JP2013115582A

JP2013115582A - 通信装置、通信装置の制御方法、およびプログラム

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Publication number: JP2013115582A
Application number: JP2011259515A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Tamura; 伊知朗田村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-06-10

Abstract

【課題】ＭＵ−ＭＩＭＯ全体で効率的な通信を可能にする。
【解決手段】複数の通信端末のそれぞれへ送信すべき各データをフレームとして複数の通信端末のそれぞれへ送信する通信装置であって、複数の通信端末のそれぞれが受信可能な複数の許容フレーム長と送信すべき各データのデータ長との差分に基づいて、送信フレーム長を選択する選択部と、選択部により選択された送信フレーム長のフレームを生成する生成部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、通信装置、通信装置の制御方法、およびプログラムに関する。

近年、ＩＥＥＥ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１に代表される無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）システムが広く利用されるようになっている。

ＩＥＥＥ８０２．１１の規格の一つであるＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）が採用されている。ＭＩＭＯとは、送信機側と受信機側との双方において複数のアンテナを用いて異なるデータを同時に送受信することにより、周波数帯域を拡張し、通信の高速化を実現した空間多重通信方式である。

しかしながら、将来に渡り、より高速な通信方式が要求されており、ＩＥＥＥ８０２．１１で次期標準規格として策定が進められているＩＥＥＥ８０２．１１ａｃでは、ＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−ＵｓｅｒＭＩＭＯ、マルチユーザＭＩＭＯ）の採用が提案されている。ＭＵ−ＭＩＭＯとは、複数のユーザが同時にＭＩＭＯを行うことによる、空間分割多元接続を行う通信方式である。
ここで、無線ＬＡＮにＭＵ−ＭＩＭＯを適用する場合を考える。無線ＬＡＮは通信に可変長のフレームを用いるため、可変長のフレームを多重化して複数ユーザに同時にデータを送信する場合、フレーム長を合わせる必要がある。特許文献１では、短いフレーム長のフレームを足し合わせ、Ｐａｄｄｉｎｇを挿入することにより、フレーム長を合わせる技術が開示されている。

特開２０１０−２６３４９１号公報

ＩＥＥＥＳｔｄ８０２．１１ｎ−２００９

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、フレーム長が短い受信機は多くの待ち時間が発生してしまい、ＭＵ−ＭＩＭＯ全体として効率が低下する可能性がある。また、受信機ごとに一度に受信可能な多重化フレームサイズが決まっており、そのフレームサイズに差があった場合も同じく、多くの待ち時間が発生してしまう可能性がある。

上記の課題に鑑み、本発明は、ＭＵ−ＭＩＭＯ全体で効率的な通信を可能にすることを目的とする。

上記の目的を達成する本発明に係る通信装置は、
複数の通信端末のそれぞれへ送信すべき各データをフレームとして前記複数の通信端末のそれぞれへ送信する通信装置であって、
前記複数の通信端末のそれぞれが受信可能な複数の許容フレーム長と前記送信すべき各データのデータ長との差分に基づいて、送信フレーム長を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された送信フレーム長のフレームを生成する生成手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ＭＵ−ＭＩＭＯ全体で効率的な通信が可能になる。

通信装置のハードウェア構成を示す図。通信装置のソフトウェア機能構成を示す図。ネットワーク構成の一例を示す図。通信装置の送信フレームサイズを決定する処理手順を示すフローチャート。フレームサイズの選択処理および調整処理の説明図。通信端末側からのアクションをトリガとして通信装置がフレームサイズの再計算を行う場合の処理シーケンス図。

（第１実施形態）
ＭＵ−ＭＩＭＯ環境において、複数の端末に異なる送信データサイズのフレームを多重化して同時に送信する場合を考える。この場合、送信データのサイズを調整するためにＰａｄｄｉｎｇデータ（パッディングデータ）を挿入すると、送信データサイズが小さい端末は、そのＰａｄｄｉｎｇデータのサイズ分、受信状態でいなければならない。端末は、受信状態の間は、送受信回路への電力供給を停止するパワーセーブ状態に入ることができず、余計な電力を消費してしまう。更に、端末が連続したデータの受信を行う場合、Ｐａｄｄｉｎｇデータの受信待機の時間分、伝送効率の低下が起こってしまう。

そこで本実施形態では、ＭＵ−ＭＩＭＯ環境において、複数の端末に異なる送信データサイズのフレームを多重化して送信する場合、送信データサイズの差分を考慮し、また、複数の通信端末のそれぞれが受信可能なフレーム長のうち、複数の通信端末全体の受信効率の低下が最小となるようにフレーム長を選択し、当該選択されたフレーム長でフレームを生成する。これにより効率的な通信が可能となる。

以下、本実施形態に係る通信装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、ＩＥＥＥ８０２．１１シリーズに準拠した無線ＬＡＮシステムを用いた例について説明するが、通信形態は必ずしもＩＥＥＥ８０２．１１準拠の無線ＬＡＮに限定されない。

図１を参照して、本実施形態に係る通信装置のハードウェア構成を説明する。通信装置１０１は、制御部１０２と、記憶部１０３と、無線通信部１０４と、表示部１０５と、アンテナ制御部１０６と、アンテナ１０７とを備える。

制御部１０２は、記憶部１０３に記憶される制御プログラムを実行することにより通信装置１０１全体を制御する機能を有する。制御部１０２は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等のコンピュータにより構成される。記憶部１０３は、制御部１０２が実行する制御用のコンピュータプログラムと、通信に必要な各種情報とを記憶する。後述する各種動作は、記憶部１０３に記憶された制御プログラムを制御部１０２が読み出して実行することにより行われる。なお、記憶部１０３には、ＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリ、又はフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＤＶＤなどを用いることができる。

無線通信部１０４は、外部と無線通信を行う機能を有する。表示部１０５は、各種表示動作を行い、ＬＣＤやＬＥＤのように視覚で認知可能な情報の出力、あるいはスピーカなどの音声出力が可能な機能を有し、ユーザに各種情報を映像または音声あるいは両方で通知する。アンテナ制御部１０６は、アンテナ１０７の動作を制御する。アンテナ１０７は、図１においては一本のアンテナとして描かれているが、実際にはMIMOを行うために複数本のアンテナを保持している。入力部１０８は、ユーザからの各種入力を受け付ける。

図２を参照して、通信装置１０１のソフトウェア機能構成を説明する。通信装置１０１は、パケット受信部２０１と、パケット送信部２０２と、ネットワーク制御部２０３と、フレーム生成部２０４と、フレーム長判断部２０５と、フレーム長調整部２０６とを備える。

パケット受信部２０１は、各種通信に係るパケットを受信する。パケット送信部２０２は、フレーム生成部２０４により生成されたフレームを各種通信に係るパケットとして送信する。ネットワーク制御部２０３は、ネットワーク接続を制御し、基地局の機能部として動作する。フレーム生成部２０４は、送信すべきフレームを生成する。フレーム長判断部２０５は、送信すべきフレーム長を調整する必要があるか否かを判断する。フレーム長調整部２０５は、フレーム長判断部２０６によりフレーム長を調整する必要があると判断された場合に、実際にフレーム長を調整する。

図３を参照して、本実施形態に係るネットワーク構成の一例を説明する。図１および図２で説明した構成を有する通信装置１０１が、通信端末３０１、通信端末３０２、および通信端末３０３のそれぞれとの間でネットワークを形成している。

次に図４のフローチャートを参照して、通信装置１０１が送信フレームサイズを決定する処理手順を説明する。図４に示される各処理は、制御部１０２が記憶部１０３に記憶されたコンピュータプログラムを読み出して実行することにより行われる。

ステップＳ４０１において、フレーム生成部２０４は、各通信端末（図３に示される例では、通信端末３０１、通信端末３０２、および通信端末３０３）へ送信するデータを生成する。フレーム生成部２０４により生成されるデータのサイズは、送信先の各通信端末の受信可能多重化フレームサイズを超えないように算出される。

ステップＳ４０２において、フレーム長判断部２０５は、ステップＳ４０１で生成された各データのデータ長を算出し、各々の送信データサイズ間に差分があるか否かを判断する。各々の送信データサイズ間に差分があると判断された場合（Ｓ４０２；ＹＥＳ）、ステップＳ４０３へ進む。一方、各々の送信データサイズ間に差分がなく全て同一サイズであると判断された場合（Ｓ４０２；ＮＯ）、ステップＳ４０７へ進む。

ステップＳ４０３において、フレーム長判断部２０５は、ステップＳ４０２で算出された送信データサイズ間の差分が閾値を超過しているか否かを判定する。なお、送信先の通信端末が３つ以上存在する場合など送信データが３つ以上存在する場合には、各送信データ同士の差分の和が閾値を超えているか否かを判断する。閾値は、通信装置１０１と各通信端末と間での通信速度やＳＩＦＳ、ＡＣＫなどの通信のオーバヘッドから導いた適正値やアプリケーションごとの設定値、メーカごとの規定値などに基づいて決定される。詳細は図５を算出して後述する。差分が閾値を超えていると判定された場合（Ｓ４０３；ＹＥＳ）、ステップＳ４０４へ進む。一方、差分が閾値以下であると判定された場合（Ｓ４０３；ＮＯ）、ステップＳ４０６へ進む。

ステップＳ４０４において、フレーム長調整部２０６は、各通信端末の受信可能多重化フレームサイズ（許容フレーム長）の中から、送信に用いるべきフレームサイズを選択する選択処理を実行する。フレーム長調整部２０６は、例えば、送信フレームのサイズを各通信端末へ送る各送信データの長さに調整した場合に、図５を参照して後述する通信端末全体での受信効率低下値が最小となるサイズを選択する。なお、複数の通信端末全体の受信効率の低下が最小となるフレーム長ではフレームとして送信すべきデータを分割できない場合、当該フレーム長の次に長いフレーム長を代わりに選択してもよい。この分割の可否はデータの種類に応じて決まってくる。

なお、差分が最も縮まる長さである通信端末の送信データサイズを選択してもよい。また、最も小さい送信データサイズに合わせるために当該最も小さい送信データサイズを選択してもよい。

ステップＳ４０５において、フレーム長判断部２０５は、Ｓ４０５で選択されたフレームサイズに基づいて、Ｐａｄｄｉｎｇデータの挿入が必要であるか否かを判断する。具体的には、送信すべきデータのデータ長が送信フレーム長よりも短い場合にＰａｄｄｉｎｇデータの挿入が必要であると判断できる。なお、実際には、送信すべきデータには送信元・送信先のアドレスやエラーチェック等の情報が付加されてフレーム全体が構成されることになる。そのため、フレーム全体の長さとの整合を取るためにＰａｄｄｉｎｇデータの挿入を行えばよい。Ｐａｄｄｉｎｇデータの挿入が必要であると判断された場合（Ｓ４０５；ＹＥＳ）、ステップＳ４０６へ進む。一方、Ｐａｄｄｉｎｇデータの挿入が不要であると判断された場合（Ｓ４０５；ＮＯ）、ステップＳ４０７へ進む。

ステップＳ４０６において、フレーム長調整部２０６は、Ｐａｄｄｉｎｇデータの挿入を実行する。ただし、複数のデータの長さの差分の和が閾値以下であると判定された場合には（Ｓ４０３；ＮＯ）、複数の通信端末のそれぞれが受信可能なフレーム長のうち、最も長いフレーム長をフレームの長さとして選択した上でＰａｄｄｉｎｇデータの挿入を実行する。

ステップＳ４０７において、フレーム生成部２０４は、Ｓ４０２でフレーム長に差分がないと判断された場合にはそのフレーム長で、あるいは、Ｓ４０４で決定されたフレーム長で、送信フレームを生成する。また、Ｓ４０２で各データの長さの差分の和が閾値以下であると判定された場合には、前記複数の通信端末のそれぞれが受信可能な許容フレーム長のうち、最も長い許容フレーム長を選択して送信フレームを作成する。以上で、図４のフローチャートの各処理が終了する。

図５を参照して、図４のＳ４０４およびＳ４０５の処理の詳細を説明する。図５では、図３のネットワークを構成する通信装置１０１と、それぞれ受信可能多重化フレームサイズが異なる通信端末３０１、通信端末３０２、および通信端末３０３とが接続している環境を想定している。本実施形態では簡単化のため、各通信端末の受信可能多重化フレームサイズを比で表し、通信端末３０１は５、通信端末３０２は２、通信端末３０３は１とする。

点線５０１は、各通信端末の受信可能多重化フレームサイズの最大長で送信フレームを生成した場合を示している。この場合、通信端末３０２と通信端末３０３への送信データには、それぞれ“通信端末３０１の受信可能多重化フレームサイズ−通信端末３０２の受信可能多重化フレームサイズ”分のＰａｄｄｉｎｇデータ、“通信端末３０１の受信可能多重化フレームサイズ−通信端末３０３の受信可能多重化フレームサイズ”分のＰａｄｄｉｎｇデータ挿入されている。すなわち、挿入されるＰａｄｄｉｎｇデータのサイズは、比で示すと通信端末３０２については５−２＝３となり、通信端末３０３については５−１＝４となる。よって、通信端末３０２に関しては受信したデータの１．５（＝３／２）倍、通信端末３０３に関しては受信したデータの４（＝４／１）倍に相当する時間だけ受信待機をしなければならず、点線５０１の場合、通信端末全体での受信効率低下値は合計で７（＝３＋４）となる。

点線５０２は、送信フレームサイズを通信端末３０２の送信データに合わせた場合を、点線５０３は、送信フレームサイズを通信端末３０３の送信データに合わせた場合をそれぞれ示している。点線５０２の場合の受信効率低下値は、送信できなかった通信端末３０１のデータ分を示す“通信端末３０１の受信可能多重化フレームサイズ−通信端末３０２の受信可能多重化フレームサイズ＝５−２＝３”および通信端末３０３のＰａｄｄｉｎｇデータ分を示す“通信端末３０２の受信可能多重化フレームサイズ−通信端末３０３の受信可能多重化フレームサイズ＝２−１＝１”の合計値で、３＋１＝４となる。

一方、点線５０３の場合の受信効率低下値は、送信できなかった通信端末３０１のデータ分を示す“通信端末３０１の受信可能多重化フレームサイズ−通信端末３０３の受信可能多重化フレームサイズ＝５−１＝４”および送信できなかった通信端末３０２のデータ分を示す“通信端末３０２の受信可能多重化フレームサイズ−通信端末３０３の受信可能多重化フレームサイズ＝２−１＝１”の合計値で、４＋１＝５となる。点線５０３の場合、Ｐａｄｄｉｎｇデータが存在しないため、無駄な送信データは存在しないが、送信フレームサイズが小さいため、フレームに必須のＨｅａｄｅｒや通信に必要なＡＣＫなどのオーバヘッドの影響が大きくなってしまう。よって、本実施形態では、例えば点線５０２の場合が最も効率が良いものと判断し、送信フレームサイズとして通信端末３０２の受信可能多重化フレームサイズを選択して決定する。

すなわち、複数の通信端末のそれぞれが受信可能な受信可能多重化フレームサイズ（許容フレーム長）のうち、送信すべき各データのデータ長と許容フレーム長との差分の和が最小となる許容フレーム長を、複数の通信端末全体の受信効率の低下が最小となるフレーム長として選択する。

なお、本実施形態では、ＡＣＫなどのオーバヘッド分、通信端末３０１の伝送効率は低下する。しかし、他の通信端末の無駄な受信待機時間を減らすことにより、ＭＵ−ＭＩＭＯ全体として効率の良い通信が実現可能である。その他のフレームサイズの決定方法としては、最短フレームサイズに合わせる方法や、ＡＣＫ等のオーバヘッドまで考慮して伝送時間が最短になるフレームサイズを決定する方法を用いてもよい。

図６を参照して、通信端末側からのアクションをトリガとして、通信装置１０１がフレームサイズの再計算を行う場合の処理シーケンスを説明する。各通信端末の受信可能多重化フレームサイズは図５で説明した場合と同一とする。図６において、通信装置１０１は、まず各通信端末へ送信すべきデータを生成する（Ｆ６０１）。Ｆ６０１で生成されるデータサイズは、各通信端末の受信可能多重化フレームサイズとする。その後、通信装置１０１は生成したデータを多重化して送信する（Ｆ６０２）。このとき、点線５０１の場合と同じく、通信端末３０２は受信したデータの１．５倍、通信端末３０３は受信したデータの４倍の時間、受信待機をしなければならない（Ｆ６０３）。データの受信が終わると、各通信端末はＡＣＫを返答する（Ｆ６０４）。その後、待機時間の長かった通信端末３０３は通信装置１０１へ、フレームサイズ変更依頼を送信する（Ｆ６０５）。フレームサイズ変更依頼を受け取った通信装置１０１はフレームサイズの再計算を行う（Ｆ６０６）。このように、通信端末側からのアクションをトリガとしてフレームサイズ計算処理を行ってよいし、１回または複数回に渡って各通信端末へデータを送信し、ＡＣＫが返信されるまでの時間の実測値に基づいてフレームサイズ計算処理を行ってよい。また、新規に通信端末が接続された場合をトリガとしてフレームサイズ計算処理を行ってよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこの実施形態のみに限定する趣旨ではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で、実施形態は種々に変形することが可能である。また、上記説明はＩＥＥＥ８０２．１１準拠の無線ＬＡＮを例に説明した。しかしながら、本発明は、ワイヤレスＵＳＢ、ＭＢＯＡ（ＭｕｌｔｉＢａｎｄＯＦＤＭＡｌｌｉａｎｃｅ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＵＷＢ（ワイヤレスＵＳＢ、ワイヤレス１３９４、ＷＩＮＥＴなどを含む）、ＺｉｇＢｅｅ等の他の無線媒体において実施してもよい。また、有線ＬＡＮ等の有線通信媒体において実施してもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＭＵ−ＭＩＭＯ通信を行う場合に、通信端末ごとに受信可能な多重化フレームサイズに差がある場合でも効率的な通信が可能となる。

（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims

複数の通信端末のそれぞれへ送信すべき各データをフレームとして前記複数の通信端末のそれぞれへ送信する通信装置であって、
前記複数の通信端末のそれぞれが受信可能な複数の許容フレーム長と前記送信すべき各データのデータ長との差分に基づいて、送信フレーム長を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された送信フレーム長のフレームを生成する生成手段と、
を備えることを特徴とする通信装置。
前記選択手段は、前記複数の許容フレーム長のうち、前記送信すべき各データのデータ長と前記許容フレーム長との差分の和が最小となる前記許容フレーム長を、送信フレーム長として選択することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
前記選択手段は、前記送信フレーム長では、送信すべきデータを分割できず前記生成手段によりフレームを生成できない場合、当該送信フレーム長の次に長い前記許容フレーム長を代わりに選択することを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。
前記生成手段は、送信すべきデータのデータ長が前記選択手段により選択された前記送信フレーム長よりも短い場合、パッディングデータを挿入することで、前記送信フレーム長のフレームを生成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の通信装置。
前記複数の通信端末へ前記フレームとして送信すべき各データの長さの差分の和が閾値を超過するか否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記選択手段は、前記判定手段により前記各データの長さの差分の和が閾値を超過すると判定された場合に、前記選択を実行することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の通信装置。
前記選択手段は、前記判定手段により前記各データの長さの差分の和が閾値以下であると判定された場合に、前記複数の通信端末のそれぞれが受信可能な許容フレーム長のうち、最も長い許容フレーム長を選択することを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
選択手段と、生成手段とを備え、複数の通信端末のそれぞれへ送信すべき各データをフレームとして前記複数の通信端末のそれぞれへ送信する通信装置の制御方法であって、
前記選択手段が、前記複数の通信端末のそれぞれが受信可能な複数の許容フレーム長と前記送信すべき各データのデータ長との差分に基づいて、送信フレーム長を選択する選択工程と、
前記生成手段が、前記選択工程により選択された送信フレーム長のフレームを生成する生成工程と、
を有することを特徴とする通信装置の制御方法。
請求項７に記載の通信装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。