JP5520316B2 - メッシュネットワークおいてフレームを伝送する方法、並びにそのためのメッシュ装置及びメッシュネットワーク - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレスメッシュネットワーク（ＷＭＮ）に関し、特にメッシュネットワークにおいてフレームを伝送するための方法に関する。

本発明は例えば、メッシュ装置が相互接続し、各装置がソースメッシュ装置から受信され、宛先装置に向けられるフレームを転送するためのワイヤレスルータとして働くネットワークに適する。

従来のワイヤレスメッシュネットワークにおいて、メッシュ装置は幾つかの作業の形式、
−ソース装置から受信され、宛先装置に向けられるフレームを転送するステップ、
−ソース装置から受信され、前記装置のローカルアプリケーションの作業順序中に使用されるフレームを消費するステップ、並びに
−メッシュ装置がローカルアプリケーションの作業順序中にフレームを作成することができるステップ、
を行う能力を持つ。

これら作業は、相互排除的ではなく、これは、メッシュ装置上で実行するアプリケーションは、メッシュ装置が受信し、転送しなければならないフレームと同時に、フレームを作成してもよいことを意味している。

ＷＭＮに対する多くの現在の実施において、両方のフレームの形式、すなわち生成したフレーム及び受信したフレームは、これらフレームを受信ノードに転送するとき同等に扱われる。実際には、ローカル起源のフレーム及びリモート起源のフレームは、同じ伝送キューに記憶され、並びに発生順に従って並べられ、伝送される。

しかしながら、両方の起源のフレームは、それらの起源に依存して、伝送キューに到達する前に、同じ損失を受けない。ローカルアプリケーションにより作成されるフレームは、伝送媒体を渡らず、それ故に如何なるフレーム損失も受けない。これらフレームに対し、フレーム落としは、より下のレイヤのバッファが一杯である場合にのみ発生し、これは殆どの場合、ローカルアプリケーションがこれらのフレームを簡単にローカル伝送キューに記憶することを意味する。

一方、他のメッシュ装置からのフレームは、ワイヤレス媒体を渡らなければならず、これは、媒体を渡っている間、フレームはフレーム損失を受けるので、これらフレームが上手くメッシュ装置の伝送キューに記憶される可能性は低いことを意味している。従って、伝送キューは受信したフレームよりも多くの作成したフレームを含むことがある。

その上、ワイヤレス媒体の伝送レートは限られているのに対し、メッシュ装置においてローカルで実行しているアプリケーションはより高いレートでフレームを作成する。結果として、限られた入射のトラフィックレート及び外部装置から受信したフレームの受信成功確率の減少は共に、これらフレームが伝送メッシュ装置において落とされる可能性を増大させる。

加えて、ｐが単一の伝送リンクにおいてフレームが落ちる確率を示す場合、一連のｎ個の同等且つ独立するリンクにわたる伝送が上手くいく確率は、（１−ｐ）^ｎである。故に、このフレームが落ちる確率は、ホップが追加するたびに増大し、これは、目標とする宛先に近い装置のフレーム伝送は、依然として多数のホップを渡らなければならないフレーム伝送よりも良好な性能を受けることを意味している。

それ故に、両方のフレームに形式に平等な扱いを用いる現在の実施は、ローカル起源のフレームを常に優先する、故にマルチホップ伝送の望ましくない性能となる主な欠点を、並びに異なるサービスの質及び性能全体をネットワークにおいて別の位置にいるユーザに提供することによっても主な欠点を示すと考えられる。

本発明の目的は、上述した欠点の少なくとも幾つかを克服する、ワイヤレスメッシュネットワークにおいてフレームを伝送するための方法を提案することである。

特に、本発明は、伝送メッシュ装置により受信され、リレーされるフレームを優先する幾つかのスケジュール機構を提案することである。

本発明の他の目的は、全伝搬経路におけるフレームの位置に依存する伝送機構を提供することである。

本発明の目的はさらに、伝送前に、伝送メッシュ装置に受信したフレームを記憶する機構を提案することである。

さらに他の目的は、異なるデータの形式を含むフレームを扱うことが可能である方法を提供することである。

この目的のために、本発明によるメッシュネットワークにおいて伝送メッシュ装置から受信メッシュ装置にフレームを伝送するための方法は、以下のステップ、
−ソースメッシュ装置から伝送メッシュ装置において受信され、宛先メッシュ装置に向けられるフレームがリレーキュー(relay queue)に記憶されるステップであり、ソースメッシュ装置及び宛先メッシュ装置は前記伝送装置とは異なっているステップ、
−伝送メッシュ装置により作成されるフレームがリレーキューとは異なるローカルキュー(local queue)に記憶されるステップ、
−既定のスケジュール方式に基づいて、リレーキュー又はローカルキューからメッシュ装置に含まれるスケジューラによりフレームが選択されるステップ、並びに
−選択したフレームは次いで受信メッシュ装置に伝送されるステップ
を有する。

本発明の趣旨内において、キューは、メッシュ装置におけるストレージスロットの組であり、ここでフレームは到達順に並べられる。このようなキューは一般に、ハードウェアにおいて実施され、それ故に限られた大きさである。しかしながら、本発明の有利な実施例において、メッシュ装置は、幾つかのキューを有し、ストレージスロットの総数は、ハードウェアの制約により限定されるが、各キューの大きさは変更してもよい。

本明細書を通じて、"ローカルキュー"という表現は、メッシュ装置におけるローカルアプリケーションにより作成されるフレームを記憶するのに使用されるキューを示し、"リレーキュー"は、ネットワークの他のメッシュ装置から受信され、伝送メッシュ装置により単に転送されるためのフレームを記憶するのに使用されるキューを示す。

本発明において、これら２つの形式のキューを使用することは、リモート起源のフレームとローカル起源のフレームとを区別すること、故にローカルフレームが受信したフレームをしばしば優先する従来のシステムの欠点を克服するために、これらフレームの伝送をスケジューリングすることを可能にする。

特定の実施例において、フレームを選択するステップは、
−リレーキュー及びローカルキューが共に少なくとも１つのフレームを含む場合、１未満の正の数であるｐに等しい確率で前記リレーキューから最も古いフレームを選択、及び１−ｐに等しい確率で前記ローカルキューから最も古いフレームを選択するステップ、並びに
−これらキューの一方が空である場合、他方のキューから最も古いフレームを選択するステップ
を有する。このようにして、メッシュ装置は、ｐの値を最初に決めることにより、ユーザにより設定され、この値は特定の実施例では１に等しいように選択される。

従って、メッシュ装置により伝送される１０個のフレームの中で、これらフレームの１０＊ｐ個はフレームを転送する、及びこれらフレームの１０＊（１−ｐ）個は、ローカルアプリケーションにより作成されることを意味している。

さらに他の実施例において、既定のスケジュール方式は、リレーキューにあるフレームが既に渡った及び／又は依然としてメッシュネットワーク内を渡らなければならないホップの数を考慮する。このような特徴は、高いホップ数を持つフレーム、すなわちその伝送がほぼ完了しているフレームは、上手く転送される可能性が高いことを保証することを可能にする。

上述したようなメッシュ装置の何らかのアーキテクチャにおいて、リレーキュー及びローカルキューは、各々が少なくとも１つのストレージスロットを有するソフトウェアキューと規定され、並びにあるストレージスロットは、何らかのキューに割り当てられることができ、それ故に異なるキューの大きさを柔軟にする。

この場合、フレームをリレーキューに記憶するステップは、リレーキューのストレージスロットの全てがふさがれているとき、
−ローカルキューからリレーキューへ空いているストレージスロットを割り当てるステップ、並びに
ローカルキューの全てが一杯である場合、
−ローカルキューからフレームを落とすステップ、
−解放されたストレージスロットをリレーキューに割り当てるステップ、及び
−前記フレームを前記リレーキューの前記空いているストレージスロットに記憶するステップ
を有する。

さらに、802.11規格は、この伝送を優先しようとするとき、別々に扱われなければならないデータの形式に依存して、幾つかのトラフィックカテゴリーを規定する。この観点から考えると、本発明の特定の実施例において、メッシュ装置は、リレーキューの第１の組及びローカルキューの第２の組を夫々有し、受信したフレーム及び作成したフレームは夫々、第１の組及び第２の組の何れかのキューに夫々記憶され、この記憶装置は例えば記憶されるフレームに含まれるデータの形式に依存している。

本実施例の幾つかの例において、既定のスケジュールは、各データの形式に対し、確率ｐ_typeでこのデータの形式に対応するリレーキューから最も古いフレームを選択するステップを有し、ここでｐ_typeは、この形式に依存する正の数である。

他の実施例において、前記既定のスケジュール方式は、連続して送る単一のデータの形式のパケット数が既定数を超えないようにする。この既定数は例えば、ネットワークのユーザにより決められる。

従来のメッシュネットワークから逸脱する異なるキューのアーキテクチャが本発明を実行するのに使用される。それ故に、例示的な実施例において、リレーキュー及びローカルキューは、メッシュネットワークのＭＡＣレイヤの上に置かれ、伝送するステップは、
−ネットワークのＭＡＣレイヤにある最終キューにリレーキュー又はローカルキューのためのフレームを転送するステップ、及び
−前記フレームを前記最終キューから他のメッシュ装置に伝送するステップ
を有する。

本発明の他の態様は、
−宛先メッシュ装置に向けられるフレームを、ソースメッシュ装置から受信するための手段、
−フレームを作成するための手段、
−フレームを伝送するための手段、
−受信したフレームを記憶するための第１の記憶手段、
−作成したフレームを記憶するための第２の記憶手段、並びに
−伝送するフレームを第１の記憶手段及び第２の記憶手段から選択するためのスケジューラ
を有するメッシュ装置に関する。

本発明のさらに他の態様は、本発明によるメッシュ装置を少なくとも１つ有し、本発明による伝送方法を実行するワイヤレスメッシュネットワークに関する。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明される実施例から明らかであり、これら実施を参照して説明される。

従来の伝送方法を実施しているメッシュネットワークの一例。 本発明による伝送方法を実行するメッシュ装置における記憶手段のアーキテクチャを示す。 本発明による伝送方法を実行するメッシュ装置における記憶手段のアーキテクチャを示す。

本発明は、例として、付随する図面を参照してより詳細に説明される。

図１は、伝送メッシュ装置３を有するワイヤレスメッシュネットワークを示す。この装置は、以下の異なるフレームの形式、
−メッシュ装置２から受信されるフレーム、並びに
−アプリケーションＡ、Ｂ及びＣによりローカルで作成されるフレーム
を伝送しなければならない。

メッシュ装置２から受信したフレーム間において、これらフレームの幾つかは装置３により単にリレーされなければならない。これは、これらフレームが最終的にこの装置にではなく、宛先装置４に向けられることを意味している。これらフレームのソース装置、すなわちこれらフレームが作成される装置は、装置２又は装置１である。それ故に、あるフレームは、装置１で作成され、マルチホップ伝送路に続いて、装置４に向けられる。

図１に見ることができるように、メッシュ装置３は、ＭＡＣレイヤにおいてＰＨＹレイヤを介して伝送されるフレームを記憶するためのキュー５を有する。しかしながら、これらキューは、メッシュ装置２からのフレームとローカルアプリケーションからのフレームとの区別がつかない。

異なるキュー（６、７及び８）が存在している場合、これらキューはデータの形式、すなわちボイスデータ、ビデオデータ、バックグラウンドデータを区別するためだけに使用されるが、これらキューの起源、ローカル又はリモートであるかを区別するのに使用されない。それ故に、ＰＨＹレイヤにより伝送されるフレーム９は、キュー５（又は他の何れかのキュー）から発生順に選択され、故に上述した欠点の全てに結び付いている。

本発明は、フレームがキューの起源に基づいて異なるキューに分類される方法を提供する。このような方法は例えば、図２に示されるようなメッシュ装置を用いて実施される。

このような装置において、追加のキューはＭＡＣレイヤの上に投入される。これらキューは、２つのグループ、リレーキューの第１の組（ＳＥＴ１）及びローカルキューの第２の組（ＳＥＴ２）に分類される。これらの組の各々は、キューが含むデータの形式、すなわちボイス、ビデオ、ベストエフォート及びバックグラウンドに依存するフレームを分類するために、４つのキューを有する。しかしながら、本発明に従う方法は、如何なる数のキューを用いて実施されることが可能であるため、このキューの数は単に例示的である。

それ故に、図２に示される装置を図１の装置３と置き換えると仮定すると、本発明による方法は、以下の通り、
−装置２から受信したフレームは、データの形式に依存してＳＥＴ１のキューに記憶される、並びに
−アプリケーションＡ、Ｂ及びＣにより作成されるフレームもデータの形式に依存してＳＥＴ２のキューに記憶される
ことを実行する。

図２に示されるメッシュ装置もスケジューラ１０を有し、このスケジューラ１０は、ローカルで作成されるフレームと、リレーされなければならないフレームとを区別することができる。このような区別は、各データの形式内で行われることができる。

スケジューラ１０により選択されたフレームは次いで、ＭＡＣレイヤ内にあるキューに転送される。このような場合、ＭＡＣレイヤは、追加のキューの各組にあるキューと同数のキューを有する。このとき、あるデータの形式に対応しているキューから発せられるフレームは、同じデータの形式に対応している他のキューに転送される。ＭＡＣレイヤにおいて、最後に伝送されるフレームを決めるための第２のスケジューラ１１がさらに実施される。この第２のスケジューラにおける選択は、本発明が受信したフレームと作成したフレームとの区別に関してであり、このような区別は既にスケジューラ１０において行われているので、従来のシステムにあるように行われる。

下層レイヤを介して伝送されるフレームの選択を行うために、スケジューラ１０は、別のスケジューリング方式を実施してもよい。これらの方式は、２つのカテゴリー、伝送されるフレームの優先度化、故にキューの先頭に置かれるフレームに関する方式、及び入ってくるフレームの記憶、故にキューの最後に置かれるフレームに関する方式に分類されることができる。

優先度化方式の第１の形式は、リレーされるフレームが伝送される既定の確率に基づいている。このような方式において、フレームが転送されなければならばいとき、前記スケジューラは、ｐに等しい確率でリレーキューから最も古いフレームを選択する。ここでｐは１未満の正の数である。このリレーキューが空の場合、スケジューラはローカルキューにおいて最も古いフレームを選択する。

幾つかのリレーキュー及び幾つかのローカルキューが存在している場合、フレームにあるデータの形式に依存して、スケジューラは、データの形式に対し、確率ｐ_typeで対応するリレーキューから最も古いフレームを選択する。ここでｐ_typeは、このデータの形式に依存している１未満の正の数である。

他の優先度化方式は、先行する方式の特定の実施例であり、ここで確率ｐは常に１に等しい。この場合、リレーキューにフレームが存在すると、スケジューラが伝送するためのフレームを選択する。このスケジューラは、リレーキューが空の場合にのみ、ローカルアプリケーションにより作成されるフレームの伝送を可能にする。

第２の形式の方式は、他のメッシュ装置から受信した又はローカルで作成されたかの何れか一方である入力フレームをキューに記憶することに関する。実際には、実施されるキューの大きさは、リソースの制約のために限られ、故に全てのキューが一杯であるときに使用される方式を提供する必要がある。

例示的な実施例において、キューはソフトウェアで実施され、各キューは少なくとも１つのストレージスロット(storage slot)を有する。この場合、ストレージスロットは、あるキューに又は他のキューの何れか一方に割り当てられることができ、これらキューの全体の大きさは限られている。次いで、全てのキューが一杯であるとき、ストレージスロットを解放するためのフレーム落とし(frame dropping)方式が実行されなければならない。

ローカルのフレーム落としと呼ばれる第１の落とし方式は、フレームが外部装置から受信されるとき、以下の通り働く。
−ローカルキューの空いているストレージスロットは、リレーキューに割り当てられる。
−全てのローカルキューも一杯である場合、フレームがローカルキューから落とされ、解放されたストレージスロットはリレーキューに割り当てられる。この落とされたフレームは、実施例において、記憶される受信フレームと同じデータの形式に対応するローカルキューにおける最も古いフレームである。

他の落とし方式は、異なるキューへの優先度の指標の割り当てに基づいている。ｎはネットワークにおいて区別されるデータ形式の数を示すと仮定すると、メッシュ装置はローカルアプリケーションにより作成されるフレームを記憶するためのｎ個のローカルキュー、並びに他の装置から受信され、転送されるフレームを記憶するためのｎ個のリレーキューを有する。従って、メッシュ装置は、合計で２＊ｎ個のキューを有する。これらキューの各々は、優先度の指標ｉ_ptype,qを割り当てられ、ここでptypeは、本明細書において先に規定したようにキューに対応するデータの形式のスケジュールの優先度であり、ｑはローカルキューに対しては０に、リレーキューに対しては１に設定される。これらキューは次いで、これらの優先度の指標により並べられる。新しいフレームが到着し、その起源及びデータの形式に対応するキューが一杯であるとき、あるフレームをキューから処分する確率ｉ_ptype,qは、

の通り計算される。

802.11に基づくワイヤレスメッシュネットワークにより特に適合する確率の指標に基づく様々なこの落とし方式において、データの各形式、すなわちカテゴリーは、ＡＩＦＳＮ及びＣＷｍｉｎと呼ばれる値によって規定されるワイヤレス媒体にアクセスする特定の確率である。この場合、あるフレームをキューから処分する確率ｉ_ptype,qは、

である。

ここで、Ｓは、フレームがワイヤレス媒体にアクセスするための最小の待ち間隔の全ての合計を示し、

で示される。

図３に示されるアーキテクチャの他の実施例において、追加のキューは、ＭＡＣレイヤの上にではなく、従来のキューとの置き換えとして、ＭＡＣレイヤ内に直接投入される。このような場合、スケジューラ１２は、図２と併せて説明したように、スケジューラ１０及び１１により行われる作業を全て実行する。このようなアーキテクチャにおいて、ローカルキュー及びリレーキューから選択されるフレームは、受信装置に直接伝送される。

本明細書において上述したように、マルチホップ伝送路を扱っている現在の伝送方法において、フレームが落ちる確率は、如何なる追加のホップにおいて増大する。この現象の均衡を保つため、及び全ネットワークにわたり等しい性能を提供するために、本発明の幾つかの実施例において、実行される別々の方式においてホップ数が考慮される。それ故に、例えばフレームが落ちる確率は、高いホップ数を持つフレーム、すなわち伝送が殆ど完了しているフレームに対し増大するので、これらフレームが上手く転送される可能性は増大する。このような変更は例えば、フレームが既に渡ったホップ数、及び／又はフレームの最終宛先に到達する前に、フレームが依然としてネットワーク内を渡る必要があるホップ数を考慮することにより行われる。

メッシュネットワークにおいて、ホップは、２つの隣接するメッシュ装置間におけるフレームの伝送に対応していることをここに再度述べておく。

本明細書及び請求項において、その要素が複数あることを述べていないことが、これら要素が複数存在することを排除するものではない。さらに「有する」という言葉がここに挙げられる以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。

請求項において括弧内にある参照番号は、理解を助けるためであり、限定するためではない。

本開示を読むことにより、他の修正が当業者に明らかとなるであろう。このような修正は、ワイヤレスメッシュネットワークの分野において既に知られてあり、ここに既に開示した特徴に代わり又はこれら特徴に加えて使用される他の特徴を含んでもよい。

Claims (12)

1. メッシュネットワークにおいて伝送メッシュ装置から受信メッシュ装置にフレームを伝送するための方法であって、
   ソースメッシュ装置から前記伝送メッシュ装置において受信され、宛先メッシュ装置に向けられたフレームをリレーキューに記憶するステップであって、前記ソースメッシュ装置及び前記宛先メッシュ装置は前記伝送メッシュ装置とは異なる、ステップと、
   前記伝送メッシュ装置により作成されたフレームを前記リレーキューとは異なるローカルキューに記憶するステップと、
   予め決められたスケジュール方式に基づいて、前記リレーキュー又は前記ローカルキューからフレームを選択するステップと、
   前記選択したフレームを前記受信メッシュ装置に伝送するステップとを有し、
   前記のフレームをリレーキューに記憶するステップは、前記リレーキューのストレージスロットの全てがふさがれているときに、ローカルキューからの空いているストレージスロットを前記リレーキューに割り当てるステップを更に含み、
   前記のフレームをリレーキューに記憶するステップは、ローカルキューの全てが一杯であるときに、前記ローカルキューからのフレームを落とすステップと、解放されたストレージスロットを前記リレーキューに割り当てるステップと、前記フレームを前記リレーキューの空いているストレージスロットに記憶するステップとを有する、方法。
2. フレームを選択する前記ステップは、
   前記リレーキュー及び前記ローカルキューが共に少なくとも１つのフレームを含む場合、１未満の正の数であるｐに等しい確率で前記リレーキューから最も古いフレームを選択し、１−ｐに等しい確率で前記ローカルキューから最も古いフレームを選択するステップと、
   前記キューの一方が空である場合、他方のキューから最も古いフレームを選択するステップとを有する、請求項１に記載の方法。
3. ｐは１に等しい、請求項２に記載の方法。
4. 前記既定のスケジュール方式は、前記リレーキューにあるフレームが既に渡った及び／又は依然としてメッシュネットワーク内を渡らなければならないホップの数を考慮している、請求項１に記載の方法。
5. 前記リレーキュー及び前記ローカルキューは、各々が少なくとも１つのストレージスロットを有するソフトウェアキューと規定され、並びにあるストレージスロットは、何らかのキューに割り当てられることができる、請求項１に記載の方法。
6. 前記伝送メッシュ装置は、リレーキューの第１の組及びローカルキューの第２の組を夫々有し、受信したフレーム及び作成したフレームは夫々、前記第１の組及び前記第２の組の何れかのキューに夫々記憶される、請求項１に記載の方法。
7. 前記受信したフレーム及び前記作成したフレームは夫々、フレームに含まれるデータの形式に依存して、前記第１の組及び前記第２の組の１つのキューに夫々に記憶される、請求項６に記載の方法。
8. 既定のスケジュールは、各データの形式に対し、確率ｐ_typeで前記データの形式に対応する前記リレーキューから最も古いフレームを選択するステップであり、ｐ_typeは前記形式に依存する正の数である、請求項７に記載の方法。
9. 前記既定のスケジュール方式は、連続して送る単一のデータの形式のパケット数が既定数を超えないようにする、請求項８に記載の方法。
10. 前記リレーキュー及び前記ローカルキューは、メッシュネットワークのＭＡＣレイヤの上に置かれ、前記伝送するステップは、
    前記ネットワークのＭＡＣレイヤにある最終キューに前記リレーキュー又はローカルキューのためのフレームを転送するステップと、
    前記フレームを前記最終キューから他のメッシュ装置に伝送するステップとを有する、請求項１に記載の方法。
11. 宛先メッシュ装置に向けられるフレームを、ソースメッシュ装置から受信するための手段と、
    フレームを作成するための手段と、
    フレームを伝送するための手段と、
    受信したフレームを記憶するための第１の記憶手段と、
    作成したフレームを記憶するための第２の記憶手段と、
    伝送するフレームを前記第１の記憶手段及び前記第２の記憶手段から選択するためのスケジューラとを有し、
    前記スケジューラは、リレーキューのストレージスロットの全てがふさがれているときには、ローカルキューからの空いているストレージスロットを前記リレーキューに割り当てることを有するとともに、ローカルキューの全てが一杯であるときには、前記ローカルキューからのフレームを落とし、解放されたストレージスロットを前記リレーキューに割り当て、前記フレームを前記リレーキューの空いているストレージスロットに記憶することを有するスケジュール方式に従って動作する、メッシュ装置。
12. 請求項１１に記載のメッシュ装置を少なくとも１つ有するワイヤレスメッシュネットワーク。

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