WO2004114601A1

WO2004114601A1 - 無線ｌａｎ通信システム

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Publication number: WO2004114601A1
Application number: PCT/JP2004/008480
Authority: WO
Inventors: Toshikazu Katsumata; Takahiro Koharagi; Hiroshi Nomura
Original assignee: The Tokyo Electric Power Company, Incorporated
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2004-12-29
Also published as: US20060126581A1; EP1638255A1; JP2005012725A; TW200501672A; CN1809988A; TWI244287B; JP4108006B2

Abstract

基地局が、各端末ＦＷＡ、ＮＷＡへの送信データを音声用と端末別通常データに類別かつ下り通信トラフィック情報を発生するデータ類別機能、類別されたデータから通常データ用送信キューと音声データ用送信キューを生成するキューイング機能、上記各キューに対する通信品質制御パラメータをそれぞれに設定する通信品質制御パラメータ設定機能、送信時は通信品質制御パラメータに従って上記各キューの送信を行う送受信部、各端末から受信した受信用データから上り通信トラフィック情報を得る受信データ検出機能、下り及び上り通信トラフィック情報に基き通信品質制御パラメータ設定機能の通信品質制御パラメータをそれぞれにダイナミックに調整する通信品質制御パラメータ制御機能を含む。

Description

明細書

無線 L A N通信システム技術分野

この発明は、無線 L AN通信システム、特に CSMA (搬送波感知多重アクセス）方式による無線 L A N通信システムにおける通信優先制御に関する。背景技術

CSMA方式においては、データを送信したい端末 (一般にはノード)は、現在、基地局と他の端末との通信が行われているかどうかを確認し、通信中ならそれが終わるまで待ち、通信が終われば、送信したい各端末がデータ送信を開始する。このとき、どの端末も対等に送信する権利を持つ。もし複数の端末がほぼ同時に送信を始めたとすると、送信されたデータは基地局で衝突することになる。このため、送信する端末は信号を送る時、同時に基地局での通信状況も監視していて、衝突によってデータが壌れていれば、直ちにジャミング信号を一定時間送ってから送信を中止する。ジャミング信号は、衝突検出を確実にするための特別な信号である。その後、送信をしょうとしていた端末は、ある「ランダムな」時間待つた後、再度送信を試みる。そして所定回数再送信を行なっても衝突が発生した場合、送信は失敗したとみなして、あとは上位層での再試行にまかせる。

また、このような通信方式において円滑な通信制御のために優先順位を制御するものとして例えば EDCF (拡張分配調整機能)があり、これは優先制御を行うよう DCFを強化したもので、プライオリティに応じて振り分けられた各キューに通信の優先度を設け、キュー間で仮想的な CSMA/CA (搬送波感知多重アクセス /衝突回避方式)を行うものである。例えば、高木雅裕、外 2名、 " IEEE 8 0 2 . 1 1の動向とその製品化状況" 2 0 0 2年、東芝レビュー、 Vol.57、 Νο.10、ィンターネットく U R L ： http://www.toshiba.co.jp/tech/review/2002/10/57 10pdf/a05.pdf>を参照されたい。

以上のような従来の CSMA (搬送波感知多重アクセス)方式による無線 L A N通信システムにおける優先制御においては、例えば EDCFに見られるように、プライオリティに応じて振り分けられた各キューに与えられる通信の優先度は固定であった。例えば図 2 0に示すように従来の EDCFを設けた送信器では、 HZ w (ハードウエア)が持つポインタにより s zw (ソフトウエア）でデータがリンクされ、送信するデータを優先順位別に分けてそれぞれキュー (待ち行列)を形成する。そして DCF制御部で設定されている各優先順位毎の QoSパラメータ (AIFS, CWmin) [QoSパラメータによるバックオフ] に従って内部選択部で選択されたデータが送信部から送信される。しかしながらこの EDCFでは QoS (通信品質制御)パラメータはそれぞれ固定値である。また、送信先を考慮したものではない。このため、例えば 1つの基地局の通信ェリァ内にある複数の端末のうちの特定の端末が情報量の大きいデータを頻繁に送信した場合等、この端末が独占的に基地局を使用してしまい、他の端末が通信が行えない状況が続いてしまい、通信を状況に応じて円滑に行うための動的な制御を行うことができないという課題があつた。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、 CSMA方式による無線 L A N通信システムにおいて、概して通信の優先順位を通信状況や通信管理側の意向によりダイナミックに変更することにより、状況に応じたより円滑な通信が行える無線 L A N通信システムを提供することを目的とする。発明の開示

上記の目的に鑑み、この発明は、基地局と複数の端末とからなる CSMA方式による無線 L AN通信システムであって、上記基地局が、各端末へ送信するデータを音声データと端末別通常データに類別すると共に下りのデータの通信トラフィック情報を発生するデータ類別機能と、このデータ類別機能で類別されたデータをキュ一操作して通常データ用送信キューおよぴ音声データ用送信キューを生成するキューイング機能と、上記通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キューに対する通信品質制御パラメータをそれぞれに設定する通信品質制御パラメータ設定機能と、送信時には上記通信品質制御パラメータに従つて上記通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キューの送信を行う送受信部と、上記各端末から受信した受信用データから上りの通信トラフィック情報を得る受信データ検出機能と、上記下りおよび上りの通信トラフィック情報に基づいて上記通信品質制御パラメータ設定機能のそれぞれの通信品質制御パラメータをダイナミックに調整する通信品質制御パラメータ制御機能と、を備えたことを特徴とする無線 LAN通信システムにある。図面の簡単な説明

図 1は、この発明による無線 L A N通信システムの概略的構成を示す図、図 2は、この発明による無線 LAN通信システムの基地局のハードウエア構成の一例を概略的に示した図、

図 3は、この発明による無線 LAN通信システムの端末のハードウヱァ構成の一例を概略的に示した図、

図 4は、この発明の一実施の形態による無線 L A N通信システムの基地局と端末のそれぞれの通信制御部の構成を示す図、

図 5は、この発明の無線 L A N通信システムにおけるァクティブ端末台数テ一ブルの一例を示す図、

図 6は、この発明の無線 LAN通信システムにおける FWA区間と FWA/ NWA区間のタイミングチャートを示す図、

図 7は、この発明の無線 LAN通信システムにおける FWA区間算出テーブルの一例を示す図、

図 8は、この発明の無線 L A N通信システムにおける FWA区間調整テーブルの一例を示す図、

図 9は、この発明の無線 LAN通信システムにおける QoSパラメータの一例を示す図、

図 10は、この発明の無線 LAN通信システムにおける QoSパラメータテーブルの一例を示す図、

図 1 1は、この発明の無線 LAN通信システムにおける端末個別トラフィック制御テ一プルの一例を示す図、

図 1 2は、この発明の無線 LAN通信システムにおける端末個別下りトラフィック制御テーブルの一例を示す図、図 1 3は、この発明の無線 L AN通信システムにおける伝送レート係数テープルの一例を示す図、

図 1 4は、この発明の無線 L AN通信システムにおける拡張エレメント" QoS パラメータ" フォーマットの一例を示す図、

図 1 5は、この発明の無線 L AN通信システムにおける拡張エレメント" 端末個別 QoS設定" フォーマットの一例を示す図、

図 1 6は、この発明の無線 L AN通信システムにおけるデータトラフィック制御の一例を示すフローチヤ一ト、

図 1 7は、この発明の無線 L AN通信システムにおけるデータ通信における各テーブルと QoSパラメータとの関係を示す図、

図 1 8は、この発明の無線 L AN通信システムにおける総合的な実際の上りデータトラフィック制御の一例を示すフローチヤ一ト、

図 1 9は、この発明の無線 L AN通信システムにおける総合的な実際の下りデータトラフィック制御の一例を示すフローチヤ一ト、

図 2 0は、従来の EDCFを設けた送信器の一例を示す図である。発明を実施するための最良の形態

この発明は、基本的には CSMA方式による無線 L A N通信システム全てに適用可能であるが、以下では IEEE 8 0 2 . 1 1準拠の CSMA方式における EDCFにおいてこの発明の独自の機能を加えて優先度を可変にしたものについて説明する。

図 1はこの発明による無線 L AN通信システムの概略的構成を示すもので、この発明による機能を備えた基地局 APの通信ェリア F内にこの発明による機能を備えた複数 (例えば n個)の端末 (l〜n)FWAl〜FWAn (固定無線ァクセス端末)がある状態を示す。この発明による機能を備えたとは優先度を可変にした ED CF のことで、以下改良型 EDCF(M'EDCF)とする。またこの発明による機能を備えた基地局 APは通信ェリア F内にある従来の DCFまたは EDCFを備えた端末 NWA1,NWA2- · · (遊動無線アクセス端末）ともそれぞれの機能に基づく通信であれば行うことが可能である。この発明においては、（1 )通信トラフィックの量に応じて QoSパラメータをダイナミックに変更することにより特に下り端末間の通信機会の公平性 (フェァネス機能)を実現可能にする、（ 2 )この発明によるシステム傘下の端末だけではなく IEEE 8 0 2 . 1 1準拠の CSMA方式のシステムの傘下の端末で EDCFを備えるものであればこの発明による基地局が使用可能にする、（3 )特に通信遅延が許されない音声データである VoIP (ボイップ)データの優先順位を最優先させ音声データも含めて円滑な通信等を行う。

図 2は基地局 APのハードゥヱァ構成の一例を概略的に示した図であり、 NMS (ネットワーク管理システム)側からのコード化光ケーブル 1 1は光信号と電気信号との間の変換を行う光 I Z F 1 3あるいは特殊な変換機能を備えた MZ C (メディアコンバータ） 1 5等を介してスィツチ部 1 7に接続される。このスィツチ部 1 7によりこの発明に係わる通信制御部 Aが切り換えて接続され、避雷器 1 9を備えたアンテナ 2 1を介して端末 FWA、端末 NWAとの無線通信が行われる。またスィッチ部 1 7は別の通信制御部 (図示せず)等を接続するための拡張用ケーブル 2 3を備える。電源 2 5は外部の A C電源ケーブル 2 7から電力の供給を受けている。さらにこれらを収納する筐体 2 9は接地線 3 1により接地されている。なお基地局の構成はこれに限定されるものではない。

図 3は端末: FWA、 NWAのハードウエア構成の一例を概略的に示した図であり、ここでは固定式のものを示す。この発明に係わる通信制御部 Bは例えば指向性を有するアンテナ 4 1と一体に無線機 4 3として構成され、電源アダプタ 4 7 を電源とする室内機 4 5に接続されている。なおこの無線機 4 3は、例えば電源を内蔵した携帯型のもの等であってもよく、またアンテナは無指向性のものであつてもよい。なお端末の構成はこれに限定されるものではない。

図 4はこの発明の一実施の形態による無線 L A N通信システムの無線基地局 APおよびこの基地局と通信を行う複数の端末 FWAl^vFWAn、 NWA1のそれぞれの通信制御部の構成を示す図である。

図 4の基地局 APの通信制御部 Aにおいてネットワーク側からまとめて送られてきたデータはデータ類別機能 1 0 3により、 VoIP (音声データ)以外のデータ

(通常データとする)は各端末毎の端末別通常データ用キュー 1 0 5に、また VoIPデータはまとめて oIP用キュー 1 0 7に分離される。これらの端末別通常データ用キュー 1 0 5、 VoIP用キュー 1 0 7はキューイング機能 1 0 9によりキュー操作が行われて通常データ用送信キュー 1 1 3と VoIP用送信キュー 1 1 5が生成される。キューイング機能 1 0 9では VoIPデータは最優先、他の通常データは重み付けラウンドロビンとする。そして通常データ用送信キュー 1 1 3と VoIP用送信キュー 1 1 5は、 QoS (通信品質制御)パラメータ設定機能 1 1 7、 1 1 9に設定されるそれぞれの QoSパラメータ (AIFS， CWmin, CWmax) に基づいて送受信部 1 2 1により各端末 FWAl〜FWAn、 NWA1 ~送信される。この際、キューイング機能 1 0 9での重み付け W、 QoSパラメータ設定機能 1 7 7、 1 1 9での QoSパラメータは、通信トラフィック状況等に基づき通信制御機能部 1 1 1により各端末毎にダイナミックに変更される。

この通信制御機能部 1 1 1は下りおよび上りの通信トラフィック情報 T Iを例えばデータ類別機能 1 0 3、受信データ検出機能 1 2 5から得ると共に、重み付け W、 QoSパラメータを決定するための後述する各種テ一ブル等を記憶するメモリ（記憶機能） 1 1 2を有する。そしてこれらの情報に基づい: T制御が行われる、基地局 APでの QoSパラメータを制御する QoSパラメータ制御機能 1 1 1 a、基地局 APでのキューィングでの重み付け Wを制御するキューィング重み付け制御機能 1 1 1 b、後述する拡張ビーコンを周期的に送信して基地局 APでの QoSパラメータを制御する端末 QoSパラメータ制御機能 1 1 1 c、およぴ通信区間の制御等のその他の通信制御を行う通信制御機能 1 1 1 dを備える。また送受信部 1 2 1で受けた各端末 FWAl〜FWAn、 NWA1- · ·からの受信データは、受信用データ 1 2 3として受信されてネットワーク側に抜ける。この際、受信データ検出機能 1 2 5で受信データの通信トラフィック情報 (送信した端末、データの種類等)が検出される。

また、端末 FWAl〜FWAnの通信制御部 Bではそれぞれ同様の構成なので例えば端末 FWA1についてみると、送受信部 2 1 7で受けた受信用データ 2 1 5 はそのまま端末に取り込まれる。送信データは類別機能 2 0 5により、通常データ用送信キュー 2 0 7と VoIPデータ用送信キュー 2 0 9が生成され、 QoSパラメータ設定機能 2 1 1 , 2 1 3に設定されるそれぞれの QoS パラメータ (AIFS, CWmin, CWmax)に基づいて送受信部 2 1 7より基地局 APへ送信される。そして QoSパラメータ設定機能 2 1 1 , 2 1 3に設定される QoSパラメータは、周期的に基地局 APから各端末 FWA1〜： FWAnに対して送信される EDCFにおけるビーコンを拡張した拡張ビーコン E B (図 4の E Bは通信制御機能部 1 1 1 からの送受信部 1 2 1への制御信号を示す)により通信トラフィック状況等に基づき各端末毎にダイナミックに変更される。

EDCFを備えた端末 NWA1' · ·の通信制御部 Bは、送信時の QoSパラメータ 3 0 7は固定であり、通常データと VoIPデータはまとめて受信用データ 3 0 3 送信用データ 3 0 5として送受信部 3 0 9により送受信される。

ここで QoSパラメータ (AIFS, CWmin, CWmax)の AIFS (任意インターフレ一ムスぺーシング)はシステムにおける最後の通信終了後から次に自端末が送信できる時間までの遅延時間、 CWmin, CWmax (それぞれ最小、最大コンテンシヨンウィンドウ)は遅延時間後の送信時に衝突が発生した場合の優先度を示す。この発明においては、基地局 APからの下りは、端末別通常データ用キュー 1 0 5と VoIP用キュー 1 0 7に分離し、下り端末 FWAl〜FWAn間の公平性を実現すると同時に、 VoIPを最短遅延かつ最優先で送信する。端末 FWA1〜 FWAiiからの上りも通常データ用キュー 2 0 7と VoIP用キュー 2 0 9を分離し、 VoIPを最短遅延かつ最優先で送信する。これにより、端末 FWAl〜FWAn の VoIPデータが全て同等に最優先され公平性が実現できる。

また、アクティブ端末台数テーブル (図 5参照)を設け、これにより QoSパラメータ (AIFS, CWmin, CWmax)をダイナミックに変更し、上り Z下り比率の公平性を実現する。端末 FWAl〜FWAnの QoSパラメータ変更には基地局 AP からの拡張ビーコン E Bを使用する。拡張ビーコン E Bを受信した端末 FWA1 〜FWAnは自身の送信キューの QoSパラメータを変更する。上り各端末間の公平性は DCF方式の機会均等の原則により実現される。

また、 DCF、 EDCF方式を用いる端末 NWAl' "とはアクセス方式に互換性を持ち一元的に収容するが、端末 FWA1〜； FWAnの FWA端末専用の期間を設けることにより FWA端末を優先する。

また、上述の基地局 APを多数管理する NMS (ネットワーク管理システム：特に図示せず)からの指示 S (図 4の基地局 AP参照)により、特定端末を指定して通信トラフィック量の制御 (制限/拡張)を行わせる機能をサポートする。

キューィング処理

基地局 AP下りではネットワーク側からまとめて送られてきた受信データはデータ類別機能 1 0 3により、通常データは各端末毎の端末別データ用キュー (TCP/UDP混在） 1 0 5に、また VoIPデータはまとめて VoIP用キュー 1 0 7 に分離される。受信データのバケツト内の宛先 MACアドレスと基地局 APが格納しているァソシエーション端末情報 (図示省略)内の MACァドレス情報により端末毎の振り分けを行う。更に VoIPパケットの識別を行い、 VoIP用キュー 1 0 7にエンキユーする。またキューイング機能 1 0 9において、データ用キューの長さは端末毎に有限とし、キューをあふれさせるような過大なトラフィックがあれば、エンキユーせずに捨てる。

VoIPバケツトについてはデータがあれば最優先に送信する。 QoSパラメータは VoIP用の最優先の設定がなされている。データバケツトについては各端末間のデキュー論理は基本はラウンドロビンとし、各端末間は公平が保たれ、 QoS パラメータ設定機能 1 7 7、 1 1 9での QoSパラメータ,によって規定される優先度にて送信される。端末個別トラフィック制御テーブル (下り） (図 1 1参照)の内容によりラウンド口ビンの重み付けをする。

端末 FWAl〜FWAnの上りも類別キューィング機能 2 0 5により、データ用送信キュ一 (TCP/UDP混在） 2 0 7と VoIPデータの VoIP用送信キュ一 2 0 9 を分離し、 VoIPパケットは高優先度で送信する。

上り Z下りの比率制御

上り Z下りの比率制御に関しては、図 5のァクティブ端末台数テ一ブルに示すように、基地局 APより下り送信中の宛先端末台数と、端末 FWA1〜： FWAn、

NWAl ' "より上り送信中の台数を基地局 APにて求めるために、端末ごとに送受信の有無を管理するテーブルを基地局 APの例えばメモリ 1 1 2用意する。端末ごとの送受信の有無は、通信制御機能 1 1 1 dが下りおよび上りの通信トラフィック情報 T Iをデータ類別機能 1 0 3、受信データ検出機能 1 2 5から得て作成する。図 5のテーブルで送受信の有無の初期値は「送 (受)信なし」（X )であり、上り/下りバケツ 1、の存在を検出時に、対応する端末に関するバケツト送信 Z受信有無の判断を「送 (受)信あり」（〇）とする。下り FWA通常データ上り FWA 通常データ/下り NWAデータ/上り NWAデータ/下り FWA VoIPデータ Z 下り FWA VoIPデータの 6つを分けて記録する。

一定期間 (例えば 500ms程度)バケツトの送受信が無いものについては「送 (受）信なし」とする。「送 (受)信あり」の数の合計をそれぞれ基地局、端末の重み付けの基準とし、 QoSパラメータをダイナミックに変更するための基準とする。上り/下りの通信トラフィック比率は例えば [ 「送 (受)信あり」の数 Z該基地局に対するァソシエーション端末数] で求まる。ァソシエーション端末とは現在基地局と通信可能な端末のことである。

図 5のァクティブ端末台数テーブルの情報より、端末 FWAl〜nに設定する CWminの値を拡張ビーコン E Bに乗せ、端末 FWAl〜nの QoSパラメータ設定機能 2 1 1 , 2 1 3における CWminの値をダイナミックに変更する。同時に基地局 AP自身の QoSパラメータ設定機能 1 7 7、 1 1 9内の CWminも変更する。

図 1 6にデータトラフィック制御の一例のフローチャートを示す。ここでは、まず基地局 AP側で、ァソシェーション端末数と図 5のァクティプ端末台数テープルの情報に基づき上り/下りの通信トラフィック比率を計算し、これに基づき CWmin等の QoSパラメータを決定し、拡張ビーコン E Bで各端末 FWAに通知する（ステップ S 1 )。

基地局 AP側では、決定した QoSパラメータに従って下りデータを、通常デ一タは各端末別にデータ送信キューを経由して送信し、 VoIPデータはまとめて最優先される VoIP用送信キュー経由で送信し、データ送信キューをオーバーフローしたデータは破棄する（ステップ S 2 )。

端末 FWA側では、受信した QoSパラメータに従つて上りデータを送信し、 VoIPデータは最優先される VoIP用送信キュー経由で送信し、データ送信キュ一をオーバーフローしたデータは破棄する（ステップ S 3 )。

そして基地局 APではァソシエーション端末数が変化した場合にはステツプ S

1に戻って再度、通信トラフィック比率の計算を行う（ステップ S 4 )。また、図 5のアクティブ端末台数テーブルと同様にして、各種データの上り、下りのデータの所定期間内の通信回数を各端末毎に求めて、所定の閾値を超えた端末に対して上り、下りに分けて優先度を下げるように QoSパラメータを制御することで公平性が実現できる。

また、上り FWA通常データ台数と上り NWAデータの比率により図 6に示す後述する FWA区間 (M'EDCF方式区間）と FWA/NWA区間 (M'EDCF/

EDCF-DCF方式区間)の長さを算出するための基準とする。

FWA区間と FWA/NWA区間

図 6には FWA区間 (M-EDCF方式区間）と FWAZNWA区間 (M'EDCFZ EDCF'DCF方式区間)のタイミングチャートを示す。端末 NWAを端末 FWAより優先度を低く保ち、衝突頻度の増加を回避しつつ、端末 FWA1〜！！間での優先度制御を実現する方法として、この FWA区間と FWAZNWA区間を設ける。図 6の基地局 APと端末 FWA1、 FWA2および端末 NWA1との間の動作を説明すると、基地局 APから端末 FWA1、 FWA2および端末 NWA1へ拡張ビーコン E B (NAV (ナブ)をセットする情報を含む)が送信されると、端末 NWA1は NAV (ナブ)がセットされている間は送信できず、例えば端末 FWA1が AIFS (任意インターフレームスぺーシング)すなわち端末 FWA1に現在設定されている遅延時間の後に基地局 APへ送信要求 RTSを行い、これに基地局 APが送信了承 CTSで答え、端末 FWA1から VoIPデータ DATAが送られ、これに基地局 AP ' が承認 ACKで答える。同様な手続で今度は基地局 APから端末 FWA2へ通常データ (DATA)が送られる。そして NAV (ナブ)が解除され FWA区間が終了し； FWAZNWA区間になると、最初に同様な手続で端末 FWA2から基地局 APへ VoIPデータ (DATA)が送られるが、次にはやはり同様な手続に従って今度は端末 NWA1から基地局 APへ通常データ (DATA)が送られる。

ここで基地局 APから各端末 FWAおよび端末 NWAへ送信される拡張ビーコン E Bでは CWmin等の設定 QoSパラメータの他に端末 NWA1, · · ·に NAV (ナブ)をセットして所定期間送信しない状態にするためのパラメータ

CFPMaxDuration (コンテンションフリ一期間最大遅延)が含まれ、このパラメ一タ CFPMaxDurationにより拡張ビーコン E B間の FWA区間と FWA/NWA区間の比率が設定される。

CFPMaxDurationの値を決めるのは図 7に示す FWA区間算出テーブルであり、これは図 5のアクティブ端末台数テーブルの上り FWA通常データ台数と上り NWAデータの比率により FWA区間の時間を算出するためのテーブルであり基地局 APの例えばメモリ 1 1 2に格納される。

なお、図 7の FWA区間算出テーブルで求まる区間長に対し、 NMS (ネットヮーク管理システム)から基地局 APに対する指令 Sによる FWAZNWA区間比率設定の一例 (FWA区間調整テーブル)を図 8に示す。図 8の FWA区間調整テーブルを変更することにより比率制御を可能とする。比率は 1/4、 1/2、 1(制御無し)、 2倍、 4倍の 5つの値を取り得るものとし、 M'EDCF方式区間すなわち FWA区間は 2 [ms：!〜 9 8 [ms]の範囲内とする。そして本比率を下りのデキュー時すなわちキューイング機能 1 0 9によるキューイングの際の重み付け Wにも反映させる。尚、公平性の各パラメータに対する影響が大きいため、ビーコン間隔は 1 0 0 ms固定とする。

QoSパラメータ

また QoSパラメータに関し、 CWminを小さくし、基地局 APや端末 FWAの優先度を上げる場合、例に示すように、無線区間でのパケット衝突の頻度が高まる危険性がある。

く例〉

基地局全端末とも CWmin= 1 5にて 6 4台の端末が送信時、同一バックォフ時間となる端末の平均台数は 6 4 /( 1 5 + 1 )== 4台

基地局/全端末とも CWmin= 6 ,3にて 6 4台の端末が送信時、同一バックオフ時間となる端末の平均台数は 6 4 Z( 6 3 + 1 )= 1台

そこで端末 NWAすなわち NWA端末を端末 FWAすなわち FWA端末より優先度を低く保ち、衝突頻度の増加を回避しつつ、 FWA端末間での優先度制御を実現する方法として、 M'EDCF期間と NWA期間を設ける。 M' EDCF期間では基地局 AP及び端末 FWAに対して、 CWminを大きくする方向を含む、自由な QoSパラメータの設定が可能である。

QoSパラメータは例えば図 9に示すように設定する。基地局 Z端末の比率制御により、 QoSパラメータをダイナミックに変更する。

また図 1 0の（a )および（b )に示す QoSパラメータテーブルは、上りァクティブ端末台数、下りアクティブ端末台数、 VoIPアクティブ端末台数によって QoS パラメータをダイナミックに変更するためのテーブルである。（ a )に示すァクティブ端末台数テーブルにて算出した端末台数によって、各 QoSパラメ一タの最適値を表引きして、（b )に示すように各パラメータを決定する。

特定ユーザの個別帯域制限制御

特定ユーザを指定して、個別に帯域の制限制御を行う機能をサポートする。上りについては拡張ビーコン E Bで、 CWminを変更することで実現する。下りについてはデキュー時の重み付け Wを変化させることで実現する。

NMSより基地局 AP経由で指示 S (図 4の基地局 AP参照)によりトラフイツク制御対象の端末 FWAに対して設定を行う。設定内容は図 1 1 (端末個別トラフィック制御テーブル)に示すように、上り通常データの CWminの変更パラメータ、下り通常データのデキュー時の重みを含むものとする。本設定内容は端末 FWA内のフラッシュメモリ（図示省略：例えば図 4の端末 FWAの QoSパラメータ設定機能内等に備えられている）に格納されるため、リセットされても情報が保持される。設定を有効とするためにリセット後の再アソシエーションが必要である。尚、ベスト基地局選択機能にて別の基地局にアソシエーション先が変更になっても、この情報が保持される。端末 FWAは自身の上り通常データ送信時に、拡張ビーコン E Bで通知される QoSパラメータの中の CWminに、この値を乗じた値 (正確には 1を加えて乗じた後、 1を減じる）を H/W送信キューにセッ卜する。

下りのトラフィック制御量を基地局 APに通知するには、端末 FWAのァソシエーシヨン時にァソシエーション要求内にこの情報を載せる方法で行なう。ァソシエーシヨン要求フォーマツトへの追加エレメントの詳細は後述の「ァソシエーシヨン要求フォーマット」にて記述する。アソシエーション要求を受信した基地局 APが図 1 2に示す端末個別下りトラフィック制御テーブルを作成する。これは、基地局 APから端末； FWAへの下り送信にて、個々の割当て帯域をデキュー時の重み付けで増減するのに使用するテーブルである。上りノ下りとも、トラフイツク制御値としては、 1/4、 1/2、 1(制御無し)、 2倍、 4倍の 5つの値を取り得るものとする。

VoIP優先方式

VoIPは最優先で送信するため、下りについては AIFS= 1 ( 2 5 s )、 CWmin= lとする。上りについては AIFS= 1 ( 2 5 μ s )、 CWminを 1〜 1 5 の何れかで端末'台数によって可変とする。また、遅延時間や遅延揺らぎを考慮して、 CWmaxなどの再送時のパラメータを設計する。 CWmin、 CWmax等のパラメータは、シミュレーション、実機評価に基づき個々のシステムで決定するようにしてもよレ、。

送信時間均等機能

送信時間均等 (―→送信機会均等)機能を実現するために、基地局 APにおける各端末 FWA向け下り通常データのデキュ一重み、及び各端末 FWAにおける基地局 AP向け上り通常データの CWminの値を伝送レート（基地局一端末間の通信距離により変化する）によって可変とする。図 1 3に示す伝送レート係数を QoSパラメータに乗じる (正確には 1を加えて乗じた後、 1を減じる)。この伝送レートは例えば送受信部（1 2 1 , 2 1 7 , 3 0 9等)力ら得られる。

本送信時間均等機能を NMSからの指示 Sにて有効 Z無効とする。本設定は NMSより基地局 APに対して設定し、基地局 AP内のフラッシュメモリ（図示省略：例えば図 4の基地局 APのメモリ 1 1 2内に備えられている）に例えばフラグとして保存される。この情報が下りに反映されると同時に、上りについては基地局 APからの拡張ビーコン E Bにて各端末； FWAが認識する。

拡張ビーコンノプローブ (Probe)応答フォーマツト

また、ビーコン及びプローブ (Probe)に拡張ェレメント（Element) QoSパラメータを追加する。図 1 4に拡張エレメント" QoSパラメータ" のフォーマットの一例を示す。

アソシエーション要求フォーマツト

NMSより端末 FWAに設定された特定ユーザの個別帯域制限制御内容を基地局 APに伝えるためのエレメントと、 VoIP付加サービス契約有無情報通知のェレメント、送信時間均等機能の有無設定をアソシエーション要求フォーマツトに追加する。図 1 5に拡張エレメント" 端末個別 QoS設定" フォーマツトの一例を示す。

また、図 1 7にはデータ通信における上記各テーブルと QoSパラメータとの関係を示す。図 1 7において、 F 5は図 5に示すアクティブ端末台数テーブル、以下、 F 7は図 7に示す FWA 間算出テーブル、 F 8は図 8に示す FWA区間調整テーブル、 F 1 0は図 1 0に示す QoSパラメータテーブル、 F 1 1は図 1 1に示す端末個別トラフィック制御テーブル、 F 1 2は図 1 2に示す端末個別下りトラフィック制御テーブル、 F 1 3は図 1 3に示す伝送レート係数テーブルを示す。

以上、説明してきた機能を複数組み合わせた実際のデータトラフィック制御の一例を以下に説明する。図 1 8には上りデータトラフィック制御、図 1 9には下りデータトラフィック制御のフローチャートを示す。

まず図 1 8の上りデータトラフィック制御に関し、基地局 APにおいて、ァソシエーション端末の中からデータ通信中のァクティブ端末数を FWA端末 (端末 FWAのこと）、 NWA端末 (端末 NWAのこと）、 FWA-VoIP端末 (FWA端末のうちの VoIPデータの通信を行うもの)別に検出し、図 5に示すアクティブ端末台数テーブルを更新する（ステップ S 1 1 )。次に、アクティブ端末台数テーブルの台数を引数として、図 1 0に示す QoSパラメータテーブルから該当する通常データ、 VoIPデータの各 QoSパラメータ（CWmin,CWmax，AIFS)を決定する（ステツプ S 1 2 )。

次に、図 1 3に示す伝送レート計数テーブルに従い、上り伝送レート（54Mbps 〜6Mbps)に応じた係数を CWmin値に乗じる（ステップ S 1 3 )。また、 NMSからの指示により図 1 1に示す端末個別トラフィック制御テーブルに基づき、個別トラフィック制御係数を CWinin値に乗じる（ステップ S 1 4 )。そして QoSパラメータを拡張ビーコン E Bで各端末 (FWA，NWA，FWA-VoIP)に通知する（ステップ S 1 5 )。

これにより各端末では、拡張ビーコン E Bにより受けた QoSパラメータを元に上りデータを送信する。 VoIPデータは VoIP (優先)データ用送信キュー（2 0

9 )を経由する。また各データ送信キューをオーバーフローしたデータは破棄する（ステップ S 1 6 )。

次に図 1 9の下りデータトラフィック制御に関し、基地局 APにおいて、ァソシエーシヨン端末の中からデータ通信中のァクティブ端末数を FWA端末 (端末

FWAのこと）、 NWA端末 (端末 NWAのこと）、 FWA- VoIP端末 (FWA端末のうちの VoIPデータの通信を行うもの)別に検出し、図 5に示すァタティブ端末台数テーブルを更新する（ステップ S 2 1 )。次に、アクティブ端末台数テーブルの台数を引数として、図 1 0に示す QoSパラメータテーブルから該当する通常データ、 VoIPデータの各 QoSパラメータ（CWmin,CWmax，AIFS)を決定する（ステツプ S 2 2 )。

次に、図 1 3に示す伝送レート係数テーブルに従い、下り伝送レート（54Mbps 〜6Mbps)に応じた係数を CWmin値に乗じる（ステップ S 2 3 )。また、 NMSからの指示により作成された図 1 1、 1 2に示す端末個別トラフィック制御テープルに基づき、個別トラフィック制御係数に応じたラウンド口ビンの重みを決定する（ステップ S 2 4 )。

そして決定された QoSパラメータとラウンド口ビンの重み係数に基づき、各端末毎の送信キュー（1 0 5 , 1 1 3 )を経由してラウンドロビンにて下りデータを送信する。 VoIPデータは VoIP (優先)データ用送信キュー（1 0 7 , 1 1 5 )を経由する。また各データ送信キューをオーバーフローしたデータは破棄する（ステツプ S 2 5 )。

上記のようにこの発明によれば、基地局と複数の端末とからなる CSMA方式による無線 L AN通信システムであって、上記基地局が、各端末へ送信するデータを音声データと端末別通常データに類別すると共に下りのデータの通信トラフイツク情報を発生するデータ類別機能と、このデータ類別機能で類別されたデ一タをキュ一操作して通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キュ一を生成するキューイング機能と、上記通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キューに対する通信品質制御パラメータをそれぞれに設定する通信品質制御パラメータ設定機能と、送信時には上記通信品質制御パラメータに従って上記通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キューの送信を行う送受信部と、上記各端末から受信した受信用データから上りの通信トラフィック情報を得る受信データ検出機能と、上記下りおよび上りの通信トラフィック情報に基づいて上記通信品質制御パラメータ設定機能のそれぞれの通信品質制御パラメータをダイナミックに調整する通信品質制御パラメータ制御機能と、を備えた無線 L A N通信システムとしたので、通信の優先順位を通信状況等によりダイナミックに変更することにより、状況に応じたより円滑な通信が行える無線 L A N通信システムを提供することができる。産業上の利用の可能性

この発明は、多くの分野の無線 L A N通信システムに適用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 基地局と複数の端末とからなる CSMA方式による無線 L A N通信システムであって、

上記基地局が、

各端末へ送信するデータを音声データと端末別通常データに類別すると共に下りのデータの通信トラフィック情報を発生するデータ類別機能と、

このデータ類別機能で類別されたデータをキュー操作して通常データ用送信キユーおょぴ音声データ用送信キューを生成するキューイング機能と、

上記通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キューに対する通信品質制御パラメータをそれぞれに設定する通信品質制御パラメータ設定機能と、送信時には上記通信品質制御パラメータに従って上記通常データ用送信キューおよび音声データ用送信キューの送信を行う送受信部と、

上記各端末から受信した受信用データから上りの通信トラフィック情報を得る受信データ検出機能と、

上記下りおよび上りの通信トラフィック情報に基づいて上記通信品質制御パラメータ設定機能のそれぞれの通信品質制御パラメータをダイナミックに調整する通信品質制御パラメータ制御機能と、

を備えたことを特徵とする無線 L A N通信システム。

2 . 上記下りおよび上りの通信トラフィック情報に基づいて上記キューイング機能におけるキュー操作での重み付けを制御するキューィング重み付け制御機能を備えたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の無線 L AN通信システム。

3 . 上記キューイング機能が、キューの長さを端末毎に有限にし、キューからあふれたデータは廃棄することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の無線 L A N通信システム。

4 . 上記基地局が、上記下りおよび上りの通信トラフィック情報に基づいて上記各端末に対して端末での送信時の通信品質制御パラメータをそれぞれに調整するビーコンを周期的に発生する端末通信品質制御パラメータ制御機能を備え、少なくとも 1つの上記端末が、基地局へ送信するデータを音声データと通常データに類別する類別機能と、上記音声データと通常データに対する通信品質制御パラメータをそれぞれに設定すると共に、上記ビーコンにより上記通信品質制御パラメータがそれぞれにダイナミックに調整される通信品質制御パラメータ設定機能と、

送信時には上記通信品質制御パラメータに従つて上記通常データおよび音声データの送信行う送受信部と、

を備えたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の無線 L A N通信システム。

5 . 上記通信品質制御パラメータ制御機能および端末通信品質制御パラメータ制御機能において、上記音声データに対する上記通信品質制御パラメータの遅延時間および優先度をそれぞれ常に最短遅延、最優先になるように制御することを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の無線 L AN通信システム。

6 . 上記基地局が、上記下りおよび上りの通信トラフィック情報に基づいて各端末での送受信状態を示すァタティブ端末台数テーブルを作成する通信制御機能を備え、上記通信品質制御パラメータ制御機能および端末通信品質制御パラメ一タ制御機能がこのテーブルに基づいて、通信の下りと上りの比率を公平にするようにそれぞれの通信品質制御パラメータ制御を行うことを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の無線 L AN通信システム。

7 . 上記基地局が、通信時の送信時間を均等にするように伝送レートに対する予め定められた伝送レート係数を示す伝送レート係数テーブルを備え、上記通信品質制御パラメータ制御機能および端末通信品質制御パラメータ制御機能において上記通信品質制御パラメータを制御する際に上記伝送レート係数が考慮されることを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の無線 L A N通信システム。

8 . 上記下りおよび上りの通信トラフィック情報に基づいて上記キューィング機能におけるキュー操作での重み付けを制御するキューイング重み付け制御機能を備え、上記基地局の上位側からの指示により、上記端末通信品質制御パラメ一タ制御機能が上記ビーコンにより端末の上記通信品質制御パラメータ設定機能を制御し、上記キューィング重み付け制御機能が上記キューィング機能におけるキユー操作の重み付けを制御して、特定端末への通信トラフィックが制御されることを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の無線 L AN通信システム。

9 . 上記端末通信品質制御パラメータ制御機能が発生するビーコンが、上記通信品質制御パラメータ設定機能を備えていない端末をビーコンの周期の間の所定期間、送信不能状態にする情報を含むことを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の無線 L A N通信システム。