JP7140001B2

JP7140001B2 - 無線通信システム及び無線通信方法

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Publication number: JP7140001B2
Application number: JP2019037948A
Authority: JP
Inventors: 佳佑若尾; 章太中山; 朗岸田; 憲一河村; 貴庸守山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2022-09-21
Anticipated expiration: 2039-03-01
Also published as: WO2020179533A1; US20220132370A1; JP2020141384A; US12028751B2

Description

本発明は、無線通信システム及び無線通信方法に関する。

無線ＬＡＮは、広帯域かつ誰でも簡単に設置できる利便性から、無線アクセス手段として広く普及している。無線ＬＡＮが使用する周波数は、代表的には２．４ＧＨｚ帯及び５ＧＨｚ帯である。これらの周波数帯は、免許不要の周波数であり、誰でも申請することなく無線機を設置し、利用可能である。

無線ＬＡＮは、IEEEによって仕様（非特許文献１）が策定されており、無線アクセス方式にＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）を使用している。ＣＳＭＡ／ＣＡは、各無線ＬＡＮ端末が送信前にキャリアセンスを実施し、一定時間チャネルが使用されていないことを確認してから送信を開始するものである。チャネルが使用されている場合、チャネルの使用が終わるまで待機した後、予め定められた時間に加えて、ランダムに選択されたスロット数だけ送信を待機（ランダムバックオフ）し、その間にチャネルの使用がなければ、無線フレームを送信する。

このようにして、無線ＬＡＮは、複数の無線端末間で自律的に衝突を回避し、送信を行う。送信された無線フレームには、宛先アドレスが記載されており、受信した無線ＬＡＮ機器は、自身が宛先であった場合、ＳＩＦＳ（Short Inter Frame Space）の経過後、直ちにＡＣＫフレームを返信する。したがって、送信したパケットが電波干渉等の理由により送達できなかった場合には、ＡＣＫフレームが返信されないため、送信側は、そのフレームは送信エラーとみなして再送を行う。

以上に述べた基本的な無線ＬＡＮの送信動作に従ってデータは送信されるが、無線ＬＡＮでは免許不要の帯域が用いられ、干渉も多いことから、待機時間の占める割合は長くなる。加えて、無線伝送部前段のＭＡＣ（メディアアクセス制御）キューをＡＰ（アクセスポイント）に帰属する全無線端末で共有すると、先にＭＡＣキューに到達した他の無線端末の無線フレームの全無線伝送を待たねばならないので、待機時間はさらに長くなる。

よって、個々の無線端末の通信帯域は、無線通信に利用できる時間占有率が小さくなることで細くなる。また、要求される無線トラヒックのデータレートが帯域を上回ってしまうと、輻輳が生じる。ＭＡＣキューでの待機に要する遅延を特にキューイング遅延と呼ぶ。キューイング遅延は、輻輳時には発散することが知られている。

すなわち、無線ＬＡＮの基本的な動作では、低遅延サービスを収容する際に、キューイング遅延によって品質を満足できなくなる可能性が高いという課題がある。

この課題に対して、無線ＬＡＮのＱｏＳ（Quality of Service）対応の技術が、IEEEによって策定された仕様（非特許文献１）に盛り込まれている。その１つは、ＥＤＣＡ（Enhanced Distributed Channel Access）と呼ばれる機能である。ＥＤＣＡでは、データをＡＣ＿ＶＯ，ＡＣ＿ＶＩ，ＡＣ＿ＢＥ，ＡＣ＿ＢＫの４つのアクセスカテゴリ（以下、ＡＣ）に分類し、送信するデータをそれぞれのＡＣに対応したＭＡＣキューに分けて格納する。

ＡＣ＿ＶＯは、音声データ用アクセスカテゴリであり、最もリアルタイム性が求められ、最も優先度を高くされている。ＡＣ＿ＶＩは、ビデオ・データ用アクセスカテゴリであり、優先度を高くされている。ＡＣ＿ＢＥは、ベスト・エフォート・データ用アクセスカテゴリであり、優先度を低くされている。ＡＣ＿ＢＫは、背景トラヒック用アクセスカテゴリであり、優先度を最も低くされている。

各ＡＣには、１アクセスあたりに連続使用できる最長時間（ＴｘＯＰＬｉｍｉｔ）とアクセス獲得確率を調整する３つのパラメータ（ＡＩＦＳ，ＣＷｍａｘ，ＣＷｍｉｎ）の計４つのパラメータ（以下、ＥＤＣＡパラメータ）が設けられている。ＥＤＣＡパラメータは、ＡＣごとに差が付けられた無線ＬＡＮパラメータである。無線ＬＡＮには、ＥＤＣＡパラメータによって、高優先度のＡＣが、より短い時間で待機時間を終え、より長い時間無線区間を利用できる仕組みが取り入れられている。

４つのＡＣそれぞれに対して設定される４種類のＥＤＣＡパラメータ（計１６種類のＥＤＣＡパラメータ）には、一般的に知られているデフォルト値がある。そのデフォルト値によると、非優先のＡＣ（ＡＣ＿ＢＥ，ＡＣ＿ＢＫ）のＴｘＯＰＬｉｍｉｔには０を設定することとなっている。

上述したように、ＴｘＯＰＬｉｍｉｔは、該ＡＣが１回のアクセス時に無線通信に使用できる最長時間をμｓの単位で指定するためのパラメータであるが、値が０の場合のみ意味合いが変わり、１回のアクセス時に１フレームだけ無線伝送することを許可する識別子となる。この動作は、各ＡＣの無線トラヒックが逼迫した際に、非優先のＡＣの帯域を極限まで絞ることを指向したものであるが、該処理には２つの課題がある。

１つ目は、非優先のフレームの伝送が、いかなる場合でも常にＭＡＣ効率が低く帯域が細くなる単フレーム送信で実施されねばならない点である。無線ＬＡＮでは、Ａ－ＭＰＤＵ（aggregation MAC protocol data unit）や、802.11eBlock data frame exchangeなどにより、ＡＣＫフレームやＳＩＦＳの回数を省略した連続フレーム送信によってＭＡＣ効率を高めて帯域を太くする技術が、IEEEにより策定された仕様に盛り込まれている。該技術は、非優先のＡＣの無線通信に対しても、優先のＡＣの帯域を逼迫しない範囲で用いられるべきであるが、従来のデフォルト値では単フレーム送信が強いられるために適用できない。

２つ目は、非優先のＡＣに属する無線端末に低無線伝送レートでしか無線通信ができないものが存在する時、優先のＡＣの所望帯域を補償しづらくなるという点である。ＴｘＯＰＬｉｍｉｔ＝０の時に要する無線区間の利用時間は、概ね伝送フレームサイズ（ｂｉｔ）を無線伝送レート（ｂｉｔ／ｓ）で割った値である。したがって、無線伝送レートが遅いと、１フレームの伝送といえども該利用時間の占める割合は、優先ＡＣと同等以上になるため、優先トラヒックが逼迫しやすくなる。

P802.11-REVmc/D8.0, Aug 2016 - IEEE Approved Draft 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

本発明は、非優先フレームがチャネルを占有することによって優先フレームの伝送が遅延することを低減することができる無線通信システム及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる無線通信システムは、チャネルへのアクセス権を獲得した後の排他的なチャネルの使用を許可されるチャネル使用期間が送信データの種類に応じて設定されて優先制御を行う無線通信システムであって、無線通信の品質に関連する品質測定情報を測定する測定部と、前記測定部が測定した品質測定情報に基づいて、非優先フレームの伝送によって優先フレームの伝送が遅延することが想定されない場合に、非優先フレームの送信に対する前記チャネル使用期間を長くするように変更して設定するパラメータ設定部と、前記パラメータ設定部が設定した前記チャネル使用期間内に非優先フレームの連続送信を許容するＭＡＣフレームを生成するＭＡＣフレーム生成部とを有することを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、前記パラメータ設定部は、前記測定部が測定した品質測定情報に基づいて、非優先フレームの伝送によって優先フレームの伝送が遅延することが想定される場合に、非優先フレームの送信に対する前記チャネル使用期間を所定期間以下に限定し、かつ、前記チャネル使用期間内に送信可能なフレーム数の制限をなくす設定を行い、前記ＭＡＣフレーム生成部は、非優先フレームのフラグメント処理を行うことを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、前記測定部は、周辺の干渉波、送信データの平均パケットサイズ、平均要求データレート、平均無線伝送レート、及び通信規格を示す信号の少なくともいずれかを含む情報を品質測定情報として測定することを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信方法は、チャネルへのアクセス権を獲得した後の排他的なチャネルの使用を許可されるチャネル使用期間が送信データの種類に応じて設定されて優先制御を行う無線通信方法であって、無線通信の品質に関連する品質測定情報を測定する測定工程と、前記測定工程により測定した品質測定情報に基づいて、非優先フレームの伝送によって優先フレームの伝送が遅延することが想定されない場合に、非優先フレームの送信に対する前記チャネル使用期間を長くするように変更して設定するパラメータ設定工程と、設定した前記チャネル使用期間内に非優先フレームの連続送信を許容するＭＡＣフレームを生成するＭＡＣフレーム生成工程とを含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信方法は、前記パラメータ設定工程は、前記測定工程により測定した品質測定情報に基づいて、非優先フレームの伝送によって優先フレームの伝送が遅延することが想定される場合に、非優先フレームの送信に対する前記チャネル使用期間を所定期間以下に限定し、かつ、前記チャネル使用期間内に送信可能なフレーム数の制限をなくす設定を行い、前記ＭＡＣフレーム生成工程は、非優先フレームのフラグメント処理を行うことを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信方法は、前記測定工程は、周辺の干渉波、送信データの平均パケットサイズ、平均要求データレート、平均無線伝送レート、及び通信規格を示す信号の少なくともいずれかを含む情報を品質測定情報として測定することを特徴とする。

本発明によれば、非優先フレームがチャネルを占有することによって優先フレームの伝送が遅延することを低減することができる。

一実施形態にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。一実施形態にかかる集中制御局の構成例を示す図である。一実施形態にかかる無線基地局の構成例を示す図である。一実施形態にかかる無線端末の構成例を示す図である。無線通信システムの動作の概要を例示するフローチャートである。各無線基地局が行う処理の具体例を示すシーケンス図である。各無線基地局行う処理の具体例を示すフローチャートである。無線ＬＡＮの送信局及び受信局が行う処理を示す図である。無線ＬＡＮで規定される連続フレーム送信の概要を示す図である。フラグメント処理の概要を示す図である。

以下に、図面を用いて無線通信システムの一実施形態を説明する。図１は、一実施形態にかかる無線通信システム１の構成例を示す。図１に示すように、無線通信システム１は、ネットワーク１０を介して集中制御局２及び複数の無線基地局３が接続されている。また、無線基地局３は、無線端末４との間で無線通信を行う。例えば、無線通信システム１は、ＡＰ（アクセスポイント）となる無線基地局３を介してIEEE 802.11の各規格に準拠した優先制御をともなう無線通信を行う無線ＬＡＮシステムとなっている。

図２は、一実施形態にかかる集中制御局２の構成例を示す。図２に示すように、集中制御局２は、通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）部２０、情報収集部２１、情報記録部２２、パラメータ算出部２３、アルゴリズムパラメータ記録部２４、パラメータ設定部２５及びパラメータ記録部２６を有する。

通信Ｉ／Ｆ部２０は、ネットワーク１０（図１）を介して無線基地局３との間で送受信を行うインターフェースである。例えば、通信Ｉ／Ｆ部２０は、無線基地局３が収集する通信品質測定情報、及び無線端末４の無線基地局３に対する帰属情報などの無線通信に関する情報及び無線ＬＡＮパラメータを送受信する。

情報収集部２１は、通信Ｉ／Ｆ部２０を介して通信品質測定情報及び帰属情報などの無線通信に関する情報収集を行う。情報記録部２２は、情報収集部２１が収集した通信品質測定情報及び帰属情報などの無線通信に関する情報を記録する。

パラメータ算出部２３は、情報記録部２２が記録している無線通信に関する情報と、アルゴリズムパラメータ記録部２４が記録している無線ＬＡＮのアルゴリズムパラメータとを参照し、新たな無線ＬＡＮパラメータを算出する。

パラメータ設定部２５は、通信Ｉ／Ｆ部２０を介して、パラメータ算出部２３が算出した無線ＬＡＮパラメータを無線基地局３に対して設定する。パラメータ記録部２６は、パラメータ設定部２５が無線基地局３に対して設定した無線ＬＡＮパラメータを記録して管理する。

図３は、一実施形態にかかる無線基地局３の構成例を示す。図３に示すように、無線基地局３は、通信Ｉ／Ｆ部３０、パラメータ設定部３１、帰属情報管理部３２、測定部３３、測定情報記録部３４、ＡＣ分類部３５、低遅延ＡＣ部３６、非低遅延ＡＣ部３７、衝突回避制御部３８、ＲＦ部３９及びアンテナ部３００を有する。

通信Ｉ／Ｆ部３０は、ネットワーク１０（図１）を介して集中制御局２との間で送受信を行うインターフェースである。例えば、通信Ｉ／Ｆ部３０は、通信品質測定情報、及び無線端末４の無線基地局３に対する帰属情報などの無線通信に関する情報及び無線ＬＡＮパラメータを集中制御局２との間で送受信する。

パラメータ設定部３１は、通信Ｉ／Ｆ部３０を介して集中制御局２から受信した無線ＬＡＮパラメータに基づいて無線ＬＡＮパラメータの設定を行う。例えば、パラメータ設定部３１は、集中制御局２から受信した無線ＬＡＮパラメータを低遅延ＡＣ部３６及び非低遅延ＡＣ部３７に対して設定可能な形式に変換して設定する。

具体例として、パラメータ設定部３１は、後述する測定部３３が測定した品質測定情報に基づいて、非優先フレームの伝送によって優先フレームの伝送が遅延することが想定されない場合に、非優先フレームの送信に対するチャネル使用期間（ＴｘＯＰＬｉｍｉｔ）を長くするように変更して設定する。また、パラメータ設定部３１は、測定部３３が測定した品質測定情報に基づいて、非優先フレームの伝送によって優先フレームの伝送が遅延することが想定される場合に、非優先フレームの送信に対するチャネル使用期間を所定期間以下に限定し、かつ、チャネル使用期間内に送信可能なフレーム数の制限をなくす設定を行う。

帰属情報管理部３２は、帰属する各無線端末４のＩＤ（ＭＡＣアドレスなど）や、帰属する各無線端末４が要求するＡＣの情報を含む無線端末４の帰属情報を登録して管理する。

測定部３３は、周辺の干渉ＡＰ（干渉する無線基地局３）のスキャン情報（ＢＳＳＩＤ（Basic Service Set ID），ＣＨ（Channel），ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication））と、帰属する無線端末４の平均パケットサイズ、平均要求データレート、平均無線伝送レート、平均使用無線ＬＡＮ規格を示す信号などからなる無線通信の品質に関連する無線通信測定情報（品質測定情報）を測定して収集する。また、無線通信のトラヒックを含む品質に影響を与える測定可能な情報の全てを品質に関連する品質測定情報としてもよい。

測定情報記録部３４は、帰属情報管理部３２が管理する帰属情報（ＡＣの情報を含む）と、測定部３３が測定した無線通信測定情報とを対応付けて記録する。なお、測定情報記録部３４が記録する帰属情報と無線通信測定情報とを対応づけた記録情報は、例えば帰属情報管理部３２により通信Ｉ／Ｆ部３０を介して集中制御局２へも同時に通知され、低遅延ＡＣ部３６及び非低遅延ＡＣ部３７においても用いられる。

ＡＣ分類部３５は、帰属情報管理部３２が管理する帰属情報と到達フレームの宛先からＡＣの分類を実施する。具体的には、ＡＣ分類部３５は、上位層から到達したフレームを低遅延ＡＣ又は非低遅延ＡＣのいずれかに分類し、低遅延ＡＣ部３６又は非低遅延ＡＣ部３７のいずれかに対して出力する。例えば、ＡＣ分類部３５は、ＡＣ＿ＶＯ，ＡＣ＿ＶＩのフレームを優先フレームとして低遅延ＡＣ部３６に対して出力し、ＡＣ＿ＢＥ，ＡＣ＿ＢＫのフレームを非優先フレームとして非低遅延ＡＣ部３７に対して出力する。

低遅延ＡＣ部３６は、ＭＡＣキュー部３６０、ＭＡＣフレーム生成部３６２及びアクセス権獲得制御部３６４を有し、ＡＣ分類部３５が低遅延ＡＣとして分類したＡＣのフレームを処理する。

ＭＡＣキュー部３６０は、上位層から到達してＡＣ分類部３５が低遅延ＡＣであるとして分類したＡＣのフレームを蓄積する。

ＭＡＣフレーム生成部３６２は、パラメータ設定部３１が設定した無線ＬＡＮパラメータ、及び測定情報記録部３４が記録している情報に基づいて、ＭＡＣキュー部３６０が蓄積したフレームを連続フレームに変換したり、フラグメント処理を行うことにより、ＭＡＣフレームを生成する。

アクセス権獲得制御部３６４は、パラメータ設定部３１が設定した無線ＬＡＮパラメータに基づいて、ＭＡＣフレーム生成部３６２が生成したＭＡＣフレームを所定のアクセスタイミング及びチャネル使用期間に応じて排出する。

非低遅延ＡＣ部３７は、ＭＡＣキュー部３７０、ＭＡＣフレーム生成部３７２及びアクセス権獲得制御部３７４を有し、ＡＣ分類部３５が非低遅延ＡＣとして分類したＡＣのフレームを処理する。

ＭＡＣキュー部３７０は、上位層から到達してＡＣ分類部３５が非低遅延ＡＣであるとして分類したＡＣのフレームを蓄積する。

ＭＡＣフレーム生成部３７２は、パラメータ設定部３１が設定した無線ＬＡＮパラメータ、及び測定情報記録部３４が記録している情報に基づいて、ＭＡＣキュー部３７０が蓄積したフレームを連続フレームに変換したり、フラグメント処理を行うことにより、ＭＡＣフレームを生成する。

具体例として、ＭＡＣフレーム生成部３７２は、パラメータ設定部３１が設定したチャネル使用期間内に非優先フレームの連続送信を許容し、例えば非優先フレームのフラグメント処理を行って、ＭＡＣフレームを生成する。

アクセス権獲得制御部３７４は、パラメータ設定部３１が設定した無線ＬＡＮパラメータに基づいて、ＭＡＣフレーム生成部３７２が生成したＭＡＣフレームを所定のアクセスタイミング及びチャネル使用期間に応じて排出する。

衝突回避制御部３８は、ＣＳＭＡ／ＣＡによってアクセス権の衝突を回避させる制御を行う。例えば、衝突回避制御部３８は、ＲＦ部３９及びアンテナ部３００を介して、低遅延ＡＣ部３６又は非低遅延ＡＣ部３７が排出するフレームを送信するようにアクセス権の衝突を回避させる制御を行う。

ＲＦ部３９は、アンテナ部３００が送受信する高周波（RF：Radio Frequency）の信号を処理する。

なお、無線基地局３が複数の衝突回避制御部３８を備えている場合には、衝突回避制御部３８間でアクセスタイミングが衝突してしまうことが考えられる。この場合、無線基地局３は、次段にさらに横断的にまたがる衝突回避制御部が設けられて、意図的にアクセスタイミングをずらして無線基地局３内のアクセスタイミングの衝突を回避するように構成されてもよい。

このように、無線基地局３は、アンテナ部３００を介して所定の規格の電波を送受信し、無線端末４との間で無線通信を行う無線通信装置である。例えば、無線基地局３は、アンテナ部３００を介して、チャネルへのアクセス権を獲得した後の排他的なチャネルの使用を許可されるチャネル使用期間（ＴｘＯＰＬｉｍｉｔ）内に送信できるフレームを無線端末４へ送信する。

図４は、一実施形態にかかる無線端末４の構成例を示す。図４に示すように、無線端末４は、アンテナ部４００、ＲＦ部４０、ＭＡＣ機能部４１、遅延ＡＣ要求部４２及び帰属先管理部４３を有する。無線端末４は、アンテナ部４００を介して所定の規格の電波を送受信し、無線基地局３との間で無線通信を行う無線通信装置である。

ＲＦ部４０は、アンテナ部４００が送受信する高周波の信号を処理する。ＭＡＣ機能部４１は、無線通信メディアアクセス制御の機能を備える。

遅延ＡＣ要求部４２は、ＭＡＣ機能部４１、ＲＦ部４０及びアンテナ部４００を介して、帰属を希望する無線基地局３に対してＡＣを通達する。帰属先管理部４３は、帰属が確立した後の無線基地局３の管理情報を管理する。

次に、図５～１０を用いて、無線通信システム１の具体的な動作について説明する。

図５は、無線通信システム１の動作の概要を例示するフローチャートである。図５に示すように、まず、各無線基地局３は、帰属する無線端末４それぞれのＡＣを登録する（Ｓ１００）。次に、各無線基地局３は、帰属する無線端末４それぞれの無線通信測定情報を収集し、ＡＣの情報と無線通信測定情報とを対応させた記録情報を集中制御局２へ通知する（Ｓ１０２）。

集中制御局２は、各無線基地局３内の各ＡＣのＴｘＯＰＬｉｍｉｔを算出し、無線基地局３に対して設定する（Ｓ１０４）。そして、各無線基地局３は、設定された各ＡＣのＴｘＯＰＬｉｍｉｔに準じて、伝送法を適応的に選択してフレームを送信する（Ｓ１０６）。

図６は、図５に示した各無線基地局３が行うＳ１００，Ｓ１０２の処理の具体例を示すシーケンス図である。ここで、各無線基地局３が行う処理は、処理（１）～処理（４）によって構成されている。

処理（１）は、周辺の干渉ＡＰ（干渉する無線基地局３）のスキャン処理である。処理（２）は、帰属する無線端末４が要求するＡＣを無線基地局３に登録する処理である。

処理（３）は、処理（２）を実施した無線端末４に対して実際にトラヒックを印加し、平均使用無線ＬＡＮ規格の検出、無線伝送レートの測定、平均要求データレートの測定等を行い、無線通信測定情報（品質測定情報）を収集する処理である。品質測定情報は、帰属情報管理部３２が管理する帰属情報（各無線端末４のＩＤ（ＭＡＣアドレスなど）や、各無線端末４が要求するＡＣの情報）に対応付けられ、記録情報として管理される。

処理（４）は、処理（１）及び処理（３）によって得られた情報を無線基地局３が集中制御局２へ通知する処理であり、無線基地局３は、集中制御局２からの情報通知要求に応じて情報通知を行う。

なお、処理（１）及び処理（４）は、無線端末４の状況によらず、一定の周期で実行される。処理（２）は、無線端末４が無線基地局３に接続されたときに一度実行される。処理（３）は、無線端末４がトラヒックを流している間に、一定周期で実施され、記録情報を更新する。

次に、図７～１０を用いて、各無線基地局３が行うＳ１０６の処理（フレーム送信処理）の具体例について説明する。

図７は、図５に示した各無線基地局３が行うＳ１０６の処理（フレーム送信処理）の具体例を示すフローチャートである。ここでは、現行の無線ＬＡＮで規定された処理を応用するため、補足事項を先に述べる。

図８は、無線ＬＡＮの送信局及び受信局が行う処理を機能ブロックの配列によって示す。図８において、送信局は、各機能ブロックが行う処理を上から下へ進めて送信を行い、受信局は、各機能ブロックが行う処理を下から上へ進めて受信を行う。ここで、ＰＳ保留キューからＭＰＤＵヘッダ＋ＣＲＣまでの機能ブロック（Ａ）は、IEEE802.11nよりも前に策定された規格に定められた処理を行う。

ＭＰＤＵアグリゲーション（Ａ－ＭＰＤＵ）は、Ａ－ＭＰＤＵフレームの生成を行う。ＭＰＤＵディスアグリゲーションは、Ａ－ＭＰＤＵフレームの分離処理を行う。Ａ－ＭＰＤＵは、上述したように、ＭＡＣフレームを連結して連続送信することにより、ＡＣＫフレームを省略した連続フレームを送信し、ＭＡＣ効率を高めて帯域を太くする技術である。

フラグメンテーションは、フラグメントフレームの生成を行う。デフラグメンテーションは、フラグメントフレームの結合処理を行う。ただし、フラグメントの処理は、Ａ－ＭＰＤＵとの併用が不可となっている。

フラグメント処理は、大きいデータサイズのフレームを複数のフレームに細分化して送ることにより、フレーム受信誤り率を下げることを指向した技術である。しかし、フラグメント処理は、細分化されたフレームのデータサイズが小さくなるため、１フレームあたりのチャネルの利用時間を短縮させるための技術としても応用可能である。

ただし、フラグメント処理は、無線通信のＭＡＣ効率を下げるため、該効率の向上を指向してきた無線ＬＡＮ技術の発展の方向性と反するという背景がある。よって、主にIEEE802.11n以降に策定された無線ＬＡＮ規格では、送受信局同士の無線通信に適用できないとされている。

図９は、Ａ－ＭＰＤＵ及びその他の無線ＬＡＮで規定される連続フレーム送信の概要を示す。図９（ａ）は、802.11b/a/gに規定される単フレーム送信を示す。図９（ｂ）は、802.11eにおけるＥＤＣＡを示す。図９（ｃ）は、802.11n以降に規定されたＡ－ＭＰＤＵを示す。

このように、フレームの伝送法には、（ａ）に示した単フレーム送信、（ｂ）に示したIEEE802.11eで規定される802.11eBlock data frame exchange、及び（ｃ）に示したＡ－ＭＰＤＵなどがあり、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）となるにつれて、ＡＣＫフレームやフレーム間のＳＩＦＳの数が削減されてＭＡＣ効率が向上している。

図１０は、フラグメント処理の概要を示す。フラグメント処理は、フレームを複数のフレームに細分化して送信する処理である。

以下、図８～図１０に示した無線ＬＡＮに規定されているフレーム伝送処理を利用して、図７に示した無線基地局３が行う処理について説明する。

なお、無線基地局３は、図５に示したＳ１０６の処理（フレーム送信処理）を行うにあたって、低遅延ＡＣ部３６に対するＴｘＯＰＬｉｍｉｔ（以下、ＴｘＯＰＬｉｍｉｔ_ＬＬ）と、非低遅延ＡＣ部３７に対するＴｘＯＰＬｉｍｉｔ（以下、ＴｘＯＰＬｉｍｉｔ_ＮＬＬ）が集中制御局２の制御によって設定されている。

具体的には、ＴｘＯＰＬｉｍｉｔ_ＬＬは、ＭＡＣフレーム生成部３６２及びアクセス権獲得制御部３６４に対して設定され、ＴｘＯＰＬｉｍｉｔ_ＮＬＬは、ＭＡＣフレーム生成部３７２及びアクセス権獲得制御部３７４に対して設定されている。

また、ＴｘＯＰＬｉｍｉｔ_ＮＬＬは、優先度が高いＡＣのフレーム（優先フレーム）を送信している無線端末４のトラヒックに基づいて決定される。

例えば、優先フレームを送信している無線端末４のトラヒックが多い場合には、優先度が低いＡＣのフレーム（非優先フレーム）を送信する無線端末４によるチャネルの占有を避けるため、ＴｘＯＰＬｉｍｉｔ_ＮＬＬは、短い時間に設定されることが好ましい。

一方、優先フレームを送信している無線端末４のトラヒックが少ない場合には、将来のトラヒック増に備えて早めに非優先フレームを送信する無線端末４のトラヒックを処理しておくために、ＴｘＯＰＬｉｍｉｔ_ＮＬＬは、長い時間に設定されることが好ましい。

以下に示す動作では、設定されたＴｘＯＰＬｉｍｉｔ_ＮＬＬにおいて、複数のフレームを送信できるようであればまとめて送信し、一つのフレームがＴｘＯＰＬｉｍｉｔ_ＮＬＬにおいて送信できない場合にはフレームをフラグメントする。

図７に示すように、まず、ＡＣ分類部３５（図３）は、上位層よりフレームが到達したら宛先の無線端末４（以下、Ａと記す）を確認する（Ｓ３００）。

そして、ＡＣ分類部３５は、ＡのＡＣを確認し、ＡＣが低遅延（ＬＬ：Low Latency）のＡＣであるか否かを判定する（Ｓ３０２）。

ＡのＡＣが低遅延のＡＣであった場合、低遅延ＡＣ部３６のＭＡＣフレーム生成部３６２は、図９に示した各フレーム送信法の中からＡが対応していて最もＭＡＣ効率の高いフレーム送信法を選択して、ＴｘＯＰＬｉｍｉｔ_ＬＬの間に低遅延フレーム（ＬＬフレーム）を連続送信する（Ｓ３０４）。なお、Ｓ３０４以降の処理は、フレームが各ＡＣのＭＡＣキューを通過して、アクセス権獲得制御部３６４又はアクセス権獲得制御部３７４に到達してから実施されるものとする。

ＡのＡＣが非低遅延（ＮＬＬ：Non Low Latency）のＡＣであった場合、非低遅延ＡＣ部３７のＭＡＣフレーム生成部３７２は、測定情報記録部３４が記録しているＡに関する平均パケットサイズＬ_Ａ（ｂｉｔ）と、平均無線伝送レートＲ_Ａ（Ｍｂｉｔ／ｓ）を参照する（Ｓ３０６）。

次に、ＭＡＣフレーム生成部３７２は、下式（１）が満たされるか否かを判定する（Ｓ３０８）。

ＭＡＣフレーム生成部３７２は、（１）式が満たされる場合には、図９に示した各フレーム送信法の中からＡが対応していて最もＭＡＣ効率の高いフレーム送信法を選択して、ＴｘＯＰＬｉｍｉｔ_ＮＬＬの間に非低遅延フレーム（ＮＬＬフレーム）を連続送信する（Ｓ３１０）。

ＭＡＣフレーム生成部３７２は、（１）式が満たされない場合には、Ａの無線ＬＡＮ規格がIEEE802.11n以降に策定されたものであるか否かを判定する（Ｓ３１２）。

ＭＡＣフレーム生成部３７２は、Ａの無線ＬＡＮ規格がIEEE802.11n以降に策定されたものであると判定した場合、Ａ宛に使用する無線ＬＡＮ規格を例えばIEEE802.11a以前の規格までデグレードする（Ｓ３１４）。

次に、ＭＡＣフレーム生成部３７２は、平均無線伝送レートが５４（Ｍｂｉｔ／ｓ）より大きい値であるか否かを判定する（Ｓ３１６）。

ＭＡＣフレーム生成部３７２は、平均無線伝送レートが５４（Ｍｂｉｔ／ｓ）より大きい値である場合には、無線伝送レートをIEEE802.11aなどで規定される最速の無線伝送レート５４．０Ｍｂｉｔ／ｓまでデグレードする設定を行う（Ｓ３１８）。

ＭＡＣフレーム生成部３７２は、平均無線伝送レートが５４（Ｍｂｉｔ／ｓ）以下である場合には、無線伝送レートをＲ_Ａとする設定を行う（Ｓ３２０）。また、ＭＡＣフレーム生成部３７２は、Ｓ３１２の処理においてＡの無線ＬＡＮ規格がIEEE802.11n以降に策定されたものでないと判定した場合にも、Ａの規格が既にIEEE802.11aなどより古い規格であるため、設定変更をせず、伝送レートをＲ_Ａとする（Ｓ３２０）。

ＭＡＣフレーム生成部３７２は、フラグメント処理後のデータサイズが下式（２）を満たすようにＮＬＬフレームをフラグメントする（Ｓ３２２）。

そして、ＭＡＣフレーム生成部３７２は、１フラグメントフレームずつ送信させる（Ｓ３２４）。ここでは、複数回のアクセスによって全てのフラグメントフレームが送信されるまで現ブロックの位置を維持するようにされている。

無線基地局３は、以上のように算出された無線ＬＡＮ規格、無線伝送レート、フラグメント処理後のデータサイズにより、Ａ宛のフレームを伝送する。無線基地局３は、フラグメント処理後のフレーム数が複数になった場合に、２フレーム以降の無線ＬＡＮ通信についても設定を引き継ぐ。

このように、無線通信システム１は、集中制御局２を備え、集中制御局２が配下の無線基地局３群から無線通信測定情報を収集し、該無線基地局３群の低遅延／非遅延ＡＣのＥＤＣＡパラメータの１つであるＴｘＯＰＬｉｍｉｔの値を算出して設定する。

無線基地局３群は、設定されたＴｘＯＰＬｉｍｉｔの値に基づいて、フレームの連続フレーム伝送及びフラグメント処理を制御し、低遅延トラヒック非逼迫時の非低遅延トラヒックの帯域向上や、低遅延トラヒック逼迫時の非低遅延トラヒックの帯域の極限までの抑圧を実施する。そして、無線通信システム１は、次の２つの効果を得る。

１つ目の効果として、無線通信システム１は、低遅延トラヒックの非逼迫時に非低遅延ＡＣのＴｘＯＰＬｉｍｉｔを拡大し、Ａ－ＭＰＤＵなどの連続フレーム伝送を許容することにより、低遅延通信のキューイング遅延を深刻化させることなく非低遅延トラヒックの帯域を向上できる。

２つ目の効果として、無線通信システム１は、低遅延トラヒックが逼迫したときに、非低遅延ＡＣのＴｘＯＰＬｉｍｉｔを非零の時間値で指示し、かつ、非低遅延フレームのフラグメント処理を無線基地局３が実施することにより、非低遅延トラヒックによる帯域の圧迫を極限まで抑圧できる。

１・・・無線通信システム、２・・・集中制御局、３・・・無線基地局、４・・・無線端末、１０・・・ネットワーク、２０・・・通信Ｉ／Ｆ部、２１・・・情報収集部、２２・・・情報記録部、２３・・・パラメータ算出部、２４・・・アルゴリズムパラメータ記録部、２５・・・パラメータ設定部、２６・・・パラメータ記録部、３０・・・通信Ｉ／Ｆ部、３１・・・パラメータ設定部、３２・・・帰属情報管理部、３３・・・測定部、３４・・・測定情報記録部、３５・・・ＡＣ分類部、３６・・・低遅延ＡＣ部、３６０・・・ＭＡＣキュー部、３６２・・・ＭＡＣフレーム生成部、３６４・・・アクセス権獲得制御部、３７・・・非低遅延ＡＣ部、３７０・・・ＭＡＣキュー部、３７２・・・ＭＡＣフレーム生成部、３７４・・・アクセス権獲得制御部、３８・・・衝突回避制御部、３９・・・ＲＦ部、４０・・・ＲＦ部、４１・・・ＭＡＣ機能部、４２・・・遅延ＡＣ要求部、４３・・・帰属先管理部

Claims

チャネルへのアクセス権を獲得した後の排他的なチャネルの使用を許可されるチャネル使用期間が送信データの種類に応じて設定されて優先制御を行う無線通信システムであって、
無線通信の品質に関連する品質測定情報を測定する測定部と、
前記測定部が測定した品質測定情報に基づいて、非優先フレームの伝送によって優先フレームの伝送が遅延することが想定されない場合に、非優先フレームの送信に対する前記チャネル使用期間を長くするように変更して設定するパラメータ設定部と、
前記パラメータ設定部が設定した前記チャネル使用期間内に非優先フレームの連続送信を許容するＭＡＣフレームを生成するＭＡＣフレーム生成部と
を有することを特徴とする無線通信システム。
前記パラメータ設定部は、
前記測定部が測定した品質測定情報に基づいて、非優先フレームの伝送によって優先フレームの伝送が遅延することが想定される場合に、非優先フレームの送信に対する前記チャネル使用期間を所定期間以下に限定し、かつ、前記チャネル使用期間内に送信可能なフレーム数の制限をなくす設定を行い、
前記ＭＡＣフレーム生成部は、
非優先フレームのフラグメント処理を行うこと
を特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
前記測定部は、
周辺の干渉波、送信データの平均パケットサイズ、平均要求データレート、平均無線伝送レート、及び通信規格を示す信号の少なくともいずれかを含む情報を品質測定情報として測定すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
チャネルへのアクセス権を獲得した後の排他的なチャネルの使用を許可されるチャネル使用期間が送信データの種類に応じて設定されて優先制御を行う無線通信方法であって、
無線通信の品質に関連する品質測定情報を測定する測定工程と、
前記測定工程により測定した品質測定情報に基づいて、非優先フレームの伝送によって優先フレームの伝送が遅延することが想定されない場合に、非優先フレームの送信に対する前記チャネル使用期間を長くするように変更して設定するパラメータ設定工程と、
設定した前記チャネル使用期間内に非優先フレームの連続送信を許容するＭＡＣフレームを生成するＭＡＣフレーム生成工程と
を含むことを特徴とする無線通信方法。
前記パラメータ設定工程は、
前記測定工程により測定した品質測定情報に基づいて、非優先フレームの伝送によって優先フレームの伝送が遅延することが想定される場合に、非優先フレームの送信に対する前記チャネル使用期間を所定期間以下に限定し、かつ、前記チャネル使用期間内に送信可能なフレーム数の制限をなくす設定を行い、
前記ＭＡＣフレーム生成工程は、
非優先フレームのフラグメント処理を行うこと
を特徴とする請求項４に記載の無線通信方法。
前記測定工程は、
周辺の干渉波、送信データの平均パケットサイズ、平均要求データレート、平均無線伝送レート、及び通信規格を示す信号の少なくともいずれかを含む情報を品質測定情報として測定すること
を特徴とする請求項４又は５に記載の無線通信方法。