JP5587974B2 - 無線ｕｗｂ装置におけるフレーム連結 - Google Patents

Description

本発明は一般に、無線UWB（Ultra-Wideband）ネットワークにおける装置に関し、特に、無線UWB装置のための連結フレームの新たなフォーマットを提供する方法及びシステム、並びに、MAC（メディア・アクセス制御）レイヤにおいてフレームを連結する新たな方法に関する。

UWBシステムのためのWiMedia規格（例えばバージョン1.0）は、53.3Mbps、80Mbps、106.7Mbps、160Mbps、200Mbps、320Mbps、400Mbps及び480Mbpsを含む、複数の異なる伝送（チャネル）レートをサポートする。新世代のWiMedia規格（バージョン1.5）は、最高1Gbpsの更なる伝送レートを可能にするために開発されている。2Gbpsを超えるデータ・レートがサポートされることが期待されている。

データ・レートが増加するにつれて、全フレーム伝送時間は短縮される。しかしながら、各々のフレームのプリアンブルの伝送時間が依然として固定されているので、フレーム・ペイロードの伝送効率は減少する。プリアンブルは、受信機が無線信号を取得して、それ自体を送信機と同期させることを可能にする。現在の規格（WiMedia規格のバージョン1.2）では最大のペイロード・サイズは4キロ・バイトであるが、フレーム・ペイロードの伝送効率を改善するために、より大きいフレーム・ペイロード・サイズ（例えば16キロ・バイト）が用いられる。

より大きいフレーム・ペイロード・サイズによって、多くのショート・フレームが、大きいフレームに結合されることができる。しかしながら、WiMedia規格バージョン1.2の現在のフレーム結合アルゴリズムでは、フレーム中に何らかのエラーが存在する場合、結合されたフレームは完全に破棄される。したがって、いくつかのショート・フレームがエラーなしで受信される場合であっても、結合されたフレーム全体が再送信されなければならない。これは、無線チャネルの乏しい帯域幅にとって望ましくない。

本発明の特定の実施の形態は、無線UWB装置のための連結フレームの新たなフォーマット及びMACレイヤにおいてフレームを連結する新たな方法を開示する。開示されたフォーマットは、伝送シーケンス及び他の制御情報を示すだけでなくフレームを保護するために、連結中の各々のフレームのために最高７バイトだけを用いる。開示された連結アプローチは、各々の連結されたフレームを個別に検証することを可能とし、したがって、有効であるデータ・フレームを再送信することなく、エラーがフレーム中に見いだされた場合に、各々の連結されたフレームの再送信を別々に可能にする。このようにして、伝送効率、したがってスループットが、大いに改善される。

本発明の一実施例において、無線ネットワークにおいて第１装置から第２装置へとデータ・フレームを送信する方法が提供される。本方法は、第１装置によって、複数のデータ・フレームを集合フレームへと連結し、第１装置から第２装置へと集合フレームを送信し、第２装置によって複数のデータ・フレームの各々を個別に検証し、有効であるデータ・フレームを再送信することなく、エラーを含むデータ・フレームの各々を第１装置によって再送信する。

本発明の他の実施例において、無線ネットワーク上でデータ・フレームを送信するシステムが提供される。本システムは、複数のデータ・フレームを集合フレームへと連結し、集合フレームを第２装置に送信し、有効であるデータ・フレームを再送信することなく、エラーを含むデータ・フレームの各々を再送信するように構成される第１装置、及び、複数のデータ・フレームの各々を個別に検証するように構成される第２装置を含む。

本発明の他の実施の形態は、実行されたときに、第１装置及び第２装置中のプロセッサに、無線通信ネットワークにおけるデータ・フレーム伝送の処理を実行させる、コンピュータ実行可能コードが記憶された計算機可読記憶媒体を提供する。前記処理は、複数のデータ・フレームを集合フレームに連結すること、複数のデータ・フレームの各々を個別に検証すること、有効であるデータ・フレームを再送信することなく、エラーを含むデータ・フレームの各々を第１装置によって再送信することを含む。

本発明とみなされる主題が詳細に示されて、明細書の終わりにおける請求の範囲において明確に請求される。本発明の上記及び他の特徴及び利点は、添付の図面と共に考慮される以下の詳細な記載から明らかである。

連結されたフレームのためのMACフレーム本体フォーマット。 連結ヘッダ・フィールド・フォーマット。 ミニ・フレーム・フィールド・フォーマット。 ミニ・フレーム制御フィールド・フォーマット。 フレーム連結によって実施される通信装置。 フレーム連結フローチャート。

本発明によって開示される実施の形態は、本願明細書における革新的な教示の多くの有利な用途の単なる例であることに留意することが重要である。一般に、本出願の明細書においてなされる記述は、さまざまな請求された発明のいずれかを必ずしも制限するというわけではない。さらに、いくつかの記述は、いくつかの発明の特徴に当てはまるが、他の特徴には当てはまらないかもしれない。一般に、特に明記しない限り、単数で表現された要素は、一般性を失うことなく、複数であることができ、その逆も同じである。図面において、同様の符号は、いくつかの図を通して同様の部分を指す。

MACフレーム・ヘッダは、連結されたフレームとしてデータ・フレームを識別するために用いられることができる。例えば、開示された連結されたフレームのフレーム・タイプは、タイプ5として定められる。MACフレーム・ヘッダ中に提供されるフレーム・タイプは表1のように符号化される。5の値は、MACフレームが連結されたデータ・フレームであることをMACフレーム・ヘッダの受け側に示すために用いられる。

連結されたデータ・フレームは、固定長のMACヘッダ及び可変長のペイロードを含む。MACヘッダ・フィールドは、プロトコル・バージョン、セキュア・ビット、ACKポリシー、フレーム・タイプ、フレーム・サブタイプ/デリバリID、リトライ、宛先アドレス、ソース・アドレス及びシーケンス制御を含む。表2は、連結されたフレームのためのMACヘッダ・フィールド設定の例を示す。

ペイロードの長さは、いくつのデータ・フレームが連結されるかに応じて変化する。図1は、本発明の実施の形態によるMACフレームのペイロードを説明する。連結されたデータ・フレームにおいて、ペイロード100は、連結ヘッダ110及び複数のミニ・フレーム111, 112, …, 11Nを含む（Nは整数）。MACフレームに連結されることができるミニ・フレームの数は、制限される場合がある。連結されたフレームのためのMACフレーム本体サイズは、任意のフレーム本体と同じ最大のサイズに従う。

送信機は、同一のデリバリIDを有する複数のMSDU（MACサービス・データ・ユニット）を１つのMACフレーム本体に連結することができる。装置は、mConcatenationLimit個以下のミニ・フレームを連結データ・フレームに連結する。表3に示されるように、MACフレームに連結されることができるミニ・フレームの数は、MACサブレイヤ・パラメータmConcatenationLimitによって制限されることができる。

連結されたフレームに関する情報は、連結ヘッダ中に含まれることができる。図2は、連結ヘッダ・フィールド200を説明する。ミニ・フレーム・カウント・フィールド201は、連結されたフレーム中に含まれるミニ・フレームの数を収容している。連結ヘッダ・フィールド200中の長さフィールド（211, 212, ..., 21N）は、対応するミニ・フレームのオクテットでの長さを示す。FCSフィールド203は、連結ヘッダ中の全ての他のフィールドのためのフレーム・チェック・シーケンス（FCS）である。FCSフィールド203は、フレーム中のデータに基づいてソース・ノードによって計算される数を収容している。宛先ノードがフレームを受信すると、FCS数が再計算されて、フレーム中に含まれるFCS数と比較される。

図3に示されるように、各々のミニ・フレーム300は、ミニ・フレーム制御フィールド301、シーケンス制御フィールド302、MSDUを含むミニ・フレーム・ペイロード303及びFCSフィールド304を含む。このフォーマットは、伝送シーケンス及び他の制御情報を示すためだけでなくフレームを保護するために、連結中の各々のフレームに対して最高7バイトのみを用いる。

ミニ・フレーム制御フィールドが図4に説明される。ミニ・フレーム制御フィールド400のb0ビット402は、リトライを示すために用いられることができる。

図3に戻って、シーケンス制御フィールド302は、フレームのシーケンス番号として設定される。FCSフィールド304は、ミニ・フレーム中の全ての他のフィールドのためのフレーム・チェック・シーケンスである。FCSフィールド304は、ミニ・フレーム中のデータに基づいてソース・ノードによって計算される数を収容している。本発明の一実施例において、宛先ノードがミニ・フレームを受信すると、FCS数が再計算されて、ミニ・フレーム中に含まれるFCS数と比較される。２つの数が異なる場合、エラーが想定されて、ミニ・フレームは破棄されて、ミニ・フレームは再送信されなければならない。

肯定応答及び再送信に関して、送信機及び受信機の両方は、各々のミニ・フレームを異なるエンティティとして処理する。連結されたフレームを受信する上で、連結されたフレームのMACヘッダ中のACKポリシーがタイプB-ACKリクエストの場合、受け側はタイプB-ACKで制御フレームを送信する。B-ACKフレームにおいて、エラーを含むミニ・フレームを送信機が再送信することができるように、受け側は、どのミニ・フレームが正しく受信されたかを示すことができる。連結されたフレームのMACヘッダ中のACKポリシーの他のタイプに対して、受け側は、肯定応答フレームで応答しない。

連結されたフレームのMACヘッダは、連結されたフレーム本体中の各々のミニ・フレームに同様に適用される。

連結されたフレームは、セキュアな(S)又は非セキュアな(N)フレームとして送信されることができ、フレーム本体中に連結される個々のデータ・フレームは、MACヘッダ中に示すのと同じセキュア・オプションを持つ。MACヘッダ中のセキュア・ビットが1に設定される場合、ミニ・フレーム・ペイロードは、セキュア・フレーム・フォーマットを用いることにより確保される。そうでない場合、ミニ・フレーム・ペイロードは、通常の非セキュア・データ・フレーム中のMACフレーム・ペイロード・フィールドと同一である。表4は、フレーム保護のセキュリティ・モードを説明する。

図5は、本発明の実施の形態による上記のプロトコルを実施するために構成される無線通信装置501、502を説明する。装置A 501が装置B 502のために意図されるデータ・フレームを持つときに、装置A 501はデータ・フレームを集合フレームへと連結して、装置B 502に集合フレームを送信する。装置B 502は、データ・フレームの各々を個別に検証する。装置A 501は、エラーを含むデータ・フレームだけを再送信する。装置B 502は、例えば、肯定応答フレームを介して又は任意の他のACKポリシーを介して、エラーを含む受信データ・フレームを装置A 501に通知することができる。

図6は、本発明の実施の形態の処理フローチャートを示す。601において、第１装置は、複数のデータ・フレームを集合フレームに連結する。602において、第１装置は、第２装置に集合フレームを送信する。603において、第２装置は、複数のデータフレームの各々を個別に検証する。604において、第１装置は、エラーを含むデータ・フレームだけを再送信する。

本発明は、UWBに基づくWPAN及びWiMediaに基づく無線ネットワークに適用可能である。それはさらに他の無線ネットワークに適用可能である。

前述の詳細な記載は、本発明が利用することができる多くの形式のいくつかを述べた。前述の詳細な記載は、本発明が利用することができる選択された形式の説明として理解されて、本発明の定義に対する制限としては理解されないことが意図される。本発明の範囲を定めることが意図されるのは、全ての均等物を含む請求の範囲だけである。

最も好ましくは、本発明の原理は、ハードウェア、ファームウェア及びソフトウェアの任意の組み合わせとして実施される。さらに、ソフトウェアは、部品又は特定の装置及び/若しくは装置の組み合わせから成るプログラム記憶ユニット又は計算機可読記憶媒体において明らかに実現されるアプリケーション・プログラムとして、好ましくは実施される。アプリケーション・プログラムは、任意の適切なアーキテクチャから成る機械にアップロードされ、実行されることができる。好ましくは、機械は、１つ以上の中央処理ユニット(CPU)、メモリ及び入出力インタフェースのようなハードウェアを有するコンピュータ・プラットフォーム上で実施される。コンピュータ・プラットフォームは、さらに、オペレーティング・システム及びマイクロ命令コードを含むことができる。本願明細書において説明されるさまざまな処理及び機能は、マイクロ命令コードの一部若しくはアプリケーション・プログラムの一部又はそれらの任意の組み合わせであることができ、そのようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているか否かにかかわらず、それはCPUによって実行されることができる。更に、追加的なデータ記憶ユニット及び印刷ユニットのようなさまざまな他の周辺ユニットがコンピュータ・プラットフォームに接続されることができる。

Claims (15)

1. 無線ネットワークにおいて第１装置から第２装置へとデータ・フレームを送信するための方法であって、
   第１装置によって複数のデータ・フレームをメディア・アクセス制御（MAC）フレームとして構成される集合フレームへと連結し、
   第１装置から第２装置へ前記集合フレームを送信し、
   第２装置によって前記複数のデータ・フレームの各々を個別に検証し、
   有効なデータ・フレームを再送信することなく、第１装置によってエラーを含むデータ・フレームの各々を再送信し、
   前記MACフレームはMACヘッダ及びペイロードを有し、前記MACヘッダは前記MACフレームが連結フレームであることを示すためのフレーム・タイプを有する、方法。
2. 前記ペイロードは連結ヘッダ及び複数のミニ・フレームを有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記連結ヘッダが、ミニ・フレーム・カウント、前記複数のミニ・フレームの長さ、及び、前記連結ヘッダ中の全ての他のフィールドのためのフレーム・チェック・シーケンスを有し、前記複数のミニ・フレームの各々が、
   ミニ・フレーム制御フィールド、
   シーケンス制御フィールド、
   ミニ・フレーム・ペイロード、及び
   前記複数のミニ・フレームの各々の中の全ての他のフィールドのためのフレーム・チェック・シーケンス、
   を有する請求項２に記載の方法。
4. 前記MACヘッダがさらに肯定応答(ACK)ポリシーを有し、当該方法はさらに、前記MACヘッダ中の前記ACKポリシーがB-ACKリクエストのタイプである場合にMACフレームに応じて第２装置によってタイプB-ACK（バルク肯定応答）の制御フレームを第１装置に送信し、ACKポリシーの他のタイプのための肯定応答を送信しない、請求項２に記載の方法。
5. 前記MACヘッダがセキュリティ・オプションをさらに有し、当該方法はさらに、前記複数のミニ・フレームに対して前記MACヘッダ中に示されるのと同じセキュリティ・オプションを用いる、請求項２に記載の方法。
6. 無線ネットワーク上でデータ・フレームを送信するためのシステムであって、
   複数のデータ・フレームをメディア・アクセス制御（MAC）フレームとして構成される集合フレームへと連結し、前記集合フレームを第２装置へ送信し、有効なデータ・フレームを再送信することなく、エラーを含むデータ・フレームの各々を再送信する第１装置を有し、
   前記第２装置は、前記複数のデータ・フレームの各々を個別に検証し、
   前記MACフレームはMACヘッダ及びペイロードを有し、前記MACヘッダは前記MACフレームが連結フレームであることを示すためのフレーム・タイプを有する、システム。
7. 前記ペイロードは連結ヘッダ及び複数のミニ・フレームを有する、請求項６に記載のシステム。
8. 前記連結ヘッダが、ミニ・フレーム・カウント、前記複数のミニ・フレームの長さ、及び、前記連結ヘッダ中の全ての他のフィールドのためのフレーム・チェック・シーケンスを有し、前記複数のミニ・フレームの各々が、
   ミニ・フレーム制御フィールド、
   シーケンス制御フィールド、
   ミニ・フレーム・ペイロード、及び
   前記複数のミニ・フレームの各々の中の全ての他のフィールドのためのフレーム・チェック・シーケンス、
   を有する請求項７に記載のシステム。
9. 前記MACヘッダがさらに肯定応答(ACK)ポリシーを有し、前記第２装置はさらに、前記MACヘッダ中の前記ACKポリシーがB-ACKリクエストのタイプである場合にMACフレームに応じて第２装置によってタイプB-ACK（バルク肯定応答）の制御フレームを第１装置に送信し、ACKポリシーの他のタイプのための肯定応答を送信しない、請求項７に記載のシステム。
10. 前記MACヘッダがセキュリティ・オプションをさらに有し、前記第１及び第２装置はさらに、前記複数のミニ・フレームに対して前記MACヘッダ中に示されるのと同じセキュリティ・オプションを用いる、請求項７に記載のシステム。
11. 実行されたときに、無線通信ネットワークにおけるデータ・フレーム伝送の処理を第１装置及び第２装置に実行させるコンピュータ実行可能コードが記憶されたコンピュータ読取可能記憶媒体であって、前記処理は、
    第１装置によって複数のデータ・フレームをメディア・アクセス制御（MAC）フレームとして構成される集合フレームへと連結し、
    第１装置から第２装置へ前記集合フレームを送信し、
    第２装置によって前記複数のデータ・フレームの各々を個別に検証し、
    有効なデータ・フレームを再送信することなく、第１装置によってエラーを含むデータ・フレームの各々を再送信し、
    前記MACフレームはMACヘッダ及びペイロードを有し、前記MACヘッダは前記MACフレームが連結フレームであることを示すためのフレーム・タイプを有する、コンピュータ読取可能記憶媒体。
12. 前記ペイロードは連結ヘッダ及び複数のミニ・フレームを有する、請求項１１に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
13. 前記連結ヘッダが、ミニ・フレーム・カウント、前記複数のミニ・フレームの長さ、及び、前記連結ヘッダ中の全ての他のフィールドのためのフレーム・チェック・シーケンスを有し、前記複数のミニ・フレームの各々が、
    ミニ・フレーム制御フィールド、
    シーケンス制御フィールド、
    ミニ・フレーム・ペイロード、及び
    前記複数のミニ・フレームの各々の中の全ての他のフィールドのためのフレーム・チェック・シーケンス、
    を有する請求項１２に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
14. 前記MACヘッダがさらに肯定応答(ACK)ポリシーを有し、前記処理はさらに、前記MACヘッダ中の前記ACKポリシーがB-ACKリクエストのタイプである場合にMACフレームに応じて第２装置によってタイプB-ACK（バルク肯定応答）の制御フレームを第１装置に送信し、ACKポリシーの他のタイプのための肯定応答を送信しない、請求項１２に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
15. 前記MACヘッダがセキュリティ・オプションをさらに有し、前記処理はさらに、前記複数のミニ・フレームに対して前記MACヘッダ中に示されるのと同じセキュリティ・オプションを用いる、請求項１２に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。

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