JP5451399B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、広く無線通信システムにおいて周波数チャネルを割り当てる方法に関する。

本発明はまた、無線通信システム用の無線局に関する。

本発明は、例えば、しばしばＷｉＦｉ（Wireless Fidelityの略）とも称される無線規格ＩＥＥＥ８０２．１１を用いた無線通信システムに用途を見出すものである。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｓは、メッシュ無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）の修正版を記述している。この提案は、現在の媒体アクセス制御（ＭＡＣ）を増強するよう種々の選択肢の増強を見越している。ＩＥＥＥ８０２．１１ｅは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｓの義務付けられたＭＡＣを記述している。これは、増強配信チャネルアクセス（ＥＤＣＡ；Enhanced Distributed Channel Access）と呼ばれる。ＥＤＣＡは、単一ホップ無線ネットワークのために設計されている。これは、優先順位付けのための４つの異なるアクセスカテゴリを提供する。但し、ＥＤＣＡは、多重周波数チャネルを利用することができない。したがって、単一高周波トランシーバにより、単一の周波数チャネルだけが、メッシュＷＬＡＮ全体を通じて使用可能となっている。

共通チャネルフレームワーク（ＣＣＦ；Common Channel Framework）は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｓにおいて提案されたオプションの方法である。これは、単一のトランシーバを用いて１の周波数チャネルから他の周波数チャネルに切り換えるための手段を提供する。したがって、個別の周波数チャネルが、メッシュＷＬＡＮ装置により使用可能となる。

図１は、かかるＣＣＦ動作を示している。一方の周波数チャネルから他方の周波数チャネルに切り換わるとき、ＣＣＦを適用する局は、もっぱら物理キャリアセンシング（Ｐ−ＣＳ；physical Carrier Sensing）に依存して、この他方の周波数チャネルがアイドル状態か否かを検出するようにしている。この局のトランシーバが共通周波数チャネルｆ_０に同調される一方、他の局は、ｆ_０以外の周波数チャネルにおいてデータフレームを交換することができる。交換要求（ＲＴＸ；Request to Change）及び交換クリア（ＣＴＸ；Clear to Change）フレームを用いて、ＣＣＦ被イネーブル局は、ｆ_０以外の周波数チャネルにおいてデータフレームを交換することを同意する。交換要求及び交換クリアは、持続長ｄを含んでおり、これが実際のデータフレーム及び返答アクノリッジメントＡＣＫを送信するのに必要な期間を規定する。ＳＩＦＳ（短フレーム間スペース；Short Interframe Space）は、送信器が受信モードに変わる度及び受信器が送信モードに変わるときのトランシーバ所要時間のために用いられる最も短い持続長を表す。

ここで、ＣＣＦ被イネーブル局のペアがデータフレームを交換するよう周波数チャネルｆ_ｎに切り換わることを決めた場合を想定する。このペアの局は、切り換え前に周波数チャネルｆ_ｎを検知することができないので、当該ＣＣＦ被イネーブル局のペアは、周波数チャネルｆ_ｎにおいて進行中の送信があるかどうかを検出することができない。したがって、それらＣＣＦ被イネーブル局は、切り換わり後にビジーのチャネル、すなわちＣＣＦ非認識局により既に用いられている周波数チャネルを検出することがあり、これにより、データフレームを交換することができなくなる場合がある。

したがって、本発明の目的は、無線通信システムにおける周波数チャネルを割り当てる方法であってデータ衝突及び／又は輻湊に対して感受性の低いものを提供することである。

本発明によれば、無線通信システムにおいて周波数チャネルを割り当てる方法であって、
・前記共通チャネルフレームワーク被イネーブル局により、１対の共通チャネルフレームワーク被イネーブル局がデータフレームを交換することを許容されることになるところの通信周波数チャネルを判定するために、共通時間間隔において共通周波数チャネルを用いることと、
・各共通時間間隔の先頭において前記共通周波数チャネルを周期的に変えることと、
を有する方法が提供される。

当該共通周波数チャネルを他の周波数チャネルに周期的に変えることによって、共通チャネルフレームワーク被イネーブル局は、当該共通時間間隔の持続長にわたり、連続した共通周波数チャネルにおける共通チャネルフレームワーク非認識局の存在を検出することができる。結果として、共通チャネルフレームワーク被イネーブル局は、共通チャネルフレームワーク非認識局によりその使用に基づいてデータフレーム交換のために周波数チャネルを選択することができる。

有益なのは、周波数チャネルを割り当てる方法は、当該チャネルが当該共通周波数チャネルとして用いられるときに当該共通時間間隔の間に周波数チャネルの占有レベルを測定することを有する。

周波数チャネルを割り当てる方法はまた、
・前記共通周波数チャネルとして連続的に使用される異なる周波数チャネルの使用レベルを記憶すること、及び
・最も低い使用レベルのものを有する周波数チャネルの内からデータフレームを交換するように一対の共通チャネルフレームワーク被イネーブル局が許容されることになる通信周波数チャネルを選択すること、
を有するようにしてもよい。

本発明の実施例によれば、共通周波数チャネルは、１組の利用可能な周波数チャネル内のローテーション周期に応じて各共通時間間隔の先頭において変更させられる。

本発明はまた、無線通信システム用の共通チャネルフレームワーク被イネーブル局であって、
・前記共通チャネルフレームワーク被イネーブル局が他の共通チャネルフレームワーク被イネーブル局とデータフレームを交換するよう許容されることになるところの通信周波数チャネルを判定するために共通時間間隔で共通周波数チャネルを用いるための手段と、
・各共通時間間隔の先頭において前記共通周波数チャネルを周期的に判定するための手段と、
を有する、局に関する。

最後に、本発明は、共通チャネルフレームワーク局の内部メモリ内へ直接ロード可能なコンピュータプログラム製品であって、当該製品が前記共通チャネルフレームワーク局において実行されるときに本割当方法のステップを全て行うためのソフトウェアコード部を有する製品に関する。

本発明のこれらの態様及びその他の態様は、ここで説明される実施例に基づいて詳しく説明され明らかとなる。

以下では、本発明の実施例を、例示によってのみ添付図面を参照して説明する。

無線通信システムの概略的ブロック図。 本発明による方法の概略的ブロック図。

図２は、本発明の実施例による無線ネットワーク１の概略的構成を示している。無線ネットワーク１は、ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１などの規格やＩＥＥＥ８０２．１１ｓＥＳＳなどのさらなる発展形に準じたネットワークに用いることができる。無線ネットワーク１及び無線ネットワーク１のための方法は、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）に適用可能であるが限定されるものではない。無線ネットワーク１及び無線ネットワーク１のための方法は、一部であり、或いは無線通信システムを構築しうる。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とすることができる他のネットワークと組み合わされるようにしてもよい。

無線ネットワーク１のアドレス指定可能なユニットは、局２，３，４，５である。局２ないし５の各々は、メッセージの宛先であるが、一般には固定された位置ではない。局２ないし５は、移動可能又は携帯可能なものとすることができ、携帯可能なものは、或る場所から別の場所へ移動されるが、固定位置にある間にだけ用いられ、移動可能なものは、移動している間に無線ネットワーク１に実際にアクセスをなす。しかし、伝播効果は、固定局が伝播効果によりしばしば移動可能なものであるように見えるよう携帯及び移動局２ないし５の間の区別を不鮮明とするものである。

無線ネットワーク１のアーキテクチャは、上位レイヤへの局の移動性をサポートする無線ローカルエリアネットワーク又はこのような類のものを提供するよう相互動作する幾つかの構成部を有する。無線ネットワーク１は、局２，３を有する第１のセット６と、局４，５を有する第２のセット７とを有する。第１のセットの局２及び３は、ＣＣＦ被イネーブル局であるのに対して、第２のセットの局４及び５は、ＣＣＦ非認識局である。ＣＣＦ被イネーブル局は、共通周波数チャネルの使用によって、１組の周波数チャネルの内の伝送用の周波数チャネルを使用することができる。ＣＣＦ非認識局は、伝送用の同じ所定周波数チャネルを常に使用する。

ＩＥＥＥ８０２．１１は、幾つかの技術を規定する。これらは、異なる周波数チャネルを用いる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ又はｇは、２．４ＧＨｚ帯域を用い、ＩＥＥＥ８０２．１１ａは、５ＧＨｚ帯域を用いる。これらは全て、２０ＭＨｚチャネルを用いる。２．４ＧＨｚにおける周波数帯域は、大抵、２．４００〜２．４８３５ＭＨｚをカバーする。５ＧＨｚにおける周波数帯域は、欧州では、５．１５〜５．２５ＧＨｚ、５．２５〜５．３５ＧＨｚ、５．４７０〜５．７２５ＧＨｚという３つのブロックからなる。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇに関しては、欧州では１３個のチャネルがあり、それらのうちの３つのみが非重複のものである。５ＧＨｚでは、約１９個の非重複チャネルがある。

無線ネットワーク１は、配信システム８を有する。配信システム８は、セット６及び７の局２，５間の通信を可能にする。データフレームは、アクセスポイント１０を介して第１のセット６と配信システム８との間を移動する。さらに、データフレームは、アクセスポイント１１を介して第２のセット７と配信システム８との間で移動する。これにより、アクセスポイント１０，１１の各々が、局３，４として機能することに加えて配信システムサービスを提供することにより、配信システム８に対するアクセスをなす局（ここでは、それぞれ局３及び４）であるという利点がある。

前述したように、ＣＣＦ被イネーブル局２及び３がデータフレームを交換しようとする場合、各局のトランシーバは、当該データフレームを交換する予定であるところの周波数チャネルを判定するように共通時間間隔の先頭において共通周波数チャネルｆ_０に同調させられる。

本発明は、当該共通周波数チャネルを頻繁に変化させることを提案するものである。ＣＣＦ被イネーブル局は、共通クロックに同期化されると、当該共通周波数チャネルにおいて共通時間間隔で周期的に合致する。使用頻度の高い周波数チャネル及び使用頻度の低い周波数チャネルに関するセンシング、発見、検出及び学習を可能とするため、本発明は、共通チャネルを他の周波数チャネルに周期的に同調させることを見越している。

本発明の実施例によれば、ＣＣＦ被イネーブル局は、各共通間隔の先頭において共通周波数チャネルをローテーションさせる。共通時間間隔のパラメータ（例えば、その開始時間及び持続長）は、全てのＣＣＦ被イネーブル局により既知であり、追従される。ＩＥＥＥ８０２．１１において、このビーコン間隔（スーパーフレームとも呼ばれる）は、このような共通間隔を形成する。ビーコン間隔は、管理者により設定可能な期間である。現在の製品は、大抵はビーコンを１００ｍｓ毎に送信する。

したがって、現在のスーパーフレームの先頭において、ＣＣＦ被イネーブル局は、直前のスーパーフレームの間に用いられるもの以外の共通周波数チャネルにそれらのトランシーバを同調させる。ＣＣＦ被イネーブル局全てに共通したアルゴリズムは、全てのＣＣＦ被イネーブル局が同じ共通の周波数チャネルに同期して切り換わることを可能にする。このようなアルゴリズムは、例えば、
新チャネル番号＝［最終チャネル番号＋１］ｍｏｄ（チャネル量）
であり、ここで、
・新チャネル番号は、現在の共通周波数チャネルの番号
・最終チャネル番号は、前の共通周波数チャネルの番号
・チャネル量は、無線通信のために利用可能な周波数チャネルの数
である。

共通周波数チャネルが他の周波数チャネルに変わるたびに、ＣＣＦ被イネーブル局は、フルのスーパーフレーム期間において、当該周波数チャネルにおけるＣＣＦ非認識局の存在を検出することができる。ＣＣＦ被イネーブル局はさらに、当該周波数チャネルを検知し、周波数チャネルの使用について学習するようにビジー期間を識別する。ＣＣＦ被イネーブル局は、共通周波数チャネルとして一旦全ての利用可能な周波数チャネルを使用した後は、頻繁に用いられるものと識別された周波数チャネルと比べて、データフレーム交換のより高い可能性をもつ負荷の低いデータチャネルに切り換わる。ＣＣＦ被イネーブル局は、共通周波数チャネルを異なる周波数チャネルに変更するように動作を続ける間、他の周波数チャネルについて学習することを維持し、これにより、データフレーム交換のために周波数チャネルを選択する際にそれらの振る舞いを適合させる。したがって、ＣＣＦ被イネーブル局は、所定の周波数チャネルのデータフレーム交換のために選択される可能性を調整することができる。

ＣＣＦ被イネーブル局は、ＣＣＦ非認識局により使用される可能性が非常に高い周波数チャネルへの不必要な切り換えを回避する。使用頻度の低い周波数チャネルが好適に用いられるので、これら局は、さらに、衝突を回避し、周波数チャネルの使用のバランスをとる。

なお、上述した実施例は、本発明を限定するのではなく例示するものであり、当業者であれば、添付の請求項により規定されるような本発明の範囲を逸脱することなく数多くの代替実施例を構成することができる筈である。請求項において、括弧内の参照符号は、その請求項を限定するものと解釈してはならない。「有する」、「有し」などの文言は、請求項又は全体としての明細書に挙げられているもの以外の要素又はステップの存在を排除しない。要素の単数表現は、そのような要素の複数の存在を排除しないし、逆に、要素の複数表現は、そのような要素の単数の存在を排除しない。

本発明は、幾つかの別個の要素を有するハードウェアにより、また、適切にプログラムされたコンピュータによって実現可能である。幾つかの手段を列挙する装置の請求項において、これら手段の幾つかは、同一アイテムのハードウェアにより具現化可能である。或る特定の方策が相互に異なる従属請求項において挙げられているという点は、これらの方策の組み合わせが活用できないことを意味するものではない。

Claims (5)

1. 共通チャネルフレームワーク被イネーブル局を有する無線通信システムにおいて周波数チャネルを割り当てる方法であって、
   ・前記共通チャネルフレームワーク被イネーブル局により、１対の共通チャネルフレームワーク被イネーブル局がデータフレームを交換することを許容されることになるところの通信周波数チャネルを判定するために、ビーコン間隔によって形成される共通時間間隔において共通周波数チャネルを用いるステップと、
   ・各ビーコン間隔の先頭において前記共通周波数チャネルをローテーションで周期的に変えるステップと、
   を有し、前記方法が更に、前記共通チャネルフレームワーク被イネーブル局により、
   周波数チャネルが前記共通周波数チャネルとして用いられるときに前記共通時間間隔の間に当該周波数チャネルの使用レベルを判定するステップであって、前記判定される使用レベルは、共通チャネルフレームワーク非認識局による当該周波数チャネルの使用を表すことができる、ステップと、
   最も低い使用レベルのものを有する周波数チャネルの内から、データフレームを交換するように一対の共通チャネルフレームワーク被イネーブル局が許容されることになる通信周波数チャネルを選択するステップと、
   を有する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   ・前記共通周波数チャネルとして連続的に使用される異なる周波数チャネルの使用レベルを記憶すること、
   を有する方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記共通周波数チャネルは、１組の利用可能周波数チャネルのうちのローテーション周期に応じて各ビーコン間隔の先頭で変えられる、方法。
4. 共通チャネルフレームワーク局の内部メモリ内へ直接ロード可能なコンピュータプログラムであって、当該コンピュータプログラムが前記共通チャネルフレームワーク局において実行されるときに請求項１に記載のステップを全て行うためのソフトウェアコード部を有するコンピュータプログラム。
5. 無線通信システム用の共通チャネルフレームワーク被イネーブル局であって、
   ・前記共通チャネルフレームワーク被イネーブル局が他の共通チャネルフレームワーク被イネーブル局とデータフレームを交換するよう許容されることになるところの通信周波数チャネルを判定するためにビーコン間隔によって形成される共通時間間隔で共通周波数チャネルを用いるための手段と、
   ・各ビーコン間隔の先頭において前記共通周波数チャネルをローテーションで周期的に変更してその都度当該周波数チャネルの使用レベルを判定し、前記ローテーション後、各周波数チャネルの前記使用レベルに応じて前記データフレーム交換のための通信周波数チャネルを判定するための判定手段と、
   を有し、前記判定される使用レベルは、共通チャネルフレームワーク非認識局による当該周波数チャネルの使用を表すことができ、前記判定手段は、最も低い使用レベルのものを有する周波数チャネルの内から、データフレームを交換するように一対の共通チャネルフレームワーク被イネーブル局が許容されることになる通信周波数チャネルを選択する、局。

Images