JP4680263B2 - 無線ネットワーク内のチャネル上で送信されることになるフレームを結合するための方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は包括的には無線通信ネットワークに関し、より詳細にはそのようなネットワークにおいてフレームを結合することに関する。

無線通信、スマートアンテナ、デジタル信号処理およびＶＬＳＩの分野の近年の進歩によって、無線通信ネットワークの物理層において、非常に高いデータ速度のチャネルを提供できるようになる。これらの技術は、現時点で利用可能なデータ速度よりも少なくとも１桁だけ大きなデータ速度を提供する。

開放型システム間相互接続（ＯＳＩ）モデルは、アプリケーション層、プレゼンテーション層、セッション層、トランスポート層、ネットワーク層、データリンク層および物理層を定義する。データリンク層は、論理リンク制御（ＬＬＣ）層および媒体アクセス制御層を含む。ＭＡＣ層は、ネットワークに如何にしてアクセスするかを制御し、ＬＬＣ層はフレーム同期、フロー制御および誤り検査を制御する。物理層は、ネットワーク上で信号を送信する。本発明は、データリンク層および物理層に関係がある。

「IEEE 802.11n PAR: Draft Amendment to STANDARD for Information Technology -Telecommunications and information exchange between systems-Local and Metropolitan networks - Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications: Enhancements for Higher Throughput」は、ＭＡＣ層において１００Ｍｂｐｓまでのデータ速度を規定する。「IEEE P802.15.SG3a PAR: amendment to Standard for Telecommunications and Information Exchange Between systems - LAN/MAN Specific Requirements: Higher Speed Physical Layer Extension for the High Rate Wireless Personal Area Networks (WPAN)」は、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）のための超広帯域（ＵＷＢ）通信に基づいて１１０Ｍｂｐｓ以上のデータ速度を規定する。

しかしながら、ＭＡＣサービスアクセスポイント（ＳＡＰ）より上の層に１００Ｍｂｐｓのスループットを渡すためには、ＭＡＣ層のための現在のプロトコルによって引き起こされるかなりの量のプロトコルオーバーヘッドに起因して、単なる物理層による解決では不十分である。それゆえ、現在のＭＡＣ層プロトコルは、より広い帯域幅に対応するために改善されなければならない。

フレーム形成
図１に示されるように、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格に準拠して設計された無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）内の送信機１００の場合、論理リンク制御層（ＬＬＣ）１１０から受信される、各ＭＡＣサービスデータユニット（ＭＳＤＵ）またはフレーム１１１が、ＭＡＣ層１２０においてＭＡＣヘッダおよびフレームチェックシーケンス（ＦＣＳ）トレーラを付加され、ＭＡＣ層プロトコルデータユニット（ＭＰＤＵ）またはフレーム１２１が形成される。物理層において、ＭＰＤＵは、物理層サービスデータユニット（ＰＳＤＵ）またはフレーム１２２として受信される。物理層１３０では、物理層コンバージェンスプロシージャ（ＰＬＣＰ）ヘッダ、ＰＬＣＰプリアンブル、並びにテールおよびパッドビットがＰＳＤＵフレーム１２２に付加されて、チャネル上で送信するための物理層プロトコルデータユニット（ＰＰＤＵ）またはフレーム１３１が形成される。

図２は、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層１２０におけるＭＰＤＵフレーム１２１のためのフォーマット２００を示しており、図３は、物理（ＰＨＹ）層１３０におけるＰＰＤＵフレーム１３１のフォーマット３００を示す。ＰＰＤＵフレームは、ＰＬＣＰプリアンブルフィールド３１１、信号フィールド３１２およびデータフィールド３１３を含む。これらのフォーマット内の他のフィールドの細部は、標準規格書において規定される。

フレーム伝送
ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格に準拠して設計されるネットワークは、分散制御機能（ＤＣＦ：distributed coordination function）および集中制御機能（ＰＣＦ：point coordination function）を利用して、チャネルアクセスを規制する。ＤＣＦは、インフラストラクチャおよびアドホックの両方のモードに適用され、ＣＳＭＡ／ＣＡという既知のＭＡＣ層における方式に従う。各パケット送信前に、送信局がチャネルを検出し、そのチャネルが使用されなくなるまで待機する。その際、その局は、ＤＣＦフレーム間隔（ＤＩＦＳ）の時間間隔だけ延期し、バックオフステージに入り、バックオフ時間と呼ばれるランダムな時間間隔を決定する。バックオフ時間は、０からコンテンションウインドウ（ＣＷ）サイズまで一様に分布する。バックオフタイマが満了した後に、そのチャネル上で１つのフレームだけが送信され、その後、受信局からＡＣＫメッセージが送信される。全ての局に対して報知されるフレームは、確認応答されない。衝突の確率を低減するために、衝突がそれぞれ検出された後に、最大のＣＷ値に達するまで、ＣＷのサイズが拡張される。フレームの送信に成功した後に、ＣＷは、一定の最小値にリセットされる。

帯域幅は、無線ネットワークにおいて不足している資源である。ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ標準規格の要件に準拠した高スループットのＷＬＡＮの場合、ＭＡＣプロトコルは、ＭＡＣサービスアクセスポイント（ＳＡＰ）において、１００Ｍｂｐｓのビット速度の設計要件を満たすために、７０〜８０％の効率を達成しなければならない。現在のＩＥＥＥ８０２．１１標準規格に準拠したフレーム伝送に関連するオーバーヘッドは、帯域幅を浪費する。各フレームが個々に確認応答される場合には、以下の項目がフレーム伝送のための著しいオーバーヘッドに相当することとなる：ＭＡＣヘッダ、物理層ヘッダ（ＰＬＣＰヘッダ）、ＰＬＣＰプリアンブル、バックオフ、ＤＩＦＳ時間、ＳＩＦＳ時間およびＡＣＫメッセージ。

このオーバーヘッドを低減し、無線チャネル上で利用可能な帯域幅を増加できるようにすることが望ましい。

将来のＩＥＥＥ８０２．１１ｎ標準規格では、ＭＡＣ ＳＡＰにおいて１００Ｍｂｐｓのスループットが要求される。現在のＩＥＥＥ８０２．１１およびＩＥＥＥ８０２．１１ｅ ＭＡＣプロトコルの種々の仕組みは、かなりのオーバーヘッドを有し、結果として帯域幅が減少する。

それゆえ、プロトコルの効率が大幅に高められない限り、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ標準規格に現在のＭＡＣプロトコルをそのまま適用することは不可能である。

本発明は、ＭＡＣサービスデータユニット（ＭＳＤＵ）および物理サービスデータユニット（ＰＳＤＵ）を結合するための方法を提供する。本発明によるフレーム結合方法は、プロトコルをさらに複雑にすることなく、スループットの大幅な改善を達成する。

本発明は、無線通信ネットワークにおいてフレームを結合するための方法およびシステムを提供する。その結合は、２つのレベル、すなわちＭＡＣ層内のＭＳＤＵレベルおよびＰＨＹ層内のＰＳＤＵレベルにおいて行うことができる。ＭＳＤＵレベルでは、同じ宛先アドレスおよびトラフィッククラスを有するフレームが１つのＭＰＤＵに結合される。異なる宛先アドレスを有するＭＰＤＵフレームは、ＰＳＤＵレベルにおいて結合され、１つのＰＬＣＰプリアンブルを共有する。こうして、ＭＳＤＵレベルにおける過大なオーバーヘッド、たとえばＭＳＤＵ毎のＭＡＣヘッダ、およびＰＳＤＵレベルにおける過大なオーバーヘッド、たとえばＰＬＣＰプリアンブルの両方が最大限に削減され、それによりスループットが大幅に増加する。上記のように、ＰＳＤＵレベルにおいて結合を実行する方法によれば、現在のＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準規格に準拠して設計されるシステムにおいて直面する、フレームが内部衝突を受けることも解決される。その結合は、応用形態およびトラフィック要件に応じて、いずれかのレベルにおいて、または両方のレベルにおいて行うことができる。フレーム結合は、コンテンション時またはコンテンションフリー時に機能することができる。さらに、本発明は、結合フレームに確認応答するための方法も提供する。

この説明および添付の特許請求の範囲の目的上、以下の用語は、よくわかっているものとし、それらの用語は、簡単に手に入れることができるＩＥＥＥ標準規格書において定義される。
ＭＳＤＵ ＭＡＣサービスデータユニット
ＭＰＤＵ ＭＡＣ層プロトコルデータユニット
ＰＳＤＵ 物理層サービスデータユニット
ＦＣＳ フレームチェックシーケンス
ＯＦＤＭ 直交周波数分割多重
ＰＰＤＵ 物理層プロトコルデータユニット

フレーム結合−コンテンション時
ＭＳＤＵレベルにおける結合
図２０は、本発明による送信局を示す。ＬＬＣ層１１０によってＭＡＣ層１２０のキュー２００１〜２００２内に置かれるＭＳＤＵフレーム１１１に関して、それらのフレームが結合されるか否かが判定される。その判定は、それらのフレームの宛先アドレスおよびトラフィッククラス（ＴＩＤ）に基づく。宛先アドレスおよびＴＩＤがいずれも同じである場合には、それらのフレームは、１つのＭＰＤＵフレームに結合される。

図４は、本発明による結合ＭＰＤＵフレーム４００を示す。フレーム４００は、ＭＡＣヘッダ４１０、および結合フレーム本体６００を含む。結合ＭＰＤＵフレームは、物理層の要件、および送信機会（ＴＸＯＰ）によって規定される対応する送信持続時間限界の要件を満たす任意の長さを有することができる。ＭＡＣヘッダ４１０のフォーマットは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準規格によって規定される。しかしながら、ここでは、図２に示される標準規格フォーマット２００のシーケンス制御フィールド２１１は、「開始」シーケンス制御フィールド４１１と呼ばれる。このフィールドは、結合フレーム本体フィールド６００内の「最初の」ＭＳＤＵフレームのシーケンス番号を表す。開始シーケンス制御フィールド４１１のフォーマットは、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格によって規定される。結合フレーム本体内の各ＭＳＤＵフレームは、自らのＦＣＳを有するので、本発明による結合ＭＰＤＵ４００の場合、図２に示されるＦＣＳ２１２を有する必要はない。

ＱｏＳ制御フィールド５００が図５に示される。このフィールドは、ＴＩＤフィールド５１１と、サービス時間の終了（ＥＯＳＰ）フィールド５１２と、ＡＣＫフィールド５１３と、ＭＰＤＵ結合フィールド５１４と、ＴＸＯＰフィールド５１５とを含む。ＭＰＤＵフィールド５１４は、そのフレームが本体６００内の複数のＭＳＤＵに結合されている場合には、１に設定される。

図６は、複数のＭＳＤＵトリプレットを有する結合フレーム本体６００のフォーマットを示す。各ＭＳＤＵ６１０トリプレットは、ヘッダ７００と、ＭＳＤＵフレーム６１２と、そのＭＳＤＵフレームのためのＦＣＳ６１３とを含む。ＦＣＳ６１３は、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格に従って決定される。このＦＣＳは、１つのＭＳＤＵだけに関係があることに留意されたい。

図７は、ヘッダフィールド７００のフォーマット７００を示しており、それは、長さフィールド７１１と、追加ＭＳＤＵデータフィールド７１２と、予約フィールド７１３と、シーケンス制御フィールド７１４とを含む。長さフィールドは、直後のＭＳＤＵペイロードフィールド内の２０４８バイトまでの全バイト数を指示する。ヘッダ内の１ビットの「追加ＭＳＤＵデータ」フィールド７１２は、後続のＭＳＤＵがあるか否かを指示する。シーケンス制御は、ＩＥＥＥ８０２．１１／１１ｅ標準規格によって規定される。シーケンス制御は、トラフィックＴＩＤ毎に固有である。

ＰＳＤＵレベルにおける結合
送信局２０００における全てのＰＳＤＵは、それらの宛先アドレスまたは伝送速度に関係なく結合することができる。後に説明されるある特定の条件を満たす場合には、異なるＴＩＤを有するＰＳＤＵも、結合するための資格を有することができる。ＭＡＣ層１２０によって受信されるＬＬＣ層１１０からの各フレームは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準規格によって定義されるようなＴＩＤに対応する１組のＱｏＳ制御パラメータ５００を用いる適当なチャネルアクセス方法に従ってチャネルを争奪する。特定のキュー内のフレームのうちの１つがチャネルにアクセスした後に、そのＴＩＤのためのＴＸＯＰが正当であると認められる限りは、そのキューの全てのフレームを結合することができる。

現在の標準規格によれば、種々のＴＩＤのフレームのためのバックオフカウンタが同時に０までデクリメントされる場合には、内部衝突が生じる。現在のＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準規格によれば、内部衝突は、最も優先順位が高いフレームを送信することによって解消され、優先順位が低いフレームは、新たなバックオフ時間に従って予定を変更される。

対照的に、本発明は、内部衝突に関与する全てのフレームと、アクセスコンテンションに「勝った」フレームとして同じキュー内に格納される全てのフレームとを結合する。

図８は、本発明による結合ＰＰＤＵのためのフォーマット８００を示しており、それは、ＰＬＣＰプリアンブルフィールド８１１と、ＰＬＣＰヘッダフィールド８１２および対応するＰＳＤＵフィールド８１３と、結合ＢｌｏｃｋＡＣＫ要求フィールド８１４と、テールフィールド８１５と、パッドフィールド８１６とを含む。ＰＬＣＰプリアンブル、テールおよびパッドは、図３に示されるように、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ標準規格によって規定される。

各ＰＳＤＵは、異なる宛先アドレスを有することができるので、ＰＳＤＵのための伝送速度は、隣接するＰＳＤＵのための速度とは異なる可能性がある。これは、従来技術の方式にはない問題である。

それゆえ、複数のフィールド間にＯＦＤＭシンボル８０１を挿入して、隣接するＰＳＤＵの速度が異なる場合であっても、送信機が速度を調整できるようにする。速度が同じである場合には、ＯＦＤＭシンボル８０１は、不要である。ＯＦＤＭシンボルは、固有のパターンを有し、受信局が、次のＰＬＣＰヘッダ８１２の開始と、先行するＰＳＤＵフレーム８１３の終了とを区別できるようにする。後にさらに詳細に説明されるように、直前のＰＳＤＵｎおよび後続のＰＬＣＰヘッダｎ＋１は、確認応答を制御するために用いられることに留意されたい。

図９は、ヘッダ８１２のためのフォーマット９００を示しており、それは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ標準規格において定義されるように、速度フィールド９１１と、パリティフィールド９１３と、テールフィールド９１４と、サービスフィールド９１５とを含む。長さフィールド９１２は、対応するＰＳＤＵ８１３の長さを指示する。

図１０は、サービスフィールド９１５のフォーマット１０００を示しており、それは、スクランブリング初期化フィールド１０１１と、パラメータフィールド１０１２と、予約フィールド１０１３とを含む。ＩＥＥＥ８０２．１１ａ標準規格によれば、スクランブラの初期状態は、０以外の擬似ランダム状態に設定される。ＭＡＣフレームに属する全てのシンボルは、スクランブルするために同じ初期状態を用いることによって送信される。受信機は、同じ順序で逆スクランブルする。

表Ａは、パラメータフィールド１０１２のために取り得る値を示す。受信機は、パラメータフィールドを用いて、現在のＰＳＤＵフレームにおいて用いられる結合のタイプ、および同じＰＰＤＵ内の後続のＰＳＤＵが現在のＰＳＤＵフレームと同じ伝送速度を有するか否かを判定する。この情報は、ＯＦＤＭシンボル８０１が現在のＰＳＤＵフレームを区切るか否かも暗に指示することができる。

先に述べられたように、図８に示される直前の結合されたＰＳＤＵｎ ８１３および後続のＰＬＣＰヘッダｎ＋１ ８１２を用いて、結合ＢｌｏｃｋＡＣＫ要求機能が実施される。

図１１は、ＰＳＤＵｎ＋１（結合ＢｌｏｃｋＡＣＫ要求とも呼ばれる）のフォーマット１１００を示しており、それは、フレーム制御フィールド１１０１と、持続時間フィールド１１０２と、受信機アドレスフィールド１１０３と、送信機アドレスフィールド１１０４と、結合ＢｌｏｃｋＡＣＫ要求フレーム本体フィールド１１０５と、ＦＣＳフィールド１１０６とを含む。受信機アドレス（ＲＡ）は、報知アドレスに設定され、ネットワーク内の全ての局によってフレーム本体１１０５が復号化されるようにする。送信機アドレス（ＴＡ）は、送信機のＭＡＣアドレスである。持続時間フィールド１１０２およびＦＣＳフィールド１１０６は、いずれも、結合ＢｌｏｃｋＡＣＫ要求フレーム本体フィールド１１０５内に結合される全てのＢｌｏｃｋＡＣＫ要求メッセージに適用される。

図１２は、結合ＢｌｏｃｋＡＣＫ要求フレーム本体フィールド１１０５のフォーマット１２００を示す。この情報は、基本伝送速度で送信され、確実に受信されることを保証する。本体１２００は、持続時間フィールド１２０１と、受信機アドレスフィールド１２０２と、ＢＡＲ制御フィールド１２０３と、ＢｌｏｃｋＡＣＫ開始シーケンス制御（ＴＩＤ）フィールド１２０４と、ＦＣＳフィールド１２０５とを含む、少なくとも１つのＢｌｏｃｋＡＣＫ要求要素を含む。持続時間フィールド１２０１は、個々のＢｌｏｃｋＡＣＫ要求要素に適用される。受信機アドレス（ＲＡ）１２０２は、受信局のＭＡＣアドレスである。各受信局は、結合ＢｌｏｃｋＡＣＫ要求フレーム本体内の１つの要素に対応する。１つのＢｌｏｃｋＡＣＫ要求要素は、４つまでのＢｌｏｃｋＡＣＫ開始シーケンス番号を含むことができる。

図１３は、ＢｌｏｃｋＡＣＫ要求制御フィールドのフォーマット１３００を示す。そのフィールドは、タイプフィールド１３０１と、ＴＩＤビットマップ１３０２と、初期バックオフ値（ＩＢＶ）フィールド１３０３と、予約フィールド１３０４とを含む。タイプフィールド１３０１は、現在のＢｌｏｃｋＡＣＫセッションのタイプを指示する。タイプフィールド１３０１の取り得る値は、表Ｂに示される。

ＴＩＤビットマップフィールド１３０２は、４つの取り得るシーケンス制御フィールド１２０４毎に１ビットを有する。たとえば、ビット２が１である場合には、送信局（ＴＡ）のＴＩＤ０が、受信局（ＲＡ）から、１組のフレームのためのＢｌｏｃｋＡＣＫを要求し、それらのフレームのうちの最初のフレームは、ＢｌｏｃｋＡＣＫ開始シーケンス制御（ＴＩＤ０）としてシーケンス制御フィールドを有する。ＴＩＤビットマップフィールド内の「１」の数は、ＢｌｏｃｋＡＣＫ要求要素内に含まれるＢｌｏｃｋＡＣＫ開始シーケンス制御フィールドの数に等しい。この情報を用いて、受信機は、ＢｌｏｃｋＡＣＫ要求要素の長さを推定することができる。ＩＢＶフィールド１３０３は、図１４に示されるように、ＢｌｏｃｋＡＣＫメッセージを送信する前に用いるためのバックオフタイムスロットの数を指示する。

図１４は、ブロック確認応答のためのタイミングを示す。結合フレーム１４０１を受信した後に、受信された結合フレームの最後のＰＳＤＵ内にＢｌｏｃｋＡＣＫ要素が存在するとき、受信局ｊがＢｌｏｃｋＡＣＫメッセージ１４０５で応答する。ＢｌｏｃｋＡＣＫメッセージを送信するために、その局は、最初に、そのバックオフカウンタの初期値をＩＢＶ１３０３に設定する。その後、受信局は、ＢｌｏｃｋＡＣＫメッセージを送信する前に、ＩＢＶのスロット数１４０３だけバックオフする。ＢｌｏｃｋＡＣＫメッセージ毎に、その局は、ＣＳＭＡのような手法を用いて、チャネルにアクセスする。チャネルが使用されなくなるとき、フレーム１４０１を受信した後に、その局は、ＳＩＦＳ時間１４０２においてバックオフを開始するので、そのＢｌｏｃｋＡＣＫメッセージは、チャネルの争奪において最も高い優先順位を有し、他のタイプのフレームを有するＢｌｏｃｋＡＣＫメッセージとの間の衝突は生じないであろう。さらに、同じＰＰＤＵ内に結合されたＰＳＤＵの受信に起因する全てのＢｌｏｃｋＡＣＫメッセージは、異なる数のバックオフスロットを指定される。それゆえ、これらのＢｌｏｃｋＡＣＫメッセージ間の潜在的な衝突は回避され、種々の受信機が、衝突が生じないように、同じ結合フレーム内に含まれるＭＳＤＵに確認応答することができる。

図１５は、ＢｌｏｃｋＡＣＫメッセージ１４０５のフォーマット１５００を示しており、それは、フレーム制御フィールド１５０１と、持続時間フィールド１５０２と、ＲＡフィールド１５０３と、ＴＡフィールド１５０４と、ＢｌｏｃｋＡＣＫ制御（ＢＡ）フィールド１５０５と、ＢｌｏｃｋＡＣＫ開始シーケンス制御フィールド１５０６と、ＢｌｏｃｋＡＣＫビットマップフィールド１５０７と、ＦＣＳフィールド１５０８とを含む。複数のＴＩＤのフレームへの確認応答を１つのＢｌｏｃｋＡＣＫメッセージに含むことができることを除いて、それらのフィールドは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準規格に従って定義される。

図１６は、ＢｌｏｃｋＡＣＫ（ＢＡ）制御フィールド１５０５のフォーマット１６００を示しており、それは、タイプフィールド１６０１と、ＴＩＤビットマップフィールド１６０２と、ＮＡＫフィールド１６０３と、予約フィールド１６０４とを含む。ＴＩＤビットマップフィールド１６０２は、ＢｌｏｃｋＡＣＫ要求要素内にあるフィールドと同じである。ＮＡＫフィールド１６０３は、肯定応答が用いられるか、否定応答が用いられるかを指示することができる。

図１７は、ＢｌｏｃｋＡＣＫビットマップフィールド１５０７のフォーマット１７００を示しており、それは、相対シーケンス番号１７０１および符号化されたＴＩＤフィールド１７０２の対を含む。各相対シーケンス番号（ＲＳＮ）は、以下のようにして決定される。
ＲＳＮ＝（ＴＩＤｘのシーケンス番号−ＴＩＤｘの開始シーケンス番号）
符号化されたＴＩＤフィールド１７０２は、相対シーケンス番号のフレームに関連付けられるＴＩＤの二値表現である。コンテンション時には４つの優先順位だけが存在するので、２ビットで十分である。

固定長のＢｌｏｃｋＡＣＫビットマップを含む代わりに、正確なフレーム、または誤ったフレームのいずれか少ない方だけに確認応答することができる。２００４年８月１２日にGu等によって出願され、参照により本明細書に援用される、米国特許出願第１０／９１７，０５３号「Method for Acknowledging Data Packet in a Network」を参照願いたい。

結合フレームサイズアダプテーション
無線ネットワークでは、特に、局が移動局である場合には、チャネルの条件が急激に変化する。チャネルの品質が劣化する場合には、フレームサイズが大きいほど、小さなフレームよりも損失の確率が大きくなる可能性がある。それゆえ、瞬間的なチャネル条件に対して動的に調整することができるフレームサイズを有することが望ましい。さらに、伝送速度もチャネルの瞬間的な条件に適合させることができる。それゆえ、結合フレームサイズ調整は、レートアダプテーション方式とともに機能すべきである。

コンテンションフリー時
コンテンションフリー時、たとえばＨＣＣＡでは、パラメータ化されたチャネルアクセス方法が用いられる。送信機会（ＴＸＯＰ）がトラフィックストリーム（ＴＳ）毎に指定される。特定の時刻において１つのトラフィックストリームに割り当てられるＴＸＯＰを使い切ることができない場合には、そのＴＳは、未完了のＴＸＯＰを没収され、次に予定されるＴＳがそのＴＸＯＰを開始できるようにする。それゆえ、種々のＴＩＤを有するフレームの結合は、不適当である。さらに、各ＴＳが固有の一対の発信元および宛先アドレスを割り振られるので、異なる宛先アドレスを有するフレームの結合も、パラメータ化されたトラフィック伝送の基本原理に反している。それゆえ、ＨＣＣＡのようなコンテンションフリー時には、ＭＳＤＵレベルにおいてのみフレームが結合される。しかしながら、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格のＰＣＦのような他のコンテンションフリー時では、ＰＣＦが１つのポーリング動作において異なる宛先を有する複数のフレームを送信することができるので、ＭＳＤＵおよびＰＳＤＵの両方のレベルにおいてフレームを結合することができる。

コンテンションフリー時のＭＳＤＵ結合も、コンテンション時の結合の場合の図４〜図７に示される。ここでは、関連特許出願第１０／９１７，０５３号に記載されるＢｌｏｃｋＡＣＫ要求およびＢｌｏｃｋＡＣＫメッセージを用いることができる。ＢｌｏｃｋＡＣＫ要求フレームのフォーマットは、ＢＡフィールドが、タイプフィールド１８０１と、ブロックサイズフィールド１８０２と、予約フィールド１８０３と、ＴＩＤフィールド１８０４とを含む、図１８に示されるようなフォーマット１８００を有することを除いて、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準規格に定義されるようなフォーマットである。上記のように、タイプフィールド１８０１は、そのＢｌｏｃｋＡＣＫがコンテンションフリー時に結合されたフレームのためのものであることを指示する。ブロックサイズフィールド１８０２は、確認応答を要求するフレームの数を格納する。ＴＩＤフィールド１８０４は、そのＢｌｏｃｋＡＣＫメッセージに関連付けられるトラフィックストリームを指示する。

フレーム結合パラメータ
本明細書に記載されるように、フレームを結合する送信局は、ＭＡＣヘッダ４１０のＱｏＳ制御フィールド５００のＭＰＤＵ結合フィールド５１４を検査し、受信局が結合フィールドを取り扱うための機能を与えられているか否かを判定する。これは、追加結合レベル１／２（ＡＤＤＡＬ）要求フレームを送信し、ＡＤＤＡＬ応答フレームを受信することによって果たされる。受信局は、その要求を受け付けるか、拒否するかのオプションを有する。受信局がその要求を受け付ける場合には、その局は、フレーム結合の最大サイズをネゴシエートすることができる。表Ｃは、取り得る動作フィールド値を示す。

ＡＤＤＡＬ要求およびＡＤＤＡＬ応答は、表Ｄに記載されるのと同じフレームフォーマットを有する。

カテゴリフィールドは、４に設定され、それは、フレーム結合を表す。動作フィールドは、０および１に設定され、それぞれＡＤＤＡＬ要求またはＡＤＤＡＬ応答を指示する。ダイアログトークンフィールドは、局によって選択される０以外の値に設定される。フレーム結合パラメータは、図１９に示されており、結合レベルフィールド１９０１と、最大フレームサイズフィールド１９０２と、ＴＩＤフィールド１９０３とを含む。

結合レベルフィールド１９０１のフォーマットは、表Ｅに示される。

ＭＳＤＵレベルにおけるフレーム結合がサポートされるとき、最大結合フレームサイズ１９０２は、最大サイズを指示しており、それは、送信機および受信機のいずれか小さい方によって決定されることができる。ＴＩＤフィールド１９０３は、フレーム結合がネゴシエートされるＴＩＤを表す。

システム構造
送信機
図２０は、送信機におけるフレーム結合のための構造２０００を示す。その構造は、ＬＬＣ層１１０と、ＭＡＣ層１２０と、ＰＨＹ層１３０とを含む。ＭＡＣ層は、優先順位を付けられたトラフィックストリームのためのキュー２００１と、パラメータ化されたトラフィックストリームのためのキュー２００２とを含む。ブロック２０１０および２０２０は、ＭＡＣ層およびＰＨＹ層においてそれぞれ、本明細書に記載されるようなＭＳＤＵレベルおよびＰＳＤＵレベルの結合を実施する。ＭＳＤＵ結合は、キュー毎に行われるが、ＰＳＤＵ結合は、異なるＴＩＤを有する全てのキューに対して同時に行われることに留意されたい。

ＬＬＣ層１１０からのＭＳＤＵフレームがＭＡＣ層１２０において受信された後に、優先順位およびトラフィッククラスに従って、それらのフレームは、キュー２００１および２００２に格納される。コンテンション時、あるフレームが対応するキューにおいてヘッドオブライン（ＨＯＬ）になった直後に、チャネルアクセスが開始する。チャネル争奪に成功した後に、ＭＳＤＵ結合がキューを走査して、同じ宛先アドレスを有する全てのフレームの場所を特定し、その後、それらのフレームが１つのＭＰＤＵに結合されて、そのフレームに適当なヘッダおよびトレーラが付加される。

ＭＳＤＵレベルにおける結合フレームの全サイズは、対応するＴＸＯＰ、現在の物理チャネル条件、および物理層によって課せられる最大フレームサイズ限界によって設定される限界に制約されることに留意されたい。ＰＳＤＵ結合は、チャネル争奪に成功したというイベントによって呼び出される。ＰＳＤＵ結合２０２０は、最初に、「勝った」キューを検査し、ＴＩＤが同じであるが、宛先が異なる全てのフレームを収集するように、ＭＳＤＵ結合２０１０に要求する。

内部衝突が生じる場合には、ＰＳＤＵ結合ユニット２０２０は、優先順位が低く、内部衝突に関与するキューに関連するＭＳＤＵユニット２０１０と通信する。これらのユニットは、対応するキューからヘッドオブライン（ＨＯＬ）フレームを検索するように要求される。これらの検索されたフレームにおいて結合を実行するか否かも、ＭＳＤＵユニットに決定権がある。最後に、ＰＳＤＵユニットは、収集されたＭＰＤＵフレーム毎にＰＬＣＰヘッダを付加し、変調および送信するために、その結合フレームを下位の機能ブロックに渡す。コンテンションフリー時には、同じトラフィッククラスおよび宛先アドレスを有するキュー内のフレームに対して、ＭＳＤＵユニットだけが適用される。

受信機
図２１は、受信機の構造２１００を示す。この場合、ユニット２１１０および２１２０は、それぞれＭＳＤＵ分解およびＰＳＤＵ分解を実行する。ＰＳＤＵ分解ユニット２１２０は、ＰＬＣＰヘッダを除去し、ＭＰＤＵフレームをＭＳＤＵ分解ユニット２１１０に渡し、ＭＳＤＵ分解ユニット２１１０は、ＭＡＣヘッダおよびトレーラを除去して、全ての優先順位のＭＳＤＵフレームを共有メモリ２１０１に一時的に格納し、ＬＬＣ層１１０が、後続の処理のために、そのメモリからフレームを検索する。

発明の効果
本発明によれば、高速の無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）において、広帯域幅で通信できるようになる。本発明は、高スループットＷＬＡＮのための効率的で、自由度のあるフレーム結合方法およびシステムを提供する。本発明が適用されるとき、ＭＳＤＵレベルおよびＰＳＤＵレベルの両方において、フレームを結合することができ、従来技術のフレーム伝送に関連するオーバーヘッドが大幅に削減されるようになる。本発明は、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格に準拠して設計されるネットワークと互換性がある。本発明は、コンテンション時、たとえばＥＤＣＡ、ＡＤＣＡ中のフレーム伝送、およびコンテンションフリー時、たとえばＨＣＣＡ、ＳＣＣＡ中のフレーム伝送のために有用である。本発明は、インフラストラクチャモードまたはアドホックモードのいずれかにおいて動作するネットワークに、そして、ＩＥＥＥ８０２．１５．３標準規格に準拠して設計されるネットワークのような他のネットワークに適用することができる。

本発明が好ましい実施形態を例として説明されてきたが、本発明の精神および範囲内で種々の他の改変および変更を行うことができることは理解されたい。それゆえ、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神および範囲に入るような全てのそのような変形および変更を網羅することである。

本発明による無線通信ネットワークの送信局内の層のブロック図である。 従来技術のＭＰＤＵフレームのブロック図である。 従来技術のＰＰＤＵフレームのブロック図である。 本発明による結合ＭＰＤＵフレームのブロック図である。 本発明によるＱｏＳ制御フィールドのブロック図である。 本発明による結合フレーム本体のブロック図である。 本発明による結合フレーム本体内のＭＳＤＵのためのヘッダフィールドのブロック図である。 本発明による結合ＰＰＤＵのブロック図である。 図８のＰＣＬＰヘッダフィールドの詳細なブロック図である。 本発明によるサービスフィールドの詳細なブロック図である。 本発明による結合ＢｌｏｃｋＡＣＫの詳細なブロック図である。 本発明による結合ＢｌｏｃｋＡＣＫ要求内のフレーム本体フィールドのブロック図である。 本発明によるＢｌｏｃｋＡＣＫ要求（ＢＡＲ）制御フィールドのブロック図である。 本発明によるブロック確認応答のタイミング図である。 本発明によるＢｌｏｃｋＡＣＫメッセージのブロック図である。 本発明によるＢｌｏｃｋＡＣＫ（ＢＡ）制御フィールドのブロック図である。 本発明によるＢｌｏｃｋＡＣＫビットマップフィールドのブロック図である。 本発明によるＢｌｏｃｋＡＣＫ要求フレームのブロック図である。 本発明によるフレーム結合パラメータのブロック図である。 本発明による送信局のブロック図である。 本発明による受信局のブロック図である。

Claims (18)

1. 無線ネットワーク内のチャネル上で送信されることになるフレームを結合するための方法であって、
   送信局内の論理リンク層から媒体アクセス制御層の複数のＭＳＤＵフレームを受信することと、
   同じ宛先アドレスおよび同じトラフィッククラスを有する選択されたＭＳＤＵフレームを１つの結合ＭＰＤＵフレームに結合することと、
   前記送信局内の前記媒体アクセス制御層から、前記１つの統合ＭＰＤＵフレームをＰＳＤＵフレームとして受信することと、
   異なる宛先アドレスおよび異なるトラフィッククラスを有する選択されたＰＳＤＵフレームを１つの結合ＰＰＤＵフレームに結合することと、
   前記無線通信ネットワークの前記チャネル上で前記１つの結合ＰＰＤＵフレームを送信することと
   を含む無線ネットワーク内のチャネル上で送信されることになるフレームを結合するための方法。
2. 前記ＭＳＤＵフレームの前記結合は、コンテンション時に行われる請求項１に記載の方法。
3. 前記ＭＳＤＵフレームの前記結合は、コンテンションフリー時に行われる請求項１に記載の方法。
4. 前記ＰＳＤＵフレームの前記結合は、コンテンション時に行われる請求項１に記載の方法。
5. 前記結合フレームの本体は、前記同じ宛先アドレスおよび前記同じトラフィッククラスを有する前記ＭＳＤＵフレームを含む請求項１に記載の方法。
6. 前記ＭＳＤＵフレームは、ＭＳＤＵトリプレットの形をとり、該ＭＳＤＵトリプレットのそれぞれは、ＭＳＤＵヘッダと、前記ＭＳＤＵフレームのうちの１つと、前記ＭＳＤＵフレームのためのＦＣＳとを含む請求項５に記載の方法。
7. 前記結合ＰＳＤＵフレームの前記選択されたＰＳＤＵフレームを異なる速度で送信することをさらに含む請求項１に記載の方法。
8. 異なる速度を有する前記選択されたＰＳＤＵフレーム間にＯＦＤＭシンボルを挿入することをさらに含む請求項７に記載の方法。
9. 前記１つの結合ＭＳＤＵフレームに１つの確認応答メッセージで確認応答することをさらに含む請求項１に記載の方法。
10. 前記１つの結合ＭＳＤＵフレームにＢｌｏｃｋＡｃｋメッセージで確認応答することをさらに含む請求項１に記載の方法。
11. 前記１つの結合ＰＳＤＵフレームに１つのメッセージで確認応答することをさらに含む請求項１に記載の方法。
12. 前記１つの結合ＰＳＤＵフレームにＢｌｏｃｋＡｃｋメッセージで確認応答することをさらに含む請求項１に記載の方法。
13. 前記１つの結合ＭＳＤＵのサイズは、前記チャネルの瞬間的な条件に応じて変更される請求項１に記載の方法。
14. 前記１つの結合ＭＳＤＵのサイズは、伝送速度に応じて動的に変更される請求項１に記載の方法。
15. 前記複数のＭＳＤＵフレームは、複数のキューに格納され、前記ＭＳＤＵフレームの前記結合は、キュー毎に行われる請求項１に記載の方法。
16. 前記異なる宛先アドレスを有する前記選択されたＰＳＤＵフレームに、衝突が生じないように確認応答することをさらに含む請求項１に記載の方法。
17. 前記選択されたＰＳＤＵフレームが前記送信局において内部衝突を受けるときに、前記異なる宛先アドレスおよび前記異なるトラフィッククラスを有する前記選択されたＰＳＤＵフレームを結合することをさらに含む請求項１に記載の方法。
18. 無線ネットワーク内のチャネル上で送信されることになるフレームを結合するためのシステムであって、
    送信機の論理リンク層から複数のＭＳＤＵフレームを受信するように構成される媒体アクセス制御層と、
    同じ宛先アドレスおよび同じトラフィッククラスを有する選択されたＭＳＤＵフレームを１つの結合ＭＰＤＵフレームに結合するための手段と、
    前記媒体アクセス制御層から、前記１つの統合ＭＰＤＵフレームをＰＳＤＵフレームとして受信し、異なる宛先アドレスおよび異なるトラフィッククラスを有する選択されたＰＳＤＵフレームを１つの結合ＰＰＤＵフレームに結合するための手段と、
    前記無線通信ネットワークの前記チャネル上で前記１つの結合ＰＰＤＵフレームを送信するように構成される物理層と
    を備える無線ネットワーク内のチャネル上で送信されることになるフレームを結合するためのシステム。

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