(57)【要約】【課題】無線ＬＡＮシステム全体としてエリアカバー率の向上とスループットの改善により各ユーザに品質の高い無線環境を提供するために、各無線局の運用周波数帯を適切に設定する。【解決手段】共用周波数帯上で複数の無線局が送信する無線通信システムにおいて、無線局は、自無線局の能力情報および周辺の環境情報を含めた能力／環境情報を無線局制御装置に通知する手段を備え、無線局制御装置は、無線局より収集した能力／環境情報を基に、複数の周波数帯の使用が可能な無線局に対して予め定められた制御指針に基づいて、使用する周波数帯を選択して設定する制御手段を備える。制御指針は、無線局によるエリアカバー率を基に、所定の閾値以下の無線局についてはエリアカバー率が改善される周波数帯を選択する。【選択図】  図１
2020145521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共用周波数帯上で複数の無線局が送信する無線通信システムにおいて、
前記無線局は、自無線局の能力情報および周辺の環境情報を含めた能力／環境情報を無線局制御装置に通知する手段を備え、
前記無線局制御装置は、前記無線局より収集した能力／環境情報を基に、複数の周波数帯の使用が可能な前記無線局に対して予め定められた制御指針に基づいて、使用する周波数帯を選択して設定する制御手段を備えた
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御手段は、前記制御指針として、前記無線局によるエリアカバー率を基に、所定の閾値以下の無線局についてエリアカバー率が改善される周波数帯を選択する構成である  ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
共用周波数帯上で複数の無線局が送信する無線通信方法において、
前記無線局は、自無線局の能力情報および周辺の環境情報を含めた能力／環境情報を無線局制御装置に通知する処理を実行するステップを有し、
前記無線局制御装置は、前記無線局より収集した能力／環境情報を基に、複数の周波数帯の使用が可能な前記無線局に対して予め定められた制御指針に基づいて、使用する周波数帯を選択して設定する制御ステップを有する
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項４】
請求項３に記載の無線通信方法において、
前記制御ステップは、前記制御指針として、前記無線局によるエリアカバー率を基に、所定の閾値以下の無線局についてエリアカバー率が改善される周波数帯を選択する
ことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムにおいて、無線局の運用周波数帯の選択により、システム全体としてのエリアカバー率の向上とスループットの改善を行う無線通信システムおよび無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンやスマートフォン等の持ち運び可能で高性能な無線端末の普及により企業や公共スペースだけではなく、一般家庭でもIEEE802.11標準規格の無線ＬＡＮが広く使われるようになっている。IEEE802.11標準規格の無線ＬＡＮには、 2.4ＧHz帯を用いるIEEE802.11b/g/n 規格の無線ＬＡＮと、５ＧHz帯を用いるIEEE802.11a/n/ac規格の無線ＬＡＮがある。
【０００３】
IEEE802.11ｂ規格やIEEE802.11ｇ規格の無線ＬＡＮでは、2400ＭHzから2483.5ＭHz間に５ＭHz間隔で13チャネルが用意されている。ただし、同一場所で複数のチャネルを使用する際は、干渉を避けるためスペクトルが重ならないようにチャネルを使用すると最大で３チャネル、場合によっては４チャネルまで同時に使用できる。
【０００４】
IEEE802.11ａ規格の無線ＬＡＮでは、日本の場合は、5170ＭHzから5330ＭHz間と、5490ＭHzから5710ＭHz間で、それぞれ互いに重ならない８チャネルおよび11チャネルの合計19チャネルが規定されている。なお、IEEE802.11ａ規格では、チャネル当たりの帯域幅が20ＭHzに固定されている。
【０００５】
無線ＬＡＮの最大伝送速度は、IEEE802.11ｂ規格の場合は11Ｍbps であり、IEEE802.11ａ規格やIEEE802.11ｇ規格の場合は54Ｍbps である。ただし、ここでの伝送速度は物理レイヤ上での伝送速度である。実際にはＭＡＣ（Medium Access Control ）レイヤでの伝送効率が50〜70％程度であるため、実際のスループットの上限値はIEEE802.11ｂ規格では５Ｍbps 程度、IEEE802.11ａ規格やIEEE802.11ｇ規格では30Ｍbps 程度である。また、伝送速度は、情報を送信しようとする無線局が増えればさらに低下する。
【０００６】
一方で、有線ＬＡＮでは、Ethernet（登録商標）の100Base-T インタフェースをはじめ、各家庭にも光ファイバを用いたＦＴＴＨ（Fiber to the home)の普及から、 100Ｍbps 〜１Ｇbps 級の高速回線の提供が普及しており、無線ＬＡＮにおいても更なる伝送速度の高速化が求められている。
【０００７】
そのため、2009年に標準化が完了したIEEE802.11ｎ規格では、これまで20ＭHzと固定されていたチャネル帯域幅が最大で40ＭHzに拡大され、また、空間多重送信技術（ＭＩＭＯ：Multiple input multiple output）技術の導入が決定された。IEEE802.11ｎ規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で 600Ｍbps の通信速度を実現可能である。
【０００８】
さらに、2013年に標準化が完了したIEEE802.11ac規格では、チャネル帯域幅を80ＭHzや最大で 160ＭHz（または80＋80ＭHz）まで拡大することや、空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：Space Division Multiple Access）を適用したマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）送信方法の導入が決定している。IEEE802.11ac規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で約 6.9Ｇbps の通信速度を実現可能である。
【０００９】
また、現在策定中のIEEE802.11ax規格では、上記の20ＭHz，40ＭHz，80ＭHz， 160ＭHz，80＋80ＭHzのチャネルを細かいサブチャネルに分け、フレームの送受信ができるＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) が規定される見込みである。ＯＦＤＭＡを用いると、上記チャネルを細かいサブチャネルに分けてリソースユニット単位で複数の無線局による同時送信が可能となる。さらに、IEEE802.11ax規格では、キャリアセンス閾値（ＣＣＡ閾値）制御により周辺の他セルからの干渉を抑えつつ通信機会を増大する機能が規定される見込みである。
【００１０】
IEEE802.11規格の無線ＬＡＮは、 2.4ＧHz帯または５ＧHz帯の免許不要な周波数帯で運用するため、IEEE802.11規格の無線基地局は、無線ＬＡＮセル（ＢＳＳ：Basic Service Set ）を形成する際に、自無線基地局で対応可能な周波数チャネルの中から１つの周波数チャネルを選択して運用する。
【００１１】
自セルで使用するチャネル、帯域幅およびそれ以外のパラメータの設定値および自無線基地局において対応可能なその他のパラメータは、定期的に送信するBeaconフレームや、無線端末から受信するProbe Request フレームに対するProbe responseフレーム等に記載し、運用が決定された周波数チャネル上でフレームを送信し、配下の無線端末および周辺の他無線局に通知することで、セルの運用を行っている。
【００１２】
無線基地局において、周波数チャネルや帯域幅およびその他のパラメータの選択および設定方法には、次の４つの方法がある。
(1) 無線基地局の製造メーカで設定されたデフォルトのパラメータ値をそのまま使用する方法
(2) 無線基地局を運用するユーザが手動で設定した値を使用する方法
(3) 各無線基地局が起動時に自局において検知する無線環境情報に基づいて自律的にパラメータ値を選択して設定する方法
(4) 無線ＬＡＮコントローラなどの集中制御局で決定されたパラメータ値を設定する方法
【００１３】
また、同一場所で同時に使えるチャネル数は、通信に用いるチャネル帯域幅によって、 2.4ＧHz帯の無線ＬＡＮでは３つ、５ＧHz帯の無線ＬＡＮでは２つ，４つ，９つ，または19のチャネルになるので、実際に無線ＬＡＮを導入する際には無線基地局が自ＢＳＳ内で使用するチャネルを選択する必要がある（非特許文献２）。
【００１４】
チャネル帯域幅を40ＭHz、80ＭHz、 160ＭHzまたは80＋80ＭHzと広くする場合、５ＧHz帯において同一場所で同時に使えるチャネル数は、チャネル帯域幅が20ＭHzで19チャネルだったものが、９チャネル、４チャネル、２チャネルと少なくなる。すなわち、チャネル帯域幅が増加するにつれて、使えるチャネル数が低減することになる。
【００１５】
使用可能なチャネル数よりもＢＳＳ数が多い無線ＬＡＮの稠密環境では、複数のＢＳＳが同一チャネルを使うことになる（ＯＢＳＳ：Overlapping BSS ）。そのため無線ＬＡＮでは、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）を用いて、キャリアセンスによりチャネルが空いているときにのみデータの送信を行う自律分散的なアクセス制御が使われている。
【００１６】
具体的には、送信要求が発生した無線局は、まず所定のセンシング期間（ＤＩＦＳ：Distributed Inter-Frame Space ）だけキャリアセンスを行って無線媒体の状態を監視し、この間に他の無線局による送信信号が存在しなければ、ランダム・バックオフを行う。無線局は、引き続きランダム・バックオフ期間中もキャリアセンスを行うが、この間にも他の無線局による送信信号が存在しない場合に、チャネルの利用権を得る。なお、他の無線局による送受信は、予め設定されたキャリアセンス閾値よりも大きな信号を受信するか否かで判断される。チャネルの利用権を得た無線局は、同一ＢＳＳ内の他の無線局にデータを送信し、またそれらの無線局からデータを受信できる。このようなＣＳＭＡ／ＣＡ制御を行う場合、同一チャネルを使用する無線ＬＡＮの稠密環境では、キャリアセンスによりチャネルがビジーになる頻度が高くなるためスループットが低下する。したがって、周辺環境をモニタリングし、使用するチャネル、送信電力値、キャリアセンス閾値、減衰値、ＯＦＤＭＡリソースユニット、収容トラヒック量や、環境情報に応じて同時送信の選定などを適切に実施することが重要になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】守倉正博、久保田周治  監修、改定三版802.11高速無線ＬＡＮ教科書、pp.5-10 、2008年４月、インプレスＲ＆Ｄ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
無線基地局の運用周波数帯である 2.4ＧHz／５ＧHz種別や、運用周波数帯における利用チャネルの選択などの上記パラメータの選択方法は、IEEE802.11標準規格で定まっていないため、各ベンダーが独自の方法を採用している。
【００１９】
また、各無線局は自律分散的に上記パラメータを選択するため、システム全体としても最適化はできなく、特に無線局数が多い環境ではユーザ品質が大きく劣化する問題がある。
【００２０】
例えば、 2.4ＧHzと５ＧHzの周波数帯を選択して運用できる複数の無線局が存在する場合は、 2.4ＧHz帯と５ＧHz帯を適切に振り分けしなければ、数少ないチャネルを複数の無線局で供用することになる。また、どちらかの周波数帯でサービスエリアの確保ができなかったり、また不要にオーバーラップしたりし、効率の悪い運用をすることになる。
【００２１】
本発明は、無線ＬＡＮシステム全体としてエリアカバー率の向上とスループットの改善により各ユーザに品質の高い無線環境を提供するために、各無線局の運用周波数帯を適切に設定することができる無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
第１の発明は、共用周波数帯上で複数の無線局が送信する無線通信システムにおいて、無線局は、自無線局の能力情報および周辺の環境情報を含めた能力／環境情報を無線局制御装置に通知する手段を備え、無線局制御装置は、無線局より収集した能力／環境情報を基に、複数の周波数帯の使用が可能な無線局に対して予め定められた制御指針に基づいて、使用する周波数帯を選択して設定する制御手段を備える。
【００２３】
第１の発明の無線通信システムにおいて、制御手段は、制御指針として、無線局によるエリアカバー率を基に、所定の閾値以下の無線局についてエリアカバー率が改善される周波数帯を選択する構成である。
【００２４】
第２の発明は、共用周波数帯上で複数の無線局が送信する無線通信方法において、無線局は、自無線局の能力情報および周辺の環境情報を含めた能力／環境情報を無線局制御装置に通知する処理を実行するステップを有し、無線局制御装置は、無線局より収集した能力／環境情報を基に、複数の周波数帯の使用が可能な無線局に対して予め定められた制御指針に基づいて、使用する周波数帯を選択して設定する制御ステップを有する。
【００２５】
第２の発明の無線通信方法において、制御ステップは、制御指針として、無線局によるエリアカバー率を基に、所定の閾値以下の無線局についてエリアカバー率が改善される周波数帯を選択する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、各無線局の運用周波数帯を適切に設定することにより、無線ＬＡＮシステム全体としてエリアカバー率の向上とスループットの改善を図り、各ユーザに品質の高い無線環境を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明における無線通信システムの構成例を示す図である。
【図２】無線局１０の構成例を示す図である。
【図３】無線局制御装置２０の構成例を示す図である。
【図４】本発明における無線局制御装置２０の動作フローを示すフローチャートである。
【図５】エリアカバー貢献度の概要を説明する図である。
【図６】本発明による無線局（ＡＰ）の運用周波数帯の算出例１を示す図である。
【図７】本発明による無線局（ＡＰ）の運用周波数帯の算出例２を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明における無線通信システムの構成例を示す。
図１において、無線通信システムは、複数の無線局１０−１〜１０−２が無線局制御装置２０に接続されている。各無線局１０−１〜１０−２は、無線局制御装置２０に能力／環境情報（詳しくは後述）を通知し、無線局制御装置２０より通知されたパラメータ設定情報を基に運用される。
【００２９】
図２は、無線局１０の構成例を示す。
図２において、無線局１０は、自無線局の能力情報を保持する自無線局能力情報保持部１１、周辺の環境情報を収集する周辺無線環境情報収集部１２、能力情報および周辺環境情報（能力／環境情報）を無線局制御装置２０に通知する能力／環境情報通知部１３、無線局制御装置２０から通知される運用パラメータ情報を基に運用パラメータを設定する運用パラメータ設定部１４、および無線通信部１５より構成される。ここで、無線局の能力情報とは、対応する無線周波数（ 2.4ＧHz／５ＧHz）、対応する無線規格（11a/b/g/n/ac/ax ）、収容アンテナ数などの情報である。
【００３０】
図３は、無線局制御装置２０の構成例を示す。
図３において、無線局制御装置２０は、各無線局から通知される能力／環境情報を収集する能力／環境情報収集部２１と、収集された能力／環境情報を保持する能力／環境情報保持部２２と、収集された能力／環境情報を基に各無線局における運用パラメータを決定する運用パラメータ算出部２３と、決定した運用パラメータを通知する運用パラメータ通知部２４、無線局との通信を行う無線通信部２５より構成される。
【００３１】
図４は、本発明における無線局制御装置２０の動作フローを示す。なお、本動作フローは、無線局制御装置２０の運用パラメータ算出部２３で実行される。
【００３２】
図４において、本動作フローが開始すると、各無線局毎に、使用可能な周波数帯域を確認し、確認結果を基に各無線局を所定のルールに従って２つのリストＡ，リストＢに分類する（Ｓ１）。例えば、リストＡは、５ＧHzの使用可能な無線局とする。リストＢは、５ＧHzが使用不可で 2.4ＧHzのみ使用可能な無線局とする。したがって、 2.4ＧHz／５ＧHzの切り替え可能な無線局は、リストＡに分類される。あるいは 2.4ＧHz／５ＧHzの切り替え可能な無線局は、後述するようにリストＣに分類してもよい。
【００３３】
次に、リストＡに属する各無線局について、例えば次式を用いてエリアカバー貢献度を計算する（Ｓ２）。
無線局Ｘのエリアカバー貢献度
＝（Ｘのみがカバーする測定ポイント数）／（Ｘがカバーする全測定ポイント数）
【００３４】
ここで、「カバーする」とは、サービスエリア閾値Ｒ（例えば−75dBｍ）以上の信号強度（ＲＳＳＩ値）を有することである。測定ポイント数は、当該信号強度を有する面積でもよい。例えば、図５の例では、無線局ＡＰ１のサービスエリアに、ＡＰ１のみがカバーする測定ポイント（★）は３個であり、ＡＰ１がカバーする全測定ポイント（★）は５個であるので、ＡＰ１のエリアカバー貢献度は３／５となる。同様に、無線局ＡＰ２のエリアカバー貢献度は１／３となる。
【００３５】
また、無線局Ｘのエリアカバー貢献度の指標はこれに限らず、例えば測定ポイントの重要度に応じて決めてもよい。例えば、プレミアポイントに重み付けし、エリアカバー貢献度に反映させてもよい。
【００３６】
次に、リストＡに属する無線局の中に、エリアカバー貢献度が所定の閾値以下となる未選択の無線局があるか否かを判定し（Ｓ３）、なければ終了する。一方、リストＡに属する無線局の中に、エリアカバー貢献度が所定の閾値以下となる未選択の無線局があれば、その１台の無線局Ｘを選択し（Ｓ４）、当該無線局Ｘの周波数帯が 2.4ＧHzを使用可能か否かを確認する（Ｓ５）。そして、選択された無線局Ｘが 2.4ＧHzを使用できれば、本無線局ＸをリストＡからリストＢへ移動する（Ｓ６）。
【００３７】
なお、ステップＳ４で選択する１台の無線局Ｘは、エリアカバー貢献度が所定の閾値以下となる未選択の無線局が複数台あれば、その中からランダムに１台選択するか、またはエリアカバー貢献度が小さい順に選択してもよい。
【００３８】
また、Ｓ４〜Ｓ５の処理は、リストＡの 2.4ＧHz／５ＧHzの切り替え可能な無線局の中から、エリアカバー貢献度が所定の閾値以下となる未選択の１台の無線局Ｘを選択するとしてもよい。もしくは、上述のように、 2.4ＧHz／５ＧHzの切り替え可能な無線局をリストＣに分類している場合には、リストＣの無線局を対象にしてもよい。
【００３９】
次に、リストＢに属する各無線局のエリアカバー貢献度を計算し（Ｓ７）、当該無線局ＸのリストＢにおけるエリアカバー貢献度が、リストＡの時に比べて改善されているか否かを判定する（Ｓ８）。無線局ＸをリストＡからリストＢに移動、すなわち 2.4ＧHzに切り替えることによりエリアカバー貢献度が改善されていれば、ステップＳ２に戻り、リストＡに属する各無線局のエリアカバー貢献度を再計算し、ステップＳ３以下の処理を繰り返す。
【００４０】
一方、無線局Ｘを 2.4ＧHzに切り替えることによりエリアカバー貢献度が改善されていなければ、無線局ＸをリストＢからリストＡに移動（復帰）する（Ｓ９）。そして、ステップＳ３に戻り、リストＡに属する無線局の中に、エリアカバー貢献度が所定の閾値以下となる未選択の無線局が他にあれば、ステップＳ４以下の処理を繰り返す。
【００４１】
図６および図７は、無線局（ＡＰ）の運用周波数帯の算出例を示す。
図６および図７において、ＡＰ１は 2.4ＧHz帯のみ使用可能、ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４は 2.4／５ＧHz帯使用可能とする。各ＡＰのサービスエリア閾値Ｒは−75dBｍとし、円の内側ポイントとする。エリアカバー貢献度の閾値は0.65とする。
【００４２】
（シナリオ１：図６）
図６(1) ：
Ｓ１  リストＡ：｛ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４｝
リストＢ：｛ＡＰ１｝
Ｓ２  リストＡに属するＡＰのエリアカバー貢献度
ＡＰ２＝２／３
ＡＰ３＝３／５
ＡＰ４＝１／３
Ｓ３  エリアカバー貢献度が閾値以下：｛ＡＰ３，ＡＰ４｝
Ｓ４  ＡＰ３を選択
【００４３】
図６(2) ：
Ｓ６  ＡＰ３をリストＢに移動、リストＢ：｛ＡＰ１，ＡＰ３｝
Ｓ７  リストＢに属するＡＰのエリアカバー貢献度
ＡＰ１＝４／５
ＡＰ３＝４／５
Ｓ８  ＡＰ３のエリアカバー貢献度は、３／５から４／５に改善
ＡＰ３は 2.4ＧHzを使用
【００４４】
図６(3) ：
Ｓ２  リストＡに属するＡＰのエリアカバー貢献度
ＡＰ２＝２／３
ＡＰ４＝２／３
Ｓ３  エリアカバー貢献度が閾値以下：なし（終了）
５ＧHz：ＡＰ２，ＡＰ４
2.4ＧHz：ＡＰ１，ＡＰ３
【００４５】
（シナリオ２：図７）
図７(1) ：
Ｓ１  リストＡ：｛ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４｝
リストＢ：｛ＡＰ１｝
Ｓ２  リストＡに属するＡＰのエリアカバー貢献度
ＡＰ２＝２／３
ＡＰ３＝３／５
ＡＰ４＝１／３
Ｓ３  エリアカバー貢献度が閾値以下：｛ＡＰ３，ＡＰ４｝
Ｓ４  ＡＰ４を選択
【００４６】
図７(2) ：
Ｓ６  ＡＰ４をリストＢに移動、リストＢ：｛ＡＰ１，ＡＰ４｝
Ｓ７  リストＢに属するＡＰのエリアカバー貢献度
ＡＰ１＝５／５
ＡＰ４＝３／３
Ｓ８  ＡＰ４のエリアカバー貢献度は、３／５から３／３に改善
ＡＰ４は 2.4ＧHzを使用
【００４７】
図７(3) ：
Ｓ２  リストＡに属するＡＰのエリアカバー貢献度
ＡＰ２＝２／３
ＡＰ３＝４／５
Ｓ３  エリアカバー貢献度が閾値以下：なし（終了）
５ＧHz：ＡＰ２，ＡＰ３
2.4ＧHz：ＡＰ１，ＡＰ４
【００４８】
このように、ＡＰ１〜ＡＰ４のうち、エリアカバー貢献度が閾値以下となるＡＰが複数（ＡＰ３，ＡＰ４）ある場合、ステップＳ４の選択の仕方によって 2.4ＧHzを使用するＡＰが入れ替わることになる。また、ステップＳ８からステップＳ２に戻ったときに、エリアカバー貢献度の再計算が行われるので、前回未選択だったＡＰのエリアカバー貢献度が再度閾値以下になるとは限らない。
【００４９】
なお、以上の説明は、５ＧHzから 2.4ＧHzへ移行する例を示したが、逆に 2.4ＧHzから５ＧHzへ移行する無線局を選択する処理であってもよい。
【００５０】
また、以上の説明は、無線局（ＡＰ）からのＲＳＳＩで決まるサービスエリアの範囲に対応するエリアカバー貢献度と、使用する周波数帯との関係を制御指針としたが、キャリアセンス閾値や送信電力値で決まる範囲に対応するエリアカバー貢献度と、キャリアセンス閾値や送信電力値の大きさとの関係を制御指針とする制御形態であってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０  無線局
２０  無線局制御装置
１１  自無線局能力情報保持部
１２  周辺無線環境情報収集部
１３  能力／環境情報通知部
１４  運用パラメータ設定部
１５  無線通信部
２１  能力／環境情報収集部
２２  能力／環境情報保持部
２３  運用パラメータ算出部
２４  運用パラメータ通知部
２５  無線通信部
【図１】
2020145521.tif 000003
【図２】
2020145521.tif 000004
【図３】
2020145521.tif 000005
【図４】
2020145521.tif 000006
【図５】
2020145521.tif 000007
【図６】
2020145521.tif 000008
【図７】
2020145521.tif 000009