JP6549023B2 - 無線通信システム、無線通信方法および集中制御局 - Google Patents

Description

本発明は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）の稠密環境において、各通信局のＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）制御に起因するスループットの低下を改善する無線通信システム、無線通信方法および集中制御局に関する。

近年、ノートパソコンやスマートフォン等の持ち運び可能で高性能な無線端末の普及により企業や公共スペースだけではなく、一般家庭でもIEEE802.11標準規格の無線ＬＡＮが広く使われるようになっている。IEEE802.11標準規格の無線ＬＡＮには、 2.4ＧHz帯を用いるIEEE802.11b/g/n 規格の無線ＬＡＮと、５ＧHz帯を用いるIEEE802.11a/n/ac規格の無線ＬＡＮがある。

IEEE802.11ｂ規格やIEEE802.11ｇ規格の無線ＬＡＮでは、2400ＭHzから2483.5ＭHz間に５ＭHz間隔で13チャネルが用意されている。ただし、同一場所で複数のチャネルを使用する際は、干渉を避けるためスペクトルが重ならないようにチャネルを使用すると最大で３チャネル、場合によっては４チャネルまで同時に使用できる。

IEEE802.11ａ規格の無線ＬＡＮでは、日本の場合は、5170ＭHzから5330ＭHz間と、5490ＭHzから5710ＭHz間で、それぞれ互いに重ならない８チャネルおよび11チャネルの合計19チャネルが規定されている。なお、IEEE802.11ａ規格では、チャネル当たりの帯域幅が20ＭHzに固定されている。

無線ＬＡＮの最大伝送速度は、IEEE802.11ｂ規格の場合は11Ｍbps であり、IEEE802.11ａ規格やIEEE802.11ｇ規格の場合は54Ｍbps である。ただし、ここでの伝送速度は物理レイヤ上での伝送速度である。実際にはＭＡＣ（Medium Access Control ）レイヤでの伝送効率が50〜70％程度であるため、実際のスループットの上限値はIEEE802.11ｂ規格では５Ｍbps 程度、IEEE802.11ａ規格やIEEE802.11ｇ規格では30Ｍbps 程度である。また、伝送速度は、情報を送信しようとする通信局が増えればさらに低下する。

一方で、有線ＬＡＮでは、Ethernet（登録商標）の100Base-T インタフェースをはじめ、各家庭にも光ファイバを用いたＦＴＴＨ（Fiber to the home)の普及から、 100Ｍbps 〜１Ｇbps 級の高速回線の提供が普及しており、無線ＬＡＮにおいても更なる伝送速度の高速化が求められている。

そのため、2009年に標準化が完了したIEEE802.11ｎ規格では、これまで20ＭHzと固定されていたチャネル帯域幅が最大で40ＭHzに拡大され、また、空間多重送信技術（ＭＩＭＯ：Multiple input multiple output）技術の導入が決定された。IEEE802.11ｎ規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で 600Ｍbps の通信速度を実現可能である。

さらに、2013年に標準化が完了したIEEE802.11ac規格では、チャネル帯域幅を80ＭHzや最大で 160ＭHzまで拡大することや、空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：Space Division Multiple Access）を適用したマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）送信方法の導入が決定している（例えば、非特許文献１参照）。IEEE802.11ac規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で約 6.9Ｇbps の通信速度を実現可能である。

ただし、IEEE802.11ac規格においてチャネル帯域幅を40ＭHz、80ＭHz、 160ＭHzと広くする場合、５ＧHz帯において同一場所で同時に使えるチャネル数は、チャネル帯域幅が20ＭHzで19チャネルだったものが、９チャネル、４チャネル、２チャネルと少なくなる。すなわち、チャネル帯域幅が増加するにつれて、使えるチャネル数が低減することになる。

このように、同一場所で同時に使えるチャネル数は、通信に用いるチャネル帯域幅によって、 2.4ＧHz帯の無線ＬＡＮでは３つ、５ＧHz帯の無線ＬＡＮでは２つ，４つ，９つ，または19のチャネルになるので、実際に無線ＬＡＮを導入する際には無線基地局（アクセスポイント（ＡＰ））が自セル（ＢＳＳ：Basic Service Set ）内で使用するチャネルを選択する必要がある。

ここで、使用可能なチャネル数よりもＢＳＳ数が多い無線ＬＡＮの稠密環境では、複数のＢＳＳが同一チャネルを使うことになる（ＯＢＳＳ：Overlapping BSS ）。その場合、同一チャネルを使用するＢＳＳ間の干渉の影響により、当該ＢＳＳおよびシステム全体のスループットが低下することになる。そのため無線ＬＡＮでは、ＣＳＭＡ／ＣＡを用いて、キャリアセンスによりチャネルが空いているときにのみデータの送信を行う自律分散的なアクセス制御が使われている。

具体的には、送信要求が発生した通信局は、まず所定のセンシング期間（ＤＩＦＳ：Distributed Inter-Frame Space ）だけキャリアセンスを行って無線媒体の状態を監視し、この間に他の通信局による送信信号が存在しなければ、ランダム・バックオフを行う。通信局は、引き続きランダム・バックオフ期間中もキャリアセンスを行うが、この間にも他の通信局による送信信号が存在しない場合に、チャネルの利用権（ＴＸＯＰ：Transmission Opportunity）を得る。チャネルの利用権を得た通信局（ＴＸＯＰ Holder ）は、同一ＢＳＳ内の他の通信局にデータを送信したり、それらの通信局からデータを受信したりできる。このようなＣＳＭＡ／ＣＡ制御を行う場合、同一チャネルを使用する無線ＬＡＮの稠密環境では、キャリアセンスによりチャネルがビジーになる頻度が高くなるため、送信機会（チャネルの利用権を得る機会）が低下し、スループットが低下することになる。したがって、周辺環境をモニタリングし、適切なチャネルを選択することが重要になる。

無線基地局におけるチャネルの選択方法は、IEEE802.11標準規格で定まっていないため、各ベンダーが独自の方法を採用しているが、最も一般的なチャネル選択方法としては、干渉電力の最も少ないチャネルを自律分散的に選択する方法がある。ＡＰは、一定期間すべてのチャネルについてキャリアセンスして最も干渉電力が小さいチャネルを選択し、選択したチャネル上で配下の端末装置とデータの送受信を行う。なお、干渉電力とは、近隣ＢＳＳや他システムから受信する信号のレベルであり、例えば、受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）により測定することができる。

ここで、無線基地局においてキャリアセンスを行うに当たり、受信信号強度（ＲＳＳＩ）を用いてチャネル使用状況を判断するＣＣＡ（Clear Channel Assessment）閾値が設定されている。例えばIEEE802.11規格では、２つのＣＣＡ閾値が規定されている。１つは、キャリアセンスの際に受信する受信信号において無線ＬＡＮ信号のプリアンブルを検出できた場合のＣＣＡ閾値（以下、ＣＣＡ−ＳＤ（Signal Detection）閾値とする）であり、もう１つは、キャリアセンスの際に受信する受信信号において無線ＬＡＮ信号のプリアンブルを検出できなかった場合のＣＣＡ閾値（以下、ＣＣＡ−ＥＤ（Energy Detection）閾値とする）である。例えば、IEEE802.11ａ規格では、ＣＣＡ−ＳＤ閾値は−82dBｍに設定される。ＣＣＡ−ＥＤ閾値は−62dBｍに設定される。

キャリアセンスにより、ＲＳＳＩがＣＣＡ−ＳＤ閾値以上で、かつ無線ＬＡＮ信号のプリアンブルを検出した場合は、そのチャネルはビジー（通信不可）と判定する。また、キャリアセンスにより無線ＬＡＮ信号のプリアンブルを検出できない場合でも、ＲＳＳＩがＣＣＡ−ＥＤ閾値以上の場合は、近隣ＢＳＳや他システムからの干渉波と見なしてそのチャネルはビジー（通信不可）と判定する。それ以外の場合は、チャネルがアイドル（通信可）と判定する。

また、IEEE802.11標準規格では、ＢＳＳ周辺の無線状況が変化した場合におけるチャネルの変更手順が規定されているが、基本的に、レーダ検出などによる強制移行以外は、一度選択したチャネルの再選択を行っていない。すなわち、現状無線ＬＡＮでは、無線状況の変化に応じたチャネルの最適化は行われていない。

IEEE 802.11ac Standard, December 2013.

既存の無線ＬＡＮシステムは、自律分散的に動作する。また、前述の通り、各無線基地局が起動時における周辺の無線環境に基づいて使用するチャネルを選択し、一度選択したチャネルの再選択は基本的に行っていない。環境変化には、例えば起動中の無線基地局数の変化、各無線基地局配下の無線端末の変化、各々のセル内の無線装置から送出されるデータ量の変化などがある。しかし、既存の無線ＬＡＮシステムでは、そのような環境変化があっても使用チャネルの最適化を行なっていないため、各々の基地局、または各々の端末のスループット間で差が生じ、スループット値が不公平となったりシステム全体でもスループットが劣化する問題があった。

本発明は、無線ＬＡＮの稠密環境において、無線基地局（ＡＰ）および無線端末のスループットの改善およびシステム全体のスループットの改善ができる無線通信システム、無線通信方法および集中制御局を提供することを目的とする。

第１の発明は、それぞれ配下の無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局と、複数の無線基地局または無線端末の周辺の環境情報および能力情報に応じて各無線基地局の通信制御に用いるパラメータを制御する集中制御局とを備えた無線通信システムであって、複数の無線基地局は、周辺の環境情報および能力情報を取得して集中制御局に通知する無線環境情報通知手段を備え、集中制御局は、複数の無線基地局から通知される環境情報および能力情報に応じて、同一周波数で同時送信を行う無線基地局として選定した無線基地局群に対して、同時送信を行うためのパラメータとしてチャネルおよび帯域幅の割り当てを制御する同時送信制御手段を備え、集中制御局の同時送信制御手段は、同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能なチャネルを示す割当可能チャネルリストを作成する割当可能チャネルリスト作成手段と、同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能な帯域幅を示す割当可能帯域幅リストを作成する割当可能帯域幅リスト作成手段と、同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能帯域幅リストの中から帯域幅を割り当てる帯域幅割当手段と、同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能チャネルリストの中からチャネルを割り当てるチャネル割当手段とを含む。

第１の発明の無線通信システムにおける集中制御局の割当可能チャネルリスト作成手段は、無線基地局群で使用可能なチャネルの中から、所定の割当対象チャネルでないチャネル、所定期間内にレーダ信号を検出したチャネル、集中制御局が管理できないシステム外の無線基地局で使用中のチャネル、集中制御局の制御対象外の無線基地局で使用中のチャネルの全部または一部のチャネルを除外して割当可能チャネルリストを作成する構成である。

第１の発明の無線通信システムにおける集中制御局の割当可能帯域幅リスト作成手段は、割当可能帯域幅リストの各帯域幅について、割当可能チャネルリストのチャネルで当該帯域幅を使用したセルの立ち上げが可能か否かを所定のプライマリチャネル選択規定に基づいて判定し、割当可能チャネルリストのチャネルのすべてでセルの立ち上げが不可となる帯域幅を除外して割当可能帯域幅リストを作成する構成である。

第１の発明の無線通信システムにおける集中制御局の割当可能帯域幅リスト作成手段は、割当可能帯域幅リストの各帯域幅のうち、無線基地局群、または無線基地局群とその帰属の全無線端末の各対応可能帯域幅より大きい帯域幅を除外して割当可能帯域幅リストを作成する構成である。

第１の発明の無線通信システムにおける集中制御局の帯域幅割当手段は、無線基地局群に対して、割当可能帯域幅リストの中から割当可能な最大帯域幅または最小帯域幅を割り当てる構成である。

第１の発明の無線通信システムにおける集中制御局のチャネル割当手段は、無線基地局群に対して、割当可能チャネルリストから周辺の無線基地局群に帰属する無線基地局に割当済みのチャネルを除外し、さらに周辺の無線基地局における割当可能チャネルリストに含まれる最少数のチャネルを選択して割り当てる構成である。

第１の発明の無線通信システムにおける集中制御局のチャネル割当手段は、割当可能チャネルリストから所定の推奨チャネル以外のチャネルを除外してチャネルの割り当てを行う構成である。

第２の発明は、それぞれ配下の無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局と、複数の無線基地局または無線端末の周辺の環境情報および能力情報に応じて各無線基地局の通信制御に用いるパラメータを制御する集中制御局とを備え、同一周波数で同時送信を行う無線基地局として選定した無線基地局群のパラメータを制御する無線通信方法であって、複数の無線基地局は、周辺の環境情報および能力情報を取得して集中制御局に通知するステップを有し、集中制御局は、複数の無線基地局から通知される環境情報および能力情報に応じて、無線基地局群に対して、同時送信を行うためのパラメータとしてチャネルおよび帯域幅の割り当てを制御する同時送信制御ステップを有し、集中制御局の同時送信制御ステップは、同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能なチャネルを示す割当可能チャネルリストを作成するステップ１と、同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能な帯域幅を示す割当可能帯域幅リストを作成するステップ２と、同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能帯域幅リストの中から帯域幅を割り当てるステップ３と、同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能チャネルリストの中からチャネルを割り当てるステップ４とを含む。

第３の発明は、それぞれ配下の無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局と、複数の無線基地局または無線端末の周辺の環境情報および能力情報に応じて各無線基地局の通信制御に用いるパラメータを制御する集中制御局とを備え、同一周波数で同時送信を行う無線基地局として選定した無線基地局群のパラメータを制御する無線通信システムの集中制御局であって、複数の無線基地局から通知される環境情報および能力情報に応じて、無線基地局群に対して、同時送信を行うためのパラメータとしてチャネルおよび帯域幅の割り当てを制御する同時送信制御手段を備え、同時送信制御手段は、同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能なチャネルを示す割当可能チャネルリストを作成する割当可能チャネルリスト作成手段と、同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能な帯域幅を示す割当可能帯域幅リストを作成する割当可能帯域幅リスト作成手段と、同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能帯域幅リストの中から帯域幅を割り当てる帯域幅割当手段と、同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能チャネルリストの中からチャネルを割り当てるチャネル割当手段とを含む。

本発明は、無線ＬＡＮの稠密環境において、無線基地局の周辺の無線環境情報に応じて、同一周波数で同時送信する無線基地局群（クラスタ）に対してチャネルおよび帯域幅の割り当てを行うことにより、周波数チャネルの効率的な再利用が可能となり、無線基地局および無線端末のスループットの改善およびシステム全体のスループットの改善を図ることができる。

本発明の無線通信システムの実施例構成を示す図である。 本発明の無線通信システムにおける集中制御局８の構成例を示す図である。 本発明の無線通信システムにおける無線基地局１の構成例を示す図である。 本発明の無線通信システムにおける無線端末４の構成例を示す図である。 本発明の無線通信システムにおける集中制御局の処理手順の概要を示すフローチャートである。 クラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストの作成例を示す図である。 クラスタ帰属ＡＰに対するチャネル割当アルゴリズムの概要を示すフローチャートである。 ステップＳ12のクラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストの作成手順例を示すフローチャートである。 ステップＳ13のクラスタＣ(n) の割当可能帯域幅リストの作成手順例１を示すフローチャートである。 ステップＳ13のクラスタＣ(n) の割当可能帯域幅リストの作成手順例２を示すフローチャートである。 ステップＳ13のクラスタＣ(n) の割当可能帯域幅リストの作成手順例３を示すフローチャートである。 ステップＳ17のクラスタＣ(n) の帰属ＡＰの割当チャネルの決定手順例１を示すフローチャートである。 ステップＳ17のクラスタＣ(n) の帰属ＡＰの割当チャネルの決定手順例２を示すフローチャートである。

図１は、本発明の無線通信システムの実施例構成を示す。
図１において、無線基地局（ＡＰ）１〜３は、それぞれ帰属する無線端末（ＳＴＡ）４〜６と無線通信を行う。ここでは、無線基地局１に無線端末４，５が帰属し、無線基地局２には帰属する無線端末がなく、無線基地局３に無線端末６が帰属するものとする。無線基地局１，２は、ネットワーク７を介して集中制御局８に接続され、無線基地局３は、集中制御局８の管理外のネットワーク９に接続される。

集中制御局８は、無線基地局１，２または無線端末４，５から環境情報（無線環境情報、トラヒック情報、現設定情報）および能力情報を収集し、無線環境情報に基づいて同一周波数で同時送信が可能な複数の無線基地局の組合せであるクラスタを作成し、さらに環境情報および能力情報に基づいて、クラスタごとに複数の無線基地局の通信制御に用いる設定パラメータ値として、クラスタごとのチャネルおよび帯域幅を決定する。これにより、従来のＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス制御と異なり、クラスタごとに複数の無線基地局が同一周波数で同時送信する機会が増え、無線基地局および無線端末のスループットの改善およびシステム全体のスループットを改善することができる。

ここで、(1) 無線環境情報、(2) トラヒック情報、(3) 現設定情報、(4) 能力情報の一例について以下に示す。

(1) 無線環境情報
無線基地局（ＡＰ）および無線端末（ＳＴＡ）が測定する周辺無線環境情報であり、例えば周辺ＡＰ数, 各々のＳＳＩＤ, 各々のＢＳＳＩＤ（ＭＡＣアドレス）, 各々が送信するフレームの受信ＲＳＳＩ値, 各々の使用チャネル, 各々の使用帯域幅, 各々の能力情報, 各々ＡＰ帰属端末数, 時間占有率情報, 各々のトラヒック情報などである。また、ＡＰが測定する帰属端末に関する無線環境情報であり、ＳＴＡが測定する接続先ＡＰに関する無線環境情報である。

(2) トラヒック情報
ＡＰがバッファ内で収容する帰属端末宛てのトラヒック量、ＳＴＡがバッファ内で収容する接続先ＡＰ宛てのトラヒック量、ＡＰ／ＳＴＡのバッファに入力されるトラヒックレート、ＡＰ／ＳＴＡのバッファから送出されるトラヒックレートなどである。

(3) 現設定情報
ＡＰおよびＳＴＡの現在の運用規格（11a/b/g/n/ac種別）, チャネル, 帯域幅などである。

(4) 能力情報
対応可能規格（11a/b/g/n/ac），対応可能周波数帯，対応可能帯域幅などである。

図２は、本発明の無線通信システムにおける集中制御局８の構成例を示す。
図２において、集中制御局８は、接続部８１と、通信部８２と、制御部８３と、情報収集部８４と、情報記憶部８５と、情報処理部８６と、パラメータ算出部８７と、設定情報記憶部８８とを備える。

通信部８２は、接続部８１を介して無線基地局１，２および無線端末４，５と通信を行う。情報収集部８４は、無線通信システム内に存在する制御対象の無線基地局１，２または無線端末４，５から環境情報（無線環境情報、トラヒック情報、現設定情報）および能力情報を収集する。情報記憶部８５は、情報収集部８４が収集した各情報を保持する。情報処理部８６は、情報記憶部８５が保持している各情報の平均化処理、最新化などを行う。パラメータ算出部８７は、情報処理部８６で処理された各情報および情報記憶部８５が保持している各情報を基に、無線基地局のクラスタ作成および無線基地局の通信制御に用いる設定パラメータ値を算出する。設定情報記憶部８８は、パラメータ算出部８７が算出した無線基地局の設定パラメータ値を保持する。制御部８３は、無線基地局１，２および無線端末４，５の各情報の収集、無線基地局のクラスタ作成および設定パラメータ値の算出を含む集中制御局８の動作を統括して制御する。

図３は、本発明の無線通信システムにおける無線基地局１の構成例を示す。なお、無線基地局２も同様の構成である。
図３において、無線基地局１は、接続部１１と、通信部１２と、制御部１３と、環境情報保持部１４と、パラメータ設定部１５と、アクセス権獲得部１６と、無線通信部１７と、アンテナ部１８とを備える。

通信部１２は、接続部１１を介してネットワーク７上の集中制御局８と通信を行う。環境情報保持部１４は、定期的に無線基地局周辺をスキャンして取得した環境情報を保持する。ここで、環境情報には、利用可能なそれぞれのチャネルにおいて存在する他の無線基地局の数および識別情報、他の無線基地局から受信するビーコンなどの信号のＲＳＳＩなどが含まれる。さらに、自セル内の端末装置数や各端末装置から受信する信号のＲＳＳＩ、ＳＩＮＲなども含まれる。パラメータ設定部１５は、集中制御局８より通知されたパラメータを設定する。アクセス権獲得部１６は、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス権を獲得する。無線通信部１７は、パラメータ設定部１５より設定されたパラメータを使用し、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス権を獲得してアンテナ部１８を介して帰属する端末装置と無線通信を行う。また、無線通信部１７は、無線通信において利用可能なチャネルそれぞれに対して、予め定められた期間スキャンし、得られた周辺の環境情報を環境情報保持部１４に出力する。制御部１３は、無線基地局の動作を統括して制御する。

図４は、本発明の無線通信システムにおける無線端末４の構成例を示す。なお、無線端末５も同様の構成である。
図４において、無線端末４は、制御部４１と、環境情報保持部４２と、アクセス権獲得部４３と、無線通信部４４と、アンテナ部４５とを備える。

環境情報保持部４２は、定期的に無線端末周辺をスキャンして取得した環境情報を保持する。ここで、環境情報には、利用可能なそれぞれのチャネルにおいて存在する他の無線基地局の数や識別情報、他の無線基地局から受信するビーコンなどの信号のＲＳＳＩなどが含まれる。さらに、帰属する無線基地局から受信する信号のＲＳＳＩ、ＳＩＮＲなども含まれる。アクセス権獲得部４３は、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス権を獲得する。無線通信部４４は、アンテナ部４８を介して無線基地局と無線通信を行う。また、無線通信部４４は、無線通信において利用可能なチャネルそれぞれに対して、予め定められた期間スキャンし、得られた周辺の環境情報を環境情報保持部４２に出力する。制御部４１は、無線端末の動作を統括して制御する。

（集中制御局の処理手順）
図５は、本発明の無線通信システムにおける集中制御局の処理手順の概要を示す。
図５において、集中制御局は、接続している無線基地局から周辺の無線環境情報、トラヒック情報、設定情報などの環境情報を収集して必要な処理を行う（Ｓ１）。次に、集中制御局は収集した無線環境情報に基づいて、同一周波数で同時送信が可能な複数の無線基地局ＡＰの組合せであるクラスタを作成する（Ｓ２）。次に、クラスタに帰属する各無線基地局ＡＰに対してチャネル割当を行い（Ｓ３）、処理を終える。なお、クラスタに帰属する各無線基地局ＡＰのチャネル割当の際に、送信機会を増やすために、あるいは周辺ＢＳＳとの間で生じる被干渉および与干渉を考慮し、キャリアセンスに用いるＣＣＡ閾値を変更する等の処理を行ってもよい。

本発明は、このステップＳ３のクラスタに帰属する各無線基地局ＡＰに対するチャネル割当（チャネルおよび帯域幅の割り当て）に関するものであり、以下に詳しく説明する。

（クラスタ帰属ＡＰに対するチャネル割当アルゴリズム）
図７は、クラスタ帰属ＡＰに対するチャネル割当アルゴリズムの概要を示す。
図７において、チャネルが決定していないクラスタの中から１つのクラスタＣ(n) を選択し（Ｓ11）、クラスタＣ(n) の帰属ＡＰに割当可能なチャネルリストを作成し（Ｓ12）し、クラスタＣ(n) の帰属ＡＰに割当可能な帯域幅リストを作成し（Ｓ13）、チャネルが決定していないすべてのクラスタについてステップＳ12，Ｓ13の処理を行う（Ｓ14）。

続いて、チャネルが決定していないクラスタの中から１つのクラスタＣ(n) を選択し（Ｓ15）、ステップＳ11〜Ｓ14で作成した各クラスタの割当可能チャネルリストおよび割当可能帯域幅リストに基づき、クラスタＣ(n) の帰属ＡＰに割り当てる帯域幅を決定し（Ｓ16) 、クラスタＣ(n) の帰属ＡＰに割り当てるチャネルを決定し（Ｓ17) 、チャネルが決定していないすべてのクラスタについてステップＳ16，Ｓ17の処理を行う（Ｓ18）。

なお、ステップＳ12の詳細は図６および図８、ステップＳ13の詳細は図９〜図１１、ステップＳ17の詳細は図１２〜図１３を参照して説明する。

（ステップＳ12の詳細）
図６は、クラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストの作成例を示す。
図６において、システム内ＡＰとしてＡＰ１〜ＡＰ５があり、システム外ＡＰとしてＡＰｘ，ＡＰｙ、ＡＰｚがある。互いに検知できるＡＰ間を線で接続している。ここで、ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３はクラスタＣ(n) の帰属ＡＰであり、ＡＰ４，ＡＰ５はクラスタに帰属しない単独ＡＰであり、システム内ＡＰのうち制御対象外ＡＰはないものとする。

ここで、システム内ＡＰで使用可能チャネルは、例えば５ＧHz帯無線ＬＡＮシステムにおいて、Ｗ52，Ｗ53，Ｗ56の合計19チャネルあるものとする。そのうち、システムユーザが予め選択するクラスタＣ(n) の割当対象チャネルは、Ｗ52およびＷ53の合計８チャネル（36，40，44，48，52，56，60，64）とする。一方、レーダやシステム外ＡＰで使用中はチャネル36，40，56，64である。よって、使用可能チャネルかつクラスタＣ(n) の割当対象チャネルの中で、クラスタＣ(n) の割当可能チャネルはチャネル44，48，52，60となる。

図８は、ステップＳ12のクラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストの作成手順例を示す。
図８において、クラスタＣ(n) の帰属ＡＰの中から１台のＡＰ(i) を選択し（Ｓ1201）、ＡＰ(i) において使用可能チャネルの中から１つのチャネルＣＨ(j) を選択する（Ｓ1202）。このチャネルＣＨ(j) について、以下の条件（Ｓ1203〜Ｓ1206）の１つでもクリアできなければ、クラスタＣ(n) の割当不可チャネルとして記録する（Ｓ1207）。

条件１は、チャネルＣＨ(j) がクラスタ割当対象チャネルであるか否かである（Ｓ1203）。チャネルＣＨ(j) がクラスタ割当対象チャネルでなければ、当該チャネルＣＨ(j) を割当不可チャネルとして記録する（Ｓ1207）。図６の例では、使用可能チャネルはＷ52，Ｗ53，Ｗ56の合計19チャネルであり、クラスタＣ(n) の割当対象チャネルはそのうちのＷ52およびＷ53の合計８チャネル（36，40，44，48，52，56，60，64）であり、それ以外のチャネルは割当不可チャネルとなる。

条件２は、チャネルＣＨ(j) において所定期間内でレーダ信号を検出したか否かである（Ｓ1204）。ここで、所定期間内（例えば30分間）でレーダ信号を検出したチャネルＣＨ(j) は、割当不可チャネルとして記録する（Ｓ1207）。図６の例では、チャネル64が該当する。

条件３は、チャネルＣＨ(j) がシステム外のＡＰ（図６の例ではＡＰx 〜ＡＰz ）で使用されているか否かである（Ｓ1205）。複数のＡＰが同一周波数で同時送信を行うシステムにおいて、システム管理外のＡＰは制御不能なので、システム外のＡＰでチャネルＣＨ(j) の使用を検知した場合は、当該チャネルＣＨ(j) を割当不可チャネルとして記録する（Ｓ1207）。図６の例では、チャネル36，40，56が該当する。

条件４は、チャネルＣＨ(j) がシステム内ＡＰのうち制御対象外ＡＰで使用されているか否かである（Ｓ1206）。同一周波数で同時送信を行うシステム内ＡＰのうち制御対象外ＡＰを設定した場合に、当該制御対象外ＡＰでチャネルＣＨ(j) の使用を検知した場合は、当該チャネルＣＨ(j) を割当不可チャネルとして記録する（Ｓ1207）。図６の例では、該当チャネルはない。

なお、システム外ＡＰまたはシステム内ＡＰのうち制御対象外ＡＰで使用中のチャネルは、プライマリチャネルとして使用している場合に限らず、セカンダリチャネル（セカンダリ20ＭHz、セカンダリ40ＭHz、セカンダリ80ＭHz）として使用する場合も含み、割当不可チャネルとなる。

このように、条件２〜条件４は、チャネルＣＨ(j) が制御不能または制御対象外の媒体で使用中であれば割当不可チャネルとする条件であり、チャネルＣＨ(j) が未使用であるか、システム内ＡＰのうち制御対象ＡＰがチャネルＣＨ(j) を使用している場合に限り割当可能チャネルとなる。

なお、条件１〜条件４は、任意の組合せで少なくとも１つ採用してもよいが、図８では条件１〜条件４を対象とする例を示す。チャネルＣＨ(j) について、条件１〜条件４の１つでもクリアできない場合はクラスタ割当不可チャネルとする。

したがって、チャネルＣＨ(j) がクラスタＣ(n) の使用可能チャネルであっても、レーダ、システム外のＡＰ、システム内ＡＰのうち制御対象外ＡＰのいずれかで使用中であれば、クラスタＣ(n) の割当不可チャネルとして記録する（Ｓ1207）。以上の処理を、ＡＰ(i) において使用可能チャネルのすべてのチャネルについて繰り返し（Ｓ1208）、さらに、クラスタＣ(n) のすべての帰属ＡＰについて繰り返す（Ｓ1209）。最後に、クラスタＣ(n) の使用可能チャネルから割当不可チャネルを除外し、クラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストを作成する（Ｓ1210）。図６の例では、チャネル44，48，52，64が割当可能チャネルとなる。

（ステップＳ13の詳細）
図９は、ステップＳ13のクラスタＣ(n) の割当可能帯域幅リストの作成手順例１を示す。
図９において、既知の割当可能帯域幅リストＢ（例えば、20ＭHz、40ＭHz、80ＭHz、160 ＭHz、80＋80ＭHz）の中から１つの帯域幅ｂを選択する（Ｓ1301）。次に、ステップＳ12の処理（図８）で作成されたクラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストの中から１つのチャネルＣＨ(j) を選択し（Ｓ1302）、クラスタＣ(n) の帰属ＡＰの中から１台のＡＰ(i) を選択する（Ｓ1303）。

次に、選択された基地局ＡＰ(i) において、チャネルＣＨ(j) 上で帯域幅ｂの無線ＬＡＮセル（ＢＳＳ）を立ち上げ可能か否かを判定する（Ｓ1304）。IEEE802.11無線ＬＡＮでは、20ＭHzよりも広い帯域幅を使用するＢＳＳを立ち上げる際は、プライマリチャネルとして周辺の他ＢＳＳのセカンダリチャネルを使用できない規定がある。ステップＳ1304の処理では、このプライマリチャネル選択規定に基づいて、セルの立ち上げが可能か否かを判定する。チャネルＣＨ(j) がプライマリチャネル選択規定を満たしていない場合は、割当不可チャネルとしてチャネルＣＨ(j) を記録する（Ｓ1305）。そして、クラスタＣ(n) のすべての帰属ＡＰについて、ステップＳ1303〜Ｓ1305の処理を繰り返し（Ｓ1306）、さらにクラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストのすべてのチャネルについて、ステップＳ1302〜Ｓ1306の処理を繰り返す（Ｓ1307）。

次に、帯域幅ｂにおけるクラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストから、ステップＳ1305で記録された割当不可チャネルを除外する（Ｓ1308）。その結果、帯域幅ｂにおけるクラスタＣ(n) の割当可能チャネルのすべてが割当不可チャネルとして除外されれば、クラスタＣ(n) では帯域幅ｂの割り当ては不可となる。

よって、帯域幅ｂにおけるクラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストに登録されたチャネルがあるか否かを判定し（Ｓ1309）、割当可能チャネルリストに登録されたチャネルがなければ、割当不可帯域幅として帯域幅ｂを記録する（Ｓ1310）。そして、割当可能帯域幅リストＢのすべての帯域幅について、ステップＳ1301〜Ｓ1310の処理を繰り返す。

最後に、クラスタＣ(n) の割当可能帯域幅リストＢからステップＳ1310で記録された割当不可帯域幅を除外し、クラスタＣ(n) の割当可能帯域幅リストを作成する（Ｓ1312）。

図１０は、ステップＳ13のクラスタＣ(n) の割当可能帯域幅リストの作成手順例２を示す。
図１０において、既知の割当可能帯域幅リストＢ（例えば、20ＭHz、40ＭHz、80ＭHz、160 ＭHz、80＋80ＭHz）の中から１つの帯域幅ｂを選択する（Ｓ1321）。次に、クラスタＣ(n) の帰属ＡＰの中から１台のＡＰ(i) を選択する（Ｓ1322）。

次に、選択されたＡＰ(i) の対応可能帯域幅（ケーパビリティ）が帯域幅ｂ以上か否かを判定し（Ｓ1323）、帯域幅ｂ以上でなければ、割当不可帯域幅として帯域幅ｂを記録する（Ｓ1324）。そして、クラスタＣ(n) のすべての帰属ＡＰについて、ステップＳ1322〜Ｓ1324の処理を繰り返し（Ｓ1325）、さらに割当可能帯域幅リストＢのすべての帯域幅について、ステップＳ1321〜Ｓ1325の処理を繰り返す（Ｓ1326）。

最後に、クラスタＣ(n) の割当可能帯域幅リストＢからステップＳ1324で記録された割当不可帯域幅を除外し、クラスタＣ(n) の割当可能帯域幅リストを作成する（Ｓ1327）。

図１１は、ステップＳ13のクラスタＣ(n) の割当可能帯域幅リストの作成手順例３を示す。
図１１において、既知の割当可能帯域幅リストＢ（例えば、20ＭHz、40ＭHz、80ＭHz、160 ＭHz、80＋80ＭHz）の中から１つの帯域幅ｂを選択する（Ｓ1331）。次に、クラスタＣ(n) の帰属ＡＰの中から１台のＡＰ(i) を選択する（Ｓ1332）。

次に、選択されたＡＰ(i) およびＡＰ(i) に帰属する全端末の対応可能帯域幅が帯域幅ｂ以上か否かを判定し（Ｓ1333）、帯域幅ｂ以上でなければ、割当不可帯域幅として帯域幅ｂを記録する（Ｓ1334）。そして、クラスタＣ(n) のすべての帰属ＡＰについて、ステップＳ1332〜Ｓ1334の処理を繰り返し（Ｓ1335）、さらに割当可能帯域幅リストＢのすべての帯域幅について、ステップＳ1331〜Ｓ1335の処理を繰り返す（Ｓ1336）。

最後に、クラスタＣ(n) の割当可能帯域幅リストＢからステップＳ1334で記録された割当不可帯域幅を除外し、クラスタＣ(n) の割当可能帯域幅リストを作成する（Ｓ1337）。

（ステップＳ16の詳細）
図７のステップＳ16において、クラスタＣ(n) の帰属ＡＰに割り当てる帯域幅の決定は、図９〜図１１の処理手順により作成されたクラスタＣ(n) の割当可能帯域幅リストの中で、最小帯域幅または最大帯域幅のいずれかを選択すればよい。なお、クラスタＣ(n) の割当可能帯域幅リストが空であれば、クラスタＣ(n) の帰属ＡＰに割り当てる帯域幅はないことになり、クラスタＣ(n) へ割り当てるチャネルもなく、当該クラスタＣ(n) は解体される。

（ステップＳ17の詳細）
図１２は、ステップＳ17のクラスタＣ(n) の帰属ＡＰの割当チャネルの決定手順例１を示す。
図１２において、ステップＳ12の処理（図８）で作成されたクラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストから、周辺に存在する別のクラスタの帰属ＡＰにすでに割り当てられたチャネルをすべて除外する（Ｓ1701）。ここで、除外するチャネルには、周辺クラスタにおいてプライマリチャネルとして使用しているチャネルだけではなく、セカンダリチャネル（セカンダリ20ＭHz、セカンダリ40ＭHz、セカンダリ80ＭHz）として使用しているチャネルも含まれる。

次に、クラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストが空になっているか否かを判定し（Ｓ1702）、空になっている場合はクラスタＣ(n) へ割り当てるチャネルがなく、クラスタＣ(n) は解体される（Ｓ1703）。すなわち、クラスタＣ(n) に割り当てるチャネルがないため、同時送信を実現するＡＰとして残すのではなく、通常パラメータ値でＣＳＭＡ／ＣＡを実施するＡＰとみなす。

一方、クラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストに割当可能チャネルがあれば、割当可能チャネルリストの中から１つのチャネルＣＨ(i) を選択する（Ｓ1708）。ここで、選択したチャネルＣＨ(i) において、競合し合う他クラスタ帰属ＡＰ数を示す「チャネルＣＨ(i) の競合ＡＰ数」という変数の初期化を行い、変数の値をゼロにする（Ｓ1709）。そして、チャネルＣＨ(i) が、割当可能チャネルの候補となっている周辺他クラスタから１つのクラスタＣ(m) を選択する（Ｓ1710）。次に、チャネルＣＨ(i) の競合ＡＰ数に、選択したクラスタＣ(m) の帰属ＡＰ数を追加する（Ｓ1711）。そして、チャネル割当を実施するクラスタＣ(n) のすべての周辺クラスタについて、ステップＳ1710〜Ｓ1711の処理を繰り返し（Ｓ1712）、さらに、割当可能チャネルリストのすべてのチャネルについてステップＳ1708〜Ｓ1712の処理を繰り返す（Ｓ1713）。

最後に、割当可能チャネルリストの各チャネルの中で、競合ＡＰ数が最小となるチャネルをクラスタＣ(n) の帰属ＡＰに対して割り当てるチャネルとする（Ｓ1714）。ここで、競合ＡＰ数が最小となるチャネルが複数ある場合は、その中からランダムに選択するか、候補の中から最も離れたプライマリチャネルを選択してもよい。

図１３は、ステップＳ17のクラスタＣ(n) の帰属ＡＰの割当チャネルの決定手順例２を示す。決定手順例２は、図１２に示す決定手順例のステップＳ1702とＳ1708との間に、クラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストの更新処理を挿入したものである。

図１３において、ステップＳ12の処理（図８）で作成されたクラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストから、周辺に存在する別のクラスタの帰属ＡＰにすでに割り当てられたチャネルをすべて除外する（Ｓ1701）。次に、クラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストが空になっているか否かを判定し（Ｓ1702）、空になっている場合はクラスタＣ(n) へ割り当てるチャネルがなく、クラスタＣ(n) は解体される（Ｓ1703）。

一方、クラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストに割当可能チャネルがあれば、クラスタＣ(n) の割当帯域幅が20ＭHzより大きいか否かを確認する（Ｓ1704）。ここで、クラスタＣ(n) の割当帯域幅が20ＭHzより大きい（例えば、40ＭHz、80ＭHz、160 ＭHz、80＋80ＭHz）場合は、予め設定されている推奨チャネルがあるか否かを確認し（Ｓ1705）、推奨チャネルがあれば、クラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストから推奨ではないチャネルを除外し、クラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストの更新を行う（Ｓ1706）。なお、クラスタＣ(n) の割当帯域幅が20ＭHz以下の場合や、推奨チャネルがない場合は、クラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストの更新は行われない。

次に、クラスタＣ(n) の割当可能チャネルリストを更新した結果、割当可能チャネルリストが空になっているか否かを判定し（Ｓ1707）、空になっている場合はクラスタＣ(n) へ割り当てるチャネルがなく、クラスタＣ(n) は解体される（Ｓ1703）。

一方、クラスタＣ(n) の更新した割当可能チャネルリストに割当可能チャネルがあれば、以下のステップＳ1708〜Ｓ1713の処理は、図１２に示す決定手順例１と同様であり、最後に、割当可能チャネルリストの各チャネルの中で、競合ＡＰ数が最小となるチャネルをクラスタＣ(n) の帰属ＡＰに対して割り当てるチャネルとする（Ｓ1714）。

１〜３ 無線基地局（ＡＰ）
４〜６ 無線端末
７ ネットワーク
８ 集中制御局
９ ネットワーク（管理外）
１１ 接続部
１２ 通信部
１３ 制御部
１４ 環境情報保持部
１５ パラメータ設定部
１６ アクセス権獲得部
１７ 無線通信部
１８ アンテナ部
４１ 制御部
４２ 無線環境情報保持部
４３ アクセス権獲得部
４４ 無線通信部
４５ アンテナ部
８１ 接続部
８２ 通信部
８３ 制御部
８４ 情報収集部
８５ 情報記憶部
８６ 情報処理部
８７ パラメータ算出部
８８ 設定情報記憶部

Claims (4)

1. それぞれ配下の無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局と、
   前記複数の無線基地局または前記無線端末の周辺の環境情報および能力情報に応じて各無線基地局の通信制御に用いるパラメータを制御する集中制御局と
   を備えた無線通信システムであって、
   前記複数の無線基地局は、周辺の環境情報および能力情報を取得して前記集中制御局に通知する無線環境情報通知手段を備え、
   前記集中制御局は、前記複数の無線基地局から通知される前記環境情報および能力情報に応じて、同一周波数で同時送信を行う無線基地局として選定した無線基地局群に対して、同時送信を行うための前記パラメータとしてチャネルおよび帯域幅の割り当てを制御する同時送信制御手段を備え、
   前記集中制御局の前記同時送信制御手段は、
   前記同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能なチャネルを示す割当可能チャネルリストを作成する割当可能チャネルリスト作成手段と、
   前記同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能な帯域幅を示す割当可能帯域幅リストを作成する割当可能帯域幅リスト作成手段と、
   前記同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、前記割当可能帯域幅リストの中から帯域幅を割り当てる帯域幅割当手段と、
   前記同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、前記割当可能チャネルリストの中からチャネルを割り当てるチャネル割当手段とを含み、
   前記チャネル割当手段は、前記無線基地局群に対して、前記割当可能チャネルリストから周辺の無線基地局群に帰属する無線基地局に割当済みのチャネルを除外し、さらに周辺の無線基地局における割当可能チャネルリストに含まれる最少数のチャネルを選択して割り当てる構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記チャネル割当手段は、前記割当可能チャネルリストから所定の推奨チャネル以外のチャネルを除外してチャネルの割り当てを行う構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. それぞれ配下の無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局と、前記複数の無線基地局または前記無線端末の周辺の環境情報および能力情報に応じて各無線基地局の通信制御に用いるパラメータを制御する集中制御局とを備え、同一周波数で同時送信を行う無線基地局として選定した無線基地局群のパラメータを制御する無線通信方法であって、
   前記複数の無線基地局は、周辺の環境情報および能力情報を取得して前記集中制御局に通知するステップを有し、
   前記集中制御局は、前記複数の無線基地局から通知される前記環境情報および能力情報に応じて、前記無線基地局群に対して、同時送信を行うための前記パラメータとしてチャネルおよび帯域幅の割り当てを制御する同時送信制御ステップを有し、
   前記集中制御局の同時送信制御ステップは、
   前記同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能なチャネルを示す割当可能チャネルリストを作成するステップ１と、
   前記同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能な帯域幅を示す割当可能帯域幅リストを作成するステップ２と、
   前記同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、前記割当可能帯域幅リストの中から帯域幅を割り当てるステップ３と、
   前記同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、前記割当可能チャネルリストの中からチャネルを割り当てるステップ４とを含み
   前記ステップ４は、前記無線基地局群に対して、前記割当可能チャネルリストから周辺の無線基地局群に帰属する無線基地局に割当済みのチャネルを除外し、さらに周辺の無線基地局における割当可能チャネルリストに含まれる最少数のチャネルを選択して割り当てる構成である
   ことを特徴とする無線通信方法。
4. それぞれ配下の無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局と、前記複数の無線基地局または前記無線端末の周辺の環境情報および能力情報に応じて各無線基地局の通信制御に用いるパラメータを制御する集中制御局とを備え、同一周波数で同時送信を行う無線基地局として選定した無線基地局群のパラメータを制御する無線通信システムの集中制御局であって、
   前記複数の無線基地局から通知される前記環境情報および能力情報に応じて、前記無線基地局群に対して、同時送信を行うための前記パラメータとしてチャネルおよび帯域幅の割り当てを制御する同時送信制御手段を備え、
   前記同時送信制御手段は、
   前記同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能なチャネルを示す割当可能チャネルリストを作成する割当可能チャネルリスト作成手段と、
   前記同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、割当可能な帯域幅を示す割当可能帯域幅リストを作成する割当可能帯域幅リスト作成手段と、
   前記同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、前記割当可能帯域幅リストの中から帯域幅を割り当てる帯域幅割当手段と、
   前記同一周波数で同時送信を行う無線基地局群に対して、前記割当可能チャネルリストの中からチャネルを割り当てるチャネル割当手段とを含み
   前記チャネル割当手段は、前記無線基地局群に対して、前記割当可能チャネルリストから周辺の無線基地局群に帰属する無線基地局に割当済みのチャネルを除外し、さらに周辺の無線基地局における割当可能チャネルリストに含まれる最少数のチャネルを選択して割り当てる構成である
   ことを特徴とする集中制御局。

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