JP2015149674A - 干渉電力補正方法、チャネル選択方法及び無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ビーコン受信電力測定値を利用したＩＡＣＳ−ＤＣＡにおいて、周辺のアクセスポイントのトラヒックに応じた干渉電力補正を行うとともに、補正を行った干渉電力に応じてチャネル選択を行うことにより、干渉量の小さいチャネルを選択することができる無線通信システムを提供する。【解決手段】干渉電力測定に基づくチャネル棲み分けを用いたアクセスポイントを備える無線通信システムであって、周辺アクセスポイントが送信した通信トラヒックの情報を含むビーコンを受信するビーコン受信手段と、受信したビーコンの受信電力を測定する測定手段と、測定したビーコンの受信電力と通信トラヒックの情報に基づいて、瞬時補正干渉電力を計算する瞬時補正干渉電力計算手段と、瞬時補正干渉電力を使用して、平均干渉電力を計算する平均干渉電力計算手段とを備え、計算した平均干渉電力に基づいてチャネル選択を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、干渉電力補正方法、チャネル選択方法及び無線通信システムに関する。

同一チャネルを再利用する無線ＬＡＮでは、同一チャネル干渉（ＣＣＩ：Co-Channel Interference）によりスループットが低下してしまう。ＣＣＩを低減するチャネル再利用の実現を目的として、干渉測定型チャネル棲み分けに基づく動的チャネル配置（以下、ＩＡＣＳ−ＤＣＡ：Interference-Aware Channel Segregation Based Dynamic Channel Assignmentという）の無線ＬＡＮへの適用が検討されてきた（例えば、非特許文献１参照）。ＩＡＣＳ−ＤＣＡは各アクセスポイント（ＡＰ）が独立に利用チャネルを決定するアルゴリズムである。これは、周辺セルの端末（ＳＴＡ）からの干渉である全チャネルの受信ＣＣＩ電力を測定して、周辺端末に与えるＣＣＩを最小化するようなチャネル再利用パターンを形成する。

図４は、従来技術によるアクセスポイントの動作を示す説明図である。図４に示すように、アクセスポイント５０がチャネル優先度を表すテーブルを保持し、周辺の端末６０からの干渉電力を一定周期で観測（瞬時ＣＣＩ電力測定）して、各チャネルの平均ＣＣＩ電力（過去のＣＣＩ電力の平均）を計算してチャネル優先度テーブル（ＣＣＩテーブル）に格納する。送信時には平均ＣＣＩ電力最小のチャネル（チャネル優先度テーブルの１位のチャネル）を使用する。アクセスポイントが周辺の端末から受ける干渉電力測定値を用いてチャネル選択を行うことで、周辺セルのトラヒックに適応したチャネル再利用パターンが自律的に形成される。

無線ＬＡＮでは、アクセスポイントは配下の端末に向けて周期的にビーコンを送信している。無線ＬＡＮのアクセスポイントにおいて、周辺のアクセスポイントが報知するビーコン受信電力の測定は容易であるため、これまで周辺のアクセスポイントが報知するビーコン受信電力を利用したＩＡＣＳ−ＤＣＡが検討されてきた（例えば、非特許文献２参照）。

Y. Matsumura, S. Kumagai, T. Obara, T. Yamamoto, and F. Adachi, "Channel Segregation Based Dynamic Channel Assignment for WLAN," IEEE The 13th International Conference on Communication Systems (ICCS2012), Nov 2012. 松村祐輝，天間克宏，石原浩一，ヒランタアベーセーカラ，熊谷智明，安達文幸，"ＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮにおける干渉電力測定に基づいてチャネルを棲み分ける動的チャネル配置の実験的検討，"信学会ソサイエティ大会，Ｂ−５−８９，ｐ．４５２，２０１３年９月．

しかしながら、ビーコン受信電力を利用したこれまでのＩＡＣＳ−ＤＣＡでは、トラヒックと無関係に報知されるビーコン受信電力測定値を利用した干渉電力測定を行っていたため、周辺のアクセスポイントのトラヒックに適応したチャネル再利用パターンの形成はできないという問題がある。説明を簡単にするため、全てのアクセスポイントの送信電力が同一であり、他のアクセスポイントとの間の距離が大きいほど受信電力が小さくなると仮定する。このような場合、通信中のトラヒック量とは無関係に、近くのアクセスポイントが送信したビーコンの受信電力は大きくなり、それよりも遠くにあるアクセスポイントが送信したビーコンの受信電力は小さくなる。

そのため、近くのアクセスポイントが端末と全く通信を行っておらず、このアクセスポイントからの実際の平均ＣＣＩ電力が無視できるほど小さい場合であっても、ビーコン受信電力測定値は大きくなる。逆に、それよりも遠くのアクセスポイントが多くの端末と高い頻度で通信を行っており、このアクセスポイントからの実際の平均ＣＣＩ電力が大きい場合であっても、ビーコン受信電力測定値は小さくなる。その結果、平均ＣＣＩ電力が大きいチャネルを選択してしまう問題が生じてしまう。

本来のＩＡＣＳ−ＤＣＡでは、アクセスポイントは周辺セルのトラヒック量に応じたチャネル配置を行わなければならないが、トラヒックと無関係に報知されるビーコン受信電力測定値を利用した干渉電力測定を行う場合、周辺セルのトラヒックと無関係にチャネルを配置してしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ビーコン受信電力測定値を利用したＩＡＣＳ−ＤＣＡにおいて、周辺のアクセスポイントのトラヒックに応じた干渉電力補正を行うとともに、補正を行った干渉電力に応じてチャネル選択を行うことにより、干渉量の小さいチャネルを選択することができる干渉電力補正方法、チャネル選択方法及び無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明は、干渉電力測定に基づくチャネル棲み分けを用いる無線通信システムにおけるアクセスポイントが行う干渉電力補正方法であって、周辺アクセスポイントが送信した通信トラヒックの情報を含むビーコンを受信するビーコン受信ステップと、受信した前記ビーコンの受信電力を測定する測定ステップと、測定したビーコンの受信電力と通信トラヒックの情報に基づいて、瞬時補正干渉電力を計算する瞬時補正干渉電力計算ステップと、前記瞬時補正干渉電力を使用して、平均干渉電力を計算する平均干渉電力計算ステップとを有することを特徴とする。

本発明は、前記アクセスポイントが自己の通信トラヒックを測定し、測定した通信トラヒックをビーコンにより周囲のアクセスポイントに報知する報知ステップをさらに有することを特徴とする。

本発明は、前記通信トラヒックとしてチャネル使用率を用いることを特徴とする。

本発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の干渉電力補正方法を用いた無線通信システムにおけるアクセスポイントが行うチャネル選択方法であって、前記アクセスポイントは各チャネルの平均干渉電力を記憶する干渉テーブルを備え、前記平均干渉電力計算ステップにより計算する度に前記平均干渉電力によって前記干渉テーブルを更新する更新ステップと、前記更新ステップにより更新した前記干渉テーブルを参照してチャネル選択を行うチャネル選択ステップとを有することを特徴とする。

本発明は、干渉電力測定に基づくチャネル棲み分けを用いたアクセスポイントを備える無線通信システムであって、周辺アクセスポイントが送信した通信トラヒックの情報を含むビーコンを受信するビーコン受信手段と、受信した前記ビーコンの受信電力を測定する測定手段と、測定したビーコンの受信電力と通信トラヒックの情報に基づいて、瞬時補正干渉電力を計算する瞬時補正干渉電力計算手段と、前記瞬時補正干渉電力を使用して、平均干渉電力を計算する平均干渉電力計算手段とを備えることを特徴とする。

本発明は、前記アクセスポイントが自己の通信トラヒックを測定し、測定した通信トラヒックをビーコンにより周囲のアクセスポイントに報知する報知手段をさらに備えることを特徴とする。

本発明は、前記通信トラヒックとしてチャネル使用率を用いることを特徴とする。

本発明は、各チャネルの平均干渉電力を記憶する干渉テーブルと、前記平均干渉電力計算手段により計算する度に前記平均干渉電力によって前記干渉テーブルを更新する更新手段と、前記更新手段により更新した前記干渉テーブルを参照してチャネル選択を行うチャネル選択手段とをさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、周辺のアクセスポイントのトラヒックに応じた干渉電力補正を行うとともに、補正を行った干渉電力に応じてチャネル選択を行うようにしたため、干渉量の最も小さいチャネルを選択することができるという効果が得られる。

本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。 図１に示す干渉テーブル記憶部に記憶される干渉テーブルの構造を示す説明図である。 図１に示すアクセスポイントの動作を示すフローチャートである。 従来技術によるアクセスポイントの動作を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による無線通信システムを説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、第１のアクセスポイントである（以下、アクセスポイント１という）。符号１１は、無線信号の送受信を行う送受信部である。符号１２は、アクセスポイント１の処理動作を統括して制御する制御部である。符号１３は、送受信部１１において受信した信号の電力を測定する受信電力測定部である。符号１４は、チャネル識別名と平均干渉電力値とを関係付けた干渉テーブルを記憶する干渉テーブル記憶部である。符号１５は、公衆ネットワーク等に接続する通信部である。

符号２は、第２のアクセスポイントである（以下、アクセスポイント２という）。符号２１は、無線信号の送受信を行う送受信部である。符号２２は、アクセスポイント２の処理動作を統括して制御する制御部である。符号２３は、送受信部２１において受信した信号の電力を測定する受信電力測定部である。符号２４は、チャネル識別名と平均干渉電力値とを関係付けた干渉テーブルを記憶する干渉テーブル記憶部である。符号２５は、公衆ネットワーク等に接続する通信部である。

符号３は、アクセスポイント１またはアクセスポイント２との間で無線通信を確立して、公衆ネットワーク等に接続して通信を行う端末である。図１においては、２台のアクセスポイントを図示したが、３台以上であってもよい。また、図１においては、１台の端末を図示したが、複数であってもよい。

次に、図２を参照して、図１に示す干渉テーブル記憶部１４、２４のそれぞれに記憶される干渉テーブルのテーブル構造を説明する。図２は、図１に示す干渉テーブル記憶部１４、２４のそれぞれに記憶される干渉テーブルのテーブル構造を示す説明図である。干渉テーブルは、チャネル識別名（ＣＨ＃０〜ＣＨ＃３）と、そのチャネルの平均干渉電力値とを関係付けて記憶するテーブルである。干渉テーブルは、所定のタイミングで更新され、更新された時点で、平均干渉電力値をキーとして、平均干渉電力値が小さい順に並ぶように並べ換えられる。したがって、干渉テーブルの最上位のチャネルが選択され、選択されたチャネルを使用して無線通信が行われることになる。

次に、図３を参照して、図１に示すアクセスポイント１の処理動作を説明する。図３は、図１に示すアクセスポイント１の処理動作を示すフローチャートである。ここでは、アクセスポイント１の処理動作を説明するが、アクセスポイント２の処理動作についても同様である。

始めに、制御部１２は、干渉テーブル記憶部１４に記憶されている干渉テーブルを参照し、優先度第１順位（平均干渉電力最小）のチャネルを選択する（ステップＳ１）。続いて、制御部１２は自己のチャネル使用率を算出する（ステップＳ２）。そして、制御部１２は、選択したチャネル（平均干渉電力最小のチャネル）を使用して、算出したチャネル使用率の情報を記載したビーコンを送受信部１１を介して送信する（ステップＳ３）。

このビーコン送信は、アクセスポイント２においても行われる。すなわち、制御部２２は、干渉テーブル記憶部２４に記憶されている干渉テーブルを参照し、優先度第１順位（平均干渉電力最小）のチャネルを選択する。続いて、制御部２２は自己のチャネル使用率を算出し、選択したチャネル（平均干渉電力最小のチャネル）を使用して、算出したチャネル使用率の情報を記載したビーコンを送受信部２１を介して送信する。

次に、制御部１２は、周辺アクセスポイント（ここでは、アクセスポイント２）が送信したビーコンを送受信部１１を介して受信し、周辺アクセスポイントのチャネル使用率の計算値を得る（ステップＳ４）。このとき、受信電力測定部１３は、ビーコン受信電力を利用して全てのチャネルの瞬時干渉電力を測定して測定結果を制御部１２に対して出力する（ステップＳ５）。

次に、制御部１２は、周辺アクセスポイントのチャネル使用率計算値に基づいて、瞬時干渉電力を補正し、瞬時補正干渉電力を計算する（ステップＳ６）。そして、制御部１２は、算出した瞬時補正干渉電力を用いて、各チャネルの平均干渉電力を計算する（ステップＳ７）。続いて、制御部１２は算出した平均干渉電力を用いて、干渉テーブルを更新する（ステップＳ８）。制御部１２は、図３に示す処理動作を所定の周期で繰り返し行う。

次に、図３に示す処理動作を具体例を挙げて説明する。まず、制御部１２は、干渉テーブルを参照し、第１順位のチャネル

を選択する（ステップＳ１）。ただし、

は、干渉テーブルに記憶されている平均干渉電力（ｗａｔｔ）である。

次に、制御部１２は、上下リンクの通信に使用された時間を測定し、チャネル使用率を算出する（ステップＳ２）。測定時間Ｔ（ｓｅｃ）あたりに、上りリンクおよび下りリンク通信に使われた時間をそれぞれＴ_ｍ ^Ｕｐ（ｔ）（ｓｅｃ）およびＴ_ｍ ^Ｄｏｗｎ（ｔ）（ｓｅｃ）とすると、識別番号がｍのアクセスポイントのチャネル使用率η_ｍは（１）式で与えられる。ただし、Ｔ_ｍ ^{Ｂｅａｃｏｎ}（ｓｅｃ）はＴ（ｓｅｃ）あたりのビーコンの送信時間である。
識別番号がｍのアクセスポイントのチャネル使用率：

次に、制御部１２は、干渉テーブルの第１順位チャネル

を使用して、チャネル使用率η_ｍの情報を記載したビーコンを送信する（ステップＳ３）。

次に、制御部１２は、送受信部１１を介して周辺のアクセスポイント（ここでは、アクセスポイント２）が送信したビーコンを受信し、周辺の識別番号がｕのチャネル使用率η_ｕを得る（ステップＳ４）。

次に、受信電力測定部１３は、送受信部１１を介して受信したビーコン受信電力の測定を行い（ステップＳ５）、測定値を制御部１２に対して出力する。識別番号がｍであるアクセスポイントが周辺の識別番号がｕであるアクセスポイントから受けるビーコン受信電力の測定値（ｗａｔｔ）はＰ_ｍ，ｕ（ｔ）となる。

次に、制御部１２は、瞬時補正干渉電力を計算する（ステップＳ６）。本実施形態では、周辺のアクセスポイントのチャネル使用率に比例して瞬時干渉電力を下記のように補正する。識別番号がｍであるアクセスポイントが周辺の識別番号がｕであるアクセスポイントから受ける瞬時干渉電力の補正式（ｗａｔｔ）は、

である。そして、第ｃｈチャネルの瞬時干渉電力の補正式（ｗａｔｔ）は、

である。ただし、Ｕ_ｃｈは第ｃｈチャネルを使用するアクセスポイントの識別番号の集合である。

次に、制御部１２は、平均干渉電力を計算する（ステップＳ７）。平均干渉電力（ｗａｔｔ）の計算は（２）式により行う。

次に、制御部１２は、チャネル毎に計算した平均干渉電力を干渉テーブル記憶部１４に記憶されている干渉テーブルに書き込むことにより干渉テーブルを更新する（ステップＳ８）。アクセスポイント１が端末３との通信を行う際のチャネル配置は、干渉テーブル記憶部１４に記憶された干渉テーブルを参照して行われることになる。

本来のＩＡＣＳ−ＤＣＡでは、アクセスポイントは周辺セルのトラヒック量に応じたチャネル配置を行う必要があるため、本実施形態では、各アクセスポイントが自己の通信トラヒック情報を周辺のアクセスポイントに対して報知するようにして、周辺アクセスポイントからのビーコン受信電力測定値と周辺アクセスポイントの通信トラヒック情報に基づいて平均ＣＣＩ電力の推定値を算出し、この推定値を用いてチャネル選択を行うことで、周辺セルのトラヒックに適応したチャネル再利用パターンを自律的に形成することができるようになる。

これを実現するために、本実施形態では、まずアクセスポイントは干渉テーブルを参照し、優先度第１位のチャネルを選択し、トラヒック量を測定し、トラヒック情報をビーコンに記載して、選択した優先度第１位のチャネルを用いて周辺のアクセスポイントに報知する。ビーコンを受信したアクセスポイントは、ビーコンに記載されている周辺アクセスポイントのトラヒック情報を得るとともにビーコン受信電力を測定する。そして、ビーコンを受信したアクセスポイントは周辺アクセスポイントのトラヒック情報を利用して受信干渉電力を補正する。次に、１次フィルタを用いて各チャネルの平均干渉電力を計算し、干渉テーブルを更新する。アクセスポイントは上記の動作を周期的に繰り返し行う。この構成によれば、周辺アクセスポイントのトラヒックを考慮した干渉電力に基づくＩＡＣＳ−ＤＣＡを提供できる。

従来から、周辺セルの端末が送信する信号の同一チャネル干渉量（ＣＣＩ値）を測定し、平均ＣＣＩ値が最も小さいチャネルを選択する動的チャネル配置法（ＩＡＣＳ−ＤＣＡ）が提案されている（非特許文献１）。また、周辺アクセスポイントが報知するビーコンの受信電力を測定し、その受信電力値が最も小さいチャネルを選択するＩＡＣＳ−ＤＣＡも検討されている（非特許文献２）。

しかし、非特許文献１に係る技術では、すべてのチャネルを一定期間観測しないと、平均ＣＣＩ値の測定結果の精度が低くなるため、全てのチャネルを観測できるようにチャネル数と等しい数の無線インターフェースを備える必要がある。非特許文献２に係る技術では、周辺アクセスポイントのトラヒック量を考慮していないため、干渉量の大きいチャネルを選択するおそれがある。

本発明は、周辺アクセスポイントが送信するビーコンに記載した当該アクセスポイントのトラヒック量を受信したアクセスポイントが、当該トラヒック量と当該ビーコンの受信電力値に基づき干渉量を推定し、推定した干渉量が最も小さいチャネルを選択するようにした。

これにより、無線アクセスポイントと端末とが通信する無線ネットワークにおける干渉測定型チャネル棲み分けに基づく動的チャネル配置を行う無線アクセスポイントでは、チャネル毎に無線インターフェースを備えずに、すべてのチャネルのトラヒック量を正確に把握し、推定する干渉量の確度を高め、干渉量の最も小さいチャネルを選択することができる。

前述した実施形態におけるアクセスポイントをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。

ビーコン受信電力測定値を利用したＩＡＣＳ−ＤＣＡにおいて、周辺のアクセスポイントのトラヒックに応じた干渉電力補正を行うとともに、補正を行った干渉電力に応じてチャネル選択を行うことにより、干渉量の小さいチャネルを選択することが不可欠な用途に適用できる。

１、２・・・アクセスポイント、３・・・端末、１１、２１・・・送受信部、１２、２２・・・制御部、１３、２３・・・受信電力測定部、１４、２４・・・干渉テーブル記憶部、１５、２５・・・通信部

Claims (8)

1. 干渉電力測定に基づくチャネル棲み分けを用いる無線通信システムにおけるアクセスポイントが行う干渉電力補正方法であって、
   周辺アクセスポイントが送信した通信トラヒックの情報を含むビーコンを受信するビーコン受信ステップと、
   受信した前記ビーコンの受信電力を測定する測定ステップと、
   測定したビーコンの受信電力と通信トラヒックの情報に基づいて、瞬時補正干渉電力を計算する瞬時補正干渉電力計算ステップと、
   前記瞬時補正干渉電力を使用して、平均干渉電力を計算する平均干渉電力計算ステップと
   を有することを特徴とする干渉電力補正方法。
2. 前記アクセスポイントが自己の通信トラヒックを測定し、測定した通信トラヒックをビーコンにより周囲のアクセスポイントに報知する報知ステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の干渉電力補正方法。
3. 前記通信トラヒックとしてチャネル使用率を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の干渉電力補正方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の干渉電力補正方法を用いた無線通信システムにおけるアクセスポイントが行うチャネル選択方法であって、
   前記アクセスポイントは各チャネルの平均干渉電力を記憶する干渉テーブルを備え、
   前記平均干渉電力計算ステップにより計算する度に前記平均干渉電力によって前記干渉テーブルを更新する更新ステップと、
   前記更新ステップにより更新した前記干渉テーブルを参照してチャネル選択を行うチャネル選択ステップと
   を有することを特徴とするチャネル選択方法。
5. 干渉電力測定に基づくチャネル棲み分けを用いたアクセスポイントを備える無線通信システムであって、
   周辺アクセスポイントが送信した通信トラヒックの情報を含むビーコンを受信するビーコン受信手段と、
   受信した前記ビーコンの受信電力を測定する測定手段と、
   測定したビーコンの受信電力と通信トラヒックの情報に基づいて、瞬時補正干渉電力を計算する瞬時補正干渉電力計算手段と、
   前記瞬時補正干渉電力を使用して、平均干渉電力を計算する平均干渉電力計算手段と
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
6. 前記アクセスポイントが自己の通信トラヒックを測定し、測定した通信トラヒックをビーコンにより周囲のアクセスポイントに報知する報知手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
7. 前記通信トラヒックとしてチャネル使用率を用いることを特徴とする請求項５または６に記載の無線通信システム。
8. 各チャネルの平均干渉電力を記憶する干渉テーブルと、
   前記平均干渉電力計算手段により計算する度に前記平均干渉電力によって前記干渉テーブルを更新する更新手段と、
   前記更新手段により更新した前記干渉テーブルを参照してチャネル選択を行うチャネル選択手段と
   をさらに備えることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の無線通信システム。

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