(57)【要約】【課題】アクセスポイントから見て伝送レートが低い端末が存在している場合であっても、無線ＬＡＮ全体のスループットを低下させないようにアクセス制御を実行するシステム及び方法を提供する。【解決手段】アクセスポイントは、端末へ、送信されるデータフレームに対する許容送信時間長を含む制御パケットを送信する。これに対し、端末は、自ら送信しようとするデータフレームに対する送信時間が、許容送信時間長以下となるように、当該データフレームのサイズを調整する。また、制御パケットは、ビーコン信号であり、許容送信時間長は、ビーコン信号のフレームボディに含まれる。更に、ＰＣＦモードで実行されており、制御パケットは、無線リソースの非衝突時間長を含み、端末は、ポーリングを受信した際に、調整されたサイズのデータフレームを、アクセスポイントへ送信する。【選択図】図３
2015119300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセスポイントと複数の端末とが、無線ＬＡＮ(Local Area Network)を介して通信するシステムにおいて、
前記アクセスポイントは、端末へ、送信されるデータフレームに対する許容送信時間長を含む制御パケットを送信し、
前記端末は、自ら送信しようとするデータフレームに対する送信時間が、前記許容送信時間長以下となるように、当該データフレームのサイズを調整する
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記アクセスポイントについて、
前記制御パケットは、ビーコン信号であり、
前記許容送信時間長は、前記ビーコン信号のフレームボディに含まれる
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記アクセスポイントについて、
ＰＣＦ(Point Coordination Function)モードで実行されており、
前記制御パケットは、無線リソースの非衝突時間長を含み、
その非衝突時間長の間、接続中の各端末へ順次、ポーリングを送信するものであり、
前記端末について、
前記制御パケットを受信した際に、非衝突時間長の間、データフレームの送信を抑止するべくアクセス制御へ移行し、
前記ポーリングを受信した際に、前記許容送信時間長以下となるように調整されたサイズのデータフレームを、前記アクセスポイントへ送信する
ことを特徴とする請求項１又は２の記載のシステム。
【請求項４】
前記端末は、前記アクセスポイントへ送信する前記データフレームに、前記制御パケットの受信時点から現時点までの時間差を、前記非衝突時間長から差し引いた残り非衝突時間長を含め、
前記データフレームを受信した端末は、当該データフレームに含まれる残り非衝突時間長の間、データフレームの送信を抑止するべくアクセス制御へ移行する
ことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記アクセスポイントについて、
無線リソースの利用率が高いほど、前記非衝突時間長が長くなるように可変に設定する
ことを特徴とする請求項３又は４に記載のシステム。
【請求項６】
前記アクセスポイントについて、
現に接続中の端末数が多いほど、前記許容送信時間長が短くなるように可変に設定する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記アクセスポイントについて、
下り方向（アクセスポイント->端末）のデータ量に対して、上り方向（端末->アクセスポイント）のデータ量の比が高いほど、前記許容送信時間長が長くなるように可変に設定する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記端末は、前記アクセスポイントから受信した前記許容送信時間長と、現在の無線変調レートとから算出された伝送レートが、予め設定された所望伝送レート以下となる場合、当該アクセスポイントとの無線リンクを切断する
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記アクセスポイントは、複数のアンテナを用いて無線信号の送信方向に指向性を持たせる機能を具備し、複数の端末の群に対して同時に異なる制御信号を送信して、異なる許容送信時間長の値を設定し、指向性毎の各端末へ同時にポーリングすることも特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
アクセスポイントと複数の端末とが、無線ＬＡＮを介して通信するシステムにおけるデータフレーム送信方法において、
前記アクセスポイントは、端末へ、送信されるデータフレームに対する許容送信時間長を含む制御パケットを送信し、
前記端末は、自ら送信しようとするデータフレームに対する送信時間が、前記許容送信時間長以下となるように、当該データフレームのサイズを調整する
ことを特徴とするデータフレーム送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮ(Local Area Network)におけるＭＡＣ(Media Access Control)技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線ＬＡＮは、無線局免許が不要な周波数帯域を用いて通信することができる。その利便性から、多くのアクセスポイントが様々な場所に設置されると共に、ユーザが所持する端末（ノートパソコンや、スマートフォン、タブレット等）にも無線ＬＡＮ通信機能が標準的に搭載されている。アクセスポイントは、無線ＬＡＮを介してユーザ端末から接続されると共に、他方で、アクセスネットワーク及びインターネットに接続している。これによって、端末は、アクセスポイントを介して、インターネットに接続されたサーバにアクセスすることができる。
【０００３】
無線ＬＡＮのＩＥＥＥ８０２．１１によれば、アクセスポイントや端末がデータフレームを送信するタイミングを制御するＭＡＣ技術が規定されている（例えば非特許文献１参照）。具体的には、以下の２つのモードがある。
ＤＣＦ(Distributed Coordination Function)モード
ＰＣＦ(Point Coordination Function)モード
【０００４】
（ＤＣＦモード）
ＤＣＦモードによれば、各端末が、データフレームの衝突を前提として、ＣＳＭＡ／ＣＡ(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)によって自律分散的に制御し合う。
【０００５】
図１は、無線ＬＡＮのＤＣＦモードに基づくシーケンス図である。
【０００６】
図１によれば、アクセスポイント１と、端末２ａ及び２ｂとが、無線ＬＡＮを介して通信する。アクセスポイント１や端末２は、キャリアセンスによって、無線チャネルがビジー状態（使用中）でないことを最初に確認する。無線チャネルがビジー状態である場合、使用中の端末からのデータフレームの送信が終了し、アイドル状態（未使用）になるまで待機する。
【０００７】
無線チャネルがアイドル状態になった場合、送信すべきデータフレームを保持する端末２は、ＩＦＳ(Inter Frame Space)時間だけ待機する。その後、端末２は、更に「バックオフ時間」だけキャリアセンスを実行し、アイドル状態が継続しているか否かを確認する。ここで、バックオフ時間は、同時送信によるフレーム衝突を回避するものであって、各端末が、規定の範囲内で発生させる乱数に基づくものである。その乱数に基づくバックオフ時間は、具体的には、以下の式によって決定される。
バックオフ時間＝スロットタイム×乱数
この乱数の発生確率に偏りは無く、アクセスポイント１及び全ての端末２に、公平に送信機会が与えられる仕組みとなっている。
【０００８】
（ＰＣＦモード）
ＰＣＦモードによれば、アクセスポイント１が、ＣＦＰ(Contention Free Period)と称される「非衝突時間」を設定する。アクセスポイント１は、そのＣＦＰ期間の中で、接続中の各端末を順番に呼び出すべく、ポーリング（送信権）を送信する。アクセスポイント１から指定された端末２のみが、データフレームを送信することができるので、無線ＬＡＮの中でデータフレームの衝突が発生しない。このＣＦＰ期間の中で、アクセスポイント１は、接続中の各端末２へ公平な通信機会を与えることができる。
【０００９】
尚、アクセスポイントが設定したＣＦＰ期間に、相手側端末やアクセスポイントに対する送達確認ができなかった場合の再送手順を規定した技術もある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−０１５８９９号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】IEEE Std 802.11-2012、[online]、［平成２５年１２月８日検索］、インターネット＜URL:http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
非特許文献１（IEEE802.11n無線規格）によれば、ＭＩＭＯ(Multi-Input Multi-Output)空間多重を用いない場合、チャネル帯域幅20MHzに対して最大65Mbpsの無線リンクの伝送レートが達成できる。
【００１３】
ここで、65Mbpsの提供能力を有するアクセスポイント１が、２台の端末２と通信する場合を想定する。
端末２ａ：アクセスポイントから距離が近く、無線リンクの伝送レートが65Mbps
端末２ｂ：アクセスポイントから距離が遠く、無線リンクの伝送レートが1Mbps
【００１４】
ここで、端末２ａ及び端末２ｂの両方に公平の送信機会が与えられ、且つ、同一サイズのデータフレームを、無線リンクの能力の最大限で送信しようとする。このとき、端末２ｂの送信時間は、端末２ａの送信時間の６５倍となる送信時間がかかることとなる。
端末２ｂの送信時間＝端末２ａの送信時間×６５
【００１５】
即ち、65Mbpsの提供能力を有するアクセスポイント１の無線リソースについて、端末２ａは、時間的には１／６６しか使えないことになる。結果的に、以下のような伝送レートとなり、端末２ａにおける性能低下が無視できなくなる。
端末２ａ：65Mbps／66＝約1Mbps
端末２ｂ：1Mbps×65/66＝約1Mbps
尚、ここでは、計算の単純化のために、無線フレームのヘッダやＩＦＳ時間、バックオフなどのオーバヘッド、フレームの衝突、再送などによるロスを考慮していない。
【００１６】
図２は、無線リンクの伝送レートが低い端末が、データフレームの送信時間を長く占有することを表すシーケンス図である。
【００１７】
端末２ｂのような伝送レートが低い端末２が送信機会を得た場合、その送信フレームの送信時間が長くなり、無線チャネルを比較的長い間占有してしまう。送信フレームの占有時間は、以下のように算出される。
送信フレームの占有時間＝
フレームヘッダ長／伝送レート（固定）＋データ長／伝送レート
【００１８】
結果的に、アクセスポイント１から見て、無線リンクの伝送レートが低い端末２ｂが存在すると、無線リソースを大きく消費することが問題となる。これによって、無線リンクの伝送レートが高い端末２ａであっても、送信機会を得るまでに長い時間を待つ必要が有り、無線ＬＡＮ全体のスループットを低下させてしまう。この問題は、１つのアクセスポイント１に多数の端末２が無線ＬＡＮを介して接続している環境では、更に顕著となる。図２によれば、ＤＣＦモードについて記載しているが、この問題は、ＰＣＦモードであっても同じである。
【００１９】
そこで、本発明は、アクセスポイントから見て伝送レートが低い端末が存在している場合であっても、無線ＬＡＮ全体のスループットを低下させないようにアクセス制御を実行するシステム及び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】
【００２０】
本発明によれば、アクセスポイントと複数の端末とが、無線ＬＡＮを介して通信するシステムにおいて、
アクセスポイントは、端末へ、送信されるデータフレームに対する許容送信時間長を含む制御パケットを送信し、
端末は、自ら送信しようとするデータフレームに対する送信時間が、許容送信時間長以下となるように、当該データフレームのサイズを調整する
ことを特徴とする。
【００２１】
本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、アクセスポイントについて、
制御パケットは、ビーコン信号であり、
許容送信時間長は、ビーコン信号のフレームボディに含まれる
ことも好ましい。
【００２２】
本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、アクセスポイントについて、
ＰＣＦモードで実行されており、
制御パケットは、無線リソースの非衝突時間長を含み、
その非衝突時間長の間、接続中の各端末へ順次、ポーリングを送信するものであり、
端末について、
制御パケットを受信した際に、非衝突時間長の間、データフレームの送信を抑止するべくアクセス制御へ移行し、
ポーリングを受信した際に、許容送信時間長以下となるように調整されたサイズのデータフレームを、アクセスポイントへ送信する
ことも好ましい。
【００２３】
本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、
端末は、アクセスポイントへ送信するデータフレームに、制御パケットの受信時点から現時点までの時間差を、非衝突時間長から差し引いた残り非衝突時間長を含め、
データフレームを受信した端末は、当該データフレームに含まれる残り非衝突時間長の間、データフレームの送信を抑止するべくアクセス制御へ移行する
ことも好ましい。
【００２４】
本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、アクセスポイントについて、
無線リソースの利用率が高いほど、非衝突時間長が長くなるように可変に設定する
ことも好ましい。
【００２５】
本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、アクセスポイントについて、
現に接続中の端末数が多いほど、許容送信時間長が短くなるように可変に設定する
ことも好ましい。
【００２６】
本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、アクセスポイントについて、
下り方向（アクセスポイント->端末）のデータ量に対して、上り方向（端末->アクセスポイント）のデータ量の比が高いほど、許容送信時間長が長くなるように可変に設定する
ことも好ましい。
【００２７】
本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、
端末は、アクセスポイントから受信した許容送信時間長と、現在の無線変調レートとから算出された伝送レートが、予め設定された所望伝送レート以下となる場合、当該アクセスポイントとの無線リンクを切断することも好ましい。
【００２８】
本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、
アクセスポイントは、複数のアンテナを用いて無線信号の送信方向に指向性を持たせる機能を具備し、複数の端末の群に対して同時に異なる制御信号を送信して、異なる許容送信時間長の値を設定し、指向性毎の各端末へ同時にポーリングすることも好ましい。
【００２９】
本発明によれば、アクセスポイントと複数の端末とが、無線ＬＡＮを介して通信するシステムにおけるデータフレーム送信方法において、
アクセスポイントは、端末へ、送信されるデータフレームに対する許容送信時間長を含む制御パケットを送信し、
端末は、自ら送信しようとするデータフレームに対する送信時間が、許容送信時間長以下となるように、当該データフレームのサイズを調整する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のシステム及び方法によれば、アクセスポイントから見て伝送レートが低い端末が存在している場合であっても、無線ＬＡＮ全体のスループットを低下させないようにアクセス制御を実行する。アクセスポイントが、端末から送信されるデータフレームのサイズを、所定の許容送信時間以下となるように制限させることによって、低い伝送レートの端末からのデータフレームが、比較的長い時間、無線リソースを占有してしまうことを防止する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】無線ＬＡＮのＤＣＦに基づくシーケンス図である。
【図２】無線リンクの伝送レートが低い端末が、データフレームの送信時間を長く占有することを表すシーケンス図である。
【図３】本発明におけるシーケンス図である。
【図４】本発明におけるフレーム構成図である。
【図５】本発明におけるアクセスポイントの機能構成図である。
【図６】本発明における端末の機能構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００３３】
本発明によれば、ＭＡＣにおけるＰＣＦモードを利用したものであって、アクセスポイントは、端末へ送信する制御パケットに、送信されるデータフレームに対する「許容送信時間長」を含めるものである。これに対し、端末は、ＣＦＰ期間（非衝突期間）にポーリングを受信した際に、自ら送信しようとするデータフレームに対する送信時間が、許容送信時間長以下となるように、当該データフレームのサイズを調整する。これによって、無線ＬＡＮの伝送レートが低い端末が、比較的長い時間、データフレームの送信時間を占有し続けることを抑止することができる。即ち、無線ＬＡＮの無線リソースに対する全体として最適な利用環境を提供することができる。
【００３４】
図３は、本発明におけるシーケンス図である。
図４は、本発明におけるフレーム構成図である。
【００３５】
（Ｓ１）アクセスポイント１は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に基づいて、一定時間毎に「ビーコン(beacon)信号」を放送している。ビーコン信号とは、各端末２へ、接続可能な当該アクセスポイント１の存在を報知するものである。
【００３６】
図４（ａ）のビーコン信号のフレームによれば、ＭＡＣヘッダのデュレーション(duration)部に、ＣＦＰを設定する。ＣＦＰとは、端末に対して、そのデュレーション値（μ秒）の間は「非衝突期間長」であること表す。このビーコン信号を受信した周囲の端末２は、ＰＣＦモードのアクセス制御へ移行し、自発的にデータフレームを送信することを抑止する。
【００３７】
本発明によれば、更に、ビーコン信号のフレームボディに、「アクセス管理情報エレメント(Controlled Access IE)」と、その情報フィールドとしての「許容送信時間長(Allowed TX Time)」とを含める。許容送信時間長は、全ての端末２が、自ら送信しようとするデータフレームで占有できる最大の送信時間を意味する。このように、Controlled Access IEを含んで設定したＣＦＰを、「ＭＣＦＰ(Managed Contention Free Period)」と称することとする。
【００３８】
また、ビーコン信号に許容送信時間長を含むことに限られず、アクセスポイント１が、端末２からプローブ要求を受信した際に返信する「プローブ応答」であってもよい。
【００３９】
図４（ｂ）によれば、予め別途規定した「制御パケット」に許容送信時間長を含むものである。ここでは、ＭＣＦ(Managed Contention Function)データフレームとして、端末が送信するデータフレームの許容送信時間長を指定している。このように、本発明は、ビーコン信号やプローブ応答のフレーム構成に限定されるものではなく、別途規定された制御パケットとして構成したものであってもよい。
【００４０】
尚、前述の実施形態によれば、ビーコン信号に許容送信時間長を含むものとして説明したが、アクセスポイント１と端末２との間の認証後に、端末２から送信されたアソシエーション要求(Association Request)に対して、アクセスポイント１から送信するアソシエーション応答(Association Response)のフレームボディに許容送信時間長を含めることもできる。即ち、アクセスポイント１と端末２との間で無線リンクの確立段階で、アクセスポイント１から端末２へ、許容送信時間長を通知できればよい。
【００４１】
Ｓ１によれば、各端末２は、ＭＣＦＰのビーコン信号を受信することによって、アクセスポイント１からのアクセス制御の開始と、無線リソースの非衝突時間長（ＭＣＦＰ）とを知る。その後、端末２は、非衝突時間の間、データフレームの送信を抑止するべくアクセス制御へ移行し、アクセスポイント１からのポーリング（送信権）を待つ。
【００４２】
尚、他の実施形態として、アクセスポイントは、「非衝突時間長」を、無線リソースの利用率が高いほど、非衝突時間長が長くなるように可変に設定することも好ましい。無線リソースの利用率は、単に、無線リソースが利用されている時間比であってもよい。
【００４３】
（Ｓ２）アクセスポイント１及び端末２は、ＰＣＦモードで実行されるために、各フレーム間の送信間隔として、ＤＩＦＳ(Distributed Inter Frame Space)よりも短い「ＳＩＦＳ(Short Inter Frame Space)」を用いることができる。また、ＰＣＦモードであるために、フレーム衝突防止のためのバックオフ時間を取る必要がない。これによって、例えばＭＣＦＰが設定されたビーコン信号を、ＤＣＦモードで制御中の端末で受信されなかったとしても、それら端末が、ＰＣＦモードのアクセスポイント及び端末へ割り込んで、データフレームを送信する余地がない。
【００４４】
アクセスポイント１は、その非衝突時間長の間、接続中の各端末へ順次、ポーリング（送信権）を送信する。図３によれば、アクセスポイント１は、最初に、ＳＩＦＳの経過後、端末２ａへポーリングを送信している。各端末２は、アクセスポイント１から自端末に対するポーリングを受信した時のみ、データフレームを送信することができる。
【００４５】
図４（ｃ）によれば、CF-Pollのポーリングフレームが表されている。尚、CF-Pollは、ペイロードを含まないために、例えば許容送信時間長のような追加情報を含むことができない。
【００４６】
（Ｓ３）端末２ａは、アクセスポイント１からのポーリングを受信することによって、自端末が送信権を得たことを認識し、ＳＩＦＳだけ待機する。そして、端末２ａは、アクセスポイント１へ送信すべきデータフレームについて、許容送信時間長以下となるようにサイズを調整し、アクセスポイント１へ送信する。データフレーム長は、具体的には、以下の式で算出することができる。
データフレーム長＝（許可送信時間×伝送レート−フレームヘッダ長）
ここで、端末２ａは、アクセスポイント１との間の距離が近く、比較的高い伝送レートであるために、データフレームの送信に、許容送信時間長よりも短い時間しか要しなかったとする。
そして、アクセスポイント１は、端末２ａからデータフレームを受信する。
【００４７】
（Ｓ４）次に、アクセスポイント１は、ＳＩＦＳだけ待機した後、CF-Pollのポーリングを端末２ｂへ送信する。
【００４８】
（Ｓ５）端末２ｂは、アクセスポイント１からのポーリングを受信することによって、自端末が送信権を得たことを認識し、ＳＩＦＳだけ待機する。そして、端末２ｂは、アクセスポイント１へ送信すべきデータフレームについて、許容送信時間長以下となるようにサイズを調整し、アクセスポイント１へ送信する。
ここで、端末２ｂは、アクセスポイント１との間の距離が遠く、比較的低い伝送レートである。しかしながら、データフレームの送信には、許容送信時間長までしか使えない。ここでは、端末２ｂは、付与された許容送信時間長一杯を、データフレームの送信に要したとする。
そして、アクセスポイント１は、端末２ｂからデータフレームを受信する。
【００４９】
（Ｓ６）次に、アクセスポイント１は、ＳＩＦＳだけ待機した後、更に他の端末２へ、CF-Pollのポーリングを送信する。
【００５０】
（Ｓ７）最後に、アクセスポイント１は、ＭＣＦＰ期間に達した際に、又は、端末２からのデータフレームの送信が無くなった際に、ＰＩＦＳだけ待機する。
そして、アクセスポイント１は、無線リソースをアクセス制御から開放するために、CF-Endを全ての端末２へブロードキャストで送信する。これによって、アクセスポイント１は、アクセス制御されたＭＣＦＰの非衝突期間を終了させる。
ＭＣＦＰの開放後は、各端末２は、ＤＣＦモードとして、ＭＣＦＰ期間中に送信が完了していないデータフレームを送信することもできる。
【００５１】
［アクセスポイントの電波を受信できない端末］
（Ｓ８）他の実施形態として、アクセスポイント１の電波を受信できない端末２ｃの動作について説明する。端末２ｃは、アクセスポイント１との間の距離が更に遠く、ビーコン信号を受信できていなかったとする。そのために、端末２ｃは、ＭＣＦＰ期間であることも認識していない。このとき、端末２ｃは、ＤＣＦモードによって、データフレームを自発的に送信する場合がある。
【００５２】
そこで、各端末２は、アクセスポイントへ送信するデータフレームに、制御パケットの受信時点から現時点までの時間差を、非衝突時間長から差し引いた残り非衝突時間長を含める。
残り非衝突時間長＝非衝突時間長−制御パケットの受信時点から現時点までの時間差
【００５３】
具体的には、送信フレームのＭＡＣヘッダに含まれるデュレーションに「残り非衝突時間長」を含めることも好ましい。例えば端末２ｃは、端末２ｂからアクセスポイント１へ向けて送信されたデータフレームを検知し、そのデータフレームのデュレーションに、残り非衝突時間長が含まれていることを認識する。このとき、端末２ｃは、その時間値の間、非衝突期間のＰＣＦモードであることを認識し、データフレームを自発的に送信しないようにする。これによって、端末２ｃが、アクセスポイント１と端末２ａ、２ｂとの間で送信されているデータフレームに衝突させるようなパケットを送信することがない。
【００５４】
［許容送信時間長の可変設定］
他の実施形態として、アクセスポイント１によって規定される許容送信時間長を、無線ＬＡＮの周辺環境に応じて可変することも好ましい。例えば２つの方法がある。
【００５５】
（第１の可変設定）
現に接続中の端末数が多いほど、許容送信時間長が短くなるように可変に設定する。
【００５６】
（第２の可変設定）
Ｗｅｂサーバ−クライアントシステムによれば、通常、下り方向（アクセスポイント->端末）のデータ量に対して、上り方向（端末->アクセスポイント）のデータ量は少ない。そのために、下り方向のデータ量に対して上り方向のデータ量の比が高いほど、許容送信時間長が長くなるように可変に設定する。逆に、上り方向のデータの量の比が低いほど、許容送信時間長が短くなるように設定する。
【００５７】
［所望伝送レートが得られない場合における、端末からの無線リンクの切断］
他の実施形態として、端末２は、アクセスポイント１から受信した許容送信時間長と、現在の無線変調レートとから、試算伝送レートを算出できる。
試算伝送レート＝許容送信時間長×現在使用中の無線変調レート
そして、端末２は、試算伝送レートが、予め設定された所望伝送レート以下となる場合、当該アクセスポイントとの無線リンクを切断する。その後、他のアクセスポイントや携帯電話網への再接続を実行することができる。
【００５８】
［空間多重通信について異なる指向性に対する許容送信時間長の設定］
近年、複数のアンテナを用いてデータの送信方向に指向性を持たせることにより、複数の無線リンク間の干渉を抑制し、複数の無線リンクの同時通信を可能とする空間多重通信が実用化されようとしている。
そこで、他の実施形態として、アクセスポイント１が、空間多重技術（ＭＩＭＯ(multiple-input and multiple-output)、IEEE 802.11n）技術に基づいて、複数のアンテナを用いて無線信号の送信方向に指向性を持たせる機能を具備するものであってもよい。これにより、アクセスポイント１は、複数の端末の群に対して同時に異なる制御信号を送信して、異なる許容送信時間長の値を設定し、指向性毎の各端末へ同時にポーリングすることができる。
【００５９】
図５は、本発明におけるアクセスポイントの機能構成図である。
【００６０】
［送信側機能構成部］
イーサネット通信部１０１は、イーサネット（登録商標）から受信したＩＰパケットを、送信バッファ部１１１へ出力する。
送信バッファ部１１１は、接続中の端末２毎にデータを一時的に蓄積し、そのデータフレームを送信ＭＡＣ部１１２へ出力する。
送信ＭＡＣ部１１２は、送信バッファ部１１１から入力したデータフレームを、無線ＬＡＮのＭＡＣフレーム形式に変換する。具体的には、ＭＡＣヘッダを付加する。そして、送信ＭＡＣ部１１２は、スケジューリング部から指示されたタイミングで、そのＭＡＣフレームを送信ＰＨＹ(Physical Layer)部１１３へ出力する。尚、送信ＭＡＣ部１１２は、イーサネット通信部１０１によって受信されたＩＰパケットとは別に、無線ＬＡＮの制御に必要な管理用ＭＡＣフレームや制御用ＭＡＣフレームも生成する。
送信ＰＨＹ部１１３は、ＭＡＣフレームをデジタル的に変調してアナログ信号に変換し、そのアナログ信号をＲＦ(Radio Frequency)部１０２へ出力する。
ＲＦ部１０２は、アナログ信号を、ベースバンド帯から送信周波数帯へアップコンバートし、アンテナへ出力する。
アンテナから送信された無線信号は、周辺の端末２へ送信される。
【００６１】
［受信側機能構成部］
アンテナは、受信した無線信号をＲＦ部１０２へ出力する。
ＲＦ部１０２は、その無線信号を、受信周波数帯からベースバンド帯へダウンコンバートし、受信ＰＨＹ部１２３へ出力する。
受信ＰＨＹ部１２３は、アナログ信号をデジタル的に復調してＭＡＣフレームに変換する。そのＭＡＣフレームは、受信ＭＡＣ部１２２へ出力される。また、受信ＰＨＹ部１２３は、受信電力を検知した時、その旨をスケジューリング部１３１へ通知する。
受信ＭＡＣ部１２２は、入力されたＭＡＣフレームの宛先アドレスが自端末宛てである場合、そのＭＡＣフレームからＩＰパケット形式へ変換する。そのＩＰパケットは、受信バッファ部１２１へ出力される。尚、受信したＭＡＣフレームが、管理用ＭＡＣフレームである場合、ＩＰパケットへ変換することなく、IEEE802.11規格に基づいて処理を実行する。また、受信ＭＡＣ部１２２は、ＭＡＣフレームを識別した時、その旨をスケジューリング部１３１へ通知する。
受信バッファ部１２１は、入力されたＩＰパケットを順次、イーサネット通信部１０１へ出力する。
イーサネット通信部１０１は、そのＩＰパケットを順次、イーサネットへ送信する。
【００６２】
［スケジューリング部１３１］
スケジューリング部１３１は、ＰＣＦモード（又はＤＣＦモード）におけるデータフレームの送信タイミングを、送信ＭＡＣ部１１２へ指示する（図３のＳ２〜Ｓ７におけるアクセスポイント側の送信タイミング参照）。スケジューリング部１３１は、接続中の各端末へ順次、ポーリングを送信し、アクセス制御を実行する。
【００６３】
スケジューリング部１３１は、受信ＰＨＹ部１２３及び受信ＭＡＣ部１２２からの通知によって、無線リソースにおける「ビジー状態」「アイドル状態」を判定する。ビジー状態であれば、スケジューリング部１３１は、送信ＭＡＣ部１１２に対してＭＡＣフレームの送信を保留させる。一方で、アイドル状態であれば、スケジューリング部１３１は、ＳＩＦＳ（又はＤＩＦＳ，バックオフ時間，ＰＩＦＳ等）経過後に未だアイドル状態の継続を確認した時、送信ＭＡＣ部１１２に対しＭＡＣフレームの送信を指示する。
【００６４】
［制御パケット送信部１３２］
制御パケット送信部１３２は、端末へ、送信されるデータフレームに対する許容送信時間長を含む制御パケットを送信する（図３のＳ１参照）。制御パケットは、例えば、ビーコン信号であり、許容送信時間長は、ビーコン信号のフレームボディに含まれるものであってもよい。また、その制御パケットは、無線リソースの非衝突時間長（ＭＣＦＰ）を含み、ＰＣＦモードによるアクセス制御の開始を通知することも好ましい。
【００６５】
図６は、本発明における端末の機能構成図である。
【００６６】
図６によれば、ＲＦ部２０２、送信バッファ部２１１、送信ＭＡＣ部２１２、送信ＰＨＹ部２１３、受信バッファ部２２１、受信ＭＡＣ部２２２、及び、受信ＰＨＹ部２２３は、図５と同様に機能するものであって、送信側と受信側との相違のみである。また、送信バッファ部２１１及び受信バッファ部２２１は、アプリケーション部との間で、メモリ２０１を介してデータを入出力する。
【００６７】
［スケジューリング部２３１］
スケジューリング部２３１は、ＰＣＦモード（又はＤＣＦモード）におけるデータフレームの送信タイミングを、送信ＭＡＣ部２１２へ指示する（図３のＳ２〜Ｓ７における端末側の送信タイミング参照）。スケジューリング部２３１は、アクセスポイント１から受信したポーリングを受信ＭＡＣ部２２２から取得し、アクセスポイント１に対するデータフレームの送信タイミングを決定する。
【００６８】
また、スケジューリング部２３１は、受信ＰＨＹ部２２３及び受信ＭＡＣ部２２２からの通知によって、無線リソースにおける「ビジー状態」「アイドル状態」を判定する。ビジー状態であれば、スケジューリング部２３１は、送信ＭＡＣ部１１２に対してＭＡＣフレームの送信を保留させる。一方で、アイドル状態であれば、スケジューリング部２３１は、ＳＩＦＳ（又はＤＩＦＳ，バックオフ時間，ＰＩＦＳ等）経過後に未だアイドル状態の継続を確認した時、送信ＭＡＣ部２１２に対しＭＡＣフレームの送信を指示する。
【００６９】
更に、スケジューリング部２３１は、制御パケット（例えばビーコン信号）を受信ＭＡＣ部２２２から受信した際に、非衝突時間長の間、データフレームの送信を抑止するべくアクセス制御へ移行する（図３のＳ１における端末側の送信タイミング参照）。
【００７０】
［伝送レート管理部２３２］
伝送レート管理部２３２は、受信ＭＡＣ部１２２から通知された伝送レートを管理する。アクセスポイント１との間の通信における伝送レートは、無線ＬＡＮチップや装置メーカにおける実装の工夫によって決定されている。一般に、無線ＬＡＮの受信電力が低いほど低い伝送レートに設定するか、又は、伝送エラーや再送の発生が多いほど低い伝送レートに設定する。これによって、通信品質を維持しようとする。伝送レートは、データ長調整部２３３へ出力される。
【００７１】
［データ長調整部２３３］
データ長調整部２３３は、制御パケットに含まれる許容送信時間長を、受信ＭＡＣ部２２２から取得する。また、伝送レート管理部２３２から、現時点の伝送レートを取得する。そして、データ長調整部２３３は、伝送レートに基づいて、自ら送信しようとするデータフレームに対する送信時間が、許容送信時間長以下となるように、送信バッファ部２１１に対して当該データフレームのサイズを調整（分割・組み直し）する。具体的には、以下の式のようにデータ長を調整する。
許容送信時間＜（PHYヘッダ長／基本伝送レート＋MACフレーム長／伝送レート）
ここで、基本伝送レートとは、IEEE802.11の既存標準と互換性を持たせるためにアクセスポイントが対応する最も低い伝送レートをいう。2.4GHz帯では1Mbps又は2Mbpsであり、5GHz帯では6Mbpsである。
【００７２】
以上、詳細に説明したように、本発明のシステム及び方法によれば、アクセスポイントから見て伝送レートが低い端末が存在している場合であっても、無線ＬＡＮ全体のスループットを低下させないようにアクセス制御を実行する。アクセスポイントが、端末から送信されるデータフレームのサイズを、所定の許容送信時間以下となるように制限させることによって、低い伝送レートの端末からのデータフレームが、比較的長い時間、無線リソースを占有してしまうことを防止する。
【００７３】
本発明によれば、ＣＤＭＡ／ＣＡのアクセス制御方式を用いた無線ＬＡＮのシステムに、ＴＤＭＡ(Time Division Multiple Access)のアクセス制御方式を適用したようなものである。これによって、アクセスポイントの周辺に、低い伝送レートの端末が多数存在しても、高い伝送レートの端末の通信に影響を与えることがない。低い伝送レートの端末からの送信時間が「許容送信時間長」に制限されるために、システム全体のスループットを高めることができる。
【００７４】
最後に、本発明の課題として前述した例について、本発明を適用した効果を説明する。
【００７５】
65Mbpsの提供能力を有するアクセスポイント１が、２台の端末２と通信する場合を想定する。
端末２ａ：アクセスポイントから距離が近く、無線リンクの伝送レートが65Mbps
端末２ｂ：アクセスポイントから距離が遠く、無線リンクの伝送レートが1Mbps
【００７６】
ＣＦＰ期間＝0.5秒とした場合、各端末単独では、以下のデータ量を送信することができる。
端末２ａ単独：ＣＦＰ期間中に65Mbps×0.5＝32.5Mビット
端末２ｂ単独：ＣＦＰ期間中に1Mbps×0.5＝0.5Mビット
【００７７】
ここで、２台の端末２ａ及び２ｂを、ＣＦＰ期間に共存させた場合、端末２ｂのデータフレームは、端末２ａの65倍の時間を占有する。そのために、たとえＰＣＦモードであっても、以下のデータ量しか送信できない。
端末２ａ：65×0.5／66＝約0.5Mビット
端末２ｂ：1×0.5×65／66＝約0.5Mビット
端末２ａ及び２ｂで合わせて、ＣＦＰ期間中に約1Mビットのデータ量しか送信できない。
【００７８】
これに対し、本願発明によれば、例えばＭＣＦＰ期間＝0.5秒とし、各端末２ａ，２ｂに対する「許容送信時間＝0.25秒」とする。この場合、以下のデータ量を送信することができる。
端末２ａ：65×0.25＝16.25Mビット
端末２ｂ：1×0.25=0.25Mビット
これによって、端末２ｂの送信データ量は減少するが、合わせて16.5MビットのデータをＭＣＦＰ期間に送信することができる。このように、本発明によれば、システム全体のスループットを高めることができる。
【００７９】
前述した本発明の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
【符号の説明】
【００８０】
１  アクセスポイント
１０１  イーサネット通信部
１０２  ＲＦ部
１１１  送信バッファ部
１１２  送信ＭＡＣ部
１１３  送信ＰＨＹ部
１２１  受信バッファ部
１２２  受信ＭＡＣ部
１２３  受信ＰＨＹ部
１３１  スケジューリング部
１３２  制御パケット送信部
２  端末
２０１  メモリ
２０２  ＲＦ部
２１１  送信バッファ部
２１２  送信ＭＡＣ部
２１３  送信ＰＨＹ部
２２１  受信バッファ部
２２２  受信ＭＡＣ部
２２３  受信ＰＨＹ部
２３１  スケジューリング部
２３２  伝送レート管理部
２３３  データ長調整部
【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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