JP5171834B2 - ワイヤレスリンクのための優先チャネル割当 - Google Patents

Description

開示の背景
開示の分野
この開示は、ネットワークにおけるワイヤレスリンクの制限された容量の効率的な利用に関し、より特定的には、データがどのネットワークノードから来るかにかかわらず、高い優先度のデータを最初に搬送することを優先するワイヤレスシステム、機器、および方法に関する。

関連技術の説明
過去数年で、有線およびワイヤレスデータネットワークの両方は一般的なものになり、相対的に安価なものとなった。これらのネットワークは多くの形態を取り、多くの異なるプロトコルを用い、さまざまなデータを運ぶ。たとえば、データは、音声、音楽、ビデオ、ウェブページ、書類、ファイル、銀行／金融取引などを示し得る。

さまざまなデータを運ぶパケットネットワークでは、他のパケットの配送よりも緊急であるパケットの配送がある。これらの緊急のパケットは、高い優先度（または、優先度よりも多くを包含する用語であるが、高い「サービス品質（quality of service)」）を有する。

従来の有線ネットワークの場合、複数優先トラフィックフロー（multi-priority traffic flow）を管理するための周知のメカニズムが存在する。これらのメカニズムは、インテグレーテッドサービス（integrated service；IntServ）またはデファレンシエーテッドサービス（differentiated service；DiffServ）をＯＳＩスタックのネットワーク層に含むとともに、マルチプロトコルラベルスイッチング（Multiprotocol Label Switching；ＭＰＬＳ）をリンク層に含む。これらのメカニズムでは、ネットワークに送られる各パケットは、自身の優先度またはタイプ・オブ・サービス（type of service）を規定するデータフィールドを有する。たとえば、「タイプ・オブ・サービス」は、インターネットプロトコルのパケットにおけるデータフィールドの名前である。

ネットワークルータまたはスイッチに到着するパケットは、それらの優先度に従って、バッファ（またはキュー）に置かれる。ルータの送出線が占有されていない場合は、ルータはそのバッファを検査し、空ではない最も高い優先度のバッファからパケットを転送する。単純な場合、たとえば、４つのレベルの優先度があり、レベル１が最も緊急を要するものであって、かつあるルータがパケットをレベル２および３のためのバッファに現在有するならば、それはレベル２のバッファからパケットを選択し、それをネットワークにおける次のノードに転送する。優先度レベル１および２のためのバッファが空になったときのみ、当該ルータはレベル３のバッファからパケットを転送することになる。しかしながら、ほとんどのサービス品質メカニズムは、低い優先度のデータストリームが完全にはブロックされないのを確実にするよう、フェアネスメトリックス（fairness metrics）とトラフィック計測システムとを含む。

これらの先行技術メカニズムは、各有線リンクが一定の容量を有するとともにその容量が他のリンクから独立している有線ネットワークの場合、うまく働く。しかしながら、いくつかのリンクの容量が小さく、かつ合計の容量がいくつかのリンクの間で共有される場合、問題が起こる。これは、限られた量のスペクトルがいくつかのワイヤレスリンクの間で共有されるワイヤレスネットワークによく当てはまる。

リンクの容量は、典型的には、１秒あたりのビットで計測される。リンク容量は時に、リンクの帯域幅と呼ばれる。しかしながら、「帯域幅」という用語は、ヘルツで計測される、チャネルのスペクトル幅に対してより適切に用いられる。

既存のネットワークプロトコルは、各リンクが他のリンクから独立した一定の容量を有することを前提に構築されるので、多くのワイヤレスネットワークはワイヤレスリンクに対してその前提を強制する。これらのネットワークは、したがって、優先的なデータを移動させるには非効率である。

ノードＡと通信する２つのワイヤレスノードＢおよびＣの場合を考える。ノードＡは有線ネットワークに接続する。ノードＡの一例は、ワイヤレスアクセスポイントである。ノードＢおよびＣの各々は、１００個のパケットのデータを送る必要がある。ノードＢの場合、そのパケットのうちの９０個が優先度１であり、１０個が優先度３である。ノードＣの場合、そのパケットのうちの９０個が優先度２であり、１０個が優先度４である。

ＩＥＥＥ８０２．１１ａのようなワイヤレスプロトコルを用いて、ノードＢおよびＣは、搬送波感知多重アクセス／衝突検出方式（carrier-sense multiple access with collision detection；ＣＳＭＡ／ＣＤ）を用いるスキームを通じてワイヤレス媒体に対して同等のアクセスを有する。ノードＢおよびＣは、同等の頻度でパケットを送ろうと試みる。平均では、両者はほとんど同じ速度でパケットを送信する。したがって、ノードＢおよびＣからのリンクは、ノードＢがより高い優先度のデータを送っていても、同じ容量を有する。その結果、ノードＣの優先度２のデータは、ノードＢの優先度１のデータと同じ速度でネットワーク上にて転送される。この問題は、２つのデータフローが異なるノードで生じるために起こる。ノードＢ上のルータは、優先度３の前に、優先度１のデータを転送し得るが、ノードＣが共有されたスペクトルの容量の半分を用いて優先度２のデータを搬送するのを防ぎ得ない。

この問題に対処するよう試みて、いくつかのワイヤレスネットワークプロトコルは、ネットワークオペレータ（またはマネージャ）が、各パケットの「タイプ・オブ・サービス」フィールドにおける優先度の値にかかわらず、各ノードに異なる優先度を割当てることを可能にする。すなわち、ノードの優先度は、動的に容量を各リンクに割当てるよう用いられる。

ＩＥＥＥ８０２．１６ハブ・アンド・スポーク方式（hub-and-spoke）ＴＤＭＡ標準は、これらのプロトコルの一例である。ノードＡ、Ｂ、およびＣを用いる例を継続すると、ＩＥＥＥ８０２．１６プロトコルを用いるネットワークオペレータは、ノードＣよりも高い優先度をノードＢに割当て得る。ノードＢおよびＣの各々は、それらのバッファが送るべき多くのパケットを有することをノードＡに知らせる（８０２．１６はバッファの占有度（fullness）を知らせるためのプロトコルを含む）。ハブとしてのノードＡはノードＢにＴＤＭＡスロットのほとんどを割当てる。なぜならば、ノードＢはより高い優先度を有するからである。これは、ノードＢが優先度１のデータの９０個のパケットを送っている間はうまく働く。しかしながら、Ｂから優先度１のパケットがなくなり、Ｂｇａ優先度３のパケットを送り始める場合は、（優先度に基づいてデータを送るという観点から）非効率である。

結果として、ノードに割当てられた優先度のメカニズムは、高い優先度のノードが低い優先度のデータのみを送っている場合を認識していない。パケットの優先度にかかわらず、送るべき如何なるパケットをノードＢが有している限り、それはより多くの容量をノードＢに与える。これは、使用可能なスペクトルの非効率な利用を引起す。

いくつかのワイヤレス軍用ネットワークにおいては、第３の方策が取られる。たとえば、リンク１６のネットワークが、たとえばＴＤＭＡスロットを各ノードに割当てることで、事前に容量を割当てる。これは、各ノードが何らかの容量を得ることを確実にする。しかしながら、それでは、スペクトルの効率的な利用が行なわれない。なぜならば、各ノードは、データが現在戦闘動作に参加していないノードから、または敵の砲火を受けて助けを求めているノードから来ているかどうかにかかわらず、その完全な割当を得るためである。明らかなことに、後者のノードが優先されるべきであるが、固定化された割当ネットワークは、動的な必要性をサポートするよう動的に容量を再割当し得ない。

IntServ／ＲＳＶＰプロトコル群は、それよりも若干動的である。ＲＳＶＰは、動作の前にすべてのネットワーク容量を割当てるのではなく、ノードが新しいストリームを始めたいときはいつでも、パケットのストリームのために容量を確保することを可能にする。これにより、パケットの認証済みのストリームが、始まった後でブロックされることがなくなることを保証する。しかしながら、すべてのネットワーク容量が確保される場合は、ＲＳＶＰは、その優先度にかかわらず、新しいストリームに如何なる容量も得させない。

人間が関与している共有された容量音声ネットワークのみが現在のところ、優先度に基づき容量を動的に割当て得る。これらは、パイロットおよび航空交通管制（Air Traffic Control）、警察、ならびに多くの軍隊が用いる古典的なプッシュ・ツウ・トークの音声無線である。あるユーザが別のユーザに音声メッセージを送信したい場合、当該ユーザは、他に誰も話さなくなるまで待ち、話すべくボタンを押し、話し始める。もし２人のユーザが同時に話し始めれば、両者は話すのをやめ、再び試みる。（この意味において、音声チャネルはＣＳＭＡ／ＣＤのように働く。）しかしながら、８０２．１１ａとは異なり、誰が最も多くネットワーク容量を得るかを決定するための優先度方式がある。もしパイロットが緊急事態を宣言すると、他のパイロットは可能な限り当該チャネルの利用を控える。ある警察のコード、たとえば「発砲あり、警官が倒れた」を意味するようなコードは、他の警官が当該チャネルを使わないことを要求する。米国陸軍では、核爆発の報告が他のすべてのメッセージよりも優先する。これらの人間同士の間での合意により、制限された容量を用いて、共有されたチャネル上での最も緊急を要する音声メッセージの効率的な高速送信が可能になる。

多くの製品がワイヤレス通信ネットワークを用いる。これらの製品の大部分は、（ユーザの観点から）優先度が動的に変動するデータを送信する。たとえば、航空機は、自身の機内システムの健全性についてのデータを周期的に送信し得る。これらのシステムが健全である間は、送信データ速度は低く、送信の優先度は低い。したがって、ワイヤレススペクトルの他のユーザが、当該ネットワークの容量のうちのいくつかを用いることができるべきである。しかしながら、当該航空機上のシステムが故障し始めると、当該航空機は、地上のオペレータが飛行を継続しても安全かどうかを評定し得るように、より多くのデータをより高い優先度で送信するようプログラムされ得る。これは、無人操縦航空機の場合と、有人操縦航空機の航空テストの場合とによくある状況である。このような出来事の間は、必要であるならば、緊急の必要性に合うように、より多くのネットワーク容量が、故障を経験している当該航空機に割当てられるべきである。結果、この問題が解決するまでは、ワイヤレススペクトルの他のユーザはより少ない容量しか得られない。しかしながら、現在のメカニズムでは、自動化された態様で容量が再割当されることは可能ではない。

したがって、より高い優先度のデータを優先的に搬送するよう、異なる優先度および動的なデータ速度でデータを運ぶ自動化されたワイヤレスネットワークが必要とされる。

開示の簡単な概要
本開示は、データの優先度レベルに依存してワイヤレスネットワークを動的に調節し得る方法、機器、およびシステムを提供することにより、上記で特定された問題に対処する。

開示される実施例は、共有されるワイヤレス容量を動的に割当てることに関係付けられる方法、機器、またはシステムを含む。いくつかの実施例では、この共有される容量は、データの優先度に基づき割当てられてもよい。他の実施例では、この割当は、各優先度レベルにあるデータの量に基づき得る。さらに別の実施例では、この割当は、最も高い優先度レベルにあるデータの量に基づいてもよい。

一実施例では、ネットワークコントローラが、ワイヤレスネットワークにおける１つ以上のノードのための送信バッファまたはキューにパケットの優先度を含む１つ以上の信号を受取る。これら受取った信号に基づき、ネットワークコントローラは各ノードにリンク容量を割当て、これにより高優先度のパケットの高速送信を達成する。

別の実施例は、たとえば単一のワイヤレスアクセスポイントに接続されるいくつかのリンクのような、共有されたスペクトルリソースにおけるさまざまなリンクに対して容量を動的に割当てるワイヤレス容量割当制御部と、ｉ．ワイヤレス送信のためにネットワークパケットをバッファリングし、ii．パケットに埋込まれる「タイプ・オブ・サービス」フィールド（たとえば優先度）を読取り、かつiii．各タイプ・オブ・サービスについてバッファリングされたパケットの数を知らせるワイヤレスメッセージを容量割当制御部に時々送るリンク層メカニズムとを含む。容量割当制御部におけるメカニズムが、複数のノードからバッファのデプス／優先度メッセージを受取り、かつ各リンクに容量を割当てるアルゴリズムを適用する。

代替的な実施例では、優先度のレベルごとに、キュー−デプス（queue-depth）情報を次のノードまたはネットワーク容量割当マネージャに送るネットワーク層プロトコルが用いられる。それらはリンクに沿って帯域幅を割当て得る。

いくつかの実施例は、各パケットの優先度がそれを送信するノードの優先度と異なる場合、高い優先度のネットワークパケットを運ぶリンクにワイヤレス容量を動的に割当てる方法を提供する。これにより、通信の効率性および有効性が向上する。

共有されたワイヤレス媒体において、リンク容量を動的に割当てるための方法も開示される。この方法は、少なくとも１つの容量要求を受取るステップと、少なくとも受取られた容量要求に基づき、少なくとも第１のノードに利用可能であるワイヤレスリンク容量を制御するステップとを含む。

共有されるワイヤレス媒体において、リンク容量を動的に変更するための方法も開示される。この方法は、バッファにおけるデータから優先度情報を読取るステップと、読取られた優先度情報から容量要求を作り出すステップと、容量要求を送信するステップと、リンク構成データを受取るステップとを含み、リンク構成データは少なくともある割当てられたリンク容量を示し、当該方法はさらに、受取られたリンク容量の割当に準拠するようワイヤレスリンクを構成するステップを含む。

論じられた特徴、機能、および利点は、この発明のさまざまな実施例において独立的に
達成され得、またはさらに別の実施例において組合されてもよく、そのさらなる詳細は以下の記載および図面を参照すると理解され得る。

当該明細書の一部に組込まれるとともにそれを形成する添付の図面は、本開示のいくつかの局面を示す。

ここで、さまざまな実施例に対して詳細に参照がなされる。その例は添付の図面に示される。

詳細な説明
「ワイヤレス」は、「無線（radio）」を意味するようしばしば用いられるが、本明細書で用いられるワイヤレスという用語は、ワイヤまたはファイバを用いることなく、電磁スペクトルまたは音響スペクトルにおける任意の周波数を用いてデータを送信または受取りすることを意味する。したがって、ワイヤレスリンクは、無線リンク、光学リンク、または音響リンクを含むが、これらに限定されない。音響リンクはしばしば水中通信のために用いられる。光学リンクの一例である赤外線リンクは、典型的には遠隔制御において用いられるとともに、コンピュータ同士の間でデータを転送するのに用いられている。

一実施例は、ハブ・アンド・スポーク方式のワイヤレスネットワークの部分として利用されてもよい。他の実施例は、他のワイヤレスネットワーク構成の部分として利用されてもよい。符号分割多重接続方式（Code Division Multiple Access；ＣＤＭＡ）、時分割多重接続方式（Time Division Multiple Access；ＴＤＭＡ）、および周波数分割多重接続方式（Frequency Division Multiple Access；ＦＤＭＡ）がワイヤレスネットワーク送信プロトコルの例である。

ワイヤレスネットワーク１０の簡単な例が図１に示され、それぞれ参照符号１２および１４であるノードＢおよびＣが、共有されたワイヤレスリソースまたは共有されたスペクトルを介して、参照符号１６であるノードＡと通信する。参照符号１６のノードＡは、有線ネットワーク１８に接続され、したがって、ノードＢおよびＣのためのアクセスポイントとして機能する。それぞれ参照符号１２および１４のノードＢおよびＣは、利用者ノード（subscriber node）とも呼ばれ得る。アクセスポイントノードおよび利用者ノードの機能は、ネットワークと用いられる実施例とに依存する。

図１に示されるネットワークは、パケットが２つの方向に流れることを可能にする。すなわち、それぞれ参照符号１２および１４のノードＢまたはＣから有線ネットワーク１８へと、有線ネットワーク１８からそれぞれ参照符号１２および１４のノードＢまたはＣへとである。いくつかの実施例では、これら２つの方向の流れは異なって取扱われるため、以下では別個に記載される。ＢからＣへのトラフィックは、いくつかの実施例では、これら２つの場合を組合せる。すなわち、パケットはノードＢから参照符号１６のノードＡに向かい、有線ネットワークに向かい、そこでルータがそれをノードＡを介してノードＣに送る。別の実施例では、パケットはノードＢからノードＣに、またはノードＣからノードＢに直接的に向かってもよい。

図２は一実施例を用いるアクセスポイントのコンポーネントを示す。有線ネットワーク１８からパケットが入力される。パケット・タイプ・オブ・サービス（ＴＯＳ）検査部２２が、各パケットの「タイプ・オブ・サービス」フィールドを検査し、当該パケットをパケットの優先度レベルについて適切なバッファ２４、２６、２８に加える。媒体アクセス制御部３６は、参照符号１６のノードＡ（アクセスポイント）が、その次のスロット（または「フレーム」）分のデータを送信するほぼ時間であると判断すると、フレームビルダ３４に信号で伝える。フレームビルダ３４は次いで、最も高い優先度である空ではないバ
ッファから始め、高い優先度のバッファが空になると低い優先度のバッファを用いるよう、バッファ２４、２６、２８からパケットを移動させる。フレームビルダ３４は、完全なフレームを組立てると、当該フレームを物理層３８に手渡す。物理層３８は、共有されたスペクトルを介してそのフレームを送信する。フレームは、それぞれ参照符号１２および１４のノードＢおよびＣの物理層４２（図３参照）によって受取られ、各ノード上のコンポーネントに手渡され、当該コンポーネントはフレームからパケットを抽出するとともにそれらを当該ノードの内部ネットワーク上の端末装置に手渡す。いくつかのプロトコルでは、フレームは、宛先としてノードＢまたはノードＣを指定するＭＡＣアドレスを有してもよい。その場合、フレームビルダ３４は、参照符号１２のノードＢまたは参照符号１４のノードＣにのみ宛てられたパケットでフレームを充填し、他のノードにはその後のフレームを用いてパケットを送信する。

図３は、別の実施例を用いる利用者ノードのリンク層４４のコンポーネントを示す。ここで、それは参照符号１２のノードＢであると仮定する。パケットが、「パケットソース」４６として示される、当該ノードの中の装置からリンク層４４に入力される。パケットＴＯＳ検査部４８が、各パケットの「タイプ・オブ・サービス」フィールドを検査し、そのパケットの優先度レベルについて適切なバッファ５２、５４、５６に当該パケットを加える。媒体アクセス制御部５８は、ノードＢが次のスロット（または「フレーム」）分のデータを送るほぼ時間であると判断すると、フレームビルダ６２に知らせる。フレームビルダ６２は次いで、最も高い優先度である空ではないバッファから始め、高い優先度のバッファが空になると低い優先度のバッファを用いるよう、バッファ５２、５４、５６からパケットを移動させる。フレームビルダ６２は、完全なフレームを組立てると、当該フレームを容量要求生成部（capacity request generator; ＣＲＧ）６４に手渡す。容量要求生成部６４は、各バッファに残るパケットの数をチェックし、以下に記載されるフレームヘッダにそれらの数を挿入する。ＣＲＧ６４は次いで、そのフレームを物理層４２に手渡す。物理層４２は当該フレームを共有されたスペクトルを介して送信する。当該フレームは参照符号１６のノードＡの物理層３８によって受取られ、かつ１）当該フレームからパケットを抽出するとともにそれらを有線ネットワークに手渡し、２）以下に記載するようにフレームヘッダからデータを抽出するコンポーネントに手渡される。

図４は、一実施例を用いて利用者ノードのフレームビルダによって構築されるフレームの例を示す。フレームは、先行技術において一般的であるいくつかの要素、たとえば、ＭＡＣアドレスまたは変調データのようなさまざまなタイプのヘッダデータ、ペイロード、すなわち搬送されることになるパケット、および正しい受取りを確認するチェックサムのような要素を含む。先行技術のヘッダ要素に加えて、フレームビルダ６２の一実施例は、Ｎ１、Ｎ２、およびＮ３とラベル付けされた３つの値のセットを加える。これらは３つのバッファ５２、５４、５６の各々に残るパケットの数である。

別の実施例では、フレームビルダ６２は、最も高い優先度のバッファにおけるパケットの数を示す単一の値を加えてもよい。さらなる実施例では、フレームビルダ６２は２つの値を加えてもよく、各々の値は２つの最も高い優先度のバッファの各々におけるパケットの数を示す。ネットワークおよび用いられる実施例に依存して、優先度レベルの数または値の数は３つより多いか、またはそれより少なくあり得る。フレーム７６のヘッダ７４における１つ以上の値は容量要求７２と呼ばれる。

容量要求フィールドの各々に含まれる値は、各優先度のバッファにおけるパケットの実際の計数である必要はない。したがって、いくつかの実施例では、この値は当該計数のインジケータであり得る。たとえば、Ｎ１フィールドは、最上の優先度のバッファが７５−１００％占有されている、５０−７５％占有されている、２５−５０％占有されている、または０−２５％占有されていることを示す２ビット値であってもよい。その一方、Ｎ２
フィールドは、優先度２のバッファが少なくとも１つのパケットを有することを示す１ビット値であってもよい。別の実施例では、パケットを含む最も高い優先度のバッファにおけるパケットの優先度を示す単一の値が用いられてもよい。これらのフィールドについて少ない数のビットが用いられると、ネットワークオーバーヘッドが低減する。

いくつかの実施例では、参照符号１６のノードＡであるアクセスポイントから送られるフレームはこれらの値を含まない。

フレームが参照符号１６のノードＡに到着すると、容量割当制御部３２（図２）は、容量要求７２、たとえば一実施例では値Ｎ１、Ｎ２、およびＮ３を記録する。容量割当制御部３２は、たとえば参照符号１４のノードＣのような他のノードからのフレームについても、容量要求７２、たとえば一実施例では値Ｎ１、Ｎ２、およびＮ３を記録する。次のＴＤＭＡエポックのために新しいＴＤＭＡスロットマップを構築する時間になると、容量割当制御部３２は、参照符号１６のノードＡにおける参照符号２４、２６、２８であるバッファ１、２、および３のカレントデプス（current depth）とともに、容量要求７２を用い、どのＴＤＭＡ送信スロットがどのノードに割当てられるべきかを決定する。一般的には、より多くの高い優先度のパケットを自身のバッファに有するノードが、それよりも少ない高い優先度のパケットを有するノードよりも、より多くのＴＤＭＡスロット（すなわちより多くの容量）を得ることになる。

図５は、１つのＴＤＭＡエポックにおける、それぞれ参照符号１６、１２、１４のノードＡ、Ｂ、およびＣからの送信についてのスロット割当を示す。当該割当は、参照符号１２のノードＢへおよびノードＢからと、参照符号１４のノードＣへおよびノードＣからのトラフィックについてほぼ同等のアクセスを与える。参照符号１６のノードＡは、ＢまたはＣの２倍の送信スロットを得るが、Ａの送信のほぼ半分が利用者ノードの各々に向かう。「Ｍ」のスロットは、次のエポックのためのスロットマップを送信するようノードＡによって用いられる。

ここで、前述したものと類似した場合を考える。すなわち、ノードＢおよびＣの各々が、自身のバッファから１００個のパケットのデータを送る必要がある。ノードＢ上の問題のため、そのパケットのうち９０個は優先度１であり、１０個は優先度３である。ノードＣのパケットのすべては優先度２である。これらの値は、現在のエポックにおいてノードＢおよびＣからノードＡに送られる最終スロットの間、容量要求７２において送信される。現実では、ノードＡは、新しいスロットマップを計算するために、容量要求７２、たとえばＮ１、Ｎ２、Ｎ３の値、を処理するのにある程度の時間を必要とする。したがって、スロットマップは、当該エポックにおける最後のＢまたはＣスロットに先立って送られる値を用いて計算されることになる。

この例において、ノードＡは優先度３のパケットを２０個有し、１０個がノードＢにアドレス指定され、１０個がノードＣにアドレス指定される。容量割当制御部３２はこれらの値を用いて、次のエポックにおいてどのようにスロットを割当てるかを決定する。ノードＢは優先度１のパケットを多く有し、かつノードＣは優先度２のパケットを多く有するため、容量割当制御部３２はほとんどのスロットをノードＢに割当て、数個のスロットをノードＣに割当て、（次のスロットマップ以外では）１つもノードＡには割当てない。図６は、図５に示されるエポックの終わりに送信されるスロットマップを示す。

図６では、ほとんどの送信スロットがノードＢに割当てられ、これによりＢが自身の高い優先度のパケットを高速に送信することが可能になるＴＤＭＡエポックが示される。その後のエポックでは、ノードＢおよびＣの高い優先度のバッファがほとんど空になると、容量割当制御部３２はいくつかの送信スロットを参照符号１６のノードＡに割当てるので
、それは自身の優先度３のパケットを送り得る。なお、当該スロットマップは、この実施例の場合、如何なる利用者ノードについても決して０のスロットを有さない。なぜならば、各利用者ノードは自身のバッファステータスを信号で伝えることができなければならないからである。

いくつかの実施例では、容量要求７２は、利用者ノードから送られるすべてのフレームに含まれる必要はない。別の実施例では、容量要求は各エポックにおいて送られる必要すらない。さらなる実施例は、ヘッダが容量要求を含むかどうかをフレームヘッダ７４における１ビットが決定する可変のフレームフォーマットを有する。フレームビルダ６２は、容量要求における値が容量要求の最後の送信から実質的に変わった場合、または容量要求の最後の送信から指定された量の時間が過ぎた場合にのみ、ビットを設定し、容量要求を加える。

いくつかの実施例では、容量要求は、フレームヘッダ７４においてではなく、ネットワークパケットにおいて送られてもよい。この実施例では、容量要求生成部６４はそれらのフィールドをフレームヘッダ７４に挿入しないが、容量要求を含むネットワークパケットを作り出す。このパケットは、要求に応じてか、またはバッファデプス（buffer depth）における変化によって必要とされると、周期的に送られ得る。容量要求生成部６４は当該パケットを容量割当制御部３２にアドレス指定し、そのパケットを送信バッファに挿入する。パケットが容量割当制御部３２に到着すると、容量要求７２は次のＴＤＭＡスロットマップを計算するよう用いられる。この実施例はフレームヘッダに付加的な情報を含まないので、フレームを構築するのに従来のフレームビルダを用いてもよい。

いくつかの実施例は、フェーズドアレイアンテナ（エレクトリカリ・ステアード・アンテナ（electrically steered antenna）としても知られる）とともに用いられ得る。フェーズドアレイを用いる実施例では、ノードＡは通常、スロットマップをノードＢおよびノードＣに同時に送信し得ないので、各個々の利用者ノードに送信を行なうよう、ノードＡのために少なくとも１つのスロットが各エポックに存在しなければならない。

いくつかの実施例は、容量要求値、たとえばＮ１、Ｎ２などから新しいスロットマップ（または周波数マップ、チャネルマップなど）を計算するアルゴリズムとともに用いられ得る。先行技術は、あるタイプのネットワークトラフィックのフローを平滑化するよう用いられるか、または低いおよび高い優先度のトラフィックに対して適正なアクセスを提供するよう用いられるアルゴリズムに富んでいる。これら実施例は、容量割当制御部において同じまたは同様のアルゴリズムを用い得る。

いくつかの実施例では、容量割当制御部はノードＡの外側で実行されるソフトウェアアプリケーションとして実現され得る。この実施例では、ノードＡのリンク層は、有線またはワイヤレスネットワークを介してノードＡにコマンドを送る容量割当制御部に対するスレーブ（slave）として動作してもよい。代替的には、別のノードのリンク層が、容量割当制御部に対するスレーブとして用いられてもよい。

いくつかの実施例では、ネットワークはハブ・アンド・スポーク方式ではなく、ピア・ツウ・ピア・メッシュ構造（peer-to-peer mesh structure）を用い得る。ピア・ツウ・ピアＴＤＭＡネットワークの例が、米国特許出願連続番号第０９／９９８，５５６号において開示される。この出願は参照によりここに援用される。ピア・ツウ・ピアネットワークにおいて、各ノードは容量割当制御部と容量要求生成部との両方を有してもよい。代替的には、指定されたノードのみが、容量割当制御部と容量要求生成部との両方を有してもよい。

一実施例では、特定のパケットの優先度は、そのパケットがやって来るノードに依存して異なって扱われ得る。たとえば、ノードＢおよびノードＣは両方とも、それらの優先度２のバッファにおいて２０個のパケットを有する場合があるが、容量割当制御部は、ノードＢの優先度２をノードＣの優先度２よりも高い優先度として扱ってもよい。

媒体アクセス手法はＴＤＭＡである必要はない。代替的実施例は、任意の共有されたアクセスプロトコルを用い得る。たとえば、ＦＤＭＡを用いることにより、容量割当制御部は、時間スロットではなく周波数チャネルを各リンクに動的に割当てる。したがって、容量割当制御部はしばしば、割当が変わろうとしていることを利用者ノードに伝えるよう、新しい周波数マップを送る。別の実施例では、ＣＤＭＡが用いられてもよい。

ＣＤＭＡ（符号分割多重接続方式）は、各送信機で異なる通信チャネルを符号化するよう数学的に直交であるパターンの変調を用いる。特定のチャネルを受取るよう、受取機は（コードと呼ばれる）直交パターンのうちの１つで入力信号（すべてのチャネルを含む）を乗算する。各コードは１つのチャネルに関連付けられる。

ＣＤＭＡを用いると、容量割当制御部は、（ＴＤＭＡにおいてのように、各リンクについて１つ以上の時間スロットではなく）各リンクに対して１つ以上のコードチャネルを動的に割当てる。容量割当制御部はしばしば、割当が変わろうとしていることを利用者ノードに伝えるよう、新しいチャネルマップを送る。新しい割当を実現する時間がチャネルマップの部分として指定されてもよく、またはすべてのノードに知らされるルール、たとえば「次の瞬間の始まりで任意の新しいチャネルマップが有効（active）になる」、によって暗黙的に指定されてもよい。

図７はＣＤＭＡチャネルマップについてのチャネル割当の初期セットを示し、同じ数のチャネルが各リンクにおいて各方向について割当てられる。「Ｍ」のチャネルは、任意の他のリンク管理指令に加えて、更新されたチャネルマップを送信するよう、ノードＡによって用いられる。

いくつかの実施例では、各ＣＤＭＡ利用者ノードは制御メッセージビルダを有する。ＣＤＭＡ制御メッセージビルダは、容量要求として当該メッセージをマークする識別子を含むリンク制御メッセージを構築する。一実施例では、容量要求は３つの値Ｎ１、Ｎ２、およびＮ３を含む。ＴＤＭＡの例について上で論じたように、容量要求は付加的な値またはより少ない値を有してもよい。

容量要求がノードＡまたは容量割当制御部の位置に到達すると、容量割当制御部は、当該容量要求に含まれる値を記録する。容量割当制御部は、たとえばノードＣのような他のノードからの容量要求の中の値も記録する。容量割当制御部は、これらの容量要求を用いて、任意のＣＤＭＡチャネル割当を更新するかどうか決定する。

これを実際に示すよう、図７に示される初期チャネル割当を考える。このチャネルマップは、ノードＢへおよびノードＢからと、ノードＣへおよびノードＣからとのトラフィックについてほぼ同等のアクセスを与える。ノードＡは、ＢまたはＣの２倍の送信チャネルを得るが、Ａの送信のほぼ半分が利用者ノードの各々に向かう。

ここで、ノードＢおよびＣの各々が、自身のバッファから１００個のパケットのデータを送る必要がある。ノードＢ上の問題のため、そのパケットのうち９０個は優先度１であり、１０個は優先度３である。ノードＣのパケットのすべては優先度２である。これらの値は、ノードＢおよびＣからノードＡに、容量要求７２において送信される。ノードＡは優先度３のパケットを２０個有し、１０個がノードＢにアドレス指定され、１０個がノー
ドＣにアドレス指定される。

容量割当制御部はこれらの値を用いて、どのようにチャネルを割当てるかを決定する。ノードＢは優先度１のパケットを多く有し、かつノードＣは優先度２のパケットを多く有するため、容量割当制御部はほとんどのチャネルをノードＢに割当て、数個のチャネルをノードＣに割当て、（次のチャネルマップ以外では）１つもノードＡには割当てない。図８は、新しいチャネルマップを示す。これは、すべての利用者ノードに送信されるチャネルマップである。

図８では、ほとんどのチャネルがノードＢに割当てられ、これによりＢが自身の高い優先度のパケットを高速に送信することが可能になるＣＤＭＡチャネルマップが示される。その後のエポックでは、ノードＢおよびＣの高い優先度のバッファがほとんど空になると、容量割当制御部はいくつかのチャネルをノードＡに割当てるので、それは自身の優先度３のパケットを送り得る。なお、当該チャネルマップは、如何なる利用者ノードについても決して０のスロットを有さない。なぜならば、各利用者ノードは自身のバッファステータスを知らせることができなければならないからである。

上述の実施例は、送信されるのを待っているパケットについてのパケット優先度情報をアクセス容量割当制御部に送るよう、利用者ノードにて容量要求生成部を用いる。代替的実施例では、容量要求生成部は必要とされない。この実施例では、容量割当制御部が、アクセスポイントでのワイヤレスノードか、または他のワイヤレスノードの１つから受取られたパケットのいくつかまたはすべての起源とパケットの優先度を監視する。ワイヤレスネットワークトラフィックを監視する間に得られる情報に基づき、容量割当制御部は、１つ以上のワイヤレスリンクについて容量を設定する。この実施例は、利用者ノードへの変更を必要としないという利点を有する。しかしながら、この実施例は、いくつかの場合では、あるワイヤレスノードからのパケットの優先度における変更に対して、より遅く応答することになる。なぜならば、容量割当制御部は、将来送信されることになるパケットについてのパケットの優先度に関する情報／データを有さないためである。しかしその代わりに、既に送信されたパケットの優先度に容量割当を基づかせる。

要約して、この開示の概念を用いた結果得られる多くの利点が記載される。例示的な実
施例の前述の記載は、説明および記載目的のために与えられる。余すところなく示すこと
を意図するものではなく、または開示された形態そのものに実施例を限定することを意図
するものではない。上記の教示に照らし合わせて、自明である修正例または変形例が可能
である。この開示の原理およびその実際の適用例を最もよく示すよう、実施例は選択およ
び記載される。これにより、さまざまな実施例において、かつ考えられる特定の利用に適
合されるようなさまざまな修正例とともに、当業者がこの開示を最もよく用いることが可
能になる。この開示の範囲は、特許請求の範囲によって規定されることを意図する。
また、本発明は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
共有されたワイヤレス媒体において、リンク容量を動的に割当てるための方法であって、
少なくとも１つの容量要求を受取るステップと、
少なくとも前記受取られた容量要求に基づき、少なくとも第１のノード（１２）に利用可能であるワイヤレスリンク容量を制御するステップとを含む、方法。
（態様２）
ワイヤレスリンク容量を制御するステップは、
少なくとも前記容量要求に基づき、ワイヤレスリンク容量を割当てるステップと、 少なくとも前記第１のノード（１２）にリンク構成データを送るステップとを含み、 前記リンク構成データは、少なくとも前記第１のノード（１２）に割当てられるリンク容量を少なくとも示す、態様１に記載の方法。
（態様３）
前記容量要求は、最も高い優先度レベルでバッファリング（２４，５２）されるデータの量を示す値を含む、態様１に記載の方法。
（態様４）
前記容量要求はさらに、２番目に高い優先度レベルでバッファリング（２４，５２）されるデータの量を示す値を含む、態様３に記載の方法。
（態様５）
前記容量要求はさらに、３番目に高い優先度レベルでバッファリング（２４，５２）されるデータの量を示す値を含む、態様４に記載の方法。
（態様６）
前記容量要求はさらに、データが２番目に高い優先度レベルでバッファリング（２４，５２）されるかどうかを示す値を含む、態様２に記載の方法。
（態様７）
前記容量要求はリンクフレームの部分であるヘッダデータから受取られる、態様１に記載の方法。
（態様８）
前記容量要求はネットワークパケットから受取られる、態様１に記載の方法。
（態様９）
共有されるワイヤレス媒体において、リンク容量を動的に変更するための方法であって、
バッファ（２４，５２）におけるデータから優先度情報を読取るステップと、
読取られた前記優先度情報から容量要求を作り出すステップと、
前記容量要求を送信するステップと、
リンク構成データを受取るステップとを含み、前記リンク構成データは少なくともある割当てられたリンク容量を示し、前記方法はさらに、
前記受取られたリンク容量の割当に準拠するようワイヤレスリンクを構成するステップを含む、方法。
（態様１０）
前記容量要求は、最も高い優先度レベルでバッファリング（２４，５２）されるデータの量を示す値を含む、態様９に記載の方法。
（態様１１）
前記容量要求はさらに、２番目に高い優先度レベルでバッファリング（２４，５２）されるデータの量を示す値を含む、態様１０に記載の方法。
（態様１２）
前記容量要求はさらに、３番目に高い優先度レベルでバッファリング（２４，５２）されるデータの量を示す値を含む、態様１１に記載の方法。
（態様１３）
前記容量要求はさらに、データが２番目に高い優先度レベルでバッファリング（２４，５２）されるかどうかを示す値を含む、態様１０に記載の方法。
（態様１４）
前記容量要求はリンクフレームの部分であるヘッダデータにおいて送信される、態様９に記載の方法。
（態様１５）
前記容量要求はネットワークパケットにおいて送信される、態様９に記載の方法。

ある実施例が用いられるハブ・アンド・スポーク方式のワイヤレスネットワークの簡単な例を示す図である。 有利である第１の実施例を用いる、図１に示されるアクセスポイントのコンポーネントを示す図である。 第２の有利な実施例を含む利用者ノードのリンク層のコンポーネントを示す図である。 一実施例に従ったＴＤＭＡフレームを示す図である。 １つのＴＤＭＡエポックにおける、ノードＡ、Ｂ、およびＣからの送信のためのスロット割当を示す図である。 図５に示されるＴＤＭＡエポックに続くＴＤＭＡエポックにおける、ノードＡ、Ｂ、およびＣからの送信のためのスロット割当を動的に変更した結果を示す図である。 ＣＤＭＡチャネル割当の初期セットを示す図である。 ほとんどの送信スロットがノードＢに割当てられ、これによりＢがその高い優先度のパケットを高速に送信することが可能になるＣＤＭＡチャネル割当のセットを示す図である。

Claims (6)

1. 複数のノードを有するネットワーク（１０）における共有されるワイヤレス媒体において、リンク容量を動的に変更するための方法であって、該ノードは、有線ネットワーク（１８）と共有されたワイヤレススペクトルとに接続されたアクセスポイント（Ａ）と、該共有ワイヤレススペクトルを通じて該アクセスポイント（Ａ）と通信する少なくとも２つの利用者ノード（Ｂ，Ｃ）とを含み、該方法は、
   該利用者ノード（Ｂ，Ｃ）または該アクセスポイント（Ａ）のフレームビルダ（３４，６２）により優先度情報をバッファ（２４−２８；５２−５６）内のデータから読み取るステップと、
   該利用者ノード（Ｂ，Ｃ）または該アクセスポイント（Ａ）の該フレームビルダ（３４，６２）によって該バッファ（２４−２８；５２−５６）から取り除かれた該優先度情報に基づいて容量要求（７２）を発生するステップ、
   該容量要求（７２）を該共有スペクトルを通じて該利用者ノード（Ｂ，Ｃ）または該アクセスポイント（Ａ）の物理層（３８，４２）によって送信するステップと、
   該利用者ノード（Ｂ，Ｃ）または該アクセスポイント（Ａ）の物理層（３８，４２）によって、少なくとも１つの割当リンク容量を表示するリンク構成データを受け取るステップと、
   該アクセスポイント（Ａ）にて、該容量要求（７２）を記録する容量割当制御部（３２）を用いてワイヤレスリンクを構成し、後の伝送エポックにおいてどの伝送ユニットがどのノードに割り当てられるべきかを決定するための伝送マップを計算することにより該受け取られたリンク容量の割当に準拠するステップと、
   該利用者ノード（Ｂ，Ｃ）にて、フレームを該物理層（４２）に渡す容量要求生成部（６４）を用いてワイヤレスリンクを構成するステップとを含む、方法。
2. 前記伝送マップはどの利用者ノード（Ｂ，Ｃ）に対してもゼロ伝送単位を有することがない、請求項１に記載の方法。
3. 各伝送エポックにおいて前記アクセスポイント（Ａ）に対して各利用者ノード（Ｂ，Ｃ）に伝送する少なくとも１つの伝送単位がある、請求項１に記載の方法。
4. 前記伝送単位はスロット、チャネルまたは周波数である、請求項１に記載の方法。
5. 前記容量要求（７２）は最も高い優先度レベルでバッファリング（２４，５２）されるデータの量を示す値を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記容量要求（７２）はさらに、データが２番目に高い優先度レベルでバッファリングされるかどうかを示す値を含む、請求項５に記載の方法。

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