JP4460577B2 - 通信ネットワークにおける分散型メディアアクセス制御方法 - Google Patents

Description

本発明は複数台の局により構成された通信ネットワークにおける分散型メディアアクセス制御方法に関する。

米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）８０２．１１に基づくワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）は常に新しい市場を獲得し、ホームユーザ市場は新しい市場全体のうち最も重要である。ビジネスユースにおけるＷＬＡＮにもかかわらず、ホームＷＬＡＮはネットワークの基盤設備を提供しない。したがって、サービス品質（ＱｏＳ）のすべての集中型サポートはビジネスネットワークより重要性が低い。ＱｏＳの分散型サポートが必要とされる。

分散型ＷＬＡＮでは、コーディネーションインスタンスは時間制約付きサービスのためのワイヤレスメディアを予約できない。８０２．１１ｅのＥＤＣＦのようなコーディネーション機能は確率駆動に基づいて動作するので、同じ優先度のソースに由来するトラフィックの間だけでなく、異なる優先度からのトラフィックの間にも依然としてワイヤレスメディア上の衝突の可能性が存在する。これらの衝突は、オーバーヘッドを発生し、遅延を増大させるので、スループットを低下させる。ＶｏＩＰのような周期的なリアルタイムトラフィックでは、この遅延を許容することさえ容認できない。

ホームユーザの満足が得られるように、マルチホップ接続に関する新しいコーディネーション機能が必要とされる。その機能は、マルチホップ能力をサービス品質のサポートと組み合わせるべきである。既存の８０２．１１のコーディネーション機能は、シングルホップ接続のためだけに設計されているので、マルチホップ接続のために都合がよくない。

したがって、本発明の目的は、標準的な８０２．１１衝突回避の欠点を解決し、サービス品質アプリケーションのニーズに応えてワイヤレスメディアを予約するための分散型メディアアクセス制御方法を提案することである。

この目的は請求項１に記載された方法および請求項１３に記載された通信ネットワークによって解決される。

本発明によれば、複数台の局により構成された通信ネットワークにおける分散型メディアアクセス制御方法は、送信局が、将来の送信のための予約要求であって、送信の開始点および持続時間を含む予約情報をシグナリングし、上記将来の送信の期間を定義し、マルチチャンネルシステムの場合には、上記将来の送信のチャンネルの周波数またはコードを定義し、このようにして予約を規定する予約要求を、上記送信局の受信範囲内にある対象受信局に送信し、上記受信範囲内で動作中の局が上記予約要求を傍受し、上記対象受信局以外の局が上記予約情報をローカルに記憶する動作を実行し、将来の送信の期間中にそのチャンネル上のメディアアクセスを延期することを提案する。

本発明は、データ送信を計画している局が開始時点、送信の持続時間、および、最終的にはさらに周波数または符号チャンネルを予約パケットで公表することを前提とする。この予約パケットは予約要求の送信局の受信範囲内の他の局によって傍受される。他の局はこの情報を記憶し、公表された時点でのそれぞれの周波数符号チャンネル上のメディアアクセスを計画された送信の持続時間に亘って延期する。

好適な一実施形態において、上記対象受信局は、上記予約情報を繰り返すメッセージを返送することによって上記予約要求に応答し、上記受信局の送信のための受信範囲内にある対象受信局以外の動作中の局は、上記応答メッセージを傍受すると上記予約情報をローカルに記憶する動作を実行し、将来の送信の期間中にそのチャンネル上のメディアアクセスを延期する。それによって、受信側でもメディアをクリアするために、予約パケットが送信局から受信されるときに、その予約パケットが対象受信局によって返信される。これらの手段によって、対象受信局の受信範囲内の他の局は送信局の計画された送信について通知され、公表された期間中にメディアアクセスを延期することがさらに可能である。

予約メカニズムのオーバーヘッドは、予約要求を通常のデータフレームへピギーバック方式により送信することによって削減される。さらに、上記応答メッセージは、データパケットまたは別のデータパケットの応答フレームでピギーバック方式により送信してもよい。

さらなる好適な一実施形態において、上記予約要求が上記将来の送信の優先度または優先度クラスに関する情報を含み、上記優先度情報は、既存の予約要求が最新の受信された予約情報より低い優先度をもつならば、上記送信局の上記受信範囲内にある動作中の局がそれぞれの期間に亘って記憶された既存の予約情報を最新の受信された予約要求の新しい予約情報によって置き換え、最新の受信された予約がより高い優先度をもつならば、それぞれの期間のチャンネルが先に割り当てられていた局がその将来の送信を取り消すか、または、延期することにより使用される。

さらに、応答メッセージが将来の送信の優先度または優先度クラスに関する情報を含むとき、受信局の受信範囲内にある動作中の局で使用される優先度情報は、上記のように既存の予約情報を置き換える。

新しいプロトコルの分散型の性質によれば、種々の予約が重なるか、または、局が同時に送信することを望む場合がある。したがって、予約衝突解決アルゴリズムが必要とされる。ある間隔を予約することを望む各局はそのローカルテーブル内で既存の予約エントリーをチェックする。各予約はある種の優先度に属するので、局はその局の独自の予約要求を衝突する予約と照合する。その予約要求の優先度の方が低いならば、その局はその予約要求を延期しなければならない。このステップは、その局の独自の予約持続時間の希望の長さに合うスロットが見つかるまで繰り返される。同じ優先度の予約要求がある場合、旧い予約要求の方に高い優先度が与えられる。

好適な一実施形態では、複数の周期的な送信が単一の予約要求によってシグナリングされ、第１の将来の送信の予約要求の予約情報から得られた期間が後続の将来の送信の期間としても解釈され、受信範囲内で動作中の局が上記予約要求を傍受し、上記対象受信局以外の局が上記予約情報をローカルに記憶する動作を実行し、将来の送信のすべてのシグナリングされた期間中にすべての対応するチャンネル上のメディアアクセスを延期する。

将来の送信のシグナリングされた開始点は、送信時間の始まり若しくは終わり、または、上記予約要求のタイムスロットの始まり若しくは終わりと相対的に定められるので、クロックのグローバル同期は必要とされない。相応して、応答メッセージ中でシグナリングされた将来の送信の開始点が、上記応答メッセージの時間基準としての送信時間の始まり若しくは終わり、または、タイムスロットの始まり若しくは終わりと相対的に定められるとき、送信局からの開始点情報は上記応答メッセージの時間基準に適合する。

予約要求の衝突は、衝突解決メカニズムによって解決され、たとえば、送信の期間が短い予約要求は送信の期間がより長い既存の予約を置き換えるか、または、最新の予約要求の予約情報は、最新の予約要求が既存の情報より早期の期限を有するならば、既存の予約を置き換える。

予約要求を取り消すべきであるならば、送信局は、１個または複数個のその予約要求を削除する目的で取り消しメッセージを上記対象受信局へ送信し、上記送信局の送信のための受信範囲内にある動作中の局は上記取り消しメッセージを傍受し、上記対象受信局以外の局は対応する予約情報をローカルに削除する。対象受信局は次に上記取り消し情報を繰り返すメッセージを返送することにより上記取り消しメッセージに応答可能であり、上記受信局の送信のための受信範囲内にある対象受信局以外の動作中の局は、取り消し情報に対応する予約情報をローカルに削除する。

さらに、局がそのローカルに記憶された予約情報をブロードキャストし、上記局の送信のための受信範囲内にある動作中の局が受信された予約情報をそれぞれのローカルに記憶された情報と比較し、不足している予約をそれぞれのローカルに記憶された予約情報に追加するようにされる。

本発明は、本明細書中に記載された方法が使用される、複数台の局により構成された通信ネットワークにさらに関係する。

本発明は添付図面を参照してさらに詳しく説明される。

図１において、予約情報はフレームボディに収容される。或いは、予約情報はフレームヘッダに収容してもよい。予約情報は、以下のフィールド、すなわち、トラフィックの期間、メディア予約の持続時間、データ送信の優先度、将来の予約期間の個数により構成される。

トラフィックの期間は、次のフレームが送信されるときを他の局へ通知する。持続時間フィールドは、応答メッセージのための時間を含むこのストリームの次のデータ送信の持続時間について他の局に通知する。優先度フィールドは、このストリームが属するトラフィックカテゴリーに関する情報を含む。将来の送信の優先度を指定することにより、ネットワーク内で種々のサービス品質レベルをサポートすることが可能である。２回の送信が同じ期間に計画される場合、より優先度の高いトラフィックがメディアアクセス権を取得し、優先度の低い送信局はその予約を自動的に取り消すか、または、遅延させる。

オプショナルフィールドは、行われるべき将来の予約期間の個数を他の局に通知する。これは、局が単一の予約パケットによって周期的な予約を行うことを可能にする。２回の送信の間の期間は「トラフィックの期間」フィールドに与えられ、各送信の一定持続時間が「メディア予約の持続時間」フィールドに与えられる。

図２に示されるように、局（ＳＴＡ）Ａはフレームを局Ｂへ送信する。データフレームは予約要求をさらに含む。局Ｃおよび局Ｄはこのデータ送信を傍受し、予約要求情報をコピーする。このようにして、局Ｃおよび局Ｄは、予約要求のテーブルをセットアップする。既に説明したように、受信局は、隠れ局問題を取り扱うことを目的として、その応答メッセージ内で予約情報をオプション的に繰り返す。この応答メッセージは、受信側の受信範囲内にあるが送信局の受信範囲外にあるために送信側から見えない局によって受信され得るので、予約された持続時間中に干渉するかもしれない。

予約要求が傍受または受信されるたびに、すべての局はその内部予約要求テーブルを更新し、最新の受信された予約要求を収容し、新しい予約の方が高い優先度を有する場合、最終的に既に記憶された予約を置き換える。

種々の局が異なる予約期間および予約持続時間を選択するので、衝突回避メカニズムが必要とされる。第一に、予約要求の優先度を考慮しなければならない。優先度が低いストリームの予約を要求する局は、優先度が高いストリームまで延期する。同じ優先度の予約を要求する局は、衝突回避のため「最短ジョブ優先」または「到着順サービス」のような戦略を選択する。部分的に重複する衝突予約要求は最も効率的な方法で並べ替えられるべきである。これは、ＶｏＩＰフレームなどを遅延させてはならないより低い優先度のストリームの遅延を増大させる。それにもかかわらず予約衝突が起こるならば、最先の予約要求が優先されるべきである。新たに到着する予約要求は旧い予約要求を禁止しない場合がある。

特に、すべての予約要求がその後続フレームだけを予約するとき、予約要求の取り消し手続きは一般的に不要である。多数の予約要求が前もってなされる場合、次に要求された予約は、他の局テーブル内の予約要求を削除する目的で取り消しフレームを送信するため使用される。

前述した予約要求方式の他に、局はその局が発生するビーコン毎にそれらの予約要求テーブルを送信してもよい。独立基本サービスセット（ＩＢＳＳ）のすべての局はビーコンフレームの発生に関与するので、ビーコンフレームを発生する局は、すべての局の予約要求テーブルのより良好な同期を実現するため、ビーコン内部でそのローカル予約要求テーブルをさらに送信する。これは、部分的に重なり合う基本サービスセット（ＢＳＳ）の間でコヒーレント予約要求を実現するためにも役立つ。

本発明によれば、予約情報を使用して、ＢＳＳのすべての局は、近隣局からの送信を予測し、希望の時間のチャンネルアクセスを控えることが可能である。時間制約付きのサービスのサポートのため、このプロトコルは、局独自の送信の期間が予約の始まりよりも前に終了しないならば、局は独自の送信を開始することが許可されないというＢＳＳワイドエチケットを選択的に許可する。したがって、要求された予約はあらゆる遅延を避けられる。全体的なスループットを低下させる可能性があるこの厳密な動作が望ましくないならば、予約を要求した局は、空いていれば使う（１−ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ）局になる。この局は最高優先度をもつので、その局は進行中の送信の直後に独自の送信を開始する。

本発明は、時間がかかり、遅延を増大させ、スループットを低下させるワイヤレスメディア上の衝突を回避する。このプロトコルは、特に、マルチホップ接続の利益になるが、その理由はこのプロトコルが送信の予定を立て、ランダム期間の後に送信を試みるために単に乱数を振り出すのではなく、よりインテリジェントに動作し得るからである。この利益とは、近隣局が送信しようとする意図が分散されることである。これは将来の送信の時間が分かるという事実を利用する拡張によってプロトコルをさらに強化することを可能にする。

分散型予約がＩＥＥＥ８０２．１１システムのフレーム構造に組み込まれる方法の一実施例を表す図である。 予約要求を含むデータフレーム交換の一実施例を表す図である。

符号の説明

ＳＴＡ Ａ〜ＳＴＡ Ｄ 局

Claims (25)

1. 送信局が、将来の送信のための予約要求であって、送信の開始点および持続時間を含む予約情報をシグナリングし、前記将来の送信の期間を定義し、マルチチャンネルシステムの場合には、前記将来の送信のチャンネルの周波数またはコードを定義し、このようにして予約を規定する予約要求を、前記送信局の受信範囲内にある対象受信局に送信し、
   前記受信範囲内で動作中の局が前記予約要求を傍受し、前記対象受信局以外の局が前記予約情報をローカルに記憶する動作を実行し、将来の送信の期間中にそのチャンネル上のメディアアクセスを延期する、
   複数台の局により構成された通信ネットワークにおける、分散型メディアアクセス制御の方法。
2. 前記対象受信局が前記予約情報を繰り返すメッセージを返送することによって前記予約要求に応答し、
   前記受信局の送信の受信範囲内にある前記対象受信局以外の動作中の局が、前記応答メッセージを傍受すると、前記予約情報をローカルに記憶する動作を実行し、将来の送信の期間中にそのチャンネル上のメディアアクセスを延期する、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記予約要求がフレームまたは別のシグナリングフレーム内のデータパケットへピギーバック方式により送信される、請求項１に記載の方法。
4. 前記応答メッセージが前記データパケットまたは別のデータパケットの応答フレームでピギーバック方式により送信される、請求項３に記載の方法。
5. 前記予約要求が前記将来の送信の優先度または優先度クラスに関する情報を含み、
   前記優先度情報は、既存の予約要求が最新の受信された予約要求より低い優先度をもつならば、前記送信局の前記受信範囲内にある動作中の局がそれぞれの期間に亘って記憶された既存の予約情報を最新の受信された予約要求の新しい予約情報によって置き換え、最新の受信された予約がより高い優先度をもつならば、それぞれの期間にチャンネルを先に割り当てられていた局がその将来の送信を取り消すか、または、延期することにより使用される、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記応答メッセージが前記将来の送信の優先度または優先度クラスに関する情報を含み、
   前記優先度情報は、既存の予約要求が最新の受信された予約要求より低い優先度をもつならば、前記送信局の前記受信範囲内にある動作中の局がそれぞれの期間に亘って記憶された既存の予約情報を最新の受信された予約要求の新しい予約情報によって置き換え、最新の受信された予約がより高い優先度をもつならば、それぞれの期間にチャンネルを先に割り当てられていた局がその将来の送信を取り消すか、または、延期することにより使用される、
   請求項１に記載の方法。
7. 複数の周期的な送信が単一の予約要求によってシグナリングされ、
   第１の将来の送信の予約要求の予約情報から得られた期間が後続の将来の送信の期間としても解釈され、
   前記受信範囲内で動作中の局が前記予約要求を傍受し、前記対象受信局以外の局が前記予約情報をローカルに格納する動作を実行し、将来の送信のすべてのシグナリングされた期間中にすべての対応するチャンネル上のメディアアクセスを延期する、
   請求項１または２に記載の方法。
8. 前記将来の送信のシグナリングされた開始点が、たとえば、送信時間の始まり若しくは終わり、または、前記予約要求のタイムスロットの始まり若しくは終わりのような予約要求メッセージに関連した特定の時点と相対的に定義されるので、クロックのグローバル同期は必要とされない、請求項１に記載の方法。
9. 将来の送信の開始時の定義のための基準点として機能する前記特定の時点が、予約要求メッセージの始まりと相対的に定義され、予約要求メッセージの内部でシグナリングされる、請求項１に記載の方法。
10. 応答メッセージ中でシグナリングされた将来の送信の開始点が、前記応答メッセージの時間基準としての送信時間の始まり若しくは終わり、または、タイムスロットの始まり若しくは終わりと相対的に定義され、
    前記送信局からの開始点情報を前記応答メッセージの時間基準に適合させる、
    請求項２に記載の方法。
11. 予約要求の衝突が衝突解決メカニズムによって解決される、請求項１に記載の方法。
12. 送信の期間が短い予約要求が、送信の期間がより長い既存の予約を置き換える、請求項１に記載の方法。
13. 最新の予約要求が既存の情報より早期の期限を有する場合、最新の予約要求の予約情報が既存の予約を置き換える、請求項１に記載の方法。
14. 前記送信局がその予約要求のうちの１個または複数個を削除する目的で取り消しメッセージを前記対象受信局へ送信し、
    前記送信局の送信の受信範囲内にある動作中の局が前記取り消しメッセージを傍受し、前記対象受信局以外の局が対応する予約情報をローカルに削除する、
    請求項１に記載の方法。
15. 前記対象受信局が前記取り消し情報を繰り返すメッセージを返送することにより前記取り消しメッセージに応答し、
    前記受信局の送信の受信範囲内にある前記対象受信局以外の動作中の局が前記取り消し情報に対応する予約情報をローカルに削除する動作を実行する、
    請求項１に記載の方法。
16. 局がそのローカルに記憶された予約情報のコピーをブロードキャストし、
    前記局の送信の受信範囲内にある動作中の局が受信された予約情報をそれぞれのローカルに記憶された情報と比較し、不足している予約をそれぞれのローカルに記憶された予約情報に追加する、
    請求項１に記載の方法。
17. 将来の送信のための予約要求であって、送信の開始点および持続時間を含む予約情報をシグナリングし、前記将来の送信の期間を定義し、マルチチャンネルシステムの場合には、前記将来の送信のチャンネルの周波数またはコードを定義し、このようにして予約を規定する予約要求を、自局の受信範囲内にある対象受信局に送信する送信局と、
    前記予約要求を傍受する前記受信範囲内で動作中の局であって、前記対象受信局以外の局が前記予約情報をローカルに記憶する動作を実行し、将来の送信の期間中にそのチャンネル上のメディアアクセスを延期する局と、
    を含む、複数台の局により構成された通信ネットワーク。
18. 前記対象受信局が前記予約情報を繰り返すメッセージを返送することによって前記予約要求に応答し、
    前記受信局の送信の受信範囲内にある前記対象受信局以外の動作中の局が、前記応答メッセージを傍受すると、前記予約情報をローカルに記憶する動作を実行し、将来の送信の期間中にそのチャンネル上のメディアアクセスを延期することを特徴とする、
    請求項１７に記載の通信ネットワーク。
19. 前記予約要求が前記将来の送信の優先度または優先度クラスに関する情報を含み、
    前記優先度情報は、既存の予約要求が最新の受信された予約要求より低い優先度をもつならば、前記送信局の前記受信範囲内にある動作中の局がそれぞれの期間に亘って記憶された既存の予約情報を最新の受信された予約要求の新しい予約情報によって置き換え、最新の受信された予約がより高い優先度をもつならば、それぞれの期間にチャンネルを先に割り当てられていた局がその将来の送信を取り消すか、または、延期することにより使用されることを特徴とする、
    請求項１７に記載の通信ネットワーク。
20. 前記応答メッセージが前記将来の送信の優先度または優先度クラスに関する情報を含み、
    前記優先度情報は、既存の予約要求が最新の受信された予約要求より低い優先度をもつならば、前記送信局の前記受信範囲内にある動作中の局がそれぞれの期間に亘って記憶された既存の予約情報を最新の受信された予約要求の新しい予約情報によって置き換え、最新の受信された予約がより高い優先度をもつならば、それぞれの期間にチャンネルを先に割り当てられていた局がその将来の送信を取り消すか、または、延期することにより使用されることを特徴とする、
    請求項１７に記載の通信ネットワーク。
21. 複数の周期的な送信が単一の予約要求によってシグナリングされ、
    第１の将来の送信の予約要求の予約情報から得られた期間が後続の将来の送信の期間としても解釈され、
    前記受信範囲内で動作中の局が前記予約要求を傍受し、前記対象受信局以外の局が前記予約情報をローカルに記憶する動作を実行し、将来の送信のすべてのシグナリングされた期間中にすべての対応するチャンネル上のメディアアクセスを延期することを特徴とする、
    請求項１７に記載の通信ネットワーク。
22. 前記送信局がその予約要求のうちの１個または複数個を削除する目的で取り消しメッセージを前記対象受信局へ送信し、
    前記送信局の送信の受信範囲内にある動作中の局が前記取り消しメッセージを傍受し、前記対象受信局以外の局が対応する予約情報をローカルに削除することを特徴とする、
    請求項１７に記載の通信ネットワーク。
23. 前記対象受信局が前記取り消し情報を繰り返すメッセージを返送することにより前記取り消しメッセージに応答し、
    前記受信局の送信の受信範囲内にある前記対象受信局以外の動作中の局が前記取り消し情報に対応する予約情報をローカルに削除する動作を実行することを特徴とする、
    請求項１７に記載の通信ネットワーク。
24. 局がそのローカルに記憶された予約情報のコピーをブロードキャストし、
    前記局の送信の受信範囲内にある動作中の局が受信された予約情報をそれぞれのローカルに記憶された情報と比較し、不足している予約をそれぞれのローカルに記憶された予約情報に追加することを特徴とする、
    請求項１７に記載の通信ネットワーク。
25. 将来の送信のための予約要求であって、送信の開始点および持続時間を含む予約情報をシグナリングし、前記将来の送信の期間を定義し、マルチチャンネルシステムの場合には、前記将来の送信のチャンネルの周波数またはコードを定義し、このようにして予約を規定する予約要求を、対象受信局に送信する局。

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