(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散コーディネーション機能を有する無線LAN（Local Area Network）システムにおいて、該システムは、
無線と有線とをブリッジし、前記分散コーディネーション機能を用いて制御する基地局と、
無線エリア内の配され、前記基地局とインフラストラクチャモードで無線通信する移動局と、
前記インフラストラクチャモードでの無線通信をモニタする制御装置とを含み、
該制御装置は、前記無線通信を受信することにより得られたフレームを解析するフレーム解析手段と、
該フレーム解析手段からの解析結果を基にメディアアクセスコントロール層より上位に位置する層でのサービスに対するフレームの規則性により得られる予測タイミングにて受信したフレームが所望のフレームか否かを判断する判断手段と、
前記受信したフレームが所望のフレームと異なり前記フレームの規則性を損なうとの判断に応じて優先させる対象への送信フレームのデュレーション/IDフィールドにデュレーション値を設定して、該送信フレームを送出するフレーム発行手段とを含むことを特徴とする無線LANシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記デュレーション値は、前記フレーム発行手段が出力するフレームの送出完了から優先するフレームに対する応答完了までの合計時間であることを特徴とする無線LANシステム。
【請求項３】
分散コーディネーション機能を有する無線LAN（Local Area Network）システムにおける通信方法において、該方法は、
移動局から基地局への無線通信を上り方向の無線通信、前記基地局から前記移動局への無線通信を下り方向の無線通信とし、インフラストラクチャモードで無線通信するフレームを制御装置で常に受信する第１の工程と、
前記制御装置にて無線通信のトラフィックを記憶し、記憶した過去の履歴を基に次の発生タイミングを予測し、予測した発生タイミングで受信したフレームが所定の移動局への送信または所定の移動局からの送信においてメディアアクセスコントロール層より上位に位置する層でのサービスにて優先されるべき優先フレームか否か判断する第２の工程と、
前記次の発生タイミングにて前記優先フレームと異なるフレームの送信と判断された場合、前記異なるフレームに対する応答信号が返送された際に、前記制御装置は優先させる対象への送信フレームにおけるデュレーション/IDフィールドに、該制御装置の送信対象以外に対する送信を無効にする時間を設定する第３の工程と、
前記送信フレームを送信する第４の工程と、
前記送信フレームに含まれる前記送信対象以外にて前記無効にする時間を設定し、該時間からカウントダウンする第５の工程とを含むことを特徴とする通信方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記送信フレームは、RTS（Request To Send）フレームであり、
該RTSフレームへの応答に、CTS（Clear To Send）フレームが発行されることを特徴とする通信方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法において、前記送信フレームは、Nullフレームであり、
該Nullフレームへの応答に、ACK（ACKnowledge）フレームが発行されることを特徴とする通信方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法において、前記サービスはマルチメディア系の映像、音声およびデータを提供するものであり、前記優先フレームは、映像フレーム、音声フレームおよびデータフレームすべて、ならびに映像フレーム、音声フレームおよびデータフレームの組み合わせた一部だけを優先させ、送信に要する時間を前記送信フレームにおけるデュレーション/IDフィールドに設定することを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線LAN（Local Area Network）システムおよびその通信方法に関するものである。本発明に係る無線LANシステムは、とくに、サービスのタイプに準じた優先度の高いサービスにおいて用いる、マルチメディア情報を扱うVoIP装置や動画通信装置等を含むシステムに関するものである。また、本発明に係る無線LANシステムの通信方法は、伝送で発生する伝送遅延量や伝送遅延変動量を伝送品質の指標とするQoS（Quality of Service）の確保が重要となるマルチメディア情報を扱う無線通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
IEEE（Institute of Electrical and Electronic and Engineers）802.11勧告により無線LAN（Local Area Network）ネットワークは規定されている。この接続形態には、アドホックモードおよびインフラストラクチャモードがある。アドホックモードとは、各無線LANにおける移動局（ステーションSTA: STAtion）同士で直接通信を行なうモードであり、このネットワークの中心となるようなステーションはとくに存在しない。また、インフラストラクチャモードでは、各無線LANのノードは、基本的に、基地局（Access Point: AP）と呼ばれる。移動局との通信には、ネットワークの中心となる基地局を経由して行なわれる。
【０００３】
無線LANにおけるフレームシーケンスは、基本的に、ユニキャストフレーム送信に対するACK（ACKnowledge）フレーム応答である。ただし、たとえばマルチキャストフレームやブロードキャストフレームのようにフレームの宛先が、複数のステーションである場合、ACK応答は不要である。
【０００４】
インフラストラクチャモードのアクセス方式には、２つの方式がある。その一つが、CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Co11ision Avoidance）方式を用いたDCF（Distributed Coordination Function）である。また、もう一つの方式がCSMA/CA方式のPCF（Point Coordination Function）である。PCFとは、アクセスポイントによりメディアを集中管理するものである。
【０００５】
DCF制御下にある移動局それぞれは、基本的に、フレームを送信する前には無線メディアの空き状況を確認することが要求される。この確認の結果、移動局はメディアが使用中、すなわちビジーと判断した場合、フレーム転送が終了するまでメディアの使用権限を使用中の移動局に譲渡することになる。フレーム転送が終了した後に、さらに規定された時間間隔（DIFS： Distributed Inter-Frame Space）およびランダム数からなる移動局それぞれが有する個別の時間問隔、すなわちバックオフタイムの経過後で初めて、移動局は保留していたフレームを送信することが可能になる。
【０００６】
DCFにおいては、PCFにおけるマスタである基地局AP対スレーブである一般の移動局のような主従関係はない。DCFでは、ビーコン送信等のような一部の例外を除いて、アクセスポイントを含めたどのステーションも公平な立場でメディアに対してアクセスすることができる。
【０００７】
また、PCF制御下においては、移動局のそれぞれは、アクセスポイントからのポーリング信号を受信した場合だけ、フレームを送信することが可能になる。PCFの場合メディア使用権はすべてアクセスポイントに委ねられ制御されることから、一般の移動局は送信に先立って無線メディアの空き状況を確認したり、バックオフタイムの経過を待ったりしなくて済む。
【０００８】
DCF制御の主要方式であるCSMA/CAには、無線メディアの使用状況をキャリアセンスにより確認する方法として２つある。第１の方法とは、物理層、すなわちPHY（PHYsical）レイヤのRF部（Radio Frequency Module）により直接的に搬送波をチェックするフィジカルキャリアセンスによる方法と、第２の方法として無線メディアを介して転送される各種フレームに設定されたメディア使用予約情報（NAV: Network Allocation Vector）を用いる仮想キャリアアセンスによる方法がある。MAC（Media Access Control）レイヤではこれら２つの方法を組み合せて、多数のステーション間でのメディア競合による衝突確率を効果的に低減させている。フィジカルキャリアセンスはRF部により行なわれ、仮想キャリアセンスはMACレイヤでの結果を用いて最大1μs毎に無線メディア上のキャリアの有無を判断される。
【０００９】
後者の仮想キャリアセンスメカニズムは、NAVを用いて実現される。NAVは移動局すべてが各々持っていて、その値が設定された瞬問から一定の割合で“0”までデクリメントされていく一種のカウンタであり、NAVの値はフレーム送受信中の現時点における移動局の無線メディア使用予定の残り時間を表わす。NAVが“0”に到達すると、無線メディアが開放されて空き、すなわちアイドル状態になったことを示す。
【００１０】
フレーム送受信の当事者である移動局においては、送信するフレーム内MACヘッダのデュレーション/IDフィールドに、現在転送中のフレーム転送完了後の無線メディア占有予定時間をあらかじめ設定しておく。フレーム送受信の当事者以外の移動局すべては、無線メディア上を転送されるフレームの該当フィールドを読み取り、そのフレームの転送完了タイミングでその値を自移動局のNAVへロードする。ただし、NAVのロードタイミングにおいて、自移動局が現在持つNAVの値が転送フレームのデュレーション/IDフィールドから読み取った値よりも大きい場合、このロードは行なわない。
【００１１】
次に基本的なNAVの制御について説明する。フレーム送受信当事者以外の移動局は、データフレームの転送終了時点で、データフレームのデュレーション/IDフィールドに設定されている値を、各自移動局のNAVタイマへロードする。NAVタイマは一定割合でデクリメントされていき、ACKフレームの転送終了時点にて“0”に到達する。NAVタイマが“0”以外の期間が、仮想キャリアセンスによるメディアビジーの期間となる。
【００１２】
データフレームとACKフレームとの間隔が規定されたPHY固有の時間（SIFS： Short Inter-Frame Space）である。フィジカルキャリアセンスだけでは、この間隔においてメディアは空き状態だと認識されてしまうが、仮想キャリアセンスにより、ACKフレーム終了までメディアビジーが継続していることが認識される。逆に、最初のデータ転送中においては、まだNAVがセットされる前なので、フィジカルキャリアセンスによりメディアビジーの認識がなされる。このようにMACレイヤでは、フィジカルキャリアセンスと仮想キャリアセンスを組み合せてメディアビジーを検出することにより、より効果的な衝突回避を制御することができる。ACKフレームのデュレーション値が“0”を示すと、ACKフレーム終了時点でメディアは開放される。
【００１３】
DCF制御下で動作しているどの移動局においても、所望のフレーム送信に先立ち、RTS/CTS（Request To Send/Clear To Send）フレームの交換を行なうことができる。これにより、まずフレーム長の短いRTS/CTSフレームを使用して実際の送信先移動局とのフレームを交換し、送信先移動局のチェックおよび送信パスをチェックする。ただし、送信したいフレーム長が元々短いような場合、RTS/CTSフレームを利用する意味があまりないので、MACレイヤではあらかじめ指定されたRTS/CTS適用閾値パラメータを利用してRTS/CTSの適用可否を判断する。基本的に閾値パラメータ以下の長さのフレームに対してはRTS/CTSは適用せず、閾値パラメータを超えるようなフレームに対してのみRTS/CTSを適用する。RTS/CTSフレームにおいても、通常のデータフレーム等と同様に前述したようにNAVを制御する。
【００１４】
RTS/CTSフレームシーケンスおよびそのNAV動作について説明する。RTS/CTSフレームシーケンスにおいては、RTS-CTSフレーム間、CTS-データフレーム間、およびデータ-ACKフレーム間の間隔はすべてフレーム間隔として規定された中で最も短い時間聞隔、すなわちSIFSを用いて送信することができる。したがって、RTS/CTSフレーム転送に成功すれば、SIFSよりも長い時間間隔、すなわちDIFSを置いてからフレーム転送に入ろうとする他の移動局よりも優先的に無線メディアを使用できることになる。このため、それに続くデータフレーム/ACKフレーム転送も成功する可能性が大きくなる。
【００１５】
各フレームのデュレーション/IDフィールドの値は、そのフレームの送信完了後からACKフレームの送信完了までの時間を示し、したがって最後のACKフレームではその値は“0”ということになる。
【００１６】
仮想/フィジカルキャリアセンスによる判断の結果、無線メディアがビジー状態の後アイドル状態になり、必要な時間間隔、通常はDIFS期問が経過したその直後の時点で、送信待ちデータを蓄えていた複数の移動局が各々送信を開始しようとすると、メディアアクセスが重なり衝突を起こす可能性が高くなる。
【００１７】
そこで、この衝突を回避するための方法として、IEEE802.11勧告ではバックオフ手順が規定されている。このバックオフの基本動作を簡単に説明する。３つの移動局１〜３に送信待ちデータが発生したとき、フィジカル/仮想キャリアセンスにより無線メディアのビジー状態を認識した場合またはビジー直後のDIFS期間内であるような場合、各移動局はメディア使用権限の譲渡状態に入る。フレーム転送終了後、DIFS間隔を置いてメディアは開放されアイドル状態となるが、そこで各異動局が一斉にフレーム送信を開始しようとするとアクセスタイミングが狭い範囲に集中するため衝突を起こす可能性が高くなる。
【００１８】
この衝突確率を低減させるため、各移動局はDIFS後にさらにランダムに選択された時間、すなわちバックオフタイムの間だけメディアアアクセスを控えなければならない。これにより複数のメディアアクセスが衝突する可能性を低くすることが可能となる。
【００１９】
これまでに説明してきたDCFアクセス方式に加え、IEEE802.11勧告ではインフラストラクチャモードにおける無線メディアアクセス方式として、PCFアクセス方式をオプションとして規定している。PCFアクセス方式では、PC（Point Coordinator）と呼ばれる、通常はアクセスポイントであるマスタステーションにより各無線移動局の送信権を集中的に制御する。したがって、DCFとは異なり、各無線移動局が送信権をめぐって競合することはない。
【００２０】
従来の無線LANシステムでは、主に、データ系のトラフィックを扱っていたが、近年のたとえばVoIP（Voice over IP）等のマルチメディア技術の発展・普及にともない、音声・動画等のマルチメディア系トラフィックを従来のデータ系トラフィックと同様に、無線LANシステムで統一的に扱いたいといった要望が高まってきている。
【００２１】
マルチメディア系トラフィックの特徴は、その周期性および遅延に対する鋭敏性にある。送信元において周期的に生成されたマルチメディア系トラフィックに対して、途中の伝送路において一定以上の遅延および遅延変動が発生し、また一定以上の情報損失が生じた場合、送信先において再生された音声・動画等の質が評価に耐えられないほどに劣化することになる。
【００２２】
ところで、上述したIEEE802.11勧告準拠のDCFアクセス方式は、基本的にバースト的で予測の付かない非同期データを効果的に伝送するように設計されている。このため、ネットワークの輻輳状況によりデータの遅延量が大きく変動することは充分に有り得る。規則的・周期的なマルチメディア系トラフィックに対して、伝送遅延量及び伝送遅延変動量を低減することにより、そのQoS（Quality of Service）を確保することは難しい。また、上述のIEEE802.11勧告準拠したPCFアクセス方式に関しては、規則的・周期的なマルチメディア系トラフィックに適してはいるが、元々DCFのオプションという位置付けになっていることもあり、現時点で一般的に普及しているとは言い難く、実際的な解決策とはならない。
【００２３】
そこで、広く普及しているDCFアクセス方式準拠のステーションに対して、AP側だけの工夫によりマルチメディア系トラフィックのQoS確保に対応できる無線LANのQoSを制御するAPが望まれる。
【００２４】
具体的にいくつか提案する。この提案は、IEEE802.11勧告準拠の無線LANを利用したシステムにおける無線LAN基地局装置のQoS制御方法において、基地局は、DCF方式でアクセス制御される移動局との間でインフラストラクチャモードにより形成されたネットワークに接続され、基地局は移動局からの第１フレームを受信動作中状態に有り、かつ第１フレームを受信後に送信すべきマルチメディア系の高優先フレームを保持している場合を条件とする。この条件に加えて、第１に、基地局は第１フレームに対する応答信号のデュレーション/IDフィールドに、マルチメディア系の高優先フレームの送信に要求される時問を設定してこの応答信号を送信する。
【００２５】
第２の提案として、基地局は、第１フレームのデュレーション/IDフィールドに、マルチメディア系の高優先フレームの送信に要求される時問を加算した時間を設定して第１フレームを送信する。第３の提案として、基地局は、第１フレームに対する応答信号のデュレーション/IDフィールドに、予測されるマルチメディア系の高優先フレームの受信に要求される時間を設定してこの応答信号を送信した後、特定の移動局との間で当この移動局のNAVタイマをクリアさせる特定のシーケンスを実行する。そして、第４の提案として、基地局は、第１フレームのデュレーション/IDフィールドに、予測されるマルチメディア系の高優先フレームの受信に必要な時問を加算した時間を設定して第１フレームを送信した後、特定の移動局との間でこの移動局のNAVタイマをクリアさせる特定のシーケンスを実行する。
【００２６】
これらの提案にれば、マルチメディア系の高優先フレームの送受信を行う基地局と移動局との間で、送受信を行う際に、デュレーション/IDフィールドの値にゼロでない値を設定し、特定の移動局との間で該当する移動局のNAVタイマをクリアさせる特定のシーケンスを実行することにより、基地局または移動局がメディア使用権を確保できる確率を飛躍的に向上させることを可能にし、QoSの向上を図ることができるようになる。
【００２７】
このようにQoSの確保が重要となる無線LANを用いたアプリケーションでは、無線LAN上のQoSを実現する制御方法を具備した基地局が、システム構成の中に要求される。
【特許文献１】特開2002−314546号公報
【特許文献２】特開2003−298592号公報
【特許文献３】特開2003−298593号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
しかしながら、すでに無線LAN上に基地局を保有するが、基地局が上述した制御方法によるQoSを実現する構成を具備していない場合、QoSの確保が重要となる無線LANを用いたアプリケーションのために、この基地局にはアプリケーションにおけるQoSを実現する構成を具備することが要求される。この構成を具備することにより基地局は、すでに保有していた装置資産が無駄になるという問題があった。
【００２９】
本発明は従来技術の欠点を解消し、無線LAN上のQoSを実現できなくても、現有の資産を活かし、無線LAN上のQoSを実現できる無線LANシステムおよびその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】
【００３０】
本発明は上述の課題を解決するために、分散コーディネーション機能を有する無線LANシステムにおいて、このシステムは、無線と有線とをブリッジし、分散コーディネーション機能を用いて制御する基地局と、無線エリア内の配され、基地局とインフラストラクチャモードで無線通信する移動局と、インフラストラクチャモードでの無線通信をモニタする制御装置とを含み、この制御装置は、無線通信を受信することにより得られたフレームを解析するフレーム解析手段と、このフレーム解析手段からの解析結果を基にメディアアクセスコントロール層より上位に位置する層でのサービスに対するフレームの規則性により得られる予測タイミングにて受信したフレームが所望のフレームか否かを判断する判断手段と、受信したフレームが所望のフレームと異なりフレームの規則性を損なうとの判断に応じて優先させる対象への送信フレームのデュレーション/IDフィールドにデュレーション値を設定して、この送信フレームを送出するフレーム発行手段とを含むことを特徴とする。
【００３１】
本発明の無線LANシステムは、基地局、移動局および制御装置を含み、この制御装置で無線通信を受信しながら、フレーム解析手段でモニタにより得られたフレームを解析し、判断手段で解析結果を基にメディアアクセスコントロール層より上位に位置する層でのサービスに対するフレームの規則性から、予測タイミングで受信したフレームが所望のフレームと異なるか否かを判断し、フレーム発行手段で受信したフレームが所望のフレームと異なることからフレームの規則性を損なうとの判断に応じて優先させる対象への送信フレームのデュレーション/IDフィールドにデュレーション値を設定して、この送信フレームを送出することにより、対象外にてデュレーション値をNAV（Network Allocation Vector）に設定され、送信権が無効にすることから、対象の送信権を優先的に確保する。
【００３２】
また、本発明は上述の課題を解決するために、分散コーディネーション機能を有する無線LANシステムにおける通信方法において、この方法は、移動局から基地局への無線通信を上り方向の無線通信、基地局から移動局への無線通信を下り方向の無線通信とし、インフラストラクチャモードで無線通信するフレームを制御装置で常に受信する第１の工程と、制御装置にて無線通信のトラフィックを記憶し、記憶した過去の履歴を基に次の発生タイミングを予測し、予測した発生タイミングで受信したフレームが所定の移動局への送信または所定の移動局からの送信においてメディアアクセスコントロール層より上位に位置する層でのサービスにて優先されるべき優先フレームか否か判断する第２の工程と、次の発生タイミングにて優先フレームと異なるフレームの送信と判断された場合、異なるフレームに対する応答信号が返送された際に、制御装置は優先させる対象への送信フレームにおけるデュレーション/IDフィールドに、この制御装置の送信対象以外に対する送信を無効にする時間を設定する第３の工程と、送信フレームを送信する第４の工程と、送信フレームに含まれる送信対象以外にて無効にする時間を設定し、この時間からカウントダウンする第５の工程とを含むことを特徴とする。
【００３３】
本発明の通信方法は、制御装置で受信し、無線通信のトラフィックを記憶し、記憶した過去の履歴を基に次の発生タイミングを予測し、所定の移動局への送信または所定の移動局からの送信にてメディアアクセスコントロール層より上位に位置する層でのサービスに対するフレームが優先的な送信か否かを予測し、次の発生タイミングにてこのサービスに対するフレームが優先的と予測される場合、第１フレームに対する応答信号が返送された際に、制御装置が送信する所定のフレームにおけるデュレーション/IDフィールドに、この制御装置の送信対象以外の送信を無効にする時間を設定し、所定のフレームを送信し、送信対象以外に無効にする時間を設定し、この時間からカウントダウンすることにより対象外にてデュレーション値をNAV（Network Allocation Vector）に設定され、この対象外での送信権を無効にすることから、対象の送信権を優先的に確保する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に添付図面を参照して本発明による無線LANシステムの一実施例を詳細に説明する。
【００３５】
本実施例は、本発明の無線LANシステムを適用し、このシステムに制御装置10を配設した場合である。本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。以下の説明で、信号はその現れる接続線の参照番号で指示する。
【００３６】
本実施例の制御装置10は、図１に示すように、RF処理部12、ベースバンド処理部14、MAC処理部16および上位レイヤ処理部18を含む。RF処理部12は、無線LANが扱う高周波を変調して送信し、高周波を受信し直交検波する機能を有する。RF処理部12は、受信した信号20をベースバンド処理部14に出力する。また、RF処理部12は、ベースバンド処理部14からの送信信号22を受信する。
【００３７】
ベースバンド処理部14は、RF処理部から供給される受信信号20にデコード処理を施したデータ24をMAC処理部16に出力する機能と、MAC処理部16から供給されるデータ26に符号化処理を施しRF処理部に出力する機能とを有する。
【００３８】
MAC処理部16は、ベースバンド処理部14から供給されるデータ26からMAC層におけるフレームを抽出し抽出したデータ28を出力する機能と、上位レイヤ処理部18から供給されるデータ30を基にMAC層に対するフレーム処理を施しベースバンド処理部14に出力する機能とを有する。
【００３９】
上位レイヤ処理部18には、フレーム解析部32、判断部34およびフレーム発行部36を備えている。フレーム解析部32は、供給されるデータ30から受信したパケットの送信元、送信先、MAC層より上位の層の内容、このパケットで行なわれるサービスおよびこのサービスが行なわれるパケットの規則性を解析する機能を有する。フレーム解析部32は、解析したサービスにおける規則性の結果情報38を判断部34に出力する。
【００４０】
判断部34は、結果情報38を基にフレームの規則性が適切に行なわれるか否かを判断する機能を有する。このフレームの規則性は、適切に行なわれると次のフレームを受信するタイミングの予測をもたらす。判断部34は、このタイミングで受信したフレームがサービスにおける所望のフレームか否か判断する。判断部34は、この規則性が満たさない、すなわち受信したフレームがサービスにおける所望のフレームでない場合、APが送出するタイミングで無線の送信権が取得していないと判断する。判断部34は、APが優先的に送信権を得られるように制御信号40をフレーム発行部36に出力する。
【００４１】
フレーム発行部36は、指示に応じて優先的な対象として、本実施例ではAPが優先的に無線の送信権を得られるように制御する情報を含むフレーム30を発行する機能を有する。この情報がデュレーション/IDフィールドのデュレーション値である。フレーム発行部36は、フレーム30をMAC処理部26に送出する。
【００４２】
次に本発明に係る無線装置を適用した制御装置10を含む無線LANシステム50について説明する。無線LANシステム50は、インフラストラクチャモードで動作し、図２に示すように、基地局（AP）52、移動局（STA）54、56、58および60、ならびに制御装置（CNT：CoNTroller）10を含む。また、無線LANシステム50は、AP 52が有線LANシステム62に接続されることにより有線LANシステム62、すなわちバックボーンネットワークの構成素子に対応するパーソナルコンピュータ（PC）64および66と通信を確保する。
【００４３】
AP 52は、既存の無線LANにおける基地局である。STA 54、56、58および60は既存の無線LANの移動局であり、常にAP 52を介して無線フレームを送受信する。CNT 10は図１の制御装置である。無線LANシステム50は、破線68で示す領域および空間をカバーする。
【００４４】
次に本発明の無線装置を適用した無線LANシステム50における基本的な動作を説明する。図２において、たとえばPC 64からSTA 54宛にパケットを送る場合、パケットは有線LANシステム62、AP 52を経由してSTA 54に到着する。CNT 10は無線LANシステム50のエリア68内に存在する。CNT 10は、AP 52とSTA 54〜60の間のパケット通信を受信し、モニタリングしている。本実施例でのモニタリングは、AP 52からSTA 54宛のパケットをCNT 10に取り込んで、信号処理する。取り込んだパケットは、図１のRF処理部12、ベースバンド処理部14、MAC処理部16から、上位レイヤ処理部18のフレーム解析部32に送られる。
【００４５】
フレーム解析部32は、本実施例がVoIPによる音声通話の場合、AP 52からSTA 54宛のパケットをCNT 10でモニタする。この場合のサービスはVoIPである。フレーム解析部32は、受信したパケットを解析する。フレーム解析部32は、どのようなフレームの規則性を持つかを解析し、解析した規則性の情報およびフレームの情報38を判断部34に出力する。たとえばVoIPによる音声通話を行なう場合、音声情報であるパケットは、AP 52およびSTA 54の両端末の間を数十ミリ秒程度の規則的な周期で双方向にやり取りされる。
【００４６】
判断部34では、AP 52からSTA 54宛のフレームの規則性が満たされず、所望のフレームでない場合、AP 52が送出したいタイミングで無線の送信権を得られていないと判断する。判断部34は、AP 52が優先的に送信権を得られるようにフレーム発行部36に制御信号40により指示を出す。
【００４７】
フレーム発行部36は、判断部34から供給される送信権の要否を制御する制御信号40に従って制御する情報を含むフレームを無線LANへ送出する。フレームは、図１に示すように、上位レイヤ処理部18からMAC処理部16、ベースバンド処理部14およびRF処理部12を経由し、無線LANシステム50のエリアに送出される。これにより、無線LANシステム50は、送信権のないAP 52が優先的に無線の送信権を得られるようになる。これが優先的に無線の送信権を得る無線LANシステム50における下り方向、すなわちAPからSTA方向の基本動作である。
【００４８】
逆に、たとえばSTA 54からPC 64宛に通信する場合、パケットは、STA 54、AP 52、有線LANシステム62のPC 64に送られる。このとき、CNT 10は前述したようにSTA 54からAP 52宛のパケットをモ二タする。CNT 10は、サービスが規則性を持って適切に行なわれているか否かを判断する。CNT 10は、STA 54が希望する送出タイミングで無線の送信権が得られていないと判断した場合、STA 54が優先的に無線の送信権を得られるように制御するフレームを無線LANシステム50に送出する。これにより送信権を得られていないSTA 54は、優先的に無線の送信権を得られる。これが優先的に無線の送信権を得る無線LANシステム50における上り方向、すなわちSTAからAP方向の基本動作である。
【００４９】
これらの基本動作を踏まえて、有線LANシステム62に接続されたPC 64と無線LANシステム50に接続されたSTA 54との間でVoIPによる音声通話する場合におけるCNT 10の動作を説明する。図３のタイミングチャートは、AP 52、CNT 10およびSTAそれぞれの間におけるフレーム送受信を示す。無線LANシステム50における状況は図４〜図６でも同じである。
【００５０】
このタイミングチャートは、下り方向音声トラフィック発生タイミングT1、T2の時点でData 1および3がAP 52からSTA 54への音声情報の送信を表す。フレームの周期は、周期Tである。AP 52はまずData 1を送信し、送信後SIFSの時間経過させる。次にAP 52はData 3を送信し、この送信後SIFSにわたって時間経過させる。各SIFS後にAP 52は、STA 54からACK 2およびACK 4をそれぞれ受信する。これにより、AP 52は無線LANシステム50のフレーム転送シーケンスが完結したことを認識する。
【００５１】
CNT 10は、無線LANシステム50における音声通話中のAP 52からSTAのトラフィックを記憶し、過去の履歴、すなわちタイミングT1およびT2を基にして次の下り方向音声トラフィックの発生タイミングT3を予測する。このとき、CNT 10、STA 56〜60は、Data 1およびData 3が他のSTA宛のフレームであることから、これらのデータフレームの受信完了タイミングでデータフレームに設定されたデュレーション値をNAVタイマにロードする。これにより、CNT 10、STA 56〜60は、ロード後に続くACKフレーム転送が終わるまでの斜線で示す期間中、NAVタイマのデクリメント動作を続ける。この期間中、CNT 10、STA 56〜60は無線メディアの送信権を獲得できない。ACKフレームの転送終了と同じタイミングでNAVタイマも“0”になるから、CNT 10、STA 56〜60は、無線メディアの自由競合が可能な状態になる。
【００５２】
次の下り方向音声トラフィック発生タイミングT3で、AP 52はSTA 56からのData 5を受信中である。このためAP 52はサービスとして所望の音声情報であるData 9をすぐに送信できない。CNT 10は、Data 5が所望のデータフレームでないことを認識する。そして、この場合、CNT 10は、Data 5への応答であるACK 6フレームの送信完了をモニタにより認識する。さらに、CNT 10は、無線メディアのアイドル状態がDIFS（分散フレーム間スペース）の時間だけ継続したことを確認する。この後に、CNT 10は、RTS（Request To Send）7フレームをAP 52宛に送信する。RTS 7フレームには、デュレーション値が設定される。この設定されるデュレーション値は、図３に示すように、「SIFS×2＋DIFS＋バックオフ時間＋(CTS（Clear To Send）8、Data 9、ACK 10)の転送時間」により算出される値である。
【００５３】
また、図４に示すAP 52は、STA 56にData 5を送信中である点で先の動作と異なる。この場合もタイミングT3にて送信されるData 5は、所望のサービスであるData 9でない。この状況においてAP 52は、音声情報のData 9をすぐに送信できない。この後、CNT 10は、Data 5への応答、すなわちAP 52に送信するACK 6フレームの送信が完了したことを認識する。CNT 10は、無線メディアのアイドル状態がDIFS時間にわたる継続を確認し、この後、RTS 7フレームをAP 52宛に送信する。RTS 7フレームには、デュレーション値を設定する。このデュレーション値は、「SIFS×2＋DIFS＋バックオフ時間＋(CTS 8、Data 9、ACK 10)の転送時間」の合計である。
【００５４】
ここで、この計算式に含まれるバックオフ時間は、AP 52により実施されるバックオフ、すなわち待合せ時間である。この時間は、ランダム値であるため正確な予測が不可能なことから、確率的な平均値を設定する。これ以降に記載されるバックオフ時間も同じ設定である。
【００５５】
図３および図４に示すように、AP 52は、RTS 7フレームを受信すると、CTS 8フレームを応答送信する。また、STA 56〜60は、RTS 7フレームを受信したことにより、RTS 7フレームに設定されているデュレーション値を自STAそれぞれのNAVタイマにロードする。この後、STA 56〜60は、デクリメントを開始する。AP 52は、Data 9フレームの送信まで通常通り、DIFS＋バックオフの時間にわたって待機させる。しかしながら、STA 54〜60はNAVタイマのデクリメント動作を継続していることから、STA 54〜60は無線メディアの送信権を獲得することができない。したがって、AP 52は、この時点で結果としてメディア使用権を優先的に獲得できることになる。
【００５６】
これらの場合を要約すると、CNT 10は、AP 52が現在の受信動作の後に送信すべきマルチメディア系の高優先フレームを保持すると判断した場合、AP 52が送信するACK 6フレームの受信完了までの時間およびDIFSの時間経過後、バックオフ時間＝0をRTSフレームの送出タイミングとし、RTSフレームに「SIFS×2＋DIFS＋バックオフ時間＋(CTS 8、Data 9、ACK 10)の転送時間」の合計により算出されるデュレーション値を設定する。CNT 10は、RTSフレームを送信する。AP 52との間でRTS/CTSシーケンスが実施される。AP 52は、CNT 10の送信制御によりAP 52が下り方向のメディア使用権を確保できる確率が飛躍的に増大し、無線LANシステム50における下り方向のQoSを向上させることができる。
【００５７】
また、図５に示すタイミングチャートの場合、CNT 10は、タイミングT1、T2の後、次の下り方向音声トラフィックが発生するタイミングT3を予測する。この予測において、図５のAP 52は、タイミングT3にてSTA 56からのData 5を受信中である。さらに、図６に示すAP 52は、STA 56にData 5を送信中である点で図５に示した動作と異なる。図５および図６におけるData 5は、いずれも所望のサービスであるData 9でない。図５および図６の場合ともにAP 52は、音声情報のData 9をすぐに送信できない。
【００５８】
これらの場合でも、このとき、CNT 10は、AP 52が送出するACK 6フレームを受信し、モニタする。ACK 6フレームはSTA 56からAP 52へのData 5受信に対する応答である。この応答によりCNT 10は、Data 1やData 3の送信がそれぞれ完了したことを認識する。そして、CNT 10は、予測タイミングT3にてData 5が所望のサービスによるデータフレームでないことから、無線メディアのアイドル状態がDIFS時間だけ継続したことを確認後、Null 7フレームをAP 52宛に送信する。
【００５９】
CNT 10において、Nu11 7フレームにはデュレーション値が設定される。デュレーション値は、「SIFS×2＋DIFS＋バックオフ時間＋(ACK 8、Data 9、ACK 10)の転送時間」の合計により算出される値である。
【００６０】
AP 52は、Null 7フレームを受信したことにより、ACK 8フレームを応答送信する。また、STA 54〜60は、Null 7フレームを受信したことによりNull 7フレームに設定されたデュレーション値を自STAそれぞれのNAVタイマにロードする。ロードの後、STA 54〜60は、それぞれデクリメント動作を開始する。AP 52は、Data 9フレームの送信まで通常通り、DIFS＋バックオフの時間にわたって待機させる。しかしながら、STA 54〜60はNAVタイマのデクリメント動作を継続していることから、無線メディアの送信権を獲得することができない。したがって、送信対象であるAP 52は、この時点で結果としてメディア使用権を優先的に獲得できることになる。
【００６１】
これらの場合の動作を要約すると、CNT 10は、AP 52が現在の受信動作の後に送信すべきマルチメディア系の高優先フレームを保持すると判断した場合、AP 52が送信するACK 6フレームの受信完了までの時間およびDIFSの時間経過後、バックオフ時間＝0をNullフレームの送出タイミングとし、Nullフレームに「SIFS×2＋DIFS＋バックオフ時間＋(ACK 8、Data 9、ACK 10)の転送時間」の合計により算出されるデュレーション値を設定し、Nullフレーム 7を送信する。CNT 10は、AP 52との間でNull/ACKシーケンスを実施する。AP 52は、CNT 10の送信制御によりAP 52が下り方向のメディア使用権を確保できる確率が飛躍的に増大し、無線LANシステム50における下り方向のQoSを向上させることができる。
【００６２】
これまでの具体例と逆に、VoIP技術を用いた音声通話の上り方向だけに着目した場合である。具体的には、STA 54からAP 52を介してPC 64に音声情報パケットが送信される場合である。図７に示すように、上り方向音声トラフィック発生タイミングT4およびT5の時点でData 1およびData 3が所望されるサービスにおける音声情報の送信を表す。このフレームの周期は、周期Tの規則的な時間間隔で行われる。そして、CNT 10は、音声通話中の無線LANシステム50の移動局、STAのトラフィックを記憶し、過去の履歴T4およびT5を基に次の上り方向音声トラフィックの発生タイミングT6を予測する。無線LANシステム50における状況は図８〜図10でも同じである。
【００６３】
タイミングT6において、AP 52はSTA 56からのData 5を受信中である。また、このタイミングT6において、AP 52は、図８に示すように、STA 56にData 5を送信中である場合もある。CNT 10は、Data 5が所望のデータフレームでないことを認識する。また、これらの場合、AP 52は、STA 54からの次の音声情報であるData 9をすぐに受信できない。
【００６４】
このような場合にあっても、CNT 10は、Data 5への応答であるACK 6フレームの送信完了をモニタにより認識する。さらに、CNT 10は、無線メディアのアイドル状態がDIFSの時間だけ継続したことを確認する。この後に、CNT 10は、RTS 7フレームをSTA 54宛に送信する。RTS 7フレームには、デュレーション値が設定される。デュレーション値は、「SIFS×2＋DIFS＋バックオフ時間＋(ACK 8、Data 9、ACK 10)の転送時問」の合計により算出される値である。
【００６５】
STA 54は、RTS 7フレームの受信により、CTS 8フレームを応答信号として送信する。また、AP 52およびSTA 56〜60は、RTS 7フレームの受信により、このフレームに設定されたデュレーション値を自AP 52および自STA 56〜60のNAVタイマにロードする。このロードにより、AP 52およびSTA 56〜60は、それぞれデクリメントを開始する。STA 54は、Data 9フレームの送信が通常通りの手順、DIFS＋バックオフの時間にわたって待機させる。しかしながら、他のAP 52およびSTA 56〜60は、NAVタイマのデクリメント動作を継続中にある。これにより、AP 52およびSTA 56〜60は、この継続期間中、無線メディアの送信権を獲得できない。したがって、STA 54は結果的にメディア使用権を優先的に獲得できることになる。
【００６６】
これらの場合を要約すると、CNT 10は、AP 52が現在の受信動作の後に、あるSTAがAP 52に送信すべきマルチメディア系の高優先フレームを保持すると判断した場合、あるSTAからAP 52に送信するACK 6フレームの受信完了までの時間およびDIFSの時間経過後、バックオフ時間＝0をRTSフレームの送出タイミングとし、RTSフレームに「SIFS×2＋DIFS＋バックオフ時間＋(ACK 8、Data 9、ACK 10)の転送時間」の合計により算出されるデュレーション値を設定する。そして、CNT 10は、送信制御により送信権を優先させる対象であるSTAとの間でRTS/CTSシーケンスを実施する。これによりこの対象のSTAが上り方向のメディア使用権を確保できる確率が飛躍的に増大し、無線LAN上り方向のQoSを向上させることができる。
【００６７】
図９に示すように、上り方向音声トラフィック発生タイミングT4、T5の時点でData 1、3が音声情報の送信を表す。このフレームは、周期Tの規則的な時間間隔で行われる。そして、CNT 10は、音声通話中の無線LANシステム50の移動局、STAを記憶し、過去の履歴を基に次の上り方向音声トラフィックの発生タイミングT6を予測する。
【００６８】
タイミングT6において、AP 52はSTA 56からのData5を受信中である。また、図10のタイミングT6で、AP 52は、STA 56にData 5を送信中である。AP 52は、STA 54から所望するサービスにおける次の音声情報であるData 9をすぐに受信できない。この場合、CNT10 は、このモニタによりData 5への応答を意味するACK 6フレームの送信完了を認識する。CNT 10は、無線メディアがDIFSの時間にわたってアイドル状態にあったことを確認する。CNT 10は、この後、Null 7フレームをSTA 54宛に送信する。Null 7フレームには、デュレーション値が設定される。デュレーション値は、「SIFS×2＋DIFS＋バックオフ時間＋(ACK 8、Data 9、ACK 10)の転送時問」の合計により算出される値である。
【００６９】
STA 54は、Null 7フレームの受信により、ACK 8フレームを応答送信する。また、AP 52およびSTA 56〜60は、Null 7フレームの受信により、Null 7フレームに設定されたデュレーション値を自AP 52および自STA 56〜60のNAVタイマにロードする。このロードにより、AP 52およびSTA 56〜60は、それぞれデクリメントを開始する。STA 54は、Data 9フレームの送信が通常通りの手順、DIFS＋バックオフの時間にわたって待機させる。しかしながら、他のAP 52およびSTA 56〜60は、NAVタイマのデクリメント動作を継続中にある。これにより、AP 52およびSTA 56〜60は、この継続期間中、無線メディアの送信権を獲得できない。したがって、STA 54は結果的にメディア使用権を優先的に獲得できることになる。
【００７０】
これらの場合を要約すると、CNT 10は、AP 52が現在の受信動作の後に、あるSTAがAP 52に送信すべきマルチメディア系の高優先フレームを保持すると判断した場合、あるSTAからAP 52に送信するACK 6フレームの受信完了までの時間およびDIFSの時間経過後、バックオフ時間＝0をNullフレームの送出タイミングとし、Nullフレームに「SIFS×2＋DIFS＋バックオフ時間＋(ACK 8、Data 9、ACK 10)の転送時間」の合計により算出されるデュレーション値を設定する。そして、CNT 10は、送信権の対象にするSTAとの間でNull/ACKシーケンスを実施する。これによりこの対象のSTAが上り方向のメディア使用権を確保できる確率が飛躍的に増大し、無線LAN上り方向のQoSを向上させることができる。
【００７１】
なお、本発明の無線装置は、IEEE802.11勧告準拠の無線LANシステムの実施例に限定されるものでなく、この無線LANシステムで使用可能な、応答送信が要求される他のフレーム、たとえばユニキャストの管理フレームやデータフレーム等を利用する場合でも、該当の予測される装置に送信し、これ以外の装置ではNAVタイマを開始させて送信権の獲得を無効にすることで本実施例と同様に予測された装置がメディア使用権を優先的に確保することができる。また、使用するデュレーション値は、予測したマルチメディア系の高優先フレームが送信開始されるまでの値でもよい。
【００７２】
また、マルチメディア系のサービスは音声情報だけでなく、映像情報やデータのような種類の異なる情報も送信することができる。これらの種類に対して優先度を持たせることができる。これにより、これら種類すべてに対する送信権、その一部としてたとえば、音声情報および映像情報に対する送信権、ならびに映像情報だけに対する送信権をもたせるように、種類に応じた時間を送信フレームにおけるデュレーション/IDフィールドに設定する。制御装置10は、この設定に応じた送信フレームを無線LANシステム50に送信する。この送信により、送信権の対象以外には設定した値をNAVにロードし、設定する。送信権の対象以外は、ロードにより設定された時間にわたって送信権が無効にされる。したがって、無線LANシステム50は、所望の送信対象に対して優先的に送信権を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る無線LANシステムにおいて用いられる制御装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１の制御装置を含む無線LANシステムを説明する図である。
【図３】図２の制御装置による下り方向への送信権の確保を説明するタイミングチャートである。
【図４】図２の制御装置による下り方向への送信権の確保を説明するタイミングチャートである。
【図５】図２の制御装置による下り方向への送信権の確保を説明するタイミングチャートである。
【図６】図２の制御装置による下り方向への送信権の確保を説明するタイミングチャートである。
【図７】図２の制御装置による上り方向への送信権の確保を説明するタイミングチャートである。
【図８】図２の制御装置による上り方向への送信権の確保を説明するタイミングチャートである。
【図９】図２の制御装置による上り方向への送信権の確保を説明するタイミングチャートである。
【図１０】図２の制御装置による上り方向への送信権の確保を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
10  制御装置
12  RF処理部
14  ベースバンド処理部
16  MAC処理部
18  上位レイヤ処理部
32  フレーム解析部
34  判断部
36  フレーム発行部
50  無線LANシステム
52  基地局（AP）
54〜60  移動局（STA）
【図１】
0004563882.tif 000002
【図２】
0004563882.tif 000003
【図３】
0004563882.tif 000004
【図４】
0004563882.tif 000005
【図５】
0004563882.tif 000006
【図６】
0004563882.tif 000007
【図７】
0004563882.tif 000008
【図８】
0004563882.tif 000009
【図９】
0004563882.tif 000010
【図１０】
0004563882.tif 000011