(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と複数の端末とからなるCSMA方式による無線ＬＡＮ通信システムであって、
上記基地局が、
各端末へ送信するデータを音声データと端末別通常データに類別すると共に下りのデータの通信トラフィック情報を発生するデータ類別機能と、
このデータ類別機能で類別されたデータをキュー操作して通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キューを生成するキューイング機能と、
上記通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キューに対する通信品質制御パラメータをそれぞれに設定する通信品質制御パラメータ設定機能と、
送信時には上記通信品質制御パラメータに従って上記通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キューの送信を行う送受信部と、
上記各端末から受信した受信用データから上りの通信トラフィック情報を得る受信データ検出機能と、
上記下りおよび上りの通信トラフィック情報に基づいて、上記音声データは最優先で送信させるようにしながら、上記通信品質制御パラメータ設定機能のそれぞれの通信品質制御パラメータをダイナミックに調整する通信品質制御パラメータ制御機能と、
を備えたことを特徴とする無線ＬＡＮ通信システム。
【請求項２】
上記下りおよび上りの通信トラフィック情報に基づいて上記キューイング機能におけるキュー操作での上記通常データの端末間の重み付けを制御するキューイング重み付け制御機能を備えたことを特徴とする請求項１に記載の無線ＬＡＮ通信システム。
【請求項３】
上記キューイング機能が、キューの長さを端末毎に有限にし、キューからあふれたデータは廃棄することを特徴とする請求項１に記載の無線ＬＡＮ通信システム。
【請求項４】
上記キューイング機能が、キューの長さを端末毎に有限にし、キューからあふれたデータは廃棄することを特徴とする請求項２に記載の無線ＬＡＮ通信システム。
【請求項５】
上記基地局が、上記下りおよび上りの通信トラフィック情報に基づいて上記各端末に対して端末での送信時の通信品質制御パラメータを、上記音声データは最優先で送信させるようにしながら、それぞれに調整するビーコンを周期的に発生する端末通信品質制御パラメータ制御機能を備え、
少なくとも１つの上記端末が、
基地局へ送信するデータを音声データと通常データに類別する類別機能と、
上記音声データと通常データに対する通信品質制御パラメータをそれぞれに設定すると共に、上記ビーコンにより上記通信品質制御パラメータがそれぞれにダイナミックに調整される通信品質制御パラメータ設定機能と、
送信時には上記通信品質制御パラメータに従って上記通常データおよび音声データの送信行う送受信部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の無線ＬＡＮ通信システム。
【請求項６】
上記基地局が、上記下りおよび上りの通信トラフィック情報に基づいて上記各端末に対して端末での送信時の通信品質制御パラメータを、上記音声データは最優先で送信させるようにしながら、それぞれに調整するビーコンを周期的に発生する端末通信品質制御パラメータ制御機能を備え、
少なくとも１つの上記端末が、
基地局へ送信するデータを音声データと通常データに類別する類別機能と、
上記音声データと通常データに対する通信品質制御パラメータをそれぞれに設定すると共に、上記ビーコンにより上記通信品質制御パラメータがそれぞれにダイナミックに調整される通信品質制御パラメータ設定機能と、
送信時には上記通信品質制御パラメータに従って上記通常データおよび音声データの送信行う送受信部と、
を備えたことを特徴とする請求項２または４に記載の無線ＬＡＮ通信システム。
【請求項７】
上記通信品質制御パラメータ制御機能および端末通信品質制御パラメータ制御機能において、上記音声データに対する上記通信品質制御パラメータの遅延時間および優先度をそれぞれ常に最短遅延、最優先になるように制御することを特徴とする請求項５に記載の無線ＬＡＮ通信システム。
【請求項８】
上記通信品質制御パラメータ制御機能および端末通信品質制御パラメータ制御機能において、上記音声データに対する上記通信品質制御パラメータの遅延時間および優先度をそれぞれ常に最短遅延、最優先になるように制御することを特徴とする請求項６に記載の無線ＬＡＮ通信システム。
【請求項９】
上記基地局が、上記下りおよび上りの通信トラフィック情報に基づいて各端末での送受信状態を示すアクティブ端末台数テーブルを作成する通信制御機能を備え、上記通信品質制御パラメータ制御機能および端末通信品質制御パラメータ制御機能がこのテーブルに基づいて、通信の下りと上りの比率を公平にするようにそれぞれの通信品質制御パラメータ制御を行うことを特徴とする請求項５または７に記載の無線ＬＡＮ通信システム。
【請求項１０】
上記基地局が、上記下りおよび上りの通信トラフィック情報に基づいて各端末での送受信状態を示すアクティブ端末台数テーブルを作成する通信制御機能を備え、上記通信品質制御パラメータ制御機能および端末通信品質制御パラメータ制御機能がこのテーブルに基づいて、通信の下りと上りの比率を公平にするようにそれぞれの通信品質制御パラメータ制御を行うことを特徴とする請求項６または８に記載の無線ＬＡＮ通信システム。
【請求項１１】
上記基地局が、通信時の送信時間を均等にするように伝送レートに対する予め定められた伝送レート係数を示す伝送レート係数テーブルを備え、上記通信品質制御パラメータ制御機能および端末通信品質制御パラメータ制御機能において上記通信品質制御パラメータを制御する際に上記伝送レート係数が考慮されることを特徴とする請求項９に記載の無線ＬＡＮ通信システム。
【請求項１２】
上記基地局が、通信時の送信時間を均等にするように伝送レートに対する予め定められた伝送レート係数を示す伝送レート係数テーブルを備え、上記通信品質制御パラメータ制御機能および端末通信品質制御パラメータ制御機能において上記通信品質制御パラメータを制御する際に上記伝送レート係数が考慮されることを特徴とする請求項１０に記載の無線ＬＡＮ通信システム。
【請求項１３】
上記基地局の上位側からの指示により、上記端末通信品質制御パラメータ制御機能が上記ビーコンにより端末の上記通信品質制御パラメータ設定機能を制御し、上記キューイング重み付け制御機能が上記キューイング機能におけるキュー操作の重み付けを制御して、特定端末への通信トラフィックが制御されることを特徴とする請求項１０または１２に記載の無線ＬＡＮ通信システム。
【請求項１４】
上記端末通信品質制御パラメータ制御機能が発生するビーコンが、上記通信品質制御パラメータ設定機能を備えていない端末をビーコンの周期の間の所定期間、送信不能状態にする情報を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の無線ＬＡＮ通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線ＬＡＮ通信システム、特にCSMA(搬送波感知多重アクセス)方式による無線ＬＡＮ通信システムにおける通信優先制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
CSMA方式においては、データを送信したい端末(一般にはノード)は、現在、基地局と他の端末との通信が行われているかどうかを確認し、通信中ならそれが終わるまで待ち、通信が終われば、送信したい各端末がデータ送信を開始する。このとき、どの端末も対等に送信する権利を持つ。もし複数の端末がほぼ同時に送信を始めたとすると、送信されたデータは基地局で衝突することになる。このため、送信する端末は信号を送る時、同時に基地局での通信状況も監視していて、衝突によってデータが壊れていれば、直ちにジャミング信号を一定時間送ってから送信を中止する。ジャミング信号は、衝突検出を確実にするための特別な信号である。その後、送信をしようとしていた端末は、ある「ランダムな」時間待った後、再度送信を試みる。そして所定回数再送信を行なっても衝突が発生した場合、送信は失敗したとみなして、あとは上位層での再試行にまかせる。
【０００３】
また、このような通信方式において円滑な通信制御のために優先順位を制御するものとして例えばEDCF(拡張分配調整機能)があり、これは優先制御を行うようDCFを強化したもので、プライオリティに応じて振り分けられた各キューに通信の優先度を設け、キュー間で仮想的なCSMA/CA(搬送波感知多重アクセス／衝突回避方式)を行うものである(例えば非特許文献１参照)。
【０００４】
【非特許文献１】
高木  雅裕、外２名、”IEEE８０２．１１の動向とその製品化状況”２００２年、東芝レビュー、Vol.57、No.10、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.toshiba.co.jp/tech/review/2002/10/57 10pdf/a05.pdf＞
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来のCSMA(搬送波感知多重アクセス)方式による無線ＬＡＮ通信システムにおける優先制御においては、例えばEDCFに見られるように、プライオリティに応じて振り分けられた各キューに与えられる通信の優先度は固定であった。例えば図２０に示すように従来のEDCFを設けた送信器では、Ｈ／Ｗ(ハードウェア)が持つポインタによりＳ／Ｗ(ソフトウェア)でデータがリンクされ、送信するデータを優先順位別に分けてそれぞれキュー(待ち行列)を形成する。そしてDCF制御部で設定されている各優先順位毎のQoSパラメータ(AIFS，CWmin)［QoSパラメータによるバックオフ］に従って内部選択部で選択されたデータが送信部から送信される。しかしながらこのEDCFではQoS(通信品質制御)パラメータはそれぞれ固定値である。また、送信先を考慮したものではない。このため、例えば１つの基地局の通信エリア内にある複数の端末のうちの特定の端末が情報量の大きいデータを頻繁に送信した場合等、この端末が独占的に基地局を使用してしまい、他の端末が通信が行えない状況が続いてしまい、通信を状況に応じて円滑に行うための動的な制御を行うことができないという課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、CSMA方式による無線ＬＡＮ通信システムにおいて、概して通信の優先順位を通信状況や通信管理側の意向によりダイナミックに変更することにより、状況に応じたより円滑な通信が行える無線ＬＡＮ通信システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、基地局と複数の端末とからなるCSMA方式による無線ＬＡＮ通信システムであって、上記基地局が、各端末へ送信するデータを音声データと端末別通常データに類別すると共に下りのデータの通信トラフィック情報を発生するデータ類別機能と、このデータ類別機能で類別されたデータをキュー操作して通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キューを生成するキューイング機能と、上記通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キューに対する通信品質制御パラメータをそれぞれに設定する通信品質制御パラメータ設定機能と、送信時には上記通信品質制御パラメータに従って上記通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キューの送信を行う送受信部と、上記各端末から受信した受信用データから上りの通信トラフィック情報を得る受信データ検出機能と、上記下りおよび上りの通信トラフィック情報に基づいて、上記音声データは最優先で送信させるようにしながら、上記通信品質制御パラメータ設定機能のそれぞれの通信品質制御パラメータをダイナミックに調整する通信品質制御パラメータ制御機能と、を備えたことを特徴とする無線ＬＡＮ通信システムにある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明は、基本的にはCSMA方式による無線ＬＡＮ通信システム全てに適用可能であるが、以下ではIEEE８０２．１１準拠のCSMA方式におけるEDCFにおいてこの発明の独自の機能を加えて優先度を可変にしたものについて説明する。
【０００９】
図１はこの発明による無線ＬＡＮ通信システムの概略的構成を示すもので、この発明による機能を備えた基地局APの通信エリアＦ内にこの発明による機能を備えた複数(例えばｎ個)の端末(1〜n)FWA1〜FWAn(固定無線アクセス端末)がある状態を示す。この発明による機能を備えたとは優先度を可変にしたEDCFのことで、以下改良型EDCF(M・EDCF)とする。またこの発明による機能を備えた基地局APは通信エリアＦ内にある従来のDCFまたはEDCFを備えた端末NWA1,NWA2・・・(遊動無線アクセス端末)ともそれぞれの機能に基づく通信であれば行うことが可能である。
【００１０】
この発明においては、(１)通信トラフィックの量に応じてQoSパラメータをダイナミックに変更することにより特に下り端末間の通信機会の公平性(フェアネス機能)を実現可能にする、(２)この発明によるシステム傘下の端末だけではなくIEEE８０２．１１準拠のCSMA方式のシステムの傘下の端末でEDCFを備えるものであればこの発明による基地局が使用可能にする、(３)特に通信遅延が許されない音声データであるVoIP(ボイップ)データの優先順位を最優先させ音声データも含めて円滑な通信等を行う。
【００１１】
図２は基地局APのハードウェア構成の一例を概略的に示した図であり、NMS(ネットワーク管理システム)側からのコード化光ケーブル１１は光信号と電気信号との間の変換を行う光Ｉ／Ｆ１３あるいは特殊な変換機能を備えたＭ／Ｃ(メディアコンバータ)１５等を介してスイッチ部１７に接続される。このスイッチ部１７によりこの発明に係わる通信制御部Ａが切り換えて接続され、避雷器１９を備えたアンテナ２１を介して端末FWA、端末NWAとの無線通信が行われる。またスイッチ部１７は別の通信制御部(図示せず)等を接続するための拡張用ケーブル２３を備える。電源２５は外部のＡＣ電源ケーブル２７から電力の供給を受けている。さらにこれらを収納する筐体２９は接地線３１により接地されている。なお基地局の構成はこれに限定されるものではない。
【００１２】
図３は端末FWA、NWAのハードウェア構成の一例を概略的に示した図であり、ここでは固定式のものを示す。この発明に係わる通信制御部Ｂは例えば指向性を有するアンテナ４１と一体に無線機４３として構成され、電源アダプタ４７を電源とする室内機４５に接続されている。なおこの無線機４３は、例えば電源を内蔵した携帯型のもの等であってもよく、またアンテナは無指向性のものであってもよい。なお端末の構成はこれに限定されるものではない。
【００１３】
図４はこの発明の一実施の形態による無線ＬＡＮ通信システムの無線基地局APおよびこの基地局と通信を行う複数の端末FWA1〜FWAn、NWA1のそれぞれの通信制御部の構成を示す図である。
【００１４】
図４の基地局APの通信制御部Ａにおいてネットワーク側からまとめて送られてきたデータはデータ類別機能１０３により、VoIP(音声データ)以外のデータ(通常データとする)は各端末毎の端末別通常データ用キュー１０５に、またVoIPデータはまとめてVoIP用キュー１０７に分離される。これらの端末別通常データ用キュー１０５、VoIP用キュー１０７はキューイング機能１０９によりキュー操作が行われて通常データ用送信キュー１１３とVoIP用送信キュー１１５が生成される。キューイング機能１０９ではVoIPデータは最優先、他の通常データは重み付けラウンドロビンとする。そして通常データ用送信キュー１１３とVoIP用送信キュー１１５は、QoS(通信品質制御)パラメータ設定機能１１７、１１９に設定されるそれぞれのQoSパラメータ(AIFS，CWmin，CWmax)に基づいて送受信部１２１により各端末FWA1〜FWAn、NWA1・・・へ送信される。この際、キューイング機能１０９での重み付けＷ、QoSパラメータ設定機能１７７、１１９でのQoSパラメータは、通信トラフィック状況等に基づき通信制御機能部１１１により各端末毎にダイナミックに変更される。
【００１５】
この通信制御機能部１１１は下りおよび上りの通信トラフィック情報ＴＩを例えばデータ類別機能１０３、受信データ検出機能１２５から得ると共に、重み付けＷ、QoSパラメータを決定するための後述する各種テーブル等を記憶するメモリ(記憶機能)１１２を有する。そしてこれらの情報に基づいて制御が行われる、基地局APでのQoSパラメータを制御するQoSパラメータ制御機能１１１ａ、基地局APでのキューイングでの重み付けＷを制御するキューイング重み付け制御機能１１１ｂ、後述する拡張ビーコンを周期的に送信して基地局APでのQoSパラメータを制御する端末QoSパラメータ制御機能１１１ｃ、および通信区間の制御等のその他の通信制御を行う通信制御機能１１１ｄを備える。また送受信部１２１で受けた各端末FWA1〜FWAn、NWA1・・・からの受信データは、受信用データ１２３として受信されてネットワーク側に抜ける。この際、受信データ検出機能１２５で受信データの通信トラフィック情報(送信した端末、データの種類等)が検出される。
【００１６】
また、端末FWA1〜FWAnの通信制御部Ｂではそれぞれ同様の構成なので例えば端末FWA1についてみると、送受信部２１７で受けた受信用データ２１５はそのまま端末に取り込まれる。送信データは類別機能２０５により、通常データ用送信キュー２０７とVoIPデータ用送信キュー２０９が生成され、QoSパラメータ設定機能２１１、２１３に設定されるそれぞれのQoSパラメータ(AIFS，CWmin，CWmax)に基づいて送受信部２１７より基地局APへ送信される。そしてQoSパラメータ設定機能２１１、２１３に設定されるQoSパラメータは、周期的に基地局APから各端末FWA1〜FWAnに対して送信されるEDCFにおけるビーコンを拡張した拡張ビーコンＥＢ(図４のＥＢは通信制御機能部１１１からの送受信部１２１への制御信号を示す)により通信トラフィック状況等に基づき各端末毎にダイナミックに変更される。
【００１７】
EDCFを備えた端末NWA1・・・の通信制御部Ｂは、送信時のQoSパラメータ３０７は固定であり、通常データとVoIPデータはまとめて受信用データ３０３、送信用データ３０５として送受信部３０９により送受信される。
【００１８】
ここでQoSパラメータ(AIFS，CWmin，CWmax)のAIFS(任意インターフレームスペーシング)はシステムにおける最後の通信終了後から次に自端末が送信できる時間までの遅延時間、CWmin，CWmax(それぞれ最小、最大コンテンションウィンドウ)は遅延時間後の送信時に衝突が発生した場合の優先度を示す。
【００１９】
この発明においては、基地局APからの下りは、端末別通常データ用キュー１０５とVoIP用キュー１０７に分離し、下り端末FWA1〜FWAn間の公平性を実現すると同時に、VoIPを最短遅延かつ最優先で送信する。端末FWA1〜FWAnからの上りも通常データ用キュー２０７とVoIP用キュー２０９を分離し、VoIPを最短遅延かつ最優先で送信する。これにより、端末FWA1〜FWAnのVoIPデータが全て同等に最優先され公平性が実現できる。
【００２０】
また、アクティブ端末台数テーブル(図５参照)を設け、これによりQoSパラメータ(AIFS，CWmin，CWmax)をダイナミックに変更し、上り／下り比率の公平性を実現する。端末FWA1〜FWAnのQoSパラメータ変更には基地局APからの拡張ビーコンＥＢを使用する。拡張ビーコンＥＢを受信した端末FWA1〜FWAnは自身の送信キューのQoSパラメータを変更する。上り各端末間の公平性はDCF方式の機会均等の原則により実現される。
【００２１】
また、DCF、EDCF方式を用いる端末NWA1・・・とはアクセス方式に互換性を持ち一元的に収容するが、端末FWA1〜FWAnのFWA端末専用の期間を設けることによりFWA端末を優先する。
【００２２】
また、上述の基地局APを多数管理するNMS(ネットワーク管理システム：特に図示せず)からの指示Ｓ(図４の基地局AP参照)により、特定端末を指定して通信トラフィック量の制御(制限／拡張)を行わせる機能をサポートする。
【００２３】
キューイング処理
基地局AP下りではネットワーク側からまとめて送られてきた受信データはデータ類別機能１０３により、通常データは各端末毎の端末別データ用キュー(TCP/UDP混在)１０５に、またVoIPデータはまとめてVoIP用キュー１０７に分離される。受信データのパケット内の宛先MACアドレスと基地局APが格納しているアソシエーション端末情報(図示省略)内のMACアドレス情報により端末毎の振り分けを行う。更にVoIPパケットの識別を行い、VoIP用キュー１０７にエンキューする。またキューイング機能１０９において、データ用キューの長さは端末毎に有限とし、キューをあふれさせるような過大なトラフィックがあれば、エンキューせずに捨てる。
【００２４】
VoIPパケットについてはデータがあれば最優先に送信する。QoSパラメータはVoIP用の最優先の設定がなされている。データパケットについては各端末間のデキュー論理は基本はラウンドロビンとし、各端末間は公平が保たれ、QoSパラメータ設定機能１７７、１１９でのQoSパラメータによって規定される優先度にて送信される。端末個別トラフィック制御テーブル(下り)(図１１参照)の内容によりラウンドロビンの重み付けをする。
【００２５】
端末FWA1〜FWAnの上りも類別キューイング機能２０５により、データ用送信キュー(TCP/UDP混在)２０７とVoIPデータのVoIP用送信キュー２０９を分離し、VoIPパケットは高優先度で送信する。
【００２６】
上り／下りの比率制御
上り／下りの比率制御に関しては、図５のアクティブ端末台数テーブルに示すように、基地局APより下り送信中の宛先端末台数と、端末FWA1〜FWAn、NWA1・・・より上り送信中の台数を基地局APにて求めるために、端末ごとに送受信の有無を管理するテーブルを基地局APの例えばメモリ１１２用意する。端末ごとの送受信の有無は、通信制御機能１１１ｄが下りおよび上りの通信トラフィック情報ＴＩをデータ類別機能１０３、受信データ検出機能１２５から得て作成する。図５のテーブルで送受信の有無の初期値は「送(受)信なし」(×)であり、上り／下りパケットの存在を検出時に、対応する端末に関するパケット送信／受信有無の判断を「送(受)信あり」(○)とする。下りFWA通常データ／上りFWA通常データ／下りNWAデータ／上りNWAデータ／下りFWA VoIPデータ／下りFWA VoIPデータの６つを分けて記録する。
【００２７】
一定期間(例えば500ms程度)パケットの送受信が無いものについては「送(受)信なし」とする。「送(受)信あり」の数の合計をそれぞれ基地局、端末の重み付けの基準とし、QoSパラメータをダイナミックに変更するための基準とする。上り／下りの通信トラフィック比率は例えば［「送(受)信あり」の数／該基地局に対するアソシエーション端末数］で求まる。アソシエーション端末とは現在基地局と通信可能な端末のことである。
【００２８】
図５のアクティブ端末台数テーブルの情報より、端末FWA1〜nに設定するCWminの値を拡張ビーコンＥＢに乗せ、端末FWA1〜nのQoSパラメータ設定機能２１１、２１３におけるCWminの値をダイナミックに変更する。同時に基地局AP自身のQoSパラメータ設定機能１７７、１１９内のCWminも変更する。
【００２９】
図１６にデータトラフィック制御の一例のフローチャートを示す。ここでは、まず基地局AP側で、アソシエーション端末数と図５のアクティブ端末台数テーブルの情報に基づき上り／下りの通信トラフィック比率を計算し、これに基づきCWmin等のQoSパラメータを決定し、拡張ビーコンＥＢで各端末FWAに通知する(ステップＳ１)。
【００３０】
基地局AP側では、決定したQoSパラメータに従って下りデータを、通常データは各端末別にデータ送信キューを経由して送信し、VoIPデータはまとめて最優先されるVoIP用送信キュー経由で送信し、データ送信キューをオーバーフローしたデータは破棄する(ステップＳ２)。
【００３１】
端末FWA側では、受信したQoSパラメータに従って上りデータを送信し、VoIPデータは最優先されるVoIP用送信キュー経由で送信し、データ送信キューをオーバーフローしたデータは破棄する(ステップＳ３)。
【００３２】
そして基地局APではアソシエーション端末数が変化した場合にはステップＳ１に戻って再度、通信トラフィック比率の計算を行う(ステップＳ４)。
【００３３】
また、図５のアクティブ端末台数テーブルと同様にして、各種データの上り、下りのデータの所定期間内の通信回数を各端末毎に求めて、所定の閾値を超えた端末に対して上り、下りに分けて優先度を下げるようにQoSパラメータを制御することで公平性が実現できる。
【００３４】
また、上りFWA通常データ台数と上りNWAデータの比率により図６に示す後述するFWA区間(M・EDCF方式区間)とFWA／NWA区間(M・EDCF／EDCF・DCF方式区間)の長さを算出するための基準とする。
【００３５】
FWA区間とFWA／NWA区間
図６にはFWA区間(M・EDCF方式区間)とFWA／NWA区間(M・EDCF／EDCF・DCF方式区間)のタイミングチャートを示す。端末NWAを端末FWAより優先度を低く保ち、衝突頻度の増加を回避しつつ、端末FWA1〜n間での優先度制御を実現する方法として、このFWA区間とFWA／NWA区間を設ける。
【００３６】
図６の基地局APと端末FWA1、FWA2および端末NWA1との間の動作を説明すると、基地局APから端末FWA1、FWA2および端末NWA1へ拡張ビーコンＥＢ(NAV(ナブ)をセットする情報を含む)が送信されると、端末NWA1はNAV(ナブ)がセットされている間は送信できず、例えば端末FWA1がAIFS(任意インターフレームスペーシング)すなわち端末FWA1に現在設定されている遅延時間の後に基地局APへ送信要求RTSを行い、これに基地局APが送信了承CTSで答え、端末FWA1からVoIPデータDATAが送られ、これに基地局APが承認ACKで答える。同様な手続で今度は基地局APから端末FWA2へ通常データ(DATA)が送られる。そしてNAV(ナブ)が解除されFWA区間が終了しFWA／NWA区間になると、最初に同様な手続で端末FWA2から基地局APへVoIPデータ(DATA)が送られるが、次にはやはり同様な手続に従って今度は端末NWA1から基地局APへ通常データ(DATA)が送られる。
【００３７】
ここで基地局APから各端末FWAおよび端末NWAへ送信される拡張ビーコンＥＢではCWmin等の設定QoSパラメータの他に端末NWA1,・・・にNAV(ナブ)をセットして所定期間送信しない状態にするためのパラメータCFPMaxDuration(コンテンションフリー期間最大遅延)が含まれ、このパラメータCFPMaxDurationにより拡張ビーコンＥＢ間のFWA区間とFWA／NWA区間の比率が設定される。
【００３８】
CFPMaxDurationの値を決めるのは図７に示すFWA区間算出テーブルであり、これは図５のアクティブ端末台数テーブルの上りFWA通常データ台数と上りNWAデータの比率によりFWA区間の時間を算出するためのテーブルであり、基地局APの例えばメモリ１１２に格納される。
【００３９】
なお、図７のFWA区間算出テーブルで求まる区間長に対し、NMS(ネットワーク管理システム)から基地局APに対する指令ＳによるFWA／NWA区間比率設定の一例(FWA区間調整テーブル)を図８に示す。図８のFWA区間調整テーブルを変更することにより比率制御を可能とする。比率は1/4、1/2、1(制御無し)、2倍、4倍の5つの値を取り得るものとし、M・EDCF方式区間すなわちFWA区間は２[ms]〜９８[ms]の範囲内とする。そして本比率を下りのデキュー時すなわちキューイング機能１０９によるキューイングの際の重み付けＷにも反映させる。尚、公平性の各パラメータに対する影響が大きいため、ビーコン間隔は１００ms固定とする。
【００４０】
QoSパラメータ
またQoSパラメータに関し、CWminを小さくし、基地局APや端末FWAの優先度を上げる場合、例に示すように、無線区間でのパケット衝突の頻度が高まる危険性がある。
＜例＞
基地局／全端末ともCWmin＝１５にて６４台の端末が送信時、同一バックオフ時間となる端末の平均台数は６４／(１５＋１)＝４台
基地局/全端末ともCWmin＝６３にて６４台の端末が送信時、同一バックオフ時間となる端末の平均台数は６４／(６３＋１)＝１台
【００４１】
そこで端末NWAすなわちNWA端末を端末FWAすなわちFWA端末より優先度を低く保ち、衝突頻度の増加を回避しつつ、FWA端末間での優先度制御を実現する方法として、M・EDCF期間とNWA期間を設ける。M・EDCF期間では基地局AP及び端末FWAに対して、CWminを大きくする方向を含む、自由なQoSパラメータの設定が可能である。
【００４２】
QoSパラメータは例えば図９に示すように設定する。基地局／端末の比率制御により、QoSパラメータをダイナミックに変更する。
【００４３】
また図１０の(ａ)および(ｂ)に示すQoSパラメータテーブルは、上りアクティブ端末台数、下りアクティブ端末台数、VoIPアクティブ端末台数によってQoSパラメータをダイナミックに変更するためのテーブルである。(ａ)に示すアクティブ端末台数テーブルにて算出した端末台数によって、各QoSパラメータの最適値を表引きして、(ｂ)に示すように各パラメータを決定する。
【００４４】
特定ユーザの個別帯域制限制御
特定ユーザを指定して、個別に帯域の制限制御を行う機能をサポートする。上りについては拡張ビーコンＥＢで、CWminを変更することで実現する。下りについてはデキュー時の重み付けＷを変化させることで実現する。
【００４５】
NMSより基地局AP経由で指示Ｓ(図４の基地局AP参照)によりトラフィック制御対象の端末FWAに対して設定を行う。設定内容は図１１(端末個別トラフィック制御テーブル)に示すように、上り通常データのCWminの変更パラメータ、下り通常データのデキュー時の重みを含むものとする。本設定内容は端末FWA内のフラッシュメモリ(図示省略：例えば図４の端末FWAのQoSパラメータ設定機能内等に備えられている)に格納されるため、リセットされても情報が保持される。設定を有効とするためにリセット後の再アソシエーションが必要である。尚、ベスト基地局選択機能にて別の基地局にアソシエーション先が変更になっても、この情報が保持される。端末FWAは自身の上り通常データ送信時に、拡張ビーコンＥＢで通知されるQoSパラメータの中のCWminに、この値を乗じた値(正確には１を加えて乗じた後、１を減じる)をＨ／Ｗ送信キューにセットする。
【００４６】
下りのトラフィック制御量を基地局APに通知するには、端末FWAのアソシエーション時にアソシエーション要求内にこの情報を載せる方法で行なう。アソシエーション要求フォーマットへの追加エレメントの詳細は後述の「アソシエーション要求フォーマット」にて記述する。アソシエーション要求を受信した基地局APが図１２に示す端末個別下りトラフィック制御テーブルを作成する。これは、基地局APから端末FWAへの下り送信にて、個々の割当て帯域をデキュー時の重み付けで増減するのに使用するテーブルである。上り／下りとも、トラフィック制御値としては、1/4、1/2、1(制御無し)、2倍、4倍の5つの値を取り得るものとする。
【００４７】
VoIP優先方式
VoIPは最優先で送信するため、下りについてはAIFS＝１(２５μｓ)、CWmin＝１とする。上りについてはAIFS＝１(２５μｓ)、CWminを１〜１５の何れかで端末台数によって可変とする。また、遅延時間や遅延揺らぎを考慮して、CWmaxなどの再送時のパラメータを設計する。CWmin、CWmax等のパラメータは、シミュレーション、実機評価に基づき個々のシステムで決定するようにしてもよい。
【００４８】
送信時間均等機能
送信時間均等(←→送信機会均等)機能を実現するために、基地局APにおける各端末FWA向け下り通常データのデキュー重み、及び各端末FWAにおける基地局AP向け上り通常データのCWminの値を伝送レート(基地局−端末間の通信距離により変化する)によって可変とする。図１３に示す伝送レート係数をQoSパラメータに乗じる(正確には１を加えて乗じた後、１を減じる)。この伝送レートは例えば送受信部(１２１，２１７，３０９等)から得られる。
【００４９】
本送信時間均等機能をNMSからの指示Ｓにて有効／無効とする。本設定はNMSより基地局APに対して設定し、基地局AP内のフラッシュメモリ(図示省略：例えば図４の基地局APのメモリ１１２内に備えられている)に例えばフラグとして保存される。この情報が下りに反映されると同時に、上りについては基地局APからの拡張ビーコンＥＢにて各端末FWAが認識する。
【００５０】
拡張ビーコン／プローブ(Probe)応答フォーマット
また、ビーコン及びプローブ(Probe)に拡張エレメント(Element)QoSパラメータを追加する。図１４に拡張エレメント”QoSパラメータ”のフォーマットの一例を示す。
【００５１】
アソシエーション要求フォーマット
NMSより端末FWAに設定された特定ユーザの個別帯域制限制御内容を基地局APに伝えるためのエレメントと、VoIP付加サービス契約有無情報通知のエレメント、送信時間均等機能の有無設定をアソシエーション要求フォーマットに追加する。図１５に拡張エレメント”端末個別QoS設定”フォーマットの一例を示す。
【００５２】
また、図１７にはデータ通信における上記各テーブルとQoSパラメータとの関係を示す。図１７において、Ｆ５は図５に示すアクティブ端末台数テーブル、以下、Ｆ７は図７に示すFWA区間算出テーブル、Ｆ８は図８に示すFWA区間調整テーブル、Ｆ１０は図１０に示すQoSパラメータテーブル、Ｆ１１は図１１に示す端末個別トラフィック制御テーブル、Ｆ１２は図１２に示す端末個別下りトラフィック制御テーブル、Ｆ１３は図１３に示す伝送レート係数テーブルを示す。
【００５３】
以上、説明してきた機能を複数組み合わせた実際のデータトラフィック制御の一例を以下に説明する。図１８には上りデータトラフィック制御、図１９には下りデータトラフィック制御のフローチャートを示す。
【００５４】
まず図１８の上りデータトラフィック制御に関し、基地局APにおいて、アソシエーション端末の中からデータ通信中のアクティブ端末数をFWA端末(端末FWAのこと)、NWA端末(端末NWAのこと)、FWA-VoIP端末(FWA端末のうちのVoIPデータの通信を行うもの)別に検出し、図５に示すアクティブ端末台数テーブルを更新する(ステップＳ１１)。次に、アクティブ端末台数テーブルの台数を引数として、図１０に示すQoSパラメータテーブルから該当する通常データ、VoIPデータの各QoSパラメータ(CWmin,CWmax,AIFS)を決定する(ステップＳ１２)。
【００５５】
次に、図１３に示す伝送レート計数テーブルに従い、上り伝送レート(54Mbps〜6Mbps)に応じた係数をCWmin値に乗じる(ステップＳ１３)。また、NMSからの指示により図１１に示す端末個別トラフィック制御テーブルに基づき、個別トラフィック制御係数をCWmin値に乗じる(ステップＳ１４)。そしてQoSパラメータを拡張ビーコンＥＢで各端末(FWA,NWA,FWA-VoIP)に通知する(ステップＳ１５)。
【００５６】
これにより各端末では、拡張ビーコンＥＢにより受けたQoSパラメータを元に上りデータを送信する。VoIPデータはVoIP(優先)データ用送信キュー(２０９)を経由する。また各データ送信キューをオーバーフローしたデータは破棄する(ステップＳ１６)。
【００５７】
次に図１９の下りデータトラフィック制御に関し、基地局APにおいて、アソシエーション端末の中からデータ通信中のアクティブ端末数をFWA端末(端末FWAのこと)、NWA端末(端末NWAのこと)、FWA-VoIP端末(FWA端末のうちのVoIPデータの通信を行うもの)別に検出し、図５に示すアクティブ端末台数テーブルを更新する(ステップＳ２１)。次に、アクティブ端末台数テーブルの台数を引数として、図１０に示すQoSパラメータテーブルから該当する通常データ、VoIPデータの各QoSパラメータ(CWmin,CWmax,AIFS)を決定する(ステップＳ２２)。
【００５８】
次に、図１３に示す伝送レート係数テーブルに従い、下り伝送レート(54Mbps〜6Mbps)に応じた係数をCWmin値に乗じる(ステップＳ２３)。また、NMSからの指示により作成された図１１、１２に示す端末個別トラフィック制御テーブルに基づき、個別トラフィック制御係数に応じたラウンドロビンの重みを決定する(ステップＳ２４)。
【００５９】
そして決定されたQoSパラメータとラウンドロビンの重み係数に基づき、各端末毎の送信キュー(１０５、１１３)を経由してラウンドロビンにて下りデータを送信する。VoIPデータはVoIP(優先)データ用送信キュー(１０７，１１５)を経由する。また各データ送信キューをオーバーフローしたデータは破棄する(ステップＳ２５)。
【００６０】
【発明の効果】
上記のようにこの発明によれば、基地局と複数の端末とからなるCSMA方式による無線ＬＡＮ通信システムであって、上記基地局が、各端末へ送信するデータを音声データと端末別通常データに類別すると共に下りのデータの通信トラフィック情報を発生するデータ類別機能と、このデータ類別機能で類別されたデータをキュー操作して通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キューを生成するキューイング機能と、上記通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キューに対する通信品質制御パラメータをそれぞれに設定する通信品質制御パラメータ設定機能と、送信時には上記通信品質制御パラメータに従って上記通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キューの送信を行う送受信部と、上記各端末から受信した受信用データから上りの通信トラフィック情報を得る受信データ検出機能と、上記下りおよび上りの通信トラフィック情報に基づいて、上記音声データは最優先で送信させるようにしながら、上記通信品質制御パラメータ設定機能のそれぞれの通信品質制御パラメータをダイナミックに調整する通信品質制御パラメータ制御機能と、を備えた無線ＬＡＮ通信システムとしたので、通信の優先順位を通信状況等によりダイナミックに変更することにより、状況に応じたより円滑な通信が行える無線ＬＡＮ通信システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による無線ＬＡＮ通信システムの概略的構成を示す図である。
【図２】  この発明による無線ＬＡＮ通信システムの基地局のハードウェア構成の一例を概略的に示した図である。
【図３】  この発明による無線ＬＡＮ通信システムの端末のハードウェア構成の一例を概略的に示した図である。
【図４】  この発明の一実施の形態による無線ＬＡＮ通信システムの基地局と端末のそれぞれの通信制御部の構成を示す図である。
【図５】  この発明の無線ＬＡＮ通信システムにおけるアクティブ端末台数テーブルの一例を示す図である。
【図６】  この発明の無線ＬＡＮ通信システムにおけるFWA区間とFWA／NWA区間のタイミングチャートを示す図である。
【図７】  この発明の無線ＬＡＮ通信システムにおけるFWA区間算出テーブルの一例を示す図である。
【図８】  この発明の無線ＬＡＮ通信システムにおけるFWA区間調整テーブルの一例を示す図である。
【図９】  この発明の無線ＬＡＮ通信システムにおけるQoSパラメータの一例を示す図である。
【図１０】  この発明の無線ＬＡＮ通信システムにおけるQoSパラメータテーブルの一例を示す図である。
【図１１】  この発明の無線ＬＡＮ通信システムにおける端末個別トラフィック制御テーブルの一例を示す図である。
【図１２】  この発明の無線ＬＡＮ通信システムにおける端末個別下りトラフィック制御テーブルの一例を示す図である。
【図１３】  この発明の無線ＬＡＮ通信システムにおける伝送レート係数テーブルの一例を示す図である。
【図１４】  この発明の無線ＬＡＮ通信システムにおける拡張エレメント”QoSパラメータ”フォーマットの一例を示す図である。
【図１５】  この発明の無線ＬＡＮ通信システムにおける拡張エレメント”端末個別QoS設定”フォーマットの一例を示す図である。
【図１６】  この発明の無線ＬＡＮ通信システムにおけるデータトラフィック制御の一例を示すフローチャートである。
【図１７】  この発明の無線ＬＡＮ通信システムにおけるデータ通信における各テーブルとQoSパラメータとの関係を示す図である。
【図１８】  この発明の無線ＬＡＮ通信システムにおける総合的な実際の上りデータトラフィック制御の一例を示すフローチャートである。
【図１９】  この発明の無線ＬＡＮ通信システムにおける総合的な実際の下りデータトラフィック制御の一例を示すフローチャートである。
【図２０】  従来のEDCFを設けた送信器の一例を示す図である。
【符号の説明】
ＡＰ  (無線)基地局、FWA1〜FWAn，NWA1  端末、１０３  データ類別機能、１０５  端末別通常データ用キュー、１０７  VoIP用キュー、１０９  キューイング機能、１１１  通信制御機能部、１１１ａ  QoSパラメータ制御機能、１１１ｂ  キューイング重み付け制御機能、１１１ｃ端末QoSパラメータ制御機能、１１１ｄ  通信制御機能、１１２  メモリ、１１３  通常データ用送信キュー、１１５  VoIP用送信キュー、１１７，１１９，２１１，２１３  QoSパラメータ設定機能、１２１，２１７，３０９  送受信部、１２３，２１５，３０３  受信用データ、１２５  受信データ検出機能、２０５  類別機能、２０７  通常データ用送信キュー、２０９  VoIPデータ用送信キュー、３０５  送信用データ、３０７  QoSパラメータ。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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