JP2008011509A - 無線通信方法及び無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】並列多重アクセスを物理レイヤで使用できるシステム及び方法
【解決手段】システムは、キューブロックをネットワーク中の各アクティブ局に関連付け、各キューブロックは、競合ベースのプロセスを実行してフレームセットから競合に勝利したフレームを選択する無線局マネージャと、宛先アドレスを含むフレームを受信し、各受信したフレームを宛先アドレスに基づいてキューブロックにルーティングするマルチプレクサと、各キューブロックから競合に勝利したフレームを受信し、競合に勝利したフレームの数がしきい値以下である場合に、競合に勝利したフレームを物理レイヤに転送して、アクティブ局に同時に送信し、競合に勝利したフレームの数がしきい値を超える場合に、競合に勝利したフレームのサブセットを物理レイヤに転送して、アクティブ局に同時に送信するアクセスコントローラと、同時にフレーム送信が可能な物理レイヤとを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、包括的にはネットワークに関し、特に、アクセスポイントのＭＡＣレイヤレイヤに複数のサブブロックを実装して、並列多重アクセス（例えば、ＳＤＭＡ又はＦＤＭＡ）をアクセスポイントの物理レイヤで使用するシステム及び方法を提供する。

無線通信の利便性によって、ユーザは更に多くのサポートを必要としている。無線ネットワーク上の代表的なアプリケーションにはビデオストリーミング、ビデオ会議又は通信教育等がある。しかし、利用可能な無線帯域幅が制限されているため、８０２．１１ネットワークではサービス品質（ＱｏＳ：Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）管理がますます重要になっている。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｅは、音声及びビデオ等、帯域幅に影響を受けやすいアプリケーションをサポートする無線装置のためのＱｏＳメカニズムの定義を提案している。

最初の８０２．１１メディアアクセス制御（ＭＡＣ：Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）プロトコルでは、無線局に対し二つの通信モードが設計された。第１のモードは分散制御機能（ＤＣＦ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）で、搬送波感知多重アクセス／衝突回避方式（ＣＳＭＡ／ＣＡ：Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）に基づいており、リッスン・ビフォア・トーク（ｌｉｓｔｅｎ ｂｅｆｏｒｅ ｔａｌｋ）と呼ばれる。無線局は、ネットワーク上で待機時間の間待機し、それからデータ送信及び衝突検知を開始する。第２のモードは集中制御機能（ＰＣＦ：Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）で、時間に影響を受けやすいトラフィックフローをサポートする。無線アクセスポイントは定期的にビーコンフレームを送信することによって、無線ネットワークに特有のネットワーク識別子及び管理パラメータを通信する。ビーコンフレームを送信する間、ＰＣＦは時間を非競合期間と競合期間とに分割する。ＰＣＦを使用する無線局は、非競合期間中にデータを送信する。

ＤＣＦ及びＰＣＦは、トラフィックタイプ又はトラフィックソース間で違いがないため、ＩＥＥＥはＱｏＳを促進するために両制御のモードに対する拡張を提案した。これらの変更は、重要なサービス要求を満たすと同時に、現在の８０２．１１の標準規格の古いバージョンとの上位互換性を持たせるようにしている。

拡張分散制御アクセス（ＥＤＣＡ：Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ａｃｃｅｓｓ）は、トラフィックカテゴリの概念を導入する。無線局はＥＤＣＡを使用して、メディアが対応するトラフィックカテゴリによって定義される待ち時間の間アイドル状態であることを検出した後、データ送信しようとする。優先度の高いトラフィックカテゴリの方が優先度の低いトラフィックカテゴリより待ち時間が短い。サービスに対する保証があるわけではないが、ＥＤＣＡは確率的な優先度に基づくメカニズムを確立するために、トラフィックカテゴリに基づいて帯域幅を割り当てる。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｅＥＤＣＡ標準規格は、トラフィックを４つのアクセスカテゴリ（ＡＣ：Ａｃｃｅｓｓ Ｃａｔｅｇｏｒｙ）、すなわち、音声、ビデオ、ベストエフォート及びバックグラウンドにグループ化することによって、異なるＱｏＳを提供している。優先度の値に基づいて、フレームはＭＡＣレイヤで４つのＡＣに割り当てられる。音声ＡＣは優先度が最も高く、ビデオＡＣは優先度が２番目に高く、ベストエフォートＡＣは優先度が３番目に高く、バックグラウンドＡＣは優先度が最も低い。各ＡＣは、ＡＣ自体の送信キュー及びＡＣ自体のメディアアクセスパラメータのセットを有する。トラフィックの優先度の設定は、メディアアクセスパラメータ、すなわち、ＡＩＦＳ間隔、コンテンションウィンドウ（ＣＷ：Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｗｉｎｄｏｗ）及び送信権（ＴＸＯＰ：Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙ）を使用して、優先度の高いＡＣの方が優先度の低いＡＣより比較的多くのメディアアクセスの機会を有することを保証する。

一般に、フレーム送信間隔（ＡＩＦＳ：Ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）は、無線局がバックオフ又は送信する前に、メディアがアイドル状態であることを検出しなければならない時間間隔である。優先度の高いＡＣほど短いＡＩＦＳ間隔を使用する。コンテンションウィンドウ（ＣＷ、ＣＷｍｉｎ、及びＣＷｍａｘ）は無線局がメディアにアクセスできるまでのバックオフタイムスロットの数を示す。ＣＷは、最小値ＣＷｍｉｎから開始して、最大値ＣＷに達するまで送信に失敗する度に２倍になる。つまり、ＣＷは送信が再試行制限を越えるまで最大値ＣＷｍａｘを保持する。優先度順位の高いＡＣほど小さいＣＷｍｉｎ及びＣＷｍａｘを使用する。ＴＸＯＰは、各ＡＣがメディアへのアクセスできた後に、フレーム送信が許可される最大持続時間を示す。衝突のオーバーヘッドを減少させるため、合計送信時間がＴＸＯＰの持続時間を越えない限り、取得した一つのＴＸＯＰの接続時間内で更に衝突することなく複数のフレームを送信できる。

二つの無線局が互いを監視できないことによって、無線局による送信が衝突する可能性を減少させるために、仮想キャリア検知メカニズムが標準に定義される。ある無線局がトランザクションを開始する前に、無線局は送信要求（ＲＴＳ：Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）と呼ばれる短い制御パケットを最初に送信する。この制御パケットは、送信元アドレス、宛先アドレス及び後続のトランザクションの持続時間（すなわちデータパケット及び各々のＡＣＫ）を含む。次に、宛先となる無線局は送信クリア（ＣＴＳ：Ｃｌｅａｒ ｔｏ Ｓｅｎｄ）と呼ばれる応答制御パケットで応答する（メディアが空いている場合）。この応答制御パケットは、同じ持続時間の情報を含める。ＲＴＳ及び／又はＣＴＳを受信した全ての無線局は、仮想キャリア検知インジケータを設定する。すなわち、任意の持続時間についてネットワーク割り当てベクトル（ＮＡＶ：ｎｅｔｗｏｒｋ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒ）を設定してメディアを検出するときに、物理キャリア検知とともにＮＡＶを使用する。仮想キャリア検知メカニズムは、ＲＴＳ送信の短い持続時間の間、送信局から「隠れている」無線局による受信側領域での衝突の可能性を減少させるが、これは無線局がＣＴＳを監視し、トランザクション終了までメディアを使用中として「予約」することによる。ＲＴＳの持続時間の情報によって応答した無線局の範囲外にある無線局によるＡＣＫの間に発生する衝突から送信側を保護する。ＲＴＳ及びＣＴＳは短いフレームであるため、これらのフレームはデータパケット全体が送信される場合よりも速く認識されるので（データパケットがＲＴＳより大きいと仮定する）、仮想キャリア検知メカニズムは、衝突のオーバーヘッドを減少させる。仮想キャリア検知メカニズムの規格では、短いデータパケット、すなわち、ＲＴＳ閾値より短いパケットについては、ＲＴＳ／ＣＴＳのトランザクションなしで送信することができる。

これらのメディアアクセスパラメータを用いて、ＥＤＣＡは次のように動作する。送信局が何らかの送信を開始する前に、送信局は、最初に少なくともＡＩＦＳ間隔の間、チャネルが物理的及び仮想的にアイドル状態であることを検出する必要がある。ＡＩＦＳ間隔の後にチャネルが依然としてアイドル状態であれば、バックオフ手続きを呼び出し、バックオフカウンタを使用して、ランダムなバックオフタイムスロットをカウントダウンする。送信局は、チャネルがアイドル状態であると検出している限り、バックオフカウンタを１ずつデクリメントする。バックオフカウンタがゼロに達すると、送信局はＲＴＳ送信を開始し、受信局からのＣＴＳ送信を待つ。送信局がＣＴＳ送信を受信局から受信する場合、送信局はトランザクションを開始する。無線局は、合計送信時間がＴＸＯＰ持続時間を越えない限り、競合することなく、複数のフレームを送信できる。
送信局は、バックオフ手続き中にチャネルのビジー状態を検出した場合、現在のバックオフ手続きを中断して、再びＡＩＦＳ間隔の間、チャネルがアイドル状態であると検出されるまで、バックオフカウンタを一時停止する。ＡＩＦＳ間隔の後に、チャネルが依然としてアイドル状態であれば、送信局は、残っているバックオフカウンタのデクリメントを再開する。各送信が成功しなかった後、ＣＷはＣＷｍａｘに達するまで２倍になる。各送信が成功した後、ＣＷはそのデフォルト値であるＣＷｍｉｎに戻る。各アクセスカテゴリのＱｏＳ制御レベルは、メディアアクセスパラメータ及びネットワーク中で競合する無線局の数の組み合わせによって決まる。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｅは、チャネルアクセスが時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）によって取得されるＣＳＭＡ／ＣＡネットワークに向いている。ＡＰのＭＡＣレイヤは一度に１人のユーザとアクティブに通信し、アプリケーションレイヤによってサービスを受けている複数のクライアントには気付かない。

図１は、従来技術によるＴＤＭＡベースの物理レイヤ１０５を使用した無線アクセスポイント１００のレイヤのブロック図である。上位レイヤ１１５、この場合、無線局ＳＴＡ_Ａ及びＳＴＡ_Ｂからのトラフィックは、フレームの対応するＡＣに基づいてＭＡＣレイヤ１１０で４つのキュー１２０に分類される。各キュー１２０は、複数の異なるユーザを宛先としたフレームを含む。キュー１２０間のフレームは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅに指定されるようにチャネルアクセスを求めて競合する。競合が終わった時に、ＭＡＣレイヤ１１０は競合に勝利したフレームを送信のために物理レイヤ１０５に送る。

図２は、従来技術によるＴＤＭＡベースの物理レイヤを実装した無線ネットワークのパケットフローを示すタイミング図２００である。フレーム交換の時系列は二つの無線局、すなわちＳＴＡ_Ａ及びＳＴＡ_Ｂを仮定する。ＳＴＡ_Ａ及びＳＴＡ_Ｂは、無線メディアへのアクセスを求めて競合する。フレームは、同じ共有物理チャネルを経由して送信され、衝突を避けるために時間で分けられる。図示するように、ＡＰはフレーム、すなわちＦＲＡＭＥ_Ｉ（Ａ）をＳＴＡ_Ａに送信する。ＳＴＡ_Ａは、フレームを受信すると、一定時間Ｔ_ＡＣＫ待機してから、確認応答ＡＣＫ_Ｉ（Ａ）をＡＰに送信する。ＡＰは、ＡＣＫ_Ｉ（Ａ）を受信すると、一定時間Ｔ_ＤＡＴＡ待機してから、次のフレーム、すなわちＦＲＡＭＥ_Ｊ（Ｂ）をＳＴＡ_Ｂに送信する。ＳＴＡ_Ａのように、ＳＴＡ_Ｂは一定時間Ｔ_ＡＣＫ待機してから確認応答ＡＣＫ_Ｊ（Ｂ）をＡＰに送信する。

ＴＤＭＡは並列多重アクセスを使用しないため、従来技術による方法は依然として非効率的である。そこで、並列多重アクセスを物理レイヤで使用できるシステム及び方法が必要である。

本発明の代表的な一形態によると、広帯域無線アクセスネットワークでマルチユーザＭＡＣレイヤを実装するシステム及び方法が提供される。マルチユーザＭＡＣは、複数のクライアントとのアクティブ通信リンクを同時にサポートすることによって、プロトコルスタック間でのシームレスな接続性を可能にし、結果として遅延及びジッタを小さくする。マルチユーザＭＡＣは、ＳＤＭＡを使用して同じチャネル上の、又はＦＤＭＡ若しくは複数の無線を使用して複数の異なるチャネル上の、複数の並列物理リンクをサポートする物理レイヤを使用することができ、結果としてスループットを増大させる。

本発明の別の実施の形態では、無線通信方法は、キューブロックをネットワーク中の各アクティブ局に関連付け、アクティブ局を識別する宛先アドレスを含むフレームを受信し、各フレームを宛先アドレスに基づいてキューブロックにルーティングし、少なくとも一つのフレームを含む各キューブロックによって競合ベースのプロセスを実行し、競合ベースのプロセスを実行する各キューブロックから競合に勝利したフレームを受信し、競合に勝利したフレームの数が１よりも大きいしきい値以下である場合、少なくとも一つの競合に勝利したフレームを物理レイヤに転送することによって、少なくとも一つのアクティブ局に略同時に送信し、競合に勝利したフレームの数がしきい値を超える場合、競合に勝利したフレームのサブセットを物理レイヤに転送することによって、アクティブ局に略同時に送信することを含む。

無線通信方法は、無線アクセスポイントによって実行することができ、ネットワークは無線ネットワークを含む。競合ベースのプロセスは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅプロセスを含む。しきい値は、物理レイヤが同時に使用可能なチャネルの数である。競合に勝利したフレームのサブセットはしきい値に等しい数のフレームを含む。方法は、アクティブ局の数に基づいてキューブロックのインスタンスを作成することを含む。方法は、競合に勝利したフレームの数としきい値との差が該しきい値よりも大きい場合、競合に勝利したフレームの別のサブセットを物理レイヤに転送することによって、次のタイムスロット中にアクティブ局に略同時に送信することを含む。方法は、競合に勝利したフレームの数としきい値との差が該しきい値以下である場合、競合に勝利したフレームを物理レイヤに転送することによって、次のタイムスロット中にアクティブ局に略同時に送信することを含む。方法は、物理レイヤに転送される競合に勝利したフレームに、アクティブ局に確認応答ＡＣＫフレームをいつ送信すべきかを通知するタイムオフセットを設定することによって、競合なしの確認応答ＡＣＫフレームのための時分割アップリンクを可能にすること含む。物理レイヤに転送される少なくとも二つの競合に勝利したフレームが異なるサイズを含み、一方のフレームは小さく、他方のフレームは大きい場合、方法は、ダミーデータを含む小さいフレームが大きいフレームと同じサイズになるように、ダミーデータを小さいフレームに添付することを含む。

また、別の実施形態では、システムは、キューブロックをネットワーク中の各アクティブ局に関連付け、複数のアクティブ局及び複数のキューブロックを管理可能な無線局マネージャであって、各キューブロックは、競合ベースのプロセスを実行してフレームセットから競合に勝利したフレームを選択するように構成される無線局マネージャと、宛先アドレスを含むフレームを受信し、受信した各フレームを宛先アドレスに基づいてキューブロックにルーティングするマルチプレクサと、各キューブロックから競合に勝利したフレームを受信するアクセスコントローラであって、競合に勝利したフレームの数が１よりも大きいしきい値以下である場合に、少なくとも一つの競合に勝利したフレームを物理レイヤに転送し、少なくとも一つのアクティブ局に同時に送信し、競合に勝利したフレームの数がしきい値を超える場合に、競合に勝利したフレームのサブセットを物理レイヤに転送して、アクティブ局に同時に送信するように構成されるアクセスコントローラと、例えばＳＤＭＡ又はＦＤＭＡを使用して、略同時にフレーム送信が可能な物理レイヤとを備える。

システムは無線アクセスポイントを含み、ネットワークは無線ネットワークを含む。競合ベースのプロセスはＩＥＥＥ８０２．１１ｅプロセスを含む。しきい値は、物理レイヤが同時に使用可能なチャネルの数である。競合に勝利したフレームのサブセットはしきい値に等しい数のフレームを含む。無線局マネージャは、アクティブ局の数に基づいてキューブロックのインスタンスを作成することができる。アクセスコントローラは、競合に勝利したフレームの数としきい値との差が該しきい値よりも大きい場合、競合に勝利したフレームの別のサブセットを物理レイヤに転送し、次のタイムスロット中にアクティブ局に略同時に送信することができる。アクセスコントローラは、競合に勝利したフレームの数としきい値との差がそのしきい値以下である場合、競合に勝利したフレームを物理レイヤに転送して、次のタイムスロット中にアクティブ局に略同時に送信することができる。アクセスコントローラは、物理レイヤに転送される競合に勝利したフレームに、アクティブ局に確認応答ＡＣＫフレームをいつ送信すべきかを通知するタイムオフセットを設定して、競合なしの確認応答ＡＣＫフレームのための時分割アップリンクを可能にすることができる。物理レイヤに転送される少なくとも二つの競合に勝利したフレームが異なるサイズを含み、一方のフレームは小さく、他方のフレームは大きい場合、アクセスコントローラは、ダミーデータを含む小さいフレームが大きいフレームと同じサイズになるように、ダミーデータを小さいフレームに添付することができる。

さらに別の実施の形態では、システムは、キューブロックをネットワーク中の各アクティブ局に関連付け、複数のアクティブ局及び複数のキューブロックを管理する手段であって、各キューブロックは、競合ベースのプロセスを実行して、フレームセットから競合に勝利したフレームを選択するように構成される手段と、アクティブ局を識別する宛先アドレスを含むフレームを受信し、各受信したフレームを宛先アドレスに基づいてキューブロックにルーティングする手段と、各キューブロックから競合に勝利したフレームを受信し、競合に勝利したフレームの数が１よりも大きいしきい値以下である場合、少なくとも一つのアクティブ局に同時に送信するために、少なくとも一つの競合に勝利したフレームを転送し、競合に勝利したフレームの数がしきい値を超える場合、アクティブ局に同時に送信するために、競合に勝利したフレームのサブセットを転送する手段と、複数のフレームを略同時に送信する手段とを備える。

本発明によると、プロトコルスタック間でシームレスな接続を可能にし、遅延及びジッタを小さくする。また、マルチユーザＭＡＣは、ＳＤＭＡを使用して同じチャネル上の、又はＦＤＭＡ若しくは複数の無線を使用して複数の異なるチャネル上の複数の並列物理リンクをサポートする物理レイヤの能力を使用することができ、結果としてスループットを増大させる。

以下の説明は、当業者が本発明を実施し使用することができるように提供され、特定の用途及びその要件に関連して提供されるものである。実施形態に対する様々な変更が当業者には可能であり、本明細書で定義される一般原理は、これら及びその他の実施形態並びに用途へ、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく適用される。つまり、本発明は記載した実施形態に制限されることを意図するものではなく、本明細書に開示される原理、特徴及び教示と整合する最大範囲に認容されるべきものである。

本発明の実施形態では、広帯域無線アクセスネットワークのマルチユーザＭＡＣレイヤを実装するシステム及び方法を提供する。マルチユーザＭＡＣは、複数のクライアントとのアクティブ通信リンクを同時にサポートすることによって、プロトコルスタック間でシームレスな接続を可能にし、結果として遅延及びジッタを小さくする。マルチユーザＭＡＣは、ＳＤＭＡを使用して同じチャネル上の、又はＦＤＭＡ若しくは複数の無線を使用して複数の異なるチャネル上の複数の並列物理リンクをサポートする物理レイヤを使用することができ、結果としてスループットを増大させる。

図３は、本発明の実施形態による、並列多重アクセス物理レイヤ３０５を実装した無線アクセスポイント３００のブロック図である。無線アクセスポイント３００は、上位レイヤ３２０、上位レイヤ３２０に結合されるマルチユーザＭＡＣレイヤ３１５、マルチユーザＭＡＣレイヤ３１５に結合されるアクセスコントローラ３１０、及びアクセスコントローラ３１０に結合される並列多重アクセス物理レイヤ３０５を備える。マルチユーザＭＡＣレイヤ３１５は、無線局マネージャ３３５、二つのキューブロック３２５ａ、３２５ｂ（以下、それぞれまとめてキューブロック３２５と呼ぶ）、及びマルチプレクサ／デマルチプレクサ３３０を備える。アクセスコントローラ３１０は、ＭＡＣレイヤ３１５の一部、物理レイヤ３０５の一部、又はその中間に実装することができる。

簡単にするために、無線アクセスポイント３１０は、二つの無線局のみ、すなわちＳＴＡ_Ａ及びＳＴＡ_Ｂのみ処理するように構成されている。しかし、無線アクセスポイント３００は任意の数の無線局をサポートするように構成することができる。

一般に、上位レイヤ３２０は、複数のクライアント局、この場合ではＳＴＡ_Ａ及びＳＴＡ_Ｂを宛先としたフレームを受信する。上位レイヤ３２０は、有線ネットワークからフレームを受信することができる。上位レイヤ３２０は、フレームをマルチユーザＭＡＣレイヤ３１５に転送する。フレームマルチプレクサ／デマルチプレクサ３３０は、入力フレームの宛先アドレスを調べ、入力フレームをその宛先アドレスに基づいて適切なキューブロック３２５にルーティングする。各キューブロック３２５は単一のクライアント局、例えばＳＴＡ_Ａ又はＳＴＡ_Ｂ専用であり、他方のキューブロック３２５から独立して機能する。この例では、キューブロック３２５ａは無線局ＳＴＡ_Ａのフレーム専用であり、キューブロック３２５ｂは無線局ＳＴＡ_Ｂのフレーム専用である。この場合、各キューブロック３２５は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅプロトコルに従って、特定のクライアント局の競合を処理する。ＩＥＥＥ８０２．１１ｅの実施形態では、フレームは各キューブロック３２５内でＩＥＥＥ８０２．１１ｅのアクセスカテゴリ（例えば、ビデオ、音声、ベストエフォート、及びバックグラウンド）に分類することができ、競合に勝利したフレームを、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅプロトコルを使用して選択することができる。

無線局マネージャ３３５は、送信局アドレスを監視することによって、アクティブ局に関して無線ネットワークを監視する。新たにアクティブになった無線局を検出すると、無線局マネージャ３３５は、新たにアクティブになった無線局のトラフィックの処理を担当するキューブロック３２５のインスタンスを作成することができる。また、無線局マネージャ３３５は、例えば無線局アドレスにキューブロック３２５の新しいインスタンスを関連付けることによって、新たにアクティブになった無線局の入力フレームを管理するように、フレームマルチプレクサ／デマルチプレクサ３３０を構成する。それまでアクティブであった無線局が非アクティブになったことを検出すると、無線局マネージャ３３５は、現在では不必要と考えられるキューブロック３２５を除去することができる。図３に示す例では、無線局マネージャ３３５は、二つの無線局、すなわちＳＴＡ_Ａ及びＳＴＡ_Ｂが現在アクティブであると判断した。したがって、無線局マネージャ３３５は、二つのキューブロック、すなわちキューブロック３２５ａ及び３２５ｂを作成し、二つの無線局のフレームを処理するようにマルチプレクサ／デマルチプレクサ３３０を構成した。

本発明の実施形態で、無線局マネージャ３３５は、帯域幅又はスループット等への機能的な限界によってのみ制限される、キューブロック３２５の任意の数のインスタンスを作成することができる。本発明の別の実施形態では、無線局マネージャ３３５は、ハードウェア制約によって（及び、帯域幅又はスループット等への機能的な限界によって）制限される、キューブロック３２５の所定数のインスタンスのみ構成することができる。

ＭＡＣレイヤ３１５は、各キューブロック３２５の中で、各競合に勝利したフレームをアクセスコントローラ３１０に転送する。アクセスコントローラ３１０は、各競合に勝利したフレームの中から、物理レイヤ３０５に転送してクライアント局に送信するフレームを選択する。アップリンクチャネルの競合要件を回避するために、アクセスコントローラ３１０は、選択された競合に勝利したフレームに確認応答ＡＣＫオフセットを割り当てることができる。したがって、クライアント局、例えばＳＴＡ_Ａ及びＳＴＡ_Ｂは、それぞれのＡＣＫを送信するためにアップリンクチャネルへのアクセスを求めて競合する必要がない。代わりに、無線局はＡＣＫオフセットに基づいてＡＣＫを送信する。このＡＣＫタイミングについては、図４及び図５を参照して説明する。

時には、クライアント局（例えば、キューブロック３２５）の数が、並列多重アクセス物理レイヤ３０５が使用可能なチャネルを上回る場合がある。例えば、８のアクティブ局があり、使用可能なチャネルが４しかない場合がある。このような場合、アクセスコントローラ３１０は、優先度方式、ＳＮＲ方式、無線局の物理的な位置、又は無線局アドレス等に基づいた選択アルゴリズムを実施して、最初のスロットで送信するフレーム、及び２番目のスロットで送信するフレーム等を、全てのフレームが送信されるまで選択することができる。

アップリンク方向では、無線アクセスポイント３００は、単一のチャネルのみを経由してしかフレームを受信することができないため、従来の方法を使用することができる。

図４は、ＡＰが本発明の実施形態による並列多重アクセス物理レイヤを実装した無線ネットワークのパケットフローを示すタイミング図４００である。フレーム、すなわち無線局ＳＴＡ_ＡからのＦＲＡＭＥ_Ｉ（Ａ）及びＳＴＡ_ＢからのＦＲＡＭＥ_Ｊ（Ｂ）が、非干渉ダウンリンクチャネルを経由して同時に送信される。各フレームは、確認応答ＡＣＫを送信する時を受信局に指示するタイムオフセットを指定する。図示するように、ＳＴＡ_ＡはタイムオフセットＴ_Ａの間待機してからＡＣＫ_Ｉ（Ａ）を送信し、ＳＴＡ_ＢはタイムオフセットＴ_Ｂの間待機してからＡＣＫ_Ｊ（Ｂ）を送信する。送信されたフレームが異なるサイズのものである場合、図５のタイミング図５００に示すように、ダミーデータ５０５を適切な１又は複数のフレームに添付してフレームサイズを等しくすることができる。ダミーデータをＦＲＡＭＥ_Ｊ（Ｂ）の末尾側に添付する等の他の方法も可能である。一般に、タイミング図４００及び５００は非干渉ダウンリンク（ＡＰから非ＡＰ無線局への）チャネル及び時分割アップリンク（非ＡＰ無線局からＡＰへの）チャネルを示す。

図６は、本発明の実施形態の並列多重アクセス物理レイヤ３０５を実装した無線アクセスポイント３００による複数の無線局を管理する方法６００を示すフローチャートである。方法６００は、ステップ６０５で電源投入時又は実行中に開始される。ステップ６１０で、無線局マネージャ３３５は、例えば所定の時間量（又は所定のスロット数）内で現在送信している、又は送信した無線局のアドレスを調べることによってアクティブなクライアント局の数Ｕを求める。ステップ６１５で、無線局マネージャ３３５は、キューブロック３２５のＵ個のインスタンスを作成し、Ｕ個のアクティブクライアント局にサービスを提供するようにフレームマルチプレクサ／デマルチプレクサ３３０を構成する。

ステップ６２０で、フレームマルチプレクサ／デマルチプレクサ３３０は、上位レイヤ３２０からフレームを受信し、受信したフレームの宛先アドレスに従って適切なキューブロック３２５（図６ではＭＡＣサブブロックと呼ぶ）にルーティングする。ステップ６２５で、各キューブロック３２５は、競合ベースのプロトコルを使用して競合に勝利したフレームを選択し、競合に勝利したフレームをアクセスコントローラ３１０に転送する。ステップ６３０で、アクセスコントローラ３１０は、アクティブクライアント局の数Ｕ（すなわち、競合に勝利したフレームの数Ｕ）が、並列多重アクセス物理レイヤ３０５によって同時にサポート可能なチャネルの数Ｌを超えるか否かを判断する。

競合に勝利したフレームの数Ｕが同時に可能なチャネルの数Ｌ以下である場合（Ｕ＜Ｌ又はＵ＝Ｌ）、ステップ６３５で、アクセスコントローラ３１０は、クライアント局にいつ確認応答ＡＣＫフレームを送信すべきかを通知する各競合に勝利したフレームに関するオフセット時間を設定し、競合に勝利したフレームを同時に送信する（例えば、ＳＤＭＡ又はＦＤＭＡを使用して）ために、物理レイヤ３０５にルーティングする。ステップ６５５で、アクセスコントローラ３１０は、競合に勝利したフレームの送信に応答してクライアント局から、タイムオフセットによって設定された時間に確認応答ＡＣＫの受信を待ち、ＡＣＫを受信すると適切なキューブロック３２５に転送する。そして、方法６００は終了する。

ステップ６３０で、競合に勝利したフレームの数Ｕが可能な同時チャネルの数Ｌよりも大きい場合（Ｕ＞Ｌ）、ステップ６４０で、アクセスコントローラ３１０は、Ｕ個の競合に勝利したフレームの中から送信するサブセット、例えばＬ個のフレームを選択する。競合に勝利したフレームのサブセットは、予め設定される基準に従って、例えば優先度アルゴリズム、信号対雑音比、無線局の物理的な位置、又は無線局アドレス等に基づいて選択することができる。ステップ６４５で、アクセスコントローラ３１０は、クライアント局にいつＡＣＫを送信すべきかを通知する選択された各フレームに関するオフセット時間を設定し、競合に勝利したフレームのサブセットを送信するために物理レイヤ３０５にルーティングする。ステップ６５０で、アクセスコントローラ３１０は、使用可能なチャネルの数Ｌが残りのフレームの数Ｒ以上であるか否かを判断する。使用可能なチャネルの数Ｌが残りのフレームの数Ｒ以上である場合（Ｒ≦Ｌ）、方法６００はステップ６３５に戻り、残りのＲ個のフレームを送信する。使用可能なチャネルの数Ｌが残りのフレームの数Ｒより小さい場合（Ｒ＞Ｌ）、方法６００はステップ６４０に戻り、同じ又は他の所定の基準に従って残りの競合に勝利したフレームのうちのサブセット、例えば追加のＬ個のフレームを選択する。

図７は、本発明の実施形態によるビデオＷＬＡＮシステムサーバ７００を示すブロック図である。ＷＬＡＮシステムサーバ７００は、ＣＰＵ７０５、メモリ７１０、ハードドライブ７１５、及びＷｉＦｉチップセット７５０を備え、これらはそれぞれデータバス７２０に接続される。メモリ７１０は、コード変換エンジン７３５及び／又はＭＰＥＧエンジン７４０を有するビデオアプリケーション７３０を含むとともに、音声／ビデオファイルサーバ（ＡＶＦＳ：Ａｕｄｉｏ／Ｖｉｄｅｏ Ｆｉｌｅ Ｓｅｒｖｅｒ）７４５を含むプログラムを記憶する。ＷｉＦｉチップセット７５０（例えば、ＰＣＩカード）は、ＭＡＣ／アクセスコントローラソフトウェア３１５／３１０及び無線アンテナ７５５に接続されるネットワークプロセッサ３０５（例えば、並列ＭＡ物理レイヤ３０５）を備える。

ＣＰＵ７０５は、データバス７２０を使用して異なる構成要素と通信する。ビデオアプリケーション７３０は、メモリ７１０上で実行され、同様にメモリ７１０上で実行されるＡＶＦＳ７４５と対話する。データバス７２０を介して、ＡＶＦＳ７４５は、ハードドライブ７２５に記憶されているビデオファイルにアクセスする。また、ＡＶＦＳ７４５は、ＷｉＦｉチップセット７５０とも対話する。例えば複数のＲＴＰフレームに挿入されたＭＰＥＧフレームが、ＭＡＣレイヤ３１５に転送される。ＭＡＣレイヤ３１５は、フレームマルチプレクサ（図３の３３０参照）を使用して、フレームに適切なキュー（図３の３２５参照）を割り当て、これはＥＤＣＡプロセスによるものであってもよい。アクセスコントローラ３１０は、競合に勝利したフレームを選択し、ＭＡＣレイヤ３１５は競合に勝利したフレームをネットワークプロセッサ３０５に渡して送信する。

主な用途として、飛行機内でのマルチメディアエンターテイメントシステム（例えば、いくつかのマルチメディアサーバが各ビデオクライアントに無線ＬＡＮを経由してサービスを提供する）、無線ゲーム（例えば、何人かのプレーヤが無線ＬＡＮを経由してマルチメディアサーバに接続する）、及びホームビデオシステム（例えばマルチメディアサーバがいくつかの無線ＨＤＴＶに無線ＬＡＮを経由してサービスを提供する）が挙げられる。また、他の用途も存在する。

図８は、本発明の実施形態によるアプリケーションネットワーク８００を示すブロック図である。アプリケーションネットワーク８００は、ビデオ信号をストリームサーバセットトップボックス（ＳＴＢ：Ｓｅｔ Ｔｏｐ Ｂｏｘ）８１０に送信するビデオソース（例えば、リアルタイムＨＤＴＶ、ハードディスクドライブ、又はアンテナ信号）８０５を含む。ストリームサーバＳＴＢ８１０は、デジタルビデオストリームをビデオＷＬＡＮシステムサーバ８１５に送信し、ビデオＷＬＡＮシステムサーバ８１５は、１対多通信を使用してデジタルビデオストリームを複数のビデオＷＬＡＮクライアント８２０ａ〜８２０ｃ（以下、それぞれをまとめてＷＬＡＮクライアント８２０と呼ぶ）に同時に送信する。各ＷＬＡＮクライアント８２０は、デジタルビデオストリームをＨＤデコーダ８２０に送信し、再生信号（例えば、ＨＤＴＶ信号）に変換する。

本発明の好ましい実施形態の上述した説明は、一例に過ぎず、上述した教示に鑑みて、上述した実施形態及び方法の他の変形及び変更が可能である。本発明の実施形態は、有線ネットワーク、広帯域無線ネットワーク、無線ＬＡＮ、又はネットワーク網を含む無線ネットワークにおいて使用することができる。本明細書で示したさまざまな実施形態を、ハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの任意の所望の組合せを使用して実装してもよい。さらに、本明細書で示した様々な機能を実装することができる任意のタイプのロジックを使用してもよい。構成要素を、プログラムされた汎用デジタルコンピュータを使用して、特定用途向け集積回路を使用して、又は相互接続された従来の構成要素及び回路のネットワークを使用して実装してもよい。本明細書で説明した実施形態は、網羅的であるようにも限定するようにも意図されていない。本発明は、特許請求の範囲によってのみ限定される。

従来技術によるＴＤＭＡベースの物理レイヤを実装した無線アクセスポイントでのレイヤのブロック図である。 従来技術によるＴＤＭＡベースの物理レイヤを実装した無線ネットワークでのパケットフローを示すタイミング図である。 本発明の一実施形態による並列多重アクセス物理レイヤを実装した無線アクセスポイントでのレイヤのブロック図である。 本発明の一実施形態による並列多重アクセス物理レイヤを実装した無線ネットワークでのパケットフローを示すタイミング図である。 本発明の別の実施形態による並列多重アクセス物理レイヤを実装した無線ネットワークでのパケットフローを示すタイミング図である。 本発明の一実施形態による並列多重アクセス物理レイヤを実装した無線アクセスポイントにおいて複数のユーザを管理する方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による一例のビデオＷＬＡＮシステムサーバを示すブロック図である。 本発明の一実施形態による一例のアプリケーションネットワークを示すブロック図である。

Claims (20)

1. キューブロックをネットワーク中の各アクティブ局に関連付け、
   前記アクティブ局を示す宛先アドレスを含むフレームを受信し、
   前記宛先アドレスに基づいて、前記受信した各フレームをキューブロックにルーティングし、
   少なくとも一つのフレームを含む各キューブロックによって競合ベースの処理を実行し、
   前記競合ベースの処理を実行する各キューブロックから競合に勝利して送信権を獲得したフレームを受信し、
   前記競合に勝利したフレームの数が１より大きいしきい値以下である場合、少なくとも一つの前記競合に勝利したフレームを物理レイヤに転送することによって、少なくとも一つの前記アクティブ局に略同時に送信し、
   前記競合に勝利したフレームの数が前記しきい値を超える場合、前記競合に勝利したフレームのサブセットを前記物理レイヤに転送することによって、前記アクティブ局に略同時に送信する無線通信方法。
2. 前記方法は、無線アクセスポイントによって実行され、
   前記ネットワークは、無線ネットワークを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記競合ベースの処理は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記しきい値は、前記物理レイヤが同時に使用可能なチャネルの数であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記競合に勝利したフレームのサブセットは、前記しきい値に等しい数のフレームを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記アクティブ局の数に基づいて、キューブロックのインスタンスを作成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記競合に勝利したフレームの数と前記しきい値との差が、前記しきい値よりも大きい場合、前記競合に勝利したフレームの別のサブセットを前記物理レイヤに転送することよって、次のタイムスロット中に前記アクティブ局に略同時に送信することを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記競合に勝利したフレームの数と前記しきい値との差が、前記しきい値以下である場合、前記競合に勝利したフレームを前記物理レイヤに転送することによって、次のタイムスロット中に前記アクティブ局に略同時に送信することを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記物理レイヤに転送される前記競合に勝利したフレームに、前記アクティブ局に確認応答ＡＣＫフレームをいつ送信すべきかを通知するタイムオフセットを設定することによって、競合なしの確認応答ＡＣＫフレームの時分割アップリンクを可能にすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記物理レイヤに転送される少なくとも二つの前記競合に勝利したフレームは、異なるサイズであり、一方のフレームは小さく、他方のフレームは大きい場合、
    前記方法は、ダミーデータを前記小さいフレームに添付することによって、前記ダミーデータが含まれる前記小さいフレームが前記大きいフレームと同じサイズになるようにすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. キューブロックをネットワーク中の各アクティブ局に関連付け、複数のアクティブ局及び複数のキューブロックを管理可能であって、各キューブロックは、競合ベースの処理を実行して、フレームセットから競合に勝利して送信権を獲得したフレームを選択する無線局管理部と、
    宛先アドレスを含むフレームを受信し、前記受信した各フレームを前記宛先アドレスに基づいてキューブロックにルーティングするマルチプレクサと、
    各キューブロックから前記競合に勝利したフレームを受信するアクセスコントローラと、
    前記アクセスコントローラは、前記競合に勝利したフレームの数が１よりも大きいしきい値以下である場合、少なくとも一つの前記競合に勝利したフレームを物理レイヤに転送することによって、少なくとも一つの前記アクティブ局に略同時に送信し、前記競合に勝利したフレームの数が前記しきい値を超える場合、前記競合に勝利したフレームのサブセットを前記物理レイヤに転送することによって、前記アクティブ局に略同時に送信するように構成されるアクセス制御部と、
    略同時にフレーム送信が可能な物理レイヤとを備える無線通信システム。
12. 前記システムは無線アクセスポイントを含み、
    前記ネットワークは無線ネットワークを含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
13. 前記しきい値は、前記物理レイヤが同時に使用可能なチャネルの数であることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
14. 前記競合に勝利したフレームの前記サブセットは、前記しきい値に等しい数のフレームを含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
15. 前記無線局管理部は、前記アクティブ局の数に基づいてキューブロックのインスタンスを作成することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
16. 前記アクセス制御部は、前記競合に勝利したフレームの数と前記しきい値との差が前記しきい値よりも大きい場合、前記競合に勝利したフレームの別のサブセットを前記物理レイヤに転送することによって、次のタイムスロット中に前記アクティブ局に略同時に送信することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
17. 前記アクセス制御部は、前記競合に勝利したフレームの数と前記しきい値との差が前記しきい値以下である場合、前記競合に勝利したフレームを前記物理レイヤに転送することによって、次のタイムスロット中に前記アクティブ局に略同時に送信することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
18. 前記アクセス制御部は、前記物理レイヤに転送する前記競合に勝利したフレームに、前記アクティブ局に確認応答ＡＣＫフレームをいつ送信すべきかを通知するタイムオフセットを設定することによって、競合なしの確認応答ＡＣＫフレームの時分割アップリンクを可能にすることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
19. 前記物理レイヤに転送される少なくとも二つの競合に勝利したフレームは、異なるサイズを含み、一方のフレームは小さく、他方のフレームは大きい場合、
    前記アクセス制御部は、ダミーデータを前記小さいフレームに添付することによって、ダミーデータを含む前記小さいフレームが前記大きいフレームと同じサイズになるようにすることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
20. キューブロックをネットワーク中の各アクティブ局に関連付け、複数のアクティブ局及び複数のキューブロックを管理する手段であって、前記各キューブロックは、競合ベースのプロセスを実行して、フレームセットから競合に勝利したフレームを選択するように構成する手段と、
    前記アクティブ局を示す宛先アドレスを含むフレームを受信し、前記宛先アドレスに基づいて、前記受信した各フレームをキューブロックにルーティングする手段と、
    各キューブロックから前記競合に勝利して送信権を獲得したフレームを受信し、前記競合に勝利したフレームの数が１よりも大きいしきい値以下である場合、少なくとも一つの前記競合に勝利したフレームを物理レイヤに転送することによって、少なくとも一つの前記アクティブ局に略同時に送信し、前記競合に勝利したフレームの数が前記しきい値を超える場合、前記競合に勝利したフレームのサブセットを前記物理レイヤに転送することによって、前記アクティブ局に略同時に送信する手段と、
    複数のフレームを略同時に送信する手段とを備える無線通信システム。