JP4291375B2 - セルフオルガニゼーション形無線ネットワークにおけるパケット交換データ伝送のための方法、中間ステーション並びに中央制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載のセルフオルガニゼーション形無線ネットワークにおけるパケット交換データ伝送のための方法、請求項１１記載の中間ステーション並びに請求項１２記載の中央制御装置に関する。

ローカルネットワーク（ＬＡＮ）のステーションが通例はケーブルを介して相互に接続されていることは周知である。しかしこの形式のネットワークは、例えばＷＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１）標準に従って機能する無線ネットワークによって代わられたりまたは少なくともこれによって補われることがますます多くなってきている。

この形式の無線ネットワークは基本的には分散されたネットワーク、例えばＩＥＥＥ８０２．１１に従った"Distributed Coordination Function（ＤＣＦ）"を使用するネットワークにおいて、および中央化されたネットワーク、例えば Hiper−lan／２または Bluetooth 標準に従って形成されたネットワークにおいて、使用の媒体アクセス法の形式に従って区別される。

中央ネットワークにおいて無線サービスエリア（クラスタ＝Cluster）に中央制御ユニット（セントラル・コントローラ＝Central Controller）が設けられている。これは無線サービスエリアに存在しているステーションの、リソース（伝送媒体もしくは媒体）へのアクセスを調整する。例えば図１に図示されているように、クラスタ内のステーションの側からの送信はこのステーションがセントラル・コントローラを介して使用すべきリソースがわかった後ようやく行われ、その際Hiper−lan／２に従ってこのことは、送信しようとするすべてのステーションがまず、「リソース・リクエスト」（Resource Request＝ＲＲ）をセントラル・コントローラに送出し、セントラル・コントローラが無線インタフェースにより定義されている伝送フレーム内でのデータ伝送をイネーブル化するために「リソース・グラント」（Resource Grant＝ＲＧ）を当該のステーションに伝送するように行われる。独自のデータ伝送はセントラル・コントローラからＲＧもつけて同じＭＡＣフレームにおいて指示される。ＲＧメッセージはHiper−lan／２標準に相応してデータ伝送に対するコントロール情報を含んでいる。両方の場合とも、これは実質的に、送信機および受信機の識別、コネクションの識別、トランスポートチャネルの数および形式、伝送開始の時点、並びに物理層に使用すべきコード化および変調スキーマの形式である。「リソース・グラント」メッセージはＭＡＣフレームの開始時にセントラル・コントローラからいわゆる「フレーム・チャネル」（Frame Channel＝ＦＣＨ）を介して送信される。

"J. Habetha and M. Nadler, Concept of a wireless centralised multihop ad hoc network"（"Proc. European Wireless, Dresden, Sept. 2000"）から、中央化されたHiper−lan／２が複数のクラスタから成っており、該クラスタはそれぞれ１つのセントラル・コントローラを有していることも公知である。１つのクラスタから複数のクラスタへのネットワークの拡張はいわゆるマルチ・クラスタネットワークとも称されかつセントラル・コントローラが媒体アクセスを相互に無関係に制御するように構成されている。このことは１より大きいリユース係数によって実現され、その際概念「リユース係数」（Reuse-Faktor）は、利用されるリソース、すなわち一般に使用できるようになっている周波数が繰り返される無線サービスエリア間にある距離を表している。

上述したシステムの変形においてクラスタの中央制御ユニットに種々異なっている周波数に代わって、管理すべきリソースとして唯一の周波数にオーバラップしない周期的な時間間隔を割り当てることもできる。

その際、伝送帯域幅をできるだけ僅かなリソースに分割しても有利であるが、このことはセントラル・コントローラ間のできるだけ大きな距離によって実現することができる。このために有利には、データ交換のための距離に基づいて、それぞれ２つの隣接する無線サービスエリア間に中間ステーション（フォワーディング・ノード＝Forwarding Node）が必要である。これら中間ステーションは無線サービスエリアのオーバラップ領域にありかつそれ故に２つのクラスタに配属させることができる。

上述のネットワークにおいて不都合なのは、２つの遠隔のクラスタ間のデータの伝送のために複数の中間ステーション並びにセントラル・コントローラが必然的に必要になり、従ってそのリソースが占有されておりかつ更に関連の中間ステーションに対するリソース割り当て方法によって、図１に図示のデータ流から分かるように、遅延が生じることである。

本発明の課題は、セルフオルガニゼーション形マルチ・クラスタネットワークにおいてより効率のよいデータ交換を可能にする方法を提供することである。

この課題は、請求項１の上位概念に記載のセルフオルガニゼーション形無線ネットワークにおけるデータ伝送方法から出発して、請求項１の特徴部分に記載の構成を有する方法、請求項１１の特徴部分に記載の構成を有する中間ステーションおよび請求項１２の特徴部分に記載の構成を有する中央制御装置によって解決される。

少なくとも第１の無線サービスエリアおよび第２の無線サービスエリア並びにそれぞれの無線サービスエリア毎に少なくとも１つの移動通信装置を備え、ここで第１の無線サービスエリアにおける第１の中央制御装置および第２のサービスエリアにおける第２の中央制御装置はそれぞれの無線サービスエリアに配属されている伝送チャネルの割り当てを中央で制御するように作動されかつ前記１つの移動通信装置は第１の無線サービスエリアにおいても第２の無線サービスエリアにおいても第１の無線サービスエリアから発するデータを第２の無線サービスエリアに転送するための中間ステーションとして作動されるという、セルフオルガニゼーション形無線ネットワークにおけるパケット交換データ伝送のための方法において、転送は、前記第１の中央制御装置により、第１の無線サービスエリアにおいて使用することができる伝送チャネルが前記第１の中央制御装置と前記中間ステーションとの間のデータ伝送に対しても該中間ステーションと第２の中央制御装置との間のデータ伝送に対しても制御されるように行われる。

本発明の方法により、転送により引き起こされる、データパケット伝送の遅延が低減されるということになる。本発明の方法の別の作用と比べて中間ステーションは比較的簡単に作動される。更に、従来技術から公知の方法とは異なって、遠隔の無線サービスエリアに伝送すべきパケットがその都度１回だけ、中央で制御するように作動される装置、すなわち中央制御装置のパケットスケジューラによって処理されればいいだけである。第１の中央制御装置がデータパケットの、中間ステーションへの（部分）伝送に対しても次の到達可能な第２の制御装置への（部分）伝送に対してもリソース分配を制御するので、リソース割り当てに対する問い合わせおよび応答の数は低減され、その結果既存のリソースはより効果的に利用される。機能の、中央制御装置への一層の集中化も実現され、このために中間ステーションとして作動される通信端末機において付加的な手間はかからなくなりしかもあまり複雑でない機能を用意しさえすればよいということになる。

有利には、付加されるコントロール情報は、第２の中央制御装置が第１の中央制御装置のＦＣＨチャネルを受信することができることが保証されているとき、別個の伝送チャネル、殊にＦＣＨチャネルにおいて伝送される。これにより転送すべきデータに内容を付加する必要はなくなる。更に著しく僅かな数の中間ステーションしかかかわらずにすむ。というのはコントロール情報は受信する中央制御装置によって直接デコード化することができるからである。この形式の制御チャネルは伝送エラーを考慮して、例えば"Binary Phase Shift Keying"ＢＰＳＫに従ってロバストなコード化が行われるようにできるので、これらの制御チャネルにて伝送されるコントロール情報は広範な半径において受信されることが可能である。この場合基本的には、有効データも同様に、中間ステーションなしに第１の制御装置から第２の制御装置に直接ロバストに伝送されるようにすることができる。にも拘わらず中間ステーションを使用する場合には、２つの区間での２つの伝送に分割することにより、直接伝送の場合よりも高級なコード化および変調を使用することができるようにすれば、占有されているネットワークリソースに関して効果的な伝送が行われるようにすることができる。

択一的に、中間ステーションは、ＦＣＨチャネルが第２の中央制御装置の側で受信可能ではない場合には、転送すべきデータに第２の中央制御装置に対するコントロール情報を付加する。このことは殊に、第２の中央制御装置が第１の中央制御装置の無線到達範囲内にないときに有利である。このような場合データに付加されたコントロール情報は中間ステーションによって転送されかつ第２の中央制御装置によってデコード化されるようにすることができる。これにより第２の制御装置は中間ステーションによって先送りされるデータに関する別の情報を得る。その際これらの情報は第２の中央制御装置を、データをデコード化しかつ誤りなく受信できる状態にする。

コントロール情報を有効データチャネルに付加するというこの手法は補充的にも使用可能である。例えば、第１の中央制御装置と第２の中央制御装置との間の距離が大きくなることによりまたは別の影響によりＦＣＨチャネルの受信が劣化するとき、第１の中央制御装置が中間ステーションに指示して、ＲＧメッセージのコントロール情報を有効データチャネルを介して転送するようにするもしくは受信状況が改善すればこの指示を取り消すという形態が考えられる。

その際有利には、伝送を記述するＲＧメッセージ（伝送の時点を除いて）のコントロール情報は転送すべきデータに付加される。これにより転送すべきデータの受信機が定められることになる。更に例えば、整合されたデコード化を可能にする、データのコード化の指示が含まれている。

データは例えば第２の中央制御装置の無線サービスエリアにおいて期限をつけることはできず、この無線サービスエリアは無線サービスエリアからデータシンクへのコネクションチェーンの１つの部分を表しているにすぎない。このような場合本発明の手法は相応に繰り返されるので、データの目標までカスケード形式の協働が実現されるようになっている。

本発明の中間ステーションにより冒頭に説明した方法を実施するための手段が用意され、その結果改善されたコミュニケーションシステムを構築するための方法のインプリメンテーションが可能になる。

本発明の中央制御装置により冒頭に説明した方法を実施するための手段が用意され、その結果改善されたコミュニケーションシステムを構築するための方法のインプリメンテーションが可能になる。

本発明の別の利点および詳細は各図に基づいて説明される。その際
図１は従来技術のデータ流を略示し、
図２Ａは相互に到達距離内にあるＣＣｘおよびＣＣｙを略示し（場合Ａ）、
図２Ｂは到達距離外にあるＣＣｘおよびＣＣｙを略示し（場合Ｂ）、
図３Ａは本発明の方法によって生じる、図２Ａに図示されている装置に対する信号経過の作用の依存性を略示し、
図３Ｂは本発明の方法によって生じる、図２Ｂに図示されている装置に対する信号経過の作用の依存性を略示している。

図１には、従来技術に従って実現されているような媒体アクセスコントロールデータ流が図示されている。データの転送のために、リソースの割り当てに対する一連のデータパケットＲＲ，ＲＧが送信されることが分かる。このためにデータＤａｔａの転送は遅延されかつ更に有効データ伝送のリソースが占有されることになる。

図２Ａにモデル的に示されているのは、従来技術から公知のネットワークにおいても公知でありかつ本発明の方法が使用されるような無線コミュニケーションシステムの１つの可能な配置である。第１の中央制御装置ＣＣｘ、中間ステーションＦＮｘ並びに第２の中央制御装置ＣＣｙが図示されている。更に、第１の中央制御装置ＣＣｘによって用意される第１の無線サービスエリア、並びに第２の中央制御装置ＣＣｙによって用意される第２の無線サービスエリアが読み取られ、その際第１および第２の中央無線サービスエリアにおいて、有効データを移動端末機と交換することができかつとりわけ変調形式もしくはコード化によって−例えば１６直交振幅変調（16 Quadratur Amplituden Modulation＝１６ＱＡＭ）に従って−実現される到達距離が生じる。

更に第３の無線サービスエリア並びに第４の無線サービスエリアがわかる。これらの無線サービスエリアでは、第１の無線サービスエリアおよび第２の無線サービスエリアより大きな到達距離が制御データ伝送に対して使用される変調形式、例えばバイナリー位相シフトキーイング（Binary Phase Shift Keying＝ＢＰＳＫ）によって生じる。

図示の実施例では、中央制御装置ＣＣＸ，ＣＣＹは制御データ伝送に関してそれぞれ別の制御装置の到達距離内に存在していることが分かる。従って制御データの伝送のために設けられているＢＰＳＫチャネル、実施例ではＦＣＨで示されているチャネルは本発明によれば、例えば受信機アドレスおよび転送すべきデータのフォーマットのようなコントロール情報が第１の中央制御装置ＣＣＸから第２の中央制御装置ＣＣＹに直接並びにその逆方向に伝送されるように利用することができる。その後第２の中央制御装置ＣＣＹから（図示されていない）第３の中央制御装置への更なる転送を開始することができる。この形式の順次接続（カスケード接続）を通して本発明の方法に従って実現される転送により非常に大きな距離も橋絡される。コントロール情報はその都度関与している制御装置に直接伝送されるので、関与している中間ステーションは大した変更なしに本発明の方法により作動させることができかつ方法のインプリメンテーションの枠内において必要な整合の重心は中央制御装置にある。

択一的な装置は図２Ｂに示されている。図示の装置はこれまでの装置から公知のエレメントを含んでおり、従ってこれらエレメントには同じ参照符号が付されている。第２の中央制御装置ＣＣｘ並びに第２の中央制御装置ＣＣｙがもはや相互に制御データチャネルを介して交信することはできないことが分かる。中間ステーションＦＮＸが依然として有効データチャネルにおけるデータ伝送に対する到達距離において第１の中央制御装置の方向にも第２の中央制御装置ＣＣＹの方向にも存在しているだけである。

説明した装置に対して、本発明によればコントロール情報ＲＧ２（図３参照）が転送すべきデータに付加される（図３の場合Ｂとして図示されている）と有利であり、その場合にはこれらデータは第２の中央制御装置ＣＣｙによってデコード化しかつ評価して、転送すべきデータが所望の目標に搬送されるようにすることができる。

図示の装置において第２の中央制御装置ＣＣｙは、第２の中央制御装置ＣＣｙに配属されているタイムリソースの外側の任意の時点で、転送の枠内の伝送を検出することができなければならない。このことは固有のバーストフォーマットによって実現される。その際、第２の中央制御装置ＣＣｙは第１の中央制御装置ＣＣｘおよび／または中間ステーションＦＮｘにより転送されたデータを無線サービスエリア間の時間領域の分離に基づいて受信することができることに注目されるべきである。

本発明の方法の重要な有利な効果は、本発明により生じる媒体アクセルコントロールデータ流を表している図３Ａから分かる。

転送すべきデータＤａｔａは第２の中央制御装置ＣＣｘから中間ステーションＦＮｘへかつそこから遅延なく第２の中央制御装置ＣＣｙへ伝送されることが分かる。このことは、上に説明しかつ図示されている、従来技術のデータ流と比較して本発明の方法に基づいて、データＤａｔａに対して一般に時間的にずれて送信されるリソース要求問い合わせが行われないことによって起こる。

このことは、既存のリソースがこの形式のメッセージによって占有されないという利点も有している。

同様に、本発明の方法による転送の際のリソースの利用が図示されている。転送すべきデータＤａｔａは第１の中央制御装置ＣＣｘによって用意される無線サービスエリアのタイムリソースにおいて第２の中央制御装置ＣＣｙに達することが見て取れる。

既に説明した利点の他にこれにより、送信待機行列にパケットがエントリされるのも回避される。更に、中間ステーションはＩＰルータ機能性から解放され、このために中間ステーションの複雑さが一段と低減されることになる。

従来技術のデータ流の略図 相互に到達距離内にあるＣＣｘおよびＣＣｙの略図（場合Ａ） 到達距離外にあるＣＣｘおよびＣＣｙの略図（場合Ｂ） 本発明の方法によって生じる、図２Ａに図示されている装置に対する信号経過の作用の依存性の略図 本発明の方法によって生じる、図２Ｂに図示されている装置に対する信号経過の作用の依存性の略図

Claims (12)

1. 少なくとも第１の無線サービスエリアおよび第２の無線サービスエリア並びにそれぞれの無線サービスエリア毎に少なくとも１つの移動通信装置を備え、ここで第１の無線サービスエリアにおいて第１の中央制御装置がおよび第２のサービスエリアにおいて第２の中央制御装置がそれぞれの無線サービスエリアに配属されている伝送チャネルの割り当てを中央で制御するように作動されかつ前記１つの移動通信装置は第１の無線サービスエリアにおいても第２の無線サービスエリアにおいても中間ステーションとして第１の無線サービスエリアから発するデータを第２の無線サービスエリアに転送するように作動されるという、
   セルフオルガニゼーション形無線ネットワークにおけるパケット交換データ伝送のための方法において、
   前記転送は、前記第１の中央制御装置により、第１の無線サービスエリアにおいて使用することができる伝送チャネルが該第１の中央制御装置と前記中間ステーションとの間のデータ伝送に対しても前記中間ステーションと第２の中央制御装置との間のデータ伝送に対しても制御されるように行われる
   ことを特徴とする方法。
2. 前記転送のために使用されるコントロール情報（ＲＧ１，ＲＧ２）は、前記第１の中央制御装置（ＣＣｘ）により、転送すべきデータとは別個の伝送チャネルにおいて伝送される
   請求項１記載の方法。
3. 前記別個のチャネルはＦＣＨチャネルである
   請求項２記載の方法。
4. 前記ＦＣＨチャネルが前記第２の中央制御装置の側で受信可能でない場合、前記中間ステーション（ＦＮｘ）により、前記第２の中央制御装置（ＣＣｙ）に転送すべきデータにコントロール情報（ＲＧ２）が付加される
   請求項３記載の方法。
5. 前記コントロール情報はリソース・グラント（ＲＧ）を含んでいる
   請求項２から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記コントロール情報に少なくとも前記第２の中央制御装置（ＣＣｙ）のアドレスおよび／または転送すべきデータのフォーマットが付加される
   請求項２から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記コントロール情報は前記中間ステーション（ＦＮｘ）によって評価される
   請求項２から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記コントロール情報は前記前記第２の中央制御装置（ＣＣｙ）によって評価されかつ転送されたデータがデコード化される
   請求項２から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 無線ネットワークはＩＥＥＥ８０２．１１標準、ＩＥＥＥ８０２．１６、Ｈｙｐｅｒｌａｎ／２またはこれら標準から導出されたものに従って中央媒体アクセスコントロールにより作動される
   請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 前記データ転送は前記第２の中央制御装置（ＣＣｙ）により次の中央制御装置に対して前記第１の中央制御装置（ＣＣｘ）と同じ仕方で行われ、こうしてデータ転送はデータシンクまでカスケード形式に実現されるようになっている
    請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法を実施するための中間ステーション。
12. 請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法を実施するための中央制御装置。

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