JP2007221286A - 無線ｌａｎ基地局 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のチャネルに偏りなく移動局を収容することができる多チャネル対応の基地局を実現する。
【解決手段】管理フレーム制御部１６で、チャネルＣＨａ，ＣＨｂ毎の移動局収容数を管理し、チャネル負荷制御部１７では、チャネル毎の移動局収容数に偏りが生じないように、次に移動局を収容すべきチャネル指定情報を生成する。一方、送信フレーム生成部１４では、管理フレーム制御部１６から応答データやビーコン送信要求が与えられると、チャネル負荷制御部１７から与えられるチャネル指定情報に従ったチャネル番号をチャネル情報として搭載した送信フレームデータを生成する。これにより、移動局２１等は実際に受信したビーコンやプローブ応答フレームのチャネルに拘らず、移動局の収容数が少ないチャネルに誘導されて基地局１０への認証要求等を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線ＬＡＮ(Local Area Network)における無線ＬＡＮ基地局（以下、単に「基地局」という）、特に多チャネル対応の基地局に関するものである。

無線ＬＡＮの中心となる基地局を経由してエリア内の無線ＬＡＮ移動局（以下、単に「移動局」という）が通信を行う基本アクセス方式として、ＩＥＥＥ８０２．１１（ｂ）勧告に規定されたインフラストラクチャモードがある。このＩＥＥＥ８０２．１１（ｂ）勧告では、各移動局が基地局との通信を開始するにあたり、次のような手順を踏むことが定められている。
（１）チャネルスキャニング
（２）基地局への認証要求送信
（３）基地局からの認証応答受信
（４）基地局へのアソシエーション（参加）要求送信
（５）基地局からのアソシエーション応答受信

無線ＬＡＮの通信を行うための周波数帯をチャネルと呼び、勧告には１から１４までのチャネルが規定されている。移動局が通信を始めるためには、まずどのチャネルを使用するかを決定しなければならない。そのためには、移動局が現在いる場所を受け持つ基地局が、どのチャネルを使用して無線ＬＡＮを開設しているかを調査する必要がある。これが（１）のチャネルスキャニングであり、その方式として、パッシブスキャンとアクティブスキャンと呼ばれる２つの方法が規定されている。

パッシブスキャン方式では、基地局が特定のチャネルを使用して、自らが開設しているネットワークの情報を、ビーコンと呼ばれる管理用の無線フレームに搭載して周期的にブロードキャスト送信（宛先を特定しない不特定多数への送信）を行っている。このネットワークの情報の中に、ネットワーク識別子情報や、現在使用中のチャネル情報等が含まれている。チャネルスキャニングを行う移動局は、１から１４までのチャネルを一定時間毎に切り替えながら、自分が接続を希望するネットワーク識別子を持つビーコンフレームの受信を試みる。そして、移動局は、該当するビーコンフレームを受信できたチャネルで、（２）の認証要求送信以下の手順を実行する。なお、チャネル間の周波数が接近しているので、通信方式の特性によって隣接するチャネルの信号が受信されることも有り得る。このため、ビーコンフレーム中に上記のチャネル情報が搭載されている。従って、移動局はそのチャネル情報で指定されたチャネルを使用して、認証やアソシエーションのための送受信を行う。

アクティブスキャン方式では、チャネルスキャニングを行う移動局が、１から１４までのチャネルを一定時間毎に切り替えながら、自分が接続を希望するネットワーク識別子を持つプローブ要求と呼ばれる管理用の無線フレームをブロードキャスト送信する。基地局は、自らが開設しているネットワークのチャネルで送信されてくるプローブ要求を監視しており、該当するネットワーク識別子を持つプローブ要求を受信した場合に、ビーコンフレームとほぼ同様の情報（チャネル情報を含む）を搭載したプローブ応答と呼ばれる管理用の無線フレームを返信する。移動局は、プローブ要求に対するプローブ応答を受信できた場合に、そのプローブ応答に搭載されたチャネル情報で指示されるチャネルを使用して、（２）の認証要求送信以下の手順を実行する。

特開２００４−３４９８８３号公報

上記特許文献１には、収容する複数の移動局に対してそれぞれ所定数の通信チャネルを割り当てる基地局において、新たに収容する移動局に通信チャネルを割り当てるときに、各通信チャネルの混雑度（使用率、登録移動局数、選択不可率）に基づいて選択した通信チャネルを所定数だけ割り当てる拡散符号割り当て部を備えた基地局が記載されている。これにより、基地局において共通制御チャネル間の負荷の公平性を保持しつつ、移動局間の制御情報の送信要求が競合する確率を低減することができるとされている。

従来の無線ＬＡＮでは、１つの基地局は１チャネルのみを扱うことが一般的であったが、近年の無線ＬＡＮ技術の発展・普及に伴う収容可能移動局数増加の要請に対応するために、上記特許文献１にもあるように、同時に複数チャネルのネットワークを開設・運用することが可能な基地局（多チャネル対応基地局）が使用されるようになってきた。

しかしながら、移動局がチャネルスキャンを行う場合には、一般的にチャネル１から順番にチャネル番号を１ずつ増加させながら、パッシブスキャンまたはアクティブスキャンを行うことが多い。このため、同一のネットワーク識別子で、例えばチャネル１とチャネル５を使用して２チャネルのネットワークを開設している基地局があった場合、チャネル１には９台の移動局が収容されているのに対し、チャネル５には１台しか移動局が収容されていないというような偏りが生じる傾向がある。

無線ＬＡＮでは、その通信方式の特性により、１つのチャネルに収容される移動局の数が多くなるに従って通信の競合する割合が増加し、各移動局の実効伝送速度が低下するので、各チャネルに移動局が均等に収容されることが最も望ましい形態である。

本発明は、上記のよう状況に鑑み、複数のチャネルに偏りなく移動局を収容することができる多チャネル対応の基地局を実現することを目的としている。

本発明の基地局は、それぞれ異なるチャネルを使用して移動局との間で無線フレームの送受信を行う複数の無線送受信部と、前記無線送受信部に対応して設けられ、該無線送受信部で受信されてベースバンドに変換された信号を復調して受信フレームデータを生成すると共に、送信フレームデータを所定の形式に変換して該無線送受信部に与える複数のベースバンド処理部と、前記受信フレームデータを解析して移動局へ転送するデータフレームと自局内で処理する管理／制御フレームの仕分けを行う受信フレーム解析部と、前記受信フレーム解析部で仕分けられたデータフレームの転送処理を行う上位レイヤ処理部と、前記受信フレーム解析部で仕分けられた管理／制御フレームに基づいて応答データを生成すると共に一定の周期でビーコン送信指示を出力し、更に前記チャネル毎の移動局収容数を管理する管理フレーム制御部と、前記チャネル毎の移動局収容数に偏りが生じないように、次に移動局を収容すべきチャネル指定情報を生成するチャネル負荷制御部と、前記上位レイヤ制御部から転送すべきデータフレームが与えられたときには該データフレームに基づいて前記送信フレームデータを生成し、前記管理フレーム制御部から応答データまたはビーコン送信要求が与えられたときには、該応答データまたはビーコン送信要求に対応すると共に前記チャネル指定情報に従ったチャネル番号をチャネル情報として搭載した前記送信フレームデータを生成する送信フレーム生成部とを備えたことを特徴としている。

本発明では、チャネル毎の移動局収容数を管理する管理フレーム制御部と、チャネル毎の移動局収容数に偏りが生じないように、次に移動局を収容すべきチャネル指定情報を生成するチャネル負荷制御部と共に、この管理フレーム制御部から応答データまたはビーコン送信要求が与えられたときに、チャネル負荷制御部から与えられるチャネル指定情報に従ったチャネル番号をチャネル情報として搭載した送信フレームデータを生成する送信フレーム生成部を備えている。これにより、移動局は実際に受信したビーコンやプローブ応答フレームのチャネルに拘らず、移動局の収容数が少ないチャネルに誘導されて基地局への認証要求等を行うことになる。従って、チャネル間の収容数の不均衡が是正され、バランスの取れた移動局収容が可能となり、収容数の不均衡に起因する実効速度の低下を防止することができるという効果がある。

この発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の実施例を示す無線ＬＡＮシステムの構成図である。
この無線ＬＡＮシステムは、ほぼ重複する２つのエリアＡＲＥＡａ，ＡＲＥＡｂを、それぞれ異なるチャネルＣＨａ，ＣＨｂでカバーする２チャネル対応の基地局１０を有している。なお、この基地局１０には、チャネルＣＨａ，ＣＨｂに対して共通のネットワーク識別子が割り当てられている。

基地局１０は、エリアＡＲＥＡａ，ＡＲＥＡｂ内に存在する移動局（ＳＴＡ）２１，２２，２３，…と通信するための２組の無線送受信部１１ａ，１１ｂを備えている。無線送受信部１１ａ，１１ｂは、それぞれチャネルＣＨａ，ＣＨｂを使用してエリアＡＲＥＡａ，ＡＲＥＡｂ内の移動局との間で、パケット状の無線フレームの送受信を行うものである。無線送受信部１１ａ，１１ｂには、それぞれに対応したベースバンド処理部１２ａ，１２ｂが接続されている。

ベースバンド処理部１２ａ，１２ｂは、それぞれ無線送受信部１１ａ，１１ｂで受信されてベースバンドに変換された移動局からの信号を復調し、受信フレームデータとして受信フレーム解析部１３に与えると共に、送信フレーム生成部１４から与えられる送信フレームデータにプリアンブルやヘッダー等を付加した後、必要な符号化処理や変調処理を施して所定の形式に変換し、送信パワーやアンテナ選択情報と共にこの無線送受信部１１ａ，１１ｂに与えるものである。

受信フレーム解析部１３は、ベースバンド処理部１２ａ，１２ｂから与えられた受信フレームデータを解析し、他の移動局等へ転送すべき上位レイヤのデータフレームと自局内で処理する管理／制御フレームの仕分けを行うものである。受信フレーム解析部１３で仕分けされたデータフレームは上位レイヤ処理部１５へ引き渡され、上位レイヤとは無関係のプローブ要求、認証要求、アソシエーション要求、確認応答等の自局内で処理する管理／制御フレームは、管理フレーム制御部１６へ引き渡されるようになっている。

上位レイヤ処理部１５は、受信フレーム解析部１３から引き渡された上位レイヤのデータフレームを、最終的な宛先アドレス情報に従ってバックボーン・ネットワークである有線ネットワーク３０に送出すると共に、この有線ネットワーク３０から与えられた自局内の移動局宛てデータフレームを送信フレーム生成部１４に与えるものである。

管理フレーム制御部１６は、受信フレーム解析部１３から引き渡された管理／制御フレームの情報に基づいて、プローブ応答、認証応答、アソシエーション応答等の応答データを生成して送信フレーム生成部１４に出力すると共に、この送信フレーム生成部１４に周期的にビーコン送信指示を行うものである。更に、管理フレーム制御部１６は、チャネルＣＨａ，ＣＨｂ毎に現在収容されている移動局の数を管理し、チャネル負荷制御部１７に対して、チャネル毎の収容移動局数を示す移動局管理情報を与えるようになっている。

チャネル負荷制御部１７は、管理フレーム制御部１６から与えられる移動局管理情報に従い、チャネルＣＨａ，ＣＨｂに収容される移動局の数が均等になるように管理／制御フレームで送信するチャネル情報を指示するチャネル指定情報を送信フレーム生成部１４へ出力するものである。即ち、チャネル負荷制御部１７は、チャネルＣＨａに収容されている移動局がチャネルＣＨｂに収容されている移動局よりも少ない場合には、チャネル指定情報として“チャネルＣＨａ”を出力し、その逆の場合には、チャネル指定情報として“チャネルＣＨｂ”を出力するようになっている。また、チャネルＣＨａ，ＣＨｂの収容数が等しい場合は、実際のチャネル番号を設定させるチャネル指定情報を出力するが、いずれか一方のチャネル番号を設定させるようにしても問題はない。

送信フレーム生成部１４は、上位レイヤ処理部１５から与えられた自局内の移動局宛てのデータフレームに、ヘッダー情報や伝送誤り監視用の情報を追加して送信フレームデータを生成し、宛先の移動局が収容されているチャネルの空き状況を監視した上で、対応するベースバンド処理部１２ａ（または１２ｂ）に送信フレーム長や送信速度等の制御情報と共に、その送信フレームデータを出力するものである。また、送信フレーム生成部１４は、管理フレーム制御部１６からプローブ応答とビーコンの管理／制御フレームの送信指示が与えられた時には、チャネル負荷制御部１７から与えられるチャネル指定情報に従ったチャネル番号をチャネル情報として搭載した所定形式の送信フレームデータを生成し、対応するベースバンド処理部１２ａ（または１２ｂ）に出力するようになっている。

次に、この無線ＬＡＮシステムの基地局１０の動作を、チャネル割り当て制御を中心に説明する。なお、ここでは、チャネルＣＨａをチャネル１、チャネルＣＨｂをチャネル５として説明する。

まず、基地局１０がチャネル１及びチャネル５を用いて、同一のネットワーク識別子を持った無線ＬＡＮを開設する。この時点では、２つのチャネル１，５で送信されるビーコンとプローブ応答（移動局からのプローブ要求フレームに対する応答）のフレームに搭載されるチャネル情報は、それぞれ実際に送受信されるチャネル番号を反映したものである。即ち、チャネル１で送信されるフレームのチャネル情報はチャネル番号１、チャネル５で送信されるフレームのチャネル情報はチャネル番号５となっている。

次に、移動局２１がチャネル１を使用して基地局１０への接続を試み、結果的にチャネル１に収容されたとする。この時点でチャネル間の移動局収容数のバランスが崩れ、チャネル負荷制御部１７から、収容数の少ないチャネル、即ちチャネル５を指定するチャネル指定情報が送信フレーム生成部１４に出力される。これにより、チャネル１で送信されるフレームのチャネル情報はチャネル番号５に変更される。一方、チャネル５で送信されるフレームのチャネル情報はチャネル番号５のままである。

この状態で、移動局２２がチャネル１を使用して基地局１０への接続を試みた場合、パッシブスキャンで受信したビーコンでも、アクティブスキャンで受信したプローブ応答でも、受信したフレームに搭載されているチャネル情報は、チャネル番号５となっている。従って、移動局２２はチャネル５を使用して基地局１０への認証要求を送信する。これにより、移動局２２はチャネル５に収容されることになる。この時点でチャネル間の移動局収容数のバランスが取れたため、チャネル負荷制御部１７からのチャネル指定情報が停止され、２つのチャネル１，５で送信されるビーコンとプローブ応答のフレームに搭載されるチャネル情報は、それぞれ実際に送受信されるチャネル番号を反映したものに戻される。

次に、移動局２３がチャネル１を使用して基地局１０への接続を試み、結果的にチャネル１に収容されると、チャネル１の収容数がチャネル５の収容数より多くなるので、このチャネル１で送信されるフレームのチャネル情報はチャネル番号５に変更される。この結果、次の移動局２４はチャネル５に収容されることになる。

もしも、移動局２３がチャネル５を使用して基地局１０への接続を試み、結果的にチャネル５に収容されると、チャネル５の収容数がチャネル５１収容数より多くなるので、このチャネル５で送信されるフレームのチャネル情報はチャネル番号１に変更される。この結果、次の移動局２４はチャネル１に収容されることになる。

以上のように、この実施例の無線ＬＡＮシステムでは、基地局１０は、各チャネルの移動局収容数を比較して不均衡が生じたときに、収容数の少ないチャネルをチャネル指定情報として出力するチャネル負荷制御部１７と、この負荷制御部１７から出力されるチャネル指定情報に従ったチャネル番号を、チャネル情報としてビーコンとプローブ応答フレームに搭載する機能を有する送信フレーム生成部１４を有している。これにより、移動局は実際に受信したビーコンやプローブ応答フレームのチャネルに拘らず、移動局の収容数が少ないチャネルに誘導されて基地局１０への認証要求送信を行うことになる。従って、チャネル間の収容数の不均衡が是正され、バランスの取れた移動局収容が可能となり、収容数の不均衡に起因する実効速度の低下を防止することができるという利点がある。

なお、本発明は、上記実施例に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。
（ａ） 基地局１０は２チャネル対応であるが、無線送受信部１１とベースバンド処理部１２をチャネル数に応じて増加することにより、更に多数のチャネルに対応することができる。
（ｂ） ＩＥＥＥ８０２．１１（ｂ）勧告に規定された無線ＬＡＮを例に説明したが、この規格に限定するものではない。

本発明の実施例を示す無線ＬＡＮシステムの構成図である。

符号の説明

１０ 基地局
１１ 無線送受信部
１２ ベースバンド処理部
１３ 受信フレーム解析部
１４ 送信フレーム生成部
１５ 上位レイヤ処理部
１６ 管理フレーム制御部
１７ チャネル負荷制御部
２１〜２４ 移動局
３０ 有線ネットワーク

Claims (1)

1. それぞれ異なるチャネルを使用して移動局との間で無線フレームの送受信を行う複数の無線送受信部と、
   前記無線送受信部に対応して設けられ、該無線送受信部で受信されてベースバンドに変換された信号を復調して受信フレームデータを生成すると共に、送信フレームデータを所定の形式に変換して該無線送受信部に与える複数のベースバンド処理部と、
   前記受信フレームデータを解析して移動局へ転送するデータフレームと自局内で処理する管理／制御フレームの仕分けを行う受信フレーム解析部と、
   前記受信フレーム解析部で仕分けられたデータフレームの転送処理を行う上位レイヤ処理部と、
   前記受信フレーム解析部で仕分けられた管理／制御フレームに基づいて応答データを生成すると共に一定の周期でビーコン送信指示を出力し、更に前記チャネル毎の移動局収容数を管理する管理フレーム制御部と、
   前記チャネル毎の移動局収容数に偏りが生じないように、次に移動局を収容すべきチャネル指定情報を生成するチャネル負荷制御部と、
   前記上位レイヤ制御部から転送すべきデータフレームが与えられたときには該データフレームに基づいて前記送信フレームデータを生成し、前記管理フレーム制御部から応答データまたはビーコン送信要求が与えられたときには、該応答データまたはビーコン送信要求に対応すると共に前記チャネル指定情報に従ったチャネル番号をチャネル情報として搭載した前記送信フレームデータを生成する送信フレーム生成部とを、
   備えたことを特徴とする無線ＬＡＮ基地局。

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