無線通信システム、中継局装置及び無線通信方法
【課題】中継局装置によって無線ネットワークコーディングを行う場合に、スループットをより向上させることができる無線通信システムを提供する。
【解決手段】中継局装置は、受信した前記パケットから情報と、情報の種別を示す種別情報を抽出し、記憶部に関連付けて記憶する。記憶制御部は、無線局のいずれかからパケットを受信した際、記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とに基づいて判定し、同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された情報と種別情報とを関連付けて記憶部に記憶させ、同じ種別情報に関連付けられた情報が記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、記憶された情報を記憶部から出力する。符号化部は、第２状態の場合、記憶部から出力された情報と、パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成する。
【解決手段】中継局装置は、受信した前記パケットから情報と、情報の種別を示す種別情報を抽出し、記憶部に関連付けて記憶する。記憶制御部は、無線局のいずれかからパケットを受信した際、記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とに基づいて判定し、同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された情報と種別情報とを関連付けて記憶部に記憶させ、同じ種別情報に関連付けられた情報が記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、記憶された情報を記憶部から出力する。符号化部は、第２状態の場合、記憶部から出力された情報と、パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中継局装置を用いて無線局間の無線通信を中継する無線通信システム、中継局装置及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信のサービスエリアを簡易に拡張できる無線通信手段として、無線局間の通信を、中継局を介して行うマルチホップ無線通信システムがある。中継局を介することによりサービス提供エリアが拡大されるだけでなく、各無線局間の通信距離が短縮されるため、送信電力の削減が可能となる。しかし、中継局が多段接続されると、周波数・伝送時間等のリソースを複数の中継局でシェアすることになり、スループットのボトルネックが生じることからシステム全体のスループットが低下する問題がある。
ここで、中継伝送時のデータ伝送効率を向上する技術としてネットワークコーディング（ＮＣ）技術が注目を集めている（例えば、非特許文献１参照）。ＮＣとは、中継局が複数の無線局から受信した信号を重畳して同報送信することで効率的に信号伝送を実現する技術である。中継局からの信号を受信した無線局は、受信信号から自身が保持している信号を除去し、送信元の局からの信号を取り出すことができる。ＮＣを行うことにより、中継局−各無線局間の情報伝送に必要とされる信号送信回数を低減できることから、スループットが向上する。無線LAN（Local Area Networks）などのCSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）に基づいた無線通信システムへのＮＣ技術導入も検討されている（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2009-206778号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Sachin Katti, Hariharan Rahul, et al.,“XORs in The Air: Practical Wireless Network Coding,” in Proc. ACM SIGCOMM 2006, Pisa, Italy, pp.243-254 Sep.2006．
【非特許文献２】C.H. Huang et al., “Performance analysis of a two-hop wireless relay network with CSMA/CA and network coding,” in Proc. ITC-CSCC 2009, July 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
IEEE802.11無線LANに基づいて動作するAlice & Bobトポロジの無線通信システム（図５）に、ＮＣ技術を適用する場合について説明する。ＮＣにおける信号の重畳手法は、線形符号化などが適用される。ここでは、線形符号化に排他的論理和（ＸＯＲ）を適用する。以降、無線局Ａが送る情報をa、無線局Ｂが送る情報をbと称する。
【０００６】
無線局Ａが情報aを変調して生成したパケットA1を中継局装置Ｒへ送信する場合を例示する（図６）。
中継局装置Ｒは、パケットA1を送受信部１１１により受信し、復調部１１２ａにより情報aへと復調する。情報aを入力された情報記憶制御部１１４ａは、記憶部１２に情報bが存在するかどうかを判定する。
情報bが存在しない場合、情報aは送信元情報と関連付けられて記憶部１２に記憶され、その後中継局装置Ｒは他のパケットを受信するまで待機を行う。一方情報bが存在する場合、情報記憶制御部１１４ａは情報bを出力する。その後、情報長調整部１１５において情報a及びbの長さを同一とし、線形符号化部１１６において情報aと情報bとのXORを取ることにより情報xを生成する。情報xは変調部１１７によりパケットX1へと変換される。パケットX1は、送受信部１１１により無線局Ａ及びＢに対して同報送信される。
【０００７】
無線局Ｂが情報ｂを変調して生成したパケットB1を中継局装置Ｒへ送信する場合も同様の動作を行う。
中継局装置Ｒは、パケットB1を送受信部１１１により受信し、復調部１１２ｂにより情報ｂへと復調する。情報ｂを入力された情報記憶制御部１１４ｂは、記憶部１２に情報ａが存在するかどうかを判定する。
情報ａが存在しない場合、情報ｂは送信元情報と関連付けられて記憶部１２に記憶され、その後中継局装置Ｒは他のパケットを受信するまで待機を行う。一方情報aが存在する場合、情報記憶制御部１１４ｂは情報aを出力する。その後、情報長調整部１１５において情報a及びbの長さを同一とし、線形符号化部１１６において情報aと情報bとのXORを取ることにより情報xを生成する。情報xは変調部１１７によりパケットX1へと変換される。パケットX1は、送受信部１１１により無線局Ａ及びＢに対して同報送信される。
【０００８】
中継局装置Ｒからの信号を受信した無線局Ａでは、パケットX1を復調して得られる情報xと既知の情報aとのXORを取ることにより、所望の情報bが復号される。無線局Ｂにおいても、Ｘ１を復調して得られる情報xと既知の情報bとのXORを取ることにより、所望の情報aが復号される。
【０００９】
ここで、例えばIP（インターネットプロトコル）においては、情報長を既定の上限値以下の範囲で任意に設定することが可能である。このIPレイヤと、下位レイヤ（データリンクレイヤならびに・物理レイヤ）の間で透過性を持たせたEthernet （登録商標）においても、上位レイヤが可変情報長をサポートするIPなどを前提にしているため、同様に情報長は可変であり、Ethernet（登録商標）の無線版的位置づけであるIEEE802.11系無線LANシステムにおいても、同様に可変情報長を前提としている。したがって、無線システムで伝送される情報長は必ずしも一定ではない。
【００１０】
このため、ＮＣを行うには、対象となる２つの情報の長さを一定とする必要がある。先に説明した例においても、ＮＣにより生成される情報Ｘ１の長さは、情報aと情報bのうち情報長が長いものと等しくなるよう調整される。例えば、情報aの方が情報bより長いとすると、情報bに対してはＮＣを行う前段階において、情報を持たないビット系列（以後、調整用ビットと称する）を付加するゼロパディング等の処理により、情報長をaと同一にした上でＮＣを行う。
この様子を図７に示す。この際生じる調整用ビットは情報を含んでいない。このため、ＮＣの効率が低下し、スループットが低下するという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、無線局間の無線中継を行う中継局装置を備え、パケット単位で無線信号の送受信を行う無線通信システムにおいて、中継局装置によってＮＣを行う場合に、スループットをより向上させることができる無線通信システム、中継局装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、無線局間の無線中継を行う中継局装置と、前記中継局装置を介して異なる情報量を含むパケットの無線信号の送受信を行う複数の無線局を備えた無線通信システムであって、前記無線局及び前記中継局装置は、パケット単位で無線信号の送受信を行い、前記中継局装置は、受信した前記パケットから情報と、前記情報の種別を示す種別情報を抽出する情報抽出部と、前記情報と前記種別情報とを関連付けて記憶する記憶部と、前記無線局のいずれかから前記パケットを受信した際、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致せず、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された前記情報と前記種別情報とを関連付けて前記記憶部に記憶させ、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致して、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、前記記憶された情報を前記記憶部から出力する記憶制御部と、前記第２状態の場合、前記記憶部から出力された情報と、前記パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成する符号化部と、前記符号化部が出力する情報よりパケットを生成して出力する出力部とを備えることを特徴とする無線通信システムである。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、上記発明において、前記情報抽出部は、前記受信したパケットから前記情報、前記種別情報、及び、前記情報の送信元を示す送信元情報と、前記情報の宛先を示す宛先情報との少なくともいずれか一方を抽出し、前記記憶部は、前記情報、前記種別情報、及び、前記送信元情報と前記宛先情報の少なくともいずれか一方を関連付けて記憶し、前記記憶制御部は、前記パケットから抽出された前記送信元情報又は前記宛先情報と、前記記憶された前記送信元情報又は前記宛先情報とに基づいて判定を行い、前記記憶された情報の宛先と前記パケットの宛先とが一致した場合、前記記憶された情報の送信元と前記パケットの送信元とが一致した場合、又は、前記第１状態と判定された場合に、前記パケットから抽出された前記情報、前記種別情報、及び、前記送信元情報と前記宛先情報の少なくともいずれか一方を関連付けて前記記憶部に記憶させることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、上記発明において、前記記憶制御部は、前記パケットから抽出された前記送信元情報及び前記宛先情報と、前記記憶された前記送信元情報及び前記宛先情報とに基づいて判定を行い、前記記憶された情報の宛先と前記パケットの送信元とが一致し、該情報の送信元と該パケットの宛先とが一致した前記第１状態と判定された場合に、前記パケットから抽出された前記情報、前記種別情報、及び、前記送信元情報と前記宛先情報の少なくともいずれか一方を関連付けて前記記憶部に記憶さることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、上記発明において、前記記憶制御部は、前記パケットから抽出された前記送信元情報又は前記宛先情報と、前記記憶された前記送信元情報又は前記宛先情報とに基づいて判定を行い、前記記憶された情報の宛先と前記パケットの送信元とが一致し、該情報の送信元と該パケットの宛先とが一致した前記第２状態と判定された場合に、該情報を前記記憶部から出力することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、上記発明において、前記種別情報は、前記情報の長さに応じた分類を示すことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、上記発明において、前記種別情報は、前記第１の無線局と前記第２の無線局との通信に要求される伝送品質を示すことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、上記発明において、前記要求される伝送品質を示す種別情報は、アクセスカテゴリを示す情報であることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明は、無線局間の無線中継を行う中継局装置と、前記中継局装置を介して異なる情報量を含むパケットの無線信号の送受信を行う複数の無線局を備えた無線通信システムにおける中継局装置であって、前記無線局及び前記中継局装置は、パケット単位で無線信号の送受信を行うものであり、受信した前記パケットから情報と、前記情報の種別を示す種別情報を抽出する情報抽出部と、前記情報と前記種別情報とを関連付けて記憶する記憶部と、前記無線局のいずれかから前記パケットを受信した際、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致せず、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された前記情報と前記種別情報とを関連付けて前記記憶部に記憶させ、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致して、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、前記記憶された情報を前記記憶部から出力する記憶制御部と、前記第２状態の場合、前記記憶部から出力された情報と、前記パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成する符号化部と、前記符号化部が出力する情報よりパケットを生成して出力する出力部とを備えることを特徴とする中継局装置である。
【００２０】
また、請求項９に記載の発明は、無線局間の無線中継を行う中継局装置と、前記中継局装置を介して異なる情報量を含むパケットの無線信号の送受信を行う複数の無線局を備えた無線通信方法であって、 前記無線局及び前記中継局装置は、パケット単位で無線信号の送受信を行い、前記中継局装置は、受信した前記パケットから情報と、前記情報の種別を示す種別情報を抽出し、前記情報と前記種別情報とを関連付けて記憶部に記憶させ、前記無線局のいずれかから前記パケットを受信した際、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致せず、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された前記情報と前記種別情報とを関連付けて前記記憶部に記憶させ、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致して、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、前記記憶された情報を前記記憶部から出力し、前記第２状態の場合、前記記憶部から出力された情報と、前記パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成し、前記符号化された情報よりパケットを生成して出力することを特徴とする無線通信方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、中継局装置は、受信した前記パケットから情報と、情報の種別を示す種別情報を抽出し、記憶部に関連付けて記憶する。記憶制御部は、無線局のいずれかからパケットを受信した際、記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とに基づいて判定し、同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された情報と種別情報とを関連付けて記憶部に記憶させ、同じ種別情報に関連付けられた情報が記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、記憶された情報を記憶部から出力する。符号化部は、第２状態の場合、記憶部から出力された情報と、パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成する。
本発明を、ＮＣを用いた中継伝送へ適用することにより、中継局でＮＣが行われる２つの情報の長さが近しくなるため、効率的なＮＣが行われることとなり、従来の手法に比べてスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による無線通信システムを示すブロック図である。
【図２】中継局装置における通信制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】具体的な動作を示すタイミングチャートである。
【図４】本実施形態を適用した場合のスループットと伝送速度の関係を示す図である。
【図５】Alice & Bobトポロジの無線通信システムを示すブロック図である。
【図６】従来技術における中継局装置における通信制御部の構成を示すブロック図である。
【図７】従来技術における無線通信システムの動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明による無線通信システムの実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態における無線通信システムを示すブロック図である。
図１に示す無線通信システム１は、中継局装置Ｒ、無線局Ａ及び無線局Ｂから構成されている。中継局装置Ｒは、無線局Ａ及びＢ間の無線中継を行う。無線局Ａと無線局Ｂは、中継局装置Ｒを介して無線信号の送受信を行う。なお、無線局Ａと無線局Ｂは、直接情報のやり取りが不可能な位置に設置されていると仮定する。
【００２４】
図１に示す中継局装置Ｒは、無線信号の送受信を行うための通信制御部１１と、無線局Ａや無線局Ｂから受信した情報を記憶するための記憶部１２とを備えている。記憶部１２は情報を記憶する際、その情報の種別、及び無線局Ａから送信された情報と無線局Ｂから送信された情報を区別する送信元情報を、情報と関連付けて記憶する。
図１は中継局装置Ｒが送信元情報や宛先情報を情報と関連付けて記憶させる機能を備えていない場合の例であり、記憶部１２は図１の例のように、無線局Ｂから受信した無線局Ａ宛の情報を記憶するためのバッファＡ１３と、無線局Ａから受信した無線局Ｂ宛の情報を記憶するためのバッファＢ１４とを有する必要がある。送信元情報や宛先情報や種別情報を情報と関連付けて記憶させる機能が、通信制御部１１又は記憶部１２に備わっている場合には、記憶部１２の中には情報を記憶するためのバッファ１３があれば良い。これとは別に、種別情報を情報と関連付けて記憶させる機能を備えていない場合、記憶部１２は、種別情報ごとのバッファを有する必要がある。
また図１の例では、送信元がわかれば宛先も判別される。例えば、あるパケットの送信元が無線局Ａの場合、このパケットの宛先は無線局Ｂと判別される。しかし、複数の無線局が存在する場合には、送信元から宛先が判別できない。このため記憶部１２は情報を記憶する際、その情報の種別と送信元情報に加えて、宛先情報を情報と関連付けて記憶する必要がある。
【００２５】
また、無線局Ａは、無線信号の送受信を行うための通信制御部２１と、中継局装置Ｒを介して無線局Ｂ宛に送信した情報を記憶するためのバッファ２３を有する記憶部２２とを備えている。無線局Ｂは、無線信号の送受信を行うための通信制御部３１と、中継局装置Ｒを介して無線局Ｂ宛に送信した情報を記憶するためのバッファ３３を有する記憶部３２とを備えている。
【００２６】
以上の構成で、図１の中継局装置Ｒは、無線局Ａから受信した無線局Ｂ宛のパケット４１に含まれる情報「a」を一旦バッファＢ１４に記憶した後、所定のタイミングで読み出して無線局Ｂ宛に送信し、また無線局Ｂから受信した無線局Ａ宛のパケット４２に含まれる情報「ｂ」を一旦バッファＡ１３に記憶した後、所定のタイミングで読み出して無線局Ａ宛に送信することで、無線信号を中継する。
【００２７】
その際、中継局装置Ｒは、無線局Ａから無線局Ｂ宛のパケット４１（情報「ａ」）を受信した場合に、バッファＡ１３内に無線局Ｂから無線局Ａ宛の情報「ｂ」が存在していたときには、情報「a」と情報「ｂ」とで排他的論理和の演算処理を行ってコーディングパケット４３を生成する。そして、生成したコーディングパケット４３を、無線局Ａと無線局Ｂとに向けて送信する（ブロードキャストする）。また、中継局装置Ｒは、無線局Ｂから無線局Ａ宛のパケット４２（情報「ｂ」）を受信した場合に、バッファＢ１４内に無線局Ａから無線局Ｂ宛の情報「a」が存在していたときには、情報「a」と情報「ｂ」とで排他的論理和の演算処理を行ってコーディングデータパケット４３を生成する。そして、生成したコーディングパケット４３を、無線局Ａと無線局Ｂとに向けて送信する（ブロードキャストする）。コーディングパケット４３の情報は、「a ｘｏｒ ｂ 」となる（なお、本明細書では排他的論理和を「ｘｏｒ」で表しているが、図１では「○」の中に「＋」を記した記号で表している）。
【００２８】
一方、無線局Ａは、中継局装置Ｒへ無線局Ｂ宛のパケット４１（情報「ａ」）を送信した際に、送信したパケット４１をバッファ２３内に記憶している。そして、中継局装置Ｒからコーディングパケット４３（情報「ａ ｘｏｒ ｂ 」）を受信した場合、バッファ２３内のパケット４１とコーディングパケット４３とで排他的論理和の演算処理を行って、無線局Ｂが無線局Ａ宛に送信したパケット４２の情報「ｂ」を復号する。すなわち、ａ ｘｏｒ（ａ ｘｏｒ ｂ ）＝ｂの演算処理によって、情報「ｂ」が求められる。また、無線局Ｂは、中継局装置Ｒへ無線局Ａ宛のパケット４２（情報「ｂ」）を送信した際に、送信したパケット４２をバッファ３３内に記憶している。そして、中継局装置Ｒからコーディングパケット４３（情報「ａ ｘｏｒ ｂ 」）を受信した場合、バッファ３３内のパケット４２とコーディングパケット４３とで排他的論理和の演算処理を行って、無線局Ａが無線局Ｂ宛に送信したパケット４１の情報「a」を復号する。すなわち、ｂ ｘｏｒ（a ｘｏｒ ｂ ）＝aの演算処理によって、情報「a」が求められる。
【００２９】
他方、中継局装置Ｒは、無線局Ａから無線局Ｂ宛のパケット４１（情報「ａ」）を受信した場合に、バッファＡ１３内に無線局Ｂから無線局Ａ宛のパケット４２（情報「ｂ」）がないときには、パケット４１がバッファＢ１４に一旦記憶される。そして、中継局装置Ｒは、所定の待機時間経過後に、バッファＢ１４に記憶されているパケット４１内の情報「a」を含むパケット４５を生成して無線局Ｂに向けて送信する。また、中継局装置Ｒは、無線局Ｂから無線局Ａ宛のパケット４２（情報「ｂ」）を受信した場合に、バッファＢ１４内に無線局Ａから無線局Ｂ宛のパケット４１（情報「ａ」）がないときには、パケット４２がバッファＡ１３に一旦記憶される。そして、中継局装置Ｒは、所定の待機時間経過後に、バッファＡ１３に記憶されているパケット４２内の情報「ｂ」を含むパケット４４を生成して無線局Ａに向けて送信する。
【００３０】
また、図１に示す本実施形態の無線局Ａ、無線局Ｂ及び中継局装置Ｒは、CSMA/CAに基づいてパケット単位で無線信号の送受信を行う。各パケットは、情報種別などを示すヘッダ部と伝送する情報を割り当てる情報部からなる。
【００３１】
無線通信システム１では様々な情報が伝送される。伝送される情報は、伝送速度や伝送遅延などの特性に要求される品質レベルに応じて、「音声」や「ベストエフォート」といった複数のカテゴリに分類される。このカテゴリをアクセスカテゴリ（ＡＣ）と呼ぶ。例えばIEEE802.11eでは、以下の４種類のＡＣが規定されている。
【００３２】
・AC_BK: バックグラウンド・トラフィック、
・AC_BE: ベストエフォート・トラフィック、
・AC_VI: ビデオ伝送、
・AC_VO: 音声
【００３３】
同じＡＣのパケットは、類似のアプリケーションが使用すると考えられることから、情報部に割り付けられる長さについて近い値が選択される場合が多くなる。
本実施形態では、中継局装置Ｒが同じＡＣのパケット同士でＮＣを行う。同じＡＣのパケット同士でＮＣを行うことにより、ＮＣが行われる２つの情報長のばらつきが減少して、スループットが向上する。
【００３４】
図２は、本実施形態に示す中継局装置における通信制御部の構成を示すブロック図である。
中継局装置Ｒの通信制御部１１は、送受信部１１１、復調部１１２、情報種類判別部１１３、情報記憶制御部１１４、情報長調整部１１５、線形符号化部１１６及び変調部１１７を備える。
【００３５】
送受信部１１１は、無線局に対して送信する無線信号を生成し、アンテナを介して送信する。また、送受信部１１１は、無線局から送信された無線信号を受信する。
復調部１１２は、受信した無線信号を復調し、受信パケットを生成する。
情報種類判別部１１３は、受信パケットに含まれる情報の情報種別を示す情報種別情報を抽出し、その情報種別情報に基づいて情報種別を判定する。この情報種別を示す情報種別情報としては、例えば、前述のＡＣを示すＡＣ情報とすることができる。
【００３６】
情報記憶制御部１１４は、復調部１１２によって抽出された情報と、情報種類判別部 １１３によって抽出された情報種別情報と、送信元情報を関連付けて、記憶部１２に記憶させる。
情報記憶制御部１１４は、一方の無線局から受信したパケットの情報及び情報種別情報が入力されると、記憶部１２内に他方の無線局から受信した同じ種別の情報があるか否かを情報種別情報に基づいて判定し、同じ種別の情報がないと判定した場合に、受信した情報を記憶部１２に記憶する。情報記憶制御部１１４は、同じ種別の情報があると判定した場合、受信した情報を記憶部１２に記憶させず、同じ情報種別と判定された記憶部１２内の情報を情報長調整部１１５に出力する。
【００３７】
情報長調整部１１５は、一方の無線局からの受信信号として、先に受信して情報記憶制御部１１４に記憶されていた情報と、他方の無線局からの受信信号として、後に受信した受信パケットに含まれる情報とが、同じ長さとなるように調整する。この調整は、例えば情報長の短い情報に対してゼロパディング等の処理により調整用ビットを付加することで行われる。
【００３８】
線形符号化部１１６は、供給された２つの情報の線形符号化処理を行う。線形符号化方式の一例として、排他的論理和（ＸＯＲ）演算処理による方法がある。なお、線形符号化方法は、ＸＯＲ演算処理による方法に限らず他の方法を選択することも可能である。
変調部１１７は、線形符号化処理された符号化情報を変調して変調信号を生成し、送受信部１１１に供給する。
【００３９】
以下に、本実施形態に示す中継局装置の動作を説明する。
無線局Ａから中継局装置Ｒに対して信号が送信される場合を考える。無線局Ａから送信されたパケットA1を送受信部１１１により受信し、復調部１１２により情報aへと復調する。情報aの情報種別として、情報種類判別部１１３によりＡＣが判別される。以降、情報aのＡＣをＡＣ(a)と称する。同様に、無線局Ｂから中継局装置Ｒに伝送された信号の情報を情報ｂ、そのＡＣをＡＣ（ｂ）と称することとする。
【００４０】
情報a及びＡＣ(a)が入力された情報記憶制御部１１４は、自身の記憶部に記憶された情報bの中でＡＣがＡＣ(a)と同一のものが存在するか否かを判定する。情報bの中でＡＣがＡＣ(a)と同一のものが存在しなければ、情報aは情報記憶制御部１１４に保持され、中継局装置Ｒはその後無線局Ａから他のパケットを受信するまで待機を行う。
一方情報bの中でＡＣがＡＣ(a)と同一のもの（情報ｂ’）が存在すれば、情報記憶制御部１１４はこの情報b’を出力する。その後、情報長調整部１１５により情報a及びb’の長さを同一とし、線形符号化部１１６において情報aと情報b’とのXORを取ることにより情報xを生成する。情報xは変調部１１７によりパケットＸ１へと変換される。パケットX1は、送受信部１１１により無線局Ａ及びＢに対して同報送信される。無線局Ｂから中継局装置Ｒに対して信号が送信された場合も同様の動作を行う。
【００４１】
図３は、具体的な動作を示すタイミングチャートである。
この図に示すタイミングチャートでは、送信される信号同士の衝突は生じないものとし、説明を簡単化するためにCSMA/CAで行われる衝突回避のためのメカニズムについての説明は省略する。
図３（ａ）では、送信される信号を２種類のＡＣ（AC_BEとAC_VO）に分けて示す。
縦軸側に示される（Ａ）と（Ｂ）、及び（Ｒ）は、それぞれ無線局ＡとＢ、及び中継局装置Ｒを示す。
【００４２】
２種類のＡＣは、一方がAC_BEであり、他方がAC_VOである。AC_BEは、主にデータを伝送するベストエフォート型の情報を示すカテゴリであり、情報長を長くすることにより伝送効率を高めている。それに反し、AC_VOは、主に音声を伝送するリアルタイム型の情報を示すカテゴリであり、情報長を短くすることにより要求される品質を確保している。
また、このタイミングチャートの説明では、無線信号固有の復調処理、変調処理に係る説明を省略する。
初期状態では、２種類のＡＣに係る情報は、記憶部１２には記憶されていないものとする。
【００４３】
中継局装置Ｒは、無線局ＡからＡＣがAC_BEであるパケットA1を受信する。受信したパケットA1に基づいて、情報a１及びＡＣ(AC_BE)が入力された情報記憶制御部１１４は、記憶部１２に無線局Ｂから受信してＡＣがAC_BEの情報が存在するか否かを判定する。記憶部１２には、AC_BEの情報はないため、情報a１とＡＣ(AC_BE)と送信元情報(Ａ)が関連付けられ記憶される。
【００４４】
続いて、中継局装置Ｒは、無線局ＢからＡＣがAC_VOであるパケットB1を受信する。受信したパケットB1に基づいた情報ｂ１及びＡＣ(AC_VO)が入力された情報記憶制御部１１４は、記憶部１２に無線局Ａから受信してＡＣがAC_VOの情報が存在するか否かを判定する。記憶部１２には、AC_VOの情報はないため、情報ｂ１とＡＣ(AC_VO)と送信元情報(Ｂ)が関連付けられ記憶される。
【００４５】
中継局装置Ｒは、無線局ＡからＡＣがAC_VOであるパケットＡ２を受信する。受信したパケットＡ２に含まれる情報ａ２及びＡＣ(AC_VO)が入力された情報記憶制御部１１４は、記憶部１２に送信元が無線局ＢでありＡＣがAC_VOの情報が存在するか否かを判定する。記憶部１２には、情報ｂ１及びＡＣ(AC_VO)が関連付けられ記憶されていることから、情報記憶制御部１１４は、情報ｂ１を出力し、記憶されていた情報を消去する。
情報長調整部１１５は、入力される情報ｂ１及び情報ａ２の情報長を同一とする。線形符号化部１１６は、情報ｂ１と情報ａ２に基づいて情報ｘ１を生成する。変調部１１７は情報ｘ１からパケットX1を生成し、信号の送信要求を行う。
【００４６】
続いて、中継局装置Ｒは、無線局ＢからＡＣがAC_BEであるパケットＢ２を受信する。受信したパケットＢ２に含まれる情報ｂ２及びＡＣ(AC_BE)が入力された情報記憶制御部１１４は、記憶部１２に送信元が無線局ＡでありＡＣがAC_ BEの情報が存在するか否かを判定する。記憶部１２には、情報ａ１及びＡＣ(AC_ BE)が関連付けられ記憶されていることから、情報記憶制御部１１４は、情報ａ１を出力し、記憶されていた情報を消去する。
情報長調整部１１５は、入力される情報ａ１及び情報ｂ２の情報長を同一とする。線形符号化部１１６は、情報ａ１と情報ｂ２に基づいて情報ｘ２を生成する。変調部１１７は情報ｘ２からパケットＸ２を生成し、信号の送信要求を行う。
【００４７】
本実施形態によれば、ＡＣを考慮せずに任意の長さの情報同士を組み合わせて送信する図３（ｂ）に比べ、同じＡＣの情報同士でのみＮＣを行うことで、ＮＣの対象となる２つの情報長が近しいものとなり、調整用ビットが減少するため、図３（ｂ）に示した従来手法と比べて短い時間での情報伝送が可能となり、スループットが改善する。
【００４８】
本実施形態における効果を示すため、一例として、無線局Ａ、無線局Ｂ及び中継局装置Ｒで構成される無線伝送システムを所謂「バックホール回線」として使用した場合について定量評価する。単位時間内に無線局Ａ及びＢが受信する情報量の合計をスループットと定義し、これを評価する。無線局Ａ及びＢのバッファには、常に送信パケットが存在し、また各局はCSMA/CAに基づき送信を行うと想定する。各局は互いにキャリアセンスが可能とし、隠れ端末問題は発生しないとする。この状況下でのスループットは、非特許文献２の理論式に基づいて求められる。
評価の簡単化のため、ＡＣはAC_VO及びAC_BEの２カテゴリとし、無線局Ａ及びＢにはこれらのカテゴリに基づいたパケットが等しい確率で入力されると仮定する。情報長は、AC_VOの場合160 byte（バイト）、AC_BEの場合1500 byteに固定とし、ＡＣが同じであれば情報長も等しいと簡単化して評価を行う。
【００４９】
図４は、本実施形態を適用した場合のスループットと伝送速度の関係を示す図である。
この図に示されるグラフの縦軸は、スループット（Mbps）を示し、横軸が伝送速度（Mbps）を示す。
グラフＳ１は、本実施形態を適用した場合のスループットを示す。グラフＳ２は、従来方式を適用した場合のスループットを示す。
グラフＳ１によって示される本実施形態では、ＮＣが行われる各情報の長さが揃っているため、調整用ビットが存在せず、従来方式と比べて約１０％スループットが向上する。
従来方式の場合、ＡＣの異なるパケット同士でもＮＣが行われる。このときゼロパディングにより調整用ビットが付加されるため、スループットが低くなる。
【００５０】
（第２実施形態）
構成する無線局の数を増やした構成について説明する。
図に示した無線通信システム１では、中継局装置Ｒと通信する無線局の数は２局として説明したが、中継局装置Ｒと通信する無線局を、無線局Ａ，Ｂ、Ｃなどのように３局以上となる場合が想定される。
３局以上の無線局の通信を中継局装置Ｒが中継する場合には、中継局装置Ｒでは、任意に組み合わせて符号化処理することができない条件が発生する。その組合せの制限条件は、各無線局からのパケットの送信元、宛先に依存する条件となる。
【００５１】
例えば、符号化された情報を受信して復号処理を行える無線局は、先に中継局装置に送信した情報を無線局が保持していることが必要である。また、中継局装置において、無線局が保持している情報と同じ情報に基づいて符号化したものでなければ、無線局では符号化された情報を復号できない。
したがって、中継局装置で行われる符号化の組合せでは、送信元と宛先が相互に一致した組合せであることが必要になる。つまり、記憶部１２に記憶された情報の宛先と、後から受信したパケットの送信元とが一致し、さらに、記憶された情報の送信元と後から受信したパケットの宛先とが一致することが必要とされる。そのため、一致しない場合には、符号化処理が行えないことから、記憶部１２に一時記憶し、後に受信したパケットとの組合せを試みる。その組合せを判定するために、情報記憶制御部１１４は、受信したパケットから抽出された情報、種別情報、送信元情報及び宛先情報を関連付けて記憶部１２に記憶させる。そして、情報記憶制御部１１４は、記憶部１２に記憶された情報の宛先と受信したパケットの送信元とが一致し、記憶された情報の送信元と該パケットの宛先とが一致したと判定された場合に、記憶された情報を記憶部１２から出力する。情報記憶制御部１１４は、記憶部１２に記憶された情報の送信元及び宛先と、受信したパケットの宛先及び送信元とが一致ししているか否かの判定は、それぞれ対応する送信元情報及び宛先情報に基づいて行う。
【００５２】
また、別の観点で条件を整理すると、符号化処理した情報を、それぞれの送信元と異なる無線局に送付しても、受信した情報をその無線局は復号が行えない。
さらに、同じ送信元から送信された情報同士を符号化し、それぞれの宛先として設定される無線局に送付されても、受信した無線局では復号することができない。
そのため、情報記憶制御部１１４は、記憶部１２に記憶された情報の宛先と受信したパケットの宛先とが一致した場合や、記憶部１２に記憶された情報の送信元と前記パケットの送信元とが一致した場合について、受信したパケットの情報を符号化する情報が記憶部１２に記憶されていないと判定する。情報記憶制御部１１４は、送信元情報及び宛先情報に基づいて判定する。そして、情報記憶制御部１１４は、第１実施形態に示した情報種別による判定に加え、上記の送信元情報及び宛先情報に基づいた判定により、受信したパケットから抽出された情報、種別情報、及び、送信元情報と宛先情報の少なくともいずれか一方を関連付けて記憶部１２に記憶させることとしてもよい。
【００５３】
２局の無線局（無線局Ａ、Ｂ）とする場合には、中継局装置が中継するパケットの送信元、宛先は、相補の関係にあり、送信元情報、宛先情報の少なくともいずれか一方から他方の情報を容易に判定できる。
複数の無線局が存在する場合であっても、送信元情報、宛先情報以外の情報によって無線局を特定することができ、２局の場合に限定できる場合には、第１実施形態のように送信元情報、宛先情報を用いることなくＮＣ技術を適用することができる。
例えば、送信元情報、宛先情報以外の情報の例としては、無線局の位置情報、受信電界強度、無線局からの送信信号のチャネル（周波数）などがある。
【００５４】
なお、受信したパケットに含まれる情報の送信元情報及び宛先情報は、その情報に付与された管理情報として情報と一体化されたパケットによって送信される。この場合、送信元情報及び宛先情報の抽出は、復調部１１２によって行うことができる。
あるいは、情報の送信元情報及び宛先情報は、その情報の一部として含まれた構造で構成されてもよい。この場合、送信元情報及び宛先情報の抽出は、情報種類判別部１１３によって行うことができる。
【００５５】
なお、本発明の情報抽出部は、復調部１１２、情報種類判別部１１３を含む。また、本発明の記憶部は、記憶部１２に相当する。また、本発明の記憶制御部は、情報記憶制御部１１４に相当する。また、本発明の符号化部は、情報長調整部１１５、線形符号化部１１６を含む。また、本発明の出力部は、変調部１１７に相当する。
【００５６】
なお、本発明の実施の形態は上記に限定されず、例えば中継局装置Ｒや無線局Ａ、Ｂは、他の電子機器などに組み込まれる形で構成されていてもよい。
また、アクセス制御方式は、CSMA/CAという名称に限定されず、同様の機能、すなわちパケット間隔による優先制御とキャリア感知による衝突回避機能を備えた多重アクセス方式であれば、他の付加機能を備えるようなものであっても適用可能である。また、図３に示すパケットフローにおいては、中継局装置Ｒが受信したパケットに限られず、通信制御に用いられるRTSパケット、CTSパケット、ACKパケット等の制御パケットに対しても適用することができる。
【００５７】
また、上述の中継局装置Ｒ、無線局Ａ及び無線局Ｂは、内部あるいは組み合わせされる電子機器の内部に、コンピュータシステムを有して構成することができる。そして、上述したネットワークコーディングに係る処理などは、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われるようにすることができる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【符号の説明】
【００５８】
Ｒ…中継局装置、Ａ、Ｂ…無線局、１１…通信制御部、１２…記憶部、
１１１…送受信部、１１２…復調部(抽出部)、１１３…情報種類判別部(抽出部)、
１１４…情報記憶制御部、１１５…情報長調整部（符号化部）、
１１６…線形符号化部（符号化部）、１１７…変調部（出力部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中継局装置を用いて無線局間の無線通信を中継する無線通信システム、中継局装置及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信のサービスエリアを簡易に拡張できる無線通信手段として、無線局間の通信を、中継局を介して行うマルチホップ無線通信システムがある。中継局を介することによりサービス提供エリアが拡大されるだけでなく、各無線局間の通信距離が短縮されるため、送信電力の削減が可能となる。しかし、中継局が多段接続されると、周波数・伝送時間等のリソースを複数の中継局でシェアすることになり、スループットのボトルネックが生じることからシステム全体のスループットが低下する問題がある。
ここで、中継伝送時のデータ伝送効率を向上する技術としてネットワークコーディング（ＮＣ）技術が注目を集めている（例えば、非特許文献１参照）。ＮＣとは、中継局が複数の無線局から受信した信号を重畳して同報送信することで効率的に信号伝送を実現する技術である。中継局からの信号を受信した無線局は、受信信号から自身が保持している信号を除去し、送信元の局からの信号を取り出すことができる。ＮＣを行うことにより、中継局−各無線局間の情報伝送に必要とされる信号送信回数を低減できることから、スループットが向上する。無線LAN（Local Area Networks）などのCSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）に基づいた無線通信システムへのＮＣ技術導入も検討されている（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2009-206778号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Sachin Katti, Hariharan Rahul, et al.,“XORs in The Air: Practical Wireless Network Coding,” in Proc. ACM SIGCOMM 2006, Pisa, Italy, pp.243-254 Sep.2006．
【非特許文献２】C.H. Huang et al., “Performance analysis of a two-hop wireless relay network with CSMA/CA and network coding,” in Proc. ITC-CSCC 2009, July 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
IEEE802.11無線LANに基づいて動作するAlice & Bobトポロジの無線通信システム（図５）に、ＮＣ技術を適用する場合について説明する。ＮＣにおける信号の重畳手法は、線形符号化などが適用される。ここでは、線形符号化に排他的論理和（ＸＯＲ）を適用する。以降、無線局Ａが送る情報をa、無線局Ｂが送る情報をbと称する。
【０００６】
無線局Ａが情報aを変調して生成したパケットA1を中継局装置Ｒへ送信する場合を例示する（図６）。
中継局装置Ｒは、パケットA1を送受信部１１１により受信し、復調部１１２ａにより情報aへと復調する。情報aを入力された情報記憶制御部１１４ａは、記憶部１２に情報bが存在するかどうかを判定する。
情報bが存在しない場合、情報aは送信元情報と関連付けられて記憶部１２に記憶され、その後中継局装置Ｒは他のパケットを受信するまで待機を行う。一方情報bが存在する場合、情報記憶制御部１１４ａは情報bを出力する。その後、情報長調整部１１５において情報a及びbの長さを同一とし、線形符号化部１１６において情報aと情報bとのXORを取ることにより情報xを生成する。情報xは変調部１１７によりパケットX1へと変換される。パケットX1は、送受信部１１１により無線局Ａ及びＢに対して同報送信される。
【０００７】
無線局Ｂが情報ｂを変調して生成したパケットB1を中継局装置Ｒへ送信する場合も同様の動作を行う。
中継局装置Ｒは、パケットB1を送受信部１１１により受信し、復調部１１２ｂにより情報ｂへと復調する。情報ｂを入力された情報記憶制御部１１４ｂは、記憶部１２に情報ａが存在するかどうかを判定する。
情報ａが存在しない場合、情報ｂは送信元情報と関連付けられて記憶部１２に記憶され、その後中継局装置Ｒは他のパケットを受信するまで待機を行う。一方情報aが存在する場合、情報記憶制御部１１４ｂは情報aを出力する。その後、情報長調整部１１５において情報a及びbの長さを同一とし、線形符号化部１１６において情報aと情報bとのXORを取ることにより情報xを生成する。情報xは変調部１１７によりパケットX1へと変換される。パケットX1は、送受信部１１１により無線局Ａ及びＢに対して同報送信される。
【０００８】
中継局装置Ｒからの信号を受信した無線局Ａでは、パケットX1を復調して得られる情報xと既知の情報aとのXORを取ることにより、所望の情報bが復号される。無線局Ｂにおいても、Ｘ１を復調して得られる情報xと既知の情報bとのXORを取ることにより、所望の情報aが復号される。
【０００９】
ここで、例えばIP（インターネットプロトコル）においては、情報長を既定の上限値以下の範囲で任意に設定することが可能である。このIPレイヤと、下位レイヤ（データリンクレイヤならびに・物理レイヤ）の間で透過性を持たせたEthernet （登録商標）においても、上位レイヤが可変情報長をサポートするIPなどを前提にしているため、同様に情報長は可変であり、Ethernet（登録商標）の無線版的位置づけであるIEEE802.11系無線LANシステムにおいても、同様に可変情報長を前提としている。したがって、無線システムで伝送される情報長は必ずしも一定ではない。
【００１０】
このため、ＮＣを行うには、対象となる２つの情報の長さを一定とする必要がある。先に説明した例においても、ＮＣにより生成される情報Ｘ１の長さは、情報aと情報bのうち情報長が長いものと等しくなるよう調整される。例えば、情報aの方が情報bより長いとすると、情報bに対してはＮＣを行う前段階において、情報を持たないビット系列（以後、調整用ビットと称する）を付加するゼロパディング等の処理により、情報長をaと同一にした上でＮＣを行う。
この様子を図７に示す。この際生じる調整用ビットは情報を含んでいない。このため、ＮＣの効率が低下し、スループットが低下するという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、無線局間の無線中継を行う中継局装置を備え、パケット単位で無線信号の送受信を行う無線通信システムにおいて、中継局装置によってＮＣを行う場合に、スループットをより向上させることができる無線通信システム、中継局装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、無線局間の無線中継を行う中継局装置と、前記中継局装置を介して異なる情報量を含むパケットの無線信号の送受信を行う複数の無線局を備えた無線通信システムであって、前記無線局及び前記中継局装置は、パケット単位で無線信号の送受信を行い、前記中継局装置は、受信した前記パケットから情報と、前記情報の種別を示す種別情報を抽出する情報抽出部と、前記情報と前記種別情報とを関連付けて記憶する記憶部と、前記無線局のいずれかから前記パケットを受信した際、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致せず、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された前記情報と前記種別情報とを関連付けて前記記憶部に記憶させ、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致して、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、前記記憶された情報を前記記憶部から出力する記憶制御部と、前記第２状態の場合、前記記憶部から出力された情報と、前記パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成する符号化部と、前記符号化部が出力する情報よりパケットを生成して出力する出力部とを備えることを特徴とする無線通信システムである。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、上記発明において、前記情報抽出部は、前記受信したパケットから前記情報、前記種別情報、及び、前記情報の送信元を示す送信元情報と、前記情報の宛先を示す宛先情報との少なくともいずれか一方を抽出し、前記記憶部は、前記情報、前記種別情報、及び、前記送信元情報と前記宛先情報の少なくともいずれか一方を関連付けて記憶し、前記記憶制御部は、前記パケットから抽出された前記送信元情報又は前記宛先情報と、前記記憶された前記送信元情報又は前記宛先情報とに基づいて判定を行い、前記記憶された情報の宛先と前記パケットの宛先とが一致した場合、前記記憶された情報の送信元と前記パケットの送信元とが一致した場合、又は、前記第１状態と判定された場合に、前記パケットから抽出された前記情報、前記種別情報、及び、前記送信元情報と前記宛先情報の少なくともいずれか一方を関連付けて前記記憶部に記憶させることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、上記発明において、前記記憶制御部は、前記パケットから抽出された前記送信元情報及び前記宛先情報と、前記記憶された前記送信元情報及び前記宛先情報とに基づいて判定を行い、前記記憶された情報の宛先と前記パケットの送信元とが一致し、該情報の送信元と該パケットの宛先とが一致した前記第１状態と判定された場合に、前記パケットから抽出された前記情報、前記種別情報、及び、前記送信元情報と前記宛先情報の少なくともいずれか一方を関連付けて前記記憶部に記憶さることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、上記発明において、前記記憶制御部は、前記パケットから抽出された前記送信元情報又は前記宛先情報と、前記記憶された前記送信元情報又は前記宛先情報とに基づいて判定を行い、前記記憶された情報の宛先と前記パケットの送信元とが一致し、該情報の送信元と該パケットの宛先とが一致した前記第２状態と判定された場合に、該情報を前記記憶部から出力することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、上記発明において、前記種別情報は、前記情報の長さに応じた分類を示すことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、上記発明において、前記種別情報は、前記第１の無線局と前記第２の無線局との通信に要求される伝送品質を示すことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、上記発明において、前記要求される伝送品質を示す種別情報は、アクセスカテゴリを示す情報であることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明は、無線局間の無線中継を行う中継局装置と、前記中継局装置を介して異なる情報量を含むパケットの無線信号の送受信を行う複数の無線局を備えた無線通信システムにおける中継局装置であって、前記無線局及び前記中継局装置は、パケット単位で無線信号の送受信を行うものであり、受信した前記パケットから情報と、前記情報の種別を示す種別情報を抽出する情報抽出部と、前記情報と前記種別情報とを関連付けて記憶する記憶部と、前記無線局のいずれかから前記パケットを受信した際、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致せず、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された前記情報と前記種別情報とを関連付けて前記記憶部に記憶させ、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致して、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、前記記憶された情報を前記記憶部から出力する記憶制御部と、前記第２状態の場合、前記記憶部から出力された情報と、前記パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成する符号化部と、前記符号化部が出力する情報よりパケットを生成して出力する出力部とを備えることを特徴とする中継局装置である。
【００２０】
また、請求項９に記載の発明は、無線局間の無線中継を行う中継局装置と、前記中継局装置を介して異なる情報量を含むパケットの無線信号の送受信を行う複数の無線局を備えた無線通信方法であって、 前記無線局及び前記中継局装置は、パケット単位で無線信号の送受信を行い、前記中継局装置は、受信した前記パケットから情報と、前記情報の種別を示す種別情報を抽出し、前記情報と前記種別情報とを関連付けて記憶部に記憶させ、前記無線局のいずれかから前記パケットを受信した際、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致せず、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された前記情報と前記種別情報とを関連付けて前記記憶部に記憶させ、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致して、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、前記記憶された情報を前記記憶部から出力し、前記第２状態の場合、前記記憶部から出力された情報と、前記パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成し、前記符号化された情報よりパケットを生成して出力することを特徴とする無線通信方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、中継局装置は、受信した前記パケットから情報と、情報の種別を示す種別情報を抽出し、記憶部に関連付けて記憶する。記憶制御部は、無線局のいずれかからパケットを受信した際、記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とに基づいて判定し、同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された情報と種別情報とを関連付けて記憶部に記憶させ、同じ種別情報に関連付けられた情報が記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、記憶された情報を記憶部から出力する。符号化部は、第２状態の場合、記憶部から出力された情報と、パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成する。
本発明を、ＮＣを用いた中継伝送へ適用することにより、中継局でＮＣが行われる２つの情報の長さが近しくなるため、効率的なＮＣが行われることとなり、従来の手法に比べてスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による無線通信システムを示すブロック図である。
【図２】中継局装置における通信制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】具体的な動作を示すタイミングチャートである。
【図４】本実施形態を適用した場合のスループットと伝送速度の関係を示す図である。
【図５】Alice & Bobトポロジの無線通信システムを示すブロック図である。
【図６】従来技術における中継局装置における通信制御部の構成を示すブロック図である。
【図７】従来技術における無線通信システムの動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明による無線通信システムの実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態における無線通信システムを示すブロック図である。
図１に示す無線通信システム１は、中継局装置Ｒ、無線局Ａ及び無線局Ｂから構成されている。中継局装置Ｒは、無線局Ａ及びＢ間の無線中継を行う。無線局Ａと無線局Ｂは、中継局装置Ｒを介して無線信号の送受信を行う。なお、無線局Ａと無線局Ｂは、直接情報のやり取りが不可能な位置に設置されていると仮定する。
【００２４】
図１に示す中継局装置Ｒは、無線信号の送受信を行うための通信制御部１１と、無線局Ａや無線局Ｂから受信した情報を記憶するための記憶部１２とを備えている。記憶部１２は情報を記憶する際、その情報の種別、及び無線局Ａから送信された情報と無線局Ｂから送信された情報を区別する送信元情報を、情報と関連付けて記憶する。
図１は中継局装置Ｒが送信元情報や宛先情報を情報と関連付けて記憶させる機能を備えていない場合の例であり、記憶部１２は図１の例のように、無線局Ｂから受信した無線局Ａ宛の情報を記憶するためのバッファＡ１３と、無線局Ａから受信した無線局Ｂ宛の情報を記憶するためのバッファＢ１４とを有する必要がある。送信元情報や宛先情報や種別情報を情報と関連付けて記憶させる機能が、通信制御部１１又は記憶部１２に備わっている場合には、記憶部１２の中には情報を記憶するためのバッファ１３があれば良い。これとは別に、種別情報を情報と関連付けて記憶させる機能を備えていない場合、記憶部１２は、種別情報ごとのバッファを有する必要がある。
また図１の例では、送信元がわかれば宛先も判別される。例えば、あるパケットの送信元が無線局Ａの場合、このパケットの宛先は無線局Ｂと判別される。しかし、複数の無線局が存在する場合には、送信元から宛先が判別できない。このため記憶部１２は情報を記憶する際、その情報の種別と送信元情報に加えて、宛先情報を情報と関連付けて記憶する必要がある。
【００２５】
また、無線局Ａは、無線信号の送受信を行うための通信制御部２１と、中継局装置Ｒを介して無線局Ｂ宛に送信した情報を記憶するためのバッファ２３を有する記憶部２２とを備えている。無線局Ｂは、無線信号の送受信を行うための通信制御部３１と、中継局装置Ｒを介して無線局Ｂ宛に送信した情報を記憶するためのバッファ３３を有する記憶部３２とを備えている。
【００２６】
以上の構成で、図１の中継局装置Ｒは、無線局Ａから受信した無線局Ｂ宛のパケット４１に含まれる情報「a」を一旦バッファＢ１４に記憶した後、所定のタイミングで読み出して無線局Ｂ宛に送信し、また無線局Ｂから受信した無線局Ａ宛のパケット４２に含まれる情報「ｂ」を一旦バッファＡ１３に記憶した後、所定のタイミングで読み出して無線局Ａ宛に送信することで、無線信号を中継する。
【００２７】
その際、中継局装置Ｒは、無線局Ａから無線局Ｂ宛のパケット４１（情報「ａ」）を受信した場合に、バッファＡ１３内に無線局Ｂから無線局Ａ宛の情報「ｂ」が存在していたときには、情報「a」と情報「ｂ」とで排他的論理和の演算処理を行ってコーディングパケット４３を生成する。そして、生成したコーディングパケット４３を、無線局Ａと無線局Ｂとに向けて送信する（ブロードキャストする）。また、中継局装置Ｒは、無線局Ｂから無線局Ａ宛のパケット４２（情報「ｂ」）を受信した場合に、バッファＢ１４内に無線局Ａから無線局Ｂ宛の情報「a」が存在していたときには、情報「a」と情報「ｂ」とで排他的論理和の演算処理を行ってコーディングデータパケット４３を生成する。そして、生成したコーディングパケット４３を、無線局Ａと無線局Ｂとに向けて送信する（ブロードキャストする）。コーディングパケット４３の情報は、「a ｘｏｒ ｂ 」となる（なお、本明細書では排他的論理和を「ｘｏｒ」で表しているが、図１では「○」の中に「＋」を記した記号で表している）。
【００２８】
一方、無線局Ａは、中継局装置Ｒへ無線局Ｂ宛のパケット４１（情報「ａ」）を送信した際に、送信したパケット４１をバッファ２３内に記憶している。そして、中継局装置Ｒからコーディングパケット４３（情報「ａ ｘｏｒ ｂ 」）を受信した場合、バッファ２３内のパケット４１とコーディングパケット４３とで排他的論理和の演算処理を行って、無線局Ｂが無線局Ａ宛に送信したパケット４２の情報「ｂ」を復号する。すなわち、ａ ｘｏｒ（ａ ｘｏｒ ｂ ）＝ｂの演算処理によって、情報「ｂ」が求められる。また、無線局Ｂは、中継局装置Ｒへ無線局Ａ宛のパケット４２（情報「ｂ」）を送信した際に、送信したパケット４２をバッファ３３内に記憶している。そして、中継局装置Ｒからコーディングパケット４３（情報「ａ ｘｏｒ ｂ 」）を受信した場合、バッファ３３内のパケット４２とコーディングパケット４３とで排他的論理和の演算処理を行って、無線局Ａが無線局Ｂ宛に送信したパケット４１の情報「a」を復号する。すなわち、ｂ ｘｏｒ（a ｘｏｒ ｂ ）＝aの演算処理によって、情報「a」が求められる。
【００２９】
他方、中継局装置Ｒは、無線局Ａから無線局Ｂ宛のパケット４１（情報「ａ」）を受信した場合に、バッファＡ１３内に無線局Ｂから無線局Ａ宛のパケット４２（情報「ｂ」）がないときには、パケット４１がバッファＢ１４に一旦記憶される。そして、中継局装置Ｒは、所定の待機時間経過後に、バッファＢ１４に記憶されているパケット４１内の情報「a」を含むパケット４５を生成して無線局Ｂに向けて送信する。また、中継局装置Ｒは、無線局Ｂから無線局Ａ宛のパケット４２（情報「ｂ」）を受信した場合に、バッファＢ１４内に無線局Ａから無線局Ｂ宛のパケット４１（情報「ａ」）がないときには、パケット４２がバッファＡ１３に一旦記憶される。そして、中継局装置Ｒは、所定の待機時間経過後に、バッファＡ１３に記憶されているパケット４２内の情報「ｂ」を含むパケット４４を生成して無線局Ａに向けて送信する。
【００３０】
また、図１に示す本実施形態の無線局Ａ、無線局Ｂ及び中継局装置Ｒは、CSMA/CAに基づいてパケット単位で無線信号の送受信を行う。各パケットは、情報種別などを示すヘッダ部と伝送する情報を割り当てる情報部からなる。
【００３１】
無線通信システム１では様々な情報が伝送される。伝送される情報は、伝送速度や伝送遅延などの特性に要求される品質レベルに応じて、「音声」や「ベストエフォート」といった複数のカテゴリに分類される。このカテゴリをアクセスカテゴリ（ＡＣ）と呼ぶ。例えばIEEE802.11eでは、以下の４種類のＡＣが規定されている。
【００３２】
・AC_BK: バックグラウンド・トラフィック、
・AC_BE: ベストエフォート・トラフィック、
・AC_VI: ビデオ伝送、
・AC_VO: 音声
【００３３】
同じＡＣのパケットは、類似のアプリケーションが使用すると考えられることから、情報部に割り付けられる長さについて近い値が選択される場合が多くなる。
本実施形態では、中継局装置Ｒが同じＡＣのパケット同士でＮＣを行う。同じＡＣのパケット同士でＮＣを行うことにより、ＮＣが行われる２つの情報長のばらつきが減少して、スループットが向上する。
【００３４】
図２は、本実施形態に示す中継局装置における通信制御部の構成を示すブロック図である。
中継局装置Ｒの通信制御部１１は、送受信部１１１、復調部１１２、情報種類判別部１１３、情報記憶制御部１１４、情報長調整部１１５、線形符号化部１１６及び変調部１１７を備える。
【００３５】
送受信部１１１は、無線局に対して送信する無線信号を生成し、アンテナを介して送信する。また、送受信部１１１は、無線局から送信された無線信号を受信する。
復調部１１２は、受信した無線信号を復調し、受信パケットを生成する。
情報種類判別部１１３は、受信パケットに含まれる情報の情報種別を示す情報種別情報を抽出し、その情報種別情報に基づいて情報種別を判定する。この情報種別を示す情報種別情報としては、例えば、前述のＡＣを示すＡＣ情報とすることができる。
【００３６】
情報記憶制御部１１４は、復調部１１２によって抽出された情報と、情報種類判別部 １１３によって抽出された情報種別情報と、送信元情報を関連付けて、記憶部１２に記憶させる。
情報記憶制御部１１４は、一方の無線局から受信したパケットの情報及び情報種別情報が入力されると、記憶部１２内に他方の無線局から受信した同じ種別の情報があるか否かを情報種別情報に基づいて判定し、同じ種別の情報がないと判定した場合に、受信した情報を記憶部１２に記憶する。情報記憶制御部１１４は、同じ種別の情報があると判定した場合、受信した情報を記憶部１２に記憶させず、同じ情報種別と判定された記憶部１２内の情報を情報長調整部１１５に出力する。
【００３７】
情報長調整部１１５は、一方の無線局からの受信信号として、先に受信して情報記憶制御部１１４に記憶されていた情報と、他方の無線局からの受信信号として、後に受信した受信パケットに含まれる情報とが、同じ長さとなるように調整する。この調整は、例えば情報長の短い情報に対してゼロパディング等の処理により調整用ビットを付加することで行われる。
【００３８】
線形符号化部１１６は、供給された２つの情報の線形符号化処理を行う。線形符号化方式の一例として、排他的論理和（ＸＯＲ）演算処理による方法がある。なお、線形符号化方法は、ＸＯＲ演算処理による方法に限らず他の方法を選択することも可能である。
変調部１１７は、線形符号化処理された符号化情報を変調して変調信号を生成し、送受信部１１１に供給する。
【００３９】
以下に、本実施形態に示す中継局装置の動作を説明する。
無線局Ａから中継局装置Ｒに対して信号が送信される場合を考える。無線局Ａから送信されたパケットA1を送受信部１１１により受信し、復調部１１２により情報aへと復調する。情報aの情報種別として、情報種類判別部１１３によりＡＣが判別される。以降、情報aのＡＣをＡＣ(a)と称する。同様に、無線局Ｂから中継局装置Ｒに伝送された信号の情報を情報ｂ、そのＡＣをＡＣ（ｂ）と称することとする。
【００４０】
情報a及びＡＣ(a)が入力された情報記憶制御部１１４は、自身の記憶部に記憶された情報bの中でＡＣがＡＣ(a)と同一のものが存在するか否かを判定する。情報bの中でＡＣがＡＣ(a)と同一のものが存在しなければ、情報aは情報記憶制御部１１４に保持され、中継局装置Ｒはその後無線局Ａから他のパケットを受信するまで待機を行う。
一方情報bの中でＡＣがＡＣ(a)と同一のもの（情報ｂ’）が存在すれば、情報記憶制御部１１４はこの情報b’を出力する。その後、情報長調整部１１５により情報a及びb’の長さを同一とし、線形符号化部１１６において情報aと情報b’とのXORを取ることにより情報xを生成する。情報xは変調部１１７によりパケットＸ１へと変換される。パケットX1は、送受信部１１１により無線局Ａ及びＢに対して同報送信される。無線局Ｂから中継局装置Ｒに対して信号が送信された場合も同様の動作を行う。
【００４１】
図３は、具体的な動作を示すタイミングチャートである。
この図に示すタイミングチャートでは、送信される信号同士の衝突は生じないものとし、説明を簡単化するためにCSMA/CAで行われる衝突回避のためのメカニズムについての説明は省略する。
図３（ａ）では、送信される信号を２種類のＡＣ（AC_BEとAC_VO）に分けて示す。
縦軸側に示される（Ａ）と（Ｂ）、及び（Ｒ）は、それぞれ無線局ＡとＢ、及び中継局装置Ｒを示す。
【００４２】
２種類のＡＣは、一方がAC_BEであり、他方がAC_VOである。AC_BEは、主にデータを伝送するベストエフォート型の情報を示すカテゴリであり、情報長を長くすることにより伝送効率を高めている。それに反し、AC_VOは、主に音声を伝送するリアルタイム型の情報を示すカテゴリであり、情報長を短くすることにより要求される品質を確保している。
また、このタイミングチャートの説明では、無線信号固有の復調処理、変調処理に係る説明を省略する。
初期状態では、２種類のＡＣに係る情報は、記憶部１２には記憶されていないものとする。
【００４３】
中継局装置Ｒは、無線局ＡからＡＣがAC_BEであるパケットA1を受信する。受信したパケットA1に基づいて、情報a１及びＡＣ(AC_BE)が入力された情報記憶制御部１１４は、記憶部１２に無線局Ｂから受信してＡＣがAC_BEの情報が存在するか否かを判定する。記憶部１２には、AC_BEの情報はないため、情報a１とＡＣ(AC_BE)と送信元情報(Ａ)が関連付けられ記憶される。
【００４４】
続いて、中継局装置Ｒは、無線局ＢからＡＣがAC_VOであるパケットB1を受信する。受信したパケットB1に基づいた情報ｂ１及びＡＣ(AC_VO)が入力された情報記憶制御部１１４は、記憶部１２に無線局Ａから受信してＡＣがAC_VOの情報が存在するか否かを判定する。記憶部１２には、AC_VOの情報はないため、情報ｂ１とＡＣ(AC_VO)と送信元情報(Ｂ)が関連付けられ記憶される。
【００４５】
中継局装置Ｒは、無線局ＡからＡＣがAC_VOであるパケットＡ２を受信する。受信したパケットＡ２に含まれる情報ａ２及びＡＣ(AC_VO)が入力された情報記憶制御部１１４は、記憶部１２に送信元が無線局ＢでありＡＣがAC_VOの情報が存在するか否かを判定する。記憶部１２には、情報ｂ１及びＡＣ(AC_VO)が関連付けられ記憶されていることから、情報記憶制御部１１４は、情報ｂ１を出力し、記憶されていた情報を消去する。
情報長調整部１１５は、入力される情報ｂ１及び情報ａ２の情報長を同一とする。線形符号化部１１６は、情報ｂ１と情報ａ２に基づいて情報ｘ１を生成する。変調部１１７は情報ｘ１からパケットX1を生成し、信号の送信要求を行う。
【００４６】
続いて、中継局装置Ｒは、無線局ＢからＡＣがAC_BEであるパケットＢ２を受信する。受信したパケットＢ２に含まれる情報ｂ２及びＡＣ(AC_BE)が入力された情報記憶制御部１１４は、記憶部１２に送信元が無線局ＡでありＡＣがAC_ BEの情報が存在するか否かを判定する。記憶部１２には、情報ａ１及びＡＣ(AC_ BE)が関連付けられ記憶されていることから、情報記憶制御部１１４は、情報ａ１を出力し、記憶されていた情報を消去する。
情報長調整部１１５は、入力される情報ａ１及び情報ｂ２の情報長を同一とする。線形符号化部１１６は、情報ａ１と情報ｂ２に基づいて情報ｘ２を生成する。変調部１１７は情報ｘ２からパケットＸ２を生成し、信号の送信要求を行う。
【００４７】
本実施形態によれば、ＡＣを考慮せずに任意の長さの情報同士を組み合わせて送信する図３（ｂ）に比べ、同じＡＣの情報同士でのみＮＣを行うことで、ＮＣの対象となる２つの情報長が近しいものとなり、調整用ビットが減少するため、図３（ｂ）に示した従来手法と比べて短い時間での情報伝送が可能となり、スループットが改善する。
【００４８】
本実施形態における効果を示すため、一例として、無線局Ａ、無線局Ｂ及び中継局装置Ｒで構成される無線伝送システムを所謂「バックホール回線」として使用した場合について定量評価する。単位時間内に無線局Ａ及びＢが受信する情報量の合計をスループットと定義し、これを評価する。無線局Ａ及びＢのバッファには、常に送信パケットが存在し、また各局はCSMA/CAに基づき送信を行うと想定する。各局は互いにキャリアセンスが可能とし、隠れ端末問題は発生しないとする。この状況下でのスループットは、非特許文献２の理論式に基づいて求められる。
評価の簡単化のため、ＡＣはAC_VO及びAC_BEの２カテゴリとし、無線局Ａ及びＢにはこれらのカテゴリに基づいたパケットが等しい確率で入力されると仮定する。情報長は、AC_VOの場合160 byte（バイト）、AC_BEの場合1500 byteに固定とし、ＡＣが同じであれば情報長も等しいと簡単化して評価を行う。
【００４９】
図４は、本実施形態を適用した場合のスループットと伝送速度の関係を示す図である。
この図に示されるグラフの縦軸は、スループット（Mbps）を示し、横軸が伝送速度（Mbps）を示す。
グラフＳ１は、本実施形態を適用した場合のスループットを示す。グラフＳ２は、従来方式を適用した場合のスループットを示す。
グラフＳ１によって示される本実施形態では、ＮＣが行われる各情報の長さが揃っているため、調整用ビットが存在せず、従来方式と比べて約１０％スループットが向上する。
従来方式の場合、ＡＣの異なるパケット同士でもＮＣが行われる。このときゼロパディングにより調整用ビットが付加されるため、スループットが低くなる。
【００５０】
（第２実施形態）
構成する無線局の数を増やした構成について説明する。
図に示した無線通信システム１では、中継局装置Ｒと通信する無線局の数は２局として説明したが、中継局装置Ｒと通信する無線局を、無線局Ａ，Ｂ、Ｃなどのように３局以上となる場合が想定される。
３局以上の無線局の通信を中継局装置Ｒが中継する場合には、中継局装置Ｒでは、任意に組み合わせて符号化処理することができない条件が発生する。その組合せの制限条件は、各無線局からのパケットの送信元、宛先に依存する条件となる。
【００５１】
例えば、符号化された情報を受信して復号処理を行える無線局は、先に中継局装置に送信した情報を無線局が保持していることが必要である。また、中継局装置において、無線局が保持している情報と同じ情報に基づいて符号化したものでなければ、無線局では符号化された情報を復号できない。
したがって、中継局装置で行われる符号化の組合せでは、送信元と宛先が相互に一致した組合せであることが必要になる。つまり、記憶部１２に記憶された情報の宛先と、後から受信したパケットの送信元とが一致し、さらに、記憶された情報の送信元と後から受信したパケットの宛先とが一致することが必要とされる。そのため、一致しない場合には、符号化処理が行えないことから、記憶部１２に一時記憶し、後に受信したパケットとの組合せを試みる。その組合せを判定するために、情報記憶制御部１１４は、受信したパケットから抽出された情報、種別情報、送信元情報及び宛先情報を関連付けて記憶部１２に記憶させる。そして、情報記憶制御部１１４は、記憶部１２に記憶された情報の宛先と受信したパケットの送信元とが一致し、記憶された情報の送信元と該パケットの宛先とが一致したと判定された場合に、記憶された情報を記憶部１２から出力する。情報記憶制御部１１４は、記憶部１２に記憶された情報の送信元及び宛先と、受信したパケットの宛先及び送信元とが一致ししているか否かの判定は、それぞれ対応する送信元情報及び宛先情報に基づいて行う。
【００５２】
また、別の観点で条件を整理すると、符号化処理した情報を、それぞれの送信元と異なる無線局に送付しても、受信した情報をその無線局は復号が行えない。
さらに、同じ送信元から送信された情報同士を符号化し、それぞれの宛先として設定される無線局に送付されても、受信した無線局では復号することができない。
そのため、情報記憶制御部１１４は、記憶部１２に記憶された情報の宛先と受信したパケットの宛先とが一致した場合や、記憶部１２に記憶された情報の送信元と前記パケットの送信元とが一致した場合について、受信したパケットの情報を符号化する情報が記憶部１２に記憶されていないと判定する。情報記憶制御部１１４は、送信元情報及び宛先情報に基づいて判定する。そして、情報記憶制御部１１４は、第１実施形態に示した情報種別による判定に加え、上記の送信元情報及び宛先情報に基づいた判定により、受信したパケットから抽出された情報、種別情報、及び、送信元情報と宛先情報の少なくともいずれか一方を関連付けて記憶部１２に記憶させることとしてもよい。
【００５３】
２局の無線局（無線局Ａ、Ｂ）とする場合には、中継局装置が中継するパケットの送信元、宛先は、相補の関係にあり、送信元情報、宛先情報の少なくともいずれか一方から他方の情報を容易に判定できる。
複数の無線局が存在する場合であっても、送信元情報、宛先情報以外の情報によって無線局を特定することができ、２局の場合に限定できる場合には、第１実施形態のように送信元情報、宛先情報を用いることなくＮＣ技術を適用することができる。
例えば、送信元情報、宛先情報以外の情報の例としては、無線局の位置情報、受信電界強度、無線局からの送信信号のチャネル（周波数）などがある。
【００５４】
なお、受信したパケットに含まれる情報の送信元情報及び宛先情報は、その情報に付与された管理情報として情報と一体化されたパケットによって送信される。この場合、送信元情報及び宛先情報の抽出は、復調部１１２によって行うことができる。
あるいは、情報の送信元情報及び宛先情報は、その情報の一部として含まれた構造で構成されてもよい。この場合、送信元情報及び宛先情報の抽出は、情報種類判別部１１３によって行うことができる。
【００５５】
なお、本発明の情報抽出部は、復調部１１２、情報種類判別部１１３を含む。また、本発明の記憶部は、記憶部１２に相当する。また、本発明の記憶制御部は、情報記憶制御部１１４に相当する。また、本発明の符号化部は、情報長調整部１１５、線形符号化部１１６を含む。また、本発明の出力部は、変調部１１７に相当する。
【００５６】
なお、本発明の実施の形態は上記に限定されず、例えば中継局装置Ｒや無線局Ａ、Ｂは、他の電子機器などに組み込まれる形で構成されていてもよい。
また、アクセス制御方式は、CSMA/CAという名称に限定されず、同様の機能、すなわちパケット間隔による優先制御とキャリア感知による衝突回避機能を備えた多重アクセス方式であれば、他の付加機能を備えるようなものであっても適用可能である。また、図３に示すパケットフローにおいては、中継局装置Ｒが受信したパケットに限られず、通信制御に用いられるRTSパケット、CTSパケット、ACKパケット等の制御パケットに対しても適用することができる。
【００５７】
また、上述の中継局装置Ｒ、無線局Ａ及び無線局Ｂは、内部あるいは組み合わせされる電子機器の内部に、コンピュータシステムを有して構成することができる。そして、上述したネットワークコーディングに係る処理などは、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われるようにすることができる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【符号の説明】
【００５８】
Ｒ…中継局装置、Ａ、Ｂ…無線局、１１…通信制御部、１２…記憶部、
１１１…送受信部、１１２…復調部(抽出部)、１１３…情報種類判別部(抽出部)、
１１４…情報記憶制御部、１１５…情報長調整部（符号化部）、
１１６…線形符号化部（符号化部）、１１７…変調部（出力部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線局間の無線中継を行う中継局装置と、前記中継局装置を介して異なる情報量を含むパケットの無線信号の送受信を行う複数の無線局を備えた無線通信システムであって、
前記無線局及び前記中継局装置は、パケット単位で無線信号の送受信を行い、
前記中継局装置は、
受信した前記パケットから情報と、前記情報の種別を示す種別情報を抽出する情報抽出部と、
前記情報と前記種別情報とを関連付けて記憶する記憶部と、
前記無線局のいずれかから前記パケットを受信した際、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致せず、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された前記情報と前記種別情報とを関連付けて前記記憶部に記憶させ、
前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致して、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、前記記憶された情報を前記記憶部から出力する記憶制御部と、
前記第２状態の場合、前記記憶部から出力された情報と、前記パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成する符号化部と、
前記符号化部が出力する情報よりパケットを生成して出力する出力部と
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記情報抽出部は、
前記受信したパケットから前記情報、前記種別情報、及び、前記情報の送信元を示す送信元情報と、前記情報の宛先を示す宛先情報との少なくともいずれか一方を抽出し、
前記記憶部は、
前記情報、前記種別情報、及び、前記送信元情報と前記宛先情報の少なくともいずれか一方を関連付けて記憶し、
前記記憶制御部は、
前記パケットから抽出された前記送信元情報又は前記宛先情報と、前記記憶された前記送信元情報又は前記宛先情報とに基づいて判定を行い、
前記記憶された情報の宛先と前記パケットの宛先とが一致した場合、前記記憶された情報の送信元と前記パケットの送信元とが一致した場合、又は、前記第１状態と判定された場合に、前記パケットから抽出された前記情報、前記種別情報、及び、前記送信元情報と前記宛先情報の少なくともいずれか一方を関連付けて前記記憶部に記憶させる
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記記憶制御部は、
前記パケットから抽出された前記送信元情報及び前記宛先情報と、前記記憶された前記送信元情報及び前記宛先情報とに基づいて判定を行い、
前記記憶された情報の宛先と前記パケットの送信元とが一致し、該情報の送信元と該パケットの宛先とが一致した前記第１状態と判定された場合に、前記パケットから抽出された前記情報、前記種別情報、前記送信元情報及び前記宛先情報を関連付けて前記記憶部に記憶させる
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記記憶制御部は、
前記パケットから抽出された前記送信元情報又は前記宛先情報と、前記記憶された前記送信元情報又は前記宛先情報とに基づいて判定を行い、
前記記憶された情報の宛先と前記パケットの送信元とが一致し、該情報の送信元と該パケットの宛先とが一致した前記第２状態と判定された場合に、該情報を前記記憶部から出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記種別情報は、前記情報の長さに応じた分類を示す
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記種別情報は、前記第１の無線局と前記第２の無線局との通信に要求される伝送品質を示す
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記要求される伝送品質を示す種別情報は、アクセスカテゴリを示す情報である
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項８】
無線局間の無線中継を行う中継局装置と、前記中継局装置を介して異なる情報量を含むパケットの無線信号の送受信を行う複数の無線局を備えた無線通信システムにおける中継局装置であって、
前記無線局及び前記中継局装置は、パケット単位で無線信号の送受信を行うものであり、
受信した前記パケットから情報と、前記情報の種別を示す種別情報を抽出する情報抽出部と、
前記情報と前記種別情報とを関連付けて記憶する記憶部と、
前記無線局のいずれかから前記パケットを受信した際、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致せず、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された前記情報と前記種別情報とを関連付けて前記記憶部に記憶させ、
前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致して、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、前記記憶された情報を前記記憶部から出力する記憶制御部と、
前記第２状態の場合、前記記憶部から出力された情報と、前記パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成する符号化部と、
前記符号化部が出力する情報よりパケットを生成して出力する出力部と
を備えることを特徴とする中継局装置。
【請求項９】
無線局間の無線中継を行う中継局装置と、前記中継局装置を介して異なる情報量を含むパケットの無線信号の送受信を行う複数の無線局を備えた無線通信方法であって、
前記無線局及び前記中継局装置は、パケット単位で無線信号の送受信を行い、
前記中継局装置は、
受信した前記パケットから情報と、前記情報の種別を示す種別情報を抽出し、
前記情報と前記種別情報とを関連付けて記憶部に記憶させ、
前記無線局のいずれかから前記パケットを受信した際、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致せず、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された前記情報と前記種別情報とを関連付けて前記記憶部に記憶させ、
前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致して、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、前記記憶された情報を前記記憶部から出力し、
前記第２状態の場合、前記記憶部から出力された情報と、前記パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成し、
前記符号化された情報よりパケットを生成して出力する
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項１】
無線局間の無線中継を行う中継局装置と、前記中継局装置を介して異なる情報量を含むパケットの無線信号の送受信を行う複数の無線局を備えた無線通信システムであって、
前記無線局及び前記中継局装置は、パケット単位で無線信号の送受信を行い、
前記中継局装置は、
受信した前記パケットから情報と、前記情報の種別を示す種別情報を抽出する情報抽出部と、
前記情報と前記種別情報とを関連付けて記憶する記憶部と、
前記無線局のいずれかから前記パケットを受信した際、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致せず、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された前記情報と前記種別情報とを関連付けて前記記憶部に記憶させ、
前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致して、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、前記記憶された情報を前記記憶部から出力する記憶制御部と、
前記第２状態の場合、前記記憶部から出力された情報と、前記パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成する符号化部と、
前記符号化部が出力する情報よりパケットを生成して出力する出力部と
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記情報抽出部は、
前記受信したパケットから前記情報、前記種別情報、及び、前記情報の送信元を示す送信元情報と、前記情報の宛先を示す宛先情報との少なくともいずれか一方を抽出し、
前記記憶部は、
前記情報、前記種別情報、及び、前記送信元情報と前記宛先情報の少なくともいずれか一方を関連付けて記憶し、
前記記憶制御部は、
前記パケットから抽出された前記送信元情報又は前記宛先情報と、前記記憶された前記送信元情報又は前記宛先情報とに基づいて判定を行い、
前記記憶された情報の宛先と前記パケットの宛先とが一致した場合、前記記憶された情報の送信元と前記パケットの送信元とが一致した場合、又は、前記第１状態と判定された場合に、前記パケットから抽出された前記情報、前記種別情報、及び、前記送信元情報と前記宛先情報の少なくともいずれか一方を関連付けて前記記憶部に記憶させる
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記記憶制御部は、
前記パケットから抽出された前記送信元情報及び前記宛先情報と、前記記憶された前記送信元情報及び前記宛先情報とに基づいて判定を行い、
前記記憶された情報の宛先と前記パケットの送信元とが一致し、該情報の送信元と該パケットの宛先とが一致した前記第１状態と判定された場合に、前記パケットから抽出された前記情報、前記種別情報、前記送信元情報及び前記宛先情報を関連付けて前記記憶部に記憶させる
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記記憶制御部は、
前記パケットから抽出された前記送信元情報又は前記宛先情報と、前記記憶された前記送信元情報又は前記宛先情報とに基づいて判定を行い、
前記記憶された情報の宛先と前記パケットの送信元とが一致し、該情報の送信元と該パケットの宛先とが一致した前記第２状態と判定された場合に、該情報を前記記憶部から出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記種別情報は、前記情報の長さに応じた分類を示す
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記種別情報は、前記第１の無線局と前記第２の無線局との通信に要求される伝送品質を示す
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記要求される伝送品質を示す種別情報は、アクセスカテゴリを示す情報である
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項８】
無線局間の無線中継を行う中継局装置と、前記中継局装置を介して異なる情報量を含むパケットの無線信号の送受信を行う複数の無線局を備えた無線通信システムにおける中継局装置であって、
前記無線局及び前記中継局装置は、パケット単位で無線信号の送受信を行うものであり、
受信した前記パケットから情報と、前記情報の種別を示す種別情報を抽出する情報抽出部と、
前記情報と前記種別情報とを関連付けて記憶する記憶部と、
前記無線局のいずれかから前記パケットを受信した際、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致せず、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された前記情報と前記種別情報とを関連付けて前記記憶部に記憶させ、
前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致して、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、前記記憶された情報を前記記憶部から出力する記憶制御部と、
前記第２状態の場合、前記記憶部から出力された情報と、前記パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成する符号化部と、
前記符号化部が出力する情報よりパケットを生成して出力する出力部と
を備えることを特徴とする中継局装置。
【請求項９】
無線局間の無線中継を行う中継局装置と、前記中継局装置を介して異なる情報量を含むパケットの無線信号の送受信を行う複数の無線局を備えた無線通信方法であって、
前記無線局及び前記中継局装置は、パケット単位で無線信号の送受信を行い、
前記中継局装置は、
受信した前記パケットから情報と、前記情報の種別を示す種別情報を抽出し、
前記情報と前記種別情報とを関連付けて記憶部に記憶させ、
前記無線局のいずれかから前記パケットを受信した際、前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致せず、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在しないと判定される第１状態の場合に、該パケットから抽出された前記情報と前記種別情報とを関連付けて前記記憶部に記憶させ、
前記記憶された種別情報と、該パケットから抽出された種別情報とが一致して、前記同じ種別情報に関連付けられた情報が前記記憶部に存在すると判定される第２状態の場合に、前記記憶された情報を前記記憶部から出力し、
前記第２状態の場合、前記記憶部から出力された情報と、前記パケットから抽出された情報とに基づいて符号化した情報を生成し、
前記符号化された情報よりパケットを生成して出力する
ことを特徴とする無線通信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１７１８４９（Ｐ２０１１−１７１８４９Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３１７１７（Ｐ２０１０−３１７１７）
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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