JP2005516484A - ソフトウェアモデムを用いた無線接続性用装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は通常、排他的ではないが、無線通信技術に関する。さらに詳しくは、排他的ではないが、コンピュータホストと、無線LANまたはブルートゥースに基づくような無線接続性とを使用するコンピューティングシステムおよび方法に関する。本発明はまたホストおよび送受信機器を有する無線通信システムを実施するソフトウェアモデムを使用する新しいアーキテクチャに関する。前記無線通信システムは、新しい機能的分割に基づいている。前記送受信機器の元の機能性の一部は、ホスト上で実行されるソフトウェアプログラムに移される。その結果、前記送受信機器のハードウェア費用は減少し、且つシステムの融通性は、現在少なくとも部分的にソフトウェアソリューションに基づいているために増大している。
Description
本発明は通常、排他的ではないが、無線通信技術に関する。さらに詳しくは、排他的ではないが、コンピュータホストと、無線LANまたはブルートゥースに基づくような無線接続性とを使用するコンピューティングシステムおよび方法に関する。
本発明はまたホストおよび送受信機器を有する無線通信システムを実施するソフトウェアモデムを使用する新しいアーキテクチャに関する。前記無線通信システムは、新しい機能的分割に基づいている。前記送受信機器の元の機能性の一部は、ホスト上で実行されるソフトウェアプログラムに移される。その結果、前記送受信機器のハードウェア費用は減少し、且つシステムの融通性は、現在少なくとも部分的にソフトウェアソリューションに基づいているために増大している。
無線通信技術は、軍事用または業務用の第1世代アナログ機器から、現在のデジタルの低電力携帯電話および無線インターネット接続性に至るまで論理パスに沿って急速に発展している。コンピュータアプリケーションの場合、既存のケーブルを無線送受信器に交換するという要望も増えている。個人通信の時代において無線技術をインターネット新規事業機会と組み合わせることにより、便利で創造的な付加価値サービスを現在提供することができる。成功例としては、過去数年においてNTTDoCoMoが提供するi−Modeサービスと、PDA(パーソナルデジタルアシスタント)市場の劇的な成長とがある。更に多くの人が、近い将来にビジネス、娯楽、生活の目的でウェブコンテンツなどの視覚的ページを交換するようになると予測されている。従って、情報交換のための無線接続性は、ラップトップ、PDA、ポケットPCなどのコンピューティングホストの多くで欠かすことのできない機能になりつつある。
このような無線接続性機能をコンピューティングホストに加える従来の方法は、(802.11aや802.11bなどの)無線LANカードやブルートゥースカードといった、通信機能の一部のための別個の周辺機器としてのアドオンカードを持つことである。従って、従来の方法においては、ホストとアドオンカードとの間に機能的分離が存在している。標準OSI7層に基づく一般的なソリューションでは、図1に示すように、分離として層2と層3との間でインタフェースを使用している。アドオンカード上では、一般に、例えばデータリンク層および物理層など、特定の機能性を達成するのは、専用ハードウェア要素である。
無線個人アプリケーションのコンピューティングホストを消費者が受け入れる際の重要な基準は、中でも、コンピューティングホスト(およびアドオンカード)の物理的サイズとフォームファクタである。更に、非常に小さく、持ち運びが簡単であるべきである。これにより、ホストおよびアドオンカードのサイズを小さくする必要が生じる。しかし、コンピューティングホストは、アプリケーションプログラムを実行しなければならないため、十分に高性能であるべきである。その結果、アドオンカードのサイズを縮小することは、おそらく好適なソリューションとなる。
別の考慮すべき事柄は、コストである。無線機能性は不可欠な部分となりつつあるため、この機能性に対してアドオンカードを使用することはコスト効率が良くない。これはパーソナルコンピュータ(PC)の展開に似ており、過去において非常に多くの標準的な機能性が、例えばシリアルポート、パラレルポート、ハードドライブインタフェース、LAN、モデムなど、PCのマザーボードに移された。そのため、エンドユーザが購入時点でこの機能性の内蔵を必要とする場合、エンドユーザには有益であると考えられる。しかしながら、多くの機能性をマザーボードに移すと、高集積性の複雑さ、ハードウェア管理に対する非常に複雑なソフトウェアなどの問題が生じる。
本発明の目的は、前記課題および問題の最適なソリューションを提供することにある。本発明は、(従来使用されていたハードウェアモジュールではなく)無線通信機能性を提供するソフトウェアモジュールに基づくシステム、方法およびソフトウェアを提案する。無線アドオンカードをPCのマザーボード上のハードウェア要素に変形させる代わりに、本発明では、アドオンカード機能性の一部をホストのCPU上で実行するソフトウェアプログラムまたはソフトウェアモジュールに移す。これは、例えば現在2GHz以上のクロック速度で動作可能なラップトップのCPU、および現在200MHz以上のクロック速度で動作可能なポケットPCのCPUによって可能となる。これにより、可能性のあるハードウェア集積問題が回避され、また例えばアドオンカードのサイズを縮小することができる。提案された分離は、上部物理層および下部物理層の2つの部分に分割された物理層で構成されている。
他の効果および新規な特徴は以下に説明され、一部は以下を検討することにより当業者に明らかとなり、あるいは本発明を実施することにより確認されるであろう。
本発明は、例、および添付図面を参照して、更に詳細に説明される。
図1は、7層OSIモデル100にマッピングされた従来の一般的な無線アドオンカード機能性を示している。OSIモデル100は、アプリケーション層120、プレゼンテーション層122、セッション層124、トランスポート層126、ネットワーク層128、データリンク層130、および物理層132から構成される。コンピュータホスト102は上部5層、アドオンカード104は下部2層を実現する。コンピュータホスト102およびアドオンカード104は、ネットワーク層128とデータリンク層130との間に位置するホストインタフェース102によって互いに接続される。
図2は、7層OSIモデル200にマッピングされた、本発明の提案する分割の一般的概念を示す。本発明は、無線接続性機能をコンピューティングホストに集積する新しい機能性分割に基づいている。OSIモデル200は、アプリケーション層220、プレゼンテーション層222、セッション層224、トランスポート層226、ネットワーク層228、データリンク層230、上部物理層233、および下部物理層234から構成されている。ホスト202上のコンピュータソフトウェアは、上部6層および上部物理層233の一部を実現している。アドオンカード204は、下部物理層234を実現している。コンピュータホスト202およびアドオンカード204は、上部物理層233と下部物理層234との間に位置するホストインタフェース202によって互いに接続されている。
図3は、ソフトウェアモデムを使用する無線システムのシステムアーキテクチャの更に詳細な具体例を示す。パーソナルコンピュータ300は、デジタルホストインタフェース306を介して互いに接続されたコンピュータホスト301と無線アドオンモジュール304とから構成されている。コンピュータコア302は、ソフトウェアモデム303とネットワーク層302とから構成されている。無線システムは、以下に説明する2つの主要な構成要素であるソフトウェアモデム303と無線アドオンモジュール304とから構成されている。無線アドオンモジュール304は、以下の機能を実行するハードウェアの比較的簡素かつ低コストな要素である。
− RFセクション344におけるRFから無線信号を受信し、これらをADCコンバータ342においてデジタル信号に変換し、これらの信号をホストに送信する。
− デジタルホストインタフェースコントローラ340上でホストからデジタル信号を受信し、これらの信号をDACコンバータ346を使用してアナログ信号に変換し、これらの信号をRFセクション344でRFに送信する。
− RFセクション344上で例えば電力制御、周波数同調などの制御機能を実行するデジタルホストインタフェースコントローラ340で、ホストからデジタル制御信号を受信する。
コンピュータホスト301では、必要なベースバンド機能および前記機能の全てはソフトウェアで実行される。コンピュータホスト301は、双方向で互いに通信可能なソフトウェアモデム303およびネットワーク層330から構成される。ソフトウェアモデム303は、デジタルホストインタフェース306を使用する無線アドオンモジュール304と通信可能である。ソフトウェアモデム303は、前記無線アドオンモジュール304と通信するソフトウェア機器ドライバとして存在し、以下のような必要な機能を実行する。
− フォワードエラーコレクション(FEC)、サイクリックリダンダントチェックサム(CRC)、暗号化、チャネルコーディング、認証、同期化などのベースバンドアルゴリズム。
− 多重アクセス制御、ARQ、ページング、照会などのデータリンク層またはMAC層機能。
− 接続確立、ブリッジング、ルーティングなどのリンク管理機能。
− (上部)ネットワーク層302とのインタフェース接続。
図3において、ソフトウェアモデムは、ベースバンドISR(割込みサービスルーチン)338と呼ばれる複数のソフトウェア処理、ベースバンドIST(割込みサービススレッド)334、および一般的処理から構成される。ISR338は、例えば無線アドオンモジュール304から送られるハードウェア信号と直接相互作用するこれらの手順を含んでいるので、リアルタイム性能を有していなければならない。ISTはまた、ハードウェア信号を扱うが、その優先順位は2番目である。上部層のこれら共通手順に対しては、ソフトウェア処理が使用される。従って、図3において、一般的には複数のベースバンドISR338、複数のベースバンドIST334、複数のMAC/リンク制御処理336、およびソフトウェアモデム303を(上部)ネットワーク層330にインタフェース接続する論理リンク制御処理332が存在する。
従来の設計においては、ISR338およびIST334は、例えばハードウェアに組み込まれているシリコンチップまたはシリコンチップ上のプログラム可能論理アレイを使用するなど、ハードウェアによって実現されている。モデム機能性がホストコンピュータ上に集積されたとしても(また現在でも集積されている)、例えばOSIモデムから見れば機能性分離は同じ状態のままである。しかし、本発明はホストプロセッサの力を利用し、これまで実現されたハードウェアにおいて、ホストプロセッサで実行するソフトウェアの確実な機能を実行する。これら機能の達成は、特にIST334、ISR338、およびインタフェース306の一部、ソフトウェアにおいては、重要である。純粋な構成要素の観点からは、ホスト処理所要電力によってホストコンピュータのコストが跳ね上がることがあるので、ハードウェアに基づくソリューションを提供するほうが廉価である。しかし、本発明者らは、ソフトウェアにおいて特定の機能(好適な実施例は、少なくともISR338、IST334、インタフェース306の一部、あるいは他の機能を含んでる)を実行するのが有利であることを発見した。これらの利点には、限定されることはないが以下が含まれている。
− ある種類のISR/ISTから別の種類のものへの切り替える高融通性は、わずかなハードウェアコストの追加によって容易となる(例えば、ユーザがブルートゥースに基づくサービスをある時間に使用し、また次の時間に802.11bに基づくサービスを使用することを望んでいる場合であり、これは比較的簡素な802.11bRFフロントエンド部およびホストに基づくソフトウェアモジュールへの交換によって可能となる)。
− 市場機会に対しての迅速な時間(特に、再使用による、実績のあるソフトウェアコンセプト)。
− 高い信頼性(多くのハードウェア構成要素を使用しないので、ハードウェアに関連する問題の可能性が低くなる)。
− 現場において、バグ修正が可能となる。
− 確実に中/長期において、特にサービス性、アップグレード性、メンテナンスを考慮に入れつつも、ソフトウェアソリューションは低コストなソリューションとなる。
図4は、例としてブルートゥースを使用する本発明の実施例を示すグラフである。この実施例は、ブルートゥースプロトコルスタック400の新規な機能性分離を示しており、これによってシステムコストと物理的サイズが効果的に縮小される。ブルートゥースプロトコルスタック400およびブルートゥース無線アドオンモジュール404は、物理的バスインタフェース406によって接続されている。プロトコルスタックは、ブルートゥースアプリケーションモジュール460とブルートゥースソフトウェアモデムモジュール403とから構成されている。ブルートゥースソフトウェアモデムモジュール403は、L2CAPモジュール440と、仮想HCI層モジュール442と、リンクマネジャーモジュール444と、リンクコントローラモジュール446と、および物理的バスドライバモジュール448とから構成されている。ブルートゥース無線アドオンモジュールは、物理的バスコントローラ450と、ADC/DAC452と、およびブルートゥースRFセクション454とからなる。
仮想HCI層442は、従来のブルートゥースシステムの拡張部に当てはまる。ブルートゥース規格によると、HCI層はホストとブルートゥース機器との間の透過的な通信を提供する。UART、USBおよびPCMCIAなどの幾つかのHCIトランスポート標準が定義されている。しかし、ホストおよび組み込まれたブルートゥース機器は、HCI−UARTおよびHCI−USBなどの下部HCIトランスポート下位層によって被包された標準HCIパケットを交換するので、異なる物理的バスに煩わされることはない。本発明はリンクコントローラをホストまで組み込むことを提案しているため、元のHCI層が更に内部に組み込まれた。物理的HCIトランスポートバスはもはや必要ではなくなる。従って、仮想HCI層は、ソフトウェアの可搬性と保全性を維持するよう作られている。
図5は、標準HCI−UART下位層モジュール544を使用する仮想HCI層520を有する本発明のブルートゥースシステム500を示している。ブルートゥースシステム500は、仮想HCI層520を使用して互いに通信する標準ブルートゥースプロトコルスタック530とブルートゥースソフトウェアモデム503とから構成される。標準ブルートゥースプロトコルスタックは、L2CAPモジュール540と、HCIドライバモジュール542と、標準HCI−UART下位層モジュール544とから構成されている。ブルートゥースソフトウェアモデム503は、UARTエミュレーションモジュール546と、リンクマネジャーモジュール548と、リンクコントローラモジュール550と、物理的バスドライバモジュール552とから構成される。ブルートゥースソフトウェアプロトコルスタック530の多くがHCIトランスポート層としてのUARTインタフェースをサポートするので、標準HCI−UART下位層544によって視覚化されるUARTインタフェースを、ブルートゥースソフトウェアモデム503の上部で適切にシミュレートするようになる。
UARTエミュレーション546を使用した結果、ブルートゥースソフトウェアモデム503は、コンピュータホストに取り付けられる標準UART機器として見られるようになる。これによって、標準ブルートゥースプロトコルスタック530と連動する提案したブルートゥースソフトウェアモデム503の相互運用性が保証される。図6は、ソフトウェアスタック600と物理的モジュール604とからなる本発明のブルートゥースシステム610のグラフ図を示している。ソフトウェアスタック600は、アプリケーションプロファイル660、SDP672、RFCOMM674、L2CAP640、HCIユーティリティAPI688、HCI644、HCI−UART676、HCI−USB678、HCI−PCMCIA680、UART WDMドライバ682、USB WDMドライバ684、PCカード機器ドライバ686、UARTエミュレーション690、およびソフトウェアベースバンドモデム下部ドライバ692から構成される。UARTエミュレーション690およびソフトウェアベースバンドモデム下部ドライバは、従来のブルートゥースホストスタックと比較して新しい特徴である。物理的モジュール604は、ブルートゥース無線モジュール694、UARTブルートゥースモジュール695、USBブルートゥース機器696、およびPCカードブルートゥース機器697から構成される。
図7は、本発明の実施例によるソフトウェア710およびハードウェア720からなるブルートゥースシステム700の可能な実行例を示している。ハードウェア720およびソフトウェア710は、ソケットおよびカードサービス層730を使用して互いに通信可能である。この例は、デジタルホストインタフェースの例としてPCMCIAを使用している。ハードウェア720は、PCMCIAホストモジュール740に挿入可能なCFタイプブルートゥース無線カード742を具備してなる。CFカード742は、PCMCIAコントローラ740に対して割込み要求(IREQ)を生成することができる。そして、IREQは、PCMCIAドライバ716に対するPCシステム割込み要求(IRQ)となる。PCMCIAドライバは一般に、応答してISR socket.cを呼び出す。ソフトウェア710は、HCI−UART702と、COMポートエミュレータ704と、HCI−DPC706と、リンクコントローラDPC708と、リンクマネジャーDPC710と、リンクコントローラ712と、書込みポート714と、PCMCIAドライバ716と、PCI層718とから構成される。PCI層718は、PCMCIAアドレスバスを使用してCFカード742のアドレス指定を行うことができる。ソフトウェアISR、ISTの機能性と処理の幾つかについて、以下に説明する。
リンクコントローラISR712:ブルートゥースベースバンドおよびリンクコントローラ機能を実行する。ISR712は、リアルタイム要求事項に対して高い処理優先順位で割り当てられる。ISR712はDPC708を呼び出すことができる。
リンクコントローラDPC(据置き手順呼出)708:リアルタイム要求事項をさほど要することなくブルートゥースベースバンドおよびリンクコントローラでこれらの機能を実行する。
リンクマネジャーDPC710:ブルートゥースLMP機能を実行する。
HCI DPC706:例えばUARTエミュレーションなどの仮想HCIトランスポート層エミュレーション用。
リンクコントローラISR712は、ブルートゥース通信で必要なリアルタイム機能全てを実行している。図8において、DH1パケットの送信例は、リンクコントローラISR712の機能図として示されている。無線モジュール(例えば、CFタイプブルートゥース無線カード742)は、RFからアクセスコードを受信すると、ホスト(例えば、PCMCIAホストコントローラ740)に割込み要求を発する。そして、割込み待ち時間dISRの後、リンクコントローラISR(例えば、リンクコントローラISR712)は、パケットの処理を開始する。パケット処理の重要なタスクとしては、以下のものが含まれる。
− 同期ワードマッチング。
− ヘッダのチェック:デホワイトニング、HEC解除、FEC解除を含む。
− 他のDPCでの処理のための他のメモリ位置へのペイロードのコピー。
− (必要であれば)パケットの応答の用意。
− 周波数ホッピングシーケンス計算およびRF同調。
− ISRの返送。
リンクコントローラISRの後、ペイロードの処理は、パケットの種類によって決まる。データパケットの場合、リンクコントローラDPC(例えばDPC708)がトリガされる。リンクマネジャーパケットの場合、リンクマネジャーDPC(例えばDPC710)がトリガされる。リンクコントローラDPCにおいて、リンクコントローラISRが残したタスクが処理される。これらのタスクは以下で構成される。
− ペイロードヘッダ処理。
− FECデコーディング。
− デホワイトニング。
− 解読(または送信するための暗号化)。
− CRCデコーディング
− HCI DPCへのパケット送信。
− HCI DPCへのパケット送信。
リンクマネジャーDPCにおいて、リンクマネジャーに関するタスクは全て処理される。
現在の開示を読むことにより、他の変形例が当業者に明らかとなるであろう。このような変形例は、リアルタイム通信の記録および検索を行う機器の設計、製造および使用においてすでに既知であり、また前記の特徴の代わり、あるいはこれに追加して使用されうる他の特徴を含んでいても良い。特徴の特定の組合せに対して本出願において請求項が作成されているが、本出願の開示範囲は、本発明のように同一の技術問題の一部または全てが緩和されなくても、あらゆる新規な特徴、またはここに明示的あるいは黙示的に開示された特徴の新規組合せ、またはそれらの生成も含む。そのため、出願は、本出願またはこれより派生する別の出願の手続追行中にこのような特徴に対して新規請求項が作成されうることを通知するものである。
ここに使用される「具備してなる」、「構成される」という語は、付加的要素を除外するとして考えられるべきではない。ここで使用される単数形の冠詞「1つの」は、複数の要素を除外するとして考えられるべきではない。
Claims (16)
- 遠隔情報にアクセスするモバイルコンピューティングシステムのコンピュータホストと共に使用され、前記ホスト上で実行するアプリケーションプログラムと共に使用される無線接続性システムであって、
無線通信機能を実行する前記ホスト上で動作可能であるソフトウェアモデムモジュールを具備し、前記ソフトウェアモデムモジュールは、
− ハードリアルタイムベースバンド機能用のISR(割込みサービスルーチン)と、
− 第2優先順位ベースバンド機能用のIST(割込みサービススレッド)と、
− 無線モジュールと通信可能なデジタルホストインタフェースと、
を具備した無線接続性システム。 - 前記ソフトウェアモデムモジュールは、
− データリンク層機能を実行するMAC制御処理部と、
− 上部ネットワーク層機能にインタフェース接続する論理リンク制御処理部とを具備した、請求項1のシステム。 - 前記無線モジュールは、
− RFフロントエンドと、
− アナログ/デジタルコンバータと、
− デジタル/アナログコンバータと、
− 前記ホストと通信可能であるデジタルホストインタフェースコントローラとを具備した、請求項1のシステム。 - 前記無線接続性は、無線LANおよびブルートゥースの少なくとも1つに基づいた、請求項1のシステム。
- 前記ISRは、
− ブルートゥースFEC、HECおよびCRCと、
− アクセスコード生成と、
− 周波数ホッピングシーケンス計算とのための機能性を含んだ、請求項1のシステム。 - 前記ISTが、
− ブルートゥース暗号化と、
− ブルートゥース認証と、
− ブルートゥース乱数生成とのための機能性を含んだ、請求項1のシステム。 - 前記ソフトウェアモデムモジュールは、ブルートゥースリンクコントローラおよびリンクマネジャー機能を実行するリンク制御処理部を具備した、請求項1のシステム。
- 前記ソフトウェアモデムモジュールは、標準ブルートゥースHCIトランスポート層をエミュレートする仮想HCI層を更に具備した、請求項7のシステム。
- 前記標準ブルートゥースHCIトランスポート層は、UART、USBおよびPCMCIAの1つに基づいた、請求項8のシステム。
- 前記無線接続性はブルートゥースに基づいており、且つ前記デジタルホストインタフェースは、PCMCIAコンパクトフラッシュ(登録商標)およびUSBの少なくとも1つに基づいた、請求項1のシステム。
- 遠隔情報にアクセスするモバイルコンピューティングシステムのコンピュータホストを用い、前記ホスト上で実行するアプリケーションプログラムと共に使用されて、無線接続性を達成する方法であって、
− 無線通信機能性を実行するために前記ホスト上でソフトウェアモデムプログラムを実行し、
− デジタルホストインタフェース上で無線モジュールと通信し、
前記ソフトウェアモデムプログラムは、
− ハードリアルタイムベースバンド機能用のISR(割込みサービスルーチン)を実行する第1モジュールと、
− 第2優先順位ベースバンド機能用のIST(割込みサービススレッド)を実行する第2モジュールと、を具備する方法。 - 前記ソフトウェアモデムプログラムは、
− MAC制御処理によりデータリンク層機能を実行する第3モジュールと、
− 論理リンク制御処理により上部ネットワーク層機能にインタフェース接続する第4モジュールとを更に具備する、請求項11の方法。 - 前記無線接続性はブルートゥースに基づく、請求項11の方法。
- モバイルコンピューティングシステムのコンピュータホスト上で実行可能なアプリケーションプログラムと共に使用され、遠隔情報にアクセスする前記コンピュータホスト上で実行可能である、無線接続性を達成するソフトウェアであって、
− デジタルホストインタフェース上で無線モジュールとの通信を可能にする第1モジュールと、
− ハードリアルタイムベースバンド機能用のISR(割込みサービスルーチン)を実行する第2モジュールと、
− 第2優先順位ベースバンド機能用のIST(割込みサービススレッド)を実行する第3モジュールとを含むソフトウェア。 - − MAC制御処理によってデータリンク層機能を実行する第4モジュールと、
− 論理リンク制御処理によって上部ネットワーク層機能にインタフェース接続する第5モジュールとを更に具備した、請求項14のソフトウェア。 - 前記無線接続性はブルートゥースに基づいた、請求項14のソフトウェア。
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