JP6465654B2

JP6465654B2 - ネットワークシステム及びアクセスポイント装置

Info

Publication number: JP6465654B2
Application number: JP2014520011A
Authority: JP
Inventors: 彰宏中尾
Original assignee: University of Tokyo NUC
Current assignee: University of Tokyo NUC
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2033-06-04
Also published as: WO2013183645A1; JPWO2013183645A1; US20150172889A1

Description

本発明は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１シリーズ所定の無線アクセスポイント等の無線ネットワーク装置に関する。

近年、ＩＥＥＥ８０２．１１シリーズ所定の無線アクセスポイントの技術において、ビーコンフレームに、文字列データや画像データ（再生元データと呼ぶ）を含めて送信することが考えられている。この技術では、ビーコンフレームを利用することにより、無線アクセスポイントと無線端末間で認証・接続処理を行わずにデータ送信を行える利点がある。

しかしながらビーコンフレームを用いる通信では、アクセスポイントから無線端末へ一対多で通信を行うものであるため、通常のデータフレームの再送処理が行われず、かつ、無線端末側からも再送要求は行えない。ゆえに、次のような事態が生じる。すなわち、端末Ａではアクセスポイントから、再生元データを分割し送信されたデータパケットα、β、γのうち、βが到達せず文字列データ等が再生できず、また端末Ｂではデータパケットαが到達せずに文字列データ等が再生できず、端末Ｃではすべてのデータパケットが到達したため文字列データが再生できた、といった事態が発生し得る。

このため、アクセスポイントは受信端末が受信できたか否かにかかわらず、繰り返し、データα、β、γを含んだフレームをアプリケーション層により順次再送し続ける必要がある。このとき、端末Ａが最初に到達しなかったデータパケットβを受信できた場合は、端末Ａでは文字列データを再生できる。しかし端末Ｂではデータパケットαがまだ不足する場合、文字列データを再生できない状態のまま、次にαがアクセスポイントから送信されるのを待つほかない。再生元データ量が増え、それに伴い分割データ数が増えた場合、なおかつ無伝搬環境が劣化している環境下では再送処理が行われないブロードキャストされるフレームを全分割数分揃えることは難しく、通信効率の悪化を招く。

なお、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）等の有線ネットワーク技術において、高速な信号伝送を実現するためにＦＥＣ（Forward Error Correction）冗長コードを用いる例が特開２００９−０１０５３０号公報等に開示されている。

上記従来の技術では現実的にアクセスポイントと無線にて通信する端末の数が増え、データパケットの数が多くなると、各端末で受信できないデータパケットの組み合せが増えることとなって、単純な再送制御は通信効率の向上の現実的な解決策でなくなる。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、ビーコンのフレームに文字列データ等を含めて送信する場合にも、通信効率を向上できる無線ネットワーク装置を提供することを、その目的の一つとする。

本発明の一態様に係る無線ネットワーク装置は、送信の対象となったデータを予め定めた方法で冗長化し、Ｎ個のデータ要素であって、そのうちｍ個（ｍ＜Ｎ）以上のデータ要素の任意の組み合せから送信の対象となったデータを再生可能なデータ要素に分割する手段と、前記分割したデータ要素を、認証・接続処理を行わずとも受信可能なビーコン信号として配信する配信手段を含むこととしたものである。

本発明によると、ＭＡＣ（Media Access Control）層における再送処理が行われないブロードキャストフレームであるビーコンフレームに文字列データ等を含めて送信する場合にも、通信効率を向上できる。

本発明の実施の形態に係る無線ネットワーク装置を含んだシステムの構成例を表す概略ブロック図である。本発明の実施の形態に係る無線ネットワーク装置の動作例を表すフローチャート図である。本発明の実施の形態に係る無線ネットワーク装置が送信するビーコン信号の内容例を表す説明図である。本発明の実施の形態に係る無線ネットワーク装置が送信するデータ要素の配信態様の例を表す説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態に係る無線ネットワーク装置を含んだシステムは、図１に例示するように、無線ネットワーク装置としてのアクセスポイント１と、端末２とを含んで構成されている。ここでアクセスポイント１は複数あってもよく、また一般に、複数台の端末２が一つのアクセスポイント１が配信するデータを受信可能な領域内に位置する。

アクセスポイント１は、制御部１１、記憶部１２、無線通信部１３、有線通信部１４を含んで構成される。ここで制御部１１は、ＣＰＵ等のプログラム制御デバイスであり、記憶部１２に格納されたプログラムに従って動作する。本実施の形態の制御部１１は、一般的な無線ＬＡＮのアクセスポイントと同様に、端末２から送信されるデータを、無線通信部１３を介して受信する。そして制御部１１は当該受信したデータをそのまま有線通信部１４の予め定めた宛先（ルータの宛先）へ出力する。またこの制御部１１は、有線通信部１４を介して受信した端末２宛のデータを、無線通信部１３を介して端末２宛に送信する。

さらに本実施の形態では、この制御部１１は、一般的な無線ＬＡＮのアクセスポイントとは異なる動作として、次の一斉同報動作を行う。すなわち制御部１１は、有線通信部１４を介して複数の端末２への一斉同報送信の対象となるデータを受信する。この制御部１１は、このデータを予め定めた方法で冗長化し、Ｎ個のデータ要素であって、そのうちｍ個（ｍ＜Ｎ）以上のデータ要素の任意の組み合せから送信の対象となったデータを再生可能なデータ要素に分割する。そしてこの分割したＮ個のデータ要素を、ビーコン信号の一部として配信するよう、無線通信部１３に指示する。この制御部１１の具体的動作については、後に述べる。

記憶部１２は、メモリデバイスやディスクデバイスを含む。この記憶部１２は、制御部１１によって実行されるプログラムを格納している。このプログラムは、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）等のコンピュータ可読な記録媒体に格納されて提供され、この記憶部１２に複写されたものであってよい。また本実施の形態では、この記憶部１２が、送信の対象となるデータを保持する保持手段として機能する。さらに記憶部１２は、制御部１１のワークメモリとしても動作する。

無線通信部１３は、無線ＬＡＮインタフェースであり、802.11nなどの予め定めたプロトコルにて、端末２との間で種々のデータを授受する。この無線通信部１３は、制御部１１から入力される指示に従って、複数の端末２に対して、複数のデータ要素を、逐次的にビーコン信号として一斉同報送信する。

有線通信部１４は、有線ＬＡＮインタフェースであり、インターネット等の情報通信回線を介してサーバ装置と通信可能に接続されている。この有線通信部１４は、制御部１１から入力される指示に従って、宛先となったインターネット上の送信先に対して制御部１１が指示するデータを送信する。また、この有線通信部１４は、インターネットを介して受信したデータを制御部１１に対して出力する。

端末２は、例えば携帯電話機やスマートフォン等の情報通信端末であり、アクセスポイント１との間で無線にてデータを授受する。本実施の形態では、アクセスポイント１が備える無線ＬＡＮインタフェースを介してデータを授受するものとするが、本実施の形態はこれに限らず、例えば携帯電話通信網の基地局として動作するアクセスポイント１に対し、ＩＭＴ２０００等の移動体通信プロトコルを利用してデータを送信するものであってもよい。また、無線ＷＡＮを介してデータを授受するものであってもよい。

次に、本実施の形態の制御部１１による一斉同報動作について説明する。本実施の形態の制御部１１は、記憶部１２に格納されたプログラムに従い、一斉同報動作の処理として、図２に示すように、有線通信部１４を介して外部から、複数の端末２への一斉同報送信の対象となるデータを受信する（Ｓ１）。このデータは、端末２側のウェブブラウザで表示可能なＨＴＭＬデータによる広告情報等であってもよい。

制御部１１は、受信したデータを予め定めた方法で冗長化し、Ｎ個のデータ要素であって、そのうちｍ個（ｍ＜Ｎ）以上のデータ要素の任意の組み合せから送信の対象となったデータを再生可能なデータ要素に分割する符号化を行う（Ｓ２）。

このような符号化方法としては、例えばイレージャコードを利用したものがあり、種々のブロック符号化等さまざまな符号化方法を採用できる。ここではその一例を説明すると、ビット列ｄ0,ｄ1,ｄ2,ｄ3,…,ｄnが送信対象のデータとして与えられたときに、これらのビット列に含まれるビットの複数の組み合せに係る線形結合和を演算する方法がある。

具体的に送信対象データのビット列の各ビットｄiを要素とする列ベクトル

を考える。ただし、Tは転置を意味するものとする。この送信対象データを符号化するときに、Ｎ（＞ｎ）個の符号化したデータをｅj（ｊ＝１，２…，Ｎ）と表し、この列ベクトルを

とする。すると、符号化の方法の一例は、行列Ｇ（その要素はｇij（ｉ＝１，２，…Ｎ、ｊ＝１，２，…ｎ））を用いて、

と書くことができる。
このとき、

のうちから任意に選ばれたｎ（＜Ｎ）個の符号化データ

が端末２側に到来したとする。このことは、

と表現できる。ここで行列Ｋ（その要素はｋij（ｉ＝１，２，…ｎ、ｊ＝１，２，…Ｎ））は、ｉ番目に符号化データｅjが到来したときに、ｋij＝１となるような行列である。ここで、

とすると、

であるから、行列Ｇ′の逆行列が求められれば、

として、もとのデータｄiが求められる。

ここでＧ′はＧのＮ個の行ベクトル

（ただし、ｉ＝１，２，…Ｎ）からｎ個を選択して並べたもので、Ｇ′は大きさｎの正方行列となっている。ここでＮ個の

のうちから任意に選ばれたｎ個が互いに独立となるようにＧを構成すると、Ｇ′には必ず逆行列が存在し、ｎ個のデータｄi（ｉ＝１，２，…ｎ）が

から再構築できることが理解される。なお、このような行列Ｇとしてはヴァンダーモンド（Vandermonde）行列

がある。
つまり、本実施の形態のある例では、ヴァンダーモンド行列Ｇに、送信対象データのビット列の各ビットｄiを要素とする列ベクトルを乗じてデータ要素としての符号化データｅjを得る（ｊ＝１，２，…Ｎ）。このようにすると、送信対象のビット列の長さに相当する数であるｎ個のデータ要素が得られれば、送信の対象となったデータを再生できる。

制御部１１は、変数ｉを「０」に初期化し（Ｓ３）、（ｉ＋１）番目のデータ要素の値を表すビット列と、何番目のデータ要素の値であるかを表す情報（変数ｉに係る情報）とを、ビーコン信号のフレームに含めたビーコン信号のフレームを生成する（Ｓ４）。

具体的にビーコン信号のフレームは、図３に例示するように、ＭＡＣヘッダ部（ＭＨ）と、フレームボディ（ＦＢ）と、ＦＣＳ（frame check sequence）とを含んでなる。ここでＦＣＳはＣＲＣ−３２のエラー検出コードであり、ビーコン信号のフレームが正しく受信できたか否かの判断をするために用いられる。

またビーコン信号のフレームボディには、アクセスポイント１に割当てられたｓｓｉｄ（Service Set Identifier）等を含む必須部（Ｍ）と、オプショナルな部分（Ｐ）とが含まれる。オプショナルな部分（Ｐ）に含まれるデータは、図４に例示するように、当該データが何を意味するかを表す識別子（ＥＩＤ：Element ID）と、データの長さ（Ｌ：Length）と、データ本体（Ｂ）とを含むデータ部分の繰返しとなる。本実施の形態のある例では、制御部１１は、このフレームボディのオプショナルな部分に、データ要素を含めてビーコン信号のフレームを生成する。具体的に制御部１１は、識別子としてＨＴＭＬデータや画像データ等、データ本体に含まれるデータの内容を表す識別子（予め定めておく）をＥＩＤとし、データの長さＬをデータ要素の長さとし、データ本体Ｂに各データ要素と、変数ｉの値とを含める。
また制御部１１は、このフレームボディのオプショナルな部分を、上記のようにしてもよいし、Vender Specific IE（Information Element）としてもよい。ここでVender Specific IEは、８０２．１１に所定のものであり、Element IDと、データの長さ（Length）と、ＯＵＩ（Organizationally Unique Identifier）と、データ本体とを含むものである。なお、Element IDは、IEの内容がどのようなものかを表す符号であり、ＯＵＩは、ベンダの識別コードであり、ＩＥＥＥから付与されたベンダ固有の値となっている。また制御部１１は、このVender Specific IEを用いる場合も、データ本体に、各データ要素と、変数ｉの値とを含める。

そして制御部１１は、こうして生成したフレームボディを含むビーコン信号を配信するよう、無線通信部１３に指示する（Ｓ５）。制御部１１は、変数ｉを「１」だけインクリメントし、インクリメント後の変数ｉがデータ要素の数Ｎに達しない間は、処理Ｓ４からの処理を繰返す（Ｓ６）。また、このインクリメント後の変数ｉがデータ要素の数Ｎに達したときには、ループを抜けて処理を終了する。

また制御部１１は、予め定めた回数だけ、処理Ｓ３からＳ６までの処理（Ｒ）を繰返し行ってもよい。このようにすると、Ｎ個のデータ要素が、複数回繰返して送信されることとなる。

本実施の形態のある例では、有線ネットワークを介して、それぞれ互いに離れた位置に配される複数のアクセスポイント１が互いに接続され、上記の処理をそれぞれ行っている。このとき、各アクセスポイント１が送信の対象として受け入れるデータを同じとし、また符号化の方法も同じとしておいてもよい。

端末２側では、いずれかのアクセスポイント１からビーコン情報を選択的に受信する。そして受信したビーコン情報に含まれる、符号化されたデータ要素と、当該データ要素が何番目のデータ要素であるかを表す情報とを取り出して、図示しないメモリに、受信した順に記憶する。

端末２は１番目からＮ番目までのすべてのデータ要素を受け取る必要はないが、受信できたデータ要素の数がｍ個（ｍ＜Ｎ）以上になるまで、アクセスポイント１からのデータ受信を継続する。なお、複数のアクセスポイント１が同じデータ要素を符号化した情報をビーコン信号に含めて配信している場合、端末２は、複数のアクセスポイント１からビーコン信号をそれぞれ受信して、ｍ個のデータ要素を得るようにしてもよい。つまり、第１のアクセスポイント１からはｋ個、第２のアクセスポイント１からはｊ個のデータ要素を受信し、これらの合計ｋ＋ｊがｍ以上となればよい。

端末２は、ｍ個以上のデータ要素がメモリに記憶されるようになると、受信したデータ要素の値から送信の対象となったデータを再生する。具体的にヴァンダーモンド行列を用いて符号化が行われている場合、端末２は、受信したデータ要素の値を受信した順に、列の要素に配した列ベクトルｗ（ベクトルｅ′に対応）を生成する。
また端末２は、変数ｌ＝１とし、ｌ番目に受信したデータ要素が何番目のデータ要素であるかを表す情報ｒ（ｒ番目のデータ要素であることを表す）を読み出す。そしてｋlr＝１とし、ｋlp（ｐ≠ｒ）＝０とする。
以下端末２は、ｌを１ずつインクリメントしながら、ｋxy（ｘ＝１，２，…ｍ、ｙ＝１，２，…Ｎ）の値を定めて、これを要素とする行列Ｋを得る。
端末２は、ここで得た行列Ｋに、アクセスポイント１が送信時に用いるヴァンダーモンド行列Ｇを右から乗じて、Ｇ′を得る。既に述べたようにこのＧ′は、ここでの例ではｍ＝ｎであるので、ｎ×ｎの正方行列となり、この行列Ｇ′には、必ず逆行列が存在する。

端末２はこの行列Ｇ′の逆行列を演算により得る。そして、列ベクトルｗにこの逆行列Ｇ′^-1を乗じて、送信の対象となったデータを再生する。
これにより、データ要素の数がｍ個以上であれば、どのようなデータ要素の組み合せであっても、元の、一斉同報送信の対象となったデータを再現可能となっている。端末２は、この再生したデータを、推定して得たデータとして、このデータに基づき、予め定められた処理を実行する。

例えばここで推定により得られたデータがＨＴＭＬデータであれば、ウェブブラウザとしての処理を実行し、当該得たＨＴＭＬデータを解釈してディスプレイ等に表示する。なお、このＨＴＭＬデータには、ビーコン信号を受信したアクセスポイント１を介してインターネット上のウェブサイトへ接続するべき旨の指示が含まれてもよい。

この指示が含まれる場合、端末２は、受信していたビーコン信号に含まれるｓｓｉｄを参照して、このｓｓｉｄを用いてアクセスポイント１との通信チャネルを確立し、確立した通信チャネルを通じて、指示されたウェブサイトからのデータ取得を行う。

本発明の実施の形態に係る無線ネットワーク装置としてのアクセスポイント１と、端末２とは以上の構成を備えるので、次のように動作する。

本実施の形態のアクセスポイント１は、データを、Ｎ個の冗長なデータ要素に分割して、それぞれビーコン信号に含めて送信する。このデータ要素は、Ｎ個中、いずれかの任意のｍ個だけ受信できれば元のデータを再現できるよう生成されている。以下の説明では例としてＮ＝３２、ｍ＝２８であるとする。

アクセスポイント１からの第１回目のＮ個のデータ要素の配信がなされた後、ある端末２ａにおいて、第１，５，１６，２０，２５番目のデータ要素を欠く２７個のデータ要素が受信できた場合、この端末２ａでは、ｍ個以上のデータ要素が受信できていないので、未だデータは再現できない。また別の端末２ｂにおいては、第２，１２，１３，１４，１７，２１，２２番目のデータ要素を欠く２５個のデータ要素が受信できた場合、この端末２ｂでもデータは再現できない。

各端末２ａ，ｂはそれぞれ受信できたデータ要素を保持しておく。次にアクセスポイント１からの第２回目のＮ個のデータ要素の配信がなされたときに、端末２ａにおいて、先に受信できなかったデータ要素のうち、第１６，２０番目のデータ要素が受信できたとすると、保持しているデータ要素との合計で２９個（第１，５，２５番目を欠く状態）が得られたこととなり、ｍ個以上のデータ要素が受信できたこととなるため、データが再現でき、再現したデータを表示等の処理に供することができるようになる。

一方端末２ｂにおいては、端末２ａとは異なり、今回は第１６，２０番目のデータは受信できなかったが、第１２，１３，１４，１７番目のデータ要素が受信できたとすると、保持しているデータ要素との合計で２９個（第２，２１，２２番目を欠く状態）のデータ要素が得られたこととなり、ｍ個以上のデータ要素が受信できたこととなるため、データが再現でき、再現したデータを表示等の処理に供することができるようになる。

このように、各端末２において異なるデータ要素を欠く場合であっても、また再送により、異なるデータ要素が到達した場合であっても、それぞれの端末２において必要な数だけのデータ要素が受信できれば、受信したデータ要素の組み合わせは問われないので、通信効率が向上する。

［変形例］
また本実施の形態において、アクセスポイント１は、データ要素を再送する場合、送信順序を異ならせてもよい。例えば第１回目は第１，２，３…番目のデータ要素を順次送信し、第２回目は、第２，４，６…，１，３，５…番目というように順序を異ならせて送信してもよい。

１アクセスポイント、２端末、１１制御部、１２記憶部、１３無線通信部、１４有線通信部。

Claims

端末から送信されるデータを受信し、当該受信したデータをそのまま有線で接続されたルータへ出力するとともに、有線通信を介して受信した端末宛のデータを、無線にて宛先となった端末宛に送信するアクセスポイント装置と、端末とを含むネットワークシステムであって、
前記アクセスポイント装置は、
有線通信を介して送信の対象となるデータを受信する手段と、
Ｎ個のデータ要素であって、そのうちｍ個（ｍ＜Ｎ）以上のデータ要素の任意の組み合せから前記送信の対象となったデータを再生可能なデータ要素として、符号化データｅj（ｊ＝１，２，…Ｎ）を生成する手段と、
前記生成したデータ要素を、ｓｓｉｄとともに、認証・接続処理を行うことなく受信可能なビーコン信号として配信する配信手段と、
を含み、
前記端末は、前記アクセスポイント装置から少なくとも前記ｍ個以上のデータ要素を受信して、前記送信の対象となったデータを再現したときに、当該データが、ビーコン信号を送信したアクセスポイント装置を介してインターネット上のウェブサイトへ接続するべき旨の指示を含むＨＴＭＬデータであれば、ウェブブラウザとしての処理を実行し、前記受信していたビーコン信号に含まれるｓｓｉｄを参照して、前記アクセスポイント装置との通信チャネルを確立し、当該確立した通信チャネルを通じて、前記指示されたウェブサイトからのデータ取得を行うネットワークシステム。
請求項１に記載のネットワークシステムであって、
前記アクセスポイント装置が、複数個、それぞれ互いに離れた位置に配されるネットワークシステム。
請求項１または２に記載のネットワークシステムであって、
前記アクセスポイント装置の前記配信手段は、前記Ｎ個のデータ要素を、送信順序を異ならせつつ、複数回繰返して送信するネットワークシステム。