JP5106852B2 - ダイナミックフラグメンテーション閾値調整機能を備えるワイヤレスデバイス - Google Patents

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Description

本発明は、ワイヤレスネットワークにおける通信に関する。特に、本発明は、ワイヤレスネットワークにおける動的（ダイナミック）フラグメンテーション（分割（断片化））閾値調整機能（dynamic fragmentation threshold adjustment）に関する。
ワイヤレス通信は、ユーザが、デスク又は線（ワイヤ）に拘束されることなく自由に移動することを可能にするため、非常に普及している。しかしながら、ユーザは、より高い性能及び自身のワイヤレスデバイスとのより優れた通信を継続的に要望している。従って、ワイヤレスデバイスの性能（特性）を改善する技術は、極めて有用であり、高い商用価値を有し得る。改善され得る一つの局面は、メッセージがデバイスの間で効率的に通信され得るようにメッセージは分割（断片化）される方法と関連する。
802.11ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ（Wireless Local Area Network））標準規格のようなワイヤレス通信標準規格において、フラグメンテーションと称される技術は、大きなメッセージが、デバイスの間で効率的に送信され得るように、大きなメッセージをより小さなフラグメント（断片）に分割する。通常、フラグメント長は固定されるが、フラグメントが長くなるほど、当該フラグメントは通信中に破損させられる可能性が高くなる。他方、より短いフラグメント長は、システムのスループットを減少させるより多くの送信及び肯定応答ラウンド（巡回）並びにより大きなオーバヘッドを意味する。従って、チャネル条件（コンディション）が良好になる場合、より長いフラグメント長はシステムスループットを増大させるであろう。手動でフラグメントサイズを修正するためのいくつかの技術又はフラグメントサイズを動的に修正するためのいくつかの技術は当業者に知られているが、これらの技術は、フラグメント長を最適化するために有用になり得るあるチャネルパラメータ及び変数を十分に考慮していない。
802.11規格（スペック）において、メディアアクセス制御（MAC（media access control））サービスデータユニット（MSDU（media access control service unit））を、より小さなMACレベルフレーム、MACプロトコルデータユニット（MPDU（MAC protocol data unit））に分割する標準的なフラグメンテーションプロセスを示すために図１がもたらされている。チャネル特性がより長いフレームの受信確実（信頼）性を制限する場合、MSDU又はMMPDUの正常な送信の確率を高めることによって確実性を向上させるため、フラグメンテーションは元のMSDU長よりも短いMPDUを生成する。
本発明は、特に802.11WLAN規格の下でフラグメント長を最適化するための技術に向けられる。
本発明は、特定された問題に対処すると共に、動的フラグメンテーション閾値を備えるワイヤレス通信デバイスをもたらす。この動的設定は、ワイヤレス通信デバイスが、ワイヤレス通信チャネルの特性（質）に基づいて、最適化されたスループットを達成することを可能にする。
ワイヤレス通信デバイスは、プロセッサとデータを通信するように構成される入力／出力端子を有する。メモリは、ワイヤレス通信プロトコルに関連したパラメータを記憶するように構成される。モデムは入力／出力端子及びメモリに結合され、少なくとも部分的に、メモリに記憶されているパラメータに基づいて、他のモデムとワイヤレスチャネルに渡ってワイヤレスプロトコルを動作（演算）させるように構成される。論理回路はモデム及びメモリに結合され、ワイヤレスチャネル状態に関する情報を受信すると共にメモリにおける少なくとも一つのパラメータを更新するように構成される。本発明の一つの局面において、ワイヤレスプロトコルは802.11になる。
本発明の一つの局面において、メモリは、フラグメンテーション閾値を記憶するように構成され、モデムは、出力（送出）データパケットを組み立てる（構成する）ためにフラグメンテーション閾値を使用するように構成され、論理回路は、フラグメンテーション閾値を周期的に更新するように構成される。
本発明の一つの局面において、ワイヤレスチャネル状態に関連する情報は、受信器からのインパルス応答信号を含み、論理回路は、少なくとも部分的にインパルス応答信号に基づいてフラグメンテーション閾値を周期的に更新するように構成される。
本発明の一つの局面において、ワイヤレスチャネル状態に関連する情報は、受信器からのフレームエラーレート及びインパルス応答信号を含み、論理回路は、少なくとも部分的にフレームエラーレート及びインパルス応答信号に基づいてフラグメンテーション閾値を周期的に更新するように構成される。
本発明の利点は、通信パラメータ、例えばフラグメンテーション閾値の動的設定に起因するより高いワイヤレス通信スループットを実現する機能を含むことにある。当該動的設定は、分割されたパケット長を最適な閾値に設定（セット）することによって通信特性を向上させ、それによって、ワイヤレスリンク（接続部）に渡ってフレームエラーレートが低減される一方、スループットは向上させられる。
本発明は以下の図面を参照して記載されるであろう。
本発明は、特定の具体例を含み得る複数の実施例を参照して記載される。本発明は、本発明の最良の形態を記載することを意図しているが、他の同様の技法及び技術が、本発明を実行するように使用され得る。例えば、802.11ワイヤレスプロトコルは参照されるが、本発明において他のプロトコルが実現されてもよい。同様に、モデムパラメータを更新するための論理回路が参照される一方、本発明はプロセッサ又は他のデバイスによってソフトウエアでも実行され得る。
Ａ．ワイヤレスプロトコル規格（802.11）を使用するフラグメンテーション
図１に示されているように、メディアアクセス制御（MAC）デバイスは、直接MACサービスデータユニット（MSDU）又はMAC管理プロトコルデータユニット（MMPDU）を分割すると共に再度組み立ててもよい。当該フラグメントの各々は、ワイヤレスデバイスの間の通信におけるフレームと称される。フラグメンテーションは、802.11規格において詳細に記載されている。802.11規格は、IEEEウェブサイトhttp://www.ieee.orgにおいてインタネット上で入手可能である。しかしながら、当該規格は、フラグメンテーション閾値に基づいてフラグメンテーションを実行するための標準技術を記載するが、規格が、ここに記載のように、フラグメンテーション閾値を動的設定するための技法を特定するか、又は提案することはない。
図２は、本発明の実施例による例示的な802.11通信プロトコルを使用して二つのワイヤレスデバイス１０２及び１０４を示す簡略化されたブロック図である。例示的なデバイス１０２及び１０４は同じなので、デバイスの一つ、例えば１０２が参照される。ワイヤレス通信を管理するための論理回路及び通信パラメータを記憶するためのメモリ１１２に結合されるモデム１１０が構成される。本発明は、以下に詳細に記載されるように、通信特性を最適化するため論理回路がメモリにおいて動的にパラメータをセットすることを可能にする技法を使用する。
図３は、802.11規格による例示的なワイヤレスフレーム２００である。ここでフレームは、上記のフラグメントの一つを表している。モデム１１０はフラグメンテーションを実行し、メモリ１１２において記憶されるフラグメンテーション閾値に依存して、0-2312バイト長になり得るフレーム本体（ボディ）（frame body）を含むフレームを構成する。
Ｂ．チャネルパラメータ及びフラグメンテーション閾値計算
上記のように、論理回路１１４は、メモリ１１２において記憶されるフラグメンテーション閾値を周期的にセットする。図４及び５は、本発明の実施例によるモデムの内部機能ブロック図を示す。モデム１１０は複数のコンポーネント、例えば送信器及び受信器を含む。更にモデムは、デコーダ、デフレーマ（deframer）、及び等化器（equalizer）等を含む。これらのコンポーネントのいくつかは、ワイヤレスデバイス１０２と１０４との間の通信の特性（質）を示すためにチャネル関連情報をもたらし得る。例えば、フレームが他方のデバイスに正常に送信されるとき、受信器は肯定応答(ACK)信号（acknowledge signal）を受信するため、受信器はフレームエラーレート(FER)（frame error rate）だけでなく受信信号強度インジケータ(RSSI)（received signal strength indicator）ももたらし得る。同様に、等化器はチャネルを等化するためにチャネル歪効果（channel distortion effect）を補償するように動的にセットされるため、等化器はチャネルインパルス応答の特性をもたらし得る。組み合わされたこれらの信号は、モデム１１０によって生成されると共に論理回路１１４に入力されるチャネル状態を表している。
特に、問題となる信号は、(a)RSSI、(b)シンボルエネルギ、(c)入力（受信）FER、(d)出力（送出）FER、及び(e)インパルス応答エネルギを含む。本発明の一つの態様において、RSSIは受信器によって直接もたらされる。本発明の一つの局面において、（例えば、802.11において）シンボルエネルギはバーカーデコーダ（Barker decoder）から導き出される（もたらされる）。本発明の一つの局面において、入力FERはデコーダによってもたらされる。本発明の一つの局面において、出力FERは、正確に復号化（デコード）されたACK信号に基づいてデコーダによってもたらされる。本発明の一つの局面において、インパルス応答エネルギは等化器によってもたらされる。
等化器によってもたらされるインパルス応答に関するいくらかの記載を詳述することは有用になり得る。ワイヤレス受信器における等化器の主な役割は、受信信号がデコーダによって容易に復号化されるように送信信号に対してチャネル歪を補償又は等化することにある。この関係は、図６において、受信信号上で動作する等化器を示すチャートに示されている。等化された信号Y(n)は以下のように
Y(n) = X(n)*h(n)*w(n)
と記述される。ここで、X(n)は送信信号であり、h(n)はチャネルインパルス応答であり、w(n)は等化器のインパルス応答であり、*は畳込み（コンボリューション）演算である。
理想的なことに、送信信号についてのチャネル効果が等化器によって完全に補償され得る場合、出力信号Y(n)は遅延になり、X(n)の倍率変更（スケーリング）された形式になるべきである。これは、
h(n)*w(n)=Cd(n-m)
になることを意味しており、ここで、Ｃは（自動利得制御（オートマチックゲインコントロール（Automatic Gain Control））がシステムにおいて実現される場合、１として仮定され得る）定数であり、d(n)はクロネッカデルタ（Kronecker delta）関数であり、ｍは遅延である。
チャネルが有限インパルス応答（FIR(finite impulse response)）フィルタとしてモデリングされ得る場合、送信信号X(n)についてのチャネル効果Xが見積られ得ると共に、いくつかの測定基準を使用することによって等化器の重み（weight）が観測され得る。この場合、等化器の重みの電力をj=0乃至Nに対して
P = Σ |w(j)|2
として測定することが提案される。ここで、Nは等化器の重みw(j)の長さである。
Pの値が大きくなるほど、チャネルは弱くなる。長パケットを喪失するより大きな可能性があるため、本発明はより弱いチャネルに対してより低いフラグメンテーション閾値をセットするであろう。
フラグメンテーション閾値パラメータは、以下の例示的な式、すなわち
FrameN FragmentationThreshold（フレームN フラグメンテーション閾値） = f1(p1N-1 - p1N-2) + f2(p2N-1 - p2N-2) + f3(p3N-1 - p3N-2) + f4(p4N-1 - p4N-2) + f5(p5N-1 - p5N-2)
によって計算される。ここで、入力パラメータはp1= RSSI, p2=シンボルエネルギ, p3=入力FER, p4=出力FER、及びp5=インパルス応答エネルギであり、全ての関数f()は単調増加関数である。
Ｃ．演算の方法
図７は、本発明の実施例による発明性のある演算ステップを示すフローチャートである。ステップ５０２において、フラグメンテーション閾値は、工場で設定されるか、電源投入時にデフォルトによって設定されるか、ユーザによって設定されるか、又は他の手段によって設定される初期番号に設定（セット）される。ステップ５０４において、モデムは、ワイヤレス通信チャネルに関連するチャネル信号を生成する。ステップ５０６において、論理回路は、選択されたチャネル信号及び関数に基づいて新たなフラグメンテーション閾値を計算する。ステップ５０８において、論理回路は、メモリにおいてフラグメンテーション閾値パラメータを更新するので、送信フレーマはそれから、後続する（将来の）フレームを分割（断片化）するため当該パラメータを使用し得る。後続する計算を実行するため、又はある所望のパラメータのログ（log）を生成するため、論理回路は、所望される更なるパラメータを更新してもよい。
Ｄ．結論
本発明の利点は、通信パラメータ、例えばフラグメンテーション閾値の動的設定に基づいて、より高いワイヤレス通信スループットを達成する機能（能力）を含むことにある。当該動的設定は、分割されたパケット長を最適な閾値に設定（セット）することによって通信特性を向上させ、それによって、ワイヤレス接続部（リンク）に渡る喪失フレームが低減される一方でスループットは向上させられる。
例示的に実施例及び最適な形態が開示されているが、請求項によって規定される本発明の範囲内にある一方で、開示された実施例に修正及び変形がなされてもよい。
802.11通信プロトコル規格の下でのフラグメンテーションを示す図である。 本発明の実施例による例示的な802.11WLAN標準規格を使用する二つのワイヤレスデバイスを示す簡略ブロック図である。 802.11規格による例示的なワイヤレスフレーム構造体である。 本発明の実施例によるモデムの内部機能ブロック図を示す図である。 本発明の実施例による論理回路の内部機能ブロック図を示す図である。 本発明の実施例による受信信号上で動作する等化器を示すチャートである。 本発明の実施例による発明性のある演算ステップを示すフローチャートである。

Claims (8)

  1. プロセッサとデータを通信するように構成される入力／出力端子と、
    ワイヤレス通信プロトコルに関連する動的フラグメンテーション閾値を記憶するように構成されるメモリと、
    前記入力／出力端子及び前記メモリに結合され、前記メモリにおいて記憶されている、送信信号に対して等化器によって補償される際の遅延量を決定するためのワイヤレスチャネルの少なくともインパルス応答信号を基に変化する動的フラグメンテーション閾値に基づいて、少なくとも一つの他のモデムとワイヤレスチャネルに渡ってワイヤレスプロトコルを使用して通信するように構成されるモデムと、
    前記モデム及び前記メモリに結合され、ワイヤレスチャネル特性に関する情報を受信すると共に前記メモリにおける少なくとも一つのパラメータを更新するように構成される論理回路とを有するワイヤレス通信デバイス。
  2. 前記モデムは、出力データパケットを組み立てるために動的フラグメンテーション閾値を使用するように構成され、前記論理回路は、前記動的フラグメンテーション閾値を周期的に更新するように構成される請求項１に記載のワイヤレス通信デバイス。
  3. 前記ワイヤレスチャネル状態に関連する情報は、前記モデムの受信器側からのインパルス応答信号を含み、前記論理回路は、少なくとも部分的に、前記インパルス応答信号に基づいて前記動的フラグメンテーション閾値を周期的に更新するように構成される請求項２に記載のワイヤレス通信デバイス。
  4. 前記ワイヤレスチャネル状態に関連する情報は、前記受信器からのフレームエラーレート及びインパルス応答信号を含み、前記論理回路は、少なくとも部分的に、前記フレームエラーレート及びインパルス応答信号に基づいて前記動的フラグメンテーション閾値を周期的に更新するように構成される請求項２に記載のワイヤレス通信デバイス。
  5. ワイヤレスプロトコルを使用してワイヤレスモデムの間で通信する方法であって、
    前記ワイヤレス通信プロトコルに関連する動的フラグメンテーション閾値を記憶するステップと、
    前記メモリにおいて記憶されている、送信信号に対して等化器によって補償される際の遅延量を決定するためのワイヤレスチャネルの少なくともインパルス応答信号を基に変化する動的フラグメンテーション閾値に基づいて、少なくとも一つの他のモデムとワイヤレスチャネルに渡って前記ワイヤレスプロトコルを使用して通信するステップと、
    ワイヤレスチャネル状態に関する情報を受信すると共に前記メモリにおける少なくとも一つのパラメータを更新するステップとを有する方法。
  6. 前記演算するステップは、出力データパケットを組み立てるために前記動的フラグメンテーション閾値を使用するステップを含み、前記更新するステップは、前記動的フラグメンテーション閾値を周期的に更新するステップを含む請求項５に記載の方法。
  7. 前記ワイヤレスチャネル状態に関連する情報は、前記受信器からのインパルス応答信号を含み、前記更新するステップは、少なくとも部分的に、前記インパルス応答信号に基づいて前記動的フラグメンテーション閾値を周期的に更新するステップを含む請求項６に記載の方法。
  8. 前記ワイヤレスチャネル状態に関連する情報は、前記受信器からのフレームエラーレート及びインパルス応答信号を含み、前記更新するステップは、少なくとも部分的に、前記フレームエラーレート及びインパルス応答信号に基づいて前記動的フラグメンテーション閾値を周期的に更新するステップを含む請求項６に記載の方法。
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