(57)【要約】【課題】方法は、装置、および装置の伝送範囲内に複数のコーディネータを備えた無線通信ネットワーク内のチャネルを通して伝送を同期させる。【解決手段】スーパーフレームは、ビーコン期間、アクセス競合期間、および無競合期間を含むものと規定される。ビーコン期間は複数のスロットを含む。各コーディネータ内で、他のコーディネータによって選択されたビーコンスロットと衝突しない特定のビーコンスロットが選択される。次いで、ビーコンが、選択されたスロットに関連する時間中にコーディネータによって装置に送信される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置と前記装置の伝送範囲内の複数のコーディネータを備えた無線通信ネットワーク内の共通チャネルを通して伝送を同期させる方法であって、
複数のスロットを有するビーコン期間、アクセス競合期間、及び無競合期間を含むスーパーフレームであって、前記スーパーフレームを規定することと、
各コーディネータにおいて、他のコーディネータによって選択されたビーコンスロットと衝突しない特定のビーコンスロットを選択することと、
前記選択されたスロットに関連する時間中に、共通チャネルを通して前記複数のコーディネータのビーコンを前記装置に送信することと
を含む、装置と前記装置の伝送範囲内の複数のコーディネータを備えた無線通信ネットワーク内の共通チャネルを通して伝送を同期させる方法。
【請求項２】
前記スロットは、ランダムに選択される
請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１のコーディネータは、第１のスロットを選択し、前記ビーコンは、前記第１のスロットに関連するパラメータを含み、次のコーディネータはそれぞれ、前に選択されたスロット内のビーコンのパラメータに従って次のスロットを選択する
請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記パラメータは、前記ビーコン期間の長さ、前記ビーコンの長さ、及び前記スーパーフレームの開始に対する前記ビーコンの開始時間を含む
請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記次のスロットは、ランダムに選択される
請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記ビーコン期間は、等サイズの持続時間を有するスロットに分割される
請求項１記載の方法。
【請求項７】
特定のコーディネータは、複数の連続したスロットを選択し、前記特定のコーディネータは、前記複数の連続したスロットに関連する時間中に、前記チャネルを通して前記ビーコンを送信する
請求項１記載の方法。
【請求項８】
特定のコーディネータにおいて、特定のスロットに関連する時間中に前記チャネルを感知することと、
前記チャネルがアイドルである場合、前記スロットを選択することとをさらに含む
請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記チャネルは、複数の連続したスーパーフレーム中に感知される
請求項６記載の方法。
【請求項１０】
特定のコーディネータにおいてビーコンの衝突を検出することと、
前記ビーコンの衝突をブロードキャストすることと、
前記ビーコンの衝突に従って選択することとをさらに含む
請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記装置におけるビーコンの衝突を検出することと、
前記ビーコンの衝突をブロードキャストすることと、
前記ビーコンの衝突に従って選択することとをさらに含む
請求項１記載の方法。
【請求項１２】
衝突するビーコンを感知することと、
前記衝突するビーコンのスロットと衝突しない別のビーコンスロットを選択することとをさらに含む
請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のコーディネータは、ビーコンスロットを選択する
請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のコーディネータは、隣接する無線ネットワーク内に存在する
請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には通信システムに関し、より詳細には、無線ネットワークでのビーコンを使用した媒体アクセス制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）では、一般的なトポロジは、インフラモードで動作する「スター型」ネットワーク、およびアドホックモードで動作する「クラスタ型」ネットワークである。スター型ネットワークでは、装置はすべて、コーディネータと呼ばれる中央装置を介して互いに間接的に通信する。コーディネータは、送信側装置からデータを受信し、受信側装置にデータを転送する。クラスタ型ネットワークでは、装置は互いに直接通信する。
【０００３】
このようなネットワークでは、ネットワークを開始する一番最初の装置はＰＡＮコーディネータと呼ばれる。ネットワークが進化するにつれて、他のコーディネータがネットワークに加入し得る。この場合、加入するコーディネータは「子」コーディネータと呼ばれ、既存の「親」コーディネータに加入する。
【０００４】
このようなネットワークの動作は、ＩＥＥＥ８０２．１５．３規格およびＩＥＥＥ８０．１５．４規格に準拠することができる。IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements "Part 15.3: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for High Rate Wireless Personal Area Networks (WPAN)" 2003、およびIEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements-"Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for High Rate Wireless Personal Area Networks (WPAN)" 2003を参照のこと。
【０００５】
すべての装置によって伝送される信号は同じ周波数チャネルを共有するため、チャネルアクセス方法を実施して、ネットワーク帯域を効率的に利用することが必要である。このチャネルアクセス方法は、端末がいつどのようにしてチャネルにアクセスすることができるかを決定するチャネルアクセススケジュールを利用して行うことができる。アクセススケジュールは、ビーコンを使用して定期的にブロードキャストすることができる。図１を参照のこと。
【０００６】
ビーコン１１０は、ネットワークパラメータ、すなわち伝送速度、論理チャネル、ネットワーク識別子、およびチャネルアクセススケジュールを指定する。連続したビーコン信号の間の期間はスーパーフレーム１００と呼ばれる。ビーコンの後には、アクセス競合期間（ＣＡＰ）１２０および無競合期間（ＣＦＰ）１３０が続く。ビーコンは、競合期間の開始、無競合期間の開始、および無競合期間のアクセススケジュールを規定する。ビーコンは、ＩＥＥＥ規格に規定されている他のパラメータを含むことも可能である。
【０００７】
競合期間中、装置は互いに競い合って物理チャネルへのアクセスを得る。通常、ＡｌｏｈａまたはＣＳＭＡ等のランダムアクセス法が使用される。アクセスを得た後、装置は、無競合期間中にアクセススケジュールに厳密に従ってチャネルで送信し、無干渉パケット伝送を保証する。
【０００８】
ＷＰＡＮでは、同じ個人動作空間（ＰＯＳ）内に複数のコーディネータが存在し得る。本明細書に参照により援用されるＩＥＥＥ  ８０２．１５．４−２００３  ｓｔａｎｄａｒｄを参照のこと。ビーコン対応ＷＰＡＮの場合、異なる複数のコーディネータによって送信されたビーコンは、直接的または間接的に互いに衝突し得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
装置がＷＰＡＮ内で動作するには、ビーコン１１０を正しく受信することが必要不可欠である。
【００１０】
図２に、ビーコン直接衝突の例を示す。この例では、複数のコーディネータ２０１〜２０２が同じ物理チャネル、すなわち同じ無線周波帯域を使用して、ビーコン１１０を装置２１０に送信する。これらコーディネータは、互いの伝送範囲２０３内にある。これらコーディネータが２つのビーコンの伝送期間が重複する（２０５）ようにビーコン１１０を同時に送信する場合、複数のビーコンが装置２１０において衝突する。これは、ＣＳＭＡ／ＣＡはＩＥＥＥ８０２．１５．４規格下のビーコン伝送には適用されないためである。直接衝突は、子コーディネータが、ＷＰＡＮ内にすでに存在する親コーディネータに関連付けられることによってＷＰＡＮに加入することに起因する。直接衝突は、２つのコーディネータが互いの伝送範囲内に存在する場合に、他の条件によっても発生し得る。
【００１１】
図３に間接干渉の例を示す。２つのコーディネータ３０１および３０２が同じ物理チャネルを選択する。しかし、２つのコーディネータは、互いの伝送範囲外にある。しかし、装置３００が両方のコーディネータの範囲内にある。両方のコーディネータがビーコン１１０を同時に送信した場合、ビーコンは装置３００において互いに衝突する。これは、コーディネータ３０２が加入するときに、コーディネータ３０１がＷＰＡＮの一員であることによる。コーディネータ３０２は、コーディネータ３０１の範囲外にあるため、コーディネータ３０１と同じチャネルを選択し得る。間接ビーコン衝突が発生するには、装置３００は重複エリア３１０内になければならない。これにより、装置３００は親コーディネータ３０１との同期を失うことになり、規格に規定される「孤児」になる。さらに悪いことには、装置は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３規格に指定される「孤児スキャン」を通して親コーディネータに再び加入することができない。
【００１２】
図４に示すように、コーディネータ４００では、ビーコン直接衝突が、直接衝突エリア４０１内のコーディネータの伝送範囲内の装置に発生し、ビーコン間接衝突が、範囲４０１の外側であるが、間接衝突エリア４０２内の二重伝送範囲内で発生する。
【００１３】
ネットワーク層におけるこの干渉問題に対する一解決策が、Lee等著「IEEE P802-802.15-04-0101-00-0004b」March 2004に述べられている。この解決策には、ビーコンの送信を許可するに先立って３つの明示的な衝突検出要件がある。
【００１４】
別の解決策では、アドホックビーコンが使用される。Marsden等著「IEEE P802.15-15-04-0093-00-004b」March 2004を参照のこと。集中制御法では、中継装置を使用して２つのピコネットコントローラ（ＰＮＣ）を接続し、ビーコン衝突に対処する。別の解決策が、２００３年５月８日出願の米国特許出願第１０／４３４，９４８号に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、装置、および装置の伝送範囲内に複数のコーディネータを備えた無線通信ネットワークにおいてチャネルを通して伝送を同期させる方法を提供する。
【００１６】
本発明は、各スーパーフレーム内のビーコン信号を使用して、チャネルアクセススケジュールをブロードキャストすることによってこの目的を達成する。
【００１７】
スーパーフレームは、ビーコン期間、アクセス競合期間、および無競合期間を含むものと規定される。ビーコン期間は複数のスロットを含む。
【００１８】
各コーディネータにおいて、他のコーディネータによって選択されたビーコンスロットと衝突しない、ビーコン期間内の特定のビーコンスロットが選択される。次いで、ビーコンは、選択されたスロットに関連する時間に、コーディネータによって装置に送信される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
直接衝突
図５に、本発明によるスーパーフレーム５００を示す。スーパーフレームは、ビーコン期間５１０、アクセス競合期間５２０、および無競合期間５３０を含む。ビーコン期間の時間長は、ネットワークを形成する一番最初の装置であるパーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）コーディネータによって設定される。
【００２０】
たとえば、ＰＡＮコーディネータは、ＰＡＮビーコン５０１を、ビーコン期間５１０の冒頭で送信する。後にＷＰＡＮに加入する、ＰＡＮコーディネータの伝送範囲内の他のコーディネータはすべて、無競合ビーコン５０２を、ビーコン期間５１０内の他の時間に送信する。ＰＡＮコーディネータの伝送範囲外にあるコーディネータは、各自のビーコンを、ＰＡＮコーディネータと同じ時間に、衝突することなく送信することができる。
【００２１】
ＰＡＮコーディネータ以外のコーディネータが、各自のビーコン５０２を送信する時間を選択することができる複数の異なる方法がある。
【００２２】
第１の方法では、時間をランダムに選択して、衝突の可能性を低下させる。
【００２３】
第２の方法では、各コーディネータが、ビーコン期間５１０の長さ、ビーコン５０２の長さ、コーディネータがネットワークに加入したときの、ビーコンそれ自体におけるスーパーフレームの開始に対するビーコンの開始時間を含む。そして、追加コーディネータがそれぞれネットワークに加入する都度、追加コーディネータは、それまでに設定されているビーコンと衝突しないビーコンを選択することができる。この選択は、ビーコン期間５１０内のビーコンのない残りの時間からランダムに行うこともできる。
【００２４】
第３の方法では、ビーコン期間を等サイズのタイムスロットに分割し、各コーディネータが、各自のビーコン送信時間としてフリーのスロットをランダムに選択する。ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３規格では、様々なサイズのビーコンが可能であることに留意されたい。したがって、スロットは、可能な限り最長のビーコン時間と少なくとも同じ長さである必要がある。または、１つのビーコンがいくつかの連続したビーコンスロットを占有する場合もある。
【００２５】
第４の方法では、コーディネータは、いくつかの連続したスーパーフレームの、選択されたビーコンスロット期間中にチャネルを感知し、次いで、チャネルがこの時間中、アイドルのままである場合にはそのビーコンスロットを選択する。
【００２６】
第５の方法では、親コーディネータがビーコンの衝突を検出し、ビーコンの衝突を他のコーディネータにブロードキャストする。子コーディネータは、この通知に応答して、各自のビーコン伝送時間を選択することができる。
【００２７】
ビーコン期間に関連するパラメータは、ＭＬＭＥ−ＳＴＡＲＴパラメータリストにおいて指定することができる。本明細書に参照により援用されるＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３規格のテーブル５８を参照のこと。
【００２８】
間接衝突
間接衝突問題の解決は、コーディネータが間接衝突エリア４０２内の他のコーディネータからビーコンを直接受信することができないためより難しい。
【００２９】
間接衝突問題を、受け身的に、すなわち衝突が発生した後に、および積極的に衝突を事前に回避することにより解決することができる２つの方法がある。
【００３０】
受け身的な間接衝突
この方法では、間接衝突を感知した装置が、衝突に関連するコーディネータに対して衝突について通知する。この通知にはおそらく、衝突ビーコンパラメータが含まれる。関連するコーディネータは、この通知に応答して、ビーコンを衝突しないものに変更することができる。
【００３１】
積極的な間接衝突
コーディネータが、直接衝突エリアおよび間接衝突エリア４０２内の他のコーディネータをすべて知っている場合、ビーコンの衝突を回避することができる。しかし、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３規格に指定されているように、コーディネータは、直接隣接するコーディネータ、すなわち直接衝突エリア４０１内の他のコーディネータしか知らない。
【００３２】
一方法では、重複エリア３１０内の装置３００は、チャネルスキャンにより、親コーディネータおよび少なくとも１つの他のコーディネータの範囲内にあることを感知する。この装置は、衝突を感知したことに応答して、衝突情報をブロードキャストすることにより、ビーコンを衝突しないものに調整できるように、衝突を発生させているコーディネータに通知する。これは、装置およびコーディネータの両方に、コーディネータのビーコン要求コマンドを感知させ、親コーディネータのビーコン情報を返信させることによって行うことができる。別の方法では、ビーコン期間５１０内の各ビーコンは、その期間内の他のいくつか、またはすべてのビーコンのタイミングパラメータを含む。
【００３３】
間接ビーコン衝突を積極的に解決するには、コーディネータは、衝突が発生する前に、直接エリアおよび間接エリア内の他のすべてのコーディネータについてのビーコン情報を事前に集める必要がある。これは、コーディネータおよびすべての装置にいずれのビーコン要求コマンドも感知させ、このビーコン要求コマンドに応えさせることによって実現することができる。これに応答して、ビーコンタイミング情報をビーコン情報メッセージでブロードキャストして、衝突しないビーコンスロットを選択するにあたって他のコーディネータを支援することができる。たとえば、ビーコン要求コマンドを感知したコーディネータは、それ自体のビーコン情報、続けてビーコン時間通知コマンドを返信する。
【００３４】
同様の方法は、異なるＷＰＡＮからのコーディネータ間のビーコンの直接衝突および間接衝突の対処にも使用することができる。２つのＷＰＡＮが互いに同期している場合、同じ解決策を適用してビーコンの衝突に対処することができる。２つのＷＰＡＮが互いに同期していないが、同じスーパーフレームサイズを有する場合、２つのＷＰＡＮの重複エリア内の装置またはコーディネータは、両方のＷＰＡＮからのビーコンを解析することによって２つのＷＰＡＮ間の時間関係を計算することができる。時間関係が分かれば、同様の解決策を適用することができる。
【００３５】
２つのＷＰＡＮが異なるスーパーフレームサイズを使用する場合、最長スーパーフレームを有するコーディネータが、他方のＷＰＡＮ内のビーコンに割り振られたＣＡＰおよびＣＦＰの時間スロットを記録したテーブルを保持する。このような方法を使用すれば、ビーコンとデータフレームとの衝突を回避することができる。別の解決策では、２つのＷＰＡＮが異なるスーパーフレームサイズを有する場合、ビーコンおよびデータフレームに異なる伝送優先順位を設定して、ビーコンとデータフレームとの衝突を回避する。
【００３６】
本発明について好ましい実施形態の例として説明したが、本発明の精神および範囲内で他の様々な適合形態および変更形態を行うことが可能であることを理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神および範囲内にあるこのような変形形態および変更形態をすべて包含することである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ビーコンを含む従来技術によるスーパーフレームの図である。
【図２】本発明が解決する直接衝突の図である。
【図３】本発明が解決する間接衝突の図である。
【図４】本発明が解決する直接衝突範囲および間接衝突範囲の図である。
【図５】本発明による、複数のビーコンを含むスーパーフレームの図である。
【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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【外国語明細書】
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