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技術 無線通信システムおよび無線通信方法

出願人 日本電信電話株式会社
発明者 アベセカラヒランタ松井宗大鷹取泰司溝口匡人
出願日 2016年3月18日 (4年1ヶ月経過) 出願番号 2016-055923
公開日 2017年9月28日 (2年7ヶ月経過) 公開番号 2017-175205
状態 特許登録済
技術分野 移動無線通信システム
主要キーワード 強制移行 分散動作 設定パラメータ値 仮割り当て 時間占有率 外部干渉 パラメータ算出ステップ 公共スペース
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

無線通信システム全体スループットが向上し、また無線基地局密集している環境において局地的なスループットの低下を回避できるように、集中制御局を用いて無線基地局の帯域幅チャネルを設定する。

解決手段

複数の無線基地局と、複数の無線基地局または無線端末周辺環境情報および能力情報に応じて各無線基地局通信制御に用いるパラメータを制御する集中制御局とを備えた無線通信システムであって、各無線基地局は、周辺の無線環境情報および自局および帰属端末の能力情報を取得し、集中制御局に通知する無線環境情報通知手段を備え、集中制御局は、各無線基地局から通知される無線環境情報および能力情報に応じて割り当てる各無線基地局の帯域幅とチャネルを、各無線基地局のスループットを評価する効用関数を用いて算出するパラメータ算出手段を備える。

概要

背景

近年、ノートパソコンスマートフォン等の持ち運び可能で高性能無線端末の普及により企業や公共スペースだけではなく、一般家庭でもIEEE802.11標準規格無線LANが広く使われるようになっている。IEEE802.11標準規格の無線LANには、 2.4GHz帯を用いるIEEE802.11b/g/n規格の無線LANと、5GHz帯を用いるIEEE802.11a/n/ac規格の無線LANがある。

IEEE802.11b規格やIEEE802.11g規格の無線LANでは、2400MHzから2483.5MHz間に5MHz間隔で13チャネルが用意されている。ただし、同一場所で複数のチャネルを使用する際は、干渉を避けるためスペクトルが重ならないようにチャネルを使用すると最大で3チャネル、場合によっては4チャネルまで同時に使用できる。

IEEE802.11a規格の無線LANでは、日本の場合は、5170MHzから5330MHz間と、5490MHzから5710MHz間で、それぞれ互いに重ならない8チャネルおよび11チャネルの合計19チャネルが規定されている。なお、IEEE802.11a規格では、チャネル当たりの帯域幅が20MHzに固定されている。

無線LANの最大伝送速度は、IEEE802.11b規格の場合は11Mbpsであり、IEEE802.11a規格やIEEE802.11g規格の場合は54Mbps である。ただし、ここでの伝送速度は物理レイヤ上での伝送速度である。実際にはMAC(Medium Access Control )レイヤでの伝送効率が50〜70%程度であるため、実際のスループットの上限値はIEEE802.11b規格では5Mbps 程度、IEEE802.11a規格やIEEE802.11g規格では30Mbps 程度である。また、伝送速度は、情報を送信しようとする通信局が増えればさらに低下する。

一方で、有線LANでは、Ethernet(登録商標)の100Base-Tインタフェースをはじめ、各家庭にも光ファイバを用いたFTTH(Fiber to the home)の普及から、 100Mbps〜1Gbps級の高速回線の提供が普及しており、無線LANにおいても更なる伝送速度の高速化が求められている。

そのため、2009年に標準化が完了したIEEE802.11n規格では、これまで20MHzと固定されていたチャネル帯域幅が最大で40MHzに拡大され、また、空間多重送信技術(MIMO:Multiple input multiple output)技術の導入が決定された。IEEE802.11n規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で 600Mbpsの通信速度を実現可能である。

さらに、2013年に標準化が完了したIEEE802.11ac規格では、チャネル帯域幅を80MHzや最大で 160MHzまで拡大することや、空間分割多元接続(SDMA:Space Division Multiple Access)を適用したマルチユーザMIMO(MU−MIMO)送信方法の導入が決定している(例えば、非特許文献1参照)。IEEE802.11ac規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で約 6.9Gbpsの通信速度を実現可能である。

IEEE802.11規格の無線LANは、 2.4GHz帯または5GHz帯の免許不要な周波数帯運用するため、IEEE802.11規格の無線基地局は、無線LANセルBSS:Basic Service Set )を形成する際に、自無線基地局で対応可能な周波数チャネルのうち、運用する周波数チャネルを決定する必要がある。

さらに、IEEE802.11n規格またはIEEE802.11ac規格の無線基地局では、運用する帯域幅も決定する必要がある。例えば、IEEE802.11n規格の場合は、帯域幅は最大で40MHzまで対応可能であるが、周辺無線環境状況によって40MHzではなく20MHzで運用した方が効率的な場合がある。同様に、IEEE802.11ac規格の場合は、連続した80MHzまたは連続した 160MHzまたは非連続の80+80MHz、すなわち最大で 160MHzまで対応可能であるが、周辺の無線環境状況によって40MHzや20MHzで運用した方が効率的な場合がある。

自セルで使用するチャネル、帯域幅およびそれ以外のパラメータ設定値および自無線基地局において対応可能なその他のパラメータは、定期的に送信するBeaconフレームや、無線端末から受信するProbe Requestフレームに対するProbe responseフレーム等に記載し、運用が決定された周波数チャネル上でフレームを送信し、配下の無線端末および周辺の他通信局に通知することで、セルの運用を行っている。

自セルで使用するパラメータの設定値には、例えば、アクセス権取得に関するパラメータ値やQoS(Quality of Services )等のパラメータ値が含まれる。また、自無線基地局において対応可能なその他のパラメータには、フレーム送信に用いる帯域幅、制御フレーム送信に使用する基本データレートや、データ送受信可能な変調方式符合化率に関するデータレートセットなどが含まれる。

無線基地局において、周波数チャネルや帯域幅およびその他のパラメータの選択および設定方法には、次の4つの方法がある。
(1) 無線基地局の製造メーカで設定されたデフォルトのパラメータ値をそのまま使用する方法
(2) 無線基地局を運用するユーザが手動で設定した値を使用する方法
(3)各無線基地局起動時に自局において検知する無線環境情報に基づいて自律的にパラメータ値を選択して設定する方法
(4)無線LANコントローラなどの集中制御局で決定されたパラメータ値を設定する方法

ここで、IEEE802.11ac規格においてチャネル帯域幅を40MHz、80MHz、 160MHzと広くする場合、5GHz帯において同一場所で同時に使えるチャネル数は、チャネル帯域幅が20MHzで19チャネルだったものが、9チャネル、4チャネル、2チャネルと少なくなる。すなわち、チャネル帯域幅が増加するにつれて、使えるチャネル数が低減することになる。

また、同一場所で同時に使えるチャネル数は、通信に用いるチャネル帯域幅によって、 2.4GHz帯の無線LANでは3つ、5GHz帯の無線LANでは2つ,4つ,9つ,または19のチャネルになるので、実際に無線LANを導入する際には無線基地局が自BSS内で使用するチャネルを選択する必要がある。

このとき、使用可能なチャネル数よりもBSS数が多い無線LANの稠密環境では、複数のBSSが同一チャネルを使うことになる(OBSS:OverlappingBSS )。その場合、同一チャネルを使用するBSS間の干渉の影響により、当該BSSおよびシステム全体のスループットが低下することになる。そのため無線LANでは、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)を用いて、キャリアセンスによりチャネルが空いているときにのみデータの送信を行う自律分散的なアクセス制御が使われている。

具体的には、送信要求が発生した通信局は、まず所定のセンシング期間(DIFS:Distributed Inter-Frame Space )だけキャリアセンスを行って無線媒体の状態を監視し、この間に他の通信局による送信信号が存在しなければ、ランダムバックオフを行う。通信局は、引き続きランダム・バックオフ期間中もキャリアセンスを行うが、この間にも他の通信局による送信信号が存在しない場合に、チャネルの利用権(TXOP:Transmission Opportunity)を得る。チャネルの利用権を得た通信局(TXOP Holder )は、同一BSS内の他の通信局にデータを送信し、またそれらの通信局からデータを受信できる。このようなCSMA/CA制御を行う場合、同一チャネルを使用する無線LANの稠密環境では、キャリアセンスによりチャネルがビジーになる頻度が高くなるため、送信機会(チャネルの利用権を得る機会)が低下し、スループットが低下することになる。したがって、周辺環境モニタリングし、適切なチャネルを選択することが重要になる。

無線基地局におけるチャネルの選択方法は、IEEE802.11標準規格で定まっていないため、各ベンダーが独自の方法を採用しているが、最も一般的なチャネル選択方法としては、干渉電力の最も少ないチャネルを自律分散的に選択する方法がある。無線基地局は、一定期間すべてのチャネルについてキャリアセンスして最も干渉電力が小さいチャネルを選択し、選択したチャネル上で配下の端末装置とデータの送受信を行う。なお、干渉電力とは、近隣BSSや他システムから受信する信号のレベルであり、例えば、受信信号強度RSSI:Received Signal Strength Indicator)により測定することができる。

また、IEEE802.11標準規格では、BSS周辺の無線状況が変化した場合におけるチャネルの変更手順が規定されているが、基本的に、レーダ検出などによる強制移行以外は、一度選択したチャネルの再選択を行っていない。すなわち、現状無線LANでは、無線状況の変化に応じたチャネルの最適化は行われていない。

概要

無線通信システム全体のスループットが向上し、また無線基地局が密集している環境において局地的なスループットの低下を回避できるように、集中制御局を用いて無線基地局の帯域幅とチャネルを設定する。複数の無線基地局と、複数の無線基地局または無線端末の周辺の環境情報および能力情報に応じて各無線基地局の通信制御に用いるパラメータを制御する集中制御局とを備えた無線通信システムであって、各無線基地局は、周辺の無線環境情報および自局および帰属端末の能力情報を取得し、集中制御局に通知する無線環境情報通知手段を備え、集中制御局は、各無線基地局から通知される無線環境情報および能力情報に応じて割り当てる各無線基地局の帯域幅とチャネルを、各無線基地局のスループットを評価する効用関数を用いて算出するパラメータ算出手段を備える。

目的

本発明は、無線通信システム全体のスループットが向上し、また無線基地局が密集している環境において局地的なスループットの低下を回避できるように、集中制御局を用いて無線基地局の帯域幅とチャネルを設定することができる無線通信システムおよび無線通信方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

それぞれ配下の無線端末無線通信を行う複数の無線基地局と、前記複数の無線基地局または前記無線端末の周辺環境情報および能力情報に応じて各無線基地局通信制御に用いるパラメータを制御する集中制御局とを備えた無線通信システムであって、前記各無線基地局は、周辺の無線環境情報および自局および帰属端末の能力情報を取得し、前記集中制御局に通知する無線環境情報通知手段を備え、前記集中制御局は、前記各無線基地局から通知される前記無線環境情報および前記能力情報に応じて割り当てる前記各無線基地局の帯域幅チャネルを、前記各無線基地局のスループットを評価する効用関数を用いて算出するパラメータ算出手段を備えたことを特徴とする無線通信システム。

請求項2

請求項1に記載の無線通信システムにおいて、前記パラメータ算出手段は、前記各無線基地局に割り当て可能な帯域幅とチャネルに応じて、チャネルを共用する無線基地局のリストを作成する手段と、前記各無線基地局に割り当て可能な帯域幅とチャネルに応じて、前記リストの無線基地局が該チャネルを共用した場合の前記効用関数を計算し、前記無線基地局ごとに前記効用関数が最大または所定の閾値以上となる帯域幅とチャネルを仮割り当てとして算出する手段と、前記各無線基地局の仮割り当ての帯域幅とチャネルの算出を繰り返し行い、前記無線基地局ごとの前記効用関数が全体で改善されるように前記各無線基地局の帯域幅とチャネルの最適化を行う手段とを備えたことを特徴とする無線通信システム。

請求項3

請求項1または請求項2に記載の無線通信システムにおいて、前記効用関数は、前記無線基地局のみが存在するときに取得可能な最大スループットに対して、前記無線基地局に帯域幅とチャネルを割り当て周辺の無線基地局とチャネルを共用したときに取得可能な見込みスループットの割合とすることを特徴とする無線通信システム。

請求項4

請求項1または請求項2に記載の無線通信システムにおいて、前記効用関数は、前記無線基地局に帯域幅とチャネルを割り当てたときに、当該無線基地局に帰属する無線端末ごとのスループットの中の最小値とすることを特徴とする無線通信システム。

請求項5

請求項2に記載の無線通信システムにおいて、前記各無線基地局の帯域幅とチャネルの最適化を行う手段は、前記各無線基地局の帯域幅とチャネルの仮割り当てにそれぞれ用いた前記効用関数の合計値または乗算値を計算し、該合計値または該乗算値が劣化しないように前記各無線基地局にそれぞれ割り当てる帯域幅とチャネルの最適化を行う構成であることを特徴とする無線通信システム。

請求項6

請求項2に記載の無線通信システムにおいて、前記リストを作成する手段は、前記各無線基地局に割り当て可能なチャネルと、前記各無線基地局の周辺の無線基地局で使用中または仮割り当てのチャネルの一部でも干渉する関係にあれば、当該周辺の無線基地局を前記リストに加える構成であることを特徴とする無線通信システム。

請求項7

それぞれ配下の無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局に接続される集中制御局で、前記複数の無線基地局または前記無線端末の周辺の環境情報および能力情報に応じて各無線基地局の通信制御に用いるパラメータを制御する無線通信方法であって、前記各無線基地局は、周辺の無線環境情報および自局および帰属端末の能力情報を取得し、前記集中制御局に通知するステップを有し、前記集中制御局は、前記各無線基地局から通知される前記無線環境情報および前記能力情報に応じて割り当てる前記各無線基地局の帯域幅とチャネルを、前記各無線基地局のスループットを評価する効用関数を用いて算出するパラメータ算出ステップを有することを特徴とする無線通信方法。

請求項8

請求項7に記載の無線通信方法において、前記パラメータ算出ステップは、前記各無線基地局に割り当て可能な帯域幅とチャネルに応じて、チャネルを共用する無線基地局のリストを作成するステップと、前記各無線基地局に割り当て可能な帯域幅とチャネルに応じて、前記リストの無線基地局が該チャネルを共用した場合の前記効用関数を計算し、前記無線基地局ごとに前記効用関数が最大または所定の閾値以上となる帯域幅とチャネルを仮割り当てとして算出するステップと、前記各無線基地局の仮割り当ての帯域幅とチャネルの算出を繰り返し行い、前記無線基地局ごとの前記効用関数が全体で改善されるように前記各無線基地局の帯域幅とチャネルの最適化を行うステップとを有することを特徴とする無線通信方法。

請求項9

請求項7または請求項8に記載の無線通信方法において、前記効用関数は、前記無線基地局のみが存在するときに取得可能な最大スループットに対して、前記無線基地局に帯域幅とチャネルを割り当て周辺の無線基地局とチャネルを共用したときに取得可能な見込みスループットの割合とすることを特徴とする無線通信方法。

請求項10

請求項7または請求項8に記載の無線通信方法において、前記効用関数は、前記無線基地局に帯域幅とチャネルを割り当てたときに、当該無線基地局に帰属する無線端末ごとのスループットの中の最小値とすることを特徴とする無線通信方法。

請求項11

請求項8に記載の無線通信方法において、前記各無線基地局の帯域幅とチャネルの最適化を行うステップは、前記各無線基地局の帯域幅とチャネルの仮割り当てにそれぞれ用いた前記効用関数の合計値または乗算値を計算し、該合計値または該乗算値が劣化しないように前記各無線基地局にそれぞれ割り当てる帯域幅とチャネルの最適化を行うことを特徴とする無線通信方法。

請求項12

請求項8に記載の無線通信方法において、前記リストを作成するステップは、前記各無線基地局に割り当て可能なチャネルと、前記各無線基地局の周辺の無線基地局で使用中または仮割り当てのチャネルの一部でも干渉する関係にあれば、当該周辺の無線基地局を前記リストに加えることを特徴とする無線通信方法。

技術分野

0001

本発明は、複数の無線基地局に接続される集中制御局を用いて、各無線基地局通信制御に用いるパラメータを制御する無線通信システムおよび無線通信方法に関する。

背景技術

0002

近年、ノートパソコンスマートフォン等の持ち運び可能で高性能無線端末の普及により企業や公共スペースだけではなく、一般家庭でもIEEE802.11標準規格無線LANが広く使われるようになっている。IEEE802.11標準規格の無線LANには、 2.4GHz帯を用いるIEEE802.11b/g/n規格の無線LANと、5GHz帯を用いるIEEE802.11a/n/ac規格の無線LANがある。

0003

IEEE802.11b規格やIEEE802.11g規格の無線LANでは、2400MHzから2483.5MHz間に5MHz間隔で13チャネルが用意されている。ただし、同一場所で複数のチャネルを使用する際は、干渉を避けるためスペクトルが重ならないようにチャネルを使用すると最大で3チャネル、場合によっては4チャネルまで同時に使用できる。

0004

IEEE802.11a規格の無線LANでは、日本の場合は、5170MHzから5330MHz間と、5490MHzから5710MHz間で、それぞれ互いに重ならない8チャネルおよび11チャネルの合計19チャネルが規定されている。なお、IEEE802.11a規格では、チャネル当たりの帯域幅が20MHzに固定されている。

0005

無線LANの最大伝送速度は、IEEE802.11b規格の場合は11Mbpsであり、IEEE802.11a規格やIEEE802.11g規格の場合は54Mbps である。ただし、ここでの伝送速度は物理レイヤ上での伝送速度である。実際にはMAC(Medium Access Control )レイヤでの伝送効率が50〜70%程度であるため、実際のスループットの上限値はIEEE802.11b規格では5Mbps 程度、IEEE802.11a規格やIEEE802.11g規格では30Mbps 程度である。また、伝送速度は、情報を送信しようとする通信局が増えればさらに低下する。

0006

一方で、有線LANでは、Ethernet(登録商標)の100Base-Tインタフェースをはじめ、各家庭にも光ファイバを用いたFTTH(Fiber to the home)の普及から、 100Mbps〜1Gbps級の高速回線の提供が普及しており、無線LANにおいても更なる伝送速度の高速化が求められている。

0007

そのため、2009年に標準化が完了したIEEE802.11n規格では、これまで20MHzと固定されていたチャネル帯域幅が最大で40MHzに拡大され、また、空間多重送信技術(MIMO:Multiple input multiple output)技術の導入が決定された。IEEE802.11n規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で 600Mbpsの通信速度を実現可能である。

0008

さらに、2013年に標準化が完了したIEEE802.11ac規格では、チャネル帯域幅を80MHzや最大で 160MHzまで拡大することや、空間分割多元接続(SDMA:Space Division Multiple Access)を適用したマルチユーザMIMO(MU−MIMO)送信方法の導入が決定している(例えば、非特許文献1参照)。IEEE802.11ac規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で約 6.9Gbpsの通信速度を実現可能である。

0009

IEEE802.11規格の無線LANは、 2.4GHz帯または5GHz帯の免許不要な周波数帯運用するため、IEEE802.11規格の無線基地局は、無線LANセルBSS:Basic Service Set )を形成する際に、自無線基地局で対応可能な周波数チャネルのうち、運用する周波数チャネルを決定する必要がある。

0010

さらに、IEEE802.11n規格またはIEEE802.11ac規格の無線基地局では、運用する帯域幅も決定する必要がある。例えば、IEEE802.11n規格の場合は、帯域幅は最大で40MHzまで対応可能であるが、周辺無線環境状況によって40MHzではなく20MHzで運用した方が効率的な場合がある。同様に、IEEE802.11ac規格の場合は、連続した80MHzまたは連続した 160MHzまたは非連続の80+80MHz、すなわち最大で 160MHzまで対応可能であるが、周辺の無線環境状況によって40MHzや20MHzで運用した方が効率的な場合がある。

0011

自セルで使用するチャネル、帯域幅およびそれ以外のパラメータの設定値および自無線基地局において対応可能なその他のパラメータは、定期的に送信するBeaconフレームや、無線端末から受信するProbe Requestフレームに対するProbe responseフレーム等に記載し、運用が決定された周波数チャネル上でフレームを送信し、配下の無線端末および周辺の他通信局に通知することで、セルの運用を行っている。

0012

自セルで使用するパラメータの設定値には、例えば、アクセス権取得に関するパラメータ値やQoS(Quality of Services )等のパラメータ値が含まれる。また、自無線基地局において対応可能なその他のパラメータには、フレーム送信に用いる帯域幅、制御フレーム送信に使用する基本データレートや、データ送受信可能な変調方式符合化率に関するデータレートセットなどが含まれる。

0013

無線基地局において、周波数チャネルや帯域幅およびその他のパラメータの選択および設定方法には、次の4つの方法がある。
(1) 無線基地局の製造メーカで設定されたデフォルトのパラメータ値をそのまま使用する方法
(2) 無線基地局を運用するユーザが手動で設定した値を使用する方法
(3)各無線基地局が起動時に自局において検知する無線環境情報に基づいて自律的にパラメータ値を選択して設定する方法
(4)無線LANコントローラなどの集中制御局で決定されたパラメータ値を設定する方法

0014

ここで、IEEE802.11ac規格においてチャネル帯域幅を40MHz、80MHz、 160MHzと広くする場合、5GHz帯において同一場所で同時に使えるチャネル数は、チャネル帯域幅が20MHzで19チャネルだったものが、9チャネル、4チャネル、2チャネルと少なくなる。すなわち、チャネル帯域幅が増加するにつれて、使えるチャネル数が低減することになる。

0015

また、同一場所で同時に使えるチャネル数は、通信に用いるチャネル帯域幅によって、 2.4GHz帯の無線LANでは3つ、5GHz帯の無線LANでは2つ,4つ,9つ,または19のチャネルになるので、実際に無線LANを導入する際には無線基地局が自BSS内で使用するチャネルを選択する必要がある。

0016

このとき、使用可能なチャネル数よりもBSS数が多い無線LANの稠密環境では、複数のBSSが同一チャネルを使うことになる(OBSS:OverlappingBSS )。その場合、同一チャネルを使用するBSS間の干渉の影響により、当該BSSおよびシステム全体のスループットが低下することになる。そのため無線LANでは、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)を用いて、キャリアセンスによりチャネルが空いているときにのみデータの送信を行う自律分散的なアクセス制御が使われている。

0017

具体的には、送信要求が発生した通信局は、まず所定のセンシング期間(DIFS:Distributed Inter-Frame Space )だけキャリアセンスを行って無線媒体の状態を監視し、この間に他の通信局による送信信号が存在しなければ、ランダムバックオフを行う。通信局は、引き続きランダム・バックオフ期間中もキャリアセンスを行うが、この間にも他の通信局による送信信号が存在しない場合に、チャネルの利用権(TXOP:Transmission Opportunity)を得る。チャネルの利用権を得た通信局(TXOP Holder )は、同一BSS内の他の通信局にデータを送信し、またそれらの通信局からデータを受信できる。このようなCSMA/CA制御を行う場合、同一チャネルを使用する無線LANの稠密環境では、キャリアセンスによりチャネルがビジーになる頻度が高くなるため、送信機会(チャネルの利用権を得る機会)が低下し、スループットが低下することになる。したがって、周辺環境モニタリングし、適切なチャネルを選択することが重要になる。

0018

無線基地局におけるチャネルの選択方法は、IEEE802.11標準規格で定まっていないため、各ベンダーが独自の方法を採用しているが、最も一般的なチャネル選択方法としては、干渉電力の最も少ないチャネルを自律分散的に選択する方法がある。無線基地局は、一定期間すべてのチャネルについてキャリアセンスして最も干渉電力が小さいチャネルを選択し、選択したチャネル上で配下の端末装置とデータの送受信を行う。なお、干渉電力とは、近隣BSSや他システムから受信する信号のレベルであり、例えば、受信信号強度RSSI:Received Signal Strength Indicator)により測定することができる。

0019

また、IEEE802.11標準規格では、BSS周辺の無線状況が変化した場合におけるチャネルの変更手順が規定されているが、基本的に、レーダ検出などによる強制移行以外は、一度選択したチャネルの再選択を行っていない。すなわち、現状無線LANでは、無線状況の変化に応じたチャネルの最適化は行われていない。

先行技術

0020

IEEE 802.11ac Standard, December 2013.

発明が解決しようとする課題

0021

前述した周波数チャネルや帯域幅およびその他のパラメータの選択および設定方法(1)〜(4) のうち、特に安価な無線基地局は、(1) の製造メーカで設定されたデフォルトのパラメータをそのまま使用することが多い。しかし、近くに同じ製造メーカの無線基地局が複数台設置された環境の場合は、全ての無線基地局が同じ周波数チャネルや送信電力値を使うことになるので、無線基地局間で干渉が発生してしまい通信品質劣化する問題がある。

0022

一般家庭など比較的小規模ネットワークでは、(2) の無線LANを運用するユーザが適切なパラメータを設定することが考えられる。しかし、外部干渉源がない環境では各種パラメータの設定は可能だが、都市部や集合住宅など周りで無線LANが使われている環境、または中規模や大規模なネットワークでは、ユーザまたは管理者による適切なパラメータ設定が困難である。

0023

自律分散動作が可能な無線基地局は、(3) の各無線基地局が起動時に自局において検知する無線環境情報に基づいて自律的にパラメータ値の選択が可能である。しかし、無線基地局が起動される順番によって適切なパラメータ値が異なる。また、それぞれの無線基地局は自局における最適なパラメータ値を選択して設定するため、局所的に最適化が可能だがシステム全体の最適化はできず、さらに周辺無線環境が変わった場合は対応が困難となる。例えば、起動中の無線基地局数の変化、各々の無線基地局配下無線端末装置の変化、各々のセル内の無線装置により送出されるデータ量の変化などの環境変化が起きたときに、使用チャネルや帯域幅の最適化を行っていないため、各々のセルのスループット間で差が生じたり、システム全体でもスループットが劣化したりするという問題がある。

0024

このため、例えば、大学、オフィススタジアム駅構内環境など数台〜数百台の無線基地局で形成される小〜大規模な無線LANシステムの場合は、(4) の無線LANコントローラなどの集中制御局によって各無線基地局のパラメータ値を決定し、無線基地局に反映させるなどにより無線基地局を制御する方法が必要になっている。

0025

本発明は、無線通信システム全体のスループットが向上し、また無線基地局が密集している環境において局地的なスループットの低下を回避できるように、集中制御局を用いて無線基地局の帯域幅とチャネルを設定することができる無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0026

第1の発明は、それぞれ配下の無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局と、複数の無線基地局または無線端末の周辺の環境情報および能力情報に応じて各無線基地局の通信制御に用いるパラメータを制御する集中制御局とを備えた無線通信システムであって、各無線基地局は、周辺の無線環境情報および自局および帰属端末の能力情報を取得し、集中制御局に通知する無線環境情報通知手段を備え、集中制御局は、各無線基地局から通知される無線環境情報および能力情報に応じて割り当てる各無線基地局の帯域幅とチャネルを、各無線基地局のスループットを評価する効用関数を用いて算出するパラメータ算出手段を備える。

0027

第1の発明の無線通信システムにおいて、パラメータ算出手段は、各無線基地局に割り当て可能な帯域幅とチャネルに応じて、チャネルを共用する無線基地局のリストを作成する手段と、各無線基地局に割り当て可能な帯域幅とチャネルに応じて、リストの無線基地局が該チャネルを共用した場合の効用関数を計算し、無線基地局ごとに効用関数が最大または所定の閾値以上となる帯域幅とチャネルを仮割り当てとして算出する手段と、各無線基地局の仮割り当ての帯域幅とチャネルの算出を繰り返し行い、無線基地局ごとの効用関数が全体で改善されるように各無線基地局の帯域幅とチャネルの最適化を行う手段とを備える。

0028

第1の発明の無線通信システムにおいて、効用関数は、無線基地局のみが存在するときに取得可能な最大スループットに対して、無線基地局に帯域幅とチャネルを割り当て周辺の無線基地局とチャネルを共用したときに取得可能な見込みスループットの割合とする。

0029

第1の発明の無線通信システムにおいて、効用関数は、無線基地局に帯域幅とチャネルを割り当てたときに、当該無線基地局に帰属する無線端末ごとのスループットの中の最小値とする。

0030

第1の発明の無線通信システムにおいて、各無線基地局の帯域幅とチャネルの最適化を行う手段は、各無線基地局の帯域幅とチャネルの仮割り当てにそれぞれ用いた効用関数の合計値または乗算値を計算し、該合計値または該乗算値が劣化しないように各無線基地局にそれぞれ割り当てる帯域幅とチャネルの最適化を行う構成である。

0031

また、リストを作成する手段は、各無線基地局に割り当て可能なチャネルと、各無線基地局の周辺の無線基地局で使用中または仮割り当てのチャネルの一部でも干渉する関係にあれば、当該周辺の無線基地局をリストに加える構成である。

0032

第2の発明は、それぞれ配下の無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局に接続される集中制御局で、複数の無線基地局または無線端末の周辺の環境情報および能力情報に応じて各無線基地局の通信制御に用いるパラメータを制御する無線通信方法であって、各無線基地局は、周辺の無線環境情報および自局および帰属端末の能力情報を取得し、集中制御局に通知するステップを有し、集中制御局は、各無線基地局から通知される無線環境情報および能力情報に応じて割り当てる各無線基地局の帯域幅とチャネルを、各無線基地局のスループットを評価する効用関数を用いて算出するパラメータ算出ステップを有する。

0033

第2の発明の無線通信方法において、パラメータ算出ステップは、各無線基地局に割り当て可能な帯域幅とチャネルに応じて、チャネルを共用する無線基地局のリストを作成するステップと、各無線基地局に割り当て可能な帯域幅とチャネルに応じて、リストの無線基地局が該チャネルを共用した場合の効用関数を計算し、無線基地局ごとに効用関数が最大または所定の閾値以上となる帯域幅とチャネルを仮割り当てとして算出するステップと、各無線基地局の仮割り当ての帯域幅とチャネルの算出を繰り返し行い、無線基地局ごとの効用関数が全体で改善されるように各無線基地局の帯域幅とチャネルの最適化を行うステップとを有する。

0034

第2の発明の無線通信方法において、効用関数は、無線基地局のみが存在するときに取得可能な最大スループットに対して、無線基地局に帯域幅とチャネルを割り当て周辺の無線基地局とチャネルを共用したときに取得可能な見込みスループットの割合とする。

0035

第2の発明の無線通信方法において、効用関数は、無線基地局に帯域幅とチャネルを割り当てたときに、当該無線基地局に帰属する無線端末ごとのスループットの中の最小値とする。

0036

第2の発明の無線通信方法において、各無線基地局の帯域幅とチャネルの最適化を行うステップは、各無線基地局の帯域幅とチャネルの仮割り当てにそれぞれ用いた効用関数の合計値または乗算値を計算し、該合計値または該乗算値が劣化しないように各無線基地局にそれぞれ割り当てる帯域幅とチャネルの最適化を行う。

0037

また、リストを作成するステップは、各無線基地局に割り当て可能なチャネルと、各無線基地局の周辺の無線基地局で使用中または仮割り当てのチャネルの一部でも干渉する関係にあれば、当該周辺の無線基地局をリストに加える構成である。

発明の効果

0038

本発明は、各無線基地局が割り当て可能な帯域幅とチャネルに応じてチャネルを共用する周辺の無線基地局の干渉を考慮し、各無線基地局のスループットを評価する効用関数を用いて各無線基地局の帯域幅とチャネルの割り当てを行うことにより、無線基地局を含む無線通信システム全体のスループットを改善することができる。特に、本発明によれば、無線基地局が密集している環境において局地的なスループットの低下を回避することができる。

図面の簡単な説明

0039

本発明の無線通信システムの実施例構成を示す図である。
本発明の無線通信システムにおける集中制御局4の構成例を示す図である。
本発明の無線通信システムにおけるAP1,2の構成例を示す図である。
IEEE802.11標準規格における固定帯域幅伝送例を示す図である。
IEEE802.11標準規格における可変帯域幅伝送例を示す図である。
本発明による集中制御局4のパラメータ算出部45の処理手順概要を示すフローチャートである。
ステップS102の処理手順例を示すフローチャートである。
AP−aとチャネルを共用するAPのリストL(a,b,c)の作成例を説明する図である。
ステップS103の処理手順例を示すフローチャートである。

実施例

0040

図1は、本発明の無線通信システムの実施例構成を示す。
図1において、無線基地局(AP)1,2は、それぞれ帰属する無線端末(STA,図示せず)と無線通信を行う。AP1,2は、ネットワーク3を介して集中制御局4に接続される。集中制御局4は、AP1,2から収集した環境情報および能力情報に基づいてAPの通信制御に用いる設定パラメータ値を算出し、各APに設定する。

0041

図2は、本発明の無線通信システムにおける集中制御局4の構成例を示す。
図2において、集中制御局4は、接続部41と、通信部42と、制御部43と、情報収集部44と、パラメータ算出部45とを備える。

0042

通信部42は、接続部41を介してAP1,2と通信を行う。情報収集部44は、無線通信システム内に存在する制御対象のAP1,2から環境情報(無線環境情報,トラヒック情報現設定情報)および能力情報を収集し、保持する。パラメータ算出部45は、情報収集部44で収集された各情報の平均化処理および最新化などを行い、各情報に基づいてAP1,2に割り当て可能な帯域幅とチャネルに応じて、帰属STAのサービス品質として例えばスループットやシステム全体のスループットなどの満足度の評価に用いるそれぞれの効用関数を算出し、効用関数が最大または所定の閾値以上になる帯域幅とチャネルを決定する。制御部43は、AP1,2の各情報の収集、APの設定パラメータ値の算出および設定を含む集中制御局4の動作を統括して制御する。

0043

図3は、本発明の無線通信システムにおけるAP1,2の構成例を示す。なお、AP1,2は同じ構成である。
図3において、AP1,2は、接続部11と、通信部12と、制御部13と、環境情報保持部14と、パラメータ設定部15と、アクセス権獲得部16と、無線通信部17と、アンテナ部18とを備える。

0044

通信部12は、接続部11を介してネットワーク3上の集中制御局4と通信を行う。環境情報保持部14は、定期的に無線基地局周辺をスキャンして取得した環境情報を保持する。パラメータ設定部15は、集中制御局4より通知されたパラメータを設定する。アクセス権獲得部16は、CSMA/CAによるアクセス権を獲得する。無線通信部17は、パラメータ設定部15より設定されたパラメータを使用し、CSMA/CAによるアクセス権を獲得してアンテナ部18を介して帰属するSTAと無線通信を行う。また、無線通信部17は、無線通信において利用可能なチャネルそれぞれに対して、予め定められた期間スキャンし、得られた周辺の環境情報を環境情報保持部14に出力する。制御部13は、APの動作を統括して制御する。

0045

ここで、(1)無線環境情報、(2)トラヒック情報、(3)現設定情報、(4)能力情報の一例について以下に示す。
(1) 無線環境情報
APおよびSTAが測定する周辺無線環境情報であり、例えば周辺AP数、各々のSSID、各々のBSSID(MACアドレス)、各々が送信するフレームの受信RSSI値、各々の使用チャネル、各々の使用帯域幅(20MHz,40MHz,80MHz, 160MHz, 80+80MHz)、各々の能力情報、各々のAP帰属端末数、各々の時間占有率情報、各々のトラヒック情報などである。また、APが測定する帰属端末に関する無線環境情報であり、STAが測定する接続先APに関する無線環境情報である。

0046

(2)トラヒック情報
APがバッファ内で収容する帰属端末宛てのトラヒック量、STAがバッファ内で収容する接続先AP宛てのトラヒック量、AP/STAのバッファに入力されるトラヒックレート、AP/STAのバッファから送出されるトラヒックレートなどである。

0047

(3)現設定情報
APおよびSTAの現在の運用規格(11a/b/g/n/ac種別)、チャネル,帯域幅(20MHz,40MHz,80MHz, 160MHz, 80+80MHz)などである。

0048

(4)能力情報
対応可能規格(11a/b/g/n/ac)、対応可能周波数帯、対応可能帯域幅(20MHz,40MHz,80MHz, 160MHz, 80+80MHz)などである。

0049

図4は、IEEE802.11標準規格における固定帯域幅伝送例を示す。図5は、IEEE802.11標準規格における可変帯域幅伝送例を示す。
図4および図5において、帯域幅80MHzでプライマリチャネルとして36chを用いるAP1とその配下のSTA5が存在し、AP1およびSTA5の周辺に、帯域幅20MHzでプライマリチャネルとして48chで用いるAP2とその配下のSTA6が存在する環境を想定する。

0050

図4に示す固定帯域幅伝送では、データの送信予定帯域幅(AP1では80MHz、AP2では20MHz)すべてにおいて信号を検知しなかった場合にのみデータを送信できる。すなわち、AP1は、プライマリチャネルの36ch、セカンダリ20チャネルの40ch、セカンダリ40チャネルの44chおよび48chのすべてにおいて信号を検知するか否かを判定する。したがって、AP2とSTA6が48ch上で通信を行っている場合には、AP1とSTA5は通信できず、AP2とSTA6の通信が終了するまで待機する必要がある。

0051

一方、図5に示す可変帯域幅伝送では、少なくともプライマリチャネル上で他APやSTAによる信号を検知しなかった場合にデータを送信することができる。この際に使用する帯域幅は、信号を検知しなかった帯域幅に縮小する。このため、AP2とSTA6が48ch上で通信を行っている場合には、AP1とSTA5は帯域幅を40MHzに縮小してデータを送信し、AP2とSTA6が通信していない場合は、帯域幅を80MHzにしてデータを送信する。

0052

当然、可変帯域幅伝送が効率的であるが、データ信号を送信する直前に使用帯域幅が縮小すると、データ内に記載されるフレーム長やNAV期間などの再計算が必要で処理量が増える。このため、現在市販されているすべてのAPやSTAは固定帯域信号伝送を行っており、本発明においても固定帯域幅伝送を前提とする。

0053

図6は、本発明による集中制御局4のパラメータ算出部45の処理手順の概要を示す。図6において、集中制御局4のパラメータ算出部45は、周辺に他のAPがないなど干渉がない環境を想定し、制御対象の各APにおいて取得可能な最大スループットおよびプライマリチャネルのアクセス確率を算出する(S101)。

0054

AP−aがSTA−sと帯域幅bを用いた通信において、M(s,a,b)ビットを送受信するのに費やす合計時間をt(s,a,b) とする。時間t(s,a,b) には、当該データ通信におけるすべてのオーバヘッドが含まれる。AP−aのみが存在する、すなわち干渉源がない環境で取得可能な最大スループットMax Thput(a)は、
Max Thput(a)=(ΣsM(s,a,b))/(Σst(s,a,b))
と表すことができる。ここで、Σs は、AP−aの帰属STA数をn(a) としたときに、s=1からs=n(a) までの積算を表す。

0055

次に、AP−aにおけるプライマリチャネルの占有予定時間率α(a) は
α(a) = min〔θ(a)×n(a)/Max Thput(a),1〕
として算出する。ここで、θ(a) は、AP−aの帰属STA当たりの収容トラヒック量であり、θ(a)×n(a)は発生トラヒックの総量である。

0056

次に、AP−aにおけるプライマリチャネルcのアクセス確率λ(a,c) は、
λ(a,c) =α(a) として算出する。

0057

次に、制御対象のAPごとに、割り当て可能な帯域幅とプライマリチャネルからスループットの満足度を示す効用関数が最大または所定の閾値以上となる帯域幅とプライマリチャネルを仮割り当てする(S102)。このステップS102の処理手順については図7を参照して別途説明する。次に、繰り返し計算により、制御対象のAPごとの効用関数がシステム全体で改善されるように、APごとの帯域幅とプライマリチャネルの最適化を行い、所定の収束条件が満たされた場合に繰り返し計算を終了する(S103)。このステップ103の処理手順については図9を参照して別途説明する。最後に、APごとに最適化された帯域幅とプライマリチャネルを割り当てて終了する(S104)。

0058

(ステップS102の処理手順)
図7は、ステップS102の処理手順例を示す。
図7において、まず、制御対象のAPを1台選択する(S201)。選択されたAPをAP−aとする。あらかじめ集中制御局に登録されているAP−aに関する情報、またはAP−aから収集される情報を基に、AP−aにおいて送受信可能な帯域幅の中から1つの帯域幅bを選択し、帯域幅bに応じてプライマリチャネルcを選択する(S202)。例えば、AP−aがIEEE802.11ac対応で使用可能な帯域幅が80MHzの場合は、AP−aに割り当てられる帯域幅bは{20,40,80}の3つになる。S202の処理では、この中から1つの帯域幅bを選択する。そして、選択された帯域幅bに応じてAP−aに割り当てるプライマリチャネルcを選択する。ただし、AP−aのプライマリチャネルcの選択ルールとして、帯域幅bが40MHz以上の場合に、周辺のAPのセカンダリ20チャネルを使用できないルールが設定されている場合には、当該セカンダリ20チャネルの除くプライマリチャネルcを選択する。

0059

次に、AP−aに帯域幅bとプライマリチャネルcを割り当てて運用開始した場合に、AP−aとチャネルを共用するAPのリストL(a,b,c) を作成する(S203)。なお、リストL(a,b,c) には、自APも含める。

0060

AP−aとチャネルを共用するAPのリストL(a,b,c) は、AP−aに割り当てる帯域幅bに応じて、プライマリチャネルcまたはそのセカンダリチャネルを使用するAPのリストとなる。すなわち、AP−aの帯域幅bが20MHzであればプライマリチャネルcを使用するAPが対象となり、帯域幅bが40MHz,80MHz, 160MHz,80+80MHzであれば、プライマリチャネルcおよびそのセカンダリ20チャネル,セカンダリ40チャネル,セカンダリ80チャネルを使用するAPが対象となる。さらに、AP−aとチャネルを共用するAPのうち、AP−aにおける信号レベル(RSSI)が所定の閾値以上のAPを対象としてもよい。

0061

ここで、図8を参照してAP−aとチャネルを共用するAPのリストL(a,b,c) の作成例を示す。AP−aの周辺には、互いに検知可能なAP−x,AP−y,AP−zがあり、それぞれの帯域幅/プライマリチャネルは次の通りとする。
AP−x:40MHz/44ch
AP−y:20MHz/60ch
AP−z:80+80MHz/128ch(52ch)

0062

AP−aに帯域幅b=20MHzとプライマリチャネルc(ここでは36〜64ch)を割り当てた場合に、次の基準に基づいて、AP−aとチャネルを共用するAPのリストL(a,b,c) は以下のようになる。
・cchをプライマリチャネルとする帯域幅20MHz以上のAP
・cchのセカンダリ20チャネルをプライマリチャネルとする帯域幅 40 MHz以上のAP
・cchのセカンダリ40チャネルをプライマリチャネルとする帯域幅 80 MHz以上のAP ・cchのセカンダリ80チャネルをプライマリチャネルとする帯域幅160 MHzのAP
・cchをセカンダリ80チャネルに含む帯域幅80+80MHzのAP

0063

b=20MHz、c=36ch:L(a,b,c) ={a}
c=40ch:L(a,b,c) ={a}
c=44ch:L(a,b,c) ={a,x}
c=48ch:L(a,b,c) ={a,x}
c=52ch:L(a,b,c) ={a,z} (図8に例示)
c=56ch:L(a,b,c) ={a,z}
c=60ch:L(a,b,c) ={a,y,z}
c=64ch:L(a,b,c) ={a,y,z}

0064

AP−aに帯域幅b=40MHzとプライマリチャネルc(ここでは36〜64ch)を割り当てた場合に、次の基準に基づいて、AP−aとチャネルを共用するAPのリストL(a,b,c) は以下のようになる。
・cchをプライマリチャネルとする帯域幅20MHz以上のAP
・cchのセカンダリ20チャネルをプライマリチャネルとする帯域幅 20 MHz以上のAP
・cchのセカンダリ40チャネルをプライマリチャネルとする帯域幅 80 MHz以上のAP ・cchのセカンダリ80チャネルをプライマリチャネルとする帯域幅160 MHzのAP
・cchをセカンダリ80チャネルに含む帯域幅80+80MHzのAP

0065

b=40MHz、c=36ch:L(a,b,c) ={a}
c=40ch:L(a,b,c) ={a}
c=44ch:L(a,b,c) ={a,x}
c=48ch:L(a,b,c) ={a,x}
c=52ch:L(a,b,c) ={a,z}
c=56ch:L(a,b,c) ={a,z}
c=60ch:L(a,b,c) ={a,y,z}
c=64ch:L(a,b,c) ={a,z}
なお、AP−aのプライマリチャネルcに対して上記の選択ルールがある場合には、AP−xのセカンダリ20チャネルである48ch、AP−yのセカンダリ20チャネルである64chは除外される。帯域幅bが80MHz以上の場合も同様である。

0066

AP−aに帯域幅b=80MHzとプライマリチャネルc(ここでは36〜64ch)を割り当てた場合に、次の基準に基づいて、AP−aとチャネルを共用するAPのリストL(a,b,c) は以下のようになる。
・cchをプライマリチャネルとする帯域幅20MHz以上のAP
・cchのセカンダリ20チャネルをプライマリチャネルとする帯域幅 20 MHz以上のAP
・cchのセカンダリ40チャネルをプライマリチャネルとする帯域幅 20 MHz以上のAP ・cchのセカンダリ80チャネルをプライマリチャネルとする帯域幅160 MHzのAP
・cchをセカンダリ80チャネルに含む帯域幅80+80MHzのAP

0067

b=80MHz、c=36ch:L(a,b,c) ={a,x}
c=40ch:L(a,b,c) ={a,x}
c=44ch:L(a,b,c) ={a,x}
c=48ch:L(a,b,c) ={a,x}
c=52ch:L(a,b,c) ={a,y,z} (図8に例示)
c=56ch:L(a,b,c) ={a,y,z}
c=60ch:L(a,b,c) ={a,y,z}
c=64ch:L(a,b,c) ={a,y,z}

0068

AP−aに帯域幅b= 160MHzとプライマリチャネルc(ここでは36〜64ch)を割り当てた場合に、次の基準に基づいてAP−aとチャネルを共用するAPのリストL(a,b,c) は以下のようになる。
・cchをプライマリチャネルとする帯域幅20MHz以上のAP
・cchのセカンダリ20チャネルをプライマリチャネルとする帯域幅 20 MHz以上のAP
・cchのセカンダリ40チャネルをプライマリチャネルとする帯域幅 20 MHz以上のAP ・cchのセカンダリ80チャネルをプライマリチャネルとする帯域幅 20 MHz以上のAP
・cchをセカンダリ80チャネルに含む帯域幅80+80MHzのAP

0069

b= 160MHz、c=36ch:L(a,b,c) ={a,x,y,z}
c=40ch:L(a,b,c) ={a,x,y,z}
c=44ch:L(a,b,c) ={a,x,y,z}
c=48ch:L(a,b,c) ={a,x,y,z}
c=52ch:L(a,b,c) ={a,x,y,z}
c=56ch:L(a,b,c) ={a,x,y,z}
c=60ch:L(a,b,c) ={a,x,y,z}
c=64ch:L(a,b,c) ={a,x,y,z}

0070

AP−aに帯域幅b=80+80MHzとプライマリチャネルc(ここでは36〜64ch)を割り当てた場合には、次の基準に基づいて、AP−aとチャネルを共用するAPリストL(a,b,c) は以下のようになる。
・cchをプライマリチャネルとする帯域幅20MHz以上のAP
・cchのセカンダリ20チャネルをプライマリチャネルとする帯域幅 20 MHz以上のAP
・cchのセカンダリ40チャネルをプライマリチャネルとする帯域幅 20 MHz以上のAP ・cchのセカンダリ80チャネルをプライマリ/セカンダリチャネルとするすべてのAP

0071

b=80+80MHz、c=36ch(100ch):L(a,b,c) ={a,x}
c=40ch(100ch):L(a,b,c) ={a,x}
c=44ch(100ch):L(a,b,c) ={a,x}
c=48ch(100ch):L(a,b,c) ={a,x}
c=52ch(100ch):L(a,b,c) ={a,y,z}
c=56ch(100ch):L(a,b,c) ={a,y,z}
c=60ch(100ch):L(a,b,c) ={a,y,z}
c=64ch(100ch):L(a,b,c) ={a,y,z}

0072

このように、AP−aに帯域幅bとプライマリチャネルcを割り当てた場合に、そのセカンダリ20チャネル、セカンダリ40チャネル、セカンダリ80チャネルをプライマリチャネルとするAPも変化するので、AP−aとチャネルを共用するAPのリストL(a,b,c) は異なることがわかる。すなわち、AP−aにおけるスループットは、帯域幅bとプライマリチャネルcとチャネルを共用するAPの関係によって決まるので、AP−aにおける帯域幅bとプライマリチャネルcに応じたスループットを評価する効用関数Uを用い、効用関数Uに応じて帯域幅bとプライマリチャネルcを選択する必要がある。さらに、AP−aだけでなく、制御対象のAP全体のスループットについても考慮することが有効である。

0073

ステップS204では、AP−aに帯域幅bとプライマリチャネルcを割り当てたときに、リストL(a,b,c) のAPとチャネルを共用した場合のスループットを評価する効用関数U(a,b,c) を計算する。

0074

ここで、効用関数Uの例について以下に示す。AP−aに帯域幅bとプライマリチャネルcを割り当て、リストL(a,b,c) のAPとチャネルを共用したときに取得可能な見込みスループット、またはAP−aのトラヒック量に対する見込みスループットの比、または帰属STAの見込みスループット、または帰属STAが複数存在する場合にその帰属STAの見込みスループットの最小値、またはAP−aの取得可能なアクセス確率、またはシステム全体のスループットなどである。

0075

効用関数U(a,b,c) の計算例を以下に示す。
U(a,b,c) =A/mim(B,C)
ここで、Aは、AP−aに帯域幅bとプライマリチャネルcを割り当て、リストL(a,b,c) のAPとチャネルを共用したときに取得可能な見込みスループットExptd Thput(a,b,c)である。Bは、AP−aのみが存在するときに取得可能な最大スループットMax Thput(a)であり、図6のS101で算出される。Cは、AP−aと帰属STAとの間で発生するトラヒックの総量(θ(a)×n(a))である。

0076

AP−aで取得可能な見込みスループットExptd Thput(a,b,c)は、AP−aを含め、周辺のAPの能力、帰属端末数、収容データ量に応じて以下のように算出される。AP−aにおける帰属STA1台当たりにフレームを送信する送信機会割合γ(a) は、
γ(a) =1/n(a)
となる。ただし、これは帰属STA数n(a) が1以上の場合であり、n(a) =0であればγ(a) =1とする。

0077

ここで、帯域幅bを20MHz,40MHz,80MHz, 160MHz, 80+80MHzとしたときに、AP−aにおける通信時間T1 ,T2 ,T3 ,T4 ,T5 は、それぞれ次のように計算される。
T1 =Σi〔λ(i,c) γ(i) Σst(s,i,20) 〕
T2 =Σi〔λ(i,c) γ(i) Σst(s,i,40) 〕
T3 =Σi〔λ(i,c) γ(i) Σst(s,i,80) 〕
T4 =Σi〔λ(i,c) γ(i) Σst(s,i,160)〕
T5 =Σi〔λ(i,c) γ(i) Σst(s,i,80+80)〕

0078

ここで、Σi は、AP−aとチャネルを共用するリストL(a,b,c) のAPに対応する積算を表す。Σs は、AP−iの帰属STA数をn(i) としたときに、s=1からs=n(i) までの積算を表す。

0079

よって、AP−aに帯域幅bとプライマリチャネルcを割り当てたときに取得可能な見込みスループットExptd Thput(a,b,c)および効用関数U(a,b,c) は、次のように計算される。
Exptd Thput(a,b,c)
= min〔 (λ(a,c)×γ(a)×ΣsM(s,a,b)/(T1+T2+T3+T4+T5),θ(a)×n(a) 〕 U(a,b,c) =Exptd Thput(a,b,c)/ min〔Max Thput(a),θ(a)×n(a) 〕

0080

次に、AP−aに割当可能なすべての帯域幅bとプライマリチャネルcについて、ステップS202〜S204の処理を実施し(S205)、AP−aに対して、効用関数Uが所定条件(最大または所定の閾値以上)を満たす帯域幅bとプライマリチャネルcを仮割当とする(S206)。

0081

次に、制御対象の他のAPについても同様の処理が終了するまでステップS201に戻り(S207)、制御対象の各APに仮割当の帯域幅とプライマリチャネルを決定する。以上の処理が終了すると、制御対象の各APおよびシステム全体の性能が改善される帯域幅とプライマリチャネルの最適化を行う図6に示すステップS103の処理に移行する。

0082

(S103の処理手順)
図9は、ステップS103の処理手順例を示す。
図9において、図6のS102(図7のS201〜S207)の処理により、制御対象の各APでそれぞれ効用関数Uが所定条件を満たす帯域幅bとプライマリチャネルcを仮割当した後に、各APにおける効用関数Uの合計値ΣUを算出する(S301)。

0083

次に、制御対象のAPを1台選択し(S302)、AP−aに対して図7のステップS202〜S205の処理を行い、AP−aにおける効用関数Uが所定条件を満たす帯域幅bとプライマリチャネルcを仮割当する(S303)。

0084

次に、各APにおける効用関数Uの合計値ΣU* を算出する(S304)。次に、各APにおける効用関数Uの合計値ΣU* と前回の合計値ΣUを比較し(S305)、改善している場合には、仮割当の各APの帯域幅bとプライマリチャネルcを更新する(S306)。

0085

以上の処理を各APにおける効用関数Uの合計値ΣUが更新される回数、またはあらかじめ決められた収束条件が満たされるまで繰り返す(S307)。集中制御局4では、このような繰り返し処理により確定した制御対象の各APにおける帯域幅とプライマリチャネルを各APにそれぞれ設定する。

0086

なお、各APにおける効用関数Uの合計値ΣUに代えて、各APにおける効用関数Uの乗算値を用いてもよい。

0087

1,2無線基地局(AP)
3ネットワーク
4集中制御局
5,6無線端末(STA)
11 接続部
12通信部
13 制御部
14環境情報保持部
15パラメータ設定部
16アクセス権獲得部
17無線通信部
18アンテナ部
41 接続部
42 通信部
43 制御部
44情報収集部
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