JP4684776B2 - 共通無線チャネルによって接続された複数の局およびアクセスポイントを含むネットワークにおけるチャネルアクセス方法およびシステム - Google Patents

Description

この発明は、包括的には、無線ネットワークに関し、詳細には、無線ネットワークにおけるアクセス制御に関する。

ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格による無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）では、セルのアクセスポイント（ＡＰ）が、そのセルに関連したすべての局のパケット伝送を調整する。単一の無線チャネル、すなわち周波数帯域が、データ信号および制御信号用に、局からＡＰへの上りリンクおよびＡＰから局への下りリンクの双方によって共有される。どの２つの局も互いの通信レンジ内にいることは必要とされないのに、あらゆる局がＡＰと通信することができる。

無線チャネルの伝送レートは、感知された信号対雑音比（ＳＮＲ）に応じて変化する可能性がある。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ標準規格の物理レイヤは、１Ｍｂｐｓ、２Ｍｂｐｓ、５．５Ｍｂｐｓ、および１１Ｍｂｐｓの４つのレートをサポートする。

［ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ ＨＣＣＡ］
所与のサービス品質（ＱｏＳ）をサポートするために、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準規格は、ＥＤＣＡ（enhanced distributed channel access））およびＨＣＣＡ（hybrid coordinated channel access））の２つの動作モードを定義する。ＥＤＣＡモードは、衝突回避を有するキャリア検知多重アクセス（ＣＳＭＡ／ＣＡ）に基づいている。ＣＳＭＡ／ＣＡは、最大４つのアクセスカテゴリー（ＡＣ）について、優先順位付けされたチャネルアクセスを提供する。各ＡＣは、ＡＣ間で異なるサービスを実現するために、バックオフ値等のチャネル競合用の１組のＱｏＳパラメータに関連付けられる。

ＨＣＣＡモードは、非競合期間（ＣＦＰ（contention-free period））中は、ＡＰに配置されたハイブリッドコーディネータ（ＨＣ）が非競合アクセスのために局をポーリングすることを可能にし、競合期間（ＣＰ（contention period））中は、いつでもＴＸＯＰ（transmission opportunity）を割り当てる。ＨＣＣＡによって、データストリームごとのＱｏＳのパラメータ化が可能になる。ＨＣは、ＣＦＰおよびＣＰの双方で送信機会（ＴＸＯＰ）を割り当てる。各ＴＸＯＰは、特定の局の送信の開始時刻および継続時間を指定する。集中化されたスケジューリングがＴＸＯＰの割り当てに適用される場合、各データストリームのトラフィックプロファイル要件およびＱｏＳ要件を考慮することができる。

上りリンクの送信を調整するために、ＨＣは、ＣＦ−Ｐｏｌｌメッセージを各局へ送信する。この送信は、データ到着レートやデータサイズ等の現在のトラフィック情報を収集するために行われる。標準規格は、ＱｏＳ規約による予め定義されたサービス区間の間、各局をポーリングするために簡単なラウンドロビンスケジューリングアルゴリズムを指定する。

［動的なＴＤＭＡをベースとした方式］
動的な時分割多元接続（ＴＤＭＡ）は、パラメータ化されたＱｏＳを提供する代替的な技法を提供する。チャネル全体がタイムスロットに分割され、複数のタイムスロットがスーパーフレームを形成する。タイムスロットの割り当てはＡＰによって実行される。ＡＰは、各データストリームのＱｏＳ要件を考慮する。スロットが割り当てられた後、すべての送信が、予め定義された時刻に開始し、タイムスロットの粒度で予め定義された最大継続時間の間続く。

また、スロット割り当ては、アプリケーションの短期間のレート変動を吸収するために定期的に調整される。これに加えて、ＡＰは、例えば、即時確認応答（immediate ACK）、遅延確認応答（delayed ACK）、反復等のいくつかの確認応答（ＡＣＫ）ポリシーを使用して、各パケットの受信に確認応答することができる。これらのＡＣＫポリシーは、例えば、ユニキャスト送信、マルチキャスト送信、およびブロードキャスト送信といった多様なアプリケーションおよびトラフィックタイプに対応する。さらに、通常はデータスロットよりもはるかに小さいアクセススロットがジョイニング局（joining station）により使用されて、確立／認証（association/authentication）、資源予約等のＡＰ要求が送信される。これらのアクセススロットは、通常、ＣＳＭＡ／ＣＡまたはスロット化アロハを介して取り合いが行われる。

ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２（Ｈ／２）標準規格およびＩＥＥＥ８０２．１５．３標準規格におけるＭＡＣ設計は、この動的なＴＤＭＡをベースとした方式を採用して、競合する局間でのＱｏＳ指向のチャネルアクセスを調整する。

［従来技術の限界］
ポーリングをベースとした方法および動的なＴＤＭＡをベースとした方法は、共に、無線ＬＡＮでＱｏＳを提供することに関して欠点を有する。

ポーリングをベースとしたチャネルアクセス方法は、比較的柔軟な方法でＱｏＳを有するアプリケーションを許可する。その方法は、可変パケットサイズをハンドリングすることができ、短期間のレート変動を吸収することができる。しかしながら、この柔軟性は、高いシグナリングオーバーヘッドの代償を払って達成される。ポーリングプロシージャは、あらゆる上りリンクのデータパケットがＨＣとのポーリングメッセージ交換を伴うので、無視できないチャネルの非効率性を招く。さらに、ポーリングメッセージは、さまざまな局の異なる伝送レートに対応するために、例えば、８０２．１１ｂ標準規格によると１Ｍｂｐｓといった基本レートで送信される。これは、さらに、スループットを悪化させる。

動的なＴＤＭＡをベースとした方法は、固定ビットレート（ＣＢＲ（constant-bit-rate））のマルチメディアアプリケーションのＱｏＳサポートを効率的に提供することができるが、可変ビットレート（ＶＢＲ（variable-bit-rate））のアプリケーションのＱｏＳサポートを効率的に提供することはできない。通常、テレビ会議等のＶＢＲアプリケーションは、可変パケットサイズまたは時間的に変化する送信元レートを有する。さらに、ＴＤＭＡをベースとした方法は、「ミニスロット」レベルの厳密できめの細かい時間同期を必要とする。

別の方法は、Lo等の「An Efficient Multipolling Mechanism for IEEE 802.11 Wireless LANs」, IEEE Transactions on Computers, Vol. 52, No. 6, June 2003の「中央調整および分散アクセス（central coordination and distributed access）」を使用する。しかしながら、その方法はいくつかの限界を有する。第１に、その方法は、現在のＩＥＥＥ８０２．１１標準規格によって指定されたマルチレート物理レイヤ機能（multi-rate physical-layer capability）に対応するメカニズムを有しない。したがって、潜在的なスループット利得は大幅に妥協したものとなる。第２に、その方法は、各データストリームに対してそのＱｏＳ規約に従った長期間の帯域幅を保証すると同時に短期間のトラフィック変動を吸収するメカニズムを有しない。第３に、その方法は、データストリームのＱｏＳ仕様に違反する攻撃的または不正なデータストリームを検出してペナルティを科すポリシングメカニズムを何ら有しない。

従来技術の方法のいずれも、柔軟性のあるＱｏＳサポートの提供、および、高いチャネル効率の達成を同時に行うものはない。したがって、無線ＬＡＮが上記目的を達成するために、ＣＦＰの新しいチャネルアクセス方法が必要とされる。この方法は、多様なマルチメディアアプリケーションが示す可変トラフィックパターンをハンドリングすべきであり、また、データ転送のチャネル利用を改善すべきである。

本発明は、ＩＥＥＥ８０２．１１の媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコルの非競合期間（ＣＦＰ）中に動作する、ＳＣＣＡ（sequentially coordinated channel access）方法を提供する。

このＳＣＣＡ方法は、規則的なポーリング方式の柔軟性および簡素さを有すると同時に、ポーリングメッセージをなくすことによって、オーバーヘッドを大幅に削減し、全体的なスループットを改善する。

ＳＣＣＡ方法は、動的なＴＤＭＡをベースとしたメカニズムの効率を達成するが、２つの割り当て期間の間の各局の厳密なスロット時間同期および固定されたチャネル送信時間割り当てを回避する。さらに、ＳＣＣＡ方法は、ポリシングメカニズムを利用してＱｏＳの公平性を維持し、レートしきい値の概念を組み込んで物理レイヤにおけるマルチレート機能を十分に活用する。

ＳＣＣＡ方法では、アクセスポイント（ＡＰ）が中央の調整を提供する一方、各局は、分散された方法でチャネルにアクセスする。帯域幅および遅延の点に関して、局との長期間のＱｏＳ規約が与えられると、ＳＣＣＡ方法は、シーケンスインデックス値（ＳＩＶ（sequence index value））、動的送信継続期間（ＴＸＤＴ（dynamic transmission duration period））、およびアクセスクレジット／デビットカウントを使用して、共通チャネルを使用するデータストリームのアクセス順序および送信時間数を調整する。

局は、割り当てられたＳＩＶおよびＴＸＤＴを受信した後、ＳＩＶに対応する時間の間、「バックオフ」する。最小のＳＩＶを有するデータストリームは、チャネル競合に成功し、最大でＴＸＤＴによって指定された期間までチャネルにアクセスすることができる。

ＡＰは、帯域幅資源の実際の消費の統計値を監視することができ、各データストリームによって使用された送信時間を記録することができる。この統計値に基づき、ＡＰは、アクセスクレジット／デビットカウンタを使用して、攻撃的なデータストリームを取り締まり、アクセスが困難なフローを補償することができる。したがって、ＳＣＣＡ方法は、ＱｏＳ要件およびトラフィックプロファイルによる長期間の帯域幅割り当てを各データストリームに保証すると同時に、チャネルアクセス時間の短期間の変動を吸収する。

現在の物理レイヤにおいて利用可能なマルチレート機能を活用するために、ＳＩＶおよびＴＸＤＴの送信に使用されるレートを適応的に調整して、チャネル効率をさらに改善することができる。

性能解析は、２１６Ｍｂｐｓの物理レイヤの伝送レートを与えると、ＳＣＣＡ方法が８３．３％の全体的なチャネル効率を達成できることを示している。

ＳＣＣＡ方法の基本メカニズムは、ＳＩＶおよびＴＸＤＴの分配のみを必要とし、これらＳＩＶおよびＴＸＤＴはビーコンフレームに組み込むことができるので、ＳＣＣＡの実施態様は、レガシーのＩＥＥＥ８０２．１１標準規格と互換性を有する。

本発明によるＳＣＣＡは、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格によるＣＦＰ中に動作して、データストリーム単位のＱｏＳをサポートし、有効なチャネルスループットを改善する。ＳＣＡＡは、チャネルアクセスシーケンスを割り当てること、および、データストリームの短期間のトラフィック変動を許容することによって、チャネルアクセスを調整する。これは、ポーリングをベースとした方式および動的なＴＤＭＡをベースとした方式の最良の特徴を組み合わせる。ＳＣＣＡは、可変パケットサイズ、一時的なアイドルデータストリーム、および準拠しないストリームを扱う。ＳＣＣＡは、短期間の一時的なトラフィック変動を吸収すると同時に、各ストリームがそのＱｏＳ規約に従ったその長期間の帯域幅を受け取ることを保証する。また、ＳＣＣＡは、ＩＥＥＥ８０２．１１の物理レイヤにおけるマルチレート機能を利用して、全体的なシステムスループットをさらに改善する。

性能解析は、２１６Ｍｂｐｓの物理レイヤの伝送レートを与えると、１０１Ｍｂｐｓよりも大きな全体的スループット、および、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準規格の従来技術のＨＣＣＡを超える５６％から８３．３％の範囲のスループット利得を達成できることを示している。

本発明者らの発明は、マルチメディアアプリケーションを提供する局に効率的なチャネルアクセスを提供する。本発明は、全体的なチャネル利用を改善する。本発明は、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格によって定義された非競合期間（ＣＦＰ）中に動作することができる。本発明は、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格のマルチレート物理レイヤ機能を活用する。

本発明者らの発明に特有の３つの目的は次の通りである。
（１）データストリーム単位をベースとしたＱｏＳのサポート−従来技術におけるようなクラス単位をベースとした差別化されたサービスではない。すなわち、各局は、短期間のトラフィック変動を吸収すると同時に、データストリーム単位に基づいて長期間のＱｏＳを提供される。
（２）バースト性パケットが到着する状況下でのチャネルの浪費の最小化、および、パケット単位のポーリングが招くシグナリングオーバーヘッドの削減を介した効率的なチャネル利用。
（３）事前に交渉されたＱｏＳ規約に違反する局を監視して、当該局にペナルティを科す知的ポリシング。

本発明者らの発明によるＳＣＣＡ方法は、非競合期間中に動作し、各局にデータストリームのパラメータ化されたＱｏＳを提供すると同時に、非常に効率的なチャネル利用を達成しようとする。従来技術のＨＣＣＡおよび動的なＴＤＭＡ方式では、チャネルアクセスが集中化した方法で調整されるが、これとは異なり、本発明者らのＳＣＣＡ方法は、ＡＰの援助によって、局ごとに十分に分散されたアクセスを提供する。

各データストリームは、シーケンスインデックス値（ＳＩＶ）をＡＰから取得し、ＣＳＭＡ／ＣＡを使用してチャネルアクセスを得るために競合する。このＳＩＶは、競合するデータストリーム間のチャネルアクセス優先権を示す。ＡＰは、観測したチャネル利用およびトラフィックパターンに従って各データストリームのＳＩＶを調整する。ＳＩＶ値は、例えば、重み付きラウンドロビンアルゴリズムまたは重み付きフェアキューイングアルゴリズムといったＱｏＳ対応のスケジューラによって割り当てられる。

ＳＩＶによって、各データストリームは、依然として衝突を回避すると同時に、メッセージをポーリングすることなく、ＣＦＰ期間中に割り当てられた順序でチャネルにアクセスすることが可能になる。各データストリームは、チャネルへのアクセスを取得した後、動的送信継続期間（ＴＸＤＴ）の間、送信することができる。

ＡＰは、各データストリームが使用する実際の送信時間を記録するクレジット／デビットカウンタを各データストリームについて保持する。このクレジット／デビット値は、各データストリームのＳＩＶおよびＴＸＤＴを調整するのに使用される。また、ＡＰは、適切な送信レートを選択して、良好なチャネル状態、すなわち高いＳＮＲを有するチャネルを感知する局のみへＳＩＶおよびＴＸＤＴをブロードキャストすることもできる。このように、良好でないチャネル状態、すなわち低いＳＮＲを有する局は、チャネル状態が改善するまで送信を延期する。一定の時刻に、高い送信レートの局のみが、チャネルアクセスの資格を得て、全体的なシステムスループットが最大にされる。

要約すると、ＳＣＣＡは、可変パケットサイズおよびレートのばらつきの点からの短期間のトラフィック変動を吸収すると同時に、帯域幅および最大遅延の点からの長期間のＱｏＳ規約を各データストリームに提供しようとする。上りリンクのパケット単位のポーリングメッセージを必要とすることなく、帯域幅の浪費を大幅に削減することができる。したがって、より高効率のスループットを達成することができる。動的ＴＸＤＴおよびクレジット／デビットカウントは、バースト性パケットの到着パターンによるトラフィック変動を柔軟に吸収する。また、ＳＣＣＡ方法は、マルチレート物理レイヤを利用して、チャネル利用をさらに改善する。

［ＳＣＣＡプロトコル］
図１は、本発明によるＳＣＣＡプロトコル１００を示している。図２は、ＡＰのＳＣＣＡ２００のコンポーネントを示している。このプロトコルは、局２０１が、競合期間（ＣＰ）において資源予約メッセージ（ＲＲＭ（resource reservation message））２０２をアクセスポイント（ＡＰ）へ送信することによって開始される。

資源予約メッセージに応答して、局は、ＡＰがその局に割り当てた非ゼロのシーケンスインデックス値（ＳＩＶ）および動的送信継続期間（ＴＸＤＴ）を受信する。例えば、１のＳＩＶは、ＣＦＰにおける第１の利用可能なスロットに関連した時刻に対応し、２のＳＩＶは、第２のスロットに対応する。以下同様である。このオペレーションの詳細については、図２に関してさらに詳細に説明する。

ＡＰは、物理チャネル２７０を介してビーコンメッセージ１０１でＳＩＶおよびＴＸＤＴをブロードキャストする。ビーコン１０１は、チャネル２７０が、ポイント調整フレーム間隔（ＰＩＦＳ（point coordination inter frame space））１０２よりも長い間、アイドルであった後に送信される。待つことによって、チャネルアクセスメッセージに対して、他のデータメッセージよりも高い優先順位が保証される。ＳＩＶは、競合するデータストリーム間のチャネルアクセス優先権を示す。

以下の説明では、本発明者らは、１つの局が一時に１つのデータストリームを送信するものと仮定する。しかしながら、本発明者らの方法は、局が同時に複数のデータストリームを送信することにも適用される。

各局は、ビーコン１０１を受信すると、バックオフカウンタをＳＩＶへ設定する。次いで、局は、以下のように、分散型ＣＳＭＡ／ＣＡと同様の方法ではあるが、依然として衝突のない方法でチャネルにアクセスしようと試みる。局は、チャネルを繰り返し検知し、チャネルがタイムスロット１０３についてアイドルであるごとにバックオフカウンタをディクリメントする。バックオフカウンタが０に達した後、局は送信を開始する。チャネルがビジーであると、チャネルがアイドルになるまで、局は、バックオフカウンタを一定値に維持する。

図１に示すプロトコル例では、局Ｓ１のストリームがＳＩＶ値１を有し、局Ｓ２の別のストリームがＳＩＶ値２を有する。したがって、局Ｓ１は、ＰＩＦＳのアイドル期間の後に１つのタイムスロットで自身のデータ１０４の送信を開始する。局Ｓ１は、チャネルにアクセスした後、最大ＴＸＤＴまで連続して送信することができる。短フレーム間隔（short inter frame space）１０６の後、データ１０４が正しく受信されたことに応答して、ＡＣＫ１０５がＡＰによって送信される。

局Ｓ２は、所定の継続時間の間、ネットワーク割り当てベクトル（ＮＡＶ（network allocation vector））１０７と呼ばれる自身の仮想キャリア検知インジケータを設定し、媒体を検知する時に、この情報を物理キャリア検知と共に使用する。このメカニズムによって、その局から「隠れた」局との衝突の可能性が削減される。局Ｓ２は、自身のバックオフカウンタをディクリメントしない。

局Ｓ２は、チャネルが再びアイドルであると検知された後、ＰＩＦＳ期間１０８でバックオフカウンタのディクメントを再開する。バックオフカウンタはこの時点で１であるので、局Ｓ２は、自身のデータ１１０を送信する前に、別のタイムスロット１０９のみを待つ。局Ｓ１は、局Ｓ２が送信している間に、自身のＮＡＶ１１１を設定することに留意されたい。

スケジューリングされたすべての送信が完了した後、または、ＡＰが自身を必要とみなすたびに、ＡＰは、ＣＦ−Ｅｎｄメッセージ１１２をブロードキャストして、非競合期間を終了し、すべての局は次の競合期間１１３に入る。

ＡＰは、観測されたチャネル使用量、トラフィックパターン、新しい資源予約要求等の情報に基づいて、各局のＳＩＶを周期的に調整する。例えば、重み付きラウンドロビンプロセスまたは重み付きフェアキューイングプロセスといったさまざまなＱｏＳ対応のスケジューラを適用して、ＳＩＶの計算を援助することができる。

ＡＰは、各データストリームのクレジット／デビットカウンタ２２０を使用して、各データストリームが使用する実際の送信時間を記録する。クレジット／デビット値は、データストリームのＳＩＶおよびＴＸＤＴを調整するのに使用される。ＳＩＶおよびＴＸＤＴも、システムのスループットを改善するのに適した高いデータレートで送信される。

［システム構造］
図２は、本発明によるＡＰの内部のＳＣＣＡのシステムおよび方法２００を示している。ＳＣＣＡは、資源要求（ＲＲＱ）ブロック２１０、クレジット／デビットカウンタ（ＣＤＣ）２２０、およびアクセスモニタ（ＡＭ）２３０を含む。これらは、資源割り当てエージェント（ＲＡＡ）２４０に接続されている。ＲＡＡは、ＳＩＶリスト（ＳＬ）２５０およびビーコンフォーマッタ２６０に接続されている。ビーコンフォーマッタ２６０は、物理チャネル２７０に接続されて、ビーコン１０１を周期的にブロードキャストする。

［システム動作］
資源要求ブロック２１０は、ＡＰに関連した局２０１から受信される資源予約メッセージ２０２を受信して処理する。このメッセージ２０２はＲＡＡ２４０へ渡される。

クレジット／デビットカウンタ２２０はカウント２２１を保持する。このカウント２２１は、ＳＩＶリスト２５０にエントリを有する各データストリームのチャネル使用量を反映する。

アクセスモニタは、チャネル２７０のチャネルアクセスを監視し、各データストリームの帯域幅使用量や送信レート等の統計値を収集する。ＡＭ２３０はこの情報をＣＤＣ２２０へ送信する。また、ＡＭは、レートしきい値２３１をＲＡＡ２４０へ提供する。

ＲＲＱからの入力、ＣＤＣからの入力、およびレートしきい値に基づいて、ＲＡＡ２４０は、ＳＩＶおよびＴＸＤＴを局２０１のデータストリームに割り当てる。また、ＲＡＡはトラフィックの監視も実行する。また、ＲＡＡはＳＩＶリスト２５０も保持する。

ビーコンフォーマッタ２６０は、ＳＩＶおよびＴＸＤＴをビーコン１０１に組み込んで、チャネル２７０を介してすべての局へブロードキャストする。

［シーケンスインデックス値（ＳＩＶ）］
ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｅ標準規格によると、ポーリング技法は、ＣＦＰの期間中、局とＡＰとの間の通信を調整するのに使用される。ＡＰにおけるラウンドロビンスケジューラは、ＱｏＳ規約および現在のデータストリーム情報に従ったＱｏＳを各データストリームに保証する。しかしながら、ポーリングはかなり大きなオーバーヘッドを招く。

本発明によるＳＣＣＡでは、本発明者らは、ＳＩＶを使用して、ポーリングメッセージをなくし、チャネル効率を劇的に増大させる。

従来技術のランダムアクセスと異なり、ＳＣＣＡは、データストリームのチャネルアクセスシーケンスを予め定義する。これらのデータストリーム間にチャネル衝突はなく、局は、ＳＩＶ値の順序でチャネルにアクセスする。本発明によると、ＡＰは、中央スケジューラの機能を実行し、ＳＩＶ情報をビーコンで分配するだけである。その後、データストリームは、各パケットの送信についてＡＰの相互作用なく、十分に分散された方法でチャネルにアクセスする。

従来技術の動的なＴＤＭＡをベースとした方式と比較して、ＳＣＣＡは、局が、キャリア検知を介してより柔軟な方法でチャネルにアクセスすることを可能にする。厳密なタイミングおよび予め決定されたタイムスロットの必要はない。さらに、ＳＣＣＡによると、いくつかの局が事前に割り当てられたスロットで送信するデータを有しない場合、他の局がそのチャネルにアクセスすることが可能になる。ＡＣＫメッセージによるシグナリングオーバーヘッドをさらに削減するために、ＳＣＣＡは、ブロックＡＣＫを使用して、数個のパケット送信が正しく受信されたことに確認応答することができる。

［動的送信継続期間（ＴＸＤＴ）］
また、ＳＣＣＡは、データストリームの変動を吸収するために、所与のデータストリームがそのパケットを送信するのに連続して使用できる時間数の長さも指定する。したがって、ＴＸＤＴは、チャネルアクセス継続時間を調整するのに使用される。ＴＸＤＴもビーコンで運ばれる。

異なるＣＦＰ期間中のデータストリームの変動を吸収するために、本発明者らは、ＣＦＰの期間中に各データストリームが使用する実際の時間Ｔの経過を追跡するカウント２２１を各データストリームについて保持する。データストリームの送信時間が、そのデータストリームに割り当てられたＴＸＤＴよりも小さい場合には、クレジット／デビットカウンタ２２０がそのカウントを一定に維持する。後続のＣＦＰでは、クレジット時間またはデビット時間がそのデータストリームのＴＸＤＴ設定に追加されるか、または、当該ＴＸＤＴ設定から差し引かれる。このように、本発明者らは、データストリームの固定されたＴＸＯＰ割り当てを、動的で調整可能なＴＸＤＴと取り替える。この方式は、長期間のＱｏＳ規約に備えるだけでなく、短期間のバースト性トラフィック、詳細には、可変ビットレートのデータストリームおよび可変サイズのパケットを有するストリームにも適合する。

また、本発明者らのＳＣＣＡ方法は、時々アイドルになるデータストリームもハンドリングすることができる。ｎ＜ｍとして、ＳＩＶｎからＳＩＶｍまでのすべてのデータストリームがアイドルであると、ＳＩＶｍ＋１を有する次のデータストリームは、多くとも（ｍ−ｎ＋１）個のタイムスロットの後にチャネルにアクセスする。

アイドルなデータストリームを絶えずハンドリングするために、ＡＰは、クレジット／デビットカウントを使用して、そのデータストリームのステータスを追跡する。カウンタが所定のしきい値を超えると、ＡＰは、ＳＩＶリスト２５０から対応するデータストリームを削除する。これとは対照的に、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準規格による従来技術のＨＣＣＡは、ポーリングメッセージの全交換の期間を使用して、アイドルなデータストリームを検出する。

［アクセス監視およびデータストリームポリシング］
また、各データストリームのクレジット／デビットカウント２２１は、準拠していないデータストリームを取り締まることにも使用される。データストリームがそのＱｏＳ規約に違反すると、実際の送信時間はそのＴＸＤＴ割り当てを超えることになる。この差が指定されたしきい値よりも大きい場合、ＡＰは、逸脱した局の新しいＳＩＶをブロードキャストすることによりそのデータストリームのチャネルアクセスを一時的に拒否して、他のデータストリームを補償する。最悪の場合、ＡＰは、準拠しないストリームを生成する局へ切断（de-association）メッセージを送信することによって、データストリームを切断することができる。

［マルチレートサポート］
ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格は、物理レイヤ２７０においてマルチレート機能を指定する。各局は適切な伝送レートを選択することができる。この適切な伝送レートは、感知されたＳＮＲに最もよく適合するものである。この特徴は、適切に使用されると、全体的なチャネル効率を大幅に改善するのに活用することができる。

ＳＣＣＡでは、本発明者らは、この物理レイヤの特徴を利用する２つのメカニズムを使用する。その目的は、システムスループットを改善すると同時に、各データストリームにその長期間のＱｏＳを保証することである。

ＳＣＣＡでは、ＡＰはレートしきい値Ｒｔｈを保持する。良好なチャネル状態、すなわち比較的高いＳＮＲを感知した局は、Ｒｔｈよりも高いレートで送信することができる。一方、良好でないチャネル状態のためにＲｔｈよりも低いレートで送信する局は、チャネルアクセスを一時的に拒否される。したがって、ＳＣＣＡは、送信については、低いレートの局よりも高いレートの局を優遇する。

局は、最良のチャネル状態下にある場合にのみチャネルにアクセスするので、全体的なシステムスループットは大幅に増加する。さらに、ＴＸＤＴメカニズムは、マルチレート機能による短期間のトラフィック変動およびチャネル変化を吸収する柔軟性も提供する。ＴＸＤＴは、各局による実際のアクセス時間を記録し、クレジット／デビットメカニズムを用いて、ＱｏＳの長期間の契約時間を提供する。

［下りリンクトラフィックのハンドリング］
下りリンクのデータストリームの場合、ＡＰは、チャネルにアクセスする前にＰＩＦＳ期間の間だけ延期することによって、チャネルアクセスよりも優先権を有する。したがって、ＡＰは、対応するＱｏＳ契約に従って下りリンクのデータを送信することができる。非競合期間の間であっても、予約されたデータストリームは、ＰＩＦＳ期間に自身のバックオフタイマ値を加えた時間の間待たなければならないので、ＡＰは、いつでもチャネルにアクセスすることができる。したがって、下りリンクのデータストリームは、ＱｏＳサポートを容易に提供することができる。

［後方互換性］
本発明によるＳＣＣＡは、ＤＣＦメカニズムおよびＥＤＣＡメカニズムによって統制される従来技術のランダムアクセスと完全な互換性を有する。また、ＳＣＣＡ方法は、制御アクセス期間（ＣＡＰ（controlled access period））をＣＰに組み込んで、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準規格に従い局へポーリングメッセージも送信する。

［ＳＩＶおよびＴＸＤＴ情報の分配］
本発明者らのＳＣＣＡでは、ＳＩＶおよびＴＸＤＴは、ビーコンで周期的にブロードキャストされる。ＳＩＶは、データストリームのシーケンス番号しか含まないので、ＳＩＶフィールドの長さは、ＳＩＶリスト２５０に受け入れられたデータストリームの最大数に依存する。マルチメディアアプリケーションは、それらのトラフィックパターンに応じて異なるサービス時間を必要とすることがあるので、ＴＸＤＴフィールドは、送信継続時間を指定することによって、このような異種性を吸収する。

本発明を好ましい実施の形態の例として説明してきたが、本発明の精神および範囲内において、他のさまざまな適応および変更を行えることが理解されよう。したがって、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このようなすべての変形および変更を網羅することである。

本発明によるＳＣＣＡのタイミング図である。 本発明によるＳＣＣＡ方法のブロック図である。

Claims (13)

1. 共通無線チャネルによって接続された複数の局およびアクセスポイントを含むネットワークにおいてチャネルにアクセスする方法であって、
   アクセスポイントへデータストリームを送信するための、局によるチャネルへのアクセスを要求すること、
   前記アクセスポイントにおいて、前記データストリームに、競合するデータストリーム間のチャネルアクセス優先権、および非競合期間における利用可能なスロットに関連した時刻を示すシーケンスインデックス値を割り当てること、
   前記アクセスポイントから前記シーケンスインデックス値をブロードキャストすること、
   非競合期間中に、前記局によって受信された前記シーケンスインデックス値に対応する時刻に、前記局から前記アクセスポイントへ前記データストリームを送信すること
   を含むチャネルにアクセスする方法。
2. 前記アクセスポイントにおいて、動的送信継続期間を前記データストリームに割り当てること、
   前記アクセスポイントから前記動的送信継続期間をブロードキャストすること、
   前記局から、前記動的送信継続期間に対応する連続時間の間、前記データストリームを送信すること
   をさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記局は、複数のデータストリームを送信するためのアクセスを要求し、異なるシーケンスインデックス値が前記局によって送信される各データストリームに割り当てられる、請求項１に記載の方法。
4. 前記データストリームによるチャネル利用に従って前記シーケンスインデックス値を周期的に調整すること、
   前記局と前記アクセスポイントとの間の前記チャネルの状態に従って前記シーケンスインデックス値を周期的に調整すること
   をさらに含む請求項１に記載の方法。
5. 前記データストリームによるチャネル利用に従って前記動的送信継続期間を周期的に調整すること、
   前記局と前記アクセスポイントとの間の前記チャネルの状態に従って前記動的送信継続期間を周期的に調整すること
   をさらに含む請求項２に記載の方法。
6. 前記シーケンスインデックス値および前記動的送信継続期間は、前記アクセスポイントによって周期的にブロードキャストされるビーコンに含まれる、請求項２に記載の方法。
7. 前記調整することは、前記データストリームに関連したサービス品質規約に従う、請求項４に記載の方法。
8. 複数のパケットが、前記動的送信継続期間の間に送信され、
   前記アクセスポイントによって、前記複数のパケットが正しく受信されたことに単一の確認応答パケットで確認応答すること
   をさらに含む請求項２に記載の方法。
9. 前記チャネルの状態に従って前記データストリームにデータレートを割り当てること
   をさらに含む請求項１に記載の方法。
10. 複数の局が、前記チャネルへのアクセスを同時に要求し、各局によって送信される各データストリームには、異なるシーケンスインデックス値が割り当てられる、請求項１に記載の方法。
11. 衝突検知する方式であり、ランダムアクセスする方式を使用して、前記シーケンスインデックス値に対応する時刻に前記チャネルへのアクセスを取得すること
    をさらに含む請求項１に記載の方法。
12. 複数の局が、複数のデータストリームを送信するためのアクセスを要求し、それぞれが前記複数のデータストリームを送信する順序に対応する異なるシーケンスインデックス値が、複数のデータストリームのそれぞれに割り当てられる、請求項１に記載の方法。
13. 共通無線チャネルによって接続された複数の局およびアクセスポイントを含むネットワークにおいてチャネルにアクセスするシステムであって、
    アクセスポイントへデータストリームを送信するための、局によるチャネルへのアクセスを要求する手段と、
    前記アクセスポイントにおいて、前記データストリームに、前記シーケンスインデックス値は、競合するデータストリーム間のチャネルアクセス優先権、および非競合期間における利用可能なスロットに関連した時刻を示すシーケンスインデックス値を割り当てる手段と、
    前記アクセスポイントから前記シーケンスインデックス値をブロードキャストする手段と、
    非競合期間中に、前記局によって受信された前記シーケンスインデックス値に対応する時刻に、前記局から前記アクセスポイントへ前記データストリームを送信する手段と
    を備えるチャネルにアクセスするシステム。

Images