JP5360651B2 - 無線通信システム - Google Patents
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この発明は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃal Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の無線通信システムに関するものである。
無線ＬＡＮは、学校やイベント会場などのホットスポットで広く使用されている。しかし、既存の無線ＬＡＮにおいては、分散的な競争に基づくＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）がチャネルアクセス方式として使用されているので、一つのセルに収納される端末の個数が急増する場合、衝突が起こり易くなり、ネットワーク全体のスループットが低下する。
一方、移動端末の移動や電波伝搬状態の瞬時的な変動により、移動端末とアクセスポイントとの間の無線リンクの品質が常に変動し、フェージングが発生する。無線リンクの品質が低下した場合、利用可能な通信レートが低下する。そして、そのような低い通信レートを有するリンクは、ネットワーク全体のスループットに深刻な悪影響を及ぼす。
従来、ネットワークのスケーラビリティ（＝端末の数が増加しても通信特性が低下しないこと）を向上させるために、バックオフタイマーを調整することによって、各無線装置が無線通信を行っていない期間と、パケットの衝突確率とを低減させる手法が提案されている（非特許文献１）。
この低減手法は、パケットの衝突を減らすためにコンテンションウィンドウの最大値をＩＥＥＥ８０２．１１に定められた値よりも大きい値に設定する。また、この低減手法は、各無線装置が無線通信を行っていない期間を減らすために、各無線装置が無線通信を行っていない期間を連続的に検知すると、バックオフタイマーを指数的に減らす。
また、ネットワークのスケーラビリティを向上させるために、適応的なキャリアセンスの方法が提案されている（非特許文献２）。このキャリアセンスの方法は、チャネルの利用効率を向上させるために、キャリアセンスの閾値を上げ、より多くの端末が同時に通信を行うようにするものである。無線ＬＡＮにおいては、電波の干渉範囲は、通信範囲よりも広いため、一つのリンク上で無線通信が行われる場合、そのリンクに隣接する隣接空間に位置する他の端末は、チャネルを譲らなければならない。そこで、適応的なキャリアセンスの方法においては、キャリアセンスの閾値を上げ、閾値以下の強度の電波を検知しても、その検知した電波を無視することによって、より多くの端末が無線通信を行う。そして、適応的なキャリアセンスの方法においては、パケットの衝突が起こる場合、協力的な送信によってパケット到達率が確保される。
更に、ネットワークのスケーラビリティを向上させるために、チャネル予約の方法が提案されている（非特許文献３）。そして、このチャネル予約によって、パケットの衝突を低減している。
更に、ネットワークのスループットを向上させるために、リンク品質の変動を考慮して、複数の端末が無線通信を行うスケジュールを決定する方法が提案されている（非特許文献４，５）。
Y. Kwon, Y. Fang, and H. Latchman, "A novel MAC protocol with fast collision resolution for wireless LANs," in Proc. IEEE INFOCOM 2003, vol. 2, 2003, pp.853-862.
C. Yu, K. G. Shin, and L. Song, "Link-layer salvaging for making routing progress in mobile ad hoc networks," in Proc. ACM MobiHoc 2005, 2005, pp.242-254.
C. R. Lin, and M. Gerla, "A synchronous multimedia multihop wireless networks," in Proc. INFOCOM’97, 1997, Vol. 1, pp. 118-125.
X. Qin and R. Berry, "Exploiting multiuser diversity for medium access control in wireless networks," in Proc. IEEE INFOCOM 2003, vol. 2, 2003, pp. 1084-1094.
S. Adireddy and L. Tong, "Exploiting decentralized channel state information for random access," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 51, pp. 537-561, Feb. 2005.
しかし、非特許文献１〜３においては、パケットを送信するときのレートが制御されていないため、ネットワークのスループットを向上させることが困難であるという問題がある。
また、非特許文献４，５に開示された方法をアクセスポイントから端末へのダウンリンクに適用することは困難である。その結果、アクセスポイントの通信範囲内に存在する端末の数が増加すると、アクセスポイントから端末への通信特性は、端末からアクセスポイントへの通信特性よりも低下する。従って、ネットワークのスケーラビリティが低下するという問題がある。
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ネットワークにおけるスケーラビリティおよびスループットを向上可能な無線通信システムを提供することである。
この発明によれば、無線通信システムは、第１の無線装置と、ｎ（ｎは正の整数）個の第２の無線装置とを備える。ｎ個の第２の無線装置は、第１の無線装置の通信範囲内に配置され、各々が第１の無線装置と無線通信を行う。そして、ｎ個の第２の無線装置の各々は、第１の無線装置からパケットを受信したときの雑音パワーに対する受信信号強度の比である信号対雑音比を正規化した正規化値がしきい値以上であり、かつ、バックオフ時間が第１の無線装置の通信範囲内に存在する第２の無線装置の中で最初に経過したとき、パケットを第１の無線装置へ送信する。この場合、しきい値は、第１の無線装置の通信範囲内においてパケットの衝突を回避する確率が最も大きく、かつ、リンク品質が基準のリンク品質よりも良い第２の無線装置の個数が最大となるときの信号対雑音比の正規化値である。
好ましくは、第１の無線装置は、自己にアクセスする第２の無線装置の個数に基づいてしきい値を演算し、自己の通信範囲内において無線通信が行われていない一定の空き期間を検知すると、ｎ個の第２の無線装置のうちパケットの送信先となる第２の無線装置を示す宛先情報と、演算したしきい値とを含む制御フレームをｎ個の第２の無線装置へ送信する。ｎ個の第２の無線装置の各々は、第１の無線装置から制御フレームを受信したときの信号対雑音比の正規化値を演算し、その演算した正規化値が制御フレームに含まれるしきい値以上であり、かつ、バックオフ時間が第１の無線装置の通信範囲内に存在する第２の無線装置の中で最初に経過したとき、データからなるパケットを第１の無線装置へ送信する。
好ましくは、ｎ個の第２の無線装置の各々は、制御フレームを受信したときの瞬時の信号対雑音比に対応する送信レートでパケットを第１の無線装置へ送信する。
好ましくは、ｎ個の第２の無線装置の各々は、演算した正規化値がしきい値以上であり、かつ、自己のバックオフ時間が経過するまでに他の第２の無線装置が第１の無線装置へパケットを送信したとき、第１の無線装置へのパケットの送信を停止するとともにバックオフ時間を再度設定し、その設定したバックオフ時間が第１の無線装置の通信範囲内に存在する第２の無線装置の中で最初に経過したとき、第１の無線装置へパケットを送信する。
好ましくは、ｎ個の第２の無線装置の各々は、演算した正規化値がしきい値よりも小さいとき、第１の無線装置から制御フレームを再度受信するまで第１の無線装置へのパケットの送信を停止する。
好ましくは、第１の無線装置は、自己にアクセスする第２の無線装置の個数に基づいてしきい値を演算し、自己の通信範囲内において無線通信が行われていない一定の空き期間を検知すると、ｎ個の第２の無線装置のうちパケットの送信先となる第２の無線装置を示す宛先情報と、演算したしきい値とを含む第１の制御フレームをｎ個の第２の無線装置へ送信し、ｎ個の第２の無線装置のいずれかからパケットの送信要求を示す第２の制御フレームを受信すると、データからなるパケットを送信する。ｎ個の第２の無線装置の各々は、第１の無線装置から第１の制御フレームを受信したときの正規化値を演算し、その演算した正規化値が第１の制御フレームに含まれるしきい値以上であり、かつ、第１の無線装置が自己宛てのパケットを保持しており、更に、バックオフ時間が第１の無線装置の通信範囲内に存在する第２の無線装置の中で最初に経過したとき、第２の制御フレームを第１の無線装置へ送信するとともに、第１の無線装置からパケットを受信する。
好ましくは、第１の無線装置は、第２の制御フレームを受信したときの瞬時の信号対雑音比に対応する送信レートでパケットを送信する。
好ましくは、ｎ個の第２の無線装置の各々は、演算した正規化値がしきい値以上であり、かつ、自己のバックオフ時間が経過するまでに他の第２の無線装置が第１の無線装置へ第２の制御フレームを送信したとき、第１の無線装置への第２の制御フレームの送信を停止するとともにバックオフ時間を再度設定し、その設定したバックオフ時間が第１の無線装置の通信範囲内に存在する第２の無線装置の中で最初に経過したとき、第１の無線装置へ第２の制御フレームを送信するとともに第１の無線装置からパケットを受信する。
好ましくは、ｎ個の第２の無線装置の各々は、演算した正規化値がしきい値よりも小さいとき、第１の無線装置から第１の制御フレームを再度受信するまで第１の無線装置への第２の制御フレームの送信を停止する。
この発明によれば、ｎ個の第２の無線装置の各々は、パケットの衝突を回避しながら、基準のリンク品質（＝しきい値からなる信号対雑音比の正規化値を有するリンクのリンク品質）以上のリンク品質を有するリンクを用いてパケットを第１の無線装置へ送信する。つまり、しきい値以上の正規化値を有する第２の無線装置は、第１の無線装置の通信範囲内に存在する端末装置の数が増加しても、パケットの衝突を回避しながら、基準のリンク品質以上のリンク品質でパケットを第１の無線装置へ送信する。
従って、この発明によれば、端末装置の数が増えても、通信特性を低下させないというスケーラビリティを向上できるとともに、スループットを向上できる。
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
図１は、この発明の実施の形態による無線通信システムの構成を示す概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による無線通信システム１０は、アクセスポイント１と、端末装置２〜４とを備える。
アクセスポイント１および端末装置２〜４は、無線通信空間に配置される。端末装置２〜４の各々は、静止している端末装置、または移動可能な端末装置からなる。そして、端末装置２〜４は、アクセスポイントの通信範囲内に配置される。
アクセスポイント１および端末装置２〜４は、同じ周波数チャネルを用いて後述する方法によって相互に無線通信を行う。
図２は、図１に示すアクセスポイント１の構成を示す機能ブロック図である。図２を参照して、アクセスポイント１は、アンテナ１１と、送受信手段１２と、制御手段１３と、バッファ１４と、通信手段１５とを含む。
アンテナ１１は、パケット、Ｒｅｐｌｙフレーム、ＰｏｌｌフレームおよびＡＣＫフレームのいずれかを送受信手段１２から受け、その受けたパケット、Ｒｅｐｌｙフレーム、ＰｏｌｌフレームおよびＡＣＫフレームのいずれかを端末装置２〜４へ送信する。
また、アンテナ１１は、Ｒｅｑｕｅｓｔフレーム、ＣＴＳフレーム、パケットおよびＡＣＫフレームのいずれかを端末装置２〜４から受信し、その受信したＲｅｑｕｅｓｔフレーム、ＣＴＳフレーム、パケットおよびＡＣＫフレームのいずれかを送受信手段１２へ出力する。
送受信手段１２は、ＲｅｐｌｙフレームまたはＰｏｌｌフレームを制御手段１３から受け、その受けたＲｅｐｌｙフレームまたはＰｏｌｌフレームをアンテナ１１を介して端末装置２〜４へ送信する。
また、送受信手段１２は、ＡＣＫフレームを通信手段１５から受け、その受けたＡＣＫフレームをアンテナ１１を介して端末装置２〜４へ送信する。
更に、送受信手段１２は、Ｒｅｑｕｅｓｔフレームをアンテナ１１から受けると、その受けたＲｅｑｕｅｓｔフレームを制御手段１３へ出力する。
更に、送受信手段１２は、パケットまたはＡＣＫフレームをアンテナ１１から受けると、その受けたパケットまたはＡＣＫフレームを通信手段１５へ出力する。
更に、送受信手段１２は、アンテナ１１がＣＴＳフレームを受信したときの雑音パワーに対する受信信号強度の比である信号対雑音比を検出し、その検出した信号対雑音比に対応する通信レートを後述する方法によって検出する。そして、送受信手段１２は、ＣＴＳフレームをアンテナ１１から受けると、その受けたＣＴＳフレームに含まれるＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレスを宛先とするパケットをバッファ１４から取り出す。そうすると、送受信手段１２は、その取り出したパケットを信号対雑音比に対応する通信レートでＣＴＳフレームの送信元（端末装置２〜４のいずれか）へ送信する。
更に、送受信手段１２は、アンテナ１１を介してＡＣＫフレームを端末装置（端末装置２〜４のいずれか）から受信した後、一定期間（＝Ｎスロット、Ｎは正の整数）、ＣＴＳフレームを端末装置（端末装置２〜４のいずれか）から受信しないとき、またはＡＣＫフレームを端末装置（端末装置２〜４のいずれか）へ送信してから一定期間（＝Ｎスロット）、端末装置（端末装置２〜４のいずれか）からパケットを受信しないとき、Ｐｏｌｌフレームの送信要求を生成して制御手段１３へ出力する。
制御手段１３は、送受信手段１２からＲｅｑｕｅｓｔフレームを受けると、その受けたＲｅｑｕｅｓｔフレームに含まれるＭＡＣアドレスを取り出す。そして、制御手段１３は、その取り出したＭＡＣアドレスによって指定された端末装置（端末装置２〜４のいずれか）に参加ＩＤを割り当てる。この参加ＩＤは、１，２，３，・・・の整数値からなる。
制御手段１３は、参加ＩＤを割り当てると、ＭＡＣアドレスと参加ＩＤとを対応付けて管理する。
その後、制御手段１３は、参加ＩＤを含むＲｅｐlｙフレームを生成し、その生成したＲｅｐｌｙフレームをＲｅｑｕｅｓｔフレームの送信元（端末装置２〜４のいずれか）へ送受信手段１２およびアンテナ１１を介して送信する。
また、制御手段１３は、Ｒｅｑｕｅｓｔフレームを送受信手段１２から受ける度に、アクセスポイント１へアクセスする端末装置の数を“１”だけインクリメントする。そして、制御手段１３は、最終的に、アクセスポイント１へアクセスする端末装置の総数Ｍ（Ｍは正の整数）を取得する。
そうすると、制御手段１３は、その取得した総数Ｍに基づいて、しきい値γ０を後述する方法によって演算する。このしきい値γ０について、後に詳細に説明する。その後、制御手段１３は、バッファ１４を参照して、端末装置２〜４宛てのパケットの有無を検索する。そして、制御手段１３は、端末装置２〜４宛てのパケットの有無を示すビット値と、しきい値γ０とを含むＰｏｌｌフレームを生成し、その生成したＰｏｌｌフレームを送受信手段１２およびアンテナ１１を介して端末装置２〜４へ送信する。
更に、制御手段１３は、送受信手段１２からのＰｏｌｌフレームの送信要求に応じて、Ｐｏｌｌフレームを再度生成し、その生成したＰｏｌｌフレームを送受信手段１２およびアンテナ１１を介して端末装置２〜４へ送信する。
バッファ１４は、通信手段１５からパケットを受け、その受けたパケットを一定時間保持する。
通信手段１５は、外部のインターネットに接続されている。そして、通信手段１５は、インターネットからパケットを受け、その受けたパケットをバッファ１４へ格納する。
また、通信手段１５は、端末装置（端末装置２〜４のいずれか）からのパケットを送受信手段１２から受け、その受けたパケットをインターネットへ送信するとともに、ＡＣＫフレームを生成して送受信手段１２へ出力する。
図３は、図１に示す端末装置２の構成を示す機能ブロック図である。図３を参照して、端末装置２は、アンテナ２１と、送受信手段２２と、バッファ２３と、通信手段２４とを含む。
アンテナ２１は、Ｒｅｑｕｅｓｔフレーム、ＣＴＳフレーム、パケットおよびＡＣＫフレームのいずれかを送受信手段２２から受け、その受けたＲｅｑｕｅｓｔフレーム、ＣＴＳフレーム、パケットおよびＡＣＫフレームのいずれかをアクセスポイント１へ送信する。
また、アンテナ２１は、Ｒｅｐｌｙフレーム、Ｐｏｌｌフレーム、パケットおよびＡＣＫフレームのいずれかをアクセスポイント１から受信し、その受信したＲｅｐｌｙフレーム、Ｐｏｌｌフレーム、パケットおよびＡＣＫフレームのいずれかを送受信手段２２へ出力する。
送受信手段２２は、アクセスポイント１へアクセスするとき、端末装置２のＭＡＣアドレスを含むＲｅｑｕｅｓｔフレームを生成し、その生成したＲｅｑｕｅｓｔフレームをアンテナ２１を介してアクセスポイント１へ送信する。
また、送受信手段２２は、Ｒｅｐｌｙフレームをアンテナ２１から受けると、その受けたＲｅｐｌｙフレームに含まれる参加ＩＤを取り出し、その取り出した参加ＩＤを端末装置２のアクセスポイント１における識別子として管理する。
更に、送受信手段２２は、アンテナ２１がＰｏｌｌフレームを受信したときの信号対雑音比、またはアンテナ２１がＡＣＫフレームを受信したときの信号対雑音比を検出する。そして、送受信手段２２は、Ｐｏｌｌフレームをアンテナ２１から受けると、その受けたＰｏｌｌフレームを管理するとともに、Ｐｏｌｌフレームに含まれるしきい値γ０を取り出す。そうすると、送受信手段２２は、その検出した信号対雑音比、しきい値γ０、およびＰｏｌｌフレームに基づいて、後述する方法によって、バッファ２３からパケットを取り出してアクセスポイント１へ送信する。
更に、送受信手段２２は、その検出した信号対雑音比、しきい値γ０、およびＰｏｌｌフレームに基づいて、後述する方法によって、ＣＴＳフレームをアクセスポイント１へ送信する。
更に、送受信手段２２は、アンテナ２１を介してアクセスポイント１からパケットを受信し、その受信したパケットを通信手段２４へ出力する。
更に、送受信手段２２は、ＡＣＫフレームを通信手段２４から受け、その受けたＡＣＫフレームをアンテナ２１を介してアクセスポイント１へ送信する。
バッファ２３は、通信手段２４からパケットを受け、その受けたパケットを一定時間保持する。
通信手段２４は、上位層のアプリケーションからパケットを受け、その受けたパケットをバッファ２３に格納する。
また、通信手段２４は、送受信手段２２からパケットを受け、その受けたパケットを上位層のアプリケーションへ出力するとともに、ＡＣＫフレームを生成して送受信手段２２へ出力する。
なお、図１に示す端末装置３，４の各々も、図３に示す端末装置２と同じ構成からなる。
アクセスポイント１におけるしきい値γ０の算出方法について説明する。アクセスポイント１の通信範囲内に存在する端末装置の総数をＭとし、コンテンションウィンドウの最大値をＮとする。
この最大値Ｎは、無線通信システム１０において、予め設計された値であり、アクセスポイント１の制御手段１３は、最大値Ｎを予め保持している。また、アクセスポイント１の制御手段１３は、アクセスポイント１にアクセスする端末装置の数を上述した方法によってカウントし、総数Ｍを取得する。
アクセスポイント１の通信範囲内に配置されたＭ個の端末装置のうち、ｉ（ｉ＝１〜Ｍの整数）番目の端末装置と、アクセスポイント１との間のリンクの瞬時の信号対雑音比ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）をγｉ’とし、その平均値を／γｉ’とする。なお、この明細書においては、／Ａは、Ａの平均値を意味する。また、平均値／γｉ’は、例えば、１秒間における瞬時のγｉ’を平均することにより求められる。
そして、γｉ＝γｉ’／（／γｉ’）を正規化ＳＮＲと定義する。レイーレイフェージング（Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｆａｄｉｎｇ）の場合、全てのリンクの正規化ＳＮＲの分布は、ｆ（γｉ）＝ｅｘｐ（−γｉ）となり、同じである。
その結果、アクセスポイント１の制御手段１３は、次の式（１）〜（４）に従ってしきい値γ０を算出する。
なお、式（１）におけるｍは、ｍ＝１〜Ｍの整数である。また、式（１）におけるＣＭ ｍは、Ｍ個の端末装置からｍ個の端末装置を抽出し、ｍ個の端末装置からなる端末装置集合を構築する場合における異なる端末装置集合の数を意味する。例えば、Ｃ１０ ３＝１２×１１×１０／（３×２×１）＝２２０である。
式（１）のＰｍ Ｔ（γ０）は、Ｍ個の端末装置のうち、ｍ個の端末装置における正規化ＳＮＲ（＝γ）がしきい値γ０よりも大きくなる確率である。即ち、Ｐｍ Ｔ（γ０）は、ｍ個の端末装置におけるリンク品質が基準のリンク品質（＝しきい値γ０からなる正規化ＳＮＲを有するリンクのリンク品質）よりも良くなる確率である。
また、式（２）のＰｍ（γ０）は、パケットの衝突が発生しない確率である。端末装置の個数ｍが１個である場合、パケットの衝突は発生しないので、Ｐｍ（γ０）＝１となる（式（２）の上段参照）。そして、端末装置の個数ｍが２以上である場合、パケットの衝突が発生しない確率Ｐｍ（γ０）は、式（２）の下段によって表わされる。
更に、式（３）のＰＳ（γ０）は、パケットの衝突を回避しながらリンク品質が基準のリンク品質よりも良いリンクを有する端末装置との間で無線通信を行うことが可能な確率である。
そして、式（４）において、式（３）のＰＳ（γ０）が最大になるようにγ０を決定するのであるから、しきい値γ０は、パケットの衝突を回避する確率が最も大きく、かつ、リンク品質が基準のリンク品質（＝しきい値γ０からなる正規化ＳＮＲを有するリンクのリンク品質）よりも良い端末装置の個数が最大となるときの正規化ＳＮＲである。
このように、アクセスポイント１は、自己の通信範囲内に存在する端末装置２〜４の個数Ｍに基づいてしきい値γ０を演算する。
従って、アクセスポイント１と端末装置２〜４との間の通信環境の実情に沿ってしきい値γ０を決定できる。
図４は、Ｐｏｌｌフレームの構成図である。図４を参照して、Ｐｏｌｌフレームは、送信先（ＤＳＴ）と、送信元（ＳＲＣ）と、しきい値γ０と、ビットマップＢＭとを含む。
送信先（ＤＳＴ）は、Ｐｏｌｌフレームの送信先からなる。Ｐｏｌｌフレームは、アクセスポイント１の通信範囲内に存在する全ての端末装置へ送信されるので、送信先（ＤＳＴ）は、ブロードキャストアドレス＝０ｘｆｆｆｆｆｆｆｆｆｆｆｆからなる。
送信元（ＳＲＣ）は、Ｐｏｌｌフレームの送信元のＭＡＣアドレスからなる。Ｐｏｌｌフレームは、アクセスポイント１によって送信されるので、送信元（ＳＲＣ）は、アクセスポイント１のＭＡＣアドレスからなる。
しきい値γ０は、上述した方法によって算出されたしきい値からなる。ビットマップＢＭは、アクセスポイント１から端末装置２〜４へのパケットの有無、即ち、ダウンリンクにおいて各端末装置２〜４へ送信すべきパケットの有無を示すビット値からなる。
図４においては、ビットマップＢＭは、３行×１６列のマップからなる。そして、第１行第１列のマス目、第１行第２列のマス目、・・・、第１行第１６列のマス目、第２行第１列のマス目、第２行第２列のマス目、・・・、第２行第１６列のマス目、第３行第１列のマス目、第３行第２列のマス目、・・・、第３行第１６列のマス目は、それぞれ、参加ＩＤ＝１〜４８に対応付けられている。
また、第１行第１列のマス目、第１行第２列のマス目、・・・、第１行第１６列のマス目、第２行第１列のマス目、第２行第２列のマス目、・・・、第２行第１６列のマス目、第３行第１列のマス目、第３行第２列のマス目、・・・、第３行第１６列のマス目は、それぞれ、参加ＩＤ＝１〜４８が付与された端末装置へ送信すべきパケットをアクセスポイントが保持していれば、“１”が格納され、参加ＩＤ＝１〜４８が付与された端末装置へ送信すべきパケットをアクセスポイント１が保持していなければ、“０”が格納される。
図４に示す例においては、第１行第１列のマス目、第１行第２列のマス目および第１行第３列のマス目は、“１”が格納され、第１行第４列のマス目〜第３行第１６列のマス目は、“０”が格納されているので、アクセスポイント１は、参加ＩＤ＝１〜３が付与された端末装置へ送信すべきパケットを保持し、参加ＩＤ＝４〜４８が付与された端末装置へ送信すべきパケットを保持していないことを表している。
なお、ビットマップＢＭは、３行×１６列以外のマップからなっていてもよい。
図５は、受信ＳＮＲと送信レートとの関係を示す図である。受信ＳＮＲ＝γ’が閾値γ０と閾値γ０１との間に存在する場合、１Ｍｂｐｓの送信レートが割り当てられる。また、受信ＳＮＲ＝γ’が閾値γ０１と閾値γ０２との間に存在する場合、２Ｍｂｐｓの送信レートが割り当てられる。更に、受信ＳＮＲ＝γ’が閾値γ０２と閾値γ０３との間に存在する場合、５．５Ｍｂｐｓの送信レートが割り当てられる。更に、受信ＳＮＲ＝γ’が閾値γ０３よりも大きい場合、１１Ｍｂｐｓの送信レートが割り当てられる。
端末装置２〜４の送受信手段２２は、図５に示す受信ＳＮＲと送信レートとの関係を保持している。そして、端末装置２〜４の送受信手段２２は、アップリンクにおいて、ＰｏｌｌフレームまたはＡＣＫフレームを受信したときの瞬時の受信ＳＮＲ＝γ’を計測し、その計測した受信ＳＮＲ＝γ’に対応する送信レートを図５に示す受信ＳＮＲと送信レートとの関係を参照して検出する。
また、アクセスポイント１の送受信手段１２は、図５に示す受信ＳＮＲと送信レートとの関係を保持している。そして、アクセスポイント１の送受信手段１２は、ダウンリンクにおいて、ＣＴＳフレームまたはパケットを受信したときの瞬時の受信ＳＮＲ＝γ’を計測し、その計測した受信ＳＮＲ＝γ’に対応する送信レートを図５に示す受信ＳＮＲと送信レートとの関係を参照して検出する。
端末装置２〜４からアクセスポイント１へパケットを送信する方法について説明する。図６は、端末装置２〜４からアクセスポイント１へパケットを送信する方法を説明するための図である。
アクセスポイント１の制御手段１３は、上述した方法によってしきい値γ０を算出する。そして、アクセスポイント１の制御手段１３は、バッファ１４を参照して端末装置２〜４へ送信すべきパケットを保持していることを検知する。
そうすると、アクセスポイント１の制御手段１３は、ＤＳＴ＝０ｘｆｆｆｆｆｆｆｆｆｆｆｆ、ＳＲＣ＝ＭＡＣａｄｄ＿ＡＰ、しきい値γ０、および端末装置２〜４へ送信すべきパケットを保持していることを示すビットマップＢＭ＝１，１，１，０，・・・，０を含むＰｏｌｌフレームを生成し、その生成したＰｏｌｌフレームを送受信手段１２およびアンテナ１１を介して端末装置２〜４へ送信する。この場合、ビットマップＢＭの第１行第１列のマス目、第１行第２列のマス目、および第１行第３列のマス目は、それぞれ、端末装置２〜４の参加ＩＤに対応付けられているものとする。また、端末装置２〜４の送受信手段２２は、それぞれ、参加ＩＤ＝１〜３をＲｅｐｌｙフレームから取り出して保持しているものとする。
端末装置２〜４の送受信手段２２は、アクセスポイント１から送信されたＰｏｌｌフレームをタイミングｔ１で受信し、それぞれ、Ｐｏｌｌフレームを受信したときの受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を計測する。そして、端末装置２〜４の送受信手段２２は、それぞれ、その計測した受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を用いて平均値／γ２’，／γ３’，／γ４’を更新する。その後、端末装置２〜４の送受信手段２２は、その更新した平均値／γ２’，／γ３’，／γ４’を用いてそれぞれ正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）を求める。
そうすると、端末装置２〜４の送受信手段２２は、Ｐｏｌｌフレームからしきい値γ０を取り出し、正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）をしきい値γ０と比較する。この場合、γ２＞γ０，γ３＞γ０，γ４＜γ０であるとする。
端末装置４の送受信手段２２は、γ４＜γ０であるので、次のチャネル取得競争に参加しない。
一方、端末装置２，３の送受信手段２２は、γ２＞γ０，γ３＞γ０であるので、次のチャネル取得競争に参加し、それぞれ、バックオフタイマーを０〜Ｎの間の一様な乱数から選択した６，８に設定する。
そして、端末装置２の送受信手段２２は、タイミングｔ１の後、ＤＩＦＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｉｎｇ）が経過すると、バックオフタイマーが“６”から“０”になるのを計測する。また、端末装置２の送受信手段２２は、図５に示す受信ＳＮＲと送信レートとの関係を参照して、計測した受信ＳＮＲ（＝γ２’）に対応する送信レートｒ２を検出する。
端末装置３の送受信手段２２も、同様に、タイミングｔ１の後、ＤＩＦＳが経過すると、バックオフタイマーが“８”から“０”になるのを計測するとともに、図５に示す受信ＳＮＲと送信レートとの関係を参照して、計測した受信ＳＮＲ（＝γ３’）に対応する送信レートｒ３を検出する。
端末装置２の送受信手段２２は、タイミングｔ２で、自己におけるバックオフタイマーが“０”になったことを検知し、パケットＰＡＵを送信レートｒ２でアクセスポイント１へ送信する。
そして、端末装置３の送受信手段２２は、端末装置２から送信されたパケットＰＡＵを７番目のスロットで受信し、チャネルが使用状態であることを検知する。従って、端末装置３の送受信手段２２は、パケットＰＢＵを送信しない。その結果、パケットＰＡＵとパケットＰＢＵとの衝突を回避できる。
その後、アクセスポイント１の送受信手段１２は、アンテナ１１を介してパケットＰＡＵを端末装置２から受信し、その受信したパケットＰＡＵを通信手段１５へ出力する。
アクセスポイント１の通信手段１５は、送受信手段１２からパケットＰＡＵを受け、パケットＰＡＵを受理する。
その後、アクセスポイント１の通信手段１５は、ＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｉｎｇ）が経過すると、タイミングｔ３でＡＣＫフレームを生成し、その生成したＡＣＫフレームを送受信手段１２へ出力する。そして、アクセスポイント１の送受信手段１２は、通信手段１５から受けたＡＣＫフレームをアンテナ１１を介して端末装置２へ送信する。
この場合、端末装置２〜４の全てがＡＣＫフレームを受信できるものとする。
端末装置２〜４の送受信手段２２は、タイミングｔ４でＡＣＫフレームを受信し、ＡＣＫフレームを受信したときの受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）をそれぞれ計測する。そして、端末装置２〜４の送受信手段２２は、それぞれ、その計測した受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を用いて平均値／γ２’，／γ３’，／γ４’を更新するとともに、正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）を求める。
そうすると、端末装置２〜４の送受信手段２２は、タイミングｔ１で受信したＰｏｌｌフレームから取り出したしきい値γ０と、正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）とを比較する。この場合も、γ２＞γ０，γ３＞γ０，γ４＜γ０であるとする。
端末装置４の送受信手段２２は、γ４＜γ０であるので、次のチャネル取得競争に参加しない。
一方、端末装置２，３の送受信手段２２は、γ２＞γ０，γ３＞γ０であるので、次のチャネル取得競争に参加し、それぞれ、バックオフタイマーを０〜Ｎの間の一様な乱数から選択した５，３に設定する。
そして、端末装置３の送受信手段２２は、タイミングｔ４の後、ＤＩＦＳが経過すると、バックオフタイマーが“３”から“０”になるのを計測する。また、端末装置３の送受信手段２２は、図５に示す受信ＳＮＲと送信レートとの関係を参照して、計測した受信ＳＮＲ（＝γ２’）に対応する送信レートｒ２を検出する。
端末装置２の送受信手段２２も、同様に、タイミングｔ４の後、ＤＩＦＳが経過すると、バックオフタイマーが“５”から“０”になるのを計測するとともに、図５に示す受信ＳＮＲと送信レートとの関係を参照して、計測した受信ＳＮＲ（＝γ３’）に対応する送信レートｒ３を検出する。
端末装置３の送受信手段２２は、タイミングｔ５で、自己におけるバックオフタイマーが“０”になったことを検知し、パケットＰＢＵを送信レートｒ３でアクセスポイント１へ送信する。
そして、アクセスポイント１の送受信手段１２は、アンテナ１１を介してパケットＰＢＵを端末装置３から受信し、その受信したパケットＰＢＵを通信手段１５へ出力する。
アクセスポイント１の通信手段１５は、送受信手段１２からパケットＰＢＵを受け、パケットＰＢＵを受理する。
その後、アクセスポイント１の通信手段１５は、ＳＩＦＳが経過すると、タイミングｔ６でＡＣＫフレームを生成し、その生成したＡＣＫフレームを送受信手段１２へ出力する。そして、アクセスポイント１の送受信手段１２は、通信手段１５から受けたＡＣＫフレームをアンテナ１１を介して端末装置３へ送信する。
そうすると、端末装置２〜４の送受信手段２２は、タイミングｔ７でＡＣＫフレームを受信し、ＡＣＫフレームを受信したときの受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）をそれぞれ計測する。
その後、端末装置２〜４の送受信手段２２は、それぞれ、その計測した受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を用いて平均値／γ２’，／γ３’，／γ４’を更新するとともに、正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）を求める。
端末装置２〜４のうち、１回目のＰｏｌｌフレームを受信したときの受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を用いて求められた正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）がしきい値γ０よりも大きい端末装置２，３は、それぞれ、パケットＰＡＵ，ＰＢＵを既にアクセスポイント１へ送信している。
その結果、タイミングｔ７以降、アクセスポイント１へパケットを送信する端末装置は存在しない。
従って、アクセスポイント１の送受信手段１２は、タイミングｔ７以降、ＤＩＦＳが経過すると、Ｎ×スロットを計測する。そして、アクセスポイント１の送受信手段１２は、Ｎ×スロットが経過すると、Ｐｏｌｌフレームを再度生成するように制御手段１３へ要求し、制御手段１３は、タイミングｔ８で、再度、Ｐｏｌｌフレームを生成して端末装置２〜４へ送信する。
端末装置２〜４の送受信手段２２は、タイミングｔ９でＰｏｌｌフレームを受信し、Ｐｏｌｌフレームを受信したときの受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）をそれぞれ計測する。そして、端末装置２〜４の送受信手段２２は、それぞれ、その計測した受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を用いて平均値／γ２’，／γ３’，／γ４’を更新するとともに、正規化ＳＮＲ（γ２，γ３，γ４）を求める。
そうすると、端末装置２〜４の送受信手段２２は、２回目に受信したＰｏｌｌフレームからしきい値γ０を取り出し、正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）をしきい値γ０と比較する。
この場合、γ２＜γ０，γ３＞γ０，γ４＞γ０であるとする。
端末装置２の送受信手段２２は、γ２＜γ０であるので、次のチャネル取得競争に参加しない。
一方、端末装置３，４の送受信手段２２は、γ３＞γ０，γ４＞γ０であるので、次のチャネル取得競争に参加し、それぞれ、バックオフタイマーを０〜Ｎの間の一様な乱数から選択した６，３に設定する。
そして、端末装置３の送受信手段２２は、タイミングｔ９の後、ＤＩＦＳが経過すると、バックオフタイマーが“６”から“０”になるのを計測する。また、端末装置３の送受信手段２２は、図５に示す受信ＳＮＲと送信レートとの関係を参照して、計測した受信ＳＮＲ（＝γ３’）に対応する送信レートｒ３を検出する。
端末装置４の送受信手段２２も、同様に、タイミングｔ９の後、ＤＩＦＳが経過すると、バックオフタイマーが“３”から“０”になるのを計測するとともに、図５に示す受信ＳＮＲと送信レートとの関係を参照して、計測した受信ＳＮＲ（＝γ４’）に対応する送信レートｒ４を検出する。
端末装置４の送受信手段２２は、タイミングｔ１０で、自己におけるバックオフタイマーが“０”になったことを検知し、パケットＰＣＵを送信レートｒ４でアクセスポイント１へ送信する。
そして、アクセスポイント１の送受信手段１２は、アンテナ１１を介してパケットＰＣＵを端末装置４から受信し、その受信したパケットＰＣＵを通信手段１５へ出力する。
アクセスポイント１の通信手段１５は、送受信手段１２からパケットＰＣＵを受け、パケットＰＣＵを受理する。
上述したように、タイミングｔ１〜ｔ７の間においては、しきい値γ０よりも大きい正規化ＳＮＲ（＝γ）を有する端末装置２，３だけがアクセスポイント１へパケットを送信する。このしきい値γ０は、上述したように、パケットの衝突を回避する確率が最も大きく、かつ、リンク品質が基準のリンク品質（＝しきい値γ０からなる正規化ＳＮＲを有するリンクのリンク品質）よりも良い端末装置の個数が最大となるときの正規化ＳＮＲである。
また、タイミングｔ１〜ｔ７の間においては、端末装置２，３は、バックオフタイマーを用いてパケットＰＡＵ，ＰＢＵの衝突を回避する。
更に、１回目のＰｏｌｌフレームを受信したときの受信ＳＮＲを用いて求めた正規化ＳＮＲがしきい値γ０よりも小さい端末装置４は、次のＰｏｌｌフレームを受信するまでパケットをアクセスポイント１へ送信できない。
その結果、しきい値γ０よりも大きい正規化ＳＮＲ（＝γ）を有する端末装置２，３は、パケットの衝突を回避しながら、基準のリンク品質よりも良いリンク品質を有するリンクを用いてパケットをアクセスポイント１へ送信する。つまり、しきい値γ０よりも大きい正規化ＳＮＲ（＝γ）を有する端末装置２，３は、アクセスポイント１の通信範囲内に存在する端末装置の数が増加しても、パケットの衝突を回避しながら、基準のリンク品質（＝γ０）よりも良いリンク品質でパケットをアクセスポイント１へ送信する。
従って、この発明によれば、端末装置の数が増えても、アップリンクにおいて、通信特性を低下させないというスケーラビリティを向上できるとともに、スループットを向上できる。
また、上述したように、端末装置２は、Ｐｏｌｌフレームを受信したときの受信ＳＮＲに対応する送信レートｒ２でパケットＰＡＵをアクセスポイント１へ送信し、端末装置３は、ＡＣＫフレームを受信したときの受信ＳＮＲに対応する送信レートｒ３でパケットＰＢＵをアクセスポイント１へ送信する。
即ち、端末装置２，３の各々は、基準のリンク品質（＝しきい値γ０からなる正規化ＳＮＲを有するリンクのリンク品質）以上のリンク品質において、実際のリンク品質（＝計測した受信ＳＮＲを有するリンクのリンク品質）に応じた送信レートでパケットを送信する（端末装置２は、送信レートｒ２でパケットＰＡＵを送信し、端末装置３は、送信レートｒ３でパケットＰＢＵを送信する）。
従って、実際のリンク品質が高い程、送信レートｒ２，ｒ３が大きくなり、スループットを向上できる。
更に、端末装置３は、タイミングｔ２で開始される第７番目のスロットにおいて無線装置２からパケットＰＡＵを受信したとき、自己のパケットＰＢＵをアクセスポイント１へ送信せず、タイミングｔ４以降、バックオフタイマーを再度設定し、自己のバックオフタイマーが最初に“０”になったとき、パケットＰＢＵをアクセスポイント１へ送信する。
従って、パケットＰＡＵと、パケットＰＢＵとの衝突を回避できる。
更に、端末装置４は、計測した受信ＳＮＲ（＝γ４’）がしきい値γ０よりも小さいとき、Ｐｏｌｌフレームを再度受信するまで、パケットＰＣＵをアクセスポイント１へ送信しない。
従って、リンク品質が低い端末装置４による無線通信を排除してスケーラビリティおよびスループットを高くできる。
アップリンクにおける異常対策について説明する。
（１）全てのリンクの正規化ＳＮＲがしきい値γ０よりも小さい場合、全ての端末装置は、アクセスポイント１へパケットを送信できない。その結果、アクセスポイント１がＰｏｌｌフレームまたはＡＣＫフレームを送信した後、チャネルは、Ｎ×スロットの間、アイドル状態になる。そこで、アクセスポイント１は、Ｎ×スロットが経過すると、再度、Ｐｏｌｌフレームを端末装置２〜４へ送信する。
（２）２個以上の端末装置が同時にパケットを送信した場合、アクセスポイント１は、パケットを正しく受信できず、チャネルは、アイドル状態になる。そこで、アクセスポイント１は、Ｎ×スロットが経過すると、再度、Ｐｏｌｌフレームを端末装置２〜４へ送信する。
（３）端末装置２〜４がアクセスポイント１へパケットを送信する途中で、チャネル状況が変わってしまい、アクセスポイント１は、パケットを正しく受信できず、チャネルは、アイドル状態になる。そこで、アクセスポイント１は、Ｎ×スロットが経過すると、再度、Ｐｏｌｌフレームを端末装置２〜４へ送信する。
次に、アクセスポイント１から端末装置２〜４へパケットを送信する方法について説明する。図７は、アクセスポイント１から端末装置２〜４へパケットを送信する方法を説明するための図である。
アクセスポイント１は、それぞれ、端末装置２〜４へ送信するパケットＰＡＤ，ＰＢＤ，ＰＣＤをバッファ１４に格納している。
アクセスポイント１の制御手段１３は、端末装置２〜４からアクセスポイント１へパケットを送信する場合と同様にしてＰｏｌｌフレームを生成して端末装置２〜４へ送信する。この場合、Ｐｏｌｌフレームは、アクセスポイント１が端末装置２〜４へ送信すべきパケットを保持していることを示すビットマップＢＭを含む（図４参照）。
端末装置２〜４の送受信手段２２は、アクセスポイント１から送信されたＰｏｌｌフレームをタイミングｔ１１で受信し、それぞれ、受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を計測する。そして、端末装置２〜４の送受信手段２２は、それぞれ、その計測した受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を用いて平均値／γ２’，／γ３’，／γ４’を更新する。その後、端末装置２〜４の送受信手段２２は、その更新した平均値／γ２’，／γ３’，／γ４’を用いてそれぞれ正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）を求める。
そうすると、端末装置２〜４の送受信手段２２は、Ｐｏｌｌフレームからしきい値γ０を取り出し、正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）をしきい値γ０と比較する。この場合、γ２＞γ０，γ３＞γ０，γ４＜γ０であるとする。
また、端末装置２〜４の送受信手段２２は、ＰｏｌｌフレームのビットマップＢＭを参照して、アクセスポイント１が自端末宛てのパケットを保持していることを検知する。
端末装置４の送受信手段２２は、γ４＜γ０であるので、次のチャネル取得競争に参加しない。
一方、端末装置２，３の送受信手段２２は、アクセスポイント１が自端末宛てのパケットを保持しており、かつ、γ２＞γ０，γ３＞γ０であるので、次のチャネル取得競争に参加し、それぞれ、バックオフタイマーを０〜Ｎの間の一様な乱数から選択した６，８に設定する。
そして、端末装置２の送受信手段２２は、タイミングｔ１１の後、ＤＩＦＳが経過すると、バックオフタイマーが“６”から“０”になるのを計測する。
端末装置３の送受信手段２２も、同様に、タイミングｔ１１の後、ＤＩＦＳが経過すると、バックオフタイマーが“８”から“０”になるのを計測する。
端末装置２の送受信手段２２は、タイミングｔ１２で、自己におけるバックオフタイマーが“０”になったことを検知し、端末装置２のＭＡＣアドレスＭＡＣａｄｄ＿２を含むＣＴＳフレームを生成してアクセスポイント１へ送信する。
そうすると、端末装置３の送受信手段２２は、端末装置２から送信されたＣＴＳフレームを７番目のスロットで受信し、チャネルが使用状態であることを検知する。従って、端末装置３の送受信手段２２は、端末装置３のＭＡＣアドレスＭＡＣａｄｄ＿３を含むＣＴＳフレームをアクセスポイント１へ送信するのを停止する。
アクセスポイント１の送受信手段１２は、端末装置２から送信されたＣＴＳフレームをタイミングｔ１３で受信し、その受信したＣＴＳフレームが端末装置２のＭＡＣアドレスＭＡＣａｄｄ＿２を含むことを検知する。つまり、アクセスポイント１の送受信手段１２は、端末装置２がパケットの送信を要求していることを検知する。
また、アクセスポイント１の送受信手段１２は、ＣＴＳフレームを受信したときの受信ＳＮＲ（＝γ１’）を計測し、図５に示す受信ＳＮＲと送信レートとの関係を参照して、その計測した受信ＳＮＲ（＝γ１’）に対応する送信レートｒ１を検出する。
そうすると、アクセスポイント１の送受信手段１２は、タイミングｔ１３からＳＩＦＳが経過したタイミングｔ１４で、端末装置２宛てのパケットＰＡＤをバッファ１４から取り出し、その取り出したパケットＰＡＤを送信レートｒ１で端末装置２へ送信する。
端末装置２の送受信手段２２は、タイミングｔ１５で、アクセスポイント１からパケットＰＡＤを受信し、パケットＰＡＤを受信したときの受信ＳＮＲ（＝γ２’）を計測する。そして、端末装置２の送受信手段２２は、その受信したパケットＰＡＤを通信手段２４へ出力し、通信手段２４は、パケットＰＡＤを受理する。
また、端末装置３，４の送受信手段２２も、タイミングｔ１５でパケットＰＡＤを受信し、パケットＰＡＤを受信したときの受信ＳＮＲ（＝γ３’，γ４’）をそれぞれ計測する。
その後、端末装置２の通信手段２４は、タイミングｔ１５からＳＩＦＳが経過すると、ＡＣＫフレームを生成して送受信手段２２へ出力し、送受信手段２４は、ＡＣＫフレームをアクセスポイント１へ送信する。
アクセスポイント１が端末装置２からのＡＣＫフレームを受信したタイミングｔ１６からＤＩＦＳが経過すると、端末装置２〜４の送受信手段２２は、それぞれ、受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を用いて平均値／γ２’，／γ３’，／γ４’を更新するとともに、その更新した平均値／γ２’，／γ３’，／γ４’を用いて正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）を求める。
そして、端末装置２〜４の送受信手段２２は、正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）をしきい値γ０と比較する。この場合も、γ２＞γ０，γ３＞γ０，γ４＜γ０であるとする。
端末装置４の送受信手段２２は、γ４＜γ０であるので、次のチャネル取得競争に参加しない。また、端末装置２の送受信手段２２は、γ２＞γ０であるが、アクセスポイント１からパケットＰＡＤを既に受信しているので、次のチャネル取得競争に参加しない。
そして、端末装置３の送受信手段２２は、アクセスポイント１が端末装置３宛てのパケットＰＢＤを保持しており、かつ、γ３＞γ０であるので、次のチャネル取得競争に参加し、バックオフタイマーを０〜Ｎの間の一様な乱数から選択した３に設定する。
その後、端末装置３の送受信手段２２は、バックオフタイマーが“３”から“０”になると、タイミングｔ１７で、端末装置３のＭＡＣアドレスＭＡＣａｄｄ＿３を含むＣＴＳフレームを生成してアクセスポイント１へ送信する。
アクセスポイント１の送受信手段１２は、端末装置３から送信されたＣＴＳフレームをタイミングｔ１８で受信し、その受信したＣＴＳフレームが端末装置３のＭＡＣアドレスＭＡＣａｄｄ＿３を含むことを検知する。つまり、アクセスポイント１の送受信手段１２は、端末装置３がパケットの送信を要求していることを検知する。
また、アクセスポイント１の送受信手段１２は、ＣＴＳフレームを受信したときの受信ＳＮＲ（＝γ１’）を計測し、図５に示す受信ＳＮＲと送信レートとの関係を参照して、その計測した受信ＳＮＲ（＝γ１’）に対応する送信レートｒ１を検出する。
そうすると、アクセスポイント１の送受信手段１２は、タイミングｔ１８からＳＩＦＳが経過したタイミングｔ１９で、端末装置３宛てのパケットＰＢＤをバッファ１４から取り出し、その取り出したパケットＰＢＤを送信レートｒ１で端末装置３へ送信する。
端末装置３の送受信手段２２は、タイミングｔ２０で、アクセスポイント１からパケットＰＢＤを受信する。そして、端末装置３の送受信手段２２は、その受信したパケットＰＢＤを通信手段２４へ出力し、通信手段２４は、パケットＰＢＤを受理する。
そうすると、端末装置３の通信手段２４は、タイミングｔ２０からＳＩＦＳが経過した後、ＡＣＫフレームを生成して送受信手段２２へ出力し、送受信手段２４は、ＡＣＫフレームをアクセスポイント１へ送信する。
そして、アクセスポイント１の送受信手段１２は、端末装置３からＡＣＫフレームを受信する。
端末装置２〜４のうち、１回目のＰｏｌｌフレームを受信したときの受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を用いて求められた正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）がしきい値γ０以上である端末装置２，３は、それぞれ、パケットＰＡＤ，ＰＢＤを既にアクセスポイント１から受信している。
その結果、タイミングｔ２１以降、アクセスポイント１へパケットの送信を要求する端末装置は存在しない。
従って、アクセスポイント１の送受信手段１２は、タイミングｔ２１以降、ＤＩＦＳが経過すると、Ｎ×スロットを計測する。そして、アクセスポイント１の送受信手段１２は、Ｎ×スロットが経過すると、Ｐｏｌｌフレームを再度生成するように制御手段１３へ要求し、制御手段１３は、タイミングｔ２２で、再度、Ｐｏｌｌフレームを生成して端末装置２〜４へ送信する。
それ以降、上述した動作を繰り返し、パケットがアクセスポイント１から端末装置２〜４へ送信される。
上述したように、タイミングｔ１１〜ｔ２１の間においては、しきい値γ０以上である正規化ＳＮＲ（＝γ）を有する端末装置２，３だけがアクセスポイント１からパケットを受信する。このしきい値γ０は、上述したように、パケットの衝突を回避する確率が最も大きく、かつ、リンク品質が基準のリンク品質（＝γ０）よりも良い端末装置の個数が最大となるときの正規化ＳＮＲである。
また、タイミングｔ１１〜ｔ２１の間においては、端末装置２，３は、バックオフタイマーを用いてＣＴＳフレームの衝突を回避する。
更に、１回目のＰｏｌｌフレームを受信したときの受信ＳＮＲを用いて求めた正規化ＳＮＲがしきい値γ０よりも小さい端末装置４は、次のＰｏｌｌフレームを受信するまでパケットをアクセスポイント１から受信できない。
その結果、しきい値γ０以上である正規化ＳＮＲ（＝γ）を有する端末装置２，３は、パケットの衝突を回避しながら、基準のリンク品質よりも良いリンク品質を有するリンクを用いてパケットをアクセスポイント１から受信する。つまり、しきい値γ０以上である正規化ＳＮＲ（＝γ）を有する端末装置２，３は、アクセスポイント１の通信範囲内に存在する端末装置の数が増加しても、パケットの衝突を回避しながら、基準のリンク品質（＝しきい値γ０からなる正規化ＳＮＲを有するリンクのリンク品質）よりも良いリンク品質でパケットをアクセスポイント１から受信する。
従って、この発明によれば、端末装置の数が増えても、ダウンリンクにおいて、通信特性を低下させないというスケーラビリティを向上できるとともに、スループットを向上できる。
その他、上述したアップリンクにおける効果と同じ効果がダウンリンクにおいても得られる。
ダウンリンクにおける異常対策について説明する。
（４）全てのリンクの正規化ＳＮＲがしきい値γ０よりも小さい場合、全ての端末装置は、アクセスポイント１へパケットの送信を要求できない。その結果、アクセスポイント１がＡＣＫフレームを受信した後、チャネルは、Ｎ×スロットの間、アイドル状態になる。そこで、アクセスポイント１は、Ｎ×スロットが経過すると、再度、Ｐｏｌｌフレームを端末装置２〜４へ送信する。
（５）端末装置２〜４がアクセスポイント１からのパケットを傍受できる確率は、リンク品質に依存する。ある端末装置は、パケットを正しく傍受できない場合、受信ＳＮＲを計測できず、次のＰｏｌｌフレームを受信するまでチャネル取得競争に参加しない。
（６）アクセスポイント１からパケットを既に受信した端末装置は、アクセスポイント１が自己宛ての別のパケットを保持しているか否かを検知できないので、次のＰｏｌｌフレームを受信するまでチャネル取得競争に参加しない。
図８は、アップリンクにおける動作を説明するためのフローチャートである。図８を参照して、アップリンクにおける動作が開始されると、アクセスポイント１は、上述した方法によってＰｏｌｌフレームを生成して端末装置２〜４へ送信する（ステップＳ１）。
そして、端末装置２〜４は、Ｐｏｌｌフレームを受信し、Ｐｏｌｌフレームを受信したときの受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を計測する（ステップＳ２）。
その後、端末装置２〜４は、その計測した受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を用いて平均値／γ２’，／γ３’，／γ４’を更新し、その更新した平均値／γ２’，／γ３’，／γ４’を用いてそれぞれ正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）を算出する（ステップＳ３）。
そうすると、端末装置２〜４は、受信したＰｏｌｌフレームからしきい値γ０を取り出し、正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）をしきい値γ０と比較し、正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）の全てがしきい値γ０よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ４）。
ステップＳ４において、正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）の全てがしきい値γ０よりも小さいと判定されたとき、アクセスポイント１は、Ｎ×スロットの経過後、次のＰｏｌｌフレームを端末装置２〜４へ送信する（ステップＳ５）。そして、一連の動作は、ステップＳ２へ戻る。
一方、ステップＳ４において、正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）の全てがしきい値γ０よりも小さくないと判定されたとき、しきい値γ０以上の正規化ＳＮＲを有する端末装置のうち、バックオフタイマーが最も早く“０”になった端末装置がパケットをアクセスポイント１へ送信する（ステップＳ６）。
そして、アクセスポイント１は、パケットを受信し（ステップＳ７）、ＡＣＫフレームを送信する（ステップＳ８）。
その後、端末装置２〜４は、ＡＣＫフレームを受信し、ＡＣＫフレームを受信したときの受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を計測する（ステップＳ９）。
そして、しきい値γ０以上の正規化ＳＮＲを有する端末装置の全てがパケットを送信したか否かが判定される（ステップＳ１０）。
ステップＳ１０において、しきい値γ０以上の正規化ＳＮＲを有する端末装置の全てがパケットを送信していないと判定されたとき、一連の動作は、ステップＳ３へ戻り、上述したステップＳ３〜ステップＳ１０が順次実行される。この場合、ステップＳ３において、ステップＳ９において計測された受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を用いて、平均値／γ２’，／γ３’，／γ４’が更新され、その更新された平均値／γ２’，／γ３’，／γ４’を用いてそれぞれ正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）が算出される。
一方、ステップＳ１０において、しきい値γ０以上の正規化ＳＮＲを有する端末装置の全てがパケットを送信したと判定されたとき、一連の動作は、ステップＳ５へ戻り、上述したステップＳ５，Ｓ２〜Ｓ１０が実行される。
アクセスポイント１および端末装置２〜４は、図８に示すフローチャートを繰り返し実行してアップリンクにおける無線通信を行う。
図９は、ダウンリンクにおける動作を説明するためのフローチャートである。図９を参照して、ダウンリンクにおける動作が開始されると、アップリンクにおけるステップＳ１〜Ｓ５とそれぞれ同じステップＳ２１〜ステップＳ２５が順次実行される。
そして、ステップＳ２４において、正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）の全てがしきい値γ０よりも小さくないと判定されたとき、しきい値γ０以上の正規化ＳＮＲを有し、かつ、自己宛てのパケットがある端末装置のうち、バックオフタイマーが最も早く“０”になった端末装置は、自己のＭＡＣアドレスを含むＣＴＳフレームを生成して送信する（ステップＳ２６）。
その後、アクセスポイント１は、ＣＴＳフレームを受信し（ステップＳ２７）、ＣＴＳフレームを受信したときの瞬時の受信ＳＮＲを検出する。そして、アクセスポイント１は、その検出した受信ＳＮＲに対応する送信レートｒ１を検出する。
そうすると、アクセスポイント１は、ＣＴＳフレームに含まれるＭＡＣアドレスを宛先とするパケットを送信レートｒ１で送信する（ステップＳ２８）。
端末装置２〜４は、パケットを受信し、パケットを受信したときの受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を計測する（ステップＳ２９）。
そして、ＣＴＳフレームを送信した端末装置は、ＡＣＫフレームを生成して送信し（ステップＳ３０）、アクセスポイント１は、ＡＣＫフレームを受信する（ステップＳ３１）。
その後、しきい値γ０以上の正規化ＳＮＲを有する端末装置の全てがＣＴＳフレームを送信したか否かが判定される（ステップＳ３２）。
ステップＳ３２において、しきい値γ０以上の正規化ＳＮＲを有する端末装置の全てがＣＴＳフレームを送信したと判定されたとき、一連の動作は、ステップＳ２５へ戻り、上述したステップＳ２５，Ｓ２２〜Ｓ３２が実行される。
一方、ステップＳ３２において、しきい値γ０以上の正規化ＳＮＲを有する端末装置の全てがＣＴＳフレームを送信していないと判定されたとき、一連の動作は、ステップＳ２３へ戻り、上述したステップＳ２３〜ステップＳ３２が実行される。この場合、ステップＳ２３において、ステップＳ２９において計測された受信ＳＮＲ（＝γ２’，γ３’，γ４’）を用いて、平均値／γ２’，／γ３’，／γ４’が更新され、その更新された平均値／γ２’，／γ３’，／γ４’を用いてそれぞれ正規化ＳＮＲ（＝γ２，γ３，γ４）が算出される。
アクセスポイント１および端末装置２〜４は、図９に示すフローチャートを繰り返し実行してダウンリンクにおける無線通信を行う。
アクセスポイント１および端末装置２〜４は、アップリンクおよびダウンリンクの両方において無線通信を行なうことも可能である。
この場合、端末装置２〜４の各々は、アクセスポイント１からＰｏｌｌフレームを受信したとき、またはアクセスポイント１がパケットの送受信を終了した時点で、下記の２つの条件を同時に満たせば、チャネルにアクセスする。
（Ｃｎｄ１）自端末で計測した正規化ＳＮＲが前回受信したＰｏｌｌフレームに含まれるしきい値γ０よりも大きい。
（Ｃｎｄ２）Ｐｏｌｌフレームに含まれるビットマップＢＭに示されているアクセスポイントから自端末へのパケットを受信していない、または自端末からアクセスポイントへパケットを送信する予定がある。
そして、アクセスポイント１および端末装置２〜４は、上述した図８に示すフローチャートに従ってアップリンクにおける動作を実行し、上述した図９に示すフローチャートに従ってダウンリンクにおける動作を実行する。
図１０は、アップリンクにおけるスループットと端末装置の個数との関係を示す図である。
図１０において、縦軸は、スループットを表し、横軸は、端末装置の個数を表す。また、曲線ｋ１は、この発明による通信方式を用いた場合のスループットと端末装置の個数との関係を示し、曲線ｋ２は、通信の順番が予め決定されている場合のスループットと端末装置の個数との関係を示し、曲線ｋ３は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いた場合のスループットと端末装置の個数との関係を示す。
図１０に示すように、スループットは、この発明による通信方式を用いた場合、端末装置の個数の増加に対して向上し、１０個以上の端末装置の個数に対してほぼ一定になる（曲線ｋ１参照）。
また、スループットは、通信の順番が予め決定されている場合またはＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いた場合、端末装置の個数の増加に対して減少する（曲線ｋ２，ｋ３参照）。
従って、この発明による通信方式を用いることによって、端末装置の個数が増加しても高いスループットを実現できることが解った。
上記においては、アップリンクにおける無線通信、ダウンリンクにおける無線通信、およびアップリンクおよびダウンリンクにおける無線通信について説明したが、この発明は、アップリンクにおける無線通信を行なう無線通信システム、ダウンリンクにおける無線通信を行なう無線通信システム、およびアップリンクおよびダウンリンクにおける無線通信を行なう無線通信システムのいずれかであればよい。
なお、この発明の実施の形態においては、アクセスポイント１は、「第１の無線装置」を構成し、端末装置２〜４は、「ｎ（ｎは正の整数）個の第２の無線装置」を構成する。
また、この発明の実施の形態においては、Ｎ×スロットは、「一定の空き期間」を構成する。
更に、この発明の実施の形態においては、Ｐｏｌｌフレームは、「制御フレーム」または「第１の制御フレーム」を構成する。
更に、この発明の実施の形態においては、ＣＴＳフレームは、「第２の制御フレーム」を構成する。
更に、この発明の実施の形態においては、Ｐｏｌｌフレームに含まれるビットマップＢＭは、「宛先情報」を構成する。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明は、ネットワークにおけるスケーラビリティおよびスループットを向上可能な無線通信システムに適用される。
１ アクセスポイント、２〜４ 端末装置、１０ 無線通信システム、１１，２１ アンテナ、１２，２２ 送受信手段、１３ 制御手段、１４，２３ バッファ、１５，２４ 通信手段。
Claims (9)
- 第１の無線装置と、
前記第１の無線装置の通信範囲内に配置され、各々が前記第１の無線装置と無線通信を行うｎ（ｎは正の整数）個の第２の無線装置とを備え、
前記ｎ個の第２の無線装置の各々は、前記第１の無線装置からパケットを受信したときの雑音パワーに対する受信信号強度の比である信号対雑音比を正規化した正規化値がしきい値以上であり、かつ、バックオフ時間が前記第１の無線装置の通信範囲内に存在する第２の無線装置の中で最初に経過したとき、パケットを前記第１の無線装置へ送信し、
前記しきい値は、前記第１の無線装置の通信範囲内においてパケットの衝突を回避する確率が最も大きく、かつ、リンク品質が基準のリンク品質よりも良い第２の無線装置の個数が最大となるときの前記正規化値である、無線通信システム。 - 前記第１の無線装置は、自己にアクセスする前記第２の無線装置の個数に基づいて前記しきい値を演算し、自己の通信範囲内において無線通信が行われていない一定の空き期間を検知すると、前記ｎ個の第２の無線装置のうちパケットの送信先となる第２の無線装置を示す宛先情報と、前記演算したしきい値とを含む制御フレームを前記ｎ個の第２の無線装置へ送信し、
前記ｎ個の第２の無線装置の各々は、前記第１の無線装置から前記制御フレームを受信したときの前記正規化値を演算し、その演算した正規化値が前記制御フレームに含まれる前記しきい値以上であり、かつ、バックオフ時間が前記第１の無線装置の通信範囲内に存在する第２の無線装置の中で最初に経過したとき、データからなるパケットを前記第１の無線装置へ送信する、請求項１に記載の無線通信システム。 - 前記ｎ個の第２の無線装置の各々は、前記制御フレームを受信したときの瞬時の前記信号対雑音比に対応する送信レートで前記パケットを前記第１の無線装置へ送信する、請求項２に記載の無線通信システム。
- 前記ｎ個の第２の無線装置の各々は、前記演算した正規化値が前記しきい値以上であり、かつ、自己のバックオフ時間が経過するまでに他の第２の無線装置が前記第１の無線装置へパケットを送信したとき、前記第１の無線装置へのパケットの送信を停止するとともにバックオフ時間を再度設定し、その設定したバックオフ時間が前記第１の無線装置の通信範囲内に存在する第２の無線装置の中で最初に経過したとき、前記第１の無線装置へパケットを送信する、請求項２に記載の無線通信システム。
- 前記ｎ個の第２の無線装置の各々は、前記演算した正規化値が前記しきい値よりも小さいとき、前記第１の無線装置から前記制御フレームを再度受信するまで前記第１の無線装置へのパケットの送信を停止する、請求項２に記載の無線通信システム。
- 前記第１の無線装置は、自己にアクセスする前記第２の無線装置の個数に基づいて前記しきい値を演算し、自己の通信範囲内において無線通信が行われていない一定の空き期間を検知すると、前記ｎ個の第２の無線装置のうちパケットの送信先となる第２の無線装置を示す宛先情報と、前記演算したしきい値とを含む第１の制御フレームを前記ｎ個の第２の無線装置へ送信し、前記ｎ個の第２の無線装置のいずれかからパケットの送信要求を示す第２の制御フレームを受信すると、データからなるパケットを送信し、
前記ｎ個の第２の無線装置の各々は、前記第１の無線装置から前記第１の制御フレームを受信したときの前記正規化値を演算し、その演算した正規化値が前記第１の制御フレームに含まれる前記しきい値以上であり、かつ、前記第１の無線装置が自己宛てのパケットを保持しており、更に、バックオフ時間が前記第１の無線装置の通信範囲内に存在する第２の無線装置の中で最初に経過したとき、前記第２の制御フレームを前記第１の無線装置へ送信するとともに、前記第１の無線装置からパケットを受信する、請求項１に記載の無線通信システム。 - 前記第１の無線装置は、前記第２の制御フレームを受信したときの瞬時の前記信号対雑音比に対応する送信レートで前記パケットを送信する、請求項６に記載の無線通信システム。
- 前記ｎ個の第２の無線装置の各々は、前記演算した正規化値が前記しきい値以上であり、かつ、自己のバックオフ時間が経過するまでに他の第２の無線装置が前記第１の無線装置へ前記第２の制御フレームを送信したとき、前記第１の無線装置への前記第２の制御フレームの送信を停止するとともにバックオフ時間を再度設定し、その設定したバックオフ時間が前記第１の無線装置の通信範囲内に存在する第２の無線装置の中で最初に経過したとき、前記第１の無線装置へ前記第２の制御フレームを送信するとともに前記第１の無線装置からパケットを受信する、請求項６に記載の無線通信システム。
- 前記ｎ個の第２の無線装置の各々は、前記演算した正規化値が前記しきい値よりも小さいとき、前記第１の無線装置から前記第１の制御フレームを再度受信するまで前記第１の無線装置への前記第２の制御フレームの送信を停止する、請求項６に記載の無線通信システム。
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