JP6498769B2 - 無線環境情報収集システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access ／Collision Avoidance ）方式に基づくアクセス制御が行われるネットワークにおいて、チャネル利用率とその無線局ＩＤを含む無線環境情報を取得してスループット特性を推定する無線環境情報収集システムおよび方法に関する。

標準化規格ＩＥＥＥ802.11で規定される無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムは、スループットが年々向上しており、主要な無線アクセスの一つとして普及している（非特許文献１）。無線ＬＡＮシステムは、免許不要の周波数帯であるアンライセンスバンドで用いることができるため、多種多様な無線端末が普及している。特にスマートフォンの普及は、無線ＬＡＮシステムの利用の機会を著しく増大させている。

2.4ＧHz帯、５ＧHz帯の無線ＬＡＮシステムは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づくアクセス制御が行われるため、周辺の通信リンクによる干渉によりスループットが大きく低下するなど、物理リンクの信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal to noise ratio ）などの条件ではスループットが決定できないことが生じうる。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によるアクセス制御を行うノード数が増えるほどこの問題が大きくなる。

特にスループットの低下は、隠れ端末問題およびさらし端末問題が要因になることもある。これらの影響は周辺の無線局の通信状況や互いの検出条件により複雑に決定される。一方、従来からＣＳＭＡ／ＣＡにおけるスループット特性は、グラフ理論で定義できる互いに検出可能な無線局をエッジでつなぎ、無線局または送受の無線局からなる通信リンクを頂点としてとらえるコンテンショングラフを用いて解析が試みられてきた。しかし、周辺の無線局のトラヒック条件を常に飽和状態に仮定したり、送受で検出可能な無線局の条件が同じであったり、上りリンクや下りリンクの一方のみを仮定したりするなど、実システムのための推定にはまだ大きな課題が残されている。

IEEE Std 802.11ac(TM)-2013, IEEE Standard for Information technology -Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks - Specific requirements, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, December 2013

ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づくアクセス制御が行われるネットワークにおいて、ある無線局のスループットを評価するためには、コンテンショングラフで接続される空間的に関連のある多くの無線局がどの程度無線リソースを利用しているのか判定する必要がある。しかしながら、無線局が完全に非同期で無線環境情報を収集すると、フレーム衝突による情報の欠損やデータに整合性が乏しくなることで、無線環境を正しく把握できない問題がある。

特に、トラヒックの急増のため、ひっ迫した無線リソースの状況では、無線局が個別にチャネル利用率を測定しようとした場合、隠れ端末関係となる無線局の送信するフレームが重なることにより、フレームのプリアンブル部が正しく読み込めず、フレームを送信した無線局を特定できないことが起こりうる。また、瞬時的に回線を用いている無線局の通信状況に大きく依存する測定結果となり、統計情報としても扱いづらい問題があった。

本発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式により無線通信を行う無線通信システムにおいて、チャネル利用率とその無線局ＩＤを含む無線環境情報を確実に取得し、スループット特性を推定することができる無線環境情報収集システムおよび方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、第１の周波数チャネルでＣＳＭＡ／ＣＡ方式により無線通信を行う複数の無線局と、複数の無線局のうち、有線回線または無線回線を介して接続された管理対象無線局の無線環境情報を収集する無線環境情報管理部とを備えた無線環境情報収集システムにおいて、無線環境情報管理部は、管理対象無線局に対して個別に、第１の周波数チャネルにおける一定時間の通信の停止を行う管理対象無線局、またはチャネル利用率の測定の開始を行う管理対象無線局、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を開始する管理対象無線局を決定するチャネル情報測定信号を生成して出力する手段を備え、管理対象無線局は、それぞれ無線環境情報管理部からチャネル情報測定信号により指定された時間に第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を行い、チャネル利用率の測定を行った管理対象無線局は得られた無線環境情報を有線回線または無線回線を介して無線環境情報管理部へ出力する手段を備え、チャネル利用率の測定を行う管理対象無線局以外の管理対象無線局が通信を停止する。

第１の発明の無線環境情報収集システムにおいて、管理対象無線局の一部または全部は、その管理対象無線局間で、第２の周波数チャネルを用いてチャネル情報測定信号および無線環境情報を転送する機能を有する。

第１の発明の無線環境情報収集システムにおいて、無線環境情報管理部は、第１の周波数チャネルにおける通信停止の一定時間後にチャネル利用率の測定を開始させるチャネル情報測定信号を生成する手段を含む。

第１の発明の無線環境情報収集システムにおいて、管理対象無線局は、無線環境情報管理部からチャネル情報測定信号により指定された時間に第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を行うことを指定された場合に、指定した時間が近づいたときに、通信相手となる無線局に対して通信機能を停止することを通知する通知手段を含む。

第１の発明の無線環境情報収集システムにおいて、管理対象無線局は、無線環境情報管理部からチャネル情報測定信号により指定された時間に第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を行うことを指定された場合に、指定した時間帯において、通信相手となる無線局から受信したフレームを破棄する手段を含む。

第１の発明の無線環境情報収集システムにおいて、管理対象無線局は、無線環境情報管理部からチャネル情報測定信号により指定された時間に第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を行うことを指定された場合に、指定した時間帯において、通信相手となる無線局から受信したフレームの受信および制御信号の送信に要する時間をチャネル利用率の計算から除外してチャネル利用率を測定する手段を含む。

第１の発明の無線環境情報収集システムにおいて、管理対象無線局は、無線環境情報管理部からチャネル情報測定信号により指定された時間に第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を行うことを指定された場合に、指定した時間が近づいたときに、通信相手となる無線局に対し、接続先無線局ＩＤの変更通知を行う手段を含む。

第１の発明の無線環境情報収集システムにおいて、無線環境情報管理部は、第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後のチャネル利用率の測定を、即時に行うことを指定するチャネル情報測定信号を生成するチャネル情報測定信号生成部と、管理対象無線局まで信号の到達に要する遅延時間を記憶するデータベースと、チャネル情報測定信号を遅延時間に対応する時間だけ早いタイミングで管理対象無線局へ出力するネットワーク通信部とを備える。

第１の発明の無線環境情報収集システムにおいて、無線環境情報管理部は、第２の周波数チャネルを用いる管理対象無線局に対し、第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を行うスケジュールを決定し、チャネル情報測定信号として出力する手段を含む。

第２の発明は、第１の周波数チャネルでＣＳＭＡ／ＣＡ方式により無線通信を行う複数の無線局と、複数の無線局のうち、有線回線または無線回線を介して接続された管理対象無線局の無線環境情報を収集する無線環境情報管理部とを備え、管理対象無線局の無線環境情報を収集する無線環境情報収集方法において、無線環境情報管理部は、管理対象無線局に対して個別に、第１の周波数チャネルにおける一定時間の通信の停止を行う管理対象無線局、またはチャネル利用率の測定の開始を行う管理対象無線局、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を開始する管理対象無線局を決定するチャネル情報測定信号を生成して出力し、管理対象無線局は、それぞれ無線環境情報管理部からチャネル情報測定信号により指定された時間に第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を行い、チャネル利用率の測定を行った管理対象無線局は得られた無線環境情報を有線回線または無線回線を介して無線環境情報管理部へ出力し、チャネル利用率の測定を行う管理対象無線局以外の管理対象無線局が通信を停止する。

本発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づく無線通信を行う管理対象無線局のうち、第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、またはその両方を行わせる無線局を制御することにより、管理対象無線局のフレームがチャネル利用率の測定結果に影響することを防ぎ、フレームの衝突確率を低下させ、プリアンブルの読み込み失敗や、時間的に相関の低いデータの混入を防ぐことができる。これにより、観測したフレームを送信した無線局またはその無線通信システムを示すプリアンブル信号の取得を確実に行うことができ、より詳細に無線環境情報を収集することができる。

本発明の無線環境情報収集システムの基本構成例を示す図である。 本発明の無線環境情報収集システムの実施例構成を示す図である。 無線環境情報管理部２の構成例を示す図である。 チャネル情報測定または通信の一時停止を指示する処理手順例を示すフローチャートである。 チャネル情報測定または通信の一時停止のタイミングを指示する処理手順例を示すフローチャートである。

図１は、本発明の無線環境情報収集システムの基本構成例を示す。
図１において、無線局は、無線環境情報管理部２と有線または無線またはその両方からなるネットワークを介して接続された管理対象無線局１−１〜１−Ｎと、無線環境情報管理部２とは接続していない管理対象外無線局０−１〜０−Ｍとに分類される。管理対象無線局１−１〜１−Ｎおよび管理対象外無線局０−１〜０−Ｍは、それぞれ１つ以上の固有の無線局ＩＤを有し、無線局ＩＤごとに通信が可能である。無線局ＩＤは、ＳＳＩＤ、ＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス、無線局の搬送波周波数発生装置のＩＤ、無線局の製造ＩＤなど、いずれかの識別可能なＩＤである。

ここで、管理対象無線局１−１〜１−Ｎ、およびその周辺の管理対象外無線局０−１〜０−Ｍは、１つ以上の周波数チャネルにおいてＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づく無線通信を行う。また、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式により通信を行う周波数チャネルを第１の周波数チャネルとし、それ以外の例えばセルラー方式で通信を行う周波数チャネルを第２の周波数チャネルとする。

本発明の特徴は、無線環境情報管理部２が管理対象無線局１−１〜１−Ｎに対して個別に、第１の周波数チャネルによる通信の停止、またはチャネル利用率の測定、またはその両方の制御を行うことにより、当該第１の周波数チャネルのチャネル利用率を測定し、無線局ＩＤを含む無線環境情報を収集して各管理対象無線局のスループット特性を推定するところにある。

図２は、本発明の無線環境情報収集システムの実施例構成を示す。
図２において、管理対象無線局（図１の１−１〜１−Ｎ）は、無線環境情報管理部２との間の接続関係または使用する周波数チャネルにより、管理対象無線基地局１ａ，１ｂと、管理対象無線基地局１ａ，１ｂに帰属する管理対象無線端末局１ｃ，１ｄに分類される。管理対象無線基地局１ａ，１ｂは、無線環境情報管理部２と有線のネットワークを介して接続される。管理対象無線端末局１ｃは、管理対象無線基地局１ａおよび管理対象無線基地局１ｂに帰属し、管理対象無線基地局１ａと第１の周波数チャネルを用いてＣＳＭＡ／ＣＡ方式により無線通信を行うとともに、管理対象無線基地局１ｂと第２の周波数チャネルを用いてセルラー方式による無線通信も可能である。管理対象無線端末局１ｄは、管理対象無線基地局１ｂに帰属して第２の周波数チャネルを用いてセルラー方式による無線通信を行うとともに、管理対象外無線局０と第１の周波数チャネルを用いてＣＳＭＡ／ＣＡ方式による無線通信を行う。さらに図示しないが、管理対象無線基地局１ａ，１ｂに帰属せず、第１の周波数チャネルを用いてＣＳＭＡ／ＣＡ方式による無線通信を行う管理対象外無線局０がある。

無線環境情報管理部２は、無線環境情報として、有線または無線のネットワークを介して接続されている管理対象無線基地局１ａと、管理対象無線基地局１ａ，１ｂに帰属する管理対象無線端末局１ｃ，１ｄが、第１の周波数チャネルを用いてＣＳＭＡ／ＣＡ方式で通信しているか、通信に用いている帯域幅、無線局の位置、無線局が接続されているネットワークの情報、第１の周波数チャネルにおけるセッション確立失敗、第１の周波数チャネルにおけるスループット低下などの通信異常、および無線局が通信により得ているスループットの情報について、予め収集することができる。ただし、管理対象無線基地局１ａに帰属する管理対象無線端末局１ｃは、自ら周波数チャネルを選ぶことはできないため、選択可能な周波数チャネルや帯域幅など端末機能について無線環境情報管理部２へ無線環境情報として伝えることもできる。

無線環境情報管理部２は、さらに、第２の周波数チャネルを用いて通信している管理対象無線基地局１ｂにおける接続端末情報、接続している端末のアプリケーション情報、第２の周波数チャネルにおけるトラヒック情報、または第２の周波数チャネルにおけるスループット情報を無線環境情報として収集してもよい。

無線環境情報管理部２におけるチャネル利用率の取得方法の実施例について以下に説明する。
（実施例１）
実施例１では、第１の周波数チャネルをプライマリチャネルとする管理対象無線基地局１ａ、または管理対象無線基地局１ａと通信している管理対象無線端末局１ｃに対して、同時にフレーム送信の停止、またはチャネル利用率の測定開始、またはその両方を指示する。例えば、管理対象無線端末局１ｃに対してフレーム通信の停止を指示し、管理対象無線基地局１ａにチャネル利用率の測定開始を指示してもよい。

また、第１の周波数チャネルをプライマリチャネルとする無線局のうち、空間的に関連のある無線局群を選択してもよい。空間的に関連のある無線局群とは、例えば以下のように決定できる。条件１：当該無線局群に所属している無線局Ａが、無線局Ａ以外の当該無線局群に所属する無線局Ｂまたは無線局Ｂが検出可能な無線局Ｃであること。条件２：無線局から収集した位置情報がある条件を満たすこと。条件３：無線局が予め定めた無線局ＩＤを検出していること。条件４：無線局が予め定めたセルラー方式の管理対象無線基地局１ｂを検出していること。条件５：無線局の所有者や所有者の契約形態などにより予め定められた無線局であること。

無線環境情報管理部２において、同時にフレーム通信の停止、またはチャネル利用率の測定開始、またはその両方を行う無線局を決定すると、測定のタイミングまたはスケジュールを決定する。測定のタイミングは、収集した無線環境情報から決定するか、予め午前10時，12時，15時，18時などの測定時間を決定しておくか、電車や飛行機など公共交通機関のタイムテーブルに基づく時間で決定してもよい。無線環境情報を用いてタイミングを決定する場合は、例えば、第１の周波数チャネルで通信を行う無線局において、通信異常が報告されている時間またはその予定時間の一定時間前、管理対象無線端末局１ｃ，１ｄの数が増大する時間またはその予定時間の一定時間前、管理対象無線端末局１ｃ，１ｄの数が減少する時間、第１の周波数チャネルにおけるトラヒックが増大する時間またはその予定時間の一定時間前、第１の周波数チャネルにおけるトラヒックが減少する時間、などとしてもよい。

（実施例２）
実施例２では、管理対象無線基地局１ａおよび管理対象無線端末局１ｃ，１ｄに対して、第１の周波数チャネルにおけるフレーム送信の停止、またはチャネル利用率の測定開始、またはその両方を指示する。または、トラヒックが生じていない１つ以上の無線局を選択し、第１の周波数チャネルのチャネル利用率を測定させてもよい。または、無線局において、特定の条件の無線局または第２の周波数チャネルを用いる管理対象無線基地局１ｂを検出した場合に、当該無線局に対して第１の周波数チャネルの測定を行わせてもよい。

例えば、無線環境情報管理部２において、無線局ＩＤｘｘ２２と空間的に関連のある無線局群の情報を収集する場合を想定する。ＩＤｘｘ２２について重点的に無線環境情報を収集する判断を行う条件としては、例えば、ＩＤｘｘ２２におけるトラヒック量が多い、ＩＤｘｘ２２に接続する無線局の数が多い、ＩＤｘｘ２２とセルがオーバラップしている第２の周波数チャネルを用いる管理対象無線基地局１ｂのトラヒック量が多い、ＩＤｘｘ２２のバックホールの回線の容量が多い、ＩＤｘｘ２２の接続形態がトラヒックを流すのに都合がよい、などが考えられる。

無線局ＩＤｘｘ２２が、第１の周波数チャネルで通信しており、無線局ＩＤｘｘ２２が無線局ＩＤｘｘ１１，ＩＤｘｘ３３を検出しているものとする。無線環境情報管理部２は、実施例１では、ＩＤｘｘ２２，ＩＤｘｘ１１，ＩＤｘｘ３３に対し、第１の周波数チャネルにおけるフレーム送信の停止、またはチャネル利用率の測定開始、またはその両方を指示する。実施例２では、無線局群、ＩＤｘｘ２２，ＩＤｘｘ１１，ＩＤｘｘ３３を検出している他の周波数チャネルを用いている無線局、または新たに無線局群を検出した管理対象無線端末局１ｃ，１ｄが存在することを検出した無線局から収集する。

無線環境情報管理部２は、無線局ＩＤｘｘ２２が通信している第１の周波数チャネルのチャネル利用率の測定を当該無線局群の無線局が行ってもユーザエクスペリエンスに影響を与えない、端末無線局のオーナーの契約形態として問題ない、端末無線局に第１の周波数チャネルにおけるトラヒックが生じていない、などのチャネル利用率の測定可能条件を確認のうえ、当該端末無線局に第１の周波数チャネルのチャネル利用率の測定を通知する。この際、即時にチャネル利用率を測定させる通知信号を送信してもよいし、特定の時間において測定を行わせてもよい。また、即時にチャネル利用率を測定させる場合、無線環境情報管理部２と第１の周波数チャネルにおけるフレーム送信の停止、またはチャネル利用率の測定開始、またはその両方を指示する対象となる無線局との間の伝送遅延を考慮し、測定開始や通信停止などの処理がおおよそ同時に開始されるように、通知タイミングを無線局ごとにずらしてもよい。

実施例２で測定する周波数チャネル、および測定のタイミングまたはスケジュールは、収集した無線環境情報から決定するか、予め午前10時，12時，15時，18時などの測定時間を決定しておくか、電車や飛行機など公共交通機関のタイムテーブルに基づく時間で決定してもよい。無線環境情報を用いてタイミングを決定する場合は、例えば、第１の周波数チャネルで通信を行う無線局において、通信異常が報告されている時間またはその予定時間の一定時間前、管理対象無線端末局１ｃ，１ｄの数が増大する時間またはその予定時間の一定時間前、管理対象無線端末局１ｃ，１ｄの数が減少する時間、第１の周波数チャネルにおけるトラヒックが増大する時間またはその予定時間の一定時間前、第１の周波数チャネルにおけるトラヒックが減少する時間、などとしてもよい。

また、実施例２で決定する第１の周波数チャネルにおいて通信停止またはチャネル利用率の測定を行うタイミングまたはスケジュールは、第２の周波数チャネルを用いる管理対象無線基地局１ｂごとに決定してもよい。管理対象無線基地局１ｂは、予め第１の周波数チャネルにおける通信停止またはチャネル利用率の測定を指示するチャネル情報測定信号を記憶しており、管理対象無線端末局１ｃ，１ｄと通信を確立したタイミングまたは制御信号を送信したタイミングで、当該チャネル情報測定信号を送信してもよい。

（実施例３）
実施例３では、実施例１または実施例２のように無線環境情報管理部２からのチャネル情報測定信号により、即時または指定されたタイミングでチャネル利用率の測定を行うが、チャネル測定専用の測定装置を用いることが実施例１または実施例２と異なる。実施例３における測定装置は、ある時間において通信を行わない無線局ＩＤまたは周波数チャネルの測定のみを行うことが可能な測定装置である。

実施例３では、無線環境情報管理部２は、どの無線局ＩＤを測定装置として動作させるかを決定したり、または測定装置が必要なエリアについて決定してもよい。測定装置として動作させる無線局は、搬送波周波数発生装置（ＲＦ）を複数有している無線局、または予め無線環境情報測定用のＲＦを具備している無線局を指定できる。複数のＲＦを有する無線局を測定装置としてＲＦを動作させることを指示する場合は、トラヒックの発生頻度が低い無線局を選択してもよい。トラヒックの発生頻度が低い無線局は、時間や曜日、日付ごとに判定し、切り替えてもよい。測定装置の設置を判断する場合は、トラヒックが多いなどの理由で、チャネル利用率の測定を行う余裕のある無線局が存在しない場合や、データベースにおける特定のエリアまたは無線局ＩＤに関する情報が少ない場合に判定してもよい。例えば、特定の無線局ＩＤを検出可能な場所に測定装置として動作する無線局を設置してもよい。

図３は、無線環境情報管理部２の構成例を示す。
図３において、無線環境情報管理部２は、ネットワーク通信部２１、無線環境情報取得部２２、データベース２３、チャネル情報測定信号生成部２４から構成される。無線環境情報取得部２２は、事前に無線局から、ネットワーク通信部２１を介して検出している無線局ＩＤおよびチャネル利用率などの無線環境情報を収集し、データベース２３を構築する。例えば、データベースに無線局ごとに検出可能な無線局ＩＤを記憶し、従来の技術によるコンテンショングラフを用いたアプローチなどで、特定の無線局ＩＤにおけるスループット特性に影響を与える管理対象外無線局のチャネル利用率を測定することを決定できる。コンテンショングラフは前述のように空間的に関連のある無線局ＩＤである。チャネル情報測定信号生成部２４は、無線局のうち第１の周波数チャネルにおける一定時間の通信の停止、またはチャネル利用率の測定の開始、またはその両方を行わせる複数の無線局およびそのタイミングを決定し、チャネル情報測定信号を生成する。また、無線局まで信号が到達するまでに要する遅延時間をデータベース２３に記憶し、チャネル情報測定信号を遅延時間に対応する時間だけ早いタイミングで出力する制御を行ってもよい。

図４は、チャネル情報測定または通信の一時停止を指示する処理手順例を示す。
ここでは、無線環境情報管理部２が測定を行う第１の周波数チャネル、当該第１の周波数チャネルでの通信を停止させる無線局およびチャネル利用率の測定を行わせる無線局を決定すると、決定した無線局を宛先としてチャネル情報測定信号を出力する。この時、無線局の対象は複数であり、通信の一時停止を行う無線局を必ずしも含む必要はないが、チャネル利用率の測定を行う無線局は必ず存在するようにチャネル情報測定信号を生成する。チャネル情報測定信号は第１の周波数チャネルにおける通信の一時停止か、第１の周波数チャネルにおけるチャネル利用率の測定を指示する信号となっている。無線環境情報管理部２は、複数の無線局がチャネル情報測定信号を受信し、指定された通信の停止またはチャネル利用率の測定の実行がほぼ同時になるように、無線環境情報管理部２と無線局間のフレームの伝搬時間（Latency ）を考慮して、伝搬時間が長い無線局ほど比例して早いタイミングでチャネル情報測定信号を出力してもよい。

図４において、無線局がチャネル情報測定信号を受信すると（Ｓ001 ）、チャネル情報測定信号の指示に従い、第１の周波数チャネルおける通信を終了または一時停止を報知する（Ｓ002 ）。例えばユーザデータの送信中であれば、現在送信中のフレームの送信とＡＣＫの返信が終わり次第、次のフレームの送信は待機する。またユーザデータの受信中であれば、ＡＣＫを返したのち、次のフレームの受信から返信を停止する。送受信の停止とともに、自無線局に対しフレームを送信してくる可能性のある無線局と通信している場合には、当該無線局に対して通信の停止やスリープ機能を活用することの通知などを行ってもよい。または、自無線局の別の無線局ＩＤとの通信に切り替えるように指定したり、他の無線局ＩＤとの通信への切り替えを指定してもよい。または、自発的な通信を行わずにチャネル利用率を測定してもよい。全ての通信対象が管理対象無線局であれば、無線環境情報管理部２から第１の周波数チャネルまたは第２の周波数チャネルで、通信停止またはチャネル利用率の測定の通知が来ている可能性があるため、各管理対象無線局に自発的な通信を制限するだけで、精度の高いチャネル利用率の測定を実現できる。

無線局は周波数チャネルの変更などの必要な事前処理を行った後、チャネル利用率の測定を実行するか、または通信の停止を行う（Ｓ003 ）。測定時間区間なども無線環境情報管理部２から指定してもよい。測定時間と通信停止時間をそれぞれ指定し、通信停止の開始のタイミングをチャネル利用率の測定時間より前とし、そのタイミングに一定の時間幅を与えることで、無線環境情報管理部２はチャネル情報測定信号が到達するまでの伝搬遅延のずれによる無線局の動作開始時間のずれを補償することもできる。例えば、無線局におけるチャネル利用率測定の開始または通信の停止の実行に、500 μｓほどのばらつきが想定される場合に、通信停止後、500 μｓ後にチャネル利用率の測定開始を行うように設定すれば、少なくともチャネル情報測定信号を受信した無線局が全て通信を停止している時間にチャネル利用率を測定できる可能性が高くなる。

チャネル利用率の測定が終了すると、測定したチャネル利用率、またはチャネル利用率およびチャネル利用率に関連付ける無線局ＩＤの情報について、量子化および必要であれば圧縮などの処理を行ってフレームに格納し（Ｓ004 ）、バックホール回線や無線回線などを用いて無線環境情報管理部２へ出力する（Ｓ005 ）。

図５は、チャネル情報測定または通信の一時停止のタイミングを指示する処理手順例を示す。
ここでは、無線環境情報管理部２が測定を行う第１の周波数チャネル、当該第１の周波数チャネルでの通信を停止させる無線局、チャネル利用率の測定を行わせる無線局およびそのタイミングを決定すると、決定した無線局を宛先としてチャネル情報測定信号を出力する。この時、無線局の対象は複数であり、通信の一時停止を行う無線局を必ずしも含む必要はないが、チャネル利用率の測定を行う無線局は必ず存在するようにチャネル情報測定信号を生成する。チャネル情報測定信号は、特定の時間において第１の周波数チャネルにおける通信の一時停止か、第１の周波数チャネルにおけるチャネル利用率の測定を指示する信号となっている。

図５において、無線局がチャネル情報測定信号を受信すると（Ｓ101 ）、チャネル情報測定信号の指定するタイミングを含む測定条件を取得する（Ｓ102 ）。測定条件は、チャネル利用率を測定するタイミングの他に、無線局が特定の機能を有しているか、無線局のバッテリー／電源状況やモビリティなどの状態条件、通信活用状況条件などのことであり、無線環境情報管理部２が指定した測定条件を満たしているか判定させてもよい。測定条件を満たしており、測定のタイミングが近づくと、指定時間の一定時間前に、第１の周波数チャネルおける通信を終了／通信の一時停止を報知する（Ｓ103 ）。図４の例と同様、自発的な通信を行わずにチャネル利用率を測定してもよい。準備が整うと、指定されたタイミングで、チャネル利用率の測定を実行するか、または通信の停止を行う（Ｓ104 ）。当該第１の周波数チャネルにおける自発的な通信の停止とチャネル利用率の測定開始タイミングは個別に指定してもよい。図４の例と同様、通信停止の開始のタイミングをチャネル利用率の測定時間より前とし、そのタイミングに一定の時間幅を与えることで、無線環境情報管理部２はチャネル情報測定信号が到達するまでの伝搬遅延のずれによる無線局の動作開始時間のずれを補償することもできる。チャネル利用率の測定が終了すると、測定したチャネル利用率、またはチャネル利用率およびチャネル利用率に関連付ける無線局ＩＤの情報について量子化および必要であれば圧縮などの処理を行い、フレームに格納し（Ｓ105 ）、バックホール回線や無線回線などを用いて無線環境情報管理部２へ出力する（Ｓ106 ）。

以上説明した第１の周波数チャネルにおけるフレーム送信の停止、または、チャネル利用率の測定開始、またはその両方を行わせることによるメリットについて以下に説明する。
（メリット１）
各管理対象無線局が個別にチャネル利用率の測定を行う場合に、フレーム送信を行う管理対象無線局の数が多く、互いに隠れ端末状態の無線局や、ランダムバックオフが同時となって生じるフレーム衝突が多くなり、フレームのプリアンブル信号が読み取りにくく、フレームを送信している無線局ＩＤを判定できない問題があった。本発明により、複数の管理対象無線局にフレーム送信を行うことを停止させることで、管理対象外無線局の無線局ＩＤと通信状況をより正確に把握できる。

（メリット２）
同時に測定を行うことで、管理対象無線局ごとの測定結果をより正確に比較することができる。例えば、チャネル利用率の結果の比較により、互いに検出し合える無線局のペアの間の通信において、一方で測定したャネル利用率が高ければ、当該無線局を受信側とした通信において隠れ端末問題が生じている可能性が高くなる。すなわち、チャネル利用率の測定結果を隠れ端末の判定に活用しやすい。

（メリット３）
同じ時刻で測定を行わせるため、データベースとして管理しやすい。異なる時間で断続的に無線局から収集したデータは時間的な関連付けが難しいが、同時またはほぼ同時に測定させた情報であれば、時間的に関連付けて記憶することができ、機械学習などのアルゴリズムから利用しやすいデータとなる。

（メリット４）
空間的な関連のある管理対象無線局から得られるコンテンショングラフにおいて、管理対象無線局のトラヒックが影響を与えない状態で管理対象外無線局の無線リソース利用状況を取得することができるため、管理対象無線局にトラヒックを与えた場合に、コンテンショングラフにどのような影響が生じるかシミュレートが容易となる。管理対象無線局側のシステム容量が増大するようにチャネルの設定を行ったり、特定の管理対象無線局が有利となるようなコテンショングラフとなるように、管理対象無線局のチャネルの設定を行ったりすることができる。実際の無線リソースの活用状況をコンテンショングラフに導入することで、無線局ＩＤを検出しただけで実際には周辺に影響を与えていない無線局ＩＤを判別することも可能となる。

０ 管理対象外無線局
１ 管理対象無線局
１ａ 第１の周波数チャネルを用いる管理対象無線基地局
１ｂ 第２の周波数チャネルを用いる管理対象無線基地局
１ｃ，１ｄ 管理対象無線端末局
２ 無線環境情報管理部
２１ ネットワーク通信部
２２ 無線環境情報取得部
２３ データベース
２４ チャネル情報測定信号生成部

Claims (10)

1. 第１の周波数チャネルでＣＳＭＡ／ＣＡ方式により無線通信を行う複数の無線局と、
   前記複数の無線局のうち、有線回線または無線回線を介して接続された管理対象無線局の無線環境情報を収集する無線環境情報管理部と
   を備えた無線環境情報収集システムにおいて、
   前記無線環境情報管理部は、前記管理対象無線局に対して個別に、前記第１の周波数チャネルにおける一定時間の通信の停止を行う管理対象無線局、またはチャネル利用率の測定の開始を行う管理対象無線局、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を開始する管理対象無線局を決定するチャネル情報測定信号を生成して出力する手段を備え、
   前記管理対象無線局は、それぞれ前記無線環境情報管理部から前記チャネル情報測定信号により指定された時間に前記第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を行い、チャネル利用率の測定を行った管理対象無線局は得られた無線環境情報を前記有線回線または無線回線を介して前記無線環境情報管理部へ出力する手段を備え、
   前記チャネル利用率の測定を行う管理対象無線局以外の管理対象無線局が通信を停止する
   ことを特徴とする無線環境情報収集システム。
2. 請求項１に記載の無線環境情報収集システムにおいて、
   前記管理対象無線局の一部または全部は、その管理対象無線局間で、第２の周波数チャネルを用いて前記チャネル情報測定信号および前記無線環境情報を転送する機能を有する ことを特徴とする無線環境情報収集システム。
3. 請求項１または２に記載の無線環境情報収集システムにおいて、
   前記無線環境情報管理部は、前記第１の周波数チャネルにおける通信停止の一定時間後にチャネル利用率の測定を開始させるチャネル情報測定信号を生成する手段を含む
   ことを特徴とする無線環境情報収集システム。
4. 請求項１または２に記載の無線環境情報収集システムにおいて、
   前記管理対象無線局は、前記無線環境情報管理部から前記チャネル情報測定信号により指定された時間に前記第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を行うことを指定された場合に、指定した時間が近づいたときに、通信相手となる無線局に対して通信機能を停止することを通知する通知手段を含む
   ことを特徴とする無線環境情報収集システム。
5. 請求項１または２に記載の無線環境情報収集システムにおいて、
   前記管理対象無線局は、前記無線環境情報管理部から前記チャネル情報測定信号により指定された時間に前記第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を行うことを指定された場合に、指定した時間帯において、通信相手となる無線局から受信したフレームを破棄する手段を含む
   ことを特徴とする無線環境情報収集システム。
6. 請求項１または２に記載の無線環境情報収集システムにおいて、
   前記管理対象無線局は、前記無線環境情報管理部から前記チャネル情報測定信号により指定された時間に前記第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を行うことを指定された場合に、指定した時間帯において、通信相手となる無線局から受信したフレームの受信および制御信号の送信に要する時間をチャネル利用率の計算から除外してチャネル利用率を測定する手段を含む
   ことを特徴とする無線環境情報収集システム。
7. 請求項１または２に記載の無線環境情報収集システムにおいて、
   前記管理対象無線局は、前記無線環境情報管理部から前記チャネル情報測定信号により指定された時間に前記第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を行うことを指定された場合に、指定した時間が近づいたときに、通信相手となる無線局に対し、接続先無線局ＩＤの変更通知を行う手段を含む
   ことを特徴とする無線環境情報収集システム。
8. 請求項１または２に記載の無線環境情報収集システムにおいて、
   前記無線環境情報管理部は、
   前記第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後のチャネル利用率の測定を、即時に行うことを指定するチャネル情報測定信号を生成するチャネル情報測定信号生成部と、
   前記管理対象無線局まで信号の到達に要する遅延時間を記憶するデータベースと、
   前記チャネル情報測定信号を前記遅延時間に対応する時間だけ早いタイミングで前記管理対象無線局へ出力するネットワーク通信部と
   を備えたことを特徴とする無線環境情報収集システム。
9. 請求項２に記載の無線環境情報収集システムにおいて、
   前記無線環境情報管理部は、前記第２の周波数チャネルを用いる管理対象無線局に対し、前記第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を行うスケジュールを決定し、前記チャネル情報測定信号として出力する手段を含む
   ことを特徴とする無線環境情報収集システム。
10. 第１の周波数チャネルでＣＳＭＡ／ＣＡ方式により無線通信を行う複数の無線局と、前記複数の無線局のうち、有線回線または無線回線を介して接続された管理対象無線局の無線環境情報を収集する無線環境情報管理部とを備え、管理対象無線局の無線環境情報を収集する無線環境情報収集方法において、
    前記無線環境情報管理部は、前記管理対象無線局に対して個別に、前記第１の周波数チャネルにおける一定時間の通信の停止を行う管理対象無線局、またはチャネル利用率の測定の開始を行う管理対象無線局、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を開始する管理対象無線局を決定するチャネル情報測定信号を生成して出力し、
    前記管理対象無線局は、それぞれ前記無線環境情報管理部から前記チャネル情報測定信号により指定された時間に前記第１の周波数チャネルにおける通信の停止、またはチャネル利用率の測定、または通信の停止後にチャネル利用率の測定を行い、チャネル利用率の測定を行った管理対象無線局は得られた無線環境情報を前記有線回線または無線回線を介して前記無線環境情報管理部へ出力し、
    前記チャネル利用率の測定を行う管理対象無線局以外の管理対象無線局が通信を停止する
    ことを特徴とする無線環境情報収集方法。

Images