JP2006101540A - 無線通信ネットワークシステム,無線端末装置および無線通信ネットワークの通信制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】相互に近接または重畳する無線エリアをもつ複数の基地局装置に、それぞれ、無線端末装置からプローブ信号を受信すると各基地局装置の負荷状況をプローブ応答として無線端末装置へ送り返す負荷状況送信部をそなえるとともに、複数の基地局装置のうちのいずれか一つと無線通信を行なう1以上の無線端末装置2に、予め付与された必要なスループットを情報として記憶するスループット記憶部79と、周辺に存在する基地局装置を探索すべくプローブ信号を送信するプローブ信号送信部77と、このプローブ信号送信部77により送信されたプローブ信号に応じて基地局装置から送り返されてきた負荷状況とスループット記憶部79に記憶されているスループットとに基づいて最適な負荷状況の基地局装置を選択して接続する基地局装置選択部80とをそなえて構成する。
【選択図】図2
Description
ところで、上述のような中速無線LANでの無線通信方式としては、拡散スペクトラム〔以下、SS(Spread Spectrum)と略記する〕と呼ばれる方式が使用される。このSS方式は、通常のある特定の限られた周波数帯域を使用する方式に対して、遙に広い信号帯域を利用し、ある周波数を見るとほとんど雑音と呼べるくらいの低い出力で通信を行なうものである。
しかも、無線LANで使用するMAC(Media Access Control)層プロトコルのCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoid:衝突回避式搬送波センス多重アクセス)+Ack 方式は、既存の有線LANで普及しているCSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect:衝突検知式搬送波センス多重アクセス)方式と類似しているが、以下の2点で異なっている。
また、第2に、明確なコリジョン検出ができないため、相手先へのフレーム送達確認手法として、送り先から送り元に対し受信応答(Ack)を返信し、送り元が受信することで通知正常終了を確認する。従って、フレームの送り元では、送り先から受信応答(Ack)を受信して初めて、コリジョン(衝突)を生じることなくフレーム送信が行なわれたことを認識できる。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、無線LAN等のネットワークシステムにおけるスループットの向上を実現した、無線通信ネットワークシステム,無線端末装置および無線通信ネットワークの通信制御方法を提供することを目的とする。
また、無線端末装置と基地局装置とを接続して実際の通信開始後に、無線端末装置側で必要とされるスループットが変化した場合や、基地局装置側での負荷状況が変化した場合にも、その変化に応じて、接続先の基地局装置を最適な負荷状況のものに選択・変更できるので、常に、無線通信ネットワーク全体のスループットを考慮し、効率のよいシステム運用が可能になる。
まず、図3を参照しながら、本実施形態を適用される無線LAN(無線通信ネットワークシステム)の構成について説明する。
図3は、無線エリア3が互いに重畳する複数(図中、3つ)の無線LAN(無線通信ネットワーク)10を示すブロック図であり、この図3に示す例では、有線ネットワーク4に接続された3つの無線基地局(無線通信ネットワーク用基地局装置)1により、それぞれ無線LAN10が形成されている。
PCMCIAコントローラ22は、無線通信部として機能する無線LANカード23に接続され、この無線LANカード23を制御するものである。なお、無線LANカード23は、図5にて後述するようなハードウェア構成を有しており、端末局2においては、同じ構成の無線LANカード23A(図5参照)が、無線通信部としてそなえられている。
また、SRAM25,FLASH ROM26,DRAM27およびEPROM28は、プログラムやプログラム運用データ(例えば、無線基地局1と端末局2との接続情報,端末局2の管理情報等)や通信データなどを記憶するもので、記憶部20を構成している。
そして、PCMCIAインタフェース31は、無線LANカード23,23Aに接続される処理部(無線基地局1ではPCMCIAコントローラ22/端末局2では図示省略のCPU等の処理部)とデータ,信号等のやり取りを行なうためのものである。
また、バス30に接続されたLSI35は、MAC(Media Access Control)制御部35a,タイマ35b,シリアルインタフェース35cおよび第1物理層制御部(PHY制御部)35dとしての機能を有している。MAC制御部35aは、無線回線を介してデータを送信する際のデータ送出順制御を行なうものであり、第1物理層制御部35dは、送信信号および受信信号についてのシリアル/パラレル変換処理を行なう物理層インタフェースとして機能する。
そして、LSI36に接続された送受信部37は、アンテナ38を介して無線信号を送受するものである。
まず、図1を参照しながら、本実施形態の無線基地局1の機能的な構成について説明する。つまり、図1に示すように、本実施形態の無線基地局1は、周波数ホッピング制御部50,同期フレーム送信処理部51,データ送信処理部52,データ受信処理部53,ACK送受信部54,RTS送受信部55,CTS送受信部56,プローブ信号送信処理部57,プローブ応答受信処理部58,同期フレーム受信処理部59,プローブ信号受信処理部60,プローブ応答送信処理部61,負荷状況設定部62,送受信バイト数カウンタ63,再送回数カウンタ64,端末局再送回数カウンタ65,平均データフレーム長カウンタ66,CW値設定部67およびRTS/CTS付加&最大パケット長設定部68としての機能を有している。
ACK送受信部54は、受信確認通知信号(ACK)の送受信処理を行なうもので、データ受信処理部53により端末局2からのデータ受信を完了した場合にデータ送り元の端末局2に対して受信確認通知信号(ACK)を送信する一方、データ送信処理部52により端末局2に対してデータ送信を行なった際にデータ送り先の端末局2からの受信確認通知信号(ACK)を受信するものである。
プローブ信号送信処理部57は、後述する探索部50aからの指示を受けて、無線基地局1の起動時に、周辺における他の無線LAN10の稼働状況をスキャンすべく、その無線エリア3内にプローブ信号を発信するものであり、プローブ応答受信処理部58は、プローブ信号送信処理部57により発信したプローブ信号に応じて、他の無線LAN10を成す無線基地局1から送信されてきたプローブ応答(プローブレスポンス信号)を受信するものである。
そして、周波数ホッピング制御部(FH制御部)50は、図6および図7に示すフローチャートに従って動作し、自局における周波数ホッピングのタイミングおよび時刻を制御するためのもので、探索部50a,周波数ホッピング選択・設定部50b,タイマ50cおよびタイミング調整部50dを有して構成されている。
例えば1チャネル400msec毎に23チャネルを所定のFHパターンで一巡してFHを行なう場合、タイマ50cは、0から計時を開始し、400msec×23=9200msecまで計時すると再び0から計時を開始し直すもので、タイマ50cが、0〜400msecを指し示している時には、所定のFHパターンのうちの1番目のチャネルが選択され、400〜800msecを指し示している時には2番目のチャネルが選択され、以下同様に、3〜22番目のチャネルが選択され、8800〜9200msecを指し示している時には23番目のチャネルが選択されようになっている。
再送回数カウンタ(負荷状況検出部)64は、無線基地局1から各端末局2に対する、単位時間当たりの再送回数(データ送信時に衝突が発生したために再送を行なった回数)を、無線LAN10での負荷状況として計数するものである。
平均データフレーム長カウンタ66は、端末局2との間で送受信されているデータフレーム長の平均値を計数するものである。
機能(1)は、再送回数カウンタ64や端末局再送回数カウンタ65による計数結果に基づいて得られる再送発生率と、平均データフレーム長カウンタ66により計数された平均データフレーム長とに基づいて、RTS/CTSフレームをフレーム送信時に付加した場合としない場合とでどちらの方が送信性能が良くなるかを判断してRTS/CTSフレーム使用/不使用を決定し、その使用状態(付加状態)を動的に変更する機能である。なお、送信性能の判断基準については、図11を参照しながら後述する。
ACK送受信部74は、受信確認通知信号(ACK)の送受信処理を行なうもので、データ受信処理部73により無線基地局1からのデータ受信を完了した場合にデータ送り元の無線基地局1に対して受信確認通知信号(ACK)を送信する一方、データ送信処理部72により無線基地局1に対してデータ送信を行なった際にデータ送り先の無線基地局1からの受信確認通知信号(ACK)を受信するものである。
プローブ信号送信処理部77は、端末局2が無線基地局1との接続を行なうのに先立って、周辺に存在する無線基地局1を探索すべくプローブ信号を送信するものである。
そして、基地局選択部80は、プローブ応答受信処理部78により受信されたプローブ応答中の負荷状況と、スループット記憶部79に記憶されている端末局2で必要なスループットとに基づいて、最適な負荷状況の無線基地局1を選択して接続するものである。つまり、端末局2は、基地局選択部80の機能により、プローブ応答のあった無線基地局1の中から自分の必要とするスループットを提供し得るものを選択し、その無線基地局1と接続されるようになっている。
〔1〕ホッピングパターン/タイミング決定動作
まず、図6に示すフローチャート(ステップS1〜S7)に従って、本実施形態の無線基地局1におけるホッピングパターン/タイミング決定動作について説明する。
他の無線基地局1からのプローブ応答を受信しなかった場合(ステップS2でNO判定の場合)、他の無線LAN10との間で周波数干渉を起こす可能性が無いので、FH選択・設定部50bは、ホッピングパターンを任意に選択するとともに(ステップS6)、タイマ50cに任意の時刻(タイマ値)を設定してから(ステップS7)、周波数ホッピング(FH)を開始する(ステップS5)。
上述のように、ステップS3,S4,S6,S7で選択/設定されたパターンやタイマ値は、同期フレーム送信処理部51により同期フレーム信号内に制御情報として付与されて各端末局2へ通知され、同期フレーム信号を受信した各端末局2では、そのFHのパターンおよびタイマ値に応じて無線基地局1と同期したFHを行なって、無線基地局1との通信が行なわれる。
なお、周辺に存在する無線基地局1の探索を行なった結果、周辺に複数の無線基地局1が存在し異なる複数のホッピングパターンが使用されていた場合には、受信した複数のプローブ応答の中から最も影響を受けやすい(即ち受信フレームの受信強度の最も強い)無線基地局1を選択し、そのホッピングパターンおよび時刻を参照して、自局のホッピングパターンおよび時刻(タイマ値)の設定を行なう。
図7に示すフローチャート(ステップS11〜S16)に従って、本実施形態の無線基地局1におけるホッピングタイミング補正動作について説明する。
図6にて説明した手順によりFHを開始した後には、前述したようにタイマ50cの指し示す値(時刻)に従って400msec毎にチャネル変更(つまり周波数ホッピング)が行なわれるが、長時間連続使用していると、周辺の無線基地局1との間で、タイマ50c個々の性能誤差により、ホッピングタイミングが次第にずれ、そのまま放置しておくと、周波数の相互干渉を起こしてスループットの低下を招く可能性がある。
無線基地局1の通常運用中に、受信したフレームが他の無線基地局1からの同期フレーム信号であるか否か、即ち、同期フレーム受信処理部59により他の無線基地局1からの同期フレーム信号を受信したか否かを判断する(ステップS11)。同期フレーム信号を受信した場合(YES判定の場合)、タイミング調整部50dは、その同期フレーム信号に含まれる制御情報を参照し、同じホッピングパターンを使用しているか否かを判断する(ステップS12)。
t1>t0であると判定した場合(YES判定の場合)、自局のタイマ50cを戻すことにより、その値を、受信したタイマ値と所定値(例えば800msec)以上の差が生じるように小さく設定する一方(ステップS14)、t1≦t0であると判定した場合(NO判定の場合)、自局のタイマ50cを進めることにより、その値を、受信したタイマ値と所定値(例えば800msec)以上の差が生じるように大きく設定する(ステップS15)。
このようにして、周辺の他の無線基地局1との間でタイマ50cの値を補正し合うことにより、長時間のネットワーク運用に伴うタイマ50cの経時的な変化によって、自局の無線LAN10の周波数ホッピングと他の無線LAN10の周波数ホッピングとの間隔が徐々に近づいて周波数干渉が発生するのを回避でき、より確実に周波数干渉によるスループットの低下を回避することができる。
図8に示すフローチャート(ステップS21〜S27)に従って、本実施形態の端末局2の無線基地局選択動作について説明する。
ところで、各端末局2は、その用途(アプリケーション)によって、スループットの量やデータの集中度が異なるため、図3に示すように複数の無線基地局1を選択可能な状況であれば、端末局2毎の情報によって接続先の無線基地局1を選択することによって、ネットワーク全体のスループットを改善することができる。
端末局2をネットワークに組み込む際には、その端末局2が使用するネットワークアプリケーションに基づいて、その端末局2で必要とされるスループットを推測してスループット記憶部79に記憶させておく。
このとき、プローブ信号を受信した無線基地局1は、プローブ応答送信処理部61により、負荷状況設定部62にて設定された負荷状況を、プローブ応答としてプローブ信号送り元の端末局2へ送り返す。従って、無線基地局1からのプローブ応答には、各無線基地局1が管理する無線LAN10の負荷状況が含まれている。
本実施形態では、この項目〔4〕のCW値変更動作と、後述の項目〔5〕のRTS/CTS付加&最大パケット長の変更動作とにより、単独の無線LAN10内において、最大限のスループットを確保している。
まず、図9に示すフローチャート(ステップS31〜S38)に従って、本実施形態の無線基地局1におけるCW値変更動作について説明する。
つまり、まず、再送回数カウンタ64により計数された再送回数がしきい値を超えているか否かを判定し(ステップS34)、超えている場合(YES判定の場合)、CW値を大きく設定変更し、そのCW値の変更を端末局2に対し同期フレーム信号により通知する(ステップS35)。
〔5〕RTS/CTS付加&最大パケット長の変更動作
図10に示すフローチャート(ステップS41〜S52)に従って、本実施形態の無線基地局1におけるRTS/CTS付加&最大パケット長の変更動作について説明する。
従って、1フレームの送信に対する再送回数N回の時に、RTS/CTSフレームを使用した方が送信性能が良くなる場合は、
N×T3+(T1+T2)<(N+1)×T2
の時、即ち、
(T2−T3)×N>T1
を満たす場合である。ただし、T1,T3は固定値とする。
ステップS45でRTS/CTSフレームを使用しない方がよいと判断された場合(NO判定の場合)、現在、データをフラグメント化しながら送信しているか否かを判断し(ステップS47)、フラグメント化している場合(YES判定の場合)、最大パケット長を大きくしてRTS/CTSフレームを使用した方がよいかどうかを判断する(ステップS48)。
また、ステップS47またはS48でNO判定となった場合には、データ送信時にはRTS/CTSフレームは使用しないこととし、その旨を同期フレーム信号により各端末局2に通知する(ステップS50)。
2 端末局(無線端末装置)
3 無線エリア
4 有線ネットワーク
10 無線LAN(無線通信ネットワーク)
20 記憶部
21,32 MPU
22 PCMCIAコントローラ
23,23A 無線LANカード
24 LANコントローラ
25 SRAM
26,33 FLASH ROM
27,34 DRAM
28 EPROM
29,30 バス
31 PCMCIAインタフェース
35,36 LSI
35a MAC制御部
35b タイマ
35c シリアルインタフェース
35d 第1物理層制御部(PHY制御部)
36a 第2物理層制御部(PHY制御部)
37 送受信部
38 アンテナ
50 周波数ホッピング制御部(FH制御部)
50a 探索部
50b 周波数ホッピング選択・設定部
50c タイマ
50d タイミング調整部
51 同期フレーム送信処理部
52 データ送信処理部
53 データ受信処理部
54 ACK送受信部
55 RTS送受信部
56 CTS送受信部
57 プローブ信号送信処理部
58 プローブ応答受信処理部
59 同期フレーム受信処理部
60 プローブ信号受信処理部
61 プローブ応答送信処理部(負荷状況送信部)
62 負荷状況設定部(負荷状況送信部)
63 送受信バイト数カウンタ(負荷状況検出部)
64 再送回数カウンタ(負荷状況検出部)
65 端末局再送回数カウンタ(負荷状況検出部)
66 平均データフレーム長カウンタ
67 CW値設定部(変更部)
68 RTS/CTS付加&最大パケット長設定部(変更部)
70 同期フレーム受信処理部
71 同期フレーム解析処理部
72 データ送信処理部
73 データ受信処理部
74 ACK送受信部
75 RTS送受信部
76 CTS送受信部
77 プローブ信号送信処理部
78 プローブ応答受信処理部
79 スループット記憶部
80 基地局選択部(基地局装置選択部)
Claims (6)
- 相互に近接または重畳する無線エリアをもつ複数の基地局装置と、該複数の基地局装置のうちのいずれか一つと無線通信を行なう1以上の無線端末装置とをそなえてなる無線通信ネットワークシステムであって、
該複数の基地局装置に、それぞれ、該無線端末装置からプローブ信号を受信すると各基地局装置の負荷状況をプローブ応答として該無線端末装置へ送り返す負荷状況送信部をそなえるとともに、
該無線端末装置に、
予め付与された、必要なスループットを情報として記憶するスループット記憶部と、
周辺に存在する基地局装置を探索すべく前記プローブ信号を送信するプローブ信号送信部と、
該プローブ信号送信部により送信された前記プローブ信号に応じて該基地局装置から送り返されてきた負荷状況と該スループット記憶部に記憶されている前記スループットとに基づいて、最適な負荷状況の基地局装置を選択して接続する基地局装置選択部とをそなえたことを特徴とする、無線通信ネットワークシステム。 - 該無線端末装置と接続中の基地局装置の負荷状況が該スループット記憶部に記憶されている前記スループットに適さない状況になった場合には、該基地局装置選択部が、該プローブ信号送信部により送信された前記プローブ信号に応じて該基地局装置から送り返されてきた負荷状況と該スループット記憶部に記憶されている前記スループットとに基づいて、最適な負荷状況の基地局装置を選択・変更して接続し直すことを特徴とする、請求項1記載の無線通信ネットワークシステム。
- 相互に近接または重畳する無線エリアをもつ複数の基地局装置のうちのいずれか一つと無線通信を行なう無線端末装置であって、
予め付与された、必要なスループットを情報として記憶するスループット記憶部と、
周辺に存在する基地局装置を探索すべくプローブ信号を送信するプローブ信号送信部と、
該プローブ信号送信部により送信された前記プローブ信号に応じて該基地局装置から送り返されてきた負荷状況と該スループット記憶部に記憶されている前記スループットとに基づいて、最適な負荷状況の基地局装置を選択して接続する基地局装置選択部とをそなえたことを特徴とする、無線端末装置。 - 接続中の基地局装置の負荷状況が該スループット記憶部に記憶されている前記スループットに適さない状況になった場合には、該基地局装置選択部が、該プローブ信号送信部により送信された前記プローブ信号に応じて該基地局装置から送り返されてきた負荷状況と該スループット記憶部に記憶されている前記スループットとに基づいて、最適な負荷状況の基地局装置を選択・変更して接続し直すことを特徴とする、請求項3記載の無線端末装置。
- 相互に近接または重畳する無線エリアをもつ複数の基地局装置と、該複数の基地局装置のうちのいずれか一つと無線通信を行なう1以上の無線端末装置とをそなえてなる無線通信ネットワークの通信制御方法であって、
該無線端末装置に、必要なスループットを予め情報として付与しておき、
該無線端末装置から、周辺に存在する基地局装置を探索すべくプローブ信号を送信し、
該プローブ信号を受信した該基地局装置から該無線端末装置に対して負荷状況を送信し、
該基地局装置から送り返されてきた負荷状況と予め付与された前記スループットとに基づいて、最適な負荷状況の基地局装置を選択して該無線端末装置と接続することを特徴とする、無線通信ネットワークの通信制御方法。 - 該無線端末装置と接続中の基地局装置の負荷状況が予め付与された前記スループットに適さない状況になった場合には、該無線端末装置から、周辺に存在する基地局装置に対して前記プローブ信号を送信し、そのプローブ信号に応じて該基地局装置から送り返されてきた負荷状況と前記スループットとに基づいて、最適な負荷状況の基地局装置を選択・変更して該無線端末装置と接続し直すことを特徴とする、請求項5記載の無線通信ネットワークの通信制御方法。
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