JP5406811B2 - 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

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。

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。

以上説明したように、本発明により、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ことができる。

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。

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１１₁と１１₂が示されている。無線アクセス・ネットワーク１１₁と１１₂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１２₁、１２₂および１２₃）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１２₁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１２₂はパーソナル・データ・アシスタント（ＰＤＡ）を使用し、ユーザ１２₃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１１₁と１１₂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１８₁乃至１８₄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１２₁、１２₂および１２₃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１８₁には、ユーザ１２₁およびユーザ１２₂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１８₁乃至１８₄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１２₃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１１₁と１１₂の各々のアクセス・ポイント１８₁乃至１８₄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１８₁乃至１８₃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１２₁およびユーザ１２₂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１１₁と１１₂の一方に於けるアクセス・ポイント１８₁乃至１８₄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。

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。

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。

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１１₁内のアクセス・ポイント１８₁と１８₂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１８₄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１８₃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１８₃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１８₃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１８₃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。

説明の便宜上、アクセス・ポイント１８₃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１８₃は、以下の関係式に従って、scan_time値を選択する。

説明の便宜上、アクセス・ポイント１８₃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１８₃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１８₂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１８₃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１８₃は、以下の関係式に従って、新たなチャネルを選択する。

この例において、current_channel=6、channel_step=5であるので、アクセス・ポイント１８₃は、チャネル＃１１を選択する。次に、アクセス・ポイント１８₃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１８₃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１１１内のアクセス・ポイント１８₁、１８₂および１８₃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１８₄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１８₄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１８₄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１８₄は、先ず、以下の関係式に従って、チャネルを選択する。

アクセス・ポイント１８₄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１８₄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。

アクセス・ポイント１８₄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１８₄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１８₂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１８₄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１８₄は、以下の関係式に従って、新たなチャネルを選択する。

この例に於いて、アクセス・ポイント１８₄は、チャネル＃１１を選択する。

次に、アクセス・ポイント１８₄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１８₃により使用されているため、アクセス・ポイント１８₄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１８₄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１８₄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１８₁により使用されているので、アクセス・ポイント１８₄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１８₄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。

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１８₄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１８₄は、チャネル＃３を選択する。その後、アクセス・ポイント１８₄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１８₄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１１₁内の２つのアクセス・ポイント、例えばアクセス・ポイント１８₂と１８₃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１８₁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１８₂と１８₃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１８₂と１８₃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１８₂と１８₃は、それぞれ、以下の関係式に従って、チャネルを選択する。

アクセス・ポイント１８₂は、ランダムにチャネル＃６を選択したと仮定する。

また、アクセス・ポイント１８₃もチャネル＃６を選択すると仮定する。仮に、アクセス・ポイント１８₂と１８₃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１８₂と１８₃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１８₂と１８₃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。

次に、アクセス・ポイント１８₂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１８₃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１８₂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１８₃の設定パラメータscan_timeがアクセス・ポイント１８₂の設定パラメータscan_timeより長いため、アクセス・ポイント１８₃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１８₂によるチャネル＃６の使用を検知する。

アクセス・ポイント１８₃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１８₃が、チャネル＃１１を選択すると仮定する。アクセス・ポイント１８₃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。

本発明は、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利用できる。

Claims (2)

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であって、
   （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、
   を含む、前記方法。
2. 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であって、
   （ａ）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、
   を備える、前記装置。
   

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