WO2020045105A1 - 無線ｌａｎ通信システム、アップリンク制御方法および無線制御装置 - Google Patents

無線ｌａｎ通信システム、アップリンク制御方法および無線制御装置 Download PDF

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wireless
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radio
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章太 中山
河村　憲一
泰司 鷹取
佳佑 若尾
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日本電信電話株式会社
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    • H04W84/10—Small scale networks; Flat hierarchical networks
    • H04W84/12—WLAN [Wireless Local Area Networks]

Definitions

  • a mobile cooperative wireless LAN system that increases system capacity even in a high-density environment of APs by controlling a wireless LAN base station (AP) in cooperation with a mobile line is being studied.
  • AP wireless LAN base station
  • the ⁇ mobile cooperative wireless LAN system ⁇ includes a wireless controller, a wireless LAN base station (AP), and a wireless LAN terminal (STA), and is operated in a multi-band / multi-access environment.
  • the wireless control device connects to an AP in the network in the system, and performs information collection and control.
  • the STA is connected to the AP by a wireless LAN, and transmits wireless environment information to the wireless control device through an internal network or a cell network.
  • the degree of exposure between APs is estimated by a wireless control device based on collected wireless environment information. By calculating the degree of exposure between the APs, the transmission power control and the reception power threshold control of each AP can be appropriately performed according to the wireless environment, and the communication capacity can be increased.
  • IEEE 802.11ax (hereinafter, 11ax) has been proposed as a next-generation wireless LAN standard that further speeds up IEEE 802.11ac (hereinafter, 11ac).
  • 11ax a new interference avoidance technology and a frequency selection technology are introduced in order to avoid a decrease in communication speed and a decrease in communication opportunities due to congestion in a wireless environment.
  • One of them is a multi-user transmission technology that can improve the average throughput of each user and maintain the communication speed of each user even when many users are connected.
  • MU-MIMO downlink multi-user MIMO
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • FIG. 16 illustrates the principle of trigger frame collision.
  • AP1 and AP2 are wireless LAN base stations using the same channel.
  • the circular range around each AP is a radio wave reach range.
  • the area where the radio wave reach ranges overlap is the radio wave interference zone.
  • STA # 1 and STA # 2 are terminals belonging to AP1.
  • AP1 and AP2 are outside the radio wave coverage of each other and are in a hidden terminal relationship, and it is assumed that STA # 1 is exposed when receiving.
  • TRG trigger frame
  • STA # 1 cannot receive the trigger frame of AP1, and cannot transmit the uplink data frame.
  • a first invention provides a wireless LAN in which a plurality of BSSs using the same channel respectively perform uplink multi-user transmission in units of a BSS composed of one wireless LAN base station and a plurality of wireless LAN terminals belonging thereto.
  • a plurality of BSSs are connected to a wireless LAN base station and a wireless LAN terminal, collect wireless information indicating an interference state of each radio wave, and, based on the wireless information, mutually exchange BSSs using the same channel.
  • a BSS outside the radio wave coverage area is included in the same group, and a wireless control device is provided for performing control for shifting the timing of channel access for performing multi-user transmission of uplink between different groups.
  • the wireless control device is configured to determine, based on the wireless information, a minimum number of groups among combinations in which the received power from the wireless LAN base station and the wireless LAN terminal between the BSSs is equal to or less than a predetermined level. This is a configuration for performing a grouping process for selecting a combination.
  • the wireless control device is configured to perform a grouping calculation using a hierarchical cluster analysis technique in which BSSs having small received powers are sequentially grouped.
  • the wireless control device randomly selects a BSS outside the radio wave coverage of the entire group from the BSS forming the first group and assigns the BSS to the group. This is a configuration for performing the used grouping calculation.
  • the wireless control device is configured to sequentially assign channel access timing to a group n (n is 1 to N, N is the number of groups) at predetermined time intervals.
  • the wireless control device sequentially assigns channel access timing to a group n (n is 1 to N, N is the number of groups) at predetermined time intervals, NAV is set for the group of.
  • the wireless control device is configured to notify whether or not channel access is possible in response to an inquiry from the wireless LAN base station of each group.
  • a second invention provides a wireless LAN in which a plurality of BSSs using the same channel respectively perform uplink multi-user transmission in units of a BSS composed of one wireless LAN base station and a plurality of wireless LAN terminals belonging thereto.
  • a wireless controller connected to a plurality of BSS wireless LAN base stations and wireless LAN terminals collects wireless information indicating interference states of respective radio waves, and according to the wireless information, BSSs that are outside the radio wave coverage of each other among BSSs using the same channel are set to the same group, and control is performed to shift the timing of channel access for uplink multi-user transmission between different groups.
  • a third invention is a wireless LAN in which a plurality of BSSs using the same channel perform uplink multi-user transmission in units of a BSS composed of one wireless LAN base station and a plurality of wireless LAN terminals belonging thereto.
  • a wireless control device of a system a BSS that is connected to a plurality of BSS wireless LAN base stations and wireless LAN terminals, collects wireless information indicating interference states of respective radio waves, and uses the same channel according to the wireless information.
  • BSSs that are out of the radio wave coverage of each other are set to the same group, and control is performed to shift the timing of channel access for performing uplink multi-user transmission between different groups.
  • BSSs that are out of range of each other between BSSs using the same channel are set to the same group, and uplink MU transmission is performed between different groups.
  • uplink MU transmission is performed between different groups.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of UL-MU transmission timing control between different groups. It is a figure showing the example of network composition in the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless control device 10.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an AP 20.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an STA 30.
  • 5 is a flowchart showing an overall processing procedure in the wireless LAN system of the present invention. It is a flowchart which shows the example of a processing procedure of grouping calculation (S3) using the hierarchical cluster analysis technique.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of creating an interference list.
  • a feature of the present invention is that, in units of a BSS composed of a plurality of STAs belonging to each AP and each AP, BSSs that are out of radio range from one another among BSSs using the same channel are grouped together. Grouping is performed to separate the timing of uplink multi-user transmission (UL-MU transmission) between different groups. That is, APs of different groups shift transmission timings of control frames (trigger frames and MU-RTS) in UL-MU transmission, thereby preventing collision of control frames and improving transmission efficiency.
  • UL-MU transmission uplink multi-user transmission
  • FIG. 1 shows an example of grouping of wireless LAN base stations (APs).
  • APs wireless LAN base stations
  • FIG. 1 the wireless LAN base stations AP1 to AP9 and the radio wave coverage of each are shown by circles.
  • APs one away from each other for example, AP1, AP3, AP5, AP7, and AP9 are in the same group because they are BSSs outside the radio wave coverage.
  • AP2, AP4, AP6, and AP8 are also in the same group because they are BSSs outside the radio wave range.
  • FIG. 2 shows an example of timing control of UL-MU transmission between different groups.
  • AP1 to AP3 are wireless LAN base stations using the same channel, and STA # 1 and STA # 2 are wireless LAN terminals belonging to AP1.
  • AP1 to AP3 are outside the radio wave range of each other and are in a hidden terminal relationship, and it is assumed that STA # 1 is exposed when receiving.
  • AP1 and AP3 are group 1 and AP2 is group 2, and channel access is sequentially granted to each group by round robin.
  • all wireless LAN base stations (here, AP1 and AP3) belonging to group 1 can perform channel access.
  • AP1 transmits the trigger frame to STA # 1 and STA # 2 to which the trigger frame belongs
  • the trigger frame transmitted by AP3 is out of the radio wave coverage, and AP2 does not transmit the trigger frame, so that no collision occurs.
  • all wireless LAN base stations (here, AP2) belonging to the group 2 can access the channel.
  • FIG. 3 shows a network configuration example according to the present invention.
  • the AP 20 and the STA 30 are connected by a wireless LAN.
  • the AP 20 and the wireless control device 10 are connected by a wired cable.
  • the STA 30 and the wireless control device 10 are connected via the AP 20 and connected via a mobile line and the Internet.
  • the wireless controller 10 collects the peripheral AP information (RSSI) in the AP 20 and the peripheral AP information (RSSI) and the peripheral STA information (RSSI) in the STA 30 via the AP 20 or a mobile line.
  • RSSI peripheral AP information
  • RSSI peripheral AP information
  • RSSI peripheral STA information
  • FIG. 4 shows a configuration example of the wireless control device 10.
  • the wireless control device 10 includes an AP control unit 11, a wireless information collecting unit 12, a wireless information database unit 13, and a connection I / F unit 14.
  • the AP control unit 11 includes a grouping calculation unit 111 and a scheduling calculation unit 112.
  • the connection I / F unit 14 performs connection with each AP and connection with each STA via the Internet.
  • the wireless information collecting unit 12 polls the AP 20 and the STA 30 to acquire wireless information and stores the wireless information in the wireless information database unit 13.
  • the wireless information to be collected includes belonging STA information and peripheral AP information (RSSI) from the AP 20, and belonging AP information, peripheral AP information (RSSI), and peripheral STA information (RSSI) from the STA 30.
  • the grouping calculation unit 111 of the AP control unit 11 extracts the collected wireless information from the wireless information database unit 13, calculates the grouping, and stores the result in the wireless information database unit 13. As examples of the grouping calculation, the respective methods of the grouping using the hierarchical cluster analysis method and the AP random grouping will be separately described with reference to FIGS.
  • the scheduling calculation unit 112 obtains the grouping result from the wireless information database unit 13 and calculates the scheduling. Specifically, it will be described separately with reference to FIG.
  • the AP control unit 11 notifies the AP 20 of the calculation result of the grouping or the scheduling and sets the result.
  • FIG. 5 shows a configuration example of the AP 20.
  • the AP 20 includes a control unit 21, a connection I / F unit 22, an antenna 23, and a wireless processing unit 24.
  • the control unit 21 includes a wireless information acquisition unit 211 and a wireless information notification unit 212.
  • the wireless information acquisition unit 211 of the control unit 21 collects wireless information from other APs and STAs belonging to the AP.
  • the wireless information notification unit 212 transmits the obtained wireless information to the wireless control device 10.
  • the control unit 21 receives control parameters (such as a channel access schedule) from the wireless control device 10 and controls channel access.
  • FIG. 6 shows a configuration example of the STA 30.
  • the STA 30 includes a control unit 31, antennas 32 and 33, and a wireless processing unit.
  • the control unit 31 includes a wireless information acquisition unit 311 and a wireless information notification unit 312.
  • the wireless information acquisition unit 311 of the control unit 31 collects wireless information from other APs and belonging STAs.
  • the wireless information notification unit 312 transmits the obtained wireless information to the wireless control device 10.
  • FIG. 7 shows an overall processing procedure in the wireless LAN system of the present invention.
  • the presence or absence of the UL-MU transmission control is set in the wireless control device 10 (S1).
  • processing is performed in the order of wireless information collection (S2), grouping calculation (S3), and scheduling calculation (S4).
  • S5 the control in the wireless control device 10 is turned off (S5, No), the process in the scheduling calculation unit 112 stops, and the entire process ends.
  • the wireless information collection unit 12 of the wireless control device 10 polls the AP 20 and the STA 30, acquires wireless information, and stores the wireless information in the wireless information database unit 13.
  • FIG. 8 shows a processing procedure example of the grouping calculation (S3) using the hierarchical cluster analysis method.
  • the grouping calculation unit 111 of the AP control unit 11 of the wireless control device 10 extracts the collected wireless information from the wireless information database unit 13 and creates an interference list (S31).
  • APs are grouped using a hierarchical cluster analysis technique (S32).
  • FIG. 9 shows an example of creating an interference list.
  • the interference list shown in FIG. 9A is an example in which the interference list is created based on peripheral AP information (RSSI) collected from each AP.
  • the interference list in FIG. 9 (2) is an example in which among the peripheral AP information (RSSI) collected from each STA, the largest one among the peripheral AP information (RSSI) from the STA belonging to the AP is the interference between APm and APn. It is.
  • the interference list of FIG. 9 (3) among the peripheral STA information (RSSI) collected from each STA, the largest one among the peripheral STA information (RSSI) from the STA belonging to the AP is assumed to be the interference between APm and APn. It is.
  • the interference list of Example (1) may be created from the interference lists of Examples (2) and (3).
  • FIG. 10 shows an example of grouping using the hierarchical cluster analysis method.
  • APs having smaller RSSI values are sequentially grouped based on an interference list between AP1 to AP5.
  • AP1 and AP2 are referred to as a cluster (CL) 1.
  • the distance between CL1 and AP3 is the maximum value of the distance between AP1, AP2 and AP3 constituting CL1.
  • the distance between CL1 and AP4 is -12.61 °
  • the distance between CL1 and AP5 is -12.35 °.
  • the distance between AP3, AP4, and AP5 remains the same. Of these, if the ones with the smallest distance are grouped, the distance -18.18 ° between CL1 and AP3 becomes the smallest, so CL1 and AP3 are set as CL2.
  • the distance between CL2 and another AP is -12.61 °
  • the distance between CL1 and AP5 is -12.35 °
  • the distance between AP4 and AP5 is -13.30 °.
  • the distance between AP4 and AP5 -13.30 ° becomes the smallest, so AP4 and AP5 are CL3.
  • the distance between CL3 and another AP is calculated.
  • the distance between AP5 and AP1 is -12.35 °, which is the distance between CL3 and CL2.
  • grouping is performed by comparing the distance between clusters (RSSI value) with the RSSI threshold.
  • RSSI value the distance between clusters
  • FIG. 11 shows a processing procedure example of the grouping calculation (S3) using the AP random grouping method.
  • the AP random grouping method it is determined whether all the APs in the target group and one AP extracted outside the target group that is randomly extracted are out of the radio wave range, and whether or not to be added to the group is determined.
  • n is a group number
  • m is an AP number
  • Group (n) is an AP group forming the group number n.
  • FIG. 12 shows a processing procedure example of the scheduling calculation (S4).
  • the scheduling calculation is started, first, it is confirmed whether or not there is a trigger frame control used for UL-MU transmission (S41). When the control is not performed, the channel access of all the groups is enabled (S42), and the process ends. If the processing is to be performed (S41-Yes), the group (n) (n is 1 to N, N is the number of groups) is registered in a channel accessible group (S43, S44), and t [msec] is sequentially accessed in the channel. Assigned as time (S45). The group number n is incremented (S46), and the process returns to step S41. After the group (N), the process returns to the group (1) (S47). This process is performed until UL-MU transmission trigger frame control is not set.
  • the RTS / CTS may be transmitted to all APs belonging to the group other than the group n, and the NAV may be set to a terminal other than the group capable of transmitting.
  • FIG. 13 shows an example of a processing procedure of the AP.
  • the AP sets the trigger frame. It is transmitted (S53).
  • the wireless controller 10 is inquired of a channel accessible group (S54).
  • a trigger frame is transmitted (S53). If the group to which the group belongs is not the current channel accessible group, the transmission waits for the group to which the group belongs to become channel accessible.

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Abstract

１つ無線ＬＡＮ基地局とそれに帰属する複数の無線ＬＡＮ端末から構成されるＢＳＳを単位として、同一チャネルを利用する複数のＢＳＳがそれぞれアップリンクのマルチユーザ伝送を行う無線ＬＡＮシステムにおいて、複数のＢＳＳの無線ＬＡＮ基地局および無線ＬＡＮ端末に接続され、それぞれの電波の干渉状態を示す無線情報を収集し、その無線情報を応じて、同一チャネルを利用するＢＳＳ間で互いの電波到達範囲外となるＢＳＳを同一グループとし、異なるグループ間でアップリンクのマルチユーザ伝送を行うチャネルアクセスのタイミングをずらす制御を行う無線制御装置を備える。

Description

無線ＬＡＮ通信システム、アップリンク制御方法および無線制御装置
　本発明は、同一チャネルを利用する無線ＬＡＮ基地局（ＡＰ）の高密度環境において、各ＡＰがマルチユーザ伝送の制御に用いる制御フレーム（トリガーフレームやＭＵ－ＲＴＳ）の衝突を防ぎ、通信効率を高める無線ＬＡＮ通信システム、アップリンク制御方法および無線制御装置に関する。
　５Ｇ時代のマルチアクセス環境では、モバイル回線と連携して無線ＬＡＮ基地局（ＡＰ）を制御することによって、ＡＰの高密度環境においてもシステム容量を増大させるモバイル連携無線ＬＡＮシステムが検討されている。
　モバイル連携無線ＬＡＮシステムは、無線制御装置と、無線ＬＡＮ基地局（ＡＰ) と、無線ＬＡＮ端末（ＳＴＡ）から構成され、マルチバンド・マルチアクセス環境で運用される。無線制御装置は、システム内ネットワークのＡＰと接続し、情報収集や制御を行う。また、ＳＴＡは、ＡＰと無線ＬＡＮにより接続されており、無線環境情報を内部ネットワークまたはセル網を通じて無線制御装置に送信する。このようなモバイル連携無線ＬＡＮシステムの一例として、特許文献１では収集した無線環境情報をもとに、無線制御装置でＡＰ同士のさらされ度合いの推定を行っている。ＡＰ同士のさらされ度合いを算出することにより、各ＡＰの送信電力制御や受信電力閾値制御を無線環境に合わせて適切に行うことができ、通信容量の増大が可能になっている。
　また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ（以下、１１ａｃ）をさらに高速化させた次世代無線ＬＡＮ規格として、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘ（以下、１１ａｘ）が提唱されている。１１ａｘは、無線環境の混雑による通信速度の低下や通信機会の減少などを回避すべく、新たな干渉回避技術や周波数選択技術が導入されている。その中の一つとして、ユーザ毎の平均スループットを向上させて、多数のユーザが接続したときも、それぞれのユーザが通信速度を維持できるマルチユーザ伝送技術が挙げられる。１１ａｃでは、下り方向のマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ－ＭＩＭＯ）の導入により下り方向の通信効率が向上している。１１ａｘでは、さらに上り方向と下り方向のＭＵ－ＭＩＭＯやＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) の実装が検討されており、さらなる通信効率の向上が期待されている。
　このように、モバイル連携無線ＬＡＮシステムにおいても、次世代無線ＬＡＮ規格である１１ａｘに対応した無線ＬＡＮ制御によるさらなる通信の効率化が求められている。
特許６１６２２７８号公報
　無線ＬＡＮが普及することにより、無線ＬＡＮ基地局（ＡＰ）の高密度環境が頻繁に発生し、その影響により通信効率が低下する無線ＬＡＮ端末（ＳＴＡ）が発生する。特許文献１では、システム内の無線情報をＡＰ経由やセルラ回線経由で取得し、さらし環境を推定して各ＡＰのパラメータを最適に設定することで各ＳＴＡの通信効率を向上させている。図１４は、同一チャネルのＡＰの電波到達範囲が重ならないように、ＡＰの送信電力および受信電力閾値が調整される様子を示す。円の中心はＡＰを示す。
　ＡＰの高密度化が進行すると、ＡＰのパラメータ設定範囲も限られているため、図１５に示すように隣接するＡＰの電波到達範囲がオーバーラップする電波干渉地帯が発生し、通信効率の停滞や低下する恐れがある。また、１１ａｘにおけるマルチユーザ（ＭＵ）伝送の特徴の一つであるＭＵ－ＯＦＤＭＡで使用される制御フレーム（トリガーフレームやＭＵ－ＲＴＳなど）は、ＡＰの高密度化によって同一チャネル間で衝突や干渉が発生するため、ＭＵ－ＯＦＤＭＡの通信効率が上がらない恐れもある。
　図１６は、トリガーフレーム衝突の原理を示す。
　図１６において、ＡＰ１とＡＰ２は同一チャネルを利用する無線ＬＡＮ基地局である。各ＡＰの周りの円形の範囲は電波到達範囲となる。その電波到達範囲が重なるところが電波干渉地帯となる。また、ＳＴＡ＃１とＳＴＡ＃２はＡＰ１に帰属する端末である。ここで、ＡＰ１とＡＰ２は、互いの電波到達範囲外にあって隠れ端末の関係にあり、ＳＴＡ＃１が受信時さらされ状態を想定している。この状態でＡＰ１とＡＰ２がＭＵ伝送を行うために、トリガーフレーム（ＴＲＧ）をそれぞれ帰属する端末に向けて送信すると、ＳＴＡ＃１においてＡＰ１のトリガーフレームとＡＰ２のトリガーフレームとの衝突が発生する。そうなるとＳＴＡ＃１ではＡＰ１のトリガーフレームを受信できず、上りデータフレームを送信できなくなる。
　このように、１１ａｘ対応ＡＰの高密度環境が発生すると、トリガーフレームやＭＵ－ＲＴＳが衝突してしまい、送受信できない端末の増加や、周波数利用効率が低下する問題が発生する。
　図１７は、１１ａｘにおけるアップリンク（ＵＬ）－ＯＦＤＭＡシーケンスを示す。
　図１７において、ＡＰ１から、帰属するＳＴＡ＃１～ＳＴＡ＃３に対してトリガーフレームを送信し、端末側の送信タイミングや使用する周波数帯を通知する。それぞれの端末は、受信したトリガーフレームの情報をもとにデータフレームを送信することでＭＵ伝送を実現する。しかし、図１６に示すように、同一チャネルのＡＰの高密度環境では、受信さらされ状態となる端末でトリガーフレームの衝突が発生すると、端末はデータを送信することができない。したがって、同一チャネルのＡＰの高密度環境において上り方向の伝送効率を高めるためには、制御フレーム（トリガーフレームやデータフレーム）の衝突を防ぐ必要がある。
　本発明は、同一チャネルを利用する無線ＬＡＮ基地局（ＡＰ）の高密度環境において、各ＡＰがＭＵ伝送の制御に用いる制御フレームの衝突を防ぎ、通信効率を高めることができる無線ＬＡＮ通信システム、アップリンク制御方法および無線制御装置を提供することを目的とする。
　第１の発明は、１つ無線ＬＡＮ基地局とそれに帰属する複数の無線ＬＡＮ端末から構成されるＢＳＳを単位として、同一チャネルを利用する複数のＢＳＳがそれぞれアップリンクのマルチユーザ伝送を行う無線ＬＡＮシステムにおいて、複数のＢＳＳの無線ＬＡＮ基地局および無線ＬＡＮ端末に接続され、それぞれの電波の干渉状態を示す無線情報を収集し、その無線情報を応じて、同一チャネルを利用するＢＳＳ間で互いの電波到達範囲外となるＢＳＳを同一グループとし、異なるグループ間でアップリンクのマルチユーザ伝送を行うチャネルアクセスのタイミングをずらす制御を行う無線制御装置を備える。
　第１の発明の無線ＬＡＮシステムにおいて、無線制御装置は、無線情報に基づき、ＢＳＳ間の無線ＬＡＮ基地局および無線ＬＡＮ端末からの受信電力が所定のレベル以下の組合せのうち、最小のグループ数となる組合せを選択するグルーピング処理を行う構成である。
　第１の発明の無線ＬＡＮシステムにおいて、無線制御装置は、受信電力が小さいＢＳＳ同士を順次グルーピングしていく階層クラスター分析手法を用いたグルーピング計算を行う構成である。
　第１の発明の無線ＬＡＮシステムにおいて、無線制御装置は、最初のグループを形成したＢＳＳに対して、そのグループ全体の電波到達範囲外のＢＳＳをランダムに選出してグループに所属させるランダムグルーピング手法を用いたグルーピング計算を行う構成である。
　第１の発明の無線ＬＡＮシステムにおいて、無線制御装置は、グループｎ（ｎは１～Ｎ、Ｎはグループ数）に対して順番に、所定の時間ごとにチャネルアクセスのタイミングを割り当てる構成である。
　第１の発明の無線ＬＡＮシステムにおいて、無線制御装置は、グループｎ（ｎは１～Ｎ、Ｎはグループ数）に対して順番に、所定の時間ごとにチャネルアクセスのタイミングを割り当てるとともに、それ以外のグループに対してＮＡＶを設定する。
　第１の発明の無線ＬＡＮシステムにおいて、無線制御装置は、各グループの無線ＬＡＮ基地局からの問い合わせに対して　チャネルアクセスが可能か否かを通知する構成である。
　第２の発明は、１つ無線ＬＡＮ基地局とそれに帰属する複数の無線ＬＡＮ端末から構成されるＢＳＳを単位として、同一チャネルを利用する複数のＢＳＳがそれぞれアップリンクのマルチユーザ伝送を行う無線ＬＡＮシステムのアップリンク制御方法において、複数のＢＳＳの無線ＬＡＮ基地局および無線ＬＡＮ端末に接続される無線制御装置で、それぞれの電波の干渉状態を示す無線情報を収集し、その無線情報を応じて、同一チャネルを利用するＢＳＳ間で互いの電波到達範囲外となるＢＳＳを同一グループとし、異なるグループ間でアップリンクのマルチユーザ伝送を行うチャネルアクセスのタイミングをずらす制御を行う。
　第３の発明は、１つ無線ＬＡＮ基地局とそれに帰属する複数の無線ＬＡＮ端末から構成されるＢＳＳを単位として、同一チャネルを利用する複数のＢＳＳがそれぞれアップリンクのマルチユーザ伝送を行う無線ＬＡＮシステムの無線制御装置において、複数のＢＳＳの無線ＬＡＮ基地局および無線ＬＡＮ端末に接続され、それぞれの電波の干渉状態を示す無線情報を収集し、その無線情報を応じて、同一チャネルを利用するＢＳＳ間で互いの電波到達範囲外となるＢＳＳを同一グループとし、異なるグループ間でアップリンクのマルチユーザ伝送を行うチャネルアクセスのタイミングをずらす制御を行う構成である。
　本発明は、同一チャネルを利用する無線ＬＡＮ基地局の高密度環境において、同一チャネルを利用するＢＳＳ間で互いの電波到達範囲外となるＢＳＳを同一グループとし、異なるグループ間でアップリンクのＭＵ伝送を行うチャネルアクセスのタイミングをずらすことにより、ＭＵ伝送の制御に用いる制御フレームの衝突を防ぎ、通信効率を高めることができる。
ＡＰのグルーピング例を示す図である。 異なるグループ間のＵＬ－ＭＵ伝送のタイミング制御例を示す図である。 本発明におけるネットワーク構成例を示す図である。 無線制御装置１０の構成例を示す図である。 ＡＰ２０の構成例を示す図である。 ＳＴＡ３０の構成例を示す図である。 本発明の無線ＬＡＮシステムにおける全体処理手順を示すフローチャートである。 階層クラスター分析手法を用いたグルーピング計算（Ｓ３）の処理手順例を示すフローチャートである。 干渉リストの作成例を示す図である。 階層クラスター分析手法を用いたグルーピング例を示す図である。 ＡＰランダムグルーピング手法を用いたグルーピング計算（Ｓ３）の処理手順例を示すフローチャートである。 スケジューリング計算（Ｓ４）の処理手順例を示すフローチャートである。 ＡＰの処理手順例を示すフローチャートである。 ＡＰ通常時の電波到達範囲の制御例を示す図である。 ＡＰ高密度環境における電波到達範囲の制御例を示す図である。 トリガーフレーム衝突の原理を説明する図である。 １１ａｘにおけるＵＬ－ＯＦＤＭＡシーケンスを示す図である。
　本発明の特徴は、各ＡＰとそれぞれに帰属している複数のＳＴＡから構成されるＢＳＳを単位として、同一チャネルを利用しているＢＳＳ間で互いに電波到達範囲外のＢＳＳ同士を同一グループとするグルーピングを行い、異なるグループ間で、アップリンクのマルチユーザ伝送（ＵＬ－ＭＵ伝送）のタイミングを分離する。すなわち、異なるグループのＡＰがＵＬ－ＭＵ伝送における制御フレーム（トリガーフレームやＭＵ－ＲＴＳ）の送信タイミングをずらすことにより、制御フレームの衝突を防いで伝送効率を向上させる。
　図１は、無線ＬＡＮ基地局（ＡＰ）のグルーピング例を示す。
　図１において、ＡＰ１～ＡＰ９の無線ＬＡＮ基地局と、それぞれの電波到達範囲を円で示す。ここでは、隣接するＡＰの電波到達範囲の一部がオーバーラップして電波干渉地帯となる。よって、１つ離れたＡＰ同士、例えばＡＰ１，ＡＰ３，ＡＰ５，ＡＰ７，ＡＰ９は、それぞれ電波到達範囲外のＢＳＳ同士であるため同一グループとする。同様に、ＡＰ２，ＡＰ４，ＡＰ６，ＡＰ８もそれぞれ電波到達範囲外のＢＳＳ同士であるため同一グループとする。
　図２は、異なるグループ間のＵＬ－ＭＵ伝送のタイミング制御例を示す。
　図２において、ＡＰ１～ＡＰ３は同一チャネルを利用する無線ＬＡＮ基地局であり、ＳＴＡ＃１とＳＴＡ＃２はＡＰ１に帰属する無線ＬＡＮ端末である。ＡＰ１～ＡＰ３は、互いの電波到達範囲外にあって隠れ端末の関係にあり、ＳＴＡ＃１が受信時さらされ状態を想定している。この状態でＡＰ１～ＡＰ３がＭＵ伝送を行うために、本発明ではＡＰ１とＡＰ３をグループ１、ＡＰ２をグループ２とし、それぞれのグループに対してラウンドロビンにより順番にチャネルアクセスを許可する。例えば、グループ１がチャネルアクセス可能な時間帯には、グループ１に属するすべての無線ＬＡＮ基地局（ここではＡＰ１，ＡＰ３）がチャネルアクセス可能となる。ＡＰ１がトリガーフレームを帰属するＳＴＡ＃１，ＳＴＡ＃２に向けて送信するとき、ＡＰ３が送信するトリガーフレームは電波到達範囲外であり、ＡＰ２はトリガーフレームの送信を行わないので衝突することはない。グループ２がチャネルアクセス可能な時間帯には、グループ２に属するすべての無線ＬＡＮ基地局（ここではＡＰ２）がチャネルアクセス可能となる。
　以下、モバイル連携無線ＬＡＮシステムにおいて、本発明に対応する無線制御装置、ＡＰ、ＳＴＡのネットワーク構成例およびそれぞれの装置構成例を示す。
　図３は、本発明におけるネットワーク構成例を示す。
　図３において、ＡＰ２０とＳＴＡ３０は無線ＬＡＮで接続される。ＡＰ２０と無線制御装置１０は有線ケーブルで接続される。ＳＴＡ３０と無線制御装置１０は、ＡＰ２０を介して接続されるとともに、モバイル回線およびインターネットを介して接続される。無線制御装置１０には、ＡＰ２０における周辺ＡＰ情報（ＲＳＳＩ）が収集されるとともに、ＳＴＡ３０における周辺ＡＰ情報（ＲＳＳＩ）および周辺ＳＴＡ情報（ＲＳＳＩ）がＡＰ２０またはモバイル回線を介して収集される。
　図４は、無線制御装置１０の構成例を示す。
　図４において、無線制御装置１０は、ＡＰ制御部１１、無線情報収集部１２、無線情報データベース部１３、接続Ｉ／Ｆ部１４により構成される。ＡＰ制御部１１は、グルーピング計算部１１１およびスケジューリング計算部１１２を含む。接続Ｉ／Ｆ部１４は、各ＡＰとの接続やインターネットを介して各ＳＴＡとの接続を行う。
　無線情報収集部１２は、ＡＰ２０とＳＴＡ３０に対してポーリングを行い、無線情報を取得して無線情報データベース部１３へ格納する。収集する無線情報は、ＡＰ２０からは帰属ＳＴＡ情報や周辺ＡＰ情報（ＲＳＳＩ）、ＳＴＡ３０からは帰属先ＡＰ情報や周辺ＡＰ情報（ＲＳＳＩ）や周辺ＳＴＡ情報（ＲＳＳＩ）などである。ＡＰ制御部１１のグルーピング計算部１１１は、無線情報データベース部１３から収集した無線情報を取り出し、グルーピングの計算を行い、結果を無線情報データベース部１３へ格納する。なお、グルーピングの計算例として、階層クラスター分析手法を用いたグルーピングと、ＡＰランダムグルーピングの各方法について図８～図１１を参照して別途説明する。スケジューリング計算部１１２は、無線情報データベース部１３からグルーピングの結果を取得し、スケジューリングの計算を行う。具体的には、図１２を参照して別途説明する。ＡＰ制御部１１は、グルーピングやスケジューリングの計算結果をＡＰ２０へ通知し設定する。
　図５は、ＡＰ２０の構成例を示す。
　図５において、ＡＰ２０は、制御部２１、接続Ｉ／Ｆ部２２、アンテナ２３、無線処理部２４により構成される。制御部２１は、無線情報取得部２１１および無線情報通知部２１２を含む。制御部２１の無線情報取得部２１１は、他のＡＰや帰属ＳＴＡからの無線情報を収集する。無線情報通知部２１２は、取得した無線情報を無線制御装置１０へ送信する。制御部２１では、無線制御装置１０から制御パラメータ（チャネルアクセスのスケジュール等）を受信し、チャネルアクセスの制御を行う。
　図６は、ＳＴＡ３０の構成例を示す。
　図６において、ＳＴＡ３０は、制御部３１、アンテナ３２，３３、無線処理部３４により構成される。制御部３１は、無線情報取得部３１１および無線情報通知部３１２を含む。制御部３１の無線情報取得部３１１は、他のＡＰや帰属ＳＴＡからの無線情報を収集する。無線情報通知部３１２は、取得した無線情報を無線制御装置１０へ送信する。
　図７は、本発明の無線ＬＡＮシステムにおける全体処理手順を示す。
　図７において、まず、ＵＬ－ＭＵ伝送制御の有無を無線制御装置１０に設定する（Ｓ１）。ＵＬ－ＭＵ伝送制御を行う場合は、無線情報収集（Ｓ２）、グルーピング計算（Ｓ３）、スケジューリング計算（Ｓ４）の順で処理を行う。ＵＬ－ＭＵ伝送制御を停止させる場合は、無線制御装置１０での制御をオフにすることで（Ｓ５，No）、スケジューリング計算部１１２での処理が停止し、全体の処理が終了する。
　無線情報収集（Ｓ２）は、無線制御装置１０の無線情報収集部１２がＡＰ２０とＳＴＡ３０に対してポーリングを行い、無線情報を取得して無線情報データベース部１３へ格納する。
　図８は、階層クラスター分析手法を用いたグルーピング計算（Ｓ３）の処理手順例を示す。
　図８において、無線制御装置１０のＡＰ制御部１１のグルーピング計算部１１１は、無線情報データベース部１３から収集した無線情報を取り出し、干渉リストを作成する（Ｓ31）。次に、階層クラスター分析手法を用いてＡＰをグルーピングする（Ｓ32）。
　図９は、干渉リストの作成例を示す。
　図９(1) の干渉リストは、各ＡＰから収集した周辺ＡＰ情報（ＲＳＳＩ）を元に作成する例である。図９(2) の干渉リストは、各ＳＴＡから収集した周辺ＡＰ情報（ＲＳＳＩ）のうち、ＡＰに帰属するＳＴＡからの周辺ＡＰ情報（ＲＳＳＩ）で最大のものをＡＰm とＡＰn の干渉とする例である。図９(3) の干渉リストは、各ＳＴＡから収集した周辺ＳＴＡ情報（ＲＳＳＩ）のうち、ＡＰに帰属するＳＴＡからの周辺ＳＴＡ情報（ＲＳＳＩ）で最大のものをＡＰm とＡＰn の干渉とする例である。この例(2),(3) の干渉リストから、例(1) の干渉リストを作成してもよい。
　図１０は、階層クラスター分析手法を用いたグルーピング例を示す。
　図１０において、ＡＰ１～ＡＰ５間の干渉リストを元に、ＲＳＳＩ値が小さいＡＰ同士を順次グルーピングしていく。まず、ＡＰ１とＡＰ２をクラスター（ＣＬ）１とする。
　次に、ＣＬ１と他のＡＰとの距離（ＲＳＳＩ）を計算する。ＣＬ１とＡＰ３の距離は、ＣＬ１を構成するＡＰ１，ＡＰ２とＡＰ３との距離の最大値とし、ここではＡＰ２とＡＰ３の距離（ＲＳＳＩ＝－18.18)が最大となるので、ＣＬ１とＡＰ３の距離は－18.18 となる。同様に、ＣＬ１とＡＰ４の距離は－12.61 となり、ＣＬ１とＡＰ５の距離は－12.35 となる。ＡＰ３，ＡＰ４，ＡＰ５間の距離はそのままである。このなかで、距離が最小のもの同士をグルーピングすると、ＣＬ１とＡＰ３との距離－18.18 が最小になるので、ＣＬ１とＡＰ３をＣＬ２とする。
　次に、ＣＬ２と他のＡＰとの距離を計算すると、ＣＬ２とＡＰ４の距離は－12.61 となり、ＣＬ１とＡＰ５の距離は－12.35 となり、ＡＰ４，ＡＰ５間の距離は－13.30 である。このなかで、距離が最小のもの同士をグルーピングすると、ＡＰ４とＡＰ５との距離－13.30 が最小になるので、ＡＰ４とＡＰ５をＣＬ３とする。
　次に、ＣＬ３と他のＡＰ（ＣＬ）との距離を計算する。ＣＬ３を構成するＡＰ４，ＡＰ５と、ＣＬ２を構成するＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３とのそれぞれの距離の最大値を計算すると、ＡＰ５とＡＰ１との距離－12.35 となり、これがＣＬ３とＣＬ２の距離になる。
　次に、クラスター間の距離（ＲＳＳＩ値）とＲＳＳＩ閾値との比較により、グルーピングを行う。図１０の場合は、ＣＬ２とＣＬ３との間にＲＳＳＩ閾値があるので、ＣＬ２（ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３）、ＡＰ４、ＡＰ５の３つのグループとなる。
　図１１は、ＡＰランダムグルーピング手法を用いたグルーピング計算（Ｓ３）の処理手順例を示す。
　ＡＰランダムグルーピング手法では、対象のグループ内のすべてのＡＰと、ランダムに抽出した対象のグループ外の１つのＡＰが電波到達範囲外か否かを判別し、グループに追加するか否かを実行する。ここで、ｎはグループ番号、ｍはＡＰ番号とし、Group(n)はグループ番号ｎを構成するＡＰ群とする。
(1) まず全てのＡＰはグループに所属していないものとして処理を開始する。
(2) 最初のグループを作成し、その中にランダムに選んだＡＰを所属させる。
(3) そのグループ全体の電波到達範囲外のＡＰをランダムに選出し、グループに所属させる。
(4) 電波到達範囲外のＡＰがなくなるまで、(3) を繰り返し実施する。
(5) (2) に戻り、次のグループを作成する。グループに所属していないＡＰがなくなった場合は処理を停止する。
　図１２は、スケジューリング計算（Ｓ４）の処理手順例を示す。
　図１２において、スケジューリング計算が開始されると、まずＵＬ－ＭＵ伝送に用いるトリガーフレーム制御の有無を確認する（Ｓ41）。制御を行わない場合は、全グループのチャネルアクセスを可能にし（Ｓ42）、処理を終了する。処理を行う場合は（Ｓ41－Yes ）、グループ（ｎ）（ｎは１～Ｎ、Ｎはグループ数）をチャネルアクセス可能グループへ登録し（Ｓ43，Ｓ44）、順番にｔ[msec]をチャネルアクセス時間として割り当てる（Ｓ45）。グループ番号ｎをインクリメントし（Ｓ46）、ステップＳ41に戻る。グループ（Ｎ）の次はグループ（１）に戻る（Ｓ47）。この処理を、ＵＬ－ＭＵ伝送のトリガーフレーム制御なしと設定するまで実施する。
　なお、Ｓ44の処理に代えて、グループｎ以外に所属するすべてのＡＰに対してＲＴＳ／ＣＴＳを送信し、送信可能グループ以外の端末にＮＡＶを設定してもよい。
　図１３は、ＡＰの処理手順例を示す。
　図１３において、ＡＰはバックオフ時間経過後、チャネルアクセス情報定期取得タイマがタイムアウトするまで（Ｓ51－No）、所属しているグループのチャネルアクセスが可能であれば（Ｓ52－Yes ）、トリガーフレームを送信する（Ｓ53）。チャネルアクセス情報定期取得タイマがタイムアウトすると（Ｓ51－Yes ）、無線制御装置１０へチャネルアクセス可能グループを問い合わせる（Ｓ54）。ここで、所属しているグループのチャネルアクセスが可能であれば（Ｓ52－Yes ）、トリガーフレームを送信する（Ｓ53）。所属しているグループが現在のチャネルアクセス可能グループでない場合、所属しているグループがチャネルアクセス可能になる送信を待機する。
　１０　無線制御装置
　１１　ＡＰ制御部
　１１１　グルーピング計算部
　１１２　スケジューリング計算部
　１２　無線情報収集部
　１３　無線情報データベース部
　１４　接続Ｉ／Ｆ部
　２０　無線ＬＡＮ基地局（ＡＰ）
　２１　制御部
　２１１　無線情報取得部
　２１２　無線情報通知部２１２
　２２　接続Ｉ／Ｆ部
　２３　アンテナ
　２４　無線処理部
　３０　無線ＬＡＮ端末（ＳＴＡ）
　３１　制御部
　３１１　無線情報取得部
　３１２　無線情報通知部
　３２，３３　アンテナ
　３４　無線処理部

Claims (9)

  1. 　１つ無線ＬＡＮ基地局とそれに帰属する複数の無線ＬＡＮ端末から構成されるＢＳＳを単位として、同一チャネルを利用する複数のＢＳＳがそれぞれアップリンクのマルチユーザ伝送を行う無線ＬＡＮシステムにおいて、
    　前記複数のＢＳＳの無線ＬＡＮ基地局および無線ＬＡＮ端末に接続され、それぞれの電波の干渉状態を示す無線情報を収集し、その無線情報を応じて、前記同一チャネルを利用するＢＳＳ間で互いの電波到達範囲外となるＢＳＳを同一グループとし、異なるグループ間でアップリンクのマルチユーザ伝送を行うチャネルアクセスのタイミングをずらす制御を行う無線制御装置を備えた
    　ことを特徴とする無線ＬＡＮシステム。
  2. 　請求項１に記載の無線ＬＡＮシステムにおいて、
    　前記無線制御装置は、前記無線情報に基づき、前記ＢＳＳ間の無線ＬＡＮ基地局および無線ＬＡＮ端末からの受信電力が所定のレベル以下の組合せのうち、最小のグループ数となる組合せを選択するグルーピング処理を行う構成である
    　ことを特徴とする無線ＬＡＮシステム。
  3. 　請求項２に記載の無線ＬＡＮシステムにおいて、
    　前記無線制御装置は、前記受信電力が小さいＢＳＳ同士を順次グルーピングしていく階層クラスター分析手法を用いたグルーピング計算を行う構成である
    　ことを特徴とする無線ＬＡＮシステム。
  4. 　請求項２に記載の無線ＬＡＮシステムにおいて、
    　前記無線制御装置は、最初のグループを形成したＢＳＳに対して、そのグループ全体の電波到達範囲外のＢＳＳをランダムに選出してグループに所属させるランダムグルーピング手法を用いたグルーピング計算を行う構成である
    　ことを特徴とする無線ＬＡＮシステム。
  5. 　請求項１に記載の無線ＬＡＮシステムにおいて、
    　前記無線制御装置は、グループｎ（ｎは１～Ｎ、Ｎはグループ数）に対して順番に、所定の時間ごとにチャネルアクセスのタイミングを割り当てる構成である
    　ことを特徴とする無線ＬＡＮシステム。
  6. 　請求項５に記載の無線ＬＡＮシステムにおいて、
    　前記無線制御装置は、グループｎ（ｎは１～Ｎ、Ｎはグループ数）に対して順番に、所定の時間ごとにチャネルアクセスのタイミングを割り当てるとともに、それ以外のグループに対してＮＡＶを設定する
    　ことを特徴とする無線ＬＡＮシステム。
  7. 　請求項１に記載の無線ＬＡＮシステムにおいて、
    　前記無線制御装置は、前記各グループの無線ＬＡＮ基地局からの問い合わせに対して　チャネルアクセスが可能か否かを通知する構成である
    　ことを特徴とする無線ＬＡＮシステム。
  8. 　１つ無線ＬＡＮ基地局とそれに帰属する複数の無線ＬＡＮ端末から構成されるＢＳＳを単位として、同一チャネルを利用する複数のＢＳＳがそれぞれアップリンクのマルチユーザ伝送を行う無線ＬＡＮシステムのアップリンク制御方法において、
    　前記複数のＢＳＳの無線ＬＡＮ基地局および無線ＬＡＮ端末に接続される無線制御装置で、それぞれの電波の干渉状態を示す無線情報を収集し、その無線情報を応じて、前記同一チャネルを利用するＢＳＳ間で互いの電波到達範囲外となるＢＳＳを同一グループとし、異なるグループ間でアップリンクのマルチユーザ伝送を行うチャネルアクセスのタイミングをずらす制御を行う
    　ことを特徴とする無線ＬＡＮシステムのアップリンク制御方法。
  9. 　１つ無線ＬＡＮ基地局とそれに帰属する複数の無線ＬＡＮ端末から構成されるＢＳＳを単位として、同一チャネルを利用する複数のＢＳＳがそれぞれアップリンクのマルチユーザ伝送を行う無線ＬＡＮシステムの無線制御装置において、
    　前記複数のＢＳＳの無線ＬＡＮ基地局および無線ＬＡＮ端末に接続され、それぞれの電波の干渉状態を示す無線情報を収集し、その無線情報を応じて、前記同一チャネルを利用するＢＳＳ間で互いの電波到達範囲外となるＢＳＳを同一グループとし、異なるグループ間でアップリンクのマルチユーザ伝送を行うチャネルアクセスのタイミングをずらす制御を行う構成である
    　ことを特徴とする無線ＬＡＮシステムの無線制御装置。
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