(57)【要約】  分散型制御無線ネットワーク上の多重チャネル通信を容易にするために、複数の本質的に独立したチャネル上のネットワークのタイミングが、ネットワークの間で共通の時間ベースを確立するように調整される(350)。この共通の時間ベースによって、複数のネットワークによって提供される帯域幅を用いて、データが並行して送信される(230)。認知無線ネットワークのためのこの技術の効率をさらに最適化するために、各々のネットワーク上の沈黙期間QP及び信号送信ウィンドウSWは、重なり合う沈黙期間QP及び/又は重なり合う信号送信ウィンドウSWを提供するようにスケジューリングされる(355)。好ましくは、各々の多重チャネルユーザは、各々のチャネル上のネットワークのビーコン期間210において同じタイムスロットを割り当てられ(360)、それによって、効率的なビーコン送信及び受信を促進する。
2011507325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散型ネットワークにおける多重チャネル通信を容易にするためにチャネルを結合する方法であって、
複数の利用可能なチャネルから基準チャネルを選択し、
前記基準チャネル上の第１ネットワークの通信の基準時間を決定し、
前記複数の利用可能なチャネルから第２チャネルを選択し、
第１ネットワーク上の前記通信に対応する、第２チャネル上の第２ネットワークの通信の第２時間を決定し、
前記第２時間及び前記基準時間との間の差を最小化するように、第２ネットワーク上の通信を調整し、
第１及び第２ネットワークの両方によって提供される帯域幅を用いて、情報アイテムのデータを並行して送信する、方法。
【請求項２】
第１及び第２ネットワーク上の前記通信が、ビーコン期間を各々が含むスーパーフレームを含み、前記基準時間が、前記ビーコン期間の開始時間に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スーパーフレームが周期的な沈黙期間を含み、当該方法は、第１及び第２ネットワークの沈黙期間が実質的に同時発生するように、第１及び第２ネットワークのうちの少なくとも１つの前記沈黙期間の発生の時間を調整することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記スーパーフレームが信号送信ウィンドウを含み、当該方法は、第１及び第２ネットワークの信号送信ウィンドウが実質的に同時発生するように、第１及び第２ネットワークのうちの少なくとも１つの前記信号送信ウィンドウの発生の時間を調整することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
装置が当該装置のビーコンを介して前記信号送信ウィンドウを現在モニタリングしているチャネルを通知することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記スーパーフレームが信号送信ウィンドウを含み、当該方法は、第１及び第２ネットワークの信号送信ウィンドウが実質的に同時発生するように、第１及び第２ネットワークのうちの少なくとも１つの前記信号送信ウィンドウの発生の時間を調整することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
装置が当該装置のビーコンを介して前記信号送信ウィンドウを現在モニタリングしているチャネルを通知することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
各々のネットワーク上の各々の装置が、前記ビーコン期間中のビーコンタイムスロットを取得し、当該方法は、少なくとも一つの装置が第１及び第２ネットワークにおいて同じビーコンタイムスロットを取得することを可能にするために、１つ以上の装置に異なるビーコン期間を取得することを指示することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
第１及び第２ネットワークのうちの少なくとも一方を開始することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第１及び第２ネットワークが、ライセンスされたプライマリユーザを含むチャネルのスペクトラム内の認知無線のセカンダリユーザネットワークである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
複数のチャネル上で動作するように構成される受信機及び送信機、
前記複数のチャネルのうちの基準チャネル上の第１ネットワークの通信の基準時間を決定し、第１ネットワーク上の前記通信に対応する、第２チャネル上の第２ネットワークの通信の第２時間を決定し、前記第２時間と前記基準時間との間の差を最小化するように、第２ネットワーク上の通信を調整するように構成されるタイミング制御部、
を有し、
前記送信機は、第１及び第２ネットワークの両方によって提供される帯域幅を用いて情報アイテムのデータを並行して送信するように構成される、
結合装置。
【請求項１２】
第１及び第２ネットワーク上の前記通信が、ビーコン期間を各々が含むスーパーフレームを含み、前記基準時間が前記ビーコン期間の開始時間に対応する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記スーパーフレームが周期的な沈黙期間を含み、前記タイミング制御部が、第１及び第２ネットワークの沈黙期間が実質的に同時発生するように、第１及び第２ネットワークの少なくとも一方における前記沈黙期間の発生の時間を調整するように構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記スーパーフレームが信号送信ウィンドウを含み、前記タイミング制御部が、第１及び第２ネットワークの信号送信ウィンドウが実質的に同時発生するように、第１及び第２ネットワークの少なくとも一方における前記信号送信ウィンドウの発生の時間を調整するように構成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
当該装置が信号送信ウィンドウを現在モニタリングしているチャネルを通知するビーコンを前記送信機に提供するように構成されるビーコン生成器を含む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記スーパーフレームが信号送信ウィンドウを含み、前記タイミング制御部が、第１及び第２ネットワークの信号送信ウィンドウが実質的に同時発生するように、第１及び第２ネットワークの少なくとも一方における前記信号送信ウィンドウの発生の時間を調整するように構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
当該装置が信号送信ウィンドウを現在モニタリングしているチャネルを通知するビーコンを前記送信機に提供するように構成されるビーコン生成器を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
各々のネットワーク上の各々の他の装置が前記ビーコン期間中のビーコンタイムスロットを取得し、前記タイミング制御部が、当該装置が第１及び第２ネットワークにおいて同じビーコンタイムスロットを取得することを可能にするために、一つ以上の他の装置に異なるビーコン期間を取得するように指示するように構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
第１及び第２ネットワークの少なくとも一方を開始するように構成されるコントローラを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項２０】
当該装置は認知無線であり、第１及び第２ネットワークが、ライセンスされたプライマリユーザを含むチャネルのスペクトラム内のセカンダリユーザネットワークである、請求項１１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、認知無線通信の分野に関し、特に、分散無線ネットワークにおいて効率的な多重チャネル通信を同調及び維持するための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
認知無線(Cognitive Radio)は、装置がライセンスされたチャネルの活動をモニタリングし、非アクティブなチャネル上でのみ通信を確立する通信スキームである。それは、使用されていない通信帯域幅をローカルエリア通信ネットワークに提供するための特に現実的なソリューションであり、例えば、ホームネットワークが、使用されていないテレビ放送チャネル上で動作することを可能にする。そのようなホームネットワークは、家庭内のデバイス及び電化製品が、一般的にはユーザの直接的な又は予めプログラムされたコマンドの下で、互いに通信して相互作用することを可能にするために一般的に用いられる。そのような通信は、オーブンを余熱するためのユーザコマンドから、カメラ、レコーダ、ディスプレイなどの間での聴覚/視覚情報の交換まで及ぶ。加えて、認知無線は、DSL及びケーブルモデムに匹敵する性能により、地方及び僻地において無線広帯域アクセスを提供するために特に適している。
【０００３】
本発明は、様々な使用可能なチャネルの間で動的に再配置可能であるデバイス及びネットワークを対象にする。典型的な実施の形態において、この使用可能なチャネルは、一般にテレビ放送業者のようなプライマリユーザに割り当てられている又はライセンスされているチャネルであるが、各々のチャネルの実際の占有は変化する。例えば、干渉の可能性に起因して、所与の領域における放送業者に対するテレビチャネルの割当ては一つおきのチャネルに制限され、利用可能なスペクトラム中のチャネルの半分を空けておく。他の環境では、プライマリユーザによるチャネルの占有は時間とともに変化する。動的に再配置可能なネットワークは、未使用のチャネル上でそれ自身を確立することによって、非効率的に利用されているスペクトラムを利用することができる。
【０００４】
異なるタイプのセカンダリユーザは、異なる帯域幅要求をもち、結果的に、異なる帯域幅を持つ。例えば、オーディオビデオデバイスは、例えばオーディオのみのデバイスより大幅に大きな容量を持つ。同様に、ブロードバンドシステムのそれぞれのインターネット加入者は、異なる要求を持ち、異なるサービスクラスに加入する。各々の使用されていないテレビチャネルは、6-8MHzの帯域幅を提供することが期待され、これは、約20Mbit/sの信頼できるビットレートをサポートする。より大きなビットレートを達成するために、デバイスが多重チャネルを用いることを可能にするために「チャネル結合」が用いられることができる。
【０００５】
技術が進歩すると、通信機能をもつ装置の数は指数関数的に増加することが予想され、それに応じて、ライセンスされた/制御されたチャネル上でセカンダリユーザとして動作するように構成されるデバイスの数も増加する。これらのセカンダリユーザ装置の各々はプライマリユーザによって占有されるチャネル上で送信することを回避するように構成されるが、いくつかの装置は、プライマリユーザの放送の「周辺」領域に存在する場合や、又は外部の放送の受信状態が悪い部屋内部に存在する場合があり、プライマリユーザの存在を認識することができない可能性がある。このように、このセカンダリユーザはそのチャネル上で送信する可能性があり、そしてこの送信は、このセカンダリユーザの近くの他のセカンダリ装置の場所におけるプライマリユーザの存在の認識を圧倒する可能性がある。これらの他のセカンダリ装置の各々がこのチャネル上で送信するほど、更なるセカンダリ装置におけるプライマリユーザの存在の認識は悪影響を受ける。したがって、プライマリユーザが認識されることを保証するために、この波及干渉効果を回避してプライマリユーザの存在の検出を可能にするために、チャネル上の全てのセカンダリ装置が沈黙する特定の時間が存在しなければならない。
【０００６】
セカンダリ装置がより大きな帯域幅を得るために多重チャネル上で動作している場合、これらのチャネルの各々で沈黙期間を観察することが必要とされ、これは、装置が達成可能なスループットを大幅に制限する可能性がある。
【０００７】
チャネル結合及び沈黙期間調整は、集中型制御の下で動作するネットワーク(例えば前述の広帯域アクセスネットワーク)において実施するのが適度に容易である。2007年3月13日発行の米国特許7,190,683 (Giallorenzi et.al.)(この文献を本明細書に参照として組み込む)は、基地局が複数のチャネル上の通信を管理するチャネル結合技術を教示する。各々のセカンダリユーザは、基地局に登録して、ユーザの機能及び要求に基づいて、一つ以上のチャネル上のタイムスロットを割り当てられる。しかしながら、チャネル結合は、分散制御によるネットワーク(例えばホームネットワーク)で実施するのが相当に難しい。この難しさは、実行される機能によって、及び/又は、所与の装置が通信している装置によって、装置がそれらの帯域幅を動的に変更する可能性があることによってさらに増す。多重チャネル割当ての調整は、マルチホップ距離にわたるネットワークでは、全ての装置が互いに直接通信しているわけではないので、さらに複雑である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
異なる帯域幅要求を有する装置が分散型の態様でチャネルアクセスを調整することを可能にするチャネル結合スキームを提供することは有利である。さらに、動的帯域幅容量を有する装置が様々な帯域幅で効率的に通信することを可能にするチャネル結合スキームを提供することは有利である。さらに、多重チャネル上の沈黙期間及び信号送信ウィンドウに関連がある非効率性を回避するチャネル結合スキームを提供することは有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの及び他の利点は、分散制御無線ネットワークにおいて、複数の実質的に独立したチャネル上のネットワークのタイミングが、ネットワークの間で共通の時間ベースを確立するように調整され、そして同時に、複数のネットワークによって提供される帯域幅を用いて情報アイテムのデータを送信する方法及びシステムによって実現されることができる。認知無線ネットワークのためのこの技術の効率をさらに最適化するために、各々のネットワーク上の沈黙期間及び信号送信ウィンドウは、重なり合う沈黙期間及び/又は重なり合う信号送信ウィンドウを提供するようにスケジューリングされる。好ましくは、各々の多重チャネルユーザは、各々のチャネル上のネットワークのビーコン期間において同じタイムスロットを割り当てられ、それによって、効率的なビーコン送信及び受信を促進する。
【００１０】
本発明は、添付の図面を参照して、一例としてさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】多重チャネル帯域幅の不十分な割当ての例。
【図２】多重チャネル帯域幅の効率的な割当ての例。
【図３】多重チャネル帯域幅の効率的な割当てを達成するためのフローチャートの例。
【図４】分散認知ネットワークのブロック図の例。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を通して、同じ参照番号は、同じ要素、又は実質的に同じ機能を実行する要素を指す。図面は説明を目的としており、本発明の範囲を制限することは意図されない。
【００１３】
以下の説明において、制限ではなく説明を目的として、本発明の十分な理解を提供するために、特定のアーキテクチャ、インタフェース、技術のような、特定の詳細が述べられる。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細とは異なる他の実施の形態において実施されることができることは、当業者にとって明らかである。簡潔さ及び明確性のために、周知の装置、回路及び方法の詳細な説明は、必要以上の詳細によって本発明の説明を不明確にしないように、省略される。
【００１４】
分散型ネットワークでは、全ての装置は、協力して動作するピアである。集中型ネットワークでは、一つのマスタ装置及び一つ以上のスレイブ装置がある。集中型ネットワークは、効率的なネットワーク調整及び制御を提供するが、単一点障害の影響を受けやすく、全ての装置がマスタの範囲内に存在しなければならない。分散型ネットワークでは、装置は、タイミング調整のために一つ以上の基準信号を提供することができるが、各々の装置は、状況が必要とするとき、他の装置に対するコマンド/要求を開始することができ、元々の装置が機能しない又は予想外にネットワークを去る場合、基準信号を提供することができる。
【００１５】
好ましい実施の形態において、セカンダリユーザプロトコルはスーパーフレーム構造を使用し、各々のスーパーフレームは複数のタイムスロットを含む。スーパーフレーム期間は、ビーコン送信期間(BP)、データ/検知/スリープ期間(DSSP)及び信号送信ウィンドウ(SW)に分割される。同時係属中の米国特許出願61/012,070、 "A FLEXIBLE MAC SUPERFRAME STRUCTURE AND METHOD FOR SUPPORTING QoS AND SCALABILITY"（出願日2007年12月7日、発明者Jianfeng Wang, Dave Cavalcanti及びKiran Challapali, 代理人整理番号 009480US1）は、単一チャネルの実施の形態のためのそのような構造を開示し、この文献は参照として本明細書に組み込まれる。この構造は、集中調整(point-coordinated)ネットワークと同様に分散型ネットワークをサポートする一元的MAC(媒体アクセス制御)プロトコルを提供して、一つのモードから他のモードへのシームレスな遷移を適応的に可能にする。
【００１６】
ビーコン送信期間及び信号送信ウィンドウは、制御及び管理情報を放送又は交換するために用いられ、一方、データ/検知/スリープ期間は、送信ソースから一つ以上の受信宛先へデータを交換するため、及び、合意した又は命じられた沈黙期間(QP)の間、現在のチャネル上でのプライマリユーザの出現に関してチャネルを周期的にモニタリングするために用いられる。装置は、データを送信又は受信するようにスケジューリングされていない場合、電力を節約するために、DSSPの間、スリープモードに入ることができる。
【００１７】
ネットワーク上の動作を調整するために(例えばDSSP中の送信時間を予約することを含む)、ビーコンが装置によって用いられる。マスタ装置は少なくとも一つのビーコンを供給しなければならず、ピア装置は、それらの能力及び/又は機能に応じて、ビーコンを供給してもしなくてもよい。スレイブ装置は、ビーコンをまず提供しない。各々のビーコン送信装置はビーコン期間の中でタイムスロットを取得し、装置間の同期は、共通のビーコン期間開始時間(BPST)及び共通のスーパーフレーム番号を確立することによって維持される。ネットワークを開始する最初の装置は、最初のビーコン期間タイムスロットでそのビーコンを送信して、ビーコン期間開始時間を確立し、そのネットワークに参加するために、他のビーコン送信装置は、空いているビーコン期間を特定するためにビーコン期間をモニタし、最も早い空いているビーコン期間を、その期間にそのビーコンを送信することによって取得する。
【００１８】
その後ビーコン期間開始時間を調整するために、コマンドが提供されて、例えば同じチャネル上で互いに接触する２つのネットワークを統合するために、必要に応じて、装置にビーコン期間を変更すること等を要求する。そのようなコマンドは一般に、ビーコンを介して、又は、好ましくはスーパーフレームの終わりに若しくはビーコン期間の終わりに存在する信号送信ウィンドウの間に伝達される。信号送信ウィンドウは、さらに、送信のためにDSSP中のタイムスロットを取得するために、例えばビーコンを送信しない装置によって用いられる。
【００１９】
各々の送信されるビーコンは一般に、無線通信の技術において一般的な技術/プロトコルを用いて、一つ以上の予定受信者への送信のためのDSSP中の一つ以上のタイムスロットの以降の使用を特定する情報だけでなく、装置及びサブネットの識別情報、装置種別、スーパーフレーム番号を含む。ネットワーク中の各々の装置は、それらがこれらの送信のいずれかを受信することが予定されているかどうかを決定するために、ビーコン期間をモニタリングする。
【００２０】
図1は、３つのチャネル(ch1-3)上に存在するスーパーフレーム100を図示する。各々のスーパーフレーム100は、ビーコン期間110及びデータ/検知/スリープ期間120を含む。ch1において、装置Aは、最初のビーコン期間の間にそのビーコンを送信することによって、ビーコン期間開始時間を定める。装置Aは明らかにネットワークのイニシェータ(initiator)であり、装置B、C及びDは、その後ネットワークに参加して、順次隣接したビーコン期間を取得した。Ch2は、装置C, E, A及びDによって占められており、装置Cがビーコン期間開始時間を定める。そしてch3は、装置D, F, G及びAによって占められる。取得されたビーコン期間の順序に基づいて、装置Aは明らかに、ch2及び3上のネットワークに、それらがそれぞれ装置C及びDによって開始された後で参加した。
【００２１】
図1で分かるように、装置A及びDは３つのチャネルにまたがることが可能であり、装置Cは２つのチャネルにまたがることができ、そして装置B, E, F及びGは単一チャネル装置である。しかしながら、A, C及びDによるこれらの複数のチャネルの占有は、かなり非効率的である。特に、これらのチャネルの各々に関するスーパーフレームは定期的にスケジューリングされた沈黙期間を含み、その期間の間は、チャネル上の全ての装置は送信してはならない。装置は、複数のチャネルの同時並行の使用を要求する場合、複数のチャネルの各々の沈黙期間を回避しなければならない。同様に、異なるビーコン期間開始時間を持つチャネル上で同時的時間を予約しようとすることは、有意な量の調整及び処理オーバーヘッドを必要とする。
【００２２】
さらに、装置が複数の独立したチャネル上で通信するように構成される場合、各々の装置は、これらの複数の独立した通信を遂行するために、対応する数の独立したトランシーバを含まなければならないか、又は、同時に複数の独立したチャネル上で通信することを試みることを回避しなければならない。しかしながら、現行の及び将来の多重チャネル装置は、装置の出力帯域幅の動的な制御を可能にする技術を用いる可能性がある。つまり、送信されるべきデータは、その時々で特定の帯域幅全体に拡散される。図1Aのスキームは、本質的に、送信されるべきデータの所与のタイムスパンにわたる拡散に対応し、送信されるべきデータを所与の周波数スパン(すなわち帯域幅)上で拡散するためにはあまり適していない。
【００２３】
図2は、本発明の技術を用いた、全てのチャネルにわたるネットワークの好ましい同期を示す。好ましくは、複数のチャネルが結合されることを要求する装置(以下において「結合装置」と呼ばれる)は、ビーコン期間210のための共通の開始時間を確立するために、個々のネットワークの各々のチャネルタイミングを調整する。チャネルが時間的に同期されている場合、装置AとDとの間(230)及び装置AとCとの間(235)の例示の多重チャネル通信によって図示されるように、データ/検知/スリープ期間220の間の所与の周波数スパン(帯域幅)を通じた送信されるべきデータの拡散がサポートされることができる。
【００２４】
好ましい実施の形態において、ビーコン送信は単一チャネルベースであり、それによって、非結合(単一チャネル)装置と結合装置との間の互換性(compatibility)を提供する。多重チャネルが使用可能な装置は、例えばOFDMのような方法を用いて、各々のチャネル上で個々のビーコンを送信する。上記したように、ビーコンは、好ましくはチャネル及びトラフィック情報(例えば、スーパーフレーム構造、ビーコンスロット占有情報、チャネル予約マップ及び沈黙期間スケジュール)を含む。好ましくは、結合が使用可能な装置はさらに、その結合能力について他の装置が知ることを可能にするために、そのビーコン中でその能力を示さなければならない。
【００２５】
簡単な実施の形態では、一つの装置(例えば結合装置)が各々のチャネルで最初のビーコン期間タイムスロットを取得することを可能にすることによって、共通のビーコン期間開始時間が全てのチャネルで設けられることができる。図2の例において、装置Aは、各々のチャネル上の最初のビーコンタイムスロットを、それらのスロットの既存の所有装置に切り替えることを要求することによって取得する。同様に、複数のチャネルにわたる各々の装置(例えば装置C及びD)は、各々のチャネルにおける同じビーコン期間を取得するために、適切なタイムスロット変更を要求する。単一チャネル装置は一般に、変更を要求されない限り、それらの現行のビーコンタイムスロットを保持する。ビーコン期間が過剰になる場合、単一チャネル装置は、より早い空いているタイムスロットを取得することを要求される場合がある。
【００２６】
あるいは、各々の最初のビーコン期間タイムスロットの現行の所有装置によるビーコン期間開始時間(BPST)に対する調整を結合装置に要求させることによって、この同じ同期が遂行されることができる。一例の実施の形態において、結合装置は、基準チャネルを選択し、そしてビーコン又は信号送信ウィンドウ中の制御メッセージを介して、基準チャネルのBPSTと各々の他のチャネルのBPSTとの間の差に基づいてこの基準チャネルに対する各々のチャネルのBPSTの位置合せを要求する。各々のチャネル上のBPST調整コマンドを受信する全ての装置（最初のタイムスロットの所有装置を含む）は、このコマンドに従うようにそれらのタイミングを調整する。
【００２７】
全てのチャネルにわたるこの一致したBPSTを維持するために、各々のネットワーク上のスーパーフレームの継続時間が調整可能な場合、各々のチャネルのスーパーフレームの継続時間は、各々のチャネル上の「次の」ビーコン期間が同時に発生するように、共通の継続時間に調整されなければならない。様々な技術のいずれかが、共通のスーパーフレーム継続時間を決定するために用いられることができる。簡単な実施の形態において、結合装置は、単に何らかの任意の継続時間を要求/必要とする場合がある。その代りに、好ましい実施の形態において、結合装置は、各々のチャネル上のスーパーフレームの現行の継続時間を評価し、これらの現行の継続時間(例えば、現行の最大継続時間、現行の平均継続時間など)に基づいて、各々のチャネル上のスーパーフレームの継続時間を設定する。
【００２８】
複数のチャネルが共通の時間ベースで結合される場合、多重チャネル装置から送信されている情報アイテムからのデータ(例えばビデオストリームからのデータ)は、例えば、結合されたチャネルの帯域にわたるOFDM変調スキームを用いて、チャネルによって提供される帯域幅にわたって効率的に拡散されることができる。
【００２９】
共通のビーコン期間開始時間を確立して、結合装置は、好ましくは、同時発生の沈黙期間を提供するために、各々のチャネルの沈黙期間を個別に調整する。同時係属の米国特許出願60/990,313（"DISTRIBUTED SCHEDULING OF QUIET-PERIOD FOR IN-SERVICE CHANNEL MONITORING", 出願日2007年11月7日、発明者 Jianfeng Wang, Kiran Challapali 及び Dave Cavalcanti、代理人整理番号009474）は、単一チャネル同期のための沈黙期間スケジューリングの技術を開示し、この文献は本明細書に参照として組み込まれる。同様に、各々のチャネルの信号送信ウィンドウも位置合わせされることができる。
【００３０】
図2で分かるように、この技術の主要な利点は、ビーコン送信、信号送信及び検知に関連したオーバーヘッドを結合装置が減らすことを可能にすることである。ビーコン期間、沈黙期間及び信号送信ウィンドウが位置合わせされない場合、図1に図示されるように、ビーコン送信、信号送信及び検知のオーバーヘッドはほぼ二倍になる場合がある。
【００３１】
図3は、多重チャネル分散制御ネットワークにおけるビーコン送信、信号送信及びセンシングを同期させるためのフローチャートを図示する。
【００３２】
複数のチャネルを使用する、又は潜在的に使用することを望む装置は、310においてプロセスを開始し、315において、結合されるべきチャネルをスキャンする。装置は、考えうるチャネルをまだ特定していない場合、プライマリユーザによって占有されるチャネルを除去するようにスペクトラムをスキャンし、残りから選択する。特定の装置によっては、この選択は、隣接したチャネルを見つけ出すことに制限される場合があるが、このプロセスにおいて、多重チャネル結合のための隣接する/連続する帯域への固有の制限は存在しない。隣接したチャネル結合が一般的に好ましい。何故なら、一般的に、干渉を回避するために、プライマリユーザによって占有されるチャネルに隣接する各々のチャネルにおけるガード帯域が必要とされるのに対して、隣接したセカンダリユーザチャネルは、一般にそのようなガード帯域を必要としないからである。
【００３３】
320において、結合装置は、基準チャネルを選択する。多くのオプションが、この選択のために利用可能であり、最小の又は最大の番号をつけられたチャネルを選択することから、最大の信号対雑音比を有するチャネル、結合装置がすでに最初のビーコンを提供したチャネルを選択することなどに及ぶ。特定の選択が比較的重要ではないことを当業者は認識する。
【００３４】
基準チャネルを選択して、結合装置は、ループ325〜365を介して、単一チャンネルベースで各々のチャネルにおいてネットワークと相互作用する。好ましい実施の形態において、結合装置は、各々の特定のチャネル上の任意の他のセカンダリ装置を演じる。つまり、結合装置が複数のチャネルを位置合わせする途中であることは、各々の他の装置に対して本質的に明白である。装置は、動作のパターンに基づいて他の装置が複数のチャネルを位置合わせしていることを推測することができるが、このプロトコルの好ましい実施の形態に特有な、個々のチャネルレベルで結合装置を任意の他の装置と区別するものは無い。このように、ネットワーク上の装置が単一チャネルのみ使用可能であるか多重チャネルを使用可能であるかどうかにかかわらず、互換性は保証される。
【００３５】
330において、結合装置は、ビーコン期間が選択されたチャネルに存在するかどうかを決定し、存在する場合、結合装置は、340においてネットワークに参加して、図1のch2上の既存のネットワークに参加する装置Aとして図示されるように、例えば、ビーコン期間スケジューリングを生成する。ビーコン期間が検出されない場合、例えば図1のch1における装置Aによるネットワークの開始に示されるように、装置は、335において、ビーコン信号を送信することによって(このビーコン信号に対して他の装置がその後応答する)、新たなネットワークを確立する。
【００３６】
345において、各々のチャネルのスーパーフレームが互いに同期するかどうかを決定するために、現行のチャネルのビーコン期間開始時間(BPST)は基準チャネルのBPSTと比較される。一般的に、これらのBPSTの間の実際の差の信頼できる決定を提供するために、複数のスーパーフレームがモニタリングされる。
【００３７】
345において、結合装置が現行のチャネルは基準チャネルと同期していないことを決定する場合、結合装置は、現行のビーコン期間を基準ビーコン期間に位置合せするために適切な量だけそれらのBPSTを調整することを今のチャネル上の全ての装置に指示する'BPST調整'コマンド/要求を出す。
【００３８】
その後、現行の装置のBPSTが基準BPSTに対応することを結合装置が決定すると、必要に応じて、355において、結合装置は沈黙期間及び信号送信ウィンドウを位置合わせするプロセスを開始する。上記したように、出願中の米国特許出願60/990,313(代理人整理番号009474)は、定期的な沈黙期間のための要求を決定するための技術を開示し、ここで、各々の装置は、そのビーコンを介して、その現行のスーパーフレームインデックス/番号及びその最小沈黙期間要求を通知し、この情報に基づいて、ネットワーク中の全ての装置は、最大の沈黙期間要求を満たすように、沈黙期間の発生を同期させる。沈黙期間要求は、各々の沈黙期間の継続時間及び沈黙期間の間の間隔に関して表現される。各々のチャネル上のネットワークの沈黙期間要求に対する多重チャネルスーパーフレームの効率を最適化するために、沈黙期間の間の間隔は、全てのチャネル上で等しいか、又は沈黙期間の間の最も小さい間隔の整数倍でなければならない。
【００３９】
本発明の好ましい実施の形態において、結合装置は、各々のチャネル上の決定された最大沈黙期間要求を評価し、全てのチャネル上で共通の沈黙期間間隔か、又は最小の沈黙期間間隔の整数倍である沈黙期間間隔を提供する要求を発行し、沈黙期間が発生する場合、それは、発生することが予定されている任意の他の沈黙期間と同じスーパーフレームにおいて発生する。すなわち、例えば、最も短い沈黙期間間隔が７つのスーパーフレームである場合、各々のチャネル上の沈黙期間間隔は７の整数倍、すなわち７、１４、２１などである。このようにして、沈黙期間の間の６つの連続なスーパーフレームには常に、全てのチャネル上で沈黙期間がないことが知られる。
【００４０】
最適な効率を保証するために、各々のチャネル上で定期的にスケジューリングされたスーパーフレームの間に発生する全ての沈黙期間は、スーパーフレーム内の共通の時間間隔の間に発生するようにスケジューリングされなければならない。便宜上、沈黙期間及び信号送信ウィンドウは、好ましくは、スーパーフレームの終わりに発生するようにスケジューリングされる。オプションとして、それらはさらに、ビーコン期間の終了後に発生することもできる。一般に、信号送信ウィンドウは、スーパーフレームの終了直前に発生する比較的一定の継続期間として定義されるが、このウィンドウの拡大又は短縮を促進するためにコマンドが供給される。
【００４１】
好ましくは、スーパーフレームの終わりに沈黙期間を有する実施の形態において、チャネルの全てにわたって沈黙期間のそのような同時発生を保証するために、各々のチャネル上の沈黙期間の終了は共通の値に調整され、各々のチャネル上の沈黙期間の開始を、そのチャネル上の沈黙期間の必要な継続期間によって決定されたままとする。このようにして、全ての沈黙期間は重なり合い、同時に、データ転送期間は、各々の特定のチャネル上のビーコン期間の終了から沈黙期間の開始まで続くことができる。プロトコルが、各スーパーフレームの開始直前に信号送信ウィンドウを提供する場合、全てのチャネル上の沈黙期間の終了の定義は、各々のチャネル上の信号送信ウィンドウの開始を定義するのにも役立つ。
【００４２】
結合されたチャネルの各々を共通のベース期間開始時間に同期させ、沈黙期間及び信号送信ウィンドウが全てのチャネルにわたって一致することを確実にすると、結合装置は、好ましくは、360において、各々のチャネル上の共通のビーコン期間を取得する。一般に、従来の多重チャネル装置がチャネル上でビーコンを放送している間、それはこのチャネル又は任意の他のチャネル上のビーコンをモニタリングするために利用することはできない。多重チャネル装置が各々のビーコン期間中の同じタイムスロットを取得する場合、全ての他のチャネル上の全ての他のタイムスロットの間に、ビーコン信号をモニタすることは自由である。
【００４３】
各々のチャネルはループ325-365を介して同じように処理されて、それによって、全てのチャネルにわたる共通のタイムベースを提供する。このようにして同期されたチャネルは、互いに対して結合されているとみなされる。この結合プロセスが完了すると(370)、結合装置は検出を続けて、任意の結合されたチャネル上のタイミングに対する任意の変化を修正する。結合装置はさらに、好ましくは、結合チャネルにわたるチャネル及びトラフィック情報を、そのメディアアクセスを最適化するために集める。そうするために、結合装置は、周期的に結合チャネルにわたって他の装置からのビーコンをリスンしなければならない。結合装置はさらに、他の装置がより適切にチャネルを利用するために、それら他の装置に例えばそれ自身のビーコンを介した放送を通して、収集したチャネル及びトラフィック情報を配信することができる。
【００４４】
たとえ結合装置が単一チャネルモードにおいて各々のチャネル上で動作するとしても、単一チャネル装置との互換性を保証するために、各々の結合装置は好ましくは、そのビーコンを介して、各々のチャネル上でその結合装置としての存在を通知する。これは、他の多重チャネル装置が結合装置によって提供される結合を用いることを可能にして、さらに、他の結合装置が現在結合されているチャネルのいずれかのタイミングを任意に調整する可能性を回避する。
【００４５】
全ての多重チャネル装置は、用いられている結合をそれらが生成したかどうかにかかわらず、それらのビーコンを介して、多重チャネル装置としてのそれらの存在を通知しなければならない。この通知はさらに、装置の現行の信号送信チャネルを示さなければならない。信号送信ウィンドウは各々のスーパーフレーム内の予定の時間で発生するが、この信号送信期間の間のチャネルに対するアクセスは、好ましくは競合ベースである。結果的に、各々のチャネルの信号送信ウィンドウの間の同時通信は、チャネル毎のこれらの通信に反応するための適切な能力だけでなく、チャネル毎に別々の送信機/受信機を必要とする。各々のチャネル上でのそのビーコンを介した各々の多重チャネル装置の現行の信号送信チャネルの通知を可能にすることによって、複数の同時信号送信リソースの必要性は回避される。多重チャネル装置が既存の結合を用いるために登録することを望む場合、その装置は、信号送信ウィンドウの間に結合装置が動作しているチャネルを決定し、信号送信ウィンドウを介してこのチャネル上の結合装置に登録する。
【００４６】
同様に、他の多重チャネル装置がターゲット装置との多重チャネル通信を確立することを望む場合、それは、ターゲット装置がその信号送信チャネルとして通知するチャネル上の信号送信ウィンドウを介して、その要求を伝達する。これらの装置は多重チャネル装置として互いを認識して信号を送るが、それらの通信を遂行するために必要とされるネットワーク相互作用は各々のチャネル上で個別に実行される。例えば、予約ベースのシステムにおいて、A及びCがチャネル結合通信のためにチャネルを予約することを望む場合、それらは好ましくは、ビーコン又は制御メッセージを通して各々の局所的なチャネル上でチャネル予約を実行する。これは、全ての装置が、それらが多重チャネル可能か否かにかかわらず、局所的なチャネルステータスを連続的に知ることを保証する。チャネルアクセスが競合ベースである場合、結合装置は、好ましくは、一般的にそのビーコンを介して、特定のタイムスロットにおける使用を対象としたその動作モード(結合モード又は非結合モード)を通知する。他の装置は、その装置と通信するために、その後、同じ動作モードを用いる。
【００４７】
図4は、多重チャネル分散型無線システムの一例のブロック図を示す。この環境は、所与の周波数帯域において動作するためにライセンスされている複数のプライマリユーザ490、及び、プライマリユーザによって現在占有されていない任意の周波数帯域で動作するように構成される複数のセカンダリユーザ400を含む。多重チャネル動作をサポートするために、セカンダリユーザ装置の一つ以上は、結合装置401として構成されることができ、複数のチャネルの間で共通の時間ベースを確立するように構成される。
【００４８】
一例の結合装置401は、コントローラ450からのコマンドに基づくチャネルセレクタ440の決定に従って、利用可能な各々のチャネル上で通信することができる受信機410及び送信機430を含む。検出器420は、チャネル上のネットワークのタイミング特性(例えば受信機410によって受信されるスーパーフレームの各々のビーコン送信期間の開始時間)を検出する。これらのネットワークは、結合装置401を含むセカンダリユーザ400によって動的に生成される。
【００４９】
コントローラ450は、受信されたネットワークのうちの１つを基準ネットワークとして選択して、その後、一般的にビーコン発生器435又は他の信号送信装置を介して伝達されるコマンドを用いて、基準ネットワークのタイミングに対応するように、一つ以上の他のネットワークのタイミングを調整する。このタイミング制御は、好ましくは、例えば、上で詳述された図3のフローチャートを用いて、オーバーヘッドイベントの調整だけでなく(例えば認知無線網における沈黙期間及び信号送信ウィンドウのスケジューリング)、各々のチャネルにおけるスーパーフレームの同期を含む。
【００５０】
異なるチャネル上の複数のネットワークのための共通の時間ベースを確立した後で、結合装置401を含むセカンダリユーザ400の一つ以上は、当該複数のネットワークによって提供される帯域幅を用いて、情報アイテムのデータを並行して送信することができる。
【００５１】
上記は単に本発明の原理を例示するに過ぎない。したがって、本願明細書において明示的には記載されていない又は示されないが、本発明の原理を実施し、したがって本発明の精神及び範囲の中であるさまざまな装置を当業者が工夫することができることが認識される。例えば、本発明が認知無線チャネル上の分散型ネットワークに関連して示されたが、当業者は、本願明細書において示される原理は、認知無線ネットワーク又はチャネルに制限されず、動的帯域幅装置が主として単チャネル動作のために構成される複数のチャネルにわたって協調して動作することを可能にするために適用可能であることを認識する。これらの及び他のシステム構造及び最適化機構は、この開示から当業者にとって明らかであり、以下の請求の範囲内に含まれる。
【００５２】
これらの請求の範囲の解釈において、以下が理解されるべきである。
a)「有する」「含む」等の用語は、所与の請求項中に挙げられたもの以外の他の要素又は動作の存在を除外しない。
b)単数形で表現された要素は、そのような要素が複数存在することを除外しない。
c)請求の範囲中のいかなる参照符号もそれらの範囲を制限しない。
d)いくつかの「手段」は、同じアイテム若しくはハードウェア、又はソフトウェアで実装された構造若しくは機能によって、実現されることができる。
e)開示された要素の各々は、ハードウェア部分(例えば個別の及び集積化された電子回路を含む)、ソフトウェア部分(例えばコンピュータプログラミング)並びにそれらの任意の組み合わせから成ることができる。
f)ハードウェア部分は、アナログ部及びデジタル部の一方又は両方から成ることができる。
g)開示された装置のいずれか又はその部分は、特に別途述べられない限り、一緒に組み合わせられることができ、又は更なる部分に分割されることができる。
h)特に指示されない限り、行為の特定の順序が必要であることは意図されない。
i)「複数の」要素との用語は、請求項に記載された要素の２つ以上を含む、要素の数のいかなる特定の範囲をも意味しない。つまり、複数の要素は、わずか２つの要素であることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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