JP2008533798A - 周期的なチャネル時間割当を使用したサービス品質の提供 - Google Patents

周期的なチャネル時間割当を使用したサービス品質の提供 Download PDF

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Abstract

例えば少なくとも4msの最小待ち時間要件、又は最小予約ブロック長のための消費電力、若しくはメディア利用効率要件に基づいて、メディアアクセススロットMASが割り当てられるために、高効率と低レイテンシとの両方の方式(又はカテゴリ)が、両方に対して均等な支援を与えながら、スーパーフレーム内で共存する必要がある。低レイテンシ方式と高効率方式との間で連続して利用可能なMASの最大化は、低レイテンシのアプリケーションに対するサポートを妥協することなく、省電力化とオーバーヘッドリスクとが最小化されることを保証する。

Description

本出願は、2004年3月8日に出願された先の米国特許出願US60/659612の優先権の利益を享受し、該米国出願で教示することは、参照によりここに組み込まれる。
ワイヤレス通信バンド幅は、チャネル変調技術の進歩と共に著しく増大し、ワイヤレスメディアを、有線及び光ファイバのソリューションに対する実現可能な代替にする。そのようなものとして、データ及び音声通信におけるワイヤレス接続の使用は、増加を続ける。これらの装置は、わずかに名前を挙げるだけでも、オーディオ/ビジュアルストリーミング、ビデオ/オーディオ電話、ワイヤレスネットワークの固定コンピュータ、及びポータブルハンドセットだけでなく、携帯電話、ワイヤレスネットワーク(例えばワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLANs))におけるポータブルコンピュータを含む。
各々のワイヤレスネットワークは、メディアアクセス制御(MAC)副層、及び物理(PHY)層のような、複数の層及び副層を含む。MAC層は、開放型システム間相互接続(OSI)スタックにおけるデータリンク層の2つの副層の下位である。MAC層は、同じワイヤレスメディアへの同時アクセスを必要とする多くのユーザ間の調整を提供する。
MAC層プロトコルは、ネットワーク内でユーザにより共有される放送メディアへのアクセスを管理する複数のルールを含む。知られるように、(しばしばMACプロトコルとして参照される)いくつかの異なる多元アクセス技術が、MAC層を管理するプロトコル内で動作するように規定されている。これらは、キャリア感知多元アクセス(CSMA)、周波数分割多元アクセス(FDMA)、及び時間分割多元アクセス(TDMA)を含むが、制限されない。
標準規格及びプロトコルは、音声及びデータのトラフィックの制御において著しい改善を提供しているが、サービスの品質(QoS)要件をサポートする一方、増加するチャネルレートにおけるネットワークアクセスに対する要求の継続した増加は、プロトコル及び標準規格、並びにそれに対する変更の継続的な評価を必要としている。例えば、(ECMA規格368として公開された)WiMedia超広帯域(UWB)MAC1.0のような多くの既知のプロトコル、及びIEEE802.11のような他の非スロットベースのWLANsは、アプリケーションからのQoS要件が、アプリケーションストリームのトラフィック仕様(TSPEC)に基づくネットワークスタックの下位の層に伝えられることを必要とする。アプリケーションストリームのTSPECを受信すると、MACのような下位の層は、QoS要件を満たすトラフィックストリームを供給するようにリソースを割り当てる。様々なMACプロトコルにおいて、あるこのようなリソースは、データ又は他の情報の伝送に利用可能なエアタイム(airtime)である。これらのワイヤレスMACプロトコルにおいてQoSを提供することは、通常、例えばTSPECにおいて指定されるQoS要件に従うエアタイムの割当に関する。例えば、WiMedia UWB MACのようなスロットベースのMACプロトコルにおいて、結果として遅延、省電力等における特性の違いをもたらす、メディアアクセススロット(MAS)(例えばメディアアクセス時間)を割り当てる様々な態様がある。
データ又はエアタイムの伝送のための、エアタイムの連続したブロックの割当は、アプリケーションストリームに対して最大のサービスインターバルを導くことができる。このことは、大きな許容遅延時間(bound)を導き得る。しかしながら、均一に分散されているので、スーパーフレームのコースに渡ったデータ送信に対するより小さな時間割当は、送信装置が、頻繁に「起動する」ことを必要とする。各々の起動に200〜300μs、すなわち1つのMASに相当する時間がかかる。このことは、低い省電力性能にしかならない。更に、スーパーフレームのコースに渡る時間割当のより小さな分散された非常に多くの断片は、全体のパケットの送信の成功を可能にしないかもしれない。更に、スーパーフレーム内のデータ送信に対して割り当てられたMASの断片を要求することは、オーバーヘッドの量を増加させる。オーバーヘッドは、例えば、MACインターフレーム空間(IFS)、パケット化遅延であり得、スーパーフレームの端において、十分な伝送時間がない場合、送信機が、全体のパケットを送信するために、後続するサービスインターバルの間、待たなければならないであろう。
それゆえ、少なくとも記載された既知の方法の短所をかなり克服する方法及びシステムが必要とされる。
一例の態様によれば、ワイヤレスネットワークにおいてメディアアクセス時間を割り当てる方法は、TSPEC、遅延要求仕様、及びローカルリソースに基づいて、アプリケーションストリームの周期的なサービスインターバルを決定するステップと、アプリケーションストリームの低レイテンシカテゴリと、高効率カテゴリとを規定するステップと、決定された周期的なサービスインターバルに基づいて、アプリケーションストリームを、低レイテンシカテゴリ又は高効率カテゴリの1つにカテゴリ分けするステップと、カテゴリ分けするステップに基づいて、周期的なサービスインターバル内にメディアアクセス時間を割り当てるステップとを有する。
一実施例において、前記規定するステップは、周期的なサービスインターバルに対して閾値を設定するステップを含む。
一実施例において、前記カテゴリ分けするステップは、周期的なサービスインターバルが閾値を超えるかどうかを決定するステップを含む。
一実施例において、前記割り当てるステップが、周期的なサービスインターバルを低レイテンシカテゴリにカテゴリ分けをするとき、伝送に利用可能な複数の割当ゾーンの各々において、スーパーフレームに渡って均一にメディアアクセススロットを拡散するステップを有する。
一実施例において、前記割り当てるステップは、周期的なサービスインターバルと高効率カテゴリにカテゴリ分けをすると、連続したMASを割り当てるステップを含む。
一実施例において、スーパーフレームに渡って均一にMASを拡散するステップは、メディアアクセススロットの位置を、スーパーフレームの二次元表示の特定の部分内に割り当てるステップを含む。
一実施例において、連続したMASを割り当てるステップが、メディアアクセススロットの位置をスーパーフレームの二次元表示の特定の部分内において割り当てるステップを含む。
一実施例において、ワイヤレスネットワークにおいてメディアアクセス時間を割り当てる方法は、各々のアプリケーションストリームのTSPEC、遅延要求仕様、ローカルリソースに基づいて、少なくとも2つのアプリケーションストリームの各々の周期的なサービスインターバルを決定するステップと、全てのアプリケーションストリームに対して、低レイテンシカテゴリと高効率カテゴリとを規定するステップと、決定された周期的なサービスインターバルに基づいて、少なくとも2つのアプリケーションストリームの各々を、低レイテンシカテゴリ、又は高効率カテゴリの1つにカテゴリ分けするステップと、該カテゴリ分けするステップに基づいてメディアアクセス時間をスーパーフレーム内に割り当てるステップとを有する。
一実施例において、前記割り当てるステップは、低レイテンシカテゴリアプリケーションストリームと、高効率カテゴリアプリケーションストリームとの間の、スーパーフレームの二次元表示における距離を最大化するステップを更に含む。
一態様において、メディアアクセススロットを割り当てるシステムは、複数のワイヤレス装置を含む。該ワイヤレス装置は各々、信号を送信する送信機と、信号を受信する受信機と、プロセッサと、電源とを含み、該プロセッサは、アプリケーションストリームのTSPEC、遅延要求仕様、及びローカルリソースに基づいて、周期的なサービスインターバルを決定し、アプリケーションストリームの低レイテンシカテゴリと高効率カテゴリとを規定し、前記決定された周期的なサービスインターバルに基づいてアプリケーションストリームを、低レイテンシカテゴリ、又は高効率カテゴリの1つにカテゴリ分けし、該カテゴリ分けに基づいて、スーパーフレーム内にメディアアクセス時間を割り当てる。
本発明は、添付の図面と共に読まれる場合に、以下の詳細な説明から最もよく理解される。様々な特徴は、必ずしもスケーリングして描かれるわけではないことが、強調される。事実、大きさは、議論の明確性のために、任意に拡大又は縮小されても良い。
以下の詳細な説明において、説明的且つ非制限的な目的で、特定の詳細を開示する例となる実施例は、該例となる実施例の徹底した理解を提供するために説明される。しかしながら、本開示の利益を得る当業者には、ここに開示された特定の詳細から外れる他の実施例が明らかであろう。更に、よく知られた装置、方法、システム、プロトコルの説明は、本発明の説明を明確にするために省かれ得る。それにもかかわらず、当業者の知られている範囲内にあるこのような装置、方法、システム、及びプロトコルは、一例の実施例により使用されてもよい。最後に、実用的な場合、同種の参照符号は、同種の特徴を参照する。
簡潔に、説明的な実施例によれば、分散ワイヤレスネットワークにおいて効率及びスループットを改善する方法及びシステムが記載される。該方法及びシステムは、1又はそれ以上のアプリケーションストリームのTSPEC及び遅延要求仕様を満たすであろう最大のサービスインターバルを計算する。このことは、例えば多くの「起動」動作による電力損失を最小化するために、連続したMAS(すなわち、メディアアクセス時間の部分)を割り当てることにより達成される。
ここに記載された例となる実施例によれば、分散された(すなわち、スロットベースの)ワイヤレスネットワークは、WiMedia MAC 1.0において動作する。もちろん、このことは、単に説明的なことに過ぎず、他のMACプロトコルが、例となる実施例と関連して記載されるネットワーク内に、装置の利用可能性の共有を組み込んでも良い。これらは、限定されることはないが、他のキャリア感知多元アクセス/衝突回避方式(CSMA/CA)プロトコル、又は時間分割多元アクセス(TDMA)プロトコルだけでなく、現行のWiMedia MACプロトコルの結果を含む。更に、ここに記載された実施例は、非スロットベースのメディアアクセスを有するWLANs、例えばIEEE802.11WLANにも適用されても良い。これらのプロトコルは単に説明的なことに過ぎず、当業者に知られている他のプロトコルが、実施例によって実現されても良いということは、強調される。
図1は、一例の実施例により、通信メディアを共有する(すなわち共存する)複数のワイヤレス装置又はシステムを含む、ワイヤレスネットワークシステムの概略的な図である。ワイヤレス装置/システム101は、その送信範囲102内の他のワイヤレス装置に、又は該他のワイヤレス装置101からトラフィック104を送信若しくは受信(又は送受信)してもよい。更に、あるワイヤレス装置/システム101の範囲102の外であるが、ある装置101'の範囲内である他のワイヤレス装置/システム103があってもよい。ワイヤレス装置101は、トランシーバ110(例えばいかなる既知の送信機/受信機の組合せ、又は別体の送信機及び受信機)、プロセッサ111(例えば情報のビットを処理するいかなる既知の装置)、及び電源112(例えばバッテリ)を含む。
図2は、第1ビーコン201と第2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。ここにおいて、ビーコンの開始地点は、ビーコン区間開始時間(BPST)として参照され、ビーコンの間に規定された区間がある。一例の実施例において、スーパーフレームは、複数のメディアアクセススロット(MAS)203に分割され、例となる実施例に合わせて、組織化された送信及び受信を提供する。説明的な実施例において、256のスロット203があり、各々のスロットは、約256μsの持続期間を有し、スーパーフレームの全持続期間は、例となる実施例では約65.536ms(従ってBPST間は65.536ms)である。もちろんスロット203の数及び持続期間は、単に説明の目的であり、スロット203の制限ではまったくない。
各々のスーパーフレーム200の開始において、ビーコン間隔204がある。この説明を続けるときにより明確にすると、例となる実施例のワイヤレスネットワーク100の他の装置/システムにトラフィックを送信するために、装置/システムを必要とするのに加えて、ビーコン間隔204は、ネットワーク100の装置/システム(例えば装置101、103)の利用可能性情報を共有するための伝達手段を備える。
ビーコン間隔204の後が、サービスインターバル206である。各々のサービスインターバルは、ある数のスロットを有する。異なるアプリケーションストリームは、完全なパケットの送信のために適切なメディアアクセスを保証するために、異なる数のスロット203を必要とする。送信機におけるプロセッサは、そのデータパケットを送信するのにどのくらいのサービスインターバルを必要とするのか決定する。この決定は、アプリケーションストリームのバンド幅要件、遅延要求仕様、及びTSPECを分析することにより起きる。更に、サービスインターバルは周期的である(すなわちビーコン間隔204及びサービスインターバル206のいくつかのサイクルに渡って起きる)。
周期的なサービスインターバルを計算するために、プロセッサ(例えば図1のプロセッサ111)は、バッファサイズのようなローカルリソース及びTSPECに従って、サービスレートgを計算する。ローカルリソースは、例えば動作するMAC内のデータを送信する送信機により必要とされるバッファスペース及びメディア時間であってもよい。プロセッサは、計算されたgを使用することにより、アプリケーションストリームのバーストサイズによって発生される待ち行列遅延dも計算する。最大サービスインターバル206は、遅延要求仕様に基づくことにより計算され得る。例えばWiMedia UWBのようなスロットベースのメディアアクセス機構は、以下のように計算され得る。
SI≦d−d
ここでdは遅延要求仕様であり、dは、アプリケーションストリームのバーストサイズによって発生される付加的な待ち行列遅延である。
図3は、スーパーフレーム200の二次元表示を図示する。表示のy軸は、MASが下方向に順次増加する。表示のx軸は、水平方向(すなわち、図面の左から右)に順次増加する割当ゾーンである。割当ゾーン1〜15は、連続的なMASのグループ化を表す。x=2、y=1のMASは、時間においてシーケンシャルにx=1、y=15のMASに後続する。従来技術によれば、入力アプリケーションストリームは、アプリケーション方式要件及びMACのQoS要件に依存して、高効率方式、又は低レイテンシ方式に事前に割り当てられていた。低レイテンシ方式において、データ伝送は、(x=1、y=15)、(x=2、y=15)、…、(x=15、y=15)であるMASスロット(例えば行成分)のみで起きる。図3において、ブロック302は、MAS割当に対する低レイテンシ方式を図示する。この方式は、例えば4.096ms毎に起動させ、送信のための起動毎に最大1つのMASのみを許可する。このことは、各々の起動に対して電力を必要とし、オーバーヘッドのため非効率になり得る。
高効率の方式に対して、連続したMASブロックが利用される。図3における例は、x=4、y={0、…、7}及びx=12、y={0、…、7}のMASスロットにおけるデータ送信を図示する。これらの連続したMASブロックは、より少ない軌道動作しか必要としないことにより低減された電力を提供し、より少ないオーバーヘッドリスクしか含まない。図3におけるブロック303、303'は、MAS割当に対して、高効率方式を図示する。
例えば少なくとも4msの最小遅延要求仕様、又は、最小予約ブロック長に対する消費電力若しくはメディア利用効率の要件に基づいて、MASが割り当てられるために、高効率と低レイテンシとの両方の方式(又はカテゴリ)は、両方に付与される均等な支援をして、スーパーフレーム内に共存する必要がある。
一例として、WiMedia UWB MAC1.0は、16の割当ゾーン(例えば図3のx軸)及び16の行成分(例えば図3のy軸)に構造化される256MASスーパーフレームを要求する。このことは、アプリケーションストリームにより要求される高効率方式と、同じアプリケーションストリーム又は付加的なアプリケーションストリームにより要求される低レイテンシ方式との両方の調整を必要とする。1つのあり得る方針は、
1)16行の成分の個々のサブセットの各々に対して、低レイテンシの配分を厳密に当てはめることである。この一例は、割当ゾーンのどちらかの端における行成分(例えばx={2...15}及びy=15である15MASの部分)に渡って個々のストリームを配分し得る。
2)行成分の残り(例えば行成分の前のサブセット内にはないx軸に沿って減少する割当内のMASの連続した部分)に対して均等な配分制限を取り除く。このことは、装置により要求される周期的なサービスインターバルが閾値301を超えるかどうかの決定を可能にし、それにより全ての行成分においてMASの均等な配分を必要とする。
3)特定のアプリケーションストリームの周期的なサービスインターバルが閾値301を超えるMAS割当を必要とする場合、このことは、高効率の方式を必要とし、MASは、利用可能な割当ゾーンのサブセットにおける連続したブロックに割り当てられる。MASは、この場合、高効率方式と低レイテンシ方式との間の連続した利用可能なMASを最大化するために、二次元スーパーフレーム表示の反対側の割当ゾーンに割り当てられるべきである。
同じスーパーフレームに送信したい別々のアプリケーションストリームをもつ2つの装置もあり得る。各々のアプリケーションストリームは、高効率又は低レイテンシのどちらかの方式を必要とし得る周期的なサービスインターバルを持つであろう。この場合において、各々のアプリケーションストリームの周期的なサービスインターバルは、その各TSPECsから決定されなければならない。各々の周期的なサービスインターバルは、高効率又は低レイテンシとして分類され、MASが、2つの方式間の連続して利用可能なMASを最大化するために、二次元スーパーフレーム表示の反対側の割当ゾーン内に割り当てられる。高効率方式を必要とする多元ストリームは、個々の割当ゾーンにおいて、又は代替の割当ゾーンにおいて割り当てられたMASでもあり得る。
低レイテンシ方式と高効率方式との間の連続して利用可能なMASの最大化は、低レイテンシのアプリケーションへの支援を妥協することなく省電力且つオーバーヘッドのリスクが最小化されることを保証する。
図4は、ワイヤレスネットワークにおいてメディアアクセス時間を割り当てる方法のフローチャート図を図示する。ステップ401において、アプリケーションストリームの送信規格(TSPEC)、遅延要求仕様、及びローカルリソースに基づいて、プロセッサは、周期的なサービスインターバルを決定する。この決定は、複数の特性を持つ多重アプリケーションストリームに対してもなされ得る。ステップ402において、プロセッサは高効率及び低レイテンシの方式を規定する。この規定は、プロセッサに記憶されるか、ルックアップテーブルに定められるか、又は従来技術のいかなる他の態様で規定されても良い。ステップ403において、電力感知及びMAS利用可能性に依存して、プロセッサは、アプリケーションストリームを高効率又は低レイテンシとしてカテゴリ分けする。それから、プロセッサはMASを割り当て、その間ステップ404のカテゴリ分けに基づいて送信機がデータを送信し得る。
図5は、ステップ404の付加的なサブステップを図示する。ステップ501において、プロセッサは、周期的なサービスインターバルを低レイテンシカテゴリにカテゴリ分けすると、送信に利用可能な複数の割当ゾーンの各々におけるスーパーフレームに渡って均一にメディアアクセススロットを割り当てる。ステップ502において、プロセッサは、周期的なサービスインターバルを高効率カテゴリにカテゴリ分けすると、連続したメディアアクセススロットを割り当てる。ステップ503において、低レイテンシカテゴリアプリケーションストリームのためのスーパーフレームの二次元表示の特定の部分内に、メディアアクセススロットの位置を割り当てることにより、プロセッサは、スーパーフレームに渡って均一にメディアアクセススロットを分散させる。ステップ504において、高効率カテゴリアプリケーションストリームのためのスーパーフレームの二次元表示の特定の部分に、プロセッサは、連続したメディアアクセススロットを割り当てる。ステップ501〜504は、ステップ404において、又はいかなる時間的順序で個々に起きても良い。ステップ501〜504のいくつかは、まったく起こらなくても良い。
この開示を考慮すると、ここに記載された様々な方法及び装置が、分散ワイヤレスネットワークにおいて、効率的なメディアアクセス及び共有を達成するために、既知のハードウェア及びソフトウェアで実現されるということは、留意される。更に、様々な方法及びパラメータは、単に例により含まれるに過ぎず、いかなる制限する意味でもない。この開示を考慮すると、当業者らは、請求項の範囲内であれば、自身の技術と、これらの技術を達成するために必要とされる装置とを決定する、様々な例となる装置及び方法を実現することができる。
図1は、一例の実施例によるメディアを共有するワイヤレス通信ネットワークシステムの図である。 図2は、一例の実施例によるスーパーフレームのタイムラインである。 図3は、スーパーフレームの2次元表示である。 図4は、ワイヤレスネットワークを介して情報を送信する方法である。 図5は、スーパーフレームにおいてMASを割り当てる方法である。

Claims (10)

  1. ワイヤレスネットワークにおいてメディアアクセス時間を割り当てる方法であって、
    送信規格、遅延要求仕様、ローカルリソースに基づいて、アプリケーションストリームの周期的なサービスインターバルを決定するステップと、
    前記アプリケーションストリームの低レイテンシカテゴリと高効率カテゴリとを規定するステップと、
    前記決定された周期的なサービスインターバルに基づいて、前記低レイテンシカテゴリ、又は前記高効率カテゴリの1つに、前記アプリケーションストリームをカテゴリ分けするステップと、
    前記カテゴリ分けするステップに基づいて、スーパーフレーム内に前記メディアアクセス時間を割り当てるステップと、
    を有する方法。
  2. 前記規定するステップが、前記周期的なサービスインターバルに対して閾値を設定するステップを更に有する、請求項1に記載の方法。
  3. 前記カテゴリ分けするステップが、前記周期的なサービスインターバルが前記閾値を超えるかどうかの決定をするステップを更に有する、請求項2に記載の方法。
  4. 前記割り当てるステップが、前記周期的なサービスインターバルを前記低レイテンシカテゴリにカテゴリ分けするとき、送信に利用可能な複数の割当ゾーンの各々において、前記スーパーフレームに渡って均一にメディアアクセススロットを分散させるステップを更に有する、請求項3に記載の方法。
  5. 前記割り当てるステップが、前記周期的なサービスインターバルを前記高効率カテゴリにカテゴリ分けするとき、連続したメディアアクセススロットを割り当てるステップを更に有する、請求項3に記載の方法。
  6. 前記スーパーフレームに渡って均一に前記メディアアクセススロットを分散させるステップが、前記スーパーフレームの二次元表示の特定の部分内において、前記メディアアクセススロットの位置を割り当てるステップを更に有する、請求項4に記載の方法。
  7. 前記連続したメディアアクセススロットを割り当てるステップが、前記スーパーフレームの二次元表示の特定の部分内において、前記メディアアクセススロットの位置を割り当てるステップを更に有する、請求項5に記載の方法。
  8. ワイヤレスネットワークにおいてメディアアクセス時間を割り当てる方法であって、
    各々のアプリケーションストリームの送信規格、遅延要求仕様、及びローカルリソースに基づいて、少なくとも2つの前記アプリケーションストリームの各々の周期的なサービスインターバルを決定するステップと、
    全ての前記アプリケーションストリームに対して低レイテンシカテゴリと、高効率カテゴリとを規定するステップと、
    前記決定された周期的なサービスインターバルに基づいて、前記低レイテンシカテゴリ、又は前記高効率カテゴリの1つに、各々の前記アプリケーションストリームをカテゴリ分けするステップと、
    前記カテゴリ分けするステップに基づいて、スーパーフレームにおいて前記メディアアクセス時間を割り当てるステップと、
    を有する方法。
  9. 前記割り当てるステップが、前記低レイテンシカテゴリアプリケーションストリームと、前記高効率カテゴリアプリケーションストリームとの間の前記スーパーフレームの二次元表示における距離を最大化するステップを更に有する、請求項8に記載の方法。
  10. 信号を送信する送信機と、
    該信号を受信する受信機と、
    プロセッサと、
    電源と、
    を各々有する複数のワイヤレス装置を有する、メディアアクセススロットを割り当てるシステムであって、前記プロセッサは、アプリケーションストリームのTSPEC、遅延要求仕様、及びローカルリソースに基づいて周期的なサービスインターバルを決定し、前記アプリケーションストリームの低レイテンシカテゴリと、高効率カテゴリとを規定し、前記アプリケーションストリームを、前記決定された周期的なサービスインターバルに基づいて、前記低レイテンシカテゴリ、又は前記高効率カテゴリの1つにカテゴリ分けし、該カテゴリ分けに基づいて、スーパーフレーム内においてメディアアクセス時間を割り当てるシステム。
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