JP3880990B2 - 複数の無線ローカル・エリア・ネットワークを配備するための分散アーチテクチャ - Google Patents

Description

本発明は、電気通信一般に関し、より詳細には、複数の無線ローカル・エリア・ネットワークを配備するための新規のアーチテクチャに関する。

関連出願への相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、２００２年１２月９日に出願した「Ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ＡＰ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ ＷＬＡＮ Ｓｙｓｔｅｍ」（整理番号：６３０−０３２ｕｓ）と題された米国暫定出願第６０／４３１，７０６号に関連する。

図１は、アクセス・ポイント１０１と図に示すように相互接続された局１０２−１〜１０２−Ｎ（Ｎは正の整数）とを含む従来技術の無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）の例の概略図である。各局１０２−ｉ（ｉは集合｛１、２、．．．ｎ｝の要素）は、アクセス・ポイント１０１を介してローカル・エリア・ネットワーク１００内の他の局との間で信号を無線で送受信するノートブック・コンピュータ、パーソナル・ディジタル・アシスタント（ＰＤＡ）、タブレットＰＣ、などの装置である。

アクセス・ポイント１０１と局１０２−１〜１０２−Ｎとが通信するためには、送信する信号の意味について合意していなければならない。特に、どちらがいつ話すか、「０」と「１」を構成する内容、誤り検出および訂正方法などについて合意が必要である。電気通信の用語では、これらの合意はプロトコルと呼ばれ、特にプロトコルの集合はプロトコル・スタックとして知られている。

局とアクセス・ポイントとは通常、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせを用いて特定のプロトコル・スタックを実施する。図２は、従来技術のアクセス・ポイント１０１および局１０２−ｉによってそれぞれ実施される２つのソフトウェア・ベースのプロトコル・スタック２０１および２０２−ｉ（ｉは集合｛１、２、．．．ｎ｝の要素）の概念図を示す。

電気通信の技術者はプロトコルを設計して、さまざまなサービス、例えば、誤り制御（すなわち、送信データ内のビット誤りの検出および／または訂正）、フロー制御（すなわち、装置へのデータ送信速度とデータを処理する装置がデータを受信する速度の差の補償）、および媒体アクセス制御（すなわち、同時に１つの装置だけが共有通信チャネルへ送信できるようにする）などを提供する。電気通信システムは通常、独立して動作する複数の通信装置を含むので、プロトコルは装置間の異なる、またしばしば予測不可能なタイミング関係のための所望の振る舞い（すなわち、プロトコル・サービスは正しくなければならない）を提供することができなければならない。

電気通信の技術者はプロトコル仕様を介してプロトコルを正式に記述する。プロトコル仕様は、（ｉ）提供するサービス、（ｉｉ）プロトコルが実施される環境に関する１つまたは複数の前提、（ｉｉｉ）プロトコルを実施するためのメッセージの語彙、（ｉｖ）各メッセージの語彙への符号化、および（ｖ）メッセージ交換の一貫性を保護する手順規則の集合を含む。［Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ， Ｇ．Ｊ．Ｈｏｌｚｍａｎｎ， Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ， １９９１］

本発明は、プロトコル・スタックのプロトコルの一部をアクセス・ポイントからリモート・プロセッサに「オフロードする」ことを可能にする。特に、例示の実施形態は複数のアクセス・ポイントを対象とするリモート制御プロセッサを採用し、機能を軽減したアクセス・ポイント（プロトコル・スタックの適当なサブセットを実施するアクセス・ポイント）と単一のリモート制御装置で複数の無線ローカル・エリア・ネットワークを構成することを可能にする。「シン」（すなわち、機能を軽減した）アクセス・ポイントを使用できるようにすることで、例示の実施形態は以下の２つの利点を提供する。第１に、アクセス・ポイントのコストが低減される。これは多数の無線ローカル・エリア・ネットワークを配備する（例えば、企業または教育機関の敷地に）際に特に有利である。第２に、かなりの回数のソフトウェア更新が中央制御装置の改変だけですむことが多いため、例示の実施形態は多数の無線ローカル・エリア・ネットワークの保守を容易にする。

例示の実施形態は、イベント間のタイミング関係にかかわらず正確に動作するプロトコルもあり、また最大タイミング遅延（例えば、メッセージ受信待ちのタイムアウト、媒体アクセス制御のフレーム間間隔など）の１つまたは複数のタイミング前提に従ってのみ正確に動作するプロトコルもあるという認識に基づいている。言い換えれば、その正当性がいかなる遅延またはタイミング異常にも影響を受けないプロトコル・サービスがある一方、その正当性が特定のしきい値を超えない通信および処理遅延に左右されるプロトコル・サービスもある。

本明細書に関して、プロトコル・サービスはプロトコル仕様に従って動作する場合に「正当である」と定義される。
例示の実施形態は、（ａ）各々がそれぞれのネットワークの第１のプロトコル・サービスを実施し、第１のプロトコル・サービスの正当性が最大タイミング遅延に基づく複数のアクセス・ポイントと、（ｂ）（ｉ）複数のアクセス・ポイントの各々から入力信号を受信し、（ｉｉ）そのアクセス・ポイントからの入力信号とその正当性が最大タイミング遅延に依存しない第２のプロトコル・サービスとに基づいて複数のアクセス・ポイントの各々に出力信号を送信する中央制御装置とを含む。

図３は、本発明の例示の実施形態によるローカル・エリア・ネットワーク３００−１〜３００−Ｋ（Ｋは正の整数）の概略図である。図３に示すように、各ローカル・エリア・ネットワーク３００−ｉ（ｉ∈｛１、２、．．．Ｋ｝）はネットワーク３００−ｉ内の無線局１０２と通信するシン無線アクセス・ポイント３０１−ｉを含む。各ローカル・エリア・ネットワーク３００−ｉはそれぞれの共有通信チャネルを有する。共有通信チャネルが別々である理由は、空間分離、周波数の違いなどによるものであることを当業者は理解するであろう。

各々のシン無線アクセス・ポイント３０１−ｉは双方向性リンク３０４−ｉを介して中央制御装置３０３に接続されている。以下に詳述するように、各シン無線アクセス・ポイント３０１−ｉはその正当性が最大タイミング遅延に依存するプロトコル・サービスを実行する。さらに、無線アクセス・ポイント３０１−ｉが、その正当性がいかなる最大タイミング遅延にも依存しないプロトコル・サービスをトリガする特定の状態（例えば、局からの信号の受信、共有通信チャネルが一定期間空きであることの検出など）を検出すると、シン無線アクセス・ポイント３０１−ｉは双方向性リンク３０４−ｉを介して中央制御装置３０３に信号を送信してプロトコル・サービスを実行する。また、シン無線アクセス・ポイント３０１−ｉは中央制御装置３０３がプロトコル・サービスを実行した後で中央制御装置３０３から双方向性リンク３０４−ｉを介して信号を受信する。シン無線アクセス・ポイント３０１−ｉの動作について図６および８を参照しながら以下に詳述する。

中央制御装置３０３はリンク３０４−１〜３０４−Ｋを介してシン無線アクセス・ポイント３０１−ｉ〜３０１−Ｋから信号を受信し、その正当性がいかなる最大タイミング遅延にも依存しないプロトコル・サービスを実行し、リンク３０４−１〜３０４−Ｋを介してシン無線アクセス・ポイント３０１−ｉ〜３０１−Ｋにプロトコル・サービス出力を送信する。いくつかの実施形態では、中央制御装置３０３は外部ネットワーク（ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、インターネットなど）に接続されていてもよく、それによって当技術分野でよく知られているようにゲートウェイとして機能することができる。そのような実施形態では、中央制御装置３０３は外部ネットワークからメッセージを受信してそのメッセージを適当なアクセス・ポイントに転送し、宛先の局へ配布する。さらに、中央制御装置３０３はアクセス・ポイントから外部ネットワークに宛てたメッセージを受信し、外部ネットワークを介してこれらのメッセージを送信する。中央制御装置３０３の動作について図７および９を参照しながら以下に詳述する。

いくつかの実施形態では、双方向リンク３０４−１〜３０４−Ｋは無線方式であってもよいことを当業者は理解するであろう。ただし、例示の実施形態はいかなる送信干渉もなしに中央制御装置３０３とシン無線アクセス・ポイント３０１−ｉ〜３０１−Ｋとの同時通信が可能であるという利点を有する。

図４は本発明の例示の実施形態によるプロトコル・スタック４０１−ｉを実施するアクセス・ポイント３０１−ｉの概念図である。プロトコル・スタック４０１−ｉは通信および処理遅延が最大しきい値を超えない場合にのみそのサービスが正当であるスタック２０１のプロトコルからなる。例えば、米国電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）のＩＥＥＥ８０２．１１ｂ準拠の無線ローカル・エリア・ネットワークでは、プロトコル・スタック４０１−ｉ内のプロトコル・サービスは、ＤＣＦ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）媒体アクセス制御、ＰＣＦ（Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）媒体アクセス制御、誤り制御、およびフロー制御を含む。当業者には明らかなように、上記のプロトコル・サービスはすべて、開放型システム相互接続（ＯＳＩ）の７階層モデルのデータ・リンク層に属する。さらに、プロトコル・スタック４０１−ｉはＯＳＩ物理層のプロトコル・サービス（無線信号内のデータの符号化など）を含む。

図５は本発明の例示の実施形態によるプロトコル・スタック５０１を実施する中央制御装置３０３の概念図である。プロトコル・スタック５０１はそのサービスがいかなる通信または処理遅延の存在または大きさにもかかわらず正当であるスタック２０１のプロトコルからなる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ準拠の無線ローカル・エリア・ネットワークでは、プロトコル・スタック５０１内のプロトコル・サービスは、ＰＣＦ（Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）およびＷｉ−Ｆｉ Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ Ａｃｃｅｓｓ）認証のためのポーリング・リストの生成を含む。ＩＥＥＥ８０２．１１ｅに準拠する無線ローカル・エリア・ネットワーク内では、プロトコル・スタック５０１内のサービス品質（ＱｏＳ）プロトコル・サービスを可能にするＩＥＥＥタスク・グループＥによって提案された８０２．１１ｂの拡張仕様はまたトラフィック監視、異なるトラフィック・クラスのＥＤＣＦ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）パラメータの決定などを含むことがある。

図６は本発明の例示の実施形態によるシン・アクセス・ポイント３０１−ｉの主な構成要素のブロック図である。図６に示すように、シン・アクセス・ポイント３０１−ｉは図示のように相互接続された受信機６０１−ｉと、プロセッサ６０２−ｉと、メモリ６０３−ｉと、送信機６０４−ｉとを含む。

受信機６０１−ｉは無線共有通信チャネル上でよく知られた方法で信号を受信し、プロセッサ６０２−ｉに信号を送信することができる回路である。さらに、受信機６０１−ｉはリンク３０４−ｉ上でよく知られた方法で中央制御装置３０３から信号を受信する。当業者には明らかなように、本発明のいくつかの実施形態では、受信機６０１−ｉは無線方式および有線方式で信号を受信できる単一の受信機でよく、また別の実施形態では、受信機６０１−ｉは２つの物理的な受信機（例えば、無線機とイーサネット（登録商標）・ネットワーク・インタフェース・カード）を含んでいてもよい。いずれにせよ、受信機６０１−ｉの製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。

プロセッサ６０２−ｉはメモリ６０３−ｉに記憶されている命令を実行し、メモリ６０３−ｉとの間でデータの読み出し／書き込みを行い、図８を参照する下記のタスクを実行することができる汎用プロセッサである。本発明のいくつかの別の実施形態では、プロセッサ６０２−ｉは特定用途向けプロセッサでもよい。いずれにせよ、プロセッサ６０２−ｉの製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。

メモリ６０３−ｉは、当技術分野でよく知られているように、プロセッサ６０２−ｉによって使用されるプロトコル・スタック４０１−ｉなどのデータおよびプログラムを記憶することができ、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、フラッシュ・メモリ、ディスク・ドライブなどの任意の組み合わせでよい。メモリ６０３−ｉの製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。

送信機６０４−ｉはプロセッサ６０２−ｉからよく知られた方法で信号を受信し、（ｉ）無線共有通信チャネル上および（ｉｉ）リンク３０４−ｉ上でよく知られた方法で該当する信号を送信することができる回路である。当業者には明らかなように、本発明のいくつかの実施形態では、送信機６０４−ｉは無線方式および有線方式で信号を受信できる単一の送信機でよく、また別の実施形態では、送信機６０４−ｉは２つの物理的な送信機（例えば、無線機とイーサネット（登録商標）・ネットワーク・インタフェース・カード）を含んでいてもよい。いずれにせよ、送信機６０４−ｉの製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。

図７は本発明の例示の実施形態による中央制御装置３０３の主な構成要素のブロック図である。図７に示すように、中央制御装置３０３は図示のように相互接続された受信機７０１と、プロセッサ７０２と、メモリ７０３と、送信機７０４とを含む。

受信機７０１はリンク３０４−１〜３０４−Ｋ上でよく知られた方法で信号を受信し、それらの信号をプロセッサ７０２に送信することができる回路である。さらに、上記のように、いくつかの実施形態では、受信機７０１は外部ネットワーク（ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、インターネットなど）からメッセージを受信することもできる。受信機７０１の製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。

プロセッサ７０２はメモリ７０３に記憶されている命令を実行し、メモリ７０３との間でデータの読み出し／書き込みを行い、図９を参照する下記のタスクを実行することができる汎用プロセッサである。本発明のいくつかの別の実施形態では、プロセッサ７０２は特定用途向けプロセッサでもよい。いずれにせよ、プロセッサ７０２の製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。

メモリ７０３は、当技術分野でよく知られているように、プロセッサ７０２によって使用されるプロトコル・スタック５０１などのデータおよびプログラムを記憶することができ、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、フラッシュ・メモリ、ディスク・ドライブなどの任意の組み合わせでよい。メモリ７０３の製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。

送信機７０４はプロセッサ７０２からよく知られた方法で信号を受信し、リンク３０４−１〜３０４−Ｋ上でよく知られた方法で該当する信号を送信することができる回路である。さらに、上記のように、いくつかの実施形態では、送信機７０４は外部ネットワーク（ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、インターネットなど）にメッセージを送信することもできる。送信機７０４の製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。

図８は本発明の例示の実施形態によるアクセス・ポイント３０１−ｉの動作の流れ図である。
タスク８１０で、アクセス・ポイント３０１−ｉはプロトコル・サービスＳをトリガする特定の状態（例えば、局１０２−ｉからのプロトコル・サービス要求の受信、共有通信チャネルが一定期間空きであることの検出など）を検出する。

タスク８２０で、アクセス・ポイント３０１−ｉはプロトコル・サービスＳがその正当性が最大タイミング遅延に依存するサービスであるか否かを検査する。そうである場合、タスク８３０に進む。そうでない場合、タスク８４０に進む。

タスク８３０で、アクセス・ポイント３０１−ｉは符号がメモリ６０３−ｉ内のプロトコル・スタック４０１−ｉにあるプロトコル・サービスＳを実行する。タスク８３０が終了すると、タスク８６０に進む。

タスク８４０で、アクセス・ポイント３０１−ｉは、送信機６０４−ｉを介して、プロトコル・サービスＳの実行要求を任意の必要な情報（例えば、入力変数など）と共に中央制御装置３３０に送信する。

タスク８５０で、アクセス・ポイント３０１−ｉは、受信機６０１−ｉを介して、中央制御装置３３０がプロトコル・サービスＳを実行した後の中央制御装置３３０からの応答を受信する。

タスク８６０で、アクセス・ポイント３０１−ｉは、必要に応じて、プロトコル・サービスＳが実行されたことを示すメッセージを送信機６０４−ｉから局１０２−ｊに送信する。当業者には明らかなように、確認応答、出力値などを含むことがあるそのようなメッセージは局１０２−ｊによって要求されるあるプロトコル・サービスにとっては適当であるかもしれないが、局１０２−ｊによって要求される他のプロトコル・サービス、または他のイベント（共有通信チャネルの空きなど）によってトリガされるプロトコル・サービスには不要であるかもしれない。タスク８６０が完了すると、図８の方法は終了する。

図９は本発明の例示の実施形態による中央制御装置３０３の動作の流れ図である。
タスク９１０で、中央制御装置３０３は、受信機７０１を介して、プロトコル・サービスＳの実行要求をアクセス・ポイント３０１−ｉから受信する。タスク８４０で上述したように、この要求は中央制御装置３０３がサービスＳを実行するために必要な入力変数または追加情報を含んでいてもよい。

タスク９２０で、中央制御装置３０３は符号がメモリ７０３内のプロトコル・スタック５０１にあるプロトコル・サービスＳを実行する。

タスク９３０で、中央制御装置３０３はプロトコル・サービスＳが実行されたことを示す確認応答メッセージを送信機７０４を介してアクセス・ポイント３０１−ｉに送信する。当業者には明らかなように、いくつかのプロトコル・サービスでは、確認応答メッセージは追加の出力情報（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅネットワークの発行済みＥＤＣＦパラメータなど）を含むことがある。タスク９３０が完了すると、図９の方法は終了する。

例示の実施形態：ＩＥＥＥ８０２．１１
詳細説明の残りの部分は、提案されたＩＥＥＥ８０２．１１ｅ仕様を含むＩＥＥＥ８０２．１１無線ローカル・エリア・ネットワークのための本発明の特定の実施形態について説明する。当業者には明らかなように、これは本発明の実施形態の一例に過ぎない。

序論
無線通信はその周囲の限られた地域内の加入者と無線で通信し、より大きいネットワークと有線接続で通信する無線機を含む。セル式通信では、１つまたは複数の無線機はいわゆる基地局内に常駐する。加入者が無線方式で通信できるサービス・エリアは「セル」として知られている。無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）の場合の類似の概念はそれぞれアクセス・ポイント（ＡＰ）と基本サービス・エリア（ＢＳＡ）である。ＡＰがサービスを提供するクライアントの集合は基本サービス・セット（ＢＳＳ）として知られている。

無線ＬＡＮは局間の無線ピアツーピア通信と有線ネットワークへのアクセスを提供する。無線媒体を介して直接通信する局の集合はアド・ホック・ネットワークとして知られている。局は、分散システムとして知られる有線バックボーン・ネットワークの助けを借りて異なるＷＬＡＮセル内の局と通信できる。ＡＰは分散システムへのゲートウェイの働きをする局である。ＡＰはセル式通信ネットワークの基地局に類似している。ホーム・オフィスまたはスモール・オフィスには単一セルの無線ＬＡＮが適している。マルチ・セルの無線ＬＡＮはより大きい建物または空間をカバーするのに使用される。

無線ＬＡＮ標準は物理およびＭＡＣ層のプロトコルを規定する。ＩＥＥＥ８０２．１１は今日の無無線ＬＡＮ市場を支配する標準である。ＩＥＥＥ８０２．１１ｇは非ライセンス方式の２．４ＧＨｚ ＩＳＭ帯でＩＥＥＥ８０２．１１ｂより速い速度を提供する、２００３年に完成した最新のＩＥＥＥ８０２．１１標準である。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇの５ＧＨｚ拡張版であるＩＥＥＥ８０２．１１ａは速い速度を提供する。その他の無線ＬＡＮ標準には、ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２（「米国の」８０２．１１ａ標準の欧州版）を含む。

ＷＬＡＮは、複数のチャネルで干渉がない同時送信が可能な帯域の非ライセンス方式部分で動作する。各セルは単一の時分割多重（ＴＤＤ）チャネル上で送信する。非同期データ転送のチャネル・アクセス機構は、分散競合ベースおよび集中競合解消の２つのカテゴリに分かれる。競合ベースのアクセス方法では、送信するデータがある場合、局はチャネルにアクセスし、他の局が試行する送信との衝突の危険を冒す。８０２．１１ＷＬＡＮ内の分散ランダム・アクセス・プロトコルはＤＣＦ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）として知られている。ＥＤＣＦ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）と知られている提案済み８０２．１１ｅ標準ドラフトのＱｏＳ拡張プロトコルでは、局はそのトラフィックの優先度に従ってチャネルにアクセスする。競合解消のアクセス方法では、同時に１つの局しか送信できない。集中競合解消プロトコルでは、制御装置−通常はＡＰ−が局をポーリングしてデータを送受信する。８０２．１１無線ＬＡＮの決定性ポーリング・プロトコルはＰＣＦ（Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）として知られている。ＨＣＦ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）として知られる８０２．１１ｅ標準ドラフトのＱｏＳ拡張プロトコルは競合解消アクセスのためのチャネル使用効率が改善されたポーリングを採用する。

セルまたは基本サービス・セット（ＢＳＳ）に関連する局はさまざまな理由からチャネル・アクセスを争う。その理由はデータ・パケットの送信、データ・パケットの送信のためのチャネルの予約、またはポーリング・リスト上でのＰＣＦまたはＨＣＦなどの決定性マルチ・アクセス・プロトコルの予約である。ＰＣＦまたはＨＣＦは分散マルチ・アクセス方法によってチャネルを要求する。

ＤＣＦは８０２．１１無線ＬＡＮの基本アクセス機構を提供するように構成されたイーサネット（登録商標）ＭＡＣプロトコルを採用する。チャネル・アクセスの規則では、チャネルが使用中の場合、局が新たに着信したパケットを送信することを禁止している。チャネルが空き状態か否かを決定するためにキャリア感知が使用される。空き状態でない場合、送信は現在の送信の完了後のランダムに選択された遅延によって延期される。これによってチャネルの解放を待つ他の局による送信試行との衝突が回避される。この待ち時間は、チャネルがＤＩＦＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｉｎｔｅｒ−Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）と等しい期間だけ送信後に空き状態である時に限って減少する（ｄｅｃｒｅａｓｅｄ）バックオフ・タイマをセットするのに使用される。このタイマが満了すると局は送信を試行する。ＡＰは（ＰＩＦＳ）空き時間間隔後に媒体により早くアクセスできる。

ＥＤＣＦは、トラフィックの優先度に従って、局が送信を試行する前の、または使用中期間の直後のカウント・ダウン前の空き時間間隔を待つ時間間隔の長さを変更する。ＡＩＦＳ（Ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ−Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｒ−Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）として知られるこの時間間隔は、優先度が高いパケットでは短くなり、チャネルをより速く捕捉できることになる。この時間が満了すると、チャネルがタイム・スロットに等しい時間間隔だけ空き状態になるといつでもバックオフ・カウンタが減少する。

集中ＭＡＣアーチテクチャ
無線通信システム内での基地局／ＡＰのコストと複雑さを低減するために、その機能を制限して単一のリモート制御装置に補完機能を提供することができる。そのような構成によってアクセス・ポイントのコストと複雑さが低減される。これは多数の無線ローカル・エリア・ネットワークを配備する（例えば、企業または教育機関の敷地に）際に特に有利である。セル方式システム内の基地局は処理のためにＭＳＣとの間で信号を送受信するＲＦ送信機／受信機から構成することができる。

ＡＰの複雑さを低減するという考えはＷＬＡＮにも適用されるが、多少の制限がある。セル方式システムとは異なり、ＷＬＡＮ内の伝送は時間がきっちりと決まっているフレームの交換によるランダム・アクセスによって行われる。言い換えれば、局が伝送を試行するか否かを支配する規則は、媒体使用中状態に続いて媒体が空き状態になってから経過した時間に基づく。「使用中終了」時間の登録に遅延を導入することは局−この場合はＡＰ−を無線媒体へのアクセスを競う他の局と比べて不利な立場に置く。これは後者が経過した空き時間のカウント・ダウンで有利な滑り出しが可能なためである。キャリア感知と極めて対話的なＭＡＣプロトコルに基づく同期化によって、キャリア感知を実行するＲＦ構成要素とアクセス制御との間の通信遅延は最小限でなければならない。特に、ＡＰから制御装置までの５マイクロ秒（８０２．１１ｂＷＬＡＬ上の）またはそれ以上の通信遅延を導入すると、ＡＰの応答が遅延し、したがって、その試行送信が局からのフレームと衝突」することがある。一般に、遅延したＡＰ応答は無線媒体へのアクセスに関して不利に働く。

不適切にＡＰ機能を集中した潜在的に望ましくない結果を示すために、以下の例を考察する。ＷＬＡＮ ＩＣチップ・セットの部品は、（１）信号を送受信する無線機のフロンド・エンドと、（２）信号の変復調を行うベースバンド・プロセッサと、（３）プロトコル翻訳と制御を扱う媒体アクセス制御（ＭＡＣ）とからなる。ＡＰの媒体アクセス制御装置が共にＢＳＡにある無線機のフロント・エンドおよびベースバンド・プロセッサから有線イーサネット（登録商標）によって切り離されたリモート・ゲートウェイ／スイッチに常駐すると仮定する。ＳＴＡはすべての構成要素が一箇所にあると考えられ、したがって、無線機のフロント・エンドと媒体アクセス制御装置との間の通信遅延は無視できる。ＳＴＡとＡＰの両方が送信待ちのフレームを有すると仮定する。１１Ｍｂｐｓの８０２．１１ｂリンク上で動作する１つのＡＰといくつかの局とを考える。ＡＰ側での通信遅延が５マイクロ秒を超えているとＡＰは媒体使用中期間の最後まで応答が遅延する。ＭＡＣプロトコルによってＡＰは（ＰＩＦＳ）空き時間間隔後に媒体により早くアクセスできるが、ＡＰの遅延応答によってＤＩＦＳの長さまたはそれ以上の空き時間間隔後に送信するので、局との衝突が発生する可能性がある。

したがって、この例はＡＰの機能を２つ、すなわち、（１）「シン」ＡＰと（２）集中制御装置とに分割して、その結果得られるＭＡＣ性能が影響を受けず、ＡＰの機能が最小限になるガイドラインを提供する。

この例では、集中ＡＰ制御装置はＱｏＳマネジャー（ＱＣＭ）と呼ばれる。ＱＣＭは自己構成（ＲＦ計画と無線リソース管理タスクと実行する）などの他の集中機能と共にゲートウェイ内に存在できる。ＱＣＭは各セル内にある多数の「シン」ＡＰを処理する。「シン」ＡＰは無線およびベースバンド機能を実行しなければならないが、これらの機能に限定されるわけではない。ＱＣＭは「シン」ＡＰ内の常駐するＡＰ機能を補完するＡＰ機能を提供する。媒体アクセス制御装置の機能はＱＣＭとシンＡＰとに分割できる。本稿では、「シン」ＡＰを小文字の略語「ａｐ」で表すアクセス・ポートと呼ぶ。

この例では、ＱＣＭはゲートウェイ内に埋め込まれている（インターネットへなどの接続のために）。すべての情報はＱＣＭに常駐することができる。ＱＣＭはトラフィックを監視し、ＥＤＣＦパラメータ、すなわち、ＡＩＦＳ，ＣＷｍｉｎ、ＣＷｍａｘ、ＰＦ，ＭＳＤＵＬｉｆｅｔｉｍｅなどを含むＱｏＳ情報要素を発行する。この例では、ＱＣＭはＳＴＡからのＴＳＰＥＣ要求を受信するとアドミッション制御を実行する。この要求がネットワーク内を流れるトラフィック・ストリーム（サイドリンク・トラフィック以外の）を含む限りにおいて、要求の受け入れまたは拒絶は上位層に伝えられる。ＱＣＭはポーリング・スケジュールを生成し、オンデマンドベースで必要に応じて再発行する。ＲＲを受信すると、ＱＣＭはリアルタイムのポーリング・スケジュールを供給する。最後に、ＱＣＭはダウンリンク・トラフィックをスケジューリングする。その際に、ＱＣＭは送信のためにａｐに転送されるＴＸＯＰの内容を指定する。これらの機能を実行する際に、ＱＣＭはクライアントからａｐを通ってトランスペアレントにルーティングされる情報を受信する。あるいは、これらの機能の一部をａｐに委ねてもよい。

ａｐの最小機能はＴＸＯＰの送信とポーリングである。これは以下の処理を含む。
−ＭＰＤＵ断片およびＴＸＯＰのコンテンツのバッファリング
−キャリア感知−無線媒体が空き状態か否かの決定
−媒体アクセス制御（−ＩＦＳ遅延およびバックオフ）−チャネルが空き状態の場合、無線媒体はＰＩＦＳ空き期間および任意の必要なバックオフ期間後にアクセスできる。
−確認応答−送信内容を成功裏に受信した後で、ａｐは確認応答を送信する。フレームまたはポールを送信した後で、ＳＩＦＳ時間間隔内に確認応答が受信されない場合、ａｐはその旨応答する。
−ポーリング−−ａｐはＱＣＭから受信し，ａｐにバッファリングされたＭＳＤＵを送信する。ＴＸＯＰがポーリング・スケジュールに重なる場合、ａｐは指定されたスケジュールに従ってポールをＭＰＤＵとインタリーブする。
−ＭＰＳＤＵの再組み立てとＱＣＭへの送信
さらに、ａｐは本来ＱＣＭが実行するその他の機能も実行することができる。

この例では、クライアントはＩＥＥＥ８０２．１１ｅプロトコルを介してａｐ−ＱＣＭコンプレックスと相互動作する。ＡＰ機能の分割は８０２．１１の局であるクライアントには見えない。ａｐとＱＣＭ間の通信はＭＡＣ層の所有のプロトコルに従って有線または無線接続を介して実行される。

ネットワーク管理機能
集中型アーチテクチャでは、主要なＡＰ機能はＱＣＭとアクセス・ポートとに分割される。さらに、ＱＣＭは標準によって記述されないインテリジェント・ネットワーク管理機能を含むことができる。この例では、ネットワーク管理機能として、ＴＳＰＥＣアドミッション制御、トラフィック監視、およびスケジューリングがＱＣＭ内に常駐できる。

ＴＳＰＥＣアドミッション制御
ＱＣＭはＡＰ（および分散システム）を通して、またはセル内でピアツーピアでルーティングされるトラフィック・ストリームによってＴＳＰＥＣのＴＸＯＰ要求の受け入れを行う。ＴＳＰＥＣの要求がいくつかのサービス・パラメータを提供する場合、最終のスケジュールを設定する前にＴＸＯＰスケジュールをネゴシエートする余地がある。ＴＳＰＥＣの要求がないか、かつ／またはＴＳＰＥＣが使用できない場合、上位層はゲートウェイを通して名目ＴＳＰＥＣ要求を提供する。理想的には、ＴＳＰＥＣアドミッション決定は上位層で実行される呼アドミッション制御内に組み込まれる。ＴＳＰＥＣアドミッション制御はＴＸＯＰ要求の優先度およびパラメータ、受け入れ済みのＴＳＰＥＣ要求へのコミットメント、受け入れられたＴＳＰＥＣ要求のスケジュール・ネゴシエーションによる帯域の再割り当てのマージン、およびセル内の無線リンクへの負荷を考慮する。例えば、所与の優先度のＴＳＰＥＣ要求はＷＬＡＮの負荷が軽いと受け入れられるが、ＴＳＰＥＣ要求に供される帯域幅が対応するしきい値を超えると拒否される。これらのしきい値は優先度に応じて増加する。

トラフィック監視
ＱＣＭはランダム・アクセス・プロトコルのパラメータ設定を行う。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１では、ＱＯＳ情報要素はＥＤＣＦパラメータを含む。これらのパラメータは無線チャネルの監視によって衝突および送信成功回数／頻度を決定するように適合される。トラッフィック種別ごとの送信成功率および失敗率の情報もクライアントから提供される。この情報を用いて、ＱＣＭは各種別のＥＤＣＦパラメータをＱｏＳ要件に合致するように適合させる。

スケジューラ
ＱＣＭは無線リンク上の送信をスケジューリングする。ＱＣＭはダウンリンク・フレームの送信順序を決め、一度にａｐに送信するＴＸＯＰに組み込む。ダウンリンクＴＸＯＰの送信はＣＡＰ内のポーリングと組み合わせてもよい。ＣＡＰ内に配置するフレームの選択とその順序が指定されて、スループットの最大化ならびに待ち時間およびジッタ制限などのＱｏＳ目標を反映する。

ＡＰ機能
この例では、ＡＰ機能はＱＣＭとアクセス・ポートとで共有される。理論的には、ａｐ機能は本明細書に記載する最小機能からＡＰ機能の完全なセットの範囲にわたる。アクセス・ポイントのダウンリンク送信、ポーリング、およびＥＤＣＦアップリンク送信の各機能について以下に説明する。

ダウンリンク送信
ＱＣＭはＴＸＯＰを事前パッケージ化し、ポーリング命令があればそれと共に送信するためにａｐに送信する。ＭＳＤＵ（ＭＡＣサービス・データ・ユニット）として知られる上位層から送信されＭＡＣサブレイヤで受信したフレームの断片化はＱＣＭまたはａｐのいずれが実行してもよい。ａｐは断片、ＭＰＤＵ（ＭＡＣプロトコル・データ・ユニット）を送信し、確認応答を受信し、可能であれば、送信に失敗したＭＰＤＵを再送信する。ＴＸＯＰのタイム・リミットが満了すると、ａｐはＱＣＭに確認応答ベクトル（ＶＡＣＫ）を返送する。ベクトル確認応答は、０または１からなり、個々のフレームが成功裏に送信されたか（ビットは０にセット）またはそうでないか（ビットは１にセット）を示し、ＴＸＯＰフレームが送信に失敗したか否か、またどのＴＸＯＰフレームが送信に失敗したかを示す。ＶＡＣＫは送信されたフレームに対応する１のマスクとの論理積をとられる。返送されたＶＡＣＫが０の場合、すべてのフレームは成功裏に送信されている。ある種のフレームを以前に送信しようとして失敗した場合、ＱＣＭは再送信すべきか否かをＱＣＭが決定し、そうである場合、ＱＣＭはそれらのフレームを以降のＴＸＯＰ内に組み込む。

ポーリング
ＱｏＳセル・マネジャーはトラフィックを待ち行列に入れ、残り時間／優先度／ジッタ感度に従って送信するＭＳＤＵをスケジューリングする。このために、非標準の待ち行列と待ち行列管理方法の使用が実行される。

ＱＣＭはリアルタイムのポーリング・スケジュールとデータ／ポール・インタリーブを決定する。リアルタイムのポーリング・スケジュールはＴＳＰＥＣを受け入れて発行されるスケジュールよりも詳細である。前者はポールをクライアントに送信するクロック時間範囲を指定する。ａｐはＣＡＰ内に含まれるあらゆるＭＳＤＵをバッファに入れ（また断片化し）、受信したスケジュールに従って無線チャネル上でＭＰＤＵとポールを送信し、ＣＡＰ内のダウンリンクＭＳＤＵのためにベクトルＡＣＫをＱＣＭに返送し、クライアントから受信したデータをＱＣＭに送信する。またａｐは、ＣＡＰ内に時間がある場合、応答がないポールを再送する。ａｐ内で断片化が実行される場合、ＭＳＤＵの再組み立てはａｐ内で実行される。

ＥＤＣＦアップリンク送信
ａｐは８０２．１１標準でＡＰのために規定されたＲＴＳ／ＣＴＳ交換を処理する。ａｐはＣＴＳでＲＴＳに応答し、クライアントからのフレーム受信の確認応答をする。次いでデータをＱＣＭに送信する。

上記の実施形態は本発明を例示するためのものに過ぎず、当業者は本発明の範囲から逸脱することなく、上記の実施形態の多数の変形形態を考案することができる。したがって、そのような変形形態は首記の請求の範囲およびその同等物に含まれるものとする。

従来技術の無線ローカル・エリア・ネットワーク１００の概略図である。 従来技術の図１に示すアクセス・ポイント１０１と局１０２−ｉによって実施されるプロトコル・スタックの概念図である。 本発明の例示の実施形態による複数のローカル・エリア・ネットワークの概略図である。 本発明の例示の実施形態による図３に示すアクセス・ポイント３０１−ｉによって実施されるプロトコル・スタックの概念図である。 本発明の例示の実施形態による図３に示す中央制御装置３０３によって実施されるプロトコル・スタックの概念図である。 本発明の例示の実施形態による図３に示すアクセス・ポイント３０１−ｉの主な構成要素のブロック図である。 本発明の例示の実施形態による図３に示す中央制御装置３０３の主な構成要素のブロック図である。 本発明の例示の実施形態による図３に示すアクセス・ポイント３０１−ｉの動作の流れ図である。 本発明の例示の実施形態による図３に示す中央制御装置３０３の動作の流れ図である。

Claims (23)

1. （ａ）各々がそれぞれのネットワークの第１のプロトコル・サービスを実行し、前記第１のプロトコル・サービスの正当性が最大タイミング遅延に基づく複数のアクセス・ポイントと、
   （ｂ）（ｉ）前記複数のアクセス・ポイントの各々から入力信号を受信し、
   （ｉｉ）そのアクセス・ポイントからの入力信号とその正当性が最大タイミング遅延に依存しない第２のプロトコル・サービスとに基づいて前記複数のアクセス・ポイントの各々に出力信号を送信する中央制御装置とを含む装置。
2. 前記第１のプロトコル・サービスが、物理層、およびデータ・リンク層からなるグループから選択された層に属する請求項１に記載の装置。
3. 前記第１のプロトコル・サービスが、媒体アクセス制御サービス、誤り制御サービス、およびフロー制御サービスからなるグループから選択される請求項２に記載の装置。
4. 前記第２のプロトコル・サービスが、認証サービス、許可サービス、トラフィック監視サービス、アドミッション制御サービス、およびポーリング・リスト保守サービスからなるグループから選択される請求項１に記載の装置。
5. 前記中央制御装置がさらに、
   （ｉｉｉ）ワイド・エリア・ネットワークからデータを受信し、
   （ｉｖ）前記データを前記アクセス・ポイントの少なくとも１つに送信する請求項１に記載の装置。
6. 前記アクセス・ポイントの各々がさらに前記中央制御装置から第１のデータを受信し、前記第１のデータに基づいて前記それぞれのネットワーク内の少なくとも１つの局に第２のデータを送信する請求項１に記載の装置。
7. （ａ）その正当性が最大タイミング遅延に基づく第１のプロトコル・サービスを第１のプロセッサで実行する工程と、
   （ｂ）その正当性が前記最大タイミング遅延に依存しない第２のプロトコル・サービスを実行する第２のプロセッサに第１の信号を送信する工程と、
   （ｃ）前記第２のプロトコル・サービスに基づいて前記第２のプロセッサから第２の信号を受信する工程とを含む方法。
8. （ｄ）第１の状態を検出する工程をさらに含み、（ａ）が（ｄ）への応答である請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の状態が共有通信チャネル上での信号送信を含む請求項８に記載の方法。
10. 前記第１の状態が共有通信チャネルの空き時間間隔を含む請求項８に記載の方法。
11. （ｅ）第２の状態を検出する工程をさらに含み、（ｂ）が（ｅ）への応答である請求項８に記載の方法。
12. 前記第２の状態が共有通信チャネル上での信号送信を含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記第２の状態が共有通信チャネルの空き時間間隔を含む請求項１１に記載の方法。
14. （ｄ）状態を検出する工程をさらに含み、（ｂ）が（ｄ）への応答である請求項７に記載の方法。
15. 前記状態が共有通信チャネル上での信号送信を含む請求項１４に記載の方法。
16. 前記状態が共有通信チャネルの空き時間間隔を含む請求項１４に記載の方法。
17. 前記第１のプロトコル・サービスが、物理層、およびデータ・リンク層からなるグループから選択された層に属する請求項７に記載の方法。
18. 前記第１のプロトコル・サービスが、媒体アクセス制御サービス、誤り制御サービス、およびフロー制御サービスからなるグループから選択される請求項１７に記載の方法。
19. 前記第２のプロトコル・サービスが、認証サービス、許可サービス、トラフィック監視サービス、アドミッション制御サービス、およびポーリング・リスト保守サービスからなるグループから選択される請求項１７に記載の方法。
20. （ａ）その正当性が最大タイミング遅延に基づく第１のネットワークの第１のプロトコル・サービスを第１のプロセッサで実行する工程と、
    （ｂ）第２のネットワークの前記第１のプロトコル・サービスを第２のプロセッサで実行する工程と、
    （ｃ）前記第１のプロセッサから第３のプロセッサへ第１の信号を送信する工程と、
    （ｄ）その正当性が前記最大タイミング遅延に依存しない前記第１のネットワークの第２のプロトコル・サービスを第３のプロセッサで実行する工程と、
    （ｅ）前記第２のプロトコル・サービスに基づく第２の信号を前記第３のプロセッサから前記第１のプロセッサへ送信する工程と、
    （ｆ）前記第２のプロセッサから前記第３のプロセッサへ第３の信号を送信する工程と、
    （ｇ）前記第２のネットワークの前記第２のプロトコル・サービスを前記第３のプロセッサで実行する工程と、
    （ｈ）前記第２のプロトコル・サービスに基づく第４の信号を前記第３のプロセッサから前記第２のプロセッサへ送信する工程とを含む方法。
21. 前記第１のプロトコル・サービスが、物理層、およびデータ・リンク層からなるグループから選択された層に属する請求項２０に記載の方法。
22. 前記第１のプロトコル・サービスが、媒体アクセス制御サービス、誤り制御サービス、およびフロー制御サービスからなるグループから選択される請求項２１に記載の方法。
23. 前記第２のプロトコル・サービスが、認証サービス、許可サービス、トラフィック監視サービス、アドミッション制御サービス、およびポーリング・リスト保守サービスからなるグループから選択される請求項２０に記載の方法。
    

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