強化されたサービス品質を有する無線通信用のダイナミック適合
サービス品質（ＱｏＳ）を強化するために無線構内網（ＷＬＡＮ）中で無線装置とアクセス点との間の通信をダイナミックに制御するように設計された技術およびシステムである。記載された技術及びシステムはＩＥＥＥ ８０２．１１ｅによりＷＬＡＮのＱｏＳをさらに強化するように構成されることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は2004年10月28日出願の米国暫定特許出願第60/623,725号明細書（発明の名称“DYNAMIC ADAPTATION POLICIES TO IMPROVE QUALITY OF SERVICE IN IEEE 802.11 NETWORKS”）の特典を主張している。
【０００３】
無線通信システムは移動体電話および無線通信ポートが取付けられているポータブルコンピュータのような無線ノード又はアクセス端末とも呼ばれることができる無線通信装置へ無線通信サービスを提供するために電磁無線波を使用する。種々のタイプの無線通信システムは種々の無線通信応用を提供するために開発されている。無線構内網（ＷＬＡＮ）は１以上のパケットデータ及びその他のネットワークへのポータルとしてアクセス点（ＡＰ）と呼ばれる１以上の通信装置を使用し、小さい地理的領域で移動体及びその他の無線通信装置（即ち無線ノード）に対する無線サービスを行うように設計されることができる。各アクセス点は内部で無線装置が無線サービスをアクセスできるホットスポット又はゾーンと呼ばれる限定された領域をカバーする無線トランシーバを有している。多数の無線装置又はノードが単一のアクセス点をアクセスするとき、異なる装置又はノードに対するサービスの品質が問題になる。ＩＥＥＥ ８０２．１１標準方式はＷＬＡＮの通信プロトコルの１つとして広く採択されており、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅはＷＬＡＮのサービス品質を特別に解決する特徴を有する。
【０００４】
ＷＬＡＮはＩＰその他のサービスにわたって、ストリームビデオ、電話会議、音声を含むことのできるマルチメディア応用のような無線のブロードバンドサービスを提供するために使用されることができる。ＷＬＡＮでさらに高いデータレートをサポートするための入手性及び改良には、ＷＬＡＮ技術を広く普及して採択することになる。これは家庭、会社、空港およびレストランなどの商業的な環境におけるＷＬＡＮネットワークの増加で見られることができる。しかしながら、無線アクセスの時間変化特性とマルチメディア応用の多様な要求によって、ＷＬＡＮで無線マルチメディアサービスをサポートする作業が試みられている。ブロードバンドサービスの需要の増加につれて、ＷＬＡＮの無線媒体にわたって多様なマルチメディアサービスをサポートすることが必要とされる。ＷＬＡＮの媒体アクセスのためのサービス品質（ＱｏＳ）機構を提供するために標準化の努力が追求されている。
【０００５】
ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅはこのような努力の１例である。ＷＬＡＮネットワークでマルチメディアアプリケーション要求を満たすことに関する１ステップとして、ＩＥＥＥ ８０２．１１ワーキンググループが媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層のＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ弁別機構に含まれている。例えばＩＥＥＥ ８０２．１１ＷＧの“Draft supplement to standard for telecommunications and information exchange between systems −LAN/WAN specific requirements − part 11 : MAC enhancements for quality of service (QoS)”ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ標準草稿／Ｄ８．０（2004年２月）を参照。ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ標準方式はＩＥＥＥ ８０２．１１ｅで与えられる媒体アクセスの２つのモード間で多重化を行うハイブリッド調整機能（ＨＣＦ）と呼ばれるフレームワークと、強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）の名称による分配されたアクセスモードとハイブリッド調整機能制御されたチャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）の名称による中央化されたアクセスモードを提供する。分配されたチャンネルアクセス方式により、各フローはコンテンションベースのアルゴリズムを通してチャンネルに対するアクセスを得る。この方法は、未知のトラフィック要求によるバーストのあるトラフィックフローをターゲットとしている。中央化されたアクセスにより、ポーリングベースの方式が各フローにより与えられた予約リクエストに基づいてトラフィックフローへのアクセスを許可するために使用される。この方式は実時間のマルチメディア応用のような保証されたチャンネルアクセスを必要とするフローにはよく適している。しかしながら、この方式では、中央化された制御装置はスケジュール化を作成する前に、フローについての正確な情報を必要とし、予測可能なトラフィックにさらに適切にされる。標準はさらに初期化において予約リクエストで特定されたフロー要求に基づいて、ポーリングスケジュールを構成するようにスケジュール装置の基準設計を与える。この基準設計の詳細はJ. Pradoの“Mandatory TSPEC parameters an
d reference design of a simple scheduler”、IEEE 802.11−02/705ar0、2002年11月で見られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本出願は、特にサービス品質（ＱｏＳ）を強化するために、無線構内網（ＷＬＡＮ）中で無線装置とアクセス点との間のダイナミックな制御通信を行うように設計された技術及びシステムを記載している。記載された技術及びシステムは、ポーリングベースの中央化された媒体アクセスモードと分配されたコンテンションベースの媒体アクセスモードを介して、媒体アクセスのダイナミックおよび適合性制御を行うことによって、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅによりＷＬＡＮでさらにＱｏＳを強化するように構成されることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この出願で記載されている１例は、通信ポータルとしてのアクセス点と、それぞれ無線でアクセス点と通信する複数の無線通信ノードとを有する無線構内網（ＷＬＡＮ）における通信を制御する方法である。この方法では、アクセス点はノードからの通信フローについての情報を受信するように動作される。選択されたノードは、その選択されたノードとの通信フローの特性に基づいて、対応するコンテンションのない時間期間に他のノードとのコンテンションなく、各選択されたノードがアクセス点と通信することを可能にするコンテンションのない時間期間を割当てられる。残りのノードはコンテンションのない時間期間外の時間期間で相互に競合し、アクセス点と通信するように割当てられる。割当て後、各ノードで成長した通信遅延は、付加的な時間が必要とされるか否かを決定するために割当てられた時間期間中の通信中監視される。付加的なコンテンションのない時間は、このような付加的なコンテンションのない時間が利用可能なときには付加的な時間を必要とするノードに割当てられる。付加的なコンテンションのない時間が利用可能ではないとき、選択されたノードはアクセス点と通信するために他のノードと競合するように命令される。
【０００８】
別の例では、本出願は、ハイブリッド調整機能制御チャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）と優先されたコンテンションベースの強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）とにしたがってＷＬＡＮのアクセス点とのポーリングベースのコンテンションのない通信をサポートするためにＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにしたがって無線構内網（ＷＬＡＮ）における通信を制御するための方法を記載する。アクセス点と通信するための各サービスインターバルは（１）アクセス期間と通信するように割当てられた無線通信ノードが他のノードとのコンテンションなしにアクセス点と通信するためにコンテンションのない時間期間を割当てられているＨＣＣＡ期間と、（２）無線通信ノードが、割当てられたアクセスカテゴリに基づいてアクセス点と通信するために他のノードと競争する別々のＥＤＣＡ期間とに分割される。アクセス点と通信する各ノードの通信遅延は監視され、ＥＤＣＡ期間にノードと通信するためのアクセス点のトラフィックロードもまた監視される。アクセス点に対するノードのアクセスはノードの監視される通信遅延と、監視されるトラフィックロードにしたがってダイナミックに制御される。このダイナミックな制御は次のうちの少なくとも１つ、即ち（１）ＨＣＣＡ期間中にアクセス点と通信するように前もって割当てられている選択されたノードへ付加的な時間の割当て、（２）ＨＣＣＡ期間中にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡのアクセス点との割当てられた通信を完了し、ＨＣＣＡ期間の終了後、他のノードと競争するためにＥＤＣＡ期間中にアクセス点と通信を続けるように前もって割当てられた選択されたノードの割当て、（３）ＨＣＣＡ期間中のコンテンションのない時間期間の選択されたノードへの割当てを含んでおり、このノードはＥＤＣＡ期間にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡ期間に前もって割当てられたノードがサービスされた後に、未使用の時間がＨＣＣＡ期間に残されているときアクセス点と通信するように前もって割当てられている。
【０００９】
本出願はまた、ハイブリッド調整機能制御チャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）と優先されたコンテンションベースの強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）にしたがってノードとアクセス点との間のポーリングベースのコンテンションのない通信をサポートするためにＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにより無線構内網（ＷＬＡＮ）における無線通信ノードとアクセス点との間の通信を制御するための例示的なシステムを記載している。このシステムはＨＣＣＡ測定を行うためにＨＣＣＡ通信フローを監視するＨＣＣＡモニタと、ＥＣＣＡ測定を行うためＥＤＣＡ通信フローを監視するＥＤＣＡモニタとを有する監視モジュールと、ＨＣＣＡ測定およびＥＤＣＡ測定に応答して、個々のノードの遅延により生じる集合された通信遅延を減少するためにＨＣＣＡおよびＥＤＣＡの両者のアクセス点とのノードの通信をダイナミックに制御するように動作するアダプタモジュールとを含んでいる。
【００１０】
システムの１構成では、アダプタモジュールは、ＨＣＣＡのアクセス点と通信するように前もって割当てられている選択されたノードへＨＣＣＡの付加的な時間を割当てるように動作する。別の構成では、アダプタモジュールは選択されたノードを割当てるように動作し、このノードはＨＣＣＡのアクセス点と通信し、ＨＣＣＡ中のアクセス点との割当てられた通信を完了し、他のノードと競争するようにＥＤＣＡ中のアクセス点と通信し続けるように前もって割当てられている。さらに別の構成では、アダプタモジュールはＨＣＣＡ中のコンテンションのない時間期間を選択されたノードに割当てるように動作し、このノードはＥＤＣＡ中のアクセス点と通信し、ＨＣＣＡに前もって割当てられたノードがサービスされた後に、未使用の時間がＨＣＣＡに残されているときアクセス点と通信するように割当てられている。これらの構成は組合せられることができる。
【００１１】
これら及びその他の構成及び変化と、その他の特徴を添付図面、詳細な説明、請求項で詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
現在のＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ規定は、強化されたＱｏＳを可能にするために、ＨＣＣＡとＥＤＣＡにより２つの媒体アクセスモード間のサービス弁別をサポートする。しかしながら、このようなサービス弁別の異なる構成はＱｏＳの強化について異なるレベルを有していてもよい。１例として、Pradoにより提案されたスケジュール化アルゴリズムは幾つかの技術的な限定を有する。中央化されたスケジュール化アルゴリズムは、実時間フローが、中央化された方式期間中にそれらの要求に基づいてチャンネルアクセスのための時間を保留することを想定している。応用に応じて、実時間フローの要求についての正確な情報がフロー送信の開始時に利用可能ではない可能性がある。例えばアプリケーション層適合技術の使用では、ビデオ流のビットレート要求はエンド・ツー・エンドネットワークの混雑に基づいて変化し、したがって開始時に正確な情報を得ることは実現可能ではない。
【００１３】
さらに、ＨＣＦは、平均パケットサイズ及び必要とされるスループットのような保留リクエストで特定された平均された値を使用して一定のビットレート（ＣＢＲ）トラフィックに適切な固定されたポーリングスケジュールを割当てるだけある。しかしながら、品質制御されるＭＰＥＧ４またはビデオ会議のように、ＣＢＲプロフィールをもたず、代わりに可変ビットレート（ＶＢＲ）符合化を使用するマルチメディアトラフィックフローが存在する。ＶＢＲ符号化の幾つかの利点は、同じ平均ビットレートに対してより良好なビデオ品質と、より短い遅延を含むことである。さらに、サービス提供業者は異なるＶＢＲフロー間で多重化することによりネットワークの容量を増加するためにマルチメディア内容のＶＢＲ符号化を共通して使用する。例えばLakshman等のProceedings of IEEE中の“VBR video : Tradeoffs and potentials”、86巻、952−973頁（1998年５月）と、Ming-Ting SunとAmy ReibmanのCompressed Video over Networks、第９章、Marcel Dekker（2001年）を参照のこと。受信された予約及びトラフィック変化における可能な不正確性によって、PradoのＨＣＦスケジュール化ポリシーは効率的でなく、また適切でもなく、許容できない遅延を発生し、したがってマルチメディア品質に悪影響を与える。
【００１４】
変化可能な要求を有する実時間フローの品質を維持する方法の１つは、予約時間におけるフロー要求についての過剰な供給である。この方法はマルチメディア品質を改良するが、システム容量は非常に打撃を受ける。別の方法はフローについての情報を集め、さらに適切にリソース割当てを行うためにその将来の要求を予想することである。監視の頻度は時間にわたるトラフィックフロー要求の固有の相関に依存することに注意すべきである。この方法による予想が不正確であるために、リソースの割当ては非効率的になりかねない。
【００１５】
システム容量（チャンネルの利用）に打撃を与えずに品質を改良するために、可変の要求をダイナミックに識別し、評価し、付加的なチャンネルアクセスを選択的に可能にするための機構を与えるダイナミック適合方法を提案する。マルチメディアフローに適切に付加的な時間を与えることによって、サービスの品質は幾つかの静的スケジューラによるサービス品質よりも改良されることができる。以下説明する１構成では、ポーリングベースのスケジュール化ポリシーを構成し、トラフィックフローを適切な媒体アクセスモードにダイナミックに関連付けるための適合ポリシーが与えられる。このポリシーは予約情報中で発生する可能性のある不正確性と、フロー発生及びスループット要求の変化と、現在のシステム利用を考慮する。さらにポリシーはネットワーク中の他のフローへの影響を最小にしてこれらの適合を行う。この方法の有効性を評価するために、この適合ポリシーと、Pradoによる８０２．１１ｅに対するスケジューラの基準設計との比較が行われる。本発明の方法は遅延及びスループットの計量に関してＱｏＳにおける大きな改良を実現する方法で行われることができることを明らかにする。さらに、マルチメディア応用の品質とシステム容量における本発明の適合の影響について示す。
【００１６】
幾つかの構成では、本発明のダイナミック適合は、部分的にＩＥＥＥ ８０２．１１ｅの中央化された（ＨＣＣＡ）と分配された（ＥＤＣＡ）方式を調整するためのアクセス点（ＡＰ）ベースのＱｏＳ供給機構を提供する。特に、ＨＣＣＡとＥＤＣＡ相へのフローのマッピングがどのようにして実現されたＱｏＳに影響するかを調査した。本発明者は最初に、ＨＣＣＡとＥＤＣＡ期間に対して背景及び実時間トラフィックを限定する伝統的な方法をそれぞれ評価した。この方法を使用する限定を識別して、ネットワークロードとアプリケーション要求とに基づいて２つの期間の間のフローをダイナミックに動かす潜在的な利点を評価した。本発明のダイナミック適合は、フローがＨＣＣＡ、ＥＤＣＡ又はその両者でサービスされるべきであるか否かを動作時間で決定するために使用されることができる。提案されたポリシーは予約情報における可能な不正確さ、フロー発生及びスループット要求における変化、現在のシステム使用を考慮している。さらに、ポリシーはネットワーク中の他のフローにおける影響を最小にしてこれらの適合を行う。本発明の適合により、遅延とスループット計量に関して、マルチメディアアプリケーションのＱｏＳは著しく改良されることができることを示した。
【００１７】
ダイナミック適合は、実時間のマルチメディアフローにより受ける遅延を最小にするために例えばポーリング期間中に利用可能な時間を使用して、ＷＬＡＮネットワークのシステム利用を改良することによりＷＬＡＮネットワークにわたるエンドユーザが受けるサービス品質（ＱｏＳ）を改良するために使用されることができる。さらに、ダイナミック適合はフローのスループットを改良し、それは利用可能な時間が存在するならば中央化されたポーリング期間中の時間を割当てることによって、恐らくソフト実時間フローである可能性がある。ダイナミック適合の全体的な方法はトラフィックフローを２つのチャンネルアクセスモードにダイナミックに関連付け、監視されたトラフィック情報に基づいてアクセスの特権を変更する。特に、ハイブリッド調整機能チャンネル制御アクセス（ＨＣＣＡ）と呼ばれる８０２．１１ｅの中央化されたポーリング期間でスケジュールされたフローでは、トラフィックの予約からの変化が列の成長につながるときを認識するために列情報の追跡を考慮する。これが生じたとき、フローの列サイズを減少し遭遇する高いパケット遅延を防止するために付加的な時間をトラフィックフローに割当てる。ＨＣＣＡ中に利用可能な時間が存在するならば、全ての前もってスケジュールされたフローがポールされた後、フローを再度ポールすることによって付加的な時間を割当てる。しかしながら、ＨＣＣＡ期間中に時間が残されていないならば、強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）期間と呼ばれる８０２．１１ｅの分配されたコンテンション期間を良好に利用することによって、列の成長を減少させようとする。そのアルゴリズムはＥＤＣＡ中の現在のロードを評価し、そのロードにしたがって、ＨＣＣＡトラフィックフローをＥＤＣＡ期間中に送信させる信号を送信する。さらにＨＣＣＡのスケジュールされたフローの遅延を最小にするために、本発明のアルゴリズムはまた、利用可能な時間が存在するならば、ＨＣＣＡ期間の時間を割当てることによってＥＤＣＡフローに対するＱｏＳ計量を改良しようとする。この適合に対しては、混雑またはチャンネル変化によるスループットの劣化を被っている高い優先順位のフローをターゲットとする。
【００１８】
本発明のダイナミック適合の種々の実行の潜在的な構成は、特に保証されたサービス品質をエンドユーザに提供し、ＷＬＡＮネットワークのシステム利用を改良する能力を含んでいる。この技術は空港、会社（電子会議のため）、家庭のような高いボリュームのマルチメディアアプリケーションを経験するＷＬＡＮの設置に対して商業的に有用であろう。
【００１９】
次のセクションでは、サービスの弁別をサポートするためのＩＥＥＥ ８０２．１１ｅの強化におけるある特徴を簡単に説明する。次に、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅのサービス弁別を実行するためのPradoのスケジュール化アルゴリズムの特徴及び限定についても説明する。最後に、本発明のダイナミック適合方法の特別な実行とシミュレート結果を説明する。
【００２０】
ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅはハイブリッド調整置機能（ＨＣＦ）と呼ばれる新しい動作モードを規定している。図１は、各サービスインターバルがＨＣＣＡ期間とＥＤＣＡ期間を含んでいる場合の２つの隣接するサービスインターバル（Ｓｉｓ）を示すことによってＨＣＦチャンネルアクセスを示している。ＨＣＦは媒体アクセスの２つのモード間、即ち強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）により誘導される分配されたコンテンションベースの方法と、ＨＣＦ制御されたチャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）と呼ばれる中央化されたポーリングベースの方法との間で多重化している。両アクセス機能は８０２．１１ａ／ｂ／ｇで特定された元来のアクセス方法、即ち分配された調整機能‘ＤＣＦ）と点調整機能（ＰＣＦ）の機能性を強化する。８０２．１１ｅで提案された２つのアクセス方式に共通の基本的な概念は、送信機会（ＴＸＯＰ）の概念である。ＴＸＯＰはノードが送信を許可される限定された時間インターバルである。ＥＤＣＡ中のＴＸＯＰはトラフィックフローに基づいて決定され、一方、ＨＣＣＡでは、ＴＸＯＰはノード毎のベースで選択される。
【００２１】
［ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにおける強化された分配チャンネルアクセス］
サービスの弁別をサポートするために、８０２．１１ｅはＥＤＣＡと呼ばれる弁別されたチャンネルアクセス機構を提供することによってレガシー８０２．１１分配調整関数（ＤＣＦ）よりも改良する。ＥＤＣＡは８０２．１１の従来の分配されたチャンネルアクセス機構のパラメータ化されたバージョンであり、異なるチャンネルアクセスパラメータを異なるトラフィックフローに関連付け、アクセスカテゴリ（ＡＣ）と呼ばれる異なるクラスへカテゴリ化され、異なるフロー間の媒体アクセスの優先順位を決定する。ＥＤＣＡを通るチャンネルアクセスの優先順位の決定は図２に示されている。変更されたチャンネルアクセスパラメータは、バックオフを開始する前に待機するための最小の時間インターバルである仲裁フレーム間間隔（ＡＩＦＳ）と、ノードが送信することのできる最大の期間である送信機会（ＴＸＯＰ）と、送信の開始前に待機するためのランダム数のスロットを決定するコンテンションウィンドウパラメータ（ＣＷｍｉｎとＣＷｍａｘ）である。
【００２２】
各アクセスカテゴリ（ＡＣ）では、アクセスパラメータはアクセス点（ＡＰ）により決定され、ネットワーク中のノードへの標識となる。
【００２３】
［ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにおけるＨＣＦ制御されたチャンネルアクセス］
優先順位を決定されたチャンネルアクセスに加えて、８０２．１１ｅプロトコルは保証されたＱｏＳを与えるため、ＨＣＦ制御されたチャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）と呼ばれる中央化されたチャンネルアクセス方式を記載している。図１は８０２．１１ｅ ＨＣＣＡにより使用されるチャンネルアクセス方式を示している。レガシー点調整機能（ＰＣＦ）に類似して、ＨＣＣＡはポーリングベースの機構を使用し、ここでは媒体アクセスはＡＰにより制御される。レガシーＰＣＦとＨＣＣＡとの間の主な違いは、コンテンションのない期間が生じることができるフレキシブル性である。媒体がＰＣＦフレーム間のスペース期間にアイドル状態のままであるならば、ＡＰはコンテンションのないＨＣＣＡ期間を開始し、それは最小のＡＩＦＳよりも短い。
【００２４】
ＨＣＣＡのコンテンションのない期間中、ＡＰはＴＸＯＰと呼ばれる固定した時間期間にノードをポールし、これは各フローによってＡＰへ周期的に送信される予約情報に基づいて計算される。各ノードに対するＴＸＯＰはＡＰからのポールリクエストにより開始され、この期間中に、送信はアップリンクとダウンリンクの両方向で行われることができる。サービスインターバルＳＩと呼ばれる周期性はネットワーク中に存在する全てのノードに対する最小の遅延要求に基づいて決定される。この期間は多数のコンテンションのない送信を可能にし、次の状態のうちの１つ、即ちＡＰもノードも送信のためのパケットをもたない状態、またはチャンネルアイドル時間がタイムアウト期間を超えた状態、または時間期間が満了した状態が生じたならば終了する。ＨＣＣＡ中で使用されるＴＸＯＰはＥＤＣＡで使用されるＴＸＯＰとは異なり、ＡＰにより決定され、フロー要求に基づいて計算されることに注意すべきである。固定した期間の使用によって、ＡＰは各ノードに割当てられた時間を限定でき、デフォルト変数dot11DefaultCPTXOPlimitにより限定される。
【００２５】
［ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにおけるハイブリッド調整関数スケジュール化］
ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅについてのPradoの基準スケジューラを説明する。厳密なＱｏＳ要求を有するノードは、平均アプリケーションデータレート（ρ）、平均パケットサイズ（Ｌ）、最大のＭＳＤＵサイズ（Ｍ）、遅延限度（Ｄ）、最小の物理的なデータレート（Ｒ）のようなフロー情報を含んでいる送信予約リクエストを送信する。この予約リクエストを使用して、スケジュール化ポリシーはポールの周期性と継続期間を決定する。ＡＰは全てのノードに使用される最小のサービスインターバル（ＳＩ）を決定し、ここでＳＩはノードの連続的なポール間の時間期間である。選択されたＳＩは各フローの遅延要求を満足させる８０２．１１ｅビーコンインターバル期間の最高の約数であり、即ち選択されたＳＩは全てのフローの必要とされるサービスインターバルの最小値よりも小さくなければならない。フローについてＳＩで決定された後、ＡＰはまた以下のように平均アプリケーションデータレートにしたがって各フローへ固定されたＴＸＯＰを割当てる。
【数１】
【００２６】
ここで、ＯはＰＨＹとＭＡＣヘッダ、ＩＦＳ、承認フレーム、ポールフレームによるオーバーヘッドである。
【００２７】
各ＳＩについてのＨＣＣＡ中で費やされる最大の時間はdot11CAPMax変数により限定され、ビーコンインターバルの全ての制御されたアクセス時間はdot11CAPRateにより限定される。３以上の変数は制御されたアクセス期間の期間の長さを限定し、コンテンションアクセスモードでトラフィックフローにおける制御されたアクセスモードの影響を限定する。新しいフローの導入が３以上の要求のいずれかを侵害するならば、ＡＰは付加的な要求を認めることができない。
【００２８】
前述のＨＣＦスケジュール化ポリシーは多くの技術的な限定を有する。このような限定はＶＢＲフローを使用してマルチメディア通信に対するＱｏＳを非常に劣化させる可能性がある。それ故、実時間のフロー要求をサポートするための新しい技術が必要とされる。次のセクションは可変の予想できないフロー要求を有するマルチメディア流をサポートする必要性について説明する。
【００２９】
［実時間フローの可変要求］
ＷＬＡＮの多様な実時間マルチメディア応用に対してサポートを与えるために、サービスの要求とこれらの応用の必要性を理解することが重要である。以下の解析はビデオベースのアプリケーションに焦点が置かれているが、その解析による発見は他の応用にも同等に適用されることができる。
【００３０】
ビデオアプリケーションでは、ストリームは異なるビットレート要求を生じる異なる目的で符号化されることができる。一定のビットレート（ＣＢＲ）と呼ばれる１つのタイプの符号化は圧縮パラメータの適切な調節により、符号化されたストリームの帯域幅要求を維持しようとする。しかしながら、ＣＢＲ符号化は一定のビットレートを維持するために時間にわたって変化可能な品質を生じる。別のタイプのコード化は一定の圧縮パラメータの使用によって、符号化されたマルチメディアの品質を維持しようとし、それによってビットレートの要求は時間にわたって変化可能にされる。共通のＶＢＲ符号化アプリケーションの例には、品質制御されたＭＰＥＧ４、ビデオ会議、ビデオマルチキャスティング等が含まれている。サービス提供業者はマルチメディア品質に悪影響せずに、異なるＶＢＲフロー［４］間の多重化によってネットワークの容量を増加するために、マルチメディア内容のＶＢＲ符号化を共通に使用する。
【００３１】
ＣＢＲとＶＢＲフローとの違いを示すために例示的なビデオトレースを使用する。図３の（ａ）および（ｂ）は映画（２５フレーム／秒のジェラシックパーク）のＣＢＲとＶＢＲの符号化の時間にわたるビットレート要求を示している。ＶＢＲ符号化ビデオでは、ビットレート要求は時間にわたって広く変化できる。
【００３２】
ＶＢＲ符号化に加えて、アプリケーション層適合は時間にわたってビットレート要求に変化を導入することができる。例えば現在のストリーミングサーバは、エンド・ツー・エンドネットワークにおける帯域幅の変動に対処するために、異なるターゲットビットレートで静的に符号化された異なるストリーム間でダイナミックに切り替わる。このアプリケーション層適合はビデオ流中でダイナミックに変化するフロー要求を生じる。フロー要求が時間にわたって変化する可能性があることを示したので、次に、可変のトラフィックフローを有するＨＣＦ基準スケジューラを使用する効果を解析する。
【００３３】
［ＨＣＦ基準スケジュール化ポリシーの解析］
前述したように、Pradoによる基準スケジューラは、平均データレートに基づいて各フローに固定したＴＸＯＰを割当て、各フローは固定されたサービスインターバルでサービスされる。このスケジュール動作はＣＢＲトラフィックに対して良好に適しているが、ＶＢＲトラフィックを有するＨＣＣＡフローの列が成長される可能性があり、結果的に大きな遅延またはパケットのドロップにつながる。
【００３４】
ＶＢＲトラフィックに対する８０２．１１ｅスケジュールの限定を理解するために、基準スケジューラを使用して、その残りの待ち行列の長さによるトラフィックフローの遅延を評価する。それぞれμとσの平均及び標準偏差を有するガウス曲線確率密度関数としてＶＢＲトラフィックデータレートをモデル化する。ＶＢＲを表すためにガウス曲線の使用は従来の研究［６］と［７］から動機付けられる。前述の例では、ビットレート要求は平均３３８Ｋｂ／秒で、標準偏差１３４Ｋｂ／秒のガウス分布としてモデル化されることができる。
【００３５】
ｘをパケットの数に関する待ち行列の長さ値とし、ｉを現在のサービスインターバルとする。サービスインターバルｉにおけるパケット到着と残りの待ち行列の長さの確率分布関数をＩＮｉ（ｘ）とＲＥＳｉ（ｘ）によりそれぞれ規定する。
【数２】
【００３６】
サービスインターバルｉ後の残りの待ち行列の長さは、以下表されているように、最後のサービスインターバルの残りの待ち行列の長さ、入来するパケット、現在のサービスインターバル中のスケジュールされたパケットの関数である。
ＲＥＳｉ（ｘ）＝ｆ（ＲＥＳｉ−１（ｘ）＋ＩＮｉ（ｘ），ＳＣＨｉ（ｘ）） （３）
ここで、ＳＣＨｉ（ｘ）はサービスインターバルｉでＨＣＣＡスケジューラによりスケジュールされたパケット数を表している。
【００３７】
ＨＣＣＡスケジューラを使用して、ＳＩ毎にサービスされるパケット数は固定され、ＡＰにより与えられるＴＸＯＰに基づいている。ρはＳＩ毎にサービスされるパケット数であると仮定する。即ち、
∀ｉ ＳＣＨｉ（ｘ）＝インパルス（ρ） （４）
したがって、残りの待ち行列の長さは次式により与えられる。
【数３】
【００３８】
残りの待ち行列の長さの確率分布密度関数はゼロで不連続な関数であることに注意すべきである。また、サービスインターバルの最後にパケットをもたない確率は、入来するパケットおよび前のサービスインターバルの残りの待ち行列の長さによって与えられる、サービスされることを必要とするパケットがサービスインターバル当りにサービスされるパケット数ρよりも少数である確率に等しい。
【００３９】
固定された数のサービスインターバル後に前述の式の確率曲線を決定する閉じた形態は残りの待ち行列の長さに対する不連続な関数ＲＥＳｉ（ｘ）のために困難であるため、不連続な確率解析を使用してこれらの式を評価する。ノードの残りの待ち行列の長さが固定された数のサービスインターバル後に変化できる態様を理解するために、ガウスの確率分布密度関数にＨＣＣＡスケジューラのサービスレートを入力するためにＭａｔｌａｂを使用し、固定した数のサービスインターバル後の残りの待ち行列の長さの確率分布密度関数をプログラムに出力させる。
【００４０】
フローの残りの待ち行列の長さの確率分布密度関数を発見するために、２つのガウス入力（μ，σ）：［（２０，５），（２０，１）］を考慮してこれらの式を数値で評価した。平均値に対する８０２．１１ｅの基準スケジューラ規定以降、この評価では、平均値ρ＝μに等しいサービスレートを考慮する。図４の（ａ）と（ｂ）はそれぞれ２つのガウス入力曲線の（１，２５，５０，１００）ＳＩ後の残りの待ち行列の長さの確率分布密度関数を示している。曲線は１００ＳＩ後の待ち行列の長さの予想される値がゼロではないことを示していることに注意すべきである。実際に、２つのガウス入力に対する待ち行列の長さの予想される値はそれぞれ４１パケットと１７パケットである。
【００４１】
残りの待ち行列の長さが増加すると、各パケットの遅延は増加し、許容可能な遅延限度よりも潜在的に大きい可能性がある。この高い遅延は使用される転送プロトコルにしたがって、機能停止とぼけのような劣化したビデオ再生を招く。例えば、ＴＣＰが使用されるとき、パケットの遅延はその確実なパケット転送機構のために機能停止を生じる。しかしながら、ＵＤＰが使用されるとき、デフォルトパケットの損失隠蔽技術はパケットが時間内に到着しないならば、前のフレームを使用する。隠蔽方法はビデオ再生のボケを招く。次に、ＶＢＲ符号化とそれらの限定による可変性を解決する別の技術について説明する。
【００４２】
［現在の方法の限定］
PradoのＨＣＣＡスケジュール化の限定の１つは、他のフローがＥＤＣＡで競争する状態に置かれていながら、ハードな期限を有する実時間フローがＨＣＣＡ期間中の固定された期間でサービスされるように限定されることである。このスケジュール化ポリシーは簡単であるが、先に示したようにＶＢＲトラフィックを有する実時間フローのような多様なアプリケーションの要求を満たすため幾つかの限定を有する。残りの待ち行列の長さの成長を減少するための可能な解決策は各フローで過剰供給し、サービスインターバル毎に付加的な時間を割当てることである。１例はサービスインターバル毎にサービスされるパケット数を決定するのに平均及び標準偏差パラメータの両者を使用することである。
【００４３】
図５の（ａ）と（ｂ）は、μ＋σにより与えられる変更されたρを有する同じガウス入力の残りの待ち行列の長さのＰＤＦを示している。残りの待ち行列の長さの予想される値は非常に減少する。前述の例は、各フローに対してより多くの時間を割当てることが可能ならば、列の成長は避けられることができることを示している。しかしながら、ＡＰをサービスされることのできるフロー数と、各フローに割当てられる時間量との間には妥協がある。したがって、ＶＢＲ要求を満たすため、付加的な時間をＶＢＲフローへダイナミックに割当てる必要がある。
【００４４】
さらに、基準スケジュール化ポリシーでは、ＡＰは中央化されたＨＣＣＡと分配されたＥＤＣＡ期間との間に明白な分離を維持する。別々のリソース割当て方式にしたがって、実時間フローは、ＥＤＣＡ期間のロードが低いときでさえも、コンテンションベースの機構を使用して送信されることを許容されない。これにより、dot11CAPRateと、dot11CAPMaxにより課された限定のために、コンテンション期間中のチャンネルリソースの使用は低下し、ＨＣＣＡフロー中の容量及びマルチメディア品質が減少する。
【００４５】
他の研究者はＶＢＲトラフィックの現在のスケジューラの類似の限定を観察し、前述の限定の幾つかを解決するためにフレキシブルなＨＣＦ（ＦＨＣＦ）フレームワークを提案している。例えばPierre Ansel、Qiang Ni、Thierry TurlettiのWiOpt, Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc and Wireless Networksの記録の“An efficient scheduling scheme for IEEE 802.11e”（2004年３月）を参照する。簡単に述べると、ＦＨＣＦアルゴリズムは待ち行列の長さを監視し、この情報に基づいて各フローのＴＸＯＰを拡張又は収縮させる。付加的な時間が限定されるケースでは、アルゴリズムはフェアーな方法でフロー間の時間を分離する。この方法には幾つかの制限があり、即ち（１）各フローへの割当てられた時間の公正な分割は残された列の成長を軽減するには不十分であり、（２）ＴＸＯＰを調節するための集合的な適合はトラフィックの可変性が高いケースでは更に遅延を増加させかねず、（３）ＴＸＯＰの頻繁な調節はＨＣＣＡ期間でスケジュールされた他のノードに干渉しかねない（高いジッタ）。
【００４６】
［適合ポリシー］
このアプリケーションはサービス品質（ＱｏＳ）全体を改善するために使用されることのできるダイナミックな適合フレームワークの構成を説明している。幾つかの応用では、このようなダイナミックな適合は少なくとも部分的に、Pradoによる８０２．１１ｅスケジュール化アルゴリズムの限定と、関連される負の影響を克服するために使用されることができる。
【００４７】
マルチメディアフローのＱｏＳを改良するために、ダイナミックな適合が構成され、遭遇するパケット遅延の集合した利用値を最小にするように構成される。この目的を次式によって表すことができる。
【数４】
【００４８】
ここでｊはノードインデックスを表し、ｄｊはノードｊが受けた平均パケット遅延であり、Ｎはノードの総数である。フローにおける遭遇したパケット遅延は残りのパケット待ち行列の長さの関数であるので、各サービスインターバル中の集合した残りの待ち行列の長さの利用を最小にすることに特に注目する。
【数５】
【００４９】
ここでｒｅｓｊはノードｊの平均的な残りのパケットの待ち行列の長さを表している。
【００５０】
本発明のアルゴリズムの全体的な方法は、ＨＣＣＡ期間中にポーリングスケジュールをダイナミックに構成することによって残りの待ち行列の長さを最小にし、これはＨＣＣＡ割当てと呼ばれ、必要とされるならばＥＤＣＡ期間中に実時間フローを送信することを選択的に可能にし、これはＥＤＣＡマッピングと呼ばれる。
【００５１】
［ＨＣＣＡ割当て］
ＨＣＣＡ割当ては式６により表される目的を満たすためにポーリングスケジュールを決定するのに使用されることができる。ポーリングスケジュールは［（ＰＵ１，ＰＴＸＯＰ１），…，（ＰＵ１，ＰＴＸＯＰ１），…（ＰＵＴ，ＰＴＸＯＰＴ）］として表され、ポールされるノードのインデックスとｌ番目のポールに割当てられたＴＸＯＰをそれぞれ表し、Ｔはポールの最大数である。各フローｊに対してリクエストされる平均時間はＴＸＲＥＱｊとして示され、ＴＸＯＰｊと呼ばれるサービスインターバルｊ中の各フローに対して割当てられた時間は次式のように表されることができる。
【数６】
【００５２】
ポーリングスケジュールの解は、ＨＣＣＡスケジューラに固有の制約、即ち（１）割当てられた総時間は各サービスインターバルで利用可能な総時間よりも少なくなければならず、（２）各ノードはＨＣＣＡ時間中に少なくとも一度ポールされなければならず、ポーリング時間はオーバーラップしておらず、（３）各ノードに割当てられた時間はフローのリクエストされた平均要求以上でなければならないという制約を満足させる必要があることを仮定する。前述の制約は以下の式により表されることができる。
【数７】
【００５３】
上記の式では、ＭＡＸ＿ＰＯＬＬ＿ＰＥＲＩＯＤは、dot11CAPMaxRateとdot11CAPRateの設定により決定される各サービスインターバルにおいて利用可能な最大のポーリング期間を示している。
【００５４】
［ＥＤＣＡマッピング］
ＨＣＣＡ期間中で利用可能な時間を割当てることに加えて、ＨＣＣＡ期間中に再度割当てるのに利用可能な時間がない場合を検討する。現在のＨＣＦフレームワークは実時間フローがそれらの割当てられた時間中にパケットを送信するだけであると仮定する。しかしながら、ＥＤＣＡ期間への幾つかのフローを選択的に可能にすることによって、ＴＸＯＰｊの増加がＨＣＣＡ期間中には可能ではないとき、待ち行列の成長を減少させようとする。
【００５５】
ＥＤＣＡマッピングの目的は、Ｓにより表されるフローを選択することであり、これは付加的な実時間フローに起因するＥＤＣＡフローにおける影響が最小であるという制約によって、ＥＤＣＡ中の付加的な時間から利点を得ることができる。ＨＣＣＡ遅延の減少の利点と、ＥＤＣＡフローにおける悪影響との妥協を理解する必要がある。この目標は次式により表されることのできるセットを選択することである。
【数８】
【００５６】
ここで、Ｂｍはノードｍにおける遅延の減少に関する全体的な利点を表し、ＥＤＣＡのノードｍのマッピングのコストを表している。主に、Ｃｍはスループット、混雑、増加された衝突に関して与えられることのできるＥＤＣＡフローにおける影響である。
【００５７】
［適合ポリシーの実行］
本発明のダイナミック適合の実行は以下の仮定に基づいている。第１に、ＡＰは最初のポーリングスケジュールを決定するために基準スケジューラを使用することを仮定する。この方式により、ＡＰは保留リクエストを受信し、ネットワーク中の各ノードへ適切な送信機会をスケジュールし、固定されたサービスインターバルを使用して全てのノードをポールする。したがって、各フローｊで、次のパラメータ、即ち保留リクエストに基づいたオリジナルサービス時間ＴＸＲＥＱｊと、ノードｊに対するポーリングスロットＰＵ１が決定される。オリジナルスケジューラを使用すると、ＴＸＯＰｊ＝ＴＸＲＥＱｊ＝ＰＴＸＯＰ１であり、ノードｊに割当てられた送信機会全体は平均サービス時間ＴＸＲＥＱｊに等しく、ＰＵ１＝ｊであることに注意すべきである。第２に、各フローは１サービスインターバル期間中に１ポールに限定されると仮定される。換言すると、
【数９】
【００５８】
これらの仮定によって、各ＳＩ後にＨＣＣＡでスケジュールされるフローに対する理想的な待ち行列の長さはゼロである。
【００５９】
さらに、ＨＣＣＡ中でスケジュールされているフローはポーリングベースの期間中にパケットを送信するだけであり、予約なしの残りのフローはＥＤＣＡ期間での送信に限定されていることを仮定する。さらに、全てのフローは８０２．１１ｅパケットヘッダの制御フィールドを使用してＡＰへ待ち行列の長さの情報を提供する。最後に、実時間フローはＥＤＣＡ期間中の送信の可能性について通知されることができる。
【００６０】
図６は本発明の適合の全体的なポリシーを示している。チャンネルアクセスの特権を変更し、フローに対して付加的な時間を割当てるため、以下の疑問に回答する。
（１）如何にして、いずれのフローが適合される必要があり、公正な方法でフローの間で選択することを知るか、
（２）如何にして、ネットワーク中の他のフローに対する影響を最小にするためにＨＣＣＡ割当てを行うべきか、
（３）ＥＤＣＡマッピングの適合を行うための受け入れ可能な条件は何であり、何時それを行うべきか。
【００６１】
［適合されるフローの決定］
残りの待ち行列の長さのユーティリティ機能を見ることによって、適合される必要のあるフローを決定する。残りの待ち行列の長さのユーティリティ機能を最小にするために、ノードの実際の待ち行列の長さを減少する必要があることに注意すべきである。残りの待ち行列の長さのユーティリティ機能を最小にするために最急降下法を使用する。Ｕ（ｒｅｓｊ）＝ｒｅｓｊ／ＴＸＲＥＱｊを仮定すると、潜在的に最高の遅延をもつ待ち行列の長さを有するノードｊで開始し、そのＴＸＲＥＱｊ、換言すると、ｍａｘ（ｒｅｓｊ／ＴＸＲＥＱｊ）を考慮に入れる。
【００６２】
さらに貪欲な方法はそれらの予約リクエストが与えられている最大の待ち行列の長さを有するノードを発見するが、ＨＣＣＡ期間中の全ての残された時間を１つのノードに割当てることは不公正になりかねない。他のフローが利用可能な付加的な時間の幾らかを受けることができることを確実にするために、待ち行列情報を最後の適合時間と組合せ、それによってフロー当りの加重を決定し、これらの加重に基づいてラウンドロビン選択を行う。
【００６３】
［ＨＣＣＡ割当て］
適合される必要のあるフローを決定するとき、アルゴリズムは付加的な時間を割当て、チャンネルアクセスの特権を変更することが可能で有効であるか否かを決定する必要がある。ＨＣＣＡ割当てが可能な場合、ポールされるフローのＨＣＣＡに時間が十分に残されている必要があり、即ちＴＸＯＰｊの調節された後、Σ（１，ｊ＝Ｓ）ＴＸＯＰｊ＜ＭＡＸ＿ＰＯＬＬ＿ＰＥＲＩＯＤ制約が依然として保たれるべきである。
【００６４】
本発明の方式では、図６に示されているように、全ての前にスケジュールされたフローがポールされた後に、フローｉを再度ポールすることによって付加的な時間を割当てる。オリジナルポーリングリストを維持し、したがってポール１乃至Ｎの間で、即ちＰＵ１からＰＵＮの間でノードはスケジュールされ、割当てられた時間は固定された状態にされる。しかしながら、Ｎ＋１からＴの残されたポールでは、可能なＶＢＲフローとして識別されているフローを選択し、これらのフローに対して適切なＴＸＯＰｊを割当てる。
【００６５】
種々の応用において、これはＨＣＣＡでスケジュールされる他のフローに対する不必要な遅延を避けることができるので、この方法はフローの継続期間の時間の簡単な延長よりも適している可能性がある。前述したＦＨＣＦ方式が、ポール１で開始するフローｊのＰＴＸＯＰｊを調節することによってポール中のノードの固定されたＴＸＯＰｊを構成することを想起し、ＰＵ１＝ｊである。この方法では、他のフローはそれよりも前にスケジュールされたフローへの付加的な時間割当てにより遅延される可能性があり、他のフローへの影響を防止する。付加的なポールの過剰なオーバーヘッドが存在するが、このオーバーヘッドは最小であり、ポールフレームとＳＩＦＳ期間だけからなる。さらに、ＦＨＣＦアルゴリズムはノードのＴＸＯＰｊを減少することによりフローの“遅れ”を利用しようとする。これはより多くの割当て時間を与える可能性があるが、この減少は幾つかのインターバルで、割当てられた時間が保留された時間よりも小さく、ＴＸＯＰｊ≧ＴＸＲＥＱｊであることを意味する。これは、フローが少なくとも各サービスインターバルで保留される平均要求を有するという仮定を侵害する可能性がある。ＦＨＣＦアルゴリズムは結果として必要とされるときに付加的な時間を調節するが、変更は割当てられた時間における一定の振動を生じる可能性がある。
【００６６】
［ＥＤＣＡマッピング］
ＨＣＣＡ割当てが可能ではない場合、残りの待ち行列の長さを最小にするために使用される別の方法は図６に示されているように、ＥＤＣＡ期間中にフローを送信させることであり、ここではノードｊはＥＤＣＡ中で送信することを可能にされる。この適合の１考察は、ノードｊのマッピングに起因するＥＤＣＡ中のフローにおける負の影響Ｃｊである。ネットワークが混雑しているときに、ＨＣＣＡフローがＥＤＣＡ中に送信するように促されるならば、トラフィックフローは衝突のために再送信を被り、他のトラフィックフローに悪影響を生じる可能性がある。したがって、このような問題を避けるために、ネットワークロードはＡＰによって評価されなければならない。
【００６７】
本発明の方法では、ネットワークロードは２つの統計、即ち利用比と衝突カウントを使用して評価される。ＡＰはＥＤＣＡで使用される時間を監視し、利用可能な総時間にわたって適切に受信されたパケットの送信時間を合計することによって利用を計算する。利用比は低いロード状態下のネットワークロードの良好なインジケータであるが、ロードが衝突のために増加すると、値は飽和する。このような状態では、ＥＤＣＡ期間にわたって生じる衝突数を平均することによって決定される衝突計量を付加的に使用する。利用比および衝突カウントの詳細についての実験は実験セクションに示されている。
【００６８】
本発明で提案されている適合アルゴリズムでは、固定された数のＳＩの後、現在の利用及び衝突計量を予め設定されたしきい値と比較し、ＥＤＣＡ期間に付加的なＶＢＲフローをマップすることが適切であるか否かについて決定する。これはＥＤＣＡフローにおける影響を最小にし、導入されたＶＢＲフローにより受ける付加的な衝突を防止する。ＥＤＣＡ期間中にマップされたフローは前述の優先順位により決定され、現在の残りの待ち行列サイズと最後の適合時間に基づかされる。誤った適合の悪影響を減少するために、適合後の変更された利用及び衝突計量を監視する。平均利用が減少し衝突が顕著に増加する場合、ＶＢＲフローの最後のＥＤＣＡマッピング適合を反対にする。この適合のコスト及び利点は、ロード計量の変化と、残りの待ち行列のサイズの減少によってそれぞれ与えられる。
【００６９】
［適合アルゴリズムとフレームワーク］
図７の（ａ）と（ｂ）で与えられている擬似コードは前述のアルゴリズムの更に詳細を与える。アルゴリズムの第１のステップは現在のネットワーク状態を監視することである。ＡＰはその後、オリジナルポーリングスケジュールに進み、したがって待ち行列の統計を更新する。オリジナルスケジュールのポーリングを終了すると、アルゴリズムは、その後ＨＣＣＡスケジュール化期間中に付加的な時間を割当てる。ＨＣＣＡで利用可能な時間（ｈｃｃａ＿ｓｌａｃｋ）を計算することによって、アルゴリズムはＨＣＣＡにおいてスケジュールするために利用可能な時間が存在するかを反復的に決定する。フローの選択プロセスはこのセクションで前述した加重に基づいている。ＨＣＣＡ期間が付加的なポーリングをサポートすることができず、付加的なスケジュール化を必要としている残されたＨＣＣＡフローが存在する場合、ＡＰはＥＤＣＡ期間中に送信するように実時間フローに対して明確に通報する。
【００７０】
図８は適合アルゴリズムの１構成を示すフローチャートをさらに示している。
【００７１】
説明したダイナミック適合を行うために、２つの主要な機能コンポーネント、即ちモニタモジュールとアダプタモジュールとを含むように、適合フレームワークは構成されることができる。図９はモニタモジュールとアダプタモジュールを有するシステムを示している。モニタはＨＣＣＡモニタとＥＤＣＡモニタを含んでいる。モニタはＨＣＣＡおよびＥＤＣＡ期間の両者の現在の状態を追跡し、多数の追跡された統計を通してアダプタにＨＣＣＡおよびＥＤＣＡ期間のフロー加重及びロード情報を与える。モニタにより与えられたこれらの値と情報を使用して、アダプタは、いずれのノードが切換えによる利点を得ることができるか、ノードが何時切り換えられるか、これらが如何にして切り換えられるべきかを決定する。
【００７２】
［シミュレーション解析］
シミュレーションはマルチメディアトラフィックプロフィールとネットワークロードの多様なセットにわたって適合フレームワークを使用して、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにより行われている。実験的セットアップとシステム構成の説明から簡単に開始する。ＨＣＣＡおよびＥＤＣＡ期間の両者におけるＨＣＣＡフローの再割当てによる性能の改良を評価する。その後、前述のAnsel等による文献で提案されたフレキシブルＨＣＦ（ＦＨＣＦ）機構とフレームワークの比較について提示する。最後に、ビデオ品質と全体的なシステム容量における適合の効果について説明する。
【００７３】
［シミュレーションセットアップおよびシステム構造］
本発明者の実験では、Ｏｐｎｅｔにより与えられたＯｐｎｅｔシミュレーション環境を使用した。“Opnet simulation framework”、http:www.opnet.com/を参照されたい。ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ標準方式をシミュレートするために、ＨＣＣＡとＥＤＣＡサービス弁別を組み込むためにＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ ＭＡＣ層モデルを変更した。他の既知のモデルによる８０２．１１ｅの本発明者の構成を確認した。シミュレートされた無線ネットワークのデフォルト特性は表１に記載されている。
【表１】
【００７４】
本発明のネットワーク構造では、各ノードはただ１つのフローに関連されており、３００ｍ×３００ｍの区域、即ちアクセス点の範囲に均等に分布されている固定した位置に維持されていることを仮定する。異なるタイプのアプリケーショントラフィックを生成するために、Ｏｐｎｅｔアプリケーションとプロフィール構造を使用して、ビデオトレースからの情報によって誘導されるパケットサイズおよびパケット間ギャップを設定する。ＶＢＲビデオソースモデルに対しては、http://trace.eas.asu.edu/の“Video traces for network performance evaluation”から集められたＨ．２６３ビデオ流の種々のパケットトレースを組み込む。表２は本発明の評価に使用された種々のアプリケーションプロフィールを要約している。
【００７５】
［ＨＣＣＡ割当ての評価］
本発明で提案された適合を評価する前に、ＶＢＲトラフィックについての現在のＨＦＣスケジュール化ポリシーの限定を示すことから開始する。アルゴリズムの性能を比較するために、遅延とサービス品質（ＱｏＳ）の計量を使用する。最初に、ＨＣＣＡ基準スケジューラを使用して、ＣＢＲとＶＢＲ実時間フローにより受ける遅延の差を評価する。
【００７６】
図１０の（ａ）と（ｄ）はＣＢＲ（Ｖｉｄｅｏ＿ＣＢＲ）フローが受けた残りの待ち行列の成長と遅延を示している。ＣＢＲフローでは、受ける遅延が低く、所望の遅延限度（１２０ｍｓ）内に入ることに注意すべきである。しかしながら、ＶＢＲフローでは、図１０の（ｂ）と１０の（ｅ）に示されているようにフローは高い待ち行列の成長と遅延を受ける。
【００７７】
基準スケジューラの限定を示すと、前述のシナリオのＨＣＣＡフローにおけるアルゴリズムの性能を評価する。図１０の（ｃ）と１０の（ｆ）はＨＣＣＡのアルゴリズムの時間割当てを使用して、それぞれ経験した遅延および待ち行列サイズを示している。グラフから認められるように、提案されたアルゴリズムはＨＣＣＡフローにより受ける遅延を顕著に減少することができる。このシナリオの遅延について観察された減少は、ＨＣＣＡ期間の残りの時間をＶＢＲトラフィック流に再度割当てたことによるものである。ＶＢＲフローの遅延及び待ち行列の成長を減少することによって、アルゴリズムは最大の遅延を超えることを避け、フローにより受けるパケット損失を減少させる。
【００７８】
次に、異なる可変性を有するＶＢＲフローにおける適合アルゴリズムを評価する。この評価では、Ｖｉｄｅｏ１＿ＶＢＲフローの異なるシーケンスを観察し、適合フレームワークを有するまたはそれを有しないフローにより受けた平均遅延を観察する。表３はその評価の結果を示している。各ビデオシーケンスに対して、データレートの平均及び標準偏差と、適合のある又は適合がないことにより受ける遅延について報告する。
【表２】
【００７９】
この表から、提案された適合は全てのケースで遅延を大幅に減少できることが認められる。１つ注目すべきことは、ビデオの可変性がその標準偏差によって単に与えられることのできないことである。残りの待ち行列の長さの成長に関しては、ビデオの重要な特性は時間的可変性である。標準偏差が他のビデオよりも小さいＶｉｄｅｏ１＿１では、適合のない経験された遅延は依然として大きい。これらのフローのパケットプロフィールをさらによく観察すると、これらのビデオ流の時間的可変性（バースト性）は遅延に大きく影響できることが認められる。パケットプロフィールはＶｉｄｅ１＿２のような幾つかのビデオが僅かに高い標準偏差を有することを示しているが。可変性はシミュレートされた時間にわたって良好に拡散され、大きな待ち行列の成長と高い遅延を防止する。さらに、この評価では、多くて１つの付加的なポールが所定のサービスインターバルの各フローで許容されることを仮定している。適合の影響はサービスインターバル当り２以上のポールを可能にすることにより改善されることができ、このパラメータは広く変化するデータ要求でトラフィックフローをサポートするために適切に構成されることができるものと考えられる。
【表３】
【００８０】
多くのＶＢＲフローが存在するときの適合の影響について観察する。１つのＣＢＲフロー（Ｖｉｄｅｏ２＿ＣＢＲ）を検討し、ＶＢＲトラフィック（Ｖｉｄｅｏ１＿ＶＢＲ）を有するＨＣＣＡフローの数を１から８のフローまで変化する。表４は実現されたスループットと、考慮される全てのＨＣＣＡフローにわたって平均された与えられた遅延に関する評価の結果を提示している。適合のないＶＢＲフローにより実現されたスループットの変化はＯｐｎｅｔシミュレーション中のランダム事象が関連された変化によるものである。これは恐らくさらに長いシミュレーション期間により回避されることができる。しかしながら、適合では、平均スループットの改良は主としてＶＢＲフローの数に依存し、同時的なＶＢＲフローの数の増加により減少されることが認められる。例えばノード数が１から８へ増加すると、適合の効果は６４×から２９×へ減少する。これは主として、ＨＣＣＡ期間における再割り当てに対して利用可能な時間がノード数の増加と共に減少する事実によるものであり、したがって適合アルゴリズムは効率的ではなくなる。
【００８１】
［ＥＤＣＡにおけるフローの再割当て］
ＨＣＣＡ期間が利用可能な時間を限定される場合には、ＨＣＣＡにおけるフロー再割り当ての効率は適合のないケースまで減少される。このサブセクションでは、ＨＣＣＡの再割当てが可能ではなくＥＤＣＡのロードが付加的なフローをサポートできるときの、本発明で提案された適合の第２の方法であるＥＤＣＡマッピングの効率を観察する。これらの実験では、３つのケース、即ち（１）適合が使用されないとき（Ａｄａｐｔ＿Ｎｏｎｅ）、（２）全てのＶＢＲフローがＥＤＣＡ期間中に送信することを可能にされるとき（Ａｄａｐｔ＿Ａｌｌ）、（３）選択されたノードがＥＤＣＡ中に送信されることを可能にされるとき（Ａｄａｐｔ＿Ｓｅｌｅｃｔ）を検討する。それぞれのケースで、適合されているＶＢＲノードの利用比、衝突カウント、遅延およびスループットを観察する。表５は種々のシナリオにおけるこれらのパラメータの値をそれぞれ示している。
【００８２】
適合のない場合、アクチブノードの数がＥＤＣＡで増加し、適切な送信に使用される時間とＥＤＣＡで利用可能な時間との比により測定される利用は増加し、ノード数が増加すると平坦になることが分かる。利用比の平坦化に対応して、衝突カウントはコンテンションベースのチャンネルアクセスによりアクチブノード数が増加するときに顕著に増加する。さらに、適合なしでは、ＶＢＲフローは許容できない遅延と低いスループットを全てのシナリオで経験する。
【表４】
【００８３】
適合が使用されない場合を観察した後、付加的な時間を必要としている全てのＶＢＲフローがＥＤＣＡで送信することを可能にされるケースを検討する。ＥＤＣＡ期間中に１乃至８のノードが存在するシナリオでＶＢＲフローが適合されるときに、利用計量及び衝突カウントが僅かに増加することが表より分かる。しかしながら、１２および１６のノードを有するシナリオでは、ＥＤＣＡのロードを考慮せずにこの適合を使用することによって、ＶＢＲフローはＥＤＣＡ利用に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば１６のノードの場合、ＥＤＣＡマッピングの使用は０．４００から０．３５７への利用比の減少と、１３．７５から１３．９への衝突カウントの増加を招き、したがって、ＥＤＣＡマッピングを使用するときを選択的に決定する必要がある。
【００８４】
本発明の選択された適合では、ＥＤＣＡ期間を使用するときを決定するために２つのしきい値、即ち衝突カウントと利用比を使用する。先のシミュレーションにより誘導されたように、現在の実行は衝突しきい値４を使用し、利用比しきい値は０．３に固定される。１２及び１６のノードの場合、しきい値はネットワークのロードが高く、適合ポリシーがＥＤＣＡマッピング技術を使用しないことを示している。ＥＤＣＡ中に数個のノードが存在するとき、適合はサービスインターバル毎に行われ、一方、４及び８のノードの場合では、適合は選択的に行われ、したがって遅延はＥＤＣＡ中のフローに対する大きな影響を避けるためにＡＤＡＰＴ＿ＡＬＬのケースよりも高い。
【００８５】
前述の実験から、適合フレームワークは２つの技術、即ちＨＣＣＡにおける時間の再割り当てとＥＤＣＡ期間における誘導された送信とを使用して、ＶＢＲフローにより受ける遅延を大幅に減少することができることを示した。
【００８６】
［フレキシブルＨＣＦとの比較］
本発明の作業を８０２．１１ｅ基準スケジューラと比較することに加えて、提案されたアルゴリズムをAnsel等による前述の文献で提案されたフレキシブルＨＣＦ（ＦＨＣＦ）と比較する。ＦＨＣＦとのこの比較を行うために、Ｏｐｎｅｔフレームワーク中でアルゴリズムを実行し、多数のシナリオを検討する。表３で使用されたシナリオへ戻り、ＦＨＣＦアルゴリズムの性能を評価する。表６で見られる実験結果は、ＦＨＣＦを有するＶＢＲフローにより受ける遅延が本発明の適合よりも高いことを示している。これはトラフィックフローのバースト性によるものと考えられ、それはＦＨＣＦアルゴリズムにＴＸＯＰを早期に収縮させ、高い遅延を生じさせることができる。特にＶｉｄｅｏ＿４の場合、ＦＨＣＦは許容可能なしきい値より下に遅延を減少させることができない。
【表５】
【００８７】
１つのＶＢＲフローがＦＨＣＦで進行する態様を観察した後、次のシナリオで、４と１６の間でＶＢＲフローの数を変化し、類似のトラフィックプロフィール（Ｖｉｄｅｏ１＿２）を使用する。全てのフローの需要間に高い相関が存在するときのケースをシミュレートするために全てのフローに対して同じトラフィックプロフィールを使用する。その結果は表７に要約されている。ＦＨＣＦと本発明の適合とを比較するために、２つの方法間の違いと潜在的な利点を強調するようにこれらのケースを検討する。４つのノードの場合、ＨＣＣＡで利用可能な時間は、両方法により可変の要求を組み込むのに十分であり、したがって本発明の提案された適合とＦＨＣＦは類似の性能を有すると期待されている。しかしながら、本発明の適合はＦＨＣＦよりも良好に進行することが認められ、これは先の結果で観察されたような潜在的にトラフィックフローのバースト性によるものである。８つのノードの場合、利用可能な時間は限定され、ＡＰは付加的な送信機会を公正に割当てる必要がある。公正さを実現するために、ＦＨＣＦはフロー間に均等に残りの時間を分割する。しかしながら、細分化された送信機会はフローがトラフィックの可変性を克服するには十分ではない可能性があり、表で観察されるような高い遅延を招く。その代わりに本発明で提案された適合はラウンドロビン法を使用して多数のＳＩにわたって公正さを達成しようとする。各ＳＩで、アルゴリズムはそれらの予約パラメータに基づいて付加的な時間をポールして割当てるための１組のフローを選択する。この方法は本発明のアルゴリズムにより改良された遅延性能につながることが考えられる。最後に、１６のノードの場合、ＨＣＣＡ期間中に利用可能な時間がなく、したがってＦＨＣＦフローはフローの可変性に対処するために任意のその機構を使用することができない。本発明の提案された適合はＥＤＣＡ中で送信するための付加的な機会のためにより良好に進行する。
【００８８】
評価する次の観点はＦＨＣＦ方法によりＨＣＣＡ期間中にスケジュールされた他のフローにおける遅延の影響である。この評価に対しては、１つのＶＢＲフロー（Ｖｉｄｅｏ１＿ＶＢＲ）と多数のＣＢＲフロー（Ｖｉｄｅｏ２＿ＣＢＲ）によるケースを観察する。ＶＢＲフローの性能は先のシミュレーションに類似して改良する。しかしながら、ＶＢＲノード後にスケジュールされたＣＢＲフローに対しては、適合により平均遅延において１０％の増加が観察される。
【００８９】
前述の解析に基づいて、実時間のマルチメディアフローをサポートするPradoによる８０２．１１ｅ ＨＣＦスケジューラは幾つかの限定を示している。特に基準スケジューラは可変の要求又はフローを有するマルチメディアフローを適切にサポートすることはできない。可変のフロー要求下では、ＨＣＦスケジューラは高い遅延につながる可能性があり、実時間のマルチメディア品質に過酷な影響を与える。さらに、ＨＣＦフレームワークは異なるフローを、ポーリングベースの機構に限定されている実時間フローを有する媒体アクセスの異なるノードへマップすることを観察した。前述の分割は重いＨＣＣＡロード下で貧弱なチャンネル利用になる可能性がある。
【００９０】
本発明のダイナミック適合はフロー要求の変化について各フローの状態を監視し、ダイナミックにトラフィックフローを適切に関連付け、遅れフローへの付加的なポールを許容するためにポーリングスケジュールを構成し、ＥＤＣＡにおける低いロード下で、実時間のマルチメディアフローをアクセスのＥＤＣＡモードへ選択的にマッピングする。ここでの比較評価は、適合が実時間フローで観察された遅延を減少し、遅延、マルチメディア品質、ネットワークの容量に関して他の既知の技術よりも良好に進行することを示している。
【００９１】
この適合フレームワークの開発において、トラフィックフロー中の変化は遅延を非常に増加でき、予約の最小の可変性が高い遅延につながる可能性があることが観察された。ＡＰは単に予約リクエストに基づいて時間を割当てるので、これらのリクエストの正確性は所望のＱｏＳの維持には重要である。したがって、幾つかの応用では、予約はガイドラインとして使用されるべきであり、付加的なリソースはフローの監視される要求に基づいてダイナミックに割当てられなければならない。
【００９２】
ダイナミック適合の前述の実行は、（１）ＨＣＣＡで前もって割当てられている選択されたフローへ付加的な時間を割当て、（２）ＨＣＣＡ期間中にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡでアクセス点との割当てられた通信を完了し、ＨＣＣＡ期間が終了した後、他のノードと競合するためにＥＤＣＡ期間のアクセス点との通信を継続するように前もって割当てられた選択されたノードを割当てる。さらに、ダイナミック適合はまたＥＤＣＡロードが非常に高いときに全ての遅延にわたって減少するように、ある状態下のＨＣＣＡ中の時間期間にＥＤＣＡの通信フローを割当てるように実行されることもできる。
【００９３】
図１１の（ａ）はＥＤＣＡに最初に割当てられた通信フローがＨＣＣＡ中の利用可能な時間期間に再度割当てられるこの特性の１例を示している。したがってＨＣＣＡ期間中のコンテンションのない時間期間は選択されたノードに割当てられ、このノードはＥＤＣＡ期間中にアクセス点と通信し、先にＨＣＣＡ期間に割当てられたノードがサービスされた後、未使用の時間がＨＣＣＡ期間に残されているときにアクセス点と通信するように割当てられる。
【００９４】
この特徴により、ダイナミック適合はＱｏＳを強化するためにＨＣＣＡとＥＤＣＡとの両者の通信容量のフル活用を可能にする。例えば実時間ではないトラフィックがＥＤＣＡ期間に通常割当てられることができるが、このようなトラフィックはＥＤＣＡに限定される必要はなく、必要なときに、ＨＣＣＡに再度割当てられることができる。限定されたフローがＨＣＣＡ中にサービスされているシナリオでは、それらの優先順位と待ち行列の成長に基づいてネットワーク中の他のフローをスケジュールすることが有効である。ＨＣＣＡ中に効率的に割当てられた時間を使用することによって、ＥＤＣＡのノードの経験する遅延とスループットを改良することができる。この限定を示すために、多数のフロー、ＨＣＣＡにおいて予めスケジュールされた４つのフローとＥＤＣＡの１０のフローを考える。図１１の（ｂ）は４００ｋｂ／ｓのトラフィック特性を有する優先順位を付けられたＥＤＣＡフローにより実現されたスループットを示している。ＨＣＣＡ中のそのトラフィッククラスの優先順位と利用可能なスラックにかかわらず、ＥＤＣＡフローはＥＤＣＡ中の高いロードのために低いスループットを経験することに注意する。しかしながら、ＥＤＣＡフローがＨＣＣＡ期間中に送信することを可能にすることをダイナミックに決定することによって、待ち行列の成長とＥＤＣＡフローの優先順位に基づいて、ネットワーク中の他のフローに影響せずにＥＤＣＡフロースループットを増加できることを例証する。
【００９５】
ＥＤＣＡフローのアルゴリズム性能を評価するために、シナリオ、ＳＣＥＮＡＲＩＯ４を検討し、ここではＨＣＣＡでスケジュールされるＣＢＲトラフィックフローの数は４に固定され、ＥＤＣＡトラフィックフローの数は１０に固定されている。このシナリオでは、ＥＤＣＡトラフィックフローに割当てられる時間はＨＣＣＡフロー内に残されている。高いネットワークロードのために、ＥＤＣＡトラフィックフローはスループットの大きな減少と遅延の増加を招く待ち行列の成長を生じる可能性がある。したがって、ＨＣＣＡ期間のＥＤＣＡフローの割当ては高いＥＤＣＡロード下で効率的であることができる。図１１の（ｃ）は適合のある場合及び適合のない場合の高い優先順位のＥＤＣＡフローの達成されたスループットを示している。本発明の提案されたＥＤＣＡ適合はオリジナルＨＣＦ割当てで実現されるスループットをしのぐことができることに注目すべきである。
【００９６】
本発明のダイナミック適合に対する他の強化及び変更も可能であろう。例えば、ＥＤＣＡロード評価は一般化され、特定のフローをＥＤＣＡ期間へマップする影響を考慮するために強化されることができる。各フローがＥＤＣＡ期間において類似の影響を有することを想定するのではなく、そのトラフィックプロフィールに基づいたフローの影響を理解するように計画する。さらに、付加的なポールのために割当てられた送信時間を拡張する選択肢を含めるためにＨＣＣＡ再割当て方式を強化することが好ましい。さらに可能な拡張には、種々のビデオ及びその他の実時間フローにおけるフレームワークの例証と、モデルベースのスケジュール作成強化の開発と、本発明の適合方式の将来のバージョンにおける移動性及びチャンネル状態を組み込むことが含まれる。
【００９７】
提示したフレームワークを超えて、将来の作業として、ＷＬＡＮネットワーク中の不正なノードに含まれた意味を理解し、このようなノードに対処するためのリソース管理ポリシーを開発することが好ましい。問題とする別の領域は、ＱｏＳの保証を行いながら、ネットワークの容量を改良する妥協を理解するための許可制御ポリシーを提供することである。ＱｏＳ計量としての遅延に加えて、エネルギ消費におけるＱｏＳ供給技術の影響は解決される必要があると考えられる。最後に、前述のフレームワークを実行し、実際のＷＬＡＮ試験台における適合を例証することを計画している。
【００９８】
実行において、前述の技術及びそれらの変形はコンピュータソフトウェア命令又はファームウェア命令として実行されることができる。このような命令は１以上のマシンの読取可能な記憶媒体を有するアーティクルに記憶されるか、またはデジタル信号プロセッサ及びマイクロプロセッサのような１以上のコンピュータ又はデジタルプロセッサに接続されている１以上のマシンの読取可能な記憶装置中に記憶されることができる。動作において、命令はマシンに前述の機能及び動作を行わせるように、１以上のプロセッサによって実行されることができる。
【００９９】
幾つかの構成についてのみ説明した。しかしながらその他の変更及び強化がここで記載された技術に基づいて可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅによる無線構内網（ＷＬＡＮ）中のハイブリッド調整機能（ＨＣＦ）チャンネルアクセスを示す図。
【図２】ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅによる無線構内網中の強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）を示す図。
【図３】ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅによるＷＬＡＮ中の一定のビットレート（ＣＢＲ）と可変ビットレート（ＶＢＲ）のフローのスループットの比較を示す図。
【図４】それぞれ２つのガウス入力曲線における（１、２５、５０、１００）サービスインターバル後の残りの待ち行列の長さの確率分布密度関数（ＰＤＦ）を示す図。
【図５】μ＋σにより与えられた変更されたρを有する同じガウス入力の残りの待ち行列の長さのＰＤＦを示す図。
【図６】本発明のダイナミック適合の１実行におけるＨＣＣＡ割当てとＥＤＣＡ割当てを示す図。
【図７】本発明のダイナミック適合を実行する例示的なアルゴリズムに対する擬似コードを示す図。
【図８】ダイナミック適合アルゴリズムの１実行に対する１つの例示的なフローチャート。
【図９】ダイナミック適合を実行するためのモニタモジュールとアダプタモジュールを含むシステムを示す図。
【図１０】シミュレーションにおけるＣＢＲとＶＢＲのフローの残りの列サイズと遅延を示す図。
【図１１】ＥＤＣＡ中で初期的に割当てられたフローがＨＣＣＡ中で利用可能な期間に再度割当てられるダイナミック適合の１実行を示す図と、その実行におけるシミュレーション結果を示す図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は2004年10月28日出願の米国暫定特許出願第60/623,725号明細書（発明の名称“DYNAMIC ADAPTATION POLICIES TO IMPROVE QUALITY OF SERVICE IN IEEE 802.11 NETWORKS”）の特典を主張している。
【０００３】
無線通信システムは移動体電話および無線通信ポートが取付けられているポータブルコンピュータのような無線ノード又はアクセス端末とも呼ばれることができる無線通信装置へ無線通信サービスを提供するために電磁無線波を使用する。種々のタイプの無線通信システムは種々の無線通信応用を提供するために開発されている。無線構内網（ＷＬＡＮ）は１以上のパケットデータ及びその他のネットワークへのポータルとしてアクセス点（ＡＰ）と呼ばれる１以上の通信装置を使用し、小さい地理的領域で移動体及びその他の無線通信装置（即ち無線ノード）に対する無線サービスを行うように設計されることができる。各アクセス点は内部で無線装置が無線サービスをアクセスできるホットスポット又はゾーンと呼ばれる限定された領域をカバーする無線トランシーバを有している。多数の無線装置又はノードが単一のアクセス点をアクセスするとき、異なる装置又はノードに対するサービスの品質が問題になる。ＩＥＥＥ ８０２．１１標準方式はＷＬＡＮの通信プロトコルの１つとして広く採択されており、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅはＷＬＡＮのサービス品質を特別に解決する特徴を有する。
【０００４】
ＷＬＡＮはＩＰその他のサービスにわたって、ストリームビデオ、電話会議、音声を含むことのできるマルチメディア応用のような無線のブロードバンドサービスを提供するために使用されることができる。ＷＬＡＮでさらに高いデータレートをサポートするための入手性及び改良には、ＷＬＡＮ技術を広く普及して採択することになる。これは家庭、会社、空港およびレストランなどの商業的な環境におけるＷＬＡＮネットワークの増加で見られることができる。しかしながら、無線アクセスの時間変化特性とマルチメディア応用の多様な要求によって、ＷＬＡＮで無線マルチメディアサービスをサポートする作業が試みられている。ブロードバンドサービスの需要の増加につれて、ＷＬＡＮの無線媒体にわたって多様なマルチメディアサービスをサポートすることが必要とされる。ＷＬＡＮの媒体アクセスのためのサービス品質（ＱｏＳ）機構を提供するために標準化の努力が追求されている。
【０００５】
ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅはこのような努力の１例である。ＷＬＡＮネットワークでマルチメディアアプリケーション要求を満たすことに関する１ステップとして、ＩＥＥＥ ８０２．１１ワーキンググループが媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層のＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ弁別機構に含まれている。例えばＩＥＥＥ ８０２．１１ＷＧの“Draft supplement to standard for telecommunications and information exchange between systems −LAN/WAN specific requirements − part 11 : MAC enhancements for quality of service (QoS)”ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ標準草稿／Ｄ８．０（2004年２月）を参照。ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ標準方式はＩＥＥＥ ８０２．１１ｅで与えられる媒体アクセスの２つのモード間で多重化を行うハイブリッド調整機能（ＨＣＦ）と呼ばれるフレームワークと、強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）の名称による分配されたアクセスモードとハイブリッド調整機能制御されたチャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）の名称による中央化されたアクセスモードを提供する。分配されたチャンネルアクセス方式により、各フローはコンテンションベースのアルゴリズムを通してチャンネルに対するアクセスを得る。この方法は、未知のトラフィック要求によるバーストのあるトラフィックフローをターゲットとしている。中央化されたアクセスにより、ポーリングベースの方式が各フローにより与えられた予約リクエストに基づいてトラフィックフローへのアクセスを許可するために使用される。この方式は実時間のマルチメディア応用のような保証されたチャンネルアクセスを必要とするフローにはよく適している。しかしながら、この方式では、中央化された制御装置はスケジュール化を作成する前に、フローについての正確な情報を必要とし、予測可能なトラフィックにさらに適切にされる。標準はさらに初期化において予約リクエストで特定されたフロー要求に基づいて、ポーリングスケジュールを構成するようにスケジュール装置の基準設計を与える。この基準設計の詳細はJ. Pradoの“Mandatory TSPEC parameters an
d reference design of a simple scheduler”、IEEE 802.11−02/705ar0、2002年11月で見られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本出願は、特にサービス品質（ＱｏＳ）を強化するために、無線構内網（ＷＬＡＮ）中で無線装置とアクセス点との間のダイナミックな制御通信を行うように設計された技術及びシステムを記載している。記載された技術及びシステムは、ポーリングベースの中央化された媒体アクセスモードと分配されたコンテンションベースの媒体アクセスモードを介して、媒体アクセスのダイナミックおよび適合性制御を行うことによって、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅによりＷＬＡＮでさらにＱｏＳを強化するように構成されることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この出願で記載されている１例は、通信ポータルとしてのアクセス点と、それぞれ無線でアクセス点と通信する複数の無線通信ノードとを有する無線構内網（ＷＬＡＮ）における通信を制御する方法である。この方法では、アクセス点はノードからの通信フローについての情報を受信するように動作される。選択されたノードは、その選択されたノードとの通信フローの特性に基づいて、対応するコンテンションのない時間期間に他のノードとのコンテンションなく、各選択されたノードがアクセス点と通信することを可能にするコンテンションのない時間期間を割当てられる。残りのノードはコンテンションのない時間期間外の時間期間で相互に競合し、アクセス点と通信するように割当てられる。割当て後、各ノードで成長した通信遅延は、付加的な時間が必要とされるか否かを決定するために割当てられた時間期間中の通信中監視される。付加的なコンテンションのない時間は、このような付加的なコンテンションのない時間が利用可能なときには付加的な時間を必要とするノードに割当てられる。付加的なコンテンションのない時間が利用可能ではないとき、選択されたノードはアクセス点と通信するために他のノードと競合するように命令される。
【０００８】
別の例では、本出願は、ハイブリッド調整機能制御チャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）と優先されたコンテンションベースの強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）とにしたがってＷＬＡＮのアクセス点とのポーリングベースのコンテンションのない通信をサポートするためにＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにしたがって無線構内網（ＷＬＡＮ）における通信を制御するための方法を記載する。アクセス点と通信するための各サービスインターバルは（１）アクセス期間と通信するように割当てられた無線通信ノードが他のノードとのコンテンションなしにアクセス点と通信するためにコンテンションのない時間期間を割当てられているＨＣＣＡ期間と、（２）無線通信ノードが、割当てられたアクセスカテゴリに基づいてアクセス点と通信するために他のノードと競争する別々のＥＤＣＡ期間とに分割される。アクセス点と通信する各ノードの通信遅延は監視され、ＥＤＣＡ期間にノードと通信するためのアクセス点のトラフィックロードもまた監視される。アクセス点に対するノードのアクセスはノードの監視される通信遅延と、監視されるトラフィックロードにしたがってダイナミックに制御される。このダイナミックな制御は次のうちの少なくとも１つ、即ち（１）ＨＣＣＡ期間中にアクセス点と通信するように前もって割当てられている選択されたノードへ付加的な時間の割当て、（２）ＨＣＣＡ期間中にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡのアクセス点との割当てられた通信を完了し、ＨＣＣＡ期間の終了後、他のノードと競争するためにＥＤＣＡ期間中にアクセス点と通信を続けるように前もって割当てられた選択されたノードの割当て、（３）ＨＣＣＡ期間中のコンテンションのない時間期間の選択されたノードへの割当てを含んでおり、このノードはＥＤＣＡ期間にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡ期間に前もって割当てられたノードがサービスされた後に、未使用の時間がＨＣＣＡ期間に残されているときアクセス点と通信するように前もって割当てられている。
【０００９】
本出願はまた、ハイブリッド調整機能制御チャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）と優先されたコンテンションベースの強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）にしたがってノードとアクセス点との間のポーリングベースのコンテンションのない通信をサポートするためにＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにより無線構内網（ＷＬＡＮ）における無線通信ノードとアクセス点との間の通信を制御するための例示的なシステムを記載している。このシステムはＨＣＣＡ測定を行うためにＨＣＣＡ通信フローを監視するＨＣＣＡモニタと、ＥＣＣＡ測定を行うためＥＤＣＡ通信フローを監視するＥＤＣＡモニタとを有する監視モジュールと、ＨＣＣＡ測定およびＥＤＣＡ測定に応答して、個々のノードの遅延により生じる集合された通信遅延を減少するためにＨＣＣＡおよびＥＤＣＡの両者のアクセス点とのノードの通信をダイナミックに制御するように動作するアダプタモジュールとを含んでいる。
【００１０】
システムの１構成では、アダプタモジュールは、ＨＣＣＡのアクセス点と通信するように前もって割当てられている選択されたノードへＨＣＣＡの付加的な時間を割当てるように動作する。別の構成では、アダプタモジュールは選択されたノードを割当てるように動作し、このノードはＨＣＣＡのアクセス点と通信し、ＨＣＣＡ中のアクセス点との割当てられた通信を完了し、他のノードと競争するようにＥＤＣＡ中のアクセス点と通信し続けるように前もって割当てられている。さらに別の構成では、アダプタモジュールはＨＣＣＡ中のコンテンションのない時間期間を選択されたノードに割当てるように動作し、このノードはＥＤＣＡ中のアクセス点と通信し、ＨＣＣＡに前もって割当てられたノードがサービスされた後に、未使用の時間がＨＣＣＡに残されているときアクセス点と通信するように割当てられている。これらの構成は組合せられることができる。
【００１１】
これら及びその他の構成及び変化と、その他の特徴を添付図面、詳細な説明、請求項で詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
現在のＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ規定は、強化されたＱｏＳを可能にするために、ＨＣＣＡとＥＤＣＡにより２つの媒体アクセスモード間のサービス弁別をサポートする。しかしながら、このようなサービス弁別の異なる構成はＱｏＳの強化について異なるレベルを有していてもよい。１例として、Pradoにより提案されたスケジュール化アルゴリズムは幾つかの技術的な限定を有する。中央化されたスケジュール化アルゴリズムは、実時間フローが、中央化された方式期間中にそれらの要求に基づいてチャンネルアクセスのための時間を保留することを想定している。応用に応じて、実時間フローの要求についての正確な情報がフロー送信の開始時に利用可能ではない可能性がある。例えばアプリケーション層適合技術の使用では、ビデオ流のビットレート要求はエンド・ツー・エンドネットワークの混雑に基づいて変化し、したがって開始時に正確な情報を得ることは実現可能ではない。
【００１３】
さらに、ＨＣＦは、平均パケットサイズ及び必要とされるスループットのような保留リクエストで特定された平均された値を使用して一定のビットレート（ＣＢＲ）トラフィックに適切な固定されたポーリングスケジュールを割当てるだけある。しかしながら、品質制御されるＭＰＥＧ４またはビデオ会議のように、ＣＢＲプロフィールをもたず、代わりに可変ビットレート（ＶＢＲ）符合化を使用するマルチメディアトラフィックフローが存在する。ＶＢＲ符号化の幾つかの利点は、同じ平均ビットレートに対してより良好なビデオ品質と、より短い遅延を含むことである。さらに、サービス提供業者は異なるＶＢＲフロー間で多重化することによりネットワークの容量を増加するためにマルチメディア内容のＶＢＲ符号化を共通して使用する。例えばLakshman等のProceedings of IEEE中の“VBR video : Tradeoffs and potentials”、86巻、952−973頁（1998年５月）と、Ming-Ting SunとAmy ReibmanのCompressed Video over Networks、第９章、Marcel Dekker（2001年）を参照のこと。受信された予約及びトラフィック変化における可能な不正確性によって、PradoのＨＣＦスケジュール化ポリシーは効率的でなく、また適切でもなく、許容できない遅延を発生し、したがってマルチメディア品質に悪影響を与える。
【００１４】
変化可能な要求を有する実時間フローの品質を維持する方法の１つは、予約時間におけるフロー要求についての過剰な供給である。この方法はマルチメディア品質を改良するが、システム容量は非常に打撃を受ける。別の方法はフローについての情報を集め、さらに適切にリソース割当てを行うためにその将来の要求を予想することである。監視の頻度は時間にわたるトラフィックフロー要求の固有の相関に依存することに注意すべきである。この方法による予想が不正確であるために、リソースの割当ては非効率的になりかねない。
【００１５】
システム容量（チャンネルの利用）に打撃を与えずに品質を改良するために、可変の要求をダイナミックに識別し、評価し、付加的なチャンネルアクセスを選択的に可能にするための機構を与えるダイナミック適合方法を提案する。マルチメディアフローに適切に付加的な時間を与えることによって、サービスの品質は幾つかの静的スケジューラによるサービス品質よりも改良されることができる。以下説明する１構成では、ポーリングベースのスケジュール化ポリシーを構成し、トラフィックフローを適切な媒体アクセスモードにダイナミックに関連付けるための適合ポリシーが与えられる。このポリシーは予約情報中で発生する可能性のある不正確性と、フロー発生及びスループット要求の変化と、現在のシステム利用を考慮する。さらにポリシーはネットワーク中の他のフローへの影響を最小にしてこれらの適合を行う。この方法の有効性を評価するために、この適合ポリシーと、Pradoによる８０２．１１ｅに対するスケジューラの基準設計との比較が行われる。本発明の方法は遅延及びスループットの計量に関してＱｏＳにおける大きな改良を実現する方法で行われることができることを明らかにする。さらに、マルチメディア応用の品質とシステム容量における本発明の適合の影響について示す。
【００１６】
幾つかの構成では、本発明のダイナミック適合は、部分的にＩＥＥＥ ８０２．１１ｅの中央化された（ＨＣＣＡ）と分配された（ＥＤＣＡ）方式を調整するためのアクセス点（ＡＰ）ベースのＱｏＳ供給機構を提供する。特に、ＨＣＣＡとＥＤＣＡ相へのフローのマッピングがどのようにして実現されたＱｏＳに影響するかを調査した。本発明者は最初に、ＨＣＣＡとＥＤＣＡ期間に対して背景及び実時間トラフィックを限定する伝統的な方法をそれぞれ評価した。この方法を使用する限定を識別して、ネットワークロードとアプリケーション要求とに基づいて２つの期間の間のフローをダイナミックに動かす潜在的な利点を評価した。本発明のダイナミック適合は、フローがＨＣＣＡ、ＥＤＣＡ又はその両者でサービスされるべきであるか否かを動作時間で決定するために使用されることができる。提案されたポリシーは予約情報における可能な不正確さ、フロー発生及びスループット要求における変化、現在のシステム使用を考慮している。さらに、ポリシーはネットワーク中の他のフローにおける影響を最小にしてこれらの適合を行う。本発明の適合により、遅延とスループット計量に関して、マルチメディアアプリケーションのＱｏＳは著しく改良されることができることを示した。
【００１７】
ダイナミック適合は、実時間のマルチメディアフローにより受ける遅延を最小にするために例えばポーリング期間中に利用可能な時間を使用して、ＷＬＡＮネットワークのシステム利用を改良することによりＷＬＡＮネットワークにわたるエンドユーザが受けるサービス品質（ＱｏＳ）を改良するために使用されることができる。さらに、ダイナミック適合はフローのスループットを改良し、それは利用可能な時間が存在するならば中央化されたポーリング期間中の時間を割当てることによって、恐らくソフト実時間フローである可能性がある。ダイナミック適合の全体的な方法はトラフィックフローを２つのチャンネルアクセスモードにダイナミックに関連付け、監視されたトラフィック情報に基づいてアクセスの特権を変更する。特に、ハイブリッド調整機能チャンネル制御アクセス（ＨＣＣＡ）と呼ばれる８０２．１１ｅの中央化されたポーリング期間でスケジュールされたフローでは、トラフィックの予約からの変化が列の成長につながるときを認識するために列情報の追跡を考慮する。これが生じたとき、フローの列サイズを減少し遭遇する高いパケット遅延を防止するために付加的な時間をトラフィックフローに割当てる。ＨＣＣＡ中に利用可能な時間が存在するならば、全ての前もってスケジュールされたフローがポールされた後、フローを再度ポールすることによって付加的な時間を割当てる。しかしながら、ＨＣＣＡ期間中に時間が残されていないならば、強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）期間と呼ばれる８０２．１１ｅの分配されたコンテンション期間を良好に利用することによって、列の成長を減少させようとする。そのアルゴリズムはＥＤＣＡ中の現在のロードを評価し、そのロードにしたがって、ＨＣＣＡトラフィックフローをＥＤＣＡ期間中に送信させる信号を送信する。さらにＨＣＣＡのスケジュールされたフローの遅延を最小にするために、本発明のアルゴリズムはまた、利用可能な時間が存在するならば、ＨＣＣＡ期間の時間を割当てることによってＥＤＣＡフローに対するＱｏＳ計量を改良しようとする。この適合に対しては、混雑またはチャンネル変化によるスループットの劣化を被っている高い優先順位のフローをターゲットとする。
【００１８】
本発明のダイナミック適合の種々の実行の潜在的な構成は、特に保証されたサービス品質をエンドユーザに提供し、ＷＬＡＮネットワークのシステム利用を改良する能力を含んでいる。この技術は空港、会社（電子会議のため）、家庭のような高いボリュームのマルチメディアアプリケーションを経験するＷＬＡＮの設置に対して商業的に有用であろう。
【００１９】
次のセクションでは、サービスの弁別をサポートするためのＩＥＥＥ ８０２．１１ｅの強化におけるある特徴を簡単に説明する。次に、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅのサービス弁別を実行するためのPradoのスケジュール化アルゴリズムの特徴及び限定についても説明する。最後に、本発明のダイナミック適合方法の特別な実行とシミュレート結果を説明する。
【００２０】
ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅはハイブリッド調整置機能（ＨＣＦ）と呼ばれる新しい動作モードを規定している。図１は、各サービスインターバルがＨＣＣＡ期間とＥＤＣＡ期間を含んでいる場合の２つの隣接するサービスインターバル（Ｓｉｓ）を示すことによってＨＣＦチャンネルアクセスを示している。ＨＣＦは媒体アクセスの２つのモード間、即ち強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）により誘導される分配されたコンテンションベースの方法と、ＨＣＦ制御されたチャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）と呼ばれる中央化されたポーリングベースの方法との間で多重化している。両アクセス機能は８０２．１１ａ／ｂ／ｇで特定された元来のアクセス方法、即ち分配された調整機能‘ＤＣＦ）と点調整機能（ＰＣＦ）の機能性を強化する。８０２．１１ｅで提案された２つのアクセス方式に共通の基本的な概念は、送信機会（ＴＸＯＰ）の概念である。ＴＸＯＰはノードが送信を許可される限定された時間インターバルである。ＥＤＣＡ中のＴＸＯＰはトラフィックフローに基づいて決定され、一方、ＨＣＣＡでは、ＴＸＯＰはノード毎のベースで選択される。
【００２１】
［ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにおける強化された分配チャンネルアクセス］
サービスの弁別をサポートするために、８０２．１１ｅはＥＤＣＡと呼ばれる弁別されたチャンネルアクセス機構を提供することによってレガシー８０２．１１分配調整関数（ＤＣＦ）よりも改良する。ＥＤＣＡは８０２．１１の従来の分配されたチャンネルアクセス機構のパラメータ化されたバージョンであり、異なるチャンネルアクセスパラメータを異なるトラフィックフローに関連付け、アクセスカテゴリ（ＡＣ）と呼ばれる異なるクラスへカテゴリ化され、異なるフロー間の媒体アクセスの優先順位を決定する。ＥＤＣＡを通るチャンネルアクセスの優先順位の決定は図２に示されている。変更されたチャンネルアクセスパラメータは、バックオフを開始する前に待機するための最小の時間インターバルである仲裁フレーム間間隔（ＡＩＦＳ）と、ノードが送信することのできる最大の期間である送信機会（ＴＸＯＰ）と、送信の開始前に待機するためのランダム数のスロットを決定するコンテンションウィンドウパラメータ（ＣＷｍｉｎとＣＷｍａｘ）である。
【００２２】
各アクセスカテゴリ（ＡＣ）では、アクセスパラメータはアクセス点（ＡＰ）により決定され、ネットワーク中のノードへの標識となる。
【００２３】
［ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにおけるＨＣＦ制御されたチャンネルアクセス］
優先順位を決定されたチャンネルアクセスに加えて、８０２．１１ｅプロトコルは保証されたＱｏＳを与えるため、ＨＣＦ制御されたチャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）と呼ばれる中央化されたチャンネルアクセス方式を記載している。図１は８０２．１１ｅ ＨＣＣＡにより使用されるチャンネルアクセス方式を示している。レガシー点調整機能（ＰＣＦ）に類似して、ＨＣＣＡはポーリングベースの機構を使用し、ここでは媒体アクセスはＡＰにより制御される。レガシーＰＣＦとＨＣＣＡとの間の主な違いは、コンテンションのない期間が生じることができるフレキシブル性である。媒体がＰＣＦフレーム間のスペース期間にアイドル状態のままであるならば、ＡＰはコンテンションのないＨＣＣＡ期間を開始し、それは最小のＡＩＦＳよりも短い。
【００２４】
ＨＣＣＡのコンテンションのない期間中、ＡＰはＴＸＯＰと呼ばれる固定した時間期間にノードをポールし、これは各フローによってＡＰへ周期的に送信される予約情報に基づいて計算される。各ノードに対するＴＸＯＰはＡＰからのポールリクエストにより開始され、この期間中に、送信はアップリンクとダウンリンクの両方向で行われることができる。サービスインターバルＳＩと呼ばれる周期性はネットワーク中に存在する全てのノードに対する最小の遅延要求に基づいて決定される。この期間は多数のコンテンションのない送信を可能にし、次の状態のうちの１つ、即ちＡＰもノードも送信のためのパケットをもたない状態、またはチャンネルアイドル時間がタイムアウト期間を超えた状態、または時間期間が満了した状態が生じたならば終了する。ＨＣＣＡ中で使用されるＴＸＯＰはＥＤＣＡで使用されるＴＸＯＰとは異なり、ＡＰにより決定され、フロー要求に基づいて計算されることに注意すべきである。固定した期間の使用によって、ＡＰは各ノードに割当てられた時間を限定でき、デフォルト変数dot11DefaultCPTXOPlimitにより限定される。
【００２５】
［ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにおけるハイブリッド調整関数スケジュール化］
ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅについてのPradoの基準スケジューラを説明する。厳密なＱｏＳ要求を有するノードは、平均アプリケーションデータレート（ρ）、平均パケットサイズ（Ｌ）、最大のＭＳＤＵサイズ（Ｍ）、遅延限度（Ｄ）、最小の物理的なデータレート（Ｒ）のようなフロー情報を含んでいる送信予約リクエストを送信する。この予約リクエストを使用して、スケジュール化ポリシーはポールの周期性と継続期間を決定する。ＡＰは全てのノードに使用される最小のサービスインターバル（ＳＩ）を決定し、ここでＳＩはノードの連続的なポール間の時間期間である。選択されたＳＩは各フローの遅延要求を満足させる８０２．１１ｅビーコンインターバル期間の最高の約数であり、即ち選択されたＳＩは全てのフローの必要とされるサービスインターバルの最小値よりも小さくなければならない。フローについてＳＩで決定された後、ＡＰはまた以下のように平均アプリケーションデータレートにしたがって各フローへ固定されたＴＸＯＰを割当てる。
【数１】
【００２６】
ここで、ＯはＰＨＹとＭＡＣヘッダ、ＩＦＳ、承認フレーム、ポールフレームによるオーバーヘッドである。
【００２７】
各ＳＩについてのＨＣＣＡ中で費やされる最大の時間はdot11CAPMax変数により限定され、ビーコンインターバルの全ての制御されたアクセス時間はdot11CAPRateにより限定される。３以上の変数は制御されたアクセス期間の期間の長さを限定し、コンテンションアクセスモードでトラフィックフローにおける制御されたアクセスモードの影響を限定する。新しいフローの導入が３以上の要求のいずれかを侵害するならば、ＡＰは付加的な要求を認めることができない。
【００２８】
前述のＨＣＦスケジュール化ポリシーは多くの技術的な限定を有する。このような限定はＶＢＲフローを使用してマルチメディア通信に対するＱｏＳを非常に劣化させる可能性がある。それ故、実時間のフロー要求をサポートするための新しい技術が必要とされる。次のセクションは可変の予想できないフロー要求を有するマルチメディア流をサポートする必要性について説明する。
【００２９】
［実時間フローの可変要求］
ＷＬＡＮの多様な実時間マルチメディア応用に対してサポートを与えるために、サービスの要求とこれらの応用の必要性を理解することが重要である。以下の解析はビデオベースのアプリケーションに焦点が置かれているが、その解析による発見は他の応用にも同等に適用されることができる。
【００３０】
ビデオアプリケーションでは、ストリームは異なるビットレート要求を生じる異なる目的で符号化されることができる。一定のビットレート（ＣＢＲ）と呼ばれる１つのタイプの符号化は圧縮パラメータの適切な調節により、符号化されたストリームの帯域幅要求を維持しようとする。しかしながら、ＣＢＲ符号化は一定のビットレートを維持するために時間にわたって変化可能な品質を生じる。別のタイプのコード化は一定の圧縮パラメータの使用によって、符号化されたマルチメディアの品質を維持しようとし、それによってビットレートの要求は時間にわたって変化可能にされる。共通のＶＢＲ符号化アプリケーションの例には、品質制御されたＭＰＥＧ４、ビデオ会議、ビデオマルチキャスティング等が含まれている。サービス提供業者はマルチメディア品質に悪影響せずに、異なるＶＢＲフロー［４］間の多重化によってネットワークの容量を増加するために、マルチメディア内容のＶＢＲ符号化を共通に使用する。
【００３１】
ＣＢＲとＶＢＲフローとの違いを示すために例示的なビデオトレースを使用する。図３の（ａ）および（ｂ）は映画（２５フレーム／秒のジェラシックパーク）のＣＢＲとＶＢＲの符号化の時間にわたるビットレート要求を示している。ＶＢＲ符号化ビデオでは、ビットレート要求は時間にわたって広く変化できる。
【００３２】
ＶＢＲ符号化に加えて、アプリケーション層適合は時間にわたってビットレート要求に変化を導入することができる。例えば現在のストリーミングサーバは、エンド・ツー・エンドネットワークにおける帯域幅の変動に対処するために、異なるターゲットビットレートで静的に符号化された異なるストリーム間でダイナミックに切り替わる。このアプリケーション層適合はビデオ流中でダイナミックに変化するフロー要求を生じる。フロー要求が時間にわたって変化する可能性があることを示したので、次に、可変のトラフィックフローを有するＨＣＦ基準スケジューラを使用する効果を解析する。
【００３３】
［ＨＣＦ基準スケジュール化ポリシーの解析］
前述したように、Pradoによる基準スケジューラは、平均データレートに基づいて各フローに固定したＴＸＯＰを割当て、各フローは固定されたサービスインターバルでサービスされる。このスケジュール動作はＣＢＲトラフィックに対して良好に適しているが、ＶＢＲトラフィックを有するＨＣＣＡフローの列が成長される可能性があり、結果的に大きな遅延またはパケットのドロップにつながる。
【００３４】
ＶＢＲトラフィックに対する８０２．１１ｅスケジュールの限定を理解するために、基準スケジューラを使用して、その残りの待ち行列の長さによるトラフィックフローの遅延を評価する。それぞれμとσの平均及び標準偏差を有するガウス曲線確率密度関数としてＶＢＲトラフィックデータレートをモデル化する。ＶＢＲを表すためにガウス曲線の使用は従来の研究［６］と［７］から動機付けられる。前述の例では、ビットレート要求は平均３３８Ｋｂ／秒で、標準偏差１３４Ｋｂ／秒のガウス分布としてモデル化されることができる。
【００３５】
ｘをパケットの数に関する待ち行列の長さ値とし、ｉを現在のサービスインターバルとする。サービスインターバルｉにおけるパケット到着と残りの待ち行列の長さの確率分布関数をＩＮｉ（ｘ）とＲＥＳｉ（ｘ）によりそれぞれ規定する。
【数２】
【００３６】
サービスインターバルｉ後の残りの待ち行列の長さは、以下表されているように、最後のサービスインターバルの残りの待ち行列の長さ、入来するパケット、現在のサービスインターバル中のスケジュールされたパケットの関数である。
ＲＥＳｉ（ｘ）＝ｆ（ＲＥＳｉ−１（ｘ）＋ＩＮｉ（ｘ），ＳＣＨｉ（ｘ）） （３）
ここで、ＳＣＨｉ（ｘ）はサービスインターバルｉでＨＣＣＡスケジューラによりスケジュールされたパケット数を表している。
【００３７】
ＨＣＣＡスケジューラを使用して、ＳＩ毎にサービスされるパケット数は固定され、ＡＰにより与えられるＴＸＯＰに基づいている。ρはＳＩ毎にサービスされるパケット数であると仮定する。即ち、
∀ｉ ＳＣＨｉ（ｘ）＝インパルス（ρ） （４）
したがって、残りの待ち行列の長さは次式により与えられる。
【数３】
【００３８】
残りの待ち行列の長さの確率分布密度関数はゼロで不連続な関数であることに注意すべきである。また、サービスインターバルの最後にパケットをもたない確率は、入来するパケットおよび前のサービスインターバルの残りの待ち行列の長さによって与えられる、サービスされることを必要とするパケットがサービスインターバル当りにサービスされるパケット数ρよりも少数である確率に等しい。
【００３９】
固定された数のサービスインターバル後に前述の式の確率曲線を決定する閉じた形態は残りの待ち行列の長さに対する不連続な関数ＲＥＳｉ（ｘ）のために困難であるため、不連続な確率解析を使用してこれらの式を評価する。ノードの残りの待ち行列の長さが固定された数のサービスインターバル後に変化できる態様を理解するために、ガウスの確率分布密度関数にＨＣＣＡスケジューラのサービスレートを入力するためにＭａｔｌａｂを使用し、固定した数のサービスインターバル後の残りの待ち行列の長さの確率分布密度関数をプログラムに出力させる。
【００４０】
フローの残りの待ち行列の長さの確率分布密度関数を発見するために、２つのガウス入力（μ，σ）：［（２０，５），（２０，１）］を考慮してこれらの式を数値で評価した。平均値に対する８０２．１１ｅの基準スケジューラ規定以降、この評価では、平均値ρ＝μに等しいサービスレートを考慮する。図４の（ａ）と（ｂ）はそれぞれ２つのガウス入力曲線の（１，２５，５０，１００）ＳＩ後の残りの待ち行列の長さの確率分布密度関数を示している。曲線は１００ＳＩ後の待ち行列の長さの予想される値がゼロではないことを示していることに注意すべきである。実際に、２つのガウス入力に対する待ち行列の長さの予想される値はそれぞれ４１パケットと１７パケットである。
【００４１】
残りの待ち行列の長さが増加すると、各パケットの遅延は増加し、許容可能な遅延限度よりも潜在的に大きい可能性がある。この高い遅延は使用される転送プロトコルにしたがって、機能停止とぼけのような劣化したビデオ再生を招く。例えば、ＴＣＰが使用されるとき、パケットの遅延はその確実なパケット転送機構のために機能停止を生じる。しかしながら、ＵＤＰが使用されるとき、デフォルトパケットの損失隠蔽技術はパケットが時間内に到着しないならば、前のフレームを使用する。隠蔽方法はビデオ再生のボケを招く。次に、ＶＢＲ符号化とそれらの限定による可変性を解決する別の技術について説明する。
【００４２】
［現在の方法の限定］
PradoのＨＣＣＡスケジュール化の限定の１つは、他のフローがＥＤＣＡで競争する状態に置かれていながら、ハードな期限を有する実時間フローがＨＣＣＡ期間中の固定された期間でサービスされるように限定されることである。このスケジュール化ポリシーは簡単であるが、先に示したようにＶＢＲトラフィックを有する実時間フローのような多様なアプリケーションの要求を満たすため幾つかの限定を有する。残りの待ち行列の長さの成長を減少するための可能な解決策は各フローで過剰供給し、サービスインターバル毎に付加的な時間を割当てることである。１例はサービスインターバル毎にサービスされるパケット数を決定するのに平均及び標準偏差パラメータの両者を使用することである。
【００４３】
図５の（ａ）と（ｂ）は、μ＋σにより与えられる変更されたρを有する同じガウス入力の残りの待ち行列の長さのＰＤＦを示している。残りの待ち行列の長さの予想される値は非常に減少する。前述の例は、各フローに対してより多くの時間を割当てることが可能ならば、列の成長は避けられることができることを示している。しかしながら、ＡＰをサービスされることのできるフロー数と、各フローに割当てられる時間量との間には妥協がある。したがって、ＶＢＲ要求を満たすため、付加的な時間をＶＢＲフローへダイナミックに割当てる必要がある。
【００４４】
さらに、基準スケジュール化ポリシーでは、ＡＰは中央化されたＨＣＣＡと分配されたＥＤＣＡ期間との間に明白な分離を維持する。別々のリソース割当て方式にしたがって、実時間フローは、ＥＤＣＡ期間のロードが低いときでさえも、コンテンションベースの機構を使用して送信されることを許容されない。これにより、dot11CAPRateと、dot11CAPMaxにより課された限定のために、コンテンション期間中のチャンネルリソースの使用は低下し、ＨＣＣＡフロー中の容量及びマルチメディア品質が減少する。
【００４５】
他の研究者はＶＢＲトラフィックの現在のスケジューラの類似の限定を観察し、前述の限定の幾つかを解決するためにフレキシブルなＨＣＦ（ＦＨＣＦ）フレームワークを提案している。例えばPierre Ansel、Qiang Ni、Thierry TurlettiのWiOpt, Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc and Wireless Networksの記録の“An efficient scheduling scheme for IEEE 802.11e”（2004年３月）を参照する。簡単に述べると、ＦＨＣＦアルゴリズムは待ち行列の長さを監視し、この情報に基づいて各フローのＴＸＯＰを拡張又は収縮させる。付加的な時間が限定されるケースでは、アルゴリズムはフェアーな方法でフロー間の時間を分離する。この方法には幾つかの制限があり、即ち（１）各フローへの割当てられた時間の公正な分割は残された列の成長を軽減するには不十分であり、（２）ＴＸＯＰを調節するための集合的な適合はトラフィックの可変性が高いケースでは更に遅延を増加させかねず、（３）ＴＸＯＰの頻繁な調節はＨＣＣＡ期間でスケジュールされた他のノードに干渉しかねない（高いジッタ）。
【００４６】
［適合ポリシー］
このアプリケーションはサービス品質（ＱｏＳ）全体を改善するために使用されることのできるダイナミックな適合フレームワークの構成を説明している。幾つかの応用では、このようなダイナミックな適合は少なくとも部分的に、Pradoによる８０２．１１ｅスケジュール化アルゴリズムの限定と、関連される負の影響を克服するために使用されることができる。
【００４７】
マルチメディアフローのＱｏＳを改良するために、ダイナミックな適合が構成され、遭遇するパケット遅延の集合した利用値を最小にするように構成される。この目的を次式によって表すことができる。
【数４】
【００４８】
ここでｊはノードインデックスを表し、ｄｊはノードｊが受けた平均パケット遅延であり、Ｎはノードの総数である。フローにおける遭遇したパケット遅延は残りのパケット待ち行列の長さの関数であるので、各サービスインターバル中の集合した残りの待ち行列の長さの利用を最小にすることに特に注目する。
【数５】
【００４９】
ここでｒｅｓｊはノードｊの平均的な残りのパケットの待ち行列の長さを表している。
【００５０】
本発明のアルゴリズムの全体的な方法は、ＨＣＣＡ期間中にポーリングスケジュールをダイナミックに構成することによって残りの待ち行列の長さを最小にし、これはＨＣＣＡ割当てと呼ばれ、必要とされるならばＥＤＣＡ期間中に実時間フローを送信することを選択的に可能にし、これはＥＤＣＡマッピングと呼ばれる。
【００５１】
［ＨＣＣＡ割当て］
ＨＣＣＡ割当ては式６により表される目的を満たすためにポーリングスケジュールを決定するのに使用されることができる。ポーリングスケジュールは［（ＰＵ１，ＰＴＸＯＰ１），…，（ＰＵ１，ＰＴＸＯＰ１），…（ＰＵＴ，ＰＴＸＯＰＴ）］として表され、ポールされるノードのインデックスとｌ番目のポールに割当てられたＴＸＯＰをそれぞれ表し、Ｔはポールの最大数である。各フローｊに対してリクエストされる平均時間はＴＸＲＥＱｊとして示され、ＴＸＯＰｊと呼ばれるサービスインターバルｊ中の各フローに対して割当てられた時間は次式のように表されることができる。
【数６】
【００５２】
ポーリングスケジュールの解は、ＨＣＣＡスケジューラに固有の制約、即ち（１）割当てられた総時間は各サービスインターバルで利用可能な総時間よりも少なくなければならず、（２）各ノードはＨＣＣＡ時間中に少なくとも一度ポールされなければならず、ポーリング時間はオーバーラップしておらず、（３）各ノードに割当てられた時間はフローのリクエストされた平均要求以上でなければならないという制約を満足させる必要があることを仮定する。前述の制約は以下の式により表されることができる。
【数７】
【００５３】
上記の式では、ＭＡＸ＿ＰＯＬＬ＿ＰＥＲＩＯＤは、dot11CAPMaxRateとdot11CAPRateの設定により決定される各サービスインターバルにおいて利用可能な最大のポーリング期間を示している。
【００５４】
［ＥＤＣＡマッピング］
ＨＣＣＡ期間中で利用可能な時間を割当てることに加えて、ＨＣＣＡ期間中に再度割当てるのに利用可能な時間がない場合を検討する。現在のＨＣＦフレームワークは実時間フローがそれらの割当てられた時間中にパケットを送信するだけであると仮定する。しかしながら、ＥＤＣＡ期間への幾つかのフローを選択的に可能にすることによって、ＴＸＯＰｊの増加がＨＣＣＡ期間中には可能ではないとき、待ち行列の成長を減少させようとする。
【００５５】
ＥＤＣＡマッピングの目的は、Ｓにより表されるフローを選択することであり、これは付加的な実時間フローに起因するＥＤＣＡフローにおける影響が最小であるという制約によって、ＥＤＣＡ中の付加的な時間から利点を得ることができる。ＨＣＣＡ遅延の減少の利点と、ＥＤＣＡフローにおける悪影響との妥協を理解する必要がある。この目標は次式により表されることのできるセットを選択することである。
【数８】
【００５６】
ここで、Ｂｍはノードｍにおける遅延の減少に関する全体的な利点を表し、ＥＤＣＡのノードｍのマッピングのコストを表している。主に、Ｃｍはスループット、混雑、増加された衝突に関して与えられることのできるＥＤＣＡフローにおける影響である。
【００５７】
［適合ポリシーの実行］
本発明のダイナミック適合の実行は以下の仮定に基づいている。第１に、ＡＰは最初のポーリングスケジュールを決定するために基準スケジューラを使用することを仮定する。この方式により、ＡＰは保留リクエストを受信し、ネットワーク中の各ノードへ適切な送信機会をスケジュールし、固定されたサービスインターバルを使用して全てのノードをポールする。したがって、各フローｊで、次のパラメータ、即ち保留リクエストに基づいたオリジナルサービス時間ＴＸＲＥＱｊと、ノードｊに対するポーリングスロットＰＵ１が決定される。オリジナルスケジューラを使用すると、ＴＸＯＰｊ＝ＴＸＲＥＱｊ＝ＰＴＸＯＰ１であり、ノードｊに割当てられた送信機会全体は平均サービス時間ＴＸＲＥＱｊに等しく、ＰＵ１＝ｊであることに注意すべきである。第２に、各フローは１サービスインターバル期間中に１ポールに限定されると仮定される。換言すると、
【数９】
【００５８】
これらの仮定によって、各ＳＩ後にＨＣＣＡでスケジュールされるフローに対する理想的な待ち行列の長さはゼロである。
【００５９】
さらに、ＨＣＣＡ中でスケジュールされているフローはポーリングベースの期間中にパケットを送信するだけであり、予約なしの残りのフローはＥＤＣＡ期間での送信に限定されていることを仮定する。さらに、全てのフローは８０２．１１ｅパケットヘッダの制御フィールドを使用してＡＰへ待ち行列の長さの情報を提供する。最後に、実時間フローはＥＤＣＡ期間中の送信の可能性について通知されることができる。
【００６０】
図６は本発明の適合の全体的なポリシーを示している。チャンネルアクセスの特権を変更し、フローに対して付加的な時間を割当てるため、以下の疑問に回答する。
（１）如何にして、いずれのフローが適合される必要があり、公正な方法でフローの間で選択することを知るか、
（２）如何にして、ネットワーク中の他のフローに対する影響を最小にするためにＨＣＣＡ割当てを行うべきか、
（３）ＥＤＣＡマッピングの適合を行うための受け入れ可能な条件は何であり、何時それを行うべきか。
【００６１】
［適合されるフローの決定］
残りの待ち行列の長さのユーティリティ機能を見ることによって、適合される必要のあるフローを決定する。残りの待ち行列の長さのユーティリティ機能を最小にするために、ノードの実際の待ち行列の長さを減少する必要があることに注意すべきである。残りの待ち行列の長さのユーティリティ機能を最小にするために最急降下法を使用する。Ｕ（ｒｅｓｊ）＝ｒｅｓｊ／ＴＸＲＥＱｊを仮定すると、潜在的に最高の遅延をもつ待ち行列の長さを有するノードｊで開始し、そのＴＸＲＥＱｊ、換言すると、ｍａｘ（ｒｅｓｊ／ＴＸＲＥＱｊ）を考慮に入れる。
【００６２】
さらに貪欲な方法はそれらの予約リクエストが与えられている最大の待ち行列の長さを有するノードを発見するが、ＨＣＣＡ期間中の全ての残された時間を１つのノードに割当てることは不公正になりかねない。他のフローが利用可能な付加的な時間の幾らかを受けることができることを確実にするために、待ち行列情報を最後の適合時間と組合せ、それによってフロー当りの加重を決定し、これらの加重に基づいてラウンドロビン選択を行う。
【００６３】
［ＨＣＣＡ割当て］
適合される必要のあるフローを決定するとき、アルゴリズムは付加的な時間を割当て、チャンネルアクセスの特権を変更することが可能で有効であるか否かを決定する必要がある。ＨＣＣＡ割当てが可能な場合、ポールされるフローのＨＣＣＡに時間が十分に残されている必要があり、即ちＴＸＯＰｊの調節された後、Σ（１，ｊ＝Ｓ）ＴＸＯＰｊ＜ＭＡＸ＿ＰＯＬＬ＿ＰＥＲＩＯＤ制約が依然として保たれるべきである。
【００６４】
本発明の方式では、図６に示されているように、全ての前にスケジュールされたフローがポールされた後に、フローｉを再度ポールすることによって付加的な時間を割当てる。オリジナルポーリングリストを維持し、したがってポール１乃至Ｎの間で、即ちＰＵ１からＰＵＮの間でノードはスケジュールされ、割当てられた時間は固定された状態にされる。しかしながら、Ｎ＋１からＴの残されたポールでは、可能なＶＢＲフローとして識別されているフローを選択し、これらのフローに対して適切なＴＸＯＰｊを割当てる。
【００６５】
種々の応用において、これはＨＣＣＡでスケジュールされる他のフローに対する不必要な遅延を避けることができるので、この方法はフローの継続期間の時間の簡単な延長よりも適している可能性がある。前述したＦＨＣＦ方式が、ポール１で開始するフローｊのＰＴＸＯＰｊを調節することによってポール中のノードの固定されたＴＸＯＰｊを構成することを想起し、ＰＵ１＝ｊである。この方法では、他のフローはそれよりも前にスケジュールされたフローへの付加的な時間割当てにより遅延される可能性があり、他のフローへの影響を防止する。付加的なポールの過剰なオーバーヘッドが存在するが、このオーバーヘッドは最小であり、ポールフレームとＳＩＦＳ期間だけからなる。さらに、ＦＨＣＦアルゴリズムはノードのＴＸＯＰｊを減少することによりフローの“遅れ”を利用しようとする。これはより多くの割当て時間を与える可能性があるが、この減少は幾つかのインターバルで、割当てられた時間が保留された時間よりも小さく、ＴＸＯＰｊ≧ＴＸＲＥＱｊであることを意味する。これは、フローが少なくとも各サービスインターバルで保留される平均要求を有するという仮定を侵害する可能性がある。ＦＨＣＦアルゴリズムは結果として必要とされるときに付加的な時間を調節するが、変更は割当てられた時間における一定の振動を生じる可能性がある。
【００６６】
［ＥＤＣＡマッピング］
ＨＣＣＡ割当てが可能ではない場合、残りの待ち行列の長さを最小にするために使用される別の方法は図６に示されているように、ＥＤＣＡ期間中にフローを送信させることであり、ここではノードｊはＥＤＣＡ中で送信することを可能にされる。この適合の１考察は、ノードｊのマッピングに起因するＥＤＣＡ中のフローにおける負の影響Ｃｊである。ネットワークが混雑しているときに、ＨＣＣＡフローがＥＤＣＡ中に送信するように促されるならば、トラフィックフローは衝突のために再送信を被り、他のトラフィックフローに悪影響を生じる可能性がある。したがって、このような問題を避けるために、ネットワークロードはＡＰによって評価されなければならない。
【００６７】
本発明の方法では、ネットワークロードは２つの統計、即ち利用比と衝突カウントを使用して評価される。ＡＰはＥＤＣＡで使用される時間を監視し、利用可能な総時間にわたって適切に受信されたパケットの送信時間を合計することによって利用を計算する。利用比は低いロード状態下のネットワークロードの良好なインジケータであるが、ロードが衝突のために増加すると、値は飽和する。このような状態では、ＥＤＣＡ期間にわたって生じる衝突数を平均することによって決定される衝突計量を付加的に使用する。利用比および衝突カウントの詳細についての実験は実験セクションに示されている。
【００６８】
本発明で提案されている適合アルゴリズムでは、固定された数のＳＩの後、現在の利用及び衝突計量を予め設定されたしきい値と比較し、ＥＤＣＡ期間に付加的なＶＢＲフローをマップすることが適切であるか否かについて決定する。これはＥＤＣＡフローにおける影響を最小にし、導入されたＶＢＲフローにより受ける付加的な衝突を防止する。ＥＤＣＡ期間中にマップされたフローは前述の優先順位により決定され、現在の残りの待ち行列サイズと最後の適合時間に基づかされる。誤った適合の悪影響を減少するために、適合後の変更された利用及び衝突計量を監視する。平均利用が減少し衝突が顕著に増加する場合、ＶＢＲフローの最後のＥＤＣＡマッピング適合を反対にする。この適合のコスト及び利点は、ロード計量の変化と、残りの待ち行列のサイズの減少によってそれぞれ与えられる。
【００６９】
［適合アルゴリズムとフレームワーク］
図７の（ａ）と（ｂ）で与えられている擬似コードは前述のアルゴリズムの更に詳細を与える。アルゴリズムの第１のステップは現在のネットワーク状態を監視することである。ＡＰはその後、オリジナルポーリングスケジュールに進み、したがって待ち行列の統計を更新する。オリジナルスケジュールのポーリングを終了すると、アルゴリズムは、その後ＨＣＣＡスケジュール化期間中に付加的な時間を割当てる。ＨＣＣＡで利用可能な時間（ｈｃｃａ＿ｓｌａｃｋ）を計算することによって、アルゴリズムはＨＣＣＡにおいてスケジュールするために利用可能な時間が存在するかを反復的に決定する。フローの選択プロセスはこのセクションで前述した加重に基づいている。ＨＣＣＡ期間が付加的なポーリングをサポートすることができず、付加的なスケジュール化を必要としている残されたＨＣＣＡフローが存在する場合、ＡＰはＥＤＣＡ期間中に送信するように実時間フローに対して明確に通報する。
【００７０】
図８は適合アルゴリズムの１構成を示すフローチャートをさらに示している。
【００７１】
説明したダイナミック適合を行うために、２つの主要な機能コンポーネント、即ちモニタモジュールとアダプタモジュールとを含むように、適合フレームワークは構成されることができる。図９はモニタモジュールとアダプタモジュールを有するシステムを示している。モニタはＨＣＣＡモニタとＥＤＣＡモニタを含んでいる。モニタはＨＣＣＡおよびＥＤＣＡ期間の両者の現在の状態を追跡し、多数の追跡された統計を通してアダプタにＨＣＣＡおよびＥＤＣＡ期間のフロー加重及びロード情報を与える。モニタにより与えられたこれらの値と情報を使用して、アダプタは、いずれのノードが切換えによる利点を得ることができるか、ノードが何時切り換えられるか、これらが如何にして切り換えられるべきかを決定する。
【００７２】
［シミュレーション解析］
シミュレーションはマルチメディアトラフィックプロフィールとネットワークロードの多様なセットにわたって適合フレームワークを使用して、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにより行われている。実験的セットアップとシステム構成の説明から簡単に開始する。ＨＣＣＡおよびＥＤＣＡ期間の両者におけるＨＣＣＡフローの再割当てによる性能の改良を評価する。その後、前述のAnsel等による文献で提案されたフレキシブルＨＣＦ（ＦＨＣＦ）機構とフレームワークの比較について提示する。最後に、ビデオ品質と全体的なシステム容量における適合の効果について説明する。
【００７３】
［シミュレーションセットアップおよびシステム構造］
本発明者の実験では、Ｏｐｎｅｔにより与えられたＯｐｎｅｔシミュレーション環境を使用した。“Opnet simulation framework”、http:www.opnet.com/を参照されたい。ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ標準方式をシミュレートするために、ＨＣＣＡとＥＤＣＡサービス弁別を組み込むためにＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ ＭＡＣ層モデルを変更した。他の既知のモデルによる８０２．１１ｅの本発明者の構成を確認した。シミュレートされた無線ネットワークのデフォルト特性は表１に記載されている。
【表１】
【００７４】
本発明のネットワーク構造では、各ノードはただ１つのフローに関連されており、３００ｍ×３００ｍの区域、即ちアクセス点の範囲に均等に分布されている固定した位置に維持されていることを仮定する。異なるタイプのアプリケーショントラフィックを生成するために、Ｏｐｎｅｔアプリケーションとプロフィール構造を使用して、ビデオトレースからの情報によって誘導されるパケットサイズおよびパケット間ギャップを設定する。ＶＢＲビデオソースモデルに対しては、http://trace.eas.asu.edu/の“Video traces for network performance evaluation”から集められたＨ．２６３ビデオ流の種々のパケットトレースを組み込む。表２は本発明の評価に使用された種々のアプリケーションプロフィールを要約している。
【００７５】
［ＨＣＣＡ割当ての評価］
本発明で提案された適合を評価する前に、ＶＢＲトラフィックについての現在のＨＦＣスケジュール化ポリシーの限定を示すことから開始する。アルゴリズムの性能を比較するために、遅延とサービス品質（ＱｏＳ）の計量を使用する。最初に、ＨＣＣＡ基準スケジューラを使用して、ＣＢＲとＶＢＲ実時間フローにより受ける遅延の差を評価する。
【００７６】
図１０の（ａ）と（ｄ）はＣＢＲ（Ｖｉｄｅｏ＿ＣＢＲ）フローが受けた残りの待ち行列の成長と遅延を示している。ＣＢＲフローでは、受ける遅延が低く、所望の遅延限度（１２０ｍｓ）内に入ることに注意すべきである。しかしながら、ＶＢＲフローでは、図１０の（ｂ）と１０の（ｅ）に示されているようにフローは高い待ち行列の成長と遅延を受ける。
【００７７】
基準スケジューラの限定を示すと、前述のシナリオのＨＣＣＡフローにおけるアルゴリズムの性能を評価する。図１０の（ｃ）と１０の（ｆ）はＨＣＣＡのアルゴリズムの時間割当てを使用して、それぞれ経験した遅延および待ち行列サイズを示している。グラフから認められるように、提案されたアルゴリズムはＨＣＣＡフローにより受ける遅延を顕著に減少することができる。このシナリオの遅延について観察された減少は、ＨＣＣＡ期間の残りの時間をＶＢＲトラフィック流に再度割当てたことによるものである。ＶＢＲフローの遅延及び待ち行列の成長を減少することによって、アルゴリズムは最大の遅延を超えることを避け、フローにより受けるパケット損失を減少させる。
【００７８】
次に、異なる可変性を有するＶＢＲフローにおける適合アルゴリズムを評価する。この評価では、Ｖｉｄｅｏ１＿ＶＢＲフローの異なるシーケンスを観察し、適合フレームワークを有するまたはそれを有しないフローにより受けた平均遅延を観察する。表３はその評価の結果を示している。各ビデオシーケンスに対して、データレートの平均及び標準偏差と、適合のある又は適合がないことにより受ける遅延について報告する。
【表２】
【００７９】
この表から、提案された適合は全てのケースで遅延を大幅に減少できることが認められる。１つ注目すべきことは、ビデオの可変性がその標準偏差によって単に与えられることのできないことである。残りの待ち行列の長さの成長に関しては、ビデオの重要な特性は時間的可変性である。標準偏差が他のビデオよりも小さいＶｉｄｅｏ１＿１では、適合のない経験された遅延は依然として大きい。これらのフローのパケットプロフィールをさらによく観察すると、これらのビデオ流の時間的可変性（バースト性）は遅延に大きく影響できることが認められる。パケットプロフィールはＶｉｄｅ１＿２のような幾つかのビデオが僅かに高い標準偏差を有することを示しているが。可変性はシミュレートされた時間にわたって良好に拡散され、大きな待ち行列の成長と高い遅延を防止する。さらに、この評価では、多くて１つの付加的なポールが所定のサービスインターバルの各フローで許容されることを仮定している。適合の影響はサービスインターバル当り２以上のポールを可能にすることにより改善されることができ、このパラメータは広く変化するデータ要求でトラフィックフローをサポートするために適切に構成されることができるものと考えられる。
【表３】
【００８０】
多くのＶＢＲフローが存在するときの適合の影響について観察する。１つのＣＢＲフロー（Ｖｉｄｅｏ２＿ＣＢＲ）を検討し、ＶＢＲトラフィック（Ｖｉｄｅｏ１＿ＶＢＲ）を有するＨＣＣＡフローの数を１から８のフローまで変化する。表４は実現されたスループットと、考慮される全てのＨＣＣＡフローにわたって平均された与えられた遅延に関する評価の結果を提示している。適合のないＶＢＲフローにより実現されたスループットの変化はＯｐｎｅｔシミュレーション中のランダム事象が関連された変化によるものである。これは恐らくさらに長いシミュレーション期間により回避されることができる。しかしながら、適合では、平均スループットの改良は主としてＶＢＲフローの数に依存し、同時的なＶＢＲフローの数の増加により減少されることが認められる。例えばノード数が１から８へ増加すると、適合の効果は６４×から２９×へ減少する。これは主として、ＨＣＣＡ期間における再割り当てに対して利用可能な時間がノード数の増加と共に減少する事実によるものであり、したがって適合アルゴリズムは効率的ではなくなる。
【００８１】
［ＥＤＣＡにおけるフローの再割当て］
ＨＣＣＡ期間が利用可能な時間を限定される場合には、ＨＣＣＡにおけるフロー再割り当ての効率は適合のないケースまで減少される。このサブセクションでは、ＨＣＣＡの再割当てが可能ではなくＥＤＣＡのロードが付加的なフローをサポートできるときの、本発明で提案された適合の第２の方法であるＥＤＣＡマッピングの効率を観察する。これらの実験では、３つのケース、即ち（１）適合が使用されないとき（Ａｄａｐｔ＿Ｎｏｎｅ）、（２）全てのＶＢＲフローがＥＤＣＡ期間中に送信することを可能にされるとき（Ａｄａｐｔ＿Ａｌｌ）、（３）選択されたノードがＥＤＣＡ中に送信されることを可能にされるとき（Ａｄａｐｔ＿Ｓｅｌｅｃｔ）を検討する。それぞれのケースで、適合されているＶＢＲノードの利用比、衝突カウント、遅延およびスループットを観察する。表５は種々のシナリオにおけるこれらのパラメータの値をそれぞれ示している。
【００８２】
適合のない場合、アクチブノードの数がＥＤＣＡで増加し、適切な送信に使用される時間とＥＤＣＡで利用可能な時間との比により測定される利用は増加し、ノード数が増加すると平坦になることが分かる。利用比の平坦化に対応して、衝突カウントはコンテンションベースのチャンネルアクセスによりアクチブノード数が増加するときに顕著に増加する。さらに、適合なしでは、ＶＢＲフローは許容できない遅延と低いスループットを全てのシナリオで経験する。
【表４】
【００８３】
適合が使用されない場合を観察した後、付加的な時間を必要としている全てのＶＢＲフローがＥＤＣＡで送信することを可能にされるケースを検討する。ＥＤＣＡ期間中に１乃至８のノードが存在するシナリオでＶＢＲフローが適合されるときに、利用計量及び衝突カウントが僅かに増加することが表より分かる。しかしながら、１２および１６のノードを有するシナリオでは、ＥＤＣＡのロードを考慮せずにこの適合を使用することによって、ＶＢＲフローはＥＤＣＡ利用に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば１６のノードの場合、ＥＤＣＡマッピングの使用は０．４００から０．３５７への利用比の減少と、１３．７５から１３．９への衝突カウントの増加を招き、したがって、ＥＤＣＡマッピングを使用するときを選択的に決定する必要がある。
【００８４】
本発明の選択された適合では、ＥＤＣＡ期間を使用するときを決定するために２つのしきい値、即ち衝突カウントと利用比を使用する。先のシミュレーションにより誘導されたように、現在の実行は衝突しきい値４を使用し、利用比しきい値は０．３に固定される。１２及び１６のノードの場合、しきい値はネットワークのロードが高く、適合ポリシーがＥＤＣＡマッピング技術を使用しないことを示している。ＥＤＣＡ中に数個のノードが存在するとき、適合はサービスインターバル毎に行われ、一方、４及び８のノードの場合では、適合は選択的に行われ、したがって遅延はＥＤＣＡ中のフローに対する大きな影響を避けるためにＡＤＡＰＴ＿ＡＬＬのケースよりも高い。
【００８５】
前述の実験から、適合フレームワークは２つの技術、即ちＨＣＣＡにおける時間の再割り当てとＥＤＣＡ期間における誘導された送信とを使用して、ＶＢＲフローにより受ける遅延を大幅に減少することができることを示した。
【００８６】
［フレキシブルＨＣＦとの比較］
本発明の作業を８０２．１１ｅ基準スケジューラと比較することに加えて、提案されたアルゴリズムをAnsel等による前述の文献で提案されたフレキシブルＨＣＦ（ＦＨＣＦ）と比較する。ＦＨＣＦとのこの比較を行うために、Ｏｐｎｅｔフレームワーク中でアルゴリズムを実行し、多数のシナリオを検討する。表３で使用されたシナリオへ戻り、ＦＨＣＦアルゴリズムの性能を評価する。表６で見られる実験結果は、ＦＨＣＦを有するＶＢＲフローにより受ける遅延が本発明の適合よりも高いことを示している。これはトラフィックフローのバースト性によるものと考えられ、それはＦＨＣＦアルゴリズムにＴＸＯＰを早期に収縮させ、高い遅延を生じさせることができる。特にＶｉｄｅｏ＿４の場合、ＦＨＣＦは許容可能なしきい値より下に遅延を減少させることができない。
【表５】
【００８７】
１つのＶＢＲフローがＦＨＣＦで進行する態様を観察した後、次のシナリオで、４と１６の間でＶＢＲフローの数を変化し、類似のトラフィックプロフィール（Ｖｉｄｅｏ１＿２）を使用する。全てのフローの需要間に高い相関が存在するときのケースをシミュレートするために全てのフローに対して同じトラフィックプロフィールを使用する。その結果は表７に要約されている。ＦＨＣＦと本発明の適合とを比較するために、２つの方法間の違いと潜在的な利点を強調するようにこれらのケースを検討する。４つのノードの場合、ＨＣＣＡで利用可能な時間は、両方法により可変の要求を組み込むのに十分であり、したがって本発明の提案された適合とＦＨＣＦは類似の性能を有すると期待されている。しかしながら、本発明の適合はＦＨＣＦよりも良好に進行することが認められ、これは先の結果で観察されたような潜在的にトラフィックフローのバースト性によるものである。８つのノードの場合、利用可能な時間は限定され、ＡＰは付加的な送信機会を公正に割当てる必要がある。公正さを実現するために、ＦＨＣＦはフロー間に均等に残りの時間を分割する。しかしながら、細分化された送信機会はフローがトラフィックの可変性を克服するには十分ではない可能性があり、表で観察されるような高い遅延を招く。その代わりに本発明で提案された適合はラウンドロビン法を使用して多数のＳＩにわたって公正さを達成しようとする。各ＳＩで、アルゴリズムはそれらの予約パラメータに基づいて付加的な時間をポールして割当てるための１組のフローを選択する。この方法は本発明のアルゴリズムにより改良された遅延性能につながることが考えられる。最後に、１６のノードの場合、ＨＣＣＡ期間中に利用可能な時間がなく、したがってＦＨＣＦフローはフローの可変性に対処するために任意のその機構を使用することができない。本発明の提案された適合はＥＤＣＡ中で送信するための付加的な機会のためにより良好に進行する。
【００８８】
評価する次の観点はＦＨＣＦ方法によりＨＣＣＡ期間中にスケジュールされた他のフローにおける遅延の影響である。この評価に対しては、１つのＶＢＲフロー（Ｖｉｄｅｏ１＿ＶＢＲ）と多数のＣＢＲフロー（Ｖｉｄｅｏ２＿ＣＢＲ）によるケースを観察する。ＶＢＲフローの性能は先のシミュレーションに類似して改良する。しかしながら、ＶＢＲノード後にスケジュールされたＣＢＲフローに対しては、適合により平均遅延において１０％の増加が観察される。
【００８９】
前述の解析に基づいて、実時間のマルチメディアフローをサポートするPradoによる８０２．１１ｅ ＨＣＦスケジューラは幾つかの限定を示している。特に基準スケジューラは可変の要求又はフローを有するマルチメディアフローを適切にサポートすることはできない。可変のフロー要求下では、ＨＣＦスケジューラは高い遅延につながる可能性があり、実時間のマルチメディア品質に過酷な影響を与える。さらに、ＨＣＦフレームワークは異なるフローを、ポーリングベースの機構に限定されている実時間フローを有する媒体アクセスの異なるノードへマップすることを観察した。前述の分割は重いＨＣＣＡロード下で貧弱なチャンネル利用になる可能性がある。
【００９０】
本発明のダイナミック適合はフロー要求の変化について各フローの状態を監視し、ダイナミックにトラフィックフローを適切に関連付け、遅れフローへの付加的なポールを許容するためにポーリングスケジュールを構成し、ＥＤＣＡにおける低いロード下で、実時間のマルチメディアフローをアクセスのＥＤＣＡモードへ選択的にマッピングする。ここでの比較評価は、適合が実時間フローで観察された遅延を減少し、遅延、マルチメディア品質、ネットワークの容量に関して他の既知の技術よりも良好に進行することを示している。
【００９１】
この適合フレームワークの開発において、トラフィックフロー中の変化は遅延を非常に増加でき、予約の最小の可変性が高い遅延につながる可能性があることが観察された。ＡＰは単に予約リクエストに基づいて時間を割当てるので、これらのリクエストの正確性は所望のＱｏＳの維持には重要である。したがって、幾つかの応用では、予約はガイドラインとして使用されるべきであり、付加的なリソースはフローの監視される要求に基づいてダイナミックに割当てられなければならない。
【００９２】
ダイナミック適合の前述の実行は、（１）ＨＣＣＡで前もって割当てられている選択されたフローへ付加的な時間を割当て、（２）ＨＣＣＡ期間中にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡでアクセス点との割当てられた通信を完了し、ＨＣＣＡ期間が終了した後、他のノードと競合するためにＥＤＣＡ期間のアクセス点との通信を継続するように前もって割当てられた選択されたノードを割当てる。さらに、ダイナミック適合はまたＥＤＣＡロードが非常に高いときに全ての遅延にわたって減少するように、ある状態下のＨＣＣＡ中の時間期間にＥＤＣＡの通信フローを割当てるように実行されることもできる。
【００９３】
図１１の（ａ）はＥＤＣＡに最初に割当てられた通信フローがＨＣＣＡ中の利用可能な時間期間に再度割当てられるこの特性の１例を示している。したがってＨＣＣＡ期間中のコンテンションのない時間期間は選択されたノードに割当てられ、このノードはＥＤＣＡ期間中にアクセス点と通信し、先にＨＣＣＡ期間に割当てられたノードがサービスされた後、未使用の時間がＨＣＣＡ期間に残されているときにアクセス点と通信するように割当てられる。
【００９４】
この特徴により、ダイナミック適合はＱｏＳを強化するためにＨＣＣＡとＥＤＣＡとの両者の通信容量のフル活用を可能にする。例えば実時間ではないトラフィックがＥＤＣＡ期間に通常割当てられることができるが、このようなトラフィックはＥＤＣＡに限定される必要はなく、必要なときに、ＨＣＣＡに再度割当てられることができる。限定されたフローがＨＣＣＡ中にサービスされているシナリオでは、それらの優先順位と待ち行列の成長に基づいてネットワーク中の他のフローをスケジュールすることが有効である。ＨＣＣＡ中に効率的に割当てられた時間を使用することによって、ＥＤＣＡのノードの経験する遅延とスループットを改良することができる。この限定を示すために、多数のフロー、ＨＣＣＡにおいて予めスケジュールされた４つのフローとＥＤＣＡの１０のフローを考える。図１１の（ｂ）は４００ｋｂ／ｓのトラフィック特性を有する優先順位を付けられたＥＤＣＡフローにより実現されたスループットを示している。ＨＣＣＡ中のそのトラフィッククラスの優先順位と利用可能なスラックにかかわらず、ＥＤＣＡフローはＥＤＣＡ中の高いロードのために低いスループットを経験することに注意する。しかしながら、ＥＤＣＡフローがＨＣＣＡ期間中に送信することを可能にすることをダイナミックに決定することによって、待ち行列の成長とＥＤＣＡフローの優先順位に基づいて、ネットワーク中の他のフローに影響せずにＥＤＣＡフロースループットを増加できることを例証する。
【００９５】
ＥＤＣＡフローのアルゴリズム性能を評価するために、シナリオ、ＳＣＥＮＡＲＩＯ４を検討し、ここではＨＣＣＡでスケジュールされるＣＢＲトラフィックフローの数は４に固定され、ＥＤＣＡトラフィックフローの数は１０に固定されている。このシナリオでは、ＥＤＣＡトラフィックフローに割当てられる時間はＨＣＣＡフロー内に残されている。高いネットワークロードのために、ＥＤＣＡトラフィックフローはスループットの大きな減少と遅延の増加を招く待ち行列の成長を生じる可能性がある。したがって、ＨＣＣＡ期間のＥＤＣＡフローの割当ては高いＥＤＣＡロード下で効率的であることができる。図１１の（ｃ）は適合のある場合及び適合のない場合の高い優先順位のＥＤＣＡフローの達成されたスループットを示している。本発明の提案されたＥＤＣＡ適合はオリジナルＨＣＦ割当てで実現されるスループットをしのぐことができることに注目すべきである。
【００９６】
本発明のダイナミック適合に対する他の強化及び変更も可能であろう。例えば、ＥＤＣＡロード評価は一般化され、特定のフローをＥＤＣＡ期間へマップする影響を考慮するために強化されることができる。各フローがＥＤＣＡ期間において類似の影響を有することを想定するのではなく、そのトラフィックプロフィールに基づいたフローの影響を理解するように計画する。さらに、付加的なポールのために割当てられた送信時間を拡張する選択肢を含めるためにＨＣＣＡ再割当て方式を強化することが好ましい。さらに可能な拡張には、種々のビデオ及びその他の実時間フローにおけるフレームワークの例証と、モデルベースのスケジュール作成強化の開発と、本発明の適合方式の将来のバージョンにおける移動性及びチャンネル状態を組み込むことが含まれる。
【００９７】
提示したフレームワークを超えて、将来の作業として、ＷＬＡＮネットワーク中の不正なノードに含まれた意味を理解し、このようなノードに対処するためのリソース管理ポリシーを開発することが好ましい。問題とする別の領域は、ＱｏＳの保証を行いながら、ネットワークの容量を改良する妥協を理解するための許可制御ポリシーを提供することである。ＱｏＳ計量としての遅延に加えて、エネルギ消費におけるＱｏＳ供給技術の影響は解決される必要があると考えられる。最後に、前述のフレームワークを実行し、実際のＷＬＡＮ試験台における適合を例証することを計画している。
【００９８】
実行において、前述の技術及びそれらの変形はコンピュータソフトウェア命令又はファームウェア命令として実行されることができる。このような命令は１以上のマシンの読取可能な記憶媒体を有するアーティクルに記憶されるか、またはデジタル信号プロセッサ及びマイクロプロセッサのような１以上のコンピュータ又はデジタルプロセッサに接続されている１以上のマシンの読取可能な記憶装置中に記憶されることができる。動作において、命令はマシンに前述の機能及び動作を行わせるように、１以上のプロセッサによって実行されることができる。
【００９９】
幾つかの構成についてのみ説明した。しかしながらその他の変更及び強化がここで記載された技術に基づいて可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅによる無線構内網（ＷＬＡＮ）中のハイブリッド調整機能（ＨＣＦ）チャンネルアクセスを示す図。
【図２】ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅによる無線構内網中の強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）を示す図。
【図３】ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅによるＷＬＡＮ中の一定のビットレート（ＣＢＲ）と可変ビットレート（ＶＢＲ）のフローのスループットの比較を示す図。
【図４】それぞれ２つのガウス入力曲線における（１、２５、５０、１００）サービスインターバル後の残りの待ち行列の長さの確率分布密度関数（ＰＤＦ）を示す図。
【図５】μ＋σにより与えられた変更されたρを有する同じガウス入力の残りの待ち行列の長さのＰＤＦを示す図。
【図６】本発明のダイナミック適合の１実行におけるＨＣＣＡ割当てとＥＤＣＡ割当てを示す図。
【図７】本発明のダイナミック適合を実行する例示的なアルゴリズムに対する擬似コードを示す図。
【図８】ダイナミック適合アルゴリズムの１実行に対する１つの例示的なフローチャート。
【図９】ダイナミック適合を実行するためのモニタモジュールとアダプタモジュールを含むシステムを示す図。
【図１０】シミュレーションにおけるＣＢＲとＶＢＲのフローの残りの列サイズと遅延を示す図。
【図１１】ＥＤＣＡ中で初期的に割当てられたフローがＨＣＣＡ中で利用可能な期間に再度割当てられるダイナミック適合の１実行を示す図と、その実行におけるシミュレーション結果を示す図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信ポータルとしてのアクセス点と、その無線でアクセス点とそれぞれ通信する複数の無線通信ノードとを有する無線構内網（ＷＬＡＮ）における通信の制御方法において、
アクセス点はノードからの通信フローについての情報を受信するように動作し、
（１）選択されたノードに、その選択されたノードとの通信フロー特性に基づいて、対応するコンテンションのない時間期間に他のノードとのコンテンションなく、各選択されたノードがアクセス点と通信することを可能にするようにコンテンションのない時間期間を割当て、（２）残りのノードを、コンテンションのない時間期間外の時間期間中に相互に競争して、アクセス点と通信するように割当て、
割当て後、付加的な時間が必要とされるか否かを決定するために割当てられた時間期間における通信中に各ノードで成長した通信遅延を監視し、
付加的なコンテンションのない時間を、このような付加的なコンテンションのない時間が利用可能であるときに付加的な時間を必要とするノードに割当て、
付加的なコンテンションのない時間が利用可能ではないとき、選択されたノードをアクセス点と通信するために他のノードと競争するように命令するステップを含んでいる制御方法。
【請求項２】
さらに、付加的なコンテンションのない時間期間が必要とされるか否かを決定するために対応するコンテンションのない期間中に各選択されたノードにおける成長した通信遅延を監視し、
選択されたノードがアクセス点と通信した後、割当てられたコンテンションのないアクセス点との通信に付加的な時間が存在するとき、付加的な時間を必要とするコンテンションのないアクセスに元来割当てられたノードへ付加的なコンテンションのない時間期間を割当て、
付加的なコンテンションのない時間が利用可能ではないときには、選択されたノードがアクセス点との通信を他のノードと競争することを可能にするステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項３】
さらに、他のノードとのコンテンションなしに、アクセス点と実時間通信フローを通信するために選択されたノードの１つとしてアクセス点と実時間通信フローを通信するノードを選択し、
そのノードに対して割当てられたコンテンションのない時間期間の最後に、アクセス点との実時間通信フローの通信を継続するためにノードが他のノードと競争することを可能にするステップを含んでいる請求項２記載の方法。
【請求項４】
さらに、アクセス点と通信するようにコンテンションのない時間期間を割当てるように選択されておらず、アクセス点と通信するために他のノードと競争するように割当てられている各ノードにおける通信遅延の成長を監視し、
選択されたノードがアクセス点と通信した後、アクセス点との割当てられたコンテンションのない通信に付加的な時間が残されているとき、アクセス点と通信中の他のノードと競争するように割当てられているノードに、他のノードとのコンテンションなくアクセス点と通信するためにコンテンションのない時間期間を再度割当てることを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項５】
アクセス点と通信中の他のノードと競争するように割当てられているが、他のノードとのコンテンションなくアクセス点と通信するためにコンテンションのない時間期間を再度割当てられているノードは、アクセス点と実時間ではない通信フローを通信する請求項４記載の方法。
【請求項６】
ＷＬＡＮは、ハイブリッド調整機能制御チャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）と優先されたコンテンションベースの強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）とにより、アクセス点とのポーリングベースのコンテンションのない通信をサポートするためにＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにしたがい、
各サービスインターバルは（１）選択されたノードがアクセス点によりポールされ、アクセス点と通信するためにコンテンションのない時間期間が割当てられているＨＣＣＡ期間と、（２）ＨＣＣＡ期間中にアクセス点と通信するように選択されていない他のノードが、割当てられたアクセスカテゴリに基づいてアクセス点と通信するために相互に競争する別々のＥＤＣＡ期間とに分割されている請求項１記載の方法。
【請求項７】
さらに、アクセス点と通信するために競争する各ノードに対してアクセス点のトラフィックロードのレベルを監視し、
そのトラフィックロードが許容するとき、アクセス点と通信するために他のノードと競争するように選択されたノードに命令するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項８】
さらに、ノードにおける集合した通信遅延の成長を監視し、
ノードをアクセス点とのコンテンションのない通信用の選択されたノードと、集合した通信遅延の成長を減少するためにアクセス点とのコンテンションベースの通信のための残りのノードとに分割するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項９】
さらに、コンテンションの内時間期間外の時間期間に相互に競争するように優先順位ベースのアクセスカテゴリの１つを各ノードに割当て、各ノードが割当てられた優先順位ベースのアクセスカテゴリの優先順位に基づいてアクセス点と通信することを可能にするステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項１０】
ハイブリッド調整機能制御チャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）と優先されたコンテンションベースの強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）とにしたがって、ＷＬＡＮのアクセス点とのポーリングベースのコンテンションのない通信をサポートするためにＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにしたがう無線構内網（ＷＬＡＮ）における通信の制御方法において、
アクセス点と通信するための各サービスインターバルは（１）アクセス期間により通信するように割当てられている無線通信ノードが他のノードとのコンテンションなくアクセス点と通信するためのコンテンションのない時間期間を割当てられているＨＣＣＡ期間と、（２）無線通信ノードが割当てられたアクセスカテゴリに基づいて、アクセス点と通信するために他のノードと競争する別々のＥＤＣＡ期間とに分割され、
アクセス点との通信において各ノードの通信遅延を監視し、
ＥＤＣＡ期間中のノードとの通信についてのアクセス点のトラフィックロードを監視し、
ノードの監視された通信遅延と、監視されたトラフィックロードにしたがってアクセス点に対するノードのアクセスをダイナミックに制御し、このダイナミックな制御は、
（１）ＨＣＣＡ期間にアクセス点と通信するように前もって割当てられている選択されたノードへ付加的な時間を割当て、
（２）ＨＣＣＡ期間にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡにおけるアクセス点との割当てられた通信を完了し、ＨＣＣＡ期間の終了後、他のノードと競争するためＥＤＣＡ期間中にアクセス点と通信し続けるように前もって割当てられている選択されたノードを割当て、
（３）ＨＣＣＡ期間中のコンテンションのない時間期間を選択されたノードに割当て、このノードはＥＤＣＡ期間にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡ期間に前もって割当てられたノードがサービスされた後に、未使用の時間がＨＣＣＡ期間に残されているときアクセス点と通信するように前もって割当てられているステップのうちの少なくとも１つを含んでいる方法。
【請求項１１】
ダイナミック制御は、アクセス点へのアクセスにおけるＷＬＡＮのノード中のパケット遅延の集合した利用値を減少する方法で行われる請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
各ノードにおける通信遅延の監視は、各ノードの残りの待ち行列の長さを監視するステップを含んでいる請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
ＥＤＣＡ期間中にノードと通信するためのアクセス点におけるトラフィックロードの監視は、ＥＤＣＡ期間中のアクセス点との通信における異なるノードの衝突カウントの監視を含んでいる請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
ＥＤＣＡ期間中にノードと通信するためのアクセス点におけるトラフィックロードの監視は、ＥＤＣＡ期間中の利用比の監視を含んでいる請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
ＨＣＣＡ期間にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡ期間の終了後、他のノードと競争するようにＥＤＣＡ期間中にアクセス点と通信し続けるように前もって割当てられた選択されたノードの割当ては、ＥＤＣＡ期間中のトラフィックロードがしきい値よりも低いときに行われる請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
ＨＣＣＡ期間中にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡ期間の終了後、他のノードと競争するようにＥＤＣＡ期間にアクセス点と通信し続けるように前もって割当てられた選択されたノードの割当ては、アクセス点と通信するための付加的な時間を選択されたノードに与える時間がＨＣＣＡ期間に残されていないときに行われる請求項１０記載の方法。
【請求項１７】
ＨＣＣＡ期間中にアクセス点と通信するように前もって割当てられた選択されたノードへ付加的な時間を割当てるステップにおいて、ＨＣＣＡ期間中にアクセス点と通信するように前もって割当てられている他のノードがサービスされた後、付加的な時間がＨＣＣＡ期間中に割当てられる請求項１０記載の方法。
【請求項１８】
ハイブリッド調整機能制御チャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）と優先されたコンテンションベースの強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）にしたがってノードとアクセス点との間のポーリングベースのコンテンションのない通信をサポートするためにＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにより無線構内網における無線通信ノードとアクセス点との間の通信を制御するためのシステムにおいて、
ＨＣＣＡ測定を行うためにＨＣＣＡ通信フローを監視するＨＣＣＡモニタと、ＥＣＣＡ測定を行うためＥＤＣＡ通信フローを監視するＥＤＣＡモニタとを有する監視モジュールと、
ＨＣＣＡ測定およびＥＤＣＡ測定に応答して、個々のノードの遅延により生じる集合された通信遅延を減少するためにＨＣＣＡとＥＤＣＡの両者のアクセス点とのノードの通信をダイナミックに制御するように動作するアダプタモジュールを具備しているシステム。
【請求項１９】
アダプタモジュールは、ＨＣＣＡのアクセス点と通信するように前もって割当てられている選択されたノードへＨＣＣＡ中の付加的な時間を割当てるように動作する請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
アダプタモジュールは選択されたノードを割当てるように動作し、そのノードはＨＣＣＡ中にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡ中のアクセス点との割当て通信が完了し、他のノードと競争するようにＥＤＣＡ中のアクセス点と通信し続けるように前もって割当てられている請求項１８記載のシステム。
【請求項２１】
アダプタモジュールはＨＣＣＡ中のコンテンションのない時間期間を選択されたノードに割当てるように動作し、そのノードはＥＤＣＡ中のアクセス点と通信し、ＨＣＣＡに前もって割当てられたノードがサービスされた後に、未使用の時間がＨＣＣＡ中に残されているときアクセス点と通信するように前もって割当てられている請求項１８記載のシステム。
【請求項２２】
ＨＣＣＡ測定は、通信フローの平均残留待ち行列サイズおよび残留待ち行列変化と、ハイブリッド調整機能（ＨＣＦ）に基づいたＨＣＣＡフロー統計加重を含んでいる請求項１８記載のシステム。
【請求項２３】
ＥＤＣＡ測定は、通信フローの平均残留待ち行列サイズおよびデータレートと、ＥＤＣＡの利用ファクタ及び衝突ファクタに基づいたＥＤＣＡフロー統計加重を含んでいる請求項１８記載のシステム。
【請求項１】
通信ポータルとしてのアクセス点と、その無線でアクセス点とそれぞれ通信する複数の無線通信ノードとを有する無線構内網（ＷＬＡＮ）における通信の制御方法において、
アクセス点はノードからの通信フローについての情報を受信するように動作し、
（１）選択されたノードに、その選択されたノードとの通信フロー特性に基づいて、対応するコンテンションのない時間期間に他のノードとのコンテンションなく、各選択されたノードがアクセス点と通信することを可能にするようにコンテンションのない時間期間を割当て、（２）残りのノードを、コンテンションのない時間期間外の時間期間中に相互に競争して、アクセス点と通信するように割当て、
割当て後、付加的な時間が必要とされるか否かを決定するために割当てられた時間期間における通信中に各ノードで成長した通信遅延を監視し、
付加的なコンテンションのない時間を、このような付加的なコンテンションのない時間が利用可能であるときに付加的な時間を必要とするノードに割当て、
付加的なコンテンションのない時間が利用可能ではないとき、選択されたノードをアクセス点と通信するために他のノードと競争するように命令するステップを含んでいる制御方法。
【請求項２】
さらに、付加的なコンテンションのない時間期間が必要とされるか否かを決定するために対応するコンテンションのない期間中に各選択されたノードにおける成長した通信遅延を監視し、
選択されたノードがアクセス点と通信した後、割当てられたコンテンションのないアクセス点との通信に付加的な時間が存在するとき、付加的な時間を必要とするコンテンションのないアクセスに元来割当てられたノードへ付加的なコンテンションのない時間期間を割当て、
付加的なコンテンションのない時間が利用可能ではないときには、選択されたノードがアクセス点との通信を他のノードと競争することを可能にするステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項３】
さらに、他のノードとのコンテンションなしに、アクセス点と実時間通信フローを通信するために選択されたノードの１つとしてアクセス点と実時間通信フローを通信するノードを選択し、
そのノードに対して割当てられたコンテンションのない時間期間の最後に、アクセス点との実時間通信フローの通信を継続するためにノードが他のノードと競争することを可能にするステップを含んでいる請求項２記載の方法。
【請求項４】
さらに、アクセス点と通信するようにコンテンションのない時間期間を割当てるように選択されておらず、アクセス点と通信するために他のノードと競争するように割当てられている各ノードにおける通信遅延の成長を監視し、
選択されたノードがアクセス点と通信した後、アクセス点との割当てられたコンテンションのない通信に付加的な時間が残されているとき、アクセス点と通信中の他のノードと競争するように割当てられているノードに、他のノードとのコンテンションなくアクセス点と通信するためにコンテンションのない時間期間を再度割当てることを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項５】
アクセス点と通信中の他のノードと競争するように割当てられているが、他のノードとのコンテンションなくアクセス点と通信するためにコンテンションのない時間期間を再度割当てられているノードは、アクセス点と実時間ではない通信フローを通信する請求項４記載の方法。
【請求項６】
ＷＬＡＮは、ハイブリッド調整機能制御チャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）と優先されたコンテンションベースの強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）とにより、アクセス点とのポーリングベースのコンテンションのない通信をサポートするためにＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにしたがい、
各サービスインターバルは（１）選択されたノードがアクセス点によりポールされ、アクセス点と通信するためにコンテンションのない時間期間が割当てられているＨＣＣＡ期間と、（２）ＨＣＣＡ期間中にアクセス点と通信するように選択されていない他のノードが、割当てられたアクセスカテゴリに基づいてアクセス点と通信するために相互に競争する別々のＥＤＣＡ期間とに分割されている請求項１記載の方法。
【請求項７】
さらに、アクセス点と通信するために競争する各ノードに対してアクセス点のトラフィックロードのレベルを監視し、
そのトラフィックロードが許容するとき、アクセス点と通信するために他のノードと競争するように選択されたノードに命令するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項８】
さらに、ノードにおける集合した通信遅延の成長を監視し、
ノードをアクセス点とのコンテンションのない通信用の選択されたノードと、集合した通信遅延の成長を減少するためにアクセス点とのコンテンションベースの通信のための残りのノードとに分割するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項９】
さらに、コンテンションの内時間期間外の時間期間に相互に競争するように優先順位ベースのアクセスカテゴリの１つを各ノードに割当て、各ノードが割当てられた優先順位ベースのアクセスカテゴリの優先順位に基づいてアクセス点と通信することを可能にするステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項１０】
ハイブリッド調整機能制御チャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）と優先されたコンテンションベースの強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）とにしたがって、ＷＬＡＮのアクセス点とのポーリングベースのコンテンションのない通信をサポートするためにＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにしたがう無線構内網（ＷＬＡＮ）における通信の制御方法において、
アクセス点と通信するための各サービスインターバルは（１）アクセス期間により通信するように割当てられている無線通信ノードが他のノードとのコンテンションなくアクセス点と通信するためのコンテンションのない時間期間を割当てられているＨＣＣＡ期間と、（２）無線通信ノードが割当てられたアクセスカテゴリに基づいて、アクセス点と通信するために他のノードと競争する別々のＥＤＣＡ期間とに分割され、
アクセス点との通信において各ノードの通信遅延を監視し、
ＥＤＣＡ期間中のノードとの通信についてのアクセス点のトラフィックロードを監視し、
ノードの監視された通信遅延と、監視されたトラフィックロードにしたがってアクセス点に対するノードのアクセスをダイナミックに制御し、このダイナミックな制御は、
（１）ＨＣＣＡ期間にアクセス点と通信するように前もって割当てられている選択されたノードへ付加的な時間を割当て、
（２）ＨＣＣＡ期間にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡにおけるアクセス点との割当てられた通信を完了し、ＨＣＣＡ期間の終了後、他のノードと競争するためＥＤＣＡ期間中にアクセス点と通信し続けるように前もって割当てられている選択されたノードを割当て、
（３）ＨＣＣＡ期間中のコンテンションのない時間期間を選択されたノードに割当て、このノードはＥＤＣＡ期間にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡ期間に前もって割当てられたノードがサービスされた後に、未使用の時間がＨＣＣＡ期間に残されているときアクセス点と通信するように前もって割当てられているステップのうちの少なくとも１つを含んでいる方法。
【請求項１１】
ダイナミック制御は、アクセス点へのアクセスにおけるＷＬＡＮのノード中のパケット遅延の集合した利用値を減少する方法で行われる請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
各ノードにおける通信遅延の監視は、各ノードの残りの待ち行列の長さを監視するステップを含んでいる請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
ＥＤＣＡ期間中にノードと通信するためのアクセス点におけるトラフィックロードの監視は、ＥＤＣＡ期間中のアクセス点との通信における異なるノードの衝突カウントの監視を含んでいる請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
ＥＤＣＡ期間中にノードと通信するためのアクセス点におけるトラフィックロードの監視は、ＥＤＣＡ期間中の利用比の監視を含んでいる請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
ＨＣＣＡ期間にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡ期間の終了後、他のノードと競争するようにＥＤＣＡ期間中にアクセス点と通信し続けるように前もって割当てられた選択されたノードの割当ては、ＥＤＣＡ期間中のトラフィックロードがしきい値よりも低いときに行われる請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
ＨＣＣＡ期間中にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡ期間の終了後、他のノードと競争するようにＥＤＣＡ期間にアクセス点と通信し続けるように前もって割当てられた選択されたノードの割当ては、アクセス点と通信するための付加的な時間を選択されたノードに与える時間がＨＣＣＡ期間に残されていないときに行われる請求項１０記載の方法。
【請求項１７】
ＨＣＣＡ期間中にアクセス点と通信するように前もって割当てられた選択されたノードへ付加的な時間を割当てるステップにおいて、ＨＣＣＡ期間中にアクセス点と通信するように前もって割当てられている他のノードがサービスされた後、付加的な時間がＨＣＣＡ期間中に割当てられる請求項１０記載の方法。
【請求項１８】
ハイブリッド調整機能制御チャンネルアクセス（ＨＣＣＡ）と優先されたコンテンションベースの強化された分配チャンネルアクセス（ＥＤＣＡ）にしたがってノードとアクセス点との間のポーリングベースのコンテンションのない通信をサポートするためにＩＥＥＥ ８０２．１１ｅにより無線構内網における無線通信ノードとアクセス点との間の通信を制御するためのシステムにおいて、
ＨＣＣＡ測定を行うためにＨＣＣＡ通信フローを監視するＨＣＣＡモニタと、ＥＣＣＡ測定を行うためＥＤＣＡ通信フローを監視するＥＤＣＡモニタとを有する監視モジュールと、
ＨＣＣＡ測定およびＥＤＣＡ測定に応答して、個々のノードの遅延により生じる集合された通信遅延を減少するためにＨＣＣＡとＥＤＣＡの両者のアクセス点とのノードの通信をダイナミックに制御するように動作するアダプタモジュールを具備しているシステム。
【請求項１９】
アダプタモジュールは、ＨＣＣＡのアクセス点と通信するように前もって割当てられている選択されたノードへＨＣＣＡ中の付加的な時間を割当てるように動作する請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
アダプタモジュールは選択されたノードを割当てるように動作し、そのノードはＨＣＣＡ中にアクセス点と通信し、ＨＣＣＡ中のアクセス点との割当て通信が完了し、他のノードと競争するようにＥＤＣＡ中のアクセス点と通信し続けるように前もって割当てられている請求項１８記載のシステム。
【請求項２１】
アダプタモジュールはＨＣＣＡ中のコンテンションのない時間期間を選択されたノードに割当てるように動作し、そのノードはＥＤＣＡ中のアクセス点と通信し、ＨＣＣＡに前もって割当てられたノードがサービスされた後に、未使用の時間がＨＣＣＡ中に残されているときアクセス点と通信するように前もって割当てられている請求項１８記載のシステム。
【請求項２２】
ＨＣＣＡ測定は、通信フローの平均残留待ち行列サイズおよび残留待ち行列変化と、ハイブリッド調整機能（ＨＣＦ）に基づいたＨＣＣＡフロー統計加重を含んでいる請求項１８記載のシステム。
【請求項２３】
ＥＤＣＡ測定は、通信フローの平均残留待ち行列サイズおよびデータレートと、ＥＤＣＡの利用ファクタ及び衝突ファクタに基づいたＥＤＣＡフロー統計加重を含んでいる請求項１８記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２００８−５１４１４５（Ｐ２００８−５１４１４５Ａ）
【公表日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３２７０１（Ｐ２００７−５３２７０１）
【出願日】平成１７年１０月２８日（２００５．１０．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３９０３３
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０５０１４０
【国際公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（５９２０３４５４８）ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティー・オブ・カリフォルニア (8)
【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥ ＲＥＧＥＮＴＳ ＯＦ ＴＨＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＣＡＬＩＦＯＲＮＩＡ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２８日（２００５．１０．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３９０３３
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０５０１４０
【国際公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（５９２０３４５４８）ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティー・オブ・カリフォルニア (8)
【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥ ＲＥＧＥＮＴＳ ＯＦ ＴＨＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＣＡＬＩＦＯＲＮＩＡ
【Ｆターム（参考）】
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