JP5313758B2

JP5313758B2 - 無線通信経路選択方法

Info

Publication number: JP5313758B2
Application number: JP2009107532A
Authority: JP
Inventors: 昭彦汐月; 伸彦荒新; 治田中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-04-27
Also published as: WO2010125779A1; JP2010258852A; US20120057489A1; US8804528B2

Description

本発明は、無線通信装置間通信での通信経路選択方法に関する。特に、無線通信装置間で直接通信を行うか否かを判断する方法に関する。

情報端末を相互に接続するネットワーク形態の中で、無線通信は、有線通信と比較して、端末の可搬性や配置の自由度に優れていること、有線ケーブルを省くことによる軽量化を図れることなどの利点により、パーソナルコンピュータ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ；以下、ＰＣという。）でのデータ伝送に留まらず、家電製品での動画像、音声伝送や、ゲーム機器での通信対戦ゲームなど多くの用途に使用されるようになってきた。

これら無線通信のなかでよく用いられるものに無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）システムがある。無線ＬＡＮシステムでは、子機であるステーションを親機であるアクセスポイントに接続するインフラストラクチャモードと呼ばれる接続形態が一般的である。例えば、アクセスポイントに無線接続されたサーバＰＣとデジタルテレビがあり、サーバＰＣに保持されているコンテンツを、別の部屋にあるデジタルテレビで視聴しようとする場合、サーバＰＣはデジタルテレビ宛のコンテンツデータを一旦アクセスポイントに伝送し、アクセスポイントは受信したデータをデジタルテレビに対して伝送する。このように、インフラストラクチャモードでの機器間のデータ伝送はアクセスポイントを経由して行われるため、通信帯域を効率的に利用できず、通信性能の劣化を招く課題があった。

この課題に対して、同じアクセスポイントの配下にある２台のステーション間で直接通信を行うことで通信帯域を効率的に利用し、伝送の高速化を図る技術がある。図５はアクセスポイント及びステーションの配置とパケット伝送の概念を表したものである。特許文献１における直接通信技術では、最初にデータ伝送を行う第１のステーション１０１と第２のステーション１０２間で制御パケットの交換をアクセスポイント１０３を経由した伝送路１１２および１１３を経由して行い、制御パケットの交換が終了すると、第１のステーション１０１は第２のステーション１０２に対して伝送路１１１を経由して直接データパケットを送信できるようになる。これにより、通信帯域を効率的に利用でき、通信の高速化、安定化を図ることができる。

特開２００７−１０４６００号公報

直接通信技術は、通信帯域の効率的な利用、通信の高速化に有効であるが、端末の配置によっては、直接通信を行うよりも、アクセスポイント１０３を経由して通信を行う方が、通信帯域が広く、伝送が安定する場合が存在する。例えば、図６に示すように、直接通信の伝送路１１１上に壁１０４が複数存在する場合には、伝送路１１１でのパケット通信では信号強度を十分に確保できず、アクセスポイント１０３を経由して通信を行う方が好ましいと考えられる。一方で、直接通信での信号強度が微弱な場合であっても、パケットを中継するアクセスポイント１０３の能力によっては、直接通信の方が通信帯域を確保でき、高い実効レートを得られる場合もある。このことから、直接通信を行うか、アクセスポイントを経由して通信を行うかを判断する機能が必要である。

前記課題を解決するために、本発明における無線通信経路選択方法は、アクセスポイントの能力を判断して閾値を決定し、直接通信で受信されたパケットの受信信号強度と閾値を比較することによって、相手ステーションに送信するパケットの通信経路を決定することを特徴とする。

アクセスポイントの能力は、制御パケットに含まれる情報に基づいて判定される。

加えて、本発明における無線通信経路選択方法は、直接通信で受信したパケットの受信信号強度と、アクセスポイントから受信したパケットの受信信号強度を比較することによって、相手ステーションに送信するパケットの通信経路を決定することを特徴とする。

本発明によって、直接通信とアクセスポイントを経由した通信の性能の優劣を精度よく判断できるようになるため、ステーション間で高速かつ安定的にパケットを伝送することが可能となる。さらに、既存の無線ＬＡＮシステムのプロトコルや制御パケットを変更することがないため、実装も容易である。

本発明の実施の形態における無線通信装置の一構成例を示すブロック図本発明の実施の形態における処理フローチャート本発明の実施の形態における直接通信の可否を判断する閾値を決定するテーブル本発明の実施の形態における第１のステーションと第２のステーションが直接通信を行った場合のＲＳＳＩと実効レートの関係を表すグラフアクセスポイント及びステーションの配置とパケット伝送の概念図壁が存在する環境でのアクセスポイント及びステーションの配置とパケット伝送の概念図

図１から図５を参照して、本発明の実施の形態に係る無線通信経路選択方法を説明する。

図１は、本実施の形態における無線通信装置の一構成例を示すブロック図、図２は、無線通信経路選択法の処理を示すフローチャート、図３は閾値を決定するためのテーブル、図４は第１のステーションと第２のステーションが直接通信を行った場合のＲＳＳＩと実効レートの関係を表すグラフを示す図である。

本実施の形態における無線通信システムの構成は図５と同様に、第１のステーション１０１、第２のステーション１０２、およびアクセスポイント１０３からなる。実施の形態では、図５における第１のステーション１０１から第２のステーション１０２に対してデータパケットを伝送する場合の第１のステーション１０１における通信経路選択処理について説明する。

まず、本発明の無線通信装置に相当する第１のステーション１０１の構成について図１を用いて説明する。ここで、第２のステーション１０２は第１のステーション１０１と同様の構成であるので説明を省略する。

図１において、無線信号送受信部１２２は無線信号１２１を送受信するものである。直接通信セットアップ部１２３は通信相手となる無線通信装置と直接通信のセットアップを行うものである。アクセスポイント能力判定部１２４はアクセスポイントの能力を判定するものである。閾値決定部１２５はアクセスポイント能力判定部１２４から入力された情報に基づき閾値テーブル記憶部１２６を参照して閾値を決定するものである。閾値テーブル記憶部１２６は複数の閾値を予め記憶しているものである。経路選択部１２７は、閾値決定部１２５と無線信号送受信部１２２から入力された情報に基づき、無線通信経路を選択し無線信号送受信部１２２に通知するものである。

直接通信セットアップ部１２３は、データパケットの宛先である第２のステーション１０２がステーション間直接通信に対応しているかどうかを判断し、直接通信に対応している場合に第２のステーション１０２と直接通信のセットアップのためのパケットの交換を無線信号送受信部１２２を介して行う（Ｓ０１）。なお、直接通信に対応しているかどうかを判断する方法は、本発明の本質ではないので、判断方法は問わない。例えば、第１のステーション１０１から直接通信可否問い合わせを第２のステーション１０２に通知し、第２のステーション１０２から応答があれば、第２のステーション１０２が直接通信可能であると判断する。このパケットの交換は、アクセスポイント１０３を経由して行われても、ステーション間で直接行われてもよい。また、交換されるセットアップに関する情報については、本実施の形態で限定しない。この処理が終了すると、例えば、第１のステーション１０１と第２のステーション１０２の間でセキュアな直接通信ができるようになる。

次に、アクセスポイント能力判定部１２４は、第２のステーション１０２宛のパケットを中継するアクセスポイント１０３の能力として、アクセスポイント１０３が対応している最大物理レートを判定する（Ｓ０２）。ＴｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎｃ．（以下、ＩＥＥＥという。）によって規格化されたＩＥＥＥ８０２．１１系の規格に準拠した無線ＬＡＮシステムであれば、アクセスポイント１０３と、配下の端末である第１のステーション１０１および第２のステーション１０２の間で常にビーコン、プローブ、アソシエーション、リアソシエーションなどの制御パケットのやりとりが行われており、これらのパケットの内部に制御パケットを送信した端末の対応物理レートや、対応バンド幅や対応ガードインターバル長など対応最大物理レートに関連する情報が存在する。アクセスポイント能力判定部１２４は、これらを参照してアクセスポイント１０３の対応最大物理レートを判定すればよい。

その後、閾値決定部１２５は、第２のステーション１０２に対してデータパケットを直接通信によって伝送するか、アクセスポイント１０３を経由して伝送するかを判断するためのパラメータの閾値を決定する（Ｓ０３）。本実施の形態においては、判断するパラメータを第１のステーション１０１と第２のステーション１０２で直接通信を行った場合のパケットの受信信号強度（ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ；以下、ＲＳＳＩという。）とする。閾値決定部１２５は、閾値テーブル記憶部１２６の中に記憶されている図３に示す直接通信の可否を判断する閾値を決定するテーブル１２６Ｔと、Ｓ０２においてアクセスポイント能力判定部１２４が判定したアクセスポイント１０３の対応最大物理レートとを照合することで閾値を決定する。例えば、アクセスポイント１０３の対応最大物理レートが３００Ｍｂｐｓの場合は、閾値は−７８ｄＢｍが設定される。

閾値を決定するテーブル１２６Ｔを作成する方法は以下の通りである。図４は、第１のステーション１０１と第２のステーション１０２が直接通信を行った場合のパケットのＲＳＳＩと実効レート、つまり伝送路１１１の帯域の関係を表すグラフである。ここで、第１のステーション１０１と第２のステーション１０２は、ともに最大物理レートが３００Ｍｂｐｓであるとする。また、図４において、ＲＳＳＩが−６０ｄＢｍより大きくなっても実効レートが上がらないのは、主として第１のステーション１０１と第２のステーション１０２の中央処理装置（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ；以下、ＣＰＵという。）の処理性能によるものであり、多くの無線通信システムにおいても見られる現象である。ここで、アクセスポイント１０３が同様に最大物理レート３００Ｍｂｐｓであるとすると、伝送路１１２および１１３の実効レートは、伝送路１１１と同様に最大で９０Ｍｂｐｓであることが言える。しかしながら、無線ＬＡＮシステムではキャリアセンスの機能のため、伝送路１１２と１１３では同時に伝送することは不可能である。このため、アクセスポイント１０３を経由した伝送路１１２および１１３で第１のステーション１０１と第２のステーション１０２が通信を行うと、その間の実効レートは半分に減少する。これに送信待ち時間などのオーバーヘッドがさらに付加されるとして、アクセスポイント１０３を経由した場合の第１のステーション１０１と第２のステーション１０２の間の最大実効レートは、９０Ｍｂｐｓの半分の更に８割程度の３６Ｍｂｐｓとなる。つまり、直接通信での実効レートは３６Ｍｂｐｓを超えれば必ずアクセスポイント１０３経由の実効レートよりも大きくなるので、図４から直接通信で３６Ｍｂｐｓの実効レートを得られる−７８ｄＢｍのＲＳＳＩを閾値とする。また、アクセスポイント１０３の対応最大物理レートが１５０Ｍｂｐｓの場合を考える。アクセスポイント１０３の対応物理レートが１５０Ｍｂｐｓの場合には、その配下にある第１のステーション１０１、および第２のステーション１０２は対応最大物理レートが３００Ｍｂｐｓであっても、アクセスポイント１０３と通信を行うときの物理レートは最大１５０Ｍｂｐｓに制限される。１５０Ｍｂｐｓの物理レートでパケット伝送を行う場合の実効レートは約７０Ｍｂｐｓである。つまり、伝送路１１２および１１３の実効レートが７０Ｍｂｐｓであるので、上記と同様の考えにより、アクセスポイント１０３を経由した場合の第１のステーション１０１と第２のステーション１０２の間の最大実効レートは、７０Ｍｂｐｓの半分の更に８割程度の２８Ｍｂｐｓ程度となる。この場合は、図４から直接通信で２８Ｍｂｐｓの実効レートを得られる−８１ｄＢｍのＲＳＳＩを閾値とする。その他、アクセスポイント１０３の対応最大物理レートが１１Ｍｂｐｓの場合の伝送路１パス分の実効レートを６Ｍｂｐｓ、５４Ｍｂｐｓの場合の伝送路１パス分の実効レートを３０Ｍｂｐｓとすると、上記と同様の方法で、閾値はそれぞれ−８９ｄＢｍ、−８６ｄＢｍと設定できる。これら閾値をまとめたものが図３のテーブル１２６Ｔとなる。

Ｓ０３での閾値決定後、経路選択部１２７は、通信経路選択処理を行う。まず、経路選択部１２７は、Ｓ０３で決定した閾値と伝送路１１１、つまり直接通信で伝送されるパケットのＲＳＳＩ（以下、ＲＳＳＩ＿ＤＩＲＥＣＴという。）を比較し、直接通信の伝送路１１１の状態を判定する（Ｓ０４）。直接通信のセットアップ直後で、ＲＳＳＩ＿ＤＩＲＥＣＴの値が得られていない場合、経路選択部１２７は、ＲＳＳＩ＿ＤＩＲＥＣＴを初期値０に設定し、最初のパケットは直接通信で伝送されるようにしておく。経路選択部１２７は、ＲＳＳＩ＿ＤＩＲＥＣＴが閾値以上の場合には、直接通信の方がアクセスポイント１０３を経由した通信よりも実効レートが大きいと判断して、第２のステーション１０２宛のパケットを第２のステーションに対して直接送信することを決定する（Ｓ０７）。一方、経路選択部１２７は、ＲＳＳＩ＿ＤＩＲＥＣＴが閾値よりも小さい場合には、アクセスポイント１０３を経由した伝送の方が実効レートが大きい可能性があるので、次の判定処理Ｓ０５に移る。

経路選択部１２７は、伝送路１１２で伝送されるパケットのＲＳＳＩ（以下、ＲＳＳＩ＿ＡＰ＿ＳＴＡ１という。）とＲＳＳＩ＿ＤＩＲＥＣＴを比較する（Ｓ０５）。前述のように、アクセスポイント１０３を経由して第１のステーション１０１から第２のステーション１０２へパケットを伝送する場合、伝送路１１２と１１３で同時にパケットを伝送することが不可能であり、伝送路１１２の帯域が伝送路１１１の帯域よりも大きくないとアクセスポイント１０３経由の通信が直接通信より良好な特性を得られることはないので、Ｓ０５でこの条件の判定を行う。ＲＳＳＩ＿ＡＰ＿ＳＴＡ１を検出するためのパケットは、必ずしも第２のステーション１０２からアクセスポイント１０３経由で伝送されたものである必要はなく、アクセスポイント１０３が送信する制御パケットであってもよい。経路選択部１２７は、ＲＳＳＩ＿ＤＩＲＥＣＴの方が大きい場合、直接通信の方がアクセスポイント１０３を経由した通信よりも実効レートが大きいと判断して、第２のステーション１０２宛のパケットを第２のステーション１０２に対して直接送信することを決定する（Ｓ０７）。一方、経路選択部１２７は、ＲＳＳＩ＿ＡＰ＿ＳＴＡ１の方が大きい場合には、アクセスポイント１０３を経由した通信の方が直接通信よりも実効レートが大きいと判断して、第２のステーション１０２宛のパケットをアクセスポイント１０３に対して送信することを決定する（Ｓ０６）。経路選択部１２７は、決定した通信経路を無線信号送受信部１２２に通知する。

以上の経路選択処理を通信終了まで繰り返す（Ｓ０８）。一連の処理はパケット毎に行ってもよく、一定時間毎に行ってもよい。

本実施の形態に挙げた性能や閾値は一例であり、本発明の範囲を制限するものではない。

以上、かかる構成によれば、直接通信とアクセスポイント経由の通信のうち、適切な通信経路を容易かつ高精度で選択することが可能となり、データを高速かつ安定して伝送することが可能となる。

本発明にかかる無線通信経路選択方法は、端末間の直接通信が可能な無線ＬＡＮシステムを搭載する機器に容易に搭載することが可能であり、特に高速、安定なデータ伝送が求められるストレージ機器やＡＶストリーム対応機器に対して有用である。

１０１第１のステーション
１０２第２のステーション
１０３アクセスポイント
１０４壁
１１１第１のステーションが第２のステーションに対して直接通信でパケットを伝送する場合の伝送路
１１２第１のステーションがアクセスポイントに対してパケットを伝送する場合の伝送路
１１３アクセスポイントが第２のステーションに対してパケットを伝送する場合の伝送路
１２１無線信号
１２２無線信号送受信部
１２３直接通信セットアップ部
１２４アクセスポイント能力判定部
１２５閾値決定部
１２６閾値テーブル記憶部
１２６Ｔ閾値テーブル記憶部１２６に保持されている直接通信の可否を判断する閾値を決定するテーブル
１２７経路選択部

Claims

第１の無線通信装置と第２の無線通信装置と中継装置とから構成される無線ネットワークにおける無線通信経路選択方法であって、
前記第１の無線通信装置は、
前記中継装置から送信されるパケットに含まれる対応物理レートの情報に基づいて閾値を決定し、前記第２の無線通信装置から前記第１の無線通信装置に対して直接通信で送信されたパケットの受信信号強度と前記閾値とを比較し、前記第２の無線通信装置に送信するパケットの通信経路を決定する
無線通信経路選択方法。
前記第１の無線通信装置は、前記第２の無線通信装置から前記第１の無線通信装置に対して直接通信で送信されたパケットの受信信号強度と前記中継装置から送信されたパケットの受信信号強度を比較し、前記第２の無線通信装置に送信するパケットの通信経路を決定する
請求項１に記載の無線通信経路選択方法。