JP2008508773A

JP2008508773A - 無線ｌａｎで負荷バランシングするシステム及び方法

Info

Publication number: JP2008508773A
Application number: JP2007523221A
Authority: JP
Inventors: ジョォン，ジュン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2008-03-21
Also published as: KR20070048172A; CN101002431A; EP1774722A1; US20080095048A1; WO2006013533A1

Abstract

無線LANで負荷バランシングするシステム及び方法が提供される。システム及び方法は、負荷バランシング目的用の管理フレームを有する新しい管理コマンドを使用する。新しい“負荷バランシング”管理フレームは、２つの部分のフレーム主部（少なくとも１つのAP情報セット及び少なくとも１つの切替え条件セット）を有する。切替え条件セットは、所定のアルゴリズムの仕様を更に有してもよい。

Description

本発明は、無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）で負荷バランシングするシステム及び方法に関する。特に、本発明は、WLANに参加する装置間でトラヒックをバランシングする際に使用される管理フレーム及び手順を提供する。特に、本発明は、トラヒック負荷をバランシングするためにWLANの装置間でトラヒックを切り替える管理フレーム及び手順を提供する。

近年、IEEE802.11のWLAN製品がWLAN市場に普及するようになってきている。物理レイヤユニットをサポートするWLANの媒体アクセス制御（MAC）及び物理特性は、IEEE802.11標準に指定されており、International Standard ISO/IEC 8802-11, “Information Technology-Telecommunications and Information Exchange Area Networks”1999 Editionに規定されている。この内容の全てが参照として取り込まれる。

IEEE802.11標準は、２つのトポロジ（インフラストラクチャ及びアドホック）のうち１つを有するものとして、無線ローカルエリアネットワークを規定する。インフラストラクチャトポロジでは、基本ネットワーク構成要素は無線局（STA）及びアクセスポイント（AP：Access Point）であり、アクセスポイント（AP）はSTAと外部ネットワークエンティティとの間でブリッジを行う。APは、分配システム（DS：distribution system）へのアクセスをSTAに提供し、無線ネットワークを少なくとも１つの外部ネットワーク（Ethernet LAN、インターネット）に接続する。従って、インフラストラクチャBSSが企業ネットワークで広く使用されている。STAはAPに関連付け、APを通じて他のSTAと通信する。単一のSTAは１つより多くのAPに関連付けることができ、STAは１つのAPから他のAPにローミングすることができる。アドホックトポロジでは、各STAはAPの補助なしに他のものと直接通信する。

図１は、典型的なIEEE802.11無線LAN設定を示しており、２つのインフラストラクチャ基本サービスセット（BSS：basic service set）100をサービス提供する２つのAP101が存在する。APの周辺の円102は、AP101のサービスエリアを示す。AP101のサービスエリア内のSTA103は、AP101と関連付けることができ、AP101によりサービス提供されるBSS102に属する。図１のAPサービスエリアの重複領域104が存在する点に留意すべきである。一方又は双方のAP101は、重複領域104でSTA105にサービス提供することができる。

無線ローカルエリアネットワークは、WLANの装置間で負荷バランシングをサポートする適切な機構が存在しないため、トラヒックの一様でない分布を受ける。かなりの進展にもかかわらず、今日のWLANは、有線の対応物と同じレベルの持続した帯域を依然として提供することができない。受信信号強度インジケータ（RSSI：received signal strength indicator）に基づく従来技術のアルゴリズムは、全てのSTA101が単一又は非常に少ないAP102に関連付けられ、これにより全体のネットワーク性能を低下させることを生じ得る。例えば、図１では、STA1-STA8は全てAP1と関連付けられ得る。この理由は、現在のIEEE802.11無線LAN標準は、どのようにSTAが何のBSSと関連付けるかを指定していないからである。

IEEE802.11MACのアクセス方法は、キャリア検知多重アクセス衝突回避（CSMA/CA：carrier sense multiple access with collision avoidance）である。CSMA/CAは送信前受信（listen before talk）方式を使用する。送信するデータを有するSTAは、まず無線チャネルを検知しなければならず、媒体が使用中でない場合にのみ、STAにより送信が始められ得る。

従って、無線ネットワークのAP間で負荷バランシングするシステム及び方法の必要性が当該業界に存在する。

本発明のシステム及び方法は、APによりSTAに送信される新しい管理フレームに基づく。本発明は、少なくとも１つの他のAPに切り替えることができることをSTAに通知するために、APが新しい管理フレームを使用し、また、STAが切り替えるべき条件についての関連情報をAPがSTAに提供するシステム及び方法を提供する。STAは、どのような場合にいつ切り替えるか、何のAPに切り替えるかを決定するために、所定の負荷バランシングアルゴリズムを使用する。

本発明のシステム及び方法の前記及び他の特徴は、本発明の以下の図面及び詳細な説明から明らかになる。

図面は単に本発明の概念を示す目的のものであり、本発明の限定の定義としての意図ではないことがわかる。図面に示して詳細な説明に記載する実施例は、例示的な実施例として使用されるべきであり、本発明を実施する唯一の方法として解釈されるべきではない。また、同じ参照数字（場合によっては必要に応じて参照文字で補われる）が、同様の要素を特定するために使用されている。

以下の説明は例示目的で提供されており、限定のためではないことが、当業者にわかる。本発明の要旨内及び特許請求の範囲内にある多数の変更が存在することを、当業者はわかる。既知の機能及び動作の不要な詳細は、本発明をあいまいにしないように、この説明から省略されることがある。

図１は、本発明の実施例が適用される代表的なインフラストラクチャ無線通信ネットワーク100を示している。このネットワークは、複数の無線AP装置101と、複数のSTA103とを有する。従来の手法では、STA₁-STA₈がAP₁に関連付けられ、STA₉がAP₂に関連付けられるアンバランスな負荷状態が生じることがある。従来の手法では、現在のIEEE802.11無線LAN標準は、どのようにSTAが何のBSSに加わるべきかを選択することを指定していない。従って、新しい局は、(1)帰属可能なAPの媒体を走査し、発見された各APに対応する受信信号強度インジケータ（RSSI：received signal strength indicator）を記録することにより、APを選択し得る。この結果は、負荷及び帯域がAP₁とAP₂との間で均等に共有されず、ネットワーク容量が十分に活用されないことになる。より良い対策は、AP間で負荷をバランシングすることである。

IEEE802.11無線LAN標準は、APが負荷を再バランシングする機構を提供しない。本発明のシステム及び方法によれば、AP₁がBSS₂に移るようにいくつかの局に要求することが望ましい。従って、図１に示すシナリオで、１つを除く全てのSTAが１つのAP（すなわちAP₁）によりサービス提供され、２つのAPでアンバランスな負荷を生じることが起こり得る。

本発明のシステム及び方法は、APがそのBSSに関連する全ての局（STA）に新しい管理コマンドを提供することを可能にすることにより、無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）への用途を有する。例えば、BSS₁のSTA₂は、周辺のBSS₂との重複領域104にあり、従って、BSS₂への切替えの候補である。このため、本発明は、少なくとも１つの所定のアンバランスな負荷条件が当てはまるときに、STAがAPを切り替えることを可能にする新しい管理フレーム300の形式での新しい管理コマンドを導入する。

第１の実施例では、STAが最初にAPのネットワークに加わるときに、APはSTAに管理フレームを送信する。第２の実施例では、負荷がアンバランスであることを決定するためにまずAPにより実行され、条件がSTAに当てはまることを確認するために関連のSTAにより実行される所定のアルゴリズムにより、少なくとも１つのアンバランスな条件が発見されることによって、負荷バランシングは動的に決定される。

本発明のシステム及び方法は、“負荷バランシング”と呼ばれるコマンドを追加する。このコマンドは、APによりSTAに送信される新しい管理フレーム300の形式をとる。図３は、第１の部分301と第２の部分302とを有するこの負荷バランシングコマンドの管理フレーム主部300を示している。

第１の部分301では、コマンドは、第２の部分302で指定されたアルゴリズムが満たされる場合に、このコマンドを受信したSTAが切り替えるべき候補AP_iを指定する。一般的な形式では、管理フレームは、STAが選択することができる負荷バランシング候補として少なくとも１つのAPを提供する。また、指定のAP_iの情報セット#iも第１の部分301に含まれる。少なくとも１つのAP_iの情報セット#iは、BSSID、動作チャネル、現在の負荷等を有する。

第２の部分302では、管理フレームは、コマンドを受信したSTAが指定のAP_iに切り替えるべき少なくとも１つのアルゴリズムを指定する。アルゴリズムは、以下のものを有するセットから選択される。
(1)−フレームの第１の部分の対応するAPのRSSIを取得し、
−候補APからのRSSIが所定の閾値を超過した場合に、管理フレームの第１の部分の候補APに切り替える。
(2)−フレームの第１の部分の対応するAPのRSSIを取得し、
−a.APの負荷が所定の閾値より下である場合、且つ、b.候補APからのRSSIが所定の閾値を超過した場合にのみ、管理フレームの第１の部分の候補APに切り替える。
(3)−フレームの第１の部分の対応するAPのRSSIを取得し、
−a.候補APの負荷と現在のAPの負荷との間の差が所定の閾値を超過した場合（すなわち、候補APが現在のAPよりかなり軽い負荷を有する場合）、且つ、b.候補APからのRSSIが所定の閾値を超過した場合にのみ、管理フレームの第１の部分の候補APに切り替える。

アルゴリズムが満たされない場合、STAは現在のAPに関連付けられたままになる。

図４は、既にAP_iに関連付けられているSTA_jにより受信された管理フレームを本発明に従って処理するフローチャートを示している。ステップ401において、STA_jは媒体を検知し、AP_iから管理フレーム300を受信する。ステップ402において、STA_jは受信した管理フレーム300を処理し、ステップ403においてAPを切り替えるか否かを決定し、ステップ404においてAP_mに切り替えるか、又はステップ401において媒体を検知することに戻るかを行う。

図５に戻り、各AP及びSTAは、いつSTAが他のAPに最初に加わるか、又は他のAPに切り替えるかを決定するための負荷バランシングを実行するように本発明に従って変更される。本発明の原理によれば、少なくとも１つのAP情報セット及び少なくとも１つの切替え条件（例えば所定のアルゴリズム）を有する管理フレームをAP101が送信してSTA103が受信することを可能にする管理コマンドが提供される。所定のアルゴリズムは、管理フレームの切替え条件で特定されてもよいが、存在しなくてもよい点に留意すべきである。図２は、STA₂105及びSTA₃105がAP₂107に切り替えるための管理コマンドを送信するために本発明を使用した結果の通信システム200を示している。

図１に示すWLAN100内の各無線装置101、103は、図５に示すアーキテクチャを有するシステムを有してもよい。各無線装置101、103は、無線媒体で通信する受信機501に結合されたアンテナ506を有してもよい。装置101、103は、プロセッサ502と負荷バランシングアルゴリズムモジュール504を更に有する。例えば、STAでは、プロセッサ502は、受信機501から１つ以上のAP情報セット301_i及び対応する切替え条件302_iの管理フレームを受信し、負荷バランシングアルゴリズムモジュール504を使用して管理フレームを処理し、STAがAPを切り替えるべきか否かを決定するように構成される。APでは、プロセッサ502は、管理コマンド（フレーム）300をフォーマットして送信機503を介して送信し、特定のAP301に切り替えることをSTAに指示して、切替えのための条件302（例えば、いつAPを切り替えるかを決定するためにSTAにより実行されるアルゴリズム）を指定するように構成される。

負荷バランシング用の管理コマンドのためのシステム及び方法は、IEEE802.11WLAN及び他の種類のWLANを含む無線LAN用のものでもよい。

本発明の好ましい実施例に適用されるものとして本発明の基本的な新規な特徴を図示して説明して指摘したが、本発明の要旨を逸脱することなく、記載された装置、開示された装置の形式及び詳細、並びにこれらの動作の様々な省略及び置換並びに変更が当業者により行われ得ることがわかる。同じ結果を実現するために実質的に同じ方法で実質的に同じ機能を実行するこれらの要素の全ての組み合わせが、本発明の範囲内であることを明示的に意図する。１つの実施例から他の実施例への要素の置換はもまた、十分に意図されており、考慮される。

本発明の実施例が適用されるアンバランスな負荷を有する重複するインフラストラクチャBSSの典型的な無線ネットワークアーキテクチャ本発明の実施例に従って変更されて再バランシングされた図１の重複するインフラストラクチャBSS 本発明の実施例による負荷バランシング用の管理フレーム本発明に従って負荷バランシング用の管理フレームを受信したときにSTAにより実行される処理フロー本発明の実施例に従って変更された無線装置のアーキテクチャ

Claims

複数のアクセスポイント（AP）と、関連する複数の局（STA）とを有する無線通信システムで負荷バランシングする方法であって：
少なくとも１つの他のAPについての少なくとも１つのAP情報セットと、少なくとも１つの切替え条件セットとを有する負荷バランシングコマンドを、関連するAPからSTAにより受信するステップと；
前記少なくとも１つのAP情報セットを使用して前記少なくとも１つの切替え条件セットの１つを満たすことに基づいて、関連するAPから前記少なくとも１つの他のAPに前記STAにより切り替え、アルゴリズムが満たされない場合に、前記STAは関連するAPに関連付けられたままになるステップと；
を有する方法。
前記少なくとも１つのAP情報セットは、基本サービスセット識別子と動作チャネルと現在の負荷とを有するセットから選択されたAPの少なくとも１つの情報項目を有する請求項１に記載の方法。
前記切替え条件セットは、
(1)−前記少なくとも１つのAP情報セットからの対応する候補APのRSSIを取得し、
−前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
(2)−フレームの第１の部分の対応するAPのRSSIを取得し、
−a.前記候補APの負荷が所定の閾値より下である場合、且つ、b.前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
(3)−前記少なくとも１つのAP情報セットからの対応するAPのRSSIを取得し、
−a.前記候補APの負荷と現在のAPの負荷との間の差が所定の閾値を超過した場合、且つ、b.前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
を有するグループから選択された少なくとも１つのアルゴリズムを有する請求項１に記載の方法。
前記少なくとも１つのAP情報セットは、基本サービスセット識別子と動作チャネルと現在の負荷とを有するセットから選択されたAPの少なくとも１つの情報項目を有する請求項３に記載の方法。
前記負荷バランシングコマンドは、前記少なくとも１つのAP情報セットと、前記少なくとも１つの対応する切替え条件セットとを有する管理フレームである請求項１に記載の方法。
前記少なくとも１つのAP情報セットは、基本サービスセット識別子と動作チャネルと現在の負荷とを有するセットから選択されたAPの少なくとも１つの情報項目を有する請求項５に記載の方法。
前記少なくとも１つの対応する切替え条件セットは、
(1)−前記少なくとも１つのAP情報セットからの対応する候補APのRSSIを取得し、
−前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
(2)−フレームの第１の部分の対応するAPのRSSIを取得し、
−a.前記候補APの負荷が所定の閾値より下である場合、且つ、b.前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
(3)−前記少なくとも１つのAP情報セットからの対応するAPのRSSIを取得し、
−a.前記候補APの負荷と現在のAPの負荷との間の差が所定の閾値を超過した場合、且つ、b.前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
を有するグループから選択された少なくとも１つのアルゴリズムを有する請求項６に記載の方法。
複数のアクセスポイント（AP）と、関連する複数の局（STA）とを有する無線通信システムで負荷バランシングする方法であって：
少なくとも１つの他のAPについての少なくとも１つのAP情報セットと、少なくとも１つの対応する切替え条件セットとを有する負荷バランシングコマンドを、関連するSTAにAPにより送信するステップと；
前記少なくとも１つの他のAPの情報セットを使用して前記少なくとも１つの対応する切替え条件セットの１つを満たすことに基づいて、関連するAPから前記少なくとも１つの他のAPに前記STAにより切り替えるステップと；
を有する方法。
前記少なくとも１つのAP情報セットは、基本サービスセット識別子と動作チャネルと現在の負荷とを有するセットから選択されたAPの少なくとも１つの情報項目を有する請求項８に記載の方法。
前記少なくとも１つの対応する切替え条件セットは、
(1)−前記少なくとも１つのAP情報セットからの対応する候補APのRSSIを取得し、
−前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
(2)−フレームの第１の部分の対応するAPのRSSIを取得し、
−a.前記候補APの負荷が所定の閾値より下である場合、且つ、b.前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
(3)−前記少なくとも１つのAP情報セットからの対応するAPのRSSIを取得し、
−a.前記候補APの負荷と現在のAPの負荷との間の差が所定の閾値を超過した場合、且つ、b.前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
を有するグループから選択された少なくとも１つのアルゴリズムを有する請求項８に記載の方法。
前記少なくとも１つのAP情報セットは、基本サービスセット識別子と動作チャネルと現在の負荷とを有するセットから選択されたAPの少なくとも１つの情報項目を有する請求項１０に記載の方法。
前記負荷バランシングコマンドは、前記少なくとも１つのAP情報セットと、前記少なくとも１つの対応する切替え条件セットとを有する管理フレームである請求項８に記載の方法。
前記少なくとも１つのAP情報セットは、基本サービスセット識別子と動作チャネルと現在の負荷とを有するセットから選択されたAPの少なくとも１つの情報項目を有する請求項１２に記載の方法。
前記少なくとも１つの対応する切替え条件セットは、
(1)−前記少なくとも１つのAP情報セットからの対応する候補APのRSSIを取得し、
−前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
(2)−フレームの第１の部分の対応するAPのRSSIを取得し、
−a.前記候補APの負荷が所定の閾値より下である場合、且つ、b.前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
(3)−前記少なくとも１つのAP情報セットからの対応するAPのRSSIを取得し、
−a.前記候補APの負荷と現在のAPの負荷との間の差が所定の閾値を超過した場合、且つ、b.前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
を有するグループから選択された少なくとも１つのアルゴリズムを有する請求項１３に記載の方法。
局（STA）により１つのアクセスポイント（AP）から他のAPに切り替える装置であって：
APについての少なくとも１つの情報セットと、少なくとも１つの対応する切替え条件セットとを有する負荷バランシングコマンドを受信するように動作可能な受信機と；
少なくとも１つの所定のアルゴリズムで前記少なくとも１つのAP情報セットを使用し、いつ前記少なくとも１つの対応する切替え条件セットが満たされたかを決定する負荷バランシングアルゴリズム処理モジュールと；
メッセージを送信するように動作可能な送信機と；
前記受信機と前記負荷バランシングアルゴリズムモジュールと前記送信機とに動作可能に結合され、受信した負荷バランシングコマンドを受領し、前記コマンドを処理して、存在する場合には、前記STAが切り替えるべき新しいAPを決定するように前記負荷バランシングアルゴリズム処理モジュールに指示し、前記新しいAPに前記STAを切り替える管理フレームを送信するように前記送信機に指示するプロセッサと；
を有する装置。
APについての前記少なくとも１つの情報セットは、基本サービスセット識別子と動作チャネルと現在の負荷とを有するセットから選択されたAPの少なくとも１つの情報項目を有する請求項１５に記載の装置。
前記少なくとも１つの切替え条件セットは、
(1)−前記少なくとも１つのAP情報セットからの対応する候補APのRSSIを取得し、
−前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
(2)−フレームの第１の部分の対応するAPのRSSIを取得し、
−a.前記候補APの負荷が所定の閾値より下である場合、且つ、b.前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
(3)−前記少なくとも１つのAP情報セットからの対応するAPのRSSIを取得し、
−a.前記候補APの負荷と現在のAPの負荷との間の差が所定の閾値を超過した場合、且つ、b.前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
を有するグループから選択された少なくとも１つのアルゴリズムを有する請求項１５に記載の装置。
APについての前記少なくとも１つの情報セットは、基本サービスセット識別子と動作チャネルと現在の負荷とを有するセットから選択されたAPの少なくとも１つの情報項目を有する請求項１７に記載の装置。
前記負荷バランシングコマンドは、前記少なくとも１つの情報セットと、前記少なくとも１つの対応する切替え条件セットとを有する管理フレームである請求項１５に記載の装置。
APについての前記少なくとも１つの情報セットは、基本サービスセット識別子と動作チャネルと現在の負荷とを有するセットから選択されたAPの少なくとも１つの情報項目を有する請求項１９に記載の装置。
前記少なくとも１つの対応する切替え条件セットは、
(1)−前記少なくとも１つのAP情報セットからの対応する候補APのRSSIを取得し、
−前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
(2)−フレームの第１の部分の対応するAPのRSSIを取得し、
−a.前記候補APの負荷が所定の閾値より下である場合、且つ、b.前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
(3)−前記少なくとも１つのAP情報セットからの対応するAPのRSSIを取得し、
−a.前記候補APの負荷と現在のAPの負荷との間の差が所定の閾値を超過した場合、且つ、b.前記候補APの前記RSSIが所定の閾値を超過した場合に、前記候補APに切り替えることと；
を有するグループから選択された少なくとも１つのアルゴリズムを有する請求項２０に記載の装置。