JP2006238028A - 通信チャネル決定装置及び方法、無線アクセス装置、および、無線ネットワーク - Google Patents

Abstract

【課題】迅速かつ容易に使用チャネルを決定することができる通信チャネル決定装置及び方法、無線アクセス装置、および、無線ネットワークを提供する。
【解決手段】本発明の通信チャネル決定装置は、複数の無線アクセス装置と、複数の無線アクセス装置の中から決定された基準無線アクセス装置とを有する無線ネットワークの構成要件である無線アクセス装置において、第１のチャネルと第２のチャネルとを使用して、自装置の周辺に存在する他の無線アクセス装置と無線通信を行なう無線通信手段と、無線通信手段が受信した他の無線アクセス装置からの受信信号に基づいて、無線ネットワークの通信経路情報を作成する通信経路情報作成手段と、通信経路情報作成手段が作成した通信経路情報を参照し、基準無線アクセス装置までの最低ホップ数に応じて、無線通信手段が使用するチャネルを決定するチャネル決定手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通信チャネル決定装置及び方法、無線アクセス装置、および、無線ネットワークに関し、例えば、無線ネットワークにおいて、通信チャネルを決定して通信データを伝送する無線アクセス装置及び無線ネットワークに適用し得る。

例えば、無線ネットワークにおいて、無線ネットワーク機器間のアクセス制御は、無線アクセス装置（アクセスポイント装置）が行なう。一般に、アクセスポイント装置は、有線ネットワーク上に存在し、外部ネットワークや他のアクセスポイント装置と接続可能な構成をとっている。そのため、例えば有線回線を敷設することができない場所には、アクセスポイント装置を設置することができず、外部ネットワークに接続できる無線ネットワークを構築することができないという問題があった。

このような問題を解決するために、複数のアクセスポイント装置を網の目（メッシュ）状に配置し、アクセスポイント装置とアクセスポイント装置との間を無線接続することで、有線ネットワークによる接続部分を最小限にして、ネットワークに接続できるエリアを拡大する、無線メッシュネットワークが現在検討されている。

ところで、一般に無線ネットワーク上で使用可能帯域を増強するには、使用チャネルを増やし、通信データをそれぞれのチャネルに振り分けることが行なわれる。

例えば、特許文献１は、広い伝送帯域を使用したＣＤＭＡ（Code division
Multiple Access）方式を採用した通信方法に関する技術が開示されており、その中で、使用チャネルを増やし通信データをそれぞれのチャネルに相当する拡散符号を用いることが開示されている（特許文献１の段落００２９参照）。
特開２００２−３３０１３８号公報

ところで、チャネルを増やし送信データを振り分ける場合、チャネル割当には送信時にチャネルの使用状況を確認して動的に通信経路の確立を行なう方法や、送信用チャネルと受信用チャネルをあらかじめ固定する方法などが考えられる。

このようなチャネルを増やす方法を無線メッシュネットワークに適用する場合、次のような問題がある。

まず、動的に通信経路を確立し、空いているほうのチャネルを使用する方式の場合は、使用チャネルの決定と通信経路の決定に時間がかかるという問題がある。

また、あらかじめ通信チャネルを決定する方式をとった場合、各アクセスポイントの配置を元に人手で使用するチャネルを決定しなければならないため、設置時の設定コストがかかるという問題がある。

そのため、上述した問題を解決するために、無線ネットワークにおける他の無線アクセス装置との位置関係を考慮しながら自律的であって、迅速かつ容易に使用チャネルを決定することができる通信チャネル決定装置及び方法、無線アクセス装置、および、無線ネットワークが求められている。

かかる課題を解決するために、第１の本発明の通信チャネル決定装置は、複数の無線アクセス装置と、複数の無線アクセス装置の中から決定された基準無線アクセス装置とを有する無線ネットワークの構成要件である無線アクセス装置の通信チャネル決定装置において、第１のチャネルと第２のチャネルとを使用して、自装置の周辺に存在する他の無線アクセス装置と無線通信を行なう無線通信手段と、無線通信手段が受信した他の無線アクセス装置からの受信信号に基づいて、無線ネットワークの通信経路情報を作成する通信経路情報作成手段と、通信経路情報作成手段が作成した通信経路情報を参照し、基準無線アクセス装置までの最低ホップ数に応じて、無線通信手段が使用するチャネルを決定するチャネル決定手段とを備えることを特徴とする。

また、第２の本発明の通信チャネル決定方法は、複数の無線アクセス装置と、複数の無線アクセス装置の中から決定された基準無線アクセス装置とを有する無線ネットワークの構成要件である無線アクセス装置の通信チャネル決定方法において、第１のチャネルと第２のチャネルとを使用して、自装置の周辺に存在する他の無線アクセス装置と無線通信を行なう無線通信工程と、無線通信工程が受信した他の無線アクセス装置からの受信信号に基づいて、無線ネットワークの通信経路情報を作成する通信経路情報作成工程と、通信経路情報作成工程が作成した通信経路情報を参照し、基準無線アクセス装置までの最低ホップ数に応じて、無線通信工程が使用するチャネルを決定するチャネル決定工程とを備えることを特徴とする。

さらに、第３の本発明の無線アクセス装置は、無線ネットワークを構成し、第１の本発明の通信チャネル決定装置を備えることを特徴とする。

また、第４の本発明の無線ネットワークは、無線端末と接続可能な無線アクセス装置を複数有して構成される無線ネットワークにおいて、各無線アクセス装置が、第３の本発明の無線アクセス装置に対応することを特徴とする。

本発明の通信チャネル決定装置及び方法、無線アクセス装置、および、無線ネットワークによれば、無線ネットワークにおける他の無線アクセス装置との位置関係を考慮しながら自律的であって、迅速かつ容易に使用チャネルを決定することができる。

（Ａ）実施形態
以下、本発明の通信チャネル決定装置及び方法、無線アクセス装置、および、無線ネットワークの実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態は、無線メッシュネットワークで構築したネットワーク上に存在する無線ネットワークアクセスポイント装置（以下、アクセスポイント）に、本発明の無線アクセス装置を適用した場合について説明する。

（Ａ−１）実施形態の構成
図１は、本実施形態の無線メッシュネットワークの概略的な構成と、アクセスポイントの内部構成を示すものである。

図１において、本実施形態の無線メッシュネットワーク１は、基準アクセスポイント２００及び複数のアクセスポイント１００（１００−１〜１００−３）が網の目（メッシュ）状に配置され、基準アクセスポイント２００及び各アクセスポイント１００−１〜１００−３間で無線通信を行なうものである。また、本実施形態の無線メッシュネットワーク１は、基準アクセスポイント２００及び各アクセスポイント１００−１〜１００−３のそれぞれの無線電波の到達範囲内に存在するクライアント無線ＮＷ機器３００（３００−１〜３００−３）と無線接続するものである。これにより、クライアント無線ＮＷ機器３００は、基準アクセスポイント２００及び各アクセスポイント１００を介して他の無線ＮＷ機器３００とデータ通信を実現することができる。

なお、図１では、３台のアクセスポイント１００−１〜１００−３を示すが、アクセスポイント１００の数は限定されない。

基準アクセスポイント２００は、無線メッシュネットワーク１の各アクセスポイント１００の位置関係を知る上での基準となるものであり、無線メッシュネットワーク１を構成するアクセスポイント１００の中から決定されたアクセスポイントである。基準アクセスポイント２００の決定は、例えばネットワーク管理者などにより自由に決定することができる。また、基準アクセスポイント２００の機能は、他のアクセスポイント１００が実現する機能と同様である。よって、基準アクセスポイント２００の内部構成の説明は、以下で説明するアクセスポイント１００の内部構成の説明で一緒に説明する。

アクセスポイント１００（１００−１〜１００−３）は、所定周期でビーコン信号を発信しており、そのビーコン信号を受信したクライアント無線ＮＷ機器３００がアクセスポイント１００に対して信号を発信し、アクセスポイント１００が、クライアント無線ＮＷ機器３００からの信号を受信することで、接続するクライアント無線ＮＷ機器３００の存在を検知し、そのクライアント無線ＮＷ機器３００との接続を制御するものである。

また、アクセスポイント１００（１００−１〜１００−３）は、それぞれ異なる２つの無線チャネルを用いて、自アクセスポイントの周辺に存在する他のアクセスポイント１００との間で無線通信するものである。また、アクセスポイント１００（１００−１〜１００−３）は、自アクセスポイントの周辺に存在する他のアクセスポイント１００との無線通信により取得した無線メッシュネットワーク１に係る通信経路情報を作成するものである。さらに、アクセスポイント１００（１００−１〜１００−３）は、通信経路情報に基づいて基準アクセスポイント２００までのＨＯＰ数を求め、そのＨＯＰ数に応じて無線チャネルを使い分けて使用するものである。

図１に示すように、アクセスポイント１００（１００−１〜１００−３）はそれぞれ、アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１、アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０２、クライアント接続用無線ＮＷインターフェース１０３、経路決定部１０４、ルーティングテーブル作成部１０５、を少なくとも有する。なお、各アクセスポイント１００−１〜１００−３及び基準アクセスポイント２００の主な内部構成はいずれも図１に示す内部構成を有する。

アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１及び１０２は、所定の通信方式により、自アクセスポイントの周辺に存在する他のアクセスポイント１００と無線通信するものである。また、アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１及び１０２は、他のアクセスポイント１００から受信した受信情報を経路決定部１０４に与えるものである。ここで、アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１と、アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０２とは、それぞれ異なる無線チャネルを１つずつ有し、これら無線チャネルを用いてそれぞれ無線通信を実現するものである。

経路決定部１０４は、受信した通信データのヘッダ情報を用いてルーティングテーブル作成部１０５が作成したルーティングテーブル（通信経路情報）を参照して、通信データの送信先までの通信経路を決定するものである。

ルーティングテーブル作成部１０５は、データ通信前又は所定周期に、アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１及び又は１０２が受信した受信信号を利用し、ＨＯＰ数が最低になる所定のルーティングプロトコルに従って、自アクセスポイントのルーティングテーブルを作成するものである。また、ルーティングテーブル作成部１０５は、作成したルーティングテーブルに基づいて、自アクセスポイントから基準アクセスポイント２００までのＨＯＰ数を計測し、そのＨＯＰ数が奇数回数であるか又は偶数回数であるかに応じて、アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１又は１０２のいずれかを使用し、再度ルーティングテーブルを作成し、更新するものである。

例えば、基準アクセスポイント２００からのＨＯＰ数が、奇数回数である場合にアクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１を使用し、偶数回数である場合にアクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０２を使用することで、基準アクセスポイント２００までのＨＯＰ数の違いに応じて異なる無線チャネルを利用することになる。よって、アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１又は１０２のいずれか一方のみが無線送信用として機能することで、各アクセスポイントは、無線メッシュネットワーク１上での位置関係に応じて使用する無線チャネルを自律的に割り当てること（動的なチャネル割当）ができる。これにより、使用チャネルを増やし別個に割り当てるアクセスポイントが新たに設けられた場合でも、人手による設定をすることなく充分に対応させることができる。

ここで、ルーティングテーブルとは、無線メッシュネットワーク１を構成する基準アクセスポイント２００及び各アクセスポイント１００間を結ぶ通信経路情報を示すテーブルであり、少なくとも通信データが基準アクセスポイント２００から何ＨＯＰで渡ってきたかが分かる情報を有する。

なお、ルーティングテーブルは、各アクセスポイント２００及び１００において独自に作成したルーティングテーブルを用いることができる。そのため、ルーティングテーブルの作成方法も、特に限定されず、各アクセスポイント１００ごとに異なる方法であってもよい。なお、ルーティングテーブルの作成方法の例として、例えば、基準アクセスポイント２００から定期的に一斉配信（フラッディング）されるメッセージ（例えば、Hellowメッセージ等）を利用して作成するＯＬＳＲ（Optimized Link State Routing）プロトコルを用いた方法が考えられる。

クライアント接続用無線ＮＷインターフェース１０３は、所定の通信方式により、クライアント無線ＮＷ機器３００が送信した通信データを受信し、その受信した通信データを経路決定部１０４に与えるものである。また、クライアント接続用無線ＮＷインターフェース１０３は、経路決定部１０４から通信データを受け取り、所定の通信方式により通信データを送受信するものである。

ここで、クライアント接続用無線ＮＷインターフェース１０３の無線通信方式は、特に限定されないが、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、８０２．１１ｂ、８０２．１１ｇ等）に規定される通信方式を適用できる。

クライアント無線ＮＷ機器３００（３００−１〜３００−３）は、所定の通信方式により、アクセスポイント１００を介して無線通信するものである。従って、クライアント無線ＮＷ機器３００は、所定の無線通信機能を備えていれば広く適用可能であり、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、８０２．１１ｂ、８０２．１１ｇ等）に対応する無線ＬＡＮカードを有するノート型パーソナルコンピュータや携帯端末装置や携帯電話機やＰＨＳ端末装置やＰＤＡなどの移動通信端末装置、ＩＥＥＥ８０２．１１（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、８０２．１１ｂ、８０２．１１ｇ等）に対応する無線ＬＡＮカードを有するパーソナルコンピュータやネットワーク機器等の端末装置等として適用可能である。

（Ａ−２）実施形態の動作
次に、本実施形態の無線メッシュネットワーク１の各アクセスポイント１００における通信経路及びチャネルの決定動作について図面を参照して説明する。

図２は、あるアクセスポイント１００の周辺に存在する他のアクセスポイントとの接続数が最大３つであって、各アクセスポイント１００間の接続が６角形となる場合の無線メッシュネットワークの構成図である。

図２に示す各アクセスポイント１００において、アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１及び１０２はそれぞれ異なる無線チャネルを１つずつ有するものである。ここでは、アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１が用いる無線チャネルをチャネル１、アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０２が用いる無線チャネルをチャネル２として説明する。

まず、アクセスポイント１００のルーティングテーブル作成部１０５は、所定のルーティングプロトコルに従って、ＨＯＰ数が最低になるルーティングテーブルを作成する（Ｓ１）。このとき、ルーティングテーブル作成部１０５は、アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１及び１０２のいずれか一方又は両方を用いて、他のアクセスポイント１００から受信した受信信号を用いて、ルーティングテーブルを作成する。

ルーティングテーブルが作成されると、ルーティングテーブル作成部１０５は、作成したルーティングテーブルを参照して、基準アクセスポイント２０１までのＨＯＰ数を計測する（Ｓ２）。ここで、ルーティングテーブル作成部１０５は、ＨＯＰ数が最低となるルーティングプロトコルによりルーティングテーブルを作成しているので、各アクセスポイント１００から基準アクセスポイント２０１までの最低のＨＯＰ数を割り出すことができる。

自アクセスポイント１００から基準アクセスポイント２０１までのＨＯＰ数が求められると、そのＨＯＰ数が奇数回数であるか又は偶数回数であるかにより、使用するアクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１又は１０２を決定する（Ｓ３）。

ここでは、ＨＯＰ数が奇数回数の場合、アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１を使用し、ＨＯＰ数が偶数回数の場合、アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０２を使用するものとする。

そして、決定したアクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１又は１０２のみが、それぞれ割り当てられた無線チャネルを使用して無線通信する。それにより受信した他のアクセスポイント１００からの受信信号に基づいて、ルーティングテーブル作成部１０５は、再度ルーティングテーブルを作成する（Ｓ４）。その後、作成されたルーティングテーブルを用いて通信データの無線通信を行なうものとする。

図２に示すネットワーク構成において、各アクセスポイント１００が図３に示すような動作を行なうと、図４に示すようなチャネルが各アクセスポイント１００に割り当てられる。

つまり、本実施形態においては（図４では）、基準アクセスポイント２０１までのＨＯＰ数が奇数回数となるアクセスポイント１００にはチャネル１が割り当てられ、無線送信するにはチャネル１を使用して行ない、基準アクセスポイント２０１までのＨＯＰ数が偶数回数となるアクセスポイント１００にはチャネル２が割り当てられ、無線送信するにはチャネル２を使用して行なうこととなる。

なお、アクセスポイント１００のルーティングテーブル作成部１０５による上記動作はデータ通信前又は所定周期で行なわれる。よって、ネットワーク上に新たなアクセスポイント１００の配置や、アクセスポイント１００の削除や配置転換などを行なったときでも、新たにチャネル割当を行なうことができ、充分に対応することができる。

また、図５は、あるアクセスポイント１００の周辺に存在する他のアクセスポイントとの接続数が最大４つであって、各アクセスポイント１００間の接続が４角形となる場合の無線メッシュネットワークの構成図である。この場合も、図４の場合と同様に、各アクセスポイント１００にチャネルを割り当てることができる。

（Ａ−３）実施形態の効果
以上、本実施形態によれば、アクセスポイントは、それぞれ異なる２つの無線チャネルを有し、ルーティングテーブル作成処理において、あるアクセスポイントが送受信に使用するチャネルを動的に割り当てることを自動的にでき、使用チャネルの決定にかかる時間を短くすることができる。そのため、送受信チャネルを別個に割り当てて帯域を増強するアクセスポイントの設置を容易にできるという効果がある。

（Ｂ）他の実施形態
（Ｂ−１）上述した実施形態では、無線メッシュネットワークからなる無線ネットワークに適用した場合であり、実施形態の説明の中で通信プロトコルや設定や規格などの例を挙げて説明したが、すべての無線アクセス装置が無線ネットワーク装置の接続状態を管理する情報を共通に有することができれば、通信プロトコルや設定や規格などに限定されず適用することができる。

（Ｂ−２）上述した実施形態のアクセスポイント１００の構成について、アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１及び１０２と、クライアント接続用無線ＮＷインターフェース１０３とを別構成として説明したが、これらは同じ構成であってもよい。

また、上述した実施形態では、２つのアクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース１０１及び１０２を別構成として説明したが、２つの異なる無線チャネルで通信することができれば、同じ構成であってもよい。

これらにより、アクセスポイント１００の構成規模を少なくすることができる。

（Ｂ−３）上述した実施形態では、アクセスポイント間の通信を無線通信する無線メッシュネットワークとして説明したが、アクセスポイント間を有線通信するネットワーク又は有線通信を一部に含むネットワークにも適用できる。

（Ｂ−４）上述した実施形態において、アクセスポイント２の機能について、説明便宜上、ハードウェア的な構成として説明したが、実際はソフトウェア的に実行することで実現されるものである。

実施形態の無線メッシュネットワークの構成とアクセスポイントの内部構成と示した構成ブロック図である。 本実施形態の無線メッシュネットワークの構成例を示す構成図である。 本実施形態のアクセスポイントにおけるチャネル割当動作を示すフローチャートである。 本実施形態の無線メッシュネットワーク上でのチャネル割当の様子を示す説明図である。 本実施形態の無線メッシュネットワーク上でのチャネル割当の様子を示す説明図である。

符号の説明

１…無線メッシュネットワーク、１００（１００−１〜１００−３）…アクセスポイント、２００…基準アクセスポイント、３００（３００−１〜３００−３）…クライアント無線ＮＷ機器、１０１及び１０２…アクセスポイント間通信用無線ＮＷインターフェース、１０３…クライアント接続用無線ＮＷインターフェース、１０４…経路決定部、１０５…ルーティングテーブル作成部。

Claims (9)

1. 複数の無線アクセス装置と、複数の無線アクセス装置の中から決定された基準無線アクセス装置とを有する無線ネットワークの構成要件である無線アクセス装置の通信チャネル決定装置において、
   第１のチャネルと第２のチャネルとを使用して、自装置の周辺に存在する他の無線アクセス装置と無線通信を行なう無線通信手段と、
   上記無線通信手段が受信した上記他の無線アクセス装置からの受信信号に基づいて、上記無線ネットワークの通信経路情報を作成する通信経路情報作成手段と、
   上記通信経路情報作成手段が作成した上記通信経路情報を参照し、上記基準無線アクセス装置までの最低ホップ数に応じて、上記無線通信手段が使用するチャネルを決定するチャネル決定手段と
   を備えることを特徴とする通信チャネル決定装置。
2. 上記チャネル決定手段は、上記基準無線アクセス装置までの最低ホップ数が奇数であるか又は偶数であるかによって使用チャネルを決定することを特徴とする請求項１に記載の通信チャネル決定装置。
3. 上記チャネル決定手段は、
   上記最低ホップ数が奇数であるときに、上記第１のチャネルを用いて送信信号を送信し、上記第２のチャネルを用いて受信信号を受信し、
   上記最低ホップ数が偶数であるときに、上記第２のチャネルを用いて送信信号を送信し、上記第１のチャネルを用いて受信信号を受信する
   ことを特徴とする請求項２に記載の通信チャネル決定装置。
4. 複数の無線アクセス装置と、複数の無線アクセス装置の中から決定された基準無線アクセス装置とを有する無線ネットワークの構成要件である無線アクセス装置の通信チャネル決定方法において、
   第１のチャネルと第２のチャネルとを使用して、自装置の周辺に存在する他の無線アクセス装置と無線通信を行なう無線通信工程と、
   上記無線通信工程が受信した上記他の無線アクセス装置からの受信信号に基づいて、上記無線ネットワークの通信経路情報を作成する通信経路情報作成工程と、
   上記通信経路情報作成工程が作成した上記通信経路情報を参照し、上記基準無線アクセス装置までの最低ホップ数に応じて、上記無線通信工程が使用するチャネルを決定するチャネル決定工程と
   を備えることを特徴とする通信チャネル決定方法。
5. 上記チャネル決定工程は、上記基準無線アクセス装置までの最低ホップ数が奇数であるか又は偶数であるかによって使用チャネルを決定することを特徴とする請求項４に記載の通信チャネル決定方法。
6. 上記チャネル決定工程は、
   上記最低ホップ数が奇数であるときに、上記第１のチャネルを用いて送信信号を送信し、上記第２のチャネルを用いて受信信号を受信し、
   上記最低ホップ数が偶数であるときに、上記第２のチャネルを用いて送信信号を送信し、上記第１のチャネルを用いて受信信号を受信する
   ことを特徴とする請求項５に記載の通信チャネル決定方法。
7. 無線ネットワークを構成する無線アクセス装置が、請求項１〜３のいずれかに記載の通信チャネル決定装置を備えることを特徴とする無線アクセス装置。
8. 無線端末と接続可能な無線アクセス装置を複数有して構成される無線ネットワークにおいて、上記各無線アクセス装置が、請求項７に記載の無線アクセス装置に対応することを特徴とする無線ネットワーク。
9. 上記各無線アクセス装置のそれぞれが自装置の周辺に存在する他の無線アクセス装置と無線接続して、そのネットワーク構成が４角形又は６角形をなしていることを特徴とする請求項８に記載の無線ネットワーク。
   
   

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