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JP2010161554A - 送信局装置および無線通信システム - Google Patents

送信局装置および無線通信システム Download PDF

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直人 高橋
Takeshi Hirakuri
健史 平栗
Shuta Ueno
衆太 上野
Mamoru Akimoto
守 秋元
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Abstract

【課題】送信局装置とマルチキャストグループを構成する複数の受信局装置との間でマルチキャスト伝送レートを常に最適な値に設定し、マルチキャストデータの確実な伝送を可能にする送信局装置および無線通信システムを提供する。
【解決手段】複数の受信局装置のそれぞれに、所定のマルチキャスト伝送レートで疑似トレーニング信号を定期的にユニキャスト送信する送信手段と、疑似トレーニング信号に対する複数の受信局装置からのACK応答を受信し、複数の受信局装置からのACK応答の有無に応じてマルチキャスト伝送レートを高下させて疑似トレーニング信号のユニキャスト送信を繰り返し、複数の受信局装置のすべてからACK応答があるときのマルチキャスト伝送レートを所定のマルチキャスト伝送レートとして決定するマルチキャスト伝送レート制御手段とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、送信局装置からマルチキャストグループを構成する複数の受信局装置にマルチキャストデータをマルチキャスト送信するときのマルチキャスト伝送レートを動的に設定する送信局装置および無線通信システムに関する。
無線LANシステムでは、無線基地局APと無線端末STAとの間の距離が近い(回線品質が良い)場合には高速の伝送レートで通信を行い、両者の距離が遠い(回線品質が悪い)場合には低速の伝送レートに切り替えて通信を行うなど、広いサービスエリアで効率的に通信を行うための複数の伝送レートが規定されている。
ただし、無線基地局APからマルチキャストグループを構成する複数の無線端末STAにマルチキャストデータのマルチキャスト送信するときには、最低速の伝送レートが選択されることが多い。この場合には、図6(1) に示すように、サービスエリアの端部で受信レベルの低く、回線品質が劣化している無線端末STA−Cにもマルチキャストデータが届く。しかし、無線基地局APでデータサイズが大きいマルチキャストデータが発生すると、当該マルチキャストデータをバッファリングし、伝送レートが低いために無線帯域を占有する時間が長くなる。このとき、無線基地局APと他の無線端末STA−A,STA−Bとの間ではVoIP(Voice over IP) 等のユニキャストデータのロスが発生し、伝送効率が著しく低下する。
一方、マルチキャスト伝送レートを大きくすると、無線帯域を占有する時間が長くなることはないので、VoIP等のユニキャストデータも送信機会が増えてロスはなくなる。しかし、図6(2) に示すように、サービスエリアの端部で受信レベルの低く、回線品質が劣化している無線端末STA−Cは、当該伝送レートでマルチキャストデータを受信することができない。しかも、マルチキャストデータは受信応答であるACKを返信しないので、マルチキャストデータを送信した無線基地局APは、回線品質劣化によるマルチキャストデータの不達を検知することができない。
このように、マルチキャスト伝送レートを低速側あるいは高速側に固定すると、前者の場合は無線帯域の占有時間が長くなることによるシステム全体の伝送効率が低下する問題が発生し、後者の場合は回線品質劣化やマルチキャストデータの不達を検知できない問題が発生する。
ところで、マルチキャスト伝送レートを動的に最適化する方法が提案されている(特許文献1)。この方法では、マルチキャストデータの宛先グループに応じてマルチキャスト伝送レートを選択することができる。また、VoIP(音声)やVideo(映像)のユニキャストデータのデータ量、例えばそれらのユニキャスト通信を行う無線端末接続数に応じて、マルチキャスト伝送レートを選択することができる。
この場合、図7(1) に示すように、無線基地局APに比較的近い(回線品質がよい)場所にマルチキャストの対象となる無線端末グループが固まっている状態で、ユニキャストデータの発生量が比較的少ないときは、無線基地局APがマルチキャスト伝送レートを高く設定することになる。その後、図7(2) に示すように、グループ内のある無線端末STA−Cがサービスエリアの端部に移動して回線品質が劣化した状態になると、先に設定したマルチキャスト伝送レートではマルチキャストデータの受信ができない。そのときは、上記のようにACKの返信がないので、無線基地局APは回線品質劣化によるマルチキャストデータの不達を検知することができない。
従来の方法では、時々刻々と変化する無線端末STA(受信局装置)の伝搬環境の変化に起因する回線品質の変動等に対して、無線基地局AP(送信局装置)はマルチキャスト伝送レートを動的に最適化するようになっていない。そのため、当初のマルチキャスト伝送レートで受信できていた無線端末STAが、無線LANサービスエリアの端部に移動して回線品質が劣化し、マルチキャストデータを受信できない状況になっても、マルチキャストデータに対するACKを返信しないために無線基地局APでその状況を知ることができない。
本発明は、送信局装置とマルチキャストグループを構成する複数の受信局装置との間でマルチキャスト伝送レートを常に最適な値に設定し、マルチキャストデータの確実な伝送を可能にする送信局装置および無線通信システムを提供することを目的とする。
第1の発明は、マルチキャストグループを構成する複数の受信局装置に、所定のマルチキャスト伝送レートでマルチキャストデータをマルチキャスト送信する送信局装置において、複数の受信局装置のそれぞれに、所定のマルチキャスト伝送レートで疑似トレーニング信号を定期的にユニキャスト送信する送信手段と、疑似トレーニング信号に対する複数の受信局装置からのACK応答を受信し、複数の受信局装置からのACK応答の有無に応じてマルチキャスト伝送レートを高下させて疑似トレーニング信号のユニキャスト送信を繰り返し、複数の受信局装置のすべてからACK応答があるときのマルチキャスト伝送レートを所定のマルチキャスト伝送レートとして決定するマルチキャスト伝送レート制御手段とを備える。
第1の発明におけるマルチキャスト伝送レート制御手段は、所定のマルチキャスト伝送レートでユニキャスト送信した疑似トレーニング信号に対して複数の受信局装置のすべてからACK応答があったときに、所定のマルチキャスト伝送レートを1段階高く設定して疑似トレーニング信号のユニキャスト送信を繰り返し、その繰り返しの中で複数の受信局装置の少なくとも1つからACK応答がないときに前回のマルチキャスト伝送レートを所定のマルチキャスト伝送レートとして決定する機能と、所定のマルチキャスト伝送レートでユニキャスト送信した疑似トレーニング信号に対して複数の受信局装置の少なくとも1つからACK応答がないときに、所定のマルチキャスト伝送レートを1段階低く設定して疑似トレーニング信号のユニキャスト送信を繰り返し、その繰り返しの中で複数の受信局装置のすべてからACK応答があったときにそのマルチキャスト伝送レートを所定のマルチキャスト伝送レートとして決定する機能とを含む。
第1の発明における疑似トレーニング信号は、データ部がヌルのユニキャストフレームの受信局アドレスとして、マルチキャストグループを構成する各受信局装置のアドレスを割り当てた構成である。
第2の発明は、送信局装置からマルチキャストグループを構成する複数の受信局装置に、所定のマルチキャスト伝送レートでマルチキャストデータをマルチキャスト送信する無線通信システムにおいて、送信局装置は、複数の受信局装置に、所定のマルチキャスト伝送レートで疑似トレーニング信号を定期的にマルチキャスト送信する送信手段と、疑似トレーニング信号に対する複数の受信局装置からのACK応答を受信し、複数の受信局装置からのACK応答の有無に応じてマルチキャスト伝送レートを高下させて疑似トレーニング信号のマルチキャスト送信を繰り返し、複数の受信局装置のすべてからACK応答があるときのマルチキャスト伝送レートを所定のマルチキャスト伝送レートとして決定するマルチキャスト伝送レート制御手段とを備え、受信局装置は、マルチキャスト送信された疑似トレーニング信号を正常に受信したときに、送信局装置にACK応答を送信する応答手段を備える。
第2の発明におけるマルチキャスト伝送レート制御手段は、所定のマルチキャスト伝送レートでマルチキャスト送信した疑似トレーニング信号に対して複数の受信局装置のすべてからACK応答があったときに、所定のマルチキャスト伝送レートを1段階高く設定して疑似トレーニング信号のマルチキャスト送信を繰り返し、その繰り返しの中で複数の受信局装置の少なくとも1つからACK応答がないときに前回のマルチキャスト伝送レートを所定のマルチキャスト伝送レートとして決定する機能と、所定のマルチキャスト伝送レートでマルチキャスト送信した疑似トレーニング信号に対して複数の受信局装置の少なくとも1つからACK応答がないときに、所定のマルチキャスト伝送レートを1段階低く設定して疑似トレーニング信号のマルチキャスト送信を繰り返し、その繰り返しの中で複数の受信局装置のすべてからACK応答があったときにそのマルチキャスト伝送レートを所定のマルチキャスト伝送レートとして決定する機能とを含む。
第2の発明における疑似トレーニング信号は、データ部がヌルのマルチキャストフレームの受信局アドレスとして、マルチキャストグループのマルチキャストアドレスを割り当てた構成である。
本発明は、送信局装置とマルチキャストグループを構成する複数の受信局装置との間で疑似トレーニング信号およびACK応答を送受信し、各受信局装置からのACK応答の有無に応じてマルチキャスト伝送レートを常に最適な値に設定することができる。これにより、マルチキャストグループを構成する各受信局装置の伝搬環境に変化があっても、各受信局装置にマルチキャストデータを確実に伝送することができる。
実施例1における無線基地局の構成例を示す図である。 マルチキャスト伝送レート制御部15の制御手順を示すフローチャートである。 実施例1の動作例を説明する図である。 実施例2における無線基地局の構成例を示す図である。 実施例2の動作例を説明する図である。 従来のマルチキャスト伝送レートの設定による動作例を説明する図である。 従来のマルチキャスト伝送レートの設定による問題点を説明する図である。
本発明のマルチキャスト送信を行う無線通信システムについて、無線LANシステムを例に説明する。すなわち、送信局装置は無線基地局APに対応し、受信局装置は無線端末STAに対応する。以下に説明する実施例では、無線基地局APからマルチキャストグループを構成する複数の無線端末STAにマルチキャストデータをマルチキャスト送信するときに、マルチキャスト伝送レートを動的に設定する無線基地局APの構成について説明する。
図1は、実施例1における無線基地局の構成例を示す。
図において、無線基地局は、疑似トレーニング信号生成部11、マルチキャストグループ記憶部12、無線信号送受信部13、ACK応答処理部14、マルチキャスト伝送レート制御部15により構成される。
疑似トレーニング信号生成部11は、マルチキャストグループ記憶部12からマルチキャストグループを構成する複数の無線端末のアドレスを入力し、各無線端末のアドレスを宛先としてユニキャスト送信する疑似トレーニング信号を生成する。この疑似トレーニング信号は、例えばMACフレームを利用する場合には、MACヘッダの受信局アドレスに各無線端末のアドレスを割り当て、データ部をヌル(0バイト)とする。このとき、疑似トレーニング信号をユニキャスト送信する伝送レートとして、マルチキャスト伝送レート制御部15によってマルチキャスト伝送レートの初期値が設定される。
宛先として各無線端末のアドレスが設定された疑似トレーニング信号は、疑似トレーニング信号生成部11から無線信号送受信部13に入力され、マルチキャストグループを構成する各無線端末に対して順番に、マルチキャスト伝送レートの初期値でユニキャスト送信される。なお、この疑似トレーニング信号のユニキャスト送信は所定の周期で定期的に行われる。
この疑似トレーニング信号を受信した各無線端末は、それぞれACK応答を返信する。無線基地局の無線信号送受信部13は、マルチキャストグループを構成する各無線端末から送信されたACK応答を順次受信し、ACK応答処理部14に通知する。ACK応答処理部14は、ユニキャスト送信した疑似トレーニング信号に対してACK信号を返信してきた無線端末をマルチキャスト伝送レート制御部15に通知する。マルチキャスト伝送レート制御部15は、マルチキャストグループを構成する全無線端末からACK応答が返信されたか否かを判定し、そのACK応答の有無に応じたマルチキャスト伝送レートの最適値を決定するための制御を行う。
図2は、マルチキャスト伝送レート制御部15の制御手順を示す。
図において、疑似トレーニング信号をユニキャスト送信するときに用いるマルチキャスト伝送レートの初期値を設定する(S1)。次に、マルチキャストグループの各無線端末に対して、疑似トレーニング信号をマルチキャスト伝送レートの初期値で送信するように制御する(S2)。次に、マルチキャストグループを構成する全無線端末からACK応答が返信されたか否かを判定する(S3)。
マルチキャストグループを構成する全無線端末からACK応答が返信された場合(S3のYes )には、マルチキャスト伝送レートを1段階高く設定し、疑似トレーニング信号をマルチキャストグループの各無線端末に再度送信するように制御する(S4)。次に、マルチキャストグループを構成する全無線端末からACK応答が返信されたか否かを判定し(S5)、全無線端末からACK応答が返信された場合(S5のYes )にはステップS4に戻る。一方、マルチキャストグループを構成する全無線端末の少なくとも1つからACK応答が返信されない場合(S5のNo)には、現在設定しているマルチキャスト伝送レートより1段階低いレート、すなわち前回のマルチキャスト伝送レートをマルチキャスト送信に用いる伝送レートとして決定する(S6)。
また、ステップS3において、マルチキャストグループを構成する全無線端末の少なくとも1つからACK応答が返信されない場合(S3のNo)には、マルチキャスト伝送レートの初期値を1段階低く設定し、疑似トレーニング信号をマルチキャストグループの各無線端末に再度送信するように制御する(S7)。次に、マルチキャストグループを構成する全無線端末からACK応答が返信されたか否かを判定し(S8)、全無線端末の少なくとも1つからACK応答が返信されない場合(S8のNo)にはステップS7に戻る。一方、マルチキャストグループを構成する全無線端末からACK応答が返信された場合(S5のYes )には、現在設定しているマルチキャスト伝送レートをマルチキャスト送信に用いる伝送レートとして決定する(S9)。
図3(1) は、疑似トレーニング信号がマルチキャストグループ内の各無線端末STA−A,STA−B,STA−Cに順番にユニキャスト送信されるときに、無線端末STA−Cが無線LANサービスエリアの端部に移動して回線品質が劣化し、疑似トレーニング信号を受信できない状況を示す。無線端末STA−Cは、当然にACK応答を返信しない。図3(2) は、無線基地局APが疑似トレーニング信号の送信に用いるマルチキャスト伝送レートをP1からP2に1段階低く設定し、無線端末STA−Cが疑似トレーニング信号に対するACK応答を返信し、マルチキャスト伝送レートがP2に決定された状況を示す。
このように疑似トレーニング信号をユニキャスト送信し、ACK応答の有無に応じてマルチキャスト伝送レートを最適値に決定する制御は、所定の周期で定期的に行われる。これにより、マルチキャストグループ内の無線端末が移動して回線品質に変化があった場合でも、その時々の状況に応じて最適なマルチキャスト伝送レートが選択され、マルチキャストグループ内の全無線端末に対してマルチキャスト送信を行うことができる。
図4は、実施例2における無線基地局の構成例を示す。
図において、無線基地局は、疑似トレーニング信号生成部21、マルチキャストグループ記憶部12、無線信号送受信部13、ACK応答処理部14、マルチキャスト伝送レート制御部15により構成される。なお、実施例1と同様の機能を有するものは同一符号を付している。
疑似トレーニング信号生成部21は、マルチキャストグループ記憶部12からマルチキャストグループのマルチキャストアドレスを入力し、マルチキャストグループに対してマルチキャスト送信する疑似トレーニング信号を生成する。この疑似トレーニング信号は、例えばRTS(Request to Send)フレームを利用する場合には、MACヘッダの受信局アドレスにマルチキャストアドレスを割り当てる。このとき、疑似トレーニング信号をマルチキャスト送信する伝送レートとして、マルチキャスト伝送レート制御部15によってマルチキャスト伝送レートの初期値が設定される。
宛先としてマルチキャストアドレスが設定された疑似トレーニング信号は、疑似トレーニング信号生成部11から無線信号送受信部13に入力され、マルチキャストグループを構成する各無線端末に対して、マルチキャスト伝送レートの初期値でマルチキャスト送信される。なお、この疑似トレーニング信号のマルチキャスト送信は所定の周期で定期的に行われる。
この疑似トレーニング信号を受信した各無線端末は、キャリアセンスおよびバックオフ制御により、競合しないタイミングでそれぞれACK応答を返信する機能を有する。なお、通常の無線端末はマルチキャスト信号に対してはACK応答は返信しない。無線基地局の無線信号送受信部13は、マルチキャストグループを構成する各無線端末から送信されたACK応答を順次受信し、ACK応答処理部14に通知する。ACK応答処理部14は、ユニキャスト送信した疑似トレーニング信号に対してACK信号を返信してきた無線端末をマルチキャスト伝送レート制御部15に通知する。マルチキャスト伝送レート制御部15は、マルチキャストグループを構成する全無線端末からACK応答が返信されたか否かを判定し、そのACK応答の有無に応じたマルチキャスト伝送レートの最適値を決定するための制御を行う。このマルチキャスト伝送レート制御部15における制御手順は、実施例1の図2で説明したものと同様である。
図5(1) は、疑似トレーニング信号がマルチキャストグループ内の各無線端末STA−A,STA−B,STA−Cにマルチキャスト送信されるときに、無線端末STA−Cが無線LANサービスエリアの端部に移動して回線品質が劣化し、疑似トレーニング信号を受信できない状況を示す。無線端末STA−Cは、当然にACK応答を返信しない。図5(2) は、無線基地局APが疑似トレーニング信号の送信に用いるマルチキャスト伝送レートをP1からP2に1段階低く設定し、無線端末STA−Cが疑似トレーニング信号に対するACK応答を返信し、マルチキャスト伝送レートがP2に決定された状況を示す。
このように疑似トレーニング信号をマルチキャスト送信し、ACK応答の有無に応じてマルチキャスト伝送レートを決定する制御は、所定の周期で定期的に行われる。これにより、マルチキャストグループ内の無線端末が移動して回線品質に変化があった場合でも、その時々の状況に応じて最適なマルチキャスト伝送レートが選択され、マルチキャストグループ内の全無線端末に対してマルチキャスト送信を行うことができる。
本発明は、例えば無線LAN経由のインターネット高速アクセスを提供する公衆無線LANサービスなどにおいて、送信局装置からマルチキャストグループを構成する複数の受信局装置にマルチキャストデータを確実に送信する場合に有用である。
例えば、マルチキャスト伝送を最優先とするサービス(災害情報等の緊急告知サービス等)において、遮蔽物や天候等による伝搬環境の悪化によって所定のマルチキャスト伝送レートではマルチキャストデータが届かない状況を回避し、その伝搬環境に応じたマルチキャスト伝送レートに適宜変更することにより、確実なマルチキャスト伝送が可能になる。
11,21 疑似トレーニング信号生成部
12 マルチキャストグループ記憶部
13 無線信号送受信部
14 ACK応答処理部
15 マルチキャスト伝送レート制御部
特開2007−329612号公報

Claims (6)

  1. マルチキャストグループを構成する複数の受信局装置に、所定のマルチキャスト伝送レートでマルチキャストデータをマルチキャスト送信する送信局装置において、
    前記複数の受信局装置のそれぞれに、前記所定のマルチキャスト伝送レートで疑似トレーニング信号を定期的にユニキャスト送信する送信手段と、
    前記疑似トレーニング信号に対する前記複数の受信局装置からのACK応答を受信し、前記複数の受信局装置からのACK応答の有無に応じて前記マルチキャスト伝送レートを高下させて前記疑似トレーニング信号のユニキャスト送信を繰り返し、前記複数の受信局装置のすべてからACK応答があるときのマルチキャスト伝送レートを前記所定のマルチキャスト伝送レートとして決定するマルチキャスト伝送レート制御手段と
    を備えたことを特徴とする送信局装置。
  2. 請求項1に記載の送信局装置において、
    前記マルチキャスト伝送レート制御手段は、
    前記所定のマルチキャスト伝送レートでユニキャスト送信した疑似トレーニング信号に対して前記複数の受信局装置のすべてからACK応答があったときに、前記所定のマルチキャスト伝送レートを1段階高く設定して前記疑似トレーニング信号のユニキャスト送信を繰り返し、その繰り返しの中で前記複数の受信局装置の少なくとも1つからACK応答がないときに前回のマルチキャスト伝送レートを前記所定のマルチキャスト伝送レートとして決定する機能と、
    前記所定のマルチキャスト伝送レートでユニキャスト送信した疑似トレーニング信号に対して前記複数の受信局装置の少なくとも1つからACK応答がないときに、前記所定のマルチキャスト伝送レートを1段階低く設定して前記疑似トレーニング信号のユニキャスト送信を繰り返し、その繰り返しの中で前記複数の受信局装置のすべてからACK応答があったときにそのマルチキャスト伝送レートを前記所定のマルチキャスト伝送レートとして決定する機能とを含む
    ことを特徴とする送信局装置。
  3. 請求項1に記載の送信局装置において、
    前記疑似トレーニング信号は、データ部がヌルのユニキャストフレームの受信局アドレスとして、前記マルチキャストグループを構成する各受信局装置のアドレスを割り当てた構成である
    ことを特徴とする送信局装置。
  4. 送信局装置からマルチキャストグループを構成する複数の受信局装置に、所定のマルチキャスト伝送レートでマルチキャストデータをマルチキャスト送信する無線通信システムにおいて、
    前記送信局装置は、
    前記複数の受信局装置に、前記所定のマルチキャスト伝送レートで疑似トレーニング信号を定期的にマルチキャスト送信する送信手段と、
    前記疑似トレーニング信号に対する前記複数の受信局装置からのACK応答を受信し、前記複数の受信局装置からのACK応答の有無に応じて前記マルチキャスト伝送レートを高下させて前記疑似トレーニング信号のマルチキャスト送信を繰り返し、前記複数の受信局装置のすべてからACK応答があるときのマルチキャスト伝送レートを前記所定のマルチキャスト伝送レートとして決定するマルチキャスト伝送レート制御手段とを備え、
    前記受信局装置は、前記マルチキャスト送信された前記疑似トレーニング信号を正常に受信したときに、前記送信局装置にACK応答を送信する応答手段を備えた
    ことを特徴とする無線通信システム。
  5. 請求項4に記載の無線通信システムにおいて、
    前記マルチキャスト伝送レート制御手段は、
    前記所定のマルチキャスト伝送レートでマルチキャスト送信した疑似トレーニング信号に対して前記複数の受信局装置のすべてからACK応答があったときに、前記所定のマルチキャスト伝送レートを1段階高く設定して前記疑似トレーニング信号のマルチキャスト送信を繰り返し、その繰り返しの中で前記複数の受信局装置の少なくとも1つからACK応答がないときに前回のマルチキャスト伝送レートを前記所定のマルチキャスト伝送レートとして決定する機能と、
    前記所定のマルチキャスト伝送レートでマルチキャスト送信した疑似トレーニング信号に対して前記複数の受信局装置の少なくとも1つからACK応答がないときに、前記所定のマルチキャスト伝送レートを1段階低く設定して前記疑似トレーニング信号のマルチキャスト送信を繰り返し、その繰り返しの中で前記複数の受信局装置のすべてからACK応答があったときにそのマルチキャスト伝送レートを前記所定のマルチキャスト伝送レートとして決定する機能とを含む
    ことを特徴とする無線通信システム。
  6. 請求項4に記載の無線通信システムにおいて、
    前記疑似トレーニング信号は、データ部がヌルのマルチキャストフレームの受信局アドレスとして、前記マルチキャストグループのマルチキャストアドレスを割り当てた構成である
    ことを特徴とする無線通信システム。
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