JP3880990B2 - 複数の無線ローカル・エリア・ネットワークを配備するための分散アーチテクチャ - Google Patents
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Description
本発明は、電気通信一般に関し、より詳細には、複数の無線ローカル・エリア・ネットワークを配備するための新規のアーチテクチャに関する。
関連出願への相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、2002年12月9日に出願した「Centralized AP Architecture for WLAN System」(整理番号:630−032us)と題された米国暫定出願第60/431,706号に関連する。
本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、2002年12月9日に出願した「Centralized AP Architecture for WLAN System」(整理番号:630−032us)と題された米国暫定出願第60/431,706号に関連する。
図1は、アクセス・ポイント101と図に示すように相互接続された局102−1〜102−N(Nは正の整数)とを含む従来技術の無線ローカル・エリア・ネットワーク(LAN)の例の概略図である。各局102−i(iは集合{1、2、...n}の要素)は、アクセス・ポイント101を介してローカル・エリア・ネットワーク100内の他の局との間で信号を無線で送受信するノートブック・コンピュータ、パーソナル・ディジタル・アシスタント(PDA)、タブレットPC、などの装置である。
アクセス・ポイント101と局102−1〜102−Nとが通信するためには、送信する信号の意味について合意していなければならない。特に、どちらがいつ話すか、「0」と「1」を構成する内容、誤り検出および訂正方法などについて合意が必要である。電気通信の用語では、これらの合意はプロトコルと呼ばれ、特にプロトコルの集合はプロトコル・スタックとして知られている。
局とアクセス・ポイントとは通常、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせを用いて特定のプロトコル・スタックを実施する。図2は、従来技術のアクセス・ポイント101および局102−iによってそれぞれ実施される2つのソフトウェア・ベースのプロトコル・スタック201および202−i(iは集合{1、2、...n}の要素)の概念図を示す。
電気通信の技術者はプロトコルを設計して、さまざまなサービス、例えば、誤り制御(すなわち、送信データ内のビット誤りの検出および/または訂正)、フロー制御(すなわち、装置へのデータ送信速度とデータを処理する装置がデータを受信する速度の差の補償)、および媒体アクセス制御(すなわち、同時に1つの装置だけが共有通信チャネルへ送信できるようにする)などを提供する。電気通信システムは通常、独立して動作する複数の通信装置を含むので、プロトコルは装置間の異なる、またしばしば予測不可能なタイミング関係のための所望の振る舞い(すなわち、プロトコル・サービスは正しくなければならない)を提供することができなければならない。
電気通信の技術者はプロトコル仕様を介してプロトコルを正式に記述する。プロトコル仕様は、(i)提供するサービス、(ii)プロトコルが実施される環境に関する1つまたは複数の前提、(iii)プロトコルを実施するためのメッセージの語彙、(iv)各メッセージの語彙への符号化、および(v)メッセージ交換の一貫性を保護する手順規則の集合を含む。[Design and Validation of Computer Protocols, G.J.Holzmann, Prentice Hall, 1991]
本発明は、プロトコル・スタックのプロトコルの一部をアクセス・ポイントからリモート・プロセッサに「オフロードする」ことを可能にする。特に、例示の実施形態は複数のアクセス・ポイントを対象とするリモート制御プロセッサを採用し、機能を軽減したアクセス・ポイント(プロトコル・スタックの適当なサブセットを実施するアクセス・ポイント)と単一のリモート制御装置で複数の無線ローカル・エリア・ネットワークを構成することを可能にする。「シン」(すなわち、機能を軽減した)アクセス・ポイントを使用できるようにすることで、例示の実施形態は以下の2つの利点を提供する。第1に、アクセス・ポイントのコストが低減される。これは多数の無線ローカル・エリア・ネットワークを配備する(例えば、企業または教育機関の敷地に)際に特に有利である。第2に、かなりの回数のソフトウェア更新が中央制御装置の改変だけですむことが多いため、例示の実施形態は多数の無線ローカル・エリア・ネットワークの保守を容易にする。
例示の実施形態は、イベント間のタイミング関係にかかわらず正確に動作するプロトコルもあり、また最大タイミング遅延(例えば、メッセージ受信待ちのタイムアウト、媒体アクセス制御のフレーム間間隔など)の1つまたは複数のタイミング前提に従ってのみ正確に動作するプロトコルもあるという認識に基づいている。言い換えれば、その正当性がいかなる遅延またはタイミング異常にも影響を受けないプロトコル・サービスがある一方、その正当性が特定のしきい値を超えない通信および処理遅延に左右されるプロトコル・サービスもある。
本明細書に関して、プロトコル・サービスはプロトコル仕様に従って動作する場合に「正当である」と定義される。
例示の実施形態は、(a)各々がそれぞれのネットワークの第1のプロトコル・サービスを実施し、第1のプロトコル・サービスの正当性が最大タイミング遅延に基づく複数のアクセス・ポイントと、(b)(i)複数のアクセス・ポイントの各々から入力信号を受信し、(ii)そのアクセス・ポイントからの入力信号とその正当性が最大タイミング遅延に依存しない第2のプロトコル・サービスとに基づいて複数のアクセス・ポイントの各々に出力信号を送信する中央制御装置とを含む。
例示の実施形態は、(a)各々がそれぞれのネットワークの第1のプロトコル・サービスを実施し、第1のプロトコル・サービスの正当性が最大タイミング遅延に基づく複数のアクセス・ポイントと、(b)(i)複数のアクセス・ポイントの各々から入力信号を受信し、(ii)そのアクセス・ポイントからの入力信号とその正当性が最大タイミング遅延に依存しない第2のプロトコル・サービスとに基づいて複数のアクセス・ポイントの各々に出力信号を送信する中央制御装置とを含む。
図3は、本発明の例示の実施形態によるローカル・エリア・ネットワーク300−1〜300−K(Kは正の整数)の概略図である。図3に示すように、各ローカル・エリア・ネットワーク300−i(i∈{1、2、...K})はネットワーク300−i内の無線局102と通信するシン無線アクセス・ポイント301−iを含む。各ローカル・エリア・ネットワーク300−iはそれぞれの共有通信チャネルを有する。共有通信チャネルが別々である理由は、空間分離、周波数の違いなどによるものであることを当業者は理解するであろう。
各々のシン無線アクセス・ポイント301−iは双方向性リンク304−iを介して中央制御装置303に接続されている。以下に詳述するように、各シン無線アクセス・ポイント301−iはその正当性が最大タイミング遅延に依存するプロトコル・サービスを実行する。さらに、無線アクセス・ポイント301−iが、その正当性がいかなる最大タイミング遅延にも依存しないプロトコル・サービスをトリガする特定の状態(例えば、局からの信号の受信、共有通信チャネルが一定期間空きであることの検出など)を検出すると、シン無線アクセス・ポイント301−iは双方向性リンク304−iを介して中央制御装置303に信号を送信してプロトコル・サービスを実行する。また、シン無線アクセス・ポイント301−iは中央制御装置303がプロトコル・サービスを実行した後で中央制御装置303から双方向性リンク304−iを介して信号を受信する。シン無線アクセス・ポイント301−iの動作について図6および8を参照しながら以下に詳述する。
中央制御装置303はリンク304−1〜304−Kを介してシン無線アクセス・ポイント301−i〜301−Kから信号を受信し、その正当性がいかなる最大タイミング遅延にも依存しないプロトコル・サービスを実行し、リンク304−1〜304−Kを介してシン無線アクセス・ポイント301−i〜301−Kにプロトコル・サービス出力を送信する。いくつかの実施形態では、中央制御装置303は外部ネットワーク(ワイド・エリア・ネットワーク(WAN)、インターネットなど)に接続されていてもよく、それによって当技術分野でよく知られているようにゲートウェイとして機能することができる。そのような実施形態では、中央制御装置303は外部ネットワークからメッセージを受信してそのメッセージを適当なアクセス・ポイントに転送し、宛先の局へ配布する。さらに、中央制御装置303はアクセス・ポイントから外部ネットワークに宛てたメッセージを受信し、外部ネットワークを介してこれらのメッセージを送信する。中央制御装置303の動作について図7および9を参照しながら以下に詳述する。
いくつかの実施形態では、双方向リンク304−1〜304−Kは無線方式であってもよいことを当業者は理解するであろう。ただし、例示の実施形態はいかなる送信干渉もなしに中央制御装置303とシン無線アクセス・ポイント301−i〜301−Kとの同時通信が可能であるという利点を有する。
図4は本発明の例示の実施形態によるプロトコル・スタック401−iを実施するアクセス・ポイント301−iの概念図である。プロトコル・スタック401−iは通信および処理遅延が最大しきい値を超えない場合にのみそのサービスが正当であるスタック201のプロトコルからなる。例えば、米国電気電子技術者協会(IEEE)のIEEE802.11b準拠の無線ローカル・エリア・ネットワークでは、プロトコル・スタック401−i内のプロトコル・サービスは、DCF(Distributed Coordination Function)媒体アクセス制御、PCF(Point Coordination Function)媒体アクセス制御、誤り制御、およびフロー制御を含む。当業者には明らかなように、上記のプロトコル・サービスはすべて、開放型システム相互接続(OSI)の7階層モデルのデータ・リンク層に属する。さらに、プロトコル・スタック401−iはOSI物理層のプロトコル・サービス(無線信号内のデータの符号化など)を含む。
図5は本発明の例示の実施形態によるプロトコル・スタック501を実施する中央制御装置303の概念図である。プロトコル・スタック501はそのサービスがいかなる通信または処理遅延の存在または大きさにもかかわらず正当であるスタック201のプロトコルからなる。例えば、IEEE802.11b準拠の無線ローカル・エリア・ネットワークでは、プロトコル・スタック501内のプロトコル・サービスは、PCF(Point Coordination Function)およびWi−Fi Protected Access)認証のためのポーリング・リストの生成を含む。IEEE802.11eに準拠する無線ローカル・エリア・ネットワーク内では、プロトコル・スタック501内のサービス品質(QoS)プロトコル・サービスを可能にするIEEEタスク・グループEによって提案された802.11bの拡張仕様はまたトラフィック監視、異なるトラフィック・クラスのEDCF(Enhanced Distributed Coordination Function)パラメータの決定などを含むことがある。
図6は本発明の例示の実施形態によるシン・アクセス・ポイント301−iの主な構成要素のブロック図である。図6に示すように、シン・アクセス・ポイント301−iは図示のように相互接続された受信機601−iと、プロセッサ602−iと、メモリ603−iと、送信機604−iとを含む。
受信機601−iは無線共有通信チャネル上でよく知られた方法で信号を受信し、プロセッサ602−iに信号を送信することができる回路である。さらに、受信機601−iはリンク304−i上でよく知られた方法で中央制御装置303から信号を受信する。当業者には明らかなように、本発明のいくつかの実施形態では、受信機601−iは無線方式および有線方式で信号を受信できる単一の受信機でよく、また別の実施形態では、受信機601−iは2つの物理的な受信機(例えば、無線機とイーサネット(登録商標)・ネットワーク・インタフェース・カード)を含んでいてもよい。いずれにせよ、受信機601−iの製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。
プロセッサ602−iはメモリ603−iに記憶されている命令を実行し、メモリ603−iとの間でデータの読み出し/書き込みを行い、図8を参照する下記のタスクを実行することができる汎用プロセッサである。本発明のいくつかの別の実施形態では、プロセッサ602−iは特定用途向けプロセッサでもよい。いずれにせよ、プロセッサ602−iの製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。
メモリ603−iは、当技術分野でよく知られているように、プロセッサ602−iによって使用されるプロトコル・スタック401−iなどのデータおよびプログラムを記憶することができ、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、フラッシュ・メモリ、ディスク・ドライブなどの任意の組み合わせでよい。メモリ603−iの製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。
送信機604−iはプロセッサ602−iからよく知られた方法で信号を受信し、(i)無線共有通信チャネル上および(ii)リンク304−i上でよく知られた方法で該当する信号を送信することができる回路である。当業者には明らかなように、本発明のいくつかの実施形態では、送信機604−iは無線方式および有線方式で信号を受信できる単一の送信機でよく、また別の実施形態では、送信機604−iは2つの物理的な送信機(例えば、無線機とイーサネット(登録商標)・ネットワーク・インタフェース・カード)を含んでいてもよい。いずれにせよ、送信機604−iの製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。
図7は本発明の例示の実施形態による中央制御装置303の主な構成要素のブロック図である。図7に示すように、中央制御装置303は図示のように相互接続された受信機701と、プロセッサ702と、メモリ703と、送信機704とを含む。
受信機701はリンク304−1〜304−K上でよく知られた方法で信号を受信し、それらの信号をプロセッサ702に送信することができる回路である。さらに、上記のように、いくつかの実施形態では、受信機701は外部ネットワーク(ワイド・エリア・ネットワーク(WAN)、インターネットなど)からメッセージを受信することもできる。受信機701の製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。
プロセッサ702はメモリ703に記憶されている命令を実行し、メモリ703との間でデータの読み出し/書き込みを行い、図9を参照する下記のタスクを実行することができる汎用プロセッサである。本発明のいくつかの別の実施形態では、プロセッサ702は特定用途向けプロセッサでもよい。いずれにせよ、プロセッサ702の製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。
メモリ703は、当技術分野でよく知られているように、プロセッサ702によって使用されるプロトコル・スタック501などのデータおよびプログラムを記憶することができ、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、フラッシュ・メモリ、ディスク・ドライブなどの任意の組み合わせでよい。メモリ703の製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。
送信機704はプロセッサ702からよく知られた方法で信号を受信し、リンク304−1〜304−K上でよく知られた方法で該当する信号を送信することができる回路である。さらに、上記のように、いくつかの実施形態では、送信機704は外部ネットワーク(ワイド・エリア・ネットワーク(WAN)、インターネットなど)にメッセージを送信することもできる。送信機704の製造方法と使用方法とは当業者には明らかであろう。
図8は本発明の例示の実施形態によるアクセス・ポイント301−iの動作の流れ図である。
タスク810で、アクセス・ポイント301−iはプロトコル・サービスSをトリガする特定の状態(例えば、局102−iからのプロトコル・サービス要求の受信、共有通信チャネルが一定期間空きであることの検出など)を検出する。
タスク810で、アクセス・ポイント301−iはプロトコル・サービスSをトリガする特定の状態(例えば、局102−iからのプロトコル・サービス要求の受信、共有通信チャネルが一定期間空きであることの検出など)を検出する。
タスク820で、アクセス・ポイント301−iはプロトコル・サービスSがその正当性が最大タイミング遅延に依存するサービスであるか否かを検査する。そうである場合、タスク830に進む。そうでない場合、タスク840に進む。
タスク830で、アクセス・ポイント301−iは符号がメモリ603−i内のプロトコル・スタック401−iにあるプロトコル・サービスSを実行する。タスク830が終了すると、タスク860に進む。
タスク840で、アクセス・ポイント301−iは、送信機604−iを介して、プロトコル・サービスSの実行要求を任意の必要な情報(例えば、入力変数など)と共に中央制御装置330に送信する。
タスク850で、アクセス・ポイント301−iは、受信機601−iを介して、中央制御装置330がプロトコル・サービスSを実行した後の中央制御装置330からの応答を受信する。
タスク860で、アクセス・ポイント301−iは、必要に応じて、プロトコル・サービスSが実行されたことを示すメッセージを送信機604−iから局102−jに送信する。当業者には明らかなように、確認応答、出力値などを含むことがあるそのようなメッセージは局102−jによって要求されるあるプロトコル・サービスにとっては適当であるかもしれないが、局102−jによって要求される他のプロトコル・サービス、または他のイベント(共有通信チャネルの空きなど)によってトリガされるプロトコル・サービスには不要であるかもしれない。タスク860が完了すると、図8の方法は終了する。
図9は本発明の例示の実施形態による中央制御装置303の動作の流れ図である。
タスク910で、中央制御装置303は、受信機701を介して、プロトコル・サービスSの実行要求をアクセス・ポイント301−iから受信する。タスク840で上述したように、この要求は中央制御装置303がサービスSを実行するために必要な入力変数または追加情報を含んでいてもよい。
タスク910で、中央制御装置303は、受信機701を介して、プロトコル・サービスSの実行要求をアクセス・ポイント301−iから受信する。タスク840で上述したように、この要求は中央制御装置303がサービスSを実行するために必要な入力変数または追加情報を含んでいてもよい。
タスク920で、中央制御装置303は符号がメモリ703内のプロトコル・スタック501にあるプロトコル・サービスSを実行する。
タスク930で、中央制御装置303はプロトコル・サービスSが実行されたことを示す確認応答メッセージを送信機704を介してアクセス・ポイント301−iに送信する。当業者には明らかなように、いくつかのプロトコル・サービスでは、確認応答メッセージは追加の出力情報(例えば、IEEE802.11eネットワークの発行済みEDCFパラメータなど)を含むことがある。タスク930が完了すると、図9の方法は終了する。
例示の実施形態:IEEE802.11
詳細説明の残りの部分は、提案されたIEEE802.11e仕様を含むIEEE802.11無線ローカル・エリア・ネットワークのための本発明の特定の実施形態について説明する。当業者には明らかなように、これは本発明の実施形態の一例に過ぎない。
詳細説明の残りの部分は、提案されたIEEE802.11e仕様を含むIEEE802.11無線ローカル・エリア・ネットワークのための本発明の特定の実施形態について説明する。当業者には明らかなように、これは本発明の実施形態の一例に過ぎない。
序論
無線通信はその周囲の限られた地域内の加入者と無線で通信し、より大きいネットワークと有線接続で通信する無線機を含む。セル式通信では、1つまたは複数の無線機はいわゆる基地局内に常駐する。加入者が無線方式で通信できるサービス・エリアは「セル」として知られている。無線LAN(WLAN)の場合の類似の概念はそれぞれアクセス・ポイント(AP)と基本サービス・エリア(BSA)である。APがサービスを提供するクライアントの集合は基本サービス・セット(BSS)として知られている。
無線通信はその周囲の限られた地域内の加入者と無線で通信し、より大きいネットワークと有線接続で通信する無線機を含む。セル式通信では、1つまたは複数の無線機はいわゆる基地局内に常駐する。加入者が無線方式で通信できるサービス・エリアは「セル」として知られている。無線LAN(WLAN)の場合の類似の概念はそれぞれアクセス・ポイント(AP)と基本サービス・エリア(BSA)である。APがサービスを提供するクライアントの集合は基本サービス・セット(BSS)として知られている。
無線LANは局間の無線ピアツーピア通信と有線ネットワークへのアクセスを提供する。無線媒体を介して直接通信する局の集合はアド・ホック・ネットワークとして知られている。局は、分散システムとして知られる有線バックボーン・ネットワークの助けを借りて異なるWLANセル内の局と通信できる。APは分散システムへのゲートウェイの働きをする局である。APはセル式通信ネットワークの基地局に類似している。ホーム・オフィスまたはスモール・オフィスには単一セルの無線LANが適している。マルチ・セルの無線LANはより大きい建物または空間をカバーするのに使用される。
無線LAN標準は物理およびMAC層のプロトコルを規定する。IEEE802.11は今日の無無線LAN市場を支配する標準である。IEEE802.11gは非ライセンス方式の2.4GHz ISM帯でIEEE802.11bより速い速度を提供する、2003年に完成した最新のIEEE802.11標準である。IEEE802.11b/gの5GHz拡張版であるIEEE802.11aは速い速度を提供する。その他の無線LAN標準には、HiperLAN/2(「米国の」802.11a標準の欧州版)を含む。
WLANは、複数のチャネルで干渉がない同時送信が可能な帯域の非ライセンス方式部分で動作する。各セルは単一の時分割多重(TDD)チャネル上で送信する。非同期データ転送のチャネル・アクセス機構は、分散競合ベースおよび集中競合解消の2つのカテゴリに分かれる。競合ベースのアクセス方法では、送信するデータがある場合、局はチャネルにアクセスし、他の局が試行する送信との衝突の危険を冒す。802.11WLAN内の分散ランダム・アクセス・プロトコルはDCF(Distributed Coordination Function)として知られている。EDCF(Enhanced Distributed Coordination Function)と知られている提案済み802.11e標準ドラフトのQoS拡張プロトコルでは、局はそのトラフィックの優先度に従ってチャネルにアクセスする。競合解消のアクセス方法では、同時に1つの局しか送信できない。集中競合解消プロトコルでは、制御装置−通常はAP−が局をポーリングしてデータを送受信する。802.11無線LANの決定性ポーリング・プロトコルはPCF(Point Coordination Function)として知られている。HCF(Hybrid Coordination Function)として知られる802.11e標準ドラフトのQoS拡張プロトコルは競合解消アクセスのためのチャネル使用効率が改善されたポーリングを採用する。
セルまたは基本サービス・セット(BSS)に関連する局はさまざまな理由からチャネル・アクセスを争う。その理由はデータ・パケットの送信、データ・パケットの送信のためのチャネルの予約、またはポーリング・リスト上でのPCFまたはHCFなどの決定性マルチ・アクセス・プロトコルの予約である。PCFまたはHCFは分散マルチ・アクセス方法によってチャネルを要求する。
DCFは802.11無線LANの基本アクセス機構を提供するように構成されたイーサネット(登録商標)MACプロトコルを採用する。チャネル・アクセスの規則では、チャネルが使用中の場合、局が新たに着信したパケットを送信することを禁止している。チャネルが空き状態か否かを決定するためにキャリア感知が使用される。空き状態でない場合、送信は現在の送信の完了後のランダムに選択された遅延によって延期される。これによってチャネルの解放を待つ他の局による送信試行との衝突が回避される。この待ち時間は、チャネルがDIFS(Distributed Inter−Frame Space)と等しい期間だけ送信後に空き状態である時に限って減少する(decreased)バックオフ・タイマをセットするのに使用される。このタイマが満了すると局は送信を試行する。APは(PIFS)空き時間間隔後に媒体により早くアクセスできる。
EDCFは、トラフィックの優先度に従って、局が送信を試行する前の、または使用中期間の直後のカウント・ダウン前の空き時間間隔を待つ時間間隔の長さを変更する。AIFS(Arbitration−Time Inter−Frame Space)として知られるこの時間間隔は、優先度が高いパケットでは短くなり、チャネルをより速く捕捉できることになる。この時間が満了すると、チャネルがタイム・スロットに等しい時間間隔だけ空き状態になるといつでもバックオフ・カウンタが減少する。
集中MACアーチテクチャ
無線通信システム内での基地局/APのコストと複雑さを低減するために、その機能を制限して単一のリモート制御装置に補完機能を提供することができる。そのような構成によってアクセス・ポイントのコストと複雑さが低減される。これは多数の無線ローカル・エリア・ネットワークを配備する(例えば、企業または教育機関の敷地に)際に特に有利である。セル方式システム内の基地局は処理のためにMSCとの間で信号を送受信するRF送信機/受信機から構成することができる。
無線通信システム内での基地局/APのコストと複雑さを低減するために、その機能を制限して単一のリモート制御装置に補完機能を提供することができる。そのような構成によってアクセス・ポイントのコストと複雑さが低減される。これは多数の無線ローカル・エリア・ネットワークを配備する(例えば、企業または教育機関の敷地に)際に特に有利である。セル方式システム内の基地局は処理のためにMSCとの間で信号を送受信するRF送信機/受信機から構成することができる。
APの複雑さを低減するという考えはWLANにも適用されるが、多少の制限がある。セル方式システムとは異なり、WLAN内の伝送は時間がきっちりと決まっているフレームの交換によるランダム・アクセスによって行われる。言い換えれば、局が伝送を試行するか否かを支配する規則は、媒体使用中状態に続いて媒体が空き状態になってから経過した時間に基づく。「使用中終了」時間の登録に遅延を導入することは局−この場合はAP−を無線媒体へのアクセスを競う他の局と比べて不利な立場に置く。これは後者が経過した空き時間のカウント・ダウンで有利な滑り出しが可能なためである。キャリア感知と極めて対話的なMACプロトコルに基づく同期化によって、キャリア感知を実行するRF構成要素とアクセス制御との間の通信遅延は最小限でなければならない。特に、APから制御装置までの5マイクロ秒(802.11bWLAL上の)またはそれ以上の通信遅延を導入すると、APの応答が遅延し、したがって、その試行送信が局からのフレームと衝突」することがある。一般に、遅延したAP応答は無線媒体へのアクセスに関して不利に働く。
不適切にAP機能を集中した潜在的に望ましくない結果を示すために、以下の例を考察する。WLAN ICチップ・セットの部品は、(1)信号を送受信する無線機のフロンド・エンドと、(2)信号の変復調を行うベースバンド・プロセッサと、(3)プロトコル翻訳と制御を扱う媒体アクセス制御(MAC)とからなる。APの媒体アクセス制御装置が共にBSAにある無線機のフロント・エンドおよびベースバンド・プロセッサから有線イーサネット(登録商標)によって切り離されたリモート・ゲートウェイ/スイッチに常駐すると仮定する。STAはすべての構成要素が一箇所にあると考えられ、したがって、無線機のフロント・エンドと媒体アクセス制御装置との間の通信遅延は無視できる。STAとAPの両方が送信待ちのフレームを有すると仮定する。11Mbpsの802.11bリンク上で動作する1つのAPといくつかの局とを考える。AP側での通信遅延が5マイクロ秒を超えているとAPは媒体使用中期間の最後まで応答が遅延する。MACプロトコルによってAPは(PIFS)空き時間間隔後に媒体により早くアクセスできるが、APの遅延応答によってDIFSの長さまたはそれ以上の空き時間間隔後に送信するので、局との衝突が発生する可能性がある。
したがって、この例はAPの機能を2つ、すなわち、(1)「シン」APと(2)集中制御装置とに分割して、その結果得られるMAC性能が影響を受けず、APの機能が最小限になるガイドラインを提供する。
この例では、集中AP制御装置はQoSマネジャー(QCM)と呼ばれる。QCMは自己構成(RF計画と無線リソース管理タスクと実行する)などの他の集中機能と共にゲートウェイ内に存在できる。QCMは各セル内にある多数の「シン」APを処理する。「シン」APは無線およびベースバンド機能を実行しなければならないが、これらの機能に限定されるわけではない。QCMは「シン」AP内の常駐するAP機能を補完するAP機能を提供する。媒体アクセス制御装置の機能はQCMとシンAPとに分割できる。本稿では、「シン」APを小文字の略語「ap」で表すアクセス・ポートと呼ぶ。
この例では、QCMはゲートウェイ内に埋め込まれている(インターネットへなどの接続のために)。すべての情報はQCMに常駐することができる。QCMはトラフィックを監視し、EDCFパラメータ、すなわち、AIFS,CWmin、CWmax、PF,MSDULifetimeなどを含むQoS情報要素を発行する。この例では、QCMはSTAからのTSPEC要求を受信するとアドミッション制御を実行する。この要求がネットワーク内を流れるトラフィック・ストリーム(サイドリンク・トラフィック以外の)を含む限りにおいて、要求の受け入れまたは拒絶は上位層に伝えられる。QCMはポーリング・スケジュールを生成し、オンデマンドベースで必要に応じて再発行する。RRを受信すると、QCMはリアルタイムのポーリング・スケジュールを供給する。最後に、QCMはダウンリンク・トラフィックをスケジューリングする。その際に、QCMは送信のためにapに転送されるTXOPの内容を指定する。これらの機能を実行する際に、QCMはクライアントからapを通ってトランスペアレントにルーティングされる情報を受信する。あるいは、これらの機能の一部をapに委ねてもよい。
apの最小機能はTXOPの送信とポーリングである。これは以下の処理を含む。
−MPDU断片およびTXOPのコンテンツのバッファリング
−キャリア感知−無線媒体が空き状態か否かの決定
−媒体アクセス制御(−IFS遅延およびバックオフ)−チャネルが空き状態の場合、無線媒体はPIFS空き期間および任意の必要なバックオフ期間後にアクセスできる。
−確認応答−送信内容を成功裏に受信した後で、apは確認応答を送信する。フレームまたはポールを送信した後で、SIFS時間間隔内に確認応答が受信されない場合、apはその旨応答する。
−ポーリング−−apはQCMから受信し,apにバッファリングされたMSDUを送信する。TXOPがポーリング・スケジュールに重なる場合、apは指定されたスケジュールに従ってポールをMPDUとインタリーブする。
−MPSDUの再組み立てとQCMへの送信
さらに、apは本来QCMが実行するその他の機能も実行することができる。
−MPDU断片およびTXOPのコンテンツのバッファリング
−キャリア感知−無線媒体が空き状態か否かの決定
−媒体アクセス制御(−IFS遅延およびバックオフ)−チャネルが空き状態の場合、無線媒体はPIFS空き期間および任意の必要なバックオフ期間後にアクセスできる。
−確認応答−送信内容を成功裏に受信した後で、apは確認応答を送信する。フレームまたはポールを送信した後で、SIFS時間間隔内に確認応答が受信されない場合、apはその旨応答する。
−ポーリング−−apはQCMから受信し,apにバッファリングされたMSDUを送信する。TXOPがポーリング・スケジュールに重なる場合、apは指定されたスケジュールに従ってポールをMPDUとインタリーブする。
−MPSDUの再組み立てとQCMへの送信
さらに、apは本来QCMが実行するその他の機能も実行することができる。
この例では、クライアントはIEEE802.11eプロトコルを介してap−QCMコンプレックスと相互動作する。AP機能の分割は802.11の局であるクライアントには見えない。apとQCM間の通信はMAC層の所有のプロトコルに従って有線または無線接続を介して実行される。
ネットワーク管理機能
集中型アーチテクチャでは、主要なAP機能はQCMとアクセス・ポートとに分割される。さらに、QCMは標準によって記述されないインテリジェント・ネットワーク管理機能を含むことができる。この例では、ネットワーク管理機能として、TSPECアドミッション制御、トラフィック監視、およびスケジューリングがQCM内に常駐できる。
集中型アーチテクチャでは、主要なAP機能はQCMとアクセス・ポートとに分割される。さらに、QCMは標準によって記述されないインテリジェント・ネットワーク管理機能を含むことができる。この例では、ネットワーク管理機能として、TSPECアドミッション制御、トラフィック監視、およびスケジューリングがQCM内に常駐できる。
TSPECアドミッション制御
QCMはAP(および分散システム)を通して、またはセル内でピアツーピアでルーティングされるトラフィック・ストリームによってTSPECのTXOP要求の受け入れを行う。TSPECの要求がいくつかのサービス・パラメータを提供する場合、最終のスケジュールを設定する前にTXOPスケジュールをネゴシエートする余地がある。TSPECの要求がないか、かつ/またはTSPECが使用できない場合、上位層はゲートウェイを通して名目TSPEC要求を提供する。理想的には、TSPECアドミッション決定は上位層で実行される呼アドミッション制御内に組み込まれる。TSPECアドミッション制御はTXOP要求の優先度およびパラメータ、受け入れ済みのTSPEC要求へのコミットメント、受け入れられたTSPEC要求のスケジュール・ネゴシエーションによる帯域の再割り当てのマージン、およびセル内の無線リンクへの負荷を考慮する。例えば、所与の優先度のTSPEC要求はWLANの負荷が軽いと受け入れられるが、TSPEC要求に供される帯域幅が対応するしきい値を超えると拒否される。これらのしきい値は優先度に応じて増加する。
QCMはAP(および分散システム)を通して、またはセル内でピアツーピアでルーティングされるトラフィック・ストリームによってTSPECのTXOP要求の受け入れを行う。TSPECの要求がいくつかのサービス・パラメータを提供する場合、最終のスケジュールを設定する前にTXOPスケジュールをネゴシエートする余地がある。TSPECの要求がないか、かつ/またはTSPECが使用できない場合、上位層はゲートウェイを通して名目TSPEC要求を提供する。理想的には、TSPECアドミッション決定は上位層で実行される呼アドミッション制御内に組み込まれる。TSPECアドミッション制御はTXOP要求の優先度およびパラメータ、受け入れ済みのTSPEC要求へのコミットメント、受け入れられたTSPEC要求のスケジュール・ネゴシエーションによる帯域の再割り当てのマージン、およびセル内の無線リンクへの負荷を考慮する。例えば、所与の優先度のTSPEC要求はWLANの負荷が軽いと受け入れられるが、TSPEC要求に供される帯域幅が対応するしきい値を超えると拒否される。これらのしきい値は優先度に応じて増加する。
トラフィック監視
QCMはランダム・アクセス・プロトコルのパラメータ設定を行う。例えば、IEEE802.11では、QOS情報要素はEDCFパラメータを含む。これらのパラメータは無線チャネルの監視によって衝突および送信成功回数/頻度を決定するように適合される。トラッフィック種別ごとの送信成功率および失敗率の情報もクライアントから提供される。この情報を用いて、QCMは各種別のEDCFパラメータをQoS要件に合致するように適合させる。
QCMはランダム・アクセス・プロトコルのパラメータ設定を行う。例えば、IEEE802.11では、QOS情報要素はEDCFパラメータを含む。これらのパラメータは無線チャネルの監視によって衝突および送信成功回数/頻度を決定するように適合される。トラッフィック種別ごとの送信成功率および失敗率の情報もクライアントから提供される。この情報を用いて、QCMは各種別のEDCFパラメータをQoS要件に合致するように適合させる。
スケジューラ
QCMは無線リンク上の送信をスケジューリングする。QCMはダウンリンク・フレームの送信順序を決め、一度にapに送信するTXOPに組み込む。ダウンリンクTXOPの送信はCAP内のポーリングと組み合わせてもよい。CAP内に配置するフレームの選択とその順序が指定されて、スループットの最大化ならびに待ち時間およびジッタ制限などのQoS目標を反映する。
QCMは無線リンク上の送信をスケジューリングする。QCMはダウンリンク・フレームの送信順序を決め、一度にapに送信するTXOPに組み込む。ダウンリンクTXOPの送信はCAP内のポーリングと組み合わせてもよい。CAP内に配置するフレームの選択とその順序が指定されて、スループットの最大化ならびに待ち時間およびジッタ制限などのQoS目標を反映する。
AP機能
この例では、AP機能はQCMとアクセス・ポートとで共有される。理論的には、ap機能は本明細書に記載する最小機能からAP機能の完全なセットの範囲にわたる。アクセス・ポイントのダウンリンク送信、ポーリング、およびEDCFアップリンク送信の各機能について以下に説明する。
この例では、AP機能はQCMとアクセス・ポートとで共有される。理論的には、ap機能は本明細書に記載する最小機能からAP機能の完全なセットの範囲にわたる。アクセス・ポイントのダウンリンク送信、ポーリング、およびEDCFアップリンク送信の各機能について以下に説明する。
ダウンリンク送信
QCMはTXOPを事前パッケージ化し、ポーリング命令があればそれと共に送信するためにapに送信する。MSDU(MACサービス・データ・ユニット)として知られる上位層から送信されMACサブレイヤで受信したフレームの断片化はQCMまたはapのいずれが実行してもよい。apは断片、MPDU(MACプロトコル・データ・ユニット)を送信し、確認応答を受信し、可能であれば、送信に失敗したMPDUを再送信する。TXOPのタイム・リミットが満了すると、apはQCMに確認応答ベクトル(VACK)を返送する。ベクトル確認応答は、0または1からなり、個々のフレームが成功裏に送信されたか(ビットは0にセット)またはそうでないか(ビットは1にセット)を示し、TXOPフレームが送信に失敗したか否か、またどのTXOPフレームが送信に失敗したかを示す。VACKは送信されたフレームに対応する1のマスクとの論理積をとられる。返送されたVACKが0の場合、すべてのフレームは成功裏に送信されている。ある種のフレームを以前に送信しようとして失敗した場合、QCMは再送信すべきか否かをQCMが決定し、そうである場合、QCMはそれらのフレームを以降のTXOP内に組み込む。
QCMはTXOPを事前パッケージ化し、ポーリング命令があればそれと共に送信するためにapに送信する。MSDU(MACサービス・データ・ユニット)として知られる上位層から送信されMACサブレイヤで受信したフレームの断片化はQCMまたはapのいずれが実行してもよい。apは断片、MPDU(MACプロトコル・データ・ユニット)を送信し、確認応答を受信し、可能であれば、送信に失敗したMPDUを再送信する。TXOPのタイム・リミットが満了すると、apはQCMに確認応答ベクトル(VACK)を返送する。ベクトル確認応答は、0または1からなり、個々のフレームが成功裏に送信されたか(ビットは0にセット)またはそうでないか(ビットは1にセット)を示し、TXOPフレームが送信に失敗したか否か、またどのTXOPフレームが送信に失敗したかを示す。VACKは送信されたフレームに対応する1のマスクとの論理積をとられる。返送されたVACKが0の場合、すべてのフレームは成功裏に送信されている。ある種のフレームを以前に送信しようとして失敗した場合、QCMは再送信すべきか否かをQCMが決定し、そうである場合、QCMはそれらのフレームを以降のTXOP内に組み込む。
ポーリング
QoSセル・マネジャーはトラフィックを待ち行列に入れ、残り時間/優先度/ジッタ感度に従って送信するMSDUをスケジューリングする。このために、非標準の待ち行列と待ち行列管理方法の使用が実行される。
QoSセル・マネジャーはトラフィックを待ち行列に入れ、残り時間/優先度/ジッタ感度に従って送信するMSDUをスケジューリングする。このために、非標準の待ち行列と待ち行列管理方法の使用が実行される。
QCMはリアルタイムのポーリング・スケジュールとデータ/ポール・インタリーブを決定する。リアルタイムのポーリング・スケジュールはTSPECを受け入れて発行されるスケジュールよりも詳細である。前者はポールをクライアントに送信するクロック時間範囲を指定する。apはCAP内に含まれるあらゆるMSDUをバッファに入れ(また断片化し)、受信したスケジュールに従って無線チャネル上でMPDUとポールを送信し、CAP内のダウンリンクMSDUのためにベクトルACKをQCMに返送し、クライアントから受信したデータをQCMに送信する。またapは、CAP内に時間がある場合、応答がないポールを再送する。ap内で断片化が実行される場合、MSDUの再組み立てはap内で実行される。
EDCFアップリンク送信
apは802.11標準でAPのために規定されたRTS/CTS交換を処理する。apはCTSでRTSに応答し、クライアントからのフレーム受信の確認応答をする。次いでデータをQCMに送信する。
apは802.11標準でAPのために規定されたRTS/CTS交換を処理する。apはCTSでRTSに応答し、クライアントからのフレーム受信の確認応答をする。次いでデータをQCMに送信する。
上記の実施形態は本発明を例示するためのものに過ぎず、当業者は本発明の範囲から逸脱することなく、上記の実施形態の多数の変形形態を考案することができる。したがって、そのような変形形態は首記の請求の範囲およびその同等物に含まれるものとする。
Claims (23)
- (a)各々がそれぞれのネットワークの第1のプロトコル・サービスを実行し、前記第1のプロトコル・サービスの正当性が最大タイミング遅延に基づく複数のアクセス・ポイントと、
(b)(i)前記複数のアクセス・ポイントの各々から入力信号を受信し、
(ii)そのアクセス・ポイントからの入力信号とその正当性が最大タイミング遅延に依存しない第2のプロトコル・サービスとに基づいて前記複数のアクセス・ポイントの各々に出力信号を送信する中央制御装置とを含む装置。 - 前記第1のプロトコル・サービスが、物理層、およびデータ・リンク層からなるグループから選択された層に属する請求項1に記載の装置。
- 前記第1のプロトコル・サービスが、媒体アクセス制御サービス、誤り制御サービス、およびフロー制御サービスからなるグループから選択される請求項2に記載の装置。
- 前記第2のプロトコル・サービスが、認証サービス、許可サービス、トラフィック監視サービス、アドミッション制御サービス、およびポーリング・リスト保守サービスからなるグループから選択される請求項1に記載の装置。
- 前記中央制御装置がさらに、
(iii)ワイド・エリア・ネットワークからデータを受信し、
(iv)前記データを前記アクセス・ポイントの少なくとも1つに送信する請求項1に記載の装置。 - 前記アクセス・ポイントの各々がさらに前記中央制御装置から第1のデータを受信し、前記第1のデータに基づいて前記それぞれのネットワーク内の少なくとも1つの局に第2のデータを送信する請求項1に記載の装置。
- (a)その正当性が最大タイミング遅延に基づく第1のプロトコル・サービスを第1のプロセッサで実行する工程と、
(b)その正当性が前記最大タイミング遅延に依存しない第2のプロトコル・サービスを実行する第2のプロセッサに第1の信号を送信する工程と、
(c)前記第2のプロトコル・サービスに基づいて前記第2のプロセッサから第2の信号を受信する工程とを含む方法。 - (d)第1の状態を検出する工程をさらに含み、(a)が(d)への応答である請求項7に記載の方法。
- 前記第1の状態が共有通信チャネル上での信号送信を含む請求項8に記載の方法。
- 前記第1の状態が共有通信チャネルの空き時間間隔を含む請求項8に記載の方法。
- (e)第2の状態を検出する工程をさらに含み、(b)が(e)への応答である請求項8に記載の方法。
- 前記第2の状態が共有通信チャネル上での信号送信を含む請求項11に記載の方法。
- 前記第2の状態が共有通信チャネルの空き時間間隔を含む請求項11に記載の方法。
- (d)状態を検出する工程をさらに含み、(b)が(d)への応答である請求項7に記載の方法。
- 前記状態が共有通信チャネル上での信号送信を含む請求項14に記載の方法。
- 前記状態が共有通信チャネルの空き時間間隔を含む請求項14に記載の方法。
- 前記第1のプロトコル・サービスが、物理層、およびデータ・リンク層からなるグループから選択された層に属する請求項7に記載の方法。
- 前記第1のプロトコル・サービスが、媒体アクセス制御サービス、誤り制御サービス、およびフロー制御サービスからなるグループから選択される請求項17に記載の方法。
- 前記第2のプロトコル・サービスが、認証サービス、許可サービス、トラフィック監視サービス、アドミッション制御サービス、およびポーリング・リスト保守サービスからなるグループから選択される請求項17に記載の方法。
- (a)その正当性が最大タイミング遅延に基づく第1のネットワークの第1のプロトコル・サービスを第1のプロセッサで実行する工程と、
(b)第2のネットワークの前記第1のプロトコル・サービスを第2のプロセッサで実行する工程と、
(c)前記第1のプロセッサから第3のプロセッサへ第1の信号を送信する工程と、
(d)その正当性が前記最大タイミング遅延に依存しない前記第1のネットワークの第2のプロトコル・サービスを第3のプロセッサで実行する工程と、
(e)前記第2のプロトコル・サービスに基づく第2の信号を前記第3のプロセッサから前記第1のプロセッサへ送信する工程と、
(f)前記第2のプロセッサから前記第3のプロセッサへ第3の信号を送信する工程と、
(g)前記第2のネットワークの前記第2のプロトコル・サービスを前記第3のプロセッサで実行する工程と、
(h)前記第2のプロトコル・サービスに基づく第4の信号を前記第3のプロセッサから前記第2のプロセッサへ送信する工程とを含む方法。 - 前記第1のプロトコル・サービスが、物理層、およびデータ・リンク層からなるグループから選択された層に属する請求項20に記載の方法。
- 前記第1のプロトコル・サービスが、媒体アクセス制御サービス、誤り制御サービス、およびフロー制御サービスからなるグループから選択される請求項21に記載の方法。
- 前記第2のプロトコル・サービスが、認証サービス、許可サービス、トラフィック監視サービス、アドミッション制御サービス、およびポーリング・リスト保守サービスからなるグループから選択される請求項20に記載の方法。
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