JP4536672B2

JP4536672B2 - 無線基地局および無線チャネル更新方法

Info

Publication number: JP4536672B2
Application number: JP2006080445A
Authority: JP
Inventors: 憲一河村; 健悟永田; 信也大槻; 聡相河
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: JP2007259040A

Description

本発明は、無線ＬＡＮなどの無線パケット通信システムにおいて、無線通信を行う無線チャネルを決定し、さらに動的に無線チャネルを更新する機能を有する無線基地局および無線チャネル更新方法に関する。

本発明と関連のある無線パケット通信システムの代表的なものとして、例えば米国の標準化団体IEEEによる標準規格IEEE802.11に準拠した無線ＬＡＮシステムがある（非特許文献１）。なお、本明細書では、この標準規格をIEEE802.11規格という。

無線ＬＡＮシステムは、図６に示すように無線基地局６１と、その通信エリア６２内に存在する子局６３，６４がある周波数の無線チャネルを用いて無線パケットを送受信する。この無線基地局が使用する無線チャネルは、通常無線基地局を運用するユーザが選択するか、または無線基地局が自動で選択するなどの設定方法がある。また、最初に設定した無線チャネルを固定して使用するか、または動的に無線チャネルを更新するＤＦＳ（Dynamic Frequency Selection)機能（非特許文献２）を用いるなどの運用方法がある。

ＤＦＳ機能を実装する一般的な無線基地局は、起動時に様々な条件から運用する無線チャネルを決定し、以後は周期的に各無線チャネルの電波状況を検査し、変更する条件に適合した場合（例えば干渉を回避する場合）には良好な無線チャネルを選択しなおし、変更する構成になっている。
IEEE802.11,"Part 11:Wireless LAN Medium Access Control (MAC)and Physical Layer (PHY) specifications ", IEEE std 802.11, 1999 IEEE802.11h,"Part 11:Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer (PHY) Specifications, Amendment 5:Spectrum and Transmit Power Management Extensions in the 5 GHz band in Europe", IEEE 802.11 Std.,Sep.2003

ＤＦＳにおける無線チャネルの選択には、主に無線基地局が取得した情報が用いられる。例えば、無線基地局は選択可能な各無線チャネルを受信状態にし、同じ受信フレーム情報に対するＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator) 値を取得し、最も通信に適した無線チャネルを選択する。このように、無線チャネルの選択に用いる情報は無線基地局が観測できる電波状態であり、子局が実際にどのような状況に置かれているかは考慮できない。そのため、無線基地局が自動的に無線チャネル選択を行う場合、当該無線基地局で検出できない他の無線基地局の存在が当該無線基地局配下の子局に悪影響を及ぼすことがある。この問題点について図７を参照して説明する。ここでは、無線基地局はある程度近い距離で多数設置される場合を想定する。

まず、無線基地局７１と無線基地局７２を互いに干渉しない距離に配置すると、各無線基地局はそれぞれ自動的に空いている無線チャネルを選択する。このとき、各無線基地局７１，７２はともに同じ無線チャネル＃１を選択する可能性があるが、その場合でもそれぞれの通信エリア７４，７５が重複しないので、それぞれの子局に影響はない。

ここで、通信エリア７４，７５の外に無線基地局７３を配置するときに、無線基地局７３の通信エリア７６の一部が通信エリア７４，７５と重複する場合を想定する。このとき、無線基地局７３は、無線基地局７１，７２でそれぞれ無線チャネル＃１が使用されていることを検知できないので、同じ無線チャネル＃１を選択してしまう可能性がある。その場合、通信エリア７４，７５と通信エリア７６が重複する重複エリア７７，７８内に存在する子局は、通信に影響を受けることになる。

一方、IEEE802.11規格では、アクセス方式にＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 方式を用いる。この方式では、フレームを送信しようとする無線局（無線基地局および子局）は、フレーム送信前に無線チャネルの使用状況を確認し、他の無線局が使用中であれば送信待機する。ここで、無線チャネルが一定時間ＤＩＦＳ（Distributed Inter Frame Space)だけ未使用であれば、他の無線局が使用していないものと判断し、送信を開始する。ただし、複数の無線局が同時にフレームを送信すると衝突を起こすので、次のタイミング制御を行う。フレームを送信しようとする無線局は、規定のＣＷ（Contention Window)以下で０以上の整数の乱数を発生させ、その乱数値をもとにしたランダム時間（バックオフ時間）を決定し、バックオフ時間だけ待機した後に送信を開始する。なお、バックオフ時間は一定時間（タイムスロット幅）の整数倍であり、待機中に無線チャネルが未使用であればタイムスロットごとに減算していき、最初にバックオフ時間が０になった無線局が送信を開始する。それでもフレーム衝突が起こった場合（発生させた乱数が同じ場合）には、当該無線局はバックオフ時間の乱数発生範囲であるＣＷを２倍に増加させて同様の処理を行う。すなわち、フレーム再送時には再送回数に応じて指数関数的にＣＷを増加する。以上の方法によりフレーム送信時の衝突を回避する。

さて、図７に示す状況では、例えば無線基地局７３が重複エリア７７内に存在する子局に対してフレームを送信する場合、無線基地局７１との通信を検知できないため、当該子局では無線基地局７１，７３からそれぞれ同一の無線チャネルで送信されたフレームの衝突が起こり、子局が受信に失敗する状況が生じる。逆に、重複エリア７７内の子局から無線基地局７１または無線基地局７３に送信する場合は、当該子局が周囲の無線基地局のフレーム送信を検知できるため、フレーム衝突を回避することができる。したがって、図７に示す状況では、無線基地局が送信するフレームの誤り率（送信誤り率）と、子局が送信するフレームの誤り率（無線基地局で受信するフレームの誤り率（受信誤り率））を比較すると、前者の方が大きくなる問題が生じる。

このように、無線基地局において、例えば送信誤り率と受信誤り率に大きさな差が生じるような状況（送信誤り率が大）になった場合には、無線基地局が選択した無線チャネルが周辺の無線基地局で使用され、無線基地局配下の子局に悪影響を及ぼしているものと判断することができる。

本発明は、動的に無線チャネルの更新を行う無線基地局において、他の無線基地局で使用されている無線チャネルの選択を回避することができる無線基地局および無線チャネル更新方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局において、送信フレームの誤り率（送信誤り率）および受信フレームの誤り率（受信誤り率）を計測し、計測された送信誤り率を受信誤り率で割った値を計算し、その計算値と所定値を比較する計測部と、計算値が所定値を超えた場合に、選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更するチャネル設定部とを備える。

第２の発明は、選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局において、送信フレームの誤り率（送信誤り率）および受信フレームが再送である割合（受信フレーム再送率）を計測し、計測された送信誤り率を受信フレーム再送率で割った値を計算し、その計算値と所定値を比較する計測部と、計算値が所定値を超えた場合に、選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更するチャネル設定部とを備える。

第３の発明は、IEEE802.11規格に準拠してＲＴＳ／ＣＴＳ手順を実行する手段を含み、選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局において、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順を用いて送受信されるフレーム数（ＲＴＳ／ＣＴＳフレーム数）およびすべての送受信されるフレーム数（全フレーム数）を計測し、計測されたＲＴＳ／ＣＴＳフレーム数を全フレーム数で割った値を計算し、その計算値と所定値を比較する計測部と、計算値が所定値を超えた場合に、選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更するチャネル設定部とを備える。

第４の発明は、選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局において、送信フレームに使用する物理伝送速度の平均値（送信速度）および受信フレームに使用された物理伝送速度の平均値（受信速度）を計測し、計測された受信速度を送信速度で割った値を計算し、その計算値と所定値を比較する計測部と、計算値が所定値を超えた場合に、選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更するチャネル設定部とを備える。

第５の発明は、選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局の無線チャネル更新方法において、送信フレームの誤り率（送信誤り率）および受信フレームの誤り率（受信誤り率）を計測し、送信誤り率を受信誤り率で割った値を計算してその計算値と所定値を比較し、計算値が所定値を超えた場合に、選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更する。

第６の発明は、選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局の無線チャネル更新方法において、送信フレームの誤り率（送信誤り率）および受信フレームが再送である割合（受信フレーム再送率）を計測し、送信誤り率を受信フレーム再送率で割った値を計算してその計算値と所定値を比較し、計算値が所定値を超えた場合に、選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更する。

第７の発明は、IEEE802.11規格に準拠してＲＴＳ／ＣＴＳ手順を実行する手段を含み、選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局の無線チャネル更新方法において、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順を用いて送受信されるフレーム数（ＲＴＳ／ＣＴＳフレーム数）およびすべての送受信されるフレーム数（全フレーム数）を計測し、ＲＴＳ／ＣＴＳフレーム数を全フレーム数で割った値を計算してその計算値と所定値を比較し、計算値が所定値を超えた場合に、選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更する。

第８の発明は、選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局の無線チャネル更新方法において、送信フレームに使用する物理伝送速度の平均値（送信速度）および受信フレームに使用された物理伝送速度の平均値（受信速度）を計測し、受信速度を送信速度で割った値を計算してその計算値と所定値を比較し、計算値が所定値を超えた場合に、選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更する。

本発明は、動的に無線チャネルの更新を行う無線基地局において、他の無線基地局で使用されている無線チャネルについて、子局との通信で得られる各種情報を用いて間接的に検知し、その無線チャネル以外の無線チャネルに更新することができる。これにより、無線基地局が他の無線基地局と同一無線チャネルを選択した場合でも変更が可能であるので、配下の子局に与える悪影響を回避することができる。

図１は、本発明の無線基地局の主要部の構成例を示す。図において、無線基地局１０の本発明に係る主要部は、アンテナ１５を介して無線フレームを送受信するフレーム送信部１１およびフレーム受信部１２、フレーム送信部１１およびフレーム受信部１２に接続される計測部１３、ＤＦＳによる無線チャネルの選択を行うチャネル設定部１４から構成される。以下、図２〜図５を参照し、本発明の無線基地局の処理手順例１〜４について説明する。

（無線基地局の処理手順例１）
図１および図２において、無線基地局１０は自動で無線チャネルを選択して運用を開始する（Ｓ11）。フレーム送信部１１およびフレーム受信部１２は、選択した無線チャネルでフレームの送受信を行う。なお、フレーム送信前にＤＩＦＳに加えてバックオフ時間をキャリアセンスする手順や再送手順などについては省略している。

無線基地局１０の計測部１３は、運用中に送信フレームの誤り率（送信誤り率）および受信フレームの誤り率（受信誤り率）を計測し、その送信誤り率を受信誤り率で割った値を計算し、その計算値と所定値を比較する（Ｓ12）。ここで、図７に示すような状況が生じた場合、送信誤り率が受信誤り率よりも大きくなることが予想されるため、その計算値は所定値よりも大きくなる。チャネル設定部１４は、計測部１３における計算値が所定値よりも大きくなった場合にＤＦＳの動作を開始し（Ｓ13）、使用していた無線チャネル以外の無線チャネルを選択する（Ｓ14）。次に、選択した無線チャネルに変更し（Ｓ15）、以後の運用で使用する。

（無線基地局の処理手順例２）
図１および図３において、無線基地局１０は自動で無線チャネルを選択して運用を開始する（Ｓ21）。フレーム送信部１１およびフレーム受信部１２は、選択した無線チャネルでフレームの送受信を行う。なお、フレーム送信前にＤＩＦＳに加えてバックオフ時間をキャリアセンスする手順や再送手順などについては省略している。

無線基地局１０の計測部１３は、運用中に送信フレームの誤り率（送信誤り率）および受信フレームが再送である割合（受信フレーム再送率）を計測し、その送信誤り率を受信フレーム再送率で割った値を計算し、その計算値と所定値を比較する（Ｓ22）。なお、受信フレームが再送であるか否かは、フレーム中のRetry Bit が設定されているか否かで知ることができる。ここで、図７に示すような状況が生じた場合、送信誤り率が受信フレーム再送率よりも大きくなることが予想されるため、その計算値は所定値よりも大きくなる。チャネル設定部１４は、計測部１３における計算値が所定値よりも大きくなった場合にＤＦＳの動作を開始し（Ｓ23）、使用していた無線チャネル以外の無線チャネルを選択する（Ｓ24）。次に、選択した無線チャネルに変更し（Ｓ25）、以後の運用で使用する。

（無線基地局の処理手順例３）
図１および図４において、無線基地局１０は自動で無線チャネルを選択して運用を開始する（Ｓ31）。フレーム送信部１１およびフレーム受信部１２は、選択した無線チャネルでフレームの送受信を行う。なお、フレーム送信前にＤＩＦＳに加えてバックオフ時間をキャリアセンスする手順や再送手順、さらにキャリアセンスが有効に機能しない隠れ端末問題の回避のために、IEEE802.11規格で使用されるＲＴＳ（Request to Send 、送信要求）／ＣＴＳ（Clear to Send 、受信準備完了）手順などについては省略している。

無線基地局１０の計測部１３は、運用中にＲＴＳ／ＣＴＳ手順を用いて送受信されるフレーム数（ＲＴＳ／ＣＴＳフレーム数）およびすべての送受信されるフレーム数（全フレーム数）を計測し、そのＲＴＳ／ＣＴＳフレーム数を全フレーム数で割った値を計算し、その計算値と所定値を比較する（Ｓ32）。ここで、図７に示すような状況が生じた場合、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順を用いてフレームが送信される機会が多くなり、ＲＴＳ／ＣＴＳフレーム数が大きくなることが予想されるため、その計算値は所定値よりも大きくなる。チャネル設定部１４は、計測部１３における計算値が所定値よりも大きくなった場合にＤＦＳの動作を開始し（Ｓ33）、使用していた無線チャネル以外の無線チャネルを選択する（Ｓ34）。次に、選択した無線チャネルに変更し（Ｓ35）、以後の運用で使用する。

（無線基地局の処理手順例４）
図１および図５において、無線基地局１０は自動で無線チャネルを選択して運用を開始する（Ｓ41）。フレーム送信部１１およびフレーム受信部１２は、選択した無線チャネルでフレームの送受信を行う。なお、フレーム送信前にＤＩＦＳに加えてバックオフ時間をキャリアセンスする手順や再送手順などについては省略している。

無線基地局１０の計測部１３は、運用中に送信フレームに使用する物理伝送速度の平均値（送信速度）および受信フレームに使用された物理伝送速度の平均値（受信速度）を計測し、その受信速度を送信速度で割った値を計算し、その計算値と所定値を比較する（Ｓ42）。ここで、図７に示すような状況が生じた場合、送信誤り率が受信誤り率よりも大きくなることが予想されるが、使用する物理伝送速度を誤り率に応じて動的に変更する場合、無線基地局における送信速度が受信速度よりも遅くなることが予想されるため、その計算値は所定値よりも大きくなる。チャネル設定部１４は、計測部１３における計算値が所定値よりも大きくなった場合にＤＦＳの動作を開始し（Ｓ43）、使用していた無線チャネル以外の無線チャネルを選択する（Ｓ44）。次に、選択した無線チャネルに変更し（Ｓ45）、以後の運用で使用する。

以上説明したように、無線基地局の処理手順例１では無線基地局で観測できる送信誤り率および受信誤り率に基づいて、処理手順例２では無線基地局で観測できる送信誤り率および受信フレーム再送率に基づいて、処理手順例３では無線基地局で観測できるＲＴＳ／ＣＴＳフレーム数および全フレーム数に基づいて、処理手順例４では無線基地局で観測できる送信速度および受信速度に基づいて、それぞれ図７に示すような状況が生じたことを検出することができる。その場合には、それまで使用していた無線チャネルを他の無線チャネルに変更することにより、無線基地局配下の子局に悪影響を及ぼしている無線チャネルの選択を回避することができる。

本発明の無線基地局の主要部の構成例を示す図。本発明の無線基地局の処理手順例１を示すフローチャート。本発明の無線基地局の処理手順例２を示すフローチャート。本発明の無線基地局の処理手順例３を示すフローチャート。本発明の無線基地局の処理手順例４を示すフローチャート。無線ＬＡＮシステムの構成例を示す図。無線ＬＡＮシステムにおける従来の問題点を説明する図。

符号の説明

１０無線基地局
１１フレーム送信部
１２フレーム受信部
１３計測部
１４チャネル設定部

Claims

選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局において、
送信フレームの誤り率（送信誤り率）および受信フレームの誤り率（受信誤り率）を計測し、計測された送信誤り率を受信誤り率で割った値を計算し、その計算値と所定値を比較する計測部と、
前記計算値が所定値を超えた場合に、前記選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、前記選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更するチャネル設定部と
を備えたことを特徴とする無線基地局。
選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局において、
送信フレームの誤り率（送信誤り率）および受信フレームが再送である割合（受信フレーム再送率）を計測し、計測された送信誤り率を受信フレーム再送率で割った値を計算し、その計算値と所定値を比較する計測部と、
前記計算値が所定値を超えた場合に、前記選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、前記選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更するチャネル設定部と
を備えたことを特徴とする無線基地局。
IEEE802.11規格に準拠してＲＴＳ／ＣＴＳ手順を実行する手段を含み、選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局において、
前記ＲＴＳ／ＣＴＳ手順を用いて送受信されるフレーム数（ＲＴＳ／ＣＴＳフレーム数）およびすべての送受信されるフレーム数（全フレーム数）を計測し、計測されたＲＴＳ／ＣＴＳフレーム数を全フレーム数で割った値を計算し、その計算値と所定値を比較する計測部と、
前記計算値が所定値を超えた場合に、前記選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、前記選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更するチャネル設定部と
を備えたことを特徴とする無線基地局。
選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局において、
送信フレームに使用する物理伝送速度の平均値（送信速度）および受信フレームに使用された物理伝送速度の平均値（受信速度）を計測し、計測された受信速度を送信速度で割った値を計算し、その計算値と所定値を比較する計測部と、
前記計算値が所定値を超えた場合に、前記選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、前記選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更するチャネル設定部と
を備えたことを特徴とする無線基地局。
選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局の無線チャネル更新方法において、
送信フレームの誤り率（送信誤り率）および受信フレームの誤り率（受信誤り率）を計測し、
前記送信誤り率を前記受信誤り率で割った値を計算してその計算値と所定値を比較し、
前記計算値が所定値を超えた場合に、前記選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、前記選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更する
ことを特徴とする無線基地局の無線チャネル更新方法。
選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局の無線チャネル更新方法において、
送信フレームの誤り率（送信誤り率）および受信フレームが再送である割合（受信フレーム再送率）を計測し、
前記送信誤り率を前記受信フレーム再送率で割った値を計算してその計算値と所定値を比較し、
前記計算値が所定値を超えた場合に、前記選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、前記選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更する
ことを特徴とする無線基地局の無線チャネル更新方法。
IEEE802.11規格に準拠してＲＴＳ／ＣＴＳ手順を実行する手段を含み、選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局の無線チャネル更新方法において、
前記ＲＴＳ／ＣＴＳ手順を用いて送受信されるフレーム数（ＲＴＳ／ＣＴＳフレーム数）およびすべての送受信されるフレーム数（全フレーム数）を計測し、
前記ＲＴＳ／ＣＴＳフレーム数を全フレーム数で割った値を計算してその計算値と所定値を比較し、
前記計算値が所定値を超えた場合に、前記選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、前記選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更する
ことを特徴とする無線基地局の無線チャネル更新方法。
選択された無線チャネルを用いて複数の子局と通信を行う無線基地局の無線チャネル更新方法において、
送信フレームに使用する物理伝送速度の平均値（送信速度）および受信フレームに使用された物理伝送速度の平均値（受信速度）を計測し、
前記受信速度を送信速度で割った値を計算してその計算値と所定値を比較し、
前記計算値が所定値を超えた場合に、前記選択された無線チャネルを動的に更新する手順を開始し、前記選択された無線チャネル以外の無線チャネルに変更する
ことを特徴とする無線基地局の無線チャネル更新方法。