(57)【要約】      （修正有）【課題】遠距離全二重無線通信方法及び通信システムを提供する。【解決手段】通信システムは、制御回路２０、無線送信モジュール２０５、及び１つ又は複数の無線ゲートウェイモジュール２０１、２０２により構成される。無線ゲートウェイモジュール２０１、２０２は、複数のチャネルの中の１つにより、端末ノードから送信したメッセージを受信してから、制御回路２０の指示に従い無線送信モジュール２０５を介してメッセージを送信する。無線送信モジュール２０５は、複数の無線ゲートウェイモジュール２０１、２０２から受信したメッセージを処理する。全二重通信の目的を達するために、通信システムは、端末ノード毎の送信パラメータを取得して、ノードの稼働環境に基づいて固定タイムスロットを利用し異なる周波数の信号に対して送信スケジューリングを行い、タイムスロットにおいて送信順序を割り当て、設定値を各ノードに格納する。【選択図】図１
2019193249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムに適用する遠距離全二重無線通信方法であって、
前記通信システムは、１つ又は複数の無線ゲートウェイモジュールと、無線送信モジュールと、制御回路とを含み、前記１つ又は複数の無線ゲートウェイモジュールは、マルチチャネル技術により１つ又は複数の端末ノードにコネクトして、各端末ノードが送信するメッセージを受信し、前記無線送信モジュールは、メッセージを送信するように用いられ、前記制御回路は、接続回路を介して１つ又は複数の無線ゲートウェイモジュール及び前記無線送信モジュールに接続し、
前記遠距離全二重無線通信方法は、
無線ゲートウェイモジュールの１つが、端末ノードから、端末ノードが所定タイムスロットのチャネルで伝送する上りパケットであるメッセージを受信するステップと、
前記無線送信モジュールは、前記メッセージを受信し、次の所定タイムスロット内に応答パケットを生成して、前記メッセージが変換されて下りパケットに形成されるステップと、
前記無線送信モジュールが送信チャネルを決定し、前記下りパケットを送信するステップと
を含む、
ことを特徴とする、遠距離全二重無線通信方法。
【請求項２】
前記無線ゲートウェイモジュールから前記メッセージを受信する場合、前記制御回路は、前記メッセージのパケットサイズと前記メッセージの中の送信時間系列とに基づいて送信時間を計算し、送信要求を生成して該メッセージと共に送信キューに入れる、ことを特徴とする、請求項１に記載する遠距離全二重無線通信方法。
【請求項３】
前記制御回路は、計算された前記送信時間に基づいて前記送信キューから前記送信要求と前記メッセージとを取得して、前記送信要求と前記メッセージとを前記無線送信モジュールに送信して、
無線送信モジュールが、前記送信要求と前記メッセージとを前記下りパケットに変換して送信する、ことを特徴とする、請求項２に記載する遠距離全二重無線通信方法。
【請求項４】
前記送信チャネルが決定された後、さらに前記送信チャネルは利用可能であるかどうかについて判断するステップを含み、
前記送信チャネルは利用できないと判断された場合、時間を計測すると共に、タイムアウトまで、前記送信チャネルは利用可能かどうかについて判断し続けるテップを行い、タイムアウトした場合、送信を終止し、
タイムアウトまでに、前記送信チャネルが利用可能となることが判断されると、前記下りパケットを送信する、ことを特徴とする、請求項３に記載する遠距離全二重無線通信方法。
【請求項５】
各端末ノードに送信レートを設定するステップをさらに含み、
前記送信レートを設定する方法は、
該端末ノードが無線ゲートウェイモジュールの１つからパケットを受信すると共に、信号品質を取得するステップと、
該信号品質に基づいて信号品質限界値を計算するステップと、
該信号品質限界値に基づいて送信レートを判断するステップ；以及
前記端末ノードの送信レートとして設定するステップと、
を含む、ことを特徴とする、請求項１に記載する遠距離全二重無線通信方法。
【請求項６】
前記端末ノードは、前記上りパケットにかかる前記所定タイムスロットと該チャネルを送信して前記端末ノードのメモリに記憶し、
複数の異なる端末ノードは、異なる所定タイムスロット又は異なるチャネルで上りパケットを送信する、ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載する遠距離全二重無線通信方法。
【請求項７】
前記複数の端末ノードがそれぞれのメッセージを送信するための前記所定タイムスロットと前記チャネルとをスケジュールに形成するステップをさらに含み、
前記スケジュールを形成する方法は、
端末ノード毎の送信パラメータを取得するステップと、
端末ノード毎の稼働環境に基づいて端末ノード毎にかかる前記所定タイムスロット及び前記チャネルを設定するステップと、
端末ノード毎に設定された前記所定タイムスロットと前記チャネルを格納して、前記スケジュールを形成するステップと、
を含む、ことを特徴とする、請求項６に記載する遠距離全二重無線通信方法。
【請求項８】
前記端末ノード毎の前記所定タイムスロットは、ビーコン時間内から割り当たられた複数のタイムスロットの１つである、ことを特徴とする、請求項７に記載する遠距離全二重無線通信方法。
【請求項９】
ゲートウェイ制御器と、無線ゲートウェイ送受信機とを備え、マルチチャネル技術により１つ又は複数の端末ノードとコネクトして、各の端末ノードから送信するメッセージを受信する、１つ又は複数の無線ゲートウェイモジュールと、
無線送受信機と制御器が設けられ、メッセージを送信する無線送信モジュールと、
接続回路を介して前記１つ又は複数の無線ゲートウェイモジュール及び前記無線送信モジュールに接続して、前記１つ又は複数の無線ゲートウェイモジュール及び前記無線送信モジュールを制御する、制御回路と、
を含み、
前記無線ゲートウェイモジュールの１つが、前記端末ノードからメッセージを受信し、
前記メッセージは、前記端末ノードが所定タイムスロットのチャネルで送信する上りパケットであり、
前記無線送信モジュールは、前記メッセージを受信し、次の所定タイムスロット内に応答パケットを生成し、前記メッセージが変換されて下りパケットに形成され、
前記無線送信モジュールは、チャネルを決定して、前記下りパケットを送信する、ことを特徴とする、通信システム。
【請求項１０】
前記無線ゲートウェイモジュールは、ＬｏＲａ集信機であり、前記無線送信モジュールは、前記ＬｏＲａ  ＷＡＮ通信を支援するＬＢＴモジュールであり、前記無線通信システムにおいて、前記ＬＢＴモジュールは、前記制御回路を介して、前記１つ又は複数のＬｏＲａ集信機が受信したメッセージを処理し、前記無線通信システムに設けられるＬｏＲａ集信機は、一方向受信する集信機に設定され、一方向送信の前記ＬＢＴモジュールと合わせる利用する、ことを特徴とする、請求項９に記載する通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信方法及びシステムに関し、特に固定タイムスロットを利用して異なる周波数の信号に対して送信スケジューリングを行う、遠距離全二重無線通信方法及び通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の無線通信技術は、ゲートウェイ（ｇａｔｅｗａｙ）を利用してデータの送受信を行い、特に２つのネットワークドメインで行う。従来の無線ゲートウェイの回路デザインによれば、１つの無線ゲートウェイには、各種の端末から受信したパケットを処理するためのゲート回路と、ゲートウェイの稼働を処理する制御器と、メッセージを送信する送受信機とが配置される。より多数の端末が生成したメッセージを処理するために、１つのネットワークシステムにおいて、複数の無線ゲートウェイを配置してもよい。
【０００３】
特定の無線ネットワークシステムにおいて、図１０に示した端末装置によるメッセージを処理するための既存のネットワークシステムの構成の模式図には、複数の無線ゲートウェイ１０１、１０２、１０３が設けられ、それは、ＬｏＲａ集信機（ＬｏＲａ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）であってもよい。それらの遠距離低電力の新規技術は、ＩｏＴ（モノのインターネット）送信技術は、双方向通信の機能を持つ、インターネットにおける端末装置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに接続し、端末装置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、ＩｏＴにおける各種のセンサー及び電子装置であってもよい。無線ゲートウェイ１０１、１０２、１０３は、端末装置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅからアップロードしたデータを処理して、端末装置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、それぞれ相同又は異なる無線ゲートウェイ１０１、１０２、１０３と接続することができる。通信プロトコルは、無線ＬＡＮ（ＷｉＦｉＴＭ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信（ＢｌｕｅｔｏｏｔｈＴＭ）、Ｚｉｇｂｅｅなどを利用して、各の端末装置にデータを送信する。無線ゲートウェイ１０１、１０２、１０３も、ネットワークサーバ１１０を介して、メッセージをバックエンドアプリケーションサービス装置１１１、１１２、１１３に伝送する。なお、上記の無線ＬＡＮ（ＷｉＦｉＴＭ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信（ＢｌｕｅｔｏｏｔｈＴＭ）、Ｚｉｇｂｅｅはいずれも登録商標である。
【０００４】
上記につき例を挙げれば、端末装置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、例えば、工場の各処に配置された煙センサー、温度及び湿度センサー、輝度センサー、電力センサー、ビデオ監視、及び各種の電子ノードなどの環境センサーである。工場の各処における端末装置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの信号を受信するために、主要ないくつの位置に無線ゲートウェイ１０１、１０２、１０３を配置して、そして、バックエンドに適用するように異なるゲートウェイによるデータを収集するために、ネットワークサーバ１１１を配置する。アプリケーションサービス装置１１１、１１２、１１３に係る適用例としては、例えば、電力監視、工場の温度及び湿度の監視、人の移動監視、設備監視などとなり、ＩｏＴ系に形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特開第２０１７０２３００７４号明細書
【特許文献２】米国特開第２０１６０２７８０８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
既存の解決方法において、上述したＬｏＲａ集信機は、ＬＢＴ（Ｌｉｓｔｅｎ  Ｂｅｆｏｒｅ  Ｔａｌｋ）モジュールと合わせて、通信ユニットを構成する。複数の通信ユニットはシステムがカバーできる範囲を延長して、各種の応用に適用できる。従来のＬｏＲａ集信機にＬＢＴの機能を与えることとは、無線通信システムが信号送信を行う場合、ＬＢＴの機能を介してチャネルクリアチャネル評価（ＣＣＡ：ｃｌｅａｒ  ｃｈａｎｎｅｌ  ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ）を行い、送信用の空きチャネルを取得している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、遠距離全二重無線通信方法及び通信システムを開示する。通信システムは、１つ又は複数の無線ゲートウェイモジュール、少なくとも１つの無線送信モジュール、及び制御回路を含む。無線ゲートウェイモジュール毎は、ゲートウェイ制御器及び無線ゲートウェイ送受信機を含み、マルチチャネル技術により、１つ又は複数の端末ノードと接続して、各の端末ノードから送信したメッセージを受信するために用いられている。１つ又は複数の無線ゲートウェイモジュールは、メッセージを送信するために、無線送受信機及び制御器が配置される。制御回路は、接続回路を介して、前記無線ゲートウェイモジュール及び無線送信モジュールに接続する。
【０００８】
制御回路が実行する遠距離全二重無線通信方法の実施形態によれば、システムは、端末ノード毎が提供した送信パラメータを取得して、ノードの稼働環境に基づいて固定タイムスロットを利用して異なる周波数の信号に対して送信スケジューリングを行う。即ち、この時、１つのビーコン時間内の複数のタイムスロットに、システムにおける複数の無線ゲートウェイモジュールと無線送信モジュールとの送信順序を割り当たって、設定値を各のノードに格納する。それにより、端末ノードは当該設定値に基づいてメッセージを送信して、遠距離全二重無線通信の目的を実現する。
【０００９】
通信システムは、無線ゲートウェイモジュールを介して、各種の端末ノードによるメッセージを受信する場合、メッセージの受信は、上述のように設定された送信スケジューリングに従い行い、制御回路の制御により、無線送信モジュールを介してメッセージを送信する。無線送信モジュールは、複数の無線ゲートウェイモジュールによるメッセージを処理でき、スケーラビリティを有し、１対多チャネル無線通信の技術を実現する。
【００１０】
さらに、メッセージ送信の過程において、各の端末ノードは、信号の品質で限界値を計算し、それにより、送信レートを判断し、より効果的に低レイテンシの条件でメッセージを送信することができる。また、タイムスロットのスケジューリング仕組みによりメッセージの送信を保護し、パケットのロスを防ぐ。
【００１１】
通信システムが実行した通信方法の実施形態によれば、制御回路が、無線ゲートウェイモジュールの１つからメッセージを受信する。制御回路は、メッセージのパケットサイズと、メッセージの中にある送信時間系列とに基づいて送信時間を算出して、送信要求を生成して、メッセージとともに送信キューに入られる。そして、制御回路は、送信時間に基づいて送信キューより送信要求とメッセージとを取得し、かかる送信要求とメッセージとを無線送信モジュールに送って、無線送信モジュールがチャネルを決定して、メッセージをさらに送信する。
【００１２】
上述した無線ゲートウェイモジュールは、ＬｏＲａ集信機（ＬｏＲａ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）であってもよい。そもそも二方向送受信を支援する集信機であるが、上述した無線送信モジュールは、そのＬｏＲａを支援するＬＢＴモジュール（ＬＢＴ  ｍｏｄｕｌｅ）である。このような通信システムにおいて、ＬｏＲａ集信機は、一方向受信の集信機と設定され、一方向送信のＬＢＴモジュールと合わせるように使って、ＬＢＴモジュールは、制御回路の制御を介してＬｏＲａ集信機が受信したメッセージを処理する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明が記載する遠距離全二重無線通信方法及びシステムでは、通信システムに主に１つまたは複数の無線ゲートウェイモジュールが設けられ、メッセージを受信し、そして、少なくとも１つの無線送信モジュールが設けられ、特定の送信時間でメッセージを送信することを決定でき、また、制御回路が設けられ、通信方法を実行する場合、全二重通信の目的を果たすために、端末ノードの稼働環境に基づいて、固定タイムスロットを利用して異なる周波数を有する信号に対して送信をスケジューリングする。そして、異なるタイムスロットと異なる周波数との間に送信順序を割り当てて、その設定値を各のノードに記憶し、ノードがメッセージを生成した時、スケジュールに基づいて送信を行って、低レイテンシでと全二重との目的を達する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による遠距離全二重無線通信システムの構成にかかる実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明による遠距離全二重無線通信システムの構成にかかる他の実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明による通信システムにおける無線ゲートウェイモジュールの回路ブロックの実施形態を示す図面である。
【図４】本発明による通信システムにおける制御回路の回路ブロックの実施形態を示す図面である。
【図５】本発明による遠距離全二重無線通信の方法にかかる実施形態を示すフローチャートである。
【図６】本発明による遠距離全二重無線通信方法において送信スケジューリングを設定する実施形態を示すフローチャートである。
【図７】本発明による遠距離全二重無線通信方法において送信スケジューリングを設定する実施形態を示す図面である。
【図８】本発明による遠距離全二重無線通信方法においてメッセージの送信にかかる実施形態を示す図面である。
【図９】本発明による遠距離全二重無線通信方法においてノード送信レートを設定する実施形態を示すフローチャートである。
【図１０】端末装置によるメッセージを処理する従来のネットワークシステムを示す結構模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の特徴及び技術内容がより一層分かるように、以下本発明に関する詳細な説明と添付図面を参照する。しかし、提供される添付図面は参考と説明のために提供するものに過ぎず、本発明の特許請求の範囲を制限するためのものではない。
【００１６】
本発明は、遠距離全二重無線通信方法、及びそれにかかる通信システムを開示している。前記通信システムは、ある実施形態において、主に１つまたは複数の無線ゲートウェイモジュールと、少なくとも１つの無線送信モジュール、及び制御回路を含む。無線ゲートウェイモジュールは、マルチチャネル技術により各種の端末ノードにコネクトすることができる。端末ノードは、例えば、ＩｏＴ（モノのインターネット）を形成する各種の装置である。この遠距離全二重無線通信方法において、無線ゲートウェイモジュールは、所定のタイムスロット（ｔｉｍｅ  ｓｌｏｔ）と特定のチャネルにより異なる端末ノードが送信するメッセージを受信するように構成してもよい。そして、無線送信モジュールが次のタイムスロットで応答するとともに、送信チャネルを決定してからメッセージを送信する。そのようにして、タイムスロットはより効率的に利用されることができる。
【００１７】
上述した通信システムの構成では、全二重無線通信を支援する。例えば、遠距離ＷＡＮ（ＬｏＲａ）通信プロトコルなどに適用して、所定タイムスロットを特定する概念により、次の所定タイムスロットでは快速に応答することができるため、低レイテンシの目的を達するとともに、その条件で快速的にパケットに応答することができる。また、パケットに応答することができるためメッセージの送信を確保できる。他の実施形態において、端末ノードは、下りパケットの信号の品質に基づいて適当な送信レート（ｄａｔａ  ｒａｔｅ）を決めて、適応的な送信レートという機能を実現できる。
【００１８】
本発明は、遠距離全二重無線通信システムを開示する。図１に示したシステム構成実施形態図のように、主要な構成は、１つまたは複数の無線ゲートウェイモジュール２０１、２０２と、１つの無線送信モジュール２０５と、制御回路２０とを含む。本実施形態では、２つの無線ゲートウェイモジュール２０１、２０２と、１つの無線送信モジュール２０５を含む例を挙げたが、実際に実施する場合、１つの無線送信モジュール２０５により、複数の無線ゲートウェイモジュール２０１、２０２が端末ノードに対して送受信するメッセージを処理することとなる。なお、数量は、システムが実施できる範囲を限定するものではない。特定の要望に応じて複数の無線送信モジュール２０５を採用しても構わない。無線ゲートウェイモジュール２０１、２０２では、主要な回路がゲートウェイ制御器及び無線ゲートウェイ送受信機（図３に示すように）である。無線ゲートウェイモジュール２０１、２０２は、多チャネル双方向通信を支援して、各種の端末ノードに接続する。なお、上述した無線通信システムにおいて、主に一方向多チャネルを使用してメッセージ受信の機能を実現し、双方向通信による受信と送信が同一のデータ処理回路を共有して待つことがある影響に及ばされない。メッセージは無線送信モジュール２０５を介して送信される。
【００１９】
無線ゲートウェイモジュール２０１、２０２は、各種の端末ノード、例えば、センサー、電子装置、家庭電器などにコネクトするために用いられる。実施形態には、ＬｏＲａ集信機（ＬｏＲａ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）を利用してもよい。端末ノードとコネクトする通信プロトコルにかかる技術は限定されない。例えば、無線ＬＡＮ（ＷｉＦｉＴＭ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（ＢｌｕｅｔｏｏｔｈＴＭ）、または低電力ＷＡＮ（ＬＰＷＡＮ）の無線通信技術であってもよい。
【００２０】
１つまたは複数の無線ゲートウェイモジュール２０１、２０２を接続するための無線送信モジュール２０５は、内部無線送受信機２５１と制御器２５２とを介して、メッセージの送信を行う。制御器２５２は、制御回路２０から送信した送信要求とメッセージを含む、送信命令を受信して、制御器２５２がチャネルを決定して、無線送受信機２５１を介してメッセージを送信する。
【００２１】
１つの実施形態によれば、無線送信モジュール２０５は、遠距離（ＬｏＲａＷＡＮ）を支援するＬＢＴ（Ｌｉｓｔｅｎ  Ｂｅｆｏｒｅ  Ｔａｌｋ，ＬＢＴ）モジュールであってもよい。このＬＢＴの無線通信モジュールが稼働する場合は、システムにおける制御回路２０が送信命令を送信することを待って、その送信命令を受信した後その中の送信時間データ（タイムスタンプ・ｔｉｍｅ  ｓｔａｍｐ）と送信チャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）などの情報を分析してから、制御回路２０が指定したチャネルによりメッセージ（端末装置に対して応答するＡＣＫのように）を送信する。ＬＢＴの仕組みは、クリアチャネル評価（ＣＣＡ）により、チャネルが空きかどうかを確認し、１ミリ秒から１０ミリ秒など明確の時間帯にて送信時間を調整する。それにより、ＬＢＴの仕組みを採用する無線通信システムは、ＬＢＴ機能を介して予めにチャネルを検知してそれが空きって送信に利用可能かどうか（ｆｒｅｅ／ｎｏｎ−ｆｒｅｅ）について確認して、さらに送信の機能をトリガーする。
【００２２】
さらに、無線通信システムがカバーする範囲と適用範囲を拡充するために、例えば、ＩｏＴ（モノのインターネット）に適用する場合には、大量なセンサー信号を処理する必要があり、数量が十分でより大きな範囲がカバーできる無線ゲートウェイモジュールを必要となる。この無線通信システムでは、無線ゲートウェイモジュールを拡充することによりその必要を対応し、無線送信モジュールを増加することにより無線ゲートウェイモジュールの多メッセージ多チャネル送信によるデータを処理する。
【００２３】
制御回路２０は、無線通信システムにおける主要な制御回路であり、回路モジュール、集積回路、ソフトウェアおよびハードウェアの統合により実現し、例えば、バスバー、或いは他の有線又は無線形式の接続回路により、１つ又は複数の無線ゲートウェイモジュール２０１、２０２及び少なくとも１つの無線送信モジュール２０５にコネクトする。制御回路２０は、無線ゲートウェイモジュール２０１又は２０２の１つからメッセージを受信した後、送信時間を判断して、その判断に基づいて無線送信モジュール２０５をメッセージを送信させるように指示する。
【００２４】
図２は、遠距離全二重無線通信システムの構成にかかる他の実施形態を示す。この構成に形成した実施形態において、システムは、複数の無線ゲートウェイモジュール３０１、３０３を含んで、各種の端末ノードが生成したメッセージを受信する。例えば、センサーが生成したセンサーメッセージ、電子装置が生成した通信メッセージ、家庭電器が生成した稼働メッセージなどである。同じように、無線ゲートウェイモジュール３０１、３０３は、ＬｏＲａ集信機であってもよいし、端末ノードとのコネクタは、無線ＬＡＮ（ＷｉＦｉＴＭ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（ＢｌｕｅｔｏｏｔｈＴＭ）又は、低電力ＷＡＮ（ＬＰＷＡＮ）の無線通信技術を採用してもよい。
【００２５】
通信システムは、無線送信モジュール３０７、３０９を含み、無線送信モジュール毎は、無線ゲートウェイモジュール３０１、３０３が受信したメッセージを処理することができる。通信システムが一方向多チャネルの機能を利用してメッセージを受信する場合、双方向通信による受送信の影響に及ばされない。また、モジュール化の概念を加えて、システムは、１つ又は複数の無線送信モジュール３０７、３０９を利用することにより、システムに大きな柔軟性とスケーラビリティを与える。
【００２６】
この実施例では、制御回路には、プロセッサー３０、メモリ３１及び記憶媒体３２が設けられてもよい。各のモジュールの作動を管理する以外に、プロセッサー３０は受送信された信号を管理する。メモリ３１は受送信する信号を一時的に格納する。記憶媒体３２は、システムを稼働するための必要な情報以外に、さらに本実施例における遠距離全二重無線通信システムにおける、システムが端末ノード毎について受送信するパケットにかかる所定タイムスロットと送信チャネルなどの情報を含む。それにより、システムが稼働する場合、タイムスロット及び送信チャネルをより効果的に適用することができ、全二重通信の目的を達する。
【００２７】
通信システムにおいて、各の主要な素子回路にかかる実施形態は、図３に記載されるようになる。図３は、通信システムにおける無線ゲートウェイモジュールの回路ブロックにかかる実施形態を示す図面である。
【００２８】
図３は、無線ゲートウェイモジュール２０１を例として、無線ゲートウェイモジュール２０１毎には、アンテナユニット４０１、無線ゲートウェイ送受信機４０２、ゲートウェイ制御器４０３及びコネクションユニット４０４が設けられる。無線ゲートウェイモジュール２０１は、主に複数の異なるネットワークドメインの間に実行し、マルチチャネル技術により１つ又は複数の端末ノードにコネクトし、各の端末ノードから送信したメッセージを受信する。アンテナユニット４０１は、端末ノードに生成されたＲＦ信号を受信する。無線ゲートウェイ送受信機４０２は、そもそも無線ゲートウェイモジュール２０１の送受信の機能を統合し、端末ノードから送信されたＲＦ信号を処理してその中にあるメッセージと時間情報（ｔｉｍｅ  ｓｔａｍｐ）などを取得する。ゲートウェイ制御器４０３は、無線ゲートウェイモジュール２０１の動作、例えば、アンテナユニット４０１と無線ゲートウェイ送受信機４０２とが信号を受信する時間などのことを制御して、それにより取得したデータをコネクションユニット４０４とかかる接続回路を介して制御回路２０に送信する。
【００２９】
図４は、通信システムにおける制御回路の回路ブロックにかかる実施形態を示す図面である。この実施例は、制御回路２０である。制御回路２０の主要な素子では、プロセッサー５０１、無線ゲートウェイモジュール制御インターフェース５０２及び無線送信モジュール制御インターフェース５０３を含む。
【００３０】
プロセッサー５０１は、無線通信システムが実行する通信方法を実現する。無線ゲートウェイモジュール制御インターフェース５０２は、プロセッサー５０１に電気的に接続して、バスバー又は他の無線又は有線の形式に形成する回路を介して無線通信システムにおける１つ又は複数の無線ゲートウェイモジュールに接続する。無線ゲートウェイモジュールの１つが１つ又は複数の端末ノードに生成されたメッセージを受信する。無線送信モジュール制御インターフェース５０３は、プロセッサー５０１に電気的に接続し、バスバー又は他の無線又は有線の形式に形成する回路を介して無線通信システムにおける無線送信モジュールに接続する。制御回路２０は、無線送信モジュール制御インターフェース５０３を介してプロセッサー５０１が処理したメッセージを無線送信モジュールに送信する。
【００３１】
プロセッサー５０１が実行する通信方法において、無線ゲートウェイモジュール制御インターフェース５０２は、無線通信システムにおけるある１つの無線ゲートウェイモジュールからメッセージを受信する。メッセージとしては、送信しようとするデータパケットであってもよいし、それには、応答信号（ＳＹＮ／ＡＣＫ）を含む。そしてメッセージのパケットサイズ、メッセージの中の送信時間系列、又はシステムがパケットを処理する時間に基づいて、送信時間を計算して、それにより、送信要求を生成して、メッセージと共に送信キューに入られ、メッセージとして送信されることを待つ。
【００３２】
そして、プロセッサー５０１により、送信時間に基づいて、送信キューから送信要求とメッセージとを取得し、無線送信モジュール制御インターフェース５０３を介して、送信要求とメッセージとを無線送信モジュールに送信する。無線送信モジュールが送信チャネルを決定して、メッセージを送信する。
【００３３】
前述した実施形態に示すように、制御回路２０が接続した無線ゲートウェイモジュールは、ＬｏＲａ集信機（ＬｏＲａ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）として適用され、無線送信モジュールは、ＬｏＲａのＬＢＴモジュール（ＬＢＴ  ｍｏｄｕｌｅ）を支援し、１つの解決方法において、無線通信システムは、複数のＬｏＲａ集信機とＬＢＴとに接続して形成した通信モジュールは、カバーする範囲を拡張することにより、様々な応用が提供される。また、従来のＬｏＲａ集信機にＬＢＴの機能を与えるようになる。そのため、制御回路２０がメッセージの送受信を処理する時、送信時間又はチャネルを決めることを含む複数のＬｏＲａ集信機の作動を処理しなければならない。送信時間は、ＬＢＴの仕組みでかかった時間、つまりチャネルを作動して、チャネルが送信に許容する空き状態であるかどうかについて判断するために必要な処理時間を予めに考えるはずである。そのため、システムは、順調に複数のＬｏＲａ集信機を有するインターネット環境で作動することができる。メッセージパケットがＬＢＴモジュールに送信された時、ＬＢＴの機能により予めにチャネルを検出して、それが送信に許容する空き状態であるかどうかについて判断することにより、送信機能をトリガーする。
【００３４】
なお、本明細書が開示した無線通信システムにおいて、ＷＡＮＬｏＲａ集信機は、応用できる領域に、そもそも二方向送受信を支援する集信機を採用して、低電力ＷＡＮ無線通信プロトコルで端末ノードから発信するメッセージを受信するが、このシステムの適用では、一方向送信のＬＢＴモジュールと合わせて利用するように、一方向受信する集信機を採用する。そのために、制御回路２０を介してＬＢＴモジュール、または複数組のＬｏＲａ集信機に接続することにより、複数組のＬｏＲａ集信機をシステムに介して他のＬＢＴモジュールに接続し、接続されるＬｏＲａ集信機またはＬＢＴモジュールの数量を増加して、無線通信システムの無線信号のカバー範囲を拡張して、より簡単な回路設計により同様的なＬＢＴ仕組みを与える。
【００３５】
そのように、制御回路２０は、メッセージを受信するようにＬｏＲａ集信機を制御して、し、メッセージを送信するようにＬＢＴモジュールを制御しすることにより、１つの通信モジュールで同時に送受信メッセージを送受信することによる効率的な低下を解決する。また、通信システムにＬＢＴの仕組みが有さえるとともにＬＢＴモジュールが作動するために必要な時間系列を参照して、送信時間を計算する。遠距離全二重無線通信において、実施形態によれば、無線ゲートウェイモジュールは、端末ノードからメッセージを受信する。該メッセージは、端末ノードが所定のタイムスロットでチャネルに送信する上りパケットであってもよい。該所定のタイムスロット及びチャネルにかかる設定は、システムが端末ノードごとに対して設定した送信スケジューリングに基づく。端末ノードが上りパケットを送信するスケジュールは、端末ノードのメモリに記憶される。複数の異なる端末ノードでは、異なる所定のタイムスロットまたは複数の異なるチャネルで上りパケットを送信する。言い換えれば、遠距離全二重無線通信システムにおける端末ノードでは、タイムスロット、またはタイムスロットの中で送信するためのチャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）を選択して、データを送信してもよい。本実施形態において、各端末ノードに送信スケジューリング（ｓｃｈｅｄｕｌｅ）を設定することにより、複数の端末ノードのそれぞれの互いに競合を解消する必要がある場合、異なるノードは、同じタイムスロットで異なるチャネル（周波数）で資料を伝送することができるため、より効果的にタイムスロットを使用することができる。
【００３６】
そのスケジュールの設定にかかる実施形態は、図５に示すように、ステップＳ６０１において、システムは、各端末ノードが提供する送信パラメータを取得する。送信パラメータは、例えば、ノードが採用する通信プロトコル、フォーマット、送信レート（ｄａｔａ  ｒａｔｅ）、使用チャネル、パワー、コーディングなどでもあり、または端末ノードの位置により影響された信号の品質（例えば、強度、帯域幅）でも含む。それらのパラメータは、端末ノードの稼働環境を形成するため、ステップＳ６０３に示すように、システム（プロセッサーにより実行される）は、各ノードの稼働環境に基づいてスケジュールをスケジューリングする。ステップＳ６０５に示すように、システムは、各端末ノードに対してメッセージを伝送するタイムスロットに関する通信情報を設定して、そして、ステップＳ６０７に示すように、それらのスケジュールを各ノードのメモリに記憶する。
【００３７】
上述した所定のタイムスロットは、端末ノードごとのメッセージを送信するための固定タイムスロットに割り当てる。システム、または端末ノードにとって、送信するタイムスロットが予めに設定されたものである場合、より効果的にタイムスロットの特性に応じてデータの送信を行うことができる。
【００３８】
図６を参照する。端末ノードごとがチャネルのタイムスロット（ｔｉｍｅ  ｓｌｏｔ）を交代に使用するための相関情報を各ノードのメモリに記憶する。通信情報は、例えば、番になるたびの時間は１つのフレームタイム（ｔｉｍｅ  ｆｒａｍｅ）となり、図６には、ビーコン（ｂｅａｃｏｎ）で定義されたビーコン時間７０を示している。ビーコン７０１と７０２との間でビーコン時間７０が定義される。中でも、必要に応じて複数のタイムスロットに分かれる。ビーコン７０１と７０２とは、時間、同期パケットまたは校正時間を定義する機能を果たす。
【００３９】
そのグラフにおいて、縦軸には、周波数Ｔｘ０、Ｒｘ０、Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３により定義されたチャネルを示す。チャネルはメッセージの送受信に用いられる。横軸は、タイムスロットである。図面に示すように、２つのビーコン７０１と７０２との間に、ビーコン時間７０は複数のタイムスロットに分けられる。各端末ノードの所定のタイムスロットはビーコン時間７０における複数のタイムスロットから割り当てられる１つのタイムスロットである。通信システムにおける無線ゲートウェイモジュールは、端末ノードが生成した上りパケット（ｕｐｌｉｎｋ  ｐａｃｋｅｔ）７２１、７２２、７２３、７２４、７２５、７２６を受信するために用いられる。図面に示した複数の端末ノードは、無線ゲートウェイモジュールを介して、異なる周波数Ｒｘ０、Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３に形成されたチャネルで上りパケットを送信する。なお、無線ゲートウェイモジュールは、異なるタイムスロットでそれらのパケットを受信することにより、効果的にタイムスロットの仕組みを利用してメッセージを受信することができる。
【００４０】
通信システムにおける無線送信モジュールは、周波数Ｔｘ０により形成されたチャネルを介して各無線ゲートウェイモジュールから送信された上りパケットを受信する。それぞれが、次の所定のタイムスロットに応答パケット（ＡＣＫ）を生成する以外に、それぞれが下りパケット（ｄｏｗｎｌｉｎｋ  ｐａｃｋｅｔ）７１１、７１２、７１３、７１４に変換され形成される。その後、無線送信モジュールにより決定されたチャネルから下りパケット７１１、７１２、７１３、７１４を送信する。
【００４１】
上記の実施形態において、無線ゲートウェイモジュールは、一方向受信するＬｏＲａ集信機である。無線送信モジュールは、ＬｏＲａのＬＢＴモジュールを支援する。ＬｏＲａ集信機が各の端末ノードによるメッセージを受信する場合、一方向送信のＬＢＴモジュールは、制御回路を介して、それらのメッセージを処理してから送信する。
【００４２】
無線送信モジュールは、無線ゲートウェイモジュールにより所定のタイムスロットで上りパケットを送信した後、次のタイムスロットで応答パケットを生成するとともに下りパケットに形成する。その中では、低レイテンシで（ｌｏｗ  ｌａｔｅｎｃｙ）の特性があり、快速応答の仕組みが行われてもメッセージの伝送を保障することができる。
【００４３】
図７は、本実施形態による遠距離全二重無線通信方法を示すフローチャートである。この実施例において、無線通信システムには、無線ゲートウェイモジュール８１、制御回路８２及び無線送信モジュール８３が設けられる。
【００４４】
最初は、ステップＳ８０１に示すように、無線ゲートウェイモジュール８１から受信した端末ノードは、送信レートでメッセージを送信し、そのメッセージは、端末ノードが所定のタイムスロットでの１つのチャネルにて送信する上りパケット（ｕｐｌｉｎｋ  ｐａｃｋｅｔ）であり、それにはデータパケットと応答信号を含んでもよい。さらに、ステップＳ８０３に示すように、無線ゲートウェイモジュール８１のゲートウェイ制御器は、制御回路８２に送信要求を発信して、制御回路８２は、無線ゲートウェイモジュール８１からメッセージを受信した。さらに、ステップＳ８０５に示すように、制御回路８２は、メッセージにおける時間情報、例えば、タイムスタンプ（ｔｉｍｅ  ｓｔａｍｐ）に基づいて、メッセージには送信時間系列があるかどうかについて判断する。メッセージは、例えば、送信応答メッセージを有効にする工程（肯定応答ＡＣＫ）であり、メッセージパケットには時間系列に関する情報を含んでもよい。
【００４５】
メッセージにおける送信時間系列を取得する前に、メッセージに送信時間系列があるかについて判断するステップを有する。たとえメッセージに送信時間系列があると判断すると、ステップＳ８０７を行い、メッセージのパケットサイズに基づいて送信時間を計算し、その計算は、ステップＳ８０９に示すように、システムの処理がかかる時間も含まれる。送信時間を計算する実施形態において、制御回路８２におけるプロセッサーは、メッセージのパケットに基づいて該送信要求に必要な送信時間を検出し、その送信時間は、制御回路８２によりパケットを受信する時間と予めに定義した時間間隔とを加算して所定の送信時間を取得する。例えば、無線送信モジュール８３の稼働時間を考えて送信時間を取得する。
【００４６】
そして、制御回路８２が送信要求を生成して、メッセージとともに送信キューに入る。送信要求は、無線送信モジュール８３に送信するメッセージである。逆に、メッセージに送信時間系列がないと判断されれば、ステップＳ８０７をスキップして、直接に送信要求を生成して、メッセージをそのままで送信キューに伝送して、送信命令を待つことになる。
【００４７】
送信キューに入ったメッセージは、送信されるのを待っているメッセージであり、制御回路８２は送信時間を取得したとき、状況に応じて送信キューからメッセージを取得することができる。例えば、ステップＳ８１１において、制御回路８２は、送信時間に基づいて送信キューから送信要求とメッセージを取得する。そして、ステップＳ８１３に示すように、送信要求とメッセージとを含む送信命令を至無線送信モジュール８３に送信する。無線送信モジュール８３は、次の所定のタイムスロットに応答パケットを生成する。メッセージはステップＳ８１５に示すように、変換されて、下りパケットに形成され、チャネルを決定する。ここでのチャネルはデータを送信するための周波数帯である。
【００４８】
ある送信チャネルを、メッセージを送信するためのチャネルとして設定するとき、送信チャネルが空きかどうかについて判断するステップをさらに含む。ステップＳ８１７に示すように、送信チャネルは利用できない（空きでない）と判断された場合、無線送信モジュール８３における制御器は時間を計算して送信チャネルが空きで利用可能かどうかについて判断し続きるステップに入る。その時、ステップＳ８１９に示すように、無線送信モジュール８３における制御器は時間を計算続けるとともに時間閾値と比較して、タイムアウトとなるかについて判断する。
【００４９】
タイムアウトではない場合、無線送信モジュール８３は、ステップＳ８１７に示すように、チャネルが空きかどうかについて判断続けて、ステップＳ８２１に示すように、タイムアウトになると送信を終了する。タイムアウトではない場合、送信チャネルが利用可能となることを判断すると、ステップＳ８２３に示すように、所定のタイムスロットと送信チャネルでメッセージを送信する。
【００５０】
他の実施形態において、上記ステップＳ８１７からＳ８２３において、ＬＢＴの仕組みを実現する。無線通信システムが無線ゲートウェイモジュール８１を介して端末ノードを受信して送信を始める同期コードＳＹＮを生成して、制御回路８２によりチャネルクリアチャネル評価（ＣＣＡ）を行う。無線送信モジュール８３がある送信チャネルが利用可能であるかどうかについて検出するように命令して、それにより、ＬＢＴ仕組みを採用する無線通信システムは、ＬＢＴの機能を介して予めにチャネルを検出して、それが空きで送信に利用可能であるかどうか（ｆｒｅｅ／ｎｏｎ−ｆｒｅｅ）に判断して、さらに送信の機能をトリガーする。チャネルが空きであることを判断する場合、端末ノードに確認コードＡＣＫを返信する。
【００５１】
図８には、さらに遠距離全二重無線通信方法においてメッセージ送信の実施形態を示す。図面には、ビーコン９０１と９０２との間にあるビーコン時間９０が複数のタイムスロットに割り当てられる。端末ノードは、周波数Ｒｘ０で異なるタイムスロットにて順番に情報パケット９１１、９１２、９１３を無線ゲートウェイモジュールに送信する。それらの情報パケットは、無線送信モジュールにより受信された後、それぞれが次のタイムスロット（図中の矢印で示すように）に対応する応答パケット９２１、９２２、９２３を生成する。それにより、メッセージの送信が完成されることを保障できる。
【００５２】
通信システムでは、各端末ノードに動態的に送信レートを設定することができる機能を提供する。端末ノードは、ゲートウェイからの下りデータの信号品質に基づいてその送信レートを調整できる。調整する場合では、重要的なことは信号品質の限界（ｍａｒｇｉｎ）を計算して、信号品質の限界により上り送信レートを算出することができる。実施形態は、図９に示したノードにつき送信レートを設定するフローチャートを示している。
【００５３】
ステップＳ１０１において、端末ノードは、無線ゲートウェイモジュールから下りパケットを受信して、その中の信号の品質を取得する。そして、ステップＳ１０３に示すように、信号の品質を記録する。信号の品質としては、例えば、より低いビット誤り率（ｂｉｔ  ｅｒｒｏｒ  ｒａｔｅ）、より低いノイズ（信号対雑音比、ＳＮＲ）、より高い信号強度（ＲＳＳＩ）などがあげられる。
【００５４】
そして、ステップＳ１０５に示すように、端末ノードは、ソフトウェアで信号品質の限界値（ｓｉｇｎａｌ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｍａｒｇｉｎ）を計算する。前記信号品質の限界は信号の帯域幅と対応つけて、それにより信号品質は所定の採用できる品質に越えるかどうかについて評価する。受信端が信号品質の評価をして、送信端で通信した後、その送信パラメータを調整して、両者の間での送信レート（ｄａｔａ  ｒａｔｅ）を変更することができる。
【００５５】
その例では、ステップＳ１０７に示すように、信号品質の限界値により上り送信レートを判断する。ステップＳ１０９に示すように、それにより端末ノードの送信レートを設定する。
【００５６】
そのために、本発明が記載する遠距離全二重無線通信方法及びシステムでは、通信システムに主に１つまたは複数の無線ゲートウェイモジュールが設けられ、メッセージを受信し、そして、少なくとも１つの無線送信モジュールが設けられ、特定の送信時間でメッセージを送信することを決定でき、また、制御回路が設けられ、通信方法を実行する場合、全二重通信の目的を果たすために、端末ノードの稼働環境に基づいて、固定タイムスロットを利用して異なる周波数を有する信号に対して送信をスケジューリングする。そして、異なるタイムスロットと異なる周波数との間に送信順序を割り当てて、その設定値を各のノードに記憶し、ノードがメッセージを生成した時、スケジュールに基づいて送信を行って、低レイテンシでと全二重との目的を達する。
【００５７】
以上に開示される内容は本発明の好ましい実施可能な実施例に過ぎず、これにより本発明の特許請求の範囲を制限するものではないので、本発明の明細書及び添付図面の内容に基づき為された等価の技術変形は、全て本発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５８】
端末装置                      Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ       
無線ゲートウェイ              １０１、１０２、１０３
ネットワークサーバ            １１０
アプリケーションサービス装置  １１１、１１２、１１３
無線ゲートウェイモジュール    ２０１、２０２
無線送信モジュール            ２０５
無線送受信機                  ２５１
制御器                        ２５２
制御回路                      ２０
無線ゲートウェイモジュール    ３０１、３０３
無線送信モジュール            ３０７、３０９
プロセッサー                  ３０
メモリ                        ３１
記憶媒体                      ３２
アンテナユニット              ４０１
無線ゲートウェイ送受信機      ４０２
ゲートウェイ制御器            ４０３
コネクションユニット          ４０４
プロセッサー                  ５０１                         
無線ゲートウェイモジュール制御インターフェース          ５０２
無線送信モジュール制御インターフェース                  ５０３
周波数                        Ｔｘ０、Ｒｘ０、Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３
ビーコン時間                  ７０
ビーコン                      ７０１、７０２
下りパケット                  ７１１、７１２、７１３、７１４
上りパケット                  ７２１、７２２、７２３、７２４、７２５、７２６
無線ゲートウェイモジュール    ８１
制御回路                      ８２
無線送信モジュール            ８３
ビーコン時間                  ９０
ビーコン                      ９０１、９０２
情報パケット                  ９１１、９１２、９１３
応答パケット                  ９２１、９２２、９２３
ステップ                      Ｓ６０１〜Ｓ６０７、Ｓ８０１〜Ｓ８２３、Ｓ１０１〜Ｓ１０９
【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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