JP2005529543A - アド・ホック通信ネットワーク用のａｒｑｍａｃ及びこれを使用した方法 - Google Patents
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Abstract
良チャネル及び不良チャネル通信に対して個別的な動作モードを有するメディア・アクセス制御（ＭＡＣ）アルゴリズム用のシステム及び方法。送信要求／送信クリア（ＲＴＳ／ＣＴＳ）により送信されるチャネル・ベクトル値を含む変数は、チャネル・モードに従って変動され、最適化システム・スループットに帰結する。第１モードにおいて、本発明は、チャネル・ベクトル長を予測し、その長さを第１ノード及び関連するグループのノードへ通信し、ＲＴＳ／ＣＴＳシーケンスを受信する。第２モードにおいて。再送信が良チャネルにおいて確率が低いので、最大チャネル・ベクトル長を使用する。
Description
（発明の背景）
本発明は、２つのモードを含むメディア・アクセス制御(media access control:ＭＡＣ)アルゴリズム、及びこれを使用した方法に関する。特に、本発明は、ワイヤレス・アド・ホック通信ネットワークのような通信ネットワークにおいて良チャネル及び不良チャネル通信に対した個別的な動作モードを有するＭＡＣアルゴリズムに関する。各モードにおいて、ＭＡＣアルゴリズムは、前述のチャネル・モードに従って送信要求(request-to-send)／送信クリア(clear-to-send)（ＲＴＳ／ＣＴＳ）により送信されたチャネル・ベクトル値を含む、変動動作パラメータに構築される。このアプリケーションは、2002年6月5日に出願された「アド・ホック通信ネットワーク用のARQ MAC及びこれを使用した方法」(ARQ MAC For Ad-Hoc Communication Networks And A Method For Using the Same)と題する米国予備特許出願第60/385,574号から35 U.S.C.§119(e)による利益を要求しており、ここではその内容全体を引用により組み込む。
本発明は、２つのモードを含むメディア・アクセス制御(media access control:ＭＡＣ)アルゴリズム、及びこれを使用した方法に関する。特に、本発明は、ワイヤレス・アド・ホック通信ネットワークのような通信ネットワークにおいて良チャネル及び不良チャネル通信に対した個別的な動作モードを有するＭＡＣアルゴリズムに関する。各モードにおいて、ＭＡＣアルゴリズムは、前述のチャネル・モードに従って送信要求(request-to-send)／送信クリア(clear-to-send)（ＲＴＳ／ＣＴＳ）により送信されたチャネル・ベクトル値を含む、変動動作パラメータに構築される。このアプリケーションは、2002年6月5日に出願された「アド・ホック通信ネットワーク用のARQ MAC及びこれを使用した方法」(ARQ MAC For Ad-Hoc Communication Networks And A Method For Using the Same)と題する米国予備特許出願第60/385,574号から35 U.S.C.§119(e)による利益を要求しており、ここではその内容全体を引用により組み込む。
（関連技術の説明）
モバイル・ワイヤレス電話ネットワークのようなワイヤレス通信ネットワークは、過去１０年にわたってますます普及するに至った。ネットワーク・インフラストラクチャーがサービス・エリアを「セル」と呼ばれる複数の領域に分割するように構成されているので、これらのワイヤレス通信ネットワークは、一般的に「セルラ・ネットワーク」と呼ばれている。陸上セルラ・ネットワークは、相互接続された複数の基地局、即ちサービス・エリア全般にわたる指定位置に地理的に分散されている複数のベース・ノードを含む。各ベース・ノードは、カバーレッジ・エリア内に位置する複数のモバイル・ユーザ・ノード、例えば無線電話へ及びから電磁信号、例えば無線周波数（ＲＦ）通信信号を送受信可能な１以上のトランシーバを含む。これらの通信信号は、例えば所望の変調技術に従って変調され、かつデータ・パケットとして送信された音声データを含む。当該技術分野に習熟する者に理解されるように、ネットワーク・ノードは、ベース・ノードにおける単一トランシーバに、カバーレッジ・エリア内のいくつかのモバイル・ノードと同時的に通信を可能にする多重化方式、例えば時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式又は周波数多元接続（ＦＤＭＡ）方式により、データ・パケットを送受信する。
モバイル・ワイヤレス電話ネットワークのようなワイヤレス通信ネットワークは、過去１０年にわたってますます普及するに至った。ネットワーク・インフラストラクチャーがサービス・エリアを「セル」と呼ばれる複数の領域に分割するように構成されているので、これらのワイヤレス通信ネットワークは、一般的に「セルラ・ネットワーク」と呼ばれている。陸上セルラ・ネットワークは、相互接続された複数の基地局、即ちサービス・エリア全般にわたる指定位置に地理的に分散されている複数のベース・ノードを含む。各ベース・ノードは、カバーレッジ・エリア内に位置する複数のモバイル・ユーザ・ノード、例えば無線電話へ及びから電磁信号、例えば無線周波数（ＲＦ）通信信号を送受信可能な１以上のトランシーバを含む。これらの通信信号は、例えば所望の変調技術に従って変調され、かつデータ・パケットとして送信された音声データを含む。当該技術分野に習熟する者に理解されるように、ネットワーク・ノードは、ベース・ノードにおける単一トランシーバに、カバーレッジ・エリア内のいくつかのモバイル・ノードと同時的に通信を可能にする多重化方式、例えば時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式又は周波数多元接続（ＦＤＭＡ）方式により、データ・パケットを送受信する。
近年、「アド・ホック・ネットワーク」として知られた１形式のモバイル通信ネットワークは、軍隊が使用するために開発された。この形式のネットワークでは、各モバイル・ノードが他のモバイル・ノード用の基地局又はルータとして動作可能であり、従って複数基地局の固定インフラストラクチャーに対する必要性をなくす。アド・ホック・ネットワークの詳細は、メイヤーに対する米国特許第5,943,322号に説明されており、ここでは引用により組み込まれる。
通常のアド・ホック・ネットワークにおけるように、モバイル・ノードが相互に通信可能にされたことに加えて、更に、モバイル・ノードが固定ネットワークをアクセスし、かつ他のモバイル・ノード、例えば公衆交換電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）上及び他のネットワーク、例えばインターネット上のモバイル・ノードと通信可能にされたより複雑なアド・ホック・ネットワークも開発された。これら進んだ形式のアド・ホック・ネットワークの詳細は、２００１年６月２９日に出願された「ＰＳＴＮ及びセルラ・ネットワークに対してインターフェースをするアド・ホック・ピア・ツー・ピア・モバイル・アクセス・システム」(Ad Hoc Peer-to-Peer Mobile Radio Access System Interfaced to the PATN and Cellular Network)と題する米国特許出願第09/897,790号、２００１年３月２２日に出願された「別個の予約チャネルと共有される複数の並列データ・チャネルに対して協調したチャネル・アクセスを有するアド・ホック、ピア・ツー・ピア無線ネットワークのための時間分割プロトコル」(Time Division Protocol for an Ad Hoc,Peer-to-Peer Radio Network Having Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channels with Separate Reservation Channel)と題する米国特許出願第09/815,157号、及び２００１年３月２２日に出願された「アド・ホック、ピア・ツー・ピア、モバイル無線ネアクセス・システムのために優先順位付けされた経路設定」(Prioritized-Routing for an Ad Hoc,Peer-to-Peer Mobile Access System)と題する米国特許出願第09/815,164号に説明されており、ここでは、それぞれを引用により組み込む。
しかしながら、ノード間の通信は、しばしば干渉及び送信誤りにさらされる。誤りデータの発生を最小化させるために、受信機及び送信機は、多くの方法によって送信誤りを検出し、検出されたならば、再送を要求するように構築されてもよい。例えば、ノード間のデータ送信システムは、自動繰り返し要求（automatic repeat request：ＡＲＱ）送信機及び受信機を含め、それぞれ誤り訂正符号を使用するように適応されてもよい。当該技術分野に習熟する者に理解されるように、ＡＲＱ送信機は、リモート受信機への送信データ・ストリームにおける誤り検出符号を含むように使用されてもよい。従って、ＡＲＱ送信機は、このような符号を使用してデータ・ストリームにおける誤りを検出し、かつ送信機から再送を要求するように使用されてもよい。更なるＡＲＱアプリケーションの詳細及び誤り訂正符号の使用は、ハギワラ(Hagiwara)他に対する米国特許第5.629,948号、及びトゥリナ(Turina)他に対する米国特許第5,784,362号に見出すこともできる。スライディング・ウィンドウ転送機構(sliding window transport mechanism)を有するＡＲＱの選択的使用は、更にアヤノグル(Ayanoglu)に対する米国特許第5,717,689号にも説明されており、「ゴー−バック−ｎ」(go-back-n)ＡＲＱコマンドを使用した更なる他のＡＲＱ再送技術は、ナカムラ(Nakamura)他に対する米国特許第4,726,027号に説明されており、ここではそれぞれの全内容を引用により組み込む。
しかしながら、アド・ホック・ネットワーク用のＡＲＱメディア・アクセス制御は、いくつかの困難に直面する。当該技術分野に習熟する者に知られているように、データ・パケットの衝突は、送信が重なったときに発生し得る。このような場合、ＡＣＫが受信されず、両パケットを再送しなければならない。「無線ネットワークにおいて衝突回避ハンドシェイクの逆転」(Reversing The Collision-Avoidance Handshake In Wireless Networks)と題したガルシア・ルーナ・アセヴェス(Garcia-Luna-Aceves)他による論文（ここではその内容全体を引用により組み込む）において述べているように、パケット衝突に対する一解決法には、分割チャネル予約多元接続（split-channel reservation multiple access:ＳＲＭＡ）が含むものであって、受信機へデータを送信するために必要とするノードがまず受信機へ送信要求(request to send:ＲＴＳ)パケットを送出し、この受信機がＲＴＳを正しく受信すれば、送信クリア(clear-to-send:CTS)パケットにより応答する。しかしながら、基本的に衝突回避を有する多元接続(multiple access with collision avoidance:ＭＡＣＡ)アルゴリズムの拡張である多チャネルＭＡＣ設計は、典型的には、このようなＡＲＱ機能を効率的に取り扱うことが出来ない。ＭＡＣＡアルゴリズムの付加的な詳細は、「パケット・ラジオ用のＭＡＣＡ−新しいチャネル・アクセス方法」(MACA-A New Channel-Access Method For Packet Radio)と題したフィル・カルン(Phil Larn)による論文、及び「アド・ホック・ネットワーク用の衝突回避送信スケジューリング」(Collision-Avoidance Transmission Scheduling For Ad-Hoc Networks)と題したタング(Tang)他による論文に記載されており、ここではそれぞれの内容全体を引用により組み込む。
再送を要求する場合に、ＭＡＣＡアルゴリズムは、送信要求／送信クリアのチャネル・アクセス・シーケンスの全体を反復することによりＡＲＱを処理する。これは、チャネル予約長に等しい全チャネル・ベクトルの送信を含む。これは、再送が非常に高い確立で発生するという事実のために、あるチャネル条件において非効率となる。従って、ＡＲＱセグメント再送をより効率的に取り扱えるＡＲＱ ＭＡＣに対する要求が存在する。
（発明の概要）
本発明の目的は、アド・ホック・ネットワークにおいてＡＲＱセグメント送信をより効率的に取り扱うメディア・アクセス制御（ＭＡＣ）のシステム及び方法を提供することにある。
本発明の目的は、アド・ホック・ネットワークにおいてＡＲＱセグメント送信をより効率的に取り扱うメディア・アクセス制御（ＭＡＣ）のシステム及び方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、第１動作モードにおいてチャネル・ベクトル長を予測し、かつその長さを第１グループのノードへ通信してＲＴＳ／ＣＴＳシーケンスにおいて使用するシステム及び方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、データ・チャネルを監視して実際のチャネル・ベクトル長を判断し、かつその実際のチャネル・ベクトル長を第１グループのノードへ通信してＲＴＳ／ＣＴＳシーケンスにより使用するシステム及び方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、真のチャネル・ベクトルを第１グループのノードに通信してＲＴＳ／ＣＴＳシーケンスにおいて使用する第２動作モード用のシステム及び方法を提供する。
これらと他の目的は、別個の動作モードを有するＭＡＣアルゴリズム用のシステム及び方法を提供することにより実質的に達成される。個々の動作モードは、良チャネル通信及び不良チャネル通信用の個別的なモードを含む、チャネルの詳細に基づいて作成可能とされる。各モードに対して、例えば送信要求及び送信クリア（ＲＴＳ／ＣＴＳ）メッセージの交換における衝突回避動作中に送信されたチャネル・ベクトル値は、チャネル・モードに従って変更され、従って最適化されたシステム・スループットに帰結する。
第１モードにおいて、本発明は、チャネル・ベクトル長を予測し、かつ第１ノード及び関連グループのノードに対する長さを通信してＲＴＳ／ＣＴＳシーケンスを受信するシステム及び方法を提供する。従って、各ノードは、このチャネル長を維持してこれら自身のＲＴＳ／ＣＴＳシーケンスにおいて使用する。加えて、不良チャネルの場合に、データ・チャネルを監視して部分及び完全肯定応答（ＡＣＫ）メッセージを監視することにより実際のベクトル長を判断する。実際のチャネル・ベクトル長が判断されると、これが個別的なＲＴＳ／ＣＴＳシーケンスの場合は、直接、又はノードが隣接するＲＴＳ／ＣＴＳシーケンスを監視する場合は、１グループとして、関連グループのノードへ通信されてもよい。第２モードでは、良チャネルにおける再送の可能性が低いので、最大チャネル・ベクトル長が使用される。
特に、良チャネル動作モードでは、ＲＴＳ／ＣＴＳにおいて真のチャネル・ベクトルが通信され、かつ使用される。不良チャネル動作モードでは、ＲＴＳ／ＣＴＳにおいて予測されたチャネル・ベクトルが通信され、かつ使用されるが、しかし部分及び完全ＡＣＫメッセージについてデータ・チャネルを監視して実際のチャネル・ベクトルを検出する。従って、実際のチャネル・ベクトルは、ＲＴＳ／ＣＴＳにおいて通信され、かつ使用され、かつ他のノードにチャネル・ベクトル情報を更新するために提供される。
これらの目的及び他の目的、本発明の硬化及び新しい特徴は、添付図面に関連して読むことにより、以下の詳細な説明から更に容易に理解される。
（好ましい実施例の詳細な説明）
図１は、本発明の一実施例を採用したアド・ホック・パケット交換無線通信ネットワーク１００の１例を示すブロック図である。特に、ネットワーク１００は、複数のモバイル無線ユーザ端末１０２−１〜１０２−ｎ（概略的にノード１０２又はモバイル・ノード１０２と呼ぶ）を備え、かつ必須ではないが、複数のアクセス・ポイント１０６−１、１０６−２．．．１０６−ｎ（概要的にノード１０６又はアクセス・ポイント１０６と呼ぶ）を有する固定ネットワーク１０４を備えてノード１０２に固定ネットワーク１０４に対するアクセスを提供してもよい。固定ネットワーク１０４は、例えば、コア・ローカル・アクセス・ネットワーク（ＬＡＮ）、及び複数のサーバ及びゲートウェイ・ルータを備えて、例えば、ネットワーク・ノードに、例えばアド・ホック・ネットワーク、公衆交換電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）及びインターネットのような他のネットワークに対してアクセスを提供してもよい。更に、ネットワーク１００は、複数の固定ルータ１０７−１〜１０７−ｎ（概要的にノード１０７又はルータ１０７と呼ぶ）を備えて他のノード１０２、１０６又は１０７間にデータ・パケットを経路設定してもよい。この説明のために、以上で説明したノードをまとめて「ノード１０２、１０６及び１０７」又は単に「ノード」又は「端末」と呼んでもよいことに注意すべきである。当該技術分野に習熟する者には理解されるように、ノード１０２、１０６及び１０７は、互いに直接、又は以上で言及した米国特許第5,943,322号、米国特許出願第09/897,790号、09/815,157及び09/815,164号において説明されているように、ノード間で送出されるパケットに対するルータとして動作する１以上の他のノードを介して、通信可能である。
図１は、本発明の一実施例を採用したアド・ホック・パケット交換無線通信ネットワーク１００の１例を示すブロック図である。特に、ネットワーク１００は、複数のモバイル無線ユーザ端末１０２−１〜１０２−ｎ（概略的にノード１０２又はモバイル・ノード１０２と呼ぶ）を備え、かつ必須ではないが、複数のアクセス・ポイント１０６−１、１０６−２．．．１０６−ｎ（概要的にノード１０６又はアクセス・ポイント１０６と呼ぶ）を有する固定ネットワーク１０４を備えてノード１０２に固定ネットワーク１０４に対するアクセスを提供してもよい。固定ネットワーク１０４は、例えば、コア・ローカル・アクセス・ネットワーク（ＬＡＮ）、及び複数のサーバ及びゲートウェイ・ルータを備えて、例えば、ネットワーク・ノードに、例えばアド・ホック・ネットワーク、公衆交換電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）及びインターネットのような他のネットワークに対してアクセスを提供してもよい。更に、ネットワーク１００は、複数の固定ルータ１０７−１〜１０７−ｎ（概要的にノード１０７又はルータ１０７と呼ぶ）を備えて他のノード１０２、１０６又は１０７間にデータ・パケットを経路設定してもよい。この説明のために、以上で説明したノードをまとめて「ノード１０２、１０６及び１０７」又は単に「ノード」又は「端末」と呼んでもよいことに注意すべきである。当該技術分野に習熟する者には理解されるように、ノード１０２、１０６及び１０７は、互いに直接、又は以上で言及した米国特許第5,943,322号、米国特許出願第09/897,790号、09/815,157及び09/815,164号において説明されているように、ノード間で送出されるパケットに対するルータとして動作する１以上の他のノードを介して、通信可能である。
図２に示すように、各ノード１０２、１０６及び１０７は、アンテナ１１０に接続されたトランシーバ１０８を備え、かつコントローラ１１２の制御により、信号、例えばノード１０２、１０６又は１０７から及びこれらへ、パケット化された信号を送受信することができる。パケット化されたデータ信号は、例えば音声、データ又はマルチメディア情報、及びノード経路設定及び更新情報を含むパケット化された制御信号を含むものでもよい。
更に、各ノード１０２、１０６及び１０７は、なによりもネットワークにおけるそれ自体及び他のノードに関係する経路設定情報を記憶することができるランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）のようなメモリ１４を含む。ノード１０２、１０６及び１０７は、例えば新しいノードがネットワークに進行したとき、又はネットワークにおける既存のノードが移動したときに、種々のインターバルで周期的に放送機構を介して互いに経路設定広告と呼ばれる各自の経路設定情報を交換する。
更に図２に示すように、一定の複数ノード、特に複数のモバイル・ノード１０２は、ホスト１１６を備えていてもよく、これは、任意数の装置、例えばノートブック・コンピュータ端末、モバイル電話ユニット、又は他の適当な装置からなるものでよい。更に、各ノード１０２、１０６及び１０７は、インターネット・プロトコル（Internet Protocol:ＩＰ）及びアドレス・レゾルーション・プロトコル（Address Resolution Protocol:ＡＲＰ）を実行するために適当なハードウェア及びソフトウェアを備えてもよく、これらの目的は、当該技術分野に習熟する者に容易に理解され得る。更に、送信制御プロトコル（transmission control protocol：ＴＣＰ）及びユーザ・データグラム・プロトコル(user datagram protocol：ＵＤＰ)を実行するために適当なハードウェア及びソフトウェアを備えていてもよい。加えて、各ノードは、以下で更に詳細に説明するように、自動繰り返し要求(ＡＲＱ)機能及びメディア・アクセス制御（ＭＡＣ）を実行するために適当なハードウェア及びソフトウェアを含む。
以上で述べたように、多チャネルＭＡＣの設計は、典型的には、ＡＲＱ機能を効率的に取り扱うことができない。本発明の一実施例に従ってアド・ホック・ネットワーク用のＡＲＱ ＭＡＣを実施するために、ノード１０２、１０６又は１０７の送信機１０８は、ビット・ストリームの送信データを出力するように指令されてもよく、従ってこの送信データはＡＲＱ送信機に与えられる。ＡＲＱ送信機又はトランシーバにおいて、送信データに誤り訂正符号が付加され、ＡＲＱセグメントにおける結果の送信信号は、送信パスを介して受信側のＡＲＱ受信機に送信される。ＡＲＱ受信機において、受信した信号の各セグメントについて誤りの存在がチェックされ、誤りが検出されたときは、ＡＲＱ送信機に再送要求信号が送信される。受信信号に誤りが検出されなかったときは、ＡＲＱ受信機又はトランシーバは、受信データを受信側のデータ端末へ出力し、かつ受信成功信号、肯定応答（ＡＣＫ）メッセージをＡＲＱ送信機へ送信する。しかしながら、この結果を達成するために多重動作モードは、チャネル特性及び再送の確率に従って実施されてもよい。
本発明の一実施例によりこれを達成するために、図１のノード１０２、１０６及び１０７のように、ノードのトランシーバ１０８は、受信ノードに対するストリームのセグメントとしてメディア・アクセス制御プロトコル・データ・ユニット(media access control protocol data unit：ＭＰＤＵ)を送出するように指令される。各セグメントは、順方向誤り訂正（ＦＥＣ）及び誤り検出、例えばＦＥＣ用のビタビ符号化、及び巡回冗長検査（ＣＲＣ）誤り検出を含む。以上で説明したように、ＡＲＱ受信機において、受信信号の各セグメントについて誤りの存在をチェックし、かつ誤りが検出されたときは、ＡＲＱ送信機に再送要求信号を送信する。
受信信号に誤りが検出されなかったときは、ＡＲＱ受信機、例えば受信機を含むことができるトランシーバに関連したトランシーバは、受信データを受信側のデータ端末へ出力し、かつＡＣＫメッセージをＡＲＱ送信機へ送信する。全セグメント、又は部分セグメントの完了により、ＡＣＫメッセージを提供することができる。受信ノードにおいて、ＦＥＣを実行した後にセグメントに誤りがあり、かつセグメントが誤りを位置決めする情報を有していないときは、全セグメント又は部分セグメントを再送する必要がある。
前述のように、各セグメントは、それぞれがパリティ及び順方向誤り訂正符号を有する物理層パケットとして、送信されてもよい。パリティ符号は、セグメントにおけるデータの正しさをチェックするために使用され、パリティ・チェックが不合格となったセグメントは、受信機により破棄される。ＭＰＤＵにおける全てのセグメント又は部分的なセグメントを正しく受信した後にのみ受信ノード１０２、１０６及び１０７により、受信成功の肯定応答（ＡＣＫ）が送出される。パケット衝突が発生したときのように、不合格となった又は誤りのあるセグメント受信の場合は、否定応答（ＮＡＣＫ）が送出される。
前述のように、衝突回避は、送信ノードと受信ノードとの間で制御信号のハンドシェイクを使用することにより、達成可能とされる。本発明の衝突回避を有する多元接続（ＭＡＣＡ）プロトコルは、ソース・ノードから、応答において送信クリア（ＣＴＳ）制御パケットによって応答する行き先ノードへ、送出される送信要求（ＲＴＳ）制御パケットからなるノード間ハンドシェイク技術を使用する。しかしながら、ＭＡＣＡアルゴリズムは、典型的には、送信要求／送信クリア（ＲＴＳ／ＣＴＳ）のチャネル・アクセス・シーケンスの全体を反復することによるＡＲＱ再送を取り扱う。以下で説明する本発明の実施例は、良通信チャネル用の第１動作モードと、不良チャネル用の第２モードとのように、多モードを含むＭＡＣＡアルゴリズムを開示する。これらのモードは、異なるチャネル条件におけるシステム・スループットを最適化する。当該技術分野に習熟する者に知られているように、チャネル条件は、他のユーザ、無線伝搬、雑音、及びマルチパス及び高い移動性によるフェーディングからの干渉のような要因に従って「良」と「不良」との間で変動する。不良チャネルの一例は、平均ノンフェード期間(average nonfade period：ＡＮＦＰ)が短い、又は１送信セグメントと同一期間長のときである。
各モードにおいて、ＡＣＫ／ＮＡＣＫメッセージについて監視したチャネル・ベクトル、即ちセグメント・ストリームは、再送の確率に基づいて調整される。例えば、再送の確率が低い良チャネル・モードにおいて、ＲＴＳ／ＣＴＳにおいて送信されたチャネル・ベクトルは、真のチャネル・ベクトル、即ち真のチャネル予約長である。これは、ＲＴＳ／ＣＴＳメッセージにおける１ビットにより表示されてもよい。再送が発生する確率が高い不良チャネル・モードでは、ＲＴＳ／ＣＴＳにおいて送信されるチャネル・ベクトルは、最大長の予測であり、実際の通信はもっと短いものとなり得る。図３は、本発明の一実施例による第１及び第２動作モードにおけるチャネルを示す。
図３は、図１に示す本発明の一実施例によるネットワークにおいて複数ノードが使用するチャネル及びチャネル・ベクトルの一例を示すスロット図である。図３のチャネル１１８及び１２０は、図１のネットワーク１００のように、ネットワークにおけるノード間の通信に使用されるチャネルを表す。各チャネルは、通信中にストリームのデータ・セグメントにより占有され、また各チャネル・ベクトルはセグメントのセット数を表している。チャネル１２０は、チャネルにおいて予測された再送セグメントに基づく最大チャネル・ベクトルを表す。この値はノード間のＲＴＳ／ＣＴＳメッセージによりアナウンスされる。チャネル１１８は、この実施例を使用してデータ・チャネルを監視することにより判断された実際のチャネル・ベクトルを表す。図３のチャネル説明図を使用して、２つの動作モードを説明することができる。
図３のチャネル１１８において、再送発生の確率が高い代表的な不良チャネルに適用された第１モードを示す。チャネル・ベクトル１１８−１は、ＲＴＳ／ＣＴＳシーケンスにおいて送信される一連のセグメントからなり、再送を含む最大チャネル・ベクトル長の予測に基づいている。本発明の実施例は、通信ノードに指令して実際のチャネル・ベクトル長を定義するために利用される部分セグメントＡＣＫのメッセージか、又は全セグメント良のＡＣＫメッセージ用のデータ・チャネルを監視させる。この場合、チャネル・ベクトル１１８−１は、最大チャネル・ベクトルより短いこともある。ベクトル長は、１１８−２のようなチャネルにおける部分セグメントＡＣＫのメッセージ、及び全セグメント良のＡＣＫメッセージにより定義される。従って、チャネル・ベクトルは、より短くなり、チャネル期間長１１８−４に示すように時間節約に帰結する。再送の確率が低い代表的な良チャネルの場合に、ＲＴＳ／ＣＴＳシーケンスにより送信されるチャネル・ベクトルは、真チャネル・ベクトル、又は真チャネル予約長であり、これをＲＴＳ／ＣＴＳメッセージにおける１ビットにより表すことができる。再送の確率が低いので、より長いチャネル・ベクトルは影響が少ない。
図３のチャネルにおいて、チャネルが困難であり、再送が予想されることをソースが知っているときは、最大予測チャネル・ベクトル値が使用される。最大チャネル・ベクトルは、チャネルにおけるセグメントの予測再送に基づいてＲＴＳ／ＣＴＳにおいてアナウンスされる。再送は、チャネルが予約されている限り、制御チャネルをアクセスすることなく、実行可能とされる。ネットワークにおける他の端末は、予測された最大チャネル・ベクトルを使用する必要があるか、又はりこれらがデータ・チャネルを監視することによって真のチャネル・ベクトルを得てもよい。これは、例えば「多ヘッドのＩＡＰ」に全てのチャネルを受信させることにより、真のチャネル・ベクトル値が得られるようにし、かつデータ・チャネルにおいて全て成功セグメントの肯定応答（ＡＣＫ）メッセージを捕捉できるようにする。
全てのチャネルにおけるデータＡＣＫメッセージを監視することができる図１のインテリジェント・アクセス・ポイント（ＩＡＰ）１０６又は無線ルータ（ＷＲ）１０７が全チャネルを監視することができないノード１０２のような端末にＲＴＳを送出するときは、ノードは、ＩＡＰがＲＴＳパケットに提供する情報に基づき最大チャネル・ベクトルを更新してもよい。ＩＡＰは、チャネル・ベクトルがアナウンスされた最大値より短かったことを表す全セグメント良のＡＣＫメッセージを聞いた又は送信したに等しい情報を有することをＩＡＰ／ＷＲが検証するために、ノードが使用可能な情報を関連付ける必要があり得る。
本発明の一実施例によりこれを達成する一つの方法は、ＩＡＰにより空きがアナウンスされたチャネルにおいて最大ベクトルを有するとしてマークされたノードのアドレスのチェックサムを計算することである。ＲＴＳパケットにおいて送信されたこのチェックサムを、ノードにより使用してＩＡＰ／ＷＲチャネル監視テーブルにおけるアドレス・エントリはそのノードがそのテーブルに有していない同一エントリであるということを検証させてもよい。ノーであれば、ノードはチャネル・ベクトル情報を正しい値に変更してもよい。
端末が４８ビットのＭＡＣアドレス、ａａ、ｂｂ、ｃｃ、ｄｄ、ｅｅ、ｆｆに対するチャネル・ベクトルを有するときは（ただし各文字は４ビットである）、このエントリは、ＲＴＳにおいて適応できるように圧縮される必要がある。ＲＴＳは、長さが制御チャネルの使用を増加させ、かつアクセス衝突良を増加させる長さほど長くなり得ない。チェックサムは、送受信において計算され、かつチャネルがレディーであることを検証するために使用され得る関数ａ＝Ｆ（ＭＡＣアドレス）の単なる一例である。例えば、端末Ａがパケットを端末Ｂに送出し、かつ前のＲＴＳＢを送信した端末ＣがＲＴＳにおいてアナウンスしたことより早く通信を終了したことを端末Ａが知っているときは、チャネル・ベクトルが端末Ｃによる通信が予約されているので、端末Ａはａ＝Ｆ（ＣのＭＡＣアドレス）を有する端末ＢにＲＴＳパケットを送出する。端末Ｂは、ａ＝Ｆ（ＲＴＳにおいて提案したチャネルを予約した端末のＭＡＣアドレス）を計算し、かつこれを端末Ａによる送信と比較する。これが一致したときは、端末Ｂは、端末ＡがＢよりチャネルについてより知っていることを知り、ＣＴＳにより継続し、かつ応答することができる。
図４Ａ〜４Ｅは、本発明の一実施例により実施された図１に示すネットワークにおけるノード間の通信の一例を説明する図である。図４Ａ〜４Ｅは、図１におけるネットワーク１００のいくつかの通信中ノードを示す。図４Ａのネットワーク１００−１は、ノード１０２−１、１０２−２、１０２−３及び１０２−４と通信中のインテリジェント・アクセス・ポイント（ＩＡＰ）１０６を示すが、しかし図１の任意数のノード１０２、１０６及び１０７が含まれてもよい。特に、図４Ａ〜４Ｅは、ネットワークに隠れたノード（図示なし）が存在するときに、ＩＡＰと４ノードとの通信を示す。
本発明の一実施例によるＲＴＳ／ＣＴＳシーケンスを実行するノード間の通信は、一連の通信により示される。図４Ａに示す第１の通信において、ネットワーク１００−１の中心にあるＩＡＰ１０６は、ノード１０２−１から１再送により予測されたチャネル・ベクトルによる送信要求（ＲＴＳ）メッセージを受信する。このチャネル”Ａ”における通信の予測長は、２（送信＋再送）であるが、しかしどのような予測長も一例として提供されているとみなしてよい。
図４Ｂにおいて、ＩＡＰは、ＲＴＳメッセージに対してＩＡＰの放送レンジ内で全てのノードにより聞き取りできるＣＴＳメッセージにより応答する。図４Ｃに示すように、ノード１０２−１は、ＣＴＳメッセージの受信に対する応答においてＩＡＰ１０６へデータ・ストリームを送信する。送信及び全ての再送の成功終結により、ＩＡＰ１０６は全セグメント良のＡＣＫメッセージを図４Ｄにおけるノード１０２へ送出する。この通信において、ノード１０２−２、１０２−３及び１０２−４は、データ・チャネルを監視せず、かつそれぞれが、チャネル・ベクトル”Ａ”は、各ノード１０２−２、１０２−３及び１０２−４により聞き取られたノード１０２−１へ、ＩＡＰにより提供されたＣＴＳメッセージに基づく２のベクトル長に対して予約される。しかしながら、ＩＡＰ１０６（及びこのように行うために構築された任意の残りノード）は、データ・チャネルを監視し、かつチャネル”Ａ”に関する実際のチャネル・ベクトル長を判断する。
ノード１０２−１との通信後、ＩＡＰは、図４Ｅに示すように他のノード、例えばノード１０２−３のように図４Ｅに示された他のノードへ移動し、ＲＴＳメッセージをノード１０２−３に送出し、かつチャネル”Ａ”は空きであり、かつノード１０２−１のアドレスに対するチェックサムを指定することができる。ノード１０２−３は、チェックサムを比較し、かつチェックサムが空きであり、かつチェックサムがこのチャネルを使用しているとしてマークされたノードのアドレスと一致することを検証する。これは、ネットワーク１００−１の各ノードについて反復されてもよい。
本発明の第２の実施例おいて、各ノードは、最大チャネル・ベクトルに関して受信した情報が空きチャネル・メッセージを受信した同一ＩＡＰアドレスからであることを検証することができる。同一の動作は、これらがｎｂｒ ＲＴＳとしてＲＴＳメッセージを聞き取る時に、それぞれが制御チャネルを監視しているかどうかをノード１０２−２及び１０２−４により、実行することができる。
ノード通信は、ＩＡＰがデータ・フレームを送信する例と同様に動作する。この場合に、ＩＡＰは、全セグメント良のＡＣＫメッセージを受信し、従ってチャネル監視に基づいて空きとマークされたチャネルによりＲＴＳ又はＣＴＳメッセージを送信することができる。
以上で説明した本発明の一実施例は、データ・チャネルに含まれた再送を有することにより、再送のオーバーヘッドを軽減する。更に、以上で説明した新しいメディア・アクセス制御は、２モードにおける動作能力のために良チャネル及び不良チャネル共に効率的に動作する。この実施例は、マルチ・ヘッド構造と通信するときに非常に効率的であり、かつフェージング・チャネルにおいてＭＰＤＵを伝送するための最大時間を軽減するのに寄与する。
本発明の少数の実施例のみを以上で説明したが、当該技術分野に習熟する者は、本発明の新しい教示及び効果から実質的に逸脱することなく、これらの実施例において多くの変形が可能なことを容易に理解する。従って、このような変形の全ては、定義された本発明の範囲に含まれることを意図している。
Claims (36)
- アド・ホック通信ネットワークにおけるノード間の通信におけるチャネル・ベクトル長を確立する方法であって、前記ネットワークがそのネットワークにおける他のノードへ及び他のノードからの信号を送受信するようにされた複数ノードを含む方法において、
第１のデータ・チャネルを介して通信されるメッセージのチャネル・ベクトル長を予測し、
前記予測されたチャネル・ベクトル長を前記複数ノードのうちの少なくとも１ノードへ通信し、
前記予測されたチャネル・ベクトル長を前記複数ノードのうちの第１グループのノードへ通信するために前記少なくとも１ノードを制御し、
前記データ・チャネルを監視し、かつ前記監視したデータ・チャネルに基づいて実際のチャネル・ベクトル長を計算するために前記少なくとも１ノードを制御し、
前記実際チャネル・ベクトル長を前記複数ノードのうちの前記第１グループのノードへ通信するために前記少なくとも１ノードを制御する
ことを含む方法。 - 前記予測されたチャネル・ベクトル長の通信は、前記データ・チャネルのための第１動作モードであり、前記データ・チャネルを介する前記通信は、実質的な再送数に従う請求項１記載の方法。
- 前記チャネル・ベクトル長の予測は、
前記通信に対して期待された数の送信セグメント及び期待された数の再送セグメントに基づき前記チャネル・ベクトル長を予測するために１ノードを制御することを含む請求項１記載の方法。 - 前記予測されたチャネル・ベクトル長の前記通信は、
前記予測されたチャネル・ベクトル長を送信要求（ＲＴＳ）メッセージの一部として前記少なくとも１ノードへ通信するために前記少なくとも１ノードを制御することを含む請求項１記載の方法。 - 前記予測されたチャネル・ベクトル長の前記通信は、
前記予測されたチャネル・ベクトル長を送信クリア（ＣＴＳ）メッセージの一部として前記第１グループの前記複数ノードへ通信するために前記少なくとも１ノードを制御することを含む請求項１記載の方法。 - 前記データ・チャネルの前記監視は、
前記データ・チャネルを監視して少なくとも１つの部分セグメント肯定応答（ＡＣＫ）メッセージ及び全セグメント良肯定応答（ＡＣＫ）メッセージを検出するために制御することを含む請求項１記載の方法。 - 前記実際のチャネル・ベクトル長の前記計算は、
前記検出された少なくとも１つの部分セグメント肯定応答（ＡＣＫ）メッセージ及び前記全セグメント良肯定応答（ＡＣＫ）メッセージに基づいて実際のチャネル・ベクトル長を計算するために前記少なくとも１ノードを制御する
ことを含む請求項６記載の方法。 - 前記実際のチャネル・ベクトル長の前記監視は、
前記実際のチャネル・ベクトル長を送信要求（ＲＴＳ）メッセージの一部として前記第１グループの前記複数ノードへ通信するために前記少なくとも１ノードを制御することを含む請求項１記載の方法。 - 更に、
前記複数の第１ノードについてのチェックサムを計算するために前記少なくとも１ノードを制御し、
前記チェックサムを送信要求（ＲＴＳ）メッセージの一部として第２ノードの前記複数へ通信する
ことを含む請求項１記載の方法。 - 更に、
前記ＲＴＳメッセージに基づいて前記第２ノードにおけるチャネル・ベクトル・データ・ベースを更新するために前記第２ノードを制御する
ことを含む請求項９記載の方法。 - 更に、最大チャネル・ベクトル長を少なくとも１つの送信クリア（ＣＴＳ）及び送信要求（ＲＴＳ）メッセージの一部として前記第１グループのノードへ通信するために少なくとも１ノードを制御する
ことを含む請求項１記載の方法。 - 前記最大チャネル・ベクトル長の前記通信は、前記データ・チャネルに対する第２モードの動作であり、前記データ・チャネルを介する前記通信は、最小再送数に従う請求項１１記載の方法。
- アド・ホック通信ネットワークにおけるノード間の通信におけるチャネル・ベクトル長を確立するシステムであって、前記ネットワークがそのネットワークにおける他のノードへ及びからの信号を送受信するために適応された複数ノードを含むシステムにおいて、
第１のデータ・チャネルを介して通信されるメッセージのチャネル・ベクトル長を予測し、かつ前記予測されたチャネル・ベクトル長を前記複数ノードのうちの少なくとも１ノードへ通信するようにされた第１ノードを含み、
前記少なくとも１ノードは、前記予測されたチャネル・ベクトル長を前第１グループの記複数ノードに通信するようにされ、
前記少なくとも１ノードは、更に、前記データ・チャネルを監視し、かつ前記監視したデータ・チャネルに基づいて実際のチャネル・ベクトル長を計算するようにされ、
前記少なくとも１ノードは、更に、前記実際チャネル・ベクトル長を前記第１グループの前記複数ノードへ通信するようにされた
システム。 - 前記予測されたチャネル・ベクトル長の前記通信は、前記データ・チャネルのための第１モードの動作であり、前記データ・チャネルを介する前記通信が実質的な再送数に従う請求項１３記載のシステム。
- 前記第１ノードは、前記通信に対して期待された数の送信セグメント及び期待された数の再送セグメントに基づき前記チャネル・ベクトル長を予測するようにされた請求項１３記載のシステム。
- 前記第１ノードは、前記予測されたチャネル・ベクトル長を送信要求（ＲＴＳ）メッセージの一部として前記少なくとも１ノードへ通信するようにされた請求項１３記載のシステム。
- 前記少なくとも１ノードは、前記予測されたチャネル・ベクトル長を送信クリア（ＣＴＳ）メッセージの一部として前記第１グループの前記複数ノードへ通信するようにされた請求項１３記載のシステム。
- 前記少なくとも１ノードは、前記データ・チャネルを監視して少なくとも１つの部分セグメント肯定応答（ＡＣＫ）メッセージ及び全セグメント良肯定応答（ＡＣＫ）メッセージを検出するようにされた請求項１３記載のシステム。
- 前記少なくとも１ノードは、前記検出された少なくとも１つの部分セグメント肯定応答（ＡＣＫ）メッセージ及び前記全セグメント良肯定応答（ＡＣＫ）メッセージに基づいて実際のチャネル・ベクトル長を計算するようにされた請求項１８記載のシステム。
- 前記少なくとも１ノードは、前記実際のチャネル・ベクトル長を送信要求（ＲＴＳ）メッセージの一部として前記複数ノードのうちの前記第１グループへ通信するようにされた請求項１３記載のシステム。
- 前記複数ノードのうちの前記第１ノードについてのチェックサムを計算し、かつ前記チェックサムを送信要求（ＲＴＳ）メッセージの一部として前記複数のノードのうちの第２ノードへ通信するようにされた請求項１３記載のシステム。
- 前記第２ノードは、前記ＲＴＳメッセージに基づいて前記第２ノードにおけるチャネル・ベクトル・データ・ベースを更新するために前記第２ノードを制御するようにされた請求項２１記載のシステム。
- 前記少なくとも１ノードは、最大チャネル・ベクトル長を少なくとも１つの送信クリア（ＣＴＳ）及び送信要求（ＲＴＳ）メッセージの一部として前記第１グループのノードへ通信するようにされた請求項１３記載のシステム。
- 前記最大チャネル・ベクトル長の前記通信は、前記データ・チャネルに対する第２モードの動作であり、前記データ・チャネルを介する前記通信は、最小再送数に従う請求項２３記載のシステム。
- アド・ホック通信ネットワークにおけるノード間の通信におけるチャネル・ベクトル長を確立するようにされたコンピュータ読み出し可能な命令媒体であって、前記ネットワークがそのネットワークにおける他のノードへ及びからの信号を送受信するように適応された複数ノードを含むコンピュータ読み出し可能な命令媒体において、
第１のデータ・チャネルを介して通信されるメッセージのチャネル・ベクトル長を予測し、かつ前記予測されたチャネル・ベクトル長を前記複数ノードの少なくとも１ノードへ通信するようにされた第１命令セットと、
前記予測されたチャネル・ベクトル長を前記複数ノードのうちの第１グループのノードへ通信するようにされた第２命令セットと、
前記データ・チャネルを監視し、かつ前記監視したデータ・チャネルに基づいて実際のチャネル・ベクトル長を計算するようにされた第３命令セットと、
前記実際チャネル・ベクトル長を前記複数ノードのうちの前記第１グループのノードへ通信するようにされた第４命令セットと
を含むコンピュータ読み出し可能な命令媒体。 - 前記予測されたチャネル・ベクトル長の前記通信は、前記データ・チャネルのための第１モードの動作であり、前記データ・チャネルを介する前記通信が実質的な再送数に従う請求項２５記載のコンピュータ読み出し可能な命令媒体。
- 前記第１命令セットは、
前記通信に対して期待された数の送信セグメント及び期待された数の再送セグメントに基づき前記チャネル・ベクトル長を予測するようにされている請求項２５記載のコンピュータ読み出し可能な命令媒体。 - 前記第１命令セットは、前記予測されたチャネル・ベクトル長を送信要求（ＲＴＳ）メッセージの一部として前記少なくとも１ノードへ通信するようにされた請求項２５記載のコンピュータ読み出し可能な命令媒体。
- 前記第２命令セットは、前記予測されたチャネル・ベクトル長を送信クリア（ＣＴＳ）メッセージの一部として前記第１グループのノードへ通信するために前記少なくとも１ノードを制御するようにされている請求項２５記載のコンピュータ読み出し可能な命令媒体。
- 前記第３命令セットは、前記データ・チャネルを監視して少なくとも１つの部分セグメント肯定応答（ＡＣＫ）メッセージ及び全セグメント良肯定応答（ＡＣＫ）メッセージを検出するように制御されている請求項２５記載のコンピュータ読み出し可能な命令媒体。
- 前記第３命令セットは、前記検出された少なくとも１つの部分セグメント肯定応答（ＡＣＫ）メッセージ及び前記全セグメント良肯定応答（ＡＣＫ）メッセージに基づいて実際のチャネル・ベクトル長を計算するように前記少なくとも１ノードを制御するようにされている請求項３０記載のコンピュータ読み出し可能な命令媒体。
- 前記第４命令セットは、前記実際のチャネル・ベクトル長を送信要求（ＲＴＳ）メッセージの一部として前記複数ノードのうちの前記第１グループのノードへ通信するようにされた請求項２５記載のコンピュータ読み出し可能な命令媒体。
- 更に、
前記複数の第１ノードについてのチェックサムを計算し、かつ前記チェックサムを送信要求（ＲＴＳ）メッセージの一部として第２ノードの前記複数へ通信するために少なくとも１ノードを制御するようにされた第５命令セットを含む請求項２５記載のコンピュータ読み出し可能な命令媒体。 - 更に、
前記ＲＴＳメッセージに基づいて前記第２ノードにおけるチャネル・ベクトル・データ・ベースを更新するために前記第２ノードを制御するようにされた第６命令セットを含む請求項３３記載のコンピュータ読み出し可能な命令媒体。 - 前記第２命令セットは、最大チャネル・ベクトル長を少なくとも１つの送信クリア（ＣＴＳ）及び送信要求（ＲＴＳ）メッセージの一部として前記第１グループのノードへ通信するために前記少なくとも１ノードを制御するようにされた請求項２５記載のコンピュータ読み出し可能な命令媒体。
- 前記最大チャネル・ベクトル長の前記通信は、前記データ・チャネルに対して第２モードの動作であり、前記データ・チャネルを介する前記通信が最小再送数に従う請求項３５記載のコンピュータ読み出し可能な命令媒体。
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