JP5113111B2 - メッシュネットワーク内の入口メッシュポイントに肯定応答を送る方法およびメディアアクセス制御フレームフォーマット - Google Patents

メッシュネットワーク内の入口メッシュポイントに肯定応答を送る方法およびメディアアクセス制御フレームフォーマット Download PDF

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Description

本発明は、無線通信システムに関する。より詳しくは、本発明は、メッシュネットワーク内で入口メッシュポイント(IMP:ingress mesh point)に肯定応答(ACK:acknowledgement)を送るための方法、およびメディアアクセス制御(MAC:medium access control)フレームフォーマットに関する。
メッシュ無線ローカルエリアネットワーク(WLAN: wireless local area network)は、無線リンクを介して相互接続された2以上のメッシュポイントを備える無線ネットワークである。メッシュネットワークは一般に、メッシュネットワークの動作範囲内の1以上の無線局(STA:station)にサービスを提供する。メッシュポイントは、無線媒体とのMACおよび物理層(PHY: physical layer)インターフェースを含み、WLANメッシュサービスをサポートするメッシュネットワーク内の任意の実体である。IMPは、データがそれを通ってメッシュWLANに入るメッシュポイントであり、出口メッシュポイント(EMP:egress mesh point)は、データがそれを通ってメッシュWLANから出るメッシュポイントである。STAによって送られたデータは、メッシュWLANを通ってIMPからEMPにルーティングされる。
IEEE 802.11規格は、メッシュWLANのための無線プロトコルを定義する規格のうちの1つである。現在のIEEE 802.11規格は、下位層においてより信頼できるデータ伝送を可能にする肯定応答型モード(acknowledged mode)を定義している。しかし、現在の肯定応答メカニズムは、データが宛先に送達される前にメッシュネットワーク上で多数のホップが必要とされるので、メッシュネットワーク内では機能しない。
メッシュWLANにおいて、IMPとEMPの間の通信が必要であり得る。図2に示すように、従来技術のMACフレームは、マルチホップ(multiple-hop)送信の間、IMP MACアドレスを含まない。したがって、EMPは、IMPを識別して通信することができない。メッシュWLAN内のIMPとEMPの間で肯定応答を送るためのメカニズムまたはフレームフォーマットはない。これによって、データ伝送の信頼性が著しく制限される。IMPとEMPの間にACKメカニズムがないので、IMPはメッシュネットワークを通ったデータがEMPによって正確に受信されたかどうかを知ることができない。
本発明は、IMPにACKを送ることによってメッシュネットワーク内のデータパケットの伝送を確認する方法に関する。メッシュネットワークは、無線で互いにリンクされた複数のメッシュポイントを備える。STAによって送られたデータパケットは、IMPによって受信される。MACフレームがデータパケットの送信のために作成され、フレームは、メッシュネットワークによるサービスの提供のためにEMPに転送される。MACフレームは、IMPアドレスとEMPアドレスを備えるフィールドを含む。EMP(または任意で中間メッシュポイント)がデータパケットの受信に成功したとき、EMPまたは中間メッシュポイントは、IMPまたは前のメッシュポイントにACKを送信する。
本発明のより詳細な理解は、例示するために示されており、添付の図面と併せて理解される好ましい実施形態についての以下の説明から得ることができる。
本発明が実装されるメッシュWLANの図である。 従来技術のMACフレームの図である。 本発明による、IMPとEMPと介在メッシュポイントとの間でデータおよび肯定応答を送信するためのシグナリング図である。 本発明によるメッシュMACフレームの図である 本発明による、IMPにACKを送信するための処理のフロー図である。
以降、用語「局」(STA)は、ユーザ装置、無線送受信ユニット(WTRU:wireless transmit/receive unit)、固定または移動加入者ユニット、ページャ、または無線環境内で動作することができる他の任意の種類の装置を含むが、それらに限られない。以下で言及されるとき、用語「メッシュポイント」は、ノードB、基地局、サイトコントローラ、アクセスポイント、または無線環境内の他の任意の種類のインターフェース装置を含むが、それらに限られない。
本発明は、IEEE 802.11、IEEE 802.11s, IEEE 802.15、IEEE 802.15.5を含むがそれらに限られない、任意の無線のメッシュネットワークに適用することができる。
図1は、8個のメッシュポイント1041〜1048を備える例示的なメッシュWLAN100の図である。この例では、メッシュポイント1044はSTA 102のIMPであり、メッシュポイント1042は、STA102よって送信されるデータのEMPである。
STA102によって送信されるデータは、インターネットアクセスを求めて、メッシュWLAN100内の中間メッシュポイントを通って、あるメッシュポイント1044から別のメッシュポイント1042にルーティングされる。複数のデータパスが、メッシュWLAN 100内で確立されることができる。一例として、IMPメッシュポイント1044からEMPメッシュポイント1042への2つの異なるデータパスが、図1で「A」および「B」と指定された実線によって示されている。
図2を参照して上記で述べたように、従来技術の802.11 MACフレームフォーマットの欠点は、マルチホップ送信においてMACフレーム内にIMPアドレスが含まれないことである。本発明は、MACフレーム400内にIMPのアドレスを含めることによってこの問題を解決する。図4を参照して、本発明によるメッシュMACフレーム200の図が示されている。MACフレーム200は、MACヘッダ204と、フレーム本体212と、フレームチェックシーケンス(FCS:frame check sequence)フィールド214を含む。MACフレームフォーマットのこの態様は、下位互換性を保証する従来技術と同じである。MACヘッダ204は、フレーム制御と、所要時間/IDと、アドレス1と、アドレス2と、アドレス3と、シーケンス制御と、アドレス4を含む。これらの要素は、当業者にはよく知られている。
しかし、本発明によれば、MACヘッダ204はさらに、メッシュ制御フィールド202を含む。メッシュ制御フィールド202は、IMPアドレスフィールド206と、EMPアドレスフィールド208を備える。受信側メッシュポイントは、メッシュ制御フィールド202でIMP 1044およびIMP 1042を認識し、IMPアドレスフィールド206に従ってIMP 1044または他の中間メッシュポイントにACKを送信してもよい。図4のMACフレームフォーマットは一例として示されており、メッシュ制御フィールド202は、MACフレーム200内の任意の位置に含まれてよく、IMPおよびEMPアドレスフィールドの長さは変化してもよいことに留意されたい。
ルーティング機能が各メッシュポイントにおいて使用可能であり、このルーティング機能は、メッシュポイントが、メッシュ制御フィールド202内に含まれるEMPアドレスに基づいて、データをルーティングするのにどのパスが使用されるかを知ることを可能にする。IMP 1044がACKを受信するとき、IMP 1044はそのキュー中の関連するデータを廃棄することができる。IMP 1044が否定応答(NACK:non−acknowledgement)を受信するとき、IMP 1044はデータ再送する。どんなバッファオーバーフローをも回避するため、IMP 1044は、EMP 1042からACKもNACKも受信しない場合は、一定の時間量(タイムアウト)の後にそのキューからデータを廃棄すべきである。
図3は、本発明による、IMP(この例ではメッシュポイント1044)と、EMP(この例ではメッシュポイント1042)と、中間メッシュポイント1047、1048、1046、1043(便宜上それらのすべてが図3に示されているとは限らない)の間で、データパケットおよびACKを、データパス「B」に沿って送信するためのシグナリングの図である。このデータパケットは、中間メッシュポイント1047、1048、1046、1043を通ってIMP 1044からEMP 1042に転送される。以下で詳細に説明するように、MACフレーム200は、IMPアドレスフィールド206およびEMPアドレスフィールド208内にIMP 1044とEMP 1042アドレスの両方を含む。中間メッシュポイント1047、1048、1046、1043およびEMP 1042は、データパケットの受信に成功したとき、中間メッシュポイント1047、1048、1046、1043およびEMP 1044は、その前の中間メッシュポイントまたはIMP 1044にACKを送る。図3は一例であり、ゼロまたは任意の数の中間メッシュポイントがIMP 1044とEMP1042の間に存在してもよいことに留意されたい。さらに、ACKを送るために使用される中間メッシュポイントは、データパケットがそれを介して転送される同じメッシュポイント、または異なるメッシュポイントであってもよい。
本発明の肯定応答メカニズムは、メッシュWLAN上のシングルホップ(single hop)とマルチホップの両方のデータ伝送をサポートする。この肯定応答メカニズムは、4つのモードで動作する。1)より信頼できるデータ転送(たとえば、FTP、HTTP)のためのEMP−IMP間データ肯定応答、2)信頼できるデータ転送のためのシングルホップのデータ肯定応答、3)非常に信頼性の高いデータ転送(たとえば、シグナリング)のための結合されたEMP−IMP間とシングルホップのデータ肯定応答、および4)高スループット、パケット損失からの回復力、遅延に敏感なデータ転送(たとえば、ビデオ/オーディオストリーミング)のための肯定応答なし。
第1のモード(EMP−IMP間肯定応答)において、肯定応答は、すべてのパスを通って行われる。IMPによって送信されたパケットをEMPが受け取るとるたびに、EMPは、受信されたパケットに含まれたIMPアドレスを使用して、発信元にACKを送り返す。
第2のモード(シングルホップ肯定応答)において、肯定応答は、送信メッシュポイントとそのすぐ次の受信メッシュポイントとの間のあらゆるホップで行われる。
第3のモード(結合されたEMP−IMP間肯定応答とシングルホップ肯定応答)において、第1のモードと第2のモードを結合する。
第4のモードにおいて、IMPとEMPの間で肯定応答は必要ない。これは、データ伝送の信頼性に影響を及ぼすが、送信遅延を低減させる。
フレーム制御フィールド210(図4に図示する)内のフレームサブタイプ情報要素のための新しいフレームサブタイプもまた、MACフレーム200がIMPのアドレスフィールド206とEMPアドレスフィールド208とを含むことを示すために定義される。フレーム制御フィールド210は、上述の4つのモードのうちのどの肯定応答モードがこのデータパケットに使用されることになるかを知らせることもできる。
上述の4つのモードのうちの第1と第3のモードでは、MACフレームフォーマットは、EMP−IMP間 ACKが、データパケットの送信に使用されたものと異なる別のパスを通って送信されることを可能にする。送信遅延の低減のために、送信側は、次のフレームを送信する前にACKが受信されるのを待つ必要はない(すなわち、送信と肯定応答は非同期であり得る)。この場合、バルクACK(bulk ACK)が、ネットワーク上のトラフィックを減少させるために使用され得る。ACKのデータとの競合を減少させるために、ACKは、トラフィックレベルに応じて異なるパスを介して意図的に送信されることもできる。このメカニズムは、音声アプリケーションなどの、遅延に敏感であり、エラー耐性のあるアプリケーションのために使用され得る。
図5は、本発明による、IMPにACKを送るための処理300のフローチャートである。MACフレームが、データパケットにMACヘッダを付加することにより生成される(ステップ302)。MACヘッダは、IMPのアドレスおよびEMPアドレスのフィールドを含む。MACフレームは、直接にまたは1以上の中間メッシュポイントを介してEMPに転送される(ステップ304)。もしあれば中間のメッシュポイント、およびEMPは、データパケット受信の成功のACKをIMPに送る(ステップ306)。
本発明の特徴および要素について、好ましい実施形態では特定の組合せで述べているが、それぞれの特徴または要素は、好ましい実施形態の他の特徴および要素なしで単独に、または本発明の他の特徴および要素を伴いまたは伴わずに様々な組合せで使用できる。
メディアアクセス制御(MAC)フレームを処理する手段
を備える無線局(STA)。
メッシュネットワーク内で使用するための実施例1のSTA。
IEEE 802.11無線プロトコルを使用する任意の前述実施例のSTA。
IEEE 802.11s無線プロトコルを使用する任意の前述実施例のSTA。
802.15無線プロトコルを使用する任意の前述実施例のSTA。
802.15.5無線プロトコルを使用する任意の前述実施例のSTA。
802.16無線プロトコルを使用する任意の前述実施例のSTA。
MACフレームがIMPアドレスを含む任意の前述実施例のSTA。
IMPアドレスがメッシュネットワークへの入口点のアドレスを示す実施例8のSTA。
MACフレームがMACヘッダを含む任意の前述実施例のSTA。
MACフレームがフレーム本体を含む任意の前述実施例のSTA。
MACフレームがフレームチェックシーケンスフィールドを含む任意の前述実施例のSTA。
MACフレームはMACヘッダを含み、MACヘッダはフレーム制御を含む任意の前述実施例のSTA。
MACフレームはMACヘッダを含み、MACヘッダは所要時間/IDを含む任意の前述実施例のSTA。
MACフレームはMACヘッダを含み、MACヘッダはアドレスフィールドを含む任意の前述実施例のSTA。
MACフレームはMACヘッダを含み、MACヘッダは複数のアドレスフィールドを含む任意の前述実施例のSTA。
MACフレームはMACヘッダを含み、MACヘッダはシーケンス制御を含む任意の前述実施例のSTA。
MACフレームはMACヘッダを含み、MACヘッダはメッシュ制御フィールドを含む任意の前述実施例のSTA。
MACフレームはメッシュ制御フィールドを含み、メッシュ制御フィールドはIMPアドレスフィールドを含む任意の前述実施例のSTA。
MACフレームはメッシュ制御フィールドを含み、メッシュ制御フィールドはEMPアドレスフィールドを含む任意の前述実施例のSTA。
EMPアドレスフィールドが無線のメッシュネットワークからの出口点を示す実施例20のSTA。
IMPアドレスに肯定応答を送る手段を備える任意の前述実施例のSTA。
STAがメッシュネットワークへの入口点である場合、肯定応答を受信した上で、そのキュー中の関連するデータを廃棄する任意の前述実施例のSTA。
STAがメッシュネットワークへの入口点である場合、否定応答を受信した上で、そのキュー中の関連するデータを再送する任意の前述実施例のSTA。
STAがメッシュネットワークへの入口点である場合、肯定応答または否定応答を受信しないとき、一定時間の後、そのキュー中の関連するデータを廃棄する任意の前述実施例のSTA。
MACフレームの受信に成功した上で、肯定応答を送信する任意の前述実施例のSTA。
肯定応答がメッシュネットワーク内のMACフレームと異なるパスに続く実施例25のSTA。
肯定応答がメッシュネットワーク上でシングルホップ伝送を使用して送られる実施例25のSTA。
肯定応答がメッシュネットワーク上でマルチホップ伝送を使用して送られる実施例25のSTA。
肯定応答が入口アドレスに送られる実施例25のSTA。
肯定応答がシングルホップデータ肯定応答を使用して入口アドレスに送られる実施例25のSTA。
肯定応答が送信されない実施例1〜21のいずれか1つのSTA。
肯定応答が出口アドレスから入口アドレスに送られる実施例25のSTA。
肯定応答が、シングルホップのデータ肯定応答を使用して出口アドレスから入口アドレスに送られる実施例25のSTA。
STAが、前のフレームから肯定応答を受信する前に次のフレームを送信する任意の前述実施例のSTA。
任意の前述の請求項の少なくとも1つのSTAを備えるメッシュシステム。
請求項1〜34の任意の1つのSTAおよび少なくとも1つの他のSTAを備えるメッシュシステム。
請求項1〜34の任意の1つのSTAを採用する方法。
請求項35〜36の任意の1つのメッシュシステムを採用する方法。
メディアアクセス制御(MAC)フレームを提供すること
を備える方法。
無線局(STA)内で使用するための実施例39の方法。
メッシュネットワーク内で使用するための実施例39の方法。
IEEE 802.11無線プロトコルを使用する実施例39〜41の任意の1つの方法。
IEEE 802.11s無線プロトコルを使用する実施例39〜42の任意の1つの方法。
802.15無線プロトコルを使用する実施例39〜43の任意の1つの方法。
802.15.5無線プロトコルを使用する実施例39〜44の任意の1つの方法。
802.16無線プロトコルを使用する実施例39〜45の任意の1つの方法。
MACフレームはIMPアドレスを含む実施例39〜46の任意の1つの方法。
IMPアドレスがメッシュネットワークへの入口点のアドレスを示す実施例47の方法。
MACフレームがMACヘッダを含む実施例39〜48の任意の1つの方法。
MACフレームがフレーム本体を含む実施例39〜49の任意の1つの方法。
MACフレームがフレームチェックシーケンスフィールドを含む実施例39〜50の任意の1つの方法。
MACフレームはMACヘッダを含み、MACヘッダはフレーム制御を含む実施例39〜51の任意の1つの方法。
MACフレームはMACヘッダを含み、MACヘッダは所要時間/IDを含む実施例39〜52の任意の1つの方法。
MACフレームはMACヘッダを含み、MACヘッダはアドレスフィールドを含む実施例39〜53の任意の1つの方法。
MACフレームはMACヘッダを含み、MACヘッダは複数のアドレスフィールドを含む実施例39〜54の任意の1つの方法。
MACフレームはMACヘッダを含み、MACヘッダはシーケンス制御を含む実施例39〜55の任意の1つの方法。
MACフレームはMACヘッダを含み、MACヘッダはメッシュ制御フィールドを含む実施例39〜56の任意の1つの方法。
MACフレームはメッシュ制御フィールドを含み、メッシュ制御フィールドはIMPアドレスフィールドを含む実施例39〜57の任意の1つの方法。
MACフレームはメッシュ制御フィールドを含み、メッシュ制御フィールドはEMPアドレスフィールドを含む実施例39〜58の任意の1つの方法。
EMPアドレスフィールドが無線のメッシュネットワークからの出口点を示す実施例39〜59の任意の1つの方法。
IMPアドレスに肯定応答を送ることを備えた実施例39〜60の任意の1つの方法。
STAは、メッシュネットワークへの入口点である場合、肯定応答を受信した上で、そのキュー中の関連するデータを廃棄する実施例39〜61の任意の1つの方法。
STAは、メッシュネットワークへの入口点である場合、否定応答を受信した上で、そのキュー中の関連するデータを再送する実施例39〜62の任意の1つの方法。
STAは、メッシュネットワークへの入口点である場合、肯定応答または否定応答を受信しないとき、一定時間の後、そのキュー中の関連するデータを廃棄する実施例39〜63の任意の1つの方法。
MACフレームの受信の成功の上で、肯定応答を送る実施例39〜64の任意の1つの方法。
肯定応答がメッシュネットワーク内でMACフレームと異なるパスに続く実施例65の方法。
肯定応答がメッシュネットワーク上でシングルホップ伝送を使用して送られる実施例65の方法。
肯定応答がメッシュネットワーク上でマルチホップ伝送を使用して送られる実施例65の方法。
肯定応答が入口アドレスに送られる実施例65の方法。
肯定応答がシングルホップデータ肯定応答を使用して入口アドレスに送られる実施例65の方法。
肯定応答が送信されない実施例39〜64の任意の1つの方法。
肯定応答は出口アドレスから入口アドレスに送られる実施例65の方法。
肯定応答は、シングルホップのデータ肯定応答を使用して出口アドレスから入口アドレスに送られる実施例65の方法。
STAが、前のフレームから肯定応答を受信する前に、次のフレームを送信する実施例39〜73の任意の1つの方法。

Claims (20)

  1. 無線メッシュネットワークにおいて、データパケットを送信するための方法であって、
    前記無線メッシュネットワークの中間メッシュポイントを介して、前記無線メッシュネットワークを介したデータ通信のデータパケットであって、メディアアクセス制御(MAC)フレームを含むデータパケットを受信するステップであって、前記MACフレームは、データパケットが前記無線メッシュネットワークに入力される入口メッシュポイント(IMP)のアドレスを含むフィールドと、データパケットが前記無線メッシュネットワークから出力される出口メッシュポイント(EMP)のアドレスを含むフィールドとを備えることと、
    前記無線メッシュネットワークの前記中間メッシュポイントを介して、前記EMPによって前記データ通信の受信されたデータパケットの受信の成功を示す肯定応答(ACK、前記IMPへ送信するステップと
    を備えたことを特徴とする方法。
  2. 前記MACフレームのフレーム制御フィールドは、前記MACフレームが前記IMPアドレスと前記EMPアドレスとを含むことを示すことを特徴とする請求項に記載の方法。
  3. 前記MACフレームのフレーム制御フィールドは、前記受信されたデータパケットに使用されることになる肯定応答モードを示すことを特徴とする請求項に記載の方法。
  4. 前記ACKは、EMP−IMPのデータ肯定応答モードで送信されることを特徴とする請求項に記載の方法。
  5. 前記ACKは、シングルホップのデータ肯定応答モードで送信されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 前記ACKは、結合されたEMP−IMPおよびシングルホップのデータ肯定応答モードで送信されることを特徴とする請求項に記載の方法。
  7. 前記ACKは、前記受信されたデータパケットの送信に使用されるパスと異なるパスを通って送信されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  8. 前記ACKは、トラフィックレベルに基づいて異なるパスを介して送信されることを特徴とする請求項に記載の方法。
  9. 前記データパケットの受信が成功したか否かを判定するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  10. 前記データ通信の前記データパケットを受信するステップは、前記データ通信の前記データパケットを前記IMPによって前記無線メッシュネットワークの外部にある外部リソースから受信することを含み、前記IMPは、前記データパケットの送信元としての前記外部リソースと前記EMPとの間の中間にあることを特徴とする請求項に記載の方法。
  11. 前記IMPによって前記受信されたデータパケットを前記無線メッシュネットワークの外部にあるさらなる外部リソースへ、前記EMPを介して転送するステップをさらに備え、前記EMPは、前記データパケットの送信先としての前記さらなる外部リソースと前記IMPとの間の中間にあることを特徴とする請求項10に記載の方法。
  12. (STA)であって、
    前記無線メッシュネットワークの中間メッシュポイントを介して、前記無線メッシュネットワークを介したデータ通信のデータパケットであって、メディアアクセス制御(MAC)フレームを含むデータパケットを受信するよう構成された受信器であって、前記MACフレームは、データパケットが前記無線メッシュネットワークに入力される入口メッシュポイント(IMP)のアドレスと、データパケットが前記無線メッシュネットワークから出力される出口メッシュポイント(EMP)のアドレスとを含むフィールドを備えることと、
    前記無線メッシュネットワークの前記中間メッシュポイントを介して、前記EMPによって前記データ通信の受信されたデータパケットの受信の成功を示す肯定応答(ACK、前記IMPへ送信するよう構成された信器と
    を備えたことを特徴とする局(STA)。
  13. 前記MACフレームのフレーム制御フィールドは、前記MACフレームが前記IMPアドレスと前記EMPアドレスとを含むことを示すことを特徴とする請求項12に記載のSTA。
  14. 前記MACフレームのフレーム制御フィールドは、前記受信されたデータパケットに使用されることになる肯定応答モードを示すことを特徴とする請求項12に記載のSTA。
  15. 前記送信器が、EMP−IMPのデータ肯定応答モードで前記ACKを送信するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項12に記載のSTA。
  16. 前記送信器が、シングルホップデータ肯定応答モードで前記ACKを送信するようさらに構成されていることを特徴とする請求項12に記載のSTA。
  17. 前記送信器が、結合されたEMP−IMPおよびシングルホップのデータ肯定応答モードで前記ACKを送信するようさらに構成されていることを特徴とする請求項12に記載のSTA。
  18. 前記送信器が、前記データパケットの送信に使用されるパスと異なるパスを通って前記ACKを送信するようさらに構成されていることを特徴とする請求項12に記載のSTA。
  19. 前記送信器が、トラフィックレベルに基づいて異なるパスを介して前記ACKを送信するようさらに構成されていることを特徴とする請求項12に記載のSTA。
  20. 前記データパケットの受信が成功したか否かを判定するよう構成されたプロセッサをさらに備えたことを特徴とする請求項12に記載のSTA。
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