JP5479356B2 - フレキシブルなｍａｃスーパーフレーム構造及びビーコン送信方法 - Google Patents

Description

米国特許法１１９（ｅ）による優先権主張が、２００７年１２月７日出願の米国暫定特許出願第６１／０１２，０７０号になされている。

本発明は、概して、ワイヤレスラジオシステムに関し、より具体的には、改善された繰り返されるＭＡＣスーパーフレーム構造及びラジオネットワークのためのビーコン送信方法に関する。

ＭＡＣプロトコル、スーパーフレーム及びビーコンのデプロイメントの短い概要が、本発明のコンテクストの背景として貢献するものと考えられる。ＭＡＣプロトコルは、１つの形態において、周波数ホッピングラジオによる２．４ＧＨｚ ＩＳＭ帯域における動作のために設計されている。米国においてこの帯域を使用するあらゆるシステムは、ＦＣＣ規則に従わなければならない。加えて、帯域が許諾されていない場合、システムは更に、他のＩＳＭ帯域ラジオシステム及び例えば電子オーブンのような干渉源の存在下において動作することが可能でなければならない。

１つの形態において知られているＭＡＣプロトコルは、ＴＤＭＡ及びＣＳＭＡ／ＣＡアクセスメカニズムの双方を組み合わせるハイブリッドプロトコルである。ハイブリッドＭＡＣプロトコルは、広範囲な条件下で良好なパフォーマンスを確実にするフィーチャを提供することができる。

フレーミング：ＭＡＣプロトコルは、１つの形態において、２つの競合フリー期間（ＣＦＰ）及び競合期間を組み込んだスーパーフレームを使用する。スーパーフレームの開始は、局が新しいチャネルにホップし始めるポイントであり、局が次のチャネルにホップし始める直前に終了する。スーパーフレームの持続時間は、固定であり、ドエル（滞留）又はホップ期間と同じである。各々のＣＦＰ中に使用されるアクセスメカニズムは、ＴＤＭＡであり、競合期間中に使用されるアクセスメカニズムは、ＣＳＭＡ／ＣＡである。

競合フリー期間の各々は、固定長スロットの複数の対に分けられ、ボイス接続当たりの２つである。各対の第１のスロットは、制御ポイントからノードにボイスデータを送信（ダウンリンク）するために使用されることができ、第２のスロットは、ノードから制御ポイントにボイスデータを送信（アップリンク）するために使用される。

ＭＡＣプロトコルは、本発明のコンテクストにおいて、分散タイプ及び集中タイプの２つのタイプに分類されることができる。ＷｉＭｅｄｉａ ＭＡＣのような分散ＭＡＣプロトコルは、Ｐ２Ｐアプリケーション状況をサポートするために集中アプローチを超えるいくつかの利点を有し、直接リンクセットアップ、ロバストネス及びフレキシブルなチャネルシェアリングを含む。他方、例えば高密度の装置を伴う状況をサポートするとともに改善されたＱｏＳ保証をサポートするためには、集中ＭＡＣプロトコルが望ましい。明らかに、プロトコルの各々のタイプは、なんらかの特定のアプリケーション状況においてその利点を有するが、他の事例においては最適には及ばないことがある。従って、それぞれ異なるモードで動作するとともに別個のフィーチャを必要とする状況をサポートするフレキシブルなＭＡＣプロトコルは、より広範囲なアプリケーションをサポートすることができ、それゆえ、非常により大きなマーケットを有するであろう。しかしながら、現在のＭＡＣプロトコルは、主として既存のＭＡＣスーパーフレーム構造及び関連する動作の制限により、集中動作又は分散動作のいずれかをサポートすることができるだけである。

ＩＥＥＥ８０２．１１ＤＣＦ（Distributed Coordinated Function、分散コーディネート機能）及び８０２．１１ｅ ＥＤＣＡ（Enhanced distributed Channel Access、拡張分散チャネルアクセス）のような分散ＭＡＣプロトコルは、Ｐ２Ｐ（ピアツーピア）アプリケーション状況をサポートするための顕著なフィーチャを有する。それらの分散ＭＡＣプロトコルは、直接リンクセットアップをサポートし、不良のポイントを回避し、フレキシブルなマルチホップチャネルシェアリングを容易にする。しかしながら、ＱｏＳストリクトな実時間アプリケーションをサポートし、エネルギー消費を最小限にし、分散アプローチのコンテクスト下における隠れた端末問題に対処することは、単純明快ではない。ＷｉＭｅｄｉａ ＭＡＣは、このような問題に対処するために、分散ビーコン送信プロトコル及び分散予約プロトコル（distributed reservation protocol、ＤＲＰ）を提供する。しかし、ビーコン送信プロトコルは、各装置が各ビーコン期間中にビーコンスロットを所有し、あらゆるスーパーフレームにおいてビーコンを送ることを必要とし、これは、あらゆるスーパーフレームにおけるビーコンスロットのオーバヘッドにより、スケーラビリティ問題を生じさせる。言い換えると、高いノード密度アプリケーションをサポートすることは、ノード密度の増加に伴うビーコンスロットのオーバヘッドの増加により、非常に困難になる。

対照的に、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ ＨＣＣＡモード（ＨＣＦ制御チャネルアクセス、ここでＨＣＦはハイブリッドコーディネーション機能を表す）のようなポイントコーディネート又は集中ＭＡＣプロトコルは、ＱｏＳ、高密度アプリケーション及びエネルギー節約をサポートするために、より良い。集中ＭＡＣプロトコルは、コーディネータ（アクセスポイント又はクラスタヘッド）装置によって制御される決定論的なチャネルアクセスを提供し、これは、チャネル使用効率を改善するとともに、より効果的なエネルギー節約スキームを可能にする。しかしながら、集中アーキテクチャは、直接的なＰ２Ｐリンクセットアップを実際に実現することができず、更に、単一障害点を回避しフレキシブルなマルチホップチャネルシェアリングをサポートすることができない。

管理されたネットワークにおいて、ビーコンは、ホップの直後に送信される。このビーコンは、ネットワーク同期を管理し、スーパーフレームのフォーマットを制御し、各ノードがデータを送受信するべきであるときを管理するために使用される。

スーパーフレームの終わりのＣＦＰ（contention Free Period、競合フリー期間）は、ボイスデータの最初の送信のために使用され、スーパーフレームの始めのＣＦＰは、受け取られなかった又は不正確に受け取られたあらゆるデータの任意の再送信のために使用される。ドエル期間は、レイテンシーに関して許容できるパフォーマンスを提供するために２０ｍｓに固定される。ドエル期間の長さは更に、各ボイスデータメッセージが、拡張したＤＥＣＴ Ｂ−フィールドに等しいＡＤＰＣＭデータ（６４０ビット）と、ＤＥＣＴ Ａ−フィールドに等しい制御データの４８ビットとの２０ｍｓを含むことを意味する。更に、送信される各パケットは、必要なＭＡＣ及びＰＨＹヘッダを含む。

２０ｍｓのスーパーフレームを用いることにより、ＭＡＣは、すべてのボイスデータが再送信されることを可能にするに十分大きなフレームの始めのＣＦＰにより、４つのボイス接続を提供することがき、又はより多くの数の接続（例えば６）を提供することができるが、この場合、フレームの始めのＣＦＰは、２つの接続からのデータの再送信のために十分に大きいだけである。

最初の送信が発生するＣＦＰ及び再送信が発生するＣＦＰは、周波数ホップによって隔てられており、これは、プロトコルが動作する環境が与えられる場合に特に重要である周波数ダイバーシティを与える。

スーパーフレーム内の最初のＣＦＰの終わりに、サービススロットのために予約されたスペースがある。サービススロットは、制御ポイントと通信するためにボイスノードによって使用される。

ノードによって送信される各々のボイスデータパケットは、パケットヘッダ内に、ノードによって受け取られた最後のボイスデータメッセージのピギーバックアクノリッジメントを含む。すなわちアップリンクパケットにおいて、ボイスノードは、制御ポイントによって送られたダウンリンクパケットをアクノリッジする。このシステムは、制御ポイントが、ホップの前にどのボイスデータ送信が失われたかを決定し、必要な再送信を決定し、次のスーパーフレームの始めにビーコンにおいてこれらの再送信を通知することを可能にする。各々のボイスデータパケットは、一度だけ再送信されることができる。

２つのＣＦＰの間の時間である競合期間は、８０２．１１標準［８０２．１１］に示されるものと同様のＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルを使用するデータ送信のために使用される。ＭＡＣは、スロット付き競合スキーム、データメッセージのアクノリッジメント及び再送信並びにフラグメンテーションスキームを使用して、パフォーマンスを改善する。

アクティブなボイス接続がない場合、ＣＳＭＡ／ＣＡ期間は、ホップ及びビーコンのために必要なスペースを除いて、スーパーフレームの全体を占有し、それによりデータ効率を最大にする。

制御ポイントが存在しない場合、データノードは、ネットワークの制御がすべてのノード間で分散されるアドホックネットワークを生成することができる。

管理におけるビーコンの使用：ビーコンの主な機能は、すべてのノードが、ネットワークのホッピングパターンに同期することを可能にすることである。

制御ポイントによって送信されるビーコンは更に、競合フリー期間中、ネットワークを管理するために使用される。制御ポイントビーコン（ＣＰＢ）は、アクティブなボイス接続（及びゆえにスロット割り当て）、現在スーパーフレームのための再送信スロット割り当て、接続状態情報及びページング情報のリストを含むことができる。

スロット割り当て及び同期情報は、フレームごとには変化せず、従って、ノードがビーコンを逃がす場合、それは、最も最近の有効なビーコンに含まれる情報を使用する。すべての接続及びページングステータス要求及び情報は、それらがターゲットノードによってアクノリッジされるまで、反復される。

プロトコルのパフォーマンスを最適化するために、制御ポイントは、「接続パッキング」を実施することにより、使っていないスロットを排除し、競合期間を最大にし、ゆえにデータスループットを最大にする。

アドホックネットワークにおいて、各ノードは、各々のドエル期間中にアドホックビーコンの送信をスケジュールする。ノードは、それがいつアドホックビーコンを送るべきかを決定するためにそのアドレスを使用し、それにより、異なるノードからのアドホックビーコンの衝突を防ぐ。ノードが、それ自身のビーコンを送信することになる前に、２つの異なるノードからメッセージを受け取る場合、そのノードは、ビーコンの送信をキャンセルする。

サービススロットは、例えば制御ポイントからの接続を要求するために、管理メッセージを制御ポイントに送信するために、ボイスノードによって使用される。１つのサービススロットしかないので、２つのノードが同時に送信し、それらの送信が衝突する可能性がある。各々の管理メッセージは、制御ポイントによってＣＰＢにおいて明示的にアクノリッジされる。アクノリッジメントがない場合、ノードは、メッセージを再び送る前に、数ドエル期間にわたってランダムバックオフを実施する。接続を終える場合、ノードは、そのボイススロットにおいて管理メッセージを送信する。

本発明は、フレキシブルなワイヤレスシステムのためのＭＡＣプロトコルの隅石である、新しいＭＡＣスーパーフレーム構造及び関連する動作の組を提示する。本発明によって可能にされる統合ＭＡＣプロトコルは、分散モード又は集中モードのどちらにおいてもフレキシブルな動作をサポートすることができるとともに、適応的に、１つのモードから別のモードへのシームレスな転換をサポートする。更に、本発明は、１つの形態において、分散ネットワーク及び集中ネットワークが、複数の集中ネットワークと同様に、調和して共存することを可能にしうる。

アプリケーション及びネットワークトポロジは、時間とともに変化するので、１つの統合ＭＡＣプロトコルが、分散モード又はポイントコーディネートモードのどちらにおいてもフレキシブルな動作をサポートすることができるとともに、適応的に１つのモードから別のモードへのシームレスな転換をサポートすることができる場合、極めて有用だろう。更に、このような統合ＭＡＣプロトコルが、分散ネットワーク及びポイントコーディネートネットワーク、更には複数ポイントコーディネートネットワークが、調和して共存することを可能にしうる場合、理想的である。すべての上述のフィーチャを提供する既存のワイヤレスシステムはない。

ＩＥＥＥ８０２．１１標準及びその８０２．１１ｅ修正は、分散動作（必須）モード及びポイントコーディネート動作（任意）モードの双方をサポートするが、２つのモードは、全く異なるＭＡＣ構造及び動作を必要とする。従って、１つのモードから別のモードへの転換は、８０２．１１ネットワークにおいてはシームレスにできない。ほとんどの場合、装置は、例えば必須の分散モードのような１つのモードで動作するのみである。ポイントコーディネートネットワークが分散又は別の集中ネットワークと共存する場合、ＱｏＳは、ポイントコーディネートされるネットワークにおいて完全には保証されることができないので、共存は、８０２．１１ネットワークにおいても未解決の問題である。

上述の観察に基づいて、本発明は、１つの形態において、複数の動作モードを調和的にサポートするとともに、動作モードの間のシームレスな転換を可能にする新しいフレキシブルなＭＡＣ構造を提案する。

本発明は、１つの形態において、新しいＭＡＣスーパーフレーム構造を使用して、ＭＡＣプロトコルの集中及び分散モードの両方をサポートするフレキシブルなワイヤレスシステムであって、新しい繰り返されるＭＡＣスーパーフレームが、ビーコン期間と、データ選択通信、スリープ及びコグニティブシステムにおいて一次ユーザを検出するチャネルセンシングのためのデータ／センス／スリープ期間と、ネットワークエントリメッセージ及びチャネル予約要求を交換するために使用されるシグナリングウィンドウと、を含むシステムにある。フレキシブルワイヤレスシステムは、好都合に、ビーコン動作、分散モードのピアビーコン装置と、選択的にビーコン動作に参加するために使用される集中モードのマスタビーコン装置と、マスタ装置と関連付けられるスレーブビーコン装置と、を有する。システムは、ビーコン期間について制御されたチャネルアクセスを含むことができ、チャネルアクセスは、予約ベースである。好適には、シグナリングウィンドウは、ＭＡＣスーパーフレーム構造の終わりに位置することができる。

本発明は、第２の形態において、新しいＭＡＣスーパーフレーム構造を使用する、ＭＡＣプロトコルの集中モード及び分散モードの両方をサポートするフレキシブルなワイヤレスシステムであって、新しい繰り返されるＭＡＣスーパーフレームを有し、新しい繰り返されるＭＡＣスーパーフレームが、ビーコン期間と、データ選択通信、スリープ、及びコグニティブシステムにおける一次ユーザを検出するチャネルセンシングのためのデータ／センス／スリープ期間と、ネットワークエントリメッセージ及びチャネル予約要求を交換するために使用されるシグナリングウィンドウと、を含み、システムが、ビーコン動作、分散モードのピアビーコン装置、前記ビーコン動作に選択的に参加するために使用される集中モードのマスタビーコン装置、及び前記マスタ装置と関連付けられるスレーブビーコン装置を有する、システムにある。

別の形態において、本発明は、新しいＭＡＣスーパーフレームを使用する、ＭＡＣプロトコルの集中及び分散モードの両方をフレキシブルにサポートするワイヤレスシステムのための方法であって、方法は、新しい繰り返されるＭＡＣスーパーフレームをデプロイするステップを含み、該ステップは、ビーコン期間を使用するステップと、データ選択通信、スリープ及びコグニティブシステムにおける一次ユーザを検出するチャネルセンシングのためにデータ／センス／スリープ期間を使用するステップと、ネットワークエントリメッセージ及びチャネル予約要求を交換するために使用されるシグナリングウィンドウをデプロイするステップと、を含み、方法は、分散モードのピアビーコン装置、及びビーコン動作に選択的に参加するために使用される集中モードのマスタビーコン装置を使用するとともに、マスタ装置に関連付けられるスレーブビーコン装置を使用するビーコン動作を含む、方法にある。

本発明のより詳細な理解は、例示によって与えられた、添付の図面に関連して理解されるべき好適な実施形態の以下の記述から得られることができる。

本発明のコンテクストにおける基準ネットワークアーキテクチャ及び装置タイプを示す図。 本発明を具体化する例示の基準ＭＡＣ構造を示す図。

本発明の１又は複数の実施形態の詳細な説明は、本発明の原理を例示によって示す添付の図面のコンテクストにおいて、以下に与えられる。本発明は、このような実施形態に関連して記述されるが、本発明は、任意の実施形態に制限されないことが理解されるべきである。反対に、本発明の範囲は、請求項によってのみ制限され、本発明は、多数の代替例、変更例及び等価なものを包含する。例示の目的で、多くの特定の詳細が、本発明の完全な理解を提供するために、以下の記述において示される。

本発明は、これらの特定の詳細の一部又は全部を用いずに、請求項に従って実施されることができる。明確さの目的で、本発明に関連する技術分野で知られている技術的な事項は、本発明が不必要に隠されないように、詳しく記述されていない。

本発明のコンテクストにおけるサブネット及び装置タイプの規定：本発明において、サブネットは、１つのエンティティ（例えばネットワーク管理者）の管理化にあるとともに、共通ＭＡＣプロトコルを共有する装置の集合（またはグループ）として規定される。サブネットの媒体アクセスが単一の装置によって制御される場合、サブネットは、集中サブネットとして規定される。他方、サブネット内の媒体アクセスが、分散された態様でコーディネートされる場合、サブネットは、分散サブネットとして規定される。図１に示されるように、本発明において適用される場合、３つの基本的なタイプの装置がある。分散サブネットにおける装置は、ピア装置と呼ばれる；集中サブネットにおけるサブネットコーディネータは、マスタ装置と呼ばれる；集中サブネットにおけるサブネットコーディネータ以外の装置は、スレーブ装置と呼ばれる。所与の時間において、装置は、３つのタイプのうちの１つとしてのみ動作することができ、すなわち、装置は、マスタ装置、スレーブ装置又はピア装置のいずれかでありえる。更に、２つのサブネットが同じチャネルを共有し、第１のサブネットからの少なくとも１つのアクティブな装置が、第２のサブネットの送信レンジ内にある場合、２つのサブネットは、隣接サブネットと呼ばれる。

フレキシブルなＭＡＣ（Ｆｌｅｘ−ＭＡＣ）スーパーフレーム構造：
図２に示されるように、提案されるＭＡＣプロトコルは、ビーコン期間（ＢＰ）、データ／センス／スリープ期間（ＤＳＳＰ）及びシグナリングウィンドウ（ＳＷ）を含む繰り返されるスーパーフレーム構造に従う。シグナリングウィンドウ及びビーコン期間は、制御／管理情報をブロードキャストし／交換するために使用され、（タイムスロット内の）それらの大きさは、動的に調整可能である。

同じチャネルを共有する接続されたサブネット内のすべての装置は、同じスーパーフレーム構造に従う。異なるスーパーフレーム構造に従うとともに、同じチャネルを共有する２つのサブネットが、隣接サブネットになる場合、スーパーフレームのマージが必要である。

すべての装置は、あらゆる装置に関連しうるすべての制御／管理情報を捕らえるために、ビーコン期間及びシグナリングウィンドウの間、アウェイクしたままであるべきである。装置は、データ／センス／スリープ期間中、データを交換し、（コグニティブネットワークにおいて必要とされる）１又は複数のチャネルを監視し、又はスリープモードに入ることができる。

本発明の目的を達成するために、装置は、それがビーコン期間ＢＰ内にビーコンスロットを所有するとともに規則的にビーコンを送信する場合、ビーコン送信装置とみなされる。ＷｉＭｅｄｉａと異なって、あらゆる装置が、ビーコン送信装置であることが必要なわけではなく、これは、柔軟性及び拡張性を与える。装置が、本発明の目的を達成するためのビーコン送信装置になるべきかどうかは、以下の考えに依存する：

ピア装置は、ビーコン送信装置であるべきである。マスタ装置は、ビーコン送信装置でなければならない。言い換えると、マスタ装置は、ビーコン期間内に１つの専用のビーコンスロットを所有しなければならない。同じネットワーク内に複数のマスタ装置がありえ、それぞれのマスタ装置は、スレーブ装置のグループを制御する。このような場合、各々のマスタ装置は、ビーコン期間内に１つのビーコンスロットを所有するべきである。

スレーブ装置は、通常、ビーコン期間内にビーコンスロットを所有しない非ビーコン送信装置である。しかしながら、特定の状況において、スレーブ装置は、例えば共存を可能にするとともに隠れた端末問題を低減するために、ビーコン送信装置でありえる。

上述の考えは、接続されたサブネット全体においてビーコン送信のバックボーンを確立するのを助けるために使用されることができる。ビーコン送信のバックボーン及びビーコンスロットの専用的な使用によって、コーディネート役の装置又はリアルタイムの集中的な送信における装置は、制御情報（帯域幅予約情報を含む）が信頼性をもって適時に送り出されることを容易に保証することができ、こうしてＱｏＳサポート及びシステムの信頼性を改善することができる。

提案されるＭＡＣにおける１つの重要な要素は同期である。装置を同期させるために、接続されたサブネット内のすべての装置は、同じＢＰＳＴ（ビーコン期間開始時間）及び同じスーパーフレーム番号に従うべきである。ＢＰ開始時間及びスーパーフレーム番号は、ビーコン期間を確立する第１の装置によって開始され、第１の装置は、マスタ装置又はピア装置でありうる。２つの接続されていないサブネットが接続されるようになる場合、ＢＰＳＴ及びスーパーフレーム構造のマージが必要である。

ビーコン期間（ＢＰ）動作：
ビーコン期間に関するチャネルクセス方法は、予約ベースであり、特にＴＤＭＡに基づく。ビーコン期間は、複数の等しいビーコンスロットに分割され、ビーコンスロットは、ゼロから１ずつ増えていくように番号をつけられる。スーパーフレームの開始時間は、第１のビーコンスロットの開始時間に等しい。各々のビーコン送信装置は、１つのビーコンスロットを所有し、それ自身のビーコンスロットにおいてビーコンを送り、他のビーコンスロットをリスンする。これは、ＷｉＭｅｄｉａと同様である。

新しいビーコン送信装置は、好適には、ＢＰ内の最も小さい利用可能なビーコンスロットを、それ自身のビーコンスロットとして選択するべきである。例えば、或る装置が、ＢＰを開始するまさに最初の装置である場合、その装置は、ビーコンスロットゼロを、それ自身のビーコンスロット番号として選ぶべきである。ビーコン送信装置は、それ自身のビーコンスロットにおいてビーコンを規則的に送るべきである。

ビーコン送信装置は、例えばビーコン期間占有ＩＥ（ＢＰＯＩＥ、これはＢＰ長を含む）、ＤＲＰアベイラビリティＩＥ、ＰＣＡアベイラビリティＩＥ、トラフィック標示マップ（ＴＩＭ）ＩＥ、識別ＩＥのようなＷｉＭｅｄｉａ標準に規定されるものに加えて、それ自身のスーパーフレーム番号、装置タイプ（表１に示される）、サブネットＩＤ（例えばサブネットオーナによって構成される名前ストリングでありえる）、及びＳＷ長を通知するために、ビーコンを使用する。ビーコン内に示される上述の情報によって、ネットワーク内のあらゆる装置は、スーパーフレーム構造及びチャネル予約状態を知る。ビーコンの例示のフォーマットが、表３に示されている。

ビーコン期間長は、最小ＢＰ長（ＢＰ_ｍｉｎ、例えば１つのビーコンスロット）と最大ＢＰ長（ＢＰ_ｍａｘ）との間で調整可能である。ビーコン期間を確立するとき、ＢＰ長は、デフォルトでは最小長である。新しいビーコン送信装置が、ＢＰに参加することを要求する場合、ビーコン期間が延長されることができる。ビーコン送信装置が、ネットワークを去る場合、ビーコン期間は、サイズを小さくされることができ、ビーコンスロットは、より小さい番号をつけられたスロットにシフトされることができる。

ＢＰを延長し又は短縮し、ビーコンスロットをシフトするプロシージャは、ここに更に詳しくは記述されない。しかしながら、ＢＰ延長のための一般の要求は、各々のビーコン送信装置がＢＰ調整要求を認識しているとともにこのような調整要求を確認することを確実にすることである。例えば、あらゆるビーコン送信装置は、そのビーコンにおいて、このようなＢＰ調整を確認し／更新し／通知するべきである。

シグナリングウィンドウ（ＳＷ）動作
シグナリングウィンドウは、例えばネットワークエントリメッセージ、チャネル予約要求及びトラフィック標示のような制御又は管理情報を交換するために使用される調整可能な時間ウィンドウである。シグナリングウィンドウは、好適には、スーパーフレームの終わりに配置される。しかしながら、シグナリングウィンドウは、システムプレファレンスに応じて、例えばＢＰ後の別のロケーションに置かれてもよい。

いかなる装置も、オンデマンドで制御／管理情報を送るために、シグナリングウィンドウを使用することができる。ビーコン期間と異なって、シグナリングウィンドウ全体が、機会に依存してすべての装置によって共有され、それゆえシグナリングのためのチャネル効率を改善する。制御情報を交換するために、ＤＳＳＰ内の他のランダムに利用可能な媒体アクセススロットに代わって、予約シグナリングウィンドウを使用する利点は、エネルギー節約及び信頼性である。例えば、装置は、制御メッセージを逃がすことなく、ＤＳＳＰ中にスリープモードに入ることができる。装置は、制御情報を交換するために、ＤＳＳＰ内の任意の利用可能な媒体アクセススロットＭＡＳをなお使用することもできるが、それは、すべての意図された受信機がＤＳＳＰ中にアウェイクしたままであることを要求することがあり、これは、エネルギー効率を低下させる。更に、ＤＳＳＰ内の媒体アクセススロットは、「ピークデータトラフィック時間」中は利用できないことがあり、これは、例えばコグニティブラジオシステムの一次ユーザを保護するためのチャネル−スイッチ−メッセージのようなクリティカルな制御メッセージに対して、耐えられない遅延を引き起こすことがありえる。

シグナリングウィンドウ持続時間は、最小ＳＷ長（ＳＷ_ｍｉｎ）と最大ＳＷ長（ＳＷ_ｍａｘ）との間で調整可能である。シグナリングウィンドウが過負荷になる場合、ネットワーク内のビーコン送信装置は、現在シグナリングウィンドウを延長することを求めることができる。シグナリングウィンドウが過負荷であるかどうかを判断するために、多くの方法が使用されることができ、例えば、衝突確率、チャネル利用率及び他の装置からの測定リポートを観察することである。シグナリングウィンドウが過負荷になる場合、ビーコン送信装置は、このようなＳＷ延長を要求するためにそのビーコン内に情報エレメントを含むことができる。それに応じて、このような要求を受け取るあらゆるビーコン送信装置は、ＳＷを延長するべきである。

シグナリングウィンドウに関するチャネルアクセス方法は、競合ベースである。スロット付きアロハ又はバックオフに基づくキャリアセンシング媒体アクセス（carrier sensing medium access、ＣＳＭＡ）が、競合に関して使用されることができる。スロット付きアロハＡ方式の場合、最大のシグナリングメッセージ長は、通常の媒体アクセススロットの最大長より非常に小さいという事実に基づいて、シグナリングスロット長は、通常の媒体アクセススロットスロット長より小さいべきである。

ＤＳＳＰ動作
ＤＳＳＰ内の媒体アクセススロット（ＭＡＳ）の使用ポリシは、予約アクセス又は優先付け競合アクセス（Prioritized Contention Access、ＰＣＡ）又はグループＰＣＡのいずれかに従うべきである。予約アクセス及びＰＣＡは、分散サブネット及び集中サブネットの双方に適用されることができる。グループＰＣＡは、集中サブネットにのみ適用される。使用ポリシは、ビーコン送信装置によって発行されるとともに、スーパーフレームに基づいて更新されることができる。ビーコン送信装置は、常に、ＤＳＳＰ内のあらゆる媒体アクセススロットについて使用ポリシのそれ自身のビューを発行するべきである。それに応じて、マスタ装置は、それ自身及びその関連するスレーブ装置に関するすべての予約をアナウンスするべきである。

予約としてマークされた媒体アクセススロットは、好適には、予約オーナによってのみアクセスされることができる。

利用可能なＰＣＡとしてマークされた媒体アクセススロットは、ネットワーク内のすべての装置に対してオープンである。純粋な競合（公に対してオープン）及び純粋な予約（予約オーナに対してのみオープン）に加えて、更に、例えばマスタ装置及びそのスレーブ装置のような特定のサブネットに対してのみオープンであるグループＰＣＡが提案される。この場合、マスタ装置は、予約を行い、オーナに適切にラベル付けし、予約された媒体アクセススロットをグループＰＣＡとしてマークするべきである。グループＰＣＡによって利用可能なスロット内では、マスタ装置は、例えばポールメッセージを送るために、媒体アクセスのためにスレーブ装置より高い優先度を有しうる。

本発明を実現する例示の方法：提案される本発明は、将来のＷｉＭｅｄｉａ ＵＷＢ標準、ＩＥＥＥ８０２．１１、コグニティブワイヤレスネットワーク及びＩＥＥＥ８０２．１５ワイヤレスシステムの基礎として役立ちうるが、実現は、これらに制限されない。

本発明の実施形態の前述の詳細な説明において、さまざまなフィーチャが、開示を簡素化するために、単一の例示の実施形態にまとめられている。開示のこの方法は、本発明の実施形態が各請求項に明白に列挙されるものよりも多くのフィーチャを必要とする意図を反映するものとして解釈されるべきではない。むしろ、請求項が反映するように、本発明の主題は、１つの開示された実施形態のすべてのフィーチャより少ないものにある。こうして、請求項は、これによって本発明の実施形態の詳細な説明に組み込まれ、各々の請求項は、別個の実施形態としてそれ自身を表わす。上述の説明は、説明的であって制限的でないことを意図することが理解される。請求項に規定される本発明の精神及び範囲内に含まれる全ての代替例、変形例及び等価なものをカバーすることを意図している。多くの他の実施形態が、上述の説明を吟味することにより当業者には明らかである。従って、本発明の範囲は、このような請求項に与えられる等価なものの全範囲とともに、請求項に関して決定されるべきである。請求項において、「including」及び「in which」なる語は、「comprising」及び「wherein」を個々の語の平易な英語の同等表現として使用される。更に、「第１」、「第２」及び「第３」等の語は、単に標識としてのみ使用されており、数の要求をそれらの対象に課すことを意図しない。

Claims (19)

1. ＭＡＣプロトコルの集中モード及び分散モードの両方をサポートするフレキシブルなワイヤレスシステムにおいて使用される装置であって、前記装置は、所与の時間において、マスタ装置、スレーブ装置、及びピア装置の３つのタイプのうちの１つとして動作し、前記装置は、マスタ装置として動作する場合は集中サブネットをコーディネートし、スレーブ装置として動作する場合はサブネットコーディネータとしてではなく集中サブネットに参加し、ピア装置として動作する場合は分散サブネットに参加し、前記装置は、繰り返されるＭＡＣスーパーフレーム構造を使用して通信し、前記ＭＡＣスーパーフレーム構造は、
   ビーコン期間であって、前記装置は、マスタ装置又はピア装置として動作する場合は該ビーコン期間中にビーコンを送信し、スレーブ装置として動作する場合はビーコン送信を控える、ビーコン期間と、
   データ／センス／スリープ期間であって、前記装置は、該データ／センス／スリープ期間中、データ選択通信、スリープ、及びコグニティブシステムにおいて一次ユーザを検出するチャネルセンシング、の動作のうち少なくとも１つを行う、データ／センス／スリープ期間と、
   シグナリングウィンドウであって、前記装置は、前記装置がマスタ装置、スレーブ装置又はピア装置のいずれとして動作するかにかかわらず、ネットワークエントリメッセージ及びチャネル予約要求を含む制御／管理情報を交換するために該シグナリングウィンドウを使用する、シグナリングウィンドウと、
   を含む、装置。
2. 前記ビーコン期間に関して制御されたチャネルアクセスを含み、前記チャネルアクセスは予約ベースである、請求項１に記載の装置。
3. 前記チャネルアクセスは、ＴＤＭＡに基づく、請求項２に記載の装置。
4. 前記ビーコン期間は、ゼロから番号をつけられて１ずつ増加される複数の等しいビーコンスロットに分けられる、請求項１に記載の装置。
5. ビーコンを送信する前記装置は、それ自身が所有するビーコンスロットにおいてビーコンを送り、他のビーコンスロットをリスンする、請求項４に記載の装置。
6. ビーコンを送信する前記装置は、適用可能な既存の標準に規定されるものを通知することに加えて、それ自身のスーパーフレーム番号、装置タイプ、サブネットＩＤ、シグナリングウィンドウ長を選択的に通知するために、そのビーコンを使用する、請求項４に記載の装置。
7. 前記ビーコン期間は、スロットの予め決められた最小数と最大数との間で調整可能なビーコン期間長を有する、請求項１に記載の装置。
8. 前記ビーコン期間が確立されると、前記ビーコン期間長は、スロットの前記最小数に設定される、請求項７に記載の装置。
9. 新しいビーコン装置が、前記ビーコン期間に参加することを要求する場合、前記ビーコン期間は延長され、或るビーコン装置が去ることを決める場合、前記ビーコン期間はサイズを小さくされる、請求項１に記載の装置。
10. 前記シグナリングウィンドウは、調整可能な時間ウィンドウである、請求項１に記載の装置。
11. 前記シグナリングウィンドウは、前記ＭＡＣスーパーフレーム構造の終わりの領域に置かれる、請求項１に記載の装置。
12. 前記シグナリングウィンドウは、新しい装置及び非ビーコン送信スレーブ装置を含む任意の前記装置によって使用されるように構成されるとともに、前記任意の装置に対してオープンである、請求項１に記載の装置。
13. 前記シグナリングウィンドウは、最小シグナリングウィンドウ長と最大シグナリングウィンドウ長との間で調整可能な持続時間を有する、請求項１２に記載の装置。
14. ビーコンを送信する前記装置は、情報エレメントを含み、シグナリングウィンドウが過負荷になる場合、前記情報エレメントは、シグナリングウィンドウ長の拡張を要求する、請求項１３に記載の装置。
15. 前記シグナリングウィンドウに関して競合ベースのチャネルアクセス方法を含む、請求項１に記載の装置。
16. 前記競合ベースのチャネルアクセス方法は、スロット付きアロハ及びＣＳＭＡから選択され、通常の媒体アクセススロット長より短いシグナリングスロット長が使用される、請求項１５に記載の装置。
17. 前記媒体アクセススロットの使用は、１つの予約アクセス及び優先付けされる競合アクセスに従う、請求項１６に記載の装置。
18. 繰り返されるＭＡＣスーパーフレーム構造を使用してＭＡＣプロトコルの集中モード及び分散モードの両方をサポートするフレキシブルなワイヤレスシステムであって、前記ＭＡＣスーパーフレーム構造が、
    ビーコン期間と、
    データ選択通信、スリープ、及びコグニティブシステムの一次ユーザを検知するチャネルセンシングのためのデータ／センス／スリープ期間と、
    ネットワークエントリメッセージ及びチャネル予約要求を交換するために使用されるシグナリングウィンドウと、を含み、
    前記フレキシブルなワイヤレスシステムは、ビーコン動作をサポートし、前記システムは、
    分散モードにおけるピアビーコン装置と、
    前記ビーコン動作に選択的に参加するために使用される集中モードにおけるマスタビーコン装置と、
    前記マスタ装置と関連付けられるスレーブビーコン装置と、を有し、
    前記シグナリングウィンドウは、新しい装置及び非ビーコン送信スレーブ装置を含むいかなる装置によっても使用されるように構成され、該装置に対しオープンであり、
    前記シグナリングウィンドウは、最小シグナリングウィンドウ長と最大シグナリングウィンドウ長との間で調整可能な持続時間を有し、
    前記ビーコン動作を行う装置は、そのビーコンに情報エレメントを含み、シグナリングウィンドウが過負荷になる場合、前記情報エレメントは、シグナリングウィンドウ長の拡張を要求する、システム。
19. ワイヤレスシステムにおいて、ＭＡＣプロトコルの集中モード及び分散モードの両方をフレキシブルにサポートする通信方法であって、繰り返されるＭＡＣスーパーフレーム構造を、前記ワイヤレスシステムの装置が使用するステップを含み、前記ステップは、
    ビーコン期間を使用するステップであって、前記装置は、前記装置が集中サブネットをコーディネートするマスタ装置として動作する場合及び分散サブネットにおけるピア装置として動作する場合は、該ビーコン期間中にビーコンを送信し、前記装置が集中サブネットにおけるマスタ装置によってコーディネートされるスレーブ装置として動作する場合はビーコン送信を控える、ステップと、
    データ選択通信、スリープ、及びコグニティブシステムの一次ユーザを検出するチャネルセンシングのためにデータ／センス／スリープ期間を使用するステップと、
    ネットワークエントリメッセージ及びチャネル予約要求を含む制御／管理情報を交換するためにシグナリングウィンドウを使用するステップであって、前記装置がマスタ装置、スレーブ装置又はピア装置のいずれとして動作するかにかかわらず、該シグナリングウィンドウはあらゆる装置によって使用可能である、ステップと、
    を含む方法。

Images