JP2006287933A - 無線分散型ネットワークのためのメディアアクセス制御方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】無線分散型ネットワークにおける媒体アクセス制御方法を開示する。
【解決手段】ノードは自分宛てのRTSパケットを受信する場合、SFIS時間間隔待機した後、CTSパケットを送信するプロセスと、キャリアセンスしてタイムをカウントし、CTSパケット送信完了後のCLR_Threshold時間間隔においてずっとチャネルを利用していないことを検出すると、該CLR_Threshold時間を終了した後、消去パケットを送信するプロセスと、消去パケットを受信したノードは全て現在のNAVを零にリセットするプロセスと、を備える。本発明は、受信機でNAVをクリアする情報を発信することによって、CTS伝送の失敗による不必要なNAV設置の問題を解決して、システムのスループットと遅延などの性能を改善する。
【選択図】図8
【解決手段】ノードは自分宛てのRTSパケットを受信する場合、SFIS時間間隔待機した後、CTSパケットを送信するプロセスと、キャリアセンスしてタイムをカウントし、CTSパケット送信完了後のCLR_Threshold時間間隔においてずっとチャネルを利用していないことを検出すると、該CLR_Threshold時間を終了した後、消去パケットを送信するプロセスと、消去パケットを受信したノードは全て現在のNAVを零にリセットするプロセスと、を備える。本発明は、受信機でNAVをクリアする情報を発信することによって、CTS伝送の失敗による不必要なNAV設置の問題を解決して、システムのスループットと遅延などの性能を改善する。
【選択図】図8
Description
本発明は、無線分散型ネットワークのためのメディアアクセス制御(MAC,Medium Access Control)方法及びそれに使用される装置に関し、特に無線ローカルネットワークにおけるネットワーク分配ベクトル(Network Allocation Vector, 以下NAV)を消去する方法及び使用される装置に関する。本発明の方法と装置は、伝送失敗によって,NAVが必要なくなったにも関わらず,NAVが消去できない問題を解決でき、NAVを消去する情報が受信機にて送信されることによって、無線システムのスループット及び遅延などの性能を改善する。
無線メディアアクセス制御(MAC)技術は、集中制御型と分散制御型に分けられる。分散制御型方式において、移動端末のようなノードの全ては、自ノードの情報のみを把握し、チャネルへのアクセス権を平等に持つ。このような分散型環境において、それらのリソースに対する共有は、分散型メディアアクセス制御方法の設計と実施に依存している。
しかしながら、リソース分配を統一的に行う集中制御装置がないため、ノードのそれぞれが個別に自分のパケットのみを制御し、隠れ端末と晒し端末の問題が生じる。これらは性能に影響を与えている要因である。例えば、二つの送信ノードが互いの探知範囲内に位置しておらず、互いに独立してパケットを同一の受信ノードに送信する時に、受信ノードにおいて、互いに異なる2つの送信ノードからのパケットの衝突が発生し、システムの性能を低下させてしまう。また、二つの送信ノードが互いの探知範囲内に位置しているが、それらの受信ノードが互いの探知範囲内に位置していない時には、一つの送信ノードは、他の送信ノードのパケット伝送を探知することによって自己のパケットを送信しなくなる。元々両方のパケットの同時伝送が可能な場合にも関わらず、周囲ノードのパケット伝送を探知することによって禁止されてしまうことは、システムリソースの無駄使いを招いてしまう。
IEEE802.11標準は、無線ローカルネットワーク(WLAN)に対してメディアアクセス制御(MAC)層と物理層の特性を規定している。そこでは、MAC層プロトコルは通信に参入しているアクセスポイントがあるかどうかに基づいて、無競争期間(CFP,Contention FreePeriod)のために用いられる点協調機能(PCF,Point Coordination Function)と競争期間(CP,Contention Period)のために用いられる分配協調期間(DCF,Distributed Coordination Function)とを定義している。PCFは、ランダムアクセスプロトコル技術として用いられるポーリングメカニズムを提供して、アクセスポイント(AP)によってそのアクセス範囲内の全てのノードをポーリングして無衝突伝送を実現する。更に普及しているアクセスポイントが存在しない通信環境においては、DCFは衝突回避を有する搬送波モニタリング多重アクセス(CSMA/CA)プロトコルを採用して、各ノードが独立にアクセスチャネルを決定して、アクセス失敗時に退避過程に進みチャネルに再アクセスして、より柔軟且つ効果的な自己組織型無線通信プロトコルを提供している。
各ノード間で公平且つ効果的に無線チャネルを共有し、データパケットの衝突を低減するために、DCFは、送信要求パケット(RTS:Request To Send)/CTS(CTS:Clear To Send)/データパケット(DATA)/応答パケット(ACK:Acknowledgement)である(RTS/CTS/DATA/ACK)に基づくハンドシェーク過程を定義しており、ノードごとに独立に設定されたNAVに合わせて、部分的に隠れ端末問題を解決することでシステム性能をさらに向上する。
しかしながら、RTS,CTSパケットが非常に短くても、他のパケットと衝突することや無線環境によって誤りとされる可能性がある。これらのパケットが正しい宛先ノードに受信されなければ、周囲の関係ないノードに受信されてしまう。この場合には、NAVを誤って設定することが生じてしまう。
具体的には、図1に示すように、あるノードにパケットが到着したときに、キャリアセンスはチャネルのアイドルを判明し、アイドル時間がDCFフレームの間隔(DIFS)以上であるときには、当該ノードが短い送信要求パケットを直ちに送信する。逆に、チャネルがビジーまたはアイドル時間がDIFS未満であることを判明すると、チャネルがアイドルで且つアイドル時間がDCF間隔(DIFS)と等しくなる時点で退避(Backoff)過程に移行して、退避過程を終了した後でRTSを送信する。ここで、送信要求パケットには、送信ノードアドレス(TA,Transmitter Address)と、受信ノードアドレス(RA,Receiver Address)と、その後のパケット伝送を終了するために必要な持続時間(Duration)とを含み、当該値は、その後のデータパケット(DATA)を送信するために必要な持続時間と、一つのCTSパケット及び一つのACKパケットを送信するために必要な持続時間と、三つのショートフレーム間隔(Short Interframe Space、以下SIFSという)との時間の合計に等しいものである。受信ノードは、RTSを正確に受信して一つの短いフレーム間隔(SIFS)を経過した後で、一つの短いCTSを回送する。その内容には、RTS中のTAからコピーしてなる受信ノードアドレスRA及びその後のパケット伝送を終了するために必要な持続時間を含んでおり、ここでの持続時間は、受信したRTS中の持続時間からCTSパケットを送信するための時間及び一つのSIFSを減じた時間である。送信ノードでは、CTSを成功裡に受信すると、一つのSIFSの経過を待ち、データ(DATA)パケットを送信し、受信ノードでは、当該パケットを成功裡に受信した時に、一つのSIFSの経過を待ち、応答パケット(ACK)を送信して確認を行う。これと同時に、隠れ端末間のパケット衝突を回避するために、送信ノードの通信範囲内に有するRTSを成功裡に受信した非受信ノードと受信ノードの通信範囲内に有するCTSを成功裡に受信した非送信ノードとは、前記パケットを受信した後で、これらのパケット中のDuration値をその現在のNAV値と比較し、比較的大きい値でNAVを更新し、且つ有するノードに対してはそのNAV値がゼロとなるときのみに競争を発起して無線チャネルにアクセスすることを約束する。これによって、データパケット前の短いRTS/CTSハンドシェーク過程と退避アルゴリズムに基づくキャリアセンスによって、分散型ネットワーク中の各独立ノードはチャネルにアクセスするときの衝突確率が低減され、NAVでの無線リソースの仮想予約を導入することによって、現在の通信ノードによる通信範囲内の他のノードに対するパケットアクセスを抑制して、データパケットの無衝突伝送を一定程度保証する。
しかしながら、DCFにおいてパケットの成功伝送は、RTS/CTSの成功交換及び周囲ノードでのNAVの正確な設定に依存しているので、RTSまたはCTSがパケット衝突、無線環境中の信号減衰及び移動性などの影響によって受信ノードまたは送信ノードで正確に受信されなかった場合には、その通信範囲内の他のノードでのNAVの設定が自ノードのパケット伝送を不必要に遅延して、システムリソースの無駄使いを招いてしまう。
図2に、受信ノードが送信ノードから送信されたRTSを成功裡に受信できていないときの、他のノードでのNAVの設定の例を示す。図2の左側には送信ノードと受信ノードの位置分布を、右側には各ノードのNAVの設定を、それぞれ示している。図2に示すように、ノードCがパケットをノードDに送信しようとするときには、まずノードDに一つの短いRTSパケットを送信する。このとき、ノードDはパケット衝突や信号減衰や移動性などのような原因でノードCからのRTSを正確に受信していないが、ノードCの通信範囲内にあるノードBがRTSを成功裡に受信してNAVを設定する。すると、当該図中の右側のノードBが設定したNAVで表わされた持続時間内に、ノードAからノードBに送信されたRTSパケットは応答を得ることができない。実際上、ノードCからノードDに送信されたRTSの伝送失敗によって、ノードCはチャネルに成功裡にアクセスできていない。従って、ノードBでのノードCからノードDに送信されたRTSパケットを受信することによるNAVの設定は、ノードB及びその通信範囲内のノード(例えばノードA)のパケット伝送を不必要に遅延してしまう。通常、このような状況は、RTSの受信による不必要なNAV設定問題と称される。
類似したものとして、CTSパケットの伝送失敗も、受信ノード通信範囲内の他の非送信ノードにて不必要なNAVの設定を同様に招いてしまい、通常、このような状況はCTSの受信による不必要なNAV設定問題と称される。図3に示すように、例えば、ネットワーク中のノードCからノードDにRTSパケットを送信するときに、ノードDがRTSパケットに応答してノードCにCTSパケットを送信する。ノードDの通信範囲内にあるノードEがCTSパケットを成功裡に受信して、これによってNAVを設定したとする。このとき、図3において、ノードE右側のノードFは、ノードEの設定したNAVで表わされた遅延時間内にノードEに送信したRTSパケットには、応答を獲得することができない。従って、ノードE及びその通信範囲内のノード(例えばノードF)のパケット伝送を不必要に遅延してしまう。
従来からWLANのMACプロトコルに対する研究過程において、パケット衝突がシステム性能に影響している最も主要な要素と見られており、仮にパケット伝送が失敗で且つパケット衝突のみが生じていることを前提とすると、CTSの誤伝送確率はRTSより極めて小さいはずである。これにより、前記のRTSの受信による不必要なNAV設定問題を如何にして解決するのかということが注目されている。例えば、802.11DCFは、NAVリセットの方法を定義している。1999年のANSI/IEEE Std 802.11―1999において公開された「無線ローカルネットワークメディアアクセス制御(MAC)及び物理層規範」には、一つのノードのNAV設定を更新するための情報がRTSからのものであり、当該ノードがRTSパケットを受信した後、(2*SIFS+CTS送信所要時間+2*タイムスロット間隔)の時間間隔内にチャネルビジーを検出していない場合には、当該ノードがそのNAVをゼロにリセットすることを受諾する、ここで、2*タイムスロット間隔とは伝送中の遅延要素を考えたものであり、図4に示すようになる。図4において、ノードBがノードCから送信されたRTSパケットを受信したときに、設定された(2*SIFS+CTS送信所要時間+2*タイムスロット間隔)を経過した後でも、チャネルビジーを検出しなければ、ノードBのNAVをゼロにリセットし、チャネルにアクセスすること、他のノード(例えば、ノードA)のパケットを受信すること及びCTSパケットを送信することを準備する。
また、S.Ray,JCarruthersとD.Ktarobiniskiは、2003年3月のIEEE WCNC2003,New Orleans,pp.1516―1521において公開された「RTS/CTS−induced Congestion in Ad−hoc Wireless LANs」を標題とした論文には、RTSの受信による不必要なNAV設定を解決するための他の方法が提供されている。当該方法は、遅延時間を定義して、送信ノード周囲の全部非受信ノードがRTSを成功裡に受信した後、自己の伝送に対して当該遅延時間を遅延することを規定している。当該ノードは、遅延時間が終了した後にチャネルビジーを判明すれば遅延し続け、図5Aに示すようになる。そうでなければ、遅延時間が終了した後に、チャネルにアクセスすることが可能であり、図5Bに示すようになる。
以上の方法の提出は、いずれも予め定義したハンドシェーク過程に基づくものである、即ち、RTS/CTSパケットが成功裡に送受信できれば、RTSの送信後のある時間内に送信ノードが必ずデータパケットを送信するので、送信ノードの周囲に有する非受信ノードは、一定時間後にチャネルビジーを続けてキャリアセンスできるかどうかに基づいて、現在の伝送の成功または失敗を判断できる。それらのCTSの受信によってNAVを設定するノードに対しては、現在の伝送が成功するか否かに関わらず、それらは受信ノードの受信過程によって現在の通信状態を判断することができなくなり、前記方案がCTSの受信による不必要なNAV設定問題を解決するために用いられることができなくなる。
また、無線伝搬の特徴によってパケットの伝送が衝突に依存することだけでなく、より多くは予測できない無線環境、例えば減衰、物体の移動、及び空間環境などに影響される。そこで、CTSの伝送失敗による不必要なNAV設定問題を解決するための効果的な改良メカニズムを提供することが必要であり、不必要なNAV値を消去することでリソース利用率を向上させる。
前記問題に鑑み、本発明は、無線分散型ネットワークのためのメディアアクセス制御(MAC)方法及び装置を提供して、CTSの伝送失敗による不必要なNAV設定問題を解決することを目的とする。
本発明の目的を実現するために、本発明の一つの特徴によると、RTSパケットを受信し、RTSパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致しているか否かを検出するプロセスと、RTSパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致している場合、SIFSの時間間隔待機した後、CTSパケットを送信して受信したRTSパケットに応答し、キャリアセンス状態に入るプロセスと、CTSパケットを送信したノードが、予め定めたCLR_Threshold時間間隔を経過した後、まだチャネルが利用されていないと判明すると、他のノードにNAVを零にリセットするような消去パケットを送信するプロセスと、を備えることを特徴とする無線ネットワークにおけるメディアアクセス制御方法を提供する。
本発明の他の一つの特徴によると、ノードは自分宛てのRTSパケットを受信する場合、SFIS時間間隔待機した後、CTSパケットを送信するプロセスと、キャリアセンスしてタイムをカウントし、CTSパケット送信完了後のCLR_Threshold時間間隔においてずっとチャネルを利用していないことを検出すると、該CLR_Threshold時間を終了した後、消去パケットを送信するプロセスと、消去パケットを受信したノードは全て現在のNAVを零にリセットするプロセスと、を備えることを特徴とする無線分散型ネットワークにおけるメディアアクセス制御方法を提供する。
本発明の他の一つの特徴によると、送信ノードが宛先受信ノードにRTSパケットを送信するプロセスと、宛先受信ノードが前記RTSパケットを受信し、SIFS時間間隔待機した後、CTSパケットを送信するプロセスと、宛先受信ノードはCTSパケットを送信した後、チャネル状態を判明するプロセスと、宛先受信ノードが予め定めたCLR_Threshold時間間隔が経過した後、まだチャネルが利用されていないと判明すれば、他のノードにNAVを零にリセットするような消去パケットをネットワークに送信するプロセスと、を備えることを特徴とする無線分散型ネットワークにおけるメディアアクセス制御方法を提供する。
本発明の他の一つの特徴によると、パケットの受信が成功したか否かを判断し、パケットの種類を確認し、判断と確認の結果に基づいて後続の操作を指示するための受信処理装置と、チャネル状態を判明してタイムをカウントし、CTSパケットを送信した後に予め定めたCLR_Threshold時間間隔においてチャネルの状態を把握し、前記CLR_Threshold時間間隔を経過した後、まだチャネルを利用していない場合、送信装置に消去パケットを送信するように指示するためのキャリアセンス・計時装置と、NAVを保持し、受信処理装置の処理結果によってNAVの値を更新するためのNAV保持・計時装置と、を備えることを特徴とする無線分布式ネットワークにおけるメディアアクセス制御装置を提供する。
本発明の他の一つの特徴によると、パケットを送信するための送信装置と、無線チャネルからのデータを受信し、受信処理装置に転送して処理を行うための受信装置と、パケットの受信が成功したか否かを判断し、パケットの種類を確認し、判断と確認の結果に基づいて後続の操作を指示するための受信処理装置と、チャネル状態を把握して時間を計り、CTSパケットを送信した後に予め定めたCLR_Threshold時間間隔においてチャネルの状態を判明し、前記CLR_Threshold時間間隔を経過した後、まだチャネルを利用していない場合、送信装置に消去パケットを送信するように指示するためのキャリアセンス・計時装置と、NAVを保持し、受信処理装置の処理結果によってNAVの値を更新するためのNAV保持・計時装置と、を備えることを特徴とする無線分布式ネットワークに用いるメディアアクセス制御ノードを提供する。
本発明によると、不必要なNAVを消去する情報が受信機で送信されることによって、CTSの伝送失敗による不必要なNAV設定問題を解決し、システムのスループット及び遅延などの性能を改善する。
以下では、図面に合わせて本発明の好ましい実施例について説明することによって、本発明の前記または他の目的、特徴及び利点がより明瞭であろう。
以下に、本発明の実施例について図面を参照して詳しく説明する。説明には、本発明に対する理解に混乱を生ずることを防ぐために、本発明に対して必要でない細部と機能を省略する。
以下に、図6を参照して本発明の実施例によるメディアアクセス制御装置の構成及びその操作を説明する。
例として、本発明のメディアアクセス制御装置は無線分散型ネットワークを用いているが、本発明はそれに限定されるものではなく、その他のネットワークにも応用できるものである。
図6を参照すると、本発明によるメディアアクセス制御装置が移動ノードごとに含まれており、携帯電話、ノート型コンピュータやPDAなどのような移動ノードには、送信記憶ユニット71と、チャネルアクセスユニット72と、送信ユニット73と、NAV(NAV)保持・計時ユニット74と、遅延ユニット75と、受信処理ユニット76と、受信ユニット77と、キャリアセンス・計時ユニット78とを含んでもよい。
実際の例としては、802.11DCFを例として、キャリアセンスとデータを送信する前のハンドシェーク過程を採用して本発明を説明する。受信ノードがRTSを成功裡に受信してSIFSの時間間隔待機した後、CTSパケットを送信して応答し、データパケットの受信を準備する。本発明の方法に従って、消去時間閾値(以下、CLR_Thresholdという)を定義する。CTS送信完了のCLR_Thresholdの時間間隔内にチャネルでのデータ伝送を判明すれば、パケットを正常に受信する。逆に、CLR_Threshold終了後に、チャネルアイドルが検出されれば、短い消去パケット(CLR)を送信する。当該消去パケットを成功裡に受信したノードのすべては、そのNAVをゼロにリセットする。ここで、CLR_Thresholdの設定は、以下のことを満足しているべきである。すなわち、CTSが送信ノードで成功裡に受信されていれば、当該CLR_Thresholdが経過した後で受信ノードが送信ノードからのデータパケットの受信を必ず開始するということ。例えば、好ましい形式として、CLR_Threshold=SIFS+CS_Timeを定義してもよい。ここで、CS_Timeはキャリアセンスを完成するために必要な時間を表わす。
次に、本実施例の移動ノードの操作を説明する。送信記憶ユニット71は、高層到着のデータパケットを記憶するために用いられる。ノードがデータパケットを送信しようとするときには、チャネルアクセスユニット72が802.11DCFの規範に従って、CSMA/CAプロトコルを採用して本ノードが、現在、チャネルにアクセスすることが受諾されたか否かを決定する。送信ユニット73は、チャネルアクセスユニット72と、受信処理ユニット76と、キャリアセンス・計時ユニット78とのそれぞれからの命令に基づいて、該当するパケットを送信する。具体的には、送信記憶ユニット71に記憶されたパケットが送信されようとする時には、チャネルにアクセスできるか否かをチャネルアクセスユニット72によって判断し、チャネルアクセスユニット72の指示がチャネルアクセスの条件を満足しているときに、送信ユニット73は周囲のノードにRTSパケットを送信する。
また、ノードがRTSパケットを受信したときに、受信処理ユニット76がRTSパケットの成功受信を指示し、RTSパケット中の受信ノードアドレスであるRAが自ノードアドレスと同一である場合には、送信ユニット73がCTSパケットを送信する。また、受信処理ユニット76がCTSパケットの成功受信を指示し、CTSパケット中の受信ノードアドレスであるRAが本ノードアドレスと同一である場合には、送信ユニット73がデータパケットを送信する。受信処理ユニット76がデータパケットの成功受信を指示し、データパケット中の受信ノードアドレスであるRAドメインが本ノードアドレスと同一である場合には、送信ユニット73がACKパケットを送信する。そして、CLR_Thresholdの終了後でチャネルがアイドルであることをキャリアセンス・計時ユニット78が指示したときには、送信ユニット73がNAVをゼロに設定させる消去パケットCLRを送信する。キャリアセンス・計時ユニット78は、パケットを送信しない時にキャリアセンスし計時する。チャネルビジーを判明したときには受信装置を起動してデータの受信を準備し、さらに、CTSパケットを送信した後でチャネルのCLR_Threshold間隔内の状態を検知して、いずれのチャネルも当該時間間隔内にアイドルであるときには、送信ユニット73がCLRパケットを送信することを指示する。受信ユニット77は、無線チャネルからのデータを受信し、受信したデータを受信処理ユニット76に送り込んでデータのタイプを判断する。
受信処理ユニット76は、受信ユニット77がパケットを成功裡に受信したか否か及びパケットのタイプを判断して、処理結果に基づいて次の操作を指示する。具体的には、受信処理ユニット76があるタイプのパケットが成功裡に受信されなかったことを指示すると、遅延ユニット75に進んで一定時間遅延する。RTSパケットが成功裡に受信され且つ自ノードのアドレスがRTSパケットに含まれたRAドメインと合致することを受信処理ユニット76が指示すると、送信ユニット73を起動してCTSパケットの送信を準備する。RTSパケットが成功裡に受信されたが本ノードのアドレスがRTSパケットに含まれたRAドメインと合致していないことを受信処理ユニット76が指示すると、RTSパケットの持続時間ドメインをNAV保持・計時ユニット74に送り込んでNAVに対して更新を行う。データパケットが成功裡に受信され且つ本ノードのアドレスがデータパケットに含まれたRAドメインと合致することを受信処理ユニット76が指示すると、送信ユニット73を起動してACKパケットの送信を準備する。データパケットが成功裡に受信されたが自ノードのアドレスがデータパケットに含まれたRAドメインと合致していないことを受信処理ユニット76が指示すると、データパケットの持続時間ドメインをNAV保持・計時ユニット74に送り込んでNAVに対して更新を行う。ACKパケットが成功裡に受信され且つ本ノードのアドレスがACKパケットに含まれたRAドメインと合致することを受信処理ユニット76が指示すると、ACKパケットの持続時間ドメインの値がゼロであるか否かを検出して、ゼロであれば伝送終了を表明し、ゼロでなければ送信ユニット73を起動して後続のデータパケット断片の送信を準備する。ACKパケットが成功裡に受信されたが本ノードのアドレスがACKパケットに含まれたRAドメインと合致していないことを受信処理ユニット76が指示すると、ACKパケットの持続時間ドメインをNAV保持・計時ユニット74に送り込んでNAVに対して更新を行う。CLRパケットが成功裡に受信されたことを受信処理ユニット76が指示すると、現在のNAV保持・計時ユニット74中のNAV値を消去してゼロにさせる。本発明は、NAV値を消去することに限定されず、抑制作用を発揮した他の類似した信号パケットにも適用可能であり、これによって、このような抑制信号が引き起こす不必要な抑制伝送の問題を解決する。
遅延ユニット75は、処理ユニット76からのパケットを成功受信していなかった指示、またはキャリアセンス・計時ユニット78からの該当するパケット伝送の判明していなかった指示を受信したときに、本ノードの伝送を相応時間遅延する。NAV保持・計時ユニット74は、NAVを記憶して、受信処理ユニット76による受信のパケットに対する判断結果に基づいてNAVを更新する。
以下、図7と8を合わせて、本発明によるメディアアクセス制御方法の過程を説明する。図7は本発明の実施例のメディアアクセス制御のシーケンスチャートである。図8は、本発明の実施例によってメディアアクセス制御方法を実行するフローチャートである。
図7の左側には、ノードC,D,E及びFの位置関係を模式的に示されている。ここで、ノードDはノードCとEの通信範囲内にあるが、ノードEはノードDとFの通信範囲内にある。また、図7に示すように、ノードCはノードFの通信範囲内に位置しておらず、ノードFもノードDの通信範囲内に位置していない。図7の右側には、各ノードの送信シーケンスが示されている。
送信ノードCにおいて、送信記憶ユニット71に送信しようとするパケットがある時、チャネルアクセスユニット72を利用してチャネルアクセスを準備する。ここで、チャネルアクセスユニット72は、802.11DCF規範に従ってCSMA/CAのアクセス方法を採用したものである。パケットの送信の条件が満たされたことをチャネルアクセスユニット72に指示されたときには、送信ユニット73によってRTSパケットをノードDに送信する(時刻t1)。パケットの送信が完了したときに、送信ノードCは受信ディバイスを起動してキャリアセンス・計時ユニット78を利用してキャリアセンスすることによって、ノードDからの応答を待つ。
ステップS801において、送信ノードCの通信範囲内にある全てのノードが受信ユニット77を利用してパケットを無線環境から受信し、パケットを正確に受信したか否か及び受信したパケットのタイプを受信処理ユニット76によって判断する。ステップS802において、RTSパケットを受信したノードは、本ノードが正確なノードであるか否かを判断する。RTSパケットが通信範囲内のノードで成功裡に受信され且つ当該パケットに含まれたRAドメインが本ノードのアドレスと同一であれば、同一なアドレスを持つノードは宛先受信ノード(本実施例では、ノードDである)となす(時刻t2)。ステップS803において、宛先受信ノードとなるノードDは、SIFS時間間隔の経過後(時刻t3)、その送信ユニット73によってCTSパケットを送信して応答する。ステップS802にてRTSパケットを成功裡に受信したが当該パケットのRAドメインが本ノードのアドレスと異なるならば、当該ノードは非目的受信ノードとなし、取り出すRTSパケット中の持続時間ドメインと本ノードの現在のNAV保持・計時ユニット74に記憶されたNAV値とを比較して、ステップS808において比較的大きい値を取ってNAV保持・計時ユニット74に現在記憶されているNAVを更新する。
宛先受信ノードDは、CTSパケットの送信を完了(時刻t4)してから、ステップS804においてキャリアセンス・計時状態に進み、キャリアセンス・計時ユニット78を利用してキャリアセンスする。ステップS805において、宛先受信ノードDは、キャリアセンス結果に基づいて、チャネルアイドル時間が予め定めた消去閾値CLR_Thresholdより大きいか否かを判断する。CLR_Threshold(時刻t5)内にチャネルでのデータ伝送が判明されれば、フローはステップS807に移行して、受信ユニット77によってパケットの受信を開始する。CLR_Threshold終了時にいまだチャネルアイドルが判明されれば、フローはステップS806に進行して、送信ディバイスを起動し、送信ユニット73によって消去(CLR)パケットを送信する(時刻t5)。
また、宛先受信ノードの通信範囲内の全てのノードは、受信ユニットによってパケットを無線環境から受信して、パケットを正確に受信したか否か及び受信したパケットのタイプを受信処理ユニットによって判断する。CTSパケットが成功裡に受信され且つ当該パケットに含まれたRAドメインが本ノードのアドレスと同一であれば、当該ノードが送信ノードとなし、SIFS時間間隔の経過後に送信ディバイスを起動して、送信ユニット73によってデータパケットを送信する。CTSパケットを成功裡に受信したが当該パケットに含まれたRAドメインが本ノードのアドレスと違うと、当該ノードは非送信ノードとなし、取り出すCTSパケット中の持続時間ドメインと本ノードの現在のNAV保持・計時ユニット中の値とを比較して、比較的大きい値を取って当該ノードのNAVを更新する(図7の時刻t9まで)。CLRパケットが成功裡に受信されると、当該ノードはその現在のNAVを消去して、それをゼロにリセットさせる。
送信ノードは、RTSの送信が終了した後に、受信ユニットを起動してパケットの受信を準備し、自己に向けられたCTSパケットを正確に受信していれば、SIFS時間間隔の経過後に送信ユニットにてデータパケットを送信する。
宛先受信ノードは、データパケットを成功裡に受信した時に、SIFS時間間隔の経過後にACKパケット応答を送信する。
本例において、宛先受信ノードDは、CTSの送信を完了してからキャリアセンス・計時状態になる。しかしながら、送信ノードCがCTSパケットを成功裡に受信していないので、遅延状態に進む。同時に、ノードEは、宛先受信ノードDから送信されたCTSパケットを成功裡に受信し且つ本ノードが宛先受信ノードではないことを検出するので、そのNAV値を更新し、それが(t9―t4)に等しくなるようにする。ここで、t9は、RTSパケットを送信する前に送信ノードが予測した今回のパケット伝送の完成時刻である。
ノードCがt4の時刻でCTSパケットを正確に受信していないので、ノードDはCLR_Threshold間隔の経過後、即ちt5時刻ではいまだチャネルアイドルを判明している。ここで、t5=t4+CLR_Thresholdとなる。CLR_ThresholdはCLR_Thresholdである。このとき、ノードDは消去パケットCLRを送信する。
t6時刻において、ノードEは、CLRパケットが正確に受信されたことを検出すると、その現在のゼロでないNAV値を消去して、それをゼロにさせる。
t7時刻において、ノードEは、ノードFからのRTSを受信することが可能であり、本ノードがノードFから送信されたRTSパケットの宛先受信ノードであることが判断される。するとSIFSの時間間隔の経過後に、t8時刻でCTS応答を送信する。
本発明は、無線分散型ネットワークにおいてCTSの伝送失敗によるネットワーク中の隠れ端末の不必要なNAV設定を考慮したものであり、システムのスループット及び遅延などの性能を改善する。
本発明のメディアアクセス制御方法は、ハードウェアによって実現することができるとともに、ソフトウェアによっても実現することができる。さらに、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実現してもよい。
ここまで、好ましい実施例に従って本発明に対して説明してきた。本発明の原理と範囲を逸脱しない状況下において、各種の他の変更、交換及び追加を行ってもよいことを、当業者は理解すべきである。そこで、本発明の範囲は、前記特定の実施例に限定されるものと理解すべきではなく、添付した請求項の範囲に限定されるものである。
71…送信記憶ユニット
72…チャネルアクセスユニット
73…送信ユニット
74…NAV保持・計時ユニット
75…遅延ユニット
76…受信処理ユニット
77…受信ユニット
78…キャリアセンス・計時ユニット
72…チャネルアクセスユニット
73…送信ユニット
74…NAV保持・計時ユニット
75…遅延ユニット
76…受信処理ユニット
77…受信ユニット
78…キャリアセンス・計時ユニット
Claims (37)
- RTSパケットを受信し、RTSパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致しているか否かを検出するプロセスと、
RTSパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致している場合、SIFSの時間間隔待機した後、CTSパケットを送信して受信したRTSパケットに応答し、キャリアセンス状態に入るプロセスと、
CTSパケットを送信したノードが、予め定めたCLR_Threshold時間間隔を経過した後、まだチャネルが利用されていないと判明すると、他のノードにNAVを零にリセットするような消去パケットを送信するプロセスと、を備えることを特徴とする無線ネットワークにおけるメディアアクセス制御方法。 - CTSパケットを送信したノードが予め定めたCLR_Threshold間隔において、チャネルにデータが伝送されていると判明すると、データパケットを受信し始めるプロセスを更に備えることを特徴とする請求項1に記載のメディアアクセス制御方法。
- RTSパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致しているか否かを検出するプロセスは、
RTSパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致していると検出した場合、本ノードを宛先受信ノードにするプロセスを更に備えることを特徴とする請求項1に記載のメディアアクセス制御方法。 - 前記CTSパケットは予め定めた持続時間ドメインを含むことを特徴とする請求項1に記載のメディアアクセス制御方法。
- 前記CTSパケットを受信したノードはCTSパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致していないと判断した場合、CTSパケットに含まれた前記持続時間ドメインを取り出して、本ノードが保持しているNAVの値と比較し、比較結果に基づいて、より大きい値を利用してNAVの値を更新するプロセスを更に備えることを特徴とする請求項4に記載のメディアアクセス制御方法。
- 前記予め定めたCLR_Threshold時間間隔は、送信ノードがCTSパケットの受信を成功すると、該CLR_Threshold後に受信ノードが必ず送信ノードからのデータパケットを受信することに要する時間に等しいことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のメディアアクセス制御方法。
- 前記予め定めたCLR_Threshold時間間隔はSIFS間隔とキャリアセンスの完成に要する時間の合計に等しいことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のメディアアクセス制御方法。
- ノードは自分宛てのRTSパケットを受信する場合、SFIS時間間隔待機した後、CTSパケットを送信するプロセスと、
キャリアセンスしてタイムをカウントし、CTSパケット送信完了後のCLR_Threshold時間間隔においてずっとチャネルを利用していないことを検出すると、該CLR_Threshold時間を終了した後、消去パケットを送信するプロセスと、
消去パケットを受信したノードは全て現在のNAVを零にリセットするプロセスと、を備えることを特徴とする無線ネットワークにおけるメディアアクセス制御方法。 - 受信したRTSパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致しているか否かを判断するプロセスを更に備えることを特徴とする請求項8に記載のメディアアクセス制御方法。
- 受信したRTSパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致していると確認した場合、該ノードを宛先受信ノードにするプロセスを更に備えることを特徴とする請求項9に記載のメディアアクセス制御方法。
- 受信したRTSパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致していないと確認した場合、該ノードを非目的受信ノードにするプロセスを更に備えることを特徴とする請求項9に記載のメディアアクセス制御方法。
- 前記非目的受信ノードはRTSパケットに含まれた持続時間ドメインを取り出して、本ノードが保持しているNAVの値と比較し、比較結果に基づいて、より大きい値を利用してNAVの値を更新するプロセスを更に備えることを特徴とする請求項11に記載のメディアアクセス制御方法。
- 受信したCTSパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致しているか否かを判断するプロセスを更に備えることを特徴とする請求項8に記載のメディアアクセス制御方法。
- 前記CTSパケットを受信したノードはCTSパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致していないと判断した場合、CTSパケットに含まれた持続時間ドメインを取り出して、本ノードが保持しているNAVの値と比較し、比較結果に基づいて、より大きい値を利用してNAVの値を更新するプロセスを更に備えることを特徴とする請求項13に記載のメディアアクセス制御方法。
- 前記CTSパケットを受信したノードはCTSパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致していると判断した場合、データパケットを送信するプロセスを更に備えることを特徴とする請求項13に記載のメディアアクセス制御方法。
- 前記データパケットを受信したノードは前記データパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致していると判断した場合、確認パケットを送信するプロセスを更に備えることを特徴とする請求項15に記載のメディアアクセス制御方法。
- 前記データパケットを受信したノードは前記データパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致していないと判断した場合、データパケットに含まれた持続時間ドメインを取り出して、本ノードが保持しているNAVの値と比較し、比較結果に基づいて、より大きい値を利用してNAVの値を更新するプロセスを更に備えることを特徴とする請求項15に記載のメディアアクセス制御方法。
- 前記確認パケットを受信したノードは前記データパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致していると判断した場合、確認パケットのDurationが零であるか否かを検出し、零でなければ、続けて後続のデータパケットを送信するプロセスを更に備えることを特徴とする請求項16に記載のメディアアクセス制御方法。
- 前記確認パケットを受信したノードは前記データパケットに含まれた受信ノードアドレスが本ノードのアドレスと一致していないと判断した場合、確認パケットに含まれた持続時間ドメインを取り出して、本ノードが保持しているNAVの値と比較し、比較結果に基づいて、より大きい値を利用してNAVの値を更新するプロセスを更に備えることを特徴とする請求項16に記載のメディアアクセス制御方法。
- 前記予め定めたCLR_Threshold時間間隔は、送信ノードがCTSパケットの受信を成功すると、該CLR_Threshold後に受信ノードが必ず送信ノードからのデータパケットを受信することに要する時間に等しいことを特徴とする請求項8乃至19のいずれか一項に記載のメディアアクセス制御方法。
- 前記予め定めたCLR_Threshold時間間隔はSIFS間隔とキャリアセンスの完成に要する時間の合計に等しいことを特徴とする請求項8乃至19のいずれか一項に記載のメディアアクセス制御方法。
- 送信ノードが宛先受信ノードにRTSパケットを送信するプロセスと、
宛先受信ノードが前記RTSパケットを受信し、SIFS時間間隔待機した後、CTSパケットを送信するプロセスと、
宛先受信ノードはCTSパケットを送信した後、チャネル状態を判明するプロセスと、
宛先受信ノードが予め定めたCLR_Threshold時間間隔が経過した後、まだチャネルが利用されていないと判明すれば、他のノードにNAVを零にリセットするような消去パケットをネットワークに送信するプロセスと、を備えることを特徴とする無線分散型ネットワークにおけるメディアアクセス制御方法。 - 消去パケットを受信したノードは全て現在のNAVを零にリセットするプロセスを更に備えることを特徴とする請求項22に記載のメディアアクセス制御方法。
- 送信ノードは宛先受信ノードから送信したCTSパケットを受信すると、宛先受信ノードにデータパケットを送信するプロセスを更に備えることを特徴とする請求項22に記載のメディアアクセス制御方法。
- 前記予め定めたCLR_Threshold時間間隔は、送信ノードがCTSパケットの受信を成功すると、該CLR_Threshold後に受信ノードが必ず送信ノードからのデータパケットを受信することに要する時間に等しいことを特徴とする請求項22乃至24のいずれか一項に記載のメディアアクセス制御方法。
- 前記予め定めたCLR_Threshold時間間隔はSIFS間隔とキャリアセンスの完成に要する時間の合計に等しいことを特徴とする請求項22乃至24のいずれか一項に記載のメディアアクセス制御方法。
- パケットの受信が成功するか否かを判断し、パケットの種類を確認し、判断と確認の結果に基づいて後続の操作を指示するための受信処理装置と、
チャネル状態を判明してタイムをカウントし、CTSパケットを送信した後に予め定めたCLR_Threshold時間間隔においてチャネルの状態を把握し、前記CLR_Threshold時間間隔を経過した後、まだチャネルを利用していない場合、送信装置に消去パケットを送信するように指示するためのキャリアセンス・計時装置と、
NAVを保持し、受信処理装置の処理結果によってNAVの値を更新するためのNAV保持・計時装置と、を備えることを特徴とする無線ネットワークにおけるメディアアクセス制御装置。 - 前記受信処理装置はパケットの受信を成功しなかったと指示した場合、あるいは前記キャリアセンス・計時装置は該当するパケット伝送を判明しなかったと指示した場合、本ノードの伝送を相応の時間で遅延するための遅延装置を更に備えることを特徴とする請求項27に記載のメディアアクセス制御装置。
- 前記受信処理装置はパケットの受信を成功したと指示したが、本ノードのアドレスはパケットに含まれた受信ノードアドレスと一致していない場合、前記パケットに含まれた持続時間ドメインをNAV保持・計時装置が保持しているNAVの値と比較し、比較結果に基づいて、より大きい値を利用して前記NAVの値を更新することを特徴とする請求項27に記載のメディアアクセス制御装置。
- 前記予め定めたCLR_Threshold時間間隔はSIFS間隔とキャリアセンスの完成に要する時間の合計に等しいことを特徴とする請求項27に記載のメディアアクセス制御装置。
- 現在メディアアクセス制御装置がチャネルにアクセスすることを許可するか否かを確認して相応指示するためのチャネルアクセス装置を更に備えることを特徴とする請求項27に記載のメディアアクセス制御装置。
- ハイレイヤーに到着したデータパケットを保持するための送信記憶ユニットを更に備えることを特徴とする請求項27に記載のメディアアクセス制御装置。
- パケットを送信するための送信装置と、
無線チャネルからのデータを受信し、受信処理装置に転送して処理を行うための受信装置と、
パケットの受信を成功したか否かを判断し、パケットの種類を確認し、判断と確認の結果に基づいて後続の操作を指示するための受信処理装置と、
チャネル状態を把握して時間を計り、CTSパケットを送信した後に予め定めたCLR_Threshold時間間隔においてチャネルの状態を判明し、前記CLR_Threshold時間間隔を経過した後、まだチャネルを利用していない場合、送信装置に消去パケットを送信するように指示するためのキャリアセンス・計時装置と、
NAVを保持し、受信処理装置の処理結果によってNAVの値を更新するためのNAV保持・計時装置と、を備えることを特徴とする無線ネットワークに用いるメディアアクセス制御ノード。 - 前記受信処理装置はパケットの受信を成功しなかったと指示した場合、あるいは前記キャリアセンス・計時装置は該当するパケット伝送を判明しなかったと指示した場合、本ノードの伝送を相応の時間で遅延するための遅延装置を更に備えることを特徴とする請求項33に記載のメディアアクセス制御ノード。
- 前記受信処理装置はパケットの受信を成功したと指示したが、本ノードのアドレスはパケットに含まれた受信ノードアドレスと一致していない場合、前記パケットに含まれた持続時間ドメインをNAV保持・計時装置が保持しているNAVの値と比較し、比較結果に基づいて、より大きい値を利用して前記NAVの値を更新することを特徴とする請求項33に記載のメディアアクセス制御ノード。
- 現在メディアアクセス制御装置がチャネルにアクセスすることを許可するか否かを確認して相応指示するためのチャネルアクセス装置を更に備えることを特徴とする請求項33に記載のメディアアクセス制御ノード。
- 前記予め定めたCLR_Threshold時間間隔はSIFS間隔とキャリアセンスの完成に要する時間の合計に等しいことを特徴とする請求項33に記載のメディアアクセス制御ノード。
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