JP2011142669A - 非集中型ネットワーク帯域幅制御のための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力線通信ネットワーク等のネットワークを介して、分散型のビデオ及び/又はオーディオ通信を実現するシステム及び方法を提供する。一例として、ネットワークは、周期的なサイクルに分割され、各サイクルは、複数のタイムスロットを含む。サイクルのタイミングは、送信を望み、ネットワーク上に有効なサイクルを検出できない場合、タイムスロットの位置を仮定するサイクルマスタによって決定される。各サイクルの一部は、非同期データの送信のために確保され、残りは、アイソクロナスストリームに使用される。新たなストリームを送信する前に、送信機は、送信するストリームの優先度に基づいて勝者が選択されるアービトレーションによって1つ以上のスロットを獲得する。送信機は、ストリームの品質、完全性又は安全性を向上させるために、付加的なスロットを獲得することができる。発明のメカニズムは、旧型のCDMA機器と互換性を有する。
【選択図】図1
Description
本出願は、引用によって本願に援用される、2003年6月18日に出願された米国仮特許出願番号第60/479,406号に対する優先権を主張する。
本特許書類の開示の一部は、米国及び他国の著作権法に基づき、著作権の保護対象となる。著作権者は、何人も、特許商標庁の特許出願又は記録に示された形で特許書類又は特許開示を複製することについては異議はないが、その他の点については全著作権を留保する。著作権所有者は、CFR37§1.14に定義される権利を含む、本特許書類を秘密に維持する如何なる権利も放棄しない。
本明細書に開示する帯域の割当及び確保の手法は、多くの異なる種類のネットワークに適用できるが、特に電力線通信(power-line communication:以下、PLCという。)ネットワークに好適に適合する。以下では、電力線通信ネットワークに本発明を適用した具体例を説明する。但し、以下の開示の全て又は一部は、例えば、無線ネットワーク及び他のネットワーク等、他のネットワーク形式にも適用可能である。
第1のサーバ16の内部の構成例を図2に示す。チューナフロンエンド30は、ケーブル26からRF信号を受け取り、復調し、コーデック32は、メモリ34と協働して、チューナフロンエンド30からの復調信号を復号する。復号されたビデオ信号は、例えば、D/A変換器36によってアナログ信号に変換され、ディスプレイ38に表示される。復号されたオーディオ信号は、D/A変換器40によってアナログ信号に変換され、増幅器42によって増幅され、オーディオ変換器(すなわち、スピーカアセンブリ)44に供給される。ビデオストリームを記録する場合、コーデック32は、例えば、ハードディスクドライブ(hard disk drive:以下、HDDという。)46等のデータ記録サブシステムにストリームを供給し、HDD46は、好ましくは、バス50に接続されたインタフェース48を介してアクセスされる。記録されたストリームを再生する場合は、コーデック32は、HDD46からストリームを受け取り、復号する。
第1のクライアント20等のクライアントの例示的な構成を図4に示す。ローカルバス100は、メモリ104と協働するCPU102の制御の下で、クライアント20の回路を相互接続する。電力線通信(PLC)ネットワークインタフェース(IF)106は、電力コネクタ108を介して、他の機器、例えば第1のサーバ16(図1)又は第2のサーバ18からストリームを受け取り、このストリームは、例えば、ローカルバス100を介して、デコーダ110に供給される。
IEEE1394ネットワークを実現するためには、タイムスロットマネージャが必要であるが、本発明に基づくネットワーク通信では、「旧型」の機器とみなされる機器を除いて、ネットワーク上の各機器が、好ましくは、同様の能力を有するため、このようなタイムスロットマネージャを用いる必要がない。
図5は、第1のサーバ16がクライアント20へのアイソクロナスストリームの送信を開始する際のPLCネットワーク伝送150を示している。まず第1のサーバ16は、通信のために、PLCネットワーク伝送150を監視する。そして、如何なる通信も検出されない場合、第1のサーバ16は、サイクル開始マスタになり、周期的(周期=Tc)にサイクル開始信号152の送信を開始する。
図6は、機器が、PLCネットワーク伝送150内でタイムスロットを獲得しようとする際のアービトレーション(調停)を示している。第1のサーバ16は、ストリームを送信するために、固定長タイムスロットを獲得する。送信機は、帯域幅及びデータの優先度に応じて、1つ以上の連続したタイムスロットを獲得することができる。タイムスロットを獲得するために、第1のサーバ16は、タイムスロットアービトレーション処理に参加する。アービトレーションは、好ましくは、各サイクルに対して一定の時間で行われ、例えば、サイクル開始信号152の開始から期間T1経過後、期間T2持続する時間で行われる。このアービトレーション期間の間にサーバ16は、スロット要求信号を送る。第1のサーバ16がアービトレーションに勝つと、サイクル開始信号152に続いて、伝送を開始する。一方、第1のサーバ16がアービトレーションに負けた場合、第1のサーバ16は、勝者が送信を開始することを許可し、次に、他のタイムスロットの獲得を再試行する。
図8及び図9を用いて、PLCネットワークを介した他の伝送の開始を説明する。この場合、第2のサーバ18は、第2のクライアント22への他のアイソクロナス伝送を開始する。第2のサーバ18は、図8に示すように、サイクル開始信号152を検出し、これに同期する。第2のサーバ18は、PLCネットワークを監視し、タイムスロット154が既に使用中であることを検出すると、タイムスロット154に続くタイムスロットを獲得することを試みる。新たなアービトレーション期間は、サイクル開始信号152の最初から期間T3経過後に開始され、期間T3の長さは、他方のアービトレーション期間T2と同じであることが好ましい。期間T3は、タイムスロット154の長さと時間的なギャップとの和から容易に求めることができる。電力線上の伝送遅延を補償するために、サイクル開始信号及び第1のスロットの間、又はタイムスロットの間に僅かな時間的なギャップを設けることが好ましい。
図10は、幾つかのタイムスロットの終わりに対応するタイムスロット使用可能性の具体例を示している。なお、機器は、そのタイムスロットのためのアービトレーション処理に勝てば、如何なる使用可能なタイムスロットでも獲得するとこができる。
PLCネットワークに多数の未使用のタイムスロットがある場合、前章に説明した同期伝送として、非同期伝送を実行できる。1つの違いは、非同期伝送では、全ての使用可能な非同期タイムスロットが使用中の場合、最大n個の連続したサイクルについて、同じタイムスロットを使用できるという点である。付加的なタイムスロットが使用可能である場合、n個の連続したスロットを超えるスロットを用いて、非同期伝送を続けることができる。
この章では、本発明内において、アービトレーションがどのように実行されるかを説明する。一例として、全ての伝送のそれぞれに、以下に示す3つの優先度レベルの1つを割り当てるとする。
優先度1(最高):例:VolP(アイソクロナス)
優先度2(中間):例:オーディオ/ビデオ送信(アイソクロナス)
優先度3(最低):例:データ転送、ウェブアクセス等(非同期)
なお、ボイスオーバIP(voice-over-IP:以下、VoIPという。)は、遅延時間に非常に敏感なアプリケーションであり、この具体例では、VoIPに最高の優先度を与えている。また、オーディオ/ビデオストリームには、第2の優先度を与えている。データ転送(ファイルコピー、ウェブアクセス等)には、最低の優先度を与えている。タイムスロットのアービトレーションでは、高いレベルを有する伝送が、より低い優先度の伝送に勝つ(優先される)。
優先度1:3サイクル
優先度2:5サイクル
優先度3:7サイクル
送信機が、3つの連続したサイクルの間に最高の優先度の要求を送り、より高い如何なる要求も検出されない場合、送信機は、データの伝送のためにタイムスロットの使用を開始することができる。同様に、7つの連続したサイクルの間に送信機が優先度が低い要求を送り、より優先度が高い要求が全く検出されない場合、送信機は、送信を開始することができる。
なお、PLCネットワーク条件によっては、ネットワークにおける深刻な信号減衰により、1又は複数の機器が、既に使用されているタイムスロットを検出できなくなる虞がある。例えば、送信機は、タイムスロットが未使用であるかのように「見える」ことを検出したが、リモートの受信機は、同じタイムスロットが実際には使用中であることを検出することがある。このような問題を回避するために、好ましくは、送信機が、使用可能なタイムスロットを獲得した後に、送信機が、受信機に対して、受信機の観点から、タイムスロットが使用可能であるように見えるか否かを質問する相互確認を行う。タイムスロットが、両方の側から使用可能に見える場合、送信機は、送信を開始する。受信機側からは、タイムスロットが使用可能に見えない場合、送信機は、そのタイムスロットを諦め、タイムスロットの衝突を回避するために、他の使用可能なタイムスロットを監視する。
第1のサーバ16がPLCネットワークのサイクル開始信号152を生成する機器であり、他の機器が、このサイクル開始信号152に動作を同期させる場合について検討する。第1のサーバ16が切断されると、サイクル開始信号は、中止される。
よりロバストな伝送又は高品質の伝送(例えば、ピクチャ伝送)を実現するために、十分な帯域幅が使用可能であれば、オーディオ/ビデオストリームは、必要とされる最少量より多くのタイムスロットを使用してもよい。なお、タイムスロットを未使用のままにすることには、生来的に何の利点もない。例えば、1つ以上のストリームを未使用のタイムスロットにコピーする単純な重複送信を行うだけで、データの信頼性が高まる。同様に周知の何らかの手法に基づいて、更なるタイムスロットを利用することにより、送信される1つ以上のストリームの品質、完全性又は安全性を向上させることができる。他の具体例として、可変レート方式のストリームの場合、より高い伝送レートで送信を行うことにより、より高画質の画像を提供できる。このような多くの技術は、当分野で周知であるので、これらの手法に関する詳細は説明しない。このように、本発明のあるモードでは、ストリームは、非同期データのために確保されているタイムスロットを除く使用可能な全てのタイムスロットを利用して、データの品質、完全性又は安全性を向上させることができる。
図13には、非同期伝送期間160のためのタイムスロットを除く使用可能なタイムスロット(連続したタイムスロットの2つのブロックとして示す)154、156を占有する2つのアイソクロナスストリームを示している。ここで、送信機が、新たなアイソクロナスストリームの送信を望んだとする。まず、新たな送信機は、既存の送信機にタイムスロット再割当要求を送信する。この要求は、ブロードキャストによって送信してもよい。新たな送信機は、どの機器が既存の送信機であるかを知る必要はない。既存の送信機は、要求を受け取り、それらのタイムスロット利用率を低減し、必要であれば、低減された帯域幅に合うように符号化レートを変更する。
旧型のPLCネットワーク機器の機能は、通常、CSMA/CA機能だけに制限される。したがって、これらの機器は、いつでも、送信を開始する可能性がある。本発明では、例えば、旧型の機器内の非同期送信機は、まず、非同期伝送期間160をチェックする。送信期間160内のタイムスロットが使用可能である場合、送信機は、これらのタイムスロットを使用する。始めは、期間T5は、非同期アクセスから保護することが好ましい。
PLCネットワークの住居用の市場では、数人の居住者が1個の配電変圧器を共有することが多く、この結果、単一の物理的なPLCネットワーク上で複数の仮想ネットワークが動作する必要がある(例外として、有効なブロッキングフィルタが用いられている場合がある)。単一の物理ネットワーク上の他の仮想ネットワークによって通信が傍受され、又は利用されることを防止するために、例えば、単一の住居内の機器だけが共通鍵を共有する共通鍵暗号によって、ネットワークを介する全ての通信を暗号化することが好ましい。
上述したように、タイムスロットが使用可能な場合、送信機は、ストリームを送信するために必要であるスロットより多くの付加的なタイムスロットを使用でき、これにより、使用されなければ無駄になる帯域幅を活用する。送信機は、更なるタイムスロットを使用することにより、オーディオ/ビデオ符号化レートを高めることができ、より高品質なビデオ表示及び/又はオーディオ出力を実現することができる。更に、送信機は、例えば、64−直交振幅変調(Quadrature Amplitude Modulation:QAM)から、16−直交振幅変調又は四位相偏移変調(Quadrature Phase Shift Keying:QPSK)に切り換える等、よりロバストな変調技術を用いることができる。なお、よりロバストな変調技術を採用することにより、電気雑音源及び無線周波雑音源に対する耐性が高くなる。上述のように、送信機は、ストリームデータの全て又は一部をコピーしてもよく(すなわち、2倍のタイムスロットが使用可能である場合のストリームの冗長な伝送)、エラー訂正を組み込んでもよく、又は更なるタイムスロットを利用して、よりロバストなエラー訂正を行ってもよい。
また、混んだネットワークでは、送信機が既に使用中の、例えば、冗長な送信のための全ての付加的なスロットを解放しても、如何なるアイソクロナスタイムスロットも使用できないことがある。この場合、本発明では、新たなストリームを送信するために、基本的な伝送レートを低減する。
1又は複数の例示的な具体例を用いて本発明の実施形態について説明したが、本発明の開示から逸脱することなく、発明の側面を様々に変更できることは明らかである。また、本発明は、包括的に無線ネットワーク及び他のネットワークにも適用でき、本発明の適用可能性は、電力線通信に制限されるものではないことは明らかである。
Claims (29)
- 分散型ネットワークを介して、機器間でビデオ及び/又はオーディオストリームを通信する通信方法において、
サイクル開始信号が検出されない場合、上記ネットワーク上でサイクル開始信号を生成するステップと、
各送信機において、タイムスロットを個別に調停し、ストリームを送信するための十分なタイムスロットを獲得するステップと、
上記ネットワークを介して、上記タイムスロットを用いて、受信側によって受信されるストリームを送信するステップとを有する通信方法。 - 上記サイクル開始信号は、上記ネットワークに接続されている送信機によって生成され、該送信機は、他の如何なるサイクルマスタアクティビティも検出されない場合、サイクルマスタになることを特徴とする請求項1記載の通信方法。
- 上記サイクル開始信号の生成の際、信号衝突に遭遇し又は他の信号が検出された場合、上記サイクル開始信号を生成する送信機は、サイクル開始信号の生成を停止し、他の送信機によって生成された如何なるサイクル開始信号も検出されない場合のみ、バックオフ時間経過後に、サイクル開始信号の生成を再び試みることを特徴とする請求項2記載の通信方法。
- 上記バックオフ時間は、所定の制限内のランダム時間値に対応する時間であることを特徴とする請求項3記載の通信方法。
- 上記サイクルの一部は、アイソクロナス伝送及び非同期通信の両方のために確保されていることを特徴とする請求項1記載の通信方法。
- 未使用のタイムスロット上でダミー伝送を生成することによってアイソクロナス伝送帯域幅を確保するステップを更に有する請求項1記載の通信方法。
- 上記ダミー伝送は、上記サイクルマスタによって生成されることを特徴とする請求項6記載の通信方法。
- 新たなストリームの送信のためのタイムスロットを容易に獲得できるようにするために、上記ダミー伝送は、最低の優先度で生成されることを特徴とする請求項6記載の通信方法。
- 上記調停するステップは、
サイクル開始信号を基準にタイムスロット要求を生成するステップと、
上記タイムスロットのためのより高い優先度の要求を監視するステップと、
如何なる高い優先度の要求も検出されない場合、上記タイムスロットを獲得し、より高い優先度の要求が検出された場合、該タイムスロットの要求を取り下げ、異なるタイムスロットを要求するステップとを有することを特徴とする請求項1記載の通信方法。 - 上記データを送信する帯域幅の調停は、旧型の搬送波感知多重アクセス/衝突回避(CDMA/CA)機器に互換性を有することを特徴とする請求項1記載の通信方法。
- 所定の優先度のレベルの範囲内で、各連続したアクティブストリームに、順次より低い副優先度を割り当てることによって、伝送の優先度のレベルを再分割するステップを更に有する請求項1記載の通信方法。
- 上記副優先度は、タイムスロットの調停の間に使用され、所定の優先度のレベルの範囲内でより高い副優先度を有する要求がタイムスロットを獲得することを特徴とする請求項11記載の通信方法。
- 上記副優先度レベルは、連続した数値によって表されることを特徴とする請求項11記載の通信方法。
- 送信されるストリームの品質、完全性及び/又は安全性を向上させるために、送信機によって、付加的なタイムスロットを獲得するステップを更に有する請求項1記載の通信方法。
- 上記ネットワークを介して新たなストリームを送信する準備をした送信機からの非同期要求に応じて、ストリームを送信するために用いられるタイムスロットの数を削減するステップを更に有する請求項1記載の通信方法。
- サイクルマスタ以外の機器から送信されるストリーム伝送は、該サイクルマスタの切断によって中断されないことを特徴とする請求項1記載の通信方法。
- 上記ネットワークは、電力線通信(power-line communication:PLC)ネットワークであることを特徴とする請求項1記載の通信方法。
- 上記電力線通信(PLC)ネットワークを介した通信は、暗号化されることを特徴とする請求項17記載の通信方法。
- 上記サイクル開始信号は、電力線の60Hzのサイクルタイミングに同期されることを特徴とする請求項17記載の通信方法。
- 上記タイムスロットを介してストリームを送信する前に、該ストリームの所定の受信側がタイムスロットを確認するステップを更に有する請求項1記載の通信方法。
- 各送受信機対間に、過度のデータエラーを防ぐための十分な減衰が存在する場合、上記伝送サイクル内のタイムスロットは、複数の送受信機対によって獲得されることを特徴とする請求項20記載の通信方法。
- 分散型電力線ネットワークを介して、機器間でビデオ及び/又はオーディオストリームを通信する通信方法において、
サイクル開始信号が検出されない場合、上記ネットワーク上でサイクル開始信号を生成するステップであって、他の如何なるサイクルマスタアクティビティも検出されない場合、上記ネットワークに接続された送信機が上記サイクル開始信号を生成し、サイクルマスタになるステップと、
(1)サイクル開始信号を基準にタイムスロット要求を生成するステップと、
(2)上記タイムスロットのためのより高い優先度の要求を監視するステップと、
(3)如何なる高い優先度の要求も検出されない場合、上記タイムスロットを使用のために獲得し、より高い優先度の要求が検出された場合、該タイムスロットの要求を取り下げ、異なるタイムスロットを要求するステップとによって、各送信機が、個別に、ストリームを送信するために十分なタイムスロットを獲得することによって、タイムスロットを調停するステップと、
上記ネットワークを介して、上記タイムスロットを用いて、受信側によって受信されるストリームを送信するステップとを有する通信方法。 - 上記サイクル開始信号の生成の際、信号衝突に遭遇し又は他の信号が検出された場合、上記サイクル開始信号を生成する送信機は、サイクル開始信号の生成を停止し、他の送信機によって生成された如何なるサイクル開始信号も検出されない場合のみ、バックオフ時間経過後に、サイクル開始信号の生成を再び試みることを特徴とする請求項22記載の通信方法。
- 上記サイクルの一部は、アイソクロナス伝送及び非同期通信の両方のために確保されていることを特徴とする請求項22記載の通信方法。
- 所定の優先度のレベルの範囲内で、各連続したアクティブストリームに、順次より低い副優先度を割り当てることによって、伝送の優先度のレベルを再分割するステップを更に有する請求項22記載の通信方法。
- 上記副優先度は、タイムスロットの調停の間に使用され、所定の優先度のレベルの範囲内でより高い副優先度を有する要求がタイムスロットを獲得することを特徴とする請求項25記載の通信方法。
- 上記副優先度レベルは、連続した数値によって表されることを特徴とする請求項25記載の通信方法。
- 上記電力線通信(PLC)ネットワークを介した通信は、暗号化されることを特徴とする請求項22記載の通信方法。
- 上記サイクル開始信号は、電力線の60Hzのサイクルタイミングに同期されることを特徴とする請求項22記載の通信方法。
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