JP2009027725A

JP2009027725A - 無線パーソナルエリアネットワークにおける音声通信のための無線通信方法およびその装置

Info

Publication number: JP2009027725A
Application number: JP2008205101A
Authority: JP
Inventors: Min-Seop Jeong; 民燮鄭; 昇煥 ▲呉▼; Seung-Hwan Oh
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-09-23
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2009-02-05
Also published as: US20050063372A1; CN1601925A; KR20050029515A; KR100555674B1; EP1519522A3; CN1327641C; JP2005102218A; EP1519522A2

Abstract

【課題】ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準による無線パーソナルエリアネットワーク環境
で音声通信を可能にする無線通信方法を提供すること。
【解決手段】複数のデバイスを接続して構成され、複数のデバイスのいずれか１つのデ
バイスからブロードキャストされる同期信号により同期化されるネットワーク環境におけ
る音声通信のための無線通信方法であって、複数のデバイスに含まれる第１のデバイスお
よび第２のデバイスの間に、音声通信のためのタイムスロットを割当て、割当てられたタ
イムスロットに関する情報を、同期信号に挿入して複数のデバイスにブロードキャストす
るステップと、割当てられたタイムスロットで、第１のデバイスおよび第２のデバイスの
間に音声データを送受信するステップと、音声データの送受信が完了すると、割当てられ
たタイムスロットを開放するステップとを含む無線通信方法。
【選択図】図１０

Description

本発明は、無線通信方法およびその装置に関し、さらに詳しくは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準などに基づく無線パーソナルエリアネットワーク環境における音声通信のための無線通信方法およびその装置に関する。

無線パーソナルエリアネットワーク（Wireless Personal Area Network：ＷＰＡＮ）は、既存のパーソナルエリアネットワーク（Personal Area Network：ＰＡＮ）を無線方式にて具現する概念である。

ＰＡＮは、広く知られているＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）と対比される概念であり、個人ごとにそれぞれ固有なネットワークを有することを意味する。つまり、利便性を目的として、一個人の所有しているデバイスごとに１つのネットワークを構成する。
このようなＰＡＮを、無線方式にて具現するための活動として、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）８０２．１５ワーキンググループは、短距離無線ネットワークの標準としてＷＰＡＮを決定し、さらに、その下に４つのタスクグループを設置した。このうち、ＩＥＥＥ８０２．１５．１は有名なブルートゥース（登録商標）について、ＩＥＥＥ８０２．１５．３およびＩＥＥＥ８０２．１５．３ａは高速ＷＰＡＮについて、そしてＩＥＥＥ８０２．１５．４は“ＺｉｇＢｅｅ”と呼ばれる２５０ｋｂｐｓ以下の低速ＷＰＡＮについて標準化作業を行なう。

ここで、図１は、一般的な無線パーソナルエリアネットワークの構成を示した図である。図１を参照して、１つの無線パーソナルエリアネットワークは、複数のデバイス１０ないし１８から構成される。そして、複数のデバイス１０ないし１８のいずれか１つのデバイスがコーディネータとして選ばれる。コーディネータとして選ばれたデバイス１０は、残りのデバイス１２，１４，１６，１８に同期信号であるビーコンをブロードキャストし、無線パーソナルエリアネットワークに接続させるために、デバイス１２，１４，１６，１８を同期化させる。

また、図２は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準に基づく無線パーソナルエリアネットワーク環境において、無線通信に使用されるスーパーフレームの構成を例示した図であり、さらに、図３は、図２に示したスーパーフレームにおけるビーコンの構成を例示した図である。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準に基づく無線パーソナルエリアネットワークでは、選択的にスーパーフレームモードを運用可能であり、このスーパーフレームでは、コーディネータは、予め設定された間隔でビーコンをブロードキャストする。図２に示すように、スーパーフレームの最小周期は１５．３６ｍｓであり、衝突通信期間と呼ばれるＣＡＰ（Contention Access Period）に対して最小２４０バイトの区間を保つ必要がある。さらに、２つのビーコン間の時間は、スーパーフレームの周期に関係なく、１６個の同一なタイムスロットに分けられる。タイムスロットの間では、デバイスは、いつでもデータを送受信可能であるが、次のビーコンの送信前にデータの送受信を完了しなければならない。デバイスは、タイムスロットのチャネルアクセスのために互いに競合し、コーディネータは、指定された帯域幅や低処理遅延が求められるデバイスにタイムスロットを割当てることができる。このように割当てられたタイムスロットをＧＴＳ（Guaranteed Time Slot）といい、競合なしに割当てられるＧＴＳの個数は、関連デバイスの要求に従って可変的であり、最大７個まで使用可能である。

同期信号として使用されるビーコンは、図３に示すように、フレーム制御領域、シーケンスナンバ領域、アドレシング領域、スーパーフレーム仕様領域、ＧＴＳ領域、ペンディングアドレス領域、ビーコンペイロード領域、およびフレームチェックシーケンス領域を含んで構成される。ビーコンの長さは可変的であり、ビーコンを構成する各領域の詳細は、ＩＥＥＥ８０２.１５.４標準に規定されたものと同様である。このビーコンの伝送のために３５バイト以上の区間が必要とされる。

ところが、既存のＩＥＥＥ８０２.１５.４標準に基づく無線通信方法では、音声通信を考慮されていないため、スーパーフレームの構成が音声通信に適した構成となっていない。即ち、円滑な音声通信のためには６４ｋｂｐｓ程度の伝送速度で音声データが伝送されなければならない。これは１.２５ｍｓごとに１０バイト程度の音声データが伝送されることを意味する。従って、スーパーフレームの最小周期である１５.３６ｍｓの間に１２３バイト程度の音声データをそれぞれ送信および受信できるチャネルの設定が必要となる。
しかしながら、前記の説明の通りに、スーパーフレームの周期内のビーコン伝送間隔および保障されたＣＡＰ間隔を考慮すると、円滑な音声通信のための音声データの送受信ができない。さらに、既存のＩＥＥＥ８０２.１５.４標準に基づく無線通信方法では、音声通信の開始要請や終了のためのコマンドも別途設定されていない。従って、既存のＩＥＥＥ８０２.１５.４標準に基づく無線通信方法を使用した場合、音声通信をすることができなかった。

本発明は前記した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準に基づく無線パーソナルエリアネットワーク環境における音声通信を可能とする無線通信方法およびその装置を提供することにある。

前記した目的を達成するためになされた、本発明に係る無線通信方法は、複数のデバイスを接続して構成され、前記複数のデバイスのいずれか１つのデバイスからブロードキャストされる同期信号により同期化されるネットワーク環境における音声通信のための無線通信方法であって、前記複数のデバイスに含まれる第１のデバイスおよび第２のデバイスの間に、音声通信のためのタイムスロットを割当て、割当てられた前記タイムスロットに関する情報を、前記同期信号に挿入して前記複数のデバイスにブロードキャストするステップと、割当てられた前記タイムスロットで、前記第１のデバイスおよび前記第２のデバイスの間に音声データを送受信するステップと、前記音声データの送受信が完了すると、割当てられた前記タイムスロットを開放するステップとを含み、前記同期信号は、スーパーフレームモードの運用のためのスーパーフレームビーコンであり、前記スーパーフレームの周期は、１５．３ｍｓであり、前記音声データの送信のためのタイムスロットおよび前記音声データの受信のためのタイムスロットは、前記スーパーフレームの周期内でそれぞれ２つ割当てられることを特徴とする。この際、前記ネットワークは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準に基づく低速ＷＰＡＮであることが好ましい。

また、前記ブロードキャストするステップは、前記第１のデバイスまたは前記第２のデバイスのいずれかにより行なわれることが可能である。

また、割当てられた前記タイムスロットは、前記音声データの送信のためのタイムスロット、および前記音声データの受信のためのタイムスロットを含む。

さらに、前記音声通信のためのタイムスロットの割当ては、前記第１のデバイスまたは前記第２のデバイスのいずれかの音声通信の開始要請によりなされ、前記音声通信の開始要請前に、前記第１のデバイスおよび前記第２のデバイスの間のペアリング手続きを行って認証の確認が必要とされるのが好ましい。

前記した目的を達成するためになされた、本発明に係る無線通信装置は、複数のデバイスを接続して構成され、前記複数のデバイスのいずれか１つのデバイスからブロードキャストされる同期信号により同期化されるネットワーク環境における音声通信のための無線通信装置であって、前記複数のデバイスに含まれる第１のデバイスおよび第２のデバイスの間に音声通信のためのタイムスロットを割当てる手段と、割当てられた前記タイムスロットに関する情報を前記同期信号に挿入する手段と、前記同期信号を前記複数のデバイスにブロードキャストする手段と、割当てられた前記タイムスロットで前記第１のデバイスおよび前記第２のデバイスの間に音声データを送受信する手段と、前記音声データの送受信が完了すると、前記割当てられたタイムスロットを開放する手段とを含み、前記同期信号は、スーパーフレームモードの運用のためのスーパーフレームビーコンであり、前記スーパーフレームの周期は１５．３ｍｓであり、前記音声データの送信のためのタイムスロットおよび前記音声データの受信のためのタイムスロットは、前記スーパーフレームの周期内でそれぞれ２つ割当てられることを特徴とする。

本発明に係る無線通信方法およびその装置によると、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準に基づく無線パーソナルエリアネットワーク環境において音声通信が可能となる。さらに、本発明に係る無線通信方法およびその装置は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準に基づく無線通信が可能であり、かつ、必要に応じて音声通信のために割当てたチャネルを開放できるため、無線ＬＡＮやブルートゥースなどに比べて、低価格および低消費電力で動作可能である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳しく説明する。
なお、本実施形態に係る無線通信方法は、基本的にＩＥＥＥ８０２．１５．４標準に基づく無線パーソナルエリアネットワーク環境において適用されるが、必ずしもそれに限定されるものではなく、本発明の条件を満足する他のネットワーク環境にも適用可能である。

図４は、本実施形態に係る無線通信方法で用いられるスーパーフレームの構成を例示した図である。図４を参照すると、スーパーフレームは、ビーコンおよび音声データの送信のためのＧＴＳスロット（Ｔｘ）と、音声データの受信のためのＧＴＳスロット（Ｒｘ）とが２つずつ割当てられている。スーパーフレームの周期は、１５．３６ｍｓであって、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準を満足するために、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準のスーパーフレームの最小周期と同一の周期を使用する。さらに、自然な音声通信のためには、６４ｋｂｐｓ程度の伝送速度、つまり１．２５ｍｓ時間当たり１０バイト程度の音声データを送受信する必要があるが、このような条件を充足し、音声データの遅延を最小化するために、各ＧＴＳスロットを介して６２バイトおよび６１バイトの音声データが送受信されるようにして、全体として１２３バイトの音声データが送受信されるようにタイムスロットを割当てる。

図５は、図４に示したスーパーフレームにおける、ビーコンの構成を例示した図である。図５を参照すると、ビーコンは、フレーム制御領域、シーケンスナンバ領域、アドレシング領域、スーパーフレーム仕様領域、ＧＴＳ仕様領域、ＧＴＳ命令領域、ＧＴＳリスト領域、およびフレームチェックシーケンス領域を含み、ビーコンの合計の長さは２５バイトとなる。本実施形態に係る無線通信方法で使用されるビーコンは、図３に示したＩＥＥＥ８０２．１５．４標準に係るビーコンの構成と基本的に同一である。但し、音声データの送受信のために、１つのデバイスについて４つのＧＴＳを割り当てできるように、ＧＴＳ領域の構成において差異がある。
これについて詳しく説明すると、まず、ＧＴＳ領域は、ＧＴＳ仕様領域、ＧＴＳ命令領域、およびＧＴＳリスト領域に区分される。ここで、ＧＴＳ仕様領域で、ビット０−２はＧＴＳ記述子総数、ビット３−６は予備、ビット７はＧＴＳ許可である。また、ＧＴＳ命令領域で、ビット０−６はＧＴＳ命令マスク、ビット７は予備である。ＧＴＳ仕様領域およびＧＴＳ命令領域の定義は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準の規定に従う。

ＧＴＳリスト領域は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準の場合、最大７個のＧＴＳが使用可能である。しかし、本実施形態に係る無線通信方法の場合、スーパーフレームの周期内で合計４つのＧＴＳが割当てられるので、各ＧＴＳ当たり３バイトずつ、合わせて１２バイトが使用される。ＧＴＳごと割当てられる３バイトにおいて、ビット０−１５はデバイスショートアドレス（device short address）、ビット１６−１９はＧＴＳ開始スロット、ビット２０−２３はＧＴＳの長さを示す。このようなスーパーフレームビーコンを使用して、音声通信のために４つのＧＴＳを割当てることができる。

図６は、本実施形態に係る無線通信方法において、音声データの送受信に使用されるデータフォーマットを例示する図である。図６を参照すると、データフォーマットは、フレーム制御領域、シーケンスナンバ領域、アドレシング領域、データ領域、およびフレームチェックシーケンス領域を含んで構成される。このデータ領域には音声データが載せられて送受信され、その他の領域はＩＥＥＥ８０２．１５．４標準の規定に従う。

図７は、本実施形態に係る無線通信方法で使用されるボイスコマンドの構成を例示した図である。このボイスコマンドは、本実施形態の無線通信方法において、音声通信の開始と終了とを通知するために使用される。図７を参照すると、ボイスコマンドは、ＭＡＣヘッダ領域を構成するフレーム制御領域、シーケンスナンバ領域およびアドレシング領域と、コマンドフレーム識別子領域と、フレームチェックシーケンス領域とを含む。コマンドフレーム識別子領域を除いた残りの領域は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準の規定に従う。また、コマンドフレーム識別子領域は、音声通信の開始を要請する場合には‘０ｘ１０’の値を有し、音声通信の終了を通知する場合には‘０ｘ１１’の値を有する。

図８は、本実施形態に係る無線通信方法において、電力消費を抑制する低電力通信の方法を説明する図である。図８に示すように、送信する音声データが存在しない場合のように、音声通信の中で一定レベル以上の音声データが存しない場合には、当該音声データの送信のために割当てられたタイムスロットを一時的に削除できる。これにより、この期間で電力消費を抑制することができるため、低電力運用が可能となる。

図９は、本実施形態に係る無線通信方法が適用された無線通信装置５０の機能ブロック図の例である。図９を参照すると、無線通信装置５０は、音声管理部５１、コマンド管理部５３、ＧＴＳ管理部５５、ビーコン管理部５７、および送受信部５９から構成される。コマンド管理部５３は、コマンド生成に関する機能を有し、ＧＴＳ管理部５５は、ＧＴＳ管理に関する機能を有する。ビーコン管理部５７は、伝送するビーコンの生成に関する機能を有し、送受信部５９は、物理層（ＰＨＹ：physical layer）６０を介して信号の送受信を担当する。これらの各ブロックの機能は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準に規定されたものと同様である。

音声管理部５１は、音声データの送受信のために割当てられた４つのタイムスロットを設定および開放する機能を有する。さらに、ボイスコマンドを生成および解釈する機能、そして、音声通信中に伝送すべき音声データが存しない場合に、Ｎｕｌｌデータを伝送することなくビーコンを調整して割当てられたタイムスロットを一時削除する機能を有している。

図１０は、本実施形態に係る無線通信方法を用いて、モバイルフォン１００とヘッドセット２００との間に音声通信を行う過程を説明するシーケンス図である。なお、ここでは、モバイルフォン１００をマスターとし、ヘッドセット２００をスレーブとして、モバイルフォン１００とヘッドセット２００とはＩＥＥＥ８０２．１５．４標準に基づく無線通信を行こととする。

図１０を参照すると、まず、ヘッドセット２００がマスターであるモバイルフォン１００にペアリングを要請する（ステップＳ２００）。ペアリングの目的は、モバイルフォン１００とヘッドセット２００との間の認証である。モバイルフォン１００は、ペアリングを要請したヘッドセット２００を確認し、通信が許容できる高い信頼性を有する機器であるかをチェックし、条件に適している場合にはペアリングを許可する（ステップＳ２０２）。このペアリング手続きが完了すると、モバイルフォン１００とヘッドセット２００との間の相互通信が可能となる。

ヘッドセット２００は、モバイルフォン１００に通信開始を通知し（ステップＳ２０４）、これによりモバイルフォン１００は、通信開始後の通話のためのタイムスロットを設定する（ステップＳ２０６）。タイムスロットの設定は、図４に示したようなスーパーフレームを使用する。もしも、モバイルフォン１００が先に音声通信を行おうとする場合には、図６に示したようなボイスコマンドを用いて音声通信のためのタイムスロットの設定を要請することもできる。
通話のためのタイムスロットが設定されると、ヘッドセット２００では、通話ボタンなどを押すことでモバイルフォン１００に通話開始を要請する（ステップＳ２０８）。その後、設定されたタイムスロットを介して音声データが送受信されて音声通信が行われる（ステップＳ２１０）。所望の通話が終了すると、ヘッドセット２００は、モバイルフォン１００にボイスコマンドを伝送し、音声通信の終了を要請する（ステップＳ２１２）。これによりモバイルフォン１００は、音声通信のために設定されたタイムスロットを開放し（ステップＳ２１４）、スタンバイモードに移行する。同様に、ヘッドセット２００もスタンバイモードに移行する。以上のような過程により、モバイルフォン１００とヘッドセット２００との間で、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準に基づく無線通信が可能であると同時に必要な場合、音声通信も可能となる。

以上、図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明してきたが、本発明の保護範囲は、前記の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

本発明は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準に基づく無線パーソナルエリアネットワーク環境において、音声通信のための無線通信方法に使用できる。

無線パーソナルエリアネットワークの構成を例示した図である。ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準におけるスーパーフレームの構成を例示した図である。図２に示したスーパーフレームにおけるビーコンの構成を例示した図である。スーパーフレームの構成を例示した図である。図４に示したスーパーフレームにおけるビーコンの構成を例示した図である。音声データの伝送のためのデータフォーマットを例示した図である。音声コマンドの構成を例示した図である。低電力通信の方法を説明するための図である。無線通信装置の機能ブロック図である。モバイルフォンとヘッドセットとの間で音声通信が行われる過程を説明するシーケンス図である。

符号の説明

５１音声管理部
５３コマンド管理部
５５ＧＴＳ管理部
５７ビーコン管理部
５９送受信部
１００モバイルフォン
２００ヘッドセット

Claims

複数のデバイスを接続して構成され、前記複数のデバイスのいずれか１つのデバイスからブロードキャストされる同期信号により同期化されるネットワーク環境における音声通信のための無線通信方法であって、
前記複数のデバイスに含まれる第１のデバイスおよび第２のデバイスの間に、音声通信のためのタイムスロットを割当て、割当てられた前記タイムスロットに関する情報を、前記同期信号に挿入して前記複数のデバイスにブロードキャストするステップと、
割当てられた前記タイムスロットで、前記第１のデバイスおよび前記第２のデバイスの間に音声データを送受信するステップと、
前記音声データの送受信が完了すると、割当てられた前記タイムスロットを開放するステップとを含み、
前記同期信号は、スーパーフレームモードの運用のためのスーパーフレームビーコンであり、
前記スーパーフレームの周期は、１５．３ｍｓであり、前記音声データの送信のためのタイムスロットおよび前記音声データの受信のためのタイムスロットは、前記スーパーフレームの周期内でそれぞれ２つ割当てられること、
を特徴とする無線通信方法。
前記ネットワークは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準に基づく低速ＷＰＡＮ（Wireless Personal Area Network）であること、
を特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
前記ブロードキャストするステップは、前記第１のデバイスまたは前記第２のデバイスのいずれかにより行なわれること、
を特徴とする請求項２に記載の無線通信方法。
割当てられた前記タイムスロットは、前記音声データの送信のためのタイムスロット、および前記音声データの受信のためのタイムスロットを含むこと、
を特徴とする請求項２に記載の無線通信方法。
前記音声通信のためのタイムスロットの割当ては、前記第１のデバイスまたは前記第２のデバイスのいずれかの音声通信の開始要請によりなされること、
を特徴とする請求項２に記載の無線通信方法。
前記音声通信の開始要請前に、前記第１のデバイスおよび第２のデバイスの間のペアリング手続きを行うこと、
を特徴とする請求項５に記載の無線通信方法。
割当てられた前記タイムスロットの開放は、前記第１のデバイスまたは前記第２のデバイスのいずれかの音声通信の終了要請によりなされること、
を特徴とする請求項２に記載の無線通信方法。
複数のデバイスを接続して構成され、前記複数のデバイスのいずれか１つのデバイスからブロードキャストされる同期信号により同期化されるネットワーク環境における音声通信のための無線通信装置であって、
前記複数のデバイスに含まれる第１のデバイスおよび第２のデバイスの間に音声通信のためのタイムスロットを割当てる手段と、
割当てられた前記タイムスロットに関する情報を前記同期信号に挿入する手段と、
前記同期信号を前記複数のデバイスにブロードキャストする手段と、
割当てられた前記タイムスロットで前記第１のデバイスおよび前記第２のデバイスの間に音声データを送受信する手段と、
前記音声データの送受信が完了すると、割当てられた前記タイムスロットを開放する手段とを含んで構成され、
前記同期信号は、スーパーフレームモードの運用のためのスーパーフレームビーコンであり、
前記スーパーフレームの周期は１５．３ｍｓであり、前記音声データの送信のためのタイムスロットおよび前記音声データの受信のためのタイムスロットは、前記スーパーフレームの周期内でそれぞれ２つ割当てられること、
を特徴とする無線通信装置。
前記ネットワークは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４標準に基づく低速ＷＰＡＮであること、
を特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
割当てられた前記タイムスロットは、前記音声データの送信のためのタイムスロット、および前記音声データの受信のためのタイムスロットを含むこと、
を特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
前記音声通信のためのタイムスロットの割当ては、前記第１のデバイスまたは前記第２のデバイスのいずれかの音声通信の開始要請によりなされること、
を特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
前記音声通信の開始要請前に前記第１のデバイスおよび前記第２のデバイスの間にペアリング手続きを行うことを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
前記割当てられたタイムスロットの開放は、前記第１のデバイスまたは前記第２のデバイスのいずれかの音声通信の終了要請によりなされること、
を特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。