JP2006108790A - アクセスポイント装置、無線ｌａｎ端末および無線ｌａｎシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 無線ＬＡＮシステムにおいて、エンドツーエンドの通信品質（ＱｏＳ）を適切に制御することを可能とする。
【解決手段】 無線ＬＡＮシステムに具備され、無線ＬＡＮ端末と無線区間の通信を行うアクセスポイント装置において、送信バッファ３１にパケットがどのくらい溜まっているかを観測する送信バッファオブザーバー３３と、送信バッファ３１の蓄積状態、自アクセスポイント装置配下の無線ＬＡＮ端末の台数および無線区間の伝送速度に基づいて、無線ＬＡＮ端末に対して通信速度の過大を通知するためのバックプレッシャーメッセージ３４の送出を制御するレート制御部３５とを備え、送信バッファオブザーバー３３は、レート制御部３５からの指示により、バックプレッシャーメッセージ３４を作成してスケジューラ３２に出力する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムに備わるアクセスポイント装置および無線ＬＡＮ端末、並びに無線ＬＡＮシステムに関する。

従来、無線ＬＡＮシステムに係る通信品質（ＱｏＳ）制御技術としては、ＩＥＥＥで検討されているＥＤＣＡ（Enhanced Distributed Channel Access）方式と、ＨＣＣＡ（HCF Control Channel Access）方式（例えば非特許文献１）とが知られている。
IEEE P802.11e/D6.0，"Draft Amendment to STANDARD FOR Telecommunications and Information Exchange Between Systems - LAN/MAN Specific Requirements - Part 11: Wireless Medium Access Control (MAC) and physical layer (PHY) specifications:Medium Access Control (MAC) Enhancements for Quality of Service (QoS)"，IEEE ，November 2003

しかし、上述したいずれの方式も、無線ＬＡＮ端末からアクセスポイントまでの無線区間だけのＱｏＳの保証を対象としている。このため、無線ＬＡＮ端末が無線ＬＡＮシステムとは異なる外部ネットワークを通して外部端末と通信する場合、エンドツーエンドのＱｏＳを動的に制御するメカニズムについては、上述したいずれの方式にも含まれていない。無線ＬＡＮシステムでは、アクセスポイントに接続する無線ＬＡＮ端末の台数が増えると、一台あたりの利用可能な無線通信帯域が減少する。このとき、アクセスポイントでは、無線ＬＡＮ端末に対して単位時間に送出できるデータ数（下り通信速度）が減少する。一方、無線ＬＡＮ端末宛てにデータを送信している外部端末では、そのアクセスポイントの下り通信速度の低下が分からないので、これまでと同様にデータを送信し続ける。この結果、アクセスポイントでは、無線ＬＡＮ端末向けの送信バッファへの入力速度が出力速度を上回ると、送信バッファの空きが次第になくなり、送信バッファが満杯になった時点からデータが廃棄される。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、無線ＬＡＮシステムにおいて、エンドツーエンドの通信品質（ＱｏＳ）を適切に制御することが可能なアクセスポイント装置、無線ＬＡＮ端末および無線ＬＡＮシステムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係るアクセスポイント装置は、無線ＬＡＮシステムに具備され、無線ＬＡＮ端末と無線区間の通信を行うアクセスポイント装置において、自アクセスポイント装置に到着した前記無線ＬＡＮ端末宛てのパケットを格納する送信バッファと、パケット送信アルゴリズムに従って前記送信バッファから読み出したパケットを該当する前記無線ＬＡＮ端末に送出するスケジューラと、前記送信バッファにパケットがどのくらい溜まっているかを観測する送信バッファ観測手段と、前記送信バッファの蓄積状態、自アクセスポイント装置配下の前記無線ＬＡＮ端末の台数および前記無線区間の伝送速度に基づいて、前記無線ＬＡＮ端末に対して通信速度の過大を通知するためのバックプレッシャーメッセージの送出を制御するレート制御手段と、前記レート制御手段からの指示により、前記バックプレッシャーメッセージを作成して前記スケジューラに出力するバックプレッシャーメッセージ作成手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係るアクセスポイント装置においては、前記バックプレッシャーメッセージ作成手段は、前記スケジューラに対して前記バックプレッシャーメッセージの優先出力を指示することを特徴とする。

本発明に係るアクセスポイント装置においては、前記レート制御手段は、前記送信バッファの蓄積量を定める閾値を制御することを特徴とする。

本発明に係るアクセスポイント装置においては、前記閾値は、トラヒックの優先度に応じて設けられることを特徴とする。

本発明に係る無線ＬＡＮ端末は、無線ＬＡＮシステムに具備され、アクセスポイント装置と無線区間の通信を行う無線ＬＡＮ端末において、前記アクセスポイント装置からバックプレッシャーメッセージを受信する受信手段と、前記バックプレッシャーメッセージを受信すると、通信相手に対して通信速度の減少あるいは増加を要求する制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る無線ＬＡＮシステムは、請求項１から４のいずれかの項に記載のアクセスポイント装置と、請求項５に記載の無線ＬＡＮ端末とを有することを特徴とする。

本発明によれば、無線ＬＡＮシステムにおいて、エンドツーエンドの通信品質（ＱｏＳ）を適切に制御することができる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る無線ＬＡＮシステム１の構成を示すブロック図である。図１において、無線ＬＡＮシステム１は、無線ＬＡＮ端末１１、アクセスポイント装置（ＡＰ）１２及びＳＩＰ（session initiate protocol）サーバ１３を有する。外部ネットワークシステム１００は端末１０１及びＳＩＰサーバ１０２を有する。ＳＩＰサーバ１３，１０２間は、通信回線により接続されている。

無線ＬＡＮシステム１において、無線ＬＡＮ端末１１とＡＰ１２間は、物理層とＭＡＣ（Media Access Control）層の無線ＬＡＮのプロトコルにより、無線区間の通信が行われる。この無線区間では、電界強度に応じて、伝送するデータの速度が変化する。

ＳＩＰサーバ１３，１０２は、ＳＩＰをサポートしている。ＳＩＰは、アプリケーション層のプロトコルであり、セッションを制御する信号はＳＩＰサーバ１３，１０２を経由してやり取りされる。なお、端末１１，１０１間で送受されるデータは、ＳＩＰサーバ１３，１０２を経由してもよく、或いはＳＩＰサーバ１３，１０２を経由せず他のルーティングプロトコルにより伝送するようにしてもよい。
また、ＳＩＰサーバ１３，１０２は、端末１１，１０１からセッションに関する信号の中継、通信相手先の問合せ、位置情報の登録などを行う機能を有する。

外部ネットワークシステム１００は、例えば第３世代の移動通信システムである。

図２は、無線ＬＡＮ端末１１の構成を示すブロック図である。
図２に示されるように、無線ＬＡＮ端末１１は、物理部２１とアプリケーション部２２とを有する。、物理部２１は、物理層及びＭＡＣ層の機能を有し、無線ＬＡＮプロトコルの処理を行う。アプリケーション部２２は、アプリケーション層の機能を有し、ＳＩＰ及び各種アプリケーションの処理を行う。

次に、図３を参照して、ＡＰ１２に備わるＱｏＳ制御に係る構成および動作を説明する。
図３は、ＡＰ１２に備わるＱｏＳ制御に係る構成を示すブロック図である。
図３において、送信バッファ３１は、ＡＰ１２に到着した無線ＬＡＮ端末１１宛てのパケットを格納する。送信バッファ３１は、無線ＬＡＮ端末１１ごとに設けられている。送信バッファ３１からは、例えば到着順にパケットが読み出される。送信バッファ３１には、レート制御部３５から閾値が設定される。送信バッファ３１は、パケットの蓄積量がバッファの容量に達すると、以降の到着パケットを廃棄する。

図４は、送信バッファ３１に設定される閾値を説明するための概念図である。図４に示されるように、閾値には値の大きい順に、閾値ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３の３種類がある。閾値ＴＨ１は、優先度が高いトラヒック用の閾値である。閾値ＴＨ２は、優先度が通常のトラヒック用の閾値である。閾値ＴＨ３は、優先度が低いトラヒック用の閾値である。送信バッファ３１には、該当する無線ＬＡＮ端末１１に係るトラヒックの優先度に応じた閾値がレート制御部３５によって設定される。これら閾値はバックプレッシャーメッセージ３４を送信する契機を与えるためのものである。

スケジューラ３２は、パケット送信アルゴリズムに従って送信バッファ３１から読み出したパケットを該当する無線ＬＡＮ端末１１に送出する。このパケット送出速度がパケット到着速度を上回っていれば、送信バッファ３１にパケットが溜まることはない。逆に、パケット送出速度がパケット到着速度を下回ると、送信バッファ３１にパケットが溜まることになる。そして、送信バッファ３１の蓄積量がバッファの容量に達し、送信バッファ３１に空きがなくなると、パケットは廃棄される。

送信バッファオブザーバー３３は、送信バッファ３１にパケットがどのくらい溜まっているかを観測する。例えば、送信バッファ３１の格納ポインタと送出ポインタを比較することにより、パケットの蓄積量を検出する。送信バッファオブザーバー３３は、その検出した蓄積量（送信バッファ情報）をレート制御部３５に出力する。

また、送信バッファオブザーバー３３は、レート制御部３５からバックプレッシャーメッセージ送信指示を受けると、当該指示により指定された送信バッファ３１に該当する無線ＬＡＮ端末１１宛てのバックプレッシャーメッセージ３４を作成する。そして、その作成したバックプレッシャーメッセージ３４をスケジューラ３２に出力する。さらに、スケジューラ３２に対してバックプレッシャーメッセージ３４の優先出力を指示する。この指示により、スケジューラ３２は、バックプレッシャーメッセージ３４を優先的に送出する。バックプレッシャーメッセージ３４は、無線ＬＡＮ端末に対して通信速度の過大を通知するためのメッセージである。バックプレッシャーメッセージ３４を受信した無線ＬＡＮ端末１１は、通信相手の端末１０１に対してＱｏＳに係るパラメータの変更を通知し、通信速度の減少を図る。

レート制御部３５は、送信バッファ３１の蓄積状態、自ＡＰ１２配下の無線ＬＡＮ端末１１の台数および無線区間の伝送速度に基づいて、バックプレッシャーメッセージ３４の送出を制御する。また、送信バッファ３１の閾値を制御する。これにより、エンドツーエンドのＱｏＳを保証することを図る。具体的には、以下に示す内容の制御処理を行う。

無線区間伝送速度が低下、且つ端末台数が増加、且つ蓄積量が閾値に達している場合、バックプレッシャーメッセージ送信指示を出力する。これにより、エンドツーエンドの上位層の通信速度を減少させて、送信バッファあふれによるデータ損失を防止することができる。

無線区間伝送速度が低下、且つ端末台数が増加、且つ蓄積量が閾値に未達の場合、当該送信バッファ３１用の閾値が高優先トラヒック用の閾値ＴＨ１ならば、低優先トラヒック用の閾値ＴＨ３が設定されている他の送信バッファ３１に対して許容バッファ量が減少する方向に閾値ＴＨ３を変更する。これにより、端末台数増加による無線区間伝送速度の低下によって送信バッファあふれが発生することを防止することができる。また、収容トラヒックの優先度に従って送信バッファ間の調整を行うことにより、ＱｏＳの確保を図る。

無線区間伝送速度が低下、且つ端末台数が変化なし、且つ蓄積量が閾値に達している場合、当該送信バッファ３１に対して許容バッファ量が増加する方向に閾値を変更する。但し、当該送信バッファ３１の許容バッファ量が既に最大値であったときは、バックプレッシャーメッセージ送信指示を出力する。これにより、一時的な無線区間伝送速度の低下を送信バッファで吸収することができる。なお、送信バッファで吸収しきれなくなった場合には、エンドツーエンドの上位層の通信速度を減少させることにより、送信バッファあふれによるデータ損失を防止する。

無線区間伝送速度が低下、且つ端末台数が変化なし、且つ蓄積量が閾値に未達の場合は、何も処理しない。この状態では、一時的な無線区間伝送速度の低下を送信バッファで吸収する。

無線区間伝送速度が変化なし、且つ端末台数が増加、且つ蓄積量が閾値に達している場合、バックプレッシャーメッセージ送信指示を出力する。これにより、既に許可したエンドツーエンドの上位層の通信速度に問題があったが、その上位層の通信速度を補正することができる。

無線区間伝送速度が変化なし、且つ端末台数が増加、且つ蓄積量が閾値に未達の場合は、何も処理しない。

無線区間伝送速度が変化なし、且つ端末台数が変化なし、且つ蓄積量が閾値に達している場合、バックプレッシャーメッセージ送信指示を出力する。これにより、既に許可したエンドツーエンドの上位層の通信速度に問題があったが、その上位層の通信速度を補正することができる。

無線区間伝送速度が変化なし、且つ端末台数が変化なし、且つ蓄積量が閾値に未達の場合は、何も処理しない。

次に、図５を参照して、図１のシステムにおけるＱｏＳ制御シーケンスを説明する。図５は、本実施形態に係るＱｏＳ制御シーケンスを示す図である。
初めに、無線ＬＡＮ端末１１と端末１０１間のセッション確立時のシーケンスを説明する。
図５において、無線ＬＡＮ端末１１は、端末１０１間のセッションを確立するために、端末１０１へ“Invite”メッセージを送信する（ステップＳ１１）。この“Invite”メッセージには、通信速度などのＱｏＳに係るパラメータを含める。図５の例では、無線ＬＡＮ端末１１は、通信速度“１０Ｍｂｐｓ（毎秒１０メガビット）”を要求する。

次いで、端末１０１は、“Invite”メッセージを受信すると、“180 Ringing”メッセージを無線ＬＡＮ端末１１に返信する（ステップＳ１２）。“180 Ringing”メッセージは、着信を受け付けたことと呼出し中であることを通知するためのメッセージである。さらに、端末１０１は、“200 OK”メッセージを無線ＬＡＮ端末１１に返信する（ステップＳ１３）。“200 OK”メッセージは、“Invite”メッセージに対する正式な応答メッセージである。

無線ＬＡＮ端末１１は、“200 OK”メッセージを受信すると、端末１０１が通信速度“１０Ｍｂｐｓ”を了承したことを認識し、“200 OK”メッセージに対する確認応答“ACK”メッセージを端末１０１に返信する（ステップＳ１４）。

上記した一連のメッセージの交換によって、通信速度“１０Ｍｂｐｓ”のセッションが無線ＬＡＮ端末１１と端末１０１の間で確立する。

次に、無線ＬＡＮ端末１１がＡＰ１２からバックプレッシャーメッセージ３４を受信した時のシーケンスを説明する。
図５において、無線ＬＡＮ端末１１は、ＡＰ１２からバックプレッシャーメッセージ３４を受信すると、セッション確立中の端末１０１に対して“RE-Invite”メッセージを送信する（ステップＳ２１）。この“RE-Invite”メッセージには、通信速度などのＱｏＳに係るパラメータを含めるが、バックプレッシャーメッセージ３４を受信したことにより通信速度は減少させる。図５の例では、無線ＬＡＮ端末１１は、通信速度を“１０Ｍｂｐｓ”から“１Ｍｂｐｓ”に減少させる。

なお、この通信速度の減少方法としては、アプリケーション部２２が、セッション確立時の通信速度と現在の実際の通信速度とを比較して、徐々に通信速度を減少させる。或いは、アプリケーション部２２が、物理部２１に問合せて無線区間の実際の伝送速度を取得し、この取得した伝送速度に基づき、端末１０１に要求する通信速度を求める。

次いで、端末１０１は、“RE-Invite”メッセージを受信すると、“180 Ringing”メッセージを無線ＬＡＮ端末１１に返信する（ステップＳ２２）。さらに、端末１０１は、“200 OK”メッセージを無線ＬＡＮ端末１１に返信する（ステップＳ２３）。

無線ＬＡＮ端末１１は、“200 OK”メッセージを受信すると、端末１０１が通信速度“１Ｍｂｐｓ”を了承したことを認識し、“200 OK”メッセージに対する確認応答“ACK”メッセージを端末１０１に返信する（ステップＳ２４）。

上記した一連のメッセージの交換によって、無線ＬＡＮ端末１１と端末１０１の間で確立中のセッションに係る通信速度が“１０Ｍｂｐｓ”から“１Ｍｂｐｓ”に変更される。

上述したように本実施形態によれば、バックプレッシャーメッセージによりＡＰから無線ＬＡＮ端末に通信速度の過大を通知することができる。これにより、端末間において通信速度が調整されるので、エンドツーエンドの通信品質（ＱｏＳ）を適切に制御することが可能となる。この結果、ＡＰにおける送信バッファあふれによるパケット廃棄が防止される。

また、ＡＰにおいて、送信バッファの蓄積状態、自ＡＰ配下の無線ＬＡＮ端末の台数および無線区間の伝送速度に基づき、バックプレッシャーメッセージの送出を制御するので、無線ＬＡＮシステムの状態の変化に応じて迅速にＱｏＳ制御を行うことができる。

なお、無線ＬＡＮ端末１１と端末１０１の間で確立中のセッションに係る通信速度を増加させる場合は、アプリケーション部２２が、セッション確立時の通信速度と現在の実際の通信速度とを比較して、徐々に通信速度を増加させればよい。或いは、アプリケーション部２２が、物理部２１に問合せて無線区間の実際の伝送速度を取得し、この取得した伝送速度に基づき、端末１０１に要求する通信速度を求める。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態に係る携帯電話機（移動通信機）の構成を示すブロック図である。 無線ＬＡＮ端末１１の構成を示すブロック図である。 ＡＰ１２に備わるＱｏＳ制御に係る構成を示すブロック図である。 送信バッファ３１に設定される閾値を説明するための概念図である。 本発明の一実施形態に係るＱｏＳ制御シーケンスを示す図である。

符号の説明

１…無線ＬＡＮシステム、１１…無線ＬＡＮ端末、１２…アクセスポイント装置（ＡＰ）、１３，１０２…ＳＩＰサーバ、２１…物理部、２２…アプリケーション部、３１…送信バッファ、３２…スケジューラ、３３…送信バッファオブザーバー（送信バッファ観測手段、バックプレッシャーメッセージ作成手段）、３４…バックプレッシャーメッセージ、３５…レート制御部、１００…外部ネットワークシステム、１０１…端末。

Claims (6)

1. 無線ＬＡＮシステムに具備され、無線ＬＡＮ端末と無線区間の通信を行うアクセスポイント装置において、
   自アクセスポイント装置に到着した前記無線ＬＡＮ端末宛てのパケットを格納する送信バッファと、
   パケット送信アルゴリズムに従って前記送信バッファから読み出したパケットを該当する前記無線ＬＡＮ端末に送出するスケジューラと、
   前記送信バッファにパケットがどのくらい溜まっているかを観測する送信バッファ観測手段と、
   前記送信バッファの蓄積状態、自アクセスポイント装置配下の前記無線ＬＡＮ端末の台数および前記無線区間の伝送速度に基づいて、前記無線ＬＡＮ端末に対して通信速度の過大を通知するためのバックプレッシャーメッセージの送出を制御するレート制御手段と、
   前記レート制御手段からの指示により、前記バックプレッシャーメッセージを作成して前記スケジューラに出力するバックプレッシャーメッセージ作成手段と、
   を備えたことを特徴とするアクセスポイント装置。
2. 前記バックプレッシャーメッセージ作成手段は、前記スケジューラに対して前記バックプレッシャーメッセージの優先出力を指示することを特徴とする請求項１に記載のアクセスポイント装置。
3. 前記レート制御手段は、前記送信バッファの蓄積量を定める閾値を制御することを特徴とする請求項１に記載のアクセスポイント装置。
4. 前記閾値は、トラヒックの優先度に応じて設けられることを特徴とする請求項３に記載のアクセスポイント装置。
5. 無線ＬＡＮシステムに具備され、アクセスポイント装置と無線区間の通信を行う無線ＬＡＮ端末において、
   前記アクセスポイント装置からバックプレッシャーメッセージを受信する受信手段と、
   前記バックプレッシャーメッセージを受信すると、通信相手に対して通信速度の減少あるいは増加を要求する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする無線ＬＡＮ端末。
6. 請求項１から４のいずれかの項に記載のアクセスポイント装置と、請求項５に記載の無線ＬＡＮ端末とを有する無線ＬＡＮシステム。
   
   
   

Images