(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散型ネットワークを介して、機器間でビデオ及び／又はオーディオストリームを通信する通信方法において、
サイクル開始信号が検出されない場合、上記ネットワーク上でサイクル開始信号を生成し、ここで、２つの開始信号の間の期間を１サイクルとして定めるステップと、
アイソクロナス通信のために上記サイクルの一部を確保するステップと、
非同期式機器による使用からアイソクロナス伝送帯域幅を確保するために、前記サイクルの未使用のアイソクロナスタイムスロット上でダミー伝送を生成するステップと、
各非同期式送信機が、アイソクロナスタイムスロットを個別に調停し、ストリームを送信するための十分なアイソクロナスタイムスロットを獲得するステップと、
上記ネットワークを介して、上記アイソクロナスタイムスロットを用いて、受信側による受信のためにストリームを送信するステップと、
を有する通信方法。
【請求項２】
上記サイクル開始信号は、上記ネットワークに接続されている送信機によって生成され、それによって、該送信機は、他サイクルマスタアクティビティが検出されない場合、サイクルマスタになることを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
【請求項３】
上記サイクル開始信号の生成の際、信号衝突に遭遇し又は他の信号が検出された場合、上記サイクル開始信号を生成する送信機は、サイクル開始信号の生成を停止し、他の送信機によって生成されたサイクル開始信号が検出されない場合のみ、バックオフ時間経過後に、サイクル開始信号の生成を再び試みることを特徴とする請求項２に記載の通信方法。
【請求項４】
上記バックオフ時間は、所定の制限内のランダム時間値であることを特徴とする請求項３に記載の通信方法。
【請求項５】
上記サイクルの一部は、アイソクロナス伝送及び非同期通信の両方のために確保されていることを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
【請求項６】
上記サイクルマスタは、上記ダミー伝送を生成する請求項１に記載の通信方法。
【請求項７】
新たなストリームの送信のためのタイムスロットを容易に獲得できるようにするために、上記ダミー伝送は、最低の優先度で生成されることを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
【請求項８】
上記調停するステップは、
サイクル開始信号を基準にタイムスロット要求を生成するステップと、
上記タイムスロットのためのより高い優先度の要求を監視するステップと、
より高い優先度の要求が検出されない場合、上記タイムスロットを使用のために獲得するか、又はより高い優先度の要求が検出された場合、該タイムスロットの要求を取り下げ、異なるタイムスロットを要求するステップと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
【請求項９】
上記データを送信する帯域幅の調停は、旧型の搬送波感知多重アクセス／衝突回避（ＣＤＭＡ／ＣＡ）機器と互換性を有することを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
【請求項１０】
所定の優先度のレベルの範囲内で、各連続したアクティブストリームに、順次、より低い副優先度を割り当てることによって、伝送の優先度のレベルを再分割するステップを更に有する請求項１に記載の通信方法。
【請求項１１】
上記副優先度は、タイムスロットの調停の間に使用され、所定の優先度のレベルの範囲内でより高い副優先度を有する要求がタイムスロットを獲得することを特徴とする請求項１０に記載の通信方法。
【請求項１２】
上記副優先度レベルは、連続した数値によって表されることを特徴とする請求項１０に記載の通信方法。
【請求項１３】
送信されるストリームの品質、完全性及び／又は安全性を向上させるために、送信機によって、付加的なタイムスロットを獲得するステップを更に有する請求項１に記載の通信方法。
【請求項１４】
上記ネットワークを介して新たなストリームを送信する準備をした送信機からの非同期要求に応じて、ストリームを送信するために用いられるタイムスロットの数を削減するステップを更に有する請求項１に記載の通信方法。
【請求項１５】
サイクルマスタ以外の機器から送信されるストリーム伝送は、該サイクルマスタの切断によって中断されないことを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
【請求項１６】
上記ネットワークは、電力線通信（power-line communication：ＰＬＣ）ネットワークであることを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
【請求項１７】
上記電力線通信（ＰＬＣ）ネットワークを介した通信は、暗号化されることを特徴とする請求項１６に記載の通信方法。
【請求項１８】
上記サイクル開始信号は、電力線の６０Ｈｚのサイクルタイミングに同期されることを特徴とする請求項１６に記載の通信方法。
【請求項１９】
上記タイムスロットを介してストリームを送信する前に、該ストリームの所定の受信側がタイムスロットを確認するステップを更に有する請求項１に記載の通信方法。
【請求項２０】
各送受信機対間に、過度のデータエラーを防ぐための十分な減衰が存在する場合、上記伝送サイクル内のタイムスロットは、複数の送受信機対によって獲得されることを特徴とする請求項１９に記載の通信方法。
【請求項２１】
分散型電力線ネットワークを介して、機器間でビデオ及び／又はオーディオストリームを通信する通信方法において、
サイクル開始信号が検出されない場合、上記ネットワーク上でサイクル開始信号を生成し、ここで、２つの開始信号の間の期間を１サイクルとして定め、他のサイクルマスタアクティビティが検出されない場合、上記ネットワークに接続された送信機が上記サイクル開始信号を生成し、それによってサイクルマスタになるステップと、
上記サイクルマスタの調停処理に応じてアイソクロナス通信のために上記サイクルの一部を確保するステップと、
（１）上記サイクル開始信号を基準にアイソクロナスタイムスロット要求を生成し、    （２）上記アイソクロナスタイムスロットのためのより高い優先度の要求を監視し、    （３）より高い優先度の要求が検出されない場合、上記アイソクロナスタイムスロットを使用のために獲得するか、又はより高い優先度の要求が検出された場合、該アイソクロナスタイムスロットの要求を取り下げ、異なる非同期タイムスロットを要求する、
ことによって、各非同期式送信機が、アイソクロナスタイムスロットを個別に調停し、ストリームを送信するために十分なアイソクロナスタイムスロットを獲得するステップと、  非同期式機器による使用からアイソクロナス伝送帯域幅を確保するために、前記サイクルの未使用のアイソクロナスタイムスロット上でダミー伝送を生成するステップと、
上記ネットワークを介して、上記アイソクロナスタイムスロットを用いて、受信側による受信のためにストリームを送信するステップと、
を有する通信方法。
【請求項２２】
上記サイクル開始信号の生成の際、信号衝突に遭遇し又は他の信号が検出された場合、上記サイクル開始信号を生成する送信機は、サイクル開始信号の生成を停止し、他の送信機によって生成されたサイクル開始信号が検出されない場合のみ、バックオフ時間経過後に、サイクル開始信号の生成を再び試みることを特徴とする請求項２１に記載の通信方法。
【請求項２３】
上記サイクルの一部は、アイソクロナス伝送及び非同期通信の両方のために確保されていることを特徴とする請求項２１に記載の通信方法。
【請求項２４】
所定の優先度のレベルの範囲内で、各連続したアクティブストリームに、順次、より低い副優先度を割り当てることによって、伝送の優先度のレベルを再分割するステップを更に有する請求項２１に記載の通信方法。
【請求項２５】
上記副優先度は、タイムスロットの調停の間に使用され、所定の優先度のレベルの範囲内でより高い副優先度を有する要求がタイムスロットを獲得することを特徴とする請求項２４に記載の通信方法。
【請求項２６】
上記副優先度レベルは、連続した数値によって表されることを特徴とする請求項２４に記載の通信方法。
【請求項２７】
上記電力線通信（ＰＬＣ）ネットワークを介した通信は、暗号化されることを特徴とする請求項２１に記載の通信方法。
【請求項２８】
上記サイクル開始信号は、電力線の６０Ｈｚのサイクルタイミングに同期されることを特徴とする請求項２１に記載の通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願〕
本出願は、引用によって本願に援用される、２００３年６月１８日に出願された米国仮特許出願番号第６０／４７９，４０６号に対する優先権を主張する。
【０００２】
〔著作権に関する表示〕
本特許書類の開示の一部は、米国及び他国の著作権法に基づき、著作権の保護対象となる。著作権者は、何人も、特許商標庁の特許出願又は記録に示された形で特許書類又は特許開示を複製することについては異議はないが、その他の点については全著作権を留保する。著作権所有者は、ＣＦＲ３７§１．１４に定義される権利を含む、本特許書類を秘密に維持する如何なる権利も放棄しない。
【０００３】
本発明は、ネットワーク通信システムに関し、特に優先度を有するデータ伝送に関する。
【背景技術】
【０００４】
ネットワークは、アイソクロナスネットワーク及び非アイソクロナスネットワークの２つの大きなカテゴリに分類される。ＩＥＥＥ１３９４ネットワークは、ネットワーク上の機器の１つがタイムスロットの使用を管理する典型的なアイソクロナスネットワークである。ストリームの送信を望む他の機器からの要求に応じて、タイムスロットマネージャは、使用可能なタイムスロットを割り当てる。一旦、タイムスロット割当が行われると、送信機は、通常、他のストリームによって中断されることなく、送信が終わるまでタイムスロットを使用し続けることができる。ネットワークを介して送信された元のストリームパケット期間は、受信機側で再構築される。アイソクロナス通信の実質的な利点は、ＱｏＳ（サービス品質）が完全に保証されるという点である。
【０００５】
しかしながら、アイソクロナスネットワークには幾つかの短所もある。例えば、集中型ネットワーク内において、タイムスロットマネージャが切断されると、他の機器がタイムスロット管理を引き継がなければならなくなり、このため、各ネットワーク中心機器（network-centric device）がタイムスロット管理機能を有する必要があり、ネットワーク機器のコストが高くなる。更に、機器の接続又は切断に応じて、バス通信を妨害するフルバスリセットが実行される。この種のアイソクロナス制御は、例えば、ＩＥＥＥ１３９４等、専用の無雑音ネットワーク上では満足に動作するが、例えば、８０２．１１無線ネットワーク又は電力線ネットワーク等、伝送条件が厳しいネットワークでの使用には適合しない。
【０００６】
典型的な非アイソクロナスネットワークは、多くの場合、搬送波感知多重アクセス／衝突回避（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance：以下、ＣＳＭＡ／ＣＡという。）方式又は同様の方式を用いてトラヒックを制御するイーサネット（登録商標）等によって提供される。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、バス上の機器が他の機器と通信することを望んだ場合、まず、送信機がバス上のキャリアを検出する。如何なるキャリアも検出されない場合、機器は、通信を始める。一方、キャリアが検出された場合、送信機は、バックオフモードに入り、暫く待機した後に、処理を再試行する。待機する２つの機器間で再び衝突が生じないように、バックオフの間の待機時間は、通常、ランダム化される。従来のＣＳＭＡ／ＣＡでは、バスは、タイムスロットマネージャによって制御されない。
【０００７】
非アイソクロナスネットワークの使用には、長所及び短所の両方がある。１つの利点は、バスリセットを生じさせることなく、ユーザが、ネットワークに又はネットワークから機器を自由に接続又は切断できる点である。各機器は、ネットワーク状態、特に、どの機器がネットワークに接続されており、又はネットワークに接続されないかを考慮する必要がない。ネットワークインタフェースは、タイムスロット管理機能が不要であるので構造が単純で安価である。一方、短所は、サービス品質（ＱｏＳ）が保証されない点であり、すなわち、ネットワークが混んでいる場合、機器に不定の待ち時間が生じることがあるという点である。
【０００８】
多くの市場原理がネットワーキングの進化に影響を与えている。このような市場原理の１つは、８０２．１１無線規格及びＨｏｍｅＰｌｕｇ１．０電力線ネットワーク規格（HomePlug 1.0 power line network standards）を採用したホームネットワーク市場が普及しつつあるという点である。これらの規格は、いずれもイーサネット（登録商標）に類似し、サービス品質（ＱｏＳ）を保証しない。例えば、ＩＥＥＥ１３９４等のネットワーク規格は、ＱｏＳを保証するが、これらの規格は、ケーブル伝送範囲が限定されており、住居内の部屋間等で、機器から機器にケーブルを配線しなくてはならないため、多くの市場に適合しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、柔軟且つ低コストで、ネットワークを介した通信の少なくとも一部において、所定のサービス品質（ＱｏＳ）をサポートできる自律型ネットワーク通信規格の実現が望まれている。本発明の目的は、これらの要求及び他の要求を満たし、従来のネットワークソリューションの欠点を克服した自律型ネットワークを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
保証されたサービス品質を提供できる自律的且つ非集中的なネットワーク制御のための方法及びシステムを提供する。本発明に基づくシステム及び方法は、電力線通信（power-line communications：以下、ＰＬＣという。）ネットワークに好適に適合する。
【００１１】
異なるストリーム伝送をサポートするタイムスロットの割当は、ネットワーク上で自律的に決定され、タイムスロットマネージャ又は仲裁装置は不要である。ストリームを送信しようとするネットワーク上の第１の機器は、サイクルマスタの役割を引き受け、ネットワークのサイクルを計時し、ネットワーク上の全ての送信機が、所望の数のタイムスロットを獲得するために、個別にアービトレーションを行う。各伝送サイクルは、好ましくは、アイソクロナス伝送及び非同期伝送のための部分に分割される。ネットワーク上の機器間の内部クロックの差は蓄積されず、サイクルマスタは、ストリームトラヒックを混乱させることなく切断することができる。
【００１２】
本発明は、多くの有益なモード及び側面を提供し、これらは、以下のカテゴリにグループ化される。
【００１３】
（１）ダミー伝送（dummy transmissions）によって所定の帯域を埋めることによって、本発明に基づく優先度チャンネル帯域幅を確保する。サイクルマスタは、伝送サイクルのアイソクロナス部分内で未使用のタイムスロットをダミー伝送で埋め、これにより、優先度が低い非同期機器が不適切に帯域幅を確保することを防ぐ。確保された帯域幅内の未使用のタイムスロットを埋めることにより、ＰＬＣネットワーク上で、伝送サイクルの非同期部分の間に通信できる旧式の機器を使用することができる。旧式の機器は、適応帯域幅マネージャによって制御可能に構成されていない非同期式装置であるとみなすことができる。
【００１４】
（２）所定の優先度内で優先度を細分する。タイムスロットを要求すると、ストリームには、アクティブストリームの数に基づいて、連続したトークンが渡され、トークン（副優先度（subpriority）値）の値は、ストリームが終わるまで、アービトレーション内で、ストリームがタイムスロットを所定の優先度で獲得する順序を決定する。一例として、数値のトークン（すなわち、｛０、１、２・・・ｎ｝の集合からの数値）が渡され、より小さい副優先度値が、タイムスロットを入手する優先度が低いことを表す。ストリームが終了すると、トークン値に基づいて優先度がシフトし、残りのストリームが連続した高い副優先度値を埋める。好ましくは、トークンは、仮想ネットワーク上のサーバ間で共有される。
【００１５】
（３）ストリーム信号を自動的に強調する。本発明では、信号の強調は、所定の優先度について、帯域幅の使用可能性に応じて行われる。本発明の側面では、確保された帯域幅の未使用の部分、例えば、アイソクロナスストリームに関連する部分等、所定のストリーム優先度に割り当てられた部分を自動的に利用して、ストリームの品質、完全性又は安全性を向上させる。したがって、単に未使用の帯域部分（すなわち、タイムスロット）をダミーデータで埋めることに代えて、ストリームを高品質で符号化することにより、データ損失の可能性を低減することを保証し、安全性を高め、又はストリーム改善の組合せを実現する。
【００１６】
（４）条件に応じて自動的に、帯域幅を削減する。本発明に基づくシステムでは、帯域幅の減少又は使用可能な帯域幅の使用中に更なるストリームを送信する必要性が生じた場合等の状況に応じて、各ストリームが使用する帯域幅の量を自動的に削減できる。この場合、全てのストリーム又は選択されたストリームに対し、（可能であれば）使用する帯域幅を削減するように命じる。また、ストリームが終了すると、帯域幅制限を緩和でき、これにより、要求される帯域幅を少なくしてもよい。
【００１７】
本発明は、従来のシステム及び機構に対して、以下に例示的に列挙するような多数の利点を提供する。
【００１８】
本発明の側面では、総合的な帯域幅を効果的に活用しながら、ストリームのために、帯域幅を適切に割り当てることができる。
【００１９】
本発明の他の側面では、優先度が高いチャンネル帯域幅を確保し、確保された帯域幅が優先度が低い非同期通信によって奪われることを防ぐことができる。
【００２０】
本発明の他の側面では、タイムスロットマネージャ又は仲裁装置を必要としない非集中型の手法で、自律型ネットワーク制御が実現される。
【００２１】
本発明の他の側面では、新たな接続又は切断の後に、フルバスリセットを生じさせることなく、したがって、既存の通信を妨害することがない容易な遷移が実現する。
【００２２】
本発明の他の側面では、ネットワークに機器を追加し、又はネットワークから機器を切断しても、重要なオーディオ／ビデオストリームが中断されない、ＱｏＳが保証されたネットワーク通信を提供することができる。
【００２３】
本発明の他の側面では、アイソクロナスストリーム及び非アイソクロナスストリームの間でネットワーク帯域幅を共有するための、容易且つ低コストで実現できる柔軟で拡張性が高いメカニズムが実現される。
【００２４】
本発明の他の側面では、高データレートのストリームをサポートするために、連続したタイムスロットを確保できる、タイムスロットを介したオーディオ／ビデオストリーム伝送が実現される。
【００２５】
本発明の他の側面では、ネットワーク上の伝送機器間で、内部クロックの誤差が蓄積しないオーディオ／ビデオストリーム伝送が実現される。
【００２６】
本発明の他の側面では、所定の又は選択可能な期間を有し、各サイクル内で非同期伝送を行い、この結果、高速な非同期送信を保証するオーディオ／ビデオストリーム伝送が実現される。
【００２７】
本発明の他の側面では、ストリーム伝送を開始する前に、ストリーム送信機及びストリーム受信機の両方がタイムスロットを確認し、これにより、タイムスロットの使用に関する衝突を回避するオーディオ／ビデオストリーム伝送が実現される。
【００２８】
本発明の他の側面では、第１の送信機及び受信機の対が１つ以上のタイムスロットを使用でき、第１及び第２の対の間でエラーレートが低い通信を確立するために十分な減衰が存在している場合、第２の送信機及び受信機の対が同時に同じタイムスロットを使用できる効率的なオーディオ／ビデオストリーム伝送が実現される。
【００２９】
本発明の他の側面では、タイムスロット割当処理が、旧型の搬送波感知多重アクセス／衝突回避（ＣＤＭＡ／ＣＡ）機器に互換性を有するオーディオ／ビデオストリーム伝送が実現される。
【００３０】
本発明の他の側面では、如何なる専用の仲裁装置も必要としない自律的なアービトレーションによって、タイムスロットが獲得されるオーディオ／ビデオストリーム伝送が実現される。
【００３１】
本発明の他の側面では、タイムスロットを柔軟に割り当て、再割当て要求メカニズムによって、既存の機器が帯域幅を完全に使用できるオーディオ／ビデオストリーム伝送が実現される。
【００３２】
本発明の他の側面では、タイムスロットの損失を防ぐために、確保された帯域幅セクション（時間又は周波数領域）内で、未使用のタイムスロットを埋めるためのダミーデータを生成する。
【００３３】
本発明の他の側面では、優先度がない非同期式装置との下位互換性を維持しながら、優先度に基づく帯域幅の使用が実現される。
【００３４】
本発明の他の側面では、送信優先度レベルを再分割することによって、送信優先度をストリーム内で公平に共有する。
【００３５】
本発明の他の側面では、各アクティブなストリームについて、順次低下する副優先度を用いて、物理ネットワーク内のサーバ又は仮想ネットワーク間で、公平にタイムスロットを獲得させる。
【００３６】
本発明の他の側面では、予備の帯域幅が使用可能である場合、ストリームの品質、完全性又は安全性を自動的に向上させることによって、帯域幅の使用効率を高める。
【００３７】
発明の更なる側面では、伝送条件が悪化し、又は送信要求の数が増えた場合に、ストリームのための帯域幅を自動的に削減する。
【００３８】
発明の更なる側面は、以下の説明により明らかとなるが、以下の詳細な説明は、本発明の好適な実施形態を完全に開示するためのものであり、本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】仮想ＰＬＣネットワーク上に分散するサーバ及びクライアントを備える住宅用の電力線通信ネットワークのブロック図である。
【図２】ＰＬＣインタフェース、コンテンツストレージ、ディスプレイ、ユーザインタフェース、遠隔制御インタフェースを備える、本発明の側面に基づくＰＬＣ対応サーバのブロック図である。
【図３】サーババスからＰＬＣネットワークへの暗号化通信のための、本発明の側面に基づくＰＬＣインタフェースのブロック図である。
【図４】ＰＬＣネットワークに接続されるよう構成されたクライアントテレビジョンである本発明の側面に基づくクライアント装置のブロック図である。
【図５】サイクルマスタの役割を引き受けた送信機の１つによるサイクル開始信号の生成を示す、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のタイミングチャートである。
【図６】伝送サイクルＴc内における最初のタイムスロットのためのアービトレーション期間を示す、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のタイミングチャートである。
【図７】アービトレーションから獲得したタイムスロットを介して、第１のサーバがストリームを送信する際の、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のタイミングチャートである。
【図８】図７に示すストリームの送信が開始された後の新たな伝送ストリームを示す、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のためのタイミングチャートである。
【図９】図７に示すストリームの送信が開始された後の新たな伝送ストリームを示す、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のためのタイミングチャートである。
【図１０】ストリームの終わりに対応するタイムスロットの使用可能性を示す、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のためのタイミングチャートである。
【図１１】非同期通信のために確保された各サイクルの部分を示す、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のためのタイミングチャートである。
【図１２】ストリーム優先度に応じたタイムスロットの要求のタイミングを示す、本発明の側面に基づくネットワーク伝送におけるアービトレーション期間のタイミングチャートである。
【図１３】新たなストリームの送信を実現するための、ストリーム送信機によるタイムスロット削減を説明する、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のためのタイミングチャートである。
【図１４】新たなストリームの送信を実現するための、ストリーム送信機によるタイムスロット削減を説明する、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のためのタイミングチャートである。
【図１５】新たなストリームの送信を実現するための、ストリーム送信機によるタイムスロット削減を説明する、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のためのタイミングチャートである。
【図１６】アイソクロナス用途のタイムスロットを確保するためにサイクルマスタによって挿入されるダミー伝送を示す、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のためのタイミングチャートである。
【図１７】確保された非同期期間内で、各サイクル内で、更なるタイムスロットが使用可能でないが、サイクルのアイソクロナス部分内ではタイムスロットが使用可能である場合に、サイクルマスタが非同期通信による使用のためにダミースロットを解放する際の、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のためのタイミングチャートである。
【図１８】ストリーム伝送の品質、完全性又は安全性を向上させるために更なるタイムスロットを獲得する第１及び第２のストリームを示す、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のためのタイミングチャートである。
【図１９】ストリーム伝送の品質、完全性又は安全性を向上させるために更なるタイムスロットを獲得する第１及び第２のストリームを示す、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のためのタイミングチャートである。
【図２０】新たな送信の開始を実現するために実行されるタイムスロット削減を示す、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のためのタイミングチャートである。
【図２１】新たな送信の開始を実現するために実行されるタイムスロット削減を示す、本発明の側面に基づくネットワーク伝送のためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の例示的な実施形態を示す図１〜図２１を用いて、本発明について詳細に説明する。なお、本明細書に開示する基本的な概念から逸脱することなく装置の構成を変更してもよく、部分の詳細を変更してもよく、方法の特定のステップ及びシーケンスを変更してもよいことは明らかである。
【００４１】
１．電力線ネットワーク
本明細書に開示する帯域の割当及び確保の手法は、多くの異なる種類のネットワークに適用できるが、特に電力線通信（power-line communication：以下、ＰＬＣという。）ネットワークに好適に適合する。以下では、電力線通信ネットワークに本発明を適用した具体例を説明する。但し、以下の開示の全て又は一部は、例えば、無線ネットワーク及び他のネットワーク等、他のネットワーク形式にも適用可能である。
【００４２】
１．１．ネットワーク構成。
【００４３】
図１は、住宅のＰＬＣネットワークを介して動作する分散型システム１０の具体例を示している。住居１２は、複数の部屋を相互接続するＡＣ電力線１４を備える。分散型システムは、第１のサーバ１６、第２のサーバ１８、第１のクライアント２０、第２のクライアント２２を備え、これらは、通常、一例として未使用のコンセント２４を含む交流電源コンセントを介して、電力線に接続されている。図を明瞭にするために、ＡＣ電力線１４の、配電変圧器又はこれに類する装置への外部接続は示していない。
【００４４】
第１のサーバ１６に接続されるケーブル２６は、例えば、ケーブル放送、インターネット接続等の様々なコンテンツへのアクセスを提供する。なお、このシステムは、有線形式及び無線形式の両方を含む他の形式の接続を備えていてもよい。
【００４５】
この具体例における第１のサーバ１６は、オーディオ／ビデオデータを保存し、ＰＬＣネットワーク上の１つ以上のクライアントにストリームを送信するように構成されている。第１のサーバ１６は、ケーブル２６からオーディオ／ビデオコンテンツストリームを受信し、このオーディオ／ビデオコンテンツストリームを、第１のクライアント２０又は第２のクライアント２２を始めとする他のクライアントに送信できる。この具体例では、第１のサーバ１６及び第２のサーバ１８は、同様の機能を有する。なお、本明細書では、用語「ストリーム」は、アイソクロナス通信ストリーム及び非同期通信ストリームの両方を表すものとする。
【００４６】
１．２．サーバ
第１のサーバ１６の内部の構成例を図２に示す。チューナフロンエンド３０は、ケーブル２６からＲＦ信号を受け取り、復調し、コーデック３２は、メモリ３４と協働して、チューナフロンエンド３０からの復調信号を復号する。復号されたビデオ信号は、例えば、Ｄ／Ａ変換器３６によってアナログ信号に変換され、ディスプレイ３８に表示される。復号されたオーディオ信号は、Ｄ／Ａ変換器４０によってアナログ信号に変換され、増幅器４２によって増幅され、オーディオ変換器（すなわち、スピーカアセンブリ）４４に供給される。ビデオストリームを記録する場合、コーデック３２は、例えば、ハードディスクドライブ（hard disk drive：以下、ＨＤＤという。）４６等のデータ記録サブシステムにストリームを供給し、ＨＤＤ４６は、好ましくは、バス５０に接続されたインタフェース４８を介してアクセスされる。記録されたストリームを再生する場合は、コーデック３２は、ＨＤＤ４６からストリームを受け取り、復号する。
【００４７】
ここで、第１のサーバ１６が、ＡＣ電力線１４を介して、第１のクライアント２０にビデオストリームを供給する場合を検討する。チューナフロンエンド３０からのストリームは、コーデック３２からＰＬＣインタフェース５２を介して、及び電力プラグ５４を介して、ＰＬＣネットワークを経由して第１のクライアント２０に供給される。同様に、記録されたストリームを再生する場合、ＨＤＤ４６からのストリームは、ＰＬＣインタフェース５２を介してＰＬＣネットワークを経由して、第１のクライアント２０に供給される。
【００４８】
ＰＬＣインタフェース５２は、好ましくは、暗号化及び平文化機構を備える。一般に、ＰＬＣネットワークを介して送信する前に、全ての通信を暗号化し、受信側で平文化を行うことが好ましい。
【００４９】
ユーザは、キーパッドインタフェース５８を介してバス５０に接続されたキーパッド５６を用いて、又はリモートインタフェース６２を介してバス５０に接続された遠隔制御ユニット６０を用いて、第１のサーバ１６の動作を制御できる。コマンドは、バス５０を介してＣＰＵ６４に供給され、ＣＰＵ６４は、メモリ６６内の命令を実行する。モデム６８は、ネットワーク接続をサーバに提供し、一例として、外部ネットワーク接続（すなわち、電話回線、デジタル加入者回線、ケーブル、ＬＡＮ、ＷＡＮ等）を、サーバ１６内の要素がアクセスできるバス５０にブリッジする。
【００５０】
図３は、ＰＬＣインタフェース５２のブロック図である。ここに示す具体例では、電力線を介する信号伝送のために、直交周波数分割多重（orthogonal frequency division multiplexing：以下、ＯＦＤＭという。）技術を用いている。バスインタフェース７０は、送信するべきデータをバス５０から受け取り、必要であれば、バッファメモリ７２に保存する。前方誤り訂正エンコーダ（forward error correction encoder：以下、ＦＥＣＥという。）７４は、データにエラー訂正符号を加え、インタリーバ７６は、エラー訂正符号が加えられたデータをインタリーブし、シリアル−パラレル変換器７８は、シリアルデータをパラレルデータに変換し、変調器８０は、信号を変調して、逆高速フーリエ変換（inverted fast-Fourier transform：以下、ＩＦＦＴという。）ブロック８２に供給する。ＩＦＦＴ８２は、各入力信号にキャリアを割り当て、逆高速フーリエ変換を行う。そして、処理ブロック７４〜８２によって処理された信号は、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）８４から、電力プラグ５４を介して、ＡＣ電力線１４を用いた通信（以下、ＰＬＣ１４ともいう）に送信される。
【００５１】
図３の下半分は、データの受信のためのブロックを示している。ＡＦＥ８４は、ＰＬＣ１４（図１）に接続された電力プラグ５４を介して、クライアントからストリームを受け取る。受信データは、ＦＦＴ８６によって高速フーリエ変換され、復調器８８によって復調され、パラレル−シリアル変換器９０によってパラレルデータからシリアルデータに変換される。更に、上述の処理が施された信号は、デインタリーバ９２によって逆インタリーブされ、ＦＥＣデコーダ９４によってエラー訂正され、バスインタフェース７０に供給される。
【００５２】
コントローラ９６は、図３に示すブロックの操作を制御し、ネットワークを監視し、例えば、サイクル開始信号及びアービトレーション要求信号を送信するためのシグナリングを生成する。
【００５３】
１．３．クライアント
第１のクライアント２０等のクライアントの例示的な構成を図４に示す。ローカルバス１００は、メモリ１０４と協働するＣＰＵ１０２の制御の下で、クライアント２０の回路を相互接続する。電力線通信（ＰＬＣ）ネットワークインタフェース（ＩＦ）１０６は、電力コネクタ１０８を介して、他の機器、例えば第１のサーバ１６（図１）又は第２のサーバ１８からストリームを受け取り、このストリームは、例えば、ローカルバス１００を介して、デコーダ１１０に供給される。
【００５４】
なお、ＰＬＣインタフェース１０６は、図３と同様な構成で実現してもよく、又は使用可能な如何なる代替となる回路設計を用いて実現してもよい。デコーダ１１０は、メモリ１１２と協働して、ストリームを復号する。復号されたビデオ信号は、Ｄ／Ａ変換器１１４によって、適切なフォーマット、例えば、デジタルからアナログフォーマットに変換され、ディスプレイ１１６に表示される。デコーダ１１０が生成したオーディオ信号は、オーディオ出力のために、Ｄ／Ａ変換器１１８によって、アナログ信号に変換され、増幅器１２０によって増幅され、オーディオ変換器１２２に供給される。
【００５５】
ＰＬＣ通信データは、好ましくは、電力線を介して送信される前に暗号化され、電力線から受信した後に復号される。クライアント２０には、キーパッド１２４を用いて、キーパッドインタフェース１２６を介して、又は遠隔制御ユニット１２８を用いて、リモートインタフェース１３０を介してコマンドを入力でき、コマンドは、ローカルバス１００を介して、ＣＰＵ１０２に供給される。
【００５６】
２．自律型ネットワーク制御
ＩＥＥＥ１３９４ネットワークを実現するためには、タイムスロットマネージャが必要であるが、本発明に基づくネットワーク通信では、「旧型」の機器とみなされる機器を除いて、ネットワーク上の各機器が、好ましくは、同様の能力を有するため、このようなタイムスロットマネージャを用いる必要がない。
【００５７】
自律型ネットワークは、（ａ）例えば、第１の機器がストリームの送信を希望した場合等、サイクル開始信号が検出されない場合、ネットワーク上でサイクル開始信号を生成し、（ｂ）各送信機において、タイムスロットを個別に調停し、宛先にストリームを送信するための十分なタイムスロットを獲得し、（ｃ）獲得したタイムスロットを用いてストリームを送信することによって制御される。
【００５８】
タイムスロットは、アービトレーション処理によって獲得される。タイムスロットを獲得するために、機器は、ネットワークを監視し、使用可能なタイムスロットを獲得するための要求を送信する。機器は、タイムスロットを獲得すると、送信を開始する。どの機器がどの機器にどのデータを送信しているかは、機器の動作には無関係であり、機器は、各タイムスロットが占有されているか否かを検出するのみである。非集中型ネットワーク制御の結果、フルバスリセットを実行する必要なく、どの機器も切断することができ、この結果、ユーザは、イーサネット（登録商標）機器の場合と同様に、機器を自由に接続又は切断することができる。
【００５９】
２．１．サイクル開始信号の生成
図５は、第１のサーバ１６がクライアント２０へのアイソクロナスストリームの送信を開始する際のＰＬＣネットワーク伝送１５０を示している。まず第１のサーバ１６は、通信のために、ＰＬＣネットワーク伝送１５０を監視する。そして、如何なる通信も検出されない場合、第１のサーバ１６は、サイクル開始マスタになり、周期的（周期＝Ｔc）にサイクル開始信号１５２の送信を開始する。
【００６０】
信号衝突又は他の信号が検出された場合、第１のサーバ１６は、直ちにサイクル開始信号を停止し、バックオフ時間経過後、サイクル開始を再試行する。バックオフ時間の間、送信機は、サイクル開始信号を監視し、何も検出されない場合のみ、サイクル開始を再試行する。バックオフ時間は、好ましくは、所定の時間値の範囲内のランダム時間値に対応する。ネットワーク上の１つの機器だけがサイクル開始マスタになれるので、他の機器が既にサイクル開始信号を送信している場合、サーバ１６は、サイクル開始信号を生成しない。
【００６１】
なお、この手法では、電力線通信（ＰＬＣ）ネットワークへのアクセスは、Ｔcのサイクルタイムで繰り返される。各タイムスロットは、サイクルタイム内でフレーム化され、一定の時間長を有する。あるアプリケーションでは、このサイクルタイミングを電力線の６０Ｈｚのサイクルに同期させることが有益である。
【００６２】
２．２．第１のストリームの送信
図６は、機器が、ＰＬＣネットワーク伝送１５０内でタイムスロットを獲得しようとする際のアービトレーション（調停）を示している。第１のサーバ１６は、ストリームを送信するために、固定長タイムスロットを獲得する。送信機は、帯域幅及びデータの優先度に応じて、１つ以上の連続したタイムスロットを獲得することができる。タイムスロットを獲得するために、第１のサーバ１６は、タイムスロットアービトレーション処理に参加する。アービトレーションは、好ましくは、各サイクルに対して一定の時間で行われ、例えば、サイクル開始信号１５２の開始から期間Ｔ１経過後、期間Ｔ２持続する時間で行われる。このアービトレーション期間の間にサーバ１６は、スロット要求信号を送る。第１のサーバ１６がアービトレーションに勝つと、サイクル開始信号１５２に続いて、伝送を開始する。一方、第１のサーバ１６がアービトレーションに負けた場合、第１のサーバ１６は、勝者が送信を開始することを許可し、次に、他のタイムスロットの獲得を再試行する。
【００６３】
図７は、第１のサーバ１６がサイクル開始信号１５２の直後の１又は複数のタイムスロットの確保に成功した場合の送信状況を示している。ブロック１５４は、このサイクル及び後続するサイクルについて獲得されたタイムスロットを示している。一旦、タイムスロットが獲得されると、他の如何なる機器も、タイムスロットに割込をかけることができない。第１のサーバ１６は、これらの周期的なタイムスロットを用いてストリームを送信する。なお、サイクル開始信号１５２とタイムスロット１５４との間には、時間的なギャップが存在する。このギャップは、好ましくは、伝送遅延を効果的に補償するために配設された有限の期間である。但し、図を明瞭にするために、ここでは、タイムスロット及び時間的なギャップのサイズを期間Ｔcに対して誇張して示している。なお、各サイクルＴcは、数百個のタイムスロットに分割してもよい。タイムスロットの長さと時間ギャップの長さは、固定された期間に対応させることが好ましく、これにより、機器は、スロットが占有されているか否かを容易に検出することができる。
【００６４】
２．３．第２のストリーム
図８及び図９を用いて、ＰＬＣネットワークを介した他の伝送の開始を説明する。この場合、第２のサーバ１８は、第２のクライアント２２への他のアイソクロナス伝送を開始する。第２のサーバ１８は、図８に示すように、サイクル開始信号１５２を検出し、これに同期する。第２のサーバ１８は、ＰＬＣネットワークを監視し、タイムスロット１５４が既に使用中であることを検出すると、タイムスロット１５４に続くタイムスロットを獲得することを試みる。新たなアービトレーション期間は、サイクル開始信号１５２の最初から期間Ｔ３経過後に開始され、期間Ｔ３の長さは、他方のアービトレーション期間Ｔ２と同じであることが好ましい。期間Ｔ３は、タイムスロット１５４の長さと時間的なギャップとの和から容易に求めることができる。電力線上の伝送遅延を補償するために、サイクル開始信号及び第１のスロットの間、又はタイムスロットの間に僅かな時間的なギャップを設けることが好ましい。
【００６５】
第２のサーバ１８は、アービトレーション期間Ｔ２の間、要求信号を送信する。第２のサーバ１８がタイムスロットの確保に成功すると、新たなタイムスロットがタイムスロット１５４に続く。図９は、この具体例において、第２のサーバ１８が獲得したタイムスロット１５６を表している。第２のサーバ１８は、この新たに獲得したタイムスロットを用いて、第２のクライアント２２に新たなストリームを送信する。
【００６６】
なお、ネットワーク上の各機器の内部クロックは、水晶により制御される性質及び高い動作周波数を考慮すると、１００万分の１の範囲内で、互いに僅かにずれている。周知の多くのデジタル伝送システムでは、これらのクロックの誤差が累積されることが問題となっている。一方、本発明では、各機器が、サイクル開始マスタが生成したサイクルタイム開始信号からタイムスパンを測定するので、クロックの誤差が累積される問題は生じない。
【００６７】
２．４．タイムスロットのスキャッタリング
図１０は、幾つかのタイムスロットの終わりに対応するタイムスロット使用可能性の具体例を示している。なお、機器は、そのタイムスロットのためのアービトレーション処理に勝てば、如何なる使用可能なタイムスロットでも獲得するとこができる。
【００６８】
例えば、送信機が、タイムスロット１５４に続く１又は複数のスロットを獲得しようと試みている場合、送信機は、アービトレーション期間Ｔ２の間に、サイクル開始信号１５２から期間Ｔ３経過後に、要求を送信する。また、送信機が、タイムスロット１５８の後のスロットを獲得しようとする場合、送信機は、期間Ｔ２の間、サイクル開始信号１５２から期間Ｔ４経過後に要求を送信する。送信機が、高いビットレートのストリームを送信するために、複数の連続するスロットを必要とする場合、送信機は、ＰＬＣネットワーク送信を監視し、一連の使用可能なスロットを選択する。このメカニズムにより、単一の高ビットレートストリームには、連続したスロットが用いられやすくなり、すなわち、時間軸的に連続するストリームに割り当てられたスロットが分散してしまう可能性が低くなる。但し、ネットワークが混んでいれば、送信機は、分散されたスロットを獲得してもよい。本発明では、好ましくは、データを速やかに送信する要求と、連続したタイムスロットを使用する要求との間のトレードオフを調整するように、タイムスロットを選択することができる。
【００６９】
２．５．非同期伝送期間
ＰＬＣネットワークに多数の未使用のタイムスロットがある場合、前章に説明した同期伝送として、非同期伝送を実行できる。１つの違いは、非同期伝送では、全ての使用可能な非同期タイムスロットが使用中の場合、最大ｎ個の連続したサイクルについて、同じタイムスロットを使用できるという点である。付加的なタイムスロットが使用可能である場合、ｎ個の連続したスロットを超えるスロットを用いて、非同期伝送を続けることができる。
【００７０】
スロットが使用できない場合、ｎサイクルの後に、非同期送信機は、より高い優先度を有する他の伝送による使用のために、タイムスロットを解放する必要がある。このようなＰＬＣアクセスを待つ伝送がない場合、送信機は、再び同じタイムスロットを獲得することができる。連続するサイクルの最大数であるｎの値は、非同期伝送の優先度に応じて選択できる。例えば、優先度が低い伝送については、ｎの値を小さくし、優先度がより高い伝送については、ｎの値を大きくしてもよい。
【００７１】
全てのタイムスロットがアイソクロナス伝送に占有されている場合、非同期伝送は、使用可能なタイムスロットを獲得するために、更に長い時間、待機する必要があることがある。有害な状況を回避するために、非同期伝送に依存するタスクにおいてデータ不足が生じないように、各サイクルの一部を非同期伝送による使用に割り当てることが好ましい。
【００７２】
図１１は、非同期伝送期間１６０を使用する具体例を示している。この非同期伝送期間１６０は、サイクル開始信号１５２の後に、期間Ｔ５経過後に開始され、次のサイクル開始信号が開始される直前で終了する。非同期伝送期間１６０の間、非同期送信機は、好ましくは、アイソクロナス伝送と略々同じ手法でタイムスロットを獲得する。このメカニズムの変形例として、送信機は、周知のＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づいて、非同期伝送期間１６０内でタイムスロットアクセス権を獲得してもよい。
【００７３】
多くのアプリケーションにとって、非同期伝送期間は、ＣＳＭＡ／ＣＡ機能又は同様の機能のみを提供する旧型ＰＬＣ機器への下位互換性を保証するので、有益である。現在の及び従来のＰＬＣ機器（旧式の機器）は、アービトレーション又はアイソクロナス伝送のための能力を有していない。したがって、本発明に基づくシステムでは、これらの機器は、非同期処理のために確保された期間の間のみ、非同期伝送を実行することができる。
【００７４】
２．６．アービトレーション
この章では、本発明内において、アービトレーションがどのように実行されるかを説明する。一例として、全ての伝送のそれぞれに、以下に示す３つの優先度レベルの１つを割り当てるとする。
優先度１（最高）：例：ＶｏｌＰ（アイソクロナス）
優先度２（中間）：例：オーディオ／ビデオ送信（アイソクロナス）
優先度３（最低）：例：データ転送、ウェブアクセス等（非同期）
なお、ボイスオーバＩＰ（voice-over-IP：以下、ＶｏＩＰという。）は、遅延時間に非常に敏感なアプリケーションであり、この具体例では、ＶｏＩＰに最高の優先度を与えている。また、オーディオ／ビデオストリームには、第２の優先度を与えている。データ転送（ファイルコピー、ウェブアクセス等）には、最低の優先度を与えている。タイムスロットのアービトレーションでは、高いレベルを有する伝送が、より低い優先度の伝送に勝つ（優先される）。
【００７５】
図１２は、タイムスロット要求タイミング１７０を示している。上述したように、タイムスロットを獲得しようとする送信機は、アービトレーション期間の間に要求信号を送り、そのタイミングは、送信されるストリームの優先度に依存する。最も優先度が高いストリームについては、送信機は、アービトレーション期間Ｔ２の始めの部分１７２において要求を送る。ストリームの優先度が次に低いレベルである場合、このストリームの要求は、上位のレベルの優先度の要求の後に送られる。そして、アービトレーション期間Ｔ２の最後の部分で、最低の優先度の要求を送る。なお、ここでは、３つのレベルの優先度をサポートする３つの時間的な部分を示しているが、本発明では、幾つのレベルの優先度をサポートしてもよい。
【００７６】
アービトレーションの間、送信機が第２の優先度のストリームを送ることを望んだ場合、送信機は、始めからアービトレーション期間を監視する。最優先の要求が検出された場合、送信機は、この１又は複数のスロットを要求しない。同様に、送信機が、優先度が低いストリームの送信を希望し、送信機が、高いレベル又は中間のレベルの優先度の要求を検出した場合、送信機は、そのスロットの獲得を諦め、上位のレベルの優先度を有する送信にスロットを譲る。
【００７７】
アービトレーション要求は、好ましくは、例えば、３つの連続したサイクルに亘って（又は他の所定の選択された期間に亘って）複数回送信される。アービトレーション期間の間、そのスロットについて、より高い優先度を有する如何なる要求も検出されない場合、送信機は、スロットの獲得に成功する。優先度がより高い要求がアービトレーションに勝つことを保証するために、伝送の優先度に応じて、アービトレーションの監視期間の長さを変化させることが望ましい。以下、この具体例における優先度に基づく監視期間の具体例を示す。
優先度１：３サイクル
優先度２：５サイクル
優先度３：７サイクル
送信機が、３つの連続したサイクルの間に最高の優先度の要求を送り、より高い如何なる要求も検出されない場合、送信機は、データの伝送のためにタイムスロットの使用を開始することができる。同様に、７つの連続したサイクルの間に送信機が優先度が低い要求を送り、より優先度が高い要求が全く検出されない場合、送信機は、送信を開始することができる。
【００７８】
ここで、２つ以上の送信機が同じ優先度の要求を送った場合、衝突が生じる。送信機が衝突を検出すると、送信機は、チャンネルを要求から引き返し（バックオフ：backs off）、例えば、ランダムバックオフモードに入る。送信機は、ランダムバックオフモードにおいて、ランダム化された待機時間経過後に、タイムスロット要求を再送信する。
【００７９】
２．７．タイムスロット情報交換
なお、ＰＬＣネットワーク条件によっては、ネットワークにおける深刻な信号減衰により、１又は複数の機器が、既に使用されているタイムスロットを検出できなくなる虞がある。例えば、送信機は、タイムスロットが未使用であるかのように「見える」ことを検出したが、リモートの受信機は、同じタイムスロットが実際には使用中であることを検出することがある。このような問題を回避するために、好ましくは、送信機が、使用可能なタイムスロットを獲得した後に、送信機が、受信機に対して、受信機の観点から、タイムスロットが使用可能であるように見えるか否かを質問する相互確認を行う。タイムスロットが、両方の側から使用可能に見える場合、送信機は、送信を開始する。受信機側からは、タイムスロットが使用可能に見えない場合、送信機は、そのタイムスロットを諦め、タイムスロットの衝突を回避するために、他の使用可能なタイムスロットを監視する。
【００８０】
この方式の他の利点として、損失が多いＰＬＣネットワークにおいて、各ノードは、減衰に応じて、拡張された期間に亘って、ローカルで使用可能なタイムスロットを効率的に利用することができるという点である。これにより、ローカルトラヒックは、ネットワークのリモート部分で使用されているタイムスロットを介して、トラヒックを送信できる。スロットの使用をエンドツーエンドでチェックすることにより、衝突が回避されるとともに、過度のデータエラーを防ぐために、十分な減衰で分離されているネットワークの他の部分においてデータのルーティングに使用されているタイムスロットを同時に利用できる可能性が生じる。
【００８１】
このタイムスロットの「再利用」の具体例として、第１のサーバ１６及び第１のクライアント２０がＰＬＣ１４上で物理的に近い位置に配設されている場合を検討する。また、第１のサーバ１６及び第１のクライアント２０の近くではないネットワークの他の部分、例えば、住居内の反対の部分、より好ましくは、ブロッキングフィルタなしで同じ電力配電変圧器を共有する異なる住居、又は少なくとも、住居間の信号のブリードスルーを排除する効果を有するブロッキングフィルタがない位置で、第２のサーバ１８及び第２のクライアント２２が互いに近くにあるとする。この場合、第１及び第２のクライアントサーバ対の間で大きな減衰が存在すると考えられる。これらの条件下では、好ましくない伝送衝突を生じさせることなく、２つの対が、同時に同じスロット又は重複するタイムスロットを使用できることは明らかである。
【００８２】
第１のサーバ１６内のＡＦＥ８４は、必要であれば、適応型の伝送パワー制御機能を有する。クライアントが近くにあり、クライアントとの間の信号減衰が大きくない場合、第１のサーバ１６は、伝送パワーを小さくする。一方、クライアントが遠く、又は信号条件が良くないために減衰が大きい場合、第１のサーバ１６は、伝送パワーを大きくする。この機能は、本来、電力消費量及び電磁干渉の抑制のためのものである。しかしながら、この機能を利用して、離れた場所で同じスロットを使用できるようにすることもできる。
【００８３】
２．８．サイクル再開
第１のサーバ１６がＰＬＣネットワークのサイクル開始信号１５２を生成する機器であり、他の機器が、このサイクル開始信号１５２に動作を同期させる場合について検討する。第１のサーバ１６が切断されると、サイクル開始信号は、中止される。
【００８４】
本発明は、動的なネットワーク動作を提供し、すなわち、一旦、サイクル開始信号が失われると、他の機器がサイクルマスタとしての役割を引き継ぎ、直ちに、通常、好ましくは、元のサイクルマスタのタイミングに従って、新たなサイクル開始信号の送信を開始する。本発明の１つのモードでは、サイクルマスタは、サイクルマスタ切断に応じてサイクルマスタの役割を引き継ぐ機器の順位を予め決定する。
【００８５】
なお、各機器は、内部クロックが元のサイクルタイミングにロックされるので、サイクル開始信号なしでも暫くは動作する。これが長期に亘ると、クロックエラーが累積され、ロックから外れる。このロックから外れる前に、他の機器がサイクル開始信号の送信を開始する。
【００８６】
本発明では、２つの更なる機器が同時にサイクルマスタになることを防止する。複数の機器がサイクルマスタになることを防ぐための１つの手法として、バックオフメカニズムを用いてもよく、この場合、競合が生じると、サイクルマスタになる可能性がある各機器は、任意の遅延時間待機し、最初にサイクルマスタとして戻った機器がサイクルマスタになる（フィールドを分割して、単一のサイクルマスタを決定するために、１回、２回又はそれ以上のバックオフサイクルが必要であることもある）。なお、既存の送信の割込を防ぐように、サイクル開始信号が回復されるまでは、全ての機器が、自らのタイミングサイクルで動作することが好ましい。
【００８７】
２．９．新たなストリームのためのタイムスロット再割当
よりロバストな伝送又は高品質の伝送（例えば、ピクチャ伝送）を実現するために、十分な帯域幅が使用可能であれば、オーディオ／ビデオストリームは、必要とされる最少量より多くのタイムスロットを使用してもよい。なお、タイムスロットを未使用のままにすることには、生来的に何の利点もない。例えば、１つ以上のストリームを未使用のタイムスロットにコピーする単純な重複送信を行うだけで、データの信頼性が高まる。同様に周知の何らかの手法に基づいて、更なるタイムスロットを利用することにより、送信される１つ以上のストリームの品質、完全性又は安全性を向上させることができる。他の具体例として、可変レート方式のストリームの場合、より高い伝送レートで送信を行うことにより、より高画質の画像を提供できる。このような多くの技術は、当分野で周知であるので、これらの手法に関する詳細は説明しない。このように、本発明のあるモードでは、ストリームは、非同期データのために確保されているタイムスロットを除く使用可能な全てのタイムスロットを利用して、データの品質、完全性又は安全性を向上させることができる。
【００８８】
ここで、全てのタイムスロットが使用されており、且つ新たなストリームを送信しようとする場合、タイムスロット再割当を実行する必要があることがある。一例として、まず、新たなストリームの送信機が、非同期伝送期間内において、他の機器に対し、タイムスロットを解放するよう依頼する要求を送信し、各送信機は、要求を受け取り、現在使用中のタイムスロットの一部を解放してもよい。新たなストリームの送信機は、ＰＬＣネットワークを監視し、これらの新たに使用可能となったタイムスロットをチェックする。十分なタイムスロットが使用可能になると、送信機は、タイムスロットを獲得し、ストリームを送信する。ここで、使用可能なタイムスロットが不十分である場合、送信機は、更に他の要求を送信する。
【００８９】
なお、これらのタイムスロット要求は、より低い又は等しい優先度を有するストリームが、より高い優先度を有するストリームより多くの割合のタイムスロットを解放することを強制する優先度情報を含んでいてもよい。また、ストリームによるタイムスロットを構成する利益の大きさに応じて、スロットの解除を偶発的に行ってもよい。いずれの場合も、タイムスロットは、１ラウンド以上の要求の後に、送信機によって解放され、これにより、少なくとも、新たなストリームの相対的な優先度に従って、新たな送信機の要求が実現する。
【００９０】
図１３、図１４及び図１５は、第１の要求の後に、既存のストリームが使用するタイムスロットの一部を解放し、新たなストリームが十分なタイムスロットを獲得することによって、新たなストリームを開始するシーケンスの具体例を示している、
図１３には、非同期伝送期間１６０のためのタイムスロットを除く使用可能なタイムスロット（連続したタイムスロットの２つのブロックとして示す）１５４、１５６を占有する２つのアイソクロナスストリームを示している。ここで、送信機が、新たなアイソクロナスストリームの送信を望んだとする。まず、新たな送信機は、既存の送信機にタイムスロット再割当要求を送信する。この要求は、ブロードキャストによって送信してもよい。新たな送信機は、どの機器が既存の送信機であるかを知る必要はない。既存の送信機は、要求を受け取り、それらのタイムスロット利用率を低減し、必要であれば、低減された帯域幅に合うように符号化レートを変更する。
【００９１】
図１４は、新たな送信機からの要求に対応して、タイムスロット再割当の結果として開設される更なるタイムスロットを示している。
【００９２】
図１５は、新たな送信機が新たに使用可能なタイムスロットのアービトレーションに勝ち、典型的に複数の連続したタイムスロットを含む新たなストリーム１６２の送信を開始する具体例を示している。新たなストリームが既存のストリームと同じ送信機から送信される場合、再割当要求は、好ましくは、送信機が送信している既存のストリームに関して内部的に処理される。
【００９３】
３．アイソクロナスダミー伝送
旧型のＰＬＣネットワーク機器の機能は、通常、ＣＳＭＡ／ＣＡ機能だけに制限される。したがって、これらの機器は、いつでも、送信を開始する可能性がある。本発明では、例えば、旧型の機器内の非同期送信機は、まず、非同期伝送期間１６０をチェックする。送信期間１６０内のタイムスロットが使用可能である場合、送信機は、これらのタイムスロットを使用する。始めは、期間Ｔ５は、非同期アクセスから保護することが好ましい。
【００９４】
図１６は、旧型非同期ストリームによる割込からアイソクロナスストリームを保護する具体例を示している。この具体例では、旧式の機器に使用可能な非同期伝送期間１６０を残して、タイムスロット１６４ａ〜１６４ｄのために、ダミーデータを生成する。サイクルマスタは、非同期伝送期間１６０内のタイムスロット以外の未使用のタイムスロットを保護するために、期間Ｔ５内の全ての未使用のスロットにダミーデータを送信し、この結果、旧式の機器が、最初にこれらのタイムスロットを使用することがなくなる。実際のデータスロット及びダミーデータスロットの組合せは、期間Ｔ５を占有し、この結果、Ｔ５内で非同期アクセスが開始されることが防がれる。なお、図面を簡略化するために、ここでは４つの可能なスロットのみを示しているが、サイクル期間Ｔc内に数百のスロットを設けてもよい。ダミー伝送の優先度は、他の如何なるアイソクロナス伝送の優先度よりも低く、したがって、アイソクロナス送信機は、直ちにダミースロットを奪い、新たなアイソクロナスストリームを開始することができる。
【００９５】
図１７は、非同期伝送期間１６０内のスロットが使用可能でない場合に、サイクルマスタが、非同期送信機にタイムスロットを提供する処理を示している。非同期伝送期間１６０が完全に占有されている場合、サイクルマスタは、新たな非同期伝送による使用のためにダミースロットの少なくとも一部を解放する。図１６に示すダミー伝送１６４ｃ、１６４ｄは、図１７に示すように解放され、新たな非同期送信機が、タイムスロット１６６の使用を開始する。タイムスロット１６６は、新たなストリームの一部であってもよく、又は非同期伝送期間１６０において送信されているデータに関連するデータであってもよい。要求されたトラヒックの大部分が非同期アクセスから構成される場合、この手法により、効率的な運用が保証される。なお、非同期伝送に与えられるサイクル数は、制限されている。サイクルが終了した後に、他のタイムスロットが使用できない場合、アイソクロナス伝送は、同じタイムスロットを使用できる。
【００９６】
４．仮想ネットワークベースのアービトレーション
ＰＬＣネットワークの住居用の市場では、数人の居住者が１個の配電変圧器を共有することが多く、この結果、単一の物理的なＰＬＣネットワーク上で複数の仮想ネットワークが動作する必要がある（例外として、有効なブロッキングフィルタが用いられている場合がある）。単一の物理ネットワーク上の他の仮想ネットワークによって通信が傍受され、又は利用されることを防止するために、例えば、単一の住居内の機器だけが共通鍵を共有する共通鍵暗号によって、ネットワークを介する全ての通信を暗号化することが好ましい。
【００９７】
共通鍵暗号又は同様の暗号化方式を用いることにより、隣人は、鍵がなければ、伝送データを復号することができず、すなわち、各家庭が自らの仮想専用網（Virtual Private Network：以下、ＶＰＮという。）を確立することができる。この複数のオーバラップするネットワーク環境下では、トラヒック及び共有された帯域幅の使用を制御するネットワークマスタが全く存在していないために問題が生じる。ネットワークを介するアクセスは、先着順（first-come first-serve）に実行されるので、１つの住居が、全てではないにしても、大部分の電力線帯域幅を占有してしまうことがある。隣接する住居の機器が、例えば、帯域幅を公正に共有するようにネットワークの一部を取り戻すことができない場合、不公平が生じる。
【００９８】
サーバは、所定の優先度の各ストリームに、インクリメントするアクティブストリーム番号を与える。３つのストリームを送信するサーバは、副優先度（subpriority）が存在している場合、好ましくは、その順位に応じて、これらのストリーム内に番号０、１、２を埋め込む。なお、例えば、番号付け、テキスト、ストリームの要素間の関係の変更等、如何なる手法によってストリームにマーク付けを行ってもよい。一例として、以下に制限されるわけではないが、サーバは、送信されたこの第１のストリームに「０」をマークし、送信された第２のストリームに「１」をマークし、送信された第３のストリームに「２」をマークしてもよい。送信された第１のストリームは、通常、最も優先度が高いストリームである。
【００９９】
同じ優先度を有する２つのストリームが、タイムスロットの獲得で競合した場合、付された番号がより小さいストリームがタイムスロットの獲得に勝つ。好ましくは、異なる仮想ネットワーク内で、２つのストリームが異なる送信機から生成される。この副優先度の競争メカニズムは、ＰＬＣネットワーク上でスロットを獲得するためのサーバの能力を均等化する。これは、混んでいるネットワークでは、サーバが送信する第１のストリームがスロットを獲得し、第２の又は第３のストリームは、スロットを獲得する可能性が低いことを意味する。このメカニズムにより、１つのサーバが多くのストリームを送信し、電力線帯域幅を部分的に又は完全に独占することを防ぐことができる。
【０１００】
アクティブストリーム番号は、ストリームが終わる都度、更新され、これにより、サーバは、残りの伝送について、適切に競争することができる。例えば、所定の優先度内（すなわち、非同期からアイソクロナスの間の優先度の範囲内）で最も優先度が高いストリームであるストリーム「０」が終わると、他のストリームには、新たに「０」の副優先度を使用可能にするために、番号を振り直す。すなわち、第１のストリームが終わると、第２のストリーム及び第３のストリームには、それぞれ、アクティブストリーム番号「０」及び「１」のマークが付される。
【０１０１】
番号の振り直しに代えて、アクティブストリームの総数に基づいて、新たなストリームに新たな番号を与えてもよい。副優先度は「０」から始まるので、総ストリーム数より１小さい番号を新たなストリームに与える。例えば、３つのストリームがアクティブである場合、各ストリームにはそれぞれ０、１、２の番号を与える。「０」の番号を有する第１のストリームが終了すると、新たなストリームは、副優先度「２」を得る。副優先度は、タイムスロットを獲得するために用いられるので２つ以上のストリームが同じ副優先度を共有しても問題はない。
【０１０２】
なお、所定の仮想ネットワーク内で２つ以上のサーバを接続してもよい。仮想ネットワーク上に複数のサーバがある場合、所定の仮想ネットワーク内でアクティブストリーム番号を共有でき、これによりネットワーク内のサーバは、競合せず、協力する。例えば、同じ仮想ネットワーク内のサーバが、アクティブストリームテーブルを交換し、協力してストリームの順序を選び、新たなストリームに新たなアクティブストリーム番号を付すようにサーバをプログラミングしてもよい。
【０１０３】
５．冗長な伝送
上述したように、タイムスロットが使用可能な場合、送信機は、ストリームを送信するために必要であるスロットより多くの付加的なタイムスロットを使用でき、これにより、使用されなければ無駄になる帯域幅を活用する。送信機は、更なるタイムスロットを使用することにより、オーディオ／ビデオ符号化レートを高めることができ、より高品質なビデオ表示及び／又はオーディオ出力を実現することができる。更に、送信機は、例えば、６４−直交振幅変調（Quadrature Amplitude Modulation：ＱＡＭ）から、１６−直交振幅変調又は四位相偏移変調（Quadrature Phase Shift Keying：ＱＰＳＫ）に切り換える等、よりロバストな変調技術を用いることができる。なお、よりロバストな変調技術を採用することにより、電気雑音源及び無線周波雑音源に対する耐性が高くなる。上述のように、送信機は、ストリームデータの全て又は一部をコピーしてもよく（すなわち、２倍のタイムスロットが使用可能である場合のストリームの冗長な伝送）、エラー訂正を組み込んでもよく、又は更なるタイムスロットを利用して、よりロバストなエラー訂正を行ってもよい。
【０１０４】
図１８及び図１９は、ストリーム伝送のための付加的なタイムスロットの獲得を示している。図１８では、タイムスロット１５４は、第１のストリームに割り当てられており、タイムスロット１５６は、第２のストリームに割り当てられている。説明を簡潔及び明瞭にするために、本明細書におけるこの具体例及び他の具体例では、単一のタイムスロットの使用について説明しているが、実際には、最大数百ものタイムスロットを使用することができ、ストリームのデータレートに応じて、所定のストリームのために複数のタイムスロットを獲得することができる。更に、ここでは、タイムスロットについて説明しているが、例えば、周波数ベースのスロット等、他の形式のスロットを用いてもよい。
【０１０５】
図１８の具体例では、ストリームデータが全く送信されていないサイクルＴcの一部によって表現されているように、帯域幅の大半が未使用である。この状況では、各ストリームの送信機が使用可能なスロットを使用できる。本発明では、１つのストリームが使用可能なスロットの大部分を不公平に占有することを防止する。このための１つのメカニズムとして、例えば、ある期間内で、各ストリームが未使用のスロットを１つずつ獲得できるようにしてもよく、例えば、各送信機が、３００ミリ秒あたり１つのスロットを獲得することを許可してもよい。このメカニズムにより、各ストリームに対し、タイムスロットを獲得するための機会を公平に与えることができる。これらの付加的なタイムスロットを獲得するための優先度は、全てのアイソクロナス伝送ストリームの優先度より低く、これらの要求より、新たなストリームによるタイムスロットの獲得が優先される。
【０１０６】
付加的なタイムスロットを獲得するための処理の具体例を図１９に示す。タイムスロット１５４を介して送信を行っている送信機は、タイムスロット１５４’を獲得し、タイムスロット１５６に関連する送信機は、付加的なタイムスロット１５６’を獲得している。
【０１０７】
以上では、アイソクロナススロットを確保するためにダミーデータを送信する本発明の側面を、アイソクロナス領域への非同期アクセスを防ぐためのメカニズムとして説明した。なお、冗長な送信又は付加的なタイムスロットの他の用途によって、これらのスロットを確保すると共に、ストリーム伝送の利点（すなわち、品質、完全性、安全性又はこれらの組合せ）を向上させることもできる。この場合、サイクルマスタがダミー伝送を生成する必要はなくなり、これに代えて、送信機は、付加的なタイムスロットを獲得し、及び付加的なタイムスロットを使用すると共に、新たなストリームがタイムスロットを獲得しようとする場合、これらの付加的なスロットを放棄するように、ストリーム伝送モードを変更する。
【０１０８】
送信機が送信すべき新たなストリームを有し、ネットワークを監視し、使用可能なタイムスロットの位置を発見したとする。十分なタイムスロットが使用可能ではないことが判った場合、送信機は、ネットワーク上の全ての機器に対する非同期コマンドを生成し、各機器が、例えば、冗長な送信又は品質、完全性又は安全性を向上させる用途で用いている付加的なタイムスロットの使用を停止又は少なくとも削減するよう要求する。他の送信機は、この要求を受け取ると、それらの付加的なスロットの全て又は一部を解放することができる。この要求は、全ての機器にブロードキャストしてもよい。新たな送信機は、どの機器が既存の送信機であるかを知る必要はない。
【０１０９】
一例として、他の送信機に対し、全ての付加的なタイムスロットの使用を中止し、少なくとも新たなストリームが必要なタイムスロットを獲得するまで、元のスロットのみを使用することを要求してもよい。例えば、より高いレートでオーディオ／ビデオストリームを符号化するために付加的なスロットが使用されている場合、送信機は、冗長なスロットを解放する前にエンコーダの設定を元の符号化レートに戻す。同様に、変調技術又はセキュリティを向上させるために用いられていた技術は、元のモードに戻され、付加的なスロットが解放される。なお、冗長な送信は、マスタデバイスによる介入の必要がない非集中型の手法で、各送信機の制御の下で実行される。なお、この冗長な送信は、非集中型ネットワークに制限されず、集中型ネットワークシステムにも適用できることは明らかである。
【０１１０】
６．混んだネットワーク状態に対応するスロット削減
また、混んだネットワークでは、送信機が既に使用中の、例えば、冗長な送信のための全ての付加的なスロットを解放しても、如何なるアイソクロナスタイムスロットも使用できないことがある。この場合、本発明では、新たなストリームを送信するために、基本的な伝送レートを低減する。
【０１１１】
図２０及び図２１は、ＰＬＣネットワーク伝送１５０の間に、他の新たなストリームを送信するためのストリーム帯域幅の削減の具体例を示す。図２０は、それぞれが実質的に等しい数のタイムスロットを獲得している送信中の４つのストリーム１８１、８２、１８４、１８６を示している。また、この具体例のＴcは、少なくとも１０〜１００のタイムスロットに分割され、所定のストリーム伝送のために使用するタイムスロットの数を変更するための能力を示す十分細かい分解能を提供すると仮定する。
【０１１２】
十分なタイムスロットが使用できない場合、新たなストリームの送信機は、全ての機器に非同期コマンドを送信し、各機器が使用しているタイムスロットの数を削減することを求める。このコマンドは、好ましくは、要求の程度及び／又は優先度を示す１つ以上のパラメータを含む。例えば、この要求は、タイムスロット削減目標比率として、例えば、８０％の値を示すパラメータを含んでいてもよい。このコマンドを受け取ると、各送信機は、獲得しているタイムスロットの一部を解放することによって、例えば、元のレートの最小８０％にオーディオ／ビデオ符号化レートを低減する。
【０１１３】
また、本発明では、目標比率まで又は目標比率に向けて使用するタイムスロットを削減する際に、より低い優先度のストリームに対応する送信機又は帯域幅を削減しやすい送信機が最初にタイムスロットを放棄するように、送信機に幾らかの柔軟性を提供してもよい。このため、新たなストリームのためにタイムスロットを獲得する処理は、使用可能な帯域幅が最も効率的に使用されるようになるまで繰り返される繰返し処理を含んでいてもよい。この処理の一手法として、タイムスロットを獲得しようとする送信機は、まず、タイムスロットを「効率的に使用できるように」要求する形式で要求を開始し、そして、この要求が満たされない場合、自らの要求を満たすために、他の送信機（特により優先度が低い送信機）に対し、タイムスロットの使用を削減することを要求する。
【０１１４】
図２１は、ストリーム１８０、１８２、１８２、１８６を送信する送信機が、各ストリームによって使用されていたタイムスロットの数を減少させた後の状況を示している。新たなストリームは、解放されたタイムスロットの一部又は全てを獲得する。本発明では、好ましくは、フラグメントを低減するために、ストリーム内でタイムスロットを再グループ化する１つ以上のメカニズムを提供するが、解放されたタイムスロットは、必ずしも連続したタイムスロットである必要はない。例えば、サイクルの始めからではなく、既存のタイムスロットの終わりから時間を測定することにより、ストリーム間のタイムスロットをより少ないフラグメントでグループ化することができる。
【０１１５】
新たなストリームは、新たに解放されたタイムスロットを獲得し、（可能な限り）他のチャンネルの要求に適合する圧縮率、例えば、８０％の圧縮率で、自らの送信を符号化する。新たなストリームのために十分なタイムスロットを獲得できない場合、送信機は、第２の目標比率、例えば、６０％の目標比率を含む更なるコマンドを送信することができる。
【０１１６】
上述のように、ある状況では、全てのストリーム送信機がタイムスロットを放棄するための要求又はコマンドに従う必要はない。時間的制約が厳しく、広い帯域幅を必要としない通信の一例として、ボイスオーバインターネットプロトコル（voice over Internet-protocol：ＶｏＩＰ）の通信があり、この場合、このストリームの送信機は、上述の要求又はコマンドを無視できる。削減比率は、例えば、ストリーム優先度等、多くの要素に応じて、決定でき及び／又は変更できる。例えば、優先度が高いストリームでは、削減比率を小さくしてもよい。
【０１１７】
既存のストリームが関連するタイムスロットを終了させ、解放した場合、他のストリームは、これらのスロットを獲得し、符号化レートは、１００％（元の値）に戻る。更なるタイムスロットが使用可能になれば、各ストリームは、品質、完全性及び／又は安全性を向上させるために、例えば、上述のように、冗長な伝送を実行するために付加的なスロットを獲得することができる。なお、このスロット削減は、各送信機の制御の下で実行され、マスタデバイスが全く存在していないので集中的には制御されない。
【０１１８】
７．実施形態の変形例
１又は複数の例示的な具体例を用いて本発明の実施形態について説明したが、本発明の開示から逸脱することなく、発明の側面を様々に変更できることは明らかである。また、本発明は、包括的に無線ネットワーク及び他のネットワークにも適用でき、本発明の適用可能性は、電力線通信に制限されるものではないことは明らかである。
【０１１９】
上述の説明は、多くの詳細事項を含んでいるが、これらは、本発明を限定するものとは解釈されず、本発明の好適な形態の幾つかを例示的に示すのみである解釈される。したがって、本発明の範囲は、当業者にとって明らかな他の実施の形態を包含することは明らかである、したがって、本発明の範囲は、添付の請求の範囲によってのみ制限される。なお、請求の範囲における要素の単数形は、特に明示している場合を除き、「１つ且つ１つのみ」ではなく、「１つ又は複数」を意味するものとする。上述の好適な形態における要素に関する、当業者に周知な構造的、化学的、機能的等価物は、参照によって本願に援用され、本発明の範囲に包含されるものとする。更に、装置又は方法は、本発明によって解決すべき問題のそれぞれ又は全てに必ずしも対応するものではないが、本発明の請求の範囲に包含されるものである。更に、ここで説明した要素、コンポーネント、処理ステップは、これらが請求の範囲に明示的に示されているか否かに関わらず、公知となることを意図するものではない。請求の範囲内の各要素は、「手段（means for）」という表現を用いている場合を除き、米国特許法第１１２条第６項の規定に基づいて定義されるものではない。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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