JP2015035744A - Radio communication system, radio terminal and radio communication method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自律分散制御(DCF:Distributed Coordination Function )により、各無線端末が送信タイミングを制御して通信を行う無線通信システム、無線端末および無線通信方法に関する。 The present invention relates to a wireless communication system, a wireless terminal, and a wireless communication method in which each wireless terminal performs communication by controlling transmission timing by Distributed Coordination Function (DCF).
IEEE802.11標準規格(非特許文献1)で規定される無線LANシステムでは、アクセス制御方式としてCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)を採用した分散制御により動作している。CSMA/CAでは、無線端末はフレーム送信前に固定長の時間DIFS(Distributed InterFrame Space)と、ランダム長の時間 (バックオフ時間) を待機することで、無線端末同士の送信タイミングをずらし、フレーム衝突の確率を低減している。バックオフ時間は規格毎に決められたスロットの時間単位の倍数で決定され、その倍数をバックオフ値と呼ぶ。 A wireless LAN system defined by the IEEE 802.11 standard (Non-patent Document 1) operates by distributed control adopting CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) as an access control method. In CSMA / CA, wireless terminals wait for a fixed length of time DIFS (Distributed InterFrame Space) and a random length of time (backoff time) before frame transmission, thereby shifting the transmission timing between wireless terminals and causing frame collisions. The probability of The back-off time is determined by a multiple of the time unit of the slot determined for each standard, and the multiple is called a back-off value.
IEEE802.11標準規格の無線LANシステムでは、このバックオフ値の選択アルゴリズムとしてBEB(Binary Exponential Backoff)を利用する。BEBでは、バックオフ値をCW(Contention Window )の範囲からランダムに選択し、フレーム送信の失敗回数に応じてこのCWを増加させる。フレームの初回送信時には、CWを初期値であるCWmin に設定し、送信の連続失敗回数に応じてCWmax を上限として増加させ、送信成功時にCWmin にリセットする。ここで、送信を行う無線端末が多数存在する環境(以下、無線稠密環境という) においては、複数の無線端末が同一のバックオフ値を選択する確率が高まるため、衝突によるフレーム喪失が多発する。また衝突時には、CWの増加に伴いバックオフ時間が延伸し、待機時間のオーバヘッドが増加する。以上により、CSMA/CAにおいては衝突の多発とオーバヘッド時間の増加によるスループット低下が課題となる。 In the wireless LAN system of the IEEE 802.11 standard, BEB (Binary Exponential Backoff) is used as the backoff value selection algorithm. In the BEB, a back-off value is randomly selected from a CW (Contention Window) range, and this CW is increased according to the number of frame transmission failures. When the frame is transmitted for the first time, CW is set to the initial value CWmin, CWmax is increased as an upper limit according to the number of consecutive transmission failures, and reset to CWmin when transmission is successful. Here, in an environment where there are many wireless terminals that perform transmission (hereinafter referred to as a wireless dense environment), the probability that a plurality of wireless terminals select the same back-off value increases, and frame loss due to collisions frequently occurs. Further, at the time of a collision, the back-off time is extended with an increase in CW, and the overhead of the waiting time increases. As described above, in CSMA / CA, there is a problem of a decrease in throughput due to frequent collisions and an increase in overhead time.
また、非特許文献1では、無線端末は自身の送信の正常完了を無線端末の宛先局から返信されるAckフレームの受信により検知する。このAckフレームを受信後、まだ自身が送信するフレームを保持している場合には、再び送信権獲得のためのバックオフ制御を行う。このとき、無線端末はBEBに基づき、CWをCWmin にリセットした上で送信権獲得のための動作を行うため、無線稠密環境においては衝突確率が上昇し、通信品質が劣化することが課題となる。
In
非特許文献1の規格では、無線端末は自身の送信が正常に完了後、次に送信するフレームを保持している場合、再び他の無線端末との送信権獲得の競争に加わる。そのため、送信を行う無線端末が多数存在する無線稠密環境下では、送信権獲得のためのランダムバックオフ過程において、二つ以上の無線端末が同時に送信を行う競合が発生し、衝突が生じることによるスループット特性や遅延特性の性能劣化が生じる課題があった。特に、近年広く普及しているIEEE802.11g 以降の規格において、送信タイミングを決定するランダムバックオフ値は、初期値CWmin として0〜15の範囲内で決定されるため、16台以上の無線端末が一斉に送信権獲得の競争を行う場合、必ず競合が発生し、衝突が発生していた。
In the standard of Non-Patent
本発明は、無線稠密環境において多数の無線端末が送信権獲得に向けた競合を緩和し、フレーム衝突を低減することにより、スループット特性や遅延特性の性能向上を実現する無線通信システム、無線端末および無線通信方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to a wireless communication system, a wireless terminal, and a wireless communication system, which realize performance improvement of throughput characteristics and delay characteristics by alleviating contention for transmission right acquisition in a wireless dense environment and reducing frame collision An object is to provide a wireless communication method.
第1の発明は、基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信システムにおいて、無線端末は、送信権を獲得してデータフレームを送信し、基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機する送信自制手段を備える。 According to a first aspect of the present invention, in a wireless communication system in which a transmission right acquisition control is performed between wireless terminals under the control of a base station, and the wireless terminal that has acquired the transmission right transmits a data frame. A transmission self-control unit is provided that transmits a frame and waits after receiving a confirmation frame indicating successful transmission from the base station, even if there is a data frame to be transmitted next, without participating in transmission right acquisition control for a predetermined period.
第1の発明の無線通信システムにおいて、基地局は、送信成功を示す確認フレームに、所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加する制御手段を備え、無線端末の送信自制手段は、制御情報が付加された確認フレームに応じて送信自制の制御を行う構成である。 In the wireless communication system of the first invention, the base station includes control means for adding control information indicating that the confirmation frame indicating successful transmission is to stand by without participating in the transmission right acquisition control for a predetermined period of time. The transmission self-control means is configured to control the transmission self-control according to the confirmation frame to which the control information is added.
第1の発明の無線通信システムにおいて、基地局は、無線端末の全てまたは一部に周期的に送信するBeaconフレームに、所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加する制御手段を備え、Beaconフレームを受信した無線端末の送信自制手段は、制御情報が付加されたBeaconフレームに応じて送信自制の制御を行う構成である。 In the wireless communication system of the first invention, the base station transmits control information indicating that the base station waits for a predetermined period of time without participating in transmission right acquisition control in a Beacon frame periodically transmitted to all or part of the wireless terminals. The transmission control means of the wireless terminal that includes the control means to be added and receives the Beacon frame is configured to control the transmission self-control according to the Beacon frame to which the control information is added.
第1の発明の無線通信システムにおいて、基地局は、無線端末に個別に送信するActionフレームに、所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加する制御手段を備え、Actionフレームを受信した無線端末の送信自制手段は、制御情報が付加されたActionフレームに応じて送信自制の制御を行う構成である。 In the wireless communication system of the first invention, the base station includes control means for adding control information indicating that the Action frame to be individually transmitted to the wireless terminal stands by without being added to the transmission right acquisition control for a predetermined period. The transmission self-control unit of the wireless terminal that has received the Action frame is configured to control transmission self-control according to the Action frame to which the control information is added.
第2の発明は、基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信方法において、無線端末は、送信権を獲得してデータフレームを送信し、基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、送信自制手段により次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機する。 A second invention is a wireless communication method in which a transmission right acquisition control is performed between wireless terminals subordinate to a base station, and the wireless terminal that has acquired the transmission right transmits a data frame. After transmitting a frame and receiving a confirmation frame indicating successful transmission from the base station, even if there is a data frame to be transmitted next by the transmission self-control means, it waits for only a predetermined period without participating in transmission right acquisition control.
第2の発明の無線通信方法において、基地局は、送信成功を示す確認フレームに、所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加し、無線端末の送信自制手段は、制御情報が付加された確認フレームに応じて送信自制の制御を行う。 In the wireless communication method of the second invention, the base station adds control information indicating that the base station waits without being added to the transmission right acquisition control for a predetermined period to the confirmation frame indicating successful transmission, and the transmission restraint means of the wireless terminal Performs control of transmission restraint according to the confirmation frame to which the control information is added.
第2の発明の無線通信方法において、基地局は、無線端末の全てまたは一部に周期的に送信するBeaconフレームに、所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加し、Beaconフレームを受信した無線端末の送信自制手段は、制御情報が付加されたBeaconフレームに応じて送信自制の制御を行う。 In the wireless communication method of the second invention, the base station transmits control information indicating that the base station waits for a predetermined period of time without participating in the transmission right acquisition control in a Beacon frame periodically transmitted to all or a part of the wireless terminals. In addition, the transmission self-control unit of the wireless terminal that has received the Beacon frame performs control of transmission self-control according to the Beacon frame to which the control information is added.
第2の発明の無線通信方法において、基地局は、無線端末に個別に送信するActionフレームに、所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加し、Actionフレームを受信した無線端末の送信自制手段は、制御情報が付加されたActionフレームに応じて送信自制の制御を行う。 In the wireless communication method according to the second aspect, the base station adds control information indicating that the action frame is individually transmitted to the wireless terminal to stand by without participating in the transmission right acquisition control for a predetermined period, The transmission self-control unit of the received wireless terminal controls transmission self-control according to the Action frame to which the control information is added.
第3の発明は、基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信システムの無線端末において、送信権を獲得してデータフレームを送信し、基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機する送信自制手段を備える。 According to a third aspect of the present invention, in a wireless terminal of a wireless communication system in which a transmission right acquisition control is performed between wireless terminals under the base station, and the wireless terminal that acquired the transmission right transmits a data frame, After receiving a confirmation frame indicating successful transmission from the base station, a transmission self-control unit is provided that waits for a predetermined period of time without participating in transmission right acquisition control even if there is a data frame to be transmitted next.
本発明は、無線端末が送信権獲得制御を行い、送信が成功した当該無線端末は、しばらくの間送信を控えることにより、次の送信権獲得制御から外れ、他の無線端末の送信権獲得時に生じる競合・衝突を低減することができる。すなわち、無線稠密環境において多数の無線端末が送信権獲得に向けた競合を緩和し、フレーム衝突を低減することにより、スループット特性や遅延特性の性能向上が実現される。 In the present invention, a wireless terminal performs transmission right acquisition control, and the wireless terminal that has been successfully transmitted refrains from transmission for a while, thereby deviating from the next transmission right acquisition control. It is possible to reduce the competition / collision that occurs. In other words, in a dense wireless environment, a large number of wireless terminals alleviate contention for transmission right acquisition and reduce frame collision, thereby improving the performance of throughput characteristics and delay characteristics.
このように、送信に成功した無線端末のみが、一定期間送信を控えるため、無線端末間の公平性を崩さずに通信品質の改善が可能となる。また、無線端末自身が送信を控えるという動作は、他の無線端末の動作を妨げるものではないため、既存の無線通信システムと柔軟な共存が可能となる。さらに、無線端末毎に送信成功後の送信禁止期間を適応的に可変とすることにより、無線端末毎の優先制御が実現され、サービス・アプリケーションに応じた送信機会の提供が可能となる。 In this way, only wireless terminals that have succeeded in transmission refrain from transmission for a certain period of time, so it is possible to improve communication quality without destroying the fairness between wireless terminals. In addition, the operation of the wireless terminal itself refraining from transmitting does not hinder the operation of other wireless terminals, and thus can coexist flexibly with existing wireless communication systems. Furthermore, by making the transmission prohibition period after successful transmission adaptively variable for each wireless terminal, priority control for each wireless terminal is realized, and a transmission opportunity according to the service / application can be provided.
図1は、本発明の無線通信システムの全体構成を示す。
図1において、基地局APには多数の無線端末STA1〜STAnが接続されており、これらの無線端末が任意のタイミングで基地局と通信を行う。この基地局APと無線端末STA1〜STAnの構成をアクセスNW(ネットワーク)とする。アクセスNWの周囲には同様の構成を持つアクセスNWが複数存在し、各アクセスNWの基地局APがコアNWに接続されるものとする。
FIG. 1 shows the overall configuration of a wireless communication system of the present invention.
In FIG. 1, a large number of wireless terminals STA1 to STAn are connected to the base station AP, and these wireless terminals communicate with the base station at an arbitrary timing. The configuration of the base station AP and the wireless terminals STA1 to STAn is an access NW (network). A plurality of access NWs having the same configuration exist around the access NW, and the base station AP of each access NW is connected to the core NW.
図2は、本発明における基地局APおよび無線端末STAの構成例を示す。
図2において、基地局APおよび無線端末STAは、相互に通信を行うための送受信インタフェース部11,21を備える。基地局APは、無線端末STAが送信成功後に設定する送信禁止の要否とその期間を送信禁止区間決定部12で決定し、送受信インタフェース部11を介して無線端末STAに通知する。無線端末STAは、送受信インタフェース部21を介して送信成功後の送信禁止の要否とその期間を知り、送信禁止区間設定部22により、送信成功後の送信禁止期間を設定する。無線端末STAは、非特許文献1に記載の方法またはその他の自律分散制御により送信を行い、当該の送信が成功した場合、送信禁止区間設定部22で設定した所定の送信禁止期間だけ送信を停止する。
FIG. 2 shows a configuration example of the base station AP and the radio terminal STA in the present invention.
In FIG. 2, the base station AP and the wireless terminal STA include transmission /
図3は、本発明の無線通信システムの実施例1における制御動作例を示す。ここでは、無線端末STAの送信成功後の送信抑制手段として、無線端末STAは基地局APから送信成功の確認応答として返信される特殊なAckフレーム(Ack with Cooldown、以下C−Ackという) を用いる。C−Ackのフレーム構成を図4に示す。
FIG. 3 shows a control operation example in
図3において、無線端末STAはCSMA/CA手順に則り、DIFS+Backoff 期間後に、無線チャネルがアイドルであればデータフレームを送信する。このデータフレームを正常受信した基地局APは、C−Ackを無線端末STAに返信する。C−Ackは、図4に示すように、非特許文献1に記載の規格規定のAckフレームに1octet のCooldownフィールドを加えたものである。Cooldownフィールドが“1”であれば、無線端末STAはDurationフィールドに記載された時間、直後の送信を控える。Cooldownフィールドに“0”であれば、非特許文献1に記載のAckフレームと同様のフレームを受信したものと解釈し、直後の送信を控えず、規格規定の動作を継続する。もしくは、C−AckのCooldownフィールドを2octetsとし、このフィールドに送信を控えるべき期間長を直接記載してもよい。ここでは、「正常送信後に自局が控えるべき送信期間」を設ける機能を「後段IFS」、「正常送信後に自局が控えるべき送信期間」を「Pinpoint Network Allocatopn Vector (P−NAV) 」という。
In FIG. 3, according to the CSMA / CA procedure, the radio terminal STA transmits a data frame if the radio channel is idle after the DIFS + Backoff period. The base station AP that has normally received this data frame returns C-Ack to the wireless terminal STA. As shown in FIG. 4, C-Ack is obtained by adding a 1-octet Cooldown field to the standard-specified Ack frame described in
図5は、C−AckによるP−NAV(後段IFS)の制御例を示す。ここでは、すべての無線端末STA1〜STA3が常に送信すべきフレームを送信キューに保持している場合(飽和トラフィック)の動作例を示す。 FIG. 5 shows a control example of P-NAV (second-stage IFS) by C-Ack. Here, an example of operation in the case where all the wireless terminals STA1 to STA3 always hold frames to be transmitted in the transmission queue (saturated traffic) is shown.
無線端末STA1は、無線端末STA1〜STA3におけるバックオフ制御により送信権を獲得し、送信を行い、その成功後にC−Ackを受信してP−NAVだけ送信を控える。そのため、P−NAVの期間中はバックオフ競争相手が減少し、衝突確率が低減する。例えば、無線端末STA1の送信完了後は、無線端末STA2と無線端末STA3が送信権獲得のための競争を行う。次に、無線端末STA2が送信権を獲得して送信完了すると、無線端末STA1に加えて無線端末STA2がP−NAVにより送信を控えるため、無線端末STA3が確実に送信を行うことができる。なお、無線端末STA2と無線端末STA3が衝突による送信失敗時は、C−Ackを含むいかなるAckも返信されないため、無線端末STA2と無線端末STA3は問題なく通常のCSMA/CAと同様のシーケンスを継続する。 The wireless terminal STA1 acquires the transmission right by back-off control in the wireless terminals STA1 to STA3, performs transmission, receives C-Ack after success, and refrains from transmitting only P-NAV. Therefore, during the P-NAV period, the number of back-off competitors is reduced and the collision probability is reduced. For example, after the transmission of the wireless terminal STA1 is completed, the wireless terminal STA2 and the wireless terminal STA3 compete for acquisition of the transmission right. Next, when the wireless terminal STA2 acquires the transmission right and completes the transmission, the wireless terminal STA2 refrains from transmitting by the P-NAV in addition to the wireless terminal STA1, so that the wireless terminal STA3 can reliably transmit. When wireless terminal STA2 and wireless terminal STA3 fail to transmit due to collision, no Ack including C-Ack is returned, so wireless terminal STA2 and wireless terminal STA3 continue the same sequence as normal CSMA / CA without any problem. To do.
このように、飽和トラヒックにおいては、バックオフ競争に勝った無線端末から順番に送信を行う擬似的な集中制御が実現される。このとき、無線端末STAのP−NAV終了後は、当該無線端末STAは再び送信権獲得の競争に参加することになる。すなわち、P−NAV期間中は、その無線端末が単に「バックオフ競争から外れる」だけであり、P−NAV終了後は、その無線端末が単に「バックオフ競争に加わる」だけなので、無線端末の送信タイミングを制御したり、擬似的な集中制御の維持等を行うための特別な制御は必要ない。また、送信に成功した無線端末のみが一定期間送信を控えるため、無線端末間の公平性を崩さずに通信品質の改善が可能となる。また、無線端末自身の送信を控えるという動作は、他の無線端末の動作を妨げるものではないため、既存の無線システムと柔軟な共存が可能となる。 Thus, in saturated traffic, pseudo centralized control is performed in which transmission is performed in order from the wireless terminal that has won the backoff competition. At this time, after the end of the P-NAV of the wireless terminal STA, the wireless terminal STA will again participate in the transmission right acquisition competition. That is, during the P-NAV period, the wireless terminal is simply “out of backoff competition”, and after the P-NAV is over, the wireless terminal is simply “join backoff competition”. There is no need for special control for controlling transmission timing or maintaining pseudo centralized control. Further, since only wireless terminals that have succeeded in transmission refrain from transmission for a certain period of time, it is possible to improve communication quality without destroying the fairness between wireless terminals. In addition, since the operation of refraining from transmission of the wireless terminal itself does not hinder the operation of other wireless terminals, flexible coexistence with an existing wireless system is possible.
また、無線端末が常に送信すべきフレームを送信キューに保持しておらず、散発的にトラヒックが発生する環境下(非飽和トラフィック)においても、送信が成功した無線端末は後段IFSによるP−NAVにより送信を自制するため、他の無線端末の衝突確率が低減する効果を期待できる。すなわち、本発明の効果は飽和トラヒック、非飽和トラヒックに関わらず得られる。 Also, even in an environment where non-saturated traffic does not hold frames that the wireless terminal should always transmit in the transmission queue, the wireless terminal that succeeded in transmission is a P-NAV based on the subsequent IFS. Therefore, it is possible to expect the effect of reducing the collision probability of other wireless terminals. That is, the effect of the present invention can be obtained regardless of saturated traffic or non-saturated traffic.
また、基地局APはアクセスNWのチャネル使用率が低い、すなわちネットワーク全体のトラヒックの発生状況が散発的かつその頻度が低いような状況下において、またアクセスNWに基地局APに接続する無線端末以外の無線端末が存在し、基地局APに接続する無線端末の送信機会抑制が、基地局APに接続する無線端末にとって不利益を蒙る、すなわち周囲の基地局APに接続する無線端末以外の無線端末が優先され、送信機会に不公平が生じると判断したときに、無線端末STAからのデータフレーム受信に対する応答として、実施例1に記載のC−Ackではなく、非特許文献1に記載のAckフレームを用いてもよい。これにより、無線端末STAはCSMA/CAに則った動作を行うため、その送信機会の公平性は従来の無線LAN端末と同等となる。この無線端末STAが本発明による後段IFS機能を用いるか否かは、送信成功の応答として受信するAckフレームが、非特許文献1に記載のAckフレームか本発明によるC−Ackか、もしくはC−AckのCooldownフィールドが0か1か、あるいはDurationフィールドの値が0かそれ以外かで決定されるため、本発明による動作と非特許文献1による動作の切り替えに特別な動作は必要なく、状況に応じた柔軟な制御が可能となる。
In addition, the base station AP has a low access NW channel usage rate, that is, in a situation in which the occurrence of traffic in the entire network is sporadic and low in frequency, and other than a wireless terminal connected to the access NW to the base station AP Wireless terminal connected to the base station AP is disadvantageous for the wireless terminal connected to the base station AP, that is, wireless terminals other than the wireless terminal connected to the surrounding base station AP. As a response to the reception of the data frame from the wireless terminal STA, not the C-Ack described in the first embodiment but the Ack frame described in
図6は、本発明の無線通信システムの実施例2における制御動作例を示す。ここでは、送信成功後の送信抑制手段として、無線端末STAは基地局APから定期的に周知されるBeaconフレームを用いる。 FIG. 6 shows an example of a control operation in the second embodiment of the wireless communication system of the present invention. Here, as a transmission suppression means after successful transmission, the wireless terminal STA uses a Beacon frame that is regularly known from the base station AP.
図6において、基地局APは、Beaconフレームを用いて基地局APに接続する無線端末STAのすべてまたは一部に対して、正常送信後に後段IFSを設定するか否か、後段IFSを設定する場合のP−NAVを報知する。このとき、BeaconフレームのVendor Specific フィールドもしくは新規に追加するCooldownフィールドにP−NAVを記述する。 In FIG. 6, the base station AP sets whether or not to set the post-stage IFS after normal transmission for all or part of the radio terminals STA connected to the base station AP using the Beacon frame. P-NAV is notified. At this time, P-NAV is described in the Vendor Specific field of the Beacon frame or the newly added Cooldown field.
Beaconフレームで後段IFSが設定された無線端末STAは、CSMA/CA手順に則り、DIFS+Backoff 期間後にチャネルがアイドルであればデータフレームの送信を行う。このデータフレームを正常受信した基地局APは、非特許文献1に記載のAckフレームを無線端末STAに返信する。Beaconフレームで後段IFSが設定された無線端末STAがこのAckフレームを正常受信すると、P−NAVの期間だけ送信を控える。
The radio terminal STA in which the post-stage IFS is set in the Beacon frame transmits a data frame in accordance with the CSMA / CA procedure if the channel is idle after the DIFS + Backoff period. The base station AP that has normally received the data frame returns an Ack frame described in
図7は、本発明の無線通信システムの実施例3における制御動作例を示す。ここでは、送信成功後の送信抑制手段として、無線端末STAは基地局APから個別に送信されるActionフレームを用いる。
FIG. 7 shows a control operation example in
図7において、基地局APは、Actionフレームを用いて基地局APに接続する所定の無線端末STAに対して、正常送信後に後段IFSを設定することを通知し、P−NAVを報知する。 In FIG. 7, the base station AP notifies the predetermined radio terminal STA connected to the base station AP using the Action frame that the post-stage IFS is set after normal transmission, and notifies the P-NAV.
Actionフレームで後段IFSが設定された無線端末STAは、CSMA/CA手順に則り、DIFS+Backoff 期間後にチャネルがアイドルであればデータフレームの送信を行う。このデータフレームを正常受信した基地局APは、非特許文献1に記載のAckフレームを無線端末STAに返信する。Actionフレームで後段IFSが設定された無線端末STAがこのAckフレームを正常受信すると、P−NAVの期間だけ送信を控える。
In accordance with the CSMA / CA procedure, the radio terminal STA in which the latter IFS is set in the Action frame transmits a data frame if the channel is idle after the DIFS + Backoff period. The base station AP that has normally received the data frame returns an Ack frame described in
以上説明した実施例1〜実施例3は、基地局APにより後段IFSが設定される無線端末STAにおいて、CSMA/CA手順に則りデータフレームを送信し、基地局APからのAckフレームを正常受信した後に、後段IFSによりP−NAVの期間だけ送信を控える手順であった。 In the first to third embodiments described above, the data frame is transmitted according to the CSMA / CA procedure and the Ack frame from the base station AP is normally received in the radio terminal STA in which the post-stage IFS is set by the base station AP. Later, it was a procedure of refraining from transmission for the period of P-NAV by the latter stage IFS.
実施例4では、無線端末STAが自律的に後段IFSを設定し、対応するP−NAVを設定する。したがって、基地局APはデータフレームを正常受信すればAckフレームをを送信するだけで、後段IFSを設定する無線端末STAは、P−NAVの期間だけ送信を控えることができる。 In the fourth embodiment, the wireless terminal STA autonomously sets the subsequent IFS and sets the corresponding P-NAV. Therefore, if the base station AP normally receives the data frame, the base station AP only transmits the Ack frame, and the radio terminal STA that sets the subsequent IFS can refrain from transmitting during the P-NAV period.
以上説明した実施例1〜実施例4は、無線端末SATが設定するP−NAVは、CSMA/CA手順に則りデータフレームを送信し、基地局APからのAckフレームを正常受信したタイミングを起点とした。 In the first to fourth embodiments described above, the P-NAV set by the wireless terminal SAT starts from the timing at which the data frame is transmitted according to the CSMA / CA procedure and the Ack frame is normally received from the base station AP. did.
実施例5では、無線端末SATが設定するP−NAVは、CSMA/CA手順に則りデータフレームを送信し、基地局APからのAckフレームを正常受信し、次のデータフレームを送信するときのバックオフ制御を開始する前のタイミングを起点とする。すなわち、基地局APからのAckフレームを正常受信し、DIFS待機してバックオフ制御を開始する前に、P−NAVで設定される期間だけ送信を控える。 In the fifth embodiment, the P-NAV set by the wireless terminal SAT transmits a data frame in accordance with the CSMA / CA procedure, normally receives the Ack frame from the base station AP, and transmits the next data frame. The timing before starting off control is set as the starting point. In other words, transmission of the Ack frame from the base station AP is normally received, and transmission is refrained for the period set by the P-NAV before the back-off control is started after waiting for DIFS.
以上説明した実施例1〜実施例3において、基地局APが無線端末STAに設定するP−NAVは、基地局APのアクセスNWに存在する無線端末数、フレームサイズ、伝送レート、フレーム生起間隔、基地局APに接続している無線端末STAのチャネル占有率、単位時間あたりのチャネルのビジー時間およびアイドル時間を観測または推定して決定する。 In the first to third embodiments described above, the P-NAV set by the base station AP as the wireless terminal STA is the number of wireless terminals existing in the access NW of the base station AP, the frame size, the transmission rate, the frame occurrence interval, It is determined by observing or estimating the channel occupancy of the wireless terminal STA connected to the base station AP, the busy time of the channel per unit time, and the idle time.
また、実施例4において、無線端末STAが自律的に設定するP−NAVは、基地局APと同様のパラメータに基づいて決定する。このとき、無線端末STA毎に異なるP−NAVの設定が可能であり、無線端末STA毎の優先制御が実現され、サービス・アプリケーションに応じたQoS制御が可能となる。 In the fourth embodiment, the P-NAV autonomously set by the wireless terminal STA is determined based on the same parameters as those of the base station AP. At this time, a different P-NAV can be set for each wireless terminal STA, priority control for each wireless terminal STA is realized, and QoS control according to a service / application is possible.
ここで、P−NAVの最適値について説明する。P−NAVは、長すぎると送信が行われるにもかかわらず送信を控える無駄な期間が生じ、短すぎると通常のCSMA/CAと同等の動作となり、競合する無線端末を低減する効果が減少する。そこで、P−NAVの設定値Nを決めるために、まず基地局APは一定期間、例えばBeacon期間に、無線チャネルのビジー時間Tb とアイドル時間Ti を観測し、チャネル利用率αを次のように定義しする。
α=Tb /(Tb +Ti )
Here, the optimum value of P-NAV will be described. If the P-NAV is too long, there will be a useless period for refraining from transmission even if transmission is performed. . Therefore, in order to determine the set value N of P-NAV, first, the base station AP observes the radio channel busy time Tb and idle time Ti during a certain period, for example, the Beacon period, and sets the channel utilization rate α as follows: Define.
α = Tb / (Tb + Ti)
次に、チャネル利用率αと、基地局APに接続される無線端末STAの数nと、1データフレームの送信完了に要する時間Td に基づき、P−NAVの設定値Nを以下のように定める。なお、1データフレームの送信完了に要する時間Td は、IFS、平均バックオフ時間、データフレームおよびAckフレームの送信に要する時間の合計である。
N=α×n×Td
Next, based on the channel utilization rate α, the number n of wireless terminals STAs connected to the base station AP, and the time Td required to complete transmission of one data frame, the set value N of the P-NAV is determined as follows: . The time Td required to complete transmission of one data frame is the total of the time required to transmit IFS, average backoff time, data frame, and Ack frame.
N = α × n × Td
ここで、全ての無線端末STAが送信すべきフレームを保持している飽和トラフィックの場合は、チャネル利用率αが1に近い値となり、P−NAVの設定値Nが長くなる。一方、送信すべきフレームを保持している無線端末STAが少ない場合は、チャネル利用率αが0に近い値となり、P−NAVの設定値Nが短くなる。なお、P−NAVの設定値Nが所定の閾値を下回った場合は、P−NAVを設定せず通常のCSMA/CAの動作に移行するようにしてもよい。 Here, in the case of saturated traffic holding a frame to be transmitted by all the wireless terminals STA, the channel utilization rate α becomes a value close to 1, and the set value N of P-NAV becomes long. On the other hand, when the number of wireless terminals STAs holding frames to be transmitted is small, the channel utilization rate α becomes a value close to 0 and the set value N of P-NAV becomes short. Note that when the set value N of the P-NAV falls below a predetermined threshold, the P-NAV may not be set and the normal CSMA / CA operation may be performed.
また、Beacon期間中の無線チャネルのアイドル時間Ti とフレーム衝突回数nc を観測し、P−NAVの更新回数jに対するP−NAVの設定値Nj と更新値Nj+1 の関係を次のように設定してもよい。
Nj+1 =Nj −Ti +nc ×Td
In addition, the wireless channel idle time Ti and the number of frame collisions nc during the Beacon period are observed, and the relationship between the P-NAV set value Nj and the update value Nj + 1 with respect to the P-NAV update number j is set as follows May be.
Nj + 1 = Nj-Ti + nc * Td
以下、本発明の効果を検証するために行った計算機シミュレーション結果について説明する。シミュレーション諸元は、1〜50台の無線端末が、常に送信キューにフレームを保持している飽和トラフィックの状態において、IFSパラメータは802.11g、データペイロードは1500バイト、伝送レートはデータフレームが54Mbps 、Ackフレームが24Mbps 、P−NAVは 390×(端末台数−1)μsec とした。このP−NAVの値は、P−NAVを設定する無線端末以外の無線端末が1データフレームを伝送するのに必要な期間である。 Hereinafter, the result of computer simulation performed to verify the effect of the present invention will be described. The simulation specifications are as follows: 1 to 50 wireless terminals always hold frames in the transmission queue. In the saturated traffic state, the IFS parameter is 802.11g, the data payload is 1500 bytes, and the transmission rate is 54 Mbps. The Ack frame is 24 Mbps, and the P-NAV is 390 × (number of terminals−1) μsec. The value of this P-NAV is a period necessary for a wireless terminal other than the wireless terminal that sets the P-NAV to transmit one data frame.
図8は、システムスループットの計算機シミュレーション結果であり、端末台数をパラメータとしたときのシステム全体のスループットを示す。 FIG. 8 shows a computer simulation result of the system throughput, and shows the throughput of the entire system when the number of terminals is used as a parameter.
図9は、ユーザスループットの計算機シミュレーション結果であり、端末台数1台当たりのスループットを示す。 FIG. 9 shows a computer simulation result of the user throughput and shows the throughput per one terminal.
AP 基地局
STA 無線端末
11,21 送受信インタフェース部
12 送信禁止区間決定部
22 送信禁止区間設定部
AP base station
Claims (9)
前記無線端末は、前記送信権を獲得して前記データフレームを送信し、前記基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機する送信自制手段を備えた
ことを特徴とする無線通信システム。 In a wireless communication system in which transmission right acquisition control is performed between wireless terminals under the base station, and a wireless terminal that has acquired the transmission right transmits a data frame,
The wireless terminal acquires the transmission right and transmits the data frame. After receiving a confirmation frame indicating successful transmission from the base station, the wireless terminal transmits the transmission right only for a predetermined period even if there is a data frame to be transmitted next. A wireless communication system comprising a transmission self-control unit that stands by without participating in acquisition control.
前記基地局は、前記送信成功を示す確認フレームに、前記所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加する制御手段を備え、
前記無線端末の送信自制手段は、前記制御情報が付加された確認フレームに応じて送信自制の制御を行う構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 The wireless communication system according to claim 1, wherein
The base station comprises control means for adding control information indicating that the base station stands by without being added to the transmission right acquisition control for the predetermined period to the confirmation frame indicating the transmission success,
A wireless communication system, wherein the transmission self-control means of the wireless terminal is configured to control transmission self-control according to a confirmation frame to which the control information is added.
前記基地局は、前記無線端末の全てまたは一部に周期的に送信するBeaconフレームに、前記所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加する制御手段を備え、
前記Beaconフレームを受信した前記無線端末の送信自制手段は、前記制御情報が付加されたBeaconフレームに応じて送信自制の制御を行う構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 The wireless communication system according to claim 1, wherein
The base station includes a control unit that adds control information indicating that the Beacon frame periodically transmitted to all or a part of the wireless terminals waits for the predetermined period without being added to the transmission right acquisition control. ,
A wireless communication system, wherein the transmission restraint means of the wireless terminal that has received the Beacon frame is configured to perform transmission restraint control according to the Beacon frame to which the control information is added.
前記基地局は、前記無線端末に個別に送信するActionフレームに、前記所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加する制御手段を備え、 前記Actionフレームを受信した前記無線端末の送信自制手段は、前記制御情報が付加されたActionフレームに応じて送信自制の制御を行う構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 The wireless communication system according to claim 1, wherein
The base station includes control means for adding control information indicating that the action frame is individually transmitted to the wireless terminal without waiting for the transmission right acquisition control for the predetermined period, and receives the action frame. The wireless communication system of the wireless terminal is configured to control transmission self-control according to an Action frame to which the control information is added.
前記無線端末は、前記送信権を獲得して前記データフレームを送信し、前記基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、送信自制手段により次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機する
ことを特徴とする無線通信方法。 In a wireless communication method in which transmission right acquisition control is performed between wireless terminals under the base station, and a wireless terminal that has acquired the transmission right transmits a data frame,
The wireless terminal acquires the transmission right and transmits the data frame, and after receiving a confirmation frame indicating successful transmission from the base station, even if there is a data frame to be transmitted next by a transmission self-control unit, a predetermined period of time The wireless communication method is characterized by waiting only without participating in the transmission right acquisition control.
前記基地局は、前記送信成功を示す確認フレームに、前記所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加し、
前記無線端末の送信自制手段は、前記制御情報が付加された確認フレームに応じて送信自制の制御を行う
ことを特徴とする無線通信方法。 The wireless communication method according to claim 5, wherein
The base station adds, to the confirmation frame indicating the transmission success, control information indicating standby for only the predetermined period without participating in the transmission right acquisition control,
The wireless communication method, wherein the transmission self-control unit of the wireless terminal controls transmission self-control according to a confirmation frame to which the control information is added.
前記基地局は、前記無線端末の全てまたは一部に周期的に送信するBeaconフレームに、前記所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加し、
前記Beaconフレームを受信した前記無線端末の送信自制手段は、前記制御情報が付加されたBeaconフレームに応じて送信自制の制御を行う
ことを特徴とする無線通信方法。 The wireless communication method according to claim 5, wherein
The base station adds control information indicating that the Beacon frame periodically transmitted to all or a part of the wireless terminals waits without participating in the transmission right acquisition control only for the predetermined period,
The wireless communication method according to claim 1, wherein the transmission restraint means of the wireless terminal that has received the Beacon frame performs transmission restraint control according to the Beacon frame to which the control information is added.
前記基地局は、前記無線端末に個別に送信するActionフレームに、前記所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加し、
前記Actionフレームを受信した前記無線端末の送信自制手段は、前記制御情報が付加されたActionフレームに応じて送信自制の制御を行う
ことを特徴とする無線通信方法。 The wireless communication method according to claim 5, wherein
The base station adds control information indicating that the action frame is individually transmitted to the wireless terminal without waiting for the transmission right acquisition control for the predetermined period,
The wireless communication method, wherein the transmission self-control unit of the wireless terminal that has received the Action frame performs control of transmission self-control according to the Action frame to which the control information is added.
前記送信権を獲得して前記データフレームを送信し、前記基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機する送信自制手段を備えた
ことを特徴とする無線端末。 In the wireless terminal of the wireless communication system in which the transmission right acquisition control is performed between the wireless terminals under the base station, and the wireless terminal that acquired the transmission right transmits the data frame,
After acquiring the transmission right and transmitting the data frame and receiving a confirmation frame indicating successful transmission from the base station, even if there is a data frame to be transmitted next, the transmission right acquisition control is not applied for a predetermined period. A wireless terminal characterized by comprising a transmission self-control unit waiting on the side.
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