特許 7564245 無線通信管理装置、無線通信管理方法、及び無線通信管理プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】無線通信管理装置、無線通信管理方法、及び無線通信管理プログラム

(51)【国際特許分類】

   H04W 74/0816 20240101AFI20241001BHJP

   H04W 84/12 20090101ALI20241001BHJP

【ＦＩ】

H04W74/0816

H04W84/12

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022570927

(86)(22)【出願日】2020-12-25

(86)【国際出願番号】 JP2020048623

(87)【国際公開番号】W WO2022137481

(87)【国際公開日】2022-06-30

【審査請求日】2023-04-18

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100128314

【弁理士】

【氏名又は名称】沖川 仁

(74)【代理人】

【識別番号】100229725

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 裕美

(72)【発明者】

【氏名】篠原 笑子

(72)【発明者】

【氏名】井上 保彦

(72)【発明者】

【氏名】淺井 裕介

(72)【発明者】

【氏名】鷹取 泰司

【審査官】伊東 和重

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１６６３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０６０８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２６１９８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／２４－７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基地局に接続する端末に関する無線環境情報を取得し、前記無線環境情報として前記端
末の数又は前記端末によって送受信されるトラヒック量、前記基地局に直接的又は間接的に接続する端末及び前記端末と前記基地局との間を中継する中継基地局の数の総和を取得する取得部と、
前記総和に基づき、前記端末及び前記中継基地局から前記基地局にデータを送信するためのスループットを満たす制御値を決定し、前記制御値として、前記端末から前記基地局への送信要求フレームの送信の要否に関する第１パラメータを決定し、前記端末の数又は前記トラヒック量が閾値を超える場合には前記端末が前記データの送信前に前記送信要求フレームを送信し、前記端末の数又は前記トラヒック量が前記閾値以下の場合には前記端末が前記データの送信前に前記送信要求フレームを送信しないように前記第１パラメータを決定する決定部と、
前記制御値を前記端末に通知する通知部と
を備える、無線通信管理装置。

【請求項2】

前記決定部は、前記端末における待機時間の算出に関する第２パラメータをさらに決定
する、
請求項１に記載の無線通信管理装置。

【請求項3】

前記取得部は、前記無線環境情報として前記端末の数又は前記端末によって送受信され
るトラヒック量を取得し、
前記決定部は、前記端末の数又は前記トラヒック量に応じたコンテンションウィンドウ
のサイズを前記第２パラメータとして決定する、
請求項２に記載の無線通信管理装置。

【請求項4】

無線通信管理装置が実行する無線通信管理方法であって、
基地局に接続する端末に関する無線環境情報として前記端末の数又は前記端末によって送受信されるトラヒック量、前記基地局に直接的又は間接的に接続する端末及び前記端末と前記基地局との間を中継する中継基地局の数の総和を取得することと、
前記無線環境情報として前記端末の数又は前記端末によって送受信されるトラヒック量
を取得することと、
前記総和に基づき、前記端末及び前記中継基地局から前記基地局にデータを送信するためのスループットを満たす制御値を決定することと、
前記制御値として、前記端末から前記基地局への送信要求フレームの送信の要否に関す
る第１パラメータを決定することと、
前記端末の数又は前記トラヒック量が閾値を超える場合には前記端末が前記データの送
信前に前記送信要求フレームを送信することと、
前記端末の数又は前記トラヒック量が前記閾値以下の場合には前記端末が前記データの
送信前に前記送信要求フレームを送信しないように前記第１パラメータを決定することと
、
前記制御値を前記端末に通知することと
を備える、無線通信管理方法。

【請求項5】

請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無線通信管理装置の各部による処理をコンピュ
ータに実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、無線通信管理装置、無線通信管理方法、及び無線通信管理プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

基地局及び端末により構成される無線通信システムが知られている。

【0003】

無線通信システムの代表的な例として、公衆用途の無線ＬＡＮ（Local area network）が挙げられる。公衆用途の無線ＬＡＮでは、例えば、基地局から公衆のコンピュータ端末及びスマートフォン端末に対してデータを送信するユースケースが想定される。

【0004】

これに対し、近年、産業用途の無線ＬＡＮが登場している。産業用途の無線ＬＡＮでは、例えば、ＩｏＴ（Internet of things）端末で測定されたデータを基地局に送信するユースケースが想定される。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】ARIB STD-T108 1.3版, 「920MHz帯テレメータ用、テレコントロール用及びデータ伝送用無線設備 標準規格」, 2019年4月12日

【文献】IEEE Std 802.11ah TM-2016 (IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks - Specific requirements, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, Amendment 2: Sub 1 GHz License Exempt Operation, IEEE Computer Society, 7 December 2016

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

公衆用途の無線ＬＡＮのユースケースでは、基地局から不特定多数の端末に向けたデータ伝送（下りトラヒック）が主要な通信と想定される。このため、公衆用途の無線ＬＡＮを管理する場合、主に下りトラヒックに係る無線環境に基づいて各種制御パラメータが設定される。

【0007】

一方、産業用途の無線ＬＡＮのユースケースでは、特定多数の端末から基地局に向けたデータ伝送（上りトラヒック）が主要な通信と想定される。このため、産業用途の無線ＬＡＮに対して、公衆用途の無線ＬＡＮにおける無線環境の管理手法を適用した場合、制御パラメータの最適化を行えず、十分なスループットが得られなくなるおそれがある。

【0008】

本発明は、上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、上りトラヒックが主要な通信と想定される無線通信システムにおいて、基地局単位での最適制御を行う無線通信管理手段を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、この発明の第１の態様は、無線通信管理装置にあって、基地局に接続する端末に関する無線環境情報を取得する取得部と、上記無線環境情報に基づき、上記端末から上記基地局にデータを送信するためのスループットを満たす制御値を決定する決定部と、上記制御値を上記端末に通知する通知部とを備えるようにした。

【発明の効果】

【0010】

この発明の第１の態様によれば、上りトラヒックが主要な通信と想定される無線通信システムにおいて、基地局単位での最適制御を行う無線通信管理手段を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、ＲＴＳ／ＣＴＳ不使用時と使用時のシーケンス時間を対比する略図である。

【図2】図２は、ＲＴＳ／ＣＴＳ不使用時と使用時の損失時間を対比する略図である。

【図3】図３は、実施形態に係る通信システムの構成の一例を示すブロック図である。

【図4】図４は、実施形態に係る無線通信管理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【図5】図５は、実施形態に係る基地局のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【図6】図６は、実施形態に係る端末のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【図7】図７は、実施形態に係る無線通信管理装置の機能構成の一例を示すブロック図である。

【図8】図８は、図７に示した無線通信管理装置の制御情報生成部の詳細な構成の一例を示すブロック図である。

【図9】図９は、実施形態に係る基地局の機能構成の一例を示すブロック図である。

【図10】図１０は、実施形態に係る端末の機能構成の一例を示すブロック図である。

【図11】図１１は、実施形態に係る無線通信管理装置における制御値決定動作の一例を示すフローチャートである。

【図12】図１２は、制御値決定動作において使用される参照テーブルの一例を示す略図である。

【図13】図１３は、実施形態に係る無線通信管理装置による制御値決定のシミュレーション結果を示す図である。

【図14】図１４は、実施形態の変形例に係る通信システムの構成の一例を示すブロック図である。

【図15】図１５は、実施形態の変形例に係る中継基地局の機能構成の一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する構成要素については、共通する参照符号を付す。また、共通する参照符号を有する複数の構成要素を区別する場合、当該共通する参照符号に後続して付される更なる参照符号（例えば、“－１”等のハイフン及び数字）によって区別する。

【0013】

１． 実施形態
１．１ 概要
基地局及び端末が自律分散的に動作する無線ＬＡＮでは、衝突を回避するためのアクセス制御方式としてＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）が採用され得る。ＣＳＭＡ／ＣＡでは、データフレームを送信しようとする端末は、まずキャリアセンスにより使用するチャネル（周波数帯）の使用状況を確認する。チャネルが未使用であれば、端末はランダム時間待機した後に送信を開始する。チャネルが使用中の場合、端末は一定時間待ってから再び送信を試みる。このように、各端末は、衝突を回避するため自律的にデータフレームの送信タイミングを決定する。

【0014】

ここで、上述した産業用途の無線ＬＡＮのユースケースでは、基地局に多数の端末が接続し、大量の上りトラヒックが発生する。そのため、フレームの衝突（collision）が増加し、スループットの低下をまねく。

【0015】

フレーム衝突の影響を最小限に抑えるため、ＲＴＳ／ＣＴＳ（Request to Send／Clear to Send）が使用され得る。ＲＴＳ／ＣＴＳは、各端末に、データの送信に先立って送信権を獲得させるフレームである。まず送信側の端末がＲＴＳフレームを宛先基地局に送信する。宛先基地局は、ＲＴＳフレームを正常に受信できたら、その応答としてＣＴＳフレームを端末に返す。ＣＴＳフレームを受信した端末は、送信権を獲得し、基地局にデータフレームを送信する。ＲＴＳ／ＣＴＳの使用により、衝突発生時の時間損を抑えることができる一方、データフレームの送信に関与する時間（例えば、待機時間、送信要求時間、応答時間、データフレーム送信時間、フレーム間時間、及び応答時間）に対応するシーケンス時間が大きくなるためスループットの低下をまねく（シーケンス長が長くなるためスループットの低下をまねく、ともいう）。

【0016】

図１は、ＲＴＳ／ＣＴＳ不使用の場合とＲＴＳ／ＣＴＳ使用の場合のシーケンス時間の対比を示す。
図１の上側は、ＲＴＳ／ＣＴＳ不使用の場合の、端末ＳＴＡ２（送信側（ＴＸ））が基地局ＡＰ（受信側（ＲＸ））にデータフレームを送信するシーケンス時間の例を示す。Ｔ１１においてアクセスシーケンスが開始され、端末ＳＴＡ２は、キャリアセンスを行う。チャネルが未使用であれば、端末ＳＴＡ２は、衝突を回避するためにさらにランダム待機時間を経過した後、Ｔ１２においてデータフレームの送信を開始する。Ｔ１３において端末ＳＴＡ２はデータフレームの送信を終了する。基地局ＡＰは、データフレームを受信してからフレーム間時間経過後のＴ１４においてデータを正常に受信したことを示す応答を返す。Ｔ１５において端末ＳＴＡ２が応答を受信する。この例では、シーケンス時間は、Ｔ１１からＴ１５までの期間に対応する。

【0017】

図１の下側は、ＲＴＳ／ＣＴＳ使用の場合の、端末ＳＴＡ２（送信側（ＴＸ））が基地局ＡＰ（受信側（ＲＸ））にデータフレームを送信するシーケンス時間の例を示す。Ｔ２１においてアクセスシーケンスが開始され、端末ＳＴＡ２は、キャリアセンスを行う。チャネルが未使用であれば、端末ＳＴＡ２は、衝突を回避するためにさらにランダム待機時間を経過した後、Ｔ２２において短い送信要求（ＲＴＳ）フレームを送信する。Ｔ２３において端末ＳＴＡ２はＲＴＳフレームの送信を終了する。基地局ＡＰは、ＲＴＳを受信してからフレーム間時間経過後のＴ２４において、ＣＴＳフレームの送信を開始することにより端末ＳＴＡ２に応答する。Ｔ２５において端末ＳＴＡ２がＣＴＳフレームを受信すると、端末ＳＴＡ２は、さらにフレーム間時間経過後のＴ２６においてデータフレームの送信を開始する。Ｔ２７において端末ＳＴＡ２はデータフレームの送信を終了する。基地局ＡＰは、データフレームを受信してからフレーム間時間経過後のＴ２８においてデータを正常に受信したことを示す応答を返す。Ｔ２９において端末ＳＴＡ２が応答を受信する。この例では、シーケンス時間は、Ｔ２１からＴ２９までの期間に対応する。

【0018】

図１に示されるように、ＲＴＳ／ＣＴＳ使用時には、ＲＴＳ／ＣＴＳ不使用時に比べて、ＲＴＳ／ＣＴＳを行ったＴ２２～Ｔ２６の時間分、シーケンス時間が長くなる。

【0019】

図２は、ＲＴＳ／ＣＴＳ不使用の場合とＲＴＳ／ＣＴＳ使用の場合のフレーム衝突発生時の損失時間の対比を示す。
図２の上側は、ＲＴＳ／ＣＴＳ不使用の場合の、端末ＳＴＡ１と端末ＳＴＡ２が同時に基地局ＡＰにデータフレームを送信しようと試みて衝突が発生するときの損失時間の例を示す。図１と同様に、Ｔ３１においてアクセスシーケンスが開始され、端末ＳＴＡ２は、キャリアセンスを行い、ランダム待機時間を経過した後のＴ３２においてデータフレームの送信を開始する。しかし、この例では、偶然に他の端末ＳＴＡ１と送信タイミングが重なり、フレーム衝突が発生している。端末ＳＴＡ２は、Ｔ３３における送信終了後、応答待機時間だけ基地局ＡＰからの応答を待つ。基地局ＡＰは、衝突によりフレームを正常に受信しないので、応答を返さない。端末ＳＴＡ２は、Ｔ３４においてタイムアウトすると、データフレームの再送を試みる。この例では、損失時間は、Ｔ３１からＴ３４までの期間に対応する。

【0020】

図２の下側は、ＲＴＳ／ＣＴＳ使用の場合の、端末ＳＴＡ２がＲＴＳフレームを送信する際に同時に端末ＳＴＡ１がフレームを基地局ＡＰに送信しようと試みて衝突が発生するときの損失時間の例を示す。図１と同様に、Ｔ４１においてアクセスシーケンスが開始され、端末ＳＴＡ２は、キャリアセンスを行い、ランダム待機時間後のＴ４２においてＲＴＳフレームの送信を開始する。しかし、この例では、偶然に他の端末ＳＴＡ１と送信タイミングが重なり、フレーム衝突が発生している。端末ＳＴＡ２は、Ｔ４３における送信終了後、応答待機時間だけ基地局ＡＰからの応答を待つ。基地局ＡＰは、衝突によりフレームを正常に受信しないので、応答を返さない。端末ＳＴＡ２は、Ｔ４４においてタイムアウトすると、ＲＴＳフレームの再送を試みる。この例では、損失時間は、Ｔ４１からＴ４４までの期間に対応する。

【0021】

図２に示されるように、ＲＴＳ／ＣＴＳ使用時には、ＲＴＳ／ＣＴＳ不使用時に比べて、データフレームの長さとＲＴＳフレームの長さの差分だけ、損失時間が短縮されることがわかる。

【0022】

さらに、衝突の確率を下げるため、ＣＳＭＡ／ＣＡのランダム待機時間を調整するシーケンスも使用され得る。ランダム待機時間は、コンテンションウィンドウ（ＣＷ：Contention Window）のサイズを調整することによって調整される。ＣＷは乱数発生範囲を指定する。端末は、［０，ＣＷ］の範囲から生成された乱数値に基づくランダム待機時間後にキャリアセンスを行う。待機時間が短い端末ほど高い優先度が与えられる。ＣＷを大きくするほど、乱数発生範囲が広がり衝突可能性を低減できるが、もともと衝突可能性が低い場合はシーケンス時間が長くなるためスループットを低下させる原因になる。

【0023】

基地局はエリア全体の衝突の可能性を把握可能であるが、端末が衝突の可能性を把握して上記のようなパラメータを変更することはできず、端末を一斉制御する手段もない。

【0024】

実施形態では、基地局又は基地局に接続された計算リソースが、各基地局に接続する端末に関する無線環境情報（例えば接続端末数やトラヒック量など）を取得し、端末から基地局にデータを送信するためのスループットを満たす制御値を決定する。制御値は、制御パラメータ（例えばＲＴＳ／ＣＴＳやＣＷに関するパラメータ）と言い換えることもできる。決定された制御値は、各端末に通知され、各端末においてパラメータ設定に用いられる。これにより、無線環境情報に応じて基地局単位でシーケンスが決定される。

【0025】

１．２ 構成
１．２．１ 全体構成
まず、実施形態に係る通信システムの構成について説明する。
図３は、実施形態に係る通信システムの構成の一例を示すブロック図である。
図３に示すように、通信システム１は、無線通信システム２の無線環境を管理するシステムである。通信システム１は、無線通信管理装置１００と、複数の基地局２００－１及び２００－２と、複数の端末３００－１、３００－２、及び３００－３と、外部サーバ４００と、データサーバ５００と、を備える。複数の基地局２００－１及び２００－２、並びに複数の端末３００－１～３００－３は、無線通信システム２を構成する。

【0026】

以下では、複数の基地局２００－１及び２００－２の各々を特に区別しない場合、“基地局２００”と呼ぶ場合がある。複数の端末３００－１～３００－３の各々を特に区別しない場合、“端末３００”と呼ぶ場合がある。また、基地局２００及び端末３００を総称して“機器”と呼ぶ場合がある。

【0027】

無線通信システム２は、産業用途の無線通信システムである。無線通信システム２は、無線局免許が無くても使用できる周波数帯（アンライセンスバンド）を使用するように構成される。無線通信システム２では、例えば、アンライセンスバンドとしてサブギガヘルツ（ＧＨｚ）帯が使用される。サブギガヘルツ帯は、例えば、９２０メガヘルツ（ＭＨｚ）帯を含む。

【0028】

無線通信管理装置１００は、無線通信システム２の無線環境を管理するための、オンプレミス（on-premises）のデータ処理サーバである。無線通信管理装置１００は、例えば、ネットワークＮＷ内のルータ又はハブ（図示せず）を介して、基地局２００、外部サーバ４００、及びデータサーバ５００と有線接続するように構成される。

【0029】

基地局２００は、無線通信システム２の親機（ＡＰ：アクセスポイント）である。基地局２００は、ネットワークＮＷを介して、端末３００と無線通信管理装置１００との間、及び端末３００とデータサーバ５００との間を接続するように構成される。

【0030】

端末３００は、無線通信システム２の子機（ＳＴＡ：ステーション）である。端末３００は、例えば、ＩｏＴ端末である。端末３００は、対応する基地局２００と無線接続するように構成される。

【0031】

図３の例では、端末３００－１は、基地局２００－１と無線接続するように構成される。端末３００－２及び３００－３は、基地局２００－２と無線接続するように構成される。しかしながら、端末３００－１は、基地局２００－２とも無線接続するように構成されてもよい。端末３００－２及び３００－３は、基地局２００－１とも無線接続するように構成されてもよい。このように、端末３００と基地局２００との間の無線接続は、複数の経路から適宜選択されてもよい。

【0032】

外部サーバ４００は、例えば無線通信システム２の外部環境に関する情報（外部環境情報）が記憶されるサーバである。

【0033】

データサーバ５００は、例えば無線通信システム２にて計測されたセンサ情報が集約して記憶されるサーバである。

【0034】

１．２．２ ハードウェア構成
次に、実施形態に係る通信システム内の主要な構成のハードウェア構成について説明する。

【0035】

（無線通信管理装置）
図４は、実施形態に係る無線通信管理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
無線通信管理装置１００は、制御回路１０１、メモリ１０２、有線通信モジュール１０３、ユーザインタフェース１０４、タイマ１０５、及びドライブ１０６を含む。

【0036】

制御回路１０１は、無線通信管理装置１００の各構成要素を全体的に制御する回路である。制御回路１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びＲＯＭ（Read Only Memory）等を含む。

【0037】

メモリ１０２は、無線通信管理装置１００の補助記憶装置である。メモリ１０２は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、及びメモリカード等を含む。メモリ１０２には、無線通信管理動作に使用される各種情報、及び無線通信管理プログラムが記憶される。無線通信管理プログラムは、ネットワークＮＷを介して無線通信管理装置１００の外部から送信されることにより、メモリ１０２内に記憶され得る。

【0038】

無線通信管理動作は、無線通信システム２内の無線通信の環境を適切に管理するために実行される一連の動作である。無線通信管理プログラムは、制御回路１０１に無線通信管理動作を実行させるためのプログラムである。無線通信管理動作に関する詳細は、後述する。

【0039】

有線通信モジュール１０３は、有線信号によるデータの送受信に使用される回路である。有線通信モジュール１０３は、例えば、ＴＣＰ／ＩＰ階層モデルに準拠するように構成される。具体的には、例えば、有線通信モジュール１０３のネットワークインタフェース層に対応する構成は、イーサネットに準拠する。有線通信モジュール１０３のインターネット層に対応する構成は、ＩＰ（Internet protocol）に準拠する。有線通信モジュール１０３のトランスポート層に対応する構成は、ＴＣＰ（Transmission control protocol）に準拠する。有線通信モジュール１０３のアプリケーション層に対応する構成は、ＳＳＨ（Secure shell）に準拠する。

【0040】

ユーザインタフェース１０４は、ユーザと制御回路１０１との間で情報を通信するための回路である。ユーザインタフェース１０４は、入力機器及び表示機器を含む。入力機器は、例えば、タッチパネル及び操作ボタン等を含む。表示機器は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）及びＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイ等）を含む。ユーザインタフェース１０４は、ユーザからの入力（ユーザ入力）を電気信号に変換した後、制御回路１０１に送信する。

【0041】

タイマ１０５は、時間を計測する回路である。例えば、タイマ１０５は、制御回路１０１からの開始指示に基づき、カウントを開始する（セット）。セットされた状態においてカウント値が閾値以上となると、タイマ１０５は、制御回路１０１にタイムアウトしたことを通知する（タイムアウト）。タイマ１０５は、制御回路１０１からの終了指示に基づき、カウントを終了する（リセット）。

【0042】

ドライブ１０６は、記憶媒体１０７に記憶されたプログラムを読込むための装置である。ドライブ１０６は、例えば、ＣＤ（Compact Disk）ドライブ、及びＤＶＤ（Digital Versatile Disk）ドライブ等を含む。

【0043】

記憶媒体１０７は、プログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的又は化学的作用によって蓄積する媒体である。記憶媒体１０７は、無線通信管理プログラムを記憶してもよい。

【0044】

（基地局）
図５は、実施形態に係る基地局のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
図５に示すように、基地局２００は、制御回路２０１、メモリ２０２、有線通信モジュール２０３、及び無線通信モジュール２０４を含む。

【0045】

制御回路２０１は、基地局２００の各構成要素を全体的に制御する回路である。制御回路２０１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭ等を含む。

【0046】

メモリ２０２は、基地局２００の補助記憶装置である。メモリ２０２は、例えば、ＨＤＤ、ＳＳＤ、及びメモリカード等を含む。メモリ２０２には、無線通信管理動作において無線通信管理装置１００で生成される基地局２００の制御情報が記憶される。

【0047】

有線通信モジュール２０３は、有線信号によるデータの送受信に使用される回路である。有線通信モジュール２０３は、有線通信モジュール１０３と同等のプロトコルスタックに準拠する。これにより、有線通信モジュール２０３は、有線通信モジュール１０３と有線接続することができる。

【0048】

無線通信モジュール２０４は、無線信号によるデータの送受信に使用される回路である。無線通信モジュール２０４は、アンテナ（図示せず）に接続される。無線通信モジュール２０４は、例えば、ＴＣＰ／ＩＰ階層モデルに準拠するように構成される。具体的には、例えば、無線通信モジュール２０４のネットワークインタフェース層に対応する構成は、ＩＥＥＥ（Institute of electrical and electronics engineers） ８０２．１１ ａｈに準拠する。無線通信モジュール２０４のインターネット層に対応する構成は、ＩＰに準拠する。無線通信モジュール２０４のトランスポート層に対応する構成は、ＴＣＰに準拠する。無線通信モジュール２０４のアプリケーション層に対応する構成は、ＳＳＨに準拠する。

【0049】

（端末）
図６は、実施形態に係る端末のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
図６に示すように、端末３００は、制御回路３０１、メモリ３０２、無線通信モジュール３０３、センサ３０４、及びバッテリ３０５を含む。

【0050】

制御回路３０１は、端末３００の各構成要素を全体的に制御する回路である。制御回路３０１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭ等を含む。

【0051】

メモリ３０２は、端末３００の補助記憶装置である。メモリ３０２は、例えば、ＨＤＤ、ＳＳＤ、及びメモリカード等を含む。メモリ３０２には、無線通信管理動作において無線通信管理装置１００で生成される制御情報、センサ３０４で計測されたセンサ情報が記憶される。

【0052】

無線通信モジュール３０３は、無線信号によるデータの送受信に使用される回路である。無線通信モジュール３０３は、無線通信モジュール２０４と同等のプロトコルスタックに準拠する。これにより、無線通信モジュール３０３は、無線通信モジュール２０４と無線接続することができる。

【0053】

センサ３０４は、無線通信システム２がモニタするデータを計測する回路である。センサ３０４にて計測されたセンサ情報は、基地局２００及びネットワークＮＷを介して、データサーバ５００に集約される。

【0054】

バッテリ３０５は、端末３００に電力を供給する容量である。バッテリ３０５は、例えば、太陽光発電モジュール（図示せず）によって充電される。端末３００は、商用電源から安定的に電力を供給されてもよい。

【0055】

１．２．３ 機能構成
次に、実施形態に係る通信システム内の主要な構成の機能構成について説明する。

【0056】

（無線通信管理装置）
図７は、実施形態に係る無線通信管理装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
制御回路１０１のＣＰＵは、メモリ１０２又は記憶媒体１０７に記憶された無線通信管理プログラムをＲＡＭに展開する。そして、制御回路１０１のＣＰＵは、ＲＡＭに展開された無線通信管理プログラムを解釈及び実行することにより各構成要素１０２～１０６を制御する。これによって、図７に示されるように、無線通信管理装置１００は、ユーザ入力部１１１、有線信号受信部１１２、制御情報生成部１１３、判定部１１４、有線信号送信部１１５、及びコマンドライブラリ１１６を備えるコンピュータとして機能する。

【0057】

ユーザ入力部１１１は、ユーザから入力された登録情報を制御情報生成部１１３に送信する。登録情報は、指定情報、機器情報及び制約情報を含む。

【0058】

指定情報は、制御値決定の判定条件を指定する情報である。指定情報は、閾値や参照テーブル等を含み、ユーザ（システム管理者等）によって任意に設定される。閾値は、例えば、特定のシーケンスの使用／不使用を選択するためのしきい値として、無線環境情報の値と比較するために用いられ得る。参照テーブルは、例えば、無線環境情報の値と制御パラメータの値とを対応付けるもので、無線環境情報に応じた制御パラメータの値を決定するために用いられ得る。

【0059】

機器情報は、無線通信管理装置１００が基地局２００及び端末３００を一意に識別するための情報である。機器情報は、例えば、基地局２００及び端末３００毎のユーザ名、パスワード、ＩＰアドレス、及び管理対象フラグ等を含む。ユーザ名及びパスワード、並びにＩＰアドレスは、無線通信管理装置１００が基地局２００及び端末３００にＳＳＨ等のプロトコルで遠隔からログインするために使用される。管理対象フラグは、対応する基地局２００及び端末３００が無線通信管理動作の対象であるか否かを識別する情報である。

【0060】

制約情報は、電波法等の法律に基づいて無線通信システム２が遵守すべき制約条件を示す情報である。制約情報は、例えば、機器毎の総送信時間の上限値を含む。

【0061】

有線信号受信部１１２は、基地局２００及び端末３００に関する無線環境情報を、基地局２００から受信する。有線信号受信部１１２はまた、外部環境情報（例えば無線通信のスループットを評価するために必要な情報）を外部サーバ４００から受信し得る。有線信号受信部１１２は、受信した各種環境情報を、制御情報生成部１１３に送信する。

【0062】

無線環境情報は、無線通信管理動作を行うために基地局２００及び端末３００から収集される情報である。無線環境情報は、定期的に又はユーザの指示に応じて最新の無線環境を反映するように収集される。無線環境情報は、各基地局２００に接続する端末３００の数又は各基地局２００に接続する端末３００によって単位時間あたりに送受信されるトラヒック量を含む。また、無線環境情報は、基地局２００及び端末３００に共通する情報として、例えば、周辺ＢＳＳ（Basic service set）のＳＳＩＤ、チャネル、バンド幅、周波数、ＲＳＳＩ（Received signal strength indication）等を含み得る。無線環境情報は、端末３００に特有の情報として、例えば、バッテリ３０５の残容量を示す情報を含み得る。

【0063】

外部環境情報は、無線通信のスループットを評価するために外部サーバ４００から収集される情報である。外部環境情報は、例えば、無線通信システム２が設けられる地域の日照時間の予測値等を含む。外部環境情報の収集はこの実施形態では省略されてもよい。

【0064】

制御情報生成部１１３は、基地局２００に接続する端末に関する無線環境情報を取得する取得部、及び無線環境情報に基づき端末から基地局にデータを送信するためのスループットを満たす制御値を決定する決定部として機能し得る。ここでは「基地局に接続する端末」は、当該基地局に直接的又は間接的に接続し、当該基地局を介してデータサーバ５００との通信を行う端末機器全般を言う。実施形態では、制御情報生成部１１３は、ユーザ入力部１１１から登録情報を、及び有線信号受信部１１２から無線環境情報を受け取り、後続の動作に必要な情報を抽出する。そして、制御情報生成部１１３は、基地局毎に最適な制御値を決定し、基地局２００及び端末３００の制御情報を生成する。制御情報生成部１１３は、無線通信管理動作に使用される全ての情報が揃うまで、受信した各種情報をメモリ１０２に記憶させてもよい。制御情報生成部１１３は、生成した制御情報を判定部１１４に送信する。

【0065】

制御情報は、基地局２００及び端末３００の無線通信環境の構築に使用されるパラメータである。実施形態では、制御情報は、端末３００から基地局２００へのデータ送信に関わるパラメータを含む。そのようなパラメータの一例は、端末３００から基地局２００へのＲＴＳフレームの送信の要否に関するパラメータ、又は端末３００における待機時間の算出に関するパラメータである。言い換えれば、制御情報生成部１１３は、基地局毎にスループットを満たす最適なパラメータを決定することによって、基地局毎に最適なシーケンスを選択する。

【0066】

判定部１１４は、制御情報が生成された基地局２００及び端末３００毎に、生成した制御情報によって無線環境の設定を更新するか否かを判定する。また、判定部１１４は、無線環境の設定を更新すると判定された基地局２００及び端末３００毎に、当該更新が再起動を伴うか否かをさらに判定する。判定部１１４は、基地局２００及び端末３００毎の制御情報及び判定結果の組を有線信号送信部１１５に出力する。

【0067】

有線信号送信部１１５は、制御回路１０１からの指示に基づいて、基地局２００及び端末３００を制御するための各種コマンドを生成する。各種コマンドは、コマンドライブラリ１１６を参照して生成される。

【0068】

コマンドライブラリ１１６は、無線通信管理動作に使用されるコマンド群が予め記憶される。コマンドライブラリ１１６は、例えば、収集コマンド、及び更新コマンドを記憶する。収集コマンドは、（例えばＩＰアドレスを）指定された基地局２００又は端末３００から無線環境情報を収集させるコマンドである。更新コマンドは、（例えばＩＰアドレスを）指定された基地局２００又は端末３００の無線環境の設定を制御情報で更新させるコマンドである。このため、更新コマンドは、指定された基地局２００又は端末３００の無線環境の設定を更新するための制御情報を含む。また、更新コマンドは、指定された基地局２００又は端末３００を再起動させる指示を含む場合がある。

【0069】

有線信号送信部１１５は、決定された制御値を端末３００に通知する通知部として機能する。

【0070】

図８は、実施形態に係る制御情報生成部１１３の詳細な構成の一例を示すブロック図である。制御情報生成部１１３は、情報取得部１１３１、第１決定部１１３２及び第２決定部１１３３を含み得る。

【0071】

情報取得部１１３１は、基地局２００及び端末３００の無線環境情報と登録情報を受け取り、必要な情報を抽出して第１決定部１１３２又は第２決定部１１３３に渡す処理を行う。例えば、情報取得部１１３１は、無線環境情報をもとに基地局２００に接続する端末３００の数（以下、「接続端末数」）を取得し、第１決定部１１３２及び第２決定部１１３３に渡す。又は例えば、情報取得部１１３１は、基地局２００に接続する端末３００によって単位時間あたりに送受信されるトラヒック量を取得し、第１決定部１１３２及び第２決定部１１３３に渡す。情報取得部１１３１はさらに、登録情報のうち指定情報として含まれる予め設定された閾値を読み出し、第１決定部１１３２に渡すように構成され得る。情報取得部１１３１はさらに、登録情報のうち指定情報として含まれる予め設定された参照テーブルを読み出し、第２決定部１１３３に渡すように構成され得る。

【0072】

第１決定部１１３２は、情報取得部１１３１から受け取った情報に基づき、端末３００から基地局２００への送信要求フレームの送信の要否に関する第１パラメータを決定する。第１パラメータの一例は、ＲＴＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（ＲＴＳ閾値）である。ＲＴＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄは、各端末３００がデータ送信前にＲＴＳフレームを送信するかどうかを決めるためのしきい値である。言い換えれば、第１決定部１１３２は、基地局２００毎にＲＴＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを決定することによって、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順のＯＮ／ＯＦＦを選択する。例えば第１決定部１１３２は、情報取得部１１３１から受け取った接続端末数と閾値に基づき、接続端末数が閾値を超える場合には当該基地局２００についてＲＴＳ／ＣＴＳのＯＮを選択する。第１決定部１１３２の動作についてはさらに後述する。

【0073】

第２決定部１１３３は、情報取得部１１３１から受け取った情報に基づき、端末３００における待機時間の算出に関する第２パラメータを決定する。第２パラメータの一例は、ＣＷｍｉｎである。ＣＷｍｉｎはＣＷの上限値の最小値を指定し、初回の乱数発生範囲に関わるパラメータである。例えば第２決定部１１３３は、情報取得部１１３１から受け取った接続端末数と参照テーブルに基づき、ＣＷｍｉｎの値を選択する。第２決定部１１３３の動作についてもさらに後述する。なお、ＣＷｍｉｎ≦ＣＷとなる。

【0074】

（基地局）
図９は、実施形態に係る基地局の機能構成の一例を示すブロック図である。
制御回路２０１のＣＰＵは、無線通信管理装置１００から送信された各種コマンドに基づいて各構成要素２０２～２０４を制御する。これによって、図９に示されるように、基地局２００は、有線信号受信部２１１、無線信号受信部２１２、収集部２１３、更新部２１４、有線信号送信部２１５、及び無線信号送信部２１６を備えるコンピュータとして機能する。

【0075】

有線信号受信部２１１は、収集コマンド及び更新コマンドを無線通信管理装置１００から受信する。基地局２００を宛先とする（基地局２００への）収集コマンドを受信すると、有線信号受信部２１１は、収集部２１３に収集コマンドを送信する。基地局２００への更新コマンドを受信すると、有線信号受信部２１１は、更新部２１４に更新コマンドを送信する。端末３００を宛先とする（端末３００への）収集コマンド及び更新コマンドを受信すると、有線信号受信部２１１は、収集コマンド及び更新コマンドを無線信号送信部２１６へ送信する。有線信号受信部２１１から無線信号送信部２１６へデータを送信する際に、当該送信データは、イーサネットのフレームフォーマットから、８０２．１１ ａｈのフレームフォーマットへ変換される。

【0076】

無線信号受信部２１２は、端末３００の無線環境情報を端末３００から受信する。無線信号受信部２１２は、受信した端末３００の無線環境情報を有線信号送信部２１５に送信する。無線信号受信部２１２から有線信号送信部２１５へデータを送信する際に、当該送信データは、８０２．１１ ａｈのフレームフォーマットから、イーサネットのフレームフォーマットへ変換される。

【0077】

収集部２１３は、受信した収集コマンドに基づき、基地局２００の無線環境情報を収集する。収集部２１３は、収集した基地局２００の無線環境情報を有線信号送信部２１５に送信する。

【0078】

更新部２１４は、受信した更新コマンドに基づき、基地局２００の無線環境の設定を、更新コマンド内の制御情報で更新する。更新コマンドが再起動の指示を含む場合、更新部２１４は、基地局２００を再起動させる。

【0079】

有線信号送信部２１５は、受信した基地局２００の無線環境情報を、無線通信管理装置１００に送信する。有線信号送信部２１５は、受信した端末３００の無線環境情報を、無線通信管理装置１００に転送する。

【0080】

無線信号送信部２１６は、受信した端末３００の収集コマンド及び更新コマンドを、端末３００に転送する。

【0081】

（端末）
図１０は、実施形態に係る端末の機能構成の一例を示すブロック図である。
制御回路３０１のＣＰＵは、無線通信管理装置１００から送信された各種コマンドに基づいて各構成要素３０２及び３０３を制御する。これによって、図１０に示されるように、端末３００は、無線信号受信部３１１、収集部３１２、更新部３１３、及び無線信号送信部３１４を備えるコンピュータとして機能する。

【0082】

無線信号受信部３１１は、収集コマンド及び更新コマンドを基地局２００から受信する。無線信号受信部３１１は、収集コマンドを収集部３１２に送信する。無線信号受信部３１１は、更新コマンドを更新部３１３へ送信する。

【0083】

収集部３１２は、受信した収集コマンドに基づき、端末３００の無線環境情報を収集する。収集部３１２は、収集した端末３００の無線環境情報を無線信号送信部３１４に送信する。

【0084】

更新部３１３は、受信した更新コマンドに基づき、端末３００の無線環境の設定を、更新コマンド内の制御情報で更新する。更新コマンドが再起動の指示を含む場合、更新部３１３は、端末３００を再起動させる。

【0085】

無線信号送信部３１４は、収集した端末３００の無線環境情報を、基地局２００に送信する。

【0086】

１．３ 動作
次に、実施形態に係る無線通信管理装置の動作について説明する。

【0087】

図１１は、実施形態に係る無線通信管理装置１００による無線通信管理動作のうち制御値決定動作の一例を示すフローチャートである。制御値決定動作は、主に制御情報生成部１１３によって実行される。

【0088】

図１１の動作に先立って、無線通信管理装置１００は、ユーザ入力部１１１により登録情報を、有線信号受信部１１２により無線環境情報（及び任意で外部環境情報）を、収集しているものとする。無線通信管理装置１００による情報収集動作は、システム管理者等による指示を受けて手動で、又は所定の時刻に達したことにより自動で開始される。登録情報の収集と無線環境情報の収集は異なるタイミングで行われてよい。無線通信管理装置１００による情報収集動作は、全機器からの収集完了、又はタイマ１０５のタイムアウトなど、所定の条件を満たすことにより終了される。ユーザ入力部１１１及び有線信号受信部１１２によって収集された情報は、制御情報生成部１１３に渡される。無線通信管理装置１００による情報収集動作が終了したことをトリガとして以下の制御値決定動作が開始され得る。

【0089】

まずステップＳ１において、制御情報生成部１１３は、情報取得部１１３１により、無線環境情報から基地局２００毎の接続端末数を取得する。情報取得部１１３１はまた、指定情報から後続の動作に必要な情報（例えば、閾値や参照テーブル）を取得する。情報取得部１１３１は、指定情報からの情報の取得を事前に行い、メモリ２０２に記憶させ、必要なときに読み出してもよい。情報取得部１１３１は、取得した情報を第１決定部１１３２及び第２決定部１１３３に渡す。

【0090】

ステップＳ２において、制御情報生成部１１３は、第１決定部１１３２により、接続端末数が予め設定された閾値（例えば、３）を超えるか否かを判定する。接続端末数が閾値を超える場合（Ｓ２；ＹＥＳ）、第１決定部１１３２は、ＲＴＳ／ＣＴＳをＯＮ（使用）にする決定を行う（Ｓ３）。接続端末数が閾値を超えない場合（Ｓ２；ＮＯ）、第１決定部１１３２は、ＲＴＳ／ＣＴＳをＯＦＦ（不使用）にする決定を行う（Ｓ４）。

【0091】

無線通信管理装置１００は、ＲＴＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄの設定値を変更することによってＲＴＳ／ＣＴＳのＯＮ／ＯＦＦを実現し得る。一例として、無線通信管理装置１００は、ＲＴＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄの設定値を「１５００」又は「１」に設定する。この場合、「ＲＴＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＝１５００」は「ＲＴＳ／ＣＴＳ：ＯＦＦ」の設定、「ＲＴＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＝１」は「ＲＴＳ／ＣＴＳ：ＯＮ」の設定を意図している。

【0092】

この設定は、当該基地局２００に接続する全ての端末３００に強制的に適用される。ステップＳ２の閾値＝３の場合、接続端末数が４台以上の基地局２００についてはＲＴＳ／ＣＴＳの使用が決定され、接続端末数が３台以下の基地局２００についてはＲＴＳ／ＣＴＳの不使用が決定される。

【0093】

一般に、伝送されるフレームのサイズが大きいほど衝突の確率が高まる。例えば従来のシステムでは、各端末は、送信しようとするフレームの長さ（ｂｙｔｅ）がパラメータＲＴＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄの値を超える場合に、ＲＴＳ／ＣＴＳの使用を自律的に決定する。したがって、実施形態に係る無線通信管理装置１００は、無線通信システム２内で端末３００が一般に送信するフレームの長さに応じてＲＴＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄの値を設定することによって、ＲＴＳ／ＣＴＳの実質的なＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。

【0094】

続いて、ステップＳ５において、制御情報生成部１１３は、第２決定部１１３３により、接続端末数に応じてコンテンションウィンドウのサイズの最小値ＣＷｍｉｎを決定する。この決定は、接続端末数に応じた決定パターンを予め決定しておくことにより実施される。パターンの一例として、接続端末数とＣＷｍｉｎの値とを対応付ける参照テーブルや、接続端末数をもとにＣＷｍｉｎの値を算出するための数式が挙げられる。

【0095】

図１２は、ＣＷｍｉｎを決定するための参照テーブルの一例を示す。図１２の例では、接続端末数が１台のときは「１６」、２台のときは「３２」、３台のときは「６４」・・・と設定され、この例では５台以上は一律に「１２８」の値が設定される。

【0096】

制御情報生成部１１３は、第１決定部１１３２及び第２決定部１１３３による決定の結果を制御情報として判定部１１４に出力する。制御情報は、決定された制御値（制御パラメータ）を含む。上記の例では、制御情報は、第１パラメータとしてＲＴＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄパラメータの値（例えば、１５００）と、第２パラメータとしてＣＷｍｉｎパラメータの値（例えば、１２８）とを含む。

【0097】

上述したように、判定部１１４は、制御情報を受け取ると、無線環境の設定の更新が必要な基地局２００又は端末３００を判定する。更新の要否は、例えば、受け取った制御情報が各機器に現在設定されている制御情報と異なるか否かに応じて判定される。有線信号送信部１１５は、コマンドライブラリ１１６を参照してコマンドを生成し、更新が必要と判定された機器にコマンドを送信する。コマンドは、設定の更新に加えて、機器の再起動の指示を含み得る。基地局２００は、自身宛のコマンド及び管理下にある機器宛てのコマンドを受信すると、自身の設定を更新し、又は各機器にパラメータ更新を指示する。

【0098】

なお、第１決定部１１３２によるステップＳ２～Ｓ４の動作、又は第２決定部１１３３によるステップＳ５の動作は、順序を入れ替えて実行されてもよく、並列に行われてもよい。あるいは、第１決定部１１３２又は第２決定部１１３３の動作のいずれか一方が省略されてもよい。例えば、無線通信管理装置１００は、システム管理者等の指示を受けて、又は無線環境情報が所定の条件を満たすことに応じて、ＲＴＳ／ＣＴＳのＯＮ／ＯＦＦの決定のみ、又はＣＷｍｉｎの決定のみを行うように構成されてもよい。

【0099】

さらに無線通信管理装置１００は、接続端末数の代わりに、トラヒック量に基づいてＲＴＳ／ＣＴＳ及びＣＷｍｉｎを決定することもできる。この場合、図１１のフローと同様に、ＲＴＳ／ＣＴＳの使用を決定する閾値（例えば、３００ｋｂｐｓ、１Ｍｂｐｓなど）が予め設定され、無線通信管理装置１００は、トラヒック量が閾値を超える場合にＲＴＳ／ＣＴＳの使用（ＯＮ）を決定し得る。また図１２の参照テーブルと同様に、トラヒック量とＣＷｍｉｎの対応を定めるパターンが予め設定される。無線通信管理装置１００は、トラヒック量を、単位時間あたりに各基地局２００が受信する上りトラヒックの総和として、又は単位時間あたりに各端末３００が送信する上りトラヒックの総和として取得し得る。無線通信管理装置１００は、さらに下りトラヒック量を考慮するように構成されてもよい。

【0100】

図１３は、実施形態に係る無線通信管理装置１００による制御値決定動作の効果を表すシミュレーション結果である。評価条件として以下の条件を用いる。なお、計算を簡単にするためデューティ比は考慮せず、全端末が送信可能なだけ送信するものとしている。
・無線ＬＡＮ規格： ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｈ
・データ送信ＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）： ＭＣＳ７
・帯域幅： １ＭＨｚ
・ＭＰＤＵ ｐａｙｌｏａｄ ｓｉｚｅ： １５００ｂｙｔｅ
・Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ： ６ＭＰＤＵｓ
・ＲＴＳ／ＣＴＳ送信ＭＣＳ： ＭＣＳ０
・１台あたりの要求スループット： １００ｋｂｐｓ

【0101】

図１３に示されるように、要求スループット（Ｒ）は、接続端末数が増加するにつれて増大する。従来手法（Ｐ）では、接続端末数が増加するにつれ、衝突が増加し、それにともなってスループットが顕著に低下する。

【0102】

これに対し、ＲＴＳ／ＣＴＳ制御を用いる実施形態（Ｅ１）では、接続端末数が増加してもスループットの低下を軽減することができる。さらに、ＲＴＳ／ＣＴＳ制御に加えてＣＷ制御を行う実施形態（Ｅ２）では、接続端末数の増加に伴うスループットの低下をさらに軽減することができ、接続端末数が増加しても要求スループットをほぼ満足することができる。

【0103】

１．４ 実施形態に係る効果
実施形態によれば、無線通信管理装置１００は、各基地局２００に接続する端末３００に関する無線環境情報を取得する。無線通信管理装置１００は、無線環境情報に基づき、各端末３００から基地局２００にデータを送信するためのスループットを満たす制御値を決定する。無線通信管理装置１００は、更新コマンドを使用して、制御値の決定結果を各基地局２０に通知する。これにより、無線通信管理装置１００は、基地局２００毎に、収集された無線環境情報に基づく無線環境の最適化を図ることができる。

【0104】

実施形態によれば、無線通信管理装置１００はさらに、無線環境情報として、各基地局２００に接続する端末３００の数又は各基地局２００に接続する端末３００により単位時間あたりに送受信されるトラヒック量を用いる。無線通信管理装置１００は、これらの無線環境情報に基づき、制御値の一例として、各端末３００から基地局２００への送信要求フレームの送信の要否に関するパラメータ（例えば、ＲＴＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）や、各端末３００における待機時間の算出に関するパラメータ（例えば、ＣＷｍｉｎ）の値を決定する。

【0105】

これにより、無線通信管理装置１００は、自律分散制御によりエリア全体の最適化が難しかったネットワークに対して、当該エリア内での最適化を実現し、フレーム衝突の影響を最小化させつつスループットを最大化する制御を行うことができる。

【0106】

従来の公衆用途の無線ＬＡＮでは、不特定多数の端末が自由に無線通信システムとの接続を開始し、自由に無線通信システムとの接続を終了することができる。このため、公衆用途の無線ＬＡＮの無線通信を管理する場合、無線通信管理装置は、どの端末が接続されているかを管理することは困難である。すなわち、公衆用途の無線ＬＡＮの無線通信を管理する場合、無線通信管理装置は、端末の個別の無線環境を考慮することも、端末の設定を制御することも困難である。

【0107】

また従来のシステムでは、ＲＴＳ／ＣＴＳ機能を実装されている端末が、設定に応じて（送信しようとするフレーム長などに応じて）、又は各自の判定基準を用いて、ＲＴＳ／ＣＴＳを使用するか否かを決定する。ＲＴＳ／ＣＴＳを使用することで、送信側と宛先側の疎通（送信要求に対する受信準備完了）を短いフレームで確認したのちにデータフレームを送信するため、衝突時の損失時間が短くなる。ただし、シーケンス時間がその分長くなるため、衝突が少ない場合にもＲＴＳ／ＣＴＳを使用すればスループットが低下する。無線ＬＡＮエリア全体の衝突の可能性を把握可能なのは基地局であるが、端末がその情報を把握してＲＴＳ／ＣＴＳの使用を決定することはできず、端末を一斉制御する手段もない。そのため、フレーム衝突を最小限に抑えつつスループットを最大化することがきわめて困難である。すなわち、スループットを最大にするには、接続端末数などに基づき、衝突の可能性を演算して使用するか否かを決定する必要がある。

【0108】

また、コンテンションウィンドウ（ＣＷ）のサイズを大きくするほどフレーム衝突の可能性を低減することができる。しかし、やはりシーケンス時間が長くなるため、衝突が少ない場合にも大きなＣＷを使用すればスループットの低下をまねく。同様に、全ての端末が同じＣＷの設定でない場合、アクセスまでの待機時間に端末間で偏りが発生する。したがって、基地局に接続された端末間で一斉の制御が必要になるが、公衆用途の無線ＬＡＮではその手段がない。そのため、全ての端末が初期値で動作し、衝突可能性を低減することが困難である。

【0109】

ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｈでは、各端末のアクセスタイミングを調整するＲＡＷ （restricted access window）機能が規定され、同様のトラヒック量で送信する端末の衝突を最小限にするシーケンスが存在する。ただし、ＲＡＷは未だ実装されておらず、今後も効果を発揮するためには全ての端末への実装が必要になり、実現には時間を要すると予想される。

【0110】

実施形態に係る無線通信管理装置１００は、新たな機能の実装を必要とすることなく、実際の無線環境に応じて基地局単位でフレーム衝突の影響を最小限に抑えつつスループットを最大化する、最適制御を実現することができる。

【0111】

２． 変形例
なお、上述した実施形態には、種々の変形が適用可能である。
例えば、上述した実施形態では、端末３００と基地局２００とがダイレクトに無線通信する場合について説明したが、これに限られない。例えば、端末３００と基地局２００とは、無線通信を中継する基地局（中継基地局）を介して、互いに無線通信するように構成されてもよい。

【0112】

図１４は、実施形態の変形例に係る通信システムの構成の一例を示すブロック図である。
図１４に示すように、通信システム１Ａは、無線通信システム２Ａを含む。
無線通信システム２Ａは、複数の基地局２００－１及び２００－２と、中継基地局２００Ａと、複数の端末３００－１～３００－３と、を含む。

【0113】

中継基地局２００Ａは、基地局２００と端末３００との間を無線接続するように構成される。図１４の例では、中継基地局２００Ａが、基地局２００－２と端末３００－３との間を無線接続する場合が示される。このように、中継基地局２００Ａを介した無線通信網を構成することにより、より広範囲にわたって端末３００が分布する無線通信システム２Ａを構築することができる。

【0114】

中継基地局２００Ａは、例えば、図５に示した基地局２００ハードウェア構成と同様のハードウェア構成を有する。このため、中継基地局２００Ａは、基地局２００としても機能することができる。なお、図１４に示した無線通信システム２Ａの例では、中継基地局２００Ａは、基地局２００と端末３００との間を無線接続する機能を担うため、有線通信モジュール２０３を使用しない。

【0115】

このような変形例では、基地局２００－２の接続端末数として、中継基地局２００Ａもカウントされ得る。図１４の例では、基地局２００－１の接続端末数は「１」、基地局２００－２の接続端末数は「３」とカウントされる。この場合、「基地局２００」は、外部ネットワークの出入口となるルート基地局を指す。「中継基地局２００Ａ」は、外部ネットワークと直接の接続は行わないものとする。

【0116】

図１５は、実施形態の変形例に係る中継基地局の機能構成の一例を示すブロック図である。
図１５に示すように、中継基地局２００Ａは、無線信号受信部２１２Ａ、収集部２１３Ａ、更新部２１４Ａ、及び無線信号送信部２１６Ａを備えるコンピュータとして機能する。

【0117】

無線信号受信部２１２Ａは、収集コマンド及び更新コマンドを基地局２００から受信する。中継基地局２００Ａを宛先とする（中継基地局２００Ａへの）収集コマンドを受信すると、無線信号受信部２１２Ａは、収集部２１３Ａに収集コマンドを転送する。中継基地局２００Ａへの更新コマンドを受信すると、無線信号受信部２１２Ａは、更新部２１４Ａに更新コマンドを転送する。端末３００を宛先とする（端末３００への）収集コマンド及び更新コマンドを受信すると、無線信号受信部２１２Ａは、収集コマンド及び更新コマンドを無線信号送信部２１６Ａへ送信する。

【0118】

また、無線信号受信部２１２Ａは、端末３００の無線環境情報を端末３００から受信する。無線信号受信部２１２Ａは、受信した端末３００の無線環境情報を無線信号送信部２１６Ａに送信する。

【0119】

収集部２１３Ａは、受信した収集コマンドに基づき、中継基地局２００Ａの無線環境情報を収集する。収集部２１３Ａは、収集した中継基地局２００Ａの無線環境情報を無線信号送信部２１６Ａに送信する。

【0120】

更新部２１４Ａは、受信した更新コマンドに基づき、中継基地局２００Ａの無線環境の設定を、更新コマンド内の制御情報で更新する。更新コマンドが再起動の指示を含む場合、更新部２１４Ａは、中継基地局２００Ａを再起動させる。

【0121】

無線信号送信部２１６Ａは、受信した中継基地局２００Ａの無線環境情報を、無線通信管理装置１００に送信する。無線信号送信部２１６Ａは、受信した端末３００の無線環境情報を、無線通信管理装置１００に転送する。無線信号送信部２１６Ａは、受信した端末３００の収集コマンド及び更新コマンドを、端末３００に転送する。

【0122】

以上のように構成することにより、無線通信管理装置１００は、基地局２００及び中継基地局２００Ａを介して、端末３００の無線環境情報を収集できる。また、無線通信管理装置１００は、基地局２００を介して、中継基地局２００Ａの無線環境情報を収集できる。

【0123】

また、無線通信管理装置１００は、中継基地局２００Ａの無線環境情報をさらに考慮することができる。具体的には、例えば、無線通信管理装置１００は、中継基地局２００Ａを介した伝搬路と、中継基地局２００Ａを介さない伝搬路と、を比較することができる。これにより、無線通信管理装置１００は、制御情報として、無線通信システム２Ａ内の最適な伝搬路を生成できる。このため、広域な無線通信システム２Ａにおける無線環境を最適化することができる。

【0124】

３． その他
また、例えば、上述した実施形態では、無線通信管理プログラムが、オンプレミスの無線通信管理装置１００で実行される場合について説明したが、これに限られない。例えば、無線通信管理プログラムは、クラウド上の計算リソースで実行されてもよい。

【0125】

また、例えば、上述した実施形態では、無線通信管理装置１００が、ネットワークＮＷを介して基地局２００と接続される場合について説明したが、これに限られない。例えば、無線通信管理装置１００は、無線通信システム２内に設けられ、ルート（root）の基地局２００として機能してもよい。この場合、無線通信管理装置１００は、図７及び図８に示した機能構成と、図９に示した機能構成と、の双方を有するように構成されてもよい。

【0126】

また、上述した実施形態では、無線通信管理装置１００とデータサーバ５００とが物理的に異なるサーバである場合について説明したが、これに限られない。すなわち、無線通信管理装置１００とデータサーバ５００とは、物理的に同一のサーバ内に構成されてもよい。

【0127】

また、上述した実施形態では、無線通信管理装置１００、基地局２００、及び端末３００の間の通信にＳＳＨが使用される場合について説明した。しかしながら、無線通信管理装置１００、基地局２００、及び端末３００の間の通信は、無線通信管理装置１００が基地局２００及び端末３００に対して遠隔からログインして各種コマンドを送信できれば、ＳＳＨに限られず任意のプロトコルを使用可能である。

【0128】

また、例えば、上述した実施形態では、無線通信管理装置１００が、無線環境情報として接続端末数又はトラヒック量に基づいて制御値決定を行う場合について説明したが、これに限られない。無線通信管理装置１００は、天候、気候、気温、カバレッジ内の障害物の有無、カバレッジの広さなどを無線環境情報として取得し、使用してもよい。

【0129】

また、例えば、上述した実施形態では、無線通信管理装置１００が、ＲＴＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄの値を１又は１５００に設定することによってＲＴＳ／ＣＴＳのＯＮ／ＯＦＦを制御する場合について説明したが、これに限られない。例えば、無線通信管理装置１００は、接続端末数又はトラヒック量等に基づいてＲＴＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄの値を［１，１５００］の範囲内の値で調整してもよい。この場合、各端末３００は、指示されたＲＴＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄの値よりも長いフレームを送信しようとするときには、先に送信権を獲得すべくＲＴＳフレームを送信する。

【0130】

また、例えば、上述した実施形態では、無線通信管理装置１００が、参照テーブルを用いてＣＷｍｉｎの値を決定する場合について説明したが、これに限られない。例えば、無線通信管理装置１００は、接続端末数からＣＷｍｉｎの値を算出する回帰式を用いてもよい。あるいは、無線通信管理装置１００は、接続端末数及びトラヒック量の両方を考慮してＣＷｍｉｎの値を決定してもよい。ＣＷｍｉｎの値を算出するための回帰式は随時更新されてもよい。

【0131】

またさらに、無線通信管理装置１００は、制御値として、ＲＴＳ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ又はＣＷｍｉｎ以外のパラメータを決定してもよい。例えば、無線通信管理装置１００は、端末３００からの送信量を制御するパラメータ（送信頻度、データ圧縮率など）を決定してもよい。

【0132】

あるいは、データフレームの長さが非常に短ければ図２に示したフレーム衝突による損失時間が短いと考えられるので、データフレームとＲＴＳフレームの長さの差が閾値以下の場合には、ＲＴＳ／ＣＴＳをオフにする決定を行うようにしてもよい。

【0133】

なお、本発明は、上記実施形態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種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。さらに、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

【符号の説明】

【0134】

１，１Ａ…通信システム
２，２Ａ…無線通信システム
１００…無線通信管理装置
２００－１，２００－２…基地局
２００Ａ…中継基地局
３００－１，３００－２，３００－３…端末
４００…外部サーバ
５００…データサーバ
１０１，２０１，３０１…制御回路
１０２，２０２，３０２…メモリ
１０３，２０３…有線通信モジュール
１０４…ユーザインタフェース
１０５…タイマ
１０６…ドライブ
１０７…記憶媒体
２０４，３０３…無線通信モジュール
３０４…センサ
３０５…バッテリ
１１１…ユーザ入力部
１１２，２１１…有線信号受信部
１１３…制御情報生成部
１１３１…情報取得部
１１３２…第１決定部
１１３３…第２決定部
１１４…判定部
１１５，２１５…有線信号送信部
１１６…コマンドライブラリ
２１２，２１２Ａ，３１１…無線信号受信部
２１３，２１３Ａ，３１２…収集部
２１４，２１４Ａ，３１３…更新部
２１６，２１６Ａ，３１４…無線信号送信部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】