JP2005159488A - 無線通信方法、および無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 無線通信システムとしてのパフォーマンスの低下やシステムの破綻を防止することができる無線通信方法および無線通信システムを提供する。
【解決手段】 複数の無線基地局１００それぞれが、自分が使用する無線チャネルの使用状況を示す情報を１以上の無線端末に通知するにあたり、無線基地局１００を構成するＭＡＣ部１５４が、単位時間あたりに処理されるデータ量や、この無線チャネルに接続されている無線端末の数を検出し、これらデータ量や無線端末数を占有率情報としてビーコン追加情報格納部１５５内に格納しておき、ビーコンを発信すべき時刻になると、ＭＡＣ部１５４は発信すべきビーコンフレームの中に占有率情報を埋め込んだ上で、そのビーコンを無線チャネル上へ発信し、無線端末では、接続すべき適切な無線基地局を選択して接続処理を行なう。
【選択図】 図１

Description

本発明は、１以上の無線端末を複数存在する無線基地局の中から選択されたいずれかの無線基地局を介してネットワークに接続する無線通信方法、およびその無線通信方法を採用した無線通信システムに関する。

無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の代表的な規格として、例えばＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎｃ．）８０２．１１が知られている。このＩＥＥＥ８０２．１１では、無線端末が接続すべき無線基地局を検索（スキャニングと称される）するための二通りの方式が規定されている。一つ目の方式は、アクティブスキャニング方式と呼ばれるものであり、無線端末が、利用可能な無線チャネルに対してプローブ要求と呼ばれるフレームを送信し、これに応答可能な無線基地局があった場合、その無線端末はその無線基地局にプローブ応答フレームを返送するといった方式である（例えば、特許文献１参照）。

二つ目の方式は、パッシブスキャニング方式と呼ばれるものであり、無線端末が、無線基地局から周期的に送信される、その無線基地局を識別するＩＤ情報や無線通信方式の情報等の基本情報を含むビーコンをモニタして無線基地局を探索する方式である（例えば、特許文献２参照）。いずれの方式を採用した場合であっても、無線端末は、無線基地局を探索した結果、適当な無線基地局が見つかると、その無線基地局に対して接続要求を行なう。
特開２００２−３４０６６号公報 特開２００３−２７４４５４号公報

しかしながら、探索した結果、接続可能な無線基地局が複数見つかった場合、無線端末がどの無線基地局に接続すべきかの規定は、ＩＥＥＥ８０２．１１ではなされていない。通常、最もシグナル強度（電波受信強度）の高い無線基地局を選択するのが一般的である。このため、無線端末が特定の無線基地局の近くに多数存在するような場合は、これら多数の無線端末がその特定の無線基地局を選択することとなり、従ってその無線基地局に負荷が集中することになる。その結果、無線通信システムとしてのパフォーマンスが低下するという問題がある。

また、一つの無線基地局に、通信方式や送受信するデータの種別が異なる端末が接続する場合にもいくつかの問題が発生する。ＩＥＥＥ８０２．１１には、付随する規格としてＩＥＥＥ８０２．１１ｂとＩＥＥＥ８０２．１１ｇが規定されている。これら二つの規格における周波数帯域は同じであるものの、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂにおける最大通信速度は１１Ｍｂｐｓであり、一方、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇにおける最大通信速度は５４Ｍｂｐｓとかなり高速である。これら二つの規格に準拠する複数の無線端末は、一つの無線基地局を同時に共有することが可能であるものの、一度に使用できる無線チャネルは限られているため、通信速度の遅い無線端末の処理が終了するまで、通信速度が速い無線端末は何も処理することなく待たなければならないという状況が発生する。

また、例えば、通信速度が同じであっても特定の時間内に送受信処理を終了する必要があるビデオデータを送受信する無線端末と、時間的な制約がない通常のパケットデータを送受信する無線端末が混在する状況下においては、パケットデータが無線チャネルを長時間占有する場合があり、その場合ビデオデータが途切れてしまい、いわゆるシステムの破綻といった問題が発生する。

本発明は、上記事情に鑑み、無線通信システムとしてのパフォーマンスの低下やシステムの破綻を防止することができる無線通信方法、無線通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の無線通信方法は、１以上の無線端末を複数存在する無線基地局の中から選択されたいずれかの無線基地局を介してネットワークに接続する無線通信方法において、
上記複数の無線基地局それぞれが、自分が使用する無線チャネルの使用状況を示す情報を、その無線チャネル上に周期的に発信する信号を媒体として無線端末に通知し、
上記無線端末は、無線基地局から通知された前記情報を元に接続すべき無線基地局を選択することを特徴とする。

本発明の無線通信方法は、複数の無線基地局それぞれが、自分が使用する無線チャネルの使用状況を示す情報を１以上の無線端末に通知し、１以上の無線端末は、上記情報を元に接続すべき無線基地局を選択する方法であるため、１以上の無線端末は、接続すべき適切な無線基地局を選択することができる。従って、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂとＩＥＥＥ８０２．１１ｇとの二つの規格に準拠する複数の無線端末が一つの無線基地局を同時に共有して、通信速度の遅い無線端末の処理が終了するまで、通信速度が速い無線端末は何も処理することなく待たなければならないという状況がＩＥＥＥ８０２．１１ｂの端末とＩＥＥＥ８０２．１１ｇの端末を別々の無線基地局に接続させることにより解消されて、無線通信システムとしてのパフォーマンスの低下を防止することができる。また、例えばビデオデータを送受信する無線端末とパケットデータを送受信する無線端末とが混在する状況下において、パケットデータが無線チャネルを長時間占有してビデオデータが途切れてしまうといったシステムの破綻をそれぞれが接続する無線基地局を分けることによって防止することができる。

また、上記目的を達成する本発明の無線通信システムは、１以上の無線端末と、無線端末をネットワークに接続する複数の無線基地局とからなる無線通信システムにおいて、
上記複数の無線基地局それぞれは、特定の周波数に割り当てられた無線チャネルに対してデータを送信もしくは受信する手段と、上記無線チャネルの使用状況を示す情報を格納する手段と、上記情報を、上記無線チャネル上に周期的に発信する信号を媒体として上記無線端末に通知する手段とを備え、
上記無線端末は、上記無線基地局から通知された上記情報を元に接続すべき無線基地局を選択する手段を備えたことを特徴とする。

ここで、本発明の無線通信システムにおける上記情報は、上記無線チャネルの混雑具合を示すトラフィック情報、あるいは上記無線チャネル上で伝送されるべきデータ種別を示すデータ種別情報であることが好ましい。

本発明の無線通信システムは、複数の無線基地局それぞれが、特定の周波数に割り当てられた無線チャネルに対してデータを送信もしくは受信するにあたり、その無線チャネルの使用状況を示す情報を格納しておき、その格納された情報を、その無線チャネル上に周期的に発信する信号を媒体として１以上の無線端末に通知するものであるため、複数の無線基地局それぞれは、固有の情報である無線チャネルの混雑具合を示すトラフィック情報や無線チャネル上で伝送されるべきデータ種別を示すデータ種別情報を、１以上の無線端末に通知することができる。また、１以上の無線端末は、複数の無線基地局それぞれから通知された上記情報を元に接続すべき無線基地局を選択するものであるため、１以上の無線端末は、接続すべき適切な無線基地局を選択することができる。従って、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂとＩＥＥＥ８０２．１１ｇとの二つの規格に準拠する複数の無線端末が一つの無線基地局を同時に共有して、通信速度の遅い無線端末の処理が終了するまで、通信速度が速い無線端末は何も処理することなく待たなければならないという状況がそれぞれが別の無線基地局に接続することにより解消されて、無線通信システムとしてのパフォーマンスの低下を防止することができる。また、例えばビデオデータを送受信する無線端末とパケットデータを送受信する無線端末とが混在する状況下においても、それぞれが別の無線基地局に接続することによって、パケットデータが無線チャネルを長時間占有してビデオデータが途切れてしまうといったシステムの破綻を防止することができる。

本発明によれば、無線通信システムとしてのパフォーマンスの低下やシステムの破綻を防止することができる無線通信方法、および無線通信システムを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態の無線通信システムにおける無線基地局のブロック図である。

本発明の一実施形態の無線通信システムは、１以上の無線端末と、無線端末をネットワークに接続する複数の無線基地局とからなる無線通信システムである。この無線通信システムには、本発明の無線通信方法の一実施形態が適用されている。

図１には、本実施形態の無線通信システムを構成する複数の無線基地局のうちの１つの無線基地局１００のブロック図が示されている。

この無線基地局１００には、ＣＰＵ１１０と、ＲＯＭ１２０と、ＳＲＡＭ１３０と、有線ネットワーク制御部１４０と、無線チャネル制御部１５０とが備えられている。これらＣＰＵ１１０,ＲＯＭ１２０,ＳＲＡＭ１３０,有線ネットワーク制御部１４０,無線チャネル制御部１５０は、ＣＰＵバス１６０で互いに接続されている。また、有線ネットワーク制御部１４０は、イーサネット（登録商標）に代表される有線ネットワーク１７０にも接続されている。

ＣＰＵ１１０は、ＣＰＵバス１６０を経由してＲＯＭ１２０に格納されているプログラムデータを読み出して実行することにより、この無線基地局１００全体を制御する。

ＲＯＭ１２０には、この無線基地局１００全体を制御するためのプログラムデータが格納されている。

ＳＲＡＭ１３０は、ＣＰＵ１１０で実行されるプログラムに必要な作業用のデータや有線ネットワーク制御部１４０からのデータを格納するための作業領域を有する。

有線ネットワーク制御部１４０は、特定の周波数に割り当てられた無線チャネルに対してデータを送受信する手段であって、この有線ネットワーク制御部１４０には、有線ネットワーク１７０と接続されて物理層（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ）の制御を行なうＰＨＹ部１４１と、プロトコル制御を行なうＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）部１４２が備えられている。

無線チャネル制御部１５０には、無線周波数の信号の送受信を行なうアンテナ１５１と、主としてアナログ信号の処理を行なうＲＦ／ＩＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部１５２と、主としてデジタル信号の処理を行なうＢＢＰ（Ｂａｓｅ Ｂａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）部１５３と、プロトコル制御を行なうＭＡＣ部１５４と、無線チャネルの使用状況を示す情報を格納するビーコン追加情報格納部１５５と、この無線チャネル制御部１５０がＣＰＵ１１０との通信を行なうためのレジスタ１５６とが備えられている。ここで、無線チャネル制御部１５０を構成するアンテナ１５１,ＲＦ／ＩＦ部１５２,ＢＢＰ部１５３,ＭＡＣ部１５４,レジスタ１５６が、本発明にいう、無線チャネルの使用状況を示す情報を、無線チャネル上に周期的に発信する信号（ビーコンと称する）を媒体として無線端末に通知する手段に相当する。尚、無線チャネルの使用状況を示す情報としては、無線チャネルの混雑具合を示すトラフィック情報や、無線チャネル上で伝送されるべきデータ種別を示すデータ種別情報等がある。

有線ネットワーク１７０からこの無線基地局１００が使用する無線チャネルにデータが転送される場合は、有線ネットワーク１７０からのデータが有線ネットワーク制御部１４０を経由してＳＲＡＭ１３０に格納される。ＳＲＡＭ１３０に格納されたデータは、ＣＰＵ１１０で読み出されて無線チャネル制御部１５０を構成するレジスタ１５６を介してＭＡＣ部１５４へ転送され、さらにＢＢＰ部１５３→ＲＦ／ＩＦ部１５２→アンテナ１５１→無線チャネルの順に転送される。

一方、無線チャネルから有線ネットワーク１７０ヘデータが転送される場合は、アンテナ１５１によって受信されたデータがＲＦ／ＩＦ部１５２に転送され、以後ＢＢＰ部１５３→ＭＡＣ部１５４→レジスタ１５６の順に転送される。レジスタ１５６に転送されたデータは、ＣＰＵ１１０でＳＲＡＭ１３０に格納された後、有線ネットワーク制御部１４０を経由して有線ネットワーク１７０ヘと転送される。

ここで、上記転送を行なう際、ＭＡＣ部１５４は、単位時間あたりに処理されるデータ量や、この無線チャネルに接続されている無線端末の数を検出し、これらデータ量や無線端末数を占有率情報としてビーコン追加情報格納部１５５内に格納する。この占有率情報は、無線チャネルの使用状況や接続されている無線端末数が変化する度に随時更新される。その後、ビーコンを発信すべき時刻になると、ＭＡＣ部１５４は発信すべきビーコンフレームの中に占有率情報を埋め込んだ上で、そのビーコンを無線チャネル上へ発信する。占有率情報は常に更新されているので、ビーコンフレームに埋め込まれる情報も常に最新の情報となる。

また、ＣＰＵ１１０は、必要に応じてレジスタ１５６を介してビーコン追加情報格納部１５５の内容を書き替えることが可能である。ここでは、ＣＰＵ１１０によってこの無線基地局１００で扱うデータ種別を示すデータ種別情報を書き込むこととする。尚、データ種別を示すデータ種別情報としては、単位時間に転送処理が完了しなくてはならない「ビデオデータ」と、一般的なアプリケーションソフトウェアが扱う「パケットデータ」がある。このようなデータ種別情報についてもビーコンフレームに埋め込まれて、無線チャネル上へと発信される。

ここで、ビーコンヘの占有率情報およびデータ種別情報の埋め込み方法について説明する。例えばＩＥＥＥ８０２．１１においてはビーコンフレームはマネージメントフレームの一つとして規定されており、そのフレームボディには「２,３１３」バイトが確保される。ここで、規定されているビーコンが使用する長さは最大で「３３４」バイトである。そこで、残りの領域を上記の追加情報のための領域として使用すればよい。

図２は、本発明の一実施形態の無線通信システムにおける無線端末のブロック図である。

図２に示す無線端末２００は、複数の無線基地局の中から選択されたいずれかの無線基地局を介して有線ネットワーク１７０に接続する無線端末である。詳細には、この無線端末２００は、ビーコンに埋め込まれた占有率情報もしくはデータ種別情報を元に、接続すべき無線基地局を選択し、その選択された無線基地局を介して有線ネットワーク１７０に接続する無線端末である。

この無線端末２００には、ＣＰＵ２１０と、ＲＯＭ２２０と、ＳＲＡＭ２３０と、無線チャネル制御部２５０とが備えられている。これらＣＰＵ２１０,ＲＯＭ２２０,ＳＲＡＭ２３０,無線チャネル制御部２５０は、ＣＰＵバス２６０で互いに接続されている。

ＣＰＵ２１０は、ＣＰＵバス２６０を経由してＲＯＭ２２０に格納されているプログラムデータを読み出して実行することにより、この無線端末２００全体を制御する。

ＲＯＭ２２０には、この無線端末２００全体を制御するためのプログラムデータが格納されている。

ＳＲＡＭ２３０は、ＣＰＵ２１０で実行されるプログラムに必要な作業用のデータを格納するための作業領域を有する。

無線チャネル制御部２５０には、無線周波数の信号の送受信を行なうアンテナ２５１と、主としてアナログ信号の処理を行なうＲＦ／ＩＦ部２５２と、主としてデジタル信号の処理を行なうＢＢＰ部２５３と、プロトコル制御を行なうＭＡＣ部２５４と、無線チャネル通信状態を示す情報を格納するビーコン追加情報格納部２５５と、この無線チャネル制御部２５０がＣＰＵ２１０との通信を行なうためのレジスタ２５６とが備えられている。ここで、無線チャネル制御部２５０を構成するアンテナ２５１,ＲＦ／ＩＦ部２５２,ＢＢＰ部２５３,ＭＡＣ部２５４,レジスタ２５６が、本発明にいう、通知を受けた情報を元に接続すべき無線基地局を選択する手段に相当する。尚、無線チャネルの使用状況を示す情報としては、前述したように、無線チャネルの混雑具合を示すトラフィック情報や、無線チャネル上で伝送されるべきデータ種別を示すデータ種別情報がある。

この無線端末２００が無線基地局を選択する場合は、複数の無線基地局が発信したビーコンがアンテナ２５１によって受信され、以後ＲＦ／ＩＦ部２５２→ＢＢＰ部２５３→ＭＡＣ部２５４と伝送される。ＭＡＣ部２５４は、ビーコンの中から無線チャネルの使用状況を示す情報であるビーコン追加情報を分離し、ビーコン追加情報格納部２５５に格納する。尚、ビーコン追加情報格納部２５５は、複数の無線基地局（例えば１０台程度の無線基地局）からのビーコン追加情報を格納するのに十分な容量を有しており、これら複数の無線基地局から受信されたビーコン追加情報は、ビーコン追加情報格納部２５５に全て格納される。全てのビーコン追加情報の格納が終了すると、ＭＡＣ部２５４はその中から最も通信余力のある無線基地局を検索し、その無線基地局に対して接続要求を行なうこととなる。

尚、ＣＰＵ２１０は事前にレジスタ２５６を介して、ＭＡＣ部２５４へどのデータ種別を示すデータ種別情報を扱うのかを通知しておくことも可能である。例えば、ヒデオデータを扱うのであれば、ＣＰＵ２１０はＭＡＣ部２５４へその旨を通知し、ＭＡＣ部２５４は、その情報をビーコン追加情報格納部２５５に格納しておく。このデータ種別情報は、その後、ＭＡＣ部２５４がビーコン追加情報を収集し終わった後、無線基地局を選択する際の条件となる。

図３は、ビーコンに埋め込まれた占有率情報を元に無線端末が無線基地局を選択する様子を模式的に示した図である。

ここでは、３つの無線基地局３０１,３０２,３０３が設置されているものとする。尚、無線基地局３０１,３０２,３０３の電波到達範囲を円３０４,３０５,３０６で示す。

無線基地局３０１には、無線端末３０７,３０８,３０９が既に接続されている。また、無線基地局３０３には、無線端末３１０が既に接続されている。このような状況下において、新たに無線端末３１１が出現したとする。無線端末３１１は、無線基地局３０１,３０２,３０３の全てのビーコンを取得することができる場所におり、このため無線端末３１１では、全ての無線基地局３０１,３０２,３０３の占有率情報が比較される。その結果、この無線端末３１１では、信号強度が最も高い無線基地局は、この無線端末３１１の最も近くにある無線基地局３０１であると認識されるとともに、この無線基地局３０１には３つの無線端末３０７,３０８,３０９が既に接続されている旨も認識される。このため、無線端末３１１では、無線基地局３０１が使用する無線チャネルには相応の負荷がかかっている旨が認識される。それに対して無線基地局３０２には無線端末が１台も接続されていない旨も認識される。従って、無線端末３１１では、無線基地局３０２が使用する無線チャネルは未使用の状況であることが認識される。最終的には、無線端末３１１では、接続すべき無線基地局は無線基地局３０２であると認識され、この無線端末３０２との接続処理が行なわれることとなる。このようにすることにより、無線基地局３０１に過度の負荷をかけることが回避され、無線ネットワーク全体としてリソースを有効に活用できる状況が作り出されることとなる。

図４は、ビーコンに埋め込まれた占有率情報及びデータ種別情報を元に無線端末が無線基地局を選択する様子を模式的に示した図である。

ここでは、３つの無線基地局４０１,４０２,４０３が設置されているものとする。尚、無線基地局４０１,４０２,４０３の電波到達範囲を円４０４,４０５,４０６で示す。

また、無線基地局４０１は、ビデオデータを扱う無線基地局であるものとする。一方、残りの無線基地局４０２,４０３は、パケットデータを扱う無線基地局であるものとする。尚、無線基地局４０２には、パケットデータを扱う無線端末４０７,４０８が既に接続されており、この無線基地局４０２が使用する無線チャネルには相応の負荷がかかっている。

ここで、ビデオデータを扱う無線端末４０９が出現した場合、ビーコン中のデータ種別情報を元に、ビデオデータを扱う無線基地局を探索することとなる。無線端末４０９においては、信号強度が最も高い無線基地局は最も近い無線基地局４０３であるものの、データ種別が一致する無線基地局は、無線基地局４０１のみであるため、この無線基地局４０１との接続処理が行なわれることとなる。尚、この際、ビデオデータを扱う無線基地局がシステム破綻を起こさない程度の十分な帯域が確保されるか否かは、占有率情報を元に判定することが可能である。さらに、パケットデータを扱う無線端末４１０が出現した場合、その無線端末４１０に対して信号強度が最も高い無線基地局は無線基地局４０２であるが、データ種別が一致し、さらに無線チャネルに負荷がかかっていない無線基地局という条件で探索すると、無線基地局４０３が該当することになる。従って、無線端末４１０は無線基地局４０３と接続されることとなる。このような処理を行なうことにより、ビデオデータを扱うネットワークにおいてはシステムの破綻を回避することができ、またパケットデータを扱うネットワークにおいては、特定の無線基地局に負荷が集中する状況を回避することができることとなる。

本発明の一実施形態の無線通信システムにおける無線基地局のブロック図である。 本発明の一実施形態の無線通信システムにおける無線端末のブロック図である。 ビーコンに埋め込まれた占有率情報を元に無線端末が無線基地局を選択する様子を模式的に示した図である。 ビーコンに埋め込まれた占有率情報及びデータ種別情報を元に無線端末が無線基地局を選択する様子を模式的に示した図である。

符号の説明

１００,３０１,３０２,３０３,４０１,４０２,４０３ 無線基地局
１１０,２１０ ＣＰＵ
１２０,２２０ ＲＯＭ
１３０,２３０ ＳＲＡＭ
１４０ 有線ネットワーク制御部
１４１ ＰＨＹ部
１４２,１５４,２５４ ＭＡＣ部
１５０,２５０ 無線チャネル制御部
１５１,２５１ アンテナ
１５２,２５２ ＲＦ／ＩＦ部
１５３,２５３ ＢＢＰ部
１５５,２５５ ビーコン追加情報格納部
１５６,２５６ レジスタ
１６０,２６０ ＣＰＵバス
１７０ 有線ネットワーク
２００,３０７,３０８,３０９,３１０,３１１,４０７,４０８,４０９,４１０ 無線端末
３０４,３０５,３０６,４０４,４０５,４０６ 無線基地局の電波到達範囲

Claims (3)

1. １以上の無線端末を複数存在する無線基地局の中から選択されたいずれかの無線基地局を介してネットワークに接続する無線通信方法において、
   前記複数の無線基地局それぞれが、自分が使用する無線チャネルの使用状況を示す情報を、該無線チャネル上に周期的に発信する信号を媒体として無線端末に通知し、
   前記無線端末は、無線基地局から通知された前記情報を元に接続すべき無線基地局を選択することを特徴とする無線通信方法。
2. １以上の無線端末と、無線端末をネットワークに接続する複数の無線基地局とからなる無線通信システムにおいて、
   前記複数の無線基地局それぞれは、特定の周波数に割り当てられた無線チャネルに対してデータを送信もしくは受信する手段と、前記無線チャネルの使用状況を示す情報を格納する手段と、前記情報を、前記無線チャネル上に周期的に発信する信号を媒体として前記無線端末に通知する手段とを備え、
   前記無線端末は、前記無線基地局から通知された前記情報を元に接続すべき無線基地局を選択する手段を備えたことを特徴とする無線通信システム。
3. 前記情報は、前記無線チャネルの混雑具合を示すトラフィック情報、あるいは前記無線チャネル上で伝送されるべきデータ種別を示すデータ種別情報であることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。

Images