JP7119826B2

JP7119826B2 - 無線性能測定システム、無線性能測定方法、無線性能測定装置および無線性能測定プログラム

Info

Publication number: JP7119826B2
Application number: JP2018176642A
Authority: JP
Inventors: 信也大槻; 智明小川; 誠梅内; 純一岩谷; 寛坂本; 正義鍋島; 宏之中村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2022-08-17
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: US11889329B2; US20210368364A1; WO2020059655A1; JP2020048128A

Description

本発明は、無線基地局（ＡＰ）と１以上の無線端末（ＳＴＡ）とが無線通信する無線通信システムにおいて、ＳＴＡからＡＰへの上り方向と、ＡＰからＳＴＡへの下り方向の無線性能情報に基づいて、ＡＰ、ＳＴＡ、その間の無線伝搬環境のいずれに異常があるかを判定する無線性能測定システム、無線性能測定方法、無線性能測定装置および無線性能測定プログラムに関する。

図５は、無線通信システムの構成例を示す。ここでは、無線ＬＡＮシステムを想定する。
図５において、無線基地局（ＡＰ）１０と無線端末（ＳＴＡ）２０は無線ＬＡＮで接続される。ＡＰ１０にネットワークを介して接続されるサーバ１００では、Iperf 等のツールを用いて、ＳＴＡ２０からＡＰ１０への上り方向と、ＡＰ１０からＳＴＡ２０への下り方向の無線性能（例えばスループット）を個別に測定し、所望の特性が得られない原因を推定している（非特許文献１）。

「無通信時間を考慮した無線ＬＡＮパケット伝送時間に基づくスループットの提案」、情報通信学会第79全国大会 1T-04

非特許文献１の方法では、無線ＬＡＮに接続されたＳＴＡ２０から、ＡＰ１０を介してサーバ１００にIperf によりパケットを送信し、ＳＴＡ２０からＡＰ１０の上り方向のスループット測定を行っているが、Iperf を用いた方法は、ＡＰ１０からＳＴＡ２０の下り方向のスループット測定も可能である。

ところで、無線ＬＡＮ等の上り方向と下り方向で同一の周波数を利用し、各方向の送信時間の差がミリ秒の単位となる無線通信システムでは、上り方向と下り方向の無線伝搬環境（通信品質）は同一と見なすことができる。したがって、そのような状況では上り方向と下り方向で同一のスループットになることが予想される。

しかしながら、この測定により上り方向と下り方向のスループットに違いがあるとき、その原因が、ＡＰ１０もしくはＳＴＡ２０のいずれかにあるのか、もしくはＡＰ１０とＳＴＡ２０との間の無線伝搬環境にあるのか判断できなかった。一方、ＳＴＡ２０のユーザから公衆無線ＬＡＮ事業者のサポートにトラブルの連絡があったときに、ＡＰ側の故障なのかユーザのＳＴＡ側の故障なのかを判定する必要がある。

本発明は、無線基地局と無線端末との間で上り方向と下り方向の無線性能情報を比較し、無線基地局、無線端末、無線伝搬環境のいずれに異常が発生しているかを特定することができる無線性能測定システム、無線性能測定方法、無線性能測定装置および無線性能測定プログラムを提供することを目的とする。

第１の発明は、無線基地局と、第１の無線端末および第２の無線端末を含む２以上の無線端末とが無線通信し、無線基地局に接続される無線性能測定装置を備えた無線性能測定システムにおいて、無線基地局から第１の無線端末および第２の無線端末の方向を下り方向、第１の無線端末および第２の無線端末から無線基地局の方向を上り方向としたときに、無線基地局と第１の無線端末は、下り方向と上り方向の無線通信に関する方向別の第１の無線性能情報を収集し、無線性能測定装置に送信する手段を備え、無線基地局と第２の無線端末は、下り方向と上り方向の無線通信に関する方向別の第２の無線性能情報を収集し、無線性能測定装置に送信する手段を備え、無線性能測定装置は、方向別の第１の無線性能情報を比較した第１の比較結果と、方向別の第２の無線性能情報を比較した第２の比較結果とを照合し、その照合結果に応じて無線基地局、第１の無線端末、第２の無線端末、無線基地局と第１の無線端末および第２の無線端末との間の無線伝搬環境のうち異常が発生した箇所を判定する手段を備える。

第１の発明の無線性能測定システムにおいて、無線性能測定装置は、第１の比較結果および第２の比較結果が、第１の無線端末および第２の無線端末の故障を示すときに無線基地局の送信機の故障と判定し、無線基地局の双方が故障を示すときに無線基地局の受信機の故障と判定する。

第１の発明の無線性能測定システムにおいて、無線性能測定装置は、第１の比較結果および第２の比較結果が、第１の無線端末または第２の無線端末の故障を示すときに当該無線端末の受信機の故障と判定し、無線基地局の一方のみが故障を示すときに対応する無線端末の送信機の故障と判定する。

第１の発明の無線性能測定システムにおいて、無線性能測定装置は、第１の比較結果および第２の比較結果が、第１の無線端末および第２の無線端末が正常を示し、かつ無線基地局が正常を示すときに、通信異常があれば無線伝搬環境の異常と判定する。

第１の発明の無線性能測定システムにおいて、無線性能測定装置は、第１の比較結果が無線基地局の故障を示しかつ第２の比較結果が第２の無線端末の故障を示すとき、または第１の比較結果が第１の無線端末の故障を示しかつ第２の比較結果が無線基地局の故障を示すときに、第１の無線端末または第２の無線端末に代えて第３の無線端末を用い、方向別の第３の無線性能情報を収集および第３の比較結果と照合し、故障箇所を判定する。

第２の発明は、無線基地局と、第１の無線端末および第２の無線端末を含む２以上の無線端末とが無線通信する無線通信システムで、無線基地局に接続される無線性能測定装置の無線性能測定方法において、無線基地局から第１の無線端末および第２の無線端末の方向を下り方向、第１の無線端末および第２の無線端末から無線基地局の方向を上り方向としたときに、無線基地局と第１の無線端末は、下り方向と上り方向の無線通信に関する方向別の第１の無線性能情報を収集し、無線性能測定装置に送信するステップ１を実行し、無線基地局と第２の無線端末は、下り方向と上り方向の無線通信に関する方向別の第２の無線性能情報を収集し、無線性能測定装置に送信するステップ２を実行し、無線性能測定装置は、方向別の第１の無線性能情報を比較した第１の比較結果と、方向別の第２の無線性能情報を比較した第２の比較結果とを照合し、その照合結果に応じて無線基地局、第１の無線端末、第２の無線端末、無線基地局と第１の無線端末および第２の無線端末との間の無線伝搬環境のうち異常が発生した箇所を判定するステップ３を実行する。

第３の発明は、無線基地局と、第１の無線端末および第２の無線端末を含む２以上の無線端末とが無線通信する無線通信システムで、無線基地局に接続される無線性能測定装置において、無線基地局から第１の無線端末および第２の無線端末の方向を下り方向、第１の無線端末および第２の無線端末から無線基地局の方向を上り方向としたときに、無線基地局と第１の無線端末が収集した、下り方向と上り方向の無線通信に関する方向別の第１の無線性能情報を入力する手段と、無線基地局と第２の無線端末が収集した、下り方向と上り方向の無線通信に関する方向別の第２の無線性能情報を入力する手段と、方向別の第１の無線性能情報を比較した第１の比較結果と、方向別の第２の無線性能情報を比較した第２の比較結果とを照合し、その照合結果に応じて無線基地局、第１の無線端末、第２の無線端末、無線基地局と第１の無線端末および第２の無線端末との間の無線伝搬環境のうち異常が発生した箇所を判定する手段とを備える。

第４の発明の無線性能測定プログラムは、第３の発明の無線性能測定装置が実行する処理をコンピュータに実行させ、異常が発生した箇所を判定する。

本発明は、無線基地局と２以上の無線端末との間の方向別の無線性能情報を比較し、照合することにより、無線基地局、無線端末、無線伝搬環境のいずれに異常が発生しているかを判定することができる。

本発明の無線性能測定システムの構成例を示す図である。ＡＰ１０，ＳＴＡ２１，２２および無線性能測定装置３０の構成例を示す図である。本発明の無線性能測定システムの処理手順例を示すシーケンス図である。比較・判定方法１における判定例を示す図である。無線通信システムの構成例を示す図である。

図１は、本発明の無線性能測定システムの構成例を示す。
図１において、無線基地局（ＡＰ）１０と複数の無線端末（ＳＴＡ）２１，２２は無線ＬＡＮで接続される。ＡＰ１０には、有線または無線のネットワークＮＷを介して無線性能測定装置（サーバ）３０および１以上の通信装置４０が接続される。各ＳＴＡ２１，２２と通信装置４０は、ＡＰ１０およびネットワークＮＷを介して通信する。なお、各ＳＴＡの通信相手は、共通の通信装置４０または異なる通信装置４０でもよく、あるいはＡＰ１０に接続される他のＳＴＡであってもよい。また、ＡＰ１０と無線性能測定装置（サーバ）３０は一体となる構成であってもよい。

図２は、ＡＰ１０，ＳＴＡ２１，２２および無線性能測定装置（サーバ）３０の構成例を示す。
図２(1) において、ＡＰ１０は、配下のＳＴＡ２１，２２と無線ＬＡＮ接続する無線ＩＦ、ネットワークＮＷを介して無線性能測定装置３０または通信装置４０と有線接続する有線ＩＦ、配下のＳＴＡ２１，２２と無線性能測定装置３０または通信装置４０との間で送受信する信号を処理する送受信部および情報収集部を備える。

図２(2) において、ＳＴＡ２１，２２は、帰属するＡＰ１０と無線ＬＡＮ接続する無線ＩＦ、帰属するＡＰ１０と送受信する信号を処理する送受信部および情報収集部を備える。

図２(3) において、無線性能測定装置３０は、ネットワークＮＷを介してＡＰ１０と有線接続する有線ＩＦ、データ処理部および基地局情報ＤＢ、ユーザインタフェースＵＩを備える。

図３は、本発明の無線性能測定システムの処理手順例を示す。
図３において、ＳＴＡ２１，ＳＴＡ２２と通信装置４０がＡＰ１０を介して通信中とする（Ｓ１，Ｓ２）。このとき、ＡＰ１０とＳＴＡ２１，ＳＴＡ２２は、それぞれ通信中の無線性能を一定時間ごとに測定し（Ｓ３）、統計処理する無線性能情報としてそれぞれ無線性能測定装置３０に送信する（Ｓ４）。

ここで、ＳＴＡ２１，ＳＴＡ２２の通信相手は、共通の通信装置４０でなくてもよい。また、ＳＴＡ２１，ＳＴＡ２２と通信装置４０の通信は、同じ時間帯でもよいし、一方の通信が終わってから他方の通信を開始してもよい。

ＳＴＡ２１，ＳＴＡ２２とＡＰ１０における無線性能の測定は、通信中のＡＰ１０とＳＴＡ２１，ＳＴＡ２２が定期的に行ってもよいし、例えばＳＴＡ２１のユーザからユーザサポートに不具合の連絡があり、ユーザサポートからの指示で、ＳＴＡ２１，ＳＴＡ２２およびＡＰ１０が測定を開始／終了してもよい。

無線性能測定装置３０は、受信側のＳＴＡ２１で測定したＡＰ１０からＳＴＡ２１方向（下り方向）の無線性能（例えばスループット）の値を一定回数または一定時間で受信して積算した無線性能情報Ｓsta1と、受信側のＡＰ１０で測定したＳＴＡ２１からＡＰ１０方向（上り方向）の無線性能（例えばスループット）の値を一定回数または一定時間で受信して積算した無線性能情報Ｓap1 とを比較する。同様に、ＳＴＡ２２における無線性能情報Ｓsta2とＡＰ１０における無線性能情報Ｓap2 を比較する。

また、送信側のＳＴＡ２１，ＳＴＡ２２で測定する上り方向の無線性能と、送信側のＡＰ１０で測定する下り方向の無線性能として、一定回数または一定時間で測定するＭＣＳなどの送信パラメータや再送回数などを用いてもよい。

これらの比較結果を照合することにより、ＳＴＡ２１，ＳＴＡ２２，ＡＰ１０またはその間の無線伝搬環境のいずれに障害があるかを判定することができる。

比較・判定方法１：ＡＰ１０とＳＴＡ２１における無線性能情報の差分（Ｓap1 －Ｓsta1，Ｓsta1－Ｓap1 ）と、ＡＰ１０とＳＴＡ２２における無線性能情報の差分（Ｓap2 －Ｓsta2，Ｓsta2－Ｓap2 ）が、それぞれ一定値αを越えたか否かを判定する。

比較・判定方法２：ＡＰ１０とＳＴＡ２１における無線性能情報の比率（Ｓap1 ／Ｓsta1，Ｓsta1／Ｓap1 ）と、ＡＰ１０とＳＴＡ２２における無線性能情報の比率（Ｓap2 ／Ｓsta2，Ｓsta2／Ｓap2 ）が、それぞれ一定値βを越えたか否かを判定する。

比較・判定方法３：ＡＰ１０とＳＴＡ２１の無線性能情報の差分（Ｓap1 －Ｓsta1，Ｓsta1－Ｓap1 ）が一定値αを越えた回数の積算値と、ＡＰ１０とＳＴＡ２２の無線性能情報の差分（Ｓap2 －Ｓsta2，Ｓsta2－Ｓap2 ）が一定値αを越えた回数の積算値が、それぞれ一定値Ｒを越えたか否かを判定する。

図４は、比較・判定方法１における判定例を示す。なお、比較・判定方法２，３においても同様である。

図４において、Ｓap1 －Ｓsta1＞αは、ＳＴＡ２１の無線性能情報（スループット）がＡＰ１０より低く、ＳＴＡ２１の故障と見なす。Ｓsta1－Ｓap1 ＞αは、ＡＰ１０の無線性能情報（スループット）がＳＴＡ２１より低く、ＡＰ１０の故障と見なす。｜Ｓap1 －Ｓsta1｜≦αは、ＡＰ１０およびＳＴＡ２１の無線性能情報（スループット）が拮抗し、いずれも正常と見なす。ＳＴＡ２２とＡＰ１０の無線性能情報の比較についても同様であり、その９通りの組合せ(1) ～(9) により、障害箇所を判定する。

(1) ＡＰ１０正常＋ＳＴＡ２１故障、ＡＰ１０正常＋ＳＴＡ２２故障となるが、ＳＴＡ２１，２２がともに故障する確率は小さいので、ＡＰの送信機の故障と判定する。

(2) ＡＰ１０正常＋ＳＴＡ２１正常、ＡＰ１０正常＋ＳＴＡ２２故障となるので、ＳＴＡ２２の受信機の故障と判定する。

(3) ＡＰ１０故障＋ＳＴＡ２１正常、ＡＰ１０正常＋ＳＴＡ２２故障となるので、故障箇所が確定せず、第３のＳＴＡにおける無線性能情報を収集し、故障箇所の判定処理に供する。

(4) ＡＰ１０正常＋ＳＴＡ２１故障、ＡＰ１０正常＋ＳＴＡ２２正常となるので、ＳＴＡ２１の受信機の故障と判定する。

(5) ＡＰ１０正常＋ＳＴＡ２１正常、ＡＰ１０正常＋ＳＴＡ２２正常となり、ＡＰ１０およびＳＴＡ２１，２２はいずれも正常であるので、それでも異常がみられる場合はＡＰ１０とＳＴＡ２１，２２との間の無線伝搬環境の異常と判定する。

(6) ＡＰ１０故障＋ＳＴＡ２１正常、ＡＰ１０正常＋ＳＴＡ２２正常となるので、ＳＴＡ２１の送信機の故障と判定する。

(7) ＡＰ１０正常＋ＳＴＡ２１故障、ＡＰ１０故障＋ＳＴＡ２２正常となるので、故障箇所が確定せず、第３のＳＴＡにおける無線性能情報を収集し、故障箇所の判定処理に供する。

(8) ＡＰ１０正常＋ＳＴＡ２１正常、ＡＰ１０故障＋ＳＴＡ２２正常となるので、ＳＴＡ２２の送信機の故障と判定する。

(9) ＡＰ１０故障＋ＳＴＡ２１正常、ＡＰ１０故障＋ＳＴＡ２２正常となるので、ＡＰの受信機の故障と判定する。

以上説明した無線性能情報は、受信側のＡＰで測定される上り方向のスループット、受信側の各ＳＴＡで測定される下り方向のスループットである。無線ＬＡＮなどの無線通信システムでは、通常は上り方向と下り方向のスループットは同一になるが、ＡＰと２台以上のＳＴＡとの間の上り方向と下り方向のスループットの違いを用いて、図４に示す組合せのように故障箇所を推定することができる。

ただし、(3),(7) のケースでは、故障箇所の判定はできないので、第３のＳＴＡとＡＰ１０との間の無線性能を一定時間ごとに測定し、無線性能情報を無線性能測定装置３０で収集する必要がある。

また、無線性能情報としてスループットを用いる方法は、上下方向にトラヒックの差がある場合は誤検出を起こす可能性がある。ここで、無線ＬＡＮのように変調パラメータ（ＭＣＳ）を可変とする機構を採用しているシステムの場合に、ＡＰが送信に利用する変調パラメータとＳＴＡが送信に利用する変調パラメータは、ほぼ同一になると予想される。無線性能情報としてこの変調パラメータを用い、ＡＰと２台以上のＳＴＡの変調パラメータの違い（選択の誤り）を用いて、図４に示す組合せのように故障箇所を推定することができる。

また、無線性能情報として変調パラメータを用いる方法は、ＡＰとＳＴＡとでハードウェア構成、例えば、アンテナ利得・ＭＩＭＯにおけるアンテナ数が異なる場合は適用ができない。しかしながら、変調パラメータを選定する際には、通常は再送率がある一定になるように制御する。したがって、無線性能情報として再送率を用い、ＡＰと２台以上のＳＴＡの再送率の違いを用いて、図４に示す組合せのように故障箇所を推定することができる。

以上説明した無線性能測定装置３０は、コンピュータとコンピュータプログラムにより実現することができる。このコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶することも、ネットワークを介して提供することも可能である。

１０無線基地局（ＡＰ）
２０，２１，２２無線端末（ＳＴＡ）
３０無線性能測定装置
４０通信装置
１００サーバ

Claims

無線基地局と、第１の無線端末および第２の無線端末を含む２以上の無線端末とが無線通信し、前記無線基地局に接続される無線性能測定装置を備えた無線性能測定システムにおいて、
前記無線基地局から前記第１の無線端末および前記第２の無線端末の方向を下り方向、前記第１の無線端末および前記第２の無線端末から前記無線基地局の方向を上り方向としたときに、
前記無線基地局と前記第１の無線端末は、前記下り方向と前記上り方向の無線通信に関する方向別の第１の無線性能情報を収集し、前記無線性能測定装置に送信する手段を備え、
前記無線基地局と前記第２の無線端末は、前記下り方向と前記上り方向の無線通信に関する方向別の第２の無線性能情報を収集し、前記無線性能測定装置に送信する手段を備え、
前記無線性能測定装置は、前記下り方向の第１の無線性能情報と前記上り方向の第１の無線性能情報とを比較した第１の比較結果と、前記下り方向の第２の無線性能情報と前記上り方向の第２の無線性能情報とを比較した第２の比較結果とを照合し、その照合結果に応じて前記無線基地局、前記第１の無線端末、前記第２の無線端末、前記無線基地局と前記第１の無線端末および前記第２の無線端末との間の無線伝搬環境のうち異常が発生した箇所を判定する手段を備えた
ことを特徴とする無線性能測定システム。
請求項１に記載の無線性能測定システムにおいて、
前記無線性能測定装置は、
前記第１の比較結果が前記第１の無線端末の故障を示し、かつ、前記第２の比較結果が前記第２の無線端末の故障を示すときに前記無線基地局の送信機の故障と判定し、
前記第１の比較結果および前記第２の比較結果の双方が前記無線基地局の故障を示すときに前記無線基地局の受信機の故障と判定する
ことを特徴とする無線性能測定システム。
請求項１に記載の無線性能測定システムにおいて、
前記無線性能測定装置は、
前記第１の比較結果が前記第１の無線端末の故障を示し、かつ、前記第２の比較結果が何れの故障も示さないときに前記第１の無線端末の受信機の故障と判定し、
前記第２の比較結果が前記第２の無線端末の故障を示し、かつ、前記第１の比較結果が何れの故障も示さないときに前記第２の無線端末の受信機の故障と判定し、
前記第１の比較結果が前記無線基地局の故障を示し、かつ、前記第２の比較結果が何れの故障も示さないときに前記第１の無線端末の送信機の故障と判定し、
前記第２の比較結果が前記無線基地局の故障を示し、かつ、前記第１の比較結果が何れの故障も示さないときに前記第２の無線端末の送信機の故障と判定する
ことを特徴とする無線性能測定システム。
請求項１に記載の無線性能測定システムにおいて、
前記無線性能測定装置は、前記第１の比較結果および前記第２の比較結果が、前記第１の無線端末および前記第２の無線端末が正常を示し、かつ前記無線基地局が正常を示すときに、通信異常があれば前記無線伝搬環境の異常と判定する
ことを特徴とする無線性能測定システム。
請求項１に記載の無線性能測定システムにおいて、
前記無線性能測定装置は、前記第１の比較結果が前記無線基地局の故障を示しかつ前記第２の比較結果が前記第２の無線端末の故障を示すとき、または前記第１の比較結果が前記第１の無線端末の故障を示しかつ前記第２の比較結果が前記無線基地局の故障を示すときに、前記第１の無線端末または前記第２の無線端末に代えて第３の無線端末を用い、方向別の第３の無線性能情報を収集および第３の比較結果と照合し、故障箇所を判定する
ことを特徴とする無線性能測定システム。
無線基地局と、第１の無線端末および第２の無線端末を含む２以上の無線端末とが無線通信する無線通信システムで、前記無線基地局に接続される無線性能測定装置の無線性能測定方法において、
前記無線基地局から前記第１の無線端末および前記第２の無線端末の方向を下り方向、前記第１の無線端末および前記第２の無線端末から前記無線基地局の方向を上り方向としたときに、
前記無線基地局と前記第１の無線端末は、前記下り方向と前記上り方向の無線通信に関する方向別の第１の無線性能情報を収集し、前記無線性能測定装置に送信するステップ１を実行し、
前記無線基地局と前記第２の無線端末は、前記下り方向と前記上り方向の無線通信に関する方向別の第２の無線性能情報を収集し、前記無線性能測定装置に送信するステップ２を実行し、
前記無線性能測定装置は、前記下り方向の第１の無線性能情報と前記上り方向の第１の無線性能情報とを比較した第１の比較結果と、前記下り方向の第２の無線性能情報と前記上り方向の第２の無線性能情報とを比較した第２の比較結果とを照合し、その照合結果に応じて前記無線基地局、前記第１の無線端末、前記第２の無線端末、前記無線基地局と前記第１の無線端末および前記第２の無線端末との間の無線伝搬環境のうち異常が発生した箇所を判定するステップ３を実行する
ことを特徴とする無線性能測定方法。
無線基地局と、第１の無線端末および第２の無線端末を含む２以上の無線端末とが無線通信する無線通信システムで、前記無線基地局に接続される無線性能測定装置において、
前記無線基地局から前記第１の無線端末および前記第２の無線端末の方向を下り方向、前記第１の無線端末および前記第２の無線端末から前記無線基地局の方向を上り方向としたときに、
前記無線基地局と前記第１の無線端末が収集した、前記下り方向と前記上り方向の無線通信に関する方向別の第１の無線性能情報を入力する手段と、
前記無線基地局と前記第２の無線端末が収集した、前記下り方向と前記上り方向の無線通信に関する方向別の第２の無線性能情報を入力する手段と、
前記下り方向の第１の無線性能情報と前記上り方向の第１の無線性能情報とを比較した第１の比較結果と、前記下り方向の第２の無線性能情報と前記上り方向の第２の無線性能情報とを比較した第２の比較結果とを照合し、その照合結果に応じて前記無線基地局、前記第１の無線端末、前記第２の無線端末、前記無線基地局と前記第１の無線端末および前記第２の無線端末との間の無線伝搬環境のうち異常が発生した箇所を判定する手段と
を備えたことを特徴とする無線性能測定装置。
請求項７に記載の無線性能測定装置が実行する処理をコンピュータに実行させ、前記異常が発生した箇所を判定する
ことを特徴とする無線性能測定プログラム。