JP2007504767A

JP2007504767A - ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ通信媒体における公平なレートの割り当て

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Publication number: JP2007504767A
Application number: JP2006525937A
Authority: JP
Inventors: チュン、ティン、チョウ; サイ、シャンカール、ナンダゴパラン; ハビエル、デル、プラド、パボン
Original assignee: コニンクリユケフィリップスエレクトロニクスエヌ．ブイ．
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2024-08-23
Also published as: WO2005022832A1; DE602004011539T2; DE602004011539D1; CN1846405A; CN1846405B; JP4510822B2; KR20060085240A; US7756089B2; ATE385100T1; EP1665639B1; US20070019591A1; EP1665639A1

Abstract

通信媒体（１１２）により通信するために所定の期間にわたって排他的アクセスを得ようと競争する（Ｓ２３２）無線局（１０８−１〜１０８−Ｎ）は、１つのタイミングパラメータを使用して共通の外部コントローラ（１０４）により調整される。送信アクセスへの試みは、通信媒体がアイドル状態であることを局が検知するときに同時に共通のレートで局により満了されるそれぞれの遅延によって先行される（Ｓ２２４）。局のそれぞれのアクセス試行において局間での衝突を避けるため、遅延が擬似ランダムに選択される（Ｓ２０８）。デフォルト、すなわち、局に対して加えられるそれぞれの遅延（Ｓ２０４）の初期値は、不成功的な送信試行がない期間にわたる長い間に局による送信試行のそれぞれの予期される数が乗じられると、全ての局に共通の一定値に等しいそれぞれの積を生じる（Ｓ３１２）。したがって、初期値は、コントローラが放送時間機会を調整するためのノブとして役立つ。

Description

本発明は、共通の通信媒体で競争する局間での公平なチャンネルアクセス割り当てに関する。特に、本発明は、１つのチューニングパラメータを使用したアクセスの公平な調整に関する。

無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：Local Area Network）における局はそれらの場所に応じて異なる送信レートを有しており、このことが、共通の通信媒体に対する局による送信アクセスの調整を複雑にする。

有線ネットワークにおけるデータ送信の公平なスケジューリングは、長い間、競争するトラフィックに対するリソース割り当て手段として広く研究されてきた。一般に、公平なスケジューリングの目的は、競争するトラフィックフローに対し、それらの持分に比例したシステムリソースを割り当てることである。この基本的な機能を用いると、多くの異なる目的で公平なスケジューリングを使用できる。一方で、それは、強欲な或いは不正を働くユーザが他のユーザを追い出すことを防止でき、それにより、ユーザ間での公平性を達成できる。他方で、それは、多くのリソースを好ましいユーザに対して割り当て、それにより、サービスの差別化を達成できる。公平なスケジューリングは主に汎用プロセッサ共有に基づいており、その性能に近づけるために多数のスケジューリングアルゴリズムが提案されてきた。当初は有線ネットワーク用に設計されたこれらのスケジューリングアルゴリズムは、無線通信サービスおよび用途の急速な成長に対応するように適合されている。しかしながら、有線ネットワークでは見られない幾つかの新たな課題が存在し、これを解決することにより、無線／モバイルネットワークにおける公平性が高まる。

ＩＥＥＥ（米国電気電子技術者協会:Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１１無線ＬＡＮは、公平性の実施がいかに問題であるかについての一例を与えている。図１に示されるように、８０２．１１ＬＡＮ１００は、２つのモード、すなわち、インフラモードおよびアドホックモードで動作できる。インフラモードにおいて、局は、制御局またはアクセスポイント（ＡＰ:Access Point）１０４に対して／から、フレームを送信／受信することができるだけである。ＡＰ１０４は、無線ＬＡＮ１００内の他の全ての局１０８−１〜１０８−Ｎからフレームを送信／受信できる唯一の局であるため、「スーパーステーション」と見なすことができる。この機能は、同じ媒体アクセス制御（ＭＡＣ:Medium Access Control）プロトコルを実行し且つ同じ共有媒体に対するアクセスを得るために競争する多くの無線ＱｏＳ局（ＱＳＴＡ:QoS Station）を備えるサービス品質（ＱｏＳ:Quality of Service）基本サービスセット（ＱＢＳＳ:Qos Basic Service Set）の他の隣接する局に対して局が直接に通信できるようにすることにより、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ（ＷＬＡＮにおけるサービスの品質に関する新たな規格）において高められてきた。局は、送信をスケジュールするために幾つかの同時トラフィックフローを有していてもよく、また、無線媒体１１２中の共有無線／チャンネルに対するアクセスに関して他の局と競争してもよい。

そのようなネットワークにおいて、公平性の付与は、概念的には、２つの段階、すなわち、各局におけるスケジューラがそのローカルトラフィックフロー１１６−１〜１１６−Ｎをスケジュールしてこれらの間の公平性を確保するパーフローフェアネス（per-flow fairness）（フロー毎の公平性）と、無線リソースを公平に共有できるようにネットワーク全体の全ての局１０８−１〜１０８−Ｎを制御しなければならないパーステーションフェアネス（per-station fairness）（局毎の公平性）とに分けることができる。

両方のタイプの公平性、すなわち、パーフローおよびパーステーションは、公平性付与を広域にわたって与えるために維持されなければならない。有線ノードが行なうように、無線局がパーフローフェアネスを達成するべくスケジュールできる場合であっても、局間の調整がなければ、パーステーションフェアネスが問題となる。通常の解決策は、全ての局から／に対する、フレーム送信のスケジューリングをＡＰに担わせる。ＡＰは個々の局のトラフィックフローに関する情報を有していないため、これらの局は、ＡＰのスケジューラが適切に機能できるようにそれらのキュー／トラフィック状態情報をＡＰに与える。例えば、スケジューラは、１つの局が送信のためのパケットを有しているかどうかを少なくとも知っている必要がある。つまり、最も公平なスケジューリングアルゴリズムは、送信順序の正確な計算のために、個々のパケットの到達時間等といった、これよりも詳細な情報を必要とする。しかしながら、この状態情報を中継する際の遅延により、情報は、それがＡＰスケジューラによって使用されるときに陳腐化する可能性がある。この情報を更に頻繁に送信すれば上記問題を軽減できるが、実質的な制御オーバーヘッドを招いてしまう。したがって、パーステーションフェアネスを達成するための更に良好で更に頑強な方法は、ＡＰスケジューラに頼ることなく、分散型スケジューリングアルゴリズムを使用することである。

多くの既存の無線ネットワークは、複数の物理的な送信レートをサポートする。８０２．１１無線ＬＡＮは、11、5.5、2、および、1メガビット／秒（Ｍｂｐｓ）をサポートすることができる。チャンネル状態に応じて、特にＡＰからのチャンネルの距離に応じて、無線局は、異なる送信レートを選択して、送信が成功する可能性を高めることができる。図１に示されるように、例えば、局１０８−Ｎが１Ｍｂｐｓを選択してデータフレームをＡＰに対して／から送信／受信してもよく、一方、局１０８−１が１１Ｍｂｐｓを選択する。そのようなネットワークにおいて複数の局間でリソースの公平な割り当てを定めることは厄介である。なぜなら、等しい量のトラフィックを有する異なる局を扱うために異なる送信レートを使用するには、異なる長さの放送時間をこれらの局に対して割り当てる必要があるからである。したがって、システムのスループットの公平な割り当ては、もはや、複数の送信レートをサポートするシステム内での放送時間の公平な割り当てと同義ではなくなる。そのような場所に依存する送信レートは有線ネットワークには存在せず、そのため、この特性を考慮しないで（有線ネットワーク用に設計された）既存のスケジューリングアルゴリズムを適用すると、局による無線リソースの悪用を招くおそれがある。

無線ネットワークにおける他のよく知られた特性は、送信エラーの高い可能性、および、その固有の場所依存性である。各無線局は、マルチパスフェーディングおよび電磁妨害に起因して、送信エラーの可能性が異なる。パーステーションフェアネスに影響を与える場所に依存する送信レートとは異なり、場所に依存するエラーは、主に、１つの局内における複数のトラフィックフロー間のパーフローフェアネスに影響を与える。例えば、図１の局１０４のフロー１１６−１は、高レベルの送信エラーを招くおそれがあり、一方、フロー１１６−２はエラーが無い。一般的な解決策は、チャンネル状態がクリアとなった時に余分な放送時間をもってエラーを受けたフローを補償することである。しかしながら、エラー率が高いフローは、多くの放送時間を使用して、送信エラーにより引き起こされるそれらのスループットの損失を補償する。エラーを起こし易いフローによる無線リソースのこのような過剰使用は、同様に、システム全体のスループットを低下させる。ＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮにおいて、各フレームは、送信が失敗する場合には、再試行限度（＝７）の回数まで再送信される。この媒体アクセス制御（ＭＡＣ）レイヤー再送信機構は、前述したスケジューラが行なうように、エラーを起こし易いフローを間接的に補償し、したがって、無線リソースを過剰使用する。そのため、無線ネットワークで使用されるスケジューリングアルゴリズムは、ＭＡＣレイヤー再送信機構によって引き起こされる不公平性を扱うこともできなければならない。

本発明は、従来技術における前述した欠点を扱う。本発明の目的は、一度に多くて１つの通信媒体によって成功的に送信でき且つ通信媒体による送信を再び試みる前に加えられるそれぞれの実際の遅延を同時に共通のレートで満了する複数の局を有するパーフロー・パーステーションフェアネス（フロー毎および局毎の公平性）広域ネットワークを実施することである。

簡単に言えば、所定の期間にわたって媒体への排他的な送信アクセスを得ようとする試行数を調整するために１つのパラメータが使用される。調整は、任意の所定の１または複数の局のために作用するとともに、上記遅延のうちの対応する遅延が選択される基準となるそれぞれの初期設定量を上記パラメータの値として特定することにより行なわれる。上記値は、上記試行のうちの対応する試行の結果に応じて更新される。不成功的試行がなく且つその間に局が連続的にバックログされる長い期間にわたって、上記初期設定量と上記試行のうちの対応する試行の期待レートとの積がそれぞれ所定の定数に近づく。

ここに開示された本発明の内容を、図面を用いて説明する。

本発明においては、例示的で且つ非限定的な実施例として、図１に示されるような特にＩＥＥＥ８０２．１１ｅの下で動作する無線ＬＡＮ１００に対してパーフロー・パーステーションフェアネス（フロー毎および局毎の公平性）が適用される。この規格は、４つの異なるユーザ優先（ＵＰ：User Priority）クラスに基づくＱｏＳ局（ＱＳＴＡ）でのパケットに対するサービス品質（ＱｏＳ）保証を特徴としている。したがって、例えば、９１１コールは、電話からの一般的なショート・メッセージ・サービス（ＳＭＳ:Short messaging service）メッセージよりも高い優先クラスを利用する場合がある。ＱＳＴＡおよびＱｏＳコントローラまたはＡＰ（ＱＡＰ）は、ハイブリッドコーディネーション機能（ＨＣＦ:Hybrid coordination function）を有するＱｏＳ機構を構成する。（このＨＣＦは、ＱｏＳのための今度のＩＥＥＥ８０２．１１ｅの規格案で規定される新しいコーディネーション機能である）。後者は、２つの動作モード、すなわち、ＥＤＣＡ（拡張型分散チャンネルアクセス:Enhanced Distributed Channel Access）として知られるコンテンション式のチャンネルアクセス機能と、ＨＣＣＡ（ＨＣＦ制御チャンネルアクセス:HCF Controlled Channel Access）として知られるポーリングに基づくチャンネルアクセス機能とを有している。本発明の原理は、優先的なトラフィックに対処するＥＤＣＡに対して適切に適用され、インフラモードすなわちＱＳＴＡからＱＡＰへの通信あるいはこの逆の通信に関連して以下で説明する。

ＥＤＣＡの下で、ＱＳＴＡは、一度に多くて１つの無線媒体により成功的に送信することができる。異なる局の同時に試みられた送信間の衝突（コリジョン）により、それぞれの送信の試みが失敗に終わることを回避するため、ＱＳＴＡは、衝突回避搬送波検知多重アクセス（ＣＭＳＡ／ＣＡ）プロトコル下で動作する。各ＱＳＴＡ１０８−１〜１０８−Ｎは、媒体１１２、例えば送信チャンネルがビジー状態（使用中）であるか或いはアイドル状態（未使用中）であるかを検知し、媒体がビジー状態であることが検知される場合には送信を見送る。それにもかかわらず、他のＱＳＴＡのアクティビティについての各ＱＳＴＡによる認識の遅れに起因して、衝突を完全になくすことはできない。ＱＳＴＡは、ＱＳＴＡが一連のフレームまたは媒体アクセス制御（ＭＡＣ）サービスデータ単位（ＭＳＤＵ）の形態でトラフィックを送信することができる有界区間である送信機会（ＴＸＯＰ:Transmission Opportunity）を得ようと競争する。ＴＸＯＰ中、または、確認応答（ＡＣＫ：Acknowledgment）タイマの満期のように、衝突または他の要因に起因する試みられた送信の失敗が明らかになる時まで、任意のＱＳＴＡは、媒体がビジー状態であることを検知し、したがって、送信することを試みない。衝突を避けるため、ＴＸＯＰまたは衝突を受けたばかりのＱＳＴＡは、送信を再び試みる前に、２つの連続する異なる期間を待たなければならない。第１の期間は、任意フレーム間スペース（ＡＩＦＳ:Arbitrary Inter-Frame Space）として知られている。これは、送信を試みる前に各ＱＳＴＡが媒体をアイドル状態であると認識しなければならない時間間隔である。第２の時間間隔はバックオフ間隔と呼ばれている。バックオフ間隔は、持続時間の一連の同一のタイムスロットａＳｌｏｔＴｉｍｅから成り、この間隔は、チャンネルがクリア（空いている）であると検知される期間中に１スロットずつデクリメントすることにより満了する。バックオフ間隔は、擬似ランダムに選択され、すなわち、スロットの擬似乱数を用いて選択され、そのため、２つ以上のＱＳＴＡが同時に送信しようとする可能性は少ない。擬似ランダム選択が行なわれる間隔は、その下限が０で、上限がＣＷ^＊ａＳｌｏｔＴｉｍｅである。ここで、ＣＷはコンテンション
ウインドウを表わしている。衝突の発生率を減らすため、１つのＱＳＴＡにおいては、最大値ＣＷ_ｍａｘに晒される度に、また、パケットを除去するＭＡＣ再試行限界到達に晒される度に、式ＣＷ：＝２（ＣＷ＋１）−１にしたがってその衝突後にＣＷのスロットの数がインクリメントされる。一方、所定の期間において排他的な送信アクセスを得るための任意の成功的試行、すなわち、任意の成功的ＴＸＯＰは、ＱＳＴＡにおけるＣＷを、その初期設定量ＣＷ_ｍｉｎにリセットする。ＣＷのインクリメントは、衝突の再発を防ぐが、ＴＸＯＰを得ようとするＱＳＴＡによる試行数または試行頻度も減少させる。実際に、ＥＤＣＡは、ＣＷ_ｍｉｎ、ＣＷ_ｍａｘ、ＡＩＦＳ、ＴＸＯＰのそれぞれがＵＰクラスによって異なると定めている。最初の３つのパラメータの値が高いと、ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ送信アクセス（以下、「ＥＴＡＡ」という）を得ようとする試行数が減少し、これに対し、その後のパラメータの高い値は、ＥＴＡＡに影響を与えないが、多くの送信時間がかかる。これらのパラメータは、ＵＰとのその機能的な関係により、以下では折に触れて、ＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ］、ＣＷ_ｍａｘ［ＵＰ］、ＡＩＦＳ［ＵＰ］、ＴＸＯＰ［ＵＰ］としてそれぞれ表わされる。これらのアクセスパラメータは、ＡＰ１０４から他の局１１６−１〜１１６−Ｎへと定期的に（例えば、５０ミリ秒）放送されるビーコン信号中に設けられ、任意の特定の放送で更新されてもよい。

ＵＰによるアクセスパラメータの変化は、当初のＩＥＥＥ８０２．１１規格では見出されないＩＥＥＥ８０２．１１ｅにおける新たな特徴である。８０２．１１の下では、各無線局（ＷＳＴＡまたはＳＴＡ）が設定された時間間隔にわたって送信するとともに、ＡＣＫタイマが設定された時間間隔にわたって満了し、いずれの間隔も優先クラスによって異ならず、この概念は８０２．１１には存在しなかった。また、８０２．１１ｅＡＩＦＳに対応する８０２．１１宛先フレーム間スペース（ＤＩＦＳ）は一定である。前述の結果として、ＳＴＡは、同時に共通のレートで送信を再び試みる前にバックオフ遅延を満了する。すなわち、ＳＴＡの送信の最後に、あるいは、衝突または他のタイプの不成功的送信試行が明らかにされるときに、ＤＩＦＳ間隔後、各ＳＴＡは、１スロットずつその対応するバックオフを同時に満了し、その後の送信試行は、ＳＴＡがバックオフスロットを使い果たすときに行なわれる。先と同様、その後の試行時に、バックオフの満了は、期間ＤＩＦＳの間に媒体が再びアイドル状態になるまで延期される。

長期間にわたって見ると、ＩＥＥＥ８０２．１１下でのバックオフのロックステップ満了は、複数のＳＴＡの間で、衝突間の平均バックオフを等しくする。理由は以下の通りである。最初に、簡単のため、２つのＳＴＡだけのネットワークを考えると、最初の衝突の直後のバックオフを除き、衝突間の各バックオフは、間隔［０−ＣＷ_ｍｉｎ］^＊ａＳｌｏｔＴｉｍｅから擬似ランダムに選択される。最初の衝突直後のバックオフでさえも同じ間隔から選択される。したがって、２つのそれぞれのＳＴＡにおけるバックオフの予期される中間値または平均値は、ａＳｌｏｔＴｉｍｅ^＊ＣＷ_ｍｉｎ／２に等しく、また、直後のバックオフを考えると若干高いが、ａＳｌｏｔＴｉｍｅ^＊ＣＷ_ｍｉｎ／２にほぼ等しい。しかしながら、衝突間の時間が増大するにつれて、予期される平均値は、各ＳＴＡにおいてａＳｌｏｔＴｉｍｅ^＊ＣＷ_ｍｉｎ／２に近づく。長い期間は、ランダムバックオフを伴うシステムにおける低い衝突頻度に起因していると考えることができる。３つ以上のＳＴＡを考えると、全てのＳＴＡが衝突に巻き込まれるとは限らず、任意の特定の時間に何らかの衝突が起こる可能性は増大する。しかしながら、成功的送信がＣＷをリセットするという事実は、長い期間にわたりＮ個のＳＴＡにおいて予期される平均値がａＳｌｏｔＴｉｍｅ^＊ＣＷ_ｍｉｎ／２に近づくことを示唆している。同じ時間長にわたって複数のＳＴＡが連続的にバックログされるとすると、それぞれのＳＴＡのバックオフ間隔が同時に満了するため、また、バックオフ間隔の平均長が等しいため、それぞれのＳＴＡにおけるバックオフ間隔の数は同じである。また、バックオフの数はＥＴＡＡの数に等しいため、それぞれのＳＴＡにおけるＥＴＡＡの数は同一である。その結果、各ＳＴＡは、放送時間のその公平な割り当てが与えられる。ＳＴＡが連続的にバックログされない可能性は、この公平性を失わせず、これは、ＳＴＡが送信のためのトラフィックを有していない時に、ＳＴＡが送信機会を逃したことを訴えることができないからである。すなわち、各ＳＴＡは、同じ数の機会を得て、ＳＴＡ間で変わらない期間にわたって排他的な送信アクセスを得る。衝突またはエラーに起因する幾つかのＳＴＡによる機会の消耗、あるいは、送信レートの高／低に起因して幾つかの局が機会を生かせる可能性／不可能性は、全ての局に対して与えられる潜在的に等しい放送時間の局毎の公平性に影響を与えない。

優先順位を伴うアクセスパラメータの変化がバックオフのロックステップ満了を破るので、この全てはＩＥＥＥ８０２．１１ｅと共に変化する。特に、ＡＩＦＳ［ＵＰ］はＱｏＳ優先クラスＵＰに伴って変化し、それにより、ＡＩＦＳ［ＵＰ］遅延が短いクラスが他のクラスよりも前にバックオフスロットの満了となり、そのため、バックオフのロックステップ満了が破られる。

本発明において、バックオフ間隔のロックステップ満了は、ユーザ優先ＵＰに基づいて送信アクセスの公平な割り当て機会を与えるように送信アクセスを正確に調整するための「ノブ」として１つのタイミングパラメータ（時間パラメータ）ＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ］を使用することにより回復される。

本発明に係るロックステップ満了に起因して、また、簡単のために２つの局を有する１つのネットワークを考慮し、更に簡略化するために局が異なるそれぞれのＵＰを有しているとすると、局１における衝突間の平均バックオフはａＳｌｏｔＴｉｍｅ^＊ＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ１］であり、局２における衝突間の平均バックオフはａＳｌｏｔＴｉｍｅ^＊ＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ２］である。この場合も同様に、最初の衝突の影響が排除される。その影響は、衝突間の時間が増大するにつれて最小限に抑えられる。これは、以下のようにバックオフが同時に満了するからである。
Ｅ［ｎ_１］：Ｅ［ｎ_２］≒（１／ＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ_１］）：（１／ＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ_２］）
ここで、ｎ_１は、衝突間の局１におけるバックオフ間隔の数であり、ｎ_２は、衝突間の局２におけるバックオフ間隔の数であり、Ｅ［ｎ_１］およびＥ［ｎ_２］は、ｎ_１およびｎ_２のそれぞれの平均値または期待値であり、「：」は２つの量間の割合を示しており、「≒」は「ほぼ等しい」ことを意味している。

前述したように複数のＱＳＴＡが異なるＵＰを有している場合であっても、長期間にわたって完全な等式になる。つまり、任意の局ｉにおいて、積Ｅ［ｎ_１］^＊ＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ_ｉ］は、ＱＳＴＡが連続的にバックログされる間、長期間にわたって所定の定数に近づく。この場合、上記定数はｉに伴って変化しない。

結局、排他的な送信アクセス（ＥＴＡＡ）の試行数はＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ］に反比例する。送信アクセスの公平な割り当て調整に対する鍵がそこにある。それに対して、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅの下でＡＩＦＳ［ＵＰ］を使用して、優先順位が高いパケットにおける遅延を減らすことにより調整すると、あるとすればおそらく経験的観測によるものを除き、どの程度多くなるか分からないが、送信機会が多くなりおよび／又は放送時間が多くなる。したがって、ＡＩＦＳ［ＵＰ］は、本発明の１つの時間パラメータＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ］のような正確なノブではなく、したがって、本発明にしたがって放送時間の公平な割り当て機会を与えるためにＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ］が使用されるような正確さおよび容易さをもって利用することができない。

前述した解析は、各ＱＳＴＡが１つのＵＰのトラフィックを扱うことを前提としているが、当該解析は、１つのＵＰが複数のＱＳＴＡにわたって分配される場合であっても、各ＳＴＡが同じそれぞれのＵＰを扱い続ける期間中において持続する。すなわち、上記試みのいずれもが不成功であり且つ局が連続的にバックログされる同じそれぞれのＵＰを各ＳＴＡが扱い続ける長い期間の間、積Ｅ［ｎ_１］^＊ＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ_ｉ］は所定の定数に近づく。１つのＵＰが複数のＱＳＴＡにわたって分配される場合であっても効率的で正確な送信機会ノブとしてＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ］を利用することは、本発明の意図する範囲内である。

図２は、本発明に係るＱＳＴＡでのトラフィック送信の一例を示している。１つのＱＳＴＡによって送信されるトラフィックは複数のセッションに分割され、各セッションは、パケットまたはＭＳＤＵ等のトラフィックフローまたはトラフィックフローの集合体を含んでいる。また、１つのセッションは、例えば、それぞれのＱＳＴＡによって送信されるトラフィックの全てを含んでいてもよい。各セッションには１つのＵＰが与えられ、また、最初にＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ］で設定された１つのセッションにおけるＣＷを用いて（ステップＳ２０４）、バックオフ間隔が選択される（ステップＳ２０８）。ＱＳＴＡが送信できる状態になると（これは、常に、トラフィクでＱＳＴＡが連続的にバックログされる場合である）（ステップＳ２１２）、ＱＳＴＡは、ＣＳＭＡ／ＣＡプロトコル下で、無線媒体がアイドル状態であるかどうかを検知する。ＡＩＦＳよりも短い期間の間において媒体がアイドル状態であることが検知される場合には、ＡＩＦＳがリセットされ（ステップＳ２１６、Ｓ２２０）、そうでない場合には、バックオフ間隔の満了が始まる（ステップＳ２２４）。とりわけ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅとは異なり、ＡＩＦＳはＵＰと共に変化せず、そのため、バックオフ満了がロックステップにあり、これにより、ＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ］は、送信放送時間への公平なアクセスを調整するための正確なノブになる。ステップＳ２１２においてＱＳＴＡが送信できる状態にない場合、すなわち、ＱＳＴＡがバックログされない場合、ロックステップ方式の他のＱＳＴＡがアクセスを試み、これにより、媒体がビジー状態として検知される。したがって、アクセスを見逃したＱＤＴＡは、その後、再びバックログされると、他のＱＳＴＡとの再同期を試みる。最後のスロットが満了すると（ステップＳ２２８）、ＱＳＴＡは、ＴＸＯＰ中にセッションを含む１または複数のパケットを送信しようと試みる（Ｓ２３２）。ＡＣＫの受信のように、送信が成功したものとＱＳＴＡが決定すると（ステップＳ２３６）、次のセッションに進む（ステップＳ２４０）。そうではなく、ＡＣＫタイマの満了のように、送信が失敗したものとＱＳＴＡが決定すると、ＣＷをインクリメントし且つ新たなＣＷに基づいて１つのバックオフを選択することにより、そのセッションにおける送信試行が繰り返される（Ｓ２４４）。様々なＱＳＴＡ１０８−１〜１−８−Ｎのそれぞれの送信レートに関係なく、各ＱＳＴＡは、セッションの優先順位に伴ってのみ変化する放送時間中にそのセッションに対して送信機会を与える。すなわち、各ＱＳＴＡは、放送時間の公平な割り当てを与える。

図３は、本発明においては正確な帯域幅割り当てノブとしてＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ］が使用される等しい送信レートのＱＳＴＡに対して送信放送時間を割り当てる方法の一例を示している。先ず初めに、異なるＵＰによって利用される帯域幅を観察する（ステップ３０４）。これは、例えば、理想的な或いは所望のチャンネル状態で行なわれてもよい。その後、それぞれの観察されたクラスの帯域幅に反比例してＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ］が設定される（Ｓ３０８）。これらの最初の２つのステップは、ネットワークの構成においてアプリオリに行なわれてもよい。帯域幅に対する任意の調整は、ネットワーク操作が始まった後、正確なＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ］帯域幅割り当てノブを用いてＡＰ１０４により行なわれる（Ｓ３１２）。帯域幅は保証されない。その代わり、目的は、放送時間の公平な割り当て機会を保証することである。この場合、公平な割り当ては、優先順位によって決定されるとともに、局毎の公平性（パーステーションフェアネス）が成功的送信にのみ基づいている場合にはともすればシステム全体の性能を低下させてしまうおそれがある誤りを犯し易いＱＳＴＡに対して弾力がある。

図４は、例えば、本発明に係る公平な割り当て、パーフローフェアネスにおける第２の段階を実施するための方法を示すフローチャートである。ＡＰによる失敗した送信試行において（ステップＳ４０４）、これにより再試行限度を上回る（ステップＳ４０８）と、次のフレームが処理される（ステップＳ４１２）。そうではなく、再試行限度を上回らない場合には、フレームが再送信される（ステップＳ４１６）。したがって、フレームが属するセッションは、再送信試行により、ＡＰの送信時間の多くを費やす。

パーフローフェアネスを補償して、また、パーフローフェアネスと調和して、他のセッションには更に多くの送信機会が与えられる（ステップＳ４２０）。更なる送信機会は、延長されたＴＸＯＰの形態を成していてもよく、その結果、セッションのフレームが更に増大されてもよい。

主として、場所に依存するフロー毎の不公平性（ｐｅｒ−ｆｌｏｗｉｎｅｑｕｉｔｉｅｓ）が懸念されるため、また、ＡＰ１０４は、そのフローがインフラモードで様々な送信先に向かう唯一のＩＥＥＥ８０２．１１ｅＱＳＴＡであるため、パーフローフェアネスにおいて前述したローカルスケジューラ機能は、ＡＰ１０４内にのみあってもよい。これは、分散された局毎の調整によって生じる効率に加えて実現される効率である。

図５は、本発明にしたがったシミュレーション結果の２つの表を示している。シミュレーションは、８０２．１１ｅの現在のＥＤＣＡモードに類似するＤＣＦモードで動作するＩＥＥＥ８０２．１１ＳＴＡを前提とした。インフラモードも前提とした。また、11、5.5、2、1Ｍｂｐｓの送信レートおよび７の再試行限度が選択された。各局は、連続的にバックログされるものとし、また、各局は、各送信機会においてフレームのみを送信することができる。更に、局は、等しい送信レートを有していることを前提とした。その値が優先順位に反比例して或いは１つの局から送信されるトラフィックの割り当てられた重みに反比例して設定される１つのタイミングパラメータＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ］による調整によって、各局の送信機会の実際の持分が割り当てられた優先順位に従うことが表１から分かる。ＣＷ_ｍｉｎ［ＵＰ］ノブは、４つのＵＰのそれぞれが２つの局ではなく４つの局に対して適用される表２においては大きな忠実度を示している。

本発明の好ましい実施形態と見なされるものについて図示して説明してきたが、無論、本発明の思想から逸脱することなく、形態または内容の様々な改良および変更を容易に行なえることは言うまでもない。したがって、本発明は、図示して説明した正にその形態に限定されるものではなく、添付の請求の範囲内に入る全ての改良を網羅するように解釈されるべきである。

一般的な無線／モバイルネットワークを示す流れ図である。本発明に係る１つの局で実行できるプロセスの一例を示すフローチャートである。本発明に係る局コントローラに関するプロセスの一例を示すフローチャートである。本発明に係る局コントローラで実行可能な他のプロセスの一例を示すフローチャートである。本発明にしたがったシミュレーション結果の一対の表である。

Claims

通信媒体によるトラフィックの送信を調整するための方法において、
一度に多くて１つの前記通信媒体によって成功的に送信できる複数の局を設けるステップであって、前記複数の局が、前記通信媒体による送信を再び試みる前に加えられるそれぞれの実際の遅延を同時に共通のレートで満了するステップと、
１つのタイミングパラメータを使用するステップであって、前記パラメータの値としてそれぞれの初期設定量を特定することにより、その値に基づいて、前記遅延のうちの対応する遅延が選択され、それにより、前記複数の局のうちの任意の与えられた１または複数に関して、所定の期間にわたって排他的な送信アクセスを得ようとする試行数を調整し、前記試行のうちの対応する試行の結果に応じて前記値が更新され、不成功的試行がなく且つその間に局が連続的にバックログされる長い期間にわたって、前記初期設定量と前記試行のうちの対応する試行の期待レートとの積がそれぞれ所定の定数に近づくステップと、
を含む、方法。
前記初期設定量は、前記遅延のうちの前記対応する遅延が選択される範囲のそれぞれの上限を表わしていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記更新は、前記試行のうちのそれぞれの不成功的試行に基づいて更新されるように前記値をインクリメントするとともに、前記試行のうちのそれぞれの成功的試行に基づいてその対応する初期値へと更新されるように前記値をリセットすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記局は、前記媒体によりトラフィックを無線送信するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記初期値は、同じサービス品質（ＱｏＳ）優先順位においては、それぞれのデータ送信レートに関係なく、前記試行のうちの対応する試行に関して同じであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
複数の局のうちの任意の局によって送信されたトラフィックの一部は、それぞれの優先順位の複数のセッションに分割され、前記期待レートおよび前記初期設定量は、それぞれの優先順位にしたがって優先的に変化することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
トラフィックの一部がコントローラにより前記局へ送信され、前記一部が複数のセッションに分割され、前記セッションが複数のフレームに分割され、前記コントローラは、複数のフレームのうちの１つのフレームにおける送信の不成功的試行に基づいて、他のセッションのフレームに対して付加的な送信機会を与えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
その値として特定する前記ステップは、トラフィックの異なる優先クラスによって実際に利用された帯域幅を観察するとともに、前記初期値のうちの対応する初期値を、観察された帯域幅に反比例するように設定することを含み、また、前記期待レートのうちの対応するレートにおける任意の与えられた目標とする比例増加または比例減少を満たすために、再仕様の１つのインスタンスを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記局は、前記それぞれの実際の遅延を加える前に、所定の期間にわたって前記媒体がアイドル状態にあることを検知し、前記所定の期間がサービス品質（ＱｏＳ）優先順位により変化せず、前記期待レートおよび前記初期設定量が前記優先順位により変化することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
通信媒体によるトラフィックの送信を調整するためのシステムにおいて、
一度に多くて１つの前記通信媒体によって成功的に送信できる複数の局であって、前記通信媒体による送信を再び試みる前に加えられるそれぞれの実際の遅延を同時に共通のレートで満了するように構成された複数の局と、
１つのタイミングパラメータを使用するように構成されるコントローラであって、前記パラメータの値としてそれぞれの初期設定量を特定することにより、その値に基づいて、前記遅延のうちの対応する遅延が選択され、それにより、前記複数の局のうちの任意の与えられた１または複数に関して、所定の期間にわたって排他的な送信アクセスを得ようとする試行数を調整し、前記試行のうちの対応する試行の結果に応じて前記値が更新され、不成功的試行がなく且つその間に局が連続的にバックログされる長い期間にわたって、前記初期設定量と前記試行のうちの対応する試行の期待レートとの積がそれぞれ所定の定数に近づくコントローラと、
を備えるシステム。
前記初期設定量は、前記遅延のうちの前記対応する遅延が選択される範囲のそれぞれの上限を表わしていることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
前記更新は、前記試行のうちのそれぞれの不成功的試行に基づいて更新されるように前記値をインクリメントするとともに、前記試行のうちのそれぞれの成功的試行に基づいてその対応する初期値へと更新されるように前記値をリセットすることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
前記コントローラがアクセスポイントを備え、前記局は、前記媒体によりトラフィックを無線送信するように構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
前記初期値は、同じサービス品質（ＱｏＳ）優先順位においては、それぞれのデータ送信レートに関係なく、前記試行のうちの対応する試行に関して同じであることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
複数の前記局のうちの任意の局によって送信されたトラフィックの一部は、それぞれの優先順位の複数のセッションに分割され、前記期待レートおよび前記初期設定量は、それぞれの優先順位にしたがって優先的に変化することを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
トラフィックの一部が前記コントローラにより前記局へ送信され、前記一部が複数のセッションに分割され、前記セッションが複数のフレームに分割され、前記コントローラは、複数のフレームのうちの１つのフレームにおける送信の不成功的試行に基づいて、他のセッションのフレームに対して付加的な送信機会を与えることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
その値として特定する前記ステップは、トラフィックの異なる優先クラスによって実際に利用された帯域幅を観察するとともに、前記初期値のうちの対応する初期値を、観察された帯域幅に反比例するように設定することを含み、また、前記期待レートのうちの対応するレートにおける任意の与えられた目標とする比例増加または比例減少を満たすために、再仕様の１つのインスタンスを含むことを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
前記局は、前記それぞれの実際の遅延を加える前に、所定の期間にわたって前記媒体がアイドル状態にあることを検知し、前記所定の期間がサービス品質（ＱｏＳ）優先順位により変化せず、前記期待レートおよび前記初期設定量が前記優先順位により変化することを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
一度に多くて１つの通信媒体によって成功的に送信できる複数の局と通信するステップであって、前記複数の局が、前記通信媒体による送信を再び試みる前に加えられるそれぞれの実際の遅延を同時に共通のレートで満了するステップと、
１つのタイミングパラメータを使用するステップであって、前記パラメータの値としてそれぞれの初期設定量を特定することにより、その値に基づいて、前記遅延のうちの対応する遅延が選択され、それにより、前記複数の局のうちの任意の与えられた１または複数に関して、所定の期間にわたって排他的な送信アクセスを得ようとする試行数を調整し、前記試行のうちの対応する試行の結果に応じて前記値が更新され、不成功的試行がなく且つその間に局が連続的にバックログされる長い期間にわたって、前記初期設定量と前記試行のうちの対応する試行の期待レートとの積がそれぞれ所定の定数に近づくステップと、
を、通信媒体による送信を調整するコンピュータに実行させる、コンピュータ可読媒体に記憶された通信プログラム。
請求項１９に記載のプログラムおよびコンピュータ可読媒体を含むことを特徴とする、集積回路。