JP2008524959A - 多層ｗｌａｎにおける無線バックホールの方法 - Google Patents

Abstract

多層無線ローカル・エリア・ネットワークにおいて無線バックホールを管理する方法が開示される。それらの方法は、サービスが提供される子を指定するポーリング・リストを保持する工程と、ポーリング・リストの子にダウンストリーム方向に通信を送信する工程と、子から例外通信を受信する工程と、例外通信に応答してポーリング・リストを更新する工程とを備える。

Description

本発明は一般に、無線通信システムに関し、詳細には、無線ローカル・エリア・ネットワークにおける無線バックホールの分野に関する。

無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）において、無線バックホールは、カバー領域を生成するアクセス・ポイント（ＣＡＰ）によりサービスを受けるクライアントから、「有線の」ＡＰと称されるような、固定基幹ネットワークに直接接続されているアクセス・ポイント（ＡＰ）まで通信を伝達するために必要なアクセス・ポイント（ＡＰ）を備える。ＷＬＡＮにおいて、通常クライアントは通信経路の終端であり、通常ＡＰは定置式であって、クライアントへの通信経路が確立されるかまたは保持される中継器である。所定の領域のカバー領域をもたらすために必要な有線ＡＰの数を減少させるため、中間ＡＰの層がＣＡＰと有線ＡＰとの間に配置される。この中間ＡＰの層、関連付けられているＣＡＰ、および有線ＡＰはすべて無線で通信し、集合的に「無線バックホール」と称される。無線バックホール内の通信は、通信チャネルを使用しているＡＰが、使用時間を共用しなければならない共用無線周波数（ＲＦ）周波数である通信チャネル上で行われる。

中間、カバー領域、または有線のいずれであっても、各ＡＰは、２方向の通信を処理する必要がある。第１方向は、クライアントから無線バックホールを経由して有線ＡＰへと至り、「アップストリーム」と呼ばれる。第２方向は、有線ＡＰから無線バックホールを経由してクライアントへと至り、「ダウンストリーム」と呼ばれる。通信チャネルが共用されるので、各ＡＰは、アップストリームおよびダウンストリームの両方向の通信チャネルへのアクセスを効果的に管理して、通信チャネルへのもう一方のＡＰのアクセスに干渉しないような方法でそのアクセスを管理する必要がある。

したがって、無線ローカル・エリア・ネットワークにおいて無線バックホールの改良された方法が必要とされている。

本発明の好適な実施形態は、これ以降、添付の図面を参照して、例示のみによって説明される。
説明を簡略および明確にするために、図示される要素は必ずしも一定の縮尺では描かれていないことが理解されよう。たとえば、一部の要素の大きさは、相互の要素に対して誇張されている。さらに、適切と見なされる場合、同一の要素を示すように、図面の間で参照番号が繰り返されている。

本発明の実施形態は、図１を参照して説明される。図１に示されているのは、多層無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）１００である。本発明は、多層ＷＬＡＮと考えられ、かつ／または多層ＷＬＡＮにおいて実施される。そのＷＬＡＮは多層と称されて、たとえば、アクセス・ポイント（ＡＰ）の複数の層および／またはクライアントの複数の層など、ノードの複数の層があることを示す。ここでノードは当技術分野において良く知られた用語であり、クライアントまたはアクセス・ポイントを意味する。多層ＷＬＡＮ通信階層のＡＰ側では、単一のＡＰ１１２が、第２の層１１０、１１４、１２５、１２６のＡＰと通信する。模範的な実施形態において、層１のＡＰ１１２は、マスター・バックホール・ユニット（ＭＢＵ）と称され、有線ネットワーク（図示されず）への通信をもたらす。図１に示されるように、第２層のＡＰ１１０、１１４、１２５、１２６は、カバー領域ＡＰと通信し、中間バックホール・ユニット（ＩＢＵ）と称される。図１においてＡＰの２つの層しか示されていないが、さらに多くのＡＰの層が存在してもよく、図１の明白な拡張であると見なされる。たとえば、多層ＷＬＡＮは、層１、層２、層３、および層４のＡＰを備えてもよい。いずれの場合においても、カバー領域ＡＰは、クライアントも層構造である多層ＷＬＡＮのクライアントと通信する。

カバー領域ＡＰと、たとえば層１のＡＰまたは層２のＡＰなどの上層ＡＰとの差異は、カバー領域ＡＰが多層ＷＬＡＮのクライアントとインターフェイスになり、上層ＡＰが多層ＷＬＡＮのクライアント間の通信の中継器であることである。代替実施形態において、上層ＡＰによって提供される機能は、カバー領域ＡＰに一体化することも、その逆にカバー領域ＡＰによって提供される機能が、上層ＡＰに一体化することもできるので、１つのＡＰは、上層またはカバー領域のいずれであっても、両方の機能を提供する。

一実施形態において、多層ＷＬＡＮ内の各ＡＰは、ＡＰがポーリング・メッセージをクライアントに送信してクライアントが応答する、ＩＥＥＥ８０２．１１ ＰＣＦプロトコルを実施する。代替実施形態において、多層ＷＬＡＮ内の各ＡＰは、ＡＰがサービス品質の増強を実施する、ＩＥＥＥ８０２．１１Ｅプロトコルを実施する。もう１つの代替実施形態において、各ＡＰに通信チャネルへのアクセスを提供するためにコンテンションベースのプロトコルが使用される。例示的な実施形態において、各アクセス・ポイントは、サービスを提供することができるＡＰに関する情報を備えるポーリング・リストを有する。ポーリング・リストは、ＭＡＣアドレスおよび通信チャネル番号などの情報を含む。代替として、ポーリング・リストは、信号強度などの情報も含んでよい。ポーリング・リストを取り込む工程は、ビーコン伝送（「ビーコン」とも呼ばれる）、クライアントによる明示的要求、距離ベクトル・ルーティング、およびその他の類似したプロトコルなど、多数のネットワーク・プロトコルによって実行され、本開示の範囲を超えるものである。

多層ＷＬＡＮ通信階層のクライアント側では、クライアント１３８は単一のカバー領域ＡＰと直接通信して、無線多層ＷＬＡＮ通信階層の有線ネットワーク（図示されず）または他の部分へのアクセスを提供する。図１には１つのクライアント１３８のみが示されているが、さらに多数のクライアントおよび／またはクライアントの層が存在する。いずれの場合においても、多層ＷＬＡＮのクライアントは、多層ＷＬＡＮのカバー領域ＡＰと通信する。本明細書において使用されているように、クライアントが関連付けられているカバー領域ＡＰは、サービス提供カバー領域ＡＰと称される。

当業者には理解されるように、クライアントは、コンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、固定取り付け装置、車載装置、またはハンドヘルド・デバイスなどのような、無線ネットワーク内で通信可能な任意の適切な種類の無線通信装置である。クライアントのうちのいくつかは、必要に応じて、固定通信基幹に接続される。

多層ＷＬＡＮにおける通信は、アップストリームおよびダウンストリームの２つの方向のいずれかで行われる。アップストリームの通信は、ＡＰと、多層ＷＬＡＮ内でＭＢＵにより近いその隣接するＡＰとの間に発生する。たとえば、アップストリームの通信は、ＣＡＰがＩＢＵに通信を送信するときに発生する。ダウンストリームの通信は、ＡＰと、多層ＷＬＡＮ内でクライアントにより近いその隣接するＡＰとの間に発生する。たとえば、ダウンストリームの通信は、ＩＢＵがＣＡＰに通信を送信するときに発生する。さらに、一実施形態において、任意の単一のＡＰにおけるアップストリームおよびダウンストリームの両通信は、単一のＲＦ周波数を使用する。たとえば、ＡＰ１は、アップストリームおよびダウンストリームの両通信に４．９４７５ＧＨｚの周波数を有する通信チャネルを使用するが、ＡＰ４は、アップストリームおよびダウンストリームの両通信に４．９７２５ＧＨｚの周波数を有する通信チャネルを使用する。

ＡＰは、ダウンストリーム方向に通信を送信する場合、および／またはアップストリーム方向から通信を受信する場合に「親」として機能する。対照的に、ＡＰは、アップストリーム方向に通信を送信する場合、および／またはダウンストリーム方向から通信を受信する場合に「子」として機能する。無線バックホール内の各ＡＰは、アップストリームおよびダウンストリームの両方向に通信を送受信することができるので、無線バックホールにおいて各ＡＰは、親および子のいずれとしても機能する。しかし、各ＡＰは、親または子として無期限に機能することができない。そのためＡＰは、親としての機能に費やす時間と、子としての機能に費やす時間との間でその時間を分割しなければならない。一実施形態において、ＡＰが親として費やす時間、およびＡＰが子として費やす時間は、あらかじめ定められており、タイマーによってトリガーされる。たとえば、ＡＰは、２５ミリ秒間を子として費やし、その後の２５ミリ秒間を親として費やす。

図２を参照すると、示されているのは、親として機能するＡＰによって実行される機能を示す流れ図である。親として機能する工程（ブロック０４）は、ＡＰがビーコンを送信する（ブロック２０２）と開始される。親として機能することには、子からの要求に応答すること、ダウンストリームの通信を子に送信すること、アップストリームの通信について子にポーリングすること、子のアクティブなサービスを一時停止すること、およびポーリング・リストを更新すること（ブロック２０４）が含まれる。親の機能を開始してしまうと、ＡＰは、現在サービスを提供しているすべての子の状態を管理するよう要求される。ＡＰは、例外通信を受信することもあり、例外通信は特定の決定を行うかまたはローカルタイマーに応答するための子からの親への要求または子からの通信を含む（ブロック２０６、２０８、２１０、２１２）。例外処理とは、例外通信を処理することである。１つのそのような要求は、子が、ネットワーク・アクティビティを実行するためにアクティブなサービスが一時停止されるようにＡＰに要求する（ブロック２０６）場合であり、ＡＰは、子との直接の通信に関与する一時停止信号処理を実行する（ブロック２１４）。子のそのようなネットワーク・アクティビティは、ＡＰがＣＡＰとして機能できるようにすること、またはＡＰがネットワーク内の他の子にサービスを提供する親装置として機能できるようにすること、またはネットワークＲＦ干渉を防ぐための強制静止期間、または第２のクライアント装置との直接通信期間を設けることを含む。第２のそのような要求は、子が、親との通信に費やす時間を延長する必要がある場合（ブロック２０８）であり、ＡＰは、親が子にサービスを提供する追加の時間がネゴシエーションされるタイミング要求処理（ブロック２１６）を実行する。そのようなタイマー・イベントは、ＡＰが子をアクティブ・サービス・リストに戻す必要がある場合（ブロック２１０）に発生し、ＡＰは子をアクティブ・サービスに戻して、それに応じてポーリング・リストを更新する（ブロック２１８）。子は引き続き親によってサービスを提供され、子がアップストリーム通信を送信できるようにするポーリング・メッセージを受信する。親はまた、子へのダウンストリーム通信の送信を再開する。そのような動作は、子にアクティブにサービスを提供する工程を構成し、親の１次機能である（ブロック２０４）。第２のそのようなタイマー・イベントは、タイマーが満了して親としての動作を終了する時間であることをＡＰに知らせる（ブロック２１２）場合に発生する。第３のそのようなタイマー・イベントは、タイマーが満了して新しいビーコン・メッセージを送信する時間であることを親に知らせる（ブロック２１２）場合に発生する。この場合、親は、新しいビーコン・メッセージを送信する（ブロック２０２）。これらの決定または要求（ブロック２０６、２０８、２１０）のいずれかがトリガーされる場合、ＡＰは、決定に関連する処理を実行し（たとえば、ブロック２１４、２１６、２１８）、親として動作することを停止する時間が開始した（ブロック２２０）かどうかを確認する。開始している場合、親機能は休止される（ブロック２２２）。開始していない場合、ＡＰは親としての動作に戻り（ブロック２０４）、アクティブな子にダウンストリーム通信を送信し、アクティブな子にポーリング・メッセージを送信してそれぞれの子がアップストリーム通信を送信できるようにすることにより、子にアクティブにサービスを提供する。いずれの場合にも、タイマーは、新しいビーコンを送信する時間であるかどうか調べるために確認される（ブロック２２４）。タイマーが満了している場合、ＡＰは、新しいビーコンを送信し（２０２）、親アクティビティを再開する。タイマーが満了していない場合、親機能は休止されたままである（ブロック２２６、２２２）。休止している間、（ブロック２２２）親はまた、ビーコン・メッセージを送信する必要なくアクティビティを再開する必要があるときを判別するために、さらにタイマーを監視する（ブロック２３６）。

図３を参照すると、示されているのは、子として機能するＡＰによって実行される機能を示す流れ図である。子として機能する工程（ブロック３０４）は、親によって送信されたビーコンを受信する（ブロック３０２）ことによりトリガーされる。子として機能する工程には、アップストリームの通信を親に送信すること、親からダウンストリームの通信を受信すること、親の追加のサービス時間を要求すること、一時停止期間中ポーリング・リストからの中断を要求すること、および子として費やされる時間を設定すること（ブロック３０４）が含まれる。子の機能を開始してしまうと、ＡＰは、例外処理が行われる必要がある場合、親としての動作に戻る必要があることもある。例外処理とは、特定の決定を処理すること（ブロック３０６）、特定の決定を親に信号で知らせること（ブロック３０８）、または特定の内部タイマー・イベントに応答すること（ブロック３１０）である。１つのそのような決定は、ネットワーク・スケジューラがＡＰにネットワーク・アクティビティを実行するよう要求する場合（ブロック３０６）であり、ＡＰは、一時停止信号処理を実行する（ブロック３１２）。第２のそのような決定は、ＡＰが子として費やす時間を延長する必要がある場合（ブロック３０８）であり、ＡＰはタイミング要求処理を実行する（ブロック３１４）。第３のそのような決定は、タイマーが満了して親装置からビーコン・メッセージを受信する時間であることをＡＰに知らせる（ブロック３１０）場合に発生する。これらの決定またはタイマーのいずれもトリガーされない場合、（ブロック３０６、３０８、３１０）、ＡＰが子として機能するよう引き続き要求されているかどうか判別するためにＡＰはタイマーを確認する（ブロック３１６）。このタイマーがトリガーされる場合、ＡＰは、子として動作することを終了し、子機能を休止する（ブロック３１８）。休止している間（ブロック３１８）、ＡＰは、今後、子のアクションがいつ要求されるかを判別するために、特定のタイマーを監視する（ブロック３２０、３２２）。１つのそのようなタイマーは（ブロック３２０）、親からビーコン・メッセージを受信するためにＡＰが子機能を実行するよう要求される時間を示す。このタイマーが満了すると、ＡＰは親ＡＰからビーコン・メッセージを受信し（ブロック３０２）、子機能を再開する（ブロック３０４）。第２のそのようなタイマーは（ブロック３２２）、親からビーコン・メッセージを受信せずにＡＰが子機能を再開するよう要求される時間を示す。このタイマーが満了すると、ＡＰは親ＡＰからビーコン・メッセージを受信することなく、子機能を直接再開する（ブロック３０４）。

親としておよび子として動作するＡＰによって実行される機能を説明してきたが、図４に示されているのは、図１のＡＰの間の関係を示す例示のタイミング図である。親機能および子機能として各ＡＰが動作する継続時間が示されている。層１のＡＰ（４００）は、示されている全継続時間にわたり、ビーコン・メッセージの送信（４０２）を含む、親機能を実行する（４０４）。層２のＡＰはそれぞれ、親機能および子機能に時間を分割する（４０６）。層２のＡＰ（４０６）は、ビーコン・メッセージ（４０８）をアクティブな層３のＡＰ（４１４）に送信することを含む、親機能（４１０）を実行するよう選択された継続時間を除いて、子機能（４１２）を実行する。層３のＡＰ（４１４）はそれぞれ、層２のＡＰ（４０６）の親機能（４１０）と同時刻に子機能（４２０）を実行する。層３のＡＰ（４１４）は次に、使用可能な残りの時間（４１８）中に、親機能を実行することができる。

一般に、ビーコンは、タイミング同期化、トラフィック・キュー、および、たとえばＡＰなどの送信側の性能のような、多層ＷＬＡＮに関する情報を有するＡＰによって送信されるパケットとして定義される。そのような実施形態において、およびＩＥＥＥ８０２．１１技術において公知であるように、ＡＰによって送信されるビーコンは、ビーコン間隔ごとに１回送信される。ここでビーコン間隔は、図３に示されるように、層１のＡＰ、たとえば３００、３０１によって送信される連続のビーコンの間の時間として定義される。単一のＡＰによって送信されたビーコンは固定周波数を有するが、ビーコンが異なるＡＰによって送信される周波数と同じである場合も、同じではない場合もある。たとえば、図１において、層１のＡＰ１１２はある速度でビーコンを送信し、層２のＡＰ１１０は異なる速度でビーコンを送信することもある。さらに、層２のＡＰ１１４によって送信されたビーコンは、さらに異なる速度で送信される場合もある。

前記のように、子として動作するＡＰは、通信をその親に送信することにより、その親からのサービスの一時停止を要求することができる。一実施形態において、通信は、情報要素を備える標準ＩＥＥＥ８０２．１１パケットである。そのような実施形態において、情報要素は、ａ）子の識別、たとえばＭＡＣアドレスなど、ｂ）実行されるアクション、たとえばポーリング・リストに子を配置する、ポーリング・リストから子を削除する、追加のサービス時間を要求するなど、ｃ）アクションの継続時間、のようなフィールドを有する。同様に、親は、通信を子に送信することにより、サービスの要求に応答する。一実施形態において、通信は、情報要素を備える標準ＩＥＥＥ８０２．１１パケットである。そのような実施形態において、情報要素は、ａ）親の識別、たとえばＭＡＣアドレスなど、ｂ）実行されるアクション、たとえば子の要求を受け入れる、子の要求を条件付きで受け入れる、子の要求を拒否するなど、ｃ）アクションの継続時間、のようなフィールドを有する。

本発明は、その特定の実施形態と併せて説明されてきたが、追加の利点および変更に、当業者は容易に考え至るであろう。したがって本発明は、その広範な態様において、示され説明されている特定の詳細、代表的な装置、および説明的な実施例に限定されることはない。たとえば、加入者ユニットおよび／または基本無線機は、ハードウェア装置（たとえばマイクロプロセッサ）にロードされると、ハードウェア装置に本発明に従う機能を実行させる命令のセットを格納している記憶媒体を備えてもよい。本発明は、ハードウェア、ファームウェア、および／またはソフトウェアのうちの少なくとも１つにおいて実施されうる。さまざまな修正、変更、および変形は、上記の説明を考慮すれば、当業者には明らかとなろう。したがって、本発明は上記の説明によって限定されることはないが、添付の特許請求の範囲の技術思想および範囲に従ってそのようなすべての修正、変更および変形を包含する。

本発明の実施形態による標準的な無線ローカル・エリア・ネットワークを例示するブロック図。 本発明の実施形態による親として機能するＡＰによって実行される機能を示す流れ図。 本発明の実施形態による子として機能するＡＰによって実行される機能を示す流れ図。 本発明の実施形態によるタイミング図。

Claims (10)

1. 多層無線ローカル・エリア・ネットワークにおいて無線バックホールを管理する方法であって、
   該多層無線ローカル・エリア・ネットワークは、子としておよび親として機能するアクセス・ポイントを備え、
   子はアップストリーム方向に通信を送信し、ダウンストリーム方向から通信を受信し、
   親はダウンストリーム方向に通信を送信し、アップストリーム方向から通信を受信する、
   該多層無線ローカル・エリア・ネットワークのアクセス・ポイントにおいて、
   サービスの提供される該子を指定するポーリング・リストを保持する工程と、
   該子から例外通信を受信する工程と、
   該例外通信の情報に応答して該ポーリング・リストを更新する工程と
   を備える方法。
2. 前記ポーリング・リストの子に前記ダウンストリーム方向に通信を送信する工程と、
   前記ポーリング・リストの子から前記アップストリーム方向で通信を受信する工程と
   をさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記例外通信の前記情報は、一時停止要求、追加時間要求、およびアクティブ状態要求の少なくとも１つからなる実行されるべきアクションからなる、請求項１に記載の方法。
4. 前記例外通信で指定されている時間に前記子にサービスを提供する前記工程をさらに備える、請求項３に記載の方法。
5. サービスを提供する前記工程は、前記子のアクティブ状態を指定するために前記ポーリング・リストを更新する工程をさらに備える、請求項４に記載の方法。
6. 保持する前記工程は、ＩＥＥＥ８０２．１１ ＰＣＦプロトコルに従う、請求項１に記載の方法。
7. 多層無線ローカル・エリア・ネットワークにおいて無線バックホールを管理する方法であって、
   該多層無線ローカル・エリア・ネットワークの親において、
   子が該親にサービスを要求するかどうかを指定する該子のポーリング・リストを保持する工程と、
   （ｉ） 子継続時間中にサービスを提供する子を前記ポーリング・リストから選択する工程と、
   （ｉｉ） 該子にダウンストリーム通信を送信する工程と、
   （ｉｉｉ） 子からアップストリーム通信を受信する工程と、
   （ｉｖ） 該子継続時間を変更するために例外処理を実行する工程と、
   （ｖ） 例外処理に応答して該ポーリング・リストを更新する工程と
   を実行するためにビーコン間隔を指定するビーコンを子にブロードキャストする工程と
   を備える方法。
8. サービスは、
   前記ビーコン間隔の子継続時間中に、
   （ｉ） アップストリーム通信について前記子をポーリングする工程と、
   （ｉｉ） 前記子にダウンストリーム通信を送信する工程と、
   （ｉｉｉ） 前記子からアップストリーム通信を受信する工程と、
   （ｉｖ） 前記子からの例外通信に応答する工程と
   を実行する工程
   をさらに備える、請求項７に記載の方法。
9. 多層無線ローカル・エリア・ネットワークにおいて無線バックホールを管理する方法であって、
   該多層無線ローカル・エリア・ネットワークの子において、
   ビーコン間隔を指定するビーコンを親から受信する工程と、
   該ビーコン間隔の子継続時間中に、
   （ｉ） 該親からダウンストリーム通信を受信する工程と、
   （ｉｉ） 該親にアップストリーム通信を送信する工程と、
   （ｉｉｉ） 該親に例外通信を送信する工程と
   を実行する工程と
   を備える方法。
10. 前記例外通信は、一時停止要求および追加時間要求の１つからなる、請求項９に記載の方法。

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