JP4654507B2 - アクセスポイント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線ネットワーク、中でも家庭、学校、及びオフィス等で使用される自営用の無線ネットワークに関する。
【０００２】
【従来技術】
自営の無線ネットワークの代表としてＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮがある。規格に示される様に無線ＬＡＮ用の周波数帯は複数のチャネルに分割されており、その複数チャネル内の一つを使用して無線ＬＡＮは動作する。例えば、５．１５ＧＨｚ〜５．２５ＧＨｚの１００ＭＨｚ帯域の場合は、日本では図１３に示すチャネル１〜４の４チャネルに分割されており、この内の１チャネルを選択して使用することが規定されている。
ＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮのアクセス方法を、図２及び図３を用いて説明する。
【０００３】
図２において、１は無線ＬＡＮの中心となるアクセスポイント（以降ＡＰと省略）と称する親局が存在し、子局である２〜６の複数のステーション（ＳＴ１〜ＳＴ５）から構成される。図中の円はＡＰからの電波の到達範囲を示している。
【０００４】
図３において、ＡＰ１は、ビーコン周期（ＴＢＣＮ）で表される固定周期でビーコンフレームと呼ぶ特別なパケット７を送信する。ビーコンは、ＡＰの存在を無線ＬＡＮの全エリアに報知すること、及びＰＣＦ通信の起点となる機能を有する。ＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮでは、集中管理通信モード（以降ＰＣＦモードと称する。ＰＣＦ：Point Coordination Function）と分散管理通信モード（以降ＤＣＦモードと称する。DCF：Distributed coordination Function)の二つの通信モードが存在する。
【０００５】
ＰＣＦモードは、無線伝送媒体のアクセス権の調停を集中して行うモードであり、ＡＰが調停機能を実現する。具体的には、ＡＰ１がビーコンにおいて、ＮＡＶ（Network Allocation Vector）と呼ぶパラメタを設定し送信する。
【０００６】
この値は、ＡＰ１が管理する無線ＬＡＮにおいてビーコンに続いて、ＰＣＦの続く期間を示すものであり、通常はパラメタ設定可能範囲で最大値を設定して（実際より長い期間を設定して）送信する。
【０００７】
受信局は、ビーコンフレームのＮＡＶの値を受信すると、無線伝送媒体がこの期間はビジー（他ＳＴに使用されている状態）であると判断し、後述するキャリアセンスによる送信機能（ＤＣＦ）を停止させる。このことにより、各局２〜６は、ＡＰか１らの指示がない場合は送信が出来ない状態となる。ＡＰ１はこのＰＣＦモードにおいて、図２のＳＴ１にポーリング８（図２，及び３で同一番号）をかけ、ＳＴ１が送信パケット９を持つ場合、これを送信させる。ＡＰ１はＳＴ１からのＳＴ２宛てのパケットを受信すると、ＳＴ２へのポーリング時にこのパケット１１をポーリングパケット１０に付加して送信する。
【０００８】
このようにＰＣＦでは、各ＳＴ間の調停ではなく、ＡＰの介在のもとで、ＳＴ間の通信が実現される。このＰＣＦ期間は、ＰＣＦ期間終了のコマンドパケット（ＰＣＦend）１２をＡＰ１が送出し、各局ＳＴ１〜５がこれを受信することで終了する。
【０００９】
この例では、ポーリングによる通信を示したが、ＴＤＭＡによってもＳＴ間の調停なしで各ＳＴが無線伝送媒体にアクセスすることができ、これによりＰＣＦ通信を実現することも可能である。ＰＣＦ通信は、ビーコン周期に各局に媒体へのアクセス権が回ってくるので、パケットの到着遅延時間が一定値以内に制限できるため、音声・動画等の等時性データ通信に適している。
【００１０】
ＤＣＦは、各ＳＴが独立に無線伝送媒体（チャネル）のキャリアを検出し、伝送媒体が使われていないと判断すれば、各ＳＴが独自に送信を行う（分散してアクセス権の調停を行う）方式であり、典型的にはＣＳＭＡ／ＣＡ（carrier Sense Multiple Access with collision avoidance）と呼ばれる方式である。
【００１１】
ＤＣＦ期間は、ビーコン周期（ＴBCN）において、ＰＣＦ期間以外が当てられている。ＤＣＦモードにおいて、各ＳＴはＡＰ１からのポーリングを待つこと無しに送信が可能であり、図２及び３中のパケット１３、１４がＳＴ３，ＳＴ４間のＤＣＦ通信である。このモード宛先へのパケット到着が早く実現できる。また、一定周期でデータが発生しないバーストトラヒックを収容するのに適した方式である。
【００１２】
更に無線ＬＡＮが、インターネット等の外部公衆網・サービスと接続するために、ゲートウェイ機能が必要であるが、通常は図２中の１に示すＡＰと同一装置で実現される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
無線ＬＡＮは、複数の無線チャネル内の一つを使用して動作するが、チャネルの選択方法は明確に規定されてはいなかった。
【００１４】
このため、無線ＬＡＮが家庭内無線ネットワークとして広く普及する場合、使用可能な無線チャネル数に限りがあるため、隣接する家庭の無線ＬＡＮが相互に調停せずに無秩序に同一チャネルを選択する可能性があり、この場合無線ＬＡＮの局は干渉により通信障害が頻繁に発生する課題があった。特にＰＣＦモードが動作する場合、映画等の比較的長いコンテンツが、一定周期で送信されるため、隣接無線ＬＡＮでＰＣＦを非同期に動作することにより干渉が発生してＰＣＦ通信ができないという不都合があった。
【００１５】
更には、広域に渡って複数の無線ＬＡＮが存在する場合、各無線ＬＡＮの使用周波数チャネルが最適に配置されないため、ある一定チャネル数において収容できる無線ＬＡＮ数が少なくなるという課題があった。
【００１６】
本発明は、無線ＬＡＮにおいて干渉を低減させること、及び一定無線チャネル数において収容無線ＬＡＮ数を増大させることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線ＬＡＮにおいては、各局の制御を行うＡＰが全ての無線チャネルの使用状況を一定時間監視し、使用に最適な空きチャネルを選択し、更には定期的に使用可能な全無線チャネルの通信環境を監視し、必要なら無線チャネルの再選択を実施する様に制御する無線ネットワークであり、隣接家庭間での使用チャネルの重複確率を減らすことができる。
【００１８】
さらには、ＡＰは起動時に空き無線チャネルが存在しない場合、無線チャネルの内で最も負荷が軽く、受信電波状況の良い他のＡＰに対して、このＡＰの傘下でスレーブＡＰとして動作し、無線ＬＡＮとしてＰＣＦ期間を相互に調停して動作する様に制御する無線ネットワークであい、一定無線チャネル数において収容無線ＬＡＮ数を増大することが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
本発明による無線ＬＡＮの親局（ＡＰ）の構成を図１に示す。図中８６はアンテナ、７１は無線部であり、無線部７２では、アンテナで受信された信号についてチャネル（周波数）選択及びＩＦ周波数への変換を行い、変復調部７３でベースバンド信号に変換され、ＭＡＣ部７３に入力される。ＭＡＣ部ではパケットの識別及び受信機能を有し、内部バス７６を経由してメモリ７４に受信データを格納する。
【００２１】
送信は逆の手順で動作し、メモリ部７４に格納された送信データは、ＭＡＣ部７３でパケット化され、伝送路が送信可能と判断されれば変復調部７２、無線部７１、アンテナ８６を経由して伝送媒体（空間）へ送信される。
【００２２】
制御部７５はＳＴ内の各部の制御、及びパケットの送受信の起動を行うと共に、外部インタフェース７７を経由して外部とのデータ転送を行う。
【００２３】
８３は電界強度を、８４は無線部で選択されるチャネルでのビット誤り率を、８５は選択されたチャネルでのパケットトラヒック量（チャネル負荷率）を測定する機能を有し、これらの測定結果から制御部７５は、空きチャネル判定情報を得る。
【００２４】
制御部７５は、測定された無線チャネルの受信強度が一定値以下である場合、これを空きチャネルと判定し、空きチャネルのうちいずれかを使用チャネルに選択する。
【００２５】
空きチャンネルがない場合は、チャネルの信号品質がよく（ビット誤り率が低くく）、かつ、チャネルでのパケットトラヒック量（チャネル負荷率）が軽い他の親局を探し、この親局と同じチャネルを利用する。
【００２６】
図４は、本発明が適用される無線ネットワーク（以降は、無線ＬＡＮと称する）の一構成例である。家屋が密集しており、各家庭が各戸ごとに自己の無線ＬＡＮを保有する場合を想定する。各家庭には、データ通信を行う無線ＬＡＮの子局（ステーション：ＳＴ）、及びＳＴ間の通信、宅外との通信機能等を実現する親局（アクセスポイント：ＡＰ１５〜２２）が存在する。
【００２７】
今、無線ＬＡＮの使用可能なチャネルが図１３の４チャネル（ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３及びＣＨ４）であると考える。一定の地域を複数無線チャネルでカバーすることは、数学における地図上の色塗り問題と同一であり、４色あれば隣り合うエリアで同じ色を使用せずに塗り分けられることが証明されていることから、４チャネルがあれば良いことになる。しかし、これは公衆のセルラー電話の様に、厳密な周波数管理が行われる場合であり、自営が前提である無線ＬＡＮでは最適周波数配置が困難である。
【００２８】
今、図４において斜線部の家庭に設置されたＡＰ１５は、周囲の家庭のＡＰ１６〜ＡＰ２１が無線チャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３を使用しているため、本来ＣＨ４を選択しなければならない。そうでないと、同一周波数を隣家同士で使用することになり、自宅・隣家双方からの同一チャネル電波が受信できる場所のＳＴは、特にＰＣＦ通信において干渉によりデータが受信できなくなる場合が発生する。
【００２９】
ここで本願の第１の発明によれば、ＡＰ１５は自律的にＣＨ４を選択することが可能である。この選択方法を図５のフローチャートを用いて説明する。
【００３０】
図５に示す様に電源投入又はリセットから、無線チャネルの電界強度及び通信されるパケット負荷を一定時間測定し、これらを記憶する。電界強度が規定の値以下である場合はこれを空きチャネルと判断し、受信電界強度の値と一緒にチャネル番号を記憶する。
【００３１】
あるチャネルに既にＡＰが存在するなら、特定周期でビーコンが受信されるため、チャネルが空いていないことが容易に検出される。
【００３２】
全無線チャネルを検索し、空きチャネルが一つの場合は、これを使用無線チャネルとする。複数のアクセスチャネルがある場合、何らかの基準によって１つを選択する（例えば、空きチャネル番号の数値の小さいもの、大きいもの、あるいは乱数により決定する等である）。図４の場合、ＡＰ１５は図５のフローに基づく動作によりＣＨ１〜３が使用されていることを検出し、自律的にＣＨ４を選択する。空きチャネルが見つからない場合もあるが、その場合の処理については後述する。
【００３３】
空きチャネルが見つかった場合、ＡＰは図５に示すビーコンフレーム送出処理に遷移する。定期的にビーコンを送出するため、周期を刻むビーコンタイマを初期化し、ビーコンフレームに必要な情報を格納し、ビーコンを送出する。IEEE８０２．１１の様なキャリアセンスによりパケット送信機会を判断する方式の場合、送信の前にキャリアが無いこと確認する。更に本発明では、監視インターバルカウンタというパラメータがあり、通常のビーコン送信の数回に一回は、監視スタートビーコンと称する特殊なビーコンを送信する。このビーコンには、各ＳＴに対してＮＡＶパラメタ（Network allocation vector:受信ＳＴはこのパラメータ時間だけ伝送媒体が使用中と判断しパケット送信を行わない）の示す期間は、ＰＣＦモードに入るため自ＡＰ管理下のSTは送信を行わない。この期間において、全ての無線チャネル関して受信電界強度・パケット誤り率。通信負荷を監視する命令が含まれている。
【００３４】
これにより、各ＳＴは監視スタートビーコン受信後の自ＳＴ周囲の全チャネル受信環境を監視することになる。
【００３５】
ST側の初期手順を図６のフローチャートを用いて説明する。上側は通常の初期化動作であり、電源投入あるはリセット後、全てのチャネルに対してビーコンフレームを受信できて、かつネットワーク識別子が同一であるかを検査する。ここでネットワーク識別子は、同一管理者のもとで単一の無線ＬＡＮとして動作すべきかどうかを示す識別子で、同一識別子を持つ無線ＬＡＮ機器が同一無線ＬＡＮシステムを構成する。
【００３６】
同一無線ネットワーク識別子（ＩＥＥＥ８０２．１１規格ではＥＳＳ識別子と呼ぶ）を持つビーコンを受信した場合、受信した無線チャネルが今後の使用チャネルと決定するとともにビーコンに存在する予め規定された送信電力等のパラメタを受信して、自局の動作条件を設定する。全チャネルを検査してもビーコンが受信されなかった場合、ＡＰが存在しないと判断し、その旨を利用者に通知する。（あるいは、ＡＰなしで動作するモード（アドホックモード）が動作可能であるなら、そちらに遷移することも可能であるが、本願とは直接の関係がないのでここでは記述しない）。
【００３７】
更に、図５で述べた監視ビーコンモードに対する各ＳＴの動作を図６の下側で説明する。通常動作中のＳＴでも、ビーコンを受信する都度、監視ビーコンで且つ自ネットワーク識別子と同一識別子を持つかを判断する。条件を満たす監視ビーコンであった場合、通常のＰＣＦモードと同様にそのビーコン内のＮＡＶパラメタの示す期間だけ（あるいはＡＰからのＰＣＦ期間の終了コマンドを受信するまでの間）、送信を停止する。
【００３８】
この間は、監視ビーコンを送出したＡＰ参加のＳＴはすべて送信を停止しているので、受信される電波は自無線ＬＡＮではなく他のＡＰ及びＳＴからの電波である。全無線チャネルについて、受信電界強度やパケット負荷状況のデータをとり、蓄積しＡＰに通知する。図では、都度ＡＰに通知する様に記載されているが、数回の監視ビーコンに１回でも良く、送信タイミングも任意でも可能である。
【００３９】
またパケット負荷情報等はかなりの長期間の観測が必要であるので、数回の監視ビーコンに渡って監視してもかまわない。ここで、全ＳＴが隣接ＡＰからの干渉電波の監視をする理由は、ＳＴによっては干渉源である隣家のＡＰに近い所に配置されるものもあれば、そうでないものもあり、ＡＰには事前にその関係がつかめないことが多いためである。
【００４０】
監視ビーコンに対してＳＴから監視結果を通知されたＡＰは、干渉の状況から使用無線チャネルを変更すべきと判断されるなら、図５記載の動作フローに従って、新たな無線チャネルの選択を行う。
【００４１】
図７を用いて、監視ビーコンの状態を説明する。無線ＬＡＮにおいてＡＰ（図中の（１））は定期的にビーコンフレーム２３を、それよりも長い周期で監視ビーコン２４を送信する。監視ビーコンを受信したＳＴ（図中の（２））は、送信を一定期間する（図中２５）。この期間にＳＴは電波状況の監視に入るが、２６に示す他無線ＬＡＮのＡＰ及びＳＴからの干渉（図中（３）及び（４））があるなら、この受信電界強度等を記録し、ＡＰに通知するものである。監視するのは同一無線チャネルだけではなく、全無線チャネルを対象とする。
【００４２】
請求項１及び２に記載の本発明により、ＡＰの電源投入時には、ＡＰによってのみ最適と判断された無線チャネルも、一定周期で全ＳTによる見直しが行われ、真に最適な無線チャネルの選択が可能となる。
【００４３】
次に、本願請求項３に相当するＡＰの起動時に空きチャネルが存在しない場合を図８、９により説明する。
【００４４】
本発明による無線ＬＡＮの親局（ＡＰ）の構成を図１に示す。図中８６はアンテナ、７１は無線部であり、受信された信号は変復調部７２でベースバンド信号に変換され、ＭＡＣ部７３に入力される。
【００４５】
ＭＡＣ部７３ではパケットの識別及び受信機能を有し、内部バス７６を経由してメモリ７４に受信データを格納する。送信は逆の手順で動作し、メモリ部７１に格納された送信データは、ＭＡＣ部７３でパケット化され、伝送路が送信可能と判断されれば変復調部７２、無線部７１、アンテナ８６を経由して伝送媒体（空間）へ送信される。
【００４６】
制御部７５はＳＴ内の各部の制御、及びパケットの送受信の起動を行うと共に、外部インタフェース７７を経由して外部とのデータ転送を行う。以上はＳＴと同一機能である。
【００４７】
図中７８はビーコン生成部であり、ビコーン周期タイマ（ＴＢＣＮタイマ）７９の満了によりＡＰとして定期的にビーコンを送信する。またＡＰは集中管理通信モード（ＰＣＦ）期間を管理するが、ビーコン送信後からＴＰＣＦタイマ８０が動作し、ＰＣＦ期間が満了するとＰＣＦｅｎｄ生成部８１を経由してＰＣＦｅｎｄコマンドが送信される。これによりＰＣＦ期間終了がＡＰ管理下の全ＳＴに報知される。
【００４８】
マスタ／スレーブＡＰモード時には、マスタＡＰとスレーブＡＰ間で各無線ＬＡＮが必要とするＰＣＦ期間の情報が交換され、新たなＰＣＦ期間が算出される。各ＡＰはこの値を持ち、図中８０のＴＰＣＦタイマに値を設定し、新たなＰＣＦ期間を管理する。各ＡＰは、ＰＣＦ期間が重ならない様に（例えばマスタＡＰがＰＣＦ期間を先に使用する等）、ポーリング等のＰＣＦ期間の制御を行う。
【００４９】
図中８２は、本発明によるビーコン／ＰＣＦｅｎｄの折り返し部であり、ＡＰがスレーブＡＰに設定された場合のみ活性化される。マスタＡＰからＰＣＦ期間開始ビーコンを受信した場合、本部分によりスレーブ親局も直ちに同値のＰＣＦ期間を持つビーコンを送信する。ＰＣＦｅｎｄが到着する場合も同様にスレーブＡＰからも同報される。このことにより、マスタＡＰ電波の受信範囲の全ＳＴ、及びスレーブＡＰ電波の受信範囲の全ＳＴにＰＣＦ期間が報知されるため、ＰＣＦ期間に誤ってパケットを送信するＳＴは存在しなくなり、相互の無線ＬＡＮの干渉はなくなる。
【００５０】
また、伝送誤りにより、ビーコン／ＰＣＦｅｎｄ折り返し部にマスタからのビーコン、ＰＣＦｅｎｄが正常に到着しない場合も、独自に保有する７８〜８１のビーコン及びＰＣＦｅｎｄ送信機能によりＰＣＦ期間を終了させることができるため、伝送媒体を誤って占有することがなく安全性が高められている。
【００５１】
なお、７８から８２の機能は、ハードウェアだけでなくソフトウェアによっても実現可能である。
【００５２】
図８上段は、図４と同様に密集した民家に無線ＬＡＮを導入した場合であって、６角形で示した部分では、既にＣＨ１〜ＣＨ４の電波を用いて最適に周波数の割り当てが済んでいるとする。この状態で図の斜線の円で示す部分に新たにアクセスポイントを置く必要が発生した場合を考える。
【００５３】
この場合、ＡＰ２７は図５に示すＡＰの初期化手順に従って動作するが、全チャネルの使用状況を監視して空いているチャネルが無いことが判明するため、既存の無線ＬＡＮが使用しているチャネルに参加する（ぶら下がる）ことを試みる。図８の下段において、ＡＰ２７は他のＡＰ２８（マスタＡＰと称する）のスレーブＡＰとして動作し、マスタＡＰと同一無線チャネル（ＣＨ４）を使用することになる。
【００５４】
ここで、課題の項で説明したように、単に調停なしで同一無線チャネルを使用すると干渉が発生し、ＰＣＦモードでは通信が不可能となる。このため、同一無線チャネルを使用する場合は、ＰＣＦモードの時間軸での調停（棲み分け）が必要であり、調停をおこなった後の連携した無線ＬＡＮの状態をぶら下がりモードと称する（これは、既に存在する無線ＬＡＮに、新たに参加する無線ＬＡＮが”ぶら下がる“ことから、この名称を使用する）。
【００５５】
ＡＰの動作を図９のフローチャートに示す。
【００５６】
ＡＰは、最初にぶら下がりモード遷移をするか否かを利用者設定によるフラッグにより判定を行い、モードへの遷移が禁止されているなら、空きチャネルが無いことを利用者に通知し、動作を終了する。
【００５７】
ぶら下がりモードが許容されているなら、空きチャネルのサーチで判定した各チャネルの受信状態のうちで、受信電界強度が予め設定された一定の値以上で、ネットワークの負荷が一定値より軽いＡＰに対して、自アドレス及びネットワーク識別子を含むぶら下がり要求パケットを該チャネルのＡＰに送信する。宛先ＡＰより許可応答パケットを受信した場合、ＡＰはスレーブＡＰに遷移する。
【００５８】
拒否応答を受信した場合、条件に合致する他のＡＰに対して順次ぶら下がり要求を発行する。全てに拒絶される場合は、ＡＰは利用者にこのことを通知し動作を停止する。
【００５９】
ここでスレーブＡＰとは、同一無線ＬＡＮチャネルを既に使用している（マスタの）ＡＰに対して、ＰＣＦモードでの伝送媒体使用時間の調整及び管理（棲み分け）を行う必要がある。
【００６０】
図９の下側及び図１０を用いて、ＰＣＦの棲み分け動作を説明する。図８において“ぶら下がり要求”に対する肯定通信をおこなったスレーブＡＰ及びマスタＡＰは、棲み分けＰＣＦモードのために自無線ＬＡＮで必要となるビーコン周期（ＴＢＣＮ）、ＰＣＦ期間（ＴＰＣＦ）等のパラメタを交換し、マスタＡＰ（厳密にどちらのＡＰが担当しても可能）が新たなビーコン周期、ＰＣＦ期間を計算する。通常、新たなＰＣＦ期間は双方のＡＰの要望するＰＣＦ期間の和となる。
パラメタ交換後、ＡＰは棲み分けＰＣＦのマスタ及びスレーブモードとなるが、この時の動作を図１０により説明する。
【００６１】
図１０（１）の２９がマスタＡＰ、３０がスレーブＡＰであり、３１、３２はＡＰ２９傘下のＳＴ１，ＳＴ２ある。３３、３４はＡＰ３０傘下のＳＴ３、ＳＴ４である。
【００６２】
図９に示した手順により、ＡＰ２９が管理する無線ＬＡＮの要求ＰＣＦ期間をＴＰＣＦ２９、ＡＰ３０の管理する無線ＬＡＮの要求ＰＣＦ期間をＴＰＣＦ３０とすると、新たなＰＣＦ周期（新ＴＰＣＦ）及びビーコン周期（ＴＢＣＮ）パラメタの関係は図１０（２）に示す関係となる。マスタＡＰ２９、適切にＮＡＶを設定したビーコンフレームＢＣＮ２９を送信すると直ちにＡＰ３０がビーコンを送信するタイミングを与える。
【００６３】
ＡＰ３０はただちに同一のＮＡＶを持つビーコンフレームＢＣＮ３０を送信する。この後ＡＰ２９は、ただちにＴＰＣＦ２９の期間で自無線ＬＡＮ傘下のＳＴのポーリングを実施し、ＴＰＣＦ３０の期間は通信を行わず、ＡＰ３０に権利を譲渡する（図中波線で示す）。同様にＡＰ３０は、ＴＰＣＦ２９の期間は通信を行わず、ＴＰＣＦ３０の期間で傘下のＳＴのポーリングによる通信を行う。
【００６４】
新ＴＰＣＦ時間が終了したなら、ＡＰ２９はＰＣＦ期間終了コマンドＰＣＦｅｎｄ２９を送信し、ＡＰ３０も同様にただちにＰＣＦｅｎｄ３０を送信し、棲み分けＰＣＦモードを終了する。ＡＰ２９がビーコンＢＣＮ２９を送信した時点では、ＳＴ３３はＡＰ３０の傘下でＡＰ２９からの信号を受信できない位置に存在するため、ＢＣＮ２９を受信することが出来ない。
【００６５】
ＳＴ３３は、この時点ではＰＣＦ期間が始まることを認識していないが、直後にＡＰ３０からのビーコンＢＣＮ３０を受信することによって、ＰＣＦ期間の存在を認識することが可能となる。ＰＣＦ終了コマンドの受信に関しても同様である。これにより、双方のＡＰ傘下の全ＳＴに対して、棲み分けＰＣＦ期間の通知が可能であり、誤ってＤＣＦモードによる送信が発生したり、ＰＣＦ期間が重なる等の問題がなくなり、安定な通信が可能となる。ここでは、マスタAＰのビーコン及びＰＣＦ終了コマンドがスレーブAＰのそれに先行しているが、逆の場合も同様な効果が得られる。
【００６６】
説明では、２つの無線ＬＡＮが同一無線チャネルを共有する場合を示したが、一つのマスタＡＰに対してスレーブＡＰが複数存在する構成、及び３つ以上の無線ＬＡＮが従属完成をもって縦列接続される構成も可能である。
【００６７】
また、ＰＣＦ期間は固定の場合もあるが、動画伝送の様に接続時間の長いコネクションが追加・削除されることが考えられる。この場合、コネクションを生成・削除する際に、ＡＰ間で個々のＴＰＣＦ期間の情報を交換し、全体ＴＣＦ期間再調整することにより、より効率的に伝送媒体が使用できる。ＴＶプログラム等は接続時間が長いため、ＴＣＦ再調整によるオーバーヘッドは無視出来るほどに少ない。
【００６８】
なお、本願出願人らによる発明（特願平１１−２１９７３７）において、複数の無線ＬＡＮのＰＣＦ期間を調停（棲み分け）する方法が記載されているが、一台のＡＰからＰＣＦモードを共有する複数無線ＬＡＮ上の全ＳＴに対して通信が可能でない場合（隠れ端末状態）でも、本願によれば調停されたＰＣＦ期間が全ＡＰから同報されることにより、全ＳＴに通知され、ＰＣＦ期間を誤解するＳＴが発生せず安定して無線ＬＡＮが動作することが出来る。
【００６９】
更に、請求項４の発明によれば、図１０中３１のＳＴ１が３３のＳＴ３と通信する場合でも、ＡＰ２９とＡＰ３０は互いに通信できる関係にあるため、ＡＰ２９のポーリングに応答したパケット３５をＡＰ３０が受信し、ＡＰ３０のポーリング機会に３３のＳＴ３へパケット３６を中継することが可能である。ＰＣＦ期間以外のＤＣＦ期間においても、ＡＰ２９とＡＰ３０がブリッジとして相手ＡＰ傘下のＳＴのパケットを受信し、自局傘下のＳＴであればこれを中継することにより、相互のＳＴ間通信が可能である。
【００７０】
以上、述べてきた無線ＬＡＮの初期化手順であるが、その都度使用チャネルが変化する可能性は低いこと、特に家庭用では頻繁に電波環境は変化しないこと、及び変化しても定期的に電波環境を監視する本願発明により、対応が可能であることから、請求項５に記載の様に、いったん設定した無線チャネルの情報はＡＰの不揮発性記憶素子に蓄積し、電源起動時にはこの値を使用して起動かけることにより、初期化時間が短縮される、なお、ＳＴはＡＰのチャネル選択に自動的に追随する様に制御するため、ＳＴ自身では記憶を持たない。
【００７１】
図９、１０を用いて説明した同一チャネルを使用する無線ＬＡＮが結合した複合無線ＬＡＮの場合、これを実現する上で認証、及び管理の考え方により二通りが考えられる。
【００７２】
まず、請求項７記載の様にマスタ及びスレーブＡＰ及び全ＳＴが同一のネットワーク識別子（ＩＥＥＥ８０２．１１でのＢＳＳ−ＩＤと等価）を持ち、ＡＰを複数存在する単一無線ＬＡＮと考える場合である。この際、元のマスタＡＰとその無線ＬＡＮ、及びスレーブＡＰとその無線ＬＡＮの保有者が異なる場合、保有者ごとに無線ＬＡＮの通信の機密性を保持する必要がある。
【００７３】
このため、本願記載の利用者（保有者）を示す新たな識別子を導入し、これにより暗号化等の秘話性を確保することが不可欠である。また、同一無線媒体を共有するので、その使用状況を適切に管理する必要があり、ＡＰは利用者識別子ごとにトラヒックを管理するものである。
【００７４】
他の方法は、マスタ及びスレーブの無線ＬＡＮごとに異なったネットワーク識別子を持つ場合である。この場合の相互通信は拡張無線ＬＡＮの識別子（ＩＥＥＥ８０２．１１のＥＳＳ−ＩＤ）を用いて実現されるが、トラヒックの管理はやはり利用者毎に行う必要があるため、請求項８に示す様にネットワーク識別子ごとにＡＰにおいてトラヒック管理を行う。請求項３，４記載の無線ネットワークによる家庭向けネットワーク事例を図１１に示す。
【００７５】
これは、空きチャネルが存在しない場合でない。家庭３５に無線ＬＡＮ３６を導入した場合、近隣の家３７に電波が伝播する場合がある。通常は隣家に電波が伝播するのは、今後導入される無線ＬＡＮへの干渉源になるため、これを防止する工夫が必要であるが、これを積極的に利用する例である。家庭３７において、家庭３５の無線ＬＡＮ３６の積極的にぶら下がり、ＡＰ３９からインターネット等のサービスを享受する場合である。
【００７６】
外線との接続するゲートウェイ（ＧＷ）機能は、ＡＰに実装される場合が多い。図中、ＡＰ３９はＣＡＴＶ、ＤＳＬ、ＩＳＤＮ等の公衆インターネットに接続されているものとする。図１１に示す場合、請求項７及び８で記載した方法で秘話性、及びトラヒックの管理が行われる。さらに、図においてはＡＰ３９が、各家庭毎の外線との通信トラヒック情報を蓄積するデータベース機能を含むＧＷ機能を兼ねている。
【００７７】
ＧＷ装置の構成図を図１２に示す。図中、４２は無線ＬＡＮインタフェース部であり、無線ＬＡＮからパケットを受信する。受信パケットは中継判定部へ内部バス４７を経由して転送され、外部へ中継すべきパケットか否かが判定され、中継すべきパケットであるなら公衆網・インターネットインタフェース４４へ転送され、インターネット等の公衆サービスへ接続・転送される。図中４５はノード内のパケット転送を制御するノード処理部である。本発明による各家庭毎の無線ＬＡＮパケットの統計情報処理は、この部分でネットワーク識別子又は利用者識別子により判別され、トラヒックデータベース部４６へ転送される。
【００７８】
図６及び上述の説明では、家庭３５にＡＰ４０が存在する様に記載しているが、直接ＳＴ４１等が家庭３５のＡＰ３９に直接加入することも当然可能である。この場合も、本発明によるＧＷによって各家庭の外線接続トラヒックは管理される。
【００７９】
図１１において、家庭３５の無線ＬＡＮに家庭３７のＡＰ４０やＳＴ４１がぶら下がる形態の場合で、ＡＰ３９（この例ではＧＷ機能も有する）経由でインターネット等の有料の広域通信サービスを受ける場合、すべて家庭３５のＡＰ３９を経由して通信することになる。請求項９の本発明による無線ＬＡＮゲートウェイ機能により、各家庭毎のログ機能が実現され、公衆サービスの課金を各家庭の通信量に応じて折半する等が可能となる。
【００８０】
なお、家庭３５の無線ＬＡＮに家庭３７の無線ＬＡＮ端末がぶら下がる例を示したが、更に隣接する他の家庭の無線ＬＡＮ端末がぶら下がることも可能である。
【００８１】
上記の様に、家庭３７の無線ＬＡＮに他の家庭３５の無線ＬＡＮ端末がぶら下がることを許容し、家庭３７がそれに見合う対価を家庭３５に支払うような金銭の授受が発生する場合、当事者通しが直接実施すると手続きが煩雑であったり、感情的な問題が発生しかねない（支払いの延滞や督促等）。これを仲介するサービスを実施すること、及び本願に記載の機能を持つ無線ＬＡＮを最初から貸与の形態で設置し、設置場所の近隣の家庭に加入を勧誘し、使用料金の一定額を徴収するサービスや、ＡＰ、ＧＷやＳＴをはじめとした種々の無線ネットワーク機器のレンタル・保守のサービスも可能である。
【００８２】
前記ぶら下がりモードは、図１０（１）に示す様にＡＰ間どうしが通信出来る位置関係にあった。しかし、この位置関係は常に成り立つわけではない。
【００８３】
ＡＰ間が直接通信できない場合でも、図１４（１）に示す様に両方のＡＰ５１，５２から通信出来るＳＴ５３が存在場合は、ぶら下がりモードが実現できる。この場合、ＳＴ５３がＡＰ５１のＳＴであり、かつＡＰ５２のＳＴの動作を行い、ＡＰ５１、５２間の通信の仲介を行う。このＳＴをプロキシーＳＴと称し、以降このＳＴによるぶら下がりモードをプロキシーぶら下がりモードとする。
【００８４】
各ＳＴは、監視ビーコンによる全チャネルの通信状態の監視により、親局であるＡＰ以外のＡＰからのパケット受信を確認することにより、プロキシーＳＴ可能な状態であることを判断できる。
【００８５】
ＡＰは、この様な位置関係にＳＴが存在するか否かを監視ビーコン応答によって把握しており、プロキシーぶら下がりモードを実施する場合、該ＳＴをプロキシーＳＴに指定する（複数ある場合は、受信状況が良い方等の何らかの判定理由により、一つのＳＴを選択する）。図中プロキシーＳＴ５３は、ＡＰ５１，５２間のパケットを双方のＡＰに中継すること共に以下に述べる複合ＰＣＦモードの仲介を実施する。。
【００８６】
ＡＰ５１、５２は、プロキシーＳＴが存在することにより、図１４（１）の動作環境においても、請求項３，４の動作・手順が実施できる。更に、図１４（２）に示す様にマスタＡＰ５１からのＰＣＦ期間の開始・終了を示すビーコン５１、及びＰＣＦｅｎｄ５１コマンドをプロキシービーコン及びプロキシーＰＣＦｅｎｄとして中継することにより、スレーブＡＰ５２においてもほぼ同時にビーコン５２及びＰＣＦｅｎｄ５２を送信することができる。このことにより、図１４（１）の位置関係にＡＰが存在する場合でも、ＡＰ間のＰＣＦ期間の衝突・干渉を回避することができる。
【００８７】
ぶらさがりモード（ＡＰ間で直接通信ができる場合）、及びプロキシーぶらさがりモード（中間のＳＴを介在してＡＰ間通信が出来る場合）を説明したが、ＡＰ間直接及びＳＴを介して通信ができない場合を、図１５（１）を用いて説明する。図中ＡＰ５４，５５は直接通信が出来ず、ＳＴ５６，５７もプロキシーの位置に存在しない。
【００８８】
図中ＡＰを中心とした半径Ｌ１の実線の円がデータ送受信可能な電波の到達範囲であり、Ｌ２はデータ送受信は不可能であるが相手に干渉を与える範囲である。通常は、Ｌ２＞＞Ｌ１であり、使用する電波の周波数に依存するがＬ２はＬ１の２倍程度とる。
【００８９】
この図の場合、請求項１記載の手法で異なるチャネルがＡＰに割り当てられるが、空きチャネル存在しない場合は、同一チャネルを使用すべき場合もある。同一チャネルを使用する場合、図中ＳＴ５７、５８は相手ＡＰより干渉を受けているため、請求項２記載のＡＰの監視ビーコンによる電波監視により干渉を検出し、いずれかのＡＰが該チャネルの使用を放棄することになる。このため、チャネルの使用効率を更に向上させる工夫が必要となる。
【００９０】
図１５（１）のＡＰ５４，５５で同一チャネルを使用する場合、ＰＣＦモードの様に一定周期の連続通信による干渉を回避するためには、現在まで説明してきた様に時間軸上での棲み分けが必要である。しかし、自営の無線ＬＡＮにおいては、公衆セルラ通信の様にＩＳＤＮ等の同期網にＡＰが接続されているとは限らない。
【００９１】
このためＡＰ間の同期を実現するため、図１５（２）に示す様にグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）等の測位技術を用いて、ＡＰ間の同期をとることが可能である。図中ＡＰ５９は、ＧＰＳの人工衛星５８からの信号をＧＰＳアンテナ６１で受信し、正確な時刻情報を入手する。同様に別の家屋のＡＰ６０は、ＧＰＳ信号をＧＰＳリピータ６２経由で受信する。ＧＰＳリピータ６２はＧＰＳアンテナが設置できない場合、屋外で受信したＧＰＳ信号を屋内に再送信する装置である。
【００９２】
これにより、ＡＰ５９，６０は正確な時刻を保有することになる。更にインターネット等の公衆網を介して、ネットワーク管理ＳＴ６３にアクセスし、ビーコン周期、ＰＣＦ期間の情報を入手・交換することにより、図１０（２）のぶら下がりモードと同様に二つの無線ＬＡＮで衝突せずにＰＣＦモードを分割して使用することが可能となる。これにより、ＡＰ間が直接通信できない場合、及びプロキシーＳＴが存在しない場合も干渉なく無線ＬＡＮの通信が可能である。
【００９３】
図１５（３）は、ＧＰＳ対応のＡＰの装置例であり、無線ＬＡＮのアンテナ６４、無線ＬＡＮインタフェース６５、公衆網インタフェース６６、ノード処理装置６７は、図１２に示すものと同一機能であり、これらが内部バス６８で接続されている。ＧＰＳアンテナ６９から受信された信号はＧＰＳ受信不７０において正確な時刻が検出され、ノード処理部６７に送られる。この情報と公衆網経由で入手するビーコン周期・ＰＣＦ期間の情報によりノード処理部は、無線ＬＡＮインテフェィスにおけるＰＣＦ期間の制御を行う。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、家庭等に設置される無線ＬＡＮにおいて、適切な無線チャネルの選択が可能である。
【００９５】
さらには、空き無線チャネルが存在しない場合でも、他の無線ＬＡＮの一部として動作することを可能とするため、少ない無線チャネル数においても収容無線ＬＡＮを増大することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無線装置の構成を示した図
【図２】本発明が適応される無線ＬＡＮの構成図
【図３】本発明が適応される無線ＬＡＮ上の伝送信号を示す図
【図４】本発明の動作説明に供する無線ＬＡＮ構成図
【図５】本発明の動作説明に供する親局側フローチャート
【図６】本発明の動作説明に供する子局側フローチャート
【図７】本発明の監視モードの説明図
【図８】本発明のぶら下がりモードの動作説明に供する無線ＬＡＮ構成図
【図９】本発明のぶら下がりモードの動作説明に供する親局フローチャート
【図１０】本発明のぶら下がりモードの動作説明に供する動作説明図
【図１１】本発明が適応した場合の公衆接続される家庭用無線ＬＡＮの構成図
【図１２】本発明の無線ＬＡＮゲートウェイ装置の構成図
【図１３】無線ＬＡＮのチャネル配置図
【図１４】本発明のプロキシーぶら下がりモードの説明に供する動作説明図
【図１５】本発明の独立した家庭用無線ＬＡＮにおける網同期の動作説明図
【符号の説明】
１、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１，２２、２７、２８、２９、３０、３９、４０ 親局（アクセスポイント：ＡＰ）
２、３、４、５、６、３１、３２、３３、３４、４１ 子局（ステーション：ＳＴ）
７、２３ ビーコンフレーム
８、１０ ポーリングパケット
９、１０、１３、１４ データパケット
１２ 集中管理通信モード終了コマンド（ＰＣＦ終了コマンド）
２４ 監視ビーコン
２５ 送信禁止期間
２６ 干渉電波
３５、３７ 家庭（家屋）
３６、３８ （家庭用）無線ＬＡＮ
４２ 無線ＬＡＮインタフェース
４３ 中継判定部
４４ 公衆・インタネットインタフェース
４５ ノード制御部
４６ トラヒックデータベース
４７ 内部バス
５１，５２、５４，５５、５９、６０ 親局（アクセスポイント：ＡＰ）
５３、５６，５７ 子局（ステーション：ＳＴ）
５８ ＧＰＳ衛星
６１ ＧＰＳアンテナ
６２ ＧＰＳリピータ
６３ ネットワーク管理ステーション
６４ 無線ＬＡＮアンテナ
６５ 無線ＬＡＮインタフェース
６６ 公衆網・インターネットインタフェース
６７ ノード処理部
６８ 内部バス
６９ ＧＰＳアンテナ
７０ ＧＰＳ受信部
７１ 無線部
７２ 変復調部
７３ ＭＡＣ部
７４ メモリ部
７５ ノード制御部
７６ 内部バス
７７ 外部インターフェース
７８ ビーコン生成部
７９ ＴＢＣＮタイマ部
８０ ＴＰＣＦタイマ部
８１ ＰＣＦend部
８２ ビーコン／ＰＣＦｅｎｄ折り返し部
８３ 受信電界強度測定部
８４ 誤り率測定部
８５ チャネル負荷測定部
８６ アンテナ

Claims (5)

1. 無線ネットワーク上で、少なくとも１つの無線通信子局とのデータ中継を行うアクセスポイントにおいて、
   使用可能な無線チャネルをスキャンし、使用できるチャネルがあるか否かを判定する手段と、
   前記使用できるチャネルのうちいずれか１つを使用チャネルに選択する手段と、
   選択された前記使用できるチャネルの情報を含むビーコンフレームを生成し、送信する手段とを備え、
   前記ビーコンフレームは、前記無線通信子局の送信を禁止する期間情報と、この期間に無線通信子局の周囲の無線チャネルの受信状況を測定する指示を含む監視ビーコンであることを特徴とするアクセスポイント。
2. 前記監視ビーコンを受けた無線通信子局から、前記監視ビーコン信号内に記載されている期間情報の間、データ送信を停止し、無線チャネルの受信電界強度、パケット誤り率、通信負荷のいずれかを測定した無線チャネル測定情報の通知を受けることを特徴とする請求項１に記載のアクセスポイント。
3. 前記ビーコンフレームは、すべての前記無線通信子局の送信を禁止する指示を含む監視ビーコンであることを特徴とする請求項１記載のアクセスポイント。
4. 無線ネットワーク上で、アクセスポイントと無線通信を行う無線通信子局において、
   前記アクセスポイントから送信されたビーコンフレームの応答として、周辺の受信環境を監視する手段と、
   前記監視したその状況を前記アクセスポイントに報告する手段とを有し、
   前記ビーコンフレームの応答として、前記ビーコンフレームに記載されている期間情報の間、データ送信を停止するとともに、無線チャネルの受信電界強度、パケット誤り率、通信負荷のいずれかを測定して前記アクセスポイントに報告する無線通信子局。
5. 複数の前記ビーコンフレームを受信したときに、監視を行ない、あるいは報告を行う請求項４に記載の無線通信子局。

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