(57)【要約】  独立したノード401iをもつ，分散型の（本来ならば連携のない）ネットワーク400の同期をとるために，システム400，装置300，及び方法100が供されている。斯様な同期は，多数の種々異なる態様で使われることができる。コグニティブ無線では，斯様な同期が沈黙期間の同期をとるために使われることができる。沈黙期間とは，義務のある利用者が信頼性よく検知されるよう，全ての（本来ならば連携のない）コグニティブ無線が沈黙となる時間である。本発明の技術は，迅速に収束し，適宜，拡張する。
2009527975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全ての装置に対してi≠jであり，ビーコン期間開始時刻BPSTjをもつビーコン期間にビーコンを送信し，ビーコン期間開始時刻BPSTiをもつビーコン期間にビーコンを受信するよう構成された複数の連携のない無線装置jと，
全ての装置に対してj≠iであり，装置jのBPSTjをBPSTj=BPSTiとなるよう整合させるビーコン整合装置とを有する，無線ネットワーク用の同期システムであって，前記装置jが前記複数の連携のない無線装置のうちの別の一つの装置iからビーコンを受信し，且つBPSTj≠BPSTiである場合はいつでも，装置jの各々によって前記ビーコン整合装置が使用される同期システム。
【請求項２】
前記ビーコン期間がスーパーフレームの始まりに生じる，請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数の装置の各々が自身のビーコン整合装置を含むよう，更に構成されている，請求項1に記載のシステム。
【請求項４】
アルゴリズムが事前に規定された回数だけ実施されたとの条件，及びBPSTj∈（BPSTiの前半）であるとの条件から成るグループから，条件の一つが選択され，次に，BPSTjをランダム数とBPSTiとに個別にセットするまで，事前に決められた調節方法を実施するための同期モジュールを前記ビーコン整合装置が含むよう構成されている，請求項3に記載のシステム。
【請求項５】
前記ビーコン期間がスーパーフレームの始まりに生じる，請求項4に記載のシステム。
【請求項６】
アルゴリズムが事前に規定された回数だけ実施されたとの条件，及びBPSTj∈（BPSTiの前半）であるとの条件から成るグループから，条件の一つが選択され，次に，BPSTjをランダム数とBPSTiとに個別にセットするまで，事前に決められた調節方法を実施するための同期モジュールを前記ビーコン整合装置が含むよう構成されている，請求項1に記載のシステム。
【請求項７】
前記ビーコン期間がスーパーフレームの始まりに生じる，請求項6に記載のシステム。
【請求項８】
ビーコン期間開始時刻BPSTjをもつビーコン期間に，自身のビーコンを送信し，別の無線装置iのビーコンを，ビーコン期間開始時刻BPSTiをもつビーコン期間に受信するためのアンテナと，
前記受信したビーコンと，前記受信したビーコンに対する同期カウンタとを記憶するための同期メモリと，
前記受信したビーコンを認知するために前記アンテナと接続され，前記認知した受信ビーコンを記憶するための前記同期メモリと接続され，同期カウンタを用いて，前記自身のビーコンに対して事前に決められた調節方法を実施する同期モジュールとを有するビーコン整合装置。
【請求項９】
前記ビーコン期間がスーパーフレームの始まりに生じる，請求項8に記載の装置。
【請求項１０】
事前に決められた調節方法を実施するために，前記同期カウンタが事前に決められた回数にセットされ，
前記事前に決められた調節方法が，反復が事前に規定された回数だけ実施されたとの条件，及びBPSTj∈（BPSTiの前半）であるとの条件から成るグループから，条件の一つが選択され，次に，BPSTjをランダム数とBPSTiとに個別にセットするまでの反復を有する，請求項8に記載の装置。
【請求項１１】
前記ビーコン期間がスーパーフレームの始まりに生じる，請求項10に記載の装置。
【請求項１２】
ビーコン期間開始時刻BPSTiをもつビーコン期間に，連携のない無線装置iからのビーコンを，j≠iであるビーコン期間開始時刻BPSTjをもつビーコン期間に自身のビーコンを送信する，別の一つの連携のない無線装置jによって受信するステップと，
連携のない装置iに対して事前に決められた回数，装置jにより調節手順が実施された場合，装置jに対する前記ビーコン期間開始時刻BPSTjをランダム数にセットし，さもなければ，BPSTj∈（BPSTiの前半）である場合，BPSTjをBPSTiにセットするステップと，
前記ビーコン期間開始時刻BPSTjをもっているビーコン期間に，装置ｊによって自身のビーコンを送信するステップとを有する，複数の連携のない無線装置の同期を取る方法。
【請求項１３】
前記ビーコン期間がスーパーフレームの始まりに生じる，請求項12に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，分散型の，本来ならば連携のない（ばらばらに存在している，自律分散型の）ネットワークのビーコン期間の同期をとるシステム，装置，及び方法に関する。特に，本発明は，コグニティブ無線のネットワーク間で，より良い共存を可能にする同期に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期に対する幾つかのアプローチが存在している。しかしながら，連携のないネットワーク/装置/ノード/局の，大きな無線ネットワークへの拡張性（スケーラビリティ）は，決して今まで示されていなかった。
【０００３】
装置/ノード/局の間での共存のために無線媒体を共有する（「二次共有」）ような使用のため，又は，ネットワーク外からの送信者がより強固に迅速に検知できるよう全ての装置が同時に沈黙できる沈黙期間（quiet period）の協調化（「一次共有」）のために，本来ならば連携のないネットワーク/装置/ノード/局が，迅速に協調化されることができる，収束性及び拡張性のある解決策が必要とされている。
【０００４】
本発明のシステム，装置，及び方法は，本来ならば連携のない無線のネットワーク/装置/ノード/局の同期をとることが保証された，効率の良いアルゴリズムを提供する。これ以降，議論のためにのみ，装置/ノード/局はノードとしてのみ呼ばれるが，これによる如何なる制限をも意味しない。
【０００５】
好ましい実施例においては，本来ならば連携のないネットワークの各ノードｊは，本発明により，同一の同期アルゴリズムを遂行するよう変更される。各ノードjは，ビーコン内に自身のビーコン期間開始時刻（BPSTj）の信号を埋め込んだビーコンを発する。ノードjがノードiによって送られたビーコンを受信し，首尾よくデコードした場合，ノードiはノードjの近傍内にあり，当該ノードiはノードjの近隣ノードであると考えられる。斯様な近隣ノードiを検知すると，ノードjの各々は検知された近隣ノードiに関して，好ましい実施例で行われている同期アルゴリズムの反復を少なくとも１回実施する。ノードjは，ノードiのビーコン期間開始時刻(BPSTi)と，所与の近隣ノードiの検知の度にノードjによって行われたアルゴリズムの反復回数のカウンタとを含む，検知された近隣ノードiに対する統計データを局部的に維持する。本発明は，自身のビーコン開始時刻が，検知されたノードiのビーコン期間の前半にあると決定するときはいつでも，自身のBPSTjがBPSTiと同一になるよう調節するか，又はノードiに特有のカウンタを一つ進めて再度調節を試みるかのいずれかの技術を，各ノードjに対して提供する。ノードjは，この決定と，事前に決められた（カウンタによって経過を追った）最大回数の増分とを行い，自身のBPSTjがノードiのBPSTiへ合わせることなく最大回数に達したときは，ノードｊは，自身のBPSTjをランダム数に設定し，検知されたノードiに対して局部的に維持されていた統計データを全て削除する。ノードjがノードjの近傍内にノードiを再度検知したならば，本発明の検知及びこれに続く反復プロセスがその後に生じる。
【０００６】
所与の近傍内のノードjの各々は，同一のアルゴリズムを遂行し，自身のビーコン期間開始時刻の相対位置に応じて自身のBPSTjを，所与の近傍内の各々のノードjによって検知された他のノードiのBPSTiに合わせる。
【０００７】
特定の近傍内の連携のないノードの数に関係なく，連携のないノードのビーコン期間開始時刻は，共通の開始時刻へと迅速に収束する。即ち，本アルゴリズムは，適宣，拡張する。
【０００８】
例示の目的のためのみで示された添付の図面を参照した以下の詳細説明を考慮すると，本発明は当業者によって容易に理解されることができる。冗長な記述を排除するために，図面において同一の参照記号は同一の構成要素を表している。
【０００９】
本来ならば連携のない無線ノードの同期をとるために，本発明のシステム，装置，及び方法は，例えば事前に決められた間隔をもつ固定長のスーパーフレーム内へと，チャネル時間を体系化することに基づいた分散型の方式を採用している。各々の斯様なスーパーフレームの始めに，全ての協調化されたノードがビーコンを交換するビーコン期間が割り当てられている。当該ビーコンは，基本的な「ノードの存在の告知」メカニズム，即ちノードの「心臓の鼓動」を供する。連携のないノードが媒体を感知し，本来ならば使われていないチャネル容量を利用して，自身のビーコンを送る。他の連携のないノードのビーコンが検知されたとき，全てのこれらの本来連携のないノードは，これらのノードのビーコン期間開始時刻を，初期ビーコン期間をもつ，合意された固定長のスーパーフレーム内に協調させるために，本発明の方法を実施する。即ち，連携のない局の各々は，自身のスーパーフレームの開始時刻を（ビーコン期間は各スーパーフレームの始まりに有るので，ビーコン期間開始時刻と同じに）独力で合わせるために，本発明の技術を使用する。当業者が知っているので，ここでは議論されていないが，装置が自身のビーコンを送信する固有の時刻をビーコン期間内に割り当てるための技術は良く知られている。スーパーフレームは，ノード間の全体的な協調化手段の一例であり，スーパーフレームへの言及がない添付の請求項で説明されている本発明を，いかなる意味においても限定するものであるとは意味していない。
【００１０】
ここで，図1を参照して，本発明による方法の一例が例示されている。ノードjと，ノードjの事前に決められた近傍内，即ち，ノードjの無線範囲内にあり，jのビーコンをデコードすることが出来る，ステップ101で検知される少なくとも一つのノードiとを仮定すると，ステップ102で，ノードjは当該ノードiに対するカウンタが局部的に存在するかどうかを決定するためにチェックする。斯様なカウンタが存在しない場合，ステップ103で，ノードjはノードiに対するカウンタをゼロに初期化する。ステップ104で，ノードjはノードjに対するカウンタが最大値MAXに達したかを決定する，即ち，ノードjはノードiに対し，自身のBPSTjを合わせるようMAX回試みたかを決定する。即ち，ノードiに関して，本発明の調節アルゴリズムが，ノードjによって事前に決められたMAX回実施される。ノードiに関する反復は一度にまとめて（単なる例として，本発明の現在の例では）実施され，本発明による反復がノードjによって実施されているときはいつでもノードiの更なる検知はできなくなり，本発明の方法の現在の例が終了したときに再度検知は可能となることに留意する（図1は，本発明をどのように実行するかの例に過ぎないので，インスタンス化は図1には示されていない）。この調節が成功することなくMAX回試みられたならば，次にステップ105で，ノードjは自身のBPSTjをランダムな開始時刻にリセットし，ノードiに対して局部的に維持していたどのようなデータも削除する（単なる例として，ノードiの検知を可能にして，次に本発明の動作例を終了する）。
【００１１】
単に例示的態様にて，図2は，付随しているビーコン期間20i.2と共にビーコン期間開始時刻BPSTi 20i.1を各々がもっているスーパーフレーム20iのシーケンス200を例示している。この例では，各々のビーコン期間20i.2は，ノードが自身のビーコンを送信する多数のビーコンスロット20i.2.kをもっており，例えば各スロットが一つのノードに対応し，従って本来ならば連携のないノードのネットワークの協調化を実現する。送信をこのように協調化するために，ビーコン期間は各ノードによって同時に始まらねばならない，即ち，次のスーパーフレームの為に，各ノードは同一のビーコン期間開始時刻をもたねばならない。本発明は，迅速に収束し，適宜拡張する同期方法を提供している。スーパーフレームは，協調化メカニズムの一例に過ぎず，何らかの限定をするために示されているのではないことを繰り返す。ビーコン期間の開始の同期をとるための技術のみが，本発明として開示されている。
【００１２】
図3は，検知された（複数の）ノードiのデータを，ノードjによって局部的に記憶するための同期メモリ302と，本発明の方法100を実施するための同期モジュール303とを有するビーコン整合装置300を例示している。当該ビーコン整合装置300は，他の装置のビーコン301，即ち，ノードjの近隣内の，検知されたノードiのビーコンの受信のためのアンテナ305と接続されている。同期モジュール303は，BPSTjの調節が可能であるよう，本発明の方法100を実施する。ビーコン整合装置300は，（できれば調節された）自身のBPSTjにて自身のビーコンj 304を送信するために，アンテナ305と接続されている。
【００１３】
ここで図4を参照すると，連携のないノード401iのネットワーク400を有するシステムが例示されており，お互いの無線範囲内に有ることにより，及びお互いからのビーコンを受信することによりノード401iが本発明の方法100を各々実行することができ，これにより各ノードのビーコン期間開始時刻に関して協調化されるよう，ビーコン整合装置300iをもつ本発明によって各ノードが変更されている。
【００１４】
更に，ここで図5を参照すると，連携のないネットワーク501iから成るネットワーク500のグループが例示されており，お互いの無線範囲内に有ることにより，ネットワーク501iが本発明の方法100を各々実行することができ，これにより各ネットワークのビーコン期間開始時刻に関して協調化されるよう，ビーコン整合装置300iをもつ本発明によって各ネットワークが変更されている。ネットワークが，（IEEE 802.15，IEEE 802.16，又はIEEE 802.22などの）時分割多重アクセス（TDMA）のアクセスメカニズムを使っている場合，このシナリオは特に適用可能である。
【００１５】
図6は，この同期アルゴリズムの広範囲におよぶシミュレーションの結果を例示しており，収束性と拡張性とに対する強い先天的な安定性を示している。図示のように，先天的に本発明の同期技術は大変安定しており，これは全てのノードが大変短い時間で一つのスーパーフレームのタイミングに収束することを意味している。更に，図6に例示された結果は，この同期技術が，ノードの数の増加と共に適宜拡張していることを実証している。
【００１６】
本発明はコグニティブ無線のネットワークの沈黙期間の同期を取ることに使われることができる。沈黙期間は，ネットワーク外からの送信者，例えば義務のある利用者，又は主利用者が信頼性良く検知されることができるよう，全ての（本来ならば連携のない）コグニティブ無線が沈黙する時間である。これは「1次共有」と呼ばれる。加えて，この同期メカニズムは二次的なネットワーク間の共存のためにも使われることができる。共通の媒体を共有するために，一旦，本来ならば連携のない隣接するネットワークとの同期がとれると，両者は情報（例えば，時間及び周波数の利用を含んでいる共存ビーコン）を交換することができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施例が例示され説明された一方，ここで説明された，本来ならば連携のないネットワークの同期をとるためのシステム，装置及び方法が例示的であり，本発明の本来の範囲から逸脱することなく，様々な変化及び変更が成されることができ，本発明の構成要素に対して等価なものが代用され得ることが当業者によって理解されよう。加えて，中心となる範囲から逸脱することなく，本発明の教示を特定の状況に適応するよう多数の変更が成されることが可能である。これゆえ本発明は，本発明を実施するために予定された最良のモードとして開示された特定の実施例に限定されることを意図しているのではなく，本発明は，添付の請求項の範囲に含まれる全ての実施例を含んでいるものとして意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本来ならば連携のない分散型のネットワークの同期を取る為の，本発明による方法を例示する。
【図２】連携のないノードのネットワークの同期を取る為の例示としてのみ使われた，本発明によるフレームワーク（タイミングチャート）を例示する。
【図３】連携のないノードのネットワークの同期を取る為の，本発明による装置を例示する。
【図４】連携のないノードのビーコン期間開始時刻の同期を取る為の，本発明に従ったシステムを例示する。
【図５】本発明の技術の収束性と拡張性とを例示する。
【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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【国際調査報告】
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