CN103518416B - 无线lan通信装置以及无线lan通信方法 - Google Patents

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Abstract

即使在相同级别的优先度类别中存在许多业务量的情况下，也避免该业务量中的分组的冲突，延迟量的增大，吞吐量的降低等。进行EDCA方式的优先控制的无线LAN通信装置（100）具备：判定访问类别的第一判定单元（101）、判定按访问类别的频段占有率的第二判定单元（102）、以及根据第一判定单元（101）和第二判定单元（102）的判定结果，将优先控制的参数按类别进行动态地变更的变更单元（103）。优选的是，变更单元（103）在类别是多个的情况下，如果频段占有率是第一频段占有率以上则执行第一最优化，另一方面，如果是第一频段占有率以下且第二频段占有率以上则执行第二最优化，在第一最优化和第二最优化中至少将优先控制的参数的CWmin和CWmax暂时仅增大规定值（α）。

Description

无线LAN通信装置以及无线LAN通信方法
技术领域
本发明涉及用于无线LAN系统中的无线LAN通信装置以及无线LAN通信方法，详细而言，涉及进行EDCA（Enhanced Distributed Channel Access：增强型分布式信道访问）方式的优先控制的无线LAN通信装置以及无线LAN通信方法。
背景技术
无线LAN系统以1对1连接的点对点模式（ad hoc mode）和将接入点作为中心的1对多连接的基础架构模式(Infrastructure Mode)的任何一个进行工作，特别是，在基础架构模式中，由于以多个终端共有一个传输信道（以下，仅称为信道），所以易发生数据的冲突，为了这个对策，在无线LAN系统中，在数据（分组）的发送之前，首先，进行如下的优先控制，确认信道的使用状况，若未使用，则等待规定的时间（AIFS）之后，在经过了规定的随机时间（也称为退避时间）后，将数据进行发送。
在该优先控制中，由于按各终端在经过了“随机的时间”后进行数据发送，所以难以发生同时发送，能大幅地减少数据的冲突频率。将“随机的时间”称为信道争用窗口（CW）。CW根据数据的再送次数进行变化，最小为CWmin，最大为CWmax。将这样的AIFS、CW（Cwmin、CWmax）等的信息称为频段控制参数、一般的QoS（Quality of Service：服务质量）参数等。
另一方面，无线LAN系统为了进行尽力服务（Best Effort）方式的通信，当通信拥挤时，特别是，音频、视频等的实时系统的通信易受影响，会产生音频的中断、视频的混乱。为此，在IEEE802.11e中，将无线区间的业务量分成4个级别的优先度（AC：AccessCategory；以下，仅称为类别），按每一类别设定适当的QoS参数。类别为“音频”（AC＿VO）、“视频”（AC＿VI）、“尽力服务”（AC＿BE）、“背景”（AC＿BK），优先顺序为AC＿VO＞AC＿VI＞AC＿BE＞AC＿BK。
据此，由于对音频、视频等的实时系统的数据（AC＿VO、AC＿VI），能给予比其它的数据（AC＿BE、AC＿BK）更优先的信道的使用权，所以不会产生音频的中断、视频的混乱等。
作为这样的进行按类别的优先控制的无线LAN通信装置的现有技术，熟知以下的技术。
＜第一现有技术＞
在专利文献1中记载有如下技术，即，通过将QoS参数（AIFS、CWmin、CWmax）进行动态地变更，实现了上行／下行比率的公平性。
＜第二现有技术＞
在专利文献2中公开有如下技术，即，在多个SSID的QoS参数中设定不同的CWmin、CWmax。
＜第三现有技术＞
在专利文献3中公开有如下技术，即，判断最优先类别（AC＿VO）的数据发送请求的妥当性，拒绝不妥当的数据发送请求。
＜第四现有技术＞
在专利文献4中公开有如下技术，即，针对AC＿VI中被分类的应用中的视频会议和视频流，进行适合于各个品质特性（业务量延迟的抑制、或者吞吐量特性的维持）的优先控制。
＜第五现有技术＞
在专利文献5中公开有如下技术，即，例如，在DASH装置（用于收集如ECG、心率和血压的患者监视数据而使用的装置）等的医院设备中，为了获得与基于患者监视要件的CITRIX装置（为了远程观察患者数据而使用的装置）不同的QoS必要条件，以满足涉及该特定节点（终端）的QoS阈值（在特定节点要求的最小信号吞吐量/电平、最大信号时间延迟等）的方式，将涉及该医院设备等的特定节点（终端）的MAC参数的至少一个的设定进行适应化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2005-12725号公报；
专利文献2：特开2006-211362号公报；
专利文献3：特开2007-74210号公报；
专利文献4：特开2007-235782号公报；
专利文献5：特开2009-296579号公报。
发明内容
本发明所要解决的问题
可是，就采用基于级别区分的优先控制方式的无线LAN系统而言，在相同级别的优先度类别中存在许多业务量的情况下，存在该业务量中的分组的冲突增加，并产生延迟量的增大、吞吐量的降低这样的问题。
第一现有技术是通过将QoS参数（AIFS、CWmin、CWmax）进行动态地变更，来实现上行／下行比率的公平性的技术，不能应付上述问题点。
另外，第二现有技术只不过是在多个SSID的QoS参数中设定不同的Wmin、CWmax的技术而已，同样不能应付上述问题点。
另外，第三现有技术是判断最优先类别（AC＿VO）的数据发送请求的妥当性的技术，同样不能应付上述问题点。
另外，第四现有技术是针对视频会议和视频流，进行适合于各个品质特性的优先控制的技术，同样不能应付上述问题点。
另外，第五现有技术是适用于特定用途发终端（例如，医院的设备）的专用技术，同样不能应付上述问题点。
因此，本发明的目的在于，即使在相同级别的优先度类别中存在许多业务量的情况下，也能避免该业务量中的分组的冲突、延迟量的增大、吞吐量的降低等。
用于解决问题的技术方案
本发明是一种无线LAN通信装置，其进行EDCA方式的优先控制，其特征在于，具备：第一判定单元，判定访问类别；第二判定单元，判定按访问类别的频段占有率；以及变更单元，根据所述第一判定单元和第二判定单元的判定结果，将所述优先控制的参数按类别进行动态地变更。
发明效果
根据本发明，即使在同一级别的优先度类别中存在许多业务量的情况下，也能避免该业务量中的分组的冲突、延迟量的增大、吞吐量的降低等。
附图说明
图1是实施方式的无线LAN系统的结构图；
图2是AP2的概略结构图；
图3是表示按类别的QoS参数的规定值（缺省值）的图；
图4是表示用于进行按类别的QoS参数的再设定的判定算法的顺序的图；
图5是无线LAN通信装置的结构图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式，一边参照附图一边进行说明。
图1是实施方式的无线LAN系统的结构图。在该图中，无线LAN系统1具备：至少1台AP（访问接入点）2、1台或多台STA（节点或终端）3。AP2经由路由器4连接于因特网等的网络5，AP2在与存在于规定的通信区域6的STA3之间进行基于无线的连接，并中继STA3与网络5之间的分组数据（以下，仅称为数据）的收发。
此外，虽然在该图中将AP2和路由器4分别进行了描绘，但也可以是一体型（路由器内置型的AP）。另外，STA3既可以是独立的设备，也可以是安装于个人计算机等中的内置型或外置型的设备或者是与其相当的电路、基板等。
图2是AP2的概略结构图。在该图中，AP2具备：无线接收部7、无线发送部8、数据缓冲器9、数据解析部10以及QoS控制部11。数据解析部10包括类别判定部12、频段占有率计算部13等，QoS控制部11包括按类别的QoS参数存储部，也就是说，包括：AC＿VO参数存储部14、AC＿VI参数存储部15、AC＿BE参数存储部16、AC＿BK参数存储部17。此外，此处，虽然将数据解析部10和QoS控制部11以方框图进行了表示，但这是为了图示的方便。实际上，通过CPU（计算机）、周边电路等的硬件要素与控制程序等的软件要素的有机的结合而功能性地实现。
无线接收部7接收来自存在于通信区域6的STA3的数据，无线发送部8对STA3发送数据。以下，将由无线接收部7接收的数据称为“上行数据”，将从无线发送部8发送的数据称为“下行数据”。
下行数据有将特定的STA3作为发送目的地的数据和不指定发送目的地的数据（所谓的广播）的二种类，将后者的下行数据称为信标（或信标信号）。AP2以规定的周期定期地发送信标。在信标中，除了包括AP2的识别名（ESS-ID）、认证方式等的连接信息之外，还包括按类别（AC＿VO，AC＿VI，AC＿BE，AC＿BK）的QoS参数。STA3捕捉该信标来判定连接目标的AP2，并且，进行认证方式、QoS参数的设定。此外，STA3的结构与AP2的结构类似。不同点在于STA3中不存在数据解析部10这一点和STA3的QoS控制部11以包含于来自AP2的信标中的QoS参数来改写QoS参数这一点。
数据缓冲器9暂时保持上行数据。数据解析部10基于数据缓冲器9中暂时保存的上行数据，进行数据的类别判定、频段占有率的计算等的数据通信要素的解析，将其解析结果输出到QoS控制部11，同时将解析的结束通知给数据缓冲器9。数据缓冲器9在解析的结束通知的基础上判断数据发送的定时，并且从无线发送部8发送暂时保存的数据。
QoS控制部11，根据来自数据解析部10的解析结果，基于后述的判定算法（参照图4），执行按类别的QoS参数的再设定，并将其结果存储于按类别的QoS存储部（AC＿VO参数存储部14、AC＿VI参数存储部15。AC＿BE参数存储部16、AC＿BK参数存储部17），同时将这些QoS参数从无线发送部8搭载于信标上进行发送。
图3是表示按类别的QoS参数的规定值（缺省值）的图。在该图中，AC是类别，CWmin是信道争用窗口（CW）的最小值，CWmax是信道争用窗口（CW）的最大值，AIFSN是帧发送间隔（AIFS：Arbitration Inter Frame Space）数,TXOP（Transmission Opportunity）Limit是发送权的占有时间。
如上所述，图示的QoS参数是由IEEE802.11e决定的规定值，虽然在QoS控制部11的按类别的QoS存储部（AC＿VO参数存储部14、AC＿VI参数存储部15、AC＿BE参数存储部16、AC＿BK参数存储部17）中，最初，储存有该规定值，但在本实施方式中，基于后述的判定算法，将该规定值进行动态地变更。
说明QoS参数的详细情况。
＜CW＞
CW是冲突避免控制期间（时间）。称为在数据发送开始时使用信道占线（使用中）的情况或将数据再送的情况下，为了避免与来自其它终端的数据发送的冲突，从使用信道变为未使用状态开始，等待数据发送仅随机的时间的期间。随机的时间是用于降低冲突的概率的时间，使用退避算法来决定。退避时间是通过随机数的值乘以固定时间来决定，将固定时间称为时隙。也就是说，为“退避时间＝随机数值×时隙”。随机数值是在0～CW的范围所生成的随机的整数（可变值），最小为CWmin，最大为CWmax。也就是说，为“CWmin≦CW≦CWmax”。CW的值每当帧进行冲突而再送时，就根据下式（1）以指数函数增加，在到达CWmax之后变为恒定的值。
CW＝（CWmin＋1）×2n -1（n为再送次数）････（1）
这样等待时间（退避时间）最短的终端能首先获得发送权，优先地发送帧。
＜AIFS＞
AIFS是帧发送间隔。由于帧发送间隔越短，退避算法的开始时间越早，所以作为结果，尾接指令的优先度变高。如前面说明的那样，在IEEE802.11e中为了QoS控制将发送数据区分为4个类别，通过变更各类别的AIFS时间来控制优先度。AIFS相当于IEEE802.11基本访问模式的DIFS（DCF IFS），由下式（2）定义。
AIFS＝AIFSN×aSlotTime＋SIFS････（2）
这里，AIFSN（AIFS数）是2以上的整数值。虽然aSlotTime（时隙时间）基于无线模式而不同，但如果是IEEE802.11b则为9μsec。SIFS（ShortIFS）也基于无线模式而不同，但在IEEE802.11b模式中为10μsec。在AIFSN＝2时，变为与DIFS（Distributed IFS：分布控制用帧间隔）相等。
＜TXOP Limit＞
TXOP Limit称为在AC得到发送权的情况下能占有的时间。虽然该时间越长则以一次得到的发送权越使更多的帧转送成为可能，但在另一方面存在损失AC的实时性的缺点。另外，并不是若优先度高则时间也长。虽然AC＿BE、AC＿BK是TXOP Limit＝0，但在该情况下，以1次的发送权仅能发送一个帧。
接着，说明按类别的QoS参数的再设定动作。
图4是表示用于进行按类别的QoS参数的再设定的判定算法的顺序的图。在该顺序中，首先，当在数据缓冲器9中暂时保存来自STA3的数据时（步骤S1），在数据解析部10，进行暂时保存的数据的类别判定、频段占有率的计算等的数据通信要素的解析（步骤S2），在解析结束之后，在QoS控制部11，进行QoS参数的再设定处理（步骤S3～步骤S10）。
＜基于频段占有率的分歧＞
首先，判定频段占有率是否为规定的第一频段占有率（CU＿h）以上（步骤S3）。在此，频段占有率是，在数据解析部10中数据通信要素的解析时，由频段占有率计算部13计算出的占有率。频段占有率相当于信标的QBSS Load字段的CU（Channel Utilization）字段中设置的值（CU值）。CU由载波侦听机构示出，CU值由IEEE802.11规定，以下式（3）被赋值。
CU值＝（（A／（B×C×1024））×255）････（3）
但是，A为“channel busy time”，B为“dot11ChannelUtilizationBeaconIntervals”，C为“dot11BeaconPeriod”。B的缺省值为50，C为信标期值。
根据式（3），CU值变为将频段占有率以0～255正规化后的值。例如，如果将占有率设为100％，则CU值变为255。第一频段占有率（CU＿h）是，与相当高的频段占有率（例如，70％程度）相当的CU值。
如果频段占有率不是规定的第一频段占有率（CU＿h）以上，也就是说，如果步骤S3的判定结果是NO，接下来，则判定频段占有率是否为比第一频段占有率（CU＿h）低的第二频段占有率（CU＿m）以上（步骤S7）。第二频段占有率（CU＿m）是，与少许高的频段占有率（例如，50％程度）相当的CU值。
以上，通过二个判定（步骤S3和步骤S7），得到如下的三个判定结果，即，第一频段占有率（CU＿h）以上的“高频段占有状态”、第一频段占有率（CU＿h）以下且第二频段占有率（CU＿m）以上的“中频段占有状态”、以及第二频段占有率（CU＿m）以下的“低频段占有状态”。
＜高频段占有状态的情况的处理＞
判定流过的业务量是否为多个类别（AC）的业务量（步骤S4）。然后，如果是多个类别的业务量，则进行第一最优化（步骤S5），如果不是多个类别的业务量，则进行第二最优化（步骤S6），无论哪种情况在最优化的执行之后，都要返回至步骤S1。关于第一最优化和第二最优化，之后进行说明。
＜中频段占有状态的情况的处理＞
同样，判定流过的业务量是否为多个类别（AC）的业务量（步骤S8）。然后，如果是多个类别的业务量，则进行第三最优化（步骤S9），如果不是多个类别的业务量，则进行第四最优化（步骤S10），无论哪种情况在最优化的执行之后，都要返回至步骤S1。关于第三最优化和第四最优化，之后进行说明。
＜低频段占有状态的情况的处理＞
在这种情况下，保持原样地返回至步骤S1。也就是说，不执行QoS参数的再设定处理。
接着，对第一～第四最优化进行说明。
＜第一最优化＞
第一最优化适用于CU值比第一频段占有率（CU＿h）大，并且，流过的业务量是多个类别（AC）的业务量的情况。在第一最优化中，将各类别（AC）的Cwmin和CWmax暂时设成仅规定值（α）大。由此，将CW的范围仅扩大α的量，增加随机性，避免冲突。此外，当从最初将CW取大时，由于基于再送的延迟变小所以看起来很不错，但退避部分的延迟会变大，所以这样的对策不是良策。另外，在该第一最优化中，针对AC＿VI、AC＿BE、AC＿BK，将AIFSN设定得比缺省值仅大规定值（例如＋1）。由此，期待将优先度高的业务量的发送机会提早的效果。
＜第二最优化＞
第二最优化适用于CU值比第一频段占有率（CU＿h）大，并且，流过的业务量不是多个类别（AC）的业务量的情况。在该第二最优化中，仅将流过的数据的类别（AC）的CWmin暂时设成仅规定值（α）大。由此，将CW的范围仅扩大α的量，增加随机性，避免冲突。
＜第三最优化＞
第三最优化适用于CU值在第一频段占有率（CU＿h）以下、第二频段占有率（CU＿m）以上的情况，并且，流过的业务量是多个类别（AC）的业务量的情况。在该第三最优化中，虽然与第一最优化一样将各类别（AC）的Cwmin和CWmax暂时设得大，但其增加量是比第一最优化的规定值（α）小的规定值（β）。由此，在某种程度上，扩大CW的范围，增加随机性，避免冲突。进而，与第一最优化一样，针对AC＿VI、AC＿BE、AC＿BK，将AIFSN设定得比缺省值仅大规定值（例如＋1）。由此，期待将优先度高的业务量的发送机会提早的效果。
＜第四最优化＞
第四最优化适用于CU值在第一频段占有率（CU＿h）以下、第二频段占有率（CU＿m）以上的情况，并且，流过的业务量不是多个类别（AC）的业务量的情况。在该第四最优化中，与第二最优化一样，虽然将仅流过的数据的类别（AC）的CWmin暂时设得大，但其增加量是比第二最优化的规定值（α）小的规定值（β）。
如上说明的那样，在本实施方式中，根据实际的按访问类别的频段占有率，区分为“高频段占有状态”、“中频段占有状态”、“低频段占有状态”的三个状态，同时针对有数据冲突的可能性的前者二个状态（高频段占有状态和中频段占有状态）的各个，进而，判定流过的业务量是否为多个类别（AC）的业务量，根据这些判定结果，选择地适用“第一最优化”、“第二最优化”、“第三最优化”以及“第四最优化”，由于做成了进行按类别（AC）的QoS参数的再设定，所以能实现以下的效果。
（1）由于根据连接的STA3的服务类别与频段占有率，将AP2中设定的QoS参数，进行动态地变更，例如，即使在相同级别的优先度类别中存在许多业务量的情况下，也能避免该业务量中的分组的冲突、延迟量的增大以及吞吐量的降低等。
（2）另外，在数据的冲突避免这一点上，虽然从最初将QoS参数（特别是CW）预先设定得大是可以的，但是，当这样做时，这次，会招致退避部分的延迟变大，数据转送的效率降低的不适，如本实施方式那样，如果根据连接的STA3的服务类别和频段占有率来动态地变更QoS参数，则不会招致这样的不适，而能避免数据的冲突。
（3）进而，由于通过判定哪个类别（AC）上的频段占有率多，能将按类别（AC）的QoS参数最优化，所以，例如，即使在特定的类别中业务量集中的情况下，能谋求该类别的QoS参数的合理化，并能避免不需要的冲突和再送。
附图标记的说明
2　 AP（无线LAN通信装置）；
3　 STA（无线LAN通信装置）；
11　 QoS控制部（变更单元）；
12　 类别判定部（第一判定单元）；
13　 频段占有率计算部（第二判定单元）；
100　无线LAN通信装置；
101　第一判定单元；
102　第二判定单元；
103　变更单元。

Claims (4)

1.一种无线LAN通信装置，进行增强型分布式信道访问EDCA方式的优先控制，其特征在于，具备：
第一判定单元，判定访问类别；
第二判定单元，判定按访问类别的频段占有率；以及
变更单元，根据所述第一判定单元和第二判定单元的判定结果，将所述优先控制的参数按类别动态地进行变更，
所述变更单元，在由所述第二判定单元判定的频段占有率是第一频段占有率以上的情况下，如果由所述第一判定单元判定的类别是多个，则执行将所述优先控制的参数的信道争用窗口的最小值CWmin和信道争用窗口的最大值CWmax双方暂时仅增大规定值α的第一最优化，此外，如果由所述第一判定单元判定的类别不是多个，则执行仅将所述优先控制的参数的CWmin暂时仅增大规定值α的第二最优化，
所述变更单元，在第一频段占有率以下且第二频段占有率以上的情况下，如果由所述第一判定单元判定的类别是多个，则执行将所述优先控制的参数的CWmin和CWmax双方暂时仅增大比第一最优化的规定值α小的规定值β的第三最优化，此外，如果由所述第一判定单元判定的类别不是多个，则执行仅将所述优先控制的参数的CWmin暂时仅增大比第二最优化的规定值α小的规定值β的第四最优化。
2.根据权利要求1所述的无线LAN通信装置，其特征在于，
在所述第一最优化中，针对“视频”AC＿VI、“尽力服务”AC＿BE、“背景”AC＿BK的各类别，将所述优先控制的参数的帧发送间隔数AIFSN设定得比缺省值仅大规定值。
3.根据权利要求1所述的无线LAN通信装置，其特征在于，
在所述第三最优化中，针对“视频”AC＿VI、“尽力服务”AC＿BE、“背景”AC＿BK的各类别，将所述优先控制的参数的AIFSN设定得比缺省值仅大规定值。
4.一种进行EDCA方式的优先控制的无线LAN通信方法，其特征在于，包括：
第一判定工序，判定访问类别；
第二判定工序，判定按访问类别的频段占有率；以及
变更工序，根据所述第一判定工序和第二判定工序的判定结果，将所述优先控制的参数按类别动态地进行变更，
在所述变更工序中，在通过所述第二判定工序判定的频段占有率是第一频段占有率以上的情况下，如果通过所述第一判定工序判定的类别是多个，则执行将所述优先控制的参数的CWmin和CWmax双方暂时仅增大规定值α的第一最优化，此外，如果通过所述第一判定工序判定的类别不是多个，则执行仅将所述优先控制的参数的CWmin暂时仅增大规定值α的第二最优化，
在所述变更工序中，在第一频段占有率以下且第二频段占有率以上的情况下，如果通过所述第一判定工序判定的类别是多个，则执行将所述优先控制的参数的CWmin和CWmax双方暂时仅增大比第一最优化的规定值α小的规定值β的第三最优化，此外，如果通过所述第一判定工序判定的类别不是多个，则执行仅将所述优先控制的参数的CWmin暂时仅增大比第二最优化的规定值α小的规定值β的第四最优化。
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