JP4022200B2 - Ｉｅｅｅ８０２．１１ｅ標準の制御されたコンテンション／リソースリザベーションプロトコルを使用してワイヤレスｌａｎ上のステーションに最適にサービスする方法及びシステム - Google Patents

Description

本願は、本願と同じ譲渡人に承継され且つ参照によって本願に完全に援用される、２００１年１０月３１日付けで出願された「メディアプレックス制御されたインターバルに制御された機会を割り当てる方法」という名称の仮出願第６０／３３５，５０４号の出願日の優先権を主張する。

本発明は、ワイヤレス通信方法及びシステムに関している。より具体的には、本発明は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準の制御されたコンテンション／リソースリザベーションプロトコルを使用して、ワイヤレスＬＡＮ上のステーションに最適にサービスする方法及びシステムに関している。

ＩＥＥＥ８０２．１１は、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）標準を詳述している標準の一群である［８０２．１１，８０２．１１ａ，８０２．１１ｂ］。近年、この一群は、８０２．１１ＷＬＡＮ内の「クオリティ・オブ・サービス（ＱｏＳ）」のサポートを規定する補足の整備を開始した。この作業は８０２．１１ｅタスクグループによって実行されており、（本願を作成している時点までに）整備されているＱｏＳ付記部分の最新のドラフトは、[８０２．１１ｅ]に見出すことができる。プロトコルのセットは、ワイヤレス媒体の集中制御に基づいた８０２．１１（e）内での使用のために、提案されている。このプロトコルセットでは、コンテンションフリー期間（ＣＦＰ）及びコンテンションフリーバースト（ＣＦＢ）と呼ばれる特定の時間期間の間、ステーション（ＳＴＡ）は、ハイブリッドコーディネータ（ＨＣ）から許可を得たときのみ、ワイヤレス媒体を使用し得る。ＨＣは、ワイヤレス媒体の帯域を割り当て、ＱｏＳ要求が満足されていることを確実にすることに、責任を有している。ＨＣは一般的に、媒体の使用をＳＴＡに対して、それをポーリングすることによって許可する。これが、制限された時間期間の間、媒体の制御をそのＳＴＡに移譲する。その後、媒体の制御はＨＣに返還されなければならない。

８０２．１１ｅドラフト内で論じられている問題は、ＨＣに対して、それがサービスしているＳＴＡに対する帯域ニーズの変更をどのように知らせるかである。これを実施するために８０２．１１ｅに含まれているプロトコルは、［００／３３］で最初に８０２．１１コミュニティに提案された。このプロトコルは、コンテンション制御／リソースリザベーション（ＣＣ／ＲＲ）プロトコルと呼ばれている。このプロトコルでは、コンテンション制御（ＣＣ）フレームを送信することによって、リソースリザベーション（ＲＲ）フレームによる使用を媒体に許可する。ＣＣフレームによって特定されるこの時間期間の間には、ＲＲフレームのみが送信され得る。この時間期間は、制御されたコンテンションインターバル（ＣＣＩ）と呼ばれる。ＲＲフレームは、それらを送信しているＳＴＡの帯域ニーズを詳細に記述している。ＣＣＩに対するいくつかのパラメータは、ＣＣフレームによって特定される。これらには、許可確率（ＰＰ）、制御されたコンテンション機会（ＣＣ＿ＯＰｓ）の数、並びに来るべきＣＣＩの間にどのトラフィックカテゴリー（ＴＣ又は優先度）がその媒体に関してＲＲフレームと競合し得るかを示すフラグのセットが含まれる。このプロトコルは、ＳＴＡがＣＣメッセージを受信してＲＲを適当なＴＣに送りたいときに、０から１の間の乱数を選ぶと述べている。その乱数がＰＰ値以下であれば、ＳＴＡはＲＲの送信を許可される。それからＳＴＡは、送信すべきＣＣ＿ＯＰをランダムに選ぶ（注：８０２．１１ｅの現在のドラフトはＰＰ値を排除しているので、ＳＴＡは、許可されたＴＣが送信すべきＲＲを有しているときにはいつでもＣＣＩ中にＲＲを送信する）。他のＳＴＡがＲＲフレームを送信しているかもしれないので、複数のＲＲがＣＣ＿Ｏｐ中に送信され、（ＲＦ捕捉効果のために、コンテンションにもかかわらず、一つは正しく受領されるであろうけれども）正しく受領されるものが無いという可能性がある。そのようなＣＣ＿ＯＰは、衝突した又は「ビジー」とみなされる。一つのＲＲのみがＣＣ＿Ｏｐ中に送信されれば、（可能性のあるワイヤレス媒体或いは伝搬問題の干渉又はノイズのためにいつかは失われるであろうけれども）それが正しく受領される可能性が最も高くなる。そして最後に、あるＣＣ＿ＯＰは何のＲＲも含まず、ある意味でこれらの「空の」ＣＣ＿ＯＰは媒体の帯域を無駄にする。

［００／３３１及び８０２．１１ｅはプロトコル全体、必要とされるフレームフォーマット、及び送信されるＣＣパラメータがＳＴＡによってどのように使用されるかを詳述しているが、どのようにしてＨＣによってキーパラメータが決定され且つ設定されるかについての詳細はない。当該技術で必要とされているのは、媒体の効率的な使用のためにパフォーマンスを最適化するように、ＣＣ／ＲＲプロトコルのためのパラメータを有用に設定する方法である。

ＩＥＥＥ８０２．１１（ｅ）プロトコルの下で動作するワイヤレスＬＡＮが、複数のモバイルＳＴＡ（ＭＳ）にサービスするアクセスポイントを含む。このプロトコルは、コンテンションフリー期間（ＣＦＰ）及びコンテンションフリーバースト（ＣＦＢ）と呼ばれる特定の時間期間の間に、ワイヤレス媒体の集中制御を提供する。

典型的にはアクセスポイントに並置されているハイブリッドコーディネータ（ＨＣ）は、ＭＳ競合者の間で帯域を割り当てる。ＨＣは定期的にコンテンション制御（ＣＣ）フレームを送信するが、これは、選択された数のスロット付きインターバルを有する制御されたコンテンションインターバル（ＣＣＩ）を開始する。ＨＣは、制御されたコンテンションインターバル（ＣＣＩ）と呼ばれるＣＣの特定された時間インターバルの間に、ＭＳ競合者から帯域ニーズを詳述するリソースリザベーション（ＲＲ）を受け取る。各ＣＣＩはいくつかのパラメータを有しており、これらには、スロット又は制御されたコンテンション機会（ＣＣ＿ＯＰ）の数、オプションの許可確率（ＰＰ）、並びにどのトラフィックカテゴリー（ＴＣ）がＣＣ＿ＯＰに関して競合し得るかを示すフラグのセットを含む。ＭＳ競合者がＣＣを受け取ると、そのＭＳ競合者の帯域ニーズを特定するＲＲが送信され、且つＰＰ未満の乱数を引くことに成功したらＣＣ＿ＯＰスロットが割り当てられる。他のＭＳ競合者がＲＲフレームを送信し得るので衝突の確率があり、ＣＣＩ中に一つも受け取られない可能性があり、これは帯域を浪費する。或いは、あるＣＣ＿ＯＰ又はスロットがＲＲを含まないこともあり、これもまた帯域を浪費する。アルゴリズムがＣＣＩパラメータを設定し、媒体の効率的な使用を最適化し且つワイヤレス媒体について競合しているＲＲフレームに対するアクセス遅れを減らす。

効率的な使用は、ネットワークサービス時間又は帯域利用に関して定義される。このアルゴリズムは、第１に各ＣＣＩが少なくとも一つのスロット又はＣＣ＿ＯＰを含むこと、第２にＣＣＩ中にはＣＣ＿ＯＰの数に関して全く制限がないか又は少なくとも大きな制限であること、第３に競合者の数に関する完全な知識又は推定が利用可能であることを、仮定している。アルゴリズムは、（ａ）競合者にサービスするサイクルを終了するためのＥｍｐｔｙ＿ＣＣＩの選択された数として定義されるＭａｘ＿Ｅｍｐｔｙ＿ＣＣＩ、及び（ｂ）単一のＣＣＩ中にＨＣがサービスを希望する競合者の最大数として定義されるＭａｘ＿Ｃｏｎｔｅｎｄｒという数を記憶する。

ステップ１にて、カウンタＥｍｐｔｙ＿ＣＣが０にセットされる。ステップ２は、以前のＣＣＩの結果及びトラフィックモデルに基づいて競合者の数を推定する。ステップ３は、競合者の数が１未満であるかどうかを判定するテストを実行する。「ｎｏ」という条件は、Ｅｍｐｔｙ＿ＣＣＩカウンタを０にリセットする。「ｙｅｓ」は、Ｅｍｐｔｙ＿ＣＣＩカウンタを１だけ進める。ステップ３はステップ４に進み、ここでＣｎｔｎｄｒｓが記憶されたＭａｘ＿Ｃｎｔｎｄｒｓよりも＞かどうかというテストを開始する。「ｙｅｓ」は、ステップ５で許可確率Ｍａｘ＿Ｃｎｔｎｄｒｓ／Ｃｏｎｔｅｎｄｅｒを計算し、Ｃｎｔｎｄｒｓ＝Ｍａｘ＿Ｃｎｔｎｄｒｓと設定する。「ｎｏ」条件は、許可確率が１であることを示している。ステップ４及びステップ５の両方がステップ６に進み、これは最適ＣＣ＿ＯＰ決定でオーバーヘッドを１又は２スロットと近似する。ステップ６はステップ７に進み、これがＣＣ＿ＯＰ＜１というテスト″を実行する。「ｙｅｓ」条件はＣＣ＿ＯＰを＋１に設定し、ステップ８に進む。「ｎｏ」条件もまたステップ８に進み、Ｅｍｐｔｙ＿ＣＣＩ＜Ｍａｘ＿Ｅｍｐｔｙ＿ＣＣＩというテストを実行する。「ｎｏ」であれば処理は終了し、「ｙｅｓ」であればＣＣＩが実行されて、処理はステップ２に戻って反復する。

本発明の一つの局面は、スロットの数又はＣＣ＿ＯＰを、競合するＳＴＡの数に等しく設定する。ここで、効率は、スロットをベースに又はＣＣＩ全体をベースにして計算され、オーバーヘッド又はＳＴＡに対して結果を報告するために必要とされるスロットの数は考慮されていない。効率は、オーバーヘッドを考慮すると低下する。ここで、オーバーヘッドは１又は２スロットと推定されている。

他の局面は複数の連結したＣＣＩを使用し、これが効率を最大化する。このとき、全てのＣＣＩが、存在する競合者の数に対して最適な数のスロットを使用する。

他の局面は、ＭＳ競合者の数を、以前のＣＣＩの結果又は競合者の到着レートに基づいて推定する。このとき、競合者の数は、最後のＣＣＩ以降の予測された競合者の到着の分だけ増加された最後のＣＣＩ中のビジースロットの数の２倍と推定され得る。

他の局面は、競合者の数及び最大許容スロット数が与えられると、ＣＣＩ中の競合者の予測数を制限するために許可確率を計算し、この計算された確率に基づいて競合者の数を制限する。

本発明は、添付の図面とともに参照される好適な実施形態の以下の詳細な説明から、さらに理解されるであろう。

本発明を説明する前に、ＩＥＥＥ８０２．１１ワイヤレスＬＡＮ標準の簡単なレビューが、本発明のよりよい理解のために適当と信じられる。

ＩＥＥＥ８０２．１１標準は、ローカルエリアにおけるネットワーキングをサポートするために必要なオーバー・ザ・エア・プロトコルを規定している。この標準は、そのローカルエリア内での固定、ポータブル、及び移動ＳＴＡのワイヤレス接続可能性に対する規定を提供する。８０２．１１標準の論理的アーキテクチャは、論理リンクコントローラ（ＬＬＣ）とのインターフェースをとり且つ共有媒体物理層に対するアクセス制御機能を提供する媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層を備える。８０２．１１標準の主要なサービスは、ＳＴＡにおけるネットワークインターフェースカードにおけるＬＬＣとアクセスポイントとの間の媒体アクセス制御サービスデータユニット（ＭＳＤＵ）を伝達することである。物理層は、周波数ホッピング又は直接シーケンス（ＤＳ）変調をともなう２．４ＧＨｚのＩＳＭ周波数帯で動作すると規定されている。他の物理層もまた、規定されている。ＭＡＣ層は、論理的リンク制御層のサポートにおいて、共有媒体物理層のためのアクセス制御機能を提供する。

ＷＬＡＮで使用される媒体は、しばしば非常にノイズが多く、信頼性がない。ＭＡＣは、フレームのソースが目的地にフレームが首尾よく伝達された時点を判定することを可能にするフレーム交換プロトコルを実現している。最小のＭＡＣフレーム交換は、２つのフレーム、すなわちソースから目的地に送られたフレームとそのフレームが正しく受信されたという目的地からの確認とからなる。マルチキャストフレームは、確認されない。ＭＡＣは、５つのタイミングインターバルを認識する。２つのインターバルは物理層によって決定され、短インターフレーム空間（ＳＩＦＳ）及びスロットタイムを含む。３つの追加のインターバルが２つの基本インターバルから構築されるが、これらは、ＰＣＦインターフレーム空間（ＰＩＦＳ）、分配インターフレーム空間（ＤＩＦＳ）、及び拡張インターフレーム空間（ＥＩＦＳ）である。ＰＩＦＳは、ＳＩＦＳに１スロット時間をプラスしたものに等しい。ＤＩＦＳは、ＳＩＦＳに２スロット時間をプラスしたものに等しい。ＥＩＦＳは、他のインターバルのいずれよりも、はるかに大きい。存在するならば、ポイントコーディネーション関数（ＰＣＦ）はポーリング及び応答プロトコルを使用して、媒体に対するコンテンションを軽減する。アクセスポイントに位置するポイントコーディネータ（ＰＣ）は、ＳＴＡにトラフィックを伝達する一方で、トラフィックを求めて定期的にＳＴＡをポーリングする。ＰＣＦは、ＰＩＦＳを利用して媒体の制御を獲得し且つ維持する。ＰＣは、コンテンションフリー期間（ＣＦＰ）と呼ばれる動作期間を開始する。ＣＦＰは、通常の分散制御機能が作用するコンテンション期間（ＣＰ）と交互になる。

物理的及び仮想キャリアセンスメカニズムの組み合わせは、ＭＡＣが、媒体がビジーであるかアイドルであるかを判定することを可能にする。媒体がＤＩＦＳのインターバルに対して使用されていなければ、ＭＡＣは、バックオフ要件が満たされていればフレームの送信を開始し得る。バックオフ要件が存在すると、ＤＩＦＳ後に媒体がアイドルになる時間は、それを満たすために使われる。物理的又は仮想キャリアセンスメカニズムがＤＩＦＳ中に媒体が使用中であることを示すと、ＭＡＣはアイドルのままにされて（先送りされて）、媒体がクリアになるのを待つ。定期的に、ＰＩＦＳタイミングを使用して媒体へのアクセスを得た後に、ビーコンフレームがＰＣによって送信される。

ＰＣが媒体の制御を得た後に、トラフィックがそのネットワーク内のＰＣに伝達され、ＳＴＡは、ポーリングされると、コンテンションフリー期間中にトラフィックを伝達する。ＰＣはまた、コンテンションフリーポーリング（ＣＦ−ＰＯＬＬ）フレームを、コンテンションフリーサービスをリクエストしたＳＴＡに送る。リクエストしているＳＴＡは、受信したＣＦ−ＰＯＬＬ毎に一つのフレームを送信し得る。ＳＴＡは、送るべきトラフィックがないときには、零データフレームで応答する。ＳＴＡからＰＣに送られたフレームは、ＰＣからちょうど受領したデータフレームの受領確認を含み得る。ＰＣは、ＣＦＰが進行しているときに、フレームシーケンス間のＳＩＦＳの最小間隔を使用し得る。ＰＣがデータフレームをＳＴＡに送ると、応答するフレームは、データと受領確認フレームとの間のＳＩＦＳインターバルを使用した受領確認を含む。ＰＣがポーリングフレームを送ると、最も少なくて零データフレームが、再びＳＩＦＳタイミングを使用してＰＣに応答して送られなければならない。受領確認及びポーリングはデータフレームに「重ねられ（ピギーバックされ）」得て、広範囲の許容フレームシーケンスを許可する。ＰＣは、ＰＩＦＳインターバルが終了する前に応答が開始されないと、次のフレームを送信してもよく、或いは、希望する場合にはバックオフしても良い。

８０２．１１標準についてのさらなる詳細は、マクミラン・テクニカル出版社によって１９９９年に出版されたJ.Gyerの「ワイヤレスＬＡＮ−相互動作可能なネットワークの実現（Wireless LANs ？ Implementing Inter-Operable Networks）（国際標準ブックＮｏ．1-57870-081-7）、及びＮＹ州ニューヨークのＩＥＥＥによって１９９９年に出版されたR.O'Hare及びA.PetrickのＩＥＥＥ８０２．１１ハンドブック−設計者の手引き（ＩＳＢＮ 07381-1855-9）という文書に記述されている。

ここで本発明の説明に移ると、図１は、ＩＥＥＥ８０２．１１（ｅ）標準（未発行）を具現化したＷＬＡＮ１００を開示しており、この標準は、ＩＥＥＥ８０２．１１ワイヤレスＬＡＶを介した音声、オーディオ、及びビデオの移送を含むクオリティ・オブ・サービス（ＱｏＳ）要件を有するＬＡＮアプリケーションをサポートするためのＭＡＣ手順を規定する。ＩＥＥＥ８０２．１１（ｅ）標準は現存するものを改変し、且つＩＥＥＥ８０２．１１標準に関する新しい規定を含んでいる。好適な実施形態の記述は、本発明が基づいている８０２．１１（ｅ）の規定に基づいている。８０２．１１及び８０２．１１（ｅ）の規定の間の相違点の記述は、本発明の理解及び認識のためには必要ない。

ＷＬＡＮ１００はＭＳ１０１、１０２、及び１０３を含み、これらは基本サービスセット（ＢＳＳ）として機能し、ある実施形態では無ライセンス国内情報インフラストラクチャ（Ｕ−ＮＩＩ）帯を介して、或いは８０２．１１（ｅ）の要件にしたがった他の周波数帯で、アクセスポイント１０５にエアリンク１０４されている。アクセスポイント１０５又はワイヤレスローカルブリッジは、ワイヤドネットワーク１１１（例えばＰＳＴＮ）にリンクされたワイヤドパス１０７でＢＳＳとインターフェースをとり、ワイヤドネットワーク１１１はさらに他のネットワーク、例えばインターネットにリンクされ得る。アクセスポイント１０５は、ワイヤドパス１１３及び１１５を介して（又はワイヤレスパスを介して）拡張サービスセット（ＥＳＳ）内の他のアクセスポイント１０５^a……１０５ⁿにリンクされ得る。前述の文書ワイヤレスＬＡＮ−相互動作可能なネットワークの実現は、第４４頁及び第５３頁で、ワイヤレスローカル又はリモートブリッジとして機能するアクセスポイントについての更なる詳細を提供している。

アクセスポイント１０５に並置され且つ接続されているハイブリッドコーディネータ（ＨＣ）１１７は、ワイヤレス媒体１０４上に帯域を割り当てる役割を果たす。ＨＣはポイントコーディネータ（ＰＣ）として作用し、ハイブリッドコーディネーション関数によって規定されるフレーム交換シーケンス及びＭＳＤＵハンドリング規則を実行する。ＨＣはコンテンション期間及びコンテンションフリー期間の間に動作し、ＳＴＡへの送信機会（ＴＸＯＰ）の割り当て及び制御コンテンションインターバルの開始を含む帯域管理を実施する。ハイブリッドコーディネーション関数を実行する際に、分布コーディネーション関数（ＤＣＦ）及びポイントコーディネーション関数（ＰＣＦ）がＱｏＳ機能のために要求されるＭＳＤＵの選択的な取り扱いを提供する。

ＳＴＡ１０１、１０２、及び１０３は、モバイルＳＴＡが拡張サービスセット（ＥＳＳ）の内部で自由にローミングすることを可能にするために必要な分配サービスを提供する、アクセスポイントを介して完全に接続されたワイヤレスネットワークとして動作し、ＡＰは相互に通信して、一つのＢＳＳから他のものへトラフィックを転送し且つ一つのＢＳＳから他のものへのモバイルＳＴＡの動きを容易にする。各ＡＰは分散サービス層を含み、これがＢＳＳから受信された通信がＢＳＳ内の目的地へリレーされたかどうか、或いは他のＡＰに関連したＢＳＳに転送されたか、又はＥＳＳ内にはない目的地へワイヤドネットワークインフラストラクチャに送られたかどうかを、判定する。分散システムに関する更なる詳細は、前述の文書ＩＥＥＥ８０２．１１ハンドブック−設計者の手引きの第１２〜１５ページに記載されている。

ＨＣはＱｏＳ機能を含み、これが、強化された関数、フォーマット、フレーム交換シーケンス、及び管理オブジェクトのセットを提供して、双方向ワイヤレスリンク毎に８つのトラフィックカテゴリー又はストリームの選択的な取り扱いをサポートする。トラフィックカテゴリーは、高次層の実体のために使用可能な識別子のいずれかであり、ＭＡＣデータサービスの内部でクオリティ・オブ・サービスをサポートするＭＡＣ実体に対するＭＳＤＵを区別する。異なるトラフィックカテゴリーに属するＭＳＤＵの取り扱いは、そのＭＳＤＵに対して示された相対的な優先度、並びに特定のトラフィックカテゴリー、リンク、及び方向に対してトラフィック規格内で外部管理の実体によって提供され得る他のパラメータの値に基づいて、変わり得る。

ここで図２Ａを見ると、制御コンテンション／リソースリザベーションプロトコルがスーパーフレーム２００に関して記載されている。スーパーフレーム２００は、ＱｏＳ基本サービスセット（ＱＢＳＳ）内のコンテンションフリー反復インターバルであり、単一のＣＦＰ期間＝１及び少なくとも一つのビーコンインターバルからなっている。このスーパーフレームは、コンテンションフリー期間２０２及びコンテンション期間２０４を含む。コンテンションフリー期間２０２は、ＢＳＳの動作中の時間期間であり、これは、ポイントコーディネーション関数（ＰＣＦ）又はハイブリッドコーディネーション関数（ＨＣＦ）がアクティブであり且つ送信する権利がポイントコーディネータ（ＰＣ）又はハイブリッドコーディネータ（ＨＣ）によってＳＴＡに割り当てられ、ワイヤレス媒体に対するイントラＢＳＳコンテンションなしにフレーム交換が生じることを可能にする時間期間である。コンテンション期間は、ＢＳＳの動作中の時間期間であり、これは、分散コーディネーション関数（ＤＣＦ）又はハイブリッドコーディネーション関数（ＨＣＦ）がアクティブであり、且つ送信する権利が、衝突回避を有するキャリアセンス複数アクセスアルゴリズム（ＣＳＭＡ／ＣＡ）を使用しているワイヤレス媒体（ＷＭ）に関して競合しているペンディングの送信を有するＳＴＡにてリモートに決定されるか、或いは強化されたＳＴＡ又はハイブリッドコーディネータに割り当てられる時間期間である。

スーパーフレームは、ＡＰによって定期的なインターバルでＢＳＳに送られたビーコンメッセージを有するハイブリッドコーディネータから開始される。ビーコンメッセージは、ドメインＩＤ、アクセスポイントのＷＬＡＮネットワークＩＤ、通信の質の情報、及びセルサーチ閾値を含む。ドメインＩＤは、同じＷＬＡＮローミングネットワークに属するアクセスポイント及びモバイルＳＴＡを識別する。ビーコンを聞いているモバイルＳＴＡは、同じドメインＩＤでビーコンメッセージを解釈するのみである。ビーコンメッセージに関する追加の詳細は、先述の文書ワイヤレスＬＡＮ−相互動作可能なネットワークの第２１０〜２１２ページに記述されている。

ＣＦＰ２０２はコンテンション制御フレーム（ＣＣ）２０８を含み、この期間の間に、強化されたＳＴＡは、ＨＣからの送信機会を、コンテンションに基づいたＤＣＦの非常に可変な遅延とクオリティ要件を有するＬＡＮアプリケーションをサポートするビジーＢＳＳとがない状態で、リクエストし得る。制御されたコンテンションの各々の場合は、ＨＣによって規定される基準に適合するリザベーションリクエストを送る必要があるＳＴＡのセットの間のみで生じる。制御されたコンテンションは、制御されたコンテンションインターバル（ＣＣＩ）、開始時間、及びＨＣによって決定される期間に発生する。ＣＣＩ間に受信されたＲＲフレームの正しい受信は、次に送信されたＣＣフレームにて確認される。各々の制御されたコンテンションインターバル（ＣＣＩ）２１０は、ＣＣ制御されたフレームの終了後にＰＩＦＳインターバルを開始する。ＨＣのみが、ＣＣ制御されたフレームを送信することを許される。ＣＣフレームは、ＣＣフレーム及びそのＣＣフレームに続くＣＣＩの全体が単一のＣＰ又はＣＦＰにフィットするという制約を条件に、ＣＰ及びＣＦＰの両方の間に送信され得る。ＣＣを開始すると、ＨＣはサブタイプＣＣの制御フレームを生成して送信するが、これは、ＣＣＩ機会又はスロットの数に関してＣＣＩの長さを与え、スロット及びＣＣＩの長さを特定する。スロット期間は、ＣＣフレームに一つのＳＩＦＳをプラスしたものを送るために使用されるものと同じデータレート、コード、及びプリアンブルオプションでリザベーションリクエストフレームを送るための、多数のマイクロ秒である。

図２Ｂは、ＣＣフレーム２１０をさらに詳細に示している。フレームは、フレーム制御フィールド２１９で始まる。期間／ＩＤフィールド２１１は、ＣＣＩ＋２ＰＩＦＳをマイクロ秒で特定する２オクテットである。ＣＣＩ長さフィールド２１３は単一オクテットであって、ＣＣフレームに続くＣＣＩにおけるＣＣ＿ＯＰの数を特定する。０というＣＣＩ長さ値は、以前に受信されたリザベーションリクエスト（ＲＲ）フレームへのフィードバックを提供するためのみにＣＣフレームにて使用され、新しいＣＣＩは開始しない。許可確率（ＰＰ）フィールド２１４は、後述されるように、競合するＳＴＡの間でプレイングフィールドを平均化するために含まれ得る。ＣＣ＿ＯＰ期間フィールド２１５は、各ＣＣ＿ＯＰの期間を特定する単一オクテットである。ＣＣ＿ＯＰ期間は、ＣＣフレームに１ＳＩＦＳをプラスしたものを送るために使用されるものと同じデータレート、コード、及びプリアンブルオプションでリザベーションリクエストフレームを送るための、マイクロ秒の数である。トラフィックカテゴリーフィールド２１７は、次のＣＣＩの間にＲＲフレームつき媒体に関して競合し得るのはどのトラフィックカテゴリーであるかを示す。

図２Ｃはリザベーションリクエスト（ＲＲ）フレーム２１６を開示しており、これは、フレーム制御フィールド２１９、０に設定される期間／ＩＤフィールド２２１、基本サービスセットのためのＢＳＳＩＤフィールド２２３、及びクオリティ・オブ・サービスフィールド２２５を含む。クオリティ・オブ・サービスフィールド２２５は、リクエストされた送信期間又は待ち行列サイズとともに、リクエストが行われるトラフィックＩＤを含んでいる。アソシエーション識別子（ＡＩＤ）２２７は、リクエストを送っているＳＴＡのアソシエーション識別子とフレームチェックシーケンスフィールド２２９とを含んでいる。

図２Ａに戻ると、制御されたコンテンションの各々の場合は、ＣＣ制御フレームの終了後にＰＩＦＳインターバルを始める制御されたコンテンションインターバル（ＣＣＩ）の間に生じる。ＨＣのみが、ＣＣ制御フレームを送信することが許される。ＣＣフレームは、ＣＣフレーム及びそのＣＣフレームに続くＣＣＩの全体が単一のＣＰ又はＣＦＰにフィットするという制約を条件に、ＣＰ及びＣＦＰの両方の間に送信され得る。

制御されたコンテンションを開始すると、ＨＣはサブタイプＣＣの制御フレームを生成して送信するが、これは、ＣＣＩ内の優先度マスク、各ＣＣ＿ＯＰの期間、及びＣＣ＿ＯＰの数を含む。優先度マスクは、ＨＣが特定のＣＣＩ内にリクエストが許可される優先度のサブセットを特定して、高負荷条件下で衝突が生じる可能性を低減することを可能にする。

サブタイプＣＣの制御フレームを受け取ると、ＳＴＡは、ＣＣＩ応答手順を以下のように実行する。
ａ）受信したＣＣフレーム内のＣＣＩ長さ値が０であるか又はＳＴＡがペンディングリクエストを有していなければ、ＳＴＡは、ＣＣフレームの期間／ＩＤフィールドにて開始されるマイクロ秒数に等しいＣＣフレームの終了に引き続いて、経過時間によって決定されるＣＣＩ後まで、さらなる送信は行わない。
ｂ）リクエストがペンディングであるトラフィックカテゴリー（ＴＣ）に属するトラフィックの優先度が、ＣＣフレームの優先度マスクフィールドにて０に設定されたビット位置に対応すると、現在のＣＣＩ間には、そのＴＣに対して何のリクエストも送信されない。各ＳＴＡは、各ＣＣＩ間に一つを越えないリクエストを送信し得る。しかし、新しい又は改変された送信機会を必要とする複数のＴＣを有するＳＴＡは、ＣＣフレームの値及び優先度マスクフィールドに基づいてリクエストが送られるべきＴＣを選択することが許される。このステップの終了時に、各々の潜在的な競合ＳＴＡは、以下のステップ（ｃ）に進んで現在のＣＣＩの間に送信されるべき正確に一つのリクエストを選択するか、又は、ＣＣＩが完了するまで全ての他のＳＴＡが更なる送信を行わないかである。
ｃ）ＳＴＡは、トラフィックカテゴリーを識別するクオリティ・オブ・サービス制御フィールドと送信期間又は送信カテゴリー待ち行列サイズのいずれかとの値とともに、サブタイプＲＲの制御フレームを送信する。ＲＲ送信の開始に引き続いて、多数のマイクロ秒でＣＣフレームが終了する。ＲＲは、ＣＣＩを開始したＣＣフレームと同じデータレートで送信されるべきである。ＲＲフレームの送信後、又はネットワーク割り当てベクトルが設定されているためにＲＲを送信することができないと判定された後は、ＳＴＡは、そのＣＣＩが完了するまで、さらなる送信は行わない。

ここで、ＣＣパラメータの適切な設定の説明に移ると、我々は最初に、基礎決定が基づくべきどんな情報が利用可能かを考慮しなければならない。情報の一つは、ＲＲフレームを伝達しようと試みている競合するＳＴＡ（競合者）の数の推定である。各ＳＴＡがＣＣＩ毎に１つを越えないＲＲを配置しようとすることもまた、推定される。単一のＣＣＩの間にＲＲが成功して配置される一定の確率が望まれるならば、競合者の数が多いほど、要求されるＣＣ＿ＯＰ（時間スロット又は単にスロット）の数が多くなることは、当業者には明らかである。失敗したＲＲを配置するコストは、遅延と無駄になった帯域（衝突又は衝突したスロット）の度合いとである。しかし、スロットの数を過剰に予測することのコストは、同様に無駄になった帯域（空のスロット）である。本願を通じて、ＲＲ及び競合者、並びにＣＣ＿ＯＰ及びスロットという用語は、相互交換可能に使用されることに注意されたい。

明らかに、遅延と無駄になる帯域との間、及びどのように帯域が無駄にされるかには、トレードオフが存在する。システムの構成に依存して、失敗したＲＲの遅延コストは高くも低くもなることがある。ＨＣが、全ての所望のＲＲフレームが受信されたと信じるまでバック・トゥ・バックＣＣフレームを送る（バック・トゥ・バックＣＣＩを開始する）ように構成されていると、そのときには、失敗したＲＲの遅延インパクトは非常に低くなり得る。一方、（優先度トラフィックを可能にして且つ／又は実現を単純化するために）ＣＣＩの間に実質的なギャップが存在すると、そのときには、失敗に対して大きな遅延ペナルティが存在し得る。

分析を進めるために、何らかのシステム推定が要求される。第１に、ＣＣＩ毎にＣＣ＿ＯＰの最大数は存在しないと推定される。多くのシステムでは、そのような最大が存在し得る。理想的には、許可確率（ＰＰ）が、そのような場合に競合者の数を制限してＣＣＩ内の成功の妥当な確率を保障するように使用される。しかし、記載される本発明はＰＰなしに動作することができ、本発明の描写的な例は許可確率を必要としない。本願は、ＣＣＩにおけるＣＣ＿ＯＰの数についての制限は存在しない（これはしばしば実際上あてはまる）と、たいていは推定する。

その他の推定は、競合者の数の完全な知識の推定である。実際には、これは起こらない。しかし、説明される本発明は、この入力の不完全な知識でも、同様に動作することができる。競合者の数の推定は、いくつかの可能なアルゴリズムの一つを使用して行われることができる。

以前のＣＣＩ結果又は競合者到着レートに関する知識が存在しないときには、最初に、競合者が存在しないと推定する。各ＣＣＩは、（もし競合者が存在していなくても）少なくとも一つのＣＣ＿Ｏｐを含んでいなければならない。最後のＣＣＩからのデータが利用可能であれば、そのデータを使用して、競合者の数を推定する。例えば、競合者の数の最初の推定が０であって、最初のＣＣＩにＣＣ＿Ｏｐが１つであり、そのＣＣ＿Ｏｐがビジーと検出されたら、衝突があった可能性が高い。このことは、少なくとも２つの競合者がおそらく存在することを意味している。これより、この方法は、ビジーと検出された各々のＣＣ＿ＯＰ（スロット）について２つの未受信のＲＲフレーム（競合者）が存在していると推定する。

加えて、トラフィックパターンの観察又は現存するトラフィック規格に基づいて、最後のＣＣＩ以降の新しい競合者の数を推定することが可能であり得る。例えば、現在のトラフィックの負荷が毎秒約５回の新しいウェブページアクセス（その各々がＲＲの送信を要求している）をもたらしており、且つ最後のＣＣＩから２００ｍｓであったならば、そのときにはシステムは、もう一つのＲＲ（競合者）がおそらくサービスを待っていると推定することができる。以前のＣＣＩからの競合者の推定が、それから、推定された追加の競合者を考慮して更新される。

異なるサービスカテゴリー（クラス）に対するＣＣＩレートがお互いに独立していることに留意されたい。すなわち、ＣＣＩ内に適切なカテゴリーを設定することによって、単一のカテゴリー又はカテゴリーのセットは、他者を除外してサービスされることができる。例えば、沈黙を抑制した音声は、より頻繁なＣＣＩを要求し、そのときにはウェブブラウジングトラフィック。音声トラフィックにサービスするＣＣＩは１０ｍｓ毎に送られ、一方、ウエブブラウジングＣＣＩは２００ｍｓ毎に送られるか又は間欠的であることさえある。より多数のＲＲ（競合者）は少ない数よりも効率的にサービスされることができると示すことができるので、この能力は有用であることができる。ウエブブラウジングトラフィックは時間にそれほど厳密ではないので、そのトラフィックについてのＣＣＩ間により大きなインターバルを有することが可能で、音声トラフィックでサービスされるときに可能なものより大きな効率を可能にする。

これまでに示された推定が与えられると、競合者のセットにサービスする最も効率的な方法に関する質問が生じる。しかし、まず最初に、効率ということが何を意味するかを定義しなければならない。それが可能になる前に、競合者にサービスすることが何を意味するかも定義しなければならない。本願では、競合者にサービスするとは、そのＲＲを正しく受信し且つ続くＣＣフレームにおいて受信通知で応答すること、又は競合者をポーリングすることによって暗黙の通知を提供することとして、定義される。これにより、効率とは、ＲＲの受信及びその受信の競合者への通知に必要とされる時間を最小化することとして、定義されることができる。より効率的な方法は、効率的ではない方法に比べて、より少ない時間で競合者のセットにサービスすることができる。この時間はランダムな変数であり、平均時間又はおそらくはその平均の周辺での時間の分布が考慮されなければならない。例えば、平均よりも、所与の競合者のセットにおいて時間の競合者の９５％にサービスするために十分な時間を計測することができる。

サービス時間効率の別の定義は、帯域効率である。これは、媒体の占有によって区分されたリンク上でサービスされるＲＲの数である。この場合におけるもっとも効率的なプロトコルは、ＰＰ毎に媒体上で最小の時間を消費するものである。媒体占有の定義は、ここでは、ＲＲによる使用のために排他的にリザーブされる全時間を含み、空の及び衝突したＣＣ＿ＯＰを含む。受信通知分を差し引けば、帯域効率は、おおよそサービス時間効率の平均に等価である。しかし、その強調するところは異なる。リクエストに応答するために必要とされる時間に注目する代わりに、媒体上の帯域が無駄にされないことを確実にする点に注目している。帯域効率は、本発明の焦点である。しかし、平均サービス時間もまた、ある意味では、本発明によって最小化される。

上記の推定及び効率についての定義が与えられると、今度は、競合者にサービスする方法の設計及び分析を始め得る。従来技術では、適用できる一つの直接的な方法は、単一のＣＣＩにて全ての競合者にサービスしようと試みることである。例えば、時間の９５％で全ての競合者がＣＣＩ内でサービスされるＣＣＩを構築することが望まれ得る。そのときには、その帯域効率は、サービスされる競合者の全数をＣＣＩ内で必要とされるＣＣ＿ＯＰ又はスロットの数で割ったものとして測定される。

所与の数の競合者に対してそのようなＣＣＩを構築することは、確率理論の基本的な理解といくつかの方程式を解くことを必要とする。付録Ａは、これに関するいくつかのキーとなる方程式及び計算を含んでいる。競合者の数を変えたときに結果として得られる効率は、図３に示されている。帯域効率は、競合者の数が１を越えると顕著に低下する。この方法が非常に低い帯域効率を有していることは、明らかである。

単一のＣＣＩを使用して全ての競合者にサービスするアプローチのキーとなる問題は、第２のチャンスが存在しない点である（ＣＣＩの間に長い時間があると仮定している）。したがって、我々は、第１のスロットで全ての（又はほとんど全ての）競合者を得ていることを非常に確実にする必要がある。競合者にサービスする際に複数のＣＣＩを使用することを可能にすれば、そのときには、個々のＣＣＩを帯域効率に関して最適化しようとすることができる。十分なＣＣＩを結びつけることによって、合理的なサービス確率で全ての競合者にサービスすることが可能になる。我々がＣＣＩを帯域効率に関して最適化すれば、定義によって、可能性のある大半の競合者に平均的にサービスすべきであることに留意されたい。したがって、全ての競合者にサービスするために最小の時間をかけるべきである。これより、サービス時間もまた、（少なくとも平均的な意味で）このアプローチによって最適化される。

ＣＣＩ効率の最適化は、いくつかの異なる方法で考えることができる。一つの方法は、スロット（ＣＣ＿ＯＰ）毎ベースである。他の方法は、ＣＣＩ内の全体である。最後に、第３のものは、複数のＣＣＩの全体である。３つ全てが、ここで検討される。スロット毎の場合からはじめると、各競合者がスロットをランダムに拾うならば、それらがある特定のスロットを拾う確率が１／（スロットの数）であることは明らかである。スロット内の各競合者は、独立に競合する。二項分布がそのような状況をもたらすことが、よく知られている。競合者の数がスロットの数に等しいときに、この分布が最大化されることを示すことができる。この証明は、付録Ｂに与えられている。

この説明をさらに確認するために、図４を検討する。図４の値は、付録Ｃに示されている。図４は、（検討される値の少なくとも限定された範囲に対しては）スロット数が競合者の数と同じであるときに成功の確率が最大化されることを明らかに示している。その他のいくつかの興味ある点は、競合者の数が増えると、カーブのピーク（最大成功確率）が低くなり且つ主ローブ（ピークが存在するところ）が広がって、スロット数に対する感度が減少することを示している点である。

スロット毎データのみに基づくと、各ＣＣＩの間にスロット数が競合者の数に等しくなると理想的な動作が達成されると期待するであろう。しかし、これは、各スロット内の結果がお互いに独立であることを仮定しており、実際にはそうではない。次の例を検討する。４つのスロット及び３個の競合者が存在すると仮定すると、単一のスロット内での成功確率は、以下のように計算される。

各スロットについての結果が独立であったら、全４スロット内での成功確率は、次のように計算されることができる。

もちろん、３個の競合者しかいないので、４つの成功があることはおそらくなく、答えは０でなければならない。明らかに、ＣＣＩの異なるＣＣ＿ＯＰでの結果は、独立ではない。したがって、スロット毎の解決策がＣＣＩ全体の効率を最適化すると推定することはできない。上記の３競合者、４スロットの場合に対しては、ＣＣＩ毎の効率（cci#eff）は、実際にはそのＣＣＩ内の１つ、２つ、及び３つの成功の確率についての重み付け平均であり、この場合には次のように書くことができる。

ここで、Ｐｓ（ｘ）はＣＣＩ内での正確にｘ個の成功の確率である。各スロット内での分布は独立しているので、単一スロットの効率がそのＣＣＩに対する全体効率と同じであるべきである理由はない。これについての反例として、スロットが独立ならば、Ｐｓ（４）に対する有限の確率があって、これが合計に寄与するということを検討してみる。そのときには我々は、スロットがここでは独立であるとして、ＣＣＩに対する平均効率が単一スロットに対する効率と同じであると期待する。しかし、我々はすでに、Ｐｓ（４）が０でなければならないこと（スロットは独立ではないこと）を知っている。独立の場合については、Ｐｓ（１）からＰｓ（３）に対する項は、平均ＣＣＩ効率が単一スロット効率と等しくなるようなものになることは可能であるが、それを期待する理由はない。

驚くべきことに、各ＣＣ＿ＯＰ内に相互依存分布を有するＣＣＩに対する全体効率は、単一の独立したＣＣ＿ＯＰの効率と同一であるらしい。しかし、これを示すことは、非常に多大な作業を必要とする。第１に、図５の表に反映されている付録Ｄを検討すると、これは４スロットで且つ７競合者までのデータのサンプルを提示している。ここから、関心のあるスロット数及び衝突セットが与えられたときに競合者の間に生じる任意の特定の成功／衝突のセットに対する確率を計算するための公式が導かれる。付録Ｅには、付録Ｄ内の等式を使用して、競合者及びスロットの数が与えられたときにＣＣＩ内の所与の成功数に対する確率を計算するためのプログラムが規定されている。このプログラムは、その場合、１６競合者及び１６スロットまで（正確に１スロットに１競合者）についての所与の数の成功の確率を生成するために使用される。

付録Ｆでは、１６スロット及び１６競合者までの場合についてのＣＣＩ毎の効率を計算するために、付録Ｅからの値が使用される。この効率は、ＣＣフレームのオーバーヘッドあり及びなしで評価される。図６は、オーバーヘッドなしの効率データを示している。少なくともこれらのオーバーヘッドなしの場合に対しては、付録Ｆは、付録Ｃで導かれたように、効率が単一の独立スロット（ＣＣ＿ＯＰ）に対するものと同じであることを示している。これは一般的な場合を証明しないが、本願については、この等しくなることが、本願で非常に関心がもたれる値については当てはまると推定する。スロット毎の場合についての効率値は数値的に計算はそれほど大変ではないので、これらの式を使用して、オーバーヘッドなしの場合のＣＣＩ毎の確率値を見出すことができると示唆する。これらは、スロット及び競合者の数がもっと多い場合の効率を評価することを、劇的に容易にする。ただし、この点についての例証は、ここでは提示されない。重要な点は、競合者と同数のスロットを使用することの最適さが、スロット毎の結果に対してそうであったように、オーバーヘッドなしの場合のＣＣＩ毎の結果についてもあてはまることである。

付録Ｆにおけるその他の重要な評価は、図７に示されるようなオーバーヘッドを含む効率である。ＣＣフレームがＣＣＩを開始するために必要であり、第２のＣＣフレームを使用して、成功したＲＲフレームを競合者に報告し返しても良い。第２のＣＣフレームはその他のＣＣＩを開始することが多く、たいていの場合には、先のＣＣＩからの結果を報告するために使用されたＣＣフレームのその部分のみが、オーバーヘッドとしてカウントされる。物理層（ＰＨＹ）データレート、及びＣＣ／ＲＲプロトコルがどのように使用されているかの詳細のような８０２．１１のパラメータのいくつかとともにオーバーヘッドが変化するときに、オーバーヘッドを評価する正確な方法はない。

ＣＣフレームオーバーヘッドの正確な推定は困難であるが、良好な近似は困難ではない。ＣＣフレームのサイズは、先のＣＣＩから報告される成功したＲＲの数とともに変化し、常にＲＲフレームよりも、少なくともわずかに大きい。しかし、第１次の近似として、ＣＣ及びＲＲフレームは、ほぼ同じサイズである。これより、ＣＣフレームのオーバーヘッドは、おおよそ、分析に使用されている「スロット」のサイズである。この推定は、オーバーヘッドがＣＣＩ毎に１〜２スロットの間であると推定され得ることを示唆している。オーバーヘッド値は一般的に、２スロットよりも１スロットに近いと信じられている。

これが言われると、図７及び図８のデータを検討する。図７からはじめると、第１に最適動作点が図６のデータからシフトしていることは明らかである。スロット＝競合者が最適である代わりに、スロット＝競合者＋１が最適である。オーバーヘッドを考慮しないと、競合者の数が少ないほど効率的であることにも留意されたい。したがって、オーバーヘッドなしでは、常に２競合者に対して、その他のどの数の競合者よりも効率的にサービスすることができる。図７では、最高効率は１６競合者に対してである。同様に、図８に関しては、競合者の数が９に達するまではスロット＝競合者＋１を使用することが、より効率的である。その点からさらに進むと、スロット＝競合者＋２を使用することが、より最適である。

明らかに、最適動作点は、図７及び図８のデータの間に存在する。ＰＨＹ及びＣＣ／ＲＲの使用方法の細部が既知であれば、より正確な分析が可能である。あるシステムは、その動作開始時に、この知識及びオーバーヘッドなしの効率の表が与えられれば、その動作点に対する正確な効率を計算することができる。付録Ｄ〜Ｆの公式は難しいが、（オーバーヘッドなしでは付録Ｃの公式がＣＣＩ毎の効率について作用するという仮定に基づいて）もっと単純なセットを付録Ｇに見出すことができる。十分な処理パワーがあれば、この公式は、競合者の数及び現在のオーバーヘッドの推定に基づいて、最適効率をリアルタイムで計算することさえできる。最初に、競合者の数を推定することができる。それから、スロット＝競合者からスタートして、スロットの数を、最大効率を見つけるまで１つずつ増加する。その数は常に、スロット＝競合者から１〜２スロットの範囲内である。

「最適値が、スロット＝競合者から１〜２値よりももっとドリフトすることは可能であるか」という質問があるかもしれない。付録Ｇにおける等式は、５０競合者までの値を探すために用いられた。これらの数は、８０２．１１インフラストラクチャで普通に見られると期待するどの数よりも、はるかに大きい。これらの大きな数についてさえ、最適点は、１スロットオーバーヘッドに対してはスロット＝競合者＋１であり、２オーバーヘッドスロットに対してはスロット＝競合者＋２である。

質問され得る別の質問は、「オーバーヘッド付きの効率は特定の数の競合者についてピークを有することがあるか？」である。明らかに、オーバーヘッドがなければ、効率のピークは２競合者に対する５０％であり、それからずっと減少するように見える。オーバーヘッド付きでは、効率ははじめに増加し、それから最終的にはオーバーヘッドがない場合のように減り始めて、競合者の数が最適なところでピークを生じさせることを期待するであろう。答えは、ピークが存在しないというものである。付録Ｂの終わりには、オーバーヘッドがないと、競合者の数が無限大になるときの効率の極限がexp(-1)又はおよそ0.3679であることの簡単な証明がある。したがって、オーバーヘッド無しの解は永遠に減少するが、36.79％より下がることはない。オーバーヘッド有りの解については、競合者の数が無限大になると、オーバーヘッドはますます無意味になっていく（競合者の数が増えても一定だからである）。したがって、オーバーヘッド有りの解もまた、36.79％という解に近づく。しかし、少数の競合者に対しては、オーバーヘッドは効率を非常に劣化させ、36.79%の点より低く低下させる。したがって、オーバーヘッド無しの解は上から36.79%に近づくが、オーバーヘッド有りの解は下からそこに近づく。しかし、それらがそこに到達することはなく、したがって（少なくともパラメータの実用的な値に対しては）ピークを持つことはない。

さらに他の質問は、最適解のロバスト性に関している。先に与えられた競合者を推定するための単純なアルゴリズムを使用すると、競合者を過大に推定するよりも、過小に推定しやすい。これは、２つを超える競合者が衝突しても、システムには２つの競合者が衝突しているのと同じに見えるためである。通常は、３方向又はそれ以上の衝突よりも双方向の衝突である傾向が大きいので、２つの衝突のみが存在していると推定することに意味はある。幸運なことに、我々がスロット数を「最適」動作点に設定すると、過小推定に対してかなりロバストである。図７のデータから最も明瞭にわかるように、競合者の数を小さな数で過小推定し且つその値に対する最適スロット数を用いることは、効率の面では大きなペナルティはもたらさない。

これまでは、単一のスロット内及び単一のＣＣＩ内で、２レベルで帯域効率を推定することを議論してきた。次のレベルは、複数のＣＣＩに対する効率である。我々が所与の数のペンディングのＲＲを仮定すると、複数のＣＣに渡ってそれらを運ぶ最も効率的なメカニズムは何であるかと質問することができる。もちろん問題は、衝突のために、所与のＣＣＩの間に全てのＲＲが成功しないことがある点である。これは、さらにＲＲが到着しなくても、全ての所望のＲＲフレームを運ぶためには複数のＣＣＩを要し得ることを意味している。問題は、ＲＲを複数のＣＣＩに対して運ぶための最適な戦略は何であり、効率は何であるかという点である。

全てのＣＣＩが、存在していると信じられる競合者の数に対する最適な数のスロットを使用すると、そのときに全体効率が最大化されることは明らかなように思える。少なくともそれが、本願における本発明に対する推定である。付録Ｈは、オーバーヘッドあり及びオーバーヘッドなしの場合の複数のＣＣＩに対する効率の問題を分析する。図９は、いくつかの全体効率値を与える。それらは、期待されたようなものである。オーバーヘッドなしでは、競合者の数が増加すると、効率は連続的に減少する。また、効率は常に、所与の数の競合者に対する単一のＣＣＩの場合のほうが高い。これは、衝突が起こると、競合者はそのときには、より小さな競合者プールからサービスされるからである。これより、それらは、より効率的にサービスされることができる。オーバーヘッドがあると、競合者プールが大きくなるにつれてそれはより効率的にサービスされるので、効率は常に増加する。しかし、ここで、同数の競合者に対する効率は、最適な単一ＣＣＩに対してよりも小さくなる。なぜなら、衝突が生じていくらかの競合者のみが満足されると、残りの競合者はより小さな競合者プールからサービスされ、これはより非効率にサービスされるからである。

したがって最後に、図１０に記載されているように、競合者の数を推定する方法１０００を考慮するＣＣ／ＲＲプロトコルに対する最適効率を実現するように設計されたアルゴリズムを記述することが可能である。この方法はステップ１００１で始まり、テストがステップ１００３で実行されて、以前のＣＣＩ又は競合者到着レートの知識が既知であるかどうかを判定する。「ｎｏ」条件はプロセスをステップ１００５に移し、競合者の推定が０に設定される。その後に、この方法はステップ１０１１で終了する。ステップ１００３に対する「ｙｅｓ」条件はプロセスをステップ１００７に移し、そこで競合者の推定は、最後のＣＣＩのビジースロットの数の２倍に設定される。ステップ１００９で、競合者の推定が最後のＣＣＩ以降の予言された競合者到着の分だけ増加される。ここで、予言された競合者到着は、実行しているアプリケーション又は過去の履歴の知識を使用して計算される。例えば、最後の５分に平均２０ＲＲ／秒が到着し、最後のＣＣＩから１００ｍｓであると、およそ２つのＲＲが現時点で送信の待ち行列にあると推定され得る。競合者の推定はそれに対応して調節され、プロセスはステップ１０１１で終了する。

図１１は、ＣＣ／ＲＲプロトコル１１００で競合者に最適にサービスする方法の流れ図を提供しており、これは本発明の一つの可能性のある実現に過ぎない。この流れ図で説明されている実現は、本発明の精神を維持している唯一のものではない。図１１は、描写的であることを企図しており、限定的なものではない。最初に、最適解が反復的である必要があることが明らかであるべきである。全ての競合者が単一のＣＣＩ内でサービスされることを保証することは、可能ではない。したがって、複数のＣＣＩが必要とされる。新しいリソースリザベーションサービスサイクル（ＣＣＩのセット）が開始されると、サイクルが終了できるときをトラックすることが望まれ得る。競合者がもう存在しなければ、おそらく我々はサイクルを終了したいと思う。

図１１において、この方法はステップ１１０１で始まり、ステップ１１０３で、図２Ａに示されるＣＣＩインターバル２１０内のＥｍｐｔｙ＿ＣＣＩの数に対するカウンタが０に設定される。競合者の数に対する推定が、ステップ１１０５で、例えば図１０の方法を使用して行われる。テストがステップ１１０７で実行され、競合者の数が１より小さいかどうかが判定される。「ｙｅｓ」はステップ１１０９を開始し、競合者のいないＣＣＩが生じる度に、Ｅｍｐｔｙ＿ＣＣＩの数が１だけ増加される。「ｎｏ」条件はステップ１１１１を開始し、競合者のあるＣＣＩが生じる度に０にリセットされる。両ステップ１１０９及び１１１１はステップ１１１３に移り、テストが実行されて、Ｃｎｔｎｄｒｓの数がＭａｘ＿Ｃｎｔｎｄｒｓよりも大きいかどうかが判定される。変数Ｃｎｔｎｄｒｓは、競合者の推定数をトラックしている。変数Ｃｎｔｎｄｒｓ＞Ｍａｘ＿Ｃｎｔｎｄｒｓは、ＣＣＩ内のＣＣ＿ＯＰ（スロット）の最大数が制限されるように競合者の数が制限されることを確実にする。「ｙｅｓ」条件は、ステップ１１１５で許可確率をＭａｘ＿Ｃｎｔｎｄｒｓ／Ｃｎｔｎｄｒｓとして計算し、Ｃｎｔｎｄｒｓ＝Ｍａｘ＿Ｃｎｔｎｄｒに設定する。ステップ１１１３に対する「ｎｏ」条件は許可確率をステップ１１１７で１に設定する。両ステップ１１１５及び１１１７は方法をステップ１１１９に移し、最適なＣＣ＿ＯＰスロットを決定する。しかし、許可確率の概念がこの実現で使用され、最適ＣＣ＿ＯＰ決定ステップ１１１９がルーズに特定されているので、競合者の数を直接的に制御することが可能である。パラメータＰｅｒｍ＿ＰｒｏｂはＣＣフレーム内で送信され、スロットに対する競合者の比率が過負荷条件で最適を維持するように競合者の数を制御するために使用される。これは、通常は（すべての競合者が競合するように）１に設定される。しかし、ＣＣ＿ＯＰの数が制限されなければならないときには、許可確率はＭａｘ＿Ｃｎｔｎｄｒｓ／Ｃｎｔｎｄｒｓの比に設定され、媒体上の最適パフォーマンスのための競合者プールを減らす。Ｍａｘ＿Ｃｎｔｎｄｒｓの値が、最適ＣＣ＿ＯＰ決定ブロックが実行されるとＣＣ＿ＯＰの最大数に対してマッピングされるように選択されなければならないことに留意されたい。ステップ１１２１で、テストが実行されて、ＣＣ＿ＯＰスロットの数が１未満であるかどうかが判定される。パラメータＣＣ＿ＯＰｓは、ＣＣＩ内のＣＣ＿ＯＰの数をトラックしている。ＣＣ＿ＯＰｓは直接的にモニタされていることができ、最大がそれに適用される。また、図１１でわかるように、図示されている実現のためには、ＣＣＩ内に少なくとも一つのＣＣ＿Ｏｐが常に存在しなければならない。実際の標準は、ＣＣ＿ＯＰのないＣＣＩの確率を許容し、そのような慣習も本発明の範囲内である。「ｙｅｓ」条件はＣＣ＿ＯＰの数をステップ１１２３で１に設定する。「ｎｏ」条件はプロセスをステップ１１２５に移し、そこではテストが実行されて、Ｅｍｐｔｙ ＣＣＩスロットの数がＭａｘ＿Ｅｍｐｔｙ＿ＣＣＩスロットより小さいかどうかが判定される。「ｎｏ」条件は、方法をステップ１１２７で終了する。「ｙｅｓ」条件はステップ１１２９を開始し、この方法を再スタートする。パラメータＥｍｐｔｙ＿ＣＣＩがＭａｘ＿Ｅｍｐｔｙ＿ＣＣＩの値に到達すると、サービスサイクルもまた終了する。サービスサイクルの終了をトラック／開始する他の方法が使用され得て、それも本発明の範囲内である。ＣＣＩが実行された後に、任意のＲＲが受信されたかどうかをみるために、他のチェックが１１３１で行われる。そうであれば、流れはステップ１１０３に進み、Ｅｍｐｔｙ−ＣＣＩがリセットされる。そうでなければ、流れは１１０５に進む。

本発明の重要な点は、「最適ＣＣ＿ＯＰ決定」という名称のステップ１１１９である。最適という用語は、ここでは非常にルーズに使用されている。これは、最適さの度合いは複数あり、それらの全てが本発明の範囲内にあるからである。第１の近似として、このブロックは単純にＣＣ＿ＯＰ＝Ｃｎｔｎｄｒｓと設定し得る。これは、実際のところ本当に良い近似であり、本発明の範囲内と考えられる。しかし、オーバーヘッドを考慮と、わずかにより最適で且つよりロバストな解に導くことができる。述べられているように、オーバーヘッドはＰＨＹ及びＣＣ／ＲＲの具現化の細部に依存する。一般的には１〜２ＣＣ＿ＯＰの範囲内と信じられるが、たいていの具現化については１に近い。

一例として、１ＭＢＰＳで動作している基本的８０２．１１ダイレクトシーケンス（ＤＳ）ＰＨＹについての以下の計算を検討する。ＭＡＣフレームサイズは、ＲＲについては１４４ビット、各ＣＣ内のフィードバック毎のＣＣ＋１６ビット毎に１４４ビットである。１ＭＢＰＳでは、これは、ＲＲフレームのＭＡＣ部に対しては１４４μｓであり、ＣＣフレーム内の各フィードバックに対しては１４４μｓ＋１６μｓである。このレートにおける全フレーム上のＰＨＹオーバーヘッドは１９２μｓである。現在のプロトコルは、各ＣＣ＿ＯｐのＲＲの前に短インターフレームスペース（ＳＩＦＳ）を必要としており、これは１０μｓである。また、ＰＣＦインターフレームスペース（ＰＩＦＳ）が各ＣＣフレームの前に必要とされ、これは３０μｓである。このことは、ＲＲが３４６μｓを必要とし、フィードバックなしの各ＣＣは３６６μｓを必要とし、各フィードバックは１６μｓを必要とすることを意味する。これより、フィードバックなしでは、各ＣＣは１．０６ＣＣ＿ＯＰオーバーヘッドを必要とする。バック・トゥ・バックＣＣＩについて、ＳＩＦＳを使用したフィードバックなしの最初のＣＣ以外の全てのＣＣが正確に１ＣＣ＿ＯＰオーバーヘッドである前に、ＳＩＦＳを使用することが可能である。

フィードバックについては、成功したＲＲのみがフィードバックを要求し、それらのいくつかは、直接的なポーリングを通じて暗黙のフィードバックを得ることがある。全てのＣＣ＿ＯＰがフィードバックを要求した成功したＲＲを含むと、合計の付加的なオーバーヘッドは４．６％になる。最高でＲＲの５０％しか成功するとは期待されないので、この値は２．３％あたりで上限となり、一般的にはもっと低い。バック・トゥ・バックＣＣＩが使用されると、典型的には一つのＣＣフレームオーバーヘッドのみがある。これより、１．０９ＣＣ＿ＯＰの合計オーバーヘッドが期待される。最後のＣＣＩは追加のＣＣフレームを要求し得て、そのＣＣフレーム全体がオーバーヘッドとカウントされるべきである。しかし、次のサービスサイクルまでフィードバックを遅延させることは許容可能であり得て、その場合には付加的なＣＣフレームペナルティは生じない。また、述べられているように、フィードバックは、ＲＲを送ったＳＴＡを単にポーリングすることによって暗黙的に行なわれ得る。

望まれるならば、オーバーヘッドは単純に１ＣＣ＿ＯＰと近似されることができて、この場合には「最適ＣＣ＿ＯＰ決定」という名称のブロックはＣＣ＿ＯＰ＝Ｃｎｔｎｄｒｓ＋１と設定する。特に、競合者を推定するために使用されたこの方法が過小推定する傾向にあるならば、Ｃｎｔｎｄｒｓ＋１を使用することが有用である。これは、本発明の範囲内にある。しかし、ある具現化においてオーバーヘッドについての正確な推定が既知であれば（上記で与えられた例に対しては１．０９ＣＣ＿ＯＰとする）、そのオーバーヘッドにあわせて作られた図６〜図９にあるような表を生成することが可能である。これは最適値がＣＣ＿ＯＰ＝Ｃｎｔｎｄｒｓ＋１であるが、Ｃｎｔｎｄｒｓのある値に対しては、正しい値がＣＣ＿ＯＰ＝Ｃｎｔｎｄｒｓ＋２である場合をもたらす。一般に、この複合性を得ることから得られるゲインは非常に小さい（＜１％効率）。しかし、これは本発明の範囲内である。同様に、ＣＣ／ＲＲプロトコルの使用がどのように構成されるかのために、オーバーヘッドが常に２ＣＣ＿ＯＰ（各ＣＣＩに対して使用された２ＣＣ）であり且つフィードバックがあるとおそらくわずかに大きいことが可能である。そして、使用された方法は競合者の数を過小推定する傾向にあるので、「最適ＣＣ＿ＯＰ決定」という名称のブロックは、ＣＣ＿ＯＰ＝Ｃｎｔｎｄｒｓ＋２と設定する。この全ては、本発明の範囲内である。しかし、好適な実施形態は一般的にＣＣ＿ＯＰ＝Ｃｎｔｎｄｒｓ＋１であると信じられている。また、既に述べたように、ＰＨＹ特性はダイナミックであり得て、具現化は、本願で提供された公式に基づいて最適値をリアルタイムで計算しても良い。これも、本発明の範囲内であると考えられる。

最後に、ここまでで扱われなかったことは競合者の数が実際にはランダムな変数であることであるが、この点に関して記載された実施形態はこのランダム変数を所与の定数として取り扱っている。「最適ＣＣ＿ＯＰ決定」ブロックは、ここで記載されたものよりもさらに洗練された統計的な方法を使用して、選ばれたＣＣ＿ＯＰの値を修正することができる。しかし、見出されるどんな値もＣＣ＿ＯＰ＝Ｃｎｔｎｄｒｓの値に近く、そのような方法は本発明の範囲内と考えられる。
本明細書に援用される付録は、以下のものを含む。
付録Ａ：所与の時間期間内で全ての競合者を満足させるために必要とされるスロット数、
付録Ｂ：二項分布による一つの成功の確率の最大化、
付録Ｃ：競合者の数及びスロットの数が与えられたときのスロット毎の成功確率の表、
付録Ｄ：単一のＣＣＩに対する所与の数の成功及びマルチ競合者の確率、
付録Ｅ：競合者の数及びスロットの数が与えられたときのＣＣＩでの所与の成功数の確率の表、
付録Ｆ：ＣＣＩの間での全体効率の計算、及び
付録Ｇ：オーバーヘッドありのＣＣＩ毎の効率の計算のための効率式。

好適な実施形態に関して本発明が示され且つ記載されてきているが、添付の請求項に規定されているように、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく様々な変更がなされることができる。

ＩＥＥＥ８０２．１１（ｅ）プロトコルを使用し且つ本発明の原理を取り込んでいるワイヤレスＬＡＮの図である。 図１のワイヤレスＬＡＮにて具現化されたＣＣ／ＲＲプロトコルの図である。 図２ＡのＣＣ／ＲＲプロトコルにおける制御されたコンテンションインターバルの図である。 図２ＡのＣＣ／ＲＲプロトコルにおけるリザベーションリクエストフレームの図である。 ＭＳ競合者の９５％にサービスしている単一ＣＣＩのグラフである。 スロットあたりの成功確率対スロット数のグラフである。 ４スロットの場合の所与の数の成功の確率及び所与の数の競合者の表である。 オーバーヘッドなしの場合の所与の数のスロット及び競合者に対するＣＣＩ効率の表である。 １スロットのオーバーヘッドがある場合の所与の数のスロット及び競合者に対するＣＣＩ効率の表である。 ２スロットのオーバーヘッドがある場合の所与の数のスロット及び競合者に対するＣＣＩ効率の表である。 最適なスロット割り当てにおける所与の競合者に対する複数のＣＣＩ全体の効率の表である。 図１のワイヤレスＬＡＮにおける競合者の数を推定するための流れ図である。 ＩＥＥＥ８０２．１１（ｅ）のプロトコルを使用して図１のワイヤレスＬＡＮにおける競合者に最適にサービスするための流れ図である。

Claims (6)

1. ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準の制御されたコンテンション・リソースリザベーションプロトコルを使用してワイヤレスＬＡＮ上のＳＴＡにサービスする方法であって、
   （ａ）ＳＴＡ競合者が自身の帯域ニーズを詳述するリソースリザベーション（ＲＲ）を送信することができる、少なくとも１つの制御されたコンテンションインターバル（ＣＣＩ）の期間を特定する、コンテンション制御（ＣＣ）フレームを送信し、前記少なくとも１つの制御されたコンテンションインターバル（ＣＣＩ）は、選択された数の制御されたコンテンション機会（ＣＣ＿ＯＰ）又はスロット付きインターバルを有し、
   （ｂ）各制御されたコンテンション機会（ＣＣ＿ＯＰ）又はスロット付きインターバルの間に、１つ又は複数のＳＴＡ競合者からリソースリザベーションを受信し、
   （ｃ）前記少なくとも１つの制御されたコンテンションインターバル（ＣＣＩ）内の制御されたコンテンション機会（ＣＣ＿ＯＰ）又はスロット付きインターバルの数が、ａ）推定されるＳＴＡ競合者の数、ｂ）推定されるＳＴＡ競合者の数＋１、又はｃ）推定されるＳＴＡ競合者の数＋２、のいずれかに等しい、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記コンテンション制御（ＣＣ）フレームはさらに許可確率（ＰＰ）を特定する、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記コンテンション制御（ＣＣ）フレームが、前記制御されたコンテンション機会（ＣＣ＿ＯＰ）に対して競合し得るトラフィックカテゴリー（ＴＣ）を示すフラグのセットを含む、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記少なくとも１つの制御されたコンテンションインターバル（ＣＣＩ）が、各々同数のコンテンション機会（ＣＣ＿ＯＰ）又はスロット付きインターバルを有する連鎖された２つ以上の制御されたコンテンションインターバルを含む、方法。
5. ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準の制御されたコンテンション・リソースリザベーションプロトコルを使用してワイヤレスＬＡＮ上のＳＴＡにサービスする装置であって、
   （ａ）制御されたコンテンションインターバル（ＣＣＩ）と呼ばれる少なくとも１つの特定の時間インターバルを開始するコンテンション制御（ＣＣ）フレームを送信する、送信装置と、
   （ｂ）前記制御されたコンテンションインターバル（ＣＣＩ）の間に、ＳＴＡ競合者から帯域ニーズを詳述するリソースリザベーション（ＲＲ）を受信する、受信装置と、
   （ｃ）各ＣＣフレームにおいて、コンテンション制御目的でいくつかのパラメータをインストールし、前記パラメータの１つが、前記制御されたコンテンションインターバル（ＣＣＩ）内に含まれる制御されたコンテンション機会（ＣＣ＿ＯＰ）又はスロット付きインターバルの数を特定し、前記リソースリザベーション（ＲＲ）は各制御されたコンテンション機会（ＣＣ＿ＯＰ）又はスロット付きインターバル内で送信される、インストール装置と、を含み、
   （ｄ）１つの制御されたコンテンションインターバル（ＣＣＩ）の制御されたコンテンション機会（ＣＣ＿ＯＰ）又はスロット付きインターバルの数が、ａ）推定されるＳＴＡ競合者の数、ｂ）推定されるＳＴＡ競合者の数＋１、又はｃ）推定されるＳＴＡ競合者の数＋２、のいずれかに等しい、装置。
6. 請求項５に記載の装置であって、少なくとも１つの前記コンテンション制御（ＣＣ）フレームが、各々同数の制御されたコンテンション機会（ＣＣ＿ＯＰ）又はスロット付きインターバルを有する連鎖された２つ以上の制御されたコンテンションインターバル（ＣＣＩ）を開始する、装置。

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