JP2008527895A - 無線lanにおいてサービスインターバル中のエアタイム割り当てを実行する方法及び装置。 - Google Patents

無線lanにおいてサービスインターバル中のエアタイム割り当てを実行する方法及び装置。 Download PDF

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Abstract

サービスインターバル中に複数のデータパケット中の少なくとも一のデータフローを送信する無線ネットワーク通信システムにおける送信エアタイムを管理する方法及び装置が開示される。当該方法は、各々の前記データフローについてサービスインターバル中のデータパケット送信の累計時間を決定するステップ、各々の前記データフローについて前記サービスインターバル中の次のデータパケット送信の推定時間を決定するステップ、及び前記データパケットが属するフローについての前記累計時間の総計と前記推定時間との和が予め定められた値未満の場合に前記次のデータパケットの送信を許可するステップを有する。

Description

本出願は、無線通信に関し、より具体的には、QoS(Quality of service)を改善するためにエアタイム(airtime)割り当てを実行する方法及び装置に関する。
IEEE 802.11(WLAN)は商用の情報技術(IT)及び家庭向けの消費市場の両方において有力な地位を得ている。ブロードバンドインターネットアクセスを共有することにより、及びWiFi技術の展開が容易であるおかげで、無線のホームネットワークは現実になった。しかしながら、旧来の8002.11WLAN規格においてQoS(Qualiry-of-Service)サポートが欠けているため、高品質な音声・画像(A/V)ストリーミング及びVoIP(voice-over IP)のようなリアルタイムアプリケーションに遅延が生じる。
無線媒体は、干渉、距離、同一周波数帯で動作する同一の場所に設置された無線LAN、見通し範囲及び同一のWLANネットワーク内で同時に発生するトラフィック負荷のような、外界のチャネル妨害に本質的に影響を受けやすい。結果的に、無線リンク状況は時間及び位置の両方に応じて変動する。加えて、"エアタイム不公平"という一般的な問題が旧来のWLAN製品に存在する。例えば、WLANネットワーク中の無線リンクが、これらの妨害に起因して、高品質のリンクから低品質のリンクに遷移すると、過剰なエアタイムが再送信に使用されるため、又は下位の物理送信レートを使用することにより、同一のネットワークセグメント内の他の高品質リンクのスループットに影響がある。この結果、良好な無線リンクのスループットが低下する。従って、リアルタイムアプリケーションが軌道に乗るためには追加のQoSサポートが必要である。
無線QoSプロビジョニングの一般的なアプローチは、特定の時間間隔中に送信機又はトラフィックフローが取得するエアタイムをポリシング(policing)することである。旧来のWLANプロトコルに対する新たな補足QoS、すなわち802.11eは、MAC QoS プロビジョニングに対するメカニズムを、不確定なQoS要求を有する無線リアルタイムアプリケーションに提供する。
802.11e中で定義された既存のメカニズムは、QoSプロビジョニングを実現するために、いわゆる通信機会(TXOP)メカニズムを使用する。TXOPは、トラフィックフロー、優先度(Access Category : AC)又は端末局(QoS-capable STAtion : QSTA)についてのトラフィック仕様(Traffic SPECification : TSPEC)から計算されるエアタイム割り当てである。しかしながら、TXOPの実施は個々のベンダー次第である。当業者によって理解されるように、本明細書で言及された「フロー」との用語は、トラフィックフロー、AC又はQSTAに対して適用される。
従って、この業界において、802.11e対応WANにおけるエアタイム不公平問題を解決するために提案された公平なMACスケジューラを完全なものとする、送信トラフィックに対するエアタイムの割り当てを監視及び実施する方法及びシステムが必要である。
本発明の第1の態様は、サービスインターバル中に各々が複数のデータパケットを含む少なくとも一のデータフローを送信する無線ネットワーク通信システムにおける送信エアタイムの管理であって、前記サービスインターバル中のデータパケット送信の累計時間を各々の前記データフローに対して決定するステップ、前記サービスインターバル中の次のデータパケット送信の推定時間を各々の前記データフローに対して決定するステップ、及び前記データパケットが属するフローに関連する前記累計時間の総計と前記推定時間との和が予め定められた値未満である場合に前記次のデータパケットの送信を許可するステップを有する管理である。
他の態様において、当該システムの簡略版は、各々のパケットに対する送信時間を推定するステップを含まなくてもよい。すなわち、より具体的には、当該簡略化されたシステムは、サービスインターバル中のデータパケット送信の累計時間を各々のデータフローに対して決定するステップ、及び前記データパケットが属するフローに関連する前記累計時間が予め定められた値未満の場合に次のデータパケットの送信を許可するステップを有する。この簡略版は、時間推定を常に強制的に0の値とする本発明の第1の態様とみなすことができる。従って、本発明についての本明細書中の以下の議論は、両方の態様に適用することができる。
図面は単に本発明の概念を説明することを目的とするものであって、本発明の境界を定義することを意図したものではないことが理解されるべきである。図に示され下記の詳細な説明中に記述された実施の形態は、説明のための実施の形態として使用されるべきであり、本発明を実施化する唯一の態様として解釈してはならない。また、同一の参照番号(適切な場合には参照符号が補われることがある)は、同様の要素を特定するために使用される。
図1は、本発明の原理による典型的なエアタイムポリサーシステム100を示す。キューレベルスケジューラ110は、各々のフロー又はデータストリーム(i)に対して、提案された方法に従って、サービスインターバル(Service Interval : SI)の期間における累計TXOPを決定する。この累計TXOPは、各々のSIの間に個別のフロー(i)に対して実行される必要があるエアタイム割り当てを意味する。スケジューラが、電波すなわち伝送媒体上での送信のために個別のフロー(i)についてのデータパケットを送信機に受け渡す前に、エアタイムスケジューラは、パケットデータが属するフロー(i)についてのエアタイム割り当てが使い尽くされているかどうかを確認する必要がある。エアタイム割り当てが使い尽くされてない場合は、送信機は、例えば802.11プロトコルに従って、パケットを無線チャネルに送信することを許可される。さらに、スケジューラは、パケットが送信された局(STA)から確認応答(ACK)を受信した後、パケットを送信するために使用された時間を記録する。この情報は、推定器及びフローステータスモジュールで使用される。フローステータスモジュールは、SIの間に送信されたフロー(i)のパケット(p)毎の実際の送信時間を累計することにより、SIスーパーフレーム中に各々のフロー(i)により使用されるエアタイムの経過を追う。推定器は、図3A及び3Bでより十分に説明される方法を使用してパケット(p)をそれぞれ成功裏に送信した後、対応するフロー(i)についての送信時間の推定をアップデートする。
キューレベルスケジューラは、WLAN製品において一般的なモジュールである。例えば802.11e対応のシステムにおいて、キューレベルスケジューラは、トラフィック仕様をアプリケーションから伝えられるTSPECの形式で受け取り、所望のトラフィックスケジューリングアルゴリズムを適宜実行する。キューレベルスケジューラが示され、本発明を説明するために使用されるが、示されたキューレベルスケジューラはキューレベルスケジューラを一般的に代表するものであって、本発明は複数のキューレベルスケジューラ形式で動作することができ、明細書中に示される特定の形式に限定されないことが、当業者によって認識されるであろう。
送信エアタイムは、物理レイヤ(PHY)レート及びトラフィック負荷状況と同様に、パケットサイズ、リトライの回数、並びにインターフレーム間隔、最小コンテンションウィンドサイズ及び最大コンテンションウィンドサイズなどのIEEE802.11プロトコル中のアクセスパラメータに依存することが知られている。関連するフローに属する送信されたパケットの実際の送信時間の履歴を用いて、送信エアタイムを推定することができる。典型的な推定アルゴリズムを数式1で示すことができる。
Figure 2008527895
ここで、Ttxi_estimate(t) は、時間tにおけるフロー(i)についての推定送信時間である。αは0−1.0の範囲の値である。Ttxi(p)は、フロー(i)に含まれる一番最近に送信されたパケット(p)の実際の送信時間である。
αの値を調整することにより、長期的な傾向とより自然な応答との間の適切なトレードオフを成すことができる。さらに、推定がフロー単位で行われるので、推定モデルが本来のトラフィックモデル及び実際のリンク状況をより良く反映する。
本発明の他の態様では、推定時間を実際の送信時間の履歴の関数として決定することができる。当該関数は、関連するフローに属するn個の送信済パケットの送信時間の加重和である。これは、数式2のように表すことができる。
Figure 2008527895
ここで、αpは0−1.0の間の値である。
本発明のさらに他の態様では、関連するフローに属するn個の送信済パケットの送信時間の平均として、推定時間を決定することができる。当業者によって認識されるように、αk
Figure 2008527895
としたとき、数式2により平均値を決定することができる。
この場合、当該平均値を数式3のように表すことができる。
Figure 2008527895
本発明のさらに他の態様では、フロー(i)についての推定送信時間を0の値に固定するこができる。
図2は、本発明の原理を説明する典型的なパケット送信及びSIスーパーフレーム215を示す。この説明のための例において、フロー1,2及び3にそれぞれ関連するデータパケット210.1,210.2,210.3が、スケジューラ110(図1参照)により既知のスケジューリングアルゴリズムに基づいて決定されたレートで送信される。この場合、データパケットは、左から右に見てパケット210.1,210.2,210,1等の順で送信される。各々のSIスーパーフレームの開始時220において、各々のトラフィックフロー(i)について累計送信時間Timei_consumed(t)がリセットされることが、さらに示される。一態様では、名目上この値が0に設定される。スーパーフレームSI215中の各々のパケット送信210に対して、当該送信されたパケットが属するフロー(i)について消費時間が累計され、かつアップデートされる。同様に、送信されたパケットが属するフロー(i)についての送信時間の推定がアップデートされる。
Ttxi_estimate(t)は、PHYレートが変更されるごとに、すなわちシステム上で動作しているリンク適応アルゴリズムによってチャネル状況に適応するために、物理レイヤ(PHY)レートに固有の名目値にリセットされる。
従って、各々のパケット(p)が成功裏に送信された後、既に述べたように、フロー(i)についての送信時間の推定がアップデートされる。
さらに、パケットpが属するフロー(i)についての消費時間は、数式4のようにアップデートされる。
Figure 2008527895
ここで、Ttx(pi )は、フロー(i)についての送信のためにパケットpが要するエアタイムである。
フロー(i)についての数式4により決定される実際の送信の前記累計時間の総計と送信時間の最新の推定との和が、予め定められた値を超える場合、考慮中のフロー(i)に関連する最新のパケットは送信されない。
図3Aは、本発明の原理に従ってエアタイムを管理するための典型的なプロセス300のフローチャートを示す。この典型的なプロセスにおいて、送信するための次のパケットがブロック310において取得される。ブロック315において、当該次のパケットに関連するフロー(i)が取得又は決定される。ブロック320において、当該次のパケットに関連するフロー(i)についての送信時間の最新の推定であるTtxi_estimate(t)、及び累計送信時間が取得される。ブロック325において、当該取得されたフロー(i)に関連する累計送信時間と送信時間の推定との和が、予め定められた値未満かどうかの判定が成される。このことは、より具体的には、数式5のように表現される。
Figure 2008527895
判定結果がYesの場合は、当該次のデータパケットがブロック330において送信され、処理はブロック340に進み、送信が成功したかどうかが判定される。判定結果がYesの場合は、ブロック350において、パケットの送信に要した消費時間は数式4に従ってアップデートされる。そしてブロック355において、フロー(i)に属する一番最近送信されたパケット(p)に基づいて、既に述べたように、すなわち数式1,2,3のように、又は0に設定することにより、時間推定Ttxi_estimate(t)がアップデートされる。次のパケットを取得するために、処理がブロック310に進む。しかしながら、ブロック340における判定結果がNoの場合には、次のパケットがブロック310において取得される。
図3Bは本発明の原理に従ってエアタイムを管理するための他の典型的なプロセス360のフローチャートを示す。この典型的なプロセスでは、ブロック365において、SIスーパーフレームが終了したかどうかの判定が成される。判定結果がNoの場合、処理はSI スーパーフレームの終了を監視し続ける。しかし、判定結果がYesの場合は、ブロック370において、各々のフロー(i)の送信に消費された累計時間がリセットされる。処理は、SIスーパーフレームの終了の監視を続けるために、ブロック365に進む。当業者が認めるように、SIスーパーフレームの終了は、既知の期間が終了した後に発生し得る。SIスーパーフレームの終了を示すために他の方法を採用することもできる。本発明の一態様においては、SIスーパーフレームの終了は、割り込みやトラップのようなイベントが検出されたときに発生し得る。そのような割り込みは、監視され且つその存在がSIスーパーフレームの終了を示す指標を提供することができる。他の態様においては、現在の時刻と以前の時刻との間の差分を算出することができ、当該差分が既知の値を超えた場合に、そのような発生の指標が引き起こされ得る。そしてこの指標を監視することができる。
図4は本発明の原理を実施するために使用することができるシステム400の典型的な実施の形態を示す。システム400は、一以上の入出力装置402、プロセッサ403及びメモリ404を含むことができる。入出力装置402は一以上のソース401にアクセスでき、又は一以上のソース401から情報を受信することができる。クライアント装置401は、コンピュータ、ノートブックコンピュータ、PDA、携帯電話、又は本明細書に示された処理を実行するための情報を供給するのに適した他の装置のような装置とすることができる。装置401は、例えば無線広域ネットワーク、無線都市規模ネットワーク、無線ローカルエリアネットワーク、地上放送システム(ラジオ、テレビ)、衛星ネットワーク、携帯電話、又は無線電話ネットワーク、並びにこれら及び他の方式のネットワークの一部若しくは組み合わせを介した、一以上のネットワーク接続450にアクセスすることができる。
入出力装置402、プロセッサ403及びメモリ404は、通信手段425を通して通信することができる。通信手段425は、例えば、バス、通信ネットワーク、又は回路、回路カード若しくは他の装置の一以上の内部配線、並びにこれらの及び他の通信手段の一部及び組み合わせに相当し得る。クライアント装置401からの入力データは、メモリ404内に格納されプロセッサ403で実行することができる一以上のプログラムに従って処理される。プロセッサ403は、一般用途若しくは特定用途のコンピューティングシステムのような任意の手段とすることができ、又はラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、サーバ、ハンドヘルドコンピュータ、専用論理回路若しくは集積回路のようなハードウェア構成とすることができる。プロセッサ403は、既知の入力に応答して既知の出力をもたらすソフトウェア命令又はコードをインクルードするように"プログラムされた"ハードウェアとなり得る、プログラム可能アレイロジック(PAL)、特定用途向け集積回路(ASIC)等とすることもできる。一態様においては、本発明を実施するために、ソフトウェア命令に代えて、又はソフトウェア命令と組み合わせて、ハードウェア回路を使用することができる。本明細書で示された要素は、コード化された論理演算を用いて、又はハードウェアで実行可能なコードを実行することにより、示された演算を実行するように動作可能な個別のハードウェア素子として実施されても良い。メモリ404は、プロセッサ403に外付けされたPROM、EPROM、EEPROM又はRAMのような如何なる半導体メモリとすることができ、及び/又は例えばキャッシュのようにプロセッサ403に集積することができる。
一態様において、本発明の原理は、プロセッサ403により実行されるコンピュータ読み取り可能なコードにより実施することができる。当該コードは、メモリ404に格納することができ、又はメモリ手段483、入出力装置485、若しくはフロッピー(登録商標)ディスク、CD-ROM若しくはDVD487のような磁気、光メディアから読み取り/ダウンロードすることができる。
本明細書で示された機能を実行することができる一以上のソフトウェアプログラムに従って処理した後に入出力装置402により受信された装置401からの情報項目を、ネットワーク480を通して、通報装置490、ディスプレイ492又は第2の処理システム495で代表される一以上の出力装置に送信することもできる。
当業者が認めるように、"コンピュータ"又は"コンピュータシステム"との用語は、少なくとも一の処理ユニットと電気的に接続され、かつ通信する一以上のメモリユニット及び例えばペリフェラル等の他の装置と通信する一以上の処理ユニットを意味することができる。さらに、当該装置を、例えばISAバス、マイクロチャネルバス、PCIバス、PCMCIAバス等の内部バス、又は回路、回路カード若しくは他の装置の一以上の内部配線、並びにこれらの及び他の通信手段又は例えばインターネット及びイントラネットなどの外部ネットワークの一部又は組み合わせを介して、一以上の処理ユニットと電気的に接続することができる。
本発明の基本的な新規の特徴をその好ましい実施の形態に適用したものとして示し、説明し、言及したが、当業者によって、本発明の精神から逸脱することなく、説明された装置において、開示された装置の構造及び詳細について、並びにそれらの動作について、様々な省略、置き換え及び変更を行うことができることが理解される。実質的に同一の手法で実質的に同一の機能を実行し同一の結果を達成する要素の全ての組み合わせは、本発明の範囲に含まれることが、明確に意図されている。同様に、一つの説明された実施の形態から他の実施の形態に要素を置き換えることが、完全に意図され、かつ予期されている。
本発明の原理によるエアタイムポリサー(policer)を示す図。 図1に示すエアタイムポリサーを実行するための典型的なスーパーフレーム送信を示す図。 本明細書に示される典型的な処理を実行するためのフローチャートを示す図。 本明細書に示される典型的な処理を実行するためのフローチャートを示す図。 実施の形態に示される処理を実行するためのシステムを示す図。

Claims (42)

  1. サービスインターバル中に複数のデータパケットを含む少なくとも一のデータフローを送信する無線ネットワーク通信システムにおいて送信エアタイムを管理する方法であって、
    各々の前記少なくとも一のデータフローについて、送信が発生した前記サービスインターバル中のデータパケット送信の関連する累計時間を決定するステップ、
    関連するデータフローについて、前記サービスインターバル中の次のデータパケット送信の推定時間を決定するステップ、及び
    前記次のデータパケットが属するデータフローに関連する前記累計時間の総計と前記推定時間との和が予め定められた値未満である場合に、当該次のデータパケットの送信を許可するステップ、
    を有する方法。
  2. 前記データパケット送信の累計時間を決定するステップが、各々の関連するデータフローについて前記サービスインターバル中のデータパケット送信の実際の時間を累計するステップを有する請求項1に記載の方法。
  3. 各々のデータフローについての前記データパケット送信の累計時間が、各々のサービスインターバルの開始時において初期化される請求項1に記載の方法。
  4. PHYレートが変更されるごとに、前記推定時間が名目値にリセットされる請求項1に記載の方法。
  5. 各々の前記少なくとも一のデータフローについての推定時間を決定するステップが、対応するデータフローに関連する実際のデータパケット送信時間の履歴に基づいている請求項1に記載の方法。
  6. 関連するフローについての推定時間を決定する前記ステップが、さらに、当該データフローに関連するデータパケット送信時間の平均値に基づいている請求項5に記載の方法。
  7. 関連するフローについての推定時間を決定する前記ステップが、さらに、当該データフローに関連するデータパケット送信時間の加重和に基づいている請求項5に記載の方法。
  8. 推定時間を決定する前記ステップが、予め定められた割合の実際のデータパケット送信時間と予め定められた割合の対応するデータフローに関連する先の推定時間とを結合するステップをさらに有する請求項5に記載の方法。
  9. 前記予め定められた割合達に相関がある請求項8に記載の方法。
  10. 推定時間を決定する前記ステップが、前記推定時間を0の値に設定するステップを有する請求項1に記載の方法。
  11. 前記予め定められた値が所望のQoSを達成するように決定される請求項1に記載の方法。
  12. 前記予め定められた値が、データフロー、AC及び/又はQSTAから決定されるエアタイム割り当てである請求項1に記載の方法。
  13. 前記エアタイム割り当てがトラフィック仕様から決定される請求項12に記載の方法。
  14. サービスインターバル中に複数のデータパケットを含む少なくとも一のデータフローを送信する無線ネットワーク通信システムにおいて送信エアタイムを管理する装置であって、
    メモリと通信するプロセッサを有し、当該プロセッサが、
    各々の前記少なくとも一のデータフローについて送信が発生した前記サービスインターバル中のデータパケット送信の関連する累計時間の決定、
    関連するデータフローについて前記サービスインターバル中の次のデータパケット送信の推定時間の決定、及び
    前記パケットが属するデータフローに関連するデータパケット送信の前記累計時間の総計と次のデータパケット送信の前記推定時間との和が予め定められた値未満である場合に、当該次のデータパケット送信の許可を行なうコードを実行する装置。
  15. 前記累計時間が、各々の関連するデータフローに対するサービスインターバル中の実際のデータパケット送信時間の累計である請求項14に記載の装置。
  16. 各々のデータフローについてのデータパケット送信の前記累計時間が、各々のサービスインターバルの開始時に初期化される請求項14に記載の装置。
  17. PHYレートが変更されるごとに、前記推定時間が名目値にリセットされる請求項14に記載の装置。
  18. 各々の前記少なくとも一のデータフローについての前記推定時間が、実際のデータパケット送信時間の履歴に基づいている請求項14に記載の装置。
  19. 関連するフローについての前記推定時間が、さらに、当該データフローに関連するデータパケット送信時間の平均値に基づいている請求項18に記載の装置。
  20. 関連するフローについての推定時間の決定が、さらに、当該データフローに関連するデータパケット送信時間の加重和に基づいている請求項19に記載の装置。
  21. 前記プロセッサが、予め定められた割合の実際のデータパケット送信時間と予め定められた割合の対応するデータフローに関連する先の推定時間とを結合するコードをさらに実行する請求項18に記載の装置。
  22. 前記予め定められた割合達に相関がある請求項21に記載の装置。
  23. 推定時間の決定が、当該推定時間を0の値に設定すること含む請求項14に記載の装置。
  24. 前記予め定められた値が所望のQoSを達成するように決定される請求項14に記載の装置。
  25. 前記予め定められた値が、データフロー、AC及び/又はQSTAに基づくエアタイム割り当てである請求項14に記載の装置。
  26. 前記エアタイム割り当てがトラフィック仕様から決定される請求項25に記載の装置。
  27. 前記プロセッサと通信する入出力装置をさらに有する請求項14に記載の装置。
  28. 前記コードが前記メモリに格納されている請求項14に記載の装置。
  29. サービスインターバル中に複数のデータパケットを含む少なくとも一のデータフローを送信する無線ネットワーク通信システムにおいて送信エアタイムを管理する方法であって、
    各々の前記少なくとも一のデータフローについて、送信が発生した前記サービスインターバル中のデータパケット送信の関連する累計時間を決定するステップ、及び
    次のデータパケットが属するデータフローに関連する前記累計時間が予め定められた値未満である場合に、前記次のデータパケットの送信を許可するステップ、
    を有する方法。
  30. 前記データパケット送信の累計時間を決定するステップが、各々の関連するデータフローについて前記サービスインターバル中のデータパケット送信の実際の時間を累計するステップを有する請求項29に記載の方法。
  31. 各々のデータフローについての前記データパケット送信の累計時間が、各々のサービスインターバルの開始時において初期化される請求項29に記載の方法。
  32. 前記予め定められた値が所望のQoSを達成するように決定される請求項29に記載の方法。
  33. 前記予め定められた値が、データフロー、AC及び/又はQSTAに対して決定されるエアタイム割り当てである請求項29に記載の方法。
  34. 前記エアタイム割り当てがトラフィック仕様から決定される請求項29に記載の方法。
  35. サービスインターバル中に複数のデータパケットを含む少なくとも一のデータフローを送信する無線ネットワーク通信システムにおいて送信エアタイムを管理する装置であって、
    メモリと通信するプロセッサを有し、当該プロセッサが、
    各々の前記少なくとも一のデータフローについて送信が発生した前記サービスインターバル中のデータパケット送信の関連する累計時間の決定、及び
    前記パケットが属するデータフローに関連するデータパケット送信の前記累計時間が予め定められた値未満である場合に、次のデータパケット送信の許可を行なうコードを実行する装置。
  36. 前記累計時間が、各々の関連するデータフローに対するサービスインターバル中の実際のデータパケット送信時間の累計である請求項35に記載の装置。
  37. 各々のデータフローについてのデータパケット送信の前記累計時間が、各々のサービスインターバルの開始時に初期化される請求項35に記載の装置。
  38. 前記予め定められた値が所望のQoSを達成するように決定される請求項35に記載の装置。
  39. 前記予め定められた値が、データフロー、AC及び/又はQSTAに基づくエアタイム割り当てである請求項35に記載の装置。
  40. 前記エアタイム割り当てがトラフィック仕様から決定される請求項39に記載の装置。
  41. 前記プロセッサと通信する入出力装置をさらに有する請求項35に記載の装置。
  42. 前記コードが前記メモリに格納されている請求項35に記載の装置。
JP2007550921A 2005-01-18 2006-01-16 無線lanにおいてサービスインターバル中のエアタイム割り当てを実行する方法及び装置。 Active JP4750134B2 (ja)

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