JP2008187300A - 許容遅延時間を考慮した下りリンクの無線アクセス制御方法、アクセスポイント、端末及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＥＥＥ８０２．１１のＤＣＦ方式に基づいて、アクセスポイントと端末とが接続される無線システムについて、許容遅延時間に対する残余時間を考慮した下りリンクの無線アクセス制御方法、アクセスポイント、端末及びプログラムを提供する。
【解決手段】最初に、アクセスポイントが、許容遅延時間Ｔａを要するデータフレームを宛先端末へ送信する際に、ＲＴＳ−Ｃ(Request To Send - Check)を、宛先端末へ送信し、宛先端末が、第１のＣＴＳ(Clear To Send)を、アクセスポイントへ返信する。そして、アクセスポイントが、データフレームの許容遅延時間Ｔａに応じた待機時間Ｔｗだけ待機する。アクセスポイントが、待機時間Ｔｗの経過後に、第２のＲＴＳ−Ｓ(RTS - Send)を宛先端末へ送信し、宛先端末が、第２のＣＴＳをアクセスポイントへ返信する。そして、アクセスポイントが、宛先端末へデータフレームを送信する。
【選択図】図２

Description

本発明は、許容遅延時間を考慮した下りリンクの無線アクセス制御方法、アクセスポイント、端末及びプログラムに関する。

アクセスポイントが複数の端末を集中制御する代表的な無線通信システムとして、セルラーシステムがある。セルラーシステムに適用される無線アクセス制御方法では、以下のような各種多元接続方式を用いる。
周波数分割多元接続方式（Frequency Division Multiple Access: FDMA）
時間分割多元接続方式（Time Division Multiple Access: TDMA）
符号分割多元接続方式（Code Division Multiple Access: CDMA）

アクセスポイントは、各端末に、無線リソース（周波数スロット、タイムスロット、符号など）を割り当てる。この制御は、データリンク層の下位副層に当たり、フレーム（データの送受信単位）の送受信方法等を規定するＭＡＣ(Media Access Control：メディアアクセス制御)によってなされる。

ＭＡＣプロトコルには、集中制御型と、自律分散型とある。集中制御型は、アクセスポイント（又は基地局）が、複数の端末のメディアアクセス制御を行い、端末はその制御結果に従う。自律分散型は、特定の端末における集中制御を行わず、端末同士が自律分散的に制御し合う。いずれの方式も、送信されるデータの疎通（スループット）を最大化することや、要求するＱｏＳ(Quality of Service：サービス品質)を満足することを目的としている。

ＭＡＣの代表的なものとして、Connection Oriented型であって且つContention-Free型のものがある。この方法は、通信する端末に固定的に無線リソースを割り当てるものであって、主に音声通信に適する。

これに対して、Packet Oriented型のＭＡＣも多く提案・検討されており、これにもContention型とContention-Free型とがある。Contention型の代表的なものとして、無線ＬＡＮシステムで採用されているＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）をベースにしたＩＥＥＥ８０２．１１ ＤＣＦ（Distributed Coordinated Function）がある。

また、セルラーシステムのような「同期型」は、一定の時間的長さを有する無線フレームを定義し、無線フレーム単位で時刻同期や周波数オフセットなどの各種の制御をすると共に、無線フレーム長に基づく一定量のデータトラヒックを送受信する。一方、無線ＬＡＮシステムのような「非同期型」は、一定長の無線フレームを定義せず、フレームの到着時に無線でデータ通信をする。

図１は、従来技術におけるＤＣＦのシーケンス図である。

ＤＣＦは、ＣＳＭＡ／ＣＡ(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)に基づくアクセス方法であって、送信すべきデータフレームを有する端末が、先にキャリアをセンスし、他の端末のデータフレームが送信されていないことを確認した上で、当該データフレームを送信するものである。これにより、他の端末から送信されるデータフレームとの衝突を避けることができる。

（Ｓ１０１）送信元端末Ａは、一定のＤＩＦＳ(DCF InterFrame Space)時間の経過後、送信すべきデータフレームをバックオフ時間だけ待機させる。バックオフ時間は、データフレームを送信するまでの実際の待機時間であって、各端末が乱数によって発生させたコンテンションウィンドウ（ＣＷ：Contention Windows）によって決定される。コンテンションウィンドウは乱数によって発生されるために、端末同士でデータフレームの送信タイミングが一致することが極めて少ない。
バックオフ時間＝コンテンションウィンドウ内のランダム値×スロットタイム

Ｓ１０１によれば、送信元端末Ａは、宛先端末Ｂへデータフレームを送信するために、バックオフ時間を経過させる。そのバックオフ時間の経過後、宛先端末ＢへＲＴＳ（Request to Send：送信要求）を送信する。このとき、他の端末Ｄも、データフレームを送信する用意があり、バックオフ時間を経過させている。他の端末Ｄは、送信元端末Ａから送信されたＲＴＳを検出すると、バックオフ時間のカウントダウンをサスペンド（一時停止）する。そして、ＲＴＳを検出した他の端末Ｃ及びＤは、ＮＡＶ(Network Allocation Vector)期間に移行し、送信元端末Ａから宛先端末Ｂへのデータフレームの送信が完了するまで、チャネルの使用を延期する。データフレームの送信が完了した時とは、宛先端末Ｂから送信元端末Ａへ送信されたＡＣＫを検出した時である。

（Ｓ１０２）ＲＴＳを受信した宛先端末Ｂは、ＳＩＦＳ(Short InterFrame Space)時間の経過後に、ＣＴＳ（Clear to Send：要求受付）を送信元端末Ａへ送信する。

（Ｓ１０３）ＣＴＳを受信した送信元端末Ａは、ＳＩＦＳ時間の経過後、データフレームを宛先端末Ｂへ送信する。

（Ｓ１０４）データフレームを受信した宛先端末Ｂは、ＳＩＦＳ時間の経過後、ＡＣＫを送信元端末Ａへ送信する。宛先端末Ｂから送信元端末ＡへＡＣＫが送信されたことを確認した他の端末Ｃ及びＤは、ＮＡＶ期間を停止する。

（Ｓ１０５）他の端末Ｄは、持ち越されたバックオフ時間のカウントダウンを再開する。その後、他の端末Ｄは、バックオフ時間を満了した際にＲＴＳを送信することができる。Ｓ１０１と同様に、ＲＴＳを受信した他の端末は全て、ＮＡＶ期間へ移行する。

無線ＬＡＮシステムにおいては、互いにキャリアセンスできない端末同士が同時に送信することにより衝突が発生するという隠れ端末問題が存在する。そこで、前述したように、ＲＴＳ−ＣＴＳの交換（特にＣＴＳの送信）によって、他の端末はチャネルを使用できないＮＡＶ期間に移行することから、隠れ端末問題が改善される。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｅで標準化されたＥＤＣＦ（Enhanced DCF）では、ＤＩＦＳの代わりに、ＱｏＳクラスに応じて値が設定可能なＡＩＦＳ（Arbitration IFS）が定義されており、優先制御が可能となっている。また、送信待機時間を決定するコンテンションウィンドウについても、ＱｏＳクラスごとに設定できる。従って、優先度の高いＱｏＳクラスほどコンテンションウィンドウを小さくすることで、短い待機時間でＲＴＳ送信が可能となり、ＣＴＳを受信した後、データフレームの送信が可能となる。

従来技術として、送信すべきデータが発生してから実際に送信されるまでの遅延時間を短縮することを目的とし、予め所定の演算処理を実施しておく技術がある（例えば特許文献１参照）。

また、例えばワイヤレスＡＴＭにおける無線回線で送信するリンク層フレームが伝送路状態の劣化によって過剰な遅延が発生した場合にはそのフレームを破棄し、次のフレームの送信に移行する技術がある（例えば特許文献２参照）。

特開平１１−２８４６２９号公報 特開２０００−２１６８１３号公報

データフレームを送受信するアプリケーションによっては、遅延時間の上限を超えると無意味となるものがある。例えば、オンラインゲーム又は遠隔医療システムの場合、データフレームの伝送遅延を極力小さくする必要があり、遅延時間の許容値（許容遅延時間）を超えたデータフレームの転送は意味をなさない。データフレームが許容遅延時間を超えて転送されることは、アプリケーションにとっては低品質なサービスとならざるを得ない。ＥＤＣＦでは、同一のＱｏＳクラス内での優先制御はできず、許容遅延時間を確保するような無線アクセス制御はできない。

また、前述した特許文献１に記載された技術によれば、許容遅延時間を満足するような無線リソースの割当にはつながらない。更に、前述した特許文献２に記載された技術によれば、フレームの送出順序については特定しておらず、フレームの到着順に送信処理を行うことが想定される。この場合、許容遅延時間の大小によらず先着順でフレームが送信されると、許容遅延時間内に送信完了しないフレームが存在する。

そこで、本発明は、ＩＥＥＥ８０２．１１のＤＣＦ方式に基づいて、アクセスポイントと端末とが接続される無線システムについて、許容遅延時間に対する残余時間を考慮した下りリンクの無線アクセス制御方法、アクセスポイント、端末及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明は、サービスクラスとして低遅延時間をＱｏＳ要求とする低遅延サービスと、そでない通常サービスとが存在する無線通信システムについて、特に、アクセスポイントから端末へ向かう下りリンクで、低遅延サービスを優先的に疎通させる非同期型のＭＡＣプロトコルに関する。本発明によれば、許容遅延時間を考慮した下りリンクのＭＡＣプロトコルに関する。

本発明によれば、ＩＥＥＥ８０２．１１のＤＣＦ(Distributed Coordinated Function)方式に基づいて、アクセスポイントと端末とが接続される無線システムにおける無線アクセス制御方法において、
アクセスポイントが、許容遅延時間Ｔａを要するデータフレームを宛先端末へ送信する際に、第１のＲＴＳ(Request To Send - Check)を、宛先端末へ送信する第１のステップと、
宛先端末が、第１のＣＴＳ(Clear To Send)を、アクセスポイントへ送信する第２のステップと、
アクセスポイントが、データフレームの許容遅延時間Ｔａに応じた待機時間Ｔｗだけ待機する第３のステップと、
アクセスポイントが、待機時間Ｔｗの経過後に、第２のＲＴＳ(Request To Send - Send)を宛先端末へ送信する第４のステップと、
宛先端末が、第２のＣＴＳ(Clear To Send)をアクセスポイントへ送信する第５のステップと、
アクセスポイントが、宛先端末へデータフレームを送信する第６のステップと
を有することを特徴とする。

本発明の無線アクセス制御方法における他の実施形態によれば、
第２のステップについて、第１のＣＴＳは、品質情報を含んでおり、
第３のステップについて、アクセスポイントは、データフレームの許容遅延時間Ｔａから、品質情報に基づくデータフレームの送信完了までの所要送信時間Ｔｄを差し引いた差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）を、待機時間Ｔｗとすることも好ましい。

本発明の無線アクセス制御方法における他の実施形態によれば、
第３のステップについて、アクセスポイントは、宛先端末から第１のＣＴＳを受信した際に、既に、差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）が０以下となる場合、データフレームを破棄することも好ましい。

本発明の無線アクセス制御方法における他の実施形態によれば、
アクセスポイントは、無線リソース使用率ｒを常に監視しており、
第３のステップについて、マージン時間αとすると、待機時間Ｔｗは、以下の式によって算出され、
Ｔｗ＝（Ｔａ−Ｔｄ）＋α
無線リソース使用率ｒによってマージン時間αを変更することも好ましい。

本発明の無線アクセス制御方法における他の実施形態によれば、
全ての端末の無線リソース利用率の合計に対する、当該端末の無線リソース利用率の割合ｒ／Σｒが、所定閾値ｘよりも小さい場合、当該端末のマージン時間αはそのまま維持し、所定閾値ｘ以上である場合、当該端末のマージン時間αを減らすことも好ましい。

本発明の無線アクセス制御方法における他の実施形態によれば、
第３のステップについて、差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）が所定閾値よりも長い場合、
更に、アクセスポイントが、第１のステップを実行し、宛先端末が、第２のステップを実行することにより、アクセスポイントは、品質情報を更新することも好ましい。

本発明の無線アクセス制御方法における他の実施形態によれば、
第３のステップについて、当該データフレームが、既に設定されたｋ個のＮＡＶ時間間隔Ｔｎ（ｋ）に衝突するために送信できない場合、許容遅延時間Ｔａ内に存在するＮＡＶ時間間隔Ｔｎ（ｋ）を除く１つ以上（ｉ）の空き連続時間間隔Ｔｃ（ｉ）を導出し、各Ｔｃ（ｉ）についてＴｃ（ｉ）≧所要送信時間Ｔｄとなる空き連続時間間隔Ｔｃ（ｉ）を列挙し、
Ｔｃ（ｉ）−Ｔｄが最小となるＴｃ（ｉ）に割り当てるか、又は、
許容遅延時間Ｔａに最も近いＴｃ（ｉ）に割り当てる
ことも好ましい。

本発明の無線アクセス制御方法における他の実施形態によれば、端末は、
アクセスポイントから他の宛先端末へ送信された第２のＲＴＳを検出した際に、チャネルの使用を延期するＮＡＶ期間へ移行し、
第２のＣＴＳによってアクセスポイントから他の宛先端末へデータフレームが送信された後、ＮＡＶ期間を停止することも好ましい。

本発明によれば、ＩＥＥＥ８０２．１１のＤＣＦ方式に基づいて、端末が接続されるアクセスポイントにおいて、
許容遅延時間Ｔａを要するデータフレームを宛先端末へ送信する際に、第１のＲＴＳを、宛先端末へ送信し、宛先端末から、第１のＣＴＳを受信する第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段によって第１のＣＴＳが受信された際に、データフレームの許容遅延時間Ｔａに応じた待機時間Ｔｗだけ待機する待機制御手段と、
待機制御手段の待機時間Ｔｗの経過後、第２のＲＴＳを宛先端末へ送信し、宛先端末から、第２のＣＴＳを受信する第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段によって第２のＣＴＳが受信された際に、宛先端末へデータフレームを送信するデータ送信手段と
を有することを特徴とする。

本発明のアクセスポイントにおける他の実施形態によれば、
第１のＣＴＳは、品質情報を含んでおり、
待機制御手段は、データフレームの許容遅延時間Ｔａから、品質情報に基づくデータフレームの送信完了までの所要送信時間Ｔｄを差し引いた差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）を、待機時間Ｔｗとすることも好ましい。

本発明のアクセスポイントにおける他の実施形態によれば、
待機制御手段は、第１のＣＴＳを宛先端末から受信した際に、既に、差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）が０以下となる場合、データフレームを破棄することも好ましい。

本発明のアクセスポイントにおける他の実施形態によれば、
無線リソース使用率ｒを常に監視する無線リソース監視手段を更に有し、
待機制御手段は、マージン時間αとして、待機時間Ｔｗを以下の式によって算出し、
Ｔｗ＝（Ｔａ−Ｔｄ）＋α
無線リソース使用率ｒによってマージン時間αを変更することも好ましい。

本発明のアクセスポイントにおける他の実施形態によれば、
待機制御手段は、全ての端末の無線リソース利用率の合計に対する、当該端末の無線リソース利用率の割合ｒ／Σｒが、所定閾値ｘよりも小さい場合、当該端末のマージン時間αはそのまま維持し、所定閾値ｘ以上である場合、当該端末のマージン時間αを減らすことも好ましい。

本発明のアクセスポイントにおける他の実施形態によれば、
待機制御手段は、差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）が所定閾値よりも長い場合、再度、第１のＲＴＳを宛先端末へ送信するように第１のＲＴＳ／ＣＴＳ手段へ指示し、
第１のＣＴＳ受信手段は、品質情報を含む第１のＣＴＳを再度受信した際に、品質情報を更新することも好ましい。

本発明のアクセスポイントにおける他の実施形態によれば、
待機制御手段は、当該データフレームが、既に設定されたｋ個のＮＡＶ時間間隔Ｔｎ（ｋ）に衝突するために送信できない場合、許容遅延時間Ｔａ内に存在するＮＡＶ時間間隔Ｔｎ（ｋ）を除く１つ以上（ｉ）の空き連続時間間隔Ｔｃ（ｉ）を導出し、各Ｔｃ（ｉ）についてＴｃ（ｉ）≧所要送信時間Ｔｄとなる空き連続時間間隔Ｔｃ（ｉ）を列挙し、
Ｔｃ（ｉ）−Ｔｄが最小となるＴｃ（ｉ）に割り当てるか、又は、
許容遅延時間Ｔａに最も近いＴｃ（ｉ）に割り当てる
ことも好ましい。

本発明によれば、前述したアクセスポイントと通信する端末であって、
アクセスポイントから第１のＲＴＳを受信した際に、品質情報を含む第１のＣＴＳをアクセスポイントへ送信する第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
アクセスポイントから第２のＲＴＳを受信した際に、第２のＣＴＳをアクセスポイントへ送信する第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
アクセスポイントからデータフレームを受信するデータ受信手段と
を有することを特徴とする。

本発明の端末における他の実施形態によれば、
第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段が、アクセスポイントから他の端末へ送信された第２のＲＴＳを検出した際に、チャネルの使用を延期するＮＡＶ期間へ移行し、
第２のＣＴＳによって他の端末からアクセスポイントへデータフレームが送信された後、ＮＡＶ期間を停止することも好ましい。

本発明によれば、ＩＥＥＥ８０２．１１のＤＣＦ方式に基づいて、端末と通信するアクセスポイントに搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
許容遅延時間Ｔａを要するデータフレームを宛先端末へ送信する際に、第１のＲＴＳを、宛先端末へ送信し、宛先端末から、第１のＣＴＳを受信する第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段によって第１のＣＴＳが受信された際に、データフレームの許容遅延時間Ｔａに応じた待機時間Ｔｗだけ待機する待機制御手段と、
待機制御手段の待機時間Ｔｗの経過後、第２のＲＴＳを宛先端末へ送信し、宛先端末から、第２のＣＴＳを受信する第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段によって第２のＣＴＳが受信された際に、宛先端末へデータフレームを送信するデータ送信手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。

本発明によれば、前述したアクセスポイントと通信する端末に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
アクセスポイントから第１のＲＴＳを受信した際に、品質情報を含む第１のＣＴＳをアクセスポイントへ送信する第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
アクセスポイントから第２のＲＴＳを受信した際に、第２のＣＴＳをアクセスポイントへ送信する第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
アクセスポイントからデータフレームを受信するデータ受信手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。

本発明の無線アクセス制御方法、アクセスポイント、端末及びプログラムによれば、ＩＥＥＥ８０２．１１のＤＣＦ方式に基づいて、アクセスポイントと端末とが接続される無線システムについて、許容遅延時間に対する残余時間を考慮して下りリンクの無線アクセスを制御することができる。

以下では、図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

本発明によれば、ＩＥＥＥ８０２．１１のＤＣＦ方式について、アクセスポイントと端末との間で交換されるＲＴＳ(Request To Send)及びＣＴＳ(Clear To Send)のフレーム構成に特徴がある。ＲＴＳは、送信要求を意味する。本発明によれば、ＲＴＳは、第１のＲＴＳとしてＲＴＳ−Ｃ(RTS-Check)と、第２のＲＴＳとしてＲＴＳ−Ｓ(RTS-Send)との２つの種類を有する。一方、ＣＴＳは、受信準備完了を意味する。

以下の表１は、ＲＴＳフレームの構成図である。

フレーム制御部には、フレームタイプを示すフィールド（６ビット）が備えられ、その中に制御タイプとしてReserve部分がある。このReserve部分を用いて、ＲＴＳ−Ｃ及びＲＴＳ−Ｓを定義する。

以下の表２は、ＣＴＳフレームの構成図である。

図２は、本発明におけるシーケンス図である。

（Ｓ２０１）アクセスポイントが、端末Ａへ送信すべきデータフレームが発生したとする。データフレーム毎に、許容遅延時間が設定されている。図２によれば、アクセスポイントが送信しようとするデータフレームは、許容遅延時間に対して残余時間に余裕があると想定する。このとき、アクセスポイントは、バックオフ時間を経過させる。

（Ｓ２０２）バックオフ時間の経過後、アクセスポイントは、ＲＴＳ−Ｃを端末Ａへ送信する。

（Ｓ２０３）ＲＴＳ−Ｃを受信した端末Ａは、ＳＩＦＳ時間の経過後に、ＣＴＳをアクセスポイントへ送信する。ＣＴＳは、ＱｏＳ品質情報を含む。ＱｏＳ品質情報は、無線リンクにおける伝送速度及びビット誤り率等である。

端末ＡからＣＴＳを受信したアクセスポイントは、そのＣＴＳに含まれるＱｏＳ品質情報に基づいて、データフレームを送信するに必要な所要送信時間Ｔｄを算出する。例えば、無線リンクの伝送速度と、データフレームのフレーム長とから、そのデータフレームの所要送信時間を算出することができる。所要送信時間Ｔｄは、ＲＴＳ及びＣＴＳを交換する時間を含むものであってもよい。

データフレームの許容遅延時間Ｔａから、品質情報に基づくデータフレームの送信完了までの所要送信時間Ｔｄを差し引いた差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）を、待機時間Ｔｗとする。更に、マージン時間αを考慮して、以下のような式によって待機時間Ｔｗを算出することができる。
Ｔａ：許容遅延時間
Ｔｄ：データフレームの所要送信時間
α：マージン時間
Ｔｗ＝（Ｔａ−Ｔｄ）＋α

マージン時間αは、アクセスポイントの無線リソース使用率ｒによって変更することも好ましい。例えば、無線リソース使用率が高いならばマージン時間αを短くすることによって、ＲＴＳ−Ｓを送信するまでの時間を長く確保することができる。一方、無線リソース使用率が低いならばマージン時間αを長くすることによって、ＲＴＳ−Ｓを送信するまでの時間を短くすることができる。無線リソース使用率が低いにもかかわらず、無駄にデータフレームの送信を保留し、許容遅延時間のぎりぎりで送信されるのは低遅延を確保する上で好ましくないからである。但し、許容遅延時間のぎりぎりで送信されるのは、遅延ジッタの軽減の観点からは好ましい。

ｒ_ａ：端末Ａの無線リソース利用率（端末Ａに注目する）
ｒ_ｂ：端末Ｂの無線リソース利用率
ｒ_ｃ：端末Ｃの無線リソース利用率
ｒ_ａ／（ｒ_ａ＋ｒ_ｂ＋ｒ_ｃ）＜ｘ（所定閾値）：端末Ａのマージン時間はそのまま
≧ｘ（所定閾値）：端末Ａのマージン時間を減らす

待機時間Ｔｗが、既に０以下となっている場合、アクセスポイントは、データフレームを破棄する。これにより、許容遅延時間を越えて意味をなさなくなったデータフレームを破棄し、次のデータフレームを優先的に送信することにより、次のデータフレームの許容遅延時間を確保することができる。

（Ｓ２０４）アクセスポイントは、待機時間Ｔｗが経過した際に、宛先端末Ａへ、ＲＴＳ−Ｓを送信する。このとき、ＲＴＳ−Ｓを受信した他の端末Ｂは、ＮＡＶを設定し、送信を控える。

（Ｓ２０５）端末Ａは、アクセスポイントからＲＴＳ−Ｓを受信した際に、ＳＩＦＳ期間の経過後、直ぐにＣＴＳをアクセスポイントへ返信する。

（Ｓ２０６）アクセスポイントは、端末ＡからＣＴＳを受信した際に、ＳＩＦＳ期間の経過後、直ぐにデータフレームを端末Ａへ送信する。

端末Ｂは、端末Ａへ送信されるデータフレームを監視することができる。データフレームの送信が完了した際に、端末Ｂは、ＮＡＶ期間を解除する。

他の実施形態として、差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）が所定閾値よりも長い場合、アクセスポイントは、再度、ＲＴＳ−Ｃを宛先端末Ａへ送信する。これに対し、宛先端末Ａは、品質情報を含む第１のＣＴＳをアクセスポイントへ送信する。これにより、アクセスポイントは、品質情報を更新する。

宛先端末以外の端末も、アクセスポイントから送信されたＲＴＳ−Ｓを検出する。このとき、端末は、チャネルの使用を延期するＮＡＶ期間へ移行する。また、データフレームの送信完了を確認した際に、ＮＡＶ期間を停止する。これにより、チャネルの衝突を回避することができる。

図３は、本発明におけるアクセスポイント及び端末の機能構成図である。

アクセスポイント及び端末ともに、基本的構成は、従来の無線ＬＡＮシステムと同じであって、図３には、従来技術に新たに追加又は改良された機能部についてのみ表されている。

アクセスポイント１は、通信インタフェース部１０１と、第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部１０２と、第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部１０３と、待機制御部１０４と、データ送信部１０５と、無線リソース監視部１０７とを有する。

通信インタフェース部１０１は、アクセスポイント２との間で無線リンクを介して物理フレームを送受信する。

第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部１０２は、許容遅延時間Ｔａを要するデータフレームを宛先端末へ送信する際に、ＲＴＳ−Ｃを宛先端末へ送信し、宛先端末へ送信要求確認を通知する。これに対し、第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部１０２は、宛先端末から、品質情報を含むＣＴＳを受信する。受信した品質情報は、待機制御部１０４へ通知される。第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部１０２は、前述したＳ２０２及びＳ２０３の処理を実現する。

第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部１０３は、待機制御部１０４の指示に応じて、ＲＴＳ−Ｓを宛先端末へ送信し、宛先端末へ即時送信要求を通知する。これに対し、第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部１０３は、宛先端末からＣＴＳを受信する。ＣＴＳを受信した旨の情報は、待機制御部１０４へ通知される。第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部１０３は、前述したＳ２０４及びＳ２０５の処理を実現する。

待機制御部１０４は、データフレームの許容遅延時間Ｔａに応じた待機時間Ｔｗだけ待機する。待機時間Ｔｗは、データフレームの許容遅延時間Ｔａから、品質情報に基づくデータフレームの送信完了までの所要送信時間Ｔｄを差し引いた差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）である。待機制御部１０４は、前述したＳ２０３からＳ２０４までの間の待機時間を制御する。尚、第１のＣＴＳを受信した際に、既に、差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）が０以下となる場合、データフレームを破棄することも好ましい。

待機制御部１０４は、マージン時間αとして、待機時間Ｔｗを以下の式によって算出する。
Ｔｗ＝（Ｔａ−Ｔｄ）＋α
無線リソース使用率ｒが高いならばマージン時間αを短くし、無線リソース使用率ｒが低いならばマージン時間αを長くする。無線リソース利用率ｒは、無線リソース監視部１０６から通知される。

また、待機制御部１０４は、差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）が所定閾値よりも長い場合、再度、ＲＴＳ−Ｃを宛先端末へ送信するように第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送信部１０２へ指示する。これに対し、第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送信部１０２は、品質情報を含む第１のＣＴＳを再度受信することができ、品質情報を更新することができる。

データ送信部１０５は、第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部１０３によって第２のＣＴＳが受信された際に、宛先端末へデータフレームを送信する。前述したＳ２０６の処理を実現する。

無線リソース監視部１０６は、通信インタフェース部１０１を介して、無線リソース利用率ｒを常に監視する。無線リソース利用率ｒは、待機制御部１０４へ通知される。無線リソースｒは、現在使用されている全無線リソースに対する、当該端末のリソース利用率によって算出される。

端末２は、通信インタフェース部２０１と、第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部２０２と、第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部２０３と、データ送受信部２０４とを有する。これら機能部は、端末に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによっても実現できる。

第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部２０２は、アクセスポイントからＲＴＳ−Ｃを受信した際に、品質情報を含むＣＴＳをアクセスポイントへ返信する。前述したＳ２０２及びＳ２０３の処理を実現する。

第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部２０３は、アクセスポイントからＲＴＳ−Ｓを受信した際に、ＣＴＳをアクセスポイントへ返信する。前述したＳ２０４及びＳ２０５の処理を実現する。第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部２０３が、アクセスポイントから他の端末へ送信されたＲＴＳ−Ｓを検出した際に、チャネルの使用を延期するＮＡＶ期間へ移行する。そして、宛先端末へのデータフレームの送信が完了した際に、ＮＡＶ期間を停止する。

データ受信部２０４は、アクセスポイントからデータフレームを受信する。前述したＳ２０６の処理を実現する。

図４は、許容遅延時間付近における無線リソースが少ない場合における、無線リソース割当のシーケンス図である。

（Ｓ４０１）アクセスポイントは、端末Ａへ送信すべきデータフレームＡが発生した際に、ＲＴＳ−Ｃを端末Ａへ送信し、ＣＴＳを受信する。そして、データフレームＡの許容遅延時間Ｔａ_Aから、ＲＴＳ−Ｓを送信するまでの待機時間Ｔｗを算出する。

（Ｓ４０２）また、アクセスポイントは、端末Ｂへ送信すべきデータフレームＢが発生した際に、ＲＴＳ−Ｃを端末Ｂへ送信し、ＣＴＳを受信する。そして、データフレームＢの許容遅延時間Ｔａ_Bから、ＲＴＳ−Ｓを送信するまでの待機時間Ｔｗを算出する。

そして、データフレームＡ及びデータフレームＢに基づくＮＡＶ時間間隔Ｔｎ（１）及びＴｎ（２）を導出する。ここで、端末Ａへ送信すべきデータフレームＡは、比較的に許容遅延時間Ｔａ_Aが短く、端末Ｂへ送信すべきデータフレームＢは、比較的に許容遅延時間Ｔａ_Bが長いとする。

（Ｓ４０３）更に、アクセスポイントは、端末Ｃへ送信すべきデータフレームＣが発生した際に、ＲＴＳ−Ｃを端末Ｃへ送信し、ＣＴＳを受信する。そして、データフレームＣの許容遅延時間Ｔａ_Cから、ＲＴＳ−Ｓを送信するまでの待機時間Ｔｗを算出する。

ここで、アクセスポイントは、データフレームＢ及びＣが、許容遅延時間Ｔａ_B及びＴａ_Cの後方ぎりぎりのところで送信された場合、データフレームＢ及びＣは衝突を生じることを検出する。即ち、データフレームＣは、既に設定されたデータフレームＡ及びＢのＮＡＶ時間間隔Ｔｎに衝突するために送信できない。従って、アクセスポイントは、データフレームＣの送信をスケジューリングする。

アクセスポイントは、データフレームＣの許容遅延時間Ｔａ_C内に存在するＮＡＶ時間間隔Ｔｎ（１）及びＴｎ（２）を除く空き連続時間間隔Ｔｃ（１）を導出する。更に、Ｔｃ（１）についてＴｃ（１）≧所要送信時間Ｔｄとなるか否かを判定する。ここでは、Ｔｃ（１）≧所要送信時間Ｔｄであるので、データフレームＣは、データフレームＡとデータフレームＢとの間で送信可能であると判定される。

（Ｓ４０４）アクセスポイントは、最も許容遅延時間Ｔａ_Aが短いデータフレームＡから送信を試みる。アクセスポイントは、ＲＴＳ−Ｓを端末Ａへ送信し、これに対し、ＣＴＳを受信する。
（Ｓ４０５）このとき、アクセスポイントは、データフレームＡを端末Ａへ送信する。

（Ｓ４０６）次に、アクセスポイントは、データフレームＡとデータフレームＢとの間の空き時間間隔Ｔｃで、次のデータフレームＣを送信完了とすることができると判定しているために、データフレームＣを先に送信するべく制御する。アクセスポイントは、ＲＴＳ−Ｓを端末Ｃへ送信し、これに対し、端末ＣからＣＴＳを受信する。
（Ｓ４０７）アクセスポイントは、データフレームＣを端末Ｃへ送信する。

（Ｓ４０８）そして、アクセスポイントは、データフレームＢを送信するために、ＲＴＳ−Ｓを端末Ｂへ送信し、これに対し、端末ＢからＣＴＳを受信する。
（Ｓ４０９）アクセスポイントは、データフレームＢを端末Ｂへ送信する。

アクセスポイントは、当該データフレームについて、既に設定されたｋ個のＮＡＶ時間間隔Ｔｎ（ｋ）に衝突するために送信できない場合、許容遅延時間Ｔａ内に存在するＮＡＶ時間間隔Ｔｎ（ｋ）を除く、１つ以上（ｉ）の空き連続時間間隔Ｔｃ（ｉ）を導出する。各Ｔｃ（ｉ）について、Ｔｃ（ｉ）≧Ｔｄ（所要送信時間）となる空き連続時間間隔Ｔｃ（ｉ）を列挙する。

複数のＴｃ（ｉ）が存在する場合、以下の２つの実施形態によって、データフレームを割り当てることができる。
（第１の方法）Ｔｃ（ｉ）−Ｔｄが最小となるＴｃ（ｉ）を選択し、割り当てる。
即ち、できる限り、空き連続時間間隔にぴったりと埋まるように割り当てる。
（第２の方法）許容遅延時間Ｔａに最も近いＴｃ（ｉ）を選択し、割り当てる。
即ち、できる限り、時間的に遅くなるように割り当てる。

前述したように、本発明の無線アクセス制御方法、アクセスポイント、端末及びプログラムによれば、ＩＥＥＥ８０２．１１のＤＣＦ方式に基づいて、アクセスポイントと端末とが接続される無線システムについて、許容遅延時間に対する残余時間を考慮して下りリンクの無線アクセスを制御することができる。

特に、アクセスポイントから送信される下りリンクのデータフレームについて、アクセスポイントからのＲＴＳの再送を抑制し、フレーム衝突を回避し、スループット及び遅延時間の改善を図ることができる。また、許容遅延時間を確保できるだけでなく、許容時間ぎりぎりに送信されることが多くなるため、遅延ジッタも軽減される。

前述した本発明における種々の実施形態によれば、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略を、当業者は容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

従来技術におけるＤＣＦのシーケンス図である。 本発明におけるシーケンス図である。 本発明におけるアクセスポイント及び端末の機能構成図である。 許容遅延時間付近における無線リソースが少ない場合における、無線リソース割当のシーケンス図である。

符号の説明

１ アクセスポイント
１０１ 通信インタフェース部
１０２ 第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部
１０３ 第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部
１０４ 待機制御部
１０５ データ送信部
１０６ 無線リソース監視部
２ 端末
２０１ 通信インタフェース部
２０２ 第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部
２０３ 第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信部
２０４ データ受信部

Claims (19)

1. ＩＥＥＥ８０２．１１のＤＣＦ(Distributed Coordinated Function)方式に基づいて、アクセスポイントと端末とが接続される無線システムにおける無線アクセス制御方法において、
   前記アクセスポイントが、許容遅延時間Ｔａを要するデータフレームを宛先端末へ送信する際に、第１のＲＴＳ(Request To Send - Check)を、前記宛先端末へ送信する第１のステップと、
   前記宛先端末が、第１のＣＴＳ(Clear To Send)を、前記アクセスポイントへ送信する第２のステップと、
   前記アクセスポイントが、前記データフレームの前記許容遅延時間Ｔａに応じた待機時間Ｔｗだけ待機する第３のステップと、
   前記アクセスポイントが、前記待機時間Ｔｗの経過後に、第２のＲＴＳ(Request To Send - Send)を前記宛先端末へ送信する第４のステップと、
   前記宛先端末が、第２のＣＴＳ(Clear To Send)を前記アクセスポイントへ送信する第５のステップと、
   前記アクセスポイントが、前記宛先端末へ前記データフレームを送信する第６のステップと
   を有することを特徴とする無線アクセス制御方法。
2. 第２のステップについて、第１のＣＴＳは、品質情報を含んでおり、
   第３のステップについて、前記アクセスポイントは、前記データフレームの前記許容遅延時間Ｔａから、前記品質情報に基づく前記データフレームの送信完了までの所要送信時間Ｔｄを差し引いた差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）を、前記待機時間Ｔｗとする
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線アクセス制御方法。
3. 第３のステップについて、前記アクセスポイントは、前記宛先端末から第１のＣＴＳを受信した際に、既に、前記差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）が０以下となる場合、前記データフレームを破棄することを特徴とする請求項２に記載の無線アクセス制御方法。
4. 前記アクセスポイントは、無線リソース使用率ｒを常に監視しており、
   第３のステップについて、マージン時間αとすると、前記待機時間Ｔｗは、以下の式によって算出され、
   Ｔｗ＝（Ｔａ−Ｔｄ）＋α
   前記無線リソース使用率ｒによって前記マージン時間αを変更する
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の無線アクセス制御方法。
5. 全ての端末の無線リソース利用率の合計に対する、当該端末の無線リソース利用率の割合ｒ／Σｒが、所定閾値ｘよりも小さい場合、当該端末のマージン時間αはそのまま維持し、所定閾値ｘ以上である場合、当該端末のマージン時間αを減らす
   ことを特徴とする請求項４に記載の無線アクセス制御方法。
6. 第３のステップについて、前記差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）が所定閾値よりも長い場合、
   更に、前記アクセスポイントが、第１のステップを実行し、前記宛先端末が、第２のステップを実行することにより、前記アクセスポイントは、前記品質情報を更新することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の無線アクセス制御方法。
7. 第３のステップについて、当該データフレームが、既に設定されたｋ個のＮＡＶ(Network Allocation Vector)時間間隔Ｔｎ（ｋ）に衝突するために送信できない場合、許容遅延時間Ｔａ内に存在するＮＡＶ時間間隔Ｔｎ（ｋ）を除く１つ以上（ｉ）の空き連続時間間隔Ｔｃ（ｉ）を導出し、各Ｔｃ（ｉ）についてＴｃ（ｉ）≧所要送信時間Ｔｄとなる空き連続時間間隔Ｔｃ（ｉ）を列挙し、
   Ｔｃ（ｉ）−Ｔｄが最小となるＴｃ（ｉ）に割り当てるか、又は、
   許容遅延時間Ｔａに最も近いＴｃ（ｉ）に割り当てる
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の無線アクセス制御方法。
8. 前記端末は、
   前記アクセスポイントから他の宛先端末へ送信された第２のＲＴＳを検出した際に、チャネルの使用を延期するＮＡＶ期間へ移行し、
   第２のＣＴＳによって前記アクセスポイントから前記他の宛先端末へ前記データフレームが送信された後、前記ＮＡＶ期間を停止する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の無線アクセス制御方法。
9. ＩＥＥＥ８０２．１１のＤＣＦ方式に基づいて、端末が接続されるアクセスポイントにおいて、
   許容遅延時間Ｔａを要するデータフレームを宛先端末へ送信する際に、第１のＲＴＳを、前記宛先端末へ送信し、前記宛先端末から、第１のＣＴＳを受信する第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
   第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段によって第１のＣＴＳが受信された際に、前記データフレームの前記許容遅延時間Ｔａに応じた待機時間Ｔｗだけ待機する待機制御手段と、
   前記待機制御手段の前記待機時間Ｔｗの経過後、第２のＲＴＳを前記宛先端末へ送信し、前記宛先端末から、第２のＣＴＳを受信する第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
   第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段によって第２のＣＴＳが受信された際に、前記宛先端末へ前記データフレームを送信するデータ送信手段と
   を有することを特徴とするアクセスポイント。
10. 第１のＣＴＳは、品質情報を含んでおり、
    前記待機制御手段は、前記データフレームの前記許容遅延時間Ｔａから、前記品質情報に基づく前記データフレームの送信完了までの所要送信時間Ｔｄを差し引いた差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）を、前記待機時間Ｔｗとする
    ことを特徴とする請求項９に記載のアクセスポイント。
11. 前記待機制御手段は、第１のＣＴＳを前記宛先端末から受信した際に、既に、前記差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）が０以下となる場合、前記データフレームを破棄することを特徴とする請求項１０に記載のアクセスポイント。
12. 無線リソース使用率ｒを常に監視する無線リソース監視手段を更に有し、
    前記待機制御手段は、マージン時間αとして、前記待機時間Ｔｗを以下の式によって算出し、
    Ｔｗ＝（Ｔａ−Ｔｄ）＋α
    前記無線リソース使用率ｒによって前記マージン時間αを変更する
    ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のアクセスポイント。
13. 前記待機制御手段は、全ての端末の無線リソース利用率の合計に対する、当該端末の無線リソース利用率の割合ｒ／Σｒが、所定閾値ｘよりも小さい場合、当該端末のマージン時間αはそのまま維持し、所定閾値ｘ以上である場合、当該端末のマージン時間αを減らすことを特徴とする請求項１２に記載のアクセスポイント。
14. 前記待機制御手段は、前記差分時間（Ｔａ−Ｔｄ）が所定閾値よりも長い場合、再度、第１のＲＴＳを前記宛先端末へ送信するように第１のＲＴＳ／ＣＴＳ手段へ指示し、
    第１のＣＴＳ受信手段は、前記品質情報を含む第１のＣＴＳを再度受信した際に、前記品質情報を更新することを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載のアクセスポイント。
15. 前記待機制御手段は、当該データフレームが、既に設定されたｋ個のＮＡＶ時間間隔Ｔｎ（ｋ）に衝突するために送信できない場合、許容遅延時間Ｔａ内に存在するＮＡＶ時間間隔Ｔｎ（ｋ）を除く１つ以上（ｉ）の空き連続時間間隔Ｔｃ（ｉ）を導出し、各Ｔｃ（ｉ）についてＴｃ（ｉ）≧所要送信時間Ｔｄとなる空き連続時間間隔Ｔｃ（ｉ）を列挙し、
    Ｔｃ（ｉ）−Ｔｄが最小となるＴｃ（ｉ）に割り当てるか、又は、
    許容遅延時間Ｔａに最も近いＴｃ（ｉ）に割り当てる
    ことを特徴とする請求項１０から１４のいずれか１項に記載のアクセスポイント。
16. 請求項９から１５のいずれか１項に記載のアクセスポイントと通信する端末であって、
    前記アクセスポイントから第１のＲＴＳを受信した際に、品質情報を含む第１のＣＴＳを前記アクセスポイントへ送信する第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
    前記アクセスポイントから第２のＲＴＳを受信した際に、第２のＣＴＳを前記アクセスポイントへ送信する第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
    前記アクセスポイントから前記データフレームを受信するデータ受信手段と
    を有することを特徴とする端末。
17. 第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段が、前記アクセスポイントから他の端末へ送信された第２のＲＴＳを検出した際に、チャネルの使用を延期するＮＡＶ期間へ移行し、
    第２のＣＴＳによって前記他の端末から前記アクセスポイントへデータフレームが送信された後、前記ＮＡＶ期間を停止する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の端末。
18. ＩＥＥＥ８０２．１１のＤＣＦ方式に基づいて、端末と通信するアクセスポイントに搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
    許容遅延時間Ｔａを要するデータフレームを宛先端末へ送信する際に、第１のＲＴＳを、前記宛先端末へ送信し、前記宛先端末から、第１のＣＴＳを受信する第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
    第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段によって第１のＣＴＳが受信された際に、前記データフレームの前記許容遅延時間Ｔａに応じた待機時間Ｔｗだけ待機する待機制御手段と、
    前記待機制御手段の前記待機時間Ｔｗの経過後、第２のＲＴＳを前記宛先端末へ送信し、前記宛先端末から、第２のＣＴＳを受信する第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
    第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段によって第２のＣＴＳが受信された際に、前記宛先端末へ前記データフレームを送信するデータ送信手段と
    してコンピュータを機能させることを特徴とするアクセスポイント用のプログラム。
19. 請求項９から１５のいずれか１項に記載のアクセスポイントと通信する端末に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
    前記アクセスポイントから第１のＲＴＳを受信した際に、品質情報を含む第１のＣＴＳを前記アクセスポイントへ送信する第１のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
    前記アクセスポイントから第２のＲＴＳを受信した際に、第２のＣＴＳを前記アクセスポイントへ送信する第２のＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手段と、
    前記アクセスポイントから前記データフレームを受信するデータ受信手段と
    してコンピュータを機能させることを特徴とする端末用のプログラム。

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