JP2005142777A - 無線ネットワークの制御方法、無線ネットワークの制御装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の子局と、これら子局間のパケット通信を中継する親局とから成る無線ＬＡＮシステムにおいて、各子局の構成を簡易にしつつ、通信状態等に基づいて自動的にチャンネルを切り替える。
【解決手段】 子局の各々から親局に対して送信されるパケットのエラー発生状態にかかわらず、親局から子局に対して送信されるパケットのエラー発生状態に基づいて、該親局における所定のチャンネル変更条件が充足されたか否かを判定するエラー判定過程（ＳＰ１４）と、該エラー判定過程における判定結果が肯定的であったことを条件として、設定されているチャンネルを他のチャンネルに変更するチャンネル変更過程（ＳＰ１６）とを親局において実効した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、無線ＬＡＮに用いて好適な無線ネットワークの制御方法、無線ネットワークの制御装置およびプログラムに関する。

無線ＬＡＮに対して一般的に適用されているＩＥＥＥ８０２-１１規格においては、無線区間を介してＩＰパケットを送受信する複数のノードのうち親局となる一のノードを「アクセスポイント」、子局となる他のノードを「ステーション」という。「アクセスポイント」は、無線ＬＡＮ全体を制御するとともに、ビーコン信号を発生し、各ステーション間の通信を仲介するものである。また、「ステーション」は、例えば各パーソナルコンピュータに装着される無線ＬＡＮカード等である。そして、無線ＬＡＮ内のステーション同士は直接的に通信を行うことができず、必ずアクセスポイントを経由して通信が行われる。そして、アクセスポイントにおいては、複数のチャンネル（周波数帯）の中から一のチャンネルが選択され、この一のチャンネルを共用して各ステーションとアクセスポイントとの間で無線通信が行われることになる。

ここで、設定されたチャンネルにおいてエラーが多発すると、このチャンネルを自動的に他のチャンネルに切り替える技術が知られている。例えば、特許文献１においては、ステーションにおける全送信パケットに対する正常な送信パケットの割合および全受信パケットに対する正常な受信パケットの割合に基づいて、無線区間の品質劣化状態を検出し、その結果に基づいてチャンネルを切り替える技術が開示されている。また、特許文献２においては、各ステーションが近隣の電波状態を測定し、最適なチャンネルを決定する技術が開示されている。
特開２００２−２７１３３６号公報 特開２００２−１５８６６７号公報

しかし、上述した各技術においては、各ステーションにおいて通信状態等を測定する必要があるため、各ステーションの構成が複雑になり高価になるという問題があった。さらに、各ステーションにおける測定結果をアクセスポイントに送信する必要があるため、本来のノード間のデータ通信に割り当てられる帯域が削減されるという問題もあった。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、各子局（ステーション等）の構成を簡易にしつつ、通信状態等に基づいて自動的にチャンネルを切り替えることができる無線ネットワークの制御方法、無線ネットワークの制御装置およびプログラムを提供することを第１の目的としている。また、これらにおいて、複数の候補の中から最適なチャンネルを選択することを第２の目的としている。

上記課題を解決するため本発明にあっては、下記構成を具備することを特徴とする。なお、括弧内は例示である。
請求項１記載の無線ネットワークの制御方法にあっては、無線ネットワークの一または複数の子局（５０，６０）が同調するように一のチャンネルを設定するとともに、該子局が送受信するパケットを中継する親局（１０）において実行される無線ネットワークの制御方法において、前記子局の各々から前記親局に対して送信されるパケットのエラー発生状態にかかわらず、前記親局から前記一または複数の子局に対して送信されるパケットのエラー発生状態に基づいて、該親局における所定のチャンネル変更条件が充足されたか否かを判定するエラー判定過程（ＳＰ１４）と、該エラー判定過程における判定結果が肯定的であったことを条件として、前記チャンネルを他のチャンネルに変更するチャンネル変更過程（ＳＰ１６）とを有することを特徴とする。
さらに、請求項２記載の構成にあっては、請求項１記載の無線ネットワークの制御方法において、前記チャンネル変更過程（ＳＰ１６）は、前記前記エラー判定過程（ＳＰ１４）の実行前に設定されたチャンネルをＣＨＸ、設定可能なチャンネル数をＭ、任意の整数をＮ、サイドローブによる影響を実質的に無視できる最小のチャンネル間隔をＫ、「Ｘ＝（Ｍ＋１）／（Ｎ＋１）」を満たす値ＸのうちＫ以上の最小の整数をＸｐとして、「ＣＨＹ＝（ＣＨＸ＋Ｘｐ）mod Ｍ」または「ＣＨＹ＝（ＣＨＸ−Ｘｐ）mod Ｍ」を満たすチャンネルＣＨＹを、前記親局に設定する過程であることを特徴とする。
また、請求項３記載の無線ネットワークの制御方法にあっては、無線ネットワークの一または複数の子局（５０，６０）が同調するように一のチャンネルを設定するとともに、該子局が送受信するパケットを中継する親局（１０）において実行される無線ネットワークの制御方法において、前記親局に対してチャンネルＣＨＸを設定する第１の設定過程と、設定可能なチャンネル数をＭ、任意の整数をＮ、サイドローブによる影響を実質的に無視できる最小のチャンネル間隔をＫ、「Ｘ＝（Ｍ＋１）／（Ｎ＋１）」を満たす値ＸのうちＫ以上の最小の整数をＸｐとして、「ＣＨＹ＝（ＣＨＸ＋Ｘｐ）mod Ｍ」または「ＣＨＹ＝（ＣＨＸ−Ｘｐ）mod Ｍ」を満たすチャンネルＣＨＹを、前記親局に対して設定する第２の設定過程とを有することを特徴とする。
また、請求項４記載の無線ネットワークの制御装置にあっては、請求項１ないし３の何れかに記載の無線ネットワークの制御方法を実行することを特徴とする。
また、請求項５記載のプログラムにあっては、請求項１ないし３の何れかに記載の無線ネットワークの制御方法を処理装置に実行させることを特徴とする。

このように、子局から親局に対して送信されるパケットのエラー発生状態にかかわらず親局から子局に対して送信されるパケットのエラー発生状態に基づいてチャンネルを変更する構成によれば、子局はエラー発生状態を測定する必要がなく、エラー発生状態を親局に伝送する必要もないから、各子局の構成を簡易にすることができる。しかも、エラー発生状態を親局に伝送する必要が無いために、本来のノード間のデータ通信に割り当てられる帯域を広くすることができる。

また、「ＣＨＹ＝（ＣＨＸ＋Ｘｐ）mod Ｍ」または「ＣＨＹ＝（ＣＨＸ−Ｘｐ）mod Ｍ」を満たすチャンネルＣＨＹを親局に割り当てる構成によれば、親局数が少ない場合（「Ｍ／Ｘｐ」以下の場合）には、全てのチャンネル相互間においてサイドローブによる影響を実質的に無視できるチャンネル間隔を必ず確保しつつ、同一の演算式を用いて、最大数の親局に対して重複することなくチャンネルを付与することができる。

1．実施例のハードウエア構成
次に、本発明の一実施例の無線ＬＡＮシステムの構成を図１を参照し説明する。
図において５０，６０はステーションであり、例えばパーソナルコンピュータに実装される無線ＬＡＮカード等である。１０はアクセスポイントであり、ステーション５０，６０と無線通信するとともに有線ＬＡＮにも接続され、この有線ＬＡＮおよびステーション５０，６０相互間のＩＰパケットも中継する。アクセスポイント１０の内部において１２は有線インタフェースであり、有線ＬＡＮとの間でＩＰパケットを送受信する。１６は送受信機であり、ステーション５０，６０との間で無線通信を行う。１４は無線インタフェースであり、送受信機１６を介してステーション５０，６０との間でＩＰパケットを送受信する。２０はＣＰＵであり、ＲＯＭ２４に格納された制御プログラムに基づいてアクセスポイント１０内の各部を制御する。２２はＲＡＭであり、ＣＰＵ２０のワークメモリとして用いられる。ここで、本無線ＬＡＮシステムには、「１４」チャンネルの中から「１」チャンネルが選択され、この選択されたチャンネルを介して各ステーションとアクセスポイント１０との間で無線通信が行われる。

2．実施例の動作
2．1．初期設定
まず、アクセスポイント１０の電源が投入されると、このアクセスポイント１０においてあるチャンネルが選択され、そのチャンネルを介してビーコン信号が出力される。各ステーションにあっては、全「１４」チャンネルのビーコン信号の強度が計測され、そのうち最も信号レベルの高いビーコン信号を出力しているアクセスポイントに同調するように通信チャンネルが自動設定される。ここで、複数の無線ＬＡＮシステムが近接している場合におけるチャンネル付与方法について説明しておく。本実施例の無線ＬＡＮシステムはＩＥＥＥ８０２-１１規格に準拠している。そして、日本国においては無線ＬＡＮの周波数帯域として「２．４ＧＨｚ帯」が割り当てられており、この周波数帯を「１４」等分して「１４」チャンネル（チャンネル「１」〜チャンネル「１４」）が確保される。ここで、ＩＥＥＥ８０２-１１規格においては、「最低限離すことが望ましいとされるチャンネル間隔Ｋ」が定められている。

すなわち、複数の無線ＬＡＮシステムにおいては、使用可能な「１４」チャンネルを全て同時に使用することも可能であるが、周波数が近接しているチャンネル相互間ではサイドローブによって相互に干渉が発生し、エラーレートが高くなるという問題が生ずる。このサイドローブによる影響を実質的に無視できる間隔Ｋは、ＩＥＥＥ８０２-１１規格に準拠している機器では「３」チャンネルである。以上の前提の下、本実施例にあっては、基本チャンネル間隔Ｘｐという値が事前に決定される。ここで基本チャンネル間隔Ｘｐとは、下式（１）を満たす値Ｘのうち、「間隔Ｋ以上の最小の整数」である。
Ｘ＝（Ｍ＋１）／（Ｎ＋１） ……（１）

式（１）においてＭは使用可能なチャンネル数であり、Ｎは任意の整数である。上述した例にあっては「Ｍ＝１４」であるから、「Ｎ＝１」に対して「Ｘ＝７．５」、「Ｎ＝２」に対して「Ｘ＝５」、「Ｎ＝３」に対して「Ｘ＝３．７５」、「Ｎ＝４」に対して「Ｘ＝３」、……のように値Ｘが定まる。これらのうち、「間隔Ｋ以上の最小の整数」は、「Ｎ＝４」に対する「Ｘ＝３」であるから、基本チャンネル間隔Ｘｐは「３」である。ここで、上記アクセスポイント１０，ステーション５０，６０から成る無線ＬＡＮシステムが複数近接して配置されたと仮定する。これら無線ＬＡＮシステムのうち一のシステムに対して、あるチャンネルＣＨＸが選択されたとする。すると、他の一の無線ＬＡＮシステムに付与されるべきチャンネルＣＨＹは、下式（２）によって求められる。
ＣＨＹ＝（ＣＨＸ＋Ｘｐ）mod Ｍ ……（２）
なお、式（２）において「mod Ｍ」は、「Ｍ（＝１４）で除算したときの余り」という意味である。

アクセスポイント１０が立ち上がった時、自機の配下の無線ＬＡＮシステムに付与するチャンネルは何れのチャンネルであってもよいが、ここでは最初に付与するチャンネル番号は「１」であることとする。そして、現在のチャンネルにおいて通信障害が多発する場合には、上記式（２）に基づいて新たなチャンネルが選択される。すなわち、図４に示すように、選択されるチャンネル番号は「１」→「４」→「７」→「１０」→「１３」→「２」→....のように推移する。かかる付与方法によれば、アクセスポイント数が少ない場合（「Ｍ／Ｘｐ」以下の場合）には、全てのチャンネル相互間において「最低限離すことが望ましいとされるチャンネル間隔Ｋ」を必ず確保することができる。また、さらにアクセスポイント数が増加した場合においても、同一の演算（式（２））を用いて、最大数の「１４」アクセスポイントに対して重複することなくチャンネルを順次付与することができる。

2．2．ＩＰパケットの受信
次に、アクセスポイント１０が有線ＬＡＮまたはステーション５０，６０から、ステーション５０，６０宛のＩＰパケットを受信した場合の動作を説明する。かかる場合には、図２に示すパケット受信ルーチンが起動される。図において処理がステップＳＰ２に進むと、無線インタフェース１４に対して、宛先ステーションが指定されるとともに当該ＩＰパケットの送信指示が出力される。次に、処理がステップＳＰ４に進むと、ここで当該ＩＰパケットの送信結果が確定するまで処理が待機される。すなわち、当該ＩＰパケットの「送信成功」または「送信失敗」のメッセージが無線インタフェース１４から返信されるまで処理が待機される。

一方、無線インタフェース１４においては、送受信機１６を介して、受信したＩＰパケットが対応するステーションに送信される。ここで、該ステーションにおいてＩＰパケットが受信されると、該ステーションから送受信機１６に対して確認応答信号が返信される。従って、送受信機１６を介してＩＰパケットが送信された後、所定時間以内に確認応答信号が返信されると、当該ＩＰパケットの送信が成功したものと判定され、「送信成功」のメッセージが無線インタフェース１４からＣＰＵ２０に返信される。一方、確認応答信号が所定時間以内に返信されなかった場合には、無線インタフェース１４においては当該ステーションに対するＩＰパケットの再送処理が行われる。この再送処理は、再送が成功するまで所定の最大再送回数（例えば「１６」回）を限度として繰り返される。

すなわち、何れかの再送処理段階において無線インタフェース１４に確認応答信号が返信された場合には、「送信成功」のメッセージが無線インタフェース１４からＣＰＵ２０に返信される。一方、最大再送回数の再送を行っても確認応答信号が返信されなかった場合には、無線インタフェース１４からＣＰＵ２０に対して「送信失敗」のメッセージが返信される。このように、ＣＰＵ２０に返信されるメッセージは「送信成功」または「送信失敗」のうち何れかであって、各ＩＰパケット毎の再送回数についてはＣＰＵ２０には返信されない。但し、無線インタフェース１４においては、以下のようなパラメータの累計がカウントされている。
（１）少なくとも１回の再送により送信が成功したパケット数：Ｐ１
（２）複数回（最大再送回数以下）の再送により送信が成功したパケット数：Ｐ２
（３）最大再送回数に達したために送信が失敗したパケット数：Ｐ３

さらに、アクセスポイント１０のＲＡＭ２２においては、統計情報として「送信成功」および「送信失敗」のメッセージ数が蓄積されている。そこで、上述したようにＣＰＵ２０に「送信成功」または「送信失敗」のメッセージが返信されると、図２において処理おいて処理はステップＳＰ６に進み、今回対象となったステーションおよびチャンネルに係る統計情報において「送信成功」または「送信失敗」のメッセージ数がインクリメントされる。

2．3．タイマ割込み
ＣＰＵ２０においては所定時間（例えば「１０」秒）毎にタイマ割込みが発生し、このタイマ割込みが発生する毎に図３に示すタイマ割込みルーチンが起動される。図において処理がステップＳＰ１０に進むと、アクセスポイント１０の動作モードが「自動変更モード」（チャンネルを自動的に変更する動作モード）に設定されているか否かが判定される。ここで「ＮＯ」と判定されると、実質的な処理が行われないまま本ルーチンの処理が終了する。一方、ステップＳＰ１０において「ＹＥＳ」と判定されると、処理はステップＳＰ１２に進み、無線インタフェース１４からパケット数Ｐ１（少なくとも１回の再送により送信が成功したパケット数）が読み出される。

ここで、読み出されたパケット数Ｐ１はアクセスポイント１０の立上げ後の累計結果である。そこで、今回読み出されたパケット数Ｐ１から前回のタイマ割込み時に読み出されたパケット数Ｐ１が減算され、その減算結果が「最新のタイマ割込み間隔内において少なくとも１回の再送により送信が成功したパケット数ΔＰ１」として求められる。次に、処理がステップＳＰ１４に進むと、エラーが多発したか否かが判定される。例えばパケット数ΔＰ１が「２００」以上である場合に「エラーが多発した」と判定される。ここで、再送が多発していなければ「ＮＯ」と判定され、本ルーチンの処理が終了する。

一方、再送が多発した場合にはステップＳＰ１４において「ＹＥＳ」と判定され処理はステップＳＰ１６に進む。ここでは、上述した式（２）に従って、新たなチャンネルが決定される。例えば、図１の例においてステーション５０，６０にチャンネル「１」が割り当てられていたとすると、式（２）の演算結果は「４」になる。これにより、ステップＳＰ１６にあっては、アクセスポイント１０のチャンネルがチャンネル「４」に変更される。なお、ステーション５０，６０においてはビーコン信号強度が最も高いアクセスポイントと通信するように自動的にチャンネルが切り替えられるから、アクセスポイント１０に同調してステーション５０，６０の通信チャンネルは自動的に「４」に切り替えられる。

このように本実施例によれば、各ステーションにおけるエラー発生状態にかかわらず、アクセスポイント１０によって直接的に把握できる情報のみを用いてチャンネル変更を実行するから、各ステーションはエラー発生状態を測定する必要がなく、エラー発生状態をアクセスポイント１０に伝送する必要もないから、各ステーションの構成を簡易にすることができる。しかも、エラー発生状態を親局に伝送する必要が無いために、本来のノード間のデータ通信に割り当てられる帯域を広くすることができる。

3．変形例
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例えば以下のように種々の変形が可能である。
(1)上述した式（２）に代えて、下記式（３）に基づいて新たに付与するチャンネルＣＨＹを決定してもよい。
ＣＨＹ＝（ＣＨＸ−Ｘｐ）mod Ｍ ……（３）
(2)上記実施例においては、「使用可能なチャンネル数Ｍ」として「１４」、「サイドローブによる影響を実質的に無視できる間隔Ｋ」として「３」を適用した例を説明したが、これらの定数は、適用されるプロトコルや機器の性能に応じて適宜変更可能であることは言うまでもない。

(3)上記実施例のステップＳＰ１２，ＳＰ１４においては、「少なくとも１回の再送により送信が成功したパケット数Ｐ１」に基づいてエラーが多発したか否かを判定したが、「複数回（最大再送回数以下）の再送により送信が成功したパケット数Ｐ２」、あるいは「最大再送回数に達したために送信が失敗したパケット数Ｐ３」等、他の条件に基づいてエラーが多発したか否かを判定してもよい。
(4)上記実施例においては、アクセスポイント１０上で動作する制御プログラムによって図２，図３に示す処理を実行したが、このプログラムのみをＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク等の記録媒体に格納して頒布し、あるいは伝送路を通じて頒布することもできる。

本発明の一実施例の無線ＬＡＮシステムのブロック図である。 パケット受信ルーチンのフローチャートである。 タイマ割込みルーチンのフローチャートである。 チャンネル付与処理の動作説明図である。

符号の説明

１０：アクセスポイント、１２：有線インタフェース、１４：無線インタフェース、１６：送受信機、２０：ＣＰＵ、２２：ＲＡＭ、２４：ＲＯＭ、５０，６０：ステーション。

Claims (5)

1. 無線ネットワークの一または複数の子局が同調するように一のチャンネルを設定するとともに、該子局が送受信するパケットを中継する親局において実行される無線ネットワークの制御方法において、
   前記子局の各々から前記親局に対して送信されるパケットのエラー発生状態にかかわらず、前記親局から前記一または複数の子局に対して送信されるパケットのエラー発生状態に基づいて、該親局における所定のチャンネル変更条件が充足されたか否かを判定するエラー判定過程と、
   該エラー判定過程における判定結果が肯定的であったことを条件として、前記チャンネルを他のチャンネルに変更するチャンネル変更過程と
   を有することを特徴とする無線ネットワークの制御方法。
2. 前記チャンネル変更過程は、前記前記エラー判定過程の実行前に設定されたチャンネルをＣＨＸ、設定可能なチャンネル数をＭ、任意の整数をＮ、サイドローブによる影響を実質的に無視できる最小のチャンネル間隔をＫ、「Ｘ＝（Ｍ＋１）／（Ｎ＋１）」を満たす値ＸのうちＫ以上の最小の整数をＸｐとして、「ＣＨＹ＝（ＣＨＸ＋Ｘｐ）mod Ｍ」または「ＣＨＹ＝（ＣＨＸ−Ｘｐ）mod Ｍ」を満たすチャンネルＣＨＹを、前記親局に設定する過程である
   ことを特徴とする請求項１記載の無線ネットワークの制御方法。
3. 無線ネットワークの一または複数の子局が同調するように一のチャンネルを設定するとともに、該子局が送受信するパケットを中継する親局において実行される無線ネットワークの制御方法において、
   前記親局に対してチャンネルＣＨＸを設定する第１の設定過程と、
   設定可能なチャンネル数をＭ、任意の整数をＮ、サイドローブによる影響を実質的に無視できる最小のチャンネル間隔をＫ、「Ｘ＝（Ｍ＋１）／（Ｎ＋１）」を満たす値ＸのうちＫ以上の最小の整数をＸｐとして、「ＣＨＹ＝（ＣＨＸ＋Ｘｐ）mod Ｍ」または「ＣＨＹ＝（ＣＨＸ−Ｘｐ）mod Ｍ」を満たすチャンネルＣＨＹを、前記親局に対して設定する第２の設定過程と
   を有することを特徴とする無線ネットワークの制御方法。
4. 請求項１ないし３の何れかに記載の無線ネットワークの制御方法を実行することを特徴とする無線ネットワークの制御装置。
5. 請求項１ないし３の何れかに記載の無線ネットワークの制御方法を処理装置に実行させることを特徴とするプログラム。

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