JP2005323373A

JP2005323373A - 無線ローカル・エリア・ネットワークにおける動的チャネル割り当て

Info

Publication number: JP2005323373A
Application number: JP2005134701A
Authority: JP
Inventors: Kin K Leung; ケー．ルーングキン; Constantinos B Papadias; ビー．パパディアスコンスタンティノス
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2005-11-17
Also published as: EP1594261A2; EP1594261A3; DE602005003703T2; DE602005003703D1; CN1694559A; EP1594261B1; KR20060047735A; US20050250507A1

Abstract

【課題】無線ローカル・エリア・ネットワークにおける動的チャネル割り当てを提供する。
【解決手段】２つの送受信機（１０．２０）の間でトラフィックを通信するチャネルが、これら２つの送受信機（１０、２０）の間のメッセージの通信に基づいて割り当てられる。第１送受信機（１０）は、複数の可能な通信チャネルを通して要求メッセージを送出する。第２送受信機（２０）は、要求メッセージが受信されたチャネルのうちの１つのチャネルを選択し、選択されたチャネルを通して要求に応答する。第１送受信機（１０）は、その後、選択されたチャネル上での応答の受信に基づいて、トラフィックを通信するチャネルを割り当てる。
【選択図】図１

Description

本発明は、８０２．１１無線ネットワークにおけるチャネル割り当てに関する。

ＩＥＥＥ８０２．１１は、無線イーサネット（登録商標）通信用の標準プロトコルとして出現した。８０２．１１は、広く使用されるようになっているが、もともと、こうした大規模使用のために設計されなかった。大規模無線通信ネットワークに被害を与える場合がある干渉による問題には、ＩＥＥＥ８０２．１１標準の制定時に十分な配慮が払われなかった。

８０２．１１は現在、静的チャネル割り当て（Ｓtatic Ｃhannel Ａssignment：ＳＣＡ）に限定される。ＳＣＡの下で、データ通信のために使用されるチャネルは固定され、第１送受信機と第２送受信機の間のデータ伝送は、チャネルの利用率および干渉にかかわらず、そのチャネルのみの上で起こる。これは、あるチャネルが過負荷になり、一方、他のチャネルが十分に利用されない状態につながる可能性がある。過負荷のチャネルは、十分に利用されないチャネルより干渉を受けることが多い。

干渉が無線通信ネットワークに対してもたらす、パケットエラー率の増加、ネットワーク・スループットの低下、および伝送遅延の増加などの有害な結果が多数存在する。したがって、ＳＣＡを有するＩＥＥＥ８０２．１１標準を使用する通信システムは、干渉によるネットワーク・スループットの低下、および伝送遅延の増加をこうむるチャネルを有する可能性があり、一方、他のチャネルは十分に利用されない。

本発明の１つの例示的な実施形態において、第１送受信機は、複数の通信チャネルを通してrequest-to-sendメッセージを送信する。第２送受信機は、request-to-sendメッセージを受信し、受信したrequest-to-sendメッセージに基づいて通信チャネルのうちの１つの通信チャネルを選ぶ、すなわち、選択する。たとえば、一実施形態において、最も高い信号対雑音比を有するrequest-to-sendメッセージが受信されたチャネルが選択される。第２送受信機はその後、選択されたチャネルを通してclear-to-sendメッセージを送出する。このclear-to-sendメッセージの受信に基づいて、第１送受信機は、選択されたチャネルにデータパケットを送信するように命ずる。

理解されるように、チャネル割り当てのこの方法論は、通信システムに存在する状態に適合し、干渉を減らしながら、システムのスループットを増加させる場合がある。

本発明は、本明細書で以下に行う詳細な説明、および、例示のためのみに示される添付図面からより完全に理解されるであろう。添付図面では、同じ参照数字は、種々の図面における対応する部品を指定する。

図１は、本発明による動的チャネル割り当て（Ｄynamic Ｃhannel Ａssignment：ＤＣＡ）方法の実施形態を採用する２つの送受信機を示す。示すように、第１送受信機１０の第１動的チャネル割り当て（ＤＣＡ）ユニット１００は、第１の複数のメディア・アクセス・コントローラ（ＭＡＣ）／物理（ＰＨＹ）ユニット１１０にrequest-to-send（ＲＴＳ）メッセージを送信するように指示することができる。第１ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１１０の実装は、当技術分野ではよく知られており、さらには述べられないであろう。第１ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１１０はそれぞれ、信号を受信し、かつ／または、送信することができる周波数範囲内で動作するチャネルに対応する。たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂは、３つの重複しないチャネルを有し、ここでは、３つの第１ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１１０が存在するであろう。第１ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１１０はそれぞれ、第１結合器／デマルチプレクサ１２５にＲＴＳメッセージを送出する。結合器／デマルチプレクサ１２５は、ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１１０からの信号を結合して、合成信号を生成し、アンテナ１３０は、合成信号を送信する。

第２送受信機２０のアンテナ１４０は、第１送受信機１０のアンテナ１３０によって送信される信号などの信号を受信する。アンテナ１４０によって受信された信号は、第２結合器／デマルチプレクサ１４５によって、それぞれのチャネルにデマルチプレクスされ、それぞれの第２ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１６０に送出される。第１送受信機１０の第１ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１１０の場合と同様に、第２送受信機２０の第２ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１６０は、各チャネルに対応する（たとえば、３つのＭＡＣ／ＰＨＹユニット１６０はそれぞれ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂにおける３つの重複しないチャネルのうちの１つのチャネルに対応する）。第２ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１６０の実装は、当技術分野ではよく知られており、さらには述べられないであろう。各ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１６０において、チャネルからメッセージが抽出される。抽出されたＲＴＳメッセージは、第２ＤＣＡユニット１７０に送出される。

図２は、本発明の動的チャネル割り当て（ＤＣＡ）の実施形態による、２つの送受信機間の例示的な相互作用の信号流れ図を示す。示すように、第１送受信機１０が、複数のチャネル（たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂにおける３つの重複しないチャネル）のそれぞれを通してＲＴＳメッセージを送出するようにさせる、第１ＤＣＡユニット１００へ送信するパケットを有する。受信したＲＴＳメッセージに基づいて、第２送受信機２０の第２ＤＣＡユニット１７０は、チャネルのうちの１つのチャネルを選択する。

図３は、本発明の例示的な実施形態によるチャネル選択方法のフローチャートである。示すように、工程Ｓ３１０にて、第２ＤＣＡユニット１７０は、ＲＴＳメッセージのうちの第１のメッセージを受信する。第２ＤＣＡユニット１７０が、第１ＲＴＳメッセージを受信すると、工程Ｓ３１２にて、第２ＤＣＡユニット１７０は、時間期間（Ｔｒ）をカウントダウンするタイマ（図示せず）を始動する。工程Ｓ３１４にて、時間期間Ｔｒが終了するまで、第２ＤＣＡユニット１７０によって、さらなるＲＴＳメッセージが受信されてもよい。工程Ｓ３１６にて、受信された第１ＲＴＳメッセージを含む、時間期間Ｔｒ内に第２ＤＣＡユニット１７０によって受信されたＲＴＳメッセージに基づいて、ＲＴＳメッセージのうちの１つのメッセージに関連するチャネルが選択される。工程Ｓ３１６にて、任意のよく知られているチャネル選択アルゴリズム、方法に従って、または、以下で詳細に述べるチャネル選択方法に従って、第２ＤＣＡユニット１７０がチャネルを選択してもよい。

図２を参照すると、第２ＤＣＡユニット１７０がチャネルを選択した後、工程Ｓ３１８にて、第２ＤＣＡユニット１７０は、選択されたチャネルと関連するＭＡＣ／ＰＨＹユニット１６０にclear-to-send（ＣＴＳ）メッセージを第１送受信機１０に送出するように指示する。関連するＭＡＣ／ＰＨＹユニット１６０は、ＣＴＳメッセージを第２結合器／デマルチプレクサ１４５に送出する。第２結合器／デマルチプレクサ１４５は、送信のために、選択されたチャネル上でＣＴＳメッセージを含む信号をアンテナ１４０へ送出する。この実施形態では、選択されたチャネルのみがＣＴＳメッセージを含む。チャネルを選択した後、第２ＤＣＡユニット１７０はまた、未選択のチャネルをリセットする。すなわち、第２ＤＣＡユニット１７０は、未選択のチャネルに関連する第２ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１６０をリセットする。これは、まるでＲＴＳメッセージがこれらのユニットによって受信されなかったような状態にリセットされた第２ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１６０をもたらす。

第１送受信機１０のアンテナ１３０は、第２送受信機２０のアンテナ１４０によって送信される信号などの信号を受信する。アンテナ１３０によって受信された信号は、第１結合器／デマルチプレクサ１２５によってそれぞれのチャネルにデマルチプレクスされ、各ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１１０に送出される。各ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１１０は、それぞれのチャネルからメッセージを抽出する。抽出されたＣＴＳメッセージは、第１ＤＣＡユニット１００に送出される。

選択されたチャネル上でのＣＴＳメッセージの受信は、第１ＤＣＡユニット１００に、通信のために、選択されたチャネルを使用するように指示する。第１送受信機１０は、その後、選択されたチャネルを通してトラフィック（たとえば、パケット）を送出するであろう。第１ＤＣＡユニット１００はまた、未選択のチャネルをリセットする。すなわち、第１ＤＣＡユニット１００は、未選択のチャネルと関連する第１ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１１０をリセットする。これは、リセットされたＭＡＣ／ＰＨＹユニット１１０を、まるでＲＴＳメッセージがこれらのユニットによって送出されなかったような状態にもたらす。

上述した本発明の例示的な実施形態内で、第１送受信機１０はソース端末を表し、第２送受信機２０は宛先端末を表すことを理解されたい。しかし、本発明の別の例示的な実施形態において、第２送受信機２０はソース端末を表し、第１送受信機１０は宛先端末を表してもよいことを理解されたい。

本発明の例示的な実施形態において、第１送受信機１０および第２送受信機２０は、ＲＴＳメッセージが、第２ＤＣＡユニット１７０によって適切に受信されない状況に遭遇してもよい。受信されたＲＴＳメッセージ用のチャネルが、選択するのに不適切であると考えられる状況が同様に生ずる場合がある。受信したＲＴＳメッセージが不適切であると考えられる場合がある１つの理由は、低い信号対雑音比（ＳＩＮＲ）である。第２ＤＣＡユニット１７０が、ＲＴＳメッセージを受信しない、かつ／または、適切なＲＴＳメッセージを受信しない時、第２送受信機２０によって、ＣＴＳメッセージが第１送受信機１０に送出されない。第１ＤＣＡユニット１００が第２送受信機２０からＣＴＳメッセージを受信しない、タイムアウト期間後に、第１ＤＣＡユニット１００は、第１ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１１０に、送信するチャネルを選択するために、それぞれの通信チャネルを通して第２送受信機２０にＲＴＳメッセージを再送信するように指示する。

本発明の例示的な実施形態において、タイマ期間Ｔｒは、データ送信の特性に基づいて確定されてもよい。たとえば、小さなＴｒ値は、選択されたチャネルを通してデータ送信が開始される前に小さな遅延を示すことができる。しかし、選択されるチャネルは、小さなＴｒ値を使用する時に最良のチャネルではない場合がある。大きなＴｒ値は、小さなＴｒ値と比較して、データ送信が始まる前により長い初期遅延を有する場合があるが、大きなＴｒ値を使用する第２ＤＣＡユニット１７０は、小さなＴｒ値を使用する第２ＤＣＡユニット１７０と比較すると、優れた性能特性を有するより良いチャネルを選択する場合がある。

ＤＣＡ利得は、ＳＣＡを使用する送受信機を上回るＤＣＡを使用する送受信機の性能の増加のことを言う。一般に、ＤＣＡ利得は、大量のデータが送信される時に、大きなＴｒから利益を受ける場合がある。大量のデータ伝送が必要とされる時、初期送信遅延は比較的問題にはならない。同様に、ＤＣＡ利得は、送信に少量のデータが必要とされる時に小さなＴｒから利益を受ける場合がある。少量のデータ伝送が必要とされる時、初期送信遅延は比較的問題となる。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、選択されたチャネルを通したパケット送信は、首尾よくいかない場合がある。パケットは、その後、選択されたチャネル上で再送信される。データパケットの再送信に続いて、正常動作が再開される場合、データ送信は、選択されたチャネル上で正常に続く。しかし、第２のパケット送信の試みが首尾よくいかない場合、選択されたチャネルはリセットされ、第１ＤＣＡユニット１００は、ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１１０に、送信用に新しいチャネルを選択するために、複数の通信チャネル上でＲＴＳメッセージを送受信機２０に再送信するように指示する。

本発明の別の実施形態において、第１ＤＣＡユニット１００は、ＭＡＣ／ＰＨＹユニット１１０に、多数のデータパケットが第１送受信機１０によって送出された後に新しいチャネルを選択するために、複数の通信チャネル上でＲＴＳメッセージを再送信するように指示する。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、本発明に従って、ＤＣＡを使用する前に、複数の通信チャネルのうちの設定された１つの通信チャネルの上で登録および認証プロセスが実行される。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、第１ＤＣＡユニット１７０は、長さが固定しきい量（Ｌ）を超える場合にのみＤＣＡを開始する。しきい量Ｌはユーザ固有であるか、または、システム設計者によって設定される設計パラメータであってよい。送信されるパケットの長さがしきい量Ｌを超える場合、図１〜３に示すようなＤＣＡが開始されてもよい。Ｌより長いパケットについてのみＤＣＡを開始することによって、隠れ端末の問題を回避することができる。

隠れ端末の干渉は、各送受信機が、他の送受信機が送信することを知らず、両方の送受信機の送信が同じ宛先送受信機によって受信されるような、２つの送受信機が同時に送信を行うことによって生じる。この干渉は、システムのスループットを低下させ、平均パケット遅延を増加させる。

本発明の例示的な実施形態によれば、隠れ端末の問題は、そうしたチャネルを利用できる場合には、現在、トラフィックを搬送していないチャネルを選択することによって、ＤＣＡを使用して回避されてもよい。そのため、宛先送受信機へ同時に送信する送受信機の数を減らすことができる。

本発明の例示的な実施形態において、送信用のパケットの長さがしきい量Ｌを超えない時には、ＤＣＡは作動しない。この実施形態において、パケットは、従来のＳＣＡ技法に従って送信される。

さらに、システム設計者は、ＤＣＡ利得を実現するために、小さなしきい量Ｌを指定してもよい。しかし、小さ過ぎるしきい量Ｌの値は、少量のデータパケットのためのデータ送信前に不必要な遅延を引き起こし、ＤＣＡ動作によって帯域幅を浪費する場合がある。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、送信側ＤＣＡ送受信機は、ＤＣＡ機能を持たない受信側送受信機と通信することができる。ＤＣＡ送受信機は、送受信機がＤＣＡ機能をまるで持っているかのように正常に動作することができる。ＤＣＡでない送受信機は１つの固定チャネル上で応答するだけであるため、ＣＴＳメッセージは、ＤＣＡ送受信機によって、複数の通信チャネルのうちの１つの通信チャネル上でのみ受信されるであろう。

ＤＣＡでない送受信機が、ＤＣＡ機能を持たないとの判断は、ある期間、１つの同じチャネル上でのみＣＴＳメッセージを受信した後、ＤＣＡ送受信機によって行われてもよい。ＤＣＡ送受信機は、その後、他のチャネルについてＭＡＣ／ＰＨＹをオフしてもよい。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、受信側ＤＣＡ送受信機は、ＤＣＡ機能を持たない送信側送受信機と共に実装されてもよい。ＤＣＡ送受信機は、送受信機がＤＣＡ機能をまるで持っているかのように正常に動作することができる。ＲＴＳメッセージは受信側ＤＣＡ送受信機によって、複数の通信チャネルのうちの１つの通信チャネル上でのみ受信されるであろう。ＤＣＡでない送受信機が、ＤＣＡ機能を持たないとの判断は、ある期間、１つの同じチャネル上でのみＲＴＳメッセージを受信した後、ＤＣＡ送受信機によって行われてもよい。ＤＣＡ送受信機は、その後、他のチャネルについてＭＡＣ／ＰＨＹをオフしてもよい。

次に、本発明の一実施形態による、図３の工程Ｓ３１６に記載するチャネルを選択する方法が述べられるであろう。工程Ｓ３１０およびＳ３１４で受信されたＲＴＳメッセージから、第２ＤＣＡユニット１７０は、任意のよく知られている方法で、受信されたＲＴＳメッセージと関連する各チャネルについて、信号対雑音比（ＳＩＮＲ）を推定することができる。推定された最大ＳＩＮＲを有するチャネルは、工程Ｓ３１６で選択されたチャネルである。

本発明の独創的な技法は、ＤＣＡを使用する送受信機が、ＳＣＡを使用する送受信機に固有の干渉を回避することを可能にし、したがって、８０２．１１無線通信システムに与える場合がある負の影響の干渉を減らすであろう。

本発明の例示的な実施形態をこのように述べているが、多くの方法で同じものが変更されてもよいことが明らかであろう。たとえば、例示的な実施形態は、複数の通信チャネルがそれぞれ、互いに重複しない８０２．１１無線ネットワークに適用されてもよい。例示的な実施形態は、複数の通信チャネルの少なくとも１つの通信チャネルが複数の通信チャネルの別の通信チャネルと重複する８０２．１１無線ネットワークに適用されてもよい。こうした変形は、本発明の例示的な実施形態の精神および範囲から逸脱すると考えられるべきではなく、当業者には明らかであろう、こうした全ての変更は、添付特許請求項の範囲内に包含されることが意図される。

本発明による動的チャネル割り当て（ＤＣＡ）方法の実施形態を採用する２つの送受信機を示す図である。本発明の動的チャネル割り当て（ＤＣＡ）の実施形態による、２つの送受信機間の例示的な相互作用の信号流れ図である。本発明の例示的な実施形態による、ＤＣＡを使用してデータを受信するチャネル選択方法を示す簡単なブロック図である。

Claims

ソース端末によって複数の通信チャネル上でrequest-to-sendメッセージを送信することを含む無線ネットワークにおいて動的チャネル割り当てを支持する方法。
前記複数の通信チャネルは重複しない請求項１または７に記載の方法。
前記複数の通信チャネルは重複する請求項１または７に記載の方法。
前記ソース端末において、前記複数の通信チャネルのうちの１つの通信チャネルを通してclear-to-sendメッセージを受信すること、および、
前記clear-to-sendメッセージが受信される前記複数の通信チャネルのうちの前記１つの通信チャネルを通して、前記ソース端末がデータを送信することを含む請求項１に記載の方法。
前記ソース端末において、前記clear-to-sendメッセージが受信される前記複数の通信チャネルのうちの前記１つの通信チャネル以外の前記複数の通信チャネルをリセットすることを含む請求項４に記載の方法。
前記送信する工程は、送信用データがしきい量を超えると、前記複数の通信チャネルのうちの１つの通信チャネル上でrequest-to-sendメッセージを送信する請求項１に記載の方法。
前記複数の通信チャネルのうちのいくつかのそれぞれを通して受信されたrequest-to-sendメッセージに基づいて、複数の通信チャネルから選択された１つの通信チャネルを通して、宛先端末がclear-to-sendメッセージを送信することを含む無線ネットワークにおいてデータ送信のための動的チャネル割り当てを支持する方法。
前記複数の通信チャネルのうちの少なくとも１つの通信チャネルを通して、request-to-sendメッセージを受信すること、および、
それぞれの受信されたrequest-to-sendメッセージの少なくとも１つの信号特性に基づいて、前記複数の通信チャネルのうちの１つの通信チャネルを選択することをさらに含む請求項７に記載の方法。
前記選択された通信チャネル以外の前記複数の通信チャネルのそれぞれを、前記宛先端末においてリセットすることをさらに含む請求項８または１０に記載の方法。
前記宛先端末における第１のrequest-to-sendメッセージの受信後に開始する時間期間を測定するタイマを始動することをさらに含み、
前記選択する工程は、それぞれの受信されたrequest-to-sendメッセージの少なくとも１つの信号特性に基づく時間期間以内に、request-to-sendメッセージがそこを通して受信された前記複数の通信チャネルのうちの前記１つを選択する請求項８に記載の方法。