JP2007531340A - マルチパス伝送を使用したｍｉｍｏシステムのためのパケット再送 - Google Patents

Abstract

ネットワークを介してデータ・パケットを転送するためのプロトコル。発信元の送信機は、ネットワークを介して宛先の受信機にデータ・パケットを送信する。パケットは、ネットワーク内の１つまたは複数のリピータによって転送される。リピータは、パケットが宛先の受信機によって正しく受信されない場合（たとえばＮＡＣＫ信号が受信機から返される場合、またはどんなタイプの肯定応答信号も受信機から全く返されない場合）にはパケットの再送を生じさせる責任を負う。複数のリピータによるパケットの再送は、データ・パケットが受信機に移動するためのデータ経路を効果的に変更し、パケットが受信機に到達する確率を高める。送信機は、送信機が送信したパケットについてのＮＡＣＫ信号に応答しないように構成されてもよく、それによって再送オーバヘッドおよびシグナリング・オーバヘッドをリピータに移す。これは、発信元の送信機が電池式の装置であり、リピータが電力の制約を受けないネットワーク内で特に有用である。

Description

本発明は、無線ネットワークに関し、特には、無線ネットワーク上の送信機と受信機の間の通信の効率を向上させるための方法および装置に関する。

複数の装置間の通信のためにオフィスおよび自宅で無線ネットワークの使用が最近普及してきた。こうしたネットワークは一般に、装置間に複数の通信経路（通信パス）またはチャネルが存在しうることにより特徴づけられ、特に装置がネットワーク内で動き回るとき、または伝送の障害物が様々な装置のアンテナ間を動き回るとき、またはＲＦエネルギーを拡散する物体がネットワーク・エリア内で動き回るときに、各経路が可変の伝播効率の影響を受けやすいことがある。

一般的な伝送ネットワークでは、送信機は受信機にデータ・パケットを送信し、この受信機はパケットの正確な受信を肯定応答（ＡＣＫ）信号で応答する。受信機によって受信されるデータがエラーを含み、または送信の一部だけが受信される場合は、受信機は否定応答（ＮＡＣＫ）信号で応答する。受信機がそのパケットのどの部分も全く受信しない状況に対処するための様々なプロトコルがある。たとえば、送信機は、所定の期間内にどのタイプの肯定応答（acknowledgement）も全く受信しない場合には送信が完全に失敗したと見なし、後に送信を再試行する。

ネットワーク内での複数の伝送路の使用は従来、装置間のデータ・パケット伝送の信頼性を向上させるために活用されてきた。多入力多出力（ＭＩＭＯ：multiple-input-multiple-output）装置環境内の複数の伝送路は、各装置上の複数のアンテナによって、かつ／または送信機と受信機の間の複数の異なるトランシーバ・ノードおよび伝送路によって提供され得る。

米国特許公開公報第２００３／００１２３１８号は、送信機から受信機に送信されるべきデータが複数のブロックに分割され、各ブロックが別個のアンテナにて送信されるシステムを記載している。受信機は、すべてのブロックが受信されたかどうかチェックし、次いで肯定応答を発行する。送信が失敗した場合、より良い信号対雑音比を得るためにブロックは、前に受信されたブロックとの組合せについて異なる空間および時間ダイバーシチを用いて再送される。

同様に、欧州特許出願第１２９４１２０ Ａ１号は、多入力多出力装置伝送システムを記載している。このシステムでは、送信機は、適用されるべきエンコード、インターリーブ、変調およびサブストリーム分割変換を定義する第１の所定の送信条件により、複数のアンテナを用いて受信機にデータを送信する。受信機は、肯定応答（ＡＣＫ）または否定応答（ＮＡＣＫ）信号を返す。ＮＡＣＫ信号が返される場合、送信機は第２の所定の送信条件に従ってデータを再送し、この第２の送信条件の選択は送信エラーの確率を下げるために行われる。

これらのどの技術でも一般に、送信の失敗が発生する場合には送信機と受信機の間の同じ複数の経路間でデータが分配されるやり方を変えることによって伝送上の問題を緩和しようと試みる。

送信機と受信機の間の通信における別の問題は、ＡＣＫおよびＮＡＣＫ要求の反復される使用（シグナリング・オーバヘッド）、ならびにデータ再送の必要性（再送オーバヘッド）によって示されるデータ伝送のオーバヘッドである。

この問題を緩和する一手法は、米国特許公開公報第２００３／００６７８９０号に記載されている。このシステムでは、トランシーバは、無線ネットワーク内の受信ユニット(receiver unit)に送信するための標準プロトコル・データ・ユニットを受信する。トランシーバは、この標準プロトコル・データ・ユニットを、無線ネットワークを介した伝送により適したより小さいサブプロトコル・ユニットに分割し、予想されるサブプロトコル・ユニットのマップを受信機に供給する。サブプロトコル・ユニットは、それぞれ異なる周波数チャネルおよびタイム・スロット上で受信機に送信されてもよい。送信機は、サブプロトコル・ユニットのサブセットを有する肯定応答要求を受信機に送信する。その結果、受信機は、肯定応答されたサブプロトコル・ユニット群のみを必要とする。このマップを使用して受信機は、一群のサブプロトコル・ユニットのうちのどれが受信されたかを肯定応答することができ、トランシーバは、受信機によって受信されなかったそれらの特定のサブプロトコル・ユニットを再送するだけでよい。したがって、肯定応答要求は送信されるあらゆるサブプロトコル・ユニットについて提供される必要はなく、再送されるデータの量が低減される。

これらの従来技術の方法のすべてに存在する問題は、肯定応答メッセージを監視し、送信が失敗した場合にはある程度データ送信を繰り返すことが発信元の送信機に課されたままであることである。失敗の後にネットワークの様々な経路間の再送データの分配が変更されてもよいにも拘らず、そのデータを送信するために使用される実際の経路構成が事実上同じままである点でさらなる問題が存在する。

本発明の少なくとも１つの態様の一目的は、送信の失敗後のデータ再送時に取得される結果を向上させるための方法および装置を提供することである。

本発明の少なくとも１つの態様の一目的は、肯定応答メッセージおよびデータ再送の監視について送信機の負担を軽減することである。したがって、本発明の少なくとも１つの態様の一目的は、送信機上のシグナリング・オーバヘッドおよび再送オーバヘッドを低減することである。

本発明は、（それだけに限らないが）送信機が、電力の制約を受けないリピータ装置を含むネットワークを使用する、制限されたバッテリ容量を伴う携帯型の低電力装置である場合に特に関連性があり、有用である。

たとえば、ネットワークは、電源式の（mains powered）複数の装置（たとえば、無線ＬＡＮ中継局、デスクトップ・パーソナル・コンピュータ、プリンタ、スキャナ、ファックス・マシンなど）、ならびに電源式でない複数の携帯型装置（たとえばノートブック・コンピュータ、携帯電話、ＰＤＡなど）を備えてもよい。

一態様によれば、本発明は、送信機と受信機の間でデータを送信する方法であって、
前記送信機によって前記送信機と前記受信機の間のネットワークの複数の経路上にデータ・パケットを送信するステップであって、前記経路の少なくとも１つが少なくとも１つのリピータ・トランシーバ・ノードを含むステップと、
前記データ・パケットが適切に受信されない場合には前記受信機によって前記ネットワークを介してＮＡＣＫ信号を発行するステップと、
前記ＮＡＣＫ信号を受信すると前記リピータ・ノードのうちの少なくとも１つによって前記ネットワーク上に前記データ・パケットを再送するステップとを含む方法を提供する。

別の態様によれば、本発明は、ネットワーク内で送信機ノードから受信されるデータ・パケットをパケットの最終宛先である受信機ノードに転送するためのリピータ・ノードであって、
送信機から来るデータ・パケットを受信するための受信モジュールと、
前記ネットワーク内の別のノードに前記データ・パケットを転送するための送信モジュールと、
転送されるデータ・パケットを格納するための保留パケット・バッファと、
ＮＡＣＫ信号が受信される、前に転送されたデータ・パケットを前記ネットワークを介して再送するための再送手段とを備えるリピータ・ノードを提供する。

誤解を避けるために言うと、「送信機」という表現はネットワーク上に送信されるデータ・パケットの発信元を定義するために使用されており、「受信機」とという表現はデータ・パケットの意図される宛先または最終的な宛先を定義するために使用されている。これらの用語は、単にネットワークを介してデータ・パケットを転送するのに役立つ装置を表す用語である「中間リピータ・ノード」または「トランシーバ」とは異なる。しかし一般に、データ・パケットを発信しかつ／または受信するための送信機および／または受信機として作用することができるノードはまた、他のノードから生じ、またそこで終了する他の（異なる）データ・パケットのためのリピータ・ノードとして作用してもよいことが理解されるであろう。

「再送」という表現は、ＮＡＣＫ信号が発行されたデータ・パケットを再送する動作、すなわちパケット再送を生じさせる動作を定義するために使用されていることにも留意されたい。「再送」という表現は、既に転送中である既存のデータ・パケット（再送されたデータ・パケットを含む）を単に転送することとは異なる。

図１を参照すると、ネットワーク５が複数のノードを含んでいる。第１のノードは、２つの送信アンテナ１１、１２が設けられている送信機１０である。これらのアンテナは、全方向性でも指向性でもよく、また従来の装置設計に従ってそれぞれ異なる方向を指していても、重複する方向を指していてもよい。第２のノードは、類似の手法で２つの受信アンテナ２１、２２がやはり設けられている受信機２０である。ネットワーク５内には、送信および受信アンテナ３１、３２を備えた第１のリピータ・トランシーバ装置３０も設けられている。第２のリピータ・トランシーバ装置４０は、送信および受信アンテナ４１、４２を含む。

説明を簡単にするために示されていないが、送信機１０は受信機またはリピータ・トランシーバとして作用することもでき、受信機２０は送信機またはリピータ・トランシーバとして作用することもできる。リピータ・トランシーバ装置３０、４０はそれ自体で送信機および受信機として作用することもできることが理解されるであろう。さらに、アンテナのいずれもが、既知の慣行に従って送信と受信の両方のアンテナとして作用するように多重化され得る。

好ましくはネットワーク５内のノード１０、２０、３０、４０はそれぞれ、それ自体と隣接または近傍ノードとの間の１つまたは複数の伝送路を有する。たとえば図１に示されるように送信機ノード１０は、アンテナ１１、１２のそれぞれからリピータ３０のアンテナ３１への第１および第２の直接伝送路（direct transmission path）用として構成されている。同様に、送信機ノード１０は、アンテナ１１、１２のそれぞれからリピータ４０のアンテナ４１への第３および第４の直接伝送路用として構成されている。これらのリピータ・トランシーバ３０、４０はそれぞれ、アンテナ３２、４２から受信機２０への直接伝送路３３，４３用として構成されている。それによって、送信機１０からのデータ・パケットは受信機２０に転送され得る。

図では送信機１０は、それ自体と受信機２０の間、たとえばアンテナ１２とアンテナ２１の間に少なくとも１つの直接伝送路１７が存在し、またそれ自体と受信機２０の間に非直接伝送路１８が存在するようにも構成される。非直接経路は、何らかの物体５０からの信号の反射、屈折または拡散によって形成される。

送信機１０から来るデータ・パケットの伝送の場合、データ・パケットは、直接と非直接の両方の図示された様々な経路のうちの少なくとも１つによって、またリピータ・トランシーバ３０、４０によっても受信機に到達する。

受信機２０がデータ・パケットを完全に受信し、すなわちデータが完全で破損されていない場合、受信機は、図１に関連して述べられているものと類似の経路を介して送信機および／またはリピータ・トランシーバに返されるＡＣＫ信号を発行する。次に図２を参照すると、データが完全で破損されていない状態で受信機２０に到達しない場合には、受信機はＮＡＣＫ信号を返す。ＮＡＣＫ信号は、図示されている様々な可能な経路２３〜２６を介して送信される。たとえば経路２３はトランシーバ・リピータ３０のアンテナ３２に向けられてもよく、経路２５は送信機１０のアンテナ１１に向けられてもよく、経路２４はリピータ４０のアンテナ４１に向けられてもよく、経路２６はリピータ４０のアンテナ４２に向けられてもよい。

従来技術では送信機１０は、どのさらなる動作を取るかを決定する前に、直接経路、非直接経路またはリピータを介したＡＣＫまたはＮＡＣＫ信号の受信を待つ。ＡＣＫ信号が受信される場合、送信機１０は、送信機１０がデータ・パケットをその保留キューから消去でき、また必要であればホスト装置（図示せず）にうまく完了したことを報告できることを知っている。ＮＡＣＫ信号が受信される場合、従来技術では送信機１０は、送信機１０がデータ・パケットを再送しなければならないことを知っている。

送信機がデータ・パケットを単に再送する場合、どんな現象の障害が起こっても複数の使用可能な経路上でのデータ・パケットの第１の送信がまだ行われ、、データ・パケットの再送によってＮＡＣＫ信号が返されるという強い可能性がある。従来技術のいくつかで提案されているように送信機がアンテナのうちの１つまたは複数のアンテナのパワーを調整し、あるいは（空間および時間ダイバーシチのためのデータ・パケット分割技術が使用される場合に）様々な経路間のデータ・パケットのデータ分配を調整するとしても、同じ干渉状態がやはり存在し、結果的に再びＮＡＣＫ信号が返されるという見通しも依然としてある。

本発明は、ＮＡＣＫ信号を受信すると、受信機ノード３０，４０がまた、あるいは代わりに、データ・パケットの再送を開始する（すなわち生じさせる）ために使用されうることを提案する。したがって、経路２３上で受信機２０によって発行されるＮＡＣＫ信号はリピータ３０によって受信され、経路２６上で受信機によって発行されるＮＡＣＫ信号はリピータ４０によって受信される。

リピータ３０、４０のうち一つまたは両方は、それが以前に転送の責任を負っていたデータパケットに対して、ＮＡＣＫ信号が受信される場合にはアクティブな再送信機になるようにプログラムされてもよい（リピータ３０、４０は、ＮＡＣＫ信号を送信機１０に返す転送またはリピータ・ノードとしてのその従来の役割をも果たしてもよい）。

図３を参照すると、この場合には、データ・パケットの再送のためにすべてのアンテナならびに／または直接および非直接のリピータ・ノードからの伝送路がデータパケットを再送するために使用されうる。

またリピータ３０、４０は、データ・パケットを発信した送信機１０にＮＡＣＫ信号を転送してもよく、この場合、この送信機１０もまたデータ・パケットの再送で応答してもよく、したがって、再送されるデータ・パケットが宛先の受信機に到達する確率をさらに高める。

送信機は、再送の責任が１つまたは複数のリピータに振り向けられるならばデータ・パケットの再送に参加する必要はないことが上記内容から理解されるであろう。この場合、送信機は、送信機が送信したデータ・パケットについてのＮＡＣＫ信号を監視する（listen）必要さえない。これは、低電力の装置、または一般には電池式装置などの制限された電源を伴う装置にとって特に有用な特徴である。

図４は、リピータ・トランシーバ・ノード３０の好ましい実施形態を示している。リピータ・ノード３０は、それぞれがそれ自体の送信／受信ドライバ回路６１、６２を備えるアンテナ３１、３２を含んでいる。好ましくはネットワーク内の各リピータ３０は、少なくとも１つの回路６１、６２からデータ・パケットを受信し、そのデータ・パケットをＦＩＦＯパケット・キュー６０内に置くように適応され、制御回路６５の制御下で、このＦＩＦＯパケット・キュー６０からデータ・パケットが転送される。

データ・パケットを転送するとデータ・パケットは保留バッファ６３内にも転送され、この保留バッファ６３内でデータ・パケットは応答のＡＣＫまたはＮＡＣＫ信号を保留して待つ。次いで、前に転送されたデータ・パケットについてＮＡＣＫ信号が受信される場合、リピータ・ノード３０は、保留バッファ６３内に格納されたデータ・パケットを受信機２０に再送するための発信元の送信機として作用する。逆にＡＣＫ信号が受信される場合、リピータは保留バッファ６３からの各データ・パケットを消去する。

保留バッファ６３内の各データ・パケット６３は好ましくは、ＡＣＫ信号もＮＡＣＫ信号も受信されない場合には所定の再送遅延の後に再送をトリガするために使用されるタイム・スタンプを含む。

受信機２０によって発行されるＮＡＣＫ信号は複数のリピータ３０、４０によって、また場合によっては送信機１０によっても応答されてもよいことが理解されるであろう。これは、再送されるデータ・パケットの少なくとも１つのコピーが受信機に到達する確率を上げる。

適切なデータ・パケット管理を確実にするために、多くの可能なプロトコルが配置されてもよい。好ましくは送信される各データ・パケットは好ましくは個別に識別され、その結果、各ノードは、そのデータ・パケットが再送の責任を担っている対象のデータ・パケットかどうかを決定し、またそのデータ・パケットを各ＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号に関連付けるかどうかを決定することができる。ネットワークおよびデータ・トランスポート要件に応じて、所定の時間後にＡＣＫまたはＮＡＣＫ信号を受信し損なうリピータはデータ・パケットを廃棄しまたはデータ・パケットを再送するようにプログラムされてもよい。

発信元の送信機はＡＣＫ信号を要求するようにプログラムされても、要求しないようにプログラムされてもよい。データ・トランスポート・プロトコルが受信機によるデータ・パケットの正確な受信の肯定応答を送信機が取得することを要求する場合、これは複数のやり方で行われ得る。たとえば、リピータ３０、４０は、（ＮＡＣＫ信号ではなく）ＡＣＫ信号だけを送信機に転送するようにプログラムされてもよく、したがってすべての再送オーバヘッドがリピータにかかることを確実にする。

この後者の特徴は、送信機と少なくとも１つのリピータの間の通信が非常に信頼性が高い場合には十分であるかもしれない。しかし送信機からリピータへのデータ・パケットの転送が保証されない場合、送信機は、リピータの再送遅延より実質的に大きい再送遅延（パケットの第１の送信と、ＡＣＫ信号もＮＡＣＫ信号も受信されない場合の再送の試行との間の間隔）を伴ってプログラムされてもよい。この構成では、リピータ３０、４０は、送信機１０がデータパケット伝送を成功裡に完了する前に、データパケット伝送を成功裡に完了しようとする。これは、リピータに比べて、送信機１０の電力要求に対して有益な影響を明らかにもつ。

送信機が電力の制約を受ける装置である場合に特に有用な別の構成では、送信機は、ＡＣＫまたはＮＡＣＫ信号を全く監視しないように構成され得る。リピータ・ノードは、一連のデータ・パケットからの複数のＡＣＫ信号を一時的に格納し、所定の間隔でまたは送信機からの要求に応じて送信機にバーストでそれらのＡＣＫ信号を転送するようにプログラムされてもよい。

リピータの多数の代替構成が予想されてもよい。たとえば、リアルタイム転送がうまく使われる場合にはパケット・キュー６０は厳密には必要ではない。パケット・キュー６０と保留バッファ６３は、単に各エントリの状態にフラグを立てることによって組み合わせられ得る。

他の実施形態は、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されている。

送信機から受信機へのデータ・パケットの伝送路を示す、送信機と、受信機と少なくとも２つのトランシーバ・ノードとを備える無線ネットワークの概略図である。 送信機から受信機へのＮＡＣＫ信号の戻りの伝送路を示す、図１の無線ネットワークの概略図である。 トランシーバ・ノードによって、また任意選択で送信機によってデータ・パケットを再送するための経路を示す、図１の無線ネットワークの概略図である。 本発明を実施するのに適したリピータの概略図である。

Claims (17)

1. 送信機と受信機の間でデータを送信する方法であって、
   前記送信機によって前記送信機と前記受信機の間のネットワークの複数の経路上にデータ・パケットを送信するステップであって、前記経路の少なくとも１つが少なくとも１つのリピータ・トランシーバ・ノードを含むステップと、
   前記データ・パケットが適切に受信されない場合に前記受信機によって前記ネットワークを介してＮＡＣＫ信号を発行するステップと、
   前記ＮＡＣＫ信号を受信すると前記リピータ・トランシーバ・ノードのうちの少なくとも１つによって前記ネットワーク上に前記データ・パケットを再送するステップとを含む方法。
2. 前記再送ステップが、前記データ・パケットを転送したリピータノードすべてと、前記ＮＡＣＫ信号を受信するリピータ・ノードすべてとによって実行される請求項１に記載の方法。
3. 前記再送ステップが前記リピータ・ノードおよび前記送信機のうちの少なくとも１つによって実行される請求項１に記載の方法。
4. 前記受信機によってＮＡＣＫ信号を発行する場合には前記送信機が前記元のデータ・パケットを再送しない請求項１に記載の方法。
5. 前記送信機が、それ自体の送信されたデータ・パケットに関するＮＡＣＫ信号を監視しない請求項４に記載の方法。
6. 前記少なくとも１つのリピータ・ノードによって前記ネットワーク上に前記データ・パケットを再送する前記ステップは、前記リピータ・ノードから前記受信機まで使用可能な複数の経路を使用するステップを含む請求項１に記載の方法。
7. 前記データ・パケットが正しく受信された場合には前記受信機がＡＣＫ信号を発行するステップをさらに含み、前記少なくとも１つのリピータ・ノードが前記ＡＣＫ信号を前記送信機に転送する請求項１に記載の方法。
8. 転送されたデータ・パケットについてＡＣＫ信号もＮＡＣＫ信号も受信されない場合には第１の所定の再送間隔後に前記リピータ・ノードによって前記データ・パケットを再送するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
9. ＡＣＫ信号が受信されない場合には第２の所定の再送間隔後に前記送信機が前記データ・パケットを再送するステップをさらに含み、前記第２の所定再送間隔が前記第１の所定の再送間隔より大きい請求項８に記載の方法。
10. ネットワーク内で送信機ノードから受信されるデータ・パケットを前記パケットの最終宛先である受信機ノードに転送するためのリピータ・ノードであって、
    前記送信機から来るデータ・パケットを受信するための受信モジュールと、
    前記ネットワーク内の別のノードに前記データ・パケットを転送するための送信モジュールと、
    転送されるデータ・パケットを格納するための保留パケット・バッファと、
    ＮＡＣＫ信号が受信される以前に転送されたデータ・パケットを前記ネットワークを介して再送するための再送手段とを備えるリピータ・ノード。
11. 格納されたデータ・パケットを、そのデータパケットに対してＡＣＫ信号が受信されたときに、前記保留パケットバッファから除去する消去手段をさらに含む請求項１０に記載のリピータ・ノード。
12. 前記再送手段が、前記データ・パケットをすべての使用可能な経路を介して再送するための手段を含む請求項１０に記載のリピータ・ノード。
13. ＡＣＫ信号を前記送信機に転送するが、ＮＡＣＫ信号を前記送信機に転送しないように適応される請求項１０に記載のリピータ・ノード。
14. 前記再送手段が、対応するＡＣＫ信号もＮＡＣＫ信号も受信されない場合には第１の所定の再送間隔の後に前記データ・パケットを再送するための手段をさらに含む請求項１０に記載のリピータ・ノード。
15. 送信機と、受信機と、送信機ノードから受信されるデータ・パケットを前記パケットの最終宛先である前記受信機ノードに転送するための少なくとも１つのリピータとを含む通信ノードのネットワークであって、
    前記送信機から来るデータ・パケットを受信するための前記リピータ・ノード内の受信モジュールと、
    前記ネットワーク内の別のノードに前記データ・パケットを転送するための前記リピータ・ノード内の送信モジュールと、
    転送されるデータ・パケットを格納するための前記リピータ・ノード内の保留パケット・バッファと、
    ＮＡＣＫ信号が受信される以前に転送されたデータ・パケットを、前記ネットワークを介して再送するための前記リピータ・ノード内の再送手段とを備えるネットワーク。
16. 前記リピータ・ノード内の前記再送手段が、対応するＡＣＫ信号もＮＡＣＫ信号も受信されない場合には第１の所定の再送間隔後に前記データ・パケットを再送するための手段をさらに含む請求項１５に記載のネットワーク。
17. 前記送信機内に、対応するＡＣＫ信号もＮＡＣＫ信号も受信されない場合には前記第１の再送間隔より長い第２の所定の再送間隔後に前記データ・パケットを再送するための第２の再送手段をさらに含む請求項１６に記載のネットワーク。

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