JP2008060711A - 無線通信システム及び無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線基地局として動作すべき端末を端末配置に応じて適切に選択する無線通信システム及び無線通信装置を提供する。
【解決手段】無線基地局として動作が可能な複数の第１無線通信装置と、調査対象の無線通信装置のアドレスを含む調査要求フレームを前記複数の第１無線通信装置に向けて送信する送信手段と、前記調査要求フレームの受信により前記複数の第１無線通信装置の各々が前記アドレスに向けて試験フレームを送信することにより得られ、前記複数の第１無線通信装置の各々が通信可能な端末数を表す調査結果を受信する受信手段と、前記調査結果に基づいて、通信可能な端末数が最も多い第１無線通信装置を前記複数の第１無線通信装置のなかから無線基地局として選択する基地局選択手段と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線基地局として動作すべき端末を、複数の無線端末の中から端末配置に応じて適切に選択する無線通信システム及び無線通信装置に関する。

無線端末として動作する機能と、無線基地局として動作する機能の両者を備える無線端末が複数存在する無線通信システムにおいて、これら無線端末の中から、無線通信システム全体を管理する無線基地局としての無線端末を選択する、すなわち無線基地局を選択する技術が知られている。従来の無線基地局の選択方法は、電力供給状況（バッテリー駆動か否か）、サポートしている最高の伝送レート、サポートしている帯域幅の3つの値によって各無線端末のランク付けを行い、ランクの高い端末を選択するというものである。比較条件としてのランクが端末間で等しい場合には、MACアドレスを整数表示に変換した値を更なる比較条件として用いるなどして、無線基地局となるべき無線端末を選択するようにしている（例えば、非特許文献１参照）。
IEEE802.11e Draft 3.0, IEEE Std 802.11e/D3.0, May 2002

上記従来技術においては、比較条件として使用する3つの値のうち、サポートしている最高の伝送レート及びサポートしている帯域幅は、通常、多くの端末機器間で同じ値が設定される。電力供給状況の値についても、バッテリー駆動である／バッテリー駆動でない、の2値しかないため、複数の無線端末のなかから無線基地局を選択する際の条件は、ほとんどの場合はMACアドレスの比較となってしまう。

また、上記の値が端末ごとに異なり、それを選択条件として使用できたとしても、これらの値は、各端末の配置情報、各端末が置かれている無線伝搬環境、各端末間の現時点での通信状況等を反映していない。したがって、上記選択方法に従って無線基地局が変更されると、これまで無線通信システムに所属していた多数の端末を収容できなくなったり、インターネットへの接続のゲートウェイとなっている端末を収容できなくなったりすることや、選択した基地局が端末配置の中の端に位置しているために収容する端末数が少なくなったりするなどの問題点がある。

また、各無線端末が無線基地局用と無線端末用に分けられているような、現在市場で販売されているような無線LANの製品形態では、無線通信システムを構築する環境全体に電波が到達するような位置をユーザーが探し出し、そこに無線基地局を設置する必要がある。この時、ユーザーは無線基地局設置場所を探索するという煩雑な作業を行わなければならず、また設置場所に電源やインターネット接続用のケーブルが来ていない場合は、ケーブルや延長コードなどを用いて持ってくる必要がある。さらに、現在市場で販売されている構成では、無線基地局専用の無線LAN製品を購入する必要があり、ユーザーに対するコスト負担が大きくなってしまうという問題点がある。

そこで本発明は、無線基地局として動作すべき端末を、複数の無線端末の中から端末配置に応じて適切に選択する無線通信システム及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の一観点に係る無線通信システムは、無線基地局として動作が可能な複数の第１無線通信装置と、調査対象の無線通信装置のアドレスを含む調査要求フレームを前記複数の第１無線通信装置に向けて送信する送信手段と、前記調査要求フレームの受信により前記複数の第１無線通信装置の各々が前記アドレスに向けて試験フレームを送信することにより得られ、前記複数の第１無線通信装置の各々が通信可能な端末数を表す調査結果を受信する受信手段と、前記調査結果に基づいて、通信可能な端末数が最も多い第１無線通信装置を前記複数の第１無線通信装置のなかから無線基地局として選択する基地局選択手段と、を具備する。

本発明によれば、無線基地局として動作すべき端末が端末配置に応じて適切に選択される無線通信システム及び無線通信装置を提供できる。

以下、無線通信方式としてIEEE802.11を採用した無線通信システムについて説明する。尚、IEEE802.11による無線通信方式は、本発明を適用可能な無線通信方式の一つであるに過ぎず、他の無線通信方式全般に対して本発明は適用可能である。また、以下の説明においては、無線基地局を「アクセスポイント（AP）」と表記し、無線基地局に接続する無線端末又は無線通信装置を「端末（STA）」と表記する。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態に係る無線通信システムに関係する無線端末の配置を示す図、図２は本実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、無線通信装置201は、送信処理部202、受信処理部203、調査部204、端末制御部205、無線通信システム管理部206を備え、STAとして動作することができ、また、APとして動作することもできる。送信処理部202は、調査要求フレーム等の制御フレームやデータフレームの送信処理を行う。受信処理部203は、調査要求フレーム等の制御フレームやデータフレームの受信処理を行う。調査部204は、試験フレーム交換による調査処理を行う。端末制御部205は、データの送受信処理や制御フレームの送受信処理時の端末内部の制御を行う。無線通信システム管理部206は、APとして動作している際に、その配下の複数の端末の情報を管理する。

本実施形態の無線通信システムでは、図１に示すように、最初にSTA4(AP)104をアクセスポイントとして動作させ、STA4(AP)104のアクセスポイントにSTA1 101, STA2 102, STA3 103, STA5 105の計4台の端末が所属するBSS(Basic Service Set)を構築し、通信を行っている。この時、アクセスポイントとして動作しているSTA4(AP)104の通信範囲107外にあるSTA6 106が起動し、BSSに所属するまでの方法に関して以下に説明する。なお、図１に示す全てのSTAは、図２に示したAPとしてもSTAとしてもどちらでも動作することができる無線通信装置であるとする。但し、BSS内の全端末が図２に示した本発明による無線通信装置である必要は無く、STA4(AP)104と他の数台のSTAのみが本発明による無線通信装置で、それ以外のSTAは従来の無線通信装置でもよい。

図３は本実施形態の無線通信システムにおけるAP機能移動の手順を示すメッセージシーケンスチャートである。また、図４は新たに無線通信システムに加入する図１のSTA6の動作のフローチャート、図５は新たに無線通信システムに加入する図１のSTA6とSTA６の加入前にAPであったSTA4との間で制御フレームを中継するSTA2の動作のフローチャート、図６は当初のAPであるSTA4の動作のフローチャートである。

（１−１−１．STA6によるBSSの発見）
アクセスポイントSTA4(AP)104と、STA1 101, STA2 102, STA3 103, STA5 105の計4台の端末とがBSS(Basic Service Set)を構築し、通信を行っている。このとき、STA6 106が起動したとする（図４のステップ１）。STA6は通常のスキャン処理を行う。しかし、STA6は図１の端末配置に示すようにアクセスポイントSTA4(AP)104の通信範囲107の外に位置しているため、アクセスポイントSTA4(AP)104が送信するフレームを受信できない。このため、APを発見することができない（図４のステップ２）。

図１の端末配置に示すように、STA6 106はSTA4(AP)104と通信できないが、STA2 102とは通信可能である。そのため、上記スキャン処理の際に、STA2 102がSTA4(AP)104宛てに送信しているデータを受信することによって、APを検出することはできないが、BSSが存在することを発見する（図４のステップ３）。

（１−１−２．STA6の接続要求フレームをSTA2へ通知）
BSSを発見したSTA6 106は、STA2 102に対して、BSSへの接続を要求する接続要求フレームを送信する（図４のステップ４）。前記接続要求フレームを送信したSTA6 106は、接続要求フレームに対する応答フレームがSTA2 102から送信されてくるのを待つ（図４のステップ５）。

（１−１−３．STA2がSTA6から受信した接続要求フレームをAPに対して中継）
STA2 102が、STA4(AP)104が管理するBSSに所属して通信中（図５のステップ１）に、STA6 106からBSSへの接続を要求する前記接続要求フレームを受信する（図５のステップ２）。接続要求フレームを受信したSTA2 102は、この接続要求フレームをSTA4(AP)104に対して中継する（図５のステップ３）。その後、STA2 102は、中継のために送信した接続要求フレームに対するSTA4(AP)104からの返信を待つ（図５のステップ４）。

（１−１−４．APがSTA6の接続要求を受けて調査要求フレームを送信）
STA4(AP)104がAPとしてBSSを構築して通信を行っている（図６のステップ１）最中に、STA2 102が中継したSTA6 106からのBSSへの前記接続要求フレームを受信する（図６のステップ２）。接続要求フレームを受信したSTA4(AP)104は、この接続要求フレームが中継されてきたことによって、自局と通信できない位置にいるSTA6 106が、BSSに接続を希望するが、現在のAPと通信できないために接続できないことを認識する。これを受けて、STA4(AP)104は、現在のBSSに接続している全てのSTAと通信でき、さらに新たに接続を希望しているSTA6 106とも接続できるような、新たなAP候補が無いかを調査することを決定する（図６のステップ３）。

そこで、STA4(AP)104は、BSSに接続している全てのSTAのMACアドレスの一覧と、そのSTAのうちインターネットに接続しているSTAのMACアドレスの一覧と、新規STAであるSTA6 106のMACアドレスとを含んだ調査要求フレームを作成する（図６のステップ４）。そして、作成した調査要求フレームを、配下の全てのSTAに対して通知するためにブロードキャストアドレスで送信する（図６のステップ５）。この時、調査要求フレームをブロードキャストアドレスで送信せずに、全STAに対してユニキャストアドレスで送信しても良い。ユニキャストアドレスで送信する場合には、BSS内のSTAの中から図２に示すAPとしてもSTAとしてもどちらでも動作することができる機能を持った無線通信装置にのみ送信することで、各STAからの送達確認を受けた上で、ユニキャストアドレスの送信回数が削減できる。

（１−１−５．STA2が、調査要求フレームをSTA6へ中継）
図５のステップ４において接続要求フレームに対する返信を待っていたSTA2 102は、STA4(AP)104からブロードキャストアドレスで送信された調査要求フレームを受信する（図５のステップ５）と、中継した接続要求フレームによる要求をSTA4(AP)104が受け入れたことを認識する。次に、STA6 106に対して、STA6 106の要求をSTA4(AP)104が受け入れたことを通知するために、調査要求フレームをSTA6 106へ中継する（図５のステップ６）。

図４のステップ５において接続要求フレームに対する返信を待っていたSTA6 106は、STA2 102を通じて中継されたSTA4(AP)104からの調査要求フレームを受信する（図４のステップ６）。STA6 106は、この調査要求フレームを受信することによって、STA2 102の中継によってAPに対して要求していたBSSへの接続要求が、APに受け入れられたことが分かる（図４のステップ７）。また同時に、現在BSSを管理しているAPであるSTA4(AP)104のMACアドレスも分かる。

（１−１−６．試験フレームによる調査）
調査要求フレームをブロードキャスト又はユニキャスト送信したSTA4(AP)104と、この調査要求フレームを受信したSTA1 102, STA3 103, STA5 105と、STA4(AP)104から送信された調査要求フレームをSTA6 106へ中継したSTA2 102と、STA2 102が中継した調査要求フレームを受信したSTA6 106は、試験フレームを送受信することにより、例えば「通信可能端末数」及び「試験フレームの受信電力の合計値」について調査を行う（図４のステップ８、図５のステップ７、図６のステップ６）。これら「通信可能端末数」及び「試験フレームの受信電力の合計値」は、各端末の配置に関係しており、当該BSSへの接続を要求する端末や当該BSSから切断する端末の出現によって変化する。

調査では、試験フレームとして、各端末がBSS内の他の端末全てとSTA6に対し、調査用の制御フレームをユニキャスト送信する。この調査用の制御フレームは、送達確認のACK（肯定応答）フレームを必要とする。例えば、STA1は、STA2とSTA3とSTA4とSTA5とSTA6の計5台の端末に対して試験フレームを１フレームだけ送信し、ACKフレームが返信されるかどうかを調査する。試験フレームの送信先端末からACKフレームが返信された場合は、その試験フレームの送信先端末とは通信可能であると判断する。試験フレームに対するACK返信までの間隔は、通常のIEEE802.11のユニキャストデータに対するACK返信までの間隔と同じである。試験フレームに対してACKが返信されてこなかった場合は、試験フレームがRetryLimitに達するか、試験フレームのLifetimeが経過するまで、再送処理を行い、それでもACKフレームが返信されなかった場合は、その端末とは通信不能であると判断する。また、この試験フレームとして、IEEE802.11で規定されているNullフレームやQoS Nullフレーム等を使用してもよい。

試験フレームを送信して各端末のそれぞれから返信されるACKフレームを受信する際に、それらの受信電力の合計値も同時に調べる。調査方法としては、試験フレームを送信した後に受信するACKフレームの受信電力値を取り出し、この値の合計値を算出する。この時、各端末が送信電力制御を行っていると、受信電力の合計値を収集する意味がなくなってしまうので、試験フレームに対するACKフレーム返信時には、送信電力制御をOFFとする。各端末では、試験フレームを受信した場合のACKフレーム送信時のみ送信電力制御をOFFとする方法と、前記調査要求フレームを受信して開始した調査期間は送信電力制御をOFFとする方法とがある。

また、異なる調査結果の収集方法として、試験フレームの送信とそれに対するACK返信の動作は同じ手法を取るが、「通信可能端末数」及び「試験フレームの受信電力の合計値」の収集方法を以下のようにする方法もある。各端末は、「通信可能端末数」の計測方法として、何台の端末から試験フレームを受信したかを「通信可能端末数」とする方法も取れる。または、自端末が送信した試験フレームに対するACKを受信し、かつ、その端末からの試験フレームも受信していると言う二つの条件が整った端末数を「通信可能端末数」とする方法もある。「試験フレームの受信電力の合計値」としては、上記のようにACKフレームの受信電力の合計値を収集するのではなく、試験フレームを受信する際に、その試験フレームの受信電力値を取り出し、この値の合計値を「試験フレームの受信電力の合計値」とする方法としてもよい。この時、試験フレームの送信には、送信電力制御を用いてはならない。

（１−１−７．APによる調査結果の収集）
試験フレーム送信による調査が終了した各端末は、STA4(AP)104に対して、調査結果を通知する。通知する調査結果は、最初にBSSに所属していたSTA6以外の端末全てと通信できるか否か、STA6と通信できるか否か、試験フレーム送受信時に収集した受信電力の合計値などを通知する。または、通信可能な端末台数、受信電力の合計値を通知してもよい。この時、STA6 106は、STA4(AP)104と直接通信できないので、STA2 102に対して調査結果を通知し（図４のステップ１０）、AP機能が他の端末に移動してBSSを検出できるようになるまで待つ（図４のステップ１１）。

STA2 102は、まず自局の調査結果をSTA4(AP)104に通知する（図５のステップ８）。次に、STA6 106から調査結果を受信する（図５のステップ９）と、通知されたSTA6の調査結果をSTA4(AP)104に対して中継する（図５のステップ１０）。その後、AP機能をSTA4以外の他端末へ移動するか、そのままとするかをSTA4(AP)104が判断するのを待つ（図５のステップ１１）。

（１−１−８．AP機能の切替え判断）
STA4(AP)104では、自局の調査結果を、無線通信装置201内の調査部204にて保持する。その後、各端末から通知される調査結果を収集し（図６のステップ７）、AP機能を他端末へ移動するか否かを、調査部204にて判断する。

本実施形態では、STA6 106が、STA1, STA3, STA4, STA5と通信できず、他の端末間は全て通信可能であるとすると、STA2のみが既存のBSSに所属していた端末全てに加えさらにSTA6の合計5台と通信できるが、BSS内の他の端末はSTA6以外の計4台としか通信できない。また、STA6はSTA2のみと通信可能である。この時、STA4(AP)104は、通知された調査結果を比較して、STA2のみがBSS内の端末全てに加え、さらにSTA6と通信できることから、STA2にAP機能を移動させることを決定する（図６のステップ１１）。

あるいは、STA6はSTA1, STA3, STA4と通信できないが、STA2, STA5と通信できる場合は、STA2とSTA5の2台が既存のBSSに所属していた端末全てに加えさらにSTA6の合計5台と通信できる。この時、AP機能を移動させる候補となる端末が、STA2とSTA5の2台存在するため、STA2とSTA5における受信電力の合計値を比較してAP機能を移動させる端末を決定する。例えば本実施形態では、受信電力の合計値を比較した結果、STA2の方が受信電力の合計値が大きかったとする。この場合、STA2にAP機能を移動させることを決定する（図６のステップ１１）。

また、BSS内の全ての端末と通信可能でさらにSTA6とも通信可能な端末が存在しない場合は、AP機能は今のままSTA4(AP)104から移動させないことを決定し、STA2を経由してSTA6に対して、最初に通知されたBSSへの接続要求を却下することを通知する（図６のステップ１２）。

なお、AP機能の切り替え（基地局選択）において、BSSの外部（例えばインターネット）と通信可能な端末一台以上と通信可能であって、かつ通信可能な端末数が最も多い端末をAP機能の切り替え先としてもよい。

（１−１−９．AP機能の切替え）
STA2にAP機能を移動させることを決定したSTA4(AP)104の調査部204は、AP機能を移動させることを端末制御部205に通知する。STA4(AP)104の前記端末制御部205は、AP機能移動フレームを作成し、送信処理部202からSTA2 102に対してAP機能を移動することを通知する。この時、前記端末制御部205は、無線通信システム管理部206が管理しているBSS内の端末情報を取り出して、前記AP機能移動フレームに入れることで、STA2に通知する。

STA2は、AP機能をSTA4以外の他端末へ移動するか、そのままとするかをSTA4(AP)104が判断するのを待っている（図５のステップ１１）。そして、STA4(AP)からSTA2へAP機能を移動する通知である、前記AP機能移動フレームを受信する（図５のステップ１２）。前記AP機能移動フレームを受信したSTA2の端末制御部205は、STA4の無線通信システム管理部206が管理していたBSS内の端末情報を当該AP機能移動フレームから取り出す。端末制御部205は、この取り出したBSS内の端末情報を、STA2の無線通信システム管理部206に対して管理するように指示した上で渡し、自局がAPになってBSSを再開する（図５のステップ１３）。

STA6は、APが切り替わってBSSを検出できるようになるまで待機している（図４のステップ１０）。すると、AP機能がSTA4からSTA2に移動し、新たなAPとなったSTA2(AP)からのBeaconを受信する（図４のステップ１１）。Beaconを受信した後は、通常の接続方法と同様の方法で新たなAP(STA2)への接続処理を行う（図４のステップ１２）。また、STA2を経由してBSSへの接続要求を却下することを通知される（図４のステップ１３）と、BSSへ接続することを諦め、STA2に対してデータ通信の中継を依頼する（図４のステップ１４）。

以上のように、本実施形態では、APと通信できないためにBSSに接続できない端末が、BSSに接続するための制御フレームをBSS内の端末に中継してもらうことによって、BSSへの接続処理が可能となる。また、試験フレームを用いて各端末が通信可能かどうか調査することによって、全端末と通信可能な端末を調査することができ、AP機能を行う最適な端末を選択することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態の変形例に係わる。本実施形態では、端末配置とSTA2による接続要求フレーム等の中継方法は第１の実施形態と同じであるが、STA4(AP)による調査要求フレームに対して、少なくとも一台の端末（例えばSTA3とする）が調査結果を返信してこなかった場合について説明する。

STA4(AP)が、調査要求フレームを送信した後に調査結果を収集する際に、STA3からの調査結果を受信できずに一定時間が経過すると、STA3からの調査結果を待たずに調査結果の比較処理を行う。この時、STA3以外の全ての端末からの調査結果に、STA3と通信できないと記載されていた場合は、STA3は起動していないと判断し、STA3にDisassociationフレームを送信する。Disassociationフレームを送信した後、STA3以外の端末からの調査結果から、第１の実施形態と同様の方法でAP機能を行う端末を決定する。この時、AP機能を行う端末はSTA3と通信できなくても良いものとする。

また、STA3以外の全ての端末からの調査結果に、STA3と通信可能である旨が記載されている場合には、再度、STA3に対して調査要求フレームをユニキャストアドレスで送信する。その後、STA3からの調査結果を受信できた場合は、第１の実施形態と同様の方法でAP機能を行う端末を決定する。もしくは、調査要求フレームを再度ユニキャストアドレスで送信した後に、STA3からの調査結果を受信できなかった場合は、STA3以外の端末の調査結果を用いてAP機能を行う端末を決定する。

（第３の実施形態）
本実施形態では、第１及び第２の実施形態と異なり、未だBSSが構築されていない環境で、全端末を順番に起動させる場合に、AP機能を行う端末を決定する方法について説明する。

図７に、本実施形態に係る端末配置を示す。本実施形態では、BSSが未だ構築されていない状況において、STA1, STA2, STA3, STA4, STA5, STA6の順番に端末が起動される。最初に起動したSTA1は、BSSを探索するスキャン処理を行った後、接続可能なBSSが存在しないために、自局がAPとなってBSSを開始する。続いて起動するSTA2, STA3, STA4は、先に起動しているSTA1が開始したBSSに対して接続を行う。

次にSTA5とSTA6が起動すると、図７に示すようにSTA5, STA6はSTA1の通信範囲外に存在するために、STA1と通信できず、STA1が管理するBSSに接続することができない。ここでSTA5は、第１の実施形態と同様にSTA2に対してBSSへの接続要求フレームを送信する。STA5の前記接続要求フレームを受信したSTA2は、この接続要求フレームをSTA1へ中継する。STA2が中継した接続要求フレームを受信したSTA1が、この接続要求フレームを受信した後にすぐに調査を開始してしまうと、このような接続要求フレームを複数受信した場合は何度も調査処理を行うことになってしまう。これを防ぐために、STA1はAPとしてBSSを開始してから一定時間経過するまで、接続要求フレームを受信した後の調査を開始せずに待機する。

STA1がSTA5からの接続要求フレームを受信後に待機している時に、さらにSTA6が起動する。すると、STA6もSTA1とは通信できないため、STA6はSTA3を経由して、BSSへの接続要求フレームを送信する。STA5とSTA6からの接続要求フレームを受信したSTA1は、BSSを開始してから一定時間経過すると、BSSに接続している全てのSTAのMACアドレスの一覧と、そのSTAのうちインターネットに接続しているSTAのMACアドレスの一覧と、新規STAであるSTA5及びSTA6のMACアドレスとを含んだ調査要求フレームを作成する。そして、作成した調査要求フレームを、配下の全てのSTAに対して通知するためにブロードキャストアドレスで送信する。

ブロードキャストアドレスで送信された調査要求フレームを受信したSTA2とSTA3は、それぞれ、STA5とSTA6に対して調査要求フレームを中継する。その後、STA1〜STA6は、第１の実施形態と同様に試験フレームによる調査を行い、調査結果をSTA1に対して通知する。この時、STA5とSTA6は、それぞれSTA2とSTA3を経由して調査結果を通知する。

調査結果の比較方法は第１の実施形態と同様であり、例えばSTA2がSTA1〜STA6全てと通信でき、受信電力の合計値が最大となるとすると、STA1はSTA2に対してAP機能を移動させる。このような本実施形態によれば、BSSが構築されていない状況で、全端末を順番に起動させる場合に、冗長な調査フレーム送信を回避しつつ、AP機能を行う最適な端末を決定することができる。

（第４の実施形態）
本実施形態は第１の実施形態の変形例に係わる。図８は本実施形態の無線通信装置の端末配置を示す図、図９は本実施形態の無線通信装置の構成を示すブロック図である。

図９に示すように、本実施形態の無線通信装置901は、送信処理部902、受信処理部903、調査部904、端末制御部905、無線通信システム管理部906、アプリケーション処理部907を備え、STAとして動作することができ、また、APとして動作することもできる。

送信処理部902は、データフレームや調査要求フレーム等の制御フレームの送信処理を行う。受信処理部903は、データフレームや調査要求フレーム等の制御フレームの受信処理を行う。調査部904は、試験フレーム交換による調査処理を行う。端末制御部905は、データの送受信処理や制御フレームの送受信処理時の端末内部の制御を行う。無線通信システム管理部906は、APとして動作している際に、配下の複数の端末の情報を管理する。アプリケーション処理部907は、無線通信装置で動作するアプリケーションの動作を管理し、アプリケーションが通信を行うために安定的な通信帯域が必要な場合は、安定的な通信帯域の割り当て要求であり、IEEE802.11eで規定されているトラヒックストリーム（Traffic Stream(TS)）の要求を生成する。

図１０は本実施形態の無線通信システムにおけるAP機能移動の手順を示すメッセージシーケンスチャート、図１１は本実施形態にて新たに無線通信システムに加入する、図８に示すSTA6の動作のフローチャート、図１２は当初のAPであるSTA4の動作のフローチャートである。図８のSTA6と、STA6加入前にAPであったSTA4との間で制御フレームを中継するSTA2の動作については、第１の実施形態と同様のため、第１の実施形態の説明で使用した図６を参照する。

本実施形態の無線通信システムでは、図８に示すように、最初にSTA4(AP)804をアクセスポイントとして動作させ、STA4(AP)804のアクセスポイントにSTA1 801, STA2 802, STA3 803, STA5 805の計4台の端末が所属するBSS(Basic Service Set)を構築し、通信を行っている（図１０参照）。この時、アクセスポイントとして動作しているSTA4(AP)804の通信範囲807外にあるSTA6 806が起動し、BSSに所属するまでの方法に関して説明する。STA6 806がBSSに所属する際に、STA4(AP)804が管理しているAP機能をSTA2 802へ移動させ、STA2 802がアクセスポイントとなってBSSを管理するのであるが、本実施形態では第１の実施形態と異なり、最初にBSSに所属していたSTA1 801が、新たにAPとなったSTA2 802の通信範囲808外にあるため、所属していたBSSから離れる。そして、STA1 801がBSS内の端末と通信する際には、STA4がこれを中継する点が第１の実施形態と異なっている。また、STA2-STA4間と、STA3-STA4間と、STA5-STA4間には、IEEE802.11eで規定されているTraffic Stream(TS)が張られているものとする。また、本実施形態では、第１の実施形態と同じく、図８に示す全てのSTAは、図２に示すAPとしてもSTAとしてもどちらでも動作することが可能な無線通信装置であるものとする。

（４−１−１．STA6によるBSSの発見）
アクセスポイントSTA4(AP)804とSTA1 801, STA2 802, STA3 803, STA5 805の計4台の端末がBSS(Basic Service Set)を構築し、通信を行っている時に、STA6 806が起動すると、STA6は通常のスキャン処理を行う。しかしながら、STA6は、アクセスポイントSTA4(AP)804の通信範囲807の外に位置しており、アクセスポイントSTA4(AP)804が送信するフレームを受信できないため、APを発見することができない（図１１のステップ２）。

図８の端末配置で示すように、STA6 806はSTA4(AP)804と通信できないが、STA2 802とは通信可能である。そのため、上記スキャン処理の際に、STA2 802がSTA4(AP)804宛てに送信しているデータを受信することによって、APを検出することはできないが、BSSが存在することを発見する（図１１のステップ３）。

（４−１−２．STA6の接続要求フレームをSTA2へ通知）
BSSを発見したSTA6 806のアプリケーション処理部907は、STA6が使用するアプリケーションの通信に安定的な通信帯域が必要なことを認識する。その後、アプリケーション処理部907は、アプリケーションの要求としてTSを設定するためのパラメータであるTSPECパラメータを生成し、TSPECパラメータを含んだADDTS.requestフレームを生成する（図１１のステップ４）。

次にSTA6 806の端末制御部905は、BSSへの接続を要求する接続要求フレームを、アプリケーション処理部907が生成したADDTS.requestフレームを含んだ接続要求フレームとして作成し、STA2 802に対して、作成した接続要求フレームを送信処理部902から送信する（図１１のステップ５）。接続要求フレームを送信したSTA6 806は、この接続要求フレームに対する応答フレームがSTA2 802から送信されてくるのを待つ（図１１のステップ６）。

（４−１−３．STA2がSTA6から受信した接続要求フレームをAPに対して中継）
図５のステップ１からステップ４までは、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

（４−１−４．APがSTA6の接続要求を受けて調査要求フレームを送信）
図１２のステップ１からステップ５までは、図６のステップ１からステップ５までと同様であるので説明を省略する。

（４−１−５．STA2が、調査要求フレームをSTA6へ中継）
図５のステップ４からステップ６までは、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。また、図１１のステップ６からステップ８までは、図４のステップ５からステップ７までと同様であるので説明を省略する。

（４−１−６．試験フレームによる調査）
試験フレームによる調査は、第１の実施形態の１−１−６と同様であるので説明を省略する。

（４−１−７．APによる調査結果の収集）
試験フレームによる調査結果の収集方法は、第１の実施形態の１−１−７と同様であるので説明を省略する。

（４−１−８．AP機能の切替え判断）
STA4(AP)804では、自局の調査結果を、無線通信装置901内の調査部904にて保持する。その後、各端末から通知される調査結果も収集し（図１２のステップ７）、AP機能を他端末へ移動するか否かを、調査部904にて判断する。

STA4(AP)804の調査部904では、収集した調査結果から、APと同様にBSS内の全端末と通信可能な端末が存在するかを判断（図１２のステップ８）する。この時、APと同様にBSS内の全端末と通信可能な端末が存在すると判断した場合には、次にBSS内の全端末と通信可能であって、さらにSTA6とも通信可能な端末が存在するかを判断する（図１２のステップ９）。ここで、BSS内の全端末と通信可能であって、さらにSTA6とも通信可能な端末が存在すると判断した場合について、図１２のステップ１０からステップ１１までは、図６のステップ１０からステップ１１までと同様であるので説明を省略する。

図１２のステップ８もしくはステップ９にて、“NO”と判断した場合は、新たにBSSへの接続を希望しているSTA6と通信可能な端末のうち、通信可能端末数が最大となる端末を、新AP候補端末として抽出する（図１２のステップ１２）。この時、通信可能端末数が同数となる端末が複数存在する場合には、新AP候補端末を複数台抽出してもよい。本実施形態では、調査結果からSTA6 806がSTA1, STA3, STA4と通信できず、STA1 801がSTA2, STA3, STA6と通信できなかったことがわかったものとする。この場合、現在のBSS内の全端末と通信可能なのは現在のAPであるSTA4(AP)904のみであり、図１２のステップ８は“NO”と判断される。次にステップ１２へ進み、STA6と通信できる端末のうち、通信可能端末数が最大となる端末としてSTA2とSTA5が、新AP候補端末として抽出される。STA2はSTA3, STA4, STA5, STA6の計4台と通信可能であり、STA5はSTA1, STA2, STA4, STA6の計4台と通信可能である。

次に、抽出した新AP候補端末が通信できない端末には、TSが張られているかどうかを判断する（図１２のステップ１３）。新AP候補端末として抽出したSTA2が通信できない端末はSTA1であり、STA5が通信できない端末はSTA3である。本実施形態のBSSでは、STA2-STA4間とSTA3-STA4間とSTA5-STA4間に、IEEE802.11eで規定されているTraffic Stream(TS)が張られているため、TSが張られているSTA3と通信できないSTA5は新AP候補端末から除外される。STA2は、TSの張られていないSTA1のみと通信できないので、STA4(AP)804の調査部904は最終的にSTA2を新たなAPとして選択する。この時、もしSTA3にもTSが張られていなかった場合は、STA2とSTA5の受信電力の合計値をさらに比較し、合計値の大きな端末を新たなAPとする（図１２のステップ１４）。

また、STA1にもTSが張られていた場合は、抽出した新AP候補端末が通信できない端末にTSが張られているため、APは今のままSTA4とする（図１２のステップ１７）。

（４−１−９．AP機能の切替え）
STA2にAP機能を移動させることを決定したSTA4(AP)804の調査部904は、AP機能をSTA2へ移動させること、ならびにAP機能を移動させるSTA2はSTA1と通信できないことを端末制御部905に通知する。STA4(AP)804の端末制御部905は、AP機能をSTA4からSTA2へ移動することと、AP機能をSTA4からSTA2へ移動するとBSSに所属できなくなるSTA1との通信をSTA4が中継することを、送信処理部902を通じてBSS内の全端末に通知する（図１２のステップ１５）。次に前記端末制御部905は、AP機能移動フレームを作成し、送信処理部902からSTA2 802に対してAP機能を移動することを通知する。この時、端末制御部905は、無線通信システム管理部906が管理しているBSS内の端末情報を取り出して、これをAP機能移動フレームに入れることで、STA2に通知する。

STA2の動作である図５のステップ１１からステップ１３までは、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。またSTA6の動作である図１０のステップ１１からステップ１５までは、図４のステップ１０からステップ１４までと同様であるので説明を省略する。

またこの時、STA1とSTA4間の接続設定の情報やセキュリティの暗号化情報等は、AP機能をSTA4からSTA2に移動する前に確立されていた情報を利用することによって、設定手順を省略することができる。

以上のように、本実施形態では、APと通信できないためにBSSに接続できない端末が、BSSに接続するための制御フレームをBSS内の端末に中継してもらうことによって、BSSへの接続処理が可能となる。また、試験フレームを用いて各端末が通信可能かどうかを調査した調査結果とTSの設定状況を情報として利用することによって、TSを張っている端末のみで構成するBSSを構築することができ、TSを張っていない優先度の低いデータを中継動作で送信することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

第１の実施形態に係る無線通信システムの端末配置を示す図 第１の実施形態に係る無線通信装置のブロック図 第１の実施形態に係る無線通信システムにおけるAP機能移動の手順を示すメッセージシーケンスチャート 第１の実施形態に係るＳＴＡ６の動作を説明するためのフローチャート 第１の実施形態に係るＳＴＡ２の動作を説明するためのフローチャート 第１の実施形態に係るＳＴＡ４の動作を説明するためのフローチャート 第３の実施形態の無線通信システムの端末配置 第４の実施形態の無線通信装置の端末配置を示す図 第４の実施形態の無線通信装置の構成を示すブロック図 第４の実施形態の無線通信システムにおけるAP機能移動の手順を示すメッセージシーケンスチャート 第４の実施形態にて当初のAPであるＳＴＡ４の動作のフローチャート 第４の実施形態にて新たに無線通信システムに加入するＳＴＡ６の動作のフローチャート

符号の説明

１０１〜１０７…ＳＴＡ１〜ＳＴＡ７；
２１０…無線通信装置；
２０２…送信処理部；
２０３…受信処理部；
２０４…調査部；
２０５…端末制御部；
２０６…無線通信システム管理部

Claims (15)

1. 無線基地局として動作が可能な複数の第１無線通信装置と、
   調査対象の無線通信装置のアドレスを含む調査要求フレームを前記複数の第１無線通信装置に向けて送信する送信手段と、
   前記調査要求フレームの受信により前記複数の第１無線通信装置の各々が前記アドレスに向けて試験フレームを送信することにより得られ、前記複数の第１無線通信装置の各々が通信可能な端末数を表す調査結果を受信する受信手段と、
   前記調査結果に基づいて、通信可能な端末数が最も多い第１無線通信装置を前記複数の第１無線通信装置のなかから無線基地局として選択する基地局選択手段と、を具備する無線通信システム。
2. 前記調査結果は、前記調査対象の無線通信装置から前記試験フレームの送信に対して返信される送達確認応答フレームの、前記複数の第１無線通信装置の各々における受信電力の合計値を含んでおり、
   前記基地局選択手段は、前記通信可能な端末数に加え、前記受信電力の合計値を選択基準として用いて前記無線基地局を選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記調査結果は、前記調査対象の無線通信装置から送信される前記試験フレームの、前記複数の第１無線通信装置の各々における受信電力の合計値を含んでおり、
   前記基地局選択手段は、前記通信可能な端末数に加え、前記受信電力の合計値を選択基準として用いて前記無線基地局を選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. 前記基地局選択手段は、前記調査要求フレームを送信する以前の無線基地局が通信可能であった全ての端末と通信可能であって、かつ通信可能な端末数が最も多い第１無線通信装置を前記複数の第１無線通信装置のなかから無線基地局として選択する請求項１に記載の無線通信システム。
5. 前記基地局選択手段は、前記無線通信システムの外部と通信可能な前記第１無線通信装置一台以上と通信可能であって、かつ通信可能な前記第１無線通信装置数が最も多い第１無線通信装置を前記複数の第１無線通信装置のなかから無線基地局として選択する請求項１に記載の無線通信システム。
6. 前記基地局選択手段に、通信可能なトラヒックストリームの設定を行っている前記第１無線通信装置の台数が最も多い第１無線通信装置を前記複数の第１無線通信装置のなかから無線基地局として選択する請求項１記載の無線通信システム。
7. 無線基地局への接続を要求する第２無線通信装置からの接続要求フレーム、前記無線基地局からの調査要求フレーム、及び前記調査要求フレームの受信により前記第２無線通信装置が前記調査対象の無線通信装置のアドレスに向けて試験フレームを送信することにより得られ、前記第２無線通信装置が通信可能な端末数を表す調査結果を前記第２無線通信装置と前記無線基地局との間で中継する第３無線通信装置をさらに具備する請求項１に記載の無線通信システム。
8. 無線基地局として動作が可能な複数の第１無線通信装置に向けて、調査対象の無線通信装置のアドレスを含む調査要求フレームを送信する送信手段と、
   前記調査要求フレームの受信により前記複数の第１無線通信装置の各々が前記アドレスに向けて試験フレームを送信することにより得られ、前記複数の第１無線通信装置の各々が通信可能な端末数を表す調査結果を受信する受信手段と、
   前記調査結果に基づいて、通信可能な端末数が最も多い第１無線通信装置を前記複数の第１無線通信装置のなかから選択する選択手段と、
   選択された第１無線通信装置が無線基地局としての動作を開始するよう制御を行う制御手段と、を具備する無線通信装置。
9. 前記調査結果は、前記調査対象の無線通信装置から前記試験フレームの送信に対して返信される送達確認応答フレームの、前記複数の第１無線通信装置の各々における受信電力の合計値を含んでおり、
   前記選択手段は、前記通信可能な端末数に加え、前記受信電力の合計値を前記第１無線通信装置を選択する基準として用いることを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
10. 前記調査結果は、前記調査対象の無線通信装置から送信される前記試験フレームの、前記複数の第１無線通信装置の各々における受信電力の合計値を含んでおり、
    前記選択手段は、前記通信可能な端末数に加え、前記受信電力の合計値を前記第１無線通信装置を選択する基準として用いることを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
11. 前記選択手段は、前記調査要求フレームを送信する以前の無線基地局が通信可能であった全ての端末と通信可能であって、かつ通信可能な端末数が最も多い第１無線通信装置を前記複数の第１無線通信装置のなかから選択することを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
12. 前記選択手段は、前記無線通信システムの外部と通信可能な前記第１無線通信装置一台以上と通信可能であって、かつ通信可能な前記第１無線通信装置数が最も多い第１無線通信装置を前記複数の第１無線通信装置のなかから選択することを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
13. 前記選択手段は、通信可能なトラヒックストリームの設定を行っている前記第１無線通信装置の台数が最も多い第１無線通信装置を前記複数の第１無線通信装置のなかから選択することを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
14. 無線基地局と直接通信出来ない第１無線通信装置から送信された、無線基地局への接続を要求する接続要求フレームを前記無線基地局に対して中継する手段と、
    前記接続要求フレームに応じて前記無線基地局から送信され、調査対象の第２無線通信装置のアドレスを含み、前記無線基地局の切替え判断に使用する情報の調査を要求する調査要求フレームを前記第１無線通信装置に対して中継する手段と、
    前記調査要求フレームの受信により前記第１無線通信装置が前記第２無線通信装置のアドレスに向けて試験フレームを送信することにより得られ、前記第１無線通信装置が通信可能な端末数を表す調査結果を前記無線基地局に対して中継する手段と、を具備する無線通信装置。
15. 第１無線通信装置が無線基地局又は他の第１無線通信装置と行うフレーム交換を受信することにより、無線通信システムの存在を確認する手段と、
    前記無線通信システムへの接続要求フレームを、前記第１無線通信装置から前記無線基地局へ中継するよう、前記第１無線通信装置へ送信する手段と、
    前記接続要求フレームに応じて前記無線基地局から送信され、調査対象の第１無線通信装置のアドレスを含み、前記無線基地局の切替え判断に使用する情報の調査を要求する調査要求フレームを前記第１無線通信装置から中継され、この中継された接続要求フレームを受信することを以て、前記無線通信システムへの接続要求が前記無線基地局に受け入れられたことを認識する手段と、
    前記調査要求フレームの受信により、前記第１無線通信装置のアドレスに向けて試験フレームを送信することにより得られ、通信可能な端末数を表す調査結果を、前記第１無線通信装置から前記無線基地局へ中継するよう、前記第１無線通信装置へ送信する手段と、を具備する無線通信装置。

Images