JP3971404B2 - アクセスポイントを用いた無線ネットワーク通信方法 - Google Patents

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Description

本発明は、アクセスポイント(Access Point:以下、「AP」という)を用いた無線ネットワーク通信方法に関し、特に、IEEE802.11ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク(Wireless Local Area Network:以下、「WLAN」という)基盤でAPを用いたデータ伝送の際にAPのバッファにしきい値を設定し、APにデータ伝送の優先権を与えてデータ伝送遅延を最小化することが可能な、APを用いたデータ伝送方法に関する。
一般に、IEEE802.11WLANは、ネットワークシステムの構築時にケーブルを使用せず、電波や赤外線などを用いて大気を通信チャネルとして使用する。
このようなIEEE802.11WLANは、802.11ネットワークのフレームを他のネットワークに伝達するために他のタイプのフレームに変換する、すなわち無線と有線のブリッジング機能を行うAPと無線ネットワークとのインタフェース処理が可能なWLAN装置が取り付けられるノートブック、PDAのようなステーション(Station)を含んで構成される。
また、IEEE802.11WLANは、基本サービスセット(Basic Service Set:以下、「BSS」という)を基本構成としているが、これは互いに通信するステーションのグループをいう。
BBSは、一つのステーションが他のステーションと直接通信する独立BSSと、必ずAPを介して他のステーションと通信するインフラストラクチャ(infrastructure)BSSとに分けられるが、インフラストラクチャBSSは、ステーションとAPとの間でのみ通信が行われるため、ステーション同士の間には通信が行われない。
図1は従来のポイント調整関数(Point Coordination Function:以下、「PCF」という)モードでデータを伝送する過程を概略的に示す図である。PCFは、ステーション間の競争なしでAPの制御に従ってデータを伝送することができる。すなわち、PCFでは、APがポーリング(polling)信号をステーションに送りながら、ステーションにデータを伝送する機会を与える。
例えば、APが第1ステーションにポーリング信号を送ると、ポーリング信号を受信した第1ステーションは、第2ステーションに送るべき第2データをAPに送る。ついで、APは第1ステーションに応答信号ACKを送った後、第2ステーションにポーリング信号を送るが、この際、第2ステーションに送るべき第2データがあるので、ポーリング信号と第2データ2を共に送る(ピギーバック(Piggy Back))。ここで、ピギーバックとはAPがステーションにポーリング信号と共にデータをのせて伝送することをいい、無競争期間でのみ可能である。
その後、第2ステーションは応答信号と第1ステーションに送るべき第1データとをAPに送り、APは第2ステーションに応答信号ACKを送った後、第3ステーションにポーリング信号を送る。
第3ステーションは、第2ステーションに送るべき第2データをAPに送り、APは応答信号ACKを伝送した後、第4ステーションにポーリング信号を伝送する。ところが、第4ステーションは送るデータが無く、APにNULL信号を送る。
この際、第1データと第2データがAPのバッファに格納されている状態でPCF期間が終了する。
図2は従来の分散調整関数(Distributed Coordination Function:以下、「DCF」という)モードでデータを伝送する過程を概略的に示す図である。DCFは、APとステーション間の競争を経て、競争から勝ったAP又はステーションのみがデータを伝送することができる。
まず、全てのステーションとAPは競争によってデータを伝送するが、一応競争によってAPに伝送された第1データは、さらに競争を経てAPから当該第1ステーションに伝送される。ここで、競争から勝ったステーションがデータを伝送する際、ネットワーク割当ベクタ(Network Allocation Vector:以下、「NAV」という)を実現して全てのステーションに現在のフレームを伝送した後、一定のマイクロ秒間媒体への接近を延期させる。
また、チャネルが使用されている場合、分散フレーム間の間隔(Distributed Inter-Frame Space:DIFS)だけアイドル状態を維持し、バックオフが行われる。ここで、バックオフとは、WLAN上で伝送媒体上のデータ伝送信号が衝突を起こしたとき、再び伝送を試みるまでの遅延時間をいう。
その後、DIFSだけ待った後、全てのステーションが競争を行い、これにより第2ステーションが競争から勝って第3データを伝送する。このような競争によって全ステーションとAPはデータを伝送する。
ところが、図1に示すように、APは任意の手順によってステーションにポーリング信号を伝送するため、APが伝送するポーリング信号に基づいてステーションのデータ送受信が決定されるので、APバッファにデータが蓄積される状況が発生する。また、図2に示すように、DCF期間ではAPがステーションのように競争によってバッファのデータを送るため、PCF期間にAPに送られたデータの伝送が遅延し続けるという問題点が発生する。
従って、APのバッファに格納されたデータは、最悪の場合、全て捨てられることもあり、DCFモードでも全てのデータを競争によって一応APに送った後、さらに競争によってステーションに伝送するため、APのバッファにはデータが蓄積され続ける。これにより、APに連結されたステーションの数が増加し或いはデータを送るステーションが増加する場合、さらに深刻な問題が起こる。
特許文献1(通信端末収容装置、通信端末装置及び無線通信システム)は、IEEE802.11システム制御下に通信端末が識別する、ある信号を送信信号に差し込んで、ほかのシステムの制御下にある通信端末の間で相互間の干渉なしに通信することができる無線通信システムを開示しているが、これは、APバッファーにデータが蓄積し続けて、データ伝送が遅延することを解決できないと言う問題があります。
韓国公開特許2003−004389
本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、PCFモードでAPのバッファにしきい値を設定し、バッファに格納されたデータを遅延なく当該ステーションに伝送することが可能な、APを用いた無線ネットワーク通信方法を提供する。
本発明の他の目的は、DCFモードの区間でAPにデータ伝送の優先権を与えてデータ伝送遅延を最小化することが可能な、APを用いた無線ネットワーク通信方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、APに格納された各ステーションのアソシエーションIDに基づいてポーリングリストを生成する段階と、PCF区間で前記ポーリングリストに基づいて各ステーションにポーリング信号を伝送する段階と、前記アクセスポイントから伝送されたポーリング信号に応えて、当該ステーションが、伝送しようとするデータを伝送する段階と、前記ステーションから前記アクセスポイントに伝送されたデータを受信する段階と、前記ステーションから受信されたデータを前記アクセスポイントのバッファに格納する段階と、前記バッファに格納されたデータ量と前記バッファに設定されたしきい値とを比較する段階と、前記比較結果、前記しきい値を超過した場合、前記各ステーションに対するポーリング信号の伝送を中止し、前記バッファに格納されたデータを当該ステーションに伝送する段階とを含むことを特徴とする。
また、本発明は、PCF区間とDCF区間を有するインフラストラクチャモードでAPを用いた無線ネットワーク通信方法において、DCFモードの区間が始まると、前記APのバッファにデータが存在するか否かを判断する段階と、前記判断結果、前記APのバッファにデータが存在する場合、前記APのバッファに格納されたデータを当該ステーションに伝送する段階と、前記APのバッファに格納されたデータが当該ステーションに伝送されると、各ステーションが競争によってデータを伝送する段階とを含むことを特徴とする。
また、本発明は、DCF区間でAPと各ステーションがデータを伝送するために競争を行う段階と、前記競争から勝ったステーションが前記APにデータを伝送する段階と、前記アクセスポイントに伝送されたデータをバッファに格納する段階と、前記バッファに格納されたデータを前記アクセスポイントから当該ステーションに伝送する段階と、前記アクセスポイント及び各ステーションが競争によってデータを伝送する段階とを含むことを特徴とする。
本発明によれば、PCFモードでデータ伝送の際にAPのバッファにしきい値を設定して、しきい値を超過した場合、ポーリング信号の伝送を中止し、バッファに格納されたデータを当該ステーションに伝送することにより、データ伝送の遅延問題を解決することができるという効果がある。
また、DCFモードの区間でAPにデータ伝送の優先権を与え、バッファに格納されたデータを伝送できるようにし、データの伝送遅延を最小化することができるという効果がある。
さらに、APのバッファにしきい値を設定することにより、APのバッファサイズが減少し、これによりAPのバッファに格納されるデータが減るため、データ伝送の遅延が短縮されるという効果がある。
以下、添付図に基づいて本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図3は、本発明に係るWLANのPCFモードでデータを伝送する過程を概略的に示すフローチャートである。まず、インフラストラクチャネットワークでAPが各ステーションのアソシエーションIDに基づいてポーリングリストを生成し、ビーコン(beacon)をブロードキャストした後、前記ポーリングリストに基づいて各ステーションにポーリング信号を伝送する(S100)。ここで、ビーコンはネットワークの存在を知らせ、ネットワークのメンテナンスの役割を担当するフレームであり、データを伝送する区間情報が格納されている。ビーコンを周期として無競争期間(Contention-Free Period:以下、「CFP」という)の始まりを知らせる。
その後、APからポーリング信号を受信したステーションは、伝送するデータをAPに伝送する(S102)。ここで、APはポーリングリストに設定された順序に従ってそれぞれのステーションにポーリング信号を伝送し、ポーリング信号を受信したステーションのみがデータを伝送することができる。
次に、APは、各ステーションから伝送されたデータをバッファに格納した後、当該ステーションにポーリング信号を伝送する際に伝送データを共に伝送するが、APは、特定のステーションにポーリング信号と共に一つのデータのみを伝送することができる。
一方、APは、バッファに任意のしきい値を設定し、設定されたしきい値を超過したか否かを判断する(S104)。ここで、しきい値を設定することにより、APバッファに格納されたデータの個数が任意のしきい値を超過して格納されると、バッファに格納されたデータを直ちに当該ステーションに伝送する。
もしバッファに設定されたしきい値を超過すれば、APは、次のステーションに対するポーリング信号の伝送を中止し(S106)、PCFフレーム間の間隔(PCF Inter-Frame Space:以下、「PIFS」という)だけ待った後、バッファに格納されたデータを当該ステーションに伝送する(S108)。ここで、無競争周期の間、伝送するデータを持っているステーションは、PIFSだけ時間が経った後、伝送を始めることができる。
その後、データを受信したステーションは、短いフレーム間の間隔(Short Inter-Frame
Space:以下、「SIFS」という)以後、APに応答信号を送る。ここで、肯定的な確認応答のような最優先権を有するフレームはSIFSだけ時間が経った後、通信を始めることができる。
その後、PCF区間のCFPが終了したか否かを判断する(S110)。PCF区間のCFPが終了した場合、APは、各ステーションにCFPが終了することを知らせ(S112)、バッファに格納されたデータを当該ステーションに伝送した後CFPが終了していない場合、APは次のステーションにポーリング信号を伝送する(S114)。
図4は、本発明に係るWLANのDCFモードでデータを伝送する過程を概略的に示すフローチャートである。図4によれば、まず競争期間(Contention Period:以下、「CP」という)が始まると、APのバッファにデータが存在するか否かを判断する(S200)。
もしAPのバッファにデータが存在すれば、PIFS以後に直ちにデータを当該ステーションに伝送する。ここで、PIFSの間隔がDIFSの間隔より短いため、APは優先的にデータを伝送することができる。
この際、APがデータを伝送しているため、各ステーションは、DIFSだけアイドル状態を維持し、バックオフを行う。その後、DIFSだけ待った後、全てのステーションは競争によってAPにデータを伝送する(S206)。DCFモードでは、全てのステーションの中でも競争から勝ったステーションのみがデータを伝送することができる。
もしAPのバッファにデータが存在しなければ、全てのステーションが競争によってAPにデータを伝送する(S206)。
図5は本発明に係るWLANのDCFモードで競争によってデータを伝送する過程を概略的に示すフローチャートである。図5によれば、まずDCF区間でAPと各ステーションがデータを伝送するために競争を行い(S300)、競争に勝ったステーションがAPにデータを伝送する(S302)。
その後、APは伝送されたデータをバッファに格納し、PIFSだけ時間が経過した後、バッファに格納されたデータを当該ステーションに伝送する(S304)。そして、APのデータ伝送後、AP及び各ステーションはDIFSだけ待った後、競争によってデータを伝送する(S306)。ここで、PIFSの間隔がDIFSの間隔より短いため、APは優先的にデータを伝送することができる。
図6は、本発明に係るWLANのPCFモードでデータを伝送する過程を概略的に示す図である。図6によれば、まずAPがビーコンをブロードキャストした後、ポーリングリストに設定された順序によって第1ステーションにポーリング信号を伝送すると、APからポーリング信号を受信した第1ステーションは、第2ステーションに送る第2データをAPに伝送する。
APは、第1ステーションに応答信号を送り、第1ステーションから伝送された第2データをバッファに格納する。その後、APは、ポーリングリストに設定された順序によって第2ステーションにポーリング信号を伝送する。この際、第2ステーションに伝送する第2データが存在するので、APは、ポーリング信号と第2データを共に伝送する。
その後、APが第2ステーションにポーリング信号と共に第2データを伝送すると、第2ステーションは、第2データを受信したという応答信号と第1ステーションに送る第1データとをAPに伝送する。
APは、第2ステーションに応答信号を伝送し、第1ステーションに伝送する第1データをバッファに格納する。
その後、APは、第3ステーションにポーリング信号を伝送し、第3ステーションは、第2ステーションに送るべき第2データをAPに伝送する。これにより、APは、第3ステーションに応答信号を伝送し、第2ステーションに伝送すべき第2データをバッファに格納する。
このような過程を行い続けると、APのバッファにデータが蓄積され続けるので、APはバッファに任意のしきい値を設定し、設定されたしきい値を超過したか否かを判断する。例えば、バッファに設定されたしきい値が2の場合、APはバッファに格納されたデータの個数をチェックし、設定されたしきい値を超過したか否かを判断するが、判断の結果、バッファに第1データと第2データが格納されているので、APは、その次のステーションである第3ステーションにポーリング信号を伝送することを中止し、バッファに格納された第1データと第2データを、当該ステーションの第1ステーションと第2ステーションに伝送する。ここで、APは、第1データを第1ステーションに伝送する前にPIFSだけ待った後、第1データを伝送する。
その後、第1ステーションは、SIFS以後にデータの受信に対する応答信号を伝送する。一方、第2データの伝送も前記と同様の過程を経る。
その次、CFPが終了すると、APは各ステーションにCFPの終了を知らせ、よってDCF区間が始まる。
図7は、本発明に係るWLANのDCFモードでデータを伝送する過程を概略的に示す図であって、APのバッファに設定されたしきい値を超過していない場合、DCF区間でバッファに格納されたデータを伝送する過程を示す。
まず、DCF区間が始まると、APのバッファにデータが存在するか否かを判断し、判断の結果、APのバッファに第1データと第2データが存在するので、当該ステーションにデータを伝送する。すなわち、APはPIFSが経過した後、第1データを第1ステーションに伝送し、第1ステーションはSIFSが経過した後、データ受信に対する応答信号をAPに伝送する。
その後、APはPIFSが経過した後、第2ステーションに第2データを伝送する。すると、第2ステーションは、SIFSが過ぎた後、データ受信に対する応答信号をAPに伝送する。ここで、PIFSの間隔がDIFSの間隔より短いため、APは優先的にデータを伝送することができる。
この際、APがデータを伝送しているため、各ステーションは、DIFSだけアイドル状態を維持し、バックオフを行う。その後、DIFSとバックオフ時間だけ待った後、全てのステーションは、競争によってAPにデータを伝送する。よって、第2ステーションが競争から勝って第3データをAPに伝送する。
その後、APは、第2ステーションにデータ受信に対する応答信号を伝送し、PIFSが経過した後、第3ステーションに第3データを伝送すると、第3ステーションは、データ受信に対する応答信号をAPに伝送する。
次に、DIFSとバックオフ時間だけ待った全てのステーションは、競争によってAPにデータを伝送するが、第3ステーションが競争から勝って第4データをAPに伝送する。
その次に、APは、第3ステーションにデータ受信に対する応答信号を伝送し、PIFSが経過した後、第4ステーションに第4データを伝送すると、第4ステーションは、データ受信に対する応答信号をAPに伝送する。
図8は、本発明に係るWLANのDCFモードで競争によってデータを伝送する過程を概略的に示す図である。図8によれば、まずDCF区間が始まると、APと全てのステーションは、競争によってデータを伝送する。
前記競争から勝った第1ステーションが第2ステーションに送るべき第2データをAPに伝送すると、前記APは、伝送された第2データをバッファに格納し、第1ステーションにデータ受信に対する応答信号を伝送する。
その後、APは、PIFSだけ時間が経過した後、前記バッファに格納された第2データを当該第2ステーションに伝送し、前記第2ステーションは前記APにデータ受信に対する応答信号を伝送する。
その次に、DIFSとバックオフ時間だけ待ったAPと全てのステーションは、競争によってデータを伝送するが、第2ステーションが競争から勝って、第3ステーションに送るべき第3データをAPに伝送する。
APは、第2ステーションにデータ受信に対する応答信号を伝送し、PIFSが経過した後、第3ステーションに第3データを伝送すると、第3ステーションはデータ受信に対する応答信号をAPに伝送する。
その後、DIFSとバックオフ時間だけ待ったAPと全てのステーションは、競争によってデータを伝送する。第3ステーションが競争から勝って、第4ステーションに送るべき第4データをAPに伝送する。
APは、第3ステーションにデータ受信に対する応答信号を伝送し、PIFSが経過した後、第4ステーションに第4データを伝送すると、第4ステーションはデータ受信に対する応答信号をAPに伝送する。
図9は、本発明に係るDCFモードと従来のDCFモードにおけるデータ伝送量の差を示すグラフである。図9によれば、DCFモードでは、衝突回数が増加するにつれてデータ伝送の遅延も増える反面、本願発明のDCFモードでは、衝突回数と関係なく、設定されたしきい値に応じてデータを伝送する。従って、衝突回数が少ないときは、本願発明のDCFモードと従来のDCFモードにおけるデータ伝送量の差は少ないが、衝突回数が大きくなるほど、本願発明のDCFモードと従来のDCFモードにおけるデータ伝送量は、大きな差を示す。
図10は、本発明に係るしきい値が設定されたPCFモードと従来のPCFモードにおけるデータ伝送量の差を示すグラフである。ここで、1500bytesのデータ伝送の際、しきい値を2に設定して伝送すると仮定した。
本実施形態において、PCFモードでピギーバックの確率が10%〜80%の場合、3Mbps〜14Mbpsだけのデータ伝送量の差が発生する。すなわち、本願発明に係るしきい値が設定されたPCFモードでは、ピギーバックの確率に関係なく、設定されたしきい値に応じてデータが伝送されるので、データの伝送量が一定であるが、従来のPCFモードでは、ピギーバックの確率がデータの伝送量に影響を及ぼすので、ピギーバックの確率が低いほどデータの伝送量が低くなって図示の如くデータ伝送量の差が高くなることが分る。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に定義された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明を様々に変形又は変更して実施することが可能なのは明らかなことである。よって、本発明の実施形態による単純な変更は本発明の技術範囲に属するものと理解すべきである。
従来のPCFモードでデータを伝送する過程を概略的に示す図である。 従来のDCFモードでデータを伝送する過程を概略的に示す図である。 本発明に係るWLANのPCFモードでデータを伝送する過程を概略的に示すフローチャートである。 本発明に係るWLANのDCFモードでデータを伝送する過程を概略的に示すフローチャートである。 本発明に係るWLANのDCFモードで競争によってデータを伝送する過程を概略的に示すフローチャートである。 本発明に係るWLANのPCFモードでデータを伝送する過程を概略的に示す図である。 本発明に係るWLANのDCFモードでデータを伝送する過程を概略的に示す図である。 本発明に係るWLANのDCFモードで競争によってデータを伝送する過程を概略的に示す図である。 本発明に係るDCFモードと従来のDCFモードにおけるデータ伝送量の差を示すグラフである。 本発明に係るしきい値が設定されたPCFモードと従来のPCFモードにおけるデータ伝送量の差を示すグラフである。

Claims (4)

  1. PCF区間とDCF区間を有するインフラストラクチャモードでアクセスポイントを用いた無線ネットワーク通信方法において、
    前記アクセスポイントに格納された各ステーションのアソシエーションIDに基づいてポーリングリストを生成する段階と、
    PCF区間において前記ポーリングリストに基づいて各ステーションにポーリング信号を伝送する段階と、
    前記アクセスポイントから伝送されたポーリング信号に応えて、当該ステーションが、伝送しようとするデータを伝送する段階と、
    前記ステーションから前記アクセスポイントに伝送されたデータを受信する段階と、
    前記ステーションから受信されたデータを前記アクセスポイントのバッファに格納する段階と、
    PCF区間において前記バッファに格納されているデータ量と前記バッファに設定されたしきい値とを比較する段階と、
    前記比較の結果、前記しきい値を超過した場合、前記PCF区間での各ステーションに対するポーリング信号の伝送を中止し、前記バッファに格納されたデータを当該ステーションに伝送する段階と
    を含むことを特徴とするアクセスポイントを用いた無線ネットワーク通信方法。
  2. 前記アクセスポイントから伝送されたポーリング信号に基づき、当該ステーションが、伝送しようとするデータを伝送する段階は、前記ステーションが伝送しようとするデータが存在しない場合、アクセスポイントにNULL値を伝送する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1記載のアクセスポイントを用いた無線ネットワーク通信方法。
  3. 前記比較の結果、前記しきい値を超過した場合、前記各ステーションに対するポーリング信号の伝送を中止し、前記バッファに格納されたデータを当該ステーションに伝送する段階は、
    前記比較の結果、しきい値を超過すると、ポーリング信号伝送を中止しPCFフレーム間の間隔だけ待った後、データを伝送する段階と、
    前記アクセスポイントからデータを受信したステーションが、SIFSだけ待った後、アクセスポイントに応答信号を伝送する段階と
    を含むことを特徴とする請求項1記載のアクセスポイントを用いた無線ネットワーク通信方法。
  4. 前記バッファに格納されたデータを当該ステーションに伝送した以後にも、PCFモードの区間が終了していない場合、アクセスポイントは次のステーションにポーリング信号を伝送する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1記載のアクセスポイントを用いた無線ネットワーク通信方法。
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