JP4788883B2 - 無線ネットワークシステム、サーバ、端末、無線通信方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、無線ネットワークシステムに関し、特に無線伝送速度が可変する無線ネットワークの通信技術に関する。

無線ネットワークシステムにおける通信品質を管理する技術として、VoWLANでの音声品質管理方法が挙げられる（例えば、特許文献１）。特許文献１には、WLANを通じて送受信している音声伝送で必要とする伝送帯域を計算し、音声伝送の品質を考慮してあらかじめ定められた帯域を超えているか否かを判別し、超えている場合には、新たな音声伝送開始を禁止する方法が提案されている。なお、伝送帯域を計算する場合において、無線伝送速度はSNR(Signal to Noise Ratio)に応じて変化するため、計算時での無線伝送速度を用いている。

また、無線伝送速度の最低値を事前に設定しておき、その無線伝送速度の最低値を用いて音声伝送で必要とする帯域を計算して、閾値を超えているか否かを判別し、超えている場合には、新たな音声伝送開始を禁止する方法も知られている。

特開2005−33398号公報

第１の問題点は、特許文献１では、無線伝送速度はSNRに応じて可変であり、音声伝送使用帯域の計算のために、音声通信開始要求時での無線伝送速度を用いているからである。

その理由は、音声通信開始要求時での無線伝送速度から、通信途中にSNRの低下により、伝送速度が低下し、音声通信開始要求時よりも大きな音声通信帯域を使用してしまうことにより、音声品質を保てる帯域閾値を超えてしまう可能性があるからである。

第２の問題点は、無線伝送速度の最低値を事前に設定しておく例において、SNRが低下しても、無線伝送速度が設定した最低値のままであるからである。

その理由は、一般的にSNRが小さい場合には、無線伝送速度を下げた方が安定した通信を行えるからである。SNRが低下した場合に、無線伝送速度が高い値で固定されたままであると、パケットエラー率が大きくなり、音声品質も劣化する可能性がある。また、通常、AP(Access Point：アクセスポイント)から離れると、SNRが低下するため、それに応じて同じ無線伝送速度であれば、パケットエラー率が大きくなる。そのため、APのカバーエリアが小さくなってしまい、1台のAPが収容できる端末数も減少してしまう可能性がある。

第３の問題点は、無線伝送速度の最低値を事前に設定しておく例において、高無線伝送速度の場合でも、無線利用効率が低く、呼損率が大きくなってしまうからである。

その理由は、無線伝送速度の最低値を用いて帯域計算を行うことにより、無線伝送速度が最低値に低下した場合でも音声通信帯域が不足しないため、音声品質は劣化しないが、無線伝送速度が高い場合には、無線帯域が余剰してしまい、リソースが有効に利用されていないためである。

そこで、本発明が解決しようとする課題は上記問題点を解決することであって、本発明は無線ネットワークにおいて無線伝送速度が可変であっても、音声あるいは動画の通信品質を管理できる方法を提供することにある。

上記課題を解決するための第1の発明は、無線ネットワークシステムであって、通信中に計測している通信品質が予め定められた通信品質の閾値より悪化すると、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域を計測し、この計測した全使用帯域が通信品質を維持できる帯域の閾値を超える場合に再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させる通信維持手段と、前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認する確認手段と、前記低い伝送速度で通信している呼が複数ある場合、前記複数の呼を交代で高い伝送速度で通信するように決定する決定手段と
を有することを特徴とする。

上記課題を解決するための第２の発明は、上記第１の発明において、前記決定手段は、前記複数の呼において交代で高い伝送速度で通信することを決定する際、交代で高い伝送速度で通信した場合の使用帯域である予測使用帯域を演算し、この演算値と予め定められた閾値とを比較した結果、演算値が閾値を超えていない場合に交代で高い伝送速度で通信することを決定することを特徴とする。

上記課題を解決するための第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、前記通信維持手段で計測した、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域が前記帯域の閾値より小さい場合には低下させる予定の伝送速度で通信する手段を有することを特徴とする。

上記課題を解決するための第４の発明は、上記第１から第３のいずれかの発明において、前記確認手段は、前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低下させる予定の伝送速度及びデータを圧縮した場合のデータ量を用いて予測使用帯域を演算し、前記演算された予測使用伝送帯域が予め定められた閾値より小さい場合には継続して通信することを決定し、前記演算された予測使用伝送帯域が予め定められた閾値を超える場合には低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認する手段であることを特徴とする。

上記課題を解決するための第５の発明は、サーバであって、通信中に計測している通信品質が予め定められた通信品質の閾値より悪化すると、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域を計測し、この計測した全使用帯域が通信品質を維持できる帯域の閾値を超える場合に再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させる通信維持手段と、前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認する確認手段と、前記低い伝送速度で通信している呼が複数ある場合、前記複数の呼を交代で高い伝送速度で通信するように決定する決定手段とを有することを特徴とする。

上記課題を解決するための第６の発明は、上記第５の発明において、前記決定手段は、前記複数の呼において交代で高い伝送速度で通信することを決定する際、交代で高い伝送速度で通信した場合の使用帯域である予測使用帯域を演算し、この演算値と予め定められた閾値とを比較した結果、演算値が閾値を超えていない場合に交代で高い伝送速度で通信することにより決定することを特徴とする。

上記課題を解決するための第７の発明は、上記第５又は第６の発明において、前記通信維持手段で計測した、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域が前記帯域の閾値より小さい場合には低下させる予定の伝送速度で通信する手段を有することを特徴とする。

上記課題を解決するための第８の発明は、上記第５から第７のいずれかの発明において、前記確認手段は、前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低下させる予定の伝送速度及びデータを圧縮した場合のデータ量を用いて予測使用帯域を演算し、前記演算された予測使用伝送帯域が予め定められた閾値より小さい場合には継続して通信することを決定し、前記演算された予測使用伝送帯域が予め定められた閾値を超える場合には低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認する手段であることを特徴とする。

上記課題を解決するための第９の発明は、無線通信方法であって、通信中に計測している通信品質が予め定められた通信品質の閾値より悪化すると、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域を計測し、この計測した全使用帯域が通信品質を維持できる帯域の閾値を超える場合に再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させる通信維持ステップと、前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認する確認ステップと、前記低い伝送速度で通信している呼が複数ある場合、前記複数の呼を交代で高い伝送速度で通信するように決定する決定ステップとを有することを特徴とする。

上記課題を解決するための第１０の発明は、上記第９の発明において、前記決定ステップは、前記複数の呼において交代で高い伝送速度で通信することを決定する際、交代で高い伝送速度で通信した場合の使用帯域である予測使用帯域を演算するステップと、この演算値と予め定められた閾値とを比較した結果、演算値が閾値を超えていない場合に交代で高い伝送速度で通信することを決定するステップとを有することを特徴とする。

上記課題を解決するための第１１の発明は、上記第９又はから第１０の発明において、前記通信維持ステップで計測した、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域が前記帯域の閾値より小さい場合には低下させる予定の伝送速度で通信するステップを有することを特徴とする。

上記課題を解決するための第１２の発明は、上記第９から第１１のいずれかの発明において、前記確認ステップは、前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低下させる予定の伝送速度及びデータを圧縮した場合のデータ量を用いて予測使用帯域を演算し、前記演算された予測使用伝送帯域が予め定められた閾値より小さい場合には継続して通信することを決定し、前記演算された予測使用伝送帯域が予め定められた閾値を超える場合には低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認するステップであることを特徴とする。

上記課題を解決するための第１３の発明は、無線ネットワークシステムのプログラムであって、前記プログラムは前記無線ネットワークシステムを、通信中に計測している通信品質が予め定められた通信品質の閾値より悪化すると、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域を計測し、この計測した全使用帯域が通信品質を維持できる帯域の閾値を超える場合に再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させる通信維持手段と、前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認する確認手段と、前記低い伝送速度で通信している呼が複数ある場合、前記複数の呼を交代で高い伝送速度で通信するように決定する決定手段として機能させることを特徴とする。

上記課題を解決するための第１４の発明は、無線ネットワークシステムにおけるサーバのプログラムであって、前記プログラムは前記サーバを、通信中に計測している通信品質が予め定められた通信品質の閾値より悪化すると、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域を計測し、この計測した全使用帯域が通信品質を維持できる帯域の閾値を超える場合に再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させる通信維持手段と、前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認する確認手段と、前記低い伝送速度で通信している呼が複数ある場合、前記複数の呼を交代で高い伝送速度で通信するように決定する決定手段として機能させることを特徴とする。

本発明では、AP（ACCESS POINT）が、音声あるいは動画の通信中に端末との間の無線伝送情報（受信強度、無線伝送速度、パケットエラー率）を計測する（図2 無線伝送速度監視部7、図３ S5、S6）。

又、通信中に、端末が、APとの間の無線伝送情報（受信強度、無線伝送速度、パケットエラー率）を計測する（図３ S5、S7）。

更に、AP及び端末が、受信強度が受信強度閾値を超えているか否かを判定し、パケットエラー率がパケットエラー率閾値を超えているか否かを判定する（図３ S6、S7、図６ S34、図７ S37）。

APが、計測または決定した無線伝送速度を用いて、通信使用帯域を計算する（図2 使用帯域管理部9、図３ S2、図４ S15、S20、図５ S27、図６ S33、図７ S36）。

APが、計算した通信使用帯域を用いて、他端末の使用帯域も合わせた全使用帯域が、通信品質を維持できる帯域閾値を超えているか否かを判定する（図2 使用帯域管理部9、図３ S3、図４ S16、S21、図５ S28、図６ S34、図７ S37）。

端末が、受信強度が受信強度閾値以下、もしくは、パケットエラー率がパケットエラー率閾値以上となったときに、APに対して、低無線伝送速度への移行要求を通知するステップと、APから端末に対する応答として、移行許可または禁止かつ再送禁止を通知する（図３ S9、図４ S22、S24）。

APが、受信強度が受信強度閾値以下、もしくは、パケットエラー率がパケットエラー率閾値以上となったときに、端末に対して、低無線伝送速度への移行もしくは、現状無線伝送速度維持かつ再送禁止通知する（図４ S17、S19、図５ S29）。

APと端末間で、レート指定により、低無線伝送速度端末を交代で高無線伝送速度端末に移行させる（図６ S35）。

APと端末との間の通信において、CODEC変換やパケット多重等により、無線伝送区間でデータ圧縮を行う（図５ S29、S30）。また、データ圧縮通信を行う低無線伝送速度端末を交代させる（図７ S38）。

本発明のAPは、データ伝送中に、APと端末間での無線伝送速度を計測し、その計測した無線伝送速度を用いて伝送使用帯域を計算し、他端末の伝送使用帯域も合わせた全使用帯域を計算して、通信品質を保てる帯域閾値を越えているか否かを監視する。

端末は、無線通信でのSNR低下を検知すると、低無線伝送速度への移行許可願いを、APに対して通知する。

APは端末からの、低無線伝送速度への移行許可願いを受信すると、その要求された低無線伝送速度を考慮した伝送使用帯域を計算した上で、全使用帯域と帯域閾値を比較し、全使用帯域が帯域閾値を超えていなければ、端末に対して要求された低無線伝送速度への移行を許可する旨の応答を送付する。端末は、移行許可の応答を受信すると、要求した低無線伝送速度へ移行した上で、通信を継続する。

APは端末からの低無線伝送速度への移行許可願いを受信し、要求された低無線伝送速度を考慮した全使用帯域と帯域閾値を比較した結果、帯域閾値を超えている場合には、端末に対して、要求された低無線伝送速度への移行及び無線再送を禁止する旨の応答を送付する。端末は移行禁止の応答を受信すると、現在の高無線伝送速度での通信を継続する。

APは上記のように、低無線伝送速度への移行を禁止した端末からの受信信号のパケットエラー率が高い場合には、CODEC変換やパケット多重によるデータ圧縮により、全使用帯域が帯域閾値を超えないことを確認できれば、低無線伝送速度への移行と無線再送許可を通知する。端末は、低無線伝送速度への移行通知を受信したら、低無線伝送速度へ移行した上で、通信を継続する。

低無線伝送速度への移行を要求する端末が複数ある場合、各々の端末が要求する低無線伝送速度を考慮した上で計算した全使用帯域が、帯域閾値を超えていなければ、各々の端末に要求された低無線伝送速度への移行を許可する。

低無線伝送速度への移行を要求する端末が複数ある場合、各々の端末が要求する低無線伝送速度を考慮した上で計算した全使用帯域が、帯域閾値を超えている場合には、帯域閾値を超えない端末分だけ、APは、低無線伝送速度への移行を許可し、移行を許可されなかった端末は現状の高無線伝送速度を維持する。そのとき、パケット送信周期毎にAPからの指示により、高無線伝送速度を維持した端末を低無線伝送速度に移行させ、低無線伝送速度へ移行させた端末の内、帯域閾値を超えないようにするための分の台数だけ、高無線伝送速度へ移行させる。高無線伝送速度へ移行させられた端末との間の通信はパケットエラー率が大きくなりやすく、低無線伝送速度への移行を要求する端末を交代で高無線伝送速度に移行させることにより、全使用帯域が帯域閾値を超えないようにしながら、全端末での通信伝送品質を劣化させないようにする。

低無線伝送速度への移行を要求する端末が複数ある場合、各々の端末が要求する低無線伝送速度を考慮した上で計算した全使用帯域が、帯域閾値を超えている場合に、いくつかの端末の通信においてデータ圧縮を行うことによって、帯域閾値を超えないようにすることも考えられる。この場合においても、APからの指示により交代でデータ圧縮を行う端末とさせることにより、全使用帯域が帯域閾値を超えないようにしながら、全端末での通信伝送品質を劣化させないようにする。

第１の効果は、無線ネットワークにおいて、無線伝送速度が可変設定で、通信開始要求時に判断を行っても、通信中の全端末において、通信品質を管理できることである。

その理由は、通信開始許可時に、端末が自動的に無線伝送速度を下げることを禁止し、SNRに応じて無線伝送速度を下げる必要があるときには、端末がAPに問い合わせ、APは端末が要求した低無線伝送速度を考慮して使用帯域計算を行った上で全使用帯域が通信品質を保てる帯域閾値を超えているか否かを確認し、超えていない場合には、APが端末に要求された低無線伝送速度への移行を許可することによって、全使用帯域を越えないようにしつつ、端末との間で安定した通信を行える無線伝送速度へ移行させることができるからである。

また、複数の端末を低無線伝送速度に移行させる必要があるとき、帯域閾値を超えてしまう場合には、APが帯域閾値を超えない分だけの端末を低無線伝送速度に移行させ、パケット送信周期毎に交代で高無線伝送速度に移行させることによって、各端末の平均パケットエラー率を一定値以下にしつつ、全使用帯域が帯域閾値を超えないようにし、かつ、各端末に安定した通信を実現させるからである。

第２の効果は、APと端末間の通信範囲を大きくしても、通信品質管理をすることができることである。

その理由は、APと端末間の距離が大きくなるとSNRが小さくなるため、低無線伝送速度にした方が安定した無線通信が行え、また、第1の効果で書いたように低無線伝送速度であっても、通信品質管理を行えるからである。

第３の効果は、無線伝送速度が高い場合での呼損率を小さくできるところである。

その理由は、帯域閾値を超えない範囲で、できる限り呼を収容することによって、無線伝送速度が高い場合でも、無線帯域を有効に利用することができるからである。

本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、本実施の形態では、VoWLANへの適用例を示すが、これに限られるものではなく、他の無線ネットワークシステムや動画ストリーム通信に適用できることは言うまでも無い。また、本実施の形態では、無線伝送速度とレートとを同じ意味で用いて説明する。

まず、本実施の形態の構成について説明する。

図１は、AP ０各端末1〜4との間でやり取りされる無線信号の種類を表した図である。尚、AP ０と各端末１〜４との間で送受信されるデータは、音声データ、動画等のストリーミングデータである。本実施の形態では、音声データを送受信する場合を用いて説明する。

音声通信開始（ＣＡＣ）要求100は、各端末1〜4が、音声通信開始許可をAP 0に要求するための信号である。

音声通信開始（ＣＡＣ）応答101は、各端末1〜4からの音声通信開始要求に対する応答信号であり、音声通信開始許可または禁止を返す。

音声通信102は、音声通信開始許可を得た端末とAP 0との間で送受信される音声データである。

低レート移行要求103は、端末1〜4がAP 0に対して低レートの移行許可を要求するための信号である。

低レート移行応答104は、低レート移行要求103に対するAP 0が低レート移行要求103を送信した端末への応答であり、低レートへの移行許可または禁止を返す。

レート指定105は、AP 0が端末1〜4に対して、決まったレートを指定するための信号である。

レート指定応答106は、端末1〜4からAP 0に対する応答信号である。

音声通信終了要求107は、音声通信を終了した端末1〜4が、AP 0に対して音声通信終了を知らせるための信号である。

音声通信終了応答108は、音声通信終了要求107に対する応答信号である。

図2はAP 0の構成を説明するためのブロック図である。

送信部5は、AP 0から端末1〜4に対してデータが送信されるために、送信処理を行う機能部である。更に、送信部５は、データを圧縮する機能を有する。

受信部6は、端末1〜4からAP 0に対して送信されたデータの受信処理を行う機能部である。更に、受信部6は、圧縮されたデータを解凍する機能を有する。

無線伝送速度監視部7は、AP 0から端末1〜4に対して送信される無線信号の無線伝送情報（SNR：SN比、レート、PER：パケットエラー率）を計測、監視する機能部である。更に、無線伝送速度監視部7は、端末1〜4からAP 0に対して送信される無線信号の無線伝送情報（SNR：SN比、レート、PER：パケットエラー率）を計測、監視する。

RM(Resource manager)8は、音声通信開始要求100、音声通信開始応答101、低レート移行要求103、低レート移行応答104、レート指定105、レート指定応答106、音声通信終了要求107、音声通信終了応答108のやり取り、及び、それに基づく判断を行う機能部である。また、RM(Resource manager)8は、無線伝送速度監視部7より無線伝送速度の計測値を受け取り、その値を使用帯域管理部9に送付し、各端末1〜4が音声通信のために使用する帯域計算を依頼し、その結果に基づく判断を行い、送信部5及び受信部6の通信条件を決定する機能部である。更にRM８は、帯域計算の結果、音声通信を許可しないと判断した場合、他に帯域の空いているAPが存在するか検索し、そのAPに端末をハンドオーバさせる。

使用帯域管理部9は、各端末1〜4が音声通信のために使用する帯域を計算し、それらを合わせた全使用帯域が音声品質を維持できる帯域閾値を超えているか否かの判定を行う機能部である。帯域計算に必要なパラメータとして、各端末1〜4及びAPの無線伝送情報、CODECレート、ペイロード周期などが挙げられる。尚、判定の際に用いられる各種閾値は、使用帯域管理部９が保持していても、図示していない記憶部が保持していても良いものとする。

尚、図1、2での機能は、APへの搭載に限定されず、その他基地局装置または、基地局装置に接続されるサーバ等に搭載されてもよい。

続いて、端末１〜4の構成について説明する。

端末1〜4は、送信部、受信部、無線伝送速度監視部、及び制御部を有する。

送信部は、端末からAP 0に対してデータが送信されるために、送信処理を行う機能部である。更に、送信部はデータを圧縮する機能を有する。

受信部は、AP 0から端末に対して送信されたデータの受信処理を行う機能部である。更に、受信部は、圧縮されたデータを解凍する機能を有する。

無線伝送速度監視部は、端末から送信される無線信号の無線伝送情報（SNR：SN比、レート、PER：パケットエラー率）を計測、監視する機能部である。更に、無線伝送速度監視部は、端末に対して送信される無線信号の無線伝送情報（SNR：SN比、レート、PER：パケットエラー率）を計測、監視する。

制御部は、音声通信開始要求100、音声通信開始応答101、低レート移行要求103、低レート移行応答104、レート指定105、レート指定応答106、音声通信終了要求107、音声通信終了応答108のやり取り、及び、それに基づく判断を行う機能部である。また、制御部は、端末側に設けられている無線伝送速度監視部より各種計測値を受け取り、この計測値が音声品質を維持できる帯域閾値を超えているか否かの判定を行う機能部である。帯域計算に必要なパラメータとして、各端末1〜4及びAPの無線伝送情報、CODECレート、ペイロード周期などが挙げられる。尚、判定の際に用いられる各種閾値は、制御部が保持していても記憶部が保持していても良いものとする。

続いて、本実施の形態の動作について説明する。

図1、２の構成において、本実施の形態である音声品質管理方法の動作を図３〜７の動作フローを用いて説明する。

端末1〜4は、音声通信を開始する際、その開始許可を受けるために、AP 0に対して、音声通信開始要求100を送信する（S1）。

AP 0は、音声通信開始要求100を受信すると、端末1〜4の現状レート（無線伝送速度）を用いて、音声通信に必要とする使用帯域を計算する（S2）。他端末の使用帯域も合わせた全使用帯域と、音声品質を維持できるために事前に決めてある帯域閾値とを比較する（S3）。

計算した全使用帯域が帯域閾値を超えている場合には、AP 0は、音声通信開始を禁止した音声通信開始応答101を送信し、AP 0との音声通信を許可しない(S11)。ただし、他に帯域の空いているAPが存在した場合（S12）、そのAPに端末をハンドオーバさせる（S13）。他にハンドオーバさせるAPが存在しない場合、端末はAP 0の帯域が空くのを待つ（S14）。

計算した全使用帯域が帯域閾値以下の場合には、AP 0は、音声通信開始を許可した音声通信開始応答101を送信し、音声通信を許可する。音声通信開始許可を受けた端末1〜4は自動的にレートを下げることが禁止される(S4)。

音声通信開始許可を示す音声通信開始応答101を受信した端末1〜4は、音声通信を開始し、AP 0及び端末1〜4は、音声通信中の通信品質を得るために無線伝送情報（SNR、レート、PER：パケットエラー率）を計測する（S5）。

音声通信中に、AP 0が計測しているSNRが低下、もしくは、PERがPER閾値以上であった場合（S6）、AP 0と端末との間のレートを低下させた方が安定した通信を行えるため、AP 0は、低下させる予定のレートでの使用帯域計算を行う（S15）。予定レート使用帯域の計算後、この計算した全使用帯域が帯域閾値以下であるならば（S16）、AP 0はレート指定105により、端末を予定した低レートへ移行させ（S17）、端末は指定された低レートへ移行して音声通信を継続する（S18）。全使用帯域が帯域閾値を超えている場合には（S16）、AP 0はレート指定105により、端末に現状のレートを維持させ、また再送を禁止する（S19）。

音声通信中に、端末が計測しているSNRが低下、もしくは、PERがPER閾値以上であった場合（S7）、AP 0と端末間のレートを低下させた方が安定した通信を行えるため、端末は、低レート移行要求103によって、AP 0に対して、希望する低レートへの移行願いを送付する（S9）。その低レート移行要求103を受信したAP 0は、要求低レートでの使用帯域を計算後（S20）、要求された予定全使用帯域が帯域閾値以下であるならば（S21）、AP 0は低レート移行応答104により、端末を要求された低レートへ移行させ（S22）、端末は指定された低レートへ移行して音声通信を継続する（S23）。全使用帯域が帯域閾値を超えている場合には（S21）、AP 0は低レート移行応答104により、端末に現状のレートを維持させ、また再送を禁止する（S24）。

S19、S24で現状レートを維持し、再送を禁止した場合において（S25）、音声通信中のPERがPER閾値以下であるときは（S26)、音声通信及び無線伝送情報計測を継続する（S5）。PERがPER閾値を超えている場合には、その端末との間で、低レートかつデータ圧縮をした通信での使用帯域を計算する（S27）。計算後、データ圧縮した場合の全使用帯域と帯域閾値を比較し、帯域閾値以下の場合には（S28）、AP 0は、レート指定105を端末に送信し（S29）、低レートかつデータ圧縮行った上で音声通信を継続する（S30）。

データ圧縮した場合の全使用帯域と帯域閾値を比較し、帯域閾値を超えている場合において（S28）、低レートの端末が複数存在しているか確認し、存在していない場合には（S32）、現状の通信を維持する。低レート端末が複数存在している場合には（S32）、レート指定105で低レート端末を交代で高レートにしたときの使用帯域と平均PERの計算を行う（S33）。ここで、平均PERを計算した上で、MOS（Mean Opinion Score）値やR値を求め、音声品質を把握することも考えられる。全使用帯域、平均PERとも閾値以下の場合には（S34）、AP 0はレート指定105で低レート端末を交代で高レートに移行させ、音声通信を継続させる（S35）。S34で、どちらかが、閾値を超えている場合には、低レート端末を交代でデータ圧縮したときの使用帯域と平均PERを計算する（S36）。

S36での計算結果とそれぞれの閾値とを比較し(S36)、どちらも閾値以下の場合には、AP 0はレート指定105を用いて、データ圧縮を行う低レート端末を交代させた上で、音声通信を継続する（S38）。S36で、どちらかが、閾値を超えている場合には、現状通信を継続する。

図８は、本実施の形態において、複数の低レート端末があった場合に、交代で高レートに移行させることにより、全使用帯域を帯域閾値以下にし、また、高レート動作時に発生するパケットエラーを複数の端末で巡回させることにより、平均PERを音声品質を維持できるPER閾値以下にする方法と、従来方法とを比較したものである。

上述したように、本実施の形態は、音声通信中に受信強度やパケットエラー率等の無線通信環境を観測し、その環境が変化した場合において最適な通信方式（低レート、複数端末で犠牲をシェア、再送禁止、及び圧縮等）を端末とAPとの間で交渉した上で決定する構成をとっている。このような構成をとると、一端末からの音声呼の低レート移行により、使用帯域が増加し、他の端末からの音声呼全てに影響するのを防ぐことができ、できるだけ多くの呼の音声品質を維持することができる。そのため、一端末からの音声呼を単純に低レートへ移行できない場合、まず、高レートを維持させて、再送を禁止する構成をとっている。このような構成をとると、低レートを要求した段階での無線環境では、高レートでの通信は再送が起き易い可能性が高いため、再送による使用帯域増加によって、他の呼に影響が出ることを防ぐことができる。更に、高レートによる通信においてエラー率が高い場合、その呼の品質も維持するために複数端末で犠牲をシェアするという構成をとっている。この構成により、できるだけ多くの呼の音声品質を維持することができる。

図９は、本発明の一実施例のネットワーク構成例である。

SIPサーバ10、VoIP端末11、AP12はIPネットワーク14に有線で接続されており、AP12には無線VoIP端末13が無線LANなどの無線区間15で接続されている。ここでは、無線VoIP端末13とVoIP端末11がSIPサーバ10を介してSIPで呼制御を行い、IPネットワーク14を介して音声パケットの送受信により通話を行うことを想定する。

図１０は無線VoIP端末がVoIP端末に発呼を行うときの使用帯域計算のシーケンス例である。

発呼を行う無線VoIP端末はSIPサーバに対してINVITEメッセージを送信する。INVITEメッセージを受信したSIPサーバは呼接続要求を受け付けてよいかを判断するために、APに対して無線区間における呼接続可否判定を要求する。呼接続可否判定要求の中には、SIPサーバが受信したINVITEメッセージの中のSDP(Session Description Protocol)から抽出されたCODECレート及びペイロード周期を含む。呼接続可否判定要求を受信したAPは発呼を行う無線VoIP端末とAPの間の無線伝送速度を測定し、CODECレート、ペイロード周期、無線伝送速度を用いて、発呼を行う無線VoIP端末の接続を許可した場合の使用帯域を計算する。ここでは全使用帯域がある帯域閾値を超えないものとする。APは呼接続を許可するため呼接続可否判定応答をSIPサーバに送信する。呼接続可否判定応答を受信するSIPサーバは着呼側のVoIP端末にINVITEメッセージを送信する。その後、無線VoIP端末とVoIP端末がSIPメッセージの送受信を継続し、最終的には通話が行われる。

図１１は無線VoIP端末のSNRが低下し、無線伝送速度を低い値に変更する場合のシーケンス例である。

無線VoIP端末が通話中にSNRの低下を検出した場合、APに対して低無線伝送速度許可願いを送信する。それを受信したAPは該当する無線VoIP端末の無線伝送速度が低下した場合の無線区間における全使用帯域を計算する。ここでは無線帯域に余裕があり、該当する無線VoIP端末が無線伝送速度を低下させても全使用帯域がある帯域閾値を超えないものとする。APは該当する無線VoIP端末に対して低無線伝送速度への移行を許可し、それを受信した無線VoIP端末は無線伝送速度を低い値に変更する。

図１２は無線VoIP端末のSNRが低下するが、無線伝送速度を変更しない場合のシーケンス例である。

無線VoIP端末が通話中にSNRの低下を検出した場合、APに対して低無線伝送速度移行許可願いを送信する。それを受信したAPは該当する無線VoIP端末の無線伝送速度が低下した場合の無線区間における全使用帯域を計算する。ここでは無線帯域に余裕がなく、該当する無線VoIP端末が無線伝送速度を低下させると全使用帯域がある帯域閾値を超えてしまうものとする。APは該当する無線VoIP端末に対して低無線伝送速度への移行禁止、かつ、再送禁止を要求する。それを受信した無線VoIP端末は無線伝送速度を変更せずに、再送を禁止する。再送禁止はSNRの低下を起因とするパケットの再送により無線帯域が圧迫することを抑制するためである。

図１３はAPが受信するパケットのエラー率が増加し、無線伝送速度を高い値に変更する場合のシーケンス例である。

APが通話中にパケットエラー率の増加を検出した場合、APは無線区間における全使用帯域を計算する。ここでは無線帯域に余裕がなく、全使用帯域がある帯域閾値を超えてしまうものとする。APはある低無線伝送速度で動作する無線VoIP端末に対して高無線伝送速度への移行、かつ、再送禁止を要求する。それを受信した無線VoIP端末は無線伝送速度を高い値に変更し、再送を禁止する。ただし、該当する無線VoIP端末のパケットエラー率が増大し、音声品質に影響を及ぼす可能性がある。そこで、無線伝送速度が低い無線VoIP端末が複数存在する場合には、パケットエラー率の増大を複数の無線VoIP端末でシェアするために、強制的に高無線伝送速度を設定する無線VoIP端末を交代させることにより、無線VoIP端末毎のパケットエラー率の平均値を下げ、音声品質の劣化をある程度に抑えることができる。

図１４はAPが受信するパケットのエラー率が増加し、データ圧縮を行う場合のシーケンス例である。

APが通話中にパケットエラー率の増加を検出した場合、APは無線区間における全使用帯域を計算する。ここでは無線帯域に余裕がなく、全使用帯域がある帯域閾値を超えてしまうものとする。APはある低無線伝送速度で動作する無線VoIP端末に対してデータ圧縮を要求する。それを受信した無線VoIP端末はデータ圧縮を実施する。データ圧縮の例としては、無線VoIP端末−AP間で使用するCODECを変更したり、パケット送信間隔を広げるためにペイロード周期を変更、または、複数のパケットを多重する方法が考えられる。ただし、前者はCODECの変更により、後者は遅延時間の増加により音声品質に影響を及ぼす可能性がある。そこで、無線伝送速度が低い無線VoIP端末が複数存在する場合には、CODECの変更や遅延時間の増加を複数の無線VoIP端末でシェアするために、データ圧縮を行う無線VoIP端末を交代することにより、無線VoIP端末毎のCODECの変更時間や遅延時間の平均値を下げ、音声品質の劣化をある程度に抑えることができる。

本発明は、公衆網としてサービスされるWLANやWiMAX等を用いた音声あるいは動画の通信サービスに用いることができる。

また、WLAN等を用いた企業内線網での音声あるいは動画通信サービスへ適用することができる。

尚、上述した本発明のシステム、ＡＰ、サーバ、及び端末は、上記説明からも明らかなように、ハードウェアで構成することも可能であるが、コンピュータプログラムにより実現することも可能である。
この場合、プログラムメモリに格納されているプログラムで動作するプロセッサによって、上述した実施の形態と同様の機能、動作を実現させる。

本発明の一実施形態においてAPと端末間でやり取りされる信号例である。 APの機能をブロック別に書いたものである。 本発明の一実施形態において、低レート動作での音声品質管理を実現する動作フローである。 本発明の一実施形態において、低レート動作での音声品質管理を実現する動作フローである。 本発明の一実施形態において、低レート動作での音声品質管理を実現する動作フローである。 本発明の一実施形態において、低レート動作での音声品質管理を実現する動作フローである。 本発明の一実施形態において、低レート動作での音声品質管理を実現する動作フローである。 本発明の複数の低レート端末を、交代で高レートにさせる方法を模式的に描いたものである。 本発明の一実施例におけるネットワーク構成例である。 本発明の一実施例における発呼時のシーケンス例である。 本発明の一実施例におけるSNR低下時に無線伝送速度を低下させる場合のシーケンス例である。 本発明の一実施例におけるSNR低下時に無線伝送速度を変更しない場合のシーケンス例である。 本発明の一実施例におけるパケットエラー率増加時に無線伝送速度を増加させる場合のシーケンス例である。 本発明の一実施例におけるパケットエラー率増加時にデータ圧縮を行う場合のシーケンス例である。

符号の説明

0 AP
1〜4 端末
5 送信部
6 受信部
7 無線伝送速度監視部
8 RM部
9 使用帯域管理部
10 SIPサーバ
11 VoIP端末
12 AP
13 無線VoIP端末
14 IPネットワーク
15 無線区間

Claims (14)

1. 無線ネットワークシステムであって、
   通信中に計測している通信品質が予め定められた通信品質の閾値より悪化すると、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域を計測し、この計測した全使用帯域が通信品質を維持できる帯域の閾値を超える場合に再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させる通信維持手段と、
   前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認する確認手段と、
   前記低い伝送速度で通信している呼が複数ある場合、前記複数の呼を交代で高い伝送速度で通信するように決定する決定手段と
   を有することを特徴とする無線ネットワークシステム。
2. 前記決定手段は、前記複数の呼において交代で高い伝送速度で通信することを決定する際、交代で高い伝送速度で通信した場合の使用帯域である予測使用帯域を演算し、この演算値と予め定められた閾値とを比較した結果、演算値が閾値を超えていない場合に交代で高い伝送速度で通信することを決定することを特徴とする請求項1に記載の無線ネットワークシステム。
3. 前記通信維持手段で計測した、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域が前記帯域の閾値より小さい場合には低下させる予定の伝送速度で通信する手段を有することを特徴とする請求項1又は請求項２に記載の無線ネットワークシステム。
4. 前記確認手段は、前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低下させる予定の伝送速度及びデータを圧縮した場合のデータ量を用いて予測使用帯域を演算し、前記演算された予測使用伝送帯域が予め定められた閾値より小さい場合には継続して通信することを決定し、前記演算された予測使用伝送帯域が予め定められた閾値を超える場合には低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認する手段であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の無線ネットワークシステム。
5. サーバであって、
   通信中に計測している通信品質が予め定められた通信品質の閾値より悪化すると、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域を計測し、この計測した全使用帯域が通信品質を維持できる帯域の閾値を超える場合に再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させる通信維持手段と、
   前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認する確認手段と、
   前記低い伝送速度で通信している呼が複数ある場合、前記複数の呼を交代で高い伝送速度で通信するように決定する決定手段と
   を有することを特徴とするサーバ。
6. 前記決定手段は、前記複数の呼において交代で高い伝送速度で通信することを決定する際、交代で高い伝送速度で通信した場合の使用帯域である予測使用帯域を演算し、この演算値と予め定められた閾値とを比較した結果、演算値が閾値を超えていない場合に交代で高い伝送速度で通信することにより決定することを特徴とする請求項５に記載のサーバ。
7. 前記通信維持手段で計測した、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域が前記帯域の閾値より小さい場合には低下させる予定の伝送速度で通信する手段を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のサーバ。
8. 前記確認手段は、前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低下させる予定の伝送速度及びデータを圧縮した場合のデータ量を用いて予測使用帯域を演算し、前記演算された予測使用伝送帯域が予め定められた閾値より小さい場合には継続して通信することを決定し、前記演算された予測使用伝送帯域が予め定められた閾値を超える場合には低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認する手段であることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれかに記載のサーバ。
9. 無線通信方法であって、
   通信中に計測している通信品質が予め定められた通信品質の閾値より悪化すると、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域を計測し、この計測した全使用帯域が通信品質を維持できる帯域の閾値を超える場合に再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させる通信維持ステップと、
   前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認する確認ステップと、
   前記低い伝送速度で通信している呼が複数ある場合、前記複数の呼を交代で高い伝送速度で通信するように決定する決定ステップと
   を有することを特徴とする無線通信方法。
10. 前記決定ステップは、
    前記複数の呼において交代で高い伝送速度で通信することを決定する際、交代で高い伝送速度で通信した場合の使用帯域である予測使用帯域を演算するステップと、
    この演算値と予め定められた閾値とを比較した結果、演算値が閾値を超えていない場合に交代で高い伝送速度で通信することを決定するステップと
    を有することを特徴とする請求項９に記載の無線通信方法。
11. 前記通信維持ステップで計測した、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域が前記帯域の閾値より小さい場合には低下させる予定の伝送速度で通信するステップを有することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の無線通信方法。
12. 前記確認ステップは、前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低下させる予定の伝送速度及びデータを圧縮した場合のデータ量を用いて予測使用帯域を演算し、前記演算された予測使用伝送帯域が予め定められた閾値より小さい場合には継続して通信することを決定し、前記演算された予測使用伝送帯域が予め定められた閾値を超える場合には低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認するステップであることを特徴とする請求項９〜請求項１１のいずれかに記載の無線通信方法。
13. 無線ネットワークシステムのプログラムであって、前記プログラムは前記無線ネットワークシステムを、
    通信中に計測している通信品質が予め定められた通信品質の閾値より悪化すると、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域を計測し、この計測した全使用帯域が通信品質を維持できる帯域の閾値を超える場合に再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させる通信維持手段と、
    前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認する確認手段と、
    前記低い伝送速度で通信している呼が複数ある場合、前記複数の呼を交代で高い伝送速度で通信するように決定する決定手段と
    して機能させることを特徴とするプログラム。
14. 無線ネットワークシステムにおけるサーバのプログラムであって、前記プログラムは前記サーバを、
    通信中に計測している通信品質が予め定められた通信品質の閾値より悪化すると、低下させる予定の伝送速度での全使用帯域を計測し、この計測した全使用帯域が通信品質を維持できる帯域の閾値を超える場合に再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させる通信維持手段と、
    前記再送を禁止して現状の伝送速度での通信を維持させた後に計測した通信品質が前記通信品質の閾値より悪いと判定されると、低い伝送速度で通信している呼が複数存在するかを確認する確認手段と、
    前記低い伝送速度で通信している呼が複数ある場合、前記複数の呼を交代で高い伝送速度で通信するように決定する決定手段と
    して機能させることを特徴とするプログラム。

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