(57)【要約】【課題】既存のIEEE802.11規格における分散制御方式および集中制御方式を大幅に変更することなく、システム全体としてスループットを改善する。【解決手段】基地局に複数の端末が接続され、基地局が送信するＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定した端末に送信権を与え、その他の端末にＣＴＳフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定する無線通信方法において、基地局は、複数の端末をグループ化し、ＣＴＳフレームの宛先フィールドにグループの情報を設定して送信し、端末は、ＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定されたグループの情報を判別し、判別したグループの他のグループに属するときにＣＴＳフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定し、判別したグループに属するときに当該グループ内の端末がＣＳＭＡ／ＣＡ方式により送信を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局に複数の端末が接続され、基地局が送信するＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定した端末に送信権を与え、その他の端末にＣＴＳフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定する無線通信方法において、
前記基地局は、前記複数の端末をグループ化し、前記ＣＴＳフレームの宛先フィールドにグループの情報を設定して送信し、
前記端末は、前記ＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定された前記グループの情報を判別し、判別したグループの他のグループに属するときに前記ＣＴＳフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定し、判別したグループに属するときに当該グループ内の端末がＣＳＭＡ／ＣＡ方式により送信を行う
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信方法において、
前記ＣＴＳフレームの前記宛先フィールドに設定されたグループに属する端末の基準伝送速度または平均伝送速度と、当該グループに属する端末数に応じて、前記ＣＴＳフレームのDurationフィールドに設定する期間を算出する
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項３】
請求項１に記載の無線通信方法において、
前記基地局は、前記ＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定するグループの情報として、当該グループに属する端末に対応するマルチキャストアドレスを用いる
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項４】
請求項１に記載の無線通信方法において、
前記基地局は、前記ＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定するグループの情報として、当該グループに属する端末のＭＡＣアドレスの全部または一部の論理和を用いる
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項５】
請求項１に記載の無線通信方法において、
前記グループ化の基準は、グループに属する端末の無線ＬＡＮ規格、伝送速度、アクセスカテゴリ、ベンダー、認証ＩＤの１つまたは複数の組合せに応じて設定される
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項６】
基地局に複数の端末が接続され、基地局が送信するＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定した端末に送信権を与え、その他の端末にＣＴＳフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定する無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記複数の端末をグループ化し、前記ＣＴＳフレームの宛先フィールドにグループの情報を設定して送信する手段を備え、
前記端末は、前記ＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定された前記グループの情報を判別し、判別したグループの他のグループに属するときに前記ＣＴＳフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定し、判別したグループに属するときに当該グループ内の端末がＣＳＭＡ／ＣＡ方式により送信を行う手段を備えた
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
請求項６に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記ＣＴＳフレームの前記宛先フィールドに設定されたグループに属する端末の基準伝送速度または平均伝送速度と、当該グループに属する端末数に応じて、前記ＣＴＳフレームのDurationフィールドに設定する期間を算出する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
請求項６に記載の無線通信システムにおいて、
前記基地局は、前記グループ化の基準として、グループに属する端末の無線ＬＡＮ規格、伝送速度、アクセスカテゴリ、ベンダー、認証ＩＤの１つまたは複数の組合せに応じて設定する
ことを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲットエリア内限定で常時もしくは一時的に送信禁止期間（ＮＡＶ）を設定することで、そのエリア内の端末が例えば無線規格別に優先的に無線通信を行うことができる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】
IEEE802.11規格の無線ＬＡＮの基本アクセス手順である自律分散制御（ＤＣＦ：Distributed Coordination Function ）では、各端末は無線チャネルの使用状況をキャリアセンスによって確認し、無線チャネルがアイドルのときに送信し、ビジーのときに送信を見合わせることによって衝突を回避するＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式が用いられている（非特許文献１）。また、無線チャネルがアイドルでフレーム送信を開始する前に、端末は固定長の時間ＩＦＳ（InterFrame Space）と、ランダム長のバックオフ時間を待機することで、端末同士の送信タイミングをずらし、フレーム衝突の確率を低減している。バックオフ時間は規格ごとに決められたスロットの時間単位の倍数で決定され、その倍数をバックオフ値と呼ぶ。
【０００３】
ＤＣＦでは、このバックオフ値の選択アルゴリズムとしてＢＥＢ（Binary Exponential Backoff）を利用する。ＢＥＢでは、バックオフ値をＣＷ（Contention Window ）の範囲からランダムに選択し、フレーム送信の失敗回数に応じてこのＣＷを指数関数的に増加させる。しかし、無線稠密環境下においては、複数の端末が同一のバックオフ値を選択する確率が高まるため、衝突によるフレーム喪失が多発する。また衝突時には、ＣＷの増加に伴いバックオフ時間が延伸し、待機時間のオーバヘッドが増加する。すなわち、ＤＣＦでは、衝突の多発とオーバヘッド時間の増加により、相乗的にスループットが低下する課題がある。
【０００４】
さらに、無線ＬＡＮは移動通信システムと異なり、無線局の設置に認可が不要なアンライセンスバンドを用いた無線システムであるため、利用者が任意に無線ＬＡＮ基地局を設置可能である。このため、無線稠密環境においては、上述するフレームの衝突・再送に起因する通信品質の低下のみならず、隠れ端末問題によるスループット特性の劣化が生じる。
【０００５】
IEEE802.11規格では、このような隠れ端末問題の一対策として、図４に示すＲＴＳ（Request to Send)／ＣＴＳ（Clear to Send)を用いた分散制御手順が規定されている。図４において、ＡＰは基地局、ＳＴＡは端末であり、ＳＴＡ２はＳＴＡ１からキャリアセンスができる端末であるが、ＳＴＡ３はＳＴＡ１からキャリアセンスができない、いわゆる隠れ端末である。ＲＴＳ／ＣＴＳのフレーム交換では、まず送信要求を行うＳＴＡ１は、送信許可を発行するＡＰ宛にＲＴＳフレームを送信する。ＲＴＳフレームを受信したＡＰは、ＲＴＳフレームを送信したＳＴＡ１宛にＣＴＳフレームを送信する。ここで、ＲＴＳフレームは、ＡＰの他にＳＡＴ２に受信されるが、ＳＴＡ３には受信されない。また、ＣＴＳフレームは、ＳＡＴ３に受信される。
【０００６】
ＲＴＳフレームおよびＣＴＳフレームのフレーム構成を図５に示す。ＲＴＳフレームには、ＲＡ（Receiver Address）フィールドに宛先となるＡＰのＭＡＣアドレスが記載され、ＳＡ（Sender Address）フィールドに送信元となるＳＴＡ１のＭＡＣアドレスが記載され、DurationフィールドにＳＴＡ１の送信予約期間（他局の送信禁止期間）が設定される。ＣＴＳフレームには、ＲＡ（Receiver Address）フィールドに宛先となるＳＴＡ１（ＲＴＳの送信元）のＭＡＣアドレスが記載され、DurationフィールドにＳＴＡ１の送信予約期間が設定される。ここで、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームのＲＡに記載されるＭＡＣアドレスを持たないＳＴＡ２，３は、このＲＴＳ／ＣＴＳフレームを受信すると、Durationフィールドに設定された期間だけ送信禁止期間（ＮＡＶ：Network Allocation Vector ）を設定し、仮想的なビジー検知状態となって送信を行わない。これにより、ＲＴＳフレームを送信したＳＴＡ１には、一定期間の送信独占権が与えられる。
【０００７】
このＮＡＶは、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームのみならず、Beaconフレームや、CF-Poll フレーム等によっても設定が可能な送信禁止期間である。すなわち、ＲＴＳ／ＣＴＳ以外にも、IEEE802.11規格で規定されるＰＣＦ（Point Coordination Function ）、ＨＣＦ（Hybrid Coordination Function）、ＨＣＣＡ（ＨＣＦ Controlled Channel Access）等の集中制御方式においても用いられる。
【０００８】
ＨＣＦによる集中制御手順を図６に示す。ＡＰは、無線チャネルがアイドルと判定すると、配下のＳＴＡに対してポーリングを開始する。ポーリングフレーム（CF-Poll ）には、ＡＰが送信を許可するＳＴＡに対するチャネル使用期間（ＴＸＯＰ）が設定される。ポーリングされた（送信を許可された）ＳＴＡは、ＴＸＯＰの期間で任意の数のフレームを送信でき、それ以外のＳＴＡはＴＸＯＰの期間だけＮＡＶが設定される。このような集中制御方式では、衝突を排除した高速な通信が可能となり、衝突の多発とオーバヘッド時間の増加によるスループット低下を回避することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 5: Enhancements for Higher Throughput , March 2012
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
無線稠密環境下における分散制御方式（ＤＣＦ）では、複数の端末が同一のバックオフ値を選択する確率が高まるため、衝突の多発とオーバヘッド時間の増加によるスループット低下が課題となる。
【００１１】
一方、集中制御方式では、衝突を排除した通信が可能となり、分散制御方式の課題であった衝突の多発とオーバヘッド時間の増加によるスループット低下を回避できるが、端末ごとに通信期間を逐次指定するために複雑な制御が必要であり、かつその制御信号の増加によるスループット低下が課題となる。
【００１２】
ところで、図４に示すＲＴＳ／ＣＴＳフレームを用いた分散制御方式（ＤＣＦ）や、図６に示す CF-Pollフレームを用いた集中制御方式は、いずれも１つの端末が独占的に送信するためのアルゴリズムである。また、自局のＭＡＣアドレスを宛先として設定したＣＴＳ-to-selfフレームを基地局が送信し、基地局以外の端末にＮＡＶを設定し、基地局が独占的に送信する場合も同様である。すなわち、既存のIEEE802.11規格では、複数の端末に対してＮＡＶにより送信禁止期間を設定しながら、ＮＡＶの対象外となって送信権が与えられるのは１つの端末または基地局に限られる。そのため、端末数が増加すると、既存のIEEE802.11規格ではシステム全体としてのスループット低下が避けられない。
【００１３】
本発明は、既存のIEEE802.11規格における分散制御方式および集中制御方式を大幅に変更することなく、ＮＡＶの対象外となって送信権が与えられる端末をグループ化し、そのグループに属する端末がＣＳＭＡ／ＣＡによる競合制御を行い、システム全体としてスループットを改善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】
【００１４】
第１の発明は、基地局に複数の端末が接続され、基地局が送信するＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定した端末に送信権を与え、その他の端末にＣＴＳフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定する無線通信方法において、基地局は、複数の端末をグループ化し、ＣＴＳフレームの宛先フィールドにグループの情報を設定して送信し、端末は、ＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定されたグループの情報を判別し、判別したグループの他のグループに属するときにＣＴＳフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定し、判別したグループに属するときに当該グループ内の端末がＣＳＭＡ／ＣＡ方式により送信を行う。
【００１５】
第１の発明の無線通信方法において、ＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定されたグループに属する端末の基準伝送速度または平均伝送速度と、当該グループに属する端末数に応じて、ＣＴＳフレームのDurationフィールドに設定する期間を算出する。
【００１６】
第１の発明の無線通信方法において、基地局は、ＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定するグループの情報として、当該グループに属する端末に対応するマルチキャストアドレスを用いる。
【００１７】
第１の発明の無線通信方法において、基地局は、ＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定するグループの情報として、当該グループに属する端末のＭＡＣアドレスの全部または一部の論理和を用いる。
【００１８】
第１の発明の無線通信方法において、グループ化の基準は、グループに属する端末の無線ＬＡＮ規格、伝送速度、アクセスカテゴリ、ベンダー、認証ＩＤの１つまたは複数の組合せに応じて設定される。
【００１９】
第２の発明は、基地局に複数の端末が接続され、基地局が送信するＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定した端末に送信権を与え、その他の端末にＣＴＳフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定する無線通信システムにおいて、基地局は、複数の端末をグループ化し、ＣＴＳフレームの宛先フィールドにグループの情報を設定して送信する手段を備え、端末は、ＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定されたグループの情報を判別し、判別したグループの他のグループに属するときにＣＴＳフレームのDurationフィールドに設定した期間だけ送信禁止に設定し、判別したグループに属するときに当該グループ内の端末がＣＳＭＡ／ＣＡ方式により送信を行う手段を備える。
【００２０】
第２の発明の無線通信システムにおいて、基地局は、ＣＴＳフレームの宛先フィールドに設定されたグループに属する端末の基準伝送速度または平均伝送速度と、当該グループに属する端末数に応じて、ＣＴＳフレームのDurationフィールドに設定する期間を算出する構成である。
【００２１】
第２の発明の無線通信システムにおいて、基地局は、グループ化の基準として、グループに属する端末の無線ＬＡＮ規格、伝送速度、アクセスカテゴリ、ベンダー、認証ＩＤの１つまたは複数の組合せに応じて設定する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、ＣＴＳフレームにより指定されるグループに属する端末に送信権を与え、その他のグループにＮＡＶ（送信禁止期間）を設定する構成であり、端末ごとに送信権を制御する分散制御方式と異なり、グループ単位の分散制御方式により送信制御を行うことができる。これにより、分散制御の対象となる端末数が限られるので、同一のバックオフ値による衝突やＣＷの増加による待機時間の増加が低減し、システム全体としてスループットを改善することができる。
【００２３】
また、端末ごとに管理する集中制御方式と異なり、複雑な制御が必要なく、かつ制御信号も少ないので、システム全体としてスループットを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１を示すタイムチャートである。
【図２】ＣＴＳ-to-group #iフレームのフレーム構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例２を示すタイムチャートである。
【図４】ＲＴＳ／ＣＴＳを用いた分散制御手順を説明するタイムチャートである。
【図５】ＲＴＳフレームおよびＣＴＳフレームのフレーム構成を示す図である。
【図６】ＨＣＦによる集中制御手順を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明の実施例１を示す。
図１において、ＡＰは基地局、ＳＴＡは端末であり、ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がグループ＃１を構成し、ＳＡＴ４〜ＳＴＡ５がグループ＃２を構成するものとする。各グループには１以上のＳＴＡが含まれるものとする。ここで、グルーピングの基準は、例えば無線ＬＡＮ規格、伝送速度、アクセスカテゴリ、ベンダー、認証ＩＤの１つまたは複数の組合せに応じて設定されるものとする。
【００２６】
まず、ＡＰは、各ＳＴＡとのアソシエーション時に、所属するグループ＃ｉの情報（ｉは例えば１，２，３，…）を通知する。次に、ＡＰは、ＲＡフィールドにＡＰアドレスを設定した自局宛のＣＴＳ-to-selfフレームに代えて、ＲＡフィールドに各ＳＴＡが識別可能なグループ＃ｉの情報を設定したＣＴＳ-to-group #iフレームを送信する。
【００２７】
図２は、ＣＴＳ-to-group #iフレームのフレーム構成を示す。ＣＴＳ-to-group #iフレームは、フレーム制御（２Octets）、Duration（２Octets）、ＲＡとしてグループ＃ｉの情報（６Octets）、ＦＣＳ（４Octets）により構成される。
【００２８】
このＣＴＳ-to-group #iフレームを受信したグループ＃ｉに属するＳＴＡは、自局宛てのＣＴＳとして認識し、通常のＣＴＳフレームと同様にＮＡＶを設定しない。一方、グループ＃ｉ以外に属するＳＴＡは、ＣＴＳ-to-group #iフレームを自局宛てのＣＴＳでないと認識し、通常のＣＴＳフレームと同様にDurationフィールドに設定されたＮＡＶ期間だけ送信を待機する。
【００２９】
通常のＣＴＳフレームであれば、ＲＡフィールドに設定された１つのＳＴＡまたはＡＰに独占的送信権が与えられるが、本発明の特徴は、ＣＴＳ-to-group #iフレームを受信したグループ＃ｉに属するすべてのＳＴＡに送信権が与えられることである。ただし、当該グループ＃ｉに属するすべてのＳＴＡは、通常のＤＣＦに基づいた送信制御を行うこととする。すなわち、従来のＤＣＦでは、無線ＬＡＮシステムを構成するすべてのＳＴＡが対象となるが、本発明では当該グループ＃ｉに属するＳＴＡ内でＤＣＦに基づいた送信制御が行われる。
【００３０】
図１に示す例は、まずＡＰからＣＴＳ-to-group #1フレームが送信され、グループ＃２に属するＳＴＡ４，ＳＴＡ５に所定期間ＴだけＮＡＶが設定され、グループ＃１に属するＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３がＣＳＭＡ／ＣＡにより送信権を獲得した順番に送信する例を示す。ここでは、ＳＴＡ３，ＳＴＡ１，ＳＴＡ２の順番に送信するが、所定期間Ｔにおける送信順番および各ＳＴＡの送信回数は任意である。
【００３１】
次にＡＰからＣＴＳ-to-group #2フレームが送信され、グループ＃１に属するＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３に所定期間ＴだけＮＡＶが設定され、グループ＃２に属するＳＴＡ４，ＳＴＡ５がＣＳＭＡ／ＣＡにより送信権を獲得した順番に送信する例を示す。ここでは、ＳＴＡ４，ＳＴＡ５，ＳＴＡ４の順番に送信するが、所定期間Ｔにおける送信順番および各ＳＴＡの送信回数は任意である。
【００３２】
なお、各グループに属さないＳＴＡが存在する場合は、ＡＰはＣＴＳ-to-group #iフレームを送信しない期間を設ける。すなわち、ＣＴＳによりDurationを指定しない期間は、通常のＤＣＦと同様に動作するので、各グループに属さないＳＴＡでも送信が可能である。
【実施例２】
【００３３】
図３は、本発明の実施例２を示す。
図３において、ＡＰは基地局、ＳＴＡは端末であり、IEEE802.11ｇ規格のＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がグループ＃１を構成し、IEEE802.11ｂ規格のＳＡＴ４〜ＳＴＡ５がグループ＃２を構成するものとする。基本的な通信制御の手順は実施例１と同様である。
【００３４】
まず、ＡＰは、各ＳＴＡとのアソシエーション時に、所属するグループ＃ｉの情報（ｉは例えば１，２，３，…）を通知する。ここで、各グループの規格に応じた基準伝送速度または平均伝送速度と、各グループに属するＳＴＡ数に応じて、各グループに送信権を割り当てる通信期間Ｔｉを設定する。例えば、グループ＃１，＃２の通信期間は、IEEE802.11ｇ規格の基準伝送速度54Ｍbps のＳＴＡが３台送信できる通信期間Ｔ１と、IEEE802.11ｂ規格の基準伝送速度11Ｍbps のＳＴＡが２台送信できる通信期間Ｔ２の比で割り当てられる。
【００３５】
図３に示す例は、まずＡＰからＣＴＳ-to-group #1フレームが送信され、グループ＃２に属するＳＴＡ４，ＳＴＡ５に通信期間Ｔ１だけＮＡＶが設定され、グループ＃１に属するＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３がＣＳＭＡ／ＣＡにより送信権を獲得した順番に送信する例を示す。
【００３６】
次にＡＰからＣＴＳ-to-group #2フレームが送信され、グループ＃１に属するＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３に通信期間Ｔ２だけＮＡＶが設定され、グループ＃２に属するＳＴＡ４，ＳＴＡ５がＣＳＭＡ／ＣＡにより送信権を獲得した順番に送信する例を示す。
【００３７】
このように、各IEEE802.11規格の基準伝送速度または平均伝送速度を考慮することにより、各グループの通信期間を各グループに属するＳＴＡ数に応じて公平かつ効率よく確保することができる。
【実施例３】
【００３８】
図２に示すＣＴＳ-to-group #iフレームのフレーム構成において、ＲＡフィールドに設定するグループ＃ｉの情報として、当該グループ＃ｉに属するＳＴＡに対応するマルチキャストアドレスを用いてもよい。
【実施例４】
【００３９】
図２に示すＣＴＳ-to-group #iフレームのフレーム構成において、ＲＡフィールドに設定するグループ＃ｉの情報として、当該グループ＃ｉに属するＳＴＡのＭＡＣアドレスの全部または一部の論理和を用いてもよい。この場合には、当該グループ＃ｉに属するＳＴＡは、当該論理和の値を保持しており、自局宛てのＣＴＳ-to-group #iフレームであることを認識する。当該グループ＃ｉに属していないＳＴＡは、それぞれのグループに対応する論理和の値を保持しており、自局宛てのＣＴＳ-to-group #iフレームでないことを認識し、Durationフィールドに設定されたＮＡＶ期間だけ送信を待機する。
【実施例５】
【００４０】
実施例１，２におけるＡＰは、各ＳＴＡとのアソシエーション時に、所属するグループ＃ｉの情報を通知する構成であったが、ＡＰが配下のＳＴＡを管理するために送信するマネジメントフレームにより、所属するグループ＃ｉの情報を通知するようにしてもよい。
【実施例６】
【００４１】
実施例１，２におけるＡＰは、各ＳＴＡとのアソシエーション時に、所属するグループ＃ｉの情報を通知する構成であったが、ＡＰが配下のＳＴＡに送信するデータフレームにより、所属するグループ＃ｉの情報を通知するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
ＡＰ    基地局
ＳＴＡ  端末
【図１】
2015026935.tif 000003
【図２】
2015026935.tif 000004
【図３】
2015026935.tif 000005
【図４】
2015026935.tif 000006
【図５】
2015026935.tif 000007
【図６】
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