JP4782420B2 - 無線アクセス・ネットワークに於ける自動チャネル選択 - Google Patents

無線アクセス・ネットワークに於ける自動チャネル選択 Download PDF

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Description

本発明は、例えば無線のローカル・エリア・ネットワーク(LAN)のような無線アクセス・ネットワークに於いて、チャネルを自動的に選択するための技術に関する。
無線LAN技術分野に於ける進歩により、比較的安価な無線LAN設備機器が利用可能になり、その結果、各種の休憩所、カフェ、図書館、および、同様な施設に、一般の人たちが利用できる無線LAN(例えば、「ホット・スポット(hot spot)」)が出現している。現在、無線LANにより、ユーザは、企業内イントラネットのような専用データ・ネットワーク、或いは、インターネットのような公衆データ・ネットワークにアクセスできる。広帯域幅(通常、10メガビット毎秒を超える)が利用可能であるのに加え、無線LANを敷設して運営するコストが比較的低くなったため、無線LANは、モバイル端末のユーザが外部ソースとパケットをやり取りするのに理想的なアクセス機構になっている。
無線LAN内には1つ或いは複数のアクセス・ポイント(AP:Access Point)が存在し、その各々は、一般に、モバイル端末ユーザと無線周波数信号をやり取りする送受信装置を備えている。各アクセス・ポイントは、個別のチャネルで、モバイル端末ユーザと通信を行う。例えば、IEEE802.11b規格に於いて実施される無線技術などを含む殆どの無線技術では、隣接するチャネルが互いに一部重複する傾向がある。このため、無線LAN内の地理的に互いに隣接するアクセス・ポイントには、非重複チャネルを割り当てて、干渉を避けている。しばしば、そのようなチャネル割り当ては、手動調整、或いは、特定のプロトコルの変更が必要となる。残念ながら、このアプローチは、地理的に互いに隣接するアクセス・ポイントが、それぞれ異なる事業者が運営する無線LANに所属し、且つ、その事業者が、無線周波数の干渉を協力して低減する意欲に乏しい場合には、旨く行かない。
従って、無線LANに於いて、基本的な通信プロトコルを変更することなく、チャネルを自動的に選択して干渉を低減する技術が必要である。
(発明の概要)
簡潔に述べると、本発明の原理に従えば、無線アクセス・ネットワーク内のアクセス・ポイント(AP)用の無線チャネルを選択するための方法が提供される。この方法では、先ず、アクセス・ポイント(AP)が、複数の利用可能な無線チャネルの中から、ランダムに1つのチャネルを選択する。次に、アクセス・ポイントは、その選択したチャネルを、ランダム期間に亘って、モニタ(監視)して、トラフィックが存在するか否かを決定する。もしそのチャネルが、現在空いている(即ち、その他のAPにより使用されていない)場合、当該アクセス・ポイントは、その選択したチャネルに対してトラフィックを伝送するように要求する。もしそのチャネルが、現在空いていない場合、即ち、そのチャネルが既にトラフィックを伝送している場合、当該アクセス・ポイントは、別のチャネルを選択する。その後、当該アクセス・ポイントは、その新たに選択したチャネルを、ランダム期間に亘って、モニタし、その新たに選択したチャネルが使用可能であるか否かを決定する。実際、アクセス・ポイントは、このプロセスを、使用可能チャネルが見つかるまで、或いは、全ての利用可能なチャネルに対するスキャン(走査)が終了するまで、繰り返す。
図1は、通信システム10の概略的ブロック図である。この通信システム10には、少なくとも1つの、望ましくは複数の無線アクセス・ネットワークが含まれており、図1では、2つの無線アクセス・ネットワーク11と11が示されている。無線アクセス・ネットワーク11と11の各々により、少なくとも1人の、望ましくは複数のユーザ(例えば、ユーザ12、12および12)が、例えばインターネット等の外部データ・ネットワーク14にアクセスできる。この推奨実施例では、ユーザ12はノートPCなどのラップトップ・コンピュータを使用し、ユーザ12はパーソナル・データ・アシスタント(PDA)を使用し、ユーザ12は有線の通信機器を使用している。その他のユーザ(図示せず)が、その他の種類の有線または無線の通信機器を使用してもよい。
無線アクセス・ネットワーク11と11の各々には、少なくとも1つの、望ましくは複数のアクセス・ポイント(AP)が含まれており、図1にはアクセス・ポイント18乃至18が示されている。これらのアクセス・ポイントを介して、ユーザ12、12および12の各々は、各アクセス・ネットワーク内の無線ローカル・エリア・ネットワーク(WLAN)20にアクセスする。図示の実施例では、各アクセス・ポイント、例えば、アクセス・ポイント18には、ユーザ12およびユーザ12の一方が使用する通信機器内の無線送受信装置(図示せず)との間で無線周波数信号のやり取りを行う無線送受信装置(図示せず)が具備されている。アクセス・ポイント18乃至18のうちの1つ或いは複数のアクセス・ポイントには、例えばユーザ12のようなユーザが有線通信機器を介してネットワークにアクセス出来るようにするための有線アクセス機構も具備されている。無線アクセス・ネットワーク11と11の各々のアクセス・ポイント18乃至18の各々には、1つ或いは複数の周知の無線または有線のデータ交換プロトコル、例えば「HiperLan2」、或いは、IEEE802.11等のプロトコルが使用されている。実際、個々のアクセス・ポイントでは、種々のプロトコルを使用する通信機器の各ユーザを収容するために、様々な無線プロトコルが使用されている。
アクセス・ポイント18乃至18の各々は、データを送受信するための個別の無線チャネルを選択することにより、ユーザ12およびユーザ12の対応する一方と、無線周波数リンクを介して、通信を行う。殆どの無線技術、例えばIEEE802.11b規格では、互いに隣接するチャネルは、ある程度の一部重複が生じる。従って、地理的に隣接するアクセス・ポイントが互いに隣接するチャネルで送信を行う場合、無線干渉が生じてしまう。従来、このような隣接チャネル干渉問題の解決は、手動調整して、或いは、個別にプロトコルを変更して、強制的に非隣接チャネルを選択することにより、行われて来た。これらのアプローチには、地理的に隣接するアクセス・ポイントを常時管理制御するか、或いは、地理的に隣接するアクセス・ポイントが個別にプロトコルを変更する必要がある、という欠点がある。一般に、互いに隣接するアクセス・ポイントが異なるネットワーク事業者に所属する場合、その隣接するアクセス・ポイントの制御は実現することができない。
図2には、この発明の原理に従って、無線アクセス・ネットワーク11と11の一方に於けるアクセス・ポイント18乃至18のうちの例えば1つのアクセス・ポイントについて、無線周波数チャネルを選択する方法の各ステップが、フローチャートの形式で、例示されている。図2のチャネル選択方法は、ステップ100の実行から開始する。このステップ100に於いて、当該アクセス・ポイントは、以下に示す各パラメータを設定する。
Figure 0004782420
ステップ100の次に、アクセス・ポイントは、ステップ102に於いて、そのアクセス・ポイントが最後に使用したチャネルが今も利用可能のままであるか否かを決定する検査を行う。もし今も利用可能のままである場合、アクセス・ポイントは、ステップ104に於いて、その最後に使用したチャネルを現在のチャネルとして選択する。前に使用したチャネルが利用可能であるか否かを検査することにより、効率が高まる。多くの場合、アクセス・ポイントは、その最後のチャネルを、別のアクセス・ポイントがそのチャネルの使用を要求する前に、再使用できる。もし、その最後のチャネルが利用不可であると判明した場合、アクセス・ポイントは、ステップ106に於いて、利用可能なチャネル・リストからランダム(任意)にチャネルを選択する。
ステップ104またはステップ106の次に、アクセス・ポイントは、ステップ108に於いて、チャネルをモニタする期間、即ち、チャネル・モニタリング期間(scan_time)を、チャネル・モニタリング用最短時間(time_min)とチャネル・モニタリング用最長時間(time_max)との間に在るランダム値(ランダム期間)に設定する。その後、アクセス・ポイントは、ステップ110に於いて、チャネルをモニタ(監視)する。このチャネルのモニタリングに於いて、アクセス・ポイントは、上記期間scan_time中、その他のアクセス・ポイント(AP)により当該チャネルがトラフィックを伝送していないか、リッスン(listen:傍受)する。ステップ112に於いて、アクセス・ポイントは、ステップ110に於けるモニタリングが、別のアクセス・ポイントによる当該チャネルの使用を検出したか否かを検査する。ステップ112に於いて当該チャネルについてトラフィックが無いと判ると、アクセス・ポイントは、ステップ114に於いて、当該チャネルの使用を要求して、チャネル選択プロセスが終了する(ステップ116)。
もし、ステップ112に於いて当該チャネルが使用中であると判ると、アクセス・ポイントは、ステップ118に於いて、その他のチャネルが選択可能か否かを決定する検査を行う。この検査の際、アクセス・ポイントは、選択チャネル相互間の間隔(channel_step)の現在値により規定される選択チャネル相互の間隔を考慮する。従って、例えばchannel_step=2の場合、チャネル#1(本明細書中で#は、番号(number)を意味する)の選択後では、チャネル#3が次の選択可能なチャネルになる。現在のチャネル(current_channel)の値と利用可能なチャネルの数とに依存して、アクセス・ポイントは、別のチャネルが今も利用可能であるかを知ることが出来る。もし今も利用可能である場合、アクセス・ポイントは、ステップ120に於いて、以下に示す関係式に従って、次の新たなチャネルを選択した後、ステップ108に戻る。
Figure 0004782420
他方、もし、ステップ118に於いて、もはや利用可能なチャネルが無いと判ると、アクセス・ポイントは、ステップ122に於いて、以下に示す関係式に従って、current_channelの値をリセットする。
Figure 0004782420

即ち、ステップ122に於いて、アクセス・ポイントは、channel_stepの値を、前回のchannel_step値の2分の1の値の下限整数値にリセットする。例えば、ステップ122の前のchannel_step値が3である場合、ステップ122に於いて、新たなchannel_step値は1になる。ステップ122の後、このプログラムの実行は、ステップ120に進む。
上述のチャネル選択方法を更に良く理解できるように、次に3つの例を示す。
例1
図1の無線アクセス・ネットワーク11内のアクセス・ポイント18と18が、それぞれ、チャネル#1とチャネル#6を使用しており、アクセス・ポイント18がオフ・ラインのままであると仮定する。更に、アクセス・ポイント18が、丁度今、動作を開始して、本発明の原理に従うチャネル選択方法を実施する唯一のアクセス・ポイントであると仮定する。本チャネル選択方法の実施に於いて、アクセス・ポイント18が採用する各種値は、channel_min=1、channel_max=11、channel_step=5、time_min=500、および、time_max=1000でchannel_minとchannel_maxの測定単位はミリ秒であると仮定する。また、アクセス・ポイント18は、前に使用したチャネルについての情報を何も記憶していないと仮定する。本発明の原理のチャネル選択方法に従えば、アクセス・ポイント18は、先ず、以下の関係式に従って、現在のチャネルを選択する。
Figure 0004782420

説明の便宜上、アクセス・ポイント18は、チャネル#6を選択したと仮定する。次に、アクセス・ポイント18は、以下の関係式に従って、scan_time値を選択する。
Figure 0004782420

説明の便宜上、アクセス・ポイント18は、scan_time値として600ミリ秒を選択したと仮定する。従って、アクセス・ポイント18は、その期間の間、チャネル#6をリッスンする。この例に於いて、アクセス・ポイント18が、現在、チャネル#6を使用しているので、アクセス・ポイント18は、このチャネルの使用を検知する。従って、アクセス・ポイント18は、以下の関係式に従って、新たなチャネルを選択する。
Figure 0004782420
この例に於いて、current_channel=6、channel_step=5であるので、アクセス・ポイント18は、チャネル#11を選択する。次に、アクセス・ポイント18は、パラメータscan_timeについて新たな値、例えば、750ミリ秒を設定して、その期間の間、チャネル#11をリッスンする。このチャネルがその他のトラフィックを伝送していないと仮定すると、アクセス・ポイント18は、チャネル#11の使用を要求する。
例2
無線アクセス・ネットワーク11内のアクセス・ポイント18、18および18が、それぞれ、チャネル#1、チャネル#6およびチャネル#11を使用していると仮定する。更に、同じ無線アクセス・ネットワーク内のアクセス・ポイント18が、丁度今、動作を開始して、本発明の原理に従うチャネル選択方法を実施すると仮定する。このチャネル選択方法の実施に於いて、アクセス・ポイント18が採用する各パラメータ値は、channel_min = 1、 channel_max = 11、 channel_step = 5、 time_min=500、および、time_max=1000であると仮定する。また、アクセス・ポイント18は、前に使用したチャネルについての情報を何も記憶していないと仮定する。
本発明の原理のチャネル選択方法により、アクセス・ポイント18は、先ず、以下の関係式に従って、チャネルを選択する。
Figure 0004782420

アクセス・ポイント18は、前例のようにチャネル#6を選択すると仮定する。次に、アクセス・ポイント18は、以下の関係式に従って、パラメータscan_timeに対する値を選択する。
Figure 0004782420

アクセス・ポイント18は、scan_time値として660ミリ秒を選択したと仮定する。従って、アクセス・ポイント18は、その660ミリ秒の期間の間、チャネル#6をリッスンする。この例に於いて、アクセス・ポイント18が、現在、チャネル#6を使用しているので、アクセス・ポイント18は、このチャネル#6が占有されていると知る。従って、アクセス・ポイント18は、以下の関係式に従って、新たなチャネルを選択する。
Figure 0004782420
この例に於いて、アクセス・ポイント18は、チャネル#11を選択する。
次に、アクセス・ポイント18は、scan_timeについて新たな値、例えば、550ミリ秒を設定して、その期間の間、チャネル#11をリッスンする。この例では、チャネル#11がアクセス・ポイント18により使用されているため、アクセス・ポイント18は、チャネル#11も占有されていると知る。
チャネル#11が使用されていると知ると、アクセス・ポイント18は、別のチャネルを選択し、この例では、ラップ・アラウンド(循環)によりチャネル#1を選ぶ。このチャネル#1を選択すると、アクセス・ポイント18は、scan_timeについて新たな値、例えば、800ミリ秒を設定して、その期間の間、チャネル#1をリッスンする。この例では、チャネル#1がアクセス・ポイント18により使用されているので、アクセス・ポイント18は、チャネル#1も占有されていると知る。
その結果、この例では、channel_step = 5の場合、全ての選択対象チャネルが無くなった。従って、アクセス・ポイント18は、以下の関係式に従って、パラメータchannel_stepの値を低減する。
Figure 0004782420
この例に於いて、channel_stepの新たな値は、2になる。channel_stepの値を2に低減した後、アクセス・ポイント18は、前述の関係式を用いて、別のチャネルを選択する。この例に於いて、アクセス・ポイント18は、チャネル#3を選択する。その後、アクセス・ポイント18は、scan_timeに対する新たな値として730ミリ秒を選択し、その期間の間、チャネル#3をリッスンする。チャネル#3についてトラフィックが無いと判ると、アクセス・ポイント18は、このチャネルの使用を要求する。尚、このケースでは、干渉の無いチャネルが既に全て使用中であるため、干渉を完全には回避することができない。
例3
この例では、無線アクセス・ネットワーク11内の2つのアクセス・ポイント、例えばアクセス・ポイント18と18が同時に起動し、一方、同じ無線アクセス・ネットワーク内の別のアクセス・ポイント、例えばアクセス・ポイント18が、現在、チャネル#1を使用していると仮定する。アクセス・ポイント18と18が使用する各パラメータ値は、共に、channel_min = 1、 channel_max = 11、 channel_step = 5、 time_min=500、および、time_max=1000であると仮定する。また、アクセス・ポイント18と18は、何れも前に使用したチャネルについての情報を記憶していないと仮定する。
本発明の原理のチャネル選択方法により、アクセス・ポイント18と18は、それぞれ、以下の関係式に従って、チャネルを選択する。
Figure 0004782420
アクセス・ポイント18は、ランダムにチャネル#6を選択したと仮定する。
Figure 0004782420
また、アクセス・ポイント18もチャネル#6を選択する仮定する。仮に、アクセス・ポイント18と18の両方が、実際に同じチャネルの使用を要求した場合、著しい干渉が生じることになる。しかし、以下の説明から明らかなように、本発明の原理のチャネル選択方法によれば、アクセス・ポイント18と18の両方が同じチャネルの使用を要求することはない。
アクセス・ポイント18と18は、各々、先ずチャネルを選択した後、以下のように、パラメータscan_timeに対する値を設定する。
Figure 0004782420
次に、アクセス・ポイント18は、660ミリ秒の期間の間、チャネル#6をリッスンし、アクセス・ポイント18は、820ミリ秒の期間の間、同じチャネル#6をリッスンする。トラフィックが、当該チャネルについて、無いと仮定する。アクセス・ポイント18は、リッスンしている期間の間に当該チャネルのトラフィックが無かったと判り、従って、当該チャネルの使用を要求する。アクセス・ポイント18の設定パラメータscan_timeがアクセス・ポイント18の設定パラメータscan_timeより長いため、アクセス・ポイント18は、より長くリッスンして、最終的に、660ミリ秒と820ミリ秒との間の期間の間に、アクセス・ポイント18によるチャネル#6の使用を検知する。
アクセス・ポイント18は、チャネル#6が占有されていることを知ると、別のチャネルを選択する必要があり、前述の如く別のチャネルを選択する。この例では、アクセス・ポイント18が、チャネル#11を選択すると仮定する。アクセス・ポイント18は、scan_timeについて新たな値、例えば、530ミリ秒を設定して、その530ミリ秒の期間の間、新たに選択したチャネル#11をリッスンし、そのチャネルについてトラフィックが無い、即ち、空いていると判ると、そのチャネルの使用を要求する。
上述の技術により、無線アクセス・ネットワーク内のアクセス・ポイントは、隣接チャネルの干渉を最小限に抑える無線チャネル選択が実行できる。
図1は、複数の無線アクセス・ネットワークが含まれる通信ネットワークの概略的ブロック図である。 図2は、図1の通信ネットワーク内でトラフィック伝送用チャネルを選択する本発明の原理に従う方法の各ステップを例示したフローチャートである。

Claims (14)

  1. 無線アクセス・ネットワーク内のアクセス・ポイント用の無線周波数チャネルを、複数
    の利用可能なチャネルから、選択する方法において、
    (a)チャネルを前記複数のチャネルからランダムに選択するステップと、
    (b)前記選択されたチャネルをランダム期間の間モニタして、前記選択されたチャネルが、現在、トラフィックを伝送しているか否かを決定するステップと、
    (c)前記選択されたチャネルが、現在、トラフィックを伝送していない場合、前記アクセス・ポイントによって前記選択されたチャネルに対してトラフィックの伝送を要求するステップと、
    (d)前記選択されたチャネルが、現在、トラフィックを伝送していることが判明すると、別のチャネルを選択するステップと、
    (e)別のチャネルを選択する前記ステップにおいて、全ての利用可能なチャネルが前に選択されている場合、前記選択されたチャネルから、低減されたチャネル間隔値だけ離間した新たなチャネルを選択するステップと、
    (f)前記別の選択されたチャネルについて、前記(b)のステップおよび前記(c)
    のステップを繰り返すステップと
    を備えたことを特徴とする方法。
  2. 前記決定するステップは、
    所定の最短チャネル・モニタリング期間と所定の最長チャネル・モニタリング期間とを選択するステップと、
    前記所定の最短チャネル・モニタリング期間と前記所定の最長チャネル・モニタリング期間との間で、前記ランダム期間を設定するステップと
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記(d)のステップから前記(f)のステップが、全ての利用可能なチャネルがモニタされるまで、繰り返されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 無線アクセス・ネットワーク内のアクセス・ポイントによって使用される無線周波数チャネルを、複数の利用可能なチャネルから、選択する方法において、
    (a)最後に使用したチャネルが利用可能であるか否かを決定し、および、そのチャネルの使用を要求するステップと、
    もし、前記最後に使用したチャネルが利用可能でない場合、
    (b)チャネルを、前記複数の利用可能なチャネルの中から、ランダムに選択するステップと、
    (c)前記選択されたチャネルをランダム期間の間モニタして、前記選択されたチャネルが、現在、トラフィックを伝送しているか否かを決定するステップと、
    (d)前記選択されたチャネルが、現在、トラフィックを伝送していない場合、アクセス・ポイントによって前記選択されたチャネルに対してトラフィックの伝送を要求するステップと
    を備えることを特徴とする方法。
  5. 前記選択されたチャネルが、現在、トラフィックを伝送していることが判明すると、
    (e)別のチャネルを選択するステップと、
    (f)前記別の選択されたチャネルについて、前記(c)のステップおよび前記(d)のステップを繰り返すステップと
    を実行することを特徴とする請求項4に記載の方法。
  6. 別のチャネルを選択する前記ステップは、
    先に選択したチャネルから所定のチャネル間隔値だけ離間した新たなチャネルを選択するステップを含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. 全ての利用可能なチャネルが先に選択されている場合、前記チャネル間隔値を低減するステップと、
    前記先に選択されたチャネルから、低減された前記所定のチャネル間隔値だけ離間した新たなチャネルを選択するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。
  8. 前記モニタして決定するステップは、
    所定の最短チャネル・モニタリング期間と所定の最長チャネル・モニタリング期間とを選択するステップと、
    前記所定の最短チャネル・モニタリング期間と前記所定の最長チャネル・モニタリング期間との間で、前記ランダム期間を設定するステップと
    を含むことを特徴とする請求項4に記載の方法。
  9. 前記(e)のステップおよび前記(f)のステップが、全ての利用可能なチャネルがモニタされるまで、繰り返されることを特徴とする請求項6に記載の方法。
  10. 無線アクセス・ネットワーク内のアクセス・ポイントによって使用される無線周波数チャネルを、複数の利用可能なチャネルから、選択する装置において、
    (a)最後に使用したチャネルが利用可能であるか否かを決定し、およびそのチャネルを使用するために要求し、前記最後に使用されたチャネルが利用可能でないならば、チャネルを前記複数の利用可能なチャネルからランダムに選択する手段と、
    (b)前記選択されたチャネルをランダム期間の間モニタして、前記選択されたチャネルが、現在、トラフィックを伝送しているか否かを決定する手段と、
    (c)前記選択されたチャネルが、現在、トラフィックを伝送していない場合、アクセス・ポイントが前記選択されたチャネルに対してトラフィックの伝送を要求する手段と
    を備えたことを特徴とする装置。
  11. 前記選択されたチャネルが、現在、トラフィックを伝送していることが判明すると、前記要求する手段は別のチャネルを選択し、前記モニタして決定する手段が前記別のチャネルをトラフィックについてモニタすることを特徴とする請求項10に記載の装置。
  12. 前記要求する手段が、前に選択されたチャネルから所定のチャネル間隔値だけ離間した別のチャネルを選択することを特徴とする請求項11に記載の装置。
  13. 選択しようとする利用可能なチャネルが全て無くなると、前記要求する手段は、前記チャネル間隔値を低減して、その後、前記先に選択されたチャネルから、低減された前記所定のチャネル間隔値だけ離間した別のチャネルを選択することを特徴とする請求項12に記載の装置。
  14. 前記モニタして決定する手段が、所定の最短チャネル・モニタリング期間と所定の最長チャネル・モニタリング期間とを選択し、および、前記所定の最短チャネル・モニタリング期間と前記所定の最長チャネル・モニタリング期間との間で前記ランダム期間を設定することによって、前記選択されたチャネルをモニタすることを特徴とする請求項10に記載の装置。
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