JP4980861B2 - 無線監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の無線通信装置から送信されたパケットを監視する無線監視装置に関する。

従来、無線の使用状況の把握には、基地局や無線ＬＡＮのアクセスポイントで無線監視装置が送受信パケットを監視し、無線監視装置が監視した結果に基づいて回線使用率を測定する方法が用いられている。従来の無線監視装置では、１本のアンテナを用いてパケットを受信する。もしくは、無指向性アンテナを複数用いてパケットをダイバーシチ受信する。無線監視装置は受信したパケットに基づいて受信時刻、エラーの有無、無線情報、パケット情報を取得し、基本的には取得した情報をそのまま出力する。また、無線監視装置には時間当たりのパケット数やパケットサイズ、正常受信率などを測定し、集計するものもある（例えば、非特許文献１参照）。

AP5131 IEEE802.11a, b/g対応 エンタープライズ無線LAN アクセスポイント、[online]. Motorola, Inc, [retrieved on 2007-10-30]. Retrieved from the Internet: <URL:http://www.symbol.co.jp/products/AP5131/index.html>.

しかしながら、従来の無線監視装置では、複数の無線パケットが同時に到来した場合にはパケット衝突によりパケットを受信することができないことがあった。無線監視装置は、受信することができなかったパケットを送信されなかったパケットとして扱う。そのため、無線監視装置は、実際にはパケットが送信されているにもかかわらず、パケットが送信されていない時間（空き時間）と誤認識する可能性があり、正確な無線使用状況を監視することができないという問題があった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、複数の無線パケットが同時に到来した場合においても正確な無線使用状況を監視することができる無線監視装置を提供することを目的とする。

本発明は、アンテナ毎に異なる指向性を持つ複数のアンテナと、前記アンテナが受信したパケットの送信元情報と受信時刻と、該パケットを受信した該アンテナの情報とを関連付けて受信パケット情報として記憶する記憶部と、前記記憶部が記憶する前記受信パケット情報に基づいて異なる方向から同時に到来した前記パケットを特定し、前記アンテナでのパケット衝突を解析するデータ解析部と、を備えたことを特徴とする無線監視装置である。

また、本発明は、前記データ解析部が解析した結果に基づいて、前記アンテナでのパケット衝突を起こした前記パケットを送信した端末局の制御を行う制御部を備えたことを特徴とする無線監視装置である。

本発明によれば、複数の無線パケットが同時に到来した場合においても正確な無線使用状況を監視することができる。

以下、本発明の一実施形態について説明する。図１は本実施形態における無線通信システムの構成を示した図である。無線通信システムは、無線監視装置１と、基地局２−１〜２−２と、端末局３−１〜３−２、４−１〜４−３とを含む。本実施形態では、屋内において壁Ｗに沿って無線監視装置１と、基地局２−１〜２−２とが設置されている。基地局２−１と端末局３−１〜３−２とは無線通信を行っている。基地局２−２と端末局４−１〜４−３とは無線通信を行っている。無線監視装置１は、端末局３−１〜３−２、４−１〜４−３が送信するパケットを受信し、端末局３−１〜３−２、４−１〜４−３の通信状態を監視する。

図２は本実施形態における無線監視装置１の構成を示した図である。無線監視装置１は、指向性アンテナ２１〜２３と、無線受信部１１〜１３と、データ解析部３０と、記憶部４０と、制御部５０とを備える。指向性アンテナ２１〜２３は、指向性を持ったアンテナであり一定方向から送信されたパケットのみを受信するアンテナである。本実施形態では、指向性アンテナ２１は、９０度の指向性を持っており、図１の直線Ａの下側かつ直線Ｂの右側に存在する端末局３−１〜３−２が送信したパケットのみを受信するように無線監視装置１に配置されている。直線Ａと直線Ｂとが接する角度θ１は９０度である。指向性アンテナ２３は、９０度の指向性を持っており、図１の直線Ｃの下側かつ直線Ｂの右側に存在する端末局４−１〜４−３が送信したパケットのみを受信するように無線監視装置１に配置されている。直線Ｃと直線Ｂとが接する角度θ２は９０度である。指向性アンテナ２２は、１８０度の指向性を持っており、図１の直線Ａおよび直線Ｃの下側に存在する端末局３−１〜３−２、４−１〜４−３が送信したパケットを受信するように無線監視装置１に配置されている。

無線受信部１１は指向性アンテナ２１が受信したパケットの受信処理を行う。具体的には無線受信部１１は、指向性アンテナ２１が受信したパケットの受信時刻と、受信エラーの有無と、無線情報と、パケット情報とをデータ解析部３０に送信する。なお、無線情報は、周波数情報、パケットサイズ、変調方式、受信電力などである。また、パケット情報は、パケットの内容そのものである。無線受信部１１と同様に、無線受信部１２は指向性アンテナ２２が受信したパケットの受信処理を行い、無線受信部１３は指向性アンテナ２３が受信したパケットの受信処理を行う。

記憶部４０は指向性アンテナ２１〜２３毎のアンテナ情報を予め記憶している。アンテナ情報は、アンテナ特性と、アンテナが向いている方向と、偏波と、周波数などの情報である。データ解析部３０は、無線受信部１１〜１３から受信したパケットの受信時刻と、受信エラーの有無と、無線情報と、パケット情報と、記憶部４０が記憶しているアンテナ情報とを関連付けて受信パケット情報として記憶部４０に記憶させる。また、データ解析部３０は受信パケット情報に基づいてパケットの受信状態を解析する。解析方法については後述する。制御部５０は、端末局３−１〜３−２、４−１〜４−３の制御を行う。制御部５０が行う端末局３−１〜３−２、４−１〜４−３の制御については後述する。

次に図３および図４を参照してパケットが衝突する際の電波到来の様子について説明する。図３は本実施形態において、無線監視装置１に送信元ＩＤがＡＡＡのパケットと、送信元ＩＤがＢＢＢのパケットとが同時に到来した状態を示した図である。送信元ＩＤがＡＡＡのパケットは、端末局３−１が送信したパケットである。送信元ＩＤがＡＡＡのパケットは、端末局４−１が送信したパケットである。図示する例では、指向性アンテナ２１は送信元ＩＤがＡＡＡのパケットを受信する。指向性アンテナ２３は送信元ＩＤがＢＢＢのパケットを受信する。指向性アンテナ２２は送信元ＩＤがＡＡＡのパケットと送信元ＩＤがＢＢＢのパケットとを受信する。

図４は、本実施形態において、無線監視装置１に送信元ＩＤがＡＡＡのパケットと、送信元ＩＤがＢＢＢのパケットとが同時に到来した場合での、無線監視装置１が受信するパケットの受信状態を示した図である。図示する例では、指向性アンテナ２１は、送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットを正常受信している。指向性アンテナ２３は、送信元ＩＤがＢＢＢであるパケットを正常受信している。指向性アンテナ２２は、送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットをエラー受信している。また、指向性アンテナ２２は、送信元ＩＤがＢＢＢであるパケットを干渉電力として受信している。時刻ｔ´２での記憶部４０が記憶する受信パケット情報には、「指向性アンテナ２１は受信時刻ｔ１〜ｔ２の間に送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットを受信した」「指向性アンテナ２３は受信時刻ｔ１´〜ｔ２´の間に送信元ＩＤがＢＢＢであるパケットを受信した」の２つの情報が含まれる。指向性アンテナ２２ではパケットの衝突が起こったため、指向性アンテナ２２が受信したパケットの情報が分からず、受信パケット情報には指向性アンテナ２２の情報は含まれない。

次にデータ解析部３０でのパケット解析方法について説明する。データ解析部３０は、記憶部４０が記憶する受信パケット情報に含まれる、正常受信したパケットの受信開始時刻と受信終了時刻を求める。図示する例では、指向性アンテナ２１において、送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットを正常受信しているため、データ解析部３０はこのパケットの受信開始時刻と受信終了時刻を求める。指向性アンテナ２１が受信した送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットの受信開始時刻はｔ１であり、受信終了時刻はｔ２である。

データ解析部３０は、指向性アンテナ２１でのパケットの受信開始時刻ｔ１と受信終了時刻ｔ２との間に、指向性アンテナ２２と指向性アンテナ２３とが受信開始もしくは受信終了しているパケットであり、指向性アンテナ２１が受信したパケットと異なるパケットの情報が受信パケット情報に含まれているか検索する。記憶部４０の受信パケット情報には、「指向性アンテナ２３は受信時刻ｔ１´〜ｔ２´の間に送信元ＩＤがＢＢＢであるパケットを受信した」という情報が含まれている。

指向性アンテナ２１でのパケットの受信開始時刻ｔ１と受信終了時刻ｔ２との間に、指向性アンテナ２１が受信したパケットと異なるパケットを指向性アンテナ２３が受信したという情報が受信パケット情報に含まれているため、データ解析部３０は異なる端末局から異なるパケットが送信されている（端末局３−１と端末局４−１から異なるパケットが送信されている）と判断する。よって、データ解析部３０は、送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットと送信元ＩＤがＢＢＢであるパケットとの衝突のため指向性アンテナ２２ではパケットを正常受信できなかったと判断する。

データ解析部３０は、判断した結果に基づいて、送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットは指向性アンテナ２１で正常受信され、送信元ＩＤがＢＢＢであるパケットは指向性アンテナ２３で正常受信され、指向性アンテナ２２ではパケット衝突によりパケットを受信できなかったが、実際には送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットと送信元ＩＤがＢＢＢであるパケットとが指向性アンテナ２２に到来していたと解析し、解析した結果を受信パケット情報に反映する。解析した結果を反映した受信パケット情報には、「指向性アンテナ２１は受信時刻ｔ１〜ｔ２の間に送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットを受信した」「指向性アンテナ２３は受信時刻ｔ１´〜ｔ２´の間に送信元ＩＤがＢＢＢであるパケットを受信した」「指向性アンテナ２２には、受信時刻ｔ１〜ｔ２の間に送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットと、受信時刻ｔ１´〜ｔ２´の間に送信元ＩＤがＢＢＢであるパケットとが到来していた」の３つの情報が含まれる。

上述したとおり、本実施形態によれば、複数の無線パケットが無線監視装置に同時に到来し衝突した場合においても、指向性を持った複数のアンテナがパケットを受信することで衝突したパケットに関してもパケットの到来を監視することができる。そのため、複数の無線パケットが無線監視装置に同時に到来した場合においても正確な無線使用状況を監視することができる。

なお、特に図５に示すように無線監視装置が無指向性アンテナを含む構成の場合、無指向性アンテナは全方向のパケットを受信するため、指向性アンテナと比較してパケットの衝突が発生しやすいことが考えられる。しかしながら、図５に示す例では、各指向性アンテナは衝突するパケットのうち片方のみを受信し、受信したパケットに基づいて無指向性アンテナで受信できなかったパケットを解析することが可能である。

図５は本実施形態において、無指向性アンテナを含んだ無線監視装置１でのパケットの受信状態を示した図である。図示する例では、無線監視装置１は指向性アンテナ３１、３３と、無指向性アンテナ３２とを備える。無指向性アンテナ３２では送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットと送信元ＩＤがＢＢＢであるパケットとが衝突している。指向性アンテナ３１は送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットを正常受信している。指向性アンテナ３３は送信元ＩＤがＢＢＢであるパケットを正常受信している。本実施形態では指向性アンテナ３１と指向性アンテナ３３とが受信したパケットに基づいて、無指向性アンテナ３２に到来したパケットを解析することができる。

また、パケットの送信元である端末局は、異なる端末局が送信する電波が届かず、異なる端末局の存在を認識できない（隠れ端末問題）可能性があり、他の端末局の存在を知らない端末局同士は何度もパケットを同時に送信することが考えられる。そのため、複数の端末局のパケットを受信することができるアンテナではパケットの衝突が繰り返される可能性がある。本実施形態の無線監視装置１はパケットの衝突が起こっても複数の端末局３−１〜３−２，４−１〜４−３から同時にパケットが到来していることを解析することができるため、無線監視装置１が備えるデータ解析部３０は隠れ端末の関係にある端末局の存在を検出し、データ解析部３０が検出した結果に基づいて、無線監視装置１が備える制御部５０が端末局３−１〜３−２，４−１〜４−３に対して、周波数を変えさせる指示や、送信タイミングを調整させる指示などを送信することが可能となる。

また、制御部５０は、記憶部４０が記憶する受信パケット情報を端末局３−１〜３−２，４−１〜４−３に対して送信するようにしても良い。また、制御部５０は、データ解析部３０が検出した結果に基づいてパケット衝突の可能性を示す情報と、そのパケットを送信している送信元情報とを端末局３−１〜３−２，４−１〜４−３に対して送信するようにしても良い。

次に、パケットの衝突が起こらない状態において、受信特性履歴を取得する例を説明する。図６は、本実施形態において、ある時刻におけるパケット衝突が無い場合での電波到来の様子を示した図である。図示する例では、指向性アンテナ２１は送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットを正常受信している。また受信電力は−５０ｄＢｍである。指向性アンテナ２２は送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットを正常受信している。また受信電力は−７０ｄＢｍである。指向性アンテナ２３は送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットをエラー受信している。また受信電力は−９０ｄＢｍである。

データ解析部３０は、記憶部４０が記憶する受信パケット情報から指向性アンテナ２１が正常受信したパケットの受信開始時刻と受信終了時刻を求める。指向性アンテナ２１が正常受信したパケットの受信開始時刻と受信終了時刻の間に、指向性アンテナ２２と指向性アンテナ２３とが受信開始もしくは受信終了しているパケットの情報が受信パケット情報に含まれているか検索する。

検索した結果、指向性アンテナ２１が正常受信したパケットの受信開始時刻と受信終了時刻の間に、指向性アンテナ２２と指向性アンテナ２３とが受信開始もしくは受信終了しているパケットが見つかり、見つかった全てのパケットが、指向性アンテナ２１が受信したパケットの内容と同一の内容のパケットである場合、データ解析部３０は指向性アンテナ２１〜２３毎に送信元ＩＤと、アンテナの受信電力（ＲＳＳＩ）とを関連付けて受信特性テーブルとして記憶部４０に記憶させる。

データ解析部３０は、「指向性アンテナ２１は送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットを受信電力−５０ｄＢｍで正常受信した」「指向性アンテナ２２は送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットを受信電力−７０ｄＢｍで正常受信した」「指向性アンテナ２３は送信元ＩＤがＡＡＡであるパケットを受信電力−９０ｄＢｍでエラー受信した」の３つの情報を記憶部４０の受信特性テーブルに記憶させる。なお、受信判定が行われないアンテナに関しては、受信電力をゼロ（ノイズレベル）とする。もしくはこれまで測定した受信電力の平均値としてもよい。

なお、検索した結果、指向性アンテナ２１が正常受信したパケットの受信開始時刻と受信終了時刻の間に、指向性アンテナ２２と指向性アンテナ２３とが受信開始もしくは受信終了しているパケットが見つかり、見つかったパケットの中に、指向性アンテナ２１が受信したパケットの内容と異なる内容のパケットが含まれている場合、データ解析部３０は、正常受信したアンテナではその正常受信したパケットを受信したとして、送信元ＩＤと、アンテナの受信電力（ＲＳＳＩ）とを関連付けて受信特性テーブルとして記憶部４０に記憶させる。エラー受信したアンテナでは、正常受信したアンテナでのパケットのうち最も受信電力が高いパケットを受信したとして受信特性テーブルに記憶させる。これにより、エラー受信したアンテナでも、実際に到来したパケットの受信特性テーブルを作成することができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

例えば、本実施形態では無線監視装置が備えるアンテナは３本であるが、アンテナの数や、アンテナの配置や、アンテナの種別に制限はなく、指向性アンテナを多数配置しても良く、無指向性アンテナを用いても良く、建物上に無線監視装置を設置することを想定し、３６０度すべての方向から到来するパケットを受信できるようにアンテナを配置しても良い。

本発明の一実施形態における無線通信システムの構成を示した図である。 本実施形態における無線監視装置の構成を示した図である。 本実施形態において、無線監視装置に送信元ＩＤがＡＡＡのパケットと、送信元ＩＤがＢＢＢのパケットとが同時に到来した状態を示した図である。 本実施形態において、無線監視装置に送信元ＩＤがＡＡＡのパケットと、送信元ＩＤがＢＢＢのパケットとが同時に到来した場合での、無線監視装置が受信するパケットの受信状態を示した図である。 本実施形態において、無指向性アンテナを含んだ無線監視装置でのパケットの受信状態を示した図である。 本実施形態において、パケット衝突が無い場合での電波到来の様子を示した図である。

符号の説明

１・・・無線監視装置、２−１〜２−３・・・基地局、３−１〜３−２，４−１〜４−３・・・端末局、１１〜１３・・・無線受信部、２１〜２３，３１，３３・・・指向性アンテナ、３０・・・データ解析部、３２・・・無指向性アンテナ、４０・・・記憶部、５０・・・制御部

Claims (2)

1. アンテナ毎に異なる指向性を持つ複数のアンテナと、
   前記アンテナが受信したパケットの送信元情報と受信時刻と、該パケットを受信した該アンテナの情報とを関連付けて受信パケット情報として記憶する記憶部と、
   前記記憶部が記憶する前記受信パケット情報に基づいて異なる方向から同時に到来した前記パケットを特定し、前記アンテナでのパケット衝突を解析するデータ解析部と、
   を備えたことを特徴とする無線監視装置。
2. 前記データ解析部が解析した結果に基づいて、前記アンテナでのパケット衝突を起こした前記パケットを送信した端末局の制御を行う制御部
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の無線監視装置。

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