JP4215055B2 - 無線通信システム及び受信確認信号送信制御方法並びにそれに用いる無線局 - Google Patents

Description

本発明は無線通信システム及び受信確認信号送信制御方法並びにそれに用いる無線局に関し、特に無線ＬＡＮ通信システムにおける受信確認のためのＡＣＫフレーム送信レート制御方式に関するものである。

無線ＬＡＮ通信システムにおける無線ＬＡＮ機器（アクセスポイント（ＡＰ）や移動端末（ＳＴＡ）を含むものとし、無線局と総称する）では、ユニキャストデータの送信成功状態が継続する場合には、送信レートを上昇させることによって、高速な無線通信を実現し、逆に送信失敗状態が継続する場合には、送信レートを低下させることによって、安定した通信状態を確保するという、レート制御が行われる。この送信成功状態はＡＣＫ（Acknowledgement ：受信確認）フレームの受信成功によって判断されるものであり、また送信失敗状態はＡＣＫフレーム（以下、単にＡＣＫと称す）の受信失敗によって判断されるようになっている。

ＩＥＥＥ８０２．１１に規定されているＡＣＫの送信レート制御方法では、ＡＣＫは、ユーザデータが５４Ｍｂｐｓ，４８Ｍｂｐｓ，３６Ｍｂｐｓ，２４Ｍｂｐｓ，１８Ｍｂｐｓ，９Ｍｂｐｓの場合には、２４Ｍｂｐｓの送信レートで送信し、ユーザデータが１２Ｍｂｐｓの場合には、１２Ｍｂｐｓの送信レートで送信、ユーザデータが６Ｍｂｐｓの場合には、６Ｍｂｐｓの送信レートで送信するように規定されている。

このようなＡＣＫのレート制御方法では、ＡＰとＳＴＡとが同じ送信パワーで送信される場合には問題はないが、以下のような場合に問題がある。すなわち、屋外無線ＬＡＮ機器などでは、カバーエリアを広げるためにＡＰの送信パワーを大きくする場合がある。このとき、ＡＰでは送信パワーが大きく、ＳＴＡでは送信パワーが小さくなるために、ＳＴＡではＡＰの信号を強く受信でき、ＡＰではＳＴＡの受信信号が弱くなる。この様な場合においては、図５の受信電界対ＰＥＲ（Packet Error Rate ）特性に示す如く、ＡＰの送信パワーが大きいために、ＳＴＡは図５のＢに示す受信電界で受信可能となり、５４Ｍｂｐｓのレート復調が可能となる。一方、ＳＴＡの送信パワーが小さいために、ＡＰは図４のＡで示す受信電界で受信可能となり、６Ｍｂｐｓのレート復調のみが可能となる。

このように、ＡＰの送信パワーがＳＴＡの送信パワーよりも大きく、いわゆるＡＰの送信パワーとＳＴＡの送信パワーとが非対称な方式で、かつＡＰからの下りデータ送信速度が５４Ｍｂｐｓで、ＳＴＡからの上りデータの送信速度が６Ｍｂｐｓであるような場合（通信速度の非対称性の場合）、上述したＩＥＥＥＥ８０２．１１に規定されるＡＣＫのレート制御方法では、ユニキャストデータフレームの受信レートによりＡＣＫ送信レートを決定するようになっており、ユニキャストデータフレームの送信における再送制御及びレート制御を、ＡＣＫの応答で行っていることから、ＡＰユニキャストデータフレームの送信速度はＡＣＫの送信レート６Ｍｂｐｓに引き寄せられて、ユニキャストデータフレームの送信レートも６Ｍｂｐｓとなる。その結果として、通信速度の非対称性（下りデータの送信速度が上りデータのそれより大とする方式）が実現不可能となり、有限な通信帯域の有効利用ができなくなってしまう。

なお、特許文献１には、送信端末からデータを受信端末へ送信し、この受信端末でバッフアへ受信データを蓄積してこれを順次読出しつつ再生するようなシステムにおいて、受信端末からのＡＣＫに付加された情報、すなわちデータ蓄積量を示す情報に基づいて、データの送信レートを制御するという技術が開示されている。また、特許文献２には、無線ＬＡＮ基地局と複数の無線ＬＡＮ端末との間の通信において、各無線ＬＡＮ端末の通信速度を均等にすべく、送信データ量の制御を行う技術が開示されている。
特開２００１−２５７７１５号公報 特開２００２−０６４５０４号公報

ＩＥＥＥ８０２．１１によれば、無線ＬＡＮ通信システムにおけるＡＰ（Access Point）と、移動端末局であるＳＴＡ（Station ）との間の通信においては、受信信号に対してＡＣＫを返すようになっているが、送信パワーがＡＰとＳＴＡとの間で異なる場合、通信レートが上りと下りで非対称となることがある。この様な環境における無線ＬＡＮ機器間の通信においては、上述した如く、ＡＰのデータフレームの送信レートはＡＣＫの送信レートに引き寄せられるために、ＡＰのデータフレームの送信レートがより低いＳＴＡの送信レートとなってしまい、通信速度の非対称性が実現できず、通信帯域の有効利用が図れなくなる。無線ＬＡＮ機器間の通信における帯域の有効利用という観点からは、安定した最高速のレートを用いたユニキャストデータフレームの送信と、安定した高速のＡＣＫレート送信とが重要な課題となる。

上記特許文献１，２のいずれの技術においても、通信装置間の送信データのレート制御を行うものであって、上述した如く、通信機器間での送信レートの非対称性におけるＡＣＫの送信レートに着目した通信帯域の有効利用という観点に立った技術ではない。

そこで、本発明はこの様なＡＣＫ送信レートに着目した通信帯域の有効利用という観点からなされたものであって、その目的とするところは、安定した最高速なレートを用いたユニキャストデータフレーム送信と、安定した高速なＡＣＫ送信をなすことにより、通信速度の非対称な無線ＬＡＮ機器間の通信帯域の有効活用を可能とした無線通信システム及び受信確認信号送信制御方法並びにそれに用いる無線局を提供することにある。

本発明による無線通信システムは、一の無線局において他の無線局からのデータフレームに対する受信確認信号を送信するようにした無線通信システムであって、前記データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御する制御手段を含むことを特徴とする。

本発明による受信確認信号送信制御方法は、一の無線局において他の無線局からのデータフレームの受信に対する受信確認信号を送信するようにした無線通信システムにおける受信確認信号送信制御方法であって、前記データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御するステップを含むことを特徴とする。

本発明による無線局は、他の無線局から送信されたデータフレームに対する受信確認信号を送信するようにした無線局であって、前記データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御する手段を含むことを特徴とする。

本発明によるプログラムは、他の無線局から送信されたデータフレームに対する受信確認信号を送信するようにした無線局の動作をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、前記データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御する処理を含むことを特徴とする。

本発明の作用を述べる。ユニキャストデータフレームの送信レートとは独立して、ユニキャストデータフレームの再送回数に基づいてＡＣＫ送信レートを制御する構成とすることで、通信速度非対称性を有する無線ＬＡＮシステムにおいて、ＡＣＫフレームの送信レートを最適化することができ、通信帯域の有効利用が図れる。

本発明によれば、ＡＣＫレート制御を、ユーザフレームであるユニキャストデータフレームのレートに依存することなく、当該ユニキャストデータフレームの再送回数（再受信回数）に基づいて行うようにすることにより、ＡＣＫの通信品質のコントロールができ、有限の無線通信帯域を有効に活用することが可能となると共に、通信品質の安定化が可能となるという効果がある。

従来では（ＩＥＥＥ８０２．１１）では、ユニキャストデータフレームレートの受信レートによりＡＣＫ送信レートが決定されるようになっており、ユニキャストデータフレームの送信における再送制御及びレート制御はＡＣＫの応答により行っているために、ユニキャストデータフレームの送信はＡＣＫ送信レート（すなわちＡＣＫの通信品質）に影響を受けていたが、本発明によれば、ユニキャストデータフレームのレートとは独自にＡＣＫ送信レートを制御するようにしているので、有限な無線通信帯域の有効活用が可能になるという効果がある。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態が適用される無線ＬＡＮ通信システムの概略図である。本システムは、ＡＰ１と、その配下にある（それに帰属する）複数のＳＴＡ２，３とからなり、ＩＥＥＥ８０２．１１で定義されるところのInfrastructure Networkである。この様な無線ＬＡＮネットワークの最小単位がＢＳＳ（Basic Service Set ）４と称される。ＡＰ１はイーサネット（登録商標）５を介して図示せぬ基地局と接続されることにより、ＡＰ１の配下のＳＴＡ２，３は図示せぬインターネットとの無線接続が可能となる。

なお、ＡＰ１において、"Ｐｏｒｔａｌ"として示しているのは、このＡＰ１にＩＥＥＥ８０２．１１のＬＡＮプロトコルとそれ以外のＬＡＮプロトコルとのプロトコル変換機能を付加することによって、このＡＰ１がＳＴＡ２，３とイーサネット（登録商標）５などの有線ＬＡＮとの接続を可能にした基地局端末であることを示すものである。

ＡＰ１は、図２に示す無線ＬＡＮカード１０と上位レイヤインタフェース２０を介して、ＩＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet Protocol ）や各種アプリケーションなどの上位プロトコル処理を、無線基地局３０によって実現するものである。また、ＳＴＡ２，３は、同様に、図２に示す無線ＬＡＮカード１０と上位レイヤインタフェース２０を介して、ＴＣＰ／ＩＰや各種アプリケーションなどの上位プロトコル処理を、移動端末本体３０（例えば、携帯型情報処理装置であって、ノート型パーソナルコンピュータ等）によって実現するものである。従って、図２は、ＡＰ１とＳＴＡ２，３に用いられる無線ＬＡＮカードの機能ブロックを示している。

図２に示す無線ＬＡＮカード１０は、無線区間でのフレーム送受信を行う無線機部１１、変復調処理を行うＩＥＥＥ８０２．１１ ＰＨＹプロトコル処理部１２、ＭＡＣ（Medium Access Control ）層でのアクセス制御を行うＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣプロトコル処理部１３、ＭＡＣ層での認証処理などのＳＭＥ（Station Management Entity ）処理を内蔵ＣＰＵとメモリ１５とによって実現する上位レイヤ処理部１４により構成されている。

フレーム送信時、ＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣプロトコル処理部１３では、上位レイヤ処理部１４からの送信要求フレームを、ＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣプロトコルに従うＭＡＣフレームフォーマットへ変換する。続いて、ＩＥＥＥ８０２．１１ＰＨＹプロトコル処理部１２では、当該ＭＡＣフレームに対する変調処理を行い、無線機部１１を経て当該フレームを空間上に送出することにより、送信処理を完了する。

フレーム受信時、ＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣプロトコル処理部１３では、無線機部１１を経てＩＥＥＥ８０２．１１ＰＨＹプロトコル処理部１２にて復調処理を行った結果受信したＭＡＣフレームに対してＣＲＣ３２の計算、ＭＡＣヘッダー内容の解析と受信フレームに対するレート判別、フレームの連続番号（Sequence Number ）取得などの処理を行い、フレームボディ（FrameBody ）部を上位レイヤへ通知する。

ＡＰとＳＴＡとが通信する際の送信レートは、５ＧＨｚ帯無線ＬＡＮ規格のＩＥＥＥ８０２．１１ａでは、８種類（６，９，１２，１８，２４，３６，４８，５４［Ｍｂｐｓ］）、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮ規格のＩＥＥＥ８０２．１１ｂでは、４種類（１，２，５．５，１１［Ｍｂｐｓ］）から通信速度、品質により選択される。また、受信信号に対してＡＣＫフレームを返す。通信速度の非対称性を実現するためには、ＡＣＫフレームのレート制御を行う必要があり、また最適なＡＣＫフレームの送信レートを最適化することで、通信帯域の有効活用が可能になる。そのための機能を実現するのが、図２のＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣプロトコル処理部１３であり、その具体的機能ブロック及び動作処理フローが図３，４にそれぞれ示されている。

先ず、図３を参照して、ＩＥＥＥ８２．１１ＭＡＣプロトコル処理部１３における本発明の実施の形態によるＡＣＫ送信レートの制御機能のブロックについて説明する。自局フレーム判別部４１は入力されたユニキャストデータフレーム（以下、単にフレームと称す）が自局宛てのものかどうか判別する。再送フレーム判別部４２は、自局フレーム判別部４１で自局宛てフレームであると判別されたフレームについて、再送フレームかどうかを判別する。

カウンタ４３はこの再送フレーム判別部４２で再送フレームであると判別された連続再送回数をカウントする。カウンタ４４は再送フレームでないと判別された場合、連続成功フレーム数をカウントする。なお、カウンタ４３は再送フレームでないと判別されたときにリセットされ、カウンタ４４は再送フレームであると判別された時にリセットされるものとする。

カウンタ比較部４５は、カウンタ４３及び４４の各カウンタ値を予め定められた値Ｍ及びＮとそれぞれ比較する。ＡＣＫレートテーブル更新部４６は、カウンタ比較部４５からの比較効果に応じて、ＡＣＫレートテーブル４７の更新制御をなす。そして、このＡＣＫレートテーブル４７の値によってＡＣＫの送信レートが決定される。なお、制御部（ＣＰＵ）４８はこれ等各部４１〜４７を制御するものであり、メモリ４９に予め格納されているソフトウェア（プログラム）の手順に従って一制御動作を実行するものである。

ユニキャストデータフレームを受信した無線ＬＡＮ機器は、応答フレームとしてＡＣＫフレームを送信する。このときのＡＣＫフレームのレートを可変させ最適化する方法を、図４を参照しつつ以下に説明する。

ユニキャストフレームを受信すると（ステップＳ１）、ＭＡＣアドレスを読取り自局宛のフレームかを判断する（ステップＳ２）。自局宛のフレームの場合、ＩＥＥＥ８０２．１１で定義されているSequence Control 部内の連続番号（Sequence Number）と送り元ＭＡＣアドレスとを確認することにより、再送フレームかを判断する（ステップＳ３）。

再送フレームの場合、連続再送回数をカウントアップし（ステップＳ４）、カウンタ値が任意に設定したＭ回を超えると（ステップＳ５）、ＡＣＫを受信できていないと判断して、ＡＣＫ送信レートを１段下げるようにＡＣＫレートテーブルの更新を行い（ステップＳ６，Ｓ１０）、このＡＣＫレートテーブルの更新情報により、ＡＣＫの送信レートを決定する。

また、ステップＳ３で再送フレームでないと判断した場合には、連続成功フレーム数をカウントアップし（ステップＳ７）、カウンタ値が任意のＮ回を超えると、ＡＣＫを確実に相手が受信できていると判断し（ステップＳ８）、より伝送効率を上げるためレートを１段上げるようにＡＣＫレートテーブルの更新を行い（ステップＳ９，Ｓ１０）、ＡＣＫの送信レートを決定する。

この様に、ユニキャストデータフレームの送信レートとは独立して、ユニキャストデータフレームの再送回数に基づいてＡＣＫ送信レートを制御する構成としたので、通信速度非対称性を有する無線ＬＡＮシステムにおいて、ＡＣＫフレームの送信レートを最適化することができ、通信帯域の有効利用が図れる。

上述したＩＥＥＥの規定では、ユーザデータフレームであるユニキャストデータフレームの送信速度がＡＣＫ送信レートに引寄せられる（引っ張られる）ために、ＡＣＫ送信レートが５４Ｍｂｐｓで通信できる場合にも、ユニキャストデータフレームの通信速度が５４Ｍｂｐｓ，４８Ｍｂｐｓ，３６Ｍｂｐｓ，２４Ｍｂｐｓ，１８Ｍｂｐｓ，９Ｍｂｐｓの場合は、ＡＣＫ送信レートは２４Ｍｂｐｓと規定されていることから、ＡＣＫのデータフレームが長くなるが、上記実施の形態のように、ＡＣＫの送信レート制御を独自の方式とすることにより、例えば、５４Ｍｂｐｓのユニキャストデータフレームに対して５４ＭｂｐｓのＡＣＫを返すことができ、伝送帯域を占有している時間がそれだけ短くなって、通信帯域の有効利用が図れるのである。

先の図４に示した実施の形態では、再送フレームと連続成功フレームのカウント値Ｎ，Ｍを固定にしているが、ステップＳ１０のＡＣＫテーブルの更新状況から、ステップＳ５のＭの値と、ステップＳ８のＮの値とを自動更新することによって、より安定した通信が可能になる。例えば、ＡＣＫが６Ｍｂｐｓで通信が安定する場合、連続成功が続くためレートを１段上げる操作を行い、９Ｍｂｐｓとなる。９Ｍｂｐｓでは、ＡＣＫフレームを相手が受信できず、レートを１段下げて、６Ｍｂｐｓとなる。この動作を繰り返す。この繰り返しをＡＣＫレートテーブルの更新ステップＳ１０で監視し、Ｍの値とＮの値とを更新するようにすることも、他の実施の形態として、実施可能である。

なお、上述した図４のフローチャートに示す動作は、プログラムとして予めＲＯＭ等の記憶媒体に格納しておき、これをコンピュータ（ＣＰＵ）に読取らせて実行させることができることは明白である。

本発明の実施の形態の概略システム構成図である。 本発明の実施の形態における無線ＬＡＮ機器に用いられる無線ＬＡＮカードの機能ブロック図である。 本発明の実施の形態の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態の動作を示すフロー図である。 無線ＬＡＮ通信システムにおける種々のフレーム（パケット）送信レートに対する受信電界とＰＥＲ（受信パケット誤り率）との関係を説明する図である。

符号の説明

１ ＡＰ（アクセスポイトン）
２，３ ＳＴＡ（移動端末局）
１０ 無線ＬＡＮカード
１１ 無線機部
１２ ＩＥＥＥ８０２．１１ＰＨＹプロトコル処理部
１３ ＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣプロトコル処理部
１４ 上位レイヤ処理部
１５，４９ メモリ
２０ 上位レイヤインタフェース
３０ 基地局または移動端末本体
４１ 自局フレーム判別部
４２ 再送フレーム判別部
４３，４４ カウンタ
４５ カウンタ比較部
４６ ＡＣＫレートテーブル更新部
４７ ＡＣＫレートテーブル
４８ 制御部（ＣＰＵ）

Claims (19)

1. 一の無線局において他の無線局からのデータフレームの受信に対する受信確認信号を送信するようにした無線通信システムであって、前記データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御する手段を含むことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記手段は、前記データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記手段は、前記データフレームの再送回数が第一の所定値より大なる場合、現在の送信速度をより小とすることを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
4. 前記手段は、前記データフレームの連続成功回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御するようにしたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の無線通信システム。
5. 前記手段は、前記データフレームの連続成功回数が第二の所定値よりも大なる場合、現在の送信速度をより大とすることを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
6. 前記一の無線局及び前記他の無線局は、無線ＬＡＮシステムにおけるアクセスポイトン及び移動通信端末であることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の無線通信システム。
7. 一の無線局において他の無線局からのデータフレームの受信に対する受信確認信号を送信するようにした無線通信システムにおける受信確認信号送信制御方法であって、前記データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御するステップを含むことを特徴とする受信確認信号送信制御方法。
8. 前記ステップは、前記データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御するようにしたことを特徴とする請求項７記載の受信確認信号送信制御方法。
9. 前記ステップは、前記データフレームの再送回数が第一の所定値より大なる場合、現在の送信速度をより小とすることを特徴とする請求項８記載の受信確認信号送信制御方法。
10. 前記ステップは、前記データフレームの連続成功回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御するようにしたことを特徴とする請求項７〜９いずれか記載の受信確認信号送信制御方法。
11. 前記ステップは、前記データフレームの連続成功回数が第二の所定値よりも大なる場合、現在の送信速度をより大とすることを特徴とする請求項１０記載の受信確認信号送信制御方法。
12. 前記一の無線局及び前記他の無線局は、無線ＬＡＮシステムにおけるアクセスポイトン及び移動通信端末であることを特徴とする請求項７〜１１いずれか記載の受信確認信号送信制御方法。
13. 他の無線局から送信されたデータフレームに対する受信確認信号を送信するようにした無線局であって、前記データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御する手段を含むことを特徴とする無線局。
14. 前記手段は、前記データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御するようにしたことを特徴とする請求項１３記載の無線局。
15. 前記手段は、前記データフレームの再送回数が第一の所定値より大なる場合、現在の送信速度をより小とすることを特徴とする請求項１４記載の無線局。
16. 前記手段は、前記データフレームの連続成功回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御するようにしたことを特徴とする請求項１３〜１５いずれか記載の無線局。
17. 前記手段は、前記データフレームの連続成功回数が第二の所定値よりも大なる場合、現在の送信速度をより大とすることを特徴とする請求項１６記載の無線局。
18. 無線ＬＡＮシステムにおけるアクセスポイトンまたは移動通信端末であることを特徴とする請求項１３〜１７いずれか記載の無線局。
19. 他の無線局から送信されたデータフレームに対する受信確認信号を送信するようにした無線局の動作をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、前記データフレームの再送回数に基づいて前記受信確認信号の送信速度を制御する処理を含むことを特徴とするプログラム。

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