JP2007518352A - 送信衝突回避のための装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦチャネルなどの共用通信媒体で送信衝突を回避する装置および方法を提供する。
【解決手段】共用伝送媒体におけるデータ送信衝突を減らすシステムおよび方法を提供する。一つの実施例では、送信優先順位を優先順位画定送信により設定する。もう一つの実施例では、独特の送信開始タイムスロット対、すなわち中心の開始タイムスロットから時間的にほぼ等しく隔てた対の開始タイムスロットによって統計的に均等のアクセスを確保する。さらにもう一つの実施例では、独特の送信開始タイムスロットの設定、または送信対象のデータの部類に関連した開始タイムスロットのプールからの選択にデータ送信トラフィック分析を用い、相対的に割込み優先順位を定める。さらに他の実施例では、送信開始タイムスロットの利用可能なアレーのサブセットである静的割当てずみ開始タイムスロットで送信を開始する。
【選択図】図４

Description

この発明はディジタル無線通信システムに関する。より詳しくいうと、この発明は送信衝突回避および割込み制御に関する。

ＩＥＥＥ８０２．１１−１９９９規格準拠のアクセスポイント（ＡＰ）およびクライエント（「ノード」ともいう）を含む送受信機で例示される既存のディジタル無線通信システムは単一のＲＦチャネル経由で送受信する。送信媒体（この例では上記単一のＲＦ通信チャネル）を各時点で干渉なく使用できるデバイスは一つに限られるので、衝突（二つ以上のデバイスによる同時並行送信）を減らすための調整メカニズムが上記規格９．２．４条に規定されている。ＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣの基本アクセス方法は、衝突防止付きのキャリアセンスマルチプルアクセス（ＣＳＭＡ／ＣＡ）として知られる分散配置調整機能（ＤＣＦ）である。このアクセス方法を用いたデバイスは、送信媒体を探索し、送信前に非活性状態の期間を検出する。

上記規格の教示する手法は、利用可能な送信開始時間スロットアレーを生成し、塞状態から空き状態への遷移を検出すると、それらスロットのアレーからランダムに選んだスロットを始点として送信デバイスに送信を開始させる手法である。衝突が多数回にわたって生じた場合は、アレーの大きさを最大値に達するまで倍増する。この手法によるシステムの振舞は、負荷の大きいシステムについては安定的で良好である（均等な送信媒体アクセスを提供する）と上記規格には記載されている。

家庭用無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）に多大の成長が見られた。この種のローカルなネットワークでは、上記ＩＥＥＥ８０２．１１規格の９．２．４条に規定される救済を必要とする可能性は少ない。この規定によるメカニズムでは、意図しない衝突の機会を作ってシステムに中程度のペナルティを課し、その衝突の解消にはスループット低下を伴う手法を要する。

また、例えばＩＰ経由の音声（ＶｏＩＰ）送信など保証ずみのビットストリーム送信を要する場合に、上記ＩＥＥＥ８０２．１１規格の９．２．４条に規定される均等化手法による順位よりも高い優先順位または不等順位を提供する必要が生ずることもある。

ＵＳＰ ６ ６７８ ２５２ ＵＳ ２００３／１９８２０６

したがって、ＩＥＥＥ８０２．１１規格９．２．４条の意図する基本的「公平性」を保つ形で現行の無線データ通信システムの衝突解消を図る方法およびシステムが必要になっている。また、ＩＥＥＥ８０２．１１規格が対象としていない特徴機能、すなわち推測的割込み送信優先権をオプションで設定することを可能にする必要がある。

上述の従来技術の問題を考慮して、この発明は、共用通信媒体（例えばＲＦチャネル）における衝突を送信開始タイムスロットを協動適応送信機に割り当てることによって回避する装置および方法を提供することを目的とする。

この発明のもう一つの目的は、より高い優先順位の送受信機に割込みを許容する形で固定送信開始時間スロットの利点をもたらすことである。

この発明のさらにもう一つの目的は、複数の協動適応送受信機による送信媒体への互いに等しい非衝突アクセス優先順位を確認する形で固定送信開始時間スロットの利点をもたらすことである。

上述の目的および上記以外の利点は、この発明の第１の側面により、一つ以上の利用可能な送信タイムスロットのサブセットを含む予め割当てずみの送信開始タイムスロットアレーを各々が有する複数の機能強化送受信機を提供することによって達成できる。

この発明のもう一つの側面によると、機能強化したアクセスポイント、すなわち協動適応クライエントの各々が他のクライエントからの送信との衝突を生ずることなく送信を開始できるタイムスロットのリストを生成できる機能強化したアクセスポイントを提供できる。開始タイムスロットは先着順に割り当てる。

この発明のさらにもう一つの側面によると、これらの目的は、各クライエントに関連づけられた優先順位値を提供することによって達成される。この優先順位値をアクセスポイントに送り、そのアクセスポイントで、優先順位の低いトラフィック信号よりも先に優先順位の高いトラフィック信号の送信を許す開始タイムスロットリストを生成する。ＲＦチャネルに信号があると、その信号は他の送信機に対してチャネルが空くまで待つように指示するから、優先順位の高い送信機が優先順位のより低い送信機からの送信に実効的に割り込むことになる。

この発明のもう一つの側面によると、上述の目的は送信開始タイムスロットの「プール」を生成することによって達成される。この「プール」は予め割り当ててもよく、送信すべきトラフィック（データ）に応じて動的に割り当ててもよい。この手法では、互いに同等のトラフィックには比較的同等の優先順位の送信開始タイムスロットを割り当てる。特定の送信可能なデータパケットとして処理中のトラフィックの部類に応じて複数のプールからデバイスが開始タイムスロットをさらに選択してもよい。スロットのプールをＡＰトラフィックおよびノードトラフィックに割り当てて、ＡＰとそのノードとの間の衝突がノード数がノードプール中のスロット数を上回る場合にも生じないようにすることもできる。その場合は、衝突の発生は同様にプールしたノードに限られる。二つ以上のＡＰスロットのプールは物理的に互いに近接した点で互いに異なる基準サービスセット（ＢＳＳ）で動作しているＡＰ同士の間の競合送信干渉を減らす利点がある。

この発明のさらにもう一つの側面によると、これらの目的は、早いスロットおよび遅いスロットの両方を含むクライエントについての開始タイムスロットの生成によって達成される。時間的に早く生ずるスロットはより多くの送信に先行し、後のスロットよりも優先順位が高い。これらの送信開始タイムスロットを時間軸上の中心の周りに均一に分布させてもよい。早い（優先順位の高い岐路）タイムスロットと遅い（優先順位の低い）タイムスロットとをランダムに選択することによって、非衝突等優先順位チャネルアクセスを達成できる。

この発明のさらに他の側面によると、上述の協動適応送受信機を既存規格準拠のデバイスと相互接続できるようにするのが望ましい。

無線ＬＡＮにおける送信衝突を解消しその機能を著しく改善する。

図１は固定網１１０に接続されるとともに無線クライエント１３０および１４０に接続されるアクセスポイント１２０を示す。これらアクセスポイント１２０並びにクライエント１３０および１４０が協動適応デバイスである場合は、この発明から最大の利点が得られる。上記無線デバイス１２０，１３０および１４０の各々は上記ＩＥＥＥ８０２．１１−１９９９規格に準拠して機能できる。

図２は、上記ＩＥＥＥ８０２．１１規格の９．２．４条に規定されたランダム選択送信開始タイムスロットの利用可能な組合せ２１０を示す。この規格は、上記アレーの中のスロットのランダム選択を次の式、すなわち
バックオフ時間＝ランダム０×スロット時間
で規定している。

図３は、送信開始タイムスロット３１０，３１２，・・・，３１８のアレーをアクセスポイントが先着順に割り当てるこの発明の一つの実施例を示す。この実施例は、可変送信優先権を任意に割り当てる効果をもたらす。代わりの実施例では、タイムスロット３１０を優先順位の最も高い送信機に割り当てる。それ以外の送信機は自分の送信開始に割り当てられる後続の時点まで待つからである。スロット３１０を用いる場合は、それ以外の送信機は送信媒体の空塞状態を検出し、自分の送信開始スロットの到来でチャネル空きの状態になるまで送信開始を遅らせる。優先権はクライエントが優先順位値をアクセスポイントに知らせることによって確立する。さらにもう一つの実施例では、アクセスポイントに送信開始時間の第１の固定サブセットを割り当て、クライエントに送信開始時間の第２の固定サブセットを割り当てる。一つの実施例では送信開始時間のこれら第１および第２の固定サブセットは互いに連関なく定める。他の実施例では、送信開始時間のサブセットをユーザインタフェースで調節する。さらに他の実施例では、トラフィックの一つの部類（例えばＶｏｌＰ）に与えられた優先権を反映した送信開始スロットを、スロットの固定のプールまたは割当てプールから選択できる。一つの実施例では、ＡＰ用とノード用との二つのプールを形成する。ＡＰのプールには偶数番目のスロットを割り当て、ノードのプールには奇数番目のスロットを割り当てる。

プール内のノードスロットの数よりも多数のノードがあり得ることに注目されたい。この場合は、衝突はノード相互間に生起するものに限られ、ＡＰとの間には生起しない。

図４は、優先順位の高い（Ｈ）スロットと低い（Ｌ）スロットとの対をクライエントに割り当てて、開始タイムスロット対４２０および４３０の各々が中心スロット４１０からほぼ等しく偏移するようにしたもう一つの好ましい実施例を示す。この実施例では、スロット対４２０を割り当てられたクライエントはＨスロット４２２かＬスロット４２４かをランダムに選択する必要がある。第２のクライエントもＨスロット対Ｌスロット対を同様に割り当てられる。

この構成では、チャネル塞状態が送信防止作用をもたらすので平等な割込みを確保できる利点がある。どの開始タイムスロット対についても、その対の両スロットが中心スロットから時間的に最も離れている対は、もう一つの送信準備完了状態のエンティティよりも常に高いまたは低い優先権を備える確率が９０％になる。

図５はこの発明によるアクセスポイントのブロック図である。送受（Ｔ／Ｒ）切換器５０４からの信号を受ける受信機５１０はクライエント要求検出器５３０に接続してある。要求検出器５３０はアソシエーションプロセッサ５４０に接続してある。実施例によっては、アソシエーションプロセッサ５４０は無線ＬＡＮ関係のＩＥＥＥ８０２．１１規格の１１．３条に規定された目的に合致した機能をもたらす。アソシエーション要求は、例えばアクセスポイントとの交信の開始を求めるクライエントから出される。アソシエーションプロセッサ５４０およびスロットリスト発生器５６０の機能はコントローラ５５０によって制御または改変できる。ある実施例では、コントローラ５５０はソフトウェアで構成する。協動適応クライエントの存在をスロットリスト発生器５６０に伝達する。スロットリスト発生器５６０は、先着順、または伝達された優先順位値にしたがって定められた順番、またはトラフィック分析器５７０のいずれかに従って、送信の部類に関連するプールから選んだスロットのリストを発生する。ある実施例では、スロットリストプロセッサはソフトウェアで構成する。また、ある実施例では、一つの送信の部類を静的に扱う。他の実施例では、トラフィックの分析器５７０で送信の部類を表示できる。それらのソフトウェアの生成はこの発明の属する技術分野の当業者には周知である。

図６はこの発明によるクライエントのブロック図である。送信機６２０は送受（Ｔ／Ｒ）切換器６０４経由でアソシエーション要求をアクセスポイントに送る。ある実施例では、アソシエーション要求は無線ＬＡＮ関連のＩＥＥＥ８０２．１１−１９９９規格１１．３条に準拠する。一つの実施例では、このアソシエーション要求は、固定優先順位設定ユニット６４０からの固定優先順位データを担うことができる。受信機６１０は開始タイムスロットリストを受け、そのリストを介しタイムスロットテーブル６５０に蓄積する。テーブル６５０はランダム値発生器６６０からアドレスできる。ランダム値発生器６６０で指標付けされたテーブル６５０の出力は、テーブル６５０からの開始タイムスロットの期間だけ送信機を活性化するように作用する送信ゲート６３０に接続する。

既存の規格に準拠したデバイスと相互運用することがこの発明の狙いである。そのようなデバイスは、上記ＩＥＥＥ８０２．１１、例えば上記規格９．２．４条準拠の環境で動作することが求められる。主として協動適応クライエントおよびアクセスポイントで構成されたＷＬＡＮの中の長時間動作の結果として衝突が生じた場合は、タイムスロットテーブルを（予め確定ずみの最大値まで）倍増する必要があろう。ある実施例では、協動適応デバイスで、タイムスロットテーブルを実質的に反復することにより既存のタイムスロットテーブルを拡張し、諸デバイスとの間の非衝突相互運用を確実にすることができる。他の実施例では、同様に優先順位付けしたスロットプールを生成し、それらスロットの数を倍増し、原スロット総数に比例したもとの比例値に相対的に比例して成長するようにする。他の実施例では、クライエントがＡＰからのコマンドに応答して自分のタイムスロットテーブルを拡張するようにすることもできる。さらに他の実施例では、協動適応クライエントが時間スロットテーブルを自主的に拡張できる。

協動適応送受信機の数が十分に大きくなり独特の送信開始時間スロット割り当てができなくなった場合、または静的時間スロット割当てが独特でなくなった場合は、上述の場合と同様の状況が生じ得る。衝突が生じた場合は、送信開始タイムスロットテーブルを２倍に拡大（予め画定した最大値まで）して、そのテーブルの内容を上述のとおり拡張する。

好ましい実施例に関連づけてこの発明を上に述べてきたが、この説明は例示のためのものであって限定のためのものではない。この発明の諸変形が当業者には明らかであり、それら変形はこの発明の範囲に含まれるものである。

無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）の応用分野拡大に利用できる。

網１１０に接続されクライエント１３０および１４０と信号授受するアクセスポイント１２０を有するディジタル通信システムのブロック図。 衝突後再送信のための従来技術による規格準拠のタイムスロットのアレー２１０の説明図。 多数の協動適応クライエント相互間への割り当てに適した独特の非衝突タイムスロットのアレーを示す図。 時間軸上の中心を表す多数の協動適応クライエント相互間への割当てに適した独特の非衝突タイムスロット対のアレーを示す図。 この発明による無線アクセスポイントのブロック図。 この発明による無線クライエントのブロック図。

符号の説明

１１０ 固定網
１２０ アクセスポイント
１３０，１４０ 無線クライエント
２１０ ランダムに選択した送信開始タイムスロットのアレー
３１０〜３１８ 開始タイムスロット
４２０，４３０ 開始タイムスロット対
４１０ 中心スロット
４２２，４３２ 高（Ｈ）優先順位タイムスロット
４２４，４３４ 低（Ｌ）優先順位タイムスロット

Claims (29)

1. アクセスポイントを用いたＣＳＭＡ／ＣＡ無線データ通信システムにおいて衝突を最低限に抑える方法であって、
   前記アクセスポイントとの交信を求めるクライエントの存在を検出する過程と、
   前記クライエントの送信を許容する少なくとも一つの独特の開始タイムスロットを含む開始タイムスロットリストを割り当てる過程と、
   前記開始タイムスロットリストを前記クライエントに送信する過程と、
   前記クライエントからの送信、すなわち前記開始タイムスロットリストの示す開始タイムスロットの期間中だけ開始される送信を受信する過程と
   を含む方法。
2. 前記割り当てる過程が、前記クライエントに第１の開始タイムスロットリストを割り当てることと自分に第２の開始タイムスロットを割り当てることとを含み、前記開始タイムスロットリストの各々が前記クライエントおよび前記アクセスポイントに送信開始を許容する利用可能な送信開始タイムスロットのサブセットを含む請求項１記載の方法。
3. 前記割り当てる過程が、第１のクライエントに第１の開始タイムスロットリストを割り当てることと、第２のクライエントに第２の開始タイムスロットを割り当てることとを含み、前記開始タイムスロットリストの各々が前記第１のクライエントおよび前記第２のクライエントに送信の開始を許容する利用可能な送信開始タイムスロットのサブセットを含む請求項１記載の方法。
4. 前記割り当てる過程が、前記クライエントに第１の開始タイムスロットリストを割り当てることと、もう一つのデバイスに第２の開始スロットリストを割り当てることとを含み、前記第１および第２の開始タイムスロットリストが別々である請求項１記載の方法。
5. 前記割り当てる過程が衝突の検出に基づき前記開始タイムスロットリストを拡張することを含む請求項１記載の方法。
6. 前記割り当てる過程が、前記クライエントに第１の開始タイムスロットリストを割り当てることと、もう一つのデバイスに第２の開始タイムスロットリストを割り当てることとを含み、前記開始タイムスロットリストの各々が利用可能な送信タイムスロットのサブセットを含み、前記割り当てる過程が、前記第１の開始タイムスロットリスト、前記第２の開始タイムスロットリストおよび前記利用可能な送信開始タイムスロットの少なくとも一つを反復することをさらに含む請求項５記載の方法。
7. 前記割り当てる過程が、衝突の検出またはクライエント数検出値に基づき前記開始タイムスロットリストを拡張することを含む請求項１記載の方法。
8. 前記拡張することが、前記開始タイムスロットリストを反復することを含む請求項７記載の方法。
9. 前記拡張することが、開始タイムスロットのより大きい複数のプールすなわち各々が送信の一つの部類に関連づけられているより大きい複数のプールを有する拡大開始タイムスロットリストを生成することを含む請求項８記載の方法。
10. 前記検出する過程が、前記クライエントからアソシエーション要求を受信することと、前記クライエントからのアソシエーション要求の受信確認を行うこととを含む請求項１記載の方法。
11. 前記割り当てる過程が、
    前記クライエントについてのトラフィック値を測定することと、
    前記トラフィック値に基づき前記開始タイムスロットを割り当てることと
    を含む請求項１記載の方法。
12. 前記割り当てる過程が、
    高優先順位の開始タイムスロットの少なくとも一つの対と、中心の開始タイムスロットから時間的にほぼ等しく隔たった一つの低優先順位の開始タイムスロットとを割り当てることとを含む請求項１記載の方法。
13. 前記割り当てる過程が、
    送信しようとするデータの部類を定める過程と、
    前記データの部類に関連づけられた開始タイムスロットのプールに基づき前記タイムスロットを割り当てることと
    を含む請求項１記載の方法。
14. 前記割り当てる過程が、
    前記クライエントから優先順位値を受けることと、
    前記優先順位値に基づき前記割り当てられた送信開始タイムスロットを割り当てることと
    を含む請求項１記載の方法。
15. 前記開始タイムスロットリストが高優先順位のタイムスロットと中心の開始タイムスロットから時間的にほぼ等しく隔たった一つの低優先順位のタイムスロットとを含む請求項１記載の方法。
16. 請求項１記載の開始タイムスロットリスト、すなわち複数の開始タイムスロットを含む開始タイムスロットリストを受信できるクライエントであって、ランダム化機能に基づき前記開始タイムスロットリストからの開始を選択するクライエント。
17. 前記選択することが、前記開始タイムスロットリストの任意の要素に対してほぼ等しい選択の尤度を備えるランダム化関数に基づく請求項１６記載のクライエント。
18. 前記開始タイムスロットリストが高優先順位のタイムスロットと中心の開始タイムスロットから時間的にほぼ等しく隔たった一つの低優先順位のタイムスロットとを含む請求項１６記載のクライエント。
19. 前記選択することが、ランダム化関数に基づき前記高優先順位開始タイムスロットが前記低優先順位開始タイムスロットかを選択することを含む請求項１８記載のクライエント。
20. ＣＳＭＡ／ＣＡ無線データ通信システムにおいて衝突を最低限に抑えるアクセスポイントであって、
    前記アクセスポイントとの交信を求めるクライエントの存在を検出するクライエントセンサーと、
    前記クライエントの送信を許容する一つ以上の独特の開始タイムスロットを含む開始タイムスロットリストを割り当てる開始タイムスロット割当て手段と、
    前記開始タイムスロットリストをクライエント受信機に送信するアクセスポイント送信機と、
    前記クライエントからの送信、すなわち前記開始タイムスロットリストの示す開始タイムスロットの期間中だけ受信される送信を受信するアクセスポイント受信機と
    を含むアクセスポイント。
21. 前記開始タイムスロット割当て手段が、
    前記クライエントについてのトラフィック値を発生するトラフィック分析手段と、
    前記トラフィック値に応答する開始タイムスロット選択器と
    を含む請求項２０記載のアクセスポイント。
22. 前記トラフィック値が、
    送信すべきデータの一つの部類と、優先順位値と
    を含む請求項２１記載のアクセスポイント。
23. 前記開始タイムスロット割当て手段が、
    高優先順位の開始タイムスロットの少なくとも一つの対と一つの低優先順位の開始タイムスロットとを含み、前記高優先順位の開始タイムスロットと前記低優先順位の開始タイムスロットとが中心の開始タイムスロットから時間的にほぼ等しく隔てられている請求項２０記載のアクセスポイント。
24. 前記アクセスポイント受信機が前記クライエントから優先順位値を受信することができ、前記開始タイムスロット割当て手段が前記優先順位値に基づき前記開始タイムスロットリストから少なくとも一つの開始タイムスロットを選択する開始タイムスロット選択器を含む請求項２０記載のアクセスポイント。
25. 前記クライエントセンサーがアソシエーション要求を特定するアソシエーションプロセッサを含む請求項２０記載のアクセスポイント。
26. 前記開始タイムスロット割当て手段がランダム化選択信号、すなわち前記開始タイムスロットリストから一つのタイムスロットを動作可能な形で選択するランダム化選択信号を発生する請求項２０記載のアクセスポイント。
27. 前記ランダム化選択信号がほぼ等しい確率の開始タイムスロットを選択する請求項２６記載のアクセスポイント。
28. 前記開始タイムスロット割当て手段が前記クライエントに関連した固定の優先順位値に応答できる請求項２０記載のアクセスポイント。
29. 請求項２０記載の開始タイムスロットに応答できるクライエントであって、
    ランダム化関数に基づき前記開始タイムスロットリストからタイムスロットを選択する開始タイムスロット選択器と、
    前記タイムスロットに関連した期間だけクライエント送信機による送信開始を許容する送信機ゲートと
    を含むクライエント。

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