JP5615790B2 - 無線中継装置およびチャネル制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ローカル側の無線ＬＡＮ端末と、ネットワーク側の複数のアクセスネットワーク（無線ＬＡＮや移動通信網）との間で中継処理を行う無線中継装置およびチャネル制御方法に関する。
特に、ローカル側無線ＬＡＮとネットワーク側無線ＬＡＮの双方において、複数のチャネルを束ねるチャネルボンディングを用いた無線通信を行うための無線中継装置およびチャネル制御方法に関する。

近年、スマートフォンやタブレット、ゲーム機等のモバイル端末に無線ＬＡＮインタフェースが搭載され、これらの機器を用いて自宅やオフィス等のみならず、外出先においても高速な無線ＬＡＮを介したインターネットアクセスを行うことが可能である。本明細書では、このようなモバイル端末を含む無線ＬＡＮインタフェースを備えた無線端末を「無線ＬＡＮ端末」という。

しかし、無線ＬＡＮは駅や空港、喫茶店等の場所に固定して設置されており、無線ＬＡＮ端末は、無線ＬＡＮの通信圏外においてインターネットへのアクセスを維持することができない。

この問題を解決する装置として、無線ＬＡＮの通信圏内では無線ＬＡＮに接続し、無線ＬＡＮの通信圏外では例えば移動通信網やＷｉＭＡＸ（Worldwide interoperability for microwave access)に接続する無線中継装置があり、無線ＬＡＮ端末を当該無線中継装置を介して無線ＬＡＮまたは移動通信網やＷｉＭＡＸに接続することによりインターネットへのアクセスを維持することが可能である。ここで、移動通信網の規格としては、ＨＳＰＡ（High speed packet access) 、ＷＣＤＭＡ（Wide band code division multiple access)、ＥＤＧＥ（Enhanced data rates for GSM（登録商標） evolution)、ＬＴＥ（Long Term Evolution ）などがある。

図４は、従来の無線中継装置の構成例を示す（特許文献１）。
図４において、無線中継装置１０は、ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部１１、ネットワーク側無線接続部１２，１３、ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４、接続制御部１５により構成される。基幹ネットワーク１００には、アクセスネットワークとして無線ＬＡＮ１０１、移動通信網１０２、ＷｉＭＡＸ１０３が接続される。

ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部１１は、ネットワーク側のアクセスネットワークである無線ＬＡＮ１０１の基地局との間で、IEEE 802.11 規格のプロトコルに従った接続処理を行う。ネットワーク側無線接続部１２，１３は、移動通信網１０２やＷｉＭＡＸ１０３の基地局との間で、各無線システムのプロトコルに従った接続処理を行う。ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４は、ローカル側の無線ＬＡＮ端末１との間で、IEEE 802.11 規格のプロトコルに従った接続処理を行う。接続制御部１５は、ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部１１またはネットワーク側無線接続部１２，１３のいずれかを選択し、ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４との間で中継処理を行う。

このような構成により、無線ＬＡＮ端末１は、ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４を介して無線中継装置１０に接続され、さらにネットワーク側無線ＬＡＮ接続部１１を介してネットワーク側の無線ＬＡＮ１０１、またはネットワーク側無線接続部１２，１３を介して移動通信網１０２やＷｉＭＡＸ１０３に接続され、さらに基幹ネットワーク１００に接続される。

ところで、無線ＬＡＮ端末１と無線中継装置１０の双方の無線ＬＡＮインタフェースが、無線ＬＡＮの高速化規格であるIEEE 802.11n規格（非特許文献１）に対応している場合、それまで制定されていたIEEE 802.11a/b/g規格（非特許文献２）で用いていた周波数チャネルを２つ同時に利用するチャネルボンディングを用いた伝送を行うことが可能である。これにより、IEEE 802.11a/b/g規格の無線ＬＡＮを用いた場合と比較して、２倍以上の高速な通信が可能となる。

このチャネルボンディングでは、通常利用するチャネル（メインチャネル）と、高速化のための拡張チャネル（サブチャネル）の２つのチャネルが用いられる。なお、無線ＬＡＮにおいて、IEEE802.11規格で規定される 2.4ＧHz帯の周波数帯におけるチャネルボンディングでは、20ＭHz帯域幅のメインチャネルおよびサブチャネルを用いた40ＭHz帯域幅のチャネルを用いて通信を行う。その場合、チャネルボンディングを行うメインチャネルとサブチャネルは、例えばチャネル１とチャネル５のように４チャネル離れたものの組み合わせとなる。

一方、IEEE 802.11 規格では、キャリアセンスにより衝突をできるだけ回避するＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）アクセス制御が行われており、無線信号を送信する前にキャリアセンスによりチャネルに信号が送出されていないことを確認しなければならない。さらに、IEEE 802.11n規格では、このＣＳＭＡ／ＣＡアクセス制御を行う前に、ボンディング対象のサブチャネルを一定期間監視しなければならない。

したがって、無線中継装置１０のローカル側無線ＬＡＮ接続部１４は、チャネルボンディングによる通信を行う前に、メインチャネルおよびサブチャネルの無線チャネル使用状況を監視し、一定期間通信が行われていないことを確認する。双方のチャネルにおいて一定期間通信が行われていなければ、メインチャネルとサブチャネルの同時利用が可能と判断してチャネルボンディングを行う。当該期間においてサブチャネルで通信が行われている場合には、サブチャネルは利用不可能と判断し、メインチャネルのみを用いて、ＣＳＭＡ／ＣＡアクセス制御に基づいた通信を行う。

無線中継装置１０のネットワーク側無線ＬＡＮ接続部１１とネットワーク側の無線ＬＡＮ１０１の基地局との間でも同様である。なお、チャネルボンディングの制御は、無線ＬＡＮ１０１の基地局で行われる。

特開２０１０−０２１８７８号公報

IEEE Std 802.11nTM-2009 20.3.22.5.2章 IEEE Std 802.11TM-2007 17.2.2.2章

無線中継装置において、チャネルボンディングを用いた中継伝送を行う場合、図５に示すように、ローカル側とネットワーク側で用いるメインチャネルおよびサブチャネルのそれぞれがすべて異なれば、ローカル側とネットワーク側で独立してチャネルボンディングを行うことができる。例えば、一方でチャネル１とチャネル５のチャネルボンディングを行い、他方でチャネル９とチャネル13のチャネルボンディングを行う。しかし、このようにローカル側、ネットワーク側でチャネルボンディングを行うために、それぞれのチャネルが完全に重複しないように設定することは、多くのモバイル端末が 2.4ＧHz帯を利用する現状において周波数利用効率の観点から実用的ではない。

一方、図６に示すように、メインチャネルは互いに異なるものの、それぞれのサブチャネルが他方のメインチャネルと重なる場合、ローカル側とネットワーク側で相互にサブチャネルが利用中であることを検出し、チャネルボンディングを行うことができない可能性が高くなる。例えば、ネットワーク側がメインチャネル１、サブチャネル５を使用し、ローカル側がメインチャネル５、サブチャネル１を用いるような状況である。この場合、ネットワーク側はチャネルボンディングを行う前にサブチャネル５の利用状況を監視するが、このチャネルはローカル側のメインチャネルのために頻繁に利用される可能性が高い。このとき、ネットワーク側は、キャリアセンスによってサブチャネル５が利用中であることを検知するため、チャネルボンディングを行わず、メインチャネル１のみを用いて通信を行うことになる。ローカル側においても同様である。

また、従来の無線中継装置において、ローカル側とネットワーク側はそれぞれ別個のネットワークであるため、チャネルはそれぞれのインタフェースで独立して割り当てられる。このため、ローカル側とネットワーク側で、図６に示すように互いに重なるチャネルの割り当てがなされる可能性がある。この場合、それぞれIEEE802.11n を利用可能であったとしても、チャネルボンディングが行われず、IEEE802.11n の高速性を十分に利用できなかった。

本発明は、IEEE802.11n を利用した無線通信を行う際に、無線中継装置のローカル側無線ＬＡＮおよびネットワーク側無線ＬＡＮで確実にチャネルボンディングを行うことが可能な無線中継装置およびチャネル制御方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、無線ＬＡＮ端末との間でＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行い、第１のメインチャネルおよび第１のサブチャネルを併用して通信を行うローカル側無線ＬＡＮ接続部と、ネットワーク側の無線ＬＡＮの基地局との間でＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行い、第２のメインチャネルおよび第２のサブチャネルを併用して通信を行うネットワーク側無線ＬＡＮ接続部と、ローカル側無線ＬＡＮ接続部とネットワーク側無線ＬＡＮ接続部との間で、無線ＬＡＮ端末とネットワーク側との間の中継接続を制御する接続制御部とを備えた無線中継装置において、ローカル側無線ＬＡＮ接続部が併用する第１のメインチャネルおよび第１のサブチャネルと、ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部が併用する第２のメインチャネルおよび第２のサブチャネルを管理し、第１のメインチャネルと第２のメインチャネルが異なる場合に、一方のメインチャネルを他方のメインチャネルと同一のチャネルに設定するチャネル制御部を備える。

第１の発明の無線中継装置において、チャネル制御部は、一方のメインチャネルを他方のメインチャネルと同一のチャネルに設定する際に、一方のサブチャネルを他方のサブチャネルと異なるチャネルに設定する構成である。

第２の発明は、無線ＬＡＮ端末との間でＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行い、第１のメインチャネルおよび第１のサブチャネルを併用して通信を行うローカル側無線ＬＡＮ接続部と、ネットワーク側の無線ＬＡＮの基地局との間でＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行い、第２のメインチャネルおよび第２のサブチャネルを併用して通信を行うネットワーク側無線ＬＡＮ接続部と、ローカル側無線ＬＡＮ接続部とネットワーク側無線ＬＡＮ接続部との間で、無線ＬＡＮ端末とネットワーク側との間の中継接続を制御する接続制御部とを備えた無線中継装置のチャネル制御方法において、ローカル側無線ＬＡＮ接続部が併用する第１のメインチャネルおよび第１のサブチャネルと、ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部が併用する第２のメインチャネルおよび第２のサブチャネルを管理するチャネル制御部を備え、チャネル制御部は、第１のメインチャネルと第２のメインチャネルが異なる場合に、一方のメインチャネルを他方のメインチャネルと同一のチャネルに設定する。

第２の発明のチャネル制御方法において、チャネル制御部は、一方のメインチャネルを他方のメインチャネルと同一のチャネルに設定する際に、一方のサブチャネルを他方のサブチャネルと異なるチャネルに設定する。

本発明は、ローカル側無線ＬＡＮのメインチャネルとネットワーク側無線ＬＡＮのメインチャネルを同一のチャネルに設定し、それぞれのサブチャネルを異なるチャネルまたは同一のチャネルに設定することにより、従来通りのＣＳＭＡ／ＣＡアクセス制御による棲み分けによってチャネルボンディングを確実に行うことができる。

これにより、ローカル側無線ＬＡＮとネットワーク側無線ＬＡＮが互いにサブチャネルを使用することによってチャネルボンディングができない事態を回避するとともに、チャネルボンディング可能なチャネルを積極的に利用することにより、周波数利用効率を高め、チャネルボンディングを行わない場合に比べて２倍以上のスループット改善を実現し、無線ＬＡＮシステム全体の通信速度を向上させることができる。

本発明の無線中継装置の実施例を示す図である。 本発明によるローカル側無線ＬＡＮ接続部１４のチャネル設定例を示す図である。 本発明の無線中継装置の処理手順を示すフローチャートである。 従来の無線中継装置の構成例を示す図である。 チャネルボンディングによるチャネル割当例を示す図である。 チャネルボンディングによるチャネル割当の課題を示す図である。

図１は、本発明の無線中継装置の実施例を示す。
図１において、無線中継装置を構成するネットワーク側無線ＬＡＮ接続部１１、ネットワーク側無線接続部１２，１３、ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４、接続制御部１５は、従来の無線中継装置と同様の機能を有する。

本実施例の無線中継装置の特徴は、ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部１１、ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４および接続制御部１５に接続されるチャネル制御部１６において、ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部１１およびローカル側無線ＬＡＮ接続部１４が使用するチャネルの使用状況を管理し、互いにチャネルボンディングを行うチャネルの一部または全部が重複する場合に、当該チャネルを用いたチャネルボンディングを可能にするところにある。

具体的には、ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４は、チャネルボンディングで使用するメインチャネルおよびサブチャネルが、ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部１１の利用チャネル（メインチャネルおよびサブチャネル）のいずれかと重複するか否かをチャネル制御部１６に問い合わせる。そして、チャネル制御部１６はそれらが重複する場合、すなわちローカル側で使用するメインチャネルおよびサブチャネルのいずれかがネットワーク側で使用中のときに、ローカル側のメインチャネルをネットワーク側のメインチャネルと同じチャネルに設定し、さらにローカル側のサブチャネルをネットワーク側のサブチャネルと異なるチャネルに設定するように、ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４に指示する。

これにより、図２(1) に示すように、例えばローカル側およびネットワーク側のそれぞれのサブチャネルが他方のメインチャネルと重なる場合、ローカル側のメインチャネルをネットワーク側のメインチャネルと同じになるように設定し、かつサブチャネルが異なるように設定してチャネルボンディングを実施する。また、図２(2) に示すように、ローカル側のメインチャネルをネットワーク側のメインチャネルと同じになるように設定したときに、サブチャネルが異なるように設定できない場合でもチャネルボンディングを実施する。これは、例えばネットワーク側のメインチャネルがチャネル１（または13）およびサブチャネルが５（または９）で、ローカル側のメインチャネルを同一に設定するとそのサブチャネルも同一になってしまうである。

このような状況でローカル側とネットワーク側でチャネルボンディングを行う場合、重複したメインチャネル（およびサブチャネル）における送信は、従来通りのＣＳＭＡ／ＣＡアクセス制御により棲み分けが行われ、メインチャネル（およびサブチャネル）が送信権を取得して送信を行うときは、チャネルボンディングを確実に行うことができるので、無線ＬＡＮシステム全体の通信速度を向上させることができる。すなわち、サブチャネルが使用中であっても、チャネルボンディング可能なチャネルを積極的に利用することにより、チャネルボンディングを行わない場合に比べて２倍以上のスループット改善を実現することができる。

図３は、本発明の無線中継装置の処理手順を示す。
図３において、ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４は、従来のIEEE 802.11n規格に従ってチャネルボンディングを開始する前に、ボンディング対象のサブチャネルを所定のα期間だけキャリアセンスする（Ｓ11）。このサブチャネルにおいて、α期間中にキャリアを検出した場合には（Ｓ12：Yes ）、当該サブチャネルがネットワーク側無線ＬＡＮ接続部１１で使用中か否かをチャネル制御部１６に問い合わせる。

チャネル制御部１６は、ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部１１から使用チャネルの状況を取得し、ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４から問い合わせを受けたサブチャネルが使用中であるか否かを確認する（Ｓ13）。ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部１１で当該サブチャネルが使用中であれば（Ｓ13：Yes ）、ローカル側のメインチャネルをネットワーク側のメインチャネルと同一のチャネルに設定し、サブチャネルが異なる設定が可能か否かを確認する（Ｓ14）。ここで、当該設定が可能な場合には（Ｓ14：Yes ）、ローカル側のメインチャネルをネットワーク側のメインチャネルと同一に設定し、ローカル側のサブチャネルをネットワーク側のメインチャネルと異なるチャネルに設定し、ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４に通知する（Ｓ15）。一方、ローカル側のメインチャネルをネットワーク側のメインチャネルと同一に設定した場合に、サブチャネルが異なる設定にできない場合（Ｓ14：No）、すなわち図２(2) の場合、ローカル側のメインチャネルおよびサブチャネルをネットワーク側と同一に設定し、ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４に通知する（Ｓ16）。ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４は、チャネル制御部１６から通知されたメインチャネルおよびサブチャネルを用いたチャネルボンディングを実施する（Ｓ17）。

また、ステップＳ12において、ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４がα期間中にサブチャネルのキャリアを検出しない場合には（Ｓ12：No）、チャネル制御部１６に問い合わせをすることなく、メインチャネルおよび当該サブチャネルを用いたチャネルボンディングを実施する（Ｓ17）。

また、ステップＳ13において、チャネル制御部１６は、ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４から問い合わせを受けたサブチャネルのキャリアが検出されたもののネットワーク側無線ＬＡＮ接続部１１で使用中でなければ、当該サブチャネルは他の無線システムにより使用されていることになるので、当該サブチャネルを用いたチャネルボンディングが不可能なことをローカル側無線ＬＡＮ接続部１４に通知し、ローカル側無線ＬＡＮ接続部１４はこの通知によりチャネルボンディングを実施しない（Ｓ18）。

なお、本実施例では、ネットワーク側のメインチャネルおよびサブチャネルに合せてローカル側のメインチャネルおよびサブチャネルを設定し、双方でチャネルボンディングを行う例を示したが、逆にローカル側のメインチャネルおよびサブチャネルに合せてネットワーク側のメインチャネルおよびサブチャネルを設定し、双方でチャネルボンディングを行うようにしてもよい。その場合には、ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部１１からネットワーク側の無線ＬＡＮ１０１の基地局に当該メインチャネルおよびサブチャネルを通知し、無線ＬＡＮ１０１の基地局によりチャネルボンディングを行う。

１ 無線ＬＡＮ端末
１０ 無線中継装置
１１ ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部
１２，１３ ネットワーク側無線接続部
１４ ローカル側無線ＬＡＮ接続部
１５ 接続制御部
１６ チャネル制御部
１００ 基幹ネットワーク
１０１ 無線ＬＡＮ
１０２ 移動通信網
１０３ ＷｉＭＡＸ

Claims (4)

1. 無線ＬＡＮ端末との間でＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行い、第１のメインチャネルおよび第１のサブチャネルを併用して通信を行うローカル側無線ＬＡＮ接続部と、
   ネットワーク側の無線ＬＡＮの基地局との間でＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行い、第２のメインチャネルおよび第２のサブチャネルを併用して通信を行うネットワーク側無線ＬＡＮ接続部と、
   前記ローカル側無線ＬＡＮ接続部と前記ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部との間で、前記無線ＬＡＮ端末と前記ネットワーク側との間の中継接続を制御する接続制御部と
   を備えた無線中継装置において、
   前記ローカル側無線ＬＡＮ接続部が併用する前記第１のメインチャネルおよび前記第１のサブチャネルと、前記ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部が併用する前記第２のメインチャネルおよび前記第２のサブチャネルを管理し、前記第１のメインチャネルと前記第２のメインチャネルが異なる場合に、一方のメインチャネルを他方のメインチャネルと同一のチャネルに設定するチャネル制御部を備えた
   ことを特徴とする無線中継装置。
2. 請求項１に記載の無線中継装置において、
   前記チャネル制御部は、前記一方のメインチャネルを前記他方のメインチャネルと同一のチャネルに設定する際に、前記一方のサブチャネルを前記他方のサブチャネルと異なるチャネルに設定する構成である
   ことを特徴とする無線中継装置。
3. 無線ＬＡＮ端末との間でＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行い、第１のメインチャネルおよび第１のサブチャネルを併用して通信を行うローカル側無線ＬＡＮ接続部と、
   ネットワーク側の無線ＬＡＮの基地局との間でＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御を行い、第２のメインチャネルおよび第２のサブチャネルを併用して通信を行うネットワーク側無線ＬＡＮ接続部と、
   前記ローカル側無線ＬＡＮ接続部と前記ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部との間で、前記無線ＬＡＮ端末と前記ネットワーク側との間の中継接続を制御する接続制御部と
   を備えた無線中継装置のチャネル制御方法において、
   前記ローカル側無線ＬＡＮ接続部が併用する前記第１のメインチャネルおよび前記第１のサブチャネルと、前記ネットワーク側無線ＬＡＮ接続部が併用する前記第２のメインチャネルおよび前記第２のサブチャネルを管理するチャネル制御部を備え、
   前記チャネル制御部は、前記第１のメインチャネルと前記第２のメインチャネルが異なる場合に、一方のメインチャネルを他方のメインチャネルと同一のチャネルに設定する
   ことを特徴とするチャネル制御方法。
4. 請求項３に記載のチャネル制御方法において、
   前記チャネル制御部は、前記一方のメインチャネルを前記他方のメインチャネルと同一のチャネルに設定する際に、前記一方のサブチャネルを前記他方のサブチャネルと異なるチャネルに設定する
   ことを特徴とするチャネル制御方法。

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