JP2006521051A - 無線ネットワークにおける肯定応答時間切れ付きフレーム同期 - Google Patents

無線ネットワークにおける肯定応答時間切れ付きフレーム同期 Download PDF

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Abstract

無線ローカル・エリア・ネットワーク(WLAN)は、第1のデバイスおよび第2のデバイスを含む。第1のデバイスは、サービス間隔が特定の時間に始まることになっていることを示す第1の送信指標を含んだ第1のフレームを送る。第2のデバイスは、第1の送信指標の受信を示す肯定応答を第2のデバイスから第1のデバイスに送る。所定の期間の後で、肯定応答が第1のデバイスによって受信されない場合、第1のデバイスは、別の第1の送信指標を含んだ第2のフレームを送る。また、第1のデバイスは、サービス期間が特定の時間に終了することを示す最後の送信指標を送る。WLANおよびその使用方法は、サービス期間の開始および終了について第1のデバイスと第2のデバイスの間の同期性を実現する。

Description

データおよび音声通信における無線接続性の使用は、増加し続けている。これらのデバイスには、携帯型コンピュータ、無線ローカル・エリア・ネットワーク(WLAN)のコンピュータ、携帯型ハンドセットなどがある。無線通信帯域幅は、チャネル変調技術の進歩と共に相当に拡大し、WLANは有線および光ファイバ解決策の存立可能な代替えとなっている。
IEEE802.11は、WLANの媒体アクセス制御(MAC)サブレイヤおよび物理(PHY)層の仕様を扱う標準である。この標準は、音声およびデータ・トラフィック制御の大きな改善を可能にしたが、一方で、サービス品質(QoS)要件をサポートしながら高められたチャネル・レートでネットワークにアクセスする需要が継続して増加しているために、標準の絶えざる評価およびその変更が必要となっている。例えば、特にサービス品質(QoS)保証のあるWLANでの実時間マルチメディア・サービスを、サポートすることに多大な努力が払われた。
WLANの動作チャネルのアクセス/使用を調整しようとして使用された1つの技術は、ポーリングである。ポーリングは、QoSアクセス点(QAP)が、ストリーム要件のような特定の要件を使ってQoSステーション(QSTA)に送信を送るプロセスである。これは、事実上、所定の継続期間に対してチャネル・アクセス権を認可するQAPからQSTAへの許可の認可である。QSTAは、アクセスのためのスケジュールされた時間を有し、そして、2つの連続したスケジュールされたサービス期間の間の最小時間は、最小サービス間隔として知られている。スケジュールされたサービス間隔の間の合間に、QSTAはパワー節約モードに入ることができ、またはいくらかの内部処理を行なうことができ、または両方を行なうことができる。例えば、QSTAは、他のタスクのために、特にパワーを保存するために、ダウン時間を使用することができる。最小サービス間隔の開始について知らなければ、QSTAは、サービス期間の後で、チャネルにアクセスを始めるためにQAPによる次の指令を待ちながらアクティブ・モードの状態のままでいなければならないだろう。これは、資源の効率の悪い使用であろう。
上で概説したポーリング・シーケンスについてのIEEE802.11E仕様の規定は、WLANの効率を高めるが、それにもかかわらず欠点がある。例えば、最小サービス間隔および最大サービス間隔は、QAP(または、ハイブリッド・コーディネータ(HC)と呼ばれる)による最初の成功したデータまたは無競合(Contention Free)QoSポーリング(QoS(+)CF−Poll)の送信の開始から参照される。QAPによって送信されたデータ・フレームまたはQoS(+)CF−Pollは、QSTAによって正しく受信されるが、必要な受信の肯定応答(ACK:acknowledgement)がQAPによって適切に受信されないことがある。そのようなものとして、QSTAは、ポーリングで指示された時間に、またポーリングで指示されたパラメータ・セットに合わせて最小サービス間隔の基準を設定するが(この基準は、QoS(+)CF−Pollまたはダウンリンク送信の開始からである)、肯定応答を受信しなかったQAPは、前の送信が受信されなかったという想定に基づいて前の信号を再送信する。
しかし、QSTAは既に最小間隔の開始を設定していたので、QSTAは、例えば、最大サービス間隔の終りで、パワー節約モードの状態であることがあるので、そのポーリングを受信せず、それでプロトコル障害が起こっている。すなわち、QAPとQSTAとの間のサービス期間の開始の同期が壊れている。また、QSTAの観点からサービス期間の始まりの同期がとれていない場合、サービス期間の始まりから最大サービス継続期間の後に、QSTAはパワー節約モードに入ることがある。しかし、サービス期間の開始は同期が取れていないで、QAPはQSTAよりも遅れてサービス期間の開始を画するので、最大サービス継続期間はより遅く終了する。したがって、QSTAがパワー節約モードの状態である間に、QAPは、データをQSTAに送信し続けるかもしれず、結果として、プロトコル障害となる。したがって、当技術分野では、サービス期間の終了について明示的に知らされるまで、QSTAに目を覚ましているように命じる必要がある。
最小サービス間隔の開始の設定点で生じ得る曖昧さの他に、たとえサービス期間の開始時間の同期がとれていても、サービス期間の終了がまた曖昧で、プロトコル障害をもたらすことがある。例えば、1つのサービス期間中の一連のQoS(+)CF−Pollで、1を超える送信機会(TXOP)がQAPによって認可された場合、そのときQTSAは、特定のTXOPが最後のものであることを知らなければ、最大サービス継続期間の終了まで待ってパワー節約モードに入らなければならないだろう。もちろん、このことは、QSTAによる不必要なパワーの使用をもたらすことがある。
したがって、必要とされているのは、上述のような知られている技術の欠陥を少なくとも克服する、WLANのQAPとQSTAとの間でデータ・フレームおよび/または音声フレームのポーリングおよび送信を行なう方法である。
例示の実施形態に従って、無線ローカル・エリア・ネットワーク(WLAN)の第1のデバイスからWLANの第2のデバイスにフレームを送信する方法は、第1の送信指標を含んだ第1のフレームを第1のデバイスから第2のデバイスに送ることを含む。第1の送信指標は、サービス間隔が特定の時間に始まることになっていることを示す。また、本方法は、第1の送信指標の受信を示す肯定応答を第2のデバイスから第1のデバイスに送ること、および、所定の期間の後で肯定応答が第1のデバイスによって受信されない場合、別の第1の送信指標を含んだ第2のフレームを送ることを含む。
他の例示の実施形態に従って、無線ローカル・エリア・ネットワークは第1のデバイスおよび第2のデバイスを含む。第1のデバイスは、サービス間隔が特定の時間に始まることになっていることを示す第1の送信指標を含んだ第1のフレームを送る。第2のデバイスは、第1の送信指標の受信を示す肯定応答を第2のデバイスから第1のデバイスに送る。所定の時間の後で、肯定応答が第1のデバイスによって受信されていない場合、第1のデバイスは、別の第1の送信指標を含んだ第2のフレームを送る。
本発明は、添付の図面と共に読まれるとき以下の詳細な説明から最もよく理解される。様々な特徴は必ずしも一定の比率に応じて描かれていないことを強調しておく。実際、議論をはっきりさせるために、寸法は任意に増減されうる。
以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を可能にするために、説明しかつ制限しない目的で、特定の詳細を開示する例示の実施形態を示す。しかし、本開示の恩恵を受けた当業者には明らかなことであろうが、本発明は、ここに開示される特定の詳細から逸脱した他の実施形態で、実施することができる。さらに、よく知られているデバイス、方法および材料の説明は、本発明の説明を不明瞭にしないために、省略されることがある。
図1は、例示の実施形態に従ったWLAN100を示す。WLAN100は、少なくとも1つのQAP101を含み、このQAP101は、無線インフラストラクチャ(図示しない)によって複数のQSTA102に接続されている。留意されたいことであるが、例示の実施形態では、4つのQSTA102が示されている。これは、例示の実施形態の議論の明瞭さを高めるために行なった。QSTA102は、実例として、パーソナル・コンピュータ、民生用器具、ハンドセット、およびWLANで有用に接続される他のデバイスのような携帯型デバイスである。例示の実施形態に従って、WLAN100およびそれの要素は、IEEE802.11標準およびその改定およびバージョンに実質的に準拠する。WLAN100は、また、本出願の例示の実施形態の修正物および改良物も含む。
動作において、QAP101は、様々なQSTA102の間の通信を指図する。このために、QAPは、QSTA102による音声およびデータの送信を調整する。例示の実施形態に従って、QSTA102は、QAP101を介してのみ互いに接続される。他の例示の実施形態に従って、QSTAは、最初にQAP101に送信する必要なしに、1つまたは複数のQSTAと連絡することができる。前者はアップリンクとして知られており、一方で、後者は直接リンクと呼ばれる。WLAN100のこれらの態様は、例示の実施形態の一般的な理解のために適切であるが、それらの詳細は、例示の実施形態を理解するために一般に必要でない。そのようなものとして、例示の実施形態の説明を不明瞭にしないために、これらの詳細は含まれない。
図2および3は、それぞれ、説明に役立つQoS制御フレームおよび、例示の実施形態に従ってQAPとQSTAとの間でフレームを送信する例示の方法を示す。QoS制御フィールド・フレーム200のフレームは、例示の実施形態に適切な修正を有する仕様IEEE802.11Eの草案D4.0項目7.1.3.5に従って配列されている。留意されたいことであるが、参照された仕様の全開示は、参照して本明細書に明確に組み込む。
QoS制御フィールド・フレーム200は、トラフィック識別子(TID)201、スケジュール未決定要素202、肯定応答(ACK)方針203、および送信機会(TXOP)制限204のような様々な要素を含む。各フレーム要素の上の数字表示は、フレーム200のビットの数を示す。留意されたいことであるが、ここで参照される最小および最大サービス間隔は、通常、7.3.2.19スケジュール要素で参照される別個の要素、参照されたIEEE仕様の図42.14にある。
例示の実施形態に従ったQoS制御フィールド・フレーム200への注目すべき追加は、IEEE802.11E項目7.3.5の下に予約されたフレームの1つに第1のフレーム・ビット(F)205および最後のフレーム・ビット(L)206を含めることである。留意されたいことであるが、第1のフレーム・ビット205およびフレーム・ビット206の用語は異なってもよい。例えば、これらのフレーム・ビットは、第1の送信指標および最後の送信指標と呼ぶことができる。使用される用語に無関係に、第1のフレーム・ビット205は、サービス間隔が始まることになっていることを示すためにQAPによってQSTAに送られるQoS制御フィールド・フレーム200のフレーム要素である。そして、最後のフレーム・ビット206は、サービス期間が終了することになっていることを示すためにQAPによってQSTAに送られるフレーム要素である。特徴として、第1のフレーム・ビット205はサービス間隔の開始についてQAPとQSTAとを同期させる。そして、最後のフレーム・ビット206は、サービス期間の終了についてQAPとQSTAとを同期させる。
最初に、第1のフレーム・ビット205の機能を詳細に述べ、それに続いて最後のフレーム・ビット206の機能を述べる。図3aの例示の方法300に従って、ステップ301で、送信シーケンスの開始がQSTAの観点から示される。ステップ302で、QSTAはサービス期間の開始を待つ。このモードで、QSTAは、内部待ち行列を管理するか、またはパワー節約モードに入ることができる。QSTAはこの時QAPと通信しないので、もちろん、このモードで、QSTAは、期限切れになる可能性のある機能を行いおよび/またはパワーを節約することができる。問合せステップ303で、経過した時間が最小サービス間隔の時間以上である場合、ステップ304でQSTAはオン状態に入り、そして受信するか、または、ポーリングされた場合にはQAPに送信する。ステップ303で期間が最小サービス間隔より少ない場合、QSTAは図示のようにステップ302および303を繰り返す。
ステップ305で、QAPは第1のフレーム・ビットを送り、QSTAは第1のサービス期間開始基準点を設定する。この基準点は、サービス期間が始まる時間を示す。このサービス期間中に、QAPはQSTAにサービスすることができる。このために、特定のQSTAは、QoS制御フィールド200の受信からサービス間隔の開始までの時間の継続期間を、第1のフレーム・ビットの受信から記録する。ステップ306で基準点が適切に設定された後で、QSTAは、望み通りに、他の内部タスクに専心するかまたはパワー節約モードに入ることができる。サービス間隔が開始すると、データおよび/または音声の送信/受信を行なうことができる。サービス期間中に、指定された数のアップリンク(QSTAからQAPへ)、ダウンリンク(QAPからQSTAへ)、および直接リンクの送信/ポーリングがある。この手順は、参照されたIEEE802.11標準および/またはその改定のプロトコルをやり続けることで行なわれる。サービス間隔の終了を示すために、間隔の最後のQoS制御フィールド・フレームがQAPによって送信され、最後のフレーム・ビットL206を含んでいる。
ステップ307で、QSTAは、最後のフレーム・ビット206が受信されたかどうかを問い合わせる。最後のフレーム・ビットが受信されている場合、ステップ308でQSTAはACKを送る。この点で、QSTAはサービス期間終了基準点を設定する。他方で、最後のフレーム・ビット206がステップ308で受信されていない場合、QSTAは、ステップ312で、現在時間が最大サービス継続期間を超えているかどうかを問い合わせる。超えていない場合、本方法はステップ304でスタートを繰り返す。最大サービス継続期間が過ぎている場合、QSTAは、現在サービス間隔でのQAPによるこれ以上のサービスは正当でないことを認め、QSTAはパワー節約モードに入るかまたは次のサービス期間の準備で内部待ち行列を管理することができる。このことは、ステップ309で行なわれる。有利なことには、このことによって、QSTAは確定した停止点を有することができるようになる。このことは、知られている技術とは異なり、知られている技術では、QSTAは、エネルギーを浪費して「オン」状態のままであることがあり、または、QSTAが無駄なことにさらに他の送信を待っているので、特定の期間にサービスしなければならない特定の待ち行列を期限切れにすることがあり、または両方であることがある。最後に、ステップ310で、QSTAは、次のスケジュールされたサービス間隔が始まる前に、パワー節約モードから出る。プロセスはステップ301のように繰り返す。
サービス間隔の最後のSEF(変化)の送信の議論に取り掛かる前に、SEF200の送信および受信の全ての可能なシナリオが、必ずしも明瞭さのために説明されていないことを指摘するのが有用である。明らかに、QAPとQSTAとの間の必要な同期性が実現される前に本方法300のステップの1つまたは複数の繰返し(ことによると、連続的な方法で)を必要とする送信/受信および肯定応答の他のシナリオが生じることがある。そのようなものとして、QSTAとQAPとの両方によるサービス間隔の開始の同期の取れた設定が実現されるまで、どんな必要なステップでも繰り返されることは、本例示方法の範囲内にある。
図3bは、QAPとQSTAとの間でフレームを送信する方法を、QAPの観点から示す。ステップ301および302は、上と同じである。ステップ311で、現在時間がスケジュールされたサービス期間開始時間に等しい場合、QAPは、ステップ313で、第1のフレーム・ビット・セット205を含んだQoS制御フレームを送る。そうでなければ、ステップ302のシーケンスが繰り返される。ステップ314で、QAPは、指定された時間内にACKがQAPによって受信されたかどうかを問い合わせる。そうであれば、ステップ315で、参照されたIEEE仕様に準拠した送信および受信が続く。ACKが受信されていない場合、ステップ312が繰り返され、そして第1のフレーム・ビット・セット205が再び送られる。QSTAが前のステップで第1のフレーム・ビット・セット205を受信したかどうかに無関係に、QSTAは、最近受信した第1のフレーム・ビット・セットに従ってサービス期間開始基準を設定する。言い換えると、QSTAおよびQAPによるサービス期間の開始について同期性を達成するために、ACKの受信が必要である。したがって、QAPは第1のフレーム・ビット・セットを再び送り、QSTAは、受信したQoS制御フィールド・フレームに従ってサービス期間基準点を設定する。もちろん、本例示方法のステップ313および314で構成されるこのサブループは、ACKがQAPによって受信されるまで繰り返すことができる。
容易に理解されるように、ステップ313および314のプロセスは、結果として、QAPとQSTAとの両方で一様にサービス期間開始基準を設定することになる。すなわち、ACKが受信された場合、QAPとQSTAとの両方が、特定の時間(QoS制御フィールド・フレーム200でQAPによって指示される)をサービス間隔の開始であるとして認める。この認識は、QAPとQSTAとの間の同期性を与え、第1のフレームFの送信、受信、肯定応答、および肯定応答の受信から直接に結果として生じる。違った表現では、QAPは、それが間隔における第1の送信であることを示す第1のフレーム要素ビット・セット205を送り、そしてQSTAは、それが第1の送信であることを示す第1のフレーム要素ビット・セット205を受信し、そしてQAPは、第1のフレーム・ビット要素205が受信されたという肯定応答を受信するので、その件が第1の送信であることには疑いの余地がなく、その第1の送信から、サービス間隔の開始(また、基準点とも呼ばれる)の基礎が形成される。しかし、第1のフレーム要素ビット・セット206のこの送信、受信および肯定応答に関して、QSTAかQAPかのどちらかが送信を受信しないことで、結果として、QAPとQSTAとの間の必要な同期性が無くなることがある。このことは、先の例で議論されたような容認できないプロトコル障害をもたらすことがある。
指定されたサービス期間の終了を示すために、ステップ316で、QAPは、最後のフレーム要素ビット・セット206を含んだQoS制御フィールド・フレーム200を送る。ステップ317で、QAPは、QSTAからのACKが受信されたか否かを問い合わせる。そうであれば、ステップ318で、サービス期間は終了する。そうでなければ、ステップ319で、QSTAとQAPとの間の送信媒体がPIFS内でふさがっているかどうかの問合せが行なわれる。媒体がふさがっている場合、ステップ318でサービス期間が終わる。媒体がふさがっていない場合、ステップ320で、QAPは、最後のフレーム要素ビット・セット206を含んだQoS制御フィールド・フレーム200の送信の設定制限に達しているかどうかを問い合わせる。そうでない場合、ステップ321で、現在サービス継続期間が最大サービス継続期間を超えているかどうかの問合せが行なわれる。そうであれば、ステップ318で、サービス期間は終了する。そうでなければ、ステップ316で始まるシーケンスが繰り返される。
ステップ315で始まる例示のプロセスのシーケンスは、サービス間隔の実際の終了の曖昧さを実質的に無くする。すなわち、サービス期間が終了することになっていることを示すQAPによる最後のビット・フレーム206の送出、QSTAによる最後のビット・フレーム206の受信、最後のビット・フレームが受信されたという肯定応答のQSTAによる送出、およびQAPによる肯定応答の受信のシーケンスは、QAPおよびQSTAについてサービス期間の終了を実質的に同期させる。この同期性は、アップリンクおよびダウンリンクの利点を実現する。アップリンクの利点には、特定の時間敏感待ち行列を早く管理できることがあり、この管理は、サービス間隔の終了が認められているので、QSTAで行なうことができ、それで、QSTAはさらなる送信を待ちながら貴重な時間を浪費しなくなる。さらに、このことで、サービス期間の終了が早期に認められるので、より多くの時間で待ち行列管理を行なうことができるようになる。さらに、サービス間隔が終了したことをQSTAが明確に認め、パワーを保存するか、または待ち行列を管理するか、または任意の他の望ましいMAC機能を行なうことができるので、ダウンリンクの利点が実現される。
例示の実施形態をこのように説明したので、本開示の恩恵を受けた当業者がその実施形態を様々な方法で変えることができることは明らかだろう。そのような変形物は、本発明の精神および範囲からの逸脱と見なされず、また当業者に明らかであるかもしれないような修正物は、以下の特許請求の範囲およびその法的同等物の範囲内に含まれる予定である。
例示の実施形態に従った無線ローカル・エリア・ネットワークを示すブロック図である。 例示の実施形態に従った説明に役立つQoS制御フィールド・フレームを示す図である。 例示の実施形態に従ったQAPとQSTAとの間でフレームを送信する方法を示す図である。 例示の実施形態に従ったQSTAとQAPとの間でフレームを送信する方法を示す図である。

Claims (20)

  1. 無線ローカル・エリア・ネットワーク(WLAN)の第1のデバイスから前記WLANの第2のデバイスにフレームを送信する方法であって、
    第1の送信指標を含んだ第1のフレームを前記第1のデバイスから前記第2のデバイスに送信ステップであって、前記第1の送信指標はサービス間隔が特定の時間に始まることになっていることを示すものであるステップと、
    前記第1の送信指標の受信を示す肯定応答(ACK:acknowledgement)を前記第2のデバイスから前記第1のデバイスに送るステップと、
    所定の期間の後に、肯定応答が前記第1のデバイスによって受信されない場合、別の第1の送信指標を含んだ第2のフレームを送信するステップと、を備える方法。
  2. 前記方法は、さらに、肯定応答が受信されるまで前記第2のフレームの送出しを繰り返すステップを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記方法は、さらに、サービス期間が特定の時間に終了することになっているという最後の送信指標を含んだ最後のフレームを送るステップを備える、請求項1に記載の方法。
  4. 前記方法が、さらに、サービス間隔を設定するステップを含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記方法が、さらに、前記第1の送信指標の送出しの後で、かつ前記最後の送信指標の送出しの前に、前記第1のデバイスと前記第2のデバイスとの間で複数の送信を送るステップを備える、請求項3に記載の方法。
  6. 前記一方のデバイスがQoSアクセス点(QAP)であり、前記他方のデバイスがサービス品質ステーション(QSTA)である、請求項1に記載の方法。
  7. 前記QAPが、前記第1の送信指標を送る、請求項6に記載の方法。
  8. 前記第1の送信指標を受信した後で、前記QSTAが受信の肯定応答(ACK)を前記QAPに送る、請求項7に記載の方法。
  9. 所定の時間間隔の間待機した後で、前記QAPが前記QSTAによる受信の肯定応答(ACK)を受信しない場合、前記QAPが別の第1の送信指標を再送信する、請求項8に記載の方法。
  10. 前記第1の送信指標が、QoS制御フィールド・フレームのフレーム・ビット・セットである、請求項7に記載の方法。
  11. 前記QAPが、前記ACKを受信するまで前記待機および前記再送信を繰り返す、請求項9に記載の方法。
  12. 前記QAPが、サービス期間の終了を示す最後の送信指標を前記QSTAに送る、請求項6に記載の方法。
  13. 前記最後の送信指標を受信した後で、前記QSTAが、前記最後の送信指標の受信の肯定応答(ACK)を前記QAPに送る、請求項12に記載の方法。
  14. 所定の時間間隔の間待機した後で、前記QAPが前記QSTAによる前記最後の送信指標の受信の肯定応答(ACK)を受信しない場合、前記QAPが前記最後の送信指標を再送信する、請求項13に記載の方法。
  15. 前記QAPは、前記最後の送信指標の前記ACKを受信するか、再試行の最大回数を超えるか、または現在のサービス継続期間が最大サービス継続期間よりも長くなるまで、前記待機および前記再送信を繰り返す、請求項14に記載の方法。
  16. 前記最後の送信指標の前記ACKの送出しが完了した後で、前記QSTAが、内部待ち行列管理を行い、および/またはパワー節約モードに入る、請求項11に記載の方法。
  17. 第1のデバイスおよび第2のデバイスを備える無線ローカル・エリア・ネットワーク(WLAN)であって、前記第1のデバイスが、サービス間隔が特定の時間に始まることになっていることを示す第1の送信指標を含んだ第1のフレームを送り、また、前記第2のデバイスが、前記第1の送信指標の受信を示す肯定応答を前記第1のデバイスに送り、さらに、所定の期間の後で、前記肯定応答が前記第1のデバイスによって受信されない場合、前記第1のデバイスが、別の第1の送信指標を含んだ第2のフレームを送る無線ローカル・エリア・ネットワーク(WLAN)。
  18. 第1のデバイスおよび第2のデバイスを備える無線ローカル・エリア・ネットワーク(WLAN)であって、前記第1のデバイスが、サービス期間が特定の時間に終了することになっていることを示す最後の送信指標を含んだ最後のフレームを送り、また、前記第2のデバイスが、前記最後の送信指標の受信を示す肯定応答を前記第1のデバイスに送り、さらに、所定の期間の後で、前記肯定応答が前記第1のデバイスによって受信されない場合、前記第1のデバイスが、別の最後の送信指標を含んだ第2のフレームを送る無線ローカル・エリア・ネットワーク(WLAN)。
  19. 前記第1のデバイスが、サービス品質アクセス点(QAP)であり、かつ前記第2のデバイスがサービス品質ステーション(QSTA)である、請求項16に記載のWLAN。
  20. 前記第1のデバイスが、サービス品質アクセス点(QAP)であり、かつ前記第2のデバイスがサービス品質ステーション(QSTA)である、請求項17に記載のWLAN。
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