JP2001053745A

JP2001053745A - 無線パケット通信システム

Info

Publication number: JP2001053745A
Application number: JP22768899A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Inoue; 保彦井上; Masataka Iizuka; 正孝飯塚; Masahiro Morikura; 正博守倉
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】無線パケット通信システムにおいて、あるゾ
ーンで優先データを送信する際に、同一周波数を使用す
る周辺ゾーンからの干渉を回避することを目的とする。【解決手段】優先データを送信しようとする無線局
は、そのための周波数資源の割り当てを受け、優先デー
タを送信するためのタイミングを表すモジュロカウンタ
の値とフレーム長を割り当てられる。前記無線局は、ア
クセスポイント(AP)から指定されたタイミングで指定さ
れた長さのデータを送信するとき、送信の直前に物理的
キャリアセンスを行う手段を有し、キャリアセンスの結
果チャネルがアイドルの時に限り優先データの送信を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、データリンク層に
おける周波数資源予約方法を備えた無線パケット通信シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】パケット通信を用いて音声や動画像など
の実時間性を有するデータを送る場合には、送信局と受
信局の間の経路上でシステムの持つ資源である周波数帯
域の一部を予約する必要があることが指摘されている。
実時間性を有するデータパケットは、その予約された帯
域を利用して伝送するという方法が一般的に用いられて
いる。

【０００３】従来のパケット通信において周波数資源を
予約する方法としては、RSVP(Resource Reservation Pr
otocol)が存在する("Resource Reservation Protocol(R
SVP)--Version 1 Functional Specification, RFC 220
5, IETF)。RSVPはTCP等のトランスポート層プロトコル
とIP等のネットワーク層プロトコルの中間に位置し、送
信側アプリケーションから受信側アプリケーションのエ
ンド−エンド間のIPデータフローに対する周波数資源を
予約するためのプロトコルである。RSVPは、データ送信
のために必要となる周波数資源の予約を下位層のプロト
コルに指示する。

【０００４】RSVPによる周波数資源予約の方法では、送
信側から一定周期でPATHと呼ばれる情報を送り、受信側
はPATHを受信後、RESV信号を上流に送ることで周波数資
源の予約を行う。また、受信側はRESV信号を周期的に送
り続けることにより、継続的な周波数資源の予約を行う
ことが可能となる。実際の周波数資源の確保はRSVPによ
り指示を受けたIP層、あるいはデータリンク層の役割と
なっている。

【０００５】RSVP等のプロトコルにより周波数資源の予
約を指示されたネットワーク層、あるいは、データリン
ク層のプロトコルは、実際に資源の予約を行う必要があ
る。例えば、ATM(Asynchronous Transfer Mode)交換機
を用いたネットワークでは、エンド−エンド間のQoS(Qu
ality of Service)を保証する機能があり、データ転送
のためのコネクションを確立する際に資源予約のための
手続きがなされる。

【０００６】また、データリンク層で優先制御を行うた
めの方法としては、IEEE 802.1D Annex Hにより規定さ
れる方法が存在する。IEEE 802.1D Annex Hは、Switche
d LAN環境におけるデータのキューイングの方法を規定
している。データリンク層は優先度の異なる７種類の送
信キューを持ち、上位レイヤから送られてくるデータフ
ローはサービスクラスに対応した優先順位の送信キュー
にバッファリングする。IEEE 802.1D Annex Hでは、キ
ューイングされたデータの送信方法は規定されていない
が、キューの優先度に応じた順序でのデータ送信を行う
ことにより、データフロー毎に優先度を付けるのと同様
の効果が得られる。

【０００７】従来の無線パケット通信システムにおける
優先制御方法の例としては、IEEE 802.11無線LANシステ
ムのCFP(Contension Free Period)を利用する方法が存
在する。これを従来の無線パケット通信システムにおけ
る優先制御方法の例とし、図３にその概要を示す。CFP
は、IEEE 802.11システムのオプション手順であり、AP
によりチャネルヘのアクセスが管理され、非競合型のデ
ータ転送を行うものである。IEEE 802.11システムのチ
ャネルはCFPと競合アクセス期間であるCP(Contention P
eriod)とが交互に設定され、CFPは一定の周期で現れ
る。CFPにおける下り方向のデータ転送は、APがデータ
を送信し、当該データの宛先STAがACKを返すことにより
行われる。一方、STAはCFPの間は仮想的キャリアセンス
機能によりNAVを設定することで、自主的なデータ送信
を禁止し、APからポーリングされたときにのみデータを
送信する。このため、STAからのデータ送信は、必ずポ
ーリングフレームＰを受けた直後に行われる。このと
き、APにおいてCFPにおけるデータ転送に優先制御のた
めの手順を規定することにより、特定のデータフローに
対する優先制御を行うことが可能である。

【０００８】また、従来の無線パケット通信における資
源予約方法の例としては、IEEE 802.11無線LANシステム
のDCF(Distributed Cordination Function)と呼ばれる
分散制御手順を用いる方法がある(例えば、井上、飯
塚、高梨、守倉、“高速無線LANシステムにおけるCSMA/
CAを用いた優先制御方法”、電子情報通信学会、B-5-23
0、'９７総合大会、1999年３月)。この方法の概要を図
４に示す。APとSTAはそれぞれタイマを持ち、同期を取
りつつ時間をモジュロ管理する。DCFでは、APも移動局
も立場的には対等であり、CSMA/CA(Carrier Sense Mult
iple Access with Collision Avoidance；衝突回避型搬
送波検出アクセス)プロトコルに従ったデータ送信が行
われる。すなわち、データ送信を行う前には、キャリア
センスを行うことが必須となる。この方式では、APがア
プリケーションプログラムや上位プロトコルからの要求
に応じてデータフロー毎に送信タイミングやパケット長
等を割り当てる。同図では、APはSTAからの資源割り当
て要求（REQ）に従って割り当て(ALC)を行い、各データ
フローを送るためのフレームの送信タイミング(N1,N2)
やそのときのフレーム長(s1,s2)を割り当てている。ま
た、APは資源の割り当てを行った場合、それ以後に送信
されるビーコン(202〜207)により、割り当てた情報、す
なわち、タイミングやサイズを報知することにより、同
タイミングにおける他局の送信を禁止している。一方、
STAでは、ビーコンにより報知される他局の送信タイミ
ングではNAVを設定し、自局のデータ送信を禁止する。
これにより、あるタイミングにおいて特定のデータフロ
ーが優先的に送信されることを保証することが可能とな
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来は、上記のような
方法を用いて特定のデータフローを送信するための優先
制御や周波数資源の予約が行われていた。一般的に、サ
ービスエリアを複数のゾーンにより構成する場合、ある
無線ゾーンで使用される周波数チャネルは周囲のゾーン
でも使用される可能性がある。

【００１０】従って、従来の無線パケット通信システム
における優先制御の例、並びに、従来の無線パケット通
信における資源予約方法の例においては、あるゾーンに
おける優先されたデータの送信が、他のゾーンにおける
データの送信と時間的に重複した場合には、同一チャネ
ル干渉により受信局における当該データの受信が失敗す
るという問題があった。

【００１１】本発明の目的は、あるゾーンにおいて優先
データを送信する際の、同一周波数を使用する周辺ゾー
ンからの干渉を回避する手段を備えた無線パケット通信
システムを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の特徴は、データ中継機能を有する無線局であ
るアクセスポイントAPと移動無線局であるステーション
STAとを有し、前記AP並びに前記STAはCSMA/CAプロトコ
ルによるチャネルアクセス手段、並びに、タイマ、時間
を０からＭ−１（Ｍは自然数）で巡回するカウンタでモ
ジュロ管理するための時間カウンタ、受信信号電力から
チャネルの使用／未使用を判断する物理的キャリアセン
ス手段、受信したフレームのヘッダ内部の情報より当該
フレームが送信されている間チャネルヘのアクセスを禁
止する仮想的キャリアセンス手段を有し、前記APはビー
コン生成処理手段により定期的に報知信号であるビーコ
ンを送信し、前記STAは前記APが送信するビーコンを受
信することにより、時刻同期、並びに、チャネル構成の
把握を行い、各無線局はデータ送信時にCSMA/CAプロト
コルに従った衝突回避を行う無線パケット通信システム
において、(a)前記AP並びに前記STAは、上位層プロトコ
ルから通信に必要な周波数資源の確保を要求された場合
に、前記AP内の資源管理プロセスに対して、前記上位層
プロトコルから指示された所要周波数資源の予約を行
い、(b)周波数資源の予約を要求された前記APは、要求
された資源の割り当てが可能である場合には、当該無線
局が送信を行うタイミングを意味する時間カウンタ値、
データ長、並びに、送信周期を決定して要求を行った無
線局に対して通知を行い、また、周波数資源の割り当て
が不可能である場合には、割り当てを拒否する旨を前記
無線局に対して通知し、前記APは前記無線局に対して周
波数資源を割り当てた場合には、報知信号により前記無
線局に割り当てた送信タイミング、フレーム長などの情
報をセル内のSTAに通知し、(c)前記報知信号により他局
の優先データの送信タイミングを通知された無線局は当
該タイミングにおいて仮想的キャリアセンス手段により
NAV(Network Allocation Vector)を設定する、すなわ
ち、実際のチャネルの使用状況にかかわらずチャネルを
使用中であるとみなすことで、当該タイミングにおける
自局の送信を禁止し、(d)前記APにより優先データを送
信するための周波数資源を割り当てられた無線局は、前
記優先データの送信直前に物理的キャリアセンス、すな
わち、受信信号電力からチャネルが使用中であるか否か
を判定し、チャネルが未使用であると判定された場合に
は優先データの送信を行い、また、チャネルが使用中で
あると判定された場合には、優先データの送信を延期す
ることを特徴とする無線パケット通信システムである。

【００１３】従来の無線パケット通信システムとは、周
波数資源の割り当てを受けた無線局が、優先データの送
信前にキャリアセンスを行いチャネルの使用状況を確認
し、チャネルが未使用であると判断した場合にのみ優先
データの送信を行う点が異なる。

【００１４】本発明の別の特徴は、APにより指定された
送信タイミングで、指定されたフレーム長の優先データ
を送信し、優先データを送信する無線局は優先データの
送信結果の記録をとり、優先データの送信が予め定めら
れる割合を越えて失敗した場合に、前記APは当該無線局
による優先データの送信タイミングの再割り当てを行う
無線パケット通信システムである。

【００１５】なお、上記記載で、無線局とはアドレスポ
イント(AP)又はステーション(STA)のいずれかを指すも
のとする。

【００１６】従来の無線パケット通信システムとは、割
り当てられた周波数資源を用いて送信された優先データ
が、連続して失敗した場合に、APが資源の再割り当てを
行う点が異なる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１にアドレスポイントAPの構成
を示す。APは物理層、データリンク層、上位層から構成
され、物理層は信号を送受信するための変復調処理手段
を、データリンク層はCSMA/CAを基本とするチャネルア
クセス手段を有する。データリンク層におけるフレーム
の送受信処理は、前記チャネルアクセス手段を介して行
われる。また、APはタイマと時刻をモジュロ管理するた
めの時間カウンタ、一定間隔毎にビーコン信号を送信す
るビーコン生成処理手段、周波数資源の管理と予約を実
行するための資源管理手段、受信したフレーム内の情報
を元にNAV(Network A11ocation Vector)を設定すること
によりチャネルを使用中であるとみなし、他の無線局が
チャネルを使用している間自局の送信を控えるための仮
想的キャリアセンス手段、並びに、受信機に入力された
信号レベルを元にチャネルが使用中であるか否かを判断
する物理的キャリアセンス手段を有する。

【００１８】図２にステーションSTAの構成を示す。STA
は物理層、データリンク層、上位層から構成され、物理
層は信号を送受信するための変復調処理手段を、データ
リンク層はCSMA/CAを基本とするチャネルアクセス手段
を有する。データリンク層におけるフレームの送受信処
理は、前記チャネルアクセス手段を介して行われる。ま
た、STAはタイマと時刻をモジュロ管理するための時間
カウンタ、APが送信するビーコンを受信し、時刻同期や
チャネル構成の把握等を行うビーコン解析処理手段、周
波数資源の予約を要求するための資源要求処理手段、受
信したフレーム内の情報を元にNAV(Network A11ocation
Vector)を設定することによりチャネルを使用中である
とみなし、他の無線局がチャネルを使用している間自局
の送信を控えるための仮想的キャリアセンス手段、並び
に、受信機に入力された信号レベルを元にチャネルが使
用中であるか否かを判断する物理的キャリアセンス手段
を有する。

【００１９】［第一の実施例］図５は本発明の第一の実
施例を説明する図である。同じ周波数を使用し、互いに
干渉を及ぼし合う可能性のあるゾーン001とゾーン002に
おいて、優先的なデータ転送が行われる例を示す。この
とき、ゾーン001とゾーン002において、各ゾーンの内部
ではそれぞれのAPが送信するビーコンにより時間同期が
取られているが、ゾーン間の時間同期は取られていな
い。

【００２０】ゾーン001ではAP101がSTA111，STA112から
の資源割り当て要求であるREQ301、並びにREQ302に対し
て、応答であるALC401，ALC402をそれぞれ返し、STA111
には送信タイミングN1、フレーム長s1により規定される
周波数資源を、またSTA112にはタイミングN2、フレーム
長s2により規定される周波数資源を割り当てている。ま
た、ゾーン002では、APl02がSTA113からの資源割り当て
要求であるREQ311に対して、応答であるALC411を返し、
送信タイミングN3、フレーム長s3により規定される周波
数資源を割り当てている。

【００２１】周波数資源を割り当てられた無線局は、指
定された送信タイミングにおいてデータ送信を行う前に
キャリアセンスを実施する。そして、他の無線局が送信
中でないことを確認した後に送信を行う。また、前記周
波数資源の割り当てを受けた無線局以外の無線局は、優
先データの送信が行われている間NAVを設定し、自局の
送信を禁止する。図５において、STA111がデータ501、
データ502を送信中に、STA112はNAV721,NAV722をそれぞ
れ設定することにより、STA111が送信するデータを優先
させている。

【００２２】優先データの送信直前に行われるキャリア
センスは、物理的キャリアセンスであり、キャリアセン
スを行っている間に受信機に予め規定されたレベル以上
の電力を持つ信号が検出されれば、その時点で予定され
ていた優先データの送信は見送られる。この状況を、ゾ
ーン001内でSTA111に割り当てた周波数資源とゾーンO02
内でSTA113に割り当てた周波数資源が、タイミング的に
重複した場合を例に説明する。このとき、ゾーン001内
でSTA111に割り当てられた送信タイミングが、ゾーン00
2においてSTA113に割り当てられた送信タイミングより
も早かった場合、同図で示すとおりSTA113がキャリアセ
ンスを行っている間にSTA111が送信する信号が検出され
る。この場合、STA113は、割り当てられたタイミングに
おける優先データの送信を見送る。

【００２３】［第二の実施例］図６は本発明の第二の実
施例を説明する図である。第一の実施例にて説明した状
況において、ゾーン002のAP102はSTAl13が割り当てたタ
イミングでデータを送信しなかったことを検出可能であ
る。

【００２４】第二の実施例によると、APにより周波数資
源を割り当てられた無線局が、APが規定した送信タイミ
ングでデータを送ってこないという状況が予め定められ
る割合を越えて（Ｌ回中Ｎ回）生じた場合に、APは当該
無線局に対して周波数資源の再割り当てを行う。ゾーン
002のAP102は、STA113からの資源割り当て要求311に対
し、ALC411で指定したタイミングN3において、前記STA1
13から送信されるフレームを受信しなかったものとす
る。これは、STAl13が送信の直前にキャリアセンスを行
った結果、周辺ゾーン（同図ではゾーン001）からの信
号を検出したために、自局の送信を見送ったためであ
る。

【００２５】AP102は、STA113に割り当てた送信タイミ
ングN3においてＬ回中Ｎ回上記の状況が発生した場合
に、再度周波数資源の割り当てを行う。図６では、L=1,
N=1とした場合の例を示す。AP102はALC412により、STA1
13に対して、新たな送信タイミングN3'、フレーム長s3
を割り当てることにより、他のゾーンとの干渉を回避し
ている。

【００２６】なお、第二の実施例の修飾例として、無線
局の送信が連続して所定回数失敗した場合にAPが周波数
資源の再割り当てを行うようにすることも可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、第一の実施例によ
ると、優先データを送信しようとする無線局は、そのた
めの周波数資源の割り当てを受ける。このとき、前記無
線局は優先データを送信するためのタイミングを表すモ
ジュロカウンタの値とフレーム長を割り当てられる。前
記無線局は、APから指定されたタイミングで指定された
長さのデータを送信するとき、送信の直前にキャリアセ
ンスを行い、チャネルがアイドルの時に限り優先データ
の送信を行う。

【００２８】これにより、従来の方法では同一チャネル
を使用する周辺セルと優先データの送信タイミングが重
なった場合、干渉、あるいは、衝突により失敗していた
という問題を解決し、パケット誤り率の改善が可能とな
る。

【００２９】また、パケット誤り率が改善されることに
より、システム全体でのスループットが改善される。

【００３０】第二の実施例は第一の実施例において、優
先データを送信しようとする無線局が、直前のキャリア
センス時にチャネルが使用中であると判断し、優先デー
タの送信を見送るという状況が発生した場合に、APが送
信を見送った無線局に対して優先データを送信するため
の別の送信タイミング、即ち、先の割り当てとは時間的
に異なる周波数資源を割り当てることを可能とするもの
である。

【００３１】これにより、送信を見送った無線局が、次
の送信タイミングでもキャリアセンスの結果送信を見送
り、連続的に優先データの送信の機会を失うことを防止
することが可能となる。

【００３２】また、これにより、同一周波数を用いる周
辺セルとの帯域の共用を行いつつ、各AP配下のSTAに対
して動的な周波数資源の割り当てが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】アクセスポイントAPの構成図である。

【図２】ステーションSTAの構成図である。

【図３】従来の無線パケット通信システムにおける優先
制御方法の例を説明する図である。

【図４】従来の無線パケット通信システムにおける資源
予約方法を説明する図である。

【図５】本発明の第一の実施形態を説明する図である。

【図６】本発明の第二の実施形態を説明する図である。

【符号の説明】

001,002 無線ゾーン（セル） 010 変復調処理手段 020 チャネルアクセス手段 021 仮想的キャリアセンス手段 022 物理的キャリアセンス手段 023 資源管理手段 024 資源要求処理手段 025 ビーコン生成処理手段 026 ビーコン解析処理手段 027 時間カウンタ 028 タイマ 030 上位レイヤプロトコル処理手段 101,102 アクセスポイントAP 111〜114 ステーションSTA 201〜217 ビーコン信号 301,302,311 資源割り当て要求(REQ) 401,402,411 資源割り当て応答(ALC) 501〜503 データ 601〜603 応答(ACK) 711,721,722,741 NAV(Network Allocation Vector)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者守倉正博東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 5K033 AA07 CA08 CB01 CB06 CB17 CC01 DA01 DA19 DB09 DB16 EA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】データ中継機能を有する無線局であるア
クセスポイント(AP)と移動無線局であるステーション(S
TA)とを有し、前記アクセスポイント(AP)並びに前記ス
テーション(STA)はCSMA/CAプロトコルによるチャネルア
クセス手段、並びに、タイマ、時間を０からＭ−１（Ｍ
は自然数）で巡回するカウンタでモジュロ管理するため
の時間カウンタ、受信信号電力からチャネルの使用／未
使用を判断する物理的キャリアセンス手段、受信したフ
レームのヘッダ内部の情報より当該フレームが送信され
ている間チャネルヘのアクセスを禁止する仮想的キャリ
アセンス手段を有し、前記アクセスポイント(AP)はビー
コン生成処理手段により定期的に報知信号であるビーコ
ンを送信し、前記ステーション(STA)は前記アクセスポ
イント(AP)が送信するビーコンを受信することにより、
時刻同期、並びに、チャネル構成の把握を行い、各無線
局はデータ送信時にCSMA/CAプロトコルに従った衝突回
避を行う無線パケット通信システムにおいて、 (a)前記アクセスポイント(AP)並びに前記ステーション
(STA)は、上位層プロトコルから通信に必要な周波数資
源の確保を要求された場合に、前記アクセスポイント(A
P)内の資源管理プロセスに対して、前記上位層プロトコ
ルから指示された所要周波数資源の予約を行う手段を有
し、 (b)周波数資源の予約を要求された前記アクセスポイン
ト(AP)は、要求された資源の割り当てが可能である場合
には、当該無線局が送信を行うタイミングを意味する時
間カウンタ値、データ長、並びに、送信周期を決定して
要求を行った無線局に対して通知を行い、また、周波数
資源の割り当てが不可能である場合には、割り当てを拒
否する旨を前記無線局に対して通知する手段を有し、前
記アクセスポイント(AP)は前記無線局に対して周波数資
源を割り当てた場合には、報知信号により前記無線局に
割り当てた送信タイミング、フレーム長などの情報をセ
ル内のステーション(STA)に通知する手段を有し、 (c)前記報知信号により他局の優先データの送信タイミ
ングを通知された無線局は当該タイミングにおいて仮想
的キャリアセンス手段によりNAV(Network Allocation V
ector)を設定する、すなわち、実際のチャネルの使用状
況に関わらず、チャネルが使用中であるとみなすこと
で、当該タイミングにおける自局の送信を禁止する手段
を有し、 (d)前記アクセスポイント(AP)により優先データを送信
するための周波数資源を割り当てられた無線局は、前記
優先データの送信直前に物理的キャリアセンス、すなわ
ち、受信信号電力からチャネルが使用中であるか否かを
判定し、チャネルが未使用であると判定された場合には
優先データの送信を行い、また、チャネルが使用中であ
ると判定された場合には、優先データの送信を延期する
手段を有することを特徴とする無線パケット通信システ
ム。
【請求項２】アクセスポイント(AP)により指定された
送信タイミングで、指定されたフレーム長の優先データ
を送信し、優先データを送信する無線局は優先データの
送信結果の記録をとり、優先データの送信が予め定めら
れる割合を越えて失敗した場合に、前記アクセスポイン
ト(AP)は当該無線局による優先データの送信タイミング
の再割り当てを行う手段を有することを特徴する請求項
１に記載の無線パケット通信システム。
【請求項３】アクセスポイント(AP)により指定された
送信タイミングで、指定されたフレーム長の優先データ
を送信し、優先データを送信する無線局は優先データの
送信結果の記録をとり、優先データの送信が連続して所
定回数失敗した場合に、前記アクセスポイント(AP)は当
該無線局による優先データの送信タイミングの再割り当
てを行う手段を有することを特徴する請求項１に記載の
無線パケット通信システム。