JP4675743B2

JP4675743B2 - 無線ｌａｎスループット測定装置および無線ｌａｎスループット測定方法

Info

Publication number: JP4675743B2
Application number: JP2005304228A
Authority: JP
Inventors: 朋浩徳安; 正光名倉; 正孝飯塚
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2025-10-19
Also published as: JP2007116329A

Description

本発明は、無線ＬＡＮスループット測定装置および無線ＬＡＮスループット測定方法に係り、特に、無線ＬＡＮ（Wireless Local Area Network）ネットワークのスループット測定に関する。

近年、無線ＬＡＮ機器の低コスト化に伴い、無線ＬＡＮシステムの普及が進んでいる。しかし、無線ＬＡＮシステムでは、無線ＬＡＮ基地局装置の設置位置（無線ＬＡＮ基地局装置と無線ＬＡＮ端末装置間の距離）や設置環境（障害物の材質や形状）などによってスループットが大きく変化する。
そのため、無線ＬＡＮ基地局装置を設置する上で、各無線ＬＡＮ機器のスループットを考慮したシステム設計ということが重要であるが、無線ＬＡＮの普及に伴い無線ＬＡＮ機器も多種多様であって、各無線ＬＡＮ機器に対応するのは非常に困難である。そこで、無線ＬＡＮシステムの送信レート毎のスループット測定が重要となる。
従来のスループット測定方法は、ネットワーク上に測定用のサーバを設置し、あるサイズのデータを取得するのに要する時間を測定することでスループットの測定を行っている。(下記、非特許文献１参照）
しかしながら、この方法では各送信レートにおけるスループットの測定は困難である。

なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
加藤，大倉，中岡，他「ホットスポットネットワークにおけるストリーミングサービスのユーザレベルＱｏＳに関する研究」,ソフトピアジャパン共同研究報告書 Vo1.7, 2003)。

前述した従来技術では、専用のサーバが必要であるため、スループットを測定するために専用のネットワークを構成する必要があるだけでなく、無線ＬＡＮ基地局装置の設置位置を変更するたびにネットワークの再構成が必要であった。
さらに、ＩＰネットワーク上で通信を行う必要があるため、ＩＰアドレスやサブネットマスクなどの設定が必要であるだけでなく、SSIDやWEP Keyなどの無線ＬＡＮの設定も必要である。そのため、多種多様な設置環境に応じて全ての設定変更を必要とし、時間とコストがかかるという問題があった。
また、無線ＬＡＮシステムは、自動送信レート制御機能（フォールバック機能）を備えるが、その制御方法はメーカー依存であるため、無線ＬＡＮ機器によって大きくスループット特性が異なることがある。
そのため、フォールバック機能に依存しない各送信レートにおけるスループット測定が重要となるが、従来技術では各送信レートにおけるスループットの測定は困難であり、多種多様な無線ＬＡＮ機器への対応が困難である。
さらに、一般に、無線ＬＡＮシステムでは、パケットサイズが大きい方がスループット特性が良くなることが知られている。しかしながら、ＦＴＰなどの実際のアプリケーションでは、パケットサイズが一定しないことが多く、アプリケーションごとにスループット特性が異なるため、多種多様なアプリケーションに応じたスループット測定が困難であった。そのため、パケットサイズを一定化したスループット測定が重要となる。

本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、無線ＬＡＮスループット測定装置および無線ＬＡＮスループット測定方法において、無線ＬＡＮ基地局装置等の既設設備のみで新たに専用のサーバ等を必要とせず、また、ＩＰネットワーク上での通信をしないで実現することで、ＩＰアドレスやサブネットマスクの設定および無線ＬＡＮのSSIDやWEP Keyの設定を不要とし、測定器も無線化して容易にスループットの測定を可能とするだけでなく、各送信レートにおいてパケットサイズを固定化した状態でのスループットの測定を可能とする技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。

本発明の無線ＬＡＮ基地局装置は、無線ＬＡＮ制御信号であるプローブ要求信号を利用するものであり、無線ＬＡＮシステムで定義された、任意のサイズのプローブ要求信号を生成するプローブ要求信号生成手段と、前記無線ＬＡＮ基地局装置との間で無線接続を確立し、前記プローブ要求信号生成手段で生成されたプローブ要求信号を前記無線ＬＡＮ基地局装置に対して送信し、当該送信したプローブ要求信号に対する前記無線ＬＡＮ基地局装置からのＡｃｋ信号を受信するとともに、前記無線ＬＡＮ基地局装置からＡｃｋ信号を受信しないプローブ要求信号を、前記無線ＬＡＮ基地局装置からＡｃｋ信号を受信するか、あるいは、再送回数制限に達するまで、前記無線ＬＡＮ基地局装置に対して再送する送受信手段と、前記送受信手段を用いてプローブ要求信号を送信する際に、その送信レートを設定する送信レート設定手段と、前記送受信手段を用いて送信したプローブ要求信号数を、再送分を含めてカウントする送信プローブ要求信号数カウント手段と、前記送受信手段で受信した前記無線ＬＡＮ基地局装置からのＡｃｋ信号数をカウントするＡｃｋ数カウント手段と、前記送信プローブ要求信号数カウント手段から得られる送信プローブ要求信号数と、前記Ａｃｋ数カウント手段から得られるＡｃｋ信号数とからフレームエラーレートを計算するフレームエラーレート取得手段と、前記プローブ要求信号生成手段で設定したプローブ要求信号のサイズと、前記送信レート設定手段で設定した送信レートとから計算されるスループットの理論値に、前記フレームエラーレート取得手段から得られたフレームエラーレートを乗じた値を用いて、スループットを推定するスループット取得手段とを有する。
本発明の無線ＬＡＮスループット測定装置は、プローブ要求信号生成手段を用いて任意のサイズのプローブ要求信号を生成し、送信レート設定手段で設定した送信レートで、当該生成したプローブ要求信号を無線ＬＡＮ基地局装置に対して送受信手段を用いて送信する。
このとき、プローブ要求信号の送信にエラーが発生した場合はプローブ要求信号の再送が行われるが、その再送分を含めて送信したプローブ要求信号数を送信プローブ要求信号数カウント手段でカウントする。
無線ＬＡＮ基地局装置では、エラーなくプローブ要求信号を受信した際にはＡｃｋ信号を送信元である無線ＬＡＮスループット測定装置に送信する。
無線ＬＡＮスループット測定装置では、受信したＡｃｋ信号数をＡｃｋ数カウント手段でカウントし、送信プローブ要求信号数とＡｃｋ信号数からフレームエラーレート取得手段を用いてフレームエラーレートを計算する。
無線ＬＡＮシステムでは、プローブ要求信号のサイズと送信レートが分かればスループットの理論値は計算可能である。さらに、この理論値とフレームエラーレートが分かればスループットの推定が可能である。
本発明の無線ＬＡＮスループット測定装置では、前述したようにフレームエラーレートの測定が可能であり、プローブ要求信号のサイズと送信レートも設定可能であるため、測定を行った場所における設定送信レートでのスループットの測定が可能である。
また、無線ＬＡＮ基地局装置は、特に、ＩＰネットワークに接続されている必要はなく、ＩＰ設定が不要であり、無線ＬＡＮ基地局装置に対してエラーなくプローブ要求信号を送信できさえすれば無線ＬＡＮシステムの仕様にしたがって、無線ＬＡＮ基地局装置は即座にＡｃｋ信号を返信するため、無線ＬＡＮシステムのSSIDやWEP Keyなどの設定も不要である。
さらに、プローブ要求信号は任意に生成することが可能であるため、プローブ要求信号のサイズや生成周期を調整することで、ＩＰ電話や動画ストリーミングのパケットを擬似することも可能となり、用途に応じたスループットの測定も可能である。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、無線ＬＡＮシステムにおいて容易にスループットを測定することが可能であり、測定時間の短縮とコストの削減が可能である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施例１］
図１は、本発明の参考例である実施例１の無線ＬＡＮスループット測定装置の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施例の無線ＬＡＮスループット測定装置１０は、無線ＬＡＮ基地局装置１と無線通信が可能であり、無線ＬＡＮスループット測定装置１０は、送受信手段１１と、パケット生成手段１２と、送信レート設定手段１３と、送信パケット数カウント手段１４と、Ａｃｋ数カウント手段１５と、フレームエラーレート取得手段１６と、スループット取得手段１７とから構成される。
パケット生成手段１２は、任意のサイズのパケットを生成する。送受信手段１１は、無線ＬＡＮ基地局装置１との無線接続を確立し、パケット生成手段１２で生成されたパケットを無線ＬＡＮ基地局装置１に対して送信し、当該送信したパケットに対する前記無線ＬＡＮ基地局装置１からのＡｃｋ信号を受信し、さらに、無線ＬＡＮ基地局装置１からＡｃｋ信号を受信しないパケットを、無線ＬＡＮ基地局装置１からＡｃｋ信号を受信するか、あるいは、再送回数制限に達するまで、無線ＬＡＮ基地局装置１に対して再送する。
送信レート設定手段１３は、パケットを送信する際に無線ＬＡＮシステムが備える自動送信レート制御機能（フォールバック機能）をオフにして送信レートを固定値に設定する。
送信パケット数カウント手段１４は、送信したパケット数を再送分を含めてカウントする。Ａｃｋ数カウント手段１５は、無線ＬＡＮ基地局装置１からのＡｃｋ信号を送受信手段１１において受信した際に、そのＡｃｋ信号数をカウントする。
フレームエラーレート取得手段１６は、送信パケット数カウント手段１４を用いてカウントした送信パケット数と、Ａｃｋ数カウント手段１５を用いてカウントしたＡｃｋ信号数とからフレームエラーレートを計算する。
スループット取得手段１７は、送信レート設定手段１３で設定された送信レートと、パケット生成手段１２で生成されたパケットのサイズと、フレームエラーレート取得手段１６で得られたフレームエラーレートからスループットを推定する。

以下、本実施例の無線ＬＡＮスループット測定装置のスループット測定方法について、図２を用いて説明する。
まず、パケットサイズ（Ｐ）および送信レート（Ｒ）を設定する（ステップＳ１、ステップＳ２）。そして、その設定にしたがって、無線ＬＡＮ基地局装置１に対してパケットを送信し、送信パケット数をインクリメントする（ステップＳ３）。
この送信したパケットに対して、無線ＬＡＮ基地局装置１から送信されるＡｃｋ信号の受信があれば、Ａｃｋ信号数をインクリメントし（ステップＳ４）、Ａｃｋ信号の受信がなければパケットの再送を行い、送信パケット数をインクリメントし、Ａｃｋ信号の受信があるか、あるいは、再送回数制限に達するまで再送を繰り返す（ステップＳ５）。
前述のステップＳ３からステップＳ５を測定終了まで繰り返す。
測定終了後は、送信パケット数とＡｃｋ信号数からフレームエラーレート（ＦＥＲ）を、下記（１）式で計算する（ステップＳ６）。
〔数１〕ＦＥＲ＝１−（ａ／ｎ）・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ここで、ｎは送信パケット数、ａは受信したＡｃｋ信号数である。
そして、設定したパケットサイズおよび送信レートからスループットの理論値（Ｓ＝Ｆ（Ｐ，Ｒ））を取得する（ステップＳ７）。
最後に、スループットの理論値（Ｓ）とフレームエラーレート（ＦＥＲ）を用い、下記（２）式より、スループット（Ｔ）を推定する（ステップＳ８）。
〔数２〕Ｔ＝Ｓ×（１−ＦＥＲ）・・・・・・・・・・・・・・・（２）

このように、本実施例では、送信レートを固定化し、一定サイズのパケットを用いた場合の、無線ＬＡＮ基地局装置１との間の無線通信におけるフレームエラーレート（ＦＥＲ）を、前述の（１）式により、正確に測定することが可能となる。
そして、送信レート（Ｒ）とパケットサイズ（Ｐ）が分かっていれば、関数Ｓ＝Ｆ（Ｐ，Ｒ）で表されるスループットの理論値は計算可能である。なお、図３に、無線ＬＡＮシステムにIEEE 802.11bを採用した場合で、パケットサイズ1500Byteのときの各送信レートにおけるスループットの理論値を一例として示す。
したがって、フレームエラーレート（ＦＥＲ）さえ分かれば、前述の（２）式より、スループット（Ｔ）を推定することができる。
さらに、本実施例では、送信レート（Ｒ）とパケットサイズ（Ｐ）が一定の条件下での測定可能であるため、多種多様な無線ＬＡＮ機器、および多種多様なアプリケーションに応じたスループット特性の推定も可能である。
また、本実施例では、無線ＬＡＮ基地局装置１は、特に、ＩＰネットワークに接続されている必要はないのでＩＰ設定が不要であり、無線ＬＡＮスループット測定装置１０の送信するパケットも任意のものでよく、無線ＬＡＮ基地局装置１にエラーなく送信できさえすれば、無線ＬＡＮシステムの仕様にしたがって、無線ＬＡＮ基地局装置１は即座にＡｃｋ信号を返信するため、無線ＬＡＮシステムのSSIDやWEP Keyなどの設定も不要である。
さらに、パケットサイズや生成周期を調整することで、ＩＰ電話や動画ストリーミングのパケットを擬似することも可能となり、用途に応じたスループットの測定も可能である。

［実施例２］
図４は、本発明の実施例２の無線ＬＡＮスループット測定装置の概略構成を示すブロック図である。
図４に示すように、本実施例の無線ＬＡＮスループット測定装置１０は、任意のパケットではなく無線ＬＡＮ制御信号（例えば、プローブ要求）を利用する。
そのため、本実施例の無線ＬＡＮスループット測定装置１０では、前述の実施例のパケット生成手段１２に代えて、任意のサイズの制御信号を生成する制御信号生成手段２２が設けられる。同様に、送信パケット数カウント手段１４に代えて、送信制御信号数カウント手段２４が設けられる。
無線ＬＡＮシステムは、電波状況に応じて自動的に伝送レートを変更する機能（フォールバック機能）を有するが、プローブ要求には、この機能は適用されず、プローブ要求を利用することで伝送レートを固定化することが可能となる。そのため、送信レート設定手段１３は、フォールバック機能をオフにする機能が不要になる。

以下、本実施例の無線ＬＡＮスループット測定装置のスループット測定方法について、図５を用いて説明する。
まず、制御信号パケットサイズ（Ｃ）および送信レート（Ｒ）を設定する（ステップＳ１１、ステップＳ１２）。そして、その設定にしたがって、無線ＬＡＮ基地局装置１に対して制御信号を送信し、送信制御信号数をインクリメントする（ステップＳ１３）。
この送信した制御信号に対して、無線ＬＡＮ基地局装置１から送信されるＡｃｋ信号の受信があれば、Ａｃｋ信号数をインクリメントし（ステップＳ１４）、Ａｃｋ信号の受信がなければ制御信号の再送を行い、送信制御信号数をインクリメントし、Ａｃｋ信号の受信があるか、あるいは、再送回数制限に達するまで再送を繰り返す（ステップＳ１５）。
前述のステップＳ１３からステップＳ１５を測定終了まで繰り返す。
測定終了後は、送信制御信号数とＡｃｋ信号数からフレームエラーレート（ＦＥＲ）を、下記（３）式で計算する（ステップＳ１６）。
〔数３〕ＦＥＲ＝１−（ａ／ｍ）・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
ここで、ｍは送信制御信号数、ａは受信したＡｃｋ信号数である。
そして、設定した制御信号サイズおよび送信レートからスループットの理論値（Ｓ＝Ｆ（Ｃ，Ｒ））を取得する（ステップＳ１７）。
最後に、スループットの理論値（Ｓ）とフレームエラーレート（ＦＥＲ）を用い、前述の（２）式を用いて、スループット（Ｔ）を推定する（ステップＳ１８）。
このように、本実施例でも、前述の実施例と同様に、測定を行った場所における設定送信レートでのスループットの測定が可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、前述の実施例は、全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することが出来る。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

本発明の実施例１の無線ＬＡＮスループット測定装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施例１の無線ＬＡＮスループット測定装置のスループット測定方法の手順を示す図である。スループットの理論値の一例を示すグラフである。本発明の実施例２の無線ＬＡＮスループット測定装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施例２の無線ＬＡＮスループット測定装置のスループット測定方法の手順を示す図である。

符号の説明

１無線ＬＡＮ基地局装置
１０無線ＬＡＮスループット測定装置
１１送受信手段
１２パケット生成手段
１３送信レート設定手段
１４送信パケット数カウント手段
１５Ａｃｋ数カウント手段
１６フレームエラーレート取得手段
１７スループット取得手段
２２制御信号生成手段
２４送信制御信号数カウント手段

Claims

無線ＬＡＮ基地局装置によって構成される無線ＬＡＮネットワークのスループットを測定する無線ＬＡＮスループット測定装置であって、
無線ＬＡＮシステムで定義された、任意のサイズのプローブ要求信号を生成するプローブ要求信号生成手段と、
前記無線ＬＡＮ基地局装置との間で無線接続を確立し、前記プローブ要求信号生成手段で生成されたプローブ要求信号を前記無線ＬＡＮ基地局装置に対して送信し、当該送信したプローブ要求信号に対する前記無線ＬＡＮ基地局装置からのＡｃｋ信号を受信するとともに、前記無線ＬＡＮ基地局装置からＡｃｋ信号を受信しないプローブ要求信号を、前記無線ＬＡＮ基地局装置からＡｃｋ信号を受信するか、あるいは、再送回数制限に達するまで、前記無線ＬＡＮ基地局装置に対して再送する送受信手段と、
前記送受信手段を用いてプローブ要求信号を送信する際に、その送信レートを設定する送信レート設定手段と、
前記送受信手段を用いて送信したプローブ要求信号数を、再送分を含めてカウントする送信プローブ要求信号数カウント手段と、
前記送受信手段で受信した前記無線ＬＡＮ基地局装置からのＡｃｋ信号数をカウントするＡｃｋ数カウント手段と、
前記送信プローブ要求信号数カウント手段から得られる送信プローブ要求信号数と、前記Ａｃｋ数カウント手段から得られるＡｃｋ信号数とからフレームエラーレートを計算するフレームエラーレート取得手段と、
前記プローブ要求信号生成手段で設定したプローブ要求信号のサイズと、前記送信レート設定手段で設定した送信レートとから計算されるスループットの理論値に、前記フレームエラーレート取得手段から得られたフレームエラーレートを乗じた値を用いて、スループットを推定するスループット取得手段と
を有することを特徴とする無線ＬＡＮスループット測定装置。
無線ＬＡＮ基地局装置によって構成される無線ＬＡＮネットワークのスループットを測定する無線ＬＡＮスループット測定方法であって、
無線ＬＡＮスループット測定装置が、無線ＬＡＮシステムで定義されたプローブ要求信号のサイズと、送信レートとを設定するステップ１と、
前記ステップ１で設定したサイズのプローブ要求信号を生成するステップ２と、
前記生成したプローブ要求信号を、前記ステップ１で設定した送信レートで前記無線ＬＡＮ基地局装置に対して送信し、当該送信したプローブ要求信号に対する前記無線ＬＡＮ基地局装置からのＡｃｋ信号を受信するステップ３と、
前記ステップ３において、前記無線ＬＡＮ基地局装置からＡｃｋ信号を受信しないプローブ要求信号を、前記無線ＬＡＮ基地局装置からＡｃｋ信号を受信するか、あるいは、再送回数制限に達するまで、前記ステップ１で設定した送信レートで前記無線ＬＡＮ基地局装置に対して再送するステップ４と、
前記無線ＬＡＮ基地局装置に送信したプローブ要求信号数を、再送分を含めてカウントするステップ５と、
前記無線ＬＡＮ基地局装置から受信したＡｃｋ信号数をカウントするステップ６と、
前記ステップ５で得られた送信プローブ要求信号数と、前記ステップ６で得られたＡｃｋ信号数からフレームエラーレートを計算するステップ７と、
前記ステップ１で設定したプローブ要求信号のサイズと送信レートとから計算されるスループットの理論値に、前記ステップ７で得られたフレームエラーレートを乗じた値を用いて、スループットを推定するステップ８と
を有することを特徴とする無線ＬＡＮスループット測定方法。