JP2016537911A - 無線lanシステムにおいてセクター化された送信機会を用いた動作方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
前記進行中のフレーム交換が前記STAのOBSS内で送信される条件又は前記SO条件のいずれか一つでも満たさない場合、前記STAの前記VCS値はリセットされなくてもよい。
前記進行中のフレーム交換が前記STAのBSS内で送信される場合、前記SO条件が満たされても、前記STAの前記VCS値はリセットされなくてもよい。
前記VCS値は、前記進行中のフレーム交換に含まれた情報に基づいて設定されたものであってもよい。
前記VCS値がリセットされない場合、前記STAによるチャネルアクセスは前記VCS値によって延期(defer)されてもよい。
前記VCS値のリセットは、前記VCSの値を0に設定することができる。
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説明を更に提供するためのものである。
図1は、本発明を適用できるIEEE802.11システムの例示的な構造を示す図である。
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IEEE802.11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。
無線LANシステムで動作するSTAの動作は、階層(layer)構造の観点で説明することができる。装置構成の側面で階層構造は、プロセッサによって具現することができる。STAは複数個の階層構造を有することができる。例えば、802.11標準文書で扱う階層構造は主に、DLL(Data Link Layer)上のMAC副層(sublayer)及び物理(PHY)層である。PHYは、PLCP(Physical Layer Convergence Procedure)個体、PMD(Physical Medium Dependent)個体などを含むことができる。MAC副層及びPHYはそれぞれ、MLME(MAC sublayer Management Entity)及びPLME(Physical Layer Management Entity)と呼ばれる管理個体を概念的に含む。これらの個体は、階層管理機能が作動する階層管理サービスインターフェースを提供する。
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。
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探さなければならない。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。
これは連携要請/応答フレームに含まれ得る情報の一例に過ぎず、他の情報に置き換わったり、追加の情報がさらに含まれたりしてもよい。
無線LANで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IEEE802.11nがある。IEEE802.11n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、IEEE802.11n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。
前述したように、M2M通信をユースケース(use case)とするIEEE 802.11ah標準が議論中である。IEEE 802.11ah標準は、1GHz以下(sub−1GHz;S1G)の動作周波数においてTVホワイトスペース帯域(white space band)以外の非免許(unlicensed)帯域で動作し、既存の室内(indoor)カバレッジを主に支援しているWLANに比べて、格段に広いカバレッジ(例えば、最大1km)を有することができる。すなわち、既存の2.4GHz又は5GHzの周波数で動作したWLANと違い、sub−1GHz(例えば、700乃至900MHz)動作周波数帯域でWLANが使用されると、当該帯域の伝搬特性の上、同一送信電力に対してAPのカバレッジが略2〜3倍も拡張する。この場合、一つのAP当たり非常に多数のSTAの接続が可能であるという特徴を有する。IEEE 802.11ah標準で考慮しているユースケースを要約すると、次の表1のとおりである。
IEEE802.11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、IEEE802.11MAC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)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から、複数のSTAはそれぞれ異なった時間を待ってからフレーム送信を試みることが期待されるため、衝突(collision)を最小化することができる。
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からCWの範囲の値のいずれか一つに決定されてもよい。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場合にはCWmin値にリセットされる。CW、CWmin及びCWmax値は2n−1(n=0,1,2,…)に設定されることが好ましい。
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はネットワーク割り当てベクトル(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、媒体を使用可能な状態になるまで残っている時間を、他のAP及び/又はSTAに指示(indicate)する値である。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されてもよい。
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しうる。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もあるためである。このような場合、STA BはSTA AとSTA Cの情報を同時に受け、衝突が発生することになる。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のような例示的な状況で衝突回避(collision avoidance)メカニズムを効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。
EDCAを用いてチャネルにアクセス可能になったSTAが自身の送信待機列(queue)を空けた場合、残っている時間区間がフレーム送信に十分であれば、CF(Contention Free)−ENDフレームを送信することができる。CF−ENDフレームを送信することによって、当該STAは自身の送信機会(Transmission Opportunity;TXOP)が終了したことを明示的に示すことができる。ここで、TXOPは、特定STAが無線媒体上でのフレーム交換を開始する権利を有する時間インターバルと定義される。このTXOPは、開始タイミング及び最大期間値によって設定することができる。
CF−ENDフレームを送信するTXOP保有者(holder)は、現在TXOP内で追加のフレーム交換シーケンスを開始してはならない。
TXOP保有者でない非−AP STAはCF−ENDフレームを送信してはならない。
PPDU(Physical Layer Convergence Protocol(PLCP)Packet Data Unit)フレームフォーマットは、STF(Short Training Field)、LTF(Long Training Field)、SIG(SIGNAL)フィールド、及びデータ(Data)フィールドで構成することができる。最も基本的な(例えば、non−HT(High Throughput))PPDUフレームフォーマットは、L−STF(Legacy−STF)、L−LTF(Legacy−LTF)、SIGフィールド及びデータフィールドのみで構成することができる。また、PPDUフレームフォーマットの種類(例えば、HT−mixedフォーマットPPDU、HT−greenfieldフォーマットPPDU、VHT(Very High Throughput)PPDUなど)によって、SIGフィールドとデータフィールドとの間に追加の(又は、他の種類の)STF、LTF、SIGフィールドを含めることもできる。
本発明では、1GHz以下(例えば、902乃至928MHz)の周波数帯域で動作する無線LANシステムで単一ユーザ(Single User;SU)フレームと多重ユーザ(Multiple User;MU)フレームにけるSIGフィールド構成方案について提案する。SUフレームは、SU−MIMOで用いられるフレーム、MUフレームは、MU−MIMOで用いられるフレームのことを指すことができる。ここで、以下の説明で、フレームは、データフレーム又はNDPフレームであってもよい。
図9の例示で、STF、LTF1、SIG−A(SIGNAL A)フィールドは、全方向(omni direction)に全てのSTAに送信されるということからオムニ(Omni)部分に該当するものであり、ビームフォーミング(beamforming)又はプリコーディング(precoding)が適用されずに送信されてもよい。図9の例示で示すように、SU/MUフレームフォーマットは非−NDP(non−NDP)フレームフォーマットに該当する。
空間時間ブロックコーディング(STBC)フィールドは、SUフレーム又はMUフレームにSTBCが適用されるか否かを示す。
TAILビットは、エンコーダを0状態にリターンするために用いることができる。
CRC(Cyclic Redundancy Check)フィールドは、MUフレームを受信するSTAでのエラー検出のために用いることができる。
本発明では、sub−1GHz(S1G)(例えば、902MHz乃至928MHz)で動作する無線LANシステムのセクター化された(sectorized)TXOP動作について提案する。
セクター化されたTXOP動作(又は、TXOP−ベースのセクター化動作)とは、OBSS環境で互いに異なるBSSに属したSTAがセクター化されたビーム送信(beam transmission)を用いて同時に送信を行うことを支援するための動作である。すなわち、互いに異なるBSSが重なる位置に存在するSTAは、互いに空間的に直交する(Spatially Orthogonal;SO)ビームを送信することによって、相互間の干渉を減らして同時送信を行うことができる。
図11及び図12の例示で、AP1が全方向−ビームを送信することによって、自身のBSSに属したSTAがNAVを設定するようにする。AP1の送信した全方向パケット(omni packet)を受信したSTA1は、ACK又は応答フレームを送信し、これによって、隣接STAはSTA1の送信するACK又は応答フレームを検出してNAVを設定することができる。また、AP1は、セクター化されたビーム送信によってPPDUを送信することができる。AP1の送信するPPDUは、図11のように長いパケット(Long Packet)であってもよく、図12のように短いパケット(Short Packet)(又は、NDPフレーム)であってもよい。
前述したように本発明で提案するセクター化されたTXOP動作(又は、TXOP−ベースセクター化動作)をより効率的に支援するために、SO条件が満たされる場合にOBSS STAのNAVリセットを支援するためのセクター化されたNAVアップデート技法を提案する。
本発明で提案する動作(前述した例示及び後述する例示を含む)を支援するために、STAが受信する全てのPPDUに対して、当該PPDUが自身と同じBSSに属したSTAの間で送受信されるものか、或いは、OBSSに属したSTAの間で送受信されるものかを区別可能でなければならない。そのために、図9に示したSub−1GHz(S1G) PHYプリアンブルのSIG−Aフィールドに含まれたPAID値から、当該フレーム交換が自身のBSSで行われるものか、或いは他のBSS(例えば、OBSS)で行われるものかを識別/決定することができる。
STAがNAVをアップデートするとき、自身と同じBSSに属したSTA間のフレーム交換に対してはレガシーNAVをアップデートし、自身と異なるBSS(例えば、OBSS)に属したSTA間のフレーム交換に対してはセクター化されたNAVをアップデートすることによって、仮想キャリアセンシング(VCS)をより正確に行うことができる。
前述の例示とは違い、STA具現複雑度又は費用などの制約によって、レガシーNAVと一つ以上のセクター化されたNAVを具現できない場合には、1つのNAVを用いてTXOP−ベースセクター化動作を具現してもよい。
前述した本発明の例示では、仮想キャリアセンシング(VCS)がNAVに基づいて行われる方案について主に説明したが、本発明の範囲はこれに制限されず、他の情報に基づいてVCSが行われる場合も含む。
図13で、データフレームに応答してNormal ACKフレームが送信される場合には、上記データフレームのPLCPヘッダーのSIG−Aフィールドの応答指示フィールドの値は、Normal Responseを示す値(例えば、10)に設定されもよい。このようなデータフレームを受信したSTAは、PLCPヘッダーのSIG−Aフィールド内の応答指示フィールドから、上記データフレームに応答して(他のSTAによって)送信される応答フレームの類型(Response Frame Type)が読み取れる。仮に、応答指示フィールドがNormal Responseであることを示す値に設定されたフレームを受信した第3者STA(third−party STA、すなわち、当該フレームの元の意図された受信者ではなく、これをオーバーヒヤリングするSTA)は、受信されたフレームのPSDUが完了する時点で予想される応答フレーム類型による所定のデューレーション時間の間にVCSを占有(busy)状態に設定することによってチャネルアクセスを延期(defer)させることができる。このような動作をRID(Response Indication Deferral)と呼ぶことができる。
段階S1410で、STAは、進行中(ongoing)のフレーム交換が、上記STAの属したBSSで送信されるものか、或いは、OBSSで送信されるものかを決定することができる。
又は、段階S1450を省略し、進行中のフレーム交換がBSS内で送信される場合には、VCSリセットを行わないようにしてもよい。
STA 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。送受信器13は、無線信号を送信/受信することができ、例えば、IEEE802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は、送受信器13と接続してIEEE802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されてもよい。また、前述した本発明の様々な実施例に係るSTA動作を具現するモジュールをメモリ12に記憶させ、プロセッサ11によって実行されるようにすることができる。メモリ12は、プロセッサ11の内部に設けられたり又はプロセッサ11の外部に設けられ、プロセッサ11と公知の手段によって接続されるようにすることができる。図15のSTA 10は、AP STAであってもよく、非−AP STAであってもよい。
Claims (11)
- 無線LANシステムにおいてステーション(STA)が送信機会−ベース(Transmission Opportunity−based;TXOP−based)セクター化動作(sectorization operation)を行う方法であって、
進行中(ongoing)のフレーム交換が前記STAの基本サービスセット(Basic Service Set;BSS)内で送信されるものか、又は重畳BSS(Overlap ping BSS;OBSS)内で送信されるものかを決定するステップと、
空間直交(Spatially Orthogonal;SO)条件が満たされるか否かを決定するステップと、
前記進行中のフレーム交換が前記OBSS内で送信され、前記SO条件が満たされる場合、前記STAの仮想キャリアセンシング(VCS)値をリセット(reset)するステップを含む、TXOP−ベースセクター化動作実行方法。 - 前記進行中のフレーム交換が、前記STAのOBSS内で送信される条件又は前記SO条件のいずれか一つでも満たさない場合、前記STAの前記VCS値はリセットされない、請求項1に記載のTXOP−ベースセクター化動作実行方法。
- 前記進行中のフレーム交換が前記STAのBSS内で送信される場合、前記SO条件が満たされても、前記STAの前記VCS値はリセットされない、請求項1に記載のTXOP−ベースセクター化動作実行方法。
- 前記STAが全方向(omni−direction)ビームを受信してから、後続するセクター化された(sectorized)ビームを受信できない場合に、前記SO条件が満たされる、請求項1に記載のTXOP−ベースセクター化動作実行方法。
- 前記VCS値は、NAV(Network Allocation Vector)又はRID(Response Indication Deferral)である、請求項1に記載のTXOP−ベースセクター化動作実行方法。
- 前記VCS値は、前記進行中のフレーム交換に含まれた情報に基づいて設定される、請求項1に記載のTXOP−ベースセクター化動作実行方法。
- 前記VCS値がリセットされない場合、前記STAによるチャネルアクセスは、前記VCS値によって延期(defer)される、請求項1に記載のTXOP−ベースセクター化動作実行方法。
- 前記進行中のフレーム交換中の上りリンクフレームに含まれた部分関連識別子(PAID)フィールドの値に基づいて、前記フレーム交換が前記STAのBSS内で送信されるものか、或いは、前記OBSS内で送信されるものかが決定される、請求項1に記載のTXOP−ベースセクター化動作実行方法。
- 前記進行中のフレーム交換中の下りリンクフレームに含まれたCOLORフィールドの値に基づいて、前記フレーム交換が前記STAのBSS内で送信されるものか、或いは、前記OBSS内で送信されるものかが決定される、請求項1に記載のTXOP−ベースセクター化動作実行方法。
- 前記VCS値のリセットは、前記VCSの値を0に設定する、請求項1に記載のTXOP−ベースセクター化動作実行方法。
- 無線通信システムにおいてTXOP−ベースセクター化動作を行う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、進行中(ongoing)のフレーム交換が前記STAの基本サービスセット(Basic Service Set;BSS)内で送信されるものか、又は重畳BSS(Overlapping BSS;OBSS)内で送信されるものかを決定し;空間直交(Spatially Orthogonal;SO)条件が満たされるか否かを決定し;前記進行中のフレーム交換が前記OBSS内で送信され、前記SO条件が満たされる場合、前記STAの仮想キャリアセンシング(VCS)値をリセット(reset)するステップを行うように設定される、TXOP−ベースセクター化動作実行STA装置。
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