JP2009296243A

JP2009296243A - 無線通信装置

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Publication number: JP2009296243A
Application number: JP2008147107A
Authority: JP
Inventors: Taisuke Kamimura; 泰介上村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2009-12-17

Abstract

【課題】ビーコンフレームのフレーム長を短縮化し、短縮された分だけ伝送帯域を開放し、伝送帯域を抑制して効率的にビーコンフレームを送信し、無線通信品質を向上させる。
【解決手段】本発明の一態様において、無線通信装置ＡＰは、ビーコンフレーム用の複数のエレメントのうち、ビーコンフレーム送信で毎回無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎに送る必要がある少なくとも一つの第１の優先度のエレメントの全てと、ビーコンフレーム送信で毎回無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎに送る必要がない少なくとも一つの第２の優先度のエレメントのうち所定の選択条件を満たすと判断された第２の優先度のエレメントとを含むビーコンフレーム１１を生成するフレーム生成手段４と、フレーム生成手段４によって生成されたビーコンフレーム１１を、無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎに送信する通信手段５とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信装置に関する。

近年のＬＡＮ（Local Area Network）技術の進歩に伴い、オフィス環境では、ＰＣ（Personal Computer）間の接続を中心として、ネットワーク化が進行している。

有線ＬＡＮの普及の一方で、ＬＡＮの有線部分の全部又は一部を無線で置換する無線ＬＡＮも普及しつつある。

例えば、有線ＬＡＮに無線基地局を接続し、この基地局に複数の携帯型ＰＣを無線で接続する。携帯型ＰＣから、有線ＬＡＮに通信可能に接続されているデスクトップＰＣのファイルを編集すると、携帯型ＰＣは有線ＬＡＮに対して無線アクセスを行っていることになる。

また、例えば、無線基地局と携帯型ＰＣの部分を切り出してみると、この部分は、無線ＬＡＮを形成している。

無線ＬＡＮは、伝送路として電波又は赤外線などを利用するため、配線の敷設が不要である、ネットワークの新設又はレイアウト変更が容易である、などの利点を持つ。

無線ＬＡＮの導入のため、IEEE802.11で標準化が図られている。IEEE802.11では、１９９２年に２．４GHz帯の無線ＬＡＮ仕様を完成させ、１９９９年に５GHz帯の無線ＬＡＮ仕様を完成させている。上記のようなＰＣ環境におけるIEEE802.11e規格準拠の無線通信システムでは、ＱｏＳ機能である優先順位制御、帯域保証制御を使用した通信方法により、ＡＶストリーム（情報）を高品質かつ高スループットで送信することを目的としている。IEEE802.11e規格準拠のＡＶ通信システムは、様々な環境に使用される可能性がある。例えば、家庭内におけるホームサーバなどのようなアクセスポイント（ＡＰ）と、デジタルテレビジョン、ＤＶＤ機器、ＰＣなどのようなステーション（ＳＴＡ）との間でＡＶストリーム又はＰＣネットワークストリームを無線により通信するホームネットワークなどにおいて、IEEE802.11e規格準拠の通信システムが用いられることが考えられる。

IEEE802.11規格において、ＡＰは、ＢＳＳ（ＡＰが形成している無線ネットワーク）内のＳＴＡに、ＢＳＳ情報（ＳＳＩＤ番号、サポートレートなど）を設定したビーコン（Beacon）フレームをブロードキャスト送信する。

ビーコンフレームのボディ長は、Legacy802.11規格に対して、新たに802.11e、802.11i、802.11hなどの規格が加わる予定であり、さらに長くなる傾向にある。

２．４GHz帯を使用している802.11b、802.11gでは、ビーコンフレームの送信レートは、１Mbpsと低レートであることから、ビーコンフレーム送信によりさらに送信帯域を消耗する。

特許文献１は、フレームを種類に応じて複数のクラスに分類し、それぞれのクラスに対して優先度を設定し、高優先グループに属するクラスのフレームを優先してスケジューリングを行う技術を開示している。
特開２００４−２３６１７２号公報

本発明は、ビーコンフレームに含めるエレメント毎に優先度付けを行い、優先順位にしたがってエレメントをビーコンフレームに含め、ビーコンフレームのフレーム長を短縮化する無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様において、無線通信装置は、ビーコンフレーム用の複数のエレメントのうち、ビーコンフレーム送信で毎回無線端末に送る必要がある少なくとも一つの第１の優先度のエレメントの全てと、ビーコンフレーム送信で毎回前記無線端末に送る必要がない少なくとも一つの第２の優先度のエレメントのうち所定の選択条件を満たすと判断された第２の優先度のエレメントとを含むビーコンフレームを生成するフレーム生成手段と、フレーム生成手段によって生成されたビーコンフレームを、無線端末に送信する通信手段と
を具備する。

本発明により、ビーコンフレームのフレーム長を短縮化することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の各図において同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

（第１の実施の形態）
本実施の形態においては、ビーコンフレームのボディに乗せる各種情報（エレメント単位の情報）毎に、優先度が設定されており、優先順位に応じてビーコンフレームのボディに乗せるエレメントを選択し、生成されたビーコンフレームを送信する無線通信装置について説明する。優先度は、例えば、ビーコンフレーム送信時に無線端末が必ず受信する必要のあるエレメントに高い優先度を付し、ビーコンフレーム送信時に無線端末が毎回受信する必要のないエレメントに低い優先度を付す。

図１は、本実施の形態に係る基地局（ビーコンフレーム送信側の無線通信装置）ＡＰを備えた無線通信システムの一例を示すブロック図である。

無線通信システム１は、基地局ＡＰと、複数の無線端末（データ受信側の無線通信装置）ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎとを具備する。無線通信システム１は、基地局ＡＰによって管理される。基地局ＡＰと無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎとの間は、無線によるデータ通信が可能である。無線通信システム１は、原則的には、IEEE802.11諸規格に準拠しているが、ビーコンフレームの生成に特徴を持たせている。

基地局ＡＰは、記憶装置２ａ〜２ｅと、管理部１２と、エレメント選択部３と、フレーム生成部４と、通信部５とを具備する。本実施の形態において、管理部１２、エレメント選択部３、フレーム生成部４は、ＣＰＵなどのプロセッサ６がプログラム７を実行し、情報管理アルゴリズム、エレメント選択アルゴリズム、ビーコン生成アルゴリズムにそって処理を実行することにより実現されるとする。しかしながら、管理部１２、エレメント選択部３、フレーム生成部４のうちの少なくとも一つは、例えば、ハードウェアにより形成されるなど、他の手法により実現されるとしてもよい。

基地局ＡＰは、例えば、ビーコンフレームを送信するたびに無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎに送信しなくてもよい優先度の低い少なくとも一つのエレメントを、ビーコンフレームに毎回設定するのではなく間隔を空けて（例えば間欠的に）ビーコンフレームに設定し、このビーコンフレームを無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎに送信する。

記憶装置２ａ〜２ｅは、それぞれプログラム７、優先度データ８、管理データ９、エレメント選択結果データ１０、生成されたビーコンフレーム１１を記憶する。

記憶装置２ａに記憶されているプログラム７は、上述したように、プロセッサ６に、情報管理アルゴリズム、エレメント選択アルゴリズム、ビーコン生成アルゴリズムにそった処理を実現させるためのプログラムである。

優先度データ８は、複数のエレメントの識別情報（エレメントＩＤ）について、それぞれの優先度を関係付けたデータである。

本実施の形態の優先度データ８において、ビーコンフレーム送信時に必ず無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎに送信しなければならない少なくとも一つのエレメントの識別情報には、優先度１が関係付けされている。また、優先度データ８において、ビーコンフレーム送信時に毎回無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎに送信しなくてもよいエレメントの識別情報には、優先度１より優先度の低い優先度２、３…が関係付けされている。本実施の形態においては、優先度の数が小さいほど優先度が高く、優先度の数が大きいほど優先度が低いとする。そして、本実施の形態においては、優先度が高いほど、送信される回数が多くなるようにする。

管理部１２は、基地局ＡＰと無線端末ＳＴＡ〜ＳＴＡｎとの間でのデータ通信に関する各種情報を含む管理データ９の管理を行い、この管理データ９を記憶装置２ｃに記憶する。

管理データ９は、例えば、エレメントの選択履歴、送信されたエレメントの内容、エレメントに変更があったか否かを表す情報、アクティブリクエストフレームに応じたフレームの送信か否かを表す情報、ビーコンフレームの送信回数、奇数回目の送信か偶数回目の送信かを示す情報など、基地局ＡＰから無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎへのビーコンフレームの送信状況を示す情報を含む。

エレメント選択部３は、ビーコンインターバル（ビーコンフレームを送信する間隔）ごとに、記憶装置２ｂに記憶されている優先度データ８と記憶装置２ｃに記憶されている管理データ９とに基づいて、エレメントの選択・制限を行い、エレメント選択結果データ１０を記憶装置２ｄに記憶する。

フレーム生成部４は、記憶装置２ｄのエレメント選択結果データ１０に基づいて、ベッダー部と、エレメント選択部３によって選択されたエレメントとを含むビーコンフレーム１１を生成し、生成されたビーコンフレーム１１を記憶装置２ｅに記憶する。

通信部５は、フレーム生成部４によって生成され、記憶装置２ｅに記憶されたビーコンフレーム１１を、ビーコンインターバル毎に無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎに送信する。

なお、この図１の基地局ＡＰにおいて、管理部１２、エレメント選択部３、フレーム生成部４、通信部５の間でのデータの受け渡しは、記憶装置２ｃ，２ｄ，２ｅを介して行われているが、これに限定されるのもではなく、管理部１２からエレメント選択部３へデータが出力され、エレメント選択部３からフレーム生成部４へデータが出力され、フレーム生成部４から通信部５へデータが出力されるとしてもよい。

ＢＢＳに参入している無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎは、ビーコンインターバル毎に基地局ＡＰから送信されてくるビーコンフレーム１１を受信する。無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎに受信されるビーコンフレーム１１には、毎回全てのエレメントが含まれている必要はない。無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎは、全てのエレメントをビーコンインターバルごとに参照する必要もない。エレメントの内容が変化する頻度や、その内容の重要性に応じて、エレメントには優先度が設定されている。

無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎは、基地局ＡＰから受信したビーコンフレーム１１に含まれているエレメントを記憶し、記憶済みのエレメントについては新たに受信したエレメントの内容で更新を行う。

図２は、一般的なビーコンフレームの一例を示すブロック図である。

一般的なビーコンフレームは、ヘッダ部と各種エレメントとにより構成される。また、エレメントは、エレメントの識別情報、エレメントの長さ、データを含む。

図３は、本実施の形態に係るビーコンフレーム１１の内容の変化の一例を示す図である。

例えば、エレメント選択部３は、最も優先度の高い優先度１のエレメントＥ１を、毎回ビーコンフレームのフレームボディに乗せるために選択する。例えば、SSIDエレメントを優先度１とする。

エレメント選択部３は、管理データ９のエレメント選択履歴、ビーコンフレーム送信回数などに基づいて、優先度１より優先度の低い少なくとも一つの優先度２のエレメントＥ２について、複数回のビーコンフレーム送信に対して、この回数よりも少ない回数だけ優先度２のエレメントＥ２を選択する。例えば、エレメント選択部３は、優先度２のエレメントＥ２を、ビーコンフレーム送信の２回に１回（１回おきに）選択する。そして、フレーム生成部３は、ビーコンフレーム送信の２回に１回、優先度２のエレメントＥ２をビーコンフレームのフレームボディに乗せる。例えば、CAPABILITYエレメントを優先度２とする。ここで、優先度２のエレメントＥ２が複数ある場合は、この複数の優先度２のエレメントを２つのグループに分けて、各グループを順番に選択し、この選択されたグループのエレメントをフレームボディに乗せるとしてもよい。

エレメント選択部３は、優先度１より優先度の低い複数の優先度３のエレメントＥ３−１〜Ｅ３−７をグルーピングし、このグループ内でラウンドロビン方式により順番にエレメントを選択する。フレーム生成部３は、優先度３のグループ内のエレメントのうち、選択されたエレメントをフレームボディに乗せる。例えば、SUPPORT RATEエレメント、EDCAエレメント、COUNTRYエレメント、RSNエレメント、などを優先度３とする。

なお、エレメント選択部３は、ボディに配置されるエレメントの合計数は、所定数（この図２の例では４）とし、配置されるエレメントの合計数がこの所定数となるように優先度３のエレメントの選択数を調整するとしてもよい。

本実施の形態においては、優先度１のエレメントの選択をエレメント選択部３で行うとしているが、エレメント選択部３では、優先度２以下の優先度のエレメントを選択し、優先度１のエレメントについてはフレーム生成部４が単に優先度１のエレメントの全てをヘッダ部に付すとしてもよい。

本実施の形態に係るビーコンフレームの生成と送信は、パッシブスキャンとアクティブスキャンの双方に対応可能である。パッシブスキャンとは、無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎが、基地局ＡＰからビーコンインターバル毎に送信されるビーコンフレームを受信し、ＢＳＳ情報を取得するスキャン方法である。アクティブスキャンとは、ＢＳＳ参入時に無線端末が、基地局ＡＰにアクティブリクエストフレームを送信し、基地局ＡＰからビーコンフレームと同等なProbe Response フレームを受信し、ＢＳＳ情報を取得するスキャン方法である。

以上説明した本実施の形態においては、エレメントの優先度に応じてビーコンフレーム１１に乗せられるエレメントが選択され、この選択されたエレメントを乗せたビーコンフレーム１１が基地局ＡＰから無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎに送信される。

したがって、１回で送信されるビーコンフレーム１１のフレーム長を短縮することができ、短縮された分だけ、伝送帯域を開放することができ、伝送帯域を抑制して効率的にビーコンフレーム１１を送信することができ、無線通信品質を向上させることができる。

具体的には、例えば、Legacy 802.11規格に新たに追加される予定の802.11e、802.11i、802.11h規格、及び他規格によるビーコンフレームのフレーム長の延長による帯域消費を低減させることができる。

２．４GHz帯を使用している802.11b、802.11g規格を適用した無線通信システムにおいて、ビーコンフレームの低レート送信の影響を低減できる。例えば、802.11b、802.11g規格を適用した無線通信システムにおいて、ビーコンインターバル＝５０msec、Phy Rate＝１Mbps、一回の送信で削除可能なビーコンフレームのボディ長＝２００バイトとすると、この２００バイトで消費されていた２．４％相当の帯域を有効に利用できる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態においては、アービトレーション・アルゴリズムにしたがって、ビーコンフレームのボディに乗せるエレメントを選択する無線通信装置について説明する。なお、本実施の形態に係る無線通信装置において、基本的な構成は上記第１の実施の形態の基地局ＡＰと同様であるが、エレメント選択部３における処理が異なっている。

図４は、アービトレーション・アルゴリズムによるエレメントの選択の状態の一例を示す図である。本実施の形態に係るアービトレーション・アルゴリズムでは、階層的な優先度に応じて階層的な循環が行われる。

最も優先度の高い少なくとも一つの優先度１のエレメントＥ１は、毎回選択され、ビーコンフレームのボディに乗せられる。

複数の優先度２のエレメント（図３の例では３つのエレメントＥ２−１〜Ｅ２−３）と、優先度２より優先度の低い複数の優先度３のエレメントＥ３−１〜Ｅ３−３を含むグループＧ３のうちのいずれかとの間で、順番にエレメントの選択が行われる。

グループＧ３に属するエレメントＥ３−１〜Ｅ３−３のいずれかについては、さらにこの優先度３グループに属する複数のエレメントＥ３−１〜Ｅ３−３が順番に選択される。

以上説明したように、本実施の形態においては、優先順位に基づいて、ビーコンフレーム送信時に無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎが必ず受信する必要のあるエレメントの全てを毎回選択し、ビーコンフレーム送信時に無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎが毎回受信する必要のない複数のエレメントを循環（アービトレーション）させて選択し、選択されたエレメントをビーコンフレームのボディに乗せる。

これにより、１回で送信されるビーコンフレームのフレーム長を短縮することができ、短縮された分だけ、伝送帯域を開放することができ、伝送帯域を抑制して効率的にビーコンフレームを送信することができ、無線通信品質を向上させることができる。

本実施の形態に係るビーコンフレームの生成と送信は、パッシブスキャンとアクティブスキャンの双方に対応可能である。

（第３の実施の形態）
本実施の形態においては、アクティブスキャン方式の場合に用いられるエレメント選択について説明する。

本実施の形態に係る無線通信装置において、基本的な構成は上記第１の実施の形態の基地局ＡＰと同様であるが、エレメント選択部３における処理とエレメント選択部３に用いられる管理データ９の内容とが異なっている。

本実施の形態において、管理データ９は、送信されたエレメントの内容又は変更が生じたエレメントの識別情報を含む。

本実施の形態において、優先度データ８では、ビーコンフレームに毎回乗せなければならないエレメント（例えばＳＳＩＤエレメントなど）について優先度１が対応付けされている。優先度データ８では、ビーコンフレームに毎回乗せなくてもよい少なくとも一つのエレメントについて優先度１より低い優先度が対応付けされている。

本実施の形態に係る無線通信装置のエレメント選択部は、ビーコンフレームに毎回乗せなければならないエレメント（例えばＳＳＩＤエレメントなど）を毎回ビーコンフレームのボディに乗せるために選択する。

本実施の形態に係るエレメント選択部は、無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎのいずれかからアクティブリクエストフレームを受信した場合に、優先度１のエレメントに加えて、優先度１より低い優先度のエレメントも全て選択する。

本実施の形態に係るエレメント選択部は、アクティブリクエストフレームを受信していない場合のビーコンフレーム送信時において、管理データ９に基づいて、優先度１より低い優先度のエレメントに変更が生じているか否か判断し、優先度１のエレメントの全てに加えて、変更が生じているエレメントの全てを選択する。

以上説明した本実施の形態においては、エレメントの優先度、アクティブリクエストの受信の有無、エレメントに変更が生じているか否かの判断結果に基づいて、フレームに乗せられるエレメントが選択され、この選択されたエレメントを乗せたフレームが基地局ＡＰから無線端末に送信される。

上記実施の形態で説明した各構成要素は、自由に組み合わせてもよく、また、分割してもよい。例えば、管理部１２と、エレメント選択部３と、フレーム生成部４とを組み合わせてもよい。フレーム生成部４と通信部５とを組み合わせてもよい。また、記憶装置２ａ〜２ｅは自由に組み合わせることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る基地局を備えた無線通信システムの一例を示すブロック図。一般的なビーコンフレームの一例を示すブロック図。第１の実施の形態に係るビーコンフレームの内容の変化の一例を示す図。本発明の第２の実施の形態に係るアービトレーション・アルゴリズムによるエレメントの選択の状態の一例を示す図。

符号の説明

１…無線通信システム、ＡＰ…基地局、ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎ…無線端末、２ａ〜２ｅ…記憶装置、３…エレメント選択部、４…フレーム生成部、５…通信部、６…プロセッサ、７…プログラム、８…優先度データ、９…管理データ、１０…エレメント選択結果データ、１１…ビーコンフレーム、１２…管理部

Claims

ビーコンフレーム用の複数のエレメントのうち、ビーコンフレーム送信で毎回無線端末に送る必要がある少なくとも一つの第１の優先度のエレメントの全てと、ビーコンフレーム送信で毎回前記無線端末に送る必要がない少なくとも一つの第２の優先度のエレメントのうち所定の選択条件を満たすと判断された第２の優先度のエレメントとを含むビーコンフレームを生成するフレーム生成手段と、
前記フレーム生成手段によって生成されたビーコンフレームを、無線端末に送信する通信手段と
を具備する無線通信装置。
請求項１記載の無線通信装置において、
複数の前記第２の優先度のエレメントの選択履歴を表す管理データを記憶手段に記憶する管理手段と、
前記管理データに基づいて、ラウンドロビン又はアービトレーション・アルゴリズムによる循環にしたがって、前記複数の第２の優先度のエレメントの中から少なくとも一つの第２の優先度のエレメントを選択するエレメント選択手段と
をさらに具備し、
前記フレーム生成手段は、前記少なくとも一つの第１の優先度のエレメントの全てと、前記エレメント選択手段によって選択された少なくとも一つの第２の優先度のエレメントとを含むビーコンフレームを生成する
ことを特徴とする無線通信装置。
請求項１記載の無線通信装置において、
前記少なくとも一つの第２の優先度のエレメントの選択履歴を表す管理データを記憶手段に記憶する管理手段と、
前記管理データに基づいて、複数回のビーコンフレーム送信に対して、当該複数回よりも少ない回数だけ前記少なくとも一つの第２の優先度のエレメントを選択するエレメント選択手段と
をさらに具備し、
前記フレーム生成手段は、前記少なくとも一つの第１の優先度のエレメントの全てと、前記エレメント選択手段によって選択された第２の優先度のエレメントとを含むビーコンフレームを生成する
ことを特徴とする無線通信装置。
請求項１記載の無線通信装置において、
前記無線端末に送信された第２の優先度のエレメントの内容又は前記無線端末に送信された第２の優先度のエレメントに変更があったか否かを示す情報を表す管理データを記憶手段に記憶する管理手段と、
前記管理データに基づいて、前記少なくとも一つの第２の優先度のエレメントのうち、内容が変更されているエレメントを選択するエレメント選択手段と
をさらに具備し、
前記フレーム生成手段は、前記第１の優先度のエレメントの全てと、前記エレメント選択手段によって選択された第２の優先度のエレメントとを含むビーコンフレームを生成する
ことを特徴とする無線通信装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の無線通信装置において、
前記フレーム生成手段は、前記無線端末から受信したアクティブリクエストフレームに応じて送信されるフレームを生成する場合、前記少なくとも一つの第１の優先度のエレメントの全てと前記少なくとも一つの第２の優先度のエレメントの全てとを含むフレームを生成する
ことを特徴とする無線通信装置。