JP2008035101A - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フレーム集約手法を用いたデータ伝送のスループットの向上が図れる無線通信装置を提供する。
【解決手段】複数フレーム分のデータを含む集約フレームを生成し、送信するとともに、集約フレームに含まれているフレーム数、集約フレームに含まれている１フレーム分のデータサイズ、集約フレームを送信する際の伝送レートを含む複数のパラメータの値を基に決定される閾値と、上記利用率に対する閾値と、他の無線通信装置と共用されるチャネルの利用率とを比較し、利用率が閾値より小さいとき、一旦送信権を解放した後に、再び送信権を獲得して次の集約フレームの送信を開始する第１の送信制御を行い、利用率が閾値以上のとき、予め定められた規定時間の間、生成された集約フレームの送信を継続する第２の送信制御を行う。
【選択図】 図８

Description

本発明は、無線通信装置に関する。

ＩＥＥＥ８０２．１１準拠の無線ＬＡＮシステムでは、ＣＳＭＡ／ＣＡ(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)アクセスによる分散制御が行われるため、無線通信端末はキャリアセンスによって通信路が一定時間ＤＩＦＳ（Distributed Interframe Space）＋バックオフ時間以上連続して空いていることを確認することでデータの送信権を獲得することができ、キャリアセンスによるデータの送信権獲得はデータの送信毎に行う必要がある。

しかし、図１に示すように、データの送信を行う度にキャリアセンスによる送信権獲得を行うと、オーバーヘッドが大きく、ＭＡＣ(Medium Access Control)効率の劣化に繋がっていた。そこで、ＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣレイヤの高機能化を図ったＩＥＥＥ８０２．１１ｅ規格では、図２に示すように、キャリアセンスによって通信路が一定時間ＡＩＦＳ(Arbitration interframe space)＋バックオフ時間連続して空いていることを確認して、データの送信権を獲得した後、ＴＸＯＰ(Transmission Opportunity)と呼ばれる期間は排他的にチャネルの使用が認められており、定められたＴＸＯＰの間はデータの送信権を解放することなく任意の数のデータを連続送信することが可能となっている。また、アクセスポイントからのポーリングによって実施される集中制御アクセスにおいても、ポーリングされた端末は与えられたＴＸＯＰ期間の間は、任意の数のデータを送信することが可能である(例えば、非特許文献１参照)。

また、更なる高速化を目指した規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格では、更なるオーバーヘッドの圧縮によりＭＡＣ効率の向上が求められており、それを実現する技術の１つとして、従来であれば複数のフレームで送信される複数のデータを１つのフレームに束ねて送信を行うフレーム集約(Frame Aggregation)手法がある。図３に、フレーム集約の例を示す。

Frame Aggregation手法では、複数フレーム分のデータを１つの集約(Aggregation)フレームに集約することで、ＭＡＣヘッダや物理ヘッダといった付加的情報やＳＩＦＳ（short interframe space）と呼ばれるフレームの送信間隔など、フレームの送信毎に必要となっていたオーバーヘッド部分を共用して送ること、すなわち、オーバーヘッドの圧縮を行うことが可能となる。

Frame Aggregation手法には、ＭＡＣ層レベルや物理層レベルやMAC層より上位レベル等、いくつかのレベルでフレーム集約を行う方法が提案されており(例えば、特許文献1参照)、集約を行うレイヤレベルによって圧縮可能なオーバーヘッドが異なるが、一般的にどのレベルでの集約方法であっても、1つの集約フレームに含まれるデータ量が多いほどオーバーヘッド部分の圧縮が実現できるため、ＭＡＣ効率の向上を図ることができ、スループット向上が期待できる。

このように、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ規格のＴＸＯＰの概念及びＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格のフレーム集約手法はいずれもＭＡＣ効率を向上させることができるため、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎにおいてフレーム集約手法を用いる場合は一般的にはＴＸＯＰの概念を併用してデータ伝送が行われる。

図４にＴＸＯＰの概念を用いてフレーム集約手法によるデータ伝送を行った場合の例を示す。
特開２００５−１８４８３９ "Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications, Medium Access Control (MAC) Quality of Service (QoS) Enhancements," IEEE Std. 802.11e-2005.

ＴＸＯＰの概念を用いて、複数フレーム分のデータを含む集約フレームを伝送する場合、集約フレームの送信毎にキャリアセンスによる送信権獲得を行わなくて良いため、ＭＡＣ効率が向上する。図４に示したデータ伝送例の場合、集約フレーム２は、データ受信確認応答用のＢｌｏｃｋ Ａｃｋフレーム受信後、再度キャリアセンスを行うことなく、ＳＩＦＳ経過後に連続送信することが可能である。このように、ＴＸＯＰの概念を利用するとＳＩＦＳ経過直後に次の集約フレームを送信できるため、キャリアセンスによるオーバーヘッドが無い分、２番目以降の集約フレームの送信タイミングを早めることが可能となる。

しかしながら、ＴＸＯＰの概念を用いて集約フレームを伝送する場合、キャリアセンスによるオーバーヘッドが無い分、集約フレーム送信から次の集約フレーム送信までに要する時間を短くできＭＡＣ効率を改善することが可能となるが、これは次の集約フレーム作成までに許容される時間が短くなることも意味する。集約フレーム作成までに許容される時間が短いということは、つまりそれだけ集約フレームを作成する時点で送信キューに溜まっているデータ量は少なく、その結果、１つの集約フレームに集約できるデータ量（フレーム数）も多くできない可能性がある。

例えば図４において、集約フレーム１が、キャリアセンスにより送信権を獲得できた時点までに送信キューに溜まっているデータの全てを含む集約フレームだと仮定すると、集約フレーム２に集約できるデータは、図４中、点線の矢印で示した期間内に送信キューに溜まったデータのみとなる。そのため、ＴＸＯＰの概念によりキャリアセンスを行わずＳＩＦＳ継続送信を行うと、その分集約できるフレーム数も少ないことが考えられる。フレーム集約手法は、集約するフレーム数が多いほどオーバーヘッド圧縮に繋がり、スループット改善を図ることが可能であるため、ＴＸＯＰの概念を用いることで、ＴＸＯＰによるスループット改善効果は得られるが、フレーム集約手法によるスループット改善効果が十分に得られない可能性が考えられる。

本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、フレーム集約手法を用いたデータ伝送のスループットの向上が図れ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、複数フレーム分のデータを含む集約フレームを生成する生成手段と、前記集約フレームを送信する送信手段と、他の無線通信装置と共用されるチャネルの利用率を求める手段と、前記生成手段で生成される前記集約フレームに含まれているフレーム数、前記集約フレームに含まれている１フレーム分のデータサイズ、前記送信手段で前記集約フレームを送信する際の伝送レートを含む複数のパラメータの値を基に、前記利用率に対する閾値を決定する決定手段と、前記利用率が前記閾値より小さいとき、一旦送信権を解放した後に、再び送信権を獲得して前記生成手段で生成された次の集約フレームの送信を行う第１の送信制御を行い、前記利用率が前記閾値以上のとき、予め定められた規定時間の間、前記生成手段で生成された集約フレームの送信を継続する第２の送信制御を行う送信制御手段と、を備える。

フレーム集約手法を用いたデータ伝送のスループットの向上が図れる。

以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図５は、本実施形態に係る無線通信装置の構成例を示すブロック図である。図５に示した無線通信装置は、アンテナ５０１、受信部５０２、送信部５０３、ＭＡＣプロトコル部５０４、チャネル推定部５０５、閾値決定部５０６及び制御部５０７を含む。

まず、図５の無線通信装置の受信動作について説明する。アンテナ５０１を介して受信部５０２で受信された無線信号は、受信部５０２で、ベースバンドへの周波数変換、アナログ信号からデジタル信号への変換（Ａ／Ｄ変換）等の必要な処理が施された後、復調処理が施されて、ＭＡＣプロトコル部５０４及びチャネル推定部５０５へ出力される。

ＭＡＣプロトコル部５０４は、入力された信号に対し、ＣＲＣチェックや再送処理及び受信したフレームの種別に応じたＭＡＣプロトコル処理等を必要に応じて行う。例えば、受信したフレームがデータフレームの場合には、上位レイヤに当該データフレーム中のペイロードを出力する。受信したフレームが、複数フレーム分のデータを含む集約フレームである場合は、当該集約フレームを元の複数フレーム分のデータに分割する必要がある。集約フレームがどのレイヤで集約されたか、すなわち、フレーム集約レベルに応じて、集約フレームを複数フレームに分割するための分割処理を行う箇所が異なる。例えば、物理層レベルでフレーム集約が行われた場合は、受信部５０２で復調処理後に複数のフレームに分割する。ＭＡＣ層レベルでフレーム集約が行われた場合は、ＭＡＣプロトコル部５０４でＣＲＣチェック前に複数のフレームに分割する。また、ＭＡＣ層より上位レベルでフレーム集約が行われた場合は、ＭＡＣプロトコル部５０４でＣＲＣチェック後に複数のフレームに分割する。ただし、この分割処理は、分割処理前後で必要となる処理が実施することができれば、これに限ったものではなく、どこで行われても良い。

次に、図５の無線通信装置が、集約フレームを送信する際の送信動作について説明する。

集約フレームを送信する場合、ＭＡＣプロトコル部５０４が上位レイヤから出力された複数フレーム分のデータを、フレーム集約レベルに応じて集約し、集約フレームの作成を行う。この際、ＭＡＣプロトコル部５０４内部で生成する制御フレームのデータを併せて集約することもありえる。ＭＡＣプロトコル部５０４は、生成した集約フレームを一連のアクセス制御に基づき制御を行い、送信部５０３へと出力する。送信部５０３は、入力された集約フレームに対し、変調処理を行った後、デジタル信号からアナログ信号への変換（Ｄ／Ａ変換）や、所定周波数の無線信号への周波数変換などの必要な処理を施し、アンテナ５０１を介して送信先の無線端末装置に対して送信する。また、フレーム集約レベルが物理層レベルの場合は、ＭＡＣプロトコル部５０４で集約フレーム作成を行わずに、送信部５０３で集約フレーム作成を行うことも可能である。

次に、チャネル推定部５０５、閾値決定部５０６、制御部５０７について説明する。

チャネル推定部５０５は、受信部５０２から出力された信号を用いて、チャネルがある一定期間内にどの程度利用されているかを示すチャネル利用率の測定・推定を行う。具体的には、ある一定期間キャリアセンスを行い、チャネルがＢｕｓｙ（使用中）である時間を測定し、当該一定時間に対するＢｕｓｙである時間の割合（Ｂｕｓｙ率）を求める。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ無線ＬＡＮの場合、ビーコン（Ｂｅａｃｏｎ）フレーム内のＱＢＳＳ ＬｏａｄエレメントのＣｈａｎｎｅｌ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎフィールドによってアクセスポイントが測定したチャネルのＢｕｓｙ率が報知されるため、自ら測定することなくＣｈａｎｎｅｌ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎフィールドの値を抽出することでチャネル利用率（Ｂｕｓｙ率）が把握可能である。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｈ準拠の無線ＬＡＮの場合は、ＣＣＡ Ｒｅｑｕｅｓｔフレーム及びＣＣＡ Ｒｅｓｐｏｎｓｅフレームのやり取りにより、ＣＣＡ Ｂｕｓｙ Ｆｒａｃｔｉｏｎフィールドでチャネル利用率（Ｂｕｓｙ率）が把握可能であるため、これらを利用しても良い。

チャネル推定部５０５でチャネル利用率を求める際、上述したような、キャリアセンスによるＢｕｓｙ率ではなく、例えばアクセスポイントでは、収容している端末の台数と各端末が設定しているＴｒａｆｆｉｃ Ｓｔｒｅａｍ（ＴＳ）情報等を基に、一定期間内にどの程度チャネルが利用されるかを推定して、それをチャネル利用率としてもよい。

チャネル推定部５０５で求めたチャネル利用率は制御部５０７へ出力される。

閾値決定部５０６には、ＭＡＣプロトコル部５０４から、ＭＡＣプロトコル部５０４で生成された集約フレームに関する情報（集約フレーム情報）が入力される。閾値決定部５０６は、当該集約フレーム情報を用いて、制御部５０７で送信アクセス制御を行うために用いる、上記チャネル利用率に対する閾値を決定する。この閾値は、ＭＡＣプロトコル部５０４から入力されるフレーム情報によって、その都度更新される。

制御部５０７は、チャネル推定部５０５で求めたチャネル利用率と、閾値決定部５０６で決定された閾値とを比較し、送信アクセス制御を行う。すなわち、上記チャネル利用率が、上記閾値以上であった場合の送信アクセス制御では、アクセス権を獲得して集約フレームを送信する際には、ＴＸＯＰの概念を利用して、アクセス権を獲得してからＴＸＯＰとして予め定められた時間区間（ＴＸＯＰ時間）は、集約フレームを送信すると、その確認応答を受信してからＳＩＦＳ経過後に次の集約フレームを送信することを継続して行う。また、上記チャネル利用率が上記閾値よりも小さい場合の送信アクセス制御では、ＴＸＯＰの概念をあえて利用せず、１つの集約フレームを送信して、その確認応答を受信すると、一旦獲得したアクセス権を解放し（送信を終了し）、再度キャリアセンスによりアクセス権を獲得することで、次の集約フレームの送信を行う。

ここでは、アクセス権を獲得してからＴＸＯＰとして予め定められた時間区間継続して集約フレームを送信する送信アクセス制御を第１の送信アクセス制御と呼び、１集約フレーム送信の度にアクセス権を解放する送信アクセス制御を第２の送信アクセス制御と呼ぶ。

制御部５０７は、チャネル推定部５０５で求めたチャネル利用率と、閾値決定部５０６で決定された閾値とを比較し、チャネル利用率が閾値以上であった場合には、第１の送信アクセス制御を選択・実行し、チャネル利用率が閾値よりも小さい場合には、第２の送信アクセス制御を選択・実行する。

図６は、チャネル利用率が閾値よりも小さい場合に選択・実行される第２の送信アクセス制御を説明するための図である。チャネル利用率が閾値よりも小さい場合には、チャネル利用率が閾値以上の場合よりも、チャネルに空き時間が多く、キャリアセンスによってアクセス権を容易に（短いバックオフ完了までの時間）で獲得することができる。そこで、第２の送信アクセス制御では、図６に示すように、キャリアセンスによりアクセス権を獲得し、１つの集約フレームを送信して、その確認応答を受信すると、一旦獲得したアクセス権を解放し、再度キャリアセンスにより、一定時間（ＡＩＦＳとして予め定められた時間＋バックオフ時間）空き状態であることを確認した後に再度アクセス権を獲得することで、次の集約フレームの送信を行う。

図７は、チャネル利用率が閾値以上であった場合に選択・実行される第１の送信アクセス制御を説明するための図である。チャネル利用率が閾値以上であった場合には、チャネル利用率が閾値よりも小さい場合よりも、通信が混み合っているため、アクセス権を獲得するまでの時間（バックオフ完了までの時間）が長くなる。そこで、第１の送信アクセス制御では、図７に示すように、一旦獲得したアクセス権を有効利用するために、ＴＸＯＰ時間継続して集約フレームを送信する。なお、ＴＸＯＰ時間区間では、当該集約フレームの受信側装置は、１つの集約フレームを受信すると、ＳＩＦＳ時間経過後に、その確認応答を送信する。また、集約フレームの送信側装置では、当該確認応答を受信すると、ＳＩＦＳ時間経過後に次の集約フレームを送信する。

閾値決定部５０６には、このチャネル利用率に対する閾値を、フレーム集約手法（複数フレーム分のデータを含む集約フレームを送信すること）によるスループットが改善する度合いを考慮して決定する。すなわち、フレーム集約手法によりスループットが改善する度合いが相対的に小さい場合には、スループットが改善する度合いが相対的に大きい場合よりも、上記閾値は大きい値に設定する。

フレーム集約手法によるスループットの改善度合いが小さければ、チャネル利用率が高くアクセス権の獲得が困難になろうと（バックオフ完了までの時間が長くなろうと）、ＴＸＯＰ時間区間継続して集約フレームを送信するより、１集約フレーム送信の度にアクセス権の解放を行い、集約フレームに集約するフレーム数を多くしてフレーム集約手法によるスループット改善度合いを大きくする方が伝送効率がよいと云えるからである。

ここで、フレーム集約手法によるスループットの改善度合いを示すパラメータとして、１つの集約フレームに含まれているフレーム数(集約（Aggregation）数)、１つの集約フレームに集約される１フレーム分のデータサイズ、集約フレームを送信するための伝送レートなどが挙げられる。

ＭＡＣプロトコル部５０４から、閾値決定部５０６に入力される集約フレーム情報には、上記パラメータ群、すなわち、ＭＡＣプロトコル部５０４で生成された集約フレームに含まれているフレーム数（集約数）、集約される１フレーム分のデータサイズ、集約フレームを送信するための伝送レートが含まれている。

なお、１つの集約フレームに含まれているフレーム数（集約数）が多いほど、集約される１フレーム分のデータのサイズが小さいほど、集約フレームを送信する際の伝送レートが高速なほど、フレーム集約手法によるスループットの改善の度合いは大きくなる。逆に、１つの集約フレームに含まれているフレーム数（集約数）が少ないほど、集約される１フレーム分のデータのサイズが大きいほど、集約フレームを送信する際の伝送レートが低速なほど、フレーム集約手法によるスループットの改善の度合いは小さい。

すなわち、ＭＡＣプロトコル部５０４から集約フレーム情報として通知される「フレーム数」が少ないほど、「１フレーム分のデータのサイズ」が大きいほど、「伝送レート」が低速なほど、スループット改善度合いは小さいので、閾値決定部５０６は閾値を大きい値に決定する。

より具体的には、集約フレーム情報として通知される各パラメータ（「フレーム数」「１フレーム分のデータのサイズ」「伝送レート」）に対し、スループットを改善する度合いが大きいと判定するための値域が予め設定されている。例えば、「フレーム数」には第１の基準値よりも大きい（あるいは以上の）値、「１フレーム分のデータのサイズ」には第２の基準値以下の値、「伝送レート」には第３の基準値以上の値が、スループットを改善する度合いが大きいと判定するための値域として予め設定されているものとする。閾値決定部５０６は、集約フレーム情報として通知される複数のパラメータ（「フレーム数」「１フレーム分のデータのサイズ」「伝送レート」）のそれぞれの値が、各パラメータに予め設定されている上記値域内か否かをチェックする。

例えば、集約フレーム情報として通知された「フレーム数」が第１の基準値よりも大きい（あるいは以上）場合には、「フレーム数」に関し、スループットの改善度合いが大きいと判定する。また、集約フレーム情報として通知された「１フレーム分のデータのサイズ」が、第２の基準値以下（あるいはより小さい）場合には、「１フレーム分のデータのサイズ」に関し、スループットの改善度合いは大きいと判定する。また、集約フレーム情報として通知された「伝送レート」が第３の基準値よりも大きい（あるいは以上）場合には、「伝送レート」に関し、スループット改善度合いが大きいと判定する。

なお、集約フレーム情報として通知される複数のパラメータのそれぞれの値が、各パラメータに予め設定されている上記値域外の場合には、各パラメータに関し、スループットの改善度合いが小さいと判定する。

なお、パラメータ毎に、当該パラメータについてスループットの改善度合いが大きいと判定するための値域の上限値及び下限値を定め、集約フレーム情報として通知される各パラメータ（「フレーム数」「１フレーム分のデータのサイズ」「伝送レート」）の値が、改善度合いの大きい値域の範囲内であるか（上限値以上下限値以下の値であるか）を判定するようにしてもよい。

また、各パラメータ毎に、当該パラメータについてスループットを改善する度合いを判定するための値域を１つではなく、複数の基準値によって複数の値域を設定し、集約フレーム情報として通知される各パラメータ（「フレーム数」「１フレーム分のデータのサイズ」「伝送レート」）の値が、設定した複数の値域のいずれの範囲内であるかによって、スループットの改善度合いの大きさを段階的(例えば、改善度合いが最大、大、中、小等)に判定するようにしてもよい。

閾値決定部５０６は、集約フレーム情報として通知される各パラメータの値を、当該パラメータに予め設定されている、改善度合いが大きいと判定するための値域と比較した結果、当該複数のパラメータのうちの少なくとも１つに、当該値域外の値のパラメータが含まれている（すなわち、スループットの改善度合いが大きいと判定されなかったパラメータが少なくとも１つ含まれている）場合には、当該複数のパラメータの値が全てそれぞれの値域内である（すなわち、当該複数のパラメータの全てに対し、スループットの改善度合いが大きいと判定されている）場合の閾値よりも大きい値の閾値を決定される。

また、スループットの改善度合いの大きさを複数の値域を用いて段階的に判定する場合には、当該複数のパラメータのうちの少なくとも１つのパラメータの値が前記複数の値域のうちの改善度合いが最も大きい第１の値域以外の第の２の値域内のときの閾値を、当該複数のパラメータの値が全て第１の値域内のときの閾値よりも高い値に決定する。さらに、当該複数のパラメータのうちの少なくとも１つのパラメータの値が第の２の値域内のときの閾値は、当該複数のパラメータの値が全て第１の値域内のときの閾値よりも高い値であり、且つ、当該第２の値域が当該複数の値域のうち改善度合いが最も小さい値域に近いほど高くなるように段階的に設定する。

例えば、当該複数のパラメータの全てに対し、スループットの改善度合いが(最も)大きいと判定した場合に決定される閾値がＴｈ１であるとすると、当該複数のパラメータのうちの少なくとも１つに、スループットの改善度合いが(最も)大きいと判定されなかったスループットが含まれている場合に決定される閾値Ｔｈ２はＴｈ１よりも大きい値である（Ｔｈ１＜Ｔｈ２）。

また、スループット改善度合いの大きさを段階的に判定する場合には、改善度合いの小ささに応じて閾値Ｔｈ２の大きさも段階的に決定される。

なお、複数のパラメータのうち、スループットの改善度合いの小さい（と判定された）パラメータの種類やスループットの改善度合いの小さい（と判定された）パラメータの組合せに応じて、Ｔｈ２の値を変更してもよい。

なお、フレーム集約手法を適用することによってスループットの改善に影響を与える要因として、ここでは、「フレーム数」「１フレーム分のデータのサイズ」「伝送レート」を挙げたが、スループットの改善に影響を与えるものであれば、どのようなものであっても良い。例えば、どのレイヤレベルで集約を行うかといった情報も、フレーム集約手法を適用することによってスループットの改善に影響を与える要因と考えられる。

制御部５０７では、以上のようにして閾値決定部５０６で決定された閾値と、チャネル推定部５０５で求めたチャネル利用率とを比較して、アクセス権を獲得してからＴＸＯＰ時間区間継続して集約フレームを送信する第１の送信アクセス制御処理と、１集約フレーム送信の度にアクセス権を解放する第２の送信アクセス制御処理とのうちのいずれか一方を選択し、実行する。

ここで、チャネル利用率が高く、しかもフレーム集約手法によるスループットの改善度合いが小さい場合に、第２の送信アクセス制御処理を行うことのメリットについて説明する。

ＴＸＯＰの概念を利用せず、あえて一旦獲得したアクセス権を解放する、第２の送信アクセス制御処理を行うことで、再度アクセス権を獲得するまでの時間を要するが、逆に、ＳＩＦＳ時間に縛られることなく（ＳＩＦＳ時間よりも長い時間かけて）フレームの集約が行えるので、１つの集約フレーム中のフレーム数(集約（Aggregation）数)を増やすことが可能となり、フレーム集約手法によるスループット改善効果は期待できる。

ただし、再度キャリアセンスによってアクセス権を獲得する場合、チャネル利用率(Busy率)が高いほど、再度アクセス権を獲得するまでの時間を要する。そこで、制御部５０７は、チャネル利用率と、フレーム集約手法によって得られるスループット改善効果に応じて可変な当該チャネル利用率の閾値とを比較し、閾値よりチャネル利用率が高く、かつ、チャネル利用率が予め定められた値よりも高い場合、つまり、アクセス権を獲得するまでにより長い時間を要し、集約数の増加によって期待できるスループットの改善以上に、アクセス権を獲得までの時間が延びることによって引き起こるスループット劣化の影響が大きくなると推定される状態の場合には、アクセス権を獲得してからＴＸＯＰとして予め定められた時間区間継続して集約フレームを送信する第１の送信アクセス制御を選択・実行する。

制御部５０７は、第２の送信アクセス制御を実行することにより、「集約数が増加することによって期待できるスループット改善」＜「再度アクセス権獲得に要する時間が延びることによるスループット劣化」の場合には、第１の送信アクセス制御を選択・実行する。あるいは、第２の送信アクセス制御を実行することにより、「集約数が増加することによって期待できるスループット改善」＞「再度アクセス権獲得に要する時間が延びることによるスループット劣化」の場合には、第２の送信アクセス制御を選択・実行する。

この結果、より良いスループット改善効果が期待できる。

図８は、図５の無線通信装置の送信動作を説明するためのフローチャートである。

ＭＡＣプロトコル部５０４で生成された集約フレームを送信するために、制御部５０７は、キャリアセンスによってデータのアクセス権（送信権）を獲得し（ステップＳ１）、最初の集約フレームを送信する（ステップＳ２）。その後、送信相手先から送信された、データ受信通知用のBlock Ackフレームを受信する。ＭＡＣプロトコル部５０４は、上位レイヤから出力されたデータを一時記憶する送信キューを備えている。この送信キューに、次に送信するためのデータが溜まっていれば（ステップＳ３）、次の集約フレームをどのように送信するか（第１及び第２の送信アクセス制御のうちのどちらの送信アクセス制御により送信するか）を判断するための処理に移行する。なお、送信キューに、次に送信するためのデータが溜まっていなければ、この判断処理を行う必要がないため、処理フローは終了となる。

ステップＳ１でアクセス権を獲得したときから、制御部５０７は、ＴＸＯＰ時間を計測している。そこで、ステップＳ３において、送信キューに、次の集約フレームとして送信するためのデータが存在している場合、制御部５０７は、当該次の集約フレームを、当該ＴＸＯＰ時間内、すなわち、今回のＴＸＯＰの残り時間内で送信可能か否かを計算により判定する（ステップＳ４）。次の集約フレームが、今回のＴＸＯＰで送信できない場合には、送信権を解放する必要があるため、同様に処理フローを終了し、当該次の集約フレームは再度アクセス権を獲得することで送信を試みることになる。

ステップＳ４において、次の集約フレームを今回のＴＸＯＰ内で継続送信可能であると判断できた場合、まず、閾値決定部５０６は、ＭＡＣプロトコル部５０４から入力された集約フレーム情報を用いて、前述のように、チャネル利用率に対する閾値を決定する（ステップＳ５）。ステップＳ６では、制御部５０７は、決定した閾値と、チャネル推定部５０５で得られたチャネル利用率とを比較し、閾値に比べチャネル利用率が大きい場合は、送信権を解放するとスループット劣化が大きいと判断し、ステップＳ７へ進み、第１の送信アクセス制御を選択し、図７に示したような当該次の集約フレームを継続送信する。

一方、ステップＳ６において、閾値に比べチャネル利用率が小さい場合は、一旦、送信権を解放したことによるスループット劣化よりも、集約数が増えることによって期待できるスループットの改善度合いの方が大きいと判断し、ステップＳ８へ進み、第２の送信アクセス制御を選択し、一旦、送信権の解放を行う。その後、図６に示したような、送信を行うため再度キャリアセンスにより送信権の獲得を試みる（ステップＳ９）。送信権を獲得すると、ＭＡＣプロトコル部５０４は、送信キューに溜まっているデータを含む集約フレームを作成し直して、当該集約フレームを送信する（ステップＳ１０）。以降、送信すべきデータが無くなる、もしくは、ＴＸＯＰ時間が終了するまで繰り返し処理が行われる。

なお、閾値決定部５０６は、閾値を決定する際、フレーム集約手法によるスループットの改善の度合いだけでなく、更に許容遅延時間(Delay Bound)も考慮に入れて決定することも可能である。集約フレームに、送信誤りによって発生する再送データが含まれている場合は、新規データに比べ、Delay Boundまでの時間が限られているため、全体のスループット向上よりも、まずはそれら再送データをDelay Bound内に送信完了することが重要になる場合が考えられる。そのような場合には、一旦、全体のスループット向上のためにアクセス権を解放してしまうと、再送データが送信開始されるまでの時間が延びてしまい、Delay Boundを超過してしまう可能性があるため、第１の送信アクセス制御によりＴＸＯＰ時間継続送信を行う方が良い。

そのため、次に送信すべき集約フレーム内にDelay Boundを有した再送データが集約されている場合は、閾値決定部５０６は、再送データが含まれていない通常の集約フレームの場合の閾値に比べて、第１の送信アクセス制御にて集約フレームの送信を行いやすいように、閾値を小さく設定する。

この場合、ＭＡＣプロトコル部５０４から閾値決定部５０６へ、次に送信される集約フレーム中の再送データの有無、及びDelay Bound の長さやDelay Boundの残り時間などが通知される。

このように、通常の集約フレームを送信する場合と比較して、閾値を小さく設定する際、閾値を小さくする度合いは、固定であっても良いし、Delay Bound の長さやDelay Boundの残り時間に応じて、その時間が短いほど小さくする度合いを大きくするように設定を行っても良い。

また、送信するデータ種別によりDelay Boundが異なる場合が考えられる。そのような場合には、集約フレーム中に再送データが含まれていない場合よりも、Delay Boundの短い種別のデータが集約される集約フレームを送信する場合に、上記同様な考えにより、閾値を小さく設定する。

以上説明したように、上記実施形態によれば、集約フレームに含まれているフレーム数、集約フレームに含まれている１フレーム分のデータサイズ、集約フレームを送信する際の伝送レートを含む複数のパラメータの値を基に、他の無線通信装置と共用されるチャネルの利用率に対する閾値を決定し、この閾値とチャネルの利用率とを比較して、ＴＸＯＰ時間継続して集約フレームの送信を行う第１の送信アクセス制御と、送信権を一旦解放した後に、再度送信権を獲得して次の集約フレームを送信する第２の送信アクセス制御とのうちのいずれか一方を選択・実行することにより、そのときの集約フレームの生成状況及びチャネルの利用状況に応じて、スループットの改善効果の高い方の送信アクセス制御を選択・実行することができる。

第２の送信アクセス制御において、キャリアセンスによって、再度、送信権を獲得する場合、チャネルの利用率(ビジー率)が高いほど、送信アクセス権を獲得するまでの時間を要し、そのため、１集約フレーム中のデータ量（集約数）を増やすことができる。集約数が増えた分、スループットも改善されるので、再度、集約フレームの生成状況によって可変な閾値とチャネルの利用率を比較することで、スループットの改善度合いと、再度送信アクセス権を獲得することによるオーバーヘッドで起こるスループット劣化の度合いとに応じて、スループットの改善効果の高い方の送信アクセス制御を選択し直すことができる。

元々、ＴＸＯＰ時間内での継続送信は、無線ＬＡＮのＭＡＣ効率を上げることができるためスループット向上が期待されるものである。第２の送信アクセス制御は、ＴＸＯＰの概念を利用せず、あえて一旦獲得した送信権を解放することで、再度送信権を獲得するまでの時間を要するが、逆に、ＳＩＦＳ時間に縛られることなくフレーム集約することができるので、フレーム集約数を増やすことが可能となり、フレーム集約によるスループット改善効果が期待できる。

チャネル利用率に対する閾値は、集約フレームに含まれているフレーム数、集約フレームに含まれている１フレーム分のデータサイズ、集約フレームを送信する際の伝送レートを含む複数のパラメータの値を基に決定する。より具体的には、複数のパラメータのそれぞれに対し、スループットを改善する度合いが大きいと判定するための値域と、複数のパラメータのそれぞれの値とを比較して、複数のパラメータのうちの少なくとも１つに上記予め設定された値域外の値のパラメータが含まれているときの閾値を、複数のパラメータの値が全て上記値域内のときの閾値よりも高い値となるように決定する。

すなわち、集約フレーム状況からスループットの改善度合いがそれほど期待できない場合には、閾値を大きくして、フレーム集約による効果を上げるために、継続送信を行わない傾向にすることができる。

さらに、Delay Boundも用いて閾値を決定することで、スループットの観点からだけでなく、遅延時間の観点も考慮した制御ができる。

本発明の実施の形態に記載した本発明の手法は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フレキシブルディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することもできる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

ＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮにおけるデータ伝送例を示す図。 ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ無線ＬＡＮにおけるＴＸＯＰを利用したデータ伝送例を示す図。 フレーム集約を説明するための図で、ＭＡＣ層レベルで集約された集約フレームを示した図。 ＴＸＯＰの概念を用いた集約フレームの伝送例を示す図。 本実施形態に係る無線通信装置の構成例を示すブロック図。 チャネル利用率が閾値よりも小さい場合に選択・実行される第２の送信アクセス制御を説明するための図。 チャネル利用率が閾値以上であった場合に選択・実行される第１の送信アクセス制御を説明するための図。 図５の無線通信装置の送信動作を説明するためのフローチャート。

符号の説明

５０１…アンテナ
５０２…受信部
５０３…送信部
５０４…ＭＡＣプロトコル部
５０５…チャネル推定部
５０６…閾値決定部
５０７…制御部

Claims (12)

1. 複数フレーム分のデータを含む集約フレームを生成する生成手段と、
   前記集約フレームを送信する送信手段と、
   他の無線通信装置と共用されるチャネルの利用率を求める手段と、
   前記生成手段で生成される前記集約フレームに含まれているフレーム数、前記集約フレームに含まれている１フレーム分のデータサイズ、前記送信手段で前記集約フレームを送信する際の伝送レートを含む１または複数のパラメータの値を基に、前記利用率に対する閾値を決定する決定手段と、
   前記利用率が前記閾値より小さいとき、一旦送信権を解放した後に、再び送信権を獲得して前記生成手段で生成された次の集約フレームの送信を行う第１の送信制御を行い、前記チャネル利用率が前記閾値以上のとき、予め定められた規定時間の間、前記生成手段で生成された集約フレームの送信を継続する第２の送信制御を行う送信制御手段と、
   を備えたことを特徴とする無線通信装置。
2. 前記決定手段は、
   パラメータ毎に予め設定された、スループットを改善する度合いが大きいと判定するための値域と、当該パラメータの値とを比較して、
   前記複数のパラメータのうちの少なくとも１つに前記値域外の値のパラメータが含まれているときの前記閾値を、前記複数のパラメータの値が全て前記値域内のときの前記閾値よりも高い値となるように決定することを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
3. 前記決定手段は、
   パラメータ毎に、スループットを改善する度合いに応じて段階的に設定された複数の値域と、当該パラメータの値とを比較して、
   前記複数のパラメータのうちの少なくとも１つのパラメータの値が、前記複数の値域のうちの前記度合いが最も大きい第１の値域以外の第２の値域内のときの前記閾値を、前記複数のパラメータの値が全て前記第１の値域内のときの前記閾値よりも高い値であり、且つ前記第２の値域が前記複数の値域のうち前記度合いが最も小さい値域に近いほど高くなるように段階的に決定することを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
4. 前記複数のパラメータのうち、前記集約フレームに含まれているフレーム数が多いほど前記スループットを改善する度合いは大きく、前記集約フレームに含まれている1フレーム分のデータサイズが小さいほど前記スループットを改善する度合いは大きく、前記伝送レートが高いほど前記スループットを改善する度合いは大きいことを特徴とする請求項１または２記載の無線通信装置。
5. 前記決定手段は、
   前記集約フレームに、許容遅延時間が定められているデータが含まれている場合、さらに前記許容遅延時間の残り時間に応じて前記閾値を決定することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
6. 前記利用率を求める手段は、予め定められた時間キャリアセンスを行うことにより、前記チャネルが使用中である時間を計測し、前記予め定められた時間のうち前記チャネルが使用中である時間の割合を前記利用率として求めることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
7. 複数フレーム分のデータを含む集約フレームを生成する生成手段と、
   前記集約フレームを送信する送信手段と、
   を備えた無線通信装置における無線通信方法であって、
   他の無線通信装置と共用されるチャネルの利用率を求めるステップと、
   前記生成ステップで生成される前記集約フレームに含まれているフレーム数、前記集約フレームに含まれている１フレーム分のデータサイズ、前記送信手段で前記集約フレームを送信する際の伝送レートを含む１または複数のパラメータの値を基に、前記利用率に対する閾値を決定する決定ステップと、
   前記利用率が前記閾値より小さいとき、一旦送信権を解放した後に、再び送信権を獲得して前記生成手段で生成された次の集約フレームの送信を行う第１の送信制御を行い、前記チャネル利用率が前記閾値以上のとき、予め定められた規定時間の間、前記生成手段で生成された集約フレームの送信を継続する第２の送信制御を行う送信制御ステップと、
   を含む無線通信方法。
8. 前記決定ステップは、
   パラメータ毎に予め設定された、スループットを改善する度合いが大きいと判定するための値域と、当該パラメータの値とを比較して、
   前記複数のパラメータのうちの少なくとも１つに前記値域外の値のパラメータが含まれているときの前記閾値を、前記複数のパラメータの値が全て前記値域内のときの前記閾値よりも高い値となるように決定することを特徴とする請求項７記載の無線通信方法。
9. 前記決定ステップは、
   パラメータ毎に、スループットを改善する度合いに応じて段階的に設定された複数の値域と、当該パラメータの値とを比較して、
   前記複数のパラメータのうちの少なくとも１つのパラメータの値が、前記複数の値域のうちの前記度合いが最も大きい第１の値域以外の第２の値域内のときの前記閾値を、前記複数のパラメータの値が全て前記第１の値域内のときの前記閾値よりも高い値であり、且つ前記第２の値域が前記複数の値域のうち前記度合いが最も小さい値域に近いほど高くなるように段階的に決定することを特徴とする請求項７記載の無線通信装置。
10. 前記複数のパラメータのうち、前記集約フレームに含まれているフレーム数が多いほど前記スループットを改善する度合いは大きく、前記集約フレームに含まれている1フレーム分のデータサイズが小さいほど前記スループットを改善する度合いは大きく、前記伝送レートが高いほど前記スループットを改善する度合いは大きいことを特徴とする請求項８または９記載の無線通信方法。
11. 前記決定ステップは、
    前記集約フレームに、許容遅延時間が定められているデータが含まれている場合、さらに前記許容遅延時間の残り時間に応じて前記閾値を決定することを特徴とする請求項７記載の無線通信方法。
12. 前記利用率を求めるステップは、予め定められた時間キャリアセンスを行うことにより、前記チャネルが使用中である時間を計測し、前記予め定められた時間のうち前記チャネルが使用中である時間の割合を前記利用率として求めることを特徴とする請求項７記載の無線通信方法。

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