(57)【要約】      （修正有）【課題】無線端末毎にブロードキャストフレームとユニキャストフレームとを使い分けることにより、マルチキャストパケットの通信品質を向上させた無線通信装置を提供する。【解決手段】無線通信装置（無線基地局２）は、無線送受信手段と、マルチキャスト通信に参加する無線端末３を管理するマルチキャスト管理手段と、判定テーブルを記憶する判定テーブル記憶手段と、無線ＬＡＮの帯域の余裕度を管理する無線ＬＡＮ帯域管理手段と、余裕度と判定テーブルとを用いて通信方法及び伝送レートを決定して無線端末３の各々にパケットを送信するパケット処理手段と、無線端末３毎の受信信号強度及び使用された伝送レート毎の再送率を管理する端末通信状態管理手段と、受信信号強度及び再送率に基づいて判定テーブルを生成して判定テーブル記憶手段に記憶させるテーブル生成手段と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ＬＡＮにより、２以上の無線端末との間のパケットの送受信を制御するとともに、前記無線端末にユニキャストフレームを用いて送信したときには、再送制御を行う無線送受信手段と、
前記無線端末のうち、マルチキャスト通信に参加する無線端末を管理するマルチキャスト管理手段と、
前記マルチキャスト通信に参加する無線端末に対して、通信方法としてユニキャストフレーム及びブロードキャストフレームのいずれかを割り当て、当該通信方法と伝送レートとの組を複数パターン有するとともに、当該パターン毎に１パケットを送信するために必要となる所要送信時間を有する判定テーブルを記憶する判定テーブル記憶手段と、
前記無線ＬＡＮの帯域の余裕度を、前記無線ＬＡＮの空き帯域から算出した、空き時間として管理する無線ＬＡＮ帯域管理手段と、
前記無線端末に対してマルチキャストパケットを送信するときに、前記無線ＬＡＮ帯域管理手段から前記余裕度を取得し、前記判定テーブルを参照して、前記余裕度及び前記所要送信時間に基づいて、前記パターンを選択し、当該パターンにおいて、前記無線端末毎に割り当てられている前記通信方法及び前記伝送レートにより、前記無線送受信手段から前記無線端末の各々に前記パケットを送信するパケット処理手段と、
前記マルチキャスト通信に参加する無線端末の各々の受信信号強度及び使用された伝送レート毎の再送率を管理する端末通信状態管理手段と、
前記受信信号強度及び前記伝送レート毎の再送率に基づいて前記判定テーブルを生成して前記判定テーブル記憶手段に記憶させるテーブル生成手段と、を有する無線通信装置。
【請求項２】
前記テーブル生成手段は、前記パターンの生成において、ユニキャストフレーム及びブロードキャストフレームを割り当てる前記無線端末に対して、受信信号強度若しくは使用された伝送レート毎の再送率若しくはその両者に基づいて決定する伝送レートを当該通信方法における伝送レートとするように構成された請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記テーブル生成手段は、前記パターンの生成において、前記無線端末のうち、受信信号強度の強い端末に対して優先的にブロードキャストフレームによる通信方法を割り当てるように構成された請求項１または２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
帰属する前記無線端末のうち、前記マルチキャスト通信に参加する無線端末以外の無線端末に対して、必要に応じて切断信号を送信するマルチキャスト非参加端末切断手段を有する請求項１〜３いずれか一項に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線基地局のように多数の無線端末との間の通信を制御する無線通信装置に関し、特に詳細には、ブロードキャストフレーム及びユニキャストフレームを組み合わせた送信制御により通信品質を確保しつつ、無線帯域の利用効率を向上させる無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
映像やニュース配信など、複数の端末に同時にコンテンツを送信する仕組みとしてマルチキャスト通信がある。ＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線ＬＡＮでは、このマルチキャスト通信で用いられるパケット（以下、「マルチキャストパケット」と呼ぶ）を、無線端末に送信する際には、無線基地局と無線端末との間においては、ブロードキャストフレームとして扱う。無線ＬＡＮでは、データフレームの到達性を確保するために、受信側より確認応答用のフレーム（ＡＣＫ）を送信し、送信側はこのＡＣＫを受信できない場合、データフレームを再送する仕組みが規定されている。しかし、この仕組みはユニキャストフレームに適用されるものであり、ブロードキャストフレームには適用されない。このため、ブロードキャストフレームの場合には、低い伝送レートを使用することによりフレームの到達性を高める制御が行われているが、ユニキャストフレームに比べてフレームの到達性が落ちる場合がある。
【０００３】
フレームの到達性を向上させるために、無線基地局において、上位ネットワークからのマルチキャストパケットをユニキャストフレームを用いて各無線端末に送信する方法が考えられている。また、この場合、ユニキャストフレームは受信端末の台数分だけ送信されるため、それに応じてトラフィック量が増えるので、受信端末数が少ないときにはユニキャストフレームを用いて通信し、受信端末が多いときにはブロードキャストフレームに切り替える方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０４９３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ブロードキャストフレームを用いて通信を行うと、無線基地局から遠い位置にある無線端末や、無線基地局との間に障害物がある無線端末では、フレームの到達性が低下して、伝送品質が悪化するという課題があった。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、マルチキャストパケットを無線ＬＡＮ上に送信する際に、無線帯域の余裕度及び各無線端末との間の通信状態に応じて、この無線端末毎にブロードキャストフレームとユニキャストフレームとを使い分けることにより、通信品質及び無線帯域の利用効率を向上させた無線通信装置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】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明に係る無線通信装置（例えば、実施形態における無線基地局２）は、無線ＬＡＮにより、２以上の無線端末との間のパケットの送受信を制御するとともに、無線端末にユニキャストフレームを用いて送信したときには、再送制御を行う無線送受信手段と、無線端末のうち、マルチキャスト通信に参加する無線端末を管理するマルチキャスト管理手段と、マルチキャスト通信に参加する無線端末に対して、通信方法としてユニキャストフレーム及びブロードキャストフレームのいずれかを割り当て、当該通信方法と伝送レートとの組を複数パターン有するとともに、当該パターン毎に１パケットを送信するために必要となる所要送信時間を有する判定テーブルを記憶する判定テーブル記憶手段と、無線ＬＡＮの帯域の余裕度を、無線ＬＡＮの空き帯域から算出した、空き時間として管理する無線ＬＡＮ帯域管理手段と、無線端末に対してマルチキャストパケットを送信するときに、無線ＬＡＮ帯域管理手段から余裕度を取得し、判定テーブルを参照して、余裕度及び所要送信時間に基づいて、パターンを選択し、当該パターンにおいて、無線端末毎に割り当てられている通信方法及び伝送レートにより、無線送受信手段から無線端末の各々にパケットを送信するパケット処理手段と、マルチキャスト通信に参加する無線端末の各々の受信信号強度及び使用された伝送レート毎の再送率を管理する端末通信状態管理手段と、受信信号強度及び伝送レート毎の再送率に基づいて判定テーブルを生成して判定テーブル記憶手段に記憶させるテーブル生成手段と、を有する。
【０００８】
このような本発明に係る無線通信装置において、テーブル生成手段は、パターンの生成において、マルチキャスト通信に参加する無線端末の各々のユニキャストフレーム及びブロードキャストフレームにおける伝送レートの決定手段として、受信信号強度若しくは使用された伝送レート毎の再送率を利用しても良いし、その両者を利用しても良い。例えば、受信信号強度と伝送レートの予め決められたテーブルに基づいて決定した伝送レートを当該通信方法における伝送レートとしても良いし、再送率が予め設定された値以下の使用された伝送レートのうち最大の伝送レートを当該通信方法における伝送レートとしても良い。但し、ブロードキャストフレームを割り当てる無線端末に対しては、使用された伝送レートのうち最小の伝送レート以下の伝送レートを当該通信方法における伝送レートとするように構成されることが好ましい。
【０００９】
また、このような本発明に係る無線通信装置において、テーブル生成手段は、パターンの生成において、無線端末のうち、受信信号強度の強い端末に対して優先的にブロードキャストフレームによる通信方法を割り当てるように構成されることが好ましい。
【００１０】
さらに、このような本発明に係る無線通信装置は、帰属する無線端末のうち、マルチキャスト通信に参加する無線端末以外の無線端末に対して、必要に応じて切断信号を送信するマルチキャスト非参加端末切断手段を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る無線通信装置を以上のような構成とすると、マルチキャストパケットを無線ＬＡＮ上に送信する際に、無線帯域の余裕度及び各無線端末との間の通信状態に応じて、この無線端末毎にブロードキャストフレームとユニキャストフレームとを使い分けることができ、これにより通信品質及び無線帯域の利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る無線通信装置（無線基地局）を有する無線通信システムの構成を示すブロック図であって、無線帯域に余裕がある場合を示す。
【図２】上記無線通信システムの無線帯域に余裕が無い場合を示すブロック図である。
【図３】無線基地局の構成を示すブロック図である。
【図４】ブロードキャスト／ユニキャスト制御手段の構成を示すブロック図である。
【図５】判定テーブルの構成を示すデータ構造図である。
【図６】無線基地局の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１及び図２を用いて、本発明に係る無線通信装置として、ＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線通信制御を行う無線基地局２を用いた無線通信システム１の構成を説明する。この無線通信システム１は、無線基地局２と、複数の無線端末３と、無線基地局２に接続された上位ネットワーク４と、この上位ネットワーク４に接続された配信サーバ５と、を有して構成されている。無線基地局２は、無線通信で接続される複数の無線端末３間の通信や、無線端末３と上位ネットワーク４を介して接続された配信サーバ５との間の通信を制御するものである。
【００１４】
このような無線通信システム１において、無線基地局２は、配信サーバ５からこの無線基地局２に帰属している複数の無線端末３に対してマルチキャストパケットが送信されると、各無線端末３との通信状態を考慮して、ユニキャストフレーム及びブロードキャストフレームを使い分けて送信することにより、通信品質及び無線帯域の利用効率を向上させるように構成されている。具体的には、図１に示すように、無線基地局２が管理する無線エリアの無線帯域に余裕があるときは、配信サーバ５から送信されたマルチキャストパケットを、全無線端末３に対してユニキャストフレームを用いて送信し、図２に示すように、無線帯域に余裕が無いときは、通信状態の悪い無線端末３（例えば、図２の場合は無線端末（４）及び（５））に対してはユニキャストフレームを用いて送信するが、その他の通信状態の比較的良い無線端末３に対してはブロードキャストフレームを用いて送信するように構成されている。
【００１５】
それでは、この無線基地局２の構成について、図３〜図６を用いて説明する。この無線基地局２は、図３に示すように、上位ネットワーク４との間の通信を制御する有線送受信手段２１と、無線端末３との間の通信を制御する無線送受信手段２２と、この無線基地局２に接続されている無線端末３のマルチキャスト通信への参加を管理するマルチキャスト管理手段２３と、各無線端末３との通信状態を管理する端末通信状態管理手段２４と、この無線基地局２の無線エリア内の無線帯域の状態を管理する無線ＬＡＮ帯域管理手段２５と、上位ネットワーク４からマルチキャストパケットを受信したときに、無線端末３に対してブロードキャストフレームを用いて送信するか、ユニキャストフレームを用いて送信するかを制御するブロードキャスト／ユニキャスト制御手段２６と、マルチキャスト通信に参加しない無線端末３を切断して他の無線基地局への帰属替えを促すマルチキャスト非参加端末切断手段２７と、を有している。
【００１６】
この無線基地局２の機能について更に詳細に説明する。まず、無線ＬＡＮ帯域管理手段２５は、この無線基地局２に帰属する全て（マルチキャスト参加の有無に関わらず）の無線端末３との間で送受信されるフレームのトラフィック量と伝送レートを、例えば所定の時間間隔毎の移動平均値として収集し、これらの値から、無線帯域の余裕度を算出して常時管理する。ここで、余裕度は、無線帯域の空き帯域から算出される「無線帯域の空き時間［μ秒］」として管理される。また、端末通信状態管理手段２４は、この無線基地局２に帰属する無線端末３毎の通信状態として、受信するフレームの受信信号強度（ＲＳＳＩ）［ｄＢｍ］と、無線端末３に送信するフレームの伝送レート［Ｍｂｐｓ］及び再送率［％］と、を管理する。また、マルチキャスト管理手段２３は、この無線基地局２を介して、帰属している無線端末３に対してマルチキャストパケットが送信される場合に、無線端末３からのマルチキャスト受信参加パケット（ＩＧＭＰ等）をスヌーピングし、当該マルチキャストへ参加する無線端末３を検出して管理する。
【００１７】
ブロードキャスト／ユニキャスト制御手段２６は、無線端末３に対してマルチキャストパケットを、無線帯域に余裕がある場合はユニキャストフレームによる通信を基本とし送信し、余裕が無くなってきた場合には、通信状態の良い無線端末に対してはブロードキャストフレームによる通信に切り替えることにより使用帯域を減らす制御を行う。このブロードキャスト／ユニキャスト制御手段２６は、図４に示すように、ブロードキャストフレームとユニキャストフレームのどちらを使用するかを決定するための判定テーブルを生成するテーブル生成手段２６ａと、この判定テーブルを記憶する判定テーブル記憶手段２６ｂと、判定テーブルを用いてフレームの制御を行うパケット処理手段２６ｃと、を有して構成される。
【００１８】
テーブル生成手段２６ａは、所定の時間間隔毎に、マルチキャスト管理手段２３で管理しているマルチキャスト通信に参加している無線端末３の情報と、端末通信状態管理手段２４で管理している無線端末３毎の受信信号強度、伝送レート及び再送率とを取得し、これらの情報に基づいて送信パターンを決定して図５に示すデータの構造の判定テーブル２６０を生成し、判定テーブル記憶手段２６ｂに記憶する（更新する）ものである。この判定テーブル２６０は、マルチキャストに参加している無線端末３を記憶する端末カラム２６１と、各無線端末３の受信信号強度を記憶するＲＳＳＩカラム２６２と、伝送レート毎に当該伝送レートが選択されていたときの再送率が記憶される再送率カラム２６３と、これらの情報から決定される送信パターンが記憶されるパターンカラム２６４と、各パターンにおける送信方法（ブロードキャストフレームを用いるか、ユニキャストフレームを用いるか）によりマルチキャストパケットを１パケット送信したときの送信所要時間の見積もり値［μ秒］が記憶される見積もり値カラム２６５と、を有している。ここで、送信パターンとは、無線端末３毎に、ブロードキャストフレームで送信した場合の伝送レートとユニキャストフレームで送信した場合の伝送レートとの組合せを定義したものであり、それぞれのパターンにおいて、送信方法カラム２６４ａと伝送レートカラム２６４ｂに記憶される。
【００１９】
具体的には、まず、各無線端末３との通信における受信信号強度（ＲＳＳＩ）または伝送レート別の再送率に基づいて、当該無線端末３毎に、ブロードキャストフレームで送信する際の伝送レートと、ユニキャストフレームで送信する際の伝送レートとを決定する。例えば、図５に示す判定テーブル２６０の場合は、ユニキャストフレーム及びブロードキャストフレーム各々による通信において、受信信号強度若しくは使用された伝送レート毎の再送率若しくはその両者に基づいて伝送レートを選択する手段として、ユニキャストフレームによる通信の場合は、再送率が予め設定された値である１０［％］以下の使用された伝送レートのうち最大の伝送レートを選択し、ブロードキャストフレームによる通信の場合は、使用された伝送レートのうち最も低い伝送レートから２つ下の伝送レート（但し、使用された伝送レートのうち最も低い伝送レートが１８［ｂｐｓ］及び１２［ｂｐｓ］の場合は１２［ｂｐｓ］とする）を選択した場合を示している。これは、ユニキャストフレームの場合は、フレームが無線端末３に到達しない場合は再送処理が実行されてフレームの到達が担保されるので、通信品質が一定以上（再送率が予め設定された値以下）のうち可能な限り高い伝送レートとし、ブロードキャストフレームの場合は、フレームを確実に無線端末３に到達させるために余裕を持たせた伝送レートとするためである。なお、ユニキャストフレームによる通信の場合は、最大伝送レートより上の伝送レートを選択するように構成することも可能である。同様に、ブロードキャストフレームによる通信の場合は、使用された伝送レートのうち、最も低い伝送レートや、１つ下の伝送レートを選択するように構成することも可能である。
【００２０】
そして、このようにして決定された伝送レートを基に、ブロードキャストフレームによる通信とユニキャストフレームとによる通信の組合せによる通信パターンを決定し、判定テーブル記憶手段２６ｂに記憶する。例えば、図５に示すように、６台の無線端末３がマルチキャスト通信に参加しているときに、全ての無線端末３に対してユニキャストフレームによる通信を行う通信パターンをパターン（１）とし、受信信号強度の高い２台の無線端末３（端末５及び端末６）をブロードキャストフレームによる通信としたときの通信パターンをパターン（２）とし、受信信号強度の高い４台の無線端末３（端末３〜端末６）をブロードキャストフレームによる通信としたときの通信パターンをパターン（３）とし、全ての無線端末３に対してブロードキャストフレームによる通信を行う通信パターンをパターン（４）として決定する。なお、この図５に示す通信パターンの構成は一例を示すものであり、本発明がこの構成に限定されることはない。
【００２１】
さらに、このようにして決定された通信パターン毎に、無線端末３に、各通信パターンで選択された送信方法（ブロードキャストフレームを用いるか、ユニキャストフレームを用いるか）によりマルチキャストパケットを１パケット送信したときの送信所要時間の見積もり値［μ秒］を、伝送レートを用いて算出し、判定テーブル記憶手段２６ｂに記憶する。テーブル生成手段２６ａによる判定テーブル２６０の生成方法を以上のような構成とすると、時々刻々変化する通信状態に応じた受信信号強度、伝送レート及び再送率に基づいて、ブロードキャストフレームによる通信とユニキャストフレームによる通信の組（通信パターン）を決定することができる。
【００２２】
それでは、このような構成の無線基地局２が、上位ネットワーク４から無線端末３に送信されるパケットを受信したときの処理について、図６を用いて説明する。無線基地局２の有線送受信手段２１は、上位ネットワーク４からのパケットの受信を監視し、パケットを受信したことを検出すると、このパケットをマルチキャスト管理手段２３に渡す（ステップＳ１００）。マルチキャスト管理手段２３では、このパケットがマルチキャストパケットであるか否かを判定し(ステップＳ１１０）、マルチキャストパケットでないと判定すると、通常の送信として無線送受信手段２２から無線端末３に送信する（ステップＳ１５０）。一方、ステップＳ１１０で、マルチキャストパケットであると判定すると、このマルチキャストパケットをブロードキャスト／ユニキャスト制御手段２６のパケット処理手段２６ｃに渡す。パケット処理手段２６ｃは、まず、無線ＬＡＮ帯域管理手段２５から、現在の無線帯域の余裕度（上述のように、無線帯域の空き帯域から算出される空き時間［μ秒］）を取得し、この余裕度及び判定テーブル記憶手段２６ｂに記憶されている判定テーブル２６０の見積もり値カラム２６５に設定されている値（各通信パターンにおいて、１パケット送信したときの送信所要時間の見積もり値［μ秒］）に基づいて、送信パターンを選択する（ステップＳ１３０）。パケット処理手段２６ｃは、無線帯域を有効利用するために、例えば、現在の余裕度を超えない見積もり値のうち、最大の見積もり値の送信パターンを選択する（通信状況を考慮して、それより低い見積もり値の通信パターンを選択するように構成することも可能である）。そして、選択された通信パターンの送信方法（ブロードキャストフレーム／ユニキャストフレーム）及び伝送レートで、各無線端末３にマルチキャストパケットを送信する（ステップＳ１４０）。
【００２３】
このように、無線基地局２が帰属する無線端末３に対してマルチキャストパケットを送信するときにブロードキャスト／ユニキャスト制御手段２６のパケット処理手段２６ｃが参照する判定テーブル２６０は、無線帯域の状態に基づいてテーブル生成手段２６ａにより生成されており、また、送信パターンは無線帯域の余裕度に基づいて選択されるため、通信品質を確保した上で、この無線帯域の利用効率を向上させることができる。また、マルチキャストパケットをブロードキャストフレームのみを用いて無線端末３に対して送信すると、パケットを受信する必要のない無線端末３も、このブロードキャストフレームを受信することになり、バッテリを消費してしまうが、上述のように、無線帯域に余裕がある場合には、受信信号強度の強い端末に対してはユニキャストフレームにより送信されるため、無駄なバッテリの消費を抑えることができる。
【００２４】
なお、無線基地局２が２つ以上の無線インターフェースを具備する場合や、通信システム１全体として同一の無線エリアに対して２つ以上の無線基地局２を有している場合には、マルチキャスト非参加端末切断手段２７により、マルチキャスト通信に参加していない無線端末３に必要に応じて切断信号を送信してこの無線端末３を当該無線基地局２から切断する。これにより、切断された無線端末３は、他の無線インターフェース若しくは他の無線基地局２に帰属換えを行うため、マルチキャスト通信に影響を与えることがなくなり、通信品質を確保することができる。また、マルチキャスト通信に参加しない無線端末３は、他の無線基地局２に帰属換えをすることにより、必要のないブロードキャストフレームを受信することがなくなり、バッテリの消耗を抑えることができる。
【符号の説明】
【００２５】
２  無線基地局（無線通信装置）    ３  無線端末
２２  無線送受信手段    ２３  マルチキャスト管理手段
２４  端末通信状態管理手段    ２５  無線ＬＡＮ帯域管理手段
２６  ブロードキャスト／ユニキャスト制御手段    ２６ａ  テーブル生成手段
２６ｂ  判定テーブル記憶手段    ２６ｃ  パケット処理手段
２７  マルチキャスト非参加端末切断手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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