(57)【要約】【課題】コーディネータノードと、リーフノードのセットとを含むネットワークにおいて通信するための方法。【解決手段】コーディネータノードからリーフノードのセットに、スーパーフレームを定義するビーコンを周期的に送信する。該スーパーフレームは、アクティブ期間および非アクティブ期間を含み、アクティブ期間は、第１の競合アクセス期間ＣＡＰ−１と、第１の非競合期間ＣＦＰ−１と、第１のグループ確認応答ＧＡＣＫ−１と、第２のＣＦＰ−２と、第２のＧＡＣＫ−２と、第２のＣＡＰ−２とを含み、各ＣＦＰは、各リーフノードに割り当てられた保証タイムスロットＧＴＳを含む。次に、各リーフノードは、各ＣＦＰの間の、該リーフノードに割り当てられたＧＴＳの間にのみ、コーディネータノードに送信する。
2011517142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーディネータノードと、リーフノードのセットとを含むネットワークにおいて通信するための方法であって、
スーパーフレームは、アクティブ期間および非アクティブ期間を含み、前記アクティブ期間は、第１の競合アクセス期間（ＣＡＰ−１）と、第１の非競合期間（ＣＦＰ−１）と、第１のグループ確認応答（ＧＡＣＫ−１）と、第２のＣＦＰ−２と、第２のＧＡＣＫ−２と、第２のＣＡＰ−２とを含み、各前記ＣＦＰは、各前記リーフノードに割り当てられた保証タイムスロット（ＧＴＳ）を含み、前記コーディネータノードから前記リーフノードのセットに、前記スーパーフレームを定義するビーコンを周期的に送信することと、
各前記リーフノードによって、各前記ＣＦＰの間の、該リーフノードに割り当てられた前記ＧＴＳの間にのみ、前記コーディネータノードに送信することと
を含む方法。
【請求項２】
前記ＧＡＣＫ−１は、前記ＣＦＰ−１内で、前記ＧＴＳにおけるいずれの送信が失敗または成功したかを示し、前記ＧＡＣＫ−２は、前記ＣＦＰ−２内で、前記ＧＴＳにおけるいずれの送信が失敗または成功したかを示す請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＣＦＰ−２は、失敗した前記送信のためのＧＴＳを提供する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＣＦＰ−２は、前記ＣＦＰ−１内に失敗した送信が存在する場合、アラートメッセージのためのＧＴＳを提供する請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記アクティブ期間は、第３のＣＦＰ−３および第３のＧＡＣＫ−３をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ビーコン送信周期は、スーパーフレーム間隔の整数倍に等しい請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記スーパーフレームのアクティブ間隔は、複数のＣＡＰ間隔を含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記スーパーフレームのアクティブ間隔は、複数の広範なＣＦＰ間隔を含む請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には無線通信に関し、より詳細には、低電力の送受信機からなるアドホックネットワークにおけるチャネルアクセスおよび送信スケジューリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
媒体アクセス制御（ＭＡＣ）は、無線通信ネットワーク内の衝突を回避することを試みる。通常、ＭＡＣは、複数の無線デバイスまたはノードの同時伝送を規定し、スケジューリングし、管理する。
【０００３】
搬送波検知多元接続（ＣＳＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、および周波数ホッピング（ＦＨ）を含む多数のＭＡＣが既知である。ハイブリッドＭＡＣは、ＣＳＭＡ、ＴＤＭＡ、およびＦＨの組み合わせを使用する。
【０００４】
そのようなネットワークの下位レイヤは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準規格によって規定される。この標準規格は、低レートの無線パーソナルエリアネットワーク（ＬＲ−ＷＰＡＮ）のための物理層および媒体アクセス制御を規定する。これは、ＺｉｇＢｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ、およびＭｉＷｉの仕様の基礎となっている。ネットワークは、クラスタツリー状のネットワークトポロジにおいて、マスタコーディネータノードおよびスレーブリーフノードを含むことができる。
【０００５】
標準規格は、２つのタイプのネットワークノードを定義する。フル機能デバイス（ＦＦＤ）は、パーソナルエリアネットワークのコーディネータノードとしての役割を果たし、機能低減デバイス（ＲＦＤ）またはリーフノードは、非常に少ないリソースおよび通信要件を有する。
【０００６】
図１は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準規格によるスーパーフレーム１６０を示している。水平軸１０５は、時間を示す。ネットワーク内の各コーディネータは、周期的にビーコン１００を送信する。ビーコンは、同期およびリソース配分のために使用される。２つの連続するビーコン間の間隔は、ビーコン間隔１２０またはサイクル時間である。
【０００７】
スーパーフレームは、ＣＳＭＡを使用する競合アクセス期間（ＣＡＰ）１５０と、それに続くＴＤＭＡを使用する非競合期間（ＣＦＰ）とを含む。ＣＦＰ１４０は、保証タイムスロット（ＧＴＳ）１４５を含む。各タイムスロット１４５は、他の送信との自身の送信の衝突の可能性を最小にするために、チャネルへの非競合アクセスを必要とするネットワークデバイス（ノード）に配分される。通常、ＣＦＰは、時間内に通過させなくてはならないより重要なトラフィックのために使用される。
【０００８】
ＣＡＰ１５０およびＣＦＰ１４０は、スーパーフレーム１６０のアクティブ部１１０を形成する。該アクティブ部の後に、はるかに長い非アクティブ期間１３０が続く。非アクティブ期間は、他のコーディネータが使用することができ、その間このスーパーフレームのコーディネータノードはアイドルであり、かつ他のコーディネータによる送信のためのチャネルを「リスン」する。子コーディネータ１１は、自身の親コーディネータ１０のスーパーフレーム１６０の非アクティブ部１３０の間に自身のスーパーフレーム１７０を開始することができる。リーフノードは、自身の親コーディネータ１０のスーパーフレーム１６０のアクティブ部１１０の間にのみ、自身の親コーディネータと通信する。非アクティブ期間は、数秒であり得る。
【０００９】
上記の設計には幾つかの問題が存在する。
【００１０】
第１に、アクティブ期間は、ＣＡＰから始まる。ＣＡＰの間、送信は、ＣＦＰの間よりも衝突しやすい。ノードの送信が別のノードの送信と衝突する場合、再送信が必要である。この場合、ノードは、ＣＡＰ１５０の間に再送信するためのチャネルアクセスを求めて他のノードと競合し続ける。再送信がＣＡＰの間失敗し続ける場合、ノードは、送信を完了させるために、次のスーパーフレームまで待たなくてはならない。これは、ネットワークのレイテンシ（待ち時間）を増大させ、トラフィックを時間外に遅らせる傾向にある。
【００１１】
第２に、ＣＦＰの間の送信が、たとえば、高速フェージング、減衰、マルチパス歪み、および周波数ミスマッチに起因して失敗し得る可能性もある。これらの場合、再送信は、次のスーパーフレームのＣＡＰを待たなくてはならず、これによって、より重要なオンデマンドトラフィックに関するレイテンシが増大する。現在のスーパーフレーム内のＧＴＳを、失敗したメッセージに再び割り当てることができるが、これによって、優先トラフィックに関するスループットが減少する。
【００１２】
第３に、成功した送信の確認応答（または否定応答）は、ＧＴＳ毎にハンドリングされる。すなわち、各ＧＴＳが受信された後、受信機は、ＡＣＫを送信するために送信モードに切り換えなくてはならず、送信機は、ＡＣＫを受信するために受信モードに切り換え、そして、次のＧＴＳのために、再び送信モードに戻して切り換えなくてはならない。モードの切り替えは、時間をとり、希少な電源を消費し、レイテンシを増大させるとともに、スループットを低減させる。
【００１３】
第４に、ビーコン内の情報は時間の影響を受けやすい。これは、時間の経過とともに、スーパーフレームの開始時に行われたリソース配分が時間の経過とともに良好である可能性が低くなることを意味する。これは、特に周波数割当ての場合に当てはまる。このため、重要でかつ時間的に後のＣＦＰトラフィックに関する情報信頼性は、時間的に前のＣＡＰの間の、付随的な時間的に前のトラフィックの信頼性よりも低い。
【００１４】
第５に、ビーコンの周期性は、比較的低く、たとえば、数秒毎に１ビーコンである。これは、ノードが同期し、資源を配分する能力に影響を及ぼす。ノードは、ビーコンを逃した場合、次のビーコンを比較的長い時間待たなくてはならない。
【００１５】
第６に、アクティブ間隔の間の周波数配分は、固定である。無線通信は、周波数の影響を受けやすいことが既知である。固定周波数配分は、あまり望ましくない。
【００１６】
第７に、現在の標準規格は、子コーディネータが非アクティブ期間の間に、いつ自身のスーパーフレームを開始することができるかを指定していない。非アクティブ間隔は、基本的には競合型のアクセスを使用する。これによって、子ノードのスーパーフレーム間の衝突の尤度が増大し、ネットワークの全体性能が低減する。
【００１７】
図２は、ビーコン２００間のビーコン間隔２２０を有する別のハイブリッドチャネルアクセス方法のためのフレーム構造を示している。スーパーフレーム２６０は、時間軸２０５に沿って、ＣＦＰ−Ａ２７０と、その後に続くＣＡＰ２５０と、そしてその後に続くＣＦＰ−Ｂ２４０および非アクティブ２３０期間とを含む。競合アクセス期間は、周波数ホッピングされる。ＣＦＰ−ＡおよびＣＦＰ−Ｂは、図１の構造のように、保証タイムスロット２７５を含む。ＴＤＭＡスロットが、それぞれの帯域幅要件を有するトラフィック、および周期性コーディネータビーコンに配分される。ＣＡＰ２５０は、再送信、予定外のアラート、およびＴＤＭＡ帯域幅の要求に使用することができる。ＣＦＰ−Ｂ２４０は、アドホックＴＤＭＡスロット２４５を含む。これらのタイムスロット２４５は、予定外の帯域幅、並びに高優先度のオンデマンドトラフィックおよび低レイテンシのバーストモードトラフィックのために使用することができる。スーパーフレーム２６０は、中央でスケジューリングされる。スーパーフレーム２６０内のＴＤＭＡスロット配分は、スーパーフレームを制御するコーディネータによって管理される。この構造は、ＣＦＰ−Ａのための再送信に関連する問題のみを部分的に解決する。しかしながら、全ての他の問題が残存している。
【００１８】
図３は、時間軸３０５に沿った時間同期メッシュプロトコル（ＴＳＭＰ）のためのフレーム構造を示している。ＴＳＭＰは、各送信が単一のパケットを含むパケットベースのプロトコルであり、パケットが受信された後、確認応答が即座に返される。ＴＳＭＰを使用する全てのノード対ノード通信は、特定のタイムスロット３２０内で処理される。
【００１９】
タイムスロット３２０のシーケンスは、フレーム３００を構成する。フレーム長３３０は、スロット単位でカウントされ、構成可能なパラメータである。ＴＳＭＰノードは、異なるタスクについて一時に、複数のフレームに関与することができる。ＴＳＭＰは、ビーコンを使用しない。タイムスロット毎に、周波数ホッピングを使用して干渉を低減する。ホッピングシーケンスおよびスロット割当ては、集中管理される。
【００２０】
この構造によって、図１および図２の構造に関連する長レイテンシ再送信の問題が解決する。しかしながら、この構造は、集中化されたネットワーク管理を必要とする。これは、コーディネータノードにおける局所的な障害によって、ネットワーク全体が停止し得ることを意味する。また、障害からの回復には、長い時間がかかる。
【発明の概要】
【００２１】
ノードからなる無線ネットワークにおいて、方法およびシステムがチャネルにアクセスする。コーディネータは、ビーコンを周期的に送信し、ここで２つの連続するビーコン間の時間はビーコン間隔を構成する。
【００２２】
コーディネータノードおよびリーフノードは、ビーコン間隔の間にスーパーフレームを送受信する。該ビーコン間隔において、スーパーフレームは、アクティブ間隔を開始し、その直後に非アクティブ間隔が続く。ここで、アクティブ間隔は、非競合期間（ＣＦＰ）から始まり、その直後に競合アクセス期間（ＣＡＰ）が続き、その直後に非アクティブ間隔が続く。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来技術のスーパーフレームのブロック図である。
【図２】従来技術のスーパーフレームのブロック図である。
【図３】従来技術のスーパーフレームのブロック図である。
【図４Ａ】本発明の実施の形態によって使用されるネットワークトポロジのブロック図である。
【図４Ｂ】本発明の実施の形態によるスーパーフレーム構造のブロック図である。
【図５】図４Ｂのスーパーフレームの非アクティブ部のタイムスロット配列（time slotting）のブロック図である。
【図６】本発明の１つの実施の形態による子スーパーフレームおよび親スーパーフレームの相対的タイミングのブロック図である。
【図７】本発明の１つの実施の形態によるビーコンの構造のブロック図である。
【図８】本発明の１つの実施の形態による第１のグループ確認応答（ＧＡＣＫ−１）の構造のブロック図である。
【図９】本発明の１つの実施の形態による第２のグループ確認応答（ＧＡＣＫ−２）の構造のブロック図である。
【図１０】本発明の１つの実施の形態による、コーディネータノードとリーフノードとの間のメッセージ交換のタイミング図である。
【図１１】本発明の実施の形態による、拡張された非競合期間を有するスーパーフレームのブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態による、拡張された非競合期間を有するスーパーフレームのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図４Ａに示すように、本発明の実施の形態によって使用されるネットワークは、ノード（送受信機デバイス）１０１からなるクラスタツリーであり、単一のパーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）コーディネータ１０２と、親クラスタコーディネータ１０３と、子コーディネータ１０４と、リーフノード１０５とを有する。
【００２５】
フレーム構造
図４Ｂは、本発明の実施の形態による、時間軸４０５に沿ったスーパーフレーム４７０の構造を示している。本発明の実施の形態によるスーパーフレームは、電力を低減し、信頼性を改善し、低レイテンシのアプリケーションをサポートする。ハイブリッドＭＡＣ法についても説明する。
【００２６】
スーパーフレームは、ビーコン間隔４２５の間、ビーコン４００によって同期される。全てのコーディネータノードが周期的にビーコンを送信する。スーパーフレームは、アクティブ間隔４１５と、非アクティブ間隔４３０とを有する。１つの実施の形態では、全てのビーコンが、同じチャネル周波数で送信される。別の実施の形態では、ビーコンは、周波数ホッピング（ＦＨ）を使用する。
【００２７】
時間は、図面において一定の縮尺で描かれていないことに留意されたい。非アクティブ期間（秒単位で測定される）の持続期間は、アクティブ期間（ミリ秒単位で測定される）よりもはるかに長い。
【００２８】
ＭＡＣスーパーフレーム４７０は、（第１の）ＣＦＰ−Ａ４３５の間の保証時分割多元接続（ＴＤＭＡ）スロット（ＧＴＳ）４４５、（第２の）ＣＦＰ−Ｂ４５５の間の再送信のためのスケジューリングされたＴＤＭＡタイムスロット４５０、耐レイテンシの送信のための符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）期間（ＣＡＰ）４６０を含む。
【００２９】
ＣＦＰ内の各ＧＴＳが遅延の影響を受けやすいトラフィックの送信のために配分される。コーディネータノードは、１つのノードに複数のＧＴＳを配分することができる。配分は、ＧＴＳの間のトラフィックの方向、すなわち、ノードが送信するか、または、受信するかも示す。したがって、ノードは、アクティブ間隔の間に送受信する。
【００３０】
周波数（副搬送波）をＧＴＳおよびＣＡＰに個別に配分し、全アクティブ間隔の周波数をホッピングさせることができることにも留意されたい。
【００３１】
従来技術のフレーム構造と対照的に、本実施の形態によるスーパーフレームは、非競合期間全体をスーパーフレームの開始時点に置き、その後に競合アクセス期間が続く。これによって、第１の問題、第２の問題、および第４の問題が軽減する。
【００３２】
第１のＣＦＰ−Ａの間の送信に関して、（第１の）グループ確認応答メッセージ（ＧＡＣＫ）４０１がＣＦＰの終了時点に送信される。ＧＡＣＫは、送信が失敗したことを示すアラートメッセージを含むことができる。これは、第３の問題に対処する。従来のＣＦＰの間の各送信は、個々に確認応答される。本発明は、全ての確認応答を、グループとして同時に送信するため、ノードは、送信モードと受信モードとの間で切り換える必要がなく、これによって電力消費およびレイテンシが低減する。
【００３３】
ＧＡＣＫは、後続の再送信のための補助的なビーコンとしての役割も果たすことができ、これによって、特に、高速フェージングチャネルにおいて同期および周波数配分が改善する。これによって、第４の問題、第５の問題、および第６の問題が解決する。
【００３４】
ＣＦＰ−Ａの間のデータ送信が失敗した場合、データは、おそらく異なる周波数で第２のＣＦＰ−Ｂの間に再送信される。異なる周波数は、周波数ダイバーシティの増加を達成するために、ＧＡＣＫによって示される。周波数ダイバーシティは、再送信の成功確率を増大させる。フェージング、減衰、衝突、およびマルチパス歪みは、無線チャネルにおいて周波数に非常に影響を受けやすいことが既知である。したがって、周波数ダイバーシティの増大は、有利である。また、ＧＡＣＫにおける周波数配分がより近時であるため、それらは、スーパーフレームの開始時点にビーコンにおいて行われた配分よりも、おそらく正確である。
【００３５】
ＣＦＰ−Ｂの間に再送信が再び失敗する場合、ＣＡＰの間に再度の試みを行うことができる。第２のＧＡＣＫ−２  ４０２は、ＣＡＰの間に使用すべき周波数を示す。第２のＧＡＣＫは、同期および周波数配分の更新にも使用することができる。このため、本発明の実施の形態による２つのＧＡＣＫによって、ネットワークの全体性能が大幅に改善し、従来のフレームに関連する多数の問題が解決する。
【００３６】
ＣＦＰ−Ａの間の全ての送信が成功した場合、再送信は、不要であり、ＣＡＰは、期間４６５を有する。
【００３７】
ＭＡＣ法
本発明の１つの実施の形態によるＭＡＣ法は、低レイテンシのトラフィックを優先する。このトラフィックは、必要に応じて、スーパーフレーム内に、２回の再送信のための即時の機会を有することができる。これは、図４Ｂに示すスーパーフレームの構造によって可能になる。高優先トラフィックが再送信を一切要求しない場合、利用可能な帯域幅をＣＳＭＡ送信に配分することができる。ノードがビーコン４００を逃した場合、ノードは、チャネル情報を回復し、ＧＡＣＫ、または、おそらくＧＡＣＫ−２を使用してタイミングを同期することができる。
【００３８】
上述したように、コーディネータノードは、ＣＦＰ−Ａの終了時点に第１のＧＡＣＫ−１を送信し、ＣＦＰ−Ｂの終了時点に第２のＧＡＣＫ−２を送信する。ＧＡＣＫは、ＣＦＰの間にビットマップを用いて受信の成功（および失敗）を確認応答する。ＣＦＰの間のＧＴＳ毎に、ＧＡＣＫに１ビットが配分される。たとえば、ＣＦＰ内に７個のＧＴＳが存在する場合、ＧＡＣＫは、７ビットマップを含む。マップ内の各ビットは、対応するＧＴＳ内でメッセージが受信されたか失敗したかを示す。コーディネータは、ＧＴＳ配分および配分解除を管理する。したがって、コーディネータは、ＧＴＳスロットおよびＧＡＣＫの構造を事前に知っている。ＧＴＳ送信が失敗すると、送信元は、マップの対応するビットを調べることができる。
【００３９】
図５に示すように、本発明の１つの実施の形態によるスーパーフレーム４７０の非アクティブ間隔４３０は、複数の非アクティブタイムスロット５６５に分割される。そのようなスロットの数は、ネットワーク指定パラメータである。各非アクティブタイムスロットは、メインインターバル５４５と、ガードインターバル５５５とを含む。子コーディネータは、自身の親コーディネータのスーパーフレームの非アクティブ間隔の利用可能な非アクティブタイムスロット５６５のメインインターバルの間に、自身のスーパーフレームの送信を開始する。これによって、非アクティブタイムスロットは、別の子コーディネータによる使用に利用不可能になる。このため、本発明のこの実施の形態によれば、子ノードは、非競合方式でスーパーフレームを効率的に開始する。これによって、７番目の問題が解決する。利用可能な主要間隔を、任意の順序で使い切ることができる。
【００４０】
図６は、Ｍ個の非アクティブタイムスロット５６４を示している。図６に示すように、メインインターバルとガードインターバルとを組み合わせた継続時間は、親スーパーフレーム４７０のアクティブ期間４１５と、子コーディネータのスーパーフレーム６７０のアクティブ期間６１５との起こり得る重複を防ぐために、スーパーフレーム４７０のアクティブ期間４１５よりも長い。
【００４１】
図７は、親コーディネータ７００と２つのリーフノード７０１および７０２との間の送信を示している。リーフノード７０１および７０２は、データ（パケット）７１０および７２０を親のＣＦＰ４３５内で親コーディネータ７００に送信する。
【００４２】
ＧＡＣＫ４０１は、２つの送信７１０および７２０を確認応答するのに使用される。データ送信７１０、または７２０のうちのいずれかが、ＧＡＣＫ内のアラートメッセージによって示されるように失敗した場合、ＣＦＰ−Ｂ４５５の間に再送信が実施される。
【００４３】
ビーコン
本発明の１つの実施の形態によるビーコン４００は、以下のフィールド、すなわち、フレーム制御部７０５と、各ビーコン４００を一意に識別するシーケンス番号７１５と、ビーコン４００のソースノードを識別するソースＩＤ７２５、たとえば、親コーディネータ７００のＩＤと、ビーコン４００のソースノード７００のネットワークを識別するＰＡＮ  ＩＤ７３５と、ビーコン間隔４２５の長さを示すビーコン間隔７４５と、スーパーフレーム間隔４１５の長さを示すスーパーフレーム間隔７５５と、ＣＦＰ−Ｂ期間のためのチャネルインデックスを示すＣＦＰ−Ｂチャネルインデックス７６５と、ＣＡＰのためのチャネルインデックスを識別するＣＡＰチャネルインデックス７７５とを含む。
【００４４】
空きスーパーフレームスロット／インデックスリスト７８５は、スーパーフレーム４７０の非アクティブ期間４３０内の利用可能なメインスロット５４５をリストする。このフィールドは、基本的に、非アクティブ間隔４３０の間の非競合アクセスを実現する。
【００４５】
ビーコンは、また、空きスーパーフレームスロット／インデックスリストの続きがＧＡＣＫ内において与えられることを示す拡張リストフラグ７９５と、ＧＴＳ４４５を割り当てたノードをリストするＧＴＳデバイスリスト７９６と、割り当てられたノード毎のＧＴＳインデックスを、ＧＴＳデバイスリスト７９６と同じ順序でリストするＧＴＳインデックス７９７と、ＧＴＳ４４５がＧＴＳデバイスリスト７９６内のノードに対して送信するためのものであるかまたは受信するためのものであるかを示すＧＴＳ方向７９８とを含む。
【００４６】
図８は、ＧＡＣＫ４０１のフィールド、すなわち、ＧＡＣＫのソース、たとえば、親コーディネータ７００を識別するソースＩＤ８１０と、対応するＧＴＳ内で受信された送信が成功したか否かを示すグループＡＣＫフラグ８２０と、ＣＡＰ期間のためのチャネルの周波数を示すＣＡＰチャネルインデックス８３０と、ビーコン内の空きスーパーフレームスロット７８５の続きを示す拡張空きスーパーフレームスロットインデックス／リスト８４０と、ＣＦＰ−Ｂ４５５のためのチャネルの周波数を示すＣＦＰ−Ｂチャネルインデックス８５０とを示している。
【００４７】
ＧＡＣＫは、以下の目的に役立つ。ＧＡＣＫは、ＣＦＰの間の送信グループのための確認応答を提供する。ＧＡＣＫによって、コーディネータが、各ＧＴＳの間に送信モードと受信モードとの間で切り換える必要がないため、電力消費が低減する。ノードは、ＣＦＰ−Ｂ４５５内で、ＣＦＰ−Ｂチャネルインデックス８５０によって示される周波数を使用して再送信する。これによって、ホップ毎のレイテンシが低下し、干渉が減少する。親は、ＣＦＰ４３５およびＣＦＰ−Ｂ４５５からの誤りのある送信を結合し、ハイブリッドＡＲＱ方式、たとえば、チェイス結合（chase combining）を適用してデータを復号する。ＧＡＣＫは、同期のためにも使用することができる。
【００４８】
図９は、ＧＡＣＫ−２  ４０２の内容を示している。ＧＡＣＫ−２は、以下のフィールド、すなわち、ＧＡＣＫ−２のソースノードを識別するソースＩＤ９１０と、ＣＦＰ−Ｂ４５５内の再送信に対するＡＣＫフラグを示すグループＡＣＫフラグ９２０と、ＣＡＰ期間４５６のためのチャネルのインデックスを示すＣＡＰチャネルインデックス９３０とを含む。
【００４９】
図１０に示すように、親コーディネータ７００は、自身のスーパーフレーム４７０のＣＦＰ４３５およびＣＡＰ４５６の間にリーフ子ノード７０１および７０２からメッセージを受信することができる。ＣＦＰ４３５の間に受信されるメッセージ１０１０および１０２０に対して、親コーディネータ７００は、単一のグループ確認応答４０１を送信する。自身のスーパーフレーム４７０のＣＡＰ４５６の間に受信されるメッセージ１０３０に対して、親コーディネータ７００は、個々の確認応答１０４０を送信する。
【００５０】
親コーディネータ７００が自身のスーパーフレーム４７０の非アクティブ期間４３０の間に子コーディネータ７０３からのメッセージ１０５０を受信する場合、親は、確認応答１０６０を返信する。同様に、親コーディネータ７００が自身のスーパーフレーム４７０の非アクティブ期間４３０の間、かつ子コーディネータ７０３スーパーフレームのＣＡＰ４５６の間に子コーディネータ７０３からメッセージ１０７０を受信する場合、親コーディネータ７００は、確認応答１０８０を返信する。
【００５１】
拡張された非競合アクセス期間を有するスーパーフレーム
上述したように、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ＭＡＣ標準規格によるスーパーフレームは、アクティブ期間および非アクティブ期間と呼ばれる２つの部分を有する。そして、アクティブ期間は、（１）ビーコンフレームと、（２）競合アクセス期間（ＣＡＰ）と、（３）非競合期間（ＣＦＰ）とを含む。ノードは、アクティブ期間の間のみ隣接するノードと通信する。非アクティブ期間の間、ノードは、送信を抑え、スリープ（または低電力）モードに切り換えてバッテリ電力を節減するとともに他のノード間の通信に干渉することを回避することができる。
【００５２】
全ての隣接するノードは、ＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルに従って通信チャネルにアクセスすることによって、このノード、すなわち、スーパーフレームの所有主と通信することを許可される。要求側のノードに、保証タイムスロット（ＧＴＳ）と呼ばれる特定のタイムスロットを事前に配分することによって、ＣＦＰの間の競合は、一切許可されない。ノードは、該ノードにＧＴＳが配分される場合のみ該ＧＴＳの間に通信する。
【００５３】
このフレーム構造に関連する幾つかの問題が存在する。ＧＴＳスロットの数は、限定される（最大７個）。ＧＴＳ送信が失敗する場合、再送信は、次のスーパーフレームにおいてのみ試行することができる。これによって、重大な遅延がもたらされる。このため、フレーム構造は、無線センサーネットワークの産業展開のような多くの用途において厳しい信頼性要件およびレイテンシ要件を満たすことができない。
【００５４】
ＩＥＥＥ８０２．１５．４スーパーフレームの問題のうちの幾つかを改善するために、失敗したＧＴＳフレームの再送信の複数の機会を現在のスーパーフレーム内で提供するスーパーフレームの新たな構造を説明する。これによって、レイテンシが減少し、システムの信頼性性能が増大する。
【００５５】
しかしながら、上述したように、この構造は、ＩＥＥＥ標準規格において非常に重要であると考えられている１つの重要な特性が欠けている。特に、上記のフレーム構造は、他のＩＥＥＥ標準規格、特にＩＥＥＥ８０２．１５．４標準規格との後方互換性がない。したがって、後方互換性がある新たなフレーム構造を説明する。
【００５６】
図１１および図１２に示すように、スーパーフレーム４７０は、アクティブ期間４１５および非アクティブ期間４３０を定義するビーコン１１０１を含む。アクティブ期間は、第１の競合アクセス期間（ＣＡＰ−１）１１０２と、第１の非競合期間（ＣＦＰ−１）１１３１と、第１のグループ確認応答（ＧＡＣＫ−１）１１３３と、第２の非競合期間（ＣＦＰ−２）と、第２のグループ確認応答（ＧＡＣＫ−２）と、第２の非競合期間（ＣＡＰ−２）１１  １１０５とを含む。ＣＦＰ−１、ＧＡＣＫ−１、ＣＦＰ−２、およびＧＡＣＫ−２は集合的に、広範にわたる非競合期間（ＣＣＦＰ−２）を形成する。第２のＣＣＦＰ２はオプションである。
【００５７】
各ＣＦＰは、可変数の保証タイムスロット（ＧＴＳ）１１３５を含む。第１のＧＡＣＫ−１  １１３３は、ＣＦＰ−１内のいずれのＧＴＳ送信が失敗または成功したかを示す。このフィールドはオプションである。第２のＣＦＰ−２ １１３２は、ＣＦＰ−１内の失敗したフレームに、再送信のための保証タイムスロットを提供する。これは、オプションである。ＧＡＣＫ−２  １１３４は、ＣＦＰ−２内のいずれのＧＴＳ送信が失敗または成功したかを示す。これも、オプションである。信頼性の改善のために、ＣＡＰ−２の後の第３のオプションのＣＦＰ−３  １２０６も含むことができる。
【００５８】
上記で説明した構造は、高度に効率的で信頼性のある性能を提供しながら、後方互換性の問題を解決する。
【００５９】
従来のノードは、ビーコンを受信し、ＣＡＰおよびＣＦＰの開始時点を確定する。これらは、本発明の構造におけるＣＡＰ−１およびＣＦＰ−１であり、現行のＩＥＥＥ８０２．１５．４標準規格において規定される２つの期間を使用する。
【００６０】
従来のノードが、自身の非アクティブ期間が、ＣＦＰの直後、すなわちＧＡＣＫが開始する時点に開始すると確信していることを考慮すると、従来のノードは、ＧＡＣＫ−１、ＣＦＰ−２、ＧＡＣＫ−２、ＣＡＰ−２、およびＣＣＦＰ−２を無視している。本明細書において説明した構造に準拠するノードの場合、ＣＡＰｌ、ＣＦＰｌ、ＧＡＣＫ、ＣＦＰ２、ＧＡＣＫ２、ＣＡＰ２、およびＣＣＦＰ２の全てが意味を成し、システム性能を改善するのに利用される。これらのノードは、比較的短い非アクティブ期間を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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