JP2015536625A - 無線lanシステムにおいて多重帯域スキャニング方法及び装置 - Google Patents

無線lanシステムにおいて多重帯域スキャニング方法及び装置 Download PDF

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Abstract

【課題】無線LANシステムにおいて多重帯域スキャニング方法及び装置を提供する。【解決手段】本発明の一実施例に係る、無線通信システムにおいてステーション(STA)がスキャニングを行う方法は、第1アクセスポイント(AP)に第1フレームを送信するステップと、前記第1APから前記第1フレームに応答する第2フレームを受信するステップとを有し、前記第1フレームは、前記STAによって支援される動作クラスに関する情報及びSSID(Service Set Identifier)情報を含み、前記第2フレームは、フィルタリングの有無を示す情報及び第2APに関する情報を含むことができる。【選択図】図9

Description

以下の説明は、無線通信システムに関し、特に、無線LANシステムにおいて多重帯域スキャニング方法及び装置に関する。
近年、情報通信技術の発展に伴って様々な無線通信技術が開発されている。その中でも無線LAN(WLAN)は、無線周波数技術に基づいて個人携帯用情報端末機(Personal Digital Assistant;PDA)、ラップトップコンピュータ、携帯用マルチメディアプレーヤー(Portable Multimedia Player;PMP)などのような携帯用端末機を用いて家庭、企業又は特定サービス提供地域において無線でインターネットにアクセスできるようにする技術である。
無線LANで脆弱点とされてきた通信速度の限界を克服するために、最近の技術標準では、ネットワークの速度と信頼性を増大させるとともに無線ネットワークの運営距離を拡張したシステムを導入している。例えば、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11nでは、データ処理速度が最大540Mbps以上である高処理率(High Throughput;HT)を支援し、送信エラーを最小化し、データ速度を最適化するために送信端及び受信端の両方に多重アンテナを使用するMIMO(Multiple Inputs and Multiple Outputs)技術の適用を導入している。
本発明では、無線LANシステムにおいて多重帯域を支援する装置がスキャニングを正確に且つ效率的に行うようにする方法及び装置を提供することを技術的課題とする。
本発明で遂げようとする技術的課題は以上に言及した技術的課題に制限されず、言及していない他の技術的課題は、以下の記載から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者には明確に理解されるであろう。
上記の技術的課題を解決するために、本発明の一実施例に係る、無線通信システムにおいてステーション(STA)がスキャニングを行う方法は、第1アクセスポイント(AP)に第1フレームを送信するステップと、前記第1APから前記第1フレームに応答する第2フレームを受信するステップとを有し、前記第1フレームは、前記STAによって支援される動作クラスに関する情報及びSSID(Service Set Identifier)情報を含み、前記第2フレームは、フィルタリングの有無を示す情報及び第2APに関する情報を含むことができる。
上記の技術的課題を解決するために、本発明の他の実施例に係る無線通信システムにおいてアクセスポイント(AP)がステーション(STA)のスキャニングを支援する方法は、前記STAから第1フレームを受信するステップと、前記第1フレームに応答して前記STAに第2フレームを送信するステップとを有し、前記第1フレームは、前記STAによって支援される動作クラスに関する情報及びSSID(Service Set Identifier)情報を含み、前記第2フレームは、フィルタリングの有無を示す情報及び他のAPに関する情報を含むことができる。
上記の技術的課題を解決するために、本発明の更に他の実施例に係る、無線通信システムにおいてスキャニングを行うステーション(STA)装置は、送受信器と、プロセッサとを備え、前記プロセッサは、第1アクセスポイント(AP)に第1フレームを前記送受信器を用いて送信し;前記第1APから、前記第1フレームに応答する第2フレームを、前記送受信器を用いて受信するように設定され、前記第1フレームは、前記STAによって支援される動作クラスに関する情報及びSSID(Service Set Identifier)情報を含み、前記第2フレームは、フィルタリングの有無を示す情報及び第2APに関する情報を含むことができる。
上記の技術的課題を解決するために、本発明の更に他の実施例に係る、無線通信システムにおいてスキャニングを行うアクセスポイント(AP)装置は、送受信器と、プロセッサとを備え、前記プロセッサは、前記STAから第1フレームを前記送受信器を用いて受信し;前記第1フレームに応答して前記STAに第2フレームを送信するように設定され、前記第1フレームは、前記STAによって支援される動作クラスに関する情報及びSSID(Service Set Identifier)情報を含み、前記第2フレームは、フィルタリングの有無を示す情報及び他のAPに関する情報を含むことができる。
上記の本発明に係る実施例において以下の事項を共通に適用することができる。
前記フィルタリングの有無を示す情報が第1値を示す場合、前記第2フレームは、前記第1フレームに含まれた前記SSID情報に一致するSSIDを有する前記第2APに関する情報を含むことができる。
前記第2フレームは、前記STAによって支援される動作クラス情報に一致する動作クラスを有する前記第2APに関する情報を含むことができる。
前記第2フレームは、前記第2APの動作クラスフィールド及びチャネル番号フィールドを含むことができる。
前記第2フレームは、TBTT(Target Beacon Transmission Time)オフセット情報をさらに含むことができる。
前記TBTTオフセットは、前記第1APの直前TBTTと前記第2APの次のTBTT間の時間差を示す値を有することができる。
前記第2フレームによって取得された情報を用いて前記第2APの発見(discovery)のための受動的スキャニングが行われてもよい。
前記第1フレームは、アクセスネットワークタイプ情報をさらに含み、前記第2フレームは、前記第1フレームに含まれた前記アクセスネットワークタイプ情報に一致するアクセスネットワークタイプを有する前記第2APに関する情報を含むことができる。
前記第2フレームは、一つ以上の前記第2APに関する情報を含むことができる。
前記第2APは、前記第1APの隣(neighbor)APであってもよい。
前記第1フレーム及び前記第2フレームは、第1帯域上で送信及び受信され、前記第2APは、第2帯域上で動作するAPであってもよい。
前記第1フレームはプローブ要請フレームであり、前記第2フレームはプローブ応答フレームであってもよい。
本発明について前述した一般的な説明と後述する詳細な説明は、例示的なものであり、請求項に記載の発明に関する更なる説明のためのものである。
本発明によれば、無線LANシステムにおいて多重帯域を支援する装置がスキャニングを正確且つ效率的に行うようにする方法及び装置を提供することができる。
本発明で得られる効果は以上に言及した効果に制限されず、言及していない他の効果は、以下の記載から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に明らかになるであろう。
本明細書に添付する図面は、本発明に関する理解を提供するためのもので、本発明の様々な実施の形態を示し、明細書の記載と共に本発明の原理を説明するためのものである。
図1は、本発明を適用できるIEEE 802.11システムの例示的な構造を示す図である。 図2は、本発明を適用できるIEEE 802.11システムの他の例示的な構造を示す図である。 図3は、本発明を適用できるIEEE 802.11システムの更に他の例示的な構造を示す図である。 図4は、無線LANシステムの例示的な構造を示す図である。 図5は、無線LANシステムにおけるリンクセットアップ過程を説明するための図である。 図6は、バックオフ過程を説明するための図である。 図7は、隠されたノード及び露出されたノードを説明するための図である。 図8は、RTSとCTSを説明するための図である。 図9は、本発明に係る多重帯域スキャニング方法を説明するための図である。 図10は、支援される動作クラス情報要素の例示的なフォーマットを示す図である。 図11は、多重帯域チャネル情報要素の例示的なフォーマットを示す図である。 図12は、多重帯域チャネル情報要素の他の例示を示す図である。 図13は、多重帯域チャネル情報要素の更に他の例示を示す図である。 図14は、本発明の一実施例に係る無線装置の構成を示すブロック図である。
以下、本発明に係る好適な実施の形態を添付の図面を参照して詳しく説明する。添付の図面と共に以下に開示される詳細な説明は、本発明の例示的な実施の形態を説明するためのもので、本発明の唯一の実施の形態を示すためのものではない。以下の詳細な説明は本発明の完全な理解を提供するために具体的な細部事項を含む。しかし、このような具体的な細部事項無しで本発明が実施されてもよいことが当業者には理解される。
以下の実施例は、本発明の構成要素と特徴を所定の形態で結合したものである。各構成要素又は特徴は、特別の言及がない限り、選択的なものと考慮することができる。各構成要素又は特徴は、他の構成要素や特徴と結合していない形態で実施されてもよく、一部の構成要素及び/又は特徴を結合して本発明の実施例を構成してもよい。本発明の実施例で説明される動作の順序は変更されてもよい。ある実施例の一部の構成や特徴は、他の実施例に含まれてもよく、他の実施例の対応する構成又は特徴に取り替えられてもよい。
以下の説明で使われる特定用語は、本発明の理解を助けるために提供されるものであり、このような特定用語の使用は、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で他の形態に変更してもよい。
場合によって、本発明の概念が曖昧になることを避けるために、公知の構造及び装置を省略したり、各構造及び装置の核心機能を中心にしたブロック図の形式で図示することもできる。また、本明細書全体を通じて同一の構成要素には同一の図面符号を付して説明する。
本発明の実施例は、無線アクセスシステムであるIEEE 802システム、3GPPシステム、3GPP LTE及びLTE−A(LTE−Advanced)システム、並びに3GPP2システムの少なくとも一つに開示された標準文書によって裏付けることができる。すなわち、本発明の実施例において、本発明の技術的思想を明確にするために説明を省いた段階又は部分は、上記の文書によって裏付けることができる。また、本文書で開示している用語はいずれも上記の標準文書によって説明することができる。
以下の技術は、CDMA(Code Division Multiple Access)、FDMA(Frequency Division Multiple Access)、TDMA(Time Division Multiple Access)、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)、SC−FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access)などのような様々な無線アクセスシステムに用いることができる。CDMAは、UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)やCDMA2000のような無線技術(radio technology)によって具現することができる。TDMAは、GSM(登録商標)(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM(登録商標) Evolution)のような無線技術によって具現することができる。OFDMAは、IEEE 802.11(Wi−Fi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802−20、E−UTRA(Evolved UTRA)などのような無線技術によって具現することができる。明確性のために、以下では3GPP LTE及び3GPP LTE−Aシステムを中心に説明するが、本発明の技術的思想がこれに制限されるものではない。
(WLANシステムの構造)
図1は、本発明を適用できるIEEE 802.11システムの例示的な構造を示す図である。
IEEE 802.11構造は複数個の構成要素を含むことができ、それら構成要素の相互作用によって上位層に対してトランスペアレントなSTA移動性を支援するWLANを提供することができる。基本サービスセット(Basic Service Set;BSS)はIEEE 802.11 LANにおける基本的な構成ブロックに該当し得る。図1では、2個のBSS(BSS1及びBSS2)が存在し、それぞれのBSSのメンバーとして2個のSTAが含まれる(STA1及びSTA2はBSS1に含まれ、STA3及びSTA4はBSS2に含まれる)ことを例示的に示している。図1で、BSSを表す楕円は、当該BSSに含まれたSTAが通信を維持するカバレッジ領域を表すものと理解してもよい。この領域をBSA(Basic Service Area)と称することができる。STAがBSAの外へ移動すると、当該BSA内の他のSTAと直接通信できなくなる。
IEEE 802.11 LANにおいて最も基本的なタイプのBSSは、独立したBSS(Independent BSS;IBSS)である。例えば、IBSSは、2個のSTAだけで構成された最小の形態を有することができる。また、最も単純な形態であるとともに他の構成要素が省略されている図1のBSS(BSS1又はBSS2)がIBSSの代表的な例示に該当する。このような構成は、STA同士が直接通信できる場合に可能である。また、このような形態のLANは、あらかじめ計画して構成されるものではなく、必要な場合に構成され、これをアド−ホック(ad−hoc)ネットワークと呼ぶこともできる。
STAがついたり消えたりすること、STAがBSS領域に/から入ったり出たりすることなどによって、BSSにおいてSTAのメンバーシップが動的に変更してもよい。BSSのメンバーになるためには、STAは同期化過程によってBSSにジョインすることができる。BSSベース構造の全サービスにアクセスするためには、STAがBSSに連携されなければならない。このような連携(association)は、動的に設定され、分配システムサービス(Distribution System Service;DSS)の利用を含むことができる。
図2は、本発明を適用できるIEEE 802.11システムの他の例示的な構造を示す図である。図2は、図1の構造において、分配システム(Distribution System;DS)、分配システム媒体(Distribution System Medium;DSM)、アクセスポイント(Access Point;AP)などの構成要素が追加された形態である。
LANにおいて直接的なステーション−対−ステーションの距離はPHYの性能によって制限されることがある。このような距離の限界が充分な場合もあれば、より遠い距離のステーション間の通信が必要な場合もある。拡張されたカバレッジを支援するために分配システム(DS)を構成することができる。
DSは、BSS同士が相互接続される構造を意味する。具体的に、BSSは、図1のように独立して存在してもよいが、複数個のBSSで構成されたネットワークの拡張された形態の構成要素として存在してもよい。
DSは論理的な概念であり、分配システム媒体(DSM)の特性によって特定することができる。これと関連して、IEEE 802.11標準では無線媒体(Wireless Medium;WM)と分配システム媒体(DSM)とを論理的に区別している。それぞれの論理的媒体は互いに異なる目的のために使用され、互いに異なる構成要素によって使用される。IEEE 802.11標準の定義では、このような媒体を互いに同一なものとも、互いに異なるものとも制限しない。このように複数個の媒体が論理的に互いに異なるという点で、IEEE 802.11 LAN構造(DS構造又は他のネットワーク構造)の柔軟性を説明することができる。すなわち、IEEE 802.11 LAN構造は様々に具現することができ、それぞれの具現例の物理的な特性によって独立して当該LAN構造を特定することができる。
DSは、複数個のBSSのシームレス(seamless)な統合を提供し、あて先へのアドレスを扱う上で必要な論理的サービスを提供することによって移動機器を支援することができる。
APとは、連携されているSTAに対してWMを介してDSへのアクセスを可能にし、且つSTA機能性を有する個体を意味する。APを介してBSS及びDS間のデータ移動を行うことができる。例えば、図2に示すSTA2及びSTA3は、STAの機能性を有するとともに、連携されているSTA(STA1及びSTA4)をDSにアクセスさせる機能を持つ。また、いかなるAPも基本的にSTAに該当するため、APはいずれもアドレス可能な個体である。WM上での通信のためにAPによって用いられるアドレスとDSM上での通信のためにAPによって用いられるアドレスは必ずしも同一である必要はない。
APに連携されているSTAのいずれか一つから当該APのSTAアドレスに送信されるデータは、常に非制御ポート(uncontrolled port)に受信され、IEEE 802.1Xポートアクセス個体で処理することができる。また、制御ポート(controlled port)が認証されると、送信データ(又は、フレーム)はDSに伝達されてもよい。
図3は、本発明を適用できるIEEE 802.11システムのさらに他の例示的な構造を示す図である。図3では、図2の構造にさらに広いカバレッジを提供するための拡張されたサービスセット(Extended Service Set;ESS)を概念的に示す。
任意の(arbitrary)大きさ及び複雑度を有する無線ネットワークをDS及びBSSで構成することができる。IEEE 802.11システムではこのような方式のネットワークをESSネットワークと称する。ESSは、一つのDSに接続されたBSSの集合といえる。しかし、ESSはDSを含まない。ESSネットワークはLLC(Logical Link Control)層でIBSSネットワークとして見える点が特徴である。ESSに含まれるSTAは互いに通信することができ、移動STAはLLCにトランスペアレントに一つのBSSから他のBSSに(同一ESS内で)移動することができる。
IEEE 802.11では、図3におけるBSSの相対的な物理的位置について何ら仮定しておらず、次のようないずれの形態も可能である。BSSは部分的に重なってもよく、これは、連続したカバレッジを提供するために一般に利用される形態である。また、BSSは物理的に接続していなくてもよく、論理的にはBSS同士間の距離に制限はない。また、BSS同士は物理的に同一位置に位置してもよく、これはリダンダンシーを提供するために用いることができる。また、一つ(又は、一つ以上の)IBSS又はESSネットワークが一つ(又は一つ以上の)ESSネットワークとして同一空間に物理的に存在してもよい。これは、ESSネットワークが存在する位置にアド−ホックネットワークが動作する場合、互いに異なる機関(organizations)によって物理的に重なるIEEE 802.11ネットワークが構成される場合、又は、同一位置で2つ以上の互いに異なるアクセス及び保安政策が必要な場合などにおける、ESSネットワーク形態であるといえる。
図4は、無線LANシステムの例示的な構造を示す図である。図4では、DSを含む基盤構造BSSの一例を示している。
図4の例示で、BSS1及びBSS2がESSを構成する。無線LANシステムにおいてSTAはIEEE 802.11のMAC/PHY規定に従って動作する機器である。STAはAP STA及び非−AP(non−AP)STAを含む。Non−AP STAは、ラップトップコンピュータ、移動電話機のように、一般にユーザが直接扱う機器に該当する。図4の例示で、STA1、STA3、STA4はnon−AP STAに該当し、STA2及びSTA5はAP STAに該当する。
以下の説明で、non−AP STAは、端末(terminal)、無線送受信ユニット(Wireless Transmit/Receive Unit;WTRU)、ユーザ装置(User Equipment;UE)、移動局(Mobile Station;MS)、移動端末(Mobile Terminal)、移動加入者局(Mobile Subscriber Station;MSS)などと呼ぶことができる。また、APは、他の無線通信分野における基地局(Base Station;BS)、ノード−B(Node−B)、発展したノード−B(evolved Node−B;eNB)、基底送受信システム(Base Transceiver System;BTS)、フェムト基地局(Femto BS)などに対応する概念である。
(リンクセットアップ過程)
図5は、一般のリンクセットアップ(link setup)過程を説明するための図である。
STAがネットワークに対してリンクをセットアップし、データを送受信するためには、まず、ネットワークを発見(discovery)し、認証(authentication)を行い、連携(association)を確立(establish)し、保安(security)のための認証手順などを行わなければならない。リンクセットアップ過程をセッション開始過程、セッションセットアップ過程と呼ぶこともできる。また、リンクセットアップ過程における発見、認証、連携、保安設定の過程を総称して連携過程と呼ぶこともできる。
図5を参照して例示的なリンクセットアップ過程について説明する。
段階S510で、STAはネットワーク発見動作を行うことができる。ネットワーク発見動作はSTAのスキャニング(scanning)動作を含むことができる。すなわち、STAがネットワークにアクセスするためには、参加可能なネットワークを見つけなければならない。STAは無線ネットワークに参加する前に互換可能なネットワークを識別しなければならないが、特定領域に存在するネットワーク識別過程をスキャニングという。
スキャニング方式には、能動的スキャニング(active scanning)と受動的スキャニング(passive scanning)がある。
図5では例示として能動的スキャニング過程を含むネットワーク発見動作を示す。能動的スキャニングにおいて、スキャニングを行うSTAはチャネルを移りながら周辺にどのAPが存在するかを探索するためにプローブ要請フレーム(probe request frame)を送信し、それに対する応答を待つ。応答者(responder)は、プローブ要請フレームを送信したSTAに、プローブ要請フレームに対する応答としてプローブ応答フレーム(probe response frame)を送信する。ここで、応答者は、スキャニングされているチャネルのBSSで最後にビーコンフレーム(beacon frame)を送信したSTAであってもよい。BSSでは、APがビーコンフレームを送信することから、APが応答者となり、IBSSでは、IBSS内のSTAが交互にビーコンフレームを送信することから、応答者が一定でない。例えば、1番チャネルでプローブ要請フレームを送信し、1番チャネルでプローブ応答フレームを受信したSTAは、受信したプローブ応答フレームに含まれたBSS関連情報を保存し、次のチャネル(例えば、2番チャネル)に移動して(又は、スイッチングして)同一の方法でスキャニング(すなわち、2番チャネル上でプローブ要請/応答の送受信)を行うことができる。
図5には示していないが、スキャニング動作は受動的スキャニング方式で行われてもよい。受動的スキャニングにおいて、スキャニングを行うSTAはチャネルを移りながらビーコンフレームを待つ。ビーコンフレームは、IEEE 802.11において管理フレーム(management frame)の一つであり、無線ネットワークの存在を知らせ、スキャニングを行うSTAが無線ネットワークを見つけて無線ネットワークに参加できるように、周期的に送信される。BSSでAPがビーコンフレームを周期的に送信する役割を担い、IBSSではIBSS内のSTAが交互にビーコンフレームを送信する。スキャニングを行うSTAは、ビーコンフレームを受信すると、ビーコンフレームに含まれたBSSに関する情報を保存し、他のチャネルに移動しながら(又は、スイッチングしながら)各チャネルでビーコンフレーム情報を記録する。ビーコンフレームを受信したSTAは、受信したビーコンフレームに含まれたBSS関連情報を保存し、次のチャネルに移動して(又は、スイッチングして)同一の方法で次のチャネルでスキャニングを行うことができる。
能動的スキャニングと受動的スキャニングとを比較すれば、能動的スキャニングが受動的スキャニングに比べてディレー(delay)及び電力消耗が小さいという利点がある。
STAがネットワークを発見した後に、段階S520で認証過程を行うことができる。このような認証過程は、後述する段階S540の保安セットアップ動作と明確に区別するために、第1の認証(first authentication)過程と呼ぶことができる。
認証過程は、STAが認証要請フレーム(authentication request frame)をAPに送信し、これに応答してAPが認証応答フレーム(authentication response frame)をSTAに送信する過程を含む。認証要請/応答に用いられる認証フレーム(authentication frame)は管理フレームに該当する。
認証フレームは、認証アルゴリズム番号(authentication algorithm number)、認証トランザクションシーケンス番号(authentication transaction sequence number)、状態コード(status code)、検問テキスト(challenge text)、RSN(Robust Security Network)、有限循環グループ(Finite Cyclic Group)などに関する情報を含むことができる。これは、認証要請/応答フレームに含み得る情報の一例示に過ぎず、他の情報に取り替えたり、追加の情報をさらに含めたりしてもよい。
STAは、認証要請フレームをAPに送信することができる。APは、受信された認証要請フレームに含まれた情報に基づいて、当該STAに対する認証を許容するか否かを決定することができる。APは認証処理の結果を認証応答フレームを用いてSTAに提供することができる。
STAが成功的に認証された後に、段階S530で連携過程を行うことができる。連携過程は、STAが連携要請フレーム(association request frame)をAPに送信し、それに応答してAPが連携応答フレーム(association response frame)をSTAに送信する過程を含む。
例えば、連携要請フレームは、様々な能力(capability)に関する情報、ビーコン聴取間隔(listen interval)、SSID(service set identifier)、支援レート(supported rates)、支援チャネル(supported channels)、RSN、移動性ドメイン、支援オペレーティングクラス(supported operating classes)、TIM放送要請(Traffic Indication Map Broadcast request)、相互動作(interworking)サービス能力などに関する情報を含むことができる。
例えば、連携応答フレームは、様々な能力に関する情報、状態コード、AID(Association ID)、支援レート、EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)パラメータセット、RCPI(Received Channel Power Indicator)、RSNI(Received Signal to Noise Indicator)、移動性ドメイン、タイムアウト間隔(連携カムバック時間(association comeback time))、重畳(overlapping)BSSスキャンパラメータ、TIM放送応答、QoSマップなどの情報を含むことができる。
これは、連携要請/応答フレームに含み得る情報の一例に過ぎず、他の情報に取り替えたり、追加の情報をさらに含めたりしてもよい。
STAがネットワークに成功的に連携された後に、段階S540で保安セットアップ過程を行うことができる。段階S540の保安セットアップ過程は、RSNA(Robust Security Network Association)要請/応答を用いた認証過程ということもでき、上記の段階S520の認証過程を第1の認証(first authentication)過程とし、段階S540の保安セットアップ過程を単純に認証過程と呼ぶこともできる。
段階S540の保安セットアップ過程は、例えば、EAPOL(Extensible Authentication Protocol over LAN)フレームを用いた4−ウェイ(way)ハンドシェーキングによってプライベートキーセットアップ(private key setup)をする過程を含むことができる。また、保安セットアップ過程は、IEEE 802.11標準で定義していない保安方式によって行うこともできる。
(WLANの進化)
無線LANにおいて通信速度の限界を克服するために比較的最近に制定された技術標準としてIEEE 802.11nがある。IEEE 802.11nは、ネットワークの速度と信頼性を増大させ、且つ無線ネットワークの運営距離を拡張することに目的がある。より具体的に、IEEE 802.11nは、データ処理速度が最大540Mbps以上である高処理率(High Throughput;HT)を支援するとともに、送信エラーを最小化し、データ速度を最適化するために送信端と受信端の両方とも多重アンテナを使用するMIMO(Multiple Inputs and Multiple Outputs)技術に基づいている。
無線LANの普及が活性化し、さらにそれを用いたアプリケーションが多様化するに伴って、最近ではIEEE 802.11nが支援するデータ処理速度よりも高い処理率を支援するための新しい無線LANシステムの必要性が台頭している。超高処理率(Very High Throughput;VHT)を支援する次世代無線LANシステムは、IEEE 802.11n無線LANシステムの次のバージョン(例えば、IEEE 802.11ac)であり、MACサービスアクセスポイント(Service Access Point;SAP)で1Gbps以上のデータ処理速度を支援するために近年新しく提案されたIEEE 802.11無線LANシステムの一つである。
次世代無線LANシステムは、無線チャネルを效率的に利用するために複数のSTAが同時にチャネルにアクセスするMU−MIMO(Multi User Multiple Input Multiple Output)方式の送信を支援する。MU−MIMO送信方式によれば、APが、MIMOペアリング(pairing)された一つ以上のSTAに同時にパケットを送信することができる。
また、ホワイトスペース(white space)で無線LANシステム動作を支援することが議論されている。例えば、アナログTVのデジタル化による遊休状態の周波数帯域(例えば、54〜698MHz帯域)のようなTVホワイトスペース(TVWS)での無線LANシステムの導入は、IEEE 802.11af標準として議論されている。しかし、これは例示に過ぎず、ホワイトスペースは、許可されたユーザ(licensed user)が優先して使用できる許可された帯域といえる。許可されたユーザは、許可された帯域の使用が許可されたユーザのことを意味し、許可された装置(licensed device)、プライマリユーザ(primary user)、優先的ユーザ(incumbent user)などと呼ぶこともできる。
例えば、WSで動作するAP及び/又はSTAは、許可されたユーザに対する保護(protection)機能を提供しなければならない。例えば、WS帯域で特定帯域幅を有するように規約(regulation)で分割されている周波数帯域である特定WSチャネルを、マイクロホン(microphone)のような許可されたユーザが既に使用している場合、許可されたユーザを保護するために、AP及び/又はSTAは、当該WSチャネルに該当する周波数帯域を使用することができない。また、AP及び/又はSTAは、現在フレーム送信及び/又は受信のために使用している周波数帯域を許可されたユーザが使用するようになると、当該周波数帯域の使用を中止しなければならない。
このため、AP及び/又はSTAは、WS帯域中の特定周波数帯域の使用が可能か否か、すなわち、当該周波数帯域に許可されたユーザが存在するか否かを把握する手順を先行しなければならない。許可されたユーザが特定周波数帯域に存在するか否かを把握することをスペクトルセンシング(spectrum sensing)という。スペクトルセンシングメカニズムとして、エネルギー探知(energy detection)方式、信号探知(signature detection)方式などが活用される。受信信号の強度が一定値以上であれば、許可されたユーザが使用中であると判断したり、DTVプリアンブル(preamble)が検出されると、許可されたユーザが使用中であると判断することができる。
また、次世代通信技術としてM2M(Machine−to−Machine)通信技術が議論されている。IEEE 802.11無線LANシステムでもM2M通信を支援するための技術標準がIEEE 802.11ahとして開発されている。M2M通信は、一つ以上のマシン(Machine)が含まれる通信方式を意味し、MTC(Machine Type Communication)又は事物通信とも呼ばれる。ここで、マシンとは、人間の直接的な操作や介入を必要としない個体(entity)を意味する。例えば、無線通信モジュール搭載の検針機(meter)や自動販売機のような装置を含め、ユーザの操作/介入無しで自動でネットワークに接続して通信を行うことができるスマートフォンのようなユーザ機器もマシンの一例である。M2M通信は、デバイス間の通信(例えば、D2D(Device−to−Device)通信)、デバイスとサーバー(application server)間の通信などを含むことができる。デバイスとサーバー間の通信の例示としては、自動販売機とサーバー、POS(Point of Sale)装置とサーバー、電気、ガス又は水道検針機とサーバー間の通信が挙げられる。その他にも、M2M通信ベースのアプリケーション(application)には、保安(security)、運送(transportation)、ヘルスケア(health care)などがある。このような適用例の特性を考慮すると、一般に、M2M通信は、数多くの機器が存在する環境でたまに少量のデータを低速で送受信することを支援しなければならない。
具体的に、M2M通信は多数のSTAを支援可能でなければならない。既存に定義されている無線LANシステムでは、一つのAPに最大2007個のSTAが連携される場合を仮定するが、M2M通信ではそれよりも多い個数(約6000個)のSTAが一つのAPに連携される場合を支援する方案が議論されている。また、M2M通信では低い送信速度を支援/要求するアプリケーションが多いと予想される。これを円滑に支援するために、例えば、無線LANシステムでは、TIM(Traffic Indication Map)要素から、STAが自身に送信されるデータの有無を認知することができるが、TIMのビットマップサイズを減らす方案が議論されている。また、M2M通信では送信/受信間隔が非常に長いトラフィックが多いと予想される。例えば、電気/ガス/水道の使用量の場合には、長い周期で(例えば、1ケ月ごとに)非常に少量のデータをやり取りすることが要求される。また、M2M通信は、下りリンク(すなわち、APから非−AP STAへのリンク)で提供された命令に応じてSTAの動作が行われ、その結果データが上りリンク(すなわち、非−AP STAからAPへのリンク)で報告される構造を有しているため、M2M通信では、主要データが送信される上りリンクにおける改善された通信方式が主に扱われる。また、M2M STAは主にバッテリーで動作し、ユーザが頻繁に充電し難い場合が多いため、バッテリー消耗を最小化することによって長寿命を保障することが要求される。また、M2M STAは、特定状況でユーザが直接操作し難いと予想されるため、自ら復旧する機能を有することが要求される。このため、無線LANシステムでは、一つのAPに連携し得るSTAの個数は非常に多くなっても、1ビーコン周期の間にAPからのデータフレームを受信するSTAの個数が非常に少ない場合を效率的に支援し、STAの消耗電力を減少させる方案が議論されている。
このように無線LAN技術は急速に進化しつつあり、前述の例示に加えて、直接リンクセットアップ、メディアストリーミング性能の改善、高速及び/又は大規模の初期セッションセットアップの支援、拡張された帯域幅及び動作周波数の支援などのための技術が開発されている。
(媒体アクセスメカニズム)
IEEE 802.11に基づく無線LANシステムにおいて、MAC(Medium Access Control)の基本アクセスメカニズムは、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)メカニズムである。CSMA/CAメカニズムは、IEEE 802.11 MACの分配調整機能(Distributed Coordination Function、DCF)とも呼ばれるが、基本的に「listen before talk」アクセスメカニズムを採用している。このような類型のアクセスメカニズムによれば、AP及び/又はSTAは送信を開始するに先立ち、所定の時間区間(例えば、DIFS(DCF Inter−Frame Space)の間に無線チャネル又は媒体(medium)をセンシング(sensing)するCCA(Clear Channel Assessment)を行うことができる。センシングの結果、媒体が遊休状態(idle status)と判断されると、当該媒体を介してフレーム送信を始める。一方、媒体が占有状態(occupied status)と感知されると、当該AP及び/又はSTAは自分の送信を開始せず、媒体アクセスのための遅延期間(例えば、任意バックオフ周期(random backoff period))を設定して待った後、フレーム送信を試みることができる。任意バックオフ周期の適用によって、複数のSTAはそれぞれ異なった時間待った後にフレーム送信を試みると期待され、よって、衝突(collision)を最小化することができる。
また、IEEE 802.11 MACプロトコルはHCF(Hybrid Coordination Function)を提供する。HCFはDCFとPCF(Point Coordination Function)に基づく。PCFは、ポーリング(polling)ベースの同期式アクセス方式で、全ての受信AP及び/又はSTAがデータフレームを受信できるように周期的にポーリングする方式のことをいう。また、HCFは、EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)とHCCA(HCF Controlled Channel Access)を有する。EDCAは、提供者が複数のユーザにデータフレームを提供するためのアクセス方式を競合ベースとするものであり、HCCAは、ポーリングメカニズムを用いた非競合ベースのチャネルアクセス方式を用いるものである。また、HCFは、WLANのQoS(Quality of Service)を向上させるための媒体アクセスメカニズムを含み、競合周期(Contention Period;CP)、非競合周期(Contention Free Period;CFP)のいずれにおいてもQoSデータを送信することができる。
図6は、バックオフ過程を説明するための図である。
図6を参照して任意バックオフ周期に基づく動作について説明する。占有(occupy又はbusy)状態だった媒体が遊休(idle)状態に変更されると、複数のSTAはデータ(又はフレーム)送信を試みることができる。この時、衝突を最小化するための方案として、STAはそれぞれ任意バックオフカウントを選択し、それに該当するバックオフスロット時間だけ待機した後、送信を試みることができる。任意バックオフカウントは、擬似−任意整数(pseudo−random integer)値を有し、0乃至CW範囲の値のいずれか一つとして決定することができる。ここで、CWは、競合ウィンドウ(Contention Window)パラメータ値である。CWパラメータは初期値としてCWminが与えられるが、送信失敗の場合(例えば、送信されたフレームに対するACKを受信できなかった場合)に2倍の値を取ることができる。CWパラメータ値がCWmaxになると、データ送信に成功するまでCWmax値を維持しながらデータ送信を試みることができ、データ送信に成功するとCWmin値にリセットされる。CW、CWmin及びCWmax値は2−1(n=0,1,2,…)に設定することが好ましい。
任意バックオフ過程が始まると、STAは、決定されたバックオフカウント値によってバックオフスロットをカウントダウンする間に媒体をモニタし続ける。媒体が占有状態とモニタされるとカウントダウンを止めて待機し、媒体が遊休状態になると残りのカウントダウンを再開する。
図6の例示で、STA3のMACに、送信するパケットが到達した場合、STA3は、DIFSだけ媒体が遊休状態であることを確認し、直ちにフレームを送信することができる。一方、残りのSTAは、媒体が占有(busy)状態であることをモニタして待機する。その間にSTA1、STA2及びSTA5のそれぞれでも送信するデータが発生することがあり、それぞれのSTAは、媒体が遊休状態とモニタされると、DIFSだけ待機した後に、それぞれ選択した任意バックオフカウント値によってバックオフスロットのカウントダウンを行うことができる。図6の例示では、STA2が最も小さいバックオフカウント値を選択し、STA1が最も大きいバックオフカウント値を選択した場合を示す。すなわち、STA2がバックオフカウントを終えてフレーム送信を始める時点でSTA5の残余バックオフ時間はSTA1の残余バックオフ時間よりも短い場合を例示する。STA1及びSTA5は、STA2が媒体を占有する間に暫くカウントダウンを止めて待機する。STA2の占有が終了して媒体が再び遊休状態になると、STA1及びSTA5はDIFSだけ待機した後に、中止したバックオフカウントを再開する。すなわち、残余バックオフ時間分の残ったバックオフスロットをカウントダウンした後、フレーム送信を始めることができる。STA5の残余バックオフ時間がSTA1よりも短いため、STA5がフレーム送信を始めるようになる。一方、STA2が媒体を占有する間にSTA4でも送信するデータが発生することがある。このとき、STA4の立場では、媒体が遊休状態になるとDIFSだけ待機した後、自身が選択した任意バックオフカウント値によるカウントダウンを行ってフレーム送信を始めることができる。図6の例示では、STA5の残余バックオフ時間がSTA4の任意バックオフカウント値と偶然に一致する場合を示し、この場合、STA4とSTA5間に衝突が発生することがある。衝突が発生する場合はSTA4、STA5両方ともACKを受けることができず、データ送信に失敗することになる。この場合、STA4とSTA5はCW値を2倍に増やした後に任意バックオフカウント値を選択してカウントダウンを行うことができる。一方、STA1は、STA4とSTA5の送信によって媒体が占有状態である間に待機しているが、媒体が遊休状態になると、DIFSだけ待機した後、残余バックオフ時間が経過するとフレーム送信を開始することができる。
(STAのセンシング動作)
前述したように、CSMA/CAメカニズムは、AP及び/又はSTAが媒体を直接センシングする物理的キャリアセンシング(physical carrier sensing)の他、仮想キャリアセンシング(virtual carrier sensing)も含む。仮想キャリアセンシングは、隠されたノード問題(hidden node problem)などのように媒体アクセスで発生し得る問題を補完するために用いられる。仮想キャリアセンシングのために、無線LANシステムのMACはネットワーク割当てベクトル(Network Allocation Vector;NAV)を用いることができる。NAVは、現在媒体を利用していたり又は利用する権限のあるAP及び/又はSTAが、媒体を使用できる状態になるまで残っている時間を、他のAP及び/又はSTAに知らせる(indicate)値である。したがって、NAVに設定された値は、当該フレームを送信するAP及び/又はSTAによって媒体の利用が予定されている期間に該当し、NAV値を受信するSTAは、当該期間において媒体アクセス(又は、チャネルアクセス)が禁止(prohibit)又は延期(defer)される。NAVは、例えば、フレームのMACヘッダー(header)の”duration”フィールドの値によって設定することができる。
また、衝突可能性を低減するために堅牢な衝突検出(robust collision detect)メカニズムが導入されている。これについて図7及び図8を参照して説明する。実際にキャリアセンシング範囲と送信範囲は同一でないこともあるが、説明の便宜のために両者は同一であると仮定する。
図7は、隠されたノード及び露出されたノードを説明するための図である。
図7(a)は、隠されたノードに対する例示であり、STA AとSTA Bとが通信中にあり、STA Cが送信する情報を持っている場合である。具体的に、STA AがSTA Bに情報を送信している状況であるにもかかわらず、STA CがSTA Bにデータを送る前にキャリアセンシングを行う際、媒体が遊休状態にあると判断することがある。これは、STA Aの送信(すなわち、媒体占有)をSTA Cの位置ではセンシングできないことがあるためである。このような場合、STA BはSTA AとSTA Cの情報を同時に受け、衝突が発生する。このとき、STA AをSTA Cの隠されたノードということができる。
図7(b)は、露出されたノード(exposed node)に対する例示であり、STA BがSTA Aにデータを送信している状況で、STA CがSTA Dに送信する情報を持っている場合である。この場合、STA Cがキャリアセンシングを行うと、STA Bの送信によって媒体が占有された状態であると判断することができる。そのため、STA CがSTA Dに送信する情報を持っていても、媒体占有状態とセンシングされたため、媒体が遊休状態になるまで待たなければならない。しかし、実際にはSTA AはSTA Cの送信範囲外にあり、STA Cからの送信とSTA Bからの送信とがSTA Aの立場では衝突しないこともあるため、STA CはSTA Bが送信を止めるまで余計に待機したことになる。このとき、STA CをSTA Bの露出されたノードということができる。
図8は、RTSとCTSを説明するための図である。
図7のような例示的な状況で衝突回避(collision voidance)メカニズムを效率的に利用するために、RTS(request to send)とCTS(clear to send)などの短いシグナリングパケット(short signaling packet)を利用することができる。両STA間のRTS/CTSは周囲のSTAがオーバーヒヤリング(overhearing)できるようにし、この周囲のSTAが上記両STA間の情報送信の有無を考慮するようにすることができる。例えば、データを送信しようとするSTAがデータを受けるSTAにRTSフレームを送信すると、データを受けるSTAはCTSフレームを周囲のSTAに送信することによって、自身がデータを受けることを知らせることができる。
図8(a)は、隠されたノード問題を解決する方法に関する例示であり、STA AとSTA CがいずれもSTA Bにデータを送信しようとする場合を仮定する。STA AがRTSをSTA Bに送ると、STA BはCTSを自身の周囲にあるSTA A及びSTA Cの両方に送信する。その結果、STA CはSTA AとSTA Bのデータ送信が終わるまで待機し、衝突を避けることができる。
図8(b)は、露出されたノード問題を解決する方法に関する例示であり、STA AとSTA B間のRTS/CTS送信をSTA Cがオーバーヒヤリングすることによって、STA Cは自身が他のSTA(例えば、STA D)にデータを送信しても衝突が発生しないと判断することができる。すなわち、STA Bは周囲の全STAにRTSを送信し、実際に送るデータを持っているSTA AのみがCTSを送信するようになる。STA Cは、RTSのみを受信し、STA AのCTSは受信できなかったため、STA AがSTA Cのキャリアセンシング外にあるということがわかる。
(多重帯域スキャニングメカニズム)
無線LAN技術に対する標準がIEEE 802.11標準として開発されている。IEEE 802.11a及びbは2.4.GHz又は5GHzで非免許帯域(unlicensed band)を利用し、IEEE 802.11bは11Mbpsの送信速度を提供し、IEEE 802.11aは54Mbpsの送信速度を提供する。IEEE 802.11gは、2.4GHzで直交周波数分割多重化(Orthogonal Frequency Division Multiplexing;OFDM)を適用して54Mbpsの送信速度を提供する。IEEE 802.11nは、多重入出力(Multiple Input Multiple Output;MIMO)−OFDMを適用して4個の空間的なストリーム(spatial stream)に対して300Mbpsの送信速度を提供する。IEEE 802.11nでは、チャネル帯域幅(channel bandwidth)を40MHzまで支援し、この場合には600Mbpsの送信速度を提供する。
既存の2.4GHz帯域又は5GHz帯域の他に、TVホワイトスペース(TV whitespace;TVWS)帯域で非免許機器(unlicensed device)の動作を規定するためのIEEE 802.11af標準が開発されている。TVWSは、ブロードキャスト(broadcast)TVに割り当てられた周波数であり、UHF(Ultra High Frequency)帯域及びVHF(very high frequency)帯域を含み、当該周波数帯域で動作する免許機器(licensed device)の通信を阻害しないという条件下で非免許機器の使用が許可された周波数帯域を意味する。免許機器としてはTV、無線マイクなどを挙げることができる。免許機器は、優先的ユーザ(incumbent user)又はプライマリユーザ(primary user)と呼ぶこともできる。また、TVWSを使用する非免許機器間の共存(coexistence)問題を解決するために、共通ビーコンフレーム(common beacon frame)などのようなシグナリングプロトコル(signaling protocol)、周波数センシングメカニズムなどが要求されてもよい。
512−608MHz、614−698MHzでは、いくつかの特殊な場合を除いて、全ての非免許機器の動作が許容されるが、54−60MHz、76−88MHz、174−216MHz、470−512MHz帯域では、固定された機器(fixed device)間の通信のみが許容される。固定された機器とは、定められた位置でのみ信号の送信を行う機器のことを指す。IEEE 802.11 TVWS端末は、TVWSスペクトル(spectrum)でIEEE 802.11MAC層(Media Access Control layer)及びPHY層(Physical layer)を用いて動作する非免許機器を意味する。
TVWSを使用しようとする非免許機器は、免許機器に対する保護機能を提供しなければならない。したがって、非免許機器は、TVWSで信号の送信を始める前に、必ず、免許機器が当該帯域を占有しているか否かを確認しなければならない。そのために、非免許機器はスペクトルセンシング(spectrum sensing)を行い、当該帯域が免許機器によって使用されているか否かを確認することもできる。スペクトルセンシングメカニズムには、エネルギー検出(Energy Detection)方式、フィーチャ検出(Feature Detection)方式などがある。非免許機器は、特定チャネルで受信された信号の強度が一定値以上であるか、DTVプリアンブル(Preamble)が検出されると、免許機器が特定チャネルを使用中であると判断することができる。そして、現在使用中のチャネルと隣接しているチャネルで免許機器が使用中であると判断されると、非免許機器は送信電力を下げなければならない。
スペクトルセンシングメカニズムにおいてセンシング区間(sensing duration)は10ms以上と比較的大きいため、STAの電力消費が相対的に高い。特に、センシング区間と免許機器信号の検出可能性は比例し、センシング区間を長くするほど免許機器信号の検出可能性も向上する。
多重帯域(例えば、2.4GHz、5GHz及びTVWS帯域)を支援できるSTAを多重帯域STAと呼ぶことができる。既存に定義されているスキャニング動作によれば、特定帯域で動作しているAPを発見するために、STAは当該特定帯域に移動して(又は、スイッチングして)スキャニング動作(例えば、ビーコンフレーム聴取、プローブ要請/応答フレームの送受信)を行わなければならない。多重帯域STAが既存のスキャニング動作をそのまま従うとすれば、多重帯域STAが第1帯域で動作するが、第2帯域で動作するAPを発見するためには、第2帯域へ移動して(又は、スイッチングして)スキャニングを行わなければならない。この場合、多重帯域STAがスキャニング動作を行う際、帯域を移動する(又は、スイッチングする)ためにかかる時間によってスキャニング遅延が発生しうる。
このような問題を解決するために、本発明では多重帯域スキャニングメカニズムを提案する。多重帯域スキャニングメカニズムとは、多重帯域を支援するSTAが現在(current)使用中の帯域(又は、現在動作中の帯域)を用いて、他の帯域(当該STAの動作が支援される帯域であるが、現在使用/動作中ではない帯域)で動作しているAPを発見(discovery)するメカニズムを意味する。すなわち、本発明では、多重帯域STAが第1帯域から第2帯域へ移動しなくとも(又は、動作帯域をスイッチングしなくとも)、第2帯域で動作中のAPを発見する方案について提案する。本発明における多重帯域スキャニングメカニズムは、IEEE 802.11無線LANシステムに基づいて説明するが、本発明の範囲がこれに制限されるものではない。
例えば、IEEE 802.11a/b/g標準(2.4GHz又は5GHz帯域で動作する802.11MAC/PHY標準)及びIEEE 802.11af標準(TVWSで動作する802.11MAC/PHY標準)を同時に支援するSTA及びAPが存在し、該STAが2.4GHz帯域(又は、ISM(Industrial, Scientific and Medical)無線帯域)でスキャニングメカニズムによって上記APを発見して連携を取る場合を仮定する。
この場合、APのTVWS BSS情報を知るために、STAは、上記APと現在接続している2.4GHz ISM帯域でプローブ要請フレームを送信し、当該APからプローブ応答フレームを受信することができる(ここで、TVWS BSS情報は、TVWSで動作するBSSの情報を意味し、例えば、タイムスタンプ(timestamp)、ビーコンインターバル(beacon interval)、ケーパビリティ(capability)、SSID、支援されるレート(supported rate)、チャネル番号(channel number)、電力制限(power constraint)などの情報を含むことができる)。STAからAPに送信されるプローブ要請フレームには、STAが発見しようとする動作クラス(operating class)情報が含まれる(ここで、動作クラスは、無線機器に適用される規則(例えば、チャネル開始周波数(Channel Starting Frequency)、チャネルスペーシング(Channel Spacing)、チャネルセット(Channel Set)、動作方式制限セット(Behavior Limit Set))のセットに対応する)。動作クラス情報が含まれたプローブ要請フレームを受信したAPは、STAが発見を要請した動作クラスで動作するTVWS BSS情報をプローブ応答フレームに含めて送信することができる。仮に、STAが発見を要請した動作クラスをAPが支援しない場合には、該APは上記STAにプローブ応答フレームを送信しない。
既存の能動的スキャニングメカニズムは、STAがスキャニングしている(すなわち、STAが動作している)チャネルで動作するAPを見つけるために、当該チャネル上でプローブ要請フレームを送信する方式である。具体的に、STAからのプローブ要請フレームを受信したAPは、プローブ要請フレームを受信したチャネル上で動作するAPのBSS情報を、プローブ応答フレームを用いて上記STAに送信する方式で動作する。
本発明で提案する多重帯域スキャニングメカニズムは、STAが動作しているチャネル(例えば、第1チャネル)ではなく他のチャネル(例えば、第2チャネル)上で動作するAPを見つけるために、STAが第1チャネル上でAPにプローブ要請フレームを送信する上で、該プローブ要請フレームに、STAが見つけようとする第2チャネルに関する情報を含めると、このプローブ要請フレームを受信したAPが、上記第2チャネルで動作するAPのBSS情報をプローブ応答フレームを用いて上記STAに送信する方式である。
また、STAは、現在使用中のチャネル(すなわち、プローブ要請フレームを送信するチャネル)ではなく他のチャネル(上記STAによって支援される動作クラス、又は上記STAによって支援されるが、現在使用中であるチャネルではない他のチャネルを含む動作クラス)に対するスキャニング(又は、他のチャネル/動作クラス上で動作するBSSの発見)を要請することができる。STAが発見/スキャニングを要請するチャネル/動作クラスは、一つ以上であってもよい。すなわち、STAは、現在使用中のチャネルと他のチャネル/動作クラスに対するスキャニングを同時に要請することができる。
プローブ応答フレームで提供されるBSS情報(すなわち、STAがスキャニングを要請した動作クラスに関するBSS情報)は、タイムスタンプ、ビーコンインターバル、ケーパビリティ、SSID、支援されるレート、FH(Frequency Hopping)パラメータセット、DS(Direct Sequence)パラメータセット、CF(Contention Free)パラメータセット、IBSSパラメータセットなどを含むことができる。本発明の多重帯域スキャニング方案によって一つ以上のチャネル/動作クラスに対するスキャニングを要請するプローブ要請フレームを受信したAPは、それに応答して、上記一つ以上のチャネル/動作クラスのそれぞれに関するBSS情報を含むプローブ応答フレームをSTAに送信することができる。
図9は、本発明に係る多重帯域スキャニング方法を説明するための図である。
段階S910で、STAは、要請フレームをAPに送信することができる。要請フレームのあて先アドレス(destination address)は、自身が接続している特定APのMACアドレスに設定することができる。又は、要請フレームのあて先アドレスは、ブロードキャストアドレスに設定することもできる。例えば、段階S910で送信される要請フレームはプローブ要請フレームであってもよい。
ここで、要請フレームは動作クラス情報要素を含む。動作クラス情報要素は、要請フレームを送信するSTAが発見しようとする(又は、スキャニングしようとする)動作クラスを意味することができる。STAが発見しようとする動作クラスに関する情報を含む要請フレームを送信するということは、このSTAが、当該動作クラスを支援する(又は、当該動作クラスで動作する)APが存在するかを確認しようとすることを意味する。また、当該動作クラスで動作するAPが存在するかを確認しようとするということは、該当のAPが存在する場合、該当のAPに接続したり連携を取ろうとすることを意味し、これは、上記STAが当該動作クラス上で動作できることを前提とする。したがって、STAが発見しようとする動作クラス情報要素は、該STAによって支援される動作クラスに該当してもよい。
段階S920で、APは、段階S910でSTAから受信した要請フレームに応答して、応答フレームを上記STAに送信することができる。例えば、段階S920の応答フレームは、プローブ応答フレームであってもよい。
応答フレームには、STAが発見を要請した動作クラス(又は、該STAによって支援される動作クラス)上で動作するBSS情報が含まれる。仮に、STAが発見を要請した動作クラス上で動作しない場合、APは、応答フレームをSTAに送信しなくてもよい。
また、要請フレーム(段階S910)に含まれる動作クラス情報要素は、一つ以上の動作クラスに関する情報を含むことができる。複数個の動作クラスに関する情報を要請フレームに含めることは、複数個の動作クラスに対するスキャニングを支援するためである。例えば、2.4GHz帯域で動作する(例えば、IEEE 802.11b/g標準に基づいて動作する)STAが要請フレームを送信し、この要請フレーム内に動作クラス情報要素が含まれ、この動作クラス情報要素が5GHz帯域の特定動作クラス及びTVWS帯域(例えば、512−698MHz帯域)の特定動作クラスを示す値に設定された場合を仮定することができる。このような要請フレームを受信するAPは、5GHz帯域の特定動作クラス及びTVWS帯域の特定動作クラスを支援するBSSに関する情報を、応答フレーム(段階S920)に含めて当該STAに応答することができる。これによって、STAは、現在2.4GHz帯域上で動作中であるが(又は、2.4GHz帯域上で要請フレームを送信するが)、他の帯域である5GHz帯域及びTVWS帯域上のBSS情報を取得することができる。
また、本発明によれば、STAから要請フレーム(段階S910)を受信したAPは、自身の隣(neighbor)APが、当該STAが発見を要請する(又は、当該STAによって支援される)動作クラス上で動作する場合、上記隣APのBSS情報を応答フレーム(段階S920)に含めて上記STAに伝達することができる。すなわち、APが送信する応答フレームには一つ以上の隣AP情報フィールド(neighbor AP information field)を含めることができる。
表1には、多重帯域スキャニング方式のためのプローブ要請フレームフォーマットを示す。
上記の表1は、プローブ要請フレームに含まれる情報の例示を示している。ただし、本発明の範囲は上記の表1に制限されず、プローブ要請フレームは、上記の表1の例示的なフィールドの一部を含んでもよく、又は表1で例示している以外の更なるフィールドを含んでもよい。
多重帯域スキャニングを支援するために、プローブ要請フレームは、上記の表1で例示するフィールドのうち、支援される動作クラス(supported operating classes)フィールドを少なくとも含むことができる。
本発明で提案するプローブ要請フレームに含まれる支援される動作クラス(supported operating classes)情報は、上記の本発明の例示で説明した、STAが発見を要請する動作クラスに該当する情報を含む。
図10は、支援される動作クラス情報要素の例示的なフォーマットを示す図である。
要素ID(element ID)フィールドは、当該要素が動作クラス情報要素に該当することを示す値に設定することができ、1オクテット長と定義することができる。
長さ(length)フィールドは、長さフィールド以降のフィールドの長さを示す値(この値をLengthという変数で表現する。)に設定することができ、1オクテット長と定義することができる。
現在動作クラス(current operating class)フィールドは、STAが現在動作中又は使用中の動作クラスを示す値に設定することができ、1オクテット長と定義することができる。
動作クラスのリスト(list of operating class(es))フィールドは、STAが発見を要請する動作クラスを示す値に設定することができる。すなわち、動作クラスのリストフィールドは、STAによって支援される動作クラスのうち、現在動作中の動作クラス以外の動作クラスを示す値に設定することができる。また、動作クラスのリストフィールドは、上記長さフィールドが示す値(すなわち、Length)から1を引いた値に該当するオクテット長と定義することができる。
このようにSTAの支援される動作クラスフィールドを含むプローブ要請フレームを受信したAPは、STAの支援される動作クラスと一致する動作クラスを支援するBSS(隣APのBSSを含む)が存在すると、当該BSSのBSS情報をプローブ応答フレームを用い上記STAに提供することができる。
また、上記プローブ応答フレームは、STAの現在動作クラスではない他の動作クラスで動作するBSSのBSS情報を含むこともできる。この場合、プローブ応答フレームは、他の動作クラスを支援するBSSが動作するチャネル番号に関する情報を含むことができる。そのために、プローブ応答フレームは多重帯域チャネル情報要素を含むことができる。
図11は、多重帯域チャネル情報要素の例示的なフォーマットを示す図である。
要素ID(element ID)フィールドは、当該要素が多重帯域チャネル情報要素に該当することを示す値に設定することができ、1オクテット長と定義することができる。
長さ(length)フィールドは、長さフィールド以降のフィールドの長さを示す値に設定することができ、1オクテット長と定義することができる。
多重帯域チャネル情報要素における動作クラス(operating class)フィールド及びチャネル番号(channel number)フィールドは、特定BSSが動作している動作クラス及びチャネル番号を示す。これらフィールドの各長さは1オクテットサイズと定義することができる。ここで、当該特定BSSのBSS情報が上記プローブ応答フレームで提供される。
図12は、多重帯域チャネル情報要素の他の例示を示す図である。図11の多重帯域チャネル情報要素の例示に比べて、図12の例示では、ターゲットビーコン送信時間(Target Beacon Transmission Time;TBTT)オフセットフィールドが追加されている。
TBTTは、BSS(又は、AP)がビーコンを送信すべき時点を示す値であり、時間ユニット(TU)の単位で表現される(TUは、マイクロ秒(μs)の単位で構成され、例えば、1024μsと定義されてもよい。)。
TBTTオフセットフィールドは、多重帯域チャネル情報要素の動作クラスフィールド及びチャネル番号フィールドが示す特定チャネル上で動作するBSSのTBTTを決定するためのオフセットを示す値に設定される。
例えば、2.4GHz帯域上で動作するSTAは、第1AP(例えば、2.4GHz帯域上で動作するAP)にプローブ要請フレームを送信しながら、上記の支援される動作クラスフィールドを用いて、自身が5GHz帯域又はTVWS帯域上の動作クラスを支援することを示すことができる。これによって、第1APは、5GHz帯域又はTVWS帯域で動作するBSS(隣APのBSSを含んでもよい。)に関するBSS情報を、プローブ応答フレームを用いて上記STAに提供することができる。ここで、プローブ応答フレームは、図12のような多重帯域チャネル情報要素を含むことができ、STAは、プローブ応答フレームから、BSS情報が提供されるBSSが5GHz帯域又はTVWS帯域上で動作することがわかる。ここで、5GHz帯域又はTVWS帯域におけるプライマリユーザを保護するために、連携されていないSTAの能動的スキャニング(すなわち、プローブ要請フレームの送信)は許容されなくてもよい。これによって、STAは、上記の多重帯域チャネル情報要素が示すチャネル上で能動的スキャニングを行うことができず、受動的スキャニング(すなわち、ビーコンフレームの聴取)を行わなければならない。STAが、第2AP(例えば、5GHz帯域又はTVWS帯域上で動作するBSSのAP)からビーコンが送信されるタイミングを知らない場合には、第2APからのビーコンが受信されるまでビーコン受信を試み続けなければならない。しかし、前述したようなTBTTオフセットフィールドから、第2APからのビーコン送信タイミングをSTAが確認できると、無駄な電力消耗などを減らすことができる。
そのために、TBTTオフセットフィールドは、TBTTオフセットフィールドを含むプローブ応答フレームを送信するAP(例えば、第1AP)の直前のビーコン送信時点(すなわち、直前のTBTT)を基準に、プローブ応答フレームによってBSS情報が提供されるBSSのAP(例えば、第2AP)の次のTBTT間の時間差を示す値に設定することができる。TBTTオフセットは、TU単位で表現することができる。
また、本発明で提案するプローブ要請フレームに含まれるSSIDフィールドが特定SSIDを示す場合、当該SSIDに一致するBSSのみに関するBSS情報(又は、当該BSSの多重帯域チャネル情報要素)をプローブ応答フレームを用いて提供することもできる。これは、プローブ応答フレームに含まれるBSS情報は、該プローブ要請フレームのSSIDによってフィルタリングされたBSSのみに関する情報に制限されると表現することもできる。
また、STAの送信するプローブ要請フレームにSSID及び支援される動作クラスフィールドが全て含まれる場合、このSSIDと一致するとともにSTAの支援される動作クラスと一致する動作クラスを支援するBSS(隣APのBSSを含む。)のBSS情報(又は、当該BSSの多重帯域チャネル情報要素)をプローブ応答フレームを用いてSTAに応答することもできる。
また、STAが送信するプローブ要請フレームは、アクセスネットワークタイプ(Access Network Type)情報を含むこともできる。アクセスネットワークタイプ情報は、STAが発見しようとするネットワークのタイプを示す値に設定することができる。アクセスネットワークタイプは、BSSのネットワークタイプを表し、例えば、インターネットにアクセス可能か否か、私設ネットワーク(private network)、ゲストを許容する私設ネットワーク(private network with guest access)、課金可能な公用ネットワーク(chargeable public network)、無料公用ネットワーク(free public network)、個人機器ネットワーク(personal device network)、緊急サービス専用ネットワーク(emergency services only network)、テスト又は実験用(test or experimental)などのタイプに区別することができる。この場合、上記プローブ要請フレームに含まれたアクセスネットワークタイプ情報が示す値に一致するBSSのみに関するBSS情報(又は、当該BSSの多重帯域チャネル情報要素)をプローブ応答フレームを用いて提供することができる。これは、プローブ応答フレームに含まれるBSS情報は、当該プローブ要請フレームのアクセスネットワークタイプによってフィルタリングされたBSSに関する情報に制限されると表現することができる。
また、STAが送信するプローブ要請フレームにおける同種拡張サービスセット識別子(Homogenous Extended Service Set IDentifier;HESSID)は、BSSの移動性ドメイン(mobility domain)を示す値に設定することができる。この場合、プローブ要請フレームに含まれたHESSIDが示す値に一致するBSSのみに関するBSS情報(又は、当該BSSの多重帯域チャネル情報要素)をプローブ応答フレームを用いて提供することができる。
仮に、APが特定BSSのSSID又はアクセスネットワークタイプを知らない場合には、プローブ要請フレームが示す特定SSID又は特定アクセスネットワークタイプによってフィルタリングされていないBSSの情報を多重帯域チャネル情報要素に含めてもよい。このようにフィルタリングが適用されるか否かを示す情報をプローブ応答フレーム(又は、プローブ応答フレームの多重帯域チャネル情報要素)に含めることができる。
図13は、多重帯域チャネル情報要素の更に他の例示を示す図である。図12の多重帯域チャネル情報要素の例示に比べて、図13の例示では多重帯域チャネルフィルタ(multi−band channel filter)フィールドが追加されている。
例えば、多重帯域チャネルフィルタビットの値が0に設定される場合は、多重帯域チャネル情報要素に含まれるBSS情報が、プローブ要請フレームで特定されるSSID又はアクセスネットワークタイプと一致しないBSSに関するものであることを示す。一方、多重帯域チャネルフィルタビットの値が1に設定される場合は、多重帯域チャネル情報要素に含まれるBSS情報が、プローブ要請フレームで特定されるSSID又はアクセスネットワークタイプと一致するBSSに関するものであることを示す。
本発明で提案する要請フレーム、応答フレーム及び/又はこれを構成する情報要素(又は、フィールド)によれば、多重帯域を支援できるSTAは、自身が現在動作している(又は、接続している)チャネル又は帯域以外の他のチャネル又は帯域で動作するBSS又はAPを、チャネル移動(又は、チャネルスイッチング)無しで発見することができる。そのために、STAは、発見しようとする(又は、自身が支援する)チャネル又は帯域の動作クラス情報を含む要請フレームを、APに送信することができる。この要請フレームには、STAが発見しようとするネットワークを特定する情報(例えば、SSID、アクセスネットワークタイプ、HESSIDなど)をさらに含めてもよい。このような要請フレームを受信するAPは、STAが支援する動作クラスで動作するBSSの動作クラス、チャネル番号などを含む応答フレームを、当該STAに送信することができる。この応答フレームには、当該BSSの動作クラス、チャネル番号情報に加えて、BSS情報(例えば、隣AP情報)を含めてもよく、このBSS情報は、該BSSのTBTTオフセット情報、フィルタリングの適用されるか否かを示す情報などを含むことができる。
本発明で提案する要請フレーム及び応答フレームとこれに含まれる情報要素(又は、フィールド)はその名称に制限されない。例えば、図11乃至13を参照して説明した多重帯域チャネル情報要素は、プローブ要請フレームを受信したAP(例えば、第1AP)が送信するプローブ応答フレームに含まれ、第1AP以外のAP(例えば、第2AP)の情報を含むものとして理解されてもよい。このことから、多重帯域チャネル情報要素は、隣AP情報フィールドと呼ぶこともできる。
前述した本発明の様々な実施例で説明した事項は、独立して適用されたり又は2つ以上の実施例が同時に適用されるように具現することができる。
図14は、本発明の一実施例に係る無線装置の構成を示すブロック図である。
AP 10は、プロセッサ11、メモリ12、送受信器13を備えることができる。STA20は、プロセッサ21、メモリ22、送受信器23を備えることができる。送受信器13,23は、無線信号を送信/受信することができ、例えば、IEEE 802システムに基づく物理層を具現することができる。プロセッサ11,21は、送受信器13,21と接続し、IEEE 802システムに基づく物理層及び/又はMAC層を具現することができる。プロセッサ11,21は、前述した本発明の様々な実施例に係る動作を行うように構成することができる。また、前述した本発明の様々な実施例に係るAP及びSTAの動作を具現するモジュールをメモリ12,22に格納し、プロセッサ11,21によって実行することができる。メモリ12,22は、プロセッサ11,21の内部に設けたり、又はプロセッサ11,21の外部に設け、プロセッサ11,21と公知の手段によって接続させることができる。
上記のようなAP及びSTA装置の具体的な構成は、前述した本発明の様々な実施例で説明した事項が独立して適用されたり又は2つ以上の実施例が同時に適用されるように具現することができ、重複する内容は明確性のために説明を省略する。
上述した本発明の実施例は、様々な手段を用いて具現することができる。例えば、本発明の実施例は、ハードウェア、ファームウェア(firmware)、ソフトウェア又はそれらの結合などによって具現することができる。
ハードウェアによる具現の場合、本発明の実施例に係る方法は、一つ又はそれ以上のASICs(Application Specific Integrated Circuits)、DSPs(Digital Signal Processors)、DSPDs(Digital Signal Processing Devices)、PLDs(Programmable Logic Devices)、FPGAs(Field Programmable Gate Arrays)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどによって具現することができる。
ファームウェアやソフトウェアによる具現の場合、本発明の実施例に係る方法は、以上で説明した機能又は動作を実行するモジュール、手順又は関数などの形態として具現することができる。ソフトウェアコードは、メモリユニットに記憶してプロセッサによって駆動することができる。メモリユニットは、プロセッサの内部又は外部に設けられ、既に公知の様々な手段によってプロセッサとデータを授受することができる。
以上、開示された本発明の好適な実施の形態に関する詳細な説明は、当業者が本発明を具現し実施できるように提供された。上記では、本発明の好適な実施の形態を参照して説明したが、当該技術の分野における熟練した当業者にとっては、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を様々に修正及び変更させることができるということは明らかである。したがって、本発明は、ここに開示された実施の形態に制限されるものではなく、ここに開示された原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲を与えるためのものである。
上述したような本発明の様々な実施の形態は、IEEE802.11システムを中心に説明したが、様々な移動通信システムに同様の方式で適用可能である。

Claims (15)

  1. 無線通信システムにおいてステーション(STA)がスキャニングを行う方法であって、
    第1アクセスポイント(AP)に第1フレームを送信するステップと、
    前記第1APから前記第1フレームに応答する第2フレームを受信するステップと、
    を有し、
    前記第1フレームは、前記STAによって支援される動作クラスに関する情報及びSSID(Service Set Identifier)情報を含み、
    前記第2フレームは、フィルタリングの有無を示す情報及び第2APに関する情報を含む、スキャニング実行方法。
  2. 前記フィルタリングの有無を示す情報が第1値を示す場合、前記第2フレームは、前記第1フレームに含まれた前記SSID情報に一致するSSIDを有する前記第2APに関する情報を含む、請求項1に記載のスキャニング実行方法。
  3. 前記第2フレームは、前記STAによって支援される動作クラス情報に一致する動作クラスを有する前記第2APに関する情報を含む、請求項1に記載のスキャニング実行方法。
  4. 前記第2フレームは、前記第2APの動作クラスフィールド及びチャネル番号フィールドを含む、請求項1に記載のスキャニング実行方法。
  5. 前記第2フレームは、TBTT(Target Beacon Transmission Time)オフセット情報をさらに含む、請求項1に記載のスキャニング実行方法。
  6. 前記TBTTオフセットは、前記第1APの直前TBTTと前記第2APの次のTBTT間の時間差を示す値を有する、請求項5に記載のスキャニング実行方法。
  7. 前記第2フレームによって取得された情報を用いて前記第2APの発見(discovery)のための受動的スキャニングが行われる、請求項1に記載のスキャニング実行方法。
  8. 前記第1フレームは、アクセスネットワークタイプ情報をさらに含み、
    前記第2フレームは、前記第1フレームに含まれた前記アクセスネットワークタイプ情報に一致するアクセスネットワークタイプを有する前記第2APに関する情報を含む、請求項1に記載のスキャニング実行方法。
  9. 前記第2フレームは、一つ以上の前記第2APに関する情報を含む、請求項1に記載のスキャニング実行方法。
  10. 前記第2APは、前記第1APの隣(neighbor)APである、請求項1に記載のスキャニング実行方法。
  11. 前記第1フレーム及び前記第2フレームは第1帯域上で送信及び受信され、
    前記第2APは、第2帯域上で動作するAPである、請求項1に記載のスキャニング実行方法。
  12. 前記第1フレームは、プローブ要請フレームであり、
    前記第2フレームは、プローブ応答フレームである、請求項1に記載のスキャニング実行方法。
  13. 無線通信システムにおいてアクセスポイント(AP)がステーション(STA)のスキャニングを支援する方法であって、
    前記STAから第1フレームを受信するステップと、
    前記第1フレームに応答して前記STAに第2フレームを送信するステップと、
    を有し、
    前記第1フレームは、前記STAによって支援される動作クラスに関する情報及びSSID(Service Set Identifier)情報を含み、
    前記第2フレームは、フィルタリングの有無を示す情報及び他のAPに関する情報を含む、スキャニング支援方法。
  14. 無線通信システムにおいてスキャニングを行うステーション(STA)装置であって、
    送受信器と、
    プロセッサと、
    を備え、
    前記プロセッサは、第1アクセスポイント(AP)に第1フレームを、前記送受信器を用いて送信し;前記第1APから、前記第1フレームに応答する第2フレームを、前記送受信器を用いて受信するように設定され、
    前記第1フレームは、前記STAによって支援される動作クラスに関する情報及びSSID(Service Set Identifier)情報を含み、
    前記第2フレームは、フィルタリングの有無を示す情報及び第2APに関する情報を含む、スキャニング実行STA装置。
  15. 無線通信システムにおいてスキャニングを行うアクセスポイント(AP)装置であって、
    送受信器と、
    プロセッサと、
    を備え、
    前記プロセッサは、前記STAから第1フレームを前記送受信器を用いて受信し;前記第1フレームに応答して前記STAに第2フレームを送信するように設定され、
    前記第1フレームは、前記STAによって支援される動作クラスに関する情報及びSSID(Service Set Identifier)情報を含み、
    前記第2フレームは、フィルタリングの有無を示す情報及び他のAPに関する情報を含む、スキャニング支援AP装置。
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