CN107852738B - 无线通信系统以及无线通信方法 - Google Patents

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Abstract

一种无线通信系统，在基于随机接入方式从无线基站向无线终端进行下行线路通信的情况下，基于无线基站所获取的发送权(TXOP接入)、或者无线终端获取并被转让给无线基站的发送权(RXOP接入)进行下行线路通信，无线基站具有控制单元，所述控制单元针对依次保存按照每个无线终端发送的数据帧的发送缓冲器，根据基于RXOP接入的以无线终端A为目的地的数据帧的发送状况，进行降低以该无线终端A为目的地的基于TXOP接入的发送等待数据帧的优先顺序的处理。

Description

无线通信系统以及无线通信方法
技术领域
本发明涉及在基于CSMA/CA(载波监听多路接入/冲突避免，Carrier SenseMultiple Access/Collision Avoidance)等随机接入方式进行通信的无线通信系统以及无线通信方法中从无线基站(接入点，Access Point，AP)向无线终端(台站，STAtion，STA)进行下行线路通信时的发送控制。
特别涉及AP基于AP获取的发送权或者STA获取并转让给AP的发送权进行发送时的发送缓冲器的调度控制。
背景技术
国际标准规格IEEE802.11标准的无线LAN(局域网，Local Area Network)系统的吞吐量(througput)每年提高，作为主要的无线接入之一而正在普及(非专利文献1)。无线LAN系统由于能够在免许可频带、即公共频带(Unlicensed band)中使用，因此多种多样的无线终端正在普及。特别是智能手机的普及明显增加了无线LAN系统的使用的机会。
无线LAN系统使用的频带、即公共频带被分配到2.4GHz频带、5GHz频带、60GHz频带。在微波频带的2.4GHz频带和5GHz频带中，无线LAN系统在日本国内能够使用的频带大约是500MHz。另外，在日本国外同等或者其以上的频带被分配为无线LAN系统能够使用的频带。另一方面，公共频带中的无线通信基于CSMA/CA等的随机接入方式进行，因此隐藏终端的问题成为较大的障碍。为了解决隐藏终端的问题，提出了使用RTS(请求发送，Request ToSend)/CTS(允许发送，Clear To Send)的流控制。
在这里，如图9所示，在作为发送节点的AP和作为接收节点的STA 1之间使用公共频带进行通信的区域中，存在两个无线LAN a和无线LAN b。AP存在于能够检测出一个无线LAN a的AP a以及STA a的无线信号的位置。STA 1存在于能够检测出一个无线LAN a的APa以及STA a的无线信号、并能够检测出另一个无线LAN b的AP b以及STA b的无线信号的位置。即，AP无法检测出无线LAN b的AP b和STA b的无线信号，从AP看时无线LAN b成为隐藏终端的关系。
在AP向STA 1发送用户数据之前，AP发送RTS帧，STA 1发送CTS帧。此时，无线LAN a的无线基站AP a以及无线终端STA a根据RTS帧或者CTS帧设定发送禁止时间(NAV)。另外，无线LAN b的无线基站AP b以及无线终端STA b根据STA 1发送的CTS帧设定NAV。由此，无线LAN a停止通信，并且从AP看成为隐藏终端的无线LAN b也停止通信，从而AP能够通过获取随机接入的发送权的无线信道向STA 1进行发送。
如此，在RTS帧与CTS帧的交换中，在存在无法从AP检测出的无线LAN b的无线信号的情况下，通过STA 1根据来自AP的RTS帧发送CTS帧来设定NAV，由此，能够消除隐藏终端问题而防止吞吐量的降低。
然而，在标准化组织3GPP中也开始了使用无线LAN的公共频带的蜂窝系统的讨论(非专利文献2)，目光集中在对公共频带的利用方法上。即，在蜂窝系统中，也讨论了按照公共频带的规格有效使用无线LAN的频带(公共频带)。在这里，记载为无线LAN，但也可以是在公共频带中通过随机接入而进行通信的任何通信系统。
例如在图9所示的状况下，在从AP向STA 1发送数据帧的情况下，考虑从AP看成为隐藏终端的无线LAN b的无线信号导致无线资源缺乏的环境，即总是被发送无线信号的环境。在该情况下，有时从AP发送的RTS帧冲突而未被STA 1接收、或者STA 1因被从无线LAN b设定的NAV而无法发送针对从AP发送的RTS帧的CTS帧，即使进行基于RTS/CTS的控制也存在吞吐量降低的问题。针对这样的问题，当STA 1没有检测出无线LAN a以及无线LAN b的无线信号时，分别设定NAV并获取发送权。然后，STA 1将所获取的发送权转让给AP，AP通过被转让的发送权发送数据帧，由此能够减轻AP中的隐藏终端的影响并改善从AP向STA 1的下行线路的吞吐量(非专利文献3)。
在先技术文献
非专利文献
非专利文献1：IEEE Std 802.11ac(TM)-2013,IEEE Standard for Informationtechnology-Telecommunications and information exchange between systems Localand metropolitan area networks-Specific requirements,Part 11:Wireless LANMedium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications,December2013；
非专利文献2：RP-140057,“On the primacy of licensed spectrum inrelation to the proposal of using LTE for a licensed-assisted access tounlicensed spectrum,”3GPP TSG-RAN#63,Mar.2014；
非专利文献3：R.Kudo,B.A.H.S.Abeysekera,Y.Takatori,T.Ichikawa,M.Mizoguchi,H.Yasuda,A.Yamada,Y.Okumura,“Channel access acquisition mechanismcoupled with cellular network for unlicensed spectrum,”in Proc.,VTC2015-Spring,May 2015。
发明内容
但是，在STA存在多个的情况下，从AP发送的用户数据的调度变得更加复杂。在图10中示出AP与3台STA 1～STA 3进行下行线路通信的状况。
AP与STA 1的关系是与图9同样的，AP能够检测无线LAN a的通信，STA 1能够检测无线LAN a以及无线LAN b的通信。因此，在从AP向STA 1的下行线路通信中，在AP获取发送权的方式(以下，称为“TXOP接入”)中，存在由于处于隐藏终端的关系的无线LAN b的通信状况而导致吞吐量降低的情况。另一方面，在当STA 1检测不出无线LAN a以及无线LAN b的无线信号时将所获取的发送权转让给AP的方式(以下，称为“RXOP接入”)中，可以期待吞吐量的改善。
STA 2位于无法检测出无线LAN a的通信以及无线LAN b的通信的位置。在AP向STA2进行TXOP接入的情况下，无线LAN b由于不处于隐藏终端的关系，因此不成为吞吐量降低的主要原因。另一方面，在AP相对于STA 2进行RXOP接入的情况下，由于从STA 2看无线LANa处于隐藏终端的关系，因此存在由于无线LAN a的通信状况而吞吐量降低的情况。
STA 3位于能够检测无线LAN b的通信但不能检测出无线LAN a的通信的位置。在AP对STA 3进行TXOP接入的情况下，与STA 1同样地，存在由于处于隐藏终端的关系的无线LAN b的通信状况而导致吞吐量降低的情况。另一方面，在AP对STA 3进行RXOP接入的情况下与STA 1不同，由于从STA 3看无线LAN a处于隐藏终端的关系，因此根据无线LAN a的通信状况而无法期待改善吞吐量。
如此，在从AP向STA的下行线路通信中，根据STA的位置，既存在如STA 2那样根据TXOP接入而能够期待良好的吞吐量的情况，也存在如STA 1那样根据RXOP接入而能够期待良好的吞吐量的情况。
图11示出以往的AP的发送缓冲器的状态。
在图11中，AP的发送缓冲器中的发送调度基本上基于FIFO(First-in，First-out，先入先出)等固定策略而进行。AP保持有以STA 1、STA 2为目的地的数据帧。AP中的以STA1、STA 2为目的地的数据帧的发送预定顺序为从最前头开始连续为：以STA 1为目的地的序列号n的数据帧、以STA1为目的地的序列号n+1的数据帧、以STA 2为目的地的序列号m的数据帧、以STA 1为目的地的序列号n+2的数据帧、以STA 2为目的地的序列号m+1的数据帧、以STA 1为目的地的序列号n+3的数据帧。在图11中，将以STA 1为目的地的序列号n的数据帧记载为STA1(n)，其他也同样地进行记载。
在这里，在AP对STA 1、STA 2进行TXOP接入的情况下，对于STA1的吞吐量降低，但对于STA 2的吞吐量改善。另一方面，在AP对STA1、STA 2进行RXOP接入的情况下，对于STA 1的吞吐量改善，但对于STA 2的吞吐量降低。如此，AP在TXOP接入和RXOP接入混合并用的情况下，有时在用户间发生吞吐量的不公平。另外，有时存在以一部分的STA为目的地的数据帧发送重复失败、系统吞吐量降低的情况。
本发明的目的在于，提供以下无线通信系统以及无线通信方法：在进行TXOP接入和RXOP接入的无线通信系统中，进行发送缓冲器的调度控制，以避免在用户间产生显著的吞吐量的不平等。
第一发明是一种无线通信系统，在基于随机接入方式从无线基站向无线终端进行下行线路通信的情况下，基于无线基站所获取的发送权(以下称为TXOP接入)、或者基于无线终端获取并转让给无线基站的发送权(以下称为RXOP接入)进行下行线路通信，无线基站具有控制单元，控制单元针对发送缓冲器，根据基于RXOP接入的以无线终端A为目的地的数据帧的发送状况，进行降低以该无线终端A为目的地的基于所述TXOP接入的发送等待数据帧的优先顺序的处理，其中，所述发送缓冲器依次保存按照每个所述无线终端发送的数据帧。
在第一发明的无线通信系统中，控制单元是以下构成：将以无线终端A为目的地的、从最前头开始的P个(P是正整数)数据帧向后方依次移动，进行降低以所述无线终端A为目的地的发送等待数据帧的优先顺序的处理。
在第一发明的无线通信系统中，控制单元是以下构成：将以无线终端A以外的无线终端为目的地的、从最前头开始的P个(P是正整数)数据帧向前方依次移动，进行降低以无线终端A为目的地的发送等待数据帧的优先顺序的处理。
在第一发明的无线通信系统中，控制单元是以下构成：将以无线终端A以外的无线终端为目的地的、从最前头开始的P个(P是正整数)数据帧移动到发送缓冲器的最前头，进行降低以无线终端A为目的地的发送等待数据帧的优先顺序的处理。
在第一发明的无线通信系统中，控制单元是以下构成：将以无线终端A为目的地的数据帧的移动位置以一定比例ρ拉开间距向后方移动，进行降低以无线终端A为目的地的发送等待数据帧的优先顺序的处理。
在第一发明的无线通信系统中，控制单元是以下构成：将基于所述RXOP接入的、以无线终端A为目的地的数据帧的发送成功作为契机，进行降低以无线终端A为目的地的发送等待数据帧的优先顺序的处理。
在第一发明的无线通信系统中，控制单元是以下构成：将基于RXOP接入的、以无线终端A为目的地的数据帧在发送缓冲器的最前头连续存在的时间长度超过预定值作为契机，进行降低以无线终端A为目的地的发送等待数据帧的优先顺序的处理。
在第一发明的无线通信系统中，控制单元是以下构成：将基于RXOP接入的、以无线终端A为目的地的数据帧的数或者数据帧的比特量超过预定值作为契机，进行降低以无线终端A为目的地的发送等待数据帧的优先顺序的处理。
第二发明是一种无线通信方法，在基于随机接入方式从无线基站向无线终端进行下行线路通信的情况下，基于无线基站所获取的发送权(以下称为TXOP接入)、或者无线终端获取并被转让给无线基站的发送权(以下称为RXOP接入)进行下行线路通信，无线基站针对发送缓冲器，根据基于RXOP接入的以无线终端A为目的地的数据帧的发送状况，进行降低以该无线终端A为目的地的基于所述TXOP接入的发送等待数据帧的优先顺序的处理，其中，所述发送缓冲器依次保存按照每个所述无线终端发送的数据帧。
本发明根据基于RXOP接入的以无线终端A为目的地的数据帧的发送状况，进行降低以无线终端A为目的地的基于TXOP接入的发送等待数据帧的优先顺序、提高以无线终端A以外的无线终端为目的地的基于TXOP接入的发送等待数据帧的优先顺序的处理，由此能够消除进行TXOP接入与RXOP接入的无线终端间的吞吐量的不均衡。
附图说明
图1是示出AP的发送缓冲器的调度控制例1的图；
图2是示出AP的发送缓冲器的调度控制例2的图；
图3是示出AP的发送缓冲器的调度控制例3的图；
图4是示出AP的发送缓冲器的调度控制例4的图；
图5是示出AP的发送缓冲器的调度控制例1’的图；
图6是示出AP的发送缓冲器的调度控制例2’的图；
图7是示出AP的发送缓冲器的调度控制例3’的图；
图8是示出AP的发送缓冲器的调度控制例4’的图；
图9是示出无线通信系统的下行线路通信的例1的图；
图10是示出无线通信系统的下行线路通信的例2的图；
图11是示出以往的AP的发送缓冲器的状态的图。
具体实施方式
(AP的发送缓冲器的调度控制例1)
图1示出本发明中的AP的发送缓冲器的调度控制例1。图1中的(1)示出控制前，图1中的(2)示出控制后。
在图1中，在AP的发送缓冲器中依次保存有以STA 1为目的地的序列号n的数据帧STA1(n)、以STA 1为目的地的序列号n+1的数据帧STA1(n+1)、以STA 2为目的地的序列号m的数据帧STA2(m)、以STA 1为目的地的序列号n+2的数据帧STA2(n+2)、以STA 2为目的地的序列号m+1的数据帧STA2(m+1)、以STA 1为目的地的序列号n+3的数据帧STA1(n+3)。AP每当基于TXOP接入或者RXOP接入获取发送权时，从最前头开始一个个地发送数据帧。
在基于本发明的发送缓冲器的调度控制中，其特点在于，根据基于RXOP接入的以STA为目的地的数据帧的发送状况，进行降低以该STA为目的地的基于TXOP接入的发送等待数据帧的优先顺序的处理。在这里，对降低基于TXOP接入的以STA 1为目的地的数据帧的优先顺序、提高以STA 2为目的地的数据帧的优先顺序的例子进行说明。
将降低优先顺序的以STA 1为目的地的最前头开始的P个数据帧向后方依次移动。在这里，示出P＝1的例子。将STA1(n)置换到STA1(n+1)的位置，将STA1(n+1)置换到STA1(n+2)的位置，将STA1(n+2)置换到STA1(n+3)的位置，将STA1(n+3)配置到末尾。
由此，能够降低以STA 1为目的地的发送等待数据帧的优先顺序，通过TXOP接入而优先地发送以STA 2为目的地的数据帧。
(AP的发送缓冲器的调度控制例2)
图2示出本发明中的AP的发送缓冲器的调度控制例2。图2中的(1)是控制前，图2中的(2)是控制后。
本实施例的特点在于，在与图1中的(1)同样的图2中的(1)的状况中，针对基于RXOP接入改善吞吐量的以STA 1以外的STA 2为目的地的数据帧，将从最前头开始的P个数据帧依次向前方移动。在这里，示出P＝1的例子。将STA2(m)移动到STA1(n+1)之前的位置，将STA2(m+1)移动到STA2(m)的位置。
由此，能够降低以STA 1为目的地的发送等待数据帧的优先顺序，并通过TXOP接入而优先发送以STA 2为目的地的数据帧。
(AP的发送缓冲器的调度控制例3)
图3示出本发明中的AP的发送缓冲器的调度控制例3。图3中的(1)示出控制前，图3中的(2)示出控制后。
本实施例的特点在于，在图1中的(1)同样的图3中的(1)的状况中，针对基于RXOP接入改善吞吐量的以STA 1以外的STA 2为目的地的数据帧，将从最前头开始的P个数据帧移动到发送缓冲器的最前头。在这里，示出P＝1的例子。STA2(m)变为最前头，STA1(n)、STA1(n+1)在其后往后排列。由此，能够降低以STA 1为目的地的发送等待数据帧的优先顺序，通过TXOP接入优先地发送以STA 2为目的地的数据帧。
(AP的发送缓冲器的调度控制例4)
图4示出本发明中的AP的发送缓冲器的调度控制例4。图4中的(1)示出控制前，图4中的(2)示出控制后。
本实施例的特点在于，在与图1中的(1)同样的图4中的(1)的状况下，针对基于RXOP接入改善吞吐量的、以STA 1以外的STA 2为目的地的数据帧，将移动位置以一定比例ρ拉开间距向后方移动。在这里，示出ρ＝0.5的例子。STA1(n)与STA1(n+2)的移动位置成为拉开间距的对象，将STA1(n)移动到STA1(n+1)的位置，将STA1(n+1)移动到STA1(n+3)的位置，将STA1(n+2)移动到其后面。
由此，能够降低以STA 1为目的地的发送等待数据帧的优先顺序，并能够通过TXOP接入优先地发送以STA 2为目的地的数据帧。
在以上示出的控制例1～4中，针对通过RXOP接入改善吞吐量的STA1，降低TXOP接入的发送机会的优先顺序，由此能够提高通过RXOP接入没有改善吞吐量的其他的STA 2的吞吐量。
另外，以上示出的控制例1～4以从AP向STA 1的以下的发送状况为触发来执行。
实例1是基于STA 1的RXOP接入的开始、执行的触发。AP将针对STA 1进行RXOP接入的决定、针对STA 1进行RXOP接入的通知、来自STA 1的RXOP接入的开始通知作为触发，执行控制例1～4。或者，将这些作为触发，可以每隔以下一定时间执行控制例1～4。
实例2是基于STA 1通过RXOP接入进行的发送成功的触发。AP将基于RXOP接入的分组发送成功、基于RXOP接入的分组发送成功率满足固定值、通过RXOP接入发送的分组数/比特量满足固定值作为条件，在满足这些条件的情况下执行控制例1～4。
实例3是基于STA1通过TXOP接入进行的发送等待分组的触发。AP将发送等待分组中想要降低优先顺序的STA 1的分组存在于最前头的时间作为参数来执行控制例1～4。例如，AP将想要降低优先顺序的STA 1的分组存在于最前头的时间、在存在于最前头的期间获取接入权的次数、在最前头连续存在的分组的数量作为条件，执行控制例1～4。
在这里，实例1和实例3能够通过上述的发送缓冲器的调度控制例1～4进行说明，实例2能够将通过RXOP接入而STA的数据帧发送成功的情况设为触发。以下对实例2中的控制例进行说明。
图5～图8的调度控制例1’～调度控制例4’与图1～图4的调度控制例1～调度控制例4对应。
在图5中，将通过RXOP接入、以STA 1为目的地的序列号n的数据帧STA1(n)被正常发送设为触发。在调度控制例1’中，将以STA 1为目的地的、从最前头开始的P个数据帧向后方依次移动。在这里，示出P＝1的例在。将STA1(n+1)置换到STA1(n+2)的位置，将STA1(n+2)置换到STA1(n+3)的位置，将STA1(n+3)配置在末尾。其结果是，以STA2为目的地的序列号m的数据帧STA2(m)变为发送缓冲器的最前头。
在图6中，将通过RXOP接入、以STA1目的地的序列号n的数据帧STA1(n)被正常发送的情况设为触发。在调度控制例2’中，将以STA 2为目的地的、从最前头开始的P个数据帧向前方依次移动。在这里，示出P＝1的例子。将STA2(m)移动到STA1(n+1)前的位置，将STA2(m+1)移动到STA2(m)的位置。其结果是，以STA 2为目的地的序列号m的数据帧STA 2(m)变为发送缓冲器的最前头。
在图7中，将通过RXOP接入、以STA 1为目的地的序列号n的数据帧STA1(n)被正常发送的情况设为触发。在调度控制例3’中，将以STA2为目的地的、从最前头开始的P个数据帧向发送缓冲器的最前头移动。在这里，示出P＝1的例子。STA2(m)变为最前头，STA1(n+1)在其后往后排列。
在图8中，将通过RXOP接入、以STA 1为目的地的序列号n的数据帧STA1(n)被正常发送的情况设为触发。在调度控制例4’中，将以STA1为目的地的数据帧的移动位置以一定比例ρ拉开间距向后方移动。在这里，示出ρ＝0.5的例子。STA1(n+1)与STA1(n+3)的移动位置成为拉开间距的对象，将STA1(n+1)移动到STA1(n+2)的位置，将STA1(n+2)移动到STA1(n+3)之后的位置，将STA1(n+3)移动到其后面。
符号说明
AP无线基站
STA无线终端。

Claims (9)

1.一种无线通信系统，其特征在于，
在基于随机接入方式从无线基站向无线终端进行下行线路通信的情况下，基于无线基站所获取的发送权、或者基于无线终端获取并转让给无线基站的发送权进行下行线路通信，其中，将无线基站获取发送权称为TXOP接入，将无线终端获取发送权并转让给无线基站称为RXOP接入，
所述无线基站具有：
发送缓冲器，按照发送顺序依次保存要向多个无线终端发送的数据帧；以及
控制单元，所述控制单元针对所述发送缓冲器，根据基于所述RXOP接入的以无线终端A为目的地的数据帧的发送状况，进行降低以该无线终端A为目的地的基于所述TXOP接入的发送等待数据帧的优先顺序的处理。
2.如权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，
所述控制单元是以下构成：将以所述无线终端A为目的地的、从最前头开始的P个数据帧向后方依次移动，进行降低以所述无线终端A为目的地的发送等待数据帧的优先顺序的处理，其中，P为正整数。
3.如权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，
所述控制单元是以下构成：将以所述无线终端A以外的无线终端为目的地的、从最前头开始的P个数据帧向前方依次移动，进行降低以所述无线终端A为目的地的发送等待数据帧的优先顺序的处理，其中，P为正整数。
4.如权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，
所述控制单元是以下构成：将以所述无线终端A以外的无线终端为目的地的、从最前头开始的P个数据帧移动到所述发送缓冲器的最前头，进行降低以所述无线终端A为目的地的发送等待数据帧的优先顺序的处理，其中，P为正整数。
5.如权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，
所述控制单元是以下构成：将以所述无线终端A为目的地的数据帧的移动位置以一定比例ρ拉开间距向后方移动，进行降低以所述无线终端A为目的地的发送等待数据帧的优先顺序的处理。
6.如权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，
所述控制单元是以下构成：将基于所述RXOP接入的、以所述无线终端A为目的地的数据帧的发送成功作为契机，进行降低以所述无线终端A为目的地的发送等待数据帧的优先顺序的处理。
7.如权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，
所述控制单元是以下构成：将基于所述RXOP接入的、以所述无线终端A为目的地的数据帧在所述发送缓冲器的最前头连续存在的时间长度超过预定值作为契机，进行降低以所述无线终端A为目的地的发送等待数据帧的优先顺序的处理。
8.如权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，
所述控制单元是以下构成：将基于所述RXOP接入的、以所述无线终端A为目的地的数据帧的数量或者数据帧的比特量超过预定值作为契机，进行降低以所述无线终端A为目的地的发送等待数据帧的所述优先顺序的处理。
9.一种无线通信方法，其特征在于，
在基于随机接入方式从无线基站向无线终端进行下行线路通信的情况下，基于无线基站所获取的发送权、或者无线终端获取并被转让给无线基站的发送权进行下行线路通信，其中，将无线基站获取发送权称为TXOP接入，将无线终端获取发送权并转让给无线基站称为RXOP接入，
所述无线基站具有发送缓冲器，所述发送缓冲器按照发送顺序依次保存要向多个无线终端发送的数据帧，所述无线基站针对所述发送缓冲器，根据基于所述RXOP接入的以无线终端A为目的地的数据帧的发送状况，进行降低以该无线终端A为目的地的基于所述TXOP接入的发送等待数据帧的优先顺序的处理。
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