無線ＬＡＮセンシング装置、無線ＬＡＮステーションおよびプログラム
【課題】無線ＬＡＮステーションまたは無線ＬＡＮアクセスポイントである無線ＬＡＮ端末のチャネル占有率を測定し、ＣＳＭＡ／ＣＡの動作を考慮した精度の高いスループットを推定する。
【解決手段】無線ＬＡＮ（Local Area Network）ステーションまたは無線ＬＡＮアクセスポイントである無線ＬＡＮ端末のチャネル占有率を測定する無線ＬＡＮセンシング装置であって、無線ＬＡＮ端末からパケットを受信する無線ＬＡＮモジュール１０２と、受信したパケットのヘッダ情報に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出する占有率算出部１０３と、算出した時間占有率に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定する最大スループット推定部１０５と、を備える。
【解決手段】無線ＬＡＮ（Local Area Network）ステーションまたは無線ＬＡＮアクセスポイントである無線ＬＡＮ端末のチャネル占有率を測定する無線ＬＡＮセンシング装置であって、無線ＬＡＮ端末からパケットを受信する無線ＬＡＮモジュール１０２と、受信したパケットのヘッダ情報に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出する占有率算出部１０３と、算出した時間占有率に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定する最大スループット推定部１０５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）ステーションまたは無線ＬＡＮアクセスポイントである無線ＬＡＮ端末のチャネル占有率を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、無線環境に応じて無線システムを制御するとき、無線環境の情報を得る手段が必要とされてきた。無線情報のうちの一つにスループットがある。無線ＬＡＮのようにＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multipul Access/Collision Avoidance）によって、複数の端末がチャネルを共有するシステムでは、ＣＳＭＡ／ＣＡにより、各端末が利用可能な時間率が動的に変化するため、パケットを送出せずにスループットを推定するためには、ＣＳＭＡ／ＣＡの動作を予測することが必要となる。従来は、ＣＳＭＡ／ＣＡによる占有率の分け合いがすべての端末で同一であるとする方法や、チャネル占有率の余剰を、すべて新規に通信を開始する端末が使用できる、と仮定する方法などが採用されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０４９５８８号公報
【特許文献２】特表２００７−５１０３５８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】石井健一、大澤智喜,”無線LANシステムのマルチセル環境におけるスループットの理論検討”、電子情報通信学会誌.B、通信1344697、2003-03-25、p.267-275
【非特許文献２】David Malone; Ken Duffy; Doug Leith; , "Modeling the 802.11 Distributed Coordination Function in Nonsaturated Heterogeneous Conditions," Networking, IEEE/ACM Transactions on , vol.15, no.1, pp.159-172, Feb. 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載の技術を用いることによって、無線ＬＡＮチャネル毎の時間軸で見たときのチャネルの使用率（チャネル占有率）を算出することが可能である。また、占有率の計算をチャネル単位ではなく、無線ＬＡＮ端末毎に行なうことによって、端末毎の占有率を算出可能である。しかし、この値はある端末がどの程度の時間、チャネルを使用したかを表す値であり、スループット推定技術とは直結しない。また、ＣＳＭＡ／ＣＡが複数端末のチャネル共有のために用いられている無線システムでは端末間が自律分散的に送信するパケットが衝突しないように制御を行なう。その結果、チャネル占有率の余剰と新規に通信を開始する端末が期待できるスループットとは直接関連していない。
【０００６】
また、特許文献２では、アクセスポイント選択に関する技術が述べられているが、選択基準となる情報の送信が必要であり、既存の無線ＬＡＮアクセスポイントをそのまま利用することができない。また、選択基準となる情報を利用した具体的なアクセスポイント選択プロセスについて述べられていない。
【０００７】
また、非特許文献１および２においては、ＣＳＭＡ／ＣＡを用いる無線システムのスループットが理論的に計算されている。非特許文献１においては、ある無線ＬＡＮアクセスポイントに接続する端末のトータルスループットの導出が為されている。しかし、ある無線ＬＡＮ端末が、新たに通信を開始する際に、期待できる最大スループットの推定に用いることができない。また、キャリア検出率やパケット衝突率といったパラメータは、スループット計算のために動的に無線品質が変動する実環境では求めることができないが、非特許文献１では、キャリア検出率やパケット衝突率といったパラメータを用いている。
【０００８】
また、非特許文献２においても、無線ＬＡＮ端末のパケット送信が特定の分布に従うことがわかっていることが前提であるなど、実環境上では得ることができない情報をもとに理論計算が為されているため、実環境においてスループットを推定する技術として利用することができない。
【０００９】
このように、従来の技術では、時間変動する無線環境に応じて、新規に通信を開始する端末に関して、無線ＬＡＮアクセスポイント毎に、最大スループット推定を行なうことができないという課題がある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、無線ＬＡＮステーションまたは無線ＬＡＮアクセスポイントである無線ＬＡＮ端末のチャネル占有率を測定し、ＣＳＭＡ／ＣＡの動作を考慮した精度の高いスループットを推定することができる無線ＬＡＮセンシング装置、無線ＬＡＮステーションおよびプログラム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】
【００１１】
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の無線ＬＡＮセンシング装置は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）ステーションまたは無線ＬＡＮアクセスポイントである無線ＬＡＮ端末のチャネル占有率を測定する無線ＬＡＮセンシング装置であって、前記無線ＬＡＮ端末からパケットを受信する無線ＬＡＮモジュールと、前記受信したパケットのヘッダ情報に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出する占有率算出部と、前記算出した時間占有率に基づいて、前記無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定する最大スループット推定部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
このように、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出し、算出した時間占有率に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定するので、パケット送信を行なうことなく、ＣＳＭＡ／ＣＡの動作を考慮した精度の高いスループットを推定することが可能となる。
【００１３】
（２）また、本発明の無線ＬＡＮセンシング装置は、無線ＬＡＮ以外の無線システムの信号を受信する無線モジュールと、前記推定した無線ＬＡＮ端末毎の最大スループットの最大値と前記無線ＬＡＮ以外の無線システムの期待スループットとを比較する推定スループット比較部と、前記比較の結果に応じて、前記無線ＬＡＮモジュールまたは前記無線ＬＡＮ以外の無線システムの無線モジュールのいずれか一方を選択する使用モジュール制御部と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
この構成により、マルチモード端末に適用し、無線ＬＡＮモジュールまたは無線ＬＡＮ以外の無線システムの無線モジュールのいずれか一方を選択することが可能となる。
【００１５】
（３）また、本発明の無線ＬＡＮセンシング装置において、前記最大スループット推定部は、通信可能な無線ＬＡＮ端末数の増加に伴って、推定する最大スループットの値を減少させることを特徴とする。
【００１６】
このように、通信可能な無線ＬＡＮ端末数の増加に伴って、推定する最大スループットの値を減少させるので、スループットの推定を正確に行なうことが可能となる。
【００１７】
（４）また、本発明の無線ＬＡＮセンシング装置において、前記最大スループット推定部は、αを、０＜α≦１とし、ＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＸを、１組の無線ＬＡＮ端末のみがチャネルを占有した時に得られるスループットとし、チャネル占有率を、前記１組の無線ＬＡＮ端末がチャネルを占有する占有率の総和としたときに、前記最大スループットを、α×ＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＸ×（１−チャネル占有率）を用いて推定することを特徴とする。
【００１８】
この構成により、計算量の増加を防止し、処理速度の向上を図ることが可能となる。
【００１９】
（５）また、本発明の無線ＬＡＮセンシング装置は、前記無線ＬＡＮパケットのみに基づいて推定した最大スループットの値と、実際にパケットを送信することで測定したスループットの値とを比較し、前記無線ＬＡＮ以外の無線システムから送信された信号に基づく干渉を検出することを特徴とする。
【００２０】
この構成により、無線ＬＡＮモジュールのみを利用した非無線ＬＡＮ検知が可能となる。
【００２１】
（６）また、本発明の無線ＬＡＮステーションは、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の無線ＬＡＮセンシング装置を備えた無線ＬＡＮステーションであって、通信可能な無線ＬＡＮアクセスポイント毎に最大スループットを推定し、推定した最大スループットが最も高い無線ＬＡＮアクセスポイントに接続することを特徴とする。
【００２２】
この構成により、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出し、算出した時間占有率に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定するので、パケット送信を行なうことなく、ＣＳＭＡ／ＣＡの動作を考慮した精度の高いスループットを推定することが可能となる。
【００２３】
（７）また、本発明の無線ＬＡＮステーションは、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の無線ＬＡＮセンシング装置を備えた無線ＬＡＮステーションであって、通信可能な無線ＬＡＮアクセスポイント毎に最大スループットを推定し、所望のスループットが得られる無線ＬＡＮアクセスポイントを発見した段階で、最大スループットの推定を中止し、前記発見した無線ＬＡＮアクセスポイントに接続することを特徴とする。
【００２４】
この構成により、必要最低限の計算量でスループットの推定を行なうことが可能となる。
【００２５】
（８）また、本発明の無線ＬＡＮステーションは、無線ＬＡＮアクセスポイントと通信を行なう無線ＬＡＮステーションであって、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の無線ＬＡＮセンシング装置が推定した無線ＬＡＮアクセスポイント毎の最大スループットを取得し、取得した最大スループットが最も高い無線ＬＡＮアクセスポイントに接続することを特徴とする。
【００２６】
この構成により、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出し、算出した時間占有率に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定するので、パケット送信を行なうことなく、ＣＳＭＡ／ＣＡの動作を考慮した精度の高いスループットを推定することが可能となる。
【００２７】
（９）また、本発明のプログラムは、無線ＬＡＮ（Local Area Network）ステーションまたは無線ＬＡＮアクセスポイントである無線ＬＡＮ端末のチャネル占有率を測定する無線ＬＡＮセンシング装置のプログラムであって、前記無線ＬＡＮ端末からパケットを受信する処理と、前記受信したパケットのヘッダ情報に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出する処理と、前記算出した時間占有率に基づいて、前記無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定する処理と、の一連の処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２８】
この構成により、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出し、算出した時間占有率に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定するので、パケット送信を行なうことなく、ＣＳＭＡ／ＣＡの動作を考慮した精度の高いスループットを推定することが可能となる。
【００２９】
（１０）また、本発明のプログラムは、無線ＬＡＮ以外の無線システムで信号を受信する処理と、前記推定した無線ＬＡＮ端末毎の最大スループットの最大値と前記無線ＬＡＮ以外の無線システムの期待スループットとを比較する処理と、前記比較の結果に応じて、無線ＬＡＮモジュールまたは無線ＬＡＮ以外の無線システムの無線モジュールのいずれか一方を選択する処理と、をさらに含むことを特徴とする。
【００３０】
この構成により、マルチモード端末に適用し、無線ＬＡＮモジュールまたは無線ＬＡＮ以外の無線システムの無線モジュールのいずれか一方を選択することが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出し、算出した時間占有率に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定するので、パケット送信を行なうことなく、ＣＳＭＡ／ＣＡの動作を考慮した精度の高いスループットを推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】無線ＬＡＮセンシング装置としての占有率センシング端末の概略構成を示すブロック図である。
【図２】占有率センシング端末の動作を示すシーケンスチャートである。
【図３】無線ＬＡＮセンシング装置としてのマルチモードタイプの占有率センシング端末の概略構成を示すブロック図である。
【図４】マルチモードタイプの占有率センシング端末の動作を示すシーケンスチャートである。
【図５】占有率センシング端末の動作を示すフローチャートである。
【図６】チャネルを共有する端末台数の増加に伴いトータルスループットが低下することを示す実験結果を示す図である。
【図７】実験で得たスループットと、本実施形態に係る占有率センシング端末が用いる推定スループット計算フローにより推定したスループットを比較した結果を示す図である。
【図８】実験環境の模式図を示す図である。
【図９】実施例１に係るシステム構成を示す図である。
【図１０】複数の無線システムに対応するマルチモード端末を含むシステムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、無線ＬＡＮセンシング装置としての占有率センシング端末の概略構成を示すブロック図である。この占有率センシング端末１００は、周辺の無線ＬＡＮパケットをキャプチャし、占有率を計算する無線ＬＡＮ端末のことを意味する。無線ＬＡＮアンテナ１０１を有しており、無線ＬＡＮモジュール１０２が無線ＬＡＮの制御を行なう。占有率算出部１０３は、無線ＬＡＮモジュール１０２でキャプチャしたデータから、無線ＬＡＮチャネル毎の時間占有率を計算する。占有率情報蓄積部１０４は、占有率算出部１０３で計算した、端末毎の占有率の値を格納する。また、降順でソートをし、その結果のリストを保持する。最大スループット推定部１０５は、占有率情報蓄積部１０４を参照し、後述する処理を実行して、占有率センシング端末１００が、無線ＬＡＮアクセスポイント毎に、その無線ＬＡＮアクセスポイントを用いて通信を開始した際に期待されるスループットの最大値を求める。
【００３４】
図２は、占有率センシング端末の動作を示すシーケンスチャートである。無線ＬＡＮモジュール１０２は、無線ＬＡＮアンテナ１０１で受信した無線信号から、無線ＬＡＮパケット情報を取得し、占有率算出部１０３へ出力する（ステップＳ１）。占有率算出部１０３は、無線ＬＡＮモジュール１０２から入力された無線ＬＡＮパケット情報に基づいて、無線ＬＡＮチャネル毎の時間占有率を計算し、計算した時間占有率を占有率情報蓄積部１０４に格納する（ステップＳ２）。最大スループット推定部１０５は、占有率情報蓄積部１０４に対して、占有率情報を要求する（ステップＳ３）。占有率情報蓄積部１０４は、格納している占有率情報を最大スループット推定部１０５に出力する（ステップＳ４）。最大スループット推定部１０５は、占有率情報に基づいて、占有率情報に基づいて、無線ＬＡＮの推定スループットを推定し、接続対象とすべき無線ＬＡＮアクセスポイントを出力する（ステップＳ５）。
【００３５】
図３は、無線ＬＡＮセンシング装置としてのマルチモードタイプの占有率センシング端末の概略構成を示すブロック図である。図１と同じ構成要素には同じ番号を付して、重複する説明を省略する。図３に示す占有率センシング端末３００は、最大スループット推定を無線ＬＡＮアクセスポイントに対して行なって得られた情報と、異なる無線システムについて得られているスループットの情報とを比較することによって、最も高いスループットが期待できる無線システムを用いて通信を行なう。ここでは、異なる無線システムとして、セルラシステムを例にとって説明する。
【００３６】
セルラアンテナ３０１を介して、セルラモジュール３０２がセルラシステムの制御を行なう。推定スループット比較部３０３は、周辺の無線ＬＡＮアクセスポイント毎に計算される期待スループットの最高値と、セルラ網の期待スループットとを比較し、その比較結果を使用モジュール制御部３０４に通知する。使用モジュール制御部３０４は、推定スループット比較部３０３から通知された情報に基づいて、使用する無線システムを無線ＬＡＮもしくはセルラシステムのいずれかに切り替え、パケットのルーティングを行なう。
【００３７】
図４は、マルチモードタイプの占有率センシング端末の動作を示すシーケンスチャートである。無線ＬＡＮモジュール１０２は、無線ＬＡＮアンテナ１０１で受信した無線信号から、無線ＬＡＮパケット情報を取得し、占有率算出部１０３へ出力する（ステップＳ１０）。占有率算出部１０３は、無線ＬＡＮモジュール１０２から入力された無線ＬＡＮパケット情報に基づいて、無線ＬＡＮチャネル毎の時間占有率を計算し、計算した時間占有率を占有率情報蓄積部１０４に格納する（ステップＳ１１）。最大スループット推定部１０５は、占有率情報蓄積部１０４に対して、占有率情報を要求する（ステップＳ１２）。占有率情報蓄積部１０４は、格納している占有率情報を最大スループット推定部１０５に出力する（ステップＳ１３）。最大スループット推定部１０５は、占有率情報に基づいて、無線ＬＡＮの推定スループットを推定し、推定結果を推定スループット比較部３０３へ出力する（ステップＳ１４）。
【００３８】
一方、セルラモジュール３０２は、セルラシステムにおける推定スループットを、推定スループット比較部３０３に出力する（ステップＳ１５）。推定スループット比較部３０３は、周辺の無線ＬＡＮアクセスポイント毎に計算される期待スループットの最高値と、セルラ網の期待スループットとを比較し、その比較結果を使用モジュール制御部３０４に出力する（ステップＳ１６）。使用モジュール制御部３０４は、推定スループット比較部３０３から通知された情報に基づいて、使用する無線システムを無線ＬＡＮもしくはセルラシステムのいずれかに切り替え、パケットのルーティングを行なう。
【００３９】
次に、占有率センシング端末の動作の概念を説明する。占有率センシング端末は、スループット推定時に、以下のように動作する。占有率センシング端末は、最大スループットを推定するために、周辺の端末が送受信する無線ＬＡＮパケットをキャプチャする。キャプチャしたパケットのヘッダ情報から、無線ＬＡＮ端末毎に占有率を計算する。ここで、無線ＬＡＮ端末には、無線ＬＡＮアクセスポイント、および無線ＬＡＮステーション（子機）の両方を含む。計算された端末毎の占有率の値は、占有率データベースに保存する。
端末ごとの占有率データを、占有率の値で降順にソートする。
【００４０】
端末ごとの占有率データを用いて図５に示すフローチャートを実行することによって周辺アクセスポイント毎に、期待できるスループットを推定する。Ｎは新規端末が通信を開始する以前に通信を行なった端末の台数である。ＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＸの値は、ある無線環境において、無線ＬＡＮアクセスポイントと無線ＬＡＮステーションが１組あるとしたとき、周辺にチャネルを共有する端末が存在せず、１組の端末がチャネルを占有したときに得られるスループットを意味する。具体的な値については、無線ＬＡＮアクセスポイントと、無線ＬＡＮステーションとの間の距離、および、無線ＬＡＮで用いられる通信規格に依存して決まる。
【００４１】
αは、チャネルを共有する端末台数に依存して決まる値であり、０＜α≦１である。端末台数の増加に伴って、ＣＳＭＡ／ＣＡのバックオフ時間の最大値の増加や、パケット衝突によりデータパケットの再送が増加するなどによって、あるチャネルでのトータルスループットが低下することがあるため、αを推定スループット算出式に導入することによってこの影響を考慮する。
（１）端末台数とαの対応関係をテーブルデータとする。
（２）端末台数をパラメータとするαの値を定める関数を用いる。
【００４２】
図５は、占有率センシング端末の動作を示すフローチャートである。まず、パラメータＫを０とする（ステップＳ５０）。次に、無線ＬＡＮ端末毎にチャネル占有率を測定する（ステップＳ５１）。次に、無線ＬＡＮ端末とその占有率を降順でソートする（ステップＳ５２）。次に、１から無線ＬＡＮ端末毎の占有率の総和を減算し（ステップＳ５３）、Ｋ＝Ｎであるかどうかを判断する（ステップＳ５４）。ステップＳ５４において、Ｋ＝Ｎである場合は、ステップＳ６０へ遷移する。一方、ステップＳ５４において、Ｋ＝Ｎでない場合は、Ｋに１を加算して（ステップＳ５５）、占有率の総和を計算する（ステップＳ５６）。次に、ステップＳ５７の数式を満たすかどうかを判断し、満たさない場合は、ステップＳ５８へ遷移して、推定スループットを算出し、終了する。一方、ステップＳ５７の数式を満たす場合は、ステップＳ５９の数式を満たすかどうかを判断する（ステップＳ５９）。ステップＳ５９の数式を満たさない場合は、ステップＳ５４へ遷移する。一方、ステップＳ５９の数式を満たす場合は、ステップＳ６０に遷移して、推定スループットを算出し、終了する。
【００４３】
図６は、チャネルを共有する端末台数の増加に伴いトータルスループットが低下することを示す実験結果を示す図である。この実験は、無線ＬＡＮアクセスポイント、無線ＬＡＮステーションそれぞれ１台の組が、２組／４組／８組あるときで行なっている。ＣＳＭＡ／ＣＡは、同じチャネルを利用する端末間で動作する。よって同じチャネルを使う無線ＬＡＮアクセスポイントが複数あったときに、期待されるスループットに影響を与える２種類のデータのうちの１つである、端末毎の占有率の値のリストは、同じチャネルであるために各ＡＰ（アクセスポイント）で等しいリストを持つことになる。よって、各無線ＬＡＮアクセスポイントに対して図５のフローチャートに従うスループット推定を行なったとき、各無線ＬＡＮアクセスポイントにおいて得られる推定スループットの値は、α×ＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＸに依存して決まる。無線ＬＡＮステーションは、最も高いスループットが期待されるアクセスポイント、もしくは無線システムを選択し、通信を開始する。
【００４４】
図７は、実験で得たスループットと、本実施形態に係る占有率センシング端末が用いる推定スループット計算フローにより推定したスループットを比較した結果を示す図である。図８は、このときの実験環境の模式図を示す図である。まず、無線ＬＡＮアクセスポイントと無線ＬＡＮ端末（ステーション）との４台が通信を行なう。このとき、それぞれの端末の占有率を変化させ、８通りのパターンを用意した。それぞれのパターンにおいて、４台の通信の状況から推定スループットを計算し、その値と、実際にスループット推定端末が通信を行なったときのスループットの値とを比較したものである。図８に示すように、本実施形態における占有率センシング端末が推定した推定値は、実測値に近い数値を採ることが認められる。
【実施例１】
【００４５】
図９は、実施例１に係るシステム構成を示す図である。図９では、複数の無線ＬＡＮアクセスポイントから期待スループットが最も高いアクセスポイントを選択する様子を示している。占有率センシング端末は、自らが利用可能な無線ＬＡＮアクセスポイント毎に、期待スループットを推定し、最も高いスループットが期待できる無線ＬＡＮアクセスポイントに接続し通信を開始する。スループットの推定は、無線ＬＡＮステーションが行なっても、無線ＬＡＮステーション以外の無線ＬＡＮアクセスポイントや推定スループット計算専用の端末が行なっても良い。無線ＬＡＮステーションスループットの推定を行なう場合には、スループット推定は、無線ＬＡＮステーション内部の処理で完結する。無線ＬＡＮアクセスポイントでスループットの推定を行なう場合には、無線ＬＡＮアクセスポイントに、無線ＬＡＮステーションは、
（１）利用可能な無線ＬＡＮアクセスポイントとの距離に関する情報を、推定スループット計算を実行する端末に通知すること、
（２）推定スループット計算を行なう端末から結果を受信すること、が必要となる。また、無線ＬＡＮステーションが、端末毎の占有率のリストのみを受け取りそのほかの処理を内部で行なう実装でもよい。
【実施例２】
【００４６】
図１０は、複数の無線システムに対応するマルチモード端末を含むシステムの構成を示す図である。マルチモード端末は、無線ＬＡＮモジュールおよびセルラシステムのモジュールの両方を備え、どちらの無線システムも利用できる。セルラシステムの期待スループットの値は、セルラモジュールから得られるものとする。無線ＬＡＮのアクセスポイント毎にスループットを推定し、その最大値とセルラシステムの期待スループットを比較する。マルチモード端末は、より高いスループットを期待することができる無線システムを選択し、通信を開始する。実施例２は、実施例１と同時に実行してもよい。
【実施例３】
【００４７】
図５に示したスループット推定のフローでは、無線ＬＡＮ端末毎の占有率を基準にしたリストのソーティングなど、計算量が大きい処理が必要になる。そこでチャネル毎の占有率（同じチャネルを共有する端末毎の占有率の総和）からそれぞれの無線ＬＡＮアクセスポイントに対して、スループットを以下の式で推定し計算量の削減を図る。
（推定スループット）= α×ＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＸ×(1 - チャネル占有率)
【００４８】
チャネル占有率は、スループット推定の対象となっている無線ＬＡＮアクセスポイントが使用するチャネルにおける、端末毎の占有率の総和を意味する。チャネル占有率の値が小さいときには、ＣＳＭＡ／ＣＡによる端末間でのチャネル共有が生じる機会が少ないことから、この方式は、特にチャネル占有率が小さいときに有効であると言える。
【実施例４】
【００４９】
無線ＬＡＮステーションが、接続先の無線ＬＡＮアクセスポイントを探索するプロセスにおいて、所望のスループットの値を無線ＬＡＮステーションが持ち、無線ＬＡＮアクセスポイント探索時に所望のスループットを満たす無線ＬＡＮアクセスポイントが見つかった段階でそのアクセスポイントに接続することにより、無線ＬＡＮアクセスポイント探索にかかる時間を短縮する。複数ある無線ＬＡＮアクセスポイントからどの順に期待できるスループットを推定する手順を実行するかについては、例えば、アクセスポイントを1台の子機で占有した場合に期待できるスループットが大きい、無線ＬＡＮアクセスポイントから送信する信号の強度が高いものから順に推定スループット計算を実行する、ということが考えられる。
【実施例５】
【００５０】
無線ＬＡＮパケットのみから推定される最大スループットを、実際にパケット送信を開始して測定した、実スループットとの間で比較することにより、非無線ＬＡＮ端末による干渉の有無を検知することが可能となる。無線ＬＡＮパケットのみから推定されるスループットよりも、実スループットが低い場合、非無線ＬＡＮ端末が送受信する信号の干渉が発生していると考えることができる。その結果、無線ＬＡＮモジュールのみを利用した非無線ＬＡＮ検知が可能となる。
【実施例６】
【００５１】
本発明のスループット推定手法は、無線ＬＡＮ以外の無線方式であっても、ＣＳＭＡ／ＣＡを使用して、複数の端末がチャネルを共有する無線方式であり、かつ、端末毎のチャネル占有率を算出する手法が存在すれば、それと組み合わせることにより、異なる無線システムにも適用可能である。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、実環境において、パケット送信を行なうことなく、周辺環境で送受信する無線ＬＡＮパケットをキャプチャすることのみにより、ＣＳＭＡ／ＣＡ動作を考慮した、精度の高い、期待スループットを推定することが可能になる。それにより、無線ＬＡＮ端末は、高いスループットが期待できるアクセスポイント、もしくは、無線方式を選択することが可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
１００ 占有率センシング端末
１０１ 無線ＬＡＮアンテナ
１０２ 無線ＬＡＮモジュール
１０３ 占有率算出部
１０４ 占有率情報蓄積部
１０５ 最大スループット推定部
３００ 占有率センシング端末
３０１ セルラアンテナ
３０２ セルラモジュール
３０３ 推定スループット比較部
３０４ 使用モジュール制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）ステーションまたは無線ＬＡＮアクセスポイントである無線ＬＡＮ端末のチャネル占有率を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、無線環境に応じて無線システムを制御するとき、無線環境の情報を得る手段が必要とされてきた。無線情報のうちの一つにスループットがある。無線ＬＡＮのようにＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multipul Access/Collision Avoidance）によって、複数の端末がチャネルを共有するシステムでは、ＣＳＭＡ／ＣＡにより、各端末が利用可能な時間率が動的に変化するため、パケットを送出せずにスループットを推定するためには、ＣＳＭＡ／ＣＡの動作を予測することが必要となる。従来は、ＣＳＭＡ／ＣＡによる占有率の分け合いがすべての端末で同一であるとする方法や、チャネル占有率の余剰を、すべて新規に通信を開始する端末が使用できる、と仮定する方法などが採用されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０４９５８８号公報
【特許文献２】特表２００７−５１０３５８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】石井健一、大澤智喜,”無線LANシステムのマルチセル環境におけるスループットの理論検討”、電子情報通信学会誌.B、通信1344697、2003-03-25、p.267-275
【非特許文献２】David Malone; Ken Duffy; Doug Leith; , "Modeling the 802.11 Distributed Coordination Function in Nonsaturated Heterogeneous Conditions," Networking, IEEE/ACM Transactions on , vol.15, no.1, pp.159-172, Feb. 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載の技術を用いることによって、無線ＬＡＮチャネル毎の時間軸で見たときのチャネルの使用率（チャネル占有率）を算出することが可能である。また、占有率の計算をチャネル単位ではなく、無線ＬＡＮ端末毎に行なうことによって、端末毎の占有率を算出可能である。しかし、この値はある端末がどの程度の時間、チャネルを使用したかを表す値であり、スループット推定技術とは直結しない。また、ＣＳＭＡ／ＣＡが複数端末のチャネル共有のために用いられている無線システムでは端末間が自律分散的に送信するパケットが衝突しないように制御を行なう。その結果、チャネル占有率の余剰と新規に通信を開始する端末が期待できるスループットとは直接関連していない。
【０００６】
また、特許文献２では、アクセスポイント選択に関する技術が述べられているが、選択基準となる情報の送信が必要であり、既存の無線ＬＡＮアクセスポイントをそのまま利用することができない。また、選択基準となる情報を利用した具体的なアクセスポイント選択プロセスについて述べられていない。
【０００７】
また、非特許文献１および２においては、ＣＳＭＡ／ＣＡを用いる無線システムのスループットが理論的に計算されている。非特許文献１においては、ある無線ＬＡＮアクセスポイントに接続する端末のトータルスループットの導出が為されている。しかし、ある無線ＬＡＮ端末が、新たに通信を開始する際に、期待できる最大スループットの推定に用いることができない。また、キャリア検出率やパケット衝突率といったパラメータは、スループット計算のために動的に無線品質が変動する実環境では求めることができないが、非特許文献１では、キャリア検出率やパケット衝突率といったパラメータを用いている。
【０００８】
また、非特許文献２においても、無線ＬＡＮ端末のパケット送信が特定の分布に従うことがわかっていることが前提であるなど、実環境上では得ることができない情報をもとに理論計算が為されているため、実環境においてスループットを推定する技術として利用することができない。
【０００９】
このように、従来の技術では、時間変動する無線環境に応じて、新規に通信を開始する端末に関して、無線ＬＡＮアクセスポイント毎に、最大スループット推定を行なうことができないという課題がある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、無線ＬＡＮステーションまたは無線ＬＡＮアクセスポイントである無線ＬＡＮ端末のチャネル占有率を測定し、ＣＳＭＡ／ＣＡの動作を考慮した精度の高いスループットを推定することができる無線ＬＡＮセンシング装置、無線ＬＡＮステーションおよびプログラム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】
【００１１】
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の無線ＬＡＮセンシング装置は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）ステーションまたは無線ＬＡＮアクセスポイントである無線ＬＡＮ端末のチャネル占有率を測定する無線ＬＡＮセンシング装置であって、前記無線ＬＡＮ端末からパケットを受信する無線ＬＡＮモジュールと、前記受信したパケットのヘッダ情報に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出する占有率算出部と、前記算出した時間占有率に基づいて、前記無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定する最大スループット推定部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
このように、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出し、算出した時間占有率に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定するので、パケット送信を行なうことなく、ＣＳＭＡ／ＣＡの動作を考慮した精度の高いスループットを推定することが可能となる。
【００１３】
（２）また、本発明の無線ＬＡＮセンシング装置は、無線ＬＡＮ以外の無線システムの信号を受信する無線モジュールと、前記推定した無線ＬＡＮ端末毎の最大スループットの最大値と前記無線ＬＡＮ以外の無線システムの期待スループットとを比較する推定スループット比較部と、前記比較の結果に応じて、前記無線ＬＡＮモジュールまたは前記無線ＬＡＮ以外の無線システムの無線モジュールのいずれか一方を選択する使用モジュール制御部と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
この構成により、マルチモード端末に適用し、無線ＬＡＮモジュールまたは無線ＬＡＮ以外の無線システムの無線モジュールのいずれか一方を選択することが可能となる。
【００１５】
（３）また、本発明の無線ＬＡＮセンシング装置において、前記最大スループット推定部は、通信可能な無線ＬＡＮ端末数の増加に伴って、推定する最大スループットの値を減少させることを特徴とする。
【００１６】
このように、通信可能な無線ＬＡＮ端末数の増加に伴って、推定する最大スループットの値を減少させるので、スループットの推定を正確に行なうことが可能となる。
【００１７】
（４）また、本発明の無線ＬＡＮセンシング装置において、前記最大スループット推定部は、αを、０＜α≦１とし、ＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＸを、１組の無線ＬＡＮ端末のみがチャネルを占有した時に得られるスループットとし、チャネル占有率を、前記１組の無線ＬＡＮ端末がチャネルを占有する占有率の総和としたときに、前記最大スループットを、α×ＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＸ×（１−チャネル占有率）を用いて推定することを特徴とする。
【００１８】
この構成により、計算量の増加を防止し、処理速度の向上を図ることが可能となる。
【００１９】
（５）また、本発明の無線ＬＡＮセンシング装置は、前記無線ＬＡＮパケットのみに基づいて推定した最大スループットの値と、実際にパケットを送信することで測定したスループットの値とを比較し、前記無線ＬＡＮ以外の無線システムから送信された信号に基づく干渉を検出することを特徴とする。
【００２０】
この構成により、無線ＬＡＮモジュールのみを利用した非無線ＬＡＮ検知が可能となる。
【００２１】
（６）また、本発明の無線ＬＡＮステーションは、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の無線ＬＡＮセンシング装置を備えた無線ＬＡＮステーションであって、通信可能な無線ＬＡＮアクセスポイント毎に最大スループットを推定し、推定した最大スループットが最も高い無線ＬＡＮアクセスポイントに接続することを特徴とする。
【００２２】
この構成により、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出し、算出した時間占有率に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定するので、パケット送信を行なうことなく、ＣＳＭＡ／ＣＡの動作を考慮した精度の高いスループットを推定することが可能となる。
【００２３】
（７）また、本発明の無線ＬＡＮステーションは、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の無線ＬＡＮセンシング装置を備えた無線ＬＡＮステーションであって、通信可能な無線ＬＡＮアクセスポイント毎に最大スループットを推定し、所望のスループットが得られる無線ＬＡＮアクセスポイントを発見した段階で、最大スループットの推定を中止し、前記発見した無線ＬＡＮアクセスポイントに接続することを特徴とする。
【００２４】
この構成により、必要最低限の計算量でスループットの推定を行なうことが可能となる。
【００２５】
（８）また、本発明の無線ＬＡＮステーションは、無線ＬＡＮアクセスポイントと通信を行なう無線ＬＡＮステーションであって、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の無線ＬＡＮセンシング装置が推定した無線ＬＡＮアクセスポイント毎の最大スループットを取得し、取得した最大スループットが最も高い無線ＬＡＮアクセスポイントに接続することを特徴とする。
【００２６】
この構成により、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出し、算出した時間占有率に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定するので、パケット送信を行なうことなく、ＣＳＭＡ／ＣＡの動作を考慮した精度の高いスループットを推定することが可能となる。
【００２７】
（９）また、本発明のプログラムは、無線ＬＡＮ（Local Area Network）ステーションまたは無線ＬＡＮアクセスポイントである無線ＬＡＮ端末のチャネル占有率を測定する無線ＬＡＮセンシング装置のプログラムであって、前記無線ＬＡＮ端末からパケットを受信する処理と、前記受信したパケットのヘッダ情報に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出する処理と、前記算出した時間占有率に基づいて、前記無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定する処理と、の一連の処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２８】
この構成により、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出し、算出した時間占有率に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定するので、パケット送信を行なうことなく、ＣＳＭＡ／ＣＡの動作を考慮した精度の高いスループットを推定することが可能となる。
【００２９】
（１０）また、本発明のプログラムは、無線ＬＡＮ以外の無線システムで信号を受信する処理と、前記推定した無線ＬＡＮ端末毎の最大スループットの最大値と前記無線ＬＡＮ以外の無線システムの期待スループットとを比較する処理と、前記比較の結果に応じて、無線ＬＡＮモジュールまたは無線ＬＡＮ以外の無線システムの無線モジュールのいずれか一方を選択する処理と、をさらに含むことを特徴とする。
【００３０】
この構成により、マルチモード端末に適用し、無線ＬＡＮモジュールまたは無線ＬＡＮ以外の無線システムの無線モジュールのいずれか一方を選択することが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出し、算出した時間占有率に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定するので、パケット送信を行なうことなく、ＣＳＭＡ／ＣＡの動作を考慮した精度の高いスループットを推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】無線ＬＡＮセンシング装置としての占有率センシング端末の概略構成を示すブロック図である。
【図２】占有率センシング端末の動作を示すシーケンスチャートである。
【図３】無線ＬＡＮセンシング装置としてのマルチモードタイプの占有率センシング端末の概略構成を示すブロック図である。
【図４】マルチモードタイプの占有率センシング端末の動作を示すシーケンスチャートである。
【図５】占有率センシング端末の動作を示すフローチャートである。
【図６】チャネルを共有する端末台数の増加に伴いトータルスループットが低下することを示す実験結果を示す図である。
【図７】実験で得たスループットと、本実施形態に係る占有率センシング端末が用いる推定スループット計算フローにより推定したスループットを比較した結果を示す図である。
【図８】実験環境の模式図を示す図である。
【図９】実施例１に係るシステム構成を示す図である。
【図１０】複数の無線システムに対応するマルチモード端末を含むシステムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、無線ＬＡＮセンシング装置としての占有率センシング端末の概略構成を示すブロック図である。この占有率センシング端末１００は、周辺の無線ＬＡＮパケットをキャプチャし、占有率を計算する無線ＬＡＮ端末のことを意味する。無線ＬＡＮアンテナ１０１を有しており、無線ＬＡＮモジュール１０２が無線ＬＡＮの制御を行なう。占有率算出部１０３は、無線ＬＡＮモジュール１０２でキャプチャしたデータから、無線ＬＡＮチャネル毎の時間占有率を計算する。占有率情報蓄積部１０４は、占有率算出部１０３で計算した、端末毎の占有率の値を格納する。また、降順でソートをし、その結果のリストを保持する。最大スループット推定部１０５は、占有率情報蓄積部１０４を参照し、後述する処理を実行して、占有率センシング端末１００が、無線ＬＡＮアクセスポイント毎に、その無線ＬＡＮアクセスポイントを用いて通信を開始した際に期待されるスループットの最大値を求める。
【００３４】
図２は、占有率センシング端末の動作を示すシーケンスチャートである。無線ＬＡＮモジュール１０２は、無線ＬＡＮアンテナ１０１で受信した無線信号から、無線ＬＡＮパケット情報を取得し、占有率算出部１０３へ出力する（ステップＳ１）。占有率算出部１０３は、無線ＬＡＮモジュール１０２から入力された無線ＬＡＮパケット情報に基づいて、無線ＬＡＮチャネル毎の時間占有率を計算し、計算した時間占有率を占有率情報蓄積部１０４に格納する（ステップＳ２）。最大スループット推定部１０５は、占有率情報蓄積部１０４に対して、占有率情報を要求する（ステップＳ３）。占有率情報蓄積部１０４は、格納している占有率情報を最大スループット推定部１０５に出力する（ステップＳ４）。最大スループット推定部１０５は、占有率情報に基づいて、占有率情報に基づいて、無線ＬＡＮの推定スループットを推定し、接続対象とすべき無線ＬＡＮアクセスポイントを出力する（ステップＳ５）。
【００３５】
図３は、無線ＬＡＮセンシング装置としてのマルチモードタイプの占有率センシング端末の概略構成を示すブロック図である。図１と同じ構成要素には同じ番号を付して、重複する説明を省略する。図３に示す占有率センシング端末３００は、最大スループット推定を無線ＬＡＮアクセスポイントに対して行なって得られた情報と、異なる無線システムについて得られているスループットの情報とを比較することによって、最も高いスループットが期待できる無線システムを用いて通信を行なう。ここでは、異なる無線システムとして、セルラシステムを例にとって説明する。
【００３６】
セルラアンテナ３０１を介して、セルラモジュール３０２がセルラシステムの制御を行なう。推定スループット比較部３０３は、周辺の無線ＬＡＮアクセスポイント毎に計算される期待スループットの最高値と、セルラ網の期待スループットとを比較し、その比較結果を使用モジュール制御部３０４に通知する。使用モジュール制御部３０４は、推定スループット比較部３０３から通知された情報に基づいて、使用する無線システムを無線ＬＡＮもしくはセルラシステムのいずれかに切り替え、パケットのルーティングを行なう。
【００３７】
図４は、マルチモードタイプの占有率センシング端末の動作を示すシーケンスチャートである。無線ＬＡＮモジュール１０２は、無線ＬＡＮアンテナ１０１で受信した無線信号から、無線ＬＡＮパケット情報を取得し、占有率算出部１０３へ出力する（ステップＳ１０）。占有率算出部１０３は、無線ＬＡＮモジュール１０２から入力された無線ＬＡＮパケット情報に基づいて、無線ＬＡＮチャネル毎の時間占有率を計算し、計算した時間占有率を占有率情報蓄積部１０４に格納する（ステップＳ１１）。最大スループット推定部１０５は、占有率情報蓄積部１０４に対して、占有率情報を要求する（ステップＳ１２）。占有率情報蓄積部１０４は、格納している占有率情報を最大スループット推定部１０５に出力する（ステップＳ１３）。最大スループット推定部１０５は、占有率情報に基づいて、無線ＬＡＮの推定スループットを推定し、推定結果を推定スループット比較部３０３へ出力する（ステップＳ１４）。
【００３８】
一方、セルラモジュール３０２は、セルラシステムにおける推定スループットを、推定スループット比較部３０３に出力する（ステップＳ１５）。推定スループット比較部３０３は、周辺の無線ＬＡＮアクセスポイント毎に計算される期待スループットの最高値と、セルラ網の期待スループットとを比較し、その比較結果を使用モジュール制御部３０４に出力する（ステップＳ１６）。使用モジュール制御部３０４は、推定スループット比較部３０３から通知された情報に基づいて、使用する無線システムを無線ＬＡＮもしくはセルラシステムのいずれかに切り替え、パケットのルーティングを行なう。
【００３９】
次に、占有率センシング端末の動作の概念を説明する。占有率センシング端末は、スループット推定時に、以下のように動作する。占有率センシング端末は、最大スループットを推定するために、周辺の端末が送受信する無線ＬＡＮパケットをキャプチャする。キャプチャしたパケットのヘッダ情報から、無線ＬＡＮ端末毎に占有率を計算する。ここで、無線ＬＡＮ端末には、無線ＬＡＮアクセスポイント、および無線ＬＡＮステーション（子機）の両方を含む。計算された端末毎の占有率の値は、占有率データベースに保存する。
端末ごとの占有率データを、占有率の値で降順にソートする。
【００４０】
端末ごとの占有率データを用いて図５に示すフローチャートを実行することによって周辺アクセスポイント毎に、期待できるスループットを推定する。Ｎは新規端末が通信を開始する以前に通信を行なった端末の台数である。ＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＸの値は、ある無線環境において、無線ＬＡＮアクセスポイントと無線ＬＡＮステーションが１組あるとしたとき、周辺にチャネルを共有する端末が存在せず、１組の端末がチャネルを占有したときに得られるスループットを意味する。具体的な値については、無線ＬＡＮアクセスポイントと、無線ＬＡＮステーションとの間の距離、および、無線ＬＡＮで用いられる通信規格に依存して決まる。
【００４１】
αは、チャネルを共有する端末台数に依存して決まる値であり、０＜α≦１である。端末台数の増加に伴って、ＣＳＭＡ／ＣＡのバックオフ時間の最大値の増加や、パケット衝突によりデータパケットの再送が増加するなどによって、あるチャネルでのトータルスループットが低下することがあるため、αを推定スループット算出式に導入することによってこの影響を考慮する。
（１）端末台数とαの対応関係をテーブルデータとする。
（２）端末台数をパラメータとするαの値を定める関数を用いる。
【００４２】
図５は、占有率センシング端末の動作を示すフローチャートである。まず、パラメータＫを０とする（ステップＳ５０）。次に、無線ＬＡＮ端末毎にチャネル占有率を測定する（ステップＳ５１）。次に、無線ＬＡＮ端末とその占有率を降順でソートする（ステップＳ５２）。次に、１から無線ＬＡＮ端末毎の占有率の総和を減算し（ステップＳ５３）、Ｋ＝Ｎであるかどうかを判断する（ステップＳ５４）。ステップＳ５４において、Ｋ＝Ｎである場合は、ステップＳ６０へ遷移する。一方、ステップＳ５４において、Ｋ＝Ｎでない場合は、Ｋに１を加算して（ステップＳ５５）、占有率の総和を計算する（ステップＳ５６）。次に、ステップＳ５７の数式を満たすかどうかを判断し、満たさない場合は、ステップＳ５８へ遷移して、推定スループットを算出し、終了する。一方、ステップＳ５７の数式を満たす場合は、ステップＳ５９の数式を満たすかどうかを判断する（ステップＳ５９）。ステップＳ５９の数式を満たさない場合は、ステップＳ５４へ遷移する。一方、ステップＳ５９の数式を満たす場合は、ステップＳ６０に遷移して、推定スループットを算出し、終了する。
【００４３】
図６は、チャネルを共有する端末台数の増加に伴いトータルスループットが低下することを示す実験結果を示す図である。この実験は、無線ＬＡＮアクセスポイント、無線ＬＡＮステーションそれぞれ１台の組が、２組／４組／８組あるときで行なっている。ＣＳＭＡ／ＣＡは、同じチャネルを利用する端末間で動作する。よって同じチャネルを使う無線ＬＡＮアクセスポイントが複数あったときに、期待されるスループットに影響を与える２種類のデータのうちの１つである、端末毎の占有率の値のリストは、同じチャネルであるために各ＡＰ（アクセスポイント）で等しいリストを持つことになる。よって、各無線ＬＡＮアクセスポイントに対して図５のフローチャートに従うスループット推定を行なったとき、各無線ＬＡＮアクセスポイントにおいて得られる推定スループットの値は、α×ＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＸに依存して決まる。無線ＬＡＮステーションは、最も高いスループットが期待されるアクセスポイント、もしくは無線システムを選択し、通信を開始する。
【００４４】
図７は、実験で得たスループットと、本実施形態に係る占有率センシング端末が用いる推定スループット計算フローにより推定したスループットを比較した結果を示す図である。図８は、このときの実験環境の模式図を示す図である。まず、無線ＬＡＮアクセスポイントと無線ＬＡＮ端末（ステーション）との４台が通信を行なう。このとき、それぞれの端末の占有率を変化させ、８通りのパターンを用意した。それぞれのパターンにおいて、４台の通信の状況から推定スループットを計算し、その値と、実際にスループット推定端末が通信を行なったときのスループットの値とを比較したものである。図８に示すように、本実施形態における占有率センシング端末が推定した推定値は、実測値に近い数値を採ることが認められる。
【実施例１】
【００４５】
図９は、実施例１に係るシステム構成を示す図である。図９では、複数の無線ＬＡＮアクセスポイントから期待スループットが最も高いアクセスポイントを選択する様子を示している。占有率センシング端末は、自らが利用可能な無線ＬＡＮアクセスポイント毎に、期待スループットを推定し、最も高いスループットが期待できる無線ＬＡＮアクセスポイントに接続し通信を開始する。スループットの推定は、無線ＬＡＮステーションが行なっても、無線ＬＡＮステーション以外の無線ＬＡＮアクセスポイントや推定スループット計算専用の端末が行なっても良い。無線ＬＡＮステーションスループットの推定を行なう場合には、スループット推定は、無線ＬＡＮステーション内部の処理で完結する。無線ＬＡＮアクセスポイントでスループットの推定を行なう場合には、無線ＬＡＮアクセスポイントに、無線ＬＡＮステーションは、
（１）利用可能な無線ＬＡＮアクセスポイントとの距離に関する情報を、推定スループット計算を実行する端末に通知すること、
（２）推定スループット計算を行なう端末から結果を受信すること、が必要となる。また、無線ＬＡＮステーションが、端末毎の占有率のリストのみを受け取りそのほかの処理を内部で行なう実装でもよい。
【実施例２】
【００４６】
図１０は、複数の無線システムに対応するマルチモード端末を含むシステムの構成を示す図である。マルチモード端末は、無線ＬＡＮモジュールおよびセルラシステムのモジュールの両方を備え、どちらの無線システムも利用できる。セルラシステムの期待スループットの値は、セルラモジュールから得られるものとする。無線ＬＡＮのアクセスポイント毎にスループットを推定し、その最大値とセルラシステムの期待スループットを比較する。マルチモード端末は、より高いスループットを期待することができる無線システムを選択し、通信を開始する。実施例２は、実施例１と同時に実行してもよい。
【実施例３】
【００４７】
図５に示したスループット推定のフローでは、無線ＬＡＮ端末毎の占有率を基準にしたリストのソーティングなど、計算量が大きい処理が必要になる。そこでチャネル毎の占有率（同じチャネルを共有する端末毎の占有率の総和）からそれぞれの無線ＬＡＮアクセスポイントに対して、スループットを以下の式で推定し計算量の削減を図る。
（推定スループット）= α×ＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＸ×(1 - チャネル占有率)
【００４８】
チャネル占有率は、スループット推定の対象となっている無線ＬＡＮアクセスポイントが使用するチャネルにおける、端末毎の占有率の総和を意味する。チャネル占有率の値が小さいときには、ＣＳＭＡ／ＣＡによる端末間でのチャネル共有が生じる機会が少ないことから、この方式は、特にチャネル占有率が小さいときに有効であると言える。
【実施例４】
【００４９】
無線ＬＡＮステーションが、接続先の無線ＬＡＮアクセスポイントを探索するプロセスにおいて、所望のスループットの値を無線ＬＡＮステーションが持ち、無線ＬＡＮアクセスポイント探索時に所望のスループットを満たす無線ＬＡＮアクセスポイントが見つかった段階でそのアクセスポイントに接続することにより、無線ＬＡＮアクセスポイント探索にかかる時間を短縮する。複数ある無線ＬＡＮアクセスポイントからどの順に期待できるスループットを推定する手順を実行するかについては、例えば、アクセスポイントを1台の子機で占有した場合に期待できるスループットが大きい、無線ＬＡＮアクセスポイントから送信する信号の強度が高いものから順に推定スループット計算を実行する、ということが考えられる。
【実施例５】
【００５０】
無線ＬＡＮパケットのみから推定される最大スループットを、実際にパケット送信を開始して測定した、実スループットとの間で比較することにより、非無線ＬＡＮ端末による干渉の有無を検知することが可能となる。無線ＬＡＮパケットのみから推定されるスループットよりも、実スループットが低い場合、非無線ＬＡＮ端末が送受信する信号の干渉が発生していると考えることができる。その結果、無線ＬＡＮモジュールのみを利用した非無線ＬＡＮ検知が可能となる。
【実施例６】
【００５１】
本発明のスループット推定手法は、無線ＬＡＮ以外の無線方式であっても、ＣＳＭＡ／ＣＡを使用して、複数の端末がチャネルを共有する無線方式であり、かつ、端末毎のチャネル占有率を算出する手法が存在すれば、それと組み合わせることにより、異なる無線システムにも適用可能である。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、実環境において、パケット送信を行なうことなく、周辺環境で送受信する無線ＬＡＮパケットをキャプチャすることのみにより、ＣＳＭＡ／ＣＡ動作を考慮した、精度の高い、期待スループットを推定することが可能になる。それにより、無線ＬＡＮ端末は、高いスループットが期待できるアクセスポイント、もしくは、無線方式を選択することが可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
１００ 占有率センシング端末
１０１ 無線ＬＡＮアンテナ
１０２ 無線ＬＡＮモジュール
１０３ 占有率算出部
１０４ 占有率情報蓄積部
１０５ 最大スループット推定部
３００ 占有率センシング端末
３０１ セルラアンテナ
３０２ セルラモジュール
３０３ 推定スループット比較部
３０４ 使用モジュール制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ＬＡＮ（Local Area Network）ステーションまたは無線ＬＡＮアクセスポイントである無線ＬＡＮ端末のチャネル占有率を測定する無線ＬＡＮセンシング装置であって、
前記無線ＬＡＮ端末からパケットを受信する無線ＬＡＮモジュールと、
前記受信したパケットのヘッダ情報に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出する占有率算出部と、
前記算出した時間占有率に基づいて、前記無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定する最大スループット推定部と、を備えることを特徴とする無線ＬＡＮセンシング装置。
【請求項２】
無線ＬＡＮ以外の無線システムの信号を受信する無線モジュールと、
前記推定した無線ＬＡＮ端末毎の最大スループットの最大値と前記無線ＬＡＮ以外の無線システムの期待スループットとを比較する推定スループット比較部と、
前記比較の結果に応じて、前記無線ＬＡＮモジュールまたは前記無線ＬＡＮ以外の無線システムの無線モジュールのいずれか一方を選択する使用モジュール制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の無線ＬＡＮセンシング装置。
【請求項３】
前記最大スループット推定部は、通信可能な無線ＬＡＮ端末数の増加に伴って、推定する最大スループットの値を減少させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線ＬＡＮセンシング装置。
【請求項４】
前記最大スループット推定部は、
αを、０＜α≦１とし、
ＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＸを、１組の無線ＬＡＮ端末のみがチャネルを占有した時に得られるスループットとし、
チャネル占有率を、前記１組の無線ＬＡＮ端末がチャネルを占有する占有率の総和としたときに、
前記最大スループットを、
α×ＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＸ×（１−チャネル占有率）
を用いて推定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線ＬＡＮセンシング装置。
【請求項５】
前記無線ＬＡＮパケットのみに基づいて推定した最大スループットの値と、実際にパケットを送信することで測定したスループットの値とを比較し、前記無線ＬＡＮ以外の無線システムから送信された信号に基づく干渉を検出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線ＬＡＮセンシング装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線ＬＡＮセンシング装置を備えた無線ＬＡＮステーションであって、
通信可能な無線ＬＡＮアクセスポイント毎に最大スループットを推定し、推定した最大スループットが最も高い無線ＬＡＮアクセスポイントに接続することを特徴とする無線ＬＡＮステーション。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線ＬＡＮセンシング装置を備えた無線ＬＡＮステーションであって、
通信可能な無線ＬＡＮアクセスポイント毎に最大スループットを推定し、所望のスループットが得られる無線ＬＡＮアクセスポイントを発見した段階で、最大スループットの推定を中止し、前記発見した無線ＬＡＮアクセスポイントに接続することを特徴とする無線ＬＡＮステーション。
【請求項８】
無線ＬＡＮアクセスポイントと通信を行なう無線ＬＡＮステーションであって、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線ＬＡＮセンシング装置が推定した無線ＬＡＮアクセスポイント毎の最大スループットを取得し、取得した最大スループットが最も高い無線ＬＡＮアクセスポイントに接続することを特徴とする無線ＬＡＮステーション。
【請求項９】
無線ＬＡＮ（Local Area Network）ステーションまたは無線ＬＡＮアクセスポイントである無線ＬＡＮ端末のチャネル占有率を測定する無線ＬＡＮセンシング装置のプログラムであって、
前記無線ＬＡＮ端末からパケットを受信する処理と、
前記受信したパケットのヘッダ情報に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出する処理と、
前記算出した時間占有率に基づいて、前記無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定する処理と、の一連の処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１０】
無線ＬＡＮ以外の無線システムで信号を受信する処理と、
前記推定した無線ＬＡＮ端末毎の最大スループットの最大値と前記無線ＬＡＮ以外の無線システムの期待スループットとを比較する処理と、
前記比較の結果に応じて、無線ＬＡＮモジュールまたは無線ＬＡＮ以外の無線システムの無線モジュールのいずれか一方を選択する処理と、をさらに含むことを特徴とする請求項９記載のプログラム。
【請求項１】
無線ＬＡＮ（Local Area Network）ステーションまたは無線ＬＡＮアクセスポイントである無線ＬＡＮ端末のチャネル占有率を測定する無線ＬＡＮセンシング装置であって、
前記無線ＬＡＮ端末からパケットを受信する無線ＬＡＮモジュールと、
前記受信したパケットのヘッダ情報に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出する占有率算出部と、
前記算出した時間占有率に基づいて、前記無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定する最大スループット推定部と、を備えることを特徴とする無線ＬＡＮセンシング装置。
【請求項２】
無線ＬＡＮ以外の無線システムの信号を受信する無線モジュールと、
前記推定した無線ＬＡＮ端末毎の最大スループットの最大値と前記無線ＬＡＮ以外の無線システムの期待スループットとを比較する推定スループット比較部と、
前記比較の結果に応じて、前記無線ＬＡＮモジュールまたは前記無線ＬＡＮ以外の無線システムの無線モジュールのいずれか一方を選択する使用モジュール制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の無線ＬＡＮセンシング装置。
【請求項３】
前記最大スループット推定部は、通信可能な無線ＬＡＮ端末数の増加に伴って、推定する最大スループットの値を減少させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線ＬＡＮセンシング装置。
【請求項４】
前記最大スループット推定部は、
αを、０＜α≦１とし、
ＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＸを、１組の無線ＬＡＮ端末のみがチャネルを占有した時に得られるスループットとし、
チャネル占有率を、前記１組の無線ＬＡＮ端末がチャネルを占有する占有率の総和としたときに、
前記最大スループットを、
α×ＴｈｒｏｕｇｈｐｕｔＭＡＸ×（１−チャネル占有率）
を用いて推定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線ＬＡＮセンシング装置。
【請求項５】
前記無線ＬＡＮパケットのみに基づいて推定した最大スループットの値と、実際にパケットを送信することで測定したスループットの値とを比較し、前記無線ＬＡＮ以外の無線システムから送信された信号に基づく干渉を検出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線ＬＡＮセンシング装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線ＬＡＮセンシング装置を備えた無線ＬＡＮステーションであって、
通信可能な無線ＬＡＮアクセスポイント毎に最大スループットを推定し、推定した最大スループットが最も高い無線ＬＡＮアクセスポイントに接続することを特徴とする無線ＬＡＮステーション。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線ＬＡＮセンシング装置を備えた無線ＬＡＮステーションであって、
通信可能な無線ＬＡＮアクセスポイント毎に最大スループットを推定し、所望のスループットが得られる無線ＬＡＮアクセスポイントを発見した段階で、最大スループットの推定を中止し、前記発見した無線ＬＡＮアクセスポイントに接続することを特徴とする無線ＬＡＮステーション。
【請求項８】
無線ＬＡＮアクセスポイントと通信を行なう無線ＬＡＮステーションであって、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線ＬＡＮセンシング装置が推定した無線ＬＡＮアクセスポイント毎の最大スループットを取得し、取得した最大スループットが最も高い無線ＬＡＮアクセスポイントに接続することを特徴とする無線ＬＡＮステーション。
【請求項９】
無線ＬＡＮ（Local Area Network）ステーションまたは無線ＬＡＮアクセスポイントである無線ＬＡＮ端末のチャネル占有率を測定する無線ＬＡＮセンシング装置のプログラムであって、
前記無線ＬＡＮ端末からパケットを受信する処理と、
前記受信したパケットのヘッダ情報に基づいて、無線ＬＡＮ端末毎にチャネルの時間占有率を算出する処理と、
前記算出した時間占有率に基づいて、前記無線ＬＡＮ端末毎に最大スループットを推定する処理と、の一連の処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１０】
無線ＬＡＮ以外の無線システムで信号を受信する処理と、
前記推定した無線ＬＡＮ端末毎の最大スループットの最大値と前記無線ＬＡＮ以外の無線システムの期待スループットとを比較する処理と、
前記比較の結果に応じて、無線ＬＡＮモジュールまたは無線ＬＡＮ以外の無線システムの無線モジュールのいずれか一方を選択する処理と、をさらに含むことを特徴とする請求項９記載のプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−７８０８３（Ｐ２０１３−７８０８３Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１８２７６（Ｐ２０１１−２１８２７６）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【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２３年度、総務省、「電波資源拡大のための研究開発（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）」
【出願人】（５９９１０８２６４）株式会社ＫＤＤＩ研究所 (233)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【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２３年度、総務省、「電波資源拡大のための研究開発（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）」
【出願人】（５９９１０８２６４）株式会社ＫＤＤＩ研究所 (233)
【Ｆターム（参考）】
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