JP4349141B2 - 中継装置、通信システムおよび中継方法 - Google Patents

Description

本発明は中継装置、通信システムおよび中継方法に関し、例えば、アドホックネットワークなどに適用して好適なものである。

現在、無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどのアクセスポイント装置を街角、飲食店の店舗、駅、ホテルのロビーなどに設置することで、無線端末を携帯する不特定多数の利用者に対してインターネット等のネットワークヘのアクセスを提供する無線アクセスサービスが注目されている。

このサービスは、インターネットサービス事業者（ＩＳＰ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｐｒｏｖｉｄｅｒ）や通信事業者などが商用サービスとして提供する場合のほか、飲食店などが利用客に対して無料で提供する場合など、そのサービス形態は多種多様である。

この無線アクセスサービスの提供エリアを拡大する場合、アクセスポイントを複数配置し、無線到達エリアを面的に広げることが考えられる。これは従来の携帯電話やＰＨＳのネットワークで用いられているセルラー方式の拡張方式と同様の考え方である。

しかしながら、この無線アクセスサービスで用いられる無線ＬＡＮ等の無線通信技術は携帯電話やＰＨＳと比べて電波の到達距離が数十ｍ程度と非常に短く、一つのアクセスポイント装置がカバーする範囲も例えば半径が当該数十ｍ程度の円内に限られるため、無線アクセスサービスの提供エリアを拡大する場合には、非常に多くのアクセスポイント装置を設置する必要があり、その設置には多大な設備投資を必要とする。

これらの問題を解決する方法として、無線端末が他の無線端末が送信したデータを中継することが可能な、アドホックネットワーク技術の適用が考えられる。アドホックネットワークはマルチホップネットワークとも呼ばれ、直接的な通信が行えないような環境においても、データをお互いに交換し中継し合うことで、その場に無線端末同士のネットワークを構成する技術である。この技術を導入すると、途中の無線端末がデータを中継するため、前記アクセスポイント装置のカバー範囲外に存在する無線端末であっても、当該アクセスポイント装置ヘ接続することが可能となる。

なお、アドホックネットワークにおいて、他の無線端末が送信（または受信）するデータの中継を行う無線端末では、自身とは関係のないデータを中継するために電力（電池容量）や伝送帯域などのリソースが消費されることになるから、このような消費に見合うだけの利益を、中継を行った無線端末の利用者に提供しなければ公平性に欠ける。

そのための技術として、下記の特許文献１に記載されたものがある。

特許文献１の技術では、各無線端末は、設定された課金ポリシに応じて宛先および／または送信元の無線端末を課金端末として選択する機能、選択した課金端末に対し、端末識別子とバウチャ（バウチャは、課金計算の単位となる）を要求する機能、受け取った端末識別子やバウチャを登録しておく課金データベースの機能などを有する通信課金管理部などを搭載している。これにより、データの送信元または宛先となった無線端末の利用者に課金し、データの中継を行った無線端末の利用者は、管理組合を介して、中継端末提供料を受け取ることができる。
特開２００２−２０９０２８

しかしながら上述した特許文献１では、アドホックネットワーク内のすべての無線端末が、前記通信課金管理部などの特殊な機能を搭載することが必要となり、１台でもこの機能を搭載していない無線端末が含まれていると、アドホックネットワーク全体として正常に機能することができないため、実現性が低いといえる。

また、前記特許文献１の技術では、前記通信課金管理部に内蔵された課金データベースに、課金計算の単位となるバウチャなどの重要な情報が登録される構成であるが、基本的に無線端末は各利用者の所有物であるため、無線端末を自由に取り扱える利用者が課金データベース中のバウチャなどの情報を改ざんすること等を完全に防ぐことは難しく、セキュリティ性が低い。

かかる課題を解決するために、第１の本発明では、通信端末が単位データの送信元または宛先になると共に、他の通信端末が送信した又は受信する単位データを中継する機能を持つ場合、複数のこのような通信端末によって構成される通信ネットワーク内で、前記単位データのトラフィックが集中する中継装置において、所定の通信帯域が、前記単位データの中継を行っていない通信端末に比べ、前記単位データの中継を行っている通信端末に優先的に割り当てられるように制御する帯域制御部を備え、前記帯域制御部は、前記通信ネットワーク上における各通信端末の位置関係を検出する位置関係検出部と、検出した当該位置関係をもとに、前記各通信端末について、中継する単位データの送信元または宛先となる通信端末の数である中継端末数を検出し、検出した中継端末数が多い通信端末ほど多くの通信帯域を割り当てる中継端末数対応部とを備えたことを特徴とする。また、第２の本発明では、通信端末が単位データの送信元または宛先になると共に、他の通信端末が送信した又は受信する単位データを中継する機能を持つ場合、複数のこのような通信端末によって構成される通信ネットワーク内で、前記単位データのトラフィックが集中する中継装置において、所定の通信帯域が、前記単位データの中継を行っていない通信端末に比べ、前記単位データの中継を行っている通信端末に優先的に割り当てられるように制御する帯域制御部を備え、前記帯域制御部は、送信元と宛先の間でやり取りされるフロー制御用の制御情報を含む単位データであるフロー制御用単位データを検出し、当該制御情報を書き換えた上でフロー制御用単位データの中継を行うことにより、前記所定の通信帯域が、前記単位データの中継を行っていない通信端末に比べ、前記単位データの中継を行っている通信端末に優先的に割り当てられるように制御することを特徴とする。

さらに、第３の本発明にかかる通信システムでは、第１又は第２の本発明の中継装置と、単位データの送信元または宛先になると共に、他の通信端末が送信した又は受信する単位データを中継する機能を持つ複数の通信端末とを備えたことを特徴とする。

さらにまた、第４の本発明では、通信端末が単位データの送信元または宛先になると共に、他の通信端末が送信した又は受信する単位データを中継する機能を持つ場合、複数のこのような通信端末によって構成される通信ネットワーク内の、前記単位データのトラフィックが集中する位置で実行される中継方法において、帯域制御手段を備え、前記帯域制御手段は、所定の通信帯域が、前記単位データの中継を行っていない通信端末に比べ、前記単位データの中継を行っている通信端末に優先的に割り当てられるように制御し、前記帯域制御手段は、位置関係検出手段、中継端末数対応手段を有し、前記位置関係検出手段は、通信ネットワーク上における各通信端末の位置関係を検出し、前記中継端末数対応手段は、検出した当該位置関係をもとに、前記各通信端末について、中継する単位データの送信元または宛先となる通信端末の数である中継端末数を検出し、検出した中継端末数が多い通信端末ほど多くの通信帯域を割り当てることを特徴とする。また、第５の本発明では、通信端末が単位データの送信元または宛先になると共に、他の通信端末が送信した又は受信する単位データを中継する機能を持つ場合、複数のこのような通信端末によって構成される通信ネットワーク内の、前記単位データのトラフィックが集中する位置で実行される中継方法において、帯域制御手段を備え、前記帯域制御手段は、所定の通信帯域が、前記単位データの中継を行っていない通信端末に比べ、前記単位データの中継を行っている通信端末に優先的に割り当てられるように制御し、前記帯域制御手段は、送信元と宛先の間でやり取りされるフロー制御用の制御情報を含む単位データであるフロー制御用単位データを検出し、当該制御情報を書き換えた上でフロー制御用単位データの中継を行うことにより、前記所定の通信帯域が、前記単位データの中継を行っていない通信端末に比べ、前記単位データの中継を行っている通信端末に優先的に割り当てられるように制御することを特徴とする。

本発明は実現性に優れ、セキュリティ性が高い。

（Ａ）実施形態
以下、本発明にかかる中継装置、通信システムおよび中継方法を無線アクセスシステムに適用した場合を例に、実施形態について説明する。

（Ａ−１）実施形態の構成
本実施形態にかかる無線アクセスシステム１０の全体構成例を図２に示す。

図２において、当該無線アクセスシステム１０は、インターネット１０１と、ルータ１０２と、アクセスポイント装置１０３と、無線端末１０４〜１０９と、伝送路（リンク）Ｌ１２〜Ｌ８９を備えている。

このうちインターネット１０１は、その他のネットワークに置換することも可能であるが、ここではインターネットを想定する。

ルータ１０２は、インターネット１０１とアクセスポイント装置１０３のあいだに配置され、ＯＳＩ参照モデルのネットワーク層で中継処理を行う中継装置である。ルータ１０２とインターネット１０１のあいだの伝送路Ｌ１２と、ルータ１０２とアクセスポイント装置１０３のあいだの伝送路Ｌ２３は、無線伝送路（無線リンク）であってもよいが、ここでは有線伝送路（有線リンク）であるものとする。

ルータ１０２の配下には複数のアクセスポイント装置が収容されていてもよいが、図示の例では、アクセスポイント装置１０３のみが収容されている。したがって伝送路Ｌ１２における伝送速度（伝送帯域）は伝送路Ｌ２３の伝送帯域と実質的に同じである。ルータやアクセスポイント装置は多くの場合、固定的に設置される。

アクセスポイント装置１０３は、ＯＳＩ参照モデルのデータリンク層で中継処理を行う中継装置である。伝送路Ｌ２３は有線伝送路であるが、無線端末側の伝送路、すなわち伝送路Ｌ３４〜Ｌ３７（およびＬ４５〜Ｌ８９）は無線伝送路である。

無線アクセスシステム１０のうち、無線端末１０４〜１０９およびアクセスポイント装置１０３によって構成される無線区間を、無線ネットワーク１０Ａとする。当該無線ネットワーク１０Ａが前記アドホックネットワークに該当する。

無線端末１０４〜１０９は図２に示したそれぞれの位置に固定的に設置されているものであってもよいが、移動性を有するものであってもよい。

いずれにしても、Ｌ３４〜Ｌ８９が無線伝送路である以上、その存否は動的に変動し得る。各伝送路（例えば、Ｌ７８）は、その伝送路によって接続される２つの無線端末（例えば、１０７と１０８）または無線端末（例えば、１０７）とアクセスポイント装置１０３が無線通信可能な距離にあるときに存在し、無線通信可能な距離にないときには存在しない。無線端末１０４〜１０９が移動性を有する場合には、無線端末（例えば、１０７）の移動および周辺の電波環境の変動に伴って、移動性を有しない場合には、周辺の電波環境の変動に伴って、伝送路の存否が変動する。

また、各無線端末（例えば、１０８）が設定に応じて中継を拒否することも可能な構成である場合には、中継の拒否を行っていないことも、当然、各伝送路が存在するための要件となる。例えば、無線端末１０８が中継を拒否していれば、伝送路Ｌ８９は存在し得ない。

無線端末１０４〜１０９はすべて同種の無線通信端末であってもよく、異種の無線通信端末が混在していてもよいが、ここでは一例として、無線端末１０４〜１０９はすべて、無線ＬＡＮプロトコル（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１）に対応した無線ＬＡＮカードを装着したノート型パソコンであるものとする。この場合、すべての無線端末１０４〜１０９は移動性を有する。

無線端末１０４〜１０９による中継はＯＳＩ参照モデルの物理層で行うものであってもよく、データリンク層で行うものであってもよいが、ここでは、ネットワーク層で行うものとする。ネットワーク層における中継では、無線ＬＡＮカードの機能のほかに、無線端末（ノート型パソコン）にインストールされているＯＳ（オペレーティングシステム）のＩＰモジュール（ＩＰプロトコル処理ソフト）の機能が必要となる可能性が高いが、実装によっては、無線ＬＡＮカードの機能のみによって実現できる可能性もある。

無線端末１０４はユーザＵ４によって操作される。同様に、無線端末１０５はユーザＵ５によって操作され、無線端末１０６はユーザＵ６によって操作され、無線端末１０７はユーザＵ７によって操作され、無線端末１０８はユーザＵ８によって操作され、無線端末１０９はユーザＵ９によって操作される。

そして、操作するユーザ（例えば、Ｕ８）が無線端末（例えば、１０８）を携帯して移動するときには、各無線端末はユーザとともに移動する。

各無線端末から送信されたパケットは必要な中継を経て上り方向に伝送されてアクセスポイント装置１０３まで届き、当該アクセスポイント装置１０３による中継でさらにインターネット１０１へ向けて送信される。上り方向に伝送されるパケットは、インターネット１０１上のサーバなどを宛先とするものであることが多い。これと反対に、下り方向のパケットは、アクセスポイント装置１０３側から無線端末へ向かう下り方向へ伝送され、中継されるが、以下では主として上り方向のパケットに注目して説明を行う。インターネット１０１ではＯＳＩ参照モデルのネットワーク層でＩＰプロトコルが使用されるため、これらのパケットは、ＩＰパケットである。ここで、上り方向のＩＰパケットをＰＫ４〜ＰＫ９とする
上り方向のパケットＰＫ４〜ＰＫ９の末尾の数字は、そのパケットの送信元である各無線端末の符号の末尾の数字と対応している。例えば、パケットＰＫ９の送信元は無線端末１０９である。このパケットＰＫ９は無線端末１０９から送信されたあと、無線端末１０８による中継と、無線端末１０７による中継を経て、アクセスポイント装置１０３へ届けられる。

また、各パケット（例えば、ＰＫ９）は、ＭＡＣフレームに収容されて伝送される。

中継する各無線端末（例えば、１０８，１０７）自体もパケットの送信元となり得るので、図２では、それぞれパケットＰＫ８，ＰＫ７を送信している。もちろん、各無線端末においてパケットを送信する必要がないときには、中継のみを行ってもよいことは当然である。

前記アクセスポイント装置１０３の内部構成は例えば図１に示す通りである。

（Ａ−１−１）アクセスポイント装置の内部構成例
図１において、当該アクセスポイント装置１０３は、無線送受信部２０１と、有線送受信部２０２と、ヘッダ解析部２０３と、パケットバッファ部２０４と、トポロジテーブル部２０５と、トークン生成部２０６と、トークンバッファ部２０７と、送信判定部２０８とを備えている。

このうち無線送受信部２０１は、無線伝送路である前記伝送路Ｌ３４、Ｌ３６，Ｌ３７によって接続された各無線端末１０４〜１０７とのあいだで無線信号（パケット）の送受信を行う部分である。各無線端末の移動などにより、当該無線送受信部２０１と無線伝送路で接続される無線端末は変更され得ることはすでに説明した通りである。前記パケットＰＫ７〜ＰＫ９の受信なども、当該無線送受信部２０１によって行われる。

有線送受信部２０２は、有線伝送路である前記伝送路Ｌ２３によってルータ１０２に接続された部分で、パケットの送受信を行う。この有線送受信部２０２は下り方向ではパケットを受信するが、上り方向に注目すると、パケット（例えば、ＰＫ７〜ＰＫ９）を送信することになる。

ヘッダ解析部２０３は、前記無線送受信部２０１が受信した上り方向のパケット（例えば、ＰＫ７〜ＰＫ９なども含む）および前記有線送受信部２０２が受信した下り方向のパケットのヘッダを解析する部分である。この解析は、無線ネットワーク１０Ａのトポロジ情報を取得するために実行されるほか、トポロジ情報を取得したあと、ユーザデータを収容したパケット（例えば、ＰＫ８）の中継時に帯域制御を行うためにも実行される。当該ヘッダ解析部２０３では、必要に応じて、パケットヘッダ（ＩＰヘッダ）だけでなく、ＭＡＣヘッダも解析の対象とするものであってよい。もし必要ならば、ペイロード部分も解析の対象とすることができる。

ヘッダ解析部２０３による解析は、前記無線ネットワーク１０Ａのトポロジ情報を得るためであるから、どのような方法でトポロジ情報を得るかに応じて、解析の対象も異なったものとなる。

トポロジ情報を得る方法としては様々なものがあり得るが、例えば、前記アドホックネットワーク（無線ネットワーク１０Ａ）のルーティングプロトコルで使用する制御パケット（この制御パケットをＣＫとする）を用いるものであってよい。

また、前記トポロジ情報とは、前記無線ネットワーク１０Ａ上における各無線端末の接続関係を示す情報で、上り方向のパケットをアクセスポイント装置１０３に到達させる（すなわち、アクセスポイント装置１０３に接続する）ために、どの無線端末がどの無線端末の中継機能を利用しているかを示す。無線ネットワーク１０Ａの構成が図２に示した通りである場合、例えば、前記無線端末１０９は自身の中継機能をいずれの無線端末にも提供せず、無線端末１０８と１０７の中継機能を利用してアクセスポイント装置１０３に接続し、無線端末１０８は自身の中継機能を無線端末１０９に提供するとともに無線端末１０７の中継機能を利用してアクセスポイント装置１０３に接続し、無線端末１０７は、自身の中継機能を無線端末１０８と１０９のために提供するとともに、自身はいずれの無線端末の中継機能も利用せずに直接、アクセスポイント装置１０３に接続しているということ等が、当該トポロジ情報から分かるものである必要がある。

上述したように、各無線端末が行う中継がＯＳＩ参照モデルのネットワーク層でのものである場合、各無線端末はその時点の無線ネットワーク１０Ａのトポロジ（無線ネットワーク１０Ａ上における各無線端末の接続関係）に応じた経路制御用の情報（経路情報）を登録したルーティングテーブルを搭載していることが必要になる。

例えば、無線端末１０８が搭載するルーティングテーブルＲＴ８には、自身の上位ノードが無線端末１０７であることを示す経路情報ＲＬ８１と、自身の下位ノードが無線端末１０９であることを示す経路情報ＲＬ８２とを記述してある。当該経路情報ＲＬ８２は下り方向のパケットを伝送する際に必要である。

無線ネットワーク１０Ａのトポロジが無線端末の移動などに応じて動的に変更される以上、それに合わせて、当該ルーティングテーブルに登録した経路情報の内容も動的に変更される必要がある。この変更のため、各無線端末は、上述した経路制御用の制御パケットＣＫをやり取りする。

なお、当該ルーティングテーブル（例えば、ＲＴ８）などの機能は、一般的に、アドホックネットワークに対応するほとんどすべての無線端末が搭載し得る最低限度の機能である。

ヘッダ解析部２０３が取得した前記トポロジ情報は、トポロジテーブル部２０５の登録内容に反映される。

トポロジテーブル部２０５は、アクセスポイント装置１０３における帯域制御の基礎となるテーブルである。トークン生成部２０６は当該トポロジテーブル部２０５の登録内容にしたがって静的（かつ周期的）にトークンを生成して、トークンバッファ部２０７内の該当する記憶領域（例えば、無線端末１０７に該当するのは記憶領域ＢＡ７）に格納する。必要に応じて、トポロジテーブル部２０５の登録内容である後述のトークン生成数の計算も、当該トークン生成部２０６が行うものであってよい。

当該トポロジテーブル部２０５の構成および登録内容は例えば図４に示す通りである。

図４において、当該トポロジテーブル部２０５は、データ項目として、無線端末ＩＤと、トークン生成数と、バッファサイズとを備えている。

無線端末ＩＤは、無線ネットワーク１０Ａ内で各無線端末を一意に識別する識別子である。具体的には、例えば、各無線端末のＭＡＣアドレスやＩＰアドレスを当該無線端末ＩＤとして利用することが可能であるが、図４では便宜上、各無線端末に付与した符号をそのまま、その無線端末の無線端末ＩＤとしている。なお、必ずしも当該無線端末ＩＤとしてでなくてもよいが、本実施形態の構成上、アクセスポイント装置１０３は何らかの形で各無線端末のＭＡＣアドレスおよび／またはＩＰアドレスを把握し、管理しておくことが、帯域制御のために必要である。ここでは、アクセスポイント装置１０３は、各無線端末のＩＰアドレスを管理しているものとする。

また、前記無線端末１０４のＩＰアドレスをＩＰ４とし、前記無線端末１０５のＩＰアドレスをＩＰ５とし、前記無線端末１０６のＩＰアドレスをＩＰ６とし、前記無線端末１０７のＩＰアドレスをＩＰ７とし、前記無線端末１０８のＩＰアドレスをＩＰ８とし、前記無線端末１０９のＩＰアドレスをＩＰ９とする。

トークン生成数は単位時間あたりのトークンの生成数（トークンの生成頻度）を示す。後述するように、このトークン生成数は基本的に、各無線端末に割り当てられる帯域に対応する。例えば、トークン生成数が１０００である無線端末１０７は、トークン生成数が５００である無線端末１０８に比べて２倍の伝送帯域を割り当てられていることになる。

バッファサイズは、該当する無線端末のためトークンバッファ部２０７上に確保されるトークンバッファ（記憶領域）のサイズである。トークンバッファ部２０７上には、無線ネットワーク１０Ａ内の各無線端末１０４〜１０９のためのトークンバッファが確保される。ここでは、例えば、無線端末１０７のためのトークンバッファをＢＡ７とし、無線端末１０８のためのトークンバッファをＢＡ８とし、無線端末１０９のためのトークンバッファを１０９とする。

各無線端末（例えば、１０８）がパケットの送信元や宛先となるか否かは、その無線端末のユーザ（例えば、Ｕ８）が当該無線端末に対して行う操作などに依存して動的に決まるが、トークン生成部２０６はトポロジテーブル部２０５にしたがって静的にトークンを生成していくため、長期間、パケットの送信元や宛先となっていない無線端末については、トークンが際限なく蓄積されて、実用上、帯域制御を行うことができないかのような状況が発生する可能性があるが、トポロジテーブル部２０５に当該バッファサイズを登録して、蓄積されるトークンの数の上限値を規制することにより、有効に帯域制御を行うことを可能にする。

このバッファサイズは、連続して中継可能なパケット数の最大値としての意味を持つため、このバッファサイズに無線端末ごとの差異を与えることで、各無線端末のトラフィックに対して、許容するバースト性に差を持たせることが可能となる。

図４の例では、各無線端末のためのバッファサイズは、トークン生成数に比例しているが、必ずしも比例させる必要はない。

前記パケットバッファ部２０４は、上り方向または下り方向の、ユーザデータを収容したパケット（例えば、ＰＫ８）を一時的に蓄積する部分である。前記制御パケットＣＫは当該パケットバッファ部２０４に蓄積する必要はない。

前記送信判定部２０８は、パケットバッファ部２０４に蓄積されているパケットを、中継のため、上り方向または下り方向に送信しようとするとき、そのパケットに対応するトークンバッファに、トークンが蓄積されているか否かを確認し、蓄積されている場合に限り、パケットの送信を許可する部分である。

トークン生成部２０６がトークンを生成して該当するトークンバッファ（例えば、ＢＡ８）に蓄積するよりも早く、パケット（例えば、ＰＫ８）がアクセスポイント装置１０３まで届いた場合には、そのパケットの中継（送信）は、トークンの蓄積を待って実行されるから、結局、トークン生成数に応じた帯域制御が実現される。

例えば、前記単位時間を１秒、到着したパケットの平均サイズを５００バイトとした場合、図４上でトークン生成数が１０００である無線端末１０７の送信可能な通信速度（伝送帯域）は、
５００×８×１０００＝４Ｍｂｐｓ
となる。

当該送信判定部２０８はまた、パケット（例えば、ＰＫ８）を１つ送信させるたびに、それに対応する数のトークン（例えば、１つのトークン）を、トークンバッファ部２０７の該当するトークンバッファ（例えば、ＢＡ８）から削除する。

なお、パケットバッファ部２０４に蓄積されているパケットとトークンバッファの対応関係は、そのパケットの宛先ＩＰアドレスまたは送信元ＩＰアドレスに基づいて特定することができる。宛先ＩＰアドレスに基づいて対応関係を特定するのは、下り方向のパケットの場合であり、送信元ＩＰアドレスに基づいて対応関係を特定するのは、上り方向のパケットの場合である。

例えば、上り方向のパケットであるＰＫ８の場合にはそのＩＰヘッダ内に記述された送信元ＩＰアドレスが、前記無線端末１０８のＩＰアドレスであるＩＰ８となっているため、送信判定部２０８は、トークンバッファＢＡ８内にトークンが蓄積されているか否かを調べればよい。

以下、上記のような構成を有する本実施形態の動作について、図３を参照しながら説明する。図３はアクセスポイント装置１０３の動作を示すフローチャートで、Ｓ３０１〜Ｓ３１１の各ステップから構成されている。

前提として、無線ネットワーク１０Ａのトポロジは図２に示した通りであり、トポロジテーブルの内容は図４に示した通りであるものとする。

（Ａ−２）実施形態の動作
アクセスポイント装置１０３がパケットを受信した場合、そのパケットが、前記制御パケットＣＫであるか否かを検査する（Ｓ３０１，Ｓ３０２）。ただし、図２の構成上、制御パケットＣＫが受信される可能性があるのは、無線ネットワーク１０Ａ側のインタフェース、すなわち、前記無線送受信部２０１に限られるため、有線送受信部２０２から受信したパケットに対しては、ステップＳ３０２の検査を省略することも可能である。

受信したパケットが制御パケットＣＫである場合には、ステップＳ３０２がＹＥＳ側に分岐し、無線ネットワーク１０Ａのトポロジが変更されたか否かを検査し、変更されていなければ（Ｓ３０３のＮＯ側の分岐）、ひとまず処理を終えて、新たなパケットの受信を待つ状態となる（Ｓ３１１）。

トポロジが変更されている場合には、その時点のトポロジテーブル部２０５の内容を変更するための準備を行う（Ｓ３０４）。それまで存在しなかった新たな無線端末が無線ネットワーク１０Ａに追加された場合、それまで存在していた無線端末が無線ネットワーク１０Ａから削除された場合、無線端末の追加や削除はないが、無線端末間の接続関係が変動した場合などに、トポロジが変更され、前記制御パケットＣＫが届く。

無線端末の追加や削除が行われたことによってトポロジが変更された場合には、トポロジテーブルに新たな行を追加したり、それまで存在していた行を削除したりすることも必要になる。

トポロジが変更されるとトークン生成数の値も変更する必要があるため、新たにトークン生成数の計算を行い（Ｓ３０５）、計算結果に応じて、トポロジテーブル内のトークン生成数の値が変更される。トークンバッファ（例えば、ＢＡ８）のバッファサイズをトークン生成数に比例させる場合には、このとき、バッファサイズの値も変更する必要があることは当然である。

変更後のトークン生成数やバッファサイズの値を反映させることにより、トポロジテーブルの登録内容が変更される（Ｓ３０６）。

変更後のトポロジテーブルの内容（特に、トークン生成数）に基づく周期で、トークン生成部２０６がトークンを生成して、該当するトークンバッファに蓄積する（Ｓ３０７）。

一方、ステップＳ３０１で受信したパケットが制御パケットＣＫでなく、ユーザデータを収容したパケット（例えば、ＰＫ８など）である場合には、前記ステップＳ３０２はＮＯ側に分岐し、そのパケットはパケットバッファ部２０４に蓄積される。

次に、前記送信判定部２０８は、パケットバッファ部２０４に蓄積されているあるパケットに対応するトークンバッファを参照し（Ｓ３０８）、トークンが蓄積されているか否かを検査する（Ｓ３０９）。トークンが蓄積されていれば、送信判定部２０８が送信を許可しステップＳ３０９はＹＥＳ側に分岐するので、そのパケットは送信される（Ｓ３１０）。

しかしトークンが蓄積されていない場合には、送信判定部２０８は送信を許可せず、パケットバッファ部２０４内に蓄積されている他のパケットについて検査を行い、送信を許可できるパケットが見つかるまで、ステップＳ３０８、Ｓ３０９によって構成されるループを繰り返すことになる。

図２で多くの無線端末に中継機能を提供している無線端末（例えば、１０７）ほど、トポロジテーブル上のトークン生成数の値は大きくなるため、大きな伝送帯域が割り当てられることになる。

反対に、他の無線端末に中継機能を提供していない無線端末（例えば、１０９など）は、トークン生成数の値が小さいため、小さな伝送帯域しか割り当てられない。

多くの場合、各無線端末はアクセスポイント装置１０３によって割り当てられた伝送帯域を、長期間にわたって、すべて消費することはないため、中継機能の提供先の無線端末（１０７にとっては、１０８や１０９）がパケットの送受を行っていないときには、中継機能の提供元の無線端末（例えば、１０７）が大きな伝送帯域を１台で使用できる利点がある。

なお、図４ではそうなっていないが、中継機能の提供先である１または複数の無線端末（１０７にとっては、１０８や１０９）に割り当てられている伝送帯域の合計を、その無線端末に中継機能を提供している無線端末（１０７）に割り当てられる伝送帯域から減算した結果が、中継機能の提供先である１または複数の無線端末のいずれに割り当てられている伝送帯域よりも大きくなるようにすることは望ましい。

例えば、中継機能の提供先である無線端末１０９、１０８に割り当てられるトークン生成数（伝送帯域に対応）がそれぞれ２５０、５００である場合には、これらに対する中継機能の提供元である無線端末１０７には、トークン生成数として、１５００（＝２５０＋５００＋７５０）を割り当てるようにするケースなどがこれに該当する。

これにより、アクセスポイント装置１０３による伝送帯域の割り当ての観点でも、より多くの無線端末に中継機能を提供するほど、中継機能の提供元の無線端末自身で使用できる伝送帯域が大きくなるように制御できる可能性が高まる。例えば、もしも、中継機能の提供先の無線端末が長期間にわたってアクセスポイント装置１０３から割り当てられた伝送帯域のすべてを消費した場合でも、中継機能の提供元の無線端末は、提供先の無線端末より大きな伝送帯域を利用することが可能となる。

（Ａ−３）実施形態の効果
本実施形態によれば、個々の無線端末（例えば、１０８）に特殊な機能を搭載しなくても、アクセスポイント装置（１０３）の機能だけで、中継元や中継先の無線端末に割り当てる伝送帯域の大きさを制御することができるため、実現性に優れている。これによっても、各無線端末に中継機能の提供を促すことが可能である。

また、例えば、中継元と中継先の無線端末間で公平性を確保することや、いずれの無線端末に対しても中継機能を提供していない無線端末には不利に（例えば、割り当てる伝送帯域を０に近くしてペナルティを与える等）、多くの無線端末に中継機能を提供している無線端末には有利に制御することも可能である。

さらに、本実施形態では、各無線端末には何ら金銭的な価値につながる情報などが記憶される構成ではないため、前記特許文献１の技術などに比べて、セキュリティ性が高いといえる。

（Ｂ）第２の実施形態
以下では、本実施形態が第１の実施形態と相違する点についてのみ説明する。

本実施形態では、各無線端末で中継されたパケット数を反映して、きめ細かな制御を行うことができる点が第１の実施形態と相違する。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成および動作
構成上、本実施形態が第１の実施形態と相違するのは、アクセスポイント装置の内部構成に関する点に限られる。

本実施形態のアクセスポイント装置３０３の内部構成例を図５に示す。

図５に含まれる構成要素５０１〜５０８のうち、図１に示した各構成要素と同じ名称を付与した構成要素の機能は第１の実施形態と対応するので、その詳しい説明は省略する。

図１と図５を対比すれば明らかなように、本実施形態のアクセスポイント装置３０３は、前記トポロジテーブル部２０５の替わりに、中継パケット計測記憶部５０５を備えている点が相違するのみである。

当該中継パケット計測記憶部５０５は、アクセスポイント装置３０３の無線送受信部５０１で受信されたパケットが、その送信元の無線端末から直接とどいたものではなく、他の無線端末で中継されて届いたものであることを検出し、中継されて届いたパケットの数をリアルタイムで計測する部分である。ただし当該中継パケット計測記憶部５０５は、図４に示したトポロジテーブルと同様なテーブル（中継パケット数テーブル）も内蔵している。

この中継パケット数テーブルが、図４と相違する点は、データ項目の１つである前記トークン生成数の登録内容を、中継パケット計測記憶部５０５の計測結果に応じて変更する点である。

中継パケット計測記憶部５０５が中継されたパケットの数を計測するのは、中継するパケットの数が多い無線端末に、より多くの伝送帯域を割り当てるためであるから、中継されたパケットの数は、中継した無線端末ごとに区別して計測する必要がある。

アクセスポイント装置３０３が受信したパケットが中継されたものであるか否か、および中継されたものである場合にはいずれの無線端末によって中継されたかを特定する方法としては様々なものがあり得るが、中継パケット計測記憶部５０５が、上述したトポロジ情報を備えている場合には、トポロジ情報と、受信したパケットの送信元ＩＰアドレスに基づいて、容易に、そのパケットが中継されたものであるか否か、および中継されたものである場合にいずれの無線端末によって中継されたかを特定することができる。

例えば、受信したパケットの送信元ＩＰアドレスが前記ＩＰ９である場合なら、前記トポロジ情報からそのパケット（この場合、当該パケットはＰＫ９）は無線端末１０８と１０７によって中継されて、アクセスポイント装置３０３まで届いたことが分かる。

当該アクセスポイント装置３０３の動作例は図６に示す通りである。

図６のフローチャートは、Ｓ６０１〜Ｓ６１０の各ステップから構成されている。このうちステップＳ６０２〜Ｓ６０５以外の各ステップにおける処理の内容は第１の実施形態と同じなので、その詳しい説明は省略する。

ステップＳ６０２では、受信したパケットが制御パケットＣＫであるか否かを検査する替わりに、中継パケット（いずれかの無線端末によって中継されたパケット）であるか否かを検査している。ただし本実施形態でも、前記トポロジ情報を得るため、制御パケットＣＫを特定し処理に利用する必要性は高い。

受信したパケットが中継パケットである場合、その中継パケットを中継した無線端末について、中継パケット数をインクリメント（＋１）し、中継パケット数の計測を行う（Ｓ６０３）。

次に、当該計測結果をトークン生成数に変換し（Ｓ６０４）、変換結果に応じて、前記中継パケット数テーブル内の該当する無線端末ＩＤの行で、トークン生成数の値を変更（増加）する（Ｓ６０５）。

ただし、伝送帯域の大きさ（例えば、伝送路Ｌ２３の伝送帯域）には上限があるため、当該ステップＳ６０５では、該当する無線端末ＩＤの行でトークン生成数の値を増加させる替わりに、それ以外の行でトークン生成数の値を減少させるようにしてもよい。

これ以降は、そのトークン生成数に応じて、前記トークン生成部５０６等が動作し、第１の実施形態と同様な動作が実行される。

（Ｂ−２）第２の実施形態の効果
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果と同等な効果を得ることができる。

加えて、本実施形態では、中継したパケット数の多い無線端末ほど、より多くの伝送帯域が割り当てられるように制御できるため、第１の実施形態よりも、きめ細かな制御を行うことが可能である。

（Ｃ）第３の実施形態
以下では、本実施形態が第１、第２の実施形態と相違する点についてのみ説明する。

第１、第２の実施形態では、アクセスポイント装置のバッファリング機能を用いて、各無線端末に割り当てる伝送帯域を制御したが、本実施形態では、ＴＣＰ／ＩＰネットワークなどで用いられる多くの通信端末に一般的に搭載されているフロー制御の機能を活用して、伝送帯域の制御を行う点が相違する。

本実施形態は、中継パケット数の計測結果を利用する点で、第１の実施形態よりも第２の実施形態に近いといえる。

（Ｃ−１）第３の実施形態の構成および動作
構成上、本実施形態が第２の実施形態と相違するのは、アクセスポイント装置の内部構成に関する点に限られる。

本実施形態のアクセスポイント装置４０３の内部構成例を図７に示す。

図７において、当該アクセスポイント装置４０３は、無線送受信部７０１と、有線送受信部７０２と、ヘッダ解析部７０３と、中継パケット計測記憶部７０４と、ウインドウサイズテーブル部７０５と、ＡＣＫパケット変更部７０６と、パケットバッファ部７０７とを備えている。

このうち図５に示した各構成要素と同じ名称を付与した構成要素の機能は第２の実施形態と対応するので、その詳しい説明は省略する。

したがって、図７中、本実施形態が第２の実施形態と相違するのは、ウインドウサイズテーブル部７０５と、ＡＣＫパケット変更部７０６である。

ＡＣＫパケット変更部７０６は、ＡＣＫパケットを中継する際、ＡＣＫパケットの内容を書き換える部分である。

ＡＣＫパケットは、ＴＣＰプロトコルのようなコネクション型のプロトコルにおいて送達確認のため、すなわち、送信したパケット（例えば、ＰＫ８）が宛先（インターネット１０１上のサーバなど）に正しく届いたことを通知するため、その宛先（当該サーバなど）から当該パケットＰＫ８の送信元（例えば、無線端末１０８）へ返送するパケットである。

このＡＣＫパケットには、ウインドウサイズと呼ばれる制御情報が含まれている。ウインドウサイズは、送達確認を行うことなく連続送信可能なデータ量を示しているので、ウインドウサイズによって通信速度が制限される。

前記ＡＣＫパケット変更部７０５が書き換えるのは、ＡＣＫパケット中の当該ウインドウサイズである。当該ＡＣＫパケット変更部７０５がウインドウサイズを書き換えるときには、ウインドウサイズテーブル部７０５の登録内容が参照される。

ウインドウサイズテーブル部７０５に搭載されているウインドウサイズテーブルは、無線ネットワーク１０Ａ内の無線端末１０４〜１０９ごとに、ウインドウサイズを登録している。

例えば、無線端末１０８宛てのＡＣＫパケットが届いた場合、ウインドウサイズテーブルから無線端末１０８のウインドウサイズを検索し、当該ＡＣＫパケットに含まれているウインドウサイズの値が、検索によって得られたウインドウサイズより大きな通信速度（伝送帯域に対応）を示すものである場合には、検索によって得られたウインドウサイズの値に書き換える。

この書き換えのあと、アクセスポイント装置４０３は、当該ＡＣＫパケットを中継（送信）するので、当該ＡＣＫパケットは、通常のＡＣＫパケットと同様に、無線端末１０７による中継を経て無線端末１０８に受信される。受信したあと無線端末１０８が実行する処理も、通常のＡＣＫパケットを受信した場合と同様である。

したがって、無線ネットワーク１０Ａ内の各無線端末は、ウインドウサイズテーブルに登録されているウインドウサイズによって、通信速度が制限されることになる。

当該ウインドウサイズテーブルは、前記中継パケット数テーブルに対応するテーブルである。このため、前記中継パケット計測記憶部７０４は、計測結果として得られる中継パケット数に応じて、当該ウインドウサイズテーブル内に登録されている各無線端末に該当するウインドウサイズを変更することになる。

アクセスポイント装置４０３による以上の動作をまとめると、図８のフローチャートが得られる。

図８のフローチャートは、Ｓ８０１〜Ｓ８０８の各ステップから構成されている。

図８において、ステップＳ８０１は前記ステップＳ６０１に対応し、ステップＳ８０２は前記ステップＳ６０２に対応し、ステップＳ８０４は前記ステップＳ６０３に対応し、ステップＳ８０７は前記ステップＳ６０９に対応するので、その詳しい説明は省略する。

図８中、ステップＳ８０１につづくステップＳ８０２では、アクセスポイント装置４０３が受信したパケットが、ＡＣＫパケットであるか否かを検査する。検査の結果、ＡＣＫパケットでなければ処理はステップＳ８０３に進んで中継パケットであるか否かを検査するが、ＡＣＫパケットであれば、当該ＡＣＫパケット中のウインドウサイズの書き換えを行う（Ｓ８０６）。

もちろん、もともとＡＣＫパケット中のウインドウサイズが、ウインドウサイズテーブルから検索されたウインドウサイズより小さな伝送帯域を示している場合には、書き換えは不要である。

（Ｃ−２）第３の実施形態の効果
本実施形態によれば、第２の実施形態の効果と同等な効果を得ることができる。

加えて、本実施形態では、アクセスポイント装置（４０３）のバッファリングではなく、ＡＣＫパケット中のウインドウサイズの書き換えによって帯域制御を行うことが可能である。

一般的には、アクセスポイント装置を流れるトラフィック中に占める割合は、ユーザデータを収容したパケット（例えば、ＰＫ８など）のほうが、ＡＣＫパケットより、はるかに多いと考えられるため、本実施形態のアクセスポイント装置のほうが、ユーザデータを収容したパケットを送信しようとするたびに前記送信判定部（５０８）で送信を許可するか否かの判定を行う第２の実施形態のアクセスポイント装置よりも、処理能力にかかる負荷を小さくすることができる可能性が高い。

（Ｄ）他の実施形態
なお、上記第２および第３の実施形態の中継パケット計測記憶部（５０５，７０４）では、各無線端末ごとの中継パケット数を計測したが、当該中継パケット数の替わりに、中継データ量（例えば、中継する総ビット数など）等を計測して、処理に利用するようにしてもよいことは当然である。パケットは可変長であるため、通常、パケットごとにサイズ（ビット数）が異なる。

また、上記第１〜第３の実施形態の構成要素を、上記とは異なる組み合わせで組み合わせるようにしてもよい。例えば、第３の実施形態において、図７に示す中継パケット計測記憶部７０４の替わりに図１に示したトポロジテーブル部２０５に相当する構成要素を配してもよい。この場合、中継機能の提供先の数に応じて、各無線端末宛てのＡＣＫパケットに含まれるウインドウサイズが規制されることになる。

さらに、上記第１〜第３の実施形態では、ＯＳＩ参照モデルのデータリンク層で中継を行うアクセスポイント装置に本発明を適用したが、本発明は、データリンク層以外の階層で中継処理を行う中継装置（中継機能）に適用することが可能である。一例としては、ネットワーク層で中継処理を行うルータやＬ３スイッチに本発明を適用することも可能である。

また、本発明は、上記第１〜第３の実施形態で例示した以外の通信プロトコルに適用することも可能である。例えば、ＯＳＩ参照モデルのネットワーク層の通信プロトコルとして、上述したＩＰプロトコルのかわりにＩＰＸプロトコルなどを使用することもでき、データリンク層のプロトコルとして上述したＩＥＥＥ８０２．１１のかわりにＩＥＥＥ８０２．３（ＣＳＭＡ／ＣＤ）などを使用することもできる。

すなわち、上記第１〜第３の実施形態にかかわらず、前記無線ネットワーク１０Ａは、ノード間の伝送路がすべて有線伝送路（有線リンク）の有線ネットワークとすることも可能である。また、有線伝送路（有線リンク）と無線伝送路（無線リンク）が混在したネットワークとすることも可能である。例えば、有線ネットワークとした場合、各端末（前記無線端末１０８などに対応）から直接、中継装置（アクセスポイント装置１０３などに対応）にケーブルを接続することができない場合でも、端末相互間をケーブルで接続することで、各端末からインターネット１０１へアクセスすることが可能となる。

以上の説明でハードウエア的に実現した機能の大部分はソフトウエア的に実現することが可能であり、ソフトウエア的に実現した機能のほとんどすべてはハードウエア的に実現することが可能である。

第１の実施形態で使用するアクセスポイント装置の主要部の構成例を示す概略図である。 第１の実施形態にかかる無線アクセスシステムの全体構成例を示す概略図である。 第１の実施形態の動作例を示すフローチャートである。 第１の実施形態で使用するトークンテーブルの構成例を示す概略図である。 第２の実施形態で使用するアクセスポイント装置の主要部の構成例を示す概略図である。 第２の実施形態の動作例を示すフローチャートである。 第３の実施形態で使用するアクセスポイント装置の主要部の構成例を示す概略図である。 第３の実施形態の動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…無線アクセスシステム、１０１…インターネット、１０２…ルータ、１０３…アクセスポイント装置、１０４〜１０９…無線端末、２０１…無線送受信部、２０２…有線送受信部、２０３…ヘッダ解析部、２０４…パケットバッファ、２０５…トポロジテーブル、２０６…トークン生成部、２０７…トークンバッファ、２０８…送信判定部、Ｌ１２〜Ｌ８９…伝送路。

Claims (5)

1. 通信端末が単位データの送信元または宛先になると共に、他の通信端末が送信した又は受信する単位データを中継する機能を持つ場合、複数のこのような通信端末によって構成される通信ネットワーク内で、前記単位データのトラフィックが集中する中継装置において、
   所定の通信帯域が、前記単位データの中継を行っていない通信端末に比べ、前記単位データの中継を行っている通信端末に優先的に割り当てられるように制御する帯域制御部を備え、
   前記帯域制御部は、
   前記通信ネットワーク上における各通信端末の位置関係を検出する位置関係検出部と、
   検出した当該位置関係をもとに、前記各通信端末について、中継する単位データの送信元または宛先となる通信端末の数である中継端末数を検出し、検出した中継端末数が多い通信端末ほど多くの通信帯域を割り当てる中継端末数対応部とを備えた
   ことを特徴とする中継装置。
2. 通信端末が単位データの送信元または宛先になると共に、他の通信端末が送信した又は受信する単位データを中継する機能を持つ場合、複数のこのような通信端末によって構成される通信ネットワーク内で、前記単位データのトラフィックが集中する中継装置において、
   所定の通信帯域が、前記単位データの中継を行っていない通信端末に比べ、前記単位データの中継を行っている通信端末に優先的に割り当てられるように制御する帯域制御部を備え、
   前記帯域制御部は、
   送信元と宛先の間でやり取りされるフロー制御用の制御情報を含む単位データであるフロー制御用単位データを検出し、当該制御情報を書き換えた上でフロー制御用単位データの中継を行うことにより、前記所定の通信帯域が、前記単位データの中継を行っていない通信端末に比べ、前記単位データの中継を行っている通信端末に優先的に割り当てられるように制御する
   ことを特徴とする中継装置。
3. 請求項１又は２に記載の中継装置と、
   単位データの送信元または宛先になると共に、他の通信端末が送信した又は受信する単位データを中継する機能を持つ複数の通信端末とを備えたことを特徴とする通信システム。
4. 通信端末が単位データの送信元または宛先になると共に、他の通信端末が送信した又は受信する単位データを中継する機能を持つ場合、複数のこのような通信端末によって構成される通信ネットワーク内の、前記単位データのトラフィックが集中する位置で実行される中継方法において、
   帯域制御手段を備え、
   前記帯域制御手段は、所定の通信帯域が、前記単位データの中継を行っていない通信端末に比べ、前記単位データの中継を行っている通信端末に優先的に割り当てられるように制御し、
   前記帯域制御手段は、
   位置関係検出手段、中継端末数対応手段を有し、
   前記位置関係検出手段は、通信ネットワーク上における各通信端末の位置関係を検出し、
   前記中継端末数対応手段は、検出した当該位置関係をもとに、前記各通信端末について、中継する単位データの送信元または宛先となる通信端末の数である中継端末数を検出し、検出した中継端末数が多い通信端末ほど多くの通信帯域を割り当てる
   ことを特徴とする中継方法。
5. 通信端末が単位データの送信元または宛先になると共に、他の通信端末が送信した又は受信する単位データを中継する機能を持つ場合、複数のこのような通信端末によって構成される通信ネットワーク内の、前記単位データのトラフィックが集中する位置で実行される中継方法において、
   帯域制御手段を備え、
   前記帯域制御手段は、所定の通信帯域が、前記単位データの中継を行っていない通信端末に比べ、前記単位データの中継を行っている通信端末に優先的に割り当てられるように制御し、
   前記帯域制御手段は、送信元と宛先の間でやり取りされるフロー制御用の制御情報を含む単位データであるフロー制御用単位データを検出し、当該制御情報を書き換えた上でフロー制御用単位データの中継を行うことにより、前記所定の通信帯域が、前記単位データの中継を行っていない通信端末に比べ、前記単位データの中継を行っている通信端末に優先的に割り当てられるように制御する
   ことを特徴とする中継方法。

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