(57)【要約】【解決手段】  ネットワークデバイスをネットワークにアソシエーションする方法を開示する。当該方法は、アンテナアレイでソースからのビーコンを受信する段階と、ビームフォーミングを実行するためのリソースを割り当てる段階と、ビーコンの少なくとも一部分を受信した後でビームフォーミングを実行する段階とを備える。ビームフォーミングは、アソシエーション要求が完了する前、且つ、アソシエーション要求に応じた承認信号を受信する前に実行されるとしてよい。したがって、アソシエーション要求の少なくとも一部分およびアソシエーション要求に対応する承認信号を送信する際には、指向性送信方式を利用することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのアンテナでソースからビーコンの少なくとも一部分を受信する段階と、
ビームフォーミングを実行するべくリソースを割り当てる段階と、
前記ビーコンの前記少なくとも一部分を受信した後、且つ、アソシエーション要求承認信号を受信する前に、ビームフォーミングを実行する段階と、
指向性方式を利用して、アソシエーション要求に応じて発生するアソシエーション要求の少なくとも一部分を通信する段階と
を備える方法。
【請求項２】
前記ビーコンに応じて媒体アクセス制御アドレスを送信する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ビームフォーミングを実行する段階は、前記少なくとも1つのアンテナから前記ソースへの相対的な方向を決定する段階を有する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記アソシエーション要求の少なくとも一部分は、指向性モードで送信される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記アソシエーション要求は、複数のビットの送信を含み、前記複数のビットの大部分は、指向性モードで送信される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ビーコンに応じて媒体アクセス制御アドレスを送信する段階と、前記ビーコンの少なくとも一部分を受信すると前記ビームフォーミングをトリガする段階とをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
再アソシエーション要求を指向性モードで送信する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記指向性方式の送信では、全方向性送信よりも高いデータレートを利用する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記相対的な方向を決定する段階は、到来方向情報、到来角、到来時間差、または、到来周波数差のうち１つを決定する段階を含む請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
入力信号を受信するセンサと、
前記入力信号の発信元の方向を検出する方向検出モジュールと、
前記入力信号に向けてビームフォーミングを実行するビームフォーミングモジュールと、
前記ビームフォーミングモジュールをトリガしてビームフォーミングを実行させるトリガモジュールと、
アソシエーションプロセス中に指向性送信を受信する受信機と
を備え、
前記トリガモジュールは、前記アソシエーションプロセスの終了より前に前記ビームフォーミングモジュールを起動する装置。
【請求項１１】
ビーコンは、前記指向性送信のデータレートよりも低いデータレートの全方向性送信で送信される請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記入力信号はビーコンである請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
アソシエーション要求承認信号を受信する受信機をさらに備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記ビームフォーミングから取得したデータを利用して再アソシエーション要求を送信することをさらに備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
命令を格納するコンピュータ可読格納媒体を備えるコンピュータプログラム製品であって、前記命令がプロセッサによって実行されると、コンピュータは、
少なくとも１つのアンテナによってソースからビーコンを受信して、
ビームフォーミングを実行するべくリソースを割り当てて、
前記ビーコンの少なくとも一部分を受信した後、且つ、指向性通信を利用して送信されるアソシエーション要求承認信号を受信する前に、ビームフォーミングを実行する、
コンピュータプログラム製品。
【請求項１６】
プロセッサによって実行されると、前記コンピュータは、受信した前記ビーコンに応じて媒体アクセス制御アドレスを送信する
請求項１５に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１７】
プロセッサによって実行されると、前記コンピュータは、ビームフォーミングプロセスの一部として、前記少なくとも１つのアンテナから前記ソースへの相対的な方向を決定する
請求項１５に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１８】
プロセッサによって実行されると、前記コンピュータは、前記アソシエーション要求の一部分を指向性モードで送信する
請求項１５に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１９】
プロセッサによって実行されると、前記コンピュータは、アソシエーション要求において複数のビットを送信し、前記複数のビットのうち大部分は指向性モードで送信される
請求項１５に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項２０】
プロセッサによって実行されると、前記コンピュータは、前記ビーコンに応じて媒体アクセス制御アドレスを送信し、前記ビーコンの少なくとも一部分を受信すると前記ビームフォーミングをトリガする
請求項１５に記載のコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線ネットワークに関する。本開示は特に、無線ネットワーク内でのデバイス間のアソシエーションおよび再アソシエーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線ネットワークでは通常、多くのデバイスが互いに通信し合うことができる。複数の加入者間またはデバイス間での通信を円滑化するべく、通信管理を実行する必要がある。このため、各ネットワークには通常、アクセスポイント、ピコネットコントローラ（ＰＮＣ）、またはコントローラと同様の機能を持ちネットワーク通信を管理する局などの通信コントローラがある。それぞれの局、例えば、パーソナルコンピュータは、コントローラとの間でアソシエーションを行うことで、ネットワークとアソシエーションして、ネットワークに接続されて、ネットワークに接続されているリソースへのアクセスを得る。局およびネットワークコントローラは通常、ネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）を利用して、ネットワークとの間でアソシエーションおよび通信を実行する。一部の無線ネットワークでは、システム効率を高めるべく、アソシエーションについて全方向送信を利用し、データトランザクションに指向性送信を利用している。
【０００３】
多くの無線ネットワークで通信に利用する周波数は、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）８０２．１１ｂおよびｇの仕様で定められているように、２．４ＧＨｚである。他の無線ネットワークで通信に利用する周波数には、ＩＥＥＥ８０２．１１ａの仕様で定められているように、５ＧＨｚがある。ＩＥＥＥ８０２．１１ａおよびｂは１９９９年に公開されており、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇは２００３年に公開されている。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格に準拠している局は通常、ＷｉＦｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）準拠型デバイスの名称で引用または市販されている。ミリ波周波数（例えば、６０ＧＨｚ帯域）で動作する新たな無線ネットワークの定義が進められている。指向性通信は重要な技術であり、許容可能なレベルの性能を実現するべく必要な場合もある。
【０００４】
上述したように、無線ネットワークでは通常、全方向性送信および指向性送信が共に利用されている。全方向性送信では一般的に、信号のエネルギーが球状に、または、３方向に均一に伝播する従来の放射パターンが見られる。指向性送信では、信号のエネルギーを特定の方向に集中させることができる。より具体的に説明すると、指向性送信は、受信機の方向に送信するエネルギーを多くすることが出来る一方、信号の受信が意図されていない方向に送信されるエネルギーが小さくなるので、より効率的である。
【０００５】
同様に、受信機も受信感度を特定の方向に集中させることができる。このように、送信機は受信機の方向にＲＦエネルギーを集中させることができ、受信機は、干渉を低減して通信効率を上昇させるべく、特定の方向に受信感度を集中させることができる。指向性送信システムは、全方向性システムに比べて、より高い性能を得ることができる。例えば、指向性システムは、はるかに高いデータレートを利用することができる。しかし、指向性送信システムは、従来の全方向性送信システムに比べて、より複雑且つ高価になる可能性がある。指向性アンテナは、ビーム幅が狭いので、全方向性アンテナに比べてゲインがはるかに高い。このため、受信システムにＲＦ電力が集中し、受信デバイスが設けられていない方向にＲＦ電力が浪費されない。
【０００６】
現在の技術水準におけるミリ波ネットワーク通信システムでは通常、アソシエーション手順において、データレートを低くして準全方向送信を行っている。デバイス間のアソシエーション手順は、１９８０年に公開されたオープンシステムインターコネクト（ＯＳＩ）仕様で定められているように、物理層プロトコルを利用して行うことができる。物理層送信モードは、ＯＳＩモデルにおいて最下層であって、デバイスは物理層を用いて通信の設定および管理を行うことができる。物理層は主に、物理的な転送媒体を介した未処理のビットストリームの送信を規定している。局では、このようなビットストリームを用いて、準拠しているネットワークの存在を認識すると共に当該ネットワークとの間でアソシエーションを行うことができる。
【０００７】
携帯電話および家庭用電化製品等のデバイスに起因して発生する干渉によって、ネットワーク内のデバイス間での通信リンクがドロップすることが多い。さらに、局の移動または障害物の移動に起因して通信リンクがドロップすることもある。上述したように、多くのネットワークで指向性送信が利用されており、指向性のあるネットワーク通信リンクは、全方向性リンクよりも効率が高くはあるが、局が移動し、干渉を発生させる要因が常に変化するので、脆弱な可能性がある。このような干渉発生要因によって、局またはネットワークの接続が頻繁に切れるという望ましく事態になってしまうことが多くなる。
【０００８】
ネットワークシステムは、低電力且つギガヘルツ帯域、例えば、６０ＧＨｚで動作する場合、これより低い周波数で動作する場合に比べて、通信リンクがドロップした場合に受ける影響が大きくなるのが普通である。このように受ける影響が大きくなるのは概して、周波数が高くなると、酸素吸収率が高くなると共に減衰が大きくなるという、空気中における電波本来の伝播特性のためである。減衰は、物理的な障害物によって発生することがあり、特に、送信機と受信機との間にある金属製の障害物によって発生することがある。リンクがドロップしたりまたは切断されてしまうと、大半の場合、デバイスは再アソシエーション処理を開始する必要がある。このような再アソシエーション処理にはかなり長い時間がかかり、全てのネットワーク通信の速度が落ちてしまう。また、このような再アソシエーション処理を行うと、リソース間でのデータのやり取りが所望されているほど高いレートで行われていないネットワークオーバーヘッドが大きく増えてしまう。
【０００９】
このように、常にドロップする局を多く有するネットワークコントローラは、局との間で頻繁に再アソシエーション処理を実行しなければならない。この場合、コントローラは、通信の管理および設定に非常に多くの時間およびオーバーヘッドを費やす必要があるが、この時間はデータの送受信に利用できることが望ましい。局がコントローラとの間で常に再アソシエーションを行う必要がある場合、ネットワークの最終目標はデータ転送にあるにも関わらず、実際のデータ転送に利用される時間よりも、ネットワークインフラストラクチャを管理する補佐的な機能に利用される時間の方が長くなってしまう。したがって、ネットワーク通信管理は完璧とは程遠いものになってしまう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
以下に記載する詳細な説明および添付図面を参照することによって、本開示のさまざまな側面が明らかとなる。添付図面では、同様の参照番号は同様の構成要素を示すものとする。
【図１】指向性通信および全方向性通信を行うことが出来るネットワークを示すブロック図である。
【図２】局アソシエーションプロセスにおけるタイミングを示すタイミングチャートである。
【図３】局アソシエーションプロセスにおける別のタイミングを示す別のタイミングチャートである。
【図４】ネットワークにおいて局のアソシエーションを実行する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下では、添付図面に図示している本開示の実施形態を詳細に説明する。本明細書では、無線ネットワーク内において局とネットワーク通信コントローラ（ＮＣＣ）との間でアソシエーションおよび再アソシエーションを効率的に行うためのシステム、装置、および方法の構成を開示する。このような構成を用いて、無線ローカルネットワーク（ＷＬＡＮ）、無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）、または、単に一般的な無線ネットワーク（ＷＮ）を形成することができる。本明細書に開示する一部の実施形態は、ミリ波帯域の波長を持つ電波を送信する通信システム用である。このような種類のネットワーク通信システムは、約６０ギガヘルツ帯域周辺の周波数で動作することができる。
【００１２】
本開示によると、アソシエーションプロセス中に局およびネットワークコントローラがデータレートを低くして全方向性送信を行う時間（つまり、全方向性モードの時間）を大幅に短縮することができる。一部の実施形態によると、アソシエーションプロセスの大部分は、指向性モードで実行することができる。このように、アソシエーション中での全方向性モードの利用をアソシエーションおよび再アソシエーションに必要な最低限の情報の送信に限定することが出来る一方、アソシエーションおよび再アソシエーションの大半は指向性モードで実行することができる。このように送信モードを変更することによって、本開示に係る構成は、従来のシステムに比べて、必要となる送信時間および帯域幅を低減することができると共にアソシエーションを高速化することができる。
【００１３】
開示している実施形態は概して、全方向性送信フェーズの通信時間を短縮して、アソシエーションプロセス中での高速な指向性送信フェーズの時間を長くするアソシエーション通信として説明することができる。一般的に言って、全方向性送信モードでは、１メガビット毎秒の速度でデータを送信することができ、指向性送信モードでは、９５２メガビット毎秒の速度でデータを送信することができる。したがって、アソシエーションプロセスで利用されるデータのすべてまたは大半は、従来は全方向性送信で低速のデータレートを用いて通信されていたが、現在では高速の指向性モードで通信することができる。
【００１４】
本開示に係るアソシエーション構成は、全方向性データレートでネットワークコントローラと局との間で交換する情報の量を最小限に抑えて、残りのアソシエーションプロセスを実行するべく、高速の指向性通信モードへと切り替えることができる。したがって、アソシエーションプロセスのうち略全てを、より高い通信速度で実行することができ、アソシエーションプロセスおよび再アソシエーションプロセスを実行するのに必要な時間を大きく短縮することができる。このように早い段階で送信モードおよびデータレートを変化させることによって、ＷＮの加入者に対してアソシエーション時間および再アソシエーション時間を大きく短縮することができる。
【００１５】
通常のＷＮでは、基本的な設計要件または通信リンク「割当量」を遵守するべく、全方向性モードでの全方向性送信および指向性モードでの指向性送信を共に用いている。通常のネットワークでは、アソシエーションプロセスの全方向性モードにおいて、全方向性モードおよび数Ｍｂｐｓオーダーの非常に低いデータ送信レートを用いて、全方向をカバーしてアンテナゲインで失われるエネルギーを補償する。このように、従来のギガヘルツ通信では、全方向性送信および低速なデータレートを用いて、フレームの管理および制御を実行すると共にアソシエーションおよび再アソシエーションを行っている。
【００１６】
既存のシステムでは、全方向性モードを用いて通信の設定およびデバイスのアソシエーションを行い、高データレートの指向性モードをデータ転送に利用する。このように、従来のシステムでは、局がコントローラとの間でアソシエーションを行って、データ転送を実行できるようになった後で、指向性モードを開始することができる。
【００１７】
本開示によると、局およびネットワーク通信コントローラ（ＮＣＣ）がお互いを特定して相対的な方向を特定するのに十分なデータを全方向性通信モードで受信した後、ＮＣＣおよび局は、指向性送信モードに切り替わって、はるかに高いデータレートで通信を実行することができる。指向性モードでの高いデータレートとは数ギガビット毎秒（Ｇｂｐｓ）のオーダーにまで到達することが可能で、このように高いデータレートが可能となるのは、指向性リンクではアンテナゲインがより高く干渉がより低いためである。
【００１８】
以下に示す表１に、従来のアソシエーションプロセスのさまざまなパラメータまたはフェーズ、および、従来のアソシエーションプロセスのパラメータおよびフェーズの要件を示す。本明細書の教示内容によると、指向性通信を用いてアソシエーションプロセスの少なくとも大部分を実行することができる。一部の実施形態によると、以下に記載するフェーズおよびパラメータの半分以上を指向性モードを用いて実行することができるので、アソシエーションにかかる時間が短縮され、ネットワーク効率および性能が高くなる。
【表１】
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【００１９】
ギガヘルツ無線システム用の現在のアソシエーションプロトコル規格に準拠している従来のシステムはスペクトルの利用効率が非常に悪いと思われる。これとは対照的に、本明細書に開示する一部の実施形態は、アソシエーションプロセスにおいて可能となるとすぐに、ビームフォーミングを行って、より高いデータレートを利用する。このように早い段階で変更することによって、ネットワーク性能が総合的に大きく改善され得る。
【００２０】
ヨーロッパ電子計算機工業会（ＥＣＭＡ）の仕様およびＩＥＥＥ８０２．１５．３の仕様では共に、ＮＣＣと局との間でのアソシエーションプロセスは、略全てが全方向性送信モードを用いて実行されるものとして規定されている。アソシエーションプロセスは通常、低いデータレートでやり取りされる局からのアソシエーション要求およびＮＣＣからの応答メッセージから構成されるとしてよい。このような従来のアソシエーションプロセスでは、多大な量の処理オーバーヘッドおよび時間遅延が発生し得るが、本明細書の教示内容はこのような問題を大きく軽減することができる。
【００２１】
ＮＣＣが管理している通信チャネルは、携帯電話、電子レンジ、局の移動、環境の移動等に起因して発生する干渉によってドロップすることが多く、従来のシステムでは常に再アソシエーションが必要となっているために、通信遅延が非常に大きくなる等、非常に複雑な事態になるのが普通であった。チャネルがドロップすると上述したように望ましくない遅延が発生する主な要因は、デバイスの再アソシエーションに必要な時間であると考えられる。アソシエーションおよび再アソシエーションに費やされる時間およびリソースは、従来のアソシエーションプロセスでは従来通り低データレートの全方向性送信を利用しているので、多大になる可能性がある。
【００２２】
図１には、基本的なＷＮ構成１００が図示されている。ＷＮ１００は、一連のＩＥＥＥ８０２規格のうち１以上に準拠しているＷＬＡＮまたはＷＰＡＮであってよい。ＷＮ１００は、インターネット１０２等の１以上のネットワークに接続され得るＮＣＣ１０４を備えるとしてよい。一部の実施形態によると、ＮＣＣ１０４は、ピコネットコントローラ（ＰＮＣ）であってよい。ピコネットの定義は、共有物理チャネルを占有する一群の局であってよい。複数の局のうち１つをＮＣＣ１０４として設定して、残りの局をＮＣＣ１０４が提供する制御機能を用いてＷＮ１００に「接続」するとしてもよい。ＮＣＣ１０４は、一元的に同期を提供し、且つ、サービス品質（ＱｏＳ）要件、省電力モード、および、その他のデバイスを対象とするネットワークアクセスを管理することができる。
【００２３】
一部の実施形態によると、本明細書で開示しているシステムは、大半の無線技術をサポートすることができ、セルラー方式デバイス等の無線ハンドセット、または、ＷＬＡＮ、ＷＭＡＮ、ＷＰＡＮ、ＷｉＭＡＸ、ハンドヘルドデジタルビデオ放送システム（ＤＶＢ−Ｈ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、超広帯域（ＵＷＢ）、ＵＷＢフォーラム、Ｗｉｂｒｅｅ、ＷｉＭｅｄｉａ  Ａｌｌｉａｎｃｅ、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＤ、ワイヤレス・ユニフォーム・シリアル・バス（ＵＳＢ）、サン・マイクロシステムズ社のスモール・プログラマブル・オブジェクト・テクノロジー（ＳＵＮ  ＳＰＯＴ）、および、ＺｉｇＢｅｅなどの技術を利用するハンドヘルドコンピュータデバイスをサポートできる。システム２００もまた、シングルアンテナ、セクタアンテナ、および／または、多入力多出力（ＭＩＭＯ）システム等のマルチアンテナシステムに対応しているとしてよい。
【００２４】
ＮＣＣ１０４は、指向性通信を容易にするためのアンテナアレイ１１２を有するとしてよい。ＷＮ１００はさらに、ネットワークに組み込むことが可能な局、または、ネットワークデバイス、例えば、局Ａ  １０６、局Ｂ  １０８、および局Ｃ  １１０を備えるとしてよい。多くのＷＮでは、フレームまたはスーパーフレームと通常呼ばれる単位にデータを分割して送受信を行うことができる。このため、ＷＮは、フレームを利用して、ＮＣＣ１０４を用いて、ＷＮ内の接続（つまり、アソシエーションおよび再アソシエーション）および切断（非アソシエーション化）を管理することができる。このようなフレームは、適切には管理フレームと呼ぶことができる。通常のＷＮは、より高次の通信層に従って情報を搬送するデータフレーム以外にも、データ転送プロセスを設定および補佐する管理フレームおよび制御フレームを用いてもトランザクションを行うことができる。
【００２５】
動作について説明すると、ネットワークに準拠している局、例えば、局Ｃ  １１０は、ＮＣＣ１０４がサービスを提供しているエリアに入ると、ＮＣＣ１０４からビーコンを受信し得る。ビーコンは、ネットワーク通信管理データを含み得る。ビーコンは全方向性モードで送信されるので、ビーコンのデータレートはかなり低くなり得る。
【００２６】
ＮＣＣ１０４は、管理フレームを送信することができる。管理フレームは、例えば、ビーコンがネットワーク化可能局の「心拍」として機能して、規定の順序どおりにネットワーク通信を確立および維持する場合のビーコンフレームである。局１１０は、ＮＣＣ１０４がブロードキャストしたビーコンフレームを受信することによってネットワーク利用可能性を検出することができ、ＮＣＣ１０４は、局１１０を認証するか否かを判断することができる。認証要求も、局Ｃ  １１０等の局からＮＣＣ１０４へと送信される管理フレームである。また、局Ｃ  １１０は、ＷＮ１００に入ろうとする場合、別の管理フレームでアソシエーション要求を発行することができる。アソシエーション要求は、局Ｃ  １１０がＮＣＣ１０４によって認証された後、局Ｃ  １１０がＷＮ１００に入る前に発行され得る。局Ｃ  １１０は、ネットワークまたはＮＣＣ１０４とアソシエーションされるべく、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレスを含むフレームを受信および利用することができる。このような管理用フレームは、ＮＣＣ１０４のＭＡＣアドレス、ＮＣＣ１０４の性能および機能、ならびに、ＮＣＣのサービスセット識別子（ＳＳＩＤ）等の情報を含むとしてよい。局Ｃ  １１０からのアクセス要求が認められて、且つ、ＷＮ１００に入ることをＮＣＣ１０４が局Ｃ  １１０に許可すると、ＮＣＣ１０４は、局１０４にアソシエーション成功応答を送信するとしてよい。
【００２７】
一部の実施形態によると、局Ｃ  １１０は、ビーコン受信中、局Ｃ  １１０のアンテナに対する、ＮＣＣ１０４の相対的な位置またはＮＣＣ１０４の相対的な方向を検出することができる。局Ｃ  １１０は、このように位置または方向を検出して、上述したようなビーコン情報を受信すると、ビームフォーミングプロセスを開始することができる。局Ｃ  １１０は、ビームフォーミングプロセスが完了すると、高いデータレートで送信を開始することができ、アソシエーションプロセスの残りを実行する時間を短縮することができる。同様に、ＮＣＣ１０４は、局から信号を受信するとすぐに、ビームフォーミングを実行することができる。
【００２８】
一部の実施形態によると、局１０６−１１０はそれぞれ、アンテナアレイ１１５として図示しているアンテナアレイを有するとしてよく、ＮＣＣ１０４もまたアンテナアレイ１１２を有するとしてよい。別の実施形態によると、アンテナアレイに代えて１以上のセクタアンテナを用いることもできる。セクタアンテナは、放射パターンがセクタ形状で、ポイント・ツー・マルチポイント接続を実現する種類の指向性アンテナとして定義され得る。このようなアンテナ構成によれば、ＮＣＣ１０４または局は、信号の到来方向（ＤＯＡ）を判断することができる。アンテナ構成によって、局１０６−１１０とＮＣＣ１０４との間で高効率且つ高データレートのポイント・ツー・ポイント通信を実行することができるように、信号ビームを操作することができるようになる。上述したように、局、例えば局Ｃ  １１０は、ビーコン信号から取得したＤＯＡ情報を利用して、指向性送信モードでＮＣＣ１０４にアソシエーション要求を送信することができる。
【００２９】
ＤＯＡは一般的に、伝播電波がどの方向からアンテナアレイ、例えば、アンテナ１１２または１１５に到達するかに基づいて、判断することができる。ＮＣＣ１０４または局１１０は、一群のＲＦセンサまたはセンサアレイを用いて、受信信号のＤＯＡを判断することができる。局Ｃ  １１０と同様に、ＮＣＣ１０４は、受信機／送信機（Ｒ／Ｔ）センサまたは単なるセンサ１６６を有するとしてよく、当該センサ１６６は、電波または電磁エネルギーの有無を検出し、方向検出モジュール１２２と協働してその相対的な方向を検出するとしてよい。一部の実施形態では、センサ１６６が、方向検出モジュール１２２を起動することができる。検出モジュール１２２は、ＮＣＣ１０４のアンテナ１１２に対して相対的に、送信元アンテナの方向を検出することができる。また、グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）またはその他のナビゲーション手段あるいは位置特定手段を利用する局またはＮＣＣによっても方向を確認することもできる。
【００３０】
トリガモジュール１２０は、ビームフォーミングモジュール１１６をトリガまたは起動して、センサ１６６が検出したＲＦエネルギーに基づいて、ビームフォーミングプロセスを開始させることができる。トリガモジュール１１８は、所定の周波数または所定の範囲の周波数、特定のエネルギーレベル、および／または、特定のパターンを持つ、検出されたＲＦエネルギーに基づき、トリガ信号を供給することができる。トリガモジュール１１８はさらに、ＲＦ信号の検出から所定時間だけ遅延させられたトリガ信号を供給することができ、検出されるその他の多くの現象を利用することができる。
【００３１】
このように、ビームフォーミング技術は、無線信号の発信元の相対的な方向を推定することを含み得る。ビームフォーミング技術ではさらに、干渉、信号強度等を定期的に再評価して、このように適応的に処理することに基づきリンクの品質を改良／改善することができる。送信元の相対的な方向を判断する際には、さまざまな到来方向算出技術、例えば、到来角（ＡｏＡ）、到来時間差（ＴＤＯＡ）、到来周波数差（ＦＤＯＡ）、これらの技術の組み合わせ、または、その他の同様の検出技術を利用することができる。そして、この情報に基づいて、指向性送信を放出するとしてもよいし、または、受信アンテナシステムの焦点を合わせるとしてもよい。ビーム操作、指向性通信、および指向性受信は、アンテナ理論、位相シフト等の分野に関連して説明される手段を含む数多くの手段を用いて実現できるものと考えられる。尚、そのような手段の説明は、本開示の範囲には含まれない。
【００３２】
本明細書に開示されているように早い段階でビームフォーミングプロセスを行うと、局Ｃ  １１０のような局は、ＮＣＣ１０４を介して行うネットワークとのアソシエーション／接続状態を、従来のアソシエーションの構成、技術、システム、または方法に比べてはるかに効率良く実現できる。上述したように、本明細書に開示している構成は、情報のやり取りの早い段階で高データレートの指向性通信を利用することができ、このように早い段階で利用することによって、高いデータレートによってアソシエーションプロセスを高速化することができる。上述したように、従来のネットワークでは、アソシエーションプロセスの全工程または少なくとも大部分にわたって低データレートの全方向性送信を利用しており、本明細書に開示しているアソシエーションプロセスは、従来のシステムよりもはるかに短時間で完了することができる。
【００３３】
一部の実施形態では、局Ｃ  １１０のセンサ１２６は、電波または電磁エネルギーの有無を検出することができ、方向検出モジュール１３０を起動させることができる。方向検出モジュール１３０は、局Ｃ  １１０のアンテナに対して相対的に送信元アンテナの方向を検出することができる。トリガモジュール１２８は、ビームフォーミングモジュール１２４をトリガまたは起動して、トリガモジュール１２８が供給する信号に基づいてビームフォーミングプロセスを開始させることができる。一部の実施形態によると、トリガモジュール１２８は、検出された１以上のパラメータに基づいてトリガ信号を供給することができる。トリガ信号は、１以上のパラメータが検出されてから所定の時間だけ遅延させられるとしてもよい。図示の便宜上、局Ｃ  １１０にはその構成要素が図示されているが、局Ａ  １０６および局Ｂ  １０８には構成要素が図示されていない。しかし、局Ａおよび局Ｂは、同様または同一の構成要素を所有および利用し得るものと考えられる。
【００３４】
一部の実施形態では、検出されたＲＦエネルギーに基づきＮＣＣ１０４と局Ｃ  １１０との間で最初のやり取りが行われた後にビームフォーミングを行うことができる。したがって、ＮＣＣ１０４および局でのビームフォーミングを、ＮＣＣ１０４と局との間で行われる通信の早い段階で、情報が全くやり取りされることなく、別の周波数で、開始することができる。
【００３５】
このようにビームフォーミングを行った後、残りのアソシエーションプロセスおよび／または制御情報のやり取りは、指向性送信および高いデータレートで実行することができる。このように早い段階で指向性認識および指向性通信を行うことによって、局Ｃ  １１０のような局は、従来の局に比べると、はるかに高速に利用可能なネットワーク接続を得ることができるようになる。一部の実施形態によると、局Ｃ  １１０は、到来方向（ＤＯＡ）情報およびビーコン送信（通常は、これが最初の送信である）から取得されるデータに基づいて、トリガモジュール１２８からの信号に応じて指向性送信モードにシフトすることができる。局Ｃは、トリガおよびビームフォーミングの後、接続プロセスを完了させるのに必要な以降の情報を送信することができる。例えば、プローブ情報および／またはアソシエーション要求は、局Ｃ  １１０から、高データレートの指向性モードで送信することができる。ＮＣＣ１０４は、局Ｃ  １１０と同様に、トリガモジュール１１８が検出する局からプローブ送信またはその他の送信を受信すると、指向性モードに切り替わることができる。
【００３６】
ＮＣＣ１０４を介してネットワークへ接続しようと試みる局からＮＣＣ１０４が信号を受信すると、局は即座にアソシエーション手続きの最初の処理としてビームフォーミングモードに入ることができる。一部の実施形態では、ビームフォーミングは、専用に時間を割り当てることを必要とせず、ビーコンおよびアソシエーション要求のフレームやり取りの一部として実行することができる。
【００３７】
このため、ビーコンフレームまたはスーパーフレームの一部として受信されるその他のフレームにおいて、ＮＣＣ１０４に対するビームフォーミングを局Ｃ  １１０が実行する場合、当該ビームフォーミングによって局は指向性モードでアソシエーション要求を送信することができる。同様に、ＮＣＣ１０４はアソシエーション要求を受信することによって局に対してビームフォーミングを実行することができるので、ＮＣＣ１０４もまた指向性モードでアソシエーション応答を送信することができる。この場合、アソシエーションプロセスにおいて、全方向性送信モードの利用を完全に回避することができる。このような構成ではスーパーフレーム等において特定の時間をビームフォーミングに割り当てる必要は、ほとんどまたは全くないと考えられる。
【００３８】
干渉のためにＮＣＣ１０４と局との間の通信チャネルがドロップすると、局同士の間のデータフローは、管理または通信管理の負荷またはオーバーヘッドのために、大幅に中断される可能性がある。従来のアソシエーション要求にかかる時間は通常、５０μ秒＋９２×８／１Ｍｂｐｓ＋２２×８／１Ｍｂｐｓ＝５０＋７３６＋１７６＝９６２マイクロ（μ）秒である。アソシエーション応答にかかる時間は、５０μ秒＋９２×８／１Ｍｂｐｓ＋１４×８／１Ｍｂｐｓ＝５０＋７３６＋１１２＝８９８μ秒である。このため、アソシエーションを実現するのにかかる合計時間は、１８６０μ秒と算出される。ネットワークがデバイス間のデータの移動で忙しい場合に、このように多大な時間が通信の設定に浪費されることが多い。
【００３９】
一部の実施形態では、送信または通信を監視することによって、アソシエーションプロセスの前に２つの局の間のビームフォーミングを設定することもできる。この実施形態では、送信の全てまたは略全てを指向性モードで実行することができる。アソシエーションプロセスを全て高データレートの指向性送信モードで実行すれば、当該プロセスに必要な合計時間は、現在のアソシエーション時間に比べてはるかに短い５．３０３μ秒のオーダーになるものと考えられる。また、第１のアソシエーションの後に指向性通信が開始されると、アソシエーション要求のやり取りにかかる時間は、１．６μ秒＋０．９μ秒＋２２×８／９５２Ｍｂｐｓ＝１．６＋０．９＋０．１８５＝２．６８５μ秒になると考えられる。これに対応するアソシエーション応答は、１．６μ秒＋０．９μ秒＋１４×８／９５２Ｍｂｐｓ＝１．６＋０．９＋０．１１８＝２．６１８μ秒となる。本明細書に開示する構成と現在の技術水準または従来のネットワークとの間には、性能／遅延に大きな差（つまり、約１８５６μ秒）があると考えられる。
【００４０】
実施するには複雑である等の理由も含め数多くの理由から、アソシエーションプロセスの「全ての」送信を高データレートの指向性モードで実行することは、コスト面から実現可能でない場合もある。アソシエーションプロセスの全ての処理の実行に指向性通信モードを利用することがコスト面から見て実現可能でない場合、アソシエーションプロセスを全方向性送信モードで開始して、ビームフォーミングを完了するとすぐに、通信形式を指向性送信モードに変更するとしてもよい。ビームフォーミングがトリガされると、通信形式を変更するとしてよい。
【００４１】
上述した計算内容によれば、本明細書に開示している構成を採用することによって、従来の構成およびシステムに比べて、局とコントローラとのアソシエーションを約９９．７％も高速化することができる場合がある。このようにアソシエーション時間を改善することは、ローミング、移動、および干渉のためにチャネルの中断またはリンクの断絶が頻繁に発生することが通常であるミリ波システムについて、特に重要であり得る。本明細書に開示する構成はさらに、（再）アソシエーションのレイテンシを低減することもできるので、ミッションクリティカルアプリケーションおよびリアルタイムアプリケーションのサービス品質（ＱｏＳ）を改善することができる。上述したように、指向性モードでは、はるかに高いデータレートを実現することができるので、アソシエーションプロセスを完了するまでの時間を大幅に短縮することができる。
【００４２】
上記の教示内容では中央コントローラを備えるネットワークについて説明しているが、本明細書の教示内容はアドホックネットワークでも利用することができる。アドホックネットワークでは、中央ネットワークコントローラまたはアクセスポイントが設けられている場合がある。このような構成では、局はピアと呼ばれ、ピアのうち１つがビーコンの送信および通信の制御を担当することができる。それぞれのピアまたは局は、ビーコンフレームを受信した後、ビーコン時間が経過するまで待機して、受信可能なビーコンを送信するピア／局がない場合、待機／監視しているピアはランダムな時間遅延でビーコンを送信することができる。
【００４３】
このランダムな時間遅延によって、少なくとも１つの局がビーコンを送信して制御担当ピアになることができ、ランダムな遅延によってビーコン送信担当をピア間でローテーションさせることができる。アクセスポイントを利用する代わりに、制御局または制御用ネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）がアドホックネットワークを制御することができる。
【００４４】
局は、通信セッションで利用するアソシエーションデータおよびビームフォーミングデータを保存することができる。ＮＣＣ１０４と局Ｃ  １１０との間の通信チャネルが干渉のためにドロップすると、局Ｃ  １１０は再アソシエーション要求を送信することができる。一部の実施形態では、前回のアソシエーションでのデータを用いて高データレートの指向性モードで再アソシエーション要求を送信することができるので、再アソシエーション要求を送信するために全方向性送信モードに戻る必要はない。
【００４５】
局は、格納している情報ネットワーク制御情報を用いて、別の局またはコントローラにアソシエーション応答を送り返すことができる。局Ｃ  １１０によって再アソシエーション要求が開始される場合、「最後に知られていた」ＮＣＣ１０４の方向に送信することから開始されるとしてもよい。干渉のためにＮＣＣ１０４と局との間の通信チャネルがドロップすると、局同士の間のデータフローは管理または通信管理の負荷またはオーバーヘッドのために、大幅に中断される可能性がある。同様に、ＮＣＣ１０４は、最後に知られていたビームフォーミング構成等の格納情報に基づいて、指向性モードで要求に答えることができる。通信リンクを構築（または再構築）できない場合、または、局が確認信号を受信しない場合、局Ｃ  １１０からのアソシエーション要求の送信をビームフォーミングを利用して繰り返し実行することができる。尚、３６０度スキャンでビームを複数の異なる方向に放出する。
【００４６】
また、本明細書に開示されている局同士の間のビームフォーミングは、特にチャネル時間の割り当てを必要とすることなく、普通のパケットのやり取りの一部として実行することができる。一部の実施形態によると、ビームフォーミングは、全方向性のビーコンおよびアソシエーション要求フレームの送受信によって、実行することができる。本明細書に開示しているＷＮ１００でビームフォーミングを実現するのにかかる時間は、ビームフォーミングは既に実行されておりミリ波システムでは「必要」であるので、オーバーヘッドを増加させることはないと考えられる。
【００４７】
図２には、２段階の局アソシエーションプロセスのタイミングチャートを示す。同図に示すアソシエーションプロセスは、ネットワーク通信コントローラと局との間での通信を示すものである。同図に示すタイミングチャートは、本明細書の教示内容を実施するための多くの方法のうち１つを説明している。本開示によると、従来のアソシエーション要求（ＡＲＥＱ）は、最小限ＡＲＥＱ（Ｍ−ＡＲＥＱ）２０６と、残余ＡＲＥＱ（Ｒ−ＡＲＥＱ）２１４という２つの部分に分割することができる。２段階アソシエーションプロセスでは、送信に割り当てられた時間スロットの間にビームフォーミングを実行させることができ、この場合のビームフォーミングは、局とコントローラとの間で最小限アソシエーションデータのやり取りが行われた後に開始され得る。一部の実施形態によると、アソシエーションプロセスは複数の異なるスーパーフレームにわたって実行することができる。後続のスーパーフレーム２０８では、はるかに高いデータレートを利用してアソシエーションプロセスを実行することができるので、本明細書に開示されているアソシエーションプロセスでは、従来のアソシエーションプロセスに比べて、必要となる帯域幅または利用する「通信時間（ａｉｒ  ｔｉｍｅ）」がはるかに少なくなる。
【００４８】
ビーコン期間（ＢＰ）２０４が終了して局がビーコン信号を受信すると、当該局は、全方向性送信を用いて、全競争アクセス期間（ＣＡＰ）２０６において、最小限アソシエーション要求（Ｍ−ＡＲＥＱ）信号を送信する。一般的に、ＢＰ２０４でＮＣＣがビーコンを送信した後、ＮＣＣは、局からのネットワークアソシエーション要求に対応することができる。一部の実施形態では、ＮＣＣは、ＩＥＥＥ８０２の一連の規格に準拠して動作することができ、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレスをアソシエーション要求の一部として利用することができる。ＭＡＣアドレスは通常、６バイトである。局は、全方向性ＣＡＰ期間２０６においてＭ−ＡＲＥＱ送信の一部として自身のＭＡＣアドレスを送信することができ、ＮＣＣは入力信号の方向およびＭＡＣアドレスを検出することができる。ＮＣＣは、全方向性ＣＡＰ期間２０６の後に、ビームフォーミングについて時間を割り当てるか、または、ビームフォーミングを開始することができる。例えば、図示されているように、局およびコントローラ双方でのビームフォーミングは、全方向性ＣＡＰ期間の後、第２のスーパーフレーム２０８で開始されるとしてよい。
【００４９】
特定の種類の送信において特定の種類の送信、特定のデータを検出したこと、および／または、検出された事象から所与の時間遅延が経過したことに基づいて、１以上の局およびＮＣＣでのビームフォーミングをトリガするとしてよい。一部の実施形態によると、ビームフォーミングへのチャネル割り当ては任意であってよい。この場合には、ビームフォーミングに特定の時間を割り当てる必要はないとしてよい。
【００５０】
局とＮＣＣとの間のビームフォーミングは、アソシエーション要求の発行を必要とすることなく、局Ｂ  ２０４からの全方向性ビーコンまたは局Ｂ  ２０４からの全方向性アソシエーション要求（Ｍ−ＡＲＥＱ）のみに基づいて実行されるとしてよい。アソシエーション送信の最初の部分は、従来のシステムと同様に実行することができて、本明細書で開示するような改善点を含むように変更する必要はないと考えられる。一部の実施形態では、アソシエーション要求メッセージを全方向性モードで送信することができ、アソシエーション応答は指向性モードで送信することができ、局およびＮＣＣのビームフォーミングはメッセージのやり取り、または、要求および応答のやり取りの間に実行することができる。
【００５１】
本開示によると、従来のアソシエーション要求ではかなり低いデータレートを用いて１つの時間ブロックで通常は提供される情報を、より小さい複数のセグメントに分割することができ、通常はより大きいほうの第２のセグメントははるかに高いデータレートで実行することができる。このため、Ｒ−ＡＲＥＱ送信では、Ｍ−ＡＲＥＱ送信に比べて、より大量のデータをより短時間でやり取りすることができる。比較的短いＭ−ＡＲＥＱ通信は、局のＭＡＣアドレスを含むが、比較的低いデータレートで送信することができ、アソシエーション要求の残りであるＲ−ＡＲＥＱは、指向性ＣＴＡＰ期間２１２において、非常に高いデータレートを利用することができる。Ｍ−ＡＲＥＱセグメントは、ＭＡＣアドレスを含む情報を搬送するためのものでバイト数は１２バイトと少なくすることができ、Ｒ−ＡＲＥＱセグメントは、２２バイトに限定され得るものと考えられる。
【００５２】
次のスーパーフレーム（つまり、スーパーフレームｎ＋１  ２０８）において、別のＢＰの後、全方向性ＣＡＰ送信が行われる。２つ目のスーパーフレームにおける全方向性ＣＡＰ送信の後、１以上の局および／またはＮＣＣによってビームフォーミングが開始されるとしてよい。ビームフォーミングは、先行するスーパーフレームの全方向性ＣＡＰ送信によって、局およびＮＣＣでトリガされるとしてよい。これ以外にも多くの事象によってビームフォーミングがトリガされるとしてよく、例えば、局のＭＡＣアドレスの受信、所定数のビットの受信等によってトリガされるとしてよい。
【００５３】
局およびＮＣＣは、任意で設定されるビームフォーミング期間２１０において、ビームフォーミングを実行することができる。任意で設定されるビームフォーミング期間２１０の後、局は、チャネル時間割り当て期間または指向性ＣＴＡＰ２１２への割り当てを要求して受信することができる。このように、残りのアソシエーションプロセスには高速指向性通信を利用することができる。このため、残りのアソシエーションプロセスは、指向性モードにおいて、より高いデータレートで、残りのアソシエーション要求を送信することを含むとしてよい。この送信が完了すると、アソシエーション要求応答期間（ＡＲＳＰ）２１６においてアソシエーション要求応答が送信される。
【００５４】
２段階のアソシエーションプロセスにかかる時間を算出すると、Ｍ−ＡＲＥＱは、低速送信レートが利用され、５０μ秒＋９２×８／１Ｍｂｐｓ＋１２×８／１Ｍｂｐｓ＝５０＋７３６＋９６＝８８２μ秒と算出される。Ｒ−ＡＲＥＱにかかる時間は、Ｒ−ＡＲＥＡでは送信レートを高くすることができるので、比較的短い。Ｒ−ＡＲＥＱに割り当てられる時間は、１．６μ秒＋０．９μ秒＋２２×８／９５２Ｍｂｐｓ＝１．６＋０．９＋０．１８５＝２．６８５μ秒と算出され得る。高データレートを用いてアソシエーションプロセスを完了すると、ＡＲＳＰにかかる時間は１．６μ秒＋０．９μ秒＋１４×８／９５２Ｍｂｐｓ＝１．６＋０．９＋０．１１８＝２．６１８μ秒と算出され得る。このように、アソシエーションにかかる合計時間は、８８７．３０３μ秒と算出／推定される。本明細書に開示するアソシエーションプロセスによれば、注目すべきことに、（計算によれば）デバイスのアソシエーションに必要な帯域幅を５２％低減することができる。このため、従来のシステムに比べて、スペクトル効率が大幅に改善される。
【００５５】
上述したように、図２に示すタイミングチャートではスーパーフレームとして知られている期間を図示している。最初に、または、時刻ゼロ「ｔ０」において、ビーコン期間（ＢＰ）２０４において、局が１以上の信号を送信する。ＢＰ２０４を用いて、上述したように、無線ネットワークにおけるノードまたは局同士の間での通信を定義して同期させる。ＢＰ２０４で搬送される情報によって、それぞれの局がデータを送信するタイミング、または、それぞれの局にデータの送信を許可するタイミングを、指示または制御することができる。このように管理することによって、複数の局が同時に送信を行って互いに干渉し合う事態を避けることができる。
【００５６】
ビーコンフレームの長さは通常、約５０バイトであり、この約半分は、共通フレームヘッダおよびエラー検出に利用される巡回冗長検査（ＣＲＣ）フィールドである。共通フレームヘッダは、他のフレームと同様に、ソースＭＡＣアドレスおよびデスティネーションＭＡＣアドレス、ならびに、通信プロセスに関するその他の情報を含むとしてよい。ＮＣＣから送信する場合、ＮＣＣに近接した局でＮＣＣの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレスが受信されるように、デスティネーションアドレスは全て論理アドレスに設定することができる。
【００５７】
ＮＣＣのＭＡＣアドレスを持つ局はそれぞれ、ネットワークに参加することができ、ビーコン送信を受信および処理することができる。ビーコンフレームの本体は、ヘッダとＣＲＣフィールドとの間にあり、ビーコンフレームの約半分を占めているとしてよい。各ビーコンフレームは、ビーコン期間、タイムスタンプ、サポートレート、パラメータセット、機能情報、およびサービスセット識別子（ＳＳＩＤ）等を含むとしてよく、このような情報によって通信が編成される。
【００５８】
図３を参照しつつ説明すると、アソシエーション要求は、１つのＡＲＥＱ期間で完了することができる。図２を参照しつつ上述したように、時刻ゼロ「ｔ０」において、ネットワーク通信コントローラ（ＮＣＣ）は、ビーコン期間（ＢＰ）３０４においてデータを送信することができる。ＢＰ３０４で送信されるデータは、ネットワーク通信タイミングを設定および／または維持するべく利用することができる。１つ目のスーパーフレーム３０２において、複数の局が送信を行う全方向性送信競争アクセス期間（全方向性ＣＡＰ）通信３０６が実行される。
【００５９】
後続のスーパーフレーム（スーパーフレームｎ＋１  ３０８）では、第２のビーコン期間（ＢＰ）および全方向性ＣＡＰ送信を実行することができる。それに先行する信号および／または時間遅延に基づいて発行されるトリガに応じて、任意でビームフォーミング期間３１０を実行することができる。任意で設けられるビームフォーミング期間３１０の後、ＡＲＳＰ期間３１４において、指向性の高速ＣＴＡＰ送信を実行して要求に対する承認を局に対して供給することができる。図示したタイミングチャートでは、アソシエーションプロセスに関連する局のうち少なくとも１つが指向性通信機能またはビームフォーミング機能を有するものと仮定している。
【００６０】
図４には、アソシエーション要求を実行する方法を示す。上述したように、通信モード（指向性または全方向性）は、ビームフォーミングが完了しているか否かに応じて決まるとしてよい。ブロック４０２に示すように、周囲環境を監視して、利用可能な無線信号があるか否かを検出する。当該信号は、全方向性送信で送受信されるビーコンであってよい。判断ブロック４０３に示すように、利用可能な信号を受信したか否かを判断するとしてよい。一部の実施形態によると、局は、複数のコントローラからビーコンを受信した場合、提供する通信リンクが最も望ましいコントローラを選択するとしてよい。利用可能な信号が検出されない場合、ブロック４０２に戻って、システムは周囲環境を監視し続けるとしてよい。
【００６１】
利用可能な信号が検出された場合、ブロック４０４に示すように、局がビーコンに基づいてビームフォーミングを実行できるか否かを判断するとしてよい。局がビーコンに基づいてビームフォーミングを実行できる場合、ブロック４０５に示すように、局はビームフォーミングを実行して、アソシエーションプロセスを実行するべく時間を割り当てるとしてよい。ブロック４０７に示すように、局は、アソシエーション要求を発行して指向性モードでアソシエーションプロセスを実行し、コントローラは、ビームフォーミングを実行してアソシエーションプロセスに移行するとしてよい。ブロック４１２に示すように、局が指向性モードで承認信号を受信すると、終了する。
【００６２】
ブロック４０４において、局がビーコンに基づいてビームフォーミングを実行できないと判断された場合には、ブロック４０６に示すように、最小限アソシエーション要求を送信するとしてよい。最小限アソシエーション要求は、全方向性モードで送信されるＭＡＣアドレスを含むとしてよい。ブロック４０８に示すように、ビームフォーミングを実行するための時間を割り当てるとしてよい。
【００６３】
ブロック４１０に示すように、局およびコントローラは、ビームフォーミングを実行して指向性チャネル時間割り当て期間に時間を割り当てるとしてよい。残りのアソシエーションプロセスについては、指向性送信で実行されるとしてよい。ブロック４１２に示すように、コントローラはアソシエーション承認信号を送信して、局は承認信号を受信するとしてよい。その後終了するとしてよい。
【００６４】
一般的に、上記の方法は、アンテナアレイでソースからビーコンを受信することと、ビームフォーミングを実行するためのリソースを割り当てることと、ビーコンの少なくとも一部分を受信した後にビームフォーミングを実行することとを含むとしてよい。ビームフォーミングは、アソシエーション要求が完了する前、且つ、アソシエーション要求に応じて承認信号を受信する前に完了するとしてよい。
【００６５】
したがって、アソシエーション要求の少なくとも一部、および、当該アソシエーション要求に対応する承認信号の送信に指向性送信を利用することができる。アソシエーション要求は、アソシエーションを実行するために必要な最小限データと、残りのアソシエーション要求データとの２つの部分に「分割」されるメッセージであってよい。最小限データは、全方向性モードで送信されるが、残りのアソシエーション要求データおよびアソシエーション応答は、指向性モードで送信されるとしてよい。ビームフォーミングは、アソシエーション要求の１回目の送信と２回目の送信との間に実行することができる。
【００６６】
一部の実施形態では、アソシエーション要求メッセージまたはアソシエーション応答メッセージに対して行う必要がある変更は最小限にとどめられるか、変更を行う必要はないと考えられる。アソシエーション要求は全方向性モードで送信されるが、アソシエーション応答は指向性モードで送信されるとしてよい。ビームフォーミングは、１つ目のメッセージと２つ目のメッセージとの間（全方向性モードと指向性モードとの間）に実行することができる。
【００６７】
図３に示したタイミング構成は、図２に示したものと同様である。図３は、ビーコン期間とＡＲＥＱ期間との間の期間に局およびＮＣＣがビームフォーミングを実行すれば、ビームフォーミングへの時間の割り当てを改善できることを示している。このような１段階方法を用いてアソシエーションプロセスを実行する場合にかかる時間を算出すると、ＡＲＥＱにかかる時間は、５０μ秒＋９２×８／１Ｍｂｐｓ＋２２×８／１Ｍｂｐｓ＝５０＋７３６＋１７６＝９６２μ秒となり、ＡＲＳＰにかかる時間は、１．６μ秒＋０．９μ秒＋１４×８／９５２Ｍｂｐｓ＝１．６＋０．９＋０．１１８＝２．６１８μ秒となる。アソシエーションにかかる合計時間は、約９６４．６１８μ秒である。本明細書に開示されている構成が奏するアソシエーション時間の短縮という効果は、従来のアソシエーション方法に比べて、スペクトル効率を約４８％改善すると考えられる。
【００６８】
局はその後、先行して実施されたアソシエーション要求の送信に従って、セクタアンテナを利用する。セクタアンテナが利用される場合、局によって開始される再アソシエーション要求は、既に知られているＰＮＣの方向から開始されるとしてよい。ＰＮＣは、ＤＯＡに基づき、要求に対して返答することができる。ＰＮＣから応答を受信しない場合、複数の異なる方向にアソシエーション要求を繰り返し実行することができる。
【００６９】
本開示によれば、アソシエーションプロセスにおいて局およびネットワークコントローラが全方向性モードで動作する時間を大幅に短縮することができる。一部の実施形態によると、アソシエーションプロセスの大半は、指向性モードで実行することができる。一部の実施形態によると、アソシエーションプロセス中に全方向性モードを利用するのは、最小限必要な情報の送信に限定され、プロセスの大半は指向性モードで実行されるので、アソシエーションプロセスを高速化および短縮することができる。
【００７０】
本明細書に開示する構成はそれぞれ、ソフトウェアプログラムで実装することができる。本明細書に記載するソフトウェアプログラムは、任意の種類のコンピュータ、例えば、パーソナルコンピュータ、サーバ等で動作させることができる。プログラムは、さまざまな信号搬送媒体に含まれるとしてよい。信号搬送媒体の例を挙げると、これらに限定されるものではないが、（ｉ）書込み不可能な格納媒体（例えば、コンピュータ内のリードオンリーメモリ、例えば、ＣＤ−ＲＯＭドライブで読み出し可能なＣＤ−ＲＯＭディスク）に永久的に格納されている情報、（ｉｉ）書き換え可能な格納媒体（例えば、ディスクドライブまたはハードディスクドライブ内のフロッピー（登録商標）ディスク）に格納されている変更可能な情報、および、（ｉｉｉ）無線通信を含む、コンピュータネットワークまたは電話回線等の通信媒体によってコンピュータに搬送される情報がある。最後の実施形態は特に、インターネット、イントラネット、またはその他のネットワークからダウンロードされた情報を含む。このような信号搬送媒体は、本開示の機能を指定するコンピュータ可読命令を提供する場合、本開示の実施形態となるものとする。
【００７１】
本明細書に開示する実施形態は、完全にハードウェアから構成される実施形態、完全にソフトウェアから構成される実施形態、またはハードウェア素子およびソフトウェア素子の両方を含む実施形態を含むとしてよい。一部の実施形態によると、本明細書に開示する方法は、ソフトウェアで実装されるとしてよく、当該ソフトウェアは、これらに限定されないが、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む。また、実施形態は、コンピュータ利用可能媒体またはコンピュータ可読媒体からアクセス可能で、コンピュータまたは任意の命令実行システムによって利用される、または、それらと共に利用されるプログラムコードを提供するコンピュータプログラム製品であってもよい。本明細書において、コンピュータ利用可能媒体またはコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、命令実行装置、または命令実行局によって利用される、または、それらと共に利用されるプログラムを、保有、格納、通信、伝送、または、輸送することの出来る任意の装置であってよい。
【００７２】
システムの構成要素は、電子格納媒体から命令を読み出すことが出来る。媒体は、電子システム、磁気システム、光学システム、電磁システム、赤外線システム、あるいは半導体システム（システムではなく、装置または局であってもよい）、または、伝播媒体であってよい。コンピュータ可読媒体の例を挙げると、半導体メモリあるいは固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能コンピュータディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、剛性磁気ディスク（ｒｉｇｉｄ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｄｉｓｋ）、および光ディスクがある。現時点における光ディスクの例を挙げると、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスクリード／ライト（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、およびＤＶＤがある。プログラムコードを格納および／または実行するのに適したデータ処理システムには、システムバスを介してメモリ素子に直接的または間接的に接続された少なくとも１つのプロセッサ、ロジック、またはステートマシーンがある。メモリ素子には、プログラムコードが実際に実行されている間に利用されるローカルメモリ、大容量記憶装置、および、実行中に大容量記憶装置からプログラムコードを読み出す回数を低減するべく少なくとも一部のプログラムコードを一時的に格納するキャッシュメモリが含まれる。
【００７３】
入出力（Ｉ／Ｏ）局（これらに限定されないが、キーボード、ディスプレイ、ポインティング局等を含む）は、直接的に、または、間にＩ／Ｏコントローラを介在させて、システムに接続されるとしてよい。システムにはさらに、ネットワークアダプタも接続されて、間に私有または公共のネットワークを介在させて、データ処理システム同士を接続させたり、データ処理システムと離れた位置にあるプリンタまたは格納局とを接続させたりするとしてよい。現時点において利用可能な種類のネットワークアダプタの例をいくつか挙げると、モデム、ケーブルモデム、およびイーサネット（登録商標）カードがある。
【００７４】
本開示を参照した当業者には、本開示が、上述した特徴を実現できる方法、システム、および、媒体を意図することが明らかである。詳細な説明および図面に記載および図示した実施形態は、本明細書に開示した教示内容を構築および利用することが可能な方法としてのみ解釈されるべきであると理解されたい。本願の特許請求の範囲は、本明細書に開示されている実施形態例の変更例を全て包含するべく広く解釈されたい。
【図１】
2011514761.tif 000004
【図２】
2011514761.tif 000005
【図３】
2011514761.tif 000006
【図４】
2011514761.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月23日(2010.8.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのアンテナでソースからビーコンの少なくとも一部分を受信する段階と、
ビームフォーミングを実行するべくリソースを割り当てる段階と、
前記ビーコンの前記少なくとも一部分を受信した後、且つ、アソシエーション要求承認信号を受信する前に、ビームフォーミングを実行する段階と、
指向性方式を利用して、アソシエーション要求に応じて発生するアソシエーション要求の少なくとも一部分を通信する段階と
を備える方法。
【請求項２】
前記ビーコンに応じて媒体アクセス制御アドレスを送信する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ビームフォーミングを実行する段階は、前記少なくとも1つのアンテナから前記ソースへの相対的な方向を決定する段階を有する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記アソシエーション要求の少なくとも一部分は、指向性モードで送信される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記アソシエーション要求は、複数のビットの送信を含み、前記複数のビットの大部分は、指向性モードで送信される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ビーコンに応じて媒体アクセス制御アドレスを送信する段階と、前記ビーコンの少なくとも一部分を受信すると前記ビームフォーミングをトリガする段階とをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
再アソシエーション要求を指向性モードで送信する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記指向性方式の送信では、全方向性送信よりも高いデータレートを利用する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記相対的な方向を決定する段階は、到来方向情報、到来角、到来時間差、または、到来周波数差のうち１つを決定する段階を含む請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
入力信号を受信するセンサと、
前記入力信号の発信元の方向を検出する方向検出モジュールと、
前記入力信号に向けてビームフォーミングを実行するビームフォーミングモジュールと、
前記ビームフォーミングモジュールをトリガしてビームフォーミングを実行させるトリガモジュールと、
アソシエーションプロセス中に指向性送信を受信する受信機と
を備え、
前記トリガモジュールは、前記アソシエーションプロセスの終了より前に前記ビームフォーミングモジュールを起動する装置。
【請求項１１】
ビーコンは、前記指向性送信のデータレートよりも低いデータレートの全方向性送信で送信される請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記入力信号はビーコンである請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
アソシエーション要求承認信号を受信する受信機をさらに備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記ビームフォーミングから取得したデータを利用して再アソシエーション要求を送信することをさらに備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも１つのアンテナによってソースからビーコンを受信すること、
ビームフォーミングを実行するべくリソースを割り当てること、
前記ビーコンの少なくとも一部分を受信した後、且つ、指向性通信を利用して送信されるアソシエーション要求承認信号を受信する前に、ビームフォーミングを実行すること、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１６】
前記コンピュータに、受信した前記ビーコンに応じて媒体アクセス制御アドレスを送信することを実行させる
請求項１５に記載のプログラム。
【請求項１７】
前記コンピュータに、ビームフォーミングプロセスの一部として、前記少なくとも１つのアンテナから前記ソースへの相対的な方向を決定することを実行させる
請求項１５に記載のプログラム。
【請求項１８】
前記コンピュータに、前記アソシエーション要求の一部分を指向性モードで送信することを実行させる
請求項１５に記載のプログラム。
【請求項１９】
前記コンピュータに、アソシエーション要求において、大部分は指向性モードで送信される複数のビットを送信することを実行させる
請求項１５に記載のプログラム。
【請求項２０】
前記コンピュータに、前記ビーコンに応じて媒体アクセス制御アドレスを送信し、前記ビーコンの少なくとも一部分を受信すると前記ビームフォーミングをトリガすることを実行させる
請求項１５に記載のプログラム。
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月12日(2011.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのアンテナでソースからビーコンの少なくとも一部分を受信する段階と、
ビームフォーミングを実行するべくリソースを割り当てる段階と、
前記ビーコンの前記少なくとも一部分を受信した後、且つ、アソシエーション要求承認信号を受信する前に、ビームフォーミングを実行する段階と、
指向性方式を利用して、アソシエーション要求に応じて発生するアソシエーション要求の少なくとも一部分を通信する段階と
を備える方法。
【請求項２】
前記ビーコンに応じて媒体アクセス制御アドレスを送信する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ビームフォーミングを実行する段階は、前記少なくとも１つのアンテナから前記ソースへの相対的な方向を決定する段階を有する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記アソシエーション要求の少なくとも一部分は、指向性モードで送信される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記アソシエーション要求は、複数のビットの送信を含み、前記複数のビットの大部分は、指向性モードで送信される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ビーコンに応じて媒体アクセス制御アドレスを送信する段階と、前記ビーコンの少なくとも一部分を受信すると前記ビームフォーミングをトリガする段階とをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
再アソシエーション要求を指向性モードで送信する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記指向性方式の送信では、全方向性送信よりも高いデータレートを利用する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記相対的な方向を決定する段階は、到来方向情報、到来角、到来時間差、または、到来周波数差のうち１つを決定する段階を含む請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
入力信号を受信するセンサと、
前記入力信号の発信元の方向を検出する方向検出モジュールと、
前記入力信号に向けてビームフォーミングを実行するビームフォーミングモジュールと、
前記ビームフォーミングモジュールをトリガしてビームフォーミングを実行させるトリガモジュールと、
アソシエーションプロセス中に指向性送信を受信する受信機と
を備え、
前記トリガモジュールは、前記アソシエーションプロセスの終了より前に前記ビームフォーミングモジュールを起動する装置。
【請求項１１】
ビーコンは、前記指向性送信のデータレートよりも低いデータレートの全方向性送信で送信される請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記入力信号はビーコンである請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
アソシエーション要求承認信号を受信する受信機をさらに備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記ビームフォーミングから取得したデータを利用して再アソシエーション要求を送信することをさらに備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも１つのアンテナによってソースからビーコンを受信すること、
ビームフォーミングを実行するべくリソースを割り当てること、
前記ビーコンの少なくとも一部分を受信した後、且つ、指向性通信を利用して送信されるアソシエーション要求承認信号を受信する前に、ビームフォーミングを実行すること、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１６】
前記コンピュータに、受信した前記ビーコンに応じて媒体アクセス制御アドレスを送信することを実行させる
請求項１５に記載のプログラム。
【請求項１７】
前記コンピュータに、ビームフォーミングプロセスの一部として、前記少なくとも１つのアンテナから前記ソースへの相対的な方向を決定することを実行させる
請求項１５に記載のプログラム。
【請求項１８】
前記コンピュータに、前記アソシエーション要求の一部分を指向性モードで送信することを実行させる
請求項１５に記載のプログラム。
【請求項１９】
前記コンピュータに、アソシエーション要求において、大部分は指向性モードで送信される複数のビットを送信することを実行させる
請求項１５に記載のプログラム。
【請求項２０】
前記コンピュータに、前記ビーコンに応じて媒体アクセス制御アドレスを送信し、前記ビーコンの少なくとも一部分を受信すると前記ビームフォーミングをトリガすることを実行させる
請求項１５に記載のプログラム。
【請求項２１】
無線通信デバイスからビーコン送信を受信する段階と、
前記ビーコン送信の少なくとも一部分に基づいて、前記無線通信デバイスに対してミリ波ビームフォーミングを実行する段階と、
アソシエーションプロセスを実行する段階と
を備え、
前記ビームフォーミングは、前記アソシエーションプロセスが完了する前に開始される方法。
【請求項２２】
前記ビーコンの発信元の方向を検出する検出段階をさらに備える請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記アソシエーションプロセスを実行する段階は、
前記無線通信デバイスに対してアソシエーション要求を送信する段階と、
前記無線通信デバイスからアソシエーション応答を受信する段階と
を含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記無線通信デバイスは、ネットワークコントローラーデバイスである請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記ビームフォーミングは、前記無線通信デバイスとの前記アソシエーションプロセスの前に開始される請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
無線通信デバイスからビーコンを受信する受信機と、
前記ビーコンの少なくとも一部分に基づいて、前記無線通信デバイスに対してミリ波ビームフォーミングを実行するビームフォーミングモジュールと、
前記ビームフォーミングモジュールをトリガしてビームフォーミングを実行させるトリガモジュールと
を備え、
前記トリガモジュールは、アソシエーションプロセスの終了より前に前記ビームフォーミングモジュールを起動する装置。
【請求項２７】
前記ビーコンの発信元の方向を検出する方向検出モジュールをさらに備える請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記アソシエーションプロセスは、前記無線通信デバイスとのメッセージの交換を含み、前記メッセージは、アソシエーション要求メッセージ及びアソシエーション応答メッセージを含む請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記アソシエーション要求メッセージを送信する送信機をさらに備え、
前記受信機は前記アソシエーション応答メッセージを受信する請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記トリガモジュールは、前記アソシエーションプロセスの開始前に前記ビームフォーミングモジュールを起動する請求項２６に記載の装置。
【請求項３１】
前記無線通信デバイスはネットワークコントローラーデバイスである請求項２６に記載の装置。
【請求項３２】
無線通信デバイスからビーコン送信を受信すること、
前記ビーコン送信の少なくとも一部分に基づいて、前記無線通信デバイスに対してミリ波ビームフォーミングを実行すること、
アソシエーションプロセスを実行すること、
をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記ビームフォーミングを、前記アソシエーションプロセスが完了する前に開始させるプログラム。
【国際調査報告】
2011514761.tif 000008
2011514761.tif 000009