JP2007266950A - 無線通信装置、無線ネットワーク及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】同一チャネルに複数の無線ネットワークが存在する場合に、電波の衝突確率が上昇することを抑制する衝突回避機能付き搬送波感知多重アクセス方式を用いる無線通信装置及び無線通信方法を提供する。
【解決手段】第１の無線通信装置が帰属する第１のネットワークと第２の無線通信装置が帰属する第２のネットワークは同一のチャネルを使用している。第１の無線通信装置は、第２の無線通信装置が送信する送信信号を検出し、検出した送信信号に基づき、次にフレームを送信するまでの時間間隔を決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、衝突回避機能付き搬送波感知多重アクセス方式を用いる無線通信装置及び無線通信方法に関し、特に同一チャネルを使用する複数の無線ネットワークが存在する場合に、それぞれの無線ネットワークに属する無線通信機器間の、送信電波の衝突確率の上昇を抑制する無線通信装置及び無線通信方法に関する。

まず始めに、「衝突回避機能付き搬送波感知アクセス」について説明する。「衝突回避機能付き搬送波感知多重アクセス」は、Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidanceの日本語訳で、一般的にＣＳＭＡ／ＣＡと呼ばれている。ＣＳＭＡ／ＣＡとは、電波を送信しようとする無線局はまず他の無線局から送信される電波を感知し、他の無線局が送信中のときは送信を保留し、他の無線局が送信を終了するのを待って自らが送信を開始する方式である。ＣＳＭＡ／ＣＡを用いる無線方式には、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠した無線ＬＡＮがある。以降、単に「無線ＬＡＮ」と表記した場合は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠した無線ＬＡＮを意味するものとする。

次に、無線ＬＡＮを例として、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式の具体的な動作の一例を説明する。無線ＬＡＮでは、無線局は、基地局となるアクセスポイント（Access Point。以降、ＡＰという。）及び端末（Station。以降、適宜ＳＴＡという表現も用いる。）に区別される。以降、単に「無線局」というときは、ＡＰ及び端末を区別する必要がない場合で、ＡＰ及び端末の両方を含むものとする。

無線局が電波の送信を開始しようとするときは、まず使用するチャネルでの、他の無線局による電波の送信の有無を確認する。チャネルとは、搬送波周波数が規定された、電波を送受信する通信路である。当然ながら、他の無線局による電波の送信の有無を確認するときは、自らの電波送信が完了していることを前提する。無線ＬＡＮでは、ＩＦＳ（Inter Frame Space）という時間が規定されている。無線局は、ＩＦＳの期間だけ継続して他の無線局の送信電波を検出しないとき、チャネルが未使用と判断する。この状態を「アイドル状態」という。チャネルが使用中であって、アイドル状態でない状態を、「ビジー状態」という。無線局は、アイドル状態であることを確認すると、さらにそこから所定範囲内でランダムに選択された待ち時間だけアイドル状態であることを待った後、送信を開始する。上記のように、送信までの待ち時間を設け、電波の衝突を回避する制御をバックオフ制御といい、バックオフ制御によって定められた待ち時間をバックオフ時間という。

バックオフ時間を決定する方法として、ランダム・バックオフ・アルゴリズムが用いられる。ランダム・バックオフ・アルゴリズムとは、ゼロから所定の最大値の範囲の中でランダムにバックオフ時間を決定する方法である。この最大値をコンテンション・ウインドウ（Contention Window。以降、ＣＷという。）という。

以上のように、無線局が電波を送信するときは、自ら及び他の無線局の電波送信の終了から、まずＩＦＳ時間だけウエイトし、さらに最大がＣＷであるバックオフ時間だけウエイトする。すなわち、ＩＦＳとバックオフ時間の合計の待ち時間（以降、ＩＦＳとバックオフ時間の合計時間をウエイト時間という。）だけ待った後、送信を開始する。従って、ウエイト時間が短い無線局ほど先に送信を開始し、他の無線局の送信を保留させるため、送信の優先度が高いことになる。すなわち、ウエイト時間を決定するＩＦＳ、又はＣＷの値を制御することにより、送信の優先度を制御することができる。

ＩＦＳは、無線ＬＡＮ規格により、長短の異なる数種類の値が規定されている。ＣＷについては、無線ＬＡＮ規格により、最大値ＣＷmax及び最小値ＣＷmin、並びにＣＷを変更するためのアルゴリズムが規定されている。そのアルゴリズムによると、あるフレームの初回の送信時はＣＷをＣＷminとし、０からＣＷminの範囲でランダムにバックオフ時間を選択する。そして、以降、フレームの衝突等が発生し再送が行われると、その再送の回数に応じてＣＷを最大ＣＷmaxまで増加させていく。再送が頻発するときには、ＣＷを大きくし、バックオフ時間を選択する範囲を広げ、衝突確率を低下させるのである。

無線ＬＡＮでは、ＡＰを経由して端末が通信を行うインフラストラクチャ・モード（以降、インフラ・モードという。）と、ＡＰを用いず端末間で直接通信を行うアドホック・モードがある。インフラ・モードではＡＰとその配下の端末で構成されるネットワークを、アドホック・モードでは端末のみで構成されたネットワークを、ＢＳＳ（基本サービスセット。Basic Service Set）という。

ＣＳＭＡ／ＣＡでは、他の無線局の送信を検出することにより衝突を避けるようにしている。このとき、同一チャネルを用いる複数のＢＳＳが存在する場合は、他のＢＳＳに帰属する無線局が送信する信号との衝突も回避する必要がある。

従来の技術に、複数のＡＰ及び端末が同一チャネルを共用する場合の、パケット衝突によるスループット低下を抑制する無線周波数共用方法がある（例えば、特許文献１参照。）。この無線周波数共用方法は、共通の無線チャネルを使用する複数の基地局同士でビーコンの送信周期及びタイミングを同一に定める。そして、ビーコン送信タイミング後にチャネルがアイドル状態であることを確認し、さらに所定時間チャネルがアイドル状態であることを確認してから、自局セル内の通信サービスを許可するというものである。所定の送信待ち時間が経過する前に他の無線基地局が送信した信号を検出した場合には、そのタイミングでビーコン送信を中止して、次のタイミングまで自局セル内での通信サービスを中止する。

また、ＡＰからのビーコン信号を用いて、そのＡＰへの帰属を許容できる端末台数を報知する技術がある（例えば、特許文献２参照。）。この技術では、ＩＥＥＥ８０２．１１規格で規定されていない「アソシエーション許容台数」を、ビーコンの報知情報のうちの「予約領域」を用いて送信する。アソシエーションとは、ＡＰと端末を所定の手順によって接続することを意味する。

図１８に、２つのＢＳＳ、ＢＳＳ１４１及びＢＳＳ１４２が存在する無線ＬＡＮシステムの構成を示す。ＢＳＳ１４１はＡＰ１５１及び端末１６１から構成される。ＢＳＳ１４１は、ＡＰ１５１が基地局として動作し、端末１６１の通信を制御する無線ネットワークである。ＢＳＳ１４２はＡＰ１５２及び端末１６２、１６３、１６４から構成される。ＢＳＳ１４２は、ＡＰ１５２が基地局として動作し、端末１６２、１６３、１６４の通信を制御する無線ネットワークである。ＢＳＳ１４１及びＢＳＳ１４２は有線ネットワーク１７で接続されている。

なお、以降、説明の必要に応じて、ＡＰ１５１及び端末１６１で構成されたＢＳＳ１４１が存在することを、「ＡＰ１５１がＢＳＳ１４１を開設し、端末１６１がＢＳＳ１４１に帰属する」とも表現する。特許文献２で、「アソシエーション」と表現している概念を、このように「帰属」と表現することもできる。

特許文献２の技術では、ＡＰ１５１は、ＡＰ１５１へアソシエーション可能な端末台数であるアソシエーション許容台数を、ビーコン信号の予約領域を使用して報知する。同様に、ＡＰ１５２は、ＡＰ１５２へ帰属可能な端末台数であるアソシエーション許容台数を、ビーコン信号の予約領域を使用して報知する。端末１６１、１６２、１６３、１６４は、有線ネットワーク１７へ接続する際に、ＡＰ１５１又は１５２いずれか一方を、通信品質や電波強度を元に選択する。さらに、端末１６１、１６２、１６３、１６４は、通信品質や電波強度に加えて、ビーコン信号から取得したＡＰ毎のアソシエーション許容台数も用いて、ＡＰ１５１又は１５２いずれか一方を選択することも可能である。 以上のように、特許文献２の技術によると、ビーコンを用いてアソシエーション許容台数を報知することができる。

特開２００２−２４７０５３号公報 （第７−８頁、第１図） 特開２００５−２４４７２１号公報 （第６頁、第８図）

上記の各公知技術にはそれぞれ問題がある。

特許文献１の技術では、複数のＢＳＳのビーコン送信タイミングを揃え、各ＢＳＳのＡＰが順にビーコンを送信する。例えば、図１８の無線ＬＡＮシステムに特許文献１の技術を適用すると、ＡＰ１５２がビーコンを送信したときは、次のＡＰ１５１のビーコン送信タイミングまでは、ＢＳＳ１４１に帰属するＡＰ１５１、及び端末１６１は一切信号を送信することができない。このことは、ＢＳＳ１４２に属するＡＰ１５２、及び端末１６２、１６３、１６４が、次のＡＰ１５１のビーコン送信タイミングまでに電波を送信しない場合でも同じである。つまり、複数のＢＳＳが時分割的に動作することとなり、各ＢＳＳのスループットが低下するという問題がある。

また、時分割的な動作を行わない場合、近くに他のＢＳＳが存在すれば、電波の衝突確率は上昇する。そして、そのＢＳＳに帰属する端末の台数が多いほど、衝突確率は高くなる。そのため、近くのＢＳＳに帰属する端末の数を考慮に入れたＣＳＭＡ／ＣＡ制御を行う必要がある。

そこで、特許文献２の技術を用いて、近くのＢＳＳに帰属する端末の台数を推定し、それをバックオフ時間の決定に反映させ、時分割動作させることなく送信電波の衝突の確率上昇を抑制することが考えられる。規格上の制限、物理的制限等からアソシエーション許容台数の最大値は決まる。従って、他のＢＳＳに帰属している端末の台数の推定値は、ＡＰから受信したアソシエーション許容台数を、アソシエーション許容台数の最大値から減算することにより求めることができる。

しかし、特許文献２の技術では、ＡＰのアソシエーション許容台数をビーコンの予約領域に載せて報知している。そのため、帰属許容残台数は、それを報知するＡＰのベンダー独自の情報となるので、ベンダーが異なるＡＰ、端末はその情報を利用することはできず、汎用性が低いという問題がある。
（発明の目的）
本発明は上記のような技術的課題に鑑みて行われたもので、一つの無線チャネルに、複数の無線ネットワークが存在している場合でも、特殊な信号の送受信を行うことなく、送信電波の衝突確率が上昇することを抑制する衝突回避機能付き搬送波感知多重アクセス装置及び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、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いる無線通信装置であって、この無線通信装置が帰属する第１のネットワークが使用するチャネルと同一のチャネルを用いる、第２のネットワークに帰属する第２の無線通信装置が送信する送信信号を検出する送信信号検出手段と、検出した送信信号に基づき、無線通信装置及び第２の無線通信装置が信号の送信を完了し、次に信号の送信を開始するまでの時間間隔である衝突回避時間を決定する衝突回避時間決定手段を備えることを特徴とする。

衝突回避時間は、第１のネットワークに帰属する無線通信装置の台数である第１の装置台数に基づき決定してもよい。また、第２のネットワークに帰属する無線通信装置の台数の推定値である第２の装置台数を、第２の無線通信装置が送信する信号に基づき推定し、それに基づき、衝突回避時間を決定してもよい。さらに、第１の装置台数及び第２の装置台数の両方に基づき、衝突回避時間を決定してもよい。第２の装置台数には所定の保持時間を設け、保持時間が経過した後は第２の装置台数を削除してもよい。

衝突回避時間は、最小信号間隔と、最小信号間隔と所定のパラメータの和の時間との間で選択してもよい。その際、パラメータの決定範囲に所定の最小値、最大値を設けてもよい。そして、その最小値、最大値は、第１の装置台数又は前記第２の装置台数を含む総装置台数をパラメータとして用いる所定のアルゴリズムを用いて変更してもよい。そのアルゴリズムは、総装置台数と最小値、最大値との比較結果に基づくものであってもよい。

送信する信号を送信優先度に基づき分類し、衝突回避時間の設定を、送信優先度に基づき行ってもよい。第１の装置台数及び第２の装置台数を、送信優先度毎に分類し、その値を用いて衝突回避時間を設定してもよい。また、最小信号間隔と所定のパラメータを送信優先度に基づき設定してもよい。さらに、パラメータの最小値、最大値を送信優先度に基づき設定してもよい。

また、第２の無線通信装置が送信する送信信号に基づき、衝突回避時間を決定するための情報を生成し、その情報を第３の無線通信装置に送信してもよい。

あるいは、第２の無線通信装置が送信する送信信号に基づき生成された、衝突回避時間を決定するための情報を受信し、その情報に基づき衝突回避時間を決定してもよい。

なお、本発明は、無線局が送信する信号の衝突確率の低減を目的とするものであって、衝突する信号に含まれる情報には着目していない。そのため、説明の都合により、「電波の衝突」、「信号の衝突」、「パケットの衝突」、「フレームの衝突」等の表現を用いるが、全て同等の概念を示している。

本発明の衝突回避機能付き搬送波感知多重アクセスを用いる無線通信装置及び無線通信方法は、同一チャネルを使用する複数の無線局（基地局又は端末）から構成される無線ネットワークが存在する場合に、他の無線ネットワークに帰属する無線局が送信する信号を検出し、それを元に衝突回避時間を決定する。そのため、特殊な信号の送受信を行う必要がなく、複数の無線ネットワークが混在する環境下でも適正な衝突回避パラメータが設定できるので、電波送信時の衝突確率が上昇することを抑制できるという効果がある。

また、本発明の無線通信装置及び無線通信方法は、他の無線ネットワークに帰属する無線局が送信する信号を検出し、それを元に衝突回避時間を決定するための情報を生成し、それを送信する。そのため、その情報を受信した無線通信端末は、他の無線ネットワークに帰属する無線局が送信する信号を検出することなく、他の無線ネットワークの状態を考慮した適正な衝突回避パラメータが設定できるという効果がある。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態は、ＩＥＥＥ８０２．１１準拠の無線ＬＡＮをベースとした無線通信システムにおいて本発明を実施したときの形態を示す。図１は、本発明を実施するための最良の形態を示すアクセスポイント（ＡＰ）のブロック図である。図２は、図１のＡＰが備える記憶部に含まれる帰属端末数記憶部の記憶内容を示す表である。図３は、図１のＡＰが備える記憶部に含まれる他ＢＳＳ端末アドレス記憶部の記憶内容を示す表である。図４は、図１のＡＰが備える記憶部に含まれるＣＷパラメータ記憶部の記憶内容の初期値を示す表である。図５は、図１のＡＰが備える記憶部に含まれるＣＷパラメータ記憶部の、ＣＷパラメータ変更後の記憶内容を示す表である。図６は、ＩＥＥＥ８０２．１１方式の無線ＬＡＮで使用される無線フレームのＭＡＣヘッダ・フォーマットを示す図である。図７は、ＭＡＣヘッダ内のＴｏ ＤＳフィールド、Ｆｒｏｍ ＤＳフィールドとアドレス・フィールドの対応関係を示す表である。図８は、図１のＡＰがフレームを受信するときの動作を示すフローチャートである。図９は、図１のＡＰがビーコンを送信するときの動作を示すフローチャートである。

図１を用いて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。本実施形態のＡＰは、無線ネットワークインターフェース部１、記憶部２、データ処理部３、有線ネットワークインターフェース部４から構成されている。

無線ネットワークインターフェース部１は、無線通信における物理層及びＭＡＣ層を処理する。無線ネットワークインターフェース部１は、例えば無線ＬＡＮでは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａやＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇなどで代表される、５ＧＨｚ帯や２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮモジュールで実現する。記憶部２は通常のＲＯＭ及びＲＡＭを用いて、データ処理部３は通常の中央処理装置（ＣＰＵ）を用いて実現する。

有線ネットワークインターフェース部４は、例えば１０ＢＡＳＥ−Ｔや１００ＢＡＳＥ−ＴＸなどの有線ＬＡＮインターフェースである。記憶部２は、帰属端末数記憶部２１、総端末数記憶部２２、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３、及びＣＷパラメータ記憶部２４を備える。

図２に示すように、帰属端末数記憶部２１は、現在ＡＰに帰属している個々の端末のＭＡＣアドレスやその端末台数の合計値を記憶している。ＡＰは、新しい端末が帰属のための処理を完了したときに、このテーブルに帰属した端末のＭＡＣアドレスを追加し、合計の帰属端末数を更新する。また、帰属解除処理を完了したときは、このテーブルから該当するＭＡＣアドレスを削除し、合計の帰属端末数を更新する。

総端末数記憶部２２は、帰属端末数記憶部２１の帰属台数と、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３に記録されている端末数の合計台数、すなわち現在ＡＰがＢＳＳを開設している無線チャネル全体に存在する総端末数の推定値を保持している。帰属端末数記憶部２１又は他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３の記憶部の内容に更新があった場合は、総端末数記憶部２２の情報も最新の情報に更新される。

図３に示すように、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３は、後に説明する手法を用いて、現在の同じ無線チャネルに開設されている他のＢＳＳに帰属している端末のＭＡＣアドレス及び合計台数を保持している。また、このテーブルの各エントリにはそれぞれ登録されてからの経過時間があり、一定時間経過後(例えば５分後など)に登録経過時間監視手段３５によって削除される。

ＣＷパラメータ記憶部２４は、図４に示すように、ＣＷパラメータの最小値ＣＷminと最大値ＣＷmaxを記憶している。このテーブルは、ＣＷパラメータがビーコン生成手段３２によって更新通知されるたびに新しい値に書き換えられる。変更後のＣＷパラメータの例を図５に示す。図４のＣＷパラメータを図５のように変更するアルゴリズムについては後述する。

データ処理部３は、ＣＷパラメータ決定手段３１、ビーコン生成手段３２、無線部ＭＡＣヘッダ解析手段３３、ＢＳＳ判断手段３４、登録経過時間監視手段３５、及びデータフレーム生成手段３６とを備える。

ＣＷパラメータ決定手段３１は、ビーコン生成手段３２よりＣＷパラメータ確認要求を受け、総端末数記憶部２２へは同一無線チャネルの総端末数を問い合わせ、ＣＷパラメータ記憶部２４へは現在のＣＷパラメータを問い合わせる。そして、問い合わせによって得られた総端末数とＣＷパラメータの比較を行い、後述するアルゴリズムにより適正なＣＷパラメータを決定してビーコン生成手段３２へ通知する。

ＣＷパラメータの適正値の算出法としては、同一無線チャネルの総端末数とそのときのＣＷmin又はＣＷmaxを比較し、その結果に従い、ＣＷmin及びＣＷmaxを変更する方法がある。その方法の一例は後述するが、ＣＷmin及びＣＷmaxの変更方法は任意であり、変更後の値を決定する方法は特に限定されない。近隣に他のＢＳＳが存在する場合にはそのＢＳＳに帰属する端末数を含む、同一無線チャネルの総端末数を用いて、ＣＷmin及びＣＷmaxを決定する方法であればどのような方法であってもよい。

ビーコン生成手段３２は、一定時間毎のビーコン送信タイミングで、ＣＷパラメータ決定手段３１へ、ＣＷパラメータの更新がないか問い合わせる。問い合わせの結果、ＣＷパラメータの更新があった場合は、次回送信予定のビーコンにその値を含めて送信する。その後、更新されたＣＷパラメータをＣＷパラメータ記憶部２４へ書き込む。

なお、ビーコンを用いたＣＷパラメータの送信は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格では規定されていない機能である。そのため、ＣＷパラメータの送信方法は任意である。例えば、ビーコンの予約領域を用いて送信する方法がある。あるいは、ビーコンを用いずに、ＡＰと端末間で適当なプロトコルを規定して、それに従い送信してもよい。ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ規格では、ビーコン中にＣＷパラメータの送信用のフィールドが規定されているが、これについては後述の実施例で説明する。

無線部ＭＡＣヘッダ解析手段３３は、無線ネットワークインターフェース部１より受信フレームを受け取り、そのフレームのＭＡＣヘッダを解析する。

図６に、無線ＬＡＮで使用される無線フレームのＭＡＣ（Medium Access Control）ヘッダ・フォーマットを示す。ＭＡＣヘッダとは、２つの無線局間でやりとりするＭＡＣフレームのヘッダであり、Ｔｏ ＤＳ（Distribution System）フィールド、Ｆｒｏｍ ＤＳフィールド、及び４つのアドレス・フィールド、その他が定義されている。図７に示すように、ＭＡＣヘッダ内の４つのアドレス・フィールドには、Ｔｏ ＤＳフィールド、Ｆｒｏｍ ＤＳフィールドの値で示された情報が格納される。

Ｔｏ ＤＳフィールド及びＦｒｏｍ ＤＳフィールドの両方が１のとき以外は、アドレス・フィールドに、ＢＳＳＩＤ（Basic Service Set IDentifier）という、ＢＳＳの識別情報が格納される。ＢＳＳＩＤには、通常、そのＢＳＳを開設しているＡＰのＭＡＣアドレスが用いられる。

Ｔｏ ＤＳ＝１かつＦｒｏｍ ＤＳ＝１の設定は、無線ディストリビューション・システム（ＷＤＳ：Wireless Distribution System）で用いられる。ＷＤＳとは、複数のＡＰのみで構成されたネットワークで、ネットワーク間の中継を行う構成である。ＷＤＳにおけるＭＡＣヘッダのアドレス・フィールドには、送信者ＭＡＣアドレス及び受信者ＭＡＣアドレスが含まれる。ここでの「送信者」及び「受信者」とは中継を行う２つのＡＰである。「送信者」は、「送信元」から受信したフレームを中継するために送信したＡＰで、ＭＡＣフレームの「送信者」でもある。「受信者」はそのフレームを受信し、「宛先」へ中継するＡＰである。本発明をＷＤＳで用いるときは、送信者ＭＡＣアドレスを送信元ＭＡＣアドレスとして取り扱い、受信者ＭＡＣアドレスを宛先ＭＡＣアドレスとして取り扱う。また、ＷＤＳでのＭＡＣフレームにはＢＳＳＩＤのフィールドはないので、受信者ＭＡＣアドレスをＢＳＳＩＤとして取り扱う。

無線部ＭＡＣヘッダ解析手段３３は、図７に基づく解析の結果、宛先ＭＡＣアドレス、ＢＳＳＩＤ、送信元ＭＡＣアドレスを取得できた場合、無線部ＭＡＣヘッダ解析手段３３はＢＳＳ判断手段３４へＢＳＳＩＤと送信元ＭＡＣアドレスを通知する。

通常の無線ＬＡＮの無線局（ＡＰ、端末）は、フレームを受信するとＢＳＳＩＤを確認し、自局のＢＳＳと異なる場合はそのフレームを廃棄する。しかし、本発明ではこのフレームを廃棄せず、その送信元のＭＡＣアドレスを調べ、周辺に存在するＢＳＳに帰属する端末の台数を推定する。ここで、「台数を推定する」と表現している理由は、他のＢＳＳのフレームが受信でき、ＢＳＳＩＤや端末の情報が得られた場合にのみ、他ＢＳＳの端末の台数に関する情報が得られるため、断定することまではできないからである。

ＢＳＳ判断手段３４は、受け取ったＢＳＳＩＤとＡＰのＭＡＣアドレスを比較し、同じであれば当該受信フレームは自ＢＳＳの端末から送信されたものと判断し、無線部ＭＡＣヘッダ解析手段３３へその結果を通知する。

受け取ったＢＳＳＩＤと本実施形態のＡＰ（以降、自局という。）のＭＡＣアドレスが異なる場合、当該受信フレームは他のＢＳＳの端末から送信されたものと判断し、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３へ当該受信フレームの送信元ＭＡＣアドレスが既に登録されているか問い合わせる。他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３に送信元ＭＡＣアドレスが既に登録されていた場合、ＢＳＳ判断手段３４はそのＭＡＣアドレスの登録経過時間を０秒にリセットする。

他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３に送信元ＭＡＣアドレスが登録されていなかった場合、ＢＳＳ判断手段３４は当該受信フレームの送信元ＭＡＣアドレスを新たに登録し、他ＢＳＳの端末数を一台加算する。

登録経過時間監視手段３５は、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部の登録経過時間を監視し、一定時間更新のなかった端末のＭＡＣアドレスを削除する。

データフレーム生成手段３６は、有線ネットワークインターフェース部４から送出されたデータを元にデータフレームを生成し、無線ネットワークインターフェース部１へ受け渡す。このデータフレームを受け取った無線ネットワークインターフェース部１は、ＣＷパラメータ記憶部２４に記憶されているＣＷパラメータを用いて乱数値を決定する。

本実施形態のＡＰがフレームを送信するときの手順には、ＩＥＥＥ８０２．１１規格で規定されたＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いる。すなわち、所定のフレーム間隔（ＩＦＳ）の時間だけ他の無線局の送信信号を観測し（キャリアセンス）し、その後、上記の乱数値で決定されるバックオフ時間を経てデータフレームを送信する。この場合、ＩＦＳとバックオフ時間の合計が、フレームの衝突回避時間となる。

なお、乱数値をどのように衝突回避時間に反映させるかは、ＩＥＥＥ８０２．１１方式による必要はなく、他の任意の方式を用いることができる。また、前述のように、ＣＷパラメータの送信に関しても、必ずしもＩＥＥＥ８０２．１１で規定されたビーコンを用いる必要はなく、ＡＰと端末間で適当なプロトコルを定め、それに従い送信してもよい。
（最良の実施形態の動作）
次に、図８及び図９のフローチャートを参照して、本実施形態の全体の動作について詳細に説明する。まず、始めに図８を用いて、フレーム受信時の動作について説明する。無線チャネルからフレームを受信した無線ネットワークインターフェース部１は、受信フレームを無線部ＭＡＣヘッダ解析手段３３へ通知する。

フレームを受け取った無線部ＭＡＣヘッダ解析手段３３は、ＭＡＣヘッダを解析し（ステップＡ１）、送信元ＭＡＣアドレス、ＢＳＳＩＤ、宛先ＭＡＣアドレスを取得し、送信元ＭＡＣアドレスとＢＳＳＩＤをＢＳＳ判断手段３４へ通知する。

ＢＳＳ判断手段３４は受け取ったＢＳＳＩＤと自局のＭＡＣアドレスを比較し（ステップＡ２）、両者が同じであった場合は自局が開設するＢＳＳのフレームと判断し、無線部ＭＡＣヘッダ解析手段３３へ通知する。無線部ＭＡＣヘッダ解析手段３３は宛先ＭＡＣアドレスから送信先を判断し、無線ネットワークインターフェース部１、もしくは有線ネットワークインターフェース部４へフレームを転送する（ステップＡ３）。

なお、ＢＳＳ判断手段３４が受け取ったＢＳＳＩＤと自局のＭＡＣアドレスが同じであった場合には、帰属端末数記憶部２１が記憶する自局に帰属している端末のＭＡＣアドレス及び端末数は更新する必要はない。帰属端末のＭＡＣアドレス及び合計端末数は、端末を帰属（アソシエーション）させる、あるいは帰属を解除する処理において設定、あるいは更新すればよい。

ステップＡ２において、ＢＳＳＩＤと自局のＭＡＣアドレスが異なっていた場合、他のＢＳＳ内の端末が送信したフレームと判断し、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３へ問い合わせ、現在登録されている他ＢＳＳ端末のアドレステーブルを参照する（ステップＡ４）。

次に、送信元ＭＡＣアドレスが他ＢＳＳ端末のアドレステーブルに登録されているか比較し（ステップＡ５）、登録されていた場合、ＢＳＳ判断手段３４はその端末の経過時間を0秒にリセットする（ステップＡ６）。

ステップＡ５において、送信元ＭＡＣアドレスが他ＢＳＳ端末のアドレステーブルに登録されていなかった場合、ＢＳＳ判断手段３４はその端末のＭＡＣアドレスを新たにアドレステーブルへ登録し、新規登録ＭＡＣアドレスの経過時間タイマをスタートさせる（ステップＡ７）。

新しいＭＡＣアドレスの登録を検知した他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３は他のＢＳＳ端末数を１だけ加算する。同時に、総端末数記憶部２２へ更新を通知し、総端末数も１だけ加算する（ステップＡ８）。

登録経過時間監視手段３５は、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部の登録経過時間を常に監視し、一定時間（例えば５分など）更新のなかった端末のアドレスを削除する。

次に、図９のフローチャートを参照し、ビーコン送信時の動作について説明する。本実施形態では、ビーコンを用いてＣＷパラメータを送信する。ビーコン生成手段３２はビーコン送信タイミングを検知すると、ＣＷパラメータ決定手段３１へＣＷパラメータの更新がないか問い合わせる。

ＣＷパラメータ決定手段３１は、総端末数記憶部２２へ現在無線チャネルに存在する総端末数を問い合わせる（ステップＢ1）。さらに、ＣＷパラメータ決定手段３１はＣＷパラメータ記憶部２４へ現在のＣＷパラメータを問い合わせる（ステップＢ２）。

次に、総端末数と現在のＣＷパラメータの情報からＣＷパラメータの算出を行い（ステップＢ３）、ＣＷパラメータの更新が必要か判断する（ステップＢ４）。 ステップＢ４においてＣＷパラメータの更新がある場合、ビーコン生成手段３２に新しいＣＷパラメータを通知し、ビーコン生成手段３２はビーコンにＣＷパラメータを含めて無線ネットワークインターフェース部１へビーコン送信を依頼する（ステップＢ５）。

ステップＢ４においてＣＷパラメータの更新がない場合、ビーコン生成手段３２には何も通知せず、ビーコン生成手段３２はビーコンにＣＷパラメータを含めずに無線ネットワークインターフェース部１へビーコン送信を依頼する（ステップＢ６）。

ＡＰ側動作におけるステップＢ５を経て、更新されたＣＷパラメータが含まれたビーコンを受信した端末は、その後は更新されたＣＷパラメータを用いて衝突回避時間を決定し、フレームの送信を行う。

なお、ステップＢ３において、総端末数と現在のＣＷパラメータの情報からＣＷパラメータを算出するアルゴリズムは任意である。総端末数を判断基準、又はパラメータとして用いて、任意のアルゴリズムでＣＷmin及びＣＷmaxを変更することができる。アルゴリズムの詳細については後述する。

次に、具体例を用いて本実施例の動作を説明する。本実施例では、ＡＰのＭＡＣアドレスが“００−００−１１−２２−３３−４４”の場合を考える。帰属端末数記憶部２１には図２のように３台の端末が登録されているものとする。また、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３には、図３のように１０台の端末が記憶されており、総端末数記憶部２２には総端末数Ａ＝３＋１０＝１３が登録されているものとする。

無線ネットワークインターフェース部１から受信フレームを受け取った無線部ＭＡＣヘッダ解析手段３３は、ＭＡＣヘッダを解析し、送信元ＭＡＣアドレスとして“００−００−０Ｂ−０Ｃ−０Ｄ−０Ｅ”、ＢＳＳＩＤとして“００−００−４４−３３−２２−１１”、宛先ＭＡＣアドレスとして“０１−０２−０３−０４−０５−０６”を取得する（ステップＡ１）。

次に、ＢＳＳ判断手段３４は、ＢＳＳＩＤとＡＰのＭＡＣアドレスを比較し（ステップＡ２）、“００−００−１１−２２−３３−４４”と“００−００−４４−３３−２２−１１”が異なるので、受信フレームは他ＢＳＳのものであると判断する。そこでＢＳＳ判断手段３４は他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３へ問い合わせ（ステップＡ４）、送信元ＭＡＣアドレスが登録済みか確認する（ステップＡ５）。

このとき、図３のように、“００−００−０Ｂ−０Ｃ−０Ｄ−０Ｅ”は登録されていないため、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３のテーブルに新しいＭＡＣアドレスを書き込み、経過時間タイマをスタートする（ステップＡ７）。その後、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３の合計台数が１だけ加算されると共に、総端末数記憶部２２の合計台数も１だけ加算され、総端末数Ａ＝１４となる（ステップＡ８）。

ステップＡ２において、ＡＰのＭＡＣアドレスが“００−００−４４−３３−２２−１１”であった場合、ＢＳＳＩＤ＝自局のＭＡＣアドレスとなり、宛先ＭＡＣアドレスに応じてフレーム転送処理が行われる（ステップＡ３）。

また、ステップＡ５において、既に“００−００−０Ｂ−０Ｃ−０Ｄ−０Ｅ”が登録されていた場合は、そのＭＡＣアドレスに対する経過時間を０秒にリセットし、更新処理を終える（ステップＡ６）。

登録経過時間監視手段３５は、他ＢＳＳ端末記憶部２３の経過時間を常に監視し、経過時間が所定の制限時間を越えたとき、該当するＭＡＣアドレスを削除する。この制限時間は任意に設定可能である。

本実施形態では、この制限時間を１３０秒とすると、“００−００−０Ｅ−０Ｄ−０Ｃ−０Ｂ”は１３０秒経過しているため、削除され、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３の台数が１だけ減算されると共に、総端末数記憶部２２の総端末数Ａ＝１３となる。

一方、ビーコン送信タイミングに関しては、図９のフローチャートのように、まず、ビーコン送信タイミングを検知したビーコン生成手段３２が総端末数記憶部２２へ問い合わせを行い、総端末数Ａ＝１３を受け取る（ステップＢ１）。ＣＷパラメータ決定手段３１は、現在のＣＷパラメータをＣＷパラメータ記憶部２４に問い合わせて、図４の結果を得る（ステップＢ２）。

ＣＷパラメータ決定手段３１はこのＣＷパラメータと、総端末数Ａに応じて適正なＣＷパラメータの算出を行う（ステップＢ３）。その方法の一例を挙げる。

例えば、ＡとＣＷminの比較結果に従い、ＣＷminを変更する方法がある。すなわち、Ａ＞ＣＷminのとき、変更後のＣＷmin’を
ＣＷmin’＝（ＣＷmin＋１）×２−１
とし、Ａ≦ＣＷmin’となるまで上記の演算を繰り返す。

上記のアルゴリズムは、「２進指数バックオフ・アルゴリズム」と呼ばれる、ＣＷを再送回数に応じて増加させるアルゴリズムと同様である。

上記のＣＷパラメータ算出アルゴリズムでＣＷパラメータの算出を行うと、図４のＣＷパラメータは図５のようなＣＷパラメータとなる。

ＣＷパラメータが更新されたため（ステップＢ４）、ＣＷパラメータ決定手段３１は新しいＣＷパラメータをビーコン生成手段３２へ通知し、ビーコン生成手段３２は新しいＣＷパラメータを含めてビーコン送信を行う（ステップＢ５）。

ステップＢ４においてＣＷパラメータの更新がなかった場合、ビーコン生成手段３２へは“更新なし”を通知し、“更新なし”の通知を受けたビーコン生成手段３２は、ビーコンにＣＷパラメータを含めずに送信する（ステップＢ６）。

なお、ステップＢ３におけるＣＷパラメータ決定手段３１は、ＣＷmin及びＣＷmaxを増加させる方法であるが、ＣＷmin及びＣＷmaxを減少させてもよい。例えば、総端末数よりも現在のＣＷminの方が大きいときに、ＣＷminを減少させてもよい。減少後の値の例としては、（ＣＷmin＋１）／２−１がある。このとき、ＣＷmaxも、（ＣＷmax＋１）／２−１等に変更してもよい。

さらに、総端末数そのものでなく、総端末数に「所定の演算」を施した値と、ＣＷmin又はＣＷmaxを比較し、その結果に基づき、min及びＣＷmaxを変更してもよい。ここでいう「所定の演算」とは、総端末数と、ＣＷmin又はＣＷmaxを比較するのではなく、総端末数に所定値を加算したり、所定値を乗算したりすることを意味する。その後、この所定の演算結果と、ＣＷmin又はＣＷmaxを比較すればよい。所定値は、本発明の実際の動作に合わせて、最適な値に定めればよい。

以上のアルゴリズムは一例であり、総端末数を判断基準、又はパラメータとして用いて、任意のアルゴリズムでＣＷmin及びＣＷmaxを変更することができる。

ＡＰは、以上のようにして算出したＣＷパラメータ（ＣＷmin及びＣＷmax）を、自らが開設するＢＳＳに帰属する端末に送信する。ＣＷパラメータを受信した端末は、ＣＷそのパラメータを用いてバックオフ時間を決定する。このようにして、ＡＰとその配下の端末のすべてが、他のＢＳＳに帰属する端末数に基づき算出されたＣＷパラメータを用いてバックオフ時間を選択し、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式の衝突回避制御を行う。

ここで、ＡＰから端末へＣＷパラメータを送信する方法は、任意である。ＣＷパラメータの送信に必ずしもビーコンを用いる必要はなく、適当なプロトコルを規定して送信してもよい。

さらに、ＣＷパラメータをＡＰから送信せずに、各端末が他のＢＳＳからのフレームを受信し、上記で説明したＣＷパラメータ算出処理を行ってもよい。端末自らがＣＷパラメータを算出するためには、図１に示したＡＰの構成と同様の構成を備えればよい。

なお、本実施形態ではＩＥＥＥ８０２．１１をベースとした無線ＬＡＮシステムにおいて本発明を実施したときの形態を示したが、必ずしもＩＥＥＥ８０２．１１に準拠している必要はない。本発明は、ＩＥＥＥ８０２．１１におけるＣＷパラメータのような衝突回避時間を制御するＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いた、任意の無線通信システムに適用することができる。
（最良の実施形態の効果）
以上のように、本実施形態のＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いる無線通信装置及び無線通信方法は、あるＡＰが開設するＢＳＳに帰属している端末数だけでなく、同一チャネルを使用する他のＢＳＳの端末数も考慮してＣＷパラメータの算出を行う。そのため、複数のＢＳＳが混在する環境下でも適正なＣＷパラメータが算出できるので、フレームの衝突確率の上昇を抑制することができるという効果がある。

さらに、本実施形態の無線通信装置及び無線通信方法は、ＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮ規格に準拠したフレームから情報を読み取り、他のＢＳＳに帰属する端末の数を推定する。そのため、特別な情報エレメントを送受信することなく他のＢＳＳの端末数を推定でき、ベンダーが異なる複数のＡＰが混在する環境下でもフレームの衝突確率が上昇することを抑制できるという効果がある。

また、本実施形態の無線通信装置及び無線通信方法は、ＣＷパラメータの算出結果をビーコンを用いて他の端末に送信する。そのため、他の端末はＣＷパラメータの算出処理を行うことなく、適正にＣＷパラメータを設定することができるという効果がある。

あるいは、本実施形態の無線通信装置及び無線通信方法によると、端末自身がＣＷパラメータの算出処理を行うこともできる。そのため、ＡＰがＣＷパラメータを送信する機能を備えていない場合でも、その端末がフレームを送信するときの衝突確率の上昇を抑制することができる。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ規格は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線ＬＡＮ方式において、ＱｏＳ（Quality of Service。通信品質。）のサポートを行うための規格である。ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ規格は、送信の優先度が異なるフレームを取り扱うことができる、ＥＤＣＡ（Enhanced Distributed Channel Access）方式を規定している。送信するフレームは、４種類のアクセス・カテゴリー（Access Category。以降、ＡＣという。）に分類されている。その４種類とは、Voice、Video、Best Effort、Backgroundで、それぞれ音声、動画像、一般のデータ、その他のデータの通信用を想定している。そして、ＡＣ毎にＣＷの最小値ＣＷmin［ＡＣ］、最大値ＣＷmax［ＡＣ］を規定することが可能である。ＣＷmin［ＡＣ］、ＣＷmax［ＡＣ］を調整することによりＡＣ毎にサービス品質に差を設け、優先制御を行うことができる。

本実施例は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ規格に準拠した優先度制御を行う無線ＬＡＮシステムに本発明を適用した場合の具体例である。すなわち、送信するフレームに優先度制御を行う無線ＬＡＮが複数存在し、それらが同一チャネルに混在する場合への本発明の適用例である。図１０は、ＡＣパラメータ通知ＩＥのフレームフォーマットを示す図である。図１１は、本実施例の、ＥＤＣＡ方式の無線ＬＡＮを用いた通信システムの構成図である。図１２は、ＭＡＣヘッダ内のＵＰフィールドとＡＣの対応関係を示す表である。図１３は、本実施例のＡＰが備える記憶部に含まれる帰属端末数記憶部の記憶内容を示す表である。図１４は、本実施例のＡＰが備える記憶部に含まれる総端末数記憶部の記憶内容を示す表である。図１５は、本実施例のＡＰが備える記憶部に含まれる他ＢＳＳ端末アドレス記憶部の記憶内容を示す表である。図１６は、本実施例のＡＰが備える記憶部に含まれるＣＷパラメータ記憶部の記憶内容の初期値を示す表である。図１７は、本実施例のＡＰが備える記憶部に含まれるＣＷパラメータ記憶部の、ＣＷパラメータ変更後の記憶内容を示す表である。

また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅのＥＤＣＡ方式では、ＡＰが送信するビーコンを用いて、帰属している各端末へＣＷパラメータを通知することができる。図１０に、ビーコンに含まれるＡＣパラメータ通知ＩＥ（Information Element）のフレームフォーマットを示す。図１０に示されるフォーマットのうち、ＥＣＷmin及びＥＣＷmaxフィールドから、各帰属端末は以下の式を用いてＣＷパラメータを取得し、フレーム送信時のバックオフ時間の決定に使用する。

ＣＷmin［ＡＣ］＝（２＾ＥＣＷmin）−１
ＣＷmax［ＡＣ］＝（２＾ＥＣＷmax）−１
ここで、ｎ＾ｍという表記は、ｎのｍ乗を表す。

各端末は、あるフレームの１回目の送信の際にそのネットワークで指定されたＣＷmin［ＡＣ］を乱数発生範囲として用い、衝突により再送が発生すると次回の衝突確率を下げるために乱数発生範囲を増加させる。そして、最終的にはＣＷmax［ＡＣ］まで乱数発生範囲を広げていく。フレームの送信が正常に完了したときは、次のフレームの１回目の送信時には再びＣＷmin［ＡＣ］を用いる。そして、以降、同様の制御を繰り返す。この制御は、前述のバックオフアルゴリズムと同じであり、ＣＷmin及びＣＷmaxがＡＣ毎に設定される点のみが異なる。

図１１に、ＥＤＣＡ方式の無線ＬＡＮを用いて様々なＡＣのフレームの通信を行うシステム構成例を示す。本実施例は、ＥＤＣＡ方式を使用する無線ＬＡＮシステムのＢＳＳが同一の無線チャネルに２つ混在する環境における、ＣＳＭＡ／ＣＡ制御の例である。本実施例の無線ＬＡＮシステムは、２台のＡＰ５、６と、端末９１、９２、９３、９４、９５から構成される。ＡＰ５とＡＰ６は、図１のブロック図に示す最良の実施形態のＡＰと同一の構成を持ち、それぞれＢＳＳ７とＢＳＳ８を開設している。端末９１、９２はＡＰ５を、端末９３、９４、９５はＡＰ６を基地局とし、イーサネット（登録商標）１０を介して外部ネットワーク１１へアクセスする。そして、外部ネットワーク１０に接続されている有線端末１２、１３などと通信を行う。

なお、図１１におけるＢＳＳ７の範囲を示す実線は、ＡＰ５が送信する電波が到達し、その中に存在する無線局がその電波を受信できる範囲を示しており、そのＢＳＳ７に帰属する端末の範囲を意味するのではない。ＢＳＳ８についても同様で、ＢＳＳ８の範囲を示す破線は、ＡＰ６が送信する電波が到達し、その中に存在する無線局がその電波を受信できる範囲であり、ＢＳＳ７に帰属する端末の範囲を意味するのではない。

本実施例では、ＢＳＳ７に帰属している端末９１、９２は、ＢＳＳ８に帰属している端末９３、９４、９５と直接通信することは禁止されているが、お互いに電波が届く範囲に位置している。そのため、例えば端末９１は端末９３が送信したフレームを受信することが可能である。

前述のように、無線ＬＡＮの無線局（ＡＰ、端末）は、フレームを受信すると、ＢＳＳＩＤを確認し、自局のＢＳＳＩＤと異なる場合はそのフレームを廃棄する。しかし、本実施例のＡＰはこのフレームを廃棄せず、その送信元のＭＡＣアドレスを調べ、周辺に存在するＢＳＳに何台の端末が存在するか推定する。

ＡＰ５は、ＢＳＳ７内に存在する総端末数に応じてＣＷパラメータの算出を行い、端末９１、９２へビーコンで通知する。ＡＰ６も同様に、ＢＳＳ８内に存在する総端末数に応じてＣＷパラメータの算出を行い、端末９３、９４、９５へビーコンで通知する。そのビーコンを受信した端末９３、９４、９５は新しいＣＷパラメータを使用して通信を開始する。ＡＰ５とＡＰ６は全く同じ機能を備えるので、以降の動作の説明はＡＰ５、端末９１、９２、ＢＳＳ７についてのみ行う。

上記のように、ＡＰ５は、通常は廃棄するＢＳＳ８のフレームから、同じＢＳＳ８に帰属する端末数を推定する。他のＢＳＳは１つであっても複数であってもよい。本実施例では、ＢＳＳ８のみが近接しており、ＢＳＳ８のフレームのみがＢＳＳ７内でも受信できるものとする。

ＡＰ５は、ＢＳＳ７に帰属する端末数とＢＳＳ８内の端末数の推定値の合計から適正なＣＷパラメータを算出し、そのＣＷパラメータをＢＳＳ７内にビーコンで報知する。そして、ＢＳＳ７内の端末９１、９２がそのＣＷパラメータ使用する。

このようにして、従来は複数のＢＳＳが混在する環境ではその効果が低下していたＣＷパラメータを用いたバックオフ制御を、自ＢＳＳの端末数と他ＢＳＳの端末数を考慮に入れ行う。さらに、本実施例では、ＡＣ毎に端末数を管理し、ＡＣ毎にＣＷパラメータを算出する。具体的には、ＡＰ５は、ＢＳＳ７の端末数とＢＳＳ８の端末数をＡＣ毎に管理し、それらの端末数を用いて、適正なＣＷパラメータ値の算出を行う。それにより、送信時のフレーム衝突確率をさらに低減し、音声等のデータのリアルタイム通信が可能なネットワークを構築する。

次に、本実施例の動作について図面を参照して詳細に説明する。本実施例のＡＰ５は、最良の実施の形態のＡＰと同様の内部構成を持ち、同一チャネルの総端末数をＡＣ毎に管理する。

ＥＤＣＡ方式では、受付制御（Admission Control）が定義されており、この方式では、帰属している端末は各ＡＣで通信を行う前に事前に使用するＡＣをＡＰに通知し、送信許可を受ける。端末から通知された情報を元に、ＡＰは帰属端末をＡＣ毎に管理することが可能となる。

また、ＥＤＣＡ方式では、図１２に示すマッピングルールに従って、ＭＡＣヘッダ内のＵＰ（User Priority）フィールドとＡＣをマッピングすることが規定されている。そのため、ＵＰフィールドから他ＢＳＳ端末が使用しているＡＣを推定し、他ＢＳＳ端末の台数をＡＣ毎に管理することが可能である。

第二の実施例について図１３、図１４、図１５、図１６、図１７、及び図１のＡＰのブロック図、及び図８、図９のフローチャートを用いて詳細に説明する。

図１３に示すように、帰属端末数記憶部２１は端末の台数をＡＣ毎に管理する。
図１４、図１５に示すように、総端末数記憶部２２、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３も、端末の台数をＡＣ毎に管理する。

最良の実施形態と同様に、ＡＰ５のＭＡＣアドレスが“００−００−１１−２２−３３−４４”の場合の具体例を示す。

図１３のように、帰属端末数記憶部２１には、Voiceの帰属端末数Ａ＝１、Videoの帰属端末数Ｂ＝２、Best Effortの帰属端末数Ｃ＝３、Backgroundの帰属端末数Ｄ＝３が記憶されている。

図１５のように、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３には、Voiceの端末数Ａ’＝１、Videoの端末数Ｂ’＝７、Best Effortの端末数Ｃ’＝１０、Backgroundの端末数Ｄ’＝１０が記憶されている。

図１４のように、総端末数記憶部２２には、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３の記憶内容に基づき、Voiceの総端末数Ａ’’＝１＋１＝２、Videoの総端末数Ｂ’’＝２＋７＝９、Best Effortの総端末数Ｃ’’＝３＋１０＝１３、Backgroundの総端末数Ｄ’’＝３＋１０＝１３が記憶されている。

図８のフローチャートを参照し、フレーム受信時の、ＡＰ５の動作について説明する。前述のように、ＡＰ５の内部構成は図１のブロック図と同様である。無線ネットワークインターフェース部１から受信フレームを受け取った無線部ＭＡＣヘッダ解析手段３３は、ＭＡＣヘッダを解析する（ステップＡ１）。具体的には、無線部ＭＡＣヘッダ解析手段３３は、送信元ＭＡＣアドレスとして“００−００−０Ｂ−０Ｃ−０Ｄ−０Ｅ”を、ＢＳＳＩＤとして“００−００−４４−３３−２２−１１”を、宛先ＭＡＣアドレスとして“０１−０２−０３−０４−０５−０６”を取得する。さらに、無線部ＭＡＣヘッダ解析手段３３は、ＵＰフィールドとしてＵＰ＝５も取得する。本実施例の場合、ＵＰ＝５であるため、ＡＣは“Video”であることが分かる。

次に、ＢＳＳ判断手段３４は、ＢＳＳＩＤとＡＰのＭＡＣアドレスを比較する（ステップＡ２）。そして、“００−００−１１−２２−３３−４４”が“００−００−４４−３３−２２−１１”と異なるので、受信フレームは他ＢＳＳのものであると判断する。

ＢＳＳ判断手段３４は、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３へ問い合わせ（ステップＡ４）、送信元ＭＡＣアドレスが登録済みか確認する（ステップＡ５）。図１５のように、Videoカテゴリを使用している他ＢＳＳ端末に “００−００−０Ｂ−０Ｃ−０Ｄ−０Ｅ” は登録されていない。そのため、ＢＳＳ判断手段３４は、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３のテーブルに新しいＭＡＣアドレスを書き込み、経過時間タイマをスタートする（ステップＡ７）。

その後、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３のVideoカテゴリの合計台数は１だけ加算される。総端末数記憶部２２のVideoカテゴリの合計台数も１だけ加算され、Videoカテゴリの総端末数Ｂ’’＝１０となる（ステップＡ８）。

ステップＡ２において、ＡＰのＭＡＣアドレスが“００−００−４４−３３−２２−１１”であった場合、ＢＳＳＩＤ＝自局のＭＡＣアドレスのため、宛先ＭＡＣアドレスに応じてフレーム転送処理が行われる（ステップＡ３）。

また、ステップＡ１において取得したＵＰがＵＰ＝６であった場合、図１２のマッピングルールからＡＣは“Voice”と判明する。図１５のVoiceカテゴリには“００−００−０Ｂ−０Ｃ−０Ｄ−０Ｅ”が既に登録されている。そのため、ステップＡ５において、そのＭＡＣアドレスに対する経過時間を０秒にリセットし、更新処理を終える（ステップＡ６）。

登録経過時間監視手段３５は、他ＢＳＳ端末記憶部２３の経過時間を常に監視し、経過時間が所定の制限時間を越えたとき、該当するＭＡＣアドレスを削除する。この制限時間は任意に設定可能である。本実施例ではこの制限時間を１２０秒とする。

アドレス“００−００−０Ｅ−０Ｄ−０Ｃ−０Ｂ”は、記憶されてから１２０秒経過していため、削除される。そして、他ＢＳＳ端末アドレス記憶部２３の台数が１だけ減算されると共に、総端末数記憶部２２の総端末数Ｃ’’＝１２となる。

なお、アドレス“００−００−０Ｅ−０Ｄ−０Ｃ−０Ｂ”はVideoとBackgroundにも登録されているが、このＡＣについては記憶されてから１２０秒経過していないので削除されない。

図９のフローチャートを参照し、ＡＰ５によるビーコン送信時の動作について説明する。まず、ビーコン送信タイミングを検知したビーコン生成手段３２は、総端末数記憶部２２へ問い合わせを行い、総端末数Ａ’’＝２、Ｂ’’＝１０、Ｃ’’＝１２、Ｄ’’＝１３を受け取る（ステップＢ１）。

ＣＷパラメータ決定手段３１は、現在のＣＷパラメータをＣＷパラメータ記憶部２４に問い合わせて、図１６の結果を得る（ステップＢ２）。図１６のように、ＣＷパラメータはＡＣ毎に管理されている。

ＣＷパラメータ決定手段３１はこのＣＷパラメータと、総端末数Ａ’’、Ｂ’’、Ｃ’’、Ｄ’’に応じてＡＣ毎に適正なＣＷパラメータ（ＣＷmin［ＡＣ］及びＣＷmax［ＡＣ］）の算出を行う。ＣＷパラメータの算出には、前述の最良の実施形態と同様の方法を用いることができる。最良の実施形態ではＡＣを考慮していないので、ＡＣ毎に最良の実施形態と同様の方法を用いればよい。その結果、図１６のＣＷパラメータは図１７のようなＣＷパラメータとなる（ステップＢ３）。

ステップＢ４からＢ６に関しては、最良の実施形態と同様のため、説明は省略する。

なお、ステップＢ３におけるＣＷパラメータ決定手段３１は、ＣＷmin［ＡＣ］及びＣＷmax［ＡＣ］を増加させる方法であるが、ＣＷmin［ＡＣ］及びＣＷmax［ＡＣ］を減少させてもよい。例えば、総端末数よりも現在のＣＷmin［ＡＣ］の方が大きいときに、ＣＷmin［ＡＣ］を減少させてもよい。減少後の値の例としては、（ＣＷmin［ＡＣ］＋１）／２−１がある。このとき、ＣＷmax［ＡＣ］も、（ＣＷmax［ＡＣ］＋１）／２−１等に変更してもよい。

さらに、総端末数そのものでなく、総端末数に所定の演算を施した値と、ＣＷmin［ＡＣ］又はＣＷmax［ＡＣ］を比較し、その結果に基づき、min［ＡＣ］及びＣＷmax［ＡＣ］を変更してもよい。あるいは、ＡＣ毎にアルゴリズムを変えてもよい。

以上のアルゴリズムは一例であり、総端末数を判断基準、又はパラメータとして用いて、任意のアルゴリズムでＣＷmin［ＡＣ］及びＣＷmax［ＡＣ］を変更することができる。

図５と図１６を比較すると、最良の実施形態ではＡＣの区分はなくＣＷパラメータの更新が発生したが、本実施例では実際にフレームの送受信が多く行われているVideoカテゴリに対してのみＣＷパラメータの更新を行っている。

以上、同一無線チャネル内の総端末数の推定方法、その総端末数から動的にＣＷパラメータを変更し、送信時のフレーム衝突の確率を低減させる無線ＬＡＮシステムに関して説明したが、登録経過時間監視部３５がＭＡＣアドレスの削除をするまでの制限時間は自由に変更が可能である。
（実施例の効果）
以上のように、本実施例のＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いる無線通信装置及び無線通信方法は、あるＡＰが開設するＢＳＳに帰属している端末数だけでなく、同一チャネルを使用する他のＢＳＳの端末数も考慮しＣＷパラメータの算出を行う。その際、フレーム送信の優先度を指定するＡＣ毎に端末数を管理し、ＡＣ毎にＣＷパラメータを算出する。そのため、複数のＢＳＳが混在する環境下で、フレームの衝突確率の上昇の抑制とＡＣによる優先度制御を効率的に両立させることができるという効果がある。

さらに、本実施例のＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いる無線通信装置及び無線通信方法は、ＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮ規格に準拠したフレームから情報を読み取り、他のＢＳＳに帰属する端末の数を推定する。そのため、特別な情報エレメントを送受信することなく他のＢＳＳの端末数を推定できる。従って、ベンダーが異なる複数のＡＰが混在する環境下でも、フレームの衝突確率の上昇の抑制とＡＣによる優先度制御を効率的に両立させることができるという効果がある。

本発明の最良の実施形態の、アクセスポイントのブロック図である。 図１のＡＰが備える記憶部に含まれる帰属端末数記憶部の記憶内容を示す表である。 図１のＡＰが備える記憶部に含まれる他ＢＳＳ端末アドレス記憶部の記憶内容を示す表である。 図１のＡＰが備える記憶部に含まれるＣＷパラメータ記憶部の記憶内容の初期値を示す表である。 図１のＡＰが備える記憶部に含まれるＣＷパラメータ記憶部のＣＷパラメータ変更後の記憶内容を示す表である。 ＩＥＥＥ８０２．１１方式の無線ＬＡＮで使用される無線フレームのＭＡＣヘッダ・フォーマットを示す図である。 ＭＡＣヘッダ内のＴｏ ＤＳフィールド、Ｆｒｏｍ ＤＳフィールドとアドレス・フィールドの対応関係を示す表である。 図１のＡＰの、フレーム受信時の動作を示すフローチャートである。 図１のＡＰの、ビーコン送信時の動作を示すフローチャートである。 ＡＣパラメータ通知ＩＥのフレームフォーマットを示す図である。 本実施例の、ＥＤＣＡ方式の無線ＬＡＮを用いた通信システムの構成図である。 ＭＡＣヘッダ内のＵＰフィールドとＡＣの対応関係を示す表である。 本実施例のＡＰが備える記憶部に含まれる帰属端末数記憶部の記憶内容を示す表である。 本実施例のＡＰが備える記憶部に含まれる総端末数記憶部の記憶内容を示す表である。 本実施例のＡＰが備える記憶部に含まれる他ＢＳＳ端末アドレス記憶部の記憶内容を示す表である。 本実施例のＡＰが備える記憶部に含まれるＣＷパラメータ記憶部の記憶内容の初期値を示す表である。 本実施例のＡＰが備える記憶部に含まれるＣＷパラメータ記憶部のＣＷパラメータ変更後の記憶内容を示す表である。 ２つのＢＳＳが存在する無線ＬＡＮシステムの構成図である。

符号の説明

１ 無線ネットワークインターフェース部

２ 記憶部
２１ 帰属端末数記憶部
２２ 総端末数記憶部
２３ 他ＢＳＳ端末アドレス記憶部
２４ ＣＷパラメータ記憶部
３ データ処理部
３１ ＣＷパラメータ決定手段
３２ ビーコン生成手段
３３ 無線部ＭＡＣヘッダ解析手段
３４ ＢＳＳ判断手段
３５ 登録経過時間監視手段
３６ データフレーム生成手段
４ 有線ネットワークインターフェース部
５、６ アクセスポイント（ＡＰ）
７、８ ＢＳＳ
９１、９２、９３、９４、９５ 端末（ＳＴＡ）
１０ イーサネット
１１ 外部ネットワーク
１２、１３ 有線端末
１４１、１４２ ＢＳＳ
１５１、１５２ アクセスポイント（ＡＰ）
１６１、１６２、１６３、１６４ 端末（ＳＴＡ）
１７ 有線ネットワーク

Claims (35)

1. 衝突回避機能付き搬送波感知多重アクセス（以降、ＣＳＭＡ／ＣＡという。）方式を用いる無線通信装置であって、
   前記無線通信装置が帰属する第１の無線ネットワークが使用するチャネルと同一のチャネルを用いる、第２のネットワークに帰属する第２の無線通信装置が送信する送信信号を検出する送信信号検出手段と、
   前記送信信号に基づき、前記無線通信装置及び前記第２の無線通信装置が第１の信号の送信を完了し、次に第２の信号の送信を開始するまでの時間間隔である衝突回避時間を決定する衝突回避時間決定手段
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 請求項１記載の無線通信装置であって、
   前記第１のネットワークに帰属する全無線通信装置の装置台数である第１の装置台数に基づき、前記衝突回避時間を決定する手段を備えることを特徴とする無線通信装置。
3. 請求項１又は２のいずれかに記載の無線通信装置であって、
   前記送信信号に基づき、前記第２の無線通信装置の装置台数である第２の装置台数を推定する装置台数推定手段と、
   前記第２の装置台数の推定結果に基づき、前記衝突回避時間を決定する手段を備えることを特徴とする無線通信装置。
4. 請求項３記載の無線通信装置であって、
   前記第２の装置台数の推定結果を、所定の保持時間だけ保持し、前記保持時間が経過した後は、前記推定結果を削除する第２の装置台数保持手段を備えることを特徴とする無線通信装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の無線通信装置であって、
   前記衝突回避時間は、信号を送信する所定の時間間隔である最小信号間隔と、前記最小信号間隔と所定のパラメータの和の時間との間で、第１のアルゴリズムに基づき、選択する衝突回避時間選択手段と、
   前記パラメータは、所定の最小値以上でかつ所定の最大値以下の範囲内で、第２のアルゴリズムに基づき決定するパラメータ決定手段と、
   前記最小値及び前記最大値の少なくとも一方は、前記第１の装置台数又は前記第２の装置台数を含む総装置台数に基づく、第３のアルゴリズムに従い変更するパラメータ範囲変更手段
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
6. 請求項５記載の無線通信装置であって、
   前記第３のアルゴリズムは、前記総装置台数と、前記最小値及び前記最大値の少なくとも一方との比較結果に基づき、前記最小値及び前記最大値の少なくとも一方を変更する手段を含むことを特徴とする無線通信装置。
7. 請求項５記載の無線通信装置であって、
   前記第３のアルゴリズムは、前記総装置台数と、前記最小値及び前記最大値の少なくとも一方に所定の演算を施した数値との比較結果に基づき、前記第１の値及び前記第２の値の少なくとも一方を決定する手段を含むことを特徴とする無線通信装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の無線通信装置であって、
   送信の優先度を指定する送信優先度に従い区分された前記信号を送信する手段と、
   前記衝突回避時間は、前記送信優先度に基づき設定されることを特徴とする無線通信装置。
9. 請求項２記載の無線通信装置であって、
   前記衝突回避時間は、前記第１の装置台数を前記送信優先度に基づき区分した、第１の優先度別装置台数に基づき設定されることを特徴とする無線通信装置。
10. 請求項３又は４記載の無線通信装置であって、
    前記送信信号に基づき、前記第２の無線通信装置が送信する信号の送信優先度を推定する優先度推定手段を備え、
    前記衝突回避時間は、前記第２の装置台数を前記送信優先度に基づき区分した、第２の優先度別装置台数に基づき設定されることを特徴とする無線通信装置。
11. 請求項５乃至７記載の無線通信装置であって、
    前記最小信号間隔及び前記パラメータの少なくとも一方は、前記送信優先度に基づき設定されることを特徴とする無線通信装置。
12. 請求項５乃至７、又は１１のいずれかに記載の無線通信装置であって、
    前記最小値及び前記最大値の少なくとも一方は、前記送信優先度に基づき設定されることを特徴とする無線通信装置。
13. 請求項５乃至７、又は１１、又は１２のいずれかに記載の無線通信装置であって、
    前記第１のアルゴリズムは、前記送信優先度をパラメータとして用いることを特徴とする無線通信装置。
14. 請求項５乃至７、又は１１乃至１３のいずれかに記載の無線通信装置であって、
    前記衝突回避時間は、前記総装置台数を前記送信優先度に基づき区分した、優先度別総装置台数に基づき設定されることを特徴とする無線通信装置。
15. 請求項５乃至７、又は１１乃至１４のいずれかに記載の無線通信装置であって、
    前記第２のアルゴリズムは、前記送信優先度をパラメータとして用いることを特徴とする無線通信装置。
16. 第１の無線ネットワークに帰属し、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いる無線通信装置であって、
    前記第１の無線ネットワークが使用するチャネルと同一のチャネルを用いる、第２のネットワークに帰属する第２の無線通信装置が送信する送信信号を検出する送信信号検出手段と、
    前記無線通信装置及び前記第２の無線通信装置が第１の信号の送信を完了し、次に第２の信号の送信を開始するまでの時間間隔である衝突回避時間を決定するための所定の情報を、前記送信信号に基づき生成する情報生成手段と、
    前記所定の情報を前記第１のネットワークに帰属する第３の無線通信装置へ送信する情報送信手段を備えることを特徴とする無線通信装置。
17. 第１の無線ネットワークに帰属し、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いる無線通信装置であって、
    前記第１の無線ネットワークが使用するチャネルと同一のチャネルを用いる、第２のネットワークに帰属する第２の無線通信装置が送信する送信信号に基づき、前記無線通信装置、前記第２の無線通信装置及び前記第３の無線通信装置が第１の信号の送信を完了し、次に第２の信号の送信を開始するまでの時間間隔である衝突回避時間を決定するために、前記第１の無線ネットワークに帰属する第３の無線通信装置が生成し送信した所定の情報を受信する情報受信手段と、
    前記所定の情報に基づき前記衝突回避時間を決定する衝突回避時間決定手段を備えることを特徴とする無線通信装置。
18. 請求項１乃至１７のいずれかに記載の無線通信装置を含む無線ネットワーク。
19. ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いる無線通信方法であって、
    第１の無線ネットワークに帰属する第１の無線通信装置が、前記第１の無線ネットワークが使用するチャネルと同一のチャネルを用いる、第２のネットワークに帰属する第２の無線通信装置が送信する送信信号を検出する送信信号検出工程と、
    前記送信信号に基づき、前記第１の無線通信装置及び前記第２の無線通信装置が第１の信号の送信を完了し、次に第２の信号の送信を開始するまでの時間間隔である衝突回避時間を決定する衝突回避時間決定工程
    を備えることを特徴とする無線通信方法。
20. 請求項１９記載の無線通信方法であって、
    前記第１のネットワークに帰属する全無線通信装置の装置台数である第１の装置台数に基づき、前記衝突回避時間を決定する衝突回避時間決定工程を備えることを特徴とする無線通信方法。
21. 請求項１９又は２０のいずれかに記載の無線通信方法であって、
    前記送信信号に基づき、前記第２の無線通信装置の装置台数である第２の装置台数を推定する装置台数推定手段と、
    前記第２の装置台数の推定結果に基づき、前記衝突回避時間を決定する手段を備えることを特徴とする無線通信方法。
22. 請求項２１記載の無線通信方法であって、
    前記第２の装置台数の推定結果を、所定の保持時間だけ保持し、前記保持時間が経過した後は、前記推定結果を削除する第２の装置台数保持工程を備えることを特徴とする無線通信方法。
23. 請求項１９乃至２２のいずれかに記載の無線通信方法であって、
    前記衝突回避時間は、信号を送信する所定の時間間隔である最小信号間隔と、前記最小信号間隔と所定のパラメータの和の時間との間で、第１のアルゴリズムに基づき、選択する衝突回避時間選択工程と、
    前記パラメータは、所定の最小値以上でかつ所定の最大値以下の範囲内で、第２のアルゴリズムに基づき決定するパラメータ決定工程と、
    前記最小値及び前記最大値の少なくとも一方は、前記第１の装置台数又は前記第２の装置台数を含む総装置台数に基づく、第３のアルゴリズムに従い変更するパラメータ範囲変更工程
    を備えることを特徴とする無線通信方法。
24. 請求項２３記載の無線通信方法であって、
    前記第３のアルゴリズムは、前記総装置台数と、前記最小値及び前記最大値の少なくとも一方との比較結果に基づき、前記最小値及び前記最大値の少なくとも一方を変更する手段を含むことを特徴とする無線通信方法。
25. 請求項２３記載の無線通信方法であって、
    前記第３のアルゴリズムは、前記総装置台数と、前記最小値及び前記最大値の少なくとも一方に所定の演算を施した数値との比較結果に基づき、前記第１の値及び前記第２の値の少なくとも一方を決定する手段を含むことを特徴とする無線通信方法。
26. 請求項１９乃至２５のいずれかに記載の無線通信方法であって、
    送信の優先度を指定する送信優先度に従い前記信号を区分する工程と、
    前記衝突回避時間を、前記送信優先度に基づき設定する工程を備えることを特徴とする無線通信方法。
27. 請求項２０記載の無線通信方法であって、
    前記衝突回避時間を、前記第１の装置台数を前記送信優先度に基づき区分した、第１の優先度別装置台数に基づき設定する工程を備えることを特徴とする無線通信方法。
28. 請求項２１又は２２のいずれかに記載の無線通信方法であって、
    前記送信信号に基づき、前記第２の無線通信装置が送信する信号の送信優先度を推定する優先度推定工程と、
    前記衝突回避時間を、前記第２の装置台数を前記送信優先度に基づき区分した、第２の優先度別装置台数に基づき設定する工程を備えることを特徴とする無線通信方法。
29. 請求項２３乃至２５記載の無線通信方法であって、
    前記最小信号間隔及び前記パラメータの少なくとも一方は、前記送信優先度に基づき設定する工程を備えることを特徴とする無線通信方法。
30. 請求項２３乃至２５、又は２９のいずれかに記載の無線通信方法であって、
    前記最小値及び前記最大値の少なくとも一方は、前記送信優先度に基づき設定する工程を備えることを特徴とする無線通信方法。
31. 請求項２３乃至２５、又は２９、又は３０のいずれかに記載の無線通信方法であって、
    前記第１のアルゴリズムは、前記送信優先度をパラメータとして用いることを特徴とする無線通信方法。
32. 請求項２３乃至２５、又は２９乃至３１のいずれかに記載の無線通信方法であって、
    前記衝突回避時間は、前記総装置台数を前記送信優先度に基づき区分した、優先度別総装置台数に基づき設定する工程を備えることを特徴とする無線通信方法。
33. 請求項２３乃至２５、又は２９乃至３２のいずれかに記載の無線通信方法であって、
    前記第２のアルゴリズムは、前記送信優先度をパラメータとして用いることを特徴とする無線通信方法。
34. ＣＳＭＡ／ＣＡ方式の無線通信方法であって、
    第１の無線ネットワークに帰属する第１の無線通信装置が、前記第１の無線ネットワークが使用するチャネルと同一のチャネルを用いる、第２のネットワークに帰属する第２の無線通信装置が送信する送信信号を検出する送信信号検出工程と、
    前記送信信号に基づき、前記第１の無線通信装置及び前記第２の無線通信装置が第１の信号の送信を完了し、次に第２の信号の送信を開始するまでの時間間隔である衝突回避時間を決定するための所定の情報を生成する情報生成工程と、
    前記所定の情報を前記第１の無線ネットワークに帰属する第３の無線通信装置へ送信する情報送信工程を備えることを特徴とする無線通信方法。
35. ＣＳＭＡ／ＣＡ方式の無線通信方法であって、
    第１のネットワークに帰属する第１の無線通信装置、及び前記第１の無線ネットワークが使用するチャネルと同一のチャネルを用いる、第２のネットワークに帰属する第２の無線通信装置が第１の信号の送信を完了し、次に第２の信号の送信を開始するまでの時間間隔である衝突回避時間を決定するために、前記第２の無線通信装置が送信する送信信号に基づき、前記第１の無線通信装置が生成した所定の情報を受信する情報受信手段と、
    前記所定の情報の基づき前記衝突回避時間を決定する衝突回避時間決定手段を備えることを特徴とする無線通信方法。
    

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