(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と、該基地局に接続する中継局と、該中継局に接続し該中継局を介して前記基地局と通信する複数の無線端末により構成される無線通信システムであって、
前記基地局と前記無線端末との間において隠れ端末の関係になっている前記無線端末を検出する隠れ端末検出手段と、
前記基地局及び中継局が使用する第１のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっている無線端末が使用する第２のコンテンションウィンドウよりも小さく、かつ、前記第２のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっていない無線端末が使用する第３のコンテンションウィンドウよりも小さくなるように設定する制御手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記隠れ端末検出手段は、
隠れ端末を特定するために前記無線端末から送信した信号を前記基地局において受信した結果に基づいて前記基地局が認識できた前記無線端末を記載した認識端末リスト情報と、前記中継局の配下に所属する前記無線端末を記載した所属端末リスト情報とを比較した結果に基づき前記隠れ端末の関係になっている前記無線端末を検出することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
基地局と、該基地局に接続する中継局と、該中継局に接続し該中継局を介して前記基地局と通信する複数の無線端末により構成される無線通信システムにおいて、前記中継局として動作する無線通信装置であって、
前記基地局と前記無線端末との間において隠れ端末の関係になっている前記無線端末を検出する隠れ端末検出手段と、
前記基地局及び中継局が使用する第１のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっている無線端末が使用する第２のコンテンションウィンドウよりも小さく、かつ、前記第２のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっていない無線端末が使用する第３のコンテンションウィンドウよりも小さくなるように設定する制御手段と
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項４】
基地局と、該基地局に接続する中継局と、該中継局に接続し該中継局を介して前記基地局と通信する複数の無線端末により構成される無線通信システムにおいて、前記基地局として動作する無線通信装置であって、
前記基地局と前記無線端末との間において隠れ端末の関係になっている前記無線端末を検出する隠れ端末検出手段と、
前記基地局及び中継局が使用する第１のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっている無線端末が使用する第２のコンテンションウィンドウよりも小さく、かつ、前記第２のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっていない無線端末が使用する第３のコンテンションウィンドウよりも小さくなるように設定する制御手段と
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
基地局と、該基地局に接続する中継局と、該中継局に接続し該中継局を介して前記基地局と通信する複数の無線端末により構成される無線通信システムが行う無線通信制御方法であって、
前記中継局が、前記基地局と前記無線端末との間において隠れ端末の関係になっている前記無線端末を検出する隠れ端末検出ステップと、
前記中継局が、前記基地局及び中継局が使用する第１のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっている無線端末が使用する第２のコンテンションウィンドウよりも小さく、かつ、前記第２のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっていない無線端末が使用する第３のコンテンションウィンドウよりも小さくなるように設定する制御ステップと
を有することを特徴とする無線通信制御方法。
【請求項６】
基地局と、該基地局に接続する中継局と、該中継局に接続し該中継局を介して前記基地局と通信する複数の無線端末により構成される無線通信システムが行う無線通信制御方法であって、
前記基地局が、前記基地局と前記無線端末との間において隠れ端末の関係になっている前記無線端末を検出する隠れ端末検出ステップと、
前記基地局が、前記基地局及び中継局が使用する第１のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっている無線端末が使用する第２のコンテンションウィンドウよりも小さく、かつ、前記第２のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっていない無線端末が使用する第３のコンテンションウィンドウよりも小さくなるように設定する制御ステップと
を有することを特徴とする無線通信制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基地局と複数の無線端末との間の無線通信を中継局により中継する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基地局（アクセスポイント）と無線端末の間に中継局を介在することで、エリアカバー率を向上させる無線ＬＡＮ中継システムが注目されている。この無線ＬＡＮ中継システムは、通常の使用環境において発生しうる、無線端末が複数台でかつ基地局と中継局とが１台のみという状況では、従来のＣＳＭＡ／ＣＡでは全ての無線機器（基地局，中継局、無線端末）は公平に送信権を獲得できるため、複数端末をまとめた無線端末群に比較して基地局と中継局の送信機会が小さくなってしまい、中継局がシステムスループットのボトルネックとなってしまうとともに、下りのトラヒックが上りと比較して極端に小さくなってしまうという問題がある。この問題を解決するために、基地局、中継局及び無線端末のＣＳＭＡ／ＣＡのバックオフ機能におけるミニマムコンテンションウィンドウ（ＣＷｍｉｎ）を無線端末の台数に応じて適応的に制御し、無線端末の送信確率を基地局、中継局に比べて相対的に下げ、無線端末群の送信確率と、基地局、中継局の送信確率とを近づけることで、システムスループットの劣化を抑制する技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Chun-Hsiang HUANG, Daisuke UMEHARA, Satoshi DENNO, Masahiro MORIKURA and Takatoshi SUGIYAMA, “Enhancement of CSMA/CA and Network Coding in Single-Relay Multi-User Wireless Networks", IEICE Trans. Commun., Vol. E93.B, No. 12, pp.3371-3380, 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一部の無線端末が基地局と隠れ端末の関係（中継局の位置関係や障害などによって電波が到達できない状態のこと）にある場合には、隠れ端末の送信パケットと、基地局の送信パケットが頻繁にパケット衝突を起こす。そのため、非特許文献１の技術が適用されることにより送信確率が相対的に下げられている無線端末の送信確率がバックオフ制御によりさらに低下してしまい、隠れ端末の上りスループットが、他の無線端末の上りスループットと比較して大きく劣化するという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、一部の無線端末が基地局と隠れ端末の関係にある場合であっても、隠れ端末状態の無線端末の上りスループットが劣化することを抑制することができる無線通信システム、無線通信装置及び無線通信制御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】
【０００６】
本発明は、基地局と、該基地局に接続する中継局と、該中継局に接続し該中継局を介して前記基地局と通信する複数の無線端末により構成される無線通信システムであって、前記基地局と前記無線端末との間において隠れ端末の関係になっている前記無線端末を検出する隠れ端末検出手段と、前記基地局及び中継局が使用する第１のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっている無線端末が使用する第２のコンテンションウィンドウよりも小さく、かつ、前記第２のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっていない無線端末が使用する第３のコンテンションウィンドウよりも小さくなるように設定する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明は、前記隠れ端末検出手段は、隠れ端末を特定するために前記無線端末から送信した信号を前記基地局において受信した結果に基づいて前記基地局が認識できた前記無線端末を記載した認識端末リスト情報と、前記中継局の配下に所属する前記無線端末を記載した所属端末リスト情報とを比較した結果に基づき前記隠れ端末の関係になっている前記無線端末を検出することを特徴とする。
【０００８】
本発明は、基地局と、該基地局に接続する中継局と、該中継局に接続し該中継局を介して前記基地局と通信する複数の無線端末により構成される無線通信システムにおいて、前記中継局として動作する無線通信装置であって、前記基地局と前記無線端末との間において隠れ端末の関係になっている前記無線端末を検出する隠れ端末検出手段と、前記基地局及び中継局が使用する第１のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっている無線端末が使用する第２のコンテンションウィンドウよりも小さく、かつ、前記第２のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっていない無線端末が使用する第３のコンテンションウィンドウよりも小さくなるように設定する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明は、基地局と、該基地局に接続する中継局と、該中継局に接続し該中継局を介して前記基地局と通信する複数の無線端末により構成される無線通信システムにおいて、前記基地局として動作する無線通信装置であって、前記基地局と前記無線端末との間において隠れ端末の関係になっている前記無線端末を検出する隠れ端末検出手段と、前記基地局及び中継局が使用する第１のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっている無線端末が使用する第２のコンテンションウィンドウよりも小さく、かつ、前記第２のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっていない無線端末が使用する第３のコンテンションウィンドウよりも小さくなるように設定する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明は、基地局と、該基地局に接続する中継局と、該中継局に接続し該中継局を介して前記基地局と通信する複数の無線端末により構成される無線通信システムが行う無線通信制御方法であって、前記中継局が、前記基地局と前記無線端末との間において隠れ端末の関係になっている前記無線端末を検出する隠れ端末検出ステップと、前記中継局が、前記基地局及び中継局が使用する第１のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっている無線端末が使用する第２のコンテンションウィンドウよりも小さく、かつ、前記第２のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっていない無線端末が使用する第３のコンテンションウィンドウよりも小さくなるように設定する制御ステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明は、基地局と、該基地局に接続する中継局と、該中継局に接続し該中継局を介して前記基地局と通信する複数の無線端末により構成される無線通信システムが行う無線通信制御方法であって、前記基地局が、前記基地局と前記無線端末との間において隠れ端末の関係になっている前記無線端末を検出する隠れ端末検出ステップと、前記基地局が、前記基地局及び中継局が使用する第１のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっている無線端末が使用する第２のコンテンションウィンドウよりも小さく、かつ、前記第２のコンテンションウィンドウが前記隠れ端末の関係になっていない無線端末が使用する第３のコンテンションウィンドウよりも小さくなるように設定する制御ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、隠れ端末状態にある無線端末は、他の無線端末と比較して送信権を得やすくなるため、衝突によって送信権取得確率が減少することを相殺でき、上りのスループットが劣化することを抑制することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す中継局ＲＳの構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す基地局ＡＰ、中継局ＲＳ及び無線端末ＳＴＡ１〜３の動作を示すシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による無線通信システムを説明する。図１は同実施形態の構成を示す模式図である。この図において、符号ＡＰは、基地局（アクセスポイント）である。符号ＳＴＡ１〜３は、基地局ＡＰとの間で無線通信を行う無線端末である。符号ＲＳは、基地局ＡＰと無線端末ＳＴＡ１〜３との間で無線通信を中継する中継局である。基地局ＡＰは、中継局ＲＳを介して、無線端末ＳＴＡ１〜３と無線通信を行う。ここで、基地局ＡＰと無線端末ＳＴＡ１、ＳＴＡ２との間は、互いにキャリアセンスをすることができる位置関係にあるが、基地局ＡＰと無線端末ＳＴＡ３との間は互いにキャリアセンスができない（この無線端末ＳＴＡ３を隠れ端末という）関係にあるものとする。したがって、基地局ＡＰと無線端末ＳＴＡ３は、送信前に互いの送信状況を知ることができず、よって、それぞれの送信した信号が衝突し、正しく中継局ＲＳにおいて受信されない状況が発生する。
【００１５】
次に、図２を参照して、図１に示す中継局ＲＳの構成を説明する。図２は、図１に示す中継局ＲＳの構成を示すブロック図である。中継局ＲＳは、受信部１と、端末リスト管理部２と、隠れ端末検出部３と、送信パラメータ制御部４と送信部５を備える。受信部１は、基地局ＡＰより認識ＭＡＣアドレスリストを受信し、受信した認識ＭＡＣアドレスリストは隠れ端末検出部３に通知する。端末リスト管理部２は、無線端末が当該ネットワークに参加するためのアソシエーションの過程を通じて、中継局ＲＳ配下に所属する無線端末群（すべての無線端末を総称する）のＭＡＣアドレスを所属ＭＡＣアドレスリストとして保持する。
【００１６】
隠れ端末検出部３は、端末リスト管理部２において記憶されている所属ＭＡＣアドレスリストと受信した認識ＭＡＣアドレスリストを比較し、基地局ＡＰと隠れ端末関係にある無線端末（隠れ端末）を特定する。送信パラメータ制御部４は、特定した隠れ端末の台数に基づき、無線端末ＳＴＡ１〜３、中継局ＲＳ、並びに基地局ＡＰの送信パラメータを算出する。送信パラメータ制御部４は、算出したパラメータを用いて、中継局ＲＳの送信確率を制御する。送信部５は、プローブパケットを基地局ＡＰ、無線端末群に対して送信するとともに、算出された各送信パラメータを、各無線端末ＳＴＡ１〜３、基地局ＡＰに対して送信する。
【００１７】
なお、ここでは、中継局ＲＳが主体として隠れ端末の関係になっている無線端末を検出し、コンテンションウィンドウの制御を行うものとして説明する。この動作は基地局ＡＰが主体となり、中継局ＲＳを介して行うようにしてもよい。
【００１８】
次に、図３を参照して、図１に示す基地局ＡＰ、中継局ＲＳ及び無線端末ＳＴＡ１〜３の動作を説明する。図３は、図１に示す基地局ＡＰ、中継局ＲＳ及び無線端末ＳＴＡ１〜３の動作を示すシーケンス図である。中継局ＲＳは予め自身の配下に所属している無線端末ＳＴＡ１〜３を認識しており、端末リスト管理部２内に記憶されている所属ＭＡＣアドレスリスト上に所属無線端末のＭＡＣアドレスを保持している。無線端末ＳＴＡ１〜３が中継局ＲＳ配下に所属する処理動作については、既存のＩＥＥＥ８０２．１１規格等に沿ったものを用いればよい。
【００１９】
中継局ＲＳは中継システム内の隠れ端末を特定するため、プローブパケットを基地局ＡＰ及び無線端末ＳＴＡ１〜３に対してマルチキャストする（ステップＳ１〜Ｓ４）。これを受信した無線端末ＳＴＡ１〜３は、自身のＭＡＣアドレスを情報として含んだ隠れ端末特定用のパケット（特定用パケット）を基地局ＡＰに対して送信する（ステップＳ５、Ｓ６）。事前に中継局ＲＳからプローブパケットを受信することにより、隠れ端末を特定するための処理動作に移行した基地局ＡＰは、特定用パケットを受信するとＡＣＫを無線端末（ここでは、無線端末ＳＴＡ１、ＳＴＡ２が該当するものとする）に対して返送する（ステップＳ７、Ｓ８）と共にその特定用パケットを送信した無線端末のＭＡＣアドレスを認識ＭＡＣアドレスリストに保持する。プローブパケット、特定用パケット、並びにＡＣＫはそれぞれの送信局がサポートする最低伝送レートの変調モードを用いて送信する。
【００２０】
基地局ＡＰからＡＣＫを受信した無線端末ＳＴＡ１、ＳＴＡ２は自身の特定用パケットが基地局ＡＰに届いたことを確認できるため、特定用パケットの再送を停止する。特定用パケットが基地局ＡＰに届かず、基地局ＡＰからのＡＣＫを受信できない無線端末ＳＴＡ３は、所定回数の再送を繰り返してもＡＣＫを受信できなかった場合は特定用パケットの送信を停止する。
【００２１】
また、基地局ＡＰは特定用パケットを受信したことを確認するためのＡＣＫを送信しなくてもよい。その場合，無駄なパケットが送出されるのを防ぐ観点から、無線端末の特定用パケットの送信は１回のみにするのがよい。
【００２２】
基地局ＡＰは特定用パケットの受信が一定時間以上の間止まった後、認識ＭＡＣアドレスリストを中継局ＲＳに送信する（ステップＳ９）。中継局ＲＳの隠れ端末検出部３は基地局ＡＰから受信した認識ＭＡＣアドレスリストと、自身が端末リスト管理部２内に保持している所属ＭＡＣアドレスリストとを比較し、所属ＭＡＣアドレスリスト上に記載されているが、認識ＭＡＣアドレスリストに記載されていないＭＡＣアドレスリストを持つ無線端末ＳＴＡ３を、隠れ端末として特定する。
【００２３】
中継局ＲＳは、無線端末ＳＴＡ３のミニマムコンテンションウィンドウを無線端末ＳＴＡ１、ＳＴＡ２に比べて小さく設定するように、基地局ＡＰ及び無線端末ＳＴＡ１〜３に対して制御を行うための制御パケットを送信する（ステップＳ１０〜Ｓ１３）。すなわち、中継局ＲＳ及び基地局ＡＰが送信するために用いる第１のミニマムコンテンションウィンドウ（ＣＷ１）と、隠れ端末としての無線端末ＳＴＡ３が送信するために用いる第２のミニマムコンテンションウィンドウ（ＣＷ２）と、他の無線端末１、２が送信するために用いる第３のミニマムコンテンションウィンドウ（ＣＷ３）が、ＣＷ１＜ＣＷ２＜ＣＷ３の関係になるように設定する。
【００２４】
なお、本実施形態における隠れ端末を検出するための動作は、一定周期で繰り返し実行するのが望ましい。繰り返しにより、隠れ端末の検出精度を向上させると共に、ネットワークに所属する無線端末の構成に変化があった場合にも対応が可能である。
【００２５】
なお、本実施形態では、中継局ＲＳが主体として、隠れ端末を検出し、第１〜３のコンテンションウィンドウを設定することについて説明したが、基地局ＡＰが主体として動作してもよい。この場合に中継局ＲＳは、基地局ＡＰと無線端末ＳＴＡ１〜３との間の通信の中継を行うのみであり、隠れ端末を特定するためのプローブパケットの送信は基地局ＡＰが行うこととなる。また、基地局ＡＰは、認識ＭＡＣアドレスリストと、中継局ＲＳから受け取った所属ＭＡＣアドレスリストを比較することにより隠れ端末を特定すればよい。そして、基地局ＡＰは、中継局ＲＳ及び基地局ＡＰ自身が送信するために用いる第１のミニマムコンテンションウィンドウ（ＣＷ１）と、隠れ端末としての無線端末ＳＴＡ３が送信するために用いる第２のミニマムコンテンションウィンドウ（ＣＷ２）と、他の無線端末１、２が送信するために用いる第３のミニマムコンテンションウィンドウ（ＣＷ３）が、ＣＷ１＜ＣＷ２＜ＣＷ３の関係になるように設定する。
【００２６】
このように、基地局ＡＰと隠れ端末の関係にある無線端末ＳＴＡ３は基地局ＡＰのＲＴＳ／ＣＴＳを用いた送信状況が認識できないため、基地局ＡＰから中継局ＲＳへの送信と、無線端末ＳＴＡ３から中継局ＲＳへの送信が衝突してしまい、他の無線端末ＳＴＡ１、ＳＴＡ２と比較して通信ができない確率が高くなる。そのため無線端末ＳＴＡ３のスループットは他の無線端末と比較して劣化する。これを補償するため、中継局ＲＳは無線端末ＳＴＡ３のミニマムコンテンションウィンドウを無線端末ＳＴＡ１、ＳＴＡ２に比べて小さく設定するように無線端末ＳＴＡ１〜３に対して制御を行う。制御の方法はコマンドパケットを中継局ＲＳから無線端末ＳＴＡ１〜３に対して送信することで行うことができる。これにより、無線端末間のスループットの公平性を改善することができる。
【００２７】
また、上記の制御は中継自体の効率を改善するため、基地局ＡＰのコンテンションウィンドウ制御と同時に用いることも可能である。その場合は基地局ＡＰのコンテンションウィンドウを、隠れ端末関係にある無線端末のミニマムコンテンションウィンドウよりも小さく設定するよう制御を行う。
【００２８】
以上説明したように、基地局、中継局、複数の無線端末により構成される無線中継システムでは、基地局と一部の無線端末とが隠れ端末の関係になってしまうことが発生する。この環境において、それぞれがキャリアセンスに従って送信を行うと、中継局でパケットが衝突し、正常に受信できなくなることから、特に隠れ端末の関係にある無線端末の上りのスループットが低下する問題がある。
【００２９】
本実施形態では、基地局と隠れ端末の関係にある無線端末を検出し、この無線端末に対して小さいコンテンションウィンドウを設定するようにした。具体的には、中継局がプローブ信号を送信して、無線端末に対して応答信号を送信させ、基地局がこの応答信号を受信できた場合には、これらは隠れ端末の関係にはないと判断し、基地局がこの応答信号を受信できない場合には、これらは隠れ端末の関係にあると判断する。そして、検出した隠れ端末に対して、基地局及び中継局が使用するコンテンションウィンドウよりも大きく、かつ、他の無線端末が使用するコンテンションウィンドウよりも小さい値を設定するようにした。これにより、隠れ端末状態にある無線端末は、他の無線端末と比較して送信権を得やすくなるため、衝突により送信しにくくなることを防止でき、上りのスループットを増加させることができる。
【００３０】
なお、図１に示す基地局及び中継局の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより隠れ端末検出処理及びコンテンションウィンドウ制御処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００３１】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【００３２】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行っても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
基地局と複数の無線端末との間の通信を中継局により中継する無線通信システムにおいて、隠れ端末問題が発生した際に、隠れ端末状態にある無線端末のスループット低下を防止することが不可欠な用途に適用できる。
【符号の説明】
【００３４】
ＡＰ・・・基地局、ＲＳ・・・中継局、ＳＴＡ１〜３・・・無線端末、１・・・受信部、２・・・端末リスト管理部、３・・・隠れ端末検出部、４・・・送信パラメータ制御部、５・・・送信部
【図１】
0005757631.tif 000002
【図２】
0005757631.tif 000003
【図３】
0005757631.tif 000004