(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の無線ステーションを含む無線ネットワークで、無線周波数電力伝送のための方法において、
無線受信ステーションを電力受信モードとデータ受信モードとのうちからスイッチングさせるための制御信号を生成する段階であって、前記制御信号は
どちらのモードにスイッチングするかについての情報と、スイッチングするタイミングについての情報とを含む段階と、
前記制御信号に基づいて、前記無線受信ステーションを、電力受信モードとデータ受信モードとのうちからスイッチングする段階と、を含み、
前記データ受信モードで、前記無線受信ステーションは、無線送信ステーションからのＲＦ伝送をデータ通信として処理し、前記電力受信モードで、前記無線受信ステーションは、前記ＲＦ伝送を前記無線受信ステーションに電力を供給するためのエネルギー放射として処理することを特徴とし、
前記スイッチングするタイミングはコーディネーターから受信したビーコン・フレームとＲＴＳ／ＣＴＳ（request  to  send／clear  to  send）プロトコルのうちから少なくとも一つを利用する電力伝送方法。
【請求項２】
前記制御信号に基づいて、前記受信ステーションがデータ受信モードと電力受信モードとのうちからスイッチングする段階と、
前記データ受信モードで、前記受信ステーションが、前記無線送信ステーションからのＲＦ伝送をデータ通信として利用する段階と、
前記電力受信モードで、前記受信ステーションが、前記ＲＦ伝送を前記無線受信ステーションに電力を供給するためのエネルギー放射として利用する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電力伝送方法。
【請求項３】
前記ＲＦ伝送を、前記無線受信ステーションに電力を供給するためのエネルギー放射として利用する段階は、
前記受信ステーションが、前記コーディネーターまたはピア・ステーションからのＲＦ伝送を、前記無線受信ステーションに電力を供給するためのエネルギー放射として利用する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電力伝送方法。
【請求項４】
前記無線ネットワークは、スターネットワークを含み、前記無線送信ステーションは、コーディネーターとして機能し、
前記ＲＦ伝送を、前記無線受信ステーションに電力を供給するためのエネルギー放射として利用する段階は、前記受信ステーションが、前記コーディネーターからのＲＦ伝送を、前記無線受信ステーションに電力を供給するためのエネルギー放射として利用する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電力伝送方法。
【請求項５】
前記コーディネーターは、チャネル・アクセスのためのスケジューリング情報を提供するビーコン・フレームを生成することを特徴とする請求項４に記載の電力伝送方法。
【請求項６】
前記無線ネットワークは、メッシュ・ネットワークを含み、前記無線送信ステーションは、ピア・ステーションとして機能し、
前記ＲＦ伝送を、前記無線受信ステーションに電力を供給するためのエネルギー放射として利用する段階は、前記受信ステーションが、前記ピア・ステーションからのＲＦ伝送を、前記無線受信ステーションに電力を供給するためのエネルギー放射として利用する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電力伝送方法。
【請求項７】
電力伝送目的のためのＲＴＳ／ＣＴＳ（request  to  send／clear  to  send）プロトコルを利用する段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の電力伝送方法。
【請求項８】
前記メッシュ・ネットワークは、非同期メッシュ・ネットワークを含み、
前記方法は、送信ステーションから目的地受信ステーションに、伝送要請（ＲＴＳ）フレームを伝送する段階と、
前記目的地受信ステーションから前記送信ステーションに、伝送クリア（ＣＴＳ）フレームを伝送する段階と、をさらに含み、
前記ＲＴＳフレームとＣＴＳフレームとが、前記伝送ステーションと前記目的地受信ステーションとの間の通信区間の間、残余デバイスを電力受信モードにスイッチングするためのスイッチング情報を、前記残余ネットワークステーションに提供するとき、前記通信区間の間、前記送信ステーションからのＲＦ伝送は、前記残余ステーションに電力を供給するためのエネルギー放射として利用されることを特徴とする請求項７に記載の電力伝送方法。
【請求項９】
主電力を供給される無線ステーションが、バッテリ電力を供給される無線ステーションに電力を供給するためにＲＦ伝送を生成することを許容するためのパワー・インターフレーム・スペースのインターバルを提供する段階をさらに含み、
それによって、前記電力伝送の間、前記バッテリ電力を供給される無線ステーションのデータ伝送は禁止され、
前記ネットワーク隣での以前データ通信後に、データ伝送のためのＲＴＳフレームが受信されないときには、常に前記電力伝送のためのＲＴＳフレームが伝送されることを特徴とする請求項７に記載の電力伝送方法。
【請求項１０】
複数個の無線ステーションを含む無線ネットワークで無線周波数電力伝送のための装置において、
無線ステーションで、 前記無線受信ステーションを、電力受信モードとデータ受信モードとのうちからスイッチングさせるための制御信号を生成する動作であって、前記制御信号はどちらのモードにスイッチングするかについての情報と、スイッチングするタイミングについての情報とを含む動作のために構成された制御器を含み、
前記データ受信モードで、前記無線受信ステーションは、無線送信ステーションからのＲＦ（radio  frequency）伝送をデータ通信として処理し、前記電力受信モードで、前記無線受信ステーションは、前記ＲＦ伝送を前記無線受信ステーションに電力を供給するためのエネルギー放射として処理することを特徴とし、
前記スイッチングするタイミングはコーディネーターから受信したビーコン・フレームとＲＴＳ／ＣＴＳ（request  to  send／clear  to  send）プロトコルのうちから少なくとも一つを利用する電力伝送装置。
【請求項１１】
前記受信ステーションは、
調整子またはピア・ステーションからのＲＦ伝送を、前記無線受信ステーションに電力を供給するためのエネルギー放射として利用することを特徴とする請求項１０に記載の電力伝送装置。
【請求項１２】
前記無線ネットワークは、スターネットワークを含み、前記無線送信ステーションは、前記コーディネーターとして機能するように構成され、
前記受信ステーションは、前記コーディネーターからのＲＦ伝送を、前記無線受信ステーションに電力を供給するためのエネルギー放射として利用することを特徴とする請求項１０に記載の電力伝送装置。
【請求項１３】
前記無線ネットワークは、メッシュ・ネットワークを含み、前記無線送信ステーションは、ピア・ステーションとして機能し、
前記受信ステーションは、前記ピア・ステーションからのＲＦ伝送を、前記無線受信ステーションに電力を供給するためのエネルギー放射として利用することを特徴とする請求項１０に記載の電力伝送装置。
【請求項１４】
前記メッシュ・ネットワークは、非同期メッシュ・ネットワークを含み、
前記制御器は、送信ステーションから目的地受信ステーションに伝送要請（ＲＴＳ）を伝送し、前記目的地受信ステーションから前記送信ステーションに伝送クリア（ＣＴＳ）を伝送するための物理（ＰＨＹ）階層をシグナリングするように構成されたメディアアクセス制御（ＭＡＣ）階層を含み、
前記ＲＴＳフレームとＣＴＳフレームは、前記送信ステーションと前記目的地受信ステーションとの間の通信区間の間、前記残余デバイスを電力受信モードにスイッチングするためのスイッチング情報を、前記残余ネットワークステーションに提供し、前記通信区間の間、前記送信ステーションからのＲＦ伝送は、前記無線受信ステーションに電力を供給するためのエネルギー放射として利用されることを特徴とする請求項１０に記載の電力伝送装置。
【請求項１５】
前記ＭＡＣ階層は、主電力を供給される無線ステーションが、バッテリ電力を供給される無線ステーションに電力を供給するために、ＲＦ伝送を生成することを許容するためのパワー・インターフレーム・スペースのインターバルを提供するようにさらに構成され、
それによって、前記電力伝送の間、前記バッテリ電力を供給される無線ステーションのデータ伝送は禁止され、
前記ネットワーク隣での以前データ通信後に、データ伝送のためのＲＴＳフレームが受信されないときには、常に前記電力伝送のためのＲＴＳフレームが伝送されることを特徴とする請求項１４に記載の電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に電力伝送と係り、さらに具体的には、無線周波数放射（ＲＦ
radiation）を介して、同じデバイスに電力とデータとを伝送することに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯用電子機器の普及によって、多くの無線デバイスが必須的なこととして、バッテリによって電力を供給される。例えば、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ：wireless  local  area  network）または無線私設網（ＷＰＡＮ：wireless  personal  area  network）メッシュ・ネットワーク（mesh  network）は、バッテリによって電力を供給される。かようなネットワークで、ノードの個数は、非常に多くなる。無線メッシュ・ネットワークを支えるための技術的な挑戦のうち一つは、ネットワークで、数百個、または数千個の、ノードのバッテリを維持することである。現在、バッテリ技術は、何日か、または長いとしても何ヵ月ごとに無線センサノード（wireless  sensor  node）のバッテリ交換を要求する。これは、無線メッシュ・ネットワークの幅広い採択において障害物になっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、無線ネットワークでの無線周波数（ＲＦ）電力伝送のための方法及びシステムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態は、制御信号が、スイッチングするモードがいなかるモードであるかについての情報と、スイッチングするタイミングについての情報を含むスイッチング情報と、を提供するとき、無線受信ステーション（receiving  wireless  station)を、電力受信モードとデータ受信モードとのうちからスイッチングさせるための前記制御信号を生成する段階と、前記制御信号に基づいて、前記無線ステーションを、電力受信モードとデータ受信モードとのうちからスイッチングする段階と、を含み、前記データ受信モードで、前記無線受信ステーションは、無線送信ステーション（sending  wireless  station）からのＲＦ伝送をデータ通信として処理し、前記電力受信モードで、前記無線受信ステーションは、前記ＲＦ伝送を、前記無線受信ステーションに電力を供給するためのエネルギー放射として処理する。二種の制御信号が、電力モードスイッチングのために利用することができる。第１の種類は、受信ステーションのＭＡＣ（media  access  control）階層で生成され、電力モードスイッチングのために、該ステーションのＰＨＹ（physical）階層に伝送される。第２の種類は、ＲＴＳ（request  to  send）／ＣＴＳ（clear  to  send）制御信号であり、ＭＡＣ階層で、送信ステーションと受信ステーションとの間で交換される。この類型の信号もまた、データ受信モードと電力受信モードとのスイッチングを制御するためにＰＨＹ階層に伝送される必要がある。
【０００５】
本願発明のかような特徴、側面及び長所、並びにそれらと異なる特徴、側面及び長所は、以下の説明、添付された請求項及び添付された図面を参照して理解されるであろう。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一実施例によれば、制御信号は、該統合された無線電力及びデータ伝送モジュールを含むデバイス(例えば、無線ステーションまたはノード)が、電力受信モードとデータ通信モード(例えば、電力モード・スイッチング)とのうちスイッチングを可能にする制御情報を示す。前記制御信号は、ネットワークのその受信デバイスが、(電力受信モードとデータ通信モードとのうち)モードをスイッチングする時期と、いなかるモードにスイッチングするかと、を決定可能にする。これにより、受信デバイスが、エネルギー受信とデータ通信との衝突を回避させ、従って、他のデバイスから受信されるデータ・メッセージを失うことを避けることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態によって、無線周波数（ＲＦ）放射を利用して、電気的な電荷を無線デバイスの電荷保存部に伝送し、同じデバイスについての情報配信を具現する無線デバイスの機能的なブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態によるスター・トポロジ無線ネットワークを図示する図である。
【図３】本発明の一実施形態によるメッシュ（ピア・ツー・ピア）無線ネットワークを図示する図である。
【図４】本発明の一実施形態によって、無線周波数放射を利用した電気的な電荷の無線デバイスの電荷保存部に対する伝送と、同じデバイスについての情報配達とのための無線通信媒体にアクセスするためのスーパーフレーム・スケジューリング・フォーマットを図示する図である。
【図５】本発明の一実施形態によって、共有された無線通信媒体にアクセスするための保証された時間スロット（ＧＴＳ）を利用せずに、データと電力とを伝送するためのスーパーフレーム・スケジューリング・フォーマットを図示する図である。
【図６】本発明の一実施形態によって、無線通信媒体にアクセスするための少なくとも１つのＧＴＳを利用して、データと電力とを伝送するためのスーパーフレーム・スケジューリング・フォーマットを図示する図である。
【図７】無線通信媒体にアクセスするための伝送要請（ＲＴＳ）スケジューリング・フレーム構造を図示する図である。
【図８】無線通信媒体にアクセスするための伝送クリア（ＣＴＳ）スケジューリング・フレーム構造を図示する図である。
【図９】ＲＴＳ／ＣＴＳフレームと、無線通信媒体にアクセスするためのネットワーク割り当てベクトル（ＮＡＶ）表示器とを利用した例示的な通信プロトコルを図示する図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるＲＴＳ／ＣＴＳフレームと、メッシュ・ネットワークでの電力受信のためのＮＡＶ表示器とを利用した通信プロトコルを図示する図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるＲＴＳ／ＣＴＳフレームと、メッシュ・ネットワークでの電力受信のためのＮＡＶ表示器とを利用した通信プロトコルを図示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、無線周波数（ＲＦ：radio  frequency）放射を利用して、電荷（electrical  charge）をデバイスの電荷保存部に伝送し、その同じデバイスに情報配達（information  delivery）を行うための方法及びシステムを提供するものである。本発明の一実施形態は、ＲＦ無線ネットワークで、ＲＦ電力伝送に係わるクロスレイヤ（cross-layer）制御のためのプロセスを提供する。その制御プロセスは、単一の共通アンテナを利用して、無線通信と電力伝送とを許容する。本発明は、統合された無線電力と、データ伝送モジュールとに係わる制御信号を提供する。その制御信号は、該統合された無線電力及びデータ伝送モジュールがスター・トポロジ、またはメッシュ（例えば、ピア・ツー・ピア）・トポロジを有したネットワークのような無線ネットワークで動作できるようにする。
【０００９】
その制御信号は、該統合された無線電力及びデータ伝送モジュールを含むデバイス（例えば、無線ステーションまたはノード）が、電力受信モードとデータ通信モード（例えば、電力モード・スイッチング）とのうちからスイッチングを可能にする制御情報を示す。本発明の一実施形態によるスター通信ネットワークで、調整子ステーション（またはマスターデバイス）は、該通信ネットワークで、中央制御器であるだけではなく、電力伝送器でもある。その調整子によって伝送されるビーコン・フレームは、該ネットワークで、電力受信モードとデータ通信モードとのスイッチング・タイミングを制御するために、受信デバイスによって使われる。メッシュ・ネットワークでは、調整子／マスターデバイスが存在しないために、該ネットワークのデバイスは、それらの隣及び／またはそのネットワークに散在する他のデバイスで発生するデータ伝送によって、充電（charge）される。前記制御信号は、ネットワークのその受信デバイスが、（電力受信モードとデータ通信モードとのうちから）モードをスイッチングする時期と、いなかるモードにスイッチングするかとを決定させる。これは、受信デバイスが、エネルギー受信とデータ通信との衝突を避けさせ、従って、他のデバイスから受信されるデータ・メッセージを失うことを避けさせる。
【００１０】
一実施形態として、これは、スタートポロジ・ネットワークまたはメッシュトポロジ・ネットワークで、無線ノードの再充電可能なバッテリ（rechargeable  battery）を充電させる。ノードは、スターネットワークで、調整子またはマスターデバイスからの電力伝送を受信したり、メッシュ・ネットワークで、他のノード間のデータ伝送を立ち聞き（受信し）、そのように受信されたデータ伝送を電力伝送として利用したり、メッシュ・ネットワークで、主電力を供給される隣接デバイス（例えば、ＡＣ（alternating  current）アウトレットからの電気的な電力によって、電力を供給されるデバイス、このとき、ＡＣアウトレットからの電気的な電力は、まずＤＣ（direct  current）電力に変換される）からの電力伝送を受信することによって、自体のバッテリを再充電することができる。前述の通り、スターネットワークで、調整子からのビーコン・フレームは、ネットワークのそれぞれのノードで、データ通信モードと電力伝送モードとのスイッチング・タイミングを制御するために利用される。メッシュ・ネットワークで、ＲＴＳ／ＣＴＳ（request  to  send／clear  to  send）プロトコルが、前記２つのモード間のスイッチングのためのタイミングを決定するために利用することができる。また、主電力を供給されるデバイスが、メッシュ・ネットワークでのバッテリによって、電力を供給されるデバイスを充電させるために、インターフレーム・ガードタイム（inter-frame  guard  time）がパワー・インターフレーム・スペース（ＰＩＦＳ：power  inter-frame  space：ＰＩＦＳ）として具現される。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態によって、電力受信回路１２、データ受信回路１３及びインターフェース１４を含む無線ノード１１を含む例示的な通信システム１０を図示している。ここで、インターフェース１４は、（無線周波数（ＲＦ）フロントエンド回路を含み）ステーションの制御器１５によって生成された制御信号に基づいて、電力受信回路とデータ受信回路とのモードをスイッチングする。該インターフェース１４は、データ通信に否定的な影響を与えずにも、常に電力受信モードにスイッチングすることができる。図１に図示された例示で、インターフェース１４は、データ受信モードにあるスイッチング・モジュール１６を含む。このとき、受信されたあらゆるＲＦ電力は、データ受信回路に供給される。制御器１５は、データ通信とエネルギー（電力）受信との間でのスイッチングする時期を決定する。
【００１２】
一実施形態で、制御器１５として機能する無線ステーションのＭＡＣ（media  access  control）階層は、前記制御信号を生成し、該無線ステーションのＰＨＹ（physical）階層は、ＲＦ通信のための通信モジュールのように機能する。該制御信号は、無線ステーションのＭＡＣ階層で生成され、該無線ステーションのＭＡＣ階層からＰＨＹ階層に伝送（すなわち、クロスレイヤ制御）される。これは、電力モード・スイッチングを行うためのものである。
【００１３】
一具現例で、近傍の無線ステーション（ノード）でのＭＡＣ階層は、与えられた時間区間（time  period）で、いかなるノード対が共有された通信メディア（例えば、通信チャネル）を使用することができるかを決定する。本発明の一実施形態によれば、ある時間区間の間、ノードがデータを伝送したり、受信することが禁止されれば、該ノードは、データ伝送に影響を与えずに、電力受信モードにスイッチングすることができる。以下では、本発明の実施形態によって、スター・トポロジ及びメッシュ・トポロジ（ピア・ツー・ピア）でのノードについて、モードをスイッチングする例示について記述する。
【００１４】
スターネットワーク・トポロジ
図２を参照すれば、スターネットワーク・トポロジ２０は、（調整子の機能を具現する）中央制御器２２と、少なくとも１つの無線デバイス（ノード）１１とを含む。スター・トポロジの例示的な具現は、ＷＬＡＮ（wireless  local  area  network）アクセス・ポイント（または無線ルータ）及びＷＬＡＮデバイス、ＷＰＡＮ（wireless  personal  area  network）ネットワークのピコネット調整子及びデバイス、ブルートゥースのマスターデバイス及びスレーブデバイスを含む。以下では、「調整子」または「マスターデバイス」が中央制御器２２を指すために使われ、「スレーブデバイス」または「シンプリデバイス（simply  device）」が中央制御器ではないスターネットワークのデバイス１１を指すときに使われる。
【００１５】
制御器２２は、与えられた時間区間で、少なくとも１つの無線通信チャネルを介して、データを伝送したり受信するために、デバイス１１が利用する通信スケジュール（スーパーフレーム構造）を提供する。
【００１６】
あらゆるデバイス１１は、制御器１５の機能を含む。スター・トポロジ調整子（またはマスター）は、調整子が電力伝送器であり、ＲＦ電力を必要としないために、かような機能が不要である。調整子は、一般的に、主電力を供給され、電力受信回路を必要としない。メッシュ・トポロジで調整子は、主電力の供給を受けられないために、ＲＦ電力を受信しなければならない。調整子は、共有されたチャネルにアクセスするためのスーパーフレーム構造を決定する。いったん、デバイス１１（無線ステーション）が、（ビーコンを聴取することによって）スーパーフレーム構造について通知されれば、該デバイスは、それによって、データ受信モードと電力受信モードとのうちからスイッチングを行うことができる。それぞれのデバイス１１は、調整子から受信したビーコンから得られた情報に基づいて、スイッチングする時期を決定する。
【００１７】
それぞれのデバイス１１のインターフェース１４は、ＭＡＣ階層で決定した通信スケジュールによって、スイッチ１６を制御することによって、該インターフェース１４は、制御信号によって決定された時間（及び持続時間（duration））で、その制御信号によって決定された２つのモードのうち一つに、デバイス１１をスイッチングする。スイッチ１６を制御する機能は、それぞれのデバイス１１のＭＡＣ階層で具現されうる。
【００１８】
ほとんどの場合、２つのデバイス１１間の通信は、該２つのデバイス１１が相互間で通信することができる距離に存在したとしても、調整子２２によって中継されることが必要である（間接通信と呼ばれる）。本発明の一実施形態によるネットワーク２０に、無線電力伝送を適用するとき、調整子２２は、主電力を供給され、該調整子２２がデータを伝送するときではなければ、電力をデバイス１１に伝送することができると仮定する。さらに、調整子２２が選択されたデバイス１１にデータを伝送するとき、少なくとも１つの選択されていないデバイス１１は、電力受信モードにスイッチングされ、該少なくとも１つの選択されていないデバイス１１は、調整子２２から選択されたデバイスへのデータ伝送を、電力ソースとして取扱うことができる。従って、例えば、同じデータ伝送について選択されたデバイスは、調整子からデータを伝送され、選択されていないデバイスは、エネルギーを伝送されうる。
【００１９】
通信スケジューリングのためのスーパーフレーム構造
一実施形態で、ＩＥＥＥ  ８０２．１５．４（ＬＲ（low  rate）−ＷＰＡＮ）通信標準は、スターネットワーク２０のために利用される。ＬＲ−ＷＰＡＮ標準は、完全なアンアレンジド・モード（totally  unarranged  mode）（競争基盤であり、かつスロット基盤であるＣＳＭＡ／ＣＡ）、または選択的にスーパーフレーム構造下で動作することができる。望ましい実施形態で、無線電力伝送のために、図４に図示されているようなスーパーフレーム構造３０が利用される。スーパーフレーム３０のフォーマットは、この実施形態で、電力伝送器でもある調整子２２によって定義される。それぞれのスーパーフレーム３０は、ビーコン３１で始まる。このとき、該ビーコンは、調整子２１によって伝送される。このように、例示的なスーパーフレーム３０は、１６個の均等サイズの時間スロット３２に分割される。ビーコン３１は、それぞれのスーパーフレームの第１のスロットで伝送される。
【００２０】
個人領域ネットワーク（ＰＡＮ）のために、ビーコン３１は、デバイス１１を同期化し、スケジュールされたＰＡＮデバイス１１を識別し、スーパーフレームの構造を記述するために利用される。２つのビーコン３１間の競争アクセス区間（ＣＡＰ）の間、通信を希望するいかなるデバイス１１でも、スロット基盤のＣＳＭＡ−ＣＡ（carrier  sense  multiple  access/collision  avoidance）メカニズムを利用して、他のデバイス１１と競争する。現在のスーパーフレームの間でスケジュールされたあらゆる伝送は、次のネットワーク・ビーコン時間までに完了されることが必要である。低い遅延（low-latency）を有したアプリケーション、または特定のデータ帯域幅を必要とするアプリケーションのために、ＰＡＮ調整子２２は、活性スーパーフレーム（active  super  frame）３０のうち特定のスロットを、かようなアプリケーションに提供することができる。かようなスロット３２ｇは、保証された時間スロット（ＧＴＳ：guaranteed  time  slot）と命名される。かようなＧＴＳは、非競争区間（ＣＦＰ）を形成し、該非競争区間は、常にＣＡＰのすぐ次につながるスロット境界から始まり、活性スーパーフレームの終端部分まで現れる。該ＰＡＮ調整子は、７個のＧＴＳまで割り当てることができ、１つのＧＴＳは、一つ以上のスロット区間（slot  period）を占めることができる。ＧＴＳが利用されるとき、あらゆる競争基盤の処理（transaction）は、ＣＦＰが始まる前に完了することが必要である。また、ＧＴＳで伝送するそれぞれのデバイス１１は、次のＧＴＳ時間またはＣＦＰの終了までに、自体の処理が完了するように保証する必要がある。
【００２１】
スーパーフレーム３０は、活性区間（active  period）と非活性区間（inactive  period）とを含むことができる。現在のシステムで、調整子２２とＰＡＮデバイス１１は、非活性区間の間、低電力モードに入ることができる。調整子が無線電力伝送のために使われるとき、該調整子は、非活性区間の間、ＰＡＮデバイスに電力を伝送する。なぜならば、かような区間の間、デバイス１１は、いかなるデータも伝送したり受信されないためである。
【００２２】
スター・トポロジを有したネットワークで、二種のデータ処理がある。一つは、デバイスがデータを調整子に伝送するときのデータ伝送であり、他の一つは、デバイスが調整子からデータを受信するときのデータ伝送である。２つのデバイス間の直接的なデータ交換は、ＬＲ−ＷＰＡＮのスター・トポロジで許容されない。
【００２３】
ビーコン可能ネットワーク（beacon-enabled  network）で、デバイスが調整子にデータを伝送することを願うとき、該デバイスは、まずネットワーク・ビーコンを検出する。ビーコンが検出されるとき、該デバイスは、スーパーフレーム構造と同期化する。適切な時点で、該デバイスは、スロット基盤のＣＳＭＡ−ＣＡを利用して、調整子にデータフレームを伝送する。調整子は、選択的な承認フレームを伝送することによって、データフレームの成功した受信を承認する。これで処理が完了する。
【００２４】
調整子がビーコン可能ネットワークで、デバイスに伝送することを願うならば、該調整子は、ビーコンで、データ・メッセージが待機中（pending）であることを表示する。該デバイスは、ネットワーク・ビーコンを周期的に聴取し、もしメッセージが待機中であるならば、該デバイスは、スロット基盤のＣＳＭＡ−ＣＡを利用して、データを要請するＭＡＣコマンドを伝送する。該調整子は、選択的な承認フレームを伝送することによって、データ要請の成功した受信を承認する。次に、待機中であるデータフレームは、ＣＳＭＡ−ＣＡを利用して、調整子からデバイスに伝送される。該デバイスは、承認フレームを伝送することによって、そのデータの成功した受信を承認する。これによって、処理が完了する。承認を受信するとすぐに、該メッセージは、そのビーコンで待機中であるメッセージ等のリストから除去される。
【００２５】
電力伝送が可能なデータ伝送モデル
調整子
本発明の一実施形態によれば、スーパーフレームでＧＴＳが使われなければ、デバイス１１に伝送するデータがないときでも、ＣＡＰが終了する前には、調整子２２が純粋な電力（いかなる情報も伝送しないＲＦ波形）を伝送しない。これは、デバイス１１が調整子２２に伝送するデータを有することができるためであり、従って、調整子２２は、データ通信モードを維持する。もしＧＴＳが使われれば、調整子２２は、ＧＴＳスロットでの通信が終了されるまで、そのデータ通信モードに留まることを延長する。該調整子２２が、電力を伝送する中ではないとしても、少なくとも１つのデバイス１１は、その少なくとも１つのデバイスが、電力受信モードにある１つの調整子２２と他のデバイス１１とのデータ通信から電力を受信することができる。
【００２６】
デバイス
デバイス１１は、データ通信モードで、そのビーコンを聴取する。ビーコンを検出し、デバイス１１が、そのビーコンが（ビーコン・ペイロード・フィールドによって伝送される）調整子から待機しているメッセージを有していると判断すれば、該デバイスは、その検出されたビーコンから始まるスーパーフレーム区間の間、調整子からのデータを検索するための一般的な基準（standard）に従う。該データを受信した後、該スーパーフレーム区間の間、調整子に伝送するデータがないならば、デバイス１１は、電力受信モードにスイッチングすることができる。もし伝送するデータがあるならば、本発明によってそのデバイス１１は、まず調整子２２にデータを伝送し、次に、電力受信モードにスイッチングする。いったん電力受信モードにスイッチングされれば、該デバイス１１は、次のビーコン時間までそのモードに留まる。デバイス１１が、調整子から待機されるメッセージがないということを感知し、該デバイス１１が、そのスーパーフレーム区間の間、調整子に伝送するデータがないならば、該デバイス１１は、電力受信モードに直ちにスイッチングすることができる。もし調整子に伝送するデータがあるならば、該デバイスは、まずデータを調整子に伝送し、電力受信モードにスイッチングすることもできる。いったん、電力受信モードにスイッチングされれば、デバイス１１は、次のビーコン時間（beacon  time）直前まで、そのモードで待機する。スーパーフレームで、ＧＴＳスロットがデバイス１１に割り当てられれば、該デバイスは、ＧＴＳスロットを介して、データ通信が終わるまで、該データ通信モードに留まる。次に、該デバイス１１は、電力受信モードにスイッチングすることができる。図５は、本発明の一実施形態によって、ＧＴＳスロットを使用せずに、データと電力との伝送を行うための例示的なスーパーフレーム４０を図示している。ＧＴＳスロットが使われないとき、調整子２２は、ＣＡＰが終了するまで、通信モードに留まる。ＣＡＰ後、調整子２２は、非活性区間が終了するまで、純粋電力の伝送を始めることができる。
【００２７】
デバイス１１でデバイス１は、調整子２２に伝送するデータをもって、伝送のためにスーパーフレーム４０のスロット１が使われれば、該スロット１が終了した後、デバイス１１−１が電力受信モードにスイッチングされうる。デバイス１１でデバイス２が調整子２２からのデータ・メッセージをもって、スロット４が調整子２２からデータを検索するために利用されれば、該スロット４が終了した後、デバイス１１−２が電力受信モードにスイッチングされうる。デバイス１１でデバイス３が調整子２１に伝送するデータ・メッセージがなく、またその調整子から受信するデータがなければ、デバイス１１−３によってビーコンメッセージが受信されてチェックされた後、すぐにデバイス１１−３は、それ自体の受信回路を電力受信モードにスイッチングすることができる。
【００２８】
スロット０ないしスロット１０の間で、調整子２２は、データ通信モードに留まる。しかし、デバイス１１は、相互間の伝送から電力を受信することができる。例えば、スロット１で、デバイス１１−１が伝送中であるとき、デバイス１１−３がデータ・メッセージ伝送を受信することができる。同じ時間区間で、デバイス１１−３が電力受信モードにあるために、デバイス１１−３は、受信されたＲＦ信号を電力受信として取り扱い、該ＲＦ信号を利用して、自体のエネルギー保存デバイスを充電する。他の例として、スロット４で、調整子２２がデバイス１１−２に伝送中であるとき、デバイス１１−１とデバイス１１−３は、電力受信モードにあり、それによって、デバイス１１−１とデバイス１１−３は、その伝送でのエネルギーを受信して保存することができる。
【００２９】
図６は、本発明の一実施形態によって、ＧＴＳスロット３２ｇが使われるときのデータと電力との伝送のための例示的なスーパーフレーム５０を図示したものである。少なくとも１つのデバイスが、ＧＴＳスロット３２ｇを使用するとき、調整子２２は、ＧＴＳスロットでの通信が終わるまで通信モードに留まる。その後、該調整子２２は、非活性区間が終了するまで、純粋電力の伝送を始めることができる。
【００３０】
デバイス１１−１が、ＣＡＰの間、調整子２２に伝送するデータがあるならば、スーパーフレーム５０のスロット１がかような伝送のために使われ、その後、スロット１が終了するとき、デバイス１は、（図５のスーパーフレーム４０でのように）電力受信モードにスイッチングされうる。デバイス１１−２が、調整子からのデータ・メッセージを有するならば、調整子からのそのメッセージを検索するために、ＧＴＳスロット（例えば、スロット１２）が割り当てられる。スロット１２が終了したときにのみ、デバイス２が電力受信モードにスイッチングされうる。デバイス１１−３は、図５のスーパーフレーム４０でのような方式で動作する。
【００３１】
選択的に、該ＣＡＰの間、調整子２２に伝送するデータを有するものではないならば、スーパーフレーム５０で、デバイス２が、該ＣＡＰの間、電力受信モードにスイッチングされ、スロット１２以前に通信モードに再びスイッチングされうる。しかし、調整子が、該ＣＡＰの間に電力を伝送中ではないために、デバイス２は、他のデバイス１１または調整子がデータを伝送するとき、該他のデバイス１１または調整子から電力を受信することのみ可能である。
【００３２】
デバイス１１−２は、ＣＡＰの間、電力受信モードにスイッチングされるものであるか否か決定するために、特定の情報を利用することができる。例えば、デバイス１１−２は、調整子と通信が必要なデバイスの個数を決定するために、現在待機中であるアドレスリスト（pending  address  list）のために、ビーコンペイロードをチェックすることができる。その個数が０ではないならば、デバイス２は、調整子と他のデバイスとの間の少なくともいくつかの伝送に対するＲＦエネルギーを利用するために、電力受信モードにスイッチングすることができる。
【００３３】
メッシュ・ネットワーク・トポロジ
図３でのネットワーク２５のような例示的なメッシュ・ネットワーク（Ｐ２Ｐ（peer-to-peer）ネットワーク）で、該ネットワークのあらゆるデバイス１１は、バッテリで電力を供給される一方、他の例で、そのネットワーク２５の少なくとも１つのデバイスは、主電力を供給される。
【００３４】
前述のように、メッシュ・ネットワークで調整子機能は、利用されない。該ネットワークのあらゆるデバイスは、データ通信に関する限り同一である。データは、調整子なしにも、該ネットワークで、ある２個のデバイス間で交換されうる。
【００３５】
デバイス１１は、いずれのデバイス１１が、少なくとも１つの無線通信チャネルを介して、与えられた時間でデータを伝送したり受信することができるかを決定する通信プロトコルを利用することによって、前述の制御器１５（図１）の機能を具現する。それぞれのデバイス１１のインターフェースは、通信スケジュールによって、スイッチ１６を制御する。スイッチ１６を制御する機能は、それぞれのデバイス１１のＭＡＣ階層で具現されうる。
【００３６】
ＧＴＳメカニズムは利用されず、むしろスーパーフレーム構造を有したビーコン可能プロトコル（beacon-enabled  protocol）、またはスーパーフレームを有さないビーコン不可能プロトコル（non-beacon-enabled  protocol）が利用されうる。ビーコン可能メッシュ・ネットワークで、本発明の一実施形態によって、スターネットワークについて以前に記述したアクセスが適用されうるように、データ通信がスケジュールされる。
【００３７】
ビーコン不可能メッシュ・ネットワークで、あらゆるデバイスは、自体の無線影響範囲（radio  sphere  of  influence）で、あらゆる他のデバイスと通信することができる。効率的な通信のために、同期無線メッシュ・ネットワーク（synchronous  wireless  mesh  network）でデバイスは、相互間で（ビーコンを使用することを含んで）同期化したり、非同期無線メッシュ・ネットワークで、デバイスは、データが伝送されるたびに、そのデータを受信することができる。前者の場合、同期化が必要であり、一実施形態として、前述のような類似した方式で、データ通信と電力伝送とのためのデバイスのスケジュールをデバイスが管理する。後者の場合（すなわち、非同期無線メッシュ・ネットワーク）、デバイスは、スロット基盤ではないＣＳＭＡ−ＣＡを利用して、単純にデータを伝送できるが、それらのデータ通信回路（送受信器）の電源は、オン（on）を維持する。
【００３８】
非同期無線メッシュ・ネットワークで、ネットワークのあらゆるデバイスが、バッテリで電力を供給されるとき、唯一の電力ソースは、隣接デバイスからのＲＦデータ伝送である。かようなネットワークで、データ通信は、任意に起こり、従って、純粋電力の伝送は、スケジューリングされねばならない。また、他のネットワークによる使用において、隣接する領域は、衝突を起こすことがあるために、隣接する領域（band）での純粋電力伝送は、有利ではない。しかし、デバイスが、選択的にデータ通信モードと電力受信モードとをスイッチングするならば、該デバイスは、隣接するデバイスが伝送中であるとき、該隣接するデバイスからＲＦ電力を受信することができる。一実施形態で、ＲＴＳ／ＣＴＳプロトコルは、ネットワークで、電力受信モードへのスイッチングを具現するために利用される。ＲＴＳ／ＣＴＳは、ＩＥＥＥ  ８０２．１１無線通信のような、隠されたターミナル問題と露出されたデバイス問題とによって引き起こされるフレーム衝突を減らす。ＲＴＳ及びＣＴＳのためのＩＥＥＥ  ８０２．１１で定義された例示的なフレーム・フォーマットが、図７及び図８にそれぞれ図示されている。
【００３９】
図７に図示されたＲＴＳフレームで、持続時間値（duration  value）は、待機中であるデータまたは管理フレーム、１つのＣＴＳフレーム、１つのＡＣＫフレーム、及び３つのショート・インターフレーム・スペース（短フレーム間隔）（short  inter-frame  space）のインターバル（interval）を伝送するために必要な（マイクロ秒単位の）時間区間である。ＲＴＳフレームのＲＡ（受信器アドレス）は、待機中である指示されたデータ（directed  data）または管理フレームに係わる受信者側のデバイスのアドレスである。ＴＡ（送信器アドレス）は、ＲＴＳフレームを伝送するデバイスのアドレスである。
【００４０】
図８に図示されたＣＴＳフレーム７０で、持続時間値は、直前のＲＴＳフレームの持続時間フィールドで、ＣＴＳフレームとそれ自体のＳＩＦＳインターバルとを伝送するために必要な時間区間を減算して得られた値である。ＣＴＳフレームのＲＡは、ＣＴＳが応答である直前のＲＴＳフレームのＴＡフィールドからコピーされる。
【００４１】
目的地（ターゲット）受信者デバイス（receiver  device）にデータを伝送することを希望する伝送者デバイス（sender  device）は、ＲＴＳフレームを伝送することによって、プロセスを始める。目的地デバイスは、ＣＴＳフレームをもって応答する。ＣＴＳフレームを受信するいかなる他のデバイスも、与えられた時間区間の間、データの伝送が制限される（これは、隠されたデバイス問題をいう）。通信媒体（例えば、無線ＲＦチャネル）にアクセスを試みる前に、デバイスが待機せねばならない時間が、ＲＴＳフレーム及びＣＴＳフレーム（すなわち、持続時間フィールド）に含まれている。ＣＴＳフレームではないＲＴＳフレームを受信する他のいかなるデバイスも、他の隣接するデバイスに伝送することが許容される（これは、露出されたノード問題をいう）。
【００４２】
ＲＴＳフレーム及びＣＴＳフレームは、下記の情報を残余デバイス（すなわち、データ伝送者デバイス及び受信者デバイスではない他のデバイス）に提供する。
【００４３】
ただ特定のデバイス（すなわち、伝送者デバイス）が、予約されたチャネル時間区間の間に伝送するのである。
【００４４】
あるデバイスがそのチャネルを予約したために、他のデバイスは、伝送できない。
【００４５】
該予約された区間の間、その他のデバイスは、前記伝送（例えば、データパケット）のための目的地にならない。
【００４６】
該予約された伝送時間の長さ
その予約された伝送時間の間、その他のデバイスは、他のノードから、該デバイスに向かういかなるデータフレームも受信しない。
【００４７】
従って、前記残余デバイスは、データ伝送者による伝送から電力を受信するために、電力受信モードにスイッチングすることができる。ただＲＴＳフレームを受信したデバイスのみ、その伝送者デバイスによって伝送された電力を受信することができる。
【００４８】
そのように本発明によって、二種の制御信号が電力モード・スイッチングのために利用することができる。第１の類型は、受信ステーションのＭＡＣ階層で生成され、電力モード・スイッチングのために、そのステーションのＰＨＹ階層に伝送される。第２の類型は、ＲＴＳ／ＣＴＳであり、下記で記述するように、該ＲＴＳ／ＣＴＳは、伝送ステーションと受信ステーションとの間で交換される。
【００４９】
図９は、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームと、ネットワーク割り当てベクトル（ＮＡＶ：network  allocation  vector）表示器とを利用した例示的なプロトコル８０を提供する。それぞれのデバイスで保有されるＮＡＶ表示器は、通信媒体（例えば、無線媒体（ＷＭ：wireless  medium））に対する伝送が、デバイスによって始まらないときの時間区間を表示し、デバイスのチャネル通信いかん評価（ＣＣＡ：clear  channel  assessment）機能が、無線媒体のビジー（busy）状態を感知しているか否かを表示する。本発明の一実施形態によって、メッシュ・ネットワークで、電力受信のための図１０に図示された例示的なプロセス９０で、かようなプロトコル８０が利用される。特に、図１０は、デバイスが伝送者デバイス（ソース）のデータ伝送から電力を受信することができる適切な時間区間を図示している。該デバイスは、ＮＡＶに存在するときに伝送しないために、ＲＴＳフレームを受信したあらゆるデバイスは、直ちにＮＡＶ区間に進入する。ＲＴＳフレームの伝送者ソースを除いては、ＮＡＶの間に伝送するいかなるデバイスも存在することができない。従って、ＲＴＳを受信するあらゆるデバイスは、電力受信モードにスイッチングすることができ、いかなるデータ通信の損失に対しても心配する必要がない。ＮＡＶ区間の間、電力受信モードにスイッチングすることにより、デバイスは、他のデバイスのデータ伝送から充電されうる。
【００５０】
非同期無線メッシュ・ネットワークで、該ネットワークの少なくとも１つのデバイスが、バッテリによって電力を供給されるとき、少なくとも１つの他のデバイスは、主電力を供給され（すなわち、混合電力ネットワーク）、隣接するデバイスで、データ伝送中であるデバイスのないとき、主電力を供給されるデバイスは、バッテリによって電力を供給されるデバイスに電力を伝送する。例示的な混合電力を供給されるメッシュ・ネットワークで、少なくとも１つのデバイスは、主電力を供給され、残りは、バッテリによって電力を供給される。
【００５１】
電力伝送間バッテリによって電力を供給されるデバイスが、データパケットを伝送できないようにするために、電力伝送に係わるデータ通信の優先順位は維持しつつ、通信媒体は、電力伝送のために予約される。このとき、パワー・インターフレーム・スペース（ＰＩＦＳ）が利用されるが、ＰＩＦＳのインターバルがディストリビューティッド・インターフレーム・スペース（分散制御用フレーム間隔）（ＤＩＦＳ：distributed  inter-frame  space）のインターバルより短く、隣で以前データ通信後に、データ伝送のためのＲＴＳフレームが受信されないときには、常に電力伝送のためのＲＴＳフレームが伝送される。
【００５２】
図１１の例示的なプロトコル９５を参照すれば、本発明の一実施形態によって、電力伝送器（ソース）は、その伝送器が電力伝送のためのＲＴＳフレームを伝送する前に、ＤＩＦＳインターバルよりさらに長い時間区間の間待機されうる。前記プロトコル９５は、電力伝送にのみ適用され、他のバッテリによって電力を供給されるデバイスには、適用されない。
【００５３】
ＲＴＳフレームのフォーマットは、一般的なデータ伝送でのＲＴＳフレームと自体が異なるという事実を反映させるために変更される。一具現例で、ＲＴＳフレームのＲＡフィールドのための放送アドレス０ｘｆｆｆｆが利用される。他のデバイスが、ＲＡを放送アドレスとして有したＲＴＳフレームを受信すれば、受信デバイスは、ＲＴＳフレームを電力伝送のための予約として認識する。従って、受信デバイスは、ＣＴＳフレームに応答せず、かような場合に（主電力を供給されるデバイスの）伝送者デバイスは、ＲＴＳフレームに対して、ＣＴＳフレームを受信することを期待しない。
【００５４】
ＮＡＶ持続時間（すなわち、電力伝送持続時間）が終了するとき、あらゆるデバイスは、キャリア感知プロセス（carrier  sensing  process）を再び始める。以前のＮＡＶ区間の間に、少なくとも１つのデバイスがデータを伝送することを希望したとするならば、かようなデバイスは、ＮＡＶが終了するときに、通信媒体のために競争することができる。他のいかなるデバイスからのデータも存在しないならば、主電力を供給されるデバイスは、ＰＩＦＳインターバルを待った後に、電力を伝送することができる。
【００５５】
データ伝送と電力伝送とが同時に行われないために、伝送されたエネルギーの量とデータパケットの待機時間（latency）との均衡を合わせることが重要である。長い電力伝送区間は、データ伝送を遅延させることがある。短い電力伝送区間は、デバイスが自体のバッテリを充電するために、データ伝送モードと電力伝送モードとを随時スイッチングすることにより、スイッチングでの過負荷とさらに多くの電力消耗とを引き起こすことがある。
【００５６】
本発明の一実施形態によれば、電力伝送のインターバルと持続時間とを決定するための１つのアクセスは、隣でのトラフィック・パターン（traffic  pattern）を決定することである。（例えば、デバイスが、情報を周期的にアップデートするとき、センサ・ネットワークで）トラフィック・パターンが非常に規則的であるならば、主電力を供給されるデバイスは、データ伝送の可能性が非常に低いときの時間区間を推定することができ、該区間を、電力を伝送するために利用する。不規則的なトラフィック・パターンを有した隣で、主電力を供給されるデバイスは、平均的なデータ伝送時間と、データ伝送間の最小／最大インターバルとを分析し、電力伝送の持続時間について、情報に基づいた選択を達成することができる。本発明は、多様なネットワークで適用され、ＷＰＡＮ、ＷＬＡＮ及びここで言及された他の標準に限定されるものではない。当業者に周知されているように、本発明によって、前述の例示的な構造は、プロセッサによって実行されるためのプログラム命令、ソフトウェア・モジュール、マイクロコード、コンピュータ判読媒体に対するコンピュータプログラム・プロダクト論理回路、あつらえ型半導体、ファームウェアのように、多様な方法によって具現されうる。さらに、本発明の具現例は、完全にハードウェア的に具現されたり、完全にソフトウェア的に具現されたり、ハードウェア的またはソフトウェア的な構成要素をいずれも含むように構成されうる。本発明について、特定のバージョンについて記述したが、他のバージョンも可能である。従って、添付された特許請求の範囲の思想及び権利範囲は、ここに含まれた望ましいバージョンの説明に限定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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