無線通信装置、通信システム、通信処理方法、およびプログラム
【課題】ＣＣＡ非対称状態を検出可能にした無線通信装置を提供する。
【解決手段】他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信処理部と、他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における無線通信処理部のパケット送信処理に関する第１の送信特徴量、ならびに自装置および他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における無線通信処理部のパケット送信処理に関する第２の送信特徴量を取得する送信特徴量測定部と、第１および第２の送信特徴量に基づいて、他の無線通信装置が自装置の信号検出圏内に位置しているが、他の無線通信装置の信号検出圏外に自装置が位置する状態であるか否かを判定する非対称状態判定部とを有する。
【解決手段】他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信処理部と、他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における無線通信処理部のパケット送信処理に関する第１の送信特徴量、ならびに自装置および他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における無線通信処理部のパケット送信処理に関する第２の送信特徴量を取得する送信特徴量測定部と、第１および第２の送信特徴量に基づいて、他の無線通信装置が自装置の信号検出圏内に位置しているが、他の無線通信装置の信号検出圏外に自装置が位置する状態であるか否かを判定する非対称状態判定部とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置、通信システム、通信処理方法、およびその方法を無線通信装置に実行させるためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ，Ｓｉｅｎｃｅ，Ｍｅｄｉｃａｌ）帯と呼ばれる免許不要で利用可能な無線周波数帯を使用する、複数の無線方式が規格化されている。具体的には、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）として一般的なＩＥＥＥ ８０２．１１や、センサーネットワークでの利用が有望視されているＩＥＥＥ ８０２．１５．４といった無線通信規格が存在し、これら無線通信規格は、今後も増加し、またそれを使用する無線端末の数も、爆発的に増加することが見込まれている。
【０００３】
上記のような無線通信規格は、お互いの無線信号が衝突するのを回避するため、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｉｔｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：衝突回避機能付き搬送波感知多重アクセス）などの多重チャネルアクセス方式を備えている。
【０００４】
ＩＳＭ帯を使用する代表的な通信方式であるＩＥＥＥ ８０２．１１や、省電力無線通信の代表例であるＩＥＥＥ ８０２．１５．４では、チャネルアクセス方式として、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いている。
【０００５】
ＣＳＭＡ／ＣＡ方式とは、パケット送信に先立ち、バックオフと呼ばれるランダムな時間で送信を待機し、Ｐｒｅａｍｂｌｅ ＤｅｔｅｃｔｉｏｎやＥｎｅｒｇｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎといわれる手法で送信チャネルが使用されているか否かを確認するＣＣＡ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｌｅａｒ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ）を実施し、チャネルが未使用であればパケット送信を行う手法である。
【０００６】
しかしながら、無線端末毎に、ＣＣＡによって他端末の送信を検出することができる範囲は異なる。
【０００７】
１つ目の理由として、ＣＳＭＡ／ＣＡの詳細な動作が無線通信規格毎に異なることが挙げられる。ここで言うＣＳＭＡ／ＣＡの詳細な動作とは、具体的には、ＣＣＡの実施タイミング、Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎの閾値やその実行時間、信号が検出された後のパケット送信待ちおよび再送の振る舞いである。
【０００８】
２つ目の理由として、同一の無線通信規格を利用する端末同士であっても、信号受信性能の差が存在することが挙げられる。信号受信性能の差は、具体的には、無線通信アンテナの利得、無線通信装置自身のノイズ排除能力、端末の設置場所周囲の環境などにより生じる。
【０００９】
図１５は、無線端末毎に他の無線端末が送信する信号を検出可能な範囲（信号検出圏）が異なることを示す一例である。図１５に示す破線の円は、その円内に他の無線端末が存在すれば、その無線信号を検出可能な範囲を示す。図１５では、送信端末Ｂは送信端末Ａの検出圏内に位置しているが、送信端末Ａは送信端末Ｂの検出圏外に位置しており、２つの端末間で信号検出圏が非対称な状態である。
【００１０】
図１５に示すように、送信端末Ａおよび送信端末Ｂの信号検出圏が異なっていると、送信端末Ａは送信端末Ｂが送信した信号を検出できるが、送信端末Ｂは送信端末Ａが送信した信号を検出できなくなる状態がある。このような状態を、以下では「ＣＣＡ非対称状態」と称する。ＣＣＡ非対称状態において、図１５における送信端末Ａに相当する端末を被干渉側端末と称し、図１５における送信端末Ｂに相当する端末を与干渉側端末と称する。
【００１１】
ＣＣＡ非対称状態では、与干渉側端末の送信量が増加した場合に、被干渉側端末の送信が一方的に抑えられるという問題がある。
【００１２】
さらに、ＣＣＡ非対称状態では、被干渉側端末が送信中に与干渉側端末が送信を行うことで、パケット衝突が発生するという問題がある。
【００１３】
さらに、上記の問題から、通信効率が低下するという問題点がある。
【００１４】
通信効率が低下した原因を判定する手法として、特許文献１では、送信間隔とＲＳＳ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ：受信信号強度）を用いた手法を提案している。
【００１５】
特許文献１に開示された技術では、自端末が送信したパケットの送信間隔と、相手端末から送信されたパケットのＲＳＳを、事前に決定した閾値と比較し、その結果から通信効率の低下の原因を"送信端末数や送信パケット数の増加に伴う輻輳"または"電波伝搬環境の悪化による通信失敗"のどちらかであると判定する。
【００１６】
原因が輻輳であると判定された場合は、自端末が送信するパケットの伝送レートを高くして短時間で送信することにより輻輳を回避し、電波環境の悪化が原因であると判定された場合、伝送レートを低くすることでノイズ耐性を向上させてパケットロスを回避する。
【００１７】
また、非特許文献１では、「一方向隠れ端末問題」として、同一通信方式無線端末間でのＣＣＡ非対称状態の改善方法が論じられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特許第４１６３６４３号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】鈴木隆之、外３名、「データベースを用いた適応制御に基づくセカンダリ向けＭＡＣプロトコルの検討」、信学技報、電子情報通信学会、２０１１年４月、ｖｏｌ．１１１、Ｎｏ．１３、ＳＲ２０１１−１１、ｐ．６５−７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
特許文献１に開示された方法では、ＣＣＡ非対称状態による通信効率の低下（以後、ＣＣＡ非対称状態により生じる干渉と称する）は単純な送信パケット数の増加による輻輳であると判定される。そのため、伝送レートを高くし、短時間で送信が完了するように制御を行うが、既に伝送レートが規格上の上限値である場合は効果がない。さらに、ＣＣＡ非対称状態においては、被干渉側が送信するパケットの伝送レートを高くし短時間で送信が完了するようにしても、与干渉側端末から被干渉側端末を検出できるようにはならないため、ＣＣＡ非対称状態自体が改善されることはない。そのため、パケット衝突率は低下するが、通信効率については、被干渉側が伝送レートを高くしたことで空いた時間分を与干渉側の送信パケットが消費するため、大きな改善は望めない。
【００２１】
ゆえに、ＣＣＡ非対称状態により生じる干渉は単純な輻輳とは別の状態であることから、ＣＣＡ非対称状態を検出しなければ、ＣＣＡ非対称状態により生じる干渉を改善するのに適した対処を行うことはできない。
【００２２】
非特許文献１では、ＣＣＡ非対称状態の検出方法については言及されていない。また、非特許文献１において提案されている手法では、被干渉側および与干渉側の無線通信方式がＩＥＥＥ ８０２．１１方式を使用していることを前提としているため、被干渉側と与干渉側の無線通信方式が異なる通信方式であった場合、ＣＣＡ非対称状態が改善されないばかりか、パケット衝突率が上昇する。
【００２３】
具体的には、非特許文献１では、「一方向隠れ端末問題」の改善方法として、被干渉側端末に相当するＳＵ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｕｓｅｒ）の最小バックオフ時間を制御する定数ＣＷ（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｗｉｎｄｏｗ）ｍｉｎの値を小さくし、バックオフ時間を短くすることで、被干渉側端末の過剰な待ちを抑制させることを提案している。しかし、与干渉側端末に相当するＰＵ（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｕｓｅｒ）の送信したパケットを保護するため、ＮＡＶ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ｖｅｃｔｏｒ）によりＰＵの送信したパケットにＳＵの送信したパケットが衝突しないようにしているが、例えば、ＰＵがＩＥＥＥ ８０２．１５．４方式で通信を行い、ＳＵがＩＥＥＥ ８０２．１１方式で通信を行うような場合、ＰＵがＮＡＶを設定することはできないため、ＰＵが送信したデータパケットと、それに対する応答パケット(ＡＣＫパケット)の間に、ＳＵがデータパケットを送信し、ＳＵのデータパケットとＰＵの応答パケット（ＡＣＫパケット）が衝突する可能性が上昇してしまう。
【００２４】
ゆえに、異なる無線通信方式間においてもＣＣＡ非対称状態を検出し、ＣＣＡ非対称状態により生じる干渉を改善する必要がある。
【００２５】
本発明は上述したような技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、ＣＣＡ非対称状態を検出可能にした無線通信装置、通信システム、通信処理方法、およびその方法を無線通信装置に実行させるためのプログラム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】
【００２６】
上記目的を達成するための本発明の無線通信装置は、
他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信処理部と、
前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量、ならびに自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得する送信特徴量測定部と、
前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が自装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に自装置が位置する状態である信号検出圏非対称状態であるか否かを判定する非対称状態判定部と、
を有する構成である。
【００２７】
また、本発明の通信システムは、
他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信処理部と、前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量、ならびに自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得する送信特徴量測定部とを含む無線通信装置と、
前記無線通信装置と通信可能に接続され、該無線通信装置から受信する前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が該無線通信装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に該無線通信装置が位置する状態であるか否かを判定する非対称状態判定部を含むゲートウェイ装置と、
を有する構成である。
【００２８】
また、本発明の通信処理方法は、他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信装置による通信処理方法であって、
前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量を取得し、
自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得し、
前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が自装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に自装置が位置する状態であるか否かを判定するものである。
【００２９】
さらに、本発明のプログラムは、他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信装置に実行させるためのプログラムであって、
前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量を取得し、
自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得し、
前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が自装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に自装置が位置する状態であるか否かを判定する処理を前記無線通信装置に実行させるものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、ＣＣＡ非対称状態を検出可能になるので、ＣＣＡ非対称状態を改善するための対策を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施形態の無線通信装置が被干渉無線機に相当する場合における通信システムの一構成例を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態の無線通信装置の一構成例を示すブロック図である。
【図３】図１に示したゲートウェイ装置の一構成例を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態の通信処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図５】送信パケットを説明するための図である。
【図６】第１の実施形態において、ＣＣＡ非対称状態の検出方法を説明するためのヒストグラムである。
【図７】図６（ｃ）に示したパケット送信間隔分布差分を拡大して示す図である。
【図８】ＣＣＡ非対称状態でない場合における、図６（ｂ）に相当する送信間隔分布の一例を示す。
【図９】第２の実施形態の無線通信装置が被干渉無線機に相当する場合において、与干渉無線機となる他の無線通信装置を含む構成を示す概略図である。
【図１０】第２の実施形態の無線通信装置の一構成例を示すブロック図である。
【図１１】第２の実施形態の通信処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図１２】第２の実施形態において、ＣＣＡ非対称状態の検出方法を説明するためのヒストグラムである。
【図１３】図１２（ｃ）に示したパケット送信待機時間分布差分を拡大して示す図である。
【図１４】ＣＣＡ非対称状態でない場合における、図１２（ｂ）に相当するパケット送信待機時間分布の一例を示す。
【図１５】ＣＣＡ非対称状態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の無線通信装置の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態では、被干渉側となる無線通信装置がＩＥＥＥ ８０２．１１方式で通信を行い、与干渉側となる無線通信装置がＩＥＥＥ ８０２．１５．４方式で通信を行う場合で説明するが、通信端末同士が互いの無線信号が衝突するのを回避して通信を行う方法であれば、他の通信方法であってもよい。
【００３３】
（第１の実施形態）
本実施形態の無線通信装置について説明する。本実施形態では、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式でアクセス制御を行う無線通信装置をＳｔａｔｉｏｎ（ＳＴＡ）と表記する。
【００３４】
図１は、本実施形態の無線通信装置が被干渉無線機に相当する場合における通信システムの一構成例を示すブロック図である。
【００３５】
本実施形態において、ＳＴＡ１１１は、ＳＴＡ１２１が送信したパケットにより干渉を受け、ＣＣＡ非対称状態を判定する被干渉無線機であるものとする。また、ＳＴＡ１２１は、ＳＴＡ１１１が送信したパケットをＣＣＡにより検出することができず、ＣＣＡ非対称状態になることで、ＳＴＡ１１１に対して干渉を与える与干渉無線機であるものとする。
【００３６】
ＧＷ１３１は、ＳＴＡ１１１およびＳＴＡ１２１と通信可能であり、ＳＴＡ１１１とＳＴＡ１２１の間で通信を介助することが可能な無線通信ゲートウェイ装置である。
【００３７】
なお、本実施形態では、ＧＷ１３１における、ＳＴＡ１１１と通信するための無線通信機能と、ＳＴＡ１２１と通信するための無線通信機能は、物理的に１つの装置の場合で説明する。他の実施形態として、ＳＴＡ１１１と通信するための無線通信機能と、ＳＴＡ１２１と通信するための無線通信機能を、物理的に別の装置とし、その両者を無線または有線にて接続するようにしてもよい。
【００３８】
また、本実施形態では、同一の周波数帯を使用し、かつ、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によるチャネルアクセスを行うことを共通点とする、異なる無線通信方式を、ＳＴＡ１１１とＳＴＡ１２１のそれぞれが用いる場合で説明する。他の実施形態として、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によるチャネルアクセスを行う同一の無線通信方式を、ＳＴＡ１１１およびＳＴＡ１２１が用いる構成であってもよい。
【００３９】
次に、ＣＣＡ非対称状態の検出と改善を行う機能の構成について、図２を参照して説明する。図２は図１に示したＳＴＡ１１１の一構成例を示すブロック図である。
【００４０】
図２に示すように、ＳＴＡ１１１は、無線通信処理部１５と、送信特徴量測定部１１と、通信特徴量記憶部１２と、ＣＣＡ非対称状態判定部１３と、送信パラメタ制御部１４と、全体制御部１６とを有する。
【００４１】
送信特徴量測定部１１は、自装置の無線通信処理部１５の送信状態を測定し、パケット送信処理に関する特徴量である送信特徴量を取得する。
【００４２】
通信特徴量記憶部１２は、送信特徴量測定部１１にて取得された送信特徴量を記憶する。通信特徴量記憶部１２は、例えば、不揮発性メモリである。
【００４３】
ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、通信特徴量記憶部１２に保存された送信特徴量から、送信状態の測定を実施した装置がＣＣＡ非対称状態であるか否かを判定する。
【００４４】
送信パラメタ制御部１４は、ＣＣＡ非対称状態判定部１３が出力した判定結果と、状態が判定されたＳＴＡ１１１（送信状態の測定を行った無線通信装置に相当）の通信状態、それ以外の無線通信装置に相当するＳＴＡ１２１の通信状態、またはその両方から、状態が判定されたＳＴＡ１１１、ＳＴＡ１２１、またはその両方の送信制御に係わる諸パラメタを変更する。
【００４５】
無線通信処理部１５は、パケット送信を行う前に、ＣＣＡを行って送信チャネルが使用されているか否かを確認し、送信チャネルが未使用であれば、パケット送信を行う。また、無線通信処理部１５は、送信特徴量測定部１１が要求する送信状態情報を取得し、送信パラメタ制御部１４の制御にしたがって送信パラメタを変更する。ここで、送信状態情報とは、無線通信処理部１５がパケット送信を行う際の状態を示す情報を意味し、図５を参照して説明するパケット送信間隔の情報を含む。
【００４６】
全体制御部１６は、ＣＣＡ非対称状態の検出および改善を実行するために、送信特徴量測定部１１、通信特徴量記憶部１２、および送信パラメタ制御部１４を制御する。
【００４７】
なお、無線通信処理部１５、送信特徴量測定部１１、ＣＣＡ非対称状態判定部１３、送信パラメタ制御部１４および全体制御部１６の各部の構成は、例えば、それぞれの機能を実行するための回路が設けられた専用の半導体集積回路である。また、別の一例として、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）およびプログラムを保存するメモリを有する制御部（不図示）がＳＴＡ１１１に予め設けられ、ＣＰＵがプログラムを実行することで、無線通信処理部１５、送信特徴量測定部１１、ＣＣＡ非対称状態判定部１３、送信パラメタ制御部１４および全体制御部１６が仮想的に構成されてもよい。さらに、ＣＰＵがプログラムを実行することで仮想的に構成される対象は、無線通信処理部１５、送信特徴量測定部１１、ＣＣＡ非対称状態判定部１３、送信パラメタ制御部１４および全体制御部１６に限らず、これらのうちの一部であってもよい。
【００４８】
次に、図１に示したＧＷ１３１の構成を、図３を参照して説明する。図３はＧＷ１３１の一構成例を示すブロック図である。本実施形態では、ＣＣＡ非対称状態の検出および改善に関連する構成について説明し、一般的な無線通信ゲートウェイとしての機能についての詳細な説明を省略する。
【００４９】
図３に示すように、ＧＷ１３１は、制御部３１および記憶部３２を有する。制御部３１は、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（不図示）と、プログラムを記憶するメモリ（不図示）とを有する。制御部３１は、ＳＴＡ１１１およびＳＴＡ１２１のうち、一方の無線機がテストパケットをＧＷ１３１に送信し、他方の無線機がパケットの送信を停止している基準状態で、一方の無線機から受信するテストパケットについて、テストパケット信号の長さ、平均送信待ち時間、および単位時間当たりの送信パケット数を含むテストパケット情報を記憶部３２に記録する。制御部３１は、ＳＴＡ１１１およびＳＴＡ１２１の無線機毎にテストパケット情報を記憶部３２に保存する。そして、制御部３１は、ＳＴＡ１１１およびＳＴＡ１２１のうち、一方の無線機から他方の無線機のテストパケット情報についての問い合わせがあると、他方の無線機のテストパケット情報を記憶部３２から読み出し、読み出したテストパケット情報を問い合わせ元の無線機に通知する。
【００５０】
なお、本実施形態では、図２に示すように、ＳＴＡ１１１が送信特徴量測定部１１〜全体制御部１６を有する構成の場合で説明するが、通信特徴量記憶部１２、ＣＣＡ非対称状態判定部１３、送信パラメタ制御部１４および全体制御部１６は必ずしもＳＴＡ１１１に設けられている必要はなく、これらの構成が物理的に他の無線通信装置に設けられ、ＳＴＡ１１１が他の無線通信装置と何らかの通信回線で接続される構成であってもよい。
【００５１】
例えば、ＳＴＡ１１１が送信特徴量測定部１１および無線通信処理部１５を備え、ＧＷ１３１が通信特徴量記憶部１２、ＣＣＡ非対称状態判定部１３、送信パラメタ制御部１４および全体制御部１６を備えている場合が考えられる。また、ＳＴＡ１１１が送信特徴量測定部１１、通信特徴量記憶部１２および無線通信処理部１５を備え、ＧＷ１３１がＣＣＡ非対称状態判定部１３、送信パラメタ制御部１４および全体制御部１６を備えている場合が考えられる。さらに、ＳＴＡ１１１が送信特徴量測定部１１、通信特徴量記憶部１２、ＣＣＡ非対称状態判定部１３および無線通信処理部１５を備え、ＧＷ１３１が送信パラメタ制御部１４および全体制御部１６を備えている場合が考えられる。
【００５２】
また、ＳＴＡ１２１がＳＴＡ１１１と同様な構成であってもよい。
【００５３】
次に、ＳＴＡ１１１が実行する、ＣＣＡ非対称状態の検出と改善のための動作を説明する。
【００５４】
図４は本実施形態の通信処理方法の手順を示すフローチャートである。図５は送信パケットを説明するための図である。図６は本実施形態における、ＣＣＡ非対称状態の検出方法を説明するためのヒストグラムである。
【００５５】
第１の処理として、ＣＣＡ非対称状態でない場合における送信状態の特徴量を、基準状態の送信特徴量として取得する処理を実行する（ステップ２０１）。以下に、第１の処理について詳しく説明する。
【００５６】
なお、本実施形態では、ＣＣＡ非対称状態の判定精度向上のため、基準状態の送信特徴量を取得するために、パケットを実際に送信する場合で説明するが、パケット送信を実際に行わずに、基準状態の送信特徴量を理論値から求めるなどしてもよい。
【００５７】
まず、ＳＴＡ１２１のパケット送信による測定への影響を防止するため、全体制御部１６は、ＳＴＡ１２１に対して送信を禁止するように指示する。続いて、全体制御部１６が、送信特徴量測定部１１に対し、後述する送信特徴量の測定を実行させる。送信特徴量の測定が完了したら、全体制御部１６はＳＴＡ１２１に対してパケット送信禁止の解除を通知する。
【００５８】
続いて、送信特徴量測定部１１の測定動作を、図５を参照して説明する。
【００５９】
送信特徴量測定部１１は、パケット長Ｌｔｐｌ［ｂｙｔｅ］のテストパケットを、送信処理アイドル時間Ｔｓｐｉｄ［ｓ］の間隔を空けて送信時間Ｔｔｒｔ［ｓ］の間、送信するよう、無線通信処理部１５に指示する。
【００６０】
なお、図５中のパケット送信待機区間は、バックオフ時間およびチャネルビジーによる送信開始待ちを含む、無線通信処理部１５がパケット送信処理を開始した時間から、実際に無線信号の送信が開始される時間までの区間である。
【００６１】
このとき、ＳＴＡ１１１が送信するテストパケットのパケット長Ｌｔｐｌ［ｂｙｔｅ］および送信処理アイドル時間Ｔｓｐｉｄ［ｓ］は、送信時間Ｔｔｒｔ［ｓ］の間、一定の値であればよいが、本実施形態では、測定精度を高めるため、パケット長Ｌｔｐｌは、無線通信処理部１５が許す最大長とし、送信処理アイドル時間Ｔｓｐｉｄは無線通信処理部１５が許す最小値とする。
【００６２】
全体制御部１６より指示を受けた送信特徴量測定部１１は、前回のパケット送信終了時間から送信処理アイドル時間Ｔｓｐｉｄ［ｓ］の間隔をおいて、繰り返しテストパケットを生成し、無線通信処理部１５にＧＷ１３１宛てにテストパケットを送信させる。無線通信処理部１５はパケット送信の都度、パケット送信間隔の情報を送信特徴量測定部１１に出力するので、送信特徴量測定部１１はこれを保存する。
【００６３】
ここで、パケット送信間隔とは、図５に示すように、今回のパケット送信開始時間から、前回パケット送信開始時間を引いたものである。
【００６４】
このとき、無線通信処理部１５が送信したテストパケットに対してＧＷ１３１からＡＣＫパケット（受信応答パケット）が送信されてしまうと、ＣＣＡ非対称状態判定の精度が悪化するため、本実施形態においては、ＧＷ１３１からＡＣＫパケットが送信されないようにする。具体的には、送信するテストパケットの制御フィールドを、ＡＣＫパケットの送信を要求しないことを示す値に設定する。
【００６５】
最初のテストパケット送信開始から送信時間Ｔｔｒｔだけ経過すると、送信特徴量測定部１１はテストパケットの送信を停止し、取得したパケット送信間隔群を、パケット送信間隔分類単位幅Ｌｐｉｃｗで分類し、パケット送信間隔分布を生成し、パケット送信間隔分布を通信特徴量記憶部１２に記憶させる。
【００６６】
このとき、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式が有するランダムバックオフ機能により、図５に示すパケット送信待機時間がパケット送信の都度変化するため、必ずパケット送信間隔に分布が生じる。図６（ａ）は基準状態での送信間隔分布の一例を示す。
【００６７】
第２の処理として、ＣＣＡ非対称状態の判定対象である、ＳＴＡ１１１とＳＴＡ１２１が共に送信を行う共存状態において、送信状態特徴量を取得する処理を実行する（ステップ２０２）。以下に、第２の処理について詳しく説明する。
【００６８】
先ず、全体制御部１６がＳＴＡ１２１に対し、ＧＷ１３１宛てにテストパケットの送信を開始するよう指示する。
【００６９】
このとき、ＳＴＡ１２１が送信するテストパケットのパケット長Ｌｔｐｌ［ｂｙｔｅ］および送信処理アイドル時間Ｔｓｐｉｄ［ｓ］は、送信時間Ｔｔｒｔ［ｓ］の間、一定の値であればよいが、本実施形態では、測定精度を高めるため、パケット長Ｌｔｐｌは、ＳＴＡ１２１が許す最大長とし、送信処理アイドル時間Ｔｓｐｉｄ［ｓ］はＳＴＡ１２１が許す最小値とする（図５参照）。
【００７０】
このとき、ＳＴＡ１２１が送信したテストパケットに対してＧＷ１３１からＡＣＫパケット（受信応答パケット）が送信されてしまうと、ＣＣＡ非対称状態判定の精度が悪化するため、本実施形態においては、ＧＷ１３１からＡＣＫパケットが送信されないようにする。具体的には、送信するテストパケットの制御フィールドを、ＡＣＫパケットの送信を要求しないことを示す値に設定する。
【００７１】
続いて、全体制御部１６が、送信特徴量測定部１１に対し、前述の送信特徴量の測定を実行させ、共存状態でのパケット送信間隔分布を取得する。図６（ｂ）は共存状態での送信間隔分布の一例を示す。
【００７２】
送信特徴量の測定が完了したら、全体制御部１６はＳＴＡ１２１に対してテストパケットの送信を停止するよう指示する。
【００７３】
第３の処理として、ＣＣＡ非対称状態判定部１３において、基準状態の送信特徴量と、共存状態の送信特徴量を比較し、ＳＴＡ１１１とＳＴＡ１２１の間にＣＣＡ非対称状態が生じているかを判定する（ステップ２０３）。以下に、第３の処理について詳しく説明する。
【００７４】
先ず、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、全体制御部１６からＣＣＡ非対称状態判定実行の指示を受けると、通信特徴量記憶部１２から、基準状態のパケット送信間隔分布と、共存状態でのパケット送信間隔分布を取得する。
【００７５】
続いて、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、取得した共存状態でのパケット送信間隔分布と、基準状態のパケット送信間隔分布の差分を取り、その差分分布中に、ＣＣＡ非対称状態により生じたピークが存在するか否かを判定する。
【００７６】
本実施形態においては、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、図６に示すように、まず、取得した共存状態でのパケット送信間隔分布（図６（ｂ））から、基準状態のパケット送信間隔分布（図６（ａ））を、パケット送信間隔分類単位幅Ｌｐｉｃｗ［ｓ］単位で減算し、パケット送信間隔分布差分を生成する（図６（ｃ）参照）。
【００７７】
図７は図６（ｃ）に示したパケット送信間隔分布差分を拡大して示すものである。比較として、ＣＣＡ非対称状態でない場合における、図６（ｂ）に相当する送信間隔分布の一例を図８に示す。
【００７８】
図７に示すように、パケット送信間隔分布差分のプラス側に、ＣＣＡ非対称状態か否かの判定対象となる分布が現われる。ＣＣＡ非対称状態である場合、与干渉側であるＳＴＡ１２１が待ち合わせずにパケットを送信する。他方、被干渉側であるＳＴＡ１１１では、ＳＴＡ１２１の送信パケットが送信される都度送信を待ち合わせるため、ＳＴＡ１２１の送信パケット長分、送信間隔が長くなるパケットが多く存在する。
【００７９】
一方、ＣＣＡ非対称状態ではない場合、ＳＴＡ１２１も、ＳＴＡ１１１が送信したパケットを検出して送信を待ち合わせる。そのため、図８に示すように、ＳＴＡ１１１では、ＣＣＡ非対称状態に比べて送信間隔が長いパケットの割合が低下する。
【００８０】
ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、生成したパケット送信間隔分布差分において、最大の値を持つ要素が対応する送信間隔区間が、送信間隔判定閾値Ｔｗｉｔｈｒｅｓｈ［ｓ］以上であり、かつ、その最大の値を持つ要素を中心とするピーク幅Ｌｗｄｉｓｔｗｉｄｔｈ［ｓ］分の要素（図７参照）の値の合計が存在比率閾値Ｐｗｗａｉｔｐｋｔ以上であれば、ＣＣＡ非対称状態に依る送信間隔分布のピークが存在すると判定する。
【００８１】
このときに用いる送信間隔判定閾値Ｔｗｉｔｈｒｅｓｈ［ｓ］、ピーク幅Ｌｗｄｉｓｔｗｉｄｔｈ［ｓ］、および存在比率閾値Ｐｗｗａｉｔｐｋｔのそれぞれの決定方法の一例を、以下に説明するが、これらの決定方法に限定されるものではない。
【００８２】
送信間隔判定閾値Ｔｗｉｔｈｒｅｓｈ［ｓ］は、以下の式１から求められる。
【００８３】
【数１】
【００８４】
式１において、ＴｗｉａｖｅはＳＴＡ１１１の基準状態での平均送信間隔であり、Ｔｚｐｌｅｎ［ｓ］はＳＴＡ１２１が送信するテストパケット信号の長さである。
【００８５】
ピーク幅Ｌｗｄｉｓｔｗｉｄｔｈ［ｓ］は、以下の式２から求められる。
【００８６】
【数２】
【００８７】
式２において、ＣＷｍｉｎはＳＴＡ１１１のＣＳＭＡ／ＣＡにおける送信１回目の最大バックオフスロット数であり、Ｔｗｓｌｏｔｌｅｎ［ｓ］はＳＴＡ１１１のバックオフスロット１つ分の時間長である。
【００８８】
存在比率閾値Ｐｗｗａｉｔｐｋｔは、以下の式３から求められる。
【００８９】
【数３】
【００９０】
式３において、Ｔｚｉｄｌｅａｖｅ［ｓ］はＳＴＡ１２１の基準状態での平均送信待ち時間であり、Ｎｚｔｏｔａｌｐｋｔ［ｐｋｔ／ｓ］はＳＴＡ１２１の基準状態での単位時間送信パケット数である。
【００９１】
上記の式中で使用するＴｚｐｌｅｎ、Ｔｚｉｄｌｅａｖｅ、Ｎｚｔｏｔａｌｐｋｔ等のようなＳＴＡ１２１に係わる情報は、本実施形態においては、事前にＳＴＡ１２１が基準状態でテストパケットを送信した際の結果をＧＷ１３１に保存し、その情報をＳＴＡ１１１がＧＷ１３１に問い合わせてＧＷ１３１から取得するものとする。ＳＴＡ１２１に係わる情報の取得方法は、この方法に限定されるものではなく、工場出荷時にＳＴＡ１１１の通信特徴量記憶部１２に記憶させる等のように、事前にＳＴＡ１１１に記憶させておいてもよい。
【００９２】
ＣＣＡ非対称状態に依る送信間隔分布のピークが検出された場合、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、全体制御部１６に対して、ＣＣＡ非対称状態であることを通知する。一方、ＣＣＡ非対称状態に依る送信間隔分布のピークが検出されない場合、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は全体制御部１６に対してＣＣＡ非対称状態ではないことを通知する。
【００９３】
第４の処理として、送信パラメタ制御部１４において、ＣＣＡ非対称状態を解消するために、ＳＴＡ１１１、ＳＴＡ１２１、またはこれらの両方の送信パラメタを変更する（ステップ２０４）。以下に、第４の処理について詳しく説明する。
【００９４】
全体制御部１６は、判定結果がＣＣＡ非対称状態であれば、送信パラメタ制御部１４に対して、送信パラメタ変更を指示する。
【００９５】
このとき、送信パラメタを変更する無線通信装置は、ＳＴＡ１１１、ＳＴＡ１２１、またはその両方が考えられるが、本実施形態においては、ＳＴＡ１２１の送信パラメタを変更する。
【００９６】
全体制御部１６から指示を受けた送信パラメタ制御部１４は、ＧＷ１３１に対し、ＳＴＡ１２１から受信したパケットのＲＳＳが、許容受信信号強度閾値Ｐｒｓｓｔ［ｄＢｍ］以上であるか否かを問い合わせる。
【００９７】
このとき、本実施形態においては、許容受信信号強度閾値Ｐｒｓｓｔ［ｄＢｍ］は、以下の式４から決定される。
【００９８】
【数４】
【００９９】
式４において、Ｐｎｆ［ｄＢｍ］は受信側の無線機が持つノイズ電力値であり、Ｐｓｎ［ｄＢ］は、使用される無線通信方式に固有の変調信号を複合するために必要なＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ Ｎｏｉｓｅ 比）である。
【０１００】
式４におけるＰｍａｒｇｉｎ［ｄＢ］は、無線信号伝送路などの影響による伝送損失の変動量である。例えば、Ｐｍａｒｇｉｎ［ｄＢ］は、ＧＷ１３１において、ＳＴＡ１２１から受信したパケットのＲＳＳの変動幅である。
【０１０１】
もしＧＷ１３１がＳＴＡ１２１から受信したパケットのＲＳＳが、許容受信信号強度閾値Ｐｒｓｓｔ［ｄＢｍ］以上であれば、送信パラメタ制御部１４はＳＴＡ１２１の送信出力を低下させてもよいと判断し、ＳＴＡ１２１に対して送信出力を低下させるよう指示する。
【０１０２】
もしＧＷ１３１がＳＴＡ１２１から受信したパケットのＲＳＳが、許容受信信号強度閾値Ｐｒｓｓｔ［ｄＢｍ］よりも小さければ、送信パラメタ制御部１４はＳＴＡ１２１に対してＣＣＡにおける信号検出感度を高くさせるよう指示する。
【０１０３】
このとき、送信パラメタを変更させるか否か、および、どのパラメタをどの程度変更させるかの判断基準は、前述のＲＳＳの他、端末自身の優先度や、ＳＴＡ１２１とＧＷ１３１の間での通信におけるＰＥＲ（Ｐａｃｋｅｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）などであってもよい。
【０１０４】
また、変更する送信パラメタは、ＣＷ、端末間距離、使用チャネルなど、送信に係わるパラメタであれば他のものであってもよい。
【０１０５】
送信パラメタ制御部１４から指示を受けたＳＴＡ１２１は、その指示に従い、送信パラメタを変更する。
【０１０６】
ＳＴＡ１２１の送信出力が低下したこと、もしくは信号検出感度が高くなったことで、ＳＴＡ１２１のパケット送信によりＳＴＡ１１１のパケット送信が妨害されることがなくなり、ＣＣＡ非対称状態が解消され、その結果、ＳＴＡ１１１の通信効率が改善する。
【０１０７】
なお、第４の処理について、本実施形態においては、無線通信の物理層およびメディアアクセスコントロール層（ＭＡＣ層）のパラメタを調整することでＣＣＡ非対称状態を改善するが、より上位の層（ネットワーク層など）において、与干渉側の単位時間当たり送信可能パケット数に制限を行う、などの対処を実施することで、ＣＣＡ非対称状態のままで、干渉の発生を減少させるようにしてもよい。
【０１０８】
また、ＳＴＡ１１１の送信パラメタを変更する場合には、送信パラメタ制御部１４は、無線通信処理部１５に対して、例えば、パケット送信出力を高くするように指示すればよい。
【０１０９】
本実施形態では、上述のようにして、基準状態および共存状態のパケット送信特徴量の差分に基づいて、ＣＣＡ非対称状態であるか否かを検出することが可能となり、次のような効果を奏する。
【０１１０】
第１の効果は、ＣＣＡ非対称状態を回避することで、与干渉側の一方的な送信による被干渉側の送信待ちを改善できることである。
【０１１１】
第２の効果は、ＣＣＡ非対称状態を回避することで、与干渉側のパケットが被干渉側のパケットに衝突する可能性を低下させることである。
【０１１２】
第３の効果は、上記の第１の効果および第２の効果により、被干渉側、与干渉側の両者の通信効率が改善することである。
【０１１３】
（第２の実施形態）
本実施形態は、ＣＣＡ非対称状態の検出および改善の方法について、第１の実施形態で説明した方法とは異なる方法である。本実施形態においても、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式でアクセス制御を行う無線通信装置の場合で説明し、無線通信装置をＳＴＡと表記する。
【０１１４】
本実施形態の無線通信装置の構成を説明する。図９は、本実施形態の無線通信装置が被干渉無線機に相当する場合において、与干渉無線機となる他の無線通信装置を含む構成を示す概略図である。
【０１１５】
本実施形態において、ＳＴＡ１４１は、ＳＴＡ１５１からの干渉を受け、ＣＣＡ非対称状態を判定する被干渉無線機であるものとする。また、ＳＴＡ１４２は、ＳＴＡ１４１が送信したパケットを受信する無線機であるものとする。また、ＳＴＡ１５１は、ビーコンパケットのような、一定周期で固定長のパケットを送信し、ＳＴＡ１４１の送信パケットを検出することができずに、ＣＣＡ非対称状態により干渉を与える与干渉無線機であるものとする。
【０１１６】
次に、ＣＣＡ非対称状態の検出と改善を行う機能の構成について、図１０を参照して説明する。図１０は図９に示したＳＴＡ１４１の一構成例を示すブロック図である。
【０１１７】
図１０に示すように、ＳＴＡ１４１は、無線通信処理部１５と、送信特徴量測定部１１と、通信特徴量記憶部１２と、ＣＣＡ非対称状態判定部１３と、状態表示部１８と、全体制御部１６と、アプリケーション部１７とを有する。ＳＴＡ１４１は、第１の実施形態で説明した送信特徴量測定部１１、通信特徴量記憶部１２、無線通信処理部１５および全体制御部１６を有しているが、本実施形態では、これらの構成について、第１の実施形態と異なる点を詳細に説明し、第１の実施形態と同様な動作の説明を省略する。
【０１１８】
送信特徴量測定部１１は、自装置の無線通信処理部１５の送信状態を測定し、送信特徴量を取得する。
【０１１９】
通信特徴量記憶部１２は、送信特徴量測定部１１にて取得された送信特徴量を記憶する。
【０１２０】
ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、通信特徴量記憶部１２に保存された送信特徴量から、送信状態の測定を実施した装置がＣＣＡ非対称状態であるか否かを判定し、全体制御部１６にその結果を出力する。
【０１２１】
無線通信処理部１５は、パケット送信を行う前に、ＣＣＡを行って送信チャネルが使用されているか否かを確認し、送信チャネルが未使用であれば、パケット送信を行う。また、無線通信処理部１５は、送信特徴量測定部１１が要求する送信状態情報を取得し、アプリケーション部１７からの指示にしたがって送信パラメタを変更する。ここで、送信状態情報とは、無線通信処理部１５がパケット送信を行う際の状態を示す情報を意味し、図５を参照して説明したパケット送信待機時間の情報を含む。
【０１２２】
状態表示部１８は、全体制御部１６からの指示に基づき、状態判定結果を表示する。状態表示部１８は、例えば、液晶ディスプレイである。
【０１２３】
全体制御部１６は、ＣＣＡ非対称状態の検出および改善を実行するために、送信特徴量測定部１１、通信特徴量記憶部１２、および状態表示部１８を制御する。
【０１２４】
アプリケーション部１７は、パケットを生成し、無線通信処理部１５を用いてパケットの送受信を行い、ＳＴＡ１４２と通信を行う。
【０１２５】
なお、無線通信処理部１５、送信特徴量測定部１１、ＣＣＡ非対称状態判定部１３、アプリケーション部１７および全体制御部１６の各部は、第１の実施形態と同様に、専用の半導体集積回路であってもよく、ＣＰＵがプログラムを実行することで仮想的に構成されるものであってもよい。また、ＳＴＡ１５１がＳＴＡ１４１と同様な構成であってもよい。
【０１２６】
次に、ＳＴＡ１４１が実行する、ＣＣＡ非対称状態の検出と改善のための動作を説明する。図１１は本実施形態の通信処理方法の手順を示すフローチャートである。図１２は本実施形態における、ＣＣＡ非対称状態の検出方法を説明するためのヒストグラムである。
【０１２７】
本実施形態では、ＳＴＡ１５１のビーコン送信によりＳＴＡ１４１のパケット送信待機時間が影響を受けることを利用してＣＣＡ非対称状態の検出を行う。
【０１２８】
第１の処理として、後述する第３の処理で用いられる、理論上での送信特徴量の設定を行う（ステップ２１１）。具体的には、全体制御部１６は、通信特徴量記憶部１２に対して、送信特徴量として理論上でのパケット送信待機時間分布を記憶させる。図１２（ａ）は理論上でのパケット送信待機時間分布の一例を示す。
【０１２９】
なお、第１の処理は、次に説明する第２の処理の直前に実施する必要はなく、工場出荷時に通信特徴量記憶部１２に記憶させるなど、事前に実施してもよい。
【０１３０】
第２の処理として、実際の環境での送信特徴量を測定する（ステップ２１２）。以下に、第２の処理について詳しく説明する。
【０１３１】
先ず、全体制御部１６が、送信特徴量測定部１１に対し、無線通信処理部１５がパケット送信を実施するたびに出力するパケット送信待機時間の取得、およびパケット送信待機時間分布の作成を開始するよう指示する。
【０１３２】
全体制御部１６から指示を受けた送信特徴量測定部１１は、アプリケーション部１７が無線通信処理部１５からパケットを送信する度に無線通信処理部１５が送信特徴量測定部１１に出力するパケット送信待機時間の情報を受け取る。取得したパケット送信待機時間は、パケット送信待機時間分類単位幅Ｌｐｓｗｃｗ［ｓ］単位で区分され、その区分ごとに計数を行い、パケット送信待機時間分布が作成される。
【０１３３】
パケット送信待機時間の測定が開始されてから、状態測定期間Ｔｍｔ［ｓ］が経過すると、全体制御部１６は、送信特徴量測定部１１に対し、パケット送信待機時間の取得、およびパケット送信待機時間分布の作成を終了するよう指示する。指示を受けた送信特徴量測定部１１は、パケット送信待機時間分布の取得を終了し、作成したパケット送信待機時間分布を通信特徴量記憶部１２に保存する。図１２（ｂ）は測定したパケット送信待機時間分布の一例を示す。
【０１３４】
第３の処理として、ＣＣＡ非対称状態判定部１３において、測定されたパケット送信待機時間分布と、理論上でのパケット送信待機時間分布とを比較し、ＳＴＡ１４１とＳＴＡ１５１の間にＣＣＡ非対称状態が生じているかを判定する（ステップ２１３）。以下に、第３の処理について詳しく説明する。
【０１３５】
先ず、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、全体制御部１６からＣＣＡ非対称状態判定実行の指示を受けると、通信特徴量記憶部１２から、測定されたパケット送信待機時間分布と、理論上でのパケット送信待機時間分布を取得する。
【０１３６】
ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、図１２に示すように、測定されたパケット送信待機時間分布（図１２（ｂ））から、理論上でのパケット送信待機時間分布（図１２（ａ））を、パケット送信待機時間分類単位幅Ｌｐｓｗｃｗ［ｓ］単位で減算し、パケット送信待機時間分布差分を生成する（図１２（ｃ）参照）。
【０１３７】
図１３は図１２（ｃ）に示したパケット送信待機時間分布差分を拡大して示したものである。比較として、ＣＣＡ非対称状態でない場合における、図１２（ｂ）に相当する送信待機時間分布の一例を図１４に示す。
【０１３８】
図１３に示すように、パケット送信待機時間分布差分のプラス側に、ＣＣＡ非対称状態か否かの判定対象となる分布が現われる。ＣＣＡ非対称状態である場合、与干渉側であるＳＴＡ１５１が待ち合わせずにパケットを送信する。他方、被干渉側であるＳＴＡ１４１では、ＳＴＡ１５１の送信パケットが送信される都度送信を待ち合わせるため、ＳＴＡ１５１の送信パケット長分、送信待機時間が長くなるパケットが多く存在する。
【０１３９】
一方、ＣＣＡ非対称状態ではない場合、ＳＴＡ１５１も、ＳＴＡ１４１が送信したパケットを検出して送信を待ち合わせる。そのため、図１４に示すように、ＳＴＡ１４１では、ＣＣＡ非対称状態に比べて送信待機時間が長いパケットの割合が低下する。
【０１４０】
ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、図１３に示すように、生成したパケット送信待機時間分布差分において、平均被干渉パケット送信待機時間Ｔｉｐｓｗ［ｓ］を中心とするピーク幅Ｌｄｗ［ｓ］分の要素（図１３参照）の値の合計が存在比率閾値Ｐｗｐ以上であれば、ＣＣＡ非対称状態に依るパケット送信待機時間分布のピークが存在すると判定する。
【０１４１】
このときに用いる平均被干渉パケット送信待機時間、ピーク幅、および存在比率閾値のそれぞれの決定方法の一例を、以下に説明するが、これらの決定方法に限定されるものではない。
【０１４２】
平均被干渉パケット送信待機時間Ｔｉｐｓｗ［ｓ］は、以下の式５から求められる。
【０１４３】
【数５】
【０１４４】
式５において、Ｔｐｓｗａｖｅ［ｓ］はＳＴＡ１４１の通信規格に基づく理論上での平均パケット送信待機時間であり、Ｔｂｐｌｅｎ［ｓ］はＳＴＡ１５１が送信するビーコンパケット信号の長さである。
【０１４５】
ピーク幅Ｌｄｗ［ｓ］は、以下の式６から求められる。
【０１４６】
【数６】
【０１４７】
式６において、ＣＷｍｉｎはＳＴＡ１４１のＣＳＭＡ／ＣＡにおける送信１回目の最大バックオフスロット数であり、Ｔｓｌ［ｓ］はＳＴＡ１４１のバックオフスロット１つ分の時間長である。
【０１４８】
存在比率閾値Ｐｗｐは、以下の式７から求められる。
【０１４９】
【数７】
【０１５０】
式７において、ＮｓｐはＳＴＡ１４１が状態測定期間Ｔｍｔ［ｓ］中に送信したパケット数、ＮｂｐはＳＴＡ１５１が状態測定期間Ｔｍｔ［ｓ］中に送信したビーコンパケット数、Ｔｂｉ［ｓ］はＳＴＡ１５１のビーコンパケット送信間隔［ｓ］である。
【０１５１】
上記の式中で使用するＴｍｔ［ｓ］、Ｔｂｉ［ｓ］、Ｔｂｐｌｅｎ［ｓ］等のようなＳＴＡ１５１に係わる情報は、本実施形態においては、工場出荷時にＳＴＡ１４１の通信特徴量記憶部１２に記憶させる等のように、事前にＳＴＡ１４１に対して記憶させておいてもよい。
【０１５２】
第４の処理として、ＣＣＡ非対称状態の改善を行う（ステップ２１４）。以下に、第４の処理について詳しく説明する。
【０１５３】
ＣＣＡ非対称状態による送信間隔分布のピークが検出された場合、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は全体制御部１６に対してＣＣＡ非対称状態であることを通知し、ＣＣＡ非対称状態に依る送信間隔分布のピークが検出されない場合、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は全体制御部１６に対してＣＣＡ非対称状態ではないことを通知する。
【０１５４】
全体制御部１６は、ＣＣＡ非対称状態判定部１３から得た判定結果がＣＣＡ非対称状態を示すものであった場合、状態表示部１８にＣＣＡ非対称状態であることを表示させる。状態表示部１８がＣＣＡ非対称状態である旨を表示する場合、ユーザは、ＳＴＡ１４１の設置位置を変更し、ＣＣＡ非対称状態とならないようにする。
【０１５５】
このとき、ＳＴＡ１４１とＳＴＡ１５１の距離を短くすれば、ＳＴＡ１５１がＳＴＡ１４１の送信を検出できるようになり、両者の間でＣＳＭＡ／ＣＡが良好に機能するようになる。また、ＳＴＡ１４１とＳＴＡ１５１の距離を離すことで、ＳＴＡ１４１がＳＴＡ１５１の送信を検出できなくなり、両者の間に影響関係はなくなる。その結果、ＣＣＡ非対称状態が改善する。
【０１５６】
本実施形態では、上述のようにして、理論および実測のパケット送信特徴量の差分に基づいて、ＣＣＡ非対称状態であるか否かを検出することが可能となり、次のような効果を奏する。
【０１５７】
第１の効果は、ＣＣＡ非対称状態を回避することで、与干渉側の一方的な送信による被干渉側の送信待ちをなくし、チャネルアクセス性の悪化を改善できることである。
【０１５８】
第２の効果は、ＣＣＡ非対称状態を回避することで、与干渉側のパケットが被干渉側のパケットに衝突する可能性を低下させることである。
【０１５９】
第３の効果は、上記第１の効果および第２の効果により、被干渉側、与干渉側の両者の通信効率が改善することである。
【０１６０】
なお、第１の実施形態で説明した無線通信装置に対して、状態表示部１８を設け、第２の実施形態で説明した第４の処理を実行させてもよい。また、第２の実施形態で説明した無線通信装置に対して、送信パラメタ制御部１４を設け、第１の実施形態で説明した第４の処理を実行させてもよい。
【０１６１】
さらに、本発明の通信処理方法の手順を記述したプログラムを無線通信装置に実行させてもよい。
【符号の説明】
【０１６２】
１１１、１２１、１４１、１５１ 無線通信装置（ＳＴＡ）
１３１ ゲートウェイ装置（ＧＷ）
１１ 送信特徴量測定部
１２ 通信特徴量記憶部
１３ ＣＣＡ非対称状態判定部
１４ 送信パラメタ制御部
１５ 無線通信処理部
１６ 全体制御部
１７ アプリケーション部
１８ 状態表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置、通信システム、通信処理方法、およびその方法を無線通信装置に実行させるためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ，Ｓｉｅｎｃｅ，Ｍｅｄｉｃａｌ）帯と呼ばれる免許不要で利用可能な無線周波数帯を使用する、複数の無線方式が規格化されている。具体的には、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）として一般的なＩＥＥＥ ８０２．１１や、センサーネットワークでの利用が有望視されているＩＥＥＥ ８０２．１５．４といった無線通信規格が存在し、これら無線通信規格は、今後も増加し、またそれを使用する無線端末の数も、爆発的に増加することが見込まれている。
【０００３】
上記のような無線通信規格は、お互いの無線信号が衝突するのを回避するため、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｉｔｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：衝突回避機能付き搬送波感知多重アクセス）などの多重チャネルアクセス方式を備えている。
【０００４】
ＩＳＭ帯を使用する代表的な通信方式であるＩＥＥＥ ８０２．１１や、省電力無線通信の代表例であるＩＥＥＥ ８０２．１５．４では、チャネルアクセス方式として、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いている。
【０００５】
ＣＳＭＡ／ＣＡ方式とは、パケット送信に先立ち、バックオフと呼ばれるランダムな時間で送信を待機し、Ｐｒｅａｍｂｌｅ ＤｅｔｅｃｔｉｏｎやＥｎｅｒｇｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎといわれる手法で送信チャネルが使用されているか否かを確認するＣＣＡ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｌｅａｒ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ）を実施し、チャネルが未使用であればパケット送信を行う手法である。
【０００６】
しかしながら、無線端末毎に、ＣＣＡによって他端末の送信を検出することができる範囲は異なる。
【０００７】
１つ目の理由として、ＣＳＭＡ／ＣＡの詳細な動作が無線通信規格毎に異なることが挙げられる。ここで言うＣＳＭＡ／ＣＡの詳細な動作とは、具体的には、ＣＣＡの実施タイミング、Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎの閾値やその実行時間、信号が検出された後のパケット送信待ちおよび再送の振る舞いである。
【０００８】
２つ目の理由として、同一の無線通信規格を利用する端末同士であっても、信号受信性能の差が存在することが挙げられる。信号受信性能の差は、具体的には、無線通信アンテナの利得、無線通信装置自身のノイズ排除能力、端末の設置場所周囲の環境などにより生じる。
【０００９】
図１５は、無線端末毎に他の無線端末が送信する信号を検出可能な範囲（信号検出圏）が異なることを示す一例である。図１５に示す破線の円は、その円内に他の無線端末が存在すれば、その無線信号を検出可能な範囲を示す。図１５では、送信端末Ｂは送信端末Ａの検出圏内に位置しているが、送信端末Ａは送信端末Ｂの検出圏外に位置しており、２つの端末間で信号検出圏が非対称な状態である。
【００１０】
図１５に示すように、送信端末Ａおよび送信端末Ｂの信号検出圏が異なっていると、送信端末Ａは送信端末Ｂが送信した信号を検出できるが、送信端末Ｂは送信端末Ａが送信した信号を検出できなくなる状態がある。このような状態を、以下では「ＣＣＡ非対称状態」と称する。ＣＣＡ非対称状態において、図１５における送信端末Ａに相当する端末を被干渉側端末と称し、図１５における送信端末Ｂに相当する端末を与干渉側端末と称する。
【００１１】
ＣＣＡ非対称状態では、与干渉側端末の送信量が増加した場合に、被干渉側端末の送信が一方的に抑えられるという問題がある。
【００１２】
さらに、ＣＣＡ非対称状態では、被干渉側端末が送信中に与干渉側端末が送信を行うことで、パケット衝突が発生するという問題がある。
【００１３】
さらに、上記の問題から、通信効率が低下するという問題点がある。
【００１４】
通信効率が低下した原因を判定する手法として、特許文献１では、送信間隔とＲＳＳ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ：受信信号強度）を用いた手法を提案している。
【００１５】
特許文献１に開示された技術では、自端末が送信したパケットの送信間隔と、相手端末から送信されたパケットのＲＳＳを、事前に決定した閾値と比較し、その結果から通信効率の低下の原因を"送信端末数や送信パケット数の増加に伴う輻輳"または"電波伝搬環境の悪化による通信失敗"のどちらかであると判定する。
【００１６】
原因が輻輳であると判定された場合は、自端末が送信するパケットの伝送レートを高くして短時間で送信することにより輻輳を回避し、電波環境の悪化が原因であると判定された場合、伝送レートを低くすることでノイズ耐性を向上させてパケットロスを回避する。
【００１７】
また、非特許文献１では、「一方向隠れ端末問題」として、同一通信方式無線端末間でのＣＣＡ非対称状態の改善方法が論じられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特許第４１６３６４３号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】鈴木隆之、外３名、「データベースを用いた適応制御に基づくセカンダリ向けＭＡＣプロトコルの検討」、信学技報、電子情報通信学会、２０１１年４月、ｖｏｌ．１１１、Ｎｏ．１３、ＳＲ２０１１−１１、ｐ．６５−７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
特許文献１に開示された方法では、ＣＣＡ非対称状態による通信効率の低下（以後、ＣＣＡ非対称状態により生じる干渉と称する）は単純な送信パケット数の増加による輻輳であると判定される。そのため、伝送レートを高くし、短時間で送信が完了するように制御を行うが、既に伝送レートが規格上の上限値である場合は効果がない。さらに、ＣＣＡ非対称状態においては、被干渉側が送信するパケットの伝送レートを高くし短時間で送信が完了するようにしても、与干渉側端末から被干渉側端末を検出できるようにはならないため、ＣＣＡ非対称状態自体が改善されることはない。そのため、パケット衝突率は低下するが、通信効率については、被干渉側が伝送レートを高くしたことで空いた時間分を与干渉側の送信パケットが消費するため、大きな改善は望めない。
【００２１】
ゆえに、ＣＣＡ非対称状態により生じる干渉は単純な輻輳とは別の状態であることから、ＣＣＡ非対称状態を検出しなければ、ＣＣＡ非対称状態により生じる干渉を改善するのに適した対処を行うことはできない。
【００２２】
非特許文献１では、ＣＣＡ非対称状態の検出方法については言及されていない。また、非特許文献１において提案されている手法では、被干渉側および与干渉側の無線通信方式がＩＥＥＥ ８０２．１１方式を使用していることを前提としているため、被干渉側と与干渉側の無線通信方式が異なる通信方式であった場合、ＣＣＡ非対称状態が改善されないばかりか、パケット衝突率が上昇する。
【００２３】
具体的には、非特許文献１では、「一方向隠れ端末問題」の改善方法として、被干渉側端末に相当するＳＵ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｕｓｅｒ）の最小バックオフ時間を制御する定数ＣＷ（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｗｉｎｄｏｗ）ｍｉｎの値を小さくし、バックオフ時間を短くすることで、被干渉側端末の過剰な待ちを抑制させることを提案している。しかし、与干渉側端末に相当するＰＵ（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｕｓｅｒ）の送信したパケットを保護するため、ＮＡＶ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ｖｅｃｔｏｒ）によりＰＵの送信したパケットにＳＵの送信したパケットが衝突しないようにしているが、例えば、ＰＵがＩＥＥＥ ８０２．１５．４方式で通信を行い、ＳＵがＩＥＥＥ ８０２．１１方式で通信を行うような場合、ＰＵがＮＡＶを設定することはできないため、ＰＵが送信したデータパケットと、それに対する応答パケット(ＡＣＫパケット)の間に、ＳＵがデータパケットを送信し、ＳＵのデータパケットとＰＵの応答パケット（ＡＣＫパケット）が衝突する可能性が上昇してしまう。
【００２４】
ゆえに、異なる無線通信方式間においてもＣＣＡ非対称状態を検出し、ＣＣＡ非対称状態により生じる干渉を改善する必要がある。
【００２５】
本発明は上述したような技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、ＣＣＡ非対称状態を検出可能にした無線通信装置、通信システム、通信処理方法、およびその方法を無線通信装置に実行させるためのプログラム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】
【００２６】
上記目的を達成するための本発明の無線通信装置は、
他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信処理部と、
前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量、ならびに自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得する送信特徴量測定部と、
前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が自装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に自装置が位置する状態である信号検出圏非対称状態であるか否かを判定する非対称状態判定部と、
を有する構成である。
【００２７】
また、本発明の通信システムは、
他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信処理部と、前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量、ならびに自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得する送信特徴量測定部とを含む無線通信装置と、
前記無線通信装置と通信可能に接続され、該無線通信装置から受信する前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が該無線通信装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に該無線通信装置が位置する状態であるか否かを判定する非対称状態判定部を含むゲートウェイ装置と、
を有する構成である。
【００２８】
また、本発明の通信処理方法は、他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信装置による通信処理方法であって、
前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量を取得し、
自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得し、
前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が自装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に自装置が位置する状態であるか否かを判定するものである。
【００２９】
さらに、本発明のプログラムは、他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信装置に実行させるためのプログラムであって、
前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量を取得し、
自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得し、
前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が自装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に自装置が位置する状態であるか否かを判定する処理を前記無線通信装置に実行させるものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、ＣＣＡ非対称状態を検出可能になるので、ＣＣＡ非対称状態を改善するための対策を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施形態の無線通信装置が被干渉無線機に相当する場合における通信システムの一構成例を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態の無線通信装置の一構成例を示すブロック図である。
【図３】図１に示したゲートウェイ装置の一構成例を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態の通信処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図５】送信パケットを説明するための図である。
【図６】第１の実施形態において、ＣＣＡ非対称状態の検出方法を説明するためのヒストグラムである。
【図７】図６（ｃ）に示したパケット送信間隔分布差分を拡大して示す図である。
【図８】ＣＣＡ非対称状態でない場合における、図６（ｂ）に相当する送信間隔分布の一例を示す。
【図９】第２の実施形態の無線通信装置が被干渉無線機に相当する場合において、与干渉無線機となる他の無線通信装置を含む構成を示す概略図である。
【図１０】第２の実施形態の無線通信装置の一構成例を示すブロック図である。
【図１１】第２の実施形態の通信処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図１２】第２の実施形態において、ＣＣＡ非対称状態の検出方法を説明するためのヒストグラムである。
【図１３】図１２（ｃ）に示したパケット送信待機時間分布差分を拡大して示す図である。
【図１４】ＣＣＡ非対称状態でない場合における、図１２（ｂ）に相当するパケット送信待機時間分布の一例を示す。
【図１５】ＣＣＡ非対称状態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の無線通信装置の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態では、被干渉側となる無線通信装置がＩＥＥＥ ８０２．１１方式で通信を行い、与干渉側となる無線通信装置がＩＥＥＥ ８０２．１５．４方式で通信を行う場合で説明するが、通信端末同士が互いの無線信号が衝突するのを回避して通信を行う方法であれば、他の通信方法であってもよい。
【００３３】
（第１の実施形態）
本実施形態の無線通信装置について説明する。本実施形態では、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式でアクセス制御を行う無線通信装置をＳｔａｔｉｏｎ（ＳＴＡ）と表記する。
【００３４】
図１は、本実施形態の無線通信装置が被干渉無線機に相当する場合における通信システムの一構成例を示すブロック図である。
【００３５】
本実施形態において、ＳＴＡ１１１は、ＳＴＡ１２１が送信したパケットにより干渉を受け、ＣＣＡ非対称状態を判定する被干渉無線機であるものとする。また、ＳＴＡ１２１は、ＳＴＡ１１１が送信したパケットをＣＣＡにより検出することができず、ＣＣＡ非対称状態になることで、ＳＴＡ１１１に対して干渉を与える与干渉無線機であるものとする。
【００３６】
ＧＷ１３１は、ＳＴＡ１１１およびＳＴＡ１２１と通信可能であり、ＳＴＡ１１１とＳＴＡ１２１の間で通信を介助することが可能な無線通信ゲートウェイ装置である。
【００３７】
なお、本実施形態では、ＧＷ１３１における、ＳＴＡ１１１と通信するための無線通信機能と、ＳＴＡ１２１と通信するための無線通信機能は、物理的に１つの装置の場合で説明する。他の実施形態として、ＳＴＡ１１１と通信するための無線通信機能と、ＳＴＡ１２１と通信するための無線通信機能を、物理的に別の装置とし、その両者を無線または有線にて接続するようにしてもよい。
【００３８】
また、本実施形態では、同一の周波数帯を使用し、かつ、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によるチャネルアクセスを行うことを共通点とする、異なる無線通信方式を、ＳＴＡ１１１とＳＴＡ１２１のそれぞれが用いる場合で説明する。他の実施形態として、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によるチャネルアクセスを行う同一の無線通信方式を、ＳＴＡ１１１およびＳＴＡ１２１が用いる構成であってもよい。
【００３９】
次に、ＣＣＡ非対称状態の検出と改善を行う機能の構成について、図２を参照して説明する。図２は図１に示したＳＴＡ１１１の一構成例を示すブロック図である。
【００４０】
図２に示すように、ＳＴＡ１１１は、無線通信処理部１５と、送信特徴量測定部１１と、通信特徴量記憶部１２と、ＣＣＡ非対称状態判定部１３と、送信パラメタ制御部１４と、全体制御部１６とを有する。
【００４１】
送信特徴量測定部１１は、自装置の無線通信処理部１５の送信状態を測定し、パケット送信処理に関する特徴量である送信特徴量を取得する。
【００４２】
通信特徴量記憶部１２は、送信特徴量測定部１１にて取得された送信特徴量を記憶する。通信特徴量記憶部１２は、例えば、不揮発性メモリである。
【００４３】
ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、通信特徴量記憶部１２に保存された送信特徴量から、送信状態の測定を実施した装置がＣＣＡ非対称状態であるか否かを判定する。
【００４４】
送信パラメタ制御部１４は、ＣＣＡ非対称状態判定部１３が出力した判定結果と、状態が判定されたＳＴＡ１１１（送信状態の測定を行った無線通信装置に相当）の通信状態、それ以外の無線通信装置に相当するＳＴＡ１２１の通信状態、またはその両方から、状態が判定されたＳＴＡ１１１、ＳＴＡ１２１、またはその両方の送信制御に係わる諸パラメタを変更する。
【００４５】
無線通信処理部１５は、パケット送信を行う前に、ＣＣＡを行って送信チャネルが使用されているか否かを確認し、送信チャネルが未使用であれば、パケット送信を行う。また、無線通信処理部１５は、送信特徴量測定部１１が要求する送信状態情報を取得し、送信パラメタ制御部１４の制御にしたがって送信パラメタを変更する。ここで、送信状態情報とは、無線通信処理部１５がパケット送信を行う際の状態を示す情報を意味し、図５を参照して説明するパケット送信間隔の情報を含む。
【００４６】
全体制御部１６は、ＣＣＡ非対称状態の検出および改善を実行するために、送信特徴量測定部１１、通信特徴量記憶部１２、および送信パラメタ制御部１４を制御する。
【００４７】
なお、無線通信処理部１５、送信特徴量測定部１１、ＣＣＡ非対称状態判定部１３、送信パラメタ制御部１４および全体制御部１６の各部の構成は、例えば、それぞれの機能を実行するための回路が設けられた専用の半導体集積回路である。また、別の一例として、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）およびプログラムを保存するメモリを有する制御部（不図示）がＳＴＡ１１１に予め設けられ、ＣＰＵがプログラムを実行することで、無線通信処理部１５、送信特徴量測定部１１、ＣＣＡ非対称状態判定部１３、送信パラメタ制御部１４および全体制御部１６が仮想的に構成されてもよい。さらに、ＣＰＵがプログラムを実行することで仮想的に構成される対象は、無線通信処理部１５、送信特徴量測定部１１、ＣＣＡ非対称状態判定部１３、送信パラメタ制御部１４および全体制御部１６に限らず、これらのうちの一部であってもよい。
【００４８】
次に、図１に示したＧＷ１３１の構成を、図３を参照して説明する。図３はＧＷ１３１の一構成例を示すブロック図である。本実施形態では、ＣＣＡ非対称状態の検出および改善に関連する構成について説明し、一般的な無線通信ゲートウェイとしての機能についての詳細な説明を省略する。
【００４９】
図３に示すように、ＧＷ１３１は、制御部３１および記憶部３２を有する。制御部３１は、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（不図示）と、プログラムを記憶するメモリ（不図示）とを有する。制御部３１は、ＳＴＡ１１１およびＳＴＡ１２１のうち、一方の無線機がテストパケットをＧＷ１３１に送信し、他方の無線機がパケットの送信を停止している基準状態で、一方の無線機から受信するテストパケットについて、テストパケット信号の長さ、平均送信待ち時間、および単位時間当たりの送信パケット数を含むテストパケット情報を記憶部３２に記録する。制御部３１は、ＳＴＡ１１１およびＳＴＡ１２１の無線機毎にテストパケット情報を記憶部３２に保存する。そして、制御部３１は、ＳＴＡ１１１およびＳＴＡ１２１のうち、一方の無線機から他方の無線機のテストパケット情報についての問い合わせがあると、他方の無線機のテストパケット情報を記憶部３２から読み出し、読み出したテストパケット情報を問い合わせ元の無線機に通知する。
【００５０】
なお、本実施形態では、図２に示すように、ＳＴＡ１１１が送信特徴量測定部１１〜全体制御部１６を有する構成の場合で説明するが、通信特徴量記憶部１２、ＣＣＡ非対称状態判定部１３、送信パラメタ制御部１４および全体制御部１６は必ずしもＳＴＡ１１１に設けられている必要はなく、これらの構成が物理的に他の無線通信装置に設けられ、ＳＴＡ１１１が他の無線通信装置と何らかの通信回線で接続される構成であってもよい。
【００５１】
例えば、ＳＴＡ１１１が送信特徴量測定部１１および無線通信処理部１５を備え、ＧＷ１３１が通信特徴量記憶部１２、ＣＣＡ非対称状態判定部１３、送信パラメタ制御部１４および全体制御部１６を備えている場合が考えられる。また、ＳＴＡ１１１が送信特徴量測定部１１、通信特徴量記憶部１２および無線通信処理部１５を備え、ＧＷ１３１がＣＣＡ非対称状態判定部１３、送信パラメタ制御部１４および全体制御部１６を備えている場合が考えられる。さらに、ＳＴＡ１１１が送信特徴量測定部１１、通信特徴量記憶部１２、ＣＣＡ非対称状態判定部１３および無線通信処理部１５を備え、ＧＷ１３１が送信パラメタ制御部１４および全体制御部１６を備えている場合が考えられる。
【００５２】
また、ＳＴＡ１２１がＳＴＡ１１１と同様な構成であってもよい。
【００５３】
次に、ＳＴＡ１１１が実行する、ＣＣＡ非対称状態の検出と改善のための動作を説明する。
【００５４】
図４は本実施形態の通信処理方法の手順を示すフローチャートである。図５は送信パケットを説明するための図である。図６は本実施形態における、ＣＣＡ非対称状態の検出方法を説明するためのヒストグラムである。
【００５５】
第１の処理として、ＣＣＡ非対称状態でない場合における送信状態の特徴量を、基準状態の送信特徴量として取得する処理を実行する（ステップ２０１）。以下に、第１の処理について詳しく説明する。
【００５６】
なお、本実施形態では、ＣＣＡ非対称状態の判定精度向上のため、基準状態の送信特徴量を取得するために、パケットを実際に送信する場合で説明するが、パケット送信を実際に行わずに、基準状態の送信特徴量を理論値から求めるなどしてもよい。
【００５７】
まず、ＳＴＡ１２１のパケット送信による測定への影響を防止するため、全体制御部１６は、ＳＴＡ１２１に対して送信を禁止するように指示する。続いて、全体制御部１６が、送信特徴量測定部１１に対し、後述する送信特徴量の測定を実行させる。送信特徴量の測定が完了したら、全体制御部１６はＳＴＡ１２１に対してパケット送信禁止の解除を通知する。
【００５８】
続いて、送信特徴量測定部１１の測定動作を、図５を参照して説明する。
【００５９】
送信特徴量測定部１１は、パケット長Ｌｔｐｌ［ｂｙｔｅ］のテストパケットを、送信処理アイドル時間Ｔｓｐｉｄ［ｓ］の間隔を空けて送信時間Ｔｔｒｔ［ｓ］の間、送信するよう、無線通信処理部１５に指示する。
【００６０】
なお、図５中のパケット送信待機区間は、バックオフ時間およびチャネルビジーによる送信開始待ちを含む、無線通信処理部１５がパケット送信処理を開始した時間から、実際に無線信号の送信が開始される時間までの区間である。
【００６１】
このとき、ＳＴＡ１１１が送信するテストパケットのパケット長Ｌｔｐｌ［ｂｙｔｅ］および送信処理アイドル時間Ｔｓｐｉｄ［ｓ］は、送信時間Ｔｔｒｔ［ｓ］の間、一定の値であればよいが、本実施形態では、測定精度を高めるため、パケット長Ｌｔｐｌは、無線通信処理部１５が許す最大長とし、送信処理アイドル時間Ｔｓｐｉｄは無線通信処理部１５が許す最小値とする。
【００６２】
全体制御部１６より指示を受けた送信特徴量測定部１１は、前回のパケット送信終了時間から送信処理アイドル時間Ｔｓｐｉｄ［ｓ］の間隔をおいて、繰り返しテストパケットを生成し、無線通信処理部１５にＧＷ１３１宛てにテストパケットを送信させる。無線通信処理部１５はパケット送信の都度、パケット送信間隔の情報を送信特徴量測定部１１に出力するので、送信特徴量測定部１１はこれを保存する。
【００６３】
ここで、パケット送信間隔とは、図５に示すように、今回のパケット送信開始時間から、前回パケット送信開始時間を引いたものである。
【００６４】
このとき、無線通信処理部１５が送信したテストパケットに対してＧＷ１３１からＡＣＫパケット（受信応答パケット）が送信されてしまうと、ＣＣＡ非対称状態判定の精度が悪化するため、本実施形態においては、ＧＷ１３１からＡＣＫパケットが送信されないようにする。具体的には、送信するテストパケットの制御フィールドを、ＡＣＫパケットの送信を要求しないことを示す値に設定する。
【００６５】
最初のテストパケット送信開始から送信時間Ｔｔｒｔだけ経過すると、送信特徴量測定部１１はテストパケットの送信を停止し、取得したパケット送信間隔群を、パケット送信間隔分類単位幅Ｌｐｉｃｗで分類し、パケット送信間隔分布を生成し、パケット送信間隔分布を通信特徴量記憶部１２に記憶させる。
【００６６】
このとき、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式が有するランダムバックオフ機能により、図５に示すパケット送信待機時間がパケット送信の都度変化するため、必ずパケット送信間隔に分布が生じる。図６（ａ）は基準状態での送信間隔分布の一例を示す。
【００６７】
第２の処理として、ＣＣＡ非対称状態の判定対象である、ＳＴＡ１１１とＳＴＡ１２１が共に送信を行う共存状態において、送信状態特徴量を取得する処理を実行する（ステップ２０２）。以下に、第２の処理について詳しく説明する。
【００６８】
先ず、全体制御部１６がＳＴＡ１２１に対し、ＧＷ１３１宛てにテストパケットの送信を開始するよう指示する。
【００６９】
このとき、ＳＴＡ１２１が送信するテストパケットのパケット長Ｌｔｐｌ［ｂｙｔｅ］および送信処理アイドル時間Ｔｓｐｉｄ［ｓ］は、送信時間Ｔｔｒｔ［ｓ］の間、一定の値であればよいが、本実施形態では、測定精度を高めるため、パケット長Ｌｔｐｌは、ＳＴＡ１２１が許す最大長とし、送信処理アイドル時間Ｔｓｐｉｄ［ｓ］はＳＴＡ１２１が許す最小値とする（図５参照）。
【００７０】
このとき、ＳＴＡ１２１が送信したテストパケットに対してＧＷ１３１からＡＣＫパケット（受信応答パケット）が送信されてしまうと、ＣＣＡ非対称状態判定の精度が悪化するため、本実施形態においては、ＧＷ１３１からＡＣＫパケットが送信されないようにする。具体的には、送信するテストパケットの制御フィールドを、ＡＣＫパケットの送信を要求しないことを示す値に設定する。
【００７１】
続いて、全体制御部１６が、送信特徴量測定部１１に対し、前述の送信特徴量の測定を実行させ、共存状態でのパケット送信間隔分布を取得する。図６（ｂ）は共存状態での送信間隔分布の一例を示す。
【００７２】
送信特徴量の測定が完了したら、全体制御部１６はＳＴＡ１２１に対してテストパケットの送信を停止するよう指示する。
【００７３】
第３の処理として、ＣＣＡ非対称状態判定部１３において、基準状態の送信特徴量と、共存状態の送信特徴量を比較し、ＳＴＡ１１１とＳＴＡ１２１の間にＣＣＡ非対称状態が生じているかを判定する（ステップ２０３）。以下に、第３の処理について詳しく説明する。
【００７４】
先ず、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、全体制御部１６からＣＣＡ非対称状態判定実行の指示を受けると、通信特徴量記憶部１２から、基準状態のパケット送信間隔分布と、共存状態でのパケット送信間隔分布を取得する。
【００７５】
続いて、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、取得した共存状態でのパケット送信間隔分布と、基準状態のパケット送信間隔分布の差分を取り、その差分分布中に、ＣＣＡ非対称状態により生じたピークが存在するか否かを判定する。
【００７６】
本実施形態においては、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、図６に示すように、まず、取得した共存状態でのパケット送信間隔分布（図６（ｂ））から、基準状態のパケット送信間隔分布（図６（ａ））を、パケット送信間隔分類単位幅Ｌｐｉｃｗ［ｓ］単位で減算し、パケット送信間隔分布差分を生成する（図６（ｃ）参照）。
【００７７】
図７は図６（ｃ）に示したパケット送信間隔分布差分を拡大して示すものである。比較として、ＣＣＡ非対称状態でない場合における、図６（ｂ）に相当する送信間隔分布の一例を図８に示す。
【００７８】
図７に示すように、パケット送信間隔分布差分のプラス側に、ＣＣＡ非対称状態か否かの判定対象となる分布が現われる。ＣＣＡ非対称状態である場合、与干渉側であるＳＴＡ１２１が待ち合わせずにパケットを送信する。他方、被干渉側であるＳＴＡ１１１では、ＳＴＡ１２１の送信パケットが送信される都度送信を待ち合わせるため、ＳＴＡ１２１の送信パケット長分、送信間隔が長くなるパケットが多く存在する。
【００７９】
一方、ＣＣＡ非対称状態ではない場合、ＳＴＡ１２１も、ＳＴＡ１１１が送信したパケットを検出して送信を待ち合わせる。そのため、図８に示すように、ＳＴＡ１１１では、ＣＣＡ非対称状態に比べて送信間隔が長いパケットの割合が低下する。
【００８０】
ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、生成したパケット送信間隔分布差分において、最大の値を持つ要素が対応する送信間隔区間が、送信間隔判定閾値Ｔｗｉｔｈｒｅｓｈ［ｓ］以上であり、かつ、その最大の値を持つ要素を中心とするピーク幅Ｌｗｄｉｓｔｗｉｄｔｈ［ｓ］分の要素（図７参照）の値の合計が存在比率閾値Ｐｗｗａｉｔｐｋｔ以上であれば、ＣＣＡ非対称状態に依る送信間隔分布のピークが存在すると判定する。
【００８１】
このときに用いる送信間隔判定閾値Ｔｗｉｔｈｒｅｓｈ［ｓ］、ピーク幅Ｌｗｄｉｓｔｗｉｄｔｈ［ｓ］、および存在比率閾値Ｐｗｗａｉｔｐｋｔのそれぞれの決定方法の一例を、以下に説明するが、これらの決定方法に限定されるものではない。
【００８２】
送信間隔判定閾値Ｔｗｉｔｈｒｅｓｈ［ｓ］は、以下の式１から求められる。
【００８３】
【数１】
【００８４】
式１において、ＴｗｉａｖｅはＳＴＡ１１１の基準状態での平均送信間隔であり、Ｔｚｐｌｅｎ［ｓ］はＳＴＡ１２１が送信するテストパケット信号の長さである。
【００８５】
ピーク幅Ｌｗｄｉｓｔｗｉｄｔｈ［ｓ］は、以下の式２から求められる。
【００８６】
【数２】
【００８７】
式２において、ＣＷｍｉｎはＳＴＡ１１１のＣＳＭＡ／ＣＡにおける送信１回目の最大バックオフスロット数であり、Ｔｗｓｌｏｔｌｅｎ［ｓ］はＳＴＡ１１１のバックオフスロット１つ分の時間長である。
【００８８】
存在比率閾値Ｐｗｗａｉｔｐｋｔは、以下の式３から求められる。
【００８９】
【数３】
【００９０】
式３において、Ｔｚｉｄｌｅａｖｅ［ｓ］はＳＴＡ１２１の基準状態での平均送信待ち時間であり、Ｎｚｔｏｔａｌｐｋｔ［ｐｋｔ／ｓ］はＳＴＡ１２１の基準状態での単位時間送信パケット数である。
【００９１】
上記の式中で使用するＴｚｐｌｅｎ、Ｔｚｉｄｌｅａｖｅ、Ｎｚｔｏｔａｌｐｋｔ等のようなＳＴＡ１２１に係わる情報は、本実施形態においては、事前にＳＴＡ１２１が基準状態でテストパケットを送信した際の結果をＧＷ１３１に保存し、その情報をＳＴＡ１１１がＧＷ１３１に問い合わせてＧＷ１３１から取得するものとする。ＳＴＡ１２１に係わる情報の取得方法は、この方法に限定されるものではなく、工場出荷時にＳＴＡ１１１の通信特徴量記憶部１２に記憶させる等のように、事前にＳＴＡ１１１に記憶させておいてもよい。
【００９２】
ＣＣＡ非対称状態に依る送信間隔分布のピークが検出された場合、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、全体制御部１６に対して、ＣＣＡ非対称状態であることを通知する。一方、ＣＣＡ非対称状態に依る送信間隔分布のピークが検出されない場合、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は全体制御部１６に対してＣＣＡ非対称状態ではないことを通知する。
【００９３】
第４の処理として、送信パラメタ制御部１４において、ＣＣＡ非対称状態を解消するために、ＳＴＡ１１１、ＳＴＡ１２１、またはこれらの両方の送信パラメタを変更する（ステップ２０４）。以下に、第４の処理について詳しく説明する。
【００９４】
全体制御部１６は、判定結果がＣＣＡ非対称状態であれば、送信パラメタ制御部１４に対して、送信パラメタ変更を指示する。
【００９５】
このとき、送信パラメタを変更する無線通信装置は、ＳＴＡ１１１、ＳＴＡ１２１、またはその両方が考えられるが、本実施形態においては、ＳＴＡ１２１の送信パラメタを変更する。
【００９６】
全体制御部１６から指示を受けた送信パラメタ制御部１４は、ＧＷ１３１に対し、ＳＴＡ１２１から受信したパケットのＲＳＳが、許容受信信号強度閾値Ｐｒｓｓｔ［ｄＢｍ］以上であるか否かを問い合わせる。
【００９７】
このとき、本実施形態においては、許容受信信号強度閾値Ｐｒｓｓｔ［ｄＢｍ］は、以下の式４から決定される。
【００９８】
【数４】
【００９９】
式４において、Ｐｎｆ［ｄＢｍ］は受信側の無線機が持つノイズ電力値であり、Ｐｓｎ［ｄＢ］は、使用される無線通信方式に固有の変調信号を複合するために必要なＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ Ｎｏｉｓｅ 比）である。
【０１００】
式４におけるＰｍａｒｇｉｎ［ｄＢ］は、無線信号伝送路などの影響による伝送損失の変動量である。例えば、Ｐｍａｒｇｉｎ［ｄＢ］は、ＧＷ１３１において、ＳＴＡ１２１から受信したパケットのＲＳＳの変動幅である。
【０１０１】
もしＧＷ１３１がＳＴＡ１２１から受信したパケットのＲＳＳが、許容受信信号強度閾値Ｐｒｓｓｔ［ｄＢｍ］以上であれば、送信パラメタ制御部１４はＳＴＡ１２１の送信出力を低下させてもよいと判断し、ＳＴＡ１２１に対して送信出力を低下させるよう指示する。
【０１０２】
もしＧＷ１３１がＳＴＡ１２１から受信したパケットのＲＳＳが、許容受信信号強度閾値Ｐｒｓｓｔ［ｄＢｍ］よりも小さければ、送信パラメタ制御部１４はＳＴＡ１２１に対してＣＣＡにおける信号検出感度を高くさせるよう指示する。
【０１０３】
このとき、送信パラメタを変更させるか否か、および、どのパラメタをどの程度変更させるかの判断基準は、前述のＲＳＳの他、端末自身の優先度や、ＳＴＡ１２１とＧＷ１３１の間での通信におけるＰＥＲ（Ｐａｃｋｅｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）などであってもよい。
【０１０４】
また、変更する送信パラメタは、ＣＷ、端末間距離、使用チャネルなど、送信に係わるパラメタであれば他のものであってもよい。
【０１０５】
送信パラメタ制御部１４から指示を受けたＳＴＡ１２１は、その指示に従い、送信パラメタを変更する。
【０１０６】
ＳＴＡ１２１の送信出力が低下したこと、もしくは信号検出感度が高くなったことで、ＳＴＡ１２１のパケット送信によりＳＴＡ１１１のパケット送信が妨害されることがなくなり、ＣＣＡ非対称状態が解消され、その結果、ＳＴＡ１１１の通信効率が改善する。
【０１０７】
なお、第４の処理について、本実施形態においては、無線通信の物理層およびメディアアクセスコントロール層（ＭＡＣ層）のパラメタを調整することでＣＣＡ非対称状態を改善するが、より上位の層（ネットワーク層など）において、与干渉側の単位時間当たり送信可能パケット数に制限を行う、などの対処を実施することで、ＣＣＡ非対称状態のままで、干渉の発生を減少させるようにしてもよい。
【０１０８】
また、ＳＴＡ１１１の送信パラメタを変更する場合には、送信パラメタ制御部１４は、無線通信処理部１５に対して、例えば、パケット送信出力を高くするように指示すればよい。
【０１０９】
本実施形態では、上述のようにして、基準状態および共存状態のパケット送信特徴量の差分に基づいて、ＣＣＡ非対称状態であるか否かを検出することが可能となり、次のような効果を奏する。
【０１１０】
第１の効果は、ＣＣＡ非対称状態を回避することで、与干渉側の一方的な送信による被干渉側の送信待ちを改善できることである。
【０１１１】
第２の効果は、ＣＣＡ非対称状態を回避することで、与干渉側のパケットが被干渉側のパケットに衝突する可能性を低下させることである。
【０１１２】
第３の効果は、上記の第１の効果および第２の効果により、被干渉側、与干渉側の両者の通信効率が改善することである。
【０１１３】
（第２の実施形態）
本実施形態は、ＣＣＡ非対称状態の検出および改善の方法について、第１の実施形態で説明した方法とは異なる方法である。本実施形態においても、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式でアクセス制御を行う無線通信装置の場合で説明し、無線通信装置をＳＴＡと表記する。
【０１１４】
本実施形態の無線通信装置の構成を説明する。図９は、本実施形態の無線通信装置が被干渉無線機に相当する場合において、与干渉無線機となる他の無線通信装置を含む構成を示す概略図である。
【０１１５】
本実施形態において、ＳＴＡ１４１は、ＳＴＡ１５１からの干渉を受け、ＣＣＡ非対称状態を判定する被干渉無線機であるものとする。また、ＳＴＡ１４２は、ＳＴＡ１４１が送信したパケットを受信する無線機であるものとする。また、ＳＴＡ１５１は、ビーコンパケットのような、一定周期で固定長のパケットを送信し、ＳＴＡ１４１の送信パケットを検出することができずに、ＣＣＡ非対称状態により干渉を与える与干渉無線機であるものとする。
【０１１６】
次に、ＣＣＡ非対称状態の検出と改善を行う機能の構成について、図１０を参照して説明する。図１０は図９に示したＳＴＡ１４１の一構成例を示すブロック図である。
【０１１７】
図１０に示すように、ＳＴＡ１４１は、無線通信処理部１５と、送信特徴量測定部１１と、通信特徴量記憶部１２と、ＣＣＡ非対称状態判定部１３と、状態表示部１８と、全体制御部１６と、アプリケーション部１７とを有する。ＳＴＡ１４１は、第１の実施形態で説明した送信特徴量測定部１１、通信特徴量記憶部１２、無線通信処理部１５および全体制御部１６を有しているが、本実施形態では、これらの構成について、第１の実施形態と異なる点を詳細に説明し、第１の実施形態と同様な動作の説明を省略する。
【０１１８】
送信特徴量測定部１１は、自装置の無線通信処理部１５の送信状態を測定し、送信特徴量を取得する。
【０１１９】
通信特徴量記憶部１２は、送信特徴量測定部１１にて取得された送信特徴量を記憶する。
【０１２０】
ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、通信特徴量記憶部１２に保存された送信特徴量から、送信状態の測定を実施した装置がＣＣＡ非対称状態であるか否かを判定し、全体制御部１６にその結果を出力する。
【０１２１】
無線通信処理部１５は、パケット送信を行う前に、ＣＣＡを行って送信チャネルが使用されているか否かを確認し、送信チャネルが未使用であれば、パケット送信を行う。また、無線通信処理部１５は、送信特徴量測定部１１が要求する送信状態情報を取得し、アプリケーション部１７からの指示にしたがって送信パラメタを変更する。ここで、送信状態情報とは、無線通信処理部１５がパケット送信を行う際の状態を示す情報を意味し、図５を参照して説明したパケット送信待機時間の情報を含む。
【０１２２】
状態表示部１８は、全体制御部１６からの指示に基づき、状態判定結果を表示する。状態表示部１８は、例えば、液晶ディスプレイである。
【０１２３】
全体制御部１６は、ＣＣＡ非対称状態の検出および改善を実行するために、送信特徴量測定部１１、通信特徴量記憶部１２、および状態表示部１８を制御する。
【０１２４】
アプリケーション部１７は、パケットを生成し、無線通信処理部１５を用いてパケットの送受信を行い、ＳＴＡ１４２と通信を行う。
【０１２５】
なお、無線通信処理部１５、送信特徴量測定部１１、ＣＣＡ非対称状態判定部１３、アプリケーション部１７および全体制御部１６の各部は、第１の実施形態と同様に、専用の半導体集積回路であってもよく、ＣＰＵがプログラムを実行することで仮想的に構成されるものであってもよい。また、ＳＴＡ１５１がＳＴＡ１４１と同様な構成であってもよい。
【０１２６】
次に、ＳＴＡ１４１が実行する、ＣＣＡ非対称状態の検出と改善のための動作を説明する。図１１は本実施形態の通信処理方法の手順を示すフローチャートである。図１２は本実施形態における、ＣＣＡ非対称状態の検出方法を説明するためのヒストグラムである。
【０１２７】
本実施形態では、ＳＴＡ１５１のビーコン送信によりＳＴＡ１４１のパケット送信待機時間が影響を受けることを利用してＣＣＡ非対称状態の検出を行う。
【０１２８】
第１の処理として、後述する第３の処理で用いられる、理論上での送信特徴量の設定を行う（ステップ２１１）。具体的には、全体制御部１６は、通信特徴量記憶部１２に対して、送信特徴量として理論上でのパケット送信待機時間分布を記憶させる。図１２（ａ）は理論上でのパケット送信待機時間分布の一例を示す。
【０１２９】
なお、第１の処理は、次に説明する第２の処理の直前に実施する必要はなく、工場出荷時に通信特徴量記憶部１２に記憶させるなど、事前に実施してもよい。
【０１３０】
第２の処理として、実際の環境での送信特徴量を測定する（ステップ２１２）。以下に、第２の処理について詳しく説明する。
【０１３１】
先ず、全体制御部１６が、送信特徴量測定部１１に対し、無線通信処理部１５がパケット送信を実施するたびに出力するパケット送信待機時間の取得、およびパケット送信待機時間分布の作成を開始するよう指示する。
【０１３２】
全体制御部１６から指示を受けた送信特徴量測定部１１は、アプリケーション部１７が無線通信処理部１５からパケットを送信する度に無線通信処理部１５が送信特徴量測定部１１に出力するパケット送信待機時間の情報を受け取る。取得したパケット送信待機時間は、パケット送信待機時間分類単位幅Ｌｐｓｗｃｗ［ｓ］単位で区分され、その区分ごとに計数を行い、パケット送信待機時間分布が作成される。
【０１３３】
パケット送信待機時間の測定が開始されてから、状態測定期間Ｔｍｔ［ｓ］が経過すると、全体制御部１６は、送信特徴量測定部１１に対し、パケット送信待機時間の取得、およびパケット送信待機時間分布の作成を終了するよう指示する。指示を受けた送信特徴量測定部１１は、パケット送信待機時間分布の取得を終了し、作成したパケット送信待機時間分布を通信特徴量記憶部１２に保存する。図１２（ｂ）は測定したパケット送信待機時間分布の一例を示す。
【０１３４】
第３の処理として、ＣＣＡ非対称状態判定部１３において、測定されたパケット送信待機時間分布と、理論上でのパケット送信待機時間分布とを比較し、ＳＴＡ１４１とＳＴＡ１５１の間にＣＣＡ非対称状態が生じているかを判定する（ステップ２１３）。以下に、第３の処理について詳しく説明する。
【０１３５】
先ず、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、全体制御部１６からＣＣＡ非対称状態判定実行の指示を受けると、通信特徴量記憶部１２から、測定されたパケット送信待機時間分布と、理論上でのパケット送信待機時間分布を取得する。
【０１３６】
ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、図１２に示すように、測定されたパケット送信待機時間分布（図１２（ｂ））から、理論上でのパケット送信待機時間分布（図１２（ａ））を、パケット送信待機時間分類単位幅Ｌｐｓｗｃｗ［ｓ］単位で減算し、パケット送信待機時間分布差分を生成する（図１２（ｃ）参照）。
【０１３７】
図１３は図１２（ｃ）に示したパケット送信待機時間分布差分を拡大して示したものである。比較として、ＣＣＡ非対称状態でない場合における、図１２（ｂ）に相当する送信待機時間分布の一例を図１４に示す。
【０１３８】
図１３に示すように、パケット送信待機時間分布差分のプラス側に、ＣＣＡ非対称状態か否かの判定対象となる分布が現われる。ＣＣＡ非対称状態である場合、与干渉側であるＳＴＡ１５１が待ち合わせずにパケットを送信する。他方、被干渉側であるＳＴＡ１４１では、ＳＴＡ１５１の送信パケットが送信される都度送信を待ち合わせるため、ＳＴＡ１５１の送信パケット長分、送信待機時間が長くなるパケットが多く存在する。
【０１３９】
一方、ＣＣＡ非対称状態ではない場合、ＳＴＡ１５１も、ＳＴＡ１４１が送信したパケットを検出して送信を待ち合わせる。そのため、図１４に示すように、ＳＴＡ１４１では、ＣＣＡ非対称状態に比べて送信待機時間が長いパケットの割合が低下する。
【０１４０】
ＣＣＡ非対称状態判定部１３は、図１３に示すように、生成したパケット送信待機時間分布差分において、平均被干渉パケット送信待機時間Ｔｉｐｓｗ［ｓ］を中心とするピーク幅Ｌｄｗ［ｓ］分の要素（図１３参照）の値の合計が存在比率閾値Ｐｗｐ以上であれば、ＣＣＡ非対称状態に依るパケット送信待機時間分布のピークが存在すると判定する。
【０１４１】
このときに用いる平均被干渉パケット送信待機時間、ピーク幅、および存在比率閾値のそれぞれの決定方法の一例を、以下に説明するが、これらの決定方法に限定されるものではない。
【０１４２】
平均被干渉パケット送信待機時間Ｔｉｐｓｗ［ｓ］は、以下の式５から求められる。
【０１４３】
【数５】
【０１４４】
式５において、Ｔｐｓｗａｖｅ［ｓ］はＳＴＡ１４１の通信規格に基づく理論上での平均パケット送信待機時間であり、Ｔｂｐｌｅｎ［ｓ］はＳＴＡ１５１が送信するビーコンパケット信号の長さである。
【０１４５】
ピーク幅Ｌｄｗ［ｓ］は、以下の式６から求められる。
【０１４６】
【数６】
【０１４７】
式６において、ＣＷｍｉｎはＳＴＡ１４１のＣＳＭＡ／ＣＡにおける送信１回目の最大バックオフスロット数であり、Ｔｓｌ［ｓ］はＳＴＡ１４１のバックオフスロット１つ分の時間長である。
【０１４８】
存在比率閾値Ｐｗｐは、以下の式７から求められる。
【０１４９】
【数７】
【０１５０】
式７において、ＮｓｐはＳＴＡ１４１が状態測定期間Ｔｍｔ［ｓ］中に送信したパケット数、ＮｂｐはＳＴＡ１５１が状態測定期間Ｔｍｔ［ｓ］中に送信したビーコンパケット数、Ｔｂｉ［ｓ］はＳＴＡ１５１のビーコンパケット送信間隔［ｓ］である。
【０１５１】
上記の式中で使用するＴｍｔ［ｓ］、Ｔｂｉ［ｓ］、Ｔｂｐｌｅｎ［ｓ］等のようなＳＴＡ１５１に係わる情報は、本実施形態においては、工場出荷時にＳＴＡ１４１の通信特徴量記憶部１２に記憶させる等のように、事前にＳＴＡ１４１に対して記憶させておいてもよい。
【０１５２】
第４の処理として、ＣＣＡ非対称状態の改善を行う（ステップ２１４）。以下に、第４の処理について詳しく説明する。
【０１５３】
ＣＣＡ非対称状態による送信間隔分布のピークが検出された場合、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は全体制御部１６に対してＣＣＡ非対称状態であることを通知し、ＣＣＡ非対称状態に依る送信間隔分布のピークが検出されない場合、ＣＣＡ非対称状態判定部１３は全体制御部１６に対してＣＣＡ非対称状態ではないことを通知する。
【０１５４】
全体制御部１６は、ＣＣＡ非対称状態判定部１３から得た判定結果がＣＣＡ非対称状態を示すものであった場合、状態表示部１８にＣＣＡ非対称状態であることを表示させる。状態表示部１８がＣＣＡ非対称状態である旨を表示する場合、ユーザは、ＳＴＡ１４１の設置位置を変更し、ＣＣＡ非対称状態とならないようにする。
【０１５５】
このとき、ＳＴＡ１４１とＳＴＡ１５１の距離を短くすれば、ＳＴＡ１５１がＳＴＡ１４１の送信を検出できるようになり、両者の間でＣＳＭＡ／ＣＡが良好に機能するようになる。また、ＳＴＡ１４１とＳＴＡ１５１の距離を離すことで、ＳＴＡ１４１がＳＴＡ１５１の送信を検出できなくなり、両者の間に影響関係はなくなる。その結果、ＣＣＡ非対称状態が改善する。
【０１５６】
本実施形態では、上述のようにして、理論および実測のパケット送信特徴量の差分に基づいて、ＣＣＡ非対称状態であるか否かを検出することが可能となり、次のような効果を奏する。
【０１５７】
第１の効果は、ＣＣＡ非対称状態を回避することで、与干渉側の一方的な送信による被干渉側の送信待ちをなくし、チャネルアクセス性の悪化を改善できることである。
【０１５８】
第２の効果は、ＣＣＡ非対称状態を回避することで、与干渉側のパケットが被干渉側のパケットに衝突する可能性を低下させることである。
【０１５９】
第３の効果は、上記第１の効果および第２の効果により、被干渉側、与干渉側の両者の通信効率が改善することである。
【０１６０】
なお、第１の実施形態で説明した無線通信装置に対して、状態表示部１８を設け、第２の実施形態で説明した第４の処理を実行させてもよい。また、第２の実施形態で説明した無線通信装置に対して、送信パラメタ制御部１４を設け、第１の実施形態で説明した第４の処理を実行させてもよい。
【０１６１】
さらに、本発明の通信処理方法の手順を記述したプログラムを無線通信装置に実行させてもよい。
【符号の説明】
【０１６２】
１１１、１２１、１４１、１５１ 無線通信装置（ＳＴＡ）
１３１ ゲートウェイ装置（ＧＷ）
１１ 送信特徴量測定部
１２ 通信特徴量記憶部
１３ ＣＣＡ非対称状態判定部
１４ 送信パラメタ制御部
１５ 無線通信処理部
１６ 全体制御部
１７ アプリケーション部
１８ 状態表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信処理部と、
前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量、ならびに自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得する送信特徴量測定部と、
前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が自装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に自装置が位置する状態である信号検出圏非対称状態であるか否かを判定する非対称状態判定部と、
を有する無線通信装置。
【請求項２】
請求項１記載の無線通信装置において、
前記送信特徴量測定部は、
前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態で前記無線通信処理部がパケット送信処理を所定の時間行ったときの、前記第１の送信特徴量を軸とした該第１の送信特徴量の頻度を示す第１の送信特徴量分布を取得し、自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態で前記無線通信処理部が前記パケット送信処理を所定の時間行ったときの、前記第２の送信特徴量を軸とした該第２の送信特徴量の頻度を示す第２の送信特徴量分布を取得し、
前記非対称状態判定部は、
前記第２の送信特徴量分布から前記第１の送信特徴量分布を差し引いた分布である送信特徴量分布差分を生成し、該送信特徴量分布差分のプラス側の分布において、最大値を中心とした所定の幅に含まれる頻度の合計が所定の閾値以上である場合、前記信号検出圏非対称状態であると判定し、該合計が前記所定の閾値よりも小さい場合、前記信号検出圏非対称状態ではないと判定する、無線通信装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の無線通信装置において、
前記非対称状態判定部が前記信号検出圏非対称状態であると判定すると、前記無線通信処理部または前記他の無線通信装置に対して、パケット送信処理に関するパラメタの変更を要求する送信パラメタ制御部をさらに有する、無線通信装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の無線通信装置において、
前記非対称状態判定部が前記信号検出圏非対称状態であると判定すると、該信号検出圏非対称状態である旨を表示する状態表示部をさらに有する、無線通信装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の無線通信装置において、
前記第１および前記第２の送信特徴量が、パケット送信間隔またはパケット送信待機時間である、無線通信装置。
【請求項６】
他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信処理部と、前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量、ならびに自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得する送信特徴量測定部とを含む無線通信装置と、
前記無線通信装置と通信可能に接続され、該無線通信装置から受信する前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が該無線通信装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に該無線通信装置が位置する状態であるか否かを判定する非対称状態判定部を含むゲートウェイ装置と、
を有する通信システム。
【請求項７】
他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信装置による通信処理方法であって、
前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量を取得し、
自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得し、
前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が自装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に自装置が位置する状態であるか否かを判定する、通信処理方法。
【請求項８】
他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信装置に実行させるためのプログラムであって、
前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量を取得し、
自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得し、
前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が自装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に自装置が位置する状態であるか否かを判定する処理を前記無線通信装置に実行させるためのプログラム。
【請求項１】
他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信処理部と、
前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量、ならびに自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得する送信特徴量測定部と、
前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が自装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に自装置が位置する状態である信号検出圏非対称状態であるか否かを判定する非対称状態判定部と、
を有する無線通信装置。
【請求項２】
請求項１記載の無線通信装置において、
前記送信特徴量測定部は、
前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態で前記無線通信処理部がパケット送信処理を所定の時間行ったときの、前記第１の送信特徴量を軸とした該第１の送信特徴量の頻度を示す第１の送信特徴量分布を取得し、自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態で前記無線通信処理部が前記パケット送信処理を所定の時間行ったときの、前記第２の送信特徴量を軸とした該第２の送信特徴量の頻度を示す第２の送信特徴量分布を取得し、
前記非対称状態判定部は、
前記第２の送信特徴量分布から前記第１の送信特徴量分布を差し引いた分布である送信特徴量分布差分を生成し、該送信特徴量分布差分のプラス側の分布において、最大値を中心とした所定の幅に含まれる頻度の合計が所定の閾値以上である場合、前記信号検出圏非対称状態であると判定し、該合計が前記所定の閾値よりも小さい場合、前記信号検出圏非対称状態ではないと判定する、無線通信装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の無線通信装置において、
前記非対称状態判定部が前記信号検出圏非対称状態であると判定すると、前記無線通信処理部または前記他の無線通信装置に対して、パケット送信処理に関するパラメタの変更を要求する送信パラメタ制御部をさらに有する、無線通信装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の無線通信装置において、
前記非対称状態判定部が前記信号検出圏非対称状態であると判定すると、該信号検出圏非対称状態である旨を表示する状態表示部をさらに有する、無線通信装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の無線通信装置において、
前記第１および前記第２の送信特徴量が、パケット送信間隔またはパケット送信待機時間である、無線通信装置。
【請求項６】
他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信処理部と、前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量、ならびに自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における前記無線通信処理部のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得する送信特徴量測定部とを含む無線通信装置と、
前記無線通信装置と通信可能に接続され、該無線通信装置から受信する前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が該無線通信装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に該無線通信装置が位置する状態であるか否かを判定する非対称状態判定部を含むゲートウェイ装置と、
を有する通信システム。
【請求項７】
他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信装置による通信処理方法であって、
前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量を取得し、
自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得し、
前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が自装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に自装置が位置する状態であるか否かを判定する、通信処理方法。
【請求項８】
他の無線通信装置から送信されるパケットと同一チャネルでパケットを送信する際、パケットの衝突を回避する制御を行う無線通信装置に実行させるためのプログラムであって、
前記他の無線通信装置がパケット送信を停止している状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第１の送信特徴量を取得し、
自装置および前記他の無線通信装置がパケット送信を行う状態における、自装置のパケット送信処理の特徴量である第２の送信特徴量を取得し、
前記第１および前記第２の送信特徴量に基づいて、前記他の無線通信装置が自装置の信号検出圏内に位置しているが、該他の無線通信装置の信号検出圏外に自装置が位置する状態であるか否かを判定する処理を前記無線通信装置に実行させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−４６２２９（Ｐ２０１３−４６２２９Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８２６６１（Ｐ２０１１−１８２６６１）
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００２３２２５４）日本電気通信システム株式会社 (586)
【出願人】（５０９０９２９７１）株式会社テレコグニックス (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００２３２２５４）日本電気通信システム株式会社 (586)
【出願人】（５０９０９２９７１）株式会社テレコグニックス (6)
【Ｆターム（参考）】
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