JP2010519875A - Wlanのパワーマネジメントのための方法と装置 - Google Patents

Wlanのパワーマネジメントのための方法と装置 Download PDF

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Abstract

【課題】
タイムスライシング方式を採用した無線アダプタのパワーパフォーマンスを高めるための方法と装置を開示する。
【解決手段】
本発明は、ビーコンインターバルを複数のスライスに分け、これらのスライスをビーコンフレームによってステーションに割り当てることを採用している。ステーションは、予定されたスライスの時にウエイクアップし、アクセスポイントからそれらのバッファリングされたフレームを受け取る。一旦処理が終わればスリープ状態を始めることができる。更なる実施例においては、データをコントロールフレームにフォーマットし、無線ローカル・エリア・ネットワークに利用される。このフレームは、無線ローカル・エリア・ネットワークのステーションごとに情報を有する。たとえば、それぞれ対応するステーションに伝送されるべきバッファリングされたフレームがあるかどうか、コントロールフレーム間のタイムインターバルの数、および、バッファリングされて待機しているフレームに関して、とのタイムインターバルで、各々のステーションに対して転送が開始されるかが含まれる。

Description

本発明は無線LAN(WLAN)の技術フィールドに関する。より詳細には、本発明はWLANのパワーセービングのための方法と装置に関する。
ポータブルコンピューティングおよびモバイル技術の進展によって、省エネルギーは重要な課題となっており、ますます注目されるようになってきている。最善にバッテリ資源を使用して、デバイスのバッテリ寿命を延長するためのパワーセービングに関しては、IEEE802.11標準において提案されている(IEEE 802.11 standard for Information Technology-Telecommunications and Information Exchange between Systems Local and Metropolitan Area Networks Specific Requirements Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications. ANSI/IEEE Std. 802.11, ISO/IEC 8802-11. First Ed. (1999))。標準に規定されているように、IEEE802.11ベースの無線アダプタまたはステーションは、常に2つの状態のうちの1つの状態にある、すなわち、アウェイクまたはスリープである。スリープ状態は、通常、アウェイク状態より1桁少ない電源しか消費しない。したがって、パワーセービングのタスクのメカニズムは、デバイスのネットワーク性能を減少させずに、スリープ状態における時間を最大にし、アウェイク状態における時間を最小化することである。
図5は、バックグラウンドおよび本発明の実施例の構成を説明するための簡略化したブロック図を示している。そしてこれは、アクセスポイント(AP:Access Point)(31)および複数のワイヤレスステーション(32−1〜32―n)を含む基本サービスセット(BSS:Basic Service Set)(50)を有する。ステーションの各々は、典型的なIEEE802.11無線アダプタのために定められた2つの状態または電源モードがある。モードは、コンスタントアクティブモード(CAM)およびパワーセービングモード(PSM)として定義される。CAMにおいて、無線アダプタは、その全ての動作期間の間、アウェイク状態のままにあり、無線チャネルをモニタし、いつでもフレームを受信または送信する準備ができている。AP(31)は、ステーションにフレームをバッファリングせずにCAMのモードで転送する。明らかに、CAMは、バッテリ寿命が制限されているモーバイルステーションに、相当な電源消費を生じさせる。PSM(ステーション32のいずれか)のステーションは、パワーセービングを達成するために、これに付随するAP(31)と協同する。標準のIEEE802.11において、基本的な着想は、APのために、PSMのステーションのフレームをバッファリングし、同時にウエイクアップさせ、これらのステーションを同期させることにある。ウエイクアップ時に、APがビーコンを用いてそのバッファリングステータスを関連するモーバイルステーションに連絡するウィンドウが開始される。APは、定期的にビーコンを伝送する。そしてPSMのモーバイルステーションは、APにバッファリングされているフレームがないかどうかチェックするためにビーコンをリスニングする。このために、モーバイルステーションは、電源をオンしなければならない。このステーションは、ビーコン中にあるトラフィック表示マップ(TIM)エレメントを分析することによって、バッファリングされているフレームがないかどうかを検査する。TIMの構造を図1に表す。バッファリングされたデータがある場合、データが配信されるまで、レシーバはアウェイクのままとなる。ビーコンは、バッファリングされたユニキャスト・フレームまたはブロードキャスト/マルチキャスト(B/M)フレームがAPにあるかどうかを示してもよい。ステーションは、グループのためのユニキャスト・フレームまたはブロードキャスト/マルチキャスト(B/M)フレームがAPに保留されていないことを確かめた後、PSM状態に入る。それ以外においては、フレームを受信するためにアウェイクのままである。
ユニキャストの場合、APは、パワーセービング(PS)ステーションに対する受信しつつあるフレームをバッファリングする。さらにAPは、ビーコンフレームのTIMによってイベントをアナウンスする。そして、次に、これらのバッファリングされたフレームは、PS―Poll要求を介してPSステーションによって読み出される。基本サービスセットBSSのいずれかのクライアントがPSMであり、B/Mの場合、APは、すべての受信しつつあるブロードキャスト/マルチキャスト・フレームをバッファリングする。そして、デリバリートラフィック表示メッセージ(DTIM:Delivery traffic indication message)を含むビーコンが伝送された後に、ポーリングせずそれらを発信する。DTIMは、特別なTIMである。いずれの場合においても、PSステーションまたはグループ向けにバッファリングされたフレームが一掃されたことが明示的に通知されるまで、PSステーションはアウェイクの状態のままにとどまっている。
このビーコンフレームのTIMエレメントは、全体の手順において主要な役割を果たす。これは、アソシエーションID(AID)によってビットとモーバイルステーションの間に1対1のマッピングを提供する。AIDは、セットされる基本サービスセット(BSS)の範囲内で、関連させる手順において各クライアントに割り当てられる。クライアントがBSSに参加するときに、APはクライアントにAIDを与える。加えて、AIDは、TIMのステーション・ビットの位置を決定するために用いられる。換言すれば、APに関連づけられた各ステーションは、TIMのビットマップの1ビットを割り当てられる。TIMのビット位置は、ステーションに割り当てられたAIDに関連している。ビット番号Nは、TIMビットマップのAIDNと一致する。ビットNがビーコンのTIMにセットされている場合、ステーションAIDNのためのバッファリングされたユニキャスト・フレームが存在していることが示されていることとなる。図1を参照すると、TIM構造の各フィールドは、以下の通りに示されている。エレメントID(1バイト)は、ビーコンフレームのこの可変長エレメントの識別を表す。そして、その値5は、これがトラフィック表示マップ(TIM)であることを示す。長さフィールド(1バイト)は情報フィールドの全体の長さを示す。この情報フィールドは以下の4フィールドから構成される。
1)DTIM(デリバリートラフィック表示メッセージ)カウント(1バイト)は、次のDTIMが現れるまでに発信されるべきビーコンの数を定める。この値は各ビーコンに毎に減少してゆく。そして、ゼロに達した後に、初期値に戻る。ゼロはDTIMを示す標識となる。このように、DTIMは、特別のTIMである。DTIMカウント・フィールドはゼロに等しい。
2)DTIM期間は、連続したDTIM間のビーコンの数を表す。DTIMカウントはこの値から0に達した後にこの値に戻るというように循環しなければならないことに注意されたい。
3)ビットマップコントロールフィールド(1バイト)は、2つのサブフィールドを含む。ビット0はアソシエーションID 0(AID0)のトラフィックインジケータ・ビットのために用いられる。そして、これはB/Mトラフィックのために予約されている。このBSSのいずれかのステーションのためのAPにおいて一つ以上のB/Mフレームがバッファリングされている場合、このビットは1にセットされなければならない。その他の7つのビットが、仮想ビットマップのオフセットのために使われる。オフセットによって、伝送された仮想ビットマップの正確な部分を推定する。
4)部分的仮想ビットマップ(251バイト)は、TIMまたはDTIMエレメントの重要な特徴部分である。仮想ビットマップの各ビットはAPと関連したモーバイルステーションと一致する。そのアソシエーションID(AID)は全部のビットマップにおける対応するビットの位置である。理論的には、APは、1つのBSSの2008個のステーションをサポートすることができる。パワーセービングモードのステーション宛のフレームが到着すると、このフレームは、バッファリングされなければならない。そして、そのフレームはバッファリングされ、ビーコンの対応するTIMの中の仮想ビットマップのビッドがセットされる。その後対応するステーションに対しそのフレームを取得するよう要求する。
AID0に対応する、特別なビットは、B/Mフレームのために予約されている。図1に示すように、ビットマップ制御ビット0は、AID0に対応する。PSMで動いている少なくとも一つの関連するステーションがある場合、APにおいて受信しつつあるいかなるB/Mフレームもこのビットを1にセットし、そのB/Mフレームはバッファリングされる。TIMは、APでバッファリングされたユニキャスト・フレームを有するステーションを独自に識別することができるのに対し、1つのビット(AID0)は、バッファリングされたB/Mフレームを有するグループまたは特定のステーションを識別することなく、B/Mフレームの存在を示すことができるだけである。AIDの0のメッセージは、すべてのPSMステーションにブロードキャストフレームを受信するために、アウェイクのままでいることを要求する。これによって、B/Mフレームがバッファリングされるグループにそれらが属するかどうかが決定される。
通常、PSMは、ネットワークパフォーマンスを犠牲(にすること例えば遅延およびスループットの減少)によって電源消費に関してCAMを上回る。しかしながら、実際には、現在のPSMが、電源節約を成し遂げるのにまだ十分に効率的であるとはいえない。
例えば:
1)ステーションはビーコンフレーム内のTIMによって、APにおけるそのステーションのためのバッファリングされたユニキャスト・フレームの存在を知らされる。しかしながら、現在のメカニズムから示唆されるように、ステーションにとって、バッファリングされたフレームの転送の開始および終了のタイミングを制御することは不可能である。したがって、ステーションは、手順が終わるまで、予測不可能な期間の間アウェイクの状態を維持しなければならない。ビーコンインターバルにおけるアウェイク期間の長さは、APにおいてステーションのバッファリングされたフレームの数およびサイズに依存するとともに、他のステーションのバッファリングされたフレームの取り出しに依存する。1つのステーションにおけるバッファリングされたフレームの伝送の進捗は他のステーションの動作によって、長期間延期することがあり得る。この結果、このステーションにおいて相当な電源消費を引き起こすこととなる。
2)802.11の標準によれば、一旦DTIMがビーコンによって伝送されると、APはその後、すべてのバッファリングされたB/Mフレームを一掃することができる。この動作は、他のステーションのネットワークパフォーマンス、特にユニキャスト・アプリケーションに大きな影響をもたらし得る。ブロードキャスト/マルチキャストのプリエンプティブな本質的性質によって、他のステーションの無線メディアの利用を不可能にしてしまう。B/Mフレームの伝送のために、より柔軟な方式が採用されなければならない。
3)現在のメカニズムは、APでバッファリングされたB/Mフレームの存在を示すために1ビットを使用している。従って、現在のメカニズムはマルチキャスト・フレームとブロードキャストフレームを区別していない。しかも、異なるマルチキャストグループに属しているマルチキャスト・フレームが同様に扱われている。この粗雑な取り扱いは、マルチキャスティング環境において、システムを非効率的に機能させることとなる。大きな欠点は、APでマルチキャスティング・フレームが転送されている時はいつでも、モーバイルステーションはアクティブ状態にとどまらなければならない。これは、これらのフレームが、このステーションが帰属するグループと異なるマルチキャストグループ向けられたものであっても、発生し、悪いケースの場合としては、このステーションがどのマルチキャストグループにも属していない時も発生するということである。ステーションによって受け取られないマルチキャストトラフィックを捜すために用いるエネルギーは、無駄である。
本発明の目的は、上述の課題に対処する装置および方法を提供することにある。
本発明の実施例において、無線ローカル・エリア・ネットワークのデータを伝送する方法が記載されている。本方法は、アクセスポイントにおいて、パワーセービング状態において作動することができるステーションに発信されるデータを含むフレームのバッファリングを含む。ビーコンフレームを伝送する前に、アクセスポイントは、ビーコンフレーム間のインターバルを多くのタイムスライスに分ける。特定のステーションに向けられているバッファリングされたフレームが送られるときに、アクセスポイントはタイムスライスに関する情報を含むビーコンフレームを伝送する。
更なる実施例において、802.11の無線LANのノードに用いられる方法は、アクセスポイントおよび少なくとも1つのステーションを有する。この方法は、無線ローカル・エリア・ネットワーク用にデータを制御フレームにフォーマットするステップを含み、該フレームは、無線ローカル・エリア・ネットワークと関連したステーションごとに、それぞれのステーションに対して伝送を待っているバッファリングされたフレームがあるかどうか、制御フレーム間の多くのタイムインターバル、バッファリングされたフレームの伝送を待っているステーションそれぞれに対して、バッファリングされたフレームの伝送がどのタイムインターバルで開始するかの指示を含む。その後フレームが伝送される。
もう一つの実施例では、定期的に、ビーコンフレームを伝送する無線ローカル・エリア・ネットワークのアクセスポイントが記載されている。アクセスポイントは、ビーコンフレームを含むデータを無線ローカル・エリア・ネットワークで複数のステーションに伝送するための送信器、パワーセービング状態において作動することができる複数のステーションに対する伝送を待っているフレームをバッファリングするためのメモリ、およびビーコンフレームのインターバルを多くのタイムスライスに分割し、それぞれのステーションのためのバッファリングされたフレームが送られるときにタイムスライスに関する情報を伝送するプロセッサ、を有する。
もう一つの実施例として、無線ローカル・エリア・ネットワークのデータを受信する方法が記載されている。この方法は、特定のステーションに関連したデータがいつ伝送されるかを示すタイムスライスに関する情報を含むビーコンフレームを受信するステップ;および、現在のビーコンフレームと次のビーコンフレームのインターバルが、特定のステーションによって受け取るデータが含むか否かを決定するステップ、その場合には、インターバルの中のタイムスライスを決定して受け取るデータを含むかを決定するステップを有する。
もう一つの実施例では、無線ローカル・エリア・ネットワークにおけるステーションが記載されている。このステーションは、特定のステーションに関連したデータがいつ伝送されるかを示すタイムスライスに関する情報を含むビーコンフレームを受信するレシーバ;および、現在のビーコンフレームと次のビーコンフレームのインターバルが、特定のステーションによって受け取るデータが含むか否かを決定するステップ、その場合には、インターバルの中のタイムスライスを決定して受け取るデータを含むかを決定するプロセッサを有する。
本発明のこれらの、あるいは他の態様、特徴および効果は、非限定的に例示した実施形態の以下の説明から明らかになる。これらは添付の図面を参照しながら理解すべきである。
標準のIEEE802.11のビーコンのTIM構造を示す図である。 本発明の新しく設計されたTIM構造を有するビーコンの例示的実施形態を示す図である。 本発明のフレーム構造の例示的実施形態を示す図である。 マルチキャストのアソシエーションおよびディスアソシエーションの例示的実施形態を示す図である。 本発明によるサービス期間を示す典型的な例を示す図である。 本発明の無線ネットワーク・インフラストラクチャの実施例の構成を示す図である。 本発明のアクセスポイントの実施例の構成を示す図である。
標準のIEEE802.11のオリジナルのTIM構造は、上記の通り、より複雑なパワーセービング方式をサポートするための充分な情報を持たない。本発明の実施例は、パワーマネジメントのためのタイムスライシング動作をサポートすることが可能で、前述の課題に対処するTIM構造を提供する。
図2(a)は、ビーコンフレームのTIM構造の例示的実施形態を示す。オリジナルのTIM構造と比較して、タイムスライシングをサポートするために、2つのフィールドすなわち、スライシング制御フィールドおよびスライシングマップフィールド、部分仮想ビットマップ(PVB)が追加されている。加えて、この新規な構造の範囲内でPVBビットの機能が変化している。これらの改変および修正については、以下に詳述する。
1)スライシング制御フィールド:
スライシング制御フィールドは、図2(a)に示すように、1バイトのデータを含む。このフィールドは、スライシングマップフィールドのスライシング・インデックス(SI)ごとに、使用するビットの数を調整する。例えば、スライシングコントロールのデータのバイトが数nを定める場合、各SIはnビットを有する。スライシング・インデックス(SI)は、特定のMACアドレスに対応する目的位置に割り当てられるタイムスライスの相対的な開始位置を定める。この開示において、目的位置(宛先)という用語はクライアントまたはステーションの代わりに使われる。なぜなら、資源割当ての手順において、例えばAIDまたはタイムスライス、グループMACアドレスは、ユニキャストMACアドレスと同じであると扱われるからである。
一旦各SIのビットの数がスライシング制御フィールドにセットされると、APはビーコン期間がどれくらいのタイムスライスに分けられなければならないかについて決定することができる。タイムスライスの数はSIの可能な最大の値に等しい。すなわち、nビット幅のSIに対して、2−1個のスライスの総量となる。例えば、スライシング制御フィールドが5にセットされる場合、ビーコン期間は2−1=31個の連続的なタイムスライスに分けられなければならない。100msのビーコン期間の間、各タイムスライスは、約100/31=3.226ms持続する。
スライシング制御フィールドが8ビットまでに制約されているため、SIのビットの最大の数は2−1=255にセットすることができる。従って、SIのビットの最大数は255である。この場合、ビーコン期間が2255−1の連続のタイムスライスに分けることができる。さまざまな要因および変数が、「最適」なスライス・コントロールを実行し要求を満たすために評価される。これらの変数は、所望のスライスの数、所望のデータの粒度、およびバッファリングされたフレームを有する異なるステーションの数を含んでもよい。加えて、スライシング制御フィールドの値が大きければ、時間分割の粒度は細かくなり、したがって、より少ない電源消費となる。しかしながらより長いスライシングマップ(SI)を必要とし、これは結果としてビーコンフレームがより大きいオーバーヘッドになるという犠牲を伴う。それゆえに、このフィールドをセットすることは、パワーパフォーマンスとビーコンフレームのオーバーヘッドの増加との間のトレードオフである。好ましい実施例において、スライシング制御フィールド値は10を超えてはならない。すなわち、210−1=1023であり、割り当てられたタイムスライスの位置を示すために1023ビットを使用する。これはビーコンフレームのためのオーバーヘッドとしては大きい値である。
2)スライシングマップフィールド:
スライシングマップフィールドは、図2(a)に示すように各目的位置のために割り当てられたタイムスライスの正確な開始位置を与える。この位置はスライシング・インデックス(SI)(値が1から2−1まで)として表される。そして、nがスライシング制御フィールドにセットされる値である。最初のSIは、常にAID0に対応する。最初のSIが0にセットされた場合、これはブロードキャストフレームがAPでバッファリングされていないことを示す。それ以外は、その値は現在のビーコンインターバルの中でブロードキャストフレームの伝送のための相対的タイムスライス開始時刻を与える。
他のSIは0にセットされることができない(0となる場合には、SIは、省略されることができる)。そして、各SIは、ビットが部分仮想ビットマップでセットされるAIDに対応する。図2(a)に示すように、部分仮想ビットマップが1にセットさているAIDにおいては、部分仮想ビットマップにおいて目的位置のAIDビットの位置に一致する、相対的位置を有するスライシングマップ中のSIから目的位置を探す。部分仮想ビットマップのビットが0である目的位置(AID)に対しては、これに対応するSIはスライシングマップフィールドに存在しない。
例えば、図2(a)で、部分仮想ビットマップのAID4は、1にセットされている。AID4に対応する目的位置は、スライシングマップフィールド(AID0、AID1、AID2、AID4)の第4のSI位置にある。更なる実施例は、AID7であり、この場合、スライシングマップフィールド(AID0、AID1、AID2、AID4、AID7)の第5のSI位置を探すことになる。このように、目的位置の自身のAIDおよび、その前のAIDで1を持つものの数を知ることによって、目的位置が決定できる。目的のステーションは、それぞれのSIのビットによって表される数を読み取る。
3)部分的仮想ビットマップフィールド:
最初のTIMにおいて、各ビットは、AIDによって識別される1台のクライアントに対応する。図5において、AIDはアソシエーション手順の間、BSS(50)の中ですべてのクライアント(32−1〜32―n)に割り当てられる。そして、これはAP(31)でバッファリングされたユニキャスト・フレームを扱うために用いられる。本願明細書において開示されるTIMの例示的実施形態において、AIDは、ユニキャストの用途に加え、マルチキャストのためにも用いられる。クライアントがマルチキャストグループに加わるときに、各マルチキャストグループはネゴシエーションフェーズにおいて、AIDを割り当てられる。以下これらの詳細を説明する。
APはまずMAC層の情報を取扱うため、マルチキャストグループはそのMACアドレスを使用して区別される。従って、各マルチキャストグループは、MACアドレスおよび対応するAIDを割り当てられる。マルチキャストIPアドレスおよびそれらに対応するMACアドレスが厳密に1対1対応ではないが、APにおいて、マルチキャストMACアドレス毎にAIDを維持することは、マルチキャストIPアドレス毎に維持するより合理的である。なぜなら、2つのマルチキャストIPアドレスが1つのMACアドレスにマッピングされる可能性はきわめて小さいからである。
スライシング制御フィールドおよびマップフィールドの2つのフィールドは、図2(a)のTIM構造の部分的仮想ビットマップの後に追加される。この2つのフィールドは、フレームの新規なエレメントとして利用することも可能である。図2(b)は、この2つのフィールドを含む新規なエレメントの典型的な構造を示す。この新規なエレメントはビーコンフレーム内のTIMエレメントの直後に挿入される。あるいは、ビーコンフレームの伝送(launch)後に、他のタイプのフレームによって全てのモーバイルステーションに追加伝送(piggybacked)される。
明確にするために、以下の説明は図2(a)に基づいて記述するが、それらは修正せずに図2(b)にも適用することができる。
[タイムスライシング方式]
タイムスライシング方式は、主にPSMモーバイルステーションのために、バッファリングされたフレームの処理を取扱う。他の場合、例えば、クライアントがアクティブモードにとどまるときには、それに対するすべてのユニキャスト・フレームは、APで通常に取り扱われてもよい。
図6を参照すると、AP610は、タイムスライシング手順において中心的なコーディネータおよびスケジューラとして機能する。802.11のパワーセービング規則に従ってAPでバッファリングされるすべての受信フレームは、タイムスライシング手順に従って処理される。例えば、フレームは、有線か無線ネットワークから、通信用インタフェース620によって受信することができる。フレームは、メモリ650においてバッファリングしてもよい。
すでに説明したように、ビーコンフレームが伝送される前に、APはビーコンインターバルを等しい長さのスライスの固定された数に分割する。例示的実施形態において、図6のプロセッサ640は、ビーコンインターバルをスライスの固定された数に分割する。スライスの数は、通常2−1である。図2(a)または図2(b)に示すように、nは、TIMのスライシング制御フィールドにおいて使用したビットの数である。スライス分割の後、AP610は、スライスを待機中(pending)のフレームに割り当てる役割を果たす。本願明細書において開示されるように、モーバイルステーションに対しては、AP610は、各マルチキャストMACアドレスに割り当てられることになる。そして、すべての待機中のフレームはそれらの関係しているAIDに従ってグループ化される。AP610は、各グループのための連続的なスライスの数、およびこれらのスライスの開始の正確な時刻を算出するために、スケジューリングアルゴリズムを使用する。AP610がこの手順を終えると、TIM構造のフィールドにデータを入れる。特に、各AIDのための割り当てられたスライスの開始点(starting point)を通知するスライシングマップフィールド(SI)を満たしてゆく。そして、トランシーバ630によってビーコンを伝送する
パワーセービングモードの各ステーションはAIDリストを維持する。そして、これには、マルチキャストグループに加わる際にアソシエーションフェーズの間にAPによって割り当てられた1つのユニキャストAID、およびAPによって割り当てられた幾つかの他のマルチキャストAIDが含まれる。AID0は、ブロードキャストのために使われる、すべてのステーションによって知られているため、各ステーションにおいて保持されるリストから省略されてもよい点に留意すべきである。ステーションが持っているAIDリストは、ビーコンフレームが受け取られたあと、TIMの部分仮想ビットマップを点検するために用いる。ステーションのリストのAIDに対応するビットがビットマップでセットされている場合、ステーションは更にスライシングマップフィールドをチェックして、ビットと一致するSIの位置を割り出す。SIの値は、それがフレームを受信するためにウエイクアップする時刻を算出するために用いられる。その後、ステーションは、スリープ状態に入ることができ、算出された時刻にウエイクアップすることができる。ステーションのリストのAIDに対応する複数のビットがビットマップでセットされている場合、ステーションは、ビーコンインターバルの中で数回ウエイクアップし、スリープしなければならないことになる。なお、ステーションのビーコン期間の開始時刻は、APのそれよりも少し後であるため(ビーコンフレームの遅延によって生じる)、ステーションは、予測される時刻よりも少し前に、ウエイクアップし、APで待機しているフレームの転送を逃さないようにすることが合理的である。一旦このAIDのための待機中のフレームの伝送が終わると、ステーションはスリープ状態に戻ることができるが、すぐ後にウエイクアップしなければならない場合には、アクティブ状態を維持してもよい。
APは、各グループのための待機中のフレームの伝送の開始時刻および伝送継続時間を制御する役割を果たす。APは、ビーコンフレームのために用いられるプライオリティ・インターフレーム・スペース(PIFS)によって、無線メディアのコントロールを得る。PIFSはディストリビューテッド・インターフレーム・スペース(DIFS)より短いので、APは無線メディアを得るために他局に対して優位となる。あるAIDに割り当てられたスライスの起動時刻が到来すると、APは無線メディアを検出して、バッファリングされたフレームの伝送を始めるために媒体にアクセスを試みる。APは、このSIのためのすべてのバッファリングされたフレームが配信されるまで、または、次のSIが来るまで、無線メディアのコントロールを保つよう保護することが望ましい。
[マルチキャストアソシエーション手順]
すでに説明したように、各マルチキャストグループがMACアドレスを有するマルチキャストグループに、新たなクライアントが参加する場合、各マルチキャストグループはネゴシエーションフェーズの間にAIDを割り当てられる。APは、TIM構造の範囲内で仮想ビットマップを管理するために、AIDとMACアドレスの間にマッピング・テーブルを維持する。AID0はブロードキャストのために予約されている。一方、他の正の整数はマルチキャスティングおよびユニキャストのために使われる。ユニキャストAIDは、APとの(再)アソシエーション手順の際に割り当てられる。そして、マルチキャストAIDは、マルチキャストアソシエーション手順の際に、グループに割り当てられる。以下、この点について説明する。
マルチキャストアソシエーションリクエスト、マルチキャストアソシエーションレスポンスおよびマルチキャストディスアソシエーションに関する典型的なフレームフォーマットが図3に示されている。本願明細書において記載されているように複数のバリエーションが類似の機能を実行できるため、実際的なインプリメンテーションはこれらの図面に制限されない。
マルチキャストアソシエーション手順は、802.11の標準において定められる(再)アソシエーション手順と同様の方法で行われる。一旦ステーションがルーター(IGMPメッセージによって)によって確認されると、マルチキャストグループに加えられる。それはAPにマルチキャストアソシエーションリクエストを開始する。このリクエストのある部分は、マルチキャストグループのMACアドレスとなっている。例えば、図3は、対応するマルチキャストIPアドレスから算出されるMACアドレスのために使用するフィールドMAを有するマルチキャストアソシエーションリクエストを示す。
APは、そのMACアドレスのためのAIDを含むマルチキャストアソシエーションレスポンスフレームによってステーションに応答する。例えば、図3は、フィールドAIDを有するマルチキャストアソシエーションレスポンスを示す。このフィールドAIDは、APにより用いられ、マルチキャストMACアドレスのためのAPによって割り当てられたAIDが格納される。
APはマルチキャストAIDのためのメンバリストを任意に維持することができる。このリストによって、メンバは、マルチキャストグループに加わったステーションに対応する。メンバリストは、このマルチキャストグループに関連する受信しつつあるマルチキャスト・フレームがバッファリングされなければならないか否か決定するために、APによって利用され得る。リストのすべてのメンバがCAMである場合、フレームはパワーセービングの理由のためにバッファリングはなされない。
ステーションがマルチキャストグループから離れることを決めた場合、それはグループのマルチキャストMACアドレスである1フィールドを有するマルチキャストディスアソシエーションフレームをAPに伝送することを選択することができる。図3に示すように、マルチキャストディスアソシエーションフレームは、対応するマルチキャストIPアドレスから算出されるマルチキャストMACアドレスを有するフィールドMAを含む。しかしながら、マルチキャストディスアソシエーション手順は、義務的なものではない。なお、マルチキャストAIDのためのAPに維持されるメンバリストが無くなった場合には、ステーションはグループを離れるためにマルチキャストディスアソシエーション手順を開始する必要はない。
既に説明したように、マルチキャストグループのMACアドレスはそのIPアドレスにから導くことができる。マルチキャストIPアドレスの(32の中で)最後の23ビットがMACアドレス(48の中で)最下位の23ビットとして使われる。そして、その他の25のビットはMACマルチキャストアドレスのために修復される。これらの2アドレス間のマッピングが一対一でなく、1つのMACアドレスに対する2つのマルチキャストアドレス・マッピングが対応することが起きる場合は無視することができる(その可能性は1/223である)。直接マッピング・テクニックは、各グループをAIDにマッピングするために使用され、物理デバイスがマルチキャストグループのためにAPでバッファリングされたマルチキャスト・フレームを認識することを可能にする。
[サービス期間(SP)]
タイムスライシング方式の実施例としてのサービス期間の概念を、図4に示す。サービス期間(SP)は、ビーコンフレームのスライシングマップフィールドを介してAPによって割り当てられる一つ以上の連続的なタイムスライスから成る。1つのサービス期間(SP)は、一つ以上のAIDに対応する。すなわち一つ以上の宛先であり、スライシングマップの同一のSIの数に依存する。同一のSIを有する2つのAIDは、同じSPを共有する。SPは、現在のビーコンインターバル中のi番目のタイムスライスで始まる。ここでiは、このSPのためのSIの値である。そしてSPは、直後のSIによって定まるタイムスライスの前で終了する。従って、開始および継続時間は、スライシングマップのSIで決定される。
図4は、AID、SPおよびSIの間の典型的な関係を例示する。図4に示すように、スライシングコントロールは、n=4を示す。従って、各SIは4ビットを含む。そして、タイムスライスの数は2−1=15から決定される。AID0は、ブロードキャストフレームがバッファリングされることを示して、1にセットされる。第1のSIに示されるように、ブロードキャストフレームはタイムスライス1から始まり、タイムスライス3で終わる。なぜなら、タイムスライス4はAID1のためのバッファリングされたフレームの伝送を開始するからである。第2のSPすなわちSP2は、図4に示すようにAID2に割り当てられて、4番目のスライスで始まって、6番目のスライスで終わる。AID2のSIは4に等しい、そして、次のSIは7に等しい。このように、SP1およびSP2の各々は、特定のビーコンインターバルの中で3つの連続的なスライスを占める。また、SP4は4つの連続的なスライスを占める。
本発明の実施例において、APはタイムスライスを管理する。そして、これには、1つのビーコンインターバルの中の適切な数のスライスの設定、AIDに対するタイムスライスの配分、および伝送用のバッファリングされたフレームのスケジューリングが含まれる。APも、スライス配分の情報をアセンブルして、ビーコンフレームで送られるスライシングマップフィールドに記入する。さらに、APは、タイムスライシングの進展を確実に間に合うように無線メディアのコントロールを獲得しなければならない。
SP内のフレームのトランザクションは、インプリメンテーションに依存する。例えばAPとバッファリングされたフレームを届けるためのステーション間のトランザクションである。保留されているフレームの転送中の競合を回避するネットワークアロケーションベクトル(NAV)チャネルアップデートによる保護メソッドがインプリメントされてもよい。これによって、このSPに対するスケジューリングされたフレーム配信の合計時間を圧縮することができる。したがって、ステーションの電力消費を軽減することができる。SPの間において、フレームトランザクションを保留することになるにもかかわらず、他局は、通常の分散調整機能(DCF:Distributed coordinated function)規則を使用して無線チャネルにアクセスすることができる。
宛先に対する待機中のフレームが指定されたSPの範囲内で配信することができない場合も有り得る。この場合には、APは、現在のビーコンインターバルの都合のよいときに残りのフレームを送るか、または次のビーコンインターバルで新しいタイムスライスを割り当て配信する。
[ステーションの電源状態遷移]
本発明の実施例において、ステーションのアウェイクおよびスリープ状態間のパワーセービングモードの移行は以下の規則に従う:
1)ステーションは、ビーコンフレームを受信するために、各TBTT(Target Beacon Transmission Time)の前に、アウェイク状態に入る。
2)このステーションのために、または、このステーションが帰属するマルチキャストグループのために割り当てられたSPがビーコンの後直ちに伝送されない場合、ステーションはスリープ状態を始めることができ、次のターゲットSPの前にウエイクアップさせることができる。それ以外としては、現在のSPが終わるまで、ステーションはアウェイクままとする。
3)SPの間すべてのバッファリングされたフレームが配信されたと判断される場合、ステーションはこのSPの範囲内でスリープを選択することができる。しかしながら、それは、次のターゲットSPの前にウエイクアップさせることを必要とする。
前述の説明から、当業者は、この方法論によって得られる特定の特徴および効果を確認することができる。例えば、オリジナルの標準よりは、電力の節約をすることができる。ステーションがAPからバッファリングされたフレームを受け取るために、目的の時刻にウエイクアップさせることができる。一旦処理が終れば、スリープ状態に戻る。このように、アイドル状態において、エネルギー消費を非常に減少させることができる。さらに、他のステーションの活動は、PSMの状態の現在のステーションのパフォーマンスに、ほとんど影響を及ぼさない。
加えて、APの待機中のフレームの配信は、より柔軟な方法でスケジューリングすることができる。APは、それ自身のスケジューリングアルゴリズムに基づいて、ビーコンインターバルの中のバッファリングされたフレームの伝送のためのタイムスライスを選択することができる。このソリューションはAPが最適化されたやり方で待機中のフレームを処理する可能性を提供する。そして、これはステーションの要件を満たす。
これらの、そしてまた他の、本発明の特徴および効果は、本願明細書における教示に基づいて当業者は直ちに確認することができる。本発明の原理がハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、専用プロセッサまたはそれらの組み合わせの様々な形態により行うことができることを理解すべきである。
最も好ましくは、本発明の原理は、ハードウェアおよびソフトウェアの組合せとしてインプリメントされる。さらに、ソフトウェアは、プログラム記憶装置または計算機可読の媒体に明らかに格納されるアプリケーションプログラムとしてインプリメントされる。アプリケーションプログラムは、適切ないかなるアーキテクチャから成るマシンにもアップロードされ、実行されることができる。好ましくは、マシンは、ハードウェア、例えば一つ以上の中央処理装置(CPU)、ランダムアクセスメモリ(RAM)および入出力インターフェース(I/O)を有するコンピュータプラットフォームにインプリメントされる。コンピュータプラットフォームは、オペレーティングシステムおよびマイクロ命令コードを含むこともできる。本願明細書において記載されているさまざまな方法および機能はマイクロ命令コードの一部またはアプリケーションプログラムまたはいかなるそれらの組み合わせの一部でもよい。そして、この種のコンピュータまたはプロセッサが明示的に示されているか否かに関わらず、それはCPUによって実行されることができる。加えて、コンピュータプラットフォームにさまざまな他の周辺装置(例えば追加データ記憶装置および印刷ユニット)を接続することができる。
添付の図面において表したシステムコンポーネントおよび方法の構成要素の一部は、好ましくはソフトウェアでインプリメントされる。このため、システムコンポーネントあるいはプロセスブロック間の実際の接続は、本発明がプログラムされる方法によって、異なることがあると更に理解すべきである。本願明細書において与えられた説明に基づいて、当業者は、これらおよび類似の実現または本発明の構成を考察することが可能である。
実施例が添付の図面に即して本願明細書において記載されているが、本発明はそれらの正確な実施例に限られていないことを理解すべきである。そして、そのさまざまな改変と変更態様は本発明の範囲または精神を逸脱しない範囲で当業者によって遂行されることができる。すべてのこの種の改変と変更態様は、請求項に記載したように本発明の範囲内に含まれる。
本願明細書において詳述されるすべての実施例および条件つきの文言は、説明を目的とし、読者が本発明の原則を理解するのを助けることを目的とする。そして、発明の概念を進展させる発明者による貢献は、限定されるものではなく、この種の特に詳述された実施例および条件の範囲内にあるものとして解釈される。さらに、本発明の原則、その態様、および実施例並びに具体例に係る本願明細書において詳述しているすべての文は、その構造および機能均等物を含む。加えて、の種の均等物は、現在周知の均等物および将来開発された均等物を含む。たとえば、構造の相違の如何を問わず、同じ機能を実行するいかなるものも含まれる。
図に示されるさまざまな要素の機能は、専用ハードウェアを用いることにより提供されることができる。適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアも同様である。プロセッサによって提供されるときに、機能は単一の専用プロセッサによって、単一の共用プロセッサによって、または、複数の個々のプロセッサによって提供されることができる。そして、その幾つかは共有されることができる。さらに、「プロセッサ」または「コントローラ」という用語の明確な使用としては、ソフトウェアを実行することができるハードウェアだけに関連するものと認識してはならない。たとえば、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)ハードウェア、格納ソフトウェアのための読取り専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)および不揮発性記憶装置が暗黙に挙げられるが、これに限定されるものではない。
他のハードウェアとして、通常のもの、またはカスタム化されたものも含まれる。同様に、図に示されるいかなるスイッチも、概念的なものである。それらの機能は、プログラム理論の動作によって、専用のロジックによって、プログラム制御および専用のロジックによるインタラクション、または、手動でさえ実行することができる。特定の技術は、理解しインプリメントする者によって選択される。
この請求項において、指定された機能を実行するための手段として表されるいかなる要素も、例えば、その機能を実行するいかなる方法を含むものと理解されるべきである。例えば、a)機能を実行するための回路素子の組合せ、b)いかなる形式のソフトウェア、すなわち、ファームウェア、マイクロコード等、機能を達成するためのソフトウェアを実行可能な適切な回路の組み合わせ、である。この種の請求項に記載の本発明は、さまざまな詳述された手段により提供される機能が結合されて、請求項が必要とする方法が達成できるという事実に基づいている。

Claims (30)

  1. 無線ローカル・エリア・ネットワークでデータを伝送する方法であって;
    アクセスポイントにおいて、パワーセービング状態において作動することができるステーションに発信されるデータを含むフレームをバッファリングするステップ;
    ビーコンフレームを送る前に、前記アクセスポイントが、ビーコンフレームのインターバルをタイムスライスの数に分割するステップ;および
    前記アクセスポイントによって、特定のステーション宛のバッファリングされたフレームがいつ送られるかのタイムスライスの前記数の中に含まれるタイムスライスに関する情報を含む前記ビーコンフレームを伝送するステップ;
    を有する方法。
  2. 待機中のフレームをタイムスライスに割り当てるステップ、および前記バッファリングされたフレームの宛先に基づいて前記タイムスライスをステーションに割り当てるステップ、を更に有する請求項1記載の方法。
  3. 前記タイムスライスの割り当は、前記ビーコンフレームのフィールドに含まれ、前記割り当てられたタイムスライスの開始点を含む、請求項2記載の方法。
  4. ステーションにおいて、前記割り当てられたタイムスライスの前記開始点に基づき、前記パワーセービング状態からアクティブ状態に切替えるステップ、を更に有する請求項3記載の方法。
  5. ステーションまたはステーションのグループに割り当てられる、連続するタイムスライスの数を算出するステップ、を更に有する請求項2記載の方法。
  6. 前記アクセスポイントと関連した各ステーションおよび各マルチキャストグループにアソシエーションIDを割り当てるステップ;および
    前記伝送するステップにおいて、前記アソシエーションIDを用いて、バッファリングされたフレームが、ステーション毎に、および各マルチキャストグループにあるかどうかを指し示すステップ、を更に有する請求項1記載の方法。
  7. マルチキャストグループは、MACアドレスを割り当てられる、請求項6記載の方法。
  8. アソシエーションIDとMACアドレスとの間のマッピングを維持するステップ、を更に有する請求項7記載の方法。
  9. 前記伝送するステップは、特定のMACアドレスに対応する宛先に割り当てられる前記タイムスライスの相対的な開始位置、および各スライシング・インデックスのビットの前記数を示すスライシング制御フィールドを提供するスライシング・インデックスを伝送するステップを有する、請求項8記載の方法。
  10. 前記伝送するステップは、前記アクセスポイントでバッファリングされたデータを持つ各マルチキャストグループをユニークに識別する表示を有する、請求項1記載の方法。
  11. アクセスポイントおよび少なくとも一つのステーションを含む802.11の無線ローカル・エリア・ネットワークのノードに用いられる方法であって、
    前記無線ローカル・エリア・ネットワークに用いられる制御フレームへ、データをフォーマットするステップであって、前記フレームは、前記無線ローカル・エリア・ネットワークと関連したステーションごとに、フレームが各それぞれのステーションにバッファリングされ伝送を待っているか否か、制御フレーム間のタイムインターバルの数、および、伝送を待っているバッファリングされたフレームを持つステーションに、バッファリングされたフレームの伝送をどのタイムインターバルで開始するか、の表示を含むところのステップ;および
    前記フレームを伝送するステップ。
    を有する方法。
  12. 前記アクセスポイントと関連した各ステーションにアソシエーションIDを割り当て、各マルチキャストグループにアソシエーションIDを割り当てるステップ;および
    各マルチキャストグループのためにバッファリングされたフレームがあるかを前記フレームで指示するステップ、を更に有する請求項11記載の方法。
  13. 定期的にビーコンフレームを伝送する無線ローカル・エリア・ネットワークのアクセスポイントであって、
    複数のステーションに対して前記無線ローカル・エリア・ネットワークを介して前記ビーコンフレームを含むデータを伝送するための送信器;
    前記複数のステーションに伝送を待っているフレームをバッファリングするための、パワーセービング状態において作動することができるメモリ;および
    ビーコンフレームの間のインターバルを、タイムスライスの数に分割し、かつ、それぞれのステーションのためのバッファリングされたフレームがいつ送られるかタイムスライスの前記数の中に含まれるタイムスライスに関する情報を伝送するプロセッサ、
    を有するアクセスポイント。
  14. 前記プロセッサは、更に伝送を待っている前記バッファリングされたフレームを前記タイムスライスに割り当て、かつ、前記バッファリングされたフレームの宛先に基づいて、前記タイムスライスをステーションに割り当てる、請求項13記載のアクセスポイント。
  15. 前記プロセッサは、前記タイムスライス割り当てを前記ビーコンフレームのフィールドに更に含め、前記割り当てられたタイムスライスの開始点を含める、請求項13記載のアクセスポイント。
  16. 前記プロセッサは、ステーション宛てのるバッファリングされたフレームがあるどうか、およびビーコンフレーム間の前記インターバルの中の数を示すタイムスライス制御フィールドを更に含む、請求項13記載のアクセスポイント。
  17. 前記ビーコンフレームの間のタイムスライスの前記数は、2−1であり、ここにおいてnは前記スライス制御フィールドにおいて示される整数である、請求項16記載のアクセスポイント。
  18. 前記プロセッサは、各ステーションおよび前記アクセスポイントと関連した各マルチキャストグループにアソシエーションIDを割り当て、かつ、更に前記アソシエーションIDを使用して、各ステーションのためのおよび各マルチキャストグループのためのバッファリングされたフレームがあるか否かの情報をステーションに伝送し、かつ、前記情報は前記ビーコンフレームによって伝送される、請求項13記載のアクセスポイント。
  19. 無線ローカル・エリア・ネットワークでデータを受信する方法であって;
    特定のステーションに関連したデータがいつ伝送されるかについて指し示しているタイムスライスに関する情報を有するビーコンフレームを受信するステップ;および
    現在のビーコンフレームと次のビーコンフレームの間のインターバルに、特定のステーションによって受け取られるデータを含むかどうか決定するステップであって、もしそうである場合は、受け取られる前記データを含む前記インターバルの中のタイムスライスを決定するところのステップ;
    を有する方法。
  20. 受け取られる前記データを含む前記タイムスライスの間に、前記特定のステーションによって受け取られる前記データを受信するための第1の状態から第2の状態に変化するステップ;および
    前記特定のステーションによって受け取られる前記データを受信することが完了したときに、前記第2の状態から前記第1の状態に変化するステップ;
    を有する請求項19記載の方法。
  21. 1つのユニキャストアソシエーションIDを含むアソシエーションIDリストおよびマルチキャストグループに加わるときに割り当てられるアソシエーションIDを維持するステップ;
    ビーコンフレームの部分的仮想ビットマップフィールドと前記アソシエーションIDリストとを比較するステップであって、かつ、前記アソシエーションIDリストと対応する前記部分的仮想ビットマップフィールドのビットがセットされている場合、受け取られる前記データを含む前記インターバルの中で前記タイムスライスを決定するところのステップ;
    を有する請求項19記載の方法。
  22. 前記受け取られる前記データを含む前記インターバルの中で前記タイムスライスを決定することは:
    ビーコンインターバル間の、スライシング制御フィールドからタイムスライスの前記数、および各スライシング・インデックス・フィールドのビットの数を決定するステップ;および
    前記特定のステーションに割り当てられたスライシング・インデックス・フィールドから、前記特定のステーションによって受け取られる前記データを含む前記インターバルの中で、前記タイムスライスの開始点を決定するステップ
    を有する請求項21記載の方法。
  23. ステーションによって、マルチキャストアソシエーションリクエストをアクセスポイントに伝送することにより、マルチキャストグループに参加するステップを更に有し、前記マルチキャストアソシエーションリクエストは、対応するマルチキャストIPアドレスから算出されるMACアドレスを含む、請求項19記載の方法。
  24. ステーションによって、前記マルチキャストアソシエーションリクエストに応答して、受信するステップであって、マルチキャストアソシエーションレスポンスは、前記マルチキャストMACアドレスに割り当てられたアソシエーションIDを含むところのステップ;および
    前記ステーションによって、前記ステーションが加わった各マルチキャストグループのアソシエーションIDのリスト、およびユニキャストアソシエーションIDを保持するステップ、をさらに有する請求項23記載の方法。
  25. 無線ローカル・エリア・ネットワークのステーションであって;
    前記ステーションに関連したデータがいつ伝送されるかについて指し示しているタイムスライスに関する情報を有するビーコンフレームを受信するレシーバ;および
    現在のビーコンフレームと次のビーコンフレームの間のインターバルが前記ステーションによって受け取られるデータを含むかどうかを決定するプロセッサであって、もしそうであるなら、受け取られる前記データを含むインターバル中のタイムスライスを決定するところのプロセッサ;
    を有するステーション。
  26. 前記プロセッサは、受け取られる前記データを含む前記タイムスライスの間、前記データを受信するために第1の状態から第2の状態に前記ステーションを変更し、かつ前記ステーションによって受け取られる前記データを受信することが完了したときに、前記第2の状態から前記第1の状態に前記ステーションを変更する、請求項25記載のステーション。
  27. 前記プロセッサは、マルチキャストグループに加わるときに、1つのユニキャストアソシエーションIDを含むアソシエーションIDリスト、および割り当てられたアソシエーションIDを保持し、かつ、ビーコンフレームの部分的仮想ビットマップをアソシエーションIDリストとし、かつ、もし、アソシエーションIDリストに対応するビットがセットされている場合、受け取られる前記データを含む前記インターバルの中の前記タイムスライスを決定する、請求項25記載のステーション。
  28. 前記プロセッサは、スライシング制御フィールドから、ビーコンインターバル中のタイムスライスの数および前記ビーコンフレームの各スライシング・インデックス・フィールドのビットの数を決定することによって、受け取られる前記データを含む前記インターバルの中で、前記タイムスライスを決定し、かつ、前記ステーションに割り当てられたスライシング・インデックス・フィールドから、前記ステーションによって受け取られる前記データを含む前記インターバルの中で前記タイムスライスの開始点を決定する、請求項27記載のステーション。
  29. 前記ステーションはマルチキャストアソシエーションリクエストをアクセスポイントに伝送することによってマルチキャストグループに加わり、かつ、前記マルチキャストアソシエーションリクエストは対応するマルチキャストIPアドレスから算出されるMACアドレスを含む、請求項25記載のステーション。
  30. 前記ステーションは、前記マルチキャストアソシエーションリクエストに応答して、前記マルチキャストMACアドレスに指定されるアソシエーションIDを含むマルチキャストアソシエーションレスポンスを受信し、かつ、前記ステーションは前記ステーションが加わった各マルチキャストグループのアソシエーションIDのリスト、およびユニキャストアソシエーションIDを保持する、請求項29記載のステーション。
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