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無線通信システム、中継局装置および無線通信方法

国内特許コード P140010846
整理番号 2248
掲載日 2014年8月11日
出願番号 特願2008-208752
公開番号 特開2010-045642
登録番号 特許第5266470号
出願日 平成20年8月13日(2008.8.13)
公開日 平成22年2月25日(2010.2.25)
登録日 平成25年5月17日(2013.5.17)
発明者
  • 杉山 隆利
  • 梅原 大祐
出願人
  • 日本電信電話株式会社
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 無線通信システム、中継局装置および無線通信方法
発明の概要 【課題】システムスループットを向上させるための無線通信システム、中継局装置および無線通信方法を提供する。
【解決手段】中継局装置R10は、無線局装置A20、又は、B30からのパケットを受信し、異なる2つの無線局宛のパケットが送信バッファに存在する場合に、パケット同士の排他的論理和を取ったコーディングパケットを生成し、1つの無線局宛のパケットだけが送信バッファに存在する場合に、受信したパケットをそのままネイティブパケットとするパケットを生成する。タイムアウト制限期間後におけるネイティブパケットの送信確率は、タイムアウト制限期間内の送信確率よりも高くする。無線局装置A20またはB30は、送信したパケットをバッファし、中継局装置R10から受信したパケットがコーディングパケットの場合はバッファしていた送信したパケットとの排他的論理和を取り、ネイティブパケットの場合はそのまま出力する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



無線通信システムでは、半導体技術及び集積回路技術の発展に伴い、デジタル信号処理技術を元にした携帯電話のセルラーシステムや無線LANシステムが実現されてきた。これらの無線通信システムでは、無線端末がセルラーシステムの基地局や無線LANシステムのアクセスポイント(AP:Access Point)に1ホップでアクセスする構成で実現されてきた。

このような無線通信システムでは、デジタルデバイドの解消や、より高速な通信の実現に向けて、高周波化・広帯域化が進められている。そのなかで、現状の無線通信システムと同じ1ホップでアクセスする構成では、送信局に対してさらに高い送信電力が要求されるため、各無線局の送信電力の軽減を目的として中継局装置を有するマルチホップ無線通信ネットワークの研究開発が行われている(例えば、非特許文献1参照)。





マルチホップ無線通信ネットワークを実現するにあたり、中継局装置(中継ノードともいう)において複数のあて先へのデータをコーディング処理することにより送信するパケット数を低減することができるネットワークコーディング技術が注目されている。「ネットワークコーディング」とは、ネットワーク内の中継ノードを経由する複数コネクションのデータに対し、その中継ノードにおいてコーディング処理することを意味するものである。そのネットワークコーディング技術を利用することにより、1対多マルチキャスト通信というフレームワークにおいて、フローを最大化できることが開示されており、ほかにも多くの研究がなされている(例えば、非特許文献2参照)。





無線通信ネットワークにおいて、無線媒体の同報性を利用した隣接ノードのパケットを傍受(overhear)することによるOpportunistic Listeningと複数ユニキャストにおけるネットワークコーディングを組み合わせることが提案されている。

また、無線LANへの実装への動きは急速で、シンプルなパケット同士の排他的論理和(以下、排他的論理和をXOR(Exclusive OR)という)に基づくネットワークコーディングを無線LANシステムへ実装する手法が検討されている(例えば、非特許文献3参照)。

しかしながら、ネットワークコーディングを適用した際の最適なマルチホップ無線通信システムの実現手法は、まだ確立されていない状況にある。

【非特許文献1】

.A.Tobagi," Analysis of a two-hop centralized packet radio network‐Part I:Slotted ALOHA, "IEEE Trans. Commun., vol.COM-28, no.2, p.196-207, Feb.1980.

【非特許文献2】

.Ahlswede et al, "Network information flow, " IEEE Trans. Inform. Theory, vol.46, no.4, p.1204-1216, July 2000.

【非特許文献3】

.Katti et al, " XOR′s in the air:Practical wireless network coding," Proc. ACM SIGCOMM 2006, p.243-254, Sep.2006.

【非特許文献4】

.Bertsekas and R.Gallager," Data Networks Second Edition," Prentice Hall, 1992.

産業上の利用分野



本発明は、例えばランダムアクセスプロトコルを用いた無線通信システム、中継局装置および無線通信方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
無線局間のパケット中継を行う中継局装置と、互いに電波が到達不可能で前記中継局装置を介してパケットの送受信を行う前記無線局とを備えた無線通信システムであって、
前記中継局装置が、バッファに存在するパケットの宛先と数量とに応じて前記パケットを送信する際に、前記バッファに存在する異なる宛先の前記パケット同士で排他的論理和の演算処理を行うか否かを選択し、排他的論理和の演算処理を行わないことを選択した場合、選択時点から定められた期間の間、前記バッファに存在するパケットを送信する確率が予め定められた第1の送信確率Eになるようにパケット送信を制御し、選択時点から前記定められた期間が経過した場合、前記バッファに存在するパケットを送信する確率が予め定められた第2の送信確率F(ただし、E<Fになるようにパケット送信を制御する
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項2】
無線局間のパケット中継を行う中継局装置と、互いに電波が到達不可能で前記中継局装置を介してパケットの送受信を行う前記無線局とを備えた無線通信システムであって、
前記中継局装置は、
前記無線局から受信したパケットをバッファリングする送信バッファ部と、
異なる2つの前記無線局宛のパケットが前記送信バッファ部に存在する場合に前記パケット同士の排他的論理和の演算を行ったコーディングパケットを生成し、1つの前記無線局宛のパケットだけが前記送信バッファ部に存在する場合に前記パケットをそのまま転送するネイティブパケットとして生成し、1つの前記無線局宛のパケットだけが前記送信バッファ部に存在する期間のうち、定められた期間の間は前記ネイティブパケットを送信する確率が予め定められた第1の送信確率Eになるように前記ネイティブパケット送信を制御し、定められた期間の経過後、前記ネイティブパケットを送信する確率が予め定められた第2の送信確率F(ただし、E<Fになるように前記ネイティブパケットの送信を制御する送信制御部とを備え、
前記無線局は、
前記中継局装置に送信したパケットをバッファリングするバッファ部と、
前記中継局装置から受信したパケットが、前記コーディングパケットの場合に当該コーディングパケットと前記バッファ部に前記バッファリングしている前記送信したパケットとの排他的論理和の演算を行って生成したパケットを取り出し、前記ネイティブパケットの場合に前記受信したパケットをそのまま取り出す受信パケット生成部とを備える
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項3】
互いに電波が到達不可能な無線局間のパケット通信を中継する無線通信システムで用いられる中継局装置であって、
前記無線局から受信したパケットをバッファリングする送信バッファ部と、
異なる2つの前記無線局宛のパケットが前記送信バッファ部に存在する場合に前記パケット同士の排他的論理和の演算を行ったコーディングパケットを生成し、1つの前記無線局宛のパケットだけが前記送信バッファ部に存在する場合に前記パケットをそのまま転送するネイティブパケットとするパケットとして生成し、1つの前記無線局宛のパケットだけが前記送信バッファ部に存在する期間のうち、定められた期間の間は前記ネイティブパケットを送信する確率が予め定められた第1の送信確率Eになるように前記ネイティブパケット送信を制御し、定められた期間の経過後、前記ネイティブパケットを送信する確率が予め定められた第2の送信確率F(ただし、E<Fになるように前記ネイティブパケット送信を制御する送信制御部と
を備えることを特徴とする中継局装置。

【請求項4】
無線局間のパケット中継を行う中継局装置と、互いに電波が到達不可能で前記中継局装置を介してパケットの送受信を行う前記無線局とを備えた無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記中継局装置が、
異なる2つの前記無線局宛のパケットを受信してバッファリングされている場合に、前記パケット同士の排他的論理和の演算を行ったコーディングパケットを生成し、1つの前記無線局宛のパケットだけを受信してバッファリングされている場合に、前記パケットをそのまま転送するネイティブパケットとするパケットを生成し、1つの前記無線局宛のパケットだけが前記送信バッファ部に存在する期間のうち、定められた期間の間は前記ネイティブパケットを送信する確率が予め定められた第1の送信確率Eになるように前記ネイティブパケット送信を制御し、定められた期間の経過後、前記ネイティブパケットを送信する確率が予め定められた第2の送信確率F(ただし、E<Fになるように前記ネイティブパケット送信を制御する送信制御過程を有し、
前記無線局が、
前記中継局装置に送信したパケットをバッファリングするバッファ過程と、
前記中継局装置から受信したパケットが、前記コーディングパケットの場合に前記バッファリングしている前記送信したパケットとの排他的論理和の演算を行って生成したパケットを取り出し、前記ネイティブパケットの場合に前記受信したパケットをそのまま取り出す受信パケット生成過程とを有する
ことを特徴とする無線通信方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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