JP7165004B2 - 通信装置、通信装置の制御方法、およびプログラム - Google Patents

通信装置、通信装置の制御方法、およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、通信装置、通信装置の制御方法、およびプログラムに関する。
アクセスポイントと無線端末間で通信を行う無線通信システムとして、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)を採用する無線LAN(Local Area Network)が広く知られている。このような無線LAN規格であるIEEE802.11ac規格では、MIMO(Multi-Input Multi-Output)技術を拡張したダウンリンクマルチユーザMIMO(DL-MU-MIMO)技術が採用されている。DL-MU-MIMOでは、アクセスポイントはビームフォーミングと呼ばれる技術を用いることで、各無線端末に対して空間的に直交したビームによりデータ送信が可能となるため、複数台の無線端末に対して、同時に別々のデータを送信することができる。これにより、システムスループットの向上を図ることができる(特許文献1)。
また、更なる高効率化を狙い、IEEE802.11ac規格の後継となるIEEE802.11axのタスクグループでは、高効率化を目指した技術の検討が行われている。その中の候補技術の1つとして、アップリンクマルチユーザMIMO(UL-MU-MIMO)技術が挙げられる。UL-MU-MIMOでは、複数の無線端末が同じタイミングでそれぞれ空間的に直交したビームによりデータ送信をアクセスポイントに対し行うことで、アップリンク送信の高効率化を図ることが可能となる。
ユーザ多重送信方式には、MU-MIMO以外にも、直交周波数分割多元接続方式(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)が知られており、OFDMAで再送用データと新規データとを複数の無線端末から同時に送信することが可能である。なお、OFDMAでは、1つまたは複数のサブキャリアを含むリソースユニットを最小単位の通信リソースとして用いて、複数の無線端末からの受信を同時に行う。
特開2010-28284号公報
アクセスポイントから複数の無線端末にパケットを送信するDL-MU-MIMOにおいて、アクセスポイントが当該複数の無線端末の1つ以上から送達確認応答(ACK)を確認できない状況を考える。アクセスポイントがACKを確認できない理由として、無線端末にパケットが届かないことや、アクセスポイントがACKを取りこぼしたことが考えられるが、いずれの場合であっても、当該複数の無線端末に対してパケットの再送を行う必要がある。これは、無駄なパケットの再送に繋がり得る。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、送信パケットに対する確認応答の受信状況に応じた制御を行い、システムスループットの向上を図ることを目的とする。
上記課題を達成するための一手段として、本発明の通信装置は以下の構成を有する。すなわち、複数の他の通信装置に対して第1のパケットを、DL MU-MIMO又はDL OFDMAにより送信する第1の送信手段と、前記複数の他の通信装置の全台数に対する、前記第1のパケットの送信後の所定のタイミングで前記第1のパケットに対する確認応答が受信されなかった通信装置の台数の割合が、所定の割合以上ではない場合に、前記複数の他の通信装置のうち、前記第1のパケットの送信後の所定のタイミングで前記第1のパケットに対する前記確認応答が受信されなかった通信装置に対して、前記確認応答を送信させるためのマルチユーザ対応ブロック確認応答要求(MU-BAR)を送信する第2の送信手段と、前記割合が前記所定の割合以上である場合に、前記MU-BARを送信せずに前記複数の他の通信装置に対して前記第1のパケットを再送する再送手段と、を有する。
本発明によれば、送信パケットに対する確認応答の受信状況に応じた制御を行うことにより、システムスループットを向上させることが可能となる。
通信装置(AP302、STA303~305)のハードウェア構成を示す図である。 (A)はAP302のソフトウェア機能構成を示す図であり、(B)はSTA303~305のソフトウェア機能構成を示す図である。 無線通信システムの構成の一例を示す図である。 実施形態1におけるAP302の動作フローチャートであるである。 実施形態1におけるAP302とSTA303~305間の動作シーケンス図である。 実施形態2におけるAP302とSTA303~305間の動作シーケンス図である。
以下、添付の図面を参照して、本発明をその実施形態の一例に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。なお、無線LANの規格書として知られているIEEE Std 802.11 TM-2012およびIEEE Std 802.11ac TM-2013、IEEE 802.11-15/0132r7 dated on July 20, 2015 which is Specification Framework Document directed to IEEE Std 802.11ax as a next generation wireless LAN standardsは、本明細書においてその全てが参照によって組み込まれる(incorporate by reference)ものとする。
[実施形態1]
(システムの構成)
図3に、実施形態1における無線通信システムを示す。図3に示す無線通信システムは、アクセスポイント(AP)302と、複数の無線端末(STA:ステーション)303~305を有し、これらのデバイスにより無線ネットワーク301が構成されている。AP302は、IEEE802.11シリーズに準拠した任意の無線通信方式に従って、各STA303~305と通信することができる。また、AP302は、各STA303~305と所定のアソシエーションプロセス等を介して無線リンクを確立することができる。なお、本実施形態に適用可能な無線通信方式は、IEEE802.11シリーズに準拠した方式に限定されず、ユーザ多重送信が可能な無線通信方式であれば、他の方式でも構わない。
(装置の構成)
図1に、図3に示す通信装置(AP302、STA303~305)のハードウェア構成例を示す。なお、AP302は中継機能を有する点を除き、STA303~305と同様の構成を有するものとする。制御部101は、記憶部102に記憶される制御プログラムを実行することにより装置全体を制御する。制御部101は、例えば1つ以上のCPU(Central Processing Unit)により構成される。記憶部102は、制御部101により実行される制御プログラム、画像データ、通信パラメータ等の各種情報を記憶する。後述する各種動作は、記憶部102に記憶された制御プログラムを制御部101が実行することにより行われ得る。記憶部102は、例えば、ROM、RAM、HDD、フラッシュメモリまたは着脱可能なSDカードなどの記憶媒体により構成される。無線部103は、例えば、無線通信を行うチップにより構成され、IEEE802.11シリーズに準拠した無線LAN通信を行う。表示部104は、LCD(Liquid Crystal Display)やLED(Light Emitting Diode)のように視覚で認知可能な情報の出力が可能な機能を有し、各種表示を行う。アンテナ107およびアンテナ108は、無線LANで通信するための2.4GHz帯および/または5GHz帯で通信可能なアンテナである。アンテナ制御部106は、アンテナ107および108に対する制御を行う。入力部105は、ユーザからの各種入力を受け付け、入力に応じた信号を、各構成要素に伝達する、または、記憶部102等のメモリに格納する。
図2(A)に、AP302のソフトウェア機能構成例を示す。図2(A)に示す各機能ブロックは、それぞれAP302の記憶部102にプログラムとして記憶され、制御部101によって当該プログラムが実行されることによりその機能が実施され得る。なお、図2(A)に示す複数の機能ブロックの一部または全部がハードウェア化されていてもよい。この場合、複数の機能ブロックの一部または全部は、例えばASIC(Application Specific Integrated Circuit)により構成され得る。
受信部201は、アンテナ107またはアンテナ108、無線部103を介して、送信相手から送信された信号を受信し、受信された信号に対する復号処理等を行う。送信部202は、送信対象の信号に対して符号化処理等を行い、アンテナ107またはアンテナ108を介してエア上に送信を行う。判定部203は、受信部201により受信された信号に対する各種判定処理を行い、送信部202により送信する信号の種別を決定する等の制御を行う。計時部204は、計時処理を行う。計時部204は、例えば、STA303~305のいずれかから受信した送達確認応答フレーム(ACK)に対するパケットを送信するまでの時間(例えば、以下に説明する図5、図6における時間T1)を計時する。AP機能制御部205は、IEEE802.11シリーズに準拠したアクセスポイントとしての固有の動作するための制御を実施する。データ記憶部210は記憶部102をソフトウェア制御し、各種情報および後続パケットの一時記憶などを実施する。
図2(B)は、STA303~305のソフトウェア機能構成例を示す。図2(B)に示す各機能ブロックは、それぞれSTA303~305の記憶部102にプログラムとして記憶され、制御部101によって当該プログラムが実行されることによりその機能が実施され得る。なお、図2(B)に示す複数の機能ブロックの一部または全部がハードウェア化されていてもよい。この場合、複数の機能ブロックの一部または全部は、例えばASICにより構成され得る。
受信部211、送信部212、およびデータ記憶部215は、図2(A)の受信部201、送信部202、およびデータ記憶部206と同様の機能を有する。計時部213は、計時処理を行う。計時部213は、例えば、AP302から受信したデータパケットに対するACKを送信するまでの時間(例えば、以下に説明する図5、図6における時間T1)を計時する。STA機能制御部214は、IEEE802.11シリーズに準拠したステーションとしての固有の動作するための制御を実施する。
(処理の流れ)
続いて、本実施形態におけるAP302の動作について図4を参照して説明する。図4は、本実施形態におけるAP302の動作フローチャートである。図4に示すフローチャートは、AP302の制御部101が記憶部102に記憶されている制御プログラムを実行し、情報の演算および加工並びに各ハードウェアの制御を実行することにより実現され得る。なお、AP302は、既に各STA303~305とアソシエーション済みであるとする。
AP302の送信部202は、アソシエーション済みのSTA303~305に向けてDL MU PPDUを送信する(S401)。DL MU PPDUは、AP302からSTA303~305へのダウンリンク(DL)のマルチユーザ対応(MU)のPPDU(PLCPプロトコルデータユニット)であり、DL MU-MIMOおよびDL OFDMAにより送信できる無線パケットである。送信部202がDL MU PPDUを送信後の所定のタイミングで、受信部201が当該DL MU PPDUに対する送達確認応答フレーム(ACK)をSTA303~305から受信すると(S402でYES)、送信部202は、後続のDL MU PPDUを送信する(S410)。すなわち、AP302は、DL MU PPDUを送信したすべてのSTAからACKを受信した場合に、後続のDL MU PPDUを送信する。
一方、送信部202がDL MU PPDUを送信した後の所定のタイミングで、当該DL MU PPDUに対するACKを、STA303~305のいずれか1つ以上から受信できなかった場合、処理はS403へ進む。すなわち、AP302は、DL MU PPDUを送信したSTAのうち1つ以上のSTAからACKを受信できなかった場合、処理はS403へ進む。S403では、判定部203が、送信したDL MU PPDUの宛先数に対する、受信部201により受信できなかったACKの数の割合が所定の割合以上か否かを判定する。すなわち、判定部203は、DL MU PPDUを送信したSTAの全台数に対する、ACKが受信されなかったSTA(以下、ACK未受信STA)の数の割合が所定の割合以上か否かを判定する。図4の例では、当該所定の割合を9割とする。ACK未受信STAの割合が9割以上である場合(S403でYES)、判定部203は更に、送信部202によりDL MU PPDUを所定の回数以上再送済みかを判定する(S406)。DL MU PPDUを所定の回数以上再送済みの場合(S406でYES)、送信部202は再度DL MU PPDUを送信せずに処理を終了する。DL MU PPDUを所定の回数以上再送済みでない場合(S406でNO)、送信部202は、STA303~305へDL MU PPDUを再送信する(S407)。
ACK未受信STAの割合が9割以上でない場合(S403でNO)、送信部202は、マルチユーザ対応ブロック確認応答要求フレーム(MU-BAR)を送信する。MU-BARは、複数のSTAを指定してACKを送信させることを要求するためのフレームである。送信部202がMU-BARを送信した後に、受信部201がACK未受信STAからACK受信すると(S405でYES)、送信部202は、後続のDL MU PPDUを送信する(S410)。受信部201がACK未受信STAからACKを受信できない場合(S405でNO)、判定部203は、送信部202によりDL MU PPDUを所定の回数以上再送済みかを判定する(S408)。ACK未受信STAへDL MU PPDUを所定の回数以上再送済みの場合(S408でYES)、送信部202は再度DL MU PPDUを送信せずに処理を終了する。ACK未受信STAへDL MU PPDUを所定の回数以上再送済みでない場合(S408でNO)、送信部0202は、ACK未受信STAへDL MU PPDUを再送信する(S409)。
図5に、本実施形態におけるAP302とSTA303~305間の動作シーケンス図を示す。AP302は、DL-MU-MIMO送信としてDL MU PPDU 51を各STA303~305へ送信する。DL MU PPDU51を受信した各STA303~305は、予め定めた時間T1が経過した時点で、ACKを送信する。時間T1は、SIFS(IEEE802.11規格で定義されているショートフレーム間スペース)でもよいし、これとは別に定めた時間でもよい。図5の例では、STA303から送信されるACK52はAP302に到達するが、STA304とSTA305からそれぞれ送信されるACKはAP302に到達しなかったとする。
STA304およびSTA305からのACKを確認できなかったAP302は、STA304およびSTA305に対してのみ、予め定めた時間T1が経過した時点でMU-BAR53を送信する。AP302からSTA304およびSTA305指定のMU-BAR53を受信したSTA304およびSTA305は、予め定めた時間T1が経過した時点で、それぞれACK54およびACK55を送信する。ACK54およびACK55を受信したAP302は、すべてのステーション(STA303~305)からのACKを確認できたため、DL MU PPDU 51で送信したパケットに後続するパケットをDL MU PPDU 56を送信する。
以上のように本実施形態によれば、マルチユーザ環境において送達確認応答(ACK)を確実に確認したうえで後続パケット(DL MU PPDU)を送信することが可能となるため、システムとしてのスループットを向上させることが可能となる。
[実施形態2]
実施形態1では、AP302は、ACKを確認できなかったSTAに向けて、MU-BARを個別送信することでシステム全体のスループットを向上させた。本実施形態では、DL MU PPDUとMU-BARを重畳して送信する例について説明する。以下、実施形態1と異なる点について説明する。
本実施形態におけるAP302の動作は、図4に示した動作フローチャートと同様であるが、MU-BARの送信と後続のDL MU PPDUの送信を並行して実施する点で異なる。図6に、本実施形態におけるAP302とSTA303~305間の動作シーケンス図を示す。AP302は、DL-MU-MIMO送信としてDL MU PPDU 61を各STA303~305へ送信する。DL MU PPDUを受信した各STA303~305は、予め定めた時間T1が経過した時点で、ACKを送信する。実施形態2において述べたように、時間T1は、SIFSでもよいし、これとは別に定めた時間でもよい。図6の例では、STA303とSTA305からそれぞれ送信されるACK62とACK63はAP302に到達するが、STA304から送信されるACKはAP302に到達しなかったとする。
STA304からのACKを確認できなかったAP302は、STA304に対してのみ、予め定めた時間T1が経過した時点でMU-BAR64を送信する。この際、AP302は、ACKを確認できたSTA303とSTA305に向けてはDL MU PPDU 61の後続のDL MU PPDU 65を同時に送信する。すなわち、AP302は、STA304向けのMU-BAR64と、STA303とSTA305向けのDL MU PPDU65を重畳したパケットを送信する。ただし、AP302は、DL MU PPDU 65において、STA304向けの情報を載せないものとする。AP302からDL MU PPDU 65およびMU-BAR 64の重畳パケットを受信したSTA303~305は、あらかじめ定めた時間T1が経過した時点で、それぞれACK66~68を送信する。これに応じて、AP302は、DL MU PPDU69を送信する。DL MU PPDU69は、STA303とSTA305向けには、DL MU PPDU65の後続のパケットであり、STA304向けには、DL MU PPDU61の後続のパケットとなる。
本実施形態によれば、マルチユーザ環境において送達確認要求(MU-BAR)と後続パケット(DL MU PPDU)の送信することが可能となるため、システムとしてのスループットを実施形態1よりも向上することが可能となる。
[実施形態3]
実施形態1では、AP302は、ACKを確認できなかったSTAに向けて、MU-BARを個別送信することでシステム全体のスループットを向上させた。また、実施形態2では、MU-BARと後続のDL MU PPDUとを重畳して(同時に)送信することでシステム全体のスループットを向上させた。本実施形態では、実施形態1のようなMU-BARの個別送信と、実施形態2のようなMU-BARとDL MU PPDUとの重畳送信を所定の条件に基づいて切り替える例について説明する。以下、実施形態1および実施形態2と異なる点について説明する。
(1)ユーザ設定
MU-BARの個別送信と、MU-BARとDL MU PPDUとの重畳送信とを、ユーザ設定に基づいて切り換える。この場合、例えば、AP302の入力部105(図1)がユーザからの設定を動的または固定的に受け付けることにより、MU-BARの個別送信と、MU-BARとDL MU PPDUとの重畳送信とを切り換えることが可能となる。
(2)STAの能力
MU-BARの個別送信と、MU-BARとDL MU PPDUとの重畳送信とを、STAの能力(capability)に切り換える。STAの能力とは、例えば、MU-BARとDL MU PPDUとを重畳した信号をSTAが受信する能力である。AP302は、各STAから受信する信号により、当該能力の有無を確認(判定)することができる。この場合、AP302は、DL MU PPDUとMU-BARの対象となる全てのSTAが当該能力を有していると確認できた場合、MU-BARとDL MU PPDUとの重畳送信を行い、確認できなかった場合、MU-BARの個別送信を行ってもよい。また、例えば、AP302が接続中の全てのSTAが当該能力を有していると確認できた場合、MU-BARとDL MU PPDUとの重畳送信を行い、確認できなかった場合、MU-BARの個別送信を行ってもよい。
(3)ACKの受信状況
MU-BARの個別送信と、MU-BARとDL MU PPDUとの重畳送信とを、最初のACKの受信状況に応じて、切り替える。例えば、図5または図6の例を参照すると、AP302は、最初のACK(ACK52やACK62)を、DL MU PPDUの送信先のうち何台のSTAから受信したか(何割のSTAから受信したか)に基づいて、MU-BARの個別送信と、MU-BARとDL MU PPDUとの重畳送信とを、切り替える。この場合、AP302は、DL MU PPDUの送信先の半数以上からACKが返ってきた場合に、MU-BARとDL MU PPDUとの重畳送信を行い、そうでなければ、MU-BARの個別送信を行ってもよい。また、AP302は、DL MU PPDUの送信先の所定の台数からACKが返ってきた場合に、MU-BARとDL MU PPDUとの重畳送信を行い、そうでなければ、MU-BARの個別送信を行ってもよい。
このように本実施形態によれば、所定の条件に基づいて、MU-BARの個別送信と、MU-BARとDL MU PPDUとの重畳送信とを切り換えることにより、状況に応じてMU通信におけるシステムスループットを向上させることが可能となる。
[その他の実施形態]
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
301:ネットワーク、302:アクセスポイント(AP)、303~305:ステーション(STA)

Claims (8)

  1. 複数の他の通信装置に対して第1のパケットを、DL MU-MIMO又はDL OFDMAにより送信する第1の送信手段と、
    前記複数の他の通信装置の全台数に対する、前記第1のパケットの送信後の所定のタイミングで前記第1のパケットに対する確認応答が受信されなかった通信装置の台数の割合が、所定の割合以上ではない場合に、前記複数の他の通信装置のうち、前記第1のパケットの送信後の前記所定のタイミングで前記第1のパケットに対する前記確認応答が受信されなかった通信装置に対して、前記確認応答を送信させるためのマルチユーザ対応ブロック確認応答要求(MU-BAR)を送信する第2の送信手段と、
    前記割合が前記所定の割合以上である場合に、前記MU-BARを送信せずに前記複数の他の通信装置に対して前記第1のパケットを、DL MU-MIMO又はDL OFDMAにより再送する再送手段と、
    を有することを特徴とする通信装置。
  2. 前記複数の他の通信装置の全てから前記確認応答が受信された後に、前記複数の他の通信装置に対して前記第1のパケットの後続の第2のパケットを、DL MU-MIMO又はDL OFDMAにより送信する第3の送信手段を更に有することを特徴とする請求項1に記載の通信装置。
  3. 前記再送手段は、前記第1のパケットの送信後の前記所定のタイミングで前記確認応答が受信されなかった通信装置から、前記MU-BARの送信後に前記確認応答が受信されなかった場合、前記確認応答が受信されなかった通信装置に対して前記第1のパケットを再送することを特徴とする請求項1または2に記載の通信装置。
  4. 前記再送手段は、前記第1のパケットの再送の回数が所定の回数以上でない場合に、前記第1のパケットを再送信することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の通信装置。
  5. 前記第2の送信手段は、前記MU-BARと前記第1のパケットの後続の第2のパケットとを、DL MU-MIMO又はDL OFDMAにより同時に送信し、前記第2のパケットは、前記複数の他の通信装置のうち、前記第1のパケットの送信後の所定のタイミングで前記第1のパケットに対する確認応答が受信された通信装置を対象とすることを特徴とする請求項1に記載の通信装置。
  6. 前記通信装置はIEEE802.11シリーズに準拠することを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の通信装置。
  7. 通信装置の制御方法であって、
    複数の他の通信装置に対して第1のパケットを、DL MU-MIMO又はDL OFDMAにより送信する第1の送信工程と、
    前記複数の他の通信装置の全台数に対する、前記第1のパケットの送信後の所定のタイミングで前記第1のパケットに対する確認応答が受信されなかった通信装置の台数の割合が、所定の割合以上ではない場合に、前記複数の他の通信装置のうち、前記第1のパケットの送信後の所定のタイミングで前記第1のパケットに対する前記確認応答が受信されなかった通信装置に対して前記確認応答を送信させるためのマルチユーザ対応ブロック確認応答要求(MU-BAR)を送信する第2の送信工程と
    前記割合が前記所定の割合以上である場合に、前記MU-BARを送信せずに前記複数の他の通信装置に対して前記第1のパケットを再送する再送工程と、
    を有することを特徴とする通信装置の制御方法。
  8. コンピュータを、請求項1からのいずれか1項に記載の通信装置として機能させるためのプログラム。
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