JP2004112780A - 無線送受信機、ＱｏＳ制御装置および送信データのＱｏＳ制御方法 - Google Patents

Abstract

　【課題】　無線区間への情報伝送速度が可変となる適応変調方式の無線送受信機において、ＱｏＳ制御によるデータ送信の遅延時間を短縮し、データスループットを向上する。
　【解決手段】　送信データをＱｏＳ順に出力するＱｏＳ制御部１１を有する無線送受信機において、無線区間の情報伝送速度に応じてＱｏＳ制御モードを切替え、無線区間の情報伝送速度が閾値以上の時は、送信データのＱｏＳ制御を省略し、データ入力順に送信データを変調部に供給する。
【選択図】　図１

Description

　本発明は無線送受信機に関し、更に詳しくは、無線送受信機における送信データのＱｏＳ制御方法およびＱｏＳ制御装置に関する。

　近年、インターネットや低コストなＩＰ通信網の普及に伴って、ネットワークのＩＰ化が進んでいる。ＩＰネットワークにおいては、データはＩＰプロトコルに従って送信元から宛先に届けられる。ＩＰは、ＯＳＩ参照モデルにおけるネットワーク層（第３層）のプロトコルであり、その上位プロトコルとして、トランスポート層（第４）にＴＣＰ（Transmission Control Protocol）やＵＤＰ（User Datagram Protocol）がある。ＴＣＰやＵＤＰは、ＩＰとアプリケーションプログラムとを仲介をする役目を担っている。ＩＰの下位プロトコルとしては、データリンク層（第２層）、物理層(第１層)のプロトコルがあり、例えば、ＩＥＥＥ８０２．３で規定されたイーサネット（登録商標名）や、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定されている無線ＬＡＮがある。

　無線ＬＡＮ技術は、加入者網を無線により実現する無線アクセスにも適用されており、ＩＰネットワークでは、無線系と有線系に跨り様々なアプリケーション（例えば、ＷＥＢアクセス、ＩＰ電話、テレビ会議など）が実行可能となっている。アプリケーションには、動画配信やＩＰ電話のようにリアルタイム性が要求されるアプリケーションと、例えば、ファイルデータのダウンロードのようにリアルタイム性が要求されないアプリケーションとがある。

　また、ＩＰネットワークでは、音声や動画のようにタイムクリティカルなデータを宛先装置に一定時間内に届けるため、ネットワーク内で送信データをトラフィックタイプ毎にクラス分けし、各ノード装置でトラフィックのＱｏＳ（Quality of Service）を考慮してデータ転送する優先（ＱｏＳ）制御が適用されている。ＩＰネットワークにおけるＱｏＳ制御技術としては、例えば、ネットワーク層レベルにおけるＭＰＬＳやＤｉｆｆＳｅｒｖ、データリンク層レベルにおけるＩＥＥＥ８０２．１Ｄが知られている。

　ＭＰＬＳに関しては、例えば、E.Rosen 等による「Multiple Protocol Label Switching Architecture」、RFC3031、Junuary 2001、Ｐ８−１１（非特許文献１）に記載されている。また、ＤｉｆｆＳｅｒｖに関しては、例えば、S.Blake等による「An Architecture for Differentiated Service」、RFC2475、December 1998、ｐ１０−１８（非特許文献２）に記載されている。

　ＩＥＥＥ８０２．１Ｄは、有線ＬＡＮにおけるＱｏＳ制御技術であり、例えば、イーサネットフレームのヘッダ部に優先度表示ラベルを付加しておき、各ブリッジ装置が、上記優先度に従って転送フレームをキューイングすることよりＱｏＳ制御を実現する。ＩＥＥＥ８０２．１Ｄでは、例えば、図１３の優先度区分に示すように、トラフィックを「Network Control」、「Voice」、「Video」、「Controlled Load」、「Excellent Effort」、「Best Effort」、「Background」の７つのタイプ３１１に分け、トラフィック毎の優先度３１２を規定している。

　Network Controlは、ネットワーク環境を維持するために必要なトラフィックであり、最も高い優先度「７」で取り扱われている。遅延時間やジッタに制限があるVoiceとVideoは、Network Controlの次に高い優先度「６」、「５」で扱われる。以下、Controlled Load、Excellent Effort、Best Effort、Backgroundの順に優先度が設定され、メールやＷＥＢアクセス等の通常のＬＡＮトラフィックはBest Effortに対応付けられている。

　一方、無線通信では、無線区間の状況が良ければ高速度で通信し、無線環境が劣化した場合は、低速度で通信する適応変調方式が提案されている。これらの技術については、例えば、Toyoki Ue等による「Symbol Rate and Modulation Level-Controlled Adaptive Modulation/TDMA/TDD System for High-Bit-Rate Wireless Data Transmission」、IEEE Transaction on Vehicular Technology、Vol. 47、November 1998（非特許文献３）、特開平１０−９３６５０号公報（特許文献１）、特開２００２−２９０２４６号公報（特許文献２）、特開２００２−１９９０３３号公報（特許文献３）に開示されている。

　無線区間通信に適応変調方式を採用した通信システムでは、無線区間の状況に応じて情報伝送速度が変動する。従って、無線区間の情報伝送状態が変化しても必要なネットワーク環境が維持できるようなＱｏＳ制御技術が必要になってくる。

特開平１０−９３６５０号公報

特開２００２−２９０２４６号公報 特開２００２−１９９０３３号公報 「Multiple Protocol Label Switching Architecture」、RFC3031、Junuary 2001、Ｐ８−１１ 「An Architecture for Differentiated Service」、RFC2475、December 1998、ｐ１０−１８ 「Symbol Rate and Modulation Level-Controlled Adaptive Modulation/TDMA/TDD System for High-Bit-Rate Wireless Data Transmission」、IEEE Transaction on Vehicular Technology、Vol. 47、November 1998

　無線区間に適応変調方式を採用した無線通信システムに、上述した有線ＬＡＮに使用される従来のＱｏＳ制御を適用した場合、送信側無線機で、送信データまたはヘッダに付加されたラベル情報を読取り、各送信データを上記ラベル情報に従ってクラス分けする処理が発生する。この場合、送信データのクラス分け処理に時間を要するため、データ送信の遅延時間が増大し、スループットが低下するという問題がある。

　無線区間の情報伝送速度が送信側無線機に供給される送信データの伝送速度よりも大きければ、無線機内では、原則として送信データに待ち時間が発生しない。しかしながら、従来のＱｏＳ制御は、出力回線上への送信待ち時間の発生を前提として、全ての送信データについてクラス分けを実行する構成となっているため、ＱｏＳ制御部に高速の処理回路が必要となり、装置コストが高くなるという問題がある。

　本発明の目的は、ＱｏＳ制御によるデータ送信の遅延時間を短縮し、データスループットを向上できる無線送受信機用のＱｏＳ制御方法および制御装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、ＱｏＳ制御によるデータ送信の遅延時間を短縮し、データスループットを向上できる無線送受信機を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、ＱｏＳ制御を採用してデータ送信の遅延時間を短縮し、データスループットを向上した適応変調方式の無線送受信機を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明による無線送受信機用のＱｏＳ制御装置は、ＱｏＳを考慮した順序で送信データを無線送受信機の変調部に供給するＱｏＳ制御部と、無線区間の情報伝送状態に応じて送信データのＱｏＳ制御の要否を判定する上記ＱｏＳ制御部に接続された判定部とを有し、上記ＱｏＳ制御部による送信データのＱｏＳ制御が無線区間での情報伝送状態に応じて選択的に実行されるようにしたことを特徴とする。

　本発明の特徴の１つは、ＱｏＳ制御部が、送信データを入力順に出力する第１動作モードと、送信データをＱｏＳを考慮した順序で出力する第２動作モードと有し、無線区間での情報伝送状態に応じて上記第１、第２動作モードの切替えを可能にしたことにある。
本発明の他の特徴は、ＱｏＳ制御部が、無線区間の情報伝送速度を所定の閾値と比較する比較部を有し、無線区間の情報伝送速度が所定の閾値より低い場合、ＱｏＳ動作モードを上記第２動作モードに切替え、無線区間の情報伝送速度が所定の閾値以上となった時、上記第１動作モードに切替えるようにしたことにある。

　本発明の更に他の特徴は、上記ＱｏＳ制御部が複数のＱｏＳ制御モードを有し、無線区間の情報伝送速度に応じて、送信データに適用すべきＱｏＳ制御モードを切替えることにある。
本発明の更に他の特徴は、上記ＱｏＳ制御部が、無線区間の情報伝送速度の範囲と送信データに適用すべきＱｏＳ制御モードとの関係を定義したＱｏＳ制御モードテーブルを備え、該ＱｏＳ制御モードテーブルを参照して、送信データに適用すべきＱｏＳ制御モードを無線区間の情報伝送速度に応じて決定することにある。

　本発明の更に他の特徴は、上記ＱｏＳ制御部が、上記ＱｏＳ制御モードテーブルで定義された特定のＱｏＳ制御モードと対応して用意された優先度判定テーブル（クラス分けテーブル）を備え、該クラス分けテーブルは、各送信データに含まれる特定のヘッダ情報の値と対応して送信データのクラスを定義しており、上記ＱｏＳ制御部が、上記クラス分けテーブルを参照して、上記特定のＱｏＳ制御モードにおける送信データのクラスを決定するようにしたことにある。

　本発明の１実施例によれば、無線区間の情報伝送速度が所定閾値以上の時は、送信データに対するＱｏＳ制御処理が省略されるため、ＱｏＳ制御部における伝送遅延を最小化したデータ送信が可能となり、データスループットを改善できる。また、高速度を要するＱｏＳ制御処理を省略したことによって、無線送信機を比較的安価なハードウェア構成とすることが可能となる。

　本発明の１実施例によれば、送信データに対するＱｏＳ制御は、無線区間の情報伝送速度が所定閾値より低下した時に実行される。この場合、無線送信回路への送信データの供給には時間的な余裕が生まれるため、ＱｏＳ制御処理による伝送遅延がスループットに与える影響は少ない。また、上記時間的な余裕は、無線区間の情報伝送速度が低下するに従って大きくなるため、ＱｏＳ制御部に複数のＱｏＳ制御モードを持たせ、伝送速度が低下するに従って複雑なＱｏＳ制御を適用するように、無線区間の情報伝送状態に応じてＱｏＳ制御モードを切替えたＱｏＳ制御も可能となる。

　本発明によれば、無線区間での情報伝送状態に応じてＱｏＳ制御の要否を判定し、ＱｏＳ制御を選択的に実行するようにしているため、ＱｏＳ制御を常時実行する従来方式に比較して、送信データの伝送遅延時間を短縮し、スループットを向上できる。また、ＱｏＳ制御モードテーブルを使用し、無線区間での情報伝送状態に応じて適用すべきＱｏＳ制御モードを変更する方式を採用すれば、無線環境に柔軟に対応したデータ伝送が可能となる。

　以下、本発明の１実施例について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による無線送受信機の１実施例を示すブロック構成図である。
無線送受信機は、データ入出力部１０と、本発明の主要部となるＱｏＳ制御部１１と、該ＱｏＳ制御部１１からＱｏＳ制御された送信データを受け取るアクセス制御部１２と、変復調部１３、ＲＦ部１４、アンテナ部１５と、内部バス１６および制御部２０から構成される。上記変復調部１３には、無線区間の状況によってデータ送信速度を可変にする適応変調方式のものが採用される。

　ＱｏＳ制御部１１は、データ入出力部１０から供給される送信データに対して、変復調部１３から信号線Ｌ１３を介して入力される無線区間の情報伝送速度に応じた選択的なＱｏＳ制御を実行し、信号線Ｌ１１を介して送信データをアクセス制御部１２に出力する。上記送信データは、アクセス制御部１２から変復調部１３に出力され、変復調部１３で変調された後、ＲＦ部１４で無線周波数に変換され、アンテナ部１５から無線区間に送信される。

　一方、アンテナ部１５から受信された無線信号は、ＲＦ部１４で周波数変換された後、変復調部１３で復調され、受信データとしてアクセス制御部１２に入力される。上記受信データは、アクセス制御部１２から内部バス１６を介してデータ入出力部１０に転送され、受信情報として出力される。

　制御部２０は、上記無線送受信機の全体を制御する。ここでは、制御部２０と、ＱｏＳ制御部１１、アクセス制御部１２をそれぞれ個別の要素として示したが、ＱｏＳ制御部１１とアクセス制御部１２を一体化し、各制御部の機能を１つのプロセッサ上で実行されるソフトウェアによって実現しても良いし、制御部（プロセッサ）２０上で実行されるソフトウェアによって実現してもよい。

　アクセス制御部１２は、例えば、IEEE Standard 802.11aの§17.3.2 PLCP Frame Formatで規定されたフォーマットの送信データを生成するように構成すればよい。ＰＬＣＰフレームフォーマットでは、例えば、図１５に示すように、シグナルフィールドに設定されるレート（Rate）ビットによって、データフィールドの伝送速度（変調方式）を規定している。尚、シグナルフィールドは固定レートで送信される。

　図２は、ＱｏＳ制御部１１の詳細図を示す。
ＱｏＳ制御部１１は、データ入出力部１０から供給される送信データを一時的に保持するためのバッファメモリ１１１と、優先度決定処理部（クラス分け処理部）１１０と、クラス別の送信キュー１１２−０〜１１２−ｎが形成された送信バッファメモリ１１２と、上記送信バッファメモリ１１２から予めＱｏＳを考慮して設定された順序で送信データを読み出し、信号線Ｌ１１を介してアクセス制御部１２に出力する読出し制御部１１３と、クラス分け処理部１１０と読出し制御部１１３が参照するＱｏＳ制御情報テーブル用のメモリ３０とからなっている。

　図３は、クラス分け処理部１１０の動作（クラス分け処理１１１０）を示すフローチャートである。
クラス分け処理部１１０は、バッファメモリ１１１に送信データが到着したか否かを判定（ステップ１１１１）しており、送信データが到着すると、変復調部１３から信号線Ｌ１３を介して入力される無線区間の情報伝送速度ｘをチェックする（１１１２）。無線区間情報伝送速度ｘが所定の閾値Ａ以上の場合は、ＱｏＳ制御処理を省略し、送信データをデフォルトの送信キュー１１２−０に格納（キューイング）する（１１１５）。ここで、閾値Ａは、例えば、データ入出力部１０にから入力される送信データの最大伝送レートを示し、伝送速度ｘ≧閾値Ａは、送信バッファ１１２内の送信データに輻輳（待ち時間）が発生しない状態を意味している。

　本発明では、無線区間情報伝送速度ｘが閾値Ａよりも小さい場合、すなわち、送信データに輻輳が発生する場合にのみ、ＱｏＳ制御を実行する。この場合、クラス分け処理部１１０は、ＱｏＳ制御情報テーブルメモリ３０を参照して送信データのクラスｐを決定し（１１１３）、送信データをクラスｐと対応する送信キュー１１２−ｐに格納する（１１１４）。１つの送信データを送信キュー１１２−０または１１２−ｐに格納すると、ステップ１１１１に戻り、次の送信データについて同様の動作を繰り返す。

　尚、本実施例では、相手局とは独立してＱｏＳ制御を実行している。この場合、無線区間の情報伝送速度Ｘは、例えば、図１では省略された伝播路推定手段（図１６に示す伝播路推定部１１−１）で選択した変調方式から導出される。変調方式が推定されると、後述する図１９に示す受信レベル−変調方式対応テーブルから、情報伝送速度Ｘを求めることができる。但し、ＱｏＳ制御は、相手局に従って行なうようにしてもよい。この場合、例えば、受信データに含まれる情報伝送速度Ｘから、自局で採用すべき情報伝送速度と変調方式を決定すればよい。

　図４は、読出し制御部１１３の動作（読出し制御処理１１３０）を示すフローチャートである。
読出し制御部１１３は、アクセス制御部１２から信号線Ｌ１２に出力されるイネーブル信号の状態から、データの送信が可能か否かを判定し（ステップ１１３１）、データ送信が可能な状態であれば、送信バッファメモリ１１２の高優先度の送信キューから順に送信データを読出し、信号線Ｌ１１を介してアクセス制御部１２に出力する（１１３２）。

　送信データをクラス毎に保証された帯域で読み出す方式として、例えば、トークンバケット（Token Bucket）方式が知られている。この方式は、送信キュー毎に帯域に応じたトークンを与え、トークンの存在期間中にデータの送信を可能とするものである。トークンは、一定時間毎に保証帯域に応じて補給され、データの送信量に応じて消費される。読出し制御部１１３は、ＱｏＳ制御情報テーブルメモリ３０のクラス別帯域割当てメモリ領域を一定時間毎に参照し、上述したトークンの補給と、データ読出しに伴うトークン消費のための処理を行う。

　本発明において、図３のステップ１１１３で実行するクラス分け処理は、例えば、前述したＩＥＥＥ８０２．１Ｄで規定された方法に従って行うことができる。クラス分け処理部１１０は、送信データまたはそのヘッダ部に含まれる優先度表示ラベルを読取り、各送信データの優先度ｐを決定し、優先度に対応したクラスの送信キュー１１２−ｐに送信データをキューイングする。但し、この方法は、全ての送信データに優先度表示ラベルが付加されていることが前提となるため、もし送信データに優先度表示ラベルが付加されていなければ、ＱｏＳ制御を実行することができない。

　そこで、本発明の１実施例では、送信データのヘッダ部から抽出される特定のヘッダ情報の値と対応してクラスを定義したクラス分けテーブルを利用して、送信データに優先度表示ラベルが付加されていない場合でも各送信データのクラスを決定できるようにする。以下、ヘッダ情報として含まれるポート番号からクラスを決定する実施例について説明する。

　図５は、本発明の無線送受信機が適用される通信の１例として、無線クライアント２０Ｂが、Ｗｅｂブラウザを利用してサーバ２０Ａ上のＷｅｂページを参照する場合を示す。
無線クライアント端末２０Ｂには、例えば、ＩＰアドレス「172.20.100.34」が割当てられ、ＩＰプロトコル２２Ｂの上位に、トランスポート層２３ＢとしてＴＣＰとＵＤＰ、アプリケーション層２４Ｂとして、ＴＣＰの上位にＷｅｂブラウザとＴｅｌｎｅｔ、ＵＤＰの上位にＳＮＭＰ（Simple Network Management Protocol）を装備している。ここで、ＴＣＰとＵＤＰは、それぞれプロトコル番号「６」、「１７」で識別され、ＴｅｌｎｅｔとＳＮＭＰは、ポート番号が「２３」か「１６１」かで識別される。また、Ｗｅｂブラウザは、クライアント側で任意に与えたポート番号、ここでは「２００１」で特定される。

　一方、サーバ２０Ａは、この例では、ＩＰアドレス「172.20.100.32」を有し、ＩＰプロトコル２２Ａの上位に、トランスポート層２３ＡとしてＴＣＰとＵＤＰを装備し、アプリケーション層２４Ａとして、ＴＣＰの上位にＨＴＴＰとＴｅｌｎｅｔ、ＵＤＰの上位にＳＮＭＰを装備している。ＨＴＴＰは、ポート番号「８０」で識別される。

　Ｗｅｂページを参照する場合、クライアント２０ＢのＷｅｂブラウザは、サーバ２０ＡのＨＴＴＰと通信する。この時、クライアント２０Ｂからサーバ２０Ａに送信されるＩＰパケット４００は、例えば、図６に示すヘッダ内容となっている。
上記ＩＰパケット４００は、データ部４０と、ＴＣＰヘッダ４１と、ＩＰヘッダ４３とからなる。ＴＣＰヘッダ４１は、Ｗｅｂブラウザを示す送信元ポート番号４１１と、ＨＴＴＰを示す宛先ポート番号４１２を含む。また、ＩＰヘッダ４３は、クライアント２０Ｂを示す送信元ＩＰアドレス４３１と、サーバ２０Ａを示す宛先ＩＰアドレス４３２と、ＩＰヘッダに続くトランスポート層ヘッダ４１の適用プロトコルがＴＣＰであることを示すプロトコル番号４３３を含んでいる。

　図７にＩＰヘッダ４３の詳細フォーマット、図８にＴＣＰヘッダ４１の詳細フォーマットを示す。
ＴＣＰヘッダ４１は、上述した送信元ポート番号４１１、宛先ポート番号４１２の他に、シーケンス番号、その他の多項目のヘッダ情報を含む。ＩＰヘッダのプロトコル番号４３３が「１７」の場合は、ＴＣＰヘッダに代えて、図９に示すＵＤＰヘッダ４２が採用される。ＵＤＰヘッダ４２も、アプリケーションを識別するための送信元ポート番号４２１と宛先ポート番号４２２を含み、ＴＣＰヘッダよりも簡単なヘッダフォーマットとなっている。

　本実施例では、送信パケットのＴＣＰ（またはＵＤＰ）ヘッダから抽出されるポート番号をクラスと対応付けるために、ＱｏＳ制御情報テーブルメモリ３０に、例えば、図１０に示すポート番号対応のクラス分けテーブル３２を用意する。クラス分けテーブル３２では、ＴＣＰヘッダやＵＤＰヘッダに適用され得るポート番号３２１の値と対応してクラス３２２の値が定義されている。

　クラス分け処理部１１０は、クラス決定ステップ１１１３において、送信データ(送信パケット)のＩＰヘッダからプロトコル番号４３３を抽出し、該プロトコル番号から適用プロトコルを判定し、適用プロトコルに応じてトランスポート層ヘッダの構造を認識して、送信元ポート番号４１１（または４２１）の値を読み出す。次に、図１０に示したポート番号対応のクラス分けテーブル３２から、ポート番号３２１が上記送信データの送信元ポート番号の値に一致するエントリを検索し、該エントリが示すクラス３２２の値ｐと対応する送信キュー１１２−ｐに送信データをキューイングする（１１１４）。送信元ポート番号４１１（または４２１）の値がクラス分けテーブル３２に未登録の場合は、送信データをデフォルトの送信キューにキューイングする。読出し制御部１１３は、例えば、図１４に示すクラス別帯域割当てテーブル３５に従って、クラス別のキューからデータを読出すことにより、所定のＱｏＳを実現する。

　上記実施例によれば、変復調部１３におけるデータの送信速度が所定閾値以上の状態、すなわち、送信バッファ１１２で輻輳が発生しない状態では、ＱｏＳ制御処理を省略した迅速なデータ送信を行い、データの送信速度が所定閾値より下がった場合、ポート番号（送信元アプリケーションの種類）に対応したＱｏＳ制御で送信データを選択的に送出制御することによって、無線区間での情報伝送速度変動に適合したデータ送信が可能となる。

　無線通信システムでは、無線区間の情報伝送速度が低下しても、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１Ｄで規定するNetwork Controlのような必要最低限のネットワーク制御や、予め指定された特定端末間（特定コネクション）の通信については、通信品質を確保したい場合がある。このような場合、本発明では、以下に述べるように、ＱｏＳ制御情報テーブルメモリ３０に複数種類のテーブルを用意することによって、多様なＱｏＳ制御を可能とする。

　図１１は、無線区間における情報伝送速度に応じて、実行すべきＱｏＳ制御モードを切替えるために参照されるＱｏＳ制御モードテーブル３３を示す。
ＱｏＳ制御モードテーブル３３は、ＱｏＳ制御モード３３１と、無線区間の情報伝送速度に応じて適用すべきＱｏＳ制御モードを指定するためのイネーブルビットフラグ欄３３２とからなる。この例では、イネーブルビットフラグ欄３３２は、無線区間の情報伝送速度ｘの範囲を「ｘ＜下限閾値Ｂ」、「下限閾値Ｂ≦ｘ＜上限閾値Ａ」、「上限閾値Ａ≦ｘ」の３つに区分し、それぞれの速度範囲でイネーブルビットのフラグにより適用可能なＱｏＳ制御モードを指定している。

　ＱｏＳ制御モード「802.1D」は、ＩＥＥＥ８０２．１Ｄの優先度表示ラベルに従ってクラスを決定する。ＱｏＳ制御モード「ポート番号」は、図１０に示したクラス分けテーブル３２によってクラスを決定する。また、ＱｏＳ制御モード「制御ポリシーＡ」は、例えば、図１２に示すように、ＭＡＣアドレス３４１の値と対応してクラス３４２を指定したＭＡＣアドレス対応のクラス分けテーブル３４を利用してクラスを決定する。

　ここに例示したＱｏＳ制御モードテーブル３３は、「上限閾値Ａ≦ｘ」の場合、全てのＱｏＳ制御モードでイネーブルビットがディスエーブル状態（“０”）に設定されている。従って、無線区間の情報伝送速度ｘが上限閾値Ａ以上の時は、ＱｏＳ制御は省略され、全ての送信データがデフォルトの送信キューにキューイングされる。

　無線区間の情報伝送速度ｘが上限閾値Ａより低く、下限閾値Ｂ以上の場合は、ＱｏＳ制御モード「802.1D」とＱｏＳ制御モード「ポート番号」が適用される。従って、８０２．１Ｄのラベル情報が付加された送信データについては、ラベル情報を判定してクラスを決定し、８０２．１Ｄのラベル情報を持たない送信データについては、クラス分けテーブル３２からクラスを決定する形式でＱｏＳ制御が実行される。

　この例では、無線区間の情報伝送速度が下限閾値Ｂよりも低い場合、ＱｏＳ制御モード「802.1D」とＱｏＳ制御モード「制御ポリシーＡ」が適用される。従って、８０２．１Ｄのラベル情報が付加された送信データについては、ラベル情報を判定してクラスを決定し、８０２．１Ｄのラベル情報を持たない送信データについては、制御ポリシーＡのクラス分けテーブル３４からクラスを決定する形式でＱｏＳ制御が実行される。

　例えば、送信パケットをイーサネットフレーム形式で送信する場合、各送信データは、ＩＰヘッダの前に、送信元と宛先のＭＡＣアドレスを含むイーサネット用のＭＡＣヘッダが付加されている。従って、クラス分け処理部１１０は、８０２．１Ｄのラベル情報を持たない送信データについては、上記ＭＡＣヘッダを解析し、制御ポリシーＡのクラス分けテーブル３４から、アドレス３４１が送信データの送信元ＭＡＣアドレスに一致するエントリを検索する。目的エントリが見つかった場合は、該エントリのクラス３４２が示す値ｐと対応する送信キュー１１２−ｐに送信データをキューイングし、目的エントリが見つからなかった場合は、デフォルトの送信キューに送信データをキューイングする。

　尚、クラスの決定には、実施例に示した送信元ポート番号や、ＭＡＣアドレス以外のヘッダ情報、例えば、宛先ポート番号や、ＵＤＰ、ＴＣＰなどのプロトコル種別を利用してもよい。また、ＭＡＣアドレスとポート番号を指定することによって、特定と端末と特定のアプリケーションについて、クラス指定することも可能である。更に、例えば、送信元／宛先ＩＰアドレスのように、ＭＡＣアドレス以外のアドレスで端末を識別し、特定端末間通信用データの優先度を決定するようにしてもよい。上記何れの場合も、判定対象となるヘッダ項目とクラスとの対応関係を示すクラス分けテーブルと、クラス別帯域割当てテーブルとをメモリ３０に用意し、適用すべきＱｏＳ制御モードと無線区間の情報伝送速度との関係をＱｏＳ制御モードテーブル３３で指定しておけばよい。クラス別帯域割当てテーブル３５は、対応するＱｏＳ制御モード割当て毎に設けてもよいし、無線区間の情報伝送速度毎に別のテーブルを使用してもよい。

　上述した各種のテーブル３１〜３５は、例えば、ＱｏＳ制御情報テーブルメモリ３０をＮＶＲＡＭ等の不揮発性メモリで構成した場合、無線送受信機の出荷時に予めメモリ３０に書込んでおく。また、必要に応じて、例えば、保守用ＰＣ等の装置から含んだ制御メッセージを送信する形式で、該当無線送受信機に更新データを与え、制御部２０に予め用意された保守用のソフトウェアによってメモリ３０に更新データを書込む。

　上記メモリ３０をＲＡＭ等の揮発性メモリで構成する場合は、例えば、マスタとなるテーブル内容を制御部２０が備えるＲＯＭまたは不揮発性メモリに書込んでおき、無線送受信機の電源がオンとなった時に、上記マスタテーブルの内容をメモリ３０に自動的に複写するようにすればよい。電源がオン状態となった時、無線送受信機が保守用のＰＣと自動的に交信し、制御部２０が、上記保守用ＰＣからダウンロードされたテーブル内容をメモリ３０に書込むようにしてもよい。後者の方法によれば、適用すべきＱｏＳ制御モードやテーブル内容に変更が生じた場合でも、各無線送受信機の機能を速やか変更することが可能となる。

　次に、図１６を参照して、本発明による無線送受信機の他の実施例について説明する。
本実施例は、上述したＱｏＳ制御を適応変調送信方式の無線送受信機に適用したことを特徴とする。適応変調送信方式の無線送受信機では、受信電力や、送信側が任意の変調方式で送信した誤り訂正符号付きの無線信号を復調する際に検出されるビットエラー率、その他の情報に基づいて、受信側で無線伝送路の状況を推定し、推定結果に応じて、例えば、６４ＱＡＭ（64-positions Quadrature Amplitude Modulation）、１６ＱＡＭ（16-positions Quadrature Amplitude Modulation）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）、その他の変調方式の中から適切な変調方式を選択し、該変調方式に従って受信処理する。

　図１６に示すように、本実施例の無線送受信機は、ＱｏＳ制御部１１−２、無線フレーム符号化部１２−１、変調部１３−１、送信ＲＦ部１４−１、共用器１４、アンテナ部１５、受信ＲＦ部１４−２、復調部１３−２、無線フレーム復号部１２−２、伝播路推定部１１−１から構成されている。

　送信データは、ＱｏＳ制御部１１−２でＱｏＳ制御を受け、送信順序を変更して無線フレーム符号化部１２−１に入力される。無線フレーム符号化部１２−１は、送信データをフレーム単位に区切り、誤り訂正符号化処理を行った後、トレーニングビット、ガードビットを付加することによって、無線区間伝送フレームを生成する。上記無線区間伝送フレームは、変調部１３−１に入力され、所定の変調方式で変調した後、送信ＲＦ部１４−１で無線周波数に変換され、共用器１４、アンテナ部１５を介して無線空間に送出される。

　一方、アンテナ部１５で受信された無線信号は、共用器１４を介して受信ＲＦ部１４−２に入力され、ベースバンド信号に変換される。上記ベースバンド信号は、復調部１３−２に入力され、送信側の変調方式と対応した所定の復調方式で復調した後、無線フレーム復号部１２−２に入力される。無線フレーム復号部１２−２では、受信した復調データについて誤り訂正復号処理を行い、受信データとして出力する。伝播路推定部１１−１は、復調部１３−２の出力信号から、伝播路の状況を推定して最適な変調方式を選択し、無線フレーム符号化部１２−１と変調部１３−１に対して、適用すべき変調方式を指定する。

　図１７は、本実施例の無線送受信機が適用されるＦＷＡ（Fixed Wireless Access）システムの構成例を示す。ＦＷＡシステムは、基地局と複数の端末局からなり、基地局と各端末局との間をＰ−Ｐ（Point-to-Point）形式で接続して局間のデータ通信を実現している。

　図１８は、Ｐ−Ｐ接続された基地局と端間局との間の接続手順を示すシーケンス図である。
電源がオン状態になると、基地局は、同期用コードの送信と受信同期捕捉を開始する。一方、端末局は、受信同期捕捉を開始して、受信同期が確立した時点で同期用コードの送信を開始する。基地局は、端末局からの同期用コードを捕捉して受信同期が確立すると、所定のデータ伝送用フレーム形式でデータ送信を開始する。端末局は、上記基地局からのデータ伝送用フレームの受信処理を実行すると共に、所定のデータ伝送フレーム形式で自らのデータ送信を開始する。尚、同期フレームとデータ伝送用フレームは、基地局と端末局との間で予め決められた変調方式によって変調される。以上のように、ＦＷＡシステムでは、基地局と端末局との間で同期を確立した後、予め指定された変調方式でデータが送受信される。

　ここで、データ通信を開始した後、伝播路の状況に応じて変調方式を切替える適応変調の動作について説明する。伝播路の推定パラメータとしては、一般的に、受信レベル、等化誤差、ビット誤り率があり、伝播路状況の推定に関しては、例えば、特許文献１や非特許文献３に記載されている。本実施例では、伝播路推定部１１−１が無線信号の受信レベルから伝播路の状況を推定する場合について説明する。

　伝播路推定部１１−１は、復調部１３−２から受信信号の受信レベル情報を定期的に受け取り、図１９に示す受信レベル−変調方式対応テーブルを参照して、最適な変調方式を選択する。選択された変調方式は、上記テーブルが示す変調方式識別コードによって、ＱｏＳ制御部１１−２と、無線フレーム符号化部１２−１と、変調部１３−１に通知される。

　無線フレーム符号化部１２−１は、上記伝播路推定部１１−１から通知された変調方式識別コードを付加した形で、データ伝送用のフレームを生成する。変調部１３−１は、フレーム毎に変調方式識別コードの更新の有無を判定し、変調方式識別コードが現在適用中の変調方式の識別コードとは異なった場合、次のフレームから変調方式を切替える。

　基地局からの受信フレームにも同様の変調方式識別コードが付加されている。無線フレーム復号部１２−２は、誤り訂正復号後のデータフレームから変調方式識別コードを抽出し、復調部１３−２に通知する。復調部１３−２は、無線フレーム復号部１２−２から通知された変調方式識別コードを記憶しておき、変調方式識別コードに変更があった時、次のフレームから復調方式を切替え、新たな復調方式で受信フレームの復調処理を行う。基地局側でも同様に、端末局からの受信フレームに付加された変調方式識別コードに変更があった時、次のフレームから復調方式を切替える。

　データ伝送用フレームのフォーマットの１例を図２０の（Ａ）に示す。データ伝送用フレームは、タイミング同期用のトレーニングビットＴＲＮに続いて、図（Ｂ）に示すように、変調方式識別コード（MODTYPE）や保守情報が設定されるＲＣＢ（Radio Control Block）と、図（Ｃ）に示すように、データトラフィック（送信データ）が設定される複数のＤＴＢ（Data Transfer Block）と、フレーム間の区切りを示すガードビットＧを含んでいる。

　無線フレーム符号化部１２−１は、各伝送用フレームのＲＣＢに用意されたMODTYPEフィールドを使用して、伝播路推定部１１−１から通知された変調方式識別コードを相手局（この例では基地局）に知らせる。尚、ＲＣＢは、フレーム毎に毎回送信する必要はなく、例えば、数フレーム毎あるいは変調方式変更の都度、送信するようにしてもよい。この場合、ＲＣＢを省略したフレームでは、ＲＣＢの代わりにＤＴＢを送信することができる。同期捕捉時の同期コードとしては、例えば、０をスクランブルしたビット列を使用してもよい。
伝播路推定部１１−１では、受信レベルの変動による変調方式の頻繁な切替えを抑制するために、必要に応じて、所定期間における受信レベルの平均値から最適な変調方式を選択するようにしてもよい。また、無線フレーム復号部１２−２における誤り訂正状態を伝播路の状況推定に反映させるようにしてもよい。

　本実施例では、基地局と端末局とがＰ−Ｐ接続された無線システムへの適用について説明したが、本発明は、基地局と端末局とがＰ−ＭＰ（Point to Multi Point）接続された無線システムに対しても適用可能である。

　本実施例において、無線基地局は、各端末局から見通しのきく位置に設置することが望ましいが、新たな基地局を配置する場合、既に運用中の既存の基地局への影響を極力回避するために、その設置位置については充分な事前に検討が必要となる。しがしながら、事前の検討で最適と判断された位置であっても、実際に配置してみると、影響を及ぼす新たな基地局が判明する場合がある。このような場合、例えば、基地局（または加入者局）として、予め現用系と予備系を用意しておき、ネットワークの管理センタからの制御命令によって系を切替えることにより、無線通信環境を適正化するようにすればよい。尚、現用系と予備系の無線送受信機を備えた無線システムについては、例えば、特開２００２−９４４４９号公報に開示されている。

　以上、本発明の実施例をＴＣＰ／ＩＰプロトコルを適用したパケット送信を例にして説明したが、本発明の思想は実施例に示した特定の通信プロトコルに限定されるものではなく、他のプロトコルにも適用できる。また、実施例ではトークンバケット方式を採用したが、本発明では、データの読出し制御方式として、優先度の高いクラスのキューから順に送信データの読み出しが可能な他の制御方式を適用してもよい。

本発明による無線送受信機の１実施例を示すブロック図。 図１に示したＱｏＳ制御部１１の詳細を示す図。 図２に示したクラス分け処理部１１０の動作を示すフローチャート。 図２に示した読出し制御部１１３の動作を示すフローチャート。 本発明の無線送受信機が適用される通信の１例を示す図。 図５のクライアント１０Ｂとサーバ１０Ａとの間で交信されるＩＰパケットのヘッダ内容の１例を示す図。 ＩＰヘッダ４３の詳細フォーマットを示す図。 ＴＣＰヘッダ４１の詳細フォーマットを示す図。 ＵＤＰヘッダ４２の詳細フォーマットを示す図。 ポート番号対応のクラス分けテーブル３２の１例を示す図。 ＱｏＳ制御モードテーブル３３の１例を示す図。 制御ポリシーＡのクラス分けテーブル３４の１例を示す図。 ＩＥＥＥ８０２．１Ｄにおける優先度区分を説明するための図。 クラス別帯域割当てテーブル３５の１例を示す図。 ＩＥＥＥ８０２．１１ａのフレームフォーマットを示す図。 本発明のＱｏＳ制御を適用した適応変調方式の無線送受信機の１例を示すブロック図。 本発明のＱｏＳ制御が適用されるＦＷＡシステムの構成図。 Point-to-Point接続の基地局−端末局間の接続手順の１例を示すシーケンス図。 図１６の伝播路推定部１１−１が参照する受信レベル−変調方式対応テーブルの１例を示す図。 データ伝送用フレームのフォーマットの１例を示す図。

符号の説明

　１０：データ入出力部、１１：ＱｏＳ制御部１１、１２：アクセス制御部、１３：変復調部、１４：ＲＦ部、１５：アンテナ部、１６：内部バス、２０：制御部、
３０：ＱｏＳ制御情報テーブル用メモリ、
３１：ＩＥＥＥ８０２．１Ｄの優先度判定テーブル、
３２：ポート番号対応のクラス分けテーブル、
３３：ＱｏＳ制御モードテーブル、
３４：ＭＡＣアドレス対応の優先度判定テーブル、
３５：制御ポリシーＡのクラス分けテーブル、１１０：クラス分け処理部、
１１１：バッファメモリ、１１２：送信バッファメモリ、
１１２−０〜１１２−ｎ：クラス別送信キュー、１１３：読出し制御部。

Claims (3)

1. 　無線送受信機に使用されるＱｏＳ（Quality of Service）制御装置であって、ＱｏＳを考慮した順序で送信データを無線送受信機の変調部に供給するＱｏＳ制御部と、無線区間の情報伝送状態に応じて送信データのＱｏＳ制御の要否を判定する上記ＱｏＳ制御部に接続された判定部とを有し、
   　上記ＱｏＳ制御部による送信データのＱｏＳ制御が無線区間での情報伝送状態に応じて選択的に実行されることを特徴とするＱｏＳ制御装置。
2. 　無線送受信機におけるＱｏＳ（Quality of Service）制御方法であって、
   　無線区間の情報伝送状態に応じて送信データのＱｏＳ制御の要否を判定する第１のステップと、
   　ＱｏＳ制御が必要と判定された場合、ＱｏＳを考慮した順序で送信データを無線送受信機の変調部に供給する第２のステップと、
   　ＱｏＳ制御が不要と判定された場合、送信データを入力された順序で上記変調部に供給する第３のステップとからなることを特徴とするＱｏＳ制御方法。
3. 　アンテナに接続された受信部と適応変調型送信部とからなる無線送受信機であって、上記適応変調型送信部が、
   　上記アンテナに接続された高周波部と、
   　上記高周波部に接続された変調部と、
   　上記変調部に接続され、送信データを無線区間の伝播路の状況に応じた変調方式のフォーマットに変換する無線フレーム符号化部と、
   　上記無線フレーム符号化部にＱｏＳ（Quality of Service）を考慮した順序で送信データを供給するＱｏＳ制御部と、
   　送信データを優先度順に出力するためのＱｏＳ制御部とを有することを特徴とする無線送受信機。

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