JP5646434B2 - 無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、予約信号（ＮＡＶ：Network Allocation Vector ）を送信することにより、無線空間を占有して無線通信を行う無線通信システムおよび無線通信方法に関する。

ＩＥＥＥ８０２．１１無線通信規格におけるアクセス手順である自律分散制御（ＤＣＦ：Distributed Coordination Function ）では、各無線端末は、送信する前にチャネルのキャリアセンスを行い、チャネルがアイドルのときに、コンテンションウインドウ（ＣＷ）の範囲から乱数を発生させ、当該乱数に相当する期間（バックオフタイム）だけ待機してもチャネルがアイドルであることを確認してパケットを送信するＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 方式が用いられている。バックオフタイム期間が経過する前にチャネルがビジーになった場合はパケットを送信せず、次にチャネルがアイドルになったときに、残りの待機時間によってキャリアセンスを行う。

一方、正常にパケットを受信した無線基地局は、その旨を送信元である無線端末に通知するために、ＡＣＫ信号を送信する。したがって、所定時間内にＡＣＫ信号を受信しない場合には、送信元である無線端末は、送信が失敗したと判断してＣＷを拡大することにより、乱数を発生させる範囲を広げて再送処理を行う。すなわち、再送回数が増えるごとにチャネルが混雑していると判断し、ＣＷを拡大することによって衝突回避を行う。

しかし、無線通信では、無線端末間の距離や電波を通さない障害物などの影響により、互いの無線信号が到達しない状態（キャリアセンスが機能しない電波環境）が起こりうる。この場合、キャリアセンスが有効に機能しないため、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式ではフレームの衝突の頻度が増し、スループット特性を悪化させる原因になる。

そこで、ＩＥＥＥ８０２．１１規格ではキャリアセンスが有効に機能しない伝播環境に対応するために、ＲＴＳ（Request to Send ）／ＣＴＳ（Clear to Send ）と呼ばれる対策機能が定義されている。

図４は、ＲＴＳ／ＣＴＳの動作手順を示す。
図４において、端末Ａはデータフレーム送信前にＤＩＦＳに加えてバックオフ時間をキャリアセンスし、ＲＴＳをデータフレームの宛先である基地局宛に送信する。端末Ａと端末Ｂは互いにキャリアセンスできる伝播環境下にあるため、端末Ａが送信するＲＴＳを端末Ｂも受信する。ＲＴＳとＣＴＳのフレームには、チャネルを使用する予定期間が記載されるデュレーションフィールドがあり、端末ＢはＲＴＳフレームに記載されている期間だけ予約信号（ＮＡＶ）を設定することにより、送信を禁止して衝突を防止する。ただし、このＲＴＳは端末Ｃには届かないものとする。

データフレームの宛先である基地局は、ＲＴＳ受信後のＳＩＦＳ時間空けて端末Ａ宛にＣＴＳを返す。基地局が送信したＣＴＳは端末Ｃも受信することができるので、端末ＣはＣＴＳフレームに記載されている期間だけ予約信号（ＮＡＶ）を設定することにより、送信を禁止して衝突を防止する。ＣＴＳを受信した端末Ａは、ＳＩＦＳ時間後にデータフレームを送信し、当該データフレームを受信した基地局もＳＩＦＳ時間後にＡＣＫ信号を送信して通信を終了する。ここで、ＳＩＦＳとＤＩＦＳは、ＳＩＦＳ＜ＤＩＦＳの関係にあるため、短い時間のＳＩＦＳを使って優先権をもたせることで、いったんＲＴＳが正常に受信されれば、以後の手順中はフレームは妨害されることなくデータフレームとＡＣＫ信号が交換される。

データフレームの送信元の端末Ａ、受信先の基地局以外の周辺無線局（端末Ｂ，端末Ｃ）は、ＲＴＳあるいはＣＴＳの受信後、デュレーションフィールドに記載されている期間は無線回線が使用されていると見なし、予約信号（ＮＡＶ）を設定することにより送信を禁止して衝突を防止する。

IEEE standard for Local and metropolitan area networks Part 11: Wireless LAN MAC and PHY Specifications, June 2007

従来の技術では、キャリアセンスが有効に機能しない伝播環境に対応するためにＲＴＳ／ＣＴＳと呼ばれる対策機能が定義されている。ＲＴＳやＣＴＳのデュレーションフィールドに記載されている期間はチャネルが使用されていると見なし、予約信号（ＮＡＶ）を設定することにより衝突を防止している。

ところで、昨今のＣＳＭＡ／ＣＡの無線通信環境は、１つのエリアに多くの端末／親機が存在する稠密になってきており、良好な無線通信環境でのデータの送受信は厳しい状況に至っている。すなわち、良好な無線通信環境を得るための手段の１つとして、一時的に無線空間を占有できるメカニズムが必要である。

本発明は、所定の無線通信システムのエリア限定で予約信号（ＮＡＶ）を送信することで、そのエリア内で無線空間を占有して無線通信を行う無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、第１の基地局と該第１の基地局と通信を行う第１の端末により構成される規定の無線通信グループと、第２の基地局と該第２の基地局と通信を行う第２の端末により構成される他の無線通信グループとにより構成され、全ての無線通信グループでそれぞれ通信に用いる共通の複数の伝送速度が用意される無線通信システムにおいて、規定の無線通信グループは、第１の基地局から第１の端末に対して通信に用いる第１の伝送速度を通知し、当該第１の伝送速度を用いて第１の基地局と第１の端末との通信を行う構成であり、さらに、第１の基地局は、第１の伝送速度以外の共通の伝送速度の１つを用いてチャネルを予約する予約信号を送信する手段を備え、第２の基地局および第２の端末は、予約信号を受信し、予約信号で指定される期間だけ送信を禁止する手段を備える。

第１の発明の無線通信システムにおいて、予約信号を送信する伝送速度は、共通の伝送速度の中で一番低速の伝送速度である。

第２の発明は、第１の基地局と該第１の基地局と通信を行う第１の端末により構成される規定の無線通信グループと、第２の基地局と該第２の基地局と通信を行う第２の端末により構成される他の無線通信グループとにより構成され、全ての無線通信グループでそれぞれ通信に用いる共通の複数の伝送速度が用意される無線通信システムの無線通信方法において、規定の無線通信グループは、第１の基地局から第１の端末に対して通信に用いる第１の伝送速度を通知し、当該第１の伝送速度を用いて第１の基地局と第１の端末との通信を行い、さらに、第１の基地局は、第１の伝送速度以外の共通の伝送速度の１つを用いてチャネルを予約する予約信号を送信し、第２の基地局および第２の端末は、予約信号を受信し、予約信号で指定される期間だけ送信を禁止する。

第２の発明の無線通信方法において、予約信号を送信する伝送速度は、共通の伝送速度の中で一番低速の伝送速度である。

本発明は、予約信号（ＮＡＶ）と通信に用いる伝送速度を相違させることにより、所定の無線通信システムに隣接する他の無線通信システムに対してのみ、予約信号により送信を禁止することができる。これにより、当該予約信号で指定される期間だけ、所定の無線通信システムが無線空間を占有して通信を行うことができる。

本発明の無線通信システムの基地局の装置構成例を示す図である。 伝送速度制御部１４の処理例を示すフローチャートである。 本発明の無線通信システムの動作例を示すタイムチャートである。 ＲＴＳ／ＣＴＳの動作手順を示すタイムチャートである。

図１は、本発明の無線通信システムにおける基地局の装置構成例を示す。
図１において、基地局は、データ信号入出力部１１、報知信号生成部１２、予約信号生成部１３、伝送速度制御部１４、送受信部１５およびアンテナ１６を備える。

データ信号入出力部１１は、伝送速度制御部１４を介して送受信部１５に接続される。報知信号生成部１２は、通信に用いる伝送速度を端末に通知する報知信号を生成し、伝送速度制御部１４を介して送受信部１５に出力する。予約信号生成部１３は、チャネルを予約する予約信号（ＮＡＶ）を生成し、伝送速度制御部１４を介して送受信部１５に出力する。

伝送速度制御部１４は、図２に示すように、入力するデータ信号または報知信号または予約信号によって伝送速度を制御する。予約信号は、無線通信システムに用意されている複数の共通の伝送速度（１Ｍbps ，２Ｍbps ， 5.5Ｍbps ，６Ｍbps ，11Ｍbps ，12Ｍbps ，…）のうち、例えば一番低速の伝送速度（１Ｍbps ）に設定される。報知信号は、予約信号の伝送速度以外で次に低速の伝送速度（２Ｍbps ）に設定され、当該報知信号によりデータ信号に用いる伝送速度として、予約信号の伝送速度以外の伝送速度（例えば 5.5Ｍbps ）が各端末に通知される。データ信号は、報知信号により通知される伝送速度が設定される。それ以後、データ信号に用いる伝送速度を通知する報知信号は、当該データ信号に用いる伝送速度が設定される。

送受信部１５は、伝送速度制御部１４により指定された伝送速度で報知信号を端末宛てに送信する。端末は、基地局からの報知信号により、データ信号に用いる伝送速度を取得し、それ以外の伝送速度で送信された信号を無視する。これは、無線ＬＡＮの規格であるＩＥＥＥ８０２．１１標準において規定されるSuppored Rate を利用したものである。すなわち、端末は基地局との間でネゴシエートした伝送速度のみを用いて当該基地局との通信を行う。換言すると、端末は、当該伝送速度以外の伝送速度は使用しないので、当該伝送速度以外の伝送速度で送信された信号については無視することとなる。

図３は、本発明の無線通信システムの動作例を示す。
図３において、グループ１の基地局１は、配下の端末２，３に対して、データ信号に用いる伝送速度を通知する報知信号を送信し、配下の端末２，３との間でデータ信号を送受信する伝送速度が設定される。

次に、基地局１は、所定期間に渡ってチャネルを予約する予約信号（ＮＡＶ）を所定の伝送速度（上記の例では１Ｍbps ）で送信する。この予約信号は、各無線通信システムに用意されている複数の共通の伝送速度の１つで伝送されるので、他の無線通信システム（グループ２）の基地局４および端末５，６にも受信され、当該基地局４および端末５，６では当該予約信号（ＮＡＶ）による送信禁止期間が設定される。

一方、基地局１の配下の端末２，３は、すでにデータ信号に用いる伝送速度として、予約信号の伝送速度以外の伝送速度が設定されているので、基地局１が送信する予約信号は無視される。すなわち、予約信号による送信禁止期間は、他の無線通信システムの基地局４および端末５，６のみに設定され、当該無線通信システムの基地局１と端末２，３との間のデータ信号を優先的に送受信することができる。

１，４ 基地局
２，３，５，６ 端末
１１ データ信号入出力部
１２ 報知信号生成部
１３ 予約信号生成部
１４ 伝送速度制御部
１５ 送受信部
１６ アンテナ

Claims (4)

1. 第１の基地局と該第１の基地局と通信を行う第１の端末により構成される規定の無線通信グループと、第２の基地局と該第２の基地局と通信を行う第２の端末により構成される他の無線通信グループとにより構成され、全ての無線通信グループでそれぞれ通信に用いる共通の複数の伝送速度が用意される無線通信システムにおいて、
   前記規定の無線通信グループは、前記第１の基地局から前記第１の端末に対して通信に用いる第１の伝送速度を通知し、当該第１の伝送速度を用いて前記第１の基地局と前記第１の端末との通信を行う構成であり、
   さらに、前記第１の基地局は、前記第１の伝送速度以外の前記共通の伝送速度の１つを用いてチャネルを予約する予約信号を送信する手段を備え、
   前記第２の基地局および前記第２の端末は、前記予約信号を受信し、前記予約信号で指定される期間だけ送信を禁止する手段を備えた
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記予約信号を送信する伝送速度は、前記共通の伝送速度の中で一番低速の伝送速度である
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 第１の基地局と該第１の基地局と通信を行う第１の端末により構成される規定の無線通信グループと、第２の基地局と該第２の基地局と通信を行う第２の端末により構成される他の無線通信グループとにより構成され、全ての無線通信グループでそれぞれ通信に用いる共通の複数の伝送速度が用意される無線通信システムの無線通信方法において、
   前記規定の無線通信グループは、前記第１の基地局から前記第１の端末に対して通信に用いる第１の伝送速度を通知し、当該第１の伝送速度を用いて前記第１の基地局と前記第１の端末との通信を行い、
   さらに、前記第１の基地局は、前記第１の伝送速度以外の前記共通の伝送速度の１つを用いてチャネルを予約する予約信号を送信し、
   前記第２の基地局および前記第２の端末は、前記予約信号を受信し、前記予約信号で指定される期間だけ送信を禁止する
   ことを特徴とする無線通信方法。
4. 請求項３に記載の無線通信方法において、
   前記予約信号を送信する伝送速度は、前記共通の伝送速度の中で一番低速の伝送速度である
   ことを特徴とする無線通信方法。

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