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発明の名称 コンテンション方式媒体アクセスを用いるネットワークにおける無線リンクのアダプテーション方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−264563(P2003−264563A)
公開日 平成15年9月19日(2003.9.19)
出願番号 特願2003−24461(P2003−24461)
出願日 平成15年1月31日(2003.1.31)
代理人 【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦 (外2名)
【テーマコード(参考)】
5K033
5K034
5K042
5K067
【Fターム(参考)】
5K033 AA05 CA07 CB04 DA17 DB20 EA03 EA06 
5K034 AA16 DD02 EE03 HH11 NN26
5K042 AA06 CA02 CA13 DA13 DA17 DA19 EA02 EA09 EA10 FA11 GA02 JA02 LA11 LA13 MA04 NA04
5K067 AA23 BB02 CC08 CC24 DD23 DD24 DD45 GG01 GG11 KK03
発明者 ルノー ドール / ルドヴィック ジャンヌ / パトリック フォンテーヌ / パトリック ロペス
要約 課題
本発明は、コンテンション方式媒体アクセス機構を使用する通信ネットワークにおける無線リンクアダプテーション方法を提供する。

解決手段
本発明は、第2の端末によって送信されたデータの第1の端末による受信を試験するため、第2の端末から第1の端末への送信に影響を与えるパラメータ値をセットし、第1の端末において、第2の端末から第1の端末への所定の応答を起こすための第2の端末へのメッセージを生成する。所定の応答は、第1の端末が事前に分かっている内容を含み、事前に分かっている時間に第1の端末によって受信され、予めセットされたパラメータ値によって定義された条件に応じて受信される。第1の端末において、所定の応答に基づいて品質規準値が評価される。
特許請求の範囲
【請求項1】 少なくとも第1の端末及び第2の端末を具備し、CSMA/CA機構のようなコンテンション方式媒体アクセス機構を使用する通信ネットワークにおける無線リンクを適合させる方法であって、第2の端末によって送信されたデータの第1の端末による受信を試験するため、第2の端末から第1の端末への送信に影響を与えるパラメータ値をセットし、第1の端末において、第2の端末から第1の端末への所定の応答を起こす第2の端末へのメッセージを生成し、所定の応答は、第1の端末が事前に分かっている内容を含み、事前に分かっている時間に第1の端末によって受信され、所定の応答は、予めセットされたパラメータ値によって定義された条件に応じて受信され、第1の端末において、所定の応答に基づいて品質規準値を評価する、ことを特徴とする方法。
【請求項2】 所定の応答は肯定応答パケットである、請求項1記載の方法。
【請求項3】 通信ネットワークは、IEEE 802.11に準拠したネットワークである、請求項2記載の方法。
【請求項4】 メッセージは、送信要求パケットを含み、ペイロードデータを含まない、請求項3記載の方法。
【請求項5】 パラメータは、アンテナセクタと、アンテナ素子と、データレートのうちの少なくとも一つである、請求項4記載の方法。
【請求項6】 メッセージは、ヌル・ファンクション型のデータパケットを含む、請求項3記載の方法。
【請求項7】 パラメータは、物理モードと、アンテナセクタと、アンテナ素子と、データレートのうちの少なくとも一つである、請求項6記載の方法。
【請求項8】 第1の端末は、フラグメントモードで第2の端末へメッセージを送信し、フラグメントモードでは、メッセージのフラグメントが単一のバーストで送信され、各パラメータ値は肯定応答の間で変化する、請求項6又は7記載の方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンテンション方式の媒体アクセス機構を使用するIEEE 802.11準拠ネットワークのようなネットワークにおける無線リンクのパラメータを試験し修正する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ワイヤレス・ネットワークにおいて、無線リンクを用いて通信する2台の装置は、夫々の伝送パラメータを動的に設定する必要がある。このようなパラメータの中には、特に、発信者のアクティブ・アンテナ・セクタ、又は、マルチセクタ・アンテナの場合には素子が含まれる。その他の考慮されるパラメータは、チャネル符号化の選択と変調の選択を含む物理モードである。
【0003】適切なパラメータの選択は、無線リンクのロバスト性(頑強さ)と全体性能に直接的な影響を与える。
【0004】2001年10月10日にThomson Licensing S.A.により出願され、発明の名称が"Methods and devices for radio link adaptation"である特許文献1には、ETSI BRAN HiperLAN 2に基づくワイヤレス・ネットワークのような集中ネットワークにおいて無線リンク評価を実行するため適合した方法及び装置が記載されている。この特許文献1では、受信側移動端末は、既知の送信側移動端末に、識別されたコネクションを介して、かつ、所定の伝送パラメータを用いて、所定の試験データの送信をさせる。
【0005】例えば、IEEE 802.11規格に基づくネットワークのような他のネットワークは、少なくともある種のネットワークコンフィギュレーションの場合に、集中コントローラを欠く。分散協調ファンクション(DCF)モードと呼ばれるモードでは、IEEE 802.11は、無線媒体へのアクセスを調節するため、キャリア検知媒体アクセス−衝突回避(CSMA−CA)機構を実現する。この機構によれば、送信しようとする移動端末は、媒体が使用中であるかどうか(即ち、別の移動端末が送信中(ビジー)であるかどうか)を媒体に問い合わせる手順と、最小アイドル期間後に限り送信が許可される手順と、媒体が使用中である場合に、使用中期間の終了を待ち、最小アイドル期間を待ち、ランダム・バックオフ期間に入り、その後、送信を試みる手順と、を実行する。
【特許文献1】欧州特許出願第01402592.8号明細書【発明が解決しようとする課題】結果として、移動端末は、一般的に、データフレームを送信する移動端末の識別情報が事前に通知されない。伝送状態が悪いとき、受信側移動端末は、どの移動端末からデータが送信されたかを知ることができない。このため、無線リンク評価プロセスは、一層困難になる。
【0006】本発明は、コンテンション方式媒体アクセス機構を使用する通信ネットワークにおいて無線リンクを適合させる方法の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも第1の端末及び第2の端末を具備し、CSMA/CA機構のようなコンテンション方式媒体アクセス機構を使用する通信ネットワークにおける無線リンクを適合させる、無線リンクアダプテーション方法であって、第2の端末によって送信されたデータの第1の端末による受信を試験するため、第2の端末から第1の端末への送信に影響を与えるパラメータ値をセットする手順と、第1の端末において、第2の端末から第1の端末への所定の応答を起こすための第2の端末へのメッセージを生成する手順と、を有し、所定の応答は、第1の端末が事前に分かっている内容を含み、事前に分かっている時間に第1の端末によって受信され、所定の応答は、予めセットされたパラメータ値によって定義された条件に応じて受信され、第1の端末において、所定の応答に基づいて品質規準値を評価する手順を更に有する。
【0008】本発明は、第1の端末が、無線リンク評価が実行されるべき相手側の第2の端末と、無線リンク評価が実行されるべき時間を決定できるようにする。試験(測定)自体は、第2の端末による所定のデータの送信を正確な時間に始動させ、次に、第1の端末によって受信されたデータを評価することによって達成される。この始動は、仮想キャリア検知機構を用いて実現される。
【0009】尚、パラメータ値をセットする手順は、ある種のパラメータについては、メッセージを生成する手順の後に実行されることに注意すべきである。例えば、パラメータがアンテナ素子である場合、この素子は、メッセージの送信中又は送信後であり、しかし、所定の応答の受信前にアクティブ(動作状態)にさせられる。
【0010】記載されている実施例によれば、所定の応答は肯定応答(アクノリッジ)パケットである。
【0011】記載されている実施例によれば、ネットワークは、IEEE 802.11準拠ネットワークである。
【0012】第1の実施例によれば、メッセージは、パケット送信要求を含み、ペイロードデータを含まない。
【0013】第1の実施例によれば、パラメータは、アンテナセクタ、素子、及び/又は、データレートである。
【0014】第2の実施例によれば、メッセージは、ヌル・ファンクション型のデータパケットである。
【0015】第2の実施例によれば、パラメータは、物理モード、及び/又は、アンテナセクタ若しくは素子、及び/又は、データレートである。
【0016】第1の実施例及び第2の実施例の変形版の実施例によれば、第1の端末は、フラグメントモードで、第2の端末へメッセージを送信する。このフラグメントモードでは、単一のバーストでメッセージのフラグメントを送信し、各フラグメントが第2の端末によって肯定応答され、パラメータ値が肯定応答と肯定応答の間で変更される。
【0017】本発明のその他の特徴並びに効果は、添付図面と共に説明される本発明の実施例の記載によって明らかにされる。
【0018】
【発明の実施の形態】第1の実施例は、主として、受信側端末の空間ダイバーシチアンテナ用のアンテナ素子又は連続アンテナセクタを変化させるときの無線リンクの評価に着目している。第2の実施例は、物理モードの単独の変化、或いは、物理モードの変化とアンテナ素子の変化の両方に着目する。勿論、その他のパラメータ(例えば、自動利得制御ゲイン、周波数オフセットなど)も変化し、本発明は上述のパラメータに限定されない。
【0019】本実施例は、IEEE 802.11規格及びその様々な改良版に準拠したネットワークに基づいている。IEEE 802.11に関する詳細な情報は、IEEEから入手可能である。
【0020】以下では、評価処理を開始する端末は、受信側端末、又は、測定用端末と呼ばれ、一方、データの送信を要求される端末は、送信側端末、又は、想定対象端末と呼ばれる。
【0021】IEEE 802.11は、(物理キャリア検知に対して)仮想キャリア検知と呼ばれる媒体アクセス機構を提案する。仮想キャリア検知機構は、CSMA/CA機構の発展型である。仮想キャリア検知の一実施形態は、RTS/CTS機構とも呼ばれる。ここで、RTSは、Request To Send(送信要求)を表し、CTSは、Clear To Send(送信可)を表す。後述するように、RTS及びCTSは、この機構で使用される二つの短い制御パケットの名称である。RTS/CTS機構の使用は任意的であるが、この機構は、測定用端末に、送信側端末から肯定応答フレーム(ACKフレーム)を巧く受信できない、若しくは、肯定応答を全く受信できない場合に、第3の端末によって送信されたデータとの衝突(干渉)が原因ではないことを確信させる。
【0022】RTS/CTS機構は、差し迫った送信のため指定された量の時間を媒体に確保(予約)することができる。図1には、移動端末MT1と、移動端末MT2と、移動端末MT3とを含むネットワークが示されている。動作中リンクが移動端末MT1と移動端末MT2の間に存在する。このリンクは、例えば、移動端末MT2から移動端末MT1へ映像ストリームを送信するため使用される。
【0023】移動端末MT2から移動端末MT1へ至るリンクを試験する目的のため、移動端末MT1がRTS/CTS機構を使用して移動端末MT2への送信を予約しようとする場合を考える。移動端末MT1は、最初に、媒体の最小アイドル時間DIFS(DIFSは分散フレーム間スペース(Distributed InterFrame Space)を表す)の経過後に、RTSパケットを移動端末MT2へ送信する。このRTSパケットは、送信元アドレス(MT1)と、宛先アドレス(MT2)と、トランザクションの所要時間(即ち、パケットの送信と関連した肯定応答に要する時間)とを含む。媒体が空いている場合、移動端末MT2は、CTSパケットを用いて応答する。このCTSパケットは、移動端末MT2のアドレスと、RTSパケットに格納されている所要時間からCTSパケットの所要時間を差し引いた所要時間と、を含む。
【0024】RTSパケット及び/又はCTSパケットを受信する全ての移動端末は、一定の期間に亘って、仮想キャリア検知指標という名前のパラメータ(ネットワーク割当ベクトルNAV)をセットする。この標識は、物理キャリア検知と組み合わせて端末(例えば、移動端末MT3)によって使用される。媒体は、媒体上で動作状態である機構が見つからない場合に限り、アイドル状態(待機状態)であるとみなされるので、媒体は、(データの送信用の)移動端末MT1及び(データの肯定応答用の)移動端末MT2を除いて、使用できない。
【0025】移動端末MT1がCTSパケットを受信すると、移動端末MT1はデータフレームを送信する。このデータフレームは、ACKフレームを使用して、移動端末MT2によって肯定応答(承認)される。別のDIFS期間が(フラグメントモードがしよう去れない限り)後に続く。
【0026】RTS、CTS、ACK及びデータフレームは、SIFSと呼ばれるアイドル期間によって分離される。SISFは、短いフレーム間スペース(Short InterFrame Space)を表す。
【0027】本発明によれば、この機構は、移動端末MT1と移動端末MT2の間で無線リンクを試験するため使用される。データフィールドの内容は重要ではなく、試験中には使用されない。好ましくは、データフィールドのペイロードは、RTS/CTS/データフレーム/ACK系列の長さを短縮するため、空(データ・ヌル・ファンクション)であり、これにより、試験に要する帯域幅の量が削減される。RTSパケット内の所要時間フィールドは、CTSの長さと、空データパケットと、肯定応答と、それらのSIFS間隔とを示す。
【0028】無線リンクの品質試験は、移動端末MT2から受信されたACKフレームに関して移動端末MT1によって実行される。移動端末MT1は、RTSフレームを使用して移動端末MT2を選択したので、ACKフレームの送信元が分かる。移動端末MT1は、CTSフレーム、データフレーム、及び、SIFS間隔の所要時間を知ることにより、このフィールドを受信する予定の時間が分かる。測定用端末が他の受信器の設定を試験するためCTSを使用する場合、CTSフレームは使用されない。CTSフレームが正確に受信されない(或いは、全く受信されない)場合、想定用端末は、RTSを送信したときの衝突又はCTSを受信したときの衝突が原因であるかどうか、或いは、受信器の設定が悪いことが原因であるかどうか、を判定できない。CTSフレームを使用して試験を行うことは可能であるが、上述のように、ACKフレームの方が好ましい。
【0029】表1には、ACKフレームのフォーマットが記載されている。
【表1】

移動端末MT1は、全てのフィールドの内容を事前に知っているので、エラーを容易にテストすることができる。本実施例によって使用される品質規準は、受信信号電力である。変形された実施例の場合、この規準は、受信信号電力の合計であり、2001年2月6日にTHOMSON Licensing SAの名で出願された仏国特許出願第0115892号明細書に記載された標識が加えられ、OFDM変調信号の個別の搬送波の測定結果に基づいている。
【0030】本実施例によれば、各測定用端末は、無線リンク評価処理に関係したパラメータを保持するテーブルを組み込む。本実施例によれば、端末のテーブルには、測定対象の端末毎に、以下のデータ、即ち、(a)測定対象端末の媒体アクセス制御(MAC)番号と、(b)現在使用中のアンテナ素子及び無線リンク品質規準値(例えば、ビット誤り率推定量、電力レベル推定量、あるは、幾つかの規準値を組み合わせる関数の値)と、任意的に、(c)次の試験対象のアンテナ素子と、(d)直前に判明した周波数オフセット、直前に判明したAGCレベルなどの受信機能に有用なその他のパラメータと、が収容されている。
【0031】最後の項目は、厳密な意味ではアンテナダイバーシチに関係しないが、正しい受信パラメータのセットアップ速度の改善に寄与する。
【0032】ある特定の端末に対するテーブルの内容は、受信側端末が正確に測定を実行したときに更新される。
【0033】移動端末MT1が移動端末MT2との入力リンクを測定するために行うステップは以下の通りである。
【0034】ステップ1:現在有効なアンテナ素子の識別情報及び品質規準値が読み出され、レジスタに保存される。
【0035】ステップ2:移動端末MT1は上述のようにRTSフレームを送信する。
【0036】ステップ3:移動端末MT1は、移動端末MT2によって送信されたCTSフレームを待機する。
【0037】ステップ4:移動端末MT1は、データ・ヌル・パケットを移動端末MT2へ送信し、試験対象のアンテナ素子を選択する。
【0038】ステップ5:移動端末MT1は、移動端末MT2によって送信されるべきACKフレームを待機する(移動端末MT1はデータフレームを送信しない。)。
【0039】ステップ6:移動端末MT1は、ACKに基づいて品質規準を評価する。
【0040】ステップ7:移動端末MT1は、品質規準をレジスタに保存された品質規準値と比較する。品質規準の方が高い場合、新しいアンテナ素子識別情報及び品質規準値がステップ8で記憶される。
【0041】ステップ9:全てのアンテナ素子の試験が終了するまで、ステップ2からステップ7を繰り返す。
【0042】ステップ10及び最後のステップ:移動端末MT1は、動作中リンクのため使用されたアンテナ素子を変更すべきかどうかを検証する。変更すべき場合には、必要なステップが実行され、テーブルが更新される。
【0043】以上の処理は図2に示されている。
【0044】測定は、既存の動作中リンクが妨害されることなく実行可能である。勿論、この処理は、使用されるべき正しいパラメータ値を事前に決定するため、測定用端末との間に動作中リンクを持たない端末を測定するためにも実行できる。単一の測定の期間と、ネットワークの帯域幅が与えられた場合、大量のネットワークリソースを消費することなく、受信器1台当たりに100Hzの周波数で合理的に測定を実行することができる。
【0045】第1の実施例では、RTS/CTS機構は、測定対象端末からの肯定応答を生成するため使用される。IEEE 802.11の場合、CTSフレームの物理モードの選択は、RTS/CTS機構の枠内に制限される(他のタイプのネットワークの場合に同様であるとは限らない。)。実際には、BPSK 1/2のような非常にロバスト性(頑強性)の高いモードが使用される。しかし、データフレーム又はACKフレームのデータレートは、RTS/CTSデータレートとは無関係に、自由に選択することが可能である。
【0046】第2の実施例は、媒体を要求するためにRTS/CTS機構を使用するのではなく、移動端末MT1によって送信された空のデータパケットに応じて準備された移動端末MT2の肯定応答を使用する。物理モードに関する制約はない。空のデータパケットは、タイプフィールドが「ヌル・ファンクション」と一致するデータパケット、即ち、ペイロードを含まないデータパケットである。RTS/CTSパケットを使用しないことによって、一部の帯域幅(QPSK 1/2モードで100μ秒を表現するRTSフレーム及びCTSフレーム)が節約される。
【0047】種々のアンテナ素子を試験するため移動端末MT1によって実行される方法は図3のフローチャートに示されている。このフローチャートは、アンテナ素子、物理モード、或いは、その他のパラメータであろうと任意の可変パラメータを使用する測定に適用可能である。
【0048】ステップA:動作中のリンクで現在使用中のパラメータ値(もしあれば)、並びに、対応した品質規準値は、読み出される。2個の値がレジスタに保存される。
【0049】ステップB:試験対象のパラメータが選択され、セットされ、DIFS期間の後、ヌル・ファンクション・データフレームが移動端末MT1によって移動端末MT2へ送信される。変更されるべきパラメータが、受信側で修正されるべきパラメータ(例えば、受信側アンテナ素子、受信側周波数オフセットなど)だけである場合、ACKフレームの受信後であれば、ヌル・ファンクション・データフレームの送信中又は送信後にセットしてもよい。受信側で修正されるべきぱあらメータが、送信側端末でACKフレームを適切に作成するために分かっていなければならないパラメータであるならば、この変更は、ヌル・ファンクション・データフレームの送信前に実施しなければならない。なぜならば、このフレームは、変更されたパラメータ値に関する情報を収容するからである。
【0050】ステップC:移動端末MT1は、移動端末MT2によって送信されたACKフレームを待機する。
【0051】ステップD:移動端末MT1は、品質規準値を評価する。
【0052】ステップE:移動端末MT1は、規準値がレジスタに保持されているものよりも優れているかどうかを試験する。残りのステップは、図2のステップと同じである。
【0053】図3に示された方法は、数種類のパラメータを同時に試験する場合には、再帰的に実行してもよい。その場合、動作中リンクに対するパラメータ値は、このようなパラメータ値の最もより総合的な組み合わせが見つけられたときに限り変更される。
【0054】次に、第2の実施例の変形例を説明する。この変形実施例は、IEEE 802.11規格によって提案されたフラグメント化機構を利用する。この機構によれば、移動端末MT1は、DCF媒体アクセス手続の1回の呼び出しを使用して、数個のデータパケットをバーストとして送信することを要求する。この変形実施例によれば、ACKフレームは、品質規準値を評価するために使用されるが、アンテナセクタ又はアンテナ素子は、各ACKフレームの前に変更される。物理モードは全てのフラグメント及びACKフレームに対して同一でなければならないが、RTS/CTS機構の場合とは逆に、物理モードは自由に選択できる。フラグメント間でアンテナセクタを変更するためフラグメント化機構を用いることは、第1の実施例にも適用可能である。
【0055】上述のいかなる実施例の場合でも、計測用処理によって占有される帯域幅は、(例えば、BPSK 1/2からQPSK 1/2へ、或いは、QPSK 1/2から16QAM 1/2へ)変調を変更することによって補償され得る。
【0056】本発明の第1の実施例又は第2の実施例による計測用処理は、様々なイベントによって起動することが可能である。これらのイベントから非限定的に列挙された例には、(a)受信信号の電力レベルが閾値を下回るとき(b)所与の端末からの入力向き伝送がより頑強にされたとき(例えば、サービスの中断を避けるため、等時性ストリームを伝送するとき)
(c)所与の端末から所定数のパケットを受信したのちが含まれる。
【0057】計測レートは、例えば、以下に非限定的に列挙した事項の関数である。
(a)チャネルダイナミックス。100Hzの周波数は、一般的に、人が移動する環境では十分であるとみなされる。
(b)物理モードの感度。一部のモードは、ある種のチャネル特性に関して、他の物理モードよりも高感度であることが分かっている(例えば、ビタビ冗長3/4の物理モードは、チャネル形状ファクタn関して、1/2の冗長性よりも高感度である。
(c)ネットワークの負荷。計測のため使用される帯域幅を減少させることは、この帯域幅を他の目的のため使用するために要求される。
(d)計測対象のリンク上の平均ビットレート。あまり使用されないリンクは、頻繁に使用されるリンクよりも注目される可能性が低い(したがって、計測の頻度が低い)。
【0058】一般的に、計測を完全に定期的に実施する必要はないので、計測は、端末によってバックグラウンドタスクとして実行し、正規の伝送を優先させてもよい。
【0059】有利的には、本発明の実施例によるコネクションパラメータの調整は、既存の動作中のコネクション、特に、映像ストリームを搬送中のコネクションを妨害しない。更に、チャネル特性は時間と共に変化し、予測できない時点で伝送コネクションパラメータの再調整が必要になり、これらの特性の評価はいつでも実施可能である。




 

 


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