JP2006166483A - 無線スイッチングを実行する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】端末が同じ媒体を共用するポイント−マルチポイント無線ネットワークの性能を改善する。
【解決手段】基本サービスシステムまたはセル内の複数のユーザ（１０１〜１０５）間の通信のための無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）システムにおいて、ポイント−マルチポイント通信をユーザに送信し（１１６）、前記ユーザから受信する（１１８）スイッチングアクセスポイント（ＳＡＰ）（１０６）を備えた。複数のポートをＳＡＰで利用することができ、ユーザ間の通信を分離して衝突を防止するために、永続的ではない周波数の割当能力で、および動的または疑似ランダム搬送波割当能力で、複数のポートが、単一の搬送周波数に各々割り当てられる。ＳＡＰの代替実施形態は、ビーム形成を用いて、複数のユーザへの割当のための空間的ポートを提供する。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、様々なユーザが接続された無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）に関し、より詳細には、衝突防止のためのＷＬＡＮシステムのスイッチングに関する。

ＷＬＡＮシステムは、無線通信用の許認可の必要のない帯域を使用する。無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）通信システムの伝送は、特定の端末から所望の宛先、例えば、同じ基本サービスシステム（ＢＳＳ）内の他の端末またはバックボーンネットワークに行うことができるが、常に同じ搬送波である。ＷＬＡＮの動作には、２つのモード、アドホックとインフラストラクチャとがある。アドホックモードでは、端末は、マルチポイント−マルチポイントの態様で相互に話すことができる。インフラストラクチャモードでは、アクセスポイント（ＡＰ）が基地局として動作し、ユーザ間の伝送を制御して、ポイント−マルチポイント無線ネットワーク提供する。全てのユーザは、ＷＬＡＮにおいて同じ媒体を共有するので、インフラストラクチャモードは、やや高い負荷から高い負荷のネットワークに対して効率が良くなる。

インフラストラクチャモードでは、端末は、所望の宛先にデータを送信する際に、最初にＡＰと通信する。ＡＰは、所望の宛先まで情報をブリッジングし、またはルーティングする。従って、このモードでは、ＷＬＡＮ通信システムのＡＰは、ＢＢＳまたはセル内の伝送を制御する。

メディアアクセス制御（ＭＡＣ）プロトコルは、帯域を共有するＷＬＡＮユーザのチャネルの利用を調整するように定義されている。このＭＡＣプロトコルは、同じ時にチャネルにアクセスするユーザ間の衝突を防止するようになっている。プロトコルの能力は、衝突防止の成功によって計測される。

ＷＬＡＮで使用される２つのプロトコルは、ＣＳＭＡ／ＣＡ ＭＡＣおよびＣＳＭＡ／ＣＤイーサネット（登録商標）プロトコルである。両方のプロトコルは、他の伝送の搬送波を検出する。イーサネット（登録商標）に、イーサネット（登録商標）ハブ、イーサネット（登録商標）スイッチを含む様々な方法で接続することができる。イーサネット（登録商標）ハブは、ポイント−マルチポイント接続で、性能に影響を与えずに、中央のポイントにコネクションを集中する。イーサネット（登録商標）スイッチは、端末から到達するパケットがあるときは、いつでも動作する。スイッチは、宛先アドレス読み出し、どのポートに接続するかを知り、２つの物理的なポートの間の直接接続を行う。イーサネット（登録商標）スイッチの利点は、ＭＡＣが媒体上で他のユーザを検知しないことである。この媒体は、衝突の確率を減らし、イーサネット（登録商標）ハブと比較して、スループットを増やすことにより、性能を高める。イーサネット（登録商標）ハブは、目的の受信器が１つの場合であっても、受信したパケットを全てのユーザに転送する。ハブは、アドレス情報を見ない。イーサネット（登録商標）スイッチは、目的の宛先にのみ直接パケットを送信する。その結果、利用可能な帯域をより有効に利用する。

共通のＷＬＡＶ ＡＰは、同時に１以上の搬送周波数を使用できない。その結果、プロトコルの効率が低い。イーサネット（登録商標）スイッチは、イーサネット（登録商標）プロトコルの効率をかなり改善することが証明されている。

従って、端末が同じ媒体を共用するポイント−マルチポイント無線ネットワークの性能を改善する方法が必要とされている。

基本サービスシステムまたはセル内の複数のユーザ間の通信のための無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）通信システムにおいて、ポイント−マルチポイント通信をユーザに送信し、ユーザから受信するスイッチングアクセスポイント（ＳＡＰ）を備える。複数のポートをＳＡＰで利用することができ、ユーザ間の通信を分離して衝突を防止するために、永続的ではない周波数の割当能力で、および動的または疑似ランダム搬送波割当能力で、複数のポートが、単一の搬送周波数に各々割り当てられる。

ＳＡＰの代替実施形態は、ビーム形成を用いて、複数のユーザへの割当のための空間的（spatial）ポートを提供する。

図１Ａに、イーサネット（登録商標）スイッチ機能をアクセスポイント（ＡＰ）に適用し、多周波操作が可能で、ＡＰがスイッチングアクセスポイント（ＳＡＰ）となるシステムを示す。周波数搬送波ｆ１〜ｆ５は、ＳＡＰにおいて異なるポートとして扱われ、ユーザ端末１０１〜１０５は、制御された方法で、周波数搬送波ｆ１〜ｆ５に集中されたアクセスを有する。

図１Ａに示したように、各ユーザ端末１０１〜１０５は、周波数搬送波ｆ１〜ｆ５が割り当てられ、ＳＡＰ１０６は、各周波数搬送波ｆ１〜ｆ５を受信し、送信することができる。各ユーザ端末１０１〜１０５に搬送波ｆ１〜ｆ５を永続的に割り当てることを避けるために、２つの方法を用いる。好適な実施形態では、ユーザ端末１０１〜１０５に搬送波ｆ１〜ｆ５を永続的に割り当てないことが、本質的ではないが、望まれる。永続的ではない割当は、データを送信していない端末に周波数を割り当てることを避ける。使用できる周波数よりも多くの端末がある場合に、永続的に周波数を割り当てられた端末が、その周波数を使わなければ、送信するデータを有する端末が、送信するのを妨げる。

動的搬送波割当（ＤＣＡ）方式を、ユーザ端末１０１〜１０５が共用の搬送波で送信要求（ＲＴＳ：request-to-send）を送信すると、ＳＡＰが、送信に用いることができる搬送波を示す送信許可（ＣＴＳ：clear-to-send）を応答する場合に、適用することができる。

代替的に、周波数ホッピング方式を使用して、ユーザ端末１０１〜１０５が、ユーザ端末１０１〜１０５とＳＡＰ１０６とにより予め知られた搬送波を変更する疑似ランダム手順を有する場合に、２つの端末が同時に同じ搬送波を使用する確率を最小化する。現在の802.11b標準に従って開発された好適なＷＬＡＮについては、３つの搬送波を周波数ホッピングに使用する。802.11a標準については、８つの搬送波を周波数ホッピングに使用する。無線スイッチングシステム１００は、ＤＣＡと周波数ホッピングとを別々にまたは組み合わせて適用することができる。

図１Ｂに、多周波数を使用する好適なユーザ端末とＳＡＰを示す。ＳＡＰ１０６は、周波数（周波数ポート）をユーザ端末１０１〜１０５に割り当てる周波数割当装置１２０を有する。多周波受信器１１８は、割り当てられた周波数ポートを使用してユーザ端末１０１〜１０５より送信されたデータを受信する。多周波送信器１１６は、宛先端末に割り当てられた周波数を使用して、ある端末から他の端末にデータを送信する。多周波送信器１１６は、好適には、周波数割当をユーザ端末１０１〜１０５に送信する。アンテナ１２２またはアンテナアレイを使用して、無線インタフェース１２４を介してＳＡＰ１０６によりデータを送信し、受信する。

ユーザ端末１０１〜１０５は、周波数割当を受信し、端末に割り当てられた周波数で送信されたデータを復元する多周波受信器１１４を有する。周波数制御器１０８は、受信した割り当てられた周波数を用いて、ユーザ端末１０１〜１０５の送信および受信周波数を制御する。多周波送信器１１０は、割り当てられた周波数でデータを送信する。

図２Ａに、各ユーザ端末２０１〜２０５に、特定の周波数ではなく空間的ポートを割り当てることにより無線スイッチングする代替の実施形態を示す。図２Ａに示すように、空間的ピームｂ１〜ｂ５はビーム形成により生成され、ユーザ端末２０１〜２０５を相互に分離するポートして用いられる。ＳＡＰ２０６は、各ユーザ端末２０１〜２０５の宛先アドレスを認識し、ビームと各アドレスとを関連付ける。ＳＡＰ２０６は、同じ時刻に１以上のビームを受信することができる。

図２Ｂに、空間的ピームを使用する好適なユーザ端末とＳＡＰを示す。ＳＡＰ２０６は、どのビーム（空間的ポート）を特定のユーザに関連つけるかを決定するビーム制御器２２０を有する。制御器２２０は、ビーム形成送信器２１６およびビーム形成受信器２１８にビーム情報を提供し、適切な空間的ポートを所与の端末に使用する。アンテナ２１４を使用して、無線インタフェース２２２を介して送信し、受信する。

端末２０１〜２０５に、アンテナアレイ２１２を使用して送信されたデータを受信するビーム形成受信器２１０を有する。ビーム形成送信器２０８を使用して、アレイ２１２を用いてＳＡＰ２０６にデータを送信する。

図１Ａ，１Ｂ，２Ａおよび２Ｂのシステム構成は、５つのユーザ端末を示すが、あらゆる数のユーザ端末を使用することができる。例示のためだけを意図しており、システムの能力の範囲を限定し、制限するものではない。図１Ａおよび２Ａの無線スイッチングシステムを、別々にまたは組み合わせて使用することができる。図示してように、ユーザ端末１０１〜１０５を、空間的ピームおよび周波数の組み合わせにより識別することができる。図１Ａおよび２Ａの無線スイッチングシステムを、これに限定されないが、直接拡散（ＤＳ：direct sequence）ＷＬＡＮおよび直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）ＷＬＡＮシステムを含むシステムに適用することができる。

周波数搬送波イーサネット（登録商標）ポートのＷＬＡＮのシステム構成図である。 周波数搬送波イーサネット（登録商標）ポートを使用するユーザ端末とスイッチングアクセスポイントの概要図である。 空間的ビームイーサネット（登録商標）ポートのＷＬＡＮのシステム構成図である。 空間的ビームイーサネット（登録商標）ポートを使用するユーザ端末とスイッチングアクセスポイントの概要図である。

符号の説明

１０１〜１０５，２０１〜２０５ ユーザ端末
１０６，２０６ ＳＡＰ

Claims (9)

1. 基本サービスシステムまたはセル内の複数のユーザ間の通信のための無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）システムにおいて、
   ポイント−マルチポイント通信をユーザに送信し、前記ユーザから受信するスイッチングアクセスポイント（ＳＡＰ）と、
   前記ユーザ間の通信を分離して衝突を防止するために、単一の搬送周波数に各々割り当てられた複数のポートとを備え、
   前記周波数の割当は、永続的ではなく、動的または疑似ランダム搬送波割当能力を有することを特徴とするシステム。
2. 前記永続的でない割当は、前記ユーザからの送信要求信号と前記ＳＡＰからの送信許可信号とにより達成される動的搬送波割当であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記送信許可信号は、前記ユーザに割り当てられた周波数を示すことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
4. 前記送信許可信号は、前記ユーザに割り当てられた疑似ランダム搬送波を示すことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
5. 前記疑似ランダム搬送波割当は、搬送波の変更手順に沿って前記ユーザの周波数をホッピングすることにより達成され、前記手順は、前記ユーザおよび前記ＳＡＰに予め知られていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 基本サービスシステムまたはセル内の複数のユーザ間の通信のための無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）システムにおいて、
   ポイント−マルチポイント通信をユーザに送信し、前記ユーザから受信するスイッチングアクセスポイント（ＳＡＰ）と、
   前記ユーザ間の通信を分離して衝突を防止するために、単一の空間的ピームに各々割り当てられた複数のポートとを備え、
   前記ＳＡＰは、一度に１以上の空間的ピームを受信することを特徴とするシステム。
7. ビーム形成を使用して前記空間的ピームを生成することを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）ユーザ端末であって、
   送信要求メッセージを送信し、割り当てられた送信搬送波でデータを送信する多周波送信器と、
   第１周数で送信許可信号を受信し、割り当てられた受信搬送波でデータを受信する多周波受信器と、
   前記多周波受信器と結合され、前記ユーザの割り当てられた送信搬送波および受信搬送波を、前記受信した送信許可信号を用いて決定する周波数制御器と
   を備えたことを特徴とするＷＬＡＮユーザ端末。
9. 前記送信許可信号は、疑似ランダム送信および受信搬送波割当を示すことを特徴とする請求項８に記載のＷＬＡＮユーザ端末。

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