JP2005508119A - Ieee802.11e標準の制御されたコンテンション/リソースリザベーションプロトコルを使用してワイヤレスlan上のステーションに最適にサービスする方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本願は、本願と同じ譲渡人に承継され且つ参照によって本願に完全に援用される、2001年10月31日付けで出願された「メディアプレックス制御されたインターバルに制御された機会を割り当てる方法」という名称の仮出願第60/335,504号の出願日の優先権を主張する。
【0002】
本発明は、ワイヤレス通信方法及びシステムに関している。より具体的には、本発明は、IEEE802.11e標準の制御されたコンテンション/リソースリザベーションプロトコルを使用して、ワイヤレスLAN上のステーションに最適にサービスする方法及びシステムに関している。
【背景技術】
【0003】
IEEE802.11は、ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)標準を詳述している標準の一群である[802.11,802.11a,802.11b]。近年、この一群は、802.11WLAN内の「クオリティ・オブ・サービス(QoS)」のサポートを規定する補足の整備を開始した。この作業は802.11eタスクグループによって実行されており、(本願を作成している時点までに)整備されているQoS付記部分の最新のドラフトは、[802.11e]に見出すことができる。プロトコルのセットは、ワイヤレス媒体の集中制御に基づいた802.11(e)内での使用のために、提案されている。このプロトコルセットでは、コンテンションフリー期間(CFP)及びコンテンションフリーバースト(CFB)と呼ばれる特定の時間期間の間、ステーション(STA)は、ハイブリッドコーディネータ(HC)から許可を得たときのみ、ワイヤレス媒体を使用し得る。HCは、ワイヤレス媒体の帯域を割り当て、QoS要求が満足されていることを確実にすることに、責任を有している。HCは一般的に、媒体の使用をSTAに対して、それをポーリングすることによって許可する。これが、制限された時間期間の間、媒体の制御をそのSTAに移譲する。その後、媒体の制御はHCに返還されなければならない。
【0004】
802.11eドラフト内で論じられている問題は、HCに対して、それがサービスしているSTAに対する帯域ニーズの変更をどのように知らせるかである。これを実施するために802.11eに含まれているプロトコルは、[00/33]で最初に802.11コミュニティに提案された。このプロトコルは、コンテンション制御/リソースリザベーション(CC/RR)プロトコルと呼ばれている。このプロトコルでは、コンテンション制御(CC)フレームを送信することによって、リソースリザベーション(RR)フレームによる使用を媒体に許可する。CCフレームによって特定されるこの時間期間の間には、RRフレームのみが送信され得る。この時間期間は、制御されたコンテンションインターバル(CCI)と呼ばれる。RRフレームは、それらを送信しているSTAの帯域ニーズを詳細に記述している。CCIに対するいくつかのパラメータは、CCフレームによって特定される。これらには、許可確率(PP)、制御されたコンテンション機会(CC_OPs)の数、並びに来るべきCCIの間にどのトラフィックカテゴリー(TC又は優先度)がその媒体に関してRRフレームと競合し得るかを示すフラグのセットが含まれる。このプロトコルは、STAがCCメッセージを受信してRRを適当なTCに送りたいときに、0から1の間の乱数を選ぶと述べている。その乱数がPP値以下であれば、STAはRRの送信を許可される。それからSTAは、送信すべきCC_OPをランダムに選ぶ(注:802.11eの現在のドラフトはPP値を排除しているので、STAは、許可されたTCが送信すべきRRを有しているときにはいつでもCCI中にRRを送信する)。他のSTAがRRフレームを送信しているかもしれないので、複数のRRがCC_Op中に送信され、(RF捕捉効果のために、コンテンションにもかかわらず、一つは正しく受領されるであろうけれども)正しく受領されるものが無いという可能性がある。そのようなCC_OPは、衝突した又は「ビジー」とみなされる。一つのRRのみがCC_Op中に送信されれば、(可能性のあるワイヤレス媒体或いは伝搬問題の干渉又はノイズのためにいつかは失われるであろうけれども)それが正しく受領される可能性が最も高くなる。そして最後に、あるCC_OPは何のRRも含まず、ある意味でこれらの「空の」CC_OPは媒体の帯域を無駄にする。
【0005】
[00/331及び802.11eはプロトコル全体、必要とされるフレームフォーマット、及び送信されるCCパラメータがSTAによってどのように使用されるかを詳述しているが、どのようにしてHCによってキーパラメータが決定され且つ設定されるかについての詳細はない。当該技術で必要とされているのは、媒体の効率的な使用のためにパフォーマンスを最適化するように、CC/RRプロトコルのためのパラメータを有用に設定する方法である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0006】
IEEE802.11(e)プロトコルの下で動作するワイヤレスLANが、複数のモバイルSTA(MS)にサービスするアクセスポイントを含む。このプロトコルは、コンテンションフリー期間(CFP)及びコンテンションフリーバースト(CFB)と呼ばれる特定の時間期間の間に、ワイヤレス媒体の集中制御を提供する。
【0007】
典型的にはアクセスポイントに並置されているハイブリッドコーディネータ(HC)は、MS競合者の間で帯域を割り当てる。HCは定期的にコンテンション制御(CC)フレームを送信するが、これは、選択された数のスロット付きインターバルを有する制御されたコンテンションインターバル(CCI)を開始する。HCは、制御されたコンテンションインターバル(CCI)と呼ばれるCCの特定された時間インターバルの間に、MS競合者から帯域ニーズを詳述するリソースリザベーション(RR)を受け取る。各CCIはいくつかのパラメータを有しており、これらには、スロット又は制御されたコンテンション機会(CC_OP)の数、オプションの許可確率(PP)、並びにどのトラフィックカテゴリー(TC)がCC_OPに関して競合し得るかを示すフラグのセットを含む。MS競合者がCCを受け取ると、そのMS競合者の帯域ニーズを特定するRRが送信され、且つPP未満の乱数を引くことに成功したらCC_OPスロットが割り当てられる。他のMS競合者がRRフレームを送信し得るので衝突の確率があり、CCI中に一つも受け取られない可能性があり、これは帯域を浪費する。或いは、あるCC_OP又はスロットがRRを含まないこともあり、これもまた帯域を浪費する。アルゴリズムがCCIパラメータを設定し、媒体の効率的な使用を最適化し且つワイヤレス媒体について競合しているRRフレームに対するアクセス遅れを減らす。
【0008】
効率的な使用は、ネットワークサービス時間又は帯域利用に関して定義される。このアルゴリズムは、第1に各CCIが少なくとも一つのスロット又はCC_OPを含むこと、第2にCCI中にはCC_OPの数に関して全く制限がないか又は少なくとも大きな制限であること、第3に競合者の数に関する完全な知識又は推定が利用可能であることを、仮定している。アルゴリズムは、(a)競合者にサービスするサイクルを終了するためのEmpty_CCIの選択された数として定義されるMax_Empty_CCI、及び(b)単一のCCI中にHCがサービスを希望する競合者の最大数として定義されるMax_Contendrという数を記憶する。
【0009】
ステップ1にて、カウンタEmpty_CCが0にセットされる。ステップ2は、以前のCCIの結果及びトラフィックモデルに基づいて競合者の数を推定する。ステップ3は、競合者の数が1未満であるかどうかを判定するテストを実行する。「no」という条件は、Empty_CCIカウンタを0にリセットする。「yes」は、Empty_CCIカウンタを1だけ進める。ステップ3はステップ4に進み、ここでCntndrsが記憶されたMax_Cntndrsよりも>かどうかというテストを開始する。「yes」は、ステップ5で許可確率Max_Cntndrs/Contenderを計算し、Cntndrs=Max_Cntndrsと設定する。「no」条件は、許可確率が1であることを示している。ステップ4及びステップ5の両方がステップ6に進み、これは最適CC_OP決定でオーバーヘッドを1又は2スロットと近似する。ステップ6はステップ7に進み、これがCC_OP<1というテスト″を実行する。「yes」条件はCC_OPを+1に設定し、ステップ8に進む。「no」条件もまたステップ8に進み、Empty_CCI<Max_Empty_CCIというテストを実行する。「no」であれば処理は終了し、「yes」であればCCIが実行されて、処理はステップ2に戻って反復する。
【0010】
本発明の一つの局面は、スロットの数又はCC_OPを、競合するSTAの数に等しく設定する。ここで、効率は、スロットをベースに又はCCI全体をベースにして計算され、オーバーヘッド又はSTAに対して結果を報告するために必要とされるスロットの数は考慮されていない。効率は、オーバーヘッドを考慮すると低下する。ここで、オーバーヘッドは1又は2スロットと推定されている。
【0011】
他の局面は複数の連結したCCIを使用し、これが効率を最大化する。このとき、全てのCCIが、存在する競合者の数に対して最適な数のスロットを使用する。
【0012】
他の局面は、MS競合者の数を、以前のCCIの結果又は競合者の到着レートに基づいて推定する。このとき、競合者の数は、最後のCCI以降の予測された競合者の到着の分だけ増加された最後のCCI中のビジースロットの数の2倍と推定され得る。
【0013】
他の局面は、競合者の数及び最大許容スロット数が与えられると、CCI中の競合者の予測数を制限するために許可確率を計算し、この計算された確率に基づいて競合者の数を制限する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
本発明は、添付の図面とともに参照される好適な実施形態の以下の詳細な説明から、さらに理解されるであろう。
【0015】
本発明を説明する前に、IEEE802.11ワイヤレスLAN標準の簡単なレビューが、本発明のよりよい理解のために適当と信じられる。
【0016】
IEEE802.11標準は、ローカルエリアにおけるネットワーキングをサポートするために必要なオーバー・ザ・エア・プロトコルを規定している。この標準は、そのローカルエリア内での固定、ポータブル、及び移動STAのワイヤレス接続可能性に対する規定を提供する。802.11標準の論理的アーキテクチャは、論理リンクコントローラ(LLC)とのインターフェースをとり且つ共有媒体物理層に対するアクセス制御機能を提供する媒体アクセス制御(MAC)層を備える。802.11標準の主要なサービスは、STAにおけるネットワークインターフェースカードにおけるLLCとアクセスポイントとの間の媒体アクセス制御サービスデータユニット(MSDU)を伝達することである。物理層は、周波数ホッピング又は直接シーケンス(DS)変調をともなう2.4GHzのISM周波数帯で動作すると規定されている。他の物理層もまた、規定されている。MAC層は、論理的リンク制御層のサポートにおいて、共有媒体物理層のためのアクセス制御機能を提供する。
【0017】
WLANで使用される媒体は、しばしば非常にノイズが多く、信頼性がない。MACは、フレームのソースが目的地にフレームが首尾よく伝達された時点を判定することを可能にするフレーム交換プロトコルを実現している。最小のMACフレーム交換は、2つのフレーム、すなわちソースから目的地に送られたフレームとそのフレームが正しく受信されたという目的地からの確認とからなる。マルチキャストフレームは、確認されない。MACは、5つのタイミングインターバルを認識する。2つのインターバルは物理層によって決定され、短インターフレーム空間(SIFS)及びスロットタイムを含む。3つの追加のインターバルが2つの基本インターバルから構築されるが、これらは、PCFインターフレーム空間(PIFS)、分配インターフレーム空間(DIFS)、及び拡張インターフレーム空間(EIFS)である。PIFSは、SIFSに1スロット時間をプラスしたものに等しい。DIFSは、SIFSに2スロット時間をプラスしたものに等しい。EIFSは、他のインターバルのいずれよりも、はるかに大きい。存在するならば、ポイントコーディネーション関数(PCF)はポーリング及び応答プロトコルを使用して、媒体に対するコンテンションを軽減する。アクセスポイントに位置するポイントコーディネータ(PC)は、STAにトラフィックを伝達する一方で、トラフィックを求めて定期的にSTAをポーリングする。PCFは、PIFSを利用して媒体の制御を獲得し且つ維持する。PCは、コンテンションフリー期間(CFP)と呼ばれる動作期間を開始する。CFPは、通常の分散制御機能が作用するコンテンション期間(CP)と交互になる。
【0018】
物理的及び仮想キャリアセンスメカニズムの組み合わせは、MACが、媒体がビジーであるかアイドルであるかを判定することを可能にする。媒体がDIFSのインターバルに対して使用されていなければ、MACは、バックオフ要件が満たされていればフレームの送信を開始し得る。バックオフ要件が存在すると、DIFS後に媒体がアイドルになる時間は、それを満たすために使われる。物理的又は仮想キャリアセンスメカニズムがDIFS中に媒体が使用中であることを示すと、MACはアイドルのままにされて(先送りされて)、媒体がクリアになるのを待つ。定期的に、PIFSタイミングを使用して媒体へのアクセスを得た後に、ビーコンフレームがPCによって送信される。
【0019】
PCが媒体の制御を得た後に、トラフィックがそのネットワーク内のPCに伝達され、STAは、ポーリングされると、コンテンションフリー期間中にトラフィックを伝達する。PCはまた、コンテンションフリーポーリング(CF−POLL)フレームを、コンテンションフリーサービスをリクエストしたSTAに送る。リクエストしているSTAは、受信したCF−POLL毎に一つのフレームを送信し得る。STAは、送るべきトラフィックがないときには、零データフレームで応答する。STAからPCに送られたフレームは、PCからちょうど受領したデータフレームの受領確認を含み得る。PCは、CFPが進行しているときに、フレームシーケンス間のSIFSの最小間隔を使用し得る。PCがデータフレームをSTAに送ると、応答するフレームは、データと受領確認フレームとの間のSIFSインターバルを使用した受領確認を含む。PCがポーリングフレームを送ると、最も少なくて零データフレームが、再びSIFSタイミングを使用してPCに応答して送られなければならない。受領確認及びポーリングはデータフレームに「重ねられ(ピギーバックされ)」得て、広範囲の許容フレームシーケンスを許可する。PCは、PIFSインターバルが終了する前に応答が開始されないと、次のフレームを送信してもよく、或いは、希望する場合にはバックオフしても良い。
【0020】
802.11標準についてのさらなる詳細は、マクミラン・テクニカル出版社によって1999年に出版されたJ.Gyerの「ワイヤレスLAN−相互動作可能なネットワークの実現(Wireless LANs ? Implementing Inter-Operable Networks)(国際標準ブックNo.1-57870-081-7)、及びNY州ニューヨークのIEEEによって1999年に出版されたR.O'Hare及びA.PetrickのIEEE802.11ハンドブック−設計者の手引き(ISBN 07381-1855-9)という文書に記述されている。
【0021】
ここで本発明の説明に移ると、図1は、IEEE802.11(e)標準(未発行)を具現化したWLAN100を開示しており、この標準は、IEEE802.11ワイヤレスLAVを介した音声、オーディオ、及びビデオの移送を含むクオリティ・オブ・サービス(QoS)要件を有するLANアプリケーションをサポートするためのMAC手順を規定する。IEEE802.11(e)標準は現存するものを改変し、且つIEEE802.11標準に関する新しい規定を含んでいる。好適な実施形態の記述は、本発明が基づいている802.11(e)の規定に基づいている。802.11及び802.11(e)の規定の間の相違点の記述は、本発明の理解及び認識のためには必要ない。
【0022】
WLAN100はMS101、102、及び103を含み、これらは基本サービスセット(BSS)として機能し、ある実施形態では無ライセンス国内情報インフラストラクチャ(U−NII)帯を介して、或いは802.11(e)の要件にしたがった他の周波数帯で、アクセスポイント105にエアリンク104されている。アクセスポイント105又はワイヤレスローカルブリッジは、ワイヤドネットワーク111(例えばPSTN)にリンクされたワイヤドパス107でBSSとインターフェースをとり、ワイヤドネットワーク111はさらに他のネットワーク、例えばインターネットにリンクされ得る。アクセスポイント105は、ワイヤドパス113及び115を介して(又はワイヤレスパスを介して)拡張サービスセット(ESS)内の他のアクセスポイント105a……105nにリンクされ得る。前述の文書ワイヤレスLAN−相互動作可能なネットワークの実現は、第44頁及び第53頁で、ワイヤレスローカル又はリモートブリッジとして機能するアクセスポイントについての更なる詳細を提供している。
【0023】
アクセスポイント105に並置され且つ接続されているハイブリッドコーディネータ(HC)117は、ワイヤレス媒体104上に帯域を割り当てる役割を果たす。HCはポイントコーディネータ(PC)として作用し、ハイブリッドコーディネーション関数によって規定されるフレーム交換シーケンス及びMSDUハンドリング規則を実行する。HCはコンテンション期間及びコンテンションフリー期間の間に動作し、STAへの送信機会(TXOP)の割り当て及び制御コンテンションインターバルの開始を含む帯域管理を実施する。ハイブリッドコーディネーション関数を実行する際に、分布コーディネーション関数(DCF)及びポイントコーディネーション関数(PCF)がQoS機能のために要求されるMSDUの選択的な取り扱いを提供する。
【0024】
STA101、102、及び103は、モバイルSTAが拡張サービスセット(ESS)の内部で自由にローミングすることを可能にするために必要な分配サービスを提供する、アクセスポイントを介して完全に接続されたワイヤレスネットワークとして動作し、APは相互に通信して、一つのBSSから他のものへトラフィックを転送し且つ一つのBSSから他のものへのモバイルSTAの動きを容易にする。各APは分散サービス層を含み、これがBSSから受信された通信がBSS内の目的地へリレーされたかどうか、或いは他のAPに関連したBSSに転送されたか、又はESS内にはない目的地へワイヤドネットワークインフラストラクチャに送られたかどうかを、判定する。分散システムに関する更なる詳細は、前述の文書IEEE802.11ハンドブック−設計者の手引きの第12〜15ページに記載されている。
【0025】
HCはQoS機能を含み、これが、強化された関数、フォーマット、フレーム交換シーケンス、及び管理オブジェクトのセットを提供して、双方向ワイヤレスリンク毎に8つのトラフィックカテゴリー又はストリームの選択的な取り扱いをサポートする。トラフィックカテゴリーは、高次層の実体のために使用可能な識別子のいずれかであり、MACデータサービスの内部でクオリティ・オブ・サービスをサポートするMAC実体に対するMSDUを区別する。異なるトラフィックカテゴリーに属するMSDUの取り扱いは、そのMSDUに対して示された相対的な優先度、並びに特定のトラフィックカテゴリー、リンク、及び方向に対してトラフィック規格内で外部管理の実体によって提供され得る他のパラメータの値に基づいて、変わり得る。
【0026】
ここで図2Aを見ると、制御コンテンション/リソースリザベーションプロトコルがスーパーフレーム200に関して記載されている。スーパーフレーム200は、QoS基本サービスセット(QBSS)内のコンテンションフリー反復インターバルであり、単一のCFP期間=1及び少なくとも一つのビーコンインターバルからなっている。このスーパーフレームは、コンテンションフリー期間202及びコンテンション期間204を含む。コンテンションフリー期間202は、BSSの動作中の時間期間であり、これは、ポイントコーディネーション関数(PCF)又はハイブリッドコーディネーション関数(HCF)がアクティブであり且つ送信する権利がポイントコーディネータ(PC)又はハイブリッドコーディネータ(HC)によってSTAに割り当てられ、ワイヤレス媒体に対するイントラBSSコンテンションなしにフレーム交換が生じることを可能にする時間期間である。コンテンション期間は、BSSの動作中の時間期間であり、これは、分散コーディネーション関数(DCF)又はハイブリッドコーディネーション関数(HCF)がアクティブであり、且つ送信する権利が、衝突回避を有するキャリアセンス複数アクセスアルゴリズム(CSMA/CA)を使用しているワイヤレス媒体(WM)に関して競合しているペンディングの送信を有するSTAにてリモートに決定されるか、或いは強化されたSTA又はハイブリッドコーディネータに割り当てられる時間期間である。
【0027】
スーパーフレームは、APによって定期的なインターバルでBSSに送られたビーコンメッセージを有するハイブリッドコーディネータから開始される。ビーコンメッセージは、ドメインID、アクセスポイントのWLANネットワークID、通信の質の情報、及びセルサーチ閾値を含む。ドメインIDは、同じWLANローミングネットワークに属するアクセスポイント及びモバイルSTAを識別する。ビーコンを聞いているモバイルSTAは、同じドメインIDでビーコンメッセージを解釈するのみである。ビーコンメッセージに関する追加の詳細は、先述の文書ワイヤレスLAN−相互動作可能なネットワークの第210〜212ページに記述されている。
【0028】
CFP202はコンテンション制御フレーム(CC)208を含み、この期間の間に、強化されたSTAは、HCからの送信機会を、コンテンションに基づいたDCFの非常に可変な遅延とクオリティ要件を有するLANアプリケーションをサポートするビジーBSSとがない状態で、リクエストし得る。制御されたコンテンションの各々の場合は、HCによって規定される基準に適合するリザベーションリクエストを送る必要があるSTAのセットの間のみで生じる。制御されたコンテンションは、制御されたコンテンションインターバル(CCI)、開始時間、及びHCによって決定される期間に発生する。CCI間に受信されたRRフレームの正しい受信は、次に送信されたCCフレームにて確認される。各々の制御されたコンテンションインターバル(CCI)210は、CC制御されたフレームの終了後にPIFSインターバルを開始する。HCのみが、CC制御されたフレームを送信することを許される。CCフレームは、CCフレーム及びそのCCフレームに続くCCIの全体が単一のCP又はCFPにフィットするという制約を条件に、CP及びCFPの両方の間に送信され得る。CCを開始すると、HCはサブタイプCCの制御フレームを生成して送信するが、これは、CCI機会又はスロットの数に関してCCIの長さを与え、スロット及びCCIの長さを特定する。スロット期間は、CCフレームに一つのSIFSをプラスしたものを送るために使用されるものと同じデータレート、コード、及びプリアンブルオプションでリザベーションリクエストフレームを送るための、多数のマイクロ秒である。
【0029】
図2Bは、CCフレーム210をさらに詳細に示している。フレームは、フレーム制御フィールド219で始まる。期間/IDフィールド211は、CCI+2PIFSをマイクロ秒で特定する2オクテットである。CCI長さフィールド213は単一オクテットであって、CCフレームに続くCCIにおけるCC_OPの数を特定する。0というCCI長さ値は、以前に受信されたリザベーションリクエスト(RR)フレームへのフィードバックを提供するためのみにCCフレームにて使用され、新しいCCIは開始しない。許可確率(PP)フィールド214は、後述されるように、競合するSTAの間でプレイングフィールドを平均化するために含まれ得る。CC_OP期間フィールド215は、各CC_OPの期間を特定する単一オクテットである。CC_OP期間は、CCフレームに1SIFSをプラスしたものを送るために使用されるものと同じデータレート、コード、及びプリアンブルオプションでリザベーションリクエストフレームを送るための、マイクロ秒の数である。トラフィックカテゴリーフィールド217は、次のCCIの間にRRフレームつき媒体に関して競合し得るのはどのトラフィックカテゴリーであるかを示す。
【0030】
図2Cはリザベーションリクエスト(RR)フレーム216を開示しており、これは、フレーム制御フィールド219、0に設定される期間/IDフィールド221、基本サービスセットのためのBSSIDフィールド223、及びクオリティ・オブ・サービスフィールド225を含む。クオリティ・オブ・サービスフィールド225は、リクエストされた送信期間又は待ち行列サイズとともに、リクエストが行われるトラフィックIDを含んでいる。アソシエーション識別子(AID)227は、リクエストを送っているSTAのアソシエーション識別子とフレームチェックシーケンスフィールド229とを含んでいる。
【0031】
図2Aに戻ると、制御されたコンテンションの各々の場合は、CC制御フレームの終了後にPIFSインターバルを始める制御されたコンテンションインターバル(CCI)の間に生じる。HCのみが、CC制御フレームを送信することが許される。CCフレームは、CCフレーム及びそのCCフレームに続くCCIの全体が単一のCP又はCFPにフィットするという制約を条件に、CP及びCFPの両方の間に送信され得る。
【0032】
制御されたコンテンションを開始すると、HCはサブタイプCCの制御フレームを生成して送信するが、これは、CCI内の優先度マスク、各CC_OPの期間、及びCC_OPの数を含む。優先度マスクは、HCが特定のCCI内にリクエストが許可される優先度のサブセットを特定して、高負荷条件下で衝突が生じる可能性を低減することを可能にする。
【0033】
サブタイプCCの制御フレームを受け取ると、STAは、CCI応答手順を以下のように実行する。
a)受信したCCフレーム内のCCI長さ値が0であるか又はSTAがペンディングリクエストを有していなければ、STAは、CCフレームの期間/IDフィールドにて開始されるマイクロ秒数に等しいCCフレームの終了に引き続いて、経過時間によって決定されるCCI後まで、さらなる送信は行わない。
b)リクエストがペンディングであるトラフィックカテゴリー(TC)に属するトラフィックの優先度が、CCフレームの優先度マスクフィールドにて0に設定されたビット位置に対応すると、現在のCCI間には、そのTCに対して何のリクエストも送信されない。各STAは、各CCI間に一つを越えないリクエストを送信し得る。しかし、新しい又は改変された送信機会を必要とする複数のTCを有するSTAは、CCフレームの値及び優先度マスクフィールドに基づいてリクエストが送られるべきTCを選択することが許される。このステップの終了時に、各々の潜在的な競合STAは、以下のステップ(c)に進んで現在のCCIの間に送信されるべき正確に一つのリクエストを選択するか、又は、CCIが完了するまで全ての他のSTAが更なる送信を行わないかである。
c)STAは、トラフィックカテゴリーを識別するクオリティ・オブ・サービス制御フィールドと送信期間又は送信カテゴリー待ち行列サイズのいずれかとの値とともに、サブタイプRRの制御フレームを送信する。RR送信の開始に引き続いて、多数のマイクロ秒でCCフレームが終了する。RRは、CCIを開始したCCフレームと同じデータレートで送信されるべきである。RRフレームの送信後、又はネットワーク割り当てベクトルが設定されているためにRRを送信することができないと判定された後は、STAは、そのCCIが完了するまで、さらなる送信は行わない。
【0034】
ここで、CCパラメータの適切な設定の説明に移ると、我々は最初に、基礎決定が基づくべきどんな情報が利用可能かを考慮しなければならない。情報の一つは、RRフレームを伝達しようと試みている競合するSTA(競合者)の数の推定である。各STAがCCI毎に1つを越えないRRを配置しようとすることもまた、推定される。単一のCCIの間にRRが成功して配置される一定の確率が望まれるならば、競合者の数が多いほど、要求されるCC_OP(時間スロット又は単にスロット)の数が多くなることは、当業者には明らかである。失敗したRRを配置するコストは、遅延と無駄になった帯域(衝突又は衝突したスロット)の度合いとである。しかし、スロットの数を過剰に予測することのコストは、同様に無駄になった帯域(空のスロット)である。本願を通じて、RR及び競合者、並びにCC_OP及びスロットという用語は、相互交換可能に使用されることに注意されたい。
【0035】
明らかに、遅延と無駄になる帯域との間、及びどのように帯域が無駄にされるかには、トレードオフが存在する。システムの構成に依存して、失敗したRRの遅延コストは高くも低くもなることがある。HCが、全ての所望のRRフレームが受信されたと信じるまでバック・トゥ・バックCCフレームを送る(バック・トゥ・バックCCIを開始する)ように構成されていると、そのときには、失敗したRRの遅延インパクトは非常に低くなり得る。一方、(優先度トラフィックを可能にして且つ/又は実現を単純化するために)CCIの間に実質的なギャップが存在すると、そのときには、失敗に対して大きな遅延ペナルティが存在し得る。
【0036】
分析を進めるために、何らかのシステム推定が要求される。第1に、CCI毎にCC_OPの最大数は存在しないと推定される。多くのシステムでは、そのような最大が存在し得る。理想的には、許可確率(PP)が、そのような場合に競合者の数を制限してCCI内の成功の妥当な確率を保障するように使用される。しかし、記載される本発明はPPなしに動作することができ、本発明の描写的な例は許可確率を必要としない。本願は、CCIにおけるCC_OPの数についての制限は存在しない(これはしばしば実際上あてはまる)と、たいていは推定する。
【0037】
その他の推定は、競合者の数の完全な知識の推定である。実際には、これは起こらない。しかし、説明される本発明は、この入力の不完全な知識でも、同様に動作することができる。競合者の数の推定は、いくつかの可能なアルゴリズムの一つを使用して行われることができる。
【0038】
以前のCCI結果又は競合者到着レートに関する知識が存在しないときには、最初に、競合者が存在しないと推定する。各CCIは、(もし競合者が存在していなくても)少なくとも一つのCC_Opを含んでいなければならない。最後のCCIからのデータが利用可能であれば、そのデータを使用して、競合者の数を推定する。例えば、競合者の数の最初の推定が0であって、最初のCCIにCC_Opが1つであり、そのCC_Opがビジーと検出されたら、衝突があった可能性が高い。このことは、少なくとも2つの競合者がおそらく存在することを意味している。これより、この方法は、ビジーと検出された各々のCC_OP(スロット)について2つの未受信のRRフレーム(競合者)が存在していると推定する。
【0039】
加えて、トラフィックパターンの観察又は現存するトラフィック規格に基づいて、最後のCCI以降の新しい競合者の数を推定することが可能であり得る。例えば、現在のトラフィックの負荷が毎秒約5回の新しいウェブページアクセス(その各々がRRの送信を要求している)をもたらしており、且つ最後のCCIから200msであったならば、そのときにはシステムは、もう一つのRR(競合者)がおそらくサービスを待っていると推定することができる。以前のCCIからの競合者の推定が、それから、推定された追加の競合者を考慮して更新される。
【0040】
異なるサービスカテゴリー(クラス)に対するCCIレートがお互いに独立していることに留意されたい。すなわち、CCI内に適切なカテゴリーを設定することによって、単一のカテゴリー又はカテゴリーのセットは、他者を除外してサービスされることができる。例えば、沈黙を抑制した音声は、より頻繁なCCIを要求し、そのときにはウェブブラウジングトラフィック。音声トラフィックにサービスするCCIは10ms毎に送られ、一方、ウエブブラウジングCCIは200ms毎に送られるか又は間欠的であることさえある。より多数のRR(競合者)は少ない数よりも効率的にサービスされることができると示すことができるので、この能力は有用であることができる。ウエブブラウジングトラフィックは時間にそれほど厳密ではないので、そのトラフィックについてのCCI間により大きなインターバルを有することが可能で、音声トラフィックでサービスされるときに可能なものより大きな効率を可能にする。
【0041】
これまでに示された推定が与えられると、競合者のセットにサービスする最も効率的な方法に関する質問が生じる。しかし、まず最初に、効率ということが何を意味するかを定義しなければならない。それが可能になる前に、競合者にサービスすることが何を意味するかも定義しなければならない。本願では、競合者にサービスするとは、そのRRを正しく受信し且つ続くCCフレームにおいて受信通知で応答すること、又は競合者をポーリングすることによって暗黙の通知を提供することとして、定義される。これにより、効率とは、RRの受信及びその受信の競合者への通知に必要とされる時間を最小化することとして、定義されることができる。より効率的な方法は、効率的ではない方法に比べて、より少ない時間で競合者のセットにサービスすることができる。この時間はランダムな変数であり、平均時間又はおそらくはその平均の周辺での時間の分布が考慮されなければならない。例えば、平均よりも、所与の競合者のセットにおいて時間の競合者の95%にサービスするために十分な時間を計測することができる。
【0042】
サービス時間効率の別の定義は、帯域効率である。これは、媒体の占有によって区分されたリンク上でサービスされるRRの数である。この場合におけるもっとも効率的なプロトコルは、PP毎に媒体上で最小の時間を消費するものである。媒体占有の定義は、ここでは、RRによる使用のために排他的にリザーブされる全時間を含み、空の及び衝突したCC_OPを含む。受信通知分を差し引けば、帯域効率は、おおよそサービス時間効率の平均に等価である。しかし、その強調するところは異なる。リクエストに応答するために必要とされる時間に注目する代わりに、媒体上の帯域が無駄にされないことを確実にする点に注目している。帯域効率は、本発明の焦点である。しかし、平均サービス時間もまた、ある意味では、本発明によって最小化される。
【0043】
上記の推定及び効率についての定義が与えられると、今度は、競合者にサービスする方法の設計及び分析を始め得る。従来技術では、適用できる一つの直接的な方法は、単一のCCIにて全ての競合者にサービスしようと試みることである。例えば、時間の95%で全ての競合者がCCI内でサービスされるCCIを構築することが望まれ得る。そのときには、その帯域効率は、サービスされる競合者の全数をCCI内で必要とされるCC_OP又はスロットの数で割ったものとして測定される。
【0044】
所与の数の競合者に対してそのようなCCIを構築することは、確率理論の基本的な理解といくつかの方程式を解くことを必要とする。付録Aは、これに関するいくつかのキーとなる方程式及び計算を含んでいる。競合者の数を変えたときに結果として得られる効率は、図3に示されている。帯域効率は、競合者の数が1を越えると顕著に低下する。この方法が非常に低い帯域効率を有していることは、明らかである。
【0045】
単一のCCIを使用して全ての競合者にサービスするアプローチのキーとなる問題は、第2のチャンスが存在しない点である(CCIの間に長い時間があると仮定している)。したがって、我々は、第1のスロットで全ての(又はほとんど全ての)競合者を得ていることを非常に確実にする必要がある。競合者にサービスする際に複数のCCIを使用することを可能にすれば、そのときには、個々のCCIを帯域効率に関して最適化しようとすることができる。十分なCCIを結びつけることによって、合理的なサービス確率で全ての競合者にサービスすることが可能になる。我々がCCIを帯域効率に関して最適化すれば、定義によって、可能性のある大半の競合者に平均的にサービスすべきであることに留意されたい。したがって、全ての競合者にサービスするために最小の時間をかけるべきである。これより、サービス時間もまた、(少なくとも平均的な意味で)このアプローチによって最適化される。
【0046】
CCI効率の最適化は、いくつかの異なる方法で考えることができる。一つの方法は、スロット(CC_OP)毎ベースである。他の方法は、CCI内の全体である。最後に、第3のものは、複数のCCIの全体である。3つ全てが、ここで検討される。スロット毎の場合からはじめると、各競合者がスロットをランダムに拾うならば、それらがある特定のスロットを拾う確率が1/(スロットの数)であることは明らかである。スロット内の各競合者は、独立に競合する。二項分布がそのような状況をもたらすことが、よく知られている。競合者の数がスロットの数に等しいときに、この分布が最大化されることを示すことができる。この証明は、付録Bに与えられている。
【0047】
この説明をさらに確認するために、図4を検討する。図4の値は、付録Cに示されている。図4は、(検討される値の少なくとも限定された範囲に対しては)スロット数が競合者の数と同じであるときに成功の確率が最大化されることを明らかに示している。その他のいくつかの興味ある点は、競合者の数が増えると、カーブのピーク(最大成功確率)が低くなり且つ主ローブ(ピークが存在するところ)が広がって、スロット数に対する感度が減少することを示している点である。
【0048】
スロット毎データのみに基づくと、各CCIの間にスロット数が競合者の数に等しくなると理想的な動作が達成されると期待するであろう。しかし、これは、各スロット内の結果がお互いに独立であることを仮定しており、実際にはそうではない。次の例を検討する。4つのスロット及び3個の競合者が存在すると仮定すると、単一のスロット内での成功確率は、以下のように計算される。
【数1】
各スロットについての結果が独立であったら、全4スロット内での成功確率は、次のように計算されることができる。
【数2】
もちろん、3個の競合者しかいないので、4つの成功があることはおそらくなく、答えは0でなければならない。明らかに、CCIの異なるCC_OPでの結果は、独立ではない。したがって、スロット毎の解決策がCCI全体の効率を最適化すると推定することはできない。上記の3競合者、4スロットの場合に対しては、CCI毎の効率(cci#eff)は、実際にはそのCCI内の1つ、2つ、及び3つの成功の確率についての重み付け平均であり、この場合には次のように書くことができる。
【数3】
ここで、Ps(x)はCCI内での正確にx個の成功の確率である。各スロット内での分布は独立しているので、単一スロットの効率がそのCCIに対する全体効率と同じであるべきである理由はない。これについての反例として、スロットが独立ならば、Ps(4)に対する有限の確率があって、これが合計に寄与するということを検討してみる。そのときには我々は、スロットがここでは独立であるとして、CCIに対する平均効率が単一スロットに対する効率と同じであると期待する。しかし、我々はすでに、Ps(4)が0でなければならないこと(スロットは独立ではないこと)を知っている。独立の場合については、Ps(1)からPs(3)に対する項は、平均CCI効率が単一スロット効率と等しくなるようなものになることは可能であるが、それを期待する理由はない。
【0049】
驚くべきことに、各CC_OP内に相互依存分布を有するCCIに対する全体効率は、単一の独立したCC_OPの効率と同一であるらしい。しかし、これを示すことは、非常に多大な作業を必要とする。第1に、図5の表に反映されている付録Dを検討すると、これは4スロットで且つ7競合者までのデータのサンプルを提示している。ここから、関心のあるスロット数及び衝突セットが与えられたときに競合者の間に生じる任意の特定の成功/衝突のセットに対する確率を計算するための公式が導かれる。付録Eには、付録D内の等式を使用して、競合者及びスロットの数が与えられたときにCCI内の所与の成功数に対する確率を計算するためのプログラムが規定されている。このプログラムは、その場合、16競合者及び16スロットまで(正確に1スロットに1競合者)についての所与の数の成功の確率を生成するために使用される。
【0050】
付録Fでは、16スロット及び16競合者までの場合についてのCCI毎の効率を計算するために、付録Eからの値が使用される。この効率は、CCフレームのオーバーヘッドあり及びなしで評価される。図6は、オーバーヘッドなしの効率データを示している。少なくともこれらのオーバーヘッドなしの場合に対しては、付録Fは、付録Cで導かれたように、効率が単一の独立スロット(CC_OP)に対するものと同じであることを示している。これは一般的な場合を証明しないが、本願については、この等しくなることが、本願で非常に関心がもたれる値については当てはまると推定する。スロット毎の場合についての効率値は数値的に計算はそれほど大変ではないので、これらの式を使用して、オーバーヘッドなしの場合のCCI毎の確率値を見出すことができると示唆する。これらは、スロット及び競合者の数がもっと多い場合の効率を評価することを、劇的に容易にする。ただし、この点についての例証は、ここでは提示されない。重要な点は、競合者と同数のスロットを使用することの最適さが、スロット毎の結果に対してそうであったように、オーバーヘッドなしの場合のCCI毎の結果についてもあてはまることである。
【0051】
付録Fにおけるその他の重要な評価は、図7に示されるようなオーバーヘッドを含む効率である。CCフレームがCCIを開始するために必要であり、第2のCCフレームを使用して、成功したRRフレームを競合者に報告し返しても良い。第2のCCフレームはその他のCCIを開始することが多く、たいていの場合には、先のCCIからの結果を報告するために使用されたCCフレームのその部分のみが、オーバーヘッドとしてカウントされる。物理層(PHY)データレート、及びCC/RRプロトコルがどのように使用されているかの詳細のような802.11のパラメータのいくつかとともにオーバーヘッドが変化するときに、オーバーヘッドを評価する正確な方法はない。
【0052】
CCフレームオーバーヘッドの正確な推定は困難であるが、良好な近似は困難ではない。CCフレームのサイズは、先のCCIから報告される成功したRRの数とともに変化し、常にRRフレームよりも、少なくともわずかに大きい。しかし、第1次の近似として、CC及びRRフレームは、ほぼ同じサイズである。これより、CCフレームのオーバーヘッドは、おおよそ、分析に使用されている「スロット」のサイズである。この推定は、オーバーヘッドがCCI毎に1〜2スロットの間であると推定され得ることを示唆している。オーバーヘッド値は一般的に、2スロットよりも1スロットに近いと信じられている。
【0053】
これが言われると、図7及び図8のデータを検討する。図7からはじめると、第1に最適動作点が図6のデータからシフトしていることは明らかである。スロット=競合者が最適である代わりに、スロット=競合者+1が最適である。オーバーヘッドを考慮しないと、競合者の数が少ないほど効率的であることにも留意されたい。したがって、オーバーヘッドなしでは、常に2競合者に対して、その他のどの数の競合者よりも効率的にサービスすることができる。図7では、最高効率は16競合者に対してである。同様に、図8に関しては、競合者の数が9に達するまではスロット=競合者+1を使用することが、より効率的である。その点からさらに進むと、スロット=競合者+2を使用することが、より最適である。
【0054】
明らかに、最適動作点は、図7及び図8のデータの間に存在する。PHY及びCC/RRの使用方法の細部が既知であれば、より正確な分析が可能である。あるシステムは、その動作開始時に、この知識及びオーバーヘッドなしの効率の表が与えられれば、その動作点に対する正確な効率を計算することができる。付録D〜Fの公式は難しいが、(オーバーヘッドなしでは付録Cの公式がCCI毎の効率について作用するという仮定に基づいて)もっと単純なセットを付録Gに見出すことができる。十分な処理パワーがあれば、この公式は、競合者の数及び現在のオーバーヘッドの推定に基づいて、最適効率をリアルタイムで計算することさえできる。最初に、競合者の数を推定することができる。それから、スロット=競合者からスタートして、スロットの数を、最大効率を見つけるまで1つずつ増加する。その数は常に、スロット=競合者から1〜2スロットの範囲内である。
【0055】
「最適値が、スロット=競合者から1〜2値よりももっとドリフトすることは可能であるか」という質問があるかもしれない。付録Gにおける等式は、50競合者までの値を探すために用いられた。これらの数は、802.11インフラストラクチャで普通に見られると期待するどの数よりも、はるかに大きい。これらの大きな数についてさえ、最適点は、1スロットオーバーヘッドに対してはスロット=競合者+1であり、2オーバーヘッドスロットに対してはスロット=競合者+2である。
【0056】
質問され得る別の質問は、「オーバーヘッド付きの効率は特定の数の競合者についてピークを有することがあるか?」である。明らかに、オーバーヘッドがなければ、効率のピークは2競合者に対する50%であり、それからずっと減少するように見える。オーバーヘッド付きでは、効率ははじめに増加し、それから最終的にはオーバーヘッドがない場合のように減り始めて、競合者の数が最適なところでピークを生じさせることを期待するであろう。答えは、ピークが存在しないというものである。付録Bの終わりには、オーバーヘッドがないと、競合者の数が無限大になるときの効率の極限がexp(-1)又はおよそ0.3679であることの簡単な証明がある。したがって、オーバーヘッド無しの解は永遠に減少するが、36.79%より下がることはない。オーバーヘッド有りの解については、競合者の数が無限大になると、オーバーヘッドはますます無意味になっていく(競合者の数が増えても一定だからである)。したがって、オーバーヘッド有りの解もまた、36.79%という解に近づく。しかし、少数の競合者に対しては、オーバーヘッドは効率を非常に劣化させ、36.79%の点より低く低下させる。したがって、オーバーヘッド無しの解は上から36.79%に近づくが、オーバーヘッド有りの解は下からそこに近づく。しかし、それらがそこに到達することはなく、したがって(少なくともパラメータの実用的な値に対しては)ピークを持つことはない。
【0057】
さらに他の質問は、最適解のロバスト性に関している。先に与えられた競合者を推定するための単純なアルゴリズムを使用すると、競合者を過大に推定するよりも、過小に推定しやすい。これは、2つを超える競合者が衝突しても、システムには2つの競合者が衝突しているのと同じに見えるためである。通常は、3方向又はそれ以上の衝突よりも双方向の衝突である傾向が大きいので、2つの衝突のみが存在していると推定することに意味はある。幸運なことに、我々がスロット数を「最適」動作点に設定すると、過小推定に対してかなりロバストである。図7のデータから最も明瞭にわかるように、競合者の数を小さな数で過小推定し且つその値に対する最適スロット数を用いることは、効率の面では大きなペナルティはもたらさない。
【0058】
これまでは、単一のスロット内及び単一のCCI内で、2レベルで帯域効率を推定することを議論してきた。次のレベルは、複数のCCIに対する効率である。我々が所与の数のペンディングのRRを仮定すると、複数のCCに渡ってそれらを運ぶ最も効率的なメカニズムは何であるかと質問することができる。もちろん問題は、衝突のために、所与のCCIの間に全てのRRが成功しないことがある点である。これは、さらにRRが到着しなくても、全ての所望のRRフレームを運ぶためには複数のCCIを要し得ることを意味している。問題は、RRを複数のCCIに対して運ぶための最適な戦略は何であり、効率は何であるかという点である。
【0059】
全てのCCIが、存在していると信じられる競合者の数に対する最適な数のスロットを使用すると、そのときに全体効率が最大化されることは明らかなように思える。少なくともそれが、本願における本発明に対する推定である。付録Hは、オーバーヘッドあり及びオーバーヘッドなしの場合の複数のCCIに対する効率の問題を分析する。図9は、いくつかの全体効率値を与える。それらは、期待されたようなものである。オーバーヘッドなしでは、競合者の数が増加すると、効率は連続的に減少する。また、効率は常に、所与の数の競合者に対する単一のCCIの場合のほうが高い。これは、衝突が起こると、競合者はそのときには、より小さな競合者プールからサービスされるからである。これより、それらは、より効率的にサービスされることができる。オーバーヘッドがあると、競合者プールが大きくなるにつれてそれはより効率的にサービスされるので、効率は常に増加する。しかし、ここで、同数の競合者に対する効率は、最適な単一CCIに対してよりも小さくなる。なぜなら、衝突が生じていくらかの競合者のみが満足されると、残りの競合者はより小さな競合者プールからサービスされ、これはより非効率にサービスされるからである。
【0060】
したがって最後に、図10に記載されているように、競合者の数を推定する方法1000を考慮するCC/RRプロトコルに対する最適効率を実現するように設計されたアルゴリズムを記述することが可能である。この方法はステップ1001で始まり、テストがステップ1003で実行されて、以前のCCI又は競合者到着レートの知識が既知であるかどうかを判定する。「no」条件はプロセスをステップ1005に移し、競合者の推定が0に設定される。その後に、この方法はステップ1011で終了する。ステップ1003に対する「yes」条件はプロセスをステップ1007に移し、そこで競合者の推定は、最後のCCIのビジースロットの数の2倍に設定される。ステップ1009で、競合者の推定が最後のCCI以降の予言された競合者到着の分だけ増加される。ここで、予言された競合者到着は、実行しているアプリケーション又は過去の履歴の知識を使用して計算される。例えば、最後の5分に平均20RR/秒が到着し、最後のCCIから100msであると、およそ2つのRRが現時点で送信の待ち行列にあると推定され得る。競合者の推定はそれに対応して調節され、プロセスはステップ1011で終了する。
【0061】
図11は、CC/RRプロトコル1100で競合者に最適にサービスする方法の流れ図を提供しており、これは本発明の一つの可能性のある実現に過ぎない。この流れ図で説明されている実現は、本発明の精神を維持している唯一のものではない。図11は、描写的であることを企図しており、限定的なものではない。最初に、最適解が反復的である必要があることが明らかであるべきである。全ての競合者が単一のCCI内でサービスされることを保証することは、可能ではない。したがって、複数のCCIが必要とされる。新しいリソースリザベーションサービスサイクル(CCIのセット)が開始されると、サイクルが終了できるときをトラックすることが望まれ得る。競合者がもう存在しなければ、おそらく我々はサイクルを終了したいと思う。
【0062】
図11において、この方法はステップ1101で始まり、ステップ1103で、図2Aに示されるCCIインターバル210内のEmpty_CCIの数に対するカウンタが0に設定される。競合者の数に対する推定が、ステップ1105で、例えば図10の方法を使用して行われる。テストがステップ1107で実行され、競合者の数が1より小さいかどうかが判定される。「yes」はステップ1109を開始し、競合者のいないCCIが生じる度に、Empty_CCIの数が1だけ増加される。「no」条件はステップ1111を開始し、競合者のあるCCIが生じる度に0にリセットされる。両ステップ1109及び1111はステップ1113に移り、テストが実行されて、Cntndrsの数がMax_Cntndrsよりも大きいかどうかが判定される。変数Cntndrsは、競合者の推定数をトラックしている。変数Cntndrs>Max_Cntndrsは、CCI内のCC_OP(スロット)の最大数が制限されるように競合者の数が制限されることを確実にする。「yes」条件は、ステップ1115で許可確率をMax_Cntndrs/Cntndrsとして計算し、Cntndrs=Max_Cntndrに設定する。ステップ1113に対する「no」条件は許可確率をステップ1117で1に設定する。両ステップ1115及び1117は方法をステップ1119に移し、最適なCC_OPスロットを決定する。しかし、許可確率の概念がこの実現で使用され、最適CC_OP決定ステップ1119がルーズに特定されているので、競合者の数を直接的に制御することが可能である。パラメータPerm_ProbはCCフレーム内で送信され、スロットに対する競合者の比率が過負荷条件で最適を維持するように競合者の数を制御するために使用される。これは、通常は(すべての競合者が競合するように)1に設定される。しかし、CC_OPの数が制限されなければならないときには、許可確率はMax_Cntndrs/Cntndrsの比に設定され、媒体上の最適パフォーマンスのための競合者プールを減らす。Max_Cntndrsの値が、最適CC_OP決定ブロックが実行されるとCC_OPの最大数に対してマッピングされるように選択されなければならないことに留意されたい。ステップ1121で、テストが実行されて、CC_OPスロットの数が1未満であるかどうかが判定される。パラメータCC_OPsは、CCI内のCC_OPの数をトラックしている。CC_OPsは直接的にモニタされていることができ、最大がそれに適用される。また、図11でわかるように、図示されている実現のためには、CCI内に少なくとも一つのCC_Opが常に存在しなければならない。実際の標準は、CC_OPのないCCIの確率を許容し、そのような慣習も本発明の範囲内である。「yes」条件はCC_OPの数をステップ1123で1に設定する。「no」条件はプロセスをステップ1125に移し、そこではテストが実行されて、Empty CCIスロットの数がMax_Empty_CCIスロットより小さいかどうかが判定される。「no」条件は、方法をステップ1127で終了する。「yes」条件はステップ1129を開始し、この方法を再スタートする。パラメータEmpty_CCIがMax_Empty_CCIの値に到達すると、サービスサイクルもまた終了する。サービスサイクルの終了をトラック/開始する他の方法が使用され得て、それも本発明の範囲内である。CCIが実行された後に、任意のRRが受信されたかどうかをみるために、他のチェックが1131で行われる。そうであれば、流れはステップ1103に進み、Empty−CCIがリセットされる。そうでなければ、流れは1105に進む。
【0063】
本発明の重要な点は、「最適CC_OP決定」という名称のステップ1119である。最適という用語は、ここでは非常にルーズに使用されている。これは、最適さの度合いは複数あり、それらの全てが本発明の範囲内にあるからである。第1の近似として、このブロックは単純にCC_OP=Cntndrsと設定し得る。これは、実際のところ本当に良い近似であり、本発明の範囲内と考えられる。しかし、オーバーヘッドを考慮と、わずかにより最適で且つよりロバストな解に導くことができる。述べられているように、オーバーヘッドはPHY及びCC/RRの具現化の細部に依存する。一般的には1〜2CC_OPの範囲内と信じられるが、たいていの具現化については1に近い。
【0064】
一例として、1MBPSで動作している基本的802.11ダイレクトシーケンス(DS)PHYについての以下の計算を検討する。MACフレームサイズは、RRについては144ビット、各CC内のフィードバック毎のCC+16ビット毎に144ビットである。1MBPSでは、これは、RRフレームのMAC部に対しては144μsであり、CCフレーム内の各フィードバックに対しては144μs+16μsである。このレートにおける全フレーム上のPHYオーバーヘッドは192μsである。現在のプロトコルは、各CC_OpのRRの前に短インターフレームスペース(SIFS)を必要としており、これは10μsである。また、PCFインターフレームスペース(PIFS)が各CCフレームの前に必要とされ、これは30μsである。このことは、RRが346μsを必要とし、フィードバックなしの各CCは366μsを必要とし、各フィードバックは16μsを必要とすることを意味する。これより、フィードバックなしでは、各CCは1.06CC_OPオーバーヘッドを必要とする。バック・トゥ・バックCCIについて、SIFSを使用したフィードバックなしの最初のCC以外の全てのCCが正確に1CC_OPオーバーヘッドである前に、SIFSを使用することが可能である。
【0065】
フィードバックについては、成功したRRのみがフィードバックを要求し、それらのいくつかは、直接的なポーリングを通じて暗黙のフィードバックを得ることがある。全てのCC_OPがフィードバックを要求した成功したRRを含むと、合計の付加的なオーバーヘッドは4.6%になる。最高でRRの50%しか成功するとは期待されないので、この値は2.3%あたりで上限となり、一般的にはもっと低い。バック・トゥ・バックCCIが使用されると、典型的には一つのCCフレームオーバーヘッドのみがある。これより、1.09CC_OPの合計オーバーヘッドが期待される。最後のCCIは追加のCCフレームを要求し得て、そのCCフレーム全体がオーバーヘッドとカウントされるべきである。しかし、次のサービスサイクルまでフィードバックを遅延させることは許容可能であり得て、その場合には付加的なCCフレームペナルティは生じない。また、述べられているように、フィードバックは、RRを送ったSTAを単にポーリングすることによって暗黙的に行なわれ得る。
【0066】
望まれるならば、オーバーヘッドは単純に1CC_OPと近似されることができて、この場合には「最適CC_OP決定」という名称のブロックはCC_OP=Cntndrs+1と設定する。特に、競合者を推定するために使用されたこの方法が過小推定する傾向にあるならば、Cntndrs+1を使用することが有用である。これは、本発明の範囲内にある。しかし、ある具現化においてオーバーヘッドについての正確な推定が既知であれば(上記で与えられた例に対しては1.09CC_OPとする)、そのオーバーヘッドにあわせて作られた図6〜図9にあるような表を生成することが可能である。これは最適値がCC_OP=Cntndrs+1であるが、Cntndrsのある値に対しては、正しい値がCC_OP=Cntndrs+2である場合をもたらす。一般に、この複合性を得ることから得られるゲインは非常に小さい(<1%効率)。しかし、これは本発明の範囲内である。同様に、CC/RRプロトコルの使用がどのように構成されるかのために、オーバーヘッドが常に2CC_OP(各CCIに対して使用された2CC)であり且つフィードバックがあるとおそらくわずかに大きいことが可能である。そして、使用された方法は競合者の数を過小推定する傾向にあるので、「最適CC_OP決定」という名称のブロックは、CC_OP=Cntndrs+2と設定する。この全ては、本発明の範囲内である。しかし、好適な実施形態は一般的にCC_OP=Cntndrs+1であると信じられている。また、既に述べたように、PHY特性はダイナミックであり得て、具現化は、本願で提供された公式に基づいて最適値をリアルタイムで計算しても良い。これも、本発明の範囲内であると考えられる。
【0067】
最後に、ここまでで扱われなかったことは競合者の数が実際にはランダムな変数であることであるが、この点に関して記載された実施形態はこのランダム変数を所与の定数として取り扱っている。「最適CC_OP決定」ブロックは、ここで記載されたものよりもさらに洗練された統計的な方法を使用して、選ばれたCC_OPの値を修正することができる。しかし、見出されるどんな値もCC_OP=Cntndrsの値に近く、そのような方法は本発明の範囲内と考えられる。
本明細書に援用される付録は、以下のものを含む。
付録A:所与の時間期間内で全ての競合者を満足させるために必要とされるスロット数、
付録B:二項分布による一つの成功の確率の最大化、
付録C:競合者の数及びスロットの数が与えられたときのスロット毎の成功確率の表、
付録D:単一のCCIに対する所与の数の成功及びマルチ競合者の確率、
付録E:競合者の数及びスロットの数が与えられたときのCCIでの所与の成功数の確率の表、
付録F:CCIの間での全体効率の計算、及び
付録G:オーバーヘッドありのCCI毎の効率の計算のための効率式。
【0068】
好適な実施形態に関して本発明が示され且つ記載されてきているが、添付の請求項に規定されているように、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく様々な変更がなされることができる。
【図面の簡単な説明】
【0069】
【図1】IEEE802.11(e)プロトコルを使用し且つ本発明の原理を取り込んでいるワイヤレスLANの図である。
【図2A】図1のワイヤレスLANにて具現化されたCC/RRプロトコルの図である。
【図2B】図2AのCC/RRプロトコルにおける制御されたコンテンションインターバルの図である。
【図2C】図2AのCC/RRプロトコルにおけるリザベーションリクエストフレームの図である。
【図3】MS競合者の95%にサービスしている単一CCIのグラフである。
【図4】スロットあたりの成功確率対スロット数のグラフである。
【図5】4スロットの場合の所与の数の成功の確率及び所与の数の競合者の表である。
【図6】オーバーヘッドなしの場合の所与の数のスロット及び競合者に対するCCI効率の表である。
【図7】1スロットのオーバーヘッドがある場合の所与の数のスロット及び競合者に対するCCI効率の表である。
【図8】2スロットのオーバーヘッドがある場合の所与の数のスロット及び競合者に対するCCI効率の表である。
【図9】最適なスロット割り当てにおける所与の競合者に対する複数のCCI全体の効率の表である。
【図10】図1のワイヤレスLANにおける競合者の数を推定するための流れ図である。
【図11】IEEE802.11(e)のプロトコルを使用して図1のワイヤレスLANにおける競合者に最適にサービスするための流れ図である。
Claims (15)
- IEEE802.11e標準の制御されたコンテンション/リソースリザベーションプロトコルを使用してワイヤレスLAN上のSTAに最適にサービスする方法であって、
(a)コンテンション制御(CC)フレームを送信し、且つ選択された数のスロット付きインターバルを有する制御されたコンテンションインターバル(CCI)を開始するステップと、
(b)制御されたコンテンションインターバル(CCI)の間にSTA競合者から帯域ニーズを詳述するリソースリザベーション(RR)を受け取るステップと、
(c)各CCフレームにおいて、成功したRRへのフィードバックを含むコンテンション制御の目的のために、少なくとも制御されたコンテンション機会(CC_OP)又はスロット付きインターバルの数を含むいくつかのパラメータをインストールするステップと、
(d)前記いくつかのパラメータを制御し且つ設定して、ワイヤレス媒体の効率的な使用を最適化し且つ前記ワイヤレス媒体について競合するRRフレームに対するアクセス遅延を低減するステップと、
を包含する、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、さらに、(e)前記パラメータの中に、オプションの許可確率(PP)を含むステップを包含する、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、さらに、(f)前記パラメータの中に、トラフィックカテゴリー(TC)が前記CC_OPに対して競合し得ることを示すフラグのセットを含むステップを包含する、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、さらに、(g)STA競合者の数を推定するステップを包含する、方法。
- 請求項2に記載の方法であって、さらに、(h)スロット又はCC_OPの数をSTA競合者の数に設定するステップを包含する、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、さらに、(i)オーバーヘッドCCIを考慮して前記パラメータを調整するステップを包含する、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、さらに、(j)CC_OPの数を各CCI内のSTA競合者の数に等しく設定する一方で、CCIを連鎖するステップを包含する、方法。
- IEEE802.11e標準の制御されたコンテンション/リソースリザベーションプロトコルを使用してワイヤレスLAN上のSTAに最適にサービスする方法であって、
(a)Empty_CCカウンタを0に設定するステップと、
(b)CC/RRプロトコル及び既知のトラフィックパターンに対する以前の結果にしたがって、競合者の数を推定するステップと、
(c)競合者の数が1未満であることかどうかを判定するテストを実施するステップと、
(d)Optimum CC_OPを決定し且つオーバーヘッドを1又は2スロットと近似するステップと、
(e)テスト「CC_OP<1を実行し、それによって「yes」条件はCC_OPを+1に設定し、「no」条件はステップ(f)に移るステップと、
(f)テスト:Empty_CCI<Max_Empty_CCIを実行し、それによって「no」条件はプロセスを終了し、「yes」条件はプロセスをステップ(b)に戻すステップと、
を包含する、方法。 - 請求項8に記載の方法であって、さらに、(g)CC_OP=STA競合者の数+1に設定するステップを包含する、方法。
- 請求項8に記載の方法であって、さらに、(h)CC_OP=STA競合者の#の数+2に設定するステップを包含する、方法。
- 請求項8に記載の方法であって、さらに、
(g)許可確率を計算し、競合者>最大競合者であれば、そのときには許可確率=Max_Cntndrs/Cntndrs及びCntndrs=Max_Cntndrsとし、「no」条件は許可確率=1に設定し、そうでなければcntndrsをそのままにするステップと、
(h)Empty_CCIを0にリセットし、「yes」条件はEmpty_CCIカウンタを1だけ進めるステップと、
を包含する、方法。 - IEEE802.11e標準の制御されたコンテンション/リソースリザベーションプロトコルを使用してワイヤレスLAN上のSTAに最適にサービスする装置であって、
(a)コンテンション制御(CC)フレームを送信し、且つ選択された数のスロット付きインターバルを有する制御されたコンテンションインターバル(CCI)を開始し、成功して受信したリソースリザベーションについてのフィードバックを提供する、送信装置と、
(b)制御されたコンテンションインターバル(CCI)と呼ばれる特定の時間インターバルの間にSTA競合者から帯域ニーズを詳述するリソースリザベーション(RR)を受け取る、受信装置と、
(c)各CCフレームにおいて、コンテンション制御目的でいくつかのパラメータをインストールする、インストール装置と、
(d)前記いくつかのパラメータを制御して、ワイヤレス媒体の効率的な使用を最適化し且つ前記ワイヤレス媒体について競合するRRフレームに対するアクセス遅延を低減し帯域効率を維持する、制御装置と、
を備える、装置。 - 請求項12に記載の装置であって、さらに、(e)前記パラメータの中に、スロット又は制御されたコンテンション機会(CC_OP)の数、許可確率、及びどのトラフィックカテゴリー(TC)が前記CC_OPに関して競合し得るかを示すフラグのセットを含む、選択装置を備える、装置。
- IEEE802.11e標準の制御されたコンテンション/リソースリザベーションプロトコルを使用してワイヤレスLAN上のSTAに最適にサービスするシステムであって、
(a)通信目的の基本サービスセットとして、アクセスポイントへエアリンクされた複数のステーションと、
(b)前記ステーションの間でのステーション送信機会の割り当て及び制御されたコンテンションインターバルの開始を含むアクセス管理帯域管理を実行する、前記アクセスポイントに結合されたハイブリッドコーディネータと、
(c)コンテンション制御(CC)フレームを送信し、選択された数のスロット付きインターバルを有する制御されたコンテンションインターバル(CCI)を開始し、成功して受信したリソースリザベーションについてのフィードバックを提供する、送信装置と、
(d)制御されたコンテンション/リソースリザベーションプロトコルを使用して前記ステーションに最適にサービスするために、制御されたコンテンションインターバル(CCI)と呼ばれる特定の時間インターバルの間にSTA競合者から帯域ニーズを詳述するリソースリザベーション(RR)を受け取る、受信装置と、
を備える、システム。 - 請求項14に記載のシステムであって、さらに、(e)前記パラメータの中に、スロット又は制御されたコンテンション機会(CC_OP)の数、許可確率(PP)、及びどのトラフィックカテゴリー(TC)が前記CC_OPに関して競合し得るかを示すフラグのセットを含む選択装置を備える、システム。
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