JP4286665B2 - Wlan内の変調スキームの共存 - Google Patents

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Description

本発明は、ワイヤレス・ローカルエリア・ネットワークと、異なる変調スキームが行える局の共存とに関する。特に、本発明はWLAN内の、OFDM変調データを送受信できる局と、DSSS/CCK変調データを送受信できる局との共存と相互運用性とに関する。
IEEE802.11WLAN標準規格は、データ転送速度、変調のタイプ、スペクトル分散技術などについて数多くの物理層オプションを提供している。IEEE802.11のエクステンション、すなわちIEEE802.11aは、5GHzU−NII周波数、および6Mpsから54Mpsの範囲のデータ転送速度で動作する物理層の要件を定めている。IEEE802.11aは、直交波周波数分割多重(OFDM)に基づいて物理層を定めている。この物理層は、ヨーロッパのETSI−HIPERLAN II(欧州電気通信標準化協会−ハイパーLAN2)によって規定されているものと類似する。第2のエクステンション、IEEE802.11bは、2.4GHzISM周波数帯で、最大11Mpsで動作する物理層の規格のセットを規定している。直接スペクトラム拡散/相補符号変調(DSSS/CCK)物理層は、IEEE802.11標準規格でサポートされる3つの物理層の1つであり、RF送信媒体として、2.4GHz周波数帯を用いる。
IEEE標準化委員会は、802.11b標準規格の高速PHYエクステンションを開発するという任務のために作業部会TGgを作った。802.11g標準規格は、IEEE802.11MACに匹敵し、IEEE802.11bPHY標準規格の全ての必須部分を満たすものである。TGgの範囲は、OFDM変調で通信する局とDSSS/CCK変調で通信するレガシー(legacy)局とが共存し、互いに通信するワイヤレスLAN標準規格を提供することである。
他のエクステンションである、IEEE802.11eは、現在の802.11MACを強化して、サービス品質の要件を持つLAN用途にサポートを広げるものである。IEEE802.11eは、1つの局から他の局への直接通信を可能にする。使用例としては、802.11ワイヤレスネットワーク上での声、音声、映像の伝送、ビデオ会議、メディアストリームデストリビューション、安全強化用途、モバイルおよびノマディックアクセス用途などがある。
本発明の目的は、WLAN内で異なる変調で通信する局の相互運用を可能にすることである。
本発明の目的は、IEEE802.11WLAN内でOFDM局とレガシーDSSS/CCK局との共存を可能にすることである。
本発明の他の目的は、WLAN上での通信の新しいタイミング構造を提供することである。
本発明の他の目的は、OFDM局がコンテンションフリー期間内に分散制御機能(disributed coordination function)に従って通信できるようにすることである。
このために、本発明のシステムは、それぞれ第1の変調スキームを用いて変調されたデータを送受信できる、第1および第2の局を備える。第1の変調スキームはDSSS/CCK変調でよく、第2のスキームはOFDM変調でよい。このシステムはさらに、第1および第2の局と通信するアクセスポイントを備える。アクセスポイントは、コンテンションフリー期間とそれに続くコンテンション期間の始まりを示すビーコンフレームを送信する。本発明では、コンテンションフリー期間はサブコンテンション期間を有する。このサブコンテンション期間内に、第2の局は分散制御機能アクセス機構に基づいて第2の変調スキームを用いて変調されたデータを送信する。
802.11WLAN内でDSSS/CCK変調を用いたレガシー局は、他のOFDM局と適切に通信できるように構成されていない。レガシー局はコンテンション期間の間、OFDM通信を検知しない。よって、OFDM変調データを復号できないレガシーDSSS/CCK装置は、IEEE802.11で定められている衝突回避機構に従うことができない。故に、本発明は、同一のWLAN内で、レガシー局とOFDM局との共存を可能にする解決策を提供するものである。コンテンションフリー期間内に、第1および第2の局のどちらもが802.11標準規格で定める集中制御機能(point coordination function)を用いて通信でき、どちらの局もアクセスポイントにポーリングされたときに通信する。本発明では、コンテンション期間内にサブコンテンション期間を取り入れる。このサブコンテンション期間は、第1の局がまだ集中制御機能ルールに従って動作している、すなわち第1の局がアクセスポイントにポーリングされた時に通信可能である時に、第2の局が分散制御機能アクセス機構に従って媒体にアクセスできるものである。本発明の1以上の実施形態では、アクセスポイントはサブコンテンション期間内に第1の局のポーリングを行わないように決定できる。こうして、第2の変調スキームのみを用いて通信できる第2の局および他の局と通信するように媒体を確保しておくことができる。第2の局が媒体にアクセスするのは、それをリスニング(listening)して、第2の変調スキームを用いて他の局とそれを争うことによってである。本発明の1以上の実施形態の利点は、サブコンテンション期間の間にOFDM変調通信を可能にすることによって、ピュアなOFDMデータトラフィックと高いビットレートの通信を達成することである。本発明の1以上の実施形態の他の利点は、受信局、例えばアクセスポイントが、サブコンテンション期間中どの変調スキームが用いられているか理解していることである。故に、受信局は第2の変調スキームに従って自己がデータを受信することを理解している。このような理解はデータオーバヘッドを減らし、コスト削減と節電を可能にする。本発明のシステムの更なる利点は、帯域幅効率である。
本発明の1実施形態では、サブコンテンション期間はコンテンションフリー期間の最後に存在する。故に、コンテンションフリー期間の第1の部分では、第1および第2の局は集中制御機能のルールによって動作する。コンテンションフリー期間の第2であり最後の部分、すなわちサブコンテンション期間には、第1の局は集中制御機能のルールに従って動作したままであるが、第2の局は分散制御機能のルールに従って動作する。アクセスポイントは、サブコンテンション期間の間、第1の局をポーリングしないように設定されてもよい。
本発明の他の実施形態では、アクセスポイントはサブコンテンション期間の継続時間をダイナミックに調整する。調整は両局それぞれの帯域幅要件に基づいてなされてもよく、また第1および第2の変調スキームを用いてそれぞれ通信する多くの局に基づいてなされてもよい。
本発明は、このようなシステムのアクセスポイントと局にも関する。
添付の図面を参照して例をあげ、より詳細に本発明を説明する。
図面の中で、類似あるいは対応する特徴をもつ要素は、同様の参照数字によって識別される。
図1に示す、本発明の802.11ワイヤレス・ローカルエリア・ネットワーク100は、アクセスポイントAPと、複数の局STA1−STA6とを備える。局STAはIEEE802.11eエクステンションのところで述べたように直接他の局と通信してもよく、またアクセスポイントAPを介して他の局STAと通信してもよく、アクセスポイントAPのみと通信してもよい。IEEE802.11規格では、局STA1−STA6による媒体に対する2つのアクセス機構を記載している。分散制御機能と集中制御機能である。
集中制御機能は、中央で制御されるアクセス機構であり、アクセスポイントAPに配置されるポイントコーディネータが局STA1−STA6から媒体へのアクセスを制御する。局STA1−STA6は、ポイントコーディネータまたはアクセスポイントAPがそれらをポーリングリストに登録するように要求を出す。アクセスポイントAPはトラフィック情報と送信されるべきデータを得るために定期的にSTA1−STA6をポーリングするとともに、局STA1−STA6にデータを送信する。アクセスポイントAPは、図2に示すようにコンテンションフリー期間CFPと呼ばれるオペレーション期間を開始し、この期間の間、集中制御機能が動作する。このコンテンションフリー期間CFPの間、媒体へのアクセスは完全にアクセスポイントAPに制御される。コンテンションフリー期間CFPは周期的に現れ、局STA1−STA6にほぼ等時性のサービスを提供する。IEEE802.11規格はまた、コンテンションフリー期間と交互に現れるコンテンション期間CPを規定し、この期間内には分散制御機能ルールが働き、全ての局が後で説明するように媒体へのアクセスを争う。
図2は、コンテンションフリー期間CFPと、それに続くコンテンション期間CPを示すタイミング図である。コンテンションフリー期間CFPは、アクセスポイントAPが分散制御機能プロシージャを用いて前のコンテンション期間CP内に媒体へのアクセスをしたときに始まる。媒体にアクセスすると、アクセスポイントAPはビーコンフレームBFを送信する。ビーコンフレームBFの送信は周期的でもよいが、アクセスポイントAPが分散制御機能ルールに従って媒体を争わなければならないため、理想的なスタートの瞬間からわずかに遅れてもよい。
コンテンションフリー期間CFPの間、アクセスポイントAPは媒体を制御し、トラフィックを局STA1−STA6に配信し、トラフィックをアクセスポイントAPに配信するためにコンテントフリーサービスを要求していた局STA1−STA6をポーリングする。その結果、コンテンションフリー期間CFPのトラフィックはアクセスポイントAPから1以上の局STA1−STA6に送られ、これらの局からの確認応答が後に続くフレームを有する。各局STAは、アクセスポイントAPによって自己にアドレス指定されたフレームを受信し、確認応答を返す。アクセスポイントAPは、コンテンションフリーサービスを要求していたこれらの局STA1−STA6にコンテンションフリーポール(CF−Poll)フレームを送信する。ポーリングされた局が送信すべきトラフィックを有している場合、受信された各コンテンションフリーポールCF−Poll毎に1フレームを送信することができる。局STAが送信すべきトラフィックを有していない場合、コンテンションフリーポールCF−Pollに応答しない決定をすることができる。アクセスポイントAPは、1つの局にアドレス指定したコンテンションフリーポールCF−Pollを、その局に送信すべきデータと共に送信することができる。
コンテンションフリー期間CFPの間、局が媒体にアクセスするのを防ぐ主なメカニズムは、IEEE802.11MACによって行われる、ネットワーク・アロケーション・ベクトル(NAV)である。NAVは、媒体が使用可能になるまでの時間を局STAに知らせる値である。NAVは、全てのフレーム内で送信される継続時間値の間中、局内において通用するようにされたままでもよい。コンテンションフリー期間CFPの始めにアクセスポイントAPから送信されるビーコンフレームBFは、コンテンションフリー期間CFPの最大予測長についてのアクセスポイントAPからの情報を含むことができる。ビーコンフレームBFを受信する局STAは、この情報を自己のNAVに入力し、これによりコンテンションフリー期間CFPが終了するまで、あるいはアクセスポイントAPが局STAに他の指定をするまで、媒体に独立的にアクセスすることが回避される。
コンテンション期間CPの間、基本アクセス機構は分散制御機能であり、これは衝突回避を伴うキャリア検知多重アクセスを用いる。局STA1−STA6は、媒体を検知してすでに送信を搬送しているかどうか認識する。NAVがゼロにセットされた局STAは、媒体が使用されていない状態になるまで送信を始めるのを待つ。局STAはさらに、予定された受信者、アクセスポイントAP、または他の局STAへ送信要求フレームRTSを送信し、予定された受信者からの送信クリアフレームCTSを受信することにより、バーチャルキャリア検知を行う。RTSフレームは予定された送信の継続期間を知らせ、この持続期間はCTSフレーム内でも送信されてもよい。いくつかの実施形態では、RTS−CTSフレームの使用は余分なオーバヘッドを引き起こし、機構は小パケット通信をやめて、それらをより大きいパケットに使用する。
本発明の1実施形態では、システム100はDSSS/CCK変調データを送受信できる第1のグループの局STA1−STA3と、OFDM変調データを送受信できる第2のグループの局STA4−STA6とを備える。局STA1−STA3は局STA4−STA6のひとつへ/ひとつから送受信されるOFDM変調データを理解できない。故に、OFDM変調データを復号できない局STA1−STA3は、衝突回避機構に従うことができない。
高いデータスループットをもたらすために、システム100は、時間をOFDMデータ送信のみに割り当てる。
システム100がどのように動作するかのタイミング図が図3に示される。アクセスポイントAPは、ビーコンフレームBFを局STA1−STA6に送信することによってコンテンションフリー期間CFPを開始する。コンテンション期間CPがコンテンションフリー期間CFPに続く。コンテンションフリー期間CFPは、第1のサブパートであるCCK/OFDMコンテンションフリー期間310と、第2のサブパートであるOFDMコンテンション期間320とを有する。この実施形態では、CCK/OFDMコンテンションフリー期間310はOFDMコンテンション期間320の前にあるが、この順序は反対でもよい。
OFDMコンテンション期間320の場所および/または継続時間は、ビーコンフレームBFの情報要素内で送信されてもよい。
期間310内では、CCK局STA1−STA3およびOFDM局STA4−STA6は、上述のように、アクセスポイントAPからポーリングされたときにアクセスポイントAPと通信する。この実施形態では、アクセスポイントAPが局STA4−STA6のOFDM性能について知覚しているようにしてもよい。このために、局STA4−STA6がネットワークに入ったとき、例えば認証の間などにOFDM性能を示す情報フィールドが交換されてもよい。情報フィールドのOFDMビットが、局STA4−STA6のOFDM性能を示すために取っておかれてもよい。そして、コンテンションフリー期間310内にアクセスポイントAPが局STAをポーリングしたり、アクセスする必要があるときには、局STAの概知の性能に基づいてDSSS/CCKまたOFDM変調を用いてアクセスする。局STAは次に、自己がアドレス指定されたのと同じ変調を用いてアクセスポイントAPに応答してもよい。本発明の1実施形態では、アクセスポイントAPは送受信局それぞれの性能に基づいて受信局に送信するために受信したOFDM(またはDSSS/CCK)変調データをDSSS/CCK(OFDM)変調データに変換する。
期間320の間、CCK局STA1−STA3は、アクセスポイントAPからポーリングされたときにアクセスポイントAPと通信する。この実施形態では、アクセスポイントAPは期間320の間、局STA1−STA3をポーリングしないように設定されており、その結果、局STA1−STA3は期間320の間、データを送信しない。この期間320の間、OFDM局STA4−STA6は分散制御機能に基づいて互いに、あるいはアクセスポイントAPと通信する。このようなOFDMコンテンション期間320は、ピュアOFDMデータトラフィックを媒体にロードさせることを可能にし、よって高いデータスループットを可能にする。
上述の通り、局STA4−STA6は期間320の間、送信要求RTSフレームを予定された受信者に送信し、予定された受信者からの送信クリアCTSフレームの受信を待って送信をスタートすることにより、媒体へアクセスする。本実施形態では、期間320の間は、OFDM局のみが通信できる。その結果、RTSおよびCTSフレームはDSSS/CCK変調を用いて変調する必要がなく、その代わりにOFDM変調されることによってデータオーバヘッドを削減し、帯域幅効率を向上させることができる。
次にコンテンションフリー期間CFPの後に、コンテンション期間330が続く。期間330の間、レガシー装置STA1−STA3とOFDM装置STA4−STA6の両方が媒体を争い、データを送信する。その代わりに、コンテンション期間330の間、レガシー装置STA1−STA3のみが通信してもよい。
本発明の1実施形態では、局STA1−STA6は、DSSS/CCK変調データのみを送信してもよい。次に局STA4−STA6はDSSS/CCK変調RTSおよびCTSフレームを送信する必要がある。
他の実施形態では、局STA4−STA6はCCK変調またはOFDM変調のどちらかを用いて通信してもよい。よって、図4に示されるように、RTSAフレームおよびCTSAフレームが二者択一的に挿入される。OFDM局STA4−STA6のひとつ、またはアクセスポイントAPがコンテンション期間330内にOFDMデータの送信を求めた場合、OFDM変調データが送信されている、あるいは将来送信されることを示すフィールドを含む、このような二者択一RTSAフレームを送信する。この二者択一RTSAフレームは受信局にOFDM変調が用いられることを知らせる。例えば、OFDM局STA4−STA6のひとつあるいはアクセスポイントAPが、受信局にデータについてOFDM変調あるいはDSSS/CCK変調のどちらかを用いるように要求する要素を有する送信要求フレームRTSAを送信する。RTSAフレームはDSSS/CCKで変調される。次に受信局が送信クリアCTSAフレーム内で、OFDM変調を受け入れるか、拒否するか示す。受信局がOFDM変調を拒否する場合、局STA4−STA6はDSSS/CCK変調を用いる。
本発明の他の実施形態では、アクセスポイントAPはOFDM局STA4−STA6それぞれの帯域幅要求に基づいてコンテンション期間320の継続時間をダイナミックに調整する。故に、局STA1−STA3に比べて、より大きな帯域幅の要求が局STA4−STA6から出されるほど、コンテンション期間320は長くなる。代わりに、アクセスポイントAPはOFDM変調ができる局の数に基づいてコンテンション期間320の継続時間を調整してもよい。OFDM局STAの割合がネットワーク内の局の総計に対して高い場合、アクセスポイントAPはコンテンション期間320の継続時間を長くする。図5は、サブコンテンション期間320からサブコンテンション期間322への動的調整と、コンテンション期間330からコンテンション期間332への動的調整を示す。
本発明のワイヤレス・ローカルエリア・ネットワークを示す図。 ワイヤレス・ローカルエリア・ネットワーク内の通信期間を示すタイミング図。 本発明の通信期間を示すタイミング図。 本発明の送信要求フレームおよび送信クリアフレームを示す図。 サブコンテンション期間とコンテンション期間の動的調整を示す図。
符号の説明
AP アクセスポイント
STA1〜STA6 局
100 システム
310 コンテンションフリー期間
320 コンテンション期間

Claims (20)

  1. 第1の変調スキームを用いて変調されたデータを送受信できる第1の局と、
    第2の変調スキームを用いて変調されたデータを送受信できる第2の局と、
    前記第1および第2の局と通信するためのアクセスポイントと、
    を備え、
    前記アクセスポイントは、コンテンションフリー期間の始まりを示すビーコンフレームを送信し、前記コンテンションフリー期間の後にはコンテンション期間が続き、前記コンテンションフリー期間は、前記第2の局がイネーブルされ、分散制御機能アクセス機構に従って前記第2の変調スキームにより変調されたデータを送信するサブコンテンション期間を備えることを特徴とする、システム。
  2. 前記第1の変調スキームは、DSSS/CCK変調スキームであることを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
  3. 前記第2の変調スキームは、OFDM変調スキームであることを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
  4. 前記サブコンテンション期間は、前記コンテンションフリー期間の最後に出現することを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
  5. 前記アクセスポイントは、前記サブコンテンション期間の継続時間をダイナミックに調整することを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
  6. 前記アクセスポイントは、前記第1および第2の局それぞれの帯域幅要件に基づいて前記サブコンテンション期間の継続時間をさらに調整することを特徴とする、請求項5に記載のシステム。
  7. 前記アクセスポイントは、前記第1および第2の変調スキームを用いるそれぞれの装置の数に基づいて前記サブコンテンション期間の継続時間をさらに調整することを特徴とする、請求項5に記載のシステム。
  8. 前記コンテンション期間の間、前記第2の局は、前記第2の変調スキームを表す情報を有する送信要求フレームを送信することを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
  9. 前記サブコンテンション期間の間、前記第2の局は、前記第2の変調スキームに従って変調された送信要求フレームおよび送信クリアフレームを送信することを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
  10. 前記第2の局は、前記システムに接続したときに、前記第2の変調の性能を表す情報フィールドを送信することを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
  11. 前記システムは、IEEE802.11規格の下で動作することを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
  12. 第1の変調スキームに従って変調されたデータを送受信できる第1の局と、第2の変調スキームに従って変調されたデータを送受信できる第2の局とに、ローカルエリア・ネットワーク上で通信できるアクセスポイントであって、
    前記アクセスポイントはコンテンションフリー期間の始まりを示すビーコンフレームを送信し、前記コンテンションフリー期間の後にはコンテンション期間が続き、前記コンテンションフリー期間は、前記第2の局がイネーブルされ、分散制御機能アクセス機構に従って前記第2の変調スキームにより変調されたデータを送信するサブコンテンション期間を備えることを特徴とする、アクセスポイント。
  13. 前記第1の変調スキームは、DSSS/CCK変調スキームであることを特徴とする、請求項12に記載のアクセスポイント。
  14. 前記第2の変調スキームは、OFDM変調スキームであることを特徴とする、請求項12に記載のアクセスポイント。
  15. 前記アクセスポイントは、前記サブコンテンション期間の継続時間をダイナミックに調整することを特徴とする、請求項12に記載のアクセスポイント。
  16. 前記コンテンション期間の間、前記アクセスポイントは、前記第2の変調スキームを表す情報を有する送信要求フレームを送信することを特徴とする、請求項12に記載のアクセスポイント。
  17. 前記サブコンテンション期間の間、前記アクセスポイントは、前記第2の変調スキームに従った送信要求フレームおよび送信クリアフレームを送信することを特徴とする、請求項12に記載のアクセスポイント。
  18. 前記コンテンション期間の間、前記アクセスポイントは、前記第2の局から、前記第2の変調スキームを表す情報を有する送信要求フレームを受信することを特徴とする、請求項12に記載のアクセスポイント。
  19. 前記第2の局が前記ローカルエリア・ネットワークに接続された時、前記アクセスポイントは、前記第2の局から前記第2の変調の性能を表す情報フィールドを受信することを特徴とする、請求項12に記載のアクセスポイント。
  20. ローカルエリア・ネットワーク内の局であって、
    前記局は第1の変調スキームを用いてデータを送受信でき、
    前記ローカルエリア・ネットワークは、第2の変調スキームを用いてデータを送受信できる第2の局と、どちらの局とも通信できるアクセスポイントとをさらに備え、
    前記局は、前記アクセスポイントから送信されたビーコンフレームを受信し、前記ビーコンフレームはコンテンションフリー期間の始まりを示し、前記コンテンションフリー期間の後にコンテンション期間が続き、前記コンテンションフリー期間は、前記局がイネーブルされて分散制御機能アクセス機構に従って前記第1の変調スキームによりデータを送信するサブコンテンション期間を備えることを特徴とする、局。
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