JP5486023B2 - 割り当てベクトルを使用するメッシュネットワークにおいて媒体アクセスを制御する方法及びこのような方法を実行するステーション - Google Patents

Description

本発明は、無線通信ネットワークにおける予約の衝突を回避する方法に関する。

本発明は、例えば、メッシュネットワークに関する。

中央集権型ネットワークである無線ローカルエリアネットワークの標準的なインフラストラクチャにおいて、全てのクライアントステーションは、マスタステーションとして機能するアクセスポイントの範囲内にあり、帰属する。しかしながら、メッシュネットワークにおいて、全てのステーションが、互いのヒアリング範囲内にあるわけではなく、特にラジオメッシュは、多くの隠れた端末を有する。したがって、このようなネットワークにおいて、進行中の送信との干渉を経験するリスクが存在する。したがって、標準的なインフラストラクチャネットワークにおいて使用されるデータ送信方法は、メッシュネットワークにおいて非効率である結果となる。

この問題を改善するために、ＩＥＥＥ８０２．１１において、他の送信が既に進行中である場合にステーションの媒体アクセスを阻止するのにネットワーク割り当てベクトル（ＮＡＶ、Network Allocation Vector）を使用することが提案されている。ＮＡＶは、データ送信又は管理フレーム送信によりセット及びリセットされる。しかしながら、このＮＡＶメカニズムは、複数の同時予約が保留である場合に適切ではない。５つのステーションＡ、Ｂ、Ｃ及びＤを有する典型的なネットワークに基づいてこの欠陥を詳述する。ステーションＣは、媒体アクセスを阻止するのにＮＡＶを使用する。ステーションＡ及びＢは、送信すべき少量のデータを持ち、ステーションＥは、Ｄ及びＥによる予約の所有者である。ステーションＡ及びＢは、送信すべき少量のデータを持つので、これらは、これらの送信を短縮しうる。しかしながら、送信を短縮する既存のメカニズムは、ＮＡＶをリセットし、これにより、ステーションＣは、もはやブロックされず、媒体にアクセスすることができる。しかしながら、そうすることにより、これは、ＤからＥへの進行中の送信と干渉し、前記進行中の送信は、Ｃによる送信の試みにより破損される。

このような干渉を回避するために、前記ＮＡＶがリセットされることができないように前記ＮＡＶを恒久的にすることが明らかに可能である。この解決法において、準拠するステーションは、予約期間が開始するとすぐにＮＡＶをセットし、前記予約期間の終了まで、又は複数の同時予約が存在する場合に最後の予約期間の終了までスリープモードになる。しかしながら、これは、前記媒体を予約したステーションが送信すべきデータを持たない場合にたくさんのエアタイムが廃棄される可能性があるという第２の欠点を持つ。

本発明の目的は、上述の欠点の少なくとも１つを克服するメッシュネットワークにおいて媒体アクセスを制御する方法を提案することである。

より正確には、本発明の目的は、メッシュネットワークにおいて複数の重複する予約に対する衝突を回避する方法を提案することである。

本発明の他の目的は、エアタイム使用に関して良好な性能を提供する方法を提案することである。

本発明の更に他の目的は、予約方法又はネットワーク管理のような、メッシュネットワークにおける通信に対する既存の標準的な方法と組み合わせられることができる方法を提案することである。

このために、本発明は、メッシュネットワークにおいて媒体アクセスを制御する方法であって、
−前記ネットワークのステーションが、前記ステーションが前記媒体にアクセスすることができない時間期間を示すネットワーク割り当てベクトル（ＮＡＶ）設定フレームを受信するステップと、
−前記ステーションが、前記受信された設定フレームに基づいてネットワーク割り当てベクトル期限タイマをセットするステップと、
−前記ステーションが、前記ネットワーク内の２つの他のステーションにより作成された少なくとも１つの予約を検出し、前記検出された予約の持続時間に基づいてそれぞれの予約割り当てベクトル（ＲＡＶ）期限タイマをセットし、前記予約の所有者として前記２つのステーションの識別を記憶するステップと、
−前記ステーションが、前記ＮＡＶ設定フレームの前記ＮＡＶ期限タイマ及び全てのセットされたそれぞれのＲＡＶ期限タイマの最新のものとして前記ＮＡＶ期限タイマを更新するステップと、
を有する方法を提供する。

このような方法において、前記ＮＡＶは、依然として、前記媒体に対するアクセスが可能にされるか否かを決定する。しかしながら、前記ＮＡＶは、ここで、前記ＲＡＶを考慮に入れることによりセットされ、ＮＡＶ又はＲＡＶのいずれもセットされていない場合にのみ、前記媒体に対するアクセスが可能にされるように規定される。本発明の意味において、ＮＡＶ又はＲＡＶは、対応するＮＡＶ期限タイマ又はＲＡＶ期限タイマが前記ステーションにおいてセットされている場合にセットされていると考えられる。全ての記載において、ＮＡＶ（それぞれのＲＡＶ）、ＮＡＶ期限タイマ（それぞれのＲＡＶ期限タイマ）、及びＮＡＶカウンタ（それぞれのＲＡＶカウンタ）のような表現は、同じ意味で、すなわち前記ＲＡＶ又はＮＡＶの終了を決定するように減少される前記ステーションに記憶された値として理解される。

したがって、この方法は、全ての確立された予約が終了した場合にのみ、ステーションが前記媒体にアクセスすることができるので、予約の如何なる衝突をも回避する。しかしながら、エアタイムを節約するために、予約が短縮される場合に前記ステーションが前記媒体にアクセスすることができることは、有用でありうる。この観点から、本発明は、少なくとも１つのＲＡＶが既に前記ステーションにおいてセットされている一実施例において、
−他のＮＡＶ設定フレームを受信すると、前記フレームのオリジネータを決定するステップと、
−前記オリジネータが前記セットされたＲＡＶの１つに対応する予約の所有者である場合に、対応する前記ＲＡＶを前記受信されたＮＡＶ設定フレームに適応させるステップと、
−これに応じて前記ＮＡＶ期限タイマを更新するステップと、
を有する。

特定の実施例において、前記ＮＡＶ設定フレームは、前記ＲＡＶの解放を示し、前記ＲＡＶ期限タイマは、したがって、０にセットされる。

これに応じて、予約が短縮される場合、前記ＮＡＶ設定フレームは、予約所有者により送信される。このフレームは、前記ステーションにおいて受信され、前記ステーションは、この場合、前記ＲＡＶを更新する。この後に、前記ＮＡＶは、この変化を考慮に入れるように更新される。したがって、この方法は、依然として衝突回避を保証しながらエアタイム節約を可能にする。

しかしながら、複数のＲＡＶが前記ステーションに存在する場合、全てのＲＡＶタイマを操作することに関連したオーバヘッドは、かなりの程度であることができる。したがって、一部の実施例において、本発明による方法は、前記ステーションにおいてセットされたＲＡＶタイマの数を決定するステップと、前記ＲＡＶタイマの数が所定数、例えば２より厳密に小さい場合にのみ前記ＲＡＶを前記受信されたＮＡＶに適応させるステップとを有する。このフィーチャが、予約が短縮される場合に前記ステーションに対する媒体アクセスに対する可能性を減少させるとしても、対応する前記ＲＡＶタイマ、したがって前記ＮＡＶタイマは更新されず、しかしながら、この解決法の複雑さを減少させることを可能にする。

本発明の他の目的は、少なくとも２つの他のステーションを有する無線通信ネットワークにおいてセットアップされるステーションに関し、前記ステーションは、
−ＮＡＶ設定フレームを受信する手段と、
−ＮＡＶ設定フレームを受信するとＮＡＶ期限タイマをセットする手段と、
−前記２つの他のステーションにより作成された予約を検出し、前記予約の持続時間に基づいてＲＡＶ期限タイマをセットアップする手段と、
−前記ＮＡＶ設定フレームの前記ＮＡＶ期限タイマ及び全てのセットされたＲＡＶ期限タイマの最新のものとして前記ＮＡＶ期限タイマを更新する手段と、
を有する。

他の実施例において、前記ステーションは、セットされたＲＡＶを有し、更に、
−ＮＡＶ設定フレームを受信すると、前記フレームのオリジネータを決定する手段と、
−前記フレームのオリジネータを前記ＲＡＶの所有者と比較する手段と、
−前記オリジネータが前記セットされたＲＡＶの１つに対応する予約の所有者である場合に、対応する前記ＲＡＶを前記受信されたＮＡＶ設定フレームに適応させる手段と、
−これに応じて前記ＮＡＶ期限タイマを更新する手段と、
を有する。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。

本発明は、ここで、例として、添付の図面を参照して、より詳細に説明される。

本発明による方法の動作を示すブロック図である。 本発明による方法の典型的な実施例を示すブロック図である。

本発明は、メッシュネットワークにおいて媒体アクセスを制御する方法に関する。この方法において、複数の予約割り当てベクトル（ＲＡＶ）を導入することによりネットワーク割り当てベクトル（ＮＡＶ）を実行する既存のメカニズムを改良することを提案する。ＮＡＶとは対照的に、ＲＡＶは、１つの特定の予約に関連付けられる。したがって、対応する予約が開始するとすぐに、前記ＲＡＶは、ステーションにおいてセットされ、前記予約の持続時間に初期化される。実際に、ＲＡＶは、時間が経過するとカウントダウンされ、０に到達するとすぐに期限が切れるカウンタ又はタイマとして実施される。予約開始及び持続時間は、予約セットアップの後に予約所有者により宣伝され、近隣のステーションにより知られる。

しかしながら、前に説明したように、本発明は、エアタイム節約を可能にするために、ＲＡＶが、予約の経過中に更新されることができるというものである。この典型的な実施例は、図１に関連してここで詳述される。

１つのセットされたＲＡＶを持つステーションがＮＡＶ設定フレーム（"Rx NAV"）を受信すると仮定する。ＮＡＶ設定フレームは、例えば、持続時間／ＩＤセットを持つデータフレーム、送信要求／送信可（ＲＴＳ−ＣＴＳ）交換、又は例えばＣＦ終了フレームである。前記フレームを受信すると、前記ステーションは、第一に、前記設定フレームが前記設定されたＲＡＶに対応する予約のイニシエータから来たのか又はレスポンダから来たのかを確認する（"CHECK"）。本発明の意味において、予約イニシエータは、予約を行った後に送信を開始するステーションであり、予約レスポンダは、前記予約期間中に前記データ送信を受信するステーションである。本明細書において、予約イニシエータ及び予約レスポンダの両方が、予約所有者として設計される。前記ＮＡＶ設定フレームが、前記予約の前記イニシエータ又はレスポンダのいずれから来たものでもない場合、何のアクションも実行されない。反対に、前記設定フレームが前記予約の所有者又はレスポンダから来た場合、前記ＲＡＶは、この予約に対して調節される（"RAV ADJUST"）。このような調節は、期限切れとして前記ＲＡＶを設定することにあることができ、これは、前記ＲＡＶ期限タイマ又はカウンタを０にセットすることを意味する。このような調節は、意図された送信の現在推定される持続時間に前記ＲＡＶをセットすることにあることもでき、これは、予約された時間期間からこの推定された持続時間まで前記ＲＡＶ期限タイマを減少させることを意味する。

この場合、前記ＮＡＶタイマは、本発明において、前記ＲＡＶを考慮に入れてセットされるので、前記方法は、前記ＮＡＶが、前記ＲＡＶ及び前記フレームを使用して調節される（"NAV ADJUST"）というものである。前述のように、前記ＮＡＶ期限タイマは、現在のＮＡＶ及び全てのセットされたＲＡＶ期限タイマの最大値としてセットされる。

実際に、本発明による方法において、ステーションにおいてセットされたＲＡＶは、３つの特定の場合、すなわち、
−ちょうど述べたように、ＮＡＶ設定フレームの受信の後、
−新しいＲＡＶがセットされる場合、及び
−ＲＡＶが期限切れになる場合、
に調節されうる。

２つの最初の状況における前記ＲＡＶの調節の後に、前記ＮＡＶ期限タイマは、前記ステーションにより調節される。三番目の場合に、これは、ＲＡＶの通常の期限が前記ＮＡＶにおいて既に考慮に入れられているので、必要ではない。

前述のように、本発明による方法は、既存のメカニズムと組み合わせて使用されることができる点で高度に有利である。ここで、図２に関連して、ＲＴＳ−ＣＴＳメカニズムとともに使用される場合の本発明の実施例を記載し、これは、可能な場合に予約期間を短縮することを可能にする。

前記ＲＴＳ−ＣＴＳメカニズムは、以下のように動作する。
−データを送信することを望んだソースステーションが、意図される宛先ステーションに送信要求（ＲＴＳ）フレームを発行し、
−前記宛先ステーションが、送信可（ＣＴＳ）フレームで応答し、
−前記ＣＴＳを受信すると、前記ソースステーションがデータを送信し、前記宛先ステーションがＡＣＫで応答する。

前記ＲＴＳ−ＣＴＳフレームは、本発明の一実施例において、前記ＲＡＶをリセットするのに使用される。この態様は別として、ＲＴＳ−ＣＴＳは、フレーム交換を、変化するチャネル条件に対してよりロバストにするのに使用されることができる。実際に、ＲＴＳ−ＣＴＳフレーム交換は、この場合、前記チャネル条件が成功するフレーム交換に対して十分であるかどうかを決定する試験フレーム交換として機能する。これが、そうではない結果となる場合、より長いデータフレームではなく、小さな試験フレームのみが失われる。この交換は、前記予約方法を実施しないレガシーステーションに対するロバスト性を増大するのに使用されることもできる。実際に、このようなレガシーステーションは、前記予約に気付かず、潜在的に干渉する送信を開始する可能性がある。前記ＲＴＳ−ＣＴＳは、即座に、全てのレガシーステーションに対しても前記媒体を予約する。

したがって、図２に示される実施例において、前記予約期間が開始する（"START"）場合、前記ステーションは、第一に、所定の特徴的制限が超過されるか否かを確認する。これらの特徴的制限は、
−レガシーステーション制限（"legacy check"）、
−エラー履歴制限（"error check"）、及び
−フレームサイズ制限（"size check"）
である。

これらの値のいずれも超過されない場合、前記方法は、ＮＡＶ設定値を決定するステップ（"NAV DET 1"）に進行する。一度、これらの値が決定されると、前記ステーションは、例えばデータ承認メッセージを介して、又はデータＣＦポーリング（data CF-poll）を介して、送信（"Tx"）を開始する。

反対に、前記特徴的制限の１つが超過される場合、前記方法は、ＮＡＶ設定値をも決定する（"NAV DET 2"）。この場合、前記ステーションは、前述のように、ＲＴＳ−ＣＴＳ交換（"RTS-CTS"）を介してデータ転送を開始する。

ここで、図１に示される方法に戻ると、複数のＲＡＶカウンタを操作することに関連したオーバヘッドがかなりの量であることができることに注意する。これは、"NAV Rx"としてＮＡＶ設定フレームを受信する場合に特に当てはまる。実際に、ＲＡＶをリセットし、前記ＮＡＶを更新する決定は、前記媒体の再使用を可能にするように迅速に実施されなければならない。この観点から、前記方法の単純化は、以下のようにして達成されることができる。ステーションは、限定数のＲＡＶのみがセットされている場合に図１のＲＡＶ決定図に入る。好適な実施例において、この限定数は、２に等しい。したがって、アクティブなＲＡＶの数が、この制限を超過する場合、前記ステーションは、最後のＲＡＶの終了までスリープモードになり、セットされたＲＡＶの数がこの制限以下である場合、前記ステーションは、前記決定図に従う。

更に、本発明の代替的な実施例において、前記ステーションは、前記ＲＡＶカウンタをアクティブに操作することを決定しうる。このような決定は、履歴及び通信必要性に基づいてなされる。実際に、通信必要性が高く、特定の予約がしばしば短縮されている場合、予約短縮をより容易に検出するように前記媒体をアクティブにリッスンし、したがって最適な媒体アクセスを可能にすることは有用である。反対に、前記通信必要性が低い、又は前記予約が以前の機会に短縮されていない場合、最適な媒体アクセスを可能にするように前記媒体をアクティブにリッスンすることは、必ずしも有用ではなく、前記ステーションは、代替的には、スリープになることができる。

本発明は、より特別には、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠するメッシュネットワークに専用化される。より正確には、本発明は、全ての既存の管理プロトコル、予約プロトコル又は８０２．１１に規定される他のプロトコルと組み合わせて使用されることができる点で高度に有利である。

しかしながら、本発明が、メッシュネットワークに限定されず、如何なる無線通信ネットワークにおいても使用されることができることに注意すべきである。

本明細書及び請求項において、要素に先行する単語"１つの"は、複数のこのような要素の存在を除外しない。更に、単語"有する"は、リストされたもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。

請求項内の括弧内の参照符号の包含は、理解を助けることを意図され、限定することを意図されない。

本開示を読むことにより、他の修正例が、当業者に明らかである。このような修正例は、無線通信の分野において既知であり、ここに既に記載されたフィーチャの代わりに又は加えて使用されることができる他のフィーチャを含むことができる。

Claims (9)

1. メッシュネットワークにおいて媒体アクセスを制御する方法において、
   前記ネットワークのステーションが、前記ステーションが前記媒体にアクセスすることができない時間期間を示すネットワーク割り当てベクトル（ＮＡＶ）設定フレームを受信するステップと、
   前記ステーションが、前記受信された設定フレームに基づいてネットワーク割り当てベクトル期限タイマをセットするステップと、
   前記ステーションが、前記ネットワーク内の２つの他のステーションにより作成された少なくとも１つの予約を検出し、前記検出された予約の持続時間に基づいてそれぞれの予約割り当てベクトル（ＲＡＶ）をセットし、前記２つのステーションの識別を前記予約の所有者として記憶するステップと、
   前記ステーションが、前記ＮＡＶ設定フレームの前記ＮＡＶ期限タイマ及び全てのセットされたそれぞれのＲＡＶ期限タイマの最新のものとして前記ＮＡＶ期限タイマを更新するステップと、
   を有する方法。
2. 少なくとも１つのＲＡＶを既に有するステーションにおいて、
   他のＮＡＶ設定フレームを受信すると、前記フレームのオリジネータを決定するステップと、
   前記オリジネータが前記セットされたＲＡＶの１つに対応する予約の所有者である場合に、対応する前記ＲＡＶを前記受信されたＮＡＶ設定フレームに適応させるステップと、
   これに応じて前記ＮＡＶ期限タイマを更新するステップと、
   を有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記ＮＡＶ設定フレームが、前記予約の解放を示し、前記ＲＡＶ期限タイマが、０としてセットされる、請求項２に記載の方法。
4. 前記ステーションにおいてセットされたＲＡＶタイマの数を決定するステップと、前記ＲＡＶタイマの数が厳密に所定以下である場合にのみ前記ＲＡＶを前記受信されたＮＡＶに適応させるステップとを有する、請求項２又は３に記載の方法。
5. 前記所定数が２に等しい、請求項４に記載の方法。
6. 前記ＮＡＶ設定フレームを受信すると、
   前記ステーションが、以下の制限、すなわち、レガシーステーション制限、エラー履歴制限及びフレームサイズ制限の１つが超過されるかどうかを決定するステップと、
   どの制限も超過されない場合に、前記ステーションが、前記ＮＡＶ設定値を決定し、送信を開始するステップと、
   制限が超過される場合に、前記ステーションが、前記ＮＡＶ設定値を決定し、送信要求／送信可（ＲＴＳ−ＣＴＳ）フレームを介してデータ転送を開始するステップと、
   を有する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ステーションが予約短縮を検出するように前記媒体をアクティブにリッスンするステップを有する、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
8. 少なくとも２つの他のステーションを有する無線通信ネットワークにおいてセットアップされるステーションにおいて、
   ＮＡＶ設定フレームを受信する手段と、
   ＮＡＶ設定フレームを受信すると、ＮＡＶ期限タイマをセットする手段と、
   前記２つの他のステーションにより作成された予約を検出し、前記予約の持続時間に基づいてＲＡＶ期限タイマをセットアップする手段と、
   現在のＮＡＶ期限タイマ及び全てのセットされたそれぞれのＲＡＶ期限タイマの最新のものとして前記ＮＡＶ期限タイマを更新する手段と、
   を有するステーション。
9. 少なくとも１つのセットされたＲＡＶを有し、更に、
   ＮＡＶ設定フレームを受信すると、前記フレームのオリジネータを決定する手段と、
   前記フレームのオリジネータを前記ＲＡＶの所有者と比較する手段と、
   前記オリジネータが前記セットされたＲＡＶの１つに対応する予約の所有者である場合に、対応するＲＡＶを前記受信されたＮＡＶ設定フレームに適応させる手段と、
   これに応じて前記ＮＡＶ期限タイマを更新する手段と、
   を有する、請求項８に記載のステーション。

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