JP3665309B2

JP3665309B2 - COMMUNICATION SYSTEM, COMMUNICATION DEVICE, AND COMMUNICATION METHOD

Info

Publication number: JP3665309B2
Application number: JP2002238218A
Authority: JP
Inventors: ヌリシラジマハダド; 兵張; 和夫蓮池
Original assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International; National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International; National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2022-08-19
Also published as: JP2004080413A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信側装置から有線回線及び無線回線を介して受信側装置に情報を含むパケット信号を伝送するための通信システム、通信装置及び通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットプロトコルを中心としたネットワークアーキテクチャでは、下位層に対する依存性が少なく、また下位層の通信技術への要求も低い。その結果、単純なネットワーク構築が実現でき、急速なインターネットの発展を成し遂げている（例えば、従来技術文献１「村井純，“次世代インターネット技術”，電子情報通信学会誌，Ｖｏｌ．８４，Ｎｏ．１，ｐｐ．２−９，２００１年１月」参照。）。一方、近年携帯端末の普及や無線通信技術の発達に伴い、モバイル無線ネットワークの利用は爆発的な増加を見せている。無線通信は有線通信に比べて転送誤り率が高く、しかも誤り率が電波環境の変動により変化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような無線リンクに対応するため、従来のインターネットプロトコルにおいてレイヤ間の協力関係をより密に、特に、ＭＡＣ（Media Access Control）レイヤとＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）レイヤ間の情報交換を今以上に行う必要があると考えられる。
【０００４】
従来のＴＣＰは無線リンクを想定していないため、パケットロスが発生した場合、すべてネットワーク輻輳とみなしてＩＰパケットの送信速度を減少させている。しかし、無線リンクを利用するインターネットにおいては、輻輳状態でなくてもビット誤りのためＩＰパケットが破棄されてしまう。ＴＣＰは無線の高い誤り率によるパケットロスを輻輳によるロスと区別できないため、輻輳状態にないにも係らず不必要にデータの送信速度を抑制するという問題があった。この問題を解決するため、無線リンクロスを明示的に通知するＥＬＮ（Explicit Loss Notification）が提案されている（例えば、従来技術文献２「H. Balakrishnan et al., "Explicit Loss Notification and Wireless Web Performance", Proceeding of IEEE Globecom Internet Mini-Conference, November 1998」参照。）。しかしながら、本方式では基地局に負荷を掛けるとともに無線リンクロスと輻輳ロスの判別が不完全であった。
【０００５】
これまで無線環境に対応したＴＣＰの対策方法がいくつか提案されてきたが、例えば、従来技術文献３「A. Bakre et al., "I-TCP: Indirect TCP for Mobile Hosts", Proceeding of 15th ICDCS, May 1995」において開示された非直接ＴＣＰ（Indirect TCP）はネットワークを有線部と無線部に分離して、有線部と無線部ではそれぞれ従来のＴＣＰ制御と独自の無線フロー制御を行う。また、従来技術文献４「H. Balakrishnan et al., "Improving Reliable Transport and Handoff Performance in Cellular Wireless Networks", ACM Wireless Networks Vol.1, No.4, December 1995」において開示されたスヌープ・モジュール（Snoop Module）は基地局にエージェントを配してコネクションを監視することにより、無線端末からの再送要求を有線側からのものと区別してそれぞれ処理を行う。ＥＬＮの従来の実装方式では、無線リンクの基地局が送信側からのセグメントと受信側からのＡＣＫセグメントを監視することにより、ＥＬＮビット（＝１）をセットし、送信側に無線リンクロスを知らせる。上記の手法は有線側から無線の高い誤り率を隠蔽することにより従来のＴＣＰを有効に使うことが試みられているが、基地局に負荷をかけるうえ、エンド・ツー・エンドの制御が遮断され、無線リンクロスと輻輳ロスの判別も不完全であるという欠点があった。
【０００６】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、不必要な送信速度の抑制を解消するとともに、無線リンクエラーによるパケットロスを直ちに再送することを実現できる通信システム、通信装置及び通信方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る通信システムは、送信側装置から有線回線及び無線回線を介して受信側装置に情報を含むパケット信号を伝送する通信システムにおいて、
送信側装置は、所定の信号処理を実行する信号処理部を備え、
受信側装置は、所定の信号処理を実行する信号処理部を備え、
受信側装置の信号処理部は、受信したパケット信号においてビットエラーによるパケットロスが発生しているときに、無線回線のパケットロスを明示的に通知するＥＬＮ（Explicit Loss Notification）ビットをセットし、受信したパケット信号を無効にすると同時に、ＥＬＮビットを含むパケット信号を発生し、これに応答して、ＥＬＮビットを含む応答確認信号を送信側装置の信号処理部に送信し、
送信側装置の信号処理部は、ＥＬＮビットを含む応答確認信号に応答して、これに対応するパケット信号を受信側装置の信号処理部に再送し、ここで、輻輳ウィンドウは変化させず、
次いで、受信側装置の信号処理部は、上記再送されたパケット信号を受信するまで、新たなＥＬＮビットを含むパケット信号が到着しない限り、ＥＬＮビットを含む応答確認信号を送信側装置の信号処理部に送り続けることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る通信装置は、送信側装置から有線回線及び無線回線を介して受信側装置に情報を含むパケット信号を伝送する通信システムにおける受信側装置のための通信装置において、
通信装置は、所定の信号処理を実行する信号処理部を備え、
通信装置の信号処理部は、受信したパケット信号においてビットエラーによるパケットロスが発生しているときに、無線回線のパケットロスを明示的に通知するＥＬＮ（Explicit Loss Notification）ビットをセットし、受信したパケット信号を無効にすると同時に、ＥＬＮビットを含むパケット信号を発生し、これに応答して、ＥＬＮビットを含む応答確認信号を送信側装置に送信し、
次いで、通信装置の信号処理部は、上記再送されたパケット信号を受信するまで、新たなＥＬＮビットを含むパケット信号が到着しない限り、ＥＬＮビットを含む応答確認信号を送信側装置に送り続けることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係る通信方法は、送信側装置から有線回線及び無線回線を介して受信側装置に情報を含むパケット信号を伝送する通信システムのための通信方法において、
送信側装置は、所定の信号処理を実行する信号処理部を備え、
受信側装置は、所定の信号処理を実行する信号処理部を備え、
受信側装置の信号処理部において、受信したパケット信号においてビットエラーによるパケットロスが発生しているときに、無線回線のパケットロスを明示的に通知するＥＬＮ（Explicit Loss Notification）ビットをセットし、受信したパケット信号を無効にすると同時に、ＥＬＮビットを含むパケット信号を発生し、これに応答して、ＥＬＮビットを含む応答確認信号を送信側装置の信号処理部に送信するステップと、
送信側装置の信号処理部において、ＥＬＮビットを含む応答確認信号に応答して、これに対応するパケット信号を受信側装置の信号処理部に再送し、ここで、輻輳ウィンドウは変化させないステップと、
次いで、受信側装置の信号処理部において、上記再送されたパケット信号を受信するまで、新たなＥＬＮビットを含むパケット信号が到着しない限り、ＥＬＮビットを含む応答確認信号を送信側装置の信号処理部に送り続けるステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。なお、図面において、同一又は相当部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００１１】
図１は本発明に係る一実施形態である通信システム１００の構成を示すブロック図である。図１において、本実施形態に係る通信システム１００は、通信端末装置１０と、基地局通信装置２０と、携帯無線通信装置３０とを備え、通信端末装置１０と基地局通信装置２０との間は、例えば、イーサケーブルや光ファイバケーブルなどの有線回線４０を介して接続され、基地局通信装置２０と携帯無線通信装置３０との間は例えば携帯無線回線などの無線回線５０を介して接続され、通信端末装置１０と携帯無線通信装置３０との間で基地局通信装置５０を介してパケット信号を用いて情報通信が行われる。
【００１２】
上述の従来技術の項で説明したような背景から、本発明に係る実施形態では、ＭＡＣレイヤでビット誤りのため破棄されたＩＰパケットの情報をＭＡＣ層から吸い上げて、ＴＣＰ層に通知する新たなＥＬＮ方式を提案する。具体的には、ＭＡＣレイヤでビットエラーによるパケットロスが発生している際、ＥＬＮビットをセットすることにより、そのパケットを無効にすると同時に、その情報をＴＣＰレイヤに通知する新たな無線リンクロス通知方式を提案する。ここでは、ビット誤りが発生している際、パケットのシーケンス番号（４バイト）が有効であると仮定する。例えば携帯無線通信装置３０である受信側装置のＭＡＣレイヤ受信処理においてＥＬＮビットをセットする図５の概略フローに示すように、受信側ＴＣＰ処理部では、ＥＬＮビット＝１のパケット信号を受け取ると、ＡＣＫパケット信号に同様にＥＬＮビットをセットして送信側に送り、そして、送信側ＴＣＰ処理部では、ＥＬＮビットが１のＡＣＫを受け取ったときは、ただちに再送するが、輻輳ウインドウは変化させない。このあと、受信側ＴＣＰ処理部では、再送したパケットを受信するまで、同じ受信側ＭＡＣ処理部から新たなＥＬＮパケットが到着しない限り、ＡＣＫパケット信号にＥＬＮ（＝１）をセットし、例えば通信端末装置１０である送信側装置のＴＣＰ処理部に送り続ける。送受信のパケットとＥＬＮビットをセットされている確認応答の流れの例を図１２に示す。これについては詳細後述する。
【００１３】
図１において、通信端末装置１０は例えばパーソナルコンピュータから成り、送信すべき情報を複数のパケット信号に分割して、有線回線４０、基地局通信装置２０及び無線回線５０を介して携帯無線端末装置３０へ送信するとともに、携帯無線端末装置３０からの情報を逆の経路で受信する。また、通信端末装置１０は、有線回線４０において送信ロスが生じた場合、送信ロスが生じたパケット信号の輻輳制御を行なう。ここで、「輻輳制御」とは、通信に輻輳が生じたとき、即ち、通信がオーバーフローしたとき、輻輳状態を回避するために送信パケット数を少なくして通信を行なうように制御することを言う。また、基地局通信装置２０は、有線回線４０と無線回線５０との間で通信を中継する中継装置を構成し、通信端末装置１０から有線回線４０を介して受信したパケット信号を無線回線５０を介して携帯無線端末装置３０へ送信する一方、携帯無線通信装置３０から無線回線５０を介して受信したパケット信号を有線回線４０を介して通信端末装置１０に送信する。さらに、携帯無線端末装置３０は、例えば、移動可能な携帯電話機からなり、有線回線４０、基地局通信装置２０及び無線回線５０を介して通信端末装置１０からのパケット信号を受信するとともに、送信すべきパケット信号を逆の経路で通信端末装置１０へ送信する。
【００１４】
図２は図１の通信端末装置１０の構成を示すブロック図である。図２において、通信端末装置１０は、接続端子１０１と、インターフェース１０２と、送受信部１０３と、コントローラ１０４と、キー操作部１０５と、情報処理部１０６と、演算処理部１０７と、記憶部１０８と、表示部１０９とを備えて構成され、各部１０３乃至１０９はバスＢＳ１を介して接続されている。
【００１５】
接続端子１０１は、通信端末装置１０を有線回線４０に接続するための接続端子である。インターフェース１０２は、接続端子１０１と送受信部１０３との間でデータ信号における信号変換やプロトコル変換などのインターフェース処理を実行する。送受信部１０３は、バスＢＳＩを介して入力されたデータをインターフェース１０２及び接続端子１０１を介して有線回線４０へ送信する一方、有線回線４０から接続端子１０１及びインターフェース１０２を介して受信したデータをバスＢＳＩへ出力する。コントローラ１０４は、通信端末装置１０の各部の動作を制御する。キー操作部１０５は、通信端末装置１０のユーザの指示を受信してその指示信号をコントローラ１０４及び情報処理部１０６に出力する。情報処理部１０６は、キー操作部１０５を介して入力されたユーザからの指示の指示信号に応じて、文書作成、及び情報の加工等の各種の情報処理を行ない、その処理の結果を複数のパケット信号に分割して記憶部１０８に記憶する。ここで、情報処理部１０６は、ＴＣＰレイヤの信号処理を行うＴＣＰ処理部と、ＩＰレイヤの信号処理を行うＩＰ処理部と、ＭＡＣレイヤの信号処理を行うＭＡＣ処理部とを含む。記憶部１０８は各種のデータを記憶する。表示部１０９は、通信端末装置１０のユーザに各種の情報を視覚情報として与える。
【００１６】
以上のように構成された通信端末装置１０において、有線回線４０を介して受信されたパケット信号は、インターフェース１０２、送受信部１０３及びバスＢＳ１を介して記憶部１０８に一時的に格納された後、情報処理部１０６に入力されて、そのパケット信号のデータについて所定の受信処理が実行される。一方、情報処理部１０６により生成された複数のパケット信号は、記憶部１０８に一時的に格納された後、バスＢＳ１、送受信部１０３、インターフェース１０２及び接続端子１０１を介して有線回線４０に送信される。
【００１７】
図３は図１の携帯無線端末装置３０の構成を示すブロック図である。図３の携帯無線通信装置３０は、アンテナ３０１と、送受信部３０２と、コントローラ３０５と、キー操作部３０６と、表示部３０７と、情報処理部３０８と、記憶部３０９とを備えて構成され、これらの各部３０２乃至３０９はバスＢＳ２を介して接続されている。
【００１８】
送受信部３０２は、アンテナ３０１を介して受信した無線信号をベースバンド信号に変換し、その変換したベースバンド信号のデータをバスＢＳ２、記憶部３０９を介して情報処理部３０８に出力する一方、送信すべきパケット信号のデータを、情報処理部３０８から記憶部３０９を介して受信し、無線搬送波を当該データに従って変調し、変調された無線信号をアンテナ３０１を介して送信する。コントローラ３０５は、携帯無線端末装置３０の各部の動作を制御する。キー操作部３０６は、携帯無線端末装置３０のユーザの指示を受付け、その指示信号をコントローラ３０５及び情報処理部３０８に出力する。表示部３０７は、各種の情報をユーザに視覚情報として与える。情報処理部３０８は、キー操作部３０６を介して入力されたユーザの指示に基づいて、文書作成、及び情報の加工等を行ない、その結果のデータを記憶部３０９に記憶する。記憶部３０９は、各種のデータ及び情報を格納する。ここで、情報処理部３０８は、ＴＣＰレイヤの信号処理を行うＴＣＰ処理部と、ＩＰレイヤの信号処理を行うＩＰ処理部と、ＭＡＣレイヤの信号処理を行うＭＡＣ処理部とを含む。
【００１９】
以上のように構成された通信端末装置３０において、無線回線５０を介してアンテナ３０１を用いて受信された無線信号は、送受信部３０２及びバスＢＳ２を介して記憶部３０９に一時的に格納された後、情報処理部３０８に入力されて、そのパケット信号のデータについて所定の受信処理が実行される。一方、情報処理部３０８により生成された複数のパケット信号は、記憶部３０９に一時的に格納された後、バスＢＳ２及び送受信部３０２を介してアンテナ３０１を用いて無線回線４０に送信される。
【００２０】
図４は従来技術のＯＳＩ参照モデル６０に対応して、図１の通信システム１００に用いる通信プロトコルを示す図である。図４において、公知の通り、ＯＳＩ参照モデル６０は、下位層から上位層へ向けて、物理層、データリンク層、ネットワーク層、トランスポート層、セッション層、プレゼンテーション層、及びアプリケーション層から成る。ここで、アプリケーション層の処理部は、ファイル転送やメッセージ通信などのユーザが実行する多くのサービス間のプロトコルを制御する。また、プレゼンテーション層の処理部は、文字コードや画像データの表現形式を制御し、プロセス間におけるデータ形式などを確認する。さらに、セッション層の処理部は、アプリケーションプロセス間の情報の流れなど、通信モードの管理や情報転送に関する通信制御を行なう。また、トランスポート層の処理部は、通信情報の質を高めるための通信制御を行ない、データに欠落があった場合、相手先に通知する。さらに、ネットワーク層の処理部は、複数のネットワークにまたがったコンピュータ間のデータ転送やデータの中継機能などを実行する。さらに、データリンク層は、ノード間で信頼性の高いデータ伝送を保証するための層であり、データリンク層の処理部はハードウェアインターフェースから成り、中継局間のデータ伝送を確実に行なう処理を実行する。またさらに、物理層は、データリンク層から渡されたビット情報を実際に伝送するための電気信号に変換したり、届いた電気信号をビット情報に変換したり、ケーブルやコネクタなどの規格を取決める層である。従って、物理層は、相手方と物理的に回線を接続するための層であり、物理ハードウェア接続層として機能する。
【００２１】
ＯＳＩモデル参照６０がインターネットによる通信に用いられる場合、アプリケーション層、プレゼンテーション層及びセッション層は、１つの層としてのアプリケーション層として捉えられる。従って、通信プロトコル７０は、図４に示すように、アプリケーション、ＴＣＰ又はＵＤＰ（User Datagram Protocol）、ＩＰ（Internet Protocol）、ＭＡＣ（Media Address Control）から成る。ＵＤＰは、コネクションレス型の通信プロトコルであり、ＴＣＰは、コネクション型のプロトコルである。そして、通信システム１００においては、トランスポート層のプロトコルとしてコネクション型のプロトコルであるＴＣＰが用いられる。
【００２２】
以下、例えば、携帯無線通信装置３０である受信側装置と、例えば、通信端末装置１０である送信側装置における通信処理について図５乃至図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００２３】
図５は図１の通信システム１００における受信側装置のＭＡＣ処理部によって実行されるＭＡＣレイヤ受信処理（概略フロー）を示すフローチャートである。図５において、まず、ステップＳ１においてパケット信号からエラー情報を取得しエラーフラグｅｒｒｏｒに代入し、ここで、無線通信のビットエラーによりエラーが発生しているとき（すなわち、パケットエラー）はエラーフラグｅｒｒｏｒ＝１となる一方、エラーが発生していないときはエラーフラグｅｒｒｏｒ＝０となる。次いで、ステップＳ２においてパケット信号のシーケンス番号をＴＣＰヘッダより取得し、シーケンス番号ｓｅｑＮｏに代入する。さらに、ステップＳ３においてエラーフラグｅｒｒｏｒ＝１であるか否かが判断され、すなわち、パケットエラーが発生したか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ４に進む一方、ＮＯのときは当該通信処理を終了する。次いで、ステップＳ４においてＭＡＣレイヤでの再送が完了したかであるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ５に進む一方、ＮＯのときは当該受信処理を終了する。ステップＳ５ではＥＬＮビッドに１をセットし、ステップＳ６においてシーケンス番号ＳｅｑＮｏ及びＥＬＮビットを含むパケット信号をＴＣＰ処理部に送信して当該受信処理を終了する。
【００２４】
有線回線４０のリンクにおいてはＭＡＣレイヤでの再送がなく、再送処理はＴＣＰレイヤのみで行っている。しかしながら、無線回線５０のリンクにおいては、高いビットエラーに対応するため、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｂによって、無線ＭＡＣレイヤにおいても局所的な再送処理を行っています。ＭＡＣレイヤでの再送を終えてなおパケットがエラー状態である場合に、従来であれば、破棄してしまいますが、本実施形態では、そのパケットを破棄するかわりに、ＥＬＮビットを立てて、ＴＣＰ処理部に送るように構成している。
【００２５】
図６は図１の通信システム１００における受信側装置のＭＡＣ処理部によって実行されるＭＡＣレイヤ受信処理（詳細フロー）を示すフローチャートである。
【００２６】
図６において、まず、ステップＳ１１において受信したパケット信号からのエラー情報を取得してエラーフラグｅｒｒｏｒに代入し、ステップＳ１２においてパケット信号のシーケンス番号をＴＣＰ処理部から取得しシーケンス番号ｓｅｑＮｏに代入する。ステップＳ１３においてエラーフラグｅｒｒｏｒ＝１であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ１４に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１６に進む。ステップＳ１４では、図７のサブルーチンであるパケット信号の比較処理を実行した後、ステップＳ１５においてパケット信号を記憶部３０９のバッファメモリに格納して当該受信処理を終了する。一方、ステップＳ１６において図７のサブルーチンであるパケット信号の比較処理を実行し、ステップＳ１７においてパケット信号にＥＬＮビット（＝０）を追加し、ステップＳ１８において、シーケンス番号ｓｅｑＮｏ及びＥＬＮビットを含むパケット信号をＴＣＰ処理部に送信し、これにより、送信側装置のＴＣＰ処理部に送信し、当該受信処理を終了する。
【００２７】
図７は図６のサブルーチンであるパケット信号の比較処理（ステップＳ１４，Ｓ１６）を示すフローチャートである。
【００２８】
図７において、まず、ステップＳ２１において記憶部３０９のバッファメモリにＮＵＬＬでないか否か、すなわち、バッファメモリに何らかのデータが格納されていないか否かについて検出し、ＹＥＳのときはステップＳ２２に進む一方、ＮＯのときは元のメインルーチンに戻る。ステップＳ２２においてバッファメモリに格納されたパケット信号のシーケンス番号をシーケンス番号ｓｅｑＮｏ＿ｂｕｆｆに代入し、ステップＳ２３においてｓｅｑＮｏ＝ｓｅｑＮｏ＿ｂｕｆｆであるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ２７に進む一方、ＮＯのときはステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、バッファメモリに格納されたパケット信号にＥＬＮビット（＝１）を追加し、ステップＳ２５においてバッファメモリに格納されたパケット信号のエラー情報ｅｒｒｏｒを０にセットし、ステップＳ２６においてバッファメモリに格納されたパケット信号をＴＣＰ処理部に送信する。次いで、ステップＳ２７において記憶部３０９のバッファメモリを空のデータで占有させ、元のメインルーチンに戻る。
【００２９】
図８は図１の通信システム１００における受信側装置のＴＣＰ処理部によって実行されるＴＣＰレイヤの確認応答処理を示すフローチャートである。
【００３０】
図８において、ステップＳ３１において受信したパケットのシーケンス番号を取得してシーケンス番号ｓｅｑｎｏに代入し、次いで、ステップＳ３２においてパケットエラーを示すフラグＥＬＮ＝１であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ３３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３８に進む。ステップＳ３３において、ＥＬＮビットをＡＣＫパケット信号に付与することを表すフラグａｃｋ＿ｅｌｎ＿ｂｉｔに１をセットし、ステップＳ３４において、パケットエラーによる再送が発生していることを表すフラグａｃｋ＿ｅｌｎ＿ｂｕｆｆｅｒに１をセットし、ステップＳ３５において、再送要求するパケットのシーケンス番号ｓｅｑＮｏを表すａｃｋ＿ｅｌｎ＿ｎｏにシーケンス番号ｓｅｑｎｏを代入し、ステップＳ３６に進む。ステップＳ３６では、図９のサブルーチンであるａｃｋ（ｐｋｔ）処理（ここで、ｐｋｔは受信したパケット信号のパケットオブジェクトである。）を実行し、ステップＳ３７においてＡＣＫ信号を相手先装置に送信して当該確認応答処理を終了する。
【００３１】
一方、ステップＳ３８では、ｓｅｑｎｏ＝ｎｅｘｔであるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ３９に進む一方、ＮＯのときはステップＳ４２に進む。ここで、ｎｅｘｔは受信側装置のＴＣＰ処理部が要求するシーケンス番号であって、後述するＡＣＫ作成前処理において受信ウィンドウの更新処理において当該変数ｎｅｘｔが更新される。
【００３２】
ステップＳ３９においてフラグａｃｋ＿ｅｌｎ＿ｂｕｆｆｅｒに０がセットされ、ステップＳ４０においてフラグａｃｋ＿ｅｌｎ＿ｂｉｔに０がセットされ、ステップＳ４１においてＡＣＫ作成前処理を実行してステップＳ３６に進む。ＡＣＫ作成前処理では、受信したパケット信号からデータサイズを取得し、受信したパケット信号に基づいて、タイムスタンプｔｓと、受信ウィンドウの更新処理を実行する。
【００３３】
また、ステップＳ４２においてフラグａｃｋ＿ｅｌｎ＿ｂｕｆｆｅｒ＝１であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ４３に進む一方、ＮＯのときはそのままステップＳ４１に進む。ステップＳ４３においてフラグａｃｋ＿ｅｌｎ＿ｂｉｔを１にセットし、ステップＳ４１に進む。
【００３４】
図９は図８のサブルーチンであるａｃｋ（ｐｋｔ）処理を示すフローチャートである。
【００３５】
図９において、まず、ステップＳ５１においてＡＣＫ用パケット信号の作成処理を実行して、パケットの領域を確保し、ステップＳ５２においてフラグａｃｋ＿ｅｌｎ＿ｂｉｔ＝１であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ５３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ５４に進む。ステップＳ５３においてＡＣＫ信号ヘッダにＥＬＮビット（＝１）をセットした後、ステップＳ５４に進む。さらに、ステップＳ５４においてフラグａｃｋ＿ｅｌｎ＿ｂｕｆｆ＝１であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ５５に進む一方、ＮＯのときはステップＳ５６に進む。ステップＳ５５では、ＡＣＫ信号のシーケンス番号にフラグａｃｋ＿ｅｌｎ＿ｎｏをセットし、ステップＳ５７に進む。一方、ステップＳ５６においては、ＡＣＫ信号のシーケンス番号に（ｎｅｘｔ−１）をセットし、ステップＳ５７に進む。ステップＳ５７においてＡＣＫ信号にタイムスタンプｔｓを設定し、ステップＳ５８においてパケット信号のＩＰヘッダからフローＩＤを取得し、ステップＳ５９においてフローＩＤをＡＣＫ信号のＩＰヘッダにコピーし、元のメインルーチンに戻る。
【００３６】
図１０は図１の通信システム１００における送信側装置のＴＣＰ処理部によって実行されるＴＣＰレイヤの輻輳処理を示すフローチャートである。
【００３７】
図１０において、まず、ステップＳ６１においてＡＣＫ信号を受信し、ステップＳ６２においてＡＣＫのシーケンス番号をａｃｋｎｏに代入し、ステップＳ６３においてフラグＥＲＲＯＲ＿ｎｏｕｃｏｕｎｔを１だけインクリメントする。ここで、フラグＥＲＲＯＲ＿ｎｏｕｃｏｕｎｔはプロトコル規約においてコメントが無く、プログラムでも使用されていないために本実施形態では実質的に考慮しないフラグである。次いで、ステップＳ６４においてＡＣＫ信号のタイムスタンプをｔｓ＿ｐｅｅｒ＿に代入し、ステップＳ６５に進む。ここで、タイムスタンプｔｓ＿ｐｅｅｒ＿は、受信側装置のＴＣＰ処理部でパケット信号を受信したときのタイムスタンプである。
【００３８】
次いで、ステップＳ６５においてＥＬＮ＝１であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ６６に進む一方、ＮＯのときはステップＳ７０に進む。ステップＳ６６においてｐｒｅｖ＿ａｃｋｎｏ＝ａｃｋｎｏであるか否かが判断され、ＹＥＳのときは当該輻輳処理を終了する一方、ＮＯのときはステップＳ６７に進む。ここで、ｐｒｅｖ＿ａｃｋｎｏは再送の重複を回避するために設けられた再送するシーケンス番号である。そして、ステップＳ６７において再送タイマの設定処理を実行し、ステップＳ６８においてパケット信号の出力処理を実行し、ステップＳ６９において再送したシーケンス番号ｐｒｅｖ＿ａｃｋｎｏにａｃｋｎｏを代入し、当該輻輳処理を終了する。
【００３９】
ステップＳ７０では、ＥＬＮビットがセットされた最初のＡＣＫ信号以外を計算の対象とし、受信したＡＣＫ信号の総数を表すトレース用変数ｎａｃｋｐａｃｋを１だけインクリメントし、ステップＳ７１においてａｃｋｎｏ＞ｌａｓｔａｃｋ＿（最後に受信したＡＣＫ信号のシーケンス番号）であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ７２に進む一方、ＮＯのときはステップＳ７６に進む。ステップＳ７２において、最後に受信したＡＣＫ信号のシーケンス番号ｌａｓｔａｃｋ＿にａｃｋｎｏを代入し、ステップＳ７３において再送するシーケンス番号ｐｒｅｖ＿ａｃｋｎｏにａｃｋｎｏを代入し、ステップＳ７４に進む。ステップＳ７４において、重複したＡＣＫ信号（３回目以降のＡＣＫ信号）を示すＤｕｐＡＣＫ信号を受信したか否かが判断され、ＹＥＳのときは当該輻輳処理を終了する一方、ＮＯのときはステップＳ７５に進み、新しいパケット信号を送信した後、当該輻輳処理を終了する。
【００４０】
また、ステップＳ７６においてａｃｋｎｏ＝ｌａｓｔａｃｋ＿であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ７７に進む一方、ＮＯのときはそのままステップＳ７４に進む。ステップＳ７７では、輻輳ウィンドウサイズのパラメータｃｗｎｄにｃｗｎｄ／２を代入し、ウィンドウ縮小通知パラメータＣＷＲに１を代入し、スロースタートを実行するしきい値のパラメータｓｓｔｈｒｅｓｈにｓｓｔｈｒｅｓｈ／２を代入する。次いで、ステップＳ７８において再送タイマの設定処理を実行し、ステップＳ７９においてパケット信号の出力処理を実行し、ステップＳ７４に進む。
【００４１】
以上のように構成された通信システム１００の動作例について、図１１乃至図１４のタイミングチャートを参照して以下に説明する。
【００４２】
図１１は、図１の通信システム１００における正常処理であって、送信側ＴＣＰ処理部と受信側ＴＣＰ処理部との間で送受信されるパケット信号とＡＣＫ信号を示すタイミングチャートである。
【００４３】
図１１において、送信側ＴＣＰ処理部は、ｎ個のパケットを番号１、２、…、ｎの順で受信側ＴＣＰ処理部へ送信する。受信側ＴＣＰ処理部は、番号１のパケット信号を受信すると、番号１のパケット信号を受信したことを示す確認応答信号ＡＣＫ１を送信側ＴＣＰ処理部へ送信する。番号２、３、…、ｎのパケット信号についても、同様に、確認応答ＡＣＫ２、ＡＣＫ３、…、ＡＣＫｎを送信側ＴＣＰ処理部へ送信する。一方、送信側ＴＣＰ処理部は、確認応答信号ＡＣＫ１、ＡＣＫ２、…、ＡＣＫｎを受信することにより、番号１、２、…、ｎのパケット信号が受信側ＴＣＰ処理部へ送信されたことを認識する。そして、送信側ＴＣＰ処理部が番号１のパケット信号を受信側ＴＣＰ処理部へ送信してから番号１のパケット信号を受信したことを示す確認応答信号ＡＣＫ１を受信側ＴＣＰ処理部から受信するまでの間に、送信側ＴＣＰ処理部が受信側ＴＣＰ処理部へ送信するパケット信号の個数ｎを送信ウィンドウという。従って、送信側ＴＣＰ処理部から送信されたパケット信号が確実に受信側ＴＣＰ処理部に到達するのであれば、送信ウィンドウが大きいほど、通信効率は高い。このように、コネクション型の通信システムにおいては、送信側は、受信側との間でパケット信号の送信と確認応答信号の受信とを行ないながら複数のパケット信号を受信側へ送信する。
【００４４】
従って、情報を複数のパケット信号に分割し、その分割した複数のパケット信号を通信端末装置１０から携帯無線端末装置３０へ送信するとき、通信端末装置１０は、ｎ個のパケット信号を番号１、２、…、ｎの順で有線回線４０、基地局通信装置２０、及び無線回線５０を介して携帯無線端末装置３０へ送信する。そして、携帯無線端末装置３０は、番号１、２、…、ｎのパケット信号を受信すると、確認応答ＡＣＫ１、ＡＣＫ２、…、ＡＣＫｎを無線回線５０、基地局通信装置２０及び有線回線４０を介して通信端末装置１０へ送信する。
【００４５】
図１２は、図１の通信システム１００における動作例の第１のケースであって、１つの送信ウィンドウに無線リンクロスが１個発生する場合における送信側ＴＣＰ処理部と受信側ＴＣＰ処理部との間で送受信されるパケット信号とＡＣＫ信号を示すタイミングチャートである。
【００４６】
図１２において、受信側ＴＣＰ処理部がＡｃｋ２（ＥＬＮ）信号を用いてこのＥＬＮビットにより無線リンクロスの発生を送信側ＴＣＰ処理部に知らせると同時に、パケット２信号の再送を要求する。一方、送信側ＴＣＰ処理部では、Ａｃｋ２（ＥＬＮ）信号を受信すると、ＤｕｐＡｃｋ信号を待たず、直ちにパケット２信号の再送のみを行う。この再送にあたり、輻輳ウインドウ制御を行わない。
【００４７】
図１３は、図１の通信システム１００における動作例の第２のケースであって、１つの送信ウィンドウに送信リンクロスが２個発生する場合における送信側ＴＣＰ処理部と受信側ＴＣＰ処理部との間で送受信されるパケット信号とＡＣＫ信号を示すタイミングチャートである。
【００４８】
図１３において、受信側ＴＣＰ処理部においては、パケット２信号の再送が届かない限り、Ａｃｋ２（ＥＬＮ）信号を送信側ＴＣＰ処理部に送りつづけるが、ＭＡＣレイヤのＭＡＣ処理部から新たな無線エラーのパケット４信号が送られると、Ａｃｋ４（ＥＬＮ）信号に変化させて送信側ＴＣＰ処理部に送信する。一方、送信側ＴＣＰ処理部では、Ａｃｋ２（ＥＬＮ）信号を受け取ると、直ちにパケット２信号の再送を行うが、輻輳ウィンドウ制御を行わない。また、同様に、送信側ＴＣＰ処理部は、Ａｃｋ４（ＥＬＮ）信号を受け取ると、直ちにパケット４信号の再送のみを行う。
【００４９】
図１４は図１の通信システム１００における動作例の第３のケースであって、１つの送信ウィンドウに無線リンクロスと輻輳によるパケットロスがそれぞれ１個ずつ発生する場合における送信側ＴＣＰ処理部と受信側ＴＣＰ処理部との間で送受信されるパケット信号とＡＣＫ信号を示すタイミングチャートである。
【００５０】
図１４において、無線リンクロスに対してのみ、図１２の第１のケースと同じ処理を行うが、ＥＬＮビット＝０のパケットロスに対して、従来と同様にＤｕｐＡｃｋ信号によって再送を行い、輻輳制御も同時に行う。
【００５１】
【実施例】
本発明者らは、本実施形態で提案した新たなＥＬＮ方式の有効性を検証するため、ネットワークシミュレータＮＳ−２（例えば、従来技術文献５「UCB/LBNL/VINT Network Simulator ns (version2), https://www.isi.edu/nsnam/ns/, July 2002」を用いて、計算機シミュレーション実験を行った。実験で用いたネットワークモデルは図１５に示す。図１５に示すように、有線回線４０では、データ伝送速度１０Ｍｂｐｓであって、遅延時間を２ｍｓｅｃに設定し、無線回線４０では、データ伝送速度２Ｍｂｐｓであって、遅延時間を２ｍｓｅｃに設定した。
【００５２】
図１６は図１５のネットワークモデルにおけるシミュレーション結果であって、従来法と実施形態による方法とに係る、信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）に対するＴＣＰの平均シーケンス数を示すグラフである。比較例の従来法として以下の２つを用いる。
（１）従来技術文献６「W. R. Stevens, "TCP slow start congestion avoidance, fast retransmission and fast recovery algorithms", RFC2001, January 1997」において開示されたＴＣＰ−Ｒｅｎｏ法：早期再送と早期回復を導入することによりオリジナルのＴａｈｏｅＴＣＰ法より性能を大幅に改善された方法であるが、１つの送信ウインドウにおいて複数のパケットロスを生じる場合において、早期再送状態に入ることができなく、タイムアウトが待たなければいけないという欠点があった。
（２）従来技術文献７「M. Mathis et al., "TCP selective acknowledgement options", RFC2018, October 1996」において開示されたＴＣＰ−Ｓａｃｋ法：Ｓａｃｋ−ｏｐｔｉｏｎにＡＣＫ信号を付与することにより、いち早く複数のパケットロスを送信側装置に知らせて、早期再送と早期回復することにより性能改善を行ったものである。
【００５３】
当該シミュレーションにおいて、ビットエラーモデルはＤＰＳＫ信号の平均エラーレートを用いた。図１６から明らかなように、ＳＮＲが８．５ｄＢ〜１０．５ｄＢの範囲において実施形態に係る方法の平均シーケンス数（Ｋｂｙｔｅｓ、８０秒間、１００回）は、従来技術のＴＣＰ−Ｒｅｎｏ法及びＴＣＰ−Ｓａｃｋ法に比べて、最大１１倍（以下の表１を参照。）ほど向上したことが分かった。
【００５４】
【表１】

【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、送信側装置である通信端末装置１０から有線回線４０及び無線回線５０を介して受信側装置である携帯無線通信装置５０に情報を含むパケット信号を伝送する通信システムにおいて、通信端末装置１０は、ＴＣＰレイヤでの信号処理を実行するＴＣＰ処理部を備え、携帯無線通信装置５０は、ＭＡＣレイヤでの信号処理を実行するＭＡＣ処理部と、ＴＣＰレイヤでの信号処理を実行するＴＣＰ処理部とを備える。ここで、携帯無線通信装置５０は、受信したパケット信号においてＭＡＣ処理部でのビットエラーによるパケットロスが発生しているときに、無線回線のパケットロスを明示的に通知するＥＬＮ（Explicit Loss Notification）ビットをセットし、受信したパケット信号を無効にすると同時に、ＥＬＮビットを含むパケット信号をＭＡＣ処理部からＴＣＰ処理部に送り、これに応答して、ＥＬＮビットを含む応答確認信号をＴＣＰ処理部から通信端末装置１０のＴＣＰ処理部に送信する。次いで、通信端末装置１０のＴＣＰ処理部は、ＥＬＮビットを含む応答確認信号に応答して、これに対応するパケット信号を受信側装置のＴＣＰ処理部に再送し、ここで、輻輳ウィンドウは変化させない。さらに、携帯無線通信装置５０のＴＣＰ処理部は、上記再送されたパケット信号を受信するまで、携帯無線通信装置５０のＭＡＣ処理部から新たなＥＬＮビットを含むパケット信号が到着しない限り、ＥＬＮビットを含む応答確認信号を送信側装置のＴＣＰ処理部に送り続けることを特徴としている。
【００５６】
従って、本実施形態によれば、中継装置である基地局通信装置２０に余計な負荷を掛けないうえ、無線リンクロスを完全にＴＣＰレイヤに通知することにより、不必要な送信速度の抑制を解消するとともに、無線リンクエラーによるパケットロスを直ちに再送することを実現できる。それにより、無線環境におけるＴＣＰのスループット性能を大幅に向上することができ、基地局通信装置のない無線アドホックネットワークにおいても本実施形態に係る方法を容易に適用することができる。
【００５７】
以上の実施形態においては、送信側装置と受信側装置はそれぞれ少なくともＭＡＣ処理部とＴＣＰ処理部とを備えているが、本発明はこれに限らず、これら２つの処理部は、所定の信号処理を実行する信号処理部であってもよい。
【００５８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、送信側装置から有線回線及び無線回線を介して受信側装置に情報を含むパケット信号を伝送する通信システムにおいて、
送信側装置は、所定の信号処理を実行する信号処理部を備え、
受信側装置は、所定の信号処理を実行する信号処理部を備え、
受信側装置の信号処理部は、受信したパケット信号においてビットエラーによるパケットロスが発生しているときに、無線回線のパケットロスを明示的に通知するＥＬＮ（Explicit Loss Notification）ビットをセットし、受信したパケット信号を無効にすると同時に、ＥＬＮビットを含むパケット信号を発生し、これに応答して、ＥＬＮビットを含む応答確認信号を送信側装置の信号処理部に送信し、
送信側装置の信号処理部は、ＥＬＮビットを含む応答確認信号に応答して、これに対応するパケット信号を受信側装置の信号処理部に再送し、ここで、輻輳ウィンドウは変化させず、
次いで、受信側装置の信号処理部は、上記再送されたパケット信号を受信するまで、新たなＥＬＮビットを含むパケット信号が到着しない限り、ＥＬＮビットを含む応答確認信号を送信側装置の信号処理部に送り続ける。
【００６０】
従って、本発明によれば、基地局通信装置に余計な負荷を掛けないうえ、無線リンクロスを完全にＴＣＰレイヤに通知することにより、不必要な送信速度の抑制を解消するとともに、無線リンクエラーによるパケットロスを直ちに再送することを実現できる。それにより、無線環境におけるＴＣＰのスループット性能を大幅に向上することができ、基地局通信装置のない無線アドホックネットワークにおいても本発明に係る方法を容易に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態である通信システム１００の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の通信端末装置１０の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の携帯無線端末装置３０の構成を示すブロック図である。
【図４】従来技術のＯＳＩ参照モデル６０に対応して、図１の通信システム１００に用いる通信プロトコルを示す図である。
【図５】図１の通信システム１００における受信側装置のＭＡＣ処理部によって実行されるＭＡＣレイヤ受信処理（概略フロー）を示すフローチャートである。
【図６】図１の通信システム１００における受信側装置のＭＡＣ処理部によって実行されるＭＡＣレイヤ受信処理（詳細フロー）を示すフローチャートである。
【図７】図６のサブルーチンであるパケット信号の比較処理を示すフローチャートである。
【図８】図１の通信システム１００における受信側装置のＴＣＰ処理部によって実行されるＴＣＰレイヤの確認応答処理を示すフローチャートである。
【図９】図８のサブルーチンであるａｃｋ（ｐｋｔ）処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１の通信システム１００における送信側装置のＴＣＰ処理部によって実行されるＴＣＰレイヤの輻輳処理を示すフローチャートである。
【図１１】図１の通信システム１００における正常処理であって、送信側ＴＣＰ処理部と受信側ＴＣＰ処理部との間で送受信されるパケット信号とＡＣＫ信号を示すタイミングチャートである。
【図１２】図１の通信システム１００における動作例の第１のケースであって、１つの送信ウィンドウに送信リンクロスが１個発生する場合における送信側ＴＣＰ処理部と受信側ＴＣＰ処理部との間で送受信されるパケット信号とＡＣＫ信号を示すタイミングチャートである。
【図１３】図１の通信システム１００における動作例の第２のケースであって、１つの送信ウィンドウに送信リンクロスが２個発生する場合における送信側ＴＣＰ処理部と受信側ＴＣＰ処理部との間で送受信されるパケット信号とＡＣＫ信号を示すタイミングチャートである。
【図１４】図１の通信システム１００における動作例の第３のケースであって、１つの送信ウィンドウに無線リンクロスと輻輳によるパケットロスがそれぞれ１個ずつ発生する場合における送信側ＴＣＰ処理部と受信側ＴＣＰ処理部との間で送受信されるパケット信号とＡＣＫ信号を示すタイミングチャートである。
【図１５】図１の通信システム１００のシミュレーションのためのネットワークモデルを示すブロック図である。
【図１６】図１５のネットワークモデルにおけるシミュレーション結果であって、従来法と実施形態による方法とに係る、信号対雑音電力比（ＳＮＲ）に対するＴＣＰの平均シーケンス数を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…通信端末装置、
２０…基地局通信装置、
３０…携帯無線端末装置、
４０…有線回線、
５０…無線回線、
６０…ＯＳＩ参照モデル、
７０…通信プロトコル、
１００…通信システム、
１０１…接続端子、
１０２…インターフェース、
１０３，３０２…送受信部、
１０４，３０５…コントローラ、
１０５，３０６…キー操作部、
１０６，３０８…情報処理部、
１０８，３０９…記憶部、
１０９，３０７…表示部、
３０１…アンテナ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a communication system, a communication apparatus, and a communication method for transmitting a packet signal including information from a transmission side apparatus to a reception side apparatus via a wired line and a wireless line.
[0002]
[Prior art]
The network architecture centering on the Internet protocol has less dependency on the lower layer, and the demand for communication technology in the lower layer is low. As a result, a simple network construction can be realized, and the rapid development of the Internet has been achieved (see, for example, Prior Art Document 1 “Jun Murai,“ Next Generation Internet Technology ”, IEICE Journal, Vol. 84, No. 4). 1, pp. 2-9, January 2001 ”). On the other hand, with the spread of mobile terminals and the development of wireless communication technology in recent years, the use of mobile wireless networks has shown an explosive increase. Wireless communication has a higher transfer error rate than wired communication, and the error rate changes due to fluctuations in the radio wave environment.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In order to cope with such wireless links, cooperation between layers is more closely related in the conventional Internet protocol, in particular, information between the MAC (Media Access Control) layer and the TCP / IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) layer. It seems that the exchange needs to be done more than now.
[0004]
Since conventional TCP does not assume a wireless link, when packet loss occurs, it is regarded as network congestion and the transmission rate of IP packets is reduced. However, in the Internet using a wireless link, an IP packet is discarded due to a bit error even if it is not congested. Since TCP cannot distinguish packet loss due to a high error rate of radio from loss due to congestion, there is a problem in that the transmission rate of data is unnecessarily suppressed despite being not congested. In order to solve this problem, ELN (Explicit Loss Notification) that explicitly notifies the wireless link loss has been proposed (for example, the prior art document 2 “H. Balakrishnan et al.,“ Explicit Loss Notification and Wireless Web Performance. ", Proceeding of IEEE Globecom Internet Mini-Conference, November 1998"). However, in this method, a load is applied to the base station and the determination of the radio link loss and the congestion loss is incomplete.
[0005]
Until now, several TCP countermeasures corresponding to the wireless environment have been proposed. For example, the prior art document 3 “A. Bakre et al.,“ I-TCP: Indirect TCP for Mobile Hosts ”, Proceeding of 15th ICDCS. Indirect TCP disclosed in "May 1995" separates the network into a wired part and a wireless part, and the wired part and the wireless part respectively perform conventional TCP control and unique wireless flow control. In addition, the snoop module (Snoop) disclosed in Prior Art Document 4 “H. Balakrishnan et al.,“ Improving Reliable Transport and Handoff Performance in Cellular Wireless Networks ”, ACM Wireless Networks Vol.1, No.4, December 1995”. Module) distributes the retransmission request from the wireless terminal to that from the wired side by monitoring the connection by placing an agent in the base station. In the conventional implementation method of ELN, the base station of the radio link monitors the segment from the transmission side and the ACK segment from the reception side, thereby setting the ELN bit (= 1) and informing the transmission side of the radio link loss. . Although the above method attempts to effectively use conventional TCP by concealing a high wireless error rate from the wired side, it puts a load on the base station and blocks end-to-end control. The wireless link loss and congestion loss are also incompletely distinguished.
[0006]
An object of the present invention is to provide a communication system, a communication apparatus, and a communication method capable of solving the above-described problems, eliminating unnecessary transmission rate suppression, and immediately retransmitting a packet loss due to a radio link error. There is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A communication system according to the present invention is a communication system for transmitting a packet signal including information from a transmission side device to a reception side device via a wired line and a wireless line.
The transmission side device includes a signal processing unit that executes predetermined signal processing,
The receiving side device includes a signal processing unit that executes predetermined signal processing,
The signal processing unit of the receiving device sets an ELN (Explicit Loss Notification) bit that explicitly notifies the packet loss of the wireless line when a packet loss due to a bit error occurs in the received packet signal, and receives it. The packet signal including the ELN bit is generated at the same time as the invalidated packet signal is invalidated, and in response thereto, a response confirmation signal including the ELN bit is transmitted to the signal processing unit of the transmission side device,
In response to the response confirmation signal including the ELN bit, the signal processing unit of the transmission side device retransmits the corresponding packet signal to the signal processing unit of the reception side device, where the congestion window is not changed,
Next, the signal processing unit of the receiving side apparatus transmits a response confirmation signal including the ELN bit until the packet signal including the new ELN bit arrives until the retransmitted packet signal is received. It is characterized by continuing to send.
[0008]
The communication device according to the present invention is a communication device for a receiving device in a communication system that transmits a packet signal including information from a transmitting device to a receiving device via a wired line and a wireless line.
The communication apparatus includes a signal processing unit that executes predetermined signal processing,
The signal processing unit of the communication device sets and receives an ELN (Explicit Loss Notification) bit that explicitly notifies the packet loss of the wireless line when a packet loss due to a bit error occurs in the received packet signal. At the same time as invalidating the packet signal, a packet signal including the ELN bit is generated, and in response thereto, a response confirmation signal including the ELN bit is transmitted to the transmission side device.
Next, the signal processing unit of the communication device continues to send the response confirmation signal including the ELN bit to the transmitting side device until the packet signal including the new ELN bit arrives until the retransmitted packet signal is received. Features.
[0009]
Furthermore, a communication method according to the present invention is a communication method for a communication system for transmitting a packet signal including information from a transmission side device to a reception side device via a wired line and a wireless line.
The transmission side device includes a signal processing unit that executes predetermined signal processing,
The receiving side device includes a signal processing unit that executes predetermined signal processing,
In the signal processing unit of the receiving device, when a packet loss due to a bit error occurs in the received packet signal, an ELN (Explicit Loss Notification) bit that explicitly notifies the packet loss of the wireless line is set and received. The packet signal including the ELN bit is generated at the same time as the invalidated packet signal is invalidated, and in response thereto, a response confirmation signal including the ELN bit is transmitted to the signal processing unit of the transmission side device;
In the signal processing unit of the transmission side device, in response to the response confirmation signal including the ELN bit, the corresponding packet signal is retransmitted to the signal processing unit of the reception side device, where the congestion window is not changed, and
Next, in the signal processing unit of the receiving side device, unless a packet signal including a new ELN bit arrives until the retransmitted packet signal is received, a response confirmation signal including the ELN bit is sent to the signal processing unit of the transmitting side device. And the step of continuing to send to.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0011]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a communication system 100 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a communication system 100 according to the present embodiment includes a communication terminal device 10, a base station communication device 20, and a portable radio communication device 30, and the communication terminal device 10 and the base station communication device 20 are not connected. For example, it is connected via a wired line 40 such as an Ethernet cable or an optical fiber cable, and the base station communication device 20 and the portable wireless communication device 30 are connected via a wireless line 50 such as a portable wireless line, Information communication is performed between the communication terminal device 10 and the portable wireless communication device 30 using the packet signal via the base station communication device 50.
[0012]
In the embodiment according to the present invention, from the background as described in the above-mentioned section of the prior art, a new IP packet information that is discarded due to a bit error in the MAC layer is taken up from the MAC layer and notified to the TCP layer. The ELN method is proposed. Specifically, when a packet loss due to a bit error occurs in the MAC layer, by setting the ELN bit, the packet is invalidated and at the same time, a new radio link loss notification that notifies the information to the TCP layer Propose method. Here, it is assumed that the packet sequence number (4 bytes) is valid when a bit error occurs. For example, as shown in the schematic flow of FIG. 5 in which the ELN bit is set in the MAC layer reception process of the reception side device that is the portable wireless communication device 30, the reception side TCP processing unit receives a packet signal of ELN bit = 1. Similarly, the ELN bit is set in the ACK packet signal and sent to the transmission side, and when the transmission side TCP processing unit receives an ACK whose ELN bit is 1, it retransmits immediately, but does not change the congestion window. Thereafter, the reception side TCP processing unit sets ELN (= 1) in the ACK packet signal unless a new ELN packet arrives from the same reception side MAC processing unit until the retransmitted packet is received. Continue to send to the TCP processing unit of the sending device which is the device 10. FIG. 12 shows an example of a confirmation response flow in which the transmission / reception packet and the ELN bit are set. This will be described in detail later.
[0013]
In FIG. 1, a communication terminal device 10 is composed of, for example, a personal computer, divides information to be transmitted into a plurality of packet signals, and a portable wireless terminal device 30 via a wired line 40, a base station communication device 20, and a wireless line 50. And information from the portable wireless terminal device 30 is received through the reverse route. Further, when a transmission loss occurs in the wired line 40, the communication terminal device 10 performs congestion control of the packet signal in which the transmission loss has occurred. Here, “congestion control” means that when communication is congested, that is, when communication overflows, control is performed to reduce the number of transmitted packets in order to avoid congestion. . The base station communication device 20 constitutes a relay device that relays communication between the wired line 40 and the wireless line 50, and receives a packet signal received from the communication terminal device 10 via the wired line 40 via the wireless line 50. The packet signal received from the portable wireless communication device 30 via the wireless line 50 is transmitted to the communication terminal device 10 via the wired line 40. Furthermore, the mobile radio terminal device 30 is composed of, for example, a mobile phone that can move, and receives and transmits packet signals from the communication terminal device 10 via the wired line 40, the base station communication device 20, and the radio line 50. The packet signal to be transmitted is transmitted to the communication terminal device 10 through the reverse route.
[0014]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the communication terminal apparatus 10 of FIG. 2, the communication terminal device 10 includes a connection terminal 101, an interface 102, a transmission / reception unit 103, a controller 104, a key operation unit 105, an information processing unit 106, an arithmetic processing unit 107, and a storage unit 108. The display unit 109 and the units 103 to 109 are connected via the bus BS1.
[0015]
The connection terminal 101 is a connection terminal for connecting the communication terminal device 10 to the wired line 40. The interface 102 performs interface processing such as signal conversion and protocol conversion of data signals between the connection terminal 101 and the transmission / reception unit 103. The transmission / reception unit 103 transmits data input via the bus BSI to the wired line 40 via the interface 102 and the connection terminal 101, while transmitting data received from the wired line 40 via the connection terminal 101 and the interface 102 to the bus Output to BSI. The controller 104 controls the operation of each unit of the communication terminal device 10. The key operation unit 105 receives an instruction from the user of the communication terminal device 10 and outputs the instruction signal to the controller 104 and the information processing unit 106. The information processing unit 106 performs various types of information processing such as document creation and information processing in response to an instruction signal from the user input via the key operation unit 105, and outputs the processing results to a plurality of processing results. The packet signal is divided and stored in the storage unit 108. The information processing unit 106 includes a TCP processing unit that performs TCP layer signal processing, an IP processing unit that performs IP layer signal processing, and a MAC processing unit that performs MAC layer signal processing. The storage unit 108 stores various data. The display unit 109 gives various types of information as visual information to the user of the communication terminal device 10.
[0016]
In the communication terminal device 10 configured as described above, the packet signal received via the wired line 40 is temporarily stored in the storage unit 108 via the interface 102, the transmission / reception unit 103, and the bus BS1, A predetermined reception process is performed on the data of the packet signal that is input to the information processing unit 106. On the other hand, the plurality of packet signals generated by the information processing unit 106 are temporarily stored in the storage unit 108 and then transmitted to the wired line 40 via the bus BS1, the transmission / reception unit 103, the interface 102, and the connection terminal 101. The
[0017]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the portable wireless terminal device 30 of FIG. 3 includes an antenna 301, a transmission / reception unit 302, a controller 305, a key operation unit 306, a display unit 307, an information processing unit 308, and a storage unit 309. These units 302 to 309 are connected via a bus BS2.
[0018]
The transmission / reception unit 302 converts a radio signal received via the antenna 301 into a baseband signal, and outputs the converted baseband signal data to the information processing unit 308 via the bus BS2 and the storage unit 309, while transmitting Data of the packet signal to be received is received from the information processing unit 308 via the storage unit 309, the radio carrier wave is modulated according to the data, and the modulated radio signal is transmitted via the antenna 301. The controller 305 controls the operation of each unit of the portable wireless terminal device 30. The key operation unit 306 receives an instruction from the user of the portable wireless terminal device 30 and outputs the instruction signal to the controller 305 and the information processing unit 308. The display unit 307 gives various types of information to the user as visual information. The information processing unit 308 creates a document, processes information, and the like based on a user instruction input via the key operation unit 306, and stores the resulting data in the storage unit 309. The storage unit 309 stores various data and information. Here, the information processing unit 308 includes a TCP processing unit that performs TCP layer signal processing, an IP processing unit that performs IP layer signal processing, and a MAC processing unit that performs MAC layer signal processing.
[0019]
In the communication terminal device 30 configured as described above, a radio signal received using the antenna 301 via the radio line 50 is temporarily stored in the storage unit 309 via the transmission / reception unit 302 and the bus BS2. Thereafter, the data is input to the information processing unit 308, and a predetermined reception process is performed on the data of the packet signal. On the other hand, a plurality of packet signals generated by the information processing unit 308 are temporarily stored in the storage unit 309 and then transmitted to the wireless line 40 using the antenna 301 via the bus BS2 and the transmission / reception unit 302.
[0020]
FIG. 4 is a diagram showing a communication protocol used in the communication system 100 of FIG. 1 corresponding to the OSI reference model 60 of the prior art. As is well known in FIG. 4, the OSI reference model 60 includes a physical layer, a data link layer, a network layer, a transport layer, a session layer, a presentation layer, and an application layer from the lower layer to the upper layer. Here, the processing unit of the application layer controls protocols among many services executed by the user such as file transfer and message communication. In addition, the processing unit of the presentation layer controls the expression format of character codes and image data, and checks the data format between processes. Furthermore, the processing unit in the session layer performs communication control regarding communication mode management and information transfer, such as information flow between application processes. In addition, the transport layer processing unit performs communication control for improving the quality of communication information, and notifies the other party when data is missing. Furthermore, the processing unit in the network layer executes a data transfer function between computers across a plurality of networks, a data relay function, and the like. Furthermore, the data link layer is a layer for guaranteeing highly reliable data transmission between nodes, and the processing unit of the data link layer is composed of a hardware interface, and performs processing for reliably performing data transmission between relay stations. Execute. Furthermore, the physical layer converts the bit information passed from the data link layer into an electric signal for actual transmission, converts the received electric signal into bit information, and takes standards such as cables and connectors. It is a deciding layer. Therefore, the physical layer is a layer for physically connecting a line with the other party, and functions as a physical hardware connection layer.
[0021]
When the OSI model reference 60 is used for communication over the Internet, the application layer, the presentation layer, and the session layer are regarded as an application layer as one layer. Therefore, as shown in FIG. 4, the communication protocol 70 includes an application, TCP or UDP (User Datagram Protocol), IP (Internet Protocol), and MAC (Media Address Control). UDP is a connectionless communication protocol, and TCP is a connection type protocol. In the communication system 100, TCP, which is a connection type protocol, is used as a transport layer protocol.
[0022]
Hereinafter, for example, communication processing in the reception side device that is the portable wireless communication device 30 and the transmission side device that is the communication terminal device 10 will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
[0023]
FIG. 5 is a flowchart showing a MAC layer reception process (schematic flow) executed by the MAC processing unit of the reception-side apparatus in the communication system 100 of FIG. In FIG. 5, first, in step S1, error information is acquired from a packet signal and substituted into an error flag error. When an error has occurred due to a bit error in wireless communication (that is, a packet error), an error flag error is obtained. On the other hand, when no error has occurred, the error flag error = 0. Next, in step S2, the sequence number of the packet signal is acquired from the TCP header, and is substituted into the sequence number seqNo. Further, in step S3, it is determined whether or not the error flag error = 1, that is, whether or not a packet error has occurred. If YES, the process proceeds to step S4. If NO, the communication process is performed. Exit. Next, in step S4, it is determined whether or not retransmission at the MAC layer is completed. If YES, the process proceeds to step S5. If NO, the reception process is terminated. In step S5, 1 is set in the ELN bid. In step S6, a packet signal including the sequence number SeqNo and the ELN bit is transmitted to the TCP processing unit, and the reception process is terminated.
[0024]
In the link of the wired line 40, there is no retransmission in the MAC layer, and retransmission processing is performed only in the TCP layer. However, in order to cope with high bit errors in the link of the wireless line 50, local retransmission processing is also performed in the wireless MAC layer by, for example, IEEE 802.11b. If the packet is still in an error state after resending at the MAC layer, it is discarded in the conventional case, but in this embodiment, instead of discarding the packet, the ELN bit is set and the TCP is discarded. It is configured to send to the processing unit.
[0025]
FIG. 6 is a flowchart showing a MAC layer reception process (detailed flow) executed by the MAC processing unit of the reception side device in the communication system 100 of FIG.
[0026]
In FIG. 6, first, error information from the packet signal received in step S11 is acquired and substituted into the error flag error. In step S12, the sequence number of the packet signal is acquired from the TCP processing unit and substituted into the sequence number seqNo. In step S13, it is determined whether or not the error flag error = 1. If YES, the process proceeds to step S14. If NO, the process proceeds to step S16. In step S14, the packet signal comparison process which is a subroutine of FIG. 7 is executed, and then in step S15, the packet signal is stored in the buffer memory of the storage unit 309, and the reception process is terminated. On the other hand, the packet signal comparison process, which is the subroutine of FIG. 7, is executed in step S16, the ELN bit (= 0) is added to the packet signal in step S17, and the packet signal including the sequence number seqNo and the ELN bit in step S18. Is transmitted to the TCP processing unit, whereby it is transmitted to the TCP processing unit of the transmission side device, and the reception processing is terminated.
[0027]
FIG. 7 is a flowchart showing packet signal comparison processing (steps S14 and S16), which is a subroutine of FIG.
[0028]
In FIG. 7, first, in step S21, it is detected whether or not the buffer memory of the storage unit 309 is NULL, that is, whether or not any data is stored in the buffer memory. If YES, the process proceeds to step S22. If NO, return to the original main routine. In step S22, the sequence number of the packet signal stored in the buffer memory is substituted into the sequence number seqNo_buff, and in step S23, it is determined whether seqNo = seqNo_buff. If YES, the process proceeds to step S27. Advances to step S24. In step S24, the ELN bit (= 1) is added to the packet signal stored in the buffer memory, the error information error of the packet signal stored in the buffer memory is set to 0 in step S25, and the buffer memory is stored in step S26. The stored packet signal is transmitted to the TCP processing unit. In step S27, the buffer memory in the storage unit 309 is occupied with empty data, and the process returns to the original main routine.
[0029]
FIG. 8 is a flowchart showing a TCP layer confirmation response process executed by the TCP processing unit of the receiving side device in the communication system 100 of FIG.
[0030]
In FIG. 8, the sequence number of the packet received in step S31 is acquired and substituted into the sequence number seqno. Next, in step S32, it is determined whether or not flag ELN = 1 indicating a packet error. If YES, While the process proceeds to step S33, the process proceeds to step S38 if NO. In step S33, 1 is set to a flag ack_eln_bit indicating that the ELN bit is added to the ACK packet signal. In step S34, 1 is set to a flag ack_eln_buffer indicating that retransmission due to a packet error has occurred. Then, the sequence number seqno is substituted into ack_eln_no representing the sequence number seqNo of the packet to be retransmitted, and the process proceeds to step S36. In step S36, an ack (pkt) process (where pkt is a packet object of the received packet signal), which is a subroutine of FIG. 9, is executed, and in step S37, an ACK signal is transmitted to the counterpart device and The confirmation response process is terminated.
[0031]
On the other hand, in step S38, it is determined whether or not seqno = next. If YES, the process proceeds to step S39. If NO, the process proceeds to step S42. Here, next is a sequence number requested by the TCP processing unit of the receiving apparatus, and the variable next is updated in the reception window update process in the ACK creation pre-process described later.
[0032]
In step S39, the flag ack_eln_buffer is set to 0. In step S40, the flag ack_eln_bit is set to 0. In step S41, ACK creation preprocessing is executed, and the process proceeds to step S36. In the ACK creation pre-processing, the data size is acquired from the received packet signal, and the time stamp ts and reception window update processing are executed based on the received packet signal.
[0033]
In step S42, it is determined whether or not the flag ack_eln_buffer = 1. If YES, the process proceeds to step S43. If NO, the process proceeds to step S41. In step S43, the flag ack_eln_bit is set to 1, and the process proceeds to step S41.
[0034]
FIG. 9 is a flowchart showing an ack (pkt) process which is a subroutine of FIG.
[0035]
In FIG. 9, first, in step S51, an ACK packet signal creation process is executed to secure a packet area. In step S52, it is determined whether or not the flag ack_eln_bit = 1. If YES, step S53 is performed. On the other hand, if NO, the process proceeds to step S54. After setting the ELN bit (= 1) in the ACK signal header in step S53, the process proceeds to step S54. Further, in step S54, it is determined whether or not the flag ack_eln_buff = 1. If YES, the process proceeds to step S55. If NO, the process proceeds to step S56. In step S55, the flag ack_eln_no is set in the sequence number of the ACK signal, and the process proceeds to step S57. On the other hand, in step S56, (next-1) is set to the sequence number of the ACK signal, and the process proceeds to step S57. In step S57, the time stamp ts is set in the ACK signal. In step S58, the flow ID is acquired from the IP header of the packet signal. In step S59, the flow ID is copied into the IP header of the ACK signal, and the process returns to the original main routine.
[0036]
FIG. 10 is a flowchart showing TCP layer congestion processing executed by the TCP processing unit of the transmission side device in the communication system 100 of FIG.
[0037]
In FIG. 10, first, an ACK signal is received in step S61, the sequence number of ACK is substituted into ackno in step S62, and the flag ERROR_nocount is incremented by 1 in step S63. Here, the flag ERROR_nocount is a flag that is not substantially considered in the present embodiment because there is no comment in the protocol protocol and it is not used in the program. Next, in step S64, the time stamp of the ACK signal is substituted into ts_peer_, and the process proceeds to step S65. Here, the time stamp ts_peer_ is a time stamp when the packet signal is received by the TCP processing unit of the receiving apparatus.
[0038]
Next, in step S65, it is determined whether ELN = 1. If YES, the process proceeds to step S66. If NO, the process proceeds to step S70. In step S66, it is determined whether or not prev_ackno = ackno. If YES, the congestion processing is terminated, whereas if NO, the process proceeds to step S67. Here, prev_ackno is a retransmitted sequence number provided to avoid duplication of retransmission. Then, a retransmission timer setting process is executed in step S67, a packet signal output process is executed in step S68, ackno is substituted for the retransmitted sequence number prev_ackno in step S69, and the congestion process is terminated.
[0039]
In step S70, other than the first ACK signal in which the ELN bit is set are subject to calculation, and the trace variable “nackpack” indicating the total number of received ACK signals is incremented by 1. In step S71, ackno> lastack_ (last received) ACK signal sequence number) is determined. If YES, the process proceeds to step S72. If NO, the process proceeds to step S76. In step S72, ackno is substituted for the sequence number lastack_ of the last received ACK signal, and ackno is substituted for the sequence number prev_ackno to be retransmitted in step S73, and the process proceeds to step S74. In step S74, it is determined whether or not a DupACK signal indicating a duplicated ACK signal (third and subsequent ACK signals) has been received. If YES, the congestion process is terminated. If NO, the process proceeds to step S75. Then, after transmitting a new packet signal, the congestion processing is terminated.
[0040]
In step S76, it is determined whether ackno = lastack_. If YES, the process proceeds to step S77. If NO, the process proceeds to step S74. In step S77, cwnd / 2 is substituted into the congestion window size parameter cwnd, 1 is substituted into the window reduction notification parameter CWR, and ssthresh / 2 is substituted into the threshold parameter ssthresh for executing the slow start. Next, a retransmission timer setting process is executed in step S78, a packet signal output process is executed in step S79, and the process proceeds to step S74.
[0041]
An example of the operation of the communication system 100 configured as described above will be described below with reference to the timing charts of FIGS.
[0042]
FIG. 11 is a timing chart illustrating packet signals and ACK signals that are normal processing in the communication system 100 of FIG. 1 and are transmitted and received between the transmission-side TCP processing unit and the reception-side TCP processing unit.
[0043]
11, the transmission side TCP processing unit transmits n packets to the reception side TCP processing unit in the order of

numbers

1, 2,..., N. When receiving the number 1 packet signal, the receiving side TCP processing unit transmits an acknowledgment signal ACK1 indicating that the number 1 packet signal has been received to the transmitting side TCP processing unit. Similarly, acknowledgment responses ACK2, ACK3,..., ACKn are transmitted to the TCP processing unit on the transmission side for the packet signals of

numbers

2, 3,. On the other hand, the transmission side TCP processing unit recognizes that the packet signals of

numbers

1, 2,..., N are transmitted to the reception side TCP processing unit by receiving the acknowledgment signals ACK1, ACK2,. . The transmission side TCP processing unit transmits the number 1 packet signal to the reception side TCP processing unit and then receives an acknowledgment signal ACK1 indicating that the number 1 packet signal has been received from the reception side TCP processing unit. In the meantime, the number n of packet signals transmitted from the transmission side TCP processing unit to the reception side TCP processing unit is referred to as a transmission window. Therefore, if the packet signal transmitted from the transmission side TCP processing unit surely reaches the reception side TCP processing unit, the communication efficiency is higher as the transmission window is larger. As described above, in the connection-type communication system, the transmission side transmits a plurality of packet signals to the reception side while transmitting the packet signal and receiving the acknowledgment signal with the reception side.
[0044]
Therefore, when the information is divided into a plurality of packet signals, and the plurality of divided packet signals are transmitted from the communication terminal device 10 to the portable wireless terminal device 30, the communication terminal device 10 assigns n packet signals to the

number

1, 2,..., N are transmitted to the portable wireless terminal device 30 via the wired line 40, the base station communication device 20, and the wireless line 50 in this order. And the portable radio | wireless terminal apparatus 30 will receive confirmation response ACK1, ACK2, ..., ACKn via the radio | wireless line 50, the base station communication apparatus 20, and the wired line 40, if the packet signal of

number

1, 2, ..., n is received. It transmits to the communication terminal device 10.
[0045]
FIG. 12 is a first case of the operation example in the communication system 100 of FIG. 1, and shows the relationship between the transmission side TCP processing unit and the reception side TCP processing unit when one radio link loss occurs in one transmission window. 3 is a timing chart showing packet signals and ACK signals transmitted and received between the two.
[0046]
In FIG. 12, the receiving side TCP processing unit uses the Ack2 (ELN) signal to notify the transmitting side TCP processing unit of the occurrence of a radio link loss by this ELN bit, and at the same time requests retransmission of the packet 2 signal. On the other hand, when receiving the Ack2 (ELN) signal, the transmission-side TCP processing unit does not wait for the DupAck signal and immediately retransmits the packet 2 signal. In this retransmission, congestion window control is not performed.
[0047]
FIG. 13 is a second case of the operation example in the communication system 100 of FIG. 1, and shows the relationship between the transmission side TCP processing unit and the reception side TCP processing unit when two transmission link losses occur in one transmission window. 3 is a timing chart showing packet signals and ACK signals transmitted and received between the two.
[0048]
In FIG. 13, the receiving-side TCP processing unit continues to send the Ack2 (ELN) signal to the transmitting-side TCP processing unit unless the packet 2 signal is retransmitted. When the packet 4 signal is transmitted, it is changed to an Ack4 (ELN) signal and transmitted to the transmission side TCP processing unit. On the other hand, when receiving the Ack2 (ELN) signal, the transmission-side TCP processing unit immediately retransmits the packet 2 signal, but does not perform congestion window control. Similarly, when receiving the Ack4 (ELN) signal, the transmission-side TCP processing unit immediately retransmits only the packet 4 signal.
[0049]
FIG. 14 is a third case of the operation example in the communication system 100 of FIG. 1 and shows a transmission side TCP processing unit and reception when one wireless link loss and one packet loss due to congestion occur in one transmission window. It is a timing chart which shows the packet signal and ACK signal which are transmitted / received between side TCP processing parts.
[0050]
In FIG. 14, the same processing as in the first case of FIG. 12 is performed only for the radio link loss, but the packet loss with ELN bit = 0 is retransmitted by the DupAck signal as in the conventional case, and congestion control is performed. At the same time.
[0051]
【Example】
In order to verify the effectiveness of the new ELN method proposed in the present embodiment, the present inventors have developed a network simulator NS-2 (for example, prior art document 5 “UCB / LBNL / VINT Network Simulator ns (version 2), http Computer simulation experiment was conducted using “https://www.isi.edu/nsnam/ns/, July 2002.” The network model used in the experiment is shown in FIG. The data transmission rate is 10 Mbps and the delay time is set to 2 msec. In the wireless line 40, the data transmission rate is 2 Mbps and the delay time is set to 2 msec.
[0052]
FIG. 16 is a graph showing simulation results in the network model of FIG. 15 and showing the average number of TCP sequences with respect to the signal-to-interference noise power ratio (SINR) according to the conventional method and the method according to the embodiment. The following two methods are used as the conventional method of the comparative example.
(1) TCP-Reno method disclosed in Prior Art Document 6 “WR Stevens,“ TCP slow start congestion avoidance, fast retransmission and fast recovery algorithms ”, RFC2001, January 1997”: By introducing early retransmission and early recovery Although the performance is greatly improved over the original Tahoe TCP method, when multiple packet losses occur in one transmission window, the early retransmission state cannot be entered and a timeout must be waited. was there.
(2) TCP-Sack method disclosed in prior art document 7 “M. Mathis et al.,“ TCP selective acknowledgement options ”, RFC2018, October 1996”: multiple swiftly by adding an ACK signal to Sack-option The packet loss is notified to the transmission side device, and the performance is improved by early retransmission and early recovery.
[0053]
In the simulation, the average error rate of the DPSK signal was used as the bit error model. As is clear from FIG. 16, the average number of sequences (Kbytes, 80 seconds, 100 times) of the method according to the embodiment in the SNR range of 8.5 dB to 10.5 dB is the TCP-Reno method and the TCP- Compared to the Sack method, it was found that the maximum improvement was 11 times (see Table 1 below).
[0054]
[Table 1]

[0055]
As described above, according to the present embodiment, a packet signal including information is transmitted from the communication terminal device 10 that is a transmission side device to the portable wireless communication device 50 that is a reception side device via the wired line 40 and the wireless line 50. In the communication system for transmission, the communication terminal device 10 includes a TCP processing unit that performs signal processing in the TCP layer, and the portable wireless communication device 50 includes a MAC processing unit that performs signal processing in the MAC layer, and a TCP layer. And a TCP processing unit for executing signal processing in Here, the portable wireless communication device 50 explicitly notifies the packet loss of the wireless line when a packet loss due to a bit error in the MAC processing unit occurs in the received packet signal. The bit is set and the received packet signal is invalidated. At the same time, the packet signal including the ELN bit is sent from the MAC processing unit to the TCP processing unit. The data is transmitted to the TCP processing unit of the communication terminal device 10. Next, in response to the response confirmation signal including the ELN bit, the TCP processing unit of the communication terminal device 10 retransmits the corresponding packet signal to the TCP processing unit of the receiving side device, where the congestion window is not changed. . Further, the TCP processing unit of the portable wireless communication device 50 sets the ELN bit until a packet signal including a new ELN bit arrives from the MAC processing unit of the portable wireless communication device 50 until the retransmitted packet signal is received. It is characterized by continuing to send the response confirmation signal including it to the TCP processing unit of the transmission side apparatus.
[0056]
Therefore, according to this embodiment, unnecessary load on the transmission rate is eliminated by not applying an extra load to the base station communication device 20 that is a relay device and by completely notifying the TCP layer of the radio link loss. In addition, it is possible to immediately retransmit a packet loss due to a radio link error. Thereby, the throughput performance of TCP in a wireless environment can be significantly improved, and the method according to the present embodiment can be easily applied to a wireless ad hoc network without a base station communication device.
[0057]
In the above embodiment, each of the transmission side device and the reception side device includes at least a MAC processing unit and a TCP processing unit. However, the present invention is not limited to this, and these two processing units have predetermined signal processing. It may be a signal processing unit that executes.
[0058]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
[0059]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, in a communication system for transmitting a packet signal including information from a transmission side device to a reception side device via a wired line and a wireless line,
The transmission side device includes a signal processing unit that executes predetermined signal processing,
The receiving side device includes a signal processing unit that executes predetermined signal processing,
The signal processing unit of the receiving device sets an ELN (Explicit Loss Notification) bit that explicitly notifies the packet loss of the wireless line when a packet loss due to a bit error occurs in the received packet signal, and receives it. The packet signal including the ELN bit is generated at the same time as the invalidated packet signal is invalidated, and in response thereto, a response confirmation signal including the ELN bit is transmitted to the signal processing unit of the transmission side device,
In response to the response confirmation signal including the ELN bit, the signal processing unit of the transmission side device retransmits the corresponding packet signal to the signal processing unit of the reception side device, where the congestion window is not changed,
Next, the signal processing unit of the receiving side apparatus transmits a response confirmation signal including the ELN bit until the packet signal including the new ELN bit arrives until the retransmitted packet signal is received. Continue to send.
[0060]
Therefore, according to the present invention, unnecessary load on the base station communication apparatus is not imposed, and the radio link loss is completely notified to the TCP layer, thereby eliminating unnecessary transmission rate suppression and radio link error. It is possible to immediately retransmit the packet loss due to. Thereby, the throughput performance of TCP in a wireless environment can be greatly improved, and the method according to the present invention can be easily applied to a wireless ad hoc network without a base station communication device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a communication system 100 according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a configuration of a communication terminal device 10 of FIG.
3 is a block diagram showing a configuration of the portable wireless terminal device 30 of FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a communication protocol used in the communication system 100 of FIG. 1 corresponding to the OSI reference model 60 of the prior art.
5 is a flowchart showing a MAC layer reception process (schematic flow) executed by a MAC processing unit of a reception-side apparatus in the communication system 100 of FIG.
6 is a flowchart showing a MAC layer reception process (detailed flow) executed by the MAC processing unit of the reception-side apparatus in the communication system 100 of FIG.
FIG. 7 is a flowchart showing packet signal comparison processing, which is a subroutine of FIG. 6;
FIG. 8 is a flowchart showing a TCP layer confirmation response process executed by the TCP processing unit of the receiving side device in the communication system 100 of FIG. 1;
FIG. 9 is a flowchart showing ack (pkt) processing which is a subroutine of FIG. 8;
10 is a flowchart showing TCP layer congestion processing executed by the TCP processing unit of the transmission side device in the communication system 100 of FIG. 1; FIG.
11 is a timing chart showing a packet signal and an ACK signal that are normal processing in the communication system 100 of FIG. 1 and are transmitted and received between the transmission-side TCP processing unit and the reception-side TCP processing unit.
12 is a first case of an operation example in the communication system 100 of FIG. 1, and shows a case where a transmission side TCP processing unit and a reception side TCP processing unit in a case where one transmission link loss occurs in one transmission window; 3 is a timing chart showing packet signals and ACK signals transmitted and received between the two.
13 is a second case of the operation example in the communication system 100 of FIG. 1, in which two transmission link losses occur in one transmission window between the transmission side TCP processing unit and the reception side TCP processing unit. 3 is a timing chart showing packet signals and ACK signals transmitted and received between the two.
14 is a third case of the operation example in the communication system 100 of FIG. 1, and is a transmission side TCP processing unit when one wireless link loss and one packet loss due to congestion occur in one transmission window; It is a timing chart which shows the packet signal and ACK signal which are transmitted / received between receiving side TCP process parts.
15 is a block diagram showing a network model for simulation of the communication system 100 of FIG. 1. FIG.
FIG. 16 is a graph showing simulation results in the network model of FIG. 15 and the average number of TCP sequences with respect to the signal-to-noise power ratio (SNR) according to the conventional method and the method according to the embodiment.
[Explanation of symbols]
10: Communication terminal device,
20 ... base station communication device,
30: Portable wireless terminal device,
40 ... Wired line,
50 ... wireless line,
60 ... OSI reference model,
70: Communication protocol,
100: communication system,
101 ... connection terminal,
102 ... interface,
103, 302 ... transmission / reception unit,
104, 305 ... controller,
105, 306... Key operation unit,
106, 308 ... Information processing unit,
108,309 ... storage part,
109, 307 ... display section,
301: Antenna.

Claims

In a communication system for transmitting a packet signal including information from a transmission side device to a reception side device via a wired line and a wireless line,
The transmission side device includes a signal processing unit that executes predetermined signal processing,
The receiving side device includes a signal processing unit that executes predetermined signal processing,
The signal processing unit of the receiving device sets an ELN (Explicit Loss Notification) bit that explicitly notifies the packet loss of the wireless line when a packet loss due to a bit error occurs in the received packet signal, and receives it. The packet signal including the ELN bit is generated at the same time as the invalidated packet signal is invalidated, and in response thereto, a response confirmation signal including the ELN bit is transmitted to the signal processing unit of the transmission side device,
In response to the response confirmation signal including the ELN bit, the signal processing unit of the transmission side device retransmits the corresponding packet signal to the signal processing unit of the reception side device, where the congestion window is not changed,
Next, the signal processing unit of the receiving side apparatus transmits a response confirmation signal including the ELN bit until the packet signal including the new ELN bit arrives until the retransmitted packet signal is received. A communication system characterized by continuing to send to

In a communication device for a reception side device in a communication system that transmits a packet signal including information from a transmission side device to a reception side device via a wired line and a wireless line,
The communication apparatus includes a signal processing unit that executes predetermined signal processing,
The signal processing unit of the communication device sets and receives an ELN (Explicit Loss Notification) bit that explicitly notifies the packet loss of the wireless line when a packet loss due to a bit error occurs in the received packet signal. At the same time as invalidating the packet signal, a packet signal including the ELN bit is generated, and in response thereto, a response confirmation signal including the ELN bit is transmitted to the transmission side device.
Next, the signal processing unit of the communication device continues to send the response confirmation signal including the ELN bit to the transmitting side device until the packet signal including the new ELN bit arrives until the retransmitted packet signal is received. A communication device.

In a communication method for a communication system for transmitting a packet signal including information from a transmission side device to a reception side device via a wired line and a wireless line,
The transmission side device includes a signal processing unit that executes predetermined signal processing,
The receiving side device includes a signal processing unit that executes predetermined signal processing,
In the signal processing unit of the receiving device, when a packet loss due to a bit error occurs in the received packet signal, an ELN (Explicit Loss Notification) bit that explicitly notifies the packet loss of the wireless line is set and received. The packet signal including the ELN bit is generated at the same time as the invalidated packet signal is invalidated, and in response thereto, a response confirmation signal including the ELN bit is transmitted to the signal processing unit of the transmission side device;
In the signal processing unit of the transmission side device, in response to the response confirmation signal including the ELN bit, the corresponding packet signal is retransmitted to the signal processing unit of the reception side device, where the congestion window is not changed, and
Next, in the signal processing unit of the receiving side device, unless a packet signal including a new ELN bit arrives until the retransmitted packet signal is received, a response confirmation signal including the ELN bit is sent to the signal processing unit of the transmitting side device. And a step of continuing to send to the communication method.