JP2008252925A - 複数の局を含むネットワークの通信チャネルにアクセスする方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 複数の局が通信チャネルへのアクセスを争奪するコンテンションウィンドウを設定するステップ、コンテンションウィンドウに優先順位を割り当てるステップ、乱数個のバックオフタイムスロット数に等しいバックオフカウントでバックオフカウンタを初期化するステップ、特定の局の送信の優先順位に対応する優先順位を有するコンテンションウィンドウが到着するまで待つステップ、その到着後、チャネルが遊休状態である間バックオフカウンタを減分するステップ、バックオフカウンタの満了後通信チャネルをリザーブしようと試みるステップ、コンテンションウィンドウで通信チャネルを争奪する複数の局の数の関数としてコンテンションウィンドウのサイズを調整するステップを含む複数の局を含むネットワークの通信チャネルにアクセスする方法。
【選択図】 図18
Description
共用ネットワークの一例を図1に示す。一般的に10で参照されるネットワークは、共通物理媒体14に接続された複数の通信ノード12(ノードAないしF)を備える。共用媒体の一例は、家庭、オフィス、および企業に見られるAC電力線配線グリッドである。居住環境には、近隣住宅群は戸外配線を介して結合されており、こうして巨大な共通媒体が形成される。信号は相互誘導結合により広域にわたって伝播し、それは場合によっては1つの位相で伝送された信号を他の位相に誘導することが可能である。電力線媒体は変圧器に達するまで共用されるままであり、そこから先は、劣悪な誘導結合のため、信号は信号結合器を使用することなく伝播することができる。
幾つかの従来のMACプロトコル技術について以下で述べる。電力線は分散環境であるので、分散プロトコルおよび方法について述べる。
に従って通信ネットワーク内の局の数を推定するステップを含む方法を提供する。ここでtの期待値は次式:
によって与えられ、ここでCWは各局がバックオフタイムスロットをその間に無作為に選択する1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウの1つの幅を表わし、Nは任意の時間にチャネルを争奪する局の数であり、tは局が送信を許可される瞬間から1つの局が送信を開始するまでの実際の時間であり、E(t)はtの期待値である。
本発明をここで、単なる実施例として、添付の図面を参照しながら説明する。
図1は電力線などの共用媒体に接続された複数の局を含む例示的通信システムを示すブロック図である。
図2はネットワークに接続された各局で実現される通信プロトコルスタックの参照モデルを示す線図である。
図3は本発明のMACプロトコルのデータフローモデルを示す線図である。
図4は本発明のMACプロトコルのブロードキャスト送信プロセスを示す線図である。
図5は本発明のMACプロトコルのマルチキャスト送信プロセスを示す線図である。
図6は本発明のMACプロトコルの長セッショントランスポート(LST)送信プロセスを示す線図である。
図7は本発明のMACプロトコルの短セッショントランスポート(SST)送信プロセスを示す線図である。
図8は本発明のMACプロトコルのフラグメント化プロセスを示す線図である。
図9は本発明のMACプロトコルのACKプロセスを示す線図である。
図10は本発明のMACプロトコルのACK方法を示す流れ図である。
図11は図10に記載したACKプロセスのACK待ち方法部分を示す流れ図である。
図12は図10に記載したACKプロセスのACK要求方法部分を示す流れ図である。
図13は本発明のMACプロトコルの中継器設定プロセスを示す線図である。
図14は本発明のソースに基づく中継器方法を示す流れ図である。
図15は本発明の中継器に基づく中継器方法を示す流れ図である。
図16は本発明のLASR/RSR待ち方法を示す流れ図である。
図17は本発明の接続確立待ち方法を示す流れ図である。
図18は複数の優先順位付きコンテンションウィンドウに分割されたコンテンション期間を示す線図である。
図19は複数のCDおよびFCDタイムスロットに分割されたコンテンションウィンドウを示す線図である。
図20A及び20Bは本発明のMACプロトコルのバックオフ機構を示す流れ図である。
図21はチャネルのオーバヘッド時間対コンテンションウィンドウのサイズを示すグラフである。
図22は本発明のRTS/CTSプロセスを示す線図である。
図23は本発明のRTS方法を示す流れ図である。
図24は本発明のCTS方法を示す流れ図である。
図25は送信セッション間に挿入されるフレーム間空間を示す線図である。
図26は制御フレームの構造を示す線図である。
図27はRTS、CTS、およびRA制御フレームのペイロード構造を示す線図である。
図28はACKフレームフォーマットを示す線図である。
図29はデータフレームの構造を示す線図である。
図30はデータフレームのペイロードヘッダ部分の構造を示す線図である。
図31はデータフレームのフレーム情報フィールドの構造を示す線図である。
図32はマルチキャストデータフレームのペイロード構造を示す線図である。
図33は送信局のリンクアドレス割当方法を示す流れ図である。
図34は受信局のリンクアドレス割当方法を示す流れ図である。
図35は管理フレームの構造を示す線図である。
図36は管理フレームのヘッダ部分の構造を示す線図である。
図37は管理フレームの管理エントリ部分の構造を示す線図である。
図38は本発明のMACプロトコル機構を実行するように適応された例示的局を示すブロック図である。
1.1 アーキテクチャ
本発明のMACおよびリンク層プロトコルのアーキテクチャの概要を以下に提示し、それに続いて、該プロトコルの様々な特徴および規定の機能性をさらに詳しく説明する。MACプロトコルを電力線搬送方式ネットワークの文脈で説明するが、本発明の範囲をそれによって限定するつもりはなく、当業者は本発明の原理を他の型のネットワークおよび媒体にも適用することができることに注意されたい。
ネットワークに接続された各局で実現される通信プロトコルスタックの参照モデルを描いた線図を図2に示す。該モデルは2つの通信装置22、装置Aおよび装置Bを含む。各装置は共用媒体20(例えば電力線)に接続されたPHYまたは物理層28、本発明のMACプロトコルによって提供されるリンク層26、およびアプリケーション層を含む上位層24を表わすブロックを含む。装置Aのプロトコルスタックの様々な層の各々は、破線の双方向矢印によって示すように、装置Bのプロトコルスタックの対応する層と通信する。上位層は、(1)外部ホストコンピューティング装置に実現しながら、MAC層およびPHY層を電力線搬送通信用に最適化されたモデム装置に実現するか、あるいは(2)PHY層およびMAC層が実現されるのと同じ装置に実現することができることに注目されたい。
本発明のMACプロトコルのデータフローモデルを描いた線図を図3に示す。送信されるデータパケット30はホストからMACに転送される。データパケットはMaxLengthバイトに制限される。動作中、ホストから受け取ったデータパケットは複数のデータフラグメント32にフラグメント化される。これらのデータフラグメントは次いでヘッダおよびフレーム制御シーケンス(FCS)によりカプセル化され、MACフレーム34を形成する。最高でMaxFragNumber個までのフレームが結合されてセッションを形成し、それによりセッションを形成する全てのフレームは順次連続的に受信局に送信される。
チャネルアクセス方法は次の2つのカテゴリ、すなわち(1)チャネルマスタと呼ばれる単一の局がチャネルへの全てのアクセスを制御し、チャネルアクセスをネットワーク内の局に割り当てる中央制御と、(2)全ての局がここに記載するMACプロトコルに規定されたアクセスルールに従いながらチャネルを争奪する分散制御とに分割することができる。
仮想キャリア検知機構は、チャネルアクセスの信頼性を改善するために、ネットワーク上の全ての局によって実現される。仮想キャリア検知は、受信フレーム内に含まれる情報に基づいて設定される。局は受信フレーム内に含まれる情報を使用して、媒体の予想使用中条件を計算し、それは次いで仮想キャリア検知として格納される。仮想キャリア検知は、正しく受信された制御フレーム(すなわちRTS、CTS、ACK、RA)から、または特殊データフレームからの情報により常に更新される。同時に発生する複数の送信をサポートするために、各局は送信毎に仮想キャリア検知を維持し、それによって総合仮想キャリア検知を最大に設定する。
論理ネットワークは、あたかも一意的に分割されたネットワークであるかのように動作する局の部分集合である。論理ネットワークの定義は、暗号化およびネットワークキー管理により提供される。各論理ネットワークは、異なる論理ネットワークに属する情報を分離するように機能するそれ独自のネットワークキーを有する。局は多数の論理ネットワークに参加することができる。
2つの局間のリンクは16ビットのリンクアドレス(LA)を用いて定義され、したがって216個に近いリンクが使用可能になる。LAは、送信に参加する送信局および受信局の両方を識別するために使用される。ホストは48ビットのMACアドレスを用いてMAC層からの送信を要求する。48ビットのMACアドレスをサポートするために、MAC層はMACアドレスとLAとの間のマッピングを表わすテーブルを作成して維持する。それについては8.1節で詳述する。
ホスト層からMAC層が受け取るパケットは、フラグメント化および結合を行なってMACフレームおよびMACセッションを形成する。フラグメント化は、ホストパケットをより小さいデータフラグメントに分離するプロセスであり、結合は多数のパケットをまとめてセッションにするプロセスである。受信局では、元のホストパケットを復元するために、各セッションが分割され脱フラグメント化される。パケットは、それが完全に復元された後でだけ、ホストに転送される。
MACプロトコルは、2つのセッションフォーマット、すなわち長セッショントランスポート(LST)フォーマットおよび短セッショントランスポート(SST)フォーマットをサポートするように適応される。LST型セッションは、チャネルがRTS/CTS機構を使用して捕捉された後で送信される幾つかのデータフレームから構成される。SST型セッションは、チャネルを事前に捕捉せずに送信される単一データフレームから構築される。SST型セッションは、パケットのサイズがFragmentThresholdバイト数を超えない場合に使用することができ、さもなければLSTセッション型が使用される。セッションの送信時間はSessionTimeoutパラメータによって制限される。セッショントランスポートについては3節で詳述する。
ソース局がその宛先と通信しているとき、または通信を試みているときにリンク障害を検出した場合、中間局を使用してフレームを宛先に転送することができる。中間局は第2層中継器として機能する。動作中、再送信を含むセッション全体が中継局に送信され、次いで、それによりデータフレームが新しいセッションの下で宛先局に転送される。第2層中継器および中継器設立プロセスについては、4節で詳述する。
本発明のMACプロトコルは、部分または完全ACKによりブロードキャストおよびマルチキャスト送信の両方をサポートするように適応されている。ブロードキャストおよびマルチキャストMACアドレスは、上位層が送信をフィルタするように作動することを前提として、ブロードキャスト送信を使用して送信される。マルチキャスト送信は、マルチキャスト群に含まれる局を明確に識別することによって開始される。
MACプロトコルは複数の優先順位クラスの使用をサポートするように適応されており、それはいずれか1つの局がチャネルを捕獲できる時間の最大長(即ち、SessionTimeout パラメータ)を制限する。本発明では、送信を待っているフレームの優先順位に等しいかそれ以下の優先順位クラスに割り当てられたコンテンションウィンドウ中にチャネルの制御を争奪する。チャネルコンテンションプロセスは、6節で詳述するバックオフアルゴリズムに従って実行される。
MACプロトコルはまた、ネットワーク同期化のための機構をも提供する。ネットワーク同期化方式は、ネットワーク内の隣接局間で8μs以内の同期化を達成する。同期化方式は5節および本願と同様に譲渡された「Distributed Synchronization Mechanism For Shared Communication Media Based Networks」と証する米国特許第6907472号に記載されており、その全体を参照によってここに組み込む。
MACプロトコルはまた、ネットワーク内の局間のリンク品質を決定するために使用されるチャネルサウンディング機構をも提供する。局は、チャネルサウンディング型管理フレームを送信することによって、チャネルサウンディング要求を発行する。受信局は、次のパラメータを含むチャネルサウンディング応答フレームで応答する。
1.最後の送信(すなわちチャネルサウンディング要求)に対してPHY層によって計算されたチャネル品質(CQ)
2.最後のStatIntervalの平均チャネル品質(AvgCQ)
3.再送信を含めて最後のStatInterval秒内に送信されたデータフレームの数(CS TxDataCounter)
4.最後のStatInterval秒内に再送信された破損データフレームの数(CS TxFailCounter)
MACプロトコルでは、各局は、内部に格納される送信およびネットワーク統計情報を収集する。次のデータ、すなわち1リンク当たりの損傷データフレームの百分率、優先順位により送信されるデータフレームの数、優先順位により受信されるデータフレームの数、ソース毎の平均チャネル品質を含む平均チャネル品質テーブル、各局への送信に使用されるデータレート、および各局への送信パワーレベルのうちの1つまたはそれ以上を収集し、格納することができる。加えて、局は、後で9.3.2.12節で詳述する通り、管理フレームを使用して、いずれかの他の局から統計を要求することができる。
2.1 送信型
MACプロトコルは、3つの型の送信、すなわちユニキャスト、ブロードキャスト、およびマルチキャストをサポートするように適応されている。以下の節で、各送信型について詳述する。
ユニキャスト送信は、宛先局のイーサネットMACアドレスを介してホストからMAC層に指定される。MAC層はMACアドレスをリンクアドレス(LA)に変換し、その後の送信にLAを使用する。リンクアドレス管理については、後で8.1節で詳述する。パケットは、3節で詳述するセッション送信プロセスに従って送信される。
ブロードキャスト送信はフラッディングアルゴリズムを使用して達成され、それによりネットワーク内の全ての局はブロードキャスト送信を繰り返す。これは、全ての非分離局が送信を受信することを確実にする。多数の局を含むネットワークおよび論理ネットワークでは、メッセージは媒体全体に拡散する。本発明では、ブロードキャスト送信の拡散は、限定された領域の局だけに送信ができるように制御される。電力線搬送共用媒体における限定された範囲の送信信号のため、ネットワークは重複するセルの集合と見ることができる。
本発明のMACプロトコルでは、マルチキャスト送信が可能であり、ソース局はマルチキャスト群内のどの局がメッセージの肯定応答を行なう必要があるかを指定することができる。ソース局は、マルチキャスト群から零個またはそれ以上の局を所望の組合せで選択することができる。ソース局は、メッセージに1ビットをセットすることによってACKを応答すべき局を指定する。メッセージは、局が応答する順序も指定する。
本発明では、ホストは、ホストから転送されるパケットの送信のための最大許容遅延と定義されるPacket TimeoutをMAC層に指示することができる。Packet Timeoutの満了後、パケットは脱落し、送信されない。ホストがPacket Timeoutを指定しない場合、Default Packet Timeoutが使用される。
高位層の同期化をサポートするために、本発明のMACプロトコルは、送信および受信局の両方が送信MACのクロックに同期化することができるように適応されている。これを達成するために、要求されたときに、送信機MACはパケットにタイムスタンプt1を加える。受信機MACは、パケットを送信局に送信する前に、パケットにそのタイムスタンプを加える。送信局および受信局は両方とも、それらのそれぞれのMAC層のクロックにアクセスすることができる。受信機ホストは次式を用いて送信機MACにおける時間を計算する。
tは送信機における現行時間であり、
t1は送信機によってパケットに含まれるタイムスタンプであり、
r1はパケットを受信したときに受信機によって示されるタイムスタンプであり、
r2は受信機における現行時間である。
タイムスタンプt1は、7.5.2.1節に示すように、送信機によってペイロードヘッダに加えられる。
MACプロトコルでは、局間の通信はセッション中に行なわれる。セッションは、コンテンションフレーム(RTS/CTS)、データフレーム、ACKフレーム、およびその後の再試行を含む、2局間の論理的に関連する送信と定義される。ホストから受信するパケットが結合されてセッションが形成される。結合プロセスは、大きいパケットを複数のセッションにセグメント化することや、幾つかの小さいパケットを1つのセッションに結合することを可能にする。
LSTセッションは最高でMaxFragNumber個までのデータフレームを含むことができ、それにより以下で詳述するプロセスを使用して各フレームのサイズが決定される。本発明のMACプロトコルの長セッショントランスポート(LST)送信プロセスを描いた線図を図6に示す。チャネルアクセスは、コンテンションフレーム間空間(CIFS)およびバックオフ間隔後にRTS制御フレームを用いて達成される。応答フレーム間空間(RIFS)が送信パケットを分離する。CTSパケットの後に、データフレームが送信され、その後にACKおよび再送信が続く。
SSTセッションは、最高でFragmentThresholdバイトまでのセッションの送信に使用される。SSTセッションは単一のフレーム(必要な再送信を含む)を含む。SSTパケットは、チャネルコンテンションのためにRTSパケットと同様に使用され、衝突が発生したときは、RTSフレームの場合と同じバックオフプロセスが使用される。
本発明では、結合プロセスは、パケットを複数のMACセッションに併合および分割するプロセスと定義される。解離は反対のプロセスであり、受信したセッションからのパケットの抽出と定義される。着信パケットは、後述する通り各局によって計算されるパラメータであるSessionCapacity(セッション容量)までの長さのデータセッションに分割される。
セッション容量(SC)パラメータは、次式を用いて計算される。
nはセッション内のデータフレームの数(例えば最大値8)であり、
mはフラグメントのバイト数であり、
FLはフラグメント長であり、
MinFLは最小フラグメントサイズ(例えばデータフレーム当たり20%のオーバヘッド付きで、64バイト)であり、
Qは待ち行列で待っているデータバイト数であり、
Session Timeoutはセッションの最大持続時間であり、
CQFLは、チャネル品質の関数としてシミュレーションによって決定され、かつ破損データフレームの百分率で表わされるフラグメント長である。
セッション容量の計算は、周期的に、またはホストによって要求されたときに、個々の局によって実行される。
セッションヘッダは各セッションの第1フレームに含まれており、表1に示す通り様々な任意選択的フィールドがその後に続くセッション情報フィールドを含む可変長フィールドである。
セッション情報フィールドを以下で表2で説明する。
本発明のMACプロトコルは、効率的なパケットトランスポートのために2つの異なる機構を備えている。すなわち(1)長パケットをより短いデータフラグメントにセグメント化して、チャネルが過度に長時間捕捉されて適切なサービスの質を妨げることが無いように保証し、かつ(2)幾つかの小さいパケットをより大きいデータブロックに併合する。パケットの単一MACセッション(すなわち単一の中断されない送信)へのセグメント化または併合は、結合のプロセスと呼ばれる。解離は、受信したセッションからのパケットの抽出と定義される。
MACプロトコルは、その再送信プロセスの一部としてACKおよびNACK応答をサポートする。ACKおよびNACK応答はセッション毎に送信される。セッションが幾つかのフレームを含む場合には、応答はセッション内の各フレームに関する情報を含む。宛先局は、応答が必要であることを示すセッションを受け取ると必ず適切な応答を送信する。応答の送信は、VCSによって示される媒体の使用中状態に関係なく、セッションの最後のフレームの終わり後のほとんどのRIFS期間に開始する。セッションの最後のフレームが受信されなかった場合には、受信局はACK応答を送信しない。
MACプロトコルは、中間局を使用した送信されるセッションを参照する第2層中継を達成するように適応されている。中間局は中継器と呼ばれる。中継器は元のソース局(OS)からセッション全体を受信し、その後、セッションを元の宛先局(OD)に再送信する。
MACプロトコルは、次の方式を使用してネットワーク同期化を任意選択的に達成するように適応されている。各局はグローバル時間(GT)タイマを維持し、次の刻時までの時間をカウントする。刻時の持続時間はTick Interval秒の長さである。GTが次の刻時からSync Interval未満である場合、局はチャネルアクセス中に長いRTS/CTSフレームを使用し、それによって送信局は、長いRTSフレームの刻時時間(TTT)フィールドをGT−RTS Transmit time−CTS Transmit Timeの値で更新する。宛先局は同一値のTTTを含む長いCTSフレームにより応答する。長いRTSを受信する局は、それらのGTをTTT+CTS Transmit Timeにより更新する。長いCTSを受信する局は、それらのGTを受信したTTT値により更新する。TTT値は制御フレームの最後のビットから測定されることに注意されたい。
本発明では、ランダムバックオフ付き変形CSMA/CA機構を使用して媒体共用が達成される。MACプロトコルによって実現される媒体共用は、次の機構、すなわち仮想キャリア検知(VCS)および物理的キャリア検知(PCS)、チャネルリザーブ、バックオフ、ならびにフレーム間空間を使用する。各機構について以下の節で記述する。
MACプロトコルは物理的および仮想キャリア検知機能を使用して、チャネルの状態を決定する。チャネルは3つの状態の1つ、すなわち使用中、コンテンション、または遊休状態であることができる。物理的キャリア検知(PCS)はPHY層によって提供される。仮想キャリア検知(VCS)はMAC層によって提供される。PCSまたはVCSのいずれかが使用中チャネルを示した場合、チャネルは使用中であるとみなされる。そうでない場合、チャネルはコンテンションまたは遊休のいずれかの状態である。
MACプロトコルは、任意の数の優先順位レベルを使用して実現することのできる優先順位に基づくチャネルアクセス方法を実現する。該方法は、チャネルのトラヒック内容を適応させることができるという利点を有する。以下で、優先順位付けチャネルアクセス方法の詳細を説明する。単なる例示目的で、該方法を4つの優先順位クラスを含む実施例を使用して説明する。当業者はここに開示する原理および方法を使用して任意の数の優先順位レベルを実現することができるので、本発明をこの実施例に限定するつもりはないことに留意されたい。
ここで説明するバックオフプロセスは、セッションをチャネルに送信することができるようになる前に開始される。バックオフアルゴリズムが開始されるときにチャネルが遊休状態である場合、局は直ちに送信を開始する。そうでなければ、局は0とCWpxとの間でバックオフをランダム化し、それは局の優先順位に対応するコンテンションウィンドウの開始時に開始される。バックオフが零に達し、チャネルが使用中でない場合、送信が開始される。セッションの送信は、6.5節で後述するチャネルのリザーブを試みることによって開始される。
各優先順位クラスのコンテンションウィンドウのサイズは、ネットワークトラヒックの現在の特徴に適応させるために変更される。本発明では、各局が待つバックオフ時間が、最後の送信からランダム時間後に開始する。ランダム時間は零からコンテンションウィンドウのサイズまでの間で選択される。
バックオフ値は、各局がチャネルを争奪するまで待つランダム時間であり、
CWは、各局がバックオフ値をその中でランダムに選択するコンテンションウィンドウであり、
αはシミュレーションによって決定される係数であり、
Nは任意の一時にチャネルを争奪する局数であり、Nは実際の数、E(N)は予想局数であり、
Kはシミュレーションによって決定される係数であり、
Time of colliding packetはコンテンションパケットの予想送信時間であり、それはデータパケット自体または制御パケットのいずれかを含んでもよい。
1/λは局が送信するパケットを持つ確率を表わす。
αおよびKはネットワーク仕様の一部として固定されており、各々の特定のネットワーク実現に対して計算、測定、および/またはシミュレーションによって決定されることに注目されたい。
tは、局が送信を許可された瞬間から1つの局が送信を開始するまでの実際の時間であり、
E(t)はtの期待値である。
各局はそのCWを送信する。全ての局は、最後の送信から現行送信の時間までの時間を測定することによってtを決定する。送信されたCWおよびtを使用して、各局はNの予測を計算する。次いで、各局は次式を使用して新しいNを計算する。
重み係数βは2つの異なる値に、すなわちNnew<Nestimatedのときはβ1、Nnew>Nestimatedのときはβ2に割り当てることができることに注目されたい。開始時および各々の新しい局がネットワークに参入するときに、局は大きい初期N0を割り当てられ、そこから局はそれらの第1CW値を計算する。しかし、その後、CW値は実際のネットワークの特徴に迅速に適応する。
チャネルにおける衝突は2つの状況で発生することがある。すなわち、(1)2つまたはそれ以上の局が同一ランダムバックオフを選択した場合、および(2)2つの局が相互に隠れている場合、である。第2の場合、局は相互に聴取できないが、ネットワークの他の局を聴取することはできる。この場合、1つの局が、他の局が終了しないうちに送信を開始する可能性がある。
上述の通り、バックオフカウンタが零に達すると、局は、LSTの制御フレームまたはSSTのSSTフレームのいずれかを使用して、リザーブカウンタ更新情報を持つフレームを送信することによって、チャネルをリザーブしようとする。送信中に、再送信またはセッション打切りが発生した場合、チャネルのリザーブは必要に応じて更新される。
局は、送信要求(RTS)制御フレームを送信することによってチャネルをリザーブする。RTSフレームは、宛先からのACKパケットを含む新しい送信に必要なリザーブ時間を含む。宛先局は、RTSフレームの終わりからRIFS秒以内に送信可(CTS)フレームで応答する。CTSフレームは、RTSパケットからコピーされたリザーブ時間を含む。
SSTのチャネルリザーブは、ACK付きのSSTでのみ有効である。ソース局はリザーブ値を含むSSTフレームを送信する。宛先局は、必要ならば再送信時間に等しいリザーブ時間を含むACKフレームで応答する。ACKフレームが受信されなければ、ソース局は衝突が発生したと推測して、6.6節に記載するリザーブ再試行プロセスを呼び出す。
全てのリザーブ時間は、送信前に1バイトのサイズに適合するように圧縮される。該バイトはRESフィールドによって表わされる。各受信局はRESフィールドを圧縮解除し、圧縮解除されたリザーブ時間を使用してVCSタイマを更新する。リザーブ時間は、VSCタイマを更新するためにも使用されたフレームの最後に受信したビットからカウントされる。任意の適切な圧縮および圧縮解除技術を使用することができ、本発明の作用にとって重要ではない。リザーブ時間は以下の表6に記載する通り計算される。
ソース局がリザーブフレームへの応答を受信し損なうか、または不良CRC8もしくはCRC16のあるフレーム(RTSまたはSSTフレームのいずれか)を受信した場合、局は衝突が発生したと推測して、リザーブ再試行プロセスを呼び出す。ソース局が応答でない有効なフレームを受信すると、ソース局は送信を保留し、次のコンテンション期間を待つ。
媒体上のフレーム間の時間間隔はフレーム間空間を構成し、信号伝播および局処理時間のため必要である。MACプロトコルの場合、後述する通り、3つのフレーム間空間値が定義される。送信セッション間に挿入されるフレーム間空間を表わした線図を図25に示す。
7.1 フレーム型
MACプロトコルは2つのフレーム構造型、すなわちデータフレームおよび制御フレームを規定する。どちらのフレーム型もPHYヘッダ(フレーム制御)セクション、ペイロードセクション、およびフレーム検査シーケンス(FCS)(すなわちCRC)、および状態セクションから構成される。両方のフレーム型の構造、内容、および機能の詳細を以下の節で提示する。
データは、最初に最上位バイトから、最上位ビットを先頭に物理層に提示され、ここでビット番号7は1バイトのMSBである。ここに提示する線図は、最上位ビットまたはバイトを左側に示している。
制御フレーム用のフレームフォーマットは、フレーム制御の後に続くペイロードおよびフレーム検査シーケンス(FCS)/状態から構成される。フレーム制御は、ペイロードを復号するために受信機によって使用される、後述する制御情報を含む。ペイロードは、フレームの型に応じて3から2048バイトの間の変動バイト容量を有する。
フレーム制御ヘッダは、制御フレームおよびデータフレームに対して異なるサイズおよび異なる内容属性を有する。制御フレームは24ビットのフレーム制御を使用するが、データフレームは40ビットのフレーム制御を使用する。
ペイロードは、制御フレームおよびデータフレームに対して異なるサイズおよび異なる内容を有する。制御フレームは3バイトの固定ペイロードを有するが、データフレームは4〜2048バイトで変動できる可変ペイロードを有する。
制御フレームの構造を表わした線図を図26に示す。制御フレームは長さが固定されており、そのフォーマットは、24ビットのフレーム制御の後に続く3バイトのペイロードおよび8ビットのフレーム検査シーケンス(FCS)/状態を含む。
フレーム制御は、PHY層によって使用されるフレームに関するパラメータを提供する。宛先局はフレーム制御情報を使用して、フレーム型およびフレームパラメータを識別する。フレーム制御は24ビットのフィールドである。ビットフィールド定義を下の表7に示す。
条件付き送信ビット(CT)が「1」ならば、最後に受信したパケットのCRCがOKであった場合にのみ、局は送信する。それが「0」に設定されているならば、最後のパケットのCRCに関係なく、局は送信する。このビットは「0」に設定される。
「0」に設定されたデータ/制御フレームビット(DC)はデータフレームを示し、「1」は制御フレームを示す。このビットは「0」に設定されて制御フレームを示す。
レートビットは、フレームを送信するために使用されるレートを示す。「0」のレートビットはフルレート(すなわち4μsのシンボル持続時間)を示し、「1」のレートはハーフレート(すなわち8μsのシンボル持続時間)を示す。
Tx待ち時間は、送信要求から送信を開始するまでの遅延時間を示す6ビットのフィールドである。Tx待ち時間の分解能は4μsである。
3ビットのネットワークIDフィールドは、モデムのネットワークIDを示す。このフィールドはMACによって設定可能である。ネットワークIDのデフォルト値は「000」である。
確認ビットは、前フレームの受信がOKであったかどうかをソース局に示す。このビットは宛先局でPHY層によって設定される。「0」の値は最後のフレームが破損したことを示し、「1」の値は最後のフレームが無事に受信されたことを示す。確認ビットは受信側でのみ有効である。該ビットはソース局のMAC層によって「0」に設定される。
7.4.2.1 RTS、CTS、RA
RTS、CTS、RA制御フレームのペイロード構造を表わした線図を図27に示す。3バイトのペイロードは1バイトのリンク宛先アドレス(LDA)、1バイトのリンクソースアドレス(LSA)、および1バイトのリザーブフィールドを含む。フレーム検査シーケンス(FCS)/状態がペイロードの後に続く。
ACKフレームフォーマットを表わした線図を図28に示す。ACKフレームは1バイトのXMACアドレス、1バイトの肯定応答ビット(AckBits)フィールド、および1バイトのリザーブフィールドを含む。フレーム検査シーケンス(FCS)/状態がペイロードの後に続く。
各制御フレームはフェイル接続指示オプションを有する。フェイル制御フレームは、全てのRESビットが「0」に設定された通常の制御フレームと同じである。
送信指示におけるフレーム検査シーケンス(FCS)は、8ビット巡回冗長検査(CRC)を含む8ビットフィールドである。PCSは、次の8次の標準生成多項式を使用して計算される。
データフレームの構造を描いた線図を図29に示す。データフレームフォーマットは、40ビットのフレーム制御ヘッダの後に続く4ないし2048バイトの可変ペイロードおよび8/16ビットのFCS/状態フィールドから構成される。
フレーム制御ヘッダは、宛先局のアドレスに関する情報に加えて、宛先局がフレーム型を識別するために使用する情報を含む。フレーム制御ヘッダは40ビットのフィールドである。フレーム制御ヘッダのビットフィールドの定義を下の表10に列記する。
PPフィールドは、1シンボル当たりのビット数を示す。「00」のPP値は、1シンボル当たり4ビットを示す。「01」は1シンボル当たり5ビットを示し、「10」は1シンボル当たり6ビットを示し、「11」は1シンボル当たり7ビットを示す。
倍速(DR)ビットは、フレームを倍速で伝送するかどうかを指示する。このレートで動作しながら、1シンボル当たり最高6ビットまで使用することができる。「0」の値はレートはRおよびPPフィールドに従うことを示す。「1」の値は倍速動作を示し、PPフィールドは「11」にすることはできない。
ペイロード長フィールドは、ペイロードフィールドの長さをバイト単位で示す。該フィールドは2つのフィールド、すなわち3MSBビットのデータ長を表わすMSB LENおよび8LSBビットのデータ長を表わすLSB LENフィールドに分割される。11ビットのペイロード長フィールドは、2048バイトの最大長を持つペイロードが可能である。
データフレームの構造を表わした線図を図29に示す。データフレームのペイロード部分は4〜20バイトのペイロードヘッダ、可変長セッションヘッダ、および0〜2043バイトのデータフレームを含む。ペイロードの前に40ビットのフレーム制御が先行し、ペイロードの後に8/16ビットのフレーム検査シーケンス(FCS)/状態フィールドが続く。
データフレームのペイロードヘッダ部分の構造を表わした線図を図30に示す。ペイロードヘッダは可変長であり、4バイト(VLA=1のSSTの場合)から19バイト(VLA=0のSSTで、中継器を使用する場合)までの間で変動することができる。ペイロードヘッダは次のフィールド、すなわち16ビットのフレーム情報フィールド、8ビットのLDA(VLA=1の場合のみ)、8ビットのLSA(VLA=1の場合のみ)、8ビットのフレームインデックスフィールド(LSTセッションのみ)、48ビットの宛先MACアドレス(VLA=0のSSTフレームのみ)、48ビットのソースMACアドレス(VLA=0のSSTフレームのみ、かつ第1フレームまたはSSTフレームのみ)、8ビットのリザーブ(RES)フィールド(第1フレームまたは第1再送信またはSSTフレームのみ)、16ビットのパケットタイムアウトフィールド(セッションが中継器に送られる場合のみ)、1バイトのセッションヘッダ長フィールド(LSHV=1の場合のみ)、および2バイトの送信機タイムスタンプフィールド(TSE=1の場合のみ)を含む。
8ビットのフレームインデックスフィールドは2つのサブフィールド、すなわち4ビットの総フレームフィールドおよび4ビットのフレームインデックスを含む。総フレームはセッション内のフレームの総数を表わし、フレームインデックスはセッション内のフレームのインデックスを表わす。
送信機では、2つのFCSがある。(1)フレーム制御ヘッダの最後の8ビットを含むヘッダFCS、および(2)ペイロードフィールドの後に続くデータFCSである。受信機では、7.4.3節で上述した通り、ペイロードフィールドの終わりに状態バイトが挿入される。ヘッダCRCは制御フレームの8ビットCRCと同じである(7.4.3節参照)。データFCSは16ビットの巡回冗長検査(CRC)を含む16ビットのフィールドである。データFCSは次の16次の標準生成多項式を使用して計算される。
ブロードキャストペイロードは、ペイロードヘッダが2つの追加フィールド、すなわちブロードキャストID(BID)および活動ホップ(HTL)フィールドを含むという差異以外は、通常のデータペイロードと同様である。3.3.2節を参照されたい。
マルチキャストデータフレームのペイロード構造を表わした線図を図32に示す。マルチキャストペイロードは2バイトのフレーム情報(7.5.2.1.1節参照)、1バイトのフレームナンバリング(LSTセッションにのみ存在する)(7.5.2.1.1節参照)、1バイトのRES(第1フレームまたは第1回再送信またはSSTにのみ存在する)、1バイトのセッションヘッダフィールド、マルチキャスト群内の局数を表わす1バイトのNumOfLA、宛先「x」のための16ビットのLDAx、LSAxフィールド、ペイロードデータの後に続き、宛先「x」からACKを要求する1バイトのAckBitsを含む。AckBitsは全バイトを完成するために零を埋め込まないことに注意されたい。フレーム情報フィールドの送信型TxTフィールドはマルチキャスト送信を示すために「10」に設定されることに注意されたい。またフレーム情報フィールドは、2ビットPV、1ビットL/S、1ビットDT、1ビットFF、2ビットP、および7ビットのリザーブフィールドをも含む。
8.1 リンクアドレス割当プロセス
上述の通り、6バイトのMACアドレスは、ネットワークの各局を識別するために使用される。各局に6バイトを使用する必要性は、MACアドレスが論理ネットワークにおける局だけでなく、物理的エンティティとしての局の一意の識別でもあるという事実に起因する。しかし、論理ネットワークでは、アドレス空間のサイズを低減するために、論理アドレスを割り当てることができる。例えば、論理ネットワークが最高256個までの局を持つ場合、1バイトの論理アドレスで充分であり、こうしてアドレスサイズが80%以上削減される。上述の通り、アドレスはRTSおよびCTSフレームで使用され、したがってアドレスのオーバヘッドが低減され、それによってMAC層の全体的オーバヘッドが著しく低減される。
本発明では、2つの局がリンクアドレスを使用して相互に通信する。LASおよびLASR管理パケットを使用して2つの局間にリンクアドレスを設定するために、以下のプロセスを使用する。しかし、リンクアドレスを設定する前に、ACKおよびVLA=0を持つSSTパケットを使用して通信が達成される。
チャネルは長いRTSおよび長いCTS制御フレームを使用して捕捉される。送信局は長いRTSのLDAフィールドを使用してLDAを割り当て、受信局は長いCTSのLSAフィールドを使用してLSAを割り当てることによって応答し、こうして新しいLAが完成する。長いRTSおよびCTSフレームを使用する利点は、ホストデータパケットを送信する前にLAが設定されるまで待つ必要が無いことである。
上述したLAアルゴリズムは、大きいリンクアドレス空間(216個の可能なリンクアドレス)とあいまって、衝突の可能性を著しく軽減する。しかし、極端な場合には重複リンクアドレスが発生することがある。本発明のMACプロトコルは、重複リンクアドレスを解消する機構を含む。重複リンクアドレスの発生は、次の影響のいずれかを引き起こすことがある。(1)2つの局からのCTS応答フレームが衝突し、ソース局での受信を妨げるか、または(2)1つのCTS応答フレームだけを間違った局から受信するか、または(3)両方の局がソース局で正しく受信されるCTS応答フレームで応答する。
パワーおよびレートの適応プロセスは、物理層が送信セッション中にそのパワーおよびレート設定値を変更するように適応されていることを前提とする。アルゴリズムは、この能力を持つ物理層を備えて実現されたトランシーバに適している。MACプロトコルは、ネットワークの接続性および信頼性を向上するために、進行中の接続のパワーレベルおよびレートを変更するように適応されている。MAC層は、チャネルから収集された統計を利用してレートおよびパワーを管理する。
LastPL このリンクで使用された最後のパワーレベル
LastRate このリンクで使用された最後のレート
PrErrData 破損データフレームの百分率
LastPLおよびLastRateフィールドは、局がセッションを終了するときに更新されることに注意されたい。量PrErrDataは、次の通り2つのカウンタを使用して計算される。
TotalNumOfRecDataは、このリンクから受信したデータフレームの総数(誤りデータフレームを含む)であり、
ErrDataFrameは、このリンクを介して受信した誤りデータフレームの数であり、
αは統計履歴に割り当てられた重みである。
TotalNumOfRecDataおよびErrDataFrame量は、局がセッションを受信または送信するときに更新される。量PrErrDataは、PLR状態の変更後に零にリセットされる。
本発明では、局は収集統計要求フレーム(RGS)を使用して、他の局から統計を受信する。要求を受信した局は、収集統計応答(GSR)フレームを使用して応答する。GSRフレームは、MAX HTLを零に初期化して、ブロードキャストセッションとして送信される。任意選択的に、各局は、StatInterval毎に定期的にMAX HTLを零に初期化して、GSRフレームを同報通信するように適応される。加えて、各局は、過去のStatInterval秒間にそれが送信した優先順位の型を含む管理フレームを同報通信する。局は受信した情報をそれらの統計に追加し、それにしたがってCWMin値を計算する。
MACプロトコルは、幾つかの異なる型の管理フレームを提供するように適応される。管理フレームの構造を表わした線図を図35に示す。管理フレームフォーマットはSSTデータフレームフォーマットに基づいており、28ビットのフレーム制御ヘッダに続く11/15バイト管理ヘッダ、可変長管理エントリ(ペイロード)、および16ビットのFCSを含む。
フレーム制御ヘッダのフォーマットは、上記7.5.1節で詳述したデータフレームのそれと同一である。
管理フレームのヘッダ部分の構造を表わした線図を図36に示す。管理ヘッダは、SSTヘッダを示すフラッグをセットした10/14バイトのペイロードヘッダの後に続く1バイトの管理エントリ数フィールドを含む。SSTヘッダについては、上記7.5.1節に記載されている。
管理フレームの管理エントリ部分の構造を表わした線図を図37に示す。各管理エントリは、1バイトの管理型(MT)フィールドの後に続く可変長管理データ(MD)フィールドを含む。
9.3.2.1 リンクアドレスセット(LAS)
LASエントリは、2つの局間のリンクアドレス(LA)を割り当てるために使用される(8.1節参照)。LASエントリは、リンク宛先アドレス(LDA)から成る1バイトの管理エントリを含む。
LASRエントリは受信局がリンクアドレス割当プロセス中にLASフレームを肯定応答するために使用される(8.1節参照)。LASRエントリは、リンクソースアドレス(LSA)を含む1バイトの管理エントリである。
RSエントリは、潜在的な中継局を探索するために、ソース局によってブロードキャストセッションとして送信される(4節参照)。RSエントリは、6バイトの元の宛先MAC(ODM)アドレスの後に続く6バイトの元のソースMAC(OSM)アドレスを含む、12バイトの管理エントリである。
SCRエントリは、中継器としてのその役割を停止させるために、元のソースから中継器に送信される。SCRエントリは、6バイトの元の宛先MACアドレス(ODM)を含む6バイトの管理エントリである。
LEエントリは、2つの局間に直接リンクが存在するかどうかを検査するために、元のソース局から元の宛先局に送信される。LEエントリは管理データを持たない。
LERエントリは、LEを受信したことを示すために受信機によって送信される。LERエントリは管理データを持たない。
FCエントリは、元の宛先局との通信が失敗したこと、および送信を行なうことができるかまたはできないことを示すために、中継器によって元のソース局に送信される。FCは、6バイトの元の宛先MACアドレスを含む1バイトの管理エントリである。
上述の通り、同期化およびリンクアドレスの割当のために、MACプロトコルは長いRTSおよびCTSフレーム送信を達成するように適応される。長いRTS/CTSエントリは、下の表13に示す通り、LDA/LSAの後に続くRESおよびTTTの4バイトの管理エントリを含む。
RSRエントリは、中継局によってRSフレームの肯定応答として送信される。RSRエントリは、宛先MACアドレスの後に続くソースMACアドレス、中継器とOS局との間のPLR状態、および中継器とOD局との間のPLR状態を含む14バイトの管理エントリである。RSR管理エントリフィールドの定義を下の表14に提示する。
RSCエントリは、チャネルサウンディングパラメータを要求するために局によって送信される。RCSは管理データを持たない。
CSRエントリは、RCSフレームへの応答として局によって送信される。CSRフレームは、下の表15に記載する通り、CQ、AvgCQ、CS TxDataCounterおよびCS TxFailCounterを含む2バイトの管理エントリである(1.11節参照)。
RGSエントリは、局によって他の局の統計パラメータを要求するために送信される。RCSは管理データを持たない。
GSRエントリは、局によってRGSフレームへの応答として送信される(1.12節参照)。GSRは、下の表16に示す統計パラメータを含む19バイトの管理エントリである。
RGTUエントリはグローバル時間を要求するために局によって送信される(1.10節参照)。RGTUは管理データを持たない。
GTURエントリは、局によってRGTUフレームへの応答として送信される(1.10節参照)。GTURは16ビットの刻時時間(TTT)を含む2バイトの管理エントリである。
セッション前に送信される管理フレームには、セッションより1つ高い優先順位が割り当てられる(そのような優先順位レベルが存在する場合)。これらのフレームは、LAS、LASR、長いRTS/CTS、RS、RSR、CSR、LE、LER、およびFCを含む。局が即座に使用する重要な情報を含む応答として送信される管理フレームには、最高の優先順位が割り当てられる。これらのフレームは、RCS、CSR、RGTU、およびGTURを含む。一般用途および局の連続動作のための情報を要求するか含む管理フレームには最も低い優先順位が割り当てられる。これらのフレームはRGSおよびGSRを含む。
本発明の媒体アクセスコントローラ(MAC)を組み込んだノード装置の一例について、今から説明する。本発明のMACプロトコル機構を実行するように適応させた例示的局を描いたブロック図を図38に示す。一般的に320で参照される局は、通信機能を実行する(例えばMAC機能性を含むOSIスタックプロトコル機能を実現する)ために、独立して動作することができ、あるいは交換機、ルータ、ハブ、ブロードバンドモデム、ケーブルモデム、PLC方式モデム等のようなネットワーク装置内に組み込むことができる局を表わす。ノード装置は、アプリケーションプロセッサ330、および該プロセッサと通信する、関係のある静的、動的、揮発性、および/または不揮発性メモリ(図示せず)を備える。アプリケーションプロセッサはまた、ホストインタフェース332を介して、ホストコンピューティング装置334とも通信する。ホストは1つまたはそれ以上の他のネットワークを通じて通信するように適応させることができる。
Claims (99)
- 通信チャネルに接続された通信トランシーバのチャネルにアクセスするための方法であって、該トランシーバは、該通信チャネル上の送信の早い開始を予測し、高いフォールスアラームレートを有する高速キャリア検出(FCD)信号、および低いフォールスアラームレートを有し、送信が開始していることを示すキャリア検出(CD)信号を含むキャリア検知信号を提供するように適応されており、
各々の幅がFCD時間に実質的に等しい複数のタイムスロットに分割されたチャネルコンテンション期間を設定するステップであって、送信が受信される場合にFCD信号の到着が予測される時間期間に前記FCD時間が比例するステップと、
乱数個のタイムスロット数に等しいバックオフカウントでバックオフカウンタを初期化するステップと、
前記チャネルが遊休状態の間前記バックオフカウンタを減分するステップと、
前記FCD信号の受信後前記バックオフカウンタを一時停止するステップと、
前記CD信号がCD時間内に到着し損なった場合前記バックオフカウンタの減分を再開するステップであって、送信が受信される場合にCD信号の到着が予測される時間期間に前記CD時間が比例するステップと、
CD信号の受信後次の競合期間まで送信を保留するステップと、
前記バックオフカウンタの満了後に送信を開始するステップと
を含む方法。 - 前記現行送信セッションの終了は、使用中からコンテンションへの前記チャネルの状態の変化によって示される請求項1に記載の方法。
- 前の送信セッションの終了と前記チャネルコンテンション期間の開始の間にコンテンションフレーム間空間(CIFS)を挿入することをさらに含む請求項1に記載の方法。
- 前記バックオフカウンタの満了後、前記チャネルをリザーブしようと試みるステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- リザーブ時間を含む送信要求(RTS)フレームを宛先局に送ることによって前記チャネルをリザーブするステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- リザーブ時間を含む送信可(CTS)フレームを宛先局からソース局へ送ることによってチャネルをリザーブするステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- 各コンテンション期間は、各々が異なる優先順位に対応する多数のコンテンションウィンドウにさらに分割される請求項1に記載の方法。
- 各コンテンションウィンドウのサイズは、前記ネットワークにおける局数の関数として動的に適応される請求項7に記載の方法。
- 前記局数は、管理フレームを使用して決定される請求項8に記載の方法。
- 前記局数は、局が送信を許可された時点から局が送信を実際に開始するまでの時間とコンテンションウィンドウの現行サイズの関数として前記ネットワークにおける局数の推定値を計算することによって決定される請求項8に記載の方法。
- 前記バックオフカウンタは、送られるべき送信の優先順位に対応する優先順位を有するコンテンションウィンドウの到着まで一時停止される請求項1に記載の方法。
- 前記初期化するステップは、零からコンテンションウィンドウのサイズまでの間、乱数個のタイムスロット数を選択することを含む請求項1に記載の方法。
- 前記バックオフカウンタは、最近のFCD信号の受信前のカウントから再開する請求項1に記載の方法。
- FCD信号を受信するCD時間内にCD信号を受信し損なったことは、前記FCD信号がフォールスアラームであったことを示す請求項1に記載の方法。
- リンク障害の場合においていったんリザーブされた前記チャネルを解放するかまたはリザーブカウンタを低減するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- 前記リンク障害は、CTS障害を示すように適応されたフレームによって示される請求項15に記載の方法。
- 前記リンク障害は、RTS障害を示すように適応されたフレームによって示される請求項15に記載の方法。
- セッションに割り当てられた最大時間が満了した場合において前記チャネルを解放するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- 1つまたはそれ以上のリザーブカウンタを減分し、リザーブカウンタの各々は、リザーブ時間を保持し、別個のリザーブカウンタは、局によって検出される各セッションに対して維持され、前記チャネルは、最大リザーブ時間を持つリザーブカウンタが満了するときのみ解放されたとみなすステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- 通信チャネルに接続された通信トランシーバのチャネルにアクセスするための方法であって、
前記チャネルへのアクセスのためのコンテンションを、各々に優先順位が割り当てられ複数のバックオフタイムスロットに細分化される1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウに分割するステップと、
特定の送信の優先順位に対応する優先順位のコンテンションウィンドウが到着するまで零個またはそれ以上のコンテンションウィンドウを保留するステップと、
乱数個のバックオフタイムスロット数に等しいバックオフカウントでバックオフカウンタを初期化するステップと、
前記チャネルが遊休状態の間前記バックオフカウンタを減分するステップと、
前記バックオフカウンタの満了後に前記チャネルをリザーブしようと試みるステップと
を含む方法。 - 前記バックオフタイムスロットの幅は、キャリア検出(CD)信号のようなものである請求項20に記載の方法。
- 前記CD信号は、送信の開始から比較的長時間後に生成され、低いフォールスアラームレートを有し、送信が開始していることを示す請求項21に記載の方法。
- 前記バックオフタイムスロットの幅は、送信が開始しているかもしれないことを示すように適応されかつキャリア検出(CD)信号よりずっと速く生成される高速キャリア検出(FCD)信号のようなものである請求項20に記載の方法。
- 前記FCD信号は、送信の開始後比較的短時間に生成され、高いフォールスアラームレートを有し、送信が開始しているかもしれないことを示す請求項23に記載の方法。
- 高速キャリア検出(FCD)信号の受信後バックオフカウンタを一時停止するステップと、
キャリア検出(CD)信号がCD時間内に到着し損なった場合前記バックオフカウンタの減分を再開するステップと、
CD信号の受信後次の送信後まで送信を保留するステップをさらに含む請求項20に記載の方法。 - 前記チャネルをリザーブしようと試みるステップは、リザーブ時間を含む送信要求(RTS)フレームを宛先局に送ることを含む請求項20に記載の方法。
- 予め決められた回数前記チャネルをリザーブしようと試みた後リンク障害を宣言するステップをさらに含む請求項20に記載の方法。
- 前記チャネルをリザーブし損なった後コンテンションウィンドウのサイズを増加するステップをさらに含む請求項20に記載の方法。
- チャネルのリザーブに成功した場合、前記コンテンションウィンドウのサイズを最小のコンテンションウィンドウサイズまで低減するステップをさらに含む請求項20に記載の方法。
- 前記ネットワークにおける局数の関数として各コンテンションウィンドウのサイズを調整するステップをさらに含む請求項20に記載の方法。
- 送信の前にコンテンションフェーズが先行し、その間に1つまたはそれ以上の送信機がチャネルへのアクセスを争奪する、キャリア検知多重アクセス(CSMA)に基づく通信システムであって、
各々に優先順位が割り当てられた1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウを設定するための手段と、
各コンテンションウィンドウを複数のバックオフタイムスロットに分割するための手段と、タイムスロット中のキャリア検知信号の検出は潜在的にチャネルが使用中であることを示しており、
バックオフタイマを使用して、複数の前記バックオフタイムスロットに等しい、無作為に選択されたバックオフ時間をカウントするように適応されたバックオフ手段と、
バックオフタイマの満了後に前記チャネルのリザーブを試み、かつチャネルのリザーブが成功すると送信が可能になるように適応されたリザーブ手段と
を備えた通信システム。 - 前記バックオフ手段は、高速キャリア検出(FCD)信号が検出されるバックオフタイムスロット中前記バックオフタイマを一時停止し、FCD信号が全く受信されないバックオフタイムスロット中前記バックオフタイマを再開し、FCD信号の受信のCD時間内にキャリア検出(CD)信号の受信後次のコンテンションフェーズへの送信を保留するための手段であって、送信が受信される場合にCD信号の到着が予測される時間期間に前記CD時間が比例する手段を含む請求項31に記載のシステム。
- 前記FCD信号は、前記CD信号より速く検出される請求項32に記載のシステム。
- 前記FCD信号は、前記CD信号より高いフォールスアラームレートを有する請求項32に記載のシステム。
- 前記バックオフ手段は、CD信号の受信後送信センションを再開するための手段を含む請求項32に記載のシステム。
- 前記バックオフタイマは、保留されている前記送信セッションに応答して新しい無作為のバックオフ時間を生成するように適応される請求項32に記載のシステム。
- 前記バックオフタイマは、前記送信セッションが再開された後前記バックオフタイマが前に停止した時点からカウントを継続するように適応される請求項32に記載のシステム。
- 前記リザーブ手段は、リザーブ時間を含む送信要求(RTS)フレームを宛先局に送るように適応される請求項31に記載のシステム。
- 前記リザーブ手段は、リザーブ時間を含む送信可(CTS)フレームを宛先局からソース局へ送るように適応される請求項31に記載のシステム。
- 各コンテンションウインドウを分割するための前記手段は、前記コンテンションウィンドウにおいてチャネルを争奪する局数の関数として各コンテンションウィンドウのサイズを調整するように適応された調整手段を含む請求項31に記載のシステム。
- 前記局数は、管理フレームを使用して決定される請求項40に記載のシステム。
- 前記局数は、局が送信を許可された時点から局が送信を実際に開始するまでの時間とコンテンションウィンドウの現行サイズの関数として前記ネットワークにおける局数の推定値を計算するための手段を使用して決定される請求項40に記載のシステム。
- リンク障害時にいったんリザーブされた前記チャネルを解放するための手段をさらに含む請求項31に記載のシステム。
- 前記リンク障害は、CTS障害を示すように適応されたフレームによって示される請求項43に記載のシステム。
- 前記リンク障害は、RTS障害を示すように適応されたフレームによって示される請求項43に記載のシステム。
- 前記リンク障害は、ACK障害を示すように適応されたフレームによって示される請求項43に記載のシステム。
- セッションに割り当てられた最大時間が満了した場合において前記チャネルを解放するステップをさらに含む請求項31に記載のシステム。
- 1つまたはそれ以上のリザーブカウンタを減分し、リザーブカウンタの各々は、リザーブ時間を保持し、別個のリザーブカウンタは、局によって検出される各セッションに対して維持され、前記チャネルは、最大リザーブ時間を持つリザーブカウンタが満了するときのみ解放されたとみなす手段をさらに含む請求項31に記載のシステム。
- キャリア検知多重アクセス(CSMA)フレームに基づく通信ネットワークにより送信および受信するための通信トランシーバであって、フレーム送信はコンテンションフレーム間空間(CIFS)によって分離され、その間に1つまたはそれ以上のノードが前記ネットワークへのアクセスを争奪するように構成されており、
前記ネットワークを介して受信した受信信号を生成し、かつ前記ネットワークに送信信号を出力するための結合回路と、
変調方式に従って送信されるデータを変調してそこから前記送信信号を生成するように適応された送信機と、
前記変調方式に従って前記受信信号を復調してそこから受信データ信号を生成するように適応され、かつ高いフォールスアラームレートを有し、送信が開始しているかもしれない時を早くに予測する高速キャリア検出(FCD)信号、および低いフォールスアラームレートを有し、送信が開始していることを示すキャリア検出(CD)信号を含むキャリア検知信号を生成するように適応された受信機と、
各々に優先順位を割り当てられかつ複数のバックオフタイムスロットに細分化される1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウを設定し、特定の送信の優先順位に対応する優先順位のコンテンションウィンドウが到着するまで零個またはそれ以上のコンテンションウィンドウを保留し、乱数個のバックオフタイムスロット数に等しいバックオフカウントでバックオフカウンタを初期化し、前記チャネルが遊休状態の間前記バックオフカウンタを減分し、前記バックオフカウンタの満了後に前記チャネルをリザーブしようと試み、かつ前記チャネルのリザーブに成功した後前記チャネルに送信するように適応された手段を備えた媒体アクセス制御(MAC)と、
送信機、受信機、およびMACの動作を制御し、かつMACと外部ホストとの間にインタフェースを提供するように適応されたプロセッサと
を備えた通信トランシーバ。 - 前記現行送信セッションの終了は、使用中から遊休状態への前記チャネルの状態の変化によって示される請求項49に記載の通信トランシーバ。
- 前記MAC手段は、前の送信セッションの終了と前記チャネルコンテンション期間の開始の間にコンテンションフレーム間空間(CIFS)を挿入するように適応される請求項49に記載の通信トランシーバ。
- 前記チャネルをリザーブするステップは、リザーブ時間を含む送信要求(RTS)フレームを宛先局に送ることを含む請求項49に記載の通信トランシーバ。
- 前記1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウの各々のサイズは、前記ネットワークにおける局数の関数として動的に調整される請求項49に記載の通信トランシーバ。
- 前記局数は、管理クレームを使用して決定される請求項53に記載の通信トランシーバ。
- 前記局数は、局が送信を許可された時点から局が送信を実際に開始するまでの時間とコンテンションウィンドウの現行サイズの関数として前記ネットワークにおける局数の推定値を計算するための手段を使用して決定される請求項53に記載の通信トランシーバ。
- 前記バックオフカウンタは、送られるべき送信の優先順位に対応する優先順位を有するコンテンションウィンドウの到着まで一時停止される請求項49に記載の通信トランシーバ。
- 前記初期化するステップは、零からコンテンションウィンドウのサイズまでの間の乱数個のタイムスロット数を選択することを含む請求項49に記載の通信トランシーバ。
- 前記バックオフカウンタは、最近の高速キャリア検出(FCD)信号の受信前のカウントから再開する請求項49に記載の通信トランシーバ。
- 高速キャリア検出(FCD)信号を受信するCD時間内にキャリア検出(CD)信号を受信し損なったことは、前記FCD信号がフォールスアラームであったことを示す請求項49に記載の通信トランシーバ。
- 適切にプログラムされたシステムをキャリア検知多重アクセス(CSMA)フレームに基づく通信システムのチャネルにアクセスさせるために具現されたコンピュータプログラムを有するコンピュータ可読記憶媒体であって、フレーム送信はコンテンションフレーム間空間(CIFS)によって分離され、その間に、そのようなプログラムがシステムで実行されるときに次のステップ、すなわち各々に優先順位が割り当てられ複数のバックオフタイムスロットに細分化される1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウを設定するステップと、特定の送信の優先順位に対応する優先順位のコンテンションウィンドウが到着するまで零個またはそれ以上のコンテンションウィンドウを保留するステップと、乱数個のバックオフタイムスロット数に等しいバックオフカウントでバックオフカウンタを初期化するステップと、前記チャネルが遊休状態の間前記バックオフカウンタを減分するステップと、前記バックオフカウンタの満了後に前記チャネルをリザーブしようと試みるステップと、前記チャネルのリザーブに成功した後前記チャネルに送信するステップとを実行することによって、1つまたはそれ以上の送信機が前記チャネルへのアクセスを争奪するように構成された、コンピュータ可読記憶媒体。
- 前記バックオフタイムスロットの幅は、キャリア検出(CD)信号のようなものである請求項60に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記CD信号は、送信の開始から比較的長時間後に生成され、低いフォールスアラームレートを有し、送信が開始していることを示す請求項61に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記バックオフタイムスロットの幅は、高速キャリア検出(FCD)信号のようなものである請求項60に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記FCD信号は、送信の開始後比較的短時間に生成され、高いフォールスアラームレートを有し、送信が開始しているかもしれないことを示す請求項63に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 高速キャリア検出(FCD)信号の受信後前記バックオフカウンタを一時停止するステップと、
キャリア検出(CD)信号がCD時間内に到着し損なった場合前記バックオフカウンタの減分を再開するステップであって、送信が受信される場合にCD信号の到着が予測される時間期間に前記CD時間が比例するステップと、
CD信号の受信後次の送信後まで送信を保留するステップ
をさらに含む請求項60に記載のコンピュータ可読記憶媒体。 - 前記FCD信号は、前記CD信号より送信後速く生成される請求項65に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記FCD信号は、前記CD信号より高いフォールスアラームレートを有する請求項65に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記CD信号は、前記FCD信号より高い検出確率を有する請求項65に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- キャリア検出(CD)信号の受信後送信セッションを続いて再開するステップをさらに含む請求項60に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記1つまたそれ以上のコンテンションウィンドウの各々のサイズは、前記ネットワークにおける局数の関数として動的に調整される請求項60に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記局数は、管理フレームを使用して決定される請求項70に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記局数は、局が送信を許可された時点から局が送信を実際に開始するまでの時間とコンテンションウィンドウの現行サイズの関数として前記ネットワークにおける局数の推定値を計算するための手段を使用して決定される請求項70に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記送信ステップは、リザーブ時間を含む送信要求(RTS)フレームを宛先局に送信するステップを含む請求項60に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記送信ステップは、リザーブ時間を含む送信可(CTS)フレームを宛先局からソース局に送信するステップを含む請求項60に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- リンク障害の場合においていったん予約された前記チャネルを解放するステップをさらに含む請求項60に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記リンク障害は、CTS障害を示すように適応されたフレームによって示される請求項75に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記リンク障害は、RTS障害を示すように適応されたフレームによって示される請求項75に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- セッションに割り当てられた最大時間が満了した場合において前記チャネルを解放するステップをさらに含む請求項60に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 1つまたはそれ以上のリザーブカウンタを減分し、リザーブカウンタの各々は、リザーブ時間を保持し、別個のリザーブカウンタは、局によって検出される各セッションに対して維持され、前記チャネルは、最大リザーブ時間を持つリザーブカウンタが満了するときのみ解放されたとみなすステップをさらに含む請求項60に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 複数の局を含むネットワークの通信チャネルにアクセスする方法であって、
前記複数の局が前記通信チャネルへのアクセスを争奪する1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウを設定するステップと、
前記1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウの各々に異なる優先順位を割り当てるステップと、
乱数個のバックオフタイムスロット数に等しいバックオフカウントでバックオフカウンタを初期化するステップと、
特定の局の送信の優先順位に対応する優先順位を有するコンテンションウィンドウが到着するまで待つステップと、
その到着後、前記チャネルが遊休状態である間前記バックオフカウンタを減分するステップと、
前記バックオフカウンタの満了後前記通信チャネルをリザーブしようと試みるステップと
を含む方法。 - 前記コンテンションウィンドウのサイズは、局が前記通信チャネルをリザーブし損なうと増加される請求項80に記載の方法。
- 前記コンテンションウィンドウのサイズは、局が前記通信チャネルのリザーブに成功すると減少される請求項80に記載の方法。
- 複数の局を含むネットワークの通信チャネルにアクセスする方法であって、
前記複数の局が前記通信チャネルへのアクセスを争奪する1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウを設定するステップと、
前記1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウの各々に優先順位を割り当てるステップと、
乱数個のバックオフタイムスロット数に等しいバックオフカウントでバックオフカウンタを初期化するステップと、
特定の局の送信の優先順位に対応する優先順位を有するコンテンションウィンドウが到着するまで待つステップと、
その到着後、前記チャネルが遊休状態である間前記バックオフカウンタを減分するステップと、
前記バックオフカウンタの満了後前記通信チャネルをリザーブしようと試みるステップと、
前記コンテンションウィンドウで前記通信チャネルを争奪する前記複数の局の数の関数としてコンテンションウィンドウのサイズを調整するステップと
を含む方法。 - 前記コンテンションウィンドウのサイズは、局が前記通信チャネルをリザーブし損なうと増加される請求項83に記載の方法。
- 前記コンテンションウィンドウのサイズは、局が前記通信チャネルのリザーブに成功すると減少される請求項83に記載の方法。
- 複数の局を含むネットワークの通信チャネルにアクセスする方法であって、前記複数の局が前記通信チャネルへのアクセスを争奪する1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウを設定するステップと、
現行コンテンションウィンドウのサイズおよび局が送信を許可されてから1つの局が送信を開始するまでの実際の時間である時間tの関数として前記ネットワーク内の局の数を推定するステップと、
前記ネットワーク内の局の推定数の関数として前記1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウの各々のサイズを調整するステップと、
各局が特定の送信に関連付けられるコンテンションウィンドウが到着するまで前記通信チャネルをリザーブする試みを保留するステップと
を含む方法。 - 複数の局を含むネットワークの通信チャネルにアクセスする方法であって、
各局が前記通信チャネルが使用中であることを示す仮想キャリア検知信号を生成するステップと、
前記仮想キャリア検知信号が前記通信チャネルが現在使用中であることを示しており、かつ局が現在前記通信チャネルをリザーブしている局がそのセッションに関連付けられるリザーブカウンタを更新すべきであると判断した場合、更新されたリザーブカウンタ時間を含むメッセージを前記ネットワークに送信するステップと
を含む方法。 - 前記更新されたリザーブカウンタは、減少される請求項88に記載の方法。
- 前記更新されたリザーブカウンタは、増加される請求項88に記載の方法。
- 前記更新されたリザーブカウンタは、前記通信チャネルを解放させるために零にセットされる請求項88に記載の方法。
- 複数の局を含むネットワークの通信チャネルにアクセスする方法であって、
前記ネットワーク内の局間で確立された1つまたはそれ以上のセッションを検出するステップと、
特定の局によって検出された各セッションの各局におけるリザーブカウンタを維持するステップと、
前記リザーブカウンタはリザーブ時間を保持しており、各リザーブカウンタを周期的に減分するステップと、
最大リザーブ時間を持つリザーブカウンタが満了したときに前記通信チャネルが解放されたとみなすステップと
を含む方法。 - 複数の局を含む電力線搬送方式ネットワークの通信チャネルにアクセスする方法であって、
前記複数の局が前記通信チャネルへのアクセスを争奪する1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウを設定するステップと、
前記1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウの各々に異なる優先順位を割り当てるステップと、
各局が前記通信チャネルにキャリア信号が存在するかどうか検知するステップと、
各局が送信を希望し、無作為のバックオフ時間を選択するステップと、
特定の局の送信の優先順位に対応する優先順位に関連付けられたコンテンションウィンドウが到着するまで各局が待つステップと、
合致する優先順位を有するコンテンションウィンドウ内で、無作為のバックオフ時間だけ待つステップと、
前記バックオフ時間の満了後、前記通信チャネルをリザーブしようと試みるステップと、
キャリア信号の存在が検出された場合、前記バックオフ時間のカウントダウンを中断するステップと
を含む方法。 - 複数の局を含むネットワークの通信チャネルにアクセスする方法であって、
前記複数の局が前記通信チャネルへのアクセスを争奪する1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウを設定するステップであって各々のコンテンションウィンドウが異なる優先順位レベルに対応するステップと、
乱数個のバックオフタイムスロット数に等しいバックオフカウントでバックオフカウンタを初期化するステップと、
特定の送信優先順位に対応するコンテンションウィンドウが到着するまで待つステップと、
その到着後、前記チャネルが遊休状態の間前記バックオフカウンタを減分するステップと、
前記バックオフカウンタの満了後に前記チャネルをリザーブしようと試みるステップと、
前記通信チャネルをリザーブする試みが予め定められた回数失敗した後、隠れた局の存在を宣言するステップと、
それに従って前記バックオフタイムスロットの幅を増大するステップと、
前記初期化し、待ち、前記通信チャネルのリザーブを試みるステップを繰り返すステップとを含む方法。 - 複数の局を含むネットワークの通信チャネルにアクセスする方法であって、
送信セッションを複数のフレームにセグメント化するステップと、
前記複数の局が前記通信チャネルへのアクセスを争奪する1つまたはそれ以上のコンテンションウィンドウを設定するステップであって各々のコンテンションウィンドウが異なる優先順位レベルに対応するステップと、
乱数個のバックオフタイムスロット数に等しいバックオフカウントでバックオフカウンタを初期化するステップと、
特定の送信優先順位に対応するコンテンションウィンドウが到着するまで待つステップと、
その到着後、前記チャネルが遊休状態の間前記バックオフカウンタを減分するステップと、
前記バックオフカウンタの満了後に前記複数のフレームを送信するのに充分な時間中前記チャネルをリザーブしようと試みるステップと、
送信局から受信局へ前記複数のフレームを送信するステップと、
前記フレームの1つを再送信すべきかどうかを各々示す肯定応答(ACK)ビットを複数含むACK応答を前記受信局が前記送信局に送信するステップと
を含む方法。 - 複数の局を含むネットワークの通信チャネルにアクセスする方法であって、
送信局から受信局へメッセージを送信するステップと、
前記受信局がメッセージの受信後に肯定応答メッセージを送信するステップと、
前記送信局が肯定応答メッセージの受信に失敗した後、肯定応答要求(RA)メッセージを前記受信局に送るステップと、
前記送信局が前記肯定応答メッセージの受信に連続して失敗した後、前記送信局が前記受信局にRAメッセージを繰返し送るステップとを含む方法。 - 前記受信局にRAメッセージを繰返し送る前記ステップは、肯定応答が前記送信局によって受信されるまで繰返される請求項97に記載の方法。
- 前記受信局にRAメッセージを繰返し送る前記ステップは、max_RA_retries回数繰返される請求項97に記載の方法。
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