JP2017192033A - 無線通信システム、無線通信方法および集中制御局 - Google Patents

Abstract

【課題】ＢＳＳ稠密環境において同時送信を促進してスループットを改善するために、無線基地局のＲＳＳＩに基づく位置関係に応じて各無線基地局へのＢＳＳ識別子の割り当てを最適化する。【解決手段】所定のチャネルを使用して無線フレームを送受信する複数の無線局により構成されるＢＳＳが隣接して複数存在し、各ＢＳＳの無線局がＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御により無線通信を行う無線通信システムにおいて、複数の無線局に接続され、複数の無線局の相互のＲＳＳＩを含む無線環境情報を取得し、該ＲＳＳＩに応じて各無線局がそれぞれ所属するＢＳＳの識別に用いるＢＳＳ識別子を各無線局に割り当てる際に、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にあり互いに異なるＢＳＳに所属する２つの無線局に対して、互いに異なるＢＳＳ識別子を優先して割り当てる集中制御局を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）の稠密環境において、各通信局のＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）制御に起因するスループットの低下を改善する無線通信システム、無線通信方法および集中制御局に関する。

近年、ノートパソコンやスマートフォン等の持ち運び可能で高性能な無線端末の普及により企業や公共スペースだけではなく、一般家庭でもIEEE802.11標準規格の無線ＬＡＮが広く使われるようになっている。IEEE802.11標準規格の無線ＬＡＮには、 2.4ＧHz帯を用いるIEEE802.11b/g/n 規格の無線ＬＡＮと、５ＧHz帯を用いるIEEE802.11a/n/ac規格の無線ＬＡＮがある。

IEEE802.11ｂ規格やIEEE802.11ｇ規格の無線ＬＡＮでは、2400ＭHzから2483.5ＭHz間に５ＭHz間隔で13チャネルが用意されている。ただし、同一場所で複数のチャネルを使用する際は、干渉を避けるためスペクトルが重ならないようにチャネルを使用すると最大で３チャネル、場合によっては４チャネルまで同時に使用できる。

IEEE802.11ａ規格の無線ＬＡＮでは、日本の場合は、5170ＭHzから5330ＭHz間と、5490ＭHzから5710ＭHz間で、それぞれ互いに重ならない８チャネルおよび11チャネルの合計19チャネルが規定されている。なお、IEEE802.11ａ規格では、チャネル当たりの帯域幅が20ＭHzに固定されている。

無線ＬＡＮの最大伝送速度は、IEEE802.11ｂ規格の場合は11Ｍbps であり、IEEE802.11ａ規格やIEEE802.11ｇ規格の場合は54Ｍbps である。ただし、ここでの伝送速度は物理レイヤ上での伝送速度である。実際にはＭＡＣ（Medium Access Control ）レイヤでの伝送効率が50〜70％程度であるため、実際のスループットの上限値はIEEE802.11ｂ規格では５Ｍbps 程度、IEEE802.11ａ規格やIEEE802.11ｇ規格では30Ｍbps 程度である。また、伝送速度は、情報を送信しようとする通信局が増えればさらに低下する。

一方で、有線ＬＡＮでは、Ethernet（登録商標）の100Base-T インタフェースをはじめ、各家庭にも光ファイバを用いたＦＴＴＨ（Fiber to the home)の普及から、 100Ｍbps 〜１Ｇbps 級の高速回線の提供が普及しており、無線ＬＡＮにおいても更なる伝送速度の高速化が求められている。

そのため、2009年に標準化が完了したIEEE802.11ｎ規格では、これまで20ＭHzと固定されていたチャネル帯域幅が最大で40ＭHzに拡大され、また、空間多重送信技術（ＭＩＭＯ：Multiple input multiple output）技術の導入が決定された。IEEE802.11ｎ規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で 600Ｍbps の通信速度を実現可能である。

さらに、2013年に標準化が完了したIEEE802.11ac規格では、チャネル帯域幅を80ＭHzや最大で 160ＭHzまで拡大することや、空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：Space Division Multiple Access）を適用したマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）送信方法の導入が決定している（例えば、非特許文献１参照）。IEEE802.11ac規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で約 6.9Ｇbps の通信速度を実現可能である。

ただし、IEEE802.11ac規格においてチャネル帯域幅を40ＭHz、80ＭHz、 160ＭHzと広くする場合、５ＧHz帯において同一場所で同時に使えるチャネル数は、チャネル帯域幅が20ＭHzで19チャネルだったものが、９チャネル、４チャネル、２チャネルと少なくなる。すなわち、チャネル帯域幅が増加するにつれて、使えるチャネル数が低減することになる。

このように、同一場所で同時に使えるチャネル数は、通信に用いるチャネル帯域幅によって、 2.4ＧHz帯の無線ＬＡＮでは３つ、５ＧHz帯の無線ＬＡＮでは２つ，４つ，９つ，または19のチャネルになるので、実際に無線ＬＡＮを導入する際には無線基地局（アクセスポイント（ＡＰ））が自セル（ＢＳＳ：Basic Service Set ）内で使用するチャネルを選択する必要がある。

ここで、使用可能なチャネル数よりもＢＳＳ数が多い無線ＬＡＮの稠密環境では、複数のＢＳＳが同一チャネルを使うことになる（ＯＢＳＳ：Overlapping BSS ）。その場合、同一チャネルを使用するＢＳＳ間の干渉の影響により、当該ＢＳＳおよびシステム全体のスループットが低下することになる。そのため無線ＬＡＮでは、ＣＳＭＡ／ＣＡを用いて、キャリアセンスによりチャネルが空いているときにのみデータの送信を行う自律分散的なアクセス制御が使われている。

具体的には、送信要求が発生した通信局は、まず所定のセンシング期間（ＤＩＦＳ：Distributed Inter-Frame Space ）だけキャリアセンスを行って無線媒体の状態を監視し、この間に他の通信局による送信信号が存在しなければ、ランダム・バックオフを行う。通信局は、引き続きランダム・バックオフ期間中もキャリアセンスを行うが、この間にも他の通信局による送信信号が存在しない場合に、チャネルの利用権（ＴＸＯＰ：Transmission Opportunity）を得る。チャネルの利用権を得た通信局（ＴＸＯＰ Holder ）は、同一ＢＳＳ内の他の通信局にデータを送信し、またそれらの通信局からデータを受信できる。このようなＣＳＭＡ／ＣＡ制御を行う場合、同一チャネルを使用する無線ＬＡＮの稠密環境では、キャリアセンスによりチャネルがビジーになる頻度が高くなるため、送信機会（チャネルの利用権を得る機会）が低下し、スループットが低下することになる。したがって、周辺環境をモニタリングし、適切なチャネルを選択することが重要になる。

無線基地局におけるチャネルの選択方法は、IEEE802.11標準規格で定まっていないため、各ベンダーが独自の方法を採用しているが、最も一般的なチャネル選択方法としては、干渉電力の最も少ないチャネルを自律分散的に選択する方法がある。無線基地局は、一定期間すべてのチャネルについてキャリアセンスして最も干渉電力が小さいチャネルを選択し、選択したチャネル上で配下の端末装置とデータの送受信を行う。なお、干渉電力とは、近隣ＢＳＳや他システムから受信する信号のレベルであり、例えば、受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）により測定することができる。

ここで、無線基地局においてキャリアセンスを行うときに、受信信号強度（ＲＳＳＩ）を用いてチャネル使用状況を判断するＣＣＡ（Clear Channel Assessment）閾値が設定されている。例えばIEEE802.11規格では、図７に示すように２つのＣＣＡ閾値が規定されている。１つは、無線基地局ＡＰ１がキャリアセンスして受信する無線フレームのプリアンブルを検出できた場合に用いるＣＣＡ−ＳＤ（Signal Detection）閾値であり、もう１つは、ＡＰ１がキャリアセンスして受信する無線フレームのプリアンブルを検出できなかった場合に用いるＣＣＡ−ＥＤ（Energy Detection）閾値である。IEEE802.11ａ規格では、ＣＣＡ−ＳＤ閾値は−82dBｍに設定され、ＣＣＡ−ＥＤ閾値は−62dBｍに設定される。

以下、ＣＣＡ−ＥＤ閾値（−62dBｍ）を閾値１、ＣＣＡ−ＳＤ閾値（−82dBｍ）を閾値２とする。また、ＡＰ１におけるＲＳＳＩに応じてＡＰ１に対する領域を次のように定義する。
近領域 ：ＲＳＳＩ≧閾値１
中間領域：閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２
遠領域 ：ＲＳＳＩ＜閾値２

ＡＰ１がキャリアセンスにより無線フレームのプリアンブルを検出でき、かつＲＳＳＩ≧閾値２（近領域および中間領域）の場合は、自／他ＢＳＳの無線フレームであるためにそのチャネルがビジー（通信不可）と判定して送信待機する。また、キャリアセンスにより無線フレームのプリアンブルを検出できない場合でも、ＲＳＳＩ≧閾値１（近領域）の場合は、他システムからの干渉波と見なしてそのチャネルはビジー（通信不可）と判定して送信待機する。それ以外の場合は、チャネルがアイドル（通信可）と判定し、送信フレームが生起していれば送信開始する。

Specification Framework for TGax, November 2015.

IEEE802.11規格では、無線基地局ＡＰ１が無線フレームのプリアンブルを検出でき、かつ閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２（中間領域）の場合は、そのチャネルはビジーと判定して送信待機としていたが、この状況として図７に示す２つのケースがある。第１のケースは、ＡＰ１が自ＢＳＳ内の無線端末ＳＴＡ１からの無線フレームを受信するときであり、この場合は送信待機して受信を継続する必要がある。第２のケースは、ＡＰ１が自ＢＳＳ以外のＡＰ３の無線フレームを受信するときであり、この場合のＡＰ１は必ずしも送信待機する必要がなく、むしろＡＰ３の無線フレームの受信（復調処理）を中止し、送信可能とすることによりスループットの改善が見込める場合がある。

この第２のケースに対応するために、受信する無線フレームが自ＢＳＳか自ＢＳＳ以外かを判定し、自ＢＳＳ以外の無線フレームであれば受信（復調処理）を中止し、積極的に同時送信を行ってスループットを改善する技術が検討されている。さらに、無線フレームが自ＢＳＳか自ＢＳＳ以外かを判定するために、無線フレームのプリアンブル部に格納するＢＳＳ識別子を用いる方法が検討されている。

このＢＳＳ識別子は、従来規格のフレームフォーマットのＭＡＣヘッダにある固有のＢＳＳＩＤ（基地局のＭＡＣアドレス）とは異なり、無線フレームのＰＬＣＰ（Physical Layer Convergence Protocol ）プリアンブル部に格納してＢＳＳの識別に用いる識別子である。図８(1) は従来規格（802.11a/11n/11ac）のフレームフォーマットを示し、図８(2) は本発明において想定する新規規格のフレームフォーマットを示す。ＰＬＣＰプリアンブルは、フレーム信号を検出して同期するための情報を格納し、ここに数ビット以下のＢＳＳ識別子が格納される。ＰＬＣＰヘッダは、伝送速度、データ部を送信するための時間などの情報を格納する。ＭＡＣヘッダは、送信元・宛先アドレス、ＢＳＳＩＤ、シーケンス番号、フラグメント番号などを格納する。ペイロードはデータ本体部分である。

このように、フレーム最先端のＰＬＣＰプリアンブルにＢＳＳ識別子を格納すれば、当該ＰＬＣＰプリアンブルの受信処理により、受信した無線フレームが自ＢＳＳか自ＢＳＳ以外かをいち早く判定し、自ＢＳＳの無線フレームであればそのまま受信を継続し、自ＢＳＳ以外の無線フレームであれば受信（復調処理）を中止して送信可能にするなどの制御が可能となる。

図９は、ＢＳＳ識別子を用いた無線フレームの受信処理手順を示す。
図９において、無線局がキャリアセンスして無線フレームを受信し、ＲＳＳＩとプリアンブルのＢＳＳ識別子を検出する処理を行い（Ｓ51）、無線フレームのＲＳＳＩが「閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２」であるか否か、すなわち中間領域からの無線フレームであるか否かを判定する（Ｓ52）。ここで、無線フレームのＲＳＳＩがＲＳＳＩ≧閾値１（近領域）であれば、ＢＳＳ識別子に拘らず受信を継続してチャネルビジーと判定し（Ｓ52：No，Ｓ53：Yes ，Ｓ54）、ＲＳＳＩ＜閾値２（遠領域）であれば、ＢＳＳ識別子に拘らず受信を中止してチャネルアイドルとする（Ｓ52：No，Ｓ53：No，Ｓ55）。一方、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２（中間領域）であれば（Ｓ52：Yes ）、無線フレームのＢＳＳ識別子と自ＢＳＳのＢＳＳ識別子が一致するか否かを判定する（Ｓ56）。

無線フレームのＢＳＳ識別子が自ＢＳＳと一致していれば受信を継続し、チャネルビジーとして送信待機とする（Ｓ54）。一方、無線フレームのＢＳＳ識別子が自ＢＳＳと一致していなければ受信を中止して無線フレームを破棄し、チャネルアイドルとして送信可能とする（Ｓ57）。これは、自ＢＳＳと異なるＢＳＳ識別子の無線フレームは他ＢＳＳからの干渉フレームと見なすものであり、その無用な無線フレームの受信（復調処理）を中止するとともに、自ＢＳＳが無線フレームの送信を可能とすることによりスループットの向上が期待される。

ここで、ＢＳＳ稠密環境下において、既存の無線基地局は自律分散的にＢＳＳ識別子を設定することが想定される。一方、想定されているＢＳＳ識別子は数ビット以下であり、ＢＳＳ識別子の種類以上の無線基地局があれば、共通のＢＳＳ識別子を用いる無線基地局が存在することになる。その場合、無線フレームを受信したときに、図９のステップＳ56において、他ＢＳＳからの無線フレームであって受信を中止して送信可能にできるにも拘らず、ＢＳＳ識別子が自ＢＳＳと一致していれば受信を継続して送信待機となる現象が発生する（Ｓ54）。受信継続および送信待機は、無線フレームのＭＡＣヘッダまで及び、その時点で他ＢＳＳからの無線フレームであると判断して破棄し、送信可能とすることになる。

しかし、プリアンブルの検出時点で他ＢＳＳの無線フレームと判断し、それによって受信を中止して送信可能とすれば、ＭＡＣヘッダまで復調する時間を節約し、スループットの向上効果を高めることができる。そのためには、ＢＳＳ稠密環境における全無線基地局に互いに異なるＢＳＳ識別子を割り当てる必要があるが、ＢＳＳ識別子には限りがあるのでそれができない場合がある。すなわち、一部の無線基地局には共通のＢＳＳ識別子を割り当てざるを得ないが、その割り当て方によって当該無線基地局のＢＳＳ、さらにシステム全体のスループットが著しく低下することがあり、スループットの要求に応じた最適なＢＳＳ識別子の割り当て方が必要になっている。

本発明は、ＢＳＳ稠密環境において同時送信を促進してスループットを改善するために、無線基地局のＲＳＳＩに基づく位置関係に応じて各無線基地局へのＢＳＳ識別子の割り当てを最適化することができる無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、所定のチャネルを使用して無線フレームを送受信する複数の無線局により構成されるＢＳＳが隣接して複数存在し、各ＢＳＳの無線局がＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御により無線通信を行う無線通信システムにおいて、複数の無線局に接続され、複数の無線局の相互の受信信号強度（ＲＳＳＩ）を含む無線環境情報を取得し、該ＲＳＳＩに応じて各無線局がそれぞれ所属するＢＳＳの識別に用いるＢＳＳ識別子を各無線局に割り当てる際に、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にあり互いに異なるＢＳＳに所属する２つの無線局に対して、互いに異なるＢＳＳ識別子を優先して割り当てる集中制御局を備え、無線局は、集中制御局から割り当てられたＢＳＳ識別子を無線フレームのプリアンブルに格納して送信する手段と、ＣＳＭＡ／ＣＡのキャリアセンスによる受信信号からプリアンブルを検出できたときに、該受信信号の受信信号強度（ＲＳＳＩ）と閾値１および閾値２との大小関係を判定し、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２である場合に、プリアンブルのＢＳＳ識別子が自ＢＳＳに割り当てられたＢＳＳ識別子と一致するか否かを判定し、一致すれば受信を継続してチャネルビジーとし、一致しなければ受信を中止してチャネルアイドルとする手段とを備える。

第１の発明の無線通信システムにおいて、集中制御局は、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にある無線局のうち、特定の１つの無線局のＢＳＳ識別子と他の無線局のＢＳＳ識別子が互いに異なるように割り当てる。

第１の発明の無線通信システムにおいて、集中制御局は、制御対象の無線局の数に対してＢＳＳ識別子の種類が不足し、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にある各無線局に互いに異なるＢＳＳ識別子の割り当てができないときに、各無線局に割り当てるＢＳＳ識別子の割当パターンに応じたシステム全体のスループットを示す効用関数を算出し、該効用関数が最大となるＢＳＳ識別子の割当パターンを選択して各無線局にＢＳＳ識別子の割り当てを行う。

第１の発明の無線通信システムにおいて、効用関数は、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にある無線局のうち同一のＢＳＳ識別子を有する無線局間は干渉あり、異なるＢＳＳ識別子の無線局間は干渉なしと見なして各無線局のスループットを算出し、各無線局のスループットの総和をシステム全体のスループットとして算出される。

第２の発明は、所定のチャネルを使用して無線フレームを送受信する複数の無線局により構成されるＢＳＳが隣接して複数存在し、各ＢＳＳの無線局がＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御により無線通信を行う無線通信方法において、複数の無線局に接続される集中制御局は、複数の無線局の相互の受信信号強度（ＲＳＳＩ）を含む無線環境情報を取得し、該ＲＳＳＩに応じて各無線局がそれぞれ所属するＢＳＳの識別に用いるＢＳＳ識別子を各無線局に割り当てる際に、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にあり互いに異なるＢＳＳに所属する２つの無線局に対して、互いに異なるＢＳＳ識別子を優先して割り当てる処理を行い、無線局は、集中制御局から割り当てられたＢＳＳ識別子を無線フレームのプリアンブルに格納して送信し、ＣＳＭＡ／ＣＡのキャリアセンスによる受信信号からプリアンブルを検出できたときに、該受信信号の受信信号強度（ＲＳＳＩ）と閾値１および閾値２との大小関係を判定し、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２である場合に、プリアンブルのＢＳＳ識別子が自ＢＳＳに割り当てられたＢＳＳ識別子と一致するか否かを判定し、一致すれば受信を継続してチャネルビジーとし、一致しなければ受信を中止してチャネルアイドルとする処理を行う。

第２の発明の無線通信方法において、集中制御局は、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にある無線局のうち、特定の１つの無線局のＢＳＳ識別子と他の無線局のＢＳＳ識別子が互いに異なるように割り当てる。

第２の発明の無線通信方法において、集中制御局は、制御対象の無線局の数に対してＢＳＳ識別子の種類が不足し、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にある各無線局に互いに異なるＢＳＳ識別子の割り当てができないときに、各無線局に割り当てるＢＳＳ識別子の割当パターンに応じたシステム全体のスループットを示す効用関数を算出し、該効用関数が最大となるＢＳＳ識別子の割当パターンを選択して各無線局にＢＳＳ識別子の割り当てを行う。

第２の発明の無線通信方法において、効用関数は、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にある無線局のうち同一のＢＳＳ識別子を有する無線局間は干渉あり、異なるＢＳＳ識別子の無線局間は干渉なしと見なして各無線局のスループットを算出し、各無線局のスループットの総和をシステム全体のスループットとして算出される。

本発明は、中間領域にある複数の無線基地局に同じＢＳＳ識別子が割り当てられることになっても、システム全体または特定のＢＳＳのスループットを考慮したＢＳＳ識別子の最適な割り当てを実現することができる。

本発明の無線通信システムの構成例を示す図である。 実施例１におけるＢＳＳ識別子の割当手順例を示すフローチャートである。 ＡＰ１〜ＡＰ４の位置関係を説明する図である。 ステップＳ３，Ｓ４における効用関数の計算例を示す図である。 実施例２におけるＢＳＳ識別子の割当手順例を示すフローチャートである。 ステップＳ13，Ｓ14における効用関数の計算例（α＝0.9 、β＝0.1 ）を示す図である。 ＣＣＡ閾値の制御例を示す図である。 フレームフォーマットを示す図である。 ＢＳＳ識別子を用いた無線フレームの受信処理手順を示すフローチャートである。

図１は、本発明の無線通信システムの構成例を示す。
図１において、ＡＰ１〜ＡＰ４は互いに異なるＢＳＳの無線基地局であり、共通の周波数チャネルを用いてそれぞれ配下の無線端末（図示せず）と無線通信を行う。ＡＰ１〜ＡＰ４は、ネットワーク５を介して集中制御局６に接続される。ＡＰ１〜ＡＰ４は、キャリアセンスによって検出される各ＡＰのＢＳＳＩＤ、各ＡＰ間のＲＳＳＩ、配下の無線端末における各ＡＰとの間のＲＳＳＩ等の無線環境情報を集中制御局６に通知する。集中制御局６は、ＡＰ１〜ＡＰ４から通知される無線環境情報に基づいて相互の位置関係を把握し、各ＡＰに対してＢＳＳ識別子の割り当てを行う。

ここでは、４台のＡＰ１〜ＡＰ４に対してＢＳＳ識別子ＡまたはＢを割り当てるものとするが、一般的には例えば制御対象の数十台のＡＰに対して数ビットで表される限られた種類のＢＳＳ識別子を割り当てることになる。したがって、同じＢＳＳ識別子が複数のＡＰに割り当てられることになるため、本発明ではシステム全体または特定のＢＳＳのスループットを考慮したＢＳＳ識別子の最適な割り当てを実現する。

図１では、ＡＰ１とＡＰ２〜ＡＰ４との間のＲＳＳＩを基準にした位置関係を示す。ＡＰ１に対して、ＡＰ２はＲＳＳＩ≧閾値１の近領域にあり、ＡＰ３は閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の中間領域にあり、ＡＰ４はＲＳＳＩ＜閾値２の遠領域にあるものとする。

ここで、集中制御局６は、ＡＰ１にＢＳＳ識別子Ａを割り当てたときに、ＡＰ２〜ＡＰ４にそれぞれ割り当てるＢＳＳ識別子ＡまたはＢを選択する。中間領域のＡＰ３にＢＳＳ識別子Ａを割り当てれば、上記のようにＡＰ１はＡＰ３の信号を自ＢＳＳの信号と判断して無用な受信継続の問題が発生する。したがって、ＡＰ１に対して中間領域のＡＰ３には、ＡＰ１と異なるＢＳＳ識別子Ｂを割り当てことが望ましい。これにより、ＡＰ１はプリアンブルの検出時点でＡＰ３の信号を他ＢＳＳの無線フレームと判断し、受信を中止して無線フレームを破棄し、ＡＰ３との同時送信が可能となってスループットが改善する。

一方、近領域のＡＰ２は、ＡＰ１への干渉レベルが閾値１以上であるため、ＡＰ１はＡＰ２のＢＳＳ識別子に拘らず同時送信はできない。また、遠領域のＡＰ４は、ＡＰ１への干渉レベルが閾値２未満であるので、ＡＰ１はＡＰ４のＢＳＳ識別子に拘らず同時送信は可能である。したがって、ＡＰ２およびＡＰ４のＢＳＳ識別子は、中間領域のＡＰ３のように積極的にＡＰ１と異なるＢＳＳ識別子Ｂを割り当てる必要はない。むしろ、ＡＰ２およびＡＰ４のＢＳＳ識別子は、ＡＰ３との相互の位置関係に応じてＡＰ３と異なるＢＳＳ識別子、すなわちＡＰ１と同じＢＳＳ識別子Ａとすることが望ましい場合もありうる。したがって、複数のＡＰに割り当てるＢＳＳ識別子については、それらの位置関係に応じた最適なＢＳＳ識別子の割り当て方法がある。

（実施例１）
図２は、実施例１におけるＢＳＳ識別子の割当手順例を示す。
図２において、制御対象の無線基地局ＡＰ１〜ＡＰｎ（ｎは２以上の整数）に対して、ＢＳＳ識別子の割当パターンを示すＢＳＳ識別子リストを作成する（Ｓ１）。ここでは、割当可能なＢＳＳ識別子をｋ種類（ｋは２以上ｎ未満の整数）とし、ｎ個のＡＰに互いに異なるＢＳＳ識別子の割り当てができない場合を想定する。このとき、ＡＰ１〜ＡＰｎのＢＳＳ識別子の割当パターンはｋⁿ 通りとなる。次に、ＢＳＳ識別子リストから１つの割当パターンｊを選択し、その割当パターンｊに応じたＢＳＳ識別子をＡＰ１〜ＡＰｎに割り当てる（Ｓ２）。次に、ＡＰ１〜ＡＰｎのＲＳＳＩとそれぞれに割り当てたＢＳＳ識別子の関係に基づいて、各ＡＰにおけるスループットを計算する（Ｓ３）。

ここで、ＡＰｉ（ｉは１〜ｎ）のスループットＴ(i) は、ＡＰｉの最大スループットをＴmax としたときに、ＡＰｉと干渉するＡＰ数Ｎ(i) に応じて、
Ｔ(i) ＝Ｔmax ／（１＋Ｎ(i))
と計算される。なお、ＡＰｉにおいて干渉するＡＰ数Ｎ(i) は、ＡＰｉからみて近領域のＡＰ数と、中間領域でかつＡＰｉと同じＢＳＳ識別子が割り当てられるＡＰ数の和として見積もることができる。

また、ＡＰｉにおいて干渉するＡＰ数Ｎ(i) には、ＢＳＳ識別子に応じた制御機能がないＡＰや、ＡＰｉに帰属する無線端末からみて近領域のＡＰを加えてもよい。さらに、ＡＰｉのスループットＴ(i) は、ＡＰｉに帰属する無線端末数で割って帰属する無線端末１台あたりのスループットに置き換えてもよい。さらに、ＡＰｉのスループットＴ(i) は、割当パターンｊに応じたＢＳＳ識別子を各ＡＰに割り当てたときの下りスループットまたは上りスループットを測定した値を用いてもよいし、上記のように見積もられる値と測定したスループットの小さい方を選択してもよい。

次に、ＡＰ１〜ＡＰｎのスループットＴ(1) 〜Ｔ(n) の総和を計算し、ＢＳＳ識別子の割当パターンｊにおける効用関数Φ(j) とする（Ｓ４）。次に、ＢＳＳ識別子リストの全ての割当パターンに対する効用関数Φが得られるまでＳ２〜Ｓ４の処理を繰り返し（Ｓ５）、その後に効用関数Φが最大となるＢＳＳ識別子の割当パターンを判定し、そのＢＳＳ識別子をＡＰ１〜ＡＰｎに設定して終了する（Ｓ６）。

以下、４台のＡＰ１〜ＡＰ４に対してＢＳＳ識別子Ａ，Ｂを割り当てる場合に、効用関数Φが最大となるＢＳＳ識別子の割り当て例について、図３および図４を参照して説明する。

図３は、ＡＰ１〜ＡＰ４の位置関係を示す。
図３において、ＡＰ１〜ＡＰ４に対して閾値１および閾値２を点線および破線で示す。ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ４は互いに中間領域の関係にあり、ＡＰ２，ＡＰ３，ＡＰ４は互いに中間領域の関係にある。ＡＰ１とＡＰ３は遠領域の関係にある。中間領域の関係にあるＡＰ間を実線で接続している。

図４は、ステップＳ３，Ｓ４における効用関数の計算例を示す。
図４において、図３に示すＡＰ１〜ＡＰ４に割り当てるＢＳＳ識別子を●と○で示す。すなわち、●がＢＳＳ識別子Ａとすれば、○はＢＳＳ識別子Ｂとなり、その逆でもよい。なお、各ＡＰにおけるスループットの計算では、中間領域の関係にあるＡＰ同士でＢＳＳ識別子が同じ場合に干渉し、異なる場合に干渉しないと見なすので、●と○の対応関係が逆になっても割当パターンとしては同一の扱いとしており、ＡＰ１を基準にした場合の割当パターンは２^4-1 ＝８通りとなる。

ＡＰ同士が中間領域の関係にあり、かつＢＳＳ識別子が同じになる場合を実線で接続し、ＡＰ同士が中間領域の関係にあり、かつＢＳＳ識別子が異なる場合を点線で接続する。すなわち、実線で接続されたＡＰ同士（●と●、○と○）は干渉する関係にあり、点線で接続されたＡＰ同士（●と○）は干渉しない関係にある。

以上に基づき、割当パターン１におけるＡＰ１〜ＡＰ４のスループットＴ(1) 〜Ｔ(n) は、１／３，１／４，１／３，１／４であり、効用関数Φ(1) は７／６（≒1.17）となる。ここでは、Ｔmax ＝１としている。同様に、割当パターン２〜８の効用関数Φ(2) 〜Φ(8) は、７／３（≒2.33），２，７／３（≒2.33），２，２，３，２となり、割当パターン７の効用関数Φ(7) が最大値となる。したがって、ＡＰ１〜ＡＰ４における最適なＢＳＳ識別子の割当パターンは、（Ａ，Ｂ，Ａ，Ｂ）または（Ｂ，Ａ，Ｂ，Ａ）となる。

ここで、ＡＰ１のスループットを優先したい場合には、ＡＰ１からみて中間領域にあるＡＰ２およびＡＰ４に対してＡＰ１と異なるＢＳＳ識別子を割り当て、ＡＰ１のスループットが１となる割当パターン７または割当パターン８となる。しかし、ＡＰ１からみて遠領域のＡＰ３に対するＢＳＳ識別子は任意でよいが、ＡＰ２〜ＡＰ４からみたスループットを考慮した効用関数Φ(7) とΦ(8) を比較すると、Φ(7) ＞Φ(8) となることから割当パターン７が最適となる。

同様に、ＡＰ２のスループットを優先したい場合には、ＡＰ２のスループットが１となる割当パターン２となる。ＡＰ３のスループットを優先したい場合には、ＡＰ３のスループットが１となる割当パターン３，７となるが、両者の効用関数Φ(3) とΦ(7) を比較すると、Φ(3) ＜Φ(7) となることから割当パターン７が最適となる。ＡＰ４のスループットを優先したい場合には、ＡＰ４のスループットが１となる割当パターン４となる。

また、複数のＡＰを２以上のグループに分け、グループごとに正規化したスループットの総和を計算して効用関数とし、その効用関数を用いて最適な割当パターンを判定するようにしてもよい。なお、効用関数を計算する際に、グループごとに正規化したスループットに重み付けをすることにより、グループ間の優先度を調整することができる。以下、複数のＡＰを２つのグループに分けたときのＢＳＳ識別子の割当手順例を実施例２として説明する。

（実施例２）
図５は、実施例２におけるＢＳＳ識別子の割当手順例を示す。
図５において、制御対象の無線基地局ＡＰ１〜ＡＰｎ（ｎは２以上の整数）に対して、ＢＳＳ識別子の割当パターンを示すＢＳＳ識別子リストを作成する（Ｓ11）。このとき、ＡＰ１〜ＡＰｎを所定の基準に従って２つのグループＧ１，Ｇ２に分ける。次に、ＢＳＳ識別子リストから１つの割当パターンｊを選択し、その割当パターンｊに応じたＢＳＳ識別子をＡＰ１〜ＡＰｎに割り当てる（Ｓ12）。次に、ＡＰ１〜ＡＰｎのＲＳＳＩとそれぞれに割り当てたＢＳＳ識別子の関係に基づいて、各ＡＰにおけるスループットを計算する（Ｓ13）。ここまでは、実施例１と同様である。

次に、グループＧ１，Ｇ２にそれぞれ属するＡＰのスループットを正規化（例えば平均化）し、各グループの正規化したスループットＴ(G1)，Ｔ(G2)にそれぞれ重み付け係数α，βを乗算して総和を計算し、ＢＳＳ識別子の割当パターンｊにおける効用関数Φ(j) とする（Ｓ14）。
Φ(j) ＝α・Ｔ(G1)＋β・Ｔ(G2)
次に、ＢＳＳ識別子リストの全ての割当パターンに対する効用関数Φが得られるまでＳ12〜Ｓ14の処理を繰り返し（Ｓ15）、その後に効用関数Φが最大となるＢＳＳ識別子の割当パターンを判定し、そのＢＳＳ識別子をＡＰ１〜ＡＰｎに設定して終了する（Ｓ16）。

図６は、ステップＳ13，Ｓ14における効用関数の計算例を示す。
図６において、図４と同様に、ＡＰ１〜ＡＰ４に割り当てるＢＳＳ識別子を●と○で示す。ＡＰ同士が中間領域の関係にあり、かつＢＳＳ識別子が同じになる場合を実線で接続し、ＡＰ同士が中間領域の関係にあり、かつＢＳＳ識別子が異なる場合を点線で接続する。すなわち、実線で接続されたＡＰ同士（●と●、○と○）は干渉する関係にあり、点線で接続されたＡＰ同士（●と○）は干渉しない関係にある。

ここで、ＡＰ１をグループＧ１とし、ＡＰ２〜ＡＰ４をグループＧ２とし、各グループに対応する重み付け係数をα＝0.9 、β＝0.1 とする。

以上に基づき、割当パターン１におけるＡＰ１〜ＡＰ４のスループットＴ(1) 〜Ｔ(n) は、１／３，１／４，１／３，１／４である。ここでは、Ｔmax ＝１としている。グループＧ１のＡＰ１の正規化したスループットＴ(G1)は１／３であり、グループＧ２のＡＰ２〜ＡＰ４の正規化したスループットＴ(G2)は、
（１／４＋１／３＋１／４）／３＝５／18
となる。よって、効用関数Φ(1) は
Φ(1) ＝0.9 ・１／３＋0.1 ・５／18＝0.33
となる。

同様に、割当パターン２〜８において、グループＧ１，Ｇ２の正規化したスループットＴ(G1)，Ｔ(G2)を用いた効用関数Φ(2) 〜Φ(8) は、0.51，0.35，0.51，0.5 ，0.5 ，
0.97，0.93となり、割当パターン７の効用関数Φ(7) が最大値となる。したがって、グループＧ１のＡＰ１と、グループＧ２のＡＰ２〜ＡＰ４における最適なＢＳＳ識別子の割当パターンは、Ａと（Ｂ，Ａ，Ｂ）、またはＢと（Ａ，Ｂ，Ａ）となる。

１，２，３，４ 無線基地局（ＡＰ）
５ ネットワーク
６ 集中制御局

Claims (8)

1. 所定のチャネルを使用して無線フレームを送受信する複数の無線局により構成されるＢＳＳ（Basic Service Set ）が隣接して複数存在し、各ＢＳＳの無線局がＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）によるアクセス制御により無線通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記複数の無線局に接続され、前記複数の無線局の相互の受信信号強度（ＲＳＳＩ）を含む無線環境情報を取得し、該ＲＳＳＩに応じて各無線局がそれぞれ所属するＢＳＳの識別に用いるＢＳＳ識別子を各無線局に割り当てる際に、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にあり互いに異なるＢＳＳに所属する２つの無線局に対して、互いに異なるＢＳＳ識別子を優先して割り当てる集中制御局を備え、
   前記無線局は、
   前記集中制御局から割り当てられた前記ＢＳＳ識別子を前記無線フレームのプリアンブルに格納して送信する手段と、
   前記ＣＳＭＡ／ＣＡのキャリアセンスによる受信信号から前記プリアンブルを検出できたときに、該受信信号の受信信号強度（ＲＳＳＩ）と前記閾値１および前記閾値２との大小関係を判定し、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２である場合に、前記プリアンブルのＢＳＳ識別子が自ＢＳＳに割り当てられたＢＳＳ識別子と一致するか否かを判定し、一致すれば受信を継続してチャネルビジーとし、一致しなければ受信を中止してチャネルアイドルとする手段と
   を備えたことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記集中制御局は、前記閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にある無線局のうち、特定の１つの無線局の前記ＢＳＳ識別子と他の無線局の前記ＢＳＳ識別子が互いに異なるように割り当てる
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記集中制御局は、制御対象の無線局の数に対して前記ＢＳＳ識別子の種類が不足し、前記閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にある各無線局に互いに異なるＢＳＳ識別子の割り当てができないときに、各無線局に割り当てるＢＳＳ識別子の割当パターンに応じたシステム全体のスループットを示す効用関数を算出し、該効用関数が最大となるＢＳＳ識別子の割当パターンを選択して各無線局に前記ＢＳＳ識別子の割り当てを行う
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項３に記載の無線通信システムにおいて、
   前記効用関数は、前記閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にある無線局のうち同一のＢＳＳ識別子を有する無線局間は干渉あり、異なるＢＳＳ識別子の無線局間は干渉なしと見なして各無線局のスループットを算出し、各無線局のスループットの総和を前記システム全体のスループットとして算出される
   ことを特徴とする無線通信システム。
5. 所定のチャネルを使用して無線フレームを送受信する複数の無線局により構成されるＢＳＳ（Basic Service Set ）が隣接して複数存在し、各ＢＳＳの無線局がＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）によるアクセス制御により無線通信を行う無線通信方法において、
   前記複数の無線局に接続される集中制御局は、前記複数の無線局の相互の受信信号強度（ＲＳＳＩ）を含む無線環境情報を取得し、該ＲＳＳＩに応じて各無線局がそれぞれ所属するＢＳＳの識別に用いるＢＳＳ識別子を各無線局に割り当てる際に、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にあり互いに異なるＢＳＳに所属する２つの無線局に対して、互いに異なるＢＳＳ識別子を優先して割り当てる処理を行い、
   前記無線局は、
   前記集中制御局から割り当てられた前記ＢＳＳ識別子を前記無線フレームのプリアンブルに格納して送信し、
   前記ＣＳＭＡ／ＣＡのキャリアセンスによる受信信号から前記プリアンブルを検出できたときに、該受信信号の受信信号強度（ＲＳＳＩ）と前記閾値１および前記閾値２との大小関係を判定し、閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２である場合に、前記プリアンブルのＢＳＳ識別子が自ＢＳＳに割り当てられたＢＳＳ識別子と一致するか否かを判定し、一致すれば受信を継続してチャネルビジーとし、一致しなければ受信を中止してチャネルアイドルとする処理を行う
   ことを特徴とする無線通信方法。
6. 請求項５に記載の無線通信方法において、
   前記集中制御局は、前記閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にある無線局のうち、特定の１つの無線局の前記ＢＳＳ識別子と他の無線局の前記ＢＳＳ識別子が互いに異なるように割り当てる
   ことを特徴とする無線通信方法。
7. 請求項５に記載の無線通信方法において、
   前記集中制御局は、制御対象の無線局の数に対して前記ＢＳＳ識別子の種類が不足し、前記閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にある各無線局に互いに異なるＢＳＳ識別子の割り当てができないときに、各無線局に割り当てるＢＳＳ識別子の割当パターンに応じたシステム全体のスループットを示す効用関数を算出し、該効用関数が最大となるＢＳＳ識別子の割当パターンを選択して各無線局に前記ＢＳＳ識別子の割り当てを行う
   ことを特徴とする無線通信方法。
8. 請求項７に記載の無線通信方法において、
   前記効用関数は、前記閾値１＞ＲＳＳＩ≧閾値２の関係にある無線局のうち同一のＢＳＳ識別子を有する無線局間は干渉あり、異なるＢＳＳ識別子の無線局間は干渉なしと見なして各無線局のスループットを算出し、各無線局のスループットの総和を前記システム全体のスループットとして算出される
   ことを特徴とする無線通信方法。

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