JP5990138B2 - 無線通信システム、チャネル割当装置、及びチャネル割当方法 - Google Patents
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IEEE802.11標準規格の無線LANには、2.4GHz(ギガヘルツ)帯を用いるIEEE802.11bやIEEE802.11g規格の無線LANと、5GHz帯を用いるIEEE802.11a規格の無線LANがある。
一方、IEEE802.11a規格では、日本の場合は、5170MHzから5330MHz間、及び、5490MHzから5710MHz間でそれぞれ互いに重ならない8チャネル及び11チャネルの合計19チャネルが規定されている。なお、IEEE802.11a規格では、チャネル当たりの帯域幅が20MHzに固定されている(例えば、非特許文献1参照。)。
このように、チャネル当たりの帯域幅を40MHz、80MHz、160MHzと広くする場合、5GHz帯において同一場所で同時に使えるチャネル数は、9チャネル、4チャネル、2チャネルと少なくなる。すなわち、チャネル当たりの帯域幅が増加するにつれて、使えるチャネル数が低減することになる。
このような制御を行うため、競合する通信セルや通信局が多いと、得られるスループットが低下する。したがって、周辺環境をモニタリングし、適切なチャネルを選択することが重要になる。
さらに、現状の市販アクセスポイントは自律分散動作を行っているため、各々のアクセスポイントは、チャネルを選択する際に自局において受信する信号のみを考慮してチャネルを選択している。このため、アクセスポイントの配置分布が一様でない環境では、使用可能チャネルに偏りが生じ、周波数リソースは有効に使用されない。
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す概略ブロック図である。同図に示すように、無線通信システムは、無線基地局装置1とチャネル割当装置3とを備えて構成される。同図においては、無線通信システムが備える複数の無線基地局装置1のうち、通信範囲がそれぞれセルC1、セルC2である2台の無線基地局装置1のみを示している。無線基地局装置1とチャネル割当装置3とは、有線または無線の通信網により通信する。無線基地局装置1は、例えば、無線LAN(Local Area Network)のアクセスポイント(以下、「AP」と記載する。AP:Access Point)であり、複数のチャネルのうちチャネル割当装置3より通知されたいずれか一つのチャネル(周波数帯域)を用いて、配下の不図示の端末装置と無線通信を行う。チャネル割当装置3は、無線基地局装置1が検知した周辺無線環境を示す無線環境情報に基づいて、各無線基地局装置1が使用すべきチャネルを計算し、各々の無線基地局装置1に割り当てる。
そこで、チャネル割当装置3は、非干渉AP群数が最大となるように、無線環境情報が示す各APにおける周辺APの信号検出の可否に基づいて、周辺無線環境に共通した特徴を持つAPをグルーピングする。そして、チャネル割当装置3は、相互に信号検出が不可であるAP(非干渉AP)には同一チャネルを割り当て、信号検出が可能なAP(干渉AP)同士には異なるチャネルを割当てる。なお、チャネル割当装置3は、周辺APの信号検出可否を、予め設定されたRSSI閾値を基に判断する。
無線通信部11は、チャネル設定部15により設定されたチャネルを使用して不図示の端末装置と無線通信を行う。無線通信部11は、例えば、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance:搬送波感知多重アクセス)によるアクセス制御を用いて無線通信を行う。また、無線通信部11は、無線通信において利用可能なすべてのチャネルそれぞれを予め定められた期間スキャンし、スキャン結果を無線環境情報として無線環境情報保持部13に出力する。無線環境情報保持部13は、無線通信部11から入力された無線環境情報を保持する。無線環境情報通知部14は、無線環境情報保持部13に保持されている無線環境情報を読み出してチャネル割当装置3に通知する。チャネル設定部15は、チャネル割当装置3より通知されたチャネルを無線通信部11に設定する。アクセス権獲得部16は、CSMA/CAによるアクセス制御によってアクセス権を獲得する。
通信部31は、無線基地局装置1と通信を行う。情報収集部32は、無線通信システムに存在するチャネル割当制御対象の無線基地局装置1から無線環境情報を収集し、内部に備える記憶部321に書き込む。記憶部33は、本無線通信システムにおいてネットワーク制御によりチャネルを集中的に制御できる無線基地局装置1のリストを記憶する。チャネル算出部34は、予め定められた間隔で、記憶部321内に保持されている無線環境情報と記憶部33に記憶されているリストとを基に、チャネルを集中的に制御できる各々の無線基地局装置1が使用すべきチャネルを算出する。具体的には、チャネル算出部34は、無線環境情報を基に、周辺無線環境に共通した特徴を有する無線基地局装置1を同じグループにグルーピングし、互いに干渉しないグループに対して同一チャネルを割り当てる。チャネル算出部34が備える記憶部341は、チャネルの割り当てに用いる各種データを記憶する。制御部35は、チャネル算出部34が算出したチャネルを無線基地局装置1に通知する。
無線基地局装置1の運用が開始されると、無線通信部11は、予め定められた時間間隔毎に、無線通信において利用可能なすべてのチャネルそれぞれを、予め定められた期間スキャンする。無線通信部11は、スキャンの結果得られた自装置周辺の無線通信に関する状況を示す無線環境情報を無線環境情報保持部13に出力し、無線環境情報保持部13は入力された無線環境情報を記憶する。この無線環境情報には、利用可能なそれぞれのチャネルにおいて存在する(チャネルを利用している)他APの数、当該他APそれぞれのAP識別情報、当該他APそれぞれから受信するビーコンなどの信号の受信信号強度(RSSI値:Received Signal Strength Indicator)、などの情報が含まれる。AP識別情報は、各AP(無線基地局装置1)を一意に特定する識別子であり、受信したビーコンなどの信号から得られる。無線環境情報通知部14は、定期的に、あるいは、チャネル割当装置3からの要求を受けて、前回通知を行った後に得られた無線環境情報を無線環境情報保持部13から読み出してチャネル割当装置3に通知する。
まず、チャネル算出部34は、各々のチャネル割当対象AP(制御対象AP)について、周辺に存在し、干渉し合う他APを把握する必要がある。この周辺の干渉し合う他APの把握は、以下の図2に示す動作により行われる。つまり、チャネル算出部34は、無線環境情報に基づいて、予め設定されたRSSI閾値よりも大きい信号レベルのビーコンを検出すると、当該ビーコンを送信したAPを干渉APと見なす。そして、チャネル算出部34は、干渉APを示すAPリストを生成し、記憶部341に書き込む。干渉APリストとは、制御対象APにおいて検知できる、つまり、制御対象APのキャリアセンス範囲内に存在する他APのうち、制御対象APが使用し得るチャネルを使用しているAPである干渉APの集合を示すデータである。なお、制御対象APであるが、干渉APリストに含まれないAPを「非干渉AP」という。
まず、チャネル割当装置3のチャネル算出部34は、記憶部33に記憶されている制御対象APリスト、及び情報収集部32の記憶部321に記憶されている全ての制御対象APの周辺APリストを読み出し、記憶部341に書き込む。チャネル算出部34は、記憶部341に記憶されている制御対象APリストが空か否かを判断する(ステップS105)。制御対象APリストに1以上の制御対象APが登録されており、空ではないと判断した場合(ステップS105:NO)、チャネル算出部34は、制御対象APリストに登録されている制御対象APを1台選択する(ステップS110)。この選択された制御対象APを、「選択制御対象AP」と記載する。
まず、チャネル算出部34は、記憶部33に記憶されている制御対象APリストを読み出し、記憶部341に書き込む。チャネル算出部34は、記憶部341に記憶されている制御対象APリストが空きであるか否かを判断する(ステップS205)。制御対象APリストが空きではないと判断した場合(ステップS205:NO)、チャネル算出部34は、制御対象APリストに登録されている制御対象AP(無線基地局装置1)について図2のステップS130においてカウントした干渉AP数を比較し、最も干渉AP数が少ない制御対象APを最も孤立した制御対象APとして1台選択する(ステップS210)。
チャネル算出部34は、ステップS305からの処理を繰り返し、グループリストが空である判断した場合(ステップS305:YES)、処理を終了する。
図5は、制御対象APの配置を示す図である。同図に示すように、無線通信システムは、無線基地局装置1として、5台の制御対象APを備える場合について説明する。5台の制御対象APをそれぞれ、AP1、AP2、AP3、AP4、AP5と記載する。AP1、AP2、AP3、AP4、AP5それぞれの通信セルはそれぞれ、C1、C2、C3、C4、C5である。
(2) チャネル算出部34は、グループG1に割当てたCH1とは異なるCH2をグループG2に割当てる。よって、AP2にCH2が割り当てられる。
(3) グループG2のAP2と、グループG3のAP3は互いに非干渉のため、チャネル算出部34は、グループG3にもCH2を割り当てる。よって、AP3にCH2が割り当てられる。ここまでの処理により、図7(c)に示すように、チャネルが割り当てられる。
この手順により、最終的なチャネル割当は、図7(d)に示すように、AP1がCH1、AP2がCH2、AP3がCH2、AP4がCH1、AP5がCH3となる。これによって、キャリアセンス範囲内に存在しても互いに干渉しない5つのセルが形成される。
図8は、屋内実験環境(検証環境)を示す図である。同図に示すように、屋内実験室において12台のAPを設置し、それぞれのAP近傍に無線端末(STA:Station)を一台ずつ配置した。そして、本実施形態を用いて各々のAPにチャネルを割り当てた場合と、各々のAPが従来の最小RSSI法に基づいて使用するチャネルを自律分散的に選択した場合と、使用可能チャネルからランダムにチャネルを選択するランダムチャネル選択法を用いた場合のそれぞれについて、最小スループットを持つセルのスループット値と、公平性を示すFI値とを計算した。なお、FI値については、文献「R. Jain et al., “A quantitative measure of fairness and discrimination for resource allocation in shared systems,” Digital Equipment Corporation Technical Report, DEC-TR-301, September 1984.」に記載されている。1回の実験におけるスループット測定は60秒間とし、30回の実験の結果を平均化した。各APは2.4GHz帯のIEEE802.11g規格で動作する。使用可能チャネル数を互いに干渉しないチャネル1、6、11とした。
図9、図10に示すように、本実施形態を用いて各々のAPにチャネルを割当てた場合は、従来の最小RSSI法、ランダムチャネル選択法を用いた場合と比較して、最小スループット、FI値とも向上したことが確認できる。例えば、従来の最小RSSI法に対して、本実施形態の最小スループットは、1.7倍となっている。
3 チャネル割当装置
11 無線通信部
12 制御部
13 無線環境情報保持部
14 無線環境情報通知部
15 チャネル設定部
16 アクセス権獲得部
31 通信部
32 情報収集部
33、321、341 記憶部
34 チャネル算出部
35 制御部
Claims (7)
- チャネル割当装置と複数の無線基地局装置とを有する無線通信システムであって、
前記無線基地局装置は、
無線通信を行う無線通信部と、
前記無線通信部が検知した周辺無線環境を示す無線環境情報を前記チャネル割当装置に通知する無線環境情報通知部と、
前記チャネル割当装置から通知されたチャネルを前記無線通信部に設定するチャネル設定部とを備え、
前記チャネル割当装置は、
複数の前記無線基地局装置から前記無線環境情報を収集する情報収集部と、
前記情報収集部が収集した前記無線環境情報に基づいて周辺無線環境に共通した特徴を有する前記無線基地局装置を同じグループにグルーピングし、互いに干渉しない前記グループに対して同一のチャネルを割り当てるチャネル算出部と、
前記チャネル算出部が前記グループに割り当てた前記チャネルを、当該グループにグルーピングされた前記無線基地局装置に通知する制御部とを備え、
前記チャネル算出部は、
前記無線環境情報に基づいて、
複数の前記無線基地局装置の中から干渉する他の前記無線基地局装置の数が最も少ない前記無線基地局装置を選択し、選択した前記無線基地局装置と、当該無線基地局装置と非干渉の他の前記無線基地局装置とを同じグループにグルーピングし、
グルーピングされずに残った前記無線基地局装置がある場合は、残った前記無線基地局装置の中から干渉する他の前記無線基地局装置の数が最も少ない前記無線基地局装置を選択し、選択した前記無線基地局装置と、当該無線基地局装置と非干渉の他の前記無線基地局装置とを同じグループにグルーピングする処理を繰り返し、
互いに非干渉の前記無線基地局装置が属する前記グループに対して同一のチャネルを割り当てる、
ことを特徴とする無線通信システム。 - 前記無線環境情報は、前記無線通信部が他の前記無線基地局装置から受信した無線信号の信号レベルの情報を含み、
前記チャネル算出部は、前記無線環境情報が示す他の前記無線基地局装置の無線信号の信号レベルが予め設定された閾値を超えている場合は前記無線環境情報の通知元の前記無線基地局装置と他の前記無線基地局装置とが干渉し合うと判断し、超えていない場合は前記無線環境情報の通知元の前記無線基地局装置と他の前記無線基地局装置とが非干渉と判断し、互いに非干渉の前記無線基地局装置が属する前記グループに対して同一のチャネルを割り当てる、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。 - 前記チャネル算出部は、
同じグループにグルーピングされた前記無線基地局装置の中から前記無線環境情報に基づいて、無線信号が干渉する他の前記無線基地局装置が異なる前記無線基地局装置を特定し、特定した前記無線基地局装置を当該グループから削除して別のグループを形成させ、
互いに非干渉の前記無線基地局装置が属する前記グループに対して同一のチャネルを割り当てる、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の無線通信システム。 - 前記チャネル算出部は、未割当のチャネルを、前記グループに属する一部の前記無線基地局装置に割当てる、
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の無線通信システム。 - チャネル割当装置と複数の無線基地局装置とを有する無線通信システムにおける前記チャネル割当装置であって、
複数の前記無線基地局装置から周辺無線環境を示す無線環境情報を収集する情報収集部と、
前記情報収集部が収集した前記無線環境情報に基づいて周辺無線環境に共通した特徴を有する前記無線基地局装置を同じグループにグルーピングし、互いに干渉しない前記グループに対して同一のチャネルを割り当てるチャネル算出部と、
前記チャネル算出部が前記グループに割り当てた前記チャネルを、当該グループにグルーピングされた前記無線基地局装置に通知する制御部と、
を備え、
前記チャネル算出部は、
前記無線環境情報に基づいて、
複数の前記無線基地局装置の中から干渉する他の前記無線基地局装置の数が最も少ない前記無線基地局装置を選択し、選択した前記無線基地局装置と、当該無線基地局装置と非干渉の他の前記無線基地局装置とを同じグループにグルーピングし、
グルーピングされずに残った前記無線基地局装置がある場合は、残った前記無線基地局装置の中から干渉する他の前記無線基地局装置の数が最も少ない前記無線基地局装置を選択し、選択した前記無線基地局装置と、当該無線基地局装置と非干渉の他の前記無線基地局装置とを同じグループにグルーピングする処理を繰り返し、
互いに非干渉の前記無線基地局装置が属する前記グループに対して同一のチャネルを割り当てることを特徴とするチャネル割当装置。 - チャネル割当装置と複数の無線基地局装置とを有する無線通信システムが実行するチャネル割当方法であって、
前記無線基地局装置が、
当該無線基地局装置において無線通信を行う無線通信部により周辺無線環境を検知する無線環境検知過程と、
前記無線環境検知過程において検知した前記周辺無線環境を示す無線環境情報を前記チャネル割当装置に通知する無線環境情報通知過程と、
前記チャネル割当装置が、
複数の前記無線基地局装置から前記無線環境情報を収集する情報収集過程と、
前記情報収集過程において収集した前記無線環境情報に基づいて周辺無線環境に共通した特徴を有する前記無線基地局装置を同じグループにグルーピングし、互いに干渉しない前記グループに対して同一のチャネルを割り当てるチャネル算出過程と、
前記チャネル算出過程において前記グループに割り当てた前記チャネルを、当該グループにグルーピングされた前記無線基地局装置に通知する制御過程と、
前記無線基地局装置が、
前記チャネル割当装置から通知されたチャネルを前記無線通信部に設定するチャネル設定過程と、
を有し、
前記チャネル算出過程では、
前記無線環境情報に基づいて、
複数の前記無線基地局装置の中から干渉する他の前記無線基地局装置の数が最も少ない前記無線基地局装置を選択し、選択した前記無線基地局装置と、当該無線基地局装置と非干渉の他の前記無線基地局装置とを同じグループにグルーピングし、
グルーピングされずに残った前記無線基地局装置がある場合は、残った前記無線基地局装置の中から干渉する他の前記無線基地局装置の数が最も少ない前記無線基地局装置を選択し、選択した前記無線基地局装置と、当該無線基地局装置と非干渉の他の前記無線基地局装置とを同じグループにグルーピングする処理を繰り返し、
互いに非干渉の前記無線基地局装置が属する前記グループに対して同一のチャネルを割り当てることを特徴とするチャネル割当方法。 - チャネル割当装置と複数の無線基地局装置とを有する無線通信システムにおける前記チャネル割当装置が実行するチャネル割当方法であって、
情報収集部が、複数の前記無線基地局装置から周辺無線環境を示す無線環境情報を収集する情報収集過程と、
チャネル算出部が、前記情報収集過程において収集した前記無線環境情報に基づいて周辺無線環境に共通した特徴を有する前記無線基地局装置を同じグループにグルーピングし、互いに干渉しない前記グループに対して同一のチャネルを割り当てるチャネル算出過程と、
制御部が、前記チャネル算出過程において前記グループに割り当てた前記チャネルを、当該グループにグルーピングされた前記無線基地局装置に通知する制御過程と、
を有し、
前記チャネル算出部は、
前記無線環境情報に基づいて、
複数の前記無線基地局装置の中から干渉する他の前記無線基地局装置の数が最も少ない前記無線基地局装置を選択し、選択した前記無線基地局装置と、当該無線基地局装置と非干渉の他の前記無線基地局装置とを同じグループにグルーピングし、
グルーピングされずに残った前記無線基地局装置がある場合は、残った前記無線基地局装置の中から干渉する他の前記無線基地局装置の数が最も少ない前記無線基地局装置を選択し、選択した前記無線基地局装置と、当該無線基地局装置と非干渉の他の前記無線基地局装置とを同じグループにグルーピングする処理を繰り返し、
互いに非干渉の前記無線基地局装置が属する前記グループに対して同一のチャネルを割り当てることを特徴とするチャネル割当方法。
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