WO2021140650A1 - 基地局、端末、及び無線通信方法 - Google Patents
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Definitions
- Embodiments of the present invention relate to base stations, terminals, and wireless communication methods.
- a wireless device that is a terminal or base station accesses a frequency channel using CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) or EDCA (Enhanced Distribution Channel Access) and wireless signals.
- CSMA / CA or EDCA the radio device waits for a time determined by the access parameters, after which carrier sense confirms that the frequency channel is not being used by another radio device before transmitting the radio signal.
- Access parameters are controlled for each basic service set (BSS; BasicServiceSet).
- RTAs real-time applications
- the base station adjusts the access parameters so as to satisfy the tolerance for RTA communication delay, the required low delay cannot be ensured when other BSSs using the same frequency channel are nearby.
- the base station includes a generation unit that generates a beacon including switching information indicating whether or not to use frequency channels in cooperation, and a transmission unit that transmits the beacon.
- a highly reliable wireless communication technique is provided.
- FIG. 1 is a block diagram showing a communication system according to an embodiment.
- FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration example of the base station shown in FIG.
- FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration example of the base station shown in FIG.
- FIG. 4 is a diagram showing a structural example of the beacon frame according to the embodiment.
- FIG. 5 is a block diagram showing a hardware configuration example of the terminal shown in FIG.
- FIG. 6 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the terminal shown in FIG.
- FIG. 7 is a diagram showing a process related to data exchange between the base station and the terminal shown in FIG.
- FIG. 8 is a flowchart showing an operation example of the base station shown in FIG.
- FIG. 9 is a flowchart showing an operation example of the base station shown in FIG.
- FIG. 10 is a flowchart showing an operation example of the terminal shown in FIG.
- FIG. 11 is a sequence diagram illustrating an operation example of the communication system of FIG.
- FIG. 1 schematically shows a communication system 10 according to an embodiment.
- the communication system 10 includes a base station 11 (base stations 11-1, 11-2), a terminal 12 (terminals 12-1, 12-2), and a network 13.
- Each base station 11 is connected to the network 13, for example, by wire, and relays communication between an information processing device (for example, a server) on the network 13 and a terminal 12 (not shown).
- the network 13 may include a local area network (LAN), a wide area network (WAN), or both.
- the base stations 11-1 and 11-2 may be connected to different networks.
- the base station 11 wirelessly communicates with the terminal 12.
- the base station 11-1 wirelessly communicates with the terminal 12-1, and the base station 11-2 wirelessly communicates with the terminal 12-2.
- the number of terminals 12 that are in wireless communication with each base station 11 changes dynamically.
- Wi-Fi registered trademark
- the base station 11 corresponds to a Wi-Fi access point (AP)
- the terminal 12 corresponds to a Wi-Fi client.
- a wireless LAN standard other than Wi-Fi may be used.
- Base stations 11-1 and 11-2 shall form different basic service sets (BSS).
- the terminal 12-1 belongs to the BSS of the base station 11-1
- the terminal 12-2 belongs to the BSS of the base station 11-2.
- base stations 11-1 and 11-2 shall use the same frequency channel.
- W52 which is one of the 5 GHz band channel groups
- four frequency channels 36ch, 40ch, 44ch, 48ch
- the base station 11 dynamically switches the frequency channel to be used between a plurality of available frequency channels.
- the frequency channel is also simply referred to as a channel.
- the base station 11 periodically transmits a beacon including communication channel information and cooperative use channel information.
- the communication channel information indicates information about the channel used by the base station 11.
- the communication channel information includes channel identification information that identifies the channel in use and access parameters for accessing this channel.
- the cooperative use channel information indicates information on channels to be cooperatively used between the base stations 11.
- the cooperative use channel information includes switching information (also referred to as cooperative use switching information) indicating whether or not the target channel is cooperatively used. When the switching information indicates that the target channel is used in cooperation, the cooperative use channel information further includes channel identification information that identifies the target channel and access parameters for accessing the target channel. Normally, the switching information is set to information indicating that the channels are not used cooperatively.
- the terminal 12 receives the beacon from the base station 11 and acquires the communication channel information from the beacon.
- the terminal 12 accesses the channel according to the channel identification information and the access parameters included in the acquired communication channel information.
- the terminal 12 authenticates and associates with the base station 11 in order to establish a wireless connection with the base station 11. After that, the terminal 12 exchanges data with the base station 11.
- Terminal 12-1 communicates various data (traffic) including data having tolerance conditions for delay. For example, terminal 12-1 transmits data having a delay tolerance condition to a server on network 13 via base station 11-1, or from a server on network 13 via base station 11-1. , Receive data with tolerances for delays.
- an application that requires responsiveness of communication (for example, communication with a server on the network 13) is installed in the terminal 12-1. When the application is launched, terminal 12-1 sends a coordinated request to base station 11-1 requesting coordinated use of the channel in response to a request from the application. In this way, terminal 12-1 requires base station 11 to use the channel for a particular purpose.
- the base station 11-1 When the base station 11-1 receives the cooperation request from the terminal 12-1, the base station 11-1 selects a channel to be used in cooperation from the available channels. For example, base station 11-1 selects a channel in use as a channel to be used cooperatively. Further, the base station 11-1 sets access parameters for accessing the channels to be used in cooperation with each other. The base station 11-1 generates a beacon including switching information set in the information indicating that the channels are used in cooperation, and transmits the generated beacon. In this beacon, the channel identification information and access parameters included in the communication channel information can be the same as the channel identification information and access parameters included in the cooperative use channel information.
- the terminal 12-1 When the terminal 12-1 receives the beacon from the base station 11-1, the terminal 12-1 accesses the channel according to the communication channel information included in the beacon and communicates with the base station 11-1. As a result, the terminal 12-1 communicates with the base station 11-1 according to the access parameters set in response to the cooperation request. In other words, the terminal 12-1 communicates with the base station 11-1 using the channel to be used in cooperation specified by the base station 11-1.
- Base station 11-2 exists in the coverage area of base station 11-1. In other words, the base station 11-2 is located within the reach of the radio waves emitted by the base station 11-1. Therefore, the base station 11-2 receives the beacon from the base station 11-1. Base station 11-2 recognizes that the switching information contained in the received beacon indicates that the channel is used in cooperation. If the channel identification information included in the co-use channel information indicates the same channel as the channel used by the base station 11-2, the base station 11-2 has the same access parameters as the access parameters included in the co-use channel information. Generates a beacon included in the communication channel information and transmits the generated beacon.
- the terminal 12-2 When the terminal 12-2 receives the beacon from the base station 11-2, the terminal 12-2 accesses the channel according to the communication channel information included in the beacon and communicates with the base station 11-2. As a result, the terminal 12-2 communicates with the base station 11-2 according to the access parameters set in response to the cooperation request from the terminal 12-1.
- the access parameters related to a specific channel are arranged, that is, unified in the surrounding environment of the base station 11-1. Access parameters are controlled uniformly among BSS. As a result, it is possible to avoid deterioration of communication quality due to the influence of the BSS different from the BSS of the base station 11-1. As a result, the reliability of wireless communication is improved.
- FIG. 2 schematically shows an example of the hardware configuration of the base station 11.
- the base station 11 may be fixed or movable.
- the base station 11 includes a controller 21, a wireless module 25, an antenna 26, and a router module 27.
- the controller 21 is connected to the wireless module 25 and the router module 27.
- the controller 21 processes data and controls other components.
- the controller 21 includes a CPU (Central Processing Unit) 22, a RAM (Random Access Memory) 23, and a program memory 24.
- the CPU 22 is an example of a general-purpose processor.
- the RAM 23 is used by the CPU 22 as a working memory.
- the RAM 23 includes a volatile memory such as an SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory).
- the program memory 24 stores a program executed by the CPU 22.
- the controller 21 operates according to the program. For example, the CPU 22 expands the program stored in the program memory 24 into the RAM 23, interprets and executes the program, and performs data processing according to the program.
- the wireless module 25 is configured to perform wireless communication with an external information processing device (for example, the terminal 12 shown in FIG. 1).
- the wireless module 25 is a Wi-Fi module.
- the wireless module 25 may be a processing circuit including a processor, a memory, and an RF (Radio Frequency) circuit, such as a chipset.
- the wireless module 25 includes a transmitter and a receiver.
- the wireless module 25 is connected to the antenna 26.
- the antenna 26 may be included in the wireless module 25.
- the wireless module 25 converts a MAC (Media Access Control) frame into a wireless signal and transmits it via the antenna 26.
- the wireless module 25 converts the beacon frame into a wireless signal and transmits it via the antenna 26.
- Beacon frames are transmitted at predetermined time intervals (eg, at 100 ms intervals).
- the wireless module 25 receives data from the controller 21, generates a data frame including the received data, converts the generated data frame into a wireless signal, and transmits the generated data frame via the antenna 26.
- the wireless module 25 receives a wireless signal via the antenna 26 and acquires a MAC frame from the received wireless signal.
- the wireless module 25 receives a wireless signal corresponding to a data frame via the antenna 26, acquires data from the received wireless signal, and transfers the acquired data to the controller 21.
- the wireless module 25 receives a radio signal corresponding to the beacon frame or the cooperative request frame via the antenna 26, acquires the beacon frame or the cooperative request frame from the received wireless signal, and acquires the acquired beacon frame or the cooperative request frame.
- the coordination request frame may be defined as a kind of control frame.
- the router module 27 is configured to communicate with the network 13. For example, the router module 27 exchanges data with a server on the network 13.
- the router module 27 may be a processing circuit including a processor and a memory.
- the router module 27 does not have to be provided in the base station 11.
- the base station 11 may be configured to access a router provided outside the base station 11 by wireless communication or wired communication and connect to the network 13 via this router.
- the controller 21 includes a general-purpose processor. Alternatively or additionally, the controller 21 may include a dedicated processor. For example, the controller 21 may be implemented by an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array).
- ASIC Application Specific Integrated Circuit
- FPGA Field Programmable Gate Array
- FIG. 3 schematically shows an example of the functional configuration of the base station 11.
- the base station 11 includes a data processing unit 31, a radio signal processing unit 32, a beacon analysis unit 33, an access parameter setting unit 34, a beacon generation unit 35, and a communication unit 36.
- the radio signal processing unit 32 includes a transmitting unit that transmits a radio signal and a receiving unit that receives the radio signal.
- the data processing unit 31, the radio signal processing unit 32, the beacon analysis unit 33, the access parameter setting unit 34, and the beacon generation unit 35 are realized by a processing circuit including a controller 21 and a radio module 25.
- a part of the data processing unit 31 is realized by the controller 21, and the remaining part of the data processing unit 31, the radio signal processing unit 32, the beacon analysis unit 33, the access parameter setting unit 34, and the beacon generation unit 35 are wireless modules. It is realized by 25.
- the communication unit 36 is realized by the router module 27.
- the data processing unit 31 exchanges data with the network 13 via the communication unit 36.
- the data processing unit 31 receives data from the network 13 via the communication unit 36, generates a data frame including the received data, and transfers the generated data frame to the radio signal processing unit 32.
- the radio signal processing unit 32 receives a data frame from the data processing unit 31, converts the received data frame into a radio signal, and transmits the data frame.
- the wireless signal processing unit 32 receives the wireless signal, extracts a MAC frame from the received wireless signal, and transfers the extracted MAC frame to the data processing unit 31.
- the data processing unit 31 receives a MAC frame from the radio signal processing unit 32.
- the data processing unit 31 extracts data from the data frame and sends the data to the network 13 via the communication unit 36.
- the MAC frame is a cooperative request frame
- the data processing unit 31 transfers the cooperative request frame to the access parameter setting unit 34.
- the MAC frame is a beacon frame from another base station
- the data processing unit 31 transfers the beacon frame to the beacon analysis unit 33.
- the beacon analysis unit 33 receives the beacon frame from the data processing unit 31 and analyzes the received beacon frame.
- the beacon frame includes a field 41 that stores a cooperative use flag as switching information indicating whether or not to use the channels cooperatively, a field 42 that stores channel identification information that identifies the channel, and a field 42. Includes field 43, which stores the values of access parameters for accessing the channel. In one example, when the channels are used cooperatively, the value "1" is stored in the field 41, and when the channels are not used cooperatively, the value "0" is stored in the field 41.
- the beacon frame further includes a field that stores channel identification information that identifies the channel in use and a field that stores the values of access parameters for accessing the channel in use.
- the beacon analysis unit 33 confirms the cooperative use flag included in the beacon frame.
- the cooperative use flag indicates that the channel is used cooperatively (that is, the cooperative use flag is 1)
- the beacon analysis unit 33 extracts the channel identification information and the access parameter values from the beacon frame, and the extracted channel identification information. And the value of the access parameter is transferred to the access parameter setting unit 34.
- the access parameter setting unit 34 sets the access parameters related to the channel in use.
- the access parameters include CWmax, CWmin, AIFS, and TXOPLimit for each access category.
- AC_VO Vehicle
- AC_VI Video
- AC_BE Best effort
- AC_BK Background
- CWmax and CWmin are the maximum and minimum values of CW (Contention Window), which is the waiting time for transmission.
- AIFS Aribitration InterFrame Space
- TXOPLimit is the upper limit of TXOP (Transmission Opportunity), which is the occupied time of the channel. The smaller the TXOP value, the smaller the amount of data that can be transmitted with one transmission right, but each terminal 12 can easily obtain the transmission right. Therefore, the low delay characteristic can be improved by reducing the value of TXOPLimit.
- the access parameter setting unit 34 sets the access parameter to a value prepared in advance.
- the access parameter setting unit 34 may select a value from a plurality of values prepared in advance according to the communication status.
- the access parameter setting unit 34 sets the access parameter based on the information included in the cooperation request frame. For example, when the coordination request frame includes a permissible value for a communication index such as a transmission delay, the access parameter setting unit 34 may determine the value of the access parameter so as to satisfy this permissible value.
- the cooperation request frame includes the value of the access parameter
- the access parameter setting unit 34 may determine the access parameter to the value specified by the cooperation request frame.
- the access parameter setting unit 34 receives the value of the access parameter from the beacon analysis unit 33, the access parameter setting unit 34 sets the access parameter to the value received from the beacon analysis unit 33.
- the beacon generation unit 35 generates a beacon frame including communication channel information and cooperative use channel information.
- the communication channel information includes the value of the access parameter set by the access parameter setting unit 34.
- the co-use channel information includes a co-use flag, channel identification information, and access parameter values, as shown in FIG.
- the cooperative use flag is set to a value "1" indicating that the channels are used cooperatively in response to the cooperative request from the terminal 12.
- the cooperative use flag may be set to the value "1" in response to the cooperative use channel information included in the beacon from the other base station 11.
- the radio signal processing unit 32 periodically transmits the beacon frame generated by the beacon generation unit 35. Specifically, the radio signal processing unit 32 converts the beacon frame into a radio signal and broadcasts the converted beacon frame at a predetermined time interval.
- FIG. 5 schematically shows an example of the hardware configuration of the terminal 12.
- the terminal 12 may be fixed or movable.
- a mobile terminal device such as a smartphone is assumed as the terminal 12.
- the terminal 12 includes a controller 51, a storage 55, a wireless module 56, an antenna 57, an input / output interface 58, and a battery 59.
- the controller 51 is connected to the storage 55, the wireless module 56, the input / output interface 58, and the battery 59.
- the controller 51 processes data and controls other components.
- the controller 51 includes a CPU 52, a RAM 53, and a program memory 54.
- the RAM 53 is used by the CPU 52 as a working memory.
- the RAM 53 includes a volatile memory such as SDRAM.
- the program memory 54 stores a program executed by the CPU 52.
- As the program memory 54 for example, a ROM, a storage 55, or a combination thereof is used.
- the controller 51 operates according to the program. For example, the CPU 52 expands the program stored in the program memory 54 into the RAM 53, interprets and executes the program, and performs data processing according to the program.
- Storage 55 stores data non-temporarily.
- the storage 55 includes a non-volatile memory such as a hard disk drive (HDD) or a solid state drive (SSD).
- HDD hard disk drive
- SSD solid state drive
- the wireless module 56 is configured to perform wireless communication with an external information processing device (for example, the base station 11 shown in FIG. 1).
- the wireless module 56 includes a Wi-Fi module.
- the radio module 56 may further include a Bluetooth® module.
- the wireless module 56 may be a processing circuit including a processor, a memory, and an RF circuit, such as a chipset.
- the wireless module 56 is connected to the antenna 57.
- the antenna 57 may be included in the wireless module 56.
- the wireless module 56 receives data from the controller 51, generates a data frame including the received data, converts the generated data frame into a wireless signal, and transmits the generated data frame via the antenna 57. Further, the wireless module 56 transmits a control frame such as a cooperative request frame. Further, the radio module 56 receives a radio signal via the antenna 57 and extracts a MAC frame from the received radio signal. When the MAC frame is a data frame, the wireless module 56 transfers the data frame to the controller 51. When the MAC frame is a beacon frame, the radio module 56 processes the beacon frame.
- the input / output interface 58 includes an input device for inputting data to the terminal 12, an output device for outputting data from the terminal 12, and a terminal for connecting peripheral devices.
- a touch screen including a display and a touch sensor is typically used as an input device and an output device.
- the input device may further include a microphone.
- the output device may further include a speaker.
- Battery 59 is a rechargeable battery.
- the battery 59 supplies power to the controller 51, the storage 55, the wireless module 56, the antenna 57, and the input / output interface 58.
- FIG. 6 schematically shows an example of the functional configuration of the terminal 12.
- the terminal 12 includes a data processing unit 61, a radio signal processing unit 62, and a beacon analysis unit 63.
- the radio signal processing unit 62 includes a transmitting unit that transmits a radio signal and a receiving unit that receives the radio signal.
- the data processing unit 61, the radio signal processing unit 62, and the beacon analysis unit 63 are realized by a processing circuit including a controller 51 and a radio module 56.
- a portion of the data processing unit 61 is realized by the controller 51, and the rest of the data processing unit 61, the beacon analysis unit 63, and the radio signal processing unit 62 are realized by the radio module 56.
- the data processing unit 61 receives data from an upper layer such as an application executed by the controller 51, generates a data frame including the received data, and transfers the generated data frame to the radio signal processing unit 62.
- the application is not limited to a specific application.
- the application may be a real-time application (RTA) such as a network game or an industrial robot control application.
- RTA real-time application
- the radio signal processing unit 62 receives a data frame from the data processing unit 61, converts the received data frame into a radio signal, and transmits the data frame.
- the radio signal processing unit 62 receives the radio signal, extracts a MAC frame from the received radio signal, and transfers it to the data processing unit 61.
- the data processing unit 61 receives a MAC frame from the radio signal processing unit 62.
- the data processing unit 61 extracts data from the data frame and passes the extracted data to an upper layer.
- the data is used, for example, by the application.
- the data processing unit 61 transfers the beacon frame to the beacon analysis unit 63.
- the beacon analysis unit 63 receives the beacon frame from the data processing unit 61 and analyzes the received beacon frame.
- the beacon analysis unit 63 confirms the channel identification information and the access parameter value in the communication channel information included in the beacon frame. For example, when the communication channel information includes the values of TXOPLimit and does not include the values of CWmax, CWmin, and AIFS, the beacon analysis unit 63 determines the values of CWmax, CWmin, and AIFS by itself.
- the beacon analysis unit 63 notifies the radio signal processing unit 62 of the channel to be used and the access parameter value.
- the wireless signal processing unit 62 wirelessly communicates according to the information received from the beacon analysis unit 63.
- the data processing unit 61 receives a request regarding communication characteristics from the upper layer.
- the request includes tolerances for communication indicators such as transmission delay.
- at least a part of the data output from the above-mentioned application has a tolerance for delay, and the application requests the data processing unit 61 to transmit the data so as to satisfy the tolerance for delay.
- the data processing unit 61 generates a coordinated request frame requesting the cooperative use of the channel in response to a request from the upper layer, and the radio signal processing unit 62 converts the coordinated request frame into a radio signal and transmits it.
- the coordination request frame contains a tolerance for the communication index.
- the data processing unit 61 determines the value of the access parameter based on the permissible value for the communication index, and the coordination request frame includes the value of the access parameter determined by the data processing unit 61.
- the data processing unit 61 and the radio signal processing unit 62 function as a requesting unit that requests a coordination request from the base station 11.
- FIG. 7 schematically shows the processing of the MAC layer related to the data exchange between the base station 11 and the terminal 12.
- both the processing on the transmitting side and the processing on the receiving side are shown.
- the other wireless module performs processing on the receiving side.
- the wireless modules on the transmitting side and the receiving side are described without distinction.
- the radio module performs A-MSDU aggregation. Specifically, the wireless module combines a plurality of data input from a higher layer such as an application layer to generate an A-MSDU (Aggregate-MAC Service Data Unit).
- A-MSDU Aggregate-MAC Service Data Unit
- step S11 the wireless module assigns a sequence number (SN) to the A-MSDU.
- the sequence number is a unique number for identifying the A-MSDU.
- step S12 the wireless module fragmentes (divides) the A-MSDU into a plurality of MPDUs (MAC Protocol Data Units).
- MPDUs MAC Protocol Data Units
- step S13 the wireless module encrypts each MPDU and generates an encrypted MPDU.
- step S14 the wireless module adds a MAC header and an error detection code to each encrypted MPDU.
- the error detection code is, for example, a CRC (Cyclic Redundancy Check) code.
- step S15 the wireless module performs A-MPDU aggregation. Specifically, the wireless module combines a plurality of MPDUs to generate an A-MPDU (Aggregate-MAC Protocol DataUnit) as a MAC frame.
- A-MPDU Aggregate-MAC Protocol DataUnit
- the wireless module processes the physical layer of the MAC frame. That is, the wireless module performs modulation processing or the like on the MAC frame to generate a wireless signal, and transmits the wireless signal to the base station 11.
- the radio module processes the physical layer to restore the MAC frame from the radio signal.
- the wireless module processes the MAC layer shown in FIG. 7.
- step S20 the wireless module performs A-MPDU deaggregation. Specifically, the wireless module divides the A-MPDU into MPDU units.
- the wireless module detects an error. For example, the radio module determines whether or not the reception of the radio signal is successful by CRC. When the reception of the radio signal fails, the radio module may make a retransmission request. At this time, the wireless module may request retransmission in MPDU units. On the other hand, when the reception of the radio signal is successful, the radio module performs the following processing.
- step S22 the wireless module performs address detection. At this time, the wireless module determines whether or not the sent MPDU is addressed to itself based on the address recorded in the MAC header of each MPDU. When it is not addressed to itself, the wireless module does not perform the following processing. When addressed to itself, the wireless module does the following:
- step S23 the wireless module decrypts the encrypted MPDU.
- step S24 the wireless module defragments the MPDU. That is, the wireless module restores the A-MSDU from the plurality of MPDUs.
- step S25 the wireless module performs A-MSDU deaggregation. Specifically, the wireless module restores the A-MSDU to data in MSDU units.
- the wireless module After step S25, the wireless module outputs data to the upper layer of the MAC layer.
- the upper layer is, for example, an application layer.
- FIG. 8 schematically shows an example of a process in which the base station 11 transmits a beacon.
- the access parameter setting unit 34 sets the access parameter for accessing the channel currently used by the base station 11.
- the access parameter setting unit 34 sets the access parameter to the default value.
- the access parameters are CWmax, CWmin, AIFS, TXOPLimit for access category AC_VO, CWmax, CWmin, AIFS, TXOPLimit for access category AC_VI, CWmax, CWmin, AIFS, TXOPLimit for access category AC_BE, CWmax, C for access category AC_BK. Includes AIFS and TXOP Limit.
- step S82 the radio signal processing unit 32 transmits a beacon including the access parameter value set by the access parameter setting unit 34 in the communication channel information.
- the cooperative use flag is set to a value "0" indicating that the channels are not used cooperatively.
- step S83 When the base station 11 does not receive the cooperation request from the terminal 12 (step S83; No), the process of step S82 is repeated. At this time, the access parameter setting unit 34 may adjust the access parameter according to the communication environment such as the number of terminals during communication.
- step S83 the process proceeds to step S84.
- the access parameter setting unit 34 sets the access parameter in response to the cooperation request.
- the cooperation request specifies the value of the access parameter
- the access parameter setting unit 34 adopts the value specified by the cooperation request. For example, when the cooperation request specifies the value of TXOPLimit for each of the access categories AC_VO, AC_VI, AC_BE, and AC_BK, the access parameter setting unit 34 specifies the TXOPLimit for each of the access categories AC_VO, AC_VI, AC_BE, and AC_BK by the cooperation request. Set to a value and set other access parameters to your own determined values.
- step S85 the beacon generation unit 35 generates a beacon in which the cooperative use flag is set to a value “1” indicating that the channel is used cooperatively.
- This beacon includes channel identification information that identifies a channel to be used in cooperation and an access parameter (value set in step S84) for accessing the channel to be used in cooperation in the channel information to be used in cooperation.
- step S86 the radio signal processing unit 32 transmits a beacon.
- the base station 11 when the base station 11 receives the cooperation request from the terminal 12, it requests other base stations 11 existing in the vicinity to use a specific channel in cooperation.
- the base station 11 may cancel the cooperative use of the channels at an arbitrary timing.
- the base station 11 may return the access parameter to its original value when it receives a release request from the terminal 12.
- the base station 11 may return the access parameter to the original value when a predetermined time has elapsed from the time when the cooperation request is received.
- FIG. 9 schematically shows another example of the process in which the base station 11 transmits a beacon signal.
- the radio signal processing unit 32 receives a beacon from another base station 11 (another BSS).
- the base station 11 that performs the processing shown in FIG. 9 is the base station 11-2 shown in FIG. 1, and the other base station 11 is the base station 11-1 shown in FIG.
- step S92 the beacon analysis unit 33 determines whether or not the cooperative use flag included in the received beacon has a value "1" that requires cooperative use.
- the cooperative use flag is a value “0” that does not require cooperative use (step S92; No)
- the process proceeds to step S94.
- step S94 the access parameter setting unit 34 sets the access parameter to a value (for example, a default value) determined by itself.
- step S92 When the cooperative use flag is the value "1" requesting cooperative use (step S92; Yes), the process proceeds to step S93.
- step S93 the access parameter setting unit 34 uses the access parameter in the cooperative use channel information included in the beacon when the radio signal processing unit 32 uses the same channel as indicated by the cooperative use channel information. And set the access parameters.
- step S95 the beacon generation unit 35 generates a beacon that includes the access parameters set in step S93 or step S94 in the communication channel information.
- the beacon generation unit 35 may set the cooperative use flag to the value “1” indicating the cooperative use of the channel.
- step S96 the radio signal processing unit 32 transmits a beacon.
- the base station 11 when the base station 11 is requested by the other base station 11 to co-use a specific channel, when the base station 11 uses the channel for communication with the terminal 12, the other base station 11 Access parameters are set according to the request from 11.
- FIG. 10 schematically shows a process in which the terminal 12 transmits data having an allowable condition for delay.
- the terminal 12 requests the base station 11 to use the channels cooperatively based on the allowable condition for the delay.
- the data processing unit 61 determines the TXOP Limit value for each access category based on the permissible conditions, and the radio signal processing unit 62 transmits a coordination request including the TXOP Limit value for each access category.
- the base station 11 selects a channel to be used in cooperation from the available channels, and identifies the switching information set in the information indicating that the channels are to be used in cooperation and the channel to be used in cooperation.
- a beacon containing the channel identification information to be used and the access parameters for accessing the channel to be used in cooperation in the channel information to be used in cooperation is transmitted.
- the base station 11 further notifies that the channel to be used is changed to the channel to be used cooperatively by the communication channel information in the beacon.
- step S102 the terminal 12 receives the beacon from the base station 11.
- step S103 the terminal 12 uses the channel to be co-used notified by the beacon to transmit data having a tolerance for delay.
- the base station 11-1 notifies the cooperative use of the channels, the number of the cooperatively used channel, and the access parameter for accessing the cooperatively used channel by the beacon 1.
- Base station 11-2 receives Beacon 1.
- the base station 11-2 extracts the access parameter from the beacon 1, generates the beacon 2 using the extracted access parameter, and notifies the access parameter for accessing the channel to be used in cooperation by the beacon 2.
- Terminals 12-1 and 12-2 access the channel using the access parameters notified by the beacons 1 and 2, respectively.
- terminals 12-1 and 12-2 use the same access parameters when accessing the same channel. Therefore, by setting TXOPLimit to a small value, some terminals 12 do not use the channel for a long time, and the channel is released in a short cycle. As a result, low-latency traffic has more opportunities to access the channel and is more reliable.
- each base station 11 transmits a beacon including switching information indicating whether or not to use the channels in cooperation.
- the beacon further includes channel identification information that identifies the channel to be used in cooperation and access parameters for accessing the channel to be used in cooperation.
- the channel to be co-used matches the channel used by the other base station 11 that has received this beacon, it generates a beacon including the access parameter specified by the received beacon, and generates the generated beacon.
- access parameters related to a specific channel are aligned or unified. As a result, it is possible to avoid deterioration of communication quality due to the influence of the BSS different from the BSS of the base station 11. As a result, the reliability of wireless communication is improved.
- the TXOP Limit when low delay characteristics are required, shorten the TXOP Limit. By shortening the TXOP Limit, the rotation of the transmission right is increased. As a result, the low delay characteristic can be improved.
- each base station 11 When each base station 11 receives a beacon containing switching information set as information indicating that the frequency channel is used cooperatively from another base station, the switching information is transmitted to the frequency channel in the beacon transmitted by each base station 11. It may be set as information indicating cooperative use. As a result, cooperative use is carried out in a wider range. As a result, the low delay characteristic can be further improved.
- the base station 11 may receive a coordination request from the network 13, for example, from a server that exchanges data with the application of the terminal 12 via the network 13.
- the above-mentioned process may be executed based on a program that is software.
- a part or all of the above-mentioned processing of the base station 11 is executed by the processor of the base station 11 executing a program.
- the program may be provided to the base station 11 in a state of being stored in a computer-readable storage medium.
- the base station 11 includes a drive for reading data from the storage medium, and acquires a program from the storage medium.
- Examples of storage media include magnetic disks, optical disks (CD-ROM, CD-R, DVD-ROM, DVD-R, etc.), photomagnetic disks (MO, etc.), and semiconductor memories.
- the program may be stored in a server on the network 13 so that the base station 11 downloads the program from the server.
- the present invention is not limited to each of the above embodiments as it is, and at the implementation stage, the components can be modified and embodied within a range not deviating from the gist thereof.
- various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in each of the above embodiments. For example, some components may be removed from all the components shown in each embodiment. In addition, components from different embodiments may be combined as appropriate.
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Abstract
本発明の一実施形態に係る基地局は、周波数チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報(41)を含むビーコンを生成する生成部(35)と、前記ビーコンを送信する送信部(32)と、を備える。
Description
本発明の実施形態は、基地局、端末、及び無線通信方法に関する。
無線LAN(Local Area Network)では、端末又は基地局である無線機器は、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)又はEDCA(Enhanced Distribution Channel Access)を用いて周波数チャネルにアクセスし、無線信号を送信する。CSMA/CA又はEDCAでは、無線機器は、アクセスパラメータによって決定される時間の間待機してその後にキャリアセンスにより他の無線機器によって周波数チャネルが使用されていないことを確認した上で、無線信号を送信する。アクセスパラメータは基本サービスセット(BSS;Basic Service Set)ごとに制御される。
IEEE Std 802.11-2016, "9.3.3.3 Beacon frame format" and "10.22.2 HCF contention based channel access (EDCA)", 7 December 2016.
無線通信においては、低遅延性などの高信頼性を確保できることが求められる。例えば、ネットワークゲームや工業用ロボットの制御アプリケーションのようなリアルタイムアプリケーション(RTA)は通信遅延に対する許容条件を有することがある。しかしながら、基地局がRTAの通信遅延に対する許容条件を満たすようにアクセスパラメータを調整したとしても、同じ周波数チャネルを使用する他のBSSが近くにある場合には、要求される低遅延性を確保できないことがある。
本発明の一態様に係る基地局は、周波数チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報を含むビーコンを生成する生成部と、前記ビーコンを送信する送信部と、を備える。
本発明の一態様によれば、信頼性の高い無線通信技術が提供される。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
[概要]
図1は、一実施形態に係る通信システム10を概略的に示している。図1に示すように、通信システム10は、基地局11(基地局11-1、11-2)、端末12(端末12-1、12-2)、及びネットワーク13を含む。
図1は、一実施形態に係る通信システム10を概略的に示している。図1に示すように、通信システム10は、基地局11(基地局11-1、11-2)、端末12(端末12-1、12-2)、及びネットワーク13を含む。
各基地局11は、ネットワーク13に例えば有線で接続され、ネットワーク13上の図示しない情報処理装置(例えばサーバ)と端末12との間の通信を中継する。ネットワーク13は、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)、又はこれら両方を含んでよい。なお、基地局11-1、11-2は互いに異なるネットワークに接続されていてもよい。
基地局11は端末12と無線通信する。図1に示す例では、基地局11-1は端末12-1と無線通信し、基地局11-2は端末12-2と無線通信している。各基地局11と無線通信している端末12の数は動的に変化する。本実施形態では、基地局11と端末12との間の通信にWi-Fi(登録商標)を使用する。基地局11はWi-Fiのアクセスポイント(AP)に対応し、端末12はWi-Fiのクライアントに対応する。なお、Wi-Fi以外の無線LAN規格を使用してもよい。
基地局11-1、11-2は異なる基本サービスセット(BSS)を形成するものとする。図1に示す例では、端末12-1は基地局11-1のBSSに属し、端末12-2は基地局11-2のBSSに属す。さらに、基地局11-1、11-2は、同じ周波数チャネルを使用するものとする。例えば、5GHz帯のチャネルグループの1つであるW52では、4つの周波数チャネル(36ch、40ch、44ch、48ch)が使用可能である。基地局11は、使用する周波数チャネルを使用可能な複数の周波数チャネルの間で動的に切り替える。以下では、周波数チャネルを単にチャネルとも称する。
基地局11は、通信チャネル情報と協調使用チャネル情報とを含むビーコンを周期的に送信する。通信チャネル情報は基地局11が使用しているチャネルに関する情報を示す。通信チャネル情報は、使用中のチャネルを特定するチャネル識別情報と、このチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータと、を含む。協調使用チャネル情報は基地局11間で協調使用すべきチャネルに関する情報を示す。協調使用チャネル情報は対象のチャネルを協調使用するか否かを示す切替情報(協調使用切替情報とも称する)を含む。切替情報が対象のチャネルを協調使用することを示す場合に、協調使用チャネル情報は、対象のチャネルを特定するチャネル識別情報と、対象のチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータと、をさらに含む。通常時は、切替情報はチャネルを協調使用しないことを示す情報に設定される。
端末12は、基地局11からビーコンを受信し、ビーコンから通信チャネル情報を取得する。端末12は、取得した通信チャネル情報に含まれるチャネル識別情報及びアクセスパラメータに従ってチャネルにアクセスする。端末12は、基地局11との無線接続を確立するために、基地局11との間で認証及びアソシエーションを行う。その後に、端末12は基地局11とデータ交換する。
端末12-1は、遅延に対する許容条件を有するデータを含む各種データ(トラフィック)を通信する。例えば、端末12-1は、基地局11-1を介してネットワーク13上のサーバに、遅延に対する許容条件を有するデータを送信し、又は、基地局11-1を介してネットワーク13上のサーバから、遅延に対する許容条件を有するデータを受信する。一例として、端末12-1には、通信(例えばネットワーク13上のサーバとの通信)の即応性を要求するアプリケーションがインストールされている。アプリケーションが起動されると、端末12-1は、アプリケーションからの要求に応答して、チャネルの協調使用を要求する協調要求を基地局11-1に送信する。このようにして、端末12-1はチャネルを特定用途に使用することを基地局11に要求する。
基地局11-1は、端末12-1からの協調要求を受信すると、使用可能なチャネルの中から協調使用すべきチャネルを選択する。例えば、基地局11-1は、使用中のチャネルを協調使用すべきチャネルとして選択する。さらに、基地局11-1は、協調使用すべきチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータを設定する。基地局11-1は、チャネルを協調使用することを示す情報に設定された切替情報を含むビーコンを生成し、生成したビーコンを送信する。このビーコンでは、通信チャネル情報に含まれるチャネル識別情報及びアクセスパラメータは、協調使用チャネル情報に含まれるチャネル識別情報及びアクセスパラメータと同じであり得る。
端末12-1は、基地局11-1からのビーコンを受信すると、ビーコンに含まれる通信チャネル情報に従ってチャネルにアクセスして基地局11-1と通信する。これにより、端末12-1は、協調要求に応答して設定されたアクセスパラメータに従って基地局11-1と通信するようになる。言い換えると、端末12-1は、基地局11-1により指定される協調使用すべきチャネルを用いて基地局11-1と通信する。
基地局11-2は基地局11-1のカバレッジエリア内に存在する。言い換えると、基地局11-2は基地局11-1が発した電波の届く範囲内に位置する。よって、基地局11-2は基地局11-1からのビーコンを受信する。基地局11-2は、受信したビーコンに含まれる切替情報がチャネルを協調使用することを示すことを認識する。協調使用チャネル情報に含まれるチャネル識別情報が基地局11-2が使用しているチャネルと同じチャネルを示す場合、基地局11-2は、協調使用チャネル情報に含まれるアクセスパラメータと同じアクセスパラメータを通信チャネル情報に含むビーコンを生成し、生成したビーコンを送信する。
端末12-2は、基地局11-2からのビーコンを受信すると、ビーコンに含まれる通信チャネル情報に従ってチャネルにアクセスして基地局11-2と通信する。これにより、端末12-2は、端末12-1からの協調要求に応答して設定されたアクセスパラメータに従って基地局11-2と通信するようになる。
上述した通信システム10では、基地局11-1の周囲環境において、特定のチャネルに関連するアクセスパラメータが揃えられるすなわち統一される。アクセスパラメータがBSS間で統一的に制御される。これにより、基地局11-1のBSSとは異なるBSSからの影響による通信品質の劣化を回避することができる。この結果、無線通信の信頼性が向上する。
[構成]
図2は、基地局11のハードウェア構成の一例を概略的に示している。基地局11は、固定されていてもよく、移動可能であってもよい。図2に示すように、基地局11は、コントローラ21、無線モジュール25、アンテナ26、及びルータモジュール27を備える。コントローラ21は、無線モジュール25及びルータモジュール27に接続される。
図2は、基地局11のハードウェア構成の一例を概略的に示している。基地局11は、固定されていてもよく、移動可能であってもよい。図2に示すように、基地局11は、コントローラ21、無線モジュール25、アンテナ26、及びルータモジュール27を備える。コントローラ21は、無線モジュール25及びルータモジュール27に接続される。
コントローラ21は、データを処理するとともに、他の構成要素を制御する。コントローラ21は、CPU(Central Processing Unit)22、RAM(Random Access Memory)23、及びプログラムメモリ24を備える。CPU22は汎用プロセッサの一例である。RAM23はワーキングメモリとしてCPU22により使用される。RAM23はSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)などの揮発性メモリを含む。プログラムメモリ24はCPU22により実行されるプログラムを記憶する。プログラムメモリ24として、例えば、ROM(Read-Only Memory)又はNOR型フラッシュメモリが使用される。コントローラ21はプログラムに従って動作する。例えば、CPU22は、プログラムメモリ24に記憶されたプログラムをRAM23に展開し、プログラムを解釈及び実行することにより、プログラムに応じたデータ処理を行う。
無線モジュール25は外部の情報処理装置(例えば図1に示した端末12)と無線通信を行うように構成される。本実施形態では、無線モジュール25はWi-Fiモジュールである。無線モジュール25は、チップセットのような、プロセッサとメモリとRF(Radio Frequency)回路とを含む処理回路であってよい。無線モジュール25は送信機及び受信機を含む。無線モジュール25はアンテナ26に接続される。なお、アンテナ26は無線モジュール25に含まれていてもよい。
無線モジュール25は、MAC(Media Access Control)フレームを無線信号に変換してアンテナ26を介して送信する。例えば、無線モジュール25は、ビーコンフレームを無線信号に変換してアンテナ26を介して送信する。ビーコンフレームは所定の時間間隔で(例えば100ms間隔で)送信される。また、無線モジュール25は、コントローラ21からデータを受け取り、受け取ったデータを含むデータフレームを生成し、生成したデータフレームを無線信号に変換してアンテナ26を介して送信する。
さらに、無線モジュール25は、アンテナ26を介して無線信号を受信し、受信した無線信号からMACフレームを取得する。例えば、無線モジュール25は、アンテナ26を介してデータフレームに対応する無線信号を受信し、受信した無線信号からデータを取得し、取得したデータをコントローラ21に転送する。また、無線モジュール25は、アンテナ26を介してビーコンフレーム又は協調要求フレームに対応する無線信号を受信し、受信した無線信号からビーコンフレーム又は協調要求フレームを取得し、取得したビーコンフレーム又は協調要求フレームを処理する。協調要求フレームは制御フレームの一種として規定されてよい。
ルータモジュール27は、ネットワーク13と通信するように構成される。例えば、ルータモジュール27は、ネットワーク13上のサーバとデータ交換する。ルータモジュール27はプロセッサとメモリとを含む処理回路であってよい。なお、ルータモジュール27は基地局11に設けられていなくてもよい。基地局11は、無線通信又は有線通信によって基地局11の外部に設けられたルータにアクセスし、このルータを経由してネットワーク13に接続するように構成されていてもよい。
上述した例では、コントローラ21は汎用のプロセッサを含む。これに代えて又は追加して、コントローラ21は専用のプロセッサを含んでよい。例えば、コントローラ21はASIC(Application Specific Integrated Circuit)又はFPGA(Field Programmable Gate Array)で実施されてもよい。
図3は、基地局11の機能構成の一例を概略的に示している。図3に示すように、基地局11は、データ処理部31、無線信号処理部32、ビーコン分析部33、アクセスパラメータ設定部34、ビーコン生成部35、及び通信部36を備える。無線信号処理部32は無線信号を送信する送信部と無線信号を受信する受信部とを備える。データ処理部31、無線信号処理部32、ビーコン分析部33、アクセスパラメータ設定部34、及びビーコン生成部35は、コントローラ21と無線モジュール25とを含む処理回路によって実現される。一例では、データ処理部31の一部分がコントローラ21により実現され、データ処理部31の残りの部分、無線信号処理部32、ビーコン分析部33、アクセスパラメータ設定部34、及びビーコン生成部35が無線モジュール25により実現される。通信部36はルータモジュール27によって実現される。
データ処理部31は通信部36を介してネットワーク13とデータをやり取りする。データ処理部31は、通信部36を介してネットワーク13からデータを受け取り、受け取ったデータを含むデータフレームを生成し、生成したデータフレームを無線信号処理部32に転送する。無線信号処理部32は、データ処理部31からデータフレームを受け取り、受け取ったデータフレームを無線信号に変換して送信する。
無線信号処理部32は、無線信号を受信し、受信した無線信号からMACフレームを抽出し、抽出したMACフレームをデータ処理部31に転送する。データ処理部31は、無線信号処理部32からMACフレームを受け取る。MACフレームがデータフレームである場合、データ処理部31は、データフレームからデータを抽出し、通信部36を介してネットワーク13にデータを送出する。MACフレームが協調要求フレームである場合、データ処理部31は協調要求フレームをアクセスパラメータ設定部34に転送する。MACフレームが他の基地局からのビーコンフレームである場合、データ処理部31はビーコンフレームをビーコン分析部33に転送する。
ビーコン分析部33は、データ処理部31からビーコンフレームを受け取り、受け取ったビーコンフレームを分析する。ビーコンフレームは、図4に示すように、チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報としての協調使用フラグを格納するフィールド41と、そのチャネルを特定するチャネル識別情報を格納するフィールド42と、そのチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータの値を格納するフィールド43と、を含む。一例では、チャネルを協調使用する場合には、フィールド41に値“1”が格納され、チャネルを協調使用しない場合には、フィールド41に値“0”が格納される。ビーコンフレームは、使用中のチャネルを特定するチャネル識別情報を格納するフィールドと、使用中のチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータの値を格納するフィールドと、をさらに含む。
図3を再び参照すると、ビーコン分析部33は、ビーコンフレームに含まれる協調使用フラグを確認する。協調使用フラグがチャネルを協調使用することを示す(すなわち協調使用フラグが1である)場合、ビーコン分析部33は、ビーコンフレームからチャネル識別情報及びアクセスパラメータの値を抽出し、抽出したチャネル識別情報及びアクセスパラメータの値をアクセスパラメータ設定部34に転送する。
アクセスパラメータ設定部34は、使用中のチャネルに関連するアクセスパラメータを設定する。アクセス制御方式としてEDCAを採用する例では、アクセスパラメータは、各アクセスカテゴリについて、CWmax、CWmin、AIFS、TXOPLimitを含む。例えば、4つのアクセスカテゴリ、AC_VO(Voice)、AC_VI(Video)、AC_BE(Best effort)、AC_BK(Background)がある。CWmax及びCWminは送信待ちの時間であるCW(Contention Window)の最大値及び最小値である。AIFS(Arbitration Inter Frame Space)はフレームの送信間隔である。TXOPLimitはチャネルの占有時間であるTXOP(Transmission Opportunity)の上限値である。TXOPの値が小さいほど、1回の送信権で送信できるデータ量は小さくなるが、各端末12は送信権を得やすくなる。このため、TXOPLimitの値を小さくすることで、低遅延特性を改善することができる。
通常時は、アクセスパラメータ設定部34は、アクセスパラメータを予め用意された値に設定する。例えば、アクセスパラメータ設定部34は、通信状況に応じて、予め用意された複数の値から値を選択してよい。アクセスパラメータ設定部34は、データ処理部31から協調要求フレームを受け取った場合には、協調要求フレームに含まれる情報に基づいて、アクセスパラメータを設定する。例えば、協調要求フレームが送信遅延などの通信指標に対する許容値を含む場合、アクセスパラメータ設定部34は、この許容値を満たすようにアクセスパラメータの値を決定してよい。協調要求フレームがアクセスパラメータの値を含む場合、アクセスパラメータ設定部34は、アクセスパラメータを協調要求フレームにより指定される値に決定してよい。アクセスパラメータ設定部34は、ビーコン分析部33からアクセスパラメータの値を受け取った場合には、アクセスパラメータをビーコン分析部33から受け取った値に設定する。
ビーコン生成部35は、通信チャネル情報及び協調使用チャネル情報を含むビーコンフレームを生成する。通信チャネル情報は、アクセスパラメータ設定部34によって設定されたアクセスパラメータの値を含む。協調使用チャネル情報は、図4に示すように、協調使用フラグと、チャネル識別情報と、アクセスパラメータの値と、を含む。協調使用フラグは、端末12からの協調要求に応答して、チャネルを協調使用することを示す値“1”に設定される。協調使用フラグは、他の基地局11からのビーコンに含まれる協調使用チャネル情報に応答して値“1”に設定されてよい。
無線信号処理部32は、ビーコン生成部35によって生成されたビーコンフレームを周期的に送信する。具体的には、無線信号処理部32は、ビーコンフレームを無線信号に変換し、無線信号に変換されたビーコンフレームを所定の時間間隔でブロードキャストする。
図5は、端末12のハードウェア構成の一例を概略的に示している。端末12は、固定されていてもよく、移動可能であってもよい。ここでは、端末12としてスマートフォンのような携帯端末装置を想定する。図5に示すように、端末12は、コントローラ51、ストレージ55、無線モジュール56、アンテナ57、入出力インタフェース58、及びバッテリ59を備える。コントローラ51は、ストレージ55、無線モジュール56、入出力インタフェース58、及びバッテリ59に接続される。
コントローラ51は、データを処理するとともに、他の構成要素を制御する。コントローラ51は、CPU52、RAM53、及びプログラムメモリ54を備える。RAM53はワーキングメモリとしてCPU52により使用される。RAM53はSDRAMなどの揮発性メモリを含む。プログラムメモリ54はCPU52により実行されるプログラムを記憶する。プログラムメモリ54として、例えば、ROM、ストレージ55、又はその組み合わせが使用される。コントローラ51はプログラムに従って動作する。例えば、CPU52は、プログラムメモリ54に記憶されたプログラムをRAM53に展開し、プログラムを解釈及び実行することにより、プログラムに応じたデータ処理を行う。
ストレージ55はデータを非一時的に記憶する。ストレージ55は、ハードディスクドライブ(HDD)又はソリッドステートドライブ(SSD)などの不揮発性メモリを含む。
無線モジュール56は外部の情報処理装置(例えば図1に示した基地局11)と無線通信を行うように構成される。本実施形態では、無線モジュール56はWi-Fiモジュールを含む。無線モジュール56はBluetooth(登録商標)モジュールをさらに含んでよい。無線モジュール56は、チップセットのような、プロセッサとメモリとRF回路とを含む処理回路であってよい。無線モジュール56はアンテナ57に接続される。なお、アンテナ57は無線モジュール56に含まれていてもよい。
無線モジュール56は、例えば、コントローラ51からデータを受け取り、受け取ったデータを含むデータフレームを生成し、生成したデータフレームを無線信号に変換してアンテナ57を介して送信する。また、無線モジュール56は、協調要求フレームなどの制御フレームを送信する。さらに、無線モジュール56は、アンテナ57を介して無線信号を受信し、受信した無線信号からMACフレームを抽出する。MACフレームがデータフレームである場合、無線モジュール56はデータフレームをコントローラ51に転送する。MACフレームがビーコンフレームである場合、無線モジュール56はビーコンフレームを処理する。
入出力インタフェース58は、端末12にデータを入力するための入力装置、端末12からデータを出力するための出力装置、及び周辺機器を接続するための端子を備える。入力装置及び出力装置として、典型的には、ディスプレイとタッチセンサとを含むタッチスクリーンが使用される。入力装置はマイクロフォンをさらに含んでよい。出力装置はスピーカをさらに含んでよい。
バッテリ59は充電可能なバッテリである。バッテリ59は、コントローラ51、ストレージ55、無線モジュール56、アンテナ57、及び入出力インタフェース58に電力を供給する。
図6は、端末12の機能構成の一例を概略的に示している。図6に示すように、端末12は、データ処理部61、無線信号処理部62、及びビーコン分析部63を備える。無線信号処理部62は無線信号を送信する送信部と無線信号を受信する受信部とを備える。データ処理部61、無線信号処理部62、及びビーコン分析部63は、コントローラ51と無線モジュール56とを含む処理回路によって実現される。一例では、データ処理部61の一部分がコントローラ51によって実現され、データ処理部61の残りの部分、ビーコン分析部63、及び無線信号処理部62が無線モジュール56により実現される。
データ処理部61は、コントローラ51によって実行されているアプリケーションなどの上位層からデータを受け取り、受け取ったデータを含むデータフレームを生成し、生成したデータフレームを無線信号処理部62に転送する。アプリケーションは、特定のアプリケーションに限定されない。例えば、アプリケーションは、ネットワークゲームや工業用ロボットの制御アプリケーションといったリアルタイムアプリケーション(RTA)であってよい。無線信号処理部62は、データ処理部61からデータフレームを受け取り、受け取ったデータフレームを無線信号に変換して送信する。
無線信号処理部62は、無線信号を受信し、受信した無線信号からMACフレームを抽出してデータ処理部61に転送する。データ処理部61は、無線信号処理部62からMACフレームを受け取る。MACフレームがデータフレームである場合、データ処理部61はデータフレームからデータを抽出し、抽出したデータを上位層に渡す。データは例えばアプリケーションによって使用される。
MACフレームがビーコンフレームである場合、データ処理部61はビーコンフレームをビーコン分析部63に転送する。ビーコン分析部63は、データ処理部61からビーコンフレームを受け取り、受け取ったビーコンフレームを分析する。ビーコン分析部63は、ビーコンフレームに含まれる通信チャネル情報中のチャネル識別情報及びアクセスパラメータ値を確認する。例えば、通信チャネル情報がTXOPLimitの値を含み、CWmax、CWmin、AIFSの値を含まない場合、ビーコン分析部63は、CWmax、CWmin、AIFSの値を自身で決定する。ビーコン分析部63は、使用すべきチャネル及びアクセスパラメータ値を無線信号処理部62に通知する。無線信号処理部62は、ビーコン分析部63から受け取った情報に従って無線通信する。
データ処理部61は、上位層から通信特性に関する要求を受け取る。要求は、例えば、送信遅延などの通信指標に対する許容値を含む。例えば、上述したアプリケーションから出力されるデータの少なくとも一部が遅延に対する許容値を有し、アプリケーションは、遅延に対する許容値を満たすようにデータを送信することをデータ処理部61に要求する。データ処理部61は、上位層からの要求に応答して、チャネルの協調使用を要求する協調要求フレームを生成し、無線信号処理部62は、協調要求フレームを無線信号に変換して送信する。一例では、協調要求フレームは、通信指標に対する許容値を含む。他の例では、データ処理部61は、通信指標に対する許容値に基づいてアクセスパラメータの値を決定し、協調要求フレームは、データ処理部61によって決定されたアクセスパラメータの値を含む。データ処理部61及び無線信号処理部62は協調要求を基地局11に要求する要求部として機能する。
図7は、基地局11と端末12とのデータ交換に関連するMAC層の処理を概略的に示している。図7では、送信側の処理と受信側の処理との両方が示されている。基地局11と端末12とのうちの一方の無線モジュールが送信側の処理をするとき、他方の無線モジュールが受信側の処理をする。以下の例では、送信側と受信側の無線モジュールを区別せずに記載する。
まず、送信側の処理について説明する。ステップS10において、無線モジュールは、A-MSDUアグリゲーションを行う。具体的には、無線モジュールは、アプリケーションレイヤなどの上位層から入力される複数のデータを結合してA-MSDU(Aggregate-MAC Service Data Unit)を生成する。
ステップS11において、無線モジュールは、A-MSDUにシーケンスナンバー(SN)を割り当てる。シーケンスナンバーは、A-MSDUを特定するための一意の番号である。
ステップS12において、無線モジュールは、A-MSDUを複数のMPDU(MAC Protocol Data Unit)にフラグメント(分割)する。
ステップS13において、無線モジュールは、それぞれのMPDUを暗号化し、暗号化MPDUを生成する。
ステップS14において、無線モジュールは、それぞれの暗号化MPDUにMACヘッダと誤り検出符号とを付加する。誤り検出符号は、例えばCRC(Cyclic Redundancy Check)符号である。
ステップS15において、無線モジュールは、A-MPDUアグリゲーションを行う。具体的には、無線モジュールは、複数のMPDUを結合し、MACフレームとしてのA-MPDU(Aggregate-MAC Protocol Data Unit)を生成する。
ステップS15の後、無線モジュールは、MACフレームに対して物理層の処理を行う。つまり、無線モジュールは、MACフレームに対して変調処理等を行って無線信号を生成し、無線信号を基地局11に送信する。
次に、受信側の処理について説明する。無線信号が受信されると、無線モジュールは、物理層の処理を行って無線信号からMACフレームを復元する。その後、無線モジュールは、図7に示すMAC層の処理を行う。
ステップS20において、無線モジュールは、A-MPDUデアグリゲーションを行う。具体的には、無線モジュールは、A-MPDUをMPDUの単位に分割する。
ステップS21において、無線モジュールは、誤り検出をする。例えば、無線モジュールは、CRCにより、無線信号の受信が成功したか否かを判定する。無線信号の受信が失敗したときには、無線モジュールは、再送要求をしてよい。このとき、無線モジュールは、MPDUの単位で再送を要求してよい。一方、無線信号の受信が成功したときには、無線モジュールは、次の処理を行う。
ステップS22において、無線モジュールは、アドレス検出を行う。このとき、無線モジュールは、それぞれのMPDUのMACヘッダに記録されているアドレスにより、送られてきたMPDUが自分宛であるか否かを判定する。自分宛でないときには、無線モジュールは、次の処理を行わない。自分宛であるときには、無線モジュールは、次の処理を行う。
ステップS23において、無線モジュールは、暗号化されているMPDUを復号する。
ステップS24において、無線モジュールは、MPDUに対してデフラグメントを行う。つまり、無線モジュールは、複数のMPDUからA-MSDUを復元する。
ステップS25において、無線モジュールは、A-MSDUデアグリゲーションを行う。具体的には、無線モジュールは、A-MSDUをMSDU単位のデータに復元する。
ステップS25の後、無線モジュールは、データをMAC層の上位層に出力する。上位層は、例えばアプリケーション層である。
[動作]
次に、通信システム10の動作例について説明する。
次に、通信システム10の動作例について説明する。
図8は、基地局11がビーコンを送信する処理の一例を概略的に示している。
図8のステップS81において、アクセスパラメータ設定部34は基地局11が現在使用しているチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータを設定する。例えば、アクセスパラメータ設定部34はアクセスパラメータをデフォルト値に設定する。例えば、アクセスパラメータは、アクセスカテゴリAC_VOに関するCWmax、CWmin、AIFS、TXOPLimit、アクセスカテゴリAC_VIに関するCWmax、CWmin、AIFS、TXOPLimit、アクセスカテゴリAC_BEに関するCWmax、CWmin、AIFS、TXOPLimit、アクセスカテゴリAC_BKに関するCWmax、CWmin、AIFS、TXOPLimitを含む。
ステップS82において、無線信号処理部32は、アクセスパラメータ設定部34により設定されたアクセスパラメータ値を通信チャネル情報に含むビーコンを送信する。このとき、協調使用フラグはチャネルを協調使用しないことを示す値“0”に設定される。
基地局11が端末12から協調要求を受信しない場合(ステップS83;No)、ステップS82の処理が繰り返される。このとき、アクセスパラメータ設定部34は、通信中の端末の数などの通信環境に応じて、アクセスパラメータを調整してよい。基地局11が端末12から協調要求を受信した場合(ステップS83;Yes)、処理はステップS84に進む。
ステップS84において、アクセスパラメータ設定部34は、協調要求に応答してアクセスパラメータを設定する。協調要求がアクセスパラメータの値を指定する場合、アクセスパラメータ設定部34は協調要求により指定された値を採用する。例えば、協調要求がアクセスカテゴリAC_VO、AC_VI、AC_BE、AC_BKそれぞれに関するTXOPLimitの値を指定する場合、アクセスパラメータ設定部34は、アクセスカテゴリAC_VO、AC_VI、AC_BE、AC_BKそれぞれに関するTXOPLimitを協調要求により指定される値に設定し、他のアクセスパラメータを自身で決定した値に設定する。
ステップS85において、ビーコン生成部35は、協調使用フラグがチャネルを協調使用することを示す値“1”に設定されたビーコンを生成する。このビーコンは、協調使用すべきチャネルを特定するチャネル識別情報と、協調使用すべきチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータ(ステップS84において設定された値)と、を協調使用チャネル情報に含む。ステップS86において、無線信号処理部32はビーコンを送信する。
このようにして、基地局11は、端末12から協調要求を受信したときに、特定のチャネルを協調使用することを周囲に存在する他の基地局11に要求する。基地局11は任意のタイミングでチャネルの協調使用を解除してよい。一例では、基地局11は、端末12から解除要求を受けたときに、アクセスパラメータを元の値に戻してよい。他の例では、基地局11は、協調要求を受信した時点から所定時間経過したときに、アクセスパラメータを元の値に戻してよい。
図9は、基地局11がビーコン信号を送信する処理の他の例を概略的に示している。
図9のステップS91において、無線信号処理部32は、他の基地局11(他のBSS)からビーコンを受信する。例えば、図9に示す処理を行う基地局11は図1に示した基地局11-2であり、他の基地局11は図1に示した基地局11-1である。
ステップS92において、ビーコン分析部33は受信ビーコンに含まれる協調使用フラグが協調使用を要求する値“1”であるか否かを判断する。協調使用フラグが協調使用を要求しない値“0”である場合(ステップS92;No)、処理はステップS94に進む。ステップS94において、アクセスパラメータ設定部34は、アクセスパラメータを自身で決定した値(例えばデフォルト値)に設定する。
協調使用フラグが協調使用を要求する値“1”である場合(ステップS92;Yes)、処理はステップS93に進む。ステップS93において、アクセスパラメータ設定部34は、無線信号処理部32が協調使用チャネル情報により示されるものと同じチャネルを使用している場合に、ビーコンに含まれる協調使用チャネル情報中のアクセスパラメータを用いてアクセスパラメータを設定する。
ステップS95において、ビーコン生成部35は、ステップS93又はステップS94において設定されたアクセスパラメータを通信チャネル情報に含むビーコンを生成する。アクセスパラメータ値がステップS94において設定された場合には、ビーコン生成部35は、協調使用フラグをチャネルの協調使用を示す値“1”に設定してよい。ステップS96において、無線信号処理部32はビーコンを送信する。
このようにして、基地局11は、他の基地局11から特定のチャネルを協調使用するように要求されたときに、端末12との通信にそのチャネルを使用する場合には、他の基地局11からの要求に従ってアクセスパラメータを設定する。
図10は、端末12が遅延に対する許容条件を有するデータを送信する処理を概略的に示している。
図10のステップS101において、端末12は、遅延に対する許容条件に基づいて、チャネルの協調使用を基地局11に要求する。例えば、データ処理部61が許容条件に基づいてアクセスカテゴリごとのTXOPLimitの値を決定し、無線信号処理部62がアクセスカテゴリごとのTXOPLimitの値を含む協調要求を送信する。協調要求を受信した基地局11は、使用可能なチャネルの中から協調使用すべきチャネルを選択し、チャネルを協調使用することを示す情報に設定された切替情報と、協調使用すべきチャネルを特定するチャネル識別情報と、協調使用すべきチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータと、を協調使用チャネル情報に含むビーコンを送信する。基地局11は、ビーコン中の通信チャネル情報によって、使用するチャネルを協調使用すべきチャネルに変更することをさらに通知する。
ステップS102において、端末12は基地局11からビーコンを受信する。ステップS103において、端末12は、ビーコンにより通知された協調使用すべきチャネルを使用して、遅延に対する許容条件を有するデータを送信する。
図11を参照して通信システム10の動作の一例を説明する。基地局11-1は、ビーコン1によって、チャネルを協調使用することと、協調使用するチャネルの番号と、協調使用するチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータと、を通知する。
基地局11-2はビーコン1を受信する。基地局11-2は、ビーコン1からアクセスパラメータを抽出し、抽出したアクセスパラメータを使用してビーコン2を生成し、ビーコン2によって、協調使用するチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータを通知する。
端末12-1、12-2はそれぞれ、ビーコン1、2により通知されたアクセスパラメータを使用してチャネルにアクセスする。これにより、端末12-1、12-2は、同じチャネルにアクセスする場合には、同じアクセスパラメータを使用することとなる。したがって、TXOPLimitを小さい値に設定することにより、一部の端末12によりチャネルが長く使用されることがなく、チャネルが短い周期でリリースされることになる。このため、低遅延トラフィックがチャネルにアクセスできる機会が増え、信頼性を高めることができるようになる。
[効果]
以上のように、本実施形態では、各基地局11は、チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報を含むビーコンを送信する。切替情報がチャネルを協調使用することを示す場合、ビーコンは、協調使用すべきチャネルを特定するチャネル識別情報と、協調使用すべきチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータと、をさらに含む。このビーコンを受信した他の基地局11は、協調使用すべきチャネルが自身が使用しているチャネルに一致する場合に、受信ビーコンにより指定されたアクセスパラメータを含むビーコンを生成し、生成したビーコンを送信する。このようにして、基地局11の周囲環境において、特定のチャネルに関連するアクセスパラメータが揃えられるすなわち統一される。これにより、基地局11のBSSとは異なるBSSからの影響による通信品質の劣化を回避することができる。この結果、無線通信の信頼性が向上する。
以上のように、本実施形態では、各基地局11は、チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報を含むビーコンを送信する。切替情報がチャネルを協調使用することを示す場合、ビーコンは、協調使用すべきチャネルを特定するチャネル識別情報と、協調使用すべきチャネルにアクセスするためのアクセスパラメータと、をさらに含む。このビーコンを受信した他の基地局11は、協調使用すべきチャネルが自身が使用しているチャネルに一致する場合に、受信ビーコンにより指定されたアクセスパラメータを含むビーコンを生成し、生成したビーコンを送信する。このようにして、基地局11の周囲環境において、特定のチャネルに関連するアクセスパラメータが揃えられるすなわち統一される。これにより、基地局11のBSSとは異なるBSSからの影響による通信品質の劣化を回避することができる。この結果、無線通信の信頼性が向上する。
例えば、低遅延特性が求められる場合、TXOPLimitを短くする。TXOPLimitを短くすることにより、送信権の回転が高まる。その結果、低遅延特性を改善することができる。
各基地局11は、他の基地局から、周波数チャネルを協調使用することを示す情報に設定された切替情報を含むビーコンを受信した場合に、自身が送信するビーコンにおいて、切替情報を周波数チャネルを協調使用することを示す情報に設定してよい。これにより、より広い範囲で協調使用が実施される。その結果、低遅延特性をより改善することができる。
[変形例など]
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。一実施形態では、基地局11は、ネットワーク13から、例えば、ネットワーク13を介して端末12のアプリケーションとデータ交換するサーバから、協調要求を受信してもよい。
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。一実施形態では、基地局11は、ネットワーク13から、例えば、ネットワーク13を介して端末12のアプリケーションとデータ交換するサーバから、協調要求を受信してもよい。
上述した処理はソフトウェアであるプログラムに基づいて実行されてよい。例えば、上述した基地局11の処理の一部又は全部は、基地局11のプロセッサがプログラムを実行することにより実行される。プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で基地局11に提供されてよい。この場合、例えば、基地局11は、記憶媒体からデータを読み出すドライブを備え、記憶媒体からプログラムを取得する。記憶媒体の例は、磁気ディスク、光ディスク(CD-ROM、CD-R、DVD-ROM、DVD-Rなど)、光磁気ディスク(MOなど)、半導体メモリを含む。また、プログラムをネットワーク13上のサーバに格納し、基地局11がサーバからプログラムをダウンロードするようにしてもよい。
本発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
10…通信システム
11…基地局
12…端末
13…ネットワーク
21…コントローラ
22…CPU
23…RAM
24…プログラムメモリ
25…無線モジュール
26…アンテナ
27…ルータモジュール
31…データ処理部
32…無線信号処理部
33…ビーコン分析部
34…アクセスパラメータ設定部
35…ビーコン生成部
36…通信部
51…コントローラ
52…CPU
53…RAM
54…プログラムメモリ
55…ストレージ
56…無線モジュール
57…アンテナ
58…入出力インタフェース
59…バッテリ
61…データ処理部
62…無線信号処理部
63…ビーコン分析部
11…基地局
12…端末
13…ネットワーク
21…コントローラ
22…CPU
23…RAM
24…プログラムメモリ
25…無線モジュール
26…アンテナ
27…ルータモジュール
31…データ処理部
32…無線信号処理部
33…ビーコン分析部
34…アクセスパラメータ設定部
35…ビーコン生成部
36…通信部
51…コントローラ
52…CPU
53…RAM
54…プログラムメモリ
55…ストレージ
56…無線モジュール
57…アンテナ
58…入出力インタフェース
59…バッテリ
61…データ処理部
62…無線信号処理部
63…ビーコン分析部
Claims (10)
- 周波数チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報を含む第1のビーコンを生成する生成部と、
前記第1のビーコンを送信する送信部と、
を備える基地局。 - 前記切替情報が前記周波数チャネルを協調使用することを示す場合、前記第1のビーコンは、前記周波数チャネルを特定するチャネル識別情報と、前記周波数チャネルにアクセスするためのアクセスパラメータと、をさらに含む、
請求項1に記載の基地局。 - 前記アクセスパラメータはTXOPLimitを含む、
請求項2に記載の基地局。 - 前記周波数チャネルの協調使用を要求する協調要求を受信する受信部をさらに備え、
前記生成部は、前記協調要求に応答して、前記周波数チャネルを協調使用することを示す情報に設定された前記切替情報を含む前記第1のビーコンを生成する、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基地局。 - 他の局から、前記周波数チャネルを協調使用することを示す情報に設定された切替情報と、前記周波数チャネルを特定するチャネル識別情報と、前記周波数チャネルにアクセスするためのアクセスパラメータと、を含む第2のビーコンを受信する受信部をさらに備え、
前記基地局が前記周波数チャネルを通信に使用している場合に、前記生成部は、前記第2のビーコンに応答して、前記周波数チャネルにアクセスするための前記アクセスパラメータをさらに含む前記第1のビーコンを生成する、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の基地局。 - 前記生成部は、前記第2のビーコンに応答して、前記周波数チャネルを協調使用することを示す情報に設定された前記切替情報を含む前記第1のビーコンを生成する、
請求項5に記載の基地局。 - 基地局によって実行される無線通信方法であって、
周波数チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報を含むビーコンを生成することと、
前記ビーコンを送信することと、
を備える無線通信方法。 - 遅延に対する許容条件を有するデータを送信する端末であって、
基地局から、周波数チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報を含むビーコンを受信する受信部と、
前記切替情報が前記周波数チャネルを協調使用することを示す場合、前記周波数チャネルを用いて前記データを送信する送信部と、
を備える端末。 - 前記許容条件に基づいて、周波数チャネルの協調使用を前記基地局に要求する要求部をさらに備える請求項8に記載の端末。
- 遅延に対する許容条件を有するデータを送信する端末によって実行される無線通信方法であって、
基地局から、周波数チャネルを協調使用するか否かを示す切替情報を含むビーコンを受信することと、
前記切替情報が前記周波数チャネルを協調使用することを示す場合、前記周波数チャネルを用いて前記データを送信することと、
を備える無線通信方法。
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