JP7296770B2 - システムおよびその制御方法、制御装置、プログラム - Google Patents

システムおよびその制御方法、制御装置、プログラム Download PDF

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Description

本発明は、ジョイントビームフォーミングを利用した通信の制御に関するものである。
無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)の通信規格の1つとしてIEEE802.11シリーズ規格が知られている。特許文献1では、IEEE802.11axを用いる通信において、干渉を抑制しながら高い周波数利用効率を確保可能とする技術が提案されている。
さらなるスループット向上のため、2018年にはIEEEにおいてEHT(Extreme High Throughput)スタディグループ(SG)が設置された。そして、EHTSGでは、ジョイントビームフォーミング(JB:Joint Beamforming)と呼ばれる技術が提案されている。JBは、複数のアクセスポイント(AP:Access Point)を協調動作させることにより信号の到達距離を向上させることを目的とした技術である。具体的には、同一のステーション(STA:Station)に対して位相を調整しながら同時刻、同周波数チャンネルで同一データの送信を行うものである。
特開2018-50133号公報
ところで、一般に、複数のAPがそれぞれ異なる位置に設置されている場合、あるSTAにおいて観測されるそれぞれのAPから到達する電波の受信強度は異なるものとなる。そして、ある1つのAPから到達する電波の受信強度のみが相対的に大きい場合には、JBを利用することによる到達距離の向上は見込めない一方で、システム全体としてのリソースを無駄に消費してしまうという課題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ジョイントビームフォーミング(JB)を効率的に利用可能とすることを目的としている。
上述の問題点を解決するため、本発明に係るシステムは以下の構成を備える。すなわち、複数のアクセスポイントを含むシステムは、複数のアクセスポイントから送信された信号のステーションにおける受信信号強度を取得する取得手段と、前記複数のアクセスポイントが前記ステーションとジョイントビームフォーミングで通信するか否かを示す情報を決定する決定手段と、前記決定手段により決定された前記情報を前記複数のアクセスポイントのうち少なくとも1つのアクセスポイントに通知する通知手段と、を有し、前記決定手段は、第1のアクセスポイントから送信された信号の前記ステーションにおける受信信号強度と、第2のアクセスポイントから送信された信号の前記ステーションにおける受信信号強度とが取得された後、当該2つの受信信号強度の強度差が所定の閾値を超えない場合に前記第1のアクセスポイント及び前記第2のアクセスポイントと前記ステーションとの通信にジョイントビームフォーミングを利用し、前記強度差が前記所定の閾値を超える場合に前記第1のアクセスポイント及び前記第2のアクセスポイントと前記ステーションとの通信にジョイントビームフォーミングを利用しないよう決定する。
本発明によれば、ジョイントビームフォーミング(JB)を効率的に利用可能となる。
無線ネットワークシステムの全体構成を示す図である。 各装置のハードウェア構成を示す図である。 STAにおける動作のフローチャートである。 AP制御装置における動作のフローチャートである。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでするものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
(第1実施形態)
本発明に係る制御装置の第1実施形態として、ジョイントビームフォーミング(JB:Joint Beamforming)を利用可能に構成された通信システムを例に挙げて以下に説明する。
<システム構成及び装置構成>
図1は、第1実施形態に係る制御装置であるAP制御装置101を含む無線ネットワークシステムの全体構成を示す図である。STA104は、無線ネットワークに参加するステーション(STA)の役割を有する通信装置である。また、AP102および103は、無線ネットワークを構築するアクセスポイント(AP)の役割を有する通信装置である。図1では、2台のAPと1台のSTAによって構成される無線ネットワークを例示的に示しているが、APおよびSTAの台数はこれに限定されない。
各通信装置はジョイントビームフォーミング(以下単にJBと表記する)を利用した通信に対応しており、無線ネットワークを介して通信を実行することができる。各通信装置は、2.4GHz帯、5GHz帯、および6GHz帯の周波数帯域において通信することができる。また、各通信装置は、20MHz、40MHz、80MHz、160MHz、および320MHzの帯域幅を使用して通信することができる。
各通信装置は、OFDMA通信を実行することで、複数のユーザの信号を多重する、マルチユーザ(MU)通信を実現することができる。OFDMA通信では、分割された周波数帯域の一部(RU:Resource Unit)が各STAに夫々重ならないように割り当てられ、各STAの搬送波が直交する。そのため、APは複数のSTAと並行して通信することができる。
上述したように各通信装置は、JBを使用することが可能に構成されている。即ち、2つのAP102、103が協調動作を行いSTA104と通信を行うことができる。AP制御装置101は、後述するようにAP102、103を制御し、JBを使用した通信の制御を行う。図1では、AP102、103は、協調動作のために互いに通信できるようバックホール回線を介してAP制御装置101に通信可能に接続されている例を示している。ただし、AP制御装置の機能を、複数のAPの何れか1つのAPに組み込むよう構成してもよい。
なお、各通信装置は、IEEE802.11シリーズ規格(802.11a/b/g/n/ac/ax/be)に対応していてもよい。また、IEEE802.11シリーズ規格に加えて、Bluetooth(登録商標)、NFC、UWB、ZigBee、MBOAなどの他の通信規格に対応していてもよい。ここで、また、NFCはNear Field Communicationの略であり、UWBはUltra Wide Bandの略であり、MBOAはMulti Band OFDM Allianceの略である。UWBには、ワイヤレスUSB、ワイヤレス1394、WiNETなどが含まれる。また、有線LANなどの有線通信の通信規格に対応していてもよい。
AP102、103の具体例としては、無線LANルーターやPCなどが挙げられるが、これらに限定されない。また、AP102、103は、無線LAN規格に準拠した無線通信を実行することができる無線チップなどであってもよい。
また、STA104の具体的な例としては、カメラ、タブレット、スマートフォン、PC、携帯電話、ビデオカメラなどが挙げられるが、これらに限定されない。また、STA104は、無線LAN規格に準拠した無線通信を実行することができる無線チップなどであってもよい。
図2は、各装置のハードウェア構成を示す図である。すなわち、AP制御装置101、AP102及び103、STA104のハードウェア構成を例示的に示している。各装置は、記憶部201、制御部202、機能部203、入力部204、出力部205、通信部206、およびアンテナ207を備える。なお、AP制御装置101では、アンテナ207を有さず有線通信の通信部206のみ有する構成でもよい。また、AP102及び103では、有線通信および無線通信の両方に対応した通信部206を有する構成であり得る。
記憶部201は、ROMやRAM等のメモリにより構成され、後述する各種動作を行うためのコンピュータプログラムや、無線通信のための通信パラメータ等の各種情報を記憶する。ROMはRead Only Memoryの略であり、RAMはRandom Access Memoryの略である。なお、記憶部201として、ROM、RAM等のメモリの他に、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク(CD,DVDなど)、光磁気ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカードなどの記憶媒体を用いてもよい。また、記憶部201を複数のメモリにより構成してもよい。
制御部202は、例えばCPUやMPU等の1以上のプロセッサにより構成され、記憶部201に記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、装置全体を制御する。なお、CPUはCentral Processing Unitの、MPUは、Micro Processing Unitの略である。制御部202は、記憶部201に記憶されたコンピュータプログラムとOS(Operating System)との協働により、装置全体を制御するようにしてもよい。また、制御部202は、他の装置との通信において送信するデータや信号を生成する。また、制御部202がマルチコア等の複数のプロセッサを備え、複数のプロセッサにより装置全体を制御するようにしてもよい。
機能部203は、装置が所定の処理を実行するためのハードウェアである。機能部203は、制御部202による制御を介して、各装置に固有の機能を実現する。例えば、STA104では、無線通信の他、撮像、印刷、投影等の処理を実行する。また、AP102、103では、受信したデータの転送処理や、後述の通信の設定処理を実行する。AP制御装置101では、AP102、103における通信の設定に関する処理を実行する。
入力部204は、ユーザからの各種操作の受付を行う。出力部205は、モニタ画面やスピーカーを介して、ユーザに対して各種出力を行う。ここで、出力部205による出力とは、モニタ画面上への表示や、スピーカーによる音声出力、振動出力などであってもよい。なお、タッチパネルのように入力部204と出力部205の両方を1つのモジュールで実現するようにしてもよい。また、入力部204および出力部205は、夫々装置と一体であってもよいし、別体であってもよい。
通信部206は、他の機器との通信を行う。通信されるデータには、ユーザデータ(画像データや文書データ、映像データ等)や制御データ(通信の設定に係るデータ)が含まれる。上述のように、AP制御装置101では、有線通信の通信部206のみ有する構成でもよい。また、AP102及び103では、有線通信および無線通信の両方に対応した通信部206を有する構成であり得る。無線通信の通信部206は、アンテナ207を制御して、制御部202によって生成された無線通信のための無線信号の送受信を行う。なお、装置は、無線LAN規格に加えて、NFC規格やBluetooth規格等に対応している場合、これらの通信規格に準拠した無線通信の制御を行ってもよい。また、装置は、複数の通信規格に準拠した無線通信を実行できる場合、夫々の通信規格に対応した通信部206とアンテナ207を個別に有する構成であってもよい。
本実施形態においては、STA104がAP102、103のいずれか、あるいは両方によって構成された無線ネットワークと接続可能に構成されているものとする。また、STA104が複数のAPと接続している場合は、AP制御装置101が各APを制御してJBの動作を行うものとする。
<JBを用いた通信の課題>
JBは、複数のアクセスポイント(AP)が同一のステーション(STA)に対して位相を調整しながら同時刻、同周波数チャンネルで同一データの送信を行うことにより、信号の到達距離を向上させることを目的とした技術である。複数のAPのそれぞれは、各国の電波法規で規制された最大の送信出力を使って送信することができる。そのため、複数のAPが協調動作して(位相を調節して)送信することにより特定の方向への放射強度を、単一のAPが出力できるものよりも大きくすることができる。例えば、2台のAPが協調して動作した場合、理想的な状況下では最大約6dBの電波強度の向上が見込まれ、到達距離は約2倍となることが見込まれる。ただし、複数のAPとSTAとの位置関係によっては、JBを効果的に使用することが出来ず、到達距離を延ばすことが出来ない場合がある。
例えば、実際に信号強度を約6dB向上させるためには、それぞれのAPの信号が同じ強度で通信対象となるSTAに到達する必要がある。仮に各APからの信号強度が10dB異なると、JBによる信号強度の向上は1dB程度しか見込めない。信号強度を揃えるために信号強度が強い側のAPの信号強度を下げるという方法も考えられるが、信号強度が強い側のAPが単独でSTAに信号を送った場合に比較して、効果が限定的となる。そのため、各APからの信号強度が大きく異なる場合には、JBを実施しない方がリソース消費の点から効率的であると考えられる。
また、STAがいずれかのAPと近接し、信号対雑音比(SNR:Signal to Noise Ratio)が十分に確保できる位置にいる場合、JBをするまでもなく最大の実効通信速度が実現できることもある。このような場合にもJBを実施しない方が良い。
JBの利用が効果的となる状況の一例は、AP102、103が互いに比較的近接しており、それに対してAP102及び103とSTA104とが大きく離れた距離にある場合である。STA104は双方のAPと距離が離れているため、十分な実効通信速度は確保できない。その一方で、STA104からAP102への距離とSTA104からAP103への距離との差は相対的に小さいため、STA104においてそれぞれのAPからの信号強度はほぼ等しいものとなる。
<装置の動作>
次に、本実施形態における通信接続の動作について図3および図4を参照して説明する。図3は、STA104における動作のフローチャートであり、図4は、AP制御装置101における動作のフローチャートである。
S301では、STA104は、AP制御装置101が構成する無線ネットワークに接続する。具体的には、AP102又はAP103が形成する無線ネットワークに接続する。なお、ここでは、STA104は、1個のAP(AP102)との接続を確立するとして説明する。これにより、STA104は、AP102を介してAP制御装置101と通信可能な状態になる。
S302では、STA104は、AP102とAP103からの信号の受信情報として、受信信号強度指標(RSSI:Received Signal Strength Indicator)を定期的に測定する。たとえば、AP102とAP103から送信されるビーコン信号のRSSIを測定する。ここでは、接続可能な1以上のAP(ここでは、AP102とAP103)からの信号のRSSIを測定することを想定するが、他のAPからの信号のRSSIを更に測定するよう構成してもよい。
S303では、STA104は、RSSIの測定結果をAP制御装置101へ通知する。たとえば、AP102から送信されるビーコン内にJBが使用できるAPであることを示す情報が含まれていることを検出した場合に通知を行う。事前に通知されたAP制御装置101のアドレス宛に測定結果(RSSI通知)を送信するよう構成してもよい。また、現在接続しているAP102に対してRSSI通知を送信し、AP102がAP制御装置101へRSSI通知を転送するよう構成してもよい。
S401では、AP制御装置101は、通信相手であるSTA104から、STA104における受信情報であるRSSI通知を受信し取得する。すなわち、予めSTA104と通信接続しているAP102を介して、S303においてSTA104から送信されたRSSI通知を受信する。なお、ビーコン等には、どのAPからの信号であるかを示す送信元の情報がIPアドレスとして含まれている。従って、STA104は、当該RSSIが、どのAPとSTA104との間のRSSIであるかを知ることができる。ここでは、STA104は、AP制御装置101にRSSI通知を行う際に、いずれのAPとの間のRSSIであるかを通知する。
S402では、AP制御装置101は、受信したRSSI通知に含まれる1以上のRSSIのうち最大のRSSIを決定する。また、決定された最大のRSSIが所定の通信速度が実現できる所定の閾値以下(閾値RSSI以下)であるかどうかを判定する。ここで、閾値RSSIは、予めAP制御装置101において設定されているものとする。決定された最大のRSSIが閾値RSSIを上回っている場合(S402→No)はS405に進み、閾値RSSI以下である場合(S402→Yes)はS403に進む。
S403では、AP制御装置101は、S402で決定した最大のRSSIを基準として、受信したRSSI通知の中に強度差が所定範囲以内である他のAPが存在するか否かを判定する。ここで、所定範囲は、予めAP制御装置101において設定されているものとする。強度差が所定範囲以内である他のAPが存在する場合(S403→Yes)はS404に進み、存在しない場合(S403→No)はS405に進む。
S404では、AP制御装置101は、JBによる通信速度や通信距離の向上が期待できると判断する。そのため、AP制御装置101は、STA104との通信にはJBを利用すると決定し、複数台のAP(ここではAP102とAP103)を介して通信を行うように各APを制御する。具体的には、RSSIの強度差が所定範囲以内である複数のAPを使ったJBを実施するように各APに通知する。
S405では、AP制御装置101は、JBによる通信速度や通信距離の向上が期待できないと判断する。そのため、AP制御装置101は、STA104との通信にはJBを利用しないと決定し、1台のAP(ここではAP102)を介して通信を行うように各APに通知する。すなわち、S402からS405に進んで来た場合は、JBを使用しなくても十分な通信速度が確保できることが期待でき、JBによる更なる通信の効率化が限定的であるためである。また、S403からS405に進んで来た場合は、利用可能なAPの組み合わせではJBによる通信の効率化が限定的であるためである。
S304では、STA104は、AP制御装置101からJBに移行することを通知する信号を待ち受ける。通知された場合(S304でYes)はS305へ進み、通知されなかった場合(S304でNo)はS306へ進む。ここで、JBに移行することを通知されなかった場合には、単独での通信を通知された場合を含む。
S305では、STA104は、JBを利用した通信へと移行する。具体的には、AP102及びAP103は、AP制御装置101において推定された伝達関数を受信し、STA104との通信を開始する。JBを実施するにあたっては、各APとSTA104との間の伝達関数を求める必要がある。そして、伝達関数を求めるためには、各APとSTA104との間のチャネル状態情報(CSI:Channel State Information)が必要となる。
そのため、STA104は、JBの実施に先立って、CSIを算出するためのフレームであるサウンディングフレームを送信する。AP102及びAP103は当該サウンディングフレームを受信することで、STA104との間のCSIを算出することが出来る。又は、AP102及びAP103がサウンディングフレームを送信する。STA104は当該サウンディングフレームを受信することで、AP102及びAP103との間のCSIを算出することが出来る。
AP102及びAP103においてCSIを算出した場合は、AP102及びAP103は算出したCSIをAP制御装置101に通知する。一方、STA104においてCSIを算出した場合は、STA104は算出したCSIをAP制御装置101に通知する。これにより、AP制御装置101は、各AP(AP102及びAP103)とSTA104との間の伝達関数を推定することが出来、AP制御装置101は、推定した伝達関数を各APへ通知する。AP102およびAP103はそれぞれ、通知された伝達関数を用いてSTA104と通信を開始する。これにより、JBを用いた通信が実現される。
S306では、STA104は、1台のAPを介した通信を行う。ここでは、現在接続しているAP102を介した通信を続行することを想定するが、AP制御装置101から指定された他の1台のAPを介した通信に切り替えるようにしてもよい。
以上説明したとおり本実施形態によれば、複数のAPから送信された信号のRSSIをSTAにおいて測定し、RSSIの測定結果に基づいてJB通信のパラメータを決定する。この構成により、より効率的な通信を実現することが可能となる。具体的には、JBを利用することによる効果が限定的である場合には、JBを利用しないよう制御することでシステム全体のリソースの消費を抑制することができる。また、JBを利用する場合において、効果を最大化することが可能なAPの組み合わせを明確に決定することができる。
なお、本実施形態ではMIMO(Multiple-Input and Multiple-Output)の実施の有無について言及していないが、MIMO実施時においても本実施形態と同様な処理を実施することで、同様な効果が得られる。MIMO動作として、シングルユーザ(SU)-MIMO,マルチユーザ(MU)-MIMOの双方を利用することが出来る。
(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
101 AP制御装置; 102、103 アクセスポイント(AP); 104 ステーション(STA); 201 記憶部; 202 制御部; 203 機能部; 204 入力部; 205 出力部; 206 通信部; 207 アンテナ

Claims (6)

  1. 複数のアクセスポイントを含むシステムであって、
    複数のアクセスポイントから送信された信号のステーションにおける受信信号強度を取得する取得手段と、
    前記複数のアクセスポイントが前記ステーションとジョイントビームフォーミングで通信するか否かを示す情報を決定する決定手段と、
    前記決定手段により決定された前記情報を前記複数のアクセスポイントのうち少なくとも1つのアクセスポイントに通知する通知手段と、
    を有し、
    前記決定手段は、第1のアクセスポイントから送信された信号の前記ステーションにおける受信信号強度と、第2のアクセスポイントから送信された信号の前記ステーションにおける受信信号強度とが取得された後、当該2つの受信信号強度の強度差が所定の閾値を超えない場合に前記第1のアクセスポイント及び前記第2のアクセスポイントと前記ステーションとの通信にジョイントビームフォーミングを利用し、前記強度差が前記所定の閾値を超える場合に前記第1のアクセスポイント及び前記第2のアクセスポイントと前記ステーションとの通信にジョイントビームフォーミングを利用しないよう決定する
    ことを特徴とするシステム。
  2. 前記複数のアクセスポイントと前記ステーションとの間で行われる無線通信は、IEEE802.11規格シリーズに準拠した無線通信である
    ことを特徴とする請求項に記載のシステム。
  3. 複数のアクセスポイントを含むシステムを制御する制御方法であって、
    複数のアクセスポイントから送信された信号のステーションにおける受信信号強度を取得する取得工程と、
    前記複数のアクセスポイントが前記ステーションとジョイントビームフォーミングで通信するか否かを示す情報を決定する決定工程と、
    前記決定工程により決定された前記情報を前記複数のアクセスポイントのうち少なくとも1つのアクセスポイントに通知する通知工程と、
    を含み、
    前記決定工程では、第1のアクセスポイントから送信された信号の前記ステーションにおける受信信号強度と、第2のアクセスポイントから送信された信号の前記ステーションにおける受信信号強度とが取得された後、当該2つの受信信号強度の強度差が所定の閾値を超えない場合に前記第1のアクセスポイント及び前記第2のアクセスポイントと前記ステーションとの通信にジョイントビームフォーミングを利用し、前記強度差が前記所定の閾値を超える場合に前記第1のアクセスポイント及び前記第2のアクセスポイントと前記ステーションとの通信にジョイントビームフォーミングを利用しないよう決定す
    とを特徴とする制御方法。
  4. 複数のアクセスポイントから送信された信号のステーションにおける受信信号強度に関する情報を取得する取得手段と、
    前記複数のアクセスポイントが前記ステーションとジョイントビームフォーミングで通信するか否かを示す情報を決定する決定手段と、
    前記決定手段により決定された前記情報を前記複数のアクセスポイントのうち少なくとも1つのアクセスポイントに通知する通知手段と、
    を有し、
    前記決定手段は、第1のアクセスポイントから送信された信号の前記ステーションにおける受信信号強度と、第2のアクセスポイントから送信された信号の前記ステーションにおける受信信号強度とが取得された後、当該2つの受信信号強度の強度差が所定の閾値を超えない場合に前記第1のアクセスポイント及び前記第2のアクセスポイントと前記ステーションとの通信にジョイントビームフォーミングを利用し、前記強度差が前記所定の閾値を超える場合に前記第1のアクセスポイント及び前記第2のアクセスポイントと前記ステーションとの通信にジョイントビームフォーミングを利用しないよう決定する
    ことを特徴とする制御装置。
  5. 前記複数のアクセスポイントと前記ステーションとの間で行われる無線通信は、IEEE802.11規格シリーズに準拠した無線通信である
    ことを特徴とする請求項に記載の制御装置。
  6. コンピュータを、請求項4または5に記載の制御装置の各手段として機能させるためのプログラム。
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