プライベート空間で運用される自営系無線 LAN 保護のための仮想専用チャネル構築技術
Periodic NAV Notification for Establishment of Virtual Private Channel in WLAN System

クセスポイント（Access Point, AP）と端末（Station,
STA）の双方をセットで持ち運ぶ利用形態は想定されていない。また、いわゆるベストエフォート型サービスの提供を念頭においた自律型媒体アクセス制御方式である DCF（Distributed Coordination Function）方式が用いられてきた。しかし、用途の広がりに伴い、
無線 LAN においても QoS（Quality of Service）を保

宮本 伸一 (Shinichi MIYAMOTO, Dr. Eng.)

証し得るサービスの提供が求められている。

和歌山大学 システム工学部 教授

一般に、限られた周波数資源の下、高確率で QoS を(Professor, Faculty of Systems Engineering, Wakayama University)

保証するためには、周波数資源を適切に付与できる集電子情報通信学会 映像情報メディア学会 IEEE
受賞：電波産業会無線通信発明百周年記念佳作論文賞 (1996 年)
International Union of Radio Science, Young Scientist Award (1996 年)
IEEE Communications Letters Exemplary Reviewers (2010 年)
著書：ワイヤレス通信工学 (共著) オーム社 (2014 年) 電磁環境学
ハンドブック (共著) 科学情報出版 (2009 年) アンテナ・無線ハンドブック (分担) オーム社 (2006 年)
研究専門分野：無線通信方式 無線ネットワーク

中管理型無線リソースマネジメント（Radio Resource
Management, RRM）の導入が必須である。しかし、
無線 LAN では、管理者の異なる不特定多数の BSS（Basic Service Set）が上述の DCF 方式に則って周波数資源を共用する。その動作原理から、周波数資源を共用する他の BSS からの割り込みを予測することは不可能であり、QoS を保証することはできない。

あらましアンライセンスバンドで運用される無線

LAN は、管理主体の異なる不特定多数の無線 LAN と
周波数資源を共用する。このため、無線 LAN が稠密に存在する環境では、個々の無線 LAN の伝送性能を保証することは原理的に不可能である。この問題に対し、本稿では、比較的広域なプライベート空間を対象として、仮想的に空間所有者（エリアオーナ）専用チ
ャネルを構築する手法を提案する。この手法では、プライベート空間内に分散配置された媒体予約専用端末
から外来者が運用する無線 LAN（外来無線 LAN）に対して周期的に媒体占有期間を通知することで、外来
無線 LAN からの割り込みを排除する。提案手法の伝送性能を評価し、仮想専用チャネル構築法を用いることにより、エリアオーナの無線 LAN は安定した伝送性能を確保できることを示す。
この問題に対し、無線 LAN においても QoS を高確

１．まえがきIEEE 802.11 標準規格[1]準拠の無線 LAN は、低価率に保証し得る伝送技術に関する数多くの検討[2]-[4]格な無線アクセスシステムとして急速に普及すると共がなされており、IEEE 802.11e[2]など既に導入されに、無線局免許を要しないという特長を活かして様々ている技術もある。これらの多くは、BSS 内の AP やな用途で利用されている。

端末群のトラヒック状況や伝搬路状況等に関する情報

無線 LAN は、元来、Ethernet の無線化を目的としを基に、動的に周波数資源を配分する方式である。そて開発された。そのため、モバイルルータのようにアのため、無線 LAN が爆発的に普及する以前の主たる
1

TELECOM FRONTIER No.103 2019 SPRING

プライベート空間で運用される自営系無線 LAN 保護のための仮想専用チャネル構築技術
Periodic NAV Notification for Establishment of Virtual Private Channel in WLAN System

利用形態であった孤立 BSS 環境では有効であるもの

本稿で提案する仮想専用チャネル構築法では、周波の、図 1 に示すような移動 BSS を含む不特定多数の数資源を共用する AP や端末からのアクセスを制限す

BSS が稠密に遍在する環境では十分に機能しないとる方法として媒体占有期間を通知する方法を導入して考えられる。

いるが、これまでにもビジートーンと呼ばれる制御信

また、複数の BSS が稠密に存在する環境で QoS を号を送信する手法も提案されている[8]-[10]。これらの保証するための技術として、高密度 BSS 環境下での高手法では、制御フレームやデータフレームの送信と同効率伝送を目指した IEEE 802.11ax 標準規格での検時に、それらフレームよりも伝搬距離の長いビジート

討[5]や、複数の BSS が互いに連携して集中管理型

ーンを送信することにより、自身と隠れ端末の関係に

RRM を実施する手法[6][7]が提案されている。
しかし、ある外来 BSS にビジートーンを検出させ、自身がフレ

一般に、不特定多数の第三者を含む複数の BSS が互いームを送信している間、それら外来 BSS からの割り込に連携し得るネットワークの構築はインフラ敷設およみを抑制している。しかしながら、これらの手法は消びセキュリティの観点で非現実的である。

費する電力コストを抑えることを目的として、自 BSS

以上のように、モバイルルータ等の普及により、各がフレームを伝送している間のみ、ビジートーンを送ユーザが自在に BSS を設置し得る現在、無線 LAN に信する。このため、プライベート空間に外来 BSS がおいても QoS を保証するための新たな技術開発が求多数存在する場合は、外来 BSS の割り込みを抑制し続められているものの、不特定多数の BSS が共存する環

けることはできないという欠点を有する。

境下で高確率に QoS を保証し得る技術は未だ十分に見出されていない。IoT（Internet of Things）が進展

２．CSMA/CA 方式と仮想専用チャネル構築法

し膨大な数の BSS が共存する時代を迎えると、無線

２.１ RTS/CTS 交換を用いた媒体予約

LAN ではもはや最低限の通信品質さえ保証されず、ネ

無線 LAN システムでは、DCF 方式として規定されットワークとして機能不全な状況に至ると懸念される。

ている CSMA/CA 方式に則った媒体アクセス制御方式

ここで、無線 LAN が運用される空間として、不特により、周波数資源を共用している[1]。DCF 方式で定多数の外来者を受け入れるものの、優先されるべきは、フレームの送信を試みる端末は、DIFS（DCF

所有者が存在するプライベート空間（学校、工場、大Inter-Frame Space）期間キャリアセンスを行い、チ規模商業施設など）に限定すると、当該空間の所有者

ャネルの使用状況を確認する。キャリアセンス期間中（エリアオーナ）が管理主体となり、不特定第三者にに他の端末が送信したフレームのプリアンブルを検出

よる周波数資源の利用を排除した上で、エリアオーナ

した場合や、予め規定されているキャリアセンスレベ

が管理する BSS（エリアオーナ BSS）に対してのみ集ル以上の電力の信号を検知した場合、端末は当該チャ

中管理型 RRM を実施する手法が考えられる。

ネルが使用中である （Busy）と判断し送信を待機す

この手法を実現し得る形態の一つとして、本稿では、る。一方、DIFS 期間に亘りチャネルが空き（Idle）

エリアオーナ専用チャネルを仮想的に構築する仮想専状態であると判断した場合、端末はランダムなバック用チャネル構築法を提案する。本稿で提案する仮想専

オフ時間を設定し、この期間中キャリアセンスを継続

用チャネル構築法では、プライベート空間内に分散配する。バックオフ時間はキャリアセンス中チャネルが置された端末（守衛端末）から、外来者が運用する外Idle であれば減算され、バックオフ時間が 0 となると

来 BSS に対して、媒体占有期間（送信禁止期間、フレームを送出する。バックオフ時間が 0 となる前にNetwork Allocation Vector, NAV）を通知するためのチャネルが Busy 状態であると判断された場合、端末制御フレーム（NAV フレーム）を周期的に伝送するこは再びチャネルが Idle 状態になるまで伝送を待機し、とで、外来 BSS の割り込みを継続的に排除し、エリア

残りの時間を次回のバックオフ時間とする。
DCF 方式では、個々の端末がランダムにバックオフ

オーナ BSS が安定した伝送性能を確保し得る領域の時間を設定することで、全ての端末は均等に送信権を構築を目指す。
2

TELECOM FRONTIER No.103 2019 SPRING

プライベート空間で運用される自営系無線 LAN 保護のための仮想専用チャネル構築技術
Periodic NAV Notification for Establishment of Virtual Private Channel in WLAN System

獲得することができる。しかしながら、それゆえ、時々に共存し周波数資源を共用する他の無線 LAN の割り

刻々と変動する無線 LAN のトラヒック状況や伝搬路

込みを予測できず、自らが獲得可能な周波数資源の量

状況に応じた送信機会の獲得は為されず、QoS 保証伝を把握できないため、計画的な周波数資源管理が求め送を導入することは不可能である。

られる QoS 保証伝送（特にパラメータ保証型 QoS 保証伝送）の導入は困難である。
この問題に対し、本稿では、プライベート空間においてエリアオーナ専用チャネルを仮想的に構築する仮想専用チャネル構築法を提案する。仮想専用チャネル構築法のシステム構成と MAC プロトコルを図 3 に示す。

また、たとえ DCF 方式を導入したとしても、距離減衰などの理由により、他端末の信号を認知できず、フレーム衝突が発生する場合がある。この現象は隠れ端末問題と呼ばれる。隠れ端末問題への対策として、IEEE 802.11 標準規格では、RTS/CTS フレーム交換を用いた媒体予約機構が導入されている。これら媒体
予約用フレームには、端末が周波数資源を占有する時間が記載されており、これらのフレームを傍受した周辺端末は、記載された時間に亘る送信禁止期間（NAV）
を設定し、伝送を待機する。これにより、隠れ端末問
題を回避する。RTS/CTS を用いた DCF 方式の媒体アクセス制御（MAC）プロトコルを図 2 に示す。
図 3 に示すように、仮想専用チャネル構築法では、
２.２ 媒体予約機構を用いた仮想専用チャネル構築法

エリアオーナによってプライベート空間内に分散配置

無線 LAN において QoS 保証を困難にする主たる原された守衛端末からエリアオーナ BSS に影響を及ぼ

因はアンライセンスバンドを利用することにある。ア

す外来 BSS に対して媒体占有期間が記載された NAV

ンライセンスバンドを利用するが故、同一伝送空間内

フレームを伝送する。媒体予約周期毎に守衛端末から
3

TELECOM FRONTIER No.103 2019 SPRING

プライベート空間で運用される自営系無線 LAN 保護のための仮想専用チャネル構築技術
Periodic NAV Notification for Establishment of Virtual Private Channel in WLAN System

NAV フレームを介して媒体占有期間を通知すること

２.３ 媒体占有時間の動的制御により、理想的には全ての外来 BSS を継続的に伝送待図 3 に示す MAC プロトコルを用いる仮想専用チャ

機状態にすることができ、エリアオーナは一定量の周ネル構築法では、エリアオーナはプライベート空間に波数資源を占有することが可能になる。

おいて獲得し得る周波数資源を全て占有するよう媒体

仮想専用チャネル構築法において、エリアオーナ

占有期間を設定し、その期間を NAV フレームに記載

BSS が安定した伝送性能を確保するためには、エリア

してプライベート空間内に遍在する外来 BSS に通知

オーナ BSSに影響を及ぼす外来BSSへ確実に媒体占有する。そのため、たとえエリアオーナ BSS が所要 QoS

期間を通知する必要がある。開空間を伝搬路とし、そを十分に満足できる状況であっても、外来 BSS は周波の伝搬路状況が確率的に時々刻々と変動する無線 LAN

数資源を一切利用することはできない。

において、エリアオーナ BSS に影響を及ぼす可能性のプライベート空間において獲得可能な周波数資源にある外来 BSS に対して媒体占有期間を確実に通知する

比べ、エリアオーナ BSS が所要 QoS を満足するため方法として、守衛端末から十分に高い送信電力にてに必要となる周波数資源が多い場合には、利用可能な

NAV フレームを送出する手法が考えられる。存在地点

周波数資源を全て占有すべきである。一方、プライベを把握できない外来 BSS が伝送空間内に共存する環境

ート空間において利用可能な利用可能な周波数資源にの下、守衛端末から十分に高い送信電力にて NAV フレ

比べ、エリアオーナ BSS が所要 QoS を満足するためームを送出することにより、エリアオーナ BSS に影響に必要となる周波数資源が少ない場合には、エリアオを及ぼす可能性のある外来 BSS に対し確実に媒体占有

ーナ BSS が周波数資源を全て占有すると伝送に利用期間を通知できるものと期待される。しかしながら、されていない時間率が増加する。結果的に、外来 BSS

一方、外来 BSS を主体として考えると、NAV フレームの割り込みを排除することでエリアオーナによって占を傍受した外来 BSS は、媒体占有期間だけ自身の伝送有されるものの、情報伝送に利用されない周波数資源が抑制されるため、高い送信電力で NAV フレームが送の増大を招くことになる。以上のように、獲得可能な出されてしまうと、広範囲な領域に亘り自身の伝送が周波数資源全ての占有を試みる仮想専用チャネル構築

阻害されてしまう。外来 BSS がプライベート空間内に法（図 3 の MAC プロトコル）は、エリアオーナ BSS

滞在している場合であれば、当該外来 BSS の伝送が阻の QoS 保証という観点では高い効果が期待されるも害される状況もある程度許容されると考えられるもののの、伝送に利用するとは限らない周波数資源も全ての、プライベート空間外に滞在する外来 BSS からの伝占有してしまうため、周波数利用効率の観点では適切送が阻害される状況は回避されるべきである。

な媒体アクセス制御方式ではない。

以上のように、プライベート空間内に滞在する外来

この問題に対する対策として、本稿では、仮想専用

BSS に対しては着実に媒体占有期間を通知しつつ、空チャネル構築法の MAC プロトコルとして、図 3 に示間外に滞在する外来 BSS に対しては媒体占有期間をしたものに加え、エリアオーナ BSS の所要 QoS に応通知しないように、仮想専用チャネル構築法におけるじて媒体占有期間を動的に制御するプロトコルも提案

守衛端末の NAV フレーム送信電力を決定する必要がする。提案手法（所要 QoS に応じた媒体占有期間の動ある。そこで、本稿では、仮想専用チャネル構築法に的制御）を用いた仮想専用チャネル構築法の MAC プ

おける守衛端末の NAV フレーム送信電力の設計指針

ロトコルを図 4(b)に示す。また、比較のため、媒体占の確立を目的として、NAV フレーム通知特性ならびに有期間を固定時間長とする仮想専用チャネル構築法

NAV フレームを傍受できなかった外来 BSS の割り込

（固定占有期間長）の MAC プロトコルを図 4(a)に示

み特性を解析的に明らかにし、その上で、NAV フレー

す。なお、これらの図では、図面の簡略化のため、単ムの通知性能を高める手法として、空間内に多数の守一のエリアオーナ BSS と単一の外来 BSS がプライベ

衛端末を分散配置し各守衛端末の送信電力を低減する

ート空間内で共存する場合を示している。提案手法で手法を導入することとした。

は、エリアオーナ BSS の所要 QoS に応じて媒体占有
4

TELECOM FRONTIER No.103 2019 SPRING

プライベート空間で運用される自営系無線 LAN 保護のための仮想専用チャネル構築技術
Periodic NAV Notification for Establishment of Virtual Private Channel in WLAN System

期間を設定することで、エリアオーナ BSS の所要 QoS

保持する外来 BSS が DCF 方式に則って周波数資源をを満足しつつ、外来 BSS を伝送可能な時間区間（図利用する。
図 4(a)(b)に示すように、固定占有期間長の仮想専用

4(b)の媒体開放期間）を設ける。
提案手法では、まず、守衛端末からの NAV フレー

チャネル構築法（図 4(a)）では、エリアオーナ BSS

ムの伝送に先立ち、媒体予約周期開始時点において、は、所要 QoS に関わらず、獲得し得る周波数資源を全媒体予約周期のうち、エリアオーナ BSS の所要 QoSて占有するように媒体占有期間を設定していたのに対を満足するために必要な媒体占有期間を算出する。媒し、動的占有期間長（図 4(b)）では、QoS 保証に必要

体予約期間では、空間内に分散配置された各守衛端末

最小な周波数資源を獲得できるよう媒体占有期間を設は、算出された媒体占有期間が記載された NAV フレ定する。媒体占有期間でエリアオーナ BSS は所要 QoSームを報知し、伝送空間内に滞在する外来 BSS に通知を満足するために必要な周波数資源を確保し、媒体占する。媒体予約期間が終了すると、従来手法同様、エ

有期間以降の時間では、エリアオーナにとって余剰なリアオーナ BSS のみが周波数資源を占有して伝送に周波数資源を外来 BSS が利用する。そのため、エリア

利用する媒体占有期間に移行する。媒体占有期間終了

オーナ BSS による周波数資源の過剰な占有や周波数

後、媒体予約周期が終了するまでの残りの時間を新た資源の浪費を回避し、エリアオーナ BSS の QoS を高に媒体開放期間として設け、伝送すべきトラヒックを確率で保証しつつ周波数資源の有効利用が期待される。

5

TELECOM FRONTIER No.103 2019 SPRING

プライベート空間で運用される自営系無線 LAN 保護のための仮想専用チャネル構築技術
Periodic NAV Notification for Establishment of Virtual Private Channel in WLAN System

以下、本稿では、下記の 3 つのシナリオを対象とし、

３．仮想専用チャネル構築法の性能評価

各シナリオでの特性評価結果から提案手法の有効性を３.１ 評価諸元と評価シナリオ検証する。各シナリオでのシステム構成と MAC プロ

本稿で提案する仮想専用チャネル構築法の有効性を検証するため、伝送性能を評価する。主な評価諸元をトコルの概念図を図 5 に示す。

表 1 に示す。エリアオーナ BSS および外来 BSS が、■ シナリオ 1：エリアオーナ BSS および外来 BSS のそれぞれ、1 つずつプライベート空間内に存在するも双方が既存無線 LAN の媒体アクセス制御方式であのとし、各 BSS は 1 台の AP と 1 台の STA で構成さる DCF 方式に則って周波数資源を共用する場合

れているものとする。また、プライベート空間内には■ シナリオ 2：媒体占有期間長が固定時間長である仮25 台の守衛端末が配置されているものとし、各守衛端

想専用チャネル構築法を用いた場合

末から送出される NAV フレームの受信電力は当該■ シナリオ 3：媒体占有期間長が動的に制御される仮NAV フレームを送出した守衛端末からの距離によっ

想専用チャネル構築法を用いた場合て減衰し、対数正規分布に従って変動するものとする。

また、一般に、無線 LAN では、制御フレームは最低伝送速度で伝送されることから、ある地点におけるNAV フレームの受信電力が IEEE 802.11 標準規格規定の最小受信感度を上回る場合、当該地点においてNAV フレームは誤りなく受信されるものとする。
エリアオーナの所要 QoS としては様々な設定基準が考えられるが、本特性評価では、エリアオーナ BSSの所要 QoS を“フルバッファ状態にある外来 BSS と共存する環境で、エリアオーナ BSS が BSS 内で生起するヒック量と等しいスループットを達成できること”とした。この場合、エリアオーナ BSS で生起するトラ
ヒック量を
ットを

(Mbps)、エリアオーナ BSS のスループ(Mbps)とすると、 =の関係が成立する状

態であれば、エリアオーナ BSS の所要 QoS を満足することとなる。
6

TELECOM FRONTIER No.103 2019 SPRING

プライベート空間で運用される自営系無線 LAN 保護のための仮想専用チャネル構築技術
Periodic NAV Notification for Establishment of Virtual Private Channel in WLAN System

３.３ スループット特性の評価（DCF 方式の場合）

３.２ 媒体占有期間長の評価
所要 QoS に応じて媒体占有期間を動的に制御する

前述のシナリオ 1 の場合、すなわち、エリアオーナ

仮想専用チャネル構築法では、媒体占有期間は、エリ

BSS および外来 BSS の双方が無線 LAN の既存の媒体

アオーナ BSS の所要 QoS 満足率、外来 BSS の伝送性

アクセス制御方式である DCF 方式に則って周波数資能、当該空間における周波数利用効率を支配する重要源を共有する場合を想定し、各 BSS のスループットをなパラメータである。そこで、まず、エリアオーナ BSS評価した。エリアオーナ BSS の生起トラヒック量と各の生起トラヒック量と平均媒体占有期間長の関係を評

BSS のスループットの関係を図 7 に示す。また、周波価し、その結果を図 6 に示す。

数利用効率を表す評価基準として、両 BSS の合計スループットも併せて示す。
図 7 より、まず、エリアオーナ BSS のスループッ
トに着目すると、エリアオーナ BSS の生起トラヒック
量が低い場合には、生起トラヒック量と等しいスルー
プットを達成し、所要 QoS を満足できている。しかし、トラヒック量が高くなるに従い、エリアオーナ BSSのスループットは飽和してしまい、所要 QoS を満足できなくなっている。
次に、外来 BSS のスループットを見ると、エリアオーナ BSS の生起トラヒック量が高くなるに従い、外来
BSS のスループットが低下し、エリアオーナ BSS と同程度のスループットとなっている。これは、無線
LAN の既存の媒体アクセス制御方式である DCF 方式

図 6 より、エリアオーナ BSS のトラヒックの増加

では、AP および端末群は均等に送信機会を獲得する

と共に、媒体占有期間が上限（30 ms）まで長期化すことに起因するものと考えられる。また、合計スルー

ることがわかる。媒体占有期間長が固定である仮想専プットを見ると、エリアオーナ BSS の生起トラヒック

用チャネル構築法では、エリアオーナ BSS で生起する量に関わらず、合計スループットは高くなっている。

トラヒック量の高低に関わらず、常に媒体占有期間長以上より、DCF 方式は周波数資源の有効利用という観の上限まで媒体を占有するのに対し、媒体占有期間長点では相応に高い性能が得られるものの、エリアオー

を動的に制御する手法では、エリアオーナ BSS の生起

ナ BSS の QoS 保証という観点では十分な方式ではな

トラヒック量がさほど高くない場合には、媒体占有期

いことを確認できる。

間が短縮化することを確認できる。固定媒体占有期間以上より、DCF 方式は周波数資源の有効利用という長（図 4(a)）の場合は、外来 BSS が伝送すべきトラ

観点では相応に高い性能が得られるものの、エリアオ

ヒックを保持している場合であっても、外来 BSS の伝

ーナ BSS の QoS 保証という観点では十分な方式では送を一切許容しないため、余剰な時間の周波数資源はないことを確認できる。

エリアオーナによって占有されるものの、情報伝送に３.４ スループット特性の評価（固定占有期間長のは利用されない周波数資源となる。一方、媒体占有期間を動的に制御する手法（図 4(b)）では、余剰な時間

仮想専用チャネル構築法の場合）の周波数資源は、外来 BSS の伝送に利用される。これ

次に、媒体占有期間長が固定時間長である仮想専用

により、エリアオーナ BSS の所要 QoS を満足しつつ、

チャネル構築法を用いた場合のスループットを評価し周波数利用効率の向上が期待される。

た結果を図 8 に示す。また、図 7 同様、周波数利用効率を表す評価基準として両 BSS の合計スループット
7

TELECOM FRONTIER No.103 2019 SPRING

プライベート空間で運用される自営系無線 LAN 保護のための仮想専用チャネル構築技術
Periodic NAV Notification for Establishment of Virtual Private Channel in WLAN System

も併せて示す。
まず、エリアオーナ BSS のスループットに着目すると、DCF 方式（図 7）に比べて、飽和スループットに至る直前の高い生起トラヒック量まで所要 QoS を満足できることがわかる。しかしながら、一方、外来 BSSのスループットを見ると、外来 BSS からの割り込みが一切排除されてしまっているため、外来 BSS は全く伝送できていない。その結果、合計スループットはエリアオーナ BSS のスループットと一致し、エリアオーナ
BSS の生起トラヒック量が低い場合、合計スループッ
トは低くなる、すなわち、エリアオーナによって占有されているものの伝送には利用されていない未使用の周波数資源が多く残されていることを確認できる。
以上より、媒体占有期間を固定時間長とする仮想専用チャネル構築法は、外来 BSS の割り込みを一切排除することで、エリアオーナ BSS の QoS を高確率で保証し得るものの、周波数利用効率の観点では十分な性能は得られないことがわかる。
３.５ スループット特性の評価（占有期間長を動的に制御する仮想専用チャネル構築法の場合）
最後に、エリアオーナ BSS の所要 QoS に応じて媒体占有期間長を動的に制御する仮想専用チャネル構築法を用いた場合のスループットを図 9 に示す。
まず、エリアオーナ BSS のスループットは、固定占有期間長の仮想専用チャネル構築法（図 8）同様、DCF
方式（図 7）に比較して、飽和スループットに至る直前まで所要 QoS を満足している。また、外来 BSS の
スループットに着目すると、エリアオーナ BSS の生起
トラヒック量が低い場合には、媒体占有期間が短くなるため外来 BSS のスループットが高く、エリアオーナ
BSS のトラヒックが高くなるに従い、媒体占有期間長が長くなるため、外来 BSS のスループットは低下している。固定占有期間長の仮想専用チャネル構築法では、
外来 BSS の割り込みを一切許容しないのに対し、媒体
占有期間長を動的に制御する手法では、エリアオーナ
BSS が使用しきれない余剰な時間帯で外来 BSS の伝送が可能になるため、エリアオーナ BSS の生起トラヒ
ック量に関わらず高い合計スループットが得られている。この結果から、媒体占有期間長を動的に制御する
8

TELECOM FRONTIER No.103 2019 SPRING

プライベート空間で運用される自営系無線 LAN 保護のための仮想専用チャネル構築技術
Periodic NAV Notification for Establishment of Virtual Private Channel in WLAN System

仮想専用チャネル構築法は、エリアオーナ BSS の QoSを高確率で保証すると同時に、アンライセンスバンドの周波数資源を有効に利用できる方式であるといえる。

[3] A. Malik, J. Qadir, B. Ahmad, K.-L. Alvin Yau, U.
Ullah, “QoS in IEEE 802.11-based wireless networks:
A contemporary review,” Journal on Netw. Comput.
Appl., vol. 55, pp. 24-46, Sept. 2015.
[4] S. Miyamoto, S. Sampei, W. Jiang, “Novel DCF-based
Multi-User MAC Protocol for Centralized Radio
Resource Management in OFDMA WLAN Systems,”
IEICE Trans. Commun., vol. E96-B, no. 9, pp.
2301-2312, Sept. 2013.

４．まとめ
通信トラヒックの急増に対し、アンライセンスバン
ドの周波数資源の有効活用が求められている。しかし、[5] D. J. Deng, S. Y. Lien, J. Lee, K. C. Chen, “On
Quality-of-Service Provisioning in IEEE 802.11ax
WLANs,” IEEE Access, vol. 4, pp. 6086-6104, Aug.
2016.

共存する他の無線ネットワークによって伝送性能が左右されてしまう無線 LAN では、ベストエフォート型
伝送での利用に留まらざるを得ない。アンライセンス
バンドの周波数資源のさらなる有効活用を図るために[6] T. Endo, S. Miyamoto, S. Sampei, W. Jiang, “Station
Clustering Strategy for DCF-based Centralized
OFDMA WLAN Systems,” Proc. of 2013 International
Conference on Connected Vehicles and Expo (ICCVE2013), pp. 343-349, Dec. 2013.

は、アンライセンスバンドにおいても QoS 保証伝送を可能とする技術の開発が必須である。
本稿では、プライベート空間において運用される無線 LAN を対象とし、仮想的にエリアオーナ専用チャネ[7] S. Miyamoto, S. Sampei, “Group-based Centralized
Radio Resource Management Strategies in Wireless
Local Area Networks,” 2014 URSI General Assemblyand Scientific Symposium, pp. 1-4, Aug. 2014.

ルを構築する仮想専用チャネル構築法を提案した。また、エリアオーナの所要 QoS を満足しつつ周波数資源の有効利用を図る手法として、エリアオーナ BSS の所[8] Z. J. Haas, J. Deng, “Dual Busy Tone Multiple Access(DBTMA) -a Multiple Access Control Scheme for Ad
hoc Networks,” IEEE Trans. Commun., vol. 50, pp.
975-985, June 2002.

要 QoS に応じて媒体占有期間を動的に制御する手法も併せて提案した。提案手法では、媒体予約周期開始時
点で、エリアオーナ BSS に属する AP および端末の送[9] P. Wang, H. Jiang, W. Zhuang, “A New MAC Scheme
Supporting Voice/Data Traffic in Wireless Ad Hoc
Networks,” IEEE Trans. Mobile Computing, vol. 7, pp.
1491-1503, Dec. 2008.

信バッファに蓄積されているデータフレーム数に基づいて媒体占有期間を決定することで、所要 QoS を満足するために必要最小な周波数資源の占有を試みる。余[10] A. A. Abdullah, L. Cai, F. Gebali, “Enhanced
Busy-Tone-Assisted MAC Protocol for Wireless Ad hoc
Networks,” IEEE Trans. Vehic. Technol., pp. 1-5, Sept.
2010.

剰な周波数資源を外来 BSS に開放することにより、エリアオーナ BSS の QoS を高確率で保証すると同時に、
周波数資源を有効に利用できることを明らかにした。

[11] Recommendation ITU-R P.1238-9, June 2017.

無線 LAN は、スマートグリッド、防犯・防災・非常用通信など様々な分野で利用されており、本稿で提案した帯域保証・遅延保証伝送を可能とする無線 LAN

関連文献の波及効果は大きいと期待される。

[1] Yukio Kojima, Shinichi Miyamoto, “DynamicallyControlled Transmission Standby in WLAN Systems,”
IEICE Communications Express, Article ID
2019XBL0028, Mar. 2019.

参考文献[1] IEEE 802.11-2016, Part 11: Wireless LAN Medium
Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)
Specifications, IEEE Std. 802.11, 2016.

[2] 藤澤健太, 宮本伸一,“無線 LAN 保護のための仮想専用チ
ャネル構築法における飽和スループットの理論解析,”
2019 年信学総大, B-5-127, Mar. 2019.

[2] S. Mangold, S. Choi, G. R. Hiertz, O. Klein, B. Walke,“Analysis of IEEE 802.11e for QoS support in wirelessLANs,” IEEE Wireless Commun., vol. 10, no. 6, pp.
40-50, Dec. 2003.

[3] 山田健志, 藤澤健太, 宮本伸一, “無線 LAN 保護のための仮想専用チャネル構築法における媒体予約期間通知領域 の 動 的 制 御 に 関 す る 一 検 討 ,” 2019 年 信 学 総 大 ,B-5-128 Mar. 2019.

9

TELECOM FRONTIER No.103 2019 SPRING

プライベート空間で運用される自営系無線 LAN 保護のための仮想専用チャネル構築技術
Periodic NAV Notification for Establishment of Virtual Private Channel in WLAN System[4] 相良智也，宮本伸一, “無線 LAN 保護のための仮想専用
チャネル構築法における媒体占有期間の動的制御の提案,”信学技報, RCS2018-265, pp. 133-138, Feb. 2019.
[5] Yukio Kojima, Shinichi Miyamoto, “Transmission
Standby based on Channel Conditions for Efficient
Use of Radio Resources in WLAN Systems,”Proc. of2018 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC
2018), pp. 165-16, Nov. 2018.
[6] 藤澤健太, 宮本伸一,“無線 LAN 保護のための仮想専用チ
ャネル構築法における媒体予約期間通知特性の解析,”信学技報, SRW2018-15, pp. 37-42, Aug. 2018.
[7] 淵辺悠太, 宮本伸一,“無線 LAN 保護のための仮想専用チ
ャネル構築法における所要 QoS に応じた集中管理型媒体アクセス制御方式,”信学技報, SRW2018-6, pp. 27-32,
June 2018.
[8] 藤澤健太, 淵辺悠太, 宮本伸一, “無線 LAN 保護のための仮想専用チャネル構築法における媒体予約周期に関する一検討,”2018 年信学総大, B-5-119, Mar. 2018.
[9] 相良智也, 淵辺悠太, 宮本伸一, “無線 LAN 保護のための仮想専用チャネル構築法における所要 QoS に応じた媒体占有期間の動的制御に関する一検討,” 2018 年信学総大,, B-5-120, Mar. 2018.
[10] 淵辺悠太, 宮本伸一, “プライベート空間にて運用される無線 LAN 保護のための仮想専用チャネル構築法における 集中管理型媒体アクセス制御方式,”2018 年信学総大, B-17-12, Mar. 2018.
[11] 淵辺悠太, 宮本伸一,“プライベート空間において運用される無線 LAN 保護のための漏洩同軸ケーブルを用いた
媒体予約方式,”信学技報, SRW2017-10, pp. 7-12, Aug.
2017.
12] 中沢雄介, 宮本伸一,“プライベート空間において運用される無線 LAN 保護のための媒体予約方式に関する一検討,”信学技報, SR2016-65, pp.53-58, Oct. 2016.

この研究は、平成２６年度ＳＣＡＴ研究助成の対象として採用され、平成２７～２９年度に実施されたものです。

10

TELECOM FRONTIER No.103 2019 SPRING