JP3593233B2 - ワイアレスネットワーク接続用アダプタ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パケット通信に関し、特にワイアレスのエンドポイント（端末）を有するパケット通信に関する。
【０００２】
【従来の技術】
技術的進歩により高速のワイアレス通信が可能となり、そしてワイアレス、そして現在では移動コンピューティングシステムの成長を著しいものとしている。このテクノロジーにより数多くの新たなワイアレスサービスと、ワイアレスＬＡＮを含むシステムが可能となっている。ワイアレスＬＡＮは、モーバイルコンピューティング環境への第一歩である。
【０００３】
モーバイルおよびワイアレスコンピューティング用のいくつかのシステムが開示されている。Ｘｅｒｏｘ’ｓ 社のタブ（Ｉｎｆｏｐａｄ）システムは、タブと称する小さなハンドへドルのデバイスを端末として用い、そして知能を含む周囲のネットワークと双方向通信している。これによりユーザは、任意のタブを取り上げそれを用いてその通信環境にすぐにアクセスできるようになった。このタブシステムは、データを送受信するのに赤外線リンクを用い、そしてこれにより既設のバックボーンネットワークと接続されるオフィスサイズのセル内で通信が可能となる。
【０００４】
この Ｉｎｆｏｐａｄシステムは、端末デバイスに類似のアプローチを用い、双方向のデータにアクセスするために高速のＲＦモデムで接続される。この Ｉｎｆｏｐａｄは、インテリジェントリソースを提供するために、ネットワーク環境に依存しながらかつデータの端末としても機能することができる。
【０００５】
第２のアプローチでは、デバイスとアプローチとの間のインテリジェンス（知能）を分離している。ある種の計算は、モーバイルシステム（移動システム）の代わりに、バックボーンネットワーク内のパワフルな処理リソース（資源）を用いて実行されるが、これは同時にまた処理リソースおよびパワー配分を制限してしまう。通常あるアプリケーションでは、バックボーンネットワーク上での処理量と、モーバイルシステムでの処理量を適宜変更することにより、利用可能となる最大の通信バンド幅を用いている。
【０００６】
第３のアプローチは、モーバイルシステム内にインテリジェンスを配置し、ｐｅｅｒ ｔｏ ｐｅｅｒベースで他のデバイスにアクセスするために、バックボーンネットワークを利用する。このアプローチは、ネットワーク化されたコンピューティングの現在のモデルに類似するもので、ＭｏｂｉｌｅＩＰを動かしているワイアレスＬＡＮシステムによりサポートされている。このＭｏｂｉｌｅＩＰにより、それに関連する多くのモーバイルシステムを有するモーバイルサブネットワークの定義が可能となる。
【０００７】
モーバイルシステムでもって通信する際には、データは、まずそのサブネットワークに関連した数個の固定ホストのいずれかの１つに送信される。この固定ホストは、モーバイルシステムがどこにあるか、そしてどの基地局がこのモーバイルシステムと通信するかを知っているか、あるいは他の基地局に問い合わせることによりこれを決定できるかのいずれかを行うことができる。
【０００８】
ＷａｖｅＬＡＮシステムは、既存のＥｔｈｅｒｎｅｔネットワークのワイアレス拡張が可能となるワイアレスＬＡＮシステムである。このＷａｖｅＬＡＮをいくつかのモーバイルコンピューティングシステム用の物理層として用いられている。
【０００９】
ワイアレスのどこにでも移動可能なコンピューティングは、モーバイルシステムをそのユーザが、事務所内，廊下，会議室等と移動するにつれて、ネットワークバックボーンに連続して接続させておかなければならない。このシステムは、端末からインテリジェントなモーバイルホストまでの数個のアクセスのモデルをサポートしなければならない。このモデルをサポートするために、モーバイルシステムは適宜適切なワイアレスインタフェースを具備しなければならず、そしてワイアレスの基地局を接地し、そしてモーバイルユーザをサポートするためにバックボーンネットワークを強化しなければならない。既存のワイアレスの設計では、フレキシブルで革新的なハンドオフとＭＡＣスキームを可能とするには、不適切なものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ワイアレステクノロジーおよびブロードバンドネットワークの利用に関し、かなりの進展が成されたが、マルチメディア情報へのどこからでもアクセスできるようになるためには、まだまだ解決しなければならない問題がたくさん残っている。したがって本発明の目的は、異なるプロトコール用および異なる無線モデム制御用に再構成可能なフレキシブルなハードウェアアーキテクチャを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、再構成可能なメディアアクセス制御とデータパケットフォーマットを提供するワイアレスネットワーキングに適したフレキシブルなアダプタを提供できる。この本発明のフレキシブルなアダプタは、別のモデムとの間でデータ信号を送受信するＲＦモデムを制御するモデムインタフェース回路と、メディアアクセス制御回路と、ホストコンピュータシステムと、モデムインタフェース回路と、メディアアクセス制御回路との間のインタフェースを提供するコンピュータシステムインタフェース回路とを有する。
【００１２】
本発明の別の実施例のワイアレスネットワーキング用のフレキシブルアダプタにおいては、モデムインタフェース回路は、異なるＲＦモデム用に再構成可能で、同時に異なるデータフォーマットに対しても再構成可能である。
【００１３】
さらにまた本発明の別の実施例におけるワイアレスネットワーキング用のフレキシブルアダプタにおいては、このコンピュータシステムインタフェース回路は、異なるホストコンピュータシステムに対しても、再構成可能である。
【００１４】
さらにまた本発明の別の実施例におけるワイアレスネットワーキング用のフレキシブルアダプタにおいては、メディアアクセス制御回路は、異なるメディアアクセスプロトコールに対しても、再構成可能である。
【００１５】
さらにまた本発明の別の実施例におけるワイアレスネットワーキング用のフレキシブルアダプタにおいては、モデムインタフェース回路は、フィールドプログラマブルゲートアレイを有し、コンピュータシステムインタフェース回路は、同じくフィールドプログラマブルゲートアレイを有する。
【００１６】
さらにまた本発明の別の実施例におけるワイアレスネットワーキング用のフレキシブルアダプタにおいては、メディアアクセス制御回路は、データパケットのホワードエラー修正を実行するマイクロプロセッサコンピュータ回路を有する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、ワイアレスエンドポイントに接続できる仮想チャネル接続ＡＴＭ（ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ＡＴＭ）を有するパケット通信システムに特に適したものであり、本発明はこれに関して記述するが、これ以外のパケット通信システムにも同様に適用できるものである。
【００１８】
図１には、ルーセントテクノロジー社のベル研究所のＳＷＡＮ（Ｓｅａｍｌｅｓｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＡＴＭ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ）のモーバイルネットワークコンピューティング環境で採用されるネットワークコンピューティングモデルのハイレベルのビューを表したものである。ワイドエリアネットワーク１０とローカルエリアネットワーク１２により有線接続（ｗｉｒｅｄ） されたＡＴＭネットワークをバックボーンネットワークとして用い、一方ワイアレスのアクセスは、ラストホップからモーバイルホストへの接続に用いられている。
【００１９】
従来の有線サーバホスト１４と、クライアント端末ポイント１６とを接続することに加えて、有線バックボーンは、基地局１８と称する特殊な交換ノードに接続される。この基地局１８は、ワイアレスアダプタカードを具備し、同じくワイアレスアダプタを具備した近傍の移動ホスト２０のと、有線ネットワークとの間の通信用ゲートウェイとして機能する。この基地局がゲートウェイとして動作する領域は、セル２２と称し、そして事務所内にＳＷＡＮの意図した利用が設定されると、様々な基地局１８のノードが部屋のサイズのピコセル内に分布する。
【００２０】
ネットワークの接続性は、様々な移動ホスト２０を有するユーザがあるセル２２から別のセルに動き回る間も連続的に維持される。この移動ホスト２０は、適切なワイアレスアダプタを具備したポータブルコンピュータからローカルな汎用コンピューティングリソースを有しないか、あるいは有しても小さなものであるようなラムワイアレス端末にわたり幅広いものである。しかし、ＳＷＡＮ内の全ての移動ホスト２０は、ネットワークシグナリングおよびデータ転送プロトコールに参加できる機能を有していなければならない。最後にＳＷＡＮ内の移動ホスト２０は、セル２２内の基地局１８を介して全てのトラフィックを送信し、受信することができる。
【００２１】
このＳＷＡＮシステムの特徴は、有線ネットワークとワイアレスラストホップ２４の両方を介してエンド−トゥ−エンドのＡＴＭを利用することである。これは、現在のワイアレスデータＬＡＮ内の無接続 ｍｏｂｉｌｅ−ＩＰの仕様とは対照的である。ＳＷＡＮのデザインチョイスは、圧縮アルゴリズムと、現在利用可能な高周波バンド幅ＲＦトランシーバと、ピコセルの使用に起因する空間的多重化により与えられるバンド幅の増加がパケット化されたビデオ信号を二重に伝送できることによる現実により刺激される。
【００２２】
そのため、ワイアレスセグメントを介してマルチメディアトラフィックをサポートすることが、ＳＷＡＮの駆動力となっている。ワイアレスホップを介して、ＡＴＭバーチャルチャネル接続（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）の接続指向性モデルを採用することにより、エンド−トゥ−エンドに拡張されるべきオーディオトラフィック、あるいはビデオトラフィックを搬送する仮想チャネル接続に関連するサービス保証が可能となる。要するに、エンド−トゥ−エンドのＡＴＭの使用によりワイアレスリソースがワイアレスホップを介して行われる様々な接続の間に有意義に割り当てることができる。
【００２３】
しかし、移動ホスト２０に至るまで全てＡＴＭの仮想チャネル接続モデルを用いることは、移動ホスト２０が移動するにつれて、ＡＴＭ仮想チャネル接続を連続的に再ルートする必要がある。小さなセルサイズとサービスの質に敏感なマルチメディアトラフィックの存在により、この問題はＳＷＡＮでは特に重要となる。オーディオ信号あるいはビデオ信号を搬送する仮想チャネル接続は、移動ホスト２０が、ある基地局１８から隣の基地局にハンドオフする際に、障害に耐える必要がある。
【００２４】
ＡＴＭシグナリングプロトコールは、この仮想チャネル接続を最小の遅延でもって再ルートするタスクを実行する必要があり、そしてＳＷＡＮのこの問題に対するアプローチは、ループリムーバルに関連づけられた仮想チャネル接続イクステンションと、モーバイルにより開始された部分再構築（ｒｅｂｕｉｌｄ） に基づいている。
【００２５】
特に重要な関心事は、ワイアレス媒体アクセスを処理する低いレベルのプロトコールレイヤーは、ある基地局１８から別の基地局に最小の遅延でもって移動ホスト２０を転送するタスクを実行しなければならないことである。様々な仮想接続の間で、ワイアレスリソースを低い遅延でもってハンドオフし、割り当てることは、メディアアクセス制御とエアインタフェース操作の通常の機能に加えて、ＳＷＡＮ内のワイアレスラストホップ２４内で行わなければならないタスクである。
【００２６】
図２は、準ＳＷＡＮのワイアレスＡＴＭネットワークのワイアレスラストホップ２４のブロック図である。基地局１８の第１の機能は、ワイアード（有線）ＡＴＭアダプタカード２６のアダプタと基地局１８に接続されたワイアレス（無線）ＡＴＭアダプタカード２８のアダプタとの間でセルを切り換えることである。ここで基地局１８は、そのポートの１部上にＲＦワイアレスＡＴＭアダプタを有するＡＴＭスイッチとして、見ることもできる。しかし、ＳＷＡＮにおいては、汎用ＰＣあるいはＳｕｎ社のワークステーションは、有線ＡＴＭアダプタカード２６およびワイアレスＡＴＭアダプタカード２８をプラグインすることにより基地局１８として用いることもできる。
【００２７】
このセルの切り換え機能は、カーネル−スペース−レジデントセルルーティングとアダプタインタフェースモジュール３０と、ユーザ−スペース−住居接続マネージャシグナリングモジュール３２を用いることによりソフトウェア上で実現できる。基地局１８用としてＰＣとワークステーションを使用することにより、基地局１８は有線のホストとしてあるいはアプリケーションプロセス３４として機能することができる。要するにＳＷＡＮ内の基地局１８は、無線インタフェースされたバンクを有するコンピュータ以外のなにものでもない。
【００２８】
ワイアレスラストホップ２４の他端には移動ホスト２０が具備され、この移動ホスト２０は、ワイアレスＡＴＭアダプタカード２８と接続シグナリングマネージャモジュール３６とモジュール３８とを有する。このモジュール３８は、移動ホスト２０内の様々なエージェント間でセルをルーティングする。図面上では、移動ホスト２０は、有線アダプタを有さずにワイアレスＡＴＭアダプタカード２８を１個のみ有する基地局１８のようにも見えるがこれは必ずしも正しくはない。
【００２９】
移動ホスト２０の接続シグナリングマネージャモジュール３６は、異なるものである。例えば、疑似スイッチ機能を提供することはないからである。さらに例えばダム端末のような移動ホスト２０は、ソフトウェアプロセスとは異なりＡＴＭセルのソースのようなシンクとして機能するハードウェアエージェントのみを有する。しかし、ダム端末以上の移動ホスト２０はアプリケーション４０をランすることができる。
【００３０】
重要な点は、基地局１８のワイアレスＡＴＭアダプタカード２８と、移動ホスト２０のワイアレスＡＴＭアダプタカード２８とそれらの間のワイアレスラストホップ２４を介してエアインタフェースパケット（ｌｉｎｋ ｃｅｌｌ） による接続である。より高次レベルのＡＴＭレイヤーからのＡＴＭセルのストリームは、ワイアレスラストホップ２４を介して移動ホスト２０と基地局１８との間で転送される必要がある。ＡＴＭセルの無線を介しての転送を実行するために、取り組むべき問題点を一般的事項とＡＴＭ特殊事項との２つに分けて以下説明する。
【００３１】
以下の問題点は、一般的事項に属するものである。（１）利用可能なバンド幅のチャネルへの分割（２）基地局間でのチャネルの分配（３）共有チャネルへのアクセスの規制（４）ある基地局１８から別の基地局へのモーバイルユニットへのハンドオフ。
【００３２】
一方、次のワイアレスホップ問題は、原理的にはＡＴＭのニーズにより影響される。（１）リンクセル、あるいはエアインタフェースパケットへのＡＴＭセルのマッピング（２）エアインタフェースパケットのフォーマット（３）ノイズに起因するＡＴＭセル喪失の影響とワイアレスに特有な干渉ソース、例えばシンボル間の干渉、隣接チャネルの干渉、周波数衝突等（４）同一チャネル内の異なるＡＴＭ仮想チャネル接続の多重化とスケージューリング。
【００３３】
これらの問題に対する解答は、ハードウェアに課せられる制限と、そして特に無線トランシーバの特性に一部依存する。
【００３４】
ＳＷＡＮのワイアレスホップは、単一の再使用可能なＡＴＭワイアレスアダプタアーキテクチャ（図３）のアイディアを回避したものに基づいている。図３のアーキテクチャは、一方の側のデジタルインデジタルアウトの無線トランシーバ４２の無線ポートインタフェース４４を介して、他方の側の標準データバス４８に接続されている標準バスインタフェース４６にインタフェースするもので、そしてその間に標準コアモジュール５０を有し、この標準コアモジュール５０は、フィールドプログラム可能なハードウェア資源５２と、ソフトウェアプログラム可能なコンピュータエンジン５４とを有し、必要なデータ処理を実行している。
【００３５】
このベーシックなアーキテクチャの複数の実現方法は、フォームファクタを変化させてあるいは異なるバスインタフェースあるいは異なる無線周波数等により形成することもできるが、全て同一のコアデータ処理モジュールを用いて形成することができる。これによりＳＷＡＮを実行可能なデバイスを形成できる一般的機構を提供する。
【００３６】
格納されたソフトウェアを再プログロラム化することにより、そしてフィールドプログラム可能なハードウェアを再構成することによりアダプタをアルゴリズム用に構成することができる。インタフェース合成とパラメータ化されたライブラリケーパビリティ（例えば、Ｂｅｒｋｅｌｅｙ からのＳＩＥＲＡシステムを有するシステムレベルのボード合成ツールを用いてバスおよび無線に対する様々なベーシックアダプタアーキテクチャを容易に構成することができる。
【００３７】
次に、図４にＦＡＷＮ（ワイアレスネットワーキング用のフレキシブルアダプタ）のブロック図を示す。ＦＡＷＮカード５６は、ＰＣＭＣＩＡバス５８を用いてホストコンピュータ６０とインタフェースする。ＰＣＭＣＩＡスロットを有するラップトップコンピュータが、ＦＡＷＮカード５６にプラグインすることによりモーバイルホストとなる。
【００３８】
ＦＡＷＮカード５６は、例えばＡＲＭ６１０ＣＰＵのようなＲＩＳＣコンピュータ６２を有し、このＲＩＳＣコンピュータ６２は、ＲＦモデム６４と他の周辺装置を周辺インタフェース６６を介して制御する。ＦＡＷＮカード５６は、２．４ＧＨｚの工業科学医療（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ （ＩＳＭ））用バンド周波数ホッピング拡散スペクラムトランシーバと共に使用できるように構成され、そしてこのトランシーバインタフェースは、ある構成要素を再プログラムすることにより容易に修正可能である。ＲＩＳＣコンピュータ６２は、２０ＭＨｚで動作し、カーネルとシグナリングとトランスポートプロトコール機能を実行するのに充分な処理能力を有する。
【００３９】
基地局１８あるいは移動ホスト２０内のＲＩＳＣコンピュータ６２とホストコンピュータ６０との間の通信は、ＰＣＭＣＩＡインタフェース７０を介してデュアルポートＲＡＭ６８を用いる。このインタフェースは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ （ＦＰＧＡ））で実現される。２つのアクセスノードがあり、その１つのモードは、ＣＰＵの周辺装置のいずれにもアクセスできるが、インタフェースがＦＡＷＮ ＣＰＵの内部バス用にアービットレートしなければならない場合にはより時間がかかる。デュアルポートＲＡＭ６８の各サイドが、ホストＣＰＵと、ＦＡＷＮ ＣＰＵ６２による完全速度でもってアクセスすることができるのでデータ転送は、最高スピードで行われる。
【００４０】
デュアルポートＲＡＭ６８は、ホストコンピュータとアダプタ回路との間に高速インタフェースを提供する。このデュアルポートＲＡＭ６８を用いて、ホストコンピュータ６０とＦＡＷＮとの間の通信に必要なキューを実行する。ＦＩＦＯ構造に対抗したＲＡＭ構造を用いることにより、異なるサイズと優先度を有する任意の待ち構造体を実現できる。ＦＡＷＮを内蔵コントローラ（ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ） として用いると、ＭＡＣプロセスと高次レベルの処理との間の通信は、デュアルポートＲＡＭ６８を用いて継続して行われ、標準インタフェースが全てのアプリケーションに対し、それらがどこで実行されようとも提示されるようになる。
【００４１】
デュアルポートＲＡＭ６８は、２つの同一のロケーションが、同時にホストＣＰＵとＦＡＷＮ ＣＰＵにより決してアクセスされないようにことを確実にするためにセマホーをサポートする。３２ＫバイトのデュアルポートＲＡＭ６８が具備される。このデュアルポートＲＡＭ６８はまたＦＡＷＮのＣＰＵにより用いられる、３２ビットからＰＣＭＣＩＡインタフェースにより必要とされる、１６ビットワードへの変換を容易にする。
【００４２】
モデムコントローラ７２は、別のＦＰＧＡを用いて実現され、そしてワイアレスアクセスプロトコールをサポートするのに必要な数多くの低次レベルの機能を実行する。モデムコントローラ７２は、パケットバッファとホップコントローラとを有する。このパケットバッファは、６４バイト長で完全なＡＴＭパケット用およびカプセル用のエクストラスペースのエラー制御ビットをバッファできる。モデムコントローラ７２は、例えば送信用に２個と受信用に２個となるよう４個のバッファを有する。
【００４３】
受信操作中には、これら２つの受信用バッファの一つがデータレートでもってゆっくりと充填される。そしてこのバッファが完全に充填されるとインタラプト（中断）指令が生成され、その結果ＣＰＵは一度にこのバッファを全て空にし、そしてその間他のバッファがデータストリームから充填を開始する。送信操作の間は、ＣＰＵは送信用バッファを充填し、そしてバッファが送信の準備可能であることをモデムコントローラ７２に知らせるためにビットを送る。
【００４４】
その後バッファは、データレートでもってＵＡＲＴ７４に対しても利用可能である。一旦バッファの内容が送信されると、モデムコントローラ７２はインタラプト（中断）指令を生成し、その結果ＣＰＵは、バッファは充填するよう利用できるということを知ることができる。そしてその間第２の送信用バッファの内容が送信される。これらのバッファを具備することによりＣＰＵは、低次レベルのバイトベースの送受信操作から切り離すことができる。
【００４５】
例えば、２．４ＧＨｚ ＦＨＳＳ（周波数ホッピング拡散スペクトラム）モデムのようなＲＦモデム６４は、データ用の論理レベルインタフェースデータと制御用の論理レベルインタフェースとアナログで受信した信号強度インディケータとを提供する。このバンドにより周波数ホッピング用に１ＭＨｚの８３チャネルが可能である。現在ＧＥＣ Ｐｌｅｓｓｅｙ社のモデムは、６２５Ｋｂｉｔｓ／秒のロウバンド幅で８３チャネルをサポートし、そして別のバージョンでは１．２Ｍｂｉｔｓ／秒のバンド幅をサポートする。
【００４６】
このモデムのインタフェースにより、８３チャネルの内の１チャネルとパワーレベルと２本のアンテナの内の１本のアンテナの選択が可能となる。ＲＦモデム６４は、受信中にはビットストリームをＵＡＲＴ７４に与え、送信中にはビットストリームを受信する。ＵＡＲＴ７４は、ＲＦモデム６４からのビットストリームをバイトに変換し、関連する同期ビットを抽出してこのバイトをモデムコントローラ７２に提供する。
【００４７】
送信中にこのＵＡＲＴ７４は、同期ビットを付加し、ビットストリームをＲＦモデム６４に供給する。モデムコントローラ７２は、４個の６４バイトバッファを有し、ＵＡＲＴ７４からのデータパケットを蓄積したりＵＡＲＴ７４にデータパケットを供給する。これによりＵＡＲＴ７４は、ＦＡＷＮ ＣＰＵ６２を中断することなく、データを同期しながら送受信できる。
【００４８】
ＦＰＧＡ（モデムコントローラ）７２は、１ＭＨｚで動作するリセット可能なカウンタを有し、これをプロトコール用およびタスクスケジューリング用のリアルタイムのタイマーとして用いる。Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）７６とローパスフィルタにより受信した信号強度がＦＡＷＮ ＣＰＵ６２により読みだし可能となる。コントロールＰＡＬ７８は、ＦＡＷＮカード５６内に収納される。このＦＡＷＮカード５６は、プログラム用とデータ蓄積用に４メガバイトのＳＲＡＭ８０を有する。
【００４９】
そのため実際の使用目的に対しては、ＳＷＡＮのワイアレスホップの特徴は、ＦＡＷＮカード５６によりサポートされる特定の無線トランシーバの特徴に依存する。低周波ホッピングに関しては、ＳＷＡＮ内で用いられる主無線トランシーバは、ＧＥＣ Ｐｌｅｓｓｅｙ社製のＤＥ６００３である。このＤＥ６００３のトランシーバは、２．４ＧＨｚＩＳＭバンドで動作するハーフデュープレックス低周波ホッピング無線トランシーバであり、そして６２５Ｋｂｐｓのデータレートを有する。
【００５０】
さらにこの無線トランシーバは、２つのパワーレベルを有し、そして２つの選択可能なアンテナ８２を有する。無線トランシーバの法律的要件は、無線トランシーバは、２．４００から２．４８３５ＭＨｚ領域内の８３個の１ＭＨｚ幅の周波数スロットの内の少なくとも７５スロットの間で準ランダム的にホップでき、そして最大０．４秒が３０秒毎に１スロット内で消費可能というものである。通信トランシーバが、所定の疑似ランダムホッピングシーケンスに応じてホップすることは公知である。
【００５１】
図５は、ＳＷＡＮ内の基地局のアーキテクチャを表す。基地局１８は、バックプレーンにプラグインされた複数のワイアレスＡＴＭアダプタカード２８からなり、そしてかくワイアレスＡＴＭアダプタカード２８は、複数のデジタルインデジタルアウトの無線トランシーバ４２を処理する。この各デジタルインデジタルアウトの無線トランシーバ４２は、現在あるいは現行のあるいは隣接する基地局１８内のデジタルインデジタルアウトの無線トランシーバ４２に割り当てられたチャネル９０とは異なるチャネル９０（周波数ホッピングシーケンス）に割り当てられる。
【００５２】
通常、ＳＷＡＮ内においては、基地局１８は基地局１８当たり３−５より少ないデジタルインデジタルアウトの無線トランシーバ４２を有する。前述したような基地局構成は、セルラ構造体を構成し、そして各セルは、複数の共通にロケートされたチャネルによりカバーされる。セル２２内の移動ホスト２０は、基地局１８上の無線ポートの１つに割り当てられ、周波数がそれと同期してホップする。
【００５３】
マルチメデアトラフィックを移動ホスト２０に搬送することが、ＳＷＡＮの主要目的であるのでメディアムアクセスコントロールサブシステムとフィジカルレイヤーコントールサブシステム用の２つの重要なドライバは、低い遅延性でもってハンドオフされ、所定のセル２２内の複数の同時のチャネル９０をサポートする。さらにまたＡＴＭ仮想チャネル接続間のワイアレスリソースの明確な割当が重要である。最後に、すくなくとも最初に実現する際に、実現の単純さを考慮しなければならない。いずれの場合にもワイアレスアダプタアーキテクチャは、ソフトウェアと、再構成可能なハードウェアに基づいているので段階的強化を実行することは容易である。
【００５４】
エアインタフェースパケットの定義とエアインタフェースパケット上のＡＴＭセルのマッピングは、ハードウェアの制約条件に依存する。ＳＷＡＮにおいては、標準のシリアル通信コントローラチップを同期モードで用い、その結果無線を介しての同期データリンク制御（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ （ＳＤＬＣ））プロトコールとなる。ＳＷＡＮ送信器は、ＳＤＬＣ ＳＹＮＣバイトで分離されたＳＤＬＣフレームを送信する。
【００５５】
ソフトウェアに対する中断オーバヘッドを減少するために、物理レイヤーコントローラは、シリアル通信コントローラを駆動する。この物理レイヤーコントローラは、リンクセルあるいはエアインタフェースパケットと称するデータユニットをミディアムアクセスコントロールレイヤーから受信し、それらをシリアル通信コントローラチップにより送信されたＳＤＬＣフレームに詰め込む。逆のことが受信端でも行われる。
【００５６】
物理レイヤーコントローラは、ハードウェア内に組み込む必要があり、そしてそのＳＷＡＮ内のＦＡＷＮワイアレスアダプタの再構成可能なハードウェア部分内での現在の実現方法は、一定の６４バイトサイズのリンクセルを用いる設計に基づいている。より高次レベルの媒体アクセスコントロールレイヤーは、これらの６４バイトリンクセルで物理レイヤーと通信する。
【００５７】
固定６４バイトサイズのリンクセルの制約条件の元では、現在のスキームは、５３バイトＡＴＭセルをリンクセルにカプセル化し、残りの１１バイトを媒体アクセスコントロールヘッダとエラーコントロール用に単純な次善ストラテジを用いる。ＡＴＭセルをカプセル化するリンクセルに加えて数個の他のリンクセルを信号処理用に規定する。
【００５８】
ＡＴＭ接続マネージャ（ＡＴＭ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｒ）と媒体アクセスコントロールモジュール（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）の間のインタフェースを考えてみる。ワイアレスチャネルを介して行われる複数のＡＴＭ仮想チャネル接続間でワイアレスリソースを配分するために媒体アクセス制御モジュールは、仮想チャネル接続情報毎にテーブルを用意する。
【００５９】
新たな仮想チャネル接続を開く必要がある場合には、接続マネージャモジュールは、媒体アクセス制御モジュールに対し、時間Ｔ２の間この仮想チャネル接続により必要とされるチャネル時間Ｔ１としてのバンド幅必要要件を表すリクエストを送る。このメディアアクセス制御モジュールは、この情報を用いてこの新たな仮想チャネル接続への許可を認めるかあるいは否定する。さらにこのバンド幅仕様は、媒体アクセス制御モジュールにより使用され、異なる仮想チャネル接続に属するセルの伝送を計画する。
【００６０】
ＳＷＡＮに対して、メディアアクセス制御サブシステムと物理レイヤー制御サブシステムの実行は、３種類のハードウェア−ソフトウェア共通デザインタスクとして見ることができ、そしてそこでは、機能性は３つの場所即ち基地局ＣＰＵあるいは移動ユニットＣＰＵ上のソフトウェアとして、ワイアレスアダプタ上の組み込みソフトウェアとしておよびワイアレスアダプタ上のフィールドプログラマブルハードウェアとしての１つで実行可能である。
【００６１】
組み込み型ワイアレスアダプタを有するダム端末の場合には、端末にはＣＰＵがなく、その結果全体の機能は、ワイアレスアダプタにより行われる。現在では物理レイヤー制御は、ワイアレスアダプタ上のフィールドプログラマブルハードウェア上で実現され、メディアアクセス制御は、ワイアレスアダプタ上のソフトウェアとして実現され、媒体アクセス制御が接続されるＡＴＭ接続マネージャは、基地局あるいは移動ユニットのＣＰＵ上のソフトウェア、あるいはダム端末の場合にはワイアレスアダプタ上のソフトウェアとして実現される。
【００６２】
ワイアレスアダプタに組み込まれたソフトウェアの構成を図６に示す。このソフトウェアは、マルチスレッドシステム（ｍｕｌｔｉ−ｔｈｒｅａｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ） として構成される。各無線ポートにおける媒体アクセス制御プロトコールに対応する有限状態機械は、中断モードで走るＦＳＭ９４として実行される。各無線ポートに対しては、１つのＦＳＭ９４が存在する。これらは、非常に高い優先度のスレッドとして見ることができる。
【００６３】
媒体アクセス制御のＦＳＭ９４は、メインスレッド９６と通信しこのメインスレッド９６は、ユーザモードで動作し、待ち行列管理を処理し、そしてＡＴＭセルを一方の側の媒体アクセス制御ＦＳＭ９４に送信し、他のスレッド即ち他方の側の基地局／移動ユニットＣＰＵにＡＴＭセルを送信する。スレッド間の通信は、ポインタ群９８を用いて行われ、ＡＴＭセルそのものは、共有メモリ領域に蓄積される。ＣＰＵを有さないダム端末の場合には、ＡＴＭ接続マネージャ１００とＡＴＭセルを放出するスレッドとは、ワイアレスアダプタ上の組み込みＣＰＵ（ＡＲＭ６１０プロセッサ）上で動作する。ＩＲＱハンドラ１０２は、待ち行列状態変化に応じて中断リクエストを処理する。
【００６４】
ＦＡＷＮカードは、非常にフレキシブルなアーキテクチャを有し、これにより同一のデバイスが基地局と移動局の両方で用いることができる。このＦＡＷＮカードは、ホスト装置からアダプタカードへの高速インタフェースをＤＰＲを用いてサポートする。ＦＰＧＡは、バイトレベルの通信操作を処理し、完全なパケットを有するＣＰＵを表示するので、このＣＰＵは、ＭＡＣレベルのコードを走らすよう残され、そしてさらに組み込まれたアプリケーションプログラムを実行する充分な能力を有する。
【００６５】
ＭＡＣとハンドオフデザインは、インタラプト駆動のＡＤＣとカード上で得られるリアルタイムクロックにより補助される。カード上のプロセッサは、全ての定時操作を実行し、ＰＣＭＣＩＡインタフェースを介して現れるインタフェースを単純化し、そして次にホスト上で実行されるべきソフトウェアを単純化する。この構成により新たなホストが組み込まれるシステムを容易にする。
【発明の効果】
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＷＡＮワイアレスＡＴＭネットワーク通信モデルを表すブロック図
【図２】ワイアレスＡＴＭネットワークのラストホップのブロック図
【図３】再使用可能なＡＴＭワイアレスアダプタアーキテクチャテンプレートのブロック図
【図４】ＦＡＷＮアダプタアーキテクチャのブロック図
【図５】ＳＷＡＮ内の基地局と移動ユニットのブロック図
【図６】ワイアレスアダプタに組み込まれたソフトウェアを表すブロック図
【符号の説明】
１０ ワイドエリアネットワーク
１２ ローカルエリアネットワーク
１４ 有線サーバホスト
１６ クライアント端末ポイント
１８ 基地局
２０ 移動ホスト
２２ セル
２４ ワイアレスラストホップ
２６ 有線ＡＴＭアダプタカード
２８ ワイアレス（無線）ＡＴＭアダプタカード
３０ アダプタインタフェースモジュール
３２ ユーザ−スペース−住居接続マネージャシグナリングモジュール
３４ アプリケーションプロセス
３６ 接続シグナリングマネージャモジュール
３８ モジュール
４２ デジタルインデジタルアウトの無線トランシーバ
４４ 無線ポートインタフェース
４６ 標準バスインタフェース
４８ 標準データバス
５０ 標準コアモジュール
５２ ハードウェア資源
５４ コンピュータエンジン
５６ ＦＡＷＮカード
５８ ＰＣＭＣＩＡバス
６０ ホストコンピュータ
６２ ＲＩＳＣコンピュータ
６４ ＲＦモデム
６６ 周辺インタフェース
６８ デュアルポートＲＡＭ
７０ ＰＣＭＣＩＡインタフェース
７２ モデムコントローラ
７４ ＵＡＲＴ
７６ Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）
７８ コントロールＰＡＬ
８２ アンテナ
９０ チャネル
９４ ＦＳＭ
９６ メインスレッド
９８ ポインタ群
１００ ＡＴＭ接続マネージャ
１０２ ＩＲＱハンドラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、パケット通信に関し、特にワイアレスのエンドポイント（端末）を有するパケット通信に関する。
【０００２】
【従来の技術】
技術的進歩により高速のワイアレス通信が可能となり、そしてワイアレス、そして現在では移動コンピューティングシステムの成長を著しいものとしている。このテクノロジーにより数多くの新たなワイアレスサービスと、ワイアレスＬＡＮを含むシステムが可能となっている。ワイアレスＬＡＮは、モーバイルコンピューティング環境への第一歩である。
【０００３】
モーバイルおよびワイアレスコンピューティング用のいくつかのシステムが開示されている。Ｘｅｒｏｘ’ｓ 社のタブ（Ｉｎｆｏｐａｄ）システムは、タブと称する小さなハンドへドルのデバイスを端末として用い、そして知能を含む周囲のネットワークと双方向通信している。これによりユーザは、任意のタブを取り上げそれを用いてその通信環境にすぐにアクセスできるようになった。このタブシステムは、データを送受信するのに赤外線リンクを用い、そしてこれにより既設のバックボーンネットワークと接続されるオフィスサイズのセル内で通信が可能となる。
【０００４】
この Ｉｎｆｏｐａｄシステムは、端末デバイスに類似のアプローチを用い、双方向のデータにアクセスするために高速のＲＦモデムで接続される。この Ｉｎｆｏｐａｄは、インテリジェントリソースを提供するために、ネットワーク環境に依存しながらかつデータの端末としても機能することができる。
【０００５】
第２のアプローチでは、デバイスとアプローチとの間のインテリジェンス（知能）を分離している。ある種の計算は、モーバイルシステム（移動システム）の代わりに、バックボーンネットワーク内のパワフルな処理リソース（資源）を用いて実行されるが、これは同時にまた処理リソースおよびパワー配分を制限してしまう。通常あるアプリケーションでは、バックボーンネットワーク上での処理量と、モーバイルシステムでの処理量を適宜変更することにより、利用可能となる最大の通信バンド幅を用いている。
【０００６】
第３のアプローチは、モーバイルシステム内にインテリジェンスを配置し、ｐｅｅｒ ｔｏ ｐｅｅｒベースで他のデバイスにアクセスするために、バックボーンネットワークを利用する。このアプローチは、ネットワーク化されたコンピューティングの現在のモデルに類似するもので、ＭｏｂｉｌｅＩＰを動かしているワイアレスＬＡＮシステムによりサポートされている。このＭｏｂｉｌｅＩＰにより、それに関連する多くのモーバイルシステムを有するモーバイルサブネットワークの定義が可能となる。
【０００７】
モーバイルシステムでもって通信する際には、データは、まずそのサブネットワークに関連した数個の固定ホストのいずれかの１つに送信される。この固定ホストは、モーバイルシステムがどこにあるか、そしてどの基地局がこのモーバイルシステムと通信するかを知っているか、あるいは他の基地局に問い合わせることによりこれを決定できるかのいずれかを行うことができる。
【０００８】
ＷａｖｅＬＡＮシステムは、既存のＥｔｈｅｒｎｅｔネットワークのワイアレス拡張が可能となるワイアレスＬＡＮシステムである。このＷａｖｅＬＡＮをいくつかのモーバイルコンピューティングシステム用の物理層として用いられている。
【０００９】
ワイアレスのどこにでも移動可能なコンピューティングは、モーバイルシステムをそのユーザが、事務所内，廊下，会議室等と移動するにつれて、ネットワークバックボーンに連続して接続させておかなければならない。このシステムは、端末からインテリジェントなモーバイルホストまでの数個のアクセスのモデルをサポートしなければならない。このモデルをサポートするために、モーバイルシステムは適宜適切なワイアレスインタフェースを具備しなければならず、そしてワイアレスの基地局を接地し、そしてモーバイルユーザをサポートするためにバックボーンネットワークを強化しなければならない。既存のワイアレスの設計では、フレキシブルで革新的なハンドオフとＭＡＣスキームを可能とするには、不適切なものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ワイアレステクノロジーおよびブロードバンドネットワークの利用に関し、かなりの進展が成されたが、マルチメディア情報へのどこからでもアクセスできるようになるためには、まだまだ解決しなければならない問題がたくさん残っている。したがって本発明の目的は、異なるプロトコール用および異なる無線モデム制御用に再構成可能なフレキシブルなハードウェアアーキテクチャを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、再構成可能なメディアアクセス制御とデータパケットフォーマットを提供するワイアレスネットワーキングに適したフレキシブルなアダプタを提供できる。この本発明のフレキシブルなアダプタは、別のモデムとの間でデータ信号を送受信するＲＦモデムを制御するモデムインタフェース回路と、メディアアクセス制御回路と、ホストコンピュータシステムと、モデムインタフェース回路と、メディアアクセス制御回路との間のインタフェースを提供するコンピュータシステムインタフェース回路とを有する。
【００１２】
本発明の別の実施例のワイアレスネットワーキング用のフレキシブルアダプタにおいては、モデムインタフェース回路は、異なるＲＦモデム用に再構成可能で、同時に異なるデータフォーマットに対しても再構成可能である。
【００１３】
さらにまた本発明の別の実施例におけるワイアレスネットワーキング用のフレキシブルアダプタにおいては、このコンピュータシステムインタフェース回路は、異なるホストコンピュータシステムに対しても、再構成可能である。
【００１４】
さらにまた本発明の別の実施例におけるワイアレスネットワーキング用のフレキシブルアダプタにおいては、メディアアクセス制御回路は、異なるメディアアクセスプロトコールに対しても、再構成可能である。
【００１５】
さらにまた本発明の別の実施例におけるワイアレスネットワーキング用のフレキシブルアダプタにおいては、モデムインタフェース回路は、フィールドプログラマブルゲートアレイを有し、コンピュータシステムインタフェース回路は、同じくフィールドプログラマブルゲートアレイを有する。
【００１６】
さらにまた本発明の別の実施例におけるワイアレスネットワーキング用のフレキシブルアダプタにおいては、メディアアクセス制御回路は、データパケットのホワードエラー修正を実行するマイクロプロセッサコンピュータ回路を有する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、ワイアレスエンドポイントに接続できる仮想チャネル接続ＡＴＭ（ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ＡＴＭ）を有するパケット通信システムに特に適したものであり、本発明はこれに関して記述するが、これ以外のパケット通信システムにも同様に適用できるものである。
【００１８】
図１には、ルーセントテクノロジー社のベル研究所のＳＷＡＮ（Ｓｅａｍｌｅｓｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＡＴＭ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ）のモーバイルネットワークコンピューティング環境で採用されるネットワークコンピューティングモデルのハイレベルのビューを表したものである。ワイドエリアネットワーク１０とローカルエリアネットワーク１２により有線接続（ｗｉｒｅｄ） されたＡＴＭネットワークをバックボーンネットワークとして用い、一方ワイアレスのアクセスは、ラストホップからモーバイルホストへの接続に用いられている。
【００１９】
従来の有線サーバホスト１４と、クライアント端末ポイント１６とを接続することに加えて、有線バックボーンは、基地局１８と称する特殊な交換ノードに接続される。この基地局１８は、ワイアレスアダプタカードを具備し、同じくワイアレスアダプタを具備した近傍の移動ホスト２０のと、有線ネットワークとの間の通信用ゲートウェイとして機能する。この基地局がゲートウェイとして動作する領域は、セル２２と称し、そして事務所内にＳＷＡＮの意図した利用が設定されると、様々な基地局１８のノードが部屋のサイズのピコセル内に分布する。
【００２０】
ネットワークの接続性は、様々な移動ホスト２０を有するユーザがあるセル２２から別のセルに動き回る間も連続的に維持される。この移動ホスト２０は、適切なワイアレスアダプタを具備したポータブルコンピュータからローカルな汎用コンピューティングリソースを有しないか、あるいは有しても小さなものであるようなラムワイアレス端末にわたり幅広いものである。しかし、ＳＷＡＮ内の全ての移動ホスト２０は、ネットワークシグナリングおよびデータ転送プロトコールに参加できる機能を有していなければならない。最後にＳＷＡＮ内の移動ホスト２０は、セル２２内の基地局１８を介して全てのトラフィックを送信し、受信することができる。
【００２１】
このＳＷＡＮシステムの特徴は、有線ネットワークとワイアレスラストホップ２４の両方を介してエンド−トゥ−エンドのＡＴＭを利用することである。これは、現在のワイアレスデータＬＡＮ内の無接続 ｍｏｂｉｌｅ−ＩＰの仕様とは対照的である。ＳＷＡＮのデザインチョイスは、圧縮アルゴリズムと、現在利用可能な高周波バンド幅ＲＦトランシーバと、ピコセルの使用に起因する空間的多重化により与えられるバンド幅の増加がパケット化されたビデオ信号を二重に伝送できることによる現実により刺激される。
【００２２】
そのため、ワイアレスセグメントを介してマルチメディアトラフィックをサポートすることが、ＳＷＡＮの駆動力となっている。ワイアレスホップを介して、ＡＴＭバーチャルチャネル接続（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）の接続指向性モデルを採用することにより、エンド−トゥ−エンドに拡張されるべきオーディオトラフィック、あるいはビデオトラフィックを搬送する仮想チャネル接続に関連するサービス保証が可能となる。要するに、エンド−トゥ−エンドのＡＴＭの使用によりワイアレスリソースがワイアレスホップを介して行われる様々な接続の間に有意義に割り当てることができる。
【００２３】
しかし、移動ホスト２０に至るまで全てＡＴＭの仮想チャネル接続モデルを用いることは、移動ホスト２０が移動するにつれて、ＡＴＭ仮想チャネル接続を連続的に再ルートする必要がある。小さなセルサイズとサービスの質に敏感なマルチメディアトラフィックの存在により、この問題はＳＷＡＮでは特に重要となる。オーディオ信号あるいはビデオ信号を搬送する仮想チャネル接続は、移動ホスト２０が、ある基地局１８から隣の基地局にハンドオフする際に、障害に耐える必要がある。
【００２４】
ＡＴＭシグナリングプロトコールは、この仮想チャネル接続を最小の遅延でもって再ルートするタスクを実行する必要があり、そしてＳＷＡＮのこの問題に対するアプローチは、ループリムーバルに関連づけられた仮想チャネル接続イクステンションと、モーバイルにより開始された部分再構築（ｒｅｂｕｉｌｄ） に基づいている。
【００２５】
特に重要な関心事は、ワイアレス媒体アクセスを処理する低いレベルのプロトコールレイヤーは、ある基地局１８から別の基地局に最小の遅延でもって移動ホスト２０を転送するタスクを実行しなければならないことである。様々な仮想接続の間で、ワイアレスリソースを低い遅延でもってハンドオフし、割り当てることは、メディアアクセス制御とエアインタフェース操作の通常の機能に加えて、ＳＷＡＮ内のワイアレスラストホップ２４内で行わなければならないタスクである。
【００２６】
図２は、準ＳＷＡＮのワイアレスＡＴＭネットワークのワイアレスラストホップ２４のブロック図である。基地局１８の第１の機能は、ワイアード（有線）ＡＴＭアダプタカード２６のアダプタと基地局１８に接続されたワイアレス（無線）ＡＴＭアダプタカード２８のアダプタとの間でセルを切り換えることである。ここで基地局１８は、そのポートの１部上にＲＦワイアレスＡＴＭアダプタを有するＡＴＭスイッチとして、見ることもできる。しかし、ＳＷＡＮにおいては、汎用ＰＣあるいはＳｕｎ社のワークステーションは、有線ＡＴＭアダプタカード２６およびワイアレスＡＴＭアダプタカード２８をプラグインすることにより基地局１８として用いることもできる。
【００２７】
このセルの切り換え機能は、カーネル−スペース−レジデントセルルーティングとアダプタインタフェースモジュール３０と、ユーザ−スペース−住居接続マネージャシグナリングモジュール３２を用いることによりソフトウェア上で実現できる。基地局１８用としてＰＣとワークステーションを使用することにより、基地局１８は有線のホストとしてあるいはアプリケーションプロセス３４として機能することができる。要するにＳＷＡＮ内の基地局１８は、無線インタフェースされたバンクを有するコンピュータ以外のなにものでもない。
【００２８】
ワイアレスラストホップ２４の他端には移動ホスト２０が具備され、この移動ホスト２０は、ワイアレスＡＴＭアダプタカード２８と接続シグナリングマネージャモジュール３６とモジュール３８とを有する。このモジュール３８は、移動ホスト２０内の様々なエージェント間でセルをルーティングする。図面上では、移動ホスト２０は、有線アダプタを有さずにワイアレスＡＴＭアダプタカード２８を１個のみ有する基地局１８のようにも見えるがこれは必ずしも正しくはない。
【００２９】
移動ホスト２０の接続シグナリングマネージャモジュール３６は、異なるものである。例えば、疑似スイッチ機能を提供することはないからである。さらに例えばダム端末のような移動ホスト２０は、ソフトウェアプロセスとは異なりＡＴＭセルのソースのようなシンクとして機能するハードウェアエージェントのみを有する。しかし、ダム端末以上の移動ホスト２０はアプリケーション４０をランすることができる。
【００３０】
重要な点は、基地局１８のワイアレスＡＴＭアダプタカード２８と、移動ホスト２０のワイアレスＡＴＭアダプタカード２８とそれらの間のワイアレスラストホップ２４を介してエアインタフェースパケット（ｌｉｎｋ ｃｅｌｌ） による接続である。より高次レベルのＡＴＭレイヤーからのＡＴＭセルのストリームは、ワイアレスラストホップ２４を介して移動ホスト２０と基地局１８との間で転送される必要がある。ＡＴＭセルの無線を介しての転送を実行するために、取り組むべき問題点を一般的事項とＡＴＭ特殊事項との２つに分けて以下説明する。
【００３１】
以下の問題点は、一般的事項に属するものである。（１）利用可能なバンド幅のチャネルへの分割（２）基地局間でのチャネルの分配（３）共有チャネルへのアクセスの規制（４）ある基地局１８から別の基地局へのモーバイルユニットへのハンドオフ。
【００３２】
一方、次のワイアレスホップ問題は、原理的にはＡＴＭのニーズにより影響される。（１）リンクセル、あるいはエアインタフェースパケットへのＡＴＭセルのマッピング（２）エアインタフェースパケットのフォーマット（３）ノイズに起因するＡＴＭセル喪失の影響とワイアレスに特有な干渉ソース、例えばシンボル間の干渉、隣接チャネルの干渉、周波数衝突等（４）同一チャネル内の異なるＡＴＭ仮想チャネル接続の多重化とスケージューリング。
【００３３】
これらの問題に対する解答は、ハードウェアに課せられる制限と、そして特に無線トランシーバの特性に一部依存する。
【００３４】
ＳＷＡＮのワイアレスホップは、単一の再使用可能なＡＴＭワイアレスアダプタアーキテクチャ（図３）のアイディアを回避したものに基づいている。図３のアーキテクチャは、一方の側のデジタルインデジタルアウトの無線トランシーバ４２の無線ポートインタフェース４４を介して、他方の側の標準データバス４８に接続されている標準バスインタフェース４６にインタフェースするもので、そしてその間に標準コアモジュール５０を有し、この標準コアモジュール５０は、フィールドプログラム可能なハードウェア資源５２と、ソフトウェアプログラム可能なコンピュータエンジン５４とを有し、必要なデータ処理を実行している。
【００３５】
このベーシックなアーキテクチャの複数の実現方法は、フォームファクタを変化させてあるいは異なるバスインタフェースあるいは異なる無線周波数等により形成することもできるが、全て同一のコアデータ処理モジュールを用いて形成することができる。これによりＳＷＡＮを実行可能なデバイスを形成できる一般的機構を提供する。
【００３６】
格納されたソフトウェアを再プログロラム化することにより、そしてフィールドプログラム可能なハードウェアを再構成することによりアダプタをアルゴリズム用に構成することができる。インタフェース合成とパラメータ化されたライブラリケーパビリティ（例えば、Ｂｅｒｋｅｌｅｙ からのＳＩＥＲＡシステムを有するシステムレベルのボード合成ツールを用いてバスおよび無線に対する様々なベーシックアダプタアーキテクチャを容易に構成することができる。
【００３７】
次に、図４にＦＡＷＮ（ワイアレスネットワーキング用のフレキシブルアダプタ）のブロック図を示す。ＦＡＷＮカード５６は、ＰＣＭＣＩＡバス５８を用いてホストコンピュータ６０とインタフェースする。ＰＣＭＣＩＡスロットを有するラップトップコンピュータが、ＦＡＷＮカード５６にプラグインすることによりモーバイルホストとなる。
【００３８】
ＦＡＷＮカード５６は、例えばＡＲＭ６１０ＣＰＵのようなＲＩＳＣコンピュータ６２を有し、このＲＩＳＣコンピュータ６２は、ＲＦモデム６４と他の周辺装置を周辺インタフェース６６を介して制御する。ＦＡＷＮカード５６は、２．４ＧＨｚの工業科学医療（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ （ＩＳＭ））用バンド周波数ホッピング拡散スペクラムトランシーバと共に使用できるように構成され、そしてこのトランシーバインタフェースは、ある構成要素を再プログラムすることにより容易に修正可能である。ＲＩＳＣコンピュータ６２は、２０ＭＨｚで動作し、カーネルとシグナリングとトランスポートプロトコール機能を実行するのに充分な処理能力を有する。
【００３９】
基地局１８あるいは移動ホスト２０内のＲＩＳＣコンピュータ６２とホストコンピュータ６０との間の通信は、ＰＣＭＣＩＡインタフェース７０を介してデュアルポートＲＡＭ６８を用いる。このインタフェースは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ （ＦＰＧＡ））で実現される。２つのアクセスノードがあり、その１つのモードは、ＣＰＵの周辺装置のいずれにもアクセスできるが、インタフェースがＦＡＷＮ ＣＰＵの内部バス用にアービットレートしなければならない場合にはより時間がかかる。デュアルポートＲＡＭ６８の各サイドが、ホストＣＰＵと、ＦＡＷＮ ＣＰＵ６２による完全速度でもってアクセスすることができるのでデータ転送は、最高スピードで行われる。
【００４０】
デュアルポートＲＡＭ６８は、ホストコンピュータとアダプタ回路との間に高速インタフェースを提供する。このデュアルポートＲＡＭ６８を用いて、ホストコンピュータ６０とＦＡＷＮとの間の通信に必要なキューを実行する。ＦＩＦＯ構造に対抗したＲＡＭ構造を用いることにより、異なるサイズと優先度を有する任意の待ち構造体を実現できる。ＦＡＷＮを内蔵コントローラ（ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ） として用いると、ＭＡＣプロセスと高次レベルの処理との間の通信は、デュアルポートＲＡＭ６８を用いて継続して行われ、標準インタフェースが全てのアプリケーションに対し、それらがどこで実行されようとも提示されるようになる。
【００４１】
デュアルポートＲＡＭ６８は、２つの同一のロケーションが、同時にホストＣＰＵとＦＡＷＮ ＣＰＵにより決してアクセスされないようにことを確実にするためにセマホーをサポートする。３２ＫバイトのデュアルポートＲＡＭ６８が具備される。このデュアルポートＲＡＭ６８はまたＦＡＷＮのＣＰＵにより用いられる、３２ビットからＰＣＭＣＩＡインタフェースにより必要とされる、１６ビットワードへの変換を容易にする。
【００４２】
モデムコントローラ７２は、別のＦＰＧＡを用いて実現され、そしてワイアレスアクセスプロトコールをサポートするのに必要な数多くの低次レベルの機能を実行する。モデムコントローラ７２は、パケットバッファとホップコントローラとを有する。このパケットバッファは、６４バイト長で完全なＡＴＭパケット用およびカプセル用のエクストラスペースのエラー制御ビットをバッファできる。モデムコントローラ７２は、例えば送信用に２個と受信用に２個となるよう４個のバッファを有する。
【００４３】
受信操作中には、これら２つの受信用バッファの一つがデータレートでもってゆっくりと充填される。そしてこのバッファが完全に充填されるとインタラプト（中断）指令が生成され、その結果ＣＰＵは一度にこのバッファを全て空にし、そしてその間他のバッファがデータストリームから充填を開始する。送信操作の間は、ＣＰＵは送信用バッファを充填し、そしてバッファが送信の準備可能であることをモデムコントローラ７２に知らせるためにビットを送る。
【００４４】
その後バッファは、データレートでもってＵＡＲＴ７４に対しても利用可能である。一旦バッファの内容が送信されると、モデムコントローラ７２はインタラプト（中断）指令を生成し、その結果ＣＰＵは、バッファは充填するよう利用できるということを知ることができる。そしてその間第２の送信用バッファの内容が送信される。これらのバッファを具備することによりＣＰＵは、低次レベルのバイトベースの送受信操作から切り離すことができる。
【００４５】
例えば、２．４ＧＨｚ ＦＨＳＳ（周波数ホッピング拡散スペクトラム）モデムのようなＲＦモデム６４は、データ用の論理レベルインタフェースデータと制御用の論理レベルインタフェースとアナログで受信した信号強度インディケータとを提供する。このバンドにより周波数ホッピング用に１ＭＨｚの８３チャネルが可能である。現在ＧＥＣ Ｐｌｅｓｓｅｙ社のモデムは、６２５Ｋｂｉｔｓ／秒のロウバンド幅で８３チャネルをサポートし、そして別のバージョンでは１．２Ｍｂｉｔｓ／秒のバンド幅をサポートする。
【００４６】
このモデムのインタフェースにより、８３チャネルの内の１チャネルとパワーレベルと２本のアンテナの内の１本のアンテナの選択が可能となる。ＲＦモデム６４は、受信中にはビットストリームをＵＡＲＴ７４に与え、送信中にはビットストリームを受信する。ＵＡＲＴ７４は、ＲＦモデム６４からのビットストリームをバイトに変換し、関連する同期ビットを抽出してこのバイトをモデムコントローラ７２に提供する。
【００４７】
送信中にこのＵＡＲＴ７４は、同期ビットを付加し、ビットストリームをＲＦモデム６４に供給する。モデムコントローラ７２は、４個の６４バイトバッファを有し、ＵＡＲＴ７４からのデータパケットを蓄積したりＵＡＲＴ７４にデータパケットを供給する。これによりＵＡＲＴ７４は、ＦＡＷＮ ＣＰＵ６２を中断することなく、データを同期しながら送受信できる。
【００４８】
ＦＰＧＡ（モデムコントローラ）７２は、１ＭＨｚで動作するリセット可能なカウンタを有し、これをプロトコール用およびタスクスケジューリング用のリアルタイムのタイマーとして用いる。Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）７６とローパスフィルタにより受信した信号強度がＦＡＷＮ ＣＰＵ６２により読みだし可能となる。コントロールＰＡＬ７８は、ＦＡＷＮカード５６内に収納される。このＦＡＷＮカード５６は、プログラム用とデータ蓄積用に４メガバイトのＳＲＡＭ８０を有する。
【００４９】
そのため実際の使用目的に対しては、ＳＷＡＮのワイアレスホップの特徴は、ＦＡＷＮカード５６によりサポートされる特定の無線トランシーバの特徴に依存する。低周波ホッピングに関しては、ＳＷＡＮ内で用いられる主無線トランシーバは、ＧＥＣ Ｐｌｅｓｓｅｙ社製のＤＥ６００３である。このＤＥ６００３のトランシーバは、２．４ＧＨｚＩＳＭバンドで動作するハーフデュープレックス低周波ホッピング無線トランシーバであり、そして６２５Ｋｂｐｓのデータレートを有する。
【００５０】
さらにこの無線トランシーバは、２つのパワーレベルを有し、そして２つの選択可能なアンテナ８２を有する。無線トランシーバの法律的要件は、無線トランシーバは、２．４００から２．４８３５ＭＨｚ領域内の８３個の１ＭＨｚ幅の周波数スロットの内の少なくとも７５スロットの間で準ランダム的にホップでき、そして最大０．４秒が３０秒毎に１スロット内で消費可能というものである。通信トランシーバが、所定の疑似ランダムホッピングシーケンスに応じてホップすることは公知である。
【００５１】
図５は、ＳＷＡＮ内の基地局のアーキテクチャを表す。基地局１８は、バックプレーンにプラグインされた複数のワイアレスＡＴＭアダプタカード２８からなり、そしてかくワイアレスＡＴＭアダプタカード２８は、複数のデジタルインデジタルアウトの無線トランシーバ４２を処理する。この各デジタルインデジタルアウトの無線トランシーバ４２は、現在あるいは現行のあるいは隣接する基地局１８内のデジタルインデジタルアウトの無線トランシーバ４２に割り当てられたチャネル９０とは異なるチャネル９０（周波数ホッピングシーケンス）に割り当てられる。
【００５２】
通常、ＳＷＡＮ内においては、基地局１８は基地局１８当たり３−５より少ないデジタルインデジタルアウトの無線トランシーバ４２を有する。前述したような基地局構成は、セルラ構造体を構成し、そして各セルは、複数の共通にロケートされたチャネルによりカバーされる。セル２２内の移動ホスト２０は、基地局１８上の無線ポートの１つに割り当てられ、周波数がそれと同期してホップする。
【００５３】
マルチメデアトラフィックを移動ホスト２０に搬送することが、ＳＷＡＮの主要目的であるのでメディアムアクセスコントロールサブシステムとフィジカルレイヤーコントールサブシステム用の２つの重要なドライバは、低い遅延性でもってハンドオフされ、所定のセル２２内の複数の同時のチャネル９０をサポートする。さらにまたＡＴＭ仮想チャネル接続間のワイアレスリソースの明確な割当が重要である。最後に、すくなくとも最初に実現する際に、実現の単純さを考慮しなければならない。いずれの場合にもワイアレスアダプタアーキテクチャは、ソフトウェアと、再構成可能なハードウェアに基づいているので段階的強化を実行することは容易である。
【００５４】
エアインタフェースパケットの定義とエアインタフェースパケット上のＡＴＭセルのマッピングは、ハードウェアの制約条件に依存する。ＳＷＡＮにおいては、標準のシリアル通信コントローラチップを同期モードで用い、その結果無線を介しての同期データリンク制御（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ （ＳＤＬＣ））プロトコールとなる。ＳＷＡＮ送信器は、ＳＤＬＣ ＳＹＮＣバイトで分離されたＳＤＬＣフレームを送信する。
【００５５】
ソフトウェアに対する中断オーバヘッドを減少するために、物理レイヤーコントローラは、シリアル通信コントローラを駆動する。この物理レイヤーコントローラは、リンクセルあるいはエアインタフェースパケットと称するデータユニットをミディアムアクセスコントロールレイヤーから受信し、それらをシリアル通信コントローラチップにより送信されたＳＤＬＣフレームに詰め込む。逆のことが受信端でも行われる。
【００５６】
物理レイヤーコントローラは、ハードウェア内に組み込む必要があり、そしてそのＳＷＡＮ内のＦＡＷＮワイアレスアダプタの再構成可能なハードウェア部分内での現在の実現方法は、一定の６４バイトサイズのリンクセルを用いる設計に基づいている。より高次レベルの媒体アクセスコントロールレイヤーは、これらの６４バイトリンクセルで物理レイヤーと通信する。
【００５７】
固定６４バイトサイズのリンクセルの制約条件の元では、現在のスキームは、５３バイトＡＴＭセルをリンクセルにカプセル化し、残りの１１バイトを媒体アクセスコントロールヘッダとエラーコントロール用に単純な次善ストラテジを用いる。ＡＴＭセルをカプセル化するリンクセルに加えて数個の他のリンクセルを信号処理用に規定する。
【００５８】
ＡＴＭ接続マネージャ（ＡＴＭ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｒ）と媒体アクセスコントロールモジュール（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）の間のインタフェースを考えてみる。ワイアレスチャネルを介して行われる複数のＡＴＭ仮想チャネル接続間でワイアレスリソースを配分するために媒体アクセス制御モジュールは、仮想チャネル接続情報毎にテーブルを用意する。
【００５９】
新たな仮想チャネル接続を開く必要がある場合には、接続マネージャモジュールは、媒体アクセス制御モジュールに対し、時間Ｔ２の間この仮想チャネル接続により必要とされるチャネル時間Ｔ１としてのバンド幅必要要件を表すリクエストを送る。このメディアアクセス制御モジュールは、この情報を用いてこの新たな仮想チャネル接続への許可を認めるかあるいは否定する。さらにこのバンド幅仕様は、媒体アクセス制御モジュールにより使用され、異なる仮想チャネル接続に属するセルの伝送を計画する。
【００６０】
ＳＷＡＮに対して、メディアアクセス制御サブシステムと物理レイヤー制御サブシステムの実行は、３種類のハードウェア−ソフトウェア共通デザインタスクとして見ることができ、そしてそこでは、機能性は３つの場所即ち基地局ＣＰＵあるいは移動ユニットＣＰＵ上のソフトウェアとして、ワイアレスアダプタ上の組み込みソフトウェアとしておよびワイアレスアダプタ上のフィールドプログラマブルハードウェアとしての１つで実行可能である。
【００６１】
組み込み型ワイアレスアダプタを有するダム端末の場合には、端末にはＣＰＵがなく、その結果全体の機能は、ワイアレスアダプタにより行われる。現在では物理レイヤー制御は、ワイアレスアダプタ上のフィールドプログラマブルハードウェア上で実現され、メディアアクセス制御は、ワイアレスアダプタ上のソフトウェアとして実現され、媒体アクセス制御が接続されるＡＴＭ接続マネージャは、基地局あるいは移動ユニットのＣＰＵ上のソフトウェア、あるいはダム端末の場合にはワイアレスアダプタ上のソフトウェアとして実現される。
【００６２】
ワイアレスアダプタに組み込まれたソフトウェアの構成を図６に示す。このソフトウェアは、マルチスレッドシステム（ｍｕｌｔｉ−ｔｈｒｅａｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ） として構成される。各無線ポートにおける媒体アクセス制御プロトコールに対応する有限状態機械は、中断モードで走るＦＳＭ９４として実行される。各無線ポートに対しては、１つのＦＳＭ９４が存在する。これらは、非常に高い優先度のスレッドとして見ることができる。
【００６３】
媒体アクセス制御のＦＳＭ９４は、メインスレッド９６と通信しこのメインスレッド９６は、ユーザモードで動作し、待ち行列管理を処理し、そしてＡＴＭセルを一方の側の媒体アクセス制御ＦＳＭ９４に送信し、他のスレッド即ち他方の側の基地局／移動ユニットＣＰＵにＡＴＭセルを送信する。スレッド間の通信は、ポインタ群９８を用いて行われ、ＡＴＭセルそのものは、共有メモリ領域に蓄積される。ＣＰＵを有さないダム端末の場合には、ＡＴＭ接続マネージャ１００とＡＴＭセルを放出するスレッドとは、ワイアレスアダプタ上の組み込みＣＰＵ（ＡＲＭ６１０プロセッサ）上で動作する。ＩＲＱハンドラ１０２は、待ち行列状態変化に応じて中断リクエストを処理する。
【００６４】
ＦＡＷＮカードは、非常にフレキシブルなアーキテクチャを有し、これにより同一のデバイスが基地局と移動局の両方で用いることができる。このＦＡＷＮカードは、ホスト装置からアダプタカードへの高速インタフェースをＤＰＲを用いてサポートする。ＦＰＧＡは、バイトレベルの通信操作を処理し、完全なパケットを有するＣＰＵを表示するので、このＣＰＵは、ＭＡＣレベルのコードを走らすよう残され、そしてさらに組み込まれたアプリケーションプログラムを実行する充分な能力を有する。
【００６５】
ＭＡＣとハンドオフデザインは、インタラプト駆動のＡＤＣとカード上で得られるリアルタイムクロックにより補助される。カード上のプロセッサは、全ての定時操作を実行し、ＰＣＭＣＩＡインタフェースを介して現れるインタフェースを単純化し、そして次にホスト上で実行されるべきソフトウェアを単純化する。この構成により新たなホストが組み込まれるシステムを容易にする。
【発明の効果】
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＷＡＮワイアレスＡＴＭネットワーク通信モデルを表すブロック図
【図２】ワイアレスＡＴＭネットワークのラストホップのブロック図
【図３】再使用可能なＡＴＭワイアレスアダプタアーキテクチャテンプレートのブロック図
【図４】ＦＡＷＮアダプタアーキテクチャのブロック図
【図５】ＳＷＡＮ内の基地局と移動ユニットのブロック図
【図６】ワイアレスアダプタに組み込まれたソフトウェアを表すブロック図
【符号の説明】
１０ ワイドエリアネットワーク
１２ ローカルエリアネットワーク
１４ 有線サーバホスト
１６ クライアント端末ポイント
１８ 基地局
２０ 移動ホスト
２２ セル
２４ ワイアレスラストホップ
２６ 有線ＡＴＭアダプタカード
２８ ワイアレス（無線）ＡＴＭアダプタカード
３０ アダプタインタフェースモジュール
３２ ユーザ−スペース−住居接続マネージャシグナリングモジュール
３４ アプリケーションプロセス
３６ 接続シグナリングマネージャモジュール
３８ モジュール
４２ デジタルインデジタルアウトの無線トランシーバ
４４ 無線ポートインタフェース
４６ 標準バスインタフェース
４８ 標準データバス
５０ 標準コアモジュール
５２ ハードウェア資源
５４ コンピュータエンジン
５６ ＦＡＷＮカード
５８ ＰＣＭＣＩＡバス
６０ ホストコンピュータ
６２ ＲＩＳＣコンピュータ
６４ ＲＦモデム
６６ 周辺インタフェース
６８ デュアルポートＲＡＭ
７０ ＰＣＭＣＩＡインタフェース
７２ モデムコントローラ
７４ ＵＡＲＴ
７６ Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）
７８ コントロールＰＡＬ
８２ アンテナ
９０ チャネル
９４ ＦＳＭ
９６ メインスレッド
９８ ポインタ群
１００ ＡＴＭ接続マネージャ
１０２ ＩＲＱハンドラ
Claims (6)
- ＲＦモデムが別のＲＦモデムとデータ信号を送受信するのを制御する少なくとも１つの再構成可能なモデムコントローラと、
データパケット用の再構成可能な所定フォーマットのメディアアクセスコントロールプロセスを制御するコンピューティング回路と、
ホストコンピュータシステムと、前記コンピューティング回路と、前記モデムコントローラとの間のインタフェースを提供する再構成可能なコンピュータシステムインタフェース回路と、
を有するワイアレスネットワーク接続用アダプタ装置において、
前記モデムコントローラおよび前記コンピュータシステムインタフェース回路は、フィールドプログラマブルなハードウェアから成り、および
前記アダプタ装置に格納されたソフトウェアが再プログラムされることによって、および、前記フィールドプログラマブルなハードウェアが再構成されることによって、前記アダプタ装置が再構成可能となっていることを特徴とするワイアレスネットワーク接続用アダプタ装置。 - ＲＦモデムが別のＲＦモデムとデータ信号を送受信するのを制御する少なくとも１つの再構成可能なモデムコントローラと、
データパケット用の再構成可能な所定フォーマットのメディアアクセスコントロールプロセスを制御するコンピューティング回路と、
ホストコンピュータシステムと、前記コンピューティング回路と、前記モデムコントローラとの間のインタフェースを提供する再構成可能なコンピュータシステムインタフェース回路と、
前記モデムコントローラと、前記コンピュータシステムインタフェース回路とを接続するバスと、
を有するワイアレスネットワーク接続用アダプタ装置において、
前記モデムコントローラおよび前記コンピュータシステムインタフェース回路は、フィールドプログラマブルなハードウェアから成り、および
前記アダプタ装置に格納されたソフトウェアが再プログラムされることによって、および、前記フィールドプログラマブルなハードウェアが再構成されることによって、前記アダプタ装置が再構成可能となっていることを特徴とするワイアレスネットワーク接続用アダプタ装置。 - 前記再構成可能なモデムコントローラは、前記データパケット用に２個のデータ送信用バッファを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアダプタ装置。
- 前記再構成可能なモデムコントローラは、前記データパケット用に２個のデータ受信用バッファを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアダプタ装置。
- 前記再構成可能なモデムコントローラは、相異なるＲＦモデムごとに再構成可能であることを特徴とする請求項１に記載のアダプタ装置。
- 前記再構成可能なモデムコントローラは、相異なるデータフォーマットごとに再構成可能であることを特徴とする請求項１に記載のアダプタ装置。
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