無線アクセス制御方法およびシステム
【課題】無線リソースの利用効率が可能であり、かつマルチホップ通信にも適用できる集中制御型の無線アクセス制御方法およびシステムを提供する。
【解決手段】無線基地局１が複数の無線端末２との通信を集中管理する集中制御型の無線アクセス制御方法において、無線基地局１がトラヒック量通知期間(CP)を各ユーザ端末２へ周期的に告知する第１手順と、送信データを有するユーザ端末２がトラヒック量通知期間内に送信データのトラヒック量Mを無線基地局１へ通知する第２手順と、無線基地局１が各ユーザ端末２に割り当てる上り送信時間Tを、各ユーザ端末２のトラヒック量Mに基づいて決定する第３手順と、無線基地局１が、上り送信時間Tの割当結果を各ユーザ端末２へ通知する第４手順と、各ユーザ端末２が、自身に割り当てられた上り送信時間を利用して送信データを送信する第５手順とを含む。
【解決手段】無線基地局１が複数の無線端末２との通信を集中管理する集中制御型の無線アクセス制御方法において、無線基地局１がトラヒック量通知期間(CP)を各ユーザ端末２へ周期的に告知する第１手順と、送信データを有するユーザ端末２がトラヒック量通知期間内に送信データのトラヒック量Mを無線基地局１へ通知する第２手順と、無線基地局１が各ユーザ端末２に割り当てる上り送信時間Tを、各ユーザ端末２のトラヒック量Mに基づいて決定する第３手順と、無線基地局１が、上り送信時間Tの割当結果を各ユーザ端末２へ通知する第４手順と、各ユーザ端末２が、自身に割り当てられた上り送信時間を利用して送信データを送信する第５手順とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線アクセス制御方法およびシステムに係り、特に、無線基地局が無線端末との通信を集中管理する集中制御型の無線アクセス制御方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
IEEE802.11で標準化された無線LANは、アクセス制御方式としてCSMA（Carrier Sense Multiple Access ：キャリア感知多重アクセス方式）を採用し、基本的には自律分散制御を行う。しかしながら、CSMA方式では偶発的にパケット同士が無線上で衝突してしまう可能性があるため、ポーリング機能に基づく集中制御によるアクセス制御として、PCF （Point Coordination Function ）と呼ばれる集中制御型のMACがオプションで規定されている。
【０００３】
ポーリングとは、基地局がユーザ端末に送信の問い合わせを順次行い、応答のあった端末に送信権を与える集中制御方式であり、各ユーザ端末は、ポーリングで自局が指定されたときのみ送信の有（ACK）／無（NAK）を返答し、送信すべきデータが存在する場合のみ、データを付与したACKを返す。このようなポーリングを利用した無線中継アクセスシステムは特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１２８８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
PCFでは、無線基地局は各ユーザ端末が送信データを所有しているか否かにかかわらず、全てのユーザ端末にPollingを送信しなければならないので、無線リソースの利用効率が低くなるという技術課題があった。また、PCFではマルチホップ通信が不可能であったために、回線品質が良好なマルチホップの経路が確立可能であっても、この経路を使用して通信を行うことができなかった。
【０００５】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、無線リソースの利用効率が可能であり、かつマルチホップ通信にも適用できる集中制御型の無線アクセス制御方法およびシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、本発明は、無線基地局が複数の無線端末との通信を集中管理する集中制御型の無線アクセス制御方法において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
【０００７】
(1)無線基地局が、トラヒック量通知期間を各無線端末へ周期的に告知する第１手順と、送信データを有する無線端末が、前記告知されたトラヒック量通知期間内に当該送信データのトラヒック量を前記無線基地局へ通知する第２手順と、前記無線基地局が、各無線端末に割り当てる上り送信時間を、前記通知されたトラヒック量に基づいて決定する第３手順と、前記無線基地局が、前記決定結果を各無線端末へ通知する第４手順と、前記各無線端末が、自身に割り当てられた上り送信時間を利用して前記送信データを送信する第５手順とを含むことを特徴とする。
【０００８】
(2)無線端末がデータ送信後のトラヒック残量を予め検知する手順をさらに含み、前記第５手順では、前記トラヒック残量が送信データと共に無線基地局へ送信され、前記トラヒック残量が解消されるまで上記した各手順を繰り返し、前記トラヒック残量を通知した無線端末は前記第２手順を実施せず、前記第３手順では、各無線端末から通知されるトラヒック量またはトラヒック残量に基づいて、各無線端末に割り当てる上り送信時間が決定されることを特徴とする。
【０００９】
(3)前記第３手順の前に、送信データを有する無線端末と無線基地局との間に、他の無線端末を中継するマルチホップの経路を確立する手順と、前記経路上の各無線端末が、当該経路のツリー情報を無線基地局へ通知する手順と、前記無線基地局が、前記経路上の各無線端末から通知されたツリー情報に基づいて、当該経路のツリー構造を判別する手順とをさらに含み、前記第３手順では、前記経路上の全ての無線端末に、当該各無線端末のトラヒック量と前記ツリー構造とに基づいて、自端末のトラヒック量および中継する無線端末のトラヒック量に応じた上り送信時間が割り当てられ、前記第５手順では、前記経路を利用して送信データが送信されることを特徴とする。
【００１０】
(4)前記マルチホップ経路を確立する手順は、送信データを有する無線端末が無線基地局へ経路確立要求を送信する手順と、前記無線基地局が、前記経路確立要求に対して経路確立応答を返信する手順とを含み、前記無線端末は、前記送信データのトラヒック量を前記経路確立要求とともに送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)送信データを有する無線端末のみが無線基地局へデータ送信を要求し、無線基地局では、データ送信を要求している無線端末に対してのみ上り送信時間を割り当てるので、送信データを有していない無線端末への無線基地局からの問い合わせが不要となって無線リソースの有効利用が可能になる。
(2)無線端末は、データ送信後のトラヒック残量を予め検知し、これを送信データと共に無線基地局へ送信して通知するので、トラヒック残量を通知するためだけの無線基地局へのアクセスが不要となって無線リソースの更なる有効利用が可能になる。
(3)マルチホップ通信では、経路上の各無線端末に対して、経路のツリー構造、各無線端末自身の送信データのトラヒック量、および各無線端末が中継する経路上の他の無線端末のトラヒック量に基づいて上り送信時間が割り当てられるので、各無線端末に適正な上り送信時間を割り当てられる。
(4)マルチホップ通信では、経路を確立するために無線端末から無線基地局へ送信される経路確立要求メッセージに送信データのトラヒック量が登録されるので、トラヒック量を通知するためだけの無線基地局へのアクセスが不要となって無線リソースの更なる有効利用が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る無線アクセス制御システムの第１実施形態のブロック図であり、無線基地局(AP)１と、この無線基地局１の通信有効範囲４に位置する複数のユーザ端末（無線端末）２とを主要な構成とし、前記無線基地局１はインターネット等の広域ネットワーク３と接続されている。第１実施形態では、無線基地局１の通信有効範囲４に移動した各ユーザ端末２と無線基地局１とが、中継局を介さずにシングルホップで直接通信を行う。
【００１３】
図３、４は、本実施形態の動作を示したフローチャートであり、図３はユーザ端末２のデータ送信動作を示し、図４は無線基地局１のデータ受信動作を示している。図５は、本実施形態の動作を示したシーケンスフローである。ここでは、図６に示したように、通信有効範囲４にユーザ端末２ａが新規に移動してデータ通信を開始し、その後、さらに他のユーザ端末２ｂが移動してデータ通信を開始する場合を例にして説明する。
【００１４】
無線基地局１と各ユーザ端末２とは、無線基地局１により管理される通信フレームを利用してデータを周期的に送受信する。この通信フレームは、図２に一例を示したように、CP(Contention Period：衝突を前提としたアクセス制御期間）とCFP(Contention -Free Period：衝突を発生させないアクセス制御期間）とを含み、前記無線基地局１は、CPとCFPとの間でビーコンを送信する。
【００１５】
前記CPでは、各ユーザ端末２から無線基地局１へ、各ユーザ端末２（２ａ，２ｂ…）が送信しようとするデータパケットのトラヒック量M(Ma，Mb…)が通知される。CFPでは、各ユーザ端末２が無線基地局１によって割り当てられた上り送信時間Ｔ(Ta，Tb…)を利用して無線基地局１へデータパケットを送信すると共に、同じく無線基地局１によって割り当てられた下り送信時間を利用して無線基地局１から各ユーザ端末２へデータパケットが送信される。前記ビーコンには、前記CPを特定する時刻情報や、各ユーザ端末２に割り当てる上り送信時間Ｔおよび下り送信時間を指定する時刻情報が、当該ビーコンの送信時刻を基準とした相対的な時刻として、あるいは絶対的な時刻として登録されている。
【００１６】
無線基地局１の通信有効範囲４に移動したユーザ端末２ａは、図３のステップＳ１で前記ビーコンを受信すると、ステップＳ２では、送信データのトラヒック量Mを無線基地局１へ通知済みであるか否かが判定される。最初は通知済みではないと判定されるのでステップＳ３へ進み、前記ビーコンに登録されている時刻情報に基づいて前記CPのタイミングが検知される。ステップＳ４では、送信データの有無が判別され、送信データが生じるまではステップＳ１へ戻って上記した各処理が繰り返される。
【００１７】
その後、送信データが生じ、これがステップＳ４で検知されるとステップＳ５へ進み、当該送信データのトラヒック量M（Ma）が求められる。ステップＳ６では、前記CPに入ったか否かが判定される。CPに入るとステップＳ７へ進み、RTS（Request To Send）信号の所定フィールドに前記トラヒック量Maを登録されたRTS_M信号が無線基地局１へ送信される。
【００１８】
図４へ進み、無線基地局１は、ステップＳ４１で前記ビーコンを送信すると、ステップＳ４２では、各ユーザ端末２がCFPの各上り送信時間Ｔを利用して送信するデータの受信に備える。最初は通信有効範囲４にユーザ端末２が存在せず、データパケットが受信されないのでステップＳ４６へ進み、CFPの終了を待ってステップＳ４７へ進む。
【００１９】
無線基地局１は、ステップＳ４７において、前記ユーザ端末２ａから送信されたRTS_M信号を受信すると、ステップＳ４８では、このRTS_M信号の所定フィールドに登録されているトラヒック量Maが検知される。ステップＳ４９では、受信したRTS_M信号に応答してCTS(Confirmation To Send)_M信号が返信される。ステップＳ５０では、前記ユーザ端末２aから通知されたトラヒック量Maに基づいて、前記CFP内でユーザ端末２aに割り当てる上り送信時間T(Ta)が決定される。本実施形態では、トラヒック量Mの多いユーザ端末に対して、より長い上り送信時間Tが割り当てられる。
【００２０】
ステップＳ５１では、今回のCPが終了したか否かが判定され、CP中は、各ユーザ端末２から送信される全てのRTS_M信号に対して上記した各処理が繰り返される。前記CPが終了するとステップＳ４１へ戻り、前記上り送信時間の割当結果が前記ビーコンの所定フィールドに登録されて送信される。
【００２１】
図３へ戻り、ユーザ端末２ａは、図３のステップＳ１で次のビーコンを受信すると、ステップＳ２では、送信データのトラヒック量Mを無線基地局１へ通知済みであるか否かが判定される。前記ステップＳ７で送信したRTS_M信号に応答して無線基地局１からCTS_M信号が返信されていれば、トラヒック量Mを無線基地局１へ通知済みと判定されてステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、未送信データの有無が判別され、ここでは未だデータパケットが送信されていないので、未送信データがあると判定されてステップＳ９へ進む。ステップＳ９では、前記ビーコンに登録されている自端末の上り送信時間Taに関する割当結果が抽出される。ステップＳ１０では、この上り送信時間Taを利用してデータを送信した後のトラヒック残量maが予め検知される。ステップＳ１１において、前記自端末に割り当てられた上り送信時間Taを迎えると、ステップＳ１２ではデータパケットが無線基地局１へ送信される。このデータパケットには、前記トラヒック残量maに関する情報も登録されている。
【００２２】
図４へ戻り、無線基地局１は、ステップＳ４１においてビーコンを送信した後、ステップＳ４２において、ユーザ端末２ａが上り送信時間Taを利用して送信したデータを受信すると、ステップＳ４３では、受信データに所定の受信処理が実行される。ステップＳ４４では、当該データにトラヒック残量mが登録されているか否かが判定され、登録されていればステップＳ４５へ進み、当該トラヒック残量mが検知される。ステップＳ４６では、今回のCFPが終了したか否かが判定され、CFPが終了するまで、各上り送信時間で送信されるデータが受信される。
【００２３】
ステップＳ４６において、今回のCFPが終了したと判定されるとステップＳ４７へ進み、RTS_M信号の受信の有無が判定される。ここではRTS_M信号が受信されないのでステップＳ５０へ進み、前記ユーザ端末２aから通知されたトラヒック残量maに基づいて次の上り送信時間Taが決定される。ステップＳ５１において、今回のCPが終了したと判定されるとステップＳ４１へ戻り、前記上り送信時間の割当結果がビーコンの所定フィールドに登録されて送信される。
【００２４】
ユーザ端末２ａは、ステップＳ１で次のビーコンを受信すると、ステップＳ２を経由してステップＳ３へ進み、前記と同様に未送信データの有無を判別する。前回のステップＳ１２において全てのデータを送信済みであれば、未送信データが存在しないのでステップＳ３へ戻り、新たに送信データが生じるまでステップＳ１〜Ｓ４の各処理が繰り返される。
【００２５】
これに対して、前回のステップＳ１２において全てのデータを送信し終えていなければ、未送信データが存在するのでステップＳ９へ進み、今回のビーコンで指定された上り送信時間Taを利用して残りのデータを送信する。このデータにも、直前のステップＳ１０で検知されたトラヒック残量maが登録される。
【００２６】
その後、他のユーザ端末２ｂが通信有効範囲４に移動し、当該ユーザ端末２ｂから送信されたトラヒック量Mbが、図４のステップＳ４８で無線基地局１により検知されると、ステップＳ５０では、前記ステップＳ４５で検知されたユーザ端末２ａのトラヒック残量maと、前記ステップＳ４８で新たに検知されたユーザ端末２ｂのトラヒック量Mbとに基づいて、各ユーザ端末２ａ，２ｂに割り当てる上り送信時間Ta，Tbが決定される。
【００２７】
図７は、上記した本発明の第１実施形態におけるユーザ端末２の機能ブロック図であり、無線信号を送受信する無線通信部１０と、各ユーザ端末の種別に応じた固有の機能として、例えば携帯電話機能やPDA機能を発揮する無線端末機能部１１と、送信データのトラヒック量Mを検知するトラヒック量検知部１２と、未送信データのトラヒック残量mを検知するトラヒック残量検知部１３と、無線基地局１から送信されるビーコンに基づいて前記CP(Contention Period)を検知するCP検知部１４と、無線基地局１によって自端末に割り当てられた上り送信時間Tを識別する上り送信時間識別部１５とを含む。
【００２８】
図８は、上記した本発明の第１実施形態における無線基地局１の機能ブロック図であり、無線信号を送受信する無線通信部３０と、ビーコンを周期的に送信するビーコン送信部３１と、各ユーザ端末２から通知されるトラヒック量Mあるいはトラヒック残量mに基づいて、各ユーザ端末に上り送信時間Tを割り当てる上り送信時間割当部３２と、前記割当結果を各ユーザ端末２へ通知する割当結果通知部３３とを含む。
【００２９】
本実施形態によれば、送信データを有するユーザ端末２のみが無線基地局２へデータ送信を要求し、無線基地局１では、データ送信を要求しているユーザ端末２に対してのみ上り送信時間Tを割り当てるので、送信データを有していないユーザ端末２への無線基地局１からの無駄な問い合わせ（ポーリング）が不要となって無線リソースの有効利用が可能になる。
【００３０】
また、本実施形態ではユーザ端末２が、データ送信後のトラヒック残量mを予め検知し、これを送信データと共に無線基地局１へ送信して通知するので、トラヒック残量mを通知するためだけの無線基地局１へのアクセスが不要となって無線リソースの更なる有効利用が可能になる。
【００３１】
図９は、本発明に係る無線アクセス制御システムの第２実施形態のブロック図であり、無線基地局１と、当該無線基地局１の通信有効範囲内に位置する複数のユーザ端末（無線端末）２とを主要な構成とし、前記無線基地局１はインターネット等の広域ネットワーク３と接続されている。本実施形態では、無線基地局１の通信有効範囲４に位置している各ユーザ端末２と無線基地局１とが他のユーザ端末２を介してマルチホップで間接的に通信を行うことが可能である。
【００３２】
図１０，１１，１２，１３は、本発明の第２実施形態の動作を示したフローチャートであり、図１０，１１はユーザ端末２の動作を示し、図１２は中継局として機能する他のユーザ端末の動作を示し、図１３は無線基地局１の動作を示している。いずれにおいても、前記と同じ番号を付したステップでは同一または同等の処理が実行される。図１４は、本実施形態の動作を示したシーケンスフローである。
【００３３】
ユーザ端末２ａでは、図１０のステップＳ１においてビーコンを受信すると、ステップＳ２では、送信データのトラヒック量Mを無線基地局１へ通知済みであるか否かが判定される。最初は通知済みではないと判定されるのでステップＳ３へ進み、ビーコンに登録されている時刻情報に基づいて前記CPが検出される。ステップＳ４では、送信データの有無が判別され、送信データが生じるまではステップＳ１へ戻って上記した各処理が繰り返される。
【００３４】
その後、送信データが生じ、これがステップＳ４で検知されるとステップＳ５へ進み、当該送信データのトラヒック量Maが検知される。ステップＳ６において、前記CPに入ったかことが検知されるとステップＳ１３へ進み、宛先（無線基地局１）までの経路情報がルーティングテーブルに既登録であるか否かが判定される。経路情報が既登録であればステップＳ７へ進み、前記第１実施形態と同様にトラヒック量Maが無線基地局１へ通知される。経路情報が未登録であればステップＳ１４へ進み、「経路確立処理」が実行される。
【００３５】
図１１は、前記「経路確立処理」の手順を示したフローチャートであり、ステップＳ１３１では、RTS（Request To Send）信号の所定フィールドに、前記トラヒック量Ma、リンク品質メトリックQ、および経路確立要求(RREQ)の登録されたRTS_RREQ信号が無線基地局１へ送信される。前記リンク品質メトリックQは、当該RTS_RREQ信号が経由するリンクの品質を代表する情報であり、送信元のユーザ端末２ａから送信されるRTS_RREQ信号では、初期値「０」が登録されている。ステップＳ１３２では、前記RTS_RREQ信号への応答であるCTS_RREP信号の受信に備える。
【００３６】
図１２は、中継局として機能する他のユーザ端末の中継処理の手順を示したフローチャートである。
【００３７】
ステップＳ２１において前記RTS_RREQ信号を隣接端末から受信すると、ステップＳ２２では、前記RTS_RREQ信号の受信強度に基づいて隣接端末と自端末との間のリンク品質メトリックQxが求められる。ステップＳ２３では、前記RTS_RREQ信号に登録されている、送信元のユーザ端末２ａから前記隣接端末までのリンク品質メトリックQに、前記隣接端末と自端末との間のリンク品質メトリックQxを加算することにより、送信元のユーザ端末から自端末までのリンク品質メトリックQが算出される。なお、上記したリンク品質メトリックQの求め方は、本出願人による特許出願（特願２００３−１９６７２７号）で詳細に説明されている。
【００３８】
ステップＳ２４では、前記RTS_RREQ信号に登録されている送信元ユーザ端末のMACアドレスと隣接端末のMACアドレスとの組み合わせが、経路情報としてルーティングテーブルに登録される。従来技術のように、経路確立をネットワーク層（一般には、IP層）で実現しようとすれば、送信元アドレスや宛先アドレスとしてIPアドレスを用いることになるために「MAC層でのアドレス」および「IP層でのアドレス」といった二種類のアドレスが必要となるが、本実施形態では、経路確立をリンク層（MAC層）で実現するので、従来のようにIP層で確立する場合に較べて、無線リソースの有効利用が可能になる。
【００３９】
ステップＳ２５では、前記算出したリンク品質メトリックＱが前記RTS_RREQ信号に更新登録され、ブロードキャストで送信される。上記した中継処理は、前記RTS_RREQ信号を受信した全てのユーザ端末において実行される。
【００４０】
図１３へ進み、無線基地局１は、ステップＳ４１において前記ビーコンを送信し、その後、ステップＳ６１において前記RTS_RREQ信号を受信すると、ステップＳ６２では、エンド端末が同一のRTS_RREQ信号を別経路で受信済みであるか否かが判定される。本実施形態では、全てのユーザ端末２が通信有効範囲４に位置しているので、無線基地局１は前記ユーザ端末２ａから送信されたRTS_RREQ信号を、当該ユーザ端末２ａから直接受信すると共に、他のユーザ端末からも間接的に受信する。
【００４１】
ステップＳ６２において、今回の受信が最初であると判定されればステップＳ６３へ進み、当該RTS_RREQ信号の所定領域に登録されている前記トラヒック量Ｍおよびリンク品質メトリックQが検出される。ステップＳ６４では、前記RTS_RREQ信号に基づいて経路情報が作成され、前記検出されたトラヒック量Ｍおよびリンク品質メトリックQと共にルーティングテーブルに登録される。ステップＳ６５では、前記RTS_RREQ信号に対してCTS_RREP信号がユニキャストで返信される。ステップＳ６６では、後述するツリー情報の受信に備えて待機する。
【００４２】
一方、前記ステップＳ６２において、エンド端末が同一のRTS_RREQ信号を別経路で受信済みと判定されればステップＳ７０へ進み、ルーティングテーブルに登録されているリンク品質メトリックQ(1)と今回受信されたRTS_RREQ信号に登録されているリンク品質メトリックQ(2)とが比較される。ここで、Q(2)＞Q(1)であれば、これまでで最もリンク品質が優れていた経路よりも今回の経路のリンク品質の方が優れていることになるのでステップＳ７１へ進む。ステップＳ７１では、ルーティングテーブルに既登録の経路情報が今回受信されたRTS_RREQ信号に基づいて更新される。ステップＳ７２では、今回のRTS_RREQ信号に対して、シーケンス番号の更新されたCTS_RREP信号がユニキャストで再び返信される。
【００４３】
図１２へ戻り、中継局として機能するユーザ端末は、ステップＳ２６において前記CTS_RREP信号を受信すると、ステップＳ２７では、その宛先アドレスと隣接端末のアドレスとのペアが経路情報としてルーティングテーブルに登録される。この際、同一経路に関する経路情報が既登録であれば、受信したCTS_RREP信号に登録されているシーケンス番号と既登録情報のシーケンス番号とに基づいて両者の鮮度が比較され、鮮度の新しい経路情報が優先される。ステップＳ２８では、前記CTS_RREP信号がユニキャストで宛先のユーザ端末２へ中継される。ステップＳ２９では、更新された経路情報に基づいて、当該経路上での隣接端末に関する情報がツリー情報として無線基地局１へユニキャストで送信される。
【００４４】
図１１へ戻り、ユーザ端末２はステップＳ１３２において、前記無線基地局１から直接あるいは中継端末を経由して間接的に返信されたCTS_RREP信号を受信するとステップＳ１３３へ進み、経路情報をルーティングテーブルへ登録する。この際、同一経路に関する経路情報が既登録であれば、受信したCTS_RREP信号に登録されているシーケンス番号と既登録情報のシーケンス番号とに基づいて両者の鮮度を比較し、鮮度の新しい経路情報を優先する。ステップＳ１３４では、CTS_RREP信号の受信期間がタイムアウトしたか否かが判定される。タイムアウトするまではステップＳ１３２へ戻り、シーケンス番号の新しいCTS_RREP信号が受信されるごとに経路情報が更新される。
【００４５】
図１３へ戻り、前記無線基地局１は、前記中継端末から返信された前記ツリー情報をステップＳ６６で受信すると、ステップＳ６７へ進んで当該ツリー情報を登録する。ステップＳ６８では、経路上の全ての中継端末からツリー情報が返信されたか否かが判定される。全てのツリー情報が揃うとステップＳ６９へ進み、経路のツリー構造が識別される。ステップＳ７０では、経路上の各ユーザ端末から通知されたトラヒック量M（または、トラヒック残量）とツリー構造の識別結果とに基づいて、経路上の各ユーザ端末に上り送信時間が割り当てられる。
【００４６】
図１５は、本実施形態における上り送信時間Tの割当方法を模式的に表現した図であり、ここでは図９に示したように、送信元のユーザ端末２ａから他の２つのユーザ端末２ｂ，２ｃを経由して無線基地局１へ至る第１経路と、他の送信元であるユーザ端末２ｄと無線基地局１とを直接結ぶ第２経路とが確立されている場合を例にして説明する。
【００４７】
無線基地局１は、前記ツリー構造に基づいて経路上での各ユーザ端末の配列を認識する。そして、送信データを中継しないユーザ端末２ａ，２ｄには、それぞれのトラヒック量Ma，Mdに応じた上り送信時間Ta，Tdが割り当てられる。ユーザ端末２ａの送信データを中継するユーザ端末２bには、当該ユーザ端末２bのトラヒック量Mbと、当該ユーザ端末２bが中継するユーザ端末２ａのトラヒック量Maとの加算値に応じた上り送信時間Tbが割り当てられ。同様に、２つのユーザ端末２ａ，２ｂの送信データを中継するユーザ端末２ｃには、当該ユーザ端末２ｃのトラヒック量Mcと、当該ユーザ端末２ｃが中継する２つのユーザ端末２ａ，２ｂのトラヒック量Ma，Mbとの加算値に応じた上り送信時間Tcが割り当てられる。無線基地局１は、第１経路上の各ユーザ端末２ａ，２ｂ，２ｃから送信されたデータを、上り送信時間Tcで一括して受信する。
【００４８】
ステップＳ５１では、今回のCPが終了したか否かが判定され、CP中は、各ユーザ端末２から送信される全てのRTS_RREQ信号に対して上記した各処理が繰り返される。前記CPが終了するとステップＳ４１へ戻り、前記上り送信時間の割当結果が前記ビーコンの所定フィールドに登録されて送信される。
【００４９】
図１６は、上記した本発明の第２実施形態におけるユーザ端末２の機能ブロック図であり、図７と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００５０】
本実施形態では第１実施形態の構成に加えて更に、経路確立要求の送信および経路確立応答の受信に基づいて無線基地局１との間にマルチホップ経路を確立する経路確立部１６と、経路のリンク品質を監視するリンク品質監視部１７と、中継した経路確立要求および経路確立応答に基づいて経路情報を生成し、これをルーティングテーブル１９に登録すると共に、この経路情報に基づいてルーティングを行うルーティング部１８と、前記経路確立応答を中継した際に、無線基地局１へ前記ツリー情報を返信するツリー情報返信部２０とを含む。
【００５１】
図１７は、上記した本発明の第２実施形態におけるユーザ端末２の機能ブロック図であり、図８と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００５２】
本実施形態では第１実施形態の構成に加えて更に、経路確立要求の受信および経路確立応答の送信に基づいてユーザ端末２との間にマルチホップ経路を確立する経路確立部３４と、受信した経路確立要求に基づいて経路情報を生成し、これをルーティングテーブル３６に登録すると共に、この経路情報に基づいてルーティングを行うルーティング部３５と、前記ツリー情報を受信して経路のツリー構造を判別するツリー構造判別部３７とを含み、上り送信時間割当部３２は、各ユーザ端末２から送信されたトラヒック量および経路のツリー構造に基づいて、各ユーザ端末に上り送信時間を適正に割り当てる。
【００５３】
本実施形態によれば、マルチホップ通信において、経路上の各ユーザ端末に対して、経路のツリー構造、各ユーｚ端末自身の送信データのトラヒック量、および各ユーザ端末が中継する経路上の他のユーザ端末のトラヒック量に基づいて上り送信時間が割り当てられるので、各ユーザ端末に適正な上り送信時間を割り当てられる。
【００５４】
また、本実施形態では、経路を確立するために無線端末から無線基地局へ送信される経路確立要求メッセージに送信データのトラヒック量が登録されるので、トラヒック量を通知するためだけの無線基地局へのアクセスが不要となって無線リソースの更なる有効利用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る無線アクセス制御システムの第１実施形態のブロック図である。
【図２】無線基地局により管理される通信フレームの一例を示した図である。
【図３】ユーザ端末のデータ送信動作を示したフローチャートである。
【図４】無線基地局のデータ受信動作を示したフローチャートである。
【図５】第１実施形態の動作を示したシーケンスフローである。
【図６】ユーザ端末の配置の一例を示した図である。
【図７】本発明の第１実施形態におけるユーザ端末の機能ブロック図である。
【図８】本発明の第１実施形態における無線基地局の機能ブロック図である。
【図９】本発明に係る無線アクセス制御システムの第２実施形態のブロック図である。
【図１０】ユーザ端末のデータ送信動作を示したフローチャートである。
【図１１】ユーザ端末における経路確立処理のフローチャートである。
【図１２】中継局における中継処理のフローチャートである。
【図１３】無線基地局のデータ受信動作を示したフローチャートである。
【図１４】第２実施形態の動作を示したシーケンスフローである。
【図１５】第２実施形態における上り送信時間の割当方法を模式的に表した図である。
【図１６】第２実施形態におけるユーザ端末の機能ブロック図である。
【図１７】第２実施形態における無線基地局の機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…無線基地局，２…ユーザ端末，３…広域ネットワーク，４…通信有効範囲
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線アクセス制御方法およびシステムに係り、特に、無線基地局が無線端末との通信を集中管理する集中制御型の無線アクセス制御方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
IEEE802.11で標準化された無線LANは、アクセス制御方式としてCSMA（Carrier Sense Multiple Access ：キャリア感知多重アクセス方式）を採用し、基本的には自律分散制御を行う。しかしながら、CSMA方式では偶発的にパケット同士が無線上で衝突してしまう可能性があるため、ポーリング機能に基づく集中制御によるアクセス制御として、PCF （Point Coordination Function ）と呼ばれる集中制御型のMACがオプションで規定されている。
【０００３】
ポーリングとは、基地局がユーザ端末に送信の問い合わせを順次行い、応答のあった端末に送信権を与える集中制御方式であり、各ユーザ端末は、ポーリングで自局が指定されたときのみ送信の有（ACK）／無（NAK）を返答し、送信すべきデータが存在する場合のみ、データを付与したACKを返す。このようなポーリングを利用した無線中継アクセスシステムは特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１２８８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
PCFでは、無線基地局は各ユーザ端末が送信データを所有しているか否かにかかわらず、全てのユーザ端末にPollingを送信しなければならないので、無線リソースの利用効率が低くなるという技術課題があった。また、PCFではマルチホップ通信が不可能であったために、回線品質が良好なマルチホップの経路が確立可能であっても、この経路を使用して通信を行うことができなかった。
【０００５】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、無線リソースの利用効率が可能であり、かつマルチホップ通信にも適用できる集中制御型の無線アクセス制御方法およびシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、本発明は、無線基地局が複数の無線端末との通信を集中管理する集中制御型の無線アクセス制御方法において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
【０００７】
(1)無線基地局が、トラヒック量通知期間を各無線端末へ周期的に告知する第１手順と、送信データを有する無線端末が、前記告知されたトラヒック量通知期間内に当該送信データのトラヒック量を前記無線基地局へ通知する第２手順と、前記無線基地局が、各無線端末に割り当てる上り送信時間を、前記通知されたトラヒック量に基づいて決定する第３手順と、前記無線基地局が、前記決定結果を各無線端末へ通知する第４手順と、前記各無線端末が、自身に割り当てられた上り送信時間を利用して前記送信データを送信する第５手順とを含むことを特徴とする。
【０００８】
(2)無線端末がデータ送信後のトラヒック残量を予め検知する手順をさらに含み、前記第５手順では、前記トラヒック残量が送信データと共に無線基地局へ送信され、前記トラヒック残量が解消されるまで上記した各手順を繰り返し、前記トラヒック残量を通知した無線端末は前記第２手順を実施せず、前記第３手順では、各無線端末から通知されるトラヒック量またはトラヒック残量に基づいて、各無線端末に割り当てる上り送信時間が決定されることを特徴とする。
【０００９】
(3)前記第３手順の前に、送信データを有する無線端末と無線基地局との間に、他の無線端末を中継するマルチホップの経路を確立する手順と、前記経路上の各無線端末が、当該経路のツリー情報を無線基地局へ通知する手順と、前記無線基地局が、前記経路上の各無線端末から通知されたツリー情報に基づいて、当該経路のツリー構造を判別する手順とをさらに含み、前記第３手順では、前記経路上の全ての無線端末に、当該各無線端末のトラヒック量と前記ツリー構造とに基づいて、自端末のトラヒック量および中継する無線端末のトラヒック量に応じた上り送信時間が割り当てられ、前記第５手順では、前記経路を利用して送信データが送信されることを特徴とする。
【００１０】
(4)前記マルチホップ経路を確立する手順は、送信データを有する無線端末が無線基地局へ経路確立要求を送信する手順と、前記無線基地局が、前記経路確立要求に対して経路確立応答を返信する手順とを含み、前記無線端末は、前記送信データのトラヒック量を前記経路確立要求とともに送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)送信データを有する無線端末のみが無線基地局へデータ送信を要求し、無線基地局では、データ送信を要求している無線端末に対してのみ上り送信時間を割り当てるので、送信データを有していない無線端末への無線基地局からの問い合わせが不要となって無線リソースの有効利用が可能になる。
(2)無線端末は、データ送信後のトラヒック残量を予め検知し、これを送信データと共に無線基地局へ送信して通知するので、トラヒック残量を通知するためだけの無線基地局へのアクセスが不要となって無線リソースの更なる有効利用が可能になる。
(3)マルチホップ通信では、経路上の各無線端末に対して、経路のツリー構造、各無線端末自身の送信データのトラヒック量、および各無線端末が中継する経路上の他の無線端末のトラヒック量に基づいて上り送信時間が割り当てられるので、各無線端末に適正な上り送信時間を割り当てられる。
(4)マルチホップ通信では、経路を確立するために無線端末から無線基地局へ送信される経路確立要求メッセージに送信データのトラヒック量が登録されるので、トラヒック量を通知するためだけの無線基地局へのアクセスが不要となって無線リソースの更なる有効利用が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る無線アクセス制御システムの第１実施形態のブロック図であり、無線基地局(AP)１と、この無線基地局１の通信有効範囲４に位置する複数のユーザ端末（無線端末）２とを主要な構成とし、前記無線基地局１はインターネット等の広域ネットワーク３と接続されている。第１実施形態では、無線基地局１の通信有効範囲４に移動した各ユーザ端末２と無線基地局１とが、中継局を介さずにシングルホップで直接通信を行う。
【００１３】
図３、４は、本実施形態の動作を示したフローチャートであり、図３はユーザ端末２のデータ送信動作を示し、図４は無線基地局１のデータ受信動作を示している。図５は、本実施形態の動作を示したシーケンスフローである。ここでは、図６に示したように、通信有効範囲４にユーザ端末２ａが新規に移動してデータ通信を開始し、その後、さらに他のユーザ端末２ｂが移動してデータ通信を開始する場合を例にして説明する。
【００１４】
無線基地局１と各ユーザ端末２とは、無線基地局１により管理される通信フレームを利用してデータを周期的に送受信する。この通信フレームは、図２に一例を示したように、CP(Contention Period：衝突を前提としたアクセス制御期間）とCFP(Contention -Free Period：衝突を発生させないアクセス制御期間）とを含み、前記無線基地局１は、CPとCFPとの間でビーコンを送信する。
【００１５】
前記CPでは、各ユーザ端末２から無線基地局１へ、各ユーザ端末２（２ａ，２ｂ…）が送信しようとするデータパケットのトラヒック量M(Ma，Mb…)が通知される。CFPでは、各ユーザ端末２が無線基地局１によって割り当てられた上り送信時間Ｔ(Ta，Tb…)を利用して無線基地局１へデータパケットを送信すると共に、同じく無線基地局１によって割り当てられた下り送信時間を利用して無線基地局１から各ユーザ端末２へデータパケットが送信される。前記ビーコンには、前記CPを特定する時刻情報や、各ユーザ端末２に割り当てる上り送信時間Ｔおよび下り送信時間を指定する時刻情報が、当該ビーコンの送信時刻を基準とした相対的な時刻として、あるいは絶対的な時刻として登録されている。
【００１６】
無線基地局１の通信有効範囲４に移動したユーザ端末２ａは、図３のステップＳ１で前記ビーコンを受信すると、ステップＳ２では、送信データのトラヒック量Mを無線基地局１へ通知済みであるか否かが判定される。最初は通知済みではないと判定されるのでステップＳ３へ進み、前記ビーコンに登録されている時刻情報に基づいて前記CPのタイミングが検知される。ステップＳ４では、送信データの有無が判別され、送信データが生じるまではステップＳ１へ戻って上記した各処理が繰り返される。
【００１７】
その後、送信データが生じ、これがステップＳ４で検知されるとステップＳ５へ進み、当該送信データのトラヒック量M（Ma）が求められる。ステップＳ６では、前記CPに入ったか否かが判定される。CPに入るとステップＳ７へ進み、RTS（Request To Send）信号の所定フィールドに前記トラヒック量Maを登録されたRTS_M信号が無線基地局１へ送信される。
【００１８】
図４へ進み、無線基地局１は、ステップＳ４１で前記ビーコンを送信すると、ステップＳ４２では、各ユーザ端末２がCFPの各上り送信時間Ｔを利用して送信するデータの受信に備える。最初は通信有効範囲４にユーザ端末２が存在せず、データパケットが受信されないのでステップＳ４６へ進み、CFPの終了を待ってステップＳ４７へ進む。
【００１９】
無線基地局１は、ステップＳ４７において、前記ユーザ端末２ａから送信されたRTS_M信号を受信すると、ステップＳ４８では、このRTS_M信号の所定フィールドに登録されているトラヒック量Maが検知される。ステップＳ４９では、受信したRTS_M信号に応答してCTS(Confirmation To Send)_M信号が返信される。ステップＳ５０では、前記ユーザ端末２aから通知されたトラヒック量Maに基づいて、前記CFP内でユーザ端末２aに割り当てる上り送信時間T(Ta)が決定される。本実施形態では、トラヒック量Mの多いユーザ端末に対して、より長い上り送信時間Tが割り当てられる。
【００２０】
ステップＳ５１では、今回のCPが終了したか否かが判定され、CP中は、各ユーザ端末２から送信される全てのRTS_M信号に対して上記した各処理が繰り返される。前記CPが終了するとステップＳ４１へ戻り、前記上り送信時間の割当結果が前記ビーコンの所定フィールドに登録されて送信される。
【００２１】
図３へ戻り、ユーザ端末２ａは、図３のステップＳ１で次のビーコンを受信すると、ステップＳ２では、送信データのトラヒック量Mを無線基地局１へ通知済みであるか否かが判定される。前記ステップＳ７で送信したRTS_M信号に応答して無線基地局１からCTS_M信号が返信されていれば、トラヒック量Mを無線基地局１へ通知済みと判定されてステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、未送信データの有無が判別され、ここでは未だデータパケットが送信されていないので、未送信データがあると判定されてステップＳ９へ進む。ステップＳ９では、前記ビーコンに登録されている自端末の上り送信時間Taに関する割当結果が抽出される。ステップＳ１０では、この上り送信時間Taを利用してデータを送信した後のトラヒック残量maが予め検知される。ステップＳ１１において、前記自端末に割り当てられた上り送信時間Taを迎えると、ステップＳ１２ではデータパケットが無線基地局１へ送信される。このデータパケットには、前記トラヒック残量maに関する情報も登録されている。
【００２２】
図４へ戻り、無線基地局１は、ステップＳ４１においてビーコンを送信した後、ステップＳ４２において、ユーザ端末２ａが上り送信時間Taを利用して送信したデータを受信すると、ステップＳ４３では、受信データに所定の受信処理が実行される。ステップＳ４４では、当該データにトラヒック残量mが登録されているか否かが判定され、登録されていればステップＳ４５へ進み、当該トラヒック残量mが検知される。ステップＳ４６では、今回のCFPが終了したか否かが判定され、CFPが終了するまで、各上り送信時間で送信されるデータが受信される。
【００２３】
ステップＳ４６において、今回のCFPが終了したと判定されるとステップＳ４７へ進み、RTS_M信号の受信の有無が判定される。ここではRTS_M信号が受信されないのでステップＳ５０へ進み、前記ユーザ端末２aから通知されたトラヒック残量maに基づいて次の上り送信時間Taが決定される。ステップＳ５１において、今回のCPが終了したと判定されるとステップＳ４１へ戻り、前記上り送信時間の割当結果がビーコンの所定フィールドに登録されて送信される。
【００２４】
ユーザ端末２ａは、ステップＳ１で次のビーコンを受信すると、ステップＳ２を経由してステップＳ３へ進み、前記と同様に未送信データの有無を判別する。前回のステップＳ１２において全てのデータを送信済みであれば、未送信データが存在しないのでステップＳ３へ戻り、新たに送信データが生じるまでステップＳ１〜Ｓ４の各処理が繰り返される。
【００２５】
これに対して、前回のステップＳ１２において全てのデータを送信し終えていなければ、未送信データが存在するのでステップＳ９へ進み、今回のビーコンで指定された上り送信時間Taを利用して残りのデータを送信する。このデータにも、直前のステップＳ１０で検知されたトラヒック残量maが登録される。
【００２６】
その後、他のユーザ端末２ｂが通信有効範囲４に移動し、当該ユーザ端末２ｂから送信されたトラヒック量Mbが、図４のステップＳ４８で無線基地局１により検知されると、ステップＳ５０では、前記ステップＳ４５で検知されたユーザ端末２ａのトラヒック残量maと、前記ステップＳ４８で新たに検知されたユーザ端末２ｂのトラヒック量Mbとに基づいて、各ユーザ端末２ａ，２ｂに割り当てる上り送信時間Ta，Tbが決定される。
【００２７】
図７は、上記した本発明の第１実施形態におけるユーザ端末２の機能ブロック図であり、無線信号を送受信する無線通信部１０と、各ユーザ端末の種別に応じた固有の機能として、例えば携帯電話機能やPDA機能を発揮する無線端末機能部１１と、送信データのトラヒック量Mを検知するトラヒック量検知部１２と、未送信データのトラヒック残量mを検知するトラヒック残量検知部１３と、無線基地局１から送信されるビーコンに基づいて前記CP(Contention Period)を検知するCP検知部１４と、無線基地局１によって自端末に割り当てられた上り送信時間Tを識別する上り送信時間識別部１５とを含む。
【００２８】
図８は、上記した本発明の第１実施形態における無線基地局１の機能ブロック図であり、無線信号を送受信する無線通信部３０と、ビーコンを周期的に送信するビーコン送信部３１と、各ユーザ端末２から通知されるトラヒック量Mあるいはトラヒック残量mに基づいて、各ユーザ端末に上り送信時間Tを割り当てる上り送信時間割当部３２と、前記割当結果を各ユーザ端末２へ通知する割当結果通知部３３とを含む。
【００２９】
本実施形態によれば、送信データを有するユーザ端末２のみが無線基地局２へデータ送信を要求し、無線基地局１では、データ送信を要求しているユーザ端末２に対してのみ上り送信時間Tを割り当てるので、送信データを有していないユーザ端末２への無線基地局１からの無駄な問い合わせ（ポーリング）が不要となって無線リソースの有効利用が可能になる。
【００３０】
また、本実施形態ではユーザ端末２が、データ送信後のトラヒック残量mを予め検知し、これを送信データと共に無線基地局１へ送信して通知するので、トラヒック残量mを通知するためだけの無線基地局１へのアクセスが不要となって無線リソースの更なる有効利用が可能になる。
【００３１】
図９は、本発明に係る無線アクセス制御システムの第２実施形態のブロック図であり、無線基地局１と、当該無線基地局１の通信有効範囲内に位置する複数のユーザ端末（無線端末）２とを主要な構成とし、前記無線基地局１はインターネット等の広域ネットワーク３と接続されている。本実施形態では、無線基地局１の通信有効範囲４に位置している各ユーザ端末２と無線基地局１とが他のユーザ端末２を介してマルチホップで間接的に通信を行うことが可能である。
【００３２】
図１０，１１，１２，１３は、本発明の第２実施形態の動作を示したフローチャートであり、図１０，１１はユーザ端末２の動作を示し、図１２は中継局として機能する他のユーザ端末の動作を示し、図１３は無線基地局１の動作を示している。いずれにおいても、前記と同じ番号を付したステップでは同一または同等の処理が実行される。図１４は、本実施形態の動作を示したシーケンスフローである。
【００３３】
ユーザ端末２ａでは、図１０のステップＳ１においてビーコンを受信すると、ステップＳ２では、送信データのトラヒック量Mを無線基地局１へ通知済みであるか否かが判定される。最初は通知済みではないと判定されるのでステップＳ３へ進み、ビーコンに登録されている時刻情報に基づいて前記CPが検出される。ステップＳ４では、送信データの有無が判別され、送信データが生じるまではステップＳ１へ戻って上記した各処理が繰り返される。
【００３４】
その後、送信データが生じ、これがステップＳ４で検知されるとステップＳ５へ進み、当該送信データのトラヒック量Maが検知される。ステップＳ６において、前記CPに入ったかことが検知されるとステップＳ１３へ進み、宛先（無線基地局１）までの経路情報がルーティングテーブルに既登録であるか否かが判定される。経路情報が既登録であればステップＳ７へ進み、前記第１実施形態と同様にトラヒック量Maが無線基地局１へ通知される。経路情報が未登録であればステップＳ１４へ進み、「経路確立処理」が実行される。
【００３５】
図１１は、前記「経路確立処理」の手順を示したフローチャートであり、ステップＳ１３１では、RTS（Request To Send）信号の所定フィールドに、前記トラヒック量Ma、リンク品質メトリックQ、および経路確立要求(RREQ)の登録されたRTS_RREQ信号が無線基地局１へ送信される。前記リンク品質メトリックQは、当該RTS_RREQ信号が経由するリンクの品質を代表する情報であり、送信元のユーザ端末２ａから送信されるRTS_RREQ信号では、初期値「０」が登録されている。ステップＳ１３２では、前記RTS_RREQ信号への応答であるCTS_RREP信号の受信に備える。
【００３６】
図１２は、中継局として機能する他のユーザ端末の中継処理の手順を示したフローチャートである。
【００３７】
ステップＳ２１において前記RTS_RREQ信号を隣接端末から受信すると、ステップＳ２２では、前記RTS_RREQ信号の受信強度に基づいて隣接端末と自端末との間のリンク品質メトリックQxが求められる。ステップＳ２３では、前記RTS_RREQ信号に登録されている、送信元のユーザ端末２ａから前記隣接端末までのリンク品質メトリックQに、前記隣接端末と自端末との間のリンク品質メトリックQxを加算することにより、送信元のユーザ端末から自端末までのリンク品質メトリックQが算出される。なお、上記したリンク品質メトリックQの求め方は、本出願人による特許出願（特願２００３−１９６７２７号）で詳細に説明されている。
【００３８】
ステップＳ２４では、前記RTS_RREQ信号に登録されている送信元ユーザ端末のMACアドレスと隣接端末のMACアドレスとの組み合わせが、経路情報としてルーティングテーブルに登録される。従来技術のように、経路確立をネットワーク層（一般には、IP層）で実現しようとすれば、送信元アドレスや宛先アドレスとしてIPアドレスを用いることになるために「MAC層でのアドレス」および「IP層でのアドレス」といった二種類のアドレスが必要となるが、本実施形態では、経路確立をリンク層（MAC層）で実現するので、従来のようにIP層で確立する場合に較べて、無線リソースの有効利用が可能になる。
【００３９】
ステップＳ２５では、前記算出したリンク品質メトリックＱが前記RTS_RREQ信号に更新登録され、ブロードキャストで送信される。上記した中継処理は、前記RTS_RREQ信号を受信した全てのユーザ端末において実行される。
【００４０】
図１３へ進み、無線基地局１は、ステップＳ４１において前記ビーコンを送信し、その後、ステップＳ６１において前記RTS_RREQ信号を受信すると、ステップＳ６２では、エンド端末が同一のRTS_RREQ信号を別経路で受信済みであるか否かが判定される。本実施形態では、全てのユーザ端末２が通信有効範囲４に位置しているので、無線基地局１は前記ユーザ端末２ａから送信されたRTS_RREQ信号を、当該ユーザ端末２ａから直接受信すると共に、他のユーザ端末からも間接的に受信する。
【００４１】
ステップＳ６２において、今回の受信が最初であると判定されればステップＳ６３へ進み、当該RTS_RREQ信号の所定領域に登録されている前記トラヒック量Ｍおよびリンク品質メトリックQが検出される。ステップＳ６４では、前記RTS_RREQ信号に基づいて経路情報が作成され、前記検出されたトラヒック量Ｍおよびリンク品質メトリックQと共にルーティングテーブルに登録される。ステップＳ６５では、前記RTS_RREQ信号に対してCTS_RREP信号がユニキャストで返信される。ステップＳ６６では、後述するツリー情報の受信に備えて待機する。
【００４２】
一方、前記ステップＳ６２において、エンド端末が同一のRTS_RREQ信号を別経路で受信済みと判定されればステップＳ７０へ進み、ルーティングテーブルに登録されているリンク品質メトリックQ(1)と今回受信されたRTS_RREQ信号に登録されているリンク品質メトリックQ(2)とが比較される。ここで、Q(2)＞Q(1)であれば、これまでで最もリンク品質が優れていた経路よりも今回の経路のリンク品質の方が優れていることになるのでステップＳ７１へ進む。ステップＳ７１では、ルーティングテーブルに既登録の経路情報が今回受信されたRTS_RREQ信号に基づいて更新される。ステップＳ７２では、今回のRTS_RREQ信号に対して、シーケンス番号の更新されたCTS_RREP信号がユニキャストで再び返信される。
【００４３】
図１２へ戻り、中継局として機能するユーザ端末は、ステップＳ２６において前記CTS_RREP信号を受信すると、ステップＳ２７では、その宛先アドレスと隣接端末のアドレスとのペアが経路情報としてルーティングテーブルに登録される。この際、同一経路に関する経路情報が既登録であれば、受信したCTS_RREP信号に登録されているシーケンス番号と既登録情報のシーケンス番号とに基づいて両者の鮮度が比較され、鮮度の新しい経路情報が優先される。ステップＳ２８では、前記CTS_RREP信号がユニキャストで宛先のユーザ端末２へ中継される。ステップＳ２９では、更新された経路情報に基づいて、当該経路上での隣接端末に関する情報がツリー情報として無線基地局１へユニキャストで送信される。
【００４４】
図１１へ戻り、ユーザ端末２はステップＳ１３２において、前記無線基地局１から直接あるいは中継端末を経由して間接的に返信されたCTS_RREP信号を受信するとステップＳ１３３へ進み、経路情報をルーティングテーブルへ登録する。この際、同一経路に関する経路情報が既登録であれば、受信したCTS_RREP信号に登録されているシーケンス番号と既登録情報のシーケンス番号とに基づいて両者の鮮度を比較し、鮮度の新しい経路情報を優先する。ステップＳ１３４では、CTS_RREP信号の受信期間がタイムアウトしたか否かが判定される。タイムアウトするまではステップＳ１３２へ戻り、シーケンス番号の新しいCTS_RREP信号が受信されるごとに経路情報が更新される。
【００４５】
図１３へ戻り、前記無線基地局１は、前記中継端末から返信された前記ツリー情報をステップＳ６６で受信すると、ステップＳ６７へ進んで当該ツリー情報を登録する。ステップＳ６８では、経路上の全ての中継端末からツリー情報が返信されたか否かが判定される。全てのツリー情報が揃うとステップＳ６９へ進み、経路のツリー構造が識別される。ステップＳ７０では、経路上の各ユーザ端末から通知されたトラヒック量M（または、トラヒック残量）とツリー構造の識別結果とに基づいて、経路上の各ユーザ端末に上り送信時間が割り当てられる。
【００４６】
図１５は、本実施形態における上り送信時間Tの割当方法を模式的に表現した図であり、ここでは図９に示したように、送信元のユーザ端末２ａから他の２つのユーザ端末２ｂ，２ｃを経由して無線基地局１へ至る第１経路と、他の送信元であるユーザ端末２ｄと無線基地局１とを直接結ぶ第２経路とが確立されている場合を例にして説明する。
【００４７】
無線基地局１は、前記ツリー構造に基づいて経路上での各ユーザ端末の配列を認識する。そして、送信データを中継しないユーザ端末２ａ，２ｄには、それぞれのトラヒック量Ma，Mdに応じた上り送信時間Ta，Tdが割り当てられる。ユーザ端末２ａの送信データを中継するユーザ端末２bには、当該ユーザ端末２bのトラヒック量Mbと、当該ユーザ端末２bが中継するユーザ端末２ａのトラヒック量Maとの加算値に応じた上り送信時間Tbが割り当てられ。同様に、２つのユーザ端末２ａ，２ｂの送信データを中継するユーザ端末２ｃには、当該ユーザ端末２ｃのトラヒック量Mcと、当該ユーザ端末２ｃが中継する２つのユーザ端末２ａ，２ｂのトラヒック量Ma，Mbとの加算値に応じた上り送信時間Tcが割り当てられる。無線基地局１は、第１経路上の各ユーザ端末２ａ，２ｂ，２ｃから送信されたデータを、上り送信時間Tcで一括して受信する。
【００４８】
ステップＳ５１では、今回のCPが終了したか否かが判定され、CP中は、各ユーザ端末２から送信される全てのRTS_RREQ信号に対して上記した各処理が繰り返される。前記CPが終了するとステップＳ４１へ戻り、前記上り送信時間の割当結果が前記ビーコンの所定フィールドに登録されて送信される。
【００４９】
図１６は、上記した本発明の第２実施形態におけるユーザ端末２の機能ブロック図であり、図７と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００５０】
本実施形態では第１実施形態の構成に加えて更に、経路確立要求の送信および経路確立応答の受信に基づいて無線基地局１との間にマルチホップ経路を確立する経路確立部１６と、経路のリンク品質を監視するリンク品質監視部１７と、中継した経路確立要求および経路確立応答に基づいて経路情報を生成し、これをルーティングテーブル１９に登録すると共に、この経路情報に基づいてルーティングを行うルーティング部１８と、前記経路確立応答を中継した際に、無線基地局１へ前記ツリー情報を返信するツリー情報返信部２０とを含む。
【００５１】
図１７は、上記した本発明の第２実施形態におけるユーザ端末２の機能ブロック図であり、図８と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００５２】
本実施形態では第１実施形態の構成に加えて更に、経路確立要求の受信および経路確立応答の送信に基づいてユーザ端末２との間にマルチホップ経路を確立する経路確立部３４と、受信した経路確立要求に基づいて経路情報を生成し、これをルーティングテーブル３６に登録すると共に、この経路情報に基づいてルーティングを行うルーティング部３５と、前記ツリー情報を受信して経路のツリー構造を判別するツリー構造判別部３７とを含み、上り送信時間割当部３２は、各ユーザ端末２から送信されたトラヒック量および経路のツリー構造に基づいて、各ユーザ端末に上り送信時間を適正に割り当てる。
【００５３】
本実施形態によれば、マルチホップ通信において、経路上の各ユーザ端末に対して、経路のツリー構造、各ユーｚ端末自身の送信データのトラヒック量、および各ユーザ端末が中継する経路上の他のユーザ端末のトラヒック量に基づいて上り送信時間が割り当てられるので、各ユーザ端末に適正な上り送信時間を割り当てられる。
【００５４】
また、本実施形態では、経路を確立するために無線端末から無線基地局へ送信される経路確立要求メッセージに送信データのトラヒック量が登録されるので、トラヒック量を通知するためだけの無線基地局へのアクセスが不要となって無線リソースの更なる有効利用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る無線アクセス制御システムの第１実施形態のブロック図である。
【図２】無線基地局により管理される通信フレームの一例を示した図である。
【図３】ユーザ端末のデータ送信動作を示したフローチャートである。
【図４】無線基地局のデータ受信動作を示したフローチャートである。
【図５】第１実施形態の動作を示したシーケンスフローである。
【図６】ユーザ端末の配置の一例を示した図である。
【図７】本発明の第１実施形態におけるユーザ端末の機能ブロック図である。
【図８】本発明の第１実施形態における無線基地局の機能ブロック図である。
【図９】本発明に係る無線アクセス制御システムの第２実施形態のブロック図である。
【図１０】ユーザ端末のデータ送信動作を示したフローチャートである。
【図１１】ユーザ端末における経路確立処理のフローチャートである。
【図１２】中継局における中継処理のフローチャートである。
【図１３】無線基地局のデータ受信動作を示したフローチャートである。
【図１４】第２実施形態の動作を示したシーケンスフローである。
【図１５】第２実施形態における上り送信時間の割当方法を模式的に表した図である。
【図１６】第２実施形態におけるユーザ端末の機能ブロック図である。
【図１７】第２実施形態における無線基地局の機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…無線基地局，２…ユーザ端末，３…広域ネットワーク，４…通信有効範囲
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線基地局が複数の無線端末との通信を集中管理する集中制御型の無線アクセス制御方法において、
無線基地局が、トラヒック量通知期間を各無線端末へ周期的に告知する第１手順と、
送信データを有する無線端末が、前記告知されたトラヒック量通知期間内に当該送信データのトラヒック量を前記無線基地局へ通知する第２手順と、
前記無線基地局が、各無線端末に割り当てる上り送信時間を、前記通知されたトラヒック量に基づいて決定する第３手順と、
前記無線基地局が、前記上り送信時間に関する決定結果を各無線端末へ通知する第４手順と、
前記各無線端末が、自身に割り当てられた上り送信時間を利用して前記送信データを送信する第５手順とを含むことを特徴とする集中制御型の無線アクセス制御方法。
【請求項２】
前記無線端末が、データ送信後のトラヒック残量を予め検知する手順をさらに含み、
前記第５手順では、前記トラヒック残量が送信データと共に無線基地局へ送信され、
前記トラヒック残量が解消されるまで上記した各手順を繰り返し、
前記トラヒック残量を通知した無線端末は前記第２手順を実施せず、
前記第３手順では、各無線端末から通知されるトラヒック量またはトラヒック残量に基づいて、各無線端末に割り当てる上り送信時間が決定されることを特徴とする請求項１に記載の集中制御型の無線アクセス制御方法。
【請求項３】
前記第３手順の前に、
送信データを有する無線端末と無線基地局との間に、他の無線端末を中継するマルチホップの経路を確立する手順と、
前記経路上の各無線端末が、当該経路のツリー情報を無線基地局へ通知する手順と、
前記無線基地局が、前記経路上の各無線端末から通知されたツリー情報に基づいて、当該経路のツリー構造を判別する手順とをさらに含み、
前記第３手順では、前記経路上の全ての無線端末に、当該各無線端末のトラヒック量と前記ツリー構造とに基づいて、自端末のトラヒック量および中継する無線端末のトラヒック量に応じた上り送信時間が割り当てられ、
前記第５手順では、前記経路を利用して送信データが送信されることを特徴とする請求項１に記載の集中制御型の無線アクセス制御方法。
【請求項４】
前記マルチホップ経路を確立する手順は、
送信データを有する無線端末が無線基地局へ経路確立要求を送信する手順と、
前記無線基地局が、前記経路確立要求に対して経路確立応答を返信する手順とを含み、
前記無線端末は、前記送信データのトラヒック量を前記経路確立要求とともに送信することを特徴とする請求項４に記載の集中制御型の無線アクセス制御方法。
【請求項５】
前記無線基地局が、各無線端末に割り当てる下り送信時間を決定する手順と、
前記無線基地局が、前記下り送信時間に関する決定結果を各無線端末へ通知する手順と、
前記各無線端末が、自身に割り当てられた下り送信時間を利用して前記無線基地局からデータを受信する手順とをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の集中制御型の無線アクセス制御方法。
【請求項６】
無線基地局が自身の通信有効範囲内に位置する複数の無線端末とのシングルホップ通信を集中管理する集中制御型の無線アクセス制御システムにおいて、
前記無線端末が、
送信データのトラヒック量を検知する手段と、
無線基地局から送信されるビーコンに基づいてトラヒック量通知期間を認識する手段と、
前記トラヒック量通知期間内に、前記送信データのトラヒック量を無線基地局へ通知する手段と、
前記無線基地局により自端末に割り当てられた上り送信時間を認識する手段と、
前記上り送信時間を利用して前記送信データを送信する手段とを含み、
前記無線基地局が、
前記ビーコンを周期的に送信する手段と、
前記各無線端末から送信されたトラヒック量に基づいて、各無線端末に上り送信時間を割り当てる手段と、
前記上り送信時間の割当結果を各無線端末へ通知する手段とを含むことを特徴とする無線アクセス制御システム。
【請求項７】
前記無線端末が、
トラヒック残量を検知する手段と、
前記トラヒック残量を無線基地局へ通知する手段とを更に含み、
前記無線基地局では、前記各無線端末から送信されたトラヒック量およびトラヒック残量に基づいて、各無線端末に上り送信時間が割り当てられることを特徴とする請求項６に記載の無線アクセス制御システム。
【請求項８】
前記無線端末がさらに、
経路確立要求の送信および経路確立応答の受信に基づいて無線基地局との間にマルチホップの経路を確立する手段と、
中継した経路確立要求および経路確立応答に基づいて経路情報を登録する手段と、
前記経路確立応答を中継した際に、無線基地局へ経路のツリー情報を返信する手段とを含み、
前記無線基地局がさらに、
前記経路確立要求の受信および経路確立応答の返信に基づいて無線端末との間にマルチホップの経路を確立する手段と、
前記経路上の各無線端末から返信されるツリー情報に基づいて当該経路のツリー構造を判別する手段とを含み、
前記上り送信時間を割り当てる手段は、前記経路上の全ての無線端末に、当該各無線端末のトラヒック量と前記ツリー構造とに基づいて、自端末のトラヒック量および中継する無線端末のトラヒック量に応じた上り送信時間が割り当てることを特徴とする請求項６に記載の無線アクセス制御システム。
【請求項９】
前記無線端末は、前記送信データのトラヒック量を前記経路確立要求に登録して送信することを特徴とする請求項６に記載の無線アクセス制御システム。
【請求項１０】
前記無線基地局が、前記上り送信時間の割当結果を前記ビーコンに登録して送信することを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の無線アクセス制御システム。
【請求項１１】
前記無線基地局がさらに、
前記各無線端末に下り送信時間を割り当てる手段と、
前記下り送信時間の割当結果を各無線端末へ通知する手段とを含むことを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の無線アクセス制御システム。
【請求項１】
無線基地局が複数の無線端末との通信を集中管理する集中制御型の無線アクセス制御方法において、
無線基地局が、トラヒック量通知期間を各無線端末へ周期的に告知する第１手順と、
送信データを有する無線端末が、前記告知されたトラヒック量通知期間内に当該送信データのトラヒック量を前記無線基地局へ通知する第２手順と、
前記無線基地局が、各無線端末に割り当てる上り送信時間を、前記通知されたトラヒック量に基づいて決定する第３手順と、
前記無線基地局が、前記上り送信時間に関する決定結果を各無線端末へ通知する第４手順と、
前記各無線端末が、自身に割り当てられた上り送信時間を利用して前記送信データを送信する第５手順とを含むことを特徴とする集中制御型の無線アクセス制御方法。
【請求項２】
前記無線端末が、データ送信後のトラヒック残量を予め検知する手順をさらに含み、
前記第５手順では、前記トラヒック残量が送信データと共に無線基地局へ送信され、
前記トラヒック残量が解消されるまで上記した各手順を繰り返し、
前記トラヒック残量を通知した無線端末は前記第２手順を実施せず、
前記第３手順では、各無線端末から通知されるトラヒック量またはトラヒック残量に基づいて、各無線端末に割り当てる上り送信時間が決定されることを特徴とする請求項１に記載の集中制御型の無線アクセス制御方法。
【請求項３】
前記第３手順の前に、
送信データを有する無線端末と無線基地局との間に、他の無線端末を中継するマルチホップの経路を確立する手順と、
前記経路上の各無線端末が、当該経路のツリー情報を無線基地局へ通知する手順と、
前記無線基地局が、前記経路上の各無線端末から通知されたツリー情報に基づいて、当該経路のツリー構造を判別する手順とをさらに含み、
前記第３手順では、前記経路上の全ての無線端末に、当該各無線端末のトラヒック量と前記ツリー構造とに基づいて、自端末のトラヒック量および中継する無線端末のトラヒック量に応じた上り送信時間が割り当てられ、
前記第５手順では、前記経路を利用して送信データが送信されることを特徴とする請求項１に記載の集中制御型の無線アクセス制御方法。
【請求項４】
前記マルチホップ経路を確立する手順は、
送信データを有する無線端末が無線基地局へ経路確立要求を送信する手順と、
前記無線基地局が、前記経路確立要求に対して経路確立応答を返信する手順とを含み、
前記無線端末は、前記送信データのトラヒック量を前記経路確立要求とともに送信することを特徴とする請求項４に記載の集中制御型の無線アクセス制御方法。
【請求項５】
前記無線基地局が、各無線端末に割り当てる下り送信時間を決定する手順と、
前記無線基地局が、前記下り送信時間に関する決定結果を各無線端末へ通知する手順と、
前記各無線端末が、自身に割り当てられた下り送信時間を利用して前記無線基地局からデータを受信する手順とをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の集中制御型の無線アクセス制御方法。
【請求項６】
無線基地局が自身の通信有効範囲内に位置する複数の無線端末とのシングルホップ通信を集中管理する集中制御型の無線アクセス制御システムにおいて、
前記無線端末が、
送信データのトラヒック量を検知する手段と、
無線基地局から送信されるビーコンに基づいてトラヒック量通知期間を認識する手段と、
前記トラヒック量通知期間内に、前記送信データのトラヒック量を無線基地局へ通知する手段と、
前記無線基地局により自端末に割り当てられた上り送信時間を認識する手段と、
前記上り送信時間を利用して前記送信データを送信する手段とを含み、
前記無線基地局が、
前記ビーコンを周期的に送信する手段と、
前記各無線端末から送信されたトラヒック量に基づいて、各無線端末に上り送信時間を割り当てる手段と、
前記上り送信時間の割当結果を各無線端末へ通知する手段とを含むことを特徴とする無線アクセス制御システム。
【請求項７】
前記無線端末が、
トラヒック残量を検知する手段と、
前記トラヒック残量を無線基地局へ通知する手段とを更に含み、
前記無線基地局では、前記各無線端末から送信されたトラヒック量およびトラヒック残量に基づいて、各無線端末に上り送信時間が割り当てられることを特徴とする請求項６に記載の無線アクセス制御システム。
【請求項８】
前記無線端末がさらに、
経路確立要求の送信および経路確立応答の受信に基づいて無線基地局との間にマルチホップの経路を確立する手段と、
中継した経路確立要求および経路確立応答に基づいて経路情報を登録する手段と、
前記経路確立応答を中継した際に、無線基地局へ経路のツリー情報を返信する手段とを含み、
前記無線基地局がさらに、
前記経路確立要求の受信および経路確立応答の返信に基づいて無線端末との間にマルチホップの経路を確立する手段と、
前記経路上の各無線端末から返信されるツリー情報に基づいて当該経路のツリー構造を判別する手段とを含み、
前記上り送信時間を割り当てる手段は、前記経路上の全ての無線端末に、当該各無線端末のトラヒック量と前記ツリー構造とに基づいて、自端末のトラヒック量および中継する無線端末のトラヒック量に応じた上り送信時間が割り当てることを特徴とする請求項６に記載の無線アクセス制御システム。
【請求項９】
前記無線端末は、前記送信データのトラヒック量を前記経路確立要求に登録して送信することを特徴とする請求項６に記載の無線アクセス制御システム。
【請求項１０】
前記無線基地局が、前記上り送信時間の割当結果を前記ビーコンに登録して送信することを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の無線アクセス制御システム。
【請求項１１】
前記無線基地局がさらに、
前記各無線端末に下り送信時間を割り当てる手段と、
前記下り送信時間の割当結果を各無線端末へ通知する手段とを含むことを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の無線アクセス制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−５６５３（Ｐ２００６−５６５３Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１７９８５１（Ｐ２００４−１７９８５１）
【出願日】平成１６年６月１７日（２００４．６．１７）
【出願人】（０００２０８８９１）ＫＤＤＩ株式会社 (2,700)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１７日（２００４．６．１７）
【出願人】（０００２０８８９１）ＫＤＤＩ株式会社 (2,700)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]