JP4449823B2

JP4449823B2 - 無線ｌａｎｉｐ電話

Info

Publication number: JP4449823B2
Application number: JP2005160488A
Authority: JP
Inventors: 利男和田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP2006339889A

Description

本発明は、無線ＬＡＮＩＰ電話に関するものである。

無線ＬＡＮのＥＰ端末は、通常ＡＰからの電波強度を条件として切り替え動作に入る。ＶＯＩＰ用途のＥＰ端末においても同様に電波強度をきっかけとしてＡＰの切り替え動作をするケースが多い。したがってＥＰ端末において、ＡＰから受信する電波の強度に対する閾値等（これを「ＡＰの切替動作閾値」という）が設定され、その条件をもとにＡＰの切り替え動作をするかどうかの判断をおこなっている。

特開２００４−１２８９４９号公報

前方式によるＥＰ端末の運用においては、次のような問題点が発生する。

ＥＰ端末に設定した「ＡＰの切替動作閾値」よりも小さい電波強度の場所では必ずＡＰ切り替えの動作が発生することになる。しかしながら、ＥＰ端末が現在接続しているＡＰよりも電波強度の強いＡＰがない場合には、ＡＰの切り替えがおこなわれず、切り替え動作は無意味なものとなる。

このような環境においてＥＰ端末を放置した場合には、常にＡＰ切り替えの条件が成立し、ＡＰの切り替え動作が繰り返し発生する可能性がある。この結果、切り替え動作の際にＰｒｏｂｒｅｑｕｅｓｔ（プローブ・リクエスト、以下ＰＲＱ）というＡＰを検出するためのパケットが送出される。無用な切り替え動作の場合には、このＰＲＱ送出のために電力が消費されることになる（図１参照）。

この問題は、「ＡＰの切替動作閾値」の値を環境に合わせて調整しても、次のような要因により発生し、万全ではない。

（１）ＥＰ端末の受信感度の差
同じ強度の電波を受信したとしても、内部的に数値化する電波強度に差がでる場合がある。受信感度の差は、無線ＬＡＮ部分を構成するアンテナなどの部品の全ての個体差やＥＰ端末の置き方などの要因によって発生するものであり、差を小さくすることができても完全になくすことはできない。

（２）環境の変化
無線ＬＡＮのＡＰが適切に配置されている環境においても、電波の状態は時々刻々と変化する。電波反射や遮蔽物（人間などの動体も含まれる）の問題等で、電波強度が設定した「ＡＰの切替動作閾値」の条件を下回る可能性がある。

仮に閾値を実環境としてありえない値まで下げた場合には、無用な切り替え動作は発生しない。しかし、この場合には、ＡＰからＥＰ端末が遠ざかり切り替え動作をしなければならない場合には、不適切な対応となる。つまり、非常に切り替え動作が遅く（ＡＰから遠く離れる必要性がある）なり，スムーズに切り替え動作がおこなわれない要因となる。ＡＰからの距離が離れれば離れるほど通信の状態が悪化するため通信エラーが発生しやすくなる。従って、切り替え動作が遅くなることにより通話音質にも影響がでる可能性がある。

したがって、どのような「ＡＰの切替動作閾値」の調整をおこなっても、ＥＰ端末の特性や環境条件において、本問題は発生する可能性があり、結果的に無用な電力消費を引き起こす可能性がある。

本発明の目的は、電波強度の変化に対してＡＰを適切に切り替えることができる無線ＬＡＮＩＰ電話を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、無線ＬＡＮを使って、通話するＶＯＩＰ（ＶｏｉｃｅＯｖｅｒＩＰ）用エンドポイント（以下ＥＰ端末）で、無線ＬＡＮのアクセスポイント（以下ＡＰ）からＡＰへの切り替え動作をおこなう機構を備えた無線ＬＡＮＩＰ電話において、ＡＰの電波強度を検出し、その電波強度が設定のＡＰ切り替え動作閾値以下のときにＡＰ切り替え動作を発生する第１の手段と、ＡＰ切り替え動作閾値より高いＡＰ切り替え動作制限リセット閾値が設定され、接続中の電波強度が設定のＡＰ切り替え動作閾値以下で、他のＡＰの電波強度がＡＰ切り替え動作制限リセット閾値より高いとき、その他のＡＰに切り替える第２の手段とを備え、前記第２の手段は、接続中のＡＰの電波強度が、ＡＰ切り替え動作閾値以下であり、他のＡＰの電波強度がＡＰ切り替え動作制限リセット閾値より低いとき、ＡＰ切り替え動作制限期間を待った後、接続中のＡＰの電波強度が、ＡＰ切り替え動作閾値以下のとき、他のＡＰの電波強度がＡＰ切り替え動作閾値以上であれば他のＡＰに切り替えることを特徴とする無線ＬＡＮＩＰ電話である。

請求項２の発明は、ＡＰ切り替え動作制限期間を経過後、切り替えるＡＰが無いとき、ＡＰ切り替え動作閾値を一定値下げた動的ＡＰ切り替え動作閾値を設定し、これを基にＡＰを切り替える請求項１記載の無線ＬＡＮＩＰ電話である。

請求項３の発明は、ＡＰ切り替え動作制限期間中に通信エラーをカウントし、そのエラーが所定の閾値を越えたときにＡＰ切り替えを行う請求項１記載の無線ＬＡＮＩＰ電話である。

このように本発明は、
（１）ＡＰからの電波強度による条件でＡＰの切り替えをおこなうための機能、
（２）同一条件下で無用なＡＰの切り替え機能が発生しないための機能、
（３）ＥＰの電波感度の個体差などの要因で電波強度変化が発生しても無用な切り替え動作が発生しないための機能、
（４）（１）（２）（３）を実現してもＥＰのＡＰ切り替え動作が適切に実施される機能、
を備えることで、ＡＰの無駄な切り替えを抑え、かつ省電力を図ることができる。

本発明は、無線ＬＡＮを用いたＶＯＩＰシステムにおける端末運用における持続時間を環境変化やＥＰ端末の個体差の影響を最小限に抑えて安定させることができるという利点がある。

以下本発明の実施形態を添付図面により説明する。

先ず、図９により無線ＬＡＮのＥＰ端末のシステム構成図を説明する。

図９において、１００はＳＩＰ（Session Initiation Protocol ）サーバ１０１に接続されたＬＡＮ（ＩＰＮｅｔｗｏｒｋ）で、そのＬＡＮ１００に複数のアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ３が接続され、そのアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ３からの電波が届くエリアＥ１〜Ｅ３を点線の楕円で示してあり、そのエリアＥ１内でＥＰ１端末（ＩＰ電話）が、エリアＥ２内でＥＰ２端末が、接続可能になっているが、このエリアＥ１〜Ｅ３でその領域が相互に重なっているときに切り替え動作が発生する。

図１０は、ＡＰへの切り替え動作が行われるＥＰ端末とアクセスポイントＡＰ１との関係を示したものである。

アクセスポイントＡＰ１とＥＰ端末とは、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格による手順で送信が行われ、ＥＰ端末には、電波強度を検出する回路１０２、送信結果と送信フレームを送受信する回路１０３，受信フレームを受信する回路１０４と、これら回路１０２〜１０４の制御部１０５とを備える。

制御部１０５は、電波強度を検出する回路１０２でＡＰからのビーコンフレームと受信フレームを受信する回路１０４からの受信データから電波強度情報を取得し、その取得値（単位；ｄＢｍ）を電波強度とし、ＡＰを切り替えるかどうかの制御を行う。

本発明では、制御部１０５は、電波強度の変化に対してＡＰの切替を実施するために、図１に示すような第１の手段を具備すると共に図３〜図７に示すようなＡＰを適切に切り替える第２の手段を具備する。

図１は、ＥＰ端末においてＡＰの電波強度１０の経時変化を示している。

図において、単純なＡＰ切り替え動作閾値１１の設定においては、電波強度１０の変化により、ＡＰ切り替え動作閾値１１を下回るたびにＡＰ切り替えの動作１２としてＰＲＱ送出１３が発生する。

この際、図１１に示すようにＥＰ１端末がＡＰ１のエリアからＡＰ２側のエリアに移動し、その電波強度１０ａが低くなり、ＡＰ切り替え動作閾値１１より低くなったときに、ＡＰのスキャンモード（ＰＲＱ送出１３発生）に入り、この時点で、ＡＰ２の電波強度１０ｂが、ＡＰ切り替え動作閾値１１より高ければ、ＡＰ２に切り替えられる。

しかし、ＡＰ切り替え動作閾値１１を跨いで電波強度１０が変化するケースも多く、ＥＰ端末が現在接続しているＡＰよりも電波強度１０が強いＡＰがない場合には、切り替え動作１２自体が無駄となる。

すなわち、図２に示すように同じ程度の電波強度１０ａ，１０ｂをもつＡＰがあり、上述のようにＡＰ１の電波強度１０ａがＡＰ切り替え動作閾値１１を下回ったときに、ＡＰ１切り替えの動作１２ａが発生し、ＡＰ２の電波強度１０ｂがＡＰ切り替え動作閾値１１より高いとき、ＡＰ２に切り替えるが、ＡＰ１とＡＰ２間のエリアＥ１，Ｅ２を跨いで移動したときなどは、ＡＰ２からの電波強度１０ｂがＡＰ切り替え動作閾値１１を下回り、ＡＰ２切り替え動作１２ｂが発生し、再度ＡＰ１に切り替わり、以後電波強度１０ａ，１０ｂが交互にＡＰ切り替え動作閾値１１を上下する場合には、点線１４に示すようにＡＰ切り替え動作１２ａ、１２ｂが発生するたびに２つのＡＰに交互に接続する動作となる可能性もあり、この場合には特に電力を消耗する。

また、ＥＰ１端末がアクセスポイントＡＰ１とＡＰ２の中間に位置し、ＡＰ１電波強度１０ａ、ＡＰ２電波強度１０ｂが共にＡＰ切り替え動作閾値１１を下回っているときには、ＡＰのスキャンモード（ＰＲＱ送出１３発生）が継続してしまう問題がある。

そこで、これらの対応として、以下の方法をとる。

（１）電波強度が下回ったケースが連続して起こった場合でも、切り替え動作が連続して発生しないために、図３に示すように、ＡＰの切り替え動作制限リセットをおこなう閾値１５を設定し、ＡＰ１からの切り替え動作１２ａが発生し、ＡＰ２の電波強度１０ｂが閾値１５より高ければ、ＡＰ２に切り替え、ＡＰ２の電波強度１０ｂが下がり、ＡＰ切り替え動作１２ｂが発生しても、ＡＰ１の電波強度ＡＰ１が、ＡＰの切り替え動作制限リセットの閾値１５より高くなければ、ＡＰ２切り替え動作を行わない。

（２）ここで仮に、ＡＰの切り替え動作制限リセットの閾値１５を跨いで電波強度１０ａ，１０ｂが変動し、ＡＰの切り替え動作１２ａ，１２ｂが発生した場合でも複数のＡＰ間での接続切り替え動作が頻繁に発生することを抑制するためにＥＰ端末のＡＰの切り替え動作処理の中に接続ＡＰを変更する際の条件を設定する。これは、図４に示すように、現在のＡＰ（ＡＰ１とする）の電波強度１０ａと接続切替の対象となるＡＰ（ＡＰ２とする）の電波強度１０ｂとの間に差分値（ＡＰ切り替え差分値という）１９を持たせて、下記の式が成立した際にＡＰ２への切り替え動作をおこなう。

ＡＰ２の電波強度＞ＡＰ１の電波強度＋ＡＰ切り替え差分値
これらの取り組みをした場合、ＥＰ端末を接続しているＡＰから遠ざかっていった場合には、ＡＰの切り替え動作制限リセット閾値１５の値を電波強度１０が上回らない可能性もあり、従ってＥＰ端末がＡＰ切り替え動作に入れない場合が発生する。これを防止するために、ＡＰの切り替え動作制限リセット閾値１５を電波強度１０が上回る場合がなくてもＡＰの切り替え動作の制限をリセットする機構が必要となる。

この方法を次に示す。

（３）ＥＰ端末は、ＡＰの切り替え動作が制限されている状態であっても、図５に示すように、一定期間（これをＡＰ切り替え動作制限期間１６という）経過した場合には、このＡＰの切り替え動作制限をリセットする。ＡＰ切り替え動作制限期間１６については、パラメータ化することによりＥＰのＡＰ切り替え動作制限期間１６をコントロールできる。

この様な対応をした場合に、ＥＰ端末からみてＡＰからの電波強度１０がＡＰ切り替え動作閾値１１以下の場合には、ＡＰ切り替え動作制限期間１６の間隔でＡＰ切り替え動作が発生する。この際、切り替え動作が有用な場合（電波強度の強いＡＰがありＡＰ接続の切り替えが発生する場合）には、問題がないが、前述の指摘の様にＥＰ端末の電波強度の受信感度の個体差や電波環境が悪く、どうしてもＡＰ切り替え動作閾値１１以下の電波強度１０となってしまう場合には、ＡＰ切り替え動作制限期間１６の間隔での切り替え動作において無用な電力消費が発生することになる。これを防止するための対応策を次に示す。

（４）ＥＰ端末は、ＡＰ切り替え動作閾値１１を下回った際にＡＰの切り替え動作を実施するが、結果として、接続切り替えをすべきＡＰが見つからない場合には、そのまま同じＡＰの接続状態を保つ。この様なケースが発生した場合には、図６、図１２に示すように、ＡＰ切り替え動作閾値１１から一定の値（これを閾値調整値１７という）を減じてＡＰ切り替え動作閾値１１を動的ＡＰ切り替え動作閾値１８として新たな条件とする。ＥＰ端末は、ＡＰ切り替え動作をおこなうかどうかの判定に動的ＡＰ切り替え動作閾値１８を使用する。これにより、無用のＡＰ切り替え動作を抑制することができる。

このような対応策を実施することにより、不要なＡＰ切り替え動作を抑制することができる。しかしながら、上述のようにＥＰ端末は、持ち運びが可能なため、移動するケースがある。前述の様な対応策において動作しているＥＰは、移動することにより接続しているＡＰとの通信が成立しない状態になっても、ＡＰの切り替え動作をおこなわない可能性がある。

図１３は、ＡＰ切り替え動作制限期間１６が経過し、ＡＰ１の電波強度１０ａが、動的ＡＰ切り替え動作閾値１８を下回っている状態で、ＡＰ２の電波強度１０ｂも動的ＡＰ切り替え動作閾値１８を下回っている状態を示し、この場合、ＡＰ切り替え動作が頻繁に発生するが、切り替え動作は発生しない。

このため、次の対応策を実施する。

（５）ＥＰ端末は、接続しているＡＰからのパケットもしくは、ＡＰへ送出するパケットの状態をモニタする。ＡＰとＥＰ端末が実際に通信するパケットは、なんでもよいが、ＥＰ端末が待機中の場合には、通常ＩＥＥＥ８０２．１１のパワーセーブモード時に使用されるＮｕｌｌＦｕｎｃｔｉｏｎパケットを定期的に送受信する。これにより、通信状態をモニタすることができる。

この通信状態（送受信）においての通信エラーの発生状況をモニタし、エラー発生数に応じて、ＡＰの切り替え動作を実施する。

具体的なエラーカウントの方法として
ａ）図１４（ａ）に示すように、ＥＰ端末からＡＰにデータフレームを送信した際には、ＡＰからＡｃｋフレームが送信され、ＥＰ端末が、そのＡｃｋフレームを受信したときには送信エラーカウンタがカウントダウンされるが、送信パケットに対するＡＰからのＡｃｋパケットが受信できない場合には、送信エラーカウンタをカウントアップする。この場合、カウンタの値に、０以下はとらない。

ｂ）図１４（ｂ）に示すように、受信パケットに再送のフラグ（ＩＥＥＥ８０２．１１のフレーム）がセットされていないとき、ＥＰ端末がＡｃｋフレームを送信すると共に、受信エラーのカウンタをカウントダウンし、受信パケットに再送のフラグ（ＩＥＥＥ８０２．１１のフレーム）がセットされているとき、受信エラーのカウンタをカウントアップする。カウンタの値に、０以下はとらない。

これらのカウンタの値の増減をモニタし、判定基準となるエラーカウンタの閾値と比較する。この閾値をそれぞれ「受信エラーカウンタ閾値」「送信エラーカウンタ閾値」とする。それぞれのエラーカウンタの値が閾値を越えた場合には、図７に示すように、ＥＰはＡＰの切り替え動作を始めることとする。

これを、図１０によりさらに説明すると、ＥＰ端末の制御部１０５は、受信フレームを受信する回路１０４からの受信フレームの再送フラグをみて、受信エラーカウンタを操作する。

すなわち、再送フラグがセットされているフレームを受信した場合は、ＲｃｖＥｒｒ＝ＲｃｖＥｒｒ＋１、再送フラグがセットされていないフレームを受信した場合は、ＲｃｖＥｒｒ＝ＲｃｖＥｒｒ−１とする。

また、ＥＰ端末の制御部１０５は、送信結果と送信フレームを送受信する回路１０３からの送信時のエラー発生をみて、送信エラーカウンタを操作する。

すなわち、送信フレームに対応するＡＰからのＡｃｋフレームを受信した場合は、ＳｎｄＥｒｒ＝ＳｎｄＥｒｒ−１とし、Ａｃｋフレームを受信できない場合には、ＳｎｄＥｒｒ＝ＳｎｄＥｒｒ＋１とする。

図８にＥＰ端末のＡＰ切り替え動作に関連するフローを示す。

図８において、接続状態が待機２０から接続状態２１となったとき、ｓｔｅｐ１の判断で電波強度を判断する。この判断で、電波強度がＡＰ切り替え動作制限リセット閾値以上であれば、ＡＰ切り替え動作制限をリセット２２して接続状態２１に戻す。

ｓｔｅｐ１の判断で、ＡＰ切り替え動作制限リセット閾値以下の場合、動的ＡＰ切り替え動作閾値以下で、かつＡＰ切り替え動作制限がリセットされていれば、ＡＰ検索２３を行い、また同時にｓｔｅｐ２の判断では、エラーカウントと閾値の比較を行って、通常状態かどうかを判断し、問題がなければ接続状態２１からｓｔｅｐ１に戻してＡＰ検索２３を行い、閾値超過であれば、直ちにＡＰ検索２３を行う。

次に、ｓｔｅｐ３の判断で、ＡＰが１つ以上見つかったかどうかを判断し、なければ（ＮＯ）、無線ＬＡＮの省電力２４を図るため、４，８，１６，３２，６４秒間隔でＡＰ検索２３に戻す。ｓｔｅｐ３の判断で、ＡＰが１つ以上あれば（ＹＥＳ）、ｓｔｅｐ４の判断で電波強度の強いＡＰを判断し、電波強度の強いＡＰがあれば、ＡＰ切り替えを行うと共に動的ＡＰ切り替え動作閾値をＡＰ切り替え動作閾値の値に戻し２５、無ければ、動的ＡＰ切り替え動作閾値を閾値調整値で変更２６して接続状態２１に戻すようにする。

本発明において、無線ＬＡＮを使用したＥＰ端末（ＩＰ電話端末）としての携帯電話の様に限られた容量のバッテリーで稼動させるため消費する電力をできるだけ小さくすることは重要である。電話機の場合には、着信をしなければならないため、通話中以外でも電源を投入しておかなければならない。従って、待機中の電力消費の大きさがバッテリの持続時間に大きく影響することになる。電話機以外でも、相手からの呼び出しを待ち受ける様な端末装置の場合に省電力の観点で有効な方法である。

無線ＬＡＮの電波の状況は、非常に変化しやすい。また、その環境の中で動作する個体の特性の差も影響を及ぼす場合がある。従って、前述の各閾値および調整値、タイマ値については、パラメータとして変更できることが有効である。

また本発明は、エンタープライズ内のワイアレスＶＯＩＰシステム構築時に利用可能である。

本発明において、電波強度によるＡＰ切替動作を説明する図である。本発明において、電波強度の変化によるＡＰ切替動作の問題を説明する図である。本発明において、電波強度の変化によるＡＰ切替動作の制限を説明する図である。本発明において、電波強度の変化によるＡＰ切替動作の制限を説明する図である。本発明において、電波強度の変化によるＡＰ切替動作制限のリセットを説明する図である。本発明において、電波強度の変化によるＡＰ切替動作制限のリセットを説明する図である。本発明において、通信状況モニタによるＡＰ切替動作を説明する図である。本発明において、ＥＰ端末のＡＰ切替動作に関するフローを説明する図である。本発明において、無線ＬＡＮのアクセスポイントＡＰとＥＰ端末のシステム構成図を示す図である。本発明において、ＥＰ端末でＡＰへの切り替えが行われる機構を説明する図である。本発明において、アクセスポイントＡＰ間で電波強度の変化によりＡＰ切り替え動作を行うための説明図である。本発明において、電波強度のＡＰ切り替え動作閾値設定を説明する図である。本発明において、ＡＰ切替動作制限期間を説明する図である。本発明において、アクセスポイントＡＰとＥＰ端末の送受信フレームを説明する図である。

符号の説明

１０ＡＰからの電波強度
１１ＡＰ切り替え動作閾値
１５ＡＰ切り替え動作制限リセット閾値
１００ＬＡＮ
ＡＰアクセスポイント
ＥＰＥＰ端末

Claims

無線ＬＡＮを使って、通話するＶＯＩＰ（ＶｏｉｃｅＯｖｅｒＩＰ）用エンドポイント（以下ＥＰ端末）で、無線ＬＡＮのアクセスポイント（以下ＡＰ）からＡＰへの切り替え動作をおこなう機構を備えた無線ＬＡＮＩＰ電話において、
ＡＰの電波強度を検出し、その電波強度が設定のＡＰ切り替え動作閾値以下のときにＡＰ切り替え動作を発生する第１の手段と、
ＡＰ切り替え動作閾値より高いＡＰ切り替え動作制限リセット閾値が設定され、接続中の電波強度が設定のＡＰ切り替え動作閾値以下で、他のＡＰの電波強度がＡＰ切り替え動作制限リセット閾値より高いとき、その他のＡＰに切り替える第２の手段とを備え、
前記第２の手段は、接続中のＡＰの電波強度が、ＡＰ切り替え動作閾値以下であり、他のＡＰの電波強度がＡＰ切り替え動作制限リセット閾値より低いとき、ＡＰ切り替え動作制限期間を待った後、接続中のＡＰの電波強度が、ＡＰ切り替え動作閾値以下のとき、他のＡＰの電波強度がＡＰ切り替え動作閾値以上であれば他のＡＰに切り替えることを特徴とする無線ＬＡＮＩＰ電話。
ＡＰ切り替え動作制限期間を経過後、切り替えるＡＰが無いとき、ＡＰ切り替え動作閾値を一定値下げた動的ＡＰ切り替え動作閾値を設定し、これを基にＡＰを切り替える請求項１記載の無線ＬＡＮＩＰ電話。
ＡＰ切り替え動作制限期間中に通信エラーをカウントし、そのエラーが所定の閾値を越えたときにＡＰ切り替えを行う請求項１記載の無線ＬＡＮＩＰ電話。