(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及び低レートワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（ＬＲ−ＷＰＡＮ）の共存のためのネットワークシステムであって、
ＬＲ−ＷＰＡＮプロトコルを用いて前記ＬＲ−ＷＰＡＮと共有される周波数帯域を通じてワイヤレス信号を受信する受信機と、
前記ワイヤレス信号のエネルギーレベルを検出する検出器と、
エネルギー検出（ＥＤ）クリアチャネル割り当て（ＣＣＡ）制御プロセスを実行する第１のプログラムを記憶するメモリと、
前記検出器及び前記メモリと関連して、前記第１のプログラムを実行して、前記ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスに従って前記ワイヤレス信号の前記検出されたエネルギーレベルに基づいてパケットの送信が許可されるか否かを判断するプロセッサであって、前記ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、ＬＲ−ＷＰＡＮプロトコルの受信機感度（ＲＳ）と、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルのエネルギー検出（ＥＤ）閾値との間のα公平ＥＤ閾値を求め、前記ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、前記ワイヤレス信号の前記検出されたエネルギーレベルが前記α公平ＥＤ閾値未満である場合、前記送信を許可し、前記ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、前記ワイヤレス信号の前記検出されたエネルギーレベルが前記ＥＤ閾値超である場合、前記送信を許可せず、前記ワイヤレス信号の前記検出されたエネルギーレベルが前記ＬＲ−ＷＰＡＮプロトコルの前記ＲＳ超であるが、前記ＥＤ閾値未満である場合、前記ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、前記送信が、所定の目的関数の最適α公平性解の計算結果に従って許可されるか否かを判断する、プロセッサと、
前記ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスが前記送信を許可した場合、前記Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルに従って前記周波数帯域を通じて前記パケットを送信する送信機と、
を備える、ネットワークシステム。
【請求項２】
前記所定の目的関数は、
【数１】
0006910459.tif 000010
によって表され、Ｐ１＋Ｐ２＝１であり、Ｐ１は、前記送信の許可確率であり、Ｐ２は、前記送信の不許可確率であり、αは、前記Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワークと前記ＬＲ−ＷＰＡＮとの間の公平なチャネルアクセス配分を制御するパラメーターであり、Ｕ１及びＵ２は、それぞれ前記Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及び前記ＬＲ−ＷＰＡＮのネットワークユーティリティである、請求項１に記載のネットワークシステム。
【請求項３】
前記プロセッサが、前記第１のプログラムの実行後に前記送信が許可されないことを判断した場合、Ｗｉ−ＳＵＮプロトコルに従って前記ＬＲ−ＷＰＡＮのパーソナルエリアネットワーク調整器（ＰＡＮＣ）に利用可能な情報パケットを送信するＷｉ−ＳＵＮ送信機／受信機モジュール、
を更に備える、請求項１に記載のネットワークシステム。
【請求項４】
前記メモリは、前記送信がＱ学習目的関数の計算結果に基づいて許可されるか否かを判断するＱ学習バックオフ制御プロセスを、前記プロセッサに実行させる第２のプログラムを含む、請求項１に記載のネットワークシステム。
【請求項５】
前記メモリは、前記ワイヤレス信号の前記検出されたエネルギーレベルに基づいて前記第１のプログラム又は前記第２のプログラムを選択する選択閾値を記憶する、請求項４に記載のネットワークシステム。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記ワイヤレス信号の前記検出されたエネルギーレベルが前記選択閾値以下である場合、前記Ｑ学習バックオフ制御プロセスを実行する、請求項５に記載のネットワークシステム。
【請求項７】
第１のワイヤケーブルを介して前記Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワークのアクセスポイントに接続可能である第１の入力／出力インターフェース、
を更に備える、請求項１に記載のネットワークシステム。
【請求項８】
第２のワイヤケーブルを介して前記ＬＲ−ＷＰＡＮのパーソナルエリアネットワーク調整器（ＰＡＮＣ）に接続可能である第２の入力／出力インターフェース、
を更に備える、請求項１に記載のネットワークシステム。
【請求項９】
請求項１〜８に記載のネットワークシステムに適用され、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及びＬＲ−ＷＰＡＮの共存のためのネットワークデバイスであって、
Ｗｉ−ＳＵＮプロトコルを用いて前記ＬＲ−ＷＰＡＮと共有される周波数帯域のワイヤレス信号を受信する受信機と、
バックオフ制御プロセスを実行するＱ学習バックオフ制御プログラムを記憶するメモリと、
前記メモリと関連して、前記Ｑ学習バックオフ制御プログラムを実行して、パケットの送信が許可されるか否かを判断するプロセッサと、
前記バックオフ制御プロセスが前記送信を許可した場合、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルに従ってワイヤレスチャネルを通じて前記パケットを送信する送信機と、
を備える、ネットワークデバイス。
【請求項１０】
前記Ｑ学習バックオフ制御プログラムは、前記プロセッサに、Ｑ学習目的関数を起動させ、前記Ｑ学習目的関数は、
【数２】
0006910459.tif 000011
によって表され、Ｑｔ（ｓ，ａ）は、前記Ｑ学習目的関数であり、τｔは、学習レートであり（０＜τｔ＜１）、γは、割引率であり（０＜γ＜１）、Ｒｔ（ｓ，ａ）は、時点ｔにおける状態ｓにおいて行動ａを実行することによって取得される報酬であり、ｓ’は、行動ａを実行するときに状態ｓから到達することができる状態であり、Ｂ（ｓ’）は、状態ｓ’において選択することができる行動セットである、請求項９に記載のネットワークデバイス。
【請求項１１】
１つ以上のコンピュータによって実行可能である命令を含む、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及び低レートワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（ＬＲ−ＷＰＡＮ）の共存のためのソフトウェアを記憶する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、実行時に、
ＬＲ−ＷＰＡＮプロトコルを用いて前記ＬＲ−ＷＰＡＮと共有される周波数帯域のワイヤレス信号を受信することと、
前記ワイヤレス信号のエネルギーレベルを検出することと、
エネルギー検出（ＥＤ）クリアチャネル割り当て（ＣＣＡ）制御プロセスを実行する第１のプログラムを記憶することと、
前記第１のプログラムを実行して、前記ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスに従って前記ワイヤレス信号の前記検出されたエネルギーレベルに基づいてパケットの送信が許可されるか否かを判断することと、
前記ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスが前記送信を許可した場合、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルに従って前記周波数帯域を通じて前記パケットを送信することと、
を含む動作を前記１つ以上のコンピュータに実行させ、
前記ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、Ｗｉ−ＳＵＮプロトコルの受信機感度（ＲＳ）と、前記Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルのエネルギー検出（ＥＤ）閾値との間のα公平ＥＤ閾値を求め、前記ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、前記ワイヤレス信号の前記検出されたエネルギーレベルが前記α公平ＥＤ閾値未満である場合、前記送信を許可し、
前記ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、前記ワイヤレス信号の前記検出されたエネルギーレベルが前記ＥＤ閾値超である場合、前記送信を許可せず、
前記ワイヤレス信号の前記検出されたエネルギーレベルが前記ＬＲ−ＷＰＡＮプロトコルのＲＳ超であるが、前記ＥＤ閾値未満である場合、前記ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、前記送信が、所定の目的関数の最適α公平性解の計算結果に従って許可されるか否かを判断する、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１２】
前記所定の目的関数は、
【数３】
0006910459.tif 000012
によって表され、Ｐ１＋Ｐ２＝１であり、Ｐ１は、前記送信の許可確率であり、Ｐ２は、前記送信の不許可確率であり、αは、前記Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワークと前記ＬＲ−ＷＰＡＮとの間の公平なチャネルアクセス配分を制御するパラメーターであり、Ｕ１及びＵ２は、それぞれ前記Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及び前記ＬＲ−ＷＰＡＮのネットワークユーティリティである、請求項１１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１３】
前記送信がＱ学習目的関数の計算結果に基づいて許可されるか否かを判断するＱ学習バックオフ制御プロセスを、前記１つ以上のコンピュータに実行させる第２のプログラムを記憶すること、
を更に含む、請求項１１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１４】
前記ワイヤレス信号の前記検出されたエネルギーレベルに基づいて前記第１のプログラム又は前記第２のプログラムを選択する選択閾値を記憶すること、
を更に含む、請求項１３に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘテロジニアスワイヤレスネットワークの共存のためのデバイスに関し、より詳細には、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及びＬＲ−ＷＰＡＮの共存のためのデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
広範なワイヤレス通信標準規格が、多様な応用を提供するために登場している。ワイヤレスネットワークである、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗと名付けられたＩＥＥＥ  ８０２．１１ａｈ、及び、Ｗｉ−ＳＵＮと名付けられたＩＥＥＥ  ８０２．１５．４ｇは、モノのインターネット（ＩｏＴ：Internet of Things）応用及びマシンツーマシン（Ｍ２Ｍ：machine-to-machine）応用の中で一般的に用いられる標準規格である。Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗ標準規格は、サブ１ＧＨｚ（Ｓ１Ｇ）帯域における動作のために設計されており、屋外ＩｏＴ応用のために展開された低電力標準規格である。Ｗｉ−ＳＵＮ標準規格は、サブ１ＧＨｚ（Ｓ１Ｇ）帯域及び２．４ＧＨｚ帯域において動作するワイヤレススマートユーティリティネットワーク（Ｗｉ−ＳＵＮ：wireless smart utility networks）のために設計されており、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗ標準規格と共有される周波数スペクトル（帯域）を含む。Ｗｉ−ＳＵＮは、ＬＲ−ＷＰＡＮの１つの例である。近傍内に何万もの数の８０２．１１ａｈデバイス及び８０２．１５．４ｇデバイスが同時配置される可能性がある。ＩＥＥＥ  ８０２．１５．４ｇ標準規格は、ＩＥＥＥ  ８０２．１１ａｈ標準規格の設計に先立って、他の８０２．１５．４ｇデバイスとのみ共存を許可するように設計されていたので、８０２．１１ａｈネットワークは、８０２．１５．４ｇネットワークとの深刻な干渉をもたらす可能性がある。
【０００３】
したがって、或るエリア内に８０２．１１ａｈネットワーク及び８０２．１５．４ｇネットワークを同時配置する新たな共存制御システム及び方法を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
本開示によるいくつかの実施形態は、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及びＷｉ−ＳＵＮネットワーク（又はＬＲ−ＷＰＡＮ）の共存のためのネットワークシステムがエネルギー検出（ＥＤ）クリアチャネル割り当て（ＣＣＡ：clear channel assignment）制御プロセスを実行することによって提供されるという認識及び理解に基づいている。
【０００５】
ネットワークシステムは、ＬＲ−ＷＰＡＮプロトコルを用いてＬＲ−ＷＰＡＮと共有される周波数帯域のワイヤレス信号を受信する受信機と、ワイヤレス信号のエネルギーレベルを検出する検出器と、エネルギー検出（ＥＤ）クリアチャネル割り当て（ＣＣＡ）制御プロセスを実行する第１のプログラムを記憶するメモリと、検出器及びメモリと関連して、第１のプログラムを実行して、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスに従ってワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルに基づいてパケットの送信が許可されるか否かを判断するプロセッサであって、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、ＬＲ−ＷＰＡＮプロトコルの受信機感度（ＲＳ）と、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルのエネルギー検出（ＥＤ）閾値との間のα公平ＥＤ閾値を求め、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルがα公平ＥＤ閾値未満である場合、送信を許可し、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルがＥＤ閾値超である場合、送信を許可せず、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルがＬＲ−ＷＰＡＮプロトコルのＲＳ超であるが、ＥＤ閾値未満である場合、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、送信が、所定の目的関数の最適α公平性解の計算結果に従って許可されるか否かを判断する、プロセッサと、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスが送信を許可した場合、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルに従って周波数帯域を通じてパケットを送信する送信機と、を備える。
【０００６】
さらに、いくつかの実施形態は、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及びＬＲ−ＷＰＡＮの共存のためのネットワークデバイスがＱ学習バックオフ制御に従って提供されるという認識及び理解に基づいている。
【０００７】
ネットワークデバイスは、ＬＲ−ＷＰＡＮプロトコルを用いてＬＲ−ＷＰＡＮと共有される周波数帯域のワイヤレス信号を受信する受信機と、バックオフ制御プロセスを実行するＱ学習バックオフ制御プログラムを記憶するメモリと、メモリと関連して、Ｑ学習バックオフ制御プログラムを実行して、パケットの送信が許可されるか否かを判断するプロセッサと、バックオフ制御プロセスが送信を許可した場合、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルに従ってワイヤレスチャネルを通じてパケットを送信する送信機と、を備える。
【０００８】
別の実施形態は、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及びＬＲ−ＷＰＡＮの共存のためのソフトウェアを記憶する非一時的コンピュータ可読媒体は、エネルギー検出（ＥＤ）クリアチャネル割り当て（ＣＣＡ）制御プロセスを実行することによって提供されるという認識及び理解に基づいている。
【０００９】
１つ以上のコンピュータによって実行可能である命令を含む、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及びＬＲ−ＷＰＡＮの共存のためのソフトウェアを記憶する非一時的コンピュータ可読媒体であって、命令は、実行時に、ＬＲ−ＷＰＡＮプロトコルを用いてＷｉ−ＳＵＮネットワーク（又はＬＲ−ＷＰＡＮ）と共有される周波数帯域のワイヤレス信号を受信することと、ワイヤレス信号のエネルギーレベルを検出することと、エネルギー検出（ＥＤ）クリアチャネル割り当て（ＣＣＡ）制御プロセスを実行する第１のプログラムを記憶することと、第１のプログラムを実行して、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスに従ってワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルに基づいてパケットの送信が許可されるか否かを判断することと、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスが送信を許可した場合、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルに従って周波数帯域を通じてパケットを送信することと、を含む動作を１つ以上のコンピュータに実行させる。
【００１０】
ここに開示されている実施形態は、添付図面を参照して更に説明される。示されている図面は、必ずしも一律の縮尺というわけではなく、その代わり、一般的に、ここに開示されている実施形態の原理を示すことに強調が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本開示の実施形態による、８０２．１１ａｈ標準規格及び８０２．１５．４ｇ標準規格の同時配置されたネットワークからなるシステムを示す概略図である。
【図１Ｂ】８０２．１１ａｈ標準規格及び８０２．１５．４ｇ標準規格の同時配置されたネットワークにおいて引き起こされるパケット送信衝突の一例を示す概略図である。
【図１Ｃ】８０２．１１ａｈ標準規格において提供される共存制御メカニズムを用いて、８０２．１１ａｈ標準規格及び８０２．１５．４ｇ標準規格の同時配置されたネットワークの推定サンプルデータパケット受信レートを示す表である。
【図２】本発明の実施形態による、図１Ａのネットワークを形成することに関与するシステムを示すブロック図である。
【図３Ａ】８０２．１１標準規格群の動作周波数帯域を示す図である。
【図３Ｂ】８０２．１５．４標準規格群の動作周波数帯域を示す図である。
【図４Ａ】周波数帯域を共有する周波数チャネル上で動作する同時配置された８０２．１１ａｈネットワーク及び８０２．１５．４ｇネットワークの一例を示す図である。
【図４Ｂ】オーバーラップした周波数帯域上で動作する同時配置された８０２．１１ａｈネットワーク及び８０２．１５．４ｇネットワークの一例を示す図である。
【図５】８０２．１１ａｈのより高いエネルギー検出閾値に起因して、８０２．１１ａｈデバイスが８０２．１５．４ｇデバイスと干渉するエネルギー範囲を示す図である。
【図６Ａ】８０２．１１ａｈのより高速なバックオフメカニズムに起因して、８０２．１５．４ｇデータパケット送信と干渉する８０２．１１ａｈデバイス送信の一例を示す図である。
【図６Ｂ】８０２．１１ａｈのより高速なバックオフメカニズムに起因して、８０２．１５．４ｇ肯定応答パケット受信と干渉する８０２．１１ａｈデバイス送信の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態による、α公平性（-fairness）に基づくエネルギー検出クリアチャネル割り当て（α公平ＥＤ−ＣＣＡ）のブロック図である。
【図８】本発明の１つの実施形態による、Ｑ学習に基づくバックオフ方法のブロック図である。
【図９】本開示の実施形態による、Ｑ学習バックオフ方法及びα公平ＥＤ−ＣＣＡ方法に対するデータパケット送達レートを示すシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本開示の実施形態による、ワイヤレス信号のエネルギーレベル検出に基づいて、α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プロセス又はＱ学習バックオフ制御プロセスを選択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】
【００１２】
上記で明らかにされた図面は、ここに開示されている実施形態を記載しているが、この論述において言及されるように、他の実施形態も意図されている。この開示は、限定ではなく代表例として例示の実施形態を提示している。ここに開示されている実施形態の原理の範囲及び趣旨に含まれる非常に多くの他の変更及び実施形態を当業者は考案することができる。
【００１３】
本発明の様々な実施形態が、図面を参照して以下で説明される。図面は縮尺どおり描かれておらず、類似の構造又は機能の要素は、図面全体にわたって同様の参照符号によって表されることに留意されたい。図面は、本発明の特定の実施形態の説明を容易にすることのみを意図することにも留意されたい。図面は、本発明の網羅的な説明として意図されるものでもなければ、本発明の範囲を限定するものとして意図されるものでもない。加えて、本発明の特定の実施形態と併せて説明される態様は、必ずしもその実施形態に限定されず、本発明の任意の他の実施形態において実施することができる。
【００１４】
以下の説明では、実施形態の十分な理解を提供するために、具体的な詳細が与えられる。しかしながら、当業者は、これらの具体的な詳細がなくても実施形態を実施することができることを理解することができる。例えば、開示された主題におけるシステム、プロセス、及び他の要素は、実施形態を不必要な詳細で不明瞭にしないように、ブロック図形式の構成要素として示される場合がある。それ以外の場合において、よく知られたプロセス、構造、及び技法は、実施形態を不明瞭にしないように不必要な詳細なしで示される場合がある。さらに、様々な図面における同様の参照符号及び名称は、同様の要素を示す。
【００１５】
また、個々の実施形態は、フローチャート、フロー図、データフロー図、構造図、又はブロック図として描かれるプロセスとして説明される場合がある。フローチャートは、動作を逐次的なプロセスとして説明することができるが、これらの動作の多くは、並列又は同時に実行することができる。加えて、これらの動作の順序は、再配列することができる。プロセスは、その動作が完了したときに終了することができるが、論述されない又は図に含まれない追加のステップを有する場合がある。さらに、特に説明される任意のプロセスにおける全ての動作が全ての実施形態において行われ得るとは限らない。プロセスは、方法、関数、手順、サブルーチン、サブプログラム等に対応することができる。プロセスが関数に対応するとき、その関数の終了は、呼び出し側関数又はメイン関数へのその機能の復帰に対応することができる。
【００１６】
本開示において例示されるモジュール及びネットワークは、コンピュータプログラム、ソフトウェア又は命令コードとすることができ、１つ以上のプロセッサを用いて命令を実行することができる。モジュール及びネットワークは１つ以上の記憶デバイスに記憶することができるか、又は別の状況では、例えば、磁気ディスク、光ディスク若しくはテープ等の、記憶媒体、コンピュータ記憶媒体又はデータ記憶デバイス（取外し可能及び／又は非取外し可能）等のコンピュータ可読媒体に記憶することができ、コンピュータ可読媒体は、命令を実行するために１つ以上のプロセッサからアクセス可能である。
【００１７】
コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータ等の情報を記憶するための任意の方法又は技術において実現される揮発性及び不揮発性、取外し可能及び非取外し可能の媒体を含むことができる。コンピュータ記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ若しくはフラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）若しくは他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置若しくは他の磁気記憶デバイス、又は所望の情報を記憶するために使用することができ、１つ以上のプロセッサを用いて、アプリケーション、モジュール又は両方によってアクセスすることができる任意の他の媒体とすることができる。任意のそのようなコンピュータ記憶媒体は、そのデバイスの一部とすることができるか、そのデバイスからアクセス可能とすることができるか、又はそのデバイスに接続可能とすることができる。本明細書において説明される任意のアプリケーション又はモジュールは、そのようなコンピュータ可読媒体によって記憶できるか、又は別の方法で保持できるコンピュータ可読／実行可能命令を用いて実現することができる。
【００１８】
以下において、関連技術において見出される要件を明確にするために、本開示の実施形態を説明する前に、８０２．１１ａｈ標準規格及び８０２．１５．４ｇ標準規格に関するワイヤレス通信の干渉について論述される。
【００１９】
以下において、８０２．１５．４ｇネットワークが、ＬＲ−ＷＰＡＮのうちの１つの一例として論述される。しかしながら、８０２．１５．４ｇネットワーク又は８０２．１５．４ｇネットワークデバイスの代わりに、一般的なＩＥＥＥ  ８０２．１５．５標準規格に基づくネットワーク（ＬＲ−ＷＰＡＮ）及びＬＲ−ＷＰＡＮデバイスを用いることができることに留意すべきである。したがって、Ｗｉ−ＳＵＮネットワークが、本開示におけるＬＲ−ＷＰＡＮの例のうちの１つとして説明される。
【００２０】
図１Ａは、或るエリア内で、８０２．１５．４ｇネットワーク１０５と同時配置された８０２．１１ａｈネットワーク１００からなるネットワークシステムを示す概略図である。８０２．１１ａｈネットワーク１００は、アクセスポイント（ＡＰ）１１０と、その関連局（ＳＴＡ）１２０とを含み、このネットワークにおいて、ＡＰ  １１０及びＳＴＡ  １２０は、８０２．１１ａｈワイヤレスリンク１３０を介して通信する。８０２．１５．４ｇネットワーク１０５は、パーソナルエリアネットワーク調整器（ＰＡＮＣ）１４０とその関連ノード１５０とを含む。ＰＡＮＣ  １４０及びノード１５０は、８０２．１５．４ｇワイヤレスリンク１６０を通じて通信する。この事例において、２つのネットワークは、８０２．１５．４ｇネットワーク１０５が８０２．１１ａｈネットワーク１００の通信範囲内であるように、十分近くに同時配置される。したがって、２つのネットワークの動作チャネルが周波数スペクトルを共有するか又はそれらの周波数スペクトルにわたって互いにオーバーラップする場合、一方のネットワークは、他方のネットワークと干渉する可能性がある。
【００２１】
図１Ｂは、８０２．１１ａｈネットワーク１００及び８０２．１５．４ｇネットワーク１０５によってパケット送信衝突が引き起こされる状況を示す概略図である。この事例において、８０２．１１ａｈ  ＳＴＡ  １２０は、８０２．１１ａｈ  ＡＰ  １１０にパケットを送信しており、かつ、８０２．１５．４ｇノード１５０も、８０２．１５．４ｇ  ＰＡＮＣ  １４０にパケットを送信している。結果として、２つのネットワークの同時送信により、衝突１７０が生じる。
【００２２】
図１Ｃは、同時配置された８０２．１１ａｈネットワーク及び８０２．１５．４ｇネットワークが周波数帯域を共有するとともに、共存制御のために８０２．１１ａｈ標準規格の共存メカニズムが用いられる場合の、異なるネットワークトラフィックレートに対応するデータパケット受信レートのシミュレーション結果を示す表を示している。図１Ｃは、ネットワークトラフィックが重い場合、８０２．１５．４ｇネットワークが損なわれることを示している。８０２．１５．４ｇトラフィックレートが５０ｋｂｐｓである一方で８０２．１１ａｈトラフィックレートが４００ｋｂｐｓである場合であっても、８０２．１５．４ｇネットワークは、パケットのうちの８４％しか送達しない。他方、８０２．１１ａｈネットワークは、全てのトラフィックについて１００％近くのパケット受信レートを達成する。これらの結果は、ネットワークトラフィックが重い場合、更なる共存制御が要求されることを示している。その上、システムトラフィックが増大するにつれて、共存制御の需要は急速に高まる。本開示において、８０２．１１ａｈプロトコルは、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルと称することができ、８０２．１５．４ｇプロトコルは、Ｗｉ−ＳＵＮプロトコルと称することができる。
【００２３】
図２は、本開示の実施形態による、８０２．１１ａｈネットワークシステム２００のブロック図を示している。８０２．１１ａｈネットワークシステム２００は、複数のネットワークデバイスを含むことができ、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワークシステム２００と称することができる。Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワークシステム２００は、キーボード２１１及びポインティングデバイス／媒体２１２と接続可能である、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェースを有するヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）２１０を備えることができる。さらに、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワークシステム２００は、マイクロフォン２１３と、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗ送信機／受信機２１４と、Ｗｉ−ＳＵＮ送信機／受信機２１５と、３Ｄセンサ２１６と、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワークシステム２００のロケーションを、ネットワーク２９０を介してＷｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワークシステム２００の外部の制御システム（図示せず）に通知する全地球測位システム（ＧＰＳ）２１７と、１つ以上のＩ／Ｏインターフェース２１８と、スピーカー／マイクロフォン２１９と、プロセッサ２２０と、ストレージデバイス２３０と、タイマー２３１と、プロセッサ２２０と関連して動作可能である１つ以上のメモリ２４０と、ローカルエリアネットワーク、ワイヤレスネットワーク（図示せず）及びインターネットネットワーク（図示せず）を含むネットワーク２９０を介して他のコンピュータ／端末２９５と接続可能であるネットワークインターフェースコントローラー２５０（ＮＩＣ）と、ディスプレイデバイス２６５に接続されたディスプレイインターフェース２６０と、撮像デバイス２７５と接続可能である撮像インターフェース２７０と、印刷デバイス２８５と接続可能であるプリンタインターフェース２８０とを備えることができる。ストレージデバイス２３０は、Ｑ学習バックオフ制御プログラム２３２及びα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３を記憶する。プログラム２３３は、１つ以上のＩ／Ｏインターフェース２１８と接続可能である非一時的コンピュータ可読媒体（図示せず）に記憶することができる。
【００２４】
さらに、１つ以上のＩ／Ｏインターフェース２１８は、Ｗｉ−ＳＵＮネットワークにパケット送信の許可に関する情報を提供するためにＷｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワークのアクセスポイントに接続することができる。
【００２５】
Ｉ／Ｏインターフェースを有するＨＭＩ２１０は、アナログ対デジタル変換器及びデジタル対アナログ変換器を備えることができる。Ｉ／Ｏインターフェースを有するＨＭＩ２１０は、ワイヤレスインターネット接続又はワイヤレスローカルエリアネットワークを介して他の３Ｄ点群ディスプレイシステム又は他のコンピュータと通信することができ、それにより、複数の３Ｄ点群を構築することを可能にするワイヤレス通信インターフェースを含む。８０２．１１ａｈネットワークシステム２００は、電源１９０を備えることができる。電源１９０は、１つ以上のＩ／Ｏインターフェース２１８を介して外部電源（図示せず）から充電可能であるバッテリーとすることができる。応用に応じて、電源１９０は、８０２．１１ａｈネットワークシステム２００の外部に配置することができる。タイマー２３１は、タイマー回路、論理回路、又はストレージ２３０に記憶されたソフトウェアタイマーとすることができる。タイマー２３１は、ストレージデバイス２３０に記憶されたＱ学習バックオフ制御プログラム２３２及びα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３と関連付けることによってタイマーとして動作する。ネットワークインターフェースコントローラー２５０（ＮＩＣ）は、８０２．１１ａｈデバイス及び８０２．１５．４ｇデバイスと通信するとともに、８０２．１１ａｈデバイス及び８０２．１５．４ｇデバイスに関する送信パケットのエネルギーレベルを検出するＲＦアンテナを備えることができる。いくつかの事例において、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗ送信機／受信機モジュール２１４は、８０２．１１ａｈデバイスに対してパケットを受信及び送信するＲＦアンテナを備えることができ、Ｗｉ−ＳＵＮ送信機／受信機モジュール２１５は、８０２．１５．４ｇデバイスに対してパケットを受信及び送信するＲＦアンテナを備えることができる。
【００２６】
Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗ送信機／受信機モジュール２１４は、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルに従って１１ａｈアクセスポイント１１０を介して他のＷｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗデバイスとの通信を実行するＷｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗモジュール２１４と称することができる。Ｗｉ−ＳＵＮ送信機／受信機２１５は、Ｗｉ−ＳＵＮ回路２１５と称することができる。Ｗｉ−ＳＵＮ回路２１５は、Ｗｉ−ＳＵＮプロトコルに従ってパーソナルエリアネットワーク調整器（ＰＡＮＣ）１４０を介して他のＷｉ−ＳＵＮデバイスとの通信を実行することが可能である。いくつかの事例において、ＬＲ−ＷＰＡＮ送信機／受信機を、Ｗｉ−ＳＵＮ送信機／受信機２１５として用いることができる。そのような事例において、ＬＲ−ＷＰＡＮ送信機／受信機は、一般的な８０２．１５．４標準規格デバイスに対してＬＲ−ＷＰＡＮプロトコルに従ってパケットを受信及び送信するＲＦアンテナを備えるＬＲ−ＷＰＡＮ回路と称することができる。
【００２７】
いくつかの事例において、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗモジュール２１４は、タイマー２３１と、α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御を実行するためのα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３を記憶するメモリ（図示せず）を有する、タイマー自体のプロセッサ（図示せず）とを備えることができる。さらに、Ｑ学習バックオフ制御プログラム２３２を、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗモジュール２１４のメモリに含めることができる。
【００２８】
Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗモジュール２１４及びＷｉ−ＳＵＮモジュール２１５の各々は、エネルギー検出器（図示せず）とともに受信アンテナ及び送信アンテナ（図示せず）を備えることができる。エネルギー検出器の各々は、センサと称することができる。各エネルギー検出器は、本発明の実施形態によれば、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗ送信機／受信機２１４及びＷｉ−ＳＵＮデバイス送信機／受信機２１５の受信アンテナ、又は、ネットワークシステム２００における２５０のアンテナを介して信号を受信することによって、８０２．１１ａｈデバイス及び８０２．１５．４ｇデバイスのパケット送信のエネルギーレベルを検出することが可能である。
【００２９】
ＨＭＩ及びＩ／Ｏインターフェース２１０及びＩ／Ｏインターフェース２１８は、とりわけ、コンピュータモニター、カメラ、テレビジョン、プロジェクター、又はモバイルデバイスを含む別のディスプレイデバイス（図示せず）に接続するように構成することができる。
【００３０】
８０２．１１ａｈネットワークシステム２００は、ＮＩＣ２５０に接続されたネットワーク２９０を介して他のコンピュータ２９５からパケットデータを受信することができる。ストレージデバイス２３０は、Ｑ学習バックオフ制御プログラム２３２とα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３とを含み、Ｑ学習バックオフ制御プログラム２３２及びα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３のアルゴリズムは、プログラムコードデータとしてストレージデバイス２３０に記憶される。Ｑ学習バックオフ制御プログラム２３２及びα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３のアルゴリズムは、非一時的コンピュータ可読記録媒体（図示せず）に記憶することができ、プロセッサ２２０が、媒体からアルゴリズムをロードすることによってＱ学習バックオフ制御プログラム２３２及びα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３のアルゴリズムを実行することができるようになっている。さらに、ポインティングデバイス／媒体２１２は、非一時的コンピュータ可読記録媒体上に記憶されたプログラムを読み出して実行するモジュールを含むことができる。
【００３１】
いくつかの事例において、ネットワークデバイスは、８０２．１１ａｈネットワークシステム２００に含まれる部分を選択するか又は組み合わせることによって設計することができる。例えば、ネットワークデバイスは、少なくとも、送信／受信アンテナを有するＷｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗ送信機／受信機モジュール２１４、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及びＷｉ−ＳＵＮネットワークに関するワイヤレス信号のエネルギーレベルを検出するセンサ、プロセッサ２２０、α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３を記憶するストレージ２３０、プロセッサ２２０に関連して動作可能である１つ以上のメモリ２４０を備えることができる。
【００３２】
さらに、別のネットワークデバイスは、８０２．１１ａｈネットワークシステム２００に含まれる部分を選択するか又は組み合わせることによって設計することができる。例えば、当該別のネットワークデバイスは、少なくとも、送信／受信アンテナを有するＷｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗ送信機／受信機モジュール２１４、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及びＷｉ−ＳＵＮネットワークに関するワイヤレス信号のエネルギーレベルを検出するセンサ（図示せず）、α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３を記憶するストレージ２３０、プロセッサ２２０に関連して動作可能である１つ以上のメモリ２４０、Ｑ学習バックオフ制御プログラム２３２に関連付けることによってタイマーとして動作するタイマー２３１を備えることができる。さらに、センサは、検出器と称することができる。
【００３３】
Ｑ学習バックオフ制御プログラム２３２及びα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３のアルゴリズムの実行を開始するために、キーボード２１１、ポインティングデバイス／媒体２１２を用いて、又は、ワイヤレスネットワーク若しくは他のコンピュータ２９５に接続されたネットワーク２９０を介して、システム２００に命令を送信することができる。Ｑ学習バックオフ制御プログラム２３２及びα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３のアルゴリズムは、ストレージデバイス２３０に記憶された、プリインストール済みの従来的な音声認識プログラムを用いて、マイクロフォン２１３によってユーザーの音響信号を受信することに応答して開始することができる。さらに、８０２．１１ａｈネットワークシステム２００は、ユーザーが８０２．１１ａｈネットワークシステム２００の動作を開始／停止させることを可能にするオン／オフスイッチ（図示せず）を備える。
【００３４】
ＨＭＩ及びＩ／Ｏインターフェース２１０は、アナログ対デジタル（Ａ／Ｄ）変換器、デジタル対アナログ（Ｄ／Ａ）変換器、及びネットワーク２９０に接続するワイヤレス信号アンテナを含むことができる。さらに、１つ以上のＩ／Ｏインターフェース２１８を、ケーブルテレビ（ＴＶ）ネットワーク、又はＴＶ信号を受信する従来的なテレビ（ＴＶ）アンテナに接続可能とすることができる。インターフェース２１８を介して受信されたＲＦ信号は、デジタル画像及びオーディオ信号に変換することができ、ここで、８０２．１１ａｈネットワークシステム２００と他の８０２．１１ａｈネットワークデバイスとの間の通信は、プロセッサ２２０及び１つ以上のメモリ２４０に関連したＱ学習バックオフ制御プログラム２３２又はα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３に従って実行することができる。
【００３５】
プロセッサ２２０は、１つ以上の画像処理装置（ＧＰＵ）を含む複数のプロセッサとすることができる。
【００３６】
図３Ａは、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格に従ったデバイスの動作周波数帯域を示している。８０２．１１標準規格デバイスは、３１０、３２０、３３０及び３４０として示されている異なる周波数帯域上で動作することができる。例えば、８０２．１１ａｈデバイスは、サブ１ＧＨｚ（Ｓ１Ｇ）帯域３１０上で動作し、８０２．１１ｂ／ｇ／ｎデバイスは、２．４ＧＨｚ帯域３２０上で動作し、８０２．１１ａ／ｎデバイスは、５ＧＨｚ帯域３３０上で動作し、８０２．１１ａｄデバイスは、６０ＧＨｚ帯域３４０上で動作する。他方、図３Ｂに示すように、８０２．１５．４デバイスは、Ｓ１Ｇ帯域３１０’及び２．４ＧＨｚ帯域３２０’上のみで動作することができる。８０２．１１ａｈ及び８０２．１５．４ｇの共通周波数帯域は、Ｓ１Ｇ帯域３１０である。
【００３７】
Ｓ１Ｇ帯域３１０において、８０２．１１ａｈネットワーク及び８０２．１５．４ｇネットワークは、一周波数帯域を共有する周波数チャネル上で動作する場合があり、これにより２つのネットワーク間で干渉が引き起こされる。周波数帯域共有には２つのタイプがある。周波数帯域共有の第１のタイプは、図４Ａに示すような部分共有である。この事例において、８０２．１１ａｈネットワークは、始端周波数Ｆ１から終端周波数Ｆ３までの範囲に及ぶチャネル４１０上で動作し、８０２．１５．４ｇネットワークは、始端周波数Ｆ２から終端周波数Ｆ４までの範囲に及ぶチャネル４２０上で動作する。周波数帯域［Ｆ２，Ｆ３］は、チャネル４１０及び４２０によって共有される。他方、周波数帯域共有の第２のタイプは、図４Ｂに示すような、周波数をオーバーラップする方法である。この事例において、８０２．１１ａｈネットワークは、始端周波数Ｆ６から終端周波数Ｆ７までの範囲に及ぶチャネル４３０上で動作し、８０２．１５．４ｇネットワークは、始端周波数Ｆ５から終端周波数Ｆ８までの範囲に及ぶチャネル４４０上で動作する。チャネル４３０及び４４０の周波数は、Ｆ５＜Ｆ６かつＦ７＜Ｆ８と表現されるので、チャネル４３０は、チャネル４４０によってオーバーラップされる。
【００３８】
上記において、８０２．１１ａｈネットワークと８０２．１５．４ｇネットワークとの間の周波数帯域共有について例示的に論述しているものの、本開示による、８０２．１１ａｈネットワークにおいて用いられる通信方法は、他の９２０ＭＨｚ周波数帯域とともに用いることができ、当該他の９２０ＭＨｚ周波数帯域は、低電力ワイドエリアネットワーク（例えば、ＬｏＲａ  Ａｌｌｉａｎｃｅ（商標）技術又はＬｏＲａＷＡＮ（商標）：ＬｏＲａネットワーク及びＳｉｇＦｏｘネットワーク（例えば欧州では８６８ＭＨｚ、米国では９０２ＭＨｚ））等のネットワークにおいて用いられる。
【００３９】
８０２．１１ａｈネットワークが８０２．１５．４ｇネットワークに深刻に影響を与え得る理由についての論述が以下で行われる。本開示のいくつかの実施形態によれば、２つの原因が特定される。
【００４０】
８０２．１１ａｈのより高いエネルギー検出（ＥＤ）閾値によって引き起こされる干渉
８０２．１１ａｈ標準規格は、エネルギー検出（ＥＤ）閾値を、１ＭＨｚチャネルの場合−７５ｄＢｍ、２ＭＨｚチャネルの場合−７２ｄＢｍ、４ＭＨｚチャネルの場合−６９ｄＢｍ、及び８ＭＨｚチャネルの場合−６６ｄＢｍと規定する。この事例において、最小ＥＤ閾値は、−７５ｄＢｍである。
【００４１】
８０２．１５．４ｇ  ＥＤ閾値は、８０２．１１ａｈ  ＥＤ閾値よりも低くなるように構成される。複数レート及び複数領域直交周波数分割多重（ＭＲ−ＯＦＤＭ）物理層（ＰＨＹ）の場合、ＥＤ閾値は、［−１００ｄＢｍ，−７８ｄＢｍ］内に構成される。複数レート及び複数領域オフセット直交位相シフトキーイング（ＭＲ−Ｏ−ＱＰＳＫ）ＰＨＹの場合、ＥＤ閾値は、［−１００ｄＢｍ，−８０ｄＢｍ］内に構成される。複数レート及び複数領域周波数シフトキーイング（ＭＲ−ＦＳＫ）ＰＨＹの場合、ＥＤ閾値は、［−１００ｄＢｍ，−７８ｄＢｍ］内に設定される。８０２．１５．４ｇ  ＥＤ閾値は、８０２．１５．４ｇ受信機感度（ＲＳ）よりも１０ｄＢ大きくなるようなエネルギーレベルにおいて構成される。
【００４２】
図５は、エネルギードメインにおける、８０２．１５．４ｇ受信機感度５１０、８０２．１５．４ｇ  ＥＤ閾値５２０及び８０２．１１ａｈ  ＥＤ閾値５３０の分布を示す概略図である。これらの３つの閾値５１０、５２０及び５３０は、エネルギードメインを４つのエネルギー範囲５４０、５５０、５６０及び５７０に分割する。範囲５４０は、８０２．１５．４ｇ受信機感度５１０未満のエネルギーレベルを表し、範囲５５０は、８０２．１５．４ｇ受信機感度５１０超であるが８０２．１５．４ｇ  ＥＤ閾値５２０未満であるエネルギーレベルを表し、範囲５６０は、８０２．１５．４ｇ  ＥＤ閾値５２０超であるが８０２．１１ａｈ  ＥＤ閾値５３０未満であるエネルギーレベルを表し、範囲５７０は、８０２．１１ａｈ  ＥＤ閾値５３０超であるエネルギーレベルを表す。例えば、８０２．１５．４ｇ受信機感度５１０の値は、おおよそ−９０ｄＢｍとすることができ、８０２．１１ａｈ  ＥＤ閾値５３０の値は、おおよそ−７５ｄＢｍとすることができる。
【００４３】
８０２．１１ａｈ  ＥＤ閾値のより高いエネルギーレベルにより、８０２．１１ａｈ送信が８０２．１５．４ｇ送信と衝突することが起こり得る。８０２．１５．４ｇデバイスによるパケット送信の検出されたエネルギーレベルがエネルギー範囲５４０内にある場合、このパケットは、８０２．１５．４ｇデバイスによって読み取り不能である可能性が高い。したがって、８０２．１１ａｈデバイスが８０２．１５．４ｇデバイスのパケット送信を無視することが許容可能である。８０２．１５．４ｇパケット送信の検出されたエネルギーレベルが範囲５７０内にある場合、８０２．１１ａｈデバイスは、８０２．１１．ａｈ共存メカニズムを用いて、検出されたパケット送信をハンドリングする。しかしながら、８０２．１５．４ｇパケット送信の検出されたエネルギーレベルが範囲５５０又は範囲５６０内にある場合、このパケットは、８０２．１５．４ｇデバイスによって読み取り可能であり、８０２．１１ａｈデバイスは、検出されたエネルギーレベルが８０２．１１ａｈ  ＥＤ閾値５３０よりも低いので、検出されたパケット送信を無視する。この事例において、８０２．１１ａｈデバイスのバックオフカウンタが０に達した場合、８０２．１１ａｈデバイスは、進行中の８０２．１５．４ｇパケット送信と衝突する送信を開始する。したがって、８０２．１１ａｈ共存メカニズムは、８０２．１５．４ｇパケット送信の検出されたエネルギーレベルがエネルギー範囲５８０、すなわちエネルギー範囲５５０及び５６０の和集合内にある場合、８０２．１５．４ｇパケット送信を無視する。その結果、バックオフカウンタが０に達した場合、８０２．１１ａｈデバイスは、進行中の８０２．１５．４ｇパケット送信と衝突するパケットを送信する。したがって、８０２．１１ａｈ  ＥＤ−ＣＣＡメカニズムは、より低い送信電力でより多くの８０２．１５．４ｇパケットを検出するために向上されなければならない。
【００４４】
８０２．１１ａｈのバックオフプロセスによって引き起こされる干渉
８０２．１１ａｈバックオフプロセスは、８０２．１５．４ｇバックオフプロセスよりもはるかに高速である。なぜならば、８０２．１１ａｈ標準規格は、８０２．１５．４ｇ標準規格のタイムパラメーターよりもはるかに短いタイムパラメーターを用いるためである。例えば、８０２．１１ａｈタイムスロットは５２μｓであり、分散フレーム間スペース（ＤＩＦＳ：distributed interframe space）は２６４μｓであり、ショートフレーム間スペース（ＳＩＦＳ：short interframe space）は１６０μｓであり、クリアチャネル割り当て（ＣＣＡ）時間は４０μｓ未満であり、ＣＣＡプロセス−送信（ＴＸ）ターンアラウンドタイムは５μｓ未満である。８０２．１５．４ｇ標準規格の場合、対応するパラメーターは、シンボルレートに依存する。シンボルレート＝６２．５ｋｓｙｍｂｏｌ／ｓの場合、バックオフ期間は３２０μｓであり、肯定応答（ＡＣＫ）待機時間は１２８０μｓであり、ＳＩＦＳは１９２μｓであり、ＣＣＡ時間は１２８μｓであり、ＣＣＡ−ＴＸターンアラウンドタイムは１９２μｓである。これらのバックオフパラメーターは、より小さいシンボルレート、例えばシンボルレート＝２０ｋｓｙｍｂｏｌ／ｓの場合、更により長く、ＡＣＫ待機時間は１６００μｓである。
【００４５】
８０２．１１ａｈバックオフと８０２．１５．４ｇバックオフとの間の別の重要な差は、ＣＣＡ動作にある。８０２．１１ａｈデバイスは、各バックオフスロット内でＣＣＡ動作を実行する。しかしながら、８０２．１５．４ｇデバイスは、バックオフプロセスの終了時にのみＣＣＡ動作を実行する。これは、８０２．１５．４ｇデバイスが８０２．１１ａｈデバイスによって引き起こされる干渉を検出する可能性がより低い場合があることを示している。したがって、８０２．１５．４ｇデバイスの送信は、８０２．１１ａｈデバイスの送信によって深刻に干渉される可能性がある。
【００４６】
図６Ａは、８０２．１１ａｈバックオフが６つのタイムスロット又は６つ未満のタイムスロットを占める場合、８０２．１１ａｈデータ送信が８０２．１５．４ｇデータ送信と干渉する様子を示す概略図である。時点Ｔ１において、８０２．１１ａｈデバイス６１０が送信プロセスを開始し、チャネルがビジーであること６８０を検出するので、各タイムスロットにおいてＣＣＡ動作を実行してチャネルステータスをモニタリングする。時点Ｔ２において、８０２．１５．４ｇデバイス６２０が自身の送信プロセスを開始する。ＣＣＡ動作を実行することなく、８０２．１５．４ｇデバイス６２０は、バックオフ手順６３０を即座に開始する。時点Ｔ３において、チャネルがアイドルになり、それゆえ、８０２．１１ａｈデバイス６１０は、自身のバックオフ手順６３０を開始するために、ＤＩＦＳ期間６８５の間待機する。時点Ｔ４において、８０２．１５．４ｇデバイス６２０は、バックオフを完了してＣＣＡ動作６４０を開始する。その後、時点Ｔ５において、８０２．１１ａｈデバイス６１０は、自身のバックオフ手順６３０を開始する。時点Ｔ６において、８０２．１５．４ｇデバイス６２０のＣＣＡは、アイドルチャネル６５０を報告し、したがって、８０２．１５．４ｇデバイス６２０は、ＣＣＡ−ＴＸターンアラウンドプロセス６６０を開始し、この期間中、８０２．１１ａｈデバイス６１０は、時点Ｔ７において自身のバックオフプロセスを完了し、チャネルは依然としてアイドルである。よって、８０２．１１ａｈデバイス６１０は、自身のデータ送信６７０を開始する。問題は、時点Ｔ８においてＣＣＡ−ＴＸターンアラウンドが終了すると、８０２．１５．４ｇデバイス６２０は、８０２．１１ａｈデバイス６１０が既に送信を開始したことを知得していないことである。それゆえ、８０２．１５．４ｇデバイス６２０は、自身のデータ送信６７０を開始する。８０２．１１ａｈデバイス６１０は、時点Ｔ９において自身のデータ送信を完了する。結果として、データ衝突６７５が時点Ｔ８から時点Ｔ９までの間に発生する。この衝突は、８０２．１５．４ｇのＣＣＡ時間＋ＣＣＡ−ＴＸターンアラウンドタイムが３２０μｓであり、これは、８０２．１１ａｈデバイス６１０が自身の６つ以下のバックオフタイムスロットを完了して自身のデータ送信を開始するのに十分な長さであることが理由で発生する。
【００４７】
Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗ及びＷｉ−ＳＵＮネットワークにおいて、ユニキャストパケットは、パケット送達の成功を確認するために、受信側によって確認応答が行われる必要がある。Ｗｉ−ＳＵＮソースノードは、受信側から確認応答（ＡＣＫ）パケットを受信するのに長時間待機する可能性がある。この長時間のＡＣＫ待機期間により、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗデバイスに、自身のバックオフを完了してパケット送信を開始するのに十分な時間が与えられ、このパケット送信が、Ｗｉ−ＳＵＮ  ＡＣＫパケット受信と干渉する可能性がある。図６Ｂは、８０２．１１ａｈバックオフが２４個以下のタイムスロットを占める場合、８０２．１１ａｈ送信が８０２．１５．４ｇ  ＡＣＫ受信（ＲＸ）と干渉する一例を示している。時点Ｔ１０において、８０２．１５．４ｇデバイス６２０は、データ送信６７０を開始する。よって、８０２．１１ａｈデバイス６１０は、チャネルがビジーである（６８０）ことを検出し、各タイムスロットにおいてチャネルステータスをモニタリングする。時点Ｔ１１において、８０２．１５．４ｇデバイス６２０は、そのデータ送信を完了し、ＡＣＫパケット６９０のための待機を開始する。チャネルは時点Ｔ１１においてアイドルになるので、８０２．１１ａｈデバイス６１０は、ＤＩＦＳ期間６８５の間待機し、時点Ｔ１２において自身のバックオフプロセス６３０を開始する。時点Ｔ１３において、８０２．１１ａｈデバイス６１０は、自身のバックオフプロセス６３０を完了し、８０２．１１ａｈデバイス６１０のＣＣＡは、アイドルチャネル６５０を報告する。したがって、８０２．１１ａｈデバイス６１０は、データ送信６７０を開始する。８０２．１５．４ｇデバイス６２０のデータ受信側は、データ受信からＡＣＫ送信までＣＣＡを実行しないので、８０２．１５．４ｇ  ＡＣＫパケット送信は、時点Ｔ１４において開始するとともに時点Ｔ１５において終了し、この期間中、８０２．１１ａｈデバイス６１０は自身のデータパケットを送信している。よって、８０２．１１ａｈデバイス６１０のデータパケット送信は、８０２．１５．４ｇデバイス６２０のＡＣＫ受信（ＲＸ）６９５と衝突する。このＡＣＫ衝突は、８０２．１５．４ｇ  ＡＣＫ待機時間が１２８０μｓであり、これは、８０２．１１．ａｈデバイス６１０が自身の２４個以下のバックオフタイムスロットを完了して自身のデータ送信を開始するのに十分長いことが理由で発生する。
【００４８】
データ衝突及びＡＣＫ衝突は、８０２．１１．ａｈデバイスのより高速なバックオフプロセスによって引き起こされる。この事例において、８０２．１１ａｈデバイスは、いずれのプロトコルも違反しないが、進行中の８０２．１５．４ｇ送信プロセスを検出することは不可能である。
【００４９】
したがって、８０２．１１ａｈデバイスが８０２．１５．４ｇデータ送信及びＡＣＫ送信との衝突を削減するための更なる方法が提供されなければならない。
【００５０】
本発明の実施形態によれば、８０２．１１ａｈデバイスのバックオフプロセスを管理することによって干渉を削減することが可能である。
【００５１】
同時配置された８０２．１１ａｈネットワーク及び８０２．１５．４ｇネットワークの共存制御
本開示の実施形態によれば、８０２．１１ａｈネットワーク若しくは８０２．１５．４ｇネットワークにおいて、又は、８０２．１１ａｈネットワーク及び８０２．１５．４ｇネットワークの双方において、共存制御を実行することができる。本開示の一実施形態は、８０２．１５．４ｇデバイスが既に展開されている場合があり、かつ、８０２．１１ａｈが今後展開されるので、８０２．１１ａｈネットワークのための共存制御方法及びプログラムを提供する。
【００５２】
本開示の実施形態によれば、干渉は、α公平性技術を介して８０２．１１ａｈ  ＥＤ−ＣＣＡメカニズムを向上させることによって削減される。この事例において、８０２．１１ａｈデバイスは、より多くの８０２．１５．４ｇパケット送信を検出するように構成される。
【００５３】
本開示の別の実施形態によれば、干渉は、Ｑ学習手法に基づいて削減され、ここで、８０２．１１ａｈデバイスは、進行中の８０２．１５．４ｇ送信の可能性を判断するように構成される。
【００５４】
α公平性に基づくＥＤ−ＣＣＡ（α公平ＥＤ−ＣＣＡ）制御方法
本開示の実施形態によれば、８０２．１１ａｈネットワークの８０２．１５．４ｇネットワークとの干渉を削減するのに用いることができるα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御方法が以下に説明される。α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御方法は、ストレージデバイス２３０内のα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３として提供することができる。
【００５５】
さらに、ＥＤ  ＣＣＡ制御方法は、Ｗｉ−ＳＵＮプロトコルの受信機感度（ＲＳ）とＷｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルのエネルギー検出（ＥＤ）閾値との間のα公平ＥＤ閾値を求め、ここで、ＥＤ  ＣＣＡ制御方法は、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルがα公平ＥＤ閾値未満である場合に送信を許可する。
【００５６】
ＥＤ−ＣＣＡ方法（プロセス）は、８０２．１１ａｈデバイスが送信するパケットを有する場合このデバイスによって実行される。８０２．１１ａｈ  ＥＤ−ＣＣＡによって検出されるエネルギーは、８０２．１５．４ｇネットワーク又は他のＳ１Ｇネットワークから到来し得る。検出されたエネルギーレベルが図５における範囲５４０又は範囲５７０内である場合、８０２．１１．ａｈ共存メカニズムは、更なる制御を一切必要とすることなく、この事例をハンドリングすることができる。しかしながら、検出されたエネルギーレベルが範囲５８０内である場合、８０２．１１．ａｈ共存メカニズムは、この検出されたエネルギーを無視する。検出されたエネルギー源には、以下の２つの可能性がある。
１）エネルギーが８０２．１５．４ｇパケット送信から到来する。この事例において、８０２．１１ａｈ  ＥＤ−ＣＣＡは、ビジーチャネルを報告するべきである。
２）エネルギーが他のＳ１Ｇネットワークから到来する。この事例において、８０２．１１ａｈ  ＥＤ−ＣＣＡは、アイドルチャネルを報告するべきである。
【００５７】
課題は、８０２．１１ａｈデバイスが、検出されたエネルギーのソースを知得していないことである。
ａ）８０２．１１ａｈ  ＥＤ−ＣＣＡが、標準規格が言及しているようにアイドルチャネルを常に報告する場合どうなるだろうか？明らかに、この手法は、８０２．１１ａｈネットワークに有利である。この手法は、８０２．１１ａｈネットワークに、より多くのパケットを送信するチャネルアクセス機会をより多く与える。しかしながら、８０２．１１ａｈパケットの送信は、低電力８０２．１５．４ｇパケット送信と衝突する場合がある。
ｂ）８０２．１１ａｈ  ＥＤ−ＣＣＡがビジーチャネルを常に報告する場合どうなるだろうか？この手法は、８０２．１５．４ｇネットワークに有利である。この手法は、より低い送信電力を用いる８０２．１５．４ｇパケットが、干渉を伴うことなく送信されることを可能にする。しかし、検出されたエネルギーが８０２．１５．４ｇパケット送信以外から到来する場合、送信は無視されるはずであり、８０２．１１ａｈデバイスは自身の送信プロセスを継続するはずであるので、これはスペクトル効率的ではない。
【００５８】
本開示の一実施形態は、α公平性に基づくＥＤ−ＣＣＡ（α公平ＥＤ−ＣＣＡ）制御方法を提供して、８０２．１１ａｈネットワークと８０２．１５．４ｇネットワークとの間の公平性トレードオフを考慮する。この提供される制御方法を用いて、８０２．１１ａｈ  α公平ＥＤ−ＣＣＡは、α公平性技術によって求められる確率に基づいてチャネルステータスを報告する。これを行うために、以下の一般化されたα公平性ユーティリティ目的関数を規定する。
【数１】
0006910459.tif 000002
ここで、Ｐ１は、８０２．１１ａｈ  α公平ＥＤ−ＣＣＡがアイドルチャネルを報告する確率であり、Ｐ２は、８０２．１１ａｈ  α公平ＥＤ−ＣＣＡがビジーチャネルを報告する確率であり、αは、８０２．１１ａｈネットワークと８０２．１５．４ｇネットワークとの間の公平なチャネルアクセス配分を制御するパラメーターであり、Ｕ１及びＵ２は、それぞれ、８０２．１１ａｈネットワーク及び８０２．１５．４ｇネットワークのネットワークユーティリティである。ネットワークユーティリティは、データパケット受信レート、データパケット送信レート、チャネル利用及びデータパケット遅延等のメトリックとすることができる。
【００５９】
α公平スペクトル共有は、条件Ｐ１＋Ｐ２＝１を条件とした目的関数Ｖ（Ｐ１，Ｐ２）の最大化に対応する。関数ｘ１−αは凹型であるので、この最適化問題は、以下によって与えられる一意の解を有する。
【数２】
0006910459.tif 000003
式（１）は、α＞１の場合、ユーティリティが小さくなるとより多くのチャネルアクセス機会がネットワークに許可され、α＜１の場合、ユーティリティが大きくなるとより多くのチャネルアクセス機会がネットワークに与えられることを示している。例えば、α＞１でありかつＵ１及びＵ２がパケット受信レートである場合、Ｕ１＞Ｕ２であるので、より多くの送信機会が８０２．１５．４ｇネットワークに与えられる。Ｕ１／Ｕ２が１を近似する場合、８０２．１１ａｈネットワーク及び８０２．１５．４ｇネットワークに均等なチャネルアクセス機会を与える傾向がある。
【００６０】
図７は、８０２．１１ａｈデバイスのα公平制御ＥＤ−ＣＣＡ制御方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。この事例において、ＥＤＴＨは、８０２．１１ａｈ標準規格によって規定されたエネルギー検出（ＥＤ）閾値を示している。α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御方法のアルゴリズムは、コンピュータ可読ストレージ２３０に記憶することができる。
【００６１】
チャネル幅に依存して、ＥＤＴＨは、−７５ｄＢｍ又は−７２ｄＢｍ又は−６９ｄＢｍ又は−６６ｄＢｍとすることができる。８０２．１５．４ｇ  ＥＤ閾値は、［−１１０ｄＢｍ，−７８ｄＢｍ］内であり、８０２．１５．４ｇ受信機感度（ＲＳ）は、通常８０２．１５．４ｇ  ＥＤ閾値より１０ｄＢ低い。α公平ＥＤ−ＣＣＡ方法７００を実行するために、８０２．１１ａｈデバイスは、まず、ステップ７１０において、α公平性に基づくＥＤ閾値（第１の閾値）α−ＥＤＴＨを、８０２．１５．４ｇ  ＲＳ≦α−ＥＤＴＨ≦ＥＤＴＨであるように求める。ステップ７２０において検出されたエネルギーレベル＜α−ＥＤＴＨである場合、ステップ７３０において、α公平ＥＤ−ＣＣＡは、８０２．１５．４ｇのチャネルステータスをアイドル状態として認識し、パケット送信を許可する。そうでなければ、α公平ＥＤ−ＣＣＡは、ステップ７４０において、検出されたエネルギーレベル＞ＥＤＴＨであるか否かをチェックする。ｙｅｓである場合、ステップ７５０において、α公平ＥＤ−ＣＣＡは、チャネルステータスをビジーとして報告する。ｎｏである場合、ステップ７６０において、α公平ＥＤ−ＣＣＡは、ネットワークユーティリティＵ１及びＵ２を取得して、最適α公平性解Ｐ１＊を計算する。その後、α公平ＥＤ−ＣＣＡは、一様乱数Ｒ∈［０，１］を得る。ステップ７８０においてＲ≦Ｐ１＊である場合、ステップ７３０において、α公平ＥＤ−ＣＣＡは、チャネルステータスをアイドルとして報告し、８０２．１１ａｈデバイスのパケット送信を許可する。そうでなければ、α公平ＥＤ−ＣＣＡは、ステップ７９０においてバックオフカウンタの値をチェックする。バックオフカウンタ＞０である場合、α公平ＥＤ−ＣＣＡは、ステップ７５０においてチャネルステータスをビジーとして報告する。そうでなければ、バックオフカウンタ＝０である場合、α公平ＥＤ−ＣＣＡは、ステップ７９５において競合ウィンドウのより大きな値を求め、その後、ステップ７５０においてチャネルステータスをビジーとして報告する。
【００６２】
バックオフカウンタ＝０である場合、すなわち最後のバックオフスロットにおいて、α公平ＥＤ−ＣＣＡがビジーチャネルを報告する場合、これは、８０２．１５．４ｇ送信が進行中であることを示している。８０２．１５．４ｇ送信、特にＡＣＫ送信との衝突を回避するために、標準の指数競合ウィンドウの増加を用いる代わりにより大きな競合ウィンドウを適用することができる。なぜならば、８０２．１５．４ｇ  ＡＣＫ待機時間は非常に長時間となる可能性があり、例えば、２０ｋｓｙｍｂｏｌ／ｓシンボルレートの場合、この待機時間は１６００μｓであり、これは、３０個の８０２．１１ａｈタイムスロットよりも大きいためである。８０２．１５．４ｇ  ＡＣＫパケットは、１６００μｓ期間中のいずれの時点においても送信される可能性がある。したがって、８０２．１１ａｈデバイスは、この期間中にパケットを一切送信すべきではない。
【００６３】
バックオフカウンタは、ＣＣＡメカニズムによってアイドルであると評価されるバックオフタイムスロットの数を表しており、例えば、バックオフカウンタ＝２は、送信が行われる前に、更に２つのタイムスロットがアイドルであると判断されなければならないことを意味している。
【００６４】
求められたα公平ＥＤ閾値α−ＥＤＴＨの値に依存して、α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御は、エネルギー範囲５８０の任意の部分において適用することができ、例えば、α−ＥＤＴＨ＝８０２．１５．４ｇ  ＲＳである場合、α公平ＥＤ−ＣＣＡは、範囲５８０全体において適用され、α−ＥＤＴＨ＝８０２．１５．４ｇ  ＥＤ閾値である場合、α公平ＥＤ−ＣＣＡは、範囲５６０のみにおいて適用され、α−ＥＤＴＨ＝ＥＤＴＨである場合、α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御は適用されない。これは、提供されるα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御方法の融通性を示している。
【００６５】
８０２．１５．４ｇネットワークの事例と同様に、上記で記載されたα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御方法は、他の一般的なＩＥＥＥ８０２．１５．４標準規格デバイス又はネットワークに適用することができる。なぜならば、８０２．１１ａｈデバイス送信の、低レートワイヤレスパーソナルエリアネットワークデバイスとの干渉のメカニズムは、８０２．１５．４ｇネットワークのそれと同様であるためである。
【００６６】
Ｑ学習に基づくバックオフ制御方法
本開示の実施形態によれば、８０２．１１ａｈネットワークの８０２．１５．４ｇネットワークとの干渉を削減するのに用いることができるＱ学習に基づくバックオフ制御方法が以下に説明される。Ｑ学習に基づくバックオフ制御方法は、ストレージデバイス２３０内のＱ学習制御プログラム２３２として提供することができる。
【００６７】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、８０２．１１ａｈバックオフカウンタが０に達した場合、ＥＤ−ＣＣＡがアイドルチャネルを報告しても、依然として進行中の８０２．１５．４ｇ送信が存在する可能性がある。８０２．１１ａｈデバイスは、８０２．１５．４ｇ送信が進行中であるか否かを認識しないので、８０２．１１ａｈデバイスは、送信又はバックオフのいずれかを実行する可能性がある。
【００６８】
８０２．１１ａｈデバイスが最適な戦略を学習することによって判断を行うために、確率論的環境下での実用的な制御戦略として、Ｑ学習に基づくバックオフ制御方法が提案される。Ｑ学習に基づくバックオフ制御方法は、Ｑ学習方法と称することができる。Ｑ学習方法は、プロセッサ２２０が、ストレージ２３０、又はＷｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗモジュール２１４にインストールされたメモリに記憶されたＱ学習制御プログラム２３２を実行することによって、実行することができる。Ｑ学習制御プログラム２３２のアルゴリズムが以下で説明されるとともに、図８においてフローチャートとして示される。
【００６９】
いくつかの事例において、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗ送信機／受信機モジュール２１４は、プロセッサと、Ｑ学習方法を実行するＱ学習制御プログラム２３２を記憶するメモリ（図示せず）とを備えることができる。
【００７０】
Ｑ学習方法は、動作履歴から最適行動選択方策を学習して累積される報酬を最大化するという機械学習技術の１つである。８０２．１１ａｈネットワークと８０２．１５．４ｇネットワークとの間で共有される周波数スペクトル（帯域）について、Ｑ学習方法は、最後のバックオフスロットにおいて事前知識なしで（on the fly）バイナリ戦略を学習するのに用いられる。これを行うために、Ｑ学習方法は、状態セットＳ＝｛ｓ１，ｓ２｝＝｛チャネルアイドル，チャネルビジー｝、及び、行動セットＡ＝｛ａ１，ａ２｝＝｛送信，バックオフ｝を規定する。以下のＱ学習目的関数が、使用のために起動される。
【数３】
0006910459.tif 000004
ここで、Ｑｔ（ｓ，ａ）は、Ｑ学習目的関数であり、τｔは、学習レートであり（０＜τｔ＜１）、γは、割引率であり（０＜γ＜１）、Ｒｔ（ｓ，ａ）は、時点ｔにおける状態ｓにおいて行動ａを実行することによって取得される報酬であり、ｓ’は、行動ａを実行するときに状態ｓから到達することができる状態であり、Ｂ（ｓ’）は、状態ｓ’において選択することができる行動セットである。行動ｂを選択することにより、目的関数の最大値が、Φｔ（ｓ’，ｂ）として取得される。
【００７１】
Ｒｔ（ｓ，ａ）は、固定値とすることも変数とすることもできる。Ｑ学習の中心となる概念は、累積される報酬が最大化されるように｛状態，行動｝ペアごとに適切な報酬を設計することである。周波数スペクトル共有について、α公平性に基づく報酬は、以下のように規定される。
【数４】
0006910459.tif 000005
ここで、Ｖ＊＝Ｖ（Ｐ１＊，Ｐ２＊）は、時点ｔにおける最大期待ユーティリティであり、Ｅ［Ｖ＊］は、経時的なＶ＊の期待値を表すとともに、
【数５】
0006910459.tif 000006
として線形的に計算することができる。Ｖｔ１は、８０２．１１ａｈが許可されたチャネルアクセスである、すなわちＰ１＝１及びＰ２＝０であるときに取得される。Ｖｔ２は、８０２．１１ａｈが許可されないチャネルアクセスである、すなわちＰ１＝０及びＰ２＝１であるときに取得される。目下の報酬（instant rewards）を用いる原理は、α公平スペクトル配分に基づいて厳密に判断を行うことである。理想α公平期待ユーティリティと行動ａを実行した後に得られるユーティリティとの間の絶対値誤差が小さい場合、その累積された報酬がより大きなΦを与えるのでこの行動ａが選択される傾向にある。加えて、この行動は、チャネルが既にビジーである場合、パケットを送信するのに確定的に干渉を引き起こす。それゆえ、負の報酬が｛チャネルビジー，送信｝ペアに割り当てられることで、この挙動が罰せられる。チャネルがビジーである場合、バックオフが選択すべき正しい行動である。よって、０報酬が｛チャネルアイドル，バックオフ｝ペアに割り当てられる。
【００７２】
α公平性目的関数Ｖ（Ｐ１，Ｐ２）において、Ｐ１は、ここで、８０２．１１ａｈネットワークに対するチャネルアクセスを許可する確率であり、Ｐ２は、ここで、８０２．１１ａｈネットワークに対するチャネルアクセスを許可しない確率であることを指摘しておく必要がある。
【００７３】
図８は、８０２．１１ａｈネットワークについてＱ学習バックオフ制御プロセスを実行するＱ学習バックオフ制御方法を説明するフローチャートを記述している。８０２．１１ａｈデバイスは、ステップ８００においてＱ学習バックオフ制御プロセスの実行を開始する。８０２．１１ａｈデバイスは、各バックオフタイムスロットにおいてメモリからバックオフカウンタ（ＢＣ）の値を取得する（８１０）。なぜならば、バックオフカウンタは、各８０２．１１ａｈデバイスによって維持されるパラメーターであり、各デバイスは、メモリ内に自身のバックオフカウンタ値を有するためである。バックオフカウンタ＞０である場合（８２０）、ステップ８３０において通常バックオフ手順が継続する。いくつかの事例において、ステップ８２０の後に、バックオフ手順の追加の判断ステップを追加することができる。この事例において、バックオフカウンタが０を示し、かつ、図に示すようにステップ８４０においてα公平ＥＤ−ＣＣＡプロセス又はＥＤ−ＣＣＡがチャネルステータスをアイドルとして報告する場合であっても、バックオフ手順は継続される。α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３がいくつかのシステム設計に従ってストレージ２３０に含まれない場合、標準ＥＤ−ＣＣＡが用いられる。Ｑ学習バックオフ制御プロセスは、ステップ８５０において、ネットワークユーティリティＵ１及びＵ２を取得し、Ｐ１＊、Ｐ２＊、Ｖ＊及びＥ［Ｖ＊］を計算する。その後、Ｑ学習バックオフ制御プロセスは、ステップ８６０において、Ｖ１、Ｖ２及び報酬Ｒ（ｓ，ａ）を計算する。これらのパラメーターの準備が整うと、Ｑ学習バックオフ制御プロセスは、ステップ８７０においてＱ学習手順を起動して、最適行動を判断する。行動が送信を示す場合、ステップ８８５において、８０２．１１ａｈデバイスがパケットを送信する。行動がバックオフを示す場合、ステップ８９０において、Ｑ学習バックオフ制御プロセスがより大きな競合ウィンドウを決定して、ステップ８９５においてバックオフを再実行する。
【００７４】
Ｑ学習バックオフ制御プロセスは、バックオフカウンタが０に達したとき（そして、ストレージ２３０がα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３を含む場合、α公平ＥＤ−ＣＣＡ又はＥＤ−ＣＣＡがチャネルステータスをアイドルとして報告したとき）に行動選択を行うのに用いられる。この事例において、８０２．１１ａｈデバイスは、チャネルをアイドルとして扱う（判断する）が、より低い電力の８０２．１５．４ｇパケット送信が進行中である可能性があるか、又は、８０２．１５．４ｇデバイスは、ＡＣＫパケットのために待機している。Ｑ学習バックオフ制御プロセスは、８０２．１１ａｈデバイスが選択すべき最適行動を決定する。衝突の潜在的可能性又は８０２．１５．４ｇへのα公平スペクトル配分が理由で最適行動がバックオフであるとして示される場合、８０２．１１ａｈデバイス送信プロセスは、再びバックオフに戻る。そうでなければ、８０２．１１ａｈデバイスは、パケットを送信する。
【００７５】
さらに、最適行動がバックオフであるとして示される場合、これは、８０２．１５．４ｇ送信が進行中である可能性があることを示唆している。干渉を回避するために、標準指数競合ウィンドウの増加を用いる代わりに、ステップ８９０において、より大きな競合ウィンドウを適用することができる。
【００７６】
α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プロセス及びＱ学習バックオフ制御プロセスは、別個に又はともに適用することができる。加えて、異なるネットワークユーティリティを、異なる共存制御方法に用いることができる。提供される共存制御方法は、分散方式において設計される。各８０２．１１ａｈデバイスは、制御プロセスを独立して実行する。ネットワークユーティリティの獲得は、実装依存である。例えば、８０２．１１ａｈ  ＡＰは、８０２．１１ａｈネットワークについてパケット受信レートを計算し、ゲートウェイを通じた８０２．１５．４ｇパケット受信レートを取得し、ネットワークユーティリティを８０２．１１ａｈデバイスにブロードキャストすることができる。８０２．１１ａｈデバイスは、エネルギー検出を介して８０２．１５．４ｇチャネル利用等のメトリックを検知することができる。
【００７７】
８０２．１５．４ｇネットワークの事例と同様に、上記で記載されたＱ学習バックオフ制御方法は、他の一般的なＩＥＥＥ８０２．１５．４標準規格デバイス又はネットワークに適用することができる。なぜならば、８０２．１１ａｈデバイス送信の、低レートワイヤレスパーソナルエリアネットワークデバイスとの干渉のメカニズムは、８０２．１５．４ｇネットワークのそれと同様であるためである。
【００７８】
データパケット送達レートのシミュレーション結果
図９は、本開示の実施形態による、Ｑ学習バックオフ方法及びα公平ＥＤ−ＣＣＡ方法に対する８０２．１５．４ｇネットワークのデータパケット送達レート（ＰＤＲ）を示すシミュレーション結果を示している。これらのシミュレーション結果は、８０２．１１ａｈ共存方法と比較される。いずれの方法も、８０２．１１ａｈ共存の事例と比較して、８０２．１５．４ｇのＰＤＲを、それぞれ２６％及び２９％だけ改善していることが見て取られる。
【００７９】
さらに、本開示による実施形態は、８０２．１１ａｈネットワークデバイス間のワイヤレス通信を実行する効果的な方法を提供し、それゆえ、Ｑ学習バックオフ制御プログラム２３２及び／又はα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３を用いる方法及びデバイスの使用により、中央処理装置（ＣＰＵ）使用量、電力消費及び／又はネットワーク帯域幅使用量を削減することができる。
【００８０】
図１０は、本開示の実施形態による、ワイヤレス信号のエネルギーレベル検出に基づいて、α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プロセス（プログラム）又はＱ学習バックオフ制御プロセス（プログラム）を選択するプログラム選択方法のフローチャートを示している。このプログラム選択方法は、プロセッサ２２０によって実行可能である選択プログラム（図示せず）としてストレージデバイス２３０又は１つ以上のメモリ２４０に記憶することができる。選択プログラムは、８０２．１１ａｈネットワークシステム２００が８０２．１１ａｈネットワークデバイス又は８０２．１５．４ｇネットワークデバイスのパケットのワイヤレス信号を受信すると開始することができる。
【００８１】
上述したように、α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プロセス及びＱ学習バックオフ制御プロセスを８０２．１１ａｈネットワークシステム２００に適用して、８０２．１１ａｈネットワーク及び８０２．１５．４ｇネットワークに対する干渉を軽減することができる。α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム及びＱ学習バックオフ制御プログラムの各々は、独立して８０２．１１ａｈネットワークシステム２００において用いることができる。８０２．１１ａｈネットワークシステム２００がストレージデバイス２３０にα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム及びＱ学習バックオフ制御プログラムを含む場合、α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム及びＱ学習バックオフ制御プログラムのうちの一方を、８０２．１５．４ｇネットワークに対する８０２．１１ａｈネットワークの影響を軽減するために選択することができる。
【００８２】
例えば、α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３又はＱ学習バックオフ制御プログラム２３２のいずれかを、ストレージデバイス２３０に記憶された選択プログラムを用いて、８０２．１１ａｈネットワークデバイス又は８０２．１５．４ｇネットワークデバイスから送信されたパケットのエネルギーレベルに基づいて、選択することができる。
【００８３】
図１０は、８０２．１１ａｈネットワークシステム２００は、ステップＳ１においてアンテナを介してシステム２００内のセンサによってパケットのワイヤレス信号のエネルギーレベルＥＢを検出し、ステップＳ２において、エネルギーレベルＥＢが閾値Ｅ０ｔｈ超である場合、α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３を選択し、このα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３を実行することを示している。閾値Ｅ０ｔｈは、選択閾値と称することができる。図７においてフローチャートとして示すα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３の実行結果に従って、８０２．１１ａｈネットワークシステム２００は、ステップＳ４においてパケット送信又はバックオフプロセスの動作を決定する。
【００８４】
エネルギーレベルＥＢが閾値Ｅ０ｔｈ以下である場合、８０２．１１ａｈネットワークシステム２００は、ステップＳ２においてＱ学習バックオフ制御プログラム２３２を選択し、ステップＳ５においてこのＱ学習バックオフ制御プログラムを実行する。図８においてフローチャートとして示すＱ学習バックオフ制御プログラム２３２の実行結果に従って、８０２．１１ａｈネットワークシステム２００は、ステップＳ６においてパケット送信又はバックオフプロセスの動作を決定する。例えば、Ｓ２におけるα公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３又はＱ学習バックオフ制御プログラム２３２の選択ステップにおいて、閾値Ｅ０ｔｈは、おおよそ−８５ｄＢｍのエネルギーレベルに設定することができる。
【００８５】
本開示によるいくつかの実施形態では、８０２．１１ａｈネットワークシステム２００は、８０２．１１ａｈネットワークのアクセスポイント（ＡＰ）デバイス、及び、８０２．１５．４ｇネットワークのパーソナルエリアネットワーク調整器（ＰＡＮＣ）を、ケーブル接続（図示せず）を用いて接続することによるゲートウェイデバイスとすることができる。例えば、α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３又はＱ学習バックオフ制御プログラム２３２の実行結果がバックオフプロセスを示す場合、ゲートウェイデバイスは、８０２．１１ａｈネットワークデバイスがバックオフプロセスを実行するとともに、８０２．１５．４ｇデバイスが他の８０２．１５．４ｇデバイスと通信するためにパケットを送信することができるように、ＡＰデバイスに割り当てられた８０２．１１ａｈネットワークデバイスにコマンドメッセージを送信することができる。
【００８６】
本開示による別の実施形態では、８０２．１１ａｈネットワークシステム２００は、既存の８０２．１１ａｈデバイス、及び、８０２．１５．４ｇネットワークと共存する８０２．１１ａｈネットワーク内に既に展開されているＡＰデバイスにアタッチ可能である８０２．１１ａｈアダプターとすることができる。８０２．１１ａｈアダプターを既存の８０２．１１ａｈデバイスにアタッチすることによって、８０２．１１ａｈアダプターは、α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３又はＱ学習バックオフ制御プログラム２３２の実行結果がバックオフプロセスを示す場合、既存の８０２．１１ａｈデバイスにバックオフプロセスを実行させる。
【００８７】
さらに、本開示によるいくつかの実施形態では、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及びＷｉ−ＳＵＮネットワークの共存のためのソフトウェアを記憶する非一時的コンピュータ可読媒体を、既存のＷｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク又は既存のＷｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワークデバイス内のメモリ又はストレージにインストールして、α公平ＥＤ−ＣＣＡ制御プログラム２３３又はＱ学習バックオフ制御プログラム２３２を実行することができる。ソフトウェアは、１つ以上のコンピュータによって実行可能である命令を含み、これらの命令は、実行時に、Ｗｉ−ＳＵＮプロトコルを用いてＷｉ−ＳＵＮネットワークと共有される周波数帯域のワイヤレス信号を受信するステップと、ワイヤレス信号のエネルギーレベルを検出するステップと、エネルギー検出（ＥＤ）クリアチャネル割り当て（ＣＣＡ）制御プロセスを実行する第１のプログラムを記憶するステップと、第１のプログラムを実行して、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスに従ってワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルに基づいてパケットの送信が許可されるか否かを判断するステップと、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスが送信を許可した場合、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルに従って周波数帯域を通じてパケットを送信するステップとを含む動作を１つ以上のコンピュータに実行させる。この事例において、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、Ｗｉ−ＳＵＮプロトコルの受信機感度（ＲＳ）と、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルのエネルギー検出（ＥＤ）閾値との間のα公平ＥＤ閾値を求め、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルがα公平ＥＤ閾値未満である場合、送信を許可する。さらに、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルがＥＤ閾値超である場合、送信を許可しない。いくつかの事例において、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルがα公平ＥＤ閾値超であるが、ＥＤ閾値未満である場合、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、送信が、所定の目的関数の最適α公平性解の計算結果に従って許可されるか否かを判断する。
【００８８】
例えば、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワークがＷｉ−ＳＵＮネットワークと同時配置されるように構成される場合、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及びＷｉ−ＳＵＮネットワークの共存のためのネットワークシステムは、Ｗｉ−ＳＵＮプロトコルを用いてＷｉ−ＳＵＮネットワークと共有される周波数帯域のワイヤレス信号を受信する受信機と、ワイヤレス信号のエネルギーレベルを検出するセンサと、エネルギー検出（ＥＤ）クリアチャネル割り当て（ＣＣＡ）制御プロセスを実行する第１のプログラムを記憶するメモリと、検出器及びメモリと関連して、第１のプログラムを実行して、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスに従ってワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルに基づいてパケットの送信が許可されるか否かを判断するプロセッサと、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスが送信を許可した場合、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルに従って周波数帯域を通じてパケットを送信する送信機とを備える。
【００８９】
この事例において、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、Ｗｉ−ＳＵＮプロトコルの受信機感度（ＲＳ）と、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルのエネルギー検出（ＥＤ）閾値との間のα公平ＥＤ閾値を求め、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルがα公平ＥＤ閾値未満である場合、送信を許可する。
【００９０】
さらに、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルがＥＤ閾値超である場合、送信を許可しない。
【００９１】
いくつかの事例において、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルがα公平ＥＤ閾値超であるが、ＥＤ閾値未満である場合、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、送信が、所定の目的関数の最適α公平性解の計算結果に従って許可されるか否かを判断する。
【００９２】
このような事例において、所定の目的関数は、
【数６】
0006910459.tif 000007
によって表され、Ｐ１＋Ｐ２＝１であり、Ｐ１は、送信の許可確率であり、Ｐ２は、送信の不許可確率であり、αは、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワークとＷｉ−ＳＵＮとの間の公平なチャネルアクセス配分を制御するパラメーターであり、Ｕ１及びＵ２は、それぞれＷｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及びＷｉ−ＳＵＮのネットワークユーティリティである。
【００９３】
上記のネットワークシステムは、プロセッサが、第１のプログラムの実行後に送信が許可されないことを判断した場合、Ｗｉ−ＳＵＮプロトコルに従ってＷｉ−ＳＵＮネットワークのパーソナルエリアネットワーク調整器（ＰＡＮＣ）に利用可能な情報パケットを送信するＷｉ−ＳＵＮ送信機／受信機モジュールを更に備えることができる。
【００９４】
その事例において、メモリは、送信がＱ学習目的関数の計算結果に基づいて許可されるか否かを判断するＱ学習バックオフ制御プロセスを、プロセッサに実行させる第２のプログラムを含む。さらに、メモリは、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルに基づいて第１のプログラム又は第２のプログラムを選択する選択閾値を記憶する。
【００９５】
プロセッサは、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルが選択閾値以下である場合、Ｑ学習バックオフ制御プロセスを実行する。
【００９６】
ネットワークシステムはまた、第１のワイヤケーブルを介してＷｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワークのアクセスポイントに接続可能である第１の入力／出力インターフェースを更に備えることができる。ネットワークシステムは、第２のワイヤケーブルを介してＷｉ−ＳＵＮのパーソナルエリアネットワーク調整器（ＰＡＮＣ）に接続可能である第２の入力／出力インターフェースを更に備えることができる。
【００９７】
上記のシステムに含まれる要素を選択するか又は組み合わせることによって、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及びＷｉ−ＳＵＮネットワークの共存のためのネットワークデバイスを提供することができる。この事例において、ネットワークデバイスは、Ｗｉ−ＳＵＮプロトコルを用いてＷｉ−ＳＵＮネットワークと共有される周波数帯域のワイヤレス信号を受信する受信機と、バックオフ制御プロセスを実行するＱ学習バックオフ制御プログラムを記憶するメモリと、メモリと関連して、Ｑ学習バックオフ制御プログラムを実行して、パケットの送信が許可されるか否かを判断するプロセッサと、バックオフ制御プロセスが送信を許可した場合、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルに従ってワイヤレスチャネルを通じてパケットを送信する送信機とを備える。この場合、Ｑ学習バックオフ制御プログラムは、プロセッサに、Ｑ学習目的関数を計算させ、Ｑ学習目的関数は、
【数７】
0006910459.tif 000008
によって表され、Ｑｔ（ｓ，ａ）は、Ｑ学習目的関数であり、τｔは、学習レートであり（０＜τｔ＜１）、γは、割引率であり（０＜γ＜１）、Ｒｔ（ｓ，ａ）は、時点ｔにおける状態ｓにおいて行動ａを実行することによって取得される報酬であり、ｓ’は、行動ａを実行するときに状態ｓから到達することができる状態であり、Ｂ（ｓ’）は、状態ｓ’において選択することができる行動セットである。
【００９８】
上記のシステムに使用するプロセスは、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及びＷｉ−ＳＵＮネットワークの共存のためのソフトウェアを記憶する非一時的コンピュータ可読媒体に記憶することができる。ソフトウェアは、１つ以上のコンピュータによって実行可能である命令を含み、その命令は、実行時に、Ｗｉ−ＳＵＮプロトコルを用いてＷｉ−ＳＵＮネットワークと共有される周波数帯域のワイヤレス信号を受信することと、ワイヤレス信号のエネルギーレベルを検出することと、エネルギー検出（ＥＤ）クリアチャネル割り当て（ＣＣＡ）制御プロセスを実行する第１のプログラムを記憶することと、第１のプログラムを実行して、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスに従ってワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルに基づいてパケットの送信が許可されるか否かを判断することと、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスが送信を許可した場合、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルに従って周波数帯域を通じてパケットを送信することと、を含む動作を１つ以上のコンピュータに実行させる。この事例において、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、Ｗｉ−ＳＵＮプロトコルの受信機感度（ＲＳ）と、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗプロトコルのエネルギー検出（ＥＤ）閾値との間のα公平ＥＤ閾値を求め、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルがα公平ＥＤ閾値未満である場合、送信を許可する。さらに、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルがＥＤ閾値超である場合、送信を許可しない。
【００９９】
更に別の事例において、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルがα公平ＥＤ閾値超であるが、ＥＤ閾値未満である場合、ＥＤ  ＣＣＡ制御プロセスは、送信が、所定の目的関数の最適α公平性解の計算結果に従って許可されるか否かを判断し、
ここで、所定の目的関数は、
【数８】
0006910459.tif 000009
によって表され、Ｐ１＋Ｐ２＝１であり、Ｐ１は、送信の許可確率であり、Ｐ２は、送信の不許可確率であり、αは、Ｗｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワークとＷｉ−ＳＵＮネットワークとの間の公平なチャネルアクセス配分を制御するパラメーターであり、Ｕ１及びＵ２は、それぞれＷｉ−Ｆｉ  ＨａＬｏｗネットワーク及びＷｉ−ＳＵＮネットワークのネットワークユーティリティである。
【０１００】
非一時的コンピュータ可読媒体は、送信がＱ学習目的関数の計算結果に基づいて許可されるか否かを判断するＱ学習バックオフ制御プロセスを、１つ以上のコンピュータに実行させる第２のプログラムを記憶することを更に含むことができる。さらに、命令は、ワイヤレス信号の検出されたエネルギーレベルに基づいて第１のプログラム又は第２のプログラムを選択する選択閾値を記憶することを更に含むことができる。
【０１０１】
本発明の上記で説明した実施形態は、多数の方法のうちの任意のもので実施することができる。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせを用いて実施することができる。ソフトウェアで実施される場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピュータに設けられるのか又は複数のコンピュータ間に分散されるのかにかかわらず、任意の適したプロセッサ又はプロセッサの集合体において実行することができる。そのようなプロセッサは、１つ以上のプロセッサを集積回路部品に有する集積回路として実装することができる。ただし、プロセッサは、任意の適したフォーマットの回路類を用いて実装することができる。
【０１０２】
また、本発明の実施形態は、例が提供された方法として実施することができる。この方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法で順序付けすることができる。したがって、動作が示したものと異なる順序で実行される実施形態を構築することができ、これには、例示の実施形態では一連の動作として示されたにもかかわらず、いくつかの動作を同時に実行することを含めることもできる。
【０１０３】
請求項の要素を修飾する、特許請求の範囲における「第１」、「第２」等の序数の使用は、それ自体で、１つの請求項の要素の別の請求項の要素に対する優先順位も、優位性も、順序も暗示するものでもなければ、方法の動作が実行される時間的な順序も暗示するものでもなく、請求項の要素を区別するために、単に、或る特定の名称を有する１つの請求項の要素を、同じ（序数の用語の使用を除く）名称を有する別の要素と区別するラベルとして用いられているにすぎない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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