JP6047792B2 - 無線中継装置、制御方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、複数のチャネルの中から使用するチャネルを選択して無線通信を行う技術に関する。

従来、無線ＬＡＮ（Local Area Network）による無線通信が普及している（例えば特許文献１参照）。無線ＬＡＮの規格の具体例として、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂがある。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂでは、２．４１２ＧＨｚ（１ｃｈ）〜２．４７２ＧＨｚ（１３ｃｈ）までの１３個のチャネルのうち一つのチャネルを使用して無線通信が行われる。

同一のチャネルを複数の異なる装置が同時に使用すると、干渉が生じてしまい、無線通信の速度が低下してしまう。このような問題を避けるため、無線ＬＡＮのアクセスポイントは、近隣の他のアクセスポイントから送出されるビーコン（Ｂｅａｃｏｎ）の受信レベルを測定し、受信レベルが低いチャネルを使用する。このような動作を行う事によって、アクセスポイントは干渉の発生機会を低減させ、速度の低下を抑える。
なお、日本においては、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂの無線通信において、２．４８４ＧＨｚの１４ｃｈも使用可能である。

特開２００４−２３５９７６号公報

近年、無線ＬＡＮの装置が増大しているとともに、求められる通信速度も高くなっている。そのため、空きチャネルは存在せず、どのチャネルも複数のアクセスポイントによって使用されている状況が生じている。このような問題は無線ＬＡＮによる無線通信に限った問題ではなく、複数のチャネルの中からチャネルの選択して無線通信を行う技術に共通した問題である。

上記事情に鑑み、本発明は、複数のチャネルの中からチャネルを選択して無線通信を行う場合に、通信速度の低下を抑制する技術を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、自装置が使用可能な複数のチャネルそれぞれについて、他の通信装置によって占有されている時間に関する情報を収集する情報収集部と、前記情報収集部によって収集された情報に基づいて、他の通信装置によって占有されている時間の割合が低いチャネルを選択し、選択されたチャネルを使用して無線通信を行うように制御する通信制御部と、を備える無線通信装置である。

本発明の一態様は、上記の無線通信装置であって、前記情報収集部は、他の通信装置によって占有されている時間の割合を表す時間占有率を、前記複数のチャネルそれぞれについて測定する。

本発明の一態様は、上記の無線通信装置であって、前記通信制御部は、前記複数のチャネルそれぞれについて、前記時間占有率の統計値を算出し、算出された統計値に基づいてチャネルを選択する。

本発明の一態様は、自装置が使用可能な複数のチャネルそれぞれについて、他の通信装置によって占有されている時間に関する情報を収集する情報収集ステップと、前記情報収集ステップにおいて収集された情報に基づいて、他の通信装置によって占有されている時間の割合が低いチャネルを選択し、選択されたチャネルを使用して無線通信を行うように制御する通信制御ステップと、を有する制御方法である。

本発明の一態様は、コンピュータに対し、自装置が使用可能な複数のチャネルそれぞれについて、他の通信装置によって占有されている時間に関する情報を収集する情報収集ステップと、前記情報収集ステップにおいて収集された情報に基づいて、他の通信装置によって占有されている時間の割合が低いチャネルを選択し、選択されたチャネルを使用して無線通信を行うように制御する通信制御ステップと、を実行させるためのコンピュータプログラムである。

本発明により、複数のチャネルの中からチャネルを選択して無線通信を行う場合に、通信速度の低下を抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態である無線通信装置の機能構成を表す概略ブロック図である。 時間占有率記憶部１０６が記憶する時間占有率テーブルの具体例を示す図である。 無線中継装置１００の処理の流れの具体例を示すフローチャートである。 測定モードで動作する際の時間占有率測定部１０５の処理の流れの具体例を示すフローチャートである。 通信制御部１０７がチャネルを選択する処理の流れの具体例を示すフローチャートである。 スループットの変化を表すグラフである。縦軸はスループットを表す。 通信制御部１０７によって送信されるメールの具体例を示す図である。 チャネルの設定変更を行うためのウェブサイトにおける表示例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態である無線通信装置について説明する。図１は、本発明の一実施形態である無線通信装置の機能構成を表す概略ブロック図である。なお、以下の説明における無線通信装置は、無線中継装置１００として構成されている。ただし、本発明における無線通信装置は、必ずしも中継装置として実装される必要は無く、無線通信端末として構成されても良い。

無線中継装置１００は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備える。無線中継装置１００は、無線中継プログラムを実行することによって、無線通信部１０１、有線通信部１０２、通信情報記憶部１０３、中継部１０４、時間占有率測定部１０５、時間占有率記憶部１０６及び通信制御部１０７を備える装置として機能する。

無線通信部１０１は、無線信号を送受信することによって、他の通信装置との間で無線通信を行う。無線通信部１０１は、通信制御部１０７の制御に応じて、複数のチャネルのうち一つのチャネルで無線通信を行う。例えば、無線中継装置１００がＩＥＥＥ８０２．１１ｂの規格で動作するように設計されている場合、無線通信部１０１は、２．４１２ＧＨｚ（１ｃｈ）〜２．４７２ＧＨｚ（１３ｃｈ）までの１３個のチャネルのうち一つのチャネルを使用して無線通信を行う。

有線通信部１０２は、ケーブルを介して他の通信装置に接続されることによって有線通信を行う。例えば、有線通信部１０２は、メインの構内ネットワークやインターネットなどに備えられた通信設備に対して接続される。
通信情報記憶部１０３は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。通信情報記憶部１０３は、自装置（無線中継装置１００）に接続されている１又は複数の無線通信端末に関する情報（以下、「通信情報」という。）を記憶する。例えば、無線中継装置１００に接続されている各無線通信端末のＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス、ＳＳＩＤなどの情報が通信情報に含まれる。

中継部１０４は、無線通信部１０１及び有線通信部１０２によって受信された信号のデータを、宛先となる通信装置へ向けて中継する。例えば、中継部１０４は、自装置に接続されている無線通信端末から信号を受信し、宛先となっている通信装置へ向けて有線通信部１０２を介して有線ネットワークへ信号を転送する。例えば、中継部１０４は、有線通信部１０２を介して有線ネットワークから信号を受信し、宛先となっている無線通信端末に対し無線通信部１０１を介して転送する。

時間占有率測定部１０５は、無線通信部１０１を介して、無線通信部１０１が使用可能な全チャネルにおいて、自装置の周囲に存在する無線信号を受信する。時間占有率測定部１０５は、受信結果に応じて、他の無線通信装置がチャネルを占有している割合（以下、「時間占有率」という。）をチャネル毎に測定する。例えば、時間占有率測定部１０５は、所定の時間（以下、「測定時間」という。）の間、他の無線通信装置によってチャネルが占有されている時間（以下、「占有時間」という。）を測定し、占有時間と測定時間との比を時間占有率として算出しても良い。

時間占有率記憶部１０６は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。時間占有率記憶部１０６は、測定時刻毎に、時間占有率測定部１０５によって測定された結果（チャネル毎の時間占有率）を記憶する。
通信制御部１０７は、無線中継装置１００の動作を制御する。例えば、通信制御部１０７は、無線中継装置１００の動作モードを制御する。無線中継装置１００の動作モードには、中継モードと測定モードとがある。中継モードでは、無線中継装置１００は通常の中継装置としての中継処理を行う。すなわち、中継モードでは、主に中継部１０４が動作する。一方、測定モードでは、無線中継装置１００は、自装置の周囲に存在する無線信号を受信し、時間占有率の測定を行う。すなわち、測定モードでは、主に時間占有率測定部１０５が動作する。

また、通信制御部１０７は、時間占有率記憶部１０６に記憶されている時間占有率の統計値を算出し、自装置が無線通信に使用するチャネルを統計値に基づいて決定する。そして、通信制御部１０７は、決定されたチャネルを使用して無線通信するように無線通信部１０１を制御する。

図２は、時間占有率記憶部１０６が記憶する時間占有率テーブルの具体例を示す図である。時間占有率テーブルは、測定時刻毎に、チャネル毎の時間占有率の値を有するテーブルである。例えば、時刻ｔ１における測定結果では、チャネル１の時間占有率は４１％であり、チャネル１３の時間占有率は３％であった。例えば、時刻ｔ２における測定結果では、チャネル１の時間占有率は５６％であり、チャネル１３の時間占有率は７％であった。

図３は、無線中継装置１００の処理の流れの具体例を示すフローチャートである。まず、所定のタイミングが到来する度に（ステップＳ１０１−ＹＥＳ）、通信制御部１０７は、自装置（無線中継装置１００）に接続している端末（以下、「接続端末」という。）が存在するか否か判定する（ステップＳ１０２）。通信制御部１０７は、例えば通信情報記憶部１０３に記憶されている通信情報を参照することによって、接続端末の有無を判定する。

接続端末が存在しない場合（ステップＳ１０２−ＮＯ）、通信制御部１０７は、有線通信部１０２が他の通信装置との間でセッションをつないでいるか否か（実行中の有線通信があるか否か）判定する（ステップＳ１０３）。実行中の有線通信がない場合（ステップＳ１０４−ＮＯ）、通信制御部１０７は、測定モードで動作するように無線中継装置１００を制御する（ステップＳ１０４）。

一方、所定のタイミングではない場合（ステップＳ１０１−ＮＯ）、ステップＳ１０２の処理において接続端末が存在する場合（ステップＳ１０２−ＹＥＳ）、ステップＳ１０３の処理において有線通信が存在する場合（ステップＳ１０３−ＹＥＳ）、いずれの場合も通信制御部１０７は中継モードで動作するように無線中継装置１００を制御する（ステップＳ１０５）。

図４は、測定モードで動作する際の時間占有率測定部１０５の処理の流れの具体例を示すフローチャートである。通信制御部１０７が測定モードで動作するように制御を行うと、時間占有率測定部１０５は、まず変数ｉに１を代入する（ステップＳ２０１）。次に、時間占有率測定部１０５は、チャネルｉ（ＣＨｉ）で時間占有率を測定する（ステップＳ２０２）。次に、時間占有率測定部１０５は、チャネルｉ（ＣＨｉ）における測定結果を時間占有率記憶部１０６に記録する（ステップＳ２０３）。

次に、時間占有率測定部１０５は、自装置が使用可能な全てのチャネルについて時間占有率の測定が完了したか否か判定する（ステップＳ２０４）。本実施形態における無線中継装置１００はＩＥＥＥ８０２．１１ｂで動作するため、時間占有率測定部１０５は、変数ｉの値が１３よりも小さいか否か判定する。未測定のチャネルが存在する場合、すなわち変数ｉの値が１３よりも小さい場合（ステップＳ２０４−ＹＥＳ）、時間占有率測定部１０５は変数ｉの値をインクリメントして、ステップＳ２０２に戻る。一方、未測定のチャネルが存在しない場合、すなわち変数ｉの値が１３以上である場合（ステップＳ２０４−ＮＯ）、時間占有率測定部１０５は処理を終了する。

図５は、通信制御部１０７がチャネルを選択する処理の流れの具体例を示すフローチャートである。所定のタイミングが到来するまで通信制御部１０７はチャネルの選択を行わない（ステップＳ３０１−ＮＯ）。所定のタイミングは、ステップＳ１０１のタイミングと同じかそれよりも長い間隔であればどのようなタイミングであっても良い。例えば、ステップＳ３０１におけるタイミングは、図４のステップＳ２０４の処理においてＮＯに進んだタイミングであっても良い。

所定のタイミングが到来すると（ステップＳ３０１−ＹＥＳ）、通信制御部１０７は、時間占有率の統計値を算出する（ステップＳ３０２）。統計値は、時間占有率の大きいチャネルを検出するのに有効な値であれば、どのような統計値であっても良い。例えば、統計値は、所定の時間内における時間占有率の平均値であっても良いし、所定の時間内における時間占有率の最大値であっても良いし、所定の時間内における各時間占有率に対して加重を乗じた値の平均値であっても良い。加重の具体例として、現在時刻に近い測定結果であるほど大きく、現在時刻に遠い測定結果であるほど小さい値が用いられても良い。

次に、通信制御部１０７は、算出された統計値に基づいて、自装置において使用するチャネルを選択する。例えば、通信制御部１０７は、算出された統計値のうち最も小さい統計値に対応するチャネルを選択する（ステップＳ３０３）。通信制御部１０７は、現在使用中のチャネル（以下、「使用中チャネル」という。）と、ステップＳ３０３の処理において選択されたチャネル（以下、「選択チャネル」という。）とが異なるか否か判定する（ステップＳ３０４）。

使用中チャネルと選択チャネルとが一致する場合（ステップＳ３０４−ＮＯ）、通信制御部１０７は、特にその後の処理を行うことなく図５に示される処理を終了する。一方、使用中チャネルと選択チャネルとが異なる場合（ステップＳ３０４−ＹＥＳ）、通信制御部１０７は、チャネル変更処理を行う（ステップＳ３０５）。通信制御部１０７は、チャネル変更処理を開始すると、接続端末の有無を確認し、接続端末が無くなった時点でチャネルを選択チャネルに変更する。そして、通信制御部１０７は図５に示される処理を終了する。

以上のように構成された無線中継装置１００では、複数のチャネルの中から使用するチャネルを選択する際に、時間占有率が判断基準として用いられる。そのため、例えばＢｅａｃｏｎの受信レベルが判断基準として用いられる場合に比べて、通信速度の低下の可能性があるチャネルを精度良く避けることが可能となる。

図６は、スループットの変化を表すグラフである。縦軸はスループットを表す。左の棒グラフは、同じチャネルを使用している他の通信装置が無い状態で無線通信を行った場合のスループットの値を表す。中央の棒グラフは、同じチャネルを使用してＢｅａｃｏｎを発信している他の通信装置が存在する状態で無線通信を行った場合のスループットの値を表す。中央の棒グラフが示す状態では、他の通信装置（ＡＰ）はＢｅａｃｏｎを送信してはいるものの、配下の無線通信端末（ＳＴＡ）との間でデータの無線通信を行ってはいない。右の棒グラフは、同じチャネルを使用して無線通信を行っている他の通信装置が存在する状態で無線通信を行った場合のスループットの値を表す。右の棒グラフが示す状態では、他の通信装置（ＡＰ）は、配下の無線通信端末（ＳＴＡ）との間でデータの無線通信を行っている。

図６から明らかなように、同じチャネルを使用して無線通信を行っている他の通信装置が存在している場合であっても、他の通信装置が単にＢｅａｃｏｎを送信しているのみであればスループットの低下は殆ど生じない。Ｂｅａｃｏｎの送信によって占有される時間は、一般のデータが送信される場合に占有される時間に比べて非常に短いためである。

一方、他の通信装置がデータの無線通信を行っている場合には、スループットは大きく低下してしまう。そのため、Ｂｅａｃｏｎの受信レベルが判断基準として用いられる場合には、単にＢｅａｃｏｎのみが送信されているチャネルを避けて、むしろデータが通信されているチャネルを選択してしまう可能性がある。一方、無線中継装置１００では、上述したように時間占有率が判断基準として用いられるため、単にＢｅａｃｏｎのみが送信されているチャネルであれば、積極的に使用するチャネルとして選択される。

また、複数の無線中継装置１００によって構成される無線通信システムにおけるシステムスループットの観点からも、システムスループットを向上させることが可能となる。すなわち、単にＢｅａｃｏｎが送信されているのみのチャネルにおいて、有効にデータの送受信が行われることによって、チャネルの使用効率を向上させることが可能なためである。

＜変形例＞
無線中継装置１００の通信制御部１０７は、ステップＳ３０４の処理においてＹＥＳに進んだ場合、以下のように動作しても良い。
まず、通信制御部１０７は、予め設定されているメールアドレスに対して、チャネルの設定変更を促す内容のメールを送信する。図７は、通信制御部１０７によって送信されるメールの具体例を示す図である。メール本文には、チャネルの設定変更を行うことが可能なウェブサイトへのリンクが含まれていても良い。メールを受信したユーザが、通信端末においてリンクをクリック又はタップすると、通信端末はチャネルの設定変更を行うためのウェブサイトにアクセスする。

図８は、チャネルの設定変更を行うためのウェブサイトにおける表示例を示す図である。ウェブサイトの画面には、チャネルの設定を変更することを指示するためのボタン（“はい”ボタン）と、チャネルの設定を変更しないことを指示するためのボタン（“いいえ”ボタン）とが表示される。メールを受信したユーザが、通信端末において“はい”ボタンをクリック又はタップすると、無線中継装置１００の通信制御部１０７は、ステップＳ３０５に示されるチャネル変更処理を実行する。

図３〜図５に示されるフローチャートは一例にすぎない。例えば、測定モード（ステップＳ１０４）の動作が開始される条件は、有線通信の有無にかかわらず、接続端末の有無のみに基づいて判定されても良い。即ち、図３のステップＳ１０２の処理においてＮＯに進んだ場合に、測定モードの動作が実行されても良い。また、チャネル変更処理はどのように行われても良い。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１００…無線中継装置， １０１…無線通信部， １０２…有線通信部， １０３…通信情報記憶部， １０４…中継部， １０５…時間占有率測定部（情報収集部）， １０６…時間占有率記憶部， １０７…通信制御部

Claims (5)

1. 自装置が使用可能な複数のチャネルそれぞれについて、他の通信装置によって占有されている時間に関する情報を収集する情報収集部と、
   前記情報収集部によって収集された情報に基づいて、他の通信装置によって占有されている時間の割合が低いチャネルを選択し、使用チャネルを選択されたチャネルに変更して無線通信を行うようにユーザに対して促すメールを予め設定されているメールアドレスに対して送信する通信制御部と、
   を備え、
   前記通信制御部が送信するメールは、使用チャネルの設定変更を行うことが可能なウェブサイトへのリンクを含む、無線中継装置。
2. 前記情報収集部は、他の通信装置によって占有されている時間の割合を表す時間占有率を、前記複数のチャネルそれぞれについて測定する、請求項１に記載の無線中継装置。
3. 前記通信制御部は、前記複数のチャネルそれぞれについて、前記時間占有率の統計値を算出し、算出された統計値に基づいてチャネルを選択する、請求項２に記載の無線中継装置。
4. 無線中継装置が、自装置が使用可能な複数のチャネルそれぞれについて、他の通信装置によって占有されている時間に関する情報を収集する情報収集ステップと、
   無線中継装置が、前記情報収集ステップにおいて収集された情報に基づいて、他の通信装置によって占有されている時間の割合が低いチャネルを選択し、使用チャネルを選択されたチャネルに変更して無線通信を行うようにユーザに対して促すメールを予め設定されているメールアドレスに対して送信する通信制御ステップと、
   を有し、
   前記通信制御部が送信するメールは、使用チャネルの設定変更を行うことが可能なウェブサイトへのリンクを含む、制御方法。
5. 自装置が使用可能な複数のチャネルそれぞれについて、他の通信装置によって占有されている時間に関する情報を収集する情報収集部と、
   前記情報収集部によって収集された情報に基づいて、他の通信装置によって占有されている時間の割合が低いチャネルを選択し、使用チャネルを選択されたチャネルに変更して無線通信を行うようにユーザに対して促すメールを予め設定されているメールアドレスに対して送信する通信制御部と、
   を備え、
   前記通信制御部が送信するメールは、使用チャネルの設定変更を行うことが可能なウェブサイトへのリンクを含む無線中継装置、としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。

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