JP4633720B2 - メディアアクセスプロトコルを提供する方法 - Google Patents

Description

本発明は、発信局（source station）から宛先局（destination station）までの少なくとももう１つの端末を介する有効なルートが決定される、チャネル上で通信する複数の局（stations）を有する無線ネットワーク内でリッスンビフォアトーク（liseten-before-talk）方式を使用するメディアアクセス制御プロトコルを提供する方法に関する。

近年、パーソナルコンピュータ、ワークステーション及び他の通信装置が携帯可能及び移動可能になることが増える傾向にあり、結果として、無線パケットネットワークに対する関心が高まっている。

無線ネットワークの範囲及び容量を増大させるために、トラフィックはマルチプルホップ（multiple hops）で運ばれる。与えられた量の伝送電力では到達不可能であるかもしれないデータパケットを発信局から宛先局まで直接的に送信する代わりに、データパケットは、発信局から転送局（forwarding station）に送信され、転送局は、データパケットを複製し、宛先局又は他の転送局のいずれかに送信する。

無線ローカルエリアネットワークに対するＩＥＥＥ８０２．１１規格は、特に固定されたインフラストラクチャを欠いている臨時のネットワークをカバーする。ＩＥＥＥ８０２．１１ネットワークは、一般に、ここで局と称される移動式ノードからなるベーシックサービスセット（ＢＳＳ）からなり、いつ局が無線メディアを介して送信及び受信するのかを決定する単一の調整機能（coordination function）により制御される。これらのＢＳＳは、インフラストラクチャモードであるか、独立に動作するかのいずれかである。前者の場合には、前記ＢＳＳの全ての局が、ハイブリッドコーディネータ（ＨＣ）又はポイントコーディネータ（ＰＣ）の受信範囲内になければならない。後者の場合には、全ての局は、前記ＢＳＳの１つおきのメンバの受信範囲内になければならない。そうでなければ、通信は可能ではない。

ＩＥＥＥ８０２．１１無線ネットワークの全てのタイプに共通であるメディアアクセス制御（ＭＡＣ）プロトコルは、衝突回避（ＣＡ）機能付き搬送波感知多重アクセス（ＣＳＭＡ）ストラテジに基づくリッスンビフォアトーク方式として機能する分散調整機能（ＤＣＦ）である。データパケットが送信可能である場合、前記ＭＡＣは初めにチャネルを感知し、前記チャネルがアイドル状態である場合に、前記ＭＡＣは前記データパケットを直ちに送信する。そうでなければ、システムは、ランダムに選択されたバックオフ時間にタイマをセットするために現在の伝送が終了するまで待機する。前記タイマが満了する場合、前記ＭＡＣは前記データパケットを送信する。バックオフ期間に、前記タイマはＭＡＣ層が前記チャネル上の活動を再び検出する場合に中断される。バックオフは複数の局の間のコンテンションの間で衝突を最小化するが、この場合、予測不可能な遅延を生じる。また、スループットを更に減少させる衝突のリスクをも組み込む。

前記ＭＡＣプロトコルは、仮想キャリアセンス（virtual carrier sensing）と称される概念を規定する。データフレーム及びオプションとして送信される送信要求（Request-To-Send）／送信許可（Clear-To-Send）制御フレーム（ＲＴＳ／ＣＴＳ）は、対応する承認（ＡＣＫ）応答を含み且つフラグメンテーションの場合には次のフラグメントを含むデータパケットを送信するのにどのぐらいの時間を要するのかに関する情報を含む。ＲＴＳ／ＣＴＳ機構は、データパケットを隠された局から保護するのに役立つ。

即座の肯定の承認が、各データパケットの連続した受信を決定するのに採用される。これは、短フレーム間隔（Short Interframe Space、ＳＩＦＳ）の時間間隔の後に受信局が承認フレームの伝送を開始することにより達成される。ＳＩＦＳは、このタイプの情報を持つ局が初めに無線リンクにアクセスすることを可能にする伝送に対する最高優先順位に対して使用される。前記ＳＩＦＳが満了した後に送信される情報の例は、肯定の承認に加えてＲＴＳ及びＣＴＳメッセージを含む。

ＩＥＥＥ８０２．１１にマルチホップ通信を導入するために、幾つかの効率の問題が解決される必要がある。

本発明の目的は、マルチホップ接続において頻繁なバックオフを回避するメディアアクセス制御プロトコルを提供することである。ＩＥＥＥ８０２．１１が既に広まった規格であるから、たとえレガシー装置が本発明を使用することができなくても、これらのレガシー装置が依然として改良されたマルチホッププロトコルをサポートする装置と一緒に適切に動作することができることが望ましいので、この新しいプロトコルは、既存の装置が依存するプロトコルと互換性を持たなくてはならない。

この目的は、請求項１の方法及び請求項１０のネットワークにより解決される。

本発明によると、当該方法は、第１の局によりチャネル上にデータパケットを送信するステップと、第２の局において当該データパケットを受信するステップと、前記第２の局により前記データパケット内のデータを前記データパケットが更に転送されるべきであるかどうかに関して解析するステップと、前記データパケットが更に転送されるべきである場合に、発信局から宛先局への有効なルートにおける前記データパケットの伝送に優先順位を付けるステップとを有する。換言すると、本発明はマルチホップルートに優先順位を付ける。更に転送されるべきデータパケットを受信した後にバックオフを実行する代わりに、前記受信局が前記データを次のホップに実際に直ちに再送信することを可能にすることが提案される。各転送局は、着信データを解析し、したがって局所的に処理されるべきデータから中継されるべきデータを区別することができる。したがって、前記承認フレームのみを送信者に送信するか、又は好ましくは同じ若しくは他のトラフィッククラスを持つ他の局より短い待機時間間隔だけ待機した後に前記データパケットを他の局にも転送するかを決定することができ、前記より短い待機時間間隔は、このシステムにおいて利用可能な最短待機時間であることができ、通常は前記リッスンビフォアトーク方式による制限により与えられる。前記より短い待機時間間隔は、前記パケットの元の優先順位より高い優先順位クラスに対応するフレーム間隔であってもよい。また、本発明によると、発信局から宛先局への少なくとももう１つの局を介する有効なルートが決定される、チャネル上で通信する複数の局を有する無線ネットワークは、上記メディアアクセス制御プロトコルを使用して通信を制御する。

前記データパケットが次の局に転送される前に前記承認が送信されることがあってもよい。代替案は、転送されるパケットが前記第１の局により前記パケットの受信の承認として解釈されるので、前記第２の局が前記パケットの転送の前に受信の承認を前記第１の局に送信しないことである。

ＩＥＥＥ８０２．１１規格の下で且つＣＳＭＡ／ＣＡに基づいて動作することにより、前記最短待機時間は、短フレーム間隔ＳＩＦＳである。サブ規格（sub-standard）ＩＥＥＥ８０２．１１ｅにおいて、伝送間の通常の待機時間である分散フレーム間隔（distributed Inter-Frame Space、ＤＩＦＳ）は、“任意フレーム間隔（Arbitrary Inter-Frame Spaces）”（ＡＩＦＳ）の概念により置き換えられている。優先順位、送信されるべきパケットのトラフィックカテゴリに依存して異なるＡＩＦＳ（待機時間）長が存在する。マルチホップ接続に対してＤＩＦＳの代わりにＳＩＦＳを採用する代替例として、したがって、８０２．１１ｅを用いて、同じトラフィッククラスの他のシングルホップ接続に対するものより短いＡＩＦＳをマルチホップ接続に対して採用することも可能である。他の接続がマルチホップパケットのエンド・ツー・エンド伝送を妨害することが不可能なので、ＤＩＦＳソリューションの代わりのＳＩＦＳがマルチホップ接続に対してより効率的であるとしても、この短いＡＩＦＳソリューションはマルチホップトラフィックの少なくとも基本的な優先順位を与える。

本発明は、添付図面を参照して以下に詳細に更に記載される。

図１は、局Ａから受信されたデータを局Ｃに転送する局Ｂを示す。ＡＣＫフレームを局Ａに送信し、且つ受信されたデータパケットの承認と転送との間のＳＩＦＳ期間を依然として待機した後に、中継局が最高の優先順位を持つ。局Ａ及び局Ｃは完全に規格に適合するものであることができ、前記転送する局のみが修正される必要がある。

他の局は、局Ｂが伝送を開始する場合にはビジーなメディアを検出するので、同時に前記メディアにアクセスすることができない。これは、前記他の局がこれら自体でこの新しい方法をサポートすることができるかどうかとは独立である。

他方では、ＩＥＥＥ８０２．１１における標準的な手順によると、図２に示されるように、転送局Ｂは、局Ａから受信するデータを、宛先局又は他の転送局であることができる第３の局Ｃに送信する。この伝送は、局Ａから局Ｂ、次いで局Ｂから局Ｃへの２つの独立なセッションからなる。これらは、チャネルが他のノードによりアクセスされることができるバックオフ時間により完全に分離されるＩＥＥＥ８０２．１１に完全に適合する。

本発明は、バックオフ機構を避け、したがって、スループットを大幅に増大させる。１つのホップの受信局は、最高優先順位を意味するＩＥＥＥ８０２．１１で規定された最短待機時間、短フレーム間隔の後に直接的に受信されたばかりのデータパケットを転送することができる。

本発明は、車車間通信、屋内通信及びメッシュネットワークを用いるアクセスポイントにおいて使用されることができる。

本発明による手順を図示する。 ＩＥＥＥ８０２．１１におけるマルチホップに対する標準的な手順を図示する。

Claims (11)

1. チャネル上で通信する複数の局を持つ無線ネットワーク内でリッスンビフォアトーク方式を使用するメディアアクセス制御プロトコルを提供する方法において、発信局から宛先局までの少なくとももう１つの局を介する有効なルートが決定され、前記方法が、
   第１の局により前記チャネル上にデータパケットを送信するステップと、
   第２の局において前記データパケットを受信するステップと、
   前記第２の局により前記データパケットの受信を承認するステップと、
   前記第２の局により前記データパケット内のデータを、前記データパケットが更に転送されるべきであるかどうかに関して解析するステップと、
   前記データパケットが更に転送されるべきである場合に、前記承認の所定の待機時間間隔の後に前記第２の局から第３の局に前記データパケットを転送するステップであって、前記所定の待機時間が同じ又は他のトラフィッククラスを持つ他の局より短い待機時間間隔である、当該転送するステップと、
   を有する方法。
2. 前記より短い待機時間間隔が、システム内で可能な最短待機時間であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記より短い待機時間間隔が、前記パケットの元の優先順位より高い優先順位クラスに対応するフレーム間隔であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記転送されるパケットが前記第１の局により前記パケットの受信の承認として解釈されるので、前記第２の局が、前記パケットを転送する前に前記第１の局に対して受信の承認を送信しないことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 車車間通信における請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法の使用。
6. 屋内通信における請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法の使用。
7. メッシュネットワークを用いるアクセスポイントにおける請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法の使用。
8. チャネル上で通信する複数の局を持つ無線ネットワークにおいて、発信局から宛先局までの少なくとももう１つの局を介する有効なルートが決定され、前記局の間の通信が、
   第１の局により前記チャネル上にデータパケットを送信し、
   第２の局において前記データパケットを受信し、
   前記第２の局により前記データパケットの受信を承認し、
   前記第２の局により前記データパケット内のデータを、前記データパケットが更に転送されるべきであるかどうかに関して解析し、
   前記データパケットが更に転送されるべきである場合に、前記承認の所定の待機時間間隔の後に前記第２の局から第３の局に前記データパケットを転送し、前記所定の待機時間が同じ又は他のトラフィッククラスを持つ他の局より短い待機時間間隔であるように、
   リッスンビフォアトーク方式を使用するメディアアクセス制御プロトコルにより制御される無線ネットワーク。
9. 前記より短い待機時間間隔が、システム内で可能な最短待機時間である、請求項８に記載のネットワーク。
10. 前記より短い待機時間間隔が、前記パケットの元の優先順位より高い優先順位クラスに対応するフレーム間隔である、請求項８に記載のネットワーク。
11. 前記転送されるパケットが、前記第１の局により前記パケットの受信の承認として解釈されるので、前記第２の局が、前記パケットを転送する前に前記第１の局に対して受信の承認を送信しないことを特徴とする、請求項８に記載のネットワーク。

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