JP2010010858A

JP2010010858A - 基地局、端末局、及び無線通信システム

Info

Publication number: JP2010010858A
Application number: JP2008165298A
Authority: JP
Inventors: Takuya Noda; 卓哉野田; Tomonori Kono; 朋昇河野; Noboru Fujita; 昇藤田
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2010-01-14

Abstract

【課題】無線ＬＡＮシステムにおいてマルチキャスト及びブロードキャスト、特にマルチキャストを行うときの通信品質を確保することである。
【解決手段】移動局は、制御器からパケットの送信要求を受取ると（ステップＳ１のＹ）、まず、通信品質を判断する（ステップＳ２）。そして、その通信品質が所定のレベルｔを下回っているときには（ステップＳ３のＹ）、制御器から送信要求のあったパケットを所定の時間差を設けて３回送信する（ステップＳ４）。一方、通信品質が所定のレベルｔを上回っているときには（ステップＳ３のＮ）、制御器から送信要求のあったパケットを所定の時間差を設けて２回送信する（ステップＳ５）。
【選択図】図４

Description

本発明は、基地局、端末局、及びこれらを備えた無線通信システムに関する。

かつては有線回線で構築されていたコンピュータネットワーク（いわゆるＬＡＮ：Local Area Network）を無線化する無線ＬＡＮの普及が始まって久しい。ほとんどすべての有線ＬＡＮは、ｌＥＥＥ（米国電気電子学会）の標準規格IEEE802.3に準拠している。おなじく、無線ＬＡＮのほとんどすべてはＩＥＥＥの標準規格IEEE802.11に準拠しており、有線ＬＡＮに流れるバケットデータをそのまま無線回線で伝送する機能を有している。

伝送するバケットの種類には、ユニキャスト、マルチキャスト、プロードキャストがある。ユニキャストは一つの端末（一つのＩＰアドレス）宛に送信するバケットであり、マルチキャストは指定したグループ内のすべての端末宛に送信するバケットであり、ブロードキャストは同一リンク内のすべての端末宛に送信するパケットである。

ユニキャストバケット伝送においては、プロトコルとしてＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/internet Protocol）方式を採用しており、回線上のビット誤りなどによって正常にバケット伝送ができなかった場合には、ＡＲＱ（Automatic Repeat reQuest：自動再送制御）によってカバーするようにしている。つまり、パケット伝送に失敗したときは、同一データ内容のパケットを再送する方式である。ただし、無限にこのような再送を繰り返すと通信効率が悪いので、あらかじめ定められた再送回数に達すると、そのパケットは廃棄される。このようなＡＲＱ動作には相手局（受信側）からのＡｃｋ（ACKnowledgement：正常応答）信号の返送が必須であり、送信側はＡｃｋ信号の返送の有無によって再送する／しないの判断をしている。

一方、マルチキャスト及びブロードキャストは複数の端末に対するパケットの送信であるため、相手局はＡｃｋ信号を返送しない。なぜなら、同時に複数の端末がＡｃｋ信号を送信すると送信競合によって正常な伝送ができないからである。そのため、マルチキャストやブロードキャストで伝送する場合は、回線上でビット誤りが生じにくいようにデータビット長の短いパケットとするか、もしくはビット誤りを生じて一部のパケットの伝送が失敗してもシステムの動作に大きな影響を与えないデータとするのが一般的である。

無線ＬＡＮにおいては、電波を用いて開放空間を経由してパケットを伝送することになる。そのため、閉空間の有線回線より開放空間の無線回線の方が、回線のビット誤り率が高くなるのは当然である。無線ＬＡＮでは無線回線上においても独立したＡＲＱを採用している。すなわち、端末局から基地局に向けて送る無線パケットの場合は、送り先は当該端末局がリンクしている基地局の１箇所だけなので、マルチキャストやブロードキャストでも無線回線のＡＲＱが機能する。

図１は、インフラストラクチャモードと呼ばれる一般的な無線ＬＡＮシステムの構成例を示すブロック図である。図１の例は、制御器Ｔ０が無線ＬＡＮシステム１を介して被制御機Ｔ１，Ｔ２を遠隔制御するシステムである。すなわち、無線ＬＡＮシステムは、一台の基地局ＡＰと、当該基地局ＡＰと無線通信する２台の端末局ＳＴ１，ＳＴ２と、基地局ＡＰに有線回線で接続された制御器Ｔ０及び端末局ＳＴ１，ＳＴ２にそれぞれ有線回線で接続された披制御器Ｔ１，Ｔ２とからなる。ここでは、説明の便宜上、端末器を２台としているが、より多い台数の端末器を接続するようにしてもよい。また、基地局ＡＰと制御器Ｔ０の間あるいは端末局ＳＴ１，ＳＴ２と被制御機Ｔ１，Ｔ２との間に他のネットワークが介在していてもよい。

図７は、無線ＬＡＮシステム１でユニキャストによってパケットを伝送する方式のシーケンス図である。同図に示すように制御器Ｔ０と基地局ＡＰの間、基地局ＡＰと端末局ＳＴ１，ＳＴ２との間、端末局ＳＴ１，ＳＴ２と被制御機Ｔ１，Ｔ２との間は、それぞれ再送機能を有し、正常応答信号Ａｃｋをやりとりしている。すなわち、受信側はパケットを正常に受信したときに正常応答信号Ａｃｋを送信側に送信する。

図８は、無線ＬＡＮシステム１で基地局ＡＰと端末局ＳＴ１との間の無線回線でビットエラーを生じ、正常にパケットを伝送できなかった例の通信シーケンス図である。基地局ＡＰは、あらかじめ定められた待ち時間経過しても端末局ＳＴ１からの正常応答信号Ａｃｋを受信できなかったときは、同一内容のパケットを再送する。基地局ＡＰは正常応答信号Ａｃｋを受信できるまで、あるいはあらかじめ定められた再送回数の上限に達するまで再送を繰り返すことによって、必要な通信品質を確保している。

しかし、基地局から端末局に送る無線パケットの場合は、マルチキャスト及びブロードキャストは複数の端末局に対する送信であるため、相手局はＡｃｋ信号を返送しない。つまり、マルチキャスト及びブロードキャストに対しては、有線回線部分のみならず無線回線部分においてもＡＲＱが機能しないことになる。

図９は、無線ＬＡＮシステム１におけるマルチキャストバケット伝送のシーケンス図である。基地局ＡＰからのバケットＰ１２は端末局ＳＴ１，ＳＴ２に同時に届くので、被制御機Ｔ１，Ｔ２に対する制御タイミングも同時となる。

しかし、マルチキャストバケット伝送においては、パケットの再送機能が働かないので、無線回線でビットエラーを生じた場合は制御不能となってしまうことになる。

一般にブロードキャストは特殊な制御バケットとして使用するものであり、パケット長が短いので、ビットエラーを生じる確率が低いといえるかもしれない。

しかし、特にマルチキャストにおいては、複数のネットワーク機器に対する遠隔制御や動画像伝送に用いることもあり、長いパケット長を伝送することも多い。そのため、ビットエラーが生じると、正常な遠隔制御ができなくなったり、動画像受信側のモニタ上で画像の乱れやブルーアウト（画像が表示されず画面が青一色になる現象）が発生したりする不具合がある。

本発明の目的は、無線ＬＡＮシステムにおいてマルチキャスト及びブロードキャスト、特にマルチキャストを行うときの通信品質を確保することである。

（１）本発明は、無線通信により端末局と通信を行う通信手段と、前記通信手段を介してマルチキャスト又はブロードキャストによりパケットを前記端末局に送信するときは同一の前記端末局に対して同一のパケットを複数回送信する送信制御手段と、を備えている基地局である。

（２）この場合に、前記端末局との間の無線通信の通信品質を判断する通信品質判断手段と、前記通信品質判断手段で判断した通信品質が所定値より高いときは前記送信制御手段で同一のパケットを送信する回数を減じる送信回数制御手段と、をさらに備えているようにしてもよい。

（３）また、前記通信品質判断手段は、ユニキャストにより前記端末局から前記通信手段を介してデータの受信をしたときの受信電力の大きさにより前記通信品質を判断するようにしてもよい。

（４）さらに、前記通信品質判断手段は、ユニキャストにより前記端末局にパケットを再送した頻度により前記通信品質を判断するようにしてもよい。

（５）別の本発明は、無線通信により基地局と通信を行う通信手段と、前記通信手段を介してマルチキャスト又はブロードキャストによりパケットを前記基地局から受信したときは当該パケットと同一のパケットを当該基地局から過去に正常に受信したか否かを判断する受信有無判定手段と、前記受信有無判定手段により前記基地局から受信したパケットと同一のパケットを当該基地局から過去に正常に受信したと判断したときは、当該受信したパケットを破棄する破棄手段と、前記受信有無判定手段により前記基地局から受信したパケットと同一のパケットを当該基地局から過去に正常に受信していないと判断したときは、当該受信したパケットを所定の送信先に転送する転送手段と、を備えている端末局である。

（６）別の本発明は、（１）〜（４）のいずれかの一項に記載の基地局と、（５）に記載の複数台の端末局と、を備え、前記基地局と前記端末局との間で無線通信を行う、無線通信システムである。

（１）の発明によれば、マルチキャスト又はブロードキャストでパケットエラーが生じても、同一パケットの複数回の連送のうちのいずれかのパケットを正常に受信できればよいので、通信品質を大幅に向上できる。

（２）の発明によれば、通信品質に応じて連送回数を変動させるので、無線回線のビット誤り率が十分低いときにはパケットを連送する回数を少なくして、通信容量の有効利用を図ることができる。

（３）の発明によれば、通信品質を受信電力で判断するので、１度のユニキャストによるパケットの受信によっても判断可能であり、ユニキャストによるパケットの受信回数が少ないときに判断が遅れてしまうという問題が生じない。

（４）の発明によれば、通信品質をパケットの再送を行った頻度により判断するので、マルチパスの発生にかかわらず的確に通信品質を判断することができる。

（５）の発明によれば、通信品質をパケットの再送を行った頻度により判断するときは、マルチパスの発生にかかわらず的確に通信品質を判断することができる。

図１は、本発明の一実施の形態である無線ＬＡＮシステムの全体構成を示すブロック図である。この無線ＬＡＮシステム１は、インフラストラクチャモードと呼ばれる一般的な無線ＬＡＮシステムである。図１の例は、制御器Ｔ０が無線ＬＡＮシステム１を介して被制御機Ｔ１，Ｔ２を遠隔制御するシステムである。すなわち、無線ＬＡＮシステムは、一台の基地局ＡＰと、当該基地局ＡＰと無線通信する２台の端末局ＳＴ１，ＳＴ２と、基地局ＡＰに有線回線で接続された制御器Ｔ０及び端末局ＳＴ１，ＳＴ２にそれぞれ有線回線で接続された被制御機Ｔ１，Ｔ２とからなる。ここでは、説明の便宜上、端末器を２台としているが、より多い台数の端末器を接続するようにしてもよい。また、基地局ＡＰと制御器Ｔ０の間あるいは端末局ＳＴ１，ＳＴ２と被制御機Ｔ１，Ｔ２との間に他のネットワークが介在していてもよい。

次に、各部の電気的な接続について説明する。

図２は、移動局ＳＴの電気的な接続を示すブロック図である。移動局ＳＴは、各種演算を行い、各部を集中的に制御するＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１が実行する各種プログラムや固定データを記憶しているＲＯＭ１２と、ＣＰＵ１１の作業エリアとなるＲＡＭ１３とがバス１４を介して接続されている。さらに、バス１４には、基地局ＡＰ１，ＡＰ２と無線通信を行う無線通信インターフェイス（以下、インターフェイスを「Ｉ／Ｆ」という）１５と、制御器Ｔ０と有線通信を行う通信Ｉ／Ｆ１６とが接続されている。

図３は、基地局ＡＰ１，ＡＰ２の電気的な接続を示すブロック図である。基地局ＡＰ１，ＡＰ２は何れも同一構成であるため、ここでは、代表して基地局ＡＰ１について説明する。基地局ＡＰ１は、各種演算を行い、各部を集中的に制御するＣＰＵ２１と、ＣＰＵ２１が実行する各種プログラムや固定データを記憶しているＲＯＭ２２と、ＣＰＵ２１の作業エリアとなるＲＡＭ２３とがバス２４を介して接続されている。さらに、バス２４には、移動局ＳＴと無線通信を行う無線通信Ｉ／Ｆ２５と、非制御機Ｔ１又はＴ２と有線通信を行う通信Ｉ／Ｆ２６とが接続されている。

次に、以上の構成の無線ＬＡＮシステム１により、マルチキャストでパケットを送信するときの処理について説明する。

まず、移動局ＳＴがマルチキャストでパケットを送信するときの処理を図４のフローチャートを参照して説明する。移動局ＳＴのＣＰＵ１１は、制御器Ｔ０からパケットの送信要求を受取ると（ステップＳ１のＹ）、まず、通信品質を判断する（ステップＳ２）。そして、その通信品質が所定のレベルｔを下回っているときには（ステップＳ３のＹ）、制御器Ｔ０から送信要求のあったパケットを所定の時間差を設けて３回送信する（ステップＳ４）。一方、通信品質が所定のレベルｔを上回っているときには（ステップＳ３のＮ）、制御器Ｔ０から送信要求のあったパケットを所定の時間差を設けて２回送信する（ステップＳ５）。

ここで、通信品質の判断（ステップＳ２）は次のように行う。まず、通信品質をユニキャストにより移動局ＳＴが端末局ＳＴ１又はＳＴ２からデータを受信したときの受信電力（ＲＳＳＩ）により判断することができる。具体的には、例えば移動局ＳＴが端末局ＳＴ１又はＳＴ２から過去１０回ユニキャストによりデータを受信したときの受信電力の平均値を求め、ステップＳ３では当該平均値を当該平均値の基準値であるレベルｔと比較すればよい。

また、通信品質をユニキャストのデータ送信により移動局ＳＴが端末局ＳＴ１又はＳＴ２にパケットの再送を行った頻度により判断することができる。前述のとおり、ユニキャストでは移動局ＳＴが端末局ＳＴ１又はＳＴ２にパケットを送信してから所定時間内に正常応答信号Ａｃｋを受信しなかったときは、同一のパケットを再送するようにしているので、具体的には、例えば前回のユニキャストにより移動局ＳＴが端末局ＳＴ１又はＳＴ２にパケットの再送を行ったときには、通信品質はその基準値のレベルｔを下回る値であるとし、前回のユニキャストにより移動局ＳＴが端末局ＳＴ１又はＳＴ２にパケットの再送を行っていないときには、通信品質はその基準値のレベルｔを上回る値であるとする。この場合に、例えば過去１００回のユニキャストにより移動局ＳＴが端末局ＳＴ１又はＳＴ２にパケットの再送を１度でも行ったことがあるときには、通信品質はその基準値のレベルｔを下回る値であるとし、過去１００回のユニキャストにより移動局ＳＴが端末局ＳＴ１又はＳＴ２にパケットの再送を１度も行っていないときには、通信品質はその基準値のレベルｔを上回る値であるとするように、過去複数回の受信電力の平均をとって判断することができる。

次に、端末局ＳＴ１又はＳＴ２がマルチキャストでパケットを受信するときの処理を図５のフローチャートを参照して説明する。まず、端末局ＳＴ１又はＳＴ２のＣＰＵ２１は、端末局ＳＴ１からパケットを受信すると（ステップＳ１１のＹ）、当該パケットと同一のパケットを過去に正常に受信したか否かを判断する（ステップＳ１２）。これはパケット番号の異同により判断することができる。当該パケットと同一のパケットを過去に正常に受信していないときは（ステップＳ１２のＮ）、そのパケットを被制御機Ｔ１又はＴ２に転送する（ステップＳ１３）。当該パケットと同一のパケットを過去に受信したときは（ステップＳ１２のＹ）、そのパケットは被制御機Ｔ１又はＴ２に転送することなく、破棄する（ステップＳ１４）。

図６は、無線ＬＡＮシステム１におけるマルチキャストバケット送信時の通信シーケンス図であり、同一のパケットを３回送信する例である。制御器Ｔ０からのパケットは基地局ＡＰからバケットＰ１２−０，Ｐ１２−１，Ｐ１２−２として端末局ＳＴ１及びＳＴ２に３回送信される。端末局ＳＴ１及びＳＴ２では３連送されたバケットＰ１２−０，Ｐ１２−１，Ｐ１２−２のうち最初に正常に受信できたものを被制御局Ｔ１，Ｔ２に送る。

これにより、回線のビットエラーによって正常に受信できないパケット、いわゆるパケットエラーが生じても、３連送のうちのいずれかのパケットを正常に受信できればよいので、通信品質を大幅に向上できる（図６の例では、端末局ＳＴ１はパケットエラーなしにバケットＰ１２−０を受信しているが、端末局ＳＴ２はパケットエラーが連続して２回発生したためにバケットＰ１２−２を受信している）。たとえば、１回のバケット伝送におけるＰＥＲが１０％だとすれば、３連送することによってトータルのＰＥＲを０．１％に低減することができる。また、被制御局の数が増えても各被制御機に届くパケット間の時間差が大きくならない。また、端末局ＳＴ１，ＳＴ２側では同じパケットを受信しても被制御局Ｔ１，Ｔ２に転送するのは一度だけで、他の同じパケットは破棄するので、被制御局Ｔ１，Ｔ２側でトラブルが生じることもない。

また、通信品質に応じて連送回数を変動させるので、無線回線のビット誤り率が十分低いときにはパケットを連送する回数を少なくして、通信容量の有効利用を図ることができる。

通信品質として受信電力（ＲＳＳＩ）により判断する場合は、１度のユニキャストによるパケットの受信によっても判断可能であるため、移動局ＳＴが端末局ＳＴ１又はＳＴ２にパケットの再送を行った頻度により判断する場合のように、ユニキャストによるパケットの受信回数が少ないときに判断が遅れてしまうという問題が生じない。

一方、受信電力により判断する場合には、マルチパスが発生する受信電力が必ずしも通信品質を反映していないということがありうるが、パケットの再送を行った頻度により判断するときは、マルチパスの発生にかかわらず的確に通信品質を判断することができる。

なお、以上の実施の形態の説明ではマルチキャストによりパケットを送信する場合について説明したが、ブロードキャストによりパケットを送信する場合についても同様の処理を行ってよい。

本発明の一実施の形態である無線ＬＡＮシステムの全体構成を示すブロック図である。移動局の電気的な接続を示すブロック図である。基地局の電気的な接続を示すブロック図である。移動局がマルチキャストでパケットを送信するときの処理を説明するフローチャートである。端末局がマルチキャストでパケットを受信するときの処理を説明するフローチャートである。無線ＬＡＮシステムにおけるマルチキャストバケット送信時の通信シーケンス図である。無線ＬＡＮシステムでユニキャストによってパケットを伝送する方式のシーケンス図である。無線ＬＡＮシステムで基地局と端末局との間の無線回線でビットエラーを生じ、正常にパケットを伝送できなかった例の通信シーケンス図である。無線ＬＡＮシステムにおけるマルチキャストバケット伝送のシーケンス図である。

符号の説明

１無線ＬＡＮシステム
ＡＰ基地局
ＳＴ１，ＳＴ２端末局
Ｔ０制御器
Ｔ１，Ｔ２被制御機

Claims

無線通信により端末局と通信を行う通信手段と、
前記通信手段を介してマルチキャスト又はブロードキャストによりパケットを前記端末局に送信するときは同一の前記端末局に対して同一のパケットを複数回送信する送信制御手段と、
を備えている基地局。
前記端末局との間の無線通信の通信品質を判断する通信品質判断手段と、
前記通信品質判断手段で判断した通信品質が所定値より高いときは前記送信制御手段で同一のパケットを送信する回数を減じる送信回数制御手段と、
をさらに備えている請求項１に記載の基地局。
前記通信品質判断手段は、ユニキャストにより前記端末局から前記通信手段を介してデータの受信をしたときの受信電力の大きさにより前記通信品質を判断する、請求項２に記載の基地局。
前記通信品質判断手段は、ユニキャストにより前記端末局にパケットを再送した頻度により前記通信品質を判断する、請求項２に記載の基地局。
無線通信により基地局と通信を行う通信手段と、
前記通信手段を介してマルチキャスト又はブロードキャストによりパケットを前記基地局から受信したときは当該パケットと同一のパケットを当該基地局から過去に正常に受信したか否かを判断する受信有無判定手段と、
前記受信有無判定手段により前記基地局から受信したパケットと同一のパケットを当該基地局から過去に正常に受信したと判断したときは、当該受信したパケットを破棄する破棄手段と、
前記受信有無判定手段により前記基地局から受信したパケットと同一のパケットを当該基地局から過去に正常に受信していないと判断したときは、当該受信したパケットを所定の送信先に転送する転送手段と、
を備えている端末局。
請求項１〜４のいずれかの一項に記載の基地局と、
請求項５に記載の複数台の端末局と、
を備え、
前記基地局と前記端末局との間で無線通信を行う、無線通信システム。