JP5972840B2 - 無線通信システム、無線端末および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、自律分散制御（ＤＣＦ：Distributed Coordination Function ）により、各無線端末が送信タイミングを制御して通信を行う無線通信システム、無線端末および無線通信方法に関する。

IEEE802.11標準規格（非特許文献１）で規定される無線ＬＡＮシステムでは、アクセス制御方式としてＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）を採用した分散制御により動作している。ＣＳＭＡ／ＣＡでは、無線端末はフレーム送信前に固定長の時間ＤＩＦＳ（Distributed InterFrame Space）と、ランダム長の時間 (バックオフ時間) を待機することで、無線端末同士の送信タイミングをずらし、フレーム衝突の確率を低減している。バックオフ時間は規格毎に決められたスロットの時間単位の倍数で決定され、その倍数をバックオフ値と呼ぶ。

IEEE802.11標準規格の無線ＬＡＮシステムでは、このバックオフ値の選択アルゴリズムとしてＢＥＢ（Binary Exponential Backoff）を利用する。ＢＥＢでは、バックオフ値をＣＷ（Contention Window ）の範囲からランダムに選択し、フレーム送信の失敗回数に応じてこのＣＷを増加させる。フレームの初回送信時には、ＣＷを初期値であるＣＷmin に設定し、送信の連続失敗回数に応じてＣＷmax を上限として増加させ、送信成功時にＣＷmin にリセットする。ここで、送信を行う無線端末が多数存在する環境（以下、無線稠密環境という) においては、複数の無線端末が同一のバックオフ値を選択する確率が高まるため、衝突によるフレーム喪失が多発する。また衝突時には、ＣＷの増加に伴いバックオフ時間が延伸し、待機時間のオーバヘッドが増加する。以上により、ＣＳＭＡ／ＣＡにおいては衝突の多発とオーバヘッド時間の増加によるスループット低下が課題となる。

また、非特許文献１では、無線端末は自身の送信の正常完了を無線端末の宛先局から返信されるＡｃｋフレームの受信により検知する。このＡｃｋフレームを受信後、まだ自身が送信するフレームを保持している場合には、再び送信権獲得のためのバックオフ制御を行う。このとき、無線端末はＢＥＢに基づき、ＣＷをＣＷmin にリセットした上で送信権獲得のための動作を行うため、無線稠密環境においては衝突確率が上昇し、通信品質が劣化することが課題となる。

IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 5: Enhancements for Higher Throughput, March 2012

非特許文献１の規格では、無線端末は自身の送信が正常に完了後、次に送信するフレームを保持している場合、再び他の無線端末との送信権獲得の競争に加わる。そのため、送信を行う無線端末が多数存在する無線稠密環境下では、送信権獲得のためのランダムバックオフ過程において、二つ以上の無線端末が同時に送信を行う競合が発生し、衝突が生じることによるスループット特性や遅延特性の性能劣化が生じる課題があった。特に、近年広く普及しているIEEE802.11g 以降の規格において、送信タイミングを決定するランダムバックオフ値は、初期値ＣＷmin として０〜15の範囲内で決定されるため、16台以上の無線端末が一斉に送信権獲得の競争を行う場合、必ず競合が発生し、衝突が発生していた。

本発明は、無線稠密環境において多数の無線端末が送信権獲得に向けた競合を緩和し、フレーム衝突を低減することにより、スループット特性や遅延特性の性能向上を実現する無線通信システム、無線端末および無線通信方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信システムにおいて、無線端末は、送信権を獲得してデータフレームを送信し、基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、次に送信するデータフレームがあっても送信権獲得制御に加わらずに待機する所定期間を自律的に設定する送信自制手段を備える。
第２の発明は、基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信システムにおいて、無線端末は、送信権を獲得してデータフレームを送信し、基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、基地局の制御により、次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機する送信自制手段を備え、所定期間は、無線チャネルのビジー時間とアイドル時間を一定期間観測して得られるチャネル利用率と、基地局に接続される無線端末の数と、１データフレームの送信完了に要する時間とに基づいて、基地局により設定される。
第３の発明は、基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信システムにおいて、無線端末は、送信権を獲得してデータフレームを送信し、基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、基地局の制御により、次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機する送信自制手段を備え、所定期間の現在の設定値に対する次回の設定値は、無線チャネルを一定期間観測して得られるアイドル時間およびフレーム衝突回数と、１データフレームの送信完了に要する時間と、現在の設定値とに基づいて、基地局により設定される。

第２または第３の発明の無線通信システムにおいて、基地局は、送信成功を示す確認フレームに、所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加する制御手段を備え、無線端末の送信自制手段は、制御情報が付加された確認フレームに応じて送信自制の制御を行う構成である。

第２または第３の発明の無線通信システムにおいて、基地局は、無線端末の全てまたは一部に周期的に送信するBeaconフレームに、所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加する制御手段を備え、Beaconフレームを受信した無線端末の送信自制手段は、制御情報が付加されたBeaconフレームに応じて送信自制の制御を行う構成である。

第２または第３の発明の無線通信システムにおいて、基地局は、無線端末に個別に送信するActionフレームに、所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加する制御手段を備え、Actionフレームを受信した無線端末の送信自制手段は、制御情報が付加されたActionフレームに応じて送信自制の制御を行う構成である。

第４の発明は、基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信方法において、無線端末は、送信権を獲得してデータフレームを送信し、基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、送信自制手段により次に送信するデータフレームがあっても送信権獲得制御に加わらずに待機する所定期間を自律的に設定する。
第５の発明は、基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信方法において、無線端末は、送信権を獲得してデータフレームを送信し、基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、基地局の制御により、送信自制手段により次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機する処理を行い、所定期間は、無線チャネルのビジー時間とアイドル時間を一定期間観測して得られるチャネル利用率と、基地局に接続される無線端末の数と、１データフレームの送信完了に要する時間とに基づいて、基地局により設定される。
第６の発明は、基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信方法において、無線端末は、送信権を獲得してデータフレームを送信し、基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、基地局の制御により、送信自制手段により次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機する処理を行い、所定期間の現在の設定値に対する次回の設定値は、無線チャネルを一定期間観測して得られるアイドル時間およびフレーム衝突回数と、１データフレームの送信完了に要する時間と、現在の設定値とに基づいて、基地局により設定される。

第５または第６の発明の無線通信方法において、基地局は、送信成功を示す確認フレームに、所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加し、無線端末の送信自制手段は、制御情報が付加された確認フレームに応じて送信自制の制御を行う。

第５または第６の発明の無線通信方法において、基地局は、無線端末の全てまたは一部に周期的に送信するBeaconフレームに、所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加し、Beaconフレームを受信した無線端末の送信自制手段は、制御情報が付加されたBeaconフレームに応じて送信自制の制御を行う。

第５または第６の発明の無線通信方法において、基地局は、無線端末に個別に送信するActionフレームに、所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加し、Actionフレームを受信した無線端末の送信自制手段は、制御情報が付加されたActionフレームに応じて送信自制の制御を行う。

第７の発明は、基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信システムの無線端末において、送信権を獲得してデータフレームを送信し、基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、次に送信するデータフレームがあっても送信権獲得制御に加わらずに待機する所定期間を自律的に設定する送信自制手段を備える。
第８の発明は、基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信システムの無線端末において、送信権を獲得してデータフレームを送信し、基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、基地局の制御により、次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機する送信自制手段を備え、所定期間は、無線チャネルのビジー時間とアイドル時間を一定期間観測して得られるチャネル利用率と、基地局に接続される無線端末の数と、１データフレームの送信完了に要する時間とに基づいて、基地局により設定される。
第９の発明は、基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信システムの無線端末において、無線端末は、送信権を獲得してデータフレームを送信し、基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、基地局の制御により、次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ送信権獲得制御に加わらずに待機する送信自制手段を備え、所定期間の現在の設定値に対する次回の設定値は、無線チャネルを一定期間観測して得られるアイドル時間およびフレーム衝突回数と、１データフレームの送信完了に要する時間と、現在の設定値とに基づいて、基地局により設定される。

本発明は、無線端末が送信権獲得制御を行い、送信が成功した当該無線端末は、しばらくの間送信を控えることにより、次の送信権獲得制御から外れ、他の無線端末の送信権獲得時に生じる競合・衝突を低減することができる。すなわち、無線稠密環境において多数の無線端末が送信権獲得に向けた競合を緩和し、フレーム衝突を低減することにより、スループット特性や遅延特性の性能向上が実現される。

このように、送信に成功した無線端末のみが、一定期間送信を控えるため、無線端末間の公平性を崩さずに通信品質の改善が可能となる。また、無線端末自身が送信を控えるという動作は、他の無線端末の動作を妨げるものではないため、既存の無線通信システムと柔軟な共存が可能となる。さらに、無線端末毎に送信成功後の送信禁止期間を適応的に可変とすることにより、無線端末毎の優先制御が実現され、サービス・アプリケーションに応じた送信機会の提供が可能となる。

本発明の無線通信システムの全体構成を示す図である。 本発明における基地局ＡＰおよび無線端末ＳＴＡの構成例を示す図である。 本発明の無線通信システムの実施例１における制御動作例を示す図である。 Ｃ−Ａｃｋのフレーム構成を示す図である。 Ｃ−ＡｃｋによるＰ−ＮＡＶ（後段ＩＦＳ）の制御例を示す図である。 本発明の無線通信システムの実施例２における制御動作例を示す図である。 本発明の無線通信システムの実施例３における制御動作例を示す図である。 システムスループットの計算機シミュレーション結果を示す図である。 ユーザスループットの計算機シミュレーション結果を示す図である。

図１は、本発明の無線通信システムの全体構成を示す。
図１において、基地局ＡＰには多数の無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎが接続されており、これらの無線端末が任意のタイミングで基地局と通信を行う。この基地局ＡＰと無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡｎの構成をアクセスＮＷ（ネットワーク）とする。アクセスＮＷの周囲には同様の構成を持つアクセスＮＷが複数存在し、各アクセスＮＷの基地局ＡＰがコアＮＷに接続されるものとする。

図２は、本発明における基地局ＡＰおよび無線端末ＳＴＡの構成例を示す。
図２において、基地局ＡＰおよび無線端末ＳＴＡは、相互に通信を行うための送受信インタフェース部１１，２１を備える。基地局ＡＰは、無線端末ＳＴＡが送信成功後に設定する送信禁止の要否とその期間を送信禁止区間決定部１２で決定し、送受信インタフェース部１１を介して無線端末ＳＴＡに通知する。無線端末ＳＴＡは、送受信インタフェース部２１を介して送信成功後の送信禁止の要否とその期間を知り、送信禁止区間設定部２２により、送信成功後の送信禁止期間を設定する。無線端末ＳＴＡは、非特許文献１に記載の方法またはその他の自律分散制御により送信を行い、当該の送信が成功した場合、送信禁止区間設定部２２で設定した所定の送信禁止期間だけ送信を停止する。

図３は、本発明の無線通信システムの実施例１における制御動作例を示す。ここでは、無線端末ＳＴＡの送信成功後の送信抑制手段として、無線端末ＳＴＡは基地局ＡＰから送信成功の確認応答として返信される特殊なＡｃｋフレーム(Ack with Cooldown、以下Ｃ−Ａｃｋという) を用いる。Ｃ−Ａｃｋのフレーム構成を図４に示す。

図３において、無線端末ＳＴＡはＣＳＭＡ／ＣＡ手順に則り、ＤＩＦＳ＋Backoff 期間後に、無線チャネルがアイドルであればデータフレームを送信する。このデータフレームを正常受信した基地局ＡＰは、Ｃ−Ａｃｋを無線端末ＳＴＡに返信する。Ｃ−Ａｃｋは、図４に示すように、非特許文献１に記載の規格規定のＡｃｋフレームに１octet のCooldownフィールドを加えたものである。Cooldownフィールドが“１”であれば、無線端末ＳＴＡはDurationフィールドに記載された時間、直後の送信を控える。Cooldownフィールドに“０”であれば、非特許文献１に記載のＡｃｋフレームと同様のフレームを受信したものと解釈し、直後の送信を控えず、規格規定の動作を継続する。もしくは、Ｃ−ＡｃｋのCooldownフィールドを２octetsとし、このフィールドに送信を控えるべき期間長を直接記載してもよい。ここでは、「正常送信後に自局が控えるべき送信期間」を設ける機能を「後段ＩＦＳ」、「正常送信後に自局が控えるべき送信期間」を「Pinpoint Network Allocatopn Vector (Ｐ−ＮＡＶ) 」という。

図５は、Ｃ−ＡｃｋによるＰ−ＮＡＶ（後段ＩＦＳ）の制御例を示す。ここでは、すべての無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３が常に送信すべきフレームを送信キューに保持している場合（飽和トラフィック）の動作例を示す。

無線端末ＳＴＡ１は、無線端末ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３におけるバックオフ制御により送信権を獲得し、送信を行い、その成功後にＣ−Ａｃｋを受信してＰ−ＮＡＶだけ送信を控える。そのため、Ｐ−ＮＡＶの期間中はバックオフ競争相手が減少し、衝突確率が低減する。例えば、無線端末ＳＴＡ１の送信完了後は、無線端末ＳＴＡ２と無線端末ＳＴＡ３が送信権獲得のための競争を行う。次に、無線端末ＳＴＡ２が送信権を獲得して送信完了すると、無線端末ＳＴＡ１に加えて無線端末ＳＴＡ２がＰ−ＮＡＶにより送信を控えるため、無線端末ＳＴＡ３が確実に送信を行うことができる。なお、無線端末ＳＴＡ２と無線端末ＳＴＡ３が衝突による送信失敗時は、Ｃ−Ａｃｋを含むいかなるＡｃｋも返信されないため、無線端末ＳＴＡ２と無線端末ＳＴＡ３は問題なく通常のＣＳＭＡ／ＣＡと同様のシーケンスを継続する。

このように、飽和トラヒックにおいては、バックオフ競争に勝った無線端末から順番に送信を行う擬似的な集中制御が実現される。このとき、無線端末ＳＴＡのＰ−ＮＡＶ終了後は、当該無線端末ＳＴＡは再び送信権獲得の競争に参加することになる。すなわち、Ｐ−ＮＡＶ期間中は、その無線端末が単に「バックオフ競争から外れる」だけであり、Ｐ−ＮＡＶ終了後は、その無線端末が単に「バックオフ競争に加わる」だけなので、無線端末の送信タイミングを制御したり、擬似的な集中制御の維持等を行うための特別な制御は必要ない。また、送信に成功した無線端末のみが一定期間送信を控えるため、無線端末間の公平性を崩さずに通信品質の改善が可能となる。また、無線端末自身の送信を控えるという動作は、他の無線端末の動作を妨げるものではないため、既存の無線システムと柔軟な共存が可能となる。

また、無線端末が常に送信すべきフレームを送信キューに保持しておらず、散発的にトラヒックが発生する環境下（非飽和トラフィック）においても、送信が成功した無線端末は後段ＩＦＳによるＰ−ＮＡＶにより送信を自制するため、他の無線端末の衝突確率が低減する効果を期待できる。すなわち、本発明の効果は飽和トラヒック、非飽和トラヒックに関わらず得られる。

また、基地局ＡＰはアクセスＮＷのチャネル使用率が低い、すなわちネットワーク全体のトラヒックの発生状況が散発的かつその頻度が低いような状況下において、またアクセスＮＷに基地局ＡＰに接続する無線端末以外の無線端末が存在し、基地局ＡＰに接続する無線端末の送信機会抑制が、基地局ＡＰに接続する無線端末にとって不利益を蒙る、すなわち周囲の基地局ＡＰに接続する無線端末以外の無線端末が優先され、送信機会に不公平が生じると判断したときに、無線端末ＳＴＡからのデータフレーム受信に対する応答として、実施例１に記載のＣ−Ａｃｋではなく、非特許文献１に記載のＡｃｋフレームを用いてもよい。これにより、無線端末ＳＴＡはＣＳＭＡ／ＣＡに則った動作を行うため、その送信機会の公平性は従来の無線ＬＡＮ端末と同等となる。この無線端末ＳＴＡが本発明による後段ＩＦＳ機能を用いるか否かは、送信成功の応答として受信するＡｃｋフレームが、非特許文献１に記載のＡｃｋフレームか本発明によるＣ−Ａｃｋか、もしくはＣ−ＡｃｋのCooldownフィールドが０か１か、あるいはDurationフィールドの値が０かそれ以外かで決定されるため、本発明による動作と非特許文献１による動作の切り替えに特別な動作は必要なく、状況に応じた柔軟な制御が可能となる。

図６は、本発明の無線通信システムの実施例２における制御動作例を示す。ここでは、送信成功後の送信抑制手段として、無線端末ＳＴＡは基地局ＡＰから定期的に周知されるBeaconフレームを用いる。

図６において、基地局ＡＰは、Beaconフレームを用いて基地局ＡＰに接続する無線端末ＳＴＡのすべてまたは一部に対して、正常送信後に後段ＩＦＳを設定するか否か、後段ＩＦＳを設定する場合のＰ−ＮＡＶを報知する。このとき、BeaconフレームのVendor Specific フィールドもしくは新規に追加するCooldownフィールドにＰ−ＮＡＶを記述する。

Beaconフレームで後段ＩＦＳが設定された無線端末ＳＴＡは、ＣＳＭＡ／ＣＡ手順に則り、ＤＩＦＳ＋Backoff 期間後にチャネルがアイドルであればデータフレームの送信を行う。このデータフレームを正常受信した基地局ＡＰは、非特許文献１に記載のＡｃｋフレームを無線端末ＳＴＡに返信する。Beaconフレームで後段ＩＦＳが設定された無線端末ＳＴＡがこのＡｃｋフレームを正常受信すると、Ｐ−ＮＡＶの期間だけ送信を控える。

図７は、本発明の無線通信システムの実施例３における制御動作例を示す。ここでは、送信成功後の送信抑制手段として、無線端末ＳＴＡは基地局ＡＰから個別に送信されるActionフレームを用いる。

図７において、基地局ＡＰは、Actionフレームを用いて基地局ＡＰに接続する所定の無線端末ＳＴＡに対して、正常送信後に後段ＩＦＳを設定することを通知し、Ｐ−ＮＡＶを報知する。

Actionフレームで後段ＩＦＳが設定された無線端末ＳＴＡは、ＣＳＭＡ／ＣＡ手順に則り、ＤＩＦＳ＋Backoff 期間後にチャネルがアイドルであればデータフレームの送信を行う。このデータフレームを正常受信した基地局ＡＰは、非特許文献１に記載のＡｃｋフレームを無線端末ＳＴＡに返信する。Actionフレームで後段ＩＦＳが設定された無線端末ＳＴＡがこのＡｃｋフレームを正常受信すると、Ｐ−ＮＡＶの期間だけ送信を控える。

以上説明した実施例１〜実施例３は、基地局ＡＰにより後段ＩＦＳが設定される無線端末ＳＴＡにおいて、ＣＳＭＡ／ＣＡ手順に則りデータフレームを送信し、基地局ＡＰからのＡｃｋフレームを正常受信した後に、後段ＩＦＳによりＰ−ＮＡＶの期間だけ送信を控える手順であった。

実施例４では、無線端末ＳＴＡが自律的に後段ＩＦＳを設定し、対応するＰ−ＮＡＶを設定する。したがって、基地局ＡＰはデータフレームを正常受信すればＡｃｋフレームをを送信するだけで、後段ＩＦＳを設定する無線端末ＳＴＡは、Ｐ−ＮＡＶの期間だけ送信を控えることができる。

以上説明した実施例１〜実施例４は、無線端末ＳＡＴが設定するＰ−ＮＡＶは、ＣＳＭＡ／ＣＡ手順に則りデータフレームを送信し、基地局ＡＰからのＡｃｋフレームを正常受信したタイミングを起点とした。

実施例５では、無線端末ＳＡＴが設定するＰ−ＮＡＶは、ＣＳＭＡ／ＣＡ手順に則りデータフレームを送信し、基地局ＡＰからのＡｃｋフレームを正常受信し、次のデータフレームを送信するときのバックオフ制御を開始する前のタイミングを起点とする。すなわち、基地局ＡＰからのＡｃｋフレームを正常受信し、ＤＩＦＳ待機してバックオフ制御を開始する前に、Ｐ−ＮＡＶで設定される期間だけ送信を控える。

以上説明した実施例１〜実施例３において、基地局ＡＰが無線端末ＳＴＡに設定するＰ−ＮＡＶは、基地局ＡＰのアクセスＮＷに存在する無線端末数、フレームサイズ、伝送レート、フレーム生起間隔、基地局ＡＰに接続している無線端末ＳＴＡのチャネル占有率、単位時間あたりのチャネルのビジー時間およびアイドル時間を観測または推定して決定する。

また、実施例４において、無線端末ＳＴＡが自律的に設定するＰ−ＮＡＶは、基地局ＡＰと同様のパラメータに基づいて決定する。このとき、無線端末ＳＴＡ毎に異なるＰ−ＮＡＶの設定が可能であり、無線端末ＳＴＡ毎の優先制御が実現され、サービス・アプリケーションに応じたＱｏＳ制御が可能となる。

ここで、Ｐ−ＮＡＶの最適値について説明する。Ｐ−ＮＡＶは、長すぎると送信が行われるにもかかわらず送信を控える無駄な期間が生じ、短すぎると通常のＣＳＭＡ／ＣＡと同等の動作となり、競合する無線端末を低減する効果が減少する。そこで、Ｐ−ＮＡＶの設定値Ｎを決めるために、まず基地局ＡＰは一定期間、例えばBeacon期間に、無線チャネルのビジー時間Ｔb とアイドル時間Ｔi を観測し、チャネル利用率αを次のように定義しする。
α＝Ｔb ／（Ｔb ＋Ｔi ）

次に、チャネル利用率αと、基地局ＡＰに接続される無線端末ＳＴＡの数ｎと、１データフレームの送信完了に要する時間Ｔd に基づき、Ｐ−ＮＡＶの設定値Ｎを以下のように定める。なお、１データフレームの送信完了に要する時間Ｔd は、ＩＦＳ、平均バックオフ時間、データフレームおよびＡｃｋフレームの送信に要する時間の合計である。
Ｎ＝α×ｎ×Ｔd

ここで、全ての無線端末ＳＴＡが送信すべきフレームを保持している飽和トラフィックの場合は、チャネル利用率αが１に近い値となり、Ｐ−ＮＡＶの設定値Ｎが長くなる。一方、送信すべきフレームを保持している無線端末ＳＴＡが少ない場合は、チャネル利用率αが０に近い値となり、Ｐ−ＮＡＶの設定値Ｎが短くなる。なお、Ｐ−ＮＡＶの設定値Ｎが所定の閾値を下回った場合は、Ｐ−ＮＡＶを設定せず通常のＣＳＭＡ／ＣＡの動作に移行するようにしてもよい。

また、Beacon期間中の無線チャネルのアイドル時間Ｔi とフレーム衝突回数ｎc を観測し、Ｐ−ＮＡＶの更新回数ｊに対するＰ−ＮＡＶの設定値Ｎj と更新値Ｎj+1 の関係を次のように設定してもよい。
Ｎj+1 ＝Ｎj −Ｔi ＋ｎc ×Ｔd

以下、本発明の効果を検証するために行った計算機シミュレーション結果について説明する。シミュレーション諸元は、１〜50台の無線端末が、常に送信キューにフレームを保持している飽和トラフィックの状態において、ＩＦＳパラメータは８０２．１１ｇ、データペイロードは1500バイト、伝送レートはデータフレームが54Ｍbps 、Ａｃｋフレームが24Ｍbps 、Ｐ−ＮＡＶは 390×（端末台数−１）μsec とした。このＰ−ＮＡＶの値は、Ｐ−ＮＡＶを設定する無線端末以外の無線端末が１データフレームを伝送するのに必要な期間である。

図８は、システムスループットの計算機シミュレーション結果であり、端末台数をパラメータとしたときのシステム全体のスループットを示す。

図９は、ユーザスループットの計算機シミュレーション結果であり、端末台数１台当たりのスループットを示す。

ＡＰ 基地局
ＳＴＡ 無線端末
１１，２１ 送受信インタフェース部
１２ 送信禁止区間決定部
２２ 送信禁止区間設定部

Claims (15)

1. 基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信システムにおいて、
   前記無線端末は、前記送信権を獲得して前記データフレームを送信し、前記基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、次に送信するデータフレームがあっても前記送信権獲得制御に加わらずに待機する所定期間を自律的に設定する送信自制手段を備えた
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信システムにおいて、
   前記無線端末は、前記送信権を獲得して前記データフレームを送信し、前記基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、前記基地局の制御により、次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機する送信自制手段を備え、
   前記所定期間は、無線チャネルのビジー時間とアイドル時間を一定期間観測して得られるチャネル利用率と、前記基地局に接続される無線端末の数と、１データフレームの送信完了に要する時間とに基づいて、前記基地局により設定される
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信システムにおいて、
   前記無線端末は、前記送信権を獲得して前記データフレームを送信し、前記基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、前記基地局の制御により、次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機する送信自制手段を備え、
   前記所定期間の現在の設定値に対する次回の設定値は、無線チャネルを一定期間観測して得られるアイドル時間およびフレーム衝突回数と、１データフレームの送信完了に要する時間と、現在の設定値とに基づいて、前記基地局により設定される
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項２または請求項３に記載の無線通信システムにおいて、
   前記基地局は、前記送信成功を示す確認フレームに、前記所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加する制御手段を備え、
   前記無線端末の送信自制手段は、前記制御情報が付加された確認フレームに応じて送信自制の制御を行う構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
5. 請求項２または請求項３に記載の無線通信システムにおいて、
   前記基地局は、前記無線端末の全てまたは一部に周期的に送信するBeaconフレームに、前記所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加する制御手段を備え、
   前記Beaconフレームを受信した前記無線端末の送信自制手段は、前記制御情報が付加されたBeaconフレームに応じて送信自制の制御を行う構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
6. 請求項２または請求項３に記載の無線通信システムにおいて、
   前記基地局は、前記無線端末に個別に送信するActionフレームに、前記所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加する制御手段を備え、 前記Actionフレームを受信した前記無線端末の送信自制手段は、前記制御情報が付加されたActionフレームに応じて送信自制の制御を行う構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
7. 基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信方法において、
   前記無線端末は、前記送信権を獲得して前記データフレームを送信し、前記基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、送信自制手段により次に送信するデータフレームがあっても前記送信権獲得制御に加わらずに待機する所定期間を自律的に設定する ことを特徴とする無線通信方法。
8. 基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信方法において、
   前記無線端末は、前記送信権を獲得して前記データフレームを送信し、前記基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、前記基地局の制御により、送信自制手段により次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機する処理を行い、
   前記所定期間は、無線チャネルのビジー時間とアイドル時間を一定期間観測して得られるチャネル利用率と、前記基地局に接続される無線端末の数と、１データフレームの送信完了に要する時間とに基づいて、前記基地局により設定される
   ことを特徴とする無線通信方法。
9. 基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信方法において、
   前記無線端末は、前記送信権を獲得して前記データフレームを送信し、前記基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、前記基地局の制御により、送信自制手段により次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機する処理を行い、
   前記所定期間の現在の設定値に対する次回の設定値は、無線チャネルを一定期間観測して得られるアイドル時間およびフレーム衝突回数と、１データフレームの送信完了に要する時間と、現在の設定値とに基づいて、前記基地局により設定される
   ことを特徴とする無線通信方法。
10. 請求項８または請求項９に記載の無線通信方法において、
    前記基地局は、前記送信成功を示す確認フレームに、前記所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加し、
    前記無線端末の送信自制手段は、前記制御情報が付加された確認フレームに応じて送信自制の制御を行う
    ことを特徴とする無線通信方法。
11. 請求項８または請求項９に記載の無線通信方法において、
    前記基地局は、前記無線端末の全てまたは一部に周期的に送信するBeaconフレームに、前記所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加し、
    前記Beaconフレームを受信した前記無線端末の送信自制手段は、前記制御情報が付加されたBeaconフレームに応じて送信自制の制御を行う
    ことを特徴とする無線通信方法。
12. 請求項８または請求項９に記載の無線通信方法において、
    前記基地局は、前記無線端末に個別に送信するActionフレームに、前記所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機することを示す制御情報を付加し、
    前記Actionフレームを受信した前記無線端末の送信自制手段は、前記制御情報が付加されたActionフレームに応じて送信自制の制御を行う
    ことを特徴とする無線通信方法。
13. 基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信システムの無線端末において、
    前記送信権を獲得して前記データフレームを送信し、前記基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、次に送信するデータフレームがあっても前記送信権獲得制御に加わらずに待機する所定期間を自律的に設定する送信自制手段を備えた
    ことを特徴とする無線端末。
14. 基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信システムの無線端末において、
    前記送信権を獲得して前記データフレームを送信し、前記基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、前記基地局の制御により、次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機する送信自制手段を備え、
    前記所定期間は、無線チャネルのビジー時間とアイドル時間を一定期間観測して得られるチャネル利用率と、前記基地局に接続される無線端末の数と、１データフレームの送信完了に要する時間とに基づいて、前記基地局により設定される
    ことを特徴とする無線端末。
15. 基地局配下の無線端末間で送信権獲得制御を行い、送信権を獲得した無線端末がデータフレームを送信する無線通信システムの無線端末において、
    前記送信権を獲得して前記データフレームを送信し、前記基地局から送信成功を示す確認フレームを受信した後に、前記基地局の制御により、次に送信するデータフレームがあっても所定期間だけ前記送信権獲得制御に加わらずに待機する送信自制手段を備え、
    前記所定期間の現在の設定値に対する次回の設定値は、無線チャネルを一定期間観測して得られるアイドル時間およびフレーム衝突回数と、１データフレームの送信完了に要する時間と、現在の設定値とに基づいて、前記基地局により設定される
    ことを特徴とする無線端末。

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