JP4588465B2 - 伝送制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディジタル無線通信システムにおける伝送制御方法に関するものであり、特に、無線ＬＡＮ通信において、無線端末間の距離，電波を通さない障害物などの影響により、お互いの無線信号が衝突する問題、すなわち、隠れ端末問題（Hidden Terminal Problem）を解決するための伝送制御方法に関するものである。

従来のディジタル無線通信システムにおいて用いられている一般的なランダムアクセス技術の一つとして、ＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）と呼ばれる方式があり、このＣＳＭＡは、たとえば、無線パケット通信等で用いられている。ＣＳＭＡでは、各々の無線端末が、無線パケットの送信に先立ち、無線チャネルのキャリアセンスを行い、たとえば、チャネルの使用中（チャネルビジー）を確認した場合には無線パケットの送信を控え、一方で、チャネル未使用（チャネルアイドル）を確認した場合には無線パケットを送信する。

なお、米国の無線ＬＡＮ標準化規格IEEE802.11（下記非特許文献１参照）では、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）が使用されている。これに対して、欧州の無線ＬＡＮ標準化規格HiperLAN（下記非特許文献２参照）においては、無線端末の送信要求に応じて送信機会を与えるＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）が使用されている。

また、IEEE802.11においては、以下の技術が開示されている。たとえば、衝突が基本的に発生しないアクセス期間であるＣＦＰ（Contention Free Period）においては、ＣＳＭＡ／ＣＡに基づいたポーリング方式のアクセス方法として、ＰＣＦ（Point Coordination Function）やＨＣＣＡ（HCF Controlled Channel Access）が規定されている（下記非特許文献３、４参照）。たとえば、ＰＣＦを用いたアクセス方式では、通常のデータ送信時よりも短いキャリアセンス時間ＰＩＦＳ（PCF Inter Frame Space）を用いてＰＣＦ期間を開始する。そして、無線基地局がBeaconフレームを送信後に、さらに短いＳＩＦＳ（Short Inter Frame Space）を用いて、無線基地局と複数の無線端末との間において通信が行われる。

また、無線基地局が自局にて提供する通信エリアに存在する全ての無線端末と通信が行える状態において、無線端末間の距離，電波を通さない障害物などの影響により、同一通信エリアに存在するにもかかわらず無線端末間の無線信号がお互いに到達しない状況が発生する。このような状況における無線端末は「隠れ端末」と呼ばれ、この隠れ端末により生じる問題は「隠れ端末問題（Hidden Terminal Problem）」と呼ばれる。すなわち、他の無線端末が通信を行っていないことをキャリアセンスにて検出するようなシステムの場合は、上記理由により隠れ端末が発生する可能性があり、この隠れ端末の関係になっている無線端末のトラフィックにおいては、お互いの無線信号が衝突する可能性がある。

この隠れ端末問題の影響を低減する方法としては、たとえば、非特許文献１において、「RTS/CTS」と呼ばれる短いコントロールフレームを無線端末が送りたいデータに先立って送受信することで、データ衝突した際の影響を少なくする方法、が規定されている。

なお、下記非特許文献５においては、無線端末が他の無線端末（無線基地局を含む）に対して隠れ端末に関する情報を通知するメッセージ「Hidden Node Request/Report」を使用することが認められている。このメッセージは、隠れ端末の有無を他の無線端末に調査させるための、または報告するためのメッセージであり、たとえば、ある第三者の端末からのＤａｔａフレームは受信できるが、そのフレームに対するＡＣＫフレームが受信できない場合、または、ある第三者宛てのＡＣＫフレームは受信できるが、それに先立って送信された第三者が送信したＤａｔａフレームが受信できない場合において、その第三者を隠れ端末として扱う。

IEEE802.11 Standard HyperLAN2 Standard IEEE Wireless LAN Edition "A Compilation based on IEEE Std 802.11-1000(R2003) and its amendments" IEEE802.11e IEEE802.11k-Draft1.0

前述した隠れ端末問題の影響を低減する方法として、非特許文献１に記載されているRTS/CTSのやり取りにて隠れ端末問題を低減させる方法や、非特許文献５に記載されている「Hidden Node Request/Report」などの方法があるが、ある程度のオーバーヘッドが発生するためシステムスループットが低下する、という問題があった。また、非特許文献４においては、メッセージの使用方法が規定されていない、という問題もあった。

また、予め無線基地局からのBeaconフレームまたはその他の報知フレームによって全無線端末に対してポーリングの順番のみを通知しておき、その後、無線端末が自端末の送信順を他端末が送信するフレームを解析することによって把握するようなアクセス方式を用いた場合であって、かつ、特定の無線端末同士が隠れ端末となる位置に存在する場合において、前記特定の無線端末同士は、Uplinkのトラフィックが衝突する可能性がある、という問題があった。また、上記により帯域を有効活用できない、という問題もあった。具体的には、たとえば、ある送信順の一方の無線端末と、送信順がその直後の他方の無線端末と、が隠れ端末の位置に存在する場合、前記他方の無線端末は、キャリアセンスを行っても前記一方の無線端末が送信中であることを検出できないので、チャネル未使用と判断することとなり、その後、前記一方の無線端末が送信中であるにもかかわらず送信を開始してしまうこととなる。その結果、Uplinkのトラフィックが衝突する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無線信号の衝突を想定していないＣＦＰにおいて隠れ端末問題を回避した上で、さらなる高システムスループットを実現可能な具体的な伝送制御方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる伝送制御方法は、特定の通信エリアを提供する無線基地局と、当該通信エリアに存在する複数の無線端末と、から構成される無線通信システムにおいて、隠れ端末問題を解決するための伝送制御方法であって、たとえば、前記無線基地局が、前記各無線端末に対して、通信可能な装置のリストを要求するリスト要求ステップと、前記リストを要求された各無線端末が、それぞれ自端末にて通信可能な装置を検索し、その検索結果である装置のリストを生成し、その後、生成したリストを前記無線基地局に対して送信するリスト検索ステップと、前記リストを受信した無線基地局が、各リストを集計し、隠れ端末が生じないようにリストに記載された装置をグループ分けし、グループ単位に所定の伝送制御を行う伝送制御ステップと、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、無線基地局が、自局が提供する通信エリアに存在する無線端末、および当該無線端末の干渉となりえる通信装置を、隠れ端末が完全に存在しないグループにそれぞれ分割し、グループ毎に所定の伝送制御を行うこととした。

この発明によれば、無線基地局が、自局が提供する通信エリアに存在する無線端末、および当該無線端末の干渉となりえる通信装置を、隠れ端末が完全に存在しないグループにそれぞれ分割し、グループ毎に所定の伝送制御を行うこととしたので、たとえば、ＣＦＰにおいて、ＢＳＳ内での衝突をなくす（隠れ端末問題解消）ことが可能となる。また、上記グループ分けにより隠れ端末問題を完全に回避できるので、従来技術において問題となっていたオーバーヘッドがなくなり、さらなる高システムスループットを実現できる。

以下に、本発明にかかる伝送制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明にかかる伝送制御方法を実現する通信システムの一構成例を示す図であり、基地局（ＡＰ）と無線端末（ＳＴＡ）の通信状況を示している。図示のとおり、ＳＴＡ１１，１２，１３は、ＡＰ１が提供する通信エリアに存在し、ＡＰ１に属して通信を行っている。また、ＳＴＡ１４，１５は、他のＡＰが提供する通信エリアに存在し、そのＡＰに属して通信を行っている。なお、ＳＴＡ１４と１５は、直接通信を行ってもよく、さらに、自立分散的にアドホックネットワークを構成していてもよい。

ここで、上記通信システムにおいて、隠れ端末問題を回避した上で高システムスループットを実現する、本実施の形態の伝送制御方法について説明する。

図１において、まず、ＡＰ１では、後述する通信可能な装置のリスト「Communicatable STAs list」を要求するためのフレーム（Communicatable STAs list Request：CSLReq）を、自局が提供する通信エリアに存在しかつ自局に属するすべてのＳＴＡに対してブロードキャストする。または、上記CSLReqを、特定のＳＴＡ宛てにマルチキャストあるいはユニキャストする。なお、上記CSLReqには、通信可能な装置（ＡＰ，ＳＴＡを含む：「通信可能な装置」については後述する）を検索するための計測時間（たとえば、μsec単位）が含まれている。また、上記CSLReqは、ＳＴＡが送信することとしてもよい。この場合は、ＡＰ１が提供する通信エリアに存在しかつＡＰ１に属するすべてのＳＴＡ（自ＳＴＡを含む）に対してCSLReqを送信する。また、CSLReqを受信したＳＴＡ（あるいはＡＰ）が通信可能な装置を検索する場合には、現在行っている通信の邪魔にならないように行う。

つぎに、ＡＰ１からのCSLReqを受信したＳＴＡ（１１，１２，１３）は、そのCSLReqに含まれる計測時間に基づいて無線回線を監視し、自ＳＴＡにて通信可能な装置（「通信可能な装置」とは自ＳＴＡの通信可能エリア（点線にて記載）に存在する装置を意味する）を検索し、その検索結果を、自ＳＴＡ内の所定のテーブルに保存する。本実施の形態では、上記所定のテーブルとして、通信可能な装置（ＳＴＡ，ＡＰを含む）の「MAC Address」に基づいたリスト「Communicatable STAs list」を生成し、保存する。

なお、個々で保持するデータ（上記検索結果）は、単に「検出された通信装置のリスト（STA List）」だけでもよいし、さらに加えて、「検出された装置の「BSS ID」が自ＳＴＡと同一かどうか（Same BSS）」，「検出時間」，「受信電力値」，「通信対象の装置か（通信対象）」，「トラフィックタイプ（HDTV，VoIP，Data，StreamingなどのApplication）」，「優先度」などを含むこととしてもよい。ただし、上記通信可能な装置とは、特定のアドレス宛のフレームとその応答フレームの両方を受信できる、通信可能エリア内の装置（ＡＰ，ＳＴＡ等）を意味している。

たとえば、図１において、ＳＴＡ１１が保持する「Communicatable STAs List」は、図２のように表すことができ、また、ＳＴＡ１３が保持する「Communicatable STAs List」は、図３のように表すことができる。

すなわち、図２のテーブルには、「STA List」としてＡＰ１，ＳＴＡ１２，ＳＴＡ１３が記録され、「Same BSS」として“Ｙ（同一の「BSS ID」）”が記録され、「通信対象」として、ＡＰ１が“Ｙ（通信対象）”であること，ＳＴＡ１２と１３が“Ｎ（通信対象ではない）”であることが記録され、「Application」として、通信対象のＡＰ１のトラフィックタイプがＶｏＩＰであることが記録され、「優先度」として、通信対象のＡＰ１の優先度が“３（高い）”であることが記録されている。なお、ここでは、ＳＴＡ１２，１３の通信対象が“Ｎ（通信対象ではない）”であることが記録されているが、たとえば、ＡＰ１の制御でアドホックモードでの動作が許可されている場合は、通信対象が“Ｙ”となり、そのときのApplicationや優先度も記録される。

また、図３のテーブルには、「STA List」としてＡＰ１，ＳＴＡ１１，ＳＴＡ１４，ＳＴＡ１５が記録され、「Same BSS」として、ＡＰ１とＳＴＡ１１が“Ｙ（同一の「BSS ID」）”であること，ＳＴＡ１４と１５が“Ｎ（異なる「BSS ID」）”であることが記録され、「通信対象」として、ＡＰ１が“Ｙ（通信対象）”であること，ＳＴＡ１１と１４と１５が“Ｎ（通信対象ではない）”であることが記録され、「Application」として、通信対象のＡＰ１のトラフィックタイプがＤａｔａであることが記録され、「優先度」として、通信対象のＡＰ１の優先度が“１（低い）”であることが記録されている。ＳＴＡ１３が保持する上記テーブル「Communicatable STAs List」には、ＡＰ１の通信エリアに存在するＳＴＡ以外に、ＳＴＡ１３の通信可能範囲に存在する、干渉ＳＴＡとなりえるＳＴＡ１４および１５の情報が含まれる。

つづいて、CSLReqを受信したＳＴＡは、上記のように作成したテーブル「Communicatable STAs list」の内容を含むフレーム「Communicatable STAs List report：CSLRep」を、要求元のＡＰ１に対して返信する。ただし、上記計測時間が“０”の場合には、CSLReqを受信したＳＴＡ（あるいはＡＰ）が、その時点で保持しているテーブル「Communicatable STAs list」の内容を含むCSLRepを、要求元のＡＰ１に対して返信する。また、計測時間終了前に、再度、ＡＰ１（または他のＳＴＡ）からユニキャストフレームにて計測時間が“０”のCSLReqを受信した場合は、その時点で保持するCSLRepを早急に返送することも可能である。なお、CSLReqを受信した場合は、たとえば、CSLReqに対するＡＣＫフレームにCSLRepの情報をPiggyBackすることとしてもよいし、ＣＦＰ（Contention Free Period）またはＣＰ（Contention Period）において要求されたＳＴＡのスケジューリングに応じて応答することも可能である。

つぎに、自局の通信エリア内の各ＳＴＡからCSLRepを受信したＡＰ１は、それらのCSLRepを集計し、隠れ端末が生じないようにＳＴＡ群を示すテーブルを作成する。図４は、たとえば、ＡＰ１が作成したＳＴＡ群のテーブルの一例を示す図である。ここでは、どのＳＴＡ（他のＡＰを含む）とどのＳＴＡが通信を行っているか（通信相手）、を記録し、さらに、そのトラフィックタイプ（HDTV，VoIP，Streaming，Dataなど）を記録している。また、ＳＴＡの通信品質などから優先度「Traffic Type Priority」を決定し、記録している。また、自ＢＳＳ以外の装置（ＳＴＡ，ＡＰ）がどのように存在するか（Same BSS）、を示すことも可能である。本実施の形態においては、一例として、ＡＰ１が提供する通信エリアに存在するＳＴＡについて、隠れ端末が生じないようにグループ分けを行い（Group１，Group２に相当）、さらに、当該通信エリア内の各ＳＴＡと干渉となる可能性のある通信装置（他のＡＰおよび当該他のＡＰに属するＳＴＡを含む）とのグループを作成している（Group３に相当）。グループ分けについては、他の方法を用いることとしてもよい。

なお、図示はしていないが、ＳＴＡの通信品質などからアクセスカテゴリー（ＡＣ）を決定することも可能である。また、上記以外に、各装置間のアンテナ端における受信電力値などを記録しておくことも可能である。さらに、上記「Traffic Type Priority」と受信電力値などからなる回線品質に基づいて、複合プライオリティを作成、記録することも可能である。

最後に、ＡＰ１は、上記で作成したテーブルに基づいて、たとえば、グループ毎にＣＦＰ期間の伝送制御を行う。本実施の形態では、図４に示す「Traffic Type Priority」に基づいて、各グループの総合プライオリティを決定する。たとえば、各Groupにおける「Traffic Type Priority」を集計し、その結果、Group１がもっとも高い総合プライオリティとなり、以下、Group２，Group３…、の順となるように、所定の伝送制御（非特許文献１および３参照）を行う。

このように、本実施の形態においては、ＡＰ１が提供する通信エリアに存在するＳＴＡ、および当該ＳＴＡの干渉となりえる通信装置（ＳＴＡ，ＡＰを含む）を、隠れ端末が完全に存在しないＳＴＡ群（Group）にそれぞれ分割し、グループ毎に伝送制御を行うこととした。これにより、たとえば、ＣＦＰにおいて、ＢＳＳ内での衝突をなくす（隠れ端末問題解消）ことが可能となる。また、上記グループ分けにより隠れ端末問題を完全に回避できるので、RTS/CTSのやり取りによるオーバーヘッドがなくなり、さらなる高システムスループットを実現できる。また、自局の通信エリア以外の周辺ＳＴＡ（周辺ＡＰを含む）の情報も返信されるので、たとえば、ＡＰ１が、隣接セルや近傍のアドホックネットワークを構築する通信装置（本実施の形態ではＳＴＡ１４，１５に相当）によって自ＢＳＳ内のＳＴＡ１３が干渉を受けていること、を把握することができる。

さらに、CSLRepを用いて、各通信装置がアンテナ端での受信電力値をＡＰ１に送付している場合には、ＡＰ１が、たとえば、被干渉ＳＴＡであるＳＴＡ１３がＳＴＡ１４，１５からどのくらいの干渉を受けているのか、を把握することができる。また、その干渉量が、ＡＰ１とＳＴＡ１３との間の平均的な受信電力値と比べてどの程度の差があるのか、を理解することができる。さらに、上記干渉に関する情報を、複合的なプライオリティを作成する際のパラメータとして使用することができる。

なお、上記本実施の形態においては、ＣＦＰにおいて、ＢＳＳ内での衝突をなくすようにグループ分けを行ったが、無線ＬＡＮシステムはＣＦＰとＣＰというアクセス方式が交互に発生する通信であることから、たとえば、グループ毎のプライオリティに基づいてＣＦＰ期間を割り当てる割合を個別に設定（割り当てない場合も含む）し、ＣＦＰを割り当てられていない場合についてはＣＰ期間を利用して通信を行うこととしてもよい。具体的にいうと、Group１には２回に１回の割合でＣＦＰを割り当て、Group２には３回に１回の割合でＣＦＰを割り当て、Group３には４回に１回の割合でＣＦＰを割り当て、…というような伝送制御方法としてもよい。これにより、上記のように、高システムスループットを実現しつつ、さらにプライオリティの高いグループの通信を確実に実行することができる。

以上のように、本発明にかかる伝送制御方法は、ディジタル無線通信システムに有用であり、特に、無線ＬＡＮ通信における隠れ端末問題を解決するための方法として適している。

本発明にかかる伝送制御方法を実現する通信システムの一構成例を示す図である。 「Communicatable STAs List」の具体例を示す図である。 「Communicatable STAs List」の具体例を示す図である。 隠れ端末が生じないように作成したＳＴＡ群のテーブルの一例を示す図である。

符号の説明

１ ＡＰ
１１，１２，１３，１４，１５ ＳＴＡ

Claims (4)

1. 特定の通信エリアを提供する無線基地局と、当該通信エリアに存在する複数の無線端末と、から構成される無線通信システムにおいて、隠れ端末問題（Hidden Terminal Problem）を解決するための伝送制御方法であって、
   前記無線基地局が、前記各無線端末に対して、通信可能な装置（無線基地局および無線端末を含む）のリストを要求するリスト要求ステップと、
   前記リストを要求された各無線端末が、それぞれ自端末にて通信可能な装置を検索し、その検索結果である装置のリストを生成し、その後、生成したリストを前記無線基地局に対して送信するリスト検索ステップと、
   前記リストを受信した無線基地局が、各リストを集計し、前記特定の通信エリアにおいて隠れ端末の関係となる装置を異なるグループに分け、各グループに、当該特定の通信エリアに存在する前記隠れ端末の関係となる装置以外の全装置を含ませるように、リストに記載された装置をグループ分けし、グループ単位に所定の伝送制御を行う伝送制御ステップと、
   を含み、
   前記リスト検索ステップでは、自端末と前記通信可能な装置との間の通信品質を前記リストに含ませることとし、
   前記伝送制御ステップでは、
   前記リストに含まれる装置間の通信品質に基づいて通信品質毎の優先度を決定し、さらに、通信品質毎の優先度をグループ毎に集計してグループ毎の総合優先度を決定し、当該グループ毎の総合優先度に基づいて、各グループのＣＦＰ（Contention Free Period）期間への割り当て割合を設定する、伝送制御を行うこと、
   を特徴とする伝送制御方法。
2. 特定の通信エリアを提供する無線基地局と、当該通信エリアに存在する複数の無線端末と、から構成される無線通信システムにおいて、隠れ端末問題（Hidden Terminal Problem）を解決するための伝送制御方法であって、
   特定の無線端末が、前記通信エリアに存在しかつ前記無線基地局に属するすべての無線端末（自端末を含む）に対して、通信可能な装置（無線基地局および無線端末を含む）のリストを要求するリスト要求ステップと、
   前記リストを要求された各無線端末が、それぞれ自端末にて通信可能な装置を検索し、その検索結果である装置のリストを生成し、その後、生成したリストを前記無線基地局に対して送信するリスト検索ステップと、
   前記リストを受信した無線基地局が、各リストを集計し、前記特定の通信エリアにおいて隠れ端末の関係となる装置を異なるグループに分け、各グループに、当該特定の通信エリアに存在する前記隠れ端末の関係となる装置以外の全装置を含ませるように、リストに記載された装置をグループ分けし、グループ単位に所定の伝送制御を行う伝送制御ステップと、
   を含み、
   前記リスト検索ステップでは、自端末と前記通信可能な装置との間の通信品質を前記リストに含ませることとし、
   前記伝送制御ステップでは、
   前記リストに含まれる装置間の通信品質に基づいて通信品質毎の優先度を決定し、さらに、通信品質毎の優先度をグループ毎に集計してグループ毎の総合優先度を決定し、当該グループ毎の総合優先度に基づいて、各グループのＣＦＰ（Contention Free Period）期間への割り当て割合を設定する、伝送制御を行うこと、
   を特徴とする伝送制御方法。
3. 前記リスト検索ステップでは、前記無線基地局が提供する通信エリア以外の通信可能な周辺装置についても検索し、その結果を前記リストに含ませることを特徴とする請求項１または２に記載の伝送制御方法。
4. 前記リスト検索ステップでは、前記リスト要求とともに指示される計測時間に基づいて通信可能な装置を検索することとし、当該計測時間が０の場合は、その時点で保持しているリストを前記無線基地局に対して送信することを特徴とする請求項１、２または３に記載の伝送制御方法。

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