JP2006166309A

JP2006166309A - 無線ｌａｎ通信方式

Info

Publication number: JP2006166309A
Application number: JP2004357987A
Authority: JP
Inventors: Hidejiro Shifu; 秀二郎志風
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】複数の端末からのデータを受信する期間を連続的に確保して、これら複数の端末との効率的なデータ通信を実現する。
【解決手段】基地局ＡＰが、端末からの送信要求ＲＴＳを受け付けるための要求信号受付期間ＣＷを設定し、当該期間で複数の端末Ａ、Ｂ、Ｃから送信要求信号を受付け、当該送信要求信号を受付けた各端末に対してデータ通信の順序付けを行い、当該順序に従って各端末に対して送信タイミングの通知ＣＴＳを送信する。各端末Ａ、Ｂ、Ｃは、要求信号受付期間ＣＷ後の連続的に確保された期間Ｔ４〜Ｔ１０で、送信タイミングの通知に従って基地局ＡＰへ順次データ送信を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、クライアント端末（無線通信機能を有する機器）と基地局（アクセスポイント）とを無線ＬＡＮにより接続し、クライアント端末が基地局を介したデータ通信を行う通信技術に関し、特に、基地局が複数のクライアント端末から送信要求を受けたときに、これら送信要求を効率的に処理して効率的なデータ転送を実現する技術に関する。

近年、コンピュータネットワーク技術の発展とともに、多くのコンピュータがネットワークに接続され、更には、その周辺機器とされるプリント装置、スキャナ装置、これら機能を複合的に備えた複合機等もネットワークに接続されて、クライアントとなるパーソナルコンピュータからネットワークを介してプリント処理やスキャン処理等を行うことが日常的になってきた。

このようなネットワーク接続は、従来は有線ＬＡＮによるものが一般的であったが、最近では無線ＬＡＮが高速化、低価格化したこともあって急速に利用が広まりつつある。
また、携帯型コンピュータ、ＰＤＡ、携帯電話機等といった無線通信機能を備えたモバイル機器が利用されることが多くなってきており、これらモバイル機器をクライアント端末として無線ＬＡＮによりプリント処理やスキャン処理等を行うこともなされている。

このように無線ＬＡＮの利用は急速に広まってきているが、無線ＬＡＮには通信速度に関する問題がある。
無線ＬＡＮの通信速度は基地局に接続する端末の数に大きく影響され、その数が多いほど通信速度は遅くなってしまう。無線通信では同時に電波を発信すると混信を起こし、基地局がデータを認識できなくなるため、或る端末がデータ通信をしている間は、他の端末は当該通信が終了するまで待つ必要があり、これによって、通信速度が低下してしまう。
また、或る端末のデータ通信が完了した場合、次に基地局に接続してデータ通信をしたい端末は送信要求信号を基地局に送信して、基地局からの受信準備完了信号を待つことになるが、ここでも複数の端末から同時に送信要求信号が送信されるのを回避するために、ランダムに設定されるバックオフ時間を経過してから送信要求信号を送信する必要があり、これによっても、通信速度が低下してしまう。

図４には、基地局ＡＰに対して３つの端末Ａ、Ｂ、Ｃがそれぞれデータを送信しようとする場合について、従来の無線ＬＡＮ通信処理手順の一例を示してある。
端末Ａが送信要求（ＲＳＴ：Request to Send）を送信すると（Ｔ１）、これを受信した基地局ＡＰが受信準備完了通知（ＣＴＳ：Clear to Send）を送信する（Ｔ２）。ＣＴＳを受信した端末Ａはデータを基地局ＡＰへ送信し（Ｔ３）、基地局ＡＰがデータ受信を完了すると確認応答（ＡＣＫ：Acknowledgment）を端末Ａに送信する（Ｔ４）。
端末ＡからのＲＳＴ及び基地局ＡＰからのＣＴＳは、他の端末Ｂ、Ｃによっても受信されてモニタされ、端末Ａのデータ送信中に他の端末Ｂ、ＣがＲＳＴを送信することが回避される。

そして、予め設定された分散制御用フレーム間隔（ＤＩＦＳ：Distributed Coordination Function Interframe Space）及びバックオフ期間が経過したところで、他の端末ＢがＲＳＴを送信し（Ｔ５）、上記と同様にして、端末Ｍから基地局ＡＰへデータを送信する。

また、無線ＬＡＮには隠れ端末という問題がある。
これは、図３に示すように、基地局ＡＰに対して端末Ａ、端末Ｂ、端末Ｃが存在する環境で、端末Ａと端末Ｂとの間は電波が届く状況にあるが、端末Ａと端末Ｃとの間は遮蔽物などで直接は電波が届かず、端末Ａが基地局ＡＰにデータ送信を行っている場合に、端末Ｃからは端末Ａがデータ通信を行っていることが判らず、端末Ｃがデータ通信を開始してしまうという問題である。
この問題については基地局との間で交わされるＣＴＳ(受信準備完了)信号や、ＡＣＫ（確認応答）を利用することで回避することが可能となってきたが、これも通信速度を低下させる要因となっている。

また、通信速度を改善するための技術として、バースト転送と呼ばれる技術が開発されている。
これは、１転送に対して１パケットの転送だったものを、１転送に対して複数のパケットを転送するようにしたものである。更に、バースト転送を行う際にＡＣＫ（確認応答）信号を省略することにより、更なる高速化を図るといった技術も開発されている。

なお、無線ＬＡＮに接続される端末において、データ受信処理を検出したことに応じて送信機能の動作を打ち切り、これによって、システムのパフォーマンスを向上させる提案がなされている（特許文献１参照。）。
また、1チャネル分の信号帯域内に、パラレルに展開されたユーザデータを同時に多重化して空間ダイバーシチ技術を用いて通信を行うＭＩＭＯ（Multiple Input and Multiple Output）と呼ばれる方式が提案されている（非特許文献１参照。）。
特開平０９―２００２１２号公報。 "情報処理、Vol.45 、No.8 通巻474号"、"特集無線ＬＡＮ技術を利用したインターネットの構築、2.無線ＬＡＮチップセットの開発動向" P801〜P805、発行所：情報処理学会、発効日：平成１６年８月１５日。

基地局に対して複数の端末から送信要求（ＲＴＳ）が発生した場合、従来の通信方式にあっては、総じて通信速度の大きな効率的なデータ転送が実現できないという課題がある。
本発明は、効率的な通信プロトコルにより、基地局に対して複数の端末から送信要求が発生した場合に、効率的なデータ転送を実現することを目的としている。

本発明は、基地局に複数の端末からアクセスが集中した際の通信速度低下を回避するために、端末からの送信要求信号（ＲＴＳ）を受付ける毎に受信準備完了信号（ＣＴＳ）を送信するのではなく、或る期間幅で送信要求信号を受付けるための要求信号受付期間を設け、当該期間に複数の端末からの送信要求を受け付け、その後に、各端末からのデータ送信を連続的に受信することで効率的なデータ通信を可能とするものである。

本発明は、基地局と複数の端末とが無線ＬＡＮにより通信する通信方式、このような通信方式を構成する基地局、このような基地局をコンピュータにより構成するプログラム、このような通信方式により実施される方法である。
なお、端末としては、携帯電話機やモバイルＰＣ等といったモバイル機器、プリンタ装置や複合機等といった情報処理装置など、無線ＬＡＮ通信機能を備えた様々な装置を用いることができる。

本発明の典型的な態様である基地局と端末とが無線ＬＡＮ接続により通信する通信方式通信方式では、基地局が、端末からの送信要求を受け付けるための所定時間の要求信号受付期間を設定し、当該要求信号受付期間で複数の端末から送信要求信号を受付け、当該送信要求信号を受付けた各端末に対してデータ通信の順序付けを行い、当該順序に従って各端末に対して送信タイミングの通知を送信する。
したがって、基地局が要求信号受付期間で複数の送信要求を受け付け、これら送信要求に対するデータ送信の期間を連続的に確保することで、効率的なデータ通信を実現することができる。

ここで、送信タイミングの通知は、各端末毎の送信可能なタイミングや順番を通知する方法、各端末毎の送信を禁止する時間を通知する方法など種々な方法を採用することができる。
また、一般に基地局は或る端末からのデータ受信を完了すると完了通知（ＡＣＫ等）を当該端末に送信するが、当該完了通知を他の端末がモニタリングする場合には、当該完了通知と共に（又は当該完了通知を兼用して）送信タイミングの通知を行うようにしてもよい。

また、基地局が、要求信号受付期間の時間幅を、無線ＬＡＮ接続している端末の数に応じて設定するようにしてもよい。
これにより、基地局にアクセスする端末が多い可能性があるときは要求信号受付期間の時間幅も長くなり、より多くの端末からの送信要求を受け付けることが可能となるとともに、基地局にアクセスする端末が少ない可能性があるときは要求信号受付期間の時間幅も短くなり、データ送信のための期間を十分に確保したり或いは次回の要求信号受付期間までのサイクルを短くすることができる。

また、繰り返し設定される要求信号受付期間について、基地局が、要求信号受付期間の時間幅を、前回の要求信号受付期間に受け付けた送信要求の頻度に応じて変更するようにしてもよい。
これにより、要求信号受付期間にアクセス頻度が増えるに応じて要求信号受付期間の時間幅も長くなり、より多くの端末からの送信要求を受け付けることが可能となるとともに、基地局にアクセスする頻度が減るに応じて要求信号受付期間の時間幅も短くなり、データ送信のための期間を十分に確保したり或いは次回の要求信号受付期間までのサイクルを短くすることができる。

本発明によると、基地局が要求信号受付期間に複数の端末からの送信要求を受け付け、その後に、これら端末から順次データを受信するようにしたため、複数の端末からのデータを受信する期間を連続的に確保して、これら複数の端末との効率的なデータ通信を実現することができる。

本発明を一実施形態に基づいて具体的に説明する。
図１には、本例の通信方式を構成する端末及び基地局の機能構成を示してある。
なお、図１には、端末Ａを代表して示すが、他の端末Ｂ、Ｃについても同様に本発明に係る機能構成を有している。

端末Ａは、無線ＬＡＮ通信を行うための無線通信手段１、情報の画面表示やユーザからの種々な入力を受け付けるユーザインタフェース２、当該端末における種々な情報処理を行う処理部３、基地局ＡＰとの無線ＬＡＮ通信を制御するデータ通信制御手段４を有している。
特に、データ通信制御手段４は、基地局ＡＰや他の端末Ｂ、Ｃが送信した信号をモニタリングするモニタ機能５、基地局ＡＰに対する送信要求の送信を制御する送信要求機能６といった本発明に係るプロトコルを実行するための種々な機能を有している。

基地局ＡＰは、無線ＬＡＮ通信を行うための無線通信手段１１、バックボーンネットワークＮとの回線制御を行う回線制御手段１２、端末との無線ＬＡＮ通信を制御するデータ通信制御手段１３を有している。
特に、データ通信制御手段１３は、要求信号受付期間を設定して複数の端末からの送信要求（ＲＴＳ）を受け付ける要求受付機能１４、ＲＴＳを受け付けた複数の端末に対してデータ送信の順序付を行う順序付け機能１５、端末に対する送信タイミング等の種々な通知を生成して送信する通知機能１６といった本発明に係るプロトコルを実行するための種々な機能を有している。
なお、本例では、要求受付機能１４、順序付け機能１５、通知機能１６は、基地局ＡＰのコンピュータハードウエアにより本発明に係るプログラムを実行することで構成されている。

図２には、基地局ＡＰに対して３つの端末Ａ、Ｂ、Ｃが無線ＬＡＮ接続されて、これら端末Ａ、Ｂ、Ｃがそれぞれ基地局ＡＰへデータ送信する場合の処理手順を示してある。
まず、送信要求受付期間（ＣＷ：Contention Window）で最初に端末ＡがＲＴＳ（送信要求）を送信すると（Ｔ１）、他の端末Ｂ、Ｃはモニタ機能５で当該ＲＴＳを受信してモニタリングし、送信要求機能６で自らが送信しようとするＲＴＳが重ならないように制御する。

このＲＴＳの送信タイミングについては、公知のように、ランダムに設定されるバックオフタイムによって決定され、例えば、本例のように先ず端末Ａが送信要求（ＲＴＳ）を送信すると、端末Ｂは端末Ａから送信されているＲＴＳをモニタすることが可能な位置にあることから、端末Ｂが送信しようとしていたタイミングが端末ＡのＲＴＳと重なるようであれば、端末Ａの送信時間分だけバックオフタイムを追加して、自己の送信要求（ＲＴＳ）を送信する（Ｔ２）。
これによって、送信要求受付期間（ＣＷ）において、基地局ＡＰに対する複数のＲＴＳが重なってしまうことを回避することができる。

同様に、端末Ｃは、端末ＢのＲＴＳ送信中に自己のＲＴＳを送信しようとしていたのであれば、端末Ｂの送信時間分だけを加算したバックオフ時間として、自己の送信要求（ＲＴＳ）を送信する（Ｔ３）。
なお、本例では、端末ＣはＴ３のタイミングでＲＴＳを送信することができたが、端末Ｃは送信順序が後なので、基地局ＡＰから応答通知（ＣＴＳ／ＮＡＶ）をもらえない可能性や、受付期間（ＣＷ）内に収まらない可能性もある。この場合には、次の送信要求受付期間（ＣＷ）で優先的に接続できるようバックオフタイムが短く設定される。

基地局ＡＰは、送信要求受付期間（ＣＷ）内の送信要求（ＲＴＳ）の受付けを完了すると、これら複数のＲＴＳに対してデータ受信を受付ける順序を決定し、要求送信元の各端末Ａ、Ｂ、Ｃに対して応答通知（ＣＴＳ／ＮＡＶ）を送信する（Ｔ４）。なお、これらＲＴＳは、例えば端末毎に設定されたＩＤを含んでおり、各ＲＴＳの送信元の端末が識別される。
本例では、応答通知（ＣＴＳ／ＮＡＶ）は、受信準備完了通知（ＣＴＳ）と送信待ち時間通知（ＮＡＶ）とを兼ねており、最初の順番の端末Ａに対しては受信準備完了を、それ以降の順番の端末Ｂ、Ｃに対してはそれぞれのデータ送信までの待ち時間を通知する。なお、これら通知内容の宛先は、例えば端末毎に設定されたＩＤで識別される。

基地局ＡＰから受信準備完了の通知を受信した端末Ａは、データ通信制御手段４がデータ送信を開始し（Ｔ５）、当該送信データに対する基地局ＡＰからの確認応答（ＡＣＫ）を待ち受ける。
端末Ａからのデータを受信した基地局ＡＰ、受信データをＣＲＣチェック等して正常受信を確認し、正常であれば、端末Ａに対して応答確認を送信するとともに、次の順番の端末Ｂに対して受信準備完了を通知する（Ｔ６）。
本例では、この応答確認（ＡＣＫ／ＣＴＳ）は、送信データに対する受信確認応答（ＡＣＫ）と受信準備完了通知（ＣＴＳ）とを兼ねており、端末Ａに対しては応答確認を、端末Ｂに対しては受信準備完了を通知する。なお、これら通知内容の宛先は、例えば端末毎に設定されたＩＤで識別される。

以後、上記と同様にして、端末Ｂからのデータ送信が開始され（Ｔ７）、当該データを受信した基地局ＡＰが、端末Ｂに対して応答確認（ＡＣＫ）を、次の順番の端末Ｂに対して受信準備完了（ＣＴＳ）を通知する（Ｔ８）。
更に、端末Ｃも、上記と同様にして、ＣＴＳ（受信準備完了）の受信によりデータ通信を開始し（Ｔ９）、基地局ＡＰからのＡＣＫ（確認応答）を受信する（Ｔ１０）。

そして、基地局ＡＰは、次の送信要求受付期間（ＣＷ）に関する通知を配下の全ての端末が受信できるようにブロードキャスト送信し、当該次の送信要求受付期間（ＣＷ）において、上記と同様に、複数の端末からＲＴＳを受け付けて、順序付けした各端末からの送信データをい受信する。
ここで、本例では、基地局ＡＰは、最後の順番の端末Ｃからのデータ受信に対して端末Ｃに対してＡＣＫを送信するとともに、ブロードキャスト信号により、配下の全ての端末に対して送信要求信号受付期間（ＣＷ）に入ったことと、その時間幅についての通知を行う。

送信要求受付期間（ＣＷ）の時間幅は、或る一定の時間に固定的に設定するようにしてもよいが、基地局ＡＰと無線ＬＡＮ接続している端末数や、基地局ＡＰが送信要求（ＲＴＳ）を受け付けた頻度に応じて設定するようにしてもよい。
例えば、基地局ＡＰに最初に接続されている端末の数に応じて送信要求受付期間（ＣＷ）の時間幅を適切な値に設定し、その後、送信要求受付期間（ＣＷ）での送信要求の発生頻度に応じて、次の送信要求受付期間（ＣＷ）の時間幅を最適な値とするように変更する。

具体的には、例えば、基地局ＡＰに２０台の端末が接続されている場合には、最初のＣＷの時間幅は１０台分の送信要求が受付けられるように設定するが、送信要求を送信する端末が２台程度しかない時には、ＣＷの時間幅を４台分に減らして短くし、また、これとは逆に、送信要求を送信する端末がＣＷの時間幅の５０％を超える時には、時間幅を増やすというように調整して、常に最適な時間幅に設定されるよう更新を行う。

本発明の一実施例に係る端末及び基地局の機能構成図である。本発明の一実施例に係る通信手順を説明する図である。端末と基地局との配置関係を説明する図である。従来の通信手順の一例を説明する図である。

符号の説明

１：無線通信手段、４：データ通信制御手段、
５：モニタ機能、６：送信要求機能、
１１：無線通信手段、１３：データ通信制御手段、
１４：要求受付機能、１５：順序付け機能、
１６：通知機能、Ａ、Ｂ、Ｃ：端末、
ＡＰ：基地局、ＲＴＳ：送信要求、
ＣＷ：要求信号受付期間、

Claims

基地局と端末とが無線ＬＡＮ接続により通信する通信方式において、
基地局は、端末からの送信要求を受け付けるための所定時間の要求信号受付期間を設定し、当該要求信号受付期間で複数の端末から送信要求信号を受付け、当該送信要求信号を受付けた各端末に対してデータ通信の順序付けを行い、当該順序に従って各端末に対して送信タイミングの通知を送信することを特徴とする無線ＬＡＮ通信方式。
請求項１に記載の無線ＬＡＮ通信方式において、
前記送信タイミングの通知は、送信を禁止する時間の通知であることを特徴とする通信方式。
請求項１又は請求項２に記載の無線ＬＡＮ通信方式において、
前記基地局は、前記送信要求信号を受付けた複数の端末の内の１つの端末からのデータ受信の完了通知を送信し、当該完了通知と共に送信タイミングの通知を送信することを特徴とする無線ＬＡＮ通信方式。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の無線ＬＡＮ通信方式において、
前記基地局は、要求信号受付期間の時間幅を、無線ＬＡＮ接続している端末の数に応じて設定することを特徴とする無線ＬＡＮ通信方式。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の無線ＬＡＮ通信方式において、
前記要求信号受付期間は繰り返し設定され、
前記基地局は、要求信号受付期間の時間幅を、前回の要求信号受付期間に受け付けた送信要求の頻度に応じて変更することを特徴とする無線ＬＡＮ通信方式。
無線ＬＡＮ接続により複数の端末から個別にデータを受信する基地局において、
端末からの送信要求を受け付けるための所定時間の要求信号受付期間を設定する機能と、当該要求信号受付期間で複数の端末から送信要求信号を受け付ける機能と、当該送信要求信号を受付けた各端末に対してデータ通信の順序付けを行う機能と、当該順序に従って各端末に対して送信タイミングの通知を送信する機能と、を備えたことを特徴とする基地局。
無線ＬＡＮ接続により複数の端末から個別にデータを受信する基地局を、コンピュータにより構成するプログラムにおいて、
端末からの送信要求を受け付けるための所定時間の要求信号受付期間を設定する機能と、当該要求信号受付期間で複数の端末から送信要求信号を受け付ける機能と、当該送信要求信号を受付けた各端末に対してデータ通信の順序付けを行う機能と、当該順序に従って各端末に対して送信タイミングの通知を送信する機能と、コンピュータに構成することを特徴とするプログラム。
基地局が無線ＬＡＮ接続により複数の端末から個別にデータを受信する方法において、
基地局が、送信要求を受け付けるための要求信号受付期間をブロードキャスト送信し、
端末が、当該要求信号受付期間にデータの送信要求を基地局へ送信し、
基地局が、要求信号受付期間に受け付けた複数の端末から送信要求信号に対してデータ通信の順序付けを行い、当該順序に従って各端末に対して送信タイミングの通知を送信し、
各端末が、送信タイミングの通知に従って基地局へのデータ送信を行うことを特徴とする通信方法。