衝突することなく、確実に送信される。
また、ネットワーク範囲内での通信においては、無駄なデータパケットの送信がないため、短時間でネットワーク内の全端末にデータパケットを送信することができる。

（２）に記載の通信端末によれば、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットの受信において、端末がデータパケットを受信していた場合に該Ｒｅｑｕｅｓｔパケットを破棄するので、無駄なデータパケットの送信を削減することができる。

（３）に記載の通信端末によれば、検出時間を乱数によって設定するので、自端末からのＲｅｑｕｅｓｔパケットが他の端末からのＲｅｑｕｅｓｔパケットと衝突する確率を下げることができる。

（４）に記載の通信端末によれば、検出時間を一時停止して送信を待機するので、次回のＲｅｑｕｅｓｔパケット送信において、検出時間の終了を早めることができ、他の端末からのＲｅｑｕｅｓｔパケットと衝突する確率を下げることができる。

（５）に記載の通信端末によれば、受信したデータパケットのＳＮＲが小さい端末に対して、検出時間を短く成るべく設定するので、より遠くの端末へデータパケットを優先的に送信することができ、短時間でより広範囲にデータパケットを送信することができる。

（６）に記載の通信端末によれば、データパケットの送信回数が多い端末に対して、データパケットの中継に貢献し、該端末へ送信すれば確実にデータパケットを他の端末へ中継するとみなす。該端末に対して検出時間を短く成るべく設定するので、短時間でより確実かつ広範囲にデータパケットを送信することができる。

（７）に記載の通信端末によれば、同じデータパケットのＩＤ情報を付加したＲｅｑｕｅｓｔパケットを保持し、ｒｅｐｌｙ信号を受信した複数の端末で、協調ダイバーシチ送信を行うので、ダイバーシチ利得を得てより確実にデータパケットを送信することができる。

（８）に記載の通信端末によれば、パケットが衝突しても、衝突を通知する緊急信号を送信するので、誤ってパケットが送信済みとなり、周囲の端末へパケットが届かなくなることが無く、確実にパケットをブロードキャストすることができる。

（９）に記載の通信端末によれば、既に有しているデータパケットのＩＤ情報と同一のデータパケットのＩＤ情報を有すＲｅｑｕｅｓｔパケットのＳＮＲが、設定した閾値より大きい場合、検出時間を長く設定するので、ＳＮＲの小さい、より遠い端末が優先的にデータパケットを送信することができ、データパケットをより遠くへ送信することができる。

（１０）に記載の通信方法によれば、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャストし、該Ｒｅｑｕｅｓｔパケットに応答するｒｅｐｌｙ信号が所定の閾値を超えた場合、データパケットを送信する。よって、無駄なブロードキャストを削減することができ、帯域の占有時間や消費電力も少なくすることができる。また、周囲の通信状況を検出するので、通信範囲内に複数の端末が配置されていても、データパケットが衝突することなく、確実に送信される。
また、ネットワーク範囲内での通信においては、無駄なデータパケットの送信がないため、短時間でネットワーク内の全端末にデータパケットを送信することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る通信端末１００の構成図である。なお通信端末１００は、図２において後述する端末ｓｏｕｒｃｅ，端末Ａ〜Ｄの構成と同様である。
１１は制御部であり、装置全体の制御を司る。
１は無線受信部であり、入力された信号を無線周波数からベースバンド信号に変換し、入力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）して制御部１１へ送る。
２は無線送信部であり、制御部１１から送られたデジタル信号をアナログ信号に変換（Ｄ／Ａ変換）した後、信号を無線周波数に変換する。
３は変調・符号化部であり、送信するデータのデータ系列を符号化し、さらに変調を行う。４は復調・復号部であり、変調、符号化された受信信号を元のデータ系列に戻す。
５はメモリであり、送信しようとするパケットのＩＤ、受信したパケットのＩＤを記録する。また、データ系列の記録も行う。ＤＩＦＳ時間やＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ：短フレーム間隔）時間の設定値も記憶している。なお、ＤＩＦＳ時間とＳＩＦＳ時間は、ＩＥＥＥ８０２．１１において規定されている固定値である。
６はＣＷ（コンテンションウインドウ）設定部であり、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式における、衝突を回避するためのＣＷを乱数によって設定する。
７はタイマーであり、パケットを送信するまでのＤＩＦＳ時間、ＳＩＦＳ時間、バックオフ時間を計測する。
８は受信電力監視部であり、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式におけるキャリアセンス時、後に述べるｒｅｐｌｙ信号の受信において、受信電力の監視をおこなう。
９はＲｅｑｕｅｓｔ／ｒｅｐｌｙ記憶部であり、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットおよびｒｅｐｌｙ信号を格納するとともに、ブロードキャストを行うための手続きがどこまで完了したかを記録する。また、データパケットの送信を決定するｒｅｐｌｙ信号の受信電力の閾値を設定し格納する。この閾値は、あらかじめ決められた端末の通信可能範囲において、通信可能な最大距離での１端末からの受信電力を計算することで設定する。
１０は優先度判定部であり、受信ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）を推定する。
１２はアンテナであり、データパケット等の信号を送受信する。
１３はサーキュラーであり、アンテナ１２で受信したパケットを無線受信部１へ送る。また、無線送信部２から送られたパケットをアンテナ１２へ送る。

図２は端末ｓｏｕｒｃｅ，Ａ〜Ｄの空間配置図である。端末ｓｏｕｒｃｅ，端末Ａ〜Ｄの構成は、通信端末１００の構成と同様である。ここで、端末Ａ，Ｂ，Ｃは、端末ｓｏｕｒｃｅの送信可能範囲内に配置しているため、端末ｓｏｕｒｃｅから送信されたデータパケットを受信することができるものとする。また、端末Ｄは、端末ｓｏｕｒｃｅの送信可能範囲外であり、端末Ａの送信可能範囲内に配置しているため、端末Ｄは端末ｓｏｕｒｃｅから送信されたデータパケットを受信することができないが、端末Ａから送信されたデータパケットは受信することができるものとする。

次に、上記構成の端末１００の動作について説明する。以降、端末Ａの構成について、「無線受信部Ａ−１」，・・・，「アンテナＡ−１２」、というように表記する。
まず、端末ｓｏｕｒｃｅの送信可能範囲にある端末Ａ，Ｂ，Ｃが、端末ｓｏｕｒｃｅからデータパケットＸを受信する際の動作について、図３のフローおよび図４のタイムチャートを参照にして説明する。ここでは簡略のために、端末Ａについてのみ説明するが、端末Ｂ，Ｃも同様の動作を行う。

端末Ａの無線受信部Ａ−１は、端末ｓｏｕｒｃｅからブロードキャストされたＲｅｑｕｅｓｔパケットを受信する（ステップＳ１０１）。このＲｅｑｕｅｓｔパケットには、この後端末ｓｏｕｒｃｅから送信されるデータパケットＸのＩＤ情報、端末ｓｏｕｒｃｅのＩＤ情報、現在のホップ数等が含まれている。制御部Ａ−１１はＲｅｑｕｅｓｔパケットを復調・復号部Ａ−４で復調を行った後、メモリＡ−５に記憶されている、既に受信したデータパケットのＩＤと、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットに含まれているデータパケットのＩＤとの比較を行う。
もし既に端末Ａが受信していたデータパケットであれば（ステップＳ１０３で「Ｎｏ」）、制御部Ａ−１１はこのＲｅｑｕｅｓｔパケットを破棄する（ステップＳ１０５）。

端末Ａが受信していないデータパケットであれば（ステップＳ１０３で「Ｙｅｓ」）、制御部Ａ−１１は、受信したＲｅｑｕｅｓｔパケットに付加しているデータパケットＸのＩＤを、メモリＡ−５に記録する（ステップＳ１０７）。そして制御部Ａ−１１は、メモリＡ−５からＳＩＦＳの設定時間をタイマーＡ−７に転送し、ＳＩＦＳの時間の計測をスタートさせる。制御部Ａ−１１は、ＳＩＦＳ時間の間受信電力監視部Ａ−８に周囲の電力を監視させて、キャリアセンスを行う（ステップＳ１０９，ステップＳ１１１で「Ｎｏ」）。

ＳＩＦＳ時間終了後（ステップＳ１１１で「Ｙｅｓ」）、制御部Ａ−１１はＲｅｑｕｅｓｔ／ｒｅｐｌｙ記憶部Ａ−９からｒｅｐｌｙ信号を呼び出し、変調・符号化部Ａ−３で変調を行って無線送信部Ａ−２を介して送信する（ステップＳ１１３）。ここでｒｅｐｌｙ信号は一例としてパルス信号を用いることが可能であり、他の信号と衝突した場合でも受信側では電力の増加によるｒｅｐｌｙ信号の検知が可能である。ここで、パルス信号の変わりに拡散信号もしくは通常の変調信号を利用してもよい。
そして、端末Ａは端末ｓｏｕｒｃｅからブロードキャストされるデータパケットＸを受信する（ステップＳ１１５）。

次に、端末Ａ，Ｂ，Ｃが端末ｓｏｕｒｃｅから受信したデータパケットＸを中継送信するときの動作について、図５のフローおよび図６のタイムチャートを参照にして説明する。ここでも、図３，図４において説明したと同様、簡略のために、端末Ａについてのみ説明するが、端末Ｂ，Ｃも同様の動作を行う。

まず、制御部Ａ−１１は、ＣＷ設定部Ａ−６にＣＷを設定させる（ステップＳ１）。次に制御部Ａ−１１は、メモリＡ−５からＤＩＦＳの設定時間をタイマーＡ−７に転送し、ＤＩＦＳ時間の計測をスタートさせる。制御部Ａ−１１は、ＤＩＦＳ時間の間送信を待機し、受信電力監視部Ａ−８に周囲の電力を監視させて、キャリアセンスを行う（ステップＳ３）。

ＤＩＦＳ時間終了後、制御部Ａ−１１は、ステップＳ１で設定したＣＷに基づいて、タイマーＡ−７でバックオフ時間の計測をスタートさせる。制御部Ａ−１１は、バックオフ時間の間受信電力監視部Ａ−８に周囲の電力を監視させて、キャリアセンスを行う（ステップＳ５）。
もし、バックオフ時間の間、端末Ａの周囲で送受信を行っていることを示す電力を検知した場合は（ステップＳ７で「Ｙｅｓ」）、バックオフ時間を一時停止し（ステップＳ９）、次回の送信まで待機する。

バックオフ時間が終了したら（ステップＳ１１「Ｙｅｓ」）、制御部Ａ−１１はメモリＡ−５からこの後送信する予定のデータパケットＸのＩＤを呼び出し、Ｒｅｑｕｅｓｔ／ｒｅｐｌｙ記憶部Ａ−９から呼び出したＲｅｑｕｅｓｔパケットに付加する。そして、変調・符号化部Ａ−３で変調を行って、無線送信部Ａ−２を介してアンテナＡ−１２からデータパケットＸのＩＤを付加したＲｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャストする（ステップＳ１３）。そして制御部Ａ−１１は、Ｒｅｑｕｅｓｔ／ｒｅｐｌｙ記憶部Ａ−９にＲｅｑｕｅｓｔパケットが送信完了したことを記録する（ステップＳ１５）。

制御部Ａ−１１は、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットを送信すると同時に、メモリＡ−５からＳＩＦＳの設定時間をタイマーＡ−７に転送し、ＳＩＦＳ時間の計測をスタートさせる。ＳＩＦＳ時間経過後、端末Ａはｒｅｐｌｙ信号を受信するための待機時間が必要となる。制御部Ａ−１１は、ＳＩＦＳ時間＋ｒｅｐｌｙ信号受信待機時間の間送信を待機し、受信電力監視部Ａ−８に周囲の電力を監視させて、ｒｅｐｌｙ信号受信のための信号の監視を行う（ステップＳ１７）。ｒｅｐｌｙ信号受信待機時間は、ｒｅｐｌｙ信号を送信した端末とＲｅｑｕｅｓｔパケットを送信した端末との間の電波伝搬時間などを考慮したマージンとなる。

端末Ａは、ステップＳ１７でＳＩＦＳ時間＋ｒｅｐｌｙ信号受信待機時間の間送信を待機している間、周辺端末から受信するｒｅｐｌｙ信号の電力を受信電力監視部Ａ−８で監視する（ステップＳ１９）。ＳＩＦＳ時間＋ｒｅｐｌｙ信号受信待機時間が終了するまでに、ｒｅｐｌｙ信号の受信電力がＲｅｑｕｅｓｔ／ｒｅｐｌｙ記憶部Ａ−９に記憶されたｒｅｐｌｙ信号の受信電力の閾値を越えた場合（ステップＳ１９で「Ｙｅｓ」）、制御部Ａ−１１はＲｅｑｕｅｓｔ／ｒｅｐｌｙ記憶部Ａ−９に、直前に送信したＲｅｑｕｅｓｔパケットの情報を記録する（ステップＳ２１）。そして、データパケットＸを送信するために、タイマーＡ−７にＳＩＦＳ時間の計測を再スタートさせ、受信電力管理部Ａ−８にキャリアセンスを行わせる（ステップＳ２３）。

受信するｒｅｐｌｙ信号の受信電力が、Ｒｅｑｕｅｓｔ／ｒｅｐｌｙ記憶部Ａ−９に記憶されている閾値を超えずＳＩＦＳ時間＋ｒｅｐｌｙ信号受信待機時間が終了した場合（ステップＳ１９で「Ｎｏ」）、端末Ａの送信可能範囲にある端末からはｒｅｐｌｙ信号が送信されなかった、すなわち端末Ａの送信可能範囲にはデータパケットＸを持たない端末が存在しないとみなすことができるので、データパケットＸを送信せず処理を終了する。これにより、データパケットの無駄なブロードキャストを削減することができる。

ステップＳ２３でのＳＩＦＳ時間が終了したら（ステップＳ２５で「Ｙｅｓ」）、制御部Ａ−１１はメモリＡ−５からデータパケットＸを読み出し、変調・符号化部Ａ−３で変調を行う。そして無線送信部Ａ−２を介してアンテナＡ−１２からデータパケットＸをブロードキャストする（ステップＳ２７）。
なお、ステップＳ１７〜Ｓ２５までの時間（ＳＩＦＳ時間×２＋ｒｅｐｌｙ信号受信待機時間）は、ＤＩＦＳ時間よりも短く成るべく設定している。

ここで、端末Ａに着目する。図２において、端末Ａの送信可能範囲には、端末ｓｏｕｒｃｅ，Ｂ，Ｃ，Ｄが配置しており、端末Ａから送信されたパケットを受信することができる。
端末Ａが端末Ｂ、Ｃより先にバックオフ時間を終了すると（ステップＳ１１で「Ｙｅｓ」）、端末ＡはデータパケットＸのＩＤを付加したＲｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャストする（ステップＳ１３）。

端末Ｄについては、端末Ａの送信可能範囲にあるので、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットの受信以降、上述したステップＳ１０１〜１１５の動作を行う。端末ＤはまだデータパケットＸを受信していないので（ステップＳ１０３で「Ｙｅｓ」）、ｒｅｐｌｙ信号を送信することになる（ステップＳ１１３）。端末Ａはこのｒｅｐｌｙ信号を受信して、データパケットＸをブロードキャストする（ステップＳ２７）。

一方、端末Ｂ，Ｃは、既にデータパケットＸを受信している（ステップＳ１０３で「Ｎｏ」）ので、端末ＡからのＲｅｑｕｅｓｔパケットを受信しても、ｒｅｐｌｙ信号を送信せずＲｅｑｕｅｓｔパケットを破棄する（ステップＳ１０５）。

次に端末Ｂに着目する。端末Ｂは端末Ａが先にバックオフ時間を終了し通信を始めたため（ステップＳ７で「Ｙｅｓ」）、バックオフ時間を一時停止して待機している（ステップＳ９）。端末Ａがデータパケットの送信を終了したところで、端末ＢはＤＩＦＳ時間待機した後、一時停止していたバックオフ時間を再スタートしキャリアセンスを行う（ステップＳ５）。端末Ｂが周辺端末における電力を検知せず（ステップＳ７で「Ｎｏ」）、バックオフ時間を終了すると（ステップＳ１１で「Ｙｅｓ」）、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャストする（ステップＳ１３）。しかし、端末Ｂの送信可能範囲には、既にデータパケットＸを保持している端末ｓｏｕｒｃｅ、Ａ，Ｄしかなく、端末ｓｏｕｒｃｅ、Ａ、Ｄはｒｅｐｌｙ信号を送信しない。そのため、端末Ｂはデータパケットのブロードキャストを行わないことになる。図７にタイムチャートを示す。
端末Ｃについても同様である。

よって、各端末は無駄なデータパケットのブロードキャストを防ぐことができる。

なお、データパケットを中継する端末Ａ，Ｂ，ＣはステップＳ１〜Ｓ２７の手順を行うが、端末ｓｏｕｒｃｅについては、データパケットの送信元であるので、ステップＳ１〜Ｓ２５の手順を行わず、いきなりデータパケットを送信してもよいし、ステップＳ１〜Ｓ２５の手順を行ってもよい。

計算機シミュレーションによる検討結果を以下に示す。図８に通常の全ての端末がリブロードキャストを行うフラッディングの動作例、図９に本発明の動作例を示す。シミュレーションは、簡単のためＡＣＫ等による再送手続きを行わず、端末は１０個、配置は格子状とする。実線は送受信を行う端末同士であり、点線は通信範囲にあるが直接通信は行わない端末同士である。
図１０（ａ）はネットワーク内の端末数における、パケットの生存時間と、パケット遅延時間を示す図である。パケットの生存時間とは、送信元（ｓｏｕｒｃｅとする）に呼が発生してから、ネットワーク内のすべての端末の中継手続きが終了するまでの時間である。また、パケット遅延時間は、ｓｏｕｒｃｅがデータパケットを送信してからすべての端末にデータパケットが受信完了するまでの時間である。
図１０（ａ）より、本発明の手法では、フラッディングより短時間でネットワーク内の端末にデータパケットが到達することがわかる。

図１０（ｂ）はパケットの到達率を示す。パケットの到達率は次式で示す。

（数１）

図１０（ｂ）より、本発明の手法による到達率の劣化がないことがわかる。

図１０（ｃ）はデータ送信を行う確率を示す。データ送信率は次式で示す。

（数２）

図１０（ｃ）より、本発明の手法が、フラッディングよりもデータ送信を行った端末数が少なく、無駄なデータ送信が少ないことがわかる。

上記実施例に追加して、より効率のよいデータパケット中継方法を以下に記載する。

（１） 受信ＳＮＲ基準による優先制御
図１１に示すように、データパケットを送信した端末と受信した端末の距離が離れているほど、受信した端末が次にデータパケットを中継する際に、より広い範囲にわたって送信を行うことができる。そこで、受信ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）が小さい端末ほど、データパケットを送信する端末との距離が離れているとみなし、受信ＳＮＲが小さい端末に対してＣＷの乱数の範囲［ＣＷｍｉｎ，ＣＷｍａｘ］を小さくし、バックオフ時間の終了を早める設定をすることで優先的に中継送信させてもよい。

動作例のフローチャートを図１２に示す。端末Ｚの元々のＣＷの乱数の範囲は、［ＣＷｍｉｎ，ＣＷｍａｘ］＝［０，６３］とする。端末Ｙよりデータパケットを受信した（ステップＳ２０１）端末Ｚは、データパケットよりＳＮＲ値を優先度判定部１０で推定する（ステップＳ２０３）。ＳＮＲの値が１３ｄＢより大きければ（ステップＳ２０５）、端末Ｚは端末Ｙに近い位置にあるとみなされるので、ＣＷの乱数の範囲を［ＣＷｍｉｎ，ＣＷｍａｘ］＝［０，１２７］と大きくする（ステップＳ２１１）。
ＳＮＲの値が１０ｄＢ以下であれば（ステップＳ２０５）、端末Ｚは端末Ｙより遠い位置にあるとみなされるので、ＣＷの乱数の範囲を［ＣＷｍｉｎ，ＣＷｍａｘ］＝［０，３１］と小さくする（ステップＳ２０７）。
ＳＮＲの値が１０ｄＢより大きく１３ｄＢ以下であれば（ステップＳ２０５）、端末ＹのＣＷの乱数の範囲は変更せず［ＣＷｍｉｎ，ＣＷｍａｘ］＝［０，６３］にする（ステップＳ２０９）。
これにより、より遠くにある端末に優先的にデータパケットを送信することで、短時間でより広範囲にデータパケットをブロードキャストできることになる。

なお、ここで示したＳＮＲの具体的な値は環境や通信方式によって大きく異なるものであり、その環境に適した値を設定するものであり、ここで示したものが全てではない。

（２） ルーティング
複数のデータパケットを次々と受信して中継する場合、端末がデータパケットを中継送信する回数を記録する。中継送信する回数が多いほどデータパケットの中継に貢献しているものとして、ＣＷの乱数の範囲を小さくしてもよい。

（３） 協調ダイバーシチ
端末ｓｏｕｒｃｅから送信されたデータパケットを端末Ａ、Ｂが受信し、端末Ａが端末Ｄにデータパケットを中継送信する際、端末Ａと端末Ｂが協調ダイバーシチ送信を行ってもよい。図１３（ａ）に端末配置図、（ｂ）にタイムチャートを示す。データパケットを中継送信する端末ＡがＲｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャストすると、端末ＤがそのＲｅｑｕｅｓｔパケットを受信する他に、端末Ａの送信可能範囲内にある端末ＢもそのＲｅｑｕｅｓｔパケットを受信する。端末Ｄがｒｅｐｌｙ信号を送信すると、端末Ａだけではなく端末Ｂも受信することができる。端末Ｂはその直前に送信された端末ＡからのＲｅｑｕｅｓｔパケットに含まれているデータパケットのＩＤから、端末Ａが端末Ｂも保持しているデータパケットを送信しようとしていることが判るので、端末Ａとともにデータパケットを協調ダイバーシチ送信する。なお、ここでの協調ダイバーシチ送信にはＳＴＢＣ（Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｄｅ）を用いる。

（４） Ｒｅｑｕｅｓｔパケット重複通知
図１４において、データパケットを中継する端末Ａ，ＢがＲｅｑｕｅｓｔパケットを送信する際に、ＣＷ設定がたまたま同じになりバックオフ時間が同時に終了してしまった場合、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットが衝突してしまう。その結果、周辺の端末Ｃ、Ｄ、Ｅがｒｅｐｌｙ信号を送信することができない。これを解決するために、端末Ｃ、Ｄ、Ｅはパケット重複通知および再送要求を端末Ａ、Ｂに送信する。具体的な方法として、スロット分割方式と符号分割方式がある。

図１５（ａ）にスロット分割方式のタイムチャートを示す。端末Ａと端末ＢがブロードキャストしたＲｅｑｕｅｓｔパケットが端末Ｃにおいて衝突した場合、端末Ｃは、ＳＩＦＳ時間、あらかじめ設定されたｒｅｐｌｙ送信時間、ＳＩＦＳ時間をおいて、ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ信号を端末Ａ、Ｂに送信する。端末Ａ，Ｂは、ＤＩＦＳ時間をおいた後に、ＣＷを再設定し、バックオフ時間が終了した端末ＢからＲｅｑｕｅｓｔパケットを再送信する。

図１５（ｂ）に符号分割方式のタイムチャートを示す。端末Ａと端末ＢがブロードキャストしたＲｅｑｕｅｓｔパケットが端末Ｃにおいて衝突した場合、端末Ｃは、ＳＩＦＳ時間をおいた後、あらかじめ設定されたｒｅｐｌｙ信号送信時間にｅｍｅｒｇｅｎｃｙ信号を、異なる符号化をして端末Ａ、Ｂに送信する。ここではｅｍｅｒｇｅｎｃｙ信号をＣＤＭＡ方式で送信する。ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ信号を異なる符号で送信することで、もし端末Ｄ、Ｅから端末Ａ，Ｂへｒｅｐｌｙ信号を送信したとしても、その符号により双方の信号が分離可能なため、ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ信号のみを取り出すことが可能であり、端末Ａ、Ｂが双方とも送信完了となってしまうことを避けることができる。

これらの方式を採用することで、ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ信号を受信した端末Ａ、ＢはＲｅｑｕｅｓｔパケット重複のため、ｒｅｐｌｙ信号の返信が無かったためにデータパケット送信済みと誤判断してしまうことを防ぐことが可能であり、再度ｒｅｑｕｅｓｔパケットを送信することで確実な通信を行うことができる。

（５） Ｒｅｑｕｅｓｔパケット受信ＳＮＲによるＣＷ延長
キャリアセンス中に、同一のデータパケットＩＤを付加している他端末からのＲｅｑｕｅｓｔパケットを高いＳＮＲで受信した場合、自端末の近隣でデータパケットの送信が行われると考えられるため、その直後にバックオフ時間が終了しデータパケットを送信することは効果的といえない。そこで、一定のＳＮＲ以上で受信した近隣の端末はＣＷを増加させバックオフ時間を延長する。

図１６において、端末Ａ〜Ｆは同一のデータパケットを保持しており、それぞれバックオフ時間経過後にＲｅｑｕｅｓｔパケットを送信する状態である。受信ＳＮＲの閾値を１５ｄＢとする。
端末Ｄが先にバックオフ時間を経過し、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャストすると、端末Ａ、Ｂ、Ｃ、ＥはＳＮＲ＝１５ｄＢで受信する。よって、端末Ａ、Ｂ、Ｃ、ＥはＣＷを１０増加させ、バックオフ時間を延長する。
一方、端末Ｆの受信ＳＮＲは１０ｄＢである。よってＣＷはそのままである。
これにより、データパケットを送信した近傍の端末からのＲｅｑｕｅｓｔパケットの送信が遅れるため、遠方の端末が先にデータパケットを送信する権利を得る可能性が高くなる。

以下、本発明の上記通信端末を用いた通信システム（アドホック・マルチホップ通信システム）について説明する。
図１７は、本発明の通信端末の処理を示すフローチャートである。
この通信システムでは、既に述べたようにデータパケットをブロードキャスト送信する。ここで、データパケットを保有している端末は、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットを、所定の待ち時間が経過した後に送信する（この送信もブロードキャストされる。Ｓ２１０）。この待ち時間は、後述の方法で重み付けがなされたものであってもよい。また、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットは、当該データパケットの受信を必要としている端末が周囲に存在しているかを確認するためのデジタル信号である。

Ｒｅｑｕｅｓｔパケットを受信した端末は、既にデータパケットを受信しているときは応答しないが、未だデータパケットを受信していないときはｒｅｐｌｙ信号を送信する。ｒｅｐｌｙ信号は、当該データパケットの受信を必要としていることを意味する電力値を検出するための信号である。言い換えると、ｒｅｐｌｙ信号は、デジタル信号には限定されず、有るか無いかを意味する信号である。

Ｒｅｑｕｅｓｔパケットを送信した端末は、一定電力以上のｒｅｐｌｙ信号を受信したときにのみ、データパケットをブロードキャストする。

図１の通信システムでは各端末は、データパケットを送信した端末との距離を判断する機能（装置）を備えることができる。図１１においてすでに説明したように、本実施例では、各端末は、データパケットを受け取った場合において、距離が遠いほど確率的に短くなるような（短く成るべく）待ち時間を設定する。また、図１の通信システムでは各端末は、他の端末が送信するＲｅｑｕｅｓｔパケットの受信電力をモニタする装置（機能）を備えることができる。データパケットを保有している各端末は、他の端末が送信したＲｅｑｕｅｓｔパケットの受信電力の大きさが大きいときは確率的に長くなるような待ち時間を設定し、他の端末が送信したＲｅｑｕｅｓｔパケットの大きさが小さいときは確率的に短くなるような待ち時間を設定することができる。

さらに、図１の通信システムでは各端末は、データパケットの通信単位ごとに、その端末の送信が役立ったか否かを判断する装置（機能）を備えることができる。各端末は、ブロードキャストをしたときは判断の指標を増加させ、しなかったときは減少させる。
そして、判断の指標が高いときに確率的に短くなるような（短く成るべく）待ち時間を設定し、判断の指標が低いときに確率的に長くなるような待ち時間を設定することができる。

図１の通信システムでは、図１３において説明したように、端末のうち２つの端末がダイバーシチ送信における２つのアンテナとして機能するように構成できる。この場合、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットを送信した端末と、他の端末とが協調してダイバーシチ送信を行ったときは、当該他の端末はＲｅｑｕｅｓｔパケットを送信しない。

図１の通信システムでは、図１５において説明したように（図１５の上段）、各端末は、複数のＲｅｑｕｅｓｔパケットを同時受信したときは、ｒｅｐｌｙ信号を送信せずに、当該ｒｅｐｌｙ信号に割り当てられている期間が経過した後に、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットの再送要求を各端末に送信するように構成できる。この場合には、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットの再送要求を受信した各端末は、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットを再送する。

また、図１５において説明したように（図１５の下段）、各端末は、複数のＲｅｑｕｅｓｔパケットを同時受信したときは、ｒｅｐｌｙ信号を送信せずに、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットの再送要求を各端末に送信するように構成できる。この場合には、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットの再送要求を受信した各端末は、当該再送要求をＲｅｑｕｅｓｔパケットとは符号分割された系列で送信する。

以上説明したように、本実施形態によれば、マルチホップ通信においてデータパケットをブロードキャストする際に、ＲＴＳ／ＣＴＳ方式のようなブロードキャストを行う。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いてキャリアセンスを行いパケットの競合を回避し、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャストし、ｒｅｐｌｙ信号との交換を行い、データパケットを送信する。これにより、冗長なブロードキャストを削減し、短時間でより効率よく遠方まで送信できる。

災害時など、アドホックネットワークを用いて緊急情報を含むデータをブロードキャスト送信する場合であっても、本発明を用いれば各端末がデータパケットを確実に効率よく受信することができ、重要な情報の送受信や安否確認などを行うことができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

図１ 本発明の一実施形態に係る通信端末の概略構成を示すブロック図である。
図２ 同上の実施形態における端末ｓｏｕｒｃｅ，Ａ〜Ｄの空間配置図である。
図３ 同上の実施形態における、データパケットを受信する動作を示すフローチャートである。
図４ 同上の実施形態における、データパケットを受信する動作を示すタイムチャートである。
図５ 同上の実施形態における、データパケットを中継送信するときの端末Ａの動作を示すフローチャートである。
図６ 同上の実施形態における、データパケットを中継送信するときの端末Ａの動作を示すタイムチャートである。
図７ 同上の実施形態における、データパケットを中継送信するときの端末Ｂの動作を示すタイムチャートである。
図８ 計算機シミュレーションによるＣＳＭＡ／ＣＡでの端末配置及び動作例である。
図９ 計算機シミュレーションによる本発明での端末配置及び動作例である。
図１０ 計算機シミュレーションによる（ａ）パケット生存時間とパケット遅延、（ｂ）パケットの到達率、（ｃ）データ送信率を示すグラフである。
図１１ 受信ＳＮＲによる送信優先制御を行う際の概要を示す図である。
図１２ 受信ＳＮＲによる送信優先制御の動作を示すフローチャートである。
図１３ 協調ダイバーシチ送信を行う際の（ａ）端末配置図、（ｂ）タイムチャートである。
図１４ Ｒｅｑｕｅｓｔパケット重複通知を行う際の概要を示す図である。
図１５ Ｒｅｑｕｅｓｔパケット重複通知を行う際の、（ａ）スロット分割方式、（ｂ）符号分割方式のタイムチャートである。
図１６ Ｒｅｑｕｅｓｔパケット受信ＳＮＲによるＣＷ延長の概要を示す図である。
図１７ 本発明の通信システムにおける基本動作の説明図である。
図１８ 従来のＣＳＭＡ／ＣＡ方式による通信方法の概要を示す図である。
図１９ 従来のＲＴＳ／ＣＴＳ方式による通信方法の概要を示す図である。

Claims (17)

1. ブロードキャストによりデータパケットのマルチホップ通信を行う通信端末において、
   送信元の通信端末からブロードキャスト送信された、データパケットのＩＤ情報を含む第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットを受信するＲｅｑｕｅｓｔ受信手段と、
   既に受信済みのデータパケットのＩＤ情報を記憶する受信パケットＩＤ記憶手段と、
   前記Ｒｅｑｕｅｓｔ受信手段で受信した、前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットが有するデータパケットのＩＤ情報と、前記受信パケットＩＤ記憶手段に記憶されている既に受信済みのデータパケットのＩＤ情報とから、前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットが有するＩＤ情報によって識別されるデータパケットを既に受信しているか否かの判断を行う判断手段と、
   前記判断手段により、前記データパケットを受信していない場合、前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケット内のデータパケットのＩＤ情報を記録し、制御信号であるｒｅｐｌｙ信号を送信するｒｅｐｌｙ送信手段と、
   前記送信元の通信端末によって受信された、前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットを受信した通信端末からの前記ｒｅｐｌｙ信号が所定の閾値を超えた場合に、前記送信元の通信端末によってブロードキャストされた前記データパケットを受信するデータパケット受信手段と、
   前記データパケット受信手段で前記データパケットを受信した後、任意に設定された検出時間内で周囲の通信状況を検出する検出手段と、
   前記検出手段により前記検出時間内で周囲に通信があることを検出しなかった場合、前記データパケット受信手段によって受信されたデータパケットのＩＤ情報を含む第２のＲｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャストするＲｅｑｕｅｓｔ送信手段と、
   前記Ｒｅｑｕｅｓｔ送信手段でブロードキャストした前記第２のＲｅｑｕｅｓｔパケットに応答するｒｅｐｌｙ信号を受信するｒｅｐｌｙ受信手段と、
   前記ｒｅｐｌｙ受信手段により受信した前記ｒｅｐｌｙ信号が所定の閾値を超えた場合、前記データパケットをブロードキャストするデータパケット送信手段と、
   を備えたことを特徴とする通信端末。
2. 前記判断手段により、前記データパケットが受信済みと判断された場合、前記Ｒｅｑｕｅｓｔ送信手段で送信されたＲｅｑｕｅｓｔパケットを破棄する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信端末。
3. 前記検出時間は乱数によって設定する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信端末。
4. 前記検出手段により検出時間内で周囲に通信があることが検出された場合、前記検出時間を一時停止して送信を待機する、
   ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の通信端末。
5. 受信したデータパケットのＳＮＲを検知するデータパケットＳＮＲ検知手段を更に有し、
   前記データパケットＳＮＲ検知手段により検知された当該データパケットのＳＮＲが所定の閾値より小さければ、前記検出時間を短く成るべく設定する、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の通信端末。
6. 送信したデータパケットの回数を計測する送信回数計測手段を更に有し、
   前記送信回数計測手段で計測したデータパケットの回数が一定回数より多ければ、前記検出時間を短く成るべく設定する、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の通信端末。
7. 複数の端末で同じデータパケットのＩＤ情報を付加したＲｅｑｕｅｓｔパケットを保持し、該複数の端末がｒｅｐｌｙ信号を受信した場合に、協調ダイバーシチ送信を行う、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の通信端末。
8. パケットの衝突を通知する緊急信号送信手段を更に有し、
   前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケット受信手段またはデータパケット受信手段でＲｅｑｕｅｓｔパケットまたはデータパケットを受信する際に、パケットが衝突して受信できなかった場合、前記緊急信号送信手段により緊急信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の通信端末。
9. 前記検出時間内に受信したＲｅｑｕｅｓｔパケットが有するデータパケットのＩＤ情報が、前記第２のＲｅｑｕｅｓｔパケットに含まれる、既に有しているデータパケットのＩＤ情報と同一の場合に、当該受信したＲｅｑｕｅｓｔパケットのＳＮＲを検知するＲｅｑｕｅｓｔパケットＳＮＲ検知手段を更に有し、
   前記ＲｅｑｕｅｓｔパケットＳＮＲ検知手段により検知された当該ＲｅｑｕｅｓｔパケットのＳＮＲが所定の閾値より大きい場合、前記検出時間を延長する、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の通信端末。
10. ブロードキャストによりデータパケットのマルチホップ通信を行う通信方法において、各通信端末は、
    送信元の通信端末からブロードキャスト送信された、データパケットのＩＤ情報を含む第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットを受信するＲｅｑｕｅｓｔ受信ステップと、
    前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットが有するデータパケットのＩＤ情報と、メモリに記憶されている既に受信済みのデータパケットのＩＤ情報とから、前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットが有するＩＤ情報によって識別されるデータパケットを既に受信しているか否かの判断を行うステップと、
    前記データパケットを受信していない場合、前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケット内のデータパケットのＩＤ情報を記録し、制御信号であるｒｅｐｌｙ信号を送信するステップと、
    前記送信元の通信端末によって受信された、前記第１のＲｅｑｕｅｓｔパケットを受信した通信端末からの前記ｒｅｐｌｙ信号が所定の閾値を超えた場合に、前記送信元の通信端末によってブロードキャストされた前記データパケットを受信するステップと、
    前記データパケットを受信した後、任意に設定された検出時間内で周囲の通信状況を検出するステップと、
    前記検出時間内で周囲に通信があることを検出しなかった場合、前記データパケット受信ステップにおいて受信されたデータパケットのＩＤ情報を含む第２のＲｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャストするステップと、
    ブロードキャストした前記第２のＲｅｑｕｅｓｔパケットに応答するｒｅｐｌｙ信号を受信するステップと、
    受信した前記ｒｅｐｌｙ信号が所定の閾値を超えた場合、前記データパケットをブロードキャストするステップと、
    を行うことを特徴とする通信方法。
11. 複数の通信端末から構成され、データパケットをブロードキャスト送信するアドホック・マルチホップ通信システムにおいて、
    前記複数の通信端末のうち、データパケットを保有している送信元の通信端末は、当該データパケットのＩＤ情報を含むＲｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャスト送信し、
    前記複数の通信端末のうち、前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットを受信した通信端末は、受信したＲｅｑｕｅｓｔパケットが有するデータパケットのＩＤ情報と、当該通信端末のメモリに記憶されている既に受信済みのデータパケットのＩＤ情報とから、前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットが有するＩＤ情報によって識別されるデータパケットを既に受信しているか否かの判断を行い、既に前記データパケットを受信しているときは応答しないが、未だ前記データパケットを受信していないときは当該データパケットの受信を必要としていることを意味するｒｅｐｌｙ信号を送信し、
    前記送信元の通信端末は、所定の閾値以上の前記ｒｅｐｌｙ信号を受信したときにのみ、前記データパケットをブロードキャストする
    ことを特徴とする通信システム。
12. 前記送信元の通信端末は、前記データパケットを受け取った場合において、前記データパケットを送信した通信端末との距離を判断する機能（装置）を備え、前記距離が遠いほど短く成るべく設定された前記待ち時間が経過した後に、前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャスト送信する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の通信システム。
13. 前記各通信端末は、所与の待ち時間が経過した後に前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャスト送信するものであり、
    前記各通信端末が、他の通信端末が送信する前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットの受信電力をモニタする装置（機能）をさらに備え、
    前記データパケットを保有している前記各通信端末は、他の通信端末から受信した前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットが有するデータパケットのＩＤ情報が、当該各通信端末が既に有しているデータパケットのＩＤ情報と同一の場合に、当該各通信端末が備える前記受信電力をモニタする装置（機能）によって当該受信したＲｅｑｕｅｓｔパケットの受信電力を検知し、検知された受信電力の大きさが大きいときは前記待ち時間を長く成るべく設定し、当該受信したＲｅｑｕｅｓｔパケットの受信電力の大きさが小さいときは前記待ち時間を短く成るべく設定する、
    ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の通信システム。
14. 前記各通信端末は、所与の待ち時間が経過した後に前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットをブロードキャスト送信するものであり、
    前記各通信端末は、前記データパケットの送信回数を累積して記憶し、
    前記累積した送信回数が多いときに前記待ち時間を短く成るべく設定し、
    前記累積した送信回数が少ないときに前記待ち時間を長く成るべく設定する、
    ことを特徴とする請求項１１から１３の何れかに記載の通信システム。
15. 前記通信端末のうち２つの通信端末がダイバーシチ送信における２つのアンテナとして機能することを特徴とする請求項１１から１４の何れかに記載の通信システム。
16. 前記各通信端末は、複数のＲｅｑｕｅｓｔパケットまたはデータパケットを同時受信したときは、前記ｒｅｐｌｙ信号を送信せずに、ｒｅｐｌｙ信号に割り当てられている時間と重複しないように、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットの再送要求を送信し、
    前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットの再送要求を受信した前記通信端末は、Ｒｅｑｕｅｓｔパケットを再送する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の通信システム。
17. 前記各通信端末は、複数の前記Ｒｅｑｕｅｓｔパケットまたはデータパケットを同時受信したときは、ｒｅｐｌｙ信号を送信せずに、当該ｒｅｐｌｙ信号に割り当てられている時間にＲｅｑｅｓｔパケットの再送要求をｒｅｐｌｙ信号とは異なる符号化をして送信する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の通信システム。

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