JP2007259271A - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチセル環境において、自律分散的に効率的にパケット送信タイミングを制御し、通信品質を向上させる。
【解決手段】仮想キャリアセンスにより無線帯域割り当てを行うパケット伝送方式に基づくパケット送信を行う無線通信装置100は、自セルと他セルの両方について、他の無線通信装置と基地局との間で通信するパケットを観測する観測手段202と、観測結果に基づいて、自局が、他セルの無線通信装置と基地局との間の通信に起因した他セル干渉を受ける可能性があるか否かを判断する判断手段202と、他セル干渉を受ける可能性があると判断された場合、観測結果に基づいて、他セルの無線通信装置と基地局との間の通信により占有される占有時間を検出する占有時間検出手段203と、該占有時間に基づいて、所定の周期において他セル干渉を回避するタイミングを認識するタイミング認識手段203とを備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、無線LAN通信システム、特にCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)方式における通信優先制御を実行する無線通信装置及び無線通信方法に関する。

CSMA/CA方式において端末は送信前にあるランダム期間、仮想キャリアセンスを行い、他の端末が基地局と通信していないかを確認し、他の端末が通信中であればその通信が完了するのを待ってから、実際にパケット送信を行う。このときどの端末も平等に送信する権利を持つ。仮想キャリアセンスとはチャネルがIFS(Inter Frame Space)期間だけアイドルになった後、規定のCW（Contention Window：コンテンション・ウィンドウ）範囲内で乱数を発生させ、その乱数値をもとにしたランダム期間が決められ、そのランダム期間内、以下に述べるバックオフ制御を行うことである。バックオフ制御とは、算出した乱数値を初期値とし、時刻経過と共にその値を減少させ、値が０となったところで実際のパケット送信を行う制御である。ここで、IFSとは無線LAN標準規格IEEE802.11で規定されており、送信に先立ってアイドル検出を行うべきある一定期間であり、CWとはバックオフにおいてとりうる乱数の最大値であって、ユーザ多重を実現するために必要なパラメータである。IEEE802.11ではCWの最小値CWminと最大値CWmaxを規定しており、初回送信におけるバックオフはCWminの値を用いて乱数値を算出し、再送のたびにこのCWを２倍の大きさにしてバックオフを行う。なお、CWmaxはCWの上限値である。このランダム性に依存したバックオフにより、複数の端末が同一チャネルを共有して通信が可能となる。ただし、この方式は複数の端末が同時にパケット送信を行う可能性があり、この場合はパケット衝突が発生し、正しくパケットが受信されず、通信品質劣化につながる。特にVoIPのようなリアルタイム系アプリケーションではこれらの原因による通品品質劣化が著しくなる。

このような通信方式おける優先制御に関する従来技術として非特許文献１に示されるようにIEEE802.11eで規定されたEDCA（Enhanced Distributed Channel Access）が存在する。これはパケットに４種類のプライオリティを付与し、プライオリティの高いパケットは上記のIFSやCWmin、CWmaxなどの送信待ち時間を短くすることにより優先的にパケット送信権を与えるものである。これにより音声やデータなどの様々なアプリケーションが混在する通信環境において相対的な優先制御が可能となる。
Part11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)specifications: Amendment 7: Medium Access Control (MAC) Quality of Service(QoS) Enhancements

しかしながら、従来手法EDCAでは異なるプライオリティをもつパケットの相対的な送信優先順位を付与するだけであり、同じプライオリティのパケットを送信する端末間の品質保証や優先度付与に貢献する技術ではない。従って、複数の端末が同じプライオリティのパケットを同時に送信することによってパケット衝突が発生する可能性は抑制できない。パケット衝突が発生すると再送が成功しても遅延、再送が失敗すればパケットロスが発生する。さらに複数の端末がパケットを送信権獲得のためにバックオフを行う場合には、他端末に送信権を取られた端末は再度送信権を獲得するための送信待ち時間、すなわち遅延が発生する。これらの問題は端末数が多くなると発生確率が高くなる。特にVoIP（Voice over Internet Protocol）に代表されるリアルタイム系アプリケーションにおいては、上記の問題で発生する遅延やパケットロスは重大な品質劣化を引き起こす。

また、VoIPのような周期的にパケットを送信する必要がある端末が複数存在するセルが２つ以上存在する通信環境においては、各セルに属する端末同士が干渉し合うという事態が想定される。従って、かかる通信環境における干渉を最小限に抑え、効率的なスケジューリングを確立することが待望される。

そこで、本発明は、VoIPのような周期的にパケットを送信する必要がある端末が複数存在するセルが２つ以上存在し、かつそれら各セルに属する無線装置同士が干渉しうる通信環境において、自律分散的に効率的にパケット送信タイミングを制御し、通信品質を向上させることができる無線通信装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の無線通信装置は、仮想キャリアセンスにより無線帯域割り当てを行うパケット伝送方式に基づくパケット送信を行う無線通信装置であって、自己の無線通信装置が位置する自セルと、当該自セル以外の他のセルの両方について、他の無線通信装置と無線基地局との間で通信するパケットを観測する観測手段と、前記観測手段による観測結果に基づいて、自己の無線通信装置が、他のセル内に位置する無線通信装置と当該他のセルを管理する無線基地局との間の通信に起因した他セル干渉を受ける可能性があるか否かを判断する判断手段と、前記判断手段により自己の無線通信装置が前記他セル干渉を受ける可能性があると判断された場合、前記観測結果に基づいて、前記他のセル内の無線通信装置と前記無線基地局との間の通信により占有される占有時間を検出する占有時間検出手段と、前記占有時間検出手段により検出された占有時間に基づいて、所定の周期において前記他セル干渉を回避するタイミングを認識するタイミング認識手段と、を備えることを特徴とする。これにより、無線通信装置は、自己の無線通信装置が他セル干渉を受ける可能性があるか否かを判断でき、自己の無線通信装置が他セル干渉を受ける可能性があると判断された場合、所定の周期において他セル干渉を回避するタイミングを認識することが可能となる。

上記判断手段は、例えば、観測手段による観測で得られたパケットの送信元アドレスと宛先アドレスのいずれも、自セルを管理する無線基地局のアドレスと一致しない場合に、自己の無線通信装置が他セル干渉を受ける可能性があると判断することができる。

また、本発明の無線通信装置は、自己の無線通信装置が前記他セル干渉を回避する回避タイミング情報を含んだ送信タイミングリクエストを生成し、生成した送信タイミングリクエストを自セル内の他の無線通信装置にブロードキャスト送信する送信タイミングリクエスト手段と、他の無線通信装置からブロードキャスト送信された前記送信タイミングリクエストを受信した場合、当該送信タイミングリクエスト内の回避タイミング情報に基づいて、スケジューリングを確立するスケジューリング確立手段と、をさらに備える構成とすることが望ましい。これにより、無線通信装置は円滑な通信のために、自己の無線通信装置が送信すべきタイミング情報を、自セル内の他の無線通信装置と合意することが可能となる。

上記送信タイミングリクエスト手段は、送信タイミングリクエストが自セル内の他の無線通信装置により正常に受信されたことを確認し、ある無線通信装置により送信タイミングリクエストが正常に受信されなかったと確認された場合、当該無線通信装置に送信タイミングリクエストを再送する構成とすることが望ましい。これにより、送信タイミングリクエストの送受信の失敗を認識し、速やかに再送することが可能となる。

上記の判断手段は、観測手段による観測結果に基づいて、他の無線通信装置からのパケット発生に周期性があるか否かを判断することにより、当該他の無線通信装置が、周期的にパケットを発生するアプリケーションによる通信を行っているか否かを判断する構成とすることが望ましい。これにより、他の無線通信装置が、周期的にパケットを発生するアプリケーションによる通信を行う無線通信装置であるか否かを認識することが可能となる。

また、上記の判断手段は、観測手段による観測で得られたパケットの送信元アドレスと宛先アドレスに基づいてベンダー識別情報を特定し、特定したベンダー識別情報が自己の無線通信装置のベンダー識別情報と一致するか否かを確認することにより、パケットの送信元又は宛先の無線通信装置が、周期的にパケットを発生するアプリケーションによる通信を行っているか否かを判断する構成とすることが望ましい。これにより、例えば、VoIP通信機能を備える無線通信装置は、他の無線通信装置がVoIPアプリケーションによる通信を行っているのか否かを確認することが可能となる。

本発明の無線通信装置は、仮想キャリアセンスにより無線帯域割り当てを行うパケット伝送方式に基づくパケット送信を行う無線通信装置であって、伝送レートの変動によりパケット送受信時間が変動する場合に、自己の無線通信装置が使用するスロット数情報又は変動後の伝送レート情報を含んだリクエストを生成し、生成したリクエストを自セル内の他の無線通信装置にブロードキャスト送信する変動時リクエスト手段と、他の無線通信装置からブロードキャスト送信された前記リクエストを受信した場合、当該リクエスト内のスロット数情報又は変動後の伝送レート情報に基づいて、スケジューリングを変更するスケジューリング変更手段と、を備えることを特徴とする。これにより、伝送レートが途中で変更になっても、各無線通信装置が、リクエスト内のスロット数情報又は変動後の伝送レート情報に基づいて、スケジューリングを変更可能となり、効率的に通信を行うためのスケジューリング確立が可能となる。

以上のように本発明は、VoIPのような周期的にパケットを送信する必要がある端末が複数存在するセルが２つ以上存在し、かつそれら各セルに属する無線装置同士が干渉しうる通信環境において、自律分散的に効率的にパケット送信タイミングを制御し、通信品質を向上させることができる。

以下に本手法を用いた場合の実施形態を示す。

［本実施形態の構成］
図１に示すように、本実施形態の無線LANネットワークは、同一もしくは隣接周波数を用いる無線LAN基地局（以下「基地局」という）である基地局AP1、AP2と、基地局AP1に制御される無線LANVoIP端末A(MACアドレスxx.xx.01),B(MACアドレスxx.xx.02),C(MACアドレスxx.xx.03)と、基地局AP2に制御される無線LANVoIP端末D(MACアドレスxx.xx.04),E(MACアドレスxx.xx.05)とを含んで構成されている。これら基地局AP1、AP2及び無線LANVoIP端末（以下「端末」という）A〜Eは、いずれもIEEE802.11bを実装しているとする。なお、各端末A〜Eは、本発明に係る無線通信装置に相当する。

各端末A〜Eは、後述する図２に示すようなハードウェア構成と図３のような機能ブロックを持つ。図１では、２つの基地局AP1、AP2と、５つの端末A〜Eしか記述していないが、各基地局に制御される端末、及び基地局は、適切な如何なる数が存在してもよい。VoIPコーデック周期は全端末とも20msとする。

図１に示すように、端末Cは、基地局AP1管理下のセルと基地局AP2管理下のセルとがオーバーラップした地域（セルオーバーラップ部）に存在する。即ち、基地局AP1、AP2とも端末Cによるキャリアセンス内に存在している。また、基地局AP1と通信を行っている端末Bは、基地局AP2とはキャリアセンス外であるが、基地局AP2管理下のセル内の端末Dとはキャリアセンス内に存在する。端末Dは、基地局AP1とはキャリアセンス外であるが、基地局AP1管理下のセル内の端末Bとはキャリアセンス内に存在する。

図２に示すように、本発明に係る端末A〜E（以下「端末100」と総称する）は、CPU101、ROM102、RAM103、キーボタン等の操作部104、CSMA/CA方式による無線通信が可能な無線通信部105、及びディスプレイ106を備える。

図３に示すように、本発明に係る端末100は、機能ブロック構成として、パケット受信部201、受信パケット解析部202、他セル非占有スロット管理部203、スロットリクエスト作成部204、スロット管理部205、自セル内端末リスト作成部206、伝送レート管理部207、必要スロット数算出部208、情報受信部209、及び自局送信タイミング決定部210を含んで構成されている。

このうちパケット受信部201は、図２の無線通信部105に実装され、他の端末及び基地局からパケットを受信する機能を有する。

受信パケット解析部202は、図２の無線通信部105に実装され、パケット受信部201から受け取った受信パケットと、当該受信パケットを受信したスロットの情報とを受け取る。ここで、受信パケット解析部202は、受信パケットの送信元アドレスが自局の属する基地局のMACアドレスに一致すれば、当該受信パケットの宛先アドレスを、後述する自セル内端末リスト作成部206に送る。また、受信パケット解析部202は、受信パケットの宛先アドレスが自局の属する基地局のMACアドレスに一致すれば、当該受信パケットの送信元アドレスを、後述する自セル内端末リスト作成部206に送る。

また、受信パケット解析部202は、他セルの端末と基地局間の通信により占有される占有時間を検出する。即ち、受信パケット解析部202は、受信パケットの送信元アドレスも宛先アドレスも自局の属する基地局のMACアドレスでなく、かつ、自セル内端末リスト作成部206内に保存されている自局端末アドレスリストにも一致するものがない場合は、上記「他セルの端末と基地局間の通信により占有される占有時間」に相当する当該受信パケットのスロット番号を、後述する他セル非占有スロット管理部203に送る。

他セル非占有スロット管理部203は、図２のCPU101、ROM102及びRAM103に実装され、受信パケット解析部202により検出されたスロット番号に基づき、所定の周期において他セル干渉を回避するタイミングを認識する。ここで認識されたタイミングは、非占有スロット番号として管理される。即ち、他セル非占有スロット管理部203は、非占有スロット番号を記載した非占有スロット番号リストを管理し、受信パケット解析部202からスロット番号を受信した場合、当該スロット番号を非占有スロット番号リストから削除する。

スロットリクエスト作成部204は、図２の無線通信部105に実装され、他セル非占有スロット管理部203内の削除されていないスロット番号、及び、後述する必要スロット数算出部208からリクエストすべきスロット数を記載したブロードキャストパケットを作成し、送信部へ送る。

スロット管理部205は、時刻をVoIPコーデック周期ごとに分割し、さらにその周期を１回あたりの基地局・端末間のVoIPパケット上り、下り通信にかかる時間を１スロットに分割し、各スロットに番号を割り当て、管理する。パケット受信部201は、パケットを受信するとスロット管理部205からその受信時刻に対応したスロット番号を参照する。

自セル内端末リスト作成部206は、図２のCPU101、ROM102及びRAM103に実装され、自セルに存在する端末リストを管理しており、受信パケット解析部202から送られたMACアドレスを、自セルに存在する端末リストとして保存する。

伝送レート管理部207は、図２のROM102及びRAM103に実装され、自己の端末（以下「自局」という）がVoIPパケットの送受信に用いる伝送レートを管理する。

必要スロット数算出部208は、図２の無線通信部105に実装され、伝送レート管理部207から得た「自局が用いる伝送レート情報」を用いて、１回の基地局・端末間の上りと下り通信に必要な送受信時間を算出し、スロットリクエスト作成部204に送る。

情報受信部209は、他端末又は自局が送信して基地局により中継されたスロットリクエスト及び伝送レート情報に関するブロードキャストパケットを受信する。

自局送信タイミング決定部210は、情報受信部209からスロットリクエスト及び伝送レート情報を参照し、かつ、自セル内端末リスト作成部206から自セル内端末MACアドレスリストを参照し、最終的に自局の送信タイミングを決定する。

なお、上記の受信パケット解析部202は、本発明に係る観測手段、判断手段及び占有時間検出手段に相当し、他セル非占有スロット管理部203は、タイミング認識手段に相当する。スロットリクエスト作成部204は、送信タイミングリクエスト手段に相当し、自局送信タイミング決定部210は、スケジューリング確立手段及びスケジューリング変更手段に相当する。また、受信パケット解析部202とスロットリクエスト作成部204は協働して、本発明に係る変動時リクエスト手段の機能を発揮する。

［本実施形態の処理］
以下、本実施形態の処理として、(1)周辺セル干渉の影響を受ける端末の認識、周辺セル干渉を受けないタイミングの認識、及び周辺セル干渉を受けないタイミングで送信可能とする同期の確立に関する第１の処理と、(2)ある端末の送受信占有時間が変化した場合のスケジューリング確立に関する第２の処理を、順に説明する。

［第１の処理について］
最初に、(1)周辺セル干渉の影響を受ける端末の認識、周辺セル干渉を受けないタイミングの認識、及び周辺セル干渉を受けないタイミングで送信可能とする同期の確立に関する第１の処理を説明する。

第１の処理では、時刻をVoIPコーデック周期ごとに分割し、さらに、その周期を１回あたりの基地局・端末間の上り、下りの送受信に必要な時間を１スロットとして分割し、そのスロットに番号を付与する。このスロット番号は同じ基地局に制御されるすべての端末で同期をとる必要がある。このスロット番号付与は図４のようにTBTT(TargetBeacon Transmission Time：ビーコン送信タイミング)を始点として1,2,3,..と順に付与してもよい。TBTTはセル内端末で共通に認識しているので各端末内でスロット計算を行うだけで実現可能であり、スロット同期のための新たなシーケンスが発生しないという利点がある。本実施形態ではVoIPパケット内MACペイロードが208byte、全端末はデータの伝送レート11Mbps、制御フレームの伝送レートは2Mbps、CWは140、AIFSは50msを使用しているとする。本実施形態では便宜上これらの値を用いており、適切な如何なる値でもよい。この場合、ヘッダ情報の送信時間はPLCPプリアンブル72μsとPLCPヘッダ48(bit)/2(Mbps)=24μsの合計96μsかかる。従って、VoIPパケットの送信時間は
96μs + 208×8/11 = 247.27μs
であり、Ack(14byte)の送信時間は
96μs + 14×8/11 = 152μs
となる。なお、VoIPパケット長はコーデックが一定であれば固定長であるため、各端末は上記算出に用いるのに必要なパケット長を知っている。従って１回あたりの基地局・端末間の上り、下りの送受信シーケンスは図５のようになるので、これらにかかる時間は1.0585msとなる。ただし、図５に記述した時間の単位はμsである。従って、本手法における1スロットは1.0585msとなり、VoIPコーデック周期は20msであることからスロット数は、整数部(20/1.0585)= 18となる。従って図４に示したようにスロット番号は1から18を繰り返すことになる。

基地局AP1に制御されるVoIP端末A,B,Cが、あらかじめスケジューリングされたスロット3,4,5でそれぞれ送受信していたとする。ところが、基地局AP2に制御される近接セルにおいてVoIP端末D,Eが通話を始めたことにより、基地局AP1のセル内の端末の送受信スケジュールが破綻してしまったときに、本手法を用いることにより、以下のように送受信が復活する。

円滑な通信のためには端末Cは自セルのみならず、他セルに属するノード端末D,E及び基地局AP2のすべてと送信タイミングスロットが重なってはいけない。さらに、端末Bは自セルのみならず、他セルに属する端末Dと送信タイミングスロットが重なってはいけない。

端末Bは他局のすべてのパケットを観測する。観測中に聞こえたパケットの送信元もしくは宛先アドレスが基地局AP1のMACアドレスならば、そのパケットの宛先アドレスもしくは送信元アドレスは自セル内の端末であることがわかる。この観測により端末Bは自セル内に自局Bに加えてAという端末とCという端末が存在することがわかる。端末Bは自セル内に存在する端末に関してMACアドレスを識別子とした自セル内端末リストを保持する。さらに端末Bは端末Dのキャリアセンス内に存在するので端末Dが基地局AP2に向けて送信したパケットを観測することになる。端末Dから基地局AP2に向けて送信したパケット中の送信元アドレスも宛先アドレスも基地局AP1のMACアドレスとは一致しないので、端末Bは自局が他セルのパケットによる干渉を受ける可能性のある端末であることを認識できる。端末Bは、端末Dに関するパケットが毎回ほぼ同じスロットで受けとった場合は、端末Dも周期的に発生するパケットであることがわかる。周期的に発生するパケットは一度送信時刻が重なると、毎周期送信時刻が重なり、送信失敗が連続するため、これを回避する必要がある。図６に示すように端末Bは端末Dが送信したパケットを、基地局AP1側のスロット3及びスロット4で観測したとする。その場合、端末Bはスロット3,4以外のスロットを自局用通信スロットとするため、自セル内の全端末にスロットリクエストパケットをブロードキャストする。リクエストパケット内にはリクエストスロット番号として5,6,7と記載する。これは端末Bが要求希望順に5,6,7の番号のスロットを自局に割り当てることを要求することを意味する。このブロードキャストパケットを受け取ることにより他の端末A,Cは端末Bがスロット5,6,7のいずれかを要求していることを認識する。ここでスロットリクエスト番号として5,6,7の３つだけを記載したが、要求候補スロット数は適切な如何なる値でもよい。

また、端末Cは基地局AP1、AP2の両方のキャリアセンス内、すなわちセルオーバーラップ部に存在するため円滑な通信のためには基地局AP2、端末D,Eのいずれとも送信タイミングが重なってはいけない。端末Cも端末B同様にすべてのパケットを観測して、自セル内に端末AとBの存在を認識する。さらに基地局AP2から端末DとEに向けて下り通信パケットも観測する。これらのパケット中に記載された送信元アドレスも宛先アドレスも基地局AP1のMACアドレスと一致しないため、端末Cは自局が周辺セル干渉を受ける端末であることを認識する。端末Cは図６に示すように基地局AP2から端末D,Eに向けたパケットをスロット3,4,5で観測したとする。このとき端末Cは自局の送信用スロットとして3,4,5は避けなければならない。従ってリクエスト番号として6,7,8,9と記載したスロットリクエストブロードキャストを送信する。このブロードキャストパケットを受信した端末A,Bは端末Cがスロット6,7,8,9をこの順に希望していることを認識する。

端末Aもすべてのパケットを観測するが、観測したすべてのパケットの宛先、もしくは送信元が基地局AP1のMACアドレスと一致することを確認し、自局が他セル干渉を受けないことを認識する。この場合は自セル内端末リストから自セル内に存在する端末だけ認識すればよく、本実施形態ではスロットリクエストしない。ただし、端末Aはスロットをリクエストしてもよい。しかしながら、スロットリクエストパケットを送信するとその分、無線空間を占有してしまい、他の端末の通信を妨げる恐れがあるため、リクエストしない方が、無線空間の利用効率は高い。

この時点で端末A,B,Cは端末Bと端末Cがスロットリクエストをしたことを認識している。ここでその二つの第一希望スロットが重なっていないため、リクエストどおりに各端末にスロット割り当てを行う。すなわち端末Bにはスロット5を、端末Cにはスロット6を割り当てる。さらに端末Aはスロット5,6以外のいずれのスロットを自局用通信スロットに割り当ててもよい。本実施形態ではスケジュールが端末Aにスロット4を割り当てた。スロット5,6の近接スロット4を割り当てることにより、通信が整理することが可能となる。しかしながら、このスロット番号は適切な如何なる番号でもよい。

他の有効な端末Aへのスロット割り当て方として、スロットリクエストしない端末にはスロット1から順に割り当てるという方法がある。これは端末A,B,Cのほかに他セル干渉を受けない端末A'が基地局AP1の配下に存在するときに有効である。AもA'もスロットリクエストしない場合、AもA'も勝手にスロット4を自局用通信スロットに割り当ててしまう可能性がある。この場合、AとA'は周期的な送信のたびに送信権獲得の競合を行う必要があり、送信失敗確率が増大してしまう。従って、スロットリクエストをしない端末はリクエストされたスロットを飛ばしてスロット1から順にMACアドレス順に割り当てるという方法をとれば端末Aはスロット1に端末A'はスロット2に割り当てられ、円滑な通信が可能となる。

また、複数の端末が同じスロットをリクエストした場合のスロット割り当て方法を以下に記述する。本実施形態において仮に端末Bのスロットリクエストパケット内にスロット番号として5,6,7と記載し、端末Cのスロットリクエストパケット内にスロット番号として5,6,7,8と記載されていたとする。この場合、端末B,Cはお互いのスロットリクエストパケットを受信することにより、希望が重なったことを認識する。この場合は、MACアドレスが小さい端末が優先的に希望スロットを得るという方法により端末Bのスロットは5、端末Cのスロットは6と割り当てることが可能となる。

以上のように各端末の送信タイミングをスケジューリングした結果を用いて優先期間を各端末に設定し、送信を行う。

また、ブロードキャストで送信されるスロットリクエストは受信端末からのAckを要求しないため、実際に他端末がスロットリクエストパケットを正常に受信し、自局の要求を承諾したことを確認するためのメカニズムが必要である。そこで、本実施形態では、スロットリクエストの送信後、ある一定時間経った後、自局が要求したスロットを自セル内の他の端末が占有していないことを以って、自局の要求を承諾したことを確認する。例えば、本実施形態において端末Cがスロット6を要求したのにもかかわらず、端末Aもしくは、端末Bがその後、５周期連続でスロット6において送受信していたため、自局Cが送信失敗し続けたとする。このとき、端末Cは自局が送信したスロットリクエストが他端末に正常に受信されていないとみなし、再度同じスロットリクエストパケットを送信する。なお、本実施形態では５周期連続を、スロットリクエストが他端末に正常に受信されたか否かの判断閾値としたが、この５という値は他の適切な如何なる値でも良く、また、連続でなくてもよい。例えば、10周期分の時間において5回、端末Aもしくは、端末Bがスロット6において送受信していたため、自局Cが送信失敗し続けたことを判断閾値にしてもよい。

さらに、他セル干渉が発生するトラフィックがVoIPであることを確認することにより、いっそう本手法の効率が上昇する。なぜなら、本手法は干渉する他セルの端末も周期的に発生するトラフィックでなければ所定の周期をスロット分割して制御する効果が小さいからである。

以下、他セル干渉が発生するトラフィックがVoIPであることを確認するための２つの手法を説明する。

まず、１つ目の手法を以下に示す。VoIP端末Bはスロット4において送受信していたが、自セル内には存在しない端末Dにより、スロット4で送受信が失敗した。このとき端末Bは、端末Dが周期的にパケット発生するVoIP端末であることを認識するために、端末Bは10周期分の時間、端末Dの通信を観測する。このとき端末Bは端末Dが７回以上、スロット4もしくはその前後スロット3、スロット5のタイミングで送受信したことを確認することにより、端末Dが周期的にパケット発生する端末であることを認識する。この例では10周期中7回以上を判断閾値としたが、この値は他の適切な如何なる値でも良い。

次に、２つ目の手法を説明する。端末Dが端末Bと同じベンダーIDを持っているならば、端末DはVoIP端末である可能性が高いことを端末Bは認識できる。この方法は端末Bと端末Dが同じベンダー製の場合しか実現できないが、前の手法と異なり、長い時間観測する必要がなく、１回のパケット観測で実現できるという利点がある。ベンダーIDはMACアドレスの上位３バイトにより判別可能である。従って、観測パケット中の宛先、もしくは送信元アドレスのどちらか一方が自局のMACアドレスの上位３バイトと一致するか否かを判断することにより、この方法は実現可能である。

以上のような第１の処理によれば、周辺セル干渉の影響を受ける端末の認識、周辺セル干渉を受けないタイミングの認識、及び、周辺セル干渉を受けないタイミングで送信可能とする同期の確立を適正に行うことができる。

［第２の処理について］
次に、(2)ある端末の送受信占有時間が変化した場合のスケジューリング確立に関する処理を説明する。ここでは基地局AP1のセルと基地局AP2のセル間の周辺セル干渉は一切存在しないものと仮定し、基地局AP1と端末A,B,Cのみに注目して処理を記述する。

本実施形態において伝送レート11Mbpsで通信していた端末Aの無線状況劣化等の理由により伝送レートが2Mbpsに下がったとする。この場合、VoIPパケットの送信時間は
96μs + 208×8/2 = 928μs
となり、１回あたりの基地局AP1・端末A間の上り、下りに要する送受信時間は図５から図７のように変化する。ただし、図７に記述した時間の単位はμsである。１スロット1.0585msであるから、2.42msを確保するにはスロット３つ分割り当てる必要がある。

このため、本発明は送受信時間変動に対応可能なスケジューリング確立機能を有する。このときの端末A,B,Cにおけるスケジューリング確立までのシーケンスを図８に示す。本実施形態において端末Aは自局用送受信スロットが３つ分必要であるため、スロットリクエストパケット内に、３つのスロットが必要であることを記載し、ブロードキャストする。これを受信した他の端末B,Cは端末Aが３つ分のスロットを必要としていることを認識する。従って、端末A,B,Cは端末Aにスロット1,2,3を、端末Bにスロット4を、端末Cにスロット5を割り当てることを共通認識する。その後、scheduled transmission phaseに移り、このスロットスケジュールに従って各端末は送信を行う。VoIPは周期的にパケット発生するので所定の周期においてスケジューリングすればその後はVoIPコーデック周期ごとにそのスケジュールを繰り返せばよい。

また、伝送レートそのものの値をブロードキャストしてもよい。つまり、図９のように端末Aはリクエストパケット内に、伝送レートが2Mと記述して、送信する。これを受信した他端末B,Cは各端末内で、上計算方法と同様に伝送レート2Mbpsの場合の送受信時間を計算し、端末Aの送受信のために2.42ms確保する必要があることを認識する。その後、端末A,B,Cは端末Aにスロット1,2,3を、端末Bにスロット4を、端末Cにスロット5を割り当てることを共通認識する。また、このスロットの割り当てるための他の方法としてスロット1のみを2.42msに変更、他のスロットは1.0585msのままとして、端末A,B,Cは端末Aにスロット1を、端末Bにスロット2を、端末Cにスロット3を割り当てることを共通認識してもよい。また、伝送レートそのものではなく、2Mbpsのときの送受信時間を端末Aが計算して、その時間2.42msという値のみをスロットリクエストパケットに記述してもよい。これにより、端末B,Cでは送受信時間にかかる計算を省略することができる。

以上のような第２の処理によれば、伝送レートが途中で変更になっても、各端末が、スロット数情報又は変動後の伝送レート情報に基づいて、スケジューリングを変更可能となり、効率的に通信を行うためのスケジューリング確立が可能となる。

発明の実施形態における無線LANネットワークの構成図である。 VoIP端末のハードウェア構成図である。 VoIP端末の機能ブロック図である。 スロット番号付与を説明するための図である。 １回あたりの基地局・端末間の上り、下りの送受信シーケンス図である。 端末Bが端末Dにより送信されたパケットをスロット3及びスロット4で観測した場合の送受信シーケンス図である。 伝送レートが2Mbpsに下がった場合の基地局・端末間の上り、下りの送受信シーケンス図である。 端末A,B,Cにおけるスケジューリング確立までのシーケンス図である。 伝送レートそのものの値をブロードキャストする場合のシーケンス図である。

符号の説明

100…端末（無線通信装置）、101…ＣＰＵ、102…ＲＯＭ、103…ＲＡＭ、104…操作部、105…無線通信部、106…ディスプレイ、201…パケット受信部、202…受信パケット解析部、203…他セル非占有スロット管理部、204…スロットリクエスト作成部、205…スロット管理部、206…自セル内端末リスト作成部、207…伝送レート管理部、208…必要スロット数算出部、209…情報受信部、210…自局送信タイミング決定部。

Claims (9)

1. 仮想キャリアセンスにより無線帯域割り当てを行うパケット伝送方式に基づくパケット送信を行う無線通信装置であって、
   自己の無線通信装置が位置する自セルと、当該自セル以外の他のセルの両方について、他の無線通信装置と無線基地局との間で通信するパケットを観測する観測手段と、
   前記観測手段による観測結果に基づいて、自己の無線通信装置が、他のセル内に位置する無線通信装置と当該他のセルを管理する無線基地局との間の通信に起因した他セル干渉を受ける可能性があるか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段により自己の無線通信装置が前記他セル干渉を受ける可能性があると判断された場合、前記観測結果に基づいて、前記他のセル内の無線通信装置と前記無線基地局との間の通信により占有される占有時間を検出する占有時間検出手段と、
   前記占有時間検出手段により検出された占有時間に基づいて、所定の周期において前記他セル干渉を回避するタイミングを認識するタイミング認識手段と、
   を備える無線通信装置。
2. 前記判断手段は、
   前記観測手段による観測で得られたパケットの送信元アドレスと宛先アドレスのいずれも、自セルを管理する無線基地局のアドレスと一致しない場合に、自己の無線通信装置が前記他セル干渉を受ける可能性があると判断する、
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 自己の無線通信装置が前記他セル干渉を回避する回避タイミング情報を含んだ送信タイミングリクエストを生成し、生成した送信タイミングリクエストを自セル内の他の無線通信装置にブロードキャスト送信する送信タイミングリクエスト手段と、
   他の無線通信装置からブロードキャスト送信された前記送信タイミングリクエストを受信した場合、当該送信タイミングリクエスト内の回避タイミング情報に基づいて、スケジューリングを確立するスケジューリング確立手段と、
   をさらに備える請求項１又は２に記載の無線通信装置。
4. 前記送信タイミングリクエスト手段は、
   前記送信タイミングリクエストが自セル内の他の無線通信装置により正常に受信されたことを確認し、ある無線通信装置により前記送信タイミングリクエストが正常に受信されなかったと確認された場合、当該無線通信装置に前記送信タイミングリクエストを再送する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. 前記判断手段は、
   前記観測手段による観測結果に基づいて、他の無線通信装置からのパケット発生に周期性があるか否かを判断することにより、当該他の無線通信装置が、周期的にパケットを発生するアプリケーションによる通信を行っているか否かを判断することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の無線通信装置。
6. 前記判断手段は、
   前記観測手段による観測で得られたパケットの送信元アドレスと宛先アドレスに基づいてベンダー識別情報を特定し、特定したベンダー識別情報が自己の無線通信装置のベンダー識別情報と一致するか否かを確認することにより、前記パケットの送信元又は宛先の無線通信装置が、周期的にパケットを発生するアプリケーションによる通信を行っているか否かを判断することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の無線通信装置。
7. 仮想キャリアセンスにより無線帯域割り当てを行うパケット伝送方式に基づくパケット送信を行う無線通信装置であって、
   伝送レートの変動によりパケット送受信時間が変動する場合に、自己の無線通信装置が使用するスロット数情報又は変動後の伝送レート情報を含んだリクエストを生成し、生成したリクエストを自セル内の他の無線通信装置にブロードキャスト送信する変動時リクエスト手段と、
   他の無線通信装置からブロードキャスト送信された前記リクエストを受信した場合、当該リクエスト内のスロット数情報又は変動後の伝送レート情報に基づいて、スケジューリングを変更するスケジューリング変更手段と、
   を備える無線通信装置。
8. 仮想キャリアセンスにより無線帯域割り当てを行うパケット伝送方式に基づくパケット送信を行う無線通信装置における無線通信方法であって、
   自己の無線通信装置が位置する自セルと、当該自セル以外の他のセルの両方について、他の無線通信装置と無線基地局との間で通信するパケットを観測する観測ステップと、
   前記観測結果に基づいて、自己の無線通信装置が、他のセル内に位置する無線通信装置と当該他のセルを管理する無線基地局との間の通信に起因した他セル干渉を受ける可能性があるか否かを判断する判断ステップと、
   自己の無線通信装置が前記他セル干渉を受ける可能性があると判断された場合、前記観測結果に基づいて、前記他のセル内の無線通信装置と前記無線基地局との間の通信により占有される占有時間を検出する占有時間検出ステップと、
   検出された占有時間に基づいて、所定の周期において前記他セル干渉を回避するタイミングを認識するタイミング認識ステップと、
   を備える無線通信方法。
9. 仮想キャリアセンスにより無線帯域割り当てを行うパケット伝送方式に基づくパケット送信を行うための無線通信方法であって、
   伝送レートの変動によりパケット送受信時間が変動する場合に、一の無線通信装置が、自己の無線通信装置が使用するスロット数情報又は変動後の伝送レート情報を含んだリクエストを生成し、生成したリクエストを自セル内の他の無線通信装置にブロードキャスト送信する変動時リクエストステップと、
   他の無線通信装置が、前記ブロードキャスト送信された前記リクエストを受信したとき、当該リクエスト内のスロット数情報又は変動後の伝送レート情報に基づいて、スケジューリングを変更するスケジューリング変更ステップと、
   を備える無線通信方法。

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