JP5106535B2 - 無線ネットワーク - Google Patents

Description

本発明は、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アーキテクチャを有する無線ネットワーク及びこのような無線ネットワークのための方法に関する。特に本発明は、ある規格、例えばＩＥＥＥ８０２規格のファミリーによる規格、特にＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ規格８０２.１１に基づく無線ネットワークに関する。

無線ネットワークにおいて、無線媒体が幾つかの装置間で共有されている。安価な装置の場合、単一の無線だけが利用可能である。さらに、人口密集地域において、単一の周波数チャンネルだけしか利用可能ではない。無線メッシュネットワークは、無線ネットワークの範囲を拡大し、シームレスなサービスエリアを提供するのに役立つ。単一の周波数チャンネルの場合、前記無線メッシュネットワークの局及びエンティティは、前記無線媒体の同じチャンネルを共有している。しかしながら、この無線メッシュネットワークは、全ての局の集合トラフィックを坦持している。これはネットワークの貧弱な性能又は信頼性の低下となる。

本発明の目的は無線ネットワーク、並びに性能が向上、特に信頼性が向上した上記無線ネットワークのための方法及び装置を提供することである。

本目的は、請求項１において定義されるような無線ネットワーク、請求項７において定義されるような方法及び請求項１１において定義されるようなメッシュ装置により解決される。本発明の有利な展開は、従属請求項に述べられている。

集中制御機能(PCF: point coordination function)は、無競合期間(contention-free period)中のフレーム転送を制御する。通常、この無競合期間は競合期間と交互に起こる。前記メッシュ装置は無競合期間中に通信することを可能にする事実により、これらメッシュ装置間におけるメッシュネットワークの優先順位付け(priorization)が達成される。

無競合期間を開始するビーコンが繰り返されることが有利である。非メッシュ装置は、この繰り返し間隔中に送信することが許可されないので、これらの期間において、無線媒体はメッシュ装置だけの間で共有される。他の非メッシュ装置は黙っている。

前記メッシュ装置は、前記無競合期間の一部であるメッシュ無競合期間中に通信することを可能にすることが有利である、これは、前記メッシュ装置間の通信が前記無競合期間の一部に限られる利点を持つ。これにより、メッシュ無競合期間の時間は、メッシュ装置間において交換される実際のデータ量に従って動的に適合することが有利である。これはネットワークの性能がさらに向上することができる利点を持つ。

前記メッシュ無競合期間はビーコンに従うことが有利である。必要であれば、これは前記メッシュ装置がビーコンの受信後直ちに無線媒体にアクセスできる利点を持つ。

前記ビーコンは、メッシュ装置が告知される今度の無競合期間を無視できるかをメッシュ装置に示すメッシュ無競合期間告知フラグ(mesh contention-free period annoucement flag)を有すること、及びメッシュ装置が前記メッシュ無競合期間告知フラグの実際の設定に基づいて通信することを可能にすることが有利である。必要であれば、これは前記メッシュ装置がポーリング送信することをただ可能にする利点を持つ。このとき、ポーリング方式に基づく無競合の転送プロトコルがメッシュ装置及び非メッシュ装置の両方に適用される。これが幾つかの状況における無線ネットワークの信頼性及び／又は有用性を向上させることができる。これにより、メッシュ無競合期間告知フラグは、無競合期間又はメッシュ無競合期間中のメッシュ装置の特定の部分間の通信を可能にするように、１つ以上の特定のメッシュ装置に関して設定されてもよい。

前記ネットワークは、基本サービスセット及び分散システムを有すること、基本サービスセットの各々は、アクセスポイントではない局と同様にアクセスポイントを有すること、データは、前記基本サービスセットの各々と前記分散システムとの間をこの基本サービスセットに属するアクセスポイントを介して移動すること、並びにアクセスポイントではない前記局は、非メッシュ装置として動作していることが有利である。これは、前記アクセスポイントが分散システムであるメッシュネットワークを構築する、及び局であってもよい前記アクセスポイントは、少なくとも前記無競合期間又はメッシュ無競合期間中は非メッシュ装置よりも優先される利点を持つ。このようなメッシュネットワークは、無線ＬＡＮ又は前記アクセスポイントが無競合期間中に少なくとも無線チャンネルにアクセスする他のメッシュネットワークでもよい。

前記装置はＮＡＶ(network allocation vector)を有することが有利である。非メッシュ装置のＮＡＶは、アクセスポイントにより送信されるビーコンを介して設定されることができる。このとき、このアクセスポイントに関連する非メッシュ装置は、アクセスポイントにより示される時に夫々のＮＡＶを事前に設定する。前記ビーコンは、ビーコンを取り逃がした非メッシュ装置も夫々のＮＡＶを設定するように定期的に告知される。故に、非メッシュ装置は、無競合期間又はメッシュ無競合期間により定められた期間中は前記チャンネルへアクセスしようとはしない。

さらに、メッシュ装置間のフレーム交換は、本質的に繰り返されるビーコンの無競合期間に配されることが有利である。ビーコンが繰り返されるので、隣接するメッシュ装置は、非メッシュ装置が通信していない特定期間について事前に分かっている。従って、メッシュ装置は、これらメッシュ装置の隣接する装置との連続するフレーム交換のために、これらの期間を好むことが有利である。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例から明らかであり、これら実施例を参照して説明される。

本発明の実施例による無線ネットワークの概略図を示す。 本発明に実施例による無線ネットワークの局間のリンクを描く。 本発明の実施例による無競合期間及び競合期間の交替を示す。

本発明は、添付の図面を参照して行われる本発明の好ましい実施例の以下の説明から容易に理解される。

図１は、本発明の実施例による無線ネットワーク１の概略的アーキテクチャを示す。無線ネットワーク１は、ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ規格８０２．１１のような規格及びＩＥＥＥ８０２．１１ｓＥＥＳのような他の発展に従うネットワークに使用されることができる。無線ネットワーク１及びこの無線ネットワーク１のための方法は適用可能であるが、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）に限定される。無線ネットワーク１及びこの無線ネットワーク１のための方法は、無線通信システムの一部である又は無線通信システムを構築する。これにより、無線ネットワーク１は、無線又は有線ネットワークである他のネットワークと結合されてもよい。

無線ネットワーク１のアドレス可能単位は、局２、３、４、５である。局２から５の各々は、メッセージ送信先であるが、一般的に固定位置にはいない。これら局２から５は、移動型又は携帯型でもよい。ここで携帯型の局は、あちこちに移動するが、固定位置にいる間だけ使用され、移動型の局は、移動中無線ネットワーク１へ実際にアクセスする。しかし、伝播効果は、この伝播効果のせいで固定局が移動型であるようにしばしば見えてしまうように、携帯型及び移動型の局２から５の間の識別を難しくする。

無線ネットワーク１のアーキテクチャは、上位層への局の移動性に対応する無線ＬＡＮ又はそのようなものを提供するために相互作用する幾つかの構成要素を有する。無線ネットワーク１は、局２、３を有する基本サービスセット６、及び局４、５を有する基本サービスセット７を有する。これら基本サービスセット６、７は互いに独立している。これら基本サービスセット６、７の各々は、唯一前記ＬＡＮが必要とされている限り、事前に計画せずに形成されるので、このネットワークの形式はアドホック(ad-hoc)ネットワークとして見られる。

局２、３と基本サービスセット６との関連は動的である。局２、３はオフになったり又は範囲外に出たりする、及び他の局はオンになったり又は範囲内に入ったりする。基本サービスセット７の特徴は、基本サービスセット６の特徴とほぼ同じである。

無線ネットワーク１は、分散システム８を有する。前記局２から５とそれら局夫々の基本サービスセット６、７との間にある動的な関連は、異なる基本サービスセット６、７の局２、５の間の通信を可能にするための分散システム８を含む理由である。故に、分散システム８は、異なる基本サービスセット６、７の局２、５の間に接続している。データは、アクセスポイント１０を介して基本サービスセット６と分散システム８との間を移動する。さらにデータは、アクセスポイント１１を介して基本サービスセット７と分散システム８との間も移動する。これにより、アクセスポイント１０、１１の各々は、局３、４として働くのに加え、分散システムサービスを提供することにより、分散システム８へのアクセスを提供する局（故に夫々局３及び４）である。従って、無線ネットワーク１の各アクセスポイント１０、１１は、局３、４でもあるが、アクセスポイントではない局２、５でもある。

分散システム８と複数の基本サービスセット６、７との結合は、任意のサイズ及び複雑さの無線ネットワーク１を作り出すことを可能にする。このような形式の無線ネットワーク１は、拡張型のサービスセットネットワーク１とも呼ばれ、この実施例は図２に示される。

図２は、本発明の実施例による無線ネットワーク１の構成要素間のリンクを概略的に示す。この実施例において、基本サービスセット６は、局２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、３を有する。基本サービスセット７は、５、５Ａを有する。他の基本サービスセット１２は、１３、１３Ａ、１３Ｂを有し、ここで局１３は基本サービスセット１２に関連するアクセスポイント１４でもある。基本サービスセット１５は、１６、１６Ａ、１６Ｂを有し、ここで局１６はアクセスポイント１７でもある。さらに、基本サービスセット１８は、１９、１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄを有し、ここで局１９はアクセスポイント２０でもある。前記アクセスポイント１０、１１、１４、１７、２０は、分散システム８を介して互いに通信する。

基本サービスセット６、７、１２、１５、１８は、連続するサービスエリアが達成されるように、部分的に重複することができる。さらに、基本サービスセット６、７、１２、１５、１８は物理的にバラバラである。さらに、基本サービスセット６、７、１２、１５、１８のうち少なくとも２つは物理的に連結され、冗長性を提供する。

無線ネットワーク１は、少なくとも２つのサービスのカテゴリー、つまり局サービス及び分散システムサービスを提供する。局サービスは、例えば基本サービスセット６の局２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、３の間のような、基本サービスセット内にある局間のＭＡＣサービスデータユニット（ＭＳＤＵ）の伝送を支援するサービスのセットである。故に、例えば基本サービスセット６の局２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、３は直接互いに通信することができる。

分散システムサービスは、無線媒体の代わりに１つの局を介して互いに直接では通信していない局間において、媒体アクセス制御がＭＡＣサービスデータユニットを伝送することを可能にする分散システム８により提供されるサービスのセットである。例えば、基本サービスセット６の局２から基本サービスセット７の局５へ送られるデータメッセージを考えてみる。このデータメッセージは、局２から送られ、入力アクセスポイント１０である局３により受信される。このアクセスポイント１０は、前記メッセージを分散システム８の分散システムサービスに転送する。この分散システム８の分散システムサービスは、局５を有する基本サービスセット７に関連する出力アクセスポイント１１である局４にデータメッセージが到達するように、分散システム８内にデータメッセージを送出する。

分散システム８内に前記データメッセージを送出するために、前記分散システムサービスは、局５の基本サービスセット７に関連する適切なアクセスポイント１１に関する情報を必要とする。そのために、基本サービスセット７の各局４、５をアクセスポイント１１に関連付ける関連付けサービスが用いられ、ここで前記局４、５の各々は、ただ１つのアクセスポイント、この場合ではアクセスポイント１１に関連付けられることができる。

無線ネットワーク１のための媒体アクセス制御アーキテクチャが供給される。この媒体アクセス制御アーキテクチャは、分散制御機能（ＤＣＦ）及び集中制御機能（ＰＣＦ）を組み込んでいる。

分散制御機能は、搬送波感知多重アクセス／衝突回避方式（ＣＳＭＡ／ＡＣ方式）である基本的アクセス方法である。この分散制御機能は、全ての局２〜５Ａ、１３〜１３Ｂ、１６〜１６Ｂ、１９〜１９Ｄに組み込まれている。例えば送信するための局２にとって、もう１つの局２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、３が送信を行っているかを判断するために、局２は最初に前記媒体を感知する。この媒体がビジーだと判断されない場合、送信が続行する。他方、前記媒体がビジーだと判断される場合、局２は現在の送信が終わるまで遅延させる。遅延後、すなわち成功した送信の後すぐ再び送信しようとする前に、前記局２は、前記媒体がアイドル状態である間、ランダムなバックオフ時間を選び、このバックオフ時間カウンタを減じる。

集中制御機能は、局２〜５Ａ、１３〜１３Ｂ、１６〜１６Ｂ、１９〜１９Ｂのどれが送信権を現在持っているかを判断するために、基本サービスセット６、７、１２、１５、１８のアクセスポイント１０、１１、１４、１７又は２０で動作するＰＣ(point coordinator)を用いる。この動作はポーリングの動作であり、ＰＣがポーリングマスターの役割を行う。この集中制御機能の動作は、アプリケーションに応じて、多重集中制御される基本サービスセット６、７、１２、１５、１８が同じチャンネルで動作している場合、効率的な動作を可能にするために、追加の制御を必要とする。

集中制御機能は、アクセス優先権手法を用いた仮想搬送波感知手法を使用し、局２〜５Ａ、１３〜１３Ｂ、１６〜１６Ｂ、１９〜１９ＤにＮＡＶを設定することにより前記媒体を制御するために、ビーコン管理フレーム内の情報を配信する。集中制御機能は、無競合アクセスプロシージャを可能にするために、アクセス件を供給する。これにより、集中制御機能は、特定期間中の競合を解消するために、フレーム送信を制御する。

図３は、本発明の実施例による無線ネットワーク１のための方法を説明する。図３は、無競合期間３０及び競合期間３１を示す。これにより、タイミングｔ０からタイミングｔ４までの期間は、無競合繰り返し期間３２により規定される。無競合期間３０は、ビーコン３２から始まる。このビーコン３２は、メッシュ無競合期間３３が続く。このメッシュ無競合期間３３は、タイミングｔ１で始まり、タイミングｔ２で終わる。ビーコン３２から始まる無競合期間３０は、タイミングｔ０で始まり、タイミングｔ３で終わる。メッシュ無競合期間３３が前記無競合期間３０の一部であるように、タイミングｔ１及びタイミングｔ２は、無競合期間３０内にある。メッシュ無競合期間３３の終わりがさらに無競合期間３０の終わりｔ３に等しくなり得ることも述べておく。この場合、ｔ２＝ｔ３である。タイミングｔ１とｔ２との間にある期間ｄは、メッシュ無競合期間３３の期間ｄであり、固定又は可変とすることができる。

集中制御機能は、前記無競合期間３０の間に無競合フレーム転送を提供する。従って、ＰＣはアクセスポイント１０、１１、１４、１７、２０にある。これにより、アクセスポイント１０、１１、１４、１７、２０の各々がＰＣとなることはオプションである。全ての局２〜５Ａ、１３〜１３Ｂ、１６〜１６Ｂ、１９〜１９Ｄは、分散制御機能に基づく、集中制御機能の媒体アクセス規則に従うこと、及びアクセスポイントではない局２〜２Ｃ、５、５Ａ、１３Ａ、１３Ｂ、１６Ａ、１６Ｂ、１９Ａ〜１９Ｄは、ビーコン３２から始まる無競合期間３０の始めにこれら局のＮＡＶを設定する。アクセスポイント１０、１１、１４、１７、２０である局３、４、１３、１６、１９はビーコン３２に注意する。ビーコン３２は、アクセスポイントが告知される今度の無競合期間３０を無視できるかをこれらアクセスポイントに示すメッシュ無競合期間告知フラグ３４を有する。これらアクセスポイントが前記無競合期間３０を無視できる場合、アクセスポイント１０、１１、１４、１７、２０は、前記メッシュ無競合期間３３の間、通信することを可能にする。これにより、前記メッシュ無競合期間告知フラグ３４は、個々のアクセスポイント、例えばアクセスポイント１０のみに設定してもよい。

ビーコン３２におけるメッシュ無競合期間告知フラグ３４の実施は単なるオプションであること、及びアクセスポイント１０、１１、１４、１７、２０間の通信は、全てのメッシュ無競合期間３３の間に可能となることを述べておく。さらに、メッシュ無競合期間３３が無競合期間３０と同一であってもよい。

ビーコン３２は、定期的に繰り返され、ここで繰り返し率は無競合繰り返し間隔２９により規定される。故に、アクセスポイント１０、１１、１４、１７、２０は、これらアクセスポイントが繰り返し発生するメッシュ無競合期間３３にコンテンツを送信することを事前に分かっている。これにより、アクセスポイントは、連続するフレーム交換のためのこの期間を好む。

無競合期間３０の間、ポーリング送信が可能であることを述べておく。例えば、基本サービスセット６のアクセスポイント１０は、局２〜２Ｃからの送信をポーリングする。しかし、局２〜２Ｃによるポーリングされていない送信は、局２〜２Ｃにおける夫々のＮＡＶの設定のおかげで無競合期間３０の間は防がれる。これにより、ビーコン３２が繰り返されるという事実により、局２〜２Ｃは、これら局がビーコン３２を取り逃がした場合でさえも、これら局のＮＡＶを設定することもある。

説明される実施例において、アクセスポイント１０、１１、１４、１７、２０は、分散システム８であるメッシュネットワークを構築する。故に、この場合アクセスポイント１０、１１、１４、１７、２０はメッシュ装置と見なされる。従って、残りの局２〜２Ｃ、５、５Ａ、１３Ａ、１３Ｂ、１６Ａ、１６Ｂ、１９Ａ〜１９Ｄは、非メッシュ装置と見なされる。このアーキテクチャは、分散システム８の性能が向上したという利点を持つ。

アプリケーションに応じて、他のアーキテクチャも可能である。例えば、基本サービスセット６、７、１２、１５、１８内にメッシュネットワークが構築されてもよい。例えば、基本サービスセット６において、前記局２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、３の一部又は全てがメッシュネットワークを構築するためのメッシュ装置と見なされてもよい。このとき、基本サービスセット６の前記局２〜３の間における通信は優先順位付けされる。

無線ネットワーク１及びこのような無線ネットワーク１のための装置は、非メッシュ装置である時代に合わなくなった局が無線媒体に負荷をかけすぎるので、単一の周波数だけが利用可能である場合に特に有用である。これら時代に合わなくなった局は、これら局の積極的なチャンネルアクセスが無線ネットワーク１の容量を不足させるような輻輳を取り扱うための如何なる手段も組み込んでいない。この無線ネットワーク１は、高い信頼性及び向上した性能が達成されるように、非メッシュ装置にわたるメッシュ装置の優先順位付けを可能にする。

本発明の例示的な実施例が開示されていたとしても、本発明の意図及び範囲から外れることなく本発明の利点の幾つかを達成する様々な変更及び修正が行われ得ることは、当業者には明らかである。本発明の概念に対するこのような修正は、付随する特許請求の範囲により保護されると意図し、この特許請求の範囲において、参照符号が本発明の範囲を制限するとはみなさない。さらに、明細書及び付随する特許請求の範囲において、"有する"という意味は、他の要素又はステップを排除するとは考えるべきではない。さらに、複数で表現していないことが、それが複数あることを排除するのではなく、単一のプロセッサ又は他のユニットが請求項に列挙した幾つかの手段の機能を果たしてもよい。

Claims (15)

1. メッシュ装置及び非メッシュ装置を有する無線ネットワークにおいて、
   少なくとも集中制御機能をアクセス方法として組み込んでいる媒体アクセス制御アーキテクチャが供給され、
   前記集中制御機能は、前記非メッシュ装置によるポーリングされていない送信が防がれるように、ビーコンを用いて無競合期間を開始し、
   前記メッシュ装置は、前記無競合期間の少なくとも一部の間中に通信することを可能にされ、
   前記メッシュ装置は、前記無競合期間の一部であるメッシュ無競合期間中に通信することを可能にされ、
   前記ビーコンは、前記メッシュ装置が告知される今度の無競合期間を無視できるかを示すメッシュ無競合期間告知フラグを有し、及び
   前記メッシュ装置は、前記メッシュ無競合期間告知フラグの実際の設定に基づいて通信することを可能にされる、
   無線ネットワーク。
2. 前記メッシュ無競合期間告知フラグが、前記無競合期間又は前記メッシュ無競合期間中の前記メッシュ装置の特定の部分間の通信を可能にするように、１つ以上の特定のメッシュ装置に関して設定され得る、請求項１に記載の無線ネットワーク。
3. 前記メッシュ装置が前記無競合期間を無視できる場合、前記メッシュ装置が前記メッシュ無競合期間の間通信することを可能にされる、請求項１に記載の無線ネットワーク。
4. 前記メッシュ無競合期間は、前記ビーコンに従っていることを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワーク。
5. 前記メッシュ無競合期間が前記ビーコンの直後に続く、請求項４に記載の無線ネットワーク。
6. 基本サービスセット及び少なくとも分散システムを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークにおいて、
   前記基本サービスセットの各々は、メッシュ装置であるアクセスポイント及びアクセスポイントではない局を有し、
   データは、前記基本サービスセットの各々と前記分散システムとの間を前記基本サービスセットに属する前記アクセスポイントを介して移動し、並びに
   アクセスポイントではない前記局は、非メッシュ装置として動作している
   無線ネットワーク。
7. 前記アクセスポイントは、前記無競合期間中に少なくとも無線チャンネルにアクセスすることを特徴とする請求項６に記載の無線ネットワーク。
8. 少なくとも集中制御機能をアクセスプロシージャとして組み込んでいる媒体アクセス制御アーキテクチャを有する無線ネットワークのための方法において、
   非メッシュ装置によるポーリングされていない送信を防ぐために、ビーコンを用いて無競合期間を開始するステップであって、前記ビーコンは、前記メッシュ装置が告知される今度の無競合期間を無視できるかを示すメッシュ無競合期間告知フラグを有するステップ、及び
   前記無競合期間の一部であるメッシュ無競合期間の間中にメッシュ装置に対し通信を可能にするステップ
   を有し、
   前記メッシュ装置は、前記メッシュ無競合期間告知フラグの実際の設定に基づいて通信することを可能にされる、
   方法。
9. 前記メッシュ無競合期間告知フラグが、前記無競合期間又は前記メッシュ無競合期間中の前記メッシュ装置の特定の部分間の通信を可能にするように、１つ以上の特定のメッシュ装置に関して設定され得る、請求項８に記載の方法。
10. 前記ビーコンを用いて、前記非メッシュ装置のＮＡＶを設定するステップを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. メッシュ無競合期間の時間ｄは、前記メッシュ装置間において交換される実際のデータ量に従って動的に適合されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
12. 前記メッシュ装置間におけるフレーム交換は、繰り返されるビーコンから始められる無競合期間に本質的に配されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
13. 少なくとも集中制御機能をアクセス方法として取り込んでいる媒体アクセス制御アーキテクチャを供給する無線ネットワークのためのメッシュ装置において、
    前記メッシュ装置は、前記非メッシュ装置によるポーリングされていない送信が防がれるように、ビーコンを用いて前記集中制御機能により開始される前記無競合期間の一部であるメッシュ無競合期間の間中に通信することを可能にされ、
    前記ビーコンは、前記メッシュ装置が告知される今度の無競合期間を無視できるかを示すメッシュ無競合期間告知フラグを有し、及び
    前記メッシュ装置は、前記メッシュ無競合期間告知フラグの実際の設定に基づいて通信することを可能にされる、
    メッシュ装置。
14. ＮＡＶを特徴とする請求項１３に記載のメッシュ装置において、前記ＮＡＶは、前記無競合期間又は前記無競合期間の少なくとも一部である前記メッシュ無競合期間に設定されないメッシュ装置。
15. ＮＡＶを特徴とする請求項１３に記載のメッシュ装置において、前記ＮＡＶは、前記ビーコンの前記メッシュ無競合期間告知フラグが設定されるとき、前記無競合期間又は前記無競合期間の少なくとも一部である前記メッシュ無競合期間に設定されないメッシュ装置。

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