WO2005034433A1

WO2005034433A1 - 無線ｌａｎシステムにおけるアクセス制御システム

Info

Publication number: WO2005034433A1
Application number: PCT/JP2003/012699
Authority: WO
Inventors: Motohiro Uchiyama; Takahide Maeda
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2005-04-14
Also published as: US8289938B2; JPWO2005034433A1; JP4202362B2; US20090296669A1

Abstract

複数のクライアント間で優先度に応じて送信権を確保可能とする無線ＬＡＮシステムにおける複数波長を利用したアクセス制御システムが提供される。アクセスポイントにより複数のクライアント端末からのアクセスに対するアクセス制御を行う無線ＬＡＮシステムにおいて、アクセスポイント及び複数のクライアント端末の各々は、データ送信用搬送波周波数と制御信号送信用搬送波周波数による送信手段と、さらに、前記複数のクライアント端末の各々は、優先度情報を格納したメモリを有し、無線ＬＡＮ上にデータ送信用搬送波周波数を検知しない時は、該当のデータ送信用搬送波周波数によりデータを前記アクセスポイントに送信し、無線ＬＡＮ上に前記データ送信用搬送波周波数を検知した時は、前記メモリに格納された優先度情報を付して該当の前記制御信号送信用搬送波周波数により帯域予約要求を前記アクセスポイントに送り、前記アクセスポイントからの前記帯域予約要求に対する送信確認を受信した後に該当のデータ送信用搬送波周波数によりデータを前記アクセスポイントに送信する。

Description

明細書無線 L A Nシステムにおけるアクセス制御システム技術分野

本発明は、無線 L A Nシステムにおけるアクセス制御システムに関し、特に優先度に応じてアクセスを制御するアクセス制御システムに関する。背景技術

L A N (Local Area Network)の標準化作業が I E E E (Inst itute of Electrical and Electronics Engineers : アメリカ電気電子技術者協会） 8 0 2委員会において勧められ、無線 L A Nシステムに関して、 IEEE802. 11小委員会において検討が進められている。

無線 L A Nシステムにおける複数のクライアント端末 C L間のアクセス制御方式に関し、 IEEE 802. i l により規格化された M A C層のプロトコルとして搬送波感知多重アクセス/衝突回避方式 (CSMA/CA+Ack ： Carrier Sense Multiple Access with Coll i sion Avoidance + Acknowledge) 力 ^s採用されてヽる。

この搬送波感知多重アクセス/衝突回避方式では、通信したいクライアント端末が、既に他のクライアント端末により通信が行なわれていないことを搬送波が感知されるか否かにより確認してから通信が開始される。

図 1は、かかる搬送波感知多重アクセス Z衝突回避方式に従って通信を行う様子を示すタイムチャートである。複数のクライアント端末 C L 1〜C L 3は、ァクセスポイント A Pを介して通信を行なう。

図 1 こおいて、例えば、クライアント端末 C L 1がデータ通信を行なっている間、他のクライアント端末 C L 2、 C L 3は、クライアント端末 C L 1の通信中の搬送波の存在を感知するので、データ送信を行うことができない。

クライアント端末 C L 1のデータ送信終了により搬送波を感知しなくなつてから他のクライアント端末 C L 2、 C L 3からのデ一タ送信が可能になる。

しかし、このようなシステムにおいて、複数のクライアント端末 C L 1〜C L 3が互いに、他のクライアント端末 Cしが発信する電波を感知できないような距離にあるときは、複数のクライアント端末 C Lがデータ送信を可能と判断し、データ送信を行って衝突が生じる恐れがある。

かかる不都合を回避するために、別の方式として帯域予約要求方式（RTS/CTS： request to send / clear to send) 力 S IEEE802. ilに規定されている。図 2は、帯域予約要求方式 (RTS/CTS ： request to send / clear to send) に従って通信を行う様子を示すタイムチヤ一トである。 ' この方式では、例えば、通信を要求するしたいクライアント端末 C L 2は、先ず帯域予約要求（RTS〉フレームを送信する。アクセスポイント A Pは、この RTS フレームを受信すると送信確認（CTS) フレームを返信し、クライアント端末 C L 2に送信権を与える。

この際、 CTS フレームに、あて先 MAC アドレス領域に送信権を与えるクライア ' ント端末 C Lの MACアドレスを記述し、また、データ送信/ Ackフレーム返信までに必要な時間（Duration)が記述されている。電波は、アクセスポイント A Pから到達範囲内にいるクライアント端末 C L全てが受信可能なので、 CTS フレームは全てのクライアント端末 C Lが受信する。

そのため、どのクライアント端末 C Lが送信権を得たかは全てのクライアント端末 C Lにおいて判断可能である。送信権を持たないクライアント端末 C Lは、 CTSフレームに記述されている時間の間は送信動作を停止する。このようにして、複数のクライアント端末 C Lが発信した電波により衝突を生じることを回避することができる。

しかしながら、上記した図 1 、図 2に示すいずれのアクセス制御方式 (CSMA/CA, RTS/CTS) においても、一つの波長帯域しか使用していない。このために、他のクライアント端末 C Lが電波を発信している場合は、発信することはできない。電波を発信することが可能なタイミングでは複数のクライアント端末 C L間で "早いもの勝ち" となるアクセス制御である。したがって、サービス品質 (QoS： Quality of Service) を保証することはできない。

一方、公知技術として、複数の波長帯域を使用する例が提案されている（特許文献 1 >。かかる特許文献 1に記載の技術は、複数のクライアント端末に相当する局（端末）それぞれに、異なる通信用の帯域を割り当てている。特徴とする点は、既に通信中の一の端末に対して、別の端末から通信要求が上げられたとき、制御局により通信要求を待ち行列に置き、先の通信が終了したときに待ち行列の順に通信を可能とするものである。

したがって、特許文献 1に記載される技術は、搬送波の存在を感知してァクセスを制御する搬送波感知多重アクセス/衝突回避（C SMA/CA) 方式を前提とする技術とは異なるものである。

(特許文献 1〉

特開平 8 - 1 8 5 6 7号公報発明の概要

本発明の目的は、上記の不都合及ぴ従来技術に鑑みて、搬送波感知多重ァクセス/衝突回避（C SMAZCA) 方式を適用するシステムであって、複数のクライアント間で優先度に応じて送信権を確保可能とする無線 LANシステムにおける複数波長を利用した優先度に応じてアクセスを制御するアクセス制御システムに関する。

上記の目的を達成する本発明に従うアクセス制御システムは、第 1の態様として、アクセスポイントにより複数のクライアント端末からのアクセスに対するァクセス制御を行う無線 LANシステムにおいて、アクセスポイント及ぴ複数のクライアント端末の各々は、データ送信用搬送波周波数と制御信号送信用搬送波周波数による送信手段と、さらに、前記複数のクライアント端末の各々は、優先度情報を格納したメモリを有し、無線 LAN上にデータ送信用搬送波周波数を検知しない時は、該当のデータ送信用搬送波周波数によりデータを前記アクセスボイントに送信し、無線 LAN上に前記データ送信用搬送波周波数を検知した時は、前記メモリに格納された優先度情報を付して該当の前記制御信号送信用搬送波周波数により帯域予約要求を前記アクセスボイントに送り、前記アクセスボイントからの前記帯域予約要求に対する送信確認を受信した後に該当のデータ送信用搬送波周波数によりデータを前記アクセスボイントに送信することを特徴とする。上記の目的を達成する本発明に従うアクセス制御システムは、第 2の態様として、第 1の態様において、前記アクセスポイントは、前記クライアント端末から送られる帯域予約要求に含まれる優先度情報を登録する優先制御テーブルを格納するメモリを有し、先の通信が終了したときに、前記メモリに格納される優先制御テーブルに登録された優先度情報の優先度順に該当するクライアント端末に前記帯域予約要求に対する送信確認を送ることを特徴とする。

上記の目的を達成する本発明に従うアクセス制御システムは、第 3の態様として、第 1または第 2の態様において、前記優先度情報の各優先度は、送信要求を発生したアプリケーションに対応して定義されていることを特徴とする。

上記の目的を達成する本発明に従うアクセス制御システムは、第 4の態様として、第 2の態様において、優先度情報を登録する優先制御テーブルには、各優先度情報毎に、登録した時刻、クライント特定情報及び、優先度が登録されることを特徴とする。

上記の目的を達成する本発明に従うアクセス制御システムは、第 5の態様として、第 4の態様において、前記優先制御テーブルに登録された優先度情報の優先度が同じ複数のクライアント端末がある時は、前記優先制御テーブルに登録された時刻順に該当するクライアント端末に前記送信確認を送ることを特徴とする。本発明の特徴は、以下に図面に従い説明される発明の実施の形態例から更に明らかになる。図面の簡単な説明

図 1は、搬送波感知多重アクセス Z衝突回避方式に従って通信を行う様子を示すタイムチヤ一トである。

図 2は、帯域予約要求方式 (RTS/CTS ： request to send / clear to send) に従って通信を行う様子を示すタイムチャートである。

図 3は、本発明のアクセス制御システムに適用されるクライアント端末 Cしの構成例を示すブロック図である。

図 4は、図 3のクライアント端末の動作フローを示す図である。

図 5は、 IEEEE802. i l に従うデータ通信に用いられるデータ送信フォーマットを示す図である。図 6は、本発明に従う、デ一タ送信フォーマットを R T Sフレームとする場合の説明図である。

図 7は、本発明に従う、データ送信フォーマットを C T Sフレームとする場合の説明図である。

図 8は、本発明に従う、データ送信フォーマットを C T Sフレ一ムとする場合の説明図である。 .

図 9は、フレーム本体（8 )領域に書き込まれた優先度情報を説明する図である。図 1 0は、本発明のアクセス制御システムに適用されるアクセスボイント A P の構成を示す図である。

図 1 1は、図 1 0の構成に対応してアクセスポイント A Pの動作フローを示す図である。

図 1 2は、優先制御テーブル 1 3の内容の一例である。

図 1 3は、データ送信が輻輳する時のタイムチャートの一例を示す図である。発明の実施の形態例の説明

以下に本発明の実施の形態例を図面に従い説明する。なお、以下に説明する実施の形態例は本発明の説明のためのものであり、本発明の技術的範囲がこれに限定されるものではない。

図 3は、本発明のアクセス制御システムに適用されるクライアント端末 C の構成例を示すプロック図であり、図 4は、図 3のクライアント端末 C Lの動作フローを示す図である。

図 3において、実線矢印はデータの流れ、破線矢印は命令の流れを示している。クライアント端末 C Lは、データ用ネットワークカード 1、制御用ネットワークカード 2を有し、夫々異なる搬送波周波数で、データ及び制御信号を送出し、受信する機能を有する。

ここで、 IEEE802. 11 bによる規格では同時に 4波長帯域を使用可能であるので、そのうちの 2波長を夫々、データ通信用及ぴ制御信号用の搬送波として使用することが可能である。また、 IEEE802. 11aと IEEE80². 11 bの規格を同時に利用できるシステムでは、 11aをデータ通信用に、 l ibを制御信号用として使い分けることが可能である。

さらに、本発明の特徴として、クライアント端末 C Lのメモリ 3にアプリケーション 4の種類に対応した優先度情報 3 1を格納している。クラインアント端末 C Lにおいて、上位層に当たるアプリケーション 4から通信要求が発生される（ステツプ S 1 ) と、 C PU 5によりデータ用ネットワークインタフェースカード 1 におけるデータ通信用波長搬送波が感知されるか否かが判断される（ステップ S 2)。

データ通信用波長搬送波が感知されない場合（ステップ S 2、 N o) は、帯域が空き状態であるので、他のクライアント端末 C Lにおいてデータ送信が行われていないと判断される。したがって、データ通信用波長搬送波によりアクセスポィント APにデータの送信が可能である（ステップ S 6)。

なお、データ通信用波長搬送波が感知されない場合（ステップ S 2、 N o) として、先に搬送波感知多重アクセス/衝突回避方式の問題として説明したように、当該クライント C Lの位置が、他のクライアント C Lが通信中であっても搬送波を感知できない距離にある場合がある。このときは、クライアント C Lからァクセスポイント APに送信するデータ信号に対して、アクセスポイント APから確認（Ack)信号が返送されないので、帯域予約要求（RT S) 方式に切り替えることで対応が可能である。

ここで、データ通信に用いられるデータ送信フォーマットは、図 5に示す如きであり、 IEEE802.11に従うものである。

図 5において、データ送信フォーマットは、プレアンプル I、 P L C P (Physical Layer Convergence Protocol) へッダ Π、 M A Cデータ m及び循環チェック符号 (CRC) IVの領域を有している（図 5 A)。

MACデータ ΙΠの領域は、更に図 5 Bに示すように、フレーム制御（ 1 )、持続時間識別（2〉、複数のアドレス（3)、（4)、（5)、（7)及びシーケンス制御（6) の領域が含まれる MACヘッダと、フレーム本体（8) 及ぴ、それに続く循環チック符号（9) の領域を有している。

複数のアドレス（3〉、（4)、（5)、 (7) 領域には、データの到達先アドレス、送信元ァドレスが登録される。さらに、フレーム制御（1 ) の領域は、図 5 Cに示す構成を有し、タイプ（1 0) 及びサブタイプ（1 1 ) によりフレームの種類が定義される。

例えば、タイプ（ 1 0 > 及びサブタイプ（1 1 ) を 2ビット、 4ビットで構成すると、図 6に示すように、タイプ（1 0) 及びサブタイプ（1 1 ) が 0 0 1 0 1 1の時、 RT Sフレームであることを意味し、 MACヘッダに、持続期間 (Duration)と、送信元ァドレス R Aと到達先ァドレス D Aを有している。

さらに、図 7に示すように、タイプ（1 0) 及びサブタイプ（1 1 ) が 0 0 1 1 0 0の時、 C T Sフレームであることを意味し、 MACヘッダに、持続期間 (Duration)と、送信元アドレス R Aを有している。

また、図 8に示すように、タイプ（1 0) 及びサブタイプ（1 1) が 0 0 1 1 0 1の時、 AC Kフレームであることを意味し、この場合も MACへッダに、持続期間（Duration)と、送信元ァドレス R Aを有している。

図 4に戻り、ステップ S 2において、データ通信用波長搬送波が感知された時は（ステップ S 2、 Y e _S )、データ通信用波長搬送波が使用中である。かかる場合は、データ通信用波長搬送波と異なる制御信号用波長搬送波により、帯域予約要求を RT Sフレームとしてアクセスポイント APに送信する。

さらに、本発明に従い、帯域予約要求時にはメモリ 3の優先定義情報 3 1を参照し（ステップ S 3)、送信要求を出したアプリケーションに対応する優先度情報を検索し、 MACヘッダに続くフレーム本体（8)の領域に書き込む。

図 9は、フレーム本体（8)領域に書き込まれた優先度情報を説明する図である。優先度情報を例えば、 1オクテット（Octet)で、最小優先度 00000000〜最大優先度 11111111までの情報がフレーム本体（8)の領域に書き込まれる。

次に、図 6に示した様にフレーム制御部にタイプ及びサプタイプを「0 0 1 0 1 1」に設定した RT Sフレームを C PU 5により作成して、制御用ネットヮークインタフエースカード 2を通して、制御信号用波長搬送波によりアクセスボイント APに送る（ステップ S 4)。

この RT Sフォーマットに対し、アクセスポイント APから、自分宛のアドレスを有する C T Sフレーム（図 7に示すように、フレームコントロールのタイプ ( 1 0) とサブタイプ（1 1 ) の領域が「00 1 1 0 0」である）を受信する（ステツプ S 5) と、データ通信用波長搬送波を用いて、データ用ネットワークカード 1からメモリ 3に格納されたデータ 3 2が送信される（ステップ S 6)。

アクセスポイント APから ACKフレーム（図 7 Cのフレームコント口一ノレのタイプ（1 0) とサブタイプ（1 1 ) の領域が「00 1 1 0 1」である）を受信してデータ送信が終了する (ステップ S 7)。

図 1 0は、アクセスポイント APの構成を示す図であり、クライアント端末 C Lと同様にデータ用のネットワークカード 1 1、制御用ネットワークカード 1 2 を有し、夫々異なる波長の搬送波でデータ及び制御信号を送出し、受信する機能を有する。

図 1 1は、図 1 0の構成に対応してアクセスポイント APの動作フローを示す図である。図 1 1において、クライアント端末 C Lから RT Sフレームを受信すると（ステップ S 1 1)、 C PU 1 5によりデータ送受信中か否かを判断し（ステップ S 1 2)、データ送受信中でなければ（ステップ S 1 2、 o), 該当するクライアント C Lに CT Sフレームを返信する（ステップ S 1 7)。

データ送受信中（ステップ S 1 2、 Y e s ) であれば、 RT Sフレームからフレーム本体中の領域（図 9 ： 8参照）に記録された優先度情報を抽出し、 C PU 1 5により優先度情報を優先制御テーブル 1 3に登録する（ステップ S 1 3)。図 1 2は、優先制御テープル 1 3の内容の一例である。登録スタンプ時間 I とクライアント C Lの MACァドレス Π及び、優先度 ΙΠが記録されている。

現在通信中のデータの送受信が終了する（ステップ S 1 4) と、 C PU 1 5により優先制御テーブル 1 3を参照する（ステップ S 1 5)。この参照において、優先度が最も高いクライアント C Lを検索する（ステップ S 1 6)。

次いで、検索されたクラ'イアント C Lに C T Sフレームを返信する（ステップ S 1 7)。これにより通信が可能となるクライアント C Lが特定され、データ受信を行い（ステップ S 1 8)、その後データ受信を終了する（ステップ S 1 9)。なお、上記ステップ S 1 7において、該当のクライアント端末 C Lに CT Sフレームを返信する際、該当の優先度情報を優先制御テーブル 1 3から削除する。これにより、データ受信が終了した後、次に優先度の高い優先度情報を送出したクライアント端末 C Lとの通信が可能となる。また、優先制御テープル 1 3を参照して、優先度情報を検索する際、同一の優先度のクライアントが登録されている場合は、例えば、図 1 2に示す優先制御テ一プル 1 3の内容における登録スタンプ時間 Iの早い順に、 C T Sフレームを返信するようにすることが可能である。

図 1 3は、上記実施例説明において、既にクライアントが通信中であるとき即ち、データ送信が輻輳する時のタイムチャートの一例を示す図である。図 1 3において、クライアント C L 1が通信中、クライアント C L 2、 C L 3 , C L 4のそれぞれから帯域予約要求があると、 RT S信号が制御用波長搬送波を用いてァクセスポィント A Pに送られる。

図 1 3の例では、クライアント C L 2、 C L 3 , C L 4からの R T S信号に書き込まれた優先度情報は、 C L 4>C L 3〉C L 2の順である。したがって、クライアント C L 1の通信が終了すると、最大優先度のクライアント C L 4に CT S 信号が送られ、通信権が与えられる。通信権が与えられたクライアント C L 4は、データ通信用波長搬送波を用いてデータ送信が可能となる。

クライアント C L 4の通信が終了すると、次に優先度の大きいクライアント C L 3が通信可能になる。クライアント C L 3の通信が終了するとクライアント C L 2が通信可能になる。産業上の利用可能性

上記に実施例により本発明を説明したように無線 LANシステムでの優先制御が実現できる。したがって、本発明により複数のクライアント間で優先度に応じて送信権を確保可能とする無線 LANシステムにおける複数波長を利用したァクセス制御システムの提供が可能である。

Claims

「二；請求の範囲

1 . アクセスポイントにより複数のクライアント端末からのアクセスに対するァクセス制御を行う無線 L A Nシステムにおいて、

アクセスボイント及び複数のクライアント端末の各々は、データ送信用搬送波周波数と制御信号送信用搬送波周波数による送信手段と、

さらに、前記複数のクライアント端末の各々は、優先度情報を格納したメモリを有し、

無線 L A N上にデータ送信用搬送波周波数を検知しない時は、該当のデータ送信用搬送波周波数によりデータを前記アクセスポイントに送信し、

無線 L A N上に前記データ送信用搬送波周波数を検知した時は、前記メモリに格納された優先度情報を付して該当の前記制御信号送信用搬送波周波数により帯域予約要求を前記アクセスボイントに送り、

前記アクセスボイントからの前記帯域予約要求に対する送信確認を受信した後に該当のデータ送信用搬送波周波数によりデータを前記アクセスボイントに送信することを特徴とする無線 L A Nシステムにおけるアクセス制御システム。

2 . 請求項 1において、

前記アクセスボイントは、前記クライアント端末から送られる帯域予約要求に含まれる優先度情報を登録する優先制御テ一プルを格納するメモリを有し、先の通信が終了したときに、前記メモリに格納される優先制御テーブルに登録された優先度情報の優先度順に該当するクライアント端末に前記帯域予約要求に対する送信確認を送ることを特徴とするアクセス制御システム。

3 . 請求項 1または 2において、

前記優先度情報の各優先度は、送信要求を発生したアプリケーションに対応して定義されていることを特徴とするアクセス制御システム。

4 . 請求項 2において、

優先度情報を登録する優先制御テーブルには、各優先度情報毎に、登録した時刻、クライント特定情報及び、優先度が登録されることを特徴とするアクセス制御システム。

5 . 請求項 4において、

前記優先制御テーブルに登録された優先度情報の優先度が同じ複数のクライアント端末がある時は、前記優先制御テ一プルに登録された時刻順に該当するクライアント端末に前記送信確認を送ることを特徴とするアクセス制御システム。

6 . アクセスポイントによりアクセス制御を行う無線 L A Nシステムに適用されるクライアント端末であって、

データ送信用搬送波周波数と制御信号送信用搬送波周波数による送信手段と、優先度情報を格納したメモリを有し、

無線 L A N上にデータ送信用搬送波周波数を検知しない時は、データ送信用搬送波周波数によりデータをアクセスボイントに送信し、

無線 L A N上に前記データ送信用搬送波周波数を検知した時は、前記メモリに格納された優先度情報を付して前記制御信号送信用搬送波周波数により帯域予約要求を前記アクセスボイントに送り、

前記アクセスボイントからの前記帯域予約要求に対する送信確認を受信した後に前記データ送信用搬送波周波数によりデータを前記アクセスボイントに送信することを特徴とするクライアント端末。

7 . 複数のクライアント端末に対し、アクセス制御を行う無線 L A Nシステムに適用されるアクセスポイントであって、

データ送信用搬送波周波数と制御信号送信用搬送波周波数による送信手段と、クライアント端末から送られる帯域予約要求に含まれる優先度情報を登録する優先制御テーブルを格納するメモリを有し、

先の通信が終了したときに、前記メモリに格納される優先制御テーブルに登録された優先度情報の優先度順に該当するクライアント端末に前記帯域予約要求に対する送信確認を送ることを特徴とするアクセスボイント。

8 . 無線 L A Nシステムにおけるアクセスポィントにより複数のクライアント端末からのデータ送信のアクセス制御方法であって、

前記複数のクライアント端末の各々において、アプリケーションに対応した優先度情報をメモリに格納し、

無線 L A N上に搬送波周波数を検知しない時、データ送信用搬送波周波数によりデータを前記アクセスボイントに送信し、

無線 L A N上に搬送波周波数を検知した時は、前記メモリに格納された優先度情報を付して制御信号送信用搬送波周波数により帯域予約要求を前記アクセスポイントに送り、

前記アクセスボイントからの前記帯域予約要求に対する送信確認を受信した後にデータ送信用搬送波周波数によりデータを前記アクセスボイントに送信することを特徴とする無線 L A Nシステムにおけるアクセス制御方法。