JP2012009964A - 仮想化された無線ネットワーク・カードを有する無線端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】仮想化されたネットワーク・カードを実装する複数の通信端末を含む無線ネットワークにおいてスループットの最大化を図る方法を提供する。
【解決手段】各ノートＰＣに搭載されるＮＩＣは、ステーションとしての動作と仮想ＡＰとしての動作をするように仮想化されている。ノートＰＣ２１ａ〜３１ｂはＡＰ２０またはＡＰ３０に接続されている。ノートＰＣ２１ｂ〜３１ａにはパーソナル機器４０ｂ〜４０ｅのいずれかが接続されている。ノートＰＣ２１ａは、仮想ＡＰとして動作してパーソナル機器４０ａを接続する際に、チャネルをスキャンして空きチャネルがない場合に、最も電波強度の弱いチャネルでパーソナル機器に接続しているノートＰＣ３１ａに電波出力を低減するように要求する。
【選択図】図４

Description

本発明は、仮想化された無線ネットワーク・カードを備える無線端末装置を制御する技術に関し、さらに詳細には競合するチャネル間の電波干渉を排除して無線ネットワーク全体としてのスループットの最大化を図る技術に関する。

ノートブック型携帯式コンピュータ（以下、ノートＰＣという。）やＰＤＡなどの無線端末装置にはＩＥＥＥ８０２．１１の規格に適合した無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）アダプタが搭載されており、無線基地局またはアクセス・ポイント（ＡＰ）を通じてＬＡＮを構成するネットワーク機器と通信をすることができる。また、ノートＰＣは、ＩＥＥＥ８０２．１５の規格に適合したBluetooth（登録商標）またはＵＷＢ（Ultra Wide Band）といった無線ＰＡＮ（ＷＰＡＮ）アダプタを搭載してＬＡＮ機器との通信と同時に、プリンタ、プロジェクタ、またはデジタル・カメラといったパーソナル機器との通信ができるようになっている。この場合ノートＰＣは、ＷＬＡＮアダプタとＷＰＡＮアダプタを搭載することになる。

近年公表された、マイクロソフト社のWindows（登録商標）７、インテル社（インテルは登録商標）のMy WiFi Technology（ＭＷＴ）、または、米国の無線ＬＡＮ業界団体であるWi-Fi Allianceにより策定されたWi-Fi Directといったような技術では、１つのＷＬＡＮアダプタをソフトウエアで仮想化することで２つのネットワーク・アダプタとして動作させることができる。このように１つのＬＡＮアダプタを仮想化することで、一方のインターフェースを使ってノートＰＣをＡＰに接続するステーションとして動作させ、他方のインターフェースを使ってプリンタやプロジェクタなどのパーソナル機器に接続する仮想ＡＰとして動作させることができる。

ＩＥＥＥ８０２．１１ＷＬＡＮでは、同一の無線チャネルを複数のステーションで共有するためにＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御方式を採用する。この場合、同一のチャネルを使用するステーションの数またはトラフィックが増大するとフレームが衝突する機会が増大し単位時間あたりの最大のデータ転送量であるスループット（単位：ｂｐｓ）が低下する。

ＬＡＮアダプタを仮想化したノートＰＣが、特定のＡＰを中心とする近接した距離に複数存在するようになると、各ノートＰＣが仮想ＡＰとして動作してパーソナル機器と通信するために必要となるチャネルの数が増大する。チャネルは、２．４ＧＨｚまたは５ＧＨｚといった無線周波数帯の中で、電波干渉が生じないだけの周波数間隔を空けて決定することもあって周波数帯ごとの数には限界がある。よって仮想ＡＰとして動作するノートＰＣが接近している場合には、パーソナル機器との通信に使用するチャネルが不足して接続できない事態が生じたり、重複したチャネルを使用することでフレームの衝突が頻発してスループットが低下したりする。

特許文献１は、インフラストラクチャ・モードで動作可能な無線端末が端末間通信を行う場合に、同一のＡＰに属する他の無線端末が無線チャネルの帯域を十分に確保できるようにする通信システムを開示する。同文献の通信システムは、インフラストラクチャ・モードで動作中の各無線端末とＡＰが、ビーコン・インターバルに第１の無線チャネルを用いた通信を行う。さらに、インフラストラクチャ・モードで動作中の当該ＡＰに属する無線端末同士が、第１の無線チャネルを維持しつつ第１の無線チャネル以外の第２の無線チャネルを使用して、ビーコン・インターバルの空き時間に、アドホック・モードによる端末間通信を行う。

特許文献２は、同一周波数を使用している無線ゾーン間で電波干渉が発生したときに、その電波干渉を抑制する技術を開示する。同文献の抑制方法では、構内通信網に接続した無線親局と複数の無線子局とで複数の無線ゾーンを形成し、各無線ゾーンの無線親局および各無線子局は、同一チャンネルを使用している他の無線ゾーンの通信を受信する。そして、この受信信号からＩＤを検出し、この検出したＩＤに基づいて該当する無線親局または無線子局を特定し、構内通信網により該当する無線ゾーンの無線親局に送信電力を低減するための制御データを送信する。該当する無線ゾーンの無線親局または無線子局は受信した制御データに基づいて送信電力を低減する。

特開２００３−２４９９３９号公報 特開平０８−１０７３８２号公報

ノートＰＣがステーションとして動作してＡＰに接続すると同時に仮想ＡＰとして動作して配下のパーソナル機器に接続している場合には、それぞれの動作モードで使用するＭＡＣアドレスが独立しているため、特許文献２の方法で受信信号を検査しても電波干渉を生じる他のノートＰＣを特定することができない。また、スループットの最大化を図るためには時間的に変化するネットワークの状態に応じてダイナミックに制御する必要がある。

そこで本発明の目的は、仮想化された無線ネットワーク・カードを実装する複数の無線端末装置を含む複合無線ネットワークにおいて無線チャネルの数を確保する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、複合無線ネットワークにおいてスループットの最大化を図る方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような方法を実現する無線端末装置およびコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明は、第１の動作モードと第２の動作モードで動作するように仮想化された無線ネットワーク・カードを搭載する複数の無線端末装置を含む複合無線ネットワークに適用される。第１の動作モードはステーションとして動作するモードで第２の動作モードは、仮想アクセス・ポイントとして動作するモードということができる。本発明は第２の動作モードで動作する各無線端末装置に多数のパーソナル機器が接続されて競合しないチャネルの数が不足したときに、競合するチャネルの使用を可能にしながらスループットが低減しないようにする。

各無線端末装置は時分割動作をして、それぞれ第１の動作モードでアクセス・ポイントに接続しかつ第２の動作モードでパーソナル機器に接続することができる。したがって、無線端末装置は、アクセス・ポイントに対するセッションとパーソナル機器に対するセッションを同時に維持することができる。複合無線ネットワークにおいて第１の無線端末装置が第２の動作モードを有効にしているときに、第２の無線端末装置が新規に第２の動作モードでパーソナル機器と接続するために、最初に第２の無線端末装置が他の複数の無線端末装置が発信しているビーコン・フレームをスキャンしてチャネル番号と電波強度と識別子とを対応付けたスキャン・リストを作成する。識別子は、無線端末装置が第１の動作モードで使用している第１の識別子と第２の動作モードで使用している第２の識別子で構成することができる。

重複しないで使用できるチャネルの数に余裕があって、スキャン・リストに登録されていないチャネルを使用できる場合は、当該チャネルを使用すればよいが、重複したチャネルを使用せざるを得ない場合は、第２の無線端末装置がスキャン・リストに登録されたチャネル番号の中から第２の動作モードで使用する無線チャネルを選択する。このとき、スキャン・リストの中で電波強度が最低のビーコン・フレームの無線チャネルを選択すると、電波出力の低減を要求された第１の無線端末装置に対する影響を少なくすることができる。

第２の無線端末装置は、選択した無線チャネルに対応する識別子を有する第１の無線端末装置に対して第２の動作モードでの電波出力を低減するように要求する。要求するためには、第１の無線端末装置を複合無線ネットワーク上で特定する必要があるが、ビーコン・フレームから取得した識別子では正確に第１の無線端末装置を特定できない場合がある。第１の無線端末装置を特定して電波強度の低減要求をする方法には、第１の動作モードで各無線端末装置が接続することができる管理サーバを経由して行う方法と、第１の動作モードまたは第２の動作モードで直接第２の無線端末装置から第１の無線端末装置に行う方法がある。

管理サーバを利用する方法では、無線端末装置がそれぞれアクセス・ポイントに接続されたときに、またはその後第２の動作モードを有効にしたときに自らの第１の識別子と第２の識別子を管理サーバに登録する。第２の無線端末装置は管理サーバにスキャン・リストから取得した第１の無線端末装置の識別子を含むパケットを送信し、管理サーバは受け取った識別子から第１の識別子を取得して第１の無線端末装置に電波出力の低減を要求することができる。直接要求する方法では、第２の無線端末装置が第１の動作モードでブロードキャストをして、選択した無線チャネルを第２の動作モードで使用しているか否かを問い合わせ、選択した無線チャネルに対応する識別子を有する無線端末装置を特定することができる。あるいは、第２の無線端末装置は第２の動作モードで第１の無線端末装置に直接要求するようにしてもよい。

要求があると第１の無線端末装置は第２の動作モードでの電波出力を低減する。このとき第１の無線端末装置に接続しているパーソナル機器に対して第１の無線端末装置が電波出力を低減する要求をすれば、パーソナル機器による第２の無線端末装置に対する電波干渉を軽減することができる。よって、第２の無線端末装置は第１の無線端末装置が第２の動作モードで使用する無線チャネルと同じ無線チャネルを使用してパーソナル機器に接続してもスループットの低下を軽減または除去することができる。

スキャン・リストに登録された無線チャネルを選択するときの電波出力を、スキャン・リストに登録されていない空きの無線チャネルを選択するときの電波出力より小さくなるように設定すれば、第２の無線端末装置が第１の無線端末装置に与える電波干渉の影響をあらかじめ軽減することができる。電波出力を低減した第１の無線端末装置は、パーソナル機器に接続している無線チャネルを他の無線端末装置が使用しているか否かを監視して、他の無線端末装置が当該無線チャネルを使用していないと判断したときに低減した電波出力を復帰することができる。その結果第１の無線端末装置は、一旦は第２の無線端末装置の要請で電波出力を低減しても、その後低減しておく必要がなくなったときには、セルの大きさを拡大して離れた位置に存在するパーソナル機器に対する接続の機会を確保することができる。

また第１の無線端末装置は、パーソナル機器に接続している無線チャネルを他の無線端末装置が使用しているか否かを監視して、他の無線端末装置が当該無線チャネルを使用していると判断したときに他の無線端末装置に電波出力を低減する要求をすることができる。このように無線端末装置同士が相互間で電波出力を調整することで、パーソナル機器が増加したときに複合無線ネットワーク全体のスループットが向上する。第１の無線端末装置は、エラー・レートが上昇したときまたは定期的に他の無線端末装置が発信しているビーコン・フレームをスキャンしてチャネル番号と電波強度と識別子とを対応付けたスキャン・リストを作成することができる。

そして第１の無線端末装置が第２の動作モードで自らが使用している無線チャネルがスキャン・リストに含まれていると判断したときに、自らが使用できる無線チャネルに空きがあるか否かを判断し、さらに空きがあると判断した場合に第１の無線端末装置が無線チャネルを変更することが可能である旨をユーザに通知することができる。また、空きがないと判断した場合に、第１の無線端末装置が他の無線端末装置に第２の動作モードでの電波出力を低減するように要求することができる。その結果、複合無線ネットワークの状況が時間的に変化した場合でも、ダイナミックに各無線チャネルのスループットの合計を最大に維持することができる。

本発明により、仮想化された無線ネットワーク・カードを実装する複数の通信端末を含む複合無線ネットワークにおいて無線チャネルの数を確保することができた。さらに本発明により、複合無線ネットワークにおいてスループットの最大化を図る方法を提供することができた。さらに本発明により、そのような方法を実現する無線端末装置およびコンピュータ・プログラムを提供することができた。

インフラストラクチャ・モードのＬＡＮシステムのネットワーク構成を示す図である。 ノートＰＣのハードウエア構成を示す概略の機能ブロック図である。 ノートＰＣに実装されるソフトウエアの概略の構成を示す機能ブロック図である。 複合無線ネットワークにおいて電波干渉が発生する状況を説明するためのモデル図である。 ノートＰＣにおいて図３のソフトウエアが実行されることで構成される電波出力制御システムの構成を示す機能ブロック図である。 図４の複合無線ネットワークにおいて、ノートＰＣがパーソナル機器と接続するときの手順を示すフローチャートである。 ノートＰＣの仮想ＡＰが形成するセルの大きさを決定する手順を説明するための図である。 電波出力を低減したノートＰＣが電波出力を復帰させる手順を示すフローチャートである。 すでに形成された複合ネットワークにおいて、各ノートＰＣが電波出力を制御してスループットの向上を図る手順を示すフローチャートである。

［無線ＬＡＮシステムの構成］
図１は、ＩＥＥＥ８０２．１１に規定するインフラストラクチャ・モードのＬＡＮ１０のネットワーク構成を示す図である。図１ではイーサネット（登録商標）のバックボーン・ネットワーク１１に、代表的に管理サーバ１３、ＡＰ２０、およびＡＰ３０が接続された状態が示されている。バックボーン・ネットワーク１１には図１には示していないＷｅｂサーバ、メール・サーバ、ＤＮＳサーバ、およびデータベース・サーバなどのさまざまなサーバが接続される。１つのＡＰがカバーする電波の到達範囲として画定された面積的な領域をセルという。図１には、ＡＰ２０が形成したセル１５とＡＰ３０が形成したセル１７とを示している。さらに仮想ＡＰとして動作するノートＰＣ２１が形成したセル１９も示している。セル１５とセル１７は、重複する範囲を含んでいる。

１つの周波数帯では、電波干渉が生じないように中心周波数を所定値だけ離してチャネルを選定するため使用できるチャネル数は制限がある。電波干渉なしで使用できるチャネルの数はＩＥＥＥ８０２．１１ｂ、ｇの２．４ＧＨｚ帯で３〜４個となり、ＩＥＥＥ８０２．１１ａの５ＧＨｚ帯では２４個となっている。ＡＰ２０とＡＰ３０は、同じ周波数帯を使用しても、電波干渉の生じないチャネルを使用するためセルの重複範囲でチャネルが混在してもスループットは低下しない。１つのセルでは、ＣＳＭＡ／ＣＡによりアクセス制御をすることで同一のチャネルを使用しながらＡＰと複数のノートＰＣとの間でイーサネット・フレーム（以下、単にフレームという。）の衝突を回避しながら通信することができる。ノートＰＣ２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、ＡＰ２０に接続され、ノートＰＣ３１ａ、３１ｂはＡＰ３０に接続されている。

各ノートＰＣ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３１ａ、３１ｂは、ネットワーク・インターフェース・カード（ＮＩＣ）を搭載している。各ノートＰＣのＮＩＣは、仮想ＡＰおよびステーションの２つの動作ができるようにソフトウエアで仮想化されている。したがって、各ノートＰＣはステーションとして動作してＡＰ２０またはＡＰ３０に対する接続を維持しながら、プリンタ、プロジェクタ、カメラ、または他のノートＰＣといったようなＷＬＡＮのＮＩＣを搭載したパーソナル機器と通信することができる。ノートＰＣ２１ｂは、仮想ＡＰとして動作してパーソナル機器４０ｂ、４０ｃとの間にＷＬＡＮとは異なる独自の無線ネットワークを構築している。

以後、各ノートＰＣ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３１ａ、３１ｂとＡＰ２０、３０により構成される通信ネットワークをＷＬＡＮといい、仮想ＡＰとして動作する各ノートＰＣ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３１ａ、３１ｂと対応するパーソナル機器により構成される通信ネットワークを無線パーソナル・エリア・ネットワーク（ＷＰＡＮ）ということにする。ただし本発明におけるＷＰＡＮは、ＩＥＥＥ８０２．１５に規定するBluetooth（登録商標）またはＵＷＢ（Ultra Wide Band）の通信方式とは異なり、ＩＥＥＥ８０２．１１の規格に基づくＷＬＡＮの通信方式を採用する。管理サーバ１３の機能および各ノートＰＣの構成については後に説明する。

［ノートＰＣの構成］
図２は、ノートＰＣ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３１ａ、３１ｂに対応するノートＰＣ１００のハードウエア構成を示す概略の機能ブロック図である。ノートＰＣ１００は中央演算処理装置（ＣＰＵ）１０１、メイン・メモリ１０３、ディスク・ドライブ１０５、液晶ディスプレイ装置（ＬＣＤ）１０７、入出力デバイス１０９およびＮＩＣ１１１がバス１１５に接続されている。ディスク・ドライブ１０５には、オペレーティング・システム（ＯＳ）、アプリケーション・プログラム、およびデバイス・ドライバの他に本実施の形態に関わるプログラムが格納されている。ＮＩＣ１１１には、アンテナ１１３が接続されている。

ＮＩＣ１１１はデバイス・ドライバと協働してＴＣＰ／ＩＰ階層モデルのネットワーク・インターフェース層に位置する送信機および受信機として動作する。ＮＩＣ１１１は、バス１１５と無線媒体との間でフレームを双方向に転送する際のバッファ機能を含む。ＮＩＣ１１１は、送信時にＩＰパケットにＭＡＣヘッダを付加してフレームを生成したり、受信時にフレームからＭＡＣヘッダを除去したりするプロトコル変換機能を含む。

ＮＩＣ１１１はさらに送信時にデータを符号化および変調してアンテナ１１３に高周波信号として出力する機能および受信時に復調および誤り訂正処理をする機能を含む。また、ＮＩＣ１１１は、デバイス・ドライバの制御により電波出力を変化させたり使用するチャネルを変化させたりすることができる。さらにＮＩＣ１１１は、受信したビーコン・フレームの電波強度を測定したり、通信パケットのエラー・レートおよびＳＮ比を測定したりすることができる。なお、ＮＩＣ１１１の構成は周知である。

図３は、ノートＰＣ１００に実装されるソフトウエアの概略の構成を示す機能ブロック図である。本発明にかかるノートＰＣ１００は、ＷＬＡＮとＷＰＡＮを同時に構築することができる。接続ユーティリティ１５１およびアプリケーション１５３は、ＯＳ１５５上で動作する。接続ユーティリティ１５１は、ノートＰＣ１００がＷＬＡＮおよびＷＰＡＮを構築する際に、ノートＰＣ１００の動作を制御するためのプログラムである。

アプリケーション１５３は、Ｗｅｂブラウザ、メール・ソフトウエア、または動画再生ソフトウエアといったようにユーザが作業に利用してＷＬＡＮまたはＷＰＡＮにアクセスするためのプログラムである。アプリケーション１５３は、データ転送の送信先がＷＬＡＮ１９５であるかＷＰＡＮ１９３であるかを認識することはなく、送信データに送信先のＩＰアドレスに関連する識別子を付加してＯＳ１５５に渡す。

ＯＳ１５５は、ＴＣＰ／ＩＰプロトコル・モデル階層のトランスポート層とインターネット層の機能を含み、ＴＣＰパケットおよびＩＰパケットを処理する。ＯＳ１５５は送信時には、ユーザ・データにＴＣＰヘッダおよびＩＰヘッダを付加してＩＰパケットを生成し仮想化モジュール１５７に渡す。ＯＳ１５５は受信時に仮想化モジュール１５７から受け取ったＩＰパケットからユーザ・データを取り出して、ポート番号で指定されたアプリケーション１５３に渡す。ＯＳの機能は周知である。

仮想化モジュール１５７は、ＷＬＡＮインターフェース１５９、ＷＰＡＮインターフェース１６１、ＤＨＣＰ１６３およびパケット制御部１６５で構成されている。仮想化モジュール１５７は、ＴＣＰ／ＩＰプロトコル・モデル階層のインターネット層とネットワーク・インターフェース層の間に挿入されている。ＷＬＡＮインターフェース１５９とＷＰＡＮインターフェース１６１は、ノートＰＣ１００にＷＰＡＮ１９３を構成するパーソナル機器のＩＰアドレスを保有している。

ＷＬＡＮインターフェース１５９は、ＯＳ１５５から受け取ったＩＰパケットの宛先ＩＰアドレスがＷＬＡＮ１９５を構成する機器である場合またはＷＰＡＮを構成するパーソナル機器でない場合は当該ＩＰパケットをＩＰパケット制御部１６５に送るプログラムである。ＷＰＡＮインターフェース１６１は、ＯＳ１５５から受け取ったＩＰパケットのＩＰアドレスが、ＷＰＡＮ１９３を構成するパーソナル機器である場合は当該ＩＰパケットをパケット制御部１６５に送るプログラムである。

ＤＨＣＰ１６３は、仮想ＡＰとして動作するノートＰＣ１００に接続するパーソナル機器にＩＰアドレスを付与するプログラムである。ユーザは、接続ユーティリティ１５１を通じてあらかじめＤＨＣＰ１６３がパーソナル機器に付与するＩＰアドレスの範囲を設定することができる。パケット制御部１６５は、ＮＩＣ１１１を所定の時間間隔でまたは受け取ったパケット量に応じた時間間隔でＷＬＡＮ１９５に接続するためのタイムスロットとＷＰＡＮ１９３に接続するためのタイムスロットを形成してデバイス・ドライバ１６７に切り換え信号を送る。

パケット制御部１６５は送信時に、ＷＬＡＮ１９５のタイムスロットではＷＬＡＮインターフェース１５９から受け取ったＩＰパケットをデバイス・ドライバ１６７に送り、ＷＰＡＮ１９３のタイムスロットではＷＰＡＮインターフェース１６１から受け取ったＩＰパケットをデバイス・ドライバ１６７に送る。パケット制御部１６５は受信時に、ＷＬＡＮ１９５のタイムスロットではデバイス・ドライバ１６７から受け取ったＩＰパケットをＷＬＡＮインターフェース１５９に送り、ＷＰＡＮ１９３のタイムスロットではデバイス・ドライバ１６７から受け取ったＩＰパケットをＷＰＡＮインターフェース１６１に送る。

デバイス・ドライバ１６７は、ＮＩＣ１１１の動作を制御したりＮＩＣ１１１と仮想化モジュール１５７との間のデータ通信を制御したりするプログラムである。デバイス・ドライバ１６７とＮＩＣ１１１はＴＣＰ／ＩＰプロトコル・モデル階層のネットワーク・インターフェース層に位置する。デバイス・ドライバ１６７は、パケット制御部１６５からＷＬＡＮ１９５のタイムスロットに設定する切り換え信号を受け取ったときには、ＮＩＣ１１１をたとえばチャネル１に設定する。

デバイス・ドライバ１６７は、パケット制御部１６５からＷＰＡＮ１９３のタイムスロットに設定する切り換え信号を受け取ったときには、ＮＩＣ１１１をチャネル１とは異なるたとえばチャネル６に設定する。デバイス・ドライバ１６７は、ＮＩＣ１１１に複数の電波出力を設定することができ、さらにチャネル１とチャネル６でＮＩＣ１１１が異なる電波出力で動作するように制御することができる。

デバイス・ドライバ１６７は送信時に、パケット制御部１６５から受け取ったＩＰパケットにイーサネット・ヘッダを付加してフレームを生成してＮＩＣ１１１を通じて送信する。デバイス・ドライバ１６７は受信時に、ＮＩＣ１１１が受信したフレームからイーサネット・ヘッダを取り除いてＩＰパケットを取り出してパケット制御部１６５に送る。デバイス・ドライバ１６７は、接続ユーティリティ１５１から指示されたＷＬＡＮ１９５のタイムスロットとＷＰＡＮ１９３のタイムスロットのそれぞれにおける電波出力をＮＩＣ１１１に設定する。

デバイス・ドライバ１６７は、ＡＰが発信するビーコン・フレームの電波強度（ＲＳＳＩ）、信号対雑音比（ＳＮ比）またはエラー・レートを測定してＯＳ１５５経由で接続ユーティリティ１５１に送ることができる。ＲＳＳＩ、ＳＮ比およびエラー・レートは、ＡＰとノートＰＣとの間のスループットに影響を与える通信品質のパラメータとなり、接続ユーティリティ１５１がＷＰＡＮのタイムスロットで使用する電波強度の設定に利用する。

仮想化モジュール１５７およびデバイス・ドライバ１６７はノートＰＣ１００を時分割で、ＷＬＡＮ１９５のタイムスロットで動作するときにＡＰと通信するステーションとして動作させ、かつＷＰＡＮ１９３のタイムスロットで動作するときにパーソナル機器と通信する仮想ＡＰとして動作させることができる。ユーザは接続ユーティリティ１５１を通じて仮想ＡＰをイネーブルに設定したりディスエーブルに設定したりすることができる。

ＮＩＣ１１１のＥＥＰＲＯＭには、固有の識別子であるＭＡＣアドレスが製造メーカにより登録されている。ノートＰＣ１００はステーションとして動作するときにはフレームにこのＭＡＣアドレスを書き込んで送信する。以後、ステーションとして動作するときに使用するＭＡＣアドレスを実ＭＡＣアドレスという。デバイス・ドライバ１６７は仮想ＡＰがイネーブルに設定されて仮想ＡＰが動作を開始するときまたはノートＰＣに電源が投入されたときに、実ＭＡＣアドレスに基づいて仮想ＭＡＣアドレスを生成する。

仮想ＭＡＣアドレスは、ＮＩＣ１１１の製造メーカが他のＮＩＣと重複しないようにリザーブしている範囲で、たとえば実ＭＡＣアドレスに所定の数を加えた値として生成される。実ＭＡＣアドレスと仮想ＭＡＣアドレスはデータ構造が同じであるため、ノートＰＣはビーコン・フレームから読み取ったＭＡＣアドレスが実ＭＡＣアドレスであるか仮想ＭＡＣアドレスであるかを知ることはできない。

ここではＮＩＣ１１１からは、ステーションとして動作するときにチャネル１を使用し、仮想ＡＰとして動作するときにチャネル６を使用するといったように時分割でフレームが送信される。それらのフレームはＷＬＡＮ１９５のＡＰにもＷＰＡＮ１９３のパーソナル機器にも届くが、ＡＰはチャネル１のフレームだけを受信し、パーソナル機器はチャネル６のフレームだけを受信する。また、ＮＩＣ１１１はチャネル１で動作するときにはＡＰから受け取ったフレームを受信し、チャネル６で動作するときはパーソナル機器から受け取ったフレームを受信する。本実施の形態では、仮想化モジュール１５７をＯＳ１５５とは別のモジュールとして構成したが、ＯＳ１５５の中に組み込むこともできる。

［電波干渉の発生モデル］
図４は、図１のＬＡＮ１０に対してＷＬＡＮとＷＰＡＮが同時に形成された複合無線ネットワーク５０において電波干渉が発生する状況を説明するためのモデル図である。管理サーバ１３は、ネットワーク接続制御部５３、電波出力制御部５１およびマッピング・テーブル５５を含んでいる。ネットワーク接続制御部５３は、バックボーン・ネットワーク１１との通信を制御する。電波出力制御部５１は、マッピング・テーブル５５の管理をしたり、所定のノートＰＣに仮想ＡＰとして動作するときの電波出力を低減する要求をしたりする。

マッピング・テーブル５５は、各ノートＰＣ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３１ａ、３１ｂがＡＰ２０、３０に接続するときに使用する実ＭＡＣアドレスとパーソナル機器４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅに接続するときに使用する仮想ＭＡＣアドレスとを対応付けたデータを格納している。なお本明細書においては、実ＭＡＣアドレスと仮想ＭＡＣアドレスの両方を含むときは単にＭＡＣアドレスと表記する。

ネットワーク接続制御部５３は、ＡＰ２０、３０の実ＭＡＣアドレスを保有している。電波出力制御部５１は、仮想ＡＰをイネーブルに設定したノートＰＣから仮想ＭＡＣアドレスと実ＭＡＣアドレスを受け取ってマッピング・テーブル５５に書き込み、ノートＰＣから仮想ＡＰをディスエーブルに設定した通知を受けたときに当該ノートＰＣに関するデータをマッピング・テーブル５５から削除する。

さらに管理サーバ１３は、定期的にＡＰ２０、３０にアクセスして現在接続されているノートＰＣの実ＭＡＣアドレスを確認し、ＷＬＡＮへの接続を停止したノートＰＣのデータをマッピング・テーブル５５から削除する。このようにしてマッピング・テーブル５５のデータは現在の混合ネットワーク５０の状態を反映し、すでに動作していない仮想ＡＰの仮想ＭＡＣアドレスが登録されていることがないようになっている。ＷＬＡＮへの接続を停止したノートＰＣのデータをマッピング・テーブル５５から削除する理由は、説明するように管理サーバがＡＰ２０、３０を経由してノートＰＣに電波出力の低減要求をするためである。

ここで、チャネル１〜５は電波干渉が生じないように所定の周波数間隔を空けて中心周波数が指定されている仮想のチャネル番号である。ＡＰ２０にはノートＰＣ２１ａ、２１ｂ、２１ｃがチャネル１で接続され、ＡＰ３０にはノートＰＣ３１ａ、３１ｂがチャネル２で接続されてそれぞれのＷＬＡＮを形成している。さらに、ノートＰＣ２１ｂにはパーソナル機器４０ｂ、４０ｃがチャネル３で接続され、ノートＰＣ２１ｃにはパーソナル機器４０ｄがチャネル４で接続され、ノートＰＣ３１ａにはパーソナル機器４０ｅがチャネル５で接続されてそれぞれのＷＰＡＮを形成している。チャネル１とチャネル２はＷＬＡＮの物理媒体として使用され、チャネル３〜チャネル５はＷＰＡＮの物理媒体として使用されている。

この状態ではＡＰ２０、３０およびノートＰＣ２１ｂ、２１ｃ、３１ａが形成するセルが重複しているとしてもすべてのチャネルが異なっているので電波干渉は生じない。また各ノートＰＣにおいてＷＬＡＮとＷＰＡＮで同じチャネルを使用しても１つのＮＩＣから出力されるフレームの送信タイミングは異なるように制御されるために電波干渉は生じない。同様の理由で、各ノートＰＣが仮想ＡＰとして動作して同一のチャネルを使って複数のパーソナル機器に接続されているときも電波干渉は生じない。

しかしいずれかのノートＰＣが仮想ＡＰとして動作するときに、他のノートＰＣが使用しているＷＬＡＮまたはＷＰＡＮのチャネルと同一のチャネルをＷＰＡＮのチャネルとして選定すると、電波干渉が発生してスループットが低下する。具体的には、ＣＳＭＡ／ＣＡにおいて必要なフレームを送信するまでの待ち時間やＡＣＫフレームを受け取るまでの待ち時間が増大したり、誤り訂正ができない程度のノイズが混入したときに再送要求をしたりするための余分な時間が必要になったりすることでスループットが低下する。

ここで、ノートＰＣ２１ａがパーソナル機器４０ａに接続しようとする場合には、空いているチャネルがない場合は接続を断念するかチャネル１〜チャネル５のいずれかを使用することになる。そして、断念する場合はノートＰＣ２１ａとパーソナル機器４０ａとの間の単位時間当たりの転送データ量に相当するトラフィックがゼロになり、たとえばチャネル１を使用すればＡＰ２０とノートＰＣ２１ｂ、２１ｃとの間のスループットおよびノートＰＣ２１ａとパーソナル機器４０ａとの間のスループットの合計は電波干渉がないチャネルを使用する場合よりも低下する。チャネル２〜５のいずれかを使用する場合も同様にスループットが低下する。

［電波出力制御システム］
図５は、ノートＰＣ１００において図３のソフトウエアが実行されることで構成される電波出力制御システム１８０の構成を示す機能ブロック図である。図５の構成要素はＮＩＣ１１１を除いて、図３に示したソフトウエアとそれを実行するＣＰＵ１０１、メイン・メモリ１０３などのハードウエアとの協働により実現されるハードウエア機能として表現している。アプリケーション部１８１は、アプリケーション１５３およびＯＳ１５５を含んで構成されており、ＷＬＡＮ１９５またはＷＰＡＮ１９３との間でユーザ・データの交換をする。

ＷＰＡＮ制御部１８５は、接続ユーティリティ１５１、ＯＳ１５５およびデバイス・ドライバ１６７を含んで構成されており、管理サーバ１３に電波干渉を与えるノートＰＣの電波出力を低減させるように要求する。ＷＰＡＮ制御部１８５は、管理サーバ１３から電波出力の低減要求を受け取ったときに、自らが仮想ＡＰとして動作するときの電波出力を低減したり、接続しているパーソナル機器の電波出力を低減したりする処理をする。ＷＰＡＮ制御部１８５は、仮想ＡＰをイネーブルまたはディスエーブルに設定する画面をＬＣＤ１０７に表示してユーザからの指示を受け取ったりする。

ネットワーク制御部１８３は、ＯＳ１５５、仮想化モジュール１５７およびデバイス・ドライバ１６７を含んで構成されており、仮想ＡＰ１８４とステーション１８６の機能を時分割動作で提供する。ネットワーク制御部１８３は、ＷＰＡＮ制御部１８５によって仮想ＡＰイネーブルの設定がされると、自律的に仮想ＡＰ１８４の動作とステーション１８６の動作を時分割で実行する。チャネル選択部１８７は接続ユーティリティ１５１、ＯＳ１５５およびデバイス・ドライバ１６７を含んで構成され、チャネル・リスト１８９とスキャン・リスト１９１を含んでいる。

チャネル・リスト１８９には、ノートＰＣ１００が自ら使用することができるチャネルの番号が登録されている。チャネル選択部１８７は、仮想ＡＰ１８４がイネーブルに設定されたときおよびその後ＷＰＡＮ制御部１８５から指示されたときに、チャネル・リスト１８９に登録された各チャネルについて複合無線ネットワーク５０で発信されているビーコン・フレームをスキャンしてスキャン・リスト１９１を作成する。スキャン・リスト１９１には、ビーコン・フレームから取得したＡＰおよび仮想ＡＰで動作する他のノートＰＣのチャネル番号、ＲＳＳＩ、およびＭＡＣアドレスが登録される。

なお、図２、図３、図４、図５は本実施の形態を説明するために必要なハードウエアおよびソフトウエアの構成および接続関係を簡略化して記載したに過ぎないものである。ここまでの説明で言及した以外にも、ノートＰＣ１００および管理サーバ１３を構成するには多くのデバイスが使われる。しかしそれらは当業者には周知であるので、ここでは詳しく言及しない。図で記載した複数のブロックを１個の集積回路またはプログラム・モジュールとしたり、逆に１個のブロックを複数の集積回路またはブログラム・モジュールに分割して構成したりすることも、当業者が任意に選択することができる範囲においては本発明の範囲に含まれる。

［新たなＷＰＡＮを形成する際のスループットの低下を抑制する手順］
図６は、図４の複合無線ネットワーク５０において、ノートＰＣ２１ａがパーソナル機器４０ａと接続するときの手順を示すフローチャートである。ブロック２０１では、図４に示すようにＡＰ２０、３０に対して５台のノートＰＣ２１ａ〜３１ｂが接続されてＷＬＡＮを形成している。ＡＰ２０は、現在接続されているノートＰＣ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの実ＭＡＣアドレスとＩＰアドレスを保有しており、ＡＰ３０は同様にノートＰＣ３１ａ、３１ｂの実ＭＡＣアドレスとＩＰアドレスを保有している。

ＷＬＡＮとＷＰＡＮを同時に構築しているノートＰＣ２１ｂ、２１ｃ、３１ａのネットワーク制御部１８３は、仮想ＡＰ１８４が使用する仮想ＭＡＣアドレスとステーション１８６が使用する実ＭＡＣアドレスを保持している。ＷＬＡＮだけを構築しているノートＰＣ２１ａ、３１ｂのネットワーク制御部１８３はいまだ仮想ＡＰがイネーブルに設定されていない場合は、ステーション１８６が使用する実ＭＡＣアドレスだけを保持している。

あるいはノートＰＣ２１ａ、３１ｂは、仮想ＡＰがイネーブルに設定されているか否かに関わらず、電源が投入されたときにデバイス・ドライバ１６７が仮想ＭＡＣアドレスを生成するようにしてもよい。ＷＰＡＮに参加しているパーソナル機器４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅには、電源が投入されたときに対応するノートＰＣ２１ｂ、２１ｃ、３１ａの仮想ＡＰ１８４によりＩＰアドレスが付与されている。

各ノートＰＣは、仮想ＡＰ１８４をイネーブルに設定したときは管理サーバ１３に自らの仮想ＭＡＣアドレスを送付してマッピング・テーブル５５への登録を要求し、仮想ＡＰ１８４をディスエーブルに設定したときは管理サーバ１３に登録した仮想ＭＡＣアドレスをマッピング・テーブル５５からの削除を要求する。管理サーバ１３の電波出力制御部５１は、各ノートＰＣから受け取った仮想ＭＡＣアドレスの登録または抹消の要求があったときにマッピング・テーブル５５を更新する。

仮想ＡＰ１８４として動作しているノートＰＣ２１ｂ、２１ｃ、３１ａは、ＡＰ２０、３０と同様に定期的にビーコン・フレームを発信している。また、パーソナル機器と接続されていないノートＰＣ３１ｂは仮想ＡＰがイネーブルに設定されると同様にビーコン・フレームを発信する。ビーコン・フレームは、当該ＡＰまたは当該仮想ＡＰ１８４のＳＳＩＤおよび使用しているチャネル番号を含んでおり、その先頭にはプリアンブルが付加されている。ＳＳＩＤはネットワーク管理者がＡＰに付与したネットワーク上の名称で複数のＡＰが存在する場合を考慮してＥＳＳＩＤという場合もある。ＳＳＩＤに対応するＭＡＣアドレスはＢＳＳＩＤともいわれビーコン・フレームに含まれる。したがって、ノートＰＣ２１ｂ、２１ｃ、３１ａの仮想ＡＰが発信するビーコン・フレームには仮想ＭＡＣアドレスが含まれている。

ブロック２０３では、パーソナル機器４０ａと接続するためにノートＰＣ２１ａのＷＰＡＮ制御部１８５がネットワーク制御部１８３に対して仮想ＡＰイネーブルの設定をし、さらにチャネル選択部１８７に仮想ＡＰ１８４が使用するチャネルを選択するように指示する。ブロック２０５では、ノートＰＣ２１ａのチャネル選択部１８７がＮＩＣ１１１に自らが保有するチャネル・リスト１８９に登録されたチャネルを順番に設定してビーコン・フレームをスキャンし、プリアンブルから各ビーコン・フレームのＲＳＳＩを測定してスキャン・リスト１９１を作成する。

スキャン・リスト１９１は、ビーコン・フレームごとのＭＡＣアドレス、チャネル番号およびＲＳＳＩで構成されている。さらにチャネル選択部１８７は、ブロック２０７でチャネル・リスト１８９とスキャン・リスト１９１を比較して空いているチャネルが存在するか否かを判断する。ＡＰ２０、３０に対しては電波出力を低減する要求ができないため、ノートＰＣ２１ａのチャネル選択部１８７はネットワーク制御部１８３から取得したノートＰＣ２１ａのステーション１８６が現在使用しているチャネル１を、仮想ＡＰに設定するチャネルから除外する。

ただし、ノートＰＣ３１ａが使用しているチャネル２は、ＷＬＡＮのチャネルかＷＰＡＮのチャネルかを識別できないので除外することはできない。チャネル選択部１８７はＮＩＣ１１１から受け取ったＡＰ３０および他のノートＰＣ２１ｂ、２１ｃ、３１ａの仮想ＡＰ１８４が発信するビーコン・フレームから抽出したチャネル番号と、自らが保有するチャネル・リスト１８９のチャネル番号を比較して、チャネル１以外で空いているチャネルが存在すると判断した場合は、仮想ＡＰ１８４に空いているチャネルを設定する。

空いているチャネルは、チャネル・リスト１８９に登録されたいかなるチャネルであってもよい。その後ブロック２０９では、ノートＰＣ２１ａの仮想ＡＰ１８４がビーコン・フレームの発信を開始し、それを受信したパーソナル機器４０ａが接続要求をする。ノートＰＣ２１ａとパーソナル機器４０ａは空いているチャネルで認証およびアソシエーションをして接続を確立する。この場合は電波干渉によるスループットの低下の問題は生じない。ブロック２０７でチャネル選択部１８７が空きチャネルがないと判断したときは、ブロック２１１でノートＰＣ２１ａのチャネル選択部１８７はスキャン・リスト１９１から最も電波強度の弱いビーコン・フレームのチャネル番号を取得し仮想ＡＰ１８４が使用するチャネルとして選択する。

この時点でノートＰＣ２１ａのチャネル選択部１８７は、電波強度が最低のビーコン・フレームが他のノートＰＣ２１ｂ、２１ｃ、３１ａ、３１ｂの仮想ＡＰ１８４から発信されているＷＰＡＮのものか、ＡＰ３０から発信されているＷＬＡＮのものかを識別することができない。したがって、ノートＰＣ２１ａのチャネル選択部１８７は、電波強度が最低のビーコン・フレームを発信しているノートＰＣを特定することができない。チャネル選択部１８７は、選択したチャネルに対応するＭＡＣアドレス（実ＭＡＣアドレスまたは仮想ＭＡＣアドレス）をスキャン・リスト１９１から取得する。

ブロック２１３では、チャネル選択部１８７は最も電波強度の弱いビーコン・フレームを発信しているノートＰＣの仮想ＡＰの電波出力を低減するために、取得したＭＡＣアドレスをＷＰＡＮ制御部１８５に送る。ＷＰＡＮ制御部１８５は、ステーション１８６を通じて電波出力の低減を要求するための要求パケットを管理サーバ１３に送る。要求パケットは、チャネル選択部１８７から取得したＭＡＣアドレスを含んでいる。ブロック２１５では、管理サーバ１３のネットワーク接続制御部５３を通じて要求パケットを受け取った電波出力制御部５１は、要求パケットからＭＡＣアドレスを抽出してマッピング・テーブル５５を参照する。

電波出力制御部５１は、要求パケットに含まれるＭＡＣアドレスがＡＰ３０の実ＭＡＣアドレスの場合は、ブロック２１７でネットワーク制御部５３を通じて電波出力の低減ができない旨の通知をするための返答パケットをノートＰＣ２１ａに送る。ＡＰ３０の電波出力を低下させるとＷＬＡＮ１９５に接続できないノートＰＣが多数発生する可能性があるので、ＷＰＡＮとＷＬＡＮとの間で電波干渉が生じるような場合は、本実施の形態ではＷＬＡＮを優先させることにしてＡＰ３０の電波出力は低減しない。ただし本発明はＡＰ３０の電波出力を低減することを排除するものではない。

返答パケットを受け取ったノートＰＣ２１ａのチャネル選択部１８７は、ブロック２１１に戻ってスキャン・リスト１９１を参照して、つぎに電波強度の弱いビーコン・フレームのチャネルを使用チャネルとして選択し、ブロック２１３で当該チャネルに対応するＭＡＣアドレスを含む要求パケットを管理サーバ１３に送信する。ここでは、つぎに電波強度の弱いビーコン・フレームがノートＰＣ３１ａの仮想ＡＰ１８４がチャネル５で発信したものであると想定する。

ブロック２１５で管理サーバ１３の電波出力制御部５１がマッピング・テーブル５５を参照して、要求パケットに含まれるＭＡＣアドレスが仮想ＭＡＣアドレスであることを認識すると、ブロック２１９で当該仮想ＭＡＣアドレスに対応する実ＭＡＣアドレスを保有するノートＰＣ３１ａに電波出力を低減するように要求するための要求パケットを送信する。要求パケットを受け取ったノートＰＣ３１ａのＷＰＡＮ制御部１８５は、ネットワーク制御部１８３に対してチャネル５で動作している仮想ＡＰの電波出力の低減が可能か否かを問い合わせて可能であれば低減する。

すでに電波出力を最低値まで低下していないかぎりＮＩＣ１１１の電波出力は低減できるが、ノートＰＣ３１ａのＷＰＡＮの状態に基づいて低減の程度を決定する必要がある。低減要求を受けたときの電波出力の決定方法については、図７を参照して後に説明する。ノートＰＣ２１ａにより電波強度が弱いと認識されたノートＰＣ３１ａは、複合無線ネットワーク５０の複数のノートＰＣ２１ｂ、２１ｃ、３１ａ、３１ｂの中でノートＰＣ２１ａから最も離れた位置に存在していると考えられ、電波出力の低下の程度を最小にしてノートＰＣ２１ａに対する電波干渉を軽減することができる。

ここで、パーソナル機器４０ｅもチャネル５で電波を発信しているため、ノートＰＣ２１ａとパーソナル機器４０ａとの間の通信に対して電波干渉をする。ブロック２２１では、ノートＰＣ３１ａのＷＰＡＮ制御部１８５は、パーソナル機器４０ａに電波出力を低減するように要求し、パーソナル機器４０ａは所定のアルゴリズムで電波出力を低減する。たとえば、ＷＰＡＮ制御部１８５がパーソナル機器４０ｅに試験パケットを送るように要求すると、パーソナル機器４０ｅは試験パケットを送信するとともに１ステップずつ電波出力を下げる。ノートＰＣ３１ａは、受け取った試験パケットのＲＳＳＩを測定して、通信が可能な最低の値に到達したときにパーソナル機器４０ｅにそのときの電波出力を設定する要求をすることができる。

このような手順により、パーソナル機器４０ｅは、必要かつ最低限の電波出力でノートＰＣ３１ａにフレームを送信することができる。しかし一般的には、パーソナル機器４０ｅからノートＰＣ３１ａに送信するアップストリームのトラフィックは、ノートＰＣ３１ａからパーソナル機器４０ｅに送信するダウンストリームのトラフィックに比べて少ないため、パーソナル機器４０ｅがノートＰＣ２１ａのスループットに与える影響は小さい。したがって、パーソナル機器４０ｅが画像データのような大量のフレームを送信するような特殊な送信状況を除けば、ブロック２２０の手順は省略することもできる。

ブロック２２３では、管理サーバ１３の電波出力制御部５１はノートＰＣ２１ａにノートＰＣ３１ａの電波出力を低減したことの通知をする通知パケットを送信する。このとき、管理サーバ１３はノートＰＣ３１ａから実際に電波出力の低減をしたことを示す通知パケットを受け取ってからノートＰＣ２１ａに通知パケットを送信するようにしてもよい。ブロック２２５では、通知パケットを受け取ったノートＰＣ２１ａのＷＰＡＮ制御部１８５はネットワーク制御部１８３に仮想ＡＰ１８４に対してチャネル５を設定し、仮想ＡＰ１８４からビーコン・フレームの送信を開始させる。

このときＷＰＡＮ制御部１８５は、ノートＰＣ２１ａの仮想ＡＰ１８４が発信する電波出力が最大になるようにネットワーク制御部１８３を設定してもよいし、ノートＰＣ３１ａに対する電波干渉を軽減するために最初から最大値よりも小さな値に設定してもよい。あるいはＷＰＡＮ制御部１８５はスキャン・リスト１９１に登録されていないチャネル、すなわち、空いているチャネルを選択するときだけネットワーク制御部１８３に最大の電波出力を設定することができる。

また、ブロック２２３の手順を省いて、ノートＰＣ２１ａのＷＰＡＮ制御部１８５はブロック２１９で選択したチャネルのＲＳＳＩをチャネル選択部１８７に継続的に測定させることもできる。そして、ＷＰＡＮ制御部１８５は測定したチャネル５のＲＳＳＩが低下したことの通知をチャネル選択部１８７から受け取ってから仮想ＡＰ１８４にビーコン・フレームを送信させるようにしてもよい。その後、パーソナル機器４０ａのＮＩＣが動作すると、ノートＰＣ２１ａが発信したビーコン・フレームを受信してノートＰＣ２１ａとパーソナル機器４０ａとの間で認証およびアソシエーションが行われて接続が確立する。

ＷＰＡＮを構築したノートＰＣ２１ａのＷＰＡＮ制御部１８５は、管理サーバ１３に仮想ＡＰ１８４が使用する仮想ＭＡＣアドレスを通知する。管理サーバ１３の電波出力制御部５１は、マッピング・テーブル５５にノートＰＣ２１ａに関するデータを追加する。ＷＰＡＮが構築されるとブロック２２７では、アプリケーション部１８１がパーソナル機器４０ａと通信して、ユーザ・データの送受信を開始する。ノートＰＣ２１ａはノートＰＣ３１ａによる電波干渉を排除することができるが、ノートＰＣ３１ａがノートＰＣ２１ａから電波干渉を受けている可能性が残る。ノートＰＣ３１ａに対する電波干渉を排除する手順は図８を参照して説明する。ネットワーク制御部１８３は、ＡＰ２０を経由してサーバや他のノートＰＣと接続しているセッションを維持しながら、パーソナル機器４０ａとのセッションを維持する。

［電波出力の決定方法］
ノートＰＣ３１ａが仮想ＡＰ１８４の電波出力を低減してセルを小さくするほど、ノートＰＣ２１ａに対する電波干渉の軽減の程度は大きいといえる。しかし、ノートＰＣ２１ａが必要とする以上にノートＰＣ３１ａが電波出力を低減する必要はなく、さらに、セルの縮小によるノートＰＣ３１ａのスループットの低下および新たなパーソナル機器の接続機会が確保されないといった問題が発生する可能性がある。複合無線ネットワーク５０において、各ノートＰＣにおけるＷＬＡＮおよびＷＰＡＮのスループットの合計を最大にするためには、ノートＰＣ３１ａは必要最小限の範囲で電波出力を低減させることが望ましい。特に、ノートＰＣ３１ａがバックボーン・ネットワーク１１に接続されてルータとして動作するような場合は、他のノートＰＣなどのパーソナル機器４０ｅは移動することがあるので、セルの範囲はできるだけ大きいことが望ましい。

図７はノートＰＣ３１ａの仮想ＡＰ１８４が形成するセルの大きさを決定する手順を説明するための図である。図７（Ａ）では、ノートＰＣ３１ａの仮想ＡＰ１８４が形成したセル３２ａの範囲にノートＰＣ２１ａが存在するために、ともにチャネル５を使用した場合には電波干渉が生ずる。すなわち、ノートＰＣ３１ａの仮想ＡＰがＷＰＡＮで発信したイーサネット・フレームはノートＰＣ２１ａでも受信され、また、その逆も発生する。したがって、ノートＰＣ２１ａとパーソナル機器４０ａとの間で電波干渉を起こさないためには、図７（Ｂ）に示すようにノートＰＣ３１ａが形成したセル３２ｂからノートＰＣ２１ａが外れ、かつ、パーソナル機器４０ｅがセル３２ｂの範囲に残ることが望ましい。このときセル３２ｂはノートＰＣ２１ａへの電波干渉を除去し、パーソナル機器４０ｅに対する接続を維持する最適な大きさとなる。

しかし、ノートＰＣ３１ａは、ノートＰＣ２１ａとノートＰＣ３１ａの距離が随時変化するような環境下ではセル３２ｂの大きさを特定して電波出力を設定することはできない。第１の決定方法では適切なセルの大きさを決めるために、パーソナル機器４０ｅにあらかじめパーソナル機器４０ｅが適切な通信が可能な最低のＲＳＳＩを閾値として登録しておく。最低のＲＳＳＩは、ＡＰとの間で通信が切断したり極端にスループットが低下したりしない値を実験に基づいて決定することができる。ノートＰＣ３１ａは適切な電波出力を決定するために、電波出力を徐々に低減しながらビーコン・フレームを発信する。パーソナル機器４０ｅは、ビーコン・フレームのＲＳＳＩを連続的に測定して閾値と比較する。ＲＳＳＩが閾値に到達したときに、パーソナル機器４０ｅはノートＰＣ３１ａに通知する。

ノートＰＣ３１ａは所定の電波出力でビーコン・フレームを発信した後に、１ステップ電波出力を低下させてさらにビーコン・フレームを発信する。ノートＰＣ３１ａはパーソナル機器４０ｅから応答がない間は１ステップずつ電波出力を低下させていく。そしてノートＰＣ３１ａにパーソナル機器４０ｅからＲＳＳＩが閾値に到達したことの通知を受けた時点での電波出力をネットワーク制御部１８３に設定する。この方法でノートＰＣ３１ａの仮想ＡＰ１８４の電波出力を設定すると、図７（Ｃ）に示すようにセル３２ｃの範囲にノートＰＣ２１ａが残る場合がある。しかし、その場合でも図７（Ａ）に比べてノートＰＣ３１ａの電波出力は低下しているので、ノートＰＣ２１ａにおけるスループットの低下の程度は軽減することができる。

図６のブロック２２５でノートＰＣ２１ａが電波出力を設定する際に、図７で示したようにノートＰＣ３１ａが採用した手順でパーソナル機器４０ａとコミュニケーションをしてセルの大きさを決定すれば、ノートＰＣ３１ａに与える電波干渉の程度を前もって抑制することができる。第１の決定方法は、ノートＰＣ３１ａのセルの大きさを電波出力の低減要求を受けたノートＰＣ３１ａが決定する方法であるが、第２の決定方法として、ノートＰＣ３１ａのセルの大きさを電波出力の低減要求をするノートＰＣ２１ａが決定することもできる。この場合、ノートＰＣ２１ａは複数回電波出力の低減要求をするものとし、ノートＰＣ３１ａは管理サーバ１３から電波出力の低減要求を受けるたびに所定の値だけ電波出力を低下させる。

ノートＰＣ２１ａは、ノートＰＣ３１ａが発信するビーコン・フレームから所定値以上のＲＳＳＩを検出する場合には、さらに、管理サーバ１３を経由してノートＰＣ３１ａに電波出力の低減要求をする。このとき、ノートＰＣ３１ａはすでにＷＰＡＮに接続されているパーソナル機器４０ｅが存在する場合は、第１の決定方法でパーソナル機器４０ｅとの接続を維持できる最低の電波出力に到達したことを認識してそれ以上の低減要求を無視することができる。第２の決定方法は第１の決定方法よりも設定までに長い時間を要するがノートＰＣ３１ａのセルが大きくなるように設定できる場合がある。

［電波出力を復帰させる手順］
図６の手順では、すでに形成された複合無線ネットワーク５０において、ノートＰＣ２１ａの仮想ＡＰ１８４がパーソナル機器４０ａにチャネル５で接続する際に、同じくチャネル５でＷＰＡＮを構築しているノートＰＣ３１ａの仮想ＡＰ１８４の電波出力を低下させてノートＰＣ３１ａのスループットの低下を抑制した。しかし、ノートＰＣ３１ａは、電波出力を低減したことにより、遠方に存在する他のパーソナル機器と新たな接続ができない場合も生ずる。

また、ノートＰＣ２１ａとパーソナル機器４０ａとの接続がその後切断され、ノートＰＣ２１ａの仮想ＡＰ１８４がディスエーブルに設定されたり電源が遮断されたりする場合もある。電波出力を低減したノートＰＣ３１ａは、仮想ＡＰ１８４で同一のチャネルを使用する他のノートＰＣが近辺に存在しない場合は、電波出力を復帰させてＷＰＡＮのスループットを向上させることが望ましい。

つぎに図８のフローチャートを参照して電波出力を低減したノートＰＣ３１ａが電波出力を復帰させる手順を説明する。ブロック３０１では、図４の複合無線ネットワーク５０に対して図６の手順でノートＰＣ２１ａとパーソナル機器４０ａとの間にＷＰＡＮが構築されているものとする。ブロック３０３では、ノートＰＣ３１ａのチャネル選択部１８７は、定期的にチャネル５のビーコン・フレームが他のノートＰＣから送信されているか否かを監視する。

ノートＰＣ２１ａの仮想ＡＰ１８４がディスエーブルに設定されたり電源が遮断されたりした場合は、ノートＰＣ２１ａからのチャネル５のビーコン・フレームは停止する。ブロック３０５では、ノートＰＣ３１ａのチャネル選択部１８７は、競合するチャネルが存在するか否かを判断する。チャネル選択部１８７はチャネル５のビーコン・フレームを検出しない場合は検出しない旨をＷＰＡＮ制御部１８５に通知してブロック３０７に移行し、チャネル５のビーコン・フレームを検出した場合はブロック３０９に移行してチャネル５のビーコン・フレームから測定したＲＳＳＩとともに検出した旨をＷＰＡＮ制御部１８５に通知する。

チャネル５のビーコン・フレームを検出しない通知を受けたＷＰＡＮ制御部１８５は、ブロック３０７でネットワーク制御部１８３に仮想ＡＰ１８４の電波出力を最大値に復帰するように設定する。ブロック３０５でビーコン・フレームを検出したことを示す通知を受けたＷＰＡＮ制御部１８５は、ブロック３０９でＲＳＳＩがあらかじめ定めておいた閾値以上であるか否かを判断する。ＲＳＳＩが所定値以上の場合は、ブロック３１１に移行して図６のブロック２１３以降の手順に移行し、管理サーバ１３を通じてノートＰＣ２１ａに電波出力を低減するように要求する。ＲＳＳＩが所定値未満の場合は、スループットに影響がないと判断して現状を維持する。

［すでに形成された複合無線ネットワークにおいて電波出力を制御する手順］
時間が経過するとともに、複合無線ネットワーク５０に存在するノートＰＣ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３１ａ、３１ｂのＷＬＡＮおよびＷＰＡＮの状態は変化する。たとえば、ノートＰＣ３１ｂは、新たにパーソナル機器とチャネル５で接続するかもしれない。あるいは、ノートＰＣ２１ａとノートＰＣ３１ａの相互の距離が変化するかもしれない。図９は、すでに形成された複合無線ネットワーク５０において、各ノートＰＣが電波出力を制御してスループットの向上を図る手順を示すフローチャートである。

ブロック４０１では、図４の複合無線ネットワーク５０に対して図６の手順でノートＰＣ２１ａとパーソナル機器４０ａとの間のＷＰＡＮが構築されているものとする。ブロック４０３では、仮想ＡＰ１８４をイネーブルに設定している各ノートＰＣにおいて、ＷＰＡＮ制御部１８５がＮＩＣ１１１から現在のチャネルにおける仮想ＡＰ１８４のエラー・レートまたはＳＮ比などの電波品質に関連するデータを受け取る。エラー・レートが所定値を越えたと判断したときに、ＷＰＡＮ制御部１８５は、ブロック４０５でチャネル選択部１８７にチャネル・リスト１８９に登録されたチャネルをスキャンするように指示する。指示を受けたチャネル選択部１８７はスキャン・リスト１９１を作成する。なお、ブロック４０３を省いて、ＷＰＡＮ制御部１８５は定期的にスキャンをするようにしてもよい。

ブロック４０７でチャネル選択部１８７は、スキャン・リスト１９１のチャネル番号から、自らの仮想ＡＰ１８４が使用しているチャネルが他のＡＰまたはノートＰＣが使用しているチャネルと重複しているか否かを判断する。チャネルが重複していない場合は、他のノートＰＣに対する電波出力の低減要求をしてスループットを向上することはできないので、ブロック４０９で処理を停止する。チャネルが重複している場合は、ブロック４１１に移行してチャネル選択部１８７は、スキャン・リスト１９１とチャネル・リスト１８９を比較して、空いているチャネルが存在するか否かを判断する。

空いているチャネルが存在すると判断したときは、ブロック４１３でチャネル選択部１８７は空いているチャネル番号をＷＰＡＭ制御部１８５に通知する。通知を受け取ったＷＰＡＮ制御部１８５は、ＬＣＤ１０７にユーザが空きチャネルに変更するプロンプトを表示する。プロンプトをみたユーザは、現在のパーソナル機器に対する作業状況に基づいてＷＰＡＮ制御部１８５を通じて仮想ＡＰ１８４が使用するチャネルを変更することができる。

ブロック４１１でチャネル選択部１８７が空きチャネルがないと判断したときは同一のチャネルを使用しているビーコン・フレームのＭＡＣアドレスをＷＰＡＮ制御部１８５に通知する。同一のチャネルを使用しているビーコン・フレームが複数検出されたときは、最もＲＳＳＩの大きなビーコン・フレームから抽出したＭＡＣアドレスを通知する。

ＭＡＣアドレスを受け取ったＷＰＡＮ制御部１８５は、ブロック４１５で図６のブロック２１３に移行して電波干渉の生じている仮想ＡＰの電波出力を低減するように管理サーバ１３に要求し、その後ブロック２１５〜２２３までの手順が実行される。図９の手順によれば、一旦複合無線ネットワーク５０が構築されたあとにおいて、空きチャネルが発生すればそれを有効に活用し、かつ、空きチャネルがない場合は相互に電波干渉をしないようにしながら現在のパーソナル機器との接続に必要な最低限の電波出力で通信をすることで複合無線ネットワーク５０の全体としてのスループットの最大化を図ることができる。

［ノートＰＣからの電波出力低減要求］
これまでの例では、管理サーバ１３が実ＭＡＣアドレスと仮想ＭＡＣアドレスの対応リストを格納するマッピング・テーブル５５から、電波干渉が生じときに関連するノートＰＣの実アドレスを抽出して電波出力の低減要求をしていた。本発明は、電波干渉の抑制を希望するノートＰＣ２１ａが電波干渉を与えている他のノートＰＣ３１ａに直接電波出力の低減要求をすることもできる。この場合、電波干渉を抑制したいノートＰＣ２１ａは、ノートＰＣ３１ａの実ＭＡＣアドレスを知らないので、ユニキャストでは低減要求をすることができない。

したがってノートＰＣ２１ａは、スキャン・リスト１９１から抽出したＭＡＣアドレスを仮想ＭＡＣアドレスとして使用しているノートＰＣが存在すれば、応答することを要求する要求パケットをブロードキャストでＡＰ２０、３０に帰属するすべてのノートＰＣに送る。そして、応答パケットを送信してきたノートＰＣ３１ａに対してステーション（ＳＴＡ）１８６として動作してＡＰ２０を通じて直接電波出力の低減要求をすることができる。あるいは、他の方法としてノートＰＣ３１ａが形成したＷＰＡＮを通じて電波出力の低減要求をすることもできる。

仮想ＡＰ１８４で動作しているノートＰＣ同士では、仮想ＡＰ１８４のチャネルを通じて相互に通信をすることができない。しかし、ステーション１８６として動作するノートＰＣと仮想ＡＰとして動作するノートＰＣの間では直接通信をすることができる。したがって、ノートＰＣ２１ａがステーション１８６としてＡＰ２０に接続する前、またはＡＰ２０に対する接続を一旦切断してから、仮想ＡＰ１８４として動作するノートＰＣ３１ａに直接電波出力の低減要求をすることができる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

１０…ＬＡＮ
１３…管理サーバ
２０、３０…アクセス・ポイント（ＡＰ）
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、３１ａ、３１ｂ…ノートＰＣ
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ…パーソナル機器
５０…複合無線ネットワーク
１００…ノートＰＣ
１８０…ノートＰＣの電波出力制御システム

Claims (20)

1. 第１の動作モードと第２の動作モードで動作するように仮想化された無線ネットワーク・カードを搭載する無線端末装置の動作を制御する方法であって、
   第１の無線端末装置を含む複数の無線端末装置がそれぞれ前記第１の動作モードでアクセス・ポイントに接続しかつ前記第２の動作モードでパーソナル機器に接続するステップと、
   第２の無線端末装置が前記複数の無線端末装置が発信しているビーコン・フレームをスキャンしてチャネル番号と電波強度と識別子とを対応付けたスキャン・リストを作成するステップと
   前記第２の無線端末装置が前記スキャン・リストに登録されたチャネル番号の中から前記第２の動作モードで使用する無線チャネルを選択するステップと、
   前記第２の無線端末装置が前記選択した無線チャネルに対応する識別子を有する前記第１の無線端末装置に対して前記第２の動作モードでの電波出力を低減するように要求するステップと、
   前記要求に基づいて前記第１の無線端末装置が前記第２の動作モードでの電波出力を低減するステップと、
   前記第２の無線端末装置が前記選択した無線チャネルを使用してパーソナル機器に接続するステップと
   を有する方法。
2. 前記識別子が前記第１の動作モードで使用している第１の識別子と前記第２の動作モードで使用している第２の識別子で構成されている請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の無線端末装置が前記アクセス・ポイントに接続された管理サーバにそれぞれ前記第１の識別子と前記第２の識別子を登録するステップを有し、
   前記要求するステップが、前記第２の無線端末装置が前記管理サーバに前記スキャン・リストから取得した前記識別子を含むパケットを送信するステップと、前記管理サーバが受け取った前記識別子から前記第１の識別子を取得して前記第１の無線端末装置に電波出力の低減を要求するステップを含む請求項２に記載の方法。
4. 前記第２の無線端末装置が、前記複数の無線端末装置に前記選択した無線チャネルを前記第２の動作モードで使用しているか否かを問い合わせるステップを有し、
   前記要求するステップが、前記問い合わせに肯定的な応答をした前記第１の無線端末装置に前記第２の無線端末装置が直接電波出力の低減要求をするステップを含む請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
5. 前記選択するステップが、前記スキャン・リストの中で電波強度が最低のビーコン・フレームの無線チャネルを選択するステップを含む請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 前記選択するステップが、前記スキャン・リストに登録されていない無線チャネルを選択するステップを含み、
   前記パーソナル機器に接続するステップが、前記スキャン・リストに登録された無線チャネルを選択するときの電波出力を、前記スキャン・リストに登録されていない無線チャネルを選択するときの電波出力より小さくなるように設定するステップを含む請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
7. 前記電波出力を低減するステップが、前記第１の無線端末装置に接続しているパーソナル機器に対して前記第１の無線端末装置が電波出力を低減する要求をするステップを含む請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
8. 前記第１の無線端末装置がパーソナル機器に接続している無線チャネルを他の無線端末装置が使用しているか否かを監視して他の無線端末装置が前記無線チャネルを使用していないと判断したときに前記低減した電波出力を復帰するステップを有する請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
9. 前記第１の無線端末装置が、パーソナル機器に接続している無線チャネルを他の無線端末装置が使用しているか否かを監視して他の無線端末装置が前記無線チャネルを使用していると判断したときに当該無線端末装置に対して電波出力を低減する要求をするステップを有する請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法。
10. 前記第１の無線端末装置が他の無線端末装置が発信しているビーコン・フレームをスキャンしてチャネル番号と電波強度と識別子とを対応付けたスキャン・リストを作成するステップと、
    前記第１の無線端末装置が前記第２の動作モードで自らが使用している無線チャネルが前記スキャン・リストに含まれているか否かを判断するステップと、
    前記スキャン・リストに含まれていると判断したときに、自らが使用できる無線チャネルに空きがあるか否かを前記第１の無線端末装置が判断するステップと、
    空きがあると判断した場合に前記第１の無線端末装置が無線チャネルを変更することが可能である旨をユーザに通知するステップと
    を有する請求項１から請求項９のいずれかに記載の方法。
11. 空きがないと判断した場合に、前記第１の無線端末装置が他の無線端末装置に前記第２の動作モードでの電波出力を低減するように要求するステップを有する請求項１０に記載の方法。
12. 無線ネットワーク・カードと、
    前記無線ネットワーク・カードを仮想アクセス・ポイントおよびステーションとして動作させるように制御するネットワーク制御部と、
    他の無線端末装置が発信しているビーコン・フレームをスキャンしてチャネル番号と電波強度と識別子とを対応付けたスキャン・リストを作成し、該スキャン・リストに登録されたチャネル番号の中から仮想アクセス・ポイントが使用する無線チャネルを選択するチャネル選択部と、
    前記選択した無線チャネルに対応する前記識別子を有する他の無線端末装置に対して前記仮想アクセス・ポイントとして動作するときの電波出力を低減するように要求する制御部と
    を有する無線端末装置。
13. 前記制御部は前記ステーションとして動作して、前記仮想アクセス・ポイントが使用する識別子と前記ステーションが使用する識別子とを無線端末装置ごとに関連付けたマッピング・テーブルを有するサーバを経由して電波出力の低減を要求する請求項１２に記載の無線端末装置。
14. 前記制御部は、他の無線端末装置に前記選択した無線チャネルを前記仮想アクセス・ポイントとして動作するときに使用しているか否かを問い合わせ、肯定的な回答をした無線端末装置に直接電波出力の低減を要求する請求項１２または請求項１３に記載の無線端末装置。
15. 前記チャネル選択部は、前記スキャン・リストの中で電波強度が最低のビーコン・フレームの無線チャネルを選択する請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の無線端末装置。
16. 前記制御部は、前記スキャン・リストに登録された無線チャネルを選択するときの電波出力を、前記スキャン・リストに登録されていない無線チャネルを選択するときの電波出力より小さくなるように前記無線ネットワーク・カードを設定する請求項１２から請求項１５のいずれかに記載の無線端末装置。
17. 前記制御部は、外部から仮想アクセス・ポイントとして動作するときの電波出力を低減する要求を受けたときに、前記仮想アクセス・ポイントとして動作して接続しているパーソナル機器とコミュニケーションをして電波出力を低減する請求項１２から請求項１６のいずれかに記載の無線端末装置。
18. 前記制御部は、自らが仮想アクセス・ポイントとして使用している前記無線チャネルを他の無線端末装置が使用しているか否かを監視し、使用していないと判断したときに電波出力を復帰させる請求項１２から請求項１７のいずれかに記載の無線端末装置。
19. 前記制御部は、前記スキャン・リストを作成して自らが前記仮想アクセス・ポイントとして使用している無線チャネルを他の無線端末装置が使用しているか否かを監視し、使用していると判断したときに使用している無線チャネルに対応する識別子を有する他の無線端末装置に対して前記仮想アクセス・ポイントとして動作するときの電波出力を低減するように要求する請求項１２から請求項１８のいずれかに記載の無線端末装置。
20. 無線ネットワーク・カードを備えるコンピュータに、
    前記無線ネットワーク・カードが第１のインターフェースと第２のインターフェースを形成するように仮想化する機能と、
    前記第１のインターフェースでアクセス・ポイントに接続し、前記第２のインターフェースでパーソナル機器に接続する機能と、
    他の無線端末装置が発信しているビーコン・フレームをスキャンしてチャネル番号と電波強度と識別子とを対応付けたスキャン・リストを作成する機能と
    前記スキャン・リストに登録された無線チャネルの中から前記第２のインターフェースで使用する無線チャネルを選択する機能と、
    前記選択した無線チャネルに対応する識別子を有する他の無線端末装置に対して仮想化された前記第２のインターフェースで使用する電波出力を低減するように要求する機能と
    を有する処理を実行させるコンピュータ・プログラム。

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