(57)【要約】  各々が同期通信のためのクロックを含む基地局とクライアントの間の通信を可能にするためのＴＤＭＡベースの通信方法であって、前記方法は、前記クライアントにＴＤＭＡチャネルを割り当てる工程と、割り当てられた前記チャネルを構成するクライアントタイムスロット中にクライアントの受信機に通信モードで動作させ、他の時間帯にスリープモードで動作させる工程と、各々の前記クライアントタイムスロットよりも前に、前記チャネル上の前記クライアントとの通信モードで、前記基地局の受信機に動作を開始させる、および／または、各々の前記クライアントタイムスロットの後に、前記クライアントとの通信モードで動作を継続させる工程を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が同期通信のためのクロックを含む基地局とクライアントの間の通信を可能にするためのＴＤＭＡベースの通信方法であって、
前記方法は、
前記クライアントにＴＤＭＡチャネルを割り当てる工程と、
割り当てられた前記ＴＤＭＡチャネルを構成するクライアントタイムスロット中にクライアントの受信機に通信モードで動作させ、他の時間帯にスリープモードで動作させる工程と、
各々の前記クライアントタイムスロットよりも前に、前記ＴＤＭＡチャネル上の前記クライアントとの通信モードで、前記基地局の受信機に動作を開始させる、および／または、各々の前記クライアントタイムスロットの後に、前記クライアントとの通信モードで動作を継続させる工程、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
基地局がクライアントとの通信モードで動作しているとき、基地局はクライアントに信号を送信しているか、または、クライアントからの信号を受信している、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
クライアントが基地局との通信モードで動作しているとき、クライアントは基地局へ信号を送信しているか、または、基地局からの信号を受信している、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
基地局は、通信のイニシエーターとして構成され、したがって、基地局はクライアントタイムスロットの前にクライアントへの送信を開始する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
クライアントは、通信のイニシエーターとして構成され、したがって、基地局はクライアントタイムスロットの前にクライアントからの受信を開始する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
イニシエーターは、応答を受け取るまで、または、現在の通信モードで動作するのをやめるまで、送信を繰り返す、ことを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
クライアントが基地局との通信を終えていなくても、クライアントタイムスロットの終了時にクライアントがスリープモードに戻る工程を含む、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
クライアントが基地局との通信を開始していなくても、クライアントタイムスロットの終了時にクライアントがスリープモードに戻る工程を含む、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
クライアントは、クライアントタイムスロットの間ずっと、基地局からの送信を受信し、送信がクライアントによって受け取られない場合、クライアントはスリープモードに戻る、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
基地局に、同期信号をクライアントに送信させる工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
同期信号は、クライアントに、基地局クロックに従ってクロックを調節させる、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
同期信号は、基地局がクライアントとの通信モードにあるとき、複数回送信される、ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
同期信号は、クライアントからの信号の受け取りに応じて送信される、ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１４】
基地局は、基地局とクライアントの間の最悪な場合のクロックオフセットを考慮に入れて計算された時間に、前記クライアントとの通信モードで動作を開始する、ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
時間は、クライアントの受信機がスリープモードで動作する時間に、最悪な場合のクロックオフセットを適用することにより計算される、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
基地局は、基地局とクライアントの間の最悪な場合のクロックオフセットを考慮に入れて計算された時間まで、各々のクライアントタイムスロットの後に、クライアントとの通信モードで動作し続ける、ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
基地局は、クライアントがクライアントタイムスロット中に基地局との通信を終了した後に、クライアントとの通信モードでの動作を停止する、ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
基地局とクライアントとの間の無線通信を可能にするための、請求項１乃至１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
ＴＤＭＡ通信システムであって、
前記ＴＤＭＡ通信システムは、
各々がＴＤＭＡ通信システムを同期させるためのクロックを含む基地局とクライアントを含み、
クライアントは、割り当てられたＴＤＭＡチャネルを構成するクライアントタイムスロット中に通信モードで動作するように、および、他の時間帯にスリープモードで動作するように構成された受信機を含み、
基地局は、各々の前記クライアントタイムスロットよりも前に前記クライアントとの通信モードで動作するように、および／または、各々の前記クライアントタイムスロットの後に、前記クライアントとの通信モードで動作を継続するように構成された受信機を含む、ことを特徴とするＴＤＭＡ通信システム。
【請求項２０】
ＴＤＭＡ通信システムのための基地局であって、
前記基地局は、
クライアントとＴＤＭＡ通信を同期させるためのクロックと、
ＴＤＭＡチャネルを構成するベースタイムスロット中に前記クライアントとの通信モードで動作するように構成された受信機を含み、ここで、前記ベースタイムスロットは、前記ＴＤＭＡチャネルを構成する割り当てられたクライアントタイムスロットよりも前に開始されるように、および／または、前記クライアントタイムスロットの後に終了するように構成される、ことを特徴とする基地局。
【請求項２１】
ＴＤＭＡ通信システムのためのクライアントであって、
前記クライアントは、
基地局とＴＤＭＡ通信とを同期させるためのクロックと、
ＴＤＭＡチャネルを構成するクライアントタイムスロット中に通信モードで動作するように、および、他の時間帯にスリープモードで動作するように構成された受信機を含み、
ここで、前記クライアントタイムスロットは、前記基地局で前記ＴＤＭＡチャネルを構成する割り当てられたベースタイムスロットの後に始まるように、および／または、前記ベースタイムスロットの前に終了するように構成される、ことを特徴とするクライアント。
【請求項２２】
添付の図面に関連して実質的に上に記載されるようなＴＤＭＡベースの通信方法。
【請求項２３】
添付の図面に関連して実質的に上に記載されるようなＴＤＭＡ通信システム。
【請求項２４】
添付の図面に関連して実質的に上に記載されるようなＴＤＭＡ通信システムのための基地局。
【請求項２５】
添付の図面に関連して実質的に上に記載されるようなＴＤＭＡ通信システムのためのクライアント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＴＤＭＡ（時分割多元接続）ベースの通信方法と該通信方法を実行するためのシステムに関する。本発明の他の態様は、前記ＴＤＭＡシステムのための基地局およびクライアントに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＤＭＡを使用する低電力（例えば、無線）通信システムでは、タイミングは、タイムスロットがどのようにして有効に割り当てられ利用され得るかに重大な影響を与える、重要なパラメータである。
【０００３】
通常、タイムスロットは、中央ノードまたは基地局によって割り当てられ、クライアント（例えば、センサーノード）は、基地局との通信が割り当てられたタイムスロット内に必ずあることを要求される。したがって、この要件は、クライアントによって使用され得るクロックの精度に制約を与える。しかしながら、低電力および／または低価格のクライアントを（例えば、使い捨て可能なセンサーノードとして）使用することが望ましい用途では、一般にそれほど正確ではない、より単純でより安いクロックを使用することも望ましい。
【０００４】
現在に至るまで、この問題は、クライアントが、（クライアント上のクロックによって決定されるような）割り当てられたスロットよりも先にウェイクアップし（ｗａｋｅ  ｕｐ）、その一方で、基地局の通信が始まるときにクライアントが常に起きているように、基地局が割り当てられた開始時間（それ自体の通常はより正確なクロックに従って）に送信を開始するように構成されていることを保証することによって、解決されてきた。この手法による不利な点は、一般に、クライアントが早くウェイクアップし、基地局の送信が始まるまである程度の時間待たなければならないかもしれないということである。この時間の浪費は電力を消費し、したがって、このような低価格デバイスではきわめて望ましくない。
【０００５】
クライアントノードが基地局と同じまたは同等の精度のクロックを有していても、スリープ期間が非常に長ければ、クライアントノードは基地局をそのクロックと同期させるためにしばしばウェイクアップしなければならないこともある。このことは、他のタイムスロットを使用する同じネットワーク上に他のクライアントがある場合にとりわけ重要である。したがって、このシステムは、基地局との同期を保つために、既知の時間間隔でウェイクアップするようにクライアントに重荷を置き、これが追加電力の消費を構成している。
【０００６】
したがって、前述の問題に取り組むＴＤＭＡベースの通信方法およびシステムを提供することが本発明の目的である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、各々が同期通信のためのクロックを含む基地局とクライアントの間の通信を可能にするためのＴＤＭＡベースの通信方法が提供され、該方法は、前記クライアントにＴＤＭＡチャネルを割り当てる工程と、割り当てられた前記チャネルを構成するクライアントタイムスロット中にクライアントの受信機に通信モードで動作させ、他の時間帯にスリープモードで動作させる工程と、各々の前記クライアントタイムスロットよりも前に、前記チャネル上の前記クライアントとの通信モードで、前記基地局の受信機に動作を開始させる、および／または、各々の前記クライアントタイムスロットの後に、前記クライアントとの通信モードで動作を継続させる工程、を含む。したがって、基地局は、前記ＴＤＭＡチャネルを構成する割り当てられたベースタイムスロットであってもよく、前記ベースタイムスロットは、前記クライアントタイムスロットよりも前に開始するように、および／または、前記クライアントタイムスロットの後に終了するように構成される。
【０００８】
したがって、本発明の実施形態は、クライアントがウェイクアップするとき基地局がクライアントとの通信の準備が常にできているように、基地局（例えば、ハブ）が、クライアント（例えば、ノード）に割り当てられるよりもわずかに早い時間にクライアントとの通信モードでの動作を開始する方法を提供する。したがって、本方法は、精度に欠けるクロックが、基地局と実際に通信していないときに、クライアントが通信モードであることを要求することなく、クライアントによって使用されることを可能にする。これによって、最適な低デューティサイクルはクライアントによって達成され、それによって、デバイスのスリープ時間を最大限にするとともに電力消費を最小限にする。
【０００９】
基地局がクライアントとの通信モードで動作しているとき、基地局はクライアントに信号を送信しているか、または、クライアントからの信号を受信しても（ｌｉｓｔｅｎｉｎｇ  ｆｏｒ）よいことに留意する。同様に、クライアントが基地局との通信モードで動作しているとき、クライアントは基地局へ信号を送信しているか、または、基地局からの信号を受信してもよい。
【００１０】
本発明の実施形態では、基地局は、通信のイニシエーターとして構成されてもよく、したがって、基地局はクライアントタイムスロットの前にクライアントに送信を開始してもよい。他の実施形態では、クライアントは、通信のイニシエーターとして構成されてもよく、したがって、基地局はクライアントタイムスロットの前にクライアントからの受信を開始してもよい。いずれの場合も、イニシエーターは、応答を受け取るまで、または、その現在の通信モードで動作するのをやめるまで、その送信を繰り返してもよい。
【００１１】
本発明の実施形態では、該方法は、基地局とクライアントの間の無線通信を可能にするために使用されてもよい。
【００１２】
本方法は、クライアントが基地局との通信を終えていなくても、クライアントタイムスロットの終了時にクライアントがスリープモードに戻る工程を含んでもよい。クライアントが基地局の範囲外にあるか、または、通信チャネルがさもなければ利用できない場合、該方法は、クライアントが基地局との通信を開始していなくても、クライアントタイムスロットの終了時にクライアントがスリープモードに戻る工程を含んでもよい。言い換えれば、クライアントは、クライアントタイムスロットの間ずっと、基地局からの送信を受信してもよく、送信がクライアントによって受け取られない場合、クライアントはスリープモードに戻ってもよい。
【００１３】
該方法は、基地局に、同期信号をクライアントに送信させる工程を含む。同期信号は、クライアントに、基地局クロックに従ってクロックを調節（例えば、リセット）させてもよい。同期信号は、基地局がクライアントとの通信モードにあるとき、複数回送信されてもよい。特定の実施形態では、同期信号は、クライアントからの信号の受け取りに応じて送信されてもよい。
【００１４】
基地局は、クライアントのための少なくともクロックの予想されるドリフトを考慮に入れて計算された時間に、クライアントとの通信モードで動作を開始してもよい。時間は、クライアントの受信機がスリープモードで動作する時間に、予想されるドリフトを適用することによって計算されてもよい。
【００１５】
本発明の実施形態では、基地局クロックはクライアントクロックよりも正確であってもよい。その場合には、基地局は、低電力クライアント上での低電力動作に利用可能な帯域幅をトレードフするためにもっと正確なタイミング情報を使用してもよいことに留意する。
【００１６】
他の実施形態では、基地局クロックは、クライアントクロックの精度以下の精度を有していてもよい。その場合には、基地局は、基地局とクライアントの間の最悪な場合のクロックオフセットを考慮に入れて計算された時間に、クライアントとの通信モードで動作を開始してもよい。これは、基地局についてクロックの予想されたドリフトに加えて、クライアントについてクロックの予想されたドリフトを考慮に入れることにより達成されてもよい。時間は、クライアントの受信機がスリープモードで動作する時間に、最悪な場合のクロックオフセットを適用することにより計算されてもよい。
【００１７】
基地局は、クライアントについての少なくともクロックの予想されたドリフトを考慮に入れて計算された時間まで、各々の割り当てられたクライアントタイムスロットの後に、クライアントとの通信モードで動作し続けてもよい（したがって、これは、基地局とクライアントの間の最悪な場合のクロックオフセットを考慮に入れてもよい）。基地局は、クライアントがクライアントタイムスロット中に基地局との通信を終了した後に、クライアントとの通信モードでの動作を停止してもよい。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、ＴＤＭＡ通信システムが提供され、該システムは、各々がＴＤＭＡ通信システムを同期させるためのクロックを含む基地局とクライアントを含み、クライアントは、割り当てられたチャネルを構成するクライアントタイムスロット中に通信モードで動作するように、および、他の時間帯にスリープモードで動作するように構成された受信機を含み、基地局は、各々の前記クライアントタイムスロットよりも前に前記クライアントとの通信モードで動作するように、および／または、各々の前記クライアントタイムスロットの後に、前記クライアントとの通信モードで動作を継続するように構成された受信機を含む。
【００１９】
本発明の第３の態様によれば、ＴＤＭＡ通信システムのための基地局が提供され、該基地局は、クライアントとＴＤＭＡ通信を同期させるためのクロックと、ＴＤＭＡチャネルを構成するベースタイムスロット中に前記クライアントとの通信モードで動作するように構成された受信機を含み、ここで、前記ベースタイムスロットは、前記ＴＤＭＡチャネルを構成する割り当てられたクライアントタイムスロットよりも前に開始されるように、および／または、前記クライアントタイムスロットの後に終了するように構成される。
【００２０】
本発明の第４の態様によれば、ＴＤＭＡ通信システムのためのクライアントが提供され、該クライアントは、基地局とＴＤＭＡ通信とを同期させるためのクロックと、ＴＤＭＡチャネルを構成するクライアントタイムスロット中に通信モードで動作するように、および、他の時間帯にスリープモードで動作するように構成された受信機を含み、ここで、前記クライアントタイムスロットは、前記基地局で前記ＴＤＭＡチャネルを構成する割り当てられたベースタイムスロットの後に始まるように、および／または、前記ベースタイムスロットの前に終了するように構成される。
【００２１】
本発明の目的は、クライアントが通信の準備ができると基地局が常に準備ができているように、クライアントが基地局の後に確実にウェイクアップすることである。これは、割り当てられたクライアントタイムスロットよりも前に基地局をウェイクアップさせることによって、または、割り当てられたベースタイムスロットの開始後にクライアントをウェイクアップさせることによって、達成され得る。
【００２２】
１つの実施形態では、クライアントタイムスロットは、Ｘの持続時間を有してもよく、ベースタイムスロットは２Ｘの持続時間を有してもよい。これは、基地局によって用いられる２つの標準持続時間スロットを割り当てることによって、および、クライアントによって使用される１つの標準持続時間スロットを割り当てることによって、達成されてもよい。他の実施形態では、基地局は、１つの標準持続時間スロットを割り当てられてもよく、クライアントは、より短い持続時間スロット（すなわち、１／２の標準持続時間スロット）を割り当てられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態による（無線）ＴＤＭＡ通信システムを示す。
【図２】本発明の実施形態に従って、基地局とクライアントの間の通信を可能にするためのＴＤＭＡベースの通信方法を示す。
【図３】本発明の実施形態に従って、基地局のタイミング動作とともに割り当てられたクライアントタイムスロット（ノードスロット）を示す。
【図４】いわゆる集中型のガード時間プロビジョニング（ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ  ｇｕａｒｄ  ｔｉｍｅ  ｐｒｏｖｉｓｉｏｎｉｎｇ）を使用する本発明のさらなる実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施形態では、図１に示されるようなＴＤＭＡ通信システム（１０）が提供され、該システムにおいて、基地局（１２）は、３つのクライアントＡ／Ｂ／Ｃとの無線ＴＤＭＡ通信のために構成される。本発明の他の実施形態は、例えば、ローカルエリアネットワークで、固定回線で動作される通信システムのような他のタイプのＴＤＭＡ通信システムに適用されてもよい。
【００２５】
基地局（１２）は無線受信機（１４）およびマスタークロック（１６）を含む。同様に、各クライアントＡ／Ｂ／Ｃには、無線受信機（１８）とローカルクロック（２０）が提供されている。この実施形態では、マスタークロック（１６）は、各ローカルクロック（２０）（オンチップタイマーの形で提供される）よりも正確である。
【００２６】
図２は、本発明の実施形態に従って、前記基地局（１２）と前記クライアントＡ／Ｂ／Ｃの間の通信を可能にするためのＴＤＭＡベースの通信方法を示している。該方法は、前記クライアントＡ／Ｂ／Ｃのうちの１つにＴＤＭＡチャネルを割り当てる工程（３０）を含む。該方法は、割り当てられたチャネルを構成するクライアントタイムスロット中にクライアントの受信機に通信モードで動作させ、他の時間帯にスリープモードで動作させる工程（３２）も含む。加えて、該方法は、各々のクライアントタイムスロットよりも前に、チャネル上の前記クライアントとの通信モードで、基地局の受信機に動作を開始させる、および／または、各々のクライアントタイムスロットの後に、クライアントとの通信モードで動作を継続させる工程（３４）を含む。
【００２７】
このように、本発明の実施形態に従って、クライアントＡ／Ｂ／Ｃは、クライアントの観点（ｃｌｉｅｎｔ  ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ）からＴＤＭＡチャネルを構成するクライアントタイムスロットＮＳが割り当てられ、基地局（１２）は、基地局の観点からＴＤＭＡチャネルを構成するベースタイムスロットＮＳＢＳが割り当てられ、ベースタイムスロットＮＳＢＳは、クライアントタイムスロットＮＳよりも前に開始するように、および／または、クライアントタイムスロットＮＳの後に終了するように構成される。言いかえれば、クライアントタイムスロットＮＳは、ベースタイムスロットＮＳＢＳの後に始まるように、および／または、前記ベースタイムスロットＮＳＢＳの前に終了するように構成される。
【００２８】
図示されていないが、上記の該方法は、各クライアントＡ／Ｂ／Ｃが基地局（１２）によって個別のＴＤＭＡチャネルを割り当てられるように、各々の他のクライアントＡ／Ｂ／Ｃにも適用されるであろうことに注目する。加えて、各々のクライアント受信機（１８）は、その割り当てられたチャネルを構成するそれぞれのクライアントタイムスロット中に通信モードで動作するように、かつ、すべての他の時間にスリープモードで動作するように構成される。
【００２９】
基地局受信機（１４）は、図３に関して詳細に記載されるような関連するクライアントタイムスロットよりも前にその割り当てられたＴＤＭＡチャネル上でクライアントＡ／Ｂ／Ｃの各々への送信を開始するように構成される。
【００３０】
クライアントＡ／Ｂ／Ｃが基地局（１２）、クライアントタイムスロット（すなわちノードスロット）ＮＳ、および、連続するタイムスロット間のウェイクアップ間隔（またはスリープ時間）ＷＩによって割り当てられる場合、クライアントＡ／Ｂ／Ｃは、ＮＳ／ＷＩのデューティサイクルを有するであろう。
【００３１】
しかしながら、クライアントタイムスロットＮＳを割り当てられた基地局（１２）は、クライアントＡ／Ｂ／Ｃが起きるとき、クライアントのクロック（２０）が不正確なときでさえ、クライアントＡ／Ｂ／Ｃが基地局（１２）と確実に通信することができるように、クライアントタイムスロットよりも長い持続時間にわたって、クライアントＡ／Ｂ／Ｃとの通信モードで動作するように構成される。したがって、基地局（１２）は、クライアントＡ／Ｂ／Ｃの精度の低いクロック（２０）によって引き起こされたドリフトを補償するためにクライアントタイムスロットの開始と終了に加えられたガード時間を含む、補償されたベースタイムスロットを用いて動作する。加えて、基地局（１２）は、ＷＩの間にクライアントクロック（２０）の最悪な場合のドリフトを表す、連続する補償されたベースタイムスロット間のウェイクアップ間隔ＷＩＢＳを使用する。基地局（１２）でこれらの調整された２つの時間を使用することによって、クライアントＡ／Ｂ／Ｃは、不正確なクロック（２０）を考慮するためにクライアントＡ／Ｂ／Ｃで必要とされる調節をなにも行うことなく、意図したデューティサイクルを達成することができるということに着目する。
【００３２】
クライアント（例えば、センサーノード）Ａ／Ｂ／ＣがＤＳＮ（すなわち、実時間＝クライアントクロックタイム＋／−ＤＳＮ％）の相対的なクロック（２０）の精度を有し、基地局（例えば、中央ノード）（１２）はＤＣＮの相対的なクロック（１６）の精度を有するような状況を考慮すれば、ネットワークパラメータの残りを以下のように計算することができる。
【００３３】
基地局（１２）とクライアントＡ／Ｂ／Ｃの間の最悪な場合のクロックオフセットＤＷＣは、以下の方程式（１）から計算することができる。
ＤＷＣ（ＤＳＮ＋ＤＣＮ）（１）
【００３４】
基地局（１２）ウェイクアップ間隔ＷＩＢＳは、以下の方程式（２）から得ることができる。
ＷＩＢＳ＝ＷＩ＊（１００−ＤＷＣ）（２）
【００３５】
基地局（１２）で割り当てられたクライアントタイムスロットの開始と終了にそれぞれ加えられたガード時間ＧＴ０とＧＴ１は、以下の方程式（３）から得ることができる。
ＧＴ０＝ＧＴ１＝ＷＩ＊ＤＷＣ（３）
【００３６】
基地局（１２）によって使用された補償されたベースタイムスロットＮＳＢＳは、その後、方程式（４）から得ることができる。
ＮＳＢＳ＞＝ＧＴ０＋ＮＳ＋ＮＳ＊ＤＷＣ＋ＧＴ１（４）
【００３７】
図３に示される例は基地局（１２）とひとつのクライアントＡ／Ｂ／Ｃの間の通信に関するタイミングを表しているが、基地局（１２）は上記のように他のクライアントＡ／Ｂ／Ｃによって、さらに補償されたベースタイムスロットで動作するように同様に構成され得ることに注目する。基地局（１２）が１つのサイクルで通信することができるクライアントＡ／Ｂ／Ｃ（すなわち、スロット）の最大数が、方程式（５）から得られる。
ＮＳＬＯＴＳ＝「ＷＩ／ＮＳＢＳ」（５）
【００３８】
実施例１：ＤＳＮ＞＞ＤＣＮ
比較のために、私たちは、基地局（１２）が補償されたベースタイムスロット（ＮＳＢＳ）全体にわたってアクティブである一方で、クライアントＡはクライアントタイムスロット（ＮＳ）にのみアクティブであると想定して、上記の方法に従って、クライアントＡと、ただそのクライアントＡと通信する基地局（１２）に関するそれぞれのデューティサイクルを計算する。
【００３９】
この実施例において、私たちは、クライアントＡがＤＳＮ＝１％のタイマー精度を有しており、基地局（１２）が、ＤＣＮ＝０．００１％のタイマー精度を有していると想定する（すなわち、クライアントが安い不正確なクロックを採用し、基地局が高価で正確なクロックを使用する場合である可能性があるようなＤＳＮ＞＞ＤＣＮ）。したがって、この場合、私たちはＤＷＣ≒ＤＳＮと仮定することができる。
【００４０】
加えて、私たちは、クライアントＡが、ＷＩ＝２分間スリープし、かつ、ウェイクアップする際には最大ＮＳ＝１００ｍｓ間通信するように構成されていると想定する。したがって、私たちは基地局（１２）のウェイクアップ間隔ＷＩＢＳ、ガード時間ＧＴ０およびＧＴ１、ならびに、補償されたベースタイムスロットＮＳＢＳを以下のように計算することができる：
ＷＩＢＳ＝１２０＊（１００−１）／１００＝１１８．８秒
ＧＴ０＝ＧＴ１＝１２０＊１／１００＝１．２秒
ＮＳＢＳ＞＝１．２＋０．１＋０．１＊０．０１＋１．２≒２．５秒
【００４１】
従って、この１つのクライアントＡについては、基地局（１２）のデューティサイクルＤＣＣＮは次のとおりである：
ＤＣＣＮ＜＝ＮＳＢＳ／ＷＩＢＳ＝２．５／１１８．８ ≒２．１％
【００４２】
同様に、クライアントＡの最悪な場合のデューティサイクルＤＣＳＮは次のとおりである：
ＤＣＳＮ＝ＮＳ／ＷＩ＝０．１／１１８．８＝０．０８％
【００４３】
比較のために、出願人は、クライアントＡについて上記のごとく計算したデューティサイクルが、基地局よりも早くクライアントをウェイクアップさせることを含むなどの従来の方法を用いて達成され得るであろうデューティサイクル（該デューティサイクルは、この場合２％の最悪な場合の精度と同じである）よりも２５倍優れている（すなわち、２５倍低い）と計算した。こうして、本発明の実施形態に従って、基地局がクライアントの不正確なタイミングを確実に補償することは非常に効果的なことである。
【００４４】
したがって、本発明の実施形態は、不正確なクロック（２０）がクライアントＡによって使用される場合でさえ、基地局（１２）との所望の通信接続を維持しながら、クライアントＡについてのデューティサイクルを最小限にするために使用され得ることが分かる。
【００４５】
実施例２：ＤＳＮ＝ＤＣＮ
本発明のさらなる実施形態では、私たちは、クライアントＡがＤＳＮ＝０．００１％のタイマー精度を有し、基地局（１２）もＤＣＮ＝０．００１％のタイマー精度を有する（すなわち、同じクロックがクライアントと基地局によって使用される場合のようにＤＳＮ＝ＤＣＮ）場合を考慮することができる。
【００４６】
この場合、最悪な場合のクロックオフセットＤＷＣ＝（ＤＳＮ＋ＤＣＮ）＝０．００２％
【００４７】
加えて、私たちは、クライアントＡがＷＩ＝２時間にわたってスリープし、かつ、ウェイクアップする際には最大ＮＳ＝１００ｍｓ間通信するように構成されていると想定する。したがって、私たちは、基地局（１２）ウェイクアップ間隔ＷＩＢＳ、ガード時間ＧＴ０およびＧＴ１、ならびに、補償されたベースタイムスロットＮＳＢＳを以下のように計算することができる：
ＷＩＢＳ、２＊３６００＊（１００−０．００２）／１００＝７１９９．８５６秒
ＧＴ０＝ＧＴ１＝２＊３６００＊０．００２／１００＝０．１４４秒
ＮＳＢＳ＞＝０．１４４＋０．１＋０．１＊（０．００２／１００）＋０．１４４≒０．４秒
【００４８】
従って、この１つのクライアントＡについては、基地局（１２）のデューティサイクルＤＣＣＮは次のとおりである：
ＤＣＣＮ＜＝ＮＳＢＳ／ＷＩＢＳ＝０．４／７１９９．８５６≒０．００５６％
【００４９】
同様に、クライアントＡの最悪な場合のデューティサイクルＤＣＳＮは次のとおりである：
ＤＣＳＮ＝ＮＳ／ＷＩ＝０．１／７１９９．８５６＝０．００１４％
【００５０】
したがって、基地局クロックの正確さがクライアントクロックと同じ場合でさえ、本発明による方法を使用することによりクライアントのデューティ時間を減らすことが可能である。
【００５１】
集中型ガード時間プロビジョニング
本発明の実施形態はいわゆる集中型ガード時間プロビジョニングのために構成されてもよい。その場合には、ハブは、図４で例証されるような集中型ガード時間プロビジョニングを有するノードのその割り当て間隔の開始時と終了時に適切なガード時間を挿入するであろう。
【００５２】
例えば、ノードは、ＭＡＣ性能分野で集中型ガード時間プロビジョニングを必要とすることを示すこともある。その後、ハブは、間隔ごとにＳスロットの接続割り当てを有する割り当て間隔をノードに送り、図４に示されるように、ハブは、Ｓスロットの前後それぞれに、ＳＤスロットのクロックドリフトを補うために、ノードとの通信用の合計で（Ｓ＋２ＳＤ）のスロットを確保するであろう。この場合、ＳＤは、以下の方程式（６）および（７）に従って、スーパーフレームスロット時間ＴＳｌｏｔ（スーパーフレーム中の１つのスロットの時間の長さである）、ノードの最大の同期間隔ＳＩＮ、ＰＰＭ（百万分の一）ＰＨでのハブクロックの正確さ、および、ＰＰＭ  ＰＮでのノードクロックの正確さに由来し、用語「上限（ｃｅｉｌｉｎｇ）」は、数字を小数点第一位で四捨五入してスロットの整数にすることを意味している。この四捨五入によって、割り当ての管理は、ハブにとって複雑なものでなくなる。あるいは、ハブが選択すると、ノードのための割り当てられたスロットの開始時と終了時に方程式（６）に由来するようなＴＤｒｉｆｔ（図３において、ＴＤｒｉｆｔ＝ＧＴ０＝ＧＴ１）のガード時間も確保してもよい。ハブは、隣接するスロットタイミング要件に依存して、追加の時間（ＴＤｒｉｆｔに加えて）を確保してもよい。別の重要な点は、該時間が、費やされる場合よりも重要な、確保された総合計ガード時間であるという事実である。開始時と終了時にガード時間を提供する代わりに（図４に例証されるように）、ガード時間は、ノードの割り当ての前後に完全に提供されることができ、この場合、ノードは、その通信ＴＤｒｉｆｔを、それぞれ早くまたは遅れて始めることとなる。
【００５３】
ＴＤｒｉｆｔ＝ＳＩＮ×（ＰＨ＋ＰＮ）（６）
ＳＤ＝上限（（ＴＤｒｉｆｔ）／ＴＳｌｏｔ）（７）
【００５４】
上記のものに加えて、図４で示されるように、ノードは、ノードに通信された割り当て間隔内で、ノードとの通信に実際に利用可能な間隔の終了を推測するガード時間ＧＴｎを計算してもよい。実際には、ＧＴｎは、ノードの最後のフレームトランザクションの終了後、ノードで実際に利用可能な間隔の終了時に提供される。ガード時間ＧＴｎは、方程式（８）、（９）および（１０）に従って計算され、ここで、ｐＳＩＦＳは、受信−送信、または、送信−受信のターンアラウンド時間であり、ｐＥｘｔｒａＩＦＳは同期エラー耐性（ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｅｒｒｏｒ  ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）であり、および、ｍＣｌｏｃｋＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎはタイミングの不確実性である。パラメータＤｎは、ＳＩｎにわたって理想的な（名目上の）クロックに対する、ノードまたはハブの最大のクロックドリフトを表し、ここで、ＳＩｎは、ノードとハブのクロックドリフトが名目上のガード時間ＧＴｎで考慮される名目上の同期間隔の限界を定める。
ＧＴ０＝ｐＳＩＦＳ＋ｐＥｘｔｒａＩＦＳ＋ｍＣｌｏｃｋＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎ（８）
Ｄｎ＝ＳＩｎ×ＰＨ、（ここで、ＳＩｎ＝ｍＮｏｍｉｎａｌＳｙｎｃｈＩｎｔｅｒｖａｌ）（９）
ＧＴｎ＝ＧＴ０＋２ｘＤｎ（１０）
【００５５】
ノードは、以下の方程式（１１）に従って、初期化ビーコン、あるいは、将来のポーリングまたはポストに聞き耳を立てる際に、クロックドリフトを補うために、ガード時間ＧＴＣを計算してもよい。
ＧＴＣ＝ＧＴ０＋ＳＩＮ×（ＰＨ＋ＰＮ）（１１）
【００５６】
さらに、ハブは、ノードとの通信のためにハブによって確保された割り当て間隔内に（すなわち、割り当てられたＳ＋２ＳＤスロット内に）、ハブの最後のフレームトランザクションの終了後に与えられるガード時間ＧＴｎを計算してもよい。ガード時間は、ノードに関して、方程式（１０）に従って計算されてもよい。
【００５７】
したがって、ノードとハブは、以下のように、そのフレーム送信および受信においてガード時間を考慮するであろう。
・ハブはビーコンの名目上の開始時にビーコン送信を始めるであろう。
・ハブは、ノードに通信された間隔の開始時よりも前に、ノードの次の予定されるダウンリンクまたはバイリンクの割り当て（ｂｉｌｉｎｋ  ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）間隔において、送信を始めてもよく、および、ハブからの最後の送信がハブによって確保された間隔の終了時よりも前のＧＴｎまでには終わるほどに迅速に、ノードに通信された間隔の終了時よりも後に送信を終了させるものとする。
・ハブは、ノードのポーリングまたはポストの名目上の開始時に、ポーリングまたはポストの送信を始めるものとする。
・ハブは、ノードに通信された間隔の開始時よりも前に、ノードの次の予定されるダウンリンクまたはバイリンクの割り当て間隔において、送信を始めてもよく、および、最後のフレームがハブによって確保された間隔の終了時よりも前のＧＴｎまでには終わるほどに迅速に、ノードに通信された間隔の終了時よりも後に、その受信を終了させるものとする。
・ノードは、割り当て間隔の名目上の開始時に、次の予定されるアップリンクまたはバイリンクの割り当て間隔において、送信または受信を始めてもよく、および、該間隔における最後の送信がノードでの間隔の名目上の終了前にＧＴｎを終了させるほどに迅速に、アップリンクの割り当て間隔でその送信を終了させるものとする。
・ノードは、最後にハブと同期したので、関連するクロックドリフトを考慮するために、ビーコンの名目上の開始時よりも早く、ＧＴＣ−ＧＴ０まで、ビーコンの受信を開始するものとする。
・ノードは、関連するクロックドリフトを考慮するために、ポーリングまたはポストの名目上の開始時よりも早く、ＧＴＣ−ＧＴ０まで、次のポーリングまたはポストの受信を開始するものとし、ノードの最後の同期間隔は、該ポーリングまたはポストの名目上の開始まで測定される。
【００５８】
さらに、ノードは、最後の送信された接続要求フレ−ムで示されるように、最大の同期間隔ＳＩＮ内で、少なくとも一度、ハブ度同期するであろう。
【００５９】
本発明のいくつかのモチベーション（ｍｏｔｉｖａｔｉｏｎ）は以下のとおりである：
・２０または４０ｐｐｍの分解能を維持することは、ノードが、センサーノードのコストと大きさに悪影響を及ぼす第２の低電力タイミング水晶発振器を含むこと要求する。
・追加のガード時間は、ノードが、低デューティサイクル用の利用可能な帯域幅をトレードオフするための機構を提供し、従って、ノードは、水晶発振器を必要とすることなく低タイミング分解能を使用することができる。
・不運にも、ノードは、通常、この計算自体を行わなければならず、その要求される割り当ての開始時と終了時にガード時間を確保しなければならない。
・本発明は、ノードからこれを行う手間を取り除き、タイミング補償がハブに集中することを可能にする、簡単な機構を提供する。
・より重要なことには、本発明の実施形態は、タイミング分解能に乏しいノードが、クロック分解能が理論上可能にするよりも著しく優れたデューティサイクルを達成することを可能にする。
・これによって、ハブは、同じネットワーク上で十数ミリ秒の待ち時間を備えたノード（例えば、ＥＣＧセンサー）とともに、数分の待ち時間を備えたノード（例えば、温度センサー）を維持することができる。
・これによって、さらに、キャリアセンス多重アクセス（ＣＳＭＡ）の維持は、高スループットノードと共存することができる。
・同様に、ハブがトラフィックを有しておらず、動力を節約する場合、ハブはスリープすることができる。
【００６０】
実施例３
ノードは、５００ｐｐｍのクロック分解能を有しているが、１００ｐｐｍ（すなわち、性能の５倍）と同等のデューティサイクルを欲する。ノードがラングムアクセスプロトコル（例えば、ＲＡＰ２）のために確保された１０のスロットによって、４０ｘ２ｍｓスロットを有しているハブに結合しようとすると想像してみる。さらに、ノードは、２０秒のウェイクアップ間隔を欲し、それは、２５０の多重周期（ｍ＝２５０）として通信される。そうすると、ハブはどのようにこれを維持するのか？
【００６１】
ウェイクアップ間隔中のノードのための最大のドリフトは、合計で、２０秒＝２ｘ１０ｍｓ＝２０ｍｓ＝１０スロット（または、ノードの割り当ての前後で５スロット）で、〜５００ｐｐｍである。提案された機構を用いて、ハブがノードスロット（２５）を割り当てる場合、ハブはノードのスーパーフレームにおいて、スロット２０乃至３０を確保する必要がある。これによって、ＥＣＧストリーミングノードのような１周期のノードは、このより低電力でより長時間のセンサーノードと共存することができる。
【００６２】
当業者には当然のことながら、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な修正が上記の実施形態になされてもよい。
【図１】
2014504485.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年9月30日(2013.9.30)
【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】
各々が同期通信のためのクロックを含む基地局とクライアントの間の通信を可能にするためのＴＤＭＡベースの通信方法であって、
前記方法は、
前記クライアントにＴＤＭＡチャネルを割り当てる工程であって、前記ＴＤＭＡチャネルが、クライアントタイムスロットおよび対応するベースタイムスロットによって定義され、前記ベースタイムスロットが、前記クライアントタイムスロットよりも前に開始する及び／又は後に継続する，工程と、
割り当てられた前記ＴＤＭＡチャネルを構成するクライアントタイムスロット中にクライアントの受信機に通信モードで動作させ、他の時間帯にスリープモードで動作させる工程と、
割り当てられた前記ＴＤＭＡチャネルを構成するベースタイムスロット中に前記クライアントとの通信モードで、前記基地局の受信機に動作を開始させる工程、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
基地局がクライアントとの通信モードで動作しているとき、基地局はクライアントに信号を送信しているか、または、クライアントからの信号を受信している、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
クライアントが基地局との通信モードで動作しているとき、クライアントは基地局へ信号を送信しているか、または、基地局からの信号を受信している、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
基地局は、通信のイニシエーターとして構成され、したがって、基地局はクライアントタイムスロットの前にクライアントへの送信を開始する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
クライアントは、通信のイニシエーターとして構成され、したがって、基地局はクライアントタイムスロットの前にクライアントからの受信を開始する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
イニシエーターは、応答を受け取るまで、または、現在の通信モードで動作するのをやめるまで、送信を繰り返す、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
クライアントが基地局との通信を終えていなくても、クライアントタイムスロットの終了時にクライアントがスリープモードに戻る工程を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
クライアントが基地局との通信を開始していなくても、クライアントタイムスロットの終了時にクライアントがスリープモードに戻る工程を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
クライアントは、クライアントタイムスロットの間ずっと、基地局からの送信を受信し、送信がクライアントによって受け取られない場合、クライアントはスリープモードに戻る、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
基地局に、同期信号をクライアントに送信させる工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
同期信号は、クライアントに、基地局クロックに従ってクロックを調節させる、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
同期信号は、基地局がクライアントとの通信モードにあるとき、複数回送信される、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
同期信号は、クライアントからの信号の受け取りに応じて送信される、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
基地局は、基地局とクライアントの間の最悪な場合のクロックオフセットを考慮に入れて計算された時間に、前記クライアントとの通信モードで動作を開始する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
時間は、クライアントの受信機がスリープモードで動作する時間に、最悪な場合のクロックオフセットを適用することにより計算される、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
基地局は、基地局とクライアントの間の最悪な場合のクロックオフセットを考慮に入れて計算された時間まで、各々のクライアントタイムスロットの後に、クライアントとの通信モードで動作し続ける、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
基地局は、クライアントがクライアントタイムスロット中に基地局との通信を終了した後に、クライアントとの通信モードでの動作を停止する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
基地局とクライアントとの間の無線通信を可能にするための、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
ＴＤＭＡ通信システムであって、
前記ＴＤＭＡ通信システムは、
各々がＴＤＭＡ通信システムを同期させるためのクロックを含む基地局とクライアントを含み、
クライアントは、割り当てられたＴＤＭＡチャネルを構成するクライアントタイムスロット中に通信モードで動作するように、および、他の時間帯にスリープモードで動作するように構成された受信機を含み、
基地局は、割り当てられた前記ＴＤＭＡチャネルを構成するベースタイムスロット中に前記クライアントとの通信モードで動作を継続するように構成された受信機を含み、ＴＤＭＡチャネルは、クライアントタイムスロットおよび対応するベースタイムスロットによって定義され、前記ベースタイムスロットは、前記クライアントタイムスロットよりも前に開始する及び／又は後に継続する、ことを特徴とするＴＤＭＡ通信システム。
【請求項２０】
ＴＤＭＡ通信システムのための基地局であって、
前記基地局は、
クライアントとＴＤＭＡ通信を同期させるためのクロックと、
ＴＤＭＡチャネルを構成するベースタイムスロット中に前記クライアントとの通信モードで動作するように構成された受信機を含み、前記ＴＤＭＡチャネルは、クライアントタイムスロットおよび対応するベースタイムスロットによって定義され、ここで、前記ベースタイムスロットは、前記ＴＤＭＡチャネルを構成する対応するクライアントタイムスロットよりも前に開始されるように、および／または、前記クライアントタイムスロットの後に終了するように構成される、ことを特徴とする基地局。
【請求項２１】
ＴＤＭＡ通信システムのためのクライアントであって、
前記クライアントは、
基地局とＴＤＭＡ通信とを同期させるためのクロックと、
ＴＤＭＡチャネルを構成するクライアントタイムスロット中に通信モードで動作するように、および、他の時間帯にスリープモードで動作するように構成された受信機を含み、
ここで、前記ＴＤＭＡチャネルは、クライアントタイムスロットおよび対応するベースタイムスロットによって定義され、前記クライアントタイムスロットは、前記ＴＤＭＡチャネルを構成する対応するベースタイムスロットの後に始まるように、および／または、前記ベースタイムスロットの前に終了するように構成される、ことを特徴とするクライアント。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2014504485.tif 000007
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2014504485.tif 000008
【国際調査報告】
2014504485.tif 000009
2014504485.tif 000010
2014504485.tif 000011