JP6891733B2 - 無線通信システム、無線通信方法、無線基地局および制御局 - Google Patents

Description

本発明は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）の稠密環境において、各無線局の無線環境に応じた制御によりそれぞれのスループットの低下を改善する無線通信システム、無線通信方法、無線基地局および制御局に関する。

近年、ノートパソコンやスマートフォン等の持ち運び可能で高性能な無線端末の普及により企業や公共スペースだけではなく、一般家庭でもIEEE802.11標準規格の無線ＬＡＮが広く使われるようになっている。IEEE802.11標準規格の無線ＬＡＮには、 2.4ＧHz帯を用いるIEEE802.11b/g/n 規格の無線ＬＡＮと、５ＧHz帯を用いるIEEE802.11a/n/ac規格の無線ＬＡＮがある。

IEEE802.11ｂ規格やIEEE802.11ｇ規格の無線ＬＡＮでは、2400ＭHzから2483.5ＭHz間に５ＭHz間隔で13チャネルが用意されている。ただし、同一場所で複数のチャネルを使用する際は、干渉を避けるためスペクトルが重ならないようにチャネルを使用すると最大で３チャネル、場合によっては４チャネルまで同時に使用できる。

IEEE802.11ａ規格の無線ＬＡＮでは、日本の場合は、5170ＭHzから5330ＭHz間と、5490ＭHzから5710ＭHz間で、それぞれ互いに重ならない８チャネルおよび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。

無線ＬＡＮの最大伝送速度は、IEEE802.11ｂ規格の場合は11Ｍbps であり、IEEE802.11ａ規格やIEEE802.11ｇ規格の場合は54Ｍbps である。ただし、ここでの伝送速度は物理レイヤ上での伝送速度である。実際にはＭＡＣ（Medium Access Control ）レイヤでの伝送効率が50〜70％程度であるため、実際のスループットの上限値はIEEE802.11ｂ規格では５Ｍbps 程度、IEEE802.11ａ規格やIEEE802.11ｇ規格では30Ｍbps 程度である。また、伝送速度は、情報を送信しようとする通信局が増えればさらに低下する。

一方で、有線ＬＡＮでは、Ethernet（登録商標）の100Base-T インタフェースをはじめ、各家庭にも光ファイバを用いたＦＴＴＨ（Fiber to the home)の普及から、 100Ｍbps 〜１Ｇbps 級の高速回線の提供が普及しており、無線ＬＡＮにおいても更なる伝送速度の高速化が求められている。

そのため、2009年に標準化が完了したIEEE802.11ｎ規格では、これまで20ＭHzと固定されていたチャネル帯域幅が最大で40ＭHzに拡大され、また、空間多重送信技術（ＭＩＭＯ：Multiple input multiple output）技術の導入が決定された。IEEE802.11ｎ規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で 600Ｍbps の通信速度を実現可能である。

さらに、2013年に標準化が完了したIEEE802.11ac規格では、チャネル帯域幅を80ＭHzや最大で 160ＭHzまで拡大することや、空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：Space Division Multiple Access）を適用したマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）送信方法の導入が決定している。IEEE802.11ac規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で約 6.9Ｇbps の通信速度を実現可能である。

ただし、IEEE802.11ac規格においてチャネル帯域幅を40ＭHz、80ＭHz、 160ＭHzまたは80ＭHz＋80ＭHz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、チャネル帯域幅が20ＭHzで19チャネルだったものが、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。

このように、同一場所で同時に使えるチャネル数は、通信に用いるチャネル帯域幅によって、 2.4ＧHz帯の無線ＬＡＮでは３つ、５ＧHz帯の無線ＬＡＮでは２つ，４つ，９つ，または19のチャネルになるので、実際に無線ＬＡＮを導入する際には無線基地局（アクセスポイント：ＡＰ）が自セル（ＢＳＳ：Basic Service Set ）内で使用するチャネルを選択する必要がある。

ここで、使用可能なチャネル数よりもＢＳＳ数が多い無線ＬＡＮの稠密環境では、複数のＢＳＳが同一チャネルを使うことになる（ＯＢＳＳ：Overlapping BSS ）。その場合、同一チャネルを使用するＢＳＳ間の干渉の影響により、当該ＢＳＳおよびシステム全体のスループットが低下することになる。そのため無線ＬＡＮでは、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）を用いて、キャリアセンスによりチャネルが空いているときにのみデータの送信を行う自律分散的なアクセス制御が使われている。

具体的には、送信要求が発生した通信局は、まず所定のセンシング期間（ＤＩＦＳ：Distributed Inter-Frame Space ）だけキャリアセンスを行って無線媒体の状態を監視し、この間に他の通信局による送信信号が存在しなければ、ランダム・バックオフを行う。通信局は、引き続きランダム・バックオフ期間中もキャリアセンスを行うが、この間にも他の通信局による送信信号が存在しない場合に、チャネルの利用権を得る。チャネルの利用権を得た通信局は、同一ＢＳＳ内の他の通信局にデータを送信し、またそれらの通信局からデータを受信できる。このようなＣＳＭＡ／ＣＡ制御を行う場合、同一チャネルを使用する無線ＬＡＮの稠密環境では、キャリアセンスによりチャネルがビジーになる頻度が高くなるため、送信機会（チャネルの利用権を得る機会）が低下し、スループットが低下することになる。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。

無線基地局におけるチャネルの選択方法は、IEEE802.11標準規格で定まっていないため、各ベンダーが独自の方法を採用しているが、最も一般的なチャネル選択方法としては、干渉電力の最も少ないチャネルを自律分散的に選択する方法がある。無線基地局は、一定期間すべてのチャネルについてキャリアセンスして最も干渉電力が小さいチャネルを選択し、選択したチャネル上で配下の端末装置とデータの送受信を行う。なお、干渉電力とは、近隣ＢＳＳや他システムから受信する信号のレベルであり、例えば、受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）により測定することができる。

ここで、無線基地局においてキャリアセンスを行うに当たり、受信信号強度（ＲＳＳＩ）を用いてチャネル使用状況を判断するＣＣＡ（Clear Channel Assessment）閾値が設定されている。例えばIEEE802.11規格では、２つのＣＣＡ閾値が規定されている。１つは、キャリアセンスして受信する無線フレームのプリアンブルを検出できた場合に用いるＣＣＡ−ＳＤ（Signal Detection）閾値であり、もう１つは、キャリアセンスして受信する受信信号において、無線ＬＡＮ信号のプリアンブルを検出できなかった場合に用いるＣＣＡ−ＥＤ（Energy Detection）閾値である。IEEE802.11ａ規格では、ＣＣＡ−ＳＤ閾値は−82dBｍに設定され、ＣＣＡ−ＥＤ閾値は−62dBｍに設定される。

キャリアセンスにより、ＲＳＳＩがＣＣＡ−ＳＤ閾値以上で、かつ無線ＬＡＮ信号のプリアンブルを検出した場合は、そのチャネルはビジー（通信不可）と判定する。また、キャリアセンスにより無線ＬＡＮ信号のプリアンブルを検出できない場合でも、ＲＳＳＩがＣＣＡ−ＥＤ閾値以上の場合は、近隣ＢＳＳや他システムからの干渉波と見なしてそのチャネルはビジー（通信不可）と判定する。それ以外の場合は、チャネルがアイドル（通信可）と判定する。

このように、IEEE802.11規格の無線ＬＡＮでは、無線基地局（ＡＰ）がＢＳＳを形成する際に、自ＢＳＳで対応可能なチャネルのうち、どのチャネルで運用するのかを決めているが、さらにどのくらいの送信電力で無線信号を送信するかなどを決定する必要がある。

そして、ＡＰは、自ＢＳＳで使用するパラメータの設定値および自ＢＳＳで対応可能なその他のパラメータを定期的に送信するビーコンフレームや、無線端末から受信するプローブ要求フレームに対するプローブ応答フレーム等に記載し、運用が決定されたチャネル上でフレームを送信し、帰属する無線端末および周辺の他の無線局に通知することで、ＢＳＳの運用を行っている。

無線ＬＡＮでは、このような制御を行うため、隣接するＢＳＳが多くなるほどスループットが低下する。したがって、周辺の無線環境をモニタリングし、適切なチャネルや送信電力値、ＣＣＡ閾値などの各種パラメータを設定する必要がある。

ここで、自ＢＳＳで使用するパラメータの設定値には、ＣＳＭＡ／ＣＡのキャリアセンスに用いるＣＣＡ閾値に加えて、送信電力値、受信感度を決めるＲＳ（Receiving Sensitively ）閾値、ＣＷ（Contention Window ）の最小値・最大値などのアクセス権取得に関するパラメータ値やＱｏＳ（Quality of Services ）等のパラメータ値が含まれる。また、自ＡＰにおいて対応可能なその他のパラメータには、フレーム送信に用いる帯域幅、制御フレーム送信に使用する基本データレートやデータ送受信可能なデータレートに関するデータレートセット（ＭＣＳ：Modulation and coding scheme）などが含まれる。さらには、アナログ／デジタルビームフォーミングやアンテナ切替などによりアンテナ指向性パタンを動的に変えることにより、通信エリアのサイズや形状を可変にすることも考えられる。

さらに、無線ＬＡＮは、前述したようにＣＳＭＡ／ＣＡで動作しているため、ＢＳＳが稠密に配置される環境では、キャリアセンスにおいて干渉によりチャネルがビジーになる頻度が高くなるため、送信機会（チャネルの利用権を得る機会）が低下してしまう。そのため、アンテナ指向性パタン、送信電力値、ＣＣＡ閾値、ＲＳ閾値などのパラメータを制御することで、ＢＳＳの通信エリアを制御し、送信機会を増やすことでスループットを改善させる提案がされている（例えば、非特許文献１，２）。

ＡＰにおける利用チャネルや送信電力値などの各種パラメータの選択および設定方法として、例えば、(a) ＡＰの製造メーカで設定されたデフォルトのパラメータ値をそのまま使用する方法、(b) ＡＰを運用するユーザが手動で設定した値を使用する方法、(c) 各ＡＰが起動時に自局において検知する無線環境情報に基づいて自律的にパラメータ値を選択し設定する方法、(d) 無線ＬＡＮコントローラなどの集中制御装置で決定されたパラメータ値を使用し設定する方法などを挙げられる。

J. Zhu (Intel), et al., "Adaptive CSMA for scalable network capacity in high-density WLAN: a hardware prototyping approach," in Proc. IEEE INFOCOM, 2006. H. Ma, et al.,"On loss differentiation for CSMA-based dense wireless network,"IEEE Commun. Lett., vol.11, no.11, pp.877-879, Nov. 2007.

前述した (a)〜(d) の周波数チャネルや帯域幅およびその他のパラメータの選択および設定方法のうち、特に、安価なＡＰは、製造メーカで設定されたデフォルトのパラメータをそのまま使用することが多い。しかし、近くに同じメーカのＡＰが複数台設置された環境の場合は、全てのＡＰが同じ周波数チャネルや送信電力値を使うことになるので、ＡＰ間で干渉が発生してしまい通信品質が劣化する問題がある。

一般家庭など比較的小規模なネットワークでは、無線ＬＡＮを運用するユーザが適切なパラメータを設定することは考えられる。特に、外部干渉源がない環境では各種パラメータの設定は可能だが、都市部や集合住宅など周りで無線ＬＡＮが使われている環境、または、中規模や大規模なネットワークでは、無線ＬＡＮそれぞれについて適切なパラメータ設定をユーザまたは管理者が設定することは困難である。

各ＡＰが起動時に自局において検知する無線環境情報に基づいて、自律的にパラメータ値を選択する自律分散動作可能なＡＰでは、ＡＰが起動される順番によって適切なパラメータ値が異なる。また、それぞれのＡＰは自局における適切なパラメータ値を選択して設定するため、局所的に最適化が可能だが、システム全体の最適化はできず、さらに周辺無線環境が変わった場合は対応が困難となる。

例えば、起動中のＡＰ数の変化、各々のＡＰ配下の無線端末装置の変化、各々のセル内の無線装置により送出されるデータ量の変化など、このような無線環境変化が起きても使用チャネルや帯域幅の最適化を行っていないため、各々のセルのスループット間で差が生じたり、システム全体でもスループットが劣化したりする問題がある。

このため、例えば大学、オフィス、スタジアム、駅構内環境など数十台〜数百台のＡＰで形成される小〜大規模な無線ＬＡＮシステムの場合は、「無線ＬＡＮコントローラ」と呼ばれる専用の装置を配置し、無線ＬＡＮコントローラによって各ＡＰのパラメータ値を決定し、ＡＰに反映させるなどしてＡＰの制御を行う方法がある。

無線ＬＡＮコントローラにより適切なパラメータ設定を行うには、制御対象ＡＰ、それらに帰属されている無線端末、ライセンスバンドなど別周波数を用いるユーザ端末などから無線環境やトラヒック状況に関する環境情報を収集し、その環境情報を処理した上で、適切なパラメータを算出する必要がある。しかし、一時的に設置される無線ＬＡＮルータを含めアンライセンスバンドのＡＰ数およびそれらを利用する端末数が爆発的に増えているため、収集される環境情報の量も膨大となり、最適パラメータの繰り返し計算に膨大な時間かかる問題があった。さらに、最適化指標が異なる場合への柔軟な対応も困難であった。

本発明は、無線ＬＡＮの稠密環境において、無線通信システム全体の周波数利用効率もしくは全体スループットもしくはユーザＱｏＳ／ＱｏＥが向上するようにＡＰのパラメータ設定を行い、また局地的なスループットの低下もしくはＱｏＳ／ＱｏＥ低下を回避することができる無線通信システム、無線通信方法、無線基地局および制御局を提供することを目的とする。

第１の発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡアクセス制御により、それぞれ帰属する無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局と、複数の無線基地局に接続され、複数の無線基地局の無線環境情報、運用中設定情報、収容トラヒック情報を含めた環境情報に基づいて、各無線基地局および無線端末の通信制御に用いるパラメータの決定に必要な情報を通知する制御局とを備えた無線通信システムにおいて、無線基地局は、帰属する無線端末および自局にて収集可能な環境情報に基づき、予め定義された複数の規定シナリオの中から、自局および帰属する無線端末の現運用状態を示す適切なシナリオ情報を選択し、制御局に通知するシナリオ情報通知手段を備え、制御局は、複数の無線基地局のシナリオ情報に基づき、各無線基地局の通信制御に用いるパラメータの設定方針を示す規定ポリシーの中から適切なポリシー情報を選択し、各無線基地局に通知するポリシー情報通知手段を備え、無線基地局は、自局および自局に帰属する無線端末の通信制御に用いるパラメータとして、環境情報とシナリオ情報と制御局から通知されるポリシー情報に基づき、無線環境を改善するためのパラメータを設定するパラメータ設定手段を備える。

第１の発明の無線通信システムにおいて、無線基地局のシナリオ情報通知手段は、環境情報として帰属端末数、周辺管理ＡＰ台数、周辺管理外ＡＰ台数、チャネルごとのトラヒック量、上りトラヒック割合、干渉量（ＳＩＮＲ）、伝送パケット長、パケット再送率、上下スループット、自局および帰属端末局のケーパビリティ情報、自局および帰属端末局の運用情報、レーダ検出情報の全部または一部に基づいて、予め定義された複数の規定シナリオの中から所定のルールに従って、自局および帰属する無線端末の現運用状態に対応する規定シナリオをシナリオ情報として選択する構成である。

第１の発明の無線通信システムにおいて、制御局のポリシー情報通知手段は、シナリオ情報通知手段から通知されたシナリオ情報に対応して無線基地局が運用すべきパラメータ、もしくは、運用すべきパラメータの選択に考慮すべき条件に対応するポリシー情報を選択する構成である。

第１の発明の無線通信システムにおいて、無線基地局のシナリオ情報通知手段は、環境情報、シナリオ情報およびポリシー情報に基づいて、予め定義された規定シナリオの更新または新たな規定シナリオの作成を行う手段を含む。

第１の発明の無線通信システムにおいて、制御局のポリシー情報通知手段は、複数の無線基地局から通知されるシナリオ情報に基づいて、規定ポリシーの更新または新たな規定ポリシーの作成を行う手段を含む。

第１の発明の無線通信システムにおいて、無線基地局と制御局との間に、複数の無線基地局から出力されるシナリオ情報を集約して制御局に通知し、制御局から通知されるポリシー情報を再構成して各無線基地局に通知する中間制御局を階層的に備えてもよい。

第２の発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡアクセス制御により、それぞれ帰属する無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局に接続される制御局で、複数の無線基地局の無線環境情報、運用中設定情報、収容トラヒック情報を含めた環境情報に基づいて、各無線基地局および無線端末の通信制御に用いるパラメータの決定に必要な情報を通知する無線通信方法において、無線基地局は、帰属する無線端末および自局にて収集可能な環境情報に基づき、予め定義された複数の規定シナリオの中から、自局および帰属する無線端末の現運用状態を示す適切なシナリオ情報を選択し、制御局に通知するシナリオ情報通知ステップを有し、制御局は、複数の無線基地局のシナリオ情報に基づき、各無線基地局の通信制御に用いるパラメータの設定方針を示す規定ポリシーの中から適切なポリシー情報を選択し、各無線基地局に通知するポリシー情報通知ステップを有し、無線基地局は、自局および自局に帰属する無線端末の通信制御に用いるパラメータとして、環境情報とシナリオ情報と制御局から通知されるポリシー情報に基づき、無線環境を改善するためのパラメータを設定するパラメータ設定ステップを有する。

第３の発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡアクセス制御により、それぞれ帰属する無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局と、複数の無線基地局に接続され、複数の無線基地局の無線環境情報、運用中設定情報、収容トラヒック情報を含めた環境情報に基づいて、各無線基地局および無線端末の通信制御に用いるパラメータの決定に必要な情報を通知する制御局とを備えた無線通信システムの無線基地局において、帰属する無線端末および自局にて収集可能な環境情報に基づき、予め定義された複数の規定シナリオの中から、自局および帰属する無線端末の現運用状態を示す適切なシナリオ情報を選択し、制御局に通知するシナリオ情報通知手段と、環境情報と、制御局から複数の無線基地局のシナリオ情報に基づき、各無線基地局の通信制御に用いるパラメータの設定方針を示す規定ポリシーの中から選択して通知されたポリシー情報とに基づき、無線環境を改善するためのパラメータを設定するパラメータ設定手段とを備える。

第４の発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡアクセス制御により、それぞれ帰属する無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局と、複数の無線基地局に接続され、複数の無線基地局の無線環境情報、運用中設定情報、収容トラヒック情報を含めた環境情報に基づいて、各無線基地局および無線端末の通信制御に用いるパラメータの決定に必要な情報を通知する制御局とを備えた無線通信システムの制御局において、無線基地局から帰属する無線端末および自局にて収集可能な環境情報に基づき、自局および帰属する無線端末の現運用状態を示すシナリオ情報を通知され、そのシナリオ情報に基づき、各無線基地局の通信制御に用いるパラメータの設定方針を示す規定ポリシーの中から適切なポリシー情報を選択し、各無線基地局に通知するポリシー情報通知手段を備える。

本発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡによりアクセス制御を行う無線ＬＡＮの稠密環境において、各無線基地局で環境情報を集約した「シナリオ情報」に変換し、制御局はこの「シナリオ情報」に基づいて各無線基地局の通信制御に用いるパラメータの設定方針を示す「ポリシー情報」を生成して各無線基地局に通知する。そして、各ＡＰは、そのポリシー情報と自局で収集した環境情報とに基づいて適切なパラメータを設定することにより、集中制御方式による無線通信システム全体の最適化と、自律分散制御方式によるパラメータ算出のリアルタイム性を両立させることができる。これにより、ＣＳＭＡ／ＣＡによるチャネルアクセス頻度が向上し、各無線基地局は通信機会を増加させつつスループットを向上させることができるため、ユーザＱｏＳ／ＱｏＥを向上させることができる。

本発明の無線通信システムの構成例を示す図である。 本発明の無線通信システムにおける情報の流れおよび具体例を示す図である。 ポリシー情報に応じたパラメータの設定例を示す図である。 ＡＰおよび制御局の構成例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の無線通信システムの構成例を示す。
図１において、無線基地局（ＡＰ）１〜２は、無線ＬＡＮの共用無線周波数帯上でそれぞれ帰属する無線端末（ＳＴＡ）と無線通信を行う。ＡＰ１は、帰属するＳＴＡ１１，ＳＴＡ１２と無線通信を行い、ＡＰ２は帰属するＳＴＡ２１，ＳＴＡ／ＵＥ２２と無線通信を行う。ここで、ＳＴＡ／ＵＥ２２は、例えばセルラ回線などの別回線を介して通信する機能をもつ。ＡＰ１〜２は、有線回線またはセルラ回線等とネットワーク４を介して制御局５に接続される。なお、制御局５に接続されるＡＰは多数あり、ＡＰと制御局５との間に中間制御局を階層的に配置してよい。

また、制御局５には、さらに上位の制御局６または外部データベース７が接続されてもよい。外部データベース７には、監視カメラ情報、天気予報情報、イベント開催情報などの通信以外の情報が格納されている。制御局５は、上位の制御局６または外部データベース７と情報交換し、後述するポリシー情報の決定の際に、ＡＰ１〜２からのシナリオ情報とともに活用してもよい。

ＡＰ１の干渉範囲／キャリア検出範囲１０には、帰属するＳＴＡ１１，ＳＴＡ１２の他に、ＡＰ２およびＳＴＡ２１，ＳＴＡ／ＵＥ２２が含まれる。ＡＰ２の干渉範囲／キャリア検出範囲２０には、帰属するＳＴＡ２１，ＳＴＡ／ＵＥ２２の他に、管理外のＡＰが含まれる。よって、ＡＰ１およびＡＰ２の無線環境が異なり、それぞれで収集される環境情報が異なることになる。

そのため、制御局５において、各ＡＰの環境情報に基づいて各ＡＰの通信制御に用いる適切なパラメータを個々に算出する集中制御方式は、無線通信システム全体の最適化が可能であるものの、収集する情報量が膨大になるために処理時間が長くなりリアルタイム制御が困難であった。一方、各ＡＰが自局の環境情報に応じてパラメータを分散制御する自律分散制御方式は、自局におけるパラメータ算出をリアルタイムでできるが、無線通信システム全体の最適化は困難であった。本発明は、この両方式の特徴を活かし、各ＡＰで環境情報を集約した「シナリオ情報」に変換し、制御局５はこの「シナリオ情報」に基づいて各ＡＰの通信制御に用いるパラメータの設定方針を示す「ポリシー情報」を生成して各ＡＰに通知する。そして、各ＡＰは、そのポリシー情報と自局で収集した環境情報とに基づいて適切なパラメータを設定することにより、集中制御方式による無線通信システム全体の最適化と、自律分散制御方式によるパラメータ算出のリアルタイム性を両立させることができる。

図２は、本発明の無線通信システムにおける情報の流れおよび具体例を示す。
図２において、ＳＴＡは、帰属するＡＰまたは制御局からの指示により、または自発的に自局周辺の環境情報を測定し、収集した環境情報を帰属するＡＰに通知する。

ＡＰは、(1) 自局における環境情報を測定し、(2) 帰属するＳＴＡから通知された環境情報を収集し、(3) 自局および帰属するＳＴＡの各環境情報に基づき、自局内に予め定義された複数の規定シナリオの中から所定のルールに従って、自局および帰属する無線端末の現運用状態に対応する規定シナリオをシナリオ情報として選択し、制御局に通知する。ここで、環境情報には、例えば帰属端末数、周辺管理ＡＰ台数、周辺管理外ＡＰ台数、チャネルごとのトラヒック量、上りトラヒック割合、干渉量（ＳＩＮＲ）、伝送パケット長、パケット再送率、上下スループット、自局および帰属端末局のケーパビリティ情報、自局および帰属端末局の運用情報、レーダ検出情報などがある。

シナリオ情報は、これらの環境情報に対してＡＰおよびＳＴＡに設定される各パラメータと効果との関係に基づいて情報集約したもので、制御局におけるポリシー情報の選択を可能とする情報である。例えば、アンテナ減衰器（ＡＴＴ）制御効果、チャネル割当効果、帯域幅制御効果、帰属先変更効果、ＲＴＳ／ＣＴＳ適用効果などについて、あり／なしや、大／中／小で表される。例えば、ＡＰ１および帰属するＳＴＡ１１，１２の環境情報に対するシナリオ情報は、次のようになる。
ＡＴＴ制御効果 ：なし
チャネル割当効果 ：あり
帯域幅制御効果 ：あり
帰属先変更効果 ：なし

また、ＡＰ２および帰属するＳＴＡ２１，ＳＴＡ／ＵＥ２２の環境情報に対するシナリオ情報は、次のようになる。
ＡＴＴ制御効果 ：なし
チャネル割当効果 ：なし
帯域幅制御効果 ：あり
帰属先変更効果 ：なし

これらのシナリオ情報は、中間制御局で複数のＡＰからのシナリオ情報をさらに集約して制御局に通知してもよい。また、シナリオ情報には、環境情報の一部を含めてもよい。

制御局は、(1) 複数のＡＰからシナリオ情報を収集し、(2) 取得したシナリオ情報に対応してＡＰが運用すべきパラメータ、もしくは運用すべきパラメータの選択に考慮すべき条件に応じた規定ポリシーの中から適切なポリシー情報を選択し、ＡＰに通知する。

ポリシー情報は、上記のようなシナリオ情報に対して、各ＡＰの通信制御に用いるパラメータの設定方針であり、例えば次のようなものがある。
(a) パラメータを一意に決定し通知する固定パラメータ
・チャネル＝36
・ＡＴＴ＝10ｄＢ
(b) 値の範囲のみを指定する範囲指定パラメータ
・チャネル＝36〜40
・ＡＴＴ＝10ｄＢ以上

(c) 定められた条件時に使用する条件付きパラメータ
・トラヒック量が20Ｍbps 未満：チャネル＝36
・トラヒック量が20Ｍbps 以上：チャネル＝40
・周辺管理ＡＰ台数が30台未満：ＡＴＴ＝10ｄＢ以上
・周辺管理ＡＰ台数が30台以上：ＡＴＴ＝20ｄＢ以上
(d) サービス毎に使用するパラメータ
・一般ユーザＳＳＩＤ：ＡＴＴ＝10ｄＢ
・報道関係者ＳＳＩＤ：ＡＴＴ＝０ｄＢ

ＡＰは、(1) 制御局からポリシー情報を収集し、(2) 収集したポリシー情報と、自局におけるシナリオ情報と、自局および帰属するＳＴＡの各環境情報に基づき、自局および帰属するＳＴＡの通信制御に用いるパラメータを生成し、自局に設定するとともに帰属するＳＴＡに通知する。

さらに、ＡＰでは環境情報に応じたシナリオ情報を自局内に予め定義された規定シナリオの中から選択するが、収集される環境情報や制御局から通知されるポリシー情報に基づいて規定シナリオの定義を更新または新設してもよい。また、制御局５では複数のＡＰからのシナリオ情報を考慮して個々のＡＰのポリシー情報を規定ポリシーから選択するが、収集されるシナリオ情報に基づいて規定ポリシーを更新または新設してもよい。

また、ポリシー情報として、以下に示すような各ＡＰにおける自律分散制御の手順や、各ＡＰの自律分散制御に渡す値のようなものでもよい。

図３は、ポリシー情報に応じたパラメータの選択例を示す。
図３において、(1) はポリシー情報として各ＡＰにおける自律分散制御の手順を示す例である。ＡＰ１は、環境情報としてトラヒック量：15Ｍbps を把握しており、他の環境情報も含めてシナリオ情報として「チャネル割当効果」などを制御局５に通知する。制御局５はこのシナリオ情報に基づき、ポリシー情報として自律分散制御の手順である「トラヒック量とチャネルの対応表」をＡＰ１に通知する。ＡＰ１は、自局のトラヒック量が15Ｍbps であるので、この「トラヒック量とチャネルの対応表」によりチャネル36で通信するように自局に設定するとともに帰属するＳＴＡに通知する。

(2) は、ポリシー情報として各ＡＰの自律分散制御に渡す値を示す例である。ＡＰ２は、環境情報としてトラヒック量：25Ｍbps を把握し、自律分散制御の手順として「エリア混雑レベルとチャネルの対応表」を持ち、他の環境情報も含めてシナリオ情報として「チャネル割当効果」や「チャネルごとのトラヒック量」などを制御局５に通知する。制御局５はこのシナリオ情報に基づき、ポリシー情報として「エリア混雑レベル：２」をＡＰ２に通知する。ＡＰ２は、自局の「エリア混雑レベルとチャネルの対応表」により、「エリア混雑レベル：２」に対するチャネル40で通信するように自局に設定するとともに帰属するＳＴＡに通知する。

図４は、ＡＰおよび制御局の構成例を示す。
図４(1) はＡＰの構成例を示す。通信部１０１は、帰属するＳＴＡおよびネットワークを介して制御局と通信する。環境情報収集部１０２は、自局で測定される環境情報を収集する。環境情報保持部１０３は、帰属するＳＴＡから通知された環境情報を保持する。シナリオ情報決定部１０４は、自局および帰属するＳＴＡの各環境情報に基づき、自局内に予め定義された規定シナリオの中から、自局の現運用状態を示す適切なシナリオ情報を選択し、通信部１０１を介して制御局に通知する。規定シナリオ更新部１０５は、収集される環境情報や制御局から通知されるポリシー情報に基づいて規定シナリオの定義を更新または新設する。ポリシー情報保持部１０６は、制御局から通知されるポリシー情報を保持する。パラメータ設定部１０７は、制御局から通知されたポリシー情報と、自局におけるシナリオ情報と、自局および帰属するＳＴＡの各環境情報に基づき、自局および帰属するＳＴＡの通信制御に用いるパラメータを生成し、自局に設定するとともに帰属するＳＴＡに通知する。制御部１０８は、ＡＰ全体の動作を制御する。

図４(2) は制御局の構成例を示す。通信部５０１は、ネットワークを介してＡＰと通信する。シナリオ情報保持部５０２は、ＡＰから通知されるシナリオ情報を保持する。ポリシー情報生成部５０３は、取得したシナリオ情報に基づき、各ＡＰの通信制御に用いるパラメータの設定方針を示す規定ポリシーから適切なポリシー情報を選択し、ＡＰに通知する。規定ポリシー更新部５０４は、収集されるシナリオ情報に基づいて規定ポリシーを更新または新設する。制御部５０５は、制御局全体の動作を制御する。

１，２ 無線基地局（ＡＰ）
４ ネットワーク
５ 制御局
６ 上位の制御局
７ 外部データベース
１０ ＡＰ１の干渉範囲／キャリア検出範囲
１１，１２ 無線端末（ＳＴＡ）
２０ ＡＰ２の干渉範囲／キャリア検出範囲
２１ 無線端末（ＳＴＡ）
２２ 無線端末（ＳＴＡ／ＵＥ）

Claims (9)

1. ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）アクセス制御により、それぞれ帰属する無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局と、
   前記複数の無線基地局に接続され、前記複数の無線基地局の無線環境情報、運用中設定情報、収容トラヒック情報を含めた環境情報に基づいて、各無線基地局および前記無線端末の通信制御に用いるパラメータの決定に必要な情報を通知する制御局と
   を備えた無線通信システムにおいて、
   前記無線基地局は、前記帰属する無線端末および自局にて収集可能な前記環境情報に基づき、予め定義された複数の規定シナリオの中から、自局および帰属する無線端末の現運用状態を示す適切なシナリオ情報を選択し、前記制御局に通知するシナリオ情報通知手段を備え、
   前記制御局は、前記複数の無線基地局の前記シナリオ情報に基づき、各無線基地局の通信制御に用いるパラメータの設定方針を示す規定ポリシーの中から適切なポリシー情報を選択し、各無線基地局に通知するポリシー情報通知手段を備え、
   前記無線基地局は、自局および自局に帰属する無線端末の通信制御に用いる前記パラメータとして、前記環境情報と前記シナリオ情報と前記制御局から通知される前記ポリシー情報に基づき、無線環境を改善するためのパラメータを設定するパラメータ設定手段を備えた
   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、
   前記無線基地局の前記シナリオ情報通知手段は、前記環境情報として帰属端末数、周辺管理ＡＰ台数、周辺管理外ＡＰ台数、チャネルごとのトラヒック量、上りトラヒック割合、干渉量（ＳＩＮＲ）、伝送パケット長、パケット再送率、上下スループット、自局および帰属端末局のケーパビリティ情報、自局および帰属端末局の運用情報、レーダ検出情報の全部または一部に基づいて、予め定義された複数の規定シナリオの中から所定のルールに従って、自局および帰属する無線端末の現運用状態に対応する規定シナリオを前記シナリオ情報として選択する構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記制御局の前記ポリシー情報通知手段は、前記シナリオ情報通知手段から通知された前記シナリオ情報に対応して前記無線基地局が運用すべきパラメータ、もしくは、運用すべきパラメータの選択に考慮すべき条件に対応する前記ポリシー情報を選択する構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記無線基地局の前記シナリオ情報通知手段は、前記環境情報、前記シナリオ情報および前記ポリシー情報に基づいて、予め定義された規定シナリオの更新または新たな規定シナリオの作成を行う手段を含む
   ことを特徴とする無線通信システム。
5. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記制御局の前記ポリシー情報通知手段は、前記複数の無線基地局から通知される前記シナリオ情報に基づいて、前記規定ポリシーの更新または新たな規定ポリシーの作成を行う手段を含む
   ことを特徴とする無線通信システム。
6. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記無線基地局と前記制御局との間に、複数の無線基地局から出力される前記シナリオ情報を集約して前記制御局に通知し、前記制御局から通知される前記ポリシー情報を再構成して各無線基地局に通知する中間制御局を階層的に備えた
   ことを特徴とする無線通信システム。
7. ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）アクセス制御により、それぞれ帰属する無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局に接続される制御局で、前記複数の無線基地局の無線環境情報、運用中設定情報、収容トラヒック情報を含めた環境情報に基づいて、各無線基地局および前記無線端末の通信制御に用いるパラメータの決定に必要な情報を通知する無線通信方法において、
   前記無線基地局は、前記帰属する無線端末および自局にて収集可能な前記環境情報に基づき、予め定義された複数の規定シナリオの中から、自局および帰属する無線端末の現運用状態を示す適切なシナリオ情報を選択し、前記制御局に通知するシナリオ情報通知ステップを有し、
   前記制御局は、前記複数の無線基地局の前記シナリオ情報に基づき、各無線基地局の通信制御に用いるパラメータの設定方針を示す規定ポリシーの中から適切なポリシー情報を選択し、各無線基地局に通知するポリシー情報通知ステップを有し、
   前記無線基地局は、自局および自局に帰属する無線端末の通信制御に用いる前記パラメータとして、前記環境情報と前記シナリオ情報と前記制御局から通知される前記ポリシー情報に基づき、無線環境を改善するためのパラメータを設定するパラメータ設定ステップを有する
   ことを特徴とする無線通信方法。
8. ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）アクセス制御により、それぞれ帰属する無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局と、
   前記複数の無線基地局に接続され、前記複数の無線基地局の無線環境情報、運用中設定情報、収容トラヒック情報を含めた環境情報に基づいて、各無線基地局および前記無線端末の通信制御に用いるパラメータの決定に必要な情報を通知する制御局と
   を備えた無線通信システムの無線基地局において、
   前記帰属する無線端末および自局にて収集可能な前記環境情報に基づき、予め定義された複数の規定シナリオの中から、自局および帰属する無線端末の現運用状態を示す適切なシナリオ情報を選択し、前記制御局に通知するシナリオ情報通知手段と、
   前記環境情報と、前記制御局から前記複数の無線基地局の前記シナリオ情報に基づき、各無線基地局の通信制御に用いるパラメータの設定方針を示す規定ポリシーの中から選択して通知されたポリシー情報とに基づき、無線環境を改善するためのパラメータを設定するパラメータ設定手段と、
   を備えたことを特徴とする無線通信システムの無線基地局。
9. ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）アクセス制御により、それぞれ帰属する無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局と、
   前記複数の無線基地局に接続され、前記複数の無線基地局の無線環境情報、運用中設定情報、収容トラヒック情報を含めた環境情報に基づいて、各無線基地局および前記無線端末の通信制御に用いるパラメータの決定に必要な情報を通知する制御局と
   を備えた無線通信システムの制御局において、
   前記無線基地局から前記帰属する無線端末および自局にて収集可能な前記環境情報に基づき、自局および帰属する無線端末の現運用状態を示すシナリオ情報を通知され、そのシナリオ情報に基づき、各無線基地局の通信制御に用いるパラメータの設定方針を示す規定ポリシーの中から適切なポリシー情報を選択し、各無線基地局に通知するポリシー情報通知手段を備えた
   ことを特徴とする無線通信システムの制御局。

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