JP2011529315A - 短距離無線リンクの品質をモニタリングする技術 - Google Patents

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Abstract

無線リンク品質のモニタリングの方法は、ビーコンを送信するビーコン装置110−Xと前記ビーコンを受信するビーコン装置110−Yとの間の無線リンク120−XYのリンク品質を測定するステップであって、前記測定が前記受信装置により実行される、前記測定するステップS320と、受信装置110−Yにより保持される局所近隣リンク品質LNLQ表にリンク品質測定結果を保存するステップS330と、ビーコンにおいて前記測定結果を送信することにより無線リンクのリンク品質測定結果を宣伝するステップS340とを有する。

Description

本出願は、2008年7月28日に出願された米国仮出願番号61/084062の利益を請求する。
本発明は、一般に、無線ネットワークにおける無線リンクのモニタリングに関する。
無線ネットワークは、無線媒体上で互いと通信する装置の一群を含む。7つの装置110−1ないし110−7を含む無線ネットワーク100の典型的な図が、図1に示される。各装置110−X(Xは1以上の整数である)は、無線リンク120−XY上で近隣の装置110−Y(Yは1以上の整数である)に信号を送信及び受信する。遠隔通信の分野において、多くの異なるタイプの無線ネットワークが規定されている。一例は、比較的小さな領域内の装置を相互接続する無線ネットワークの一種である無線パーソナルエリアネットワーク(WPAN)である。前記無線ネットワークは、信号の送信及び受信に関する規則を管理する通信規格により動作する。超広帯域(UWB)WiMediaは、WPANにおいて使用される通信規格の一例である。装置110−Xの幾つかは、周期的にビーコンを送信するビーコン装置である。
無線リンク120−XYの品質は、環境条件によって動的に変化し、移動する物体が前記リンクの周りにある場合に大幅に劣化される可能性がある。例えば、2つの装置110−Xと110−Yとの間のラインオブサイト内で歩いている又は立っている人は、無線リンク120−XYの品質を低減させる。無線リンク120−XYの品質は、例えば、推定される信号対雑音比(SNR)として規定される。
リンクの品質に関する情報は、無線ネットワーク性能を向上させるのに非常に有用である。このような情報は、より良好な装置選択、リンク適応及びルート選択/再選択に使用されることができる。前記リンクの品質は静的測定ではないので、連続的に又は品質情報が要求される場合にはいつでも前記リンクをモニタリングする必要性が存在する。
WiMedia規格の現在のバージョン(例えば、バージョン1.0及び1.2)は、前記リンク品質をモニタリングするのにリンクフィードバック情報要素(IE)を要求する。このIEは、送信器(例えば、装置110−Y)にデータレート及び送信パワーレベルを推薦するように受信器(例えば、装置110−X)により送信される。前記送信器は、前記リンクフィードバックIEに基づいて送信リンク(例えば、リンク120−XY)の状況を決定することができない。加えて、送信器は、前記受信器により送信されるリンクフィードバックIEに含まれるべきであるリンク品質情報を指定することができない。
したがって、無線ネットワークにおいて近隣の装置との間の無線リンクの品質をモニタリングする効率的な解決法を提供することは有利である。
本発明の特定の実施例は、無線リンク品質の連続的なモニタリングの方法を含む。前記方法は、ビーコンを送信するビーコン装置と前記ビーコンを受信するビーコン装置との間の無線リンクのリンク品質を測定するステップであって、前記受信装置により実行される前記測定するステップと、前記受信装置と近隣の装置との間の無線リンクのリンク品質測定を宣伝するステップであって、前記リンク品質測定が、前記測定結果をビーコンで送信することにより近隣のリンク品質表に記録されることができる、前記宣伝するステップとを有する。
本発明の特定の実施例は、無線リンク品質のオンデマンドモニタリングの方法をも含む。前記方法は、少なくともリンク品質情報要素(LQIE)を含むリンク品質モニタリングコマンドを開始装置により放送するステップと、所定量の時間だけ待機するステップと、少なくとも1つの装置がLQIEで前記リンク品質モニタリングコマンドに応答したかどうかを決定するように確認を実行するステップとを有し、更に、特定の実施例において、前記開始装置の近隣のリンク品質表に各受信されたLQIEにおいて指定されたリンク品質測定結果を保存するステップを含む。
本発明と見なされる対象は、特に本明細書の結末における請求項において指摘され、はっきりと請求されている。本発明の前述の及び他のフィーチャ及び利点は、添付の図面と併せて考慮される以下の詳細な説明から明らかである。
無線ネットワークの概略図である。 本発明の一実施例によって構成されたリンク品質情報要素(LQIE)の構造を示す概略図である。 LQIEのリンクフィールドの構造を示す概略図である。 本発明の一実施例による無線リンク品質を連続的にモニタリングする方法を描写するフローチャートである。 本発明の一実施例による局所近隣リンク品質(LNLQ)表の概略図である。 本発明の一実施例によるオンデマンド無線リンク品質モニタリングのフローチャートである。
本発明により開示される実施例が、ここの革新的な教示の多くの有利な仕様の例でしかないことに注意することは重要である。一般に、本出願の明細書において作成されたステートメントは、必ずしも様々な請求された本発明のいずれも限定しない。更に、一部のステートメントは、一部の発明フィーチャに適用されることができるが、他のフィーチャに適用されなくてもよい。一般に、他に示されない限り、単数形の要素は、一般性を失うことなく複数であってもよく、逆も同様である。図面において、同様の番号は、複数の図を通して同様の部分を示す。
本発明は、無線ネットワーク内の各装置が、近隣の装置との無線リンクの品質をモニタリングすることを可能にする技術及びデータ構造を提供する。特に、リンク品質情報要素(以下"LQIE")及びリンク品質モニタリングコマンドフレームが規定される。各装置は、この要素をビーコンフレームにおいてピギーバックすることにより、又は別のフレームにおいて前記LQIEを送信することにより前記LQIEを周期的に又は非周期的に放送する。各装置は、前記近隣の装置により送信された全てのリンク品質情報を記録し、局所近隣リンク品質表(以下"LNLQ"表)を構成する。本発明の特定の実施例によると、前記リンク品質表内の情報は、リンク適応、装置選択、及びルート選択/再選択等を容易化するのに使用されることができる。
図2Aは、本発明の一実施例によるLQIE200の構造を示す典型的かつ非限定的な図を示す。LQIE200は、以下のフィールド、すなわち、要素ID210、長さ220、制御230、装置情報ビットマップ240、ある数Nのリンクフィールド(まとめてリンクフィールド250として示される)を含む。長さフィールド220は、フィールド230、240及び250の合計サイズ(すなわちバイト数)を含む。
制御フィールド230は、使用されるべきモニタリング方法のタイプ(すなわち、オンデマンド又は連続)、前記リンクの測定のタイプ(例えば、品質、データレート、パワーレベル等)及び近隣の装置のアドレスが指定される場所(すなわち、リンクフィールド250内又は装置情報ビットマップフィールド240内)を示す1バイトの情報である。制御フィールド230は、モニタリング応答又はモニタリング要求のいずれかであることができるオンデマンドモニタリング方法のタイプをも示す。制御フィールドの典型的かつ非限定的なフォーマットは、表1において与えられる。
Figure 2011529315
一部の実施例において、制御フィールド230及び/又は装置情報ビットマップフィールド240はオプションである。制御フィールド230がLQIE200に含まれない場合、4つの異なる要素ID210が、表1にリストされた4つのタイプの動作を表すのに必要とされる。装置情報ビットマップフィールド240が、K(Kは整数)のビット要素を含む。ビット要素'i'は、装置'i'に対応する。ビット要素iの値が'1'である場合、装置'i'に対応するリンクフィールドが存在し、そうでなければ、装置'i'に対するリンクフィールドは存在しない。リンクフィールド250は、装置情報ビットマップフィールド240内にリストされた要素の順序で含まれる。
リンクフィールド250は、装置が接続する無線リンクの測定の品質を含む。一例として、装置110−1に対して、4つのリンクフィールドが、LQIE200において使用され、無線リンク120−12、120−13、120−14及び120−15の品質測定結果を含む。前記測定結果は、リンク品質情報、データレート及び送信パワーレベルの1以上を含みうる。
リンクフィールド250のフォーマットを示す典型的かつ非限定的な図が図2Bに示される。リンクフィールド250は、測定結果サブフィールド251及び装置アドレスサブフィールド252を含む。測定結果サブフィールド251は、リンク品質指示(LQI)及び符号付き整数値を保持する。オプションとして、サブフィールド251は、測定データレート値及び送信パワーレベル変化値をも含む。前記LQIは、リンク品質推定値(LQE)を示し、負又は正の整数のいずれかであることができる。前記符号付き整数は、例えば、1dB若しくは0.1dB又は他の値であることができる所定のシステムパラメータである。装置アドレスサブフィールド252は、それぞれの無線リンクの近隣装置のアドレスを含む。サブフィールド252は、オプションであり、前記装置のアドレスが装置情報ビットマップフィールド240において示されていない場合にのみリンクフィールド250に含まれる。
本発明の一実施例によると、前記LQIは、前記LQI値が−6dbないし24dbである場合に再使用されることができる。前記LQI値を再使用する非限定的な例が表2に与えられる。
Figure 2011529315
リンク品質モニタリングコマンドフレームは、本発明の典型的な実施例によると、典型的にはヘッダ、ペイロードデータ、及びフレーム確認シーケンスを含む媒体アクセス制御(MAC)フレームである。フレームタイプ(通常はヘッダにおいて示される)は、これがコマンドフレームであることを示す。フレームサブタイプは、前記MACフレームがリンク品質モニタリングコマンドフレームであることを示す。前記MACフレームのペイロードデータは、LQIE200を含む。上述のように、前記オンデマンドモニタリング方法のタイプは、制御フィールド230に示される。制御フィールド230がLQIE200の一部ではない場合、前記MACフレーム又はLQIE200内の予約済みビットは、2つのタイプのモニタリング方法の間で指定するのに使用されることができる。
図3は、本発明の一実施例によって実施される無線リンク品質を連続的にモニタリングする方法を説明する典型的かつ非限定的なフローチャート300を示す。この連続モニタリングプロセスは、典型的には、ビーコン装置により実行される。前記方法は、装置110−Xと装置110−Yとの間の無線リンク120−XYがモニタリングされ、両方の装置がビーコン装置である特定の例を参照して説明される。しかしながら、前記方法は、無線ネットワーク内の如何なる数の近隣装置の無線リンクの連続的なモニタリングを実行するのにも使用されることができる。
S310において、装置110−Yは、装置110−Xにより送信されるビーコンを受信する。この後に、S320において、装置110−Yは、前記2つの装置の間の無線リンク120−XYの品質を測定する。前記測定は、信号対雑音比、データレート及び受信された信号強度インジケータ(RSSI)を含みうるが、これらに限定されない。S330において、測定結果は、図4に概略的に示されるLNLQ表400に保存される。LNLQ表400は、受信装置及び送信装置のアドレスを示す装置アドレスフィールド410及びリンク品質測定フィールド420を含む。前記送信装置(例えば、装置110−X)のアドレスは、"From"サブフィールド412に記録され、前記受信装置(例えば、装置110−Y)のアドレスは、"To"サブフィールド414に保存される。LNLQ表400は、装置110−Yが装置110−Yの近隣装置に対して持つ全ての無線リンクに対するエントリを含むことに注意すべきである。
S340において、装置110−Yは、ビーコンにおいてLQIE200を送信することにより前記LNLQ表に記録された無線リンクの品質を宣伝する。LQIE200は、"From"サブフィールド412にリストされた全ての装置のアドレスを含むように構成され、LQIE200のリンクフィールド250は、それぞれの無線リンクの品質測定結果を含む。
装置(例えば、装置110−Z、Zは1以上の整数)がLQIE200を含むビーコンを受信する場合、装置110−Zは、これに応じてこれ自体のLNLQ表を修正する。特に、前記"To"サブフィールドが、前記ビーコン送信装置(例えば、装置110−Y)のアドレスで更新され、前記"From"サブフィールドは、LQIE200にリストされた装置のアドレスを含むように変更される。本発明の一実施例において、リンク品質測定フィールド420は、前記受信されたLQIE内の最新の情報又は例えば指数平均アルゴリズムを使用して計算される平均値のいずれかを含みうる。
本発明の一実施例によると、装置の全ての受信リンクが変化しない場合、装置は、所定の時間期間に対して前記装置のビーコンにおいてLQIEを送信しなくてもよい。しかしながら、前記装置は、時間期間"Tqupdate"中に少なくとも一回前記リンク品質情報を宣伝することを要求されうる。変数Tqupdateの値は、事前設定され、固定値に設定されるか又はランダム分布を使用して計算されることができる。装置の受信リンクの品質が変化する場合、前記装置は、時間"Tqchange"間隔の間に全ての近隣装置に前記変化したリンク品質情報を宣伝する。変数Tqchangeの値は、事前設定され、固定値に設定されるか又はランダム分布を使用して計算されることができる。変数Tqchange及びTqupdateが、周期的又は非周期的なモニタリングの動作を可能にすると理解されるべきである。
図5は、本発明の一実施例によって実施される無線リンク品質のオンデマンドモニタリングの方法を説明する典型的かつ非限定的なフローチャート500を示す。前記方法は、ビーコン装置又は非ビーコン装置により実行されることができる。装置は、近隣における無線リンクの品質をモニタリングする必要がある場合にオンデマンドプロセスを開始する。各装置は、リンク品質モニタリングコマンドフレーム、データフレーム及び制御フレーム等を含むが、これらに限定されないフレームを受信するとリンクの品質を測定することができる。
前記方法は、S510において開始し、ここで装置110−Xは、LQIEを含むリンク品質モニタリングコマンドを放送する。前記LQIEは、装置110−Xがモニタリングすることを要求される全ての近隣装置を指定する。前記モニタリングコマンドを受信する装置110−Yは、アドレスが前記受信されたLQIEにおいて指定されているかどうか、及び装置110−Yが、有効な品質測定を持つリンクのみが含まれる装置110−Yとその近隣装置との間の無線リンクの品質情報を含むLQIEで応答するかどうかを確認する。無効な値又は利用不可能な測定に対して、それぞれのリンクフィールドは、デフォルト値(例えば、1111 1111)に設定されることができる。
装置110−Yが前記LQIEを送信するタイミングが、前記無線ネットワークにおいて使用されている通信プロトコルのタイプにより決定されることに注意すべきである。特に、コンテンションベースのMACプロトコルにおいて、装置120−Yは、成功したコンテンションの後にチャネルアクセスを得る場合にLQIEフレームを送信する。LQIEフレームの送信前に、装置120−Yは、前記チャネルアクセスに対して競合する場合にアドレスが前記受信されたコマンドフレームにリストされる順序で優先度を割り当てられる。予約ベースのMACプロトコルにおいて、装置110−Yは、アドレスが前記受信されたコマンドフレームにリストされる順序又は前記MACプロトコルが送信するフレームをスケジュールする順序のいずれかで前記LQIEフレームで応答する。前記モニタリング要求コマンドにリストされない装置もLQIEを宣伝することができることに更に注意すべきである。このような場合、前記装置は、前記コマンドにリストされた装置に対して低い優先度で前記LQIEフレームを送信する。
S520において、前記方法は、事前設定された時間期間"Toqupdate"を待機する。変数Toqupdateの値は、固定値又はランダム分布を使用して計算される値に設定されることができる。次いで、S530において、開始する装置110−Xにより、前記モニタリングコマンドにリストされた少なくとも1つの装置がLQIEフレームで応答したかどうかを決定するように確認がなされ、もしそうであれば、S535において、装置110−XのLNLQ表は、前記受信されたLQIEフレームに品質情報を含むように更新され、そうでなければ、実行はS540に続く。
S540において、前記開始する装置がLNQL表に記憶された十分なデータを持つかどうかが確認され、そうであれば、実行は終了し、そうでなければ、実行は、S510に続き、ここで前記方法は、近隣のリンクの完全かつ安定した品質情報を持つように再び繰り返される。前記オンデマンドモニタリング方法が、所定回数だけ繰り返されてもよく、この後に終了してもよいことに注意すべきである。
装置は、受信リンクの一部の品質が変化した場合に、前記リンク品質モニタリング方法を開始することもできる。このために、前記装置は、時間期間"Tqchange"中に近隣の装置に前記変化したリンク品質情報を宣伝する。変数Tqchangeの値は、事前設定され、固定値又はランダム分布を使用して計算される値に設定されることができる。一実施例において、Tqchange変数は、無限大に設定されることができ、結果として、前記LNLQ表は、装置がモニタリングコマンドを送信するまで更新されない。ここに記載された連続的及びオンデマンドモニタリングの教示は、UWBベース無線パーソナルエリアネットワーク(PAN)、WiMediaベース無線ネットワーク、又は時分割多重アクセス(TDMA)又はスーパーフレームベース無線ネットワークを含むが、これらに限定されない通信システムにおいて実施されることができる。
前述の詳細な説明は、本発明が取ることができる多くの形式の幾つかを記載している。前述の詳細な説明が、本発明が取ることができる選択された形式の実例として理解され、本発明の規定に対する限定として理解されないことが意図される。本発明の範囲を規定することを意図されるのは、全ての同等物を含む請求項のみである。
最も好ましくは、本発明の原理は、ハードウェア、ファームウェア及びソフトウェアの如何なる組み合わせとしても実施される。更に、前記ソフトウェアは、好ましくは、プログラム記憶ユニット又はコンピュータ可読媒体上で具体的に実施されるアプリケーションプログラムとして実施される。前記アプリケーションプログラムは、適切なアーキテクチャを有する機械にアップロードされ、前記機械により実行されることができる。好ましくは、前記機械は、1以上の中央処理ユニット("CPU")、メモリ及び入出力インタフェースのようなハードウェアを持つコンピュータプラットフォーム上で実施される。前記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及びマイクロ命令コードをも含むことができる。ここに記載された様々なプロセス及び機能は、このようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているか否かにかかわらず、CPUにより実行されることができる前記マイクロ命令の一部若しくは前記アプリケーションの一部のいずれか、又はこれらの組み合わせであることができる。加えて、追加のデータ記憶ユニット及び印刷ユニットのような様々な他の周辺ユニットが、前記コンピュータプラットフォームに接続されることができる。

Claims (15)

  1. 無線リンク品質の連続モニタリングの方法において、
    ビーコンを送信するビーコン装置と前記ビーコンを受信するビーコン装置との間の無線リンクのリンク品質を測定するステップであって、前記測定が前記受信装置により実行される、前記測定するステップと、
    ビーコンにおいて測定結果を送信することにより前記無線リンクのリンク品質測定結果を宣伝するステップと、
    を有する方法。
  2. 前記リンク品質が、雑音対信号比、データ転送レート及び受信信号強度インジケータの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記受信する装置により保持される表にリンク品質測定結果を保存するステップであって、前記LNLQ表が、少なくとも受信装置及び送信装置のアドレスを指定する装置アドレスフィールドと、前記装置アドレスフィードにおいて指定されたそれぞれの受信装置と送信装置との間の無線リンクのリンク品質測定結果を含むリンク品質フィールドとを含む、前記保存するステップ、
    を有する、請求項2に記載の方法。
  4. 前記リンク品質測定結果を宣伝するステップが、前記受信装置により送信されるビーコンにおいてリンク品質情報要素(LQIE)を送信することを有する、請求項1に記載の方法。
  5. 前記LQIEが、少なくとも要素識別フィールド、長さフィールド、制御フィールド、複数のリンクフィールドを含むデータ構造であり、各リンクフィールドが、受信装置と送信装置との間の無線リンクのリンク品質測定結果を保持する、請求項4に記載の方法。
  6. 前記LQIEを受信する装置のLNLQ表を更新するステップを有する、請求項4に記載の方法。
  7. 無線リンク品質のモニタリングのプロセスをプロセッサに実行させるコンピュータ実行可能コードを記憶したコンピュータ可読媒体において、前記プロセスが、
    ビーコンを送信するビーコン装置と前記ビーコンを受信するビーコン装置との間の無線リンクのリンク品質を測定するステップであって、前記測定が前記受信装置により実行される、前記測定するステップと、
    前記受信装置により保持される局所近隣リンク品質表にリンク品質測定結果を保存するステップと、
    ビーコンにおいて前記測定結果を送信することにより前記無線リンクのリンク品質測定結果を宣伝するステップと、
    を有する、コンピュータ可読媒体。
  8. 無線リンク品質のオンデマンドモニタリングの方法において、
    開始する装置により、少なくともリンク品質情報要素(LQIE)を含むリンク品質モニタリングコマンドを放送するステップと、
    所定量の時間だけ待機するステップと、
    少なくとも1つの装置が前記少なくとも1つの装置のLQIEで前記リンク品質モニタリングコマンドに応答したかどうかを決定するように確認を実行するステップと、
    を有する方法。
  9. 前記開始する装置の局所近隣リンク品質表に各受信されたLQIEにおいて指定されたリンク品質測定結果を保存するステップと、
    いずれの装置もLQIEで応答しなかった場合に他のリンク品質モニタリングコマンドを放送するステップと、
    を有する、請求項8に記載の方法。
  10. 装置が、ビーコン装置又は非ビーコン装置のいずれであってもよい、請求項9に記載の方法。
  11. 前記少なくとも1つの装置が、
    前記少なくとも1つの装置のアドレスが前記リンク品質モニタリングコマンドに含まれる前記LQIEにおいて指定されているかどうかを決定するステップと、
    前記装置と前記装置の近隣の装置との間の無線リンクのリンク品質測定結果を含むLQIEを送信するステップと、
    を実行する、請求項8に記載の方法。
  12. 前記リンク品質モニタリングコマンドが、ヘッダと、ペイロードデータと、フレーム確認シーケンスとを含む媒体アクセス(MAC)フレームであり、前記ヘッダは、前記MACフレームが前記リンク品質モニタリングコマンドであることを示し、前記MACフレームペイロードデータが、前記LQIEを含む、請求項9に記載の方法。
  13. 無線リンク品質のオンデマンドモニタリングのプロセスをプロセッサに実行させるコンピュータ実行可能コードを記憶したコンピュータ可読媒体において、前記プロセスが、
    開始する装置により、少なくともリンク品質情報要素(LQIE)を含むリンク品質モニタリングコマンドを放送するステップと、
    所定量の時間だけ待機するステップと、
    少なくとも1つの装置が前記少なくとも1つの装置のLQIEで前記リンク品質モニタリングコマンドに応答したかどうかを決定するように確認を実行するステップと、
    前記開始する装置の局所近隣リンク品質表に各受信されたLQIEにおいて指定されたリンク品質測定結果を保存するステップと、
    を有する、コンピュータ可読媒体。
  14. 無線ネットワーク上の送信に対してリンク品質情報要素(LQIE)のフレーム構造を形成する装置において、前記LQIEが、
    要素識別フィールドと、
    前記要素識別フィールド及び長さフィールドのサイズを除いて前記LQIEのサイズを指定する前記長さフィールドと、
    少なくともモニタリング方法タイプ、品質測定タイプ、及び近隣装置のアドレスの場所を指定する制御情報を含む制御フィールドと、
    無線リンクのリンク品質測定結果を保持する複数のリンクフィールドと、
    を含む、装置。
  15. 無線ネットワークにおいて送信されるリンク品質モニタリングコマンドの媒体アクセス制御(MAC)フレーム構造を形成する装置において、前記リンク品質モニタリングコマンドが、
    前記MACフレームが前記リンク品質モニタリングコマンドであることを指定するヘッダと、
    少なくともリンク品質情報要素を含むペイロードデータと、
    エラー確認に対するフレーム確認シーケンスと、
    を含む、装置。
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