JP2017028745A - 無線lanシステムにおいて動的チャネルセンシング方法及び装置 - Google Patents

無線lanシステムにおいて動的チャネルセンシング方法及び装置 Download PDF

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Abstract

【課題】無線LANシステムにおいて動的にチャネルをセンシングする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LANシステムにおいてステーション(STA)がCCA(Clear Channel Assessment)を行う方法は、前記STAの物理層(PHY)で上位層から、CCAレベルタイプを示すパラメータを含む要請プリミティブを受信するステップと、前記パラメータの値に基づいて設定されたCCA臨界値以上の信号が感知(sense)されるか否かを決定するステップとを有することができる。ここで、前記パラメータは、複数個の異なるCCAレベルタイプのいずれかを示すように設定されてもよい。
【選択図】図29

Description

以下の説明は、無線通信システムに関し、特に、無線LANシステムにおいて動的にチャネルをセンシングする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 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)技術の適用が導入されている。
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 802.11WLANシステムにおいても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通信では非常に多数の機器が存在する環境でたまに少量のデータを低速で通信するシナリオを考慮することができる。
本発明は、状況に応じて適切なパラメータを適用して無線媒体(WM)の占有/遊休を決定する動作を含む新しいバックオフ方案を提案することを目的とする。
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LANシステムにおいてステーション(STA)がCCA(Clear Channel Assessment)を行う方法は、前記STAの物理層(PHY)で上位層からCCAレベルタイプを示すパラメータを含む要請プリミティブを受信するステップと、前記パラメータの値に基づいて設定されたCCA臨界値以上の信号が感知(sense)されるか否かを決定するステップとを有することができる。第1チャネル幅(channel width)以上のサイズを有するデータユニットの送信に対して、前記パラメータが第1CCAレベルタイプに設定されてもよい。第2チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットの送信に対して、前記パラメータが第2CCAレベルタイプに設定されてもよい。前記第2チャネル幅は前記第1チャネル幅よりも広く、前記第2CCAレベルタイプに対して設定される第2CCA臨界値は、前記第1CCAレベルタイプに対して設定される第1CCA臨界値に比べて高くてもよい。
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LANシステムにおいてCCA(Clear Channel Assessment)を行うステーション(STA)装置は、物理層モジュールと、上位層モジュールとを備えることができる。前記物理層モジュールは、上位層からCCAレベルタイプを示すパラメータを含む要請プリミティブを受信し;前記パラメータの値に基づいて設定されたCCA臨界値以上の信号が感知(sense)されるか否かを決定するように設定されてもよい。第1チャネル幅(channel width)以上のサイズを有するデータユニットの送信に対して、前記パラメータが第1CCAレベルタイプに設定されてもよい。第2チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットの送信に対して、前記パラメータが第2CCAレベルタイプに設定されてもよい。前記第2チャネル幅は前記第1チャネル幅よりも広く、前記第2CCAレベルタイプに対して設定される第2CCA臨界値は、前記第1CCAレベルタイプに対して設定される第1CCA臨界値わりも高くてもよい。
上記の本発明に係る実施例において以下の事項を適用することができる。
前記パラメータが第1CCAレベルタイプに設定される場合、前記第1CCA臨界値以上の信号が感知されると、媒体が占有(busy)状態であることを示す情報を含むCCA指示(indication)プリミティブが前記物理層から前記上位層に送信され、前記第1臨界値以上の信号が感知されないと、媒体が遊休(idle)状態であることを示す情報を含むCCA指示プリミティブが前記物理層から前記上位層に送信されてもよい。
前記パラメータが第2CCAレベルタイプに設定される場合、前記第2CCA臨界値以上の信号が感知されると、媒体が占有状態であることを示す情報を含むCCA指示プリミティブが前記物理層から前記上位層に送信され、前記第2臨界値以上の信号が感知されないと、媒体が遊休状態であることを示す情報を含むCCA指示プリミティブが前記物理層から前記上位層に送信されてもよい。
前記パラメータが第1CCAレベルタイプに設定される場合、前記第1CCA臨界値を含む第1CCA条件(Conditions)を用いて、前記第1チャネル幅以下のサイズを有する第1プライマリチャネル上で第1バックオフ過程が行われてもよい。前記パラメータが第2CCAレベルタイプに設定される場合、前記第2CCA臨界値を含む第2CCA条件を用いて、前記第2チャネル幅以下のサイズを有する第2プライマリチャネル上で第2バックオフ過程が行われてもよい。
前記第1プライマリチャネルが遊休状態である場合、前記第1バックオフ過程のバックオフタイマーの値はバックオフスロットごとに減少し、前記第2プライマリチャネルが遊休状態である場合、前記第2バックオフ過程のバックオフタイマーの値はバックオフスロットごとに減少してもよい。
前記第1バックオフ過程の結果によって送信機会(TXOP)が許容されると、前記第1チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットが送信され、前記第2バックオフ過程の結果によってTXOPが許容されると、前記第2チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットが送信されてもよい。
前記第1バックオフ過程の結果によってTXOPが許容されることは、前記第1バックオフ過程のバックオフタイマーの値が0に到達することを含み、前記第2バックオフ過程の結果によってTXOPが許容されることは、前記第2バックオフ過程のバックオフタイマーの値が0に到達することを含むことができる。
前記第1バックオフ過程の結果によってTXOPが許容される場合、一つ以上のセカンダリチャネルの遊休状態に基づいて、前記第1チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットの送信が行われてもよい。前記第2バックオフ過程の結果によってTXOPが許容される場合、一つ以上のセカンダリチャネルの遊休状態に基づいて、前記第2チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットの送信が行われてもよい。
前記第2バックオフ過程の結果によってTXOPが許容され、前記一つ以上のセカンダリチャネルが占有状態である場合、新しいバックオフ過程が行われてもよい。
前記第1CCA臨界値はA dBmであり、前記第2CCA臨界値はA+3 dBmであってもよい。
前記第1チャネル幅のサイズは、W MHz、2W MHz、4W MHz、又は8W MHzであり、前記第2チャネル幅のサイズは、2W MHz、4W MHz、又は8W MHzであってもよい。
前記要請プリミティブは、PHY−CONFIG.requestプリミティブであってもよい。
前記PHY−CONFIG.requestプリミティブに応答して前記物理層から前記上位層にPHY−CONFIG.confirmプリミティブが送信されてもよい。
前記データユニットは、PPDU(Physical Layer Convergence Protocol(PLCP) Packet Data Unit)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を提供するためのものである。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
無線LANシステムにおいてステーション(STA)がCCA(Clear Channel Assessment)を行う方法であって、
前記STAの物理層(PHY)で上位層からCCAレベルタイプを示すパラメータを含む要請プリミティブを受信するステップと、
前記パラメータの値に基づいて設定されたCCA臨界値以上の信号が感知(sense)されるか否か決定するステップと、
を有し、
第1チャネル幅(channel width)以上のサイズを有するデータユニットの送信に対して、前記パラメータが第1CCAレベルタイプに設定され、
第2チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットの送信に対して、前記パラメータが第2CCAレベルタイプに設定され、
前記第2チャネル幅は、前記第1チャネル幅よりも広く、
前記第2CCAレベルタイプに対して設定される第2CCA臨界値は、前記第1CCAレベルタイプに対して設定される第1CCA臨界値よりも高い、CCA実行方法。
(項目2)
前記パラメータが第1CCAレベルタイプに設定される場合、
前記第1CCA臨界値以上の信号が感知されると、媒体が占有(busy)状態であることを示す情報を含むCCA指示(indication)プリミティブが、前記物理層から前記上位層に送信され、
前記第1臨界値以上の信号が感知されないと、媒体が遊休(idle)状態であることを示す情報を含むCCA指示プリミティブが、前記物理層から前記上位層に送信される、項目1に記載のCCA実行方法。
(項目3)
前記パラメータが第2CCAレベルタイプに設定される場合、
前記第2CCA臨界値以上の信号が感知されると、媒体が占有状態であることを示す情報を含むCCA指示プリミティブが前記物理層から前記上位層に送信され、
前記第2臨界値以上の信号が感知されないと、媒体が遊休状態であることを示す情報を含むCCA指示プリミティブが前記物理層から前記上位層に送信される、項目1に記載のCCA実行方法。
(項目4)
前記パラメータが第1CCAレベルタイプに設定される場合、前記第1CCA臨界値を含む第1CCA条件(Conditions)を用いて、前記第1チャネル幅以下のサイズを有する第1プライマリ(primary)チャネル上で第1バックオフ過程が行われ、
前記パラメータが第2CCAレベルタイプに設定される場合、前記第2CCA臨界値を含む第2CCA条件を用いて、前記第2チャネル幅以下のサイズを有する第2プライマリチャネル上で第2バックオフ過程が行われる、項目1に記載のCCA実行方法。
(項目5)
前記第1プライマリチャネルが遊休状態である場合、前記第1バックオフ過程のバックオフタイマーの値はバックオフスロットごとに減少し、
前記第2プライマリチャネルが遊休状態である場合、前記第2バックオフ過程のバックオフタイマーの値はバックオフスロットごとに減少する、項目4に記載のCCA実行方法。
(項目6)
前記第1バックオフ過程の結果によって送信機会(TXOP)が許容されると、前記第1チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットが送信され、
前記第2バックオフ過程の結果によってTXOPが許容されると、前記第2チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットが送信される、項目4に記載のCCA実行方法。
(項目7)
前記第1バックオフ過程の結果によってTXOPが許容されることは、前記第1バックオフ過程のバックオフタイマーの値が0に到達することを含み、
前記第2バックオフ過程の結果によってTXOPが許容されることは、前記第2バックオフ過程のバックオフタイマーの値が0に到達することを含む、項目6に記載のCCA実行方法。
(項目8)
前記第1バックオフ過程の結果によってTXOPが許容される場合、一つ以上のセカンダリチャネルの遊休状態に基づいて、前記第1チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットの送信が行われ、
前記第2バックオフ過程の結果によってTXOPが許容される場合、一つ以上のセカンダリチャネルの遊休状態に基づいて、前記第2チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットの送信が行われる、項目7に記載のCCA実行方法。
(項目9)
前記第2バックオフ過程の結果によってTXOPが許容され、前記一つ以上のセカンダリチャネルが占有状態である場合、新しいバックオフ過程が行われる、項目8に記載のCCA実行方法。
(項目10)
前記第1CCA臨界値はA dBmであり、
前記第2CCA臨界値はA+3 dBmである、項目1に記載のCCA実行方法。
(項目11)
前記第1チャネル幅のサイズは、W MHz、2W MHz、4W MHz、又は8W
MHzであり、
前記第2チャネル幅のサイズは、2W MHz、4W MHz、又は8W MHzである、項目1に記載のCCA実行方法。
(項目12)
前記要請プリミティブは、PHY−CONFIG.requestプリミティブである、項目1に記載のCCA実行方法。
(項目13)
前記PHY−CONFIG.requestプリミティブに応答して前記物理層から前記上位層にPHY−CONFIG.confirmプリミティブが送信される、項目1に記載のCCA実行方法。
(項目14)
前記データユニットは、PPDU(Physical Layer Convergence Protocol(PLCP) Packet Data Unit)である、項目1に記載のCCA実行方法。
(項目15)
無線LANシステムにおいてCCA(Clear Channel Assessment)を行うステーション(STA)装置であって、
物理層モジュールと、
上位層モジュールと、
を備え、
前記物理層モジュールは、上位層からCCAレベルタイプを示すパラメータを含む要請プリミティブを受信し;前記パラメータの値に基づいて設定されたCCA臨界値以上の信号が感知(sense)されるか否かを決定するように設定され、
第1チャネル幅(channel width)以上のサイズを有するデータユニットの送信に対して、前記パラメータが第1CCAレベルタイプに設定され、
第2チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットの送信に対して、前記パラメータが第2CCAレベルタイプに設定され、
前記第2チャネル幅は、前記第1チャネル幅よりも広く、
前記第2CCAレベルタイプに対して設定される第2CCA臨界値は、前記第1CCAレベルタイプに対して設定される第1CCA臨界値よりも高い、CCA実行STA装置。
本発明によれば、状況に応じて適切なパラメータを適用して無線媒体(WM)の占有/遊休を決定する動作を含む新しいバックオフ方法及び装置を提供することができる。
本発明から得られる効果は、以上で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とって明らかになるであろう。
本明細書に添付される図面は、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IEEE802.11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IEEE802.11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、電力管理動作を説明するための図である。 図10乃至図12は、TIMを受信したSTAの動作を詳しく説明するための図である。 図10乃至図12は、TIMを受信したSTAの動作を詳しく説明するための図である。 図10乃至図12は、TIMを受信したSTAの動作を詳しく説明するための図である。 図13は、グループベースAIDを説明するための図である。 図14は、IEEE 802.11システムで用いられるフレーム構造の一例を説明するための図である。 図15は、S1G 1MHzフォーマットの一例を示す図である。 図16は、S1G 2MHz以上短いフォーマットの一例を示す図である。 図17は、S1G 2MHz以上長いフォーマットの一例を示す図である。 図18は、S1G動作要素(operation element)の例示的なフォーマットを示す図である。 図19は、プライマリチャネルとセカンダリチャネルの関係を説明するための図である。 図20は、STAのバックオフ過程の例示を説明するための図である。 図21は、本発明の提案によるSTAのバックオフ過程の一例を説明するための図である。 図22は、不連続チャネルを使用する送信動作を説明するためのブロック図である。 図23は、5GHz帯域で無線LANシステムが使用可能なチャネルを説明するための図である。 図24は、本発明の例示に係るCCA技法を説明するための図である。 図25は、本発明の追加的な例示に係るCCA技法を説明するための図である。 図26は、CCAタイプによるCCA動作の一例を説明するための図である。 図27は、CCAタイプによるCCA動作の他の例を説明するための図である。 図28は、CCAタイプによるCCA動作の更に他の例を説明するための図である。 図29は、本発明の一例に係るCCA方法を説明するための図である。 図30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なしにも本発明が実施され得るという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は省略されたり、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されることもある。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IEEE802システム、3GPPシステム、3GPPLTE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、IEEE802.11(Wi−Fi)、IEEE802.16(WiMAX)、IEEE802−20、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3GPPLTE及び3GPPLTE−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IEEE802.11システムの例示的な構造を示す図である。
IEEE802.11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IEEE802.11LAN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が含まれること(STA1及びSTA2はBSS1に含まれ、STA3及びSTA4はBSS2に含まれる)を例示的に示している。図1で、BSSを示す楕円は、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示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。
IEEE802.11LAN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、LANが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することがある。BSSのメンバーになるためには、STAは同期化過程を用いてBSSにジョインすればよい。BSS基盤構造の全てのサービスにアクセスするためには、STAは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)の利用を含んでもよい。
図2は、本発明を適用できるIEEE802.11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、図1のようにBSSが独立して存在する代わりに、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BSSが存在してもよい。
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、IEEE802.11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。IEEE802.11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、IEEE802.11LAN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、IEEE802.11LAN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的に当該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ために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間のデータ移動が行われてもよい。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)で受信され、IEEE802.1Xポートアクセス個体によって処理されてもよい。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IEEE802.11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がDS及びBSSで構成されてもよい。IEEE802.11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の集合に該当し得る。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。
IEEE802.11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IEEE802.11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ネットワーク形態に該当し得る。
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の一例が示されている。
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IEEE802.11のMAC/PHY規定に従って動作する機器である。STAはAPSTA及び非−AP(non−AP)STAを含む。Non−APSTA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−APSTAに該当し、STA2及びSTA5はAPSTAに該当する。
以下の説明で、non−APSTA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。
(階層構造)
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。例えば、後述するSTA装置のプロセッサは、以下に説明する複数個の階層構造に対応する複数個の階層モジュールを含んで構成することができる。例えば、プロセッサは、物理(PHY)層モジュール及び上位層(例えば、MAC)モジュールを含むことができる。又は、STA装置の送受信器は、以下に説明する複数個の階層構造のうちPHY層の機能の全て又は一部を行うように構成されてもよく、プロセッサは、PHY層の機能の(他の)全て又は一部を行うように構成されることに加えて又は代えて、PHY層より上位層(例えば、MAC)の機能の全て又は一部を行うように構成されてもよい。
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。
正確なMAC動作を提供するために、SME(Station Management
Entity)がそれぞれのAP/STA内に存在する。SMEは、別途の管理プレーン内に存在したり、又は別に離れている(off to the side)ように見なされる、階層−独立的な個体である。本文ではSMEの正確な機能については具体的に説明しないが、一般には、様々な階層管理個体(LME)から階層−従属的な状態を収集し、階層−特定パラメータの値を類似に設定するなどの機能を担当するものと見なすことができる。SMEは、通常、一般システム管理個体を代表して(on behalf of)このような機能を果たし、標準管理プロトコルを具現することができる。
上述の個体は、様々な方式で相互作用する。例えば、個体間にGET/SETプリミティブ(primitive)を交換(exchange)することによって相互作用することができる。プリミティブは、特定目的に関連した要素(element)やパラメータのセットを意味する。XX−GET.requestプリミティブは、与えられたMIB attribute(管理情報基盤属性)情報の値を要請するために用いられる。XX−GET.confirmプリミティブは、Statusが“成功”である場合には、適切なMIB属性情報値をリターンし、そうでないと、Statusフィールドでエラー指示をリターンするために用いられる。XX−SET.requestプリミティブは、指示されたMIB属性が、与えられた値に設定されるように要請するために用いられる。MIB属性が特定動作を意味する場合、これは、当該動作が行われることを要請する。そして、XX−SET.confirmプリミティブは、statusが“成功”である場合には、指示されたMIB属性が、要請された値に設定されたことを確認づけ、そうでないと、statusフィールドでエラー条件をリターンするために用いられる。このプリミティブは、MIB属性が特定動作を意味する場合、当該動作が行われたことを確認づける。
また、MLME及びSMEは、様々なMLME_GET/SETプリミティブをMLME_SAP(Service Access Point)を介して交換することができる。また、様々なPLME_GET/SETプリミティブが、PLME_SAPを介してPLMEとSME間で交換されてもよく、MLME−PLME_SAPを介してMLMEとPLME間で交換されてもよい。
(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。
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)を送信して、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ため、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ため、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、IEEE802.11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探し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/応答フレームに含まれ得る情報の一例示に過ぎず、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。
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。
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/応答を通じ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)フレームを通じた4−ウェイ(way)ハンドシェーキングを通じて、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、IEEE802.11標準で定義しない保安方式によって行われてもよい。
(WLANの進化)
IEEE 802.11WLAN標準は、2.4GHz又は5GHzで非免許帯域(unlicensed band)を用いた11Mbps(IEEE 802.11b)又は54Mbps(IEEE 802.11a)の伝送速度を提供する。IEEE 802.11gは2.4GHzでOFDMを適用して54Mbpsの伝送速度を提供する。
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。すなわち、IEEE 802.11nは、MIMO−OFDMを適用して、4個の空間ストリーム(spatial stream)に対して300Mbpsの伝送速度を提供する。IEEE 802.11nではチャネル帯域幅を40MHzまで支援し、この場合、600Mbpsの伝送速度を提供する。
無線LANの普及が活性化され、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IEEE802.11n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、IEEE802.11n無線LANシステムの次のバージョン(例えば、IEEE802.11ac)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最近に新しく提案されているIEEE802.11無線LANシステムの一つである。そのために、VHTシステムは80MHz又は160MHzのチャネル帯域幅、最大8個の空間ストリームを支援する。160MHzのチャネル帯域幅、8個の空間ストリーム、256QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、短いガードインターバル(short GI)機能を全て具現する場合、最大6.9Gbpsの伝送速度を提供する。
次世代無線LANシステムは、無線チャネルを効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、IEEE802.11af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)上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は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。
そのため、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。IEEE802.11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IEEE802.11ah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)又は事物通信と呼ばれることもある。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が搭載された検針機(meter)や自動販売機のような装置を含めて、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例示に該当し得る。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)などが含まれてもよい。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できるものでなければならない。
具体的に、M2M通信は多数のSTAを支援できるものでなければならない。現在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通信では低い伝送速度を支援/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)要素に基づいてSTAが自身に送信されるデータの有無を認知できるが、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/水道の使用量のように長い周期(例えば、1ケ月)ごとに大変少ない量のデータをやり取りすることが要求される。そのため、無線LANシステムでは、一つのAPに連携され得るSTAの個数が非常に多くなっても、一つのビーコン周期の間にAPから受信するデータフレームが存在するSTAの個数が大変少ない場合を効率的に支援す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)
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)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から、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。
また、IEEE802.11MAC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に決定され得る。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。
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続けて媒体をモニタする。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に、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、止めてい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だけの余りのバックオフスロットをカウントダウンした後に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よりも短かったため、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(header)の「duration」フィールドの値によって設定されてもよい。
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た。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、隠れたノードに対する例示であり、STAAとSTABとが通信中にあり、STACが送信する情報を持っている場合である。具体的に、STAAがSTABに情報を送信している状況であるにもかかわらず、STACがSTAB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、STAAの送信(すなわち、媒体占有)をSTAC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、STABはSTAAとSTAC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、STAAをSTACの隠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、STABがSTAAにデータを送信している状況で、STACがSTADに送信する情報を持っている場合である。この場合、STACがキャリアセンシングを行うと、STAB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、STACがSTAD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STAAはSTACの送信範囲外にあるため、STACからの送信とSTABからの送信とがSTAAの立場では衝突しないこともあるため、STACは、STABが送信を止めるまで余計に待機することになる。このとき、STACをSTAB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。
図8(a)は、隠れたノード問題を解決する方法に関する例示であり、STAAとSTACがいずれもSTABにデータを送信しようとする場合を仮定する。STAAがRTSをSTABに送ると、STABはCTSを自身の周囲にあるSTAA及びSTACの両方に送信する。その結果、STACはSTAAとSTAB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、STAAとSTAB間のRTS/CTS送信をSTACがオーバーヒヤリングすることによって、STACは自身が他のSTA(例えば、STAD)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、STAB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STAAのみがCTSを送信するようになる。STACは、RTSのみを受信し、STAAのCTSは受信できなかったため、STAAがSTACのキャリアセンシング外にあるということがわかる。
(電力管理)
前述したように、無線LANシステムではSTAが送受信を行う前にチャネルセンシングを行わなければならないが、チャネルを常にセンシングすることはSTAの持続的な電力消耗を引き起こす。受信状態での電力消耗は送信状態での電力消耗と大差がないため、受信状態を持続することも、電力の制限された(すなわち、バッテリーによって動作する)STAには大きな負担となる。したがって、STAが持続的にチャネルをセンシングするために受信待機状態を維持すると、無線LAN処理率の側面で特別な利点もなく電力を非効率的に消耗することになる。このような問題点を解決するために、無線LANシステムではSTAの電力管理(power management;PM)モードを支援する。
STAの電力管理モードはアクティブ(active)モード及び節電(power save;PS)モードに区別される。STAは基本的にアクティブモードで動作する。アクティブモードで動作するSTAは、アウェイク状態(awake state)を維持する。アウェイク状態は、フレーム送受信やチャネルスキャニングなどの正常動作が可能な状態である。一方、PSモードで動作するSTAは、スリープ状態(sleep state)(又は、ドーズ(dose)状態)とアウェイク状態(awake state)を切り替えながら動作する。スリープ状態で動作するSTAは、最小限の電力で動作し、フレーム送受信もチャネルスキャニングも行わない。
STAがスリープ状態でできるだけ長く動作するほど電力消耗が減るため、STAの動作期間が増加する。しかし、スリープ状態ではフレーム送受信が不可能なため、無条件に長く動作するわけにはいかない。スリープ状態で動作するSTAがAPに送信するフレームを有すると、アウェイク状態に切り替わってフレームを送信することができる。一方、APがSTAに送信するフレームがある場合、スリープ状態のSTAはそれを受信できないことはもとより、受信するフレームが存在するということも把握できない。したがって、STAは自身に送信されるフレームが存在するか否かを確認するために(また、存在するならそれを受信するために)特定周期に従ってアウェイク状態に切り替わる動作が必要でありうる。
図9は、電力管理動作を説明するための図である。
図9を参照すると、AP210は、一定の周期でビーコンフレーム(beacon frame)をBSS内のSTAに送信する(S211、S212、S213、S214、S215、S216)。ビーコンフレームには、TIM(Traffic Indication Map)情報要素(Information Element)が含まれる。TIM情報要素は、AP210が自身と連携されているSTAに対するバッファされたトラフィックが存在し、フレームを送信することを知らせる情報を含む。TIM要素には、ユニキャスト(unicast)フレームを知らせるために用いられるTIMと、マルチキャスト(multicast)又はブロードキャスト(broadcast)フレームを知らせるために用いられるDTIM(delivery traffic indication map)がある。
AP210は、3回のビーコンフレームを送信する度に1回ずつDTIMを送信することができる。STA1220及びSTA2230はPSモードで動作するSTAである。STA1220及びSTA2230は、所定の周期のウェイクアップインターバル(wakeup interval)ごとにスリープ状態からアウェイク状態に切り替わり、AP210によって送信されたTIM要素を受信できるように設定されてもよい。それぞれのSTAは、自身のローカルクロック(local clock)に基づいてアウェイク状態に切り替わる時点を計算することができ、図9の例示ではSTAのクロックがAPのクロックと一致すると仮定する。
例えば、所定のウェイクアップインターバルは、STA1220がビーコンインターバルごとにアウェイク状態に切り替わってTIM要素を受信できるように設定されてもよい。そのため、STA1220は、AP210が最初にビーコンフレームを送信する時(S211)にアウェイク状態に切り替わり得る(S221)。STA1220は、ビーコンフレームを受信してTIM要素を取得することができる。取得されたTIM要素が、STA1220に送信されるフレームがあることを示すと、STA1220は、AP210にフレーム送信を要請するPS−Poll(Power Save−Poll)フレームをAP210に送信することができる(S221a)。AP210は、PS−Pollフレームに対応してフレームをSTA1220に送信することができる(S231)。フレーム受信を完了したSTA1220は再びスリープ状態に切り替わって動作する。
AP210が二番目にビーコンフレームを送信するにあたり、他の装置が媒体にアクセスするなどして媒体が占有された(busy medium)状態であるから、AP210は正確なビーコンインターバルに合わせてビーコンフレームを送信できず、遅延された時点に送信することがある(S212)。この場合、STA1220はビーコンインターバルに合わせて動作モードをアウェイク状態に切り替えるが、遅延送信されるビーコンフレームを受信できず、再びスリープ状態に切り替わる(S222)。
AP210が三番目にビーコンフレームを送信する時、当該ビーコンフレームはDTIMと設定されたTIM要素を含むことができる。ただし、媒体が占有された(busy medium)状態であるから、AP210はビーコンフレームを遅延して送信する(S213)。STA1220は、ビーコンインターバルに合わせてアウェイク状態に切り替わって動作し、AP210によって送信されるビーコンフレームからDTIMを取得することができる。STA1220が取得したDTIMは、STA1220に送信されるフレームはなく、他のSTAのためのフレームが存在することを示す場合を仮定する。この場合、STA1220は、自身が受信するフレームがないことを確認し、再びスリープ状態に切り替わって動作することができる。AP210はビーコンフレーム送信後にフレームを該当のSTAに送信する(S232)。
AP210は、四番目にビーコンフレームを送信する(S214)。ただし、STA1220は、その以前の2回にわたるTIM要素受信から、自身に対するバッファされたトラフィックが存在するという情報が取得できなかったため、TIM要素受信のためのウェイクアップインターバルを調整してもよい。又は、AP210によって送信されるビーコンフレームにSTA1220のウェイクアップインターバル値を調整するためのシグナリング情報が含まれた場合、STA1220のウェイクアップインターバル値が調整されてもよい。本例示で、STA1220はビーコンインターバルごとにTIM要素受信のために運営状態を切り替えたが、3回のビーコンインターバルごとに1回起床するように運営状態を切り替えるように設定してもよい。したがって、STA1220は、AP210が四番目のビーコンフレームを送信し(S214)、五番目のビーコンフレームを送信する時点に(S215)スリープ状態を維持するため、TIM要素を取得することができない。
AP210が六番目にビーコンフレームを送信する時(S216)、STA1220はアウェイク状態に切り替わって動作し、ビーコンフレームに含まれたTIM要素を取得することができる(S224)。TIM要素は、ブロードキャストフレームが存在することを示すDTIMであるから、STA1220はPS−PollフレームをAP210に送信することなく、AP210によって送信されるブロードキャストフレームを受信することができる(S234)。一方、STA2230に設定されたウェイクアップインターバルはSTA1220に比べて長い周期に設定されてもよい。そのため、STA2230は、AP210が五番目にビーコンフレームを送信する時点(S215)にアウェイク状態に切り替わってTIM要素を受信することができる(S241)。STA2230は、TIM要素から、自身に送信されるフレームが存在することがわかり、フレーム送信を要請するためにAP210にPS−Pollフレームを送信することができる(S241a)。AP210はPS−Pollフレームに対応してSTA2230にフレームを送信することができる(S233)。
図9のような節電モードの運営のためにTIM要素には、STAに送信されるフレームが存在するか否かを示すTIM、又はブロードキャスト/マルチキャストフレームが存在するか否かを示すDTIMが含まれる。DTIMはTIM要素のフィールド設定によって具現することができる。
図10乃至図12は、TIMを受信したSTAの動作を詳しく説明するための図である。
図10を参照すると、STAは、APからTIMを含むビーコンフレームを受信するためにスリープ状態からアウェイク状態に切り替わり、受信したTIM要素を解釈して、自身に送信されるバッファされたトラフィックがあることを確認できる。STAは、PS−Pollフレームの送信のための媒体アクセスのために他のSTAと競合(contending)を行った後に、APにデータフレーム送信を要請するためにPS−Pollフレームを送信することができる。STAによって送信されたPS−Pollフレームを受信したAPは、STAにフレームを送信することができる。STAはデータフレームを受信し、それに対する確認応答(ACK)フレームをAPに送信することができる。以降、STAは再びスリープ状態に切り替わり得る。
図10のように、APは、STAからPS−Pollフレームを受信した後、所定の時間(例えば、SIFS(Short Inter−Frame Space))後にデータフレームを送信する即時応答(immediate response)方式によって動作することができる。一方、APがPS−Pollフレームを受信した後に、STAに送信するデータフレームをSIFS時間の間に用意できなかった場合は、遅れた応答(deferred response)方式によって動作してもよく、それについて図11を参照して説明する。
図11の例示で、STAがスリープ状態からアウェイク状態に切り替わってAPからTIMを受信し、競合を経てPS−PollフレームをAPに送信する動作は、図10の例示と同一である。APがPS−Pollフレームを受信したが、SIFSの間にデータフレームを用意できなかった場合、データフレームを送信する代わりにACKフレームをSTAに送信してもよい。APは、ACKフレーム送信後にデータフレームが用意されると、競合を行った後、データフレームをSTAに送信することができる。STAはデータフレームを成功的に受信したことを示すACKフレームをAPに送信し、スリープ状態に切り替わり得る。
図12は、APがDTIMを送信する例示に関するものである。STAはAPからDTIM要素を含むビーコンフレームを受信するためにスリープ状態からアウェイク状態に切り替わってもよい。これらのSTAは、受信したDTIMから、マルチキャスト/ブロードキャストフレームが送信されることがわかる。APは、DTIMを含むビーコンフレームを送信後に、PS−Pollフレームの送受信動作無しで直ちにデータ(すなわち、マルチキャスト/ブロードキャストフレーム)を送信することができる。これらのSTAは、DTIMを含むビーコンフレームを受信してから引き続きアウェイク状態を維持しながらデータを受信し、データ受信が完了した後再びスリープ状態に切り替わり得る。
(TIM構造)
図9乃至図12を参照して上述したTIM(又は、DTIM)プロトコルに基づく節電モード運営方法において、STAは、TIM要素に含まれたSTA識別情報から、自身のために送信されるデータフレームが存在するか否かを確認することができる。STA識別情報は、STAとAPとの連携(association)時にSTAに割り当てられた識別子であるAID(Association Identifier)に関する情報であってよい。
AIDは一つのBSS内ではそれぞれのSTAに対する固有の(unique)識別子として使われる。一例として、現在無線LANシステムにおいてAIDとしては1から2007までのいずれか一つの値を割り当てることができる。現在定義されている無線LANシステムでは、AP及び/又はSTAが送信するフレームにはAIDのために14ビットを割り当てることができ、AID値は16383まで割り当てることができるが、2008〜16383は予備(reserved)値として設定されている。
既存の定義によるTIM要素は、一つのAPに多数(例えば、2007個を超える)のSTAが連携され得るM2Mアプリケーションの適用には適していない。既存のTIM構造をそのまま拡張するとTIMビットマップのサイズが過大になるため、既存のフレームフォーマットでは支援することができず、また、低い伝送レートのアプリケーションを考慮するM2M通信に適していない。また、M2M通信では、一つのビーコン周期の間に受信データフレームが存在するSTAの個数は大変少ないと予想される。したがって、このようなM2M通信の適用例を考慮すれば、TIMビットマップのサイズは大きくなるが、大部分のビットが0値を有する場合が多く発生すると予想されるため、ビットマップを効率的に圧縮する技術が要求される。
既存のビットマップ圧縮技術として、ビットマップの先頭部分に連続する0を省略し、オフセット(offset)(又は、開始点)値で定義する方案がある。しかし、バッファされたフレームが存在するSTAの個数は少ないが、それぞれのSTAのAID値の差が大きい場合には圧縮効率が高くない。例えば、AIDが10と2000の値であるただ2つのSTAに送信するフレームのみがバッファされている場合、圧縮されたビットマップの長さは1990であるが、両端を除いてはいずれも0の値を有することになる。一つのAPに連携され得るSTAの個数が少ない場合にはビットマップ圧縮の非効率性があまり問題にならないが、STAの個数が増加する場合は、このような非効率性が全体システム性能を阻害する要素になることもある。
これを解決するための方案として、AIDを複数のグループに分けてより効果的なデータ送信を行うようにすることができる。各グループには、指定されたグループID(GID)が割り当てられる。このようなグループベースで割り当てられるAIDについて図13を参照して説明する。
図13(a)は、グループベースで割り当てられたAIDの一例を示す図である。図13(a)の例示では、AIDビットマップの先頭部におけるいくつかのビットを、GIDを示すために用いることができる。例えば、AIDビットマップにおける先頭の2ビットを用いて4個のGIDを示すことができる。AIDビットマップの全体長がNビットである場合、先頭の2ビット(B1及びB2)の値は当該AIDのGIDを示す。
図13(b)は、グループベースで割り当てられたAIDの他の例を示す図である。図13(b)の例示では、AIDの位置によってGIDを割り当てることができる。このとき、同一のGIDを使用するAIDはオフセット(offset)及び長さ(length)の値で表現することができる。例えば、GID1がオフセットA及び長さBで表現されると、ビットマップ上でA乃至A+B−1のAIDがGID1を有するということを意味する。例えば、図13(b)の例示で、全体1乃至N4のAIDが4個のグループに分割されると仮定する。この場合、GID1に属するAIDは1乃至N1であり、このグループに属するAIDはオフセット1及び長さN1で表現することができる。次に、GID2に属するAIDをオフセットN1+1及び長さN2−N1+1で表現することができ、GID3に属するAIDをオフセットN2+1及び長さN3−N2+1で表現することができ、GID4に属するAIDをオフセットN3+1及び長さN4−N3+1で表現することができる。
このようなグループベースで割り当てられるAIDが導入されると、GIDによって異なる時間区間にチャネルアクセスを許容できるようにすることによって、多数のSTAに対するTIM要素不足の問題を解決すると同時に、効率的なデータの送受信を行うことができる。例えば、特定時間区間では特定グループに該当するSTAにのみチャネルアクセスが許容され、残り他のSTAにはチャネルアクセスが制限(restrict)されてもよい。このように特定STAにのみアクセスが許容される所定の時間区間を、制限されたアクセスウィンドウ(Restricted Access Window;RAW)と呼ぶこともできる。
GIDによるチャネルアクセスについて図13(c)を参照して説明する。図13(c)では、AIDが3個のグループに分けられている場合、ビーコンインターバルによるチャネルアクセスメカニズムを例示的に示す。一番目のビーコンインターバル(又は、一番目のRAW)は、GID1に属するAIDに該当するSTAのチャネルアクセスが許容される区間で、他のGIDに属するSTAのチャネルアクセスは許容されない。これを具現するために、一番目のビーコンにはGID1に該当するAIDのみのためのTIM要素が含まれる。二番目のビーコンフレームにはGID2を有するAIDのみのためのTIM要素が含まれ、これによって二番目のビーコンインターバル(又は、二番目のRAW)の間には、GID2に属するAIDに該当するSTAのチャネルアクセスのみが許容される。三番目のビーコンフレームには、GID3を有するAIDのみのためのTIM要素が含まれ、これによって三番目のビーコンインターバル(又は、三番目のRAW)の間には、GID3に属するAIDに該当するSTAのチャネルアクセスのみが許容される。四番目のビーコンフレームには再びGID1を有するAIDのみのためのTIM要素が含まれ、これによって四番目のビーコンインターバル(又は、四番目のRAW)の間には、GID1に属するAIDに該当するSTAのチャネルアクセスのみが許容される。続いて、五番目以降のビーコンインターバル(又は、五番目以降のRAW)のそれぞれにおいても、当該ビーコンフレームに含まれたTIMで示す特定グループに属したSTAのチャネルアクセスのみが許容されてもよい。
図13(c)では、ビーコンインターバルによって許容されるGIDの順序が循環的又は周期的である例示を示しているが、これに制限されることはない。すなわち、TIM要素に特定GIDに属するAIDのみを含めることによって、特定時間区間(例えば、特定RAW)の間に、これら特定AIDに該当するSTAのみのチャネルアクセスを許容し、残りのSTAのチャネルアクセスは許容しない方式で動作してもよい。
前述したようなグループベースAID割当方式は、TIMの階層的(hierarchical)構造と呼ぶこともできる。すなわち、全体AID空間を複数個のブロックに分割し、0以外の値を持つ特定ブロックに該当するSTA(すなわち、特定グループのSTA)のチャネルアクセスのみが許容されるようにすることができる。これによって、大きいサイズのTIMを小さいブロック/グループに分割して、STAがTIM情報を維持しやすくし、STAのクラス、サービス品質(QoS)、又は用途によってブロック/グループが管理しやすくなる。図13の例示では2−レベルの階層を示しているが、2つ以上のレベルの形態で階層的構造のTIMが構成されてもよい。例えば、全体AID空間を複数個のページ(page)グループに分割し、それぞれのページグループを複数個のブロックに区別し、それぞれのブロックを複数個のサブ−ブロックに分割することができる。このような場合、図13(a)の例示の拡張として、AIDビットマップにおいて先頭のN1個のビットはページID(すなわち、PID)を示し、その次のN2個のビットはブロックIDを示し、その次のN3個のビットはサブ−ブロックIDを示し、残りのビットがサブ−ブロック内のSTAビット位置を示す方式で構成されてもよい。
以下に説明する本発明の例示において、STA(又は、それぞれのSTAに割り当てられたAID)を所定の階層的なグループ単位に分割して管理する様々な方式が適用されてもよく、グループベースAID割当方式が上記の例示に制限されるものではない。
(フレーム構造)
図14は、IEEE 802.11システムで用いられるフレーム構造の一例を説明するための図である。
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。
STFは、信号検出、AGC(Automatic Gain Control)、ダイバーシティ選択、精密な時間同期などのための信号であり、LTFは、チャネル推定、周波数誤差推定などのための信号である。STFとLTFを合わせてPCLPプリアンブル(preamble)と称することができ、PLCPプリアンブルは、OFDM物理層の同期化及びチャネル推定のための信号ということができる。
SIGフィールドは、RATEフィールド及びLENGTHフィールドなどを含むことができる。RATEフィールドは、データの変調及びコーディングレートに関する情報を含むことができる。LENGTHフィールドは、データの長さに関する情報を含むことができる。さらに、SIGフィールドは、パリティ(parity)ビット、SIG TAILビットなどを含むことができる。
データフィールドは、SERVICEフィールド、PSDU(PLCP Service Data Unit)、PPDU TAILビットを含むことができ、必要時には埋め草ビット(padding bit)も含むことができる。SERVICEフィールドの一部ビットは、受信端におけるデスクランブラの同期化のために用いることができる。PSDUは、MAC層で定義されるMAC PDU(Protocol Data Unit)に対応し、上位層で生成/利用されるデータを含むことができる。PPDU 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。埋め草ビットは、データフィールドの長さを所定の単位に合わせるために用いることができる。
MACヘッダーは、フレーム制御(Frame Control)フィールド、期間(Duration)/IDフィールド、アドレス(Address)フィールドなどを含む。フレーム制御フィールドは、フレーム送信/受信に必要な制御情報を含むことができる。期間/IDフィールドは、当該フレームなどを送信するための時間に設定することができる。MACヘッダーのSequence Control、QoS Control、HT Controlサブフィールドの具体的な内容は、IEEE 802.11−2012標準文書を参照すればよい。
MACヘッダーのフレーム制御フィールドは、Protocol Version、Type、Subtype、To DS、From DS、More Fragment、Retry、Power Management、More Data、Protected Frame、Orderサブフィールドを含むことができる。フレーム制御フィールドのそれぞれのサブフィールドの内容は、IEEE 802.11−2012標準文書を参照すればよい。
一方、ヌル−データパケット(NDP)フレームフォーマットは、データパケットを含まない形態のフレームフォーマットを意味する。すなわち、NDPフレームは、一般的なPPDUフォーマットにおいてPLCPヘッダー部分(すなわち、STF、LTF及びSIGフィールド)のみを含み、残りの部分(すなわち、データフィールド)は含まないフレームフォーマットを意味する。NDPフレームは、短い(short)フレームフォーマットと呼ぶこともできる。
(S1Gフレームフォーマット)
M2M、IoT(Internet of Things)、スマートグリッドなどのアプリケーションを支援するためには、長距離(long range)、低電力(low power)の通信が要求される。そのために、1GHz以下(Sub 1GHz;S1G)の周波数帯域(例えば、902〜928MHz)において1MHz/2MHz/4MHz/8MHz/16MHzチャネル帯域幅(channel bandwidth)を使用する通信プロトコルを用いることが議論されている。
S1G PPDUフォーマットとして、3種類のフォーマットが定義される。すなわち、S1G 2MHz以上帯域幅で使用される短いフォーマット、S1G 2MHz以上帯域幅で使用される長いフォーマット、及びS1G 1MHz帯域幅で使用されるフォーマットがある。
図15は、S1G 1MHzフォーマットの一例を示す図である。
S1G 1MHzフォーマットは、1MHz PPDU SU(Single User)送信のために用いることができる。
図15のS1G 1MHzフォーマットは、IEEE 802.11nで定義されるGreen−fieldフォーマットと同様に、STF、LTF1、SIG、LTF2−LTFNLTF、Dataフィールドで構成されるが、Green−fieldフォーマットに比べてプリアンブル部分の送信時間が反復されて2倍以上増加した形態のものと理解することができる。
図15のSTFフィールドは、2MHz以上の帯域幅に対するPPDUにおけるSTF(2シンボル長)と同一の周期(same periodicity)を有するが、時間上で2回反復(rep2)技法が適用されることから4シンボル長(例えば、160μs)を有する。また、このSTFフィールドには3dB電力ブースティングを適用することができる。
図15のLTF1フィールドは、2MHz以上の帯域幅に対するPPDUにおけるLTF1フィールド(2シンボル長)と周波数ドメインで直交(orthogonal)するよう設計され、時間上で2回反復されて4シンボル長を有することができる。LTF1フィールドは、DGI(Double Guard Interval)、LTS(Long Training Sequence)、LTS、GI(Guard Interval)、LTS、GI、LTSを含むことができる。
図15のSIGフィールドは、反復コーディングされてもよく、最も低いMCS(Modulation and Coding Scheme)(すなわち、BPSK(Binary Phase Shift Keying))及び反復コーディング(rep2)が適用され、レートが1/2となるように構成され、6シンボル長と定義することができる。
図15のLTF2フィールド乃至LTFNLTFフィールドは、MIMOの場合に含むことができる。各LTFフィールドは1シンボル長を有することができる。
図16は、S1G 2MHz以上短いフォーマットの一例を示す図である。
S1G 2MHz以上短いフォーマット(S1G greater than or equal to 2MHz short format)は、2MHz、4MHz、8MHz及び16MHz PPDUを使用するSU送信のために用いることができる。
図16のSTFフィールドは、2シンボル長を有することができる。
図16のLTF1フィールドは、2シンボル長を有することができ、DGI、LTS、LTSを含むことができる。
図16のSIGフィールドは、MCSとしてQPSK(Quadrature PSK)、BPSKなどが適用されてもよく、2シンボル長を有することができる。
図16のLTF2フィールド乃至LTFNLTFフィールドは、それぞれ1シンボル長を有することができる。
図17は、S1G 2MHz以上長いフォーマットの一例を示す図である。
S1G 2MHz以上長いフォーマット(S1G greater than or equal to 2MHz long format)は、2MHz、4MHz、8MHz及び16MHz PPDUを使用するMU送信、及びSUビームフォーミングされた(beamformed)送信のために用いることができる。S1G 2MHz以上長いフォーマットは、全方向に送信されるオムニ部分(omni portion)とビームフォーミング(beamforming)が適用されるデータ部分を含むことができる。
図17のSTFフィールドは、2シンボル長を有することができる。
図17のLTF1フィールドは、2シンボル長を有することができ、DGI、LTS、LTSを含むことができる。
図17のSIG−A(SIGNAL−A)フィールドは、MCSとしてQPSK、BPSKなどが適用されてもよく、2シンボル長を有することができる。
図17のD−STF(Short Training field for Data)フィールドは、1シンボル長を有することができる。
図17のD−LTF(Long Training field for Data)フィールド、すなわち、D−LTF1フィールド乃至D−LTFNLTFフィールドは、それぞれ1シンボル長を有することができる。
図17のSIG−B(SIGNAL−B)フィールドは、1シンボル長を有することができる。
(1MHzチャネル帯域幅及び2MHz以上チャネル帯域幅を支援するBSSでのチャネルアクセスメカニズム)
本発明では1MHzチャネル帯域幅及び2MHz以上チャネル帯域幅を支援するBSSでのチャネルアクセスメカニズムに対して、特にバックオフメカニズムについて提案する。
BSSに属したSTAはプライマリチャネル(primary channel)を用いてバックオフメカニズムを行う。すなわち、プライマリチャネル上でCCAなどを行って、該当チャネル(又は媒体)が遊休しているか否かを判断することができる。プライマリチャネルとは、BSSの構成員であるSTAの全てに対する共通チャネルであり、ビーコンなどの基本的な信号送信のために用いることができる。また、プライマリチャネルは、データユニット(例えば、PPDU)の送信のために基本的に用いられるチャネルと表現することもできる。一方、STAがデータ送信のために使用するチャネル幅がプライマリチャネルのサイズよりも大きい場合、当該チャネル内でプライマリチャネル以外のチャネルをセカンダリチャネル(secondary channel)と呼ぶ。
従来の無線LANシステムではプライマリチャネルの帯域幅のサイズとして1一つしか存在していないが、発展した無線LANシステムでは、プライマリチャネルがSTAのキャパビリティ(capability)によって2種類の異なるチャネル帯域幅を有することができる。本発明では、このような多重チャネル環境におけるバックオフメカニズムについて提案する。
例えば、センサー(sensor)タイプのSTAの場合は、具現の複雑度を軽減するために1MHz又は2MHzチャネル帯域幅(のみ)を支援することができる。しかし、IoT、M2MタイプのSTAの場合は、より高い処理率(throughput)が要求され、それを支援するために2MHz、4MH,8MHz又は16MHzチャネル帯域幅(のみ)を支援することができる。
本発明では、1MHz又は2MHzチャネル帯域幅を支援するSTAを低いレート(Low Rate;LR)STAと称し、2MHz、4MHz、8MHz又は16MHzチャネル帯域幅を支援するSTAを高いレート(High Rate;HR)STAと称する。また、LR STAのプライマリチャネルは1MHzチャネル帯域幅を有し、HR STAのプライマリチャネルは2MHzチャネル帯域幅を有すると仮定する。
以下、このようにプライマリチャネルがSTAのキャパビリティによって2種類の帯域幅を有する多重チャネル環境で、本発明で提案するSTAのバックオフメカニズムについて具体的に説明する。
APはビーコンフレームなどを用いて、LR STAが使用するプライマリチャネルを指定でき、これを、本発明では第1プライマリチャネルと称する。また、APは、HR STAが使用するプライマリチャネルを指定でき、これを、本発明では第2プライマリチャネルと称する。例えば、第1プライマリチャネルは1MHz帯域幅を有するプライマリチャネルに該当し、第2プライマリチャネルは2MHz帯域幅を有するプライマリチャネルに該当できる。
図18は、S1G動作要素(operation element)の例示的なフォーマットを示す図である。
図18のS1G動作要素は、ビーコンフレーム又はプローブ応答フレームなどを用いてBSSに属したSTAに伝達することができる。これによって、S1G BSSのチャネルセットを設定することができる。
S1G動作要素フォーマットは、要素ID(element ID)フィールド、長さ(length)フィールド、S1G動作情報(Operation Information)フィールド及び基本S1G−MCS及びNSSセット(Basic S1G−MCS and NSS(Number of Spatial Stream) set)フィールドを含むことができる。
S1G動作要素の要素IDフィールドは、当該情報要素がS1G動作要素であることを示す値に設定することができる。
S1G動作要素の長さフィールドは、後続するフィールドの長さを示す値に設定することができる。
S1G動作要素のS1G動作情報フィールドは、チャネル幅(Channel Width)フィールド及びプライマリチャネル番号(Primary Channel Number)フィールドを含むことができる。
例えば、チャネル幅フィールドのビット0乃至ビット5(B0−B5)は、1、2、4、8又は16MHzのいずれかを示す値に設定することができる。次に、チャネル幅フィールドのビット6乃至ビット7(B6−B7)は、第1プライマリチャネルの位置(location)を示す値に設定することができる。例えば、00は、第1プライマリチャネルがないこと(no first primary channel)を示すことができる。01は、第2プライマリチャネル上の低い側(lower side)を、10は、第2プライマリチャネル上の高い側(upper side)を示すことができる。11は、留保(reserved)を示すことができる。
又は、チャネル幅フィールドのB0−B5は、次のように構成することもできる。B0は、S1G BSSが1MHz PPDU送信を許容する場合に1に設定することができる。B1は、S1G BSSが2MHz PPDU送信を許容する場合に1に設定することができる。B2は、S1G BSSが4MHz PPDU送信を許容する場合に1に設定することができる。B3は、S1G BSSが8MHz PPDU送信を許容する場合に1に設定することができる。B4は、S1G BSSが16MHz PPDU送信を許容する場合に1に設定することができる。B5は、1MHzプライマリチャネルの位置を示すことができる(例えば、B5が0に設定されると、2MHzプライマリチャネル上の低い側を示し、B5が1に設定されると、2MHzプライマリチャネル上の高い側を示す。)。
ここで、第1プライマリチャネルは第2プライマリチャネルの一部に該当する。すなわち、第1プライマリチャネルは第2プライマリチャネル上に存在する。また、第1プライマリチャネルのチャネル帯域幅は第2プライマリチャネルのチャネル帯域幅よりも小さい。例えば、第2プライマリチャネル(又はプライマリ2MHzチャネル)は第1プライマリチャネル(又はプライマリ1MHzチャネル)を含み、第1プライマリチャネルは、第2プライマリチャネルの2MHz帯域幅のうち、高い周波数側の1MHz又は低い周波数側の1MHzのいずれかに位置することができる。
プライマリチャネル番号フィールドは、第2プライマリチャネルのチャネル番号を示す値に設定することができる。
このように、S1G動作情報フィールド内のチャネル幅フィールド及びプライマリチャネル番号フィールドによって、第2プライマリチャネル及び第1プライマリチャネル(存在する場合)の周波数上における位置を特定することができる。
S1G動作要素の基本S1G−MCS及びNSSセットは、1個のSS(Spatial Stream)に対する最大S1G−MCS(Max S1G−MCS for 1SS)フィールド、2個のSSに対する最大S1G−MCS(Max S1G−MCS for 2SS)フィールド、3個のSSに対する最大S1G−MCS(Max S1G−MCS for 3SS)フィールド、及び4個のSSに対する最大S1G−MCS(Max S1G−MCS for 4SS)フィールドを含むことができる。N(N=1、2、3、又は4)個のSSに対する最大S1G−MCSフィールドは、N個の空間ストリーム(SS)に対して支援される最大のMCSに対するインデックスを示す値に設定することができる。
図18を参照して説明したS1G動作要素を用いて、APは次の3つの形態のBSSを支援することができる。
第一に、LR STAのみで構成されるBSSを支援することができる。この場合、図18のS1G動作要素においてチャネル幅フィールドのB6−B7ビットを01又は10のいずれかに制限することができる。すなわち、第1プライマリチャネルの位置を特定するために、LR STAが使用する第1プライマリチャネルに対する位置を第2プライマリチャネル上の低い側又は高い側のいずれかに設定しなければならない。
第二に、HR STAのみで構成されるBSSを支援することができる。この場合、図18のS1G動作要素においてチャネル幅フィールドのB6−B7ビットを00に制限することができる。すなわち、LR STAのための第1プライマリチャネルは設定されず(又は、存在せず)、1MHz PPDU送信が当該BSSでは支援されないことを意味することができる。
第三に、LR STA及びHR STAが共存するBSSを支援することができる。この場合、図18のS1G動作要素においてチャネル幅フィールドのB6−B7ビットは、00、01又は11に設定することができる。
前述したように、あるBSSにおいてプライマリチャネルの帯域幅が1MHz及び/又は2MHzに設定される場合、以下、当該BSSに属したSTAのバックオフ過程について説明する。
基本的に、STAは、プライマリチャネル上でバックオフ過程を行ってバックオフカウント値(又はバックオフタイマー)が0に到達すると、当該時点を基準にセカンダリチャネルの遊休/占有(idle/busy)状態を確認し、送信帯域幅を決定することができる。
例えば、HR STAのみで構成されるBSSのように第1プライマリチャネルが設定されない場合、STAは、第2プライマリチャネル(又はプライマリ2MHzチャネル)上でバックオフ過程を作動(invoke)させることができる。バックオフスロットにおいて第2プライマリチャネル上でチャネルが遊休状態であればSTAはバックオフタイマーを1ずつ減少させ、バックオフタイマーが0に到達すすると、セカンダリチャネルが遊休状態であるか否かを確認することができる。すなわち、バックオフタイマーが0に到達した後に、STAはセカンダリ2MHzチャネル、セカンダリ4MHzチャネル又はセカンダリ8MHzチャネルに対するCCAを行うことができる。セカンダリチャネルに対するCCA結果によって、STAは、遊休状態であるセカンダリチャネルを含んでPPDU(例えば、2、4、8、又は16MHz PPDU)送信を行うことができる。
例えば、LRSTAのみで構成されるBSSのように第1プライマリチャネルが設定された場合、STAは、第1プライマリチャネル(又は、プライマリ1MHzチャネル)上でバックオフ過程を作動させることができる。バックオフスロットにおいて第1プライマリチャネル上でチャネルが遊休状態であれば、STAはバックオフタイマーを1ずつ減少させ、バックオフタイマーが0に到達すると、セカンダリチャネルが遊休状態であるか否かを確認することができる。すなわち、バックオフタイマーが0に到達した後に、STAは、セカンダリ1MHzチャネル、セカンダリ2MHzチャネル、セカンダリ4MHzチャネル又はセカンダリ8MHzチャネルに対するCCAなどを行うことができる。セカンダリチャネルに対するCCA結果によって、STAは、遊休状態であるセカンダリチャネルを含んでPPDU(例えば、1、2、4、8、又は16MHz PPDU)送信を行うことができる。
以下、セカンダリチャネルについてより具体的に説明する。
APはビーコンフレームなどを用いて、LR STAが使用するセカンダリチャネルを指定することができる。これを本発明では第1セカンダリチャネルと称する。また、APは、HR STAが使用するセカンダリチャネルを指定することができる。これを本発明では第2セカンダリチャネルと称する。
第1セカンダリチャネルは第2プライマリチャネルの一部に該当する。第2セカンダリチャネルは複数個であってもよく、それぞれ異なるチャネル帯域幅を有することができる。
図19は、プライマリチャネルとセカンダリチャネルの関係を説明するための図である。
第1プライマリチャネル及び第1セカンダリチャネルは、第2プライマリチャネルの一部に該当する。第2セカンダリチャネルは1つが設定されてもよく、複数個が設定されてもよい。複数個の第2セカンダリチャネルが設定される場合、第2セカンダリチャネルはそれぞれ異なるチャネル帯域幅(例えば、ChannelBandwidth1及びChannelBandwidth2)を有することができる。
第1プライマリチャネルと第1セカンダリチャネルとが結合(bonding)して第2プライマリチャネルと同一になる場合には、APは、第1プライマリチャネル番号、第2プライマリチャネル番号、第2セカンダリチャネル番号のみをSTAに知らせ、第1セカンダリチャネル番号は省略してもよい。
図19のようにプライマリチャネル及びセカンダリチャネルが設定される場合におけるバックオフ過程について例示的に説明する。
LR STAは、第1プライマリチャネル上でチャネルアクセスを行うことができる。例えば、LR STAは、第1プライマリチャネル上でチャネルの遊休/占有状態を判断し、それに基づいてバックオフメカニズムを作動させることができる。バックオフスロットにおいて第1プライマリチャネルが遊休状態である場合には、STAはバックオフタイマーを1だけ減少させ、そうでない場合にはバックオフタイマーを止める(freeze)(すなわち、減少させずに以前のバックオフカウント値を維持する)。
HR STAは、第2プライマリチャネル上でチャネルアクセスを行うことができる。例えば、HR STAは、第2プライマリチャネル上でチャネルの遊休/占有状態を判断し、それに基づいてバックオフメカニズムを作動させることができる。バックオフスロットにおいて第2プライマリチャネルが遊休状態である場合には、STAはバックオフタイマーを1だけ減少させ、そうでない場合にはバックオフタイマーを止める(すなわち、減少させずに以前のバックオフカウント値を維持する)。
ここで、STAが第2プライマリチャネル上でチャネルセンシングを行う場合、第2プライマリチャネルに属する第1プライマリチャネル又は第1セカンダリチャネルのいずれか一方ても他のSTAのチャネル使用がセンシングされると、当該第2プライマリチャネル自体が占有中(busy)であると判断しなければならない。
図20は、STAのバックオフ過程の例示を説明するための図である。
図20(a)はLR STAのバックオフ過程を、図20(b)はHR STAのバックオフ過程を例示的に示す。図20(a)及び図20(b)の例示では、LR STAとHR STAが同一時点にバックオフを始め、バックオフタイマー値はそれぞれ7及び5を選択した場合を仮定する。
図20(a)のLR STAの場合、LR STAの場合、第1プライマリチャネル上でのみチャネルセンシングを行い、その結果に基づいてバックオフ過程を行ってバックオフタイマーを7,6,5,4,3,2,1に減少させて行く。第1セカンダリチャネルが他のBSSの通信によってチャネル状態が占有中(Busy)であったが、LR STAは第1プライマリチャネル上でチャネルセンシングを行うので、第1セカンダリチャネル使用に関わらずにバックオフタイマーが0に到達し、これによってSTAは送信機会(transmission opportunity;TXOP)を開始(begin)することが許容され、データフレームの送信を行うことができる。ただし、バックオフタイマーが0に到達した時点に第1セカンダリチャネルの状態が占有中であるので、LR STAは第1セカンダリチャネルをデータフレーム送信のために使用することはできず、第1プライマリチャネルのみを用いてデータフレーム(すなわち、1MHzチャネル帯域幅を使用するPPDUフレーム)の送信を行うことができる。その後、LR STAはAPからACKフレームを受信することができる。
LR STAはさらにデータを送るためにバックオフ過程を再び行うことができる。任意バックオフタイマー値として5を選択したLR STAは、第1プライマリチャネル上でチャネルが遊休状態である間にバックオフタイマーを5,4,3に減少させる。この時点で、HR STAのデータフレーム送信によって第1プライマリチャネルの状態が占有中となる。このため、LR STAはバックオフタイマーのカウントダウンを止める。その後、HR STAのデータフレーム送信及びACKフレーム受信が完了すると、LR STAは、第1プライマリチャネルが遊休中の間にバックオフ過程を再開してバックオフタイマー値を2,1に減少させ、バックオフタイマー値は0に到達する。STAはバックオフタイマー値が0になると送信機会(TXOP)の開始が許容されたと判断し、データフレームを送信することができる。バックオフタイマーが0に到達した時点に第1セカンダリチャネルの状態が遊休状態であるので、LR STAは、第1プライマリチャネル及び第2セカンダリチャネルの両方を用いてデータフレーム(すなわち、2MHzチャネル帯域幅を使用するPPDUフレーム)を送信することができる。
図20(b)のHR STAの場合、第2プライマリチャネル上でチャネルセンシングを行い、その結果に基づいてバックオフ過程を行ってバックオフタイマーを5,4に減少させて行く。この時点で、第2プライマリチャネルの一部分(すなわち、第1セカンダリチャネルに該当する部分)が他のLR STAによって使用されてチャネル状態が占有中になると、HR STAはバックオフタイマーのカウントダウンを止める。第2プライマリチャネルの一部分(すなわち、第1セカンダリチャネルに該当する部分)のチャネル状態が遊休状態になっても第2プライマリチャネルの他の部分(すなわち、第1プライマリチャネルに該当する部分)が占有中であると、第2プライマリチャネル自体が占有中であると判断する。このため、第2プライマリチャネルのいずれの部分も占有中でない状態になると(すなわち、第2プライマリチャネルの全体が遊休状態になると)、HR STAはバックオフタイマーのカウントダウンを再開してその値を3,2,1に減少させて行く。バックオフタイマーが0に到達すると送信機会(TXOP)の開始が許容されたと判断し、HR STAはデータフレームを送信することができる。ここで、第2セカンダリチャネルが遊休状態であるので、HR STAは第2プライマリチャネル及び第2セカンダリチャネルの両方を用いてデータフレーム(すなわち、4MHz PPDUフレーム)を送信することができる。
図20の例示から、LR STAがHR STAに比べて、送信機会(TXOP)を得る確率が高いということがわかる。すなわち、LR STAとHR STAがそれぞれ第1プライマリチャネルと第2プライマリチャネルを用いてバックオフ過程を行うが、一般に、第2プライマリチャネル全体が遊休状態である確率は第1プライマリチャネルが遊休状態である確率よりも低いため、HR STAはLR STAに比べてバックオフカウントを減少させる動作を行う機会が少なくなり、結果としてHR STAはLR STAに比べて送信機会(TXOP)を得る確率も低くなる。すなわち、LR STAとHR STAのチャネルアクセスにおけるフェアネス(fairness)が崩れるという問題が発生する。
このような問題を解決するために、LR STA、HR STA両方とも第1プライマリチャネル上でバックオフを行わせることを考慮することができる。例えば、LR STA及びHR STAが共通的に第1プライマリチャネルに対する受信キャパビリティのみを支援するようにし、LR STA及びHR STAのバックオフメカニズムも第1プライマリチャネルでのみ行うように制限することができる。
例えば、1MHz、2MHz、4MHz、8MHz、16MHzチャネル帯域幅を支援するBSSにおいて、LR STA及びHR STA両方とも共通的に1MHz送信に対する受信キャパビリティを支援し、1MHzチャネルでバックオフメカニズムを共通的に行うことができる。1MHzチャネル上でのみチャネルセンシングを行い、これに基づいてバックオフ過程を行ってバックオフタイマーが0に到達すると、当該STA(すなわち、LR STA、HR STAを問わず)は送信機会(TXOP)の開始が許容されたと判断し、データを送信することができる。ここで、バックオフカウントダウン中にセカンダリチャネルの状態が遊休中か占有中かに関わらず、当該STAのバックオフタイマーが0に到達した後のセカンダリチャネルの遊休/占有状態によって1MHz、2MHz、4MHz、8MHz又は16MHz PPDUフレームの送信を決定することができる。また、STAの送信キャパビリティによって、バックオフタイマーが0に到達した後に、送信されるデータフレームの帯域幅が制限されてもよい。
すなわち、LR STA及びHR STAの両方とも第1プライマリチャネルを用いてバックオフメカニズムを行い、バックオフタイマーが0に到達したSTAの送信キャパビリティと、第1セカンダリチャネル、第2セカンダリチャネルの遊休/占有状態によって、データ送信の送信帯域幅が決定される。
ただし、このような動作方式によれば、第1プライマリチャネル(すなわち、プライマリ1MHzチャネル)のみを用いたデータ送信が支援されないHR STAは(すなわち、HR STAはデータ送信のために少なくとも第2プライマリチャネル(すなわち、プライマリ2MHzチャネル)を使用しなければならないので)、送信機会(TXOP)の開始が許容されても(又は、バックオフタイマーが0に到達しても)、仮に全てのセカンダリチャネルが占有中であり、第1プライマリチャネルだけが遊休状態であれば、データ送信を行うことができない状況が発生する。
この場合、HR STAがバックオフ過程を再び行うようにすることができる。ここで、再び行われるバックオフ過程は、衝突によって新しいバックオフ過程が作動する場合とは違い、競合ウィンドウ値を2倍に増加させずに以前の値をそのまま維持し、再送信カウントも変更しない状態で行われるようにすることができる。
しかし、このような方式によれば、LR STAとHR STAのチャネルアクセスのフェアネスは提供できるかもしれないが、HR STAがバックオフカウントダウンを成功的に完了した場合にもチャネルアクセスを行えないという非効率性の問題は依然として残る。
一方、図20の例示のようにLR STAとHR STAのチャネルアクセスにおけるフェアネスが崩れる問題を解決するための他の方案として、LR STA及びHR STAの両方とも共通的に第2プライマリチャネルに対する受信キャパビリティを支援するようにし、LR STA及びHR STAのバックオフメカニズムも第2プライマリチャネルでのみ行うように制限することもできる。
例えば、1MHz、2MHz、4MHz、8MHz、16MHzチャネル帯域幅を支援するBSSにおいて、LR STA及びHR STAの両方とも共通的に2MHz送信に対する受信キャパビリティを支援し、2MHzチャネルでバックオフメカニズムを共通的に行うことができる。2MHzチャネル上でのみチャネルセンシングを行い、これに基づいてバックオフ過程を行って、送信機会(TXOP)の開始が許容されると(又は、バックオフタイマーが0に到達すると)、当該STA(すなわち、LR STA、HR STAを問わず)はデータを送信することができる。ここで、バックオフタイマーが0に到達した場合には、第1プライマリチャネル、第1セカンダリチャネル及び第2プライマリチャネルの遊休/占有状態によって、1MHz又は2MHzのPPDUフレームの送信を行すことができる。また、バックオフカウントダウン中に第2セカンダリチャネルの状態が遊休か占有中かに関わらず、当該STAのバックオフタイマーが0に到達した後の第2セカンダリチャネルの遊休/占有状態によって、4MHz、8MHz又は16MHzのPPDUフレームの送信を決定することができる。また、STAの送信キャパビリティによって、バックオフタイマーが0に到達した後に、送信されるデータフレームの帯域幅が制限されてもよい。
すなわち、LR STA及びHR STAの両方とも第2プライマリチャネルを用いてバックオフメカニズムを行い、送信機会(TXOP)の開始が許容される(又は、バックオフタイマーが0に到達した)STAの送信キャパビリティと、第1プライマリチャネル、第1セカンダリチャネル及び第2セカンダリチャネルの遊休/占有状態によって、データ送信の送信帯域幅が決定される。
このような方式によれば、LR STAとHR STAのチャネルアクセスにおけるフェアネスを提供することはできる。しかし、仮に第1プライマリチャネルは遊休状態であり、第1セカンダリチャネルが占有状態である場合には、1MHz PPDUフレームを送信しようとするLR STAまでも、第2プライマリチャネルが占有中であるという理由で、バックオフカウントダウンを続けることができない。このような場合には、遊休状態の第1プライマリチャネルの活用を妨げる結果となり、全体システムの観点で帯域幅活用の効率性が低下するという問題点がある。
前述した問題を解決するために、本発明では、LR STAが第1プライマリチャネルを用いてバックオフ過程を行い、その結果として送信機会(TXOP)の開始が許容される場合に(又は、バックオフタイマーが0に到達した後に)第2セカンダリチャネルが遊休状態であっても、第2セカンダリチャネルを使用することを許容せず、第1プライマリチャネルのみを用いてデータ送信を行うように制限することを提案する。
言い換えると、第1プライマリチャネルと第1セカンダリチャネルとを結合(bonding)したチャネルが第2プライマリチャネルと同一である場合に、第1プライマリチャネル上でバックオフ過程を行ってその結果として送信機会(TXOP)の開始が許容される場合に(又は、バックオフタイマーが0に到達した後に)、第2プライマリチャネル上でデータを送信することは禁止し、第1プライマリチャネル上でのデータ送信は許容するということを意味する。これは、HR STAは第2プライマリチャネル上でデータを送信するために第2プライマリチャネルでバックオフ過程を行う場合と比較して、LR STAとHR STA間のフェアネスの問題を解決するための最小限の措置であるといえる。
これによれば、LR STAが第1プライマリチャネル及び第1セカンダリチャネルの両方を用いて(すなわち、第2プライマリチャネル上で)データを送信しようとする場合には、第1プライマリチャネル上でのみバックオフ過程を行うのではなく、最初から第2プライマリチャネル上でバックオフ過程を行わなければならないということと理解することもできる。
図21は、本発明の提案によるSTAのバックオフ過程の一例を説明するための図である。
図21の例示のように、LR STAが第1プライマリチャネル及び第1セカンダリチャネルの両方を用いてデータ(又は、2MHz以上のチャネル帯域幅を使用するPPDU)を送信しようとする場合では、第1プライマリチャネル及び第2セカンダリチャネルが両方とも遊休状態である場合にのみバックオフタイマー値を1ずつ減少させて行くことができる。
仮に、あるSTAがLR STA及びHR STAのキャパビリティを全て有する場合(例えば、1MHz、2MHz、4MHz、8MHz、又は16MHzチャネル帯域幅上での送信を全て支援する場合)を仮定すれば、このようなSTAが1MHzチャネル上でバックオフ過程を行ってその結果として送信機会(TXOP)の開始が許容される場合であっても(又は、バックオフタイマーが0に到達した場合であっても)、2MHz、4MHz、8MHz、16MHzチャネル上でデータ送信を行うことはできない。すなわち、第1プライマリチャネルでバックオフメカニズムを行った後、第2プライマリチャネル、第2セカンダリチャネルを用いてデータを送信することは禁止される。
要するに、STAが第1プライマリチャネル上でバックオフ過程を行った場合には、第1プライマリチャネルのみを用いてデータ(又は、1MHzチャネル帯域幅を使用するPPDU)を送信する動作のみが定義される。仮に、STAが第1プライマリチャネル及び第1セカンダリチャネル(すなわち、第2プライマリチャネル)上でバックオフ過程を行った場合なら、送信機会(TXOP)の開始が許容される場合に(又は、バックオフタイマーが0に到達した後に)、第2セカンダリチャネルのチャネル状態によって、第2プライマリチャネルのみを用いてデータフレームを送信したり(又は、2MHzチャネル帯域幅を使用するPPDUフレーム送信を行ったり)、又は第2プライマリチャネルと第2セカンダリチャネルの両方を用いてデータフレームを送信することができる(又は、4MHzチャネル帯域幅を使用するPPDUフレーム送信を行うことができる)。
また、図20及び図21の例示では、STAが最大4MHz帯域幅のデータユニット(又は、PPDU)を送信するとしたが、これに制限されるず、図19のように最大8MHz帯域幅のPPDU又はそれ以上のチャネル帯域幅サイズを有するPPDUを送信する場合にも本発明の原理をそのまま適用することができる。例えば、第1プライマリチャネル(又は、1MHzプライマリチャネル)上で第1バックオフ過程を行ってその結果として送信機会(TXOP)の開始が許容される場合には、1MHz PPDUの送信のみ許容される(すなわち、2MHz以上のPPDUの送信は行われない)。また、第2プライマリチャネル(又は、2MHzプライマリチャネル)上で第2バックオフ過程を行ってその結果として送信機会(TXOP)の開始が許容される場合には、TXOPの開始直前のPIFS(point coordination function(PCF)interframe space)インターバルにおける第2セカンダリチャネル(2MHz、4MHz、8MHzサイズを有する第2セカンダリチャネル)の遊休状態によって、2MHz PPDU(2MHz第2プライマリチャネルのみ遊休状態である場合)、4MHz
PPDU(2MHz第2プライマリチャネルと2MHz第2セカンダリチャネルが遊休状態である場合)、8MHz PPDU(2MHz第2プライマリチャネル、2MHz第2セカンダリチャネル及び4MHz第2セカンダリチャネルが遊休状態である場合)、又は16MHz PPDU(2MHz第2プライマリチャネル、2MHz第2セカンダリチャネル、4MHz第2セカンダリチャネル及び8MHz第2セカンダリチャネルが遊休状態である場合)の送信が行われてもよい。
(CCA臨界値)
本発明でSTAが第1プライマリチャネル、第2プライマリチャネルに対してバックオフ過程を行う時、チャネルの遊休/占有(idle/busy)を判断するCCA動作は、主にCCA臨界値(threshold)(又は、CCA電力臨界値)によって決定される。例えば、あるチャネルから検出される受信信号の強度がCCA臨界値以上であると、当該チャネルは占有状態であると判断することができる。CCA臨界値が高く設定されるほど、他の信号を保護する確立が低い(すなわち、他の機器の送信する信号と衝突する確率が高い)ということができ、CCA臨界値が低く設定されるほど、他の信号を保護する確立が高い(すなわち、他の機器の送信する信号と衝突する確率が低い)ということができる。
一方、LR STAとHR STAは、異なる使用シナリオ(usage scenario)を有する。LR STAは、低電力でより遠い距離をサービスすることを目的とし、HR STAは、電力消耗よりは、高い処理率(throughput)を得ることを目的としする。このように相反する目的を指向しているため、LR STAとHR STAにおいてチャネル(又は、媒体)の遊休/占有を判断する基準となるCCA臨界値は、使用環境によって異なる必要がある。
そこで、本発明では、2つ以上のCCA臨界値を定義することを提案する。例えば、LR CCA臨界値とHR CCA臨界値を別個に定義し、HR CCA臨界値をLR CCA臨界値よりも高く設定することができる。例えば、HR CCA臨界値よりは小さくLR CCA臨界値よりは大きい信号が検出される場合に、HR CCA臨界値を使用するSTAはこの信号が検出されてもチャネルが占有状態でないと(すなわち、遊休状態であると)判断し、LR CCA臨界値を使用するSTAは、この信号が検出されるとチャネルが占有状態であると判断する。HR CCA臨界値を使用するSTAは、LR CCA臨界値を使用するSTAに比べて、他の機器が送信する信号を保護する確率が低いといえる。このため、HR CCA臨界値を使用するSTAは、LR CCA臨界値を使用するSTAに比べてサービス範囲を相対的に狭く設定しなければならない。
本発明では、STAがCCA臨界値として基本的には(又は、デフォルトに設定された値として)HR CCA臨界値を使用すると仮定する。仮に、STAが干渉信号によってサービスに支障を受ける場合、HR CCA禁止(Prohibit)を要請する管理フレーム(management frame)をAPに送信することができる。HR CCA Prohibitを要請する管理フレームを受信したAPは、HR CCA Prohibitを命令する管理フレームを、S1G BSSに属した全ての端末にブロードキャストすることができる。そして、HR CCA Prohibitを命令する管理フレームをAPから受信したSTAは、CCA臨界値をHR CCA臨界値からLR CCA臨界値に変更する。
異なるBSSのBSAの一部又は全てが重なるとともに、互いに同じチャネル上で動作する場合に、これらのBSSを互いにOBSSと称する。OBSSが存在する環境で、隣接BSSのAPからHR CCA Prohibitを命令する管理フレームを受信すると、当該STAはCCA臨界値をLR CCA臨界値に変更する。このようにSTAはLR CCA臨界値に変更されたCCA臨界値を使用できるが、これは持続的に適用されるわけではない。HR CCA Prohibit管理フレームを送った隣接BSSのAPがそれ以上サービスをしない場合、LR CCA臨界値を使用する必要がなくなるためである。
したがって、HR CCA Prohibitを命令する管理フレームを受信したSTAは、一定時間(例えば、HR CCA Prohibitタイムアウト(timeout))にCCA臨界値をHR CCA臨界値からLR CCA臨界値に変更して適用することができる。HR CCA Prohibit timeoutが過ぎた後に、CCA臨界値は再びHR CCA臨界値に変更される。このため、CCA臨界値を持続してLR CCA臨界値に変更するには、HR CCA Prohibitを命令する管理フレームをHR CCA Prohibit timeoutよりも小さい周期で送信し続けなければならない。
HR CCA Prohibitを要請する管理フレームは、HR CCA Prohibitが適用される時間を指定する情報(例えば、HR CCA Prohibit開始時間(start time)、HR CCA Prohibit timeoutなど)を含むことができる。すなわち、あるSTAが干渉信号によってサービスに支障を受ける場合、当該干渉信号が発生する時間区間に対するHR CCA Prohibitを要請するために、当該時間区間を示すHR CCA Prohibit start time、HR CCA Prohibit timeoutに関する情報を、HR CCA Prohibitを要請する管理フレームに含めることができる。
また、APがHR CCA Prohibitを命令する管理フレームを送信する場合にも、特定時間区間に対するHR CCA Prohibitを命令するために、当該時間区間を示すHR CCA Prohibit start time、HR CCA Prohibit timeoutなどの情報をHR CCA Prohibitを命令する管理フレームに含めることができる。
HR CCA Prohibit start time、HR CCA Prohibit timeoutが含まれたHR CCA Prohibit管理フレームを受信したSTAは、HR CCA Prohibit start time、HR CCA Prohibit timeoutによって特定される時間区間に対してのみCCA臨界値をHR CCA臨界値からLR CCA臨界値に変更して適用することができる。そして、指定されない時間区間に対しては元来のHR CCA臨界値を続けて使用することができる。
HR CCA Prohibitに対する管理フレームを受信したAP又はSTAが他のチャネルに移動するようになると、移動したチャネルでHR CCA Prohibitは適用されない。これは、HR CCA Prohibitに対するシグナリングがチャネルごとに(per channel)なされることを意味する。HR CCA Prohibit管理フレームを受信したAPがチャネルスイッチングを行う場合、HR CCA Prohibit管理フレームを受信した端末が他のチャネルでスキャニングをする場合、以前に受信したHR CCA Prohibitに対するシグナリングは無視され、HR CCA臨界値を用いてチャネルアクセスを行うことができる。
(動的CCA方案)
発展した無線LANシステムで目指す高処理率(例えば、IEEE 802.11ac
VHTシステムのBSSが提供可能な1Gbps以上の統合処理率(aggregated throughput))を実際環境で達成するためには、複数のnon−AP STAが同時にチャネルを使用する必要がある。そのために、AP STAはSDMA(Space Division Multiple Access)又はMU−MIMOを用いることができる。すなわち、複数のnon−AP STAとAP STAとの間に同時に送受信を行うことが許容される。
また、一層拡張されたチャネル帯域幅(例えば、VHTシステムの160MHzチャネル帯域幅)を支援する際、IEEE 802.11a/nのようなレガシーSTAが周波数帯域の様々な位置で動作しうるため、レガシーSTAが使用しない連続した(contiguous)160MHzチャネルを探すことは容易でない。したがって、不連続の(non−contiguous)チャネルを併合(aggregate)して拡張されたチャネル帯域幅として使用する必要がある。
図22は、不連続チャネルを使用する送信動作を説明するためのブロック図である。
図22で、不連続送信(Non−contiguous TX)を行う送信側では、基準オシレーター(Reference Oscillator;Ref.Osc.)の出力がPLL(Phase Locked Loop)を経て、2個のDAC(Digital−to−Analog Converter)の出力のそれぞれに掛けられる。DAC−1の出力に基準オシレーター出力がPLLを経て掛けられた結果物とDAC−2の出力に基準オシレーター出力がPLLを経て掛けられた結果物とをADDして無線媒体上で送信することができる。ここで、DAC−1の出力は、160MHzチャネル帯域幅の一番目のセグメント(Segment 0)に対応し、DAC−2の出力は、160MHzチャネル帯域幅の二番目のセグメント(Segment 1)に対応できる。不連続送信を行う送信側は、連続する受信(contiguous RX)を行う受信側と通信するために、送信側の2個の周波数セグメントが互いに隣接するように(next to each other)位置させることができる。
図23は、5GHz帯域で無線LANシステムが使用可能なチャネルを説明するための図である。
大容量データ送信(例えば、高画質マルチメディア送信)に対する需要が増加することにより、無線LANシステムによって使用可能な非免許帯域を拡大することが議論されている。図23では、5GHz帯域でIEEE 802.11acシステムが現在使用可能な(currently available)チャネルと、将来さらに使用可能になる新規チャネル(new channels)の、周波数上における位置を示す。
現在使用可能なチャネルは、UNII(Unlicensed National Information Infrastructure)−1、UNII−2、UNII−3を含む。UNII−1は、UNII Lowとも呼び、5150Hz−5250Hz帯域に位置するものと定義される。UNII−2は、UNII Midと呼ばれる5250Hz−5350Hz帯域に位置する部分と、UNII−2e又はUNII−Worldwideと呼ばれる5470Hz−5725Hz帯域に位置する部分を含む。UNII−3は、UNII−Upperとも呼び、5725Hz−5825Hz帯域に位置するものと定義される。
図23に示すように、5350MHz−5470MHz、及び5825MHz−5925MHz帯域で新しく追加されるチャネルを考慮すれば、使用可能な80MHzチャネルの個数は、現在6個から9個へと増加する。また、使用可能な160MHzチャネルの個数は、現在2個から4個へと増加する。
また、漸進的に増えるデータ量を効果的に支援するために、無線LANシステムによって使用可能な非免許帯域を拡大することに加えて、無線LANプロトコルの効率性を増大することがが重要となっている。特に、多数のAPが密集している環境では空間的再使用利得(spatial reuse gain)を高めることが重要である。
本発明では、無線LANシステムが基本的に採用するCSMA/CA技法において無線媒体の使用の効率性を極大化するための動的CCA方案について提案する。
以下では、5GHz帯域で20MHz、40MHz、80MHz、160MHzのチャネル帯域幅を使用する本発明の例示を主に説明するが、同じ原理が他の帯域(例えば、S1G帯域)で他のチャネル帯域幅(2MHz、4MHz、8MHz、16MHzなど)を使用する動作にも同一に適用可能であるということは明らかである。以下の例示では、最小のプライマリチャネルの帯域幅をW MHzと表現し、5GHz帯域で動作する無線LANシステムでW=20、S1G帯域で動作する無線LANシステムでW=2であってもよい。また、前述した本発明の例示のように最小のプライマリチャネル帯域幅のサイズが1である場合(すなわち、W=1)に対しても、本発明で提案するCCA方案を含むバックオフ動作が適用されてもよいことは明らかである。
本発明で提案する動的CCA技法は、BSS別にCCAパラメータを可変させることを含むことができる。また、本発明で提案する動的CCA技法は、送信しようとするデータユニット(PPDU)のチャネル幅によって区別されるCCAパラメータ(又は、CCA条件)を適用することを含むことができる。
CCA動作は、特定動作チャネル上でA dBm以上の受信電力が検出(例えば、A dBm以上のPPDUの開始が感知)される場合、当該動作チャネルが他のSTAによって占有中であると判断する動作ということができる。CCA結果、占有中であると判断される動作チャネル上では、STAは、現在進行中のバックオフ過程(すなわち、バックオフカウンターのカウントダウン)を停止し、CCAの結果、当該動作チャネルが遊休状態であると判断されるまで待機する。
既存のCCA動作及びバックオフ動作を再び整理すると、次のとおりである。基本的に、全てのSTAはプライマリW MHzチャネルでバックオフ過程を行うことができる。すなわち、0からCWminに該当する範囲内でバックオフタイマーを設定し、バックオフスロット時間においてプライマリW MHzチャネルに対するCCAの結果が遊休状態と決定されると、バックオフタイマーを1ずつ減らして行く。
バックオフタイマーが0に到達したSTAは、当該チャネル上でDATAフレームを送信することができる。この時、RTSフレームをまず送信し、あて先(destination)STAからCTSフレームを受信した後にDATAフレームを送信することができる。又は、RTSフレーム、CTSフレームの交換無しで、DATAフレームをあて先STAに直接送信することもできる。
あて先STA以外のSTAがRTSフレーム、CTSフレーム、DATAフレーム、又はACKフレームなどを受信すると、当該チャネル上におけるSTAの同時送信(又は、衝突)を避けるために、NAV値を設定してチャネルアクセスを延期する。NAVが設定された時間では、CCAの結果、当該チャネルが遊休状態であると決定されてもバックオフタイマーを減少しない。
ここで、本発明に係るCCA動作によれば、他のSTAが無線媒体(WM)を占有していると決定される場合に、プライマリチャネル帯域幅を増加させてバックオフを続けることができる。
すなわち、あるSTAが送信するRTSフレーム又はCTSフレームを受信した(又は、オーバーヒヤリングした)他のSTA(すなわち、第3のSTA又はサードパーティーSTA)は、上記RTSフレーム又はCTSフレームのデューレーションフィールドから、上記あるSTAのチャネル使用時間を予想し、NAVを設定することができる。この時、上記サードパーティーSTAはプライマリチャネル帯域幅を増加させてCCAを行い、これに基づいてバックオフを続けることができる。
例えば、サードパーティーSTAは、プライマリチャネル帯域幅を2倍増加させてCCAを行うことができるが、この場合、プライマリチャネルCCAパラメータが変更されてもよい。例えば、プライマリチャネル帯域幅を2倍増加させてCCAを行う場合、CCA臨界値を3 dBmだけ上げることができる。サードパーティーSTAは、変更されたCCAパラメータを用いてバックオフ過程を続けて行うことができる。
ここで、バックオフ(又は、CCA)の対象となるプライマリチャネル帯域幅をW MHzと仮定すれば、これは、W MHz(又は、W MHz以上)のチャネル幅を有するデータユニット(すなわち、PPDU)を送信するためのバックオフ(又は、CCA)過程であると理解されてもよい。仮にW MHz(又は、W MHz以上)のチャネル幅を有するデータユニットを送信しようとする場合に、W MHzサイズのプライマリチャネル上でA dBmのCCA臨界値を基準にチャネル占有/遊休状態を決定し、これに基づいてバックオフ過程を行うことができる。仮に2W MHz(又は、2W MHz以上)のチャネル幅を有するデータユニットを送信しようとする場合には、2W MHzサイズのプライマリチャネル上でA+3 dBmのCCA臨界値を基準にチャネル占有/遊休状態を決定し、これに基づいてバックオフ過程を行うことができる。
例えば、20MHzサイズのプライマリチャネルに対してA dBmのCCA臨界値を用いてCCAを行う場合には、当該20MHzプライマリチャネルが占有状態であると検出され得るが、40MHzサイズのプライマリチャネルに対してA+3 dBmのCCA臨界値を用いてCCAを行う場合にはチャネルが遊休状態であると決定され得る。仮にSTAが40MHzサイズのプライマリチャネルに対してA+3 dBmのCCA臨界値を用いてCCAを行った結果、チャネルが遊休状態であると決定される場合にバックオフタイマーを1ずつ減らして行くことができる。ここで、バックオフタイマーが0に到達した場合、当該STAは必ず40MHzプライマリチャネルを用いて(又は、含んで)データフレームを送信しなければならない。すなわち、40MHz以上のチャネル幅を使用するデータユニット(例えば、PPDU)を送信しなければならない。仮に、STAが40MHzサイズのプライマリチャネルに対してA+3 dBmのCCA臨界値を用いてバックオフを行った場合、当該STAはTXOPにおいても、40MHz未満のチャネル幅を有するPPDUを送信することが禁止される。要するに、20MHz以上のチャネル幅を有するデータユニットを送信するための場合には20MHzサイズのプライマリチャネル上でA dBmのCCA臨界値を用いてバックオフ過程を行い、40MHz以上のチャネル幅を有するデータユニットを送信するための場合には40MHzサイズのプライマリチャネル上でA+3 dBmのCCA臨界値を用いてバックオフ過程を行うと表現することができる。
仮に40MHzサイズのプライマリチャネル上でA+3 dBmのCCA臨界値を用いてバックオフ過程を行ってもチャネルが占有中であると、STAは、2倍さらに増加させたプライマリチャネルを使用し、CCA臨界値を3 dBmだけ更に上げた(すなわち、A+6 dBm)CCAパラメータを用いてバックオフ過程を行うことができる。例えば、80MHzサイズのプライマリチャネル上でA+6 dBmのCCA臨界値を用いてCCAを行った結果、チャネルが遊休状態であると決定される場合に、バックオフタイマーを1ずつ減らして行くことができる。ここで、バックオフタイマーが0に到達した場合、当該STAは必ず80MHzプライマリチャネルを用いて(又は、含んで)データフレームを送信しなければならない。仮に、STAが80MHzサイズのプライマリチャネルに対してA+6 dBmのCCA臨界値を用いてバックオフを行った場合、当該STAはTXOPにおいても、80MHz未満のチャネル幅を有するPPDUを送信することが禁止される。要するに、20MHz以上のチャネル幅を有するデータユニットを送信するための場合には20MHzサイズのプライマリチャネル上でA dBmのCCA臨界値を用いてバックオフ過程を行い、40MHz以上のチャネル幅を有するデータユニットを送信するための場合には40MHzサイズのプライマリチャネル上でA+3 dBmのCCA臨界値を用いてバックオフ過程を行い、80MHz以上のチャネル幅を有するデータユニットを送信するための場合には80MHzサイズのプライマリチャネル上でA+6 dBmのCCA臨界値を用いてバックオフ過程を行うと表現することができる。
仮に80MHzサイズのプライマリチャネル上でA+6 dBmのCCA臨界値を用いてバックオフ過程を行ってもチャネルが占有中であると、STAは、2倍さらに増加させたプライマリチャネルを使用し、CCA臨界値を3 dBmだけ更に上げた(すなわち、A+9 dBm)CCAパラメータを用いてバックオフ過程を行うことができる。例えば、160MHzサイズのプライマリチャネル上でA+9 dBmのCCA臨界値を用いてCCAを行った結果、チャネルが遊休状態であると決定される場合に、バックオフタイマーを1ずつ減らして行くことができる。ここで、バックオフタイマーが0に到達した場合、当該STAは必ず160MHzプライマリチャネルを用いて(又は、含んで)データフレームを送信しなければならない。仮に、STAが160MHzサイズのプライマリチャネルに対してA+9 dBmのCCA臨界値を用いてバックオフを行った場合、当該STAはTXOPにおいても、160MHz未満のチャネル幅を有するPPDUを送信することが禁止される。要するに、20MHz以上のチャネル幅を有するデータユニットを送信するための場合には20MHzサイズのプライマリチャネル上でA dBmのCCA臨界値を用いてバックオフ過程を行い、40MHz以上のチャネル幅を有するデータユニットを送信するための場合には40MHzサイズのプライマリチャネル上でA+3 dBmのCCA臨界値を用いてバックオフ過程を行い、80MHz以上のチャネル幅を有するデータユニットを送信するための場合には80MHzサイズのプライマリチャネル上でA+6
dBmのCCA臨界値を用いてバックオフ過程を行い、160MHz以上のチャネル幅を有するデータユニットを送信するための場合には160MHzサイズのプライマリチャネル上でA+9 dBmのCCA臨界値を用いてバックオフ過程を行うと表現することができる。
STAがCCAを行うプライマリチャネルの幅が2倍に増加する場合にCCA臨界値を3 dBmだけ増加させる理由は、次のとおりである。STAの送信する出力パワーが一定であるとすれば、PPDUが送信されるチャネル幅が2倍に増加するようになると、単位帯域幅当たり出力パワーは半分に減る。このため、PPDUを送信するチャネル帯域幅が2倍に増加すると、他のSTAに与える干渉レベルが半分に減少するため、CCA臨界値を2倍に(すなわち、3 dBmだけ)増加させても、他のSTAが受ける実際干渉レベルは変わらない。
例えば、W MHzサイズのPPDUを送信する時に電力Pを使用するSTAが誘発する干渉サイズがX dBmであるすれば、2W MHzサイズのPPDUを送信する時に電力Pを使用するSTAが誘発する干渉サイズはX−3 dBmだといえる。CCAは、他のSTAによって誘発される干渉信号がチャネル上に存在するかを検出する動作であり、CCA臨界値以上の干渉サイズを有する信号がチャネル上で検出される場合には、無線媒体(WM)が他のSTAによって占有されていると判断されるため、第1STAのCCA臨界値は第2STAのPPDU送信によって誘発される干渉レベルと関連していると見なすことができる。第1STAがW MHz PPDU送信に対してA dBmのCCA臨界値を適用するということは、第2STAのW MHz PPDU送信によって誘発される干渉レベルがA dBm以上である場合に占有状態と判断するということを意味する。仮に、第1STAが2W MHz PPDU送信に対してもA dBmのCCA臨界値を適用するということは、第2STAの2W MHz PPDU送信によって誘発される干渉レベルがA dBm以上として観測される場合にも占有状態と判断するということを意味する。すなわち、W MHz PPDU送信と2W MHz PPDU送信に対して一様にA dBmのCCA臨界値を使用するということは、2W MHz PPDU送信がW MHz PPDU送信に比べて半分の干渉レベルを誘発するということからすれば、むしろ半分の高さのCCA臨界値を適用することと解釈することができる。すなわち、第1STAが送信しようとするチャネル幅が広くなった場合にCCA臨界値を増加させないと、第1STAは一層低い干渉レベルによってもチャネル占有状態と判断しなければならず、このようなCCA臨界値を使用したCCA動作に基づいてバックオフ過程を行う場合、TXOPを取得する機会が少なくなるという問題がある。したがって、送信しようとするPPDUのチャネル帯域幅が増加する場合にCCA臨界値も増加させることによって、TXOP取得可能性のアンバランスを防止する必要がある。
したがって、あるSTAがW MHz以上のサイズのPPDUを送信しようとする場合には、当該チャネル上で他のSTAのPPDU送信が存在するか否かを、A dBmをCCA臨界値として判断することができ、あるSTAが2W MHz以上のサイズのPPDUを送信しようとする場合には、当該チャネル上で他のSTAのPPDU送信が存在するか否かを、A+3 dBmをCCA臨界値として判断することができる。
図24は、本発明の例示に係るCCA技法を説明するための図である。
送信するデータを有するSTA1及びSTA4は、20MHzプライマリチャネル上でバックオフ過程を行うことができる。ここで、20MHzプライマリチャネル上でCCA臨界値がA dBmであるとする。すなわち、STA1及びSTA4は、A dBm以上の電力で受信される信号が存在する場合に、CCA結果値が占有中であると判断し、バックオフタイマーカウントダウンを停止することができる。STA1及びSTA4はそれぞれランダムに選択したバックオフタイマー開始値が異なり、STA1のバックオフタイマーが先に0に到達すると仮定する。これによって、STA1は20MHzプライマリチャネルを用いてフレーム送受信を行うことができる。例えば、STA1はRTSをあて先STAのSTA2に送信することができ、RTSを受信したSTA2はCTSをSTA1に応答することができ、これによって、STA1はSTA2にA−MPDU(DATA)を送信し、これに応答してSTA2はSTA1にBlock ACKフレームを送信することができる。
一方、STA1が送受信するフレームの存在によって、20MHzプライマリチャネルに対するCCA結果値が占有中であると判断するSTA4は、プライマリチャネル帯域幅を4倍(すなわち、80MHzプライマリチャネル)に増加させ、同時にCCA臨界値を6 dBmだけ上げて(すなわち、A+6 dBmにして)バックオフを再開することができる。増加したCCA臨界値によるバックオフ過程は、例えば、80MHzプライマリチャネル全体における受信信号強度(signal strength)に基づいてバックオフタイマーカウントダウンを行ってもよく、又は80MHzプライマリチャネルの一部における受信信号強度に基づいてバックオフタイマーカウントダウンを行ってもよい。このように80MHzプライマリチャネルに対してバックオフ過程を行ったSTA4は、バックオフタイマーが0に到達した後に80MHzプライマリチャネルを用いてフレーム送受信を行うことができる。例えば、STA4はSTA3にRTSを送信し、STA3はCTSをSTA4に応答することができ、これによって、STA4はSTA3にA−MPDU(DATA)を送信し、これに応答してSTA3はSTA4にBlock ACKフレームを送信することができる。
その後、STA4は再び20MHzプライマリチャネル上でバックオフを新しく始めることができる。このとき、20MHzプライマリチャネルにおけるCCA臨界値は80MHzプライマリチャネルに対するCCA臨界値に比べて6 dBmだけ下げて(すなわち、A dBmにして)バックオフを行うことができる。
一方、図24の例示では、STA3が送信するCTS、Block ACKフレームなどがSTA1とSTA2との通信を妨害しうる。このような問題を解決するために、特定STAが他のSTAに動的CCAを行うことを要請することができる。
図25は、本発明の他の例示に係るCCA技法を説明するための図である。
図25の例示で、STA3は、STA1とSTA2とが交換するRTS/CTSフレームに含まれたデューレーションフィールドから、STA1及びSTA2のチャネル使用時間を予想することができる。STA3がAPであれば、自身が80MHzプライマリチャネルに対してはCCAを行った結果、チャネルが遊休状態と判断されたということを、自身のBSSに属した全てのSTAに知らせることができる。あるSTAが自身のCCA結果を他のSTAに知らせるために用いるフレームを、CCA制御フレームと呼ぶことができる。CCA制御フレームを送信するために、STA3は80MHzプライマリチャネル(すなわち、CCAの結果、遊休状態と判断された80MHzプライマリチャネル)上でバックオフ過程を行い、バックオフタイマーが0に到達すると、80MHzプライマリチャネルを用いてCCA制御フレームを送信することができる。CCA制御フレームを受信したSTAは、CCA制御フレームに含まれた動的CCAデューレーション情報、CCA帯域幅情報、CCA臨界値レベル情報などに基づいて自身のCCAパラメータを変更し、変更されたCCAパラメータに基づいてバックオフ過程を再開することができる。
ここで、動的CCAデューレーション情報は、デューレーション値が示す時間に、AP(例えば、STA3)の構成するBSSに属したSTAは、変更されたCCAパラメータを用いてチャネルアクセスを行わなければならないということを示す。CCA帯域幅情報は、動的CCAデューレーションにSTAが使用すべきCCAの帯域幅を指示する。CCA臨界値レベル情報は、動的CCAデューレーションにSTAが使用するCCAの臨界値レベルを指示する。すなわち、CCA制御フレームが示すCCAデューレーションに、指示されるCCA帯域幅上で指示されるCCA臨界値レベル以上の信号が検出されると、当該帯域幅の無線媒体を占有状態と判断することができる。
CCA制御フレームを受信し、指示されたCCAデューレーションに、変更されたCCAパラメータに基づいてチャネルアクセス過程を行ったSTAは、指示されたCCAデューレーションが満了すると、元来のCCAパラメータ値を復旧してチャネルアクセス過程を再び始めることができる。
さらに、本発明の例示において、増加したプライマリチャネル帯域幅上で増加したCCA臨界値に基づいてCCAを行ってバックオフ過程を行う際、増加したプライマリチャネル帯域幅上で増加したCCA臨界値に基づいて無線媒体(WM)の占有/遊休を決定する方式は様々に具現されてもよい。
第1の例示として、20MHzプライマリチャネルに対するCCA臨界値(例えば、A
dBm)に比べて40MHzプライマリチャネルに対するCCA臨界値を3 dBm高く設定して(例えば、A+3 dBmに設定して)バックオフ過程を行う場合に、40MHzプライマリチャネル全体に対する受信信号の強度を上記CCA臨界値(例えば、A+3 dBm)と比較して無線媒体の占有/遊休を決定することができる。例えば、40MHzプライマリチャネル全体における受信信号の強度が上記CCA臨界値(例えば、A+3 dBm)よりも大きい場合に無線媒体が占有中であると判断できる。
第2の例示として、40MHzプライマリチャネル全体ではなく一部のみを基準にして受信信号の強度を上記CCA臨界値と比較して無線媒体の占有/遊休を決定することもできる。例えば、40MHzプライマリチャネル全体ではなくその一部である20MHzチャネルにおける受信信号の強度が上記CCA臨界値(例えば、A+3 dBm)よりも大きい場合に無線媒体が占有中であると判断できる。
上記の第2の例示によれば、STAのバックオフ過程でチャネル占有/遊休状態の決定のためにサンプリングするチャネル帯域幅が変わらないため(すなわち、20MHzプライマリチャネルに対するCCAと、40MHzプライマリチャネルに対するCCAがいずれも20MHzチャネル上における受信信号強度に基づいて行われるため)、具現が簡単化するという長所がある。しかし、MACプロトコルの観点ではさらに考慮すべき事項が発生する。
例えば、バックオフタイマーが満了した後に(すなわち、TXOP取得後に)PPDU送信を行うにあたり、バックオフ過程で実際PPDU送信に使われた全体チャネル(例えば、40MHzチャネル)ではなく一部(例えば、20MHzチャネル)に対してのみチャネル状態を確認したところ、実際にPPDU送信チャネル全体が遊休状態であると確信することができない。場合によっては、バックオフタイマーが満了してTXOPを取得しても実際にPPDUを送信できないこともある。例えば、バックオフタイマー満了後に、実際にPPDU送信直前にPIFSにおいて残り20MHzチャネル(例えば、セカンダリ20MHzチャネル)が占有状態であれば、40MHzチャネル上でPPDUを送信できない場合もある。すなわち、バックオフタイマー満了後に実際PPDU送信直前にPIFSにおいて残り20MHzチャネル(例えば、セカンダリ20MHzチャネル)が遊休状態である場合には40MHzチャネル上でPPDUを送信することができる。このため、40MHzチャネルの一部のみを基準にバックオフ過程を行った結果、バックオフタイマーが満了してTXOPを取得したにもかかわらず、実際にPPDUを送信できず、新しいバックオフ過程を再び行わなければならない場合が発生しうる。
仮に、新しいバックオフ過程が行われる場合には、STAは、以前のバックオフに対して用いられた競合ウィンドウパラメータを増加(又は、変更)させずにバックオフ過程を再び行うことができる。
本発明の例示において、より広いチャネル幅を有するデータユニットを送信しようとする場合に、より高いCCA臨界値に基づいてバックオフ過程を行う動作は、より狭いチャネル幅を有するデータユニットを送信しようとする場合に、より低いCCA臨界値に基づくCCAの結果、無線媒体が占有中である場合にのみ行われるとは限らない。すなわち、本発明で提案するバックオフ技法の特徴は、送信しようとするデータユニットのチャネル幅(又は、CCA又はバックオフを行うプライマリチャネルのチャネル幅)別に、区分されるCCA条件(例えば、CCA臨界値)を使用するバックオフ過程を定義することにある。例えば、第1チャネル幅(例えば、W MHz)以上のサイズを有するデータユニットを送信するための場合に、W MHz又はその一部に該当する第1プライマリチャネル上で第1CCA条件(例えば、A dBmに設定されたCCA臨界値)を用いて第1バックオフ過程を行う動作を定義することができる。第1バックオフ過程の結果、TXOPが許容されると、上記第1チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットの送信が可能である。このような第1バックオフ過程と区分されるバックオフ過程として、第3チャネル幅(例えば、2W MHz)以上のサイズを有するデータユニットを送信するための場合に、2W MHz又はその一部に該当する第2プライマリチャネル上で第2CCA条件(例えば、A+3 dBmに設定されたCCA臨界値)を用いて第2バックオフ過程を行う動作を定義することができる。第2バックオフ過程の結果、TXOPが許容されると、上記第3チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットの送信が可能である。
本発明で提案するCCA方案の適用のために、STAのMACからPHYにCCAパラメータの変更を指示するプリミティブが定義される必要がある。そのために、本発明では、PHY−CONFIG.requestプリミティブに新しくCCA_CHANNEL_LIST、CCA_LEVEL_TYPEという新しいPHYCONFIG_VECTORを追加することを提案する。下記の表1は、PHY−CONFIG.requestプリミティブの定義に関する例示であり、表2は、PHY−CONFIG.confirmプリミティブの定義に関する例示である。
下記の表3は、PHY−CONFIG.requestプリミティブに含まれる
PHYCONFIG_VECTORにおいて、本発明によって新しく定義されるCCA_CHANNEL_LIST、CCA_LEVEL_TYPEを含む例示的なPHYCONFIG_VECTORに関する説明(description)を示す。

CCA_CHANNEL_LISTに該当するPHYCONFIG_VECTORは、STAのMAC層がPHY層からPHY−CCA.indicationプリミティブによって報告を受けたいチャネルのリストを指定する。例えば、本発明で提案する動的CCA技法によってSTAが3dB高いCCA臨界値に基づいて40MHz PPDU送信を考慮する場合に、STAは40MHzチャネル、80MHzチャネル、160MHzチャネルに対するCCA情報を必要とし、20MHzチャネルに対するCCA情報は不要になる。このため、CCA_CHANNEL_LISTを用いて20MHzプライマリチャネル以外のチャネルのセットを設定し、PHY−CONFIG.requestプリミティブを呼び出してPHY層に伝達することができる。PHY層では、CCA_CHANNEL_LISTというPHYCONFIG_VECTORをMAC層から受信すると、PHY−CCA.indicationプリミティブにて報告されるCCAの対象チャネルを、CCA_CHANNEL_LISTによって指定されるチャネルセットに限定する。
また、本発明で提案するCCA方案によれば、STAはCCA臨界値を可変してもよい。すなわち、一つ以上の異なるCCA臨界値が定義されてもよく、STAは、使用したいCCA臨界値をPHY層に設定するために、CCA_LEVEL_TYPEというPHYCONFIG_VECTORを使用することができる。例えば、CCA臨界値をType1、Type2、Type3、Type4、...のようにいくつかの類型と定義し、STAが使用したい類型に関する情報をCCA_LEVEL_TYPEにエンコードすることができる。本発明で提案するCCA方案によれば、Type1のCCA臨界値がA dBmだとすれば、Type2、Type3及びType4のCCA臨界値をそれぞれA+3 dBm、A+6 dBm、A+9 dBmに設定することができる。また、CCA臨界値の一つのTypeは、CCA臨界値のセットで構成されてもよい。例えば、Type1のCCA臨界値は、W MHzチャネル幅のPPDUに対するCCA臨界値、2W MHzチャネル幅のPPDUに対するCCA臨界値、4W MHzチャネル幅のPPDUに対するCCA臨界値、8W MHzチャネル幅のPPDUに対するCCA臨界値、...などを含む集合として定義されてもよい。PHY層では、CCA_LEVEL_TYPEというPHYCONFIG_VECTORをMAC層から受信すると、PHY−CCA.indicationプリミティブにて報告されるCCA臨界値が当該CCA Typeに基づいて定められる。
下記の表4は、PHY−CCA.indicationプリミティブの定義に関する例示である。
下記の表5に、PHY−CCA.indicationプリミティブに含まれるChannel−listパラメータ要素を示す。
本発明で提案する動的CCA技法によれば、2つ以上のCCAタイプ(Type)が定義されてもよい。一つのCCAタイプでは、CCA臨界値セット(すなわち、チャネル幅別に定義されるCCA臨界値)を定義することができ、異なるCCAタイプでは異なるCCA臨界値セットを定義することができる。
また、一つのCCAタイプにおいて一つのチャネル幅に対するCCA臨界値は、プリアンブル検出(preamble detection)のためのCCA臨界値とエネルギー検出(energy detection)のためのCCA臨界値が別個として設定されてもよい。プリアンブル検出CCA臨界値は、PLCPプリアンブルに該当するSTF、LTF、SIGフィールドの信号強度に対する値である。プリアンブルの信号強度が所定の臨界値以上であれば、当該プリアンブルを受信し、有効な802.11信号が存在すると感知することができる。エネルギー検出CCA臨界値は、プリアンブルを受信していない状態で特定信号の信号強度が所定の臨界値以上であればチャネルが使用中であることを感知するためのものである。
図26は、CCAタイプによるCCA動作の一例を説明するための図である。
図26の例示で、CCA Type1においてプリアンブル検出CCA臨界値は−80
dBmに、エネルギー検出CCA臨界値は−60 dBmに設定される一方、CCA Type2においてプリアンブル検出CCA臨界値は−70 dBmに、エネルギー検出CCA臨界値は−50 dBmに設定されている。
複数のCCA Typeが定義される場合、端末は、APが送信するビーコンフレーム、プローブ応答フレーム、管理フレーム(例えば、CCA制御フレーム)を受信することによって、APが設定するCCA Typeに変更することができる。又は、端末が独自で、現在動作中の環境によってCCA Typeを変更してもよい。
端末のCCA Type変更動作は、前述したPHY−CONFIG.requestプリミティブの呼び出しを含む。すなわち、端末のMAC層はPHY層に、PHYCONFIG_VECTORを含むPHY−CONFIG.requestプリミティブを送信することができる。PHYCONFIG_VECTORにはCCA_LEVEL_TYPEパラメータが含まれ、CCA_LEVEL_TYPEパラメータの値がCCA Type1又はCCA Type2に設定されてもよい。
図26は、送信端末がPPDU(すなわち、PLCP及びPSDU)を送信する時、受信端末のPHYでCCAを行ってMACにPHY−CCA.indicationプリミティブを報告する例示を示す。図26の例示で、点線は、受信端末によって感知される信号強度を表す。
図26の下段において、Channel Status using CCA Type1は、受信端末がCCA Type1を用いてCCAを行った時に決定されるチャネル状態を示す。Channel Status using CCA Type2は、受信端末がCCA Type2を用いてCCAを行った時に決定されるチャネル状態を示す。
端末がプリアンブル検出CCA臨界値を用いてチャネル状態を決定する場合を仮定する。この場合、受信信号のプリアンブルの信号強度がCCA Type1のプリアンブル検出CCA臨界値より高いが、CCA Type2のプリアンブル検出CCA臨界値よりは低い。このため、CCA Type1を使用する場合には、チャネル状態を占有(busy)と報告するが、CCA Type2を使用する場合には、チャネル状態を遊休(idle)と報告することになる。
図27は、CCAタイプによるCCA動作の他の例を説明するための図である。
受信端末は、PPDUのPLCPを成功的に受信し、受信信号の強度がCCA Type1のプリアンブル検出CCA臨界値より高く、またCCA Type2のプリアンブル検出CCA臨界値よりも高い場合である。この場合、CCA Type1を使用する場合もCCA Type2を使用する場合も、チャネル状態が占有(busy)として報告される。
図28は、CCAタイプによるCCA動作の更に他の例を説明するための図である。
図28の例示では、受信端末がCCA Type1を用いてCCA動作を行う途中に、PHY−CONFIG.requestプリミティブ呼び出しによってCCA Type2にCCA Typeが変更される場合を示す。
受信端末は、PPDUのPLCPを成功的に受信し、プリアンブル検出CCA臨界値を用いてチャネル状態を決定する。受信信号の強度がCCA Type1のプリアンブル検出CCA臨界値よりも高いため、チャネル状態は占有(busy)として報告される。ここで、端末のCCA TypeがCCA Type1からCCA Type2に変更されてもよい。この場合、受信端末が新しく変更されたCCA Typeをいつ適用するか及び/又はどのように適用するかによって、チャネル状態決定の結果が大きく変わる。そこで、本発明では、受信端末のCCA Typeが変更される詳細規則を提案する。
図28の例示で、受信端末がCCA Type1からCCA Type2へとCCA Typeを変更し、次いでエネルギー検出CCA臨界値を適用するようになると、受信信号の強度がCCA Type2のエネルギー検出CCA臨界値よりも低いため、チャネル状態を遊休(idle)と報告することができる。
一方、図28の例示で、受信端末がCCA Type1からCCA Type2へとCCA Typeを変更し、次いでプリアンブル検出CCA臨界値を適用するようになると、受信信号の強度がCCA Type2のプリアンブル検出CCA臨界値よりは高いため、チャネル状態を占有(busy)と報告することができる。
前述したように、プリアンブル検出CCA臨界値は、PLCPプリアンブルに該当するSTF、LTF、SIGフィールドの信号強度が所定の臨界値以上であれば、当該プリアンブルを受信し、有効な802.11信号の使用を感知するためのものである。このため、受信端末がCCA Typeを変更した後に有効な802.11信号の使用を感知できない場合、新しく変更されたCCA Typeのエネルギー検出CCA臨界値を適用する規則を提案する。言い換えると、受信端末がCCA Typeを変更した後に有効な802.11信号の使用を感知した場合には、新しく変更されたCCA Typeのプリアンブル検出CCA臨界値を適用する規則である。
他の方案として、有効な802.11信号の使用を感知した状態でCCA Typeを変更した場合には、新しく変更されたCCA Typeのエネルギー検出CCA臨界値ではなくプリアンブル検出CCA臨界値を適用することを提案する。これは、受信端末の具現において、PLCPを受信する度に当該PLCPの信号強度を保存しなければならないという意味であるから、具現複雑性は増加するが、端末は、新しく変更されたCCA Typeを適用して、より正確なチャネル状態を決定及び報告することができる。
更に他の方案として、端末の具現を簡単にするために、PHY−CONFIG.requestプリミティブにてCCA Type変更に対する要請を受けると、現在チャネル状態が占有(busy)である場合にはCCA Typeを変更せず、チャネル状態が遊休(idle)状態になるまでCCA Type変更の適用を延期することを提案する。すなわち、CCA Type変更を要請するPHY−CONFIG.requestプリミティブを受信し、チャネル状態が遊休(idle)である時点にCCA Typeの変更を適用する。仮にCCA Type変更を要請するPHY−CONFIG.requestプリミティブを受信した時点にチャネルが遊休状態であれば、直ちにCCA Type変更を適用することができる。
更に他の方案として、端末がPHY−CONFIG.requestプリミティブを用いてCCA Type変更に対する要請をするためには、チャネル状態が遊休(idle)である場合に限って上記PHY−CONFIG.requestプリミティブを呼び出すようにする制限をおくこともできる。すなわち、現在チャネル状態が占有(busy)である場合には、端末はPHY−CONFIG.requestプリミティブを用いてCCA Type変更の要請をすることができない。
また、複数個の異なるCCA臨界値をあらかじめ定義しおき、それぞれのCCA臨界値を適用したチャネル状態を、PHY層からPHY−CCA.indicationプリミティブを用いてMAC層に報告することもできる。この場合、PHY−CONFIG.requestプリミティブを用いてCCAタイプ変更が要請されず、PHY層で複数個のCCA臨界値をType1、Type2、Type3及びType4のようにいくつかの類型と定義し、それぞれのType別に(すなわち、全てのタイプのそれぞれに対して)定義されたCCA臨界値と信号強度を別々に比較し、CCA臨界値以上であれば、PHY−CCA.indicationプリミティブをMAC層に報告することができる。このとき、PHY−CCA.indicationプリミティブには、当該CCA状態情報がどのTypeに関するものかを示す情報を含めることができる。
そのために、本発明では、PHY−CCA.indicationプリミティブに、CCA Typeを示すフィールドを追加することを提案する。
下記の表6は、PHY−CCA.indicationプリミティブの定義に関する例示である。
上記表6で、PHY−CCA.indicationプリミティブがCCA−Typeフィールドをさらに含んでいる。CCA−Typeフィールドは、PHY−CCA.indicationプリミティブにて報告する状態(STATE)、チャネル−リスト(channel−list)情報がどのCCA−Typeに基づいて決定されたものかを示す。
本発明では、PHY−CCA.indicationプリミティブにCCA−Typeフィールドを追加する他、端末具現の側面でCCA Type別にPHY−CCA.indicationプリミティブをそれぞれ新しく定義して使用することもできる。すなわち、CCA Type1、Type2、Type3、Type4に対して、PHY−CCA1.indicationプリミティブ、PHY−CCA2.indicationプリミティブ、PHY−CCA3.indicationプリミティブ、PHY−CCA4.indicationプリミティブが個別に定義されてもよい。この場合、新しく定義されたCCA−Type{n}に対して定義されたPHY−CCA{n}.indicationプリミティブにはCCA−Typeフィールドが含まれない。
端末は、MAC層で仮想キャリアセンシング(Virtual Carrier Sensing)のためのNAV(Network Allocation Vector)値がリセットされる場合を含めて、PHY層のCCA状態情報をリセットすることができる。本発明のように端末がPHYで複数のCCA臨界値をCCA Type別に定義している場合、PHY層のCCA状態情報をリセットするためのPHY−CCARESET.requestプリミティブが用いられてもよいが、PHY−CCARESET.requestプリミティブにCCA Type情報を含むことを提案する。
下記の表7は、PHY−CCARESET.requestプリミティブの定義に関する例示である。
上記表7では、PHY−CCARESET.requestプリミティブがCCA−Typeフィールドを含んでいる。CCA−Typeフィールドは、PHY−CCARESET.requestプリミティブがどのCCA Typeに対して適用されるかを示す。
端末がPHYで複数のCCA臨界値をCCA Type別に定義している場合、当該端末が接続しているBSSが実際に支援するCCA TypeによってPHY層で実際に活用されるCCA Typeを決定することができる。そのために、PHY−CCATYPESET.requestプリミティブが定義されてもよい。PHY−CCATYPESET.requestプリミティブに含まれるパラメータには、CCA Typeのそれぞれに対する活性化(active)又は非活性化(inactive)を示す値が含まれてもよい。PHY−CCATYPESET.requestプリミティブは、端末のMAC層からPHY層へ伝達されるプリミティブであって、当該プリミティブを受信した端末のPHY層は、活性化(active)と設定されたCCA Type{n}に対してのみPHY−CCA{n}.indicationプリミティブを用いてCCA状態情報をMAC層に報告することができる。また、非活性化(inactive)と設定されたCCA Type{n}に対しては、PHY−CCA{n}.indicationプリミティブを用いてCCA状態情報をMAC層に報告しなくてもよい。
図29は、本発明の一例に係るCCA方法を説明するための図である。
段階S2910で、STAのPHY層(又は、PHY層モジュール)で上位層(例えば、MAC層)から、CCAレベルタイプを示すパラメータ(例えば、上記の表3のCCA_LEVEL_TYPEパラメータ)を含む要請プリミティブ(例えば、上記の表1のPHY−CONFIG.requestプリミティブ)を受信することができる。
ここで、CCAレベルタイプを示すパラメータは、第1チャネル幅(channel width)以上のサイズを有するデータユニット(例えば、PPDU)の送信に対しては第1CCAレベルタイプに設定し、第1チャネル幅よりも広い第2チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットの送信に対しては第2CCAレベルタイプに設定することができる。ここで、上記第2CCAレベルタイプに対して設定される第1CCA臨界値は、上記第1CCAレベルタイプに対して設定される第2CCA臨界値よりも高くすることができる。例えば、第1チャネル幅以上のサイズを有するデータユニット送信に対して、W MHzサイズのプライマリチャネルに対する第1CCA臨界値をA dBmに設定する一方、第2チャネル幅以上のサイズを有するデータユニット送信に対してはW MHzサイズのプライマリチャネルに対する第2CCA臨界値をA+3 dBmに設定することができる。
段階S2920で、上記上位層で提供されたパラメータ値に基づいて設定されたCCA臨界値(例えば、第1又は第2CCA臨界値)以上の強度を有する信号が感知されるか否か決定することができる。
段階S2930で、CCA臨界値以上の信号が感知されると、媒体が占有状態であることを示し、そうでない場合には、媒体が遊休状態であることを示す情報(例えば、CCA指示プリミティブ)を、上記上位層に送信することができる。
上記の段階S2910乃至S2930のCCA動作を含めて、上記STAでバックオフ過程を行うことができる。
具体的に、第1チャネル幅以上のサイズを有するデータユニット(例えば、W MHz以上のチャネル幅を有するPPDU)を送信するための場合であれば、上記第1チャネル幅以下のチャネル幅のサイズを有する第1プライマリチャネル(例えば、W MHzプライマリチャネル又はW MHzの一部に該当するプライマリチャネル)上で、第1CCA条件(例えば、第1TypeのCCA臨界値セット(すなわち、W MHz PPDUの検出に対してはA dBm、2W MHz PPDUの検出に対してはA+3 dBm、4W MHz PPDUの検出に対してはA+6 dBm、8W MHz PPDUの検出に対してはA+9 dBmと定義されるセット))を用いて第1バックオフ過程を行うことができる。
又は、第2チャネル幅以上のサイズを有するデータユニット(例えば、2W MHz、4W MHz又は8MHz以上のチャネル幅を有するPPDU)を送信するための場合には、上記第2チャネル幅以下のサイズを有する第2プライマリチャネル(例えば、2W MHzプライマリチャネル、又はW MHzプライマリチャネル)上で、第2CCA条件(例えば、第2 TypeのCCA臨界値セット(すなわち、W MHz PPDUの検出に対してはA+3 dBm、2W MHz PPDUの検出に対してはA+6 dBm、4W MHz PPDUの検出に対してはA+9 dBm、8W MHz PPDUの検出に対してはA+12 dBmと定義されるセット))を用いて第2バックオフ過程を行うことができる。
上記の第1バックオフ過程の結果によって送信機会(TXOP)が許容されると、上記第1チャネル幅以上のサイズを有するデータユニット(例えば、W MHz以上のチャネル幅を有するPPDU)を送信することができる。
又は、上記第2バックオフ過程の結果によってTXOPが許容されると、上記第3チャネル幅以上のサイズを有するデータユニット(例えば、2W MHz、4W MHz又は8MHz以上のチャネル幅を有するPPDU)を送信することができる。
図29で説明する例示的な方法は、説明の簡明化のために動作のシリーズで表現したが、これは、段階が行われる順序を制限するためのものではなく、必要に応じて、それぞれの段階を同時に又は異なる順序で行ってもよい。また、本発明で提案する方法を具現する上で、図29で例示する段階を全て必要とするわけではない。
図29で例示する本発明の方法において、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る。
図30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。
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、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は、送受信器13と接続して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は、PHYモジュール11a及び上位層モジュール11b(例えば、MACモジュール)を含むことができる。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30のSTA 10は、無線LANシステムにおいて本発明で提案するCCA動作を行うように設定することができる。PHYモジュールは、MACモジュールから、CCAレベルタイプを示すパラメータを含む要請プリミティブを受信し、該パラメータの値に基づいて設定されたCCA臨界値以上の信号が感知されるか否かを決定するように設定することができる。第1チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットの送信に対して、上記パラメータを第1CCAレベルタイプに設定し、第2チャネル幅以上のサイズを有するデータユニットの送信に対して、上記パラメータを第2CCAレベルタイプに設定することができる。ここで、上記第2チャネル幅は上記第1チャネル幅よりも広く、上記第2CCAレベルタイプに対して設定される第2CCA臨界値は、上記第1CCAレベルタイプに対して設定される第1CCA臨界値よりも高くてもよい。
上記のような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、他の移動通信システムにも同様の方式で適用することができる。

Claims (15)

  1. 無線LANシステムにおいてステーション(STA)によってCCA(Clear Channel Assessment)を行う方法であって、前記方法は、
    CCAレベルタイプを示すパラメータを含む要請プリミティブを上位層から前記STAの物理層(PHY)によって受信することと、
    CCA臨界値以上の信号が感知(sense)されるか否かを決定することと
    を含み、
    前記パラメータが第1のCCAレベルタイプに設定されるとき、複数のCCA臨界値セットのうちの第1のCCA臨界値セットが、前記CCA臨界値を決定するために使用され、
    前記パラメータが第2のCCAレベルタイプに設定されるとき、前記複数のCCA臨界値セットのうちの第2のCCA臨界値セットが、前記CCA臨界値を決定するために使用され、
    前記第1のCCA臨界値セットは、前記第2のCCA臨界値セットより小さいチャネル幅(channel width)を支援し、
    前記複数のCCA臨界値セットの各々は、複数のCCA臨界値を含み、
    前記第2のCCAレベルタイプに対する前記第2のCCA臨界値セットの各CCA臨界値は、前記第1のCCAレベルタイプに対する前記第1のCCA臨界値セットの対応するCCA臨界値より高い、方法。
  2. 前記第1のCCAレベルタイプは、第1のチャネル幅以上であるデータユニットの送信のために使用され、
    前記第2のCCAレベルタイプは、第2のチャネル幅以上であるデータユニットの送信のために使用され、
    前記第2のチャネル幅は、前記第1のチャネル幅より大きい、請求項1に記載の方法。
  3. 前記CCA臨界値以上の前記信号が感知されると、媒体が占有(busy)状態であることを示す情報を含むCCA指示(indication)プリミティブが、前記物理層から前記上位層に送信され、
    前記CCA臨界値以上の前記信号が感知されないと、前記媒体が遊休(idle)状態であることを示す情報を含むCCA指示プリミティブが、前記物理層から前記上位層に送信される、請求項1に記載の方法。
  4. 前記パラメータが前記第1のCCAレベルタイプに設定されるとき、前記第1のCCA臨界値セットを含む第1のCCA条件(Conditions)を使用して、前記第1のチャネル幅以下のチャネル幅を有する第1のプライマリ(primary)チャネル上で第1のバックオフ過程が行われ、
    前記パラメータが前記第2のCCAレベルタイプに設定されるとき、前記第2のCCA臨界値セットを含む第2のCCA条件を使用して、前記第2のチャネル幅以下のチャネル幅を有する第2のプライマリチャネル上で第2のバックオフ過程が行われる、請求項2に記載の方法。
  5. 前記第1のプライマリチャネルが遊休(idle)状態であるとき、前記第1のバックオフ過程のバックオフタイマーの値は、バックオフスロットごとに減少させられ、前記第2のプライマリチャネルが遊休状態であるとき、前記第2のバックオフ過程のバックオフタイマーの値は、バックオフスロットごとに減少させられる、請求項4に記載の方法。
  6. 前記第1のチャネル幅以上のチャネル幅を有するデータユニットは、前記第1のバックオフ過程の結果として送信機会(TXOP)が許容されると送信され、前記第2のチャネル幅以上のチャネル幅を有するデータユニットは、前記第2のバックオフ過程の結果としてTXOPが許容されると送信される、請求項4に記載の方法。
  7. 前記第1のバックオフ過程の結果としての前記TXOPの許容は、前記第1のバックオフ過程のバックオフタイマーの値が0に到達することを含み、前記第2のバックオフ過程の結果としての前記TXOPの許容は、前記第2のバックオフ過程のバックオフタイマーの値が0に到達することを含む、請求項6に記載の方法。
  8. 前記TXOPが前記第1のバックオフ過程の結果として許容されるとき、前記第1のチャネル幅以上のチャネル幅を有する前記データユニットの送信は、1つ以上のセカンダリチャネルの遊休状態に従って行われ、
    前記TXOPが前記第2のバックオフ過程の結果として許容されるとき、前記第2のチャネル幅以上のチャネル幅を有する前記データユニットの送信は、1つ以上のセカンダリチャネルの遊休状態に従って行われる、請求項7に記載の方法。
  9. 前記TXOPが第2のバックオフ過程の結果として許容され、かつ、前記1つ以上のセカンダリチャネルが占有(busy)状態であるとき、新しいバックオフ過程が行われる、請求項8に記載の方法。
  10. 前記第2のCCA臨界値セットの前記各CCA臨界値は、前記第1のCCA臨界値セットの前記対応するCCA臨界値より3dBm高い、請求項1に記載の方法。
  11. 前記第1のチャネル幅は、W MHz、2W MHz、4W MHz、または8W MHzであり、前記第2のチャネル幅は、2W MHz、4W MHz、または8W MHzである、請求項2に記載の方法。
  12. 前記要請プリミティブは、PHY−CONFIG.requestプリミティブである、請求項1に記載の方法。
  13. PHY−CONFIG.confirmプリミティブが、PHY−CONFIG.requestプリミティブに応答して前記物理層から前記上位層に送信される、請求項1に記載の方法。
  14. 前記データユニットは、PPDU(Physical Layer Protocol Data Unit)である、請求項1に記載の方法。
  15. 無線LANシステムにおいてCCA(Clear Channel Assessment)を行うステーション(STA)であって、前記STAは、
    物理層モジュールと、
    上位層モジュールと
    を備え、
    前記物理層モジュールは、CCAレベルタイプを示すパラメータを含む要請プリミティブを上位層から受信し、CCA臨界値以上の信号が感知(sense)されるか否かを決定するように構成されており、
    前記パラメータが第1のCCAレベルタイプに設定されるとき、複数のCCA臨界値セットのうちの第1のCCA臨界値セットが、前記CCA臨界値を決定するために使用され、
    前記パラメータが第2のCCAレベルタイプに設定されるとき、前記複数のCCA臨界値セットのうちの第2のCCA臨界値セットが、前記CCA臨界値を決定するために使用され、
    前記第1のCCA臨界値セットは、前記第2のCCA臨界値セットより小さいチャネル幅(channel width)を支援し、
    前記複数のCCA臨界値セットの各々は、複数のCCA臨界値を含み、
    前記第2のCCAレベルタイプに対する前記第2のCCA臨界値セットの各CCA臨界値は、前記第1のCCAレベルタイプに対する前記第1のCCA臨界値セットの対応するCCA臨界値より高い、STA。
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