JP2007536862A - 無線通信システムのスループットおよび消費電力効率を改善する方法 - Google Patents

Abstract

本発明の無線通信の方法は、一実施例では、少なくとも１つのアベイラビリティ情報要素（ＡＩＥ）（400、404）を含むビーコンフレーム(300)を送信するステップを含む。この方法は、受信器からのＡＩＥに基づいて、複数のデバイス（101、103）間、システム（101、103）間、あるいはその両者間のトラフィックの送受信をスケジューリングするステップも含む。無線ネットワーク（100）も開示されている。

Description

本発明は、無線通信システムのスループットおよび消費電力効率を改善する方法に関するものである。

無線通信帯域幅はチャネル変調技術の進歩に伴い著しく増大し、無線媒体が有線や光ファイバソリューションに対する実行可能な代替媒体になっている。このように、データおよび音声通信の無線接続の使用は増加し続けている。これらの装置の数例を挙げると、携帯電話、無線ネットワーク（例えば、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ））内のポータブルコンピュータ、無線ネットワーク内の据え置きコンピュータ、ポータブルハンドセットがある。

各無線ネットワークは複数の層と副層、例えばメディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）層及び物理（ＰＨＹ）層を含む。ＭＡＣ層は、オープンシステムインターコネクション（ＯＳＩ）スタックのデータリンク層の２つ副層の低い方である。ＭＡＣ層は、同一の無線媒体に同時アクセスを要求する多くのユーザ間の調整を行う。

ＭＡＣ層プロトコルは、ネットワーク内のユーザが共有しているブロードキャスト媒体へのアクセスを規定する多くの規則を含む。既に知られているように、種々の多元接続技術（しばしばＭＡＣプロトコルと称する）は、ＭＡＣ層を規定するプロトコル内で動作するように定められている。これらには、搬送波検出多元接続（ＣＳＡＭ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）および時分割多元接続（ＴＤＭＡ）が含まれるが、これに限定されるものではない。

音声およびデータトラフィックの制御の著しい改善のために種々の標準規格および種々のプロトコルが与えられているが、サービス品質（ＱｏＳ）要件をサポートしながら、増大したチャネルレートでのネットワークアクセスの要求が増え続けているので、プロトコルおよび標準規格の継続的な評価と変更が要求されている。例えば、マルチバンド直交周波数多元接続アライアンス（ＭＢＯＡ）ＭＡＣドラフト5.0のような多くの既知のプロトコルは、コンテンションベースアクセスのエンハンスト分散チャネルアクセス（ＥＤＣＡ）または分散予約プロトコル（ＤＲＰ）を利用する非同期トラフィックによる分散型無線ネットワーク内の装置に対するアベイラビリティ情報の共有をサポートしない。このことが欠点となる一つの具体的分野は、ネットワークの装置に対する消費電力管理効率、あるいは、新しいＤＲＰ接続の確立に要する適切な時間を正確に算出するための情報の不足にある。最終的にこれらの欠点は、スループットの低下及び遅延の非効率化を生じる。

従って、少なくとも上述した周知の方法の欠点を実質的に克服する方法と装置が必要とされている。

本発明の一実施例による無線通信方法は、少なくとも１つのアベイラビリティ情報要素（ＡＩＥ）を提供するステップを含む。この方法は、受信器からのＡＩＥに基づいて、複数のデバイス間、システム間、あるいはその両者間のトラフィックの送受信をスケジューリングするステップも含む。

本発明の他の実施例による無線ネットワークは、複数の無線要素を含み、このネットワークは少なくとも１つのアベイラビリティ情報要素（ＡＩＥ）を提供するように構成され、複数の無線要素はＡＩＥに基づいてトラフィックの送受信をスケジューリングする。

本発明は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと最もよく理解される。さまざまな特徴部分は必ずしも一定の比率で描かれていないことが強調される。事実、寸法は考察を明確にするために任意に増減されうる。

以下の詳細な説明において、具体的な詳細を示す実施例は、説明のためであり限定を目的とするものではなく、この実施例の完全な理解のために記載される。しかし、本明細書の開示の恩恵を受ける当業者にとっては、本明細書に開示される詳細な説明から外れる他の実施例も明らかである。さらに、本発明の説明を不明瞭にしないように、周知の装置、方法、システムおよびプロトコルの説明は省略できる。それでもなお、当業者の技術範囲内のこの種の装置、方法、システムおよびプロトコルは実施例に従って使用することができる。最後に、実際上、同一の参照符号は同一または同等の特徴部分を示す。

簡単に説明すると、本発明の実施例に従って、分散型無線ネットワークにおいて効率およびスループットを改善する方法および装置が記載されている。この方法および装置は、ビーコン期間に少なくとも１つのＡＩＥを提供する。ＡＩＥは、到来するスーパーフレームの間ネットワークのデバイス／システムのアベイラビリティを含む。このように、各デバイスはスーパーフレーム中にアベイラビリティを提供し、ネットワークのデバイス／システム間のトラフィックの交換を可能にする。

本明細書に記載されている本発明の実施例では、分散型無線ネットワークは、ＭＢＯＡドラフト０．５に基づいて動作する。無論、これは単なる例示であり、他のＭＡＣプロトコルも実施例と関連して記載されているネットワーク内の装置のアベイラビリティの共有を組み込むことができる。これらのプロトコルには、現在のＭＢＯＡ ＭＡＣプロトコル、搬送波検出多元接続／衝突防止（ＣＳＭＡ／ＣＡ）プロトコル、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）プロトコルの派生が含まれるが、これらに限定されるものではない。これらのプロトコルは単なる例示であり、当業者の技術範囲内の他のプロトコルも実施例に従って実施可能であることが強調される。

図１は、本発明の一実施例による、通信媒質を共有している（すなわち、共存する）複数の無線デバイスあるいはシステムを含む無線ネットワークの概略図である。無線デバイス／システム101は、トラフィック104を伝送範囲102内の他の無線デバイス101と送受信し得る。さらに、特定の無線デバイス／システム101の伝送範囲102外だが、別の特定の装置101’の伝送範囲内にある他の無線デバイス／システム103が存在し得る。このように、特定のデバイス／システム101’と103との間でトラフィック105が伝送され得るが、デバイス／システム103は他のデバイス101からヒドゥン(隠れデバイス／システム)となり得る。本明細書の以下で明らかになるように、トラフィック105への混信は実施例の方法および装置によって回避できる。

図２は、第１のビーコン201と第２のビーコン202との間のスーパーフレームのタイムライン200である。本明細書で使用しているように、ビーコンの開始点はビーコン期間開始時刻（ＢＰＳＴ）と称し、ビーコン間に所定の期間がある。一実施例では、スーパーフレームが複数のメディアアクセススロット（ＭＡＳ）203に分割され、これらのタイムスロットが実施例に従って系統的な送受信を提供する。一実施例では、各スロットが約２５６μｓの持続時間を有する２５６個のスロット203があり、スーパーフレームの全持続時間は約６５．５３ｍｓである（すなわち、ＢＰＳＴ間は６５．５３ｍｓである）。無論、スロット203の数および持続時間は単なる一例であり、スロット203を限定するものではない。

各スーパーフレームの始めに、ビーコン区間204がある。本明細書の以下で明らかになるように、ビーコン区間204は、ネットワーク100のデバイス／システム（例えばデバイス101、103）のアベイラビリティ情報の共有のため並びに実施例の無線ネットワーク100の他のデバイス／システムへトラフィックを送信するデバイス／システムの要求のための伝達手段を提供する。

各ビーコン区間は、所定の数のスロットを具える。この数は特定のサービスインターバルを通じて静的でも動的でもよい。すなわち、一実施例では、サービスインターバルの各スーパーフレームの各ビーコン区間204のスロット203の数は固定されていてもよい。代案として、他の実施例では、ビーコン区間204のスロット203の数は、サービスインターバルのスーパーフレームのデバイスの要求に合わせて可変でもよい。説明のために、固定持続時間のビーコン区間は８個のＭＡＳ203から成るが、可変持続時間のビーコン区間には、ＭＡＳは多くて２０個のＭＡＳ203があってもよい。無論これは単なる一例である。最後に、ビーコン区間204の各スロット203の中に、所定数のビーコン205がある点に注意されたい。例として、３つのビーコン205を図示する。このように、１つの静的ビーコン区間に２４のビーコンがあってもよく、１つの動的なビーコン区間に６０のビーコンがあってもよい。

図３は、実施例に係るビーコンフレーム300を示す。ビーコンフレーム300は、図２の実施例に記載されているビーコン205のうちの１つであってもよい。ビーコンフレーム300は、ヘッダー301と、ビーコンコントロールフレーム302と、複数の情報要素IE1 303、IE2 304、・・・、IEk 305を含む（ｋは自然数）。ビーコン300は、従来技術で周知のフレームチェックシーケンス（ＦＣＳ）で終わる。

例として、複数のＩＥ（IE1 303、IE2 304、IEk 305）は、各々トラフィックインジケーションマップ（ＴＩＭ）またはアベイラビリティＩＥであってもよい。実施例において、アベイラビリティＩＥは、デバイス／システムのアベイラビリティの情報あるいは他のＩＥを提供する。例えば、アベイラビリティＩＥは、数例の可能性を挙げると、システム／デバイスの省電力期間、近隣デバイス／システム（例えば隠れ近隣デバイス．システム）のトラフィックの予約についての情報、走査スケジュール情報、走査チャネル情報を提供する。

ＩＥ303〜305は各々、デバイスまたはシステムの情報を含む。すなわち、ＩＥは一つのデバイス／システムから別のデバイスへの伝送の所望のスケジューリングを示すＴＩＭを含みうる。ＩＥは、トラフィックを受信する特定のデバイス／システムのアベイラビリティも含みうる。本明細書の以下で明らかになるように、スーパーフレームに参加する各デバイス／システムの各スロット203のアベイラビリティをＩＥに設けることができる。さらに、ＩＥをビーコン要素に存在させることによって、ネットワーク100のデバイス／システム間のトラフィックをスケジューリングする情報を効率的に実行でき、例えば、効率およびスループットの著しい改善をもたらすことができる。

一実施例においては、ビーコン期間204の間に、ビーコンフレーム300が、個々の情報要素（すなわちビーコン要素300のＩＥ 303-305）によって与えられる。ビーコンフレーム300は、図４（ａ）、（ｂ）の実施例にそれぞれ示されるアベイラビリティＩＥ400あるいはアベイラビリティＩＥ404を含みうる。

アベイラビリティＩＥ400は、要素ＩＤ401、長さフィールド402およびアベイラビリティビットマップ403を含む。要素ＩＤ 401は、ＩＥ 400の情報要素タイプを示す。例えば、要素ＩＤ401は、アベイラビリティＩＥ、ＴＩＭまたはデバイスに関する情報を与える他の要素であってもよい。

アベイラビリティＩＥ400は長さフィールド402を含む。長さフィールドはＩＥのバイト長を示す。アベイラビリティＩＥ400は、例えば256ビットのアベイラビリティビットマップ403を含む。ビットマップ403の各ビットは、スーパーフレームの各ＭＡＳに対応するデバイス／システムのアベイラビリティを示す２進数（ビット）を表す。実例としては、ビット「０」は、デバイスが特定のＭＡＳの間アベイラブルであることを示し、ビット「１」は、デバイス／システムが特定のＭＡＳの間アベイラブルでないことを示す。ＭＡＳがアベイラブルでない（例えば、「１」）とマークされるのは、数例を挙げると、省電力モード、近隣の予約、他のビーコン期間などの種々の理由があることに注意されたい。

図４（ｂ）は、他の実施例に係るアベイラビリティＩＥ404である。ＩＥ404は、図４（ａ）の実施例のＩＥ 400と多くの共通の特性を有し、これらの共通の特性については、本実施例の説明を不明瞭にしないために繰り返さない。

ＩＥ404は要素ＩＤ405と、長さフィールド406（上述した長さフィールド402に同じ）、ビーコン期間開始時刻（ＢＰＳＴ）オフセット407と、持続時間フィールド408とを含む。

本実施例においては、ＢＰＳＴオフセットフィールド407は、トラフィックの受信に使用可能な期間の開始時刻を定める。この期間は、無線デバイスまたは無線システムがアベイラブルであるスーパーフレーム中の時間間隔である。ＢＰＳＴオフセットフィールド407には、アベイラブル期間の第１のスロットのスロット番号が設定される。持続時間フィールド408は、データスロットの倍数単位で、アベイラブル期間の持続時間を含む。この実施例は、比較的少数のアベイラブル期間があるとき、ＩＥ404の長さは比較的小さくできるので、他にも利点があるが、アベイラビリティを効率的に信号する方法を提供する。

容易に理解されるように、図１の実施例のネットワーク100に戻り説明すると、実施例のアベイラビリティＩＥ400、404によって、ネットワーク100の各デバイス／システム101'、101、103はスーパーフレーム中にそのアベイラビリティをビーコンフレーム300に与えることができる。この情報はビーコン期間204の間に交換され、従って、各デバイス／要素は、自分のアベイラビリティをネットワーク100の他のデバイス／システムに通知するとともに、他のデバイス／システム101’、101、103のアベイラビリティの通知を受けることができる。このように、周知のネットワークを悩ませているスケジューリング問題を、実施例によって実質的に回避できる。

図５は、一実施例による無線ネットワークにおける通信方法500のフローチャートである。方法500はＢＰＳＴが開始するステップ501から開始する。ＢＰＳＴに続くビーコン期間中に、各種デバイス／システムは、現在のスーパーフレーム中にＩＥを有するビーコンを送る。ステップ502において、ビーコンフレームに、ネットワークの各種デバイス／システムから送付されたビーコンの情報を与える。すなわち、ステップ502において、個々のアベイラビリティ要素（例えば要素400、404）をビーコンによって供給し、スーパーフレーム中のＴＩＭおよび他のアベイラビリティに関する情報をビーコンフレーム300に与える。

各デバイス／システムはアベイラビリティＩＥを提供した後、各デバイスはスーパーフレームに参加する予定のネットワークの全デバイス／システムのアベイラビリティＩＥを取り出す機会を得る。このように、ステップ504において、スーパーフレーム中の通信および新規予約のためのネゴシエーションプロセスを実行する。このネゴシエーションとは、例えば、アイソクロナスサービスが必要なデバイスによる帯域予約である。これらのネゴシエーションプロセスは公知技術である。例えば、このネゴシエーションプロセスの詳細はＭＢＯＳプロトコルで提供される。スーパーフレームが完了すると、プロセスはステップ501で次のＢＰＳＴから繰り返される。

この開示からみて、本願明細書に記載されている種々の方法およびデバイスは、分散型無線ネットワークにおける効率的なメディアアクセスおよびメディア共有を達成するために、公知のハードウェアおよびソフトウェアに実装することができる点に注意されたい。更に、さまざまな方法およびパラメータは単なる例示であり、限定を意味するものではない。この開示からみて、当業者は、特許請求の範囲内に維持しながら、種々の実施例装置および方法を独自の技術とその技術を達成するのに必要な装置を決定して実装することができる。

一実施例による、メディアを共有する無線通信ネットワークを示す図である。 一実施例に係るスーパーフレームのタイムラインである。 一実施例に係るビーコンフレームである。 （ａ）は一実施例に係るビーコンフレームのアベイラビリティ情報要素（ＩＥ）であり、（ｂ）は他の実施例に係るビーコンフレームのアベイラビリティ情報要素（ＩＥ）である。 一実施例による、デバイスに対するアベイラビリティを設定する方法である。

Claims (20)

1. アベイラビリティ情報要素（ＡＩＥ）を提供するステップと、
   前記ＡＩＥに基づき、複数のデバイス間、システム間、あるいはその両者間のトラフィックの送受信をスケジューリングするステップと
   を具えることを特徴とする無線通信方法。
2. 前記ＡＩＥがアベイラビリティビットマップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記アベイラビリティビットマップは、スーパーフレームの各メディアアクセススロット（ＭＡＳ）ごとにビットを与えることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 各ＭＡＳのアベイラビリティが前記ビットで決定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記スーパーフレームがビーコン区間に等しいことを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. 前記ＡＩＥがビーコン期間開始時刻（ＢＰＳＴ）オフセットと持続時間とを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記ＡＩＥが省電力モード期間に関する情報を提供することを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記ＡＩＥがスキャンスケジュールを示すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記ＡＩＥが隠れ近隣デバイス／システムからの通信を示すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. ビット「０」がＭＡＳ中のアベイラビリティを示し、ビット「１」がＭＡＳ中のアベイラビリティの欠如を示すことを特徴とする請求項４に記載の方法。
11. 複数の無線要素を具える無線ネットワークにおいて、
    前記ネットワークがアベイラビリティ情報要素（ＡＩＥ）を提供するよう構成され、前記無線要素が前記ＡＩＥに基づいてトラフィックの送受信をスケジューリングすることを特徴とする無線ネットワーク。
12. 前記無線要素が無線デバイス、無線システム、あるいはその両方を含むことを特徴とする請求項１１に記載の無線ネットワーク。
13. 前記ＡＩＥがアベイラビリティビットマップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の無線ネットワーク。
14. 前記アベイラビリティビットマップが、スーパーフレームの各メディアアクセススロット（ＭＡＳ）ごとにビットを与え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。
15. 各ＭＡＳのアベイラビリティが前記ビットで決定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。
16. 前記スーパーフレームがビーコン区間に等しいことを特徴とする請求項１４に記載の無線ネットワーク。
17. 前記ＡＩＥが省電力モード期間に関する情報を提供す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。
18. 前記ＡＩＥがスキャンスケジュールを示すことを特徴とする請求項１１に記載の無線ネットワーク。
19. 前記ＡＩＥが隠れ近隣デバイス／システムからの通信を示すことを特徴とする請求項１１に記載の無線ネットワーク。
20. 前記ＡＩＥがビーコン期間開始時刻（ＢＰＳＴ）オフセットと持続時間を含むことを特徴とする請求項１１に記載の無線ネットワーク。

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