JP4751394B2 - 無線ｌａｎにおいてチャネルを割り当てるためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本願は、開示の全体が本明細書に組み込まれている、２００４年８月３１日に出願した「Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｔｒｏｕｇｈｐｕｔ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｉｎ ａ Ｄｅｎｓｅ ＷＬＡＮ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ」という名称の米国特許仮出願第６０／６０６，０２０号の優先権を主張する。

過去数年間に、移動デバイスの使用が、ますます一般的になるにつれ、商業施設および公共施設におけるＷＬＡＮ（無線ローカル・エリア・ネットワーク）の実施が、より普及してきている。例えば、ＷＬＡＮは、オフィスビル、図書館、およびカフェなどにおいて設置されることが可能である。ＷＬＡＮは、配線を使用するのではなく、電波を使用してノード間で通信するタイプのローカル・エリア・ネットワークである。具体的には、１つまたは複数の「ＡＰ」（アクセス・ポイント）が、通信ネットワークに結線されることが可能である。ＡＰは、ＡＰサービスエリア内に位置する複数のＷＬＡＮ局に／から、「ＲＦ」（無線周波数）信号を送受信することができる。このため、局は、通信ネットワークと、また通信ネットワークを介して通信することができる。

ＷＬＡＮ技術を実施する環境のサイズに応じて、十分なカバレッジを提供するために、大量のＡＰが、必然的に配備される可能性がある。例えば、何人もの従業員が、ＷＬＡＮにアクセスしようと試みている大型のオフィスビルは、相当な数量のＡＰの配備を要求する可能性がある。しかし、ＡＰの配置は、極めて重要である。非常に接近したＡＰが、互いに干渉することは望ましくない一方で、遠く離れて配置されたＡＰが、不十分なカバレッジしか提供しないことも望ましくない。干渉により、ＡＰを介して伝送されるデータ・パケットが壊れること、伝送遅延、および低下したパフォーマンスがもたらされる可能性がある。さらに、２つのＡＰの間で等距離に位置する局は、各ＡＰに絶えず再関連し、そのため、パフォーマンスおよび効率を犠牲にして、行き来するように切り替わる可能性がある。不十分なカバレッジにより、１つまたは複数のＷＬＡＮ局が、ネットワークへの安定した接続を維持できないことが生じる可能性がある。

高密度のＷＬＡＮ配備は、いくつかの理由で不可避である。例えば、そのような配備は、大規模なＷＬＡＮに関するカバレッジの穴を無くし、高いＳＮＲ（信号対雑音比）を維持して、あらゆるところで高いデータ転送速度を保証するのに必要である可能性がある。さらに、密集した場所（例えば、集合住宅）では、所有者の異なる多くのＡＰが、調整なしに配備される可能性がある。高密度のＷＬＡＮ配備が存在する場合、ＷＬＡＮ局のスループットが、低下する可能性がある。例えば、ＷＬＡＮ局が関連付けられる近隣のＡＰ群に、チャネルが不十分に割り当てられている場合、各ＷＬＡＮ局は、各ＷＬＡＮ局のＡＰとデータを交換するために、同一のチャネルを得ようと競わなければならない可能性がある。このため、チャネルは、過負荷になる。利用できる他のチャネルが存在する可能性があるものの、チャネルの数は、通常、限られている。少数のチャネルだけが利用可能であり、相当な数の局が、ネットワーク・アクセスを要求している状態で、依然として、ＷＬＡＮに問題（例えば、スループットおよび干渉に関して）が存在する。このため、干渉を最小限に抑え、全体的なスループットを最大化しながら、ＷＬＡＮにおける複数のＡＰを配備する効率的な方法が、所望される。
米国特許仮出願第６０／６０６，０２０号

通信するための少なくとも２つのチャネルをそれぞれが含み、その他のアクセス・ポイントの少なくとも１つにそれぞれが隣接する、複数のアクセス・ポイントに関するトラフィック負荷情報を受け取るための方法。各アクセス・ポイントの各チャネルのスループットが、各アクセス・ポイントに関するトラフィック負荷情報、およびあらゆる近隣のアクセス・ポイントに関するトラフィック負荷情報に基づいて算出される。算出された最大のスループットを有するチャネルが、各アクセス・ポイントに関して選択される。すると、各アクセス・ポイントは、定義された確率で、選択されたチャネルに切り替わる。

複数の移動ユニットと、移動ユニットと通信するための少なくとも２つのチャネルを含み、アクセス・ポイントに関するトラフィック負荷情報、およびあらゆる近隣のアクセス・ポイントに関するトラフィック負荷情報をそれぞれが記憶し、移動体と通信するための最良のチャネルをそれぞれが判定し、定義された確率で、各アクセス・ポイントをその最良のチャネルにそれぞれが切り替える、複数のアクセス・ポイントとを有するシステム。

通信するための少なくとも２つのチャネルをそれぞれが含み、その他のアクセス・ポイントの少なくとも１つにそれぞれが隣接し、通信するための最良のチャネルをそれぞれが判定し、定義された確率で、各アクセス・ポイントを選択されたチャネルにそれぞれが切り替える、複数のアクセス・ポイントに関するトラフィック負荷情報を受け取るための方法。

移動ユニットと通信するための少なくとも２つのチャネルを含み、トラフィック負荷情報をそれぞれが収集する、複数のアクセス・ポイントを有するシステム。システムは、複数のアクセス・ポイントに関するトラフィック負荷情報を受け取り、各アクセス・ポイントが移動ユニットと通信するのに最良のチャネルを判定し、その最良のチャネルを示す通信を各アクセス・ポイントに送信するコントローラをさらに含み、各アクセス・ポイントは、定義された確率で、その最良のチャネルに切り替わる。

本発明は、以下の説明、および同様の要素が同一の符号で参照されている、添付の図面に関連して、さらに理解することができる。本発明は、複数のユーザに無線ローカル・エリア・ネットワーク・アクセスを提供することの分野における欠点に対処する。より具体的には、本発明の諸実施形態は、重なり合うサービスエリアを有する複数のアクセス・ポイントが無線アクセスを提供する、システムを可能にする。

従来のＷＬＡＮでは、重なり合うサービスエリア内で、第１のＡＰと第２のＡＰが、同一のチャネル上で伝送することからもたらされる、同一チャネル干渉に関する諸問題が、存在する可能性がある。つまり、第１のＡＰによって生成された信号が、第２のＡＰによって生成された信号も到達するサービスエリアにわたって、ブロードキャストされる可能性がある。第１のＡＰと第２のＡＰは、同一のネットワークに接続されていることも、異なるネットワークに接続されていることも可能である。さらに、従来のＷＬＡＮは、無許可のスペクトル内で動作するので、無線媒体（例えば、ＡＰ）には、「ＣＳＭＡ／ＣＡ」（衝突回避機能付きキャリア検知多重アクセス）を使用せずに、同一の周波数帯域上で動作する他のタイプの無線デバイスの存在により、非常に雑音が多い可能性がある。このため、データ・フレームは、しばしば、壊れる可能性がある。この説明の全体にわたって、「近隣の」ＡＰ群、および「隣接した」ＡＰ群という用語は、重なり合うサービスエリアを有する、あらゆるＡＰを表すのに使用される。

本発明によれば、チャネルは、重なり合うサービスエリアを有する複数のＡＰに動的に割り当てられる。チャネル割り当ては、近隣のＡＰ群の間で最小の干渉しか生じさせず、ネットワークの全体的なスループットを最適化するように設計される。本発明の実施形態では、すべてのＡＰが、そのＡＰの近隣のＡＰ群のトラフィック負荷、およびそれらのＡＰによって現在のタイムスロットで使用されているチャネル群に基づき、次のタイムスロットで、そのＡＰが使用すべき最良のチャネルを、同時に判定する。具体的には、すべてのＡＰが、そのＡＰの独自のトラフィック負荷に関するトラフィック負荷情報、および近隣のＡＰ群のトラフィック負荷に関するトラフィック負荷情報を収集することが可能である。次に、すべてのＡＰが、収集されたトラフィック負荷情報に基づき、各チャネル上におけるそのＡＰの可能なスループットを予測し、予測された最大のスループットに対応する最良のチャネルを見出す。しかし、ＡＰは、必ずしも最良のチャネルに切り替わるとは限らない。そうではなく、ＡＰは、ある一定の確率で最良のチャネルに切り替わり、その確率は、好ましくは、０と１の中間である。ＡＰは、以上のプロセスを絶えず繰り返すことができる。したがって、すべてのＡＰでユーザ当たりのスループットが、向上し、ネットワーク全体の全体的なスループットが、向上する。任意のトラフィック負荷分布、および任意の初期チャネル割り当てを所与として、ネットワークの全体的なスループットが、短期間で向上することが可能である。

図１は、本発明による例示的なシステム１を示す。図示されるとおり、複数のＡＰ１０、１２、１４、１６が、通信ネットワーク６０に結線されている。各ＡＰ１０〜１６は、各ＡＰ１０〜１６が、信号を送受信することができる、対応するサービスエリア２０、２２、２４、２６を有する。システム１は、複数のＷＬＡＮ局４０〜４９も含むことが可能である。局４０〜４９は、ラップトップ・コンピュータとして図１に示されているが、局は、無線で通信することができる任意のタイプの移動ユニット（例えば、移動電話機、パーソナル・デジタル・アシスタント、ポケットベルなど）であることが可能であることが、当業者には理解されよう。また、システム１は、４つのＡＰ１０〜１６、および１０のＷＬＡＮ局４０〜４９だけを示しているが、任意の数のＡＰおよび局が、ＷＬＡＮに存在することが可能であることも、当業者には理解されよう。ＡＰ１０〜１６の１つに関連することにより、各ＷＬＡＮ局４０〜４９は、ネットワーク６０と通信することができ、そのため、ネットワーク６０に接続された他の局４０〜４９または他の任意のデバイスと通信することができる。

システム１は、商業施設および／または公共施設に存在するレイアウトを表すことが可能である。局４０〜４９は、システム１によって占められるエリア全体にわたって移動することが可能であり、局４０〜４９のユーザは、シームレスにそのような移動を行うことができるものと見込んでいることが可能である。したがって、システムにおけるカバレッジの穴を最小限に抑えて、ユーザが、ＡＰ１０〜１６のサービスエリア２０〜２６の１つまたは複数を介してネットワーク６０への安定した接続を維持することができるようにすることが、重要である可能性がある。したがって、サービスエリア２０〜２６は、重なり合うことを要求されることが可能である。

図示されるとおり、ＡＰ１０は、局４０〜４３に関連付けられており、そのため、その他のＡＰ１２〜１６より重い負荷を有する。したがって、ＡＰ１０が、いずれの隣接するＡＰ１２〜１６とも同一のチャネル上で動作することは、そのような動作により、少なくともＡＰ１０のスループットが減少する可能性があるため、非効率である可能性がある。しかし、より軽い負荷がかかっている２つのＡＰ（例えば、ＡＰ１２および１６）が、同一のチャネル上で動作することは、非効率でない可能性がある。従来のシステムでは、チャネルは、所定の時点で割り当てられることが可能である。チャネル割り当ては、当初、効率的である可能性があるものの、それぞれのＡＰの負荷は、ＷＬＡＮ局が、ＡＰを介してネットワークに対する接続および切断を行うにつれ、かつ／または局が、様々なサービスエリアに出入りして移動するにつれ、変化する可能性がある。本発明によれば、チャネルの最も効率的な割り当ては、ＷＬＡＮにおけるＡＰ群の負荷変動にかかわらず、維持されることが可能である。

図２は、ＷＬＡＮの全体的なスループットを最適化するための例示的な方法２００を示す。方法２００を、図１のシステム１に関連して、説明する。しかし、方法２００、および方法２００の変種は、いくつもの代替のネットワーク・アーキテクチャ上で実施されてもよいことが、当業者には認識されよう。

工程２１０で、各ＡＰ１０〜１６が、各ＡＰ１０〜１６自体のトラフィック負荷情報、および近隣のＡＰ群のトラフィック負荷情報を収集する。トラフィック負荷情報には、例えば、スループット情報、現在の時点で各ＡＰ１０〜１６に関連付けられているＷＬＡＮ局４０〜４９の数などが含まれることが可能である。例えば、ＡＰ１０に関係するトラフィック負荷情報は、ＡＰ１０が、４つの局（すなわち、４０、４１、４２、４３）に関連付けられていることを示すことが可能である。本発明の１つの例示的な実施形態では、各ＡＰ１０〜１６は、さらなる用途／計算のために、各ＡＰ１０〜１６自体、および近隣のＡＰ群によってトラフィック負荷情報が容易に獲得され、利用されることが可能であるセル内にトラフィック負荷情報を記憶することが可能である。

第１の例示的な実施形態では、各ＡＰは、「ＲＦ」（無線周波数）信号を使用して、そのＡＰのセル内で、そのＡＰ独自のトラフィック負荷情報を定期的にブロードキャストする、すなわち、トラフィック負荷情報は、ＡＰによって、そのＡＰのサービスエリア内において無線でブロードキャストされる。重なり合うサービスエリアを有するすべてのＡＰは、そのブロードキャストをリッスンし、ブロードキャストを行うＡＰに関するトラフィック負荷情報を収集することができる。例えば、ＡＰ１０が、サービスエリア２０にわたってＡＰ１０のトラフィック負荷情報をブロードキャストすると、ＡＰ１２およびＡＰ１４（サービスエリア２０と重なり合うサービスエリア２２および２４をそれぞれ有するＡＰ群）は、そのブロードキャストを受信し、そのため、ＡＰ１０のトラフィック負荷情報が、ＡＰ１２およびＡＰ１４に通知される。また、残りのＡＰ１２〜１６も、ＡＰ１２〜１６のトラフィック負荷情報をブロードキャストし、重なり合うカバレッジを有する、いずれのＡＰも、そのブロードキャストを受信する。このため、すべてのＡＰは、それらのＡＰ独自のトラフィック負荷情報、およびあらゆる隣接するＡＰ群、すなわち、重なり合うサービスエリアを有するＡＰ群に関するトラフィック負荷情報を有する。

第２の例示的な実施形態では、各ＡＰ１０〜１６は、マルチキャストＩＰアドレスを一緒にして、そのマルチキャストＡＰアドレスを使用して、各ＡＰ１０〜１６のトラフィック負荷情報を定期的にブロードキャストすることができる。さらに、各ＡＰ１０〜１６は、各ＡＰ１０〜１６の近隣のＡＰ群に関するＭＡＣアドレス（または他の識別情報）もブロードキャストすることができる。この伝送は、ネットワークの有線部分を介して実行されることが可能である。それらのマルチキャストを監視することにより、各ＡＰは、そのＡＰの独自のトラフィック負荷情報、およびあらゆる隣接するＡＰ群に関するトラフィック負荷情報を再び得る。

第３の例示的な実施形態では、システム１は、コントローラ（図示せず）をさらに含むことが可能である。コントローラは、例えば、有線ブロードキャストを受信することにより、かつ／またはＡＰ群にポーリングを行って情報を収集することにより、ＡＰ群から情報を収集することができる、ネットワーク・サーバまたはネットワーク機器などのネットワーク・デバイス上に読み込まれる、ソフトウェア・モジュールであることが可能である。この場合も、ブロードキャストまたはポーリング応答は、ＡＰ群の各ＡＰに関するトラフィック負荷情報、および近隣のＡＰ群のＭＡＣアドレスを含むことが可能である。次に、コントローラは、その情報を編成して（例えば、近隣のＡＰ群に基づき）、その情報をＡＰ群に配信することができる。代替の実施形態では、コントローラは、すべての情報を収集し、ＡＰ群の各ＡＰに関するチャネル判定を行い、そのチャネル判定をＡＰ群に通信することができる。このため、例示的な方法２００は、ＡＰ群によって実行されるものとして説明されているが、方法の一部分を、他の何らかのネットワーク・デバイス、例えば、ネットワーク・コントローラによって実行させることも可能である。

このため、工程２１０の完了時に、ＡＰ群の各ＡＰに関するトラフィック負荷情報は、知られており、記憶されていて、例えば、各ＡＰが、そのＡＰ、および隣接するＡＰ群に関するトラフィック負荷情報を含む。工程２２０で、各ＡＰ１０〜１６が、各ＡＰ１０〜１６の近隣におけるＷＬＡＮの各チャネルに関する予測されるスループットを計算する。前述したとおり、ＷＬＡＮは、複数のチャネルを有することが可能であり、チャネルの数は、ネットワークの複雑さに依存する。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ標準またはＩＥＥＥ８０２．１１ｇ標準に準拠するネットワークは、３つのチャネルを有することが可能である一方で、８０２．１１ａ標準に準拠するネットワークは、１１のチャネルを有することが可能である。チャネルの数が増加するにつれ、干渉が生じる可能性は低くなる。しかし、さらなるチャネルを有することによって受ける利益は、かなりコストが高くつく可能性がある。

本発明の一実施例では、ＡＰ１０〜１６は、チャネルに関する最大スループットを、ＡＰ１０〜１６の負荷の関数として予測することができる。例えば、ｋが、チャネル（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇネットワークに関するチャネル１、２、または３）であり、（ｉ，ｊ）が、ＡＰの位置（ＡＰ群の長方形アレイ・レイアウトに基づく）を表す、最大スループットＰ_ｋ（ｉ，ｊ）は、以下の数式を使用して計算されることが可能である。すなわち、

この数式で、Ｍ（ｉ，ｊ）は、ＡＰに関連付けられたＷＬＡＮ局の数である。Ｓ_ｋは、位置（ｉ，ｊ）におけるＡＰに隣接しており、同一のチャネルｋを使用しているＡＰセットを表す。

別の実施形態では、ＡＰ１０〜１６は、負荷の分析、およびスループット対負荷の事前設定された、または推定された関係に基づき、各チャネルに関するスループットを予測することができる。例えば、各ＡＰは、理論上のスループット対負荷曲線を記憶し、その理論上の曲線に基づき、推定されたスループットを算出することができる。理論上の曲線は、ネットワーク（または他の類似のネットワーク）に関する観察された値に基づき、またはネットワーク・アーキテクチャに最も適切な、対応するパラメータ値を使用する計算を介して、生成されることが可能であることが、当業者には理解されよう。

本発明のさらに別の実施形態では、ＡＰ１０〜１６は、各チャネルに関して、ＡＰ１０〜１６の近隣における予測される総計トラフィック負荷分布曲線を計算することにより、スループットを予測することができる。例えば、ＡＰ１０は、総計トラフィック負荷対チャネル数のプロットを生成することができ、総計トラフィック負荷は、特定のチャネル上で隣接するＡＰ１２、１４、１６を介してネットワーク６０にアクセスする移動局４０〜４９の数を表す。

工程２３０で、各ＡＰは、そのＡＰのスループットを最大化するために動作が行われるべき、最良のチャネルを判定する。本発明の一実施形態では、最良のチャネルｋ_ｍは、以下の数式を使用して任意の１つのチャネルの最大スループットを算出するために、前述した数式に基づいて算出されることが可能である。すなわち、

この実施形態は、すべてのＡＰが、協力的であり、干渉が全く存在しない場合、複数のＡＰの全体的なシステム・スループットを最大化するように使用されることが可能である。また、この実施形態は、非協力的なＡＰ群および／または他のタイプのＲＦ干渉信号が、ネットワーク内に存在する場合に、使用されることも可能である。しかし、そのような状況では、すべてのＡＰが、以下に説明されるとおり、切り替え確率ｐに関して、さらなる計算を実行することが可能である。

各ＡＰが、予測される総計トラフィック負荷分布曲線を計算する、工程２２０に関連して前述した実施形態では、各ＡＰ１０〜１６は、その曲線に基づいて最良のチャネルを見出すことができる。例えば、各ＡＰ１０〜１６は、最も平坦な総計トラフィック負荷分布曲線に対応するチャネルを選択することができる。

工程２４０で、各ＡＰは、工程２３０で判定された最良のチャネルに切り替わる。しかし、ＡＰは、必ずしも最良のチャネルに切り替わるとは限らない。そうではなく、ＡＰは、何らかの一定の確率で最良のチャネルに切り替わり、その確率は、好ましくは、０と１の中間である。切り替え確率により、ある程度のランダム性が、チャネル切り替えに加わる。図５に関連して以下に説明するとおり、ｐ＝０．５という切り替え確率が、最適である可能性がある。

非協力的なＡＰ群および／または他のタイプのＲＦ干渉信号が、ネットワーク内に存在する、本発明の実施形態では、すべてのＡＰが、確率ｐ’を計算することが可能である。ｐ’の計算は、現在のスループットと予測されるスループットの差、およびＡＰが、現在のチャネルを使用したままである時間に基づくことが可能である。確率は、スループットの差、および／または滞留時間が増加するにつれ、増大する。以上の実施形態は、非協力的なＡＰ群に限定されず、以上の諸状況において最も効果的に機能することが示されている。

図２に示されるとおり、次に、方法２００は、工程２１０に戻って、繰り返すことが可能である。つまり、ＡＰ１０〜１６は、方法２００を絶えず実行して、ＷＬＡＮにおける変化に適応するために、パフォーマンスを停止する必要がないことが可能である。変化が全く生じない場合、各ＡＰ１０〜１６が、各ＡＰ１０〜１６の最良のチャネルを使用する均衡状態が、かなり迅速に達せられる。

方法２００の工程のコンピュータ・シミュレーションの有効性が、検証されている。シミュレーションの結果が、図３〜図５に示されている。このシミュレーションには、すべてのＡＰの最大スループットＰ_ｋ（ｉ，ｊ）を計算すること、最良のチャネルｋ_ｍを判定すること、および確率ｐで、そのチャネルｋ_ｍに切り替わることが関与した。このシミュレーションに関して、工程２１０に関連して説明したとおり、ＷＬＡＮ上のすべてのＡＰが、負荷情報をブロードキャストし、すべての隣接するＡＰからのブロードキャスト情報を検出するものと想定される。しかし、シミュレーションに関与する工程、および結果は、例示的であり、そのため、限定的ではなく、例示的であると見なされるべきであることを理解されたい。

図３ａは、各ドットが、１つのＡＰを表す、ＷＬＡＮにおけるＡＰ群の高密度のポピュレーションを表すグリッド３００を示す。図示されるとおり、１００のＡＰが、１０×１０のマトリックスに配置される。しかし、編成は、任意の数および／または任意の配置のＡＰを含むことが可能である。例えば、４０のＡＰを配備するオフィスビルが、５×８のマトリックス、または特定の区域に集中した数のＡＰが配置される代替の設計を使用することが可能である。

図示されるとおり、各ＡＰの負荷は、各ドットのサイズによって表される。具体的には、大きいドットは、相当な数の局が関連付けられているＡＰ群を表すのに対して、小さいドットは、少ない数の局が関連付けられているＡＰ群を表す。それぞれのＡＰの負荷は、隣接するＡＰ群のスループットにだけ影響を与える。例えば、同一のチャネルを使用する３つのＡＰ、Ｘ、Ｙ、Ｚが一列に並んで存在する場合、ＸおよびＺの負荷は、Ｙのスループットに影響を与える。しかし、Ｘの負荷は、Ｚのスループットには影響を与えず、その逆も同様である。信号を送受信するのに各ＡＰによって使用されるチャネルは、ドットを囲むボックスの色（またはシェーディング）によって表される。見て取ることができるとおり、グリッド３００のＷＬＡＮ上で使用される３つのチャネルが、存在する。しかし、それらのチャネルは、ＡＰ群に効率的に割り当てられておらず、そのため、ネットワークの全体的なスループットが、低下する。

グリッド３００内で、いくつかのＡＰから成る近隣（例えば、近隣３１０）が、形成されることが可能である。近隣３１０は、３×３のＡＰマトリックスによって形成されるが、近隣は、任意の数および／または配置の隣接するＡＰを含むことが可能である。さらに、ＡＰは、同時に複数の近隣に存在してもよい。例えば、図３ａで見て取ることができるとおり、近隣３１０に存在するいくつかのＡＰは、近隣３１５にも存在する。本発明の例示的なシステム、方法、および結果の分析は、以下で見られるとおり、３×３マトリックスの使用によって容易にされることが可能である。しかし、３つのチャネルを利用するネットワークにおける、９つのＡＰの近隣を分析すると、各近隣における一部、またはすべてのＷＬＡＮ局およびＡＰが、あるチャネルを共用しなければならないことは、不可避である。

図３ｂは、均衡状態に達した後のグリッド３００のＡＰ群のポピュレーションを表すグリッド３２０を示す。見て取ることができるとおり、各ＡＰの負荷は、そのままである。しかし、チャネル（３つの異なるシェードで表される）は、本発明の実施形態に従って割り当てられて、それぞれのＡＰのスループットを向上させている。

近隣３３０は、すべてのＡＰが、収束した（すなわち、それらのＡＰが、均衡状態に達した）、近隣３１０のＡＰ群の状態を表す。近隣３１０と近隣３３０の違いに注目すると、どのように全体的なスループットが向上しているかが、明確に示されることが可能である。多数の関連するＷＬＡＮ局を有する近隣のＡＰ群は、異なるチャネルを使用し、少数の関連するＷＬＡＮ局を有する近隣のＡＰ群は、あるチャネルを共用することが可能であることを見て取ることができる。つまり、あるＡＰが、そのＡＰの近隣３３０において最大である傾向にある場合、そのＡＰは、最小限の共用でチャネルを得る傾向にあり、比較的軽い負荷がかかっている、隣接するＡＰ群は、同一のチャネルで一緒にグループ化される傾向にある。したがって、各ＡＰが、最大スループットで動作しており、そのため、グリッド３２０のＡＰ群を含むＷＬＡＮは、最大スループットで動作していることが可能である。

図４は、時間にともなう全体的なスループットの変化を表すプロットを示す。このプロットのｘ軸は、本発明による方法（例えば、方法２００）の反復回数０〜３０を示す。ｙ軸は、ネットワーク（例えば、図１のシステム）の全体的なスループットを示す。見て取ることができるとおり、プロットされた点の曲線４００は、最初の数回数以内に急に上昇する。具体的には、０回から５回までに、ネットワークの全体的なスループットは、１２から、およそ１８．５まで増加した。また、曲線４００は、５回〜１０回の間で上昇しつづけるが、その後、第１０回の後、漸減しはじめることも見て取ることができる。およそ第１７回で、曲線４００は、上昇するのを止めて、均衡状態に達したことが示される。

均衡状態では、すべてのＡＰが、そのＡＰのローカル・スループットを最大化する最良のチャネルを使用している。そのため、高密度のＷＬＡＮの全体的なスループットが、大幅に向上しているはずである。このことは、２０回未満で方法２００によって達せられる７０％の向上を示す、図４のプロットによって確認される。そのような速さで均衡状態に達することが可能であるのは、方法２００の分散コンピューティングの性質のためである。つまり、計算は、中央コントローラによって実行されるのではなく、各ＡＰ１０〜１６において個別に実行されることが可能であるため、より迅速に実行されることが可能である。

図５は、切り替え確率ｐが変更されるのにつれての、収束速度の変化を表すプロットを示す。図４のプロットと同様に、ｘ軸は、方法２００の反復回数を表し、ｙ軸は、ＷＬＡＮの全体的なスループットを表す。高密度のＷＬＡＮのレイアウトを所与として、収束時間（すなわち、均衡状態に達するのにかかる時間）を最小化することができる最適な切り替え確率が存在する。プロットの各曲線は、異なる切り替え確率に対応し、ランダムに生成された１０００の初期チャネル割り当てと負荷分布を使用した、平均で１０００回のシミュレーション実行を表す。

分析を容易にするため、ｐ＝１．０、ｐ＝０．９、ｐ＝０．１、およびｐ＝０．５というそれぞれの切り替え確率に対応する曲線５１０、５１５、５２０、および５２５を考慮することができる。曲線５１０によって示されるとおり、チャネル切り替えに全くランダム性が存在しない、ｐ＝１．０という切り替え確率は、ネットワーク上のＡＰ群を収束させるのに効果がない。つまり、ＡＰ群が、最良のチャネルに常に切り替わるＷＬＡＮは、均衡に達することができない可能性がある。このことは、図３ａ〜図３ｂに示されるとおり、高いトラフィック負荷がかかっているＡＰ群は、かたまりになる傾向があり、同一の区域における最大の負荷がかかっているそれらのＡＰのそれぞれが、同一のチャネルを選択して、所望される向上したスループットを可能にしない可能性があることによりもたらされる可能性がある。

曲線５１５によって示されるとおり、ｐ＝０．９という切り替え確率が、ＡＰ群を収束させるのに使用されることが可能である。しかし、この切り替え確率は、均衡に達するのに途方もない反復回数を要するという点で、非効率的である。曲線５１５は、図５に示された５０回以内では、ほんの少しの均衡状態にさえ達しない。切り替え確率がｐ＝０．１である曲線５２０によって示される、ＷＬＡＮ上のＡＰ群は、かなり迅速に収束する。曲線５２０は、ネットワークの全体的なスループットの絶え間ない向上を示して、着実に上昇し、およそ３５回の後、均衡に達する。曲線５２５は、ｐ＝０．５という切り替え確率が最適であることを示す。急に上昇した後、曲線５２５は、代替の切り替え確率を表すその他の曲線のいずれよりも前に、ＡＰ群の収束を表す点で安定しはじめる。

本発明は、いくつかの点で特に有利であることが実証される可能性がある。１つには、重なり合うサービスエリアを有する複数のＡＰが、配備され、したがって、カバレッジの穴が全く存在しないＷＬＡＮが、存在することが可能である。したがって、ＷＬＡＮ局を操作するユーザらは、安定した無線接続を維持しながら、ネットワークにわたってシームレスに移動することができる。さらに、このＷＬＡＮの運用は、より少数のチャネルしか要求されない可能性があり、中央コントローラが、必要とされないので、費用対効果が大きい可能性がある。限られた数のチャネルにもかかわらず、ＡＰ群は、ＷＬＡＮ局を最小の干渉に関連付けることができる。また、このシステムおよび方法の単純さのため、比較的少量の計算能力しか要求されない。

本発明の別の利点は、徹底的なシミュレーションによって明らかにされる、高いパフォーマンスである。具体的には、シミュレーションは、ＷＬＡＮにおける重なり合うサービスエリアを有する複数のＡＰが、本発明による方法の数回の反復で均衡に達することが可能であることを検証している。このため、ネットワークの全体的なスループットは、比較的短い期間で向上する。

さらなる利点は、チャネルを割り当てるためのシステムおよび方法が、自己適応型であることである。つまり、ＡＰ群は、ＷＬＡＮにおける変化に適応するのに、本方法を実行するのを休止する、または停止する必要はない。変化が全く生じない場合、ＷＬＡＮのＡＰ群は、より急速に均衡状態に達する。本発明は、一様でないトラフィック条件の下でＷＬＡＮのパフォーマンスを最適化することに関して、特に有利である可能性がある。というのは、本発明は、ＷＬＡＮが、非常に少ない反復回数で均衡に達するのを適応的に可能にすることが示されているからである。

本発明を、特定の例示的な諸実施形態に関連して説明してきた。本発明の教示を逸脱することなく、本発明の詳細に変更を行うことが可能であることが、当業者には理解されよう。したがって、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の最も広い範囲を逸脱することなく、それらの実施形態に様々な変形および変更が加えられることが可能である。したがって、明細書および図面は、限定的ではなく、例示的であると見なされるべきである。

本発明によるシステムの例示的な実施形態を示す図である。 本発明による方法の例示的な実施形態を示す図である。 ＷＬＡＮにおけるＡＰ群へのチャネル割り当ての例示的な実施形態を示す図である。 本発明によるＷＬＡＮにおけるＡＰ群への最も効率的なチャネル割り当ての例示的な実施形態を示す図である。 本発明による例示的な方法のシミュレーション出力を示す図である。 本発明による例示的な方法の別のシミュレーション出力を示す図である。

Claims (22)

1. 複数のアクセス・ポイントに関するトラフィック負荷情報を受け取る処理工程であって、各アクセス・ポイントが通信するための少なくとも２つのチャネルを含み、他のアクセス・ポイントの少なくとも１つに隣接している処理工程と、
   各アクセス・ポイントの各チャネルのスループットを、各アクセス・ポイントに関する前記トラフィック負荷情報、およびあらゆる近隣のアクセス・ポイントに関する前記トラフィック負荷情報に基づいて算出する処理工程と、
   算出された最大のスループットを有する前記チャネルを、各アクセス・ポイントに関して選択する処理工程と、
   定義された確率で、各アクセス・ポイントを前記選択されたチャネルに切り替える処理工程であって、前記確率が、現在のスループットと、各アクセス・ポイントが現在のチャネル上に留まる時間にわたる、予測されるスループットとの間の差に基づいている処理工程とを含む方法。
2. 前記トラフィック負荷情報は、各アクセス・ポイントに関連付けられた移動ユニットの数と、各アクセス・ポイントの実際のスループットのいずれかを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記各アクセスポイントは、３つのチャネルを含む、請求項１に記載の方法。
4. 請求項１に記載の処理工程の各々を繰り返すことをさらに含む請求項１に記載の方法。
5. 前記確率は、０と１の中間である、請求項１に記載の方法。
6. 前記確率は、０．５である、請求項５に記載の方法。
7. 複数の移動ユニットと、
   前記移動ユニットと通信するための少なくとも２つのチャネルを含み、アクセス・ポイントに関するトラフィック負荷情報、およびあらゆる近隣のアクセス・ポイントに関するトラフィック負荷情報をそれぞれが記憶し、前記移動体と通信するための最良のチャネルをそれぞれが判定し、定義された確率で、各アクセス・ポイントを前記最良のチャネルにそれぞれが切り替える、複数のアクセス・ポイントであって前記確率が、現在のスループットと、各アクセス・ポイントが現在のチャネル上に留まる時間にわたる、予測されるスループットとの間の差に基づく、複数のアクセス・ポイントを備えるシステム。
8. 前記最良のチャネルは、各アクセス・ポイントに関する前記トラフィック負荷情報、およびあらゆる近隣のアクセス・ポイントに関する前記トラフィック負荷情報に基づき、各アクセス・ポイントの各チャネルのスループットを計算して、各アクセス・ポイントに関して、算出された最大のスループットを有する前記チャネルを選択することによって決定される、請求項７に記載のシステム。
9. 前記トラフィック負荷情報は、総計トラフィック負荷分布であり、前記最良のチャネルは、総計トラフィック負荷分布曲線に基づいて判定される、請求項７に記載のシステム。
10. 前記最良のチャネルは、記憶されたスループット対トラフィック負荷曲線に基づいて判定される、請求項７に記載のシステム。
11. 各アクセス・ポイントは、前記トラフィック負荷情報を前記アクセス・ポイントのサービスエリアに無線伝送する、請求項７に記載のシステム。
12. 各アクセス・ポイントは、前記トラフィック情報を有線ネットワークに伝送する、請求項８に記載のシステム。
13. 各アクセス・ポイントは、マルチキャストＩＰアドレスを介して前記トラフィック情報を前記有線ネットワークに伝送する、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記アクセス・ポイント群と前記移動ユニット群は、ＷＬＡＮを形成する、請求項７に記載のシステム。
15. 各移動ユニットは、１つのアクセス・ポイントに関連し、前記トラフィック負荷情報は、各アクセス・ポイントに関連付けられた移動ユニットの数を含む、請求項７に記載のシステム。
16. 複数のアクセス・ポイントに関するトラフィック負荷情報を受け取る処理工程であって、各アクセス・ポイントが
    通信するための少なくとも２つのチャネルを含み、他のアクセス・ポイントの少なくとも１つに隣接している処理工程と、
    通信するための最良のチャネルを判定する処理工程と、
    定義された確率で、各アクセス・ポイントを前記選択されたチャネルに切り替える処理工程であって、前記確率が、現在のスループットと、各アクセス・ポイントが現在のチャネル上に留まる時間にわたる、予測されるスループットとの間の差に基づいている処理工程と、を含む方法。
17. 前記最良のチャネルを前記判定することは、
    各アクセス・ポイントの各チャネルのスループットを、各アクセス・ポイントに関する前記トラフィック負荷情報、およびあらゆる近隣のアクセス・ポイントに関する前記トラフィック負荷情報に基づいて算出すること、および
    算出された最大のスループットを有する前記チャネルを、各アクセス・ポイントに関して選択することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記最良のチャネルを前記判定することは、前記トラフィック負荷情報を、記憶されたトラフィック負荷対スループット曲線と比較することを含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記トラフィック負荷情報は、総計トラフィック負荷分布を含み、前記最良のチャネルを前記判定することは、前記総計トラフィック負荷分布を、記憶された総計トラフィック負荷分布と比較することを含む、請求項１６に記載の方法。
20. 移動ユニットと通信するための少なくとも２つのチャネルを含み、トラフィック負荷情報をそれぞれが収集する複数のアクセス・ポイントと、
    前記複数のアクセス・ポイントに関する前記トラフィック負荷情報を受け取り、各アクセス・ポイントが前記移動ユニットと通信する最良のチャネルを判定し、前記最良のチャネルを示す通信を各アクセス・ポイントに送信するコントローラとを含むシステムであって、
    各アクセス・ポイントは、所定の確率で、前記最良のチャネルに切り替わり、前記確率は、現在のスループットと、各アクセス・ポイントが現在のチャネル上に留まる時間にわたる、予測されるスループットの差に基づいているシステム。
21. コンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、プロセッサにより実行可能な一組の命令であって、
    複数のアクセス・ポイントに関するトラフィック負荷情報を受け取る処理であって、各アクセス・ポイントが通信するための少なくとも２つのチャネルを含み、他のアクセス・ポイントの少なくとも１つに隣接している処理と、
    各アクセス・ポイントの各チャネルのスループットを、各アクセス・ポイントに関する前記トラフィック負荷情報、およびあらゆる近隣のアクセス・ポイントに関する前記トラフィック負荷情報に基づいて算出する処理と、
    算出された最大のスループットを有する前記チャネルを、各アクセス・ポイントに関して選択する処理と、
    定義された確率で、各アクセス・ポイントを前記選択されたチャネルに切り替える処理であって、前記確率が、現在のスループットと、各アクセス・ポイントが現在のチャネル上に留まる時間にわたる、予測されるスループットとの間の差に基づいている処理と、を遂行する命令を含むコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
22. コンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、プロセッサにより実行可能な一組の命令であって、
    複数のアクセス・ポイントに関するトラフィック負荷情報を受け取る処理であって、各アクセス・ポイントが通信するための少なくとも２つのチャネルを含み、他のアクセス・ポイントの少なくとも１つに隣接している処理と、
    通信するための最良のチャネルを判定する処理と、
    定義された確率で、各アクセス・ポイントを前記選択されたチャネルに切り替える処理であって、前記確率が、現在のスループットと、各アクセス・ポイントが現在のチャネル上に留まる時間にわたる、予測されるスループットとの間の差に基づく処理と、を遂行する命令を含むコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

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