無線装置
【課題】アクセスカテゴリ間で端末数に偏りがある場合も、スループットの低下を抑制し、優先度制御を正確に行うことが可能な無線装置を提供する。
【解決手段】制御手段４は、アクセスカテゴリＡＣｉのチャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍｉｎよりも小さいとき、未使用の帯域を別のアクセスカテゴリに割り当てるようにコンテンションウィンドの値を前回の値よりも大きい値に設定する。また、制御手段４は、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍａｘ以上であるとき、増加したトラフィック量でパケットを送信できるようにコンテンションウィンドの値を前回の値よりも小さい値に設定する。そして、通信手段２は、制御手段４によって設定されたコンテンションウィンドを用いて各アクセスカテゴリのパケットを送信する。
【解決手段】制御手段４は、アクセスカテゴリＡＣｉのチャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍｉｎよりも小さいとき、未使用の帯域を別のアクセスカテゴリに割り当てるようにコンテンションウィンドの値を前回の値よりも大きい値に設定する。また、制御手段４は、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍａｘ以上であるとき、増加したトラフィック量でパケットを送信できるようにコンテンションウィンドの値を前回の値よりも小さい値に設定する。そして、通信手段２は、制御手段４によって設定されたコンテンションウィンドを用いて各アクセスカテゴリのパケットを送信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トラフィックをそのタイプによって異なる優先順位のアクセスカテゴリに分類し、アクセスカテゴリ毎に異なるコンテンションウィンド等のパラメータを持たせることによって優先度制御を行うＥＤＣＦ（Enhanced Distributed Coordination Function）方式が知られている（非特許文献１）。
【０００３】
また、優先度制御を行わないＤＣＦチャネルアクセス手法において、チャネルの有効利用の最大化を図る方式が知られている（非特許文献２）。
【０００４】
更に、ＥＤＣＦ方式に基づくネットワークのチャネル有効利用の最大化を図る方式も知られている（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】IEEE 802.11 Std, 802.11e-2005, Part 11, Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical layer (PHY) Specifications: Amendments 8: Medium Access Control (MAC) Quality of Service Enhancements, 2005.
【非特許文献２】G. Bianchi, “Performance Analysis of the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function,” IEEE Journal on Selected Areas in Comm., vol. 18, no. 3, pp. 535-547, 2000.
【非特許文献３】C. Hu and J. C. Hou, “A Novel Approach to Contention Control in IEEE 802.11e-Oriented WLANs,” IEEE INFOCOM 2007, pp. 1190-1198, 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、非特許文献１に開示された方式においては、端末数が増加するに従って、パケット衝突が頻繁に発生し、ネットワーク全体のスループットが劣化するという問題がある。また、アクセスカテゴリ間で、パケットを送信する端末数に偏りがある場合、優先度制御が適切に動作しないという問題がある。
【０００７】
また、非特許文献２に開示された方式においては、優先度制御を行わないという問題がある。
【０００８】
更に、非特許文献３に開示された方式においては、優先度制御が適切に動作しないという問題がある。
【０００９】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、アクセスカテゴリ間で端末数に偏りがある場合も、スループットの低下を抑制し、優先度制御を正確に行うことが可能な無線装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の実施の形態によれば、無線装置は、検出手段と、演算手段と、通信手段とを備える。検出手段は、優先度が相互に異なる複数のアクセスカテゴリの各々における端末数およびチャネル占有率を検出する。演算手段は、１つのアクセスカテゴリにおいて実際に使用されている第１の帯域が１つのアクセスカテゴリに割り当てられた第２の帯域よりも小さいことを示す第１の基準値よりも、検出されたチャネル占有率が小さいとき、検出された端末数の増加に伴って大きくなり、かつ、前回のパケット送信時の値よりも大きい値からなる第１のコンテンションウィンドを演算し、検出されたチャネル占有率が第１の帯域を用いて送信可能なパケット数よりも多くのパケットが生成されていることを示す第２の基準値以上であるとき、検出された端末数の増加に伴って大きくなり、かつ、前回のパケット送信時の値よりも小さい値からなる第２のコンテンションウィンドを演算する第１の演算処理を複数のアクセスカテゴリの全てについて実行する。通信手段は、複数のアクセスカテゴリの各々において第１のコンテンションウィンドまたは第２のコンテンションウィンドを用いてパケットを送受信する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の実施の形態による無線装置においては、チャネル占有率が第１の基準値よりも小さいとき、１以上のアクセスカテゴリのコンテンションウィンドを大きくして未使用の帯域を別のアクセスカテゴリに割り当てる。また、チャネル占有率が第２の基準値以上であるとき、１以上のアクセスカテゴリのコンテンションウィンドを小さくして正しい優先度制御に従ってパケットを送信する。そして、コンテンションウィンドは、各アクセスカテゴリにおける端末数の増加に伴って大きくなり、各アクセスカテゴリにおける端末数の減少によって小さくなるように演算される。
【００１２】
従って、アクセスカテゴリ間において端末数が偏っていても、優先度制御を正確に行いながらスループットを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態による無線装置の概略図である。
【図２】単一パケットの送信に要する時間の概念図である。
【図３】図１に示す無線装置における通信方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】図３に示すステップＳ３の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】図３に示すステップＳ３の他の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態における無線ネットワークの概略図である。
【図７】各アクセスカテゴリが飽和状態であるときの総スループットと各アクセスカテゴリにおける端末数との関係を示す図である。
【図８】従来のＥＤＣＡ方式を用いたときのアクセスカテゴリ毎のスループットを示す図である。
【図９】この発明の実施の形態による方式を用いたときのアクセスカテゴリ毎のスループットを示す図である。
【図１０】任意のアクセスカテゴリが非飽和状態であるときの総スループットを示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態による方式を適用した場合の各アクセスカテゴリのスループット、データ生成レートおよび帯域割当量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１５】
図１は、この発明の実施の形態による無線装置の概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による無線装置１０は、アンテナ１と、通信手段２と、検出手段３と、制御手段４と、バッファ５〜８と、分類手段９と、アプリケーション１１と、アドミッション制御手段１２とを備える。
【００１６】
通信手段２は、優先度が相互に異なるアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３に属するパケットを優先度に従ってそれぞれバッファ５〜８から取り出す。また、通信手段２は、各アクセスカテゴリＡＣｉ（ｉ＝０，１，２，３）におけるコンテンションウィンドＣＷｉを制御手段４から受ける。そして、通信手段２は、コンテンションウィンドＣＷｉを用いて各アクセスカテゴリＡＣｉにおけるチャネルにアクセスし、バッファ５〜８から取り出したパケットをアンテナ１を介して送信する。
【００１７】
また、通信手段２は、アンテナ１を介してパケットを受信し、その受信したパケットをアプリケーション１１へ出力する。
【００１８】
検出手段３は、通信手段２が送受信するパケットに基づいて、各アクセスカテゴリＡＣｉにおいてパケットを送受信する端末数Ｎｉを検出する。パケットは、各アクセスカテゴリＡＣｉを示す記号、および送信元のアドレスを含むので、検出手段３は、通信手段２が送受信したパケットの各アクセスカテゴリＡＣｉを示す記号および送信元のアドレスを検出することによって、端末数Ｎｉを検出できる。
【００１９】
また、検出手段３は、通信手段２が単位時間当たりに送受信するパケットの個数を各アクセスカテゴリＡＣｉにおける使用帯域ＵＢｉとして検出する。
【００２０】
更に、検出手段３は、通信手段２が送受信するパケットに基づいて、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける平均ペイロード長Ｐｉ、およびネットワーク全体の平均ペイロード長Ｐを検出する。
【００２１】
更に、検出手段３は、通信手段２がチャネルにアクセスする時間を計測することによって、単位時間においてチャネルがビジーまたはセンシング状態である時間的な割合を示すチャネル占有率（ＡＴＲ：Ａｉｒ Ｔｉｍｅ Ｒａｔｉｏ）を検出する。この場合、チャネルにアクセスする時間は、各アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３によって異なる。従って、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３は、優先度が相互に異なるアクセスカテゴリである。
【００２２】
そして、検出手段３は、端末数Ｎｉ、使用帯域ＵＢｉ、平均ペイロード長Ｐｉ、平均ペイロード長Ｐおよびチャネル占有率ＡＴＲを制御手段４へ出力する。
【００２３】
制御手段４は、端末数Ｎｉ、使用帯域ＵＢｉ、平均ペイロード長Ｐｉ、平均ペイロード長Ｐおよびチャネル占有率ＡＴＲを検出手段３から受ける。そして、制御手段４は、端末数Ｎｉ、使用帯域ＵＢｉ、平均ペイロード長Ｐｉ、平均ペイロード長Ｐおよびチャネル占有率ＡＴＲに基づいて、後述する方法によって、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける通信帯域を有効に活用し、かつ、優先度制御が正確に行われるように各アクセスカテゴリＡＣｉにおけるコンテンションウィンドＣＷｉを演算し、その演算したコンテンションウィンドＣＷｉを通信手段２へ出力する。
【００２４】
また、制御手段４は、アドミッション制御手段１２からの要求に応じて、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける割当可能帯域ＲＳＶＢｉを後述する方法によって演算し、その演算した割当可能帯域ＲＳＶＢｉをアドミッション制御手段１２へ出力する。
【００２５】
バッファ５〜８は、それぞれ、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３に対応して設けられる。アクセスカテゴリＡＣ０は、例えば、バックグラウンドのアクセスカテゴリであり、アクセスカテゴリＡＣ１は、例えば、ベストエフォートのアクセスカテゴリであり、アクセスカテゴリＡＣ２は、例えば、動画のアクセスカテゴリであり、アクセスカテゴリＡＣ３は、例えば、音声のアクセスカテゴリである。そして、アクセスカテゴリＡＣ３が最も優先度が高く、アクセスカテゴリＡＣ２が２番目に優先度が高く、アクセスカテゴリＡＣ１が３番目に優先度が高く、アクセスカテゴリＡＣ０が最も優先度が低い。
【００２６】
バッファ５〜８は、それぞれ、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３に属するパケットを分類手段９から受け、その受けたパケットを一時的に保存する。そして、バッファ５〜８は、通信手段２からの要求に応じて、その保存したパケットを通信手段２へ出力する。
【００２７】
分類手段９は、アプリケーション１１からパケットを受け、その受けたパケットをアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３に分類する。そして、分類手段９は、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３に属するパケットをそれぞれバッファ５〜８に格納する。
【００２８】
アプリケーション１１は、パケットを生成する。そして、アプリケーション１１は、自己主導のアドミッション制御、またはアドミッション制御手段１２主導のアドミッション制御に従ってパケットの送信が許可されると、その生成したパケットを分類手段９へ出力する。また、アプリケーション１１は、通信手段２からパケットを受ける。
【００２９】
なお、アプリケーション１１主導のアドミッション制御およびアドミッション制御手段１２主導のアドミッション制御については、後述する。
【００３０】
アドミッション制御手段１２は、ＭＡＣ層に設けられ、後述する自己主導のアドミッション制御を行う。この場合、アドミッション制御手段１２は、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける割当可能帯域ＲＳＶＢｉを制御手段４へ問合せ、割当可能帯域ＲＳＶＢｉを制御手段４から受ける。
【００３１】
［コンテンションウィンドの制御］
各アクセスカテゴリＡＣｉにおけるコンテンションウィンドＣＷｉを制御する方法について説明する。
【００３２】
制御手段４は、総スループットの最大化とアクセスカテゴリＡＣｉ間の優先度制御とを同時に行うように各アクセスカテゴリＡＣｉにおけるコンテンションウィンドＣＷｉを演算する。
【００３３】
優先度制御は、各アクセスカテゴリＡＣｉにおいて決められた帯域割合Ｆｉに基づいて行われる。
【００３４】
帯域割合Ｆｉは、固定値方式または変動値方式によって決定される。帯域割合Ｆｉが固定値方式によって決定される場合、制御手段４は、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける帯域割合Ｆｉを予め保持している。
【００３５】
例えば、アクセスカテゴリＡＣ１〜ＡＣ３に属するパケットを送受信する場合、アクセスカテゴリＡＣ１における帯域割合Ｆ１は、１／７と予め決定されており、アクセスカテゴリＡＣ２における帯域割合Ｆ２は、２／７と予め決定されており、アクセスカテゴリＡＣ３における帯域割合Ｆ３は、４／７と予め決定されている。
【００３６】
このように、帯域割合Ｆ１〜Ｆ３は、アクセスカテゴリＡＣ１〜ＡＣ３の優先度に応じて予め決定されている。即ち、帯域割合Ｆ１〜Ｆ３は、アクセスカテゴリＡＣ１、アクセスカテゴリＡＣ２、およびアクセスカテゴリＡＣ３の順で優先度が高くなるに従って、大きくなるように予め決定されている。
【００３７】
帯域割合Ｆｉが変動値方式によって決定される場合、制御手段４は、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３を帯域確保が可能なアクセスカテゴリＲＡＣと、帯域確保が不可能なアクセスカテゴリＮＡＣとに分類する。そして、制御手段４は、アプリケーションの開始時に次式に従って帯域割合Ｆｉを演算する。
【００３８】
【数１】
【００３９】
制御手段４は、アクセスカテゴリＲＡＣに分類されたアクセスカテゴリＡＣｉにおける帯域割合Ｆｉを演算する場合、アプリケーション１１から要求帯域ＲＢを受け、その受けた要求帯域ＲＢと、ネットワーク全体の帯域Ｃａｐaｃｉｔｙとを式（１）の上段の式に代入して帯域割合Ｆｉを演算する。なお、制御手段４は、ネットワーク全体の帯域Ｃａｐaｃｉｔｙを予め保持している。
【００４０】
また、制御手段４は、アクセスカテゴリＮＡＣに分類されたアクセスカテゴリＡＣｉにおける帯域割合Ｆｉを式（１）の下段の式によって演算する。即ち、制御手段４は、アクセスカテゴリＲＡＣに割り当てられていない残りの帯域を割り当てることによってアクセスカテゴリＮＡＣに分類されたアクセスカテゴリＡＣｉにおける帯域割合Ｆｉを演算する。なお、ＦＮＡＣｉは、アクセスカテゴリＮＡＣ内での帯域割合を表し、予め決定されている。従って、制御手段４は、ＦＮＡＣｉを予め保持している。
【００４１】
このように、制御手段４は、固定値方式または変動値方式を用いて各アクセスカテゴリＡＣｉにおける帯域割合Ｆｉを決定する。
【００４２】
制御手段４は、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける帯域割合Ｆｉを決定すると、その決定した帯域割合Ｆｉと、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける端末数Ｎｉとを次式に代入してアクセスカテゴリＡＣｉの単一端末に関する相対チャネルアクセス頻度ρｉを演算する。
【００４３】
【数２】
【００４４】
式（２）において、Ｆｋは、各アクセスカテゴリＡＣｋ（ｋ＝０，１，２，３）における帯域割合であり、Ｎｋは、各アクセスカテゴリＡＣｋにおける端末数である。また、式（２）においては、端末当たりの最も狭い帯域（＝端末当たりの最も少ないチャネルアクセス回数）に対するチャネルアクセス頻度を表すためにＭＩＮ（Ｆｋ／Ｎｋ）を分母に用いた。即ち、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３のうちで、端末当たりの最も少ないチャネルアクセス回数を基準値として各アクセスカテゴリＡＣｉにおける単一端末当たりのチャネルアクセス回数を表すためにＭＩＮ（Ｆｋ／Ｎｋ）を式（２）の分母に用いた。
【００４５】
更に、式（２）におけるαｉは、チャネル使用状況によって制御されるパラメータである。
【００４６】
制御手段４は、式（２）を用いて単一端末の相対チャネルアクセス頻度ρｉを演算すると、その演算した相対チャネルアクセス頻度ρｉと、アクセスカテゴリＡＣｉ毎の端末数Ｎｉとを次式に代入してバーチャル端末数ＶＮを演算する。
【００４７】
【数３】
【００４８】
なお、式（３）において、ｍは、アクセスカテゴリＡＣｉの個数を表し、この発明の実施の形態においては、ｍ＝４である。
【００４９】
このバーチャル端末数ＶＮは、アクセスカテゴリＡＣｉの全てにおいて全てのチャネルにアクセスする端末の個数を表す。
【００５０】
制御手段４は、式（３）を用いてバーチャル端末数ＶＮを演算すると、その演算したバーチャル端末数ＶＮと、単一パケットの送信に要する平均時間Ｔとを次式に代入してコンテンションウィンドＣＷｉの基準値ＣＷｒｅｆを演算する。
【００５１】
【数４】
【００５２】
なお、式（４）において、σは、スロット長であり、予め決定されている。従って、制御手段４は、スロット長σを予め保持している。
【００５３】
図２は、単一パケットの送信に要する時間の概念図である。図２を参照して、平均時間Ｔは、データパケットおよびＡＣＫパケットの送信時間と、ＭＡＣが定める時間ＡＩＦＳ，ＳＩＦＳとの和である。なお、ＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェークが行われる場合、ＲＴＳ，ＣＴＳの送信時間もＴに含まれる。
【００５４】
データフレームは、プリアンブル（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）、ＭＡＣヘッダ（ＭＡＣ ｈｅａｄｅｒ），パケット（ｐａｃｋｅｔ）およびＦＣＳからなる。そして、プリアンブル（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）は、固定レートで送信され、その他の部分は、任意のデータレートで送信される。適応レート制御を行うシステムにおいては、データレートは、リンク品質等に応じて決定されるレートである。
【００５５】
一方、ＡＣＫフレームも、プリアンブル（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）、およびＡＣＫボディー（Ａｄｄr等およびＦＣＳ）からなる。そして、プリアンブル（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）は、固定レートで送信され、ＡＣＫボディーは、任意のデータレートで送信される。
【００５６】
プリアンブル（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）等の伝送レートをＴｘＰｈｙＲａｔｅとし、データフレームの伝送レートをＴｘＤａｔａＲａｔｅとし、ＡＣＫフレームの伝送レートをＴｘＡＣＫＲａｔｅとすると、時間Ｔは、次式によって表される。
【００５７】
【数５】
【００５８】
なお、式（５）において、ＬＨは、ＭＡＣ ｈｅａｄｅｒの長さであり、Ｐは、ｐａｃｋｅｔの長さである。
【００５９】
一般的には、ＴｘＰｈｙＲａｔｅ、ＴｘＡＣＫＲａｔｅ、ＰｒＬｅｎｇｔｈ、ＬＨ、ＦＣＳおよびＡＣＫは、固定の値を取る。従って、無線装置１０は、データ長（Ｐ）とＴｘＤａｔａＲａｔｅとをフレーム送受信時に監視することによって平均時間Ｔを容易に演算できる。
【００６０】
制御手段４は、式（５）を用いて平均時間Ｔを演算し、その演算した平均時間Ｔと、バーチャル端末数ＶＮとを式（４）に代入して基準値ＣＷｒｅｆを演算する。
【００６１】
そうすると、制御手段４は、基準値ＣＷｒｅｆと、式（２）を用いて演算した相対チャネルアクセス頻度ρｉとを次式に代入して各アクセスカテゴリＡＣｉにおけるコンテンションウィンドＣＷｉを演算する。
【００６２】
【数６】
【００６３】
なお、式（６）において、ｎｋは、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける端末数である。
【００６４】
ここで、式（２）におけるパラメータαｉについて説明する。全てのアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３において、送信するパケットが常に存在する場合、即ち、全てのアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３が飽和状態である場合、式（２）のαｉは、αｉ＝１に設定される。これによって、チャネルは、最も有効に利用されるとともに、アクセスカテゴリＡＣｉ間の優先度制御が実現される。
【００６５】
一方、任意のアクセスカテゴリＡＣｉが非飽和状態である場合（即ち、トラフィックの生成量が帯域割合Ｆｉ以下である場合）、チャネルは、最も有効に利用されない恐れがある。これは、他のアクセスカテゴリＡＣｊが飽和状態であっても、非飽和状態のアクセスカテゴリＡＣｉのために、割り当てた帯域の一部が空いてしまうからである。このような場合、非飽和状態のアクセスカテゴリＡＣｉに必要な帯域だけを与え、残りの帯域をその他のアクセスカテゴリＡＣｊ（＝飽和状態のアクセスカテゴリ）に使用させることによって、チャネルが最大限に有効利用される。
【００６６】
そこで、この発明の実施の形態においては、式（２）におけるαｉを制御することによって、チャネルを最大限に有効に利用する。
【００６７】
ここで、αｉの具体的な制御方法について説明する前に、各アクセスカテゴリＡＣｉに割り当てた帯域ＯＢｉの演算方法について説明する。
【００６８】
帯域ＯＢｉは、チャネルキャパシティＣａｐaｃｉｔｙと、帯域割合Ｆｉとを用いて次式によって演算される。
【００６９】
【数７】
【００７０】
式（７）において、Ｋは、Ｋ＝（Ｔ／（２σ））１／２を満たす定数である。
【００７１】
制御手段４は、定数Ｋを予め保持している。そして、制御手段４は、検出手段３から受けた平均ペイロード長Ｐと、予め保持しているスロット長σおよび定数Ｋと、式（１）を用いて演算した帯域割合Ｆｉと、式（５）を用いて演算した平均時間Ｔとを式（７）に代入して割当帯域ＯＢｉを演算する。
【００７２】
αｉの具体的な制御方法について説明する。制御手段４は、周期的またはパケットの送受信時にアクセスカテゴリＡＣｉ毎の端末数Ｎｉおよびチャネル占有率ＡＴＲに基づいて各アクセスカテゴリＡＣｉのαｉを決定する。
【００７３】
制御手段４は、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉがαｉの決定時に変動（上下）した場合、各アクセスカテゴリＡＣｉのαｉをαｉ＝１に設定する。これは、ネットワークの構成（端末数）の変動によってチャネル状態が変動するとみなし、コンテンションウィンドＣＷｉを端末数Ｎｉのみに基づいて決定するためである。
【００７４】
一方、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３における端末数Ｎ０〜Ｎ３の少なくとも１つが変動していない場合、制御手段４は、チャネル占有率ＡＴＲに基づいてαｉを決定する。より具体的には、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍｉｎよりも小さい場合、制御手段４は、チャネルが有効に使用されていないと判断し、実際に使用している帯域ＵＢｉが割り当てた帯域ＯＢｉよりも小さいアクセスカテゴリＡＣｉに対して、“１”よりも小さい値からなるαｉを設定することによって、割り当てる帯域を減少させる。即ち、制御手段４は、αｉ＝ＭＩＮ（ＵＢｉ／ＯＢｉ，１）によってαｉを決定する。この場合、帯域ＵＢｉは、帯域ＯＢｉよりも小さいので、αｉは、“１”よりも小さい値からなる。
【００７５】
なお、基準値ＡＴＲｍｉｎは、１つのアクセスカテゴリにおいて実際に使用されている帯域ＵＢｉが１つのアクセスカテゴリに割り当てられた帯域ＯＢｉよりも小さいことを示す基準値である。そして、基準値ＡＴＲｍｉｎは、例えば、８０％からなる。
【００７６】
一方、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍａｘ（ＡＴＲｍａｘ＞ＡＴＲｍｉｎ）よりも大きい場合、制御手段４は、ＵＢｉ＜ＯＢｉであるアクセスカテゴリＡＣｉに対してαｉの値を大きくする。即ち、制御手段４は、αｉ＝ＭＩＮ（Ｃ×ＵＢｉ／ＯＢｉ，１）によってαｉを決定する。定数Ｃは、“１”よりも大きい定数である。αｉがαｉ＝ＭＩＮ（Ｃ×ＵＢｉ／ＯＢｉ，１）によって決定されるのは、前回のαｉの設定時に非飽和状態であったアクセスカテゴリＡＣｉのトラフィック量が増加したことに対応して正しい優先度制御が行われるようにするためである。
【００７７】
なお、ＡＴＲｍａｘは、実際に使用されている帯域ＵＢｉを用いて送信可能なパケット数よりも多くのパケットが生成されていることを示す基準値であり、例えば、８８％に設定される。
【００７８】
［アドミッション制御］
１台の無線装置に割り当てられる帯域は、ＯＢｉ／Ｎｉである。従って、端末数Ｎｉの増加に伴って単一の無線装置の使用帯域が減少する。そこで、アクセスカテゴリＡＣｉが音声および動画のような品質要求が厳しいリアルタイムのトラフィックである場合、端末数Ｎｉが増えると、全トラフィックが品質要求を満たせないことが予想される。
【００７９】
そこで、この発明の実施の形態においては、端末数Ｎｉを制御することによって、アプリケーションの品質を保証する。より具体的には、Ｐ長のデータパケットがＩ時間間隔で生成される場合、Ｐ／Ｉの帯域が要求される。従って、Ｐ／Ｉの帯域を要求するアプリケーションの品質要求を満たし、更に、同一アクセスカテゴリで既に通信中の他のアプリケーションの品質を劣化させないためには、割当可能帯域ＲＳＶＢｉが要求帯域Ｐ／Ｉよりも大きい場合（ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉ）にのみ該当のアプリケーションを開始させる必要がある。
【００８０】
制御手段４は、帯域割当Ｆｉが固定値からなる場合、式（８）によって割当可能帯域ＲＳＶＢｉを演算し、帯域割当Ｆｉが変動値からなる場合、式（９）によって割当可能帯域ＲＳＶＢｉを演算する。
【００８１】
【数８】
【００８２】
【数９】
【００８３】
（Ｉ）ＭＡＣ層主導のアドミッション制御
アドミッション制御がＭＡＣ層主導で行われる場合、アプリケーション１１は、アクセスカテゴリＡＣｉの要求帯域Ｐ／Ｉを演算し、その演算した要求帯域Ｐ／Ｉをアドミッション制御手段１２へ出力する。アドミッション制御手段１２は、要求帯域Ｐ／Ｉをアプリケーション１１から受けると、割当可能帯域ＲＳＶＢｉの問合信号を制御手段４へ出力する。制御手段４は、問合信号に応じて、式（８）または式（９）を用いて割当可能帯域ＲＳＶＢｉを演算し、その演算した割当可能帯域ＲＳＶＢｉをアドミッション制御手段１２へ出力する。
【００８４】
アドミッション制御手段１２は、割当可能帯域ＲＳＶＢｉを制御手段４から受けると、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであるか否かを判定する。そして、アドミッション制御手段１２は、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであると判定したとき、許可信号を生成してアプリケーション１１へ出力する。一方、アドミッション制御手段１２は、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉでないと判定したとき、拒否信号を生成してアプリケーション１１へ出力する。
【００８５】
アプリケーション１１は、許可信号をアドミッション制御手段１２から受けると、アクセスカテゴリＡＣｉに属するパケットを生成して分類手段９へ出力する。
【００８６】
一方、アプリケーション１１は、拒否信号をアドミッション制御手段１２から受けると、アクセスカテゴリＡＣｉに属するパケットの通信を停止するか、またはアドミッション制御が要求されないアクセスカテゴリＮＡＣで送信を開始する。
【００８７】
（ＩＩ）アプリケーション主導のアドミッション制御
アドミッション制御がアプリケーション主導で行われる場合、アプリケーション１１は、割当可能帯域ＲＳＶＢｉの問合信号をアドミッション制御手段１２へ出力する。アドミッション制御手段１２は、割当可能帯域ＲＳＶＢｉの問合信号をアプリケーション１１から受けると、上述した方法によって制御手段４から割当可能帯域ＲＳＶＢｉを受ける。そして、アドミッション制御手段１２は、その受けた割当可能帯域ＲＳＶＢｉをアプリケーション１１へ出力する。
【００８８】
その後、アプリケーション１１は、アドミッション制御手段１２から割当可能帯域ＲＳＶＢｉを受けると、アクセスカテゴリＡＣｉの要求帯域Ｐ／Ｉを演算し、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであるか否かを判定する。そして、アプリケーション１１は、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであると判定したとき、アクセスカテゴリＡＣｉに属するパケットを生成して分類手段９へ出力する。
【００８９】
一方、アプリケーション１１は、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉでないと判定したとき、アクセスカテゴリＡＣｉに属するパケットの通信を停止するか、またはアドミッション制御が要求されないアクセスカテゴリＮＡＣで送信を開始する。
【００９０】
上述したＭＡＣ主導のアドミッション制御およびアプリケーション主導のアドミッション制御のいずれにおいても、アプリケーション１１は、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであると判定されたとき、パケットを生成して分類手段９へ出力し、通信手段２は、制御手段４から受けたコンテンションウィンドＣＷｉを用いてチャネルにアクセスし、バッファ５〜８からパケットを取り出して送信する。即ち、通信手段２は、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであると判定されたとき、制御手段４から受けたコンテンションウィンドＣＷｉを用いてチャネルにアクセスし、バッファ５〜８からパケットを取り出して送信する。
【００９１】
従って、通信手段２は、一般的には、割当可能帯域ＲＳＶＢｉがトラフィックの要求帯域Ｐ／Ｉよりも大きいとき、コンテンションウィンドＣＷｉを用いてパケットを送受信する通信処理を複数のアクセスカテゴリの全てについて実行する。
【００９２】
図３は、図１に示す無線装置１０における通信方法を説明するためのフローチャートである。
【００９３】
図３を参照して、無線装置１０における通信動作が開始されると、アクセスカテゴリＡＣｉの割当可能帯域ＲＳＶＢｉおよび要求帯域Ｐ／Ｉが演算される（ステップＳ１）。
【００９４】
そして、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであるか否かが判定される（ステップＳ２）。ステップＳ２において、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉでないと判定されたとき、一連の動作は、終了する。
【００９５】
一方、ステップＳ２において、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであると判定されたとき、無線装置１０の制御手段４は、全てのアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３の全てのα０〜α３を決定する（ステップＳ３）。
【００９６】
そして、制御手段４は、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３の帯域割合Ｆ０〜Ｆ３を上述した方法によって演算する。その後、制御手段４は、帯域割合Ｆ０〜Ｆ３、α０〜α３、および端末数Ｎ０〜Ｎ３を式（２）に代入して相対チャネルアクセス頻度ρ０〜ρ３を演算する。
【００９７】
そうすると、制御手段４は、その演算した相対チャネルアクセス頻度ρ０〜ρ３、平均時間Ｔ、スロット長σ、および端末数ｎｋを式（６）に代入してアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３のコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を演算する。即ち、制御手段４は、α０〜α３を用いてアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３のコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を演算する。（ステップＳ４）。
【００９８】
そして、制御手段４は、その演算したコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を通信手段２へ出力し、通信手段２は、制御手段４から受けたコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を用いてチャネルにアクセスし、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３に属するパケットをそれぞれバッファ５〜８から取り出して送信する（ステップＳ５）。これによって、一連の動作は、終了する。
【００９９】
なお、ステップＳ１，Ｓ２は、上述したＭＡＣ層主導のアドミッション制御またはアプリケーション主導のアドミッション制御のいずれかによって実行される。
【０１００】
また、図３に示すフローチャートは、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３の全てについて定期的またはパケットの送信時に実行される。
【０１０１】
図４は、図３に示すステップＳ３の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
【０１０２】
図４を参照して、図３に示すステップＳ２において、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであると判定されると、制御手段４は、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動があるか否かを判定する（ステップＳ３１）。
【０１０３】
ステップＳ３１において、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動があると判定されたとき、制御手段４は、α０＝α１＝α２＝α３＝１を設定する（ステップＳ３２）。
【０１０４】
一方、ステップＳ３１において、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動がないと判定されたとき、制御手段４は、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍｉｎよりも小さいか否かを更に判定する（ステップＳ３３）。
【０１０５】
ステップＳ３３において、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍｉｎよりも小さいと判定されたとき、制御手段４は、αｉ＝ＭＩＮ（ＵＢｉ／ＯＢｉ，１）によってα０〜α３を決定する（ステップＳ３４）。
【０１０６】
一方、ステップＳ３３において、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍｉｎよりも小さくないと判定されたとき、制御手段４は、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍａｘ以上であるか否かを更に判定する（ステップＳ３５）。
【０１０７】
ステップＳ３５において、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍａｘ以上であると判定されたとき、制御手段４は、αｉ＝ＭＩＮ（Ｃ×ＵＢｉ／ＯＢｉ，１），Ｃ＞１によってα０〜α３を決定する（ステップＳ３６）。
【０１０８】
一方、ステップＳ３５において、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍａｘ以上でないと判定されたとき、制御手段４は、α０〜α３の値を変更せずに、前回に決定した値を維持する（ステップＳ３７）。
【０１０９】
そして、ステップＳ３２，Ｓ３４，Ｓ３６，Ｓ３７のいずれかの後、一連の動作は、図３に示すステップＳ４へ移行する。
【０１１０】
ステップＳ３１においては、無線装置１０が起動されたとき、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動があると判定される。従って、図４に示すフローチャートが最初に実行される場合、通常、αｉは、“１”に設定される。また、ステップＳ３１において、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動があると判定される限り、α０〜α３は、“１”に設定される。
【０１１１】
これは、上述したように、無線装置１０を含むネットワークの構成（端末数）の変動によってチャネル状態が変動したとみなし、コンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を端末数のみによって決定するためである。
【０１１２】
ステップＳ３１において、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動がないと判定されたとき、チャネル占有率ＡＴＲに基づいてα０〜α３が決定される。この場合、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍｉｎよりも小さいとき、α０〜α３は、αｉ＝ＭＩＮ（ＵＢｉ／ＯＢｉ，１）によって決定される（ステップＳ３４参照）。
【０１１３】
基準値ＡＴＲｍｉｎは、上述したように、１つのアクセスカテゴリにおいて実際に使用されている帯域ＵＢｉが１つのアクセスカテゴリに割り当てられた帯域ＯＢｉよりも小さいことを示すので、ＡＴＲ＜ＡＴＲｍｉｎが成立する場合、ＵＢｉ＜ＯＢｉである。従って、ＵＢｉ／ＯＢｉは、“１”よりも小さくなり、αｉ（ｉ＝０〜３）は、“１”よりも小さい値に設定される。その結果、式（２）により演算される相対チャネルアクセス頻度ρｉ（ｉ＝０〜３）は、前回の値よりも小さくなり、コンテンションウィンドＣＷｉ（ｉ＝０〜３）は、前回の値よりも大きくなる。従って、アクセスカテゴリＡＣｉ（ｉ＝０〜３）に属するパケットを送信するときにチャネルにアクセスする割合が減少する。そして、アクセスカテゴリＡＣｉに割り当てられた帯域ＯＢｉのうち、実際に使用されていない帯域が他のアクセスカテゴリに割り当てられる。その結果、スループットを向上できる。
【０１１４】
ステップＳ３４において決定されたα０〜α３を用いてコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３が演算される場合、コンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３は、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３の端末数ｎｋが増加すれば大きくなり、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３の端末数ｎｋが減少すれば小さくなるように演算される（式（６）参照）。そして、パケットの衝突は、コンテンションウィンドＣＷｉ（ｉ＝０〜３）が大きくなれば抑制され、コンテンションウィンドＣＷｉ（ｉ＝０〜３）が小さくなれば増加する。従って、ステップＳ３４において決定されたα０〜α３を用いてコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を演算し、その演算したコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を用いてパケットを送受信することは、無線装置の個数（端末数）の増加によるパケット衝突を抑制し、スループットを向上させることに相当する。
【０１１５】
また、ＡＴＲｍａｘは、上述したように、実際に使用されている帯域ＵＢｉを用いて送信可能なパケット数よりも多くのパケットが生成されていることを示す基準値である。従って、ステップＳ３５において、ＡＴＲ≧ＡＴＲｍａｘであると判定されたとき、αｉ＝ＭＩＮ（Ｃ×ＵＢｉ／ＯＢｉ，１），Ｃ＞１によってα０〜α３の値を前回の値よりも大きくする（ステップＳ３６参照）。その結果、コンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３は、前回の値よりも小さくなり、生成されたより多くのパケットを送信可能になる。つまり、前回のα０〜α３の設定によって非飽和状態であったアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３のトラフィックの変動（一般的には、増加）に対応した正しい優先度制御が行われることになる。
【０１１６】
従って、ステップＳ３６において決定されたα０〜α３を用いてコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を演算し、その演算したコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を用いてパケットを送受信することは、優先度制御を正確に行いながらスループットを向上させることに相当する。
【０１１７】
更に、ステップＳ３５において、ＡＴＲ≧ＡＴＲｍａｘでないと判定されたとき、即ち、ＡＴＲｍｉｎ≦ＡＴＲ＜ＡＴＲｍａｘであるとき、α０〜α３は、変更されない（ステップＳ３７参照）。この場合、チャネルが十分に有効利用されており、また、優先度制御も行なわれていると判定することにしたものである。
【０１１８】
図５は、図３に示すステップＳ３の他の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
【０１１９】
図５に示すフローチャートは、図４に示すフローチャートのステップＳ３１，Ｓ３２をステップＳ３０に代えたものであり、その他は、図４に示すフローチャートと同じである。
【０１２０】
図５を参照して、図３に示すステップＳ２において、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであると判定されると、制御手段４は、α０＝α１＝α２＝α３＝１を設定する（ステップＳ３０）。その後、上述したステップＳ３３〜ステップＳ３７が実行される。
【０１２１】
上述したように、図４に示すステップＳ３２は、ステップＳ３１において、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動があると判定されたときに実行され、α０＝α１＝α２＝α３＝１に設定される。そして、無線装置１０が起動されたとき、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動があると判定される。
【０１２２】
そこで、図５に示すフローチャートにおいては、ステップＳ３０において、α０＝α１＝α２＝α３＝１に設定し、チャネル占有率ＡＴＲに基づいてαｉを制御することにしたものである。
【０１２３】
図５に示すフローチャートに従ってαｉを決定しても、ＡＴＲ＜ＡＴＲｍｉｎであるとき、上述したステップＳ３４が実行され、ＡＴＲ≧ＡＴＲｍａｘであるとき、上述したＳ３６が実行される。従って、ＡＴＲ＜ＡＴＲｍｉｎであるとき、無線装置の個数（端末数）の増加によるパケット衝突を抑制しながら、スループットが向上し、ＡＴＲ≧ＡＴＲｍａｘであるとき、優先度制御を正確に行いながらスループットが向上する。
【０１２４】
図４または図５に示すフローチャートは、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３の全てについて実行されるので、アクセスカテゴリＡＣｉ間において端末数Ｎｉに偏りがあっても、優先度制御を正確に行いながらスループットを向上できる。
【０１２５】
図６は、この発明の実施の形態における無線ネットワークの概略図である。図６の（ａ）を参照して、無線ネットワーク１００は、アクセスポイント１１０と、端末装置１２１〜１２８とを備える。
【０１２６】
アクセスポイント１１０および端末装置１２１〜１２８の各々は、図１に示す無線装置１０からなる。そして、アクセスポイント１１０は、上述した無線装置１０における通信方法によって端末装置１２１〜１２８との間でアクセスカテゴリＡＣｉに属するパケットを送受信する。
【０１２７】
このように、無線ネットワーク１００は、集中型の無線ネットワークである。
【０１２８】
図６の（ｂ）を参照して、無線ネットワーク２００は、端末装置１３１〜１３８を備える。端末装置１３１〜１３８の各々は、図１に示す無線装置１０からなる。そして、端末装置１３１〜１３８は、上述した無線装置１０における通信方法によってアクセスカテゴリＡＣｉに属するパケットを相互に送受信する。
【０１２９】
このように、無線ネットワーク２００は、分散型の無線ネットワークである。
【０１３０】
従って、この発明の実施の形態による無線装置１０は、集中型の無線ネットワーク１００および分散型の無線ネットワーク２００のいずれにも適用される。その結果、無線ネットワーク１００，２００において、アクセスカテゴリＡＣｉの優先度制御を正確に行いながら、スループットを向上できる。
【０１３１】
伝送レートを６Ｍｂｐｓとし、アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３の優先度をそれぞれ１／７，２／７，４／７（固定値）とした場合における各システムパラメータとチャネルキャパシティ（式（７）の括弧内）と各アクセスカテゴリＡＣｉに割り当てられた帯域（ＯＢｉ）の理論的な計算結果を表１に示す。
【０１３２】
【表１】
【０１３３】
この発明の実施の形態による目的は、チャネルの有効効率を最大化することによって、ネットワークの総スループットを３．８Ｍｂｐｓ（＝チャネルキャパシティ）に設定し、各アクセスカテゴリＡＣｉが飽和状態である場合、アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３のスループットを各アクセスカテゴリＡＣｉにおける端末数に依存せずにそれぞれ０．５４４Ｍｂｐｓ、１．０９Ｍｂｐｓ、および２．１８Ｍｂｐｓ（＝割当帯域量）に設定するものである。
【０１３４】
次に、シミュレーションの結果について説明する。シミュレーションでは、１台のアクセスポイントと３０台の端末装置とから構成されるアクセスネットワークを想定し、各端末装置がアクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３のいずれかでフレームを送信する。ペイロード長、および伝送レート等のパラメータは、表１に示すとおりである。
【０１３５】
図７は、各アクセスカテゴリが飽和状態であるときの総スループットと各アクセスカテゴリにおける端末数との関係を示す図である。
【０１３６】
図７において、縦軸は、総スループットを表し、横軸は、各アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３における端末数を表す。また、曲線ｋ１は、この発明の実施の形態による方式を用いたときの総スループットと各アクセスカテゴリにおける端末数との関係を示し、曲線ｋ２は、従来のＥＤＣＡ方式を用いたときの総スループットと各アクセスカテゴリにおける端末数との関係を示す。
【０１３７】
図７を参照して、この発明の実施の形態による方式を用いた場合、総スループットは、約４Ｍｂｐｓであり、チャネルが有効に利用されていることが解る（曲線ｋ１参照）。
【０１３８】
一方、従来のＥＤＣＡ方式を用いたときの総スループットは、チャネルキャパシティ（＝３．８１Ｍｂｐｓ）を大きく下回る。
【０１３９】
図８は、従来のＥＤＣＡ方式を用いたときのアクセスカテゴリ毎のスループットを示す図である。また、図９は、この発明の実施の形態による方式を用いたときのアクセスカテゴリ毎のスループットを示す図である。
【０１４０】
図８および図９において、縦軸は、スループットを表し、横軸は、各アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３における端末数を表す。
【０１４１】
また、曲線ｋ３は、従来のＥＤＣＡ方式を用いたときのアクセスカテゴリＡＣ１のスループットを示し、曲線ｋ４は、従来のＥＤＣＡ方式を用いたときのアクセスカテゴリＡＣ２のスループットを示し、曲線ｋ５は、従来のＥＤＣＡ方式を用いたときのアクセスカテゴリＡＣ３のスループットを示す。
【０１４２】
更に、曲線ｋ６は、この発明の実施の形態による方式を用いたときのアクセスカテゴリＡＣ１のスループットを示し、曲線ｋ７は、この発明の実施の形態による方式を用いたときのアクセスカテゴリＡＣ２のスループットを示し、曲線ｋ８は、この発明の実施の形態による方式を用いたときのアクセスカテゴリＡＣ３のスループットを示す。
【０１４３】
図８を参照して、従来のＥＤＣＡ方式を用いた場合、任意のアクセスカテゴリＡＣｉが得るスループットは、そのアクセスカテゴリＡＣｉと他のアクセスカテゴリＡＣｊ（ｉ≠ｊ）の端末数に大きく依存し、端末装置の台数が多いアクセスカテゴリがその優先順位に関係無く、高いスループットを得る傾向がある。
【０１４４】
図９を参照して、この発明の実施の形態による方式を用いた場合、各アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３の端末数に依存せずに、優先度の設定通りの帯域がそれぞれのアクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３に割り当てられていることが解る。そして、アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３のスループットは、それぞれ約０．５Ｍｂｐｓ，１．１Ｍｂｐｓ，２．２Ｍｂｐｓであり（曲線ｋ３〜ｋ５参照）、理論計算通りである。
【０１４５】
次に任意のアクセスカテゴリが非飽和状態である場合について説明する。具体的には、アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３における端末数をそれぞれ３，３，２４に固定し、アクセスカテゴリＡＣ１とアクセスカテゴリＡＣ２における単一端末のデータ生成レートをそれぞれ１Ｍｂｐｓ，２１６ｋｂｐｓとした。
【０１４６】
これらのアクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２でそれぞれ３台の端末が存在するため、アクセスカテゴリＡＣ１の総データ生成レートは、３Ｍｂｐｓであり、ＭＡＣで割り当てられた帯域（＝０．５Ｍｂｐｓ）を大きく上回る。
【０１４７】
一方、アクセスカテゴリＡＣ２の総データ生成レートは、６４８ｋｂｐｓであり、ＭＡＣで割り当てられた帯域（＝１．１Ｍｂｐｓ）を下回る。
【０１４８】
図１０は、任意のアクセスカテゴリが非飽和状態であるときの総スループットを示す図である。
【０１４９】
図１０において、縦軸は、総スループットを表し、横軸は、アクセスカテゴリＡＣ３におけるトラフィック生成レートを表す。また、曲線ｋ９は、この発明の実施の形態による方式を用いたときの総スループットを示し、曲線ｋ１０は、従来のＥＤＣＡ方式を用いたときの総スループットを示す。
【０１５０】
図１０を参照して、従来のＥＤＣＡ方式を用いた場合、総スループットは、アクセスカテゴリＡＣ３におけるトラフィック生成レートの減少に伴って向上するが、全体的に、この発明の実施の形態による方式を用いた場合よりも低い（曲線ｋ１０参照）。
【０１５１】
一方、この発明の実施の形態による方式を用いた場合、総スループットは、アクセスカテゴリＡＣ３におけるトラフィック生成レートに依存せずに、ネットワーク全体のスループットを最大化（即ち、チャネルキャパシティ３．８１Ｍｂｐｓに一致）させる（曲線ｋ９参照）。
【０１５２】
図１１は、この発明の実施の形態による方式を適用した場合の各アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３のスループット、データ生成レートおよび帯域割当量を示す図である。
【０１５３】
図１１において、縦軸は、スループットを表し、横軸は、アクセスカテゴリＡＣ３におけるトラフィック生成レートを表す。
【０１５４】
図１１を参照して、アクセスカテゴリの飽和状況が異なる２つの領域に分けることができる。左側は、アクセスカテゴリＡＣ２が非飽和状態ＲＢ２＜ＯＢ２（ＡＣ１およびＡＣ３は、飽和状態ＲＢ＞ＯＢ）の領域であり、右側は、アクセスカテゴリＡＣ２およびアクセスカテゴリＡＣ３が非飽和状態の場合である。
【０１５５】
図１１の左領域では、アクセスカテゴリＡＣ２に割り当てられた帯域（ＯＢ２）の未使用分がアクセスカテゴリＡＣ１およびアクセスカテゴリＡＣ３で使用される。また、右領域では、アクセスカテゴリＡＣ２およびアクセスカテゴリＡＣ３に割り当てられた帯域（ＯＢ２，ＯＢ３）の未使用帯域がアクセスカテゴリＡＣ１で使用される。その結果、総スループットが図１０に示すように常に高い値になることが解った。
【０１５６】
上述したように、各アクセスカテゴリＡＣｉにおけるチャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍｉｎよりも小さいとき、端末数Ｎｉを反映してαｉを“１”よりも小さい値に設定することによって、端末数Ｎｉの増加によるパケット衝突を抑制しながらスループットを向上し、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍａｘ以上であるとき、端末数Ｎｉを反映してαｉを大きくすることによって、非飽和状態であったアクセスカテゴリＡＣｉの増加に対応して正しい優先度制御を行いながらスループットを向上する。
【０１５７】
従って、アクセスカテゴリＡＣｉ間における端末数の偏りがある場合も、スループットの低下を抑制して優先度制御を正確に行なうことができる。
【０１５８】
上記においては、ＡＴＲｍｉｎは、８０％であると説明した、この発明の実施の形態においては、これに限らず、ＡＴＲｍｉｎは、８０％以外の値であってもよい。
【０１５９】
また、上記においては、ＡＴＲｍａｘは、８８％であると説明した、この発明の実施の形態においては、これに限らず、ＡＴＲｍａｘは、８８％以外の値であってもよい。
【０１６０】
更に、上記においては、優先度が異なるアクセスカテゴリとして、バックグラウンド、ベストエフォート、動画および音声を説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、優先度が異なるアクセスカテゴリであれば、どのようなアクセスカテゴリであってもよい。
【０１６１】
更に、図４または図５に示すステップＳ３３〜Ｓ３７および図３に示すステップＳ４は、「第１の演算処理」を構成し、図４に示すステップＳ３１，Ｓ３２および図３に示すステップＳ４は、「第２の演算処理」を構成する。
【０１６２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
この発明は、無線装置に適用可能である。
【符号の説明】
【０１６４】
１ アンテナ、２ 通信手段、３ 検出手段、４ 制御手段、５〜８ バッファ、９ 分類手段、１０ 無線装置、１１ アプリケーション、１２ アドミッション制御手段、１００，２００ 無線ネットワーク、１１０ アクセスポイント、１２１〜１２８，１３１〜１３８ 端末装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トラフィックをそのタイプによって異なる優先順位のアクセスカテゴリに分類し、アクセスカテゴリ毎に異なるコンテンションウィンド等のパラメータを持たせることによって優先度制御を行うＥＤＣＦ（Enhanced Distributed Coordination Function）方式が知られている（非特許文献１）。
【０００３】
また、優先度制御を行わないＤＣＦチャネルアクセス手法において、チャネルの有効利用の最大化を図る方式が知られている（非特許文献２）。
【０００４】
更に、ＥＤＣＦ方式に基づくネットワークのチャネル有効利用の最大化を図る方式も知られている（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】IEEE 802.11 Std, 802.11e-2005, Part 11, Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical layer (PHY) Specifications: Amendments 8: Medium Access Control (MAC) Quality of Service Enhancements, 2005.
【非特許文献２】G. Bianchi, “Performance Analysis of the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function,” IEEE Journal on Selected Areas in Comm., vol. 18, no. 3, pp. 535-547, 2000.
【非特許文献３】C. Hu and J. C. Hou, “A Novel Approach to Contention Control in IEEE 802.11e-Oriented WLANs,” IEEE INFOCOM 2007, pp. 1190-1198, 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、非特許文献１に開示された方式においては、端末数が増加するに従って、パケット衝突が頻繁に発生し、ネットワーク全体のスループットが劣化するという問題がある。また、アクセスカテゴリ間で、パケットを送信する端末数に偏りがある場合、優先度制御が適切に動作しないという問題がある。
【０００７】
また、非特許文献２に開示された方式においては、優先度制御を行わないという問題がある。
【０００８】
更に、非特許文献３に開示された方式においては、優先度制御が適切に動作しないという問題がある。
【０００９】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、アクセスカテゴリ間で端末数に偏りがある場合も、スループットの低下を抑制し、優先度制御を正確に行うことが可能な無線装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の実施の形態によれば、無線装置は、検出手段と、演算手段と、通信手段とを備える。検出手段は、優先度が相互に異なる複数のアクセスカテゴリの各々における端末数およびチャネル占有率を検出する。演算手段は、１つのアクセスカテゴリにおいて実際に使用されている第１の帯域が１つのアクセスカテゴリに割り当てられた第２の帯域よりも小さいことを示す第１の基準値よりも、検出されたチャネル占有率が小さいとき、検出された端末数の増加に伴って大きくなり、かつ、前回のパケット送信時の値よりも大きい値からなる第１のコンテンションウィンドを演算し、検出されたチャネル占有率が第１の帯域を用いて送信可能なパケット数よりも多くのパケットが生成されていることを示す第２の基準値以上であるとき、検出された端末数の増加に伴って大きくなり、かつ、前回のパケット送信時の値よりも小さい値からなる第２のコンテンションウィンドを演算する第１の演算処理を複数のアクセスカテゴリの全てについて実行する。通信手段は、複数のアクセスカテゴリの各々において第１のコンテンションウィンドまたは第２のコンテンションウィンドを用いてパケットを送受信する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の実施の形態による無線装置においては、チャネル占有率が第１の基準値よりも小さいとき、１以上のアクセスカテゴリのコンテンションウィンドを大きくして未使用の帯域を別のアクセスカテゴリに割り当てる。また、チャネル占有率が第２の基準値以上であるとき、１以上のアクセスカテゴリのコンテンションウィンドを小さくして正しい優先度制御に従ってパケットを送信する。そして、コンテンションウィンドは、各アクセスカテゴリにおける端末数の増加に伴って大きくなり、各アクセスカテゴリにおける端末数の減少によって小さくなるように演算される。
【００１２】
従って、アクセスカテゴリ間において端末数が偏っていても、優先度制御を正確に行いながらスループットを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態による無線装置の概略図である。
【図２】単一パケットの送信に要する時間の概念図である。
【図３】図１に示す無線装置における通信方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】図３に示すステップＳ３の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】図３に示すステップＳ３の他の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態における無線ネットワークの概略図である。
【図７】各アクセスカテゴリが飽和状態であるときの総スループットと各アクセスカテゴリにおける端末数との関係を示す図である。
【図８】従来のＥＤＣＡ方式を用いたときのアクセスカテゴリ毎のスループットを示す図である。
【図９】この発明の実施の形態による方式を用いたときのアクセスカテゴリ毎のスループットを示す図である。
【図１０】任意のアクセスカテゴリが非飽和状態であるときの総スループットを示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態による方式を適用した場合の各アクセスカテゴリのスループット、データ生成レートおよび帯域割当量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１５】
図１は、この発明の実施の形態による無線装置の概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による無線装置１０は、アンテナ１と、通信手段２と、検出手段３と、制御手段４と、バッファ５〜８と、分類手段９と、アプリケーション１１と、アドミッション制御手段１２とを備える。
【００１６】
通信手段２は、優先度が相互に異なるアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３に属するパケットを優先度に従ってそれぞれバッファ５〜８から取り出す。また、通信手段２は、各アクセスカテゴリＡＣｉ（ｉ＝０，１，２，３）におけるコンテンションウィンドＣＷｉを制御手段４から受ける。そして、通信手段２は、コンテンションウィンドＣＷｉを用いて各アクセスカテゴリＡＣｉにおけるチャネルにアクセスし、バッファ５〜８から取り出したパケットをアンテナ１を介して送信する。
【００１７】
また、通信手段２は、アンテナ１を介してパケットを受信し、その受信したパケットをアプリケーション１１へ出力する。
【００１８】
検出手段３は、通信手段２が送受信するパケットに基づいて、各アクセスカテゴリＡＣｉにおいてパケットを送受信する端末数Ｎｉを検出する。パケットは、各アクセスカテゴリＡＣｉを示す記号、および送信元のアドレスを含むので、検出手段３は、通信手段２が送受信したパケットの各アクセスカテゴリＡＣｉを示す記号および送信元のアドレスを検出することによって、端末数Ｎｉを検出できる。
【００１９】
また、検出手段３は、通信手段２が単位時間当たりに送受信するパケットの個数を各アクセスカテゴリＡＣｉにおける使用帯域ＵＢｉとして検出する。
【００２０】
更に、検出手段３は、通信手段２が送受信するパケットに基づいて、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける平均ペイロード長Ｐｉ、およびネットワーク全体の平均ペイロード長Ｐを検出する。
【００２１】
更に、検出手段３は、通信手段２がチャネルにアクセスする時間を計測することによって、単位時間においてチャネルがビジーまたはセンシング状態である時間的な割合を示すチャネル占有率（ＡＴＲ：Ａｉｒ Ｔｉｍｅ Ｒａｔｉｏ）を検出する。この場合、チャネルにアクセスする時間は、各アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３によって異なる。従って、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３は、優先度が相互に異なるアクセスカテゴリである。
【００２２】
そして、検出手段３は、端末数Ｎｉ、使用帯域ＵＢｉ、平均ペイロード長Ｐｉ、平均ペイロード長Ｐおよびチャネル占有率ＡＴＲを制御手段４へ出力する。
【００２３】
制御手段４は、端末数Ｎｉ、使用帯域ＵＢｉ、平均ペイロード長Ｐｉ、平均ペイロード長Ｐおよびチャネル占有率ＡＴＲを検出手段３から受ける。そして、制御手段４は、端末数Ｎｉ、使用帯域ＵＢｉ、平均ペイロード長Ｐｉ、平均ペイロード長Ｐおよびチャネル占有率ＡＴＲに基づいて、後述する方法によって、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける通信帯域を有効に活用し、かつ、優先度制御が正確に行われるように各アクセスカテゴリＡＣｉにおけるコンテンションウィンドＣＷｉを演算し、その演算したコンテンションウィンドＣＷｉを通信手段２へ出力する。
【００２４】
また、制御手段４は、アドミッション制御手段１２からの要求に応じて、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける割当可能帯域ＲＳＶＢｉを後述する方法によって演算し、その演算した割当可能帯域ＲＳＶＢｉをアドミッション制御手段１２へ出力する。
【００２５】
バッファ５〜８は、それぞれ、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３に対応して設けられる。アクセスカテゴリＡＣ０は、例えば、バックグラウンドのアクセスカテゴリであり、アクセスカテゴリＡＣ１は、例えば、ベストエフォートのアクセスカテゴリであり、アクセスカテゴリＡＣ２は、例えば、動画のアクセスカテゴリであり、アクセスカテゴリＡＣ３は、例えば、音声のアクセスカテゴリである。そして、アクセスカテゴリＡＣ３が最も優先度が高く、アクセスカテゴリＡＣ２が２番目に優先度が高く、アクセスカテゴリＡＣ１が３番目に優先度が高く、アクセスカテゴリＡＣ０が最も優先度が低い。
【００２６】
バッファ５〜８は、それぞれ、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３に属するパケットを分類手段９から受け、その受けたパケットを一時的に保存する。そして、バッファ５〜８は、通信手段２からの要求に応じて、その保存したパケットを通信手段２へ出力する。
【００２７】
分類手段９は、アプリケーション１１からパケットを受け、その受けたパケットをアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３に分類する。そして、分類手段９は、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３に属するパケットをそれぞれバッファ５〜８に格納する。
【００２８】
アプリケーション１１は、パケットを生成する。そして、アプリケーション１１は、自己主導のアドミッション制御、またはアドミッション制御手段１２主導のアドミッション制御に従ってパケットの送信が許可されると、その生成したパケットを分類手段９へ出力する。また、アプリケーション１１は、通信手段２からパケットを受ける。
【００２９】
なお、アプリケーション１１主導のアドミッション制御およびアドミッション制御手段１２主導のアドミッション制御については、後述する。
【００３０】
アドミッション制御手段１２は、ＭＡＣ層に設けられ、後述する自己主導のアドミッション制御を行う。この場合、アドミッション制御手段１２は、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける割当可能帯域ＲＳＶＢｉを制御手段４へ問合せ、割当可能帯域ＲＳＶＢｉを制御手段４から受ける。
【００３１】
［コンテンションウィンドの制御］
各アクセスカテゴリＡＣｉにおけるコンテンションウィンドＣＷｉを制御する方法について説明する。
【００３２】
制御手段４は、総スループットの最大化とアクセスカテゴリＡＣｉ間の優先度制御とを同時に行うように各アクセスカテゴリＡＣｉにおけるコンテンションウィンドＣＷｉを演算する。
【００３３】
優先度制御は、各アクセスカテゴリＡＣｉにおいて決められた帯域割合Ｆｉに基づいて行われる。
【００３４】
帯域割合Ｆｉは、固定値方式または変動値方式によって決定される。帯域割合Ｆｉが固定値方式によって決定される場合、制御手段４は、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける帯域割合Ｆｉを予め保持している。
【００３５】
例えば、アクセスカテゴリＡＣ１〜ＡＣ３に属するパケットを送受信する場合、アクセスカテゴリＡＣ１における帯域割合Ｆ１は、１／７と予め決定されており、アクセスカテゴリＡＣ２における帯域割合Ｆ２は、２／７と予め決定されており、アクセスカテゴリＡＣ３における帯域割合Ｆ３は、４／７と予め決定されている。
【００３６】
このように、帯域割合Ｆ１〜Ｆ３は、アクセスカテゴリＡＣ１〜ＡＣ３の優先度に応じて予め決定されている。即ち、帯域割合Ｆ１〜Ｆ３は、アクセスカテゴリＡＣ１、アクセスカテゴリＡＣ２、およびアクセスカテゴリＡＣ３の順で優先度が高くなるに従って、大きくなるように予め決定されている。
【００３７】
帯域割合Ｆｉが変動値方式によって決定される場合、制御手段４は、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３を帯域確保が可能なアクセスカテゴリＲＡＣと、帯域確保が不可能なアクセスカテゴリＮＡＣとに分類する。そして、制御手段４は、アプリケーションの開始時に次式に従って帯域割合Ｆｉを演算する。
【００３８】
【数１】
【００３９】
制御手段４は、アクセスカテゴリＲＡＣに分類されたアクセスカテゴリＡＣｉにおける帯域割合Ｆｉを演算する場合、アプリケーション１１から要求帯域ＲＢを受け、その受けた要求帯域ＲＢと、ネットワーク全体の帯域Ｃａｐaｃｉｔｙとを式（１）の上段の式に代入して帯域割合Ｆｉを演算する。なお、制御手段４は、ネットワーク全体の帯域Ｃａｐaｃｉｔｙを予め保持している。
【００４０】
また、制御手段４は、アクセスカテゴリＮＡＣに分類されたアクセスカテゴリＡＣｉにおける帯域割合Ｆｉを式（１）の下段の式によって演算する。即ち、制御手段４は、アクセスカテゴリＲＡＣに割り当てられていない残りの帯域を割り当てることによってアクセスカテゴリＮＡＣに分類されたアクセスカテゴリＡＣｉにおける帯域割合Ｆｉを演算する。なお、ＦＮＡＣｉは、アクセスカテゴリＮＡＣ内での帯域割合を表し、予め決定されている。従って、制御手段４は、ＦＮＡＣｉを予め保持している。
【００４１】
このように、制御手段４は、固定値方式または変動値方式を用いて各アクセスカテゴリＡＣｉにおける帯域割合Ｆｉを決定する。
【００４２】
制御手段４は、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける帯域割合Ｆｉを決定すると、その決定した帯域割合Ｆｉと、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける端末数Ｎｉとを次式に代入してアクセスカテゴリＡＣｉの単一端末に関する相対チャネルアクセス頻度ρｉを演算する。
【００４３】
【数２】
【００４４】
式（２）において、Ｆｋは、各アクセスカテゴリＡＣｋ（ｋ＝０，１，２，３）における帯域割合であり、Ｎｋは、各アクセスカテゴリＡＣｋにおける端末数である。また、式（２）においては、端末当たりの最も狭い帯域（＝端末当たりの最も少ないチャネルアクセス回数）に対するチャネルアクセス頻度を表すためにＭＩＮ（Ｆｋ／Ｎｋ）を分母に用いた。即ち、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３のうちで、端末当たりの最も少ないチャネルアクセス回数を基準値として各アクセスカテゴリＡＣｉにおける単一端末当たりのチャネルアクセス回数を表すためにＭＩＮ（Ｆｋ／Ｎｋ）を式（２）の分母に用いた。
【００４５】
更に、式（２）におけるαｉは、チャネル使用状況によって制御されるパラメータである。
【００４６】
制御手段４は、式（２）を用いて単一端末の相対チャネルアクセス頻度ρｉを演算すると、その演算した相対チャネルアクセス頻度ρｉと、アクセスカテゴリＡＣｉ毎の端末数Ｎｉとを次式に代入してバーチャル端末数ＶＮを演算する。
【００４７】
【数３】
【００４８】
なお、式（３）において、ｍは、アクセスカテゴリＡＣｉの個数を表し、この発明の実施の形態においては、ｍ＝４である。
【００４９】
このバーチャル端末数ＶＮは、アクセスカテゴリＡＣｉの全てにおいて全てのチャネルにアクセスする端末の個数を表す。
【００５０】
制御手段４は、式（３）を用いてバーチャル端末数ＶＮを演算すると、その演算したバーチャル端末数ＶＮと、単一パケットの送信に要する平均時間Ｔとを次式に代入してコンテンションウィンドＣＷｉの基準値ＣＷｒｅｆを演算する。
【００５１】
【数４】
【００５２】
なお、式（４）において、σは、スロット長であり、予め決定されている。従って、制御手段４は、スロット長σを予め保持している。
【００５３】
図２は、単一パケットの送信に要する時間の概念図である。図２を参照して、平均時間Ｔは、データパケットおよびＡＣＫパケットの送信時間と、ＭＡＣが定める時間ＡＩＦＳ，ＳＩＦＳとの和である。なお、ＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェークが行われる場合、ＲＴＳ，ＣＴＳの送信時間もＴに含まれる。
【００５４】
データフレームは、プリアンブル（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）、ＭＡＣヘッダ（ＭＡＣ ｈｅａｄｅｒ），パケット（ｐａｃｋｅｔ）およびＦＣＳからなる。そして、プリアンブル（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）は、固定レートで送信され、その他の部分は、任意のデータレートで送信される。適応レート制御を行うシステムにおいては、データレートは、リンク品質等に応じて決定されるレートである。
【００５５】
一方、ＡＣＫフレームも、プリアンブル（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）、およびＡＣＫボディー（Ａｄｄr等およびＦＣＳ）からなる。そして、プリアンブル（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）は、固定レートで送信され、ＡＣＫボディーは、任意のデータレートで送信される。
【００５６】
プリアンブル（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）等の伝送レートをＴｘＰｈｙＲａｔｅとし、データフレームの伝送レートをＴｘＤａｔａＲａｔｅとし、ＡＣＫフレームの伝送レートをＴｘＡＣＫＲａｔｅとすると、時間Ｔは、次式によって表される。
【００５７】
【数５】
【００５８】
なお、式（５）において、ＬＨは、ＭＡＣ ｈｅａｄｅｒの長さであり、Ｐは、ｐａｃｋｅｔの長さである。
【００５９】
一般的には、ＴｘＰｈｙＲａｔｅ、ＴｘＡＣＫＲａｔｅ、ＰｒＬｅｎｇｔｈ、ＬＨ、ＦＣＳおよびＡＣＫは、固定の値を取る。従って、無線装置１０は、データ長（Ｐ）とＴｘＤａｔａＲａｔｅとをフレーム送受信時に監視することによって平均時間Ｔを容易に演算できる。
【００６０】
制御手段４は、式（５）を用いて平均時間Ｔを演算し、その演算した平均時間Ｔと、バーチャル端末数ＶＮとを式（４）に代入して基準値ＣＷｒｅｆを演算する。
【００６１】
そうすると、制御手段４は、基準値ＣＷｒｅｆと、式（２）を用いて演算した相対チャネルアクセス頻度ρｉとを次式に代入して各アクセスカテゴリＡＣｉにおけるコンテンションウィンドＣＷｉを演算する。
【００６２】
【数６】
【００６３】
なお、式（６）において、ｎｋは、各アクセスカテゴリＡＣｉにおける端末数である。
【００６４】
ここで、式（２）におけるパラメータαｉについて説明する。全てのアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３において、送信するパケットが常に存在する場合、即ち、全てのアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３が飽和状態である場合、式（２）のαｉは、αｉ＝１に設定される。これによって、チャネルは、最も有効に利用されるとともに、アクセスカテゴリＡＣｉ間の優先度制御が実現される。
【００６５】
一方、任意のアクセスカテゴリＡＣｉが非飽和状態である場合（即ち、トラフィックの生成量が帯域割合Ｆｉ以下である場合）、チャネルは、最も有効に利用されない恐れがある。これは、他のアクセスカテゴリＡＣｊが飽和状態であっても、非飽和状態のアクセスカテゴリＡＣｉのために、割り当てた帯域の一部が空いてしまうからである。このような場合、非飽和状態のアクセスカテゴリＡＣｉに必要な帯域だけを与え、残りの帯域をその他のアクセスカテゴリＡＣｊ（＝飽和状態のアクセスカテゴリ）に使用させることによって、チャネルが最大限に有効利用される。
【００６６】
そこで、この発明の実施の形態においては、式（２）におけるαｉを制御することによって、チャネルを最大限に有効に利用する。
【００６７】
ここで、αｉの具体的な制御方法について説明する前に、各アクセスカテゴリＡＣｉに割り当てた帯域ＯＢｉの演算方法について説明する。
【００６８】
帯域ＯＢｉは、チャネルキャパシティＣａｐaｃｉｔｙと、帯域割合Ｆｉとを用いて次式によって演算される。
【００６９】
【数７】
【００７０】
式（７）において、Ｋは、Ｋ＝（Ｔ／（２σ））１／２を満たす定数である。
【００７１】
制御手段４は、定数Ｋを予め保持している。そして、制御手段４は、検出手段３から受けた平均ペイロード長Ｐと、予め保持しているスロット長σおよび定数Ｋと、式（１）を用いて演算した帯域割合Ｆｉと、式（５）を用いて演算した平均時間Ｔとを式（７）に代入して割当帯域ＯＢｉを演算する。
【００７２】
αｉの具体的な制御方法について説明する。制御手段４は、周期的またはパケットの送受信時にアクセスカテゴリＡＣｉ毎の端末数Ｎｉおよびチャネル占有率ＡＴＲに基づいて各アクセスカテゴリＡＣｉのαｉを決定する。
【００７３】
制御手段４は、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉがαｉの決定時に変動（上下）した場合、各アクセスカテゴリＡＣｉのαｉをαｉ＝１に設定する。これは、ネットワークの構成（端末数）の変動によってチャネル状態が変動するとみなし、コンテンションウィンドＣＷｉを端末数Ｎｉのみに基づいて決定するためである。
【００７４】
一方、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３における端末数Ｎ０〜Ｎ３の少なくとも１つが変動していない場合、制御手段４は、チャネル占有率ＡＴＲに基づいてαｉを決定する。より具体的には、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍｉｎよりも小さい場合、制御手段４は、チャネルが有効に使用されていないと判断し、実際に使用している帯域ＵＢｉが割り当てた帯域ＯＢｉよりも小さいアクセスカテゴリＡＣｉに対して、“１”よりも小さい値からなるαｉを設定することによって、割り当てる帯域を減少させる。即ち、制御手段４は、αｉ＝ＭＩＮ（ＵＢｉ／ＯＢｉ，１）によってαｉを決定する。この場合、帯域ＵＢｉは、帯域ＯＢｉよりも小さいので、αｉは、“１”よりも小さい値からなる。
【００７５】
なお、基準値ＡＴＲｍｉｎは、１つのアクセスカテゴリにおいて実際に使用されている帯域ＵＢｉが１つのアクセスカテゴリに割り当てられた帯域ＯＢｉよりも小さいことを示す基準値である。そして、基準値ＡＴＲｍｉｎは、例えば、８０％からなる。
【００７６】
一方、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍａｘ（ＡＴＲｍａｘ＞ＡＴＲｍｉｎ）よりも大きい場合、制御手段４は、ＵＢｉ＜ＯＢｉであるアクセスカテゴリＡＣｉに対してαｉの値を大きくする。即ち、制御手段４は、αｉ＝ＭＩＮ（Ｃ×ＵＢｉ／ＯＢｉ，１）によってαｉを決定する。定数Ｃは、“１”よりも大きい定数である。αｉがαｉ＝ＭＩＮ（Ｃ×ＵＢｉ／ＯＢｉ，１）によって決定されるのは、前回のαｉの設定時に非飽和状態であったアクセスカテゴリＡＣｉのトラフィック量が増加したことに対応して正しい優先度制御が行われるようにするためである。
【００７７】
なお、ＡＴＲｍａｘは、実際に使用されている帯域ＵＢｉを用いて送信可能なパケット数よりも多くのパケットが生成されていることを示す基準値であり、例えば、８８％に設定される。
【００７８】
［アドミッション制御］
１台の無線装置に割り当てられる帯域は、ＯＢｉ／Ｎｉである。従って、端末数Ｎｉの増加に伴って単一の無線装置の使用帯域が減少する。そこで、アクセスカテゴリＡＣｉが音声および動画のような品質要求が厳しいリアルタイムのトラフィックである場合、端末数Ｎｉが増えると、全トラフィックが品質要求を満たせないことが予想される。
【００７９】
そこで、この発明の実施の形態においては、端末数Ｎｉを制御することによって、アプリケーションの品質を保証する。より具体的には、Ｐ長のデータパケットがＩ時間間隔で生成される場合、Ｐ／Ｉの帯域が要求される。従って、Ｐ／Ｉの帯域を要求するアプリケーションの品質要求を満たし、更に、同一アクセスカテゴリで既に通信中の他のアプリケーションの品質を劣化させないためには、割当可能帯域ＲＳＶＢｉが要求帯域Ｐ／Ｉよりも大きい場合（ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉ）にのみ該当のアプリケーションを開始させる必要がある。
【００８０】
制御手段４は、帯域割当Ｆｉが固定値からなる場合、式（８）によって割当可能帯域ＲＳＶＢｉを演算し、帯域割当Ｆｉが変動値からなる場合、式（９）によって割当可能帯域ＲＳＶＢｉを演算する。
【００８１】
【数８】
【００８２】
【数９】
【００８３】
（Ｉ）ＭＡＣ層主導のアドミッション制御
アドミッション制御がＭＡＣ層主導で行われる場合、アプリケーション１１は、アクセスカテゴリＡＣｉの要求帯域Ｐ／Ｉを演算し、その演算した要求帯域Ｐ／Ｉをアドミッション制御手段１２へ出力する。アドミッション制御手段１２は、要求帯域Ｐ／Ｉをアプリケーション１１から受けると、割当可能帯域ＲＳＶＢｉの問合信号を制御手段４へ出力する。制御手段４は、問合信号に応じて、式（８）または式（９）を用いて割当可能帯域ＲＳＶＢｉを演算し、その演算した割当可能帯域ＲＳＶＢｉをアドミッション制御手段１２へ出力する。
【００８４】
アドミッション制御手段１２は、割当可能帯域ＲＳＶＢｉを制御手段４から受けると、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであるか否かを判定する。そして、アドミッション制御手段１２は、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであると判定したとき、許可信号を生成してアプリケーション１１へ出力する。一方、アドミッション制御手段１２は、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉでないと判定したとき、拒否信号を生成してアプリケーション１１へ出力する。
【００８５】
アプリケーション１１は、許可信号をアドミッション制御手段１２から受けると、アクセスカテゴリＡＣｉに属するパケットを生成して分類手段９へ出力する。
【００８６】
一方、アプリケーション１１は、拒否信号をアドミッション制御手段１２から受けると、アクセスカテゴリＡＣｉに属するパケットの通信を停止するか、またはアドミッション制御が要求されないアクセスカテゴリＮＡＣで送信を開始する。
【００８７】
（ＩＩ）アプリケーション主導のアドミッション制御
アドミッション制御がアプリケーション主導で行われる場合、アプリケーション１１は、割当可能帯域ＲＳＶＢｉの問合信号をアドミッション制御手段１２へ出力する。アドミッション制御手段１２は、割当可能帯域ＲＳＶＢｉの問合信号をアプリケーション１１から受けると、上述した方法によって制御手段４から割当可能帯域ＲＳＶＢｉを受ける。そして、アドミッション制御手段１２は、その受けた割当可能帯域ＲＳＶＢｉをアプリケーション１１へ出力する。
【００８８】
その後、アプリケーション１１は、アドミッション制御手段１２から割当可能帯域ＲＳＶＢｉを受けると、アクセスカテゴリＡＣｉの要求帯域Ｐ／Ｉを演算し、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであるか否かを判定する。そして、アプリケーション１１は、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであると判定したとき、アクセスカテゴリＡＣｉに属するパケットを生成して分類手段９へ出力する。
【００８９】
一方、アプリケーション１１は、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉでないと判定したとき、アクセスカテゴリＡＣｉに属するパケットの通信を停止するか、またはアドミッション制御が要求されないアクセスカテゴリＮＡＣで送信を開始する。
【００９０】
上述したＭＡＣ主導のアドミッション制御およびアプリケーション主導のアドミッション制御のいずれにおいても、アプリケーション１１は、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであると判定されたとき、パケットを生成して分類手段９へ出力し、通信手段２は、制御手段４から受けたコンテンションウィンドＣＷｉを用いてチャネルにアクセスし、バッファ５〜８からパケットを取り出して送信する。即ち、通信手段２は、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであると判定されたとき、制御手段４から受けたコンテンションウィンドＣＷｉを用いてチャネルにアクセスし、バッファ５〜８からパケットを取り出して送信する。
【００９１】
従って、通信手段２は、一般的には、割当可能帯域ＲＳＶＢｉがトラフィックの要求帯域Ｐ／Ｉよりも大きいとき、コンテンションウィンドＣＷｉを用いてパケットを送受信する通信処理を複数のアクセスカテゴリの全てについて実行する。
【００９２】
図３は、図１に示す無線装置１０における通信方法を説明するためのフローチャートである。
【００９３】
図３を参照して、無線装置１０における通信動作が開始されると、アクセスカテゴリＡＣｉの割当可能帯域ＲＳＶＢｉおよび要求帯域Ｐ／Ｉが演算される（ステップＳ１）。
【００９４】
そして、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであるか否かが判定される（ステップＳ２）。ステップＳ２において、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉでないと判定されたとき、一連の動作は、終了する。
【００９５】
一方、ステップＳ２において、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであると判定されたとき、無線装置１０の制御手段４は、全てのアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３の全てのα０〜α３を決定する（ステップＳ３）。
【００９６】
そして、制御手段４は、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３の帯域割合Ｆ０〜Ｆ３を上述した方法によって演算する。その後、制御手段４は、帯域割合Ｆ０〜Ｆ３、α０〜α３、および端末数Ｎ０〜Ｎ３を式（２）に代入して相対チャネルアクセス頻度ρ０〜ρ３を演算する。
【００９７】
そうすると、制御手段４は、その演算した相対チャネルアクセス頻度ρ０〜ρ３、平均時間Ｔ、スロット長σ、および端末数ｎｋを式（６）に代入してアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３のコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を演算する。即ち、制御手段４は、α０〜α３を用いてアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３のコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を演算する。（ステップＳ４）。
【００９８】
そして、制御手段４は、その演算したコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を通信手段２へ出力し、通信手段２は、制御手段４から受けたコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を用いてチャネルにアクセスし、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３に属するパケットをそれぞれバッファ５〜８から取り出して送信する（ステップＳ５）。これによって、一連の動作は、終了する。
【００９９】
なお、ステップＳ１，Ｓ２は、上述したＭＡＣ層主導のアドミッション制御またはアプリケーション主導のアドミッション制御のいずれかによって実行される。
【０１００】
また、図３に示すフローチャートは、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３の全てについて定期的またはパケットの送信時に実行される。
【０１０１】
図４は、図３に示すステップＳ３の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
【０１０２】
図４を参照して、図３に示すステップＳ２において、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであると判定されると、制御手段４は、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動があるか否かを判定する（ステップＳ３１）。
【０１０３】
ステップＳ３１において、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動があると判定されたとき、制御手段４は、α０＝α１＝α２＝α３＝１を設定する（ステップＳ３２）。
【０１０４】
一方、ステップＳ３１において、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動がないと判定されたとき、制御手段４は、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍｉｎよりも小さいか否かを更に判定する（ステップＳ３３）。
【０１０５】
ステップＳ３３において、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍｉｎよりも小さいと判定されたとき、制御手段４は、αｉ＝ＭＩＮ（ＵＢｉ／ＯＢｉ，１）によってα０〜α３を決定する（ステップＳ３４）。
【０１０６】
一方、ステップＳ３３において、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍｉｎよりも小さくないと判定されたとき、制御手段４は、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍａｘ以上であるか否かを更に判定する（ステップＳ３５）。
【０１０７】
ステップＳ３５において、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍａｘ以上であると判定されたとき、制御手段４は、αｉ＝ＭＩＮ（Ｃ×ＵＢｉ／ＯＢｉ，１），Ｃ＞１によってα０〜α３を決定する（ステップＳ３６）。
【０１０８】
一方、ステップＳ３５において、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍａｘ以上でないと判定されたとき、制御手段４は、α０〜α３の値を変更せずに、前回に決定した値を維持する（ステップＳ３７）。
【０１０９】
そして、ステップＳ３２，Ｓ３４，Ｓ３６，Ｓ３７のいずれかの後、一連の動作は、図３に示すステップＳ４へ移行する。
【０１１０】
ステップＳ３１においては、無線装置１０が起動されたとき、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動があると判定される。従って、図４に示すフローチャートが最初に実行される場合、通常、αｉは、“１”に設定される。また、ステップＳ３１において、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動があると判定される限り、α０〜α３は、“１”に設定される。
【０１１１】
これは、上述したように、無線装置１０を含むネットワークの構成（端末数）の変動によってチャネル状態が変動したとみなし、コンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を端末数のみによって決定するためである。
【０１１２】
ステップＳ３１において、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動がないと判定されたとき、チャネル占有率ＡＴＲに基づいてα０〜α３が決定される。この場合、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍｉｎよりも小さいとき、α０〜α３は、αｉ＝ＭＩＮ（ＵＢｉ／ＯＢｉ，１）によって決定される（ステップＳ３４参照）。
【０１１３】
基準値ＡＴＲｍｉｎは、上述したように、１つのアクセスカテゴリにおいて実際に使用されている帯域ＵＢｉが１つのアクセスカテゴリに割り当てられた帯域ＯＢｉよりも小さいことを示すので、ＡＴＲ＜ＡＴＲｍｉｎが成立する場合、ＵＢｉ＜ＯＢｉである。従って、ＵＢｉ／ＯＢｉは、“１”よりも小さくなり、αｉ（ｉ＝０〜３）は、“１”よりも小さい値に設定される。その結果、式（２）により演算される相対チャネルアクセス頻度ρｉ（ｉ＝０〜３）は、前回の値よりも小さくなり、コンテンションウィンドＣＷｉ（ｉ＝０〜３）は、前回の値よりも大きくなる。従って、アクセスカテゴリＡＣｉ（ｉ＝０〜３）に属するパケットを送信するときにチャネルにアクセスする割合が減少する。そして、アクセスカテゴリＡＣｉに割り当てられた帯域ＯＢｉのうち、実際に使用されていない帯域が他のアクセスカテゴリに割り当てられる。その結果、スループットを向上できる。
【０１１４】
ステップＳ３４において決定されたα０〜α３を用いてコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３が演算される場合、コンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３は、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３の端末数ｎｋが増加すれば大きくなり、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３の端末数ｎｋが減少すれば小さくなるように演算される（式（６）参照）。そして、パケットの衝突は、コンテンションウィンドＣＷｉ（ｉ＝０〜３）が大きくなれば抑制され、コンテンションウィンドＣＷｉ（ｉ＝０〜３）が小さくなれば増加する。従って、ステップＳ３４において決定されたα０〜α３を用いてコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を演算し、その演算したコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を用いてパケットを送受信することは、無線装置の個数（端末数）の増加によるパケット衝突を抑制し、スループットを向上させることに相当する。
【０１１５】
また、ＡＴＲｍａｘは、上述したように、実際に使用されている帯域ＵＢｉを用いて送信可能なパケット数よりも多くのパケットが生成されていることを示す基準値である。従って、ステップＳ３５において、ＡＴＲ≧ＡＴＲｍａｘであると判定されたとき、αｉ＝ＭＩＮ（Ｃ×ＵＢｉ／ＯＢｉ，１），Ｃ＞１によってα０〜α３の値を前回の値よりも大きくする（ステップＳ３６参照）。その結果、コンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３は、前回の値よりも小さくなり、生成されたより多くのパケットを送信可能になる。つまり、前回のα０〜α３の設定によって非飽和状態であったアクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３のトラフィックの変動（一般的には、増加）に対応した正しい優先度制御が行われることになる。
【０１１６】
従って、ステップＳ３６において決定されたα０〜α３を用いてコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を演算し、その演算したコンテンションウィンドＣＷ０〜ＣＷ３を用いてパケットを送受信することは、優先度制御を正確に行いながらスループットを向上させることに相当する。
【０１１７】
更に、ステップＳ３５において、ＡＴＲ≧ＡＴＲｍａｘでないと判定されたとき、即ち、ＡＴＲｍｉｎ≦ＡＴＲ＜ＡＴＲｍａｘであるとき、α０〜α３は、変更されない（ステップＳ３７参照）。この場合、チャネルが十分に有効利用されており、また、優先度制御も行なわれていると判定することにしたものである。
【０１１８】
図５は、図３に示すステップＳ３の他の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
【０１１９】
図５に示すフローチャートは、図４に示すフローチャートのステップＳ３１，Ｓ３２をステップＳ３０に代えたものであり、その他は、図４に示すフローチャートと同じである。
【０１２０】
図５を参照して、図３に示すステップＳ２において、ＲＳＶＢｉ＞Ｐ／Ｉであると判定されると、制御手段４は、α０＝α１＝α２＝α３＝１を設定する（ステップＳ３０）。その後、上述したステップＳ３３〜ステップＳ３７が実行される。
【０１２１】
上述したように、図４に示すステップＳ３２は、ステップＳ３１において、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動があると判定されたときに実行され、α０＝α１＝α２＝α３＝１に設定される。そして、無線装置１０が起動されたとき、任意のアクセスカテゴリＡＣｉの端末数Ｎｉに変動があると判定される。
【０１２２】
そこで、図５に示すフローチャートにおいては、ステップＳ３０において、α０＝α１＝α２＝α３＝１に設定し、チャネル占有率ＡＴＲに基づいてαｉを制御することにしたものである。
【０１２３】
図５に示すフローチャートに従ってαｉを決定しても、ＡＴＲ＜ＡＴＲｍｉｎであるとき、上述したステップＳ３４が実行され、ＡＴＲ≧ＡＴＲｍａｘであるとき、上述したＳ３６が実行される。従って、ＡＴＲ＜ＡＴＲｍｉｎであるとき、無線装置の個数（端末数）の増加によるパケット衝突を抑制しながら、スループットが向上し、ＡＴＲ≧ＡＴＲｍａｘであるとき、優先度制御を正確に行いながらスループットが向上する。
【０１２４】
図４または図５に示すフローチャートは、アクセスカテゴリＡＣ０〜ＡＣ３の全てについて実行されるので、アクセスカテゴリＡＣｉ間において端末数Ｎｉに偏りがあっても、優先度制御を正確に行いながらスループットを向上できる。
【０１２５】
図６は、この発明の実施の形態における無線ネットワークの概略図である。図６の（ａ）を参照して、無線ネットワーク１００は、アクセスポイント１１０と、端末装置１２１〜１２８とを備える。
【０１２６】
アクセスポイント１１０および端末装置１２１〜１２８の各々は、図１に示す無線装置１０からなる。そして、アクセスポイント１１０は、上述した無線装置１０における通信方法によって端末装置１２１〜１２８との間でアクセスカテゴリＡＣｉに属するパケットを送受信する。
【０１２７】
このように、無線ネットワーク１００は、集中型の無線ネットワークである。
【０１２８】
図６の（ｂ）を参照して、無線ネットワーク２００は、端末装置１３１〜１３８を備える。端末装置１３１〜１３８の各々は、図１に示す無線装置１０からなる。そして、端末装置１３１〜１３８は、上述した無線装置１０における通信方法によってアクセスカテゴリＡＣｉに属するパケットを相互に送受信する。
【０１２９】
このように、無線ネットワーク２００は、分散型の無線ネットワークである。
【０１３０】
従って、この発明の実施の形態による無線装置１０は、集中型の無線ネットワーク１００および分散型の無線ネットワーク２００のいずれにも適用される。その結果、無線ネットワーク１００，２００において、アクセスカテゴリＡＣｉの優先度制御を正確に行いながら、スループットを向上できる。
【０１３１】
伝送レートを６Ｍｂｐｓとし、アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３の優先度をそれぞれ１／７，２／７，４／７（固定値）とした場合における各システムパラメータとチャネルキャパシティ（式（７）の括弧内）と各アクセスカテゴリＡＣｉに割り当てられた帯域（ＯＢｉ）の理論的な計算結果を表１に示す。
【０１３２】
【表１】
【０１３３】
この発明の実施の形態による目的は、チャネルの有効効率を最大化することによって、ネットワークの総スループットを３．８Ｍｂｐｓ（＝チャネルキャパシティ）に設定し、各アクセスカテゴリＡＣｉが飽和状態である場合、アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３のスループットを各アクセスカテゴリＡＣｉにおける端末数に依存せずにそれぞれ０．５４４Ｍｂｐｓ、１．０９Ｍｂｐｓ、および２．１８Ｍｂｐｓ（＝割当帯域量）に設定するものである。
【０１３４】
次に、シミュレーションの結果について説明する。シミュレーションでは、１台のアクセスポイントと３０台の端末装置とから構成されるアクセスネットワークを想定し、各端末装置がアクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３のいずれかでフレームを送信する。ペイロード長、および伝送レート等のパラメータは、表１に示すとおりである。
【０１３５】
図７は、各アクセスカテゴリが飽和状態であるときの総スループットと各アクセスカテゴリにおける端末数との関係を示す図である。
【０１３６】
図７において、縦軸は、総スループットを表し、横軸は、各アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３における端末数を表す。また、曲線ｋ１は、この発明の実施の形態による方式を用いたときの総スループットと各アクセスカテゴリにおける端末数との関係を示し、曲線ｋ２は、従来のＥＤＣＡ方式を用いたときの総スループットと各アクセスカテゴリにおける端末数との関係を示す。
【０１３７】
図７を参照して、この発明の実施の形態による方式を用いた場合、総スループットは、約４Ｍｂｐｓであり、チャネルが有効に利用されていることが解る（曲線ｋ１参照）。
【０１３８】
一方、従来のＥＤＣＡ方式を用いたときの総スループットは、チャネルキャパシティ（＝３．８１Ｍｂｐｓ）を大きく下回る。
【０１３９】
図８は、従来のＥＤＣＡ方式を用いたときのアクセスカテゴリ毎のスループットを示す図である。また、図９は、この発明の実施の形態による方式を用いたときのアクセスカテゴリ毎のスループットを示す図である。
【０１４０】
図８および図９において、縦軸は、スループットを表し、横軸は、各アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３における端末数を表す。
【０１４１】
また、曲線ｋ３は、従来のＥＤＣＡ方式を用いたときのアクセスカテゴリＡＣ１のスループットを示し、曲線ｋ４は、従来のＥＤＣＡ方式を用いたときのアクセスカテゴリＡＣ２のスループットを示し、曲線ｋ５は、従来のＥＤＣＡ方式を用いたときのアクセスカテゴリＡＣ３のスループットを示す。
【０１４２】
更に、曲線ｋ６は、この発明の実施の形態による方式を用いたときのアクセスカテゴリＡＣ１のスループットを示し、曲線ｋ７は、この発明の実施の形態による方式を用いたときのアクセスカテゴリＡＣ２のスループットを示し、曲線ｋ８は、この発明の実施の形態による方式を用いたときのアクセスカテゴリＡＣ３のスループットを示す。
【０１４３】
図８を参照して、従来のＥＤＣＡ方式を用いた場合、任意のアクセスカテゴリＡＣｉが得るスループットは、そのアクセスカテゴリＡＣｉと他のアクセスカテゴリＡＣｊ（ｉ≠ｊ）の端末数に大きく依存し、端末装置の台数が多いアクセスカテゴリがその優先順位に関係無く、高いスループットを得る傾向がある。
【０１４４】
図９を参照して、この発明の実施の形態による方式を用いた場合、各アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３の端末数に依存せずに、優先度の設定通りの帯域がそれぞれのアクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３に割り当てられていることが解る。そして、アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３のスループットは、それぞれ約０．５Ｍｂｐｓ，１．１Ｍｂｐｓ，２．２Ｍｂｐｓであり（曲線ｋ３〜ｋ５参照）、理論計算通りである。
【０１４５】
次に任意のアクセスカテゴリが非飽和状態である場合について説明する。具体的には、アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３における端末数をそれぞれ３，３，２４に固定し、アクセスカテゴリＡＣ１とアクセスカテゴリＡＣ２における単一端末のデータ生成レートをそれぞれ１Ｍｂｐｓ，２１６ｋｂｐｓとした。
【０１４６】
これらのアクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２でそれぞれ３台の端末が存在するため、アクセスカテゴリＡＣ１の総データ生成レートは、３Ｍｂｐｓであり、ＭＡＣで割り当てられた帯域（＝０．５Ｍｂｐｓ）を大きく上回る。
【０１４７】
一方、アクセスカテゴリＡＣ２の総データ生成レートは、６４８ｋｂｐｓであり、ＭＡＣで割り当てられた帯域（＝１．１Ｍｂｐｓ）を下回る。
【０１４８】
図１０は、任意のアクセスカテゴリが非飽和状態であるときの総スループットを示す図である。
【０１４９】
図１０において、縦軸は、総スループットを表し、横軸は、アクセスカテゴリＡＣ３におけるトラフィック生成レートを表す。また、曲線ｋ９は、この発明の実施の形態による方式を用いたときの総スループットを示し、曲線ｋ１０は、従来のＥＤＣＡ方式を用いたときの総スループットを示す。
【０１５０】
図１０を参照して、従来のＥＤＣＡ方式を用いた場合、総スループットは、アクセスカテゴリＡＣ３におけるトラフィック生成レートの減少に伴って向上するが、全体的に、この発明の実施の形態による方式を用いた場合よりも低い（曲線ｋ１０参照）。
【０１５１】
一方、この発明の実施の形態による方式を用いた場合、総スループットは、アクセスカテゴリＡＣ３におけるトラフィック生成レートに依存せずに、ネットワーク全体のスループットを最大化（即ち、チャネルキャパシティ３．８１Ｍｂｐｓに一致）させる（曲線ｋ９参照）。
【０１５２】
図１１は、この発明の実施の形態による方式を適用した場合の各アクセスカテゴリＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３のスループット、データ生成レートおよび帯域割当量を示す図である。
【０１５３】
図１１において、縦軸は、スループットを表し、横軸は、アクセスカテゴリＡＣ３におけるトラフィック生成レートを表す。
【０１５４】
図１１を参照して、アクセスカテゴリの飽和状況が異なる２つの領域に分けることができる。左側は、アクセスカテゴリＡＣ２が非飽和状態ＲＢ２＜ＯＢ２（ＡＣ１およびＡＣ３は、飽和状態ＲＢ＞ＯＢ）の領域であり、右側は、アクセスカテゴリＡＣ２およびアクセスカテゴリＡＣ３が非飽和状態の場合である。
【０１５５】
図１１の左領域では、アクセスカテゴリＡＣ２に割り当てられた帯域（ＯＢ２）の未使用分がアクセスカテゴリＡＣ１およびアクセスカテゴリＡＣ３で使用される。また、右領域では、アクセスカテゴリＡＣ２およびアクセスカテゴリＡＣ３に割り当てられた帯域（ＯＢ２，ＯＢ３）の未使用帯域がアクセスカテゴリＡＣ１で使用される。その結果、総スループットが図１０に示すように常に高い値になることが解った。
【０１５６】
上述したように、各アクセスカテゴリＡＣｉにおけるチャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍｉｎよりも小さいとき、端末数Ｎｉを反映してαｉを“１”よりも小さい値に設定することによって、端末数Ｎｉの増加によるパケット衝突を抑制しながらスループットを向上し、チャネル占有率ＡＴＲが基準値ＡＴＲｍａｘ以上であるとき、端末数Ｎｉを反映してαｉを大きくすることによって、非飽和状態であったアクセスカテゴリＡＣｉの増加に対応して正しい優先度制御を行いながらスループットを向上する。
【０１５７】
従って、アクセスカテゴリＡＣｉ間における端末数の偏りがある場合も、スループットの低下を抑制して優先度制御を正確に行なうことができる。
【０１５８】
上記においては、ＡＴＲｍｉｎは、８０％であると説明した、この発明の実施の形態においては、これに限らず、ＡＴＲｍｉｎは、８０％以外の値であってもよい。
【０１５９】
また、上記においては、ＡＴＲｍａｘは、８８％であると説明した、この発明の実施の形態においては、これに限らず、ＡＴＲｍａｘは、８８％以外の値であってもよい。
【０１６０】
更に、上記においては、優先度が異なるアクセスカテゴリとして、バックグラウンド、ベストエフォート、動画および音声を説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、優先度が異なるアクセスカテゴリであれば、どのようなアクセスカテゴリであってもよい。
【０１６１】
更に、図４または図５に示すステップＳ３３〜Ｓ３７および図３に示すステップＳ４は、「第１の演算処理」を構成し、図４に示すステップＳ３１，Ｓ３２および図３に示すステップＳ４は、「第２の演算処理」を構成する。
【０１６２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
この発明は、無線装置に適用可能である。
【符号の説明】
【０１６４】
１ アンテナ、２ 通信手段、３ 検出手段、４ 制御手段、５〜８ バッファ、９ 分類手段、１０ 無線装置、１１ アプリケーション、１２ アドミッション制御手段、１００，２００ 無線ネットワーク、１１０ アクセスポイント、１２１〜１２８，１３１〜１３８ 端末装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
優先度が相互に異なる複数のアクセスカテゴリの各々における端末数およびチャネル占有率を検出する検出手段と、
１つのアクセスカテゴリにおいて実際に使用されている第１の帯域が前記１つのアクセスカテゴリに割り当てられた第２の帯域よりも小さいことを示す第１の基準値よりも前記検出されたチャネル占有率が小さいとき、前記検出された端末数の増加に伴って大きくなり、かつ、前回のパケット送信時の値よりも大きい値からなる第１のコンテンションウィンドを演算し、前記検出されたチャネル占有率が前記第１の帯域を用いて送信可能なパケット数よりも多くのパケットが生成されていることを示す第２の基準値以上であるとき、前記検出された端末数の増加に伴って大きくなり、かつ、前回のパケット送信時の値よりも小さい値からなる第２のコンテンションウィンドを演算する第１の演算処理を前記複数のアクセスカテゴリの全てについて実行する演算手段と、
前記複数のアクセスカテゴリの各々において前記第１のコンテンションウィンドまたは前記第２のコンテンションウィンドを用いてパケットを送受信する通信手段とを備える無線装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記複数のアクセスカテゴリのいずれかにおいて、前記検出された端末数が前回のパケット送信時の端末数から変動しているとき、前記検出された端末数の増加に伴って大きくなり、かつ、前記検出された端末数の減少に伴って小さくなるようにコンテンションウィンドを演算する第２の演算処理を前記複数のアクセスカテゴリの全てについて実行し、前記複数のアクセスカテゴリの全てにおいて、前記検出された端末数が前回のパケット送信時の端末数から変動していないとき、前記検出されたチャネル占有率に基づいて前記第１の演算処理を前記複数のアクセスカテゴリの全てについて実行する、請求項１に記載の無線装置。
【請求項３】
前記通信手段は、前記第２の帯域から前記第１の帯域を減算した割当可能帯域がトラフィックの要求帯域よりも大きいとき、前記第１のコンテンションウィンドまたは前記第２のコンテンションウィンドを用いてパケットを送受信する通信処理を前記複数のアクセスカテゴリの全てについて実行する、請求項１または請求項２に記載の無線装置。
【請求項４】
前記複数のアクセスカテゴリの各々において、前記要求帯域を生成して出力するアプリケーションと、
ＭＡＣ層に配置されるとともに、前記要求帯域を前記アプリケーションから受けると、前記割当可能帯域が前記要求帯域よりも大きいか否かを判定し、前記割当可能帯域が前記要求帯域よりも大きいとき、許可信号を前記アプリケーションへ出力する制御処理を前記複数のアクセスカテゴリの全てについて実行するアドミッション制御手段とを更に備え、
前記アプリケーションは、前記複数のアクセスカテゴリの各々において、前記許可信号を前記アドミッション制御手段から受けると、前記パケットを生成して前記通信手段へ出力する、請求項３に記載の無線装置。
【請求項５】
前記複数のアクセスカテゴリの各々において、前記割当可能帯域を問い合わせる問合信号を生成して出力するアプリケーションと、
ＭＡＣ層に配置されるとともに、前記問合信号を前記アプリケーションから受けると、前記割当可能帯域を前記アプリケーションへ出力する処理を前記複数のアクセスカテゴリの全てについて実行するアドミッション制御手段とを更に備え、
前記アプリケーションは、前記複数のアクセスカテゴリの各々において、前記割当可能帯域を前記アドミッション制御手段から受け、その受けた割当可能帯域が前記要求帯域よりも大きいとき、前記パケットを生成して前記通信手段へ出力する、請求項３に記載の無線装置。
【請求項１】
優先度が相互に異なる複数のアクセスカテゴリの各々における端末数およびチャネル占有率を検出する検出手段と、
１つのアクセスカテゴリにおいて実際に使用されている第１の帯域が前記１つのアクセスカテゴリに割り当てられた第２の帯域よりも小さいことを示す第１の基準値よりも前記検出されたチャネル占有率が小さいとき、前記検出された端末数の増加に伴って大きくなり、かつ、前回のパケット送信時の値よりも大きい値からなる第１のコンテンションウィンドを演算し、前記検出されたチャネル占有率が前記第１の帯域を用いて送信可能なパケット数よりも多くのパケットが生成されていることを示す第２の基準値以上であるとき、前記検出された端末数の増加に伴って大きくなり、かつ、前回のパケット送信時の値よりも小さい値からなる第２のコンテンションウィンドを演算する第１の演算処理を前記複数のアクセスカテゴリの全てについて実行する演算手段と、
前記複数のアクセスカテゴリの各々において前記第１のコンテンションウィンドまたは前記第２のコンテンションウィンドを用いてパケットを送受信する通信手段とを備える無線装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記複数のアクセスカテゴリのいずれかにおいて、前記検出された端末数が前回のパケット送信時の端末数から変動しているとき、前記検出された端末数の増加に伴って大きくなり、かつ、前記検出された端末数の減少に伴って小さくなるようにコンテンションウィンドを演算する第２の演算処理を前記複数のアクセスカテゴリの全てについて実行し、前記複数のアクセスカテゴリの全てにおいて、前記検出された端末数が前回のパケット送信時の端末数から変動していないとき、前記検出されたチャネル占有率に基づいて前記第１の演算処理を前記複数のアクセスカテゴリの全てについて実行する、請求項１に記載の無線装置。
【請求項３】
前記通信手段は、前記第２の帯域から前記第１の帯域を減算した割当可能帯域がトラフィックの要求帯域よりも大きいとき、前記第１のコンテンションウィンドまたは前記第２のコンテンションウィンドを用いてパケットを送受信する通信処理を前記複数のアクセスカテゴリの全てについて実行する、請求項１または請求項２に記載の無線装置。
【請求項４】
前記複数のアクセスカテゴリの各々において、前記要求帯域を生成して出力するアプリケーションと、
ＭＡＣ層に配置されるとともに、前記要求帯域を前記アプリケーションから受けると、前記割当可能帯域が前記要求帯域よりも大きいか否かを判定し、前記割当可能帯域が前記要求帯域よりも大きいとき、許可信号を前記アプリケーションへ出力する制御処理を前記複数のアクセスカテゴリの全てについて実行するアドミッション制御手段とを更に備え、
前記アプリケーションは、前記複数のアクセスカテゴリの各々において、前記許可信号を前記アドミッション制御手段から受けると、前記パケットを生成して前記通信手段へ出力する、請求項３に記載の無線装置。
【請求項５】
前記複数のアクセスカテゴリの各々において、前記割当可能帯域を問い合わせる問合信号を生成して出力するアプリケーションと、
ＭＡＣ層に配置されるとともに、前記問合信号を前記アプリケーションから受けると、前記割当可能帯域を前記アプリケーションへ出力する処理を前記複数のアクセスカテゴリの全てについて実行するアドミッション制御手段とを更に備え、
前記アプリケーションは、前記複数のアクセスカテゴリの各々において、前記割当可能帯域を前記アドミッション制御手段から受け、その受けた割当可能帯域が前記要求帯域よりも大きいとき、前記パケットを生成して前記通信手段へ出力する、請求項３に記載の無線装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１９５７１８（Ｐ２０１２−１９５７１８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５７４８２（Ｐ２０１１−５７４８２）
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、支出負担行為担当官、総務省大臣官房会計課企画官、研究テーマ「異種無線システム動的利用による信頼性向上技術の研究開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３９３０３１５８６）株式会社国際電気通信基礎技術研究所 (905)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、支出負担行為担当官、総務省大臣官房会計課企画官、研究テーマ「異種無線システム動的利用による信頼性向上技術の研究開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３９３０３１５８６）株式会社国際電気通信基礎技術研究所 (905)
【Ｆターム（参考）】
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