(57)【要約】本発明は、チャネルの状態と作業負荷の重さによって無線リンクのリトライ限界をリアルタイムで動的に適応させ、ＭＡＣスループットを最大化し、パケット・ロスを最小化するシステムおよび方法を提供する。IEEE 802.11aまたはb等の無線ローカル・エリア・ネットワーク（無線ＬＡＮ、WLAN:wireless local area network）では、リンク・エラーまたはインターフェイス・キューのオーバーフローによってパケットが失われる可能性がある。リトライは、リンク・エラーによるパケット・ロスを削減するためのリンク・エラー防止メカニズムとして無線リンクに使用される。ただし、このリトライ限界の設定が適切でないと（たとえば高すぎる場合）、リンク・エラーでなくキューのオーバーフローによってより多くのパケット・ロスが発生する可能性がある。本発明のリトライ限界適応のシステムおよび方法により、キュー・ドロップとリンク・ロスの均衡を保つことができる。したがって、パケット・ロス全体が大幅に減少し、現在の標準で推奨するようにリトライ限界を統計的に設定した場合に比べて、はるかに優れたネットワーク・パフォーマンスが得られる。ビデオ・アプリケーションでは、この動的な適応を設定することで、特定のネットワーク環境でビデオ品質を最適化することができる。
2005538639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＡＣリトライ限界を無線ローカル・エリア・ネットワークの送信状態に適応させる方法であって、
ａ．前記リトライ限界Ｒを事前に指定した値で開始するステップと、
ｂ．事前に指定した頻度で、インターフェイス・キューのドロップ率とＭＡＣのドロップ率との比較によって前記ＭＡＣリトライ限界を再設定するステップと、
ｃ．前記ネットワークの送信状態を監視するステップと、
ｄ．前記ネットワークの送信状態に基づいて前記ＭＡＣリトライ限界を再設定し、前記インターフェイス・キューと前記ＭＡＣとがほぼ同等のドロップ率になるようにするステップと、
ｄ．ステップｃ〜ｄを連続的に繰り返すステップとを備える方法。
【請求項２】
ステップｂは、
ｂ．ｌ  前記インターフェイス・キューの前記インターフェイス・キュー・ドロップ率ｑｕｅｕｅ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅを測定するステップと、
ｂ．２  前記ＭＡＣリトライ限界ｒｅｔｒｙ＿ｌｉｍｉｔの現在の値について、前記ＭＡＣドロップ率ＭＡＣ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅを測定するステップと、
ｂ．３  前記ドロップ率の合計＝ｑｕｅｕｅ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅ＋ＭＡＣ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅ＜Ｔｈｌ（Ｔｈｌは事前に指定したしきい値）である場合に、事前に指定したリトライ限界の下限Ｒに達するまで、前記リトライ限界ｒｅｔｒｙ＿ｌｉｍｉｔを１ずつ減らすステップとをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップｃは、
ｄ．１  ｜ｑｕｅｕｅ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅ−ＭＡＣ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅ｜＞Ｔｈ２（Ｔｈ２は事前に指定した許容誤差）である場合に、
ｄ．１．１  ＭＡＣ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅ＞ｑｕｅｕｅ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅであれば前記リトライ限界ｒｅｔｒｙ＿ｌｉｍｉｔを１ずつ増やすサブステップと、
ｄ．１．２  ＭＡＣ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅ＜＝ｑｕｅｕｅ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅであれば前記リトライ限界ｒｅｔｒｙ＿ｌｉｍｉｔを１ずつ減らすサブステップと、
ｄ．１．３  ｑｕｅｕｅ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅ＞Ｎ＊ＭＡＣ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅ（Ｎは事前に指定した正の数）である場合に、前記リトライ限界をさらに１ずつ減らすサブステップとを実行するステップをさらに備える請求項２に記載の方法。
【請求項４】
Ｔｈｌ＝０．０００１、Ｒ＝４、Ｔｈ２＝０．０１、Ｎ＝１０である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
複数のアクセス・ポイントを備える無線ローカル・エリア・ネットワークであって、前記複数のアクセス・ポイントのそれぞれは請求項１に記載の方法を実行するネットワーク。
【請求項６】
複数のアクセス・ポイントを備える無線ローカル・エリア・ネットワークであって、前記複数のアクセス・ポイントのそれぞれは請求項３に記載の方法を実行するネットワーク。
【請求項７】
請求項１の方法を実行するように構成された無線インターフェイス・ドライバを備える無線インターフェイス。
【請求項８】
請求項３の方法を実行するように構成された無線インターフェイス・ドライバを備える無線インターフェイス。
【請求項９】
請求項１の方法を実行するように構成された無線インターフェイス・カードを備える無線インターフェイス。
【請求項１０】
請求項３の方法を実行するように構成された無線インターフェイス・カードを備える無線インターフェイス。
【請求項１１】
無線ローカル・エリア・ネットワークのノードであって、
ＭＡＣリトライ限界が設定され、請求項３に記載の方法を実行するように構成された無線インターフェイス・ドライバを備える無線インターフェイスと、
前記インターフェイス・キューを監視し、ｑｕｅｕｅ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅを測定し、さらに前記測定したｑｕｅｕｅ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅを前記無線インターフェイス・ドライバに提供するオペレーティング・システムとを備えており、
前記ノードの前記ＭＡＣリトライ限界は前記ネットワークの送信状態に動的に適応するノード。
【請求項１２】
無線ローカル・エリア・ネットワークのノードであって、
ＭＡＣリトライ限界が設定され、請求項３に記載の方法を実行するように構成された無線インターフェイス・カードを備える無線インターフェイスと、
前記インターフェイス・キューを監視し、ｑｕｅｕｅ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅを測定し、さらに前記測定したｑｕｅｕｅ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅを前記無線インターフェイス・カードに提供するオペレーティング・システムとを備えており、
前記ノードの前記ＭＡＣリトライ限界は前記ネットワークの送信状態に動的に適応するノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）におけるパケット・ロスに関する。より詳細には、本発明はリンクのリトライ限界を調整してＷＬＡＮにおけるパケット・ロスを最小化する方法に関する。さらに詳細には、本発明はチャネルの状態と作業負荷の重さによって無線リンクのリトライ限界をリアルタイムで動的に適応させ、ＭＡＣスループットを最大化し、パケット・ロスを最小化するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００２年９月１０日に出願した仮出願第６０／４０９，６７０号「リアルタイムのリトライ限界の適応−無線ローカル・ネットワークのスループットを最大化し、パケット・ロスを最小化する方法（REAL TIME RETRY LIMIT ADAPTATION--A METHOD TO MAXIMIZE THROUGHPUT AND MINIMIZE PACKET LOSS OF WIRELESS LOCAL NETWORKS）」の優先権を主張するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本標準によると、８０２．１１ｂ（およびａ）のＭＡＣレイヤではそのリトライ限界はネットワークの状態に動的に適応しない。一部の市販の８０２．１１ｂ無線インターフェイス・カードでは、ＭＡＣのデフォルトのリトライ限界（ＳｈｏｒｔＲｅｔｒｙＬｉｍｉｔは７、ＬｏｎｇＲｅｔｒｙＬｉｍｉｔは４）を別の値に設定し直し、さまざまなトラフィックに対してさまざまな防止策を実施している。しかし、このような製品ではリトライ限界の最適化または適応は実行されない。市販の８０２．１１ｂカードの多くは、カード・ドライバを無効にしてＭＡＣのリトライ限界を変更しているにすぎない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
したがって、ＭＡＣのリトライ限界を適応させ、最適化する方法が必要である。
【０００５】
８０２．１ｌｂ  ＷＬＡＮなどの無線ネットワーク・システム（図３を参照）において、パケット・ロスは次の２つの原因で発生する。
・インターフェイス・キュー３０によってパケットがドロップする（キューがオーバーフローした場合）。
・リトライ限界に達した場合はリンク３２によってパケットがドロップする。
【０００６】
キューのオーバーフローは、アプリケーションからインターフェイス・キューにトラフィックが到着する速度が、こうしたトラフィックを無線リンク３２が配信できる速度を上回る場合に発生する。リンク・ドロップは、基盤となる無線チャネルの状態（ビット誤り率など）が設計値を統計的に下回る場合、したがってリトライ限界で設定した最大許容リトライ回数トライしても無線リンクを介してパケットを正常に送信できなくなった場合に発生する。
【０００７】
ストリーミング・アプリケーションでは、ＲＴＰ／ＴＣＰの代わりにＲＴＰ／ＵＤＰの組み合わせを使用してトランスポートを制御する。ＴＣＰとは異なり、ＵＤＰには固有のフロー制御メカニズムがない。ＵＤＰは、フロー制御を行うためのフィードバックのない開ループ・トランスポート（open-loop transport）・プロトコルにすぎない。アプリケーションは、ＵＤＰを使用してパケットを任意の必要な速度でインターフェイス・キューに送信できる。ストリーミング・アプリケーション（特にビデオ・ストリーミング・アプリケーション）は、非常に高速で（場合によっては爆発的に）パケットを生成する可能性がある。ＷＬＡＮを経由してビデオ・ストリーミング・アプリケーションを実行すると、一時的なトラフィックの集中または無線リンクの突発的なパフォーマンス低下により、ネットワークはすぐに壊滅状態に陥る。
【０００８】
シミュレーションによって、リトライ限界が固定されている場合に次の２つの原因またはそのうちの一方の原因でキュー・ドロップによるパケット・ロスが増大することが示されている。
・受信トラフィックの速度が増す。
・チャネルのビット誤り率が高くなり（干渉、フェージング、移動度（ｍｏｂｉｌｉｔｙ）などによる）、各パケットが複数回送信されるので、キュー内のパケットの寿命が長くなる。しかし、ある時点でキュー・ドロップによるパケット・ロスがＷＬＡＮにおけるパケット・ロスの主な原因となる。
【０００９】
シミュレーションでは、受信トラフィックの速度とチャネルのビット誤り率の固定の組み合わせについて、パケット・ロス全体（キュー・ドロップとリンク・ドロップの両方の合計）を最小化できるリトライ限界の最適な設定が存在することも示されている。作業負荷とチャネルの状態が変化しない場合は、シミュレーションで得られた最適値を使用してリトライ限界を１度だけ設定すればよい。これで、ＷＬＡＮにおけるパケット・ロスが最小になるので、ＷＬＡＮのパフォーマンスは常に最適な状態になる。
【００１０】
しかし、実際のネットワークでは、作業負荷の状態（受信パケットの速度およびパターンを含む）とチャネルの状態の両方が時間の経過に伴って変化する可能性がある。あらゆる状態に適用できる固定の最適なリトライ限界は存在しない。
【００１１】
したがって、実際に最適な状態に近付ける方法は、作業負荷とチャネルの状態の変化に合わせてリトライ限界の設定がその最適値に近付くようにリトライ限界を動的に適応させることである。
【００１２】
シミュレーションにより、どのような場合にキュー・ドロップとリンク・ドロップの均衡が保たれ、ドロップ全体が最小化されるかが明らかになる。特定の作業負荷の状態とチャネルのビット誤り率の下では、リトライ限界の設定値を高くするとキュー・ドロップは単調に増加するが、リンク・ドロップは単調に減少する。こうした調査結果により、本発明の好ましい実施形態を表すきわめてシンプルなリトライ限界適応アルゴリズムが導かれる（図１および２を参照）。
【００１３】
本発明のシステムおよび方法は、ネットワーク・カードの設計、カード・ドライバの実装、あるいは無線リンクが再送信を繰り返すことで誤り防止策を実行する任意の無線通信システムなど、８０２．１１ａ（ｂ）に関連するすべての製品に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、キュー・ドロップ率がリンク・ドロップ率より高い場合にリトライ限界を下げ、それ以外の場合にリトライ限界を上げるというアルゴリズムである。
【００１５】
このアルゴリズムを使用すると、ＭＡＣレイヤはそのリトライ限界が動的なネットワークの状態に対応して変化する最適な設定を追跡できるようにリトライ限界を適応させる。シミュレーションにより、本アルゴリズムを使用すると、パケット・ロスが最小化すると同時にネットワーク・スループットが最大化し、リトライ限界を適応させない場合に比べてネットワーク・パフォーマンスが大幅に向上することが示されている。
【００１６】
本発明のシステムおよび方法では、インターフェイス・キューとＭＡＣの両方のドロップ率を測定し、２つの値を定期的に比較する。好ましい実施形態では、キュー・ドロップ率がＭＡＣドロップ率より高い場合に本発明のシステムおよび方法によってＭＡＣリトライ限界を１ずつ下げる。キュー・ドロップ率がＭＡＣドロップ率より低い場合は、本発明のシステムおよび方法によってリトライ限界を１ずつ上げる。
【００１７】
クロスレイヤ・アルゴリズムの好ましい実施形態は、図１のＣコードと図２に示したその論理の流れ図に示されている。本アルゴリズムは、シミュレーションを通じて開発され、改良されてきた。一般的に使用されているしきい値の例は、Ｔｈｌ＝０．０００１、Ｒ＝４、Ｔｈ２＝０．０１、Ｎ＝１０である。図３に示すように、インターフェイス・キュー３０は通常はネットワーク・ノードのオペレーティング・システム（ＯＳ）３６で保守されるので、ｑｕｅｕｅ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅ  ３５はＯＳ  ３６のカーネル内で測定できる。ＭＡＣドロップ率は、物理レイヤＰＨＹ  ３２内の無線ネットワーク・カードのドライバ３３で測定できる。
【００１８】
ＯＳ  ３６はｑｕｅｕｅ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅ  ３５の情報を定期的にドライバ３３に渡し、ドライバ３３はｑｕｅｕｅ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅ  ３５と自ら測定したＭＡＣドロップ率とを比較し、さらに本アルゴリズムに従ってＭＡＣリトライ限界を設定する。ステップ２００で、ドライバ３３はＯＳのｑｕｅｕｅ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅと自ら測定したＭＡＣ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅの合計を第１のしきい値ＴＨ１と比較し、ドロップ率の合計の方が低いかどうかを確認する。ステップ２００の比較でドロップ率の合計が低いことが示された場合は、ドライバ３３はｒｅｔｒｙ＿ｌｉｍｉｔを下限Ｒと比較する（ステップ２０１）。ｒｅｔｒｙ＿ｌｉｍｉｔの設定が高すぎる場合は、事前に指定したリトライ限界の下限Ｒに達するまで、ステップ２０２でリトライ限界を１ずつ下げる。ステップ２００と２０１の検査を組み合わせて実行し、チャネルの不適切／爆発的な状態に備える。
【００１９】
本アルゴリズムはステップ２０４〜２０８でインターフェイス・キューのドロップ率ｑｕｅｕｅ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅとＭＡＣのドロップ率ＭＡＣ＿ｄｒｏｐ＿ｒａｔｅの両方をほぼ同等の値にしようとする。この戦略によってパケット・ロス率が最小になることがシミュレーションで示されている。
【００２０】
本発明の例示的な実施形態に関する以上の説明は、例示と説明を目的として示されている。本発明のすべてを記述する意図はなく、本発明を開示した特定のアルゴリズムに限定する意図もない。以上の説明に照らして、多くの変更や変形が可能である。本発明の範囲は、以上に示す実施形態の説明には限定されず、前述の特許請求の範囲によって定義されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好ましい実施形態を表すＣコードを示す図である。
【図２】図１に示すＣコードの流れ図である。
【図３】無線インターフェイスにおける本発明の実装を示す図である（変更済み）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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