JP2009516415A

JP2009516415A - 無線通信チャネル品質調節方法および該方法を用いた無線通信装置

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Publication number: JP2009516415A
Application number: JP2008539930A
Authority: JP
Inventors: ジュン−ファンキム; ジェ−ドホ
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Current assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2009-04-16
Also published as: US7817577B2; KR20070050232A; US20090109866A1; WO2007055512A1; KR100748086B1

Abstract

以前に送信に失敗したデータフレームの数と、受信信号強度（ＲＳＳ）との観測結果の組合せに基づいて、複数の無線通信チャネルをより正確に予測して調節することができる、無線通信チャネル品質調節方法を開示し、さらに、当該チャネルを介したデータ伝送の信頼度を高めたことによる、該方法を用いた無線通信装置を開示する。本方法は、データフレームが送信に成功したか否かに関する情報と、無線通信チャネルのＲＳＳに関する情報とを収集する段階と、収集した情報を使用して、予め定められた観測期間の間の、送信に失敗したデータフレームの数と、ＲＳＳの平均値とを取得する段階と、取得した送信に失敗したデータフレームの数を、予め定められた閾値と比較し、取得したＲＳＳの平均値を、予め定められた基準ＲＳＳと比較する段階と、比較した２つの結果に対してＡＮＤ演算を実行することによって、無線通信チャネルの品質、詳細には、品質低下因子を予測する段階とを備える。したがって、チャネル品質を安定的に調節することが可能となる。

Description

本発明は、無線通信チャネル品質調節方法に関する。本発明は、より詳細には、無線通信装置の媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層が、以前の無線通信チャネルの伝送状態を分析して、当該分析結果にしたがって今後の伝送状態を予測することにより、無線通信チャネルの伝送品質を調節する方法、及び該方法を用いた無線通信装置に関する。

一般に、無線通信装置は、無線通信チャネルを介してデータを送受信する装置のことを指す。この無線通信装置は、ノートブックコンピュータ、デスクトップコンピュータ、または携帯情報端末（ＰＤＡ）などのデータ処理装置の内部、または外部に設けられ、前記データ処理装置と他のデータ処理装置との間でデータ交換を可能にする。図１は、一般的な無線通信システムの構成を簡略的に示している。無線通信装置１１および１２は、データの送受信を実行することができるが、以下における説明の便宜のために、一データフレームを基準としたとき、このデータフレームを送信する無線通信装置１１を送信ノードと呼び、このデータフレームを受信する無線通信装置１２を受信ノードと呼ぶ。受信ノード１２は、このデータフレームを受信すると、確認応答（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）フレームを送信ノード１１に送信する。したがって、この無線通信システムにおいて、送信ノード１１は、この確認応答フレームを通じて、送信ノード１１自身が送信したデータフレームの伝送状態を確認することができる。

このような無線通信装置の代表的な例を挙げると、無線ＬＡＮ構築の際に用いられるＩＥＥＥ８０２．１１無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）カードがある。しかし、この無線通信装置では、送信ノード１１と受信ノード１２との間で送受信される無線信号は、送信ノード１１と受信ノード１２との間の無線通信チャネルに隣接した他の帯域の無線信号による干渉を受けやすい。さらに、送信ノード１１と受信ノード１２との間隔がより離れている場合、または送信ノード１１と受信ノード１２との間に障害物が存在する場合、送受信される信号は、減衰することがあり、たとえば、チャネル品質の不規則な変化といったチャネル品質の低下や、チャネルのデータ伝送能力の低下をもたらす結果となる。

このような観点において、無線通信装置では、無線通信チャネルの品質を予測して、当該予測の結果にしたがって伝送速度を適切に調整することにより、チャネルの伝送品質を調節することが非常に重要である。

このため、既存の無線通信装置は、以前のチャネルの伝送状態のうち、送信に失敗したデータフレームの数のみ、または、データ伝送の際の受信信号強度（ＲＳＳ）のみに基づいて、無線通信チャネルの伝送品質を予測するよう構成されている。たとえば、送信に失敗したデータフレームの数が基準値を超えた場合、またはＲＳＳが基準値を下回った場合に、無線通信装置は、無線通信チャネルにおいて干渉が発生したと判定し、それによって、チャネルの伝送速度を調整している。

しかし、上述した従来の品質予測において、以前の送信が成功したとしても、今後の伝送品質がよいと断言することは難しい。このため、上述したように、以前に送信に失敗したデータフレームの数のみに基づいて伝送品質を予測する場合、その予測の結果に対する信頼度は低下する。さらに、干渉が発生した場合、伝送品質は低下するが、ＲＳＳは高い値となる場合がある。その結果、ＲＳＳのみに基づいて伝送品質を予測する場合には、外部の干渉により、正確なＲＳＳの値を収集することは難しい。

したがって、本発明は、上記の問題点を解決するために提案されたものであり、本発明の目的は、以前に送信に失敗したデータフレームの数と、ＲＳＳとの観測結果の組合せに基づいて、無線通信チャネルの品質をより正確に予測することができる、無線通信チャネル品質調節方法を提供することにあり、さらに、当該チャネルを介したデータ伝送の信頼度を高めたことによる、該方法を用いた無線通信装置を提供することにある。

本発明の一態様にしたがうと、無線通信チャネルを介してデータを送受信する無線通信装置の無線通信チャネル品質調節方法を提供することによって、上述の目的およびその他の目的を達成することが可能となる。本方法は、ａ）データフレームが送信に成功した否かに関する情報と、前記無線通信チャネルの受信信号強度（ＲＳＳ）に関する情報とを収集する段階と、ｂ）該収集した情報を使用して、予め定められた観測期間の間の、送信に失敗したデータフレームの数と、ＲＳＳの平均値とを取得する段階と、ｃ）該取得した送信に失敗したデータフレームの数を、予め定められた閾値と比較し、前記取得したＲＳＳの平均値を、予め定められた基準ＲＳＳと比較する段階と、ｄ）前記送信に失敗したデータフレームの数における前記比較の結果と、前記ＲＳＳの平均値における前記比較の結果とを論理的に組み合わせることによって、前記無線通信チャネルの品質を予測する段階とを備える。

本発明の別の態様にしたがうと、無線通信チャネルを介してデータを送受信する無線通信装置が提供される。本装置は、以前に送信されたデータフレームの伝送状態に関する情報と、ＲＳＳに関する情報とを含む無線通信チャネル品質管理情報を記憶する管理部と、送信すべきデータを受け取り、該受け取ったデータの伝送のために必要な情報を抽出するデータサービス部と、該データサービス部が前記抽出した情報を用いて媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ヘッダを生成し、前記送信すべきデータに前記ＭＡＣヘッダを付加してＭＡＣプロトコルデータユニット（ＭＰＤＵ）データフレームを生成するＭＰＤＵ生成部と、前記管理部に記憶された前記データフレームの伝送状態に関する情報と、前記ＲＳＳに関する情報とを観測して前記無線通信チャネルの品質を判定し、該判定した無線通信チャネルの品質にしたがって伝送速度を決定し、前記ＭＰＤＵ生成部が生成したＭＰＤＵデータフレームを、前記決定した伝送速度で受信ノードに送信するデータ送信部と、送信ノードから送信されたデータフレームと、前記データ送信部が送信した前記データフレームの送信が成功した場合に前記受信ノードから送信される確認応答フレームとを受信して、前記データ送信部が送信した前記データが成功したか否かに関する情報と、前記受信した確認応答フレームのＲＳＳに関する情報とを前記管理部に記憶するデータ受信部と、該データ受信部から前記確認応答フレームを受信すると、前記データ受信部が受信した前記データフレームを受け取り、前記管理部に記憶された前記無線通信チャネル品質管理情報が更新されたことを、前記データ送信部に通知するＭＰＤＵ分析部とを備える。

本発明によれば、以前に送信に失敗したデータフレームの数と、ＲＳＳの平均値との両方を考慮に入れることで、無線通信チャネルの品質をより正確に予測することができる。これにより、無線通信チャネルを介したデータ伝送の信頼性を向上させ、特に、安定したマルチメディアデータ伝送を確実にすることができる。

さらに、送信に失敗した数が多くなったとしても、さらなるＲＳＳの観測により、伝送品質の低下が、干渉によるものであるか、または、より離れた通信距離または障害物によるものであるかを、詳細に区別することができ、かつその区別の結果をデータ伝送速度に適用することができるので、より信頼性の高いデータ伝送が可能となる。また、送信に失敗した数が少なかったとしても、ＲＳＳを参照することにより、現在の状態が一時的なものであるか、または持続的なものであるかに関して予測することが可能となり、この予測の結果にしたがって伝送速度を調整することができるので、データ伝送の安定性を高めることができる。

本発明の上記の目的およびその他の目的、特徴、ならびにその他の効果は、添付の図面とともに以下の詳細な説明を参照すると、より明らかに理解されるであろう。

本発明は、図１に示したように、送信ノード１１がデータフレームを送信し、受信ノード１２がこのデータフレームを受信した後、送信ノード１１に確認応答フレームを送信する無線通信システム内のすべての無線通信装置に適用される。

図２は、本発明にしたがう無線通信装置の層構造を示している。この図に示したように、本発明にしたがう無線通信装置は基本的に、物理層２１、ＭＡＣ層２２および２３、ならびにアプリケーション層２４を含む。ＭＡＣ層２２および２３は、ＭＡＣハードウェア層２２とＭＡＣソフトウェア層２３とに分類される。

この構造において、アプリケーション層２４から出力され送信されるデータは、ＭＡＣソフトウェア層２３によって、ＭＡＣプロトコルデータユニット（ＭＰＤＵ）データフレームに変換され、次いで、ＭＡＣハードウェア層２２を介して物理層２１に転送される。次いで、物理層２１は、ＭＰＤＵデータフレームを無線信号に変換して、変換した無線信号を無線通信チャネル上に送信する。

反対に、無線通信チャネルを介して受信したデータは、物理層２１によってデジタルデータに変換され、次いで、ＭＡＣハードウェア層２２を介してＭＡＣソフトウェア層２３に送信される。ＭＡＣソフトウェア層２３は、受信したデータのＭＰＤＵを分析した後、オリジナルのデータのみをアプリケーション層２４に転送する。

このとき、ＭＡＣソフトウェア層２３は、無線通信チャネルの品質を予測し、この予測の結果にしたがってチャネルの品質を調節する。本発明では、無線通信チャネルの品質予測のために、ＭＡＣソフトウェア層２３は、物理層２１が取得した確認応答フレームに基づいて、データフレームの送信が成功したか否かに関する情報と、前記確認応答フレームのＲＳＳに関する情報とを収集する。チャネル品質の調節は、様々な方法で実行することができる。たとえば、チャネル品質は、データフレームサイズ、伝送速度、または信号強度を調整することにより、調節することができる。

詳細には、本発明にしたがう無線通信装置が送信ノード１１として動作する場合、ＭＡＣソフトウェア層２３は、自身が送信したデータフレームに関連する、受信した確認応答フレームに関する情報と、受信した前記確認応答フレームのＲＳＳに関する情報とを受信し、この受信した情報に基づいてデータ伝送速度を調整して伝送品質を調節する。

アプリケーション層２４は、アプリケーションプログラムを実行するよう構成されている。アプリケーション層２４は、送信すべきデータを生成して、生成したデータを下位層に送信する。アプリケーション層２４は、下位層を介して受信したデータの最終目的地となる。

図３は、本発明にしたがう無線通信装置において、品質予測および品質調節に関連するＭＡＣソフトウェア層２３の構造を示している。図３に示すように、ＭＡＣソフトウェア層２３は、管理部２３１と、データサービス部２３２と、ＭＰＤＵ生成部２３３と、データ送信部２３４と、データ受信部２３５と、ＭＰＤＵ分析部２３６とを含む。

この構成において、アプリケーション層２４から出力され送信されるデータは、データサービス部２３２に入力され、次いで、データサービス部２３２は、ＭＡＣ層において、入力されたデータの伝送のために必要な要素を抽出して、入力されたデータとともに抽出した要素をＭＰＤＵ生成部２３３に転送する。

ＭＰＤＵ生成部２３３は、データサービス部２３２から転送されたデータにＭＡＣヘッダを付加することによってＭＰＤＵデータフレームを生成し、生成したＭＰＤＵデータフレームをデータ送信部２３４に送信する。

データ送信部２３４は、ＭＡＣハードウェア層２２および物理層２１を介して、ＭＰＤＵ生成部２３３により生成されたＭＰＤＵデータフレームを受信ノード１２に送信する。このとき、ＭＡＣハードウェア層２２からデータ送信部２３４へ、伝送確認応答（ＡＣＫ）割込がアップロードされる。さらに、データ送信部２３４は、本発明による無線通信チャネルの品質判定プロセスを用いて、無線通信チャネルにおいて干渉または減衰が発生したか否かを判定し、その判定結果にしたがって今後の伝送品質を予測し、その予測結果にしたがってチャネルの品質を調節する。このチャネル品質調節は、データフレームサイズ、信号強度、または伝送速度の変更により、実行することができる。このようなチャネル品質調節のための変更値は、ＭＰＤＵデータフレームとともに物理層２１に送信される。

物理層２１は、データフレームとともに、変更されたサイズ、信号強度、または伝送速度を受信ノード１２に送信する。その後、物理層２１は、このデータフレームを受信した受信ノード１２から確認応答フレームを受信すると、この受信した確認応答フレームから、データフレームの送信が成功したか否かを判定し、確認応答フレームのＲＳＳを測定して、これら判定結果および測定結果をデータ受信部２３５に提供する。詳細には、物理層２１は、データフレームを受信ノード１２に送信してから予め定められた時間の経過後に、伝送確認応答割込をデータ送信部２３４に出力する。このとき、受信ノード１２から確認応答フレームが受信された場合は、物理層２１は、送信に成功したことを示す情報と、受信した確認応答フレームのＲＳＳとをデータ受信部２３５に提供する。反対に、受信ノード１２から確認応答フレームが受信されなかった場合は、物理層２１は、送信に失敗したことを示す情報をデータ受信部２３５に提供する。さらに、本発明にしたがう無線通信装置が受信ノード１２として動作する場合、データ受信部２３５は、送信ノード１１から送信されたデータフレームを受信する。

データ受信部２３５は、物理層２１およびＭＡＣハードウェア層２２を介して転送されるデータフレームを受信し、受信したデータフレームをＭＰＤＵ分析部２３６に送信する。データ受信部２３５はまた、物理層２１から、以前に送信されたデータフレームの送信が成功したか否かに関する情報と、そのデータフレームに関連する確認応答フレームのＲＳＳに関する情報とを受信して、受信した情報を管理部２３１に記憶する。

ＭＰＤＵ分析部２３６は、無線通信チャネルの品質管理のための情報が更新されたことをデータ送信部２３４に通知し、データ送信部２３４は、管理部２３１に記憶された更新されたこの無線通信チャネル品質管理情報を参照して、無線通信チャネルの品質を予測し、無線通信チャネルの品質を調節するために、その予測結果にしたがって、今後送信するデータフレームサイズ、伝送速度、または信号強度を調整する。

管理部２３１に記憶された無線通信チャネル品質管理情報には、送信された各送信データフレームの送信が成功したか否かに関する情報と、ＲＳＳに関する情報とが含まれる。

記憶された無線通信チャネル品質管理情報に基づいて、無線通信チャネルの品質を予測して調節するために、データ送信部２３４は、ＮＡＣＫスナップショットウィンドウのサイズに設定される一定期間で、伝送速度、信号強度、またはデータフレームサイズを調整することが好ましい。このＮＡＣＫスナップショットウィンドウは、送信されたデータフレームの総数に対応する、観測される確認応答フレームの数を意味する。したがって、ＮＡＣＫスナップショットウィンドウは、送信されたデータフレームの総数として表すことができる。さらに、ＮＡＣＫスナップショットウィンドウが設定値に到達したか否かに関する判定は、物理層２１から送信される伝送応答確認割込を数えることにより行うことができる。

図４は、データ送信部２３４によって実行される無線通信チャネルの品質予測のための基準を示すテーブルである。

図４を参照すると、データ送信部２３４は、管理部２３１に記憶された無線通信チャネル品質管理情報から、ＮＡＣＫスナップショットウィンドウの期間の間に送信に失敗したデータフレームの数を観測し、観測した送信に失敗したデータフレームの数を基準値と比較する。送信に失敗したデータフレームの数の比較におけるこの基準値は、上限基準値３１と、下限基準値３２とがある。これは、物理層２１の信号検出能力に応じて定義される。送信に失敗したデータフレームの数が上限基準値３１を超えるということは、データ伝送の失敗率が高いことを意味する。この場合、伝送速度を低下させるなどの安定化動作が必要となる。反対に、送信に失敗したデータフレームの数が下限基準値３２を下回るということは、伝送状態がよいため、データ伝送の失敗率が低いことを意味する。この場合、伝送速度を増大させるか、または伝送速度を維持する必要がある。上限基準値３１と下限基準値３２とは、異なる値に設定される。

また、データ送信部２３４は、管理部２３１に記憶された無線通信チャネル品質管理情報から、ＲＳＳの平均値を観測し、観測したＲＳＳの平均値を基準ＲＳＳと比較する。この基準ＲＳＳは、物理層２１の信号検出能力に応じて、経験的に設定されるものである。基準ＲＳＳ３３は、物理層２１がデータを受信できる最小信号強度に設定されることが好ましい。危険レベルの調整のために、何らかの値を最小信号強度に加えることもできる。

ＲＳＳの平均値が基準ＲＳＳ３３を超えることは、多くの干渉が発生したか、または干渉がまったくないことを意味している。反対に、ＲＳＳの平均値が基準ＲＳＳ３３より下回ることは、送信ノード１１と受信ノード１２との間の伝送距離が遠くなったか、または送信ノード１１と受信ノード１２との間に障害物が存在しているため、信号が減衰したことを意味している。

したがって、データ送信部２３４は、図４に示した例のように、送信に失敗したデータフレームの数と、ＲＳＳの平均値との観測結果を論理的に組み合わせることにより、無線通信チャネルの品質を予測する。

すなわち、送信に失敗したデータフレームの数が、伝送速度を増大させるための下限基準値３２よりも少なく、かつＲＳＳの平均値が、基準ＲＳＳ３３よりも高い場合、データ送信部２３４は、信号強度および伝送状態の両方が良好であり、したがって無線通信品質が良好であると判定する。この場合、データ送信部２３４は、伝送速度を増大させることができる。

次に、送信に失敗したデータフレームの数が、下限基準値３２よりも少なく、かつＲＳＳの平均値が、基準ＲＳＳ３３よりも低い場合、データ送信部２３４は、データ伝送に問題はないが、受信信号強度が低く、したがって今後伝送状態が悪くなり得ると判定する。この場合、データ送信部２３４は、伝送速度を低下させて、伝送品質を調節することができる。

次に、送信に失敗したデータフレームの数が、伝送速度を低下させるための上限基準値３１よりも多く、かつＲＳＳの平均値が、基準ＲＳＳ３３よりも高い場合、データ送信部２３４は、外部信号による干渉が発生したと判定する。この場合、データ送信部２３４は、伝送速度を低下させる必要がある。

最後に、送信に失敗したデータフレームの数が、上限基準値３１よりも多く、かつＲＳＳの平均値が、基準ＲＳＳ３３よりも低い場合、データ送信部２３４は、送信ノード１１と受信ノード１２との間の伝送距離が遠くなったか、または送信ノード１１と受信ノード１２との間に障害物が存在しているために、伝送失敗率が高く、かつ信号強度が小さいと判定する。この場合、データ送信部２３４は、伝送速度を低下させなければならない。

その後、データ送信部２３４は、無線通信チャネルの品質の予測結果にしたがって、無線通信チャネルの品質が所定のレベルに調節されるように、伝送パラメータ、すなわち、伝送速度、データフレームサイズ、または信号強度を適切に増減させる。

図５は、データ送信部２３４におけるチャネル品質の調節動作を示すタイミング図である。データ送信部２３４は、送信したデータフレームの総数がＮＡＣＫスナップショットウィンドウのサイズに到達するまで、送信に失敗したデータフレームの数とＲＳＳの平均値とを収集する。送信したデータフレームの総数がＮＡＣＫスナップショットウィンドウのサイズに到達すると、図４を参照して上述したように、データ送信部２３４は、ＮＡＣＫスナップショットウィンドウにおける送信に失敗したデータフレーム数とＲＳＳの平均値とを取得し、取得した送信に失敗したデータフレーム数とＲＳＳの平均値とから、無線通信チャネルの状態を判定し、その判定結果にしたがって、品質調節関数、例えば、伝送速度を増大させる関数ＩｎｃＤｒａｔｅ（）や、伝送速度を低下させる関数ＤｅｃＤｒａｔｅ（）を呼び出し、呼び出した関数を用いてチャネル品質を調節する。

図６は、データ伝送部２３４の好適な実施形態を示している。この図に示されるように、データ送信部２３４は、無線通信チャネルの品質予測のための基準値、すなわち、上限基準値３１、下限基準値３２、基準ＲＳＳ３３、およびＮＡＣＫスナップショットウィンドウのサイズを設定／記憶する基準値設定部２３４ａと、管理部２３１に記憶された送信したデータフレームの伝送状態が更新されたか否かを確認する伝送確認受信部２３４ｂと、送信したデータフレームの伝送状態が伝送確認受信部２３４ｂを通じて確認された場合、管理部２３１から、ＮＡＣＫスナップショットウィンドウの期間の間の送信に失敗したデータフレームの数とＲＳＳの平均値とを観測し、観測した送信に失敗したデータフレームの数とＲＳＳの平均値とに基づいて、無線通信チャネルの品質を判定し、この判定結果にしたがって、次の期間のＮＡＣＫスナップショットウィンドウにおいて伝送速度を調整する伝送速度調整部２３４ｃとを含む。

図６の実施形態は、伝送速度調整を用いたチャネル品質調節の一例であり、この例では、品質調節手段として、伝送速度調整部２３４ｃが設けられている。代替として、チャネル品質をどのように調節するかに応じて、伝送速度調整部２３４ｃを信号強度調整手段またはデータフレームサイズ調整手段に代えてもよいし、このような手段を２つ以上組み合わせて使用してもよい。

図７は、本発明にしたがう無線通信チャネルの品質を調節する方法を示すフローチャートである。以後図７を参照しながら、無線通信装置において、データフレームを伝送する際の、無線通信チャネルの品質調節のためのプロセスについて説明する。

まず、無線通信装置は、無線通信チャネルの品質を予測するための初期化動作を実行する。この初期化動作では、諸々の基準値、すなわち、ＮＡＣＫスナップショットウィンドウのサイズ、上限基準値３１、下限基準値３２、および基準ＲＳＳ３２が設定される（Ｓ７０１）。

次いで、無線通信装置において、データ送信部２３４を介して送信された現在のデータフレームに関連する伝送確認応答割込が受信されたか否かが判定される（Ｓ７０２）。

伝送確認応答割込が受信されたと判定された場合、無線通信装置は、現在のデータフレームに関連する応答確認フレームから取得される当該現在のデータフレームの伝送状態に関する情報と、応答確認フレームのＲＳＳに関する情報とを管理部２３１に記憶して、管理部２３１に記憶された無線通信チャネル品質管理情報を更新する（Ｓ７０３）。ここで、伝送確認応答割込は、送信ノード１１がデータフレームを送信すると常に生成され、確認応答フレームは、受信ノード１２がデータフレームを受信すると常に生成されることに留意されたい。したがって、現在のデータフレームに関連する確認応答フレームが受信ノード１２から受信された場合、無線通信装置は、現在のデータフレームの送信が成功したと判定する。しかし、現在のデータフレームに関連する確認応答フレームが受信ノード１２から受信されなかった場合、無線通信装置は、現在のデータフレームの送信が失敗したと判定する。上述したように、伝送確認応答割込が生成されると、無線通信装置は、伝送状態に関する情報を記憶し、さらに、現在のデータフレームの送信が成功した場合には、受信された確認応答フレームのＲＳＳに関する情報を記憶する。

その後、無線通信装置は、送信されたデータフレームの総数が、設定されたＮＡＣＫスナップショットウィンドウのサイズに到達したか否かを判定する（Ｓ７０４）。

無線通信装置は、送信されたデータフレームの総数が、設定されたＮＡＣＫスナップショットウィンドウのサイズに到達していないと判定すると、上記の段階Ｓ７０２に戻って、次の伝送確認応答割込を受信する。

反対に、無線通信装置は、送信されたデータフレームの総数が、設定されたＮＡＣＫスナップショットウィンドウのサイズに到達したと判定すると、ＮＡＣＫスナップショットウィンドウにおいて観測された、送信に失敗したデータフレームの数を、下限基準値３２と比較する（Ｓ７０５）。

段階Ｓ７０５の比較結果により、ＮＡＣＫスナップショットウィンドウにおける送信に失敗したデータフレームの数が、下限基準値（ｎａｃｋ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［］．ｕｐ）以下であると示された場合、無線通信装置は、チャネル品質が十分に良好であると判定する。伝送速度を用いてチャネル品質を調節する場合には、下限基準値（ｎａｃｋ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［］．ｕｐ）は、伝送速度に応じて異なることに留意されたい。

次いで、無線通信装置は、ＮＡＣＫスナップショットウィンドウにおいて観測された、ＲＳＳの平均値を、基準ＲＳＳ（ＲＳＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［］）と比較して（Ｓ７０６）、伝送品質を再度確認する。段階Ｓ７０６の比較結果により、ＮＡＣＫスナップショットウィンドウにおけるＲＳＳの平均値が、基準ＲＳＳ（ＲＳＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［］）以下であると示された場合、無線通信装置は、現在のチャネル状態が良好であると判定するが、信号の減衰などにより、今後の伝送品質は保障できないと判定する。したがって、無線通信装置は、品質の変化を観測するために、現在の伝送速度をそのまま維持する（Ｓ７０７）。反対に、段階Ｓ７０６の比較結果により、ＮＡＣＫスナップショットウィンドウにおけるＲＳＳの平均値が、基準ＲＳＳ（ＲＳＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［］）より高いと示された場合、無線通信装置は、チャネル品質は良好であり、信号の減衰もない状態であると判定するので、伝送効率を高めるために、伝送速度を増大させる（Ｓ７０８）。

一方、段階Ｓ７０５の比較結果により、ＮＡＣＫスナップショットウィンドウにおける送信に失敗したデータフレームの数が、下限基準値（ｎａｃｋ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［］．ｕｐ）よりも多いと示された場合、無線通信装置は、干渉が発生したか否かを判定するために、送信に失敗したデータフレームの数を、上限基準値（ｎａｃｋ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［］．ｄｏｗｎ）と比較する（Ｓ７０９）。上限基準値（ｎａｃｋ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［］．ｄｏｗｎ）は、伝送速度に応じて異なることに留意されたい。

段階Ｓ７０９の比較結果により、送信に失敗したデータフレームの数が、上限基準値（ｎａｃｋ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［］．ｄｏｗｎ）以上であると示された場合、無線通信装置は、段階Ｓ７１０に進む。段階Ｓ７０９の比較結果により、送信に失敗したデータフレームの数が、上限基準値（ｎａｃｋ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［］．ｄｏｗｎ）より少ないと示された場合、無線通信装置は、段階Ｓ７１３で、ＲＳＳの平均値を、基準ＲＳＳ（ＲＳＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［］）と比較する。

段階Ｓ７１０の比較結果により、ＲＳＳの平均値が、基準ＲＳＳ（ＲＳＳ_ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［］）より低いと示された場合、無線通信装置は、干渉が発生しており、かつ送信ノード１１と受信ノード１２との距離が遠いか、または送信ノード１１と受信ノード１２との間に障害物が存在すると判定するので、伝送速度を低下させる（Ｓ７１１）。段階Ｓ７１０の比較結果により、ＲＳＳの平均値が、基準ＲＳＳ（ＲＳＳ_ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［］）以上であると示された場合、無線通信装置は、激しい干渉が存在すると判定するので、伝送速度を低下させる（Ｓ７１２）。一方、段階Ｓ７１３の比較結果により、ＲＳＳの平均値が、基準ＲＳＳ（ＲＳＳ_ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［］）以下であると示された場合、無線通信装置は、まだデータ伝送に問題はないが、信号の減衰により、今後品質が悪くなり得ると判定するので、伝送速度を低下させる（Ｓ７１４）。反対に、段階Ｓ７１３の比較結果により、ＲＳＳの平均値が、基準ＲＳＳ（ＲＳＳ_ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ［］）より高いと示された場合、無線通信装置は、現在の伝送速度は正常であり、信号の減衰も存在しないと判定するので、現在の伝送速度を維持する（Ｓ７１５）。

ＲＳＳのみを用いてチャネル品質を予測する場合には、次のような問題が発生する。すなわち、送信に失敗したデータフレームのＲＳＳを知ることができないという問題が発生する。このため、送信に失敗したデータフレームの数が多い場合、送信に成功したデータフレームの数は減少する。その結果、チャネル品質予測のために使用されるＲＳＳの数が減少することになる。減少した数のＲＳＳだけを用いて正確にチャネル品質を予測するのは難しい。一方、本発明によれば、上述したように、送信に失敗したデータフレームの数とともにＲＳＳを観測することによって、より正確にチャネル品質を予測することができる。

さらに、チャネル品質低下因子は、速度を低下させる段階Ｓ７１１、Ｓ７１２、およびＳ７１３において異なるので、速度低下の幅は、段階Ｓ７１１、Ｓ７１２、およびＳ７１３において異なるように設定されることが好ましい。また、速度低下の幅は、物理層２１の性能によっても異なる。

すなわち、まだチャネル品質は低下していないが、信号の減衰が存在する、伝送速度を低下させる段階Ｓ７１４における速度低下の幅は、激しい干渉が存在するか、または干渉とともに信号の減衰も発生する、伝送速度を低下させる段階Ｓ７１１またはＳ７１２における速度低下の幅よりも小さいことが好ましい。

上述したように、無線通信チャネルの品質を判定し、この判定結果にしたがって伝送速度が調整された後に、無線通信装置は、ＮＡＣＫスナップショットウィンドウを再度初期化し、次の伝送確認応答割込を待つ（Ｓ７１６）。

本実施形態では、伝送速度を変更することによって、無線通信チャネルの品質を調節することを開示したが、本発明はこれに限定されるものではない。前述したように、たとえば、チャネル品質調節のための制御対象として、信号強度またはデータフレームサイズなどの異なるパラメータを用いることができる。したがって、上記の段階Ｓ７０７、Ｓ７０８、Ｓ７１１、Ｓ７１２、Ｓ７１４、およびＳ７１５では、伝送速度の代わりに、信号強度、データフレームサイズ、または、チャネル品質に影響を与える任意の他のパラメータを増減させることができる。

上記の説明から明らかなように、本発明によれば、以前に送信に失敗したデータフレームの数と、ＲＳＳの平均値との両方を考慮に入れることで、無線通信チャネルの品質をより正確に予測することができる。これにより、無線通信チャネルを介したデータ伝送の信頼性を向上させ、特に、安定したマルチメディアデータ伝送を確実にすることができる。

例示のために、本発明の好適な実施形態について開示したが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に開示した本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、様々な変形、追加、および代替が可能であることが理解されよう。

本発明が適用される無線通信システムを示す概略図である。本発明にしたがう無線通信装置の層構造を示す概略図である。本発明にしたがう無線通信装置の概略的な機能ブロック図である。本発明にしたがう無線通信装置における、チャネル品質予測のための基準を示すチャネル品質予測テーブルである。本発明にしたがう無線通信装置において、無線通信チャネルの品質を調節するための伝送速度変更動作を示すタイミング図である。図３のデータ送信部の詳細な機能ブロック図である。本発明にしたがう無線通信チャネルの品質を調節する方法を示すフローチャートである。

Claims

無線通信チャネルを介してデータを送受信する無線通信装置の無線通信チャネル品質調節方法であって、
ａ）データフレームが送信に成功した否かに関する情報と、前記無線通信チャネルの受信信号強度（ＲＳＳ）に関する情報とを収集する段階と、
ｂ）該収集した情報を使用して、予め定められた観測期間の間の、送信に失敗したデータフレームの数と、ＲＳＳの平均値とを取得する段階と、
ｃ）該取得した送信に失敗したデータフレームの数を、予め定められた閾値と比較し、前記取得したＲＳＳの平均値を、予め定められた基準ＲＳＳと比較する段階と、
ｄ）前記送信に失敗したデータフレームの数における前記比較の結果と、前記ＲＳＳの平均値における前記比較の結果とを論理的に組み合わせることによって、前記無線通信チャネルの品質を予測する段階と
を備えることを特徴とする無線通信チャネル品質調節方法。
前記段階ａ）は、
データフレームが送信に成功した否かに関する前記情報として、前記データフレームの各々に対応する、該データフレームの各々を受信する受信ノードから確認応答フレームが受信されたか否かに関する情報を収集する段階と、
前記無線通信チャネルのＲＳＳに関する前記情報として、前記確認応答フレームが受信されたときに該確認応答フレームのＲＳＳに関する情報を収集する段階と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信チャネル品質調節方法。
前記送信に失敗したデータフレームの数に対する前記閾値は、
伝送速度を増大させるための最小通信効率を表す下限基準値と、
伝送速度を低下させるための最大通信効率を表す上限基準値と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信チャネル品質調節方法。
前記下限基準値は、前記上限基準値よりも小さく、
前記下限基準値および前記上限基準値の各々は、伝送速度に応じて異なる
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信チャネル品質調節方法。
前記基準ＲＳＳは、物理層がデータを受信できる最小信号強度よりも高い
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信チャネル品質調節方法。
前記段階ｄ）は、
前記送信に失敗したデータフレームの数が、前記下限基準値よりも少なく、かつ前記ＲＳＳの平均値が、前記基準ＲＳＳよりも高い場合、信号強度および伝送状態の両方を良好であると判定する段階と、
前記送信に失敗したデータフレームの数が、前記下限基準値よりも少なく、かつ前記ＲＳＳの平均値が、前記基準ＲＳＳよりも低い場合、データ伝送に問題はないが、信号の減衰が存在すると判定する段階と、
前記送信に失敗したデータフレームの数が、前記上限基準値よりも多く、かつ前記ＲＳＳの平均値が、前記基準ＲＳＳよりも高い場合、前記伝送状態が、外部信号の干渉によって低下していると判定する段階と、
前記送信に失敗したデータフレームの数が、前記上限基準値よりも多く、かつ前記ＲＳＳの平均値が、前記基準ＲＳＳよりも低い場合、伝送距離が遠いこと、または障害物の存在により、前記信号の減衰が発生したと判定する段階と
を含むことを特徴とする請求項３に記載の無線通信チャネル品質調節方法。
ｅ）前記段階ｄ）における前記予測した結果を用いて、前記チャネル品質を調節する段階
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信チャネル品質調節方法。
前記段階ｅ）において、前記チャネル品質は、伝送速度を変更することにより調節される
ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信チャネル品質調節方法。
前記段階ｅ）において、前記チャネル品質は、信号強度を変更することにより調節される
ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信チャネル品質調節方法。
前記段階ｅ）において、前記チャネル品質は、データフレームサイズを変更することにより調節される
ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信チャネル品質調節方法。
前記段階ｅ）において、
信号強度および伝送状態の両方が良好であると判定された場合、前記伝送速度は増大され、
データ伝送に問題はないが、信号の減衰が存在すると判定された場合、前記伝送状態が、外部信号の干渉によって低下していると判定された場合、または伝送距離が遠いこと、もしくは障害物の存在により、前記信号の減衰が発生したと判定された場合、前記伝送速度は低下される
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信チャネル品質調節方法。
前記段階ｅ）において、前記伝送速度は、異なる通信品質低下因子に応じて、異なる低下幅だけ低下される
ことを特徴とする請求項１１に記載の無線通信チャネル品質調節方法。
前記段階ｅ）において、データ伝送に問題はないが、信号の減衰が存在する場合の前記伝送速度は、前記伝送状態が、外部信号の干渉によって低下していると判定された場合、または伝送距離が遠いこと、もしくは障害物の存在により、前記信号の減衰が発生したと判定された場合の前記伝送速度よりも小さい低下幅だけ低下される
ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信チャネル品質調節方法。
無線通信チャネルを介してデータを送受信する無線通信装置であって、
以前に送信されたデータフレームの伝送状態に関する情報と、ＲＳＳに関する情報とを含む無線通信チャネル品質管理情報を記憶する管理部と、
送信すべきデータを受け取り、該受け取ったデータの伝送のために必要な情報を抽出するデータサービス部と、
該データサービス部が前記抽出した情報を用いて媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ヘッダを生成し、前記送信すべきデータに前記ＭＡＣヘッダを付加してＭＡＣプロトコルデータユニット（ＭＰＤＵ）データフレームを生成するＭＰＤＵ生成部と、
前記管理部に記憶された前記データフレームの伝送状態に関する情報と、前記ＲＳＳに関する情報とを観測して前記無線通信チャネルの品質を判定し、該判定した無線通信チャネルの品質にしたがって伝送速度を決定し、前記ＭＰＤＵ生成部が生成したＭＰＤＵデータフレームを、前記決定した伝送速度で受信ノードに送信するデータ送信部と、
送信ノードから送信されたデータフレームと、前記データ送信部が送信した前記データフレームの送信が成功した場合に前記受信ノードから送信される確認応答フレームとを受信して、前記データ送信部が送信した前記データフレームの送信が成功したか否かに関する情報と、前記受信した確認応答フレームのＲＳＳに関する情報とを前記管理部に記憶するデータ受信部と、
該データ受信部から前記確認応答フレームを受信すると、前記データ受信部が受信した前記データフレームを受け取り、前記管理部に記憶された前記無線通信チャネル品質管理情報が更新されたことを、前記データ送信部に通知するＭＰＤＵ分析部と
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
前記データ送信部は、
前記無線通信チャネルの品質を判定するための、上限基準値、下限基準値、基準ＲＳＳ、および確認応答フレーム観測期間を設定／記憶する基準値設定部と、
前記管理部に記憶された前記無線通信チャネル品質管理情報が更新されたか否かを確認する伝送確認受信部と、
前記無線通信チャネル品質管理情報の更新が前記伝送確認受信部によって確認された場合、前記確認応答フレーム観測期間が設定値に到達したか否かを判定し、該確認応答フレーム観測期間が該設定値に到達した場合、前記管理部から、該確認応答フレーム観測期間における、送信に失敗したデータフレームの数と、ＲＳＳの平均値とを観測し、該観測した送信に失敗したデータフレームの数と、ＲＳＳの平均値とを、前記基準値設定部における前記上限基準値および前記下限基準値と、前記基準ＲＳＳとそれぞれ比較し、該比較の結果にしたがって前記無線通信チャネルの品質を判定し、該判定の結果にしたがって次の確認応答フレーム観測期間における伝送速度を調整する伝送速度調整部と
を含むことを特徴とする請求項１４に記載の無線通信装置。
前記下限基準値は、前記上限基準値よりも小さく、
前記下限基準値および前記上限基準値の各々は、伝送速度に応じて異なる
ことを特徴とする請求項１５に記載の無線通信装置。
前記基準ＲＳＳは、物理層がデータを受信できる最小信号強度よりも高い
ことを特徴とする請求項１５に記載の無線通信装置。
前記伝送速度調整部は、
前記送信に失敗したデータフレームの数が、前記下限基準値よりも少なく、かつ前記ＲＳＳの平均値が、前記基準ＲＳＳよりも高い場合、信号強度および伝送状態の両方を良好であると判定して、前記伝送速度を増大させ、
前記送信に失敗したデータフレームの数が、前記下限基準値よりも少なく、かつ前記ＲＳＳの平均値が、前記基準ＲＳＳよりも低い場合、前記伝送状態は現在のところ問題はないが、今後悪くなり得ると判定して、前記伝送速度を低下させ、
前記送信に失敗したデータフレームの数が、前記上限基準値よりも多く、かつ前記ＲＳＳの平均値が、前記基準ＲＳＳよりも高い場合、前記伝送状態が、外部信号の干渉によって低下していると判定して、前記伝送速度を低下させ、
前記送信に失敗したデータフレームの数が、前記上限基準値よりも多く、かつ前記ＲＳＳの平均値が、前記基準ＲＳＳよりも低い場合、伝送距離が遠いこと、または障害物の存在により、信号の減衰が発生したと判定して、前記伝送速度を低下させ、
上記以外の条件の場合には、前記伝送速度をそのまま維持する
ように構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の無線通信装置。
前記伝送状態は現在のところ問題はないが、今後悪くなり得る場合の前記伝送速度は、前記伝送状態が、外部信号の干渉によって低下している場合、または伝送距離が遠いこと、もしくは障害物の存在により、信号の減衰が発生した場合の前記伝送速度よりも小さい低下幅だけ低下される
ことを特徴とする請求項１８に記載の無線通信装置。