(57)【要約】【課題】電気通信のコンテンション媒体アクセス制御のためのシステムを提供する。【解決手段】システムは、信号を受信し、且つコンテンション・フレーム、コンテンション許諾及びデータ・フレームを有する信号を送信するアクセス・ポイントと、信号を受信し、且つコンテンション要求及びデータ・フレームを有する信号を送信する第１の遠隔局を含んでいる１つ以上の遠隔局とを有する。第１の遠隔局は、アクセス・ポイントからの１つのコンテンション・フレームを受信した後の選択された期間内に１つのコンテンション要求を送信するように構成され、アクセス・ポイントは、第１の遠隔局からの１つのコンテンション要求を受信した後に第１の遠隔局へ１つのコンテンション許諾を送信するように構成され、また第１の遠隔局は、アクセス・ポイントからの１つのコンテンション許諾を受信した後に１つのデータ・フレームを送信するように構成される。【選択図】図３
2012239165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を受信するように構成され、且つコンテンション・フレーム、コンテンション許諾及びデータ・フレームを有する信号を送信するように構成されたアクセス・ポイントと、信号を受信するように構成され、且つコンテンション要求及びデータ・フレームを有する信号を送信するように構成された第１の遠隔局を含んでいる１つ以上の遠隔局と、を有しているシステムであって、
前記第１の遠隔局が、前記アクセス・ポイントからの１つのコンテンション・フレームを受信した後の選択された期間内に１つのコンテンション要求を送信するように構成され、
前記アクセス・ポイントが、前記第１の遠隔局からの１つのコンテンション要求を受信した後に前記第１の遠隔局へ１つのコンテンション許諾を送信するように構成され、また
前記第１の遠隔局が、前記アクセス・ポイントからの１つのコンテンション許諾を受信した後に１つのデータ・フレームを送信するように構成されていること、
を特徴とするシステム。
【請求項２】
前記アクセス・ポイントは、前記第１の遠隔局から１つのデータ・フレームを受信した後に前記第１の遠隔局へ確認応答フレームを送信するように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の遠隔局は、前記アクセス・ポイントから１つのデータ・フレームを受信した後に前記アクセス・ポイントへ確認応答フレームを送信するように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記１つ以上の遠隔局は更に、信号を受信するように構成され、且つコンテンション要求及びデータ・フレームを有する信号を送信するように構成されている第２の遠隔局を含んでいる、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
１つのコンテンション・フレームを受信した後の前記選択された期間が、コンテンション期間を定めており、また、前記アクセス・ポイントは更に、該アクセス・ポイントがコンテンション期間中に前記第１の遠隔局及び前記第２の遠隔局の両方からコンテンション要求を受信した場合に、前記第１の遠隔局及び前記第２の遠隔局の中から選択された遠隔局を選択するように構成されており、また前記アクセス・ポイントは更に、前記コンテンション期間の後に前記選択された遠隔局に対してのみコンテンション許諾を送信するように構成されている、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の遠隔局は更に、前記第１の遠隔局がコンテンション要求を送信したが、該コンテンション要求を送信したコンテンション期間の後にコンテンション許諾を受信していない場合、次のコンテンション要求を送信する前に第１の遅延を生じさせるように構成されている、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の遠隔局は更に、次のコンテンション要求を送信したが、該次のコンテンション要求を送信したコンテンション期間の後にコンテンション許諾を受信していない場合、追加の次のコンテンション要求を送信する前に追加の遅延を生じさせるように構成されている、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の遠隔局は更に、該第１の遠隔局がコンテンション許諾を受信するまで、各々の追加の次のコンテンション要求の前の各々の追加の遅延を線形に増大させるように構成されている、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の遠隔局は更に、該第１の遠隔局がコンテンション許諾を受信するまで、各々の追加の次のコンテンション要求の前の各々の追加の遅延を指数関数的に増大させるように構成されている、請求項７記載のシステム。
【請求項１０】
前記アクセス・ポイントは更に、前記コンテンション・フレームが、次に続くコンテンション期間をその直後にすべきか又は２つ以上の時間スロットに分割すべきかどうかについての情報を含むように構成されており、また前記第１の遠隔局は、コンテンション・フレーム中の上記情報に対応して、コンテンション・フレームを受信した後の直後の期間中又は選択された時間スロットの期間中にコンテンション要求を送信するように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１の遠隔局は更にアドレスを持つように構成されており、また前記第１の遠隔局は更に、１つのコンテンション要求が、該第１の遠隔局のアドレスと、該第１の遠隔局により送信する準備ができた未送信のデータ・フレーム中のデータ量との表示を含むように、構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
前記アクセス・ポイントは更に、１つのコンテンション許諾が、該コンテンション許諾を必要とする指定された１つの遠隔局のアドレスと、該指定された遠隔局が送信することを許可されている未送信のデータ・フレーム中のデータ量との表示を含むように、構成されている、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記アクセス・ポイント及び前記１つ以上の遠隔局は更に、１つのデータ・フレームが発信元及び宛先アドレスとフレーム・シーケンス番号とを有するようなデータ・フレームを送信するように構成されている、請求項１１記載のシステム。
【請求項１４】
前記アクセス・ポイント及び前記１つ以上の遠隔局は更に、前記１つのデータ・フレームを受信した後に、１つの確認応答フレームが発信元及び宛先アドレスと確認応答シーケンス番号とを有するような確認応答フレームを送信するように構成されている、請求項１１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本書に開示する内容は、無線電気通信のためのコンテンション媒体アクセス制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
媒体アクセス制御システムは、典型的には、産業用の認可された狭帯域無線周波数を用いる産業用無線通信システムにおけるような通信システムのために使用されている。競合する信号間の干渉又は衝突、信号伝送の過大な遅延、及びその他の通信の断絶を避けながら、全ての意図した信号が確実に伝送されるようにするために、相異なる無線送受信機がそれらの信号を互いに対して調時する仕方を定めている様々な媒体アクセス手法がある。
【０００３】
任意の所与の時点において、２つ以上の無線装置が同じ周波数で別の無線装置の範囲内で送信する場合に、それらの送信が衝突することがあり、従って、データが崩壊する可能性がある。このような衝突があると、情報を再送信することが必要である。更に、無線周波（ＲＦ）チャンネルは損失が多いので、チャンネルにより情報が首尾よく伝達されると云う保証はない。これを引き起こす因子は、不規則なフェージング、干渉、及びノイズである。
【０００４】
上記の記述は、単に一般的な背景情報として提供されるものであり、特許請求の範囲を定める際の助けとして用いるべきものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７８４８３５７号
【発明の概要】
【０００６】
様々な実施形態に従って、コンテンション媒体アクセス制御(contention media access control) のためのシステム、方法及び装置を開示する。開示した幾つかの実施形態を実施する際に得られる利点は、チャンネル・アクセス及び信頼性を与えながら、小さな帯域幅フットプリント(footprint）で媒体アクセスを知的に制御することである。
【０００７】
一実施形態では、システムが開示される。このシステムは、アクセス・ポイントと、１つ以上の遠隔局とを含む。アクセス・ポイントは、信号を受信するように構成され、またコンテンション・フレーム(contention frame)、コンテンション許諾(contention grant)及びデータ・フレームを有する信号を送信するように構成される。１つ以上の遠隔局は、信号を受信するように構成され、またコンテンション要求(contention request)及びデータ・フレームを有する信号を送信するように構成された第１の遠隔局を含む。第１の遠隔局は、アクセス・ポイントからの１つのコンテンション・フレームを受信した後の選択された期間内に１つのコンテンション要求を送信するように構成される。アクセス・ポイントは、第１の遠隔局からの１つのコンテンション要求を受信した後に第１の遠隔局へ１つのコンテンション許諾を送信するように構成される。第１の遠隔局は、アクセス・ポイントからの１つのコンテンション許諾を受信した後の選択された期間内に１つのデータ・フレームを送信するように構成される。
【０００８】
別の実施形態では、方法が開示される。本方法は、信号を受信し送信するように構成されたアクセス・ポイントを設ける段階と、信号を受信し送信するように構成された複数の遠隔局であって、第１の遠隔局及び第２の遠隔局を有する複数の遠隔局を設ける段階と、前記アクセス・ポイントから一連のコンテンション・フレームを送信させる段階と、コンテンション・フレーム相互の間にコンテンション期間(contention period) を定める段階と、１つのコンテンション期間中に前記第１の遠隔局からコンテンション要求を送信させる段階と、１つのコンテンション期間中に前記第２の遠隔局からコンテンション要求を送信させる段階と、前記アクセス・ポイントが１つのコンテンション期間中に１つのコンテンション要求を受信した場合に、前記アクセス・ポイントから、前記受信した１つのコンテンション要求の中に示されているアドレスを持つ１つの遠隔局へコンテンション許諾を送信させる段階と、前記アクセス・ポイントが１つのコンテンション期間中に２つ以上のコンテンション要求を受信した場合に、前記アクセス・ポイントに、前記受信したコンテンション要求の内の１つの中に示されているアドレスを持つ１つの遠隔局を選択させる段階と、前記アクセス・ポイントから前記選択された遠隔局へコンテンション許諾を送信させる段階と、１つの遠隔局がコンテンション許諾を受信した場合に、該コンテンション許諾の後のコンテンション期間中に該遠隔局からデータ・フレームを送信させる段階と、１つの遠隔局が、コンテンション要求を送信した後のコンテンション期間中にコンテンション許諾を受信しなかった場合は、該１つの遠隔局に、新しいコンテンション要求を送信する前に遅延を生じさせ、次いで該遅延の経過後に該１つの遠隔局から新しいコンテンション要求を送信させる段階と、を含む。
【０００９】
別の実施形態では、装置が開示される。本装置は、受信器と、送信器と、データ入力と、制御器とを有する。制御器は、受信器、送信器及びデータ入力と通信結合関係にある。本装置は、データ入力を介してデータを受信し且つ受信器を介してコンテンション・フレームを受信するように構成される。本装置は、データ入力を介して受信したデータを有するデータ・フレームを本装置により送信する準備ができているとき、１つのコンテンション・フレームの後のコンテンション期間中に送信器を介してコンテンション要求を送信するように構成される。本装置は、受信器を介してコンテンション許諾を受信したことに応答して、送信器を介してデータ・フレームを送信するように構成される。本装置は、コンテンション要求を送信した後のコンテンション期間中に受信器を介してコンテンション許諾を受信しなかったことに応答して、送信器を介して次に続くコンテンション要求の送信を行う前に遅延を生じさせるように構成される。
【００１０】
本書のこの「発明の概要」の記載は、１つ以上の実施形態に従って本書に開示した内容の簡単な概要を示しているに過ぎず、「特許請求の範囲」の記載を解釈するため或いは本発明の範囲を定め又は限定するための手引きとして作用するものではない。この項目の記載は、以下に更に詳しく説明する概念の例示の選択を簡単な形態で導入するためのものである。この「発明の概要」の記載は、「特許請求の範囲」に記載の内容の重要な特徴又は本質的な特徴を同定しようとするものではなく、また「特許請求の範囲」に記載の内容の範囲を決定する手助けとして用いようとするものでもない。「特許請求の範囲」に記載の内容は、「背景技術」の項に記載した欠点のいずれか又は全てを解決する手段に限定されない。
【００１１】
本発明の特徴が理解できるような態様で、それらの幾つかを添付の図面に示している特定の実施形態について、以下に説明する。ところで、図面は本発明の特定の実施形態のみを示しており、従って、本発明の範囲を限定すると見なすべきではなく、本発明の範囲には他の等しく有効な実施形態が包含されることに留意されたい。図面は必ずしも縮尺通りになっていず、一般に、本発明の特定の実施形態の特徴が強調して示される。図面では、様々な図全体を通じて同様な要素を表すために同様な参照数字が使用されている。本発明の更なる理解のために、図面と共に、以下の詳しい説明を読まれたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、一実施形態に従った、詳しく示すために分解部分を持つ、アクセス・ポイント及び多数の遠隔局についての信号タイミング図である。
【図２】図２は、一実施形態に従った、アクセス・ポイント及び多数の遠隔局の概略図である。
【図３】図３は、一実施形態に従った、アクセス・ポイント及び多数の遠隔局の概略図である。
【図４】図４は、一実施形態に従った、全ての遠隔フレームを送るのに必要な時間スロットの数を、異なるシナリオで同時に送信する遠隔局の数に対して示すグラフである。
【図５】図５は、一実施形態に従った、一遠隔局についての一連の状態を例示する概略図である。
【図６】図６は、一実施形態に従った、アクセス・ポイントについての一連の状態を例示する概略図である。
【図７】図７は、一実施形態に従った、アクセス・ポイント及び一遠隔局についての一連の状態を例示する概略図である。
【図８】図８は、一実施形態に従った、一遠隔局についての一連の状態を例示する概略図である。
【図９】図９は、例示の一実施形態に従った、アクセス・ポイント及び一遠隔局についての一連の状態を例示する概略図である。
【図１０】図１０は、一実施形態に従った、アクセス・ポイント及び一遠隔局についての一連の状態を例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、一実施形態に従った、アクセス・ポイントと多数の遠隔局との間の例示のコンテンション媒体アクセス制御（ＣＭＡＣ）システムによって生じる信号タイミング図１００を示す。ＣＭＡＣシステムは、例えば低帯域幅半二重の認可された無線ネットワークに適しているコンテンション(contention)をベースとした媒体アクセス制御手法を含むことができる。図２は、図１の信号タイミング図１００に表された信号についての一状況を例示する無線通信システム２００の概略図であり、ＲＦカバー範囲及びネットワーク接続形態を簡略化した例で示す。図３は、図１の信号タイミング図１００に表された信号についての別の状況を例示する無線通信システム３００の簡略図であり、幾分詳しい挿絵で表す。図２に例示の無線通信システム２００及び図３に例示の無線通信システム３００の詳細は、図１に例示されたＣＭＡＣシステムの詳細についての状況を示すのに有用である。
【００１４】
ＣＭＡＣシステムは、実施形態によっては、低帯域幅半二重の認可された無線ネットワークにとって特に有利であるようなコンテンション指向の媒体アクセス手法を含む。低帯域幅無線ネットワークは、伝統的な媒体アクセス手法では首尾よく解決できない特定の問題を持つ。ＣＭＡＣシステムは、或る実施形態では、低帯域幅無線ネットワーク内でチャンネル・アクセス及び信頼性のある通信を行うことができる。実施形態によっては、ＣＭＡＣシステムは、例えば、２００ＭＨｚ、４００ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、及び６．２５ＫＨｚ〜５０ＫＨｚのチャンネルのような認可された低帯域幅周波数の直列及びＩＰネットワークに特に適していることがある。本書に開示されているような様々な実施形態のＣＭＡＣシステムはまた、高帯域幅チャンネル又は任意の帯域幅のチャンネルで、且つ有線、無線又はそれらの混合の環境に有利に適用することができる。
【００１５】
用語「ＣＭＡＣ」又は「ＣＭＡＣシステム」は、多種多様な実施形態に従った本書に記述し示した様々なシステム、方法及び環境のいずれかの任意の面を表すことができる。ＣＭＡＣシステムは、アクセス・ポイント及び１つ以上の遠隔局を含む無線装置の間での通信に関係する。アクセス・ポイントは、「主局アクセス・ポイント」又は「主アクセス・ポイント」とも呼ぶことができ、また遠隔局は「無線遠隔局」とも呼ぶことができる。アクセス・ポイント及び１つ以上の遠隔局は包括的に「無線装置」と呼ぶことができる。
【００１６】
ＣＭＡＣシステムの１つの例示の目的は、アクセス・ポイント及び１つ以上の遠隔局の両方を含む、関連した無線装置についてのチャンネル・アクセスを確保することである。ＲＦチャンネルは送信媒体である。任意の所与の時点に２つ以上の無線装置が同じ周波数で別の無線装置の範囲内で送信した場合、該送信は衝突して、データが崩壊する可能性がある。ＣＭＡＣシステムは、無線装置が衝突を避けるために１つのチャンネルを取得しようとすることのできる時を調整する。認可された無線ネットワークは、典型的には、送信及び受信の両方のために単一の周波数を採用するか、或いは送信のための１つの固有の周波数及び受信のための別の固有の周波数を持つ搬送波スイッチ方式を採用することできる。これは、通信システムによって用いることのできる媒体アクセス手法の種類を制限する。更に無線装置は半二重にすることができ、この場合、送信及び受信の同時動作は行えず、またコストは低くなる。
【００１７】
図２に示されているように、無線通信システム２００は、一実施形態によれば、主局に関連したアクセス・ポイント２０１と、多数の遠隔局２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２１７，２１８とを含むことができる。無線通信システム２００は一例の使用状況を提供し、この状況では、アクセス・ポイント２０１がカバー範囲端縁２０２まで延在する通信範囲を持つ。遠隔局２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２１７，２１８の各々は、この実施形態では、カバー範囲端縁２０２の内側にあるアクセス・ポイント２０１のＲＦカバー範囲領域内に包含される。遠隔局２１１，２１２，２１３などの各々は、この実施形態では、アクセス・ポイント２０１と直接的な視線方向の結合を持つ。
【００１８】
無線通信システム２００は集中型ネットワーク接続形態を持ち、その場合、単一のアクセス・ポイントと任意の数の遠隔局が存在する。アクセス・ポイント２０１は、遠隔局２１１〜２１８の各々と相互方向に通信することができる。しかしながら、この実施形態では、遠隔局２１１〜２１８は互いと通信することはできない。アクセス・ポイント２０１は、ローカル・ネットワーク及び外側のネットワークに対するゲートウェイとすることができ、また、遠隔局２１１，２１２，２１３などは、典型的には、図３の実施形態に示されているように、端末装置に接続することができる。カバー範囲端縁２０２によって囲まれた単一のＲＦネットワーク内の無線装置の各々、すなわち、アクセス・ポイント２０１及び遠隔局２１１〜２１８の各々は、独自の識別用アドレスを持つことができる。
【００１９】
遠隔局２１１〜２１８を含む８個の代表的な遠隔局を図２の無線通信システム２００の一部として示したが、他の無線通信システムでは、例えば、単一のアクセス・ポイントと通信関係にある１個、１０個、５０個、３００個、又は任意の数の遠隔局を含むことができる。更に、図２の無線通信システム２００には唯一つのアクセス・ポイントが示されているが、他の無線通信システムでは、例えば、任意の数のアクセス・ポイントを含むことができる。
【００２０】
図３に示されているように、無線通信システム３００は、別の実施形態に従って、アクセス・ポイント３０１と多数の遠隔局３１１，３１２，３１３とを含む。無線通信システム３００は１つの使用状況を例示し、この状況では、アクセス・ポイント３０１が主局３２１との通信リンクを持ち、次いで主局３２１がデータ制御センタ３２３との通信リンクを持つ。この実施形態では、遠隔局３１１，３１２，３１３は、例えば、石油又はガス井戸及び関連の処理、輸送及び貯蔵設備に接続される。遠隔局３１１は流体輸送管３３１との通信リンクを持ち、遠隔局３１２は流体タンク３３２との通信リンクを持ち、また遠隔局３１３は処理プラント３３３との通信リンクを持つ。図３には無線通信システム３００の一部として３つの代表的な遠隔局を示しているが、他の無線通信システムでは、例えば、単一のアクセス・ポイントと通信関係にある１個、１０個、５０個、３００個、又は任意の数の遠隔局を含むことができる。通信システム内の遠隔局の数は、アクセス・ポイントの利用可能な帯域幅によって制限されるだけである。更に、図３の無線通信システム３００には唯一つのアクセス・ポイントが示されているが、他の無線通信システムでは、例えば、多数のアクセス・ポイントを含むことができる。この実施例は石油及びガス設備にからのデータを中継する遠隔局に関するものであるが、これはＣＭＡＣ通信システムを使用することのできる広範囲の状況の中から選んだ一例に過ぎない。
【００２１】
これらの場合のいずれにおいても、遠隔局３１１，３１２，３１３は、様々なセンサ、プログラム可能な論理制御装置（ＰＬＣ）、遠隔端末装置（ＲＴＵ）、又はそれぞれの資産に関連した他の様々な素子の内の任意の１つ以上に通信結合することができる。例えば、遠隔局３１１は、輸送管３３１に関連した弁位置及び流量についてのデータを供給する素子に通信結合すことができ、また遠隔局３１２は、流体タンク３３２に関連したタンクレベル、温度及び圧力についてのデータを供給する素子に通信結合すことができ、また遠隔局３１３は、処理プラント３３３に関連したメータ、アラーム及び保安センサについてのデータを供給する様々な素子に通信結合すことができる。これは説明のための一例に過ぎず、他の実施形態では、遠隔局は任意の種類の設備、センサ又は他の様々な素子に通信結合すことができる。
【００２２】
再び図１の信号タイミング図１００について説明すると、主局信号１０１は、例えば図２のアクセス・ポイント２０１のようなアクセス・ポイントに関連させることのできる信号を表す。主局信号１０１は、同様に図３のアクセス・ポイント３０１又は別のアクセス・ポイントに適用することができる。遠隔局信号１１１，１１２，１１３，１１４，１１５は、例えば図２の遠隔局２１１，２１２，２１３，２１４，２１５のような遠隔局に関連させることのできる信号を表す。遠隔局信号１１１，１１２，１１３，１１４，１１５のいずれかを、図３の遠隔局３１１，３１２，３１３又は他の遠隔局のいずれかに同様に適用することができる。信号タイミング図１００に表されている信号の特定の数（５つの遠隔局信号を示している）は、この例のために任意に選んだもの過ぎない。遠隔局信号１１１，１１２，１１３，１１４，１１５の各々について、論理レベル「低」は、遠隔局が受信状態であることを表し、他方、論理レベル「高」は、遠隔局が送信状態であることを表す。主局信号１０１及び遠隔局信号１１３が、図１の信号タイミング図１００において様々な送信を行うが、遠隔局信号１１１，１１２，１１４，１１５は論理レベル「低」の位置に留まり、これは図１に表された期間全体にわたって信号を受信しているだけであることを表す。更に説明のために、主局信号１０１は図２のアクセス・ポイント２０１に関連するものとすることができ、また遠隔局信号１１３は図２の遠隔局２１３に関連するものとすることができる。
【００２３】
主局信号１０１は、その時間の幾分かを、コンテンション・フレームとして知られている信号の（屡々、定期的な）送信に費やす。これらのコンテンション・フレームは、信号タイミング図１００にコンテンション・フレーム１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃとして示された論理レベル「高」の位置を含み、またコンテンション・フレームとしても働く確認応答フレーム１２７も含む。コンテンション・フレーム１２１Ａ，１２１Ｂ，１２７，１２１Ｃの各々は、その後に続くコンテンション期間又はコンテンション窓と知られている期間、具体的には、コンテンション期間１２２Ａ，１２２Ｂ，１２８，１２２Ｃをそれぞれ定める。コンテンション・フレーム１２１Ａ，１２１Ｂ，１２７，１２１Ｃは、コンテンション期間１２２Ａ，１２２Ｂ，１２８，１２２Ｃが定められる時（時間）を遠隔局へ知らせる。コンテンション期間は、或る個別の遠隔局がアクセス・ポイントへ伝送する準備ができているデータ・フレームを持っている場合に、アクセス・ポイントと更に通信する許可を求めるための（以下に説明するコンテンション要求１３３のような）コンテンション要求と呼ばれる信号フレームをアクセス・ポイントへ送るために、遠隔局に割り当てられる期間を定める。
【００２４】
一実施形態によるモデムでは、コンテンション期間１２２Ａ，１２２Ｂ，１２８，１２２Ｃは、例えば、約１３ミリ秒（ｍｓ）の期間を持つことができ、また別の実施形態では、コンテンション期間は、例えば、約４ｍｓの期間を持つことができるが、他の実施形態では、これらの２つの例よりも短い、又は長い、或いはこれらの２つの例の範囲内にある任意の期間のコンテンション期間を用いることができる。
【００２５】
主局信号１０１及び遠隔局信号１１３はまた、図の分解部分内に強調された追加の特徴を含む。アクセス・ポイントは、送るべきデータを持っているとき、例えば、コンテンション・フレームの代わりにデータ・フレーム１２３を送信することができる。アクセス・ポイントは、一実施例では、コンテンション要求を何ら受け取らなかったときに、空のコンテンション期間の後まで待機して、データ・フレームを送信することができる。コンテンション・フレーム１２１Ａの後からデータ・フレーム１２３の前まで期間が、コンテンション期間と定義されるが、しかし、データ・フレーム１２３の後からコンテンション・フレーム１２１Ｂの前までの期間は、その前にコンテンション・フレームが存在しないので、コンテンション期間と定義されない。コンテンション期間は、コンテンション・フレームの後の選択された持続時間として定義することができ、コンテンション期間の後に行う送信の形式や、アクセス・ポイントがコンテンション・フレームの後に別の送信を行っていない時間の長さには無関係である。遠隔局は、データ・フレームを受信したことに応答して、例えば、後でデータ・フレーム１２３の受領を知らせる確認応答フレーム１３１を送信することができる。
【００２６】
遠隔局２１３からの遠隔局信号１１３はまた、コンテンション・フレーム１２１Ｂの後のコンテンション期間中に遠隔局２１３から送信されたコンテンション要求１３３を含む。遠隔局２１３は、前に述べたように、全ての遠隔局の中から遠隔局２１３を独自に識別するアドレスを持つように構成することができる。遠隔局２１３はまた、コンテンション要求１３３のような１つのコンテンション要求が、遠隔局のアドレスと、遠隔局２１３が送信する準備ができている未送信のデータ・フレーム中のデータ量との表示を含むように、構成することができる。遠隔局のアドレス及びその未送信のデータ・フレーム中のデータ量の表示は、この実施例では、コンテンション要求を作り上げる信号の一部として符号化することができる。
【００２７】
アクセス・ポイント２０１は、コンテンション許諾１２５を、具体的にはアドレス指定した遠隔局２１３へ送信することによって、コンテンション要求１３３に応答することができる。すなわち、アクセス・ポイント２０１は、この実施例では、コンテンション許諾１２５が、該コンテンション許諾を必要とする指定された１つの遠隔局（例えば、遠隔局２１３）のアドレスと、該指定された遠隔局が送信することを許可されている未送信のデータ・フレーム中のデータ量との表示を含むように、構成することができる。そこで、無線通信システム２００内の全ての遠隔局がコンテンション許諾１２５を受信することができるが、遠隔局２１３のみが、コンテンション許諾１２５が明確にそれをアドレス指定して送られていることを検出するのに対し、他方、コンテンション許諾１２５を受信する他の全ての遠隔局は、コンテンション許諾１２５がそれらをアドレス指定して送られていないことを検出して、それに応答すべきでないことを知る。遠隔局２１３は、その後、データ・フレーム１３５を送信することによって、コンテンション許諾１２５に応答することができる。アクセス・ポイント２０１はデータ・フレーム１３５を受信し、次いで確認応答フレーム１２７を送信することができる。確認応答フレーム１２７は、アクセス・ポイント２０１がデータ・フレーム１３５を首尾よく受信したことを遠隔局２１３に知らせる。確認応答フレーム１２７はまた、コンテンション・フレームとしても作用し、これによってその後に別のコンテンション期間を定めることができる。システム内の全ての遠隔局は確認応答フレーム１２７を受信することができ、また全ての遠隔局は、確認応答フレームがまたその後の選択された期間にわたる新しいコンテンション期間を定めるコンテンション・フレームとして作用することを検出することができ、他方、遠隔局２１３は更に、確認応答フレームが、遠隔局２１３から送信されたデータ・フレーム１３５が首尾よく受信されたことを表示していることを検出する。
【００２８】
コンテンション・フレーム、コンテンション要求、コンテンション許諾、データ・フレーム、及び確認応答フレームは全て、異なる実施形態では異なるやり方で定義することができる。実施形態によっては、これらのフレーム形式の各々は、選択された信号符号化プロトコルを持つ無線伝送パケットにより定義することができ、それらの例を以下に説明する。
【００２９】
その後にコンテンション期間を定めるコンテンション・フレームをアクセス・ポイントから送信し且つコンテンション期間中に遠隔局からコンテンション要求を送信するＣＭＡＣ手法は、データを同時に伝送しようとして、それらのデータ伝送の干渉又は崩壊を生じさせることが無いようにして、遠隔局からアクセス・ポイントへデータを、予約スロット中に、一度に一つずつ送信する規則正しいプロトコルを構成する方法である。ＣＭＡＣシステムは、任意の遠隔局が任意のランダムな時点にチャンネルを要求することができると云う意味でランダムである（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１のような）他の通信システムとは対照的に、一実施例では、明確に定義された一組の可能性を常に一つずつ進める事象駆動型システムである。各遠隔局には、システム内の他のいずれかの遠隔局が同時にアクセス・ポイントへ送信しようとしているかどうかを知る方法がないので、ＣＭＡＣシステムは、実際のデータの送信ではなく、コンテンション要求の形態での、信号フレームのみの送信同士の衝突又は干渉の発生を除去する。このような事象駆動型制御手法の利点の一例は、キャリヤ検知システムと比べて帯域幅フットプリントが減じられていることである。ＣＭＡＣシステムは、この実施例では、キャリヤ検知を用いず、代わりに完全に事象駆動をベースとして、アクセス・ポイントから送信されたコンテンション・フレームによって定められるコンテンション期間を提供することができる。
【００３０】
ＣＭＡＣシステムは、通信システム内の多数の遠隔局の間で公平さ(fairness)を保証する特徴を含むことができる。ＣＭＡＣシステムにおける「公平さ」の技術的概念は、各々の遠隔局がアクセス・ポイントへデータを送信する「公平な」機会を持つように保証することに関する。すなわち、それは、遠隔局のどれも他の装置に優先しないことであり、また、ある程度、遠隔局がアクセス・ポイントに連絡しようと互いに競争し、それらの装置間の競争には蓋然性があるが、各々の遠隔局がそのデータを過大な遅延なしにアクセス・ポイントへ伝送する機会を得ることである。
【００３１】
例えば、２つ以上の遠隔局が共に同じコンテンション期間中にコンテンション要求を送信して、それらのコンテンション要求が衝突する場合、アクセス・ポイントは、コンテンション期間中に受信した全てのコンテンション要求の中からランダムに選択を行って、そのランダムに選択された遠隔局へコンテンション許諾を送信することができる。従って、アクセス・ポイント及び複数の遠隔局を動作させる一実施例の方法では、アクセス・ポイントは、該アクセス・ポイントがコンテンション期間中に第１の遠隔局及び第２の遠隔局の両方からコンテンション要求を受信した場合に、第１の遠隔局及び第２の遠隔局の中から選択された遠隔局を選択するように構成することができ、またアクセス・ポイントは更に、この実施例では、コンテンション期間の後に前記選択された遠隔局に対してのみコンテンション許諾を送信するように構成することができる。同様に、アクセス・ポイントがコンテンション期間中に任意の数の遠隔局からコンテンション要求を受信した場合、アクセス・ポイントは、受信したコンテンション要求を送信した全ての遠隔局の中から選択された遠隔局を選択するように構成することができる。アクセス・ポイントが１つのコンテンション期間中に１つのコンテンション要求を受信した場合、アクセス・ポイントは、１つの受信したコンテンション要求の中に示されているアドレスを持つ１つの遠隔局へアクセス・ポイントからコンテンション許諾を送信することができ、また、アクセス・ポイントが１つのコンテンション期間中に２つ以上のコンテンション要求を受信した場合、アクセス・ポイントは、この実施例では、受信したコンテンション要求の内の１つの中に示されているアドレスを持つ１つの遠隔局を選択して、該選択された遠隔局へアクセス・ポイントからコンテンション許諾を送信することができる。更に別の例として、２つの遠隔局が同時に送信するが、その一方の遠隔局が他方の遠隔局よりも遙かにアクセス・ポイントの近くにあり、及び／又は一方の遠隔局からアクセス・ポイントへの視線が何ら妨害されていないの対し、他方の遠隔局からの視線中に障害物がある場合、一方の遠隔局はアクセス・ポイントへ遙かに強い信号を伝達することができ且つ他方の遠隔局からの遙かに弱い信号を一貫して打ち負かす虞がある。しかしながら、ＣＭＡＣシステムは、これを是正して、全ての遠隔局から到来する全ての検出可能な信号を読み取り、次いでそれらの間で平等に優先権を与えるアルゴリズムを含むことができる。別の例として、２つの遠隔局が同時に送信するが、その一方の遠隔局が信号強度に起因して本質的に優先されるような場合に、ＣＭＡＣは、最後に許諾された遠隔局が再び要求を出す前にランダムな数のコンテンション期間にわたって待機しなければならないようにし、その結果、相対的に弱い信号を持つ遠隔局によるコンテンション要求がアクセス・ポイントによって首尾よく認識されて選択される機会を増大させるアルゴリズムを含むことができる。
【００３２】
ＣＭＡＣシステムにおいては、アクセス・ポイントが１つの遠隔局をランダムに選択してコンテンション許諾を送信したとき、そのコンテンション期間中に競合するコンテンション要求を送信した他の遠隔局は、「バックオフ」、すなわち、別のコンテンション要求を試みる前に待機すべき所与の数のコンテンション期間を設けることができる。すなわち、遠隔局は、コンテンション要求を送信した後のコンテンション期間中に受信器によりコンテンション許諾を受信しなかったことに応答して、送信器によりその次のコンテンション要求を送信する前に選択された数のコンテンション期間だけ遅延させるように構成することができる。この動作は、送る準備のできたデータを持つ遠隔局の各々が、コンテンション許諾を受信するまで相次ぐ各コンテンション期間毎にコンテンション要求を送信する動作の代わりに行われる。その相次ぐ各コンテンション期間毎にコンテンション要求を送信する動作の場合には、遠隔局に課せられる処理、送信及びエネルギ消費についての負担、並びにアクセス・ポイントに課せられる帯域幅、処理及びエネルギ消費についての負担が相対的に高くなると考えられる。遠隔局が相次ぐコンテンション要求に応じたコンテンション許諾を継続して受信しなかった場合は、遠隔局は各々の次のコンテンション要求の前のバックオフ期間を次第に長くすることができる。従って、第１の遠隔局は、該第１の遠隔局からコンテンション要求を送信したが、該コンテンション要求を送信したコンテンション期間の後にコンテンション許諾を受信しなかった場合、次のコンテンション要求を送信する前に第１の遅延を生じさせるように構成することができ、また第１の遠隔局は更に、この実施例において、該第１の遠隔局が次のコンテンション要求を送信したが、該次のコンテンション要求を送信したコンテンション期間の後にコンテンション許諾を受信しなかった場合に、追加の次のコンテンション要求を送信する前に追加の遅延を生じさせるように構成することができる。
【００３３】
この追加の遅延を計算するための１つのオプションは、指数関数的バックオフを用いることであり、この場合、各遠隔局は、各々の次のコンテンション要求の前に指数関数的に増大するバックオフ期間を設ける。この実施例では、第１の遠隔局は、該第１の遠隔局がコンテンション許諾を受信するまで、各々の追加の次のコンテンション要求の前の各々の追加の遅延を指数関数的に増大するように構成することができる。この例では、装置は、コンテンション要求を再送信した後の追加のコンテンション期間中に受信器によりコンテンション許諾を受信しなかったことに応答して、送信器により次のコンテンション要求を送信する前の選択された数のコンテンション期間の遅延を指数関数的に増大するように構成することができる。しかしながら、狭帯域チャンネル及び多数の遠隔局が用いられる状況では、指数関数的バックオフは過大な遅延を生じさせる虞がある。別のオプションは、線形バックオフを用いることであり、この場合、各遠隔局は、各々の次のコンテンション要求の前に線形に増大するバックオフ期間を設ける。この実施例では、第１の遠隔局は、該第１の遠隔局がコンテンション許諾を受信するまで、各々の追加の次のコンテンション要求の前の各々の追加の遅延を線形に増大するように構成することができる。この例では、装置は、コンテンション要求を再送信した後の追加のコンテンション期間中に受信器によりコンテンション許諾を受信しなかったことに応答して、送信器により次のコンテンション要求を送信する前の選択された数のコンテンション期間の遅延を線形に増大するように構成することができる。線形バックオフは、狭帯域チャンネル及び多数の遠隔局が用いられる状況において、遅延を制限し且つ帯域幅の効率の良い共用を促進する傾向がある。比較的少数の遠隔局及び／又はより大きい帯域幅を用いる他の状況においては、指数関数的バックオフもまた、ＣＭＡＣシステムにおいて有利に用いルことができる。
【００３４】
図４は、線形バックオフと指数関数的バックオフを用いたＣＭＡＣ通信システムを対比して例示するグラフ４００である。詳しく述べると、グラフ４００は、一実施形態に従って、全ての遠隔フレームを送るのに必要な時間スロットの数を、異なるシナリオで同時に送信する遠隔局の数に対して示し、この場合、それらのシナリオは、ＣＭＡＣ通信システム内の全ての遠隔局からデータ・フレームを送るために必要とされるスロットの最小、平均及び最大の数に基づいて定められており、システムは指数関数的バックオフか線形バックオフのいずれかを用いている。
【００３５】
図５〜図１０は、それぞれ、様々な実施形態に従った、アクセス・ポイント及び／又は一遠隔局についての一連の状態を例示する概略図である。以下に、図５〜図１０を参照して、ＣＭＡＣシステムについて更に詳しく説明する。前に述べたように、ＣＭＡＣシステムは、信号フレームの使用を介してチャンネル・アクセスを調整する。信号フレームは、一実施例では、ポイントと遠隔局との間のチャンネル・アクセスのための信号情報を通すためにＣＭＡＣが用いる特別な無線パケットである。信号フレームに加えて、ＣＭＡＣシステムはまた、無線装置間で非ＣＭＡＣ情報を通すためにデータ・フレームをサポートする。表１は、ＣＭＡＣ機能をサポートする信号フレームの概要を示す。
【００３６】
【表１】
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ＣＭＡＣプロトコルの信号フレームは、この実施例では、コンテンション・フレーム（ＣＦ）、コンテンション要求フレーム（ＣＲ）、コンテンション許諾フレーム（ＣＧ）、及び確認応答フレーム（ＡＣＫ）を有することができる。これらのフレームは頻繁に送信されて、アクセス・ポイントと遠隔局との間にＣＭＡＣ情報を通すことができる。これらのフレームは全て、同じサイズにし且つ小さなメモリ・フットプリントを持つことができ、これは低帯域幅ネットワークにとって有利であろう。データ・フレーム（ＤＦ）はＣＭＡＣプロトコル自体の枠外にあり、また、この実施例では、ＣＭＡＣシステムがサポートしようとしている実際のデータ伝送を含む。
【００３７】
ＤＦは頻繁に送信されるものではなく、無線装置間で非ＣＭＡＣデータを送るために用いられる。ＣＭＡＣシステムは、遠隔局から及び遠隔局へのＤＦの信頼性のよい転送に責任を持つ。ＣＭＡＣシステムは、サービスの質のために優先ＤＦ待ち行列を設ける。ＣＭＡＣは多数のＤＦを待ち行列に入れることができるが、ＤＦを送ることができる時を制御しなければならない。これを達成するために、アクセス・ポイントが信号フレームの送信を制御し、また遠隔局がアクセス・ポイントから受信した信号フレームに基づいて動作する。遠隔局は、多数の遠隔局からのデータ・フレームの間での衝突を避けるために、アクセス・ポイントによって（コンテンション許諾信号フレームを介して）許可を与えられた後にデータ・フレームを送信することができるにすぎない。
【００３８】
アクセス・ポイントは、ＣＦ信号フレームの使用を介して遠隔局がチャンネルを獲得する争いをしていよい時を遠隔局に合図することによって、チャンネル・アクセスを制御する。ＣＦ信号フレームは、該フレームの受信の直ぐ後にコンテンション期間（ＣＰ）が出現することを遠隔局に警告する。コンテンション期間は、任意の遠隔局がＤＦを上流方向に送るためにチャンネルへのアクセスを競争することのできる時間窓である。遠隔局がアクセス・ポイントへ上流方向に送るＤＦを持っている場合、該遠隔局はチャンネルを要求するＣＲ信号フレームを送ることができる。アクセス・ポイントが該遠隔局にチャンネルを許諾したい場合、アクセス・ポイントはＣＧ信号フレームにより応答する。次いで、遠隔局はそのＤＦをアクセス・ポイントへ上流方向に自由に送ることができる。
【００３９】
アクセス・ポイントから遠隔局への下流方向の通信の場合、アクセス・ポイントは単純にＣＦより前で且つコンテンション期間の後にＤＦを挿入する。遠隔局がこの時間中は送信できないので、上記下流方向の伝送がいずれの遠隔局からの伝送と衝突しないことが保証される。
【００４０】
アクセス・ポイントが下流方向のＤＦを送信していないか、或いは上流方向のＤＦを待っている場合、アクセス・ポイントは連続的にＣＦを送信して、いずれかの受信したＣＲに対応しようとすることができる。アクセス・ポイントが単一のコンテンション期間中に多数のＣＲを受信する可能性が存在する。このため、アクセス・ポイントはＣＲ待ち行列を設けることができ、従って、多数の要求に対応することができる。
【００４１】
一般的に云えば、特定の遠隔局からアクセス・ポイントへ上流方向にＤＦを送信するため、該遠隔局は以下の一組の規則に従う。すなわち、
１）新しいＣＦを受信するのを待ち、
２）ＣＰ中に適切な時間だけ待って、ＣＲを送信し、
３）ＣＧ又は時間切れを待ち、
４）受信したＣＧが明確に該特定の遠隔局に宛てたものである場合、未送信のＤＦを送信し、ＡＣＫ（随意選択による）を待つ。
【００４２】
図５は、一実施例における、一例の上流方向のＣＭＡＣ−ＤＦトランザクションの概略図である。図５は、上の列にアクセス・ポイント（すなわち、図においては「主局」）の状態を示し、また下の列に所与の遠隔局の状態を示す。図５の例は、最初に、アクセス・ポイント（すなわち、図においては「主局」）がコンテンション・フレーム（ＣＦ）を送信し、次いで遠隔局がコンテンション期間（ＣＰ）中にコンテンション要求（ＣＲ）を送信し、次いでアクセス・ポイントが指定された遠隔局へコンテンション許諾（ＣＧ）を送信し、次いで該指定された遠隔局がデータ・フレーム（ＤＦ）を送信し、最後に、アクセス・ポイントが確認応答フレーム（ＡＣＫ）を送信することができる。この確認応答フレーム（ＡＣＫ）は新しいコンテンション・フレームと一緒に組み込むことができる。
【００４３】
アクセス・ポイントから遠隔局へ下流方向にＤＦを送信するために、アクセス・ポイントは、スケジューリング・アルゴリズムを導入して、ＤＦを送信できる時を決定することができる。アクセス・ポイントは、下記のアルゴリズムに従って連続的にスケジュールを決定することができる。
【００４４】
１）公平アルゴリズムに従って待ち行列に入っているＣＲについてＣＧを送信する。前に述べたように、公平アルゴリズムは、アクセス・ポイントが全ての遠隔局に対して等しい優先権を保証するように規定し、また公平アルゴリズムは、上流方向及び下流方向の通信に等しい機会を与えるように規定する。例えば、アクセス・ポイントが下流方向のＤＦの大きな待ち行列を持っている場合、アクセス・ポイントは、上流方向の通信ができるようにＤＦの代わりにＣＦを時々送信すべきである。これは、上記のような優先権順位を現在のネットワーク通信状態に基づいて動的に変更できること又は変更することを意味する。ＣＲは、このＣＲを送った遠隔局へＣＧが送信されるや否や、待機解除される。アクセス・ポイントが遠隔局の上流方向のＤＦを受信（及び随意選択によるＡＣＫを送信）した後にスケジュールを作り直し、或いは構成設定可能なパラメータ設定内で何もデータを受け取らなかった後は時間切れにする。
【００４５】
２）公平アルゴリズムに従って未送信の下流方向のＤＦを送信する。ＡＣＫ（随意選択による）を待つ。ＤＦの送信が完了した後にスケジュールを作り直す。
【００４６】
３）ＣＦを送信し、コンテンション期間を待ち、受信したＣＲがあれば待ち行列に入れて、スケジュールを作り直す。
【００４７】
図６は、下流方向のＤＦトランザクションの一例を示し、その場合、ＣＦがアクセス・ポイント（すなわち、図においては「主局」）から送信され、そのＣＦはその後のＣＰを定め、該ＣＰは遊休状態に留まり、何らコンテンション要求を受けていない。この実施例では、コンテンション期間が遊休状態になっているので、アクセス・ポイントはこのＣＰの後で且つ次のＣＦの前にＤＦを送信する。アクセス・ポイントが送信を催促されているデータ・フレームを持っている場合のような他の実施例では、アクセス・ポイントは、例えば、前のコンテンション期間がコンテンション要求を受けていた場合でも、データ・フレームを送信するためにコンテンション・フレームを遅延させることができる。
【００４８】
ＣＭＡＣシステムは、同じコンテンション期間中の多数の到来するコンテンション要求を管理する方法を取り扱うために様々な手法を用いることができる。ＣＭＡＣシステムは、２種類（すなわち、即時型(immediate)及びスロット型(slotted)）のコンテンション期間方式をサポートすることができる。コンテンション期間方式は、動的であって、アクセス・ポイントによって制御される。すなわち、アクセス・ポイントは、大量のコンテンション要求の到来に直面したときのように、必要なときに、スロット型コンテンション期間へ動的に移行することができ、また、例えば、到来するコンテンション要求の量が低いとき、即時型コンテンション期間を用いることができる。
【００４９】
即時型及びスロット型コンテンション期間方式の両方で、「スロット」の概念を用いることができる。スロットは、信号フレームを送信するのに掛かる最大時間であると定義することができる。これは、無線装置の電流変調ビット・レートに依存する。一実施例では、例えば、１０バイトの信号フレーム及び１９２００Ｋｂｐｓの変調ビット・レートの場合、一スロットの期間は下記のように定義することができる。すなわち、
スロット＝（１０＊８（ビット／バイト））／１９２００（Ｋｂｐｓ）
＝４．２ｍｓ                                          （１）。
【００５０】
これらの２種類のコンテンション期間方式は固有の輻輳制御機構を持つ。即時型コンテンション期間方式では、輻輳検出及び防止を遠隔局によって遂行する。他方、スロット型コンテンション期間方式では、アクセス・ポイントが輻輳検出及び防止を遂行する。これに関連して、「ネットワーク輻輳」又は「輻輳」は、例えば、かなりの数の異なる遠隔局が同じコンテンション期間中にコンテンション要求を送信していることを表していると見なすことができる。
【００５１】
任意の特定の時間に適用されるコンテンション期間（ＣＰ）方式は、アクセス・ポイントによって制御して、ＣＦ信号フレームを介して遠隔局へ中継することができる。ＣＦ内には、予約フィールド「スロット・サイズ」が存在することができ、これは能動ＣＰ方式を設定する。ゼロのスロット・サイズを用いることにより、現在のＣＰ方式を即時型コンテンション期間に設定することができ、また、任意の非ゼロ値を用いることにより、現在のＣＰ方式をスロット型コンテンション期間に設定することができる。
【００５２】
即時型コンテンション期間では、輻輳制御を遠隔局によって行うことができる。例えば、各遠隔局がバックオフ・パラメータ及び衝突パラメータを格納することができ、両方のパラメータは０（ゼロ）に初期化することができる。遠隔局が送信すべき未送信のＤＦを持っていると仮定すると、一実施例によれば、遠隔局は、現在のネットワーク輻輳状態を決定し、取るべき適切な行動を決定するために、下記の一組の規則を用いることができる。すなわち、
１）バックオフ・パラメータが０である場合は、コンテンション要求（ＣＲ）を送信し、その他の場合には、バックオフ・パラメータを１だけ減数する。
【００５３】
２）コンテンション要求（ＣＲ）を送信して、コンテンション許諾（ＣＧ）を受信した場合、未送信のデータ・フレーム（ＤＦ）を送信し、バックオフ・パラメータ及び衝突パラメータを０にリセットする。
【００５４】
３）ＣＲを送信したが、ＣＧを時間切れ期間内に受信しなかった場合、輻輳が存在すると仮定することができる。衝突パラメータを１だけ増数する。衝突パラメータの新しい値を用いて、バックオフ・パラメータについて新しいランダムな値を決定する。ＣＭＡＣシステムは、一実施例として、バックオフ・パラメータの新しい値を演算するために２つの異なる手法の一方又は両方を規定することができる。ＣＭＡＣシステムは、例えばＣ言語のようなプログラミング言語で記述されたソフトウエア・プログラム又はモジュールで具現化されたアルゴリズムを含むことができ、また、バックオフ・パラメータの新しい値を演算するためのこれらの２つの手法は、例えば、「ｍｙ＿ｂａｃｋｏｆｆ」と名付けたバックオフ・パラメータ及び「ｍｙ＿ｃｏｌｌｉｓｉｏｎｓ」と名付けた衝突パラメータを用いて、下記のようなコード、すなわち、
二進指数関数：
my#backoff ＝（rand()％（２＾(my#collisions)）
線形：
my#backoff ＝（rand()％ (my#collisions)）
で表すことができる。
【００５５】
図７は、以前に少なくとも１つのコンテンション要求を送信して、対応するコンテンション許諾を受信しなかった場合に、バックオフを具現化する遠隔局の例を示す。図７では、アクセス・ポイント（すなわち、図においては「主局」）の状態を上側の列に示し、また所与の遠隔局の状態を下側の列に示す。この遠隔局は、そのバックオフ・パラメータ・カウンタが終了するのを待ち、その後でその上流方向のＣＲを送信する。すなわち、図７は、この遠隔局が即時型コンテンション期間方式においてランダムなバックオフを設けることを示している。アクセス・ポイントがコンテンション・フレームを送信して、次に続くコンテンション期間を定める。該期間において、遠隔局はそのバックオフ・カウンタを、以前に３に設定されていた値を２へ減数する。アクセス・ポイントが別のコンテンション・フレームを送信し、次に続くコンテンション期間中に、遠隔局が再びそのバックオフ・カウンタを、今度は２から１へ減数する。次いでアクセス・ポイントが別のコンテンション・フレームを送信し、次に続くコンテンション期間中に、遠隔局が直ぐにそのバックオフ・カウンタを１から０へ減数して、新しいコンテンション要求を送信する。このコンテンション要求が許諾された場合、この遠隔局はその未送信のデータ・フレームを次に続くコンテンション期間に送信することができる。他方、このコンテンション要求に対して再びコンテンション許諾は拒否された場合、この遠隔局は新しいバックオフ期間を開始する。該新しいバックオフ期間は、前の期間よりも長くすることができ、様々な実施形態では、その長さは、線形に又は指数関数的に、増大させることができる。
【００５６】
遠隔局が輻輳を検出する即時型コンテンション期間方式と異なり、スロット型コンテンション期間（ＣＰ）方式では、アクセス・ポイントが輻輳を検出する責任を持つ。スロット型ＣＰ方式では、コンテンション期間が複数のスロットに分割される。例えば、アクセス・ポイントはコンテンション期間中に受信したコンテンション要求の数を計数することができ、そこで、アクセス・ポイントによって計数されるようなコンテンション要求の数が閾値以上である場合、アクセス・ポイントは次のコンテンション・フレームを送信することができ、該次のコンテンション・フレームは、複数のスロットに分割された次のコンテンション期間を定めることができる。各々のスロットは、例えば、コンテンション・フレームのスロット・サイズのフィールドに等しい期間として定義することができる。最初に、スロット・サイズは、構成設定可能な最小数のスロットにデフォルト設定することができ、これは１より小さくなることはない。
【００５７】
未送信のデータ・フレームを持つ１つの遠隔局は、複数のスロットに分割された次のコンテンション期間を定めるコンテンション・フレームを受信したこと応答して、コンテンション要求を送信するために１つのスロットを選択することができる。すなわち、この実施例では、非ゼロのスロット・サイズを持つ新しいＣＦを受信したとき、上流方向に送るべき未送信のＤＦを持つ遠隔局が、コンテンション期間内のスロット・パラメータにより指定した任意のスロットを選んで、該任意に選んだスロット中にコンテンション要求を送信することができる。これは、例えば、「ｍｙ＿ｓｌｏｔ」と名付けたスロット・パラメータを用いて、下記のようなコード、すなわち、
my#slot ＝ rand() % slot#size 
で表すことができる。
【００５８】
図８は、スロット型ＣＰトランザクションの一例を示し、上の列にアクセス・ポイント（すなわち、図においては「主局」）の状態を示し、また下の列に所与の遠隔局の状態を示す。この実施例では、アクセス・ポイントがコンテンション・フレームを送信することができ、該コンテンション・フレームは、次に続くコンテンション期間を、４のスロット・サイズを持つスロット型コンテンション期間として定める。この例に示されている１つの特定の遠隔局は、そのコンテンション要求を送信するためにこのコンテンション期間中の第４のスロットをランダムに選択する。この例は４つの時間スロットを持つスロット型コンテンション期間を特徴としているが、様々な実施形態では、２つ以上の任意の数の時間スロットを持つ他のスロット型コンテンション期間を具現することができる。従って、実施形態によっては、アクセス・ポイントは、コンテンション・フレームが、次に続くコンテンション期間を即時型にすべきか又は２つ以上の時間スロットを持つスロット型にすべきかについての情報を有するように構成することができ、また、第１の遠隔局は、コンテンション・フレーム中の情報に対応して、コンテンション・フレームを受信した後の直後の期間中又は選択されたスロットの期間中にコンテンション要求を送信するように構成することができる。すなわち、遠隔局は、次に続くコンテンション期間内の選択されたスロット数を指示するコンテンション・フレームに応答して、選択された数のスロットの内の１つのスロットを選択し、該スロット中にコンテンション要求を送信するように構成することができる。例えば、図８に示した実施例では、次に続くコンテンション期間中の選択されるスロット数が４つであり、また遠隔局が４つのスロットの内の１つを選択し、この場合には、４つのスロットの内の４番目のスロットを選択して、該スロット中にそのコンテンション要求を送信する。
【００５９】
各ＣＦ内の現在のスロット・サイズは、通信信号の輻輳を検出及び／又は分析することのできるアルゴリズムを用いて、アクセス・ポイントによって決定することができる。そのアルゴリズムは、現在のＣＰが混雑している程度を決定することによって、輻輳を検出することができる。アルゴリズムは、例えば、各スロット中にエネルギ検出機能を使用して、スロットが占有されているか否か決定することができる。スロットの全数に対する占有されているスロットの数の比率は、輻輳の測定基準として用いることができる。この比率が構成設定可能な閾値を超えた場合、輻輳状態が生じているとする。例えば、コンテンション期間が４つのスロットを持つと定義され且つ閾値が５０％に設定されている場合に、３つ又は４つのスロットが占有されていると、アクセス・ポイントは輻輳状態であると認定することができ、また輻輳に対処するためにネットワークに用いられている現在のスロット・サイズを増大させることができる。これにより、遠隔局に対して提供されるスロットの数を増やすことができ、従ってサービスを受ける遠隔局の数を増やすことができる。次に続くコンテンション期間が輻輳を生じないと評価された場合、スロット・サイズは減少させることができ、従って、即時型コンテンション期間（すなわち、この実施例では、単一のスロットのみを持つものとして定義されるコンテンション期間）に戻るまで着実に減少させることができる。
【００６０】
ネットワーク輻輳の増減に応じて現在のスロット・サイズを増減するために様々な方法を用いることができる。一実施例では、ＣＭＡＣシステムは二進指数関数的増減関数を用いることができる。該関数は、ＣＭＡＣアクセス・ポイントのよって保持されている輻輳パラメータに基づいて定められ、該パラメータは最初は０に設定される。新しいＣＦを送信する前に、アクセス・ポイントは輻輳パラメータを用いて該ＣＦについての現在のスロット・サイズを決定することができる。輻輳が検出されたときはいつでも、輻輳パラメータは増数することができる。この代わりに、輻輳が検出されないときはいつでも、輻輳パラメータは可能性のある最小値０まで減少させることができる。現在のスロット・サイズは、例えば、「ｍｙ＿ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ」と名付けた輻輳パラメータを用いて、下記のコード、すなわち、
slot#size ＝ ２＾(my#congestion) 
if（ slot#size ＜ min#slot#size）｛
slot#size ＝ min#slot#size
｝
に従って設定することができる。
【００６１】
全ての無線装置構成が、この実施例におけるようなスロット型ＣＰのために必要とされることのあるエネルギ検出機能をサポートしできるものではない。ＣＭＡＣシステムは、ＣＰ中の受信したフレームと検出したエネルギとを相関させることによってどのＣＰ方式を使用できるかを自動的に検出する能力を持つことができる。ＣＰ中にエネルギを検出し且つフレームを受信した場合、アクセス・ポイントはスロット型ＣＰ方式を有効にすることができる。ＣＰ中にフレームを受信したがエネルギを検出しなかった場合、この例では、アクセス・ポイントはスロット型ＣＰを許可しない。エネルギ検知機能を必要としないので、即時型ＣＰ方式は常に全ての無線構成によってサポートすることができ、従って、例えば、それ以外の構成設定にしない限り、ＣＭＡＣのデフォルト動作モードとすることができる。
【００６２】
異なるコンテンション期間方式は異なる使用状況において異なる利点を持つことができる。即時型ＣＰ方式は待ち時間を短くすることができ、従って時間が重要な用途に特に適していると考えられる。他方、スロット型ＣＰ方式は、スロット・サイズが動的であり且つ単一のＣＰ中に多数のＣＲを待ち行列に入れることができるので、重負荷の期間には特に有利であると考えられる。様々な他の状況では、他の設計因子及び制約もまた、他の動作状況においていずれかのプロトコルの利点を拡大させることができる。
【００６３】
ＣＭＡＣシステムはまた、通信の信頼性を確保するのに役立つように、随意選択による確認応答機能として確認応答フレームをサポートすることができる。確認応答フレームは、データ・フレームの受信の成功を認識したこと示す信号フレームである。確認応答は、幾分かの追加の帯域幅を必要し、またこれにより低帯域ネットワーク環境では割高になることがあるので、異なる実施形態では随意選択により設けることができる。一実施形態では、確認応答フレームを用いるかどうかは、手動により構成設定可能にするか、或いはネットワーク信頼性に対する帯域幅限界及びデータ・フレームの受信を確認する重要性のような因子を比較する因子に基づいて自動的に構成設定することができる。
【００６４】
確認応答フレームを用いる場合、アクセス・ポイント及び／又は遠隔局には、データ・フレームの送信に応答した確認応答フレームの確認を収集し、かつ予想される確認応答フレームを受信しなかった場合に何らかの行動を取るための機能を設けることができる。例えば、アクセス・ポイント及び／又は遠隔局は、送信後にデータ・フレームのコピーを保持して、それ自身のキャッシュ又は他のメモリ資源から該データ・フレームを消去する前に、少なくとも該データ・フレームに特有の確認応答フレームを受信した後まで待機することができる。アクセス・ポイント及び／又は遠隔局はまた、予想される確認応答フレームを受信することが出来なかったことに応じて、例えば、対応するデータ・フレームを再送信のために待ち行列に入れて、新しいコンテンション要求を送信して、データ・フレームを再送信するための新しい時間を予約しようとすることができる。
【００６５】
各々のデータ・フレームは、発信元アドレス、宛先アドレス、及び一意的にＤＦを識別するために用いることのできる増数するシーケンス番号を含むように符号化することができる。ＤＦの受信後、アクセス・ポイント又は遠隔局のいずれかは、ＡＣＫ（確認応答）フレームを、ＤＦの発信元アドレスから導き出した最初の発信元へ送信することができる。従って、アクセス・ポイント及び遠隔局は、１つのデータ・フレームを受信した後に確認応答フレームを送信するように構成することができる。１つの確認応答フレームは、例えば、発信元アドレス、宛先アドレス及び確認応答シーケンス番号を含むことができる。ＣＭＡＣシステムは、実施例では、通信した各無線装置（アクセス・ポイント又は遠隔局のいずれか）のデータベースを保持し、各無線装置から受信した最後のシーケンス番号を記録することができる。（宛先アドレスによってフィルタリングされた）無線装置（アクセス・ポイント又は遠隔局のいずれか）が新しいＤＦを受信したとき、最後に記録されたシーケンス番号のデータベース項目を、該ＤＦの中のシーケンス番号と比較することができる。シーケンス番号が一致した場合、ＤＦは再送信されたものと想定して、廃棄することができる。しかしながら、確認応答が可能である場合、そのフレームについてのＡＣＫが発生される。シーケンス番号が一致しない場合、ＤＦは有効と見なされ、発信元無線装置のシーケンス番号はデータベースにおいて更新することができる。データベースは、様々なデータベース管理システムのいずれか、データベース照会言語、及び／又は他のツールを用いて具現化することができる。
【００６６】
確認応答機能は、２つの別々の部分、すなわち、上流方向及び下流方向部分に分割することができる。図９は、下流方向の確認応答の例について一連の状態を示す。アクセス・ポイント（すなわち、図においては「主局」）から遠隔局への下流方向のトランザクションの場合、確認応答は図９に示されたシーケンスに従うことができる。図９に示されているように、アクセス・ポイントがコンテンション・フレームを送信した後で、対応するコンテンション期間の後、アクセス・ポイントはデータ・フレームＤＦを送信することができる。アクセス・ポイントからＤＦが送信された後、遠隔局がＡＣＫ信号フレームをアクセス・ポイントへ送信することができる。アクセス・ポイントは、時間切れになるまでＡＣＫフレームが到達するの待つことができる。ＡＣＫ信号フレームを受信しなかった場合、アクセス・ポイントはその次の機会にＤＦを再送信することができる。
【００６７】
上流方向のトランザクションでは、ＣＭＡＣシステムは、帯域幅を保存することのできる確認応答システムを具現化することができる。これは、ＣＭＡＣの逐次的性質を利用することによって達成することができる。前に述べた例では、下流方向の確認応答において、ＡＣＫフレームがＤＦの後に直ちに続く。上流方向の確認応答は、一例では、単純にこのモデルに従うことが可能である。別の実施例では、アクセス・ポイント−遠隔局関係を利用して、ＡＣＫフレームを使用せずに確認応答を挿入する方法がある。ＣＭＡＣスケジューリング・アルゴリズムの一実施形態によれば、上流方向のＤＦの受信後、アクセス・ポイントは、次の下流方向のフレームとしてＣＦ、ＣＧ又はＤＦを送信することが保証される。これらのフレームの各々の中には、予約ブーリアン・ビット・フラグ「ＤＳ＿ＡＣＫ」を含めることができる。このビットが設定されている場合、それは、アクセス・ポイントが、上流方向に送られた最後に受信したＤＦを確認応答していることを意味する。ＤＦを上流方向に送信した最後の遠隔局は、トランザクションが成功したことを検証するために、このビットを探すことができる。「ＤＳ＿ＡＣＫ」ビットは、最後に受信したフレームについて１対１の関係を持つことができる。「ＤＳ＿ＡＣＫ」ビットは複数のフレームに及ぶことはできず、この実施例では、次の下流方向のＣＦ、ＣＧ又はＤＦフレームの送信後に直ちに消去することができる。
【００６８】
図１０は、この上流方向の確認応答の実施例についての状態シーケンスを示す。図１０に示されているように、アクセス・ポイント（すなわち、図においては「主局」）がコンテンション許諾をアドレス指定された遠隔局へ送信することができ、次いで遠隔局がそのデータ・フレームを送信することができる。アクセス・ポイントは新しいコンテンション・フレームを送信することによって応答することができるが、該コンテンション・フレームは、１に設定された「ＤＳ＿ＡＣＫ」ビットを含み、すぐ前のデータ・フレームの受信についての確認応答を表す。この知的確認応答システムは、確認応答フレームと同じフレームの直ぐ後に新しい次のコンテンション期間を定めて、これにより上流方向のトランザクションのための別個のＡＣＫ信号フレームを送信する必要性を除くことによって、帯域幅を保存する。これは、待ち時間を小さく且つ帯域幅効率を増大する。これらの両方は、典型的には、低帯域幅ネットワークにおいて考慮すべき重要な因子である。
【００６９】
アクセス・ポイント及び遠隔局の各々は、例えば、埋め込み型処理装置及び／又は他の演算手段によって制御することができる。一実施例では、各々の遠隔局は、埋め込みプロセッサによって制御することができる。ＣＭＡＣシステムは、Ｃ言語でプログラミングされ且つシステム内の各々の遠隔局の埋め込みプロセッサにロードされたソフトウエアを含むことができる。他の例では、アクセス・ポイント及び遠隔局を制御するために多種多様の他のプロセス及び演算素子を使用することができる。更に、ＣＭＡＣシステム又はその個別のアスペクトはまた、例えば、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、オブジェクティブＣ、Ｊａｖａ、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｒｕｂｙ、コモンＬｉｓｐ、又はＣｌｏｊｕｒｅのような、多種多様な他の言語のいずれかでプログラミングすることができる。ＣＭＡＣシステムはまた、多種多様なデータベース・アーキテクチャ、データベース管理システム、及びデータベース照会言語のいずれかを使用することができる。例えば、ＣＭＡＣシステムは、ＩＳＯ／ＩＥＣ９０７５基準に準拠するもののような、ＳＱＬデータベース照会言語の任意の変形を使用することができる。
【００７０】
本明細書は、最良の実施形態を含めて、本発明を開示するために、また当業者が任意の装置又はシステムを作成し使用し、任意の採用した方法を遂行すること含めて、本発明を実施することができるようにするために、様々な例を使用した。本発明の特許可能な範囲は「特許請求の範囲」の記載に定めており、また当業者に考えられる他の例を含み得る。このような他の例は、それらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない構造的要素を持つ場合、或いはそれらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００７１】
１００  信号タイミング図
１０１  主局信号
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５  遠隔局信号
１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ  コンテンション・フレーム
１２２Ａ，１２２Ｂ，１２８，１２２Ｃ  コンテンション期間
１２３  データ・フレーム
１２５  コンテンション許諾
１２７  確認応答（及びコンテンション）フレーム
１３１  確認応答フレーム
１３３  コンテンション要求
１３５  データ・フレーム
２００  無線通信システム
２０１  アクセス・ポイント
２０２  カバー範囲端縁
２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８  遠隔局
３００  無線通信システム
３０１  アクセス・ポイント
３１１、３１２、３１３  遠隔局
３２１  主局
３２３  データ制御センタ
３３１  流体輸送管
３３２  流体タンク
３３３  処理プラント
４００  グラフ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
2012239165000001.pdf