JP6151220B2

JP6151220B2 - 無線基地局装置および無線通信方法

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Publication number: JP6151220B2
Application number: JP2014120806A
Authority: JP
Inventors: 匡史岩渕; 朗岸田; 笑子篠原; 井上　保彦; 保彦井上; 明則蛭川; 匡人溝口
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2034-06-11
Also published as: JP2016001801A

Description

本発明は、通信エリア内に同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置が存在し、各無線基地局装置が周辺の無線端末装置へ通信に必要な情報を報知するビーコンフレームを送信する際に、送信タイミングが競合しないように互いに制御する無線通信システムにおいて、複数の無線基地局装置が連携してビーコンフレームを送信する無線基地局装置および無線通信方法に関する。以下、無線基地局装置をＡＰ、無線端末装置をＳＴＡと表記する。

ＡＰは、配下のＳＴＡにＡＰの存在とその性能を知らせるために定期的にビーコンフレームを送信する。ＳＴＡは、ビーコンフレームの受信により帰属するＡＰの存在とその性能等を把握し、その情報に基づいてＡＰとのリンクを確立する。非特許文献１で規定されている無線ＬＡＮ規格（以下、無線ＬＡＮ標準規格という）では、ＡＰが配下のＳＴＡと接続するために必要な情報を定期的に送信するビーコンフレームが規定されており、具体的にビーコンフレームの情報や送信手順について定めている。

IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Par 11: Wireless LAN MAC and PHY Specifications, 2012.

無線ＬＡＮ標準規格では、アクセス制御方法としてＣＳＭＡ／ＣＡ(carrier sense multiple access with collision avoidance ：衝突回避機能付き搬送波検知多重アクセス方式）を用いており、送信予定の周波数チャネルのキャリアセンスで一定レベルの受信電力を検知した場合には、新たにフレームの送信を開始せずに待機する必要がある。したがって、ＡＰがビーコンフレームを送信している間は、そのビーコンフレームを受信可能な他のＡＰおよびＳＴＡは送信を開始できない。

そのため、通信エリア内に複数のＡＰが存在し、それらが同一の周波数チャネルを用いて通信を行う場合、各ＡＰがビーコンフレームを送信するタイミングが制限されるとともに、ＡＰの数に比例してビーコンフレームが占有する時間帯域が長くなり、その結果、データフレームが占める時間帯域が短くなって伝送スループットが低下する。

また、ビーコンフレームに記載される情報量はオプション機能も併せると非常に多い（非特許文献１）。また、ＡＰのカバレッジを広く維持するため、低速の伝送速度で送信される場合が多い。その結果として、ビーコンフレームが占有する時間帯域が増加し、データフレームの伝送スループットがさらに低下する。

本発明は、通信エリア内に存在する複数のＡＰが定期的にビーコンフレームを送信でき、かつＳＴＡに必要な情報を提供しつつビーコンフレームが占有する時間帯域を短くし、データフレームの伝送スループットを改善することができる無線基地局装置（ＡＰ）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、通信エリア内に同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置が存在し、各無線基地局装置の周辺の無線端末装置へビーコンフレームを送信する際に送信タイミングが競合しないように互いに制御する無線基地局装置において、複数の無線基地局装置のうち連携が可能な複数の無線基地局装置でグループを構成するグループ構成手段と、ビーコンフレームとして、無線端末装置へ報知する制御情報のすべてを含む通常ビーコンと、無線基地局装置の存在のみを通知するショートビーコンとを作成するビーコン生成手段と、グループを構成する複数の無線基地局装置が所定の順番で通常ビーコンまたはショートビーコンを送信する制御を行い、かつビーコン周期ごとに通常ビーコンを送信する１の無線基地局装置の順番をシフトする制御を行うスケジューリング手段とを備える。

第２の発明は、通信エリア内に同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置が存在し、各無線基地局装置の周辺の無線端末装置へビーコンフレームを送信する際に送信タイミングが競合しないように互いに制御する無線基地局装置において、複数の無線基地局装置のうち連携が可能な複数の無線基地局装置でグループを構成するグループ構成手段と、ビーコンフレームとして、グループを構成する複数の無線基地局装置がそれぞれ送信するビーコンフレームのうち共通の情報要素からなる共通ビーコンと、固有の情報要素からなるユニークビーコンとを作成するビーコン生成手段と、グループを構成する複数の無線基地局装置が所定の順番で共通ビーコンとユニークビーコンのセットまたはユニークビーコンを送信する制御を行い、かつビーコン周期ごとに共通ビーコンとユニークビーコンのセットを送信する１の無線基地局装置の順番をシフトする制御を行うスケジューリング手段とを備える。

第３の発明は、通信エリア内に同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置が存在し、各無線基地局装置の周辺の無線端末装置へビーコンフレームを送信する際に送信タイミングが競合しないように互いに制御する無線基地局装置において、複数の無線基地局装置のうち連携が可能な複数の無線基地局装置でグループを構成するグループ構成手段と、ビーコンフレームとして、グループを構成する複数の無線基地局装置がそれぞれ送信するビーコンフレームのうち共通要素と各無線基地局装置の固有要素を連結したグループビーコンと、無線基地局装置ごとに該グループビーコンの有効ビットを指定する要素指定ビーコンとを作成するビーコン生成手段と、グループを構成する複数の無線基地局装置が所定の順番でグループビーコンと要素指定ビーコンのセットまたは要素指定ビーコンを送信する制御を行い、かつビーコン周期ごとにグループビーコンと要素指定ビーコンのセットを送信する１の無線基地局装置の順番をシフトする制御を行うスケジューリング手段とを備える。

第１〜第３の無線基地局装置において、順番について、グループを構成しようとする複数の無線基地局装置がそれぞれ送信した装置情報に基づいて、コーディネータとなる１の無線基地局装置または全無線基地局装置を管理する管理サーバが設定し、グループを構成する各無線基地局装置のスケジューリング手段に通知される。

第１〜第３の発明の無線基地局装置において、グループ構成手段は、通信エリア内で同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置がチャネル利用率を監視し、当該チャネル利用率が一定値以上になったときに、すでにコーディネータとなる無線基地局装置が存在していればそのグループへの加入処理を行い、コーディネータとなる無線基地局装置が存在していなければ自らコーディネータとなってグループを構成する処理を行い、すでにグループに加わっているときに当該チャネル利用率が一定値未満になればグループから脱退する処理を行う。

第４の発明は、通信エリア内に同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置が存在し、各無線基地局装置が周辺の無線端末装置へビーコンフレームを送信する際に送信タイミングが競合しないように互いに制御する無線通信方法において、複数の無線基地局装置のうち連携が可能な複数の無線基地局装置でグループを構成するグループ構成ステップと、ビーコンフレームとして、無線端末装置へ報知する制御情報のすべてを含む通常ビーコンと、無線基地局装置の存在のみを通知するショートビーコンとを作成するビーコン生成ステップと、グループを構成する複数の無線基地局装置が所定の順番で通常ビーコンまたはショートビーコンを送信する制御を行い、かつビーコン周期ごとに通常ビーコンを送信する１の無線基地局装置の順番をシフトする制御を行うスケジューリングステップとを実行する。

第５の発明は、通信エリア内に同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置が存在し、各無線基地局装置の周辺の無線端末装置へビーコンフレームを送信する際に送信タイミングが競合しないように互いに制御する無線通信方法において、複数の無線基地局装置のうち連携が可能な複数の無線基地局装置でグループを構成するグループ構成ステップと、ビーコンフレームとして、グループを構成する複数の無線基地局装置がそれぞれ送信するビーコンフレームのうち共通の情報要素からなる共通ビーコンと、固有の情報要素からなるユニークビーコンとを作成するビーコン生成ステップと、グループを構成する複数の無線基地局装置が所定の順番で共通ビーコンとユニークビーコンのセットまたはユニークビーコンを送信する制御を行い、かつビーコン周期ごとに共通ビーコンとユニークビーコンのセットを送信する１の無線基地局装置の順番をシフトする制御を行うスケジューリングステップとを実行する。

第６の発明は、通信エリア内に同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置が存在し、各無線基地局装置の周辺の無線端末装置へビーコンフレームを送信する際に送信タイミングが競合しないように互いに制御する無線通信方法において、複数の無線基地局装置のうち連携が可能な複数の無線基地局装置でグループを構成するグループ構成ステップと、ビーコンフレームとして、グループを構成する複数の無線基地局装置がそれぞれ送信するビーコンフレームのうち共通要素と各無線基地局装置の固有要素を連結したグループビーコンと、無線基地局装置ごとに該グループビーコンの有効ビットを指定する要素指定ビーコンとを作成するビーコン生成ステップと、グループを構成する複数の無線基地局装置が所定の順番でグループビーコンと要素指定ビーコンのセットまたは要素指定ビーコンを送信する制御を行い、かつビーコン周期ごとにグループビーコンと要素指定ビーコンのセットを送信する１の無線基地局装置の順番をシフトする制御を行うスケジューリングステップとを実行する。

第４〜第６の発明の無線通信方法において、順番について、グループを構成しようとする複数の無線基地局装置がそれぞれ送信した装置情報に基づいて、コーディネータとなる１の無線基地局装置または全無線基地局装置を管理する管理サーバが設定し、グループを構成する各無線基地局装置に通知される。

第４〜第６の発明の無線通信方法において、グループ構成ステップは、通信エリア内で同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置がチャネル利用率を監視し、当該チャネル利用率が一定値以上になったときに、すでにコーディネータとなる無線基地局装置が存在していればそのグループへの加入処理を行い、コーディネータとなる無線基地局装置が存在していなければ自らコーディネータとなってグループを構成する処理を行い、すでにグループに加わっているときに当該チャネル利用率が一定値未満になればグループから脱退する処理を行う。

本発明は、グループを構成する複数の無線基地局装置が順番にビーコンフレームを送信することにより、ＣＳＭＡ／ＣＡ制御下で各無線基地局装置が定期的にかつ効率よくビーコンフレームを送信することができる。

また、ビーコン周期ごとに、通常ビーコンを送信する無線基地局装置と、無線基地局装置の存在のみを通知するショートビーコンを送信する無線基地局装置の順番をシフトすることにより、ビーコンフレームが占有する時間帯域を短くし、データフレームの伝送スループットを改善することができる。

本発明の無線基地局装置（ＡＰ）の配置例を示す図である。ＡＰのグループ構成手順を示すフローチャートである。コーディネータとの連携手順１を示す図である。コーディネータとの連携手順２を示す図である。コーディネータとの連携手順３を示す図である。コーディネータにおけるグループ更新手順を示すフローチャートである。グループを構成する各ＡＰのビーコン送信手順１を示すタイムチャートである。管理サーバによるＡＰのグループ構成手順を説明する図である。チャネル利用率を考慮したグループ構成手順を示すフローチャートである。チャネル利用率を考慮したグループ脱退手順を示すフローチャートである。無線基地局装置（ＡＰ）の構成例を示す図である。グループを構成する各ＡＰのビーコン送信手順２を示すタイムチャートである。グループを構成する各ＡＰのビーコン送信手順３を示すタイムチャートである。グループビーコンと要素指定ビーコンの構成例を示す図である。

図１は、本発明の無線基地局装置（ＡＰ）の配置例を示す。
図１において、複数のＡＰ１〜ＡＰ３が互いの通信エリア１〜３内に配置され、各ＡＰが同一の周波数チャネルを使用し、各ＡＰが送信する信号を互いに検知できる位置関係にある。

本発明は、このような状況においてＡＰ１〜ＡＰ３がグループを構成して連携し、各ＡＰが送信するビーコンフレームの情報を調整して共通の情報要素を一括送信するとともに各ＡＰのビーコン送信手順を管理し、グループ全体のビーコンフレームの送信時間を短縮してデータフレームの伝送スループットを改善することを特徴とする。

（実施例１）
実施例１では、(A) ＡＰのグループ構成手順、(B) グループを構成する各ＡＰのビーコン送信手順について説明する。グループを構成する複数のＡＰのうち、１つのＡＰはコーディネータとして動作し、他のＡＰはコーディネータを介してグループに参加するものとする。

(A) ＡＰのグループ構成手順
図２は、ＡＰのグループ構成手順のフローチャートを示す。
図２において、新たに起動やエリア移動やチャネル切り替え等により、グループに参加希望するＡＰは、グループ構成のためにまずビーコンをスキャンすることにより周辺のＡＰを検索し（Ｓ１）、連携可能なコーディネータもしくはグループが存在しているか否かを判定する（Ｓ２）。その判定方法は、例えばビーコンフレーム内に設けたコーディネータフィールドに、コーディネータは「１」を記載し、他のＡＰは「０」を記載し、その情報を読み取ることにより、連携可能なコーディネータもしくはグループが存在するか否かを判定する。なお、ビーコンフレーム以外の定期的に送信されるフレームを用いてもよい。

ここで、ビーコンスキャンにより連携可能なコーディネータもしくはグループが周辺に存在しない場合は、当該ＡＰがコーディネータとしてビーコンを送信し、新たなグループの構成動作に入る（Ｓ２：No、Ｓ３）。

連携可能なコーディネータもしくはグループが周辺に存在する場合は、当該ＡＰが連携要求フレームを送信する（Ｓ２：Yes 、Ｓ４）。この連携要求フレームに対して、コーディネータから返信される連携応答フレームの受信を待ち、連携応答フレームを受信しない場合は、当該ＡＰがコーディネータとなるビーコンを送信する（Ｓ５：No、Ｓ３）。連携応答フレームを受信した場合は、コーディネータとの連携手順に入る（Ｓ５：Yes 、Ｓ６）。コーディネータとの連携手順の詳細については、図３〜図５を参照して説明する。

図３において、参加希望するＡＰが周辺のＡＰを検索してコーディネータの存在を検知すると、当該ＡＰはコーディネータに対して連携要求フレームを送信する。連携要求フレームを受信したコーディネータは、当該ＡＰとの連携が可能と判断すれば当該ＡＰに対して連携応答フレームを返信し、連携が不可であると判断すれば連携応答フレームを返信しない。コーディネータにおける連携の可否判断は、例えば、当該コーディネータが構成するグループ内のＡＰ数があらかじめ規定した数の上限に達し、これ以上ＡＰの参加が許容できない場合に連携不可と判断する。または、連携動作の安定性の確保もしくは連携範囲の限定を目的として、コーディネータが受信した連携要求フレームが一定の受信レベルに達しない場合も連携不可と判断する。なお、参加希望するＡＰがコーディネータの存在を検知し、改めて当該コーディネータが構成するグループに参加希望するときに、連携要求フレームを送信してもよい。

連携応答フレームを受信したＡＰは、図２のステップＳ６に示す連携手順として、まず参加情報フレームをコーディネータに送信する。参加情報とは、当該ＡＰに関する情報である。具体的には、当該ＡＰのＭＡＣアドレス、ＳＳＩＤである。当該ＡＰのビーコンに記載される情報を通知してもよい。

参加情報フレームを受信したコーディネータは、スケジューリング情報フレームを当該ＡＰおよび既にグループを構成している他のＡＰに送信する。スケジューリング情報とは、ビーコンフレームを送信する時間間隔であるビーコンインターバル、グループを構成する各ＡＰのビーコンフレームの送信順番、ビーコンフレームの伝送レートの情報が含まれる。ビーコンフレームの送信順番は、各ＡＰがビーコンフレームを送信する順番であり、各ＡＰは指定された順番に従い、後述する送信制御に基づいてビーコンフレームを送信する。ビーコンフレームの伝送レートは、ビーコンフレームを送信する際の変調方式を指定するものであり、グループ内で共通の伝送レートを指定してもよいし、ＡＰ毎に伝送レートを指定してもよい。スケジューリング情報フレームに含まれる情報は、コーディネータが受信した各参加情報フレームに記載の情報に基づき、コーディネータが決定する。

コーディネータは、スケジューリング情報フレームを送信した後、グループを構成する他のＡＰに対してポーリングフレームを送信する。ポーリングフレームを受信したＡＰは、コーディネータに対して応答（ＡＣＫ）フレームを送信する。

図４に示すコーディネータとの連携手順は、参加希望するＡＰが連携要求フレームを送信する際に、参加情報を併せて送信する場合である。これにより、コーディネータとの連携手順にかかるフレームのやり取りにより生じるオーバーヘッドを削減することができる。

図５に示すコーディネータとの連携手順は、参加希望するＡＰが連携要求フレームを送信する際に、参加情報を併せて送信するとともに、コーディネータが連携応答フレームを送信する際に、スケジューリング情報を併せて送信する場合である。これにより、グループ構成手順にかかるフレームのやり取りにより生じるオーバーヘッドをさらに削減することができる。

次に、コーディネータにおけるグループ更新手順について説明する。
図６は、コーディネータにおけるグループ更新手順のフローチャートを示す。
図６において、コーディネータは、グループを構成する全てのＡＰを把握しており、更新タイミングごとに、グループを構成するＡＰが送信するビーコンフレームの有無を監視する（Ｓ11）。コーディネータは、グループを構成するＡＰのうち、一定時間内にビーコンフレームが確認できたＡＰがあれば（Ｓ12）、そのＡＰのみでスケジューリング情報の再決定を行い、スケジューリング情報フレームを送信する（Ｓ13）。スケジューリング情報フレームは、マルチキャストで送信しても、ユニキャストで送信してもよい。

ここで、一定時間内にビーコンフレームが確認できないＡＰについては、例えば機能を停止してすでにグループから外れていると判断し、スケジューリング情報から除く。また、一定時間内にグループを構成するすべてのＡＰのビーコンフレームが確認できない場合は、グループを解消することになり、コーディネータではなく単体ＡＰとしてビーコンフレームを送信する（Ｓ14）。

次に、コーディネータ以外のＡＰのグループ脱退手順について説明する。
ＡＰが、通常のビーコンフレーム送信手順に移行する場合、もしくはグループを変更したい場合、もしくはコーディネータとして動作したい場合に、本手順が適用される。

グループから脱退するＡＰは、コーディネータに対して脱退要求フレームを送信する。脱退要求フレームを受信したコーディネータは、脱退要求フレームを送信したＡＰに対して脱退応答フレームを送信する。なお、脱退応答フレームの送信は行っても行わなくてもよい。

脱退要求フレームを受信したコーディネータは、スケジューリング情報の再決定を行い、グループを構成する各ＡＰにスケジューリング情報フレームを送信する。スケジューリング情報フレームは、マルチキャストで送信しても、ユニキャストで送信してもよい。

本動作は、コーディネータの脱退にも適用される。スケジューリング情報フレームによりコーディネータの脱退が通知された場合、グループ内の全てのＡＰが、再度グループ構成手順から動作をやり直す。

(B) グループを構成する各ＡＰのビーコン送信手順
図７は、グループを構成する各ＡＰのビーコン送信手順１を示す。ここでは、上述のグループ構成手順を行った結果、全部で３台のＡＰ１〜ＡＰ３がグループを構成し、ＡＰ１がコーディネータとなっている場合を想定する。

各ＡＰは、あらかじめコーディネータＡＰ１により指定された送信順番に従ってビーコンフレームを送信する。ここでは、コーディネータＡＰ１が最初に送信を行い、ＡＰ１→ＡＰ２→ＡＰ３の順番でスケジューリングされているものとする。

まず、コーディネータＡＰ１がビーコンフレーム（通常ビーコン）を送信する。ＡＰ２は、ＡＰ１のビーコンフレームを受信したことを契機にビーコンフレーム（ショートビーコン）を送信する。ＡＰ３は、ＡＰ２のビーコンフレームを受信したことを契機にビーコンフレーム（ショートビーコン）を送信する。コーディネータＡＰ１のビーコンフレームの送信からビーコン周期が経過した後、通常ビーコンを送信するＡＰを入れ替えながらビーコンフレームの送信を繰り返す。通常ビーコンおよびショートビーコンについては後述する。このように、あらかじめスケジューリングされた順番に基づいて、自身より１つ前に送信予定であるＡＰのビーコンフレームの受信を契機に、自身のビーコンフレームを送信することにより、グループ内においてビーコンフレームの衝突が発生せず、効率的にＡＰの情報をＳＴＡに通知することができる。

前のＡＰからのビーコンフレームを受信してから自身がビーコンフレームを送信するまでの時間間隔の設定は、具体的には次の通りである。
(1) 無線ＬＡＮ標準規格（非特許文献１）のＳＩＦＳ間隔でバースト送信する。
(2) 無線ＬＡＮ標準規格（非特許文献１）のＤＩＦＳを待機した後、キャリアセンスを行い、チャネルが未使用の場合に送信、チャネルが使用中であれば未使用になってから同様の動作を繰り返す。
(3) 通常のＣＳＭＡ／ＣＡの手順に従って送信する。

上記 (1)〜(3) のいずれの送信方法を採用してもよい。(1) の場合、グループを構成する各ＡＰは、最初にビーコンフレームを送信予定のＡＰ１（コーディネータ）が送信したビーコンフレームを受信することで各ＡＰの送信可能な時間が判明する。そのため、送信予定のＡＰのビーコンフレームの受信に失敗しても、ビーコンを送信し続けることができる。(2) の場合は、ビーコンフレームをキャリアセンスにより送信するフレームのうち最も優先度の高い送信フレームとして設定し、無線ＬＡＮ標準規格（非特許文献１）のバックオフなしでビーコンを送信することができる。さらに、(1) とは異なり同時にキャリアセンスも実施することで、各ＡＰの異なるチャネル使用状況に配慮し周辺の端末とのフレーム衝突を避けながら送信することができる。(3) は、(2) の送信よりさらにフレーム衝突を避けることができる送信方法である。ただし、(2) と比較して送信待ち時間は増えてしまう。

図７に示す実施例１では、各ＡＰがビーコンフレームを送信する際、通常用いられるビーコンフレーム（通常ビーコン）を送信するだけでなく、「通常ビーコン」と必要情報のみを記載した「ショートビーコン」の２種類を用いる。ここでのショートビーコンは、最小の要素としてＡＰのＭＡＣアドレス、ＳＳＩＤが記載される。例えば、ＩＥＥＥ802.11ａｈ（ＴＧａｈ）で提案されているショートビーコンを利用し、ＡＰの存在を報知するために必要な最低限の情報要素のみとしてもよい。なお、その他の要素を任意に加えてもよい。ただし、ショートサイズのビーコンフレームにより、ＡＰの存在を周辺の端末に報知する必要があることから、ＡＰのＭＡＣアドレスとＳＳＩＤの情報は必須である。

ビーコンフレームを送信する場合、本来は各ＡＰが通常ビーコンを送信する。実施例１では、ビーコン周期ごとに、グループ内の１台のＡＰが通常ビーコンを送信し、他のＡＰはショートビーコンを送信する。グループ内のどのＡＰが通常ビーコンを送信するかは、ビーコンフレームの送信順番に基づき、ローテーションで決定する。例えば、送信順番がＡＰ１（コーディネータ）→ＡＰ２→ＡＰ３の順番でスケジューリングされているとき、最初のビーコンフレームの送信時、ＡＰ１が通常ビーコンを送信し、ＡＰ２およびＡＰ３はショートビーコンを送信する。ビーコン周期経過後、次のビーコンフレームの送信時、ＡＰ２が通常ビーコンを送信し、ＡＰ１およびＡＰ３がショートビーコンを送信する。さらにその次のビーコンフレームの送信時は、ＡＰ３が通常ビーコンを送信し、ＡＰ１およびＡＰ２がショートビーコンを送信する。さらにその次のビーコンフレームの送信時は、ＡＰ１が通常ビーコンを送信することとなり、以下、前述の動作を繰り返す。

実施例１により、無線ＬＡＮ標準規格に従う端末であれば、従来と同様にビーコンフレームを受信し、各ＡＰはビーコンフレーム送信にかかる時間および送信までの待ち時間を大幅に削減することができる。さらに、一定時間の割合で通常ビーコンも送信することから、ＡＰとの接続に利用する各機能の情報を無線ＬＡＮ標準規格のプローブ要求／応答フレームを利用せずビーコンフレームのみで周辺端末に通知することができる。

（管理サーバによるＡＰのグループ構成手順）
実施例１において、連携グループを構成する各ＡＰのキャリアセンス結果が大きく異なる場合、例えば、隠れ端末が存在する場合には、周辺のＡＰ，ＳＴＡのフレーム衝突や送信待ち時間の増加の原因となる。

そこで、実施例１のグループ構成手順として、図８に示すような管理サーバ（計算機サーバもしくはコントローラ）で行ってもよい。連携グループを含む複数のＡＰ１〜ＡＰ３が有線または無線のネットワークを通して管理サーバに接続され、周辺端末の台数、ＡＰに接続する接続端末台数、チャネルの利用率を報告する。なお、チャネルの利用率とは一定期間内にキャリアセンスによりビジーと判定された時間の割合である。できるだけチャネルのキャリアセンス結果が同等となり、隠れ端末による影響を低減されるように、管理サーバがＡＰのグループを構成する。具体的な構成方法は、以下の (1)〜(4) である。

(1) 周辺端末の台数が同じ値、もしくは近い値のＡＰ同士でグループを構成する。
(2) 接続端末台数が同じ値、もしくは近い値のＡＰ同士でグループを構成する。
(3) チャネル利用率が近い値のＡＰ同士でグループを構成する。
(4) 上記 (1)〜(3) を組み合わせてグループ構成を決定してもよい。
このような手順により、ビーコンフレーム送信時のフレーム衝突や待ち時間増加を低減することができる。

（送信禁止期間の設定を用いたビーコン送信）
同一グループに属す各ＡＰがビーコンフレームを送信するとき、最初にビーコンフレームを送信するコーディネータが、同一グループ内のビーコンフレーム送信を保護するため、同一グループに属しているＡＰのみ送信可能とし、それ以外のＡＰもしくは端末を送信禁止にするための制御フレームを送信し、グループに属さないＡＰもしくは端末に対して送信禁止期間を設定する機能を追加してもよい。

この場合、コーディネータは、グループ構成時に取得した情報を用い、グループに属するＡＰ数、通常ビーコンおよびショートビーコンのフレーム長の概算値から、各ビーコンの送信時間を算出し、その時間を上記制御フレームに記載する。これにより、同一グループのＡＰのビーコン送信の衝突や待ち時間増加を低減することができる。

（チャネル利用率を考慮したグループ構成手順）
実施例１のグループ構成手順では、ＡＰが積極的にグループを構成し、通常ビーコンとショートビーコンを巡回的に利用することにより、ビーコンフレームの時間占有率を低減する。

しかし、ビーコンフレームの時間占有率が高くない環境では、ビーコンフレームの時間占有率の低減効果は少なく、また敢えてショートビーコンのように情報要素を少なくする必要もない。グループを構成するために、少なからずオーバーヘッドが生じることから、必要以上にグループ構成動作を行うことは必ずしも良い訳ではない。

そこで、実施例１では、ＡＰがビーコンフレームの時間占有率を監視し、一定の時間占有率以上になった場合にグループ構成動作を実行する。ここで、グループ構成動作の判断基準として、ビーコンフレームの時間占有率の他、データフレームや制御フレームを含む全フレームの時間占有率、すなわちチャネル利用率を用いてもよい。

図９は、チャネル利用率を考慮したグループ構成手順のフローチャートを示す。
図９において、ＡＰは動作を開始すると、まず一定期間チャネル利用率を測定する（Ｓ21）。測定したチャネル利用率があらかじめ設定した一定値以上である場合には、ビーコンフレームの時間占有率を低減するべく、周辺のＡＰとグループを構成する動作に移行する（Ｓ22：Yes ）。ここで、すでにコーディネータが存在している場合は、そのコーディネータに対して連携要求を送信してグループ加入動作を開始し（Ｓ23：Yes 、Ｓ24）、コーディネータが存在していない場合は、自らコーディネータとしてグループ構成動作を開始する（Ｓ23：No，Ｓ25）。一方、測定したチャネル利用率があらかじめ設定した一定値を下回る場合は、ビーコンフレームの時間占有率を低減する必要が生じないため、再度チャネル状態を測定する（Ｓ22：No、Ｓ21）。

また、グループを構成した後においてもチャネル利用率の測定は継続し、チャネル利用率が一定値を下回った場合はグループから脱退できるようにしてもよい。

図１０は、チャネル利用率を考慮したグループ脱退手順のフローチャートを示す。
図１０において、グループを構成したＡＰは、一定期間、チャネル利用率を測定する（Ｓ31）。一定期間経過後、チャネル利用率が一定値未満であれば所属グループから脱退する（Ｓ32：Yes 、Ｓ33）。脱退手順は前述の通りである。

チャネル利用率の測定期間は任意に設定可能である。グループ構成を判断するチャネル利用率（図９のＳ22）と、グループ脱退を判断するチャネル利用率（図１０のＳ32）の判断値は、頻繁にグループ構成と脱退のプロセスが行われることを回避するために、異なる値を設定してよい。

これにより、必要以上にグループ構成手順が行われることを抑制し、グループ構成の際に生じるオーバーヘッドを低減することができる。

図１１は、実施例１における無線通信装置を示す。
図１１において、ＡＰは、無線通信部１１、送信権獲得部１２、グループ構成処理部１３、スケジューリング部１４、ビーコンフレーム処理部１５を備える。

無線通信部１１では、ベースバンド回路からＲＦ回路までを備え、送信信号の生成を行う。また、受信した信号の復調も行い、受信した信号の種類も判別する。上記のグループ構成に関する信号を受信したときは、その情報をグループ構成処理部１３に転送し、上記のビーコンフレームおよびスケジューリングに関する信号を受信したときは、その情報をスケジューリング部１４に転送する。

送信権獲得部１２は、上記の動作に従って送信するフレームの送信タイミングを管理し、併せて無線ＬＡＮ標準規格のＣＳＭＡ／ＣＡの機能も持つ。

グループ構成処理部１３は、無線通信部１１から転送された情報と上記の動作に従って、ＡＰのグループを構成する機能を持つ。グループ構成に必要なフレームを送信する際は、当該フレームを送信権獲得部１２に転送する。

スケジューリング部１４は、無線通信部１１から転送された情報と、上記の動作に従って、コーディネータとなったＡＰはグループを構成するＡＰの送信順番を設定する機能を持つ。また、コーディネータからスケジューリング情報を受信したＡＰの場合は、受信した情報に基づいてフレームを送信する順番を管理し、ビーコンフレーム処理部１５にビーコンフレームの送信タイミングを通知する機能も持つ。

ビーコンフレーム処理部１５は、ＡＰが送信する通常ビーコンとショートビーコンが記録されており、スケジューリング部１４が管理する情報に基づいて、送信すべきビーコンフレームを送信権獲得部１２に転送する。

（実施例２）
図１２は、グループを構成する各ＡＰのビーコン送信手順２を示す。
実施例２では、図７に示す実施例１における通常ビーコンに代えて、実施例１に記載の手順を用いてグループを構成した各ＡＰのビーコンフレームの共通の情報要素からなる共通ビーコンと、各ＡＰ固有の情報要素からなるユニークビーコンとを連続して送信する。さらに、実施例１におけるショートビーコンに代えて、各ＡＰ固有の情報要素からなるユニークビーコンを用いる。

なお、実施例１に記載のグループ構成手順において、連携応答フレームを受信したＡＰが、参加情報フレームをコーディネータに送信する際、当該ＡＰのビーコンに記載された情報を通知する。

コーディネータは、通知されたグループ内のＡＰからの情報を用いて、ビーコン間の共通要素を抽出した共通ビーコンを作成する。共通ビーコンには、共通ビーコンであることを示す識別子、グループ番号を記載する。コーディネータは、実施例１と同様に各ＡＰのビーコン送信順番をスケジューリングし、共通ビーコンとともにグループ内の各ＡＰに通知する。共通ビーコンを受け取った各ＡＰは、共通ビーコンと自身のビーコンフレームからユニークビーコンを作成する。ユニークビーコンには、ユニークビーコンであることを示す識別子、共通ビーコンに記載されたグループ番号を記載する。

グループ番号とは、ＡＰが構成するグループを示す番号であり、ＡＰがコーディネータとなった際に設定する。コーディネータは、周辺に存在するグループの番号と異なる番号から任意に選択する。グループ番号をコーディネータのＭＡＣアドレス、もしくはＭＡＣアドレスを用いて計算した値を用いてもよい。

そして、各ＡＰは、コーディネータから通知されたスケジューリング情報に基づいて、共通ビーコンとユニークビーコンを連続送信するか、ユニークビーコンのみを送信するかを繰り返す。

共通ビーコンとユニークビーコンを受信したＳＴＡは、同じグループ番号が記載された共通ビーコンとユニークビーコンを結合して得たビーコンフレームから、ＡＰからの報知情報を得ることができる。

本実施例により、ＡＰ間で共通の情報要素を一括送信することができるため、ビーコンフレーム送信にかかる時間および送信までの待ち時間を大幅に削減することができる。

（実施例３）
図１３は、グループを構成する各ＡＰのビーコン送信手順３を示す。図１４は、グループビーコンと要素指定ビーコンの構成例を示す。

実施例３では、図７に示す実施例１における通常のビーコンフレームに代えて、実施例１に記載の手順を用いてグループを構成した各ＡＰのビーコンフレームの情報要素のうち共通要素と各ＡＰの固有要素を連結したグループビーコンと、ＡＰごとにグループビーコンの有効ビットを指定する要素指定ビーコンとを連続して送信する。また、ショートビーコンに代えて、ＡＰごとにグループビーコンの有効ビットを指定する要素指定ビーコンを用いる。

コーディネータは、通知されたグループ内のＡＰからのビーコン情報を用いて、全ＡＰの共通要素と各ＡＰの固有要素を連結したグループビーコンを作成する。この際、各ＡＰの情報要素のうち共通要素を抽出し、ＡＰ間で重複する共通要素については省略してよい。グループビーコンには、グループビーコンであることを示す識別子、グループ番号を記載する。コーディネータは、実施例１と同様に各ＡＰのビーコン送信順番をスケジューリングし、グループビーコンとともにグループ内の各ＡＰに通知する。グループビーコンを受け取った各ＡＰは、グループビーコンと自身のビーコンフレームから要素指定ビーコンを作成する。要素指定ビーコンには、要素指定ビーコンであることを示す識別子、グループビーコンに記載されたグループ番号を記載する。グループ番号については実施例２と同様である。

グループビーコンの配列をどのようにするかは独自に決定してもよいが、同一グループ内のＡＰ間で配列方法に関する情報を共有する必要がある。これはグループ構成時に行う。要素指定ビーコンのヘッダ（図１４では省略）を除く各ビットは、グループビーコンを構成する共通要素および固有要素の各ビットと対応し、各ＡＰの情報要素に対応するビットを１、そうでないビットを０として作成する。

そして、各ＡＰは、コーディネータから通知されたスケジューリング情報に基づいて、グループビーコンと要素指定ビーコンを連続送信するか、要素指定ビーコンのみを送信するかを繰り返す。

グループビーコンと要素指定ビーコンを受信したＳＴＡは、同じグループ番号が記載されたグループビーコンと要素指定ビーコンを用い、要素指定ビーコンのビットが１の要素に対応する各情報要素を結合してビーコンフレームを復元することにより、ＡＰからの報知情報を得る。

本実施例により、ＡＰ間で共通の情報要素を一括送信することができるため、ビーコンフレーム送信にかかる時間および送信までの待ち時間を大幅に削減する。

ＡＰ無線基地局装置
ＳＴＡ無線端末装置
１１無線通信部
１２送信権獲得部
１３グループ構成処理部
１４スケジューリング部
１５ビーコンフレーム処理部

Claims

通信エリア内に同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置が存在し、各無線基地局装置の周辺の無線端末装置へビーコンフレームを送信する際に送信タイミングが競合しないように互いに制御する無線基地局装置において、
前記複数の無線基地局装置のうち連携が可能な複数の無線基地局装置でグループを構成するグループ構成手段と、
前記ビーコンフレームとして、前記無線端末装置へ報知する制御情報のすべてを含む通常ビーコンと、無線基地局装置の存在のみを通知するショートビーコンとを作成するビーコン生成手段と、
前記グループを構成する複数の無線基地局装置が所定の順番で前記通常ビーコンまたは前記ショートビーコンを送信する制御を行い、かつ前記ビーコン周期ごとに前記通常ビーコンを送信する１の無線基地局装置の順番をシフトする制御を行うスケジューリング手段と
を備えたことを特徴とする無線基地局装置。
通信エリア内に同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置が存在し、各無線基地局装置の周辺の無線端末装置へビーコンフレームを送信する際に送信タイミングが競合しないように互いに制御する無線基地局装置において、
前記複数の無線基地局装置のうち連携が可能な複数の無線基地局装置でグループを構成するグループ構成手段と、
前記ビーコンフレームとして、前記グループを構成する複数の無線基地局装置がそれぞれ送信する前記ビーコンフレームのうち共通の情報要素からなる共通ビーコンと、固有の情報要素からなるユニークビーコンとを作成するビーコン生成手段と、
前記グループを構成する複数の無線基地局装置が所定の順番で前記共通ビーコンと前記ユニークビーコンのセットまたは前記ユニークビーコンを送信する制御を行い、かつ前記ビーコン周期ごとに前記共通ビーコンと前記ユニークビーコンのセットを送信する１の無線基地局装置の順番をシフトする制御を行うスケジューリング手段と
を備えたことを特徴とする無線基地局装置。
通信エリア内に同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置が存在し、各無線基地局装置の周辺の無線端末装置へビーコンフレームを送信する際に送信タイミングが競合しないように互いに制御する無線基地局装置において、
前記複数の無線基地局装置のうち連携が可能な複数の無線基地局装置でグループを構成するグループ構成手段と、
前記ビーコンフレームとして、前記グループを構成する複数の無線基地局装置がそれぞれ送信する前記ビーコンフレームのうち共通要素と各無線基地局装置の固有要素を連結したグループビーコンと、無線基地局装置ごとに該グループビーコンの有効ビットを指定する要素指定ビーコンとを作成するビーコン生成手段と、
前記グループを構成する複数の無線基地局装置が所定の順番で前記グループビーコンと前記要素指定ビーコンのセットまたは前記要素指定ビーコンを送信する制御を行い、かつ前記ビーコン周期ごとに前記グループビーコンと前記要素指定ビーコンのセットを送信する１の無線基地局装置の順番をシフトする制御を行うスケジューリング手段と
を備えたことを特徴とする無線基地局装置。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の無線基地局装置において、
前記順番について、前記グループを構成しようとする複数の無線基地局装置がそれぞれ送信した装置情報に基づいて、コーディネータとなる１の無線基地局装置または全無線基地局装置を管理する管理サーバが設定し、前記グループを構成する各無線基地局装置の前記スケジューリング手段に通知される
ことを特徴とする無線基地局装置。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の無線基地局装置において、
前記グループ構成手段は、前記通信エリア内で同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置がチャネル利用率を監視し、当該チャネル利用率が一定値以上になったときに、すでにコーディネータとなる無線基地局装置が存在していればそのグループへの加入処理を行い、コーディネータとなる無線基地局装置が存在していなければ自らコーディネータとなって前記グループを構成する処理を行い、すでに前記グループに加わっているときに当該チャネル利用率が一定値未満になれば前記グループから脱退する処理を行う
ことを特徴とする無線基地局装置。
通信エリア内に同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置が存在し、各無線基地局装置が周辺の無線端末装置へビーコンフレームを送信する際に送信タイミングが競合しないように互いに制御する無線通信方法において、
前記複数の無線基地局装置のうち連携が可能な複数の無線基地局装置でグループを構成するグループ構成ステップと、
前記ビーコンフレームとして、前記無線端末装置へ報知する制御情報のすべてを含む通常ビーコンと、無線基地局装置の存在のみを通知するショートビーコンとを作成するビーコン生成ステップと、
前記グループを構成する複数の無線基地局装置が所定の順番で前記通常ビーコンまたは前記ショートビーコンを送信する制御を行い、かつ前記ビーコン周期ごとに前記通常ビーコンを送信する１の無線基地局装置の順番をシフトする制御を行うスケジューリングステップと
を実行することを特徴とする無線通信方法。
通信エリア内に同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置が存在し、各無線基地局装置の周辺の無線端末装置へビーコンフレームを送信する際に送信タイミングが競合しないように互いに制御する無線通信方法において、
前記複数の無線基地局装置のうち連携が可能な複数の無線基地局装置でグループを構成するグループ構成ステップと、
前記ビーコンフレームとして、前記グループを構成する複数の無線基地局装置がそれぞれ送信する前記ビーコンフレームのうち共通の情報要素からなる共通ビーコンと、固有の情報要素からなるユニークビーコンとを作成するビーコン生成ステップと、
前記グループを構成する複数の無線基地局装置が所定の順番で前記共通ビーコンと前記ユニークビーコンのセットまたは前記ユニークビーコンを送信する制御を行い、かつ前記ビーコン周期ごとに前記共通ビーコンと前記ユニークビーコンのセットを送信する１の無線基地局装置の順番をシフトする制御を行うスケジューリングステップと
を実行することを特徴とする無線通信方法。
通信エリア内に同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置が存在し、各無線基地局装置の周辺の無線端末装置へビーコンフレームを送信する際に送信タイミングが競合しないように互いに制御する無線通信方法において、
前記複数の無線基地局装置のうち連携が可能な複数の無線基地局装置でグループを構成するグループ構成ステップと、
前記ビーコンフレームとして、前記グループを構成する複数の無線基地局装置がそれぞれ送信する前記ビーコンフレームのうち共通要素と各無線基地局装置の固有要素を連結したグループビーコンと、無線基地局装置ごとに該グループビーコンの有効ビットを指定する要素指定ビーコンとを作成するビーコン生成ステップと、
前記グループを構成する複数の無線基地局装置が所定の順番で前記グループビーコンと前記要素指定ビーコンのセットまたは前記要素指定ビーコンを送信する制御を行い、かつ前記ビーコン周期ごとに前記グループビーコンと前記要素指定ビーコンのセットを送信する１の無線基地局装置の順番をシフトする制御を行うスケジューリングステップと
を実行することを特徴とする無線通信方法。
請求項６〜請求項８のいずれかに記載の無線通信方法において、
前記順番について、前記グループを構成しようとする複数の無線基地局装置がそれぞれ送信した装置情報に基づいて、コーディネータとなる１の無線基地局装置または全無線基地局装置を管理する管理サーバが設定し、前記グループを構成する各無線基地局装置に通知される
ことを特徴とする無線通信方法。
請求項６〜請求項８のいずれかに記載の無線通信方法において、
前記グループ構成ステップは、前記通信エリア内で同一の周波数チャネルを用いる複数の無線基地局装置がチャネル利用率を監視し、当該チャネル利用率が一定値以上になったときに、すでにコーディネータとなる無線基地局装置が存在していればそのグループへの加入処理を行い、コーディネータとなる無線基地局装置が存在していなければ自らコーディネータとなって前記グループを構成する処理を行い、すでに前記グループに加わっているときに当該チャネル利用率が一定値未満になれば前記グループから脱退する処理を行うことを特徴とする無線通信方法。