JP2007502059A - 非優位ビット無線ネットワーク通信システムでの衝突検出 - Google Patents

Abstract

非優位ビット無線ネットワークで使用するための通信システム及びプロトコル。この無線ネットワークは、すべての送受信機によってネットワーク変数を共用できるようにするために他の送受信機と通信する送受信機を含む。このプロトコルにより、ネットワークは、異なる送受信機からの競合する送信間の衝突を扱うことができる。また、このプロトコルは、互いに送信範囲外にある送受信機間の通信も扱う。

Description

本発明は、無線周波によって互いに通信する装置のネットワークに関する。

装置のネットワークは、装置間でデータを伝送するように、無線周波（ＲＦ）手段によって互いに通信する１群の装置を構成することによって作成することができる。装置の各々が各装置の最大通信レンジの範囲内にあるとすれば、各装置はネットワーク内で互いに有効に通信することができる。

本発明は、通信が一時に２つの装置間でしか行われない「ポイントツーポイント」システムとは異なり、「ポイントツーマルチポイント」システムで使用することができる。ポイントツーマルチポイント通信システムでは、通信は、ネットワーク内の１つの装置と他の２つ以上の装置との間で同時に通信が行われる。

信頼性の高い「ポイントツーマルチポイント」通信システムでは、共用ネットワーク変数を作成することができる。これは、ネットワーク内のすべての装置によって知られる変数である。例えば、１つの装置が、共用ネットワーク変数の値を変更したい場合、その装置が要求を送信する必要があり、且つすべての装置が更新された変数を同時に受け取り処理することが保証される必要がある。更新を同時に行うことができない場合、又はネットワーク内の必ずしも他のすべての装置が更新を受け取らない場合、ネットワークは共用ネットワーク変数をもたない。

共用ネットワーク変数により、中央制御装置をもたないネットワークを作成することができる。ネットワークの動作及び制御に不可欠なすべてのデータは、ネットワーク内の各装置が同時に知ることになる。このデータを、ネットワークの任意の装置がいつでも更新することができ、他のすべての装置がそれに応じて自分のデータを更新することが保証される。これにより、ネットワーク内の装置の制御を、中央制御装置を有するネットワークと比べて簡略化し、融通性を増し、コストを下げることができる。

各装置間の１つの通信アクションを、本明細書ではトランザクションと呼ぶ。トランザクションは、データを送信するある装置（送受信機／送信機）と、そのデータの１つ又は複数の送受信機／受信機との間で実行される。トランザクションはまた、送受信機／受信機から送受信機／送信機に送信されるデータ、並びにネットワーク内の送受信機／受信機装置の相互間で送信されるデータも含む。

この明細書においては、所与のトランザクションのためにネットワーク全体で共用されるべきデータを送信する装置を、「送受信機／送信機」といい、一方、トランザクション中でそのデータを受け取る装置を、送受信機／受信機という。同じトランザクション中で、所与の送受信機／受信機は応答信号の送信も行うことができることが理解されよう。次のトランザクションでは、送受信機／受信機は、送受信機／送信機になることができる。

２つ以上の送受信機／受信機に同時に送信（ブロードキャスト又はマルチキャストとも呼ばれる）したとき、すべての送受信機／受信機がデータを正常に受け取ったかどうかを知ることは重要である。１つの送受信機／受信機がデータを正常に受け取っていない（例えば、ビットエラーにより、１つの送受信機／受信機でデータ破壊が生じたため）だけでも、他のすべての送受信機／受信機に、必ずしも他のすべての送受信機／受信機がデータを正常に受け取ってはいないと通知する必要がある。

このようなネットワークは通常、送信されるデータビットを符号化する方法を使用する。符号化方法は、利用可能な送信技術と、データ速度や感度などの性能要件との間の妥協物として選択される。一般に使用される符号化タイプには、マンチェスタ符号化及びビットスタッフィングが含まれる。

従来のポイントツーポイント通信プロトコルでは、一般的な手順は、各装置が、データを受け取ってしばらく後に、応答を送信するようにするものである。これには、送信装置が、ネットワーク内の受信装置の数、及びそのそれぞれとどのように連絡するかを正確に知る必要があるという欠点がある。同じ１個のデータを複数の受信装置に高い信頼性で転送するには、同じデータを何度も送信し、それに対応して各送信が応答されるのを待つ必要がある。同じデータを多くの受信機に繰り返し送信すると、通信媒体の利用可能帯域幅を無駄にする。この手法も、送信機が、正確にどの受信装置が所与の送信を受け入れるかについてのデータを入手して記憶する必要がある。この手法では、共用ネットワーク変数を作成することができるが、不必要に複雑で、且つ通信媒体の利用可能帯域幅を充分利用できないという犠牲を伴う。

その代わりに、ポイントツーマルチポイント送信を使用して、応答が返されずに、データを多数の受信機に同時に転送することもできる。こうすると、データ転送の信頼性が低くなり、送信機は、受信装置のすべてがデータを正常に受け取ったかどうかを判定することができない。データの転送の信頼性が低いことは、共用ネットワーク変数を作成できないことを意味する。

この状況は、２つ以上の装置が互いに通信範囲から外れていると、さらに複雑になる。理解されるように、各装置には、（それだけには限らないが、送信電力、受信機感度、アンテナタイプ、及び信号処理アルゴリズムを含めた設計要因によって決まる）最大送信範囲がある。通信、及び同期通信は、いくつかの装置が最大範囲外にあり、したがって互いに通信できないと、より複雑になる。

共用ネットワーク変数の作成は、様々な装置の送信間で衝突が発生することによっても妨害される。衝突は、ネットワーク全体にわたって、データの正常な送信に悪影響を与える。衝突の発生を検出し、それに適切に対処できることは重要である。そのような適切なアクションには、送信装置にその送信が妨害されたことを通知すること、並びにネットワーク内の他の装置に衝突が発生したことを通知することが含まれる。

衝突の可能性を減らす従来の方法は、送信前に一定時間、媒体を監視することを含む。各装置はその後、ネットワーク内の各装置にランダム周期、又は固有（unique）の時間だけその送信を遅らせる。例えば、この時間は、装置のユニットアドレス（独自にアドレス可能とするためにその装置に固有のものでなければならない）を用いることによって、装置ごとに固有のものとすることができる。このユニットアドレスは、１ビットの長さでスケーリングすることができ、したがって、いくつかの装置がちょうど同じ時間に送信を開始しようとした場合、それらは互いに異なる時間だけ待つことになる。待ち時間が最短である装置が送信を開始することができる（そして他の装置は、この送信を知り、それを受信し、後でそれ自体の送信を再試行する）。

この手法では、衝突の可能性が大幅に減少するが、複数のネットワークを使用していて、異なるネットワーク内の装置が同じアドレスを使用できる場合、この手法はフェイルセーフではなく、必ずしも適切ではない。

本発明の一目的は、ＲＦマルチキャスト通信システムにおいて、特に２つ以上のデータ送信間で衝突が生じた場合に、装置間の通信を改善するためのシステム及びプロトコルを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、無線周波通信ネットワークで使用するためのデータフレームであって、装置が既に他の送信源から受信しているとき、データフレームを受信する前記装置によって衝突として知覚されるように符号化されるデータを含む、データフレームが提供される。

本発明の第２の態様によれば、無線周波の装置ネットワークにおける２つの送信間の衝突を検出する方法であって、
第１の装置から、本発明の第１の態様による第１のデータフレームを送信すること、
第２の装置から、本発明の第１の態様のデータフレームに準じた（according to）第２のデータフレームを送信すること、及び
前記第１のデータフレームを受信しながら前記第２のデータフレームから符号化データシーケンスを検出し、前記得られたデータシーケンスを衝突を示していると認識すること
を含む方法が提供される。

本発明の第３の態様によれば、少なくとも３つの装置を含む無線通信システムであって、使用時に、第１の装置が、本発明の第１の態様による第１のデータフレームを送信し、第２の装置が、本発明の第１の態様による第２のデータフレームを送信し、第３の装置が、前記第１及び第２のデータフレームを受信し、前記第１のデータフレームを受信しながら前記第２のデータフレームから符号化データを検出し、得られたデータシーケンスを衝突を示していると認識する、無線通信システムが提供される。

本発明の第４の態様によれば、少なくとも２つの他の送受信機を含み、使用時に、前記他の送受信機のうちの第１の送受信機が、本発明の第１の態様による第１のデータフレームを送信し、第２の他の送受信機が、続いて本発明の第１の態様による第２のデータフレームを送信する、無線通信システムで使用するための送受信機であって、使用時に、前記第１のデータフレームを受信しながら前記第２のデータフレームから符号化データを受け取った後、得られたデータシーケンスを衝突を示していると認識する、送受信機が提供される。

本発明の第５の態様によれば、無線周波の装置ネットワークで使用するための通信プロトコルであって、
データを送信するための第１のタイムスロットと、
前記第１のタイムスロットの後の、第１の応答状態を送信するための第２のタイムスロットと、
前記第２のタイムスロットの後の、第２の応答状態を送信するための第３のタイムスロットと、
前記第３のタイムスロットの後の、衝突指示を送信するための第４のタイムスロットと
を含むフレームを有する、通信プロトコルが提供される。

本発明の第６の態様によれば、送受信機／送信機及び少なくとも２つの送受信機／受信機を含む無線通信システムであって、前記送受信機／送信機が、第１のタイムスロットでデータを前記送受信機／受信機に送信し、前記送受信機／受信機のそれぞれが、前記データを受信した後、前記第１のタイムスロットの後の第２のタイムスロットで第１の応答状態を返す、又は前記第２のタイムスロットの後の第３のタイムスロットで第２の応答状態を返す、又は第４のタイムスロットで衝突応答を返す、無線通信システムが提供される。

本発明の第７の態様によれば、少なくとも１つの送受信機／送信機及び少なくとも１つの他の送受信機／受信機を含む無線通信システムで使用するための送受信機／受信機であって、使用時に、前記送受信機／送信機から第１のタイムスロットでデータパケットを受信した後、前記第１のタイムスロットの後の第２のタイムスロットで第１の応答状態を送信する、又は前記第２のタイムスロットの後の第３のタイムスロットで第２の応答状態を送信する、又は前記第３のタイムスロットの後の第４のタイムスロットで衝突応答状態を送信する、送受信機／受信機が提供される。

本発明の第８の態様によれば、少なくとも１つの他の送受信機／受信機を含む無線通信システムで使用するための送受信機／送信機であって、使用時に、第１のタイムスロットでデータパケットを前記少なくとも１つの送受信機／受信機に送信し、１つ若しくは複数の前記送受信機／受信機から前記第１のタイムスロットの後の第２のタイムスロットで第１の応答状態を受信する、又は１つ若しくは複数の前記送受信機／受信機から前記第２のタイムスロットの後の第３のタイムスロットで第２の応答状態を受信する、又は１つ若しくは複数の前記送受信機／受信機から前記第３のタイムスロットの後の第４のタイムスロットで衝突応答状態を受信する、送受信機／送信機が提供される。

本発明の第９の態様によれば、無線の装置ネットワークで使用するための通信プロトコルであって、データを送信するための、第１のタイムスロットと、中継フラグを示すための、前記第１のタイムスロットの後の第２のタイムスロットと、前記第１のタイムスロットで送信された前記データを再送信するための、前記第２のタイムスロットの後の第３のタイムスロットと、２つ以上の送信間の衝突に応答できるようにするための、前記第３のタイムスロットの後の第４のタイムスロットとを含むフレームを有する、通信プロトコルが提供される。

本発明の第１０の態様によれば、第１の送受信機、第２の送受信機、及び中継器を含み、前記第１及び第２の送受信機が、それぞれの最大送信範囲のうちの少なくとも１つよりも長い距離だけ互いに隔てられ、前記中継器が、前記第１及び第２の送受信機の中間に配置される無線通信システムであって、第１のタイムスロットで、前記第１又は第２の送受信機の一方からデータを受信した後、前記中継器が、第２のタイムスロットで、中継器フラグを送信し、次いで第３のタイムスロットで、前記第１のタイムスロットで受信されたデータを送信する、無線通信システムが提供される。

本発明の第１１の態様によれば、少なくとも２つの送受信機を含む無線通信システムで使用するための中継器であって、前記少なくとも２つの送受信機が、それぞれの送信範囲のうちの少なくとも１つよりも長い距離だけ互いに隔てられ、使用時に、前記中継器が、前記少なくとも２つの送受信機の中間に配置され、第１のタイムスロットでデータを受信した後、前記中継器が、第２のタイムスロットで、中継フラグを送信し、第３のタイムスロットで、前記第１のタイムスロットで受信された前記データを送信し、次いで、２つ以上の送信間の衝突が発生した場合、第４のタイムスロットで、衝突応答を送信する、中継器が提供される。

本発明の第１２の態様によれば、少なくとも１つの他の送受信機、及び中継器を含む無線通信システムで使用するための送受信機であって、前記送受信機及び前記少なくとも１つの他の送受信機が、それぞれの送信範囲のうちの少なくとも１つよりも長い距離だけ互いに隔てられ、使用時に、前記中継器が、前記送受信機及び前記少なくとも１つの他の送受信機の中間に配置され、前記中継器から第２のタイムスロットで中継フラグを受信した後、前記送受信機が、前記少なくとも１つの他の送受信機から前記第２のタイムスロットの前の第１のタイムスロットで最初に送信されたデータを、前記中継器から第３のタイムスロットで受信するまで、さらなるアクションを中断する、送受信機が提供される。

本発明の第１３の態様によれば、少なくとも第１の送受信機、第２の送受信機、及び中継器を含み、前記第１の送受信機及び前記第２の送受信機が、前記送受信機のうちの少なくとも１つの最大送信範囲よりも長い距離だけ隔てられ、前記第１の送受信機からのデータ送信を受信した後、前記中継器が前記第１の送受信機からの前記データ送信を再送信するように、前記中継器が、前記第１及び第２の送受信機の中間に配置される無線通信システムであって、前記中継器が前記第１の送受信機からの前記データ送信を再送信する前に、前記第２の送受信機からのデータ送信を受信したとき、前記中継器が、各送受信機に進行中の前記送信を無視するよう指令するデータシーケンスを送信する、無線通信システムが提供される。

本発明のシステム及びプロトコルには、家庭用、産業用、及び事務用機器の制御における応用例を含めた多くの用途がある。

本発明の一態様によれば、ネットワーク内の装置によって送信されるデータフレームの符号化を使用することにより、発生するどんな衝突も検出される。

発生し得る衝突には、２つのタイプがある。一方のタイプは、互いに有効範囲内であり、何らかの理由で、同時にデータの送信を開始した２つの装置間で発生する。送信前に媒体を監視し、装置がそれぞれの装置の装置アドレスに従ってその後のデータの送信をずらすなど、従来から使用されている様々な回避方法の技法にもかかわらず、衝突がまだ発生する可能性がある。このケースでは、データ送信が、そのうちに互いにオーバラップしてしまう。

衝突の他方のタイプは、より生じやすいタイプであるが、ある装置が、個々の複数のネットワークにわたって分散されている他の装置にデータを送信する必要があるケースで発生する。例えば、これらのネットワークのうちの２つにまたがって、（異なる論理ネットワーク内であっても）互いに接近する装置もあれば、それぞれのネットワークの反対端に物理的に位置している場合、互いに有効範囲外となる装置が存在することもあり得る。

（異なるネットワーク上であっても）複数の装置が同じアドレスを共用し、したがって、それぞれ送信を同時に開始し得るので、この構成での衝突発生の可能性は高くなる。さらに、いくつかの装置はそれぞれの有効範囲外となるため、それぞれの装置からのデータ送信が直接オーバラップしないので、衝突が発生したことを検出するのが一層困難になる。ただしこのようなケースでは、末端の２つの装置の間に位置し、両装置の有効範囲内にある装置が、受信時に衝突を検出することになり、このことを利用して衝突に対処することができる。

第１のケースに戻ると、本発明では、互いに有効範囲内にある２つの装置の送信間の衝突の問題について、以下の方法で対処する。

本発明の一態様によれば、装置によって送信される各データフレームは、好ましくはその先頭又は先頭近くで、既に別の送信を受信している装置が受信したときに衝突と認知される、特別な符号化部を含む。

図１に、データ部１１、応答部１２、及び符号化部１３を含めた、フレーム１０の例示的な構造を示す。例示的なフレーム１０は、「データ終了」マーカ１４も含む。

このフレーム構造は、図２Ａ、２Ｂに示す例示的なネットワークで使用することができる。この例では、図２Ａに示すように、装置Ａは、装置Ｃで受信される、符号化部１３及びデータ部１１を含むデータフレーム１０を送信する。この状況では、装置Ｃは、まだ別の送信を受信しておらず、装置Ａから第１のデータフレーム１０を受信すると、符号化部１３を無視し、データフレーム１０内のデータ１１を処理する。何らかの理由で、図２Ｂに示すように、データフレーム１０の送信時に、装置Ｂがそのデータフレーム１０’を装置Ｃに送信し始めた場合、装置Ｃは、データフレーム１０’から符号化部１３’を突然検出し、データフレーム１０を既に受信しているので、符号化部１３’を衝突と認知する。この状況を説明するタイミング図を図２Ｃに示す。

衝突を検出すると、装置Ｃは、第２の送信のデータ終了マーカ１４’を検出できるようになるまで、衝突したデータフレームを受信し続ける。この時点で、装置Ｃは、データ送信が損なわれており、データパケットを再送信すべきであることを通知する衝突応答指示を装置Ｂに送信する。装置Ａは、（装置Ｃが装置Ｂからのデータ送信をまだ受信し続けていたため）自分の送信が完了したときに装置Ｃから応答信号を受け取らなかったので、これを脱落パケットとして扱い、自分の送信を再送信する必要があることを知る。

上述の例では、装置Ｂの送信が装置Ａの送信後に完了されたと仮定しているが、装置Ａの送信のデータフレーム１０が、装置Ｂのものよりもはるかに長い場合、装置Ｃは、装置Ａの送信からデータ終了マーカを検出し、装置Ａは、衝突応答信号を受信する。この場合、装置Ｂは、応答信号を受け取らず、自分のデータパケットが脱落したとみなし、自分のデータを後で再送信しようとする。

万一、装置ＡもＢもほぼ同時に（シンボルの約１／４以下で）送信を効果的に開始した場合、以下の３つの結果のうちの１つが生じる。

−Ａ ２つの送信で送信されたデータが衝突し、装置Ｃがともかく最終的に衝突を検出する。これは、一般に２つの装置によって送信される２つのデータストリーム中に充分な違いがあり、装置Ｃによって衝突と認知されるからである。ただしこれは、充分なデータ差異があるという要件に依存しており、それを常に保証することはできない。

−Ｂ ２つのパケットからのデータが衝突するが、（例えば、２つの送信間に、衝突を最終的に決定するための充分なデータ差異がないので）装置Ｃは衝突を検出しない。しかし、衝突によって、データストリームが充分に破損し得、その結果、２つのデータ送信のうちの最後の送信が完了したとき、装置Ｃが否定応答で応答することになる。

装置Ａ及びＢがどちらもちょうど同じ長さのデータストリームを送信していた場合、装置ＡもＢも装置Ｃから否定応答を受け取り、後で自分の送信をそれぞれ再試行する。しかし、装置Ａ及びＢのパケットの長さが異なっていた場合、より短い送信を送信した装置は、装置Ｃからの応答信号を待っている間、他方の装置は、まだ送信している。最初の装置は、応答信号を受け取らないので、脱落パケットが生じたとみなし、後で自分のデータを再送信しようと試みる。より長い送信を送信する装置は、（装置Ｃがデータ破損を検出し、データ終了マーカを検出できた場合）最終的に否定応答を受け取る、或いはデータ終了マーカが装置Ｃによって検出されなかった場合、装置Ｃはまったく応答せず、送信装置は自分のパケットが脱落したとみなし、後で自分の送信を再試行する。

−Ｃ （実際にはめったにないが）２つの送信機がどちらもちょうど同じデータをちょうど同じ時間に送信した場合、両送信が装置Ｃによって１つの送信と検出され、装置Ａ及びＢに肯定応答で返され、したがって、それぞれの装置は、送信した自分のデータが正常に送信され、受信されたものとみなす。

衝突を検出するのに使用できる例示的な符号化方式は、以下のとおりである。
「０」ビットは、「オフ」、「オン」の対として符号化される。
「１」ビットは、「オン」、「オフ」の対として符号化される。

したがって、「０」データビットと「１」データビットの間の衝突は、「オン」、「オン」と検出される。例えば、１つのビットの衝突とそれに続く通常データビット「オン」、「オン」、「オン」、「オフ」は、１つのビットの衝突とそれに続く「１」ビットを示す。連続する多数のビットの衝突とそれに続く通常データビット「オン」、「オン」、「オン」、「オン」、「オフ」、「オン」は、２つの衝突ビットとそれに続く「０」ビットを示す。

検出可能な衝突では、常に「オン」、「オン」の対が受信されることが理解されよう。これは、「０」ビット及び「１」ビットを上述のようにしか符号化できないマンチェスタ符号化方式に違反する。

理解されるように、フレームは、フレームマーカである「開始」コード及び「終了」コードで始まる。これも、マンチェスタ符号化の違反によって行われる。この場合、以下の事項の利点を利用する。
− 符号化の違反（「オン」、「オン」）とそれに続くデータビット（「オン」、「オフ」又は「オフ」、「オン」）は衝突を示す。
− 符号化の違反（「オン」、「オン」）とそれに続くさらなる衝突（さらなる「オン」、「オン」）はまだ衝突があることを示す。

ただし、符号化の違反（「オン」、「オン」）とそれに続く別の特別な違反（「オフ」、「オフ」）の場合、これは、衝突に起因して、或いは衝突とそれに続く有効なデータビットに起因して発生することはあり得ない。このケースでは、シーケンス「オン」、「オン」、「オフ」、「オフ」は、導入として使用される。これが検出された場合、受信機はこれを、送信されるストリーム中に埋め込まれた特別なタグを示すマーカと認識する。シーケンスに対「オフ」、「オン」が続く場合、「フレーム開始」を示す。シーケンスに「オフ」、「オン」が続く場合、「フレーム終了」を示す。

以下のシーケンスは不正である。
「オン」、「オン」、「オフ」、「オフ」、「オフ」、「オフ」、及び「オン」、「オン」、「オフ」、「オフ」、「オン」、「オン」

本発明の別の特徴によれば、これは特に、あるネットワーク又は分散ネットワーク内の他の装置を更新するのに有用であるが、装置Ａ及びＢによって送信される２つのデータフレーム間の最初の衝突を検出した後に信号を送信する受信装置（Ｃ）に関する特徴である。この信号は、装置Ｃの有効範囲内の他の装置によって衝突と認知され、これらの装置は、同じ信号をそれぞれの有効範囲内の装置に送信する。このようにして、ネットワーク又は分散ネットワーク内のすべての装置は、衝突が最初に発生した装置の有効範囲外に物理的に位置し得る装置であっても、ネットワーク内のどこかで衝突の発生したことが通知される。

実際上、装置Ｃは、装置Ａ及びＢの送信間での最初の衝突を検出すると、短時間だけ受信を停止し、衝突を他の装置で検出させる長いバーストを送信し、その後、自分の受信機能を再開する。装置Ｃが衝突を検出すると、その衝突後、データの検出機能が中断され、衝突検出の時点以降、装置Ｃが検出を試みる他方のものは、フレーム終了マーカとなる。フレーム終了マーカは、すべての状況で必ずしも常に認識可能ではないが、装置Ｃはこのマーカを突き止めようとすることが理解されよう。

装置Ｃによる長いバースト衝突信号の送信時間の間、データ終了マーカが装置Ａ及びＢによって送信され（どちらの送信が最後となろうとも）、装置Ｃが受信できなくなる可能性がわずかにある。このケースでは、送信が応答されず、パケットを送信した装置によって脱落パケットをみなされ、各装置は後の段階でデータを再送信しようと試みる。

図３に、分かれてはいるが、ほとんど互いにごく近接して動作する３つのネットワークの例示的な図を示す。ネットワーク１は、装置Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤからなり、ネットワーク２は、装置Ｅ及びＦからなる。ネットワーク３は、装置Ｇ及びＨからなる。上述のとおり、装置Ａ及びＢによって開始された送信により装置Ｃで衝突が発生した場合、装置Ｃは衝突信号を送信し、装置Ｄ及びＥが装置Ｃの有効範囲内にあるので、その信号は装置Ｄ及びＥによって受信されるが、ネットワーク２内の装置Ｆ及びネットワーク３内のＧ及びＨは、装置Ｃの有効範囲外であるので、この信号を受信しない。本発明によれば、装置Ｃからの衝突信号が装置Ｄによって受信されると、装置Ｄは、装置Ｃから衝突信号を受信した後、同様の衝突信号を送信し、この信号は装置Ｆ及びＥによって検出される。同様に、装置Ｅが装置Ｃの有効範囲内にあるので、やはり装置Ｃからの衝突信号を検出し、自分の衝突信号を送信し、その信号がやはり装置Ｇ及びＨによって受信される。このようにして、衝突信号がネットワーク全体にわたって伝播され、ついには、１つ又は複数のネットワーク内のすべての装置に、ネットワーク１内の装置Ｃで最初の衝突が発生したことが通知されることになる。

次に、本発明の原理を、２件の同時係属出願の主題である、具体的なネットワーク構造のコンテキストで説明する。

ネットワークの１つの例示的なアーキテクチャを図４に示す。この図では、ネットワーク２００が、ノード１、２、及び３から構成されている。ノード１、２、及び３は、送受信装置であり、所与の通信トランザクションで、送信機及び／又は受信機として働くことができる。ネットワーク２００は、他のネットワーク２０と、ゲートウェイ２１０を介して通信することができる。

本発明のプロトコル設計は、ＩＳＯの７階層モデルに基づいており、一部の用語は、ＩＳＯで使用されるものと共通である。本発明で使用するプロトコルは、コネクションレス型であり、いったん１つのデータ転送が行われると、その前後で関連したデータ転送はもう行われない。

本発明のプロトコルモデルは、ＩＳＯの７階層モデルに基づいており、図５に示してある。２つのノードにわたって分散されているアプリケーションの場合、各プロトコル層は、他方のノードの等価な層への仮想接続を有する。図示されているように、各層は、上の層によって提供されるデータを得、それをデータ単位として扱い、自分のプロトコル制御情報（ＰＣＩ）フィールドを追加する。各層において、プロトコルデータユニット（ＰＤＵ）は、データ、或いはすぐ上の層によって提供されるパッケージである。ＰＤＵの名前には、そのＰＤＵが該当する層の接頭辞が付けられている（例えば、ＳＰＤＵはセッションＰＤＵである）。

ＩＳＯシステムでは、物理層は、機械的及び電気的ネットワークインターフェースに関連している。本発明のシステムでは、物理層は、通信媒体を介してビットを送受信するのに使用されるハードウェア及びファームウェア要素を指す。

ＩＳＯシステムでは、リンク層は、データリンク制御（例えば、フレーミング、データ透過伝送機構、エラー制御）のために使用される。本発明では、リンク層を使用して、バイトを、ビット、ビットスタッフィング（必要な場合）、フレーミング、衝突検出、優先順位付け、エラー検出、肯定／否定応答生成、検査、中継、及び再送信に分解する。

ＩＳＯシステムでは、ネットワーク層は、ネットワークルーティング、アドレッシング、呼セットアップ、及びクリアのために使用されるが、本発明では、ネットワーク層は、ネットワークルーティング、アドレッシング、トランザクションセットアップ、及びクリアのために使用される。

ＩＳＯシステムでは、トランスポート層は、エンドツーエンドメッセージ転送、接続管理、エラー制御、フラグメンテーション、及びフロー制御のために使用される。トランスポート層は、本発明の環境では使用されない。

ＩＳＯシステムでは、セッション層は、アプリケーションエンティティ用の対話及び同期制御のために使用されるが、本発明の環境では使用されない。

ＩＳＯシステムでは、プレゼンテーション層は、転送構文ネゴシエーション、及びデータ表現変換のために使用されるが、本発明の環境では、プレゼンテーション層は、アプリケーションデータの最適な暗号化のために使用される。

ＩＳＯシステムでは、アプリケーション層は、ファイル転送、アクセス管理、文書及びメッセージ交換、ジョブ転送及び操作のために使用されるが、本発明の環境では、アプリケーション層は、アプリケーションデータの送受信をサポートする。

最後に、ユーザアプリケーション層は、ＩＳＯ及び本発明の環境の両方で、指定された機能又は動作を実現するのに必要なあらゆるもののために使用される。

本発明の特徴は主にリンク層に存在する。

本発明のプロトコルでは、優位ビット及び劣位ビットをオプションで使用することができる。２つの装置が優位ビット及び劣位ビットを同時に送信した場合、（自分の送信を監視している）受信機及び送信機は、優位ビットだけを検出する。この処理は、ある同時係属特許出願に記載されている。ただし一般に、このプロトコルでは、優位ビット及び劣位ビットを使用せず、衝突を、本発明の上記の方法によって扱う必要がある。

媒体アクセス権は、送信機が最初にネットワーク内の装置ごとに固有の時間だけ媒体を監視することによって取得され、既存の送信が検出されない場合、その送信機は、プリアンブルストリームを送信することによって、媒体アクセス権を要求しようとする。このプリアンブルは、少なくとも１つの検出可能ビットで開始する。媒体アクセスの要求は、トランザクションの開始を定義する。トランザクションは、すべてのデータ転送、応答、及びデータの中継からなる。ネットワーク内のすべてのノードは、媒体を継続的に監視する必要があり、トランザクション発生を検出した場合、媒体アクセスを要求する試みを、現トランザクションが完了するまで延期する。

トランザクションは、非同期である。即ち、トランザクションは、いつでも行うことができ、１つのトランザクションの開始から次のトランザクションまでの時間差は、ビット継続時間の整数である必要はない。

本出願では、トランザクションは、異なるデータタイプを含む複数のサブタイムスロットに分解された連続した時間として具体的に定義される。トランザクションは、１セットの時間に対するプリアンブルで始まり、送受信機／送信機から２つ以上の送受信機／受信機に送信される特定のデータがそれに続く。データが送信されるタイムスロットは可変長であり、フレーム検査シーケンスとして使用される部分を含む。データ送信後、上述のように、送受信機／受信機によって肯定及び否定応答が送信される２つのタイムスロットと、それに送受信機／受信機によって衝突指示が送信される１つのタイムスロットが続く。このフレームの構造を、図６に示す。

上述のように、トランザクションは非同期であり、いつでも開始することができる。しかし、開始した後は、トランザクションは時間ベースの構造を有する。可変長データ部の開始及び終了を示すために、トランザクション中の特別なマーカが使用される。肯定及び否定応答、並びに衝突指示が送信されるタイムスロットは、時間が固定されている。これらのタイムスロットに符号化されるデータを注意深く符号化し冗長化することにより、１つ又は複数の送受信機／受信機による肯定応答並びに１つ又は複数の送受信機／受信機による否定応答を運搬することができる。トランザクションに関与するすべての装置は、両方の応答タイムスロットを調べる。

肯定応答を行いたい送受信機／受信機は、肯定応答タイムスロット内で特別なコードを送信し、否定応答タイムスロット内では受信を行う。

同様に、否定応答を行いたい送受信機／受信機は、肯定応答タイムスロット内では受信を行い、否定応答タイムスロット内で特別なコードを送信する。

装置が、自分の送信していないタイムスロットを監視することにより、２つの応答タイムスロットの終了までには、各装置は肯定応答、否定応答、又はその両方のどれかを検出しており、したがって、ネットワークの全応答状態を解明することができる。

例えば、肯定応答を送信する送受信機／受信機が、否定応答を送信する何らかの他の送受信機／受信機を検出できるようになる。

トランザクションの終了時に、どの装置も、いくつの肯定又は否定応答があったのかはわからないが、それらが知る必要があるのは、何らかの肯定及び何らかの否定があったことだけである。

仮にトランザクション中に否定応答があった場合、すべての送受信機／受信機がこれを知り、受信したデータを破棄することができる。同様に、送受信機／送信機がこれを知り、トランザクションの再実行を試みることができる。

肯定応答の生成は、次のようになる。データを受信した後、ノードは、以下のときにのみ、肯定応答を生成する。
− データタイムスロットが、その埋込みフレーム検査シーケンスと照合され、有効であるとわかっているとき。
− データタイムスロット内にあるアドレッシング情報が、装置によって使用されるアドレッシング情報にマッチするとき。
− 衝突が検出されなかったとき。

各装置送受信機は一般に、以下のような、少なくとも２つの異なるタイプのアドレスを含む。
− 装置アドレス。これにより、装置に、個別に一意にアドレスすることができる。
− マルチキャストアドレス。これにより、ネットワーク内の装置に、共用ネットワーク変数を更新する目的で、同時にアドレスすることができる。

さらに、装置は、オプションで以下を含むこともできる。
− ネットワークアドレス。これにより、物理装置を、割り当てられている論理ネットワークによってグループ化することができる。

他の変数も可能であるが、これら３つのアドレスタイプが基本であり、他のより複雑なアドレス方式に対する基盤として使用される。

否定応答の生成に関与する処理は、次のとおりである。受信装置（送受信機／受信機）は、埋込みフレーム検査シーケンスを使用して受信データを検査することにより、データタイムスロットが破壊されていると判定された場合にのみ否定応答を生成する。

装置がデータタイムスロット破壊を決定した場合、データタイムスロット内のフィールドをそれ以上調べても意味がない。

送受信機／送信機によって送信されたデータは、肯定応答を生成するための条件が満たされ、且つ他の送受信機／受信機が否定応答を生成していない場合にのみ、送受信機／受信機によって受け入れられる。これにより、すべての送受信機／受信機は、所与のメッセージを１度だけ受信する。ポイントツーマルチポイントメッセージの場合、これにより、メッセージが、有効に見え、肯定応答された場合でも、送受信機／受信機によって破棄されることがある。

以上では、本発明を利用できる一般環境について説明している。上記のシーケンスは、各装置が他の装置の有効範囲内であるときにのみ使用することができる。各装置は最大送信範囲を有し、それを超えて他の装置と通信できないことが理解されよう。最大送信範囲は、設計要因によって決定され、それには、それだけには限らないが、送信電力、受信機感度、アンテナタイプ、及び信号処理アルゴリズムが含まれる。短距離（無免許）の装置の場合、有効範囲は一般に数十から最大で数百メートルである。そのような装置の一般的な最大送信範囲は、２０メートル程度である。１つ又は複数の装置が、別の装置の最大送信範囲を超えた場所にある（即ち、その装置と直接通信できない）場合、上記手順を実施するのが困難になる。特に、送受信機／送信機がデータを送信する場合、それ以外の一部又はすべての送受信機／受信機は、その特定の送受信機／送信機からデータを受信せず、したがって、共用ネットワーク変数を更新することを不可能にさせる。

本発明によれば、上記のプロトコルを改変して、ネットワーク内で使用される装置の有効送信範囲を拡張するために、装置間でのデータの再送信を可能にする。改変したプロトコルは、ネットワーク内の装置のおよそ幾何学的中心に配置されて自分の通常送信範囲を超えて分散されている装置間のリレーとして働く中継器と共に使用される。

図７に、ネットワーク内の装置Ｘ及びＹの例示的な一構成を示す。装置Ｘ及びＹは、それぞれの送信範囲よりも長い距離だけ離れている。したがって、装置Ｘが上記のようにデータを送信した場合、装置Ｙはこのデータを受信せず、上記のようにどうしたらよいかわからなくなる。しかし、本発明によれば、中継装置３０が装置ＸとＹの間に配置され、中継器として動作する。したがって、装置Ｘがデータを送信する場合、中継装置３０が装置Ｘからのこの送信を受信し、装置Ｙが装置Ｘのデータを受信するようにそのデータを再送信する。装置Ｙが自分の応答を送信すると、これは中継器によって受信される。中継器は、応答ステータス全体を送信し、それが装置Ｘ及びＹの両方によって受信される。次に両装置は、その情報が中継器によって中継され、中継器の有効範囲内のすべての装置によって受け入れられたか又は拒否されたことを知る。その後、装置Ｘ及びＹは、通常の方法で処理を進めることができる。

当然、例えば装置Ｙは、送受信機／受信機である必要はなく、送受信機／送信機であってもよい。しかしこの場合、装置Ｙの有効範囲外にある装置Ｘ（例えば送受信機／受信機）が送信したデータを受信しないので、装置Ｙは情報をネットワークに送信する。やはり、中継装置３０は装置Ｘと装置Ｙの間に配置されているが、装置Ｙによって送信されたデータを受信し、装置Ｘ及び中継装置３０の有効範囲内にある他のどの装置も再送信を受信するように、このデータを再送信する。

実際には、中継装置３０は、直接２つの装置間に配置する必要はなく、ネットワーク内の装置が到達できる任意の適切な位置に配置できることが理解されよう。

ケースによっては、装置Ｘは、その有効範囲が装置Ｙに到達するのに充分であるが、装置Ｙは、送信範囲が装置Ｘよりも短く、装置Ｘと通信することができないことがある。このケースでは、中継装置３０は、装置Ｙからの送信が中継装置３０に到達でき、その後、それを中継して装置Ｘに伝達できるようにするために、装置Ｘよりも装置Ｙに近づけて置くことができる。

実際上、ネットワーク内のすべての装置を同様に構築することは有益である。これは、各装置が、送受信機／送信機、送受信機／受信機、或いは中継装置のいずれとして働く場合も同様に構築され、その所望の機能の実行を別個に可能にできることを意味する。これにより、１つの装置だけを製造すればよいので、製造の複雑さ及びコストが大幅に抑制される。

使用時に、装置が中継器として働いている場合、第１のフレーム（図６参照）で情報を受信した後、その中継器は、新規の第２のタイムスロットで即座に中継フラグを送信し、次いで第１のタイムスロットで受信したデータを新規の第３のタイムスロットで再送信する。次に、送受信機／受信機である装置が再送信された情報を受け取った後、上記のようにそのデータの受信が正常であるか否かを通知するので、ネットワークは通常どおり上記のように動作し、中継器が、ネットワーク内のすべての装置に中継されたデータの成功又は失敗を通知するために、最終的な全中継ステータスを発行する。

改変したプロトコルフレームを図８に示す。図６のフレームと比較すると、図８の改変された中継タグトランザクションと図６の非中継タグトランザクションの間には明らかな違いがある。具体的には、データを送信するための第１のタイムスロットはどちらのトランザクションフレームにも存在するが、図８の中継タグフレーム内で、中継タグフラグが送信される第２のタイムスロットが提供される。また、第１のタイムスロットで送信されたデータが再送信される第３のタイムスロットが提供される。その後フレーム構造は、図６のフレーム構造と同様に続く。具体的には、肯定応答を送信するための第１のサブタイムスロットと、否定応答を送信するための第２のサブタイムスロットと、衝突表示を送信するために使用される第３のサブタイムスロットとを含む応答タイムスロットが提供される。さらに、図８の中継タグフレーム内で、すべての装置に送信が中継されたことを確認する中継ステータスを送信するための追加のタイムスロットが提供される。

中継器に関する上記の状況は、いくつかの装置が同時に送信を開始し得ることによってさらに複雑になる。すべての装置が互いに有効範囲内であるとき、衝突は通常、各装置に、送信を試みる前に固有の時間だけ媒体を監視させることによって回避される。各装置が何らかの理由で（例えば、別々のネットワーク内にあるが、互いの有効範囲内に配置されていることにより）同じ遅延時間を有するとき、衝突がやはり発生する。その場合、ネットワーク内の一部の装置は衝突を検出するが、一部は衝突を検出しない充分な有効範囲をもち得る可能性がある。衝突を検出した装置は、自分の応答タイムスロット内で衝突の存在を通知することができる。しかし、この方法は、一部の状況では信頼性が低くなり得る。衝突の検出及び通知の信頼性を改善するために、この衝突は、衝突を検出したすべての装置によって伝播される。これにより、衝突がネットワーク内の装置を介して広まり、衝突の応答が迅速に配信されるようになる。

中継装置を使用する場合、送信する装置とその送信を受信する別の装置との間に、ある遅延が存在する。この遅延時間中に、最初の送信装置の有効範囲外にある別の装置から送信が開始される可能性がある。この場合、中継器は、単に上記の衝突伝播を送信し、可能なら、後続の肯定タイムスロットの一部として衝突指示を送信する。中継器が送信を開始した後は、その中継器は衝突を検出できないが、有効範囲内の他の装置が検出し、応答タイムスロットの衝突表示部を使用して、中継器に通知することができる。

例えば、図７を参照すると、装置Ｘが送信を開始した場合、中継装置３０が装置Ｘの送信を受信する時間と、それが装置Ｙによって受信される送信を再送信する時間との間に遅延が存在する。この時間中、装置Ｙは、自分のデータを送信し始めることがあり、その送信により、中継装置３０がその送信を再送信し始めてしまう前に、装置Ｘの送信との衝突が生じる。中継装置３０は、この衝突を検出し、伝播させる。

要約すると、上記では、任意の装置により衝突を検出し、衝突のように見えるシーケンスを他の装置に意図的に送信することについて説明している。これにより、検出された衝突がネットワークを介して伝播される。受信装置は、衝突を伝播して、その送信が完了するのを待つ。受信装置は、可能なら、応答（第４）タイムスロットの衝突指示フィールドを使用して、衝突を送信装置に知らせる。このようにして、送信装置は、衝突が発生したことを知り、適切に再送信することができる。衝突を送信装置に知らせることができない場合、受信装置は応答をまったく送信しない。いずれにせよ、受信装置は、（最初の衝突を検出した、或いは伝播された衝突を検出したことにより）衝突に気付く。同様に、送信装置は、送信の不成功を示すような特定の指示を受け取る、或いは応答をまったく受け取らないので、送信が不成功であったことを知る。この手法は、中継器によって拡張される。

これをさらに改善するには、送信を開始するときに、装置によって異なる時間だけ媒体を監視する。これは、衝突発生の可能性を減らすのに役立つ。遅延時間の長さは一般に、１ビットを送信するのにかかる時間の整数倍である。これは、衝突回避時間である。この時間をネットワーク内の各装置ごとに固有にすることにより、衝突は理論的に発生しなくなるはずである。これは、媒体を監視するときに待機する時間として、例えば１ビットの持続時間だけスケーリングされた、装置の独自のアドレスを使用して実現するのが、最も都合がよい。オプションで、連続して衝突が検出されるたびに、遅延を増加させることもできる。過剰な連続衝突数が検出された（例えば、事前設定のしきい値数を超えた）場合、トランザクションの試行を取り消し、オペレータに通知することができる。

したがって、衝突が（理論的に）発生し得るのは、２つの装置が、同じ遅延時間を使用したときだけである。これは、いくつかの別々のネットワークが互いに有効範囲内である（先に論じた「隣接アパート」問題として知られている）場合に起こり得、本発明の衝突伝播方法を使用して対処される。

先に論じたように、実際上、ネットワーク内のすべての装置を同様に構築することは有益である。これは、各装置が、送受信機／送信機、送受信機／受信機、或いは中継装置のいずれとして働く場合も同様に構築され、その所望の機能の実行を別個に可能にできることを意味する。これにより、１つのタイプの装置だけを製造すればよいので、製造の複雑さ及びコストが大幅に抑制される。

送受信機装置１００の好ましい実装形態では、無線受信機、無線送信機、及びマイクロプロセッサを使用する。これらの最初の２つの項目は、図９に示すように、任意で送受信機／受信機として組み合わせることもでき、この図では、マイクロプロセッサ１１０及び送信機／受信機１２０を含む装置１００を示している。送信機／受信機１２０は、アンテナ１３０を介して送受信する。

マイクロプロセッサの使用は必須ではないことが理解されよう。例えば、このプロトコルを、専用の集積回路、プログラマブルロジック装置、又はプログラマブルゲートアレイで実装することもできる。マイクロプロセッサを使用すると、ソフトウェア実装の容易な改変が可能になり、且つ総部品数が減るので、便利である。ただし、ソフトウェア実装は、低〜中データ速度にのみ適している。

送信機／受信機１２０の機能は、情報を受信又は送信することである。送信機／受信機の選択は、以下を含めた一連の要因によって決まる（ただし、それだけには限定されない）。
ａ．製品を販売する市場の規制環境。
各国は、利用可能周波数、送信電力レベル、及び帯域幅を含めた諸要因を規定する規制を有する。ある国々での使用に適した送信機／受信機が、他の国々では違法になることがある。
一連の国々で幅広いセールスアピールを有する製品では、それぞれの国に適した、いくつかの異なる送受信機を選択する必要があり得る。
ｂ．利用可能な電力量を決定する他の考慮事項と併せた電力消費。
例えば、高電力消費の送信機／受信機は、バッテリ動作には適さないことがある。
ｃ．送信機／受信機が受信モードと送信モードを切り換える時間。
本発明の通信プロトコルでは、１組の固定のタイムスライスを含むので、受信と送信を切り換える時間が重要である。実行される全トランザクションに応じて、タイムスライスを受信又は送信する必要があることがある。受信と送信を切り換える時間は、オーバヘッド（不動時間）となる。切換え時間が長いと、帯域幅が無駄になる。
ｄ．インターフェースタイプ。
多くの種類の送信機／受信機が利用可能である。デジタルデータ入出力を備えたタイプは、マイクロプロセッサとの最も簡単なインターフェースを提供する。
ｅ．データ速度。
送信機／受信機は、全製品要件に適したデータ速度をサポートする必要がある。このデータ速度は、極端に低いものから極端に高いものまでどんな大きさにもなり得る。
ｆ．物理的なサイズ、及び利用可能な空間の大きさ。
ｇ．コスト。
ｈ．設計の作業量。

少なくとも、送信機／受信機は、以下を必要とする。
ａ．送信データ入力。これは、マイクロプロセッサによって、通信状態を無線媒体に格納するために使用される。
ｂ．受信データ出力。これは、送受信機によって、無線媒体の状態をマイクロプロセッサに指示するために使用される。
ｃ．制御入力。これは、マイクロプロセッサによって、送信機／受信機の受信又は送信動作モードを選択するために使用される。

制御入力は、非常に簡単なものから非常に複雑なものにまでわたり得る。最も簡単な極端な場合、受信と送信の切換えに使用する。送信機／受信機の中には、低電力「スリープ」モードをサポートするものもある。また、送信機／受信機動作の挙動のために、複雑なセットアップ及び構成を可能にするものもある。

上記のプロトコルでは、制御入力のタイプは重要ではない。

適切な送信機／受信機の中には、ＲＦＭ ＡＳＨシリーズＴＲ１０００〜ＴＲ３１００、Ｃｈｉｐｃｏｎ ＣＣ１０００、及びＮｏｒｄｉｃ ＮＲＦ４０１、ＮＲＦ４０３が含まれる。

マイクロプロセッサ１１０は、通信プロトコルを実装するために使用され、送信機／受信機を、通信状態を無線媒体に配置し、無線媒体から通信状態を受け取る手段として使用する。

マイクロプロセッサのタイプ及び選択は、正確なタイミングで動作を行うことができれば、それほど重要ではない。その精度は、この通信プロトコルでビットエラーが生成されないだけの精度で充分である。

このプロトコルは、ビット指向方式で実装するのが最も良い。これにより、タイムスライスが始まる時点を容易に認識できるからである。

マイクロプロセッサは、以下の機能の少なくともいくつかの実施を担当する。
ａ．例えばマンチェスタ符号化といった、送受信に使用するデータの符号化及び復号化方式。
ｂ．例えばプリアンブルに同期化させることによる、受信機での送信されたクロックの回復。
ｃ．衝突の検出。
ｄ．各タイムスライスの生成、及びタイムスライス中の、関連した応答情報を交換するための適切な送信又は受信。
ｅ．送信がエラーを伴って受信されたか否かを判定するために、受信装置によって使用することのできるエラー検出方式の実装。
ｆ．送信中のいくつかの受信エラーを訂正するために、受信装置によって使用することのできるエラー訂正方式の実装。
ｇ．有効範囲を拡大する目的で、情報パケットを中継できるように、トランザクションの構造を変更するために使用することのできる中継器機能の追加。

先に述べたように、通信プロトコルで使用される機能を説明するための一般的方法が、ＩＳＯの７階層モデルである。このモデルに基づいたソフトウェア構造は必須ではないが、これを使用すると、全体的な設計が簡単になる。このモデルを使用して、最下位の数層で実行される機能を図１０に示す。

マイクロプロセッサのハードウェアは、電気的なインターフェースを提供し（物理層）、一方、マイクロプロセッサのソフトウェアは、それより上のすべての層の機能を実行する。

特に、リンク層のソフトウェアＭＡＣ−Ｂ部は、少なくとも以下のいくつかを含めた、データ送受信の時間が重要なすべての機能を担当する。
ａ．新しい送信の開始（プリアンブルの生成を含む）。
ｂ．データビットの送信。
ｃ．フレームマーカの送信。
ｄ．受信の開始。
ｅ．送信されたデータストリームへの同期化及びクロックの回復。
ｆ．データビットの受信及び復号化。
ｇ．フレームマーカの受信及び復号化。
ｈ．衝突の通知。
ｉ．各タイムスライスの開始。
ｊ．タイムスライス内のデータビットの送信又は受信。

リンク層のソフトウェアＭＡＣ−Ｆ部は、それほど時間が重要ではない。ソフトウェアＭＡＣ−Ｆ部は、少なくとも以下のいくつかを含めた、より上位レベルのメッセージ指向処理を担当する。
ａ．受信したデータビットからのパケットの構築。
ｂ．パケットエラーの検査。
ｃ．いつ応答すべきか、及び（ＭＡＣ−Ｂのタイムスライスサービスを使用して）生成すべき応答タイプの決定。
ｄ．（任意で）パケット構造に基づいた、中継送信動作のスケジューリング。
ｅ．新しいパケットの送信の開始。
ｆ．パケットエラー検査シーケンスの生成。
ｇ．一時に１ビットの、パケットの送信。
ｈ．応答及び衝突の検査、並びにパケットを再送信すべきかどうか、及びいつ再送信を行うべきかの決定。

多くの異なるマイクロプロセッサが利用可能である。特別なハードウェア機能が利用可能なものもあり、そのハードウェア機能により、時間間隔の生成やパルスの生成など、時間が重要な機能でのプロセッサ負荷の一部が除去される。これらのハードウェア機能は必須ではないが、それを使用すると、ソフトウェアの設計及びコーディングが非常に簡単になる。

本発明での使用に適したマイクロプロセッサの中には、テキサスインスツルメンツＭＳＰ４３０ファミリ、アトメルＡｔｍｅｇａファミリ、及び日立Ｈ８／３６４４ファミリが含まれる。

本発明の一態様の有用な特徴は、送受信機／送信機によって送信されるデータを含む可変長タイムスライスの終了の、正確な検出に関するものである。

通信媒体は、直流オフセットの累積を回避するために、何らかの形式の平衡伝送を必要とするのが望ましい。この平衡では、中〜長時間にわたって考慮したときに、媒体上の「オン」及び「オフ」の状態の数が等しくなる必要がある。

データビットを媒体上の状態に変換するのに使用できる符号化方式がいくつかある。これらは、媒体上で消費する帯域幅、及び受信機における送信されたデータの回復の容易さの点で異なる。

好ましい符号化方式は、先に述べたように、符号化の違反を選択的に使用する、マンチェスタ符号化である。

マンチェスタ符号は常に、各データビットの間で状態遷移（「オフ」から「オン」、又は「オン」から「オフ」）があり、それにより、受信機でのデータ回復及び送信機クロックへの同期化の処理が非常に簡単になる。

マンチェスタ符号では、状態の対（「オフ」、「オフ」及び「オン」、「オン」）は許容されない。

違反の状態対を使用して重要点に関する情報を運搬するように、マンチェスタ符号を活用することができる。

この違反の状態シーケンスを厳格に選ぶことは、それを一貫して使用する限り、それほど重要ではない。好ましくは、マンチェスタ符号化の直流平衡が保持されるべきである。

送信の可変部分の終了を表すための、ある適切な符号化は、単純な違反シーケンス（「オン」、「オン」、「オフ」、「オフ」）を使用するものである。これにより、直流平衡が保持され、マンチェスタ復号器によって容易に認識することができる。

追加の情報を運ぶ必要がある場合、このシーケンスを「導入」として使用することができる。したがって、例えば、他の可能なシーケンスは次のようなものであってよい。
（「オン」、「オン」、「オフ」、「オフ」、「オン」、「オフ」）＝第１の重要点
（「オン」、「オン」、「オフ」、「オフ」、「オフ」、「オン」）＝第２の重要点

方法及び利点を併せて考慮すると、好ましいプロトコル実装は、ビット指向で、同期式であり、違反符号化を活用して、可変部分における重要点を示す。

これは、可変部分の終了を見つける際の時間ベースの精度が高くなる利点を有し、実装が比較的容易であり、ＵＡＲＴの特性への依拠を不要にし、エスケープシーケンス又はビットスタッフィングを必要としない。さらに、可変部分の終了を見つける際の時間ベースの精度が高いと、それに続く固定のタイムスライスの開始を判定する際の精度も高まる。

固定のタイムスライスは、単に送信された状態又はビットをカウントすることによって、容易に送信される。受信されたタイムスライスは、マンチェスタ復号器（違反状態をサポートする必要はない）、及び受信されたタイムスライスの継続時間中に何も送信されない場合ではタイマーを必要とする。

以上、好ましい実施形態に即して説明してきたが、多くの変形形態及び改変形態を本発明の範囲に含めることができることが理解されよう。

本発明によるデータフレーム構造を示す図である。 第１の装置が図１のデータパケットを送信する、ネットワーク内の３つの装置の説明例を示す図である。 第２の装置が図１のデータパケットを送信し、衝突を引き起こす説明例を示す図である。 図２Ａ及び２Ｂで送信されるデータパケットのタイミング図である。 これらネットワーク１〜３の間に分散されているネットワーク装置Ａ〜Ｈを示す図である。 本発明の好ましい実施形態による１つのネットワークアーキテクチャを示す図である。 本発明の環境で使用されるネットワークプロトコルモデルを示す図である。 本発明の好ましい実施形態によるフレーム構造を示す図である。 本発明による、ネットワーク内に配置された１つの中継器及び２つの送受信機を示す図である。 図７の構成で使用されるフレーム構造を示す図である。 本発明で使用される送受信機装置の好ましい構造を示す図である。 図９の送受信機装置のいくつかの機能が実行される、ＩＳＯの７階層モデルの諸部分を示す図である。

Claims (60)

1. 無線周波通信ネットワークで使用するデータフレームであって、装置が既に他の送信機からのデータを受信しているときに、データフレームを受信する前記装置によって衝突信号として知覚されるように符号化されるデータを含むデータフレーム。
2. 符号化データがデータフレームの先頭にある、請求項１記載のデータフレーム。
3. 無線周波ネットワークにおいて、２つの送信機間で衝突信号を検出する方法であって
   第１の装置から、請求項１記載の第１のデータフレームを送信すること、
   第２の装置から、請求項１記載のデータフレームに準じた第２のデータフレームを送信すること、及び
   前記第１のデータフレームを受信中に前記第２のデータフレームから符号化データシーケンスを検出し、当該検出されたデータシーケンスを衝突表示として認識することを含む検出方法。
4. データシーケンスを検出すると、第１の装置に衝突応答信号を送信して、その送信が妨害されたことを通知する、請求項３記載の検出方法。
5. すべてのデータフレーム受信後に、衝突応答信号を送信する、請求項４記載の検出方法。
6. データシーケンスを検出すると、１つ又は複数の他の装置によってそれ自体が衝突として知覚される衝突信号を送信する、請求項４記載の検出方法。
7. １つ又は複数の他の装置が、衝突信号を受信すると、後続の衝突信号を送信する、請求項６記載の検出方法。
8. 少なくとも３つの装置を含む無線通信システムであって、使用時に、
   第１の装置が、請求項１記載の第１のデータフレームを送信し、
   第２の装置が、請求項１記載の第２のデータフレームを送信し、並びに
   第３の装置が、前記第１及び第２のデータフレームを受信して、前記第１のデータフレームを受信中に前記第２のデータフレームから符号化データを検出し、当該検出されたデータシーケンスを衝突表示として認識する無線通信システム。
9. シーケンスを検出すると、受信した装置が、第２のデータフレームを完全に受信してから衝突応答を送信する、請求項８記載の無線通信システム。
10. データシーケンスを認識すると、受信機が、他の装置によってそれ自体が衝突として知覚される衝突信号を、前記他の装置に送信する、請求項９記載の無線通信システム。
11. 他の装置が衝突信号を受信すると、別の装置によって衝突信号として知覚される後続の衝突信号をそれぞれ送信する、請求項１０記載の無線通信システム。
12. 少なくとも２つの他の送受信機を含み、使用時に、前記他の送受信機のうちの第１の送受信機が請求項１記載の第１のデータフレームを送信し、第２の他の送受信機が請求項記載の第２のデータフレームを続いて送信する、無線通信システムで使用する送受信機であって、
    使用時に、前記第１のデータフレームを受信中に前記第２のデータフレームから符号化データを受信すると、検出されたデータシーケンスを衝突表示として認識する送受信機。
13. 最後に終了するデータフレーム内のフレーム終了マーカを検出するまで、第１及び第２ のデータフレームを引き続き受信し、そのときに衝突応答を送信する、請求項１２記載 の送受信機。
14. 第２のデータフレームから符号化データを受信すると、他の送受信機によってそれ自体が衝突して知覚される衝突信号を送信する、請求項１３記載の送受信機。
15. 無線周波ネットワーク装置で使用する通信プロトコルであって、
    データ送信用の第１のタイムスロット、
    前記第１のタイムスロットの後の、第１の応答状態を送信する第２のタイムスロット、
    前記第２のタイムスロットの後の、第２の応答状態を送信する第３のタイムスロット、及び
    前記第３のタイムスロットの後の、衝突表示を送信する第４のタイムスロット
    を含むフレームを有する通信プロトコル。
16. 応答状態の一方が肯定応答であり、他方の応答状態が否定応答である、請求項１５記載の通信プロトコル。
17. 第１の応答状態が肯定応答であり、第２の応答状態が否定応答である、請求項１６記載の通信プロトコル。
18. 第１のタイムスロットが可変長であり、第２及び第３のタイムスロットが固定長である、請求項１５記載の通信プロトコル。
19. 肯定応答の送信には、受信エラーのある状態でもそれを回復できるように充分な冗長部を有する特定の符号化値の送信が含まれる、請求項１８記載の通信プロトコル。
20. 否定応答の送信には、受信エラーのある状態でもそれを回復できるように充分な冗長部を有する特定の符号化値の送信が含まれる、請求項１８記載の通信プロトコル。
21. 送受信機／送信機及び少なくとも２つの送受信機／受信機を含む無線通信システムであって、前記送受信機／送信機が、第１のタイムスロットでデータを前記送受信機／受信機に送信し、前記送受信機／受信機のそれぞれが前記データを受信すると、前記第１のタイムスロットの後の第２のタイムスロットで第１の応答状態を、前記第２のタイムスロットの後の第３のタイムスロットで第２の応答状態を、又は第４のタイムスロットで衝突応答を返す無線通信システム。
22. 応答状態の一方が肯定応答であり、他方の応答状態が否定応答である、請求項２１記載の無線通信システム。
23. 第１の応答状態が肯定応答であり、第２の応答状態が否定応答である、請求項２２記載の無線通信システム。
24. 第１のタイムスロットが可変長であり、第２及び第３のタイムスロットが固定長である、請求項２１記載の無線通信システム。
25. 各送受信機／受信機が否定応答タイムスロットで正しく符号化された送信を検出すると、各送受信機／受信機が第１のタイムスロットで以前に受信したデータを破棄し、送受信機／送信機が前記データを前記送受信機／受信機のそれぞれに再送信する、請求項２２記載の無線通信システム。
26. 少なくとも１つの送受信機／送信機及び少なくとも１つの他の送受信機／受信機を含む無線通信システムで使用する送受信機／受信機であって、
    使用時に、前記送受信機／送信機から第１のタイムスロットでデータパケットを受信すると、前記第１のタイムスロットの後の第２のタイムスロットで第１の応答状態を、前記第２のタイムスロットの後の第３のタイムスロットで第２の応答状態を、又は前記第３のタイムスロットの後の第４のタイムスロットで衝突応答状態を送信する送受信機／受信機。
27. 少なくとも１つの他の送受信機／受信機から第２のタイムスロットで第１の応答状態をさらに受信する、又は前記少なくとも１つの他の送受信機／受信機から第３のタイムスロットで第２の応答状態を受信する、請求項２６記載の送受信機／受信機。
28. 応答状態の一方が肯定応答であり、他方の応答状態が否定応答である、請求項２７記載の送受信機／受信機。
29. 第１の応答状態が肯定応答であり、第２の応答状態が否定応答である、請求項２８記載の送受信機／受信機。
30. 少なくとも１つの他の送受信機／受信機から否定応答を受信すると、第１のタイムスロットで受信されたデータパケットを破棄する、請求項２９記載の送受信機／受信機。
31. 少なくとも１つの他の送受信機／受信機を含む通信システムで使用する送受信機／送信機であって、
    使用時に、第１のタイムスロットでデータパケットを前記少なくとも１つの送受信機／受信機に送信し、１つ若しくは複数の前記送受信機／受信機から前記第１のタイムスロ ットの後の第２のタイムスロットで第１の応答状態を、１つ若しくは複数の前記送受信 機／受信機から前記第２のタイムスロットの後の第３のタイムスロットで第２の応答状 態を、又は１つ若しくは複数の前記送受信機／受信機から前記第３のタイムスロットの 後の第４のタイムスロットで衝突応答状態を受信する送受信機／送信機。
32. 応答状態の一方が肯定応答であり、他方の応答状態が否定応答である、請求項３１記載の送受信機／送信機。
33. 否定応答を受信すると、データを少なくとも１つの送受信機受信機に再送信する、請求項３２記載の送受信機／送信機。
34. 無線周波の装置ネットワークで使用する通信プロトコルであって、
    データ送信用の第１のタイムスロット、
    中継フラグ表示用の、前記第１のタイムスロットの後の第２のタイムスロット、
    前記第１のタイムスロットで送信された前記データの再送信用の、前記第２のタイムスロットの後の第３のタイムスロット、及び、
    ２つ以上の送信の間の衝突応答用の、前記第３のタイムスロットの後の第４のタイムスロット
    を含むフレームを有する通信プロトコル。
35. 第４のタイムスロットを３つのサブタイムスロットに分割する、請求項３４記載の通信プロトコル。
36. １つのサブタイムスロットが肯定応答の表示用、もう１つのサブタイムスロットが否定
    応答の表示用、及び残りのサブタイムスロットが２つ、もしくはそれ以上の送信機間の衝突検出用である、請求項３５記載の通信プロトコル。
37. 第１のサブタイムスロットが肯定応答であり、第２のサブタイムスロットが否定応答であり、及び第３のサブタイムスロットが衝突表示部である、請求項３６記載の通信プロトコル。
38. 第１及び第３のタイムスロットが可変長であり、第１及び第２のサブタイムスロットが固定長である、請求項３４記載の通信プロトコル。
39. 肯定応答が、受信エラーのある状態でもそれを回復できるように分な冗長部を有する特定の符号化値の送信を含む、請求項３７記載の通信プロトコル。
40. 否定応答が、受信エラーのある状態でもそれを回復できるように充分な冗長部を有する特定の符号化値の送信を含む、請求項３７記載の通信プロトコル。
41. 衝突指示部が、受信エラーのある状態でもそれを回復できるように充分な冗長部を有する特定の符号化値の送信を含む、請求項３７記載の通信プロトコル。
42. 第１の送受信機、第２の送受信機、及び中継器を含み、
    前記第１及び第２の送受信機が、それぞれの最大送信範囲の少なくとも１つの範囲よりも長い距離が互いに隔てられ、前記中継器が、前記第１及び第２の送受信機の中間に配置される無線通信システムであって、
    第１のタイムスロットで、前記第１又は第２の送受信機の一方からデータを受信すると、前記中継器が、第２のタイムスロットで、中継フラグを送信し、次いで第３のタイムスロットで、前記第１のタイムスロットで受信したデータを送信する、無線通信システム。
43. 第１及び第２の送受信機が、第４のタイムスロットで、第３のタイムスロットで送信されたデータの受信が成功であったか若しくは失敗であったかを示す応答又は衝突指示を送信する、請求項４２記載の無線通信システム。
44. 第１及び第２の送受信機が、第４のタイムスロットの３つのサブタイムスロットのうちの第１のサブタイムスロットで肯定応答を送信する、又は前記第４のタイムスロットの３つのサブタイムスロットのうちの第２のサブタイムスロットで否定応答を送信する、又は前記第４のタイムスロットの３つのサブタイムスロットのうちの第３のサブタイムスロットで衝突表示を送信する、請求項４３記載の無線通信システム。
45. 第５のタイムスロットで、中継器が、中継された送信に対するすべての状態を全送受信機に送信する、請求項４４記載の無線通信システム。
46. 少なくとも２つの送受信機を含む無線通信システムで使用する中継器であって、
    前記少なくとも２つの送受信機が、それぞれの送信範囲の少なくとも１つの範囲よりも長い距離が互いに隔てられ、使用時に、前記中継器が、前記少なくとも２つの送受信機の中間に配置され、
    第１のタイムスロットでデータを受信すると、前記中継器が、第２のタイムスロットで中継フラグを送信し、第３のタイムスロットで前記第１のタイムスロットで受信した前記データを送信し、次いで、２つ以上の送信の間で衝突が発生した場合、第４のタイムスロットで衝突応答を送信する中継器。
47. 少なくとも１つの他の送受信機、及び中継器を含む無線通信システムで使用する送受信機であって、
    前記送受信機及び前記少なくとも１つの他の送受信機が、それぞれの送信範囲の少なくとも１つの範囲よりも長い距離が互いに隔てられ、使用時に、前記中継器が、前記送受信機及び前記少なくとも１つの他の送受信機の中間に配置され、
    前記中継器から第２のタイムスロットで中継フラグを受信すると、前記少なくとも１つの他の送受信機から前記第２のタイムスロットの前の第１のタイムスロットで最初に送信されたデータを前記中継器から第３のタイムスロットで受信するまで、さらなるアクションを中断する送受信機。
48. 第３のタイムスロットで送信されたデータの受信が成功であったか若しくは失敗であったか、又は２つ、もしくはそれ以上の送信の間で生じた衝突の発生を示す応答を送信する、請求項４７記載の送受信機。
49. 第４のタイムスロットの３つのサブタイムスロットのうちの第１のサブタイムスロットで肯定応答を送信する、又は第４のタイムスロットの３つのサブタイムスロットのうちの第２のサブタイムスロットで否定応答を送信する、又は第４のタイムスロットの３つのサブタイムスロットのうちの第３のサブタイムスロットで衝突応答を送信する、請求項４８記載の送受信機。
50. 第５のタイムスロットで、中継された送信に対するすべての状態を、中継器が全送受信機に送信する、請求項４９記載の送受信機。
51. 少なくとも第１の送受信機、第２の送受信機、及び中継器を含み、
    前記第１の送受信機及び前記第２の送受信機が、前記送受信機のうちの少なくとも１つの最大送信範囲よりも長い距離が隔てられ、前記第１の送受信機からのデータ送信を受信すると、前記中継器が前記第１の送受信機からの前記データ送信を再送信するように、前記中継器が、前記第１及び第２の送受信機の中間に配置される無線通信システムであって、
    前記中継器が前記第１の送受信機からのデータ送信を再送信する前に、前記第２の送受信機から前記データ送信を受信したとき、前記中継器が、各送受信機に進行中の前記送信を無視するよう指令するデータシーケンスを送信する無線通信システム。
52. 時間においてオーバラップした送信を受信する装置によって衝突信号として知覚されるように、第１及び第２の送受信機のそれぞれの前記送信が、符号化されたシーケンスで始まる、請求項５１記載の無線通信システム。
53. 中継器によって送信されたデータシーケンスが、受信装置によって受信されたときに衝突として知覚されるように符号化されたシーケンスで始まる、請求項５２記載の無線通信システム。
54. 中継器からのデータシーケンスを受信すると、各受信機が即座に、受信装置によって衝突として知覚されるように符号化されたシーケンスと同じシーケンスを１回だけ送信し、その後、当該送信が終了するまではさらなる受信情報を無視する、請求項５３記載の無線通信システム。
55. 送信の終了時に、受信装置が、衝突が検出されたことを示す応答を送信する、又は何も応答を送らない、請求項５４記載の無線通信システム。
56. 送信装置が衝突を示す応答を見つけると、又は何も応答を見つけないとき、前記送信装置が、再送信を試みる前に、所定の時間だけ遅延させる、請求項５５記載の無線通信システム。
57. 各送受信機がある乱数を選択し、それぞれの送信におけるビット数に従って前記乱数をスケーリングすることによって遅延時間を計算する、請求項５６記載の無線通信システ ム。
58. 後続の送信再試行がまだ衝突するとき、その後に計算される遅延時間を延長する、請求項５７記載の無線通信システム。
59. 設定した回数の再試行の失敗後に、再送信の試行を中止する、請求項５８記載の無線通信システム。
60. 再送信の試行の中止後に、再送信を中止したことをオペレータに警告する、 請求項５９記載の無線通信システム。