JP6255477B2 - 無線lanシステムにおいてチャネルアクセス実行方法及び装置 - Google Patents

無線lanシステムにおいてチャネルアクセス実行方法及び装置 Download PDF

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Description

以下の説明は、無線通信システムに関し、特に、無線LANシステムにおいてチャネルにアクセスする方法及び装置に関する。
近年、情報通信技術の発展に伴って様々な無線通信技術が開発されている。その中でも無線LAN(WLAN)は、無線周波数技術に基づいて個人携帯用情報端末機(Personal Digital Assistant;PDA)、ラップトップコンピュータ、携帯用マルチメディアプレーヤー(Portable Multimedia Player;PMP)などのような携帯用端末機を用いて家庭、企業又は特定サービス提供地域において無線でインターネットにアクセスできるようにする技術である。
無線LANで脆弱点とされてきた通信速度の限界を克服するために、最近の技術標準では、ネットワークの速度と信頼性を増大させるとともに無線ネットワークの運営距離を拡張したシステムを導入している。例えば、IEEE 802.11nでは、データ処理速度が最大540Mbps以上である高処理率(High Throughput;HT)を支援し、送信エラーを最小化し、データ速度を最適化するために送信端及び受信端の両方に多重アンテナを使用するMIMO(Multiple Inputs and Multiple Outputs)技術の適用が導入された。
次世代通信技術としてM2M(Machine−to−Machine)通信技術が議論されている。IEEE 802.11 WLANシステムでもM2M通信を支援するための技術標準がIEEE 802.11ahとして開発されている。M2M通信では、数多くの機器が存在する環境でたまに少量のデータを低速で通信するシナリオを考慮することができる。
無線LANシステムにおける通信は、全ての機器間に共有される媒体(medium)で行われる。M2M通信のように機器の個数が増加する場合、余計な電力消耗及び干渉発生を低減するために、チャネルアクセスメカニズムをより效率的に改善する必要がある。
本発明では、無線LANシステムにおいて改善されたリソース割当フィールド構造及びそれによるSTAのチャネルアクセス方法及び装置を提供することを技術的課題とする。
本発明で遂げようとする技術的課題は以上に言及した技術的課題に制限されず、言及していない他の技術的課題は、以降の記載から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。
本発明の第1技術的な側面は、無線通信システムにおいてMU(Multi User)グループと関係ないSTA(Station)がチャネルアクセスを行う方法において、リソース割当フレームを受信するステップと、前記リソース割当フレームに含まれたグループ指示子フィールドを確認するステップと、を含み、前記グループ指示子フィールドが、前記リソース割当フレームにMUグループのためのスロット割当フィールドが存在することを示す場合、前記STAは、MUグループのためのスロット割当フィールドの最初のビットを通じてスロットスタートオフセットを決定する、チャネルアクセス実行方法である。
本発明の第2技術的な側面は、無線通信システムにおいてチャネルアクセスを行うMU(Multi User)グループと関係ないSTA(Station)装置において、送受信モジュールと、プロセッサと、を備え、前記プロセッサは、リソース割当フレームを受信し、グループ指示子フィールドを確認し、前記グループ指示子フィールドが前記リソース割当フレームにMUグループのためのスロット割当フィールドが存在することを示す場合、MUグループのためのスロット割当フィールドの最初のビットを通じてスロットスタートオフセットを決定する、STA装置である。
前記第1及び第2技術的な側面は、次の事項の一つ以上を含むことができる。
前記最初のビットは、前記スロット割当フィールドがMUグループのための最後のスロット割当フィールドであるか否かを示すことができる。
前記最初のビットが、前記スロット割当フィールドはMUグループのための最後のスロット割当フィールドであることを示す場合、前記スロット割当フィールドの次のスロット割当フィールドからAID比較を行うことができる。
前記STAは前記次のスロット割当フィールドにおいて、最初のビットに該当するサブフィールドの次のサブフィールドと前記STAのAIDとを比較し、前記次のサブフィールドと前記STAのAIDとが一致する場合、前記スロット割当フィールドの最後のサブフィールドから媒体アクセスの開始時期を獲得することができる。
前記STAは、前記媒体アクセス開始時期で競合後にPS−Pollフレームを送信することができる。
前記最初のビットが、前記スロット割当フィールド以降にMUグループのためのスロット割当フィールドがさらに存在することを示す場合、前記STAは、前記スロット割当フィールドの次のスロット割当フィールドにおいて最初のビットを前記スロット割当フィールドの最初のビットと同一の指示子として認識することができる。
前記STAは、前記スロット割当フィールドにおける残りのサブフィールドを無視することができる。
前記方法は、前記グループ指示子フィールドが前記リソース割当フレームにMUグループのためのスロット割当フィールドが存在しないことを示す場合、スロット割当フィールドの最初のビットに該当するサブフィールドの次のサブフィールドと前記STAのAIDとを比較するステップをさらに含むことができる。
前記方法は、前記次のサブフィールドが前記STAのAIDと一致する場合、前記スロット割当フィールドの最後のサブフィールドから媒体アクセスの開始時期を獲得するステップと、前記媒体アクセスの開始時期で競合後にPS−Pollフレームを送信するステップと、をさらに含むことができる。
前記MUグループのためのスロット割当フィールドは、前記リソース割当フレームに含まれた一つ以上のスロット割当フィールドの開始部分から位置できる。
前記グループ指示子フィールドが、前記リソース割当フレームにMUグループのためのスロット割当フィールドが存在することを示す場合、前記リソース割当フレームは、少なくとも一つのMUグループのためのスロット割当フィールド及び0個以上のそれぞれの(割り当てられた)STAのためのスロット割当フィールドを含むことができる。
前記グループ指示子フィールドが、前記リソース割当フレームにMUグループのためのスロット割当フィールドが存在しないことを示す場合、前記リソース割当フレームはそれぞれの(割り当てられた)STAのためのスロット割当フィールドのみを含むことができる。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
(項目1)
無線通信システムにおいてMU(Multi User)グループSTA(Station)がチャネルアクセスを行う方法であって、
リソース割当フレームを受信するステップと、
上記リソース割当フレームに含まれたグループ指示子フィールドを確認するステップと、
を含み、
上記STAは、上記グループ指示子フィールドが、上記リソース割当フレームにMUグループのためのスロット割当フィールドが存在することを示す場合、
上記スロット割当フィールドに基づいてスロットスタートオフセットを決定する、チャネルアクセス実行方法。
(項目2)
上記グループ指示子フィールドが、上記リソース割当フレームにMUグループのためのスロット割当フィールドが存在することを示す場合、
スロット割当フィールドの最初のビットを確認するステップと、
上記最初のビットに上記当するサブフィールドの次のサブフィールドと上記STAのグループIDとを比較するステップと、
をさらに含む、項目1に記載のチャネルアクセス実行方法。
(項目3)
上記次のサブフィールドが上記STAのグループIDと一致する場合、
上記スロット割当フィールドの最後のサブフィールドから媒体アクセスの開始時期を獲得するステップと、
上記媒体アクセスの開始時期で競合後にPS−Pollフレームを送信するステップと、
を含む、項目2に記載のチャネルアクセス実行方法。
(項目4)
上記次のサブフィールドが上記STAのグループIDと一致せず、
上記最初のビットが、上記スロット割当フィールドはMUグループのための最後のスロット割当フィールドであることを示す場合、
上記STAは、上記スロット割当フィールド以降のスロット割当フィールドを無視する、項目3に記載のチャネルアクセス実行方法。
(項目5)
上記次のサブフィールドが上記STAのグループIDと一致せず、
上記最初のビットが、上記スロット割当フィールドはMUグループのための最後のスロット割当フィールドでないことを示す場合、
上記STAは、上記スロット割当フィールドの次のスロット割当フィールドの二番目のサブフィールドを上記STAのグループIDと比較する、項目4に記載のチャネルアクセス実行方法。
(項目6)
上記MUグループのためのスロット割当フィールドは、上記リソース割当フレームに含まれた一つ以上のスロット割当フィールドの開始部分から位置する、項目2に記載のチャネルアクセス実行方法。
(項目7)
上記グループ指示子フィールドが、上記リソース割当フレームにMUグループのためのスロット割当フィールドが存在しないことを示す場合、
上記STAは、上記グループ指示子フィールドに含まれた全スロット割当フィールドを無視する、項目2に記載のチャネルアクセス実行方法。
(項目8)
上記全スロット割当フィールドは、それぞれの(割り当てられた)STAのためのスロット割当フィールドである、項目7に記載のチャネルアクセス実行方法。
(項目9)
上記グループ指示子フィールドが、上記リソース割当フレームにMUグループのためのスロット割当フィールドが存在することを示す場合、
上記リソース割当フレームは、少なくとも一つのMUグループのためのスロット割当フィールド、及び0個以上のそれぞれの(割り当てられた)STAのためのスロット割当フィールドの両方を含む、項目2に記載のチャネルアクセス実行方法。
(項目10)
上記グループ指示子フィールドが上記リソース割当フレームにMUグループのためのスロット割当フィールドが存在しないことを示す場合、
上記リソース割当フレームは、それぞれの(割り当てられた)STAのためのスロット割当フィールドのみを含む、項目2に記載のチャネルアクセス実行方法。
(項目11)
上記それぞれの(割り当てられた)STAのためのスロット割当フィールドは、UL/DL指示子サブフィールド、部分AIDサブフィールド、スロット開始オフセットサブフィールドを含む、項目10に記載のチャネルアクセス実行方法。
(項目12)
上記次のサブフィールドはグループIDサブフィールドであり、上記最後のサブフィールドはスロット開始オフセットサブフィールドである、項目3に記載のチャネルアクセス実行方法。
(項目13)
上記MUグループは、MU MIMO(Multiple Input Multiple Output)のためのSTAの集合である、項目2に記載のチャネルアクセス実行方法。
(項目14)
無線通信システムにおいてチャネルアクセスを行うMU(Multi User)グループSTA(Station)装置であって、
送受信モジュールと、
プロセッサと、
を備え、
上記プロセッサは、リソース割当フレームを受信してグループ指示子フィールドを確認し、上記グループ指示子フィールドが上記リソース割当フレームにMUグループのためのスロット割当フィールドが存在することを示す場合、上記スロット割当フィールドに基づいてスロットスタートオフセットを決定する、STA装置。
本発明によれば、無線LANシステムにおいて改善されたリソース割当フィールド構造を用いて効率的にチャネルアクセスを行うことが可能になる。
本発明で得られる効果は以上に言及した効果に制限されず、言及していない他の効果は、以降の記載から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に明らかになるであろう。
明細書に添付される図面は、本発明に関する理解を提供するためのもので、本発明の様々な実施の形態を示し、明細書の記載と共に本発明の原理を説明するためのものである。
図1は、本発明を適用できるIEEE 802.11システムの例示的な構造を示す図である。 図2は、本発明を適用できるIEEE 802.11システムの他の例示的な構造を示す図である。 図3は、本発明を適用できるIEEE 802.11システムの更に他の例示的な構造を示す図である。 図4は、無線LANシステムの例示的な構造を示す図である。 図5は、無線LANシステムにおけるリンクセットアップ過程を説明するための図である。 図6は、バックオフ過程を説明するための図である。 図7は、隠れたノード及び露出されたノードを説明するための図である。 図8は、RTSとCTSを説明するための図である。 図9は、電力管理動作を説明するための図である。 図10乃至図12は、TIMを受信したSTAの動作を詳しく説明するための図である。 図10乃至図12は、TIMを受信したSTAの動作を詳しく説明するための図である。 図10乃至図12は、TIMを受信したSTAの動作を詳しく説明するための図である。 図13は、グループベースAIDを説明するための図である。 図14乃至図16は、グループチャネルアクセスインターバルが設定される場合におけるSTAの動作の例示を示す図である。 図14乃至図16は、グループチャネルアクセスインターバルが設定される場合におけるSTAの動作の例示を示す図である。 図14乃至図16は、グループチャネルアクセスインターバルが設定される場合におけるSTAの動作の例示を示す図である。 図17及び図18は、RPS要素を説明するための図である。 図17及び図18は、RPS要素を説明するための図である。 図19は、リソース割当フィールドを説明するための図である。 図20乃至図24は、本発明の実施例に係るリソース割当フィールドを説明するための図である。 図20乃至図24は、本発明の実施例に係るリソース割当フィールドを説明するための図である。 図20乃至図24は、本発明の実施例に係るリソース割当フィールドを説明するための図である。 図20乃至図24は、本発明の実施例に係るリソース割当フィールドを説明するための図である。 図20乃至図24は、本発明の実施例に係るリソース割当フィールドを説明するための図である。 図25は、本発明の実施例に係るMUグループSTAの動作を説明するための図である。 図26は、本発明の実施例に係る個別STAの動作を説明するための図である。 図27は、本発明の一実施例に係る無線装置の構成を示すブロック図である。
以下、本発明に係る好適な実施の形態を添付の図面を参照して詳しく説明する。添付の図面と共に以下に開示される詳細な説明は、本発明の例示的な実施の形態を説明するためのもので、本発明の唯一の実施の形態を示すためのものではない。以下の詳細な説明は本発明の完全な理解を提供するために具体的な細部事項を含む。しかし、このような具体的な細部事項なしにも本発明が実施され得るということが当業者には理解される。
以下の実施例は、本発明の構成要素と特徴を所定の形態で結合したものである。各構成要素又は特徴は、特別の言及がない限り、選択的なものと考慮すればよい。各構成要素又は特徴は、他の構成要素や特徴と結合していない形態で実施されてもよく、一部の構成要素及び/又は特徴を結合して本発明の実施例を構成してもよい。本発明の実施例で説明される動作の順序は変更されてもよい。ある実施例の一部の構成や特徴は、他の実施例に含まれてもよく、他の実施例の対応する構成又は特徴に取り替えられてもよい。
以下の説明で使われる特定用語は、本発明の理解を助けるために提供されるものであり、このような特定用語の使用は、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で他の形態に変更してもよい。
場合によって、本発明の概念が曖昧になることを避けるために、公知の構造及び装置は省略されたり、各構造及び装置の核心機能を中心にしたブロック図の形式で図示されることもある。また、本明細書全体を通じて同一の構成要素には同一の図面符号を付して説明する。
本発明の実施例は、無線アクセスシステムであるIEEE 802システム、3GPPシステム、3GPP LTE及びLTE−A(LTE−Advanced)システム、並びに3GPP2システムの少なくとも一つに開示された標準文書によって裏付けることができる。すなわち、本発明の実施例において、本発明の技術的思想を明確にするために説明を省いた段階又は部分は、上記の文書によって裏付けることができる。また、本文書で開示している用語はいずれも上記の標準文書によって説明することができる。
以下の技術は、CDMA(Code Division Multiple Access)、FDMA(Frequency Division Multiple Access)、TDMA(Time Division Multiple Access)、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)、SC−FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access)などのような様々な無線アクセスシステムに用いることができる。CDMAは、UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)やCDMA2000のような無線技術(radio technology)によって具現することができる。TDMAは、GSM(登録商標)(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM(登録商標) Evolution)のような無線技術によって具現することができる。OFDMAは、IEEE 802.11(Wi−Fi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802−20、E−UTRA(Evolved UTRA)などのような無線技術によって具現することができる。明確性のために、以下では3GPP LTE及び3GPP LTE−Aシステムを中心に説明するが、本発明の技術的思想がこれに制限されるものではない。
(WLANシステムの構造)
図1は、本発明を適用できるIEEE 802.11システムの例示的な構造を示す図である。
IEEE 802.11構造は複数個の構成要素を含むことができ、それら構成要素の相互作用によって上位層に対してトランスペアレントなSTA移動性を支援するWLANを提供することができる。基本サービスセット(Basic Service Set;BSS)はIEEE 802.11 LANにおける基本的な構成ブロックに該当し得る。図1では、2個のBSS(BSS1及びBSS2)が存在し、それぞれのBSSのメンバーとして2個のSTAが含まれること(STA1及びSTA2はBSS1に含まれ、STA3及びSTA4はBSS2に含まれる)を例示的に示している。図1で、BSSを示す楕円は、当該BSSに含まれたSTAが通信を維持するカバレッジ領域を示すものと理解してもよい。この領域をBSA(Basic Service Area)と称することができる。STAがBSAの外へ移動すると、当該BSA内の他のSTAと直接通信できなくなる。
IEEE 802.11 LANにおいて最も基本的なタイプのBSSは、独立したBSS(Independent BSS;IBSS)である。例えば、IBSSは、2個のSTAだけで構成された最小の形態を有することができる。また、最も単純な形態であるとともに他の構成要素が省略されている図1のBSS(BSS1又はBSS2)がIBSSの代表的な例示に該当する。このような構成は、STA同士が直接通信できる場合に可能である。また、このような形態のLANは、あらかじめ計画して構成されるものではなく、LANが必要な場合に構成され、これをアド−ホック(ad−hoc)ネットワークと呼ぶこともできる。
STAの電源オン/オフ、STAのBSS領域への入/出などによって、BSSにおいてSTAのメンバーシップが動的に変更することがある。BSSのメンバーになるためには、STAは同期化過程を用いてBSSにジョインすればよい。BSS基盤構造の全てのサービスにアクセスするためには、STAはBSSに連携されなければならない。このような連携(association)は動的に設定され、分配システムサービス(Distribution System Service;DSS)の利用を含んでもよい。
図2は、本発明を適用できるIEEE 802.11システムの他の例示的な構造を示す図である。図2は、図1の構造において、分配システム(Distribution System;DS)、分配システム媒体(Distribution System Medium;DSM)、アクセスポイント(Access Point;AP)などの構成要素が追加された形態である。
LANにおいて直接的なステーション−対−ステーションの距離はPHY性能によって制限されることがある。このような距離の限界が充分な場合もあれば、より遠い距離のステーション間の通信が必要な場合もある。拡張されたカバレッジを支援するために分配システム(DS)を構成することができる。
DSは、BSS同士が相互接続される構造を意味する。具体的に、図1のようにBSSが独立して存在する代わりに、複数個のBSSで構成されたネットワークの拡張された形態の構成要素としてBSSが存在してもよい。
DSは論理的な概念であり、分配システム媒体(DSM)の特性によって特定することができる。これと関連して、IEEE 802.11標準では無線媒体(Wireless Medium;WM)と分配システム媒体(DSM)とを論理的に区別している。それぞれの論理的媒体は互いに異なる目的のために使用され、互いに異なる構成要素によって使用される。IEEE 802.11標準の定義では、このような媒体を互いに同一なものとも、互いに異なるものとも制限しない。このように複数個の媒体が論理的に互いに異なるという点で、IEEE 802.11 LAN構造(DS構造又は他のネットワーク構造)の柔軟性を説明することができる。すなわち、IEEE 802.11 LAN構造は様々に具現することができ、それぞれの具現例の物理的な特性によって独立的に当該LAN構造を特定することができる。
DSは複数個のBSSのシームレス(seamless)な統合を提供し、あて先へのアドレスを扱うために必要な論理的サービスを提供することによって移動機器を支援することができる。
APとは、連携されているSTAに対してWMを通じてDSへのアクセスを可能にし、且つSTA機能性を有する個体を意味する。APを通じてBSS及びDS間のデータ移動が行われてもよい。例えば、図2に示すSTA2及びSTA3は、STAの機能性を有するとともに、連携されているSTA(STA1及びSTA4)をDSにアクセスさせる機能を持つ。また、いかなるAPも基本的にSTAに該当するため、APはいずれもアドレス可能な個体である。WM上での通信のためにAPによって用いられるアドレスとDSM上での通信のためにAPによって用いられるアドレスは必ずしも同一である必要はない。
APに連携されているSTAのいずれか一つから当該APのSTAアドレスに送信されるデータは、常に非制御ポート(uncontrolled port)で受信され、IEEE 802.1Xポートアクセス個体によって処理されてもよい。また、制御ポート(controlled port)が認証されると、送信データ(又は、フレーム)はDSに伝達されてもよい。
図3は、本発明を適用できるIEEE 802.11システムのさらに他の例示的な構造を示す図である。図3では、図2の構造にさらに広いカバレッジを提供するための拡張されたサービスセット(Extended Service Set;ESS)を概念的に示す。
任意の(arbitrary)大きさ及び複雑度を有する無線ネットワークがDS及びBSSで構成されてもよい。IEEE 802.11システムではこのような方式のネットワークをESSネットワークと称する。ESSは、一つのDSに接続されたBSSの集合に該当し得る。しかし、ESSはDSを含まない。ESSネットワークはLLC(Logical Link Control)層でIBSSネットワークとして見える点が特徴である。ESSに含まれるSTAは互いに通信することができ、移動STAはLLCにトランスペアレントに一つのBSSから他のBSSに(同一ESS内で)移動することができる。
IEEE 802.11では、図3におけるBSSの相対的な物理的位置について何ら仮定しておらず、次のようないずれの形態も可能である。BSSは部分的に重なってもよく、これは、連続したカバレッジを提供するために一般に利用される形態である。また、BSSは物理的に接続していなくてもよく、論理的にはBSS同士間の距離に制限はない。また、BSS同士は物理的に同一位置に位置してもよく、これはリダンダンシーを提供するために用いることができる。また、一つ(又は、一つ以上の)IBSS又はESSネットワークが一つ(又は一つ以上の)ESSネットワークとして同一空間に物理的に存在してもよい。これは、ESSネットワークが存在する位置にアド−ホックネットワークが動作する場合、互いに異なる機関(organizations)によって物理的に重なるIEEE 802.11ネットワークが構成される場合、又は、同一位置で2つ以上の互いに異なるアクセス及び保安政策が必要な場合などにおける、ESSネットワーク形態に該当し得る。
図4は、無線LANシステムの例示的な構造を示す図である。図4では、DSを含む基盤構造BSSの一例が示されている。
図4の例示で、BSS1及びBSS2がESSを構成する。無線LANシステムにおいてSTAはIEEE 802.11のMAC/PHY規定に従って動作する機器である。STAはAP STA及び非−AP(non−AP)STAを含む。Non−AP STAは、ラップトップコンピュータ、移動電話機のように、一般にユーザが直接扱う機器に該当する。図4の例示で、STA1、STA3、STA4はnon−AP STAに該当し、STA2及びSTA5はAP STAに該当する。
以下の説明で、non−AP STAは、端末(terminal)、無線送受信ユニット(Wireless Transmit/Receive Unit;WTRU)、ユーザ装置(User Equipment;UE)、移動局(Mobile Station;MS)、移動端末(Mobile Terminal)、移動加入者局(Mobile Subscriber Station;MSS)などと呼ぶことができる。また、APは、他の無線通信分野における基地局(Base Station;BS)、ノード−B(Node−B)、発展したノード−B(evolved Node−B;eNB)、基底送受信システム(Base Transceiver System;BTS)、フェムト基地局(Femto BS)などに対応する概念である。
(リンクセットアップ過程)
図5は、一般のリンクセットアップ(link setup)過程を説明するための図である。
STAがネットワークに対してリンクをセットアップし、データを送受信するためには、まず、ネットワークを発見(discovery)し、認証(authentication)を行い、連携(association)を確立(establish)し、保安(security)のための認証手順などを行わなければならない。リンクセットアップ過程をセッション開始過程、セッションセットアップ過程と呼ぶこともできる。また、リンクセットアップ過程における発見、認証、連携、保安設定の過程を総称して連携過程と呼ぶこともできる。
図5を参照して例示的なリンクセットアップ過程について説明する。
段階S510で、STAはネットワーク発見動作を行うことができる。ネットワーク発見動作はSTAのスキャニング(scanning)動作を含むことができる。すなわち、STAがネットワークにアクセスするためには、参加可能なネットワークを探さなければならない。STAは無線ネットワークに参加する前に互換可能なネットワークを識別しなければならないが、特定領域に存在するネットワーク識別過程をスキャニングという。
スキャニング方式には、能動的スキャニング(active scanning)と受動的スキャニング(passive scanning)がある。
図5では例示として能動的スキャニング過程を含むネットワーク発見動作を示す。能動的スキャニングにおいて、スキャニングを行うSTAはチャネルを移りながら周辺にどのAPが存在するかを探索するためにプローブ要請フレーム(probe request frame)を送信して、それに対する応答を待つ。応答者(responder)は、プローブ要請フレームを送信したSTAに、プローブ要請フレームに対する応答としてプローブ応答フレーム(probe response frame)を送信する。ここで、応答者は、スキャニングされているチャネルのBSSで最後にビーコンフレーム(beacon frame)を送信したSTAであってもよい。BSSでは、APがビーコンフレームを送信するため、APが応答者となり、IBSSでは、IBSS内のSTAが交互にビーコンフレームを送信するため、応答者が一定でない。例えば、1番チャネルでプローブ要請フレームを送信し、1番チャネルでプローブ応答フレームを受信したSTAは、受信したプローブ応答フレームに含まれたBSS関連情報を保存し、次のチャネル(例えば、2番チャネル)に移動して同一の方法でスキャニング(すなわち、2番チャネル上でプローブ要請/応答の送受信)を行うことができる。
図5には示していないが、スキャニング動作は受動的スキャニング方式で行われてもよい。受動的スキャニングにおいて、スキャニングを行うSTAはチャネルを移りながらビーコンフレームを待つ。ビーコンフレームは、IEEE 802.11において管理フレーム(management frame)の一つであり、無線ネットワークの存在を知らせ、スキャニングを行うSTAが無線ネットワークを探して無線ネットワークに参加できるように、周期的に送信される。BSSでAPがビーコンフレームを周期的に送信する役割を担い、IBSSではIBSS内のSTAが交互にビーコンフレームを送信する。スキャニングを行うSTAはビーコンフレームを受信すると、ビーコンフレームに含まれたBSSに関する情報を保存し、他のチャネルに移動しながら各チャネルでビーコンフレーム情報を記録する。ビーコンフレームを受信したSTAは、受信したビーコンフレームに含まれたBSS関連情報を保存し、次のチャネルに移動して同一の方法で次のチャネルでスキャニングを行うことができる。
能動的スキャニングと受動的スキャニングとを比較すれば、能動的スキャニングが受動的スキャニングに比べてディレー(delay)及び電力消耗が小さいという利点がある。
STAがネットワークを発見した後に、段階S520で認証過程を行うことができる。このような認証過程は、後述する段階S540の保安セットアップ動作と明確に区別するために、第1の認証(first authentication)過程と呼ぶことができる。
認証過程は、STAが認証要請フレーム(authentication request frame)をAPに送信し、これに応答してAPが認証応答フレーム(authentication response frame)をSTAに送信する過程を含む。認証要請/応答に用いられる認証フレーム(authentication frame)は管理フレームに該当する。
認証フレームは、認証アルゴリズム番号(authentication algorithm number)、認証トランザクションシーケンス番号(authentication transaction sequence number)、状態コード(status code)、検問テキスト(challenge text)、RSN(Robust Security Network)、有限循環グループ(Finite Cyclic Group)などに関する情報を含むことができる。これは、認証要請/応答フレームに含まれ得る情報の一例示に過ぎず、他の情報に置き換わったり、追加の情報がさらに含まれたりしてもよい。
STAは認証要請フレームをAPに送信することができる。APは、受信された認証要請フレームに含まれた情報に基づいて、当該STAに対する認証を許容するか否かを決定することができる。APは認証処理の結果を認証応答フレームを通じてSTAに提供することができる。
STAが成功的に認証された後に、段階S530で連携過程を行うことができる。連携過程は、STAが連携要請フレーム(association request frame)をAPに送信し、それに応答してAPが連携応答フレーム(association response frame)をSTAに送信する過程を含む。
例えば、連携要請フレームは、様々な能力(capability)に関する情報、ビーコン聴取間隔(listen interval)、SSID(service set identifier)、支援レート(supported rates)、支援チャネル(supported channels)、RSN、移動性ドメイン、支援オペレーティングクラス(supported operating classes)、TIM放送要請(Traffic Indication Map Broadcast request)、相互動作(interworking)サービス能力などに関する情報を含むことができる。
例えば、連携応答フレームは、様々な能力に関する情報、状態コード、AID(Association ID)、支援レート、EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)パラメータセット、RCPI(Received Channel Power Indicator)、RSNI(Received Signal to Noise Indicator)、移動性ドメイン、タイムアウト間隔(連携カムバック時間(association comeback time))、重畳(overlapping)BSSスキャンパラメータ、TIM放送応答、QoSマップなどの情報を含むことができる。
これは連携要請/応答フレームに含まれ得る情報の一例に過ぎず、他の情報に置き換わったり、追加の情報がさらに含まれたりしてもよい。
STAがネットワークに成功的に連携された後に、段階S540で保安セットアップ過程を行うことができる。段階S540の保安セットアップ過程は、RSNA(Robust Security Network Association)要請/応答を通じた認証過程ということもでき、上記の段階S520の認証過程を第1の認証(first authentication)過程とし、段階S540の保安セットアップ過程を単純に認証過程と呼ぶこともできる。
段階S540の保安セットアップ過程は、例えば、EAPOL(Extensible Authentication Protocol over LAN)フレームを通じた4−ウェイ(way)ハンドシェーキングを通じて、プライベートキーセットアップ(private key setup)をする過程を含むことができる。また、保安セットアップ過程は、IEEE 802.11標準で定義しない保安方式によって行われてもよい。
(WLANの進化)
無線LANで通信速度の限界を克服するために比較的最近に制定された技術標準としてIEEE 802.11nがある。IEEE 802.11nは、ネットワークの速度と信頼性を増大させ、且つ無線ネットワークの運営距離を拡張することに目的がある。より具体的に、IEEE 802.11nは、データ処理速度が最大540Mbps以上である高処理率(High Throughput;HT)を支援するとともに、送信エラーを最小化し、データ速度を最適化するために送信端と受信端の両方とも多重アンテナを使用するMIMO(Multiple Inputs and Multiple Outputs)技術に基づいている。
無線LANの普及が活性化され、さらにそれを用いたアプリケーションが多様化するに伴って、最近ではIEEE 802.11nが支援するデータ処理速度よりも高い処理率を支援するための新しい無線LANシステムの必要性が台頭している。超高処理率(Very High Throughput;VHT)を支援する次世代無線LANシステムは、IEEE 802.11n無線LANシステムの次のバージョン(例えば、IEEE 802.11ac)であり、MACサービスアクセスポイント(Service Access Point;SAP)で1Gbps以上のデータ処理速度を支援するために最近に新しく提案されているIEEE 802.11無線LANシステムの一つである。
次世代無線LANシステムは、無線チャネルを效率的に利用するために複数のSTAが同時にチャネルにアクセスするMU−MIMO(Multi User Multiple Input Multiple Output)方式の送信を支援する。MU−MIMO送信方式によれば、APが、MIMOペアリング(pairing)された一つ以上のSTAに同時にパケットを送信することができる。
また、ホワイトスペース(white space)で無線LANシステム動作を支援することが議論されている。例えば、アナログTVのデジタル化による遊休状態の周波数帯域(例えば、54〜698MHz帯域)のようなTVホワイトスペース(TVWS)での無線LANシステムの導入は、IEEE 802.11af標準として議論されている。しかし、これは例示に過ぎず、ホワイトスペースは、許可されたユーザ(licensed user)が優先して使用できる許可された帯域といえる。許可されたユーザは、許可された帯域の使用が許可されたユーザのことを意味し、許可された装置(licensed device)、プライマリユーザ(primary user)、優先的ユーザ(incumbent user)などと呼ぶこともできる。
例えば、WSで動作するAP及び/又はSTAは、許可されたユーザに対する保護(protection)機能を提供しなければならない。例えば、WS帯域で特定帯域幅を有するように規約(regulation)上分割されている周波数帯域である特定WSチャネルを、マイクロホン(microphone)のような許可されたユーザが既に使用している場合、許可されたユーザを保護するために、AP及び/又はSTAは当該WSチャネルに該当する周波数帯域は使用することができない。また、AP及び/又はSTAは、現在フレーム送信及び/又は受信のために使用している周波数帯域を許可されたユーザが使用するようになると、当該周波数帯域の使用を中止しなければならない。
そのため、AP及び/又はSTAは、WS帯域中の特定周波数帯域の使用が可能か否か、すなわち、当該周波数帯域に許可されたユーザが存在するか否かを把握する手順を先行しなければならない。許可されたユーザが特定周波数帯域に存在するか否かを把握することをスペクトルセンシング(spectrum sensing)という。スペクトルセンシングメカニズムとして、エネルギー探知(energy detection)方式、信号探知(signature detection)方式などが活用される。受信信号の強度が一定値以上であれば、許可されたユーザが使用中であると判断したり、DTVプリアンブル(preamble)が検出されると、許可されたユーザが使用中であると判断すればよい。
また、次世代通信技術としてM2M(Machine−to−Machine)通信技術が議論されている。IEEE 802.11無線LANシステムでもM2M通信を支援するための技術標準がIEEE 802.11ahとして開発されている。M2M通信は、一つ以上のマシン(Machine)が含まれる通信方式を意味し、MTC(Machine Type Communication)又は事物通信と呼ばれることもある。ここで、マシンとは、人間の直接的な操作や介入を必要としない個体(entity)を意味する。例えば、無線通信モジュールが搭載された検針機(meter)や自動販売機のような装置を含めて、ユーザの操作/介入無しで自動でネットワークに接続して通信を行うことができるスマートフォンのようなユーザ機器もマシンの例示に該当し得る。M2M通信は、デバイス間の通信(例えば、D2D(Device−to−Device)通信)、デバイスとサーバー(application server)間の通信などを含むことができる。デバイスとサーバー間の通信の例示としては、自動販売機とサーバー、POS(Point of Sale)装置とサーバー、電気、ガス又は水道検針機とサーバー間の通信が挙げられる。その他にも、M2M通信ベースのアプリケーション(application)には、保安(security)、運送(transportation)、ヘルスケア(health care)などが含まれてもよい。このような適用例の特性を考慮すると、一般に、M2M通信は、数多くの機器が存在する環境でたまに少量のデータを低速で送受信することを支援できるものでなければならない。
具体的に、M2M通信は多数のSTAを支援できるものでなければならない。現在定義されている無線LANシステムでは、一つのAPに最大2007個のSTAが連携される場合を仮定するが、M2M通信ではそれよりも多い個数(約6000個)のSTAが一つのAPに連携される場合を支援する方案が議論されている。また、M2M通信では低い送信速度を支援/要求するアプリケーションが多いと予想される。これを円滑に支援するために、例えば、無線LANシステムでは、TIM(Traffic Indication Map)要素に基づいてSTAが自身に送信されるデータの有無を認知できるが、TIMのビットマップサイズを減らす方案が議論されている。また、M2M通信では送信/受信間隔が非常に長いトラフィックが多いと予想される。例えば、電気/ガス/水道の使用量のように長い周期(例えば、1ケ月)ごとに大変少ない量のデータをやり取りすることが要求される。そのため、無線LANシステムでは、一つのAPに連携され得るSTAの個数が非常に多くなっても、一つのビーコン周期の間にAPから受信するデータフレームが存在するSTAの個数が大変少ない場合を效率的に支援する方案が議論されている。
このように無線LAN技術は急速に進化しつつあり、前述の例示に加えて、直接リンクセットアップ、メディアストリーミング性能の改善、高速及び/又は大規模の初期セッションセットアップの支援、拡張された帯域幅及び動作周波数の支援などのための技術が開発されている。
(媒体アクセスメカニズム)
IEEE 802.11に基づく無線LANシステムにおいて、MAC(Medium Access Control)の基本アクセスメカニズムは、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)メカニズムである。CSMA/CAメカニズムは、IEEE 802.11 MACの分配調整機能(Distributed Coordination Function、DCF)とも呼ばれるが、基本的に「listen before talk」アクセスメカニズムを採用している。このような類型のアクセスメカニズムによれば、AP及び/又はSTAは送信を開始するに先立ち、所定の時間区間(例えば、DIFS(DCF Inter−Frame Space)の間に無線チャネル又は媒体(medium)をセンシング(sensing)するCCA(Clear Channel Assessment)を行うことができる。センシングの結果、媒体が遊休状態(idle status)と判断されると、当該媒体を通じてフレーム送信を始める。一方、媒体が占有状態(occupied status)と感知されると、当該AP及び/又はSTAは自分の送信を開始せず、媒体アクセスのための遅延期間(例えば、任意バックオフ周期(random backoff period))を設定して待った後、フレーム送信を試みることができる。任意バックオフ周期の適用から、複数のSTAはそれぞれ異なった時間待った後にフレーム送信を試みることが期待されるため、衝突(collision)を最小化することができる。
また、IEEE 802.11 MACプロトコルはHCF(Hybrid Coordination Function)を提供する。HCFはDCFとPCF(Point Coordination Function)に基づく。PCFは、ポーリング(polling)ベースの同期式アクセス方式で、全ての受信AP及び/又はSTAがデータフレームを受信できるように周期的にポーリングする方式のことをいう。また、HCFは、EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)とHCCA(HCF Controlled Channel Access)を有する。EDCAは、提供者が複数のユーザにデータフレームを提供するためのアクセス方式を競合ベースとするものであり、HCCAは、ポーリングメカニズムを用いた非競合ベースのチャネルアクセス方式を用いるものである。また、HCFは、WLANのQoS(Quality of Service)を向上させるための媒体アクセスメカニズムを含み、競合周期(Contention Period;CP)、非競合周期(Contention Free Period;CFP)のいずれにおいてもQoSデータを送信することができる。
図6は、バックオフ過程を説明するための図である。
図6を参照して任意バックオフ周期に基づく動作について説明する。占有(occupy又はbusy)状態だった媒体が遊休(idle)状態に変更されると、複数のSTAはデータ(又はフレーム)送信を試みることができる。この時、衝突を最小化するための方案として、STAはそれぞれ任意バックオフカウントを選択し、それに該当するスロット時間だけ待機した後、送信を試みることができる。任意バックオフカウントは、擬似−任意整数(pseudo−random integer)値を有し、0乃至CW範囲の値のいずれか一つに決定され得る。ここで、CWは、競合ウィンドウ(Contention Window)パラメータ値である。CWパラメータは初期値としてCWminが与えられるが、送信失敗の場合(例えば、送信されたフレームに対するACKを受信できなかった場合)に2倍の値を取ることができる。CWパラメータ値がCWmaxになると、データ送信に成功するまでCWmax値を維持しながらデータ送信を試みることができ、データ送信に成功する場合にはCWmin値にリセットされる。CW、CWmin及びCWmax値は2−1(n=0,1,2,…)に設定されることが好ましい。
任意バックオフ過程が始まると、STAは、決定されたバックオフカウント値によってバックオフスロットをカウントダウンする間に続けて媒体をモニタする。媒体が占有状態とモニタされるとカウントダウンを止めて待機し、媒体が遊休状態になると残りのカウントダウンを再開する。
図6の例示で、STA3のMACに送信するパケットが到達した場合に、STA3はDIFSだけ媒体が遊休状態であることを確認し、直ちにフレームを送信することができる。一方、残りのSTAは、媒体が占有(busy)状態であることをモニタして待機する。その間にSTA1、STA2及びSTA5のそれぞれでも送信するデータが発生することがあり、それぞれのSTAは、媒体が遊休状態とモニタされると、DIFSだけ待機した後に、それぞれ選択した任意バックオフカウント値によってバックオフスロットのカウントダウンを行うことができる。図6の例示では、STA2が最も小さいバックオフカウント値を選択し、STA1が最も大きいバックオフカウント値を選択した場合を示す。すなわち、STA2がバックオフカウントを終えてフレーム送信を始める時点でSTA5の残余バックオフ時間はSTA1の残余バックオフ時間よりも短い場合を例示する。STA1及びSTA5は、STA2が媒体を占有する間に暫くカウントダウンを止めて待機する。STA2の占有が終了して媒体が再び遊休状態になると、STA1及びSTA5はDIFSだけ待機した後に、止めていたバックオフカウントを再開する。すなわち、残余バックオフ時間だけの余りのバックオフスロットをカウントダウンした後にフレーム送信を始めることができる。STA5の残余バックオフ時間がSTA1よりも短かったため、STA5がフレーム送信を始めるようになる。一方、STA2が媒体を占有する間にSTA4でも送信するデータが発生することがある。このとき、STA4の立場では、媒体が遊休状態になるとDIFSだけ待機した後、自身が選択した任意バックオフカウント値によるカウントダウンを行ってフレーム送信を始めることができる。図6の例示では、STA5の残余バックオフ時間がSTA4の任意バックオフカウント値と偶然に一致する場合を示し、この場合、STA4とSTA5間に衝突が発生することがある。衝突が発生する場合はSTA4、STA5両方ともACKを受けることができず、データ送信に失敗することになる。この場合、STA4とSTA5はCW値を2倍に増やした後に任意バックオフカウント値を選択してカウントダウンを行うことができる。一方、STA1は、STA4とSTA5の送信によって媒体が占有状態である間に待機しているが、媒体が遊休状態になると、DIFSだけ待機した後、残余バックオフ時間が経過するとフレーム送信を開始することができる。
(STAのセンシング動作)
前述したように、CSMA/CAメカニズムは、AP及び/又はSTAが媒体を直接センシングする物理的キャリアセンシング(physical carrier sensing)の他、仮想キャリアセンシング(virtual carrier sensing)も含む。仮想キャリアセンシングは、隠れたノード問題(hidden node problem)などのように媒体アクセスで発生し得る問題を補完するために用いられる。仮想キャリアセンシングのために、無線LANシステムのMACはネットワーク割当ベクトル(Network Allocation Vector;NAV)を用いることができる。NAVは、現在媒体を利用していたり又は利用する権限のあるAP及び/又はSTAが、媒体を使用可能な状態になるまで残っている時間を、他のAP及び/又はSTAに指示(indicate)する値である。したがって、NAVに設定された値は、当該フレームを送信するAP及び/又はSTAによって媒体の利用が予定されている期間に該当し、NAV値を受信するSTAは、当該期間において媒体アクセスが禁止される。NAVは、例えば、フレームのMACヘッダ(header)の「duration」フィールドの値によって設定されてもよい。
また、衝突可能性を低減するために堅牢な衝突検出(robust collision detect)メカニズムが導入された。これについて図7及び図8を参照して説明する。実際にキャリアセンシング範囲と送信範囲は同一でないこともあるが、説明の便宜のために両者は同一であると仮定する。
図7は、隠れたノード及び露出されたノードを説明するための図である。
図7(a)は、隠れたノードに対する例示であり、STA AとSTA Bとが通信中にあり、STA Cが送信する情報を持っている場合である。具体的に、STA AがSTA Bに情報を送信している状況であるにもかかわらず、STA CがSTA Bにデータを送る前にキャリアセンシングを行う際、媒体が遊休状態にあると判断することがある。これは、STA Aの送信(すなわち、媒体占有)をSTA Cの位置ではセンシングできないこともあるためである。このような場合、STA BはSTA AとSTA Cの情報を同時に受け、衝突が発生することになる。このとき、STA AをSTA Cの隠れたノードということができる。
図7(b)は、露出されたノード(exposed node)に対する例示であり、STA BがSTA Aにデータを送信している状況で、STA CがSTA Dに送信する情報を持っている場合である。この場合、STA Cがキャリアセンシングを行うと、STA Bの送信によって媒体が占有された状態であると判断することができる。そのため、STA CがSTA Dに送信する情報を持っていても、媒体占有状態とセンシングされたため、媒体が遊休状態になるまで待たなければならない。しかし、実際にはSTA AはSTA Cの送信範囲外にあるため、STA Cからの送信とSTA Bからの送信とがSTA Aの立場では衝突しないこともあるため、STA Cは、STA Bが送信を止めるまで余計に待機することになる。このとき、STA CをSTA Bの露出されたノードということができる。
図8は、RTSとCTSを説明するための図である。
図7のような例示的な状況で衝突回避(collision voidance)メカニズムを效率的に利用するために、RTS(request to send)とCTS(clear to send)などの短いシグナリングパケット(short signaling packet)を利用することができる。両STA間のRTS/CTSは周囲のSTAがオーバーヒヤリング(overhearing)できるようにし、この周囲のSTAが上記両STA間の情報送信の有無を考慮するようにすることができる。例えば、データを送信しようとするSTAがデータを受けるSTAにRTSフレームを送信すると、データを受けるSTAはCTSフレームを周囲の端末に送信することによって、自身がデータを受けることを知らせることができる。
図8(a)は、隠れたノード問題を解決する方法に関する例示であり、STA AとSTA CがいずれもSTA Bにデータを送信しようとする場合を仮定する。STA AがRTSをSTA Bに送ると、STA BはCTSを自身の周囲にあるSTA A及びSTA Cの両方に送信する。その結果、STA CはSTA AとSTA Bのデータ送信が終わるまで待機し、衝突を避けることができる。
図8(b)は、露出されたノード問題を解決する方法に関する例示であり、STA AとSTA B間のRTS/CTS送信をSTA Cがオーバーヒヤリングすることによって、STA Cは自身が他のSTA(例えば、STA D)にデータを送信しても衝突が発生しないと判断することができる。すなわち、STA Bは周囲の全ての端末機にRTSを送信し、実際に送るデータを持っているSTA AのみがCTSを送信するようになる。STA Cは、RTSのみを受信し、STA AのCTSは受信できなかったため、STA AがSTA Cのキャリアセンシング外にあるということがわかる。
(電力管理)
前述したように、無線LANシステムではSTAが送受信を行う前にチャネルセンシングを行わなければならないが、チャネルを常にセンシングすることはSTAの持続的な電力消耗を引き起こす。受信状態での電力消耗は送信状態での電力消耗と大差がないため、受信状態を持続することも、電力の制限された(すなわち、バッテリーによって動作する)STAには大きな負担となる。したがって、STAが持続的にチャネルをセンシングするために受信待機状態を維持すると、無線LAN処理率の側面で特別な利点もなく電力を非効率的に消耗することになる。このような問題点を解決するために、無線LANシステムではSTAの電力管理(power management;PM)モードを支援する。
STAの電力管理モードはアクティブ(active)モード及び節電(power save;PS)モードに区別される。STAは基本的にアクティブモードで動作する。アクティブモードで動作するSTAは、アウェイク状態(awake state)を維持する。アウェイク状態は、フレーム送受信やチャネルスキャニングなどの正常動作が可能な状態である。一方、PSモードで動作するSTAはスリープ状態(sleep state)とアウェイク状態(awake state)を切り替えながら動作する。スリープ状態で動作するSTAは、最小限の電力で動作し、フレーム送受信もチャネルスキャニングも行わない。
STAがスリープ状態でできるだけ長く動作するほど電力消耗が減るため、STAの動作期間が増加する。しかし、スリープ状態ではフレーム送受信が不可能なため、無条件に長く動作するわけにはいかない。スリープ状態で動作するSTAがAPに送信するフレームを有すると、アウェイク状態に切り替えてフレームを送信すればよい。一方、APがSTAに送信するフレームがある場合、スリープ状態のSTAはそれを受信できないことはもとより、受信するフレームが存在するということも把握できない。したがって、STAは自身に送信されるフレームの存在有無を確認するために(また、存在するならそれを受信するために)特定周期に従ってアウェイク状態に切り替える動作が必要なことがある。
図9は、電力管理動作を説明するための図である。
図9を参照すると、AP 210は、一定の周期でビーコンフレーム(beacon frame)をBSS内のSTAに送信する(S211、S212、S213、S214、S215、S216)。ビーコンフレームには、TIM(Traffic Indication Map)情報要素(Information Element)が含まれる。TIM情報要素は、AP 210が自身と連携されているSTAに対するバッファされたトラフィックが存在し、フレームを送信する旨を知らせる情報を含む。TIM要素には、ユニキャスト(unicast)フレームを知らせるために用いられるTIMと、マルチキャスト(multicast)又はブロードキャスト(broadcast)フレームを知らせるために用いられるDTIM(delivery traffic indication map)がある。
AP 210は、3回のビーコンフレームを送信する度に1回ずつDTIMを送信することができる。STA1 220及びSTA2 230はPSモードで動作するSTAである。STA1 220及びSTA2 230は、所定の周期のウェイクアップインターバル(wakeup interval)ごとにスリープ状態からアウェイク状態に切り替えて、AP 210によって送信されたTIM要素を受信できるように設定されてもよい。それぞれのSTAは、自身のローカルクロック(local clock)に基づいてアウェイク状態に切り替える時点を計算することができ、図9の例示ではSTAのクロックがAPのクロックと一致すると仮定する。
例えば、所定のウェイクアップインターバルは、STA1 220がビーコンインターバルごとにアウェイク状態に切り替わってTIM要素を受信できるように設定されてもよい。そのため、STA1 220は、AP 210が最初にビーコンフレームを送信する時(S211)にアウェイク状態に切り替わり得る(S221)。STA1 220は、ビーコンフレームを受信してTIM要素を獲得することができる。獲得されたTIM要素が、STA1 220に送信されるフレームがある旨を指示すると、STA1 220は、AP 210にフレーム送信を要請するPS−Poll(Power Save−Poll)フレームをAP 210に送信することができる(S221a)。AP 210は、PS−Pollフレームに対応してフレームをSTA1 220に送信することができる(S231)。フレーム受信を完了したSTA1 220は再びスリープ状態に切り替わって動作する。
AP 210が二番目にビーコンフレームを送信するにあたり、他の装置が媒体にアクセスするなどして媒体が占有された(busy medium)状態であるから、AP 210は正確なビーコンインターバルに合わせてビーコンフレームを送信できず、遅延された時点に送信することがある(S212)。この場合、STA1 220はビーコンインターバルに合わせて動作モードをアウェイク状態に切り替えるが、遅延送信されるビーコンフレームを受信できず、再びスリープ状態に切り替わる(S222)。
AP 210が三番目にビーコンフレームを送信する時、当該ビーコンフレームはDTIMと設定されたTIM要素を含むことができる。ただし、媒体が占有された(busy medium)状態であるから、AP 210はビーコンフレームを遅延して送信する(S213)。STA1 220は、ビーコンインターバルに合わせてアウェイク状態に切り替わって動作し、AP 210によって送信されるビーコンフレームからDTIMを獲得することができる。STA1 220が獲得したDTIMは、STA1 220に送信されるフレームはなく、他のSTAのためのフレームが存在する旨を指示する場合を仮定する。この場合、STA1 220は、自身が受信するフレームがないことを確認し、再びスリープ状態に切り替わって動作することができる。AP 210はビーコンフレーム送信後にフレームを該当のSTAに送信する(S232)。
AP 210は、四番目にビーコンフレームを送信する(S214)。ただし、STA1 220は、その以前の2回にわたるTIM要素受信から、自身に対するバッファされたトラフィックが存在するという情報が獲得できなかったため、TIM要素受信のためのウェイクアップインターバルを調整してもよい。又は、AP 210によって送信されるビーコンフレームにSTA1 220のウェイクアップインターバル値を調整するためのシグナリング情報が含まれた場合、STA1 220のウェイクアップインターバル値が調整されてもよい。本例示で、STA1 220はビーコンインターバルごとにTIM要素受信のために運営状態を切り替えたが、3回のビーコンインターバルごとに1回起床するように運営状態を切り替えるように設定してもよい。したがって、STA1 220は、AP 210が四番目のビーコンフレームを送信し(S214)、五番目のビーコンフレームを送信する時点に(S215)スリープ状態を維持するため、TIM要素を獲得することができない。
AP 210が六番目にビーコンフレームを送信する時(S216)、STA1 220はアウェイク状態に切り替わって動作し、ビーコンフレームに含まれたTIM要素を獲得することができる(S224)。TIM要素は、ブロードキャストフレームが存在する旨を指示するDTIMであるから、STA1 220はPS−PollフレームをAP 210に送信することなく、AP 210によって送信されるブロードキャストフレームを受信すればよい(S234)。一方、STA2 230に設定されたウェイクアップインターバルはSTA1 220に比べて長い周期に設定されてもよい。そのため、STA2 230は、AP 210が五番目にビーコンフレームを送信する時点(S215)にアウェイク状態に切り替わってTIM要素を受信することができる(S241)。STA2 230は、TIM要素から、自身に送信されるフレームが存在することがわかり、フレーム送信を要請するためにAP 210にPS−Pollフレームを送信することができる(S241a)。AP 210はPS−Pollフレームに対応してSTA2 230にフレームを送信することができる(S233)。
図9のような節電モードの運営のためにTIM要素には、STAに送信されるフレームが存在するか否かを指示するTIM、又はブロードキャスト/マルチキャストフレームが存在するか否かを指示するDTIMが含まれる。DTIMはTIM要素のフィールド設定によって具現することができる。
図10乃至図12は、TIMを受信したSTAの動作を詳しく説明するための図である。
図10を参照すると、STAは、APからTIMを含むビーコンフレームを受信するためにスリープ状態からアウェイク状態に切り替わり、受信したTIM要素を解釈して、自身に送信されるバッファされたトラフィックがあることを確認できる。STAは、PS−Pollフレームの送信のための媒体アクセスのために他のSTAと競合(contending)を行った後に、APにデータフレーム送信を要請するためにPS−Pollフレームを送信することができる。STAによって送信されたPS−Pollフレームを受信したAPは、STAにフレームを送信することができる。STAはデータフレームを受信し、それに対する確認応答(ACK)フレームをAPに送信することができる。以降、STAは再びスリープ状態に切り替わればよい。
図10のように、APは、STAからPS−Pollフレームを受信した後、所定の時間(例えば、SIFS(Short Inter−Frame Space))後にデータフレームを送信する即時応答(immediate response)方式によって動作することができる。一方、APがPS−Pollフレームを受信した後に、STAに送信するデータフレームをSIFS時間の間に用意できなかった場合は、遅れた応答(deferred response)方式によって動作してもよく、それについて図11を参照して説明する。
図11の例示で、STAがスリープ状態からアウェイク状態に切り替わってAPからTIMを受信し、競合を経てPS−PollフレームをAPに送信する動作は、図10の例示と同一である。APがPS−Pollフレームを受信したが、SIFSの間にデータフレームを用意できなかった場合、データフレームを送信する代わりにACKフレームをSTAに送信してもよい。APは、ACKフレーム送信後にデータフレームが用意されると、競合を行った後、データフレームをSTAに送信することができる。STAはデータフレームを成功的に受信したことを示すACKフレームをAPに送信し、スリープ状態に切り替わればよい。
図12は、APがDTIMを送信する例示に関するものである。STAはAPからDTIM要素を含むビーコンフレームを受信するためにスリープ状態からアウェイク状態に切り替わってもよい。これらのSTAは、受信したDTIMから、マルチキャスト/ブロードキャストフレームが送信されることがわかる。APは、DTIMを含むビーコンフレームを送信後に、PS−Pollフレームの送受信動作無しで直ちにデータ(すなわち、マルチキャスト/ブロードキャストフレーム)を送信することができる。これらのSTAは、DTIMを含むビーコンフレームを受信してから引き続きアウェイク状態を維持しながらデータを受信し、データ受信が完了した後再びスリープ状態に切り替わればよい。
(TIM構造)
図9乃至図12を参照して上述したTIM(又は、DTIM)プロトコルに基づく節電モード運営方法において、STAは、TIM要素に含まれたSTA識別情報から、自身のために送信されるデータフレームが存在するか否かを確認することができる。STA識別情報は、STAとAPとの連携(association)時にSTAに割り当てられた識別子であるAID(Association Identifier)に関する情報であってよい。
AIDは一つのBSS内ではそれぞれのSTAに対する固有の(unique)識別子として使われる。一例として、現在無線LANシステムにおいてAIDとしては1から2007までのいずれか一つの値を割り当てることができる。現在定義されている無線LANシステムでは、AP及び/又はSTAが送信するフレームにはAIDのために14ビットを割り当てることができ、AID値は16383まで割り当てることができるが、2008〜16383は予備(reserved)値として設定されている。
既存の定義によるTIM要素は、一つのAPに多数(例えば、2007個を超える)のSTAが連携され得るM2Mアプリケーションの適用には適していない。既存のTIM構造をそのまま拡張するとTIMビットマップのサイズが過大になるため、既存のフレームフォーマットでは支援することができず、また、低い伝送レートのアプリケーションを考慮するM2M通信に適していない。また、M2M通信では、一つのビーコン周期の間に受信データフレームが存在するSTAの個数は大変少ないと予想される。したがって、このようなM2M通信の適用例を考慮すれば、TIMビットマップのサイズは大きくなるが、大部分のビットが0値を有する場合が多く発生すると予想されるため、ビットマップを效率的に圧縮する技術が要求される。
既存のビットマップ圧縮技術として、ビットマップの先頭部分に連続する0を省略し、オフセット(offset)(又は、開始点)値で定義する方案がある。しかし、バッファされたフレームが存在するSTAの個数は少ないが、それぞれのSTAのAID値の差が大きい場合には圧縮効率が高くない。例えば、AIDが10と2000の値であるただ2つのSTAに送信するフレームのみがバッファされている場合、圧縮されたビットマップの長さは1990であるが、両端を除いてはいずれも0の値を有することになる。一つのAPに連携され得るSTAの個数が少ない場合にはビットマップ圧縮の非効率性があまり問題にならないが、STAの個数が増加する場合は、このような非効率性が全体システム性能を阻害する要素になることもある。
これを解決するための方案として、AIDを複数のグループに分けてより効果的なデータ送信を行うようにすることができる。各グループには、指定されたグループID(GID)が割り当てられる。このようなグループベースで割り当てられるAIDについて図13を参照して説明する。
図13(a)は、グループベースで割り当てられたAIDの一例を示す図である。図13(a)の例示では、AIDビットマップの先頭部におけるいくつかのビットを、GIDを示すために用いることができる。例えば、AIDビットマップにおける先頭の2ビットを用いて4個のGIDを示すことができる。AIDビットマップの全体長がNビットである場合、先頭の2ビット(B1及びB2)の値は当該AIDのGIDを示す。
図13(b)は、グループベースで割り当てられたAIDの他の例を示す図である。図13(b)の例示では、AIDの位置によってGIDを割り当てることができる。このとき、同一のGIDを使用するAIDはオフセット(offset)及び長さ(length)の値で表現することができる。例えば、GID 1がオフセットA及び長さBで表現されると、ビットマップ上でA乃至A+B−1のAIDがGID 1を有するということを意味する。例えば、図13(b)の例示で、全体1乃至N4のAIDが4個のグループに分割されると仮定する。この場合、GID 1に属するAIDは1乃至N1であり、このグループに属するAIDはオフセット1及び長さN1で表現することができる。次に、GID 2に属するAIDをオフセットN1+1及び長さN2−N1+1で表現することができ、GID 3に属するAIDをオフセットN2+1及び長さN3−N2+1で表現することができ、GID 4に属するAIDをオフセットN3+1及び長さN4−N3+1で表現することができる。
このようなグループベースで割り当てられるAIDが導入されると、GIDによって異なる時間区間にチャネルアクセスを許容できるようにすることによって、多数のSTAに対するTIM要素不足の問題を解決すると同時に、効率的なデータの送受信を行うことができる。例えば、特定時間区間では特定グループに該当するSTAにのみチャネルアクセスが許容され、残り他のSTAにはチャネルアクセスが制限(restrict)されてもよい。このように特定STAにのみアクセスが許容される所定の時間区間を、制限されたアクセスウィンドウ(Restricted Access Window;RAW)と呼ぶこともできる。
GIDによるチャネルアクセスについて図13(c)を参照して説明する。図13(c)では、AIDが3個のグループに分けられている場合、ビーコンインターバルによるチャネルアクセスメカニズムを例示的に示す。一番目のビーコンインターバル(又は、一番目のRAW)は、GID 1に属するAIDに該当するSTAのチャネルアクセスが許容される区間で、他のGIDに属するSTAのチャネルアクセスは許容されない。これを具現するために、一番目のビーコンにはGID 1に該当するAIDのみのためのTIM要素が含まれる。二番目のビーコンフレームにはGID 2を有するAIDのみのためのTIM要素が含まれ、これによって二番目のビーコンインターバル(又は、二番目のRAW)の間には、GID 2に属するAIDに該当するSTAのチャネルアクセスのみが許容される。三番目のビーコンフレームには、GID 3を有するAIDのみのためのTIM要素が含まれ、これによって三番目のビーコンインターバル(又は、三番目のRAW)の間には、GID 3に属するAIDに該当するSTAのチャネルアクセスのみが許容される。四番目のビーコンフレームには再びGID 1を有するAIDのみのためのTIM要素が含まれ、これによって四番目のビーコンインターバル(又は、四番目のRAW)の間には、GID 1に属するAIDに該当するSTAのチャネルアクセスのみが許容される。続いて、五番目以降のビーコンインターバル(又は、五番目以降のRAW)のそれぞれにおいても、当該ビーコンフレームに含まれたTIMで指示される特定グループに属したSTAのチャネルアクセスのみが許容されてもよい。
図13(c)では、ビーコンインターバルによって許容されるGIDの順序が循環的又は周期的である例示を示しているが、これに制限されることはない。すなわち、TIM要素に特定GIDに属するAIDのみを含めることによって、特定時間区間(例えば、特定RAW)の間に、これら特定AIDに該当するSTAのみのチャネルアクセスを許容し、残りのSTAのチャネルアクセスは許容しない方式で動作してもよい。
前述したようなグループベースAID割当方式は、TIMの階層的(hierarchical)構造と呼ぶこともできる。すなわち、全体AID空間を複数個のブロックに分割し、0以外の値を持つ特定ブロックに該当するSTA(すなわち、特定グループのSTA)のチャネルアクセスのみが許容されるようにすることができる。これによって、大きいサイズのTIMを小さいブロック/グループに分割して、STAがTIM情報を維持しやすくし、STAのクラス、サービス品質(QoS)、又は用途によってブロック/グループが管理しやすくなる。図13の例示では2−レベルの階層を示しているが、2つ以上のレベルの形態で階層的構造のTIMが構成されてもよい。例えば、全体AID空間を複数個のページ(page)グループに分割し、それぞれのページグループを複数個のブロックに区別し、それぞれのブロックを複数個のサブ−ブロックに分割することができる。このような場合、図13(a)の例示の拡張として、AIDビットマップにおいて先頭のN1個のビットはページID(すなわち、PID)を示し、その次のN2個のビットはブロックIDを示し、その次のN3個のビットはサブ−ブロックIDを示し、残りのビットがサブ−ブロック内のSTAビット位置を示す方式で構成されてもよい。
(改善されたチャネルアクセス方案)
グループベースでAIDが割当/管理される場合、特定グループに属したSTAは、当該グループに割り当てられた「グループチャネルアクセスインターバル」(又は、RAW)でのみチャネルを使用することができる。仮に、STAがM2Mアプリケーションを支援する場合に、当該STAに対するトラフィックは長い周期(例えば、数十分又は数時間の周期)で発生する特性を有し得る。このようなSTAはアウェイク状態を頻繁に維持する必要がないため、長い時間にわってスリープモードで動作し、たまにアウェイク状態に切り替わること(すなわち、当該STAのウェイクアップインターバルが長く設定されること)が好ましい。このように長い周期のウェイクアップインターバルを有するSTAを「long−sleeper」又は「長い−スリープ」モードで動作するSTAと呼ぶこともできる。ただし、ウェイクアップ周期が長く設定される原因は、必ずしもM2M通信のためのものに制限されず、一般の無線LAN動作においてもSTAの状態や周辺状況などによってウェイクアップインターバルが長く設定されてもよい。
ウェイクアップインターバルが設定されると、STAは自身のローカルクロックに基づいて上記ウェイクアップインターバルが渡過するか否かを判定することができる。しかし、STAのローカルクロックとしては低価のオシレータを使用するのが一般的であるため、誤差が発生する確率が高く、その上、STAが長い−スリープモードで動作すると、時間の経過とともにその誤差はより大きくなることもある。そのため、たまに起床するSTAの時間同期がAPの時間同期と一致しないことがある。例えば、STAは、自身がビーコンを受信できるタイミングであると計算してアウェイク状態に切り替わるが、当該タイミングでは実際にAPの送信するビーコンを受信できない場合もある。すなわち、クロックドリフト(clock drift)によってSTAはビーコンフレームを逃す(miss)こともあり、このような問題は長い−スリープモードで動作する場合に多く発生し得る。
図14乃至図16は、グループチャネルアクセスインターバルが設定される場合におけるSTAの動作の例示を示す図である。
図14の例示で、STA 3は、グループ3(すなわち、GID=3)に属したSTAであるにもかかわらず、グループ1(すなわち、GID=1)に割り当てられたチャネルアクセスインターバルで起床して、APにフレーム送信を要請するPS−Pollを行うことがある。STAからPS−Pollを受信したAPはSTA 3にACKフレームを送信するが、APがSTA 3に送信するバッファされたデータがあると、これを上記ACKフレームを通じて知らせる情報(すなわち、送信されるデータが存在するという情報)を提供することができる。例えば、該情報を、ACKフレームに含まれる1ビットサイズの「More Data」フィールド(又は、MDフィールド)の値を1に設定(すなわち、MD=1)することによって知らせることができる。
ここで、STA 3がPS−Pollを送信した時点はグループ1に対するチャネルアクセスインターバルに属するため、APはSTA 3に送信するデータがあっても、上記ACKフレーム送信後に直ちにデータを送信するのではなく、STA 3の属したグループ3に割り当てられたチャネルアクセスインターバル(図14のGID 3 channel access)でSTA 3へのデータを送信する。
STA 3にとっては、APからMD=1に設定されたACKフレームを受信したため、APからデータが送信されることを持ち続ける。すなわち、図14の例示では、STA 3は起床した直後にビーコンを受信できなかったため、自身のローカルクロックに基づく計算によって、自身の起床した時点が自身の属したグループに割り当てられたチャネルアクセスインターバルであるかもしれないし、自身に送信されるデータがあるかもしれないという仮定の下に、APにPS−Pollを送信する。又は、自身が長い−スリープモードで動作することから時間同期が取れていないかもしれないと仮定して、もし自身に送信されるデータがあるとそれを受信するために、STA 3はAPにPS−Pollを送信することもある。STA 3がAPから受信したACKフレームが、STA 3に送信されるデータがあることを示す(indicate)ため、STA 3は、自身のチャネルアクセスが許容されたインターバルであるという仮定下でデータ受信を待ち続ける。STA 3は、次のビーコンに含まれた情報から時間同期化を正しく行うまでは、データ受信が許容されないにもかかわらず無駄に電力を消耗することになる。
特に、STA 3が長い−スリープモードで動作する場合には、ビーコンを頻繁に受信できないため、自身の属したチャネルアクセスインターバルでない場合にもCCAを行うなどし、余計な電力消耗が発生し得る。
次に、図15の例示では、GID 1を持つ(すなわち、グループ1に属した)STAが起床したタイミングでビーコンフレームを逃す場合を示す。すなわち、自身に割り当てられたGID(又は、PID)が含まれたビーコンを受信できなかったSTAは、自身のGID(又は、PID)が含まれたビーコンを受信するまで続けてアウェイク状態で待機する。すなわち、たとえSTAの起床した時点がSTA自身に割り当てられたチャネルアクセスインターバルであっても、STAはビーコンを通じて送信されるTIMに自身のGID(又は、PID)が含まれているか否かを確認できなかったため、当該タイミングが自身のグループに割り当てられたチャネルアクセスインターバルであるか否かがわからない。
このように、図15の例示で、スリープ状態からアウェイク状態に切り替わったSTAは、一番目のビーコンを逃した後、自身のGID(すなわち、GID 1)を含んでいる四番目のビーコンを受信するまで続けてアウェイク状態にあるため、余計な電力を消耗することになる。結局、STAは、無駄に電力を消耗してこそ、GID 1を含んでいるビーコンを受信することができ、これによってRTS送信、CTS受信、データフレーム送信、ACK受信を行うことができる。
図16では、STAが他のグループに対するチャネルアクセスインターバルに起床した場合を示す。例えば、GID 3を有するSTAがGID 1に対するチャネルアクセスインターバルに起床することがある。すなわち、GID 3を持つSTAは、起床してから、自身のGIDに該当するビーコンを受信するまで無駄に電力を消耗することになる。三番目のビーコンでGID 3を指示するTIMを受信すると、自身のグループに対するチャネルアクセスインターバルであることを認知して、RTS、CTSなどを介したCCA後に、データ送信及びACK受信などの動作を行うことができる。
(RPS要素(RPS element))
RPS(RAW parameter set)エレメントは、グループSTAのみのための、制限された媒体接近のために必要なパラメータの集合を含むことができる。図17(a)にはRPS要素フォーマットが示されている。図17(a)を参照すると、グループ1からNまでのためのRAW割当フィールド(RAW Assignment fields)を含むことができる。具体的に、N番目のRAW割当フィールドは、PRAW Indicationサブフィールド、Same Group Indicationサブフィールド、PRAW Indicationサブフィールド、RAW Group(conditionally present)サブフィールド、RAW Start Timeサブフィールド、RAW Durationサブフィールド、Optionsサブフィールド、RAW Slot Definitionサブフィールドを含むことができる。PRAW Indicationサブフィールドは、現在RAW N割当フィールドがRAWか又はPRAW(periodic RAW)かを示す。仮に、PRAW Indicationサブフィールド値が0であれば、現在のRAW N割当フィールドがRAWのためのものであることを、1であれば、現在のRAW N割当フィールドがPRAWのためのものであることを示す。
図17(b)は、PRAW Indicationサブフィールド値が0である場合にRAW N割当の構成を、図17(c)は、PRAW Indicationサブフィールド値が0である場合にRAW N割当フィールドの構成をそれぞれ示している。Same Group Indicationサブフィールドは、現在RAW割当のRAWグループが以前RAW割当のRAWグループと同一であるか否かを示す。このフィールドは最初のRAW割当に対しては0に設定される。Same Group Indicationサブフィールドが0に設定された場合、RAW割当フィールドは、図17(b)に示すように、RAW Groupサブフィールド、RAW Start Timeサブフィールド、RAW Durationサブフィールド、Optionsサブフィールド、RAW Slot Definitionサブフィールド、Channel Indicationサブフィールド、AP in Doze Stateサブフィールドを含む。仮に、Same Group Indicationサブフィールドが1に設定されると、RAW Groupサブフィールドは現在RAW割当フィールドに示されず、RAWグループは以前RAWグループと同一である。
RAW Groupサブフィールドは、RAW区間で制限されたアクセスが許容されたSTAのAIDを示す。RAW Groupサブフィールドは、図18(a)に示すように、Page Indexサブフィールド、RAW Start AIDサブフィールド、RAW End AIDサブフィールドを含むことができる。Page Indexサブフィールドは、AIDのサブセットのページインデックスを示し、RAW Start AIDサブフィールドは、RAWに割り当てられた最低のAIDを有するSTAの11 LSBを示し、RAW End AIDサブフィールドは、RAWに割り当てられた最高のAIDを有するSTAの11 LSBを示す。RAW Start Timeサブフィールドは、TU(Time Unit)で、ビーコン送信が完了した時点からRAWの開始時点までの時間区間を示す。
図18(b)にはOptionsサブフィールドが示されている。Optionサブフィールドは、PRAW Indicationサブフィールドの値が0に設定された場合に示され、Paged STAs’Accessサブフィールド、Frame Type Restrictionサブフィールド、Resource Allocation Frame Presence Indicatorサブフィールドを含む。
図18(c)にはRAW slot definitionサブフィールドが示されている。図18(c)で、Slot Durationサブフィールドは、RAW内で等価区間のタイムスロットの区間を示す。Slot Durationサブフィールドの値がRAW Durationフィールドの値と等価であれば、RAWグループ内の全STAは、全体RAW区間で媒体アクセスのために競合を行う。Slot割当サブフィールドはTIM要素内位置に基づいてSTAに割り当てられたスロットを示す。Cross Slot Boundaryサブフィールドは、STAからの進行中の送信が、割り当てられたスロット境界をクロスし得るか否かを示す。
(リソース割当フレームフォーマット(Resource Allocation Frame Format))
図19には、従来技術に係るリソース割当フレームフォーマットが示されている。リソース割当フレームは、BSSで制限的な媒体接近が許諾される場合に、RAWの開始部分でAPが送信することができる。リソース割当フレームは、ページされたSTAのためにバッファされた下りリンクデータが存在するか否か、並びに上りリンク及び下りリンクサービス期間の両方のために割り当てられたタイムスロットを示すために、RAWグループ内の全STAに送信することができる。リソース割当フレームは、Frame Controlフィールド、Durationフィールド、AIDフィールド、BSSIDフィールド、RAW Groupフィールド、RAW Durationフィールド、Slot Assignmentフィールド及びCRCフィールドを含むことができる。Durationフィールドはリソース割当フレームの長さを示し、TAフィールドは現在のリソース割当フレームを送信するAPの部分(partial)MACアドレスを示すことができる。BSSIDフィールドはBSSを識別するIDであり、RAW Groupフィールドは、RAWに割り当てられたSTA AIDを示すことができる。RAW Durationフィールドは、リソース割当フレームが送信される現在RAWの長さ情報を含むことができる。
Slot Assignmentフィールドでは、STA/MUグループSTAのアドレス(address)情報及び該当のチャネルアクセススロット情報を伝達する。各個別(each)/割り当てられた(assigned)STA或いはMUグループSTAは、UL/DLリンク方向情報を示すUL/DLサブフィールド、個別STAのためな情報であるか又はMUグループSTAのための情報であるかを示すGroup indicatorサブフィールド、MUグループSTAのときにグループID情報、個別STAのときに当該STAの部分(partial)AID情報を含むGroup ID/Partial AIDサブフィールド、チャネルアクセススロット情報を含むSlot Start Offsetサブフィールドを含むことができる。MUグループSTAに適用されるMU MIMOにおいてDLのみを仮定する場合、UL/DLサブフィールドはリザーブ(reserve)される。図19で、UL/DLサブフィールド、Group indicatorサブフィールド、グループIDサブフィールド、Slot Start Offsetサブフィールドが一つのブロックとしてMUグループのためのスロット割当フィールドを構成し、UL/DLサブフィールド、Group indicatorサブフィールド、partial AIDサブフィールド、Slot Start Offsetサブフィールドが一つのブロックとして個別STAのためのスロット割当フィールドを構成することができる。すなわち、スロット割当フィールドは、MUグループSTA又は個別STAのいずれかのためのブロックを一つ以上含むことができる。これは、スロット割当フィールドが一つ以上の、MUグループSTA又は個別STAのいずれかのためのスロット割当フィールド(ブロック)で構成されると理解されてもよい。したがって、以下でいう「単位ブロック/割当ブロック/ブロック」とは、スロット割当フィールドを構成し、MUグループSTA又は個別STAのいずれかのためのスロット割当フィールドn(nは整数)を示すものであってもよい。すなわち、以下、MUグループのためのブロックとは、MUグループのためのスロット割当フィールドを意味し、個別STAのためのブロックとは、個別STAのためのスロット割当フィールドを意味する。
このような従来のリソース割当フレームフォーマットの中でもスロット割当フィールドでは、各単位ブロックが1ビットのUL/DLサブフィールド及び1ビットのGroup indicatorサブフィールドのために総2ビットの固定したオーバーヘッドを有し、特に、1ビットのGroup indicatorサブフィールドによって、個別STAの部分(partial)AIDを示すために用い得るビット数が減るという不具合があり得る。すなわち、7ビットで構成可能な部分IDサブフィールドを6ビットで構成なければならないが、部分AIDはAIDの部分的な情報で構成されるため、1ビットの減少による影響が少なくない(例えば、false alarm issueなど)。一般に、リソース割当を受けるSTAとしてはMUグループSTAよりも個別STAが多いことを考慮すれば、ビット減少による影響は一層大きくなるだろう。また、単位ブロック情報はオクテット単位に構成されるため、そのサイズを合わせる過程で充分のサイズの部分AIDを構成しなければならない場合、余計に1オクテットをさらに使用しなければならないか、又はスロットスタートオフセットサブフィールドの長さを縮めなければならないという不具合もあり得る。
以下、本発明の実施例では、上記のような不具合を考慮した改善されたリソース割当フレームフォーマット、それに関連したMUグループSTA、個別(each)/割り当てられた(assigned)STAの動作を説明する。前述したように、以下で、「単位ブロック/割当ブロック/ブロック」とはスロット割当フィールドを、MUグループのためのブロックとはMUグループのためのスロット割当フィールドを、個別STAのためのブロックとは個別STAのためのスロット割当フィールドを、それぞれ意味する。
(本発明の実施例に係るリソース割当フレームフォーマット)
本発明の実施例に係るリソース割当フレームにおいてMUグループSTAのためのブロックは、従来のUL/DLサブフィールドの代わりにEndサブフィールドを含むことができる。これは、MU MIMOにおいて下りリンクのみを仮定する場合、UL/DLサブフィールドが使用されずリザーブ(reserve)されるということを利用することである。すなわち、MUグループSTAのためのチャネルアクセス割当ブロックにおいて、最初のビットを、MUグループSTAのための最後のブロックであることを示す終了ビット(termination bit、End of MU(EOM) group block)として使用する。
さらにいうと、MUグループSTAのためのブロックにおける最初のビット、すなわちEnd(又は、EOM)サブフィールドは、現在のブロックがMUグループのための最後のブロックであるか否かを示すことができる。例えば、Endサブフィールド値が0であれば、「No termination/No end of Block」、すなわち、当該ブロックがMUグループのための最後のブロックでないことを示し、続いてMUグループのためのブロックが存在することを意味できる。そして、Endサブフィールド値が1であれば、「Termination/End of Block」、すなわち、当該ブロックが最後のMUグループブロックであることを示し、その後は個別STAのためのブロック又はそれ以上のブロックがないことを示すことができる(もちろん、Endサブフィールドビット値は、前述した例示の逆にしてもよい)。
このようなEndサブフィールドのために、Endサブフィールドを含むMUグループのためのブロックは、スロット割当フィールドのブロックのうちの先頭から位置するようになる。例えば、リソース割当フレームに、図20に例示するように、総3個のブロック(2個のMUグループのためのブロック2001,2002と、1個の個別STAのためのブロック2003)が存在する場合、MUグループのためのブロックは、リソース割当フレームのブロックにおいて先頭から一番目、二番目に位置すればよい。そして、MUグループSTAのための最後のブロックの次に個別STAのためのブロックが位置すればよい。すなわち、MUグループのためのブロックが全て割り当てられた後、個別STAのためのブロックが割り当てられる。このような構成により、個別STAのためのブロックは、従来の個別STAのためのブロックのそれぞれがグループ指示子サブフィールドを含まねばならなかったのとは違い、グループ指示子サブフィールドを省略することが可能になる。STAはEndサブフィールドから、特定ブロックがMUグループSTAのための最後のブロックであることがわかり、もしそれ以降のブロックが存在すると当該ブロックが個別STAのためのブロックであることがわかり、よって、個別STAのためのブロックのそれぞれにグループ指示子サブフィールドは不要となるからである。
図20には、上述したEndサブフィールドを含むリソース割当フレームフォーマットの一例が示されている。
図20を参照すると、リソース割当フレームのスロット割当フィールドは、例示的に、MUグループSTAのためのブロック2個2001,2002、及び個別STAのためのブロック1個からなり、MUグループSTAのためのブロック2001,2002はそれぞれ上述のEndサブフィールドを含む。一番目のMUグループSTAのためのブロック2001は、MUグループSTAの最後のブロックでないため、Endビット値0を有する。そして、二番目のMUグループSTAのためのブロック2002は、MUグループSTAの最後のブロックであるから、Endビット値が1に設定されている。そして、個別STAのためのブロックは、UL/DLサブフィールド、部分AIDサブフィールド、スロットスタートオフセットサブフィールドを含んでいる。
このような例示で、端末は、一番目のブロックの二番目のビットが1に設定されたことから、一番目のブロックの最初のビットがUL/DLを示すものではなくEndサブフィールドであることが暗黙的にわかる。そして、Endビットが0であることから、続くブロックにMUグループSTAのためのブロックがさらに存在することがわかる。STAは、二番目のMUグループSTAのためのブロックにおいてグループ指示子が1に設定されたことから、二番目のブロックの最初のビットがEndサブフィールドであることがわかる。そして、Endサブフィールド値が1に設定されたことから、二番目のブロックがMUグループSTAのための最後のブロックであることがわかる。言い換えると、STAはEndサブフィールドから、現在ブロックの次のブロックに個別STAのためのブロックが続いたり又はいずれの割当ブロックも存在しないということが暗黙的にわかる。STAは、三番目の割当ブロックが個別STAのためのブロックであることを認知しているため、三番目のブロックの最初のビットから、UL又はDLのいずれであるかを判断し、次の7ビットから、自身のAIDが該当するか否かを判断し、自身のAIDが該当すると、スロットスタートオフセットサブフィールドから、アクセスを行うスロットを決定することができる。
図21には、上述したEndサブフィールドが適用される場合において、リソース割当フレームにMUグループSTAのためのブロックが存在しない場合、言い換えると、リソース割当フレームに一つ以上の個別STAのためのブロックのみが存在する場合を示している。前述したように、MUグループSTAのためのブロックの最初のビットがEndサブフィールドとして用いられることから、個別STAのためのブロックにはグループ指示子フィールドが含まれない。したがって、MUグループSTAのためのブロック無しで、個別STAのためのブロックのみが存在する場合は、図21に示すようにスロット割当フィールドが構成され得る。MUグループSTAのための割当構造と個別STA割当構造は、そのサイズ及び/又は全体的な構造は同一であってもよいが、具体的なフィールド構成はそれぞれ異なるように定義され得る。
ただし、図21のような場合、現在リソース割当フレームにはMUグループSTAのためのブロックが存在するか否かが明示/指示される必要がある。そのために、リソース割当フレームに、現在リソース割当フレームにMUグループSTAのためのブロックが存在するか否かを指示する指示子が含まれればよい。
すなわち、本発明の実施例に係るリソース割当フレームは、現在のリソース割当フレームにMUグループSTAのためのブロックが存在するか否かを示す、MUグループ指示子(MU group Indicator)を含むことができる。図22には、MUグループ指示子2201を含むリソース割当フレームが示されている。図22を参照すると、本発明の実施例に係るリソース割当フレームは、スロット割当のためのフィールドの直前に1ビットのMUグループ指示子2201を含むことができる。もちろん、リソース割当フレームにおいてMUグループ指示子の位置は、図示の位置と異なる位置にしてもよい。
他の例として、リソース割当フレーム送信前にRAWに該当のビーコンインターバルでMUグループSTAが存在してリソース割当をするということを示す指示ビット(indication bit)を含めることもできる。すなわち、MUグループSTA存在の有無を指示子で知らせることができる。
さらに他の例として、もしリソース割当フレームにMUグループ指示子を含める空間が充分でないと、リソース割当フレーム送信前にAPから送信されるRPS情報要素にMUグループ指示子を含め、この指示子でMUグループ(STA)存在の有無をあらかじめ示すこともできる。RPS情報要素内の特定RAW N assignmentフィールドにMU group(STA)に関するチャネルアクセス割当情報が含まれる場合、該RAW N assignmentフィールド内に(MU)グループ指示子を含め、後で端末がリソース割当フレームを復号する際に認知するようにすることができる。
MUグループSTAのためのブロックが存在するか否かをMUグループ指示子(又は、指示ビット)で知らせる場合、MUグループSTAのためのブロックもグループ指示子サブフィールドを含む必要がない。すなわち、図23に示すように、MUグループSTAのためのブロック2301,2302を、Endサブフィールド、グループIDサブフィールド、スロットスタートオフセットサブフィールドで構成することができる。
以下では、上述したような本発明のリソース割当フレームを受信したMUグループSTAと個別STAの動作について説明する。すなわち、以下の説明では、上述した構成を含む、図24に示すようなリソース割当フレームを前提とする。さらにいうと、図24のリソース割当フレームは、現在リソース割当フレームが、MUグループSTAのためのブロックを含むか否かを示すMUグループ指示子を含み、MUグループSTAのためのブロックは、Endサブフィールド、グループIDフィールド、スロットスタートオフセットフィールドで構成される。また、個別STAのためのブロックは、UL/DLサブフィールド、部分AIDサブフィールド、スロットスタートオフセットサブフィールドを含む。図24では、リソース割当フレームが複数個のMUグループSTAのためのブロック、個別STAのためのブロックを含む場合を例示するが、MUグループ指示子が、リソース割当フレームにMUグループSTAのためのブロックが存在しないことを示す場合は、リソース割当フレームには個別STAのためのスロット割当フィールドのみを含むことができる。また、MUグループ指示子が、リソース割当フレームにMUグループSTAのためのブロックが存在することを示す場合は、リソース割当フレームには、少なくとも一つのMUグループSTAのためのブロックと0個以上の個別STAのためのブロックを含むことができる。また、説明の便宜のためにグループ指示子フィールド値が1である場合に、リソース割当フレームがMUグループSTAのためのブロックを含むと前提し、上記の説明で使われた「ブロック」に代えて「スロット割当フィールド」を使用するものとする。
(本発明の実施例に係るリソース割当フレームを受信したMUグループSTAの動作)
図25を参照すると、リソース割当フレームを受信(S2501)したMUグループSTAは、リソース割当フレームに含まれたグループ指示子フィールドを確認(S2502)する。もしグループ指示子フィールドが1であると、すなわち、グループ指示子フィールドが当該リソース割当フレームにMUグループSTAのためのスロット割当フィールドが存在することを示すと、MUグループSTAはそのスロット割当フィールドに基づいてスロットスタートオフセットを決定することができる。具体的に、MUグループSTAは、MUグループ指示子フィールドが1であると、スロット割当フィールドの最初のビット(Endサブフィールド)値が0であるか否か確認(S2503)する。
もし最初のビット値が0であると、MUグループSTAは、MUグループSTAのためのスロット割当フィールドがさらに存在することを認識(S2504)し、上記最初のビットに該当するサブフィールドの次のサブフィールド(グループIDサブフィールド)が自身のグループIDであるか否か確認(S2505)する。すなわち、グループIDサブフィールドと自身のグループIDとを比較する。確認/比較の結果、自身のグループIDに該当すると、次のサブフィールドであるスロットスタートオフセットサブフィールドから、媒体アクセス開始時期を認識(S2506)し、該媒体アクセス開始時期にPS−Pollフレームを送信(S2507)することができる。段階S2505でグループIDが自身のグループIDと不一致すると、次のスロット割当フィールドを確認(S2508)することができる。
段階S2503でスロット割当フィールドの最初のビット値が0でないと、MUグループSTAは、現在スロット割当フィールドがMUグループSTAのための最後のブロック(スロット割当フィールド)であることを認識(S2510)し、グループIDサブフィールドが自身のグループIDであるか否か確認(S2505)する。すなわち、グループIDサブフィールドと自身のグループIDとを比較する。確認/比較の結果、自身のグループIDに該当すると、次のサブフィールドであるスロットスタートオフセットサブフィールドから媒体アクセス開始時期を認識(S2511)し、この媒体アクセス開始時期にPS−Pollフレームを送信(S2512)することができる。段階S2510でグループIDが自身のグループIDと不一致すると、MUグループSTAは、現在スロット割当フィールド以降にはMUグループSTAのためのスロット割当フィールドがもう存在しないことがわかるため、スロット割当を探すためのさらなる比較などのプロセスを行わないで終了(S2513)する。
段階S2502でグループ指示子フィールド値が1でないと、すなわち、現在リソース割当フレームにMUグループSTAのためのスロット割当フィールドが存在しないことを示すと、STAは、リソース割当フィールドに含まれたスロット割当フィールドを無視(S2514)する。
本発明の実施例に係るリソース割当フレームを受信した個別/割り当てられたSTAの動作)
図26には、本発明の実施例に係るリソース割当フレームを受信した個別STA(すなわち、MUグループと関係していないSTA)の動作が示されている。
個別STAは、本発明の実施例に係るリソース割当フレームを受信(S2601)し、グループ指示子フィールドが1であるか否か確認(S2602)する。グループ指示子フィールドが1であると、すなわち、リソース割当フレームにMUグループSTAのためのスロット割当フィールドが存在することを示すと、個別STAは、MUグループのためのスロット割当フィールドの最初のビットに基づいてスロットスタートオフセットを決定することができる。MUグループSTAのためのスロット割当フィールドの最初のビット、すなわち、Endサブフィールドは、現在スロット割当フィールドがMUグループSTAのための最後のスロット割当フィールドであるか否かを示すため、これに基づいて、STAはMUグループSTAのためのスロット割当フィールドがいつまで続くかがわかる。言い換えると、STAは、Endサブフィールド値として1を有するスロット割当フィールドとその以前のスロット割当フィールドに対してはID比較及び/又はスロットスタートオフセット決定を行う必要がなく、Endサブフィールド値として1を有するスロット割当フィールドの次のスロット割当フィールドからはID比較及び/又はスロットスタートオフセット決定を行うことができる。
続いて、グループ指示子フィールドが1であると、STAはスロット割当フィールドの最初のビット値が0であるか否か確認(S2603)する。スロット割当フィールドの最初のビット値が0であると、STAは、MUグループのためのスロット割当フィールドがさらに存在することを認識(S2604)し、現在スロット割当フィールドにおける残りのサブフィールドを無視する(又は、比較を行わない)(S2605)。その後、STAは、次のスロット割当フィールドを確認する(すなわち、段階S2603に戻る)(S2606)。段階S2603でスロット割当フィールドのEndビット値が0でないと、STAは、現在スロット割当フィールドがMUグループのための最後のスロット割当フィールドであることを認識(S2607)し、現在スロット割当フィールドにおける残りのサブフィールドを無視(S2608)する。
続くスロット割当フィールドが存在すると、STAは次のスロット割当フィールドを確認(S2609)する。この時、STAは、当該次のスロット割当フィールドからは個別STAのためのスロット割当フィールドであることを知っているため、スロット割当フィールドの最初のサブフィールドをUL/DLサブフィールドと認識し、ビット値を確認(S2610)する。そして、次のサブフィールドである部分AIDサブフィールドが自身のAIDと一致するか否かを確認(S2611)し、一致すると、スロットスタートオフセットサブフィールドから媒体アクセスの開始時期を確認(S2612)する。以降、STAは媒体アクセス開始時期にPS−PollフレームをAPに送信(S2613)することができる。段階S2611で、自身のAIDと不一致すると、STAは、次のスロット割当フィールド(存在する場合)を確認(S2609)する。
前述した本発明の様々な実施例で説明した事項は独立して適用されてもよく、又は2つ以上の実施例が同時に適用されるように具現されてもよい。
図27は、本発明の一実施例に係る無線装置の構成を示すブロック図である。
AP10は、プロセッサ11、メモリ12、送受信器13を備えることができる。STA20は、プロセッサ21、メモリ22、送受信器23を備えることができる。送受信器13及び23は、無線信号を送信/受信することができ、例えば、IEEE 802システムに基づく物理層を具現することができる。プロセッサ11及び21は、送受信器13及び21と接続して、IEEE 802システムに基づく物理層及び/又はMAC層を具現することができる。プロセッサ11及び21は、前述した本発明の様々な実施例に係る動作を行うように構成されてもよい。また、前述した本発明の様々な実施例に係るAP及びSTAの動作を具現するモジュールがメモリ12及び22に格納され、プロセッサ11及び21によって実行されてもよい。メモリ12及び22は、プロセッサ11及び21の内部に含まれてもよく、又はプロセッサ11及び21の外部に設けられて、プロセッサ11及び21と公知の手段によって接続されてもよい。
このようなAP及びSTA装置の具体的な構成は、前述した本発明の様々な実施例で説明した事項が独立して適用されたり、又は2つ以上の実施例が同時に適用されるように具現されてもよく、重複する内容は明確性のために説明を省略する。
上述した本発明の実施例は様々な手段を用いて具現することができる。例えば、本発明の実施例は、ハードウェア、ファームウェア(firmware)、ソフトウェア又はそれらの結合などによって具現することができる。
ハードウェアによる具現の場合、本発明の実施例に係る方法は、一つ又はそれ以上のASICs(Application Specific Integrated Circuits)、DSPs(Digital Signal Processors)、DSPDs(Digital Signal Processing Devices)、PLDs(Programmable Logic Devices)、FPGAs(Field Programmable Gate Arrays)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどによって具現することができる。
ファームウェアやソフトウェアによる具現の場合、本発明の実施例に係る方法は、以上で説明された機能又は動作を実行するモジュール、手順又は関数などの形態で具現することができる。ソフトウェアコードは、メモリユニットに保存され、プロセッサによって駆動されてよい。メモリユニットは、プロセッサの内部又は外部に設けられ、既に公知の様々な手段によってプロセッサとデータを交換することができる。
以上開示された本発明の好ましい実施例についての詳細な説明は、当業者が本発明を具現して実施できるように提供された。以上では本発明の好適な実施例を参照して説明したが、当該技術の分野における熟練した当業者に理解されるように、本発明の領域から逸脱しない範囲内で本発明を様々に修正及び変更することもできる。例えば、当業者は、上記の実施例に記載された各構成を互いに組み合わせる方式で用いてもよい。したがって、本発明は、ここに開示されている実施形態に制限されるものではなく、ここに開示されている原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲を与えるためのものである。
以上の本発明の様々な実施の形態は、IEEE 802.11システムを中心に説明したが、様々な移動通信システムに同一の方式で適用されてもよい。

Claims (12)

  1. 無線通信システムにおいてMU(multiuser)グループのステーション(STA)でチャネルアクセスを行う方法であって、前記方法は、
    一つ以上のスロット割当フィールドと、前記一つ以上のスロット割当フィールドが前記MUグループに対する少なくとも一つのMUグループスロット割当フィールドを含むか否かを示すグループ指示子フィールドとを含む、リソース割当フレームを受信することと、
    前記リソース割当フレームに含まれたグループ指示子フィールドを確認することと
    を含み、
    前記グループ指示子フィールドが、前記リソース割当フレームに前記少なくとも一つのMUグループスロット割当フィールドが存在することを示す場合、前記少なくとも一つのMUグループスロット割当フィールドの最初のビットは、EOM(end of MU)指示子に設定され、前記STAは、前記EOM指示子に設定された前記最初のビットを用いることによって、前記少なくとも一つのMUグループスロット割当フィールドが前記STAのグループ識別子(GID)との比較に用いられると決定する、方法。
  2. 前記グループ指示子フィールドが、前記リソース割当フレームに前記少なくとも一つのMUグループスロット割当フィールドが存在することを示す場合、
    特定のMUグループスロット割当フィールドの最初のビットを確認することと、
    前記最初のビットに対応するサブフィールドの次のサブフィールドを前記STAのGIDと比較することと
    をさらに含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記次のサブフィールドが前記STAのGIDに対応する場合、
    前記特定のMUグループスロット割当フィールドの最後のサブフィールドから媒体アクセスの開始時期を獲得することと、
    前記媒体アクセスの開始時期で競合後にPS−Poll(power save−poll)フレームを送信することと
    をさらに含む、請求項2に記載の方法。
  4. 前記次のサブフィールドが前記STAのGIDに対応しない場合、および、前記最初のビットが、前記特定のMUグループスロット割当フィールドが最後のMUグループスロット割当フィールドであることを示す場合、前記GIDとの比較は、前記特定の割当フィールド以降に終了する、請求項2に記載の方法。
  5. 前記次のサブフィールドが前記STAのGIDに対応しない場合、および、前記最初のビットが、前記特定のMUグループスロット割当フィールドが最後のMUグループスロット割当フィールドでないことを示す場合、前記STAは、前記特定のスロット割当フィールドの次の別のMUグループスロット割当フィールドの二番目のサブフィールドを前記STAのGIDと比較する、請求項2に記載の方法。
  6. 前記少なくとも一つのMUグループスロット割当フィールドは、前記リソース割当フレームに含まれた前記一つ以上のスロット割当フィールドの開始部分において最初に位置する、請求項1に記載の方法。
  7. 前記グループ指示子フィールドが、前記リソース割当フレームに前記少なくとも一つのMUグループスロット割当フィールドが存在しないことを示す場合、前記STAは、前記GIDとの比較を行わない、請求項1に記載の方法。
  8. 前記一つ以上のスロット割当フィールドの全ては、個別STAのためのスロット割当フィールドである、請求項7に記載の方法。
  9. 前記グループ指示子フィールドが、前記リソース割当フレームに前記少なくとも一つのMUグループスロット割当フィールドが存在することを示す場合、前記リソース割当フレームは、前記少なくとも一つのMUグループスロット割当フィールドと、個別STAのための0個以上のスロット割当フィールドとの両方を含む、請求項1に記載の方法。
  10. 前記グループ指示子フィールドが、前記リソース割当フレームに前記少なくとも一つのMUグループスロット割当フィールドが存在しないことを示す場合、前記リソース割当フレームは、各STAのための個別スロット割当フィールドのみを含む、請求項1に記載の方法。
  11. 無線通信システムにおいてチャネルアクセスを行うMU(multiuser)グループのステーション(STA)であって、前記STAは、
    一つ以上のスロット割当フィールドと、前記一つ以上のスロット割当フィールドが前記MUグループに対する少なくとも一つのMUグループスロット割当フィールドを含むか否かを示すグループ指示子フィールドとを含む、リソース割当フレームを受信するように構成された送受信器モジュールと、
    前記リソース割当フレームに含まれた前記グループ指示子フィールドを確認するように構成されたプロセッサと
    を備え、
    前記グループ指示子フィールドが、前記リソース割当フレームに前記少なくとも一つのMUグループスロット割当フィールドが存在することを示す場合、前記少なくとも一つのMUグループスロット割当フィールドの最初のビットは、EOM(end of MU)指示子に設定され、前記プロセッサは、前記EOM指示子に設定された前記最初のビットを用いることによって、前記少なくとも一つのMUグループスロット割当フィールドが前記STAのグループ識別子(GID)との比較に用いられると決定するように構成されている、STA。
  12. 前記STAは、請求項2乃至10のいずれか一項に記載の方法を行うように構成されている、請求項11に記載のSTA。
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