JP2007522757A - 無線ネットワーク通信方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、MIMOステーションを含むインフラストラクチャネットワークにおける無線ネットワーク通信方法を提供する。
ポイント調整子が多重入力/多重出力ステーションに割り当てる競争区間を設定する段階と、競争区間に関連した情報が載せられた管理フレームを前記ポイント調整子が含まれた基本サービスセットのステーションに伝送する段階、及び管理フレームを受信したステーションが管理フレームに載せられた情報に応じて通信を遂行する段階を含む。これにより、無線インフラストラクチャネットワークで従来のIEEE802.11基盤の単一入力/単一出力ステーションと多重入力/多重出力ステーション間の通信衝突を避けるようにできる。

Description

本発明は、無線ネットワーク通信に係り、さらに詳細には、多重入力/多重出力ステーションと単一入力/単一出力ステーションが共存する場合従来の無競争区間を分けて多重入力/多重出力ステーションのための競争区間を割り当てることによって、各ステーションの間のフレーム衝突を防止するようにする無線ネットワーク通信に関する。
無線LANは、有線LANでのようにフロアに配線を行わなく、一定距離内にあるステーション同士無線チャネルを通じてデータを送受信できるネットワークである。従って、無線LAN内でステーションはその移動が自由である。
一般に、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11標準で限定する無線LANの基本構成は基本サービスセット(Basic Service Set;以下、‘BSS’と称する。)である。BSSは、独立ネットワーク(Independent BSS)及びインフラストラクチャネットワーク(Infrastructure BSS)に区分できる。
インフラストラクチャネットワークでアクセスポイント(Access Point;AP)は、ビーコンフレームの伝送を担当する。ビーコンフレームを通じて一つのネットワークが維持でき、ビーコンフレームが示される領域はBSSを限定する。
反面、独立ネットワークでは、APが商用化されなく、独立ネットワークはBSS内にあるステーション間に直接的な通信が行われるアドホックネットワークを意味する。
一方、IEEE802.11標準は、データ伝送媒体についてのステーションの接近のためDCF(Distributed Coordination Function)とPCF(Point Coordination Function)を用いる。
図1は、PCF方式によってステーション間にデータを伝送する過程を示した図面である。一般的なPCF方式は、DCF方式と一緒に使用される。すなわち、PCF区間が終われば、DCF区間が開始され、これら全体が一つの反復区間(CFP反復区間)を形成する。ここで、D1、D2などは、ポイントコーディネーターから送ったフレームを意味し、U1、U2などはポールを受けたステーションから送ったフレームを意味する。
PCFルールに従う無競争区間(Contention−Free Period;CFP)は、先ずポイントコーディネーターがビーコンを伝送することによって開始される。APに存在するポイントコーディネーターが各ステーションに送るデータがあるか問うポーリング過程は、各ステーション毎にラウンドロビン方式で進行される。ポイントコーディネーターでポーリングを行えば、ポーリングを受けたステーションは目的地ステーションに伝送するデータ及びACK(アクノレッジ)をポイントコーディネーターに送信する。この時、ポイントコーディネーターは、受信したデータ及びACKを目的地ステーションに送信し、目的地ステーションにポーリングをする。ポーリングを受けた目的地ステーションは再びACKをポイントコーディネーターに送信し、送るデータがあれば、一緒に送信する。このような方式で無競争区間の間ステーション間にデータを送受信する。
図2は、DCF方式のバックオフ手続きを示した図面である。PCFは、競争がないサービスを提供する反面、DCFは競争基盤のサービスを提供する。DCFは、衝突防止のために循環するバックオフウィンドウメカニズムを使用する。DCFで媒体使用要否を判断する基準はDIFS(DCF Inter Frame Space)である。
図示するように、DCF方式の競争区間(Contention Period;CP)ではDIFS期間後に所定の大きさの競争ウィンドウ(Contention Window;CWindow)区間が各ステーションに設定される。この時、バックオフアルゴリズムによって選択される確率が同一なランダムスロットの大きさがIBSS内の競争に参与した各ステーションに割り当てられる。
図示された例を通じて説明すれば、現在チャネルを使用しているステーションAのフレーム伝送が終了されれば、フレーム伝送を延期しているステーションB、C及びDがDIFS以後チャネル確保のための競争に参与する。先ず、一番目競争ウィンドウ区間で最小のバックオフ時間を選択したステーションCのバックオフタイマーが0になればステーションCは自分のフレームを伝送する。
その後、DIFS区間が過ぎ、二番目競争ウィンドウ区間ではステーションB、D及びEが競争に参与し、前述したような過程を通じてステーションDが伝送チャネルを確保してフレーム伝送を開始する。三番目競争ウィンドウ区間では、ステーションB及びEが競争に参与しており、同一な過程を通じてステーションEが伝送チャネルを確保してフレームを伝送する。四番目競争ウィンドウ区間では、ステーションBのみが競争に参与し、前述したようなバックオフアルゴリズムを通じてステーションBが伝送チャネルを確保してフレームを伝送する。
一方、ディジタル製品の拡散と発展に伴ってディジタル技術は、100Mbits/secを超える高速無線LAN(Wireless Local Area Network)の開発を要求している。このような開発要求を充足させてやることができる次世代無線LANの高速化技術候補のうち一つとして認識されていることが多重入力/多重出力(Multiple Input Multiple Output;以下、‘MIMO’と称する。)技術である。
MIMO技術は、送信機と受信機が多重のアンテナを用いることができるようにする。このようなMIMO技術は、多重アンテナを通じて相異なるデータを同時に伝送するか、或いは受信するようにすることによってシステムの帯域幅をさらに増加させず高速にデータ伝送できる‘Spatial Multiplexing’技法と多重のアンテナで同じデータを伝送して送信の多様性を得ようとする‘Spatial Diversity’技術に区分される。
ところで、従来のIEEE802.11a基盤の単一入力/単一出力(Single Input Single Output;SISO)ステーションは、MIMOステーションから伝送されるデータフレームを認識できない。従って、SISOステーションとMIMOステーションが共存するインフラストラクチャBSSの場合、従来技術によれば、MIMOステーションが通信チャネルを占有している途中にIEEE802.11aステーションが通信を遂行することによってフレーム間衝突可能性を内在している問題点が提起された。
本発明が解決しようとする技術的課題は、無線インフラストラクチャネットワークでMIMOステーションが安全にチャネルを占有できる一定時間を割り当てることによって従来のIEEE802.11aステーションとMIMOステーション間の通信衝突を避けるようにして同一ネットワーク内に二つ種類のステーションが共存できるようにすることにある。
前記技術的課題を達成するための本発明の一実施形態による無線ネットワーク通信方法は、MIMOステーションが競争を通じてチャネルを占有できる期間であるMIMO競争区間に関する情報が含まれた管理フレームを生成する段階、及び前記生成した管理フレームを伝送する段階を含む。
前記技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態による無線ネットワーク通信方法は、MIMOステーションが競争を通じてチャネルを占有できる期間であるMIMO競争区間に関する情報を含む管理フレームを受信する段階、及び前記受信した管理フレームに含まれた前記MIMO競争区間に関する情報が示される期間にMIMOステーションが競争を通じてチャネルを占有する段階を含む。
前記技術的課題を達成するための本発明のさらに他の実施形態による無線ネットワーク通信方法は、ポイント調整子がMIMOステーションに割り当てる競争区間を設定する段階、前記設定された競争区間に関連した情報が載せられた管理フレームを前記ポイント調整子が含まれた基本サービスセットのステーションに伝送する段階、及び前記管理フレームを受信したステーションが前記管理フレームに載せられた情報に応じて通信を遂行する段階を含む。
上述したように本発明によれば、同一の無線インフラストラクチャネットワークで従来のIEEE802.11a基盤のステーションとMIMOステーション間の通信衝突を避けるようにできる。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態による無線ネットワーク通信方法を詳細に説明する。
図3は、IEEE802.11標準で限定する管理フレーム100の構成を示したことである。このような管理フレームには、ビーコンフレーム、結合要請フレーム、結合解除フレーム、結合応答フレーム、プローブ要請フレーム、プローブ応答フレームなどがある。
管理フレーム100は、MACヘッダー110、フレームボディー120、及びFCS(Frame Check Sequence)フィールド130で構成される。MACヘッダー110は、再びフレーム制御フィールド、持続フィールド、目的地住所フィールド、ソース住所フィールド、BSSID(Basic Service Set ID)フィールド、及びシーケンス制御フィールドで構成される。
このような管理フレーム100のフレームボディー120は、図4のような構造を有する一つ以上の情報要素(Information Element;IE)200に揃えられる。情報要素200は、情報要素の種類を記録する要素IDフィールド210、情報フィールド230のサイズを記録する長さフィールド220、及び情報要素200を通じて伝達しようとする情報を記録する情報フィールド230で構成される。
図5は、要素IDフィールド210に記録される要素IDの種類を表として示した図面である。要素IDによって情報要素200がどんな種類の情報を含むかが分かる。示された表には従来に予約されていた要素IDのうち、要素IDを‘41’とする‘MIMO CPパラメータセット’という情報要素が追加されている。しかしながら、MIMO CPパラメータセットの要素IDは他の値に設定されてもよく、MIMO CPパラメータセットについては図6を通じて説明するようにする。
図6は、本発明で提示するMIMO−CPパラメータセットの構造を示したことである。示された情報要素は、要素IDフィールド410、長さフィールド420、及びMIMO−CP Durationフィールド430を含んで構成できる。
要素IDフィールド410には、MIMO−CPパラメータセット情報要素の要素IDが記録される。例えば、MIMO−CPパラメータセット情報要素の要素IDを図5に示すように限定すれば、要素IDフィールド410には‘41’が記録できる。
長さフィールド420には、MIMO−CP Durationフィールド430の大きさが記録される。
MIMO−CP Durationフィールド430は、MIMOステーションが競争を通じてチャネルを占有できるようにするMIMO競争区間に関する情報を含む。例えば、MIMO−CP Durationフィールド430にはMIMO競争区間の持続時間が記録できる。従って、ポイント調整子からMIMO−CPパラメータセット情報要素を受信したMIMOステーションはMIMO−CP Durationフィールド430を解析して自分が競争を通じてチャネルを占有できる時間区間が分かるようになる。その外に追って本フレームに関連した情報を追加できるようにするため予約フィールド(図示せず)を付加してもよい。
このようなMIMO−CPパラメータセット情報要素は、管理フレームのうちビーコンフレームに含まれることが好ましい。
図7は、本発明の実施形態によるCFP反復区間を概略的に示した図面である。
示されたCFP反復区間は、無競争区間510、MIMO競争区間520及び競争区間530で構成される。
MIMO競争区間520は、従来の無競争区間(PCF区間)のうち一部が分割されて割り当てられたことでありうる。無競争区間510で各ステーションは従来の方式通りフレーム伝送を行うようになる。すなわち、ポイント調整子によってポールを受けたステーションが優先的にフレームを伝送し、残りステーションはポイント調整子からポールを受けるときまで待機する。
MIMO競争区間520でMIMOステーションは、競争を通じてチャネルを占有するようになり、これのため図2で説明したバックオフアルゴリズムが使用できる。MIMO競争区間520に関する情報は、MIMOステーションが図6を通じて説明したようなMIMO−CPパラメータセット情報要素が含まれた管理フレームをポイント調整子から受信し、管理フレームに載せられたMIMO−CPパラメータセット情報要素の解析を通じて獲得できる。
しかしながら、従来のIEEE802.11a基盤のステーション(SISOステーション)はこのフレームを解析できないため、無競争区間510とMIMO競争区間520を含んだ最大無競争区間(MaxCFP)540で続けてPCF方式で通信を遂行する。
ポイント調整子がCF−終了フレームを伝送して最大無競争区間540が終われば、競争区間530で従来のIEEE802.11aステーションはSISOデータを伝送するためのチャネル占有競争を行うようになる。この時、MIMOステーションもまたSISOデータを伝送するため一緒に競争に参与できる。
本発明の全体的な動作を、図8を参照して調べれば次の通りである。
図8は、本発明の一実施形態による無線ネットワーク通信過程を示した流れ図である。
ポイント調整子がMIMO競争区間520に関する情報を含んだ管理フレームを生成し、生成した管理フレームをポイント調整子が含まれた無線ネットワークを構成するステーションに伝送する(S110)。管理フレームは、最大無競争区間540に関する情報を含んだCFパラメータ情報要素と図6を通じて説明したようなMIMO−CPパラメータセット情報要素を含むことができる。このような管理フレームはビーコン512であることが好ましく、ビーコンフレーム512はIEEE802.11標準に従うビーコンフレームでありうる。
管理フレーム(例えば、ビーコンフレーム512)を受信した各ステーションは、NAVを設定してポイント調整子からポールが受信する時まで待機する(S120)。この場合、MIMOステーションは受信したビーコン512に載せられているMIMO−CPパラメータセット情報要素を解析して最大無競争区間540でMIMO競争区間520を物静かな無競争区間510にかけてNAV値を設定する。しかしながら、既存のIEEE802.11a基盤のステーション(SISOステーション)はMIMO−CPパラメータセット情報要素を解析できないため、最大無競争区間540ほどNAV値を設定する。この時各ステーションは、NAVを設定した時間の間図1を通じて説明したようなPCF方式によってチャネルを占有する。
無競争区間510が終了されれば、MIMO競争区間520が開始される(S130)。無競争区間(510)のうちポールを受けたステーションのデータ伝送が最終的に終えられれば、各MIMOステーションは競争を通じてチャネルを占有するようになる。例えば、無競争区間510が終えられた後、DIFS期間522後に所定のサイズの競争ウィンドウ区間が各MIMOステーションに設定される。この時バックオフアルゴリズムによって選択される確率が同一なランダムスロットの値(バックオフタイム)が競争に参与したMIMOステーションにそれぞれ割り当てられる。
最小のバックオフタイムを有するMIMOステーションが先ずチャネルを占有してフレーム伝送を行うようになり、残りMIMOステーションが同じ方式でバックオフアルゴリズムによる優先順位を決めてチャネルを占有するようになる。このような方式は、図2を通じて説明したDCF方式でありうる。
反面、既存のIEEE802.11a基盤のステーションはポイント調整子が伝送したビーコンに含まれたMIMO−CPパラメータセット情報要素を解析できないためMIMO競争区間520でもポイント調整子のポールを受信した場合にチャネルを占有するようになる。
MIMO競争区間520は、最大無競争区間540と同時に終了される。例えば、ポイント調整子が従来のIEEE802.11標準に従うCFP終了フレーム(無競争終了フレーム)を伝送することによって、MIMO競争区間520を含んだ最大無競争区間540が終了され、競争区間530が開始される(S140)。従って、従来のIEEE802.11a基盤のステーションはこの時から競争を通じてチャネルを占有するようになる。各ステーションの競争を通じたチャネル占有方法は、図2を通じて説明したようなバックオフアルゴリズムに従うことができる。MIMOステーションは、この期間の間IEEE802.11aステーションと一緒に従来のIEEE802.11aデータ(SISOデータ)を伝送するため競争できる。
以上、本発明について詳細に記述したが、当業者であれば、特許請求の範囲に限定された本発明の精神及び範囲を外れないながら本発明を多様に変形又は変更して実施できることは自明であり、従って本発明の実施形態による単純な変更は本発明の技術を外れることができないものである。
PCF方式によってステーション間にデータを伝送する過程を示した図である。 DCF方式のバックオフ手続きを示した図である。 IEEE802.11で管理フレームの構成を示した図である。 IEEE802.11標準に従う管理フレームのフレームボディーの基本構造を示した図である。 要素IDフィールドに記録される要素IDの種類を表として示した図である。 本発明で提示するMIMO−CPパラメータセットの構造を示した図である。 本発明の実施形態によるDFP反復区間を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による無線ネットワーク通信過程を示した流れ図である。

Claims (24)

  1. MIMOステーションが競争を通じてチャネルを占有できる期間であるMIMO競争区間に関する情報が含まれた管理フレームを生成する段階;及び
    前記生成した管理フレームを伝送する段階を含むことを特徴とする無線ネットワーク通信方法。
  2. 前記MIMOステーションの競争は、バックオフアルゴリズムによる競争であることを特徴とする請求項1に記載の無線ネットワーク通信方法。
  3. 前記管理フレームは、ビーコンフレームであることを特徴とする請求項1に記載の無線ネットワーク通信方法。
  4. 前記ビーコンフレームは、IEEE802.11標準規格に従うビーコンフレームであることを特徴とする請求項3に記載の無線ネットワーク通信方法。
  5. 前記MIMO競争区間に関する情報は、前記情報の要素を示す要素IDフィールド、前記MIMOステーションが競争を通じてチャネルを占有できる時間を示すMIMO競争区間フィールド、及び前記MIMO競争区間フィールドのサイズを示す長さフィールドを含むことを特徴とする請求項1に記載の無線ネットワーク通信方法。
  6. 前記管理フレームは、SISOステーションが無競争的にチャネルを占有できる期間である最大無競争区間に関する情報をさらに含み、前記MIMO競争区間は前記最大無競争区間内に含まれるように設定されることを特徴とする請求項5に記載の無線ネットワーク通信方法。
  7. 前記MIMO競争区間は、前記最大無競争区間と同時に終了されるように設定されることを特徴とする請求項6に記載の無線ネットワーク通信方法。
  8. 前記最大無競争区間の終了を示す無競争終了フレームを生成する段階;及び
    前記生成した無競争終了フレームを伝送する段階をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の無線ネットワーク通信方法。
  9. MIMOステーションが競争を通じてチャネルを占有できる期間であるMIMO競争区間に関する情報を含む管理フレームを受信する段階;及び
    前記受信した管理フレームに含まれた前記MIMO競争区間に関する情報が示される期間にMIMOステーションが競争を通じてチャネルを占有する段階を含むことを特徴とする無線ネットワーク通信方法。
  10. 前記MIMOステーションの競争は、バックオフアルゴリズムによる競争であることを特徴とする請求項9に記載の無線ネットワーク通信方法。
  11. 前記管理フレームは、ビーコンフレームであることを特徴とする請求項9に記載の無線ネットワーク通信方法。
  12. 前記ビーコンフレームは、IEEE802.11標準規格に従うビーコンフレームであることを特徴とする請求項11に記載の無線ネットワーク通信方法。
  13. 前記競争区間に関する情報は、前記情報の要素を示す要素IDフィールド、前記MIMOステーションが競争を通じてチャネルを占有できる時間を示すMIMO競争区間フィールド、及び前記MIMO競争区間フィールドのサイズを示す長さフィールドを含むことを特徴とする請求項9に記載の無線ネットワーク通信方法。
  14. 前記管理フレームは、SISOステーションが無競争的にチャネルを占有できる期間である最大無競争区間に関する情報をさらに含み、前記MIMO競争区間は、前記最大無競争区間内に含まれるように設定された管理フレームであることを特徴とする請求項13に記載の無線ネットワーク通信方法。
  15. 前記MIMO競争区間は、前記最大無競争区間と同時に終了されることを特徴とする請求項14に記載の無線ネットワーク通信方法。
  16. 前記MIMO競争区間が終了された場合競争を通じてチャネルを占有してSISOデータを伝送する段階をさらに含むことを特徴とする請求項15に記載の無線ネットワーク通信方法。
  17. ポイント調整子がMIMOステーションに割り当てる競争区間を設定する段階;
    前記設定された競争区間に関連した情報が載せられた管理フレームを前記ポイント調整子が含まれた基本サービスセットのステーションに伝送する段階;及び
    前記管理フレームを受信したステーションが前記管理フレームに載せられた情報に応じて通信を遂行する段階を含むことを特徴とする無線ネットワーク通信方法。
  18. 前記管理フレームは、ビーコンフレームであることを特徴とする請求項17に記載の無線ネットワーク通信方法。
  19. 前記設定された競争区間では、MIMOステーションが競争を通じてチャネルを占有することを特徴とする請求項18に記載の無線ネットワーク通信方法。
  20. 前記競争区間に関連した情報は、前記情報の要素を示す要素IDフィールド、前記MIMOステーションが競争を通じてチャネルを占有できる期間を示すMIMO競争区間フィールド、及び前記MIMO競争区間フィールドのサイズを示す長さフィールドを含むことを特徴とする請求項17に記載の無線ネットワーク通信方法。
  21. 前記MIMO競争区間は、SISOステーションが無競争的にチャネルを占有できる期間である最大無競争区間に含まれるように設定されることを特徴とする請求項20に記載の無線ネットワーク通信方法。
  22. 前記MIMO競争区間は、前記最大無競争区間と同時に終了されることを特徴とする請求項21に記載の無線ネットワーク通信方法。
  23. 前記MIMO競争区間及び前記最大無競争区間の終了は、前記ポイント調整子の無競争終了フレームによる終了であることを特徴とする請求項21に記載の無線ネットワーク通信方法。
  24. 前記無競争終了フレームを受信したステーションが競争を通じてチャネルを占有してSISOデータを伝送する段階をさらに含むことを特徴とする請求項23に記載の無線ネットワーク通信方法。
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