JP2007195134A - Ｗｌａｎでｖｏｉｐ呼を確立する方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の技術による諸問題を解決するためのWLANでVoIP呼を確立する方法を提供する。
【解決手段】この発明による方法は、アクセスポイントが第一信号を受信してステーションに転送し、第一信号の転送後、アクセスポイントがステーションからリクエストを受信し、アクセスポイントがリクエストに応じてステーションに対しリソースを割り当て、アクセスポイントがリソースが割り当てられた旨のレスポンスをステーションに送り、ステーションにレスポンスを発送した後、アクセスポイントがステーションから最終信号を受信するステップを含む。
【選択図】図５

Description

この発明はコンピューターに関し、特にWLAN（無線ローカルエリアネットワーク）に関する。
近年、通信分野には二つの現象が存在している。ひとつは、IEEE802.11準拠のWLANが普及していることであり、もうひとつは、インターネットの帯域幅の増大に伴い、実時間AV（音声画像）再生技術も次第に成熟しつつあることである。それを受けて、WLANでのVOIP（ボイス・オーバー・インターネット・プロトコル）は実現可能となっている。
例えば、WiFi電話や二重モードセルラーWiFi電話（例えばCISCO Wireless IP Phone 7920やMOTOROLA MPx）など、VOIPをサポートする新製品が現れてきた。ここで、WLANがVOIPのサービス品質（QoS）ないしCAC（呼承認制御）をどうやってサポートするかが問題となる。IEEE802.11eは、現行の802.11MACプロトコルを拡充してQoS機能をサポートことを目的として開発された。そのほか、VOIPセッションの設定、修正、終了を行う信号プロトコルとしてSIP（セッションイニシエーションプロトコル）も普及している。
従来の技術は、主としてWLAN環境におけるVOIPトラヒックの改善に着目する。Sachin Garg and Martin Kappes, Admission Control for VoIP Traffic in IEEE 802.11 Networks, IEEE Globecom‘03, 2003（非特許文献１）は、WLANセルのリソースが限られているため、VOIPトラヒックの確保にとって承認制御が重要であることを主張し、CUE（Channel Utilization Estimationチャンネル利用推計）を利用して新しい呼を確立するかどうかを決めることを提案した。そのほか、Takefumi Hiraguri, Takeo Ichikawa, Masataka Iizuka, and Masahiro Morikura, Novel Multiple Access Protocol for Voice over IP in Wireless LAN, IEEE ISCC’02, 2002（非特許文献２）は、VOIPトラヒックを優先させることで通信を大幅に改善できることを指摘している。なお、問題解決の鍵がアクセスポイント（ダウンリンクトラヒック）にあるという指摘もある。Farooq Anjum, Moncef Elaoud, David Famolari, Abhrajit Ghosh, Ravichander Vaidyannthan, Ashutosh Dutta and Prathima Ageawal, Voice Performance in WLAN Networks - An Experimental Study, IEEE Globecom‘03, 2003（非特許文献３）は、データトラヒックより音声トラヒックを優先させ、アクセスポイントの音声パケットのバックオフ時間を０とするBC-PQ（バックオフコントロール−プライオリティーキュー）メカニズムを掲示している。一方、Jeonggyun Yu, Sunghyun Choi, and Jaehwan Lee, Enhancement of VoIP over IEEE 802.11 WLAN via Dual Queue Strategy, IEEE ICC’04, 2004（非特許文献４）は、実時間パケットと非実時間パケットを２列のキューに分け、空でない限りアクセスポイントが実時間キューを優先に処理する方法を提案した。更に、Sachin Garg and Martin Kappes, Can I Add a VoIP Call?, IEEE ICC’03, 2003（非特許文献５）及びDavid P. Hole and Fouad A. Tobagi, Capacity of an IEEE 802.11b Wireless LAN supporting VoIP, Proceedings of IEEE ICC’04, 2004（非特許文献６）は、WLANでは相互に競合したVOIPセッションをどれぐらい確立できるかを検討した。これらの研究は、物理層の帯域幅制限のほか、コーデック、パケット化間隔、ディレイバジェットも確立可能のVOIPセッション数を影響しうると指摘し、特にパケット化間隔はコーデックよりも影響が大きいと指摘している。
現在、IEEE802.11ワーキンググループR（802.11r）は高速ローミングメカニズムの開発に着手している。Fin-Woo Jung, Ranganathan Muddumbai, Doug Montgomery, and Hyun-Kook Kahng, Performance Evaluation of Two Layered Mobility Management using Mobile IP and Session Initiation Protocol, IEEE Globecom‘03, 2003（非特許文献７）は、モバイルIPとSIPを統合することでVOIPのモビリティーを向上させる効果を有する構造を提案した。一方、Terence D. Todd Ming He, Dongmei Zhao, and Vytas Kezys, Ad Hoc Assisted Handoff for Real-time Voice in IEEE 802.11 Infrastructure WLANs, IEEE WCNC’04, 2004（非特許文献８）は、ハンドオーバー時のVOIPのQoS要求を満たすため、アドホック支援ハンドオフの利用を提案した。QoSをサポートするためには、IEEE802.11ｅはMACメカニズムの増強に重点を置いている。それをしたがって、802.11eでWLANのマルチメディア伝送を改善することを内容とする複数の文献が発表されている。Antonio Grilo, Mario Macedo, and Mario Nunes, A Scheduling Algorithm for QoS Support in IEEE 802.11e Networks, IEEE Wireless Communications, June 2004（非特許文献９）及びL.W. Lim, R. Malik, P.Y. Tan, C. Apichaichalermwongse, K. Ando, and Y. Harada, A QoS scheduler for IEEE 802.11e WLANs, IEEE CCNC'04, 2004（非特許文献１０）は、IEEE802.11eのHCCAを用いるQoSスケジュラーを提案した。そのほか、IEEE802.11ｅのEDCAを改良してマルチメディア伝送を促進することも提案されている。Mohammad Malli, Qiang Ni, Thierry Turletti, and Chadi Brakat, Adaptive Fair Channel Allocation for QoS Enhancement in IEEE 802.11 Wireless LANs, IEEE ICC'04, 2004（非特許文献１１）は、ビジー時に適応的高速バックオフメカニズムとウィンドウダブリングメカニズムを利用し、基本EDCAを拡張する方法を提案した。Yang Xiao, Haizhon Li, and Sunghyun Choi, Protection and Guarantee for Voice and Video Traffic in IEEE802.11e Wireless Lans, IEEE Infocom'04, 2004（非特許文献１２）は、EDCAで既存の実時間セッションを確保するため各移動局は実時間トラヒックストリームに対し承認制御を実行すべきこと、及び実時間セッションと承認制御を要しないセッション間のコリジョンを避けるため、アクセスポイントは低優先アクセスカテゴリーのコンテンションウィンドウ、AIFS（arbitration inter-frame spacing）などを調整すべきことを指摘している。
802.11e MACプロトコル
現行のIEEE802.11 MACはトラヒックストリーム（TS）とソースを区別する手段がない。DCFとPCFのいずれにおいてもすべてのパケットは同一に扱われる。その結果、トラヒックのサービスの所要条件については考慮されなかった。IEEE802.11ワーキンググループＥはアドホックモードとインフラストラクチャーモードの両方にも適するHCF（hybrid coordination function）を提案した。そのほかにもいくつかの提案がなされた。まず、TXOP（transmission opportunity）という概念が導入されている。TXOPとは、QSTA（802.11eをサポートするステーション、発呼側または被発呼側）が無線媒体を排他的に利用できる一定の時間をいう。開始時間と最大持続時間によって定められたTXOPは、コンテンションによるか、またはHC（hybrid coordinator）の指定によるものである。そのほか、トラヒック区別に資するため、トラヒックストリームごとに別々の優先順位を持たせ、ないしはトラヒックストリームごとにトラヒック特性を持たせることもIEEE802.11eで定められている。
HCFは２種類のアクセス方法をサポートする。すなわちコンテンションに基づいたEDCA（enhanced distributed channel access）及びコンテンションなしのHCCA（HCF controlled channel access）である。PCFで強化されたHCCAはまれに見られ、その代わりにEDCAは最もよく利用されているアクセス方法である。
IEEE802.11e EDCA
表１によれば、サービスを区別するため、IEEE802.11ｅは802.1Dによる８種類の優先順位を導入し、それらを４種類のアクセスカテゴリー（AC）に関連させる。図１を参照する。EDCAはQAP（802.11eをサポートするアクセスポイント）とQSTAで４つのキューを設け、４種類のアクセスカテゴリーをサポートする。これらのキューはそれぞれ独立して作動するものであり、IEEE802.11DCFと同じようなバックオフを行う。そのうち第ｉ個のアクセスカテゴリー（i=0-3）にはAIFS[i]、初期ウィンドウサイズ（CWmin[i]）、最大コンテンションウィンドウサイズ（CWmax[i]）などが含まれている。複数のキューにおいてバックオフが終了すれば、バーチャルコリジョンハンドラーは最高優先のアクセスカテゴリーを選んで送信する。その際、低優先のアクセスカテゴリーは外部コリジョンに遭遇する場合と同じようにバックオフする。
Figure 2007195134
図２を参照する。ビーコンフレーム形式で送られるEDCAパラメーターセット情報要素は各アクセスカテゴリーのTXOPリミットを含む。TXOPリミットはQSTAが媒体と競合した後のバースト伝送量を制限するものであり、その値が０であれば、QSTAは送信権を得るたびに１個のパケットのみ送信できる。
EDCAの承認制御
QAPはEDCAパラメーターセットの中のACM（admission control mandatory）サブフィールドで各アクセスカテゴリーの承認制御の要否を表すものである。図３を参照する。ADDTS（トラヒックストリーム増加）リクエストをQAPに送信する際、QSTAは方向（アップリンク、ダウンリンク、双方向またはダイレクト）を特定してTSPEC（トラヒック明細）情報要素を提供することで、新しいトラヒックストリームを求める。以下はTSPECの中で重要なフィールドを説明する。

最低データレート：MSDUを搬送するための最低データレート（ビット毎秒単位）を示す。
平均データレート：MSDUを搬送するための平均データレート（ビット毎秒単位）を示す。
ピークデータレート：MSDUを搬送するための最大許容データレート（ビット毎秒単位）を示す。
最低PHYレート：トラヒックストリームを流すための所要最低物理層（PHY）伝送レートを示す。
媒体時間：ストリームが媒体にアクセスしうる時間の量を示す。このフィールドはADDTSリクエストフレームに含まれず、HCによってADDTSレスポンスフレームの中に設定される。
ADDTSリクエストを受信したうえ、QAPはその確定と拒否を決める。確定と決めた場合、QAPはトラヒックストリームのビーコン間隔（BI）当たりの媒体時間（MT）を計算し、確定という旨の情報を含んだADDTSレスポンスで応答する。それに反し、拒否と決めた場合は、拒否という旨の情報を含んだADDTSレスポンスで応答する。QAP及びQSTAでは、各アクセスカテゴリーの合計媒体時間と媒体時間の使用量が保存され、合計媒体時間が媒体時間使用量より大きい場合にのみ関連アクセスカテゴリーのパケットを送信する。媒体時間使用量はビーコン間隔が終わるたびに０にリセットされる。QAPはTSID（traffic stream ID）及び方向に基づいてトラヒックストリームを識別し、これらの情報はTSPECのトラヒックストリーム情報フィールドに記されている。その方向について、ここではVoIPセッションに対する双方向を例とする。
SIP及びSDP
SIPはH.323に代わるものとしてVoIPをサポートする信号プロトコルである。詳しく言えば、マルチメディアセッションを確立、修正、終了させるためのアプリケーションレイヤー制御のプロトコルである。SIPはその他のプロトコルと同時に利用されることが多い。例えばセッション特性を表すためにSDP（session description protocol。RFC 2327に定義されたSDP は搬送及び通知の手段を有しない。SDPとSIPの協力関係はRFC 3264を参照する）と共用され、または呼設定後にトラヒックを送信するためRTP（real-time transport protocol。RTPはRTCP（RTP制御プロトコル）とともに搬送サービスを提供し実時間アプリケーションをサポートすることが多い）と共用されることがある。
SIP設計は信号処理の簡素化を前提とする。図４を参照する。図４は呼確立の一例を示す。被発呼側４０４とVoIP接続を行おうとするとき、発呼側４０２は自らサポートする任意のコーデックを含んだINVITE（要請）信号をSDPメッセージボディー形式で送信する。下記は要請信号の一例を示す。そのうちG.726 (2)、G.723 (4)、G.728 (15)はコーデック（カッコ内はペイロードタイプ）を示し、123は受信ポートを示す。

INVITE: sip: Mary@station2.nthu.edu.tw SIP/2.0
From: Caller<sip: Susan@station1.nctu.edu.tw>; tag=abc123
To: Callee<sip: Mary@station2.nthu.edu.tw>
Cseq: 1 INVITE
Content-Type: application/sdp
Content-Disposition: session
v=0
o=Susan 123 001 IN IP4 station1.nctu.edu.tw
s=
c=IN IP4 station1.nctu.edu.tw
t=0 0
m=audio 123 RTP/AVP 2 4 15
a=rtpmap 2 G726-32/8000
a=rtpmap 4 G723/8000
a=rtpmap 15 G728/8000
前記リクエストについて確定と決めれば、被発呼側４０４は発呼側４０２に対しRinging（呼び出し）信号とOK（了承）信号で応答する。了承信号は被発呼側４０４が選んだコーデックを含む。下記は了承信号の一例を示す。被発呼側４０４はG.728 (15)を選び、受信ポート888を利用する。0番のポートは拒否を示す。

SIP/2.0 200 OK
From: Caller<sip: Susan@station1.nctu.edu.tw>; tag=abc123
To: Callee<sip: Mary@station2.nthu.edu.tw>
Cseq: 1 INVITE
Content-Type: application/sdp
Content-Disposition: session
v=0
o=callee 456 001 IN IP4 station2.nthu.edu.tw
s=
c=IN IP4 station2.nthu.edu.tw
t=0 0
m=audio 0 RTP/AVP 2
m=audio 0 RTP/AVP 4
m=audio 888 RTP/AVP 15
したがって、WLANで従来の技術よりも良質のQoSを提供できるVoIPシステムの開発が必要である。
Sachin Garg and Martin Kappes, Admission Control for VoIP Traffic in IEEE 802.11 Networks, IEEE Globecom‘03, 2003 Takefumi Hiraguri, Takeo Ichikawa, Masataka Iizuka, and Masahiro Morikura, Novel Multiple Access Protocol for Voice over IP in Wireless LAN, IEEE ISCC’02, 2002 Farooq Anjum, Moncef Elaoud, David Famolari, Abhrajit Ghosh, Ravichander Vaidyannthan, Ashutosh Dutta and Prathima Ageawal, Voice Performance in WLAN Networks - An Experimental Study, IEEE Globecom‘03, 2003 Jeonggyun Yu, Sunghyun Choi, and Jaehwan Lee, Enhancement of VoIP over IEEE 802.11 WLAN via Dual Queue Strategy, IEEE ICC’04, 2004 Sachin Garg and Martin Kappes, Can I Add a VoIP Call?, IEEE ICC’03, 2003 David P. Hole and Fouad A. Tobagi, Capacity of an IEEE 802.11b Wireless LAN supporting VoIP, Proceedings of IEEE ICC’04, 2004 Fin-Woo Jung, Ranganathan Muddumbai, Doug Montgomery, and Hyun-Kook Kahng, Performance Evaluation of Two Layered Mobility Management using Mobile IP and Session Initiation Protocol, IEEE Globecom‘03, 2003 Terence D. Todd Ming He, Dongmei Zhao, and Vytas Kezys, Ad Hoc Assisted Handoff for Real-time Voice in IEEE 802.11 Infrastructure WLANs, IEEE WCNC’04, 2004 Antonio Grilo, Mario Macedo, and Mario Nunes, A Scheduling Algorithm for QoS Support in IEEE 802.11e Networks, IEEE Wireless Communications, June 2004 L.W. Lim, R. Malik, P.Y. Tan, C. Apichaichalermwongse, K. Ando, and Y. Harada, A QoS scheduler for IEEE 802.11e WLANs, IEEE CCNC'04, 2004 Mohammad Malli, Qiang Ni, Thierry Turletti, and Chadi Brakat, Adaptive Fair Channel Allocation for QoS Enhancement in IEEE 802.11 Wireless LANs, IEEE ICC'04, 2004 Yang Xiao, Haizhon Li, and Sunghyun Choi, Protection and Guarantee for Voice and Video Traffic in IEEE802.11e Wireless Lans, IEEE Infocom'04, 2004
この発明は前述の問題を解決するため、WLANでVoIP呼を確立する方法を提供することを課題とする。
この発明はWLANアクセスポイントでVoIP呼を確立する方法を提供する。該方法は、アクセスポイントが第一信号を受信してステーションに転送し、第一信号の転送後、アクセスポイントがステーションからリクエストを受信し、アクセスポイントがリクエストに応じてステーションに対しリソースを割り当て、アクセスポイントがリソースが割り当てられた旨のレスポンスをステーションに送り、ステーションにレスポンスを発送した後、アクセスポイントがステーションから最終信号を受信するステップを含む。
この発明はWLANでVoIP呼を確立するその他の方法を提供する。該方法は、第一アクセスポイントが発呼側から要請信号を受信し、第一アクセスポイントが要請信号を第二アクセスポイントに転送し、第二アクセスポイントが要請信号を被発呼側に転送し、要請信号の転送後、第二アクセスポイントが被発呼側から第二リクエストを受信し、第二アクセスポイントが第二リクエストに応じて被発呼側に対し第二リソースを割り当て、第二アクセスポイントが第二リソースが割り当てられた旨の第二レスポンスを被発呼側に送り、被発呼側にレスポンスを発送した後、第二アクセスポイントが被発呼側から了承信号を受信し、第二アクセスポイントが了承信号を第一アクセスポイントに転送し、第一アクセスポイントが了承信号を発呼側に転送し、了承信号の転送後、第一アクセスポイントが発呼側から第一リクエストを受信し、第一アクセスポイントが第一リクエストに応じて発呼側に対し第一リソースを割り当て、第一アクセスポイントが第一リソースが割り当てられた旨の第一レスポンスを発呼側に送り、発呼側にレスポンスを発送した後、第一アクセスポイントが発呼側から肯定応答信号を受信するステップを含む。
この発明はSIP呼設定と802.11e QoSメカニズムを統合することによって、VoIPサービスの品質を高める。
かかる方法の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図示を参照して以下に説明する。
この発明はWLAN環境のVoIPサービスに関するものであり、IEEE 802.11eとSIPを統合してWLAN環境で呼承認制御を実行し、VoIP呼のQoSを高めることを内容とする。この発明による構造はVoIPサービスのQoSをサポートし、QoSに影響しない前提でアクセスポイント（AP）でのVoIPセッションを増やせる。以下の説明はIEEE 802.11eとSIPを例にする。もっとも、この発明はそれに限らず、すべてのVoIPシステムに適する。
この発明では、SIPは呼の設定と管理に用いられる。VoIPセッションは通話中にもかかわらず、そのパケット化間隔（PI）を動的に調整できる。パケット化間隔は音声データをパケット化する頻度を示す。この発明は、ネットワークの負荷が重くないときに承認されたVoIPセッションについて良質のQoSを提供し、ネットワークの負荷が重いときにできるだけ多くのVoIP接続を可能にすることを目標とする。
呼確立
図５を参照する。図５はこの発明によるSIPとIEEE802.11eを統合したQoS構造を表す説明図である。アクセスポイント（QAP2）５０６のところの被発呼側５０８とVoIP接続を確立しようとする場合、アクセスポイント（QAP1）５０４のところの発呼側５０２は所要のコーデック情報を含むメッセージ（例えばSDPメッセージ）を含んだ要請信号を被発呼側５０８に送信する。要請信号を受信する（図５ではステップＡ、Ｂで示される）と、QAP1 ５０４とQAP2 ５０６はリソース予備保留（pre-resource reservation）を行い、それと同時に、帯域幅の制限のため自らサポートできないコーデックを分離して除去する。要請信号を受信すると、被発呼側５０８はリクエスト及びレスポンス（例えば802.11e ADDTSリクエスト及びレスポンス）をQAP2 ５０６と交換することで、ゴーストリングを防ぐ（ゴーストリングとは、着信音が鳴っている電話をとっても、相手と通話できない場合をいう。帯域幅の不足が通常の原因である）。ADDTSメッセージを交換した後、被発呼側５０８は呼び出し信号と了承信号を発呼側５０２に送信する。了承信号には被発呼側５０８の選んだコーデックが含まれている。了承信号を受信した後、発呼側５０２はADDTSリクエスト及びレスポンスメッセージをQAP1 ５０４と交換する（図５のステップＥ、Ｆにあたる）。これらのステップが完了すれば、応答として発呼側５０２はACK（肯定応答）信号を被発呼側５０８に送信する。
図５における諸ステップＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆに関する詳しい説明は以下の通りである。
ステップＡによれば、QAP1 ５０４は発呼側５０２のためにリソース予備保留を行う。一般的には、QAPはビーコンフレームでPHY（物理層）レートを公開し、QAPに対応するQSTA（例えば発呼側５０２または被発呼側５０８）は当該PHYレートをQAPに登録する。IEEE802.11eによれば、QSTAは新しいトラヒックストリームを増加するたび最低PHYレートを定める。最低PHYレートは所要のQoSが保証される最低限であり、それを下回れば所要のQoSは必ずしも保証されない。
この発明によるリソース予備保留をサポートするには、QAP1 ５０４は下記のような種々のコーデックとパケット化間隔（PI）を含んだパケットサイズ表（PST）をサポートしている。
Figure 2007195134
例えば、32kbpsのG.726では、PIが20msであれば、パケットサイズは１５４バイトとなる（８０バイトの音声ペイロードと、４０バイトのIPv4/UDP/RTP/エラー検査オーバーヘッドと、３４バイトのMAC/エラー検査オーバーヘッドからなる。以上は1Mbpsで伝送される２４バイトのPLCPプリアンブルとヘッダーを含まない）。コーデックによって変わるペイロードサイズは周知のとおりである。したがって、コーデックとパケット化情報が与えられると、QAP1 ５０４はトラヒックストリームに保留すべきビーコン間隔（BI）当たりの媒体時間（MT）を下記のように計算する。
[式１]
MT = (BI当たりの所要合計時間)
= (１つのパケットを送信する時間) * (BI当たりのパケット数) * (余剰帯域幅許容値)
= [(PLCPプリアンブル及びヘッダー) + ペイロード + SIFS + ACK]
* (BI/PI) * (余剰帯域幅許容値)
= [(パケットサイズ)=(最低PHYレート) + 2 * PLCP/Mbps + (ACK/最低PHYレート) + SIFS]
* (BI=PI) * (余剰帯域幅許容値)
802.11規格によれば、SIFは１０マイクロ秒であり、ACKパケットは１４バイトであり、PLCPプリアンブル及びヘッダーは２４バイトである。可能なコンテンション及び再送に費やす時間を考慮したうえ、余剰帯域幅許容値（surplus bandwidth allowance）は１よりやや大きい値に設定され、この発明では約１．１と設定されている。例えば、BIが１秒であって最低PHYレートが11Mbpsである前提のもとで、PIが20msである32kbpsのG.726では、MT = [154/11(バイト/Mbps) + 2 * 24(バイト/Mbps) +14/11(バイト=Mbps) + 10マイクロ秒] * (1000/20) * 1:1 = 28.39 msとなる。
QAP1 ５０４の余剰媒体時間を超えた媒体時間を有する要請信号のコーデックは、コーデックリストから削除される。コーデックをサポートするリソースがなければ、QAP1 ５０４は要請信号を捨てるか、または状態コード「４８０」（呼確立一時不可を意味する）を含んだSIPレスポンスを発呼側５０２に発送する。注意すべきは、音声通信が双方向であるので、QAP1 ５０４は2*MTmaxを保留する（MTmaxとは前記リストにあるコーデックの所要最大時間のこと）。
図５のステップＢによれば、QAP2 ５０６は被発呼側５０８のためにリソース予備保留を行う。要請信号受信時の被発呼側５０８媒体時間の計算は前述と同じである。QAP2 ５０６も前述と同様に要請信号から自らサポートしないコーデックを分離して除去し、所要最大帯域幅を保留する。QAP2 ５０６がサポートするコーデックを１種類以上含んだ要請信号は被発呼側５０８に転送される。
図５のステップＣによれば、被発呼側５０８はADDTSリクエストを生成する。所要のコーデックを定めた後、被発呼側５０８はTSPEC要素を含んだ双方向ADDTSリクエスト（リクエストとレスポンスを兼ね備えたもの）をQAP2 ５０６に送信する。VoIPサービスの所要条件は下記のようなTSPEC要素のフィールドに定められる。
最低データレート：関連コーデックの許容最長PI
平均データレート：被発呼側５０８に選ばれたPI
最大データレート：許容最短PI
媒体時間：被発呼側５０８に選ばれたコーデック
下記のようなQAP2 ５０６の呼承認制御は以上の情報に基づいて行われる。
図５のステップＤによれば、QAP2 ５０６は呼承認制御を行う。QAP2 ５０６は被発呼側のADDTSリクエストとパケットサイズ情報（表２参照）に基づき、式１を利用して所要媒体時間を計算する。双方向リクエストのアップリンク方向とダウンリンク方向のいずれに対しても同じ媒体時間を適用しなければならない。呼承認制御を行うためには、QAP2 ５０６は下記の変数を有する。
TXOPBudget[ACi]:アクセスカテゴリーACi（i=0..3）に割り当てられた余剰帯域幅
TxAdDn[ACi][TSID]:ダウンリンク方向のアクセスカテゴリーACiにおけるストリームTSIDの許容媒体時間
TxAdUp[ACi][TSID]:アップリンク方向のアクセスカテゴリーACiにおけるストリームTSIDの許容媒体時間
TxAdDn[ACi]:ダウンリンク方向のアクセスカテゴリーACiに割り当てられた全体リソースを表すものであり、
Figure 2007195134
 と定められる
TxUsedDn[ACi]:アクセスカテゴリーACiにおけるダウンリンクストリームの媒体時間使用量の合計
TXOPBudget[ACi]は、アクセスカテゴリーACiに保留されたすべての帯域幅を媒体時間形式で表すものである。新しいストリームを増加するたび、関連リソースはTXOPBudget[ACi]から引き去られてTxAdDn[ACi][TSID]および／またはTxAdUp[ACi][TSID]に割り当てられる。なお、各QAPは下記の変数を有する。
TxAdUp[ACi][TSID]:ステーションのアップリンク方向アクセスカテゴリーACiにおけるストリームTSIDのBI当たり許容媒体時間
TxAdUp[ACi]:ステーションのアップリンク方向アクセスカテゴリーACiに割り当てられた全体リソースを表すものであり、
Figure 2007195134
 と定められる
TxUsedUp[ACi]:アクセスカテゴリーACiにおけるアップリンクストリームの媒体時間使用量の合計
QAP2のリソース保留は下記の通りに行われる。まずTXOPBudget[ACi] - 2*MTの値を計算し、当該値が負でないとき、呼確立に必要なリソースが十分にあることがわかる。そのため、変数を下記のように設定する。
TXOPBudget[ACi] = TXOPBudget[ACi] - 2*MT
TxAdDn[ACi][TSID] = MT
TxAdUp[ACi][TSID] = MT
TxAdDn[ACi] = TxAdDn[ACi] + TxAdDn[ACi][TSID]
前記MTはTSPECによるコーデック情報、PI及び最低PHYレートに基づいて式１で計算して得たものである。リソースが不足であれば、QAPは次に長いPIを選んで新しいMTを算出し、所望のPIが得られるまで前記テストを繰り返す。QAP2 ５０６はADDTSレスポンスを被発呼側５０８に送り、そのTSPECでは平均データレート=PI、媒体時間=MTとそれぞれ定められている。リソースが不足な場合、応答とされるADDTSレスポンスの媒体時間が０と定められる。
被発呼側では、正値の媒体時間を有するADDTSレスポンスを受信すれば、QSTAはTxAdUp[ACi][TSID] = MTと定め、平均データレートフィールドからPIを読み出し、上位層のVoIPアプリケーションプログラムに送信する。さもなければ、呼は拒絶とみなされる。いずれの場合においても、被発呼側５０８は相応の状態コードを含んだ了承信号を応答信号として発呼側５０２に発送する。
図５のステップＥによれば、発呼側５０２はADDTSリクエストを生成する。コーデック情報を含んだ了承信号を被発呼側５０８から受信すると、発呼側５０２はADDTSリクエストをQAP1 ５０４に送信する。これは前記ステップＣにおける被発呼側５０８の動作と同様であるため、その詳しい説明についてはここでは省略される。
なお、図５のステップＥによれば、QAP1 ５０４は呼承認制御を実行する。これは前記ステップＤにおけるQAP2 ５０６の動作と同様である。ADDTSレスポンスを正常に受信すると、発呼側５０２は肯定応答信号を被発呼側５０８に送信して音声通信を確立する。ステップＡとステップＢで行われたリソース予備保留は、ゴーストリングが起こる可能性を減らし、ステップＤとステップＦで行われた呼承認制御は、通話品質を維持する効果を有する。なお、前述は発呼側５０２と被発呼側５０８の両方ともWLAN環境にあることを前提としている。もっとも、前記プロセスは発呼側５０２と被発呼側５０８のいずれかがWLAN環境にない場合にも適する。
送信時のリソース再調整
呼確立に関しては前述の通りである。ただしそれ以外、送信時には、ストリームの帯域幅に関し要求を動的に変更することもある。ここではその解決策を掲げることとする。
アクセスポイントQAP1 ５０４とQAP2 ５０６によるダウンリンクPIの判断については、コーデックに選ばれたPIはSIP信号を介して相手側に送信されない。そのため、前記アップリンク方向（発呼側５０２からQAP1 ５０４へ、または被発呼側５０８からQAP2 ５０６へ）のリソース保留が正確であっても、ダウンリンク方向に保留された媒体時間は近似値に過ぎない。それを解決するため、QAP1 ５０４とQAP2 ５０６は各ストリームTSIDに対し相手側からのパケットを数BIにわたって観察し、実際のPIを判断しなければならない。実際のPIを判断した後、QAP1 ５０４とQAP2 ５０６は式１に基づいてMTを計算し、TxAdDn[AC VO][TSID]とTxAdDn[AC VO]を更新する。
QSTA（発呼側５０２と被発呼側５０８）におけるPHYレート変化の調整に関しては、トラヒックストリームのPHYレートが最低PHYレートを下回ってパケットを送信するに十分な媒体時間がないとすれば、QSTAは現在のPHYレートと同一またはそれを下回った最低PHYレートフィールドを含んだ更新済みのADDTSリクエストQAPに送信する。このプロセスは前記ステップＣとステップＤと同様である。その際、利用可能なリソースがあれば、QAPは、媒体時間をより多く割り当て、さもなければより長いPIを適用して所要媒体時間を減らす。リクエストが成功すれば媒体時間は新しく定められ、さもなければQAPはストリーム本来の媒体時間で応答する。もっとも、後者の場合は通話品質が低い。
VoIPセッションを更に多く維持できるメカニズムに関しては、WLANが込んでいるとき、またはWLANに加入するその他のVoIP呼が多くあるとき、現在の呼に費やすリソースを減少させることができる。その際、QAP（QAP1 ５０４とQAP2 ５０６）はその旨を含んだビーコンフレームをQSTA（発呼側５０２と被発呼側５０８）に送信し、QSTAは以下の通りに応答する。
関連コーデックを知らせることで１本のストリームのPIを変更するとともに、より長いPIを有する新しいADDTSリクエストをQAPに送信する（QAP もこのようなADDTSリクエストを承認する）。または、SIPのRE-INVITE（再要請）信号とUPDATE（更新）信号で１本のストリームに対し負荷の軽いコーデックへの変更を要求する。
この発明はSIP呼設定と802.11e QoSメカニズムを統合してVoIPサービスの品質を高める。QAP1 ５０４とQAP2 ５０６はいずれも前述プロセスを実行し、１つまたはそれ以上の発呼側及び／または被発呼側をサポートできる。
以上はこの発明に好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属するものとする。
この発明はSIP呼設定と802.11e QoSメカニズムを統合することによって、VoIPサービスの品質を高める。
従来のEDCAのアクセスカテゴリー管理を表す説明図である。 従来のEDCAパラメーターセット情報要素を表す説明図である。 従来のTSPEC情報要素を表す説明図である。 従来の呼確立を表す説明図である。 この発明によるSIPとIEEE802.11eを統合したQoS構造を表す説明図である。
符号の説明
４０２、５０２ 発呼側
４０４、５０８ 被発呼側
５０４、５０６ QAP

Claims (22)

  1. WLAN（無線ローカルエリアネットワーク）アクセスポイントでVoIP（ボイス・オーバー・インターネットプロトコル）呼を確立する方法であって、
    アクセスポイントが第一信号を受信してステーションに転送し、
    第一信号の転送後、アクセスポイントがステーションからリクエストを受信し、
    アクセスポイントがリクエストに応じてステーションに対しリソースを割り当て、
    アクセスポイントがリソースが割り当てられた旨のレスポンスをステーションに送り、
    ステーションにレスポンスを発送した後、アクセスポイントがステーションから最終信号を受信するステップからなることを特徴とする呼確立方法。
  2. 前記第一信号は、発呼側が生成して発呼側と通信中のアクセスポイントを介し該アクセスポイントに送信する要請信号であり、ステーションは被発呼側であり、最終信号は了承信号であることを特徴とする請求項１記載の呼確立方法。
  3. 前記方法は更に、アクセスポイントが要請信号に応じてリソース予備保留を行うステップを含むことを特徴とする請求項２記載の呼確立方法。
  4. 前記方法は更に、要請信号をステーションに転送する前、アクセスポイントが当該要請信号の中で特定された通信コーデックを分離して除去するステップを含むことを特徴とする請求項２記載の呼確立方法。
  5. 前記被発呼側に転送された要請信号は少なくとも１つの通信コーデックを特定し、前記方法は更に、アクセスポイントが被発呼側からのリクエストの中で特定された通信コーデックをロードするステップを含むことを特徴とする請求項２記載の呼確立方法。
  6. 前記第一信号は、被発呼側が生成して被発呼側と通信中のアクセスポイントを介し該アクセスポイントに送信する了承信号であり、ステーションは発呼側であり、最終信号は肯定応答信号であることを特徴とする請求項１記載の呼確立方法。
  7. 前記方法は更に、リクエストの中で特定された通信コーデックをアクセスポイントがロードするステップを含むことを特徴とする請求項６記載の呼確立方法。
  8. 前記方法は更に、ステーションから受信した要請信号に応じてアクセスポイントがリソース予備保留を行うステップを含むことを特徴とする請求項６記載の呼確立方法。
  9. 前記リクエストはステーションが要求するパケット化間隔を含むことを特徴とする請求項１記載の呼確立方法。
  10. 前記レスポンスはアクセスポイントが選んだパケット化間隔を含むことを特徴とする請求項９記載の呼確立方法。
  11. 前記ステーションに対しリソースを割り当てるステップは、アクセスポイントが呼承認制御プロセスを行うことを含むことを特徴とする請求項１記載の呼確立方法。
  12. 前記リソースは帯域幅又は媒体時間を含むことを特徴とする請求項１記載の呼確立方法。
  13. WLANでVoIP呼を確立する方法であって、
    第一アクセスポイントが発呼側から要請信号を受信し、
    第一アクセスポイントが要請信号を第二アクセスポイントに転送し、
    第二アクセスポイントが要請信号を被発呼側に転送し、
    要請信号の転送後、第二アクセスポイントが被発呼側から第二リクエストを受信し、
    第二アクセスポイントが第二リクエストに応じて被発呼側に対し第二リソースを割り当て、
    第二アクセスポイントが第二リソースが割り当てられた旨の第二レスポンスを被発呼側に送り、
    被発呼側にレスポンスを発送した後、第二アクセスポイントが被発呼側から了承信号を受信し、
    第二アクセスポイントが了承信号を第一アクセスポイントに転送し、
    第一アクセスポイントが了承信号を発呼側に転送し、
    了承信号の転送後、第一アクセスポイントが発呼側から第一リクエストを受信し、
    第一アクセスポイントが第一リクエストに応じて発呼側に対し第一リソースを割り当て、
    第一アクセスポイントが第一リソースが割り当てられた旨の第一レスポンスを発呼側に送り、
    発呼側にレスポンスを発送した後、第一アクセスポイントが発呼側から肯定応答信号を受信するステップからなることを特徴とする呼確立方法。
  14. 前記方法は更に、第一アクセスポイントが要請信号に応じてリソース予備保留を行うステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の呼確立方法。
  15. 前記方法は更に、第二アクセスポイントが要請信号に応じてリソース予備保留を行うステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の呼確立方法。
  16. 前記方法は更に、要請信号を被発呼側に転送する前、第二アクセスポイントが当該要請信号の中で特定された通信コーデックを分離して除去するステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の呼確立方法。
  17. 前記被発呼側に転送された要請信号は少なくとも１つの通信コーデックを特定し、前記方法は更に、第二アクセスポイントが第二リクエストの中で特定された通信コーデックをロードするステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の呼確立方法。
  18. 前記方法は更に、第一アクセスポイントが第一リクエストの中で特定された通信コーデックをロードするステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の呼確立方法。
  19. 前記第一リクエストは発呼側が要求するパケット化間隔を含み、前記第二リクエストは被発呼側が要求するパケット化間隔を含むことを特徴とする請求項１３記載の呼確立方法。
  20. 前記第一リクエストは第一アクセスポイントが選んだパケット化間隔を含み、前記第二リクエストは第二アクセスポイントが選んだパケット化間隔を含むことを特徴とする請求項１３記載の呼確立方法。
  21. 前記発呼側に対し第一リソースを割り当てるステップは、第一アクセスポイントが呼承認制御プロセスを行うことを含み、前記被発呼側に対し第二リソースを割り当てるステップは、第二アクセスポイントが呼承認制御プロセスを行うことを含むことを特徴とする請求項１３記載の呼確立方法。
  22. 前記第一リソースと第二リソースは帯域幅及び媒体時間を含むことを特徴とする請求項１３記載の呼確立方法。
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