本発明が以下、添付の図面を参照してより完全に記載されるだろう。添付図面において、本発明の好ましい実施形態が示される。しかしながら、本発明は、異なる形式において実現されることができ、本願明細書に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきでない。むしろ、これらの実施形態は、本発明の例示的な教示として与えられる。
図2は、無線デバイス200の機能ブロック図である。当業者により理解されるように、図2に示される様々な「部分」の1つ又は複数は、ソフトウェア制御されたマイクロプロセッサ、ハードワイヤード論理回路又はそれらの組み合わせを用いて物理的に実現されることができる。また、この部分は、説明目的のため図2において機能的に分離されるが、それらは任意の物理的な実現において様々な態様で結合されることができる。
無線デバイス200は、トランシーバ210、プロセッサ220、メモリ230及びアンテナシステム240を含む。
トランシーバ210は、受信機212、送信機214及びクロック216を含む。クロック216は、受信機212、送信機214、並びに/又は無線デバイス200の送信及び受信処理のタイミングを制御するプロセッサ220に対して、1つ又は複数のクロック信号を与えることができる。トランシーバ210は、無線通信ネットワークの標準的なプロトコルに基づき、無線デバイス200が無線通信ネットワークにおける他の無線デバイスと通信するための機能を与える。例えば、ある実施形態において、無線デバイス200は、WiMedia仕様に基づかれる通信プロトコルを用いて動作するよう構成される無線デバイスである。
プロセッサ220は、無線デバイス200の機能を与えるためにメモリ230と連動して1つ又は複数のソフトウェアアルゴリズムを実行するように構成される。有利には、プロセッサ220は、無線デバイス200の様々な機能を行うことを可能にする実行可能ソフトウェアコードを格納する、それ自身のメモリ(例えば、不揮発性メモリ)を含む。代替的に、実行コードは、メモリ230に含まれる指定されたメモリ位置に格納されることができる。
図2において、ある実施形態において、アンテナシステム240は、指向性アンテナシステムとすることができる。このアンテナシステムは、無線デバイス200が、複数の方向における他の無線デバイスと通信するため、複数のアンテナビームから選択する機能を与える。ある実施形態において、指向性アンテナシステム240は、複数のアンテナを有し、各アンテナは、1つのアンテナビームに対応する。別の実施形態では、指向性アンテナシステム249は、複数の異なる方向におけるビームを形成するために複数の異なるアンテナ要素を結合することができる操縦可能アンテナを有する。
図3は、無線システム300の1つの例示的な実施形態を示す。無線ネットワーク300は、高度な無線デバイス(AD)320と同じ領域において重複する周波数帯で動作する簡単な無線デバイス(SD)310を含む。簡単な無線デバイス310及び/又は高度な無線デバイス320は、図2の無線デバイス200の構造を持つことができる。実例として、高度な無線デバイス320は、コンピュータ、携帯電話、個人情報機器(PDA)又は無線ネットワークにおいて動作することができる同様な無線デバイスを含むことができる。図3においては、2、3の高度な及び簡単な無線デバイス320及び310だけが示される点に留意されたい。これは、単に議論を簡単にするためだけに行われる。明らかに、他の多くの高度な及び簡単な無線デバイス320及び310が存在することができる。更に、全ての高度な無線デバイス320が必ずしも互いと同じであるというわけではない点、及び全ての簡単な無線デバイス310が必ずしも互いと同じであるというわけではない点に留意されたい。実際、大量の異なるタイプの高度な及び簡単な無線デバイス320及び310が、システム300内で使用されることができる。
無線システム300において、高度な無線デバイス320は、比較的複雑だがより堅牢なスキームを用いて、制御フレーム又はビーコン(以下「ADビーコン」と記載する)325を送信する。高度な無線デバイス320がEcmaメディアアクセス制御(MAC)プロトコルを使用する場合、ADビーコン325は特定の「タイプAに対する共通ビーコンモード」を用いて送信されることができる。一方、簡単な無線デバイス310は、比較的簡単だがあまり堅牢でないスキームを用いて、制御フレーム又はビーコン(以下「SDビーコン」と記載する)315を送信する。簡単な無線デバイス310がEcmaMACプロトコルを使用する場合、ビーコンは特定の「タイプBに対する共通ビーコンモード」を用いて送信されることができる。
無線システム300において、簡単な無線デバイス310は、SDビーコン315を送信及び受信することが可能である。更に、各簡単な無線デバイス310は、そのSDビーコン315に加えてADビーコン325を送信することができるが、AD受信機の複雑さが原因で受信することはできない。明らかなように、これは、高度な無線デバイス320が、簡単な無線デバイス310の存在及びそれらが使用している通信資源に気づかされることを可能にする。
無線システム300において、一般に、簡単な無線デバイス310は、第1の通信範囲にわたり送信及び/又は受信する。高度な無線デバイス320は、第1の通信範囲より大きい第2の通信範囲にわたり送信及び/又は受信する。上記の範囲は、送信信号に関して使用される符号化、インターリービング及び/又は変調フォーマットの複雑さを示すことができる。その場合、高度な無線デバイス320は、簡単な無線デバイス310より複雑な信号処理能力、及び通常はより多くのコストを必要とする。一般に、高度なデバイスの範囲は、簡単なデバイスの範囲より大きい。
ある実施形態において、高度な及び簡単な無線デバイス320及び310は、例えばスーパーフレームといった反復する通信パターンを含む通信構造内で通信する。
図4は、高度な及び簡単な無線デバイス320及び310が通信することができるスーパーフレーム400の1つの例示的な実施形態を示す。スーパーフレーム400は、ビーコン期間(BP)410を含む。スーパーフレーム400が大きさ通りに描かれない点を理解されたい。いくつかの実施形態では、BP410は、全体のスーパーフレーム400の非常に小さな部分を有する。
BP410が、高度な及び簡単な無線デバイス320及び310の調整のための、並びに高度な及び簡単な無線デバイス320及び310によるより好適なスペクトル使用のための、完全に分散された及び自律的な機構を与えることを理解されたい。有利には、このような態様で、ビーコン調整が中央コーディネータに依存しない。
図5は、高度な及び簡単な無線デバイス320及び310によるビーコンの通信に関する、スーパーフレーム400におけるBP410の1つの例示的な実施形態を示す。BP410は、複数のビーコンスロット500を有する。各スロットは、高度な無線デバイス320若しくは簡単な無線デバイス310により送信されるADビーコン325、又は簡単な無線デバイス310により送信されるSDビーコン315により占められることができる。後で詳しく述べるように、ある実施形態において、BP510に含まれる高度な又は簡単な無線デバイス320又は310により送信されるビーコンは、ビーコンパラメタ及び1つ又は複数の情報要素(IE)を含むことができる。ある実施形態において、ビーコンパラメタは、デバイスアドレス(DevAddr)、ビーコンスロット番号等の1つ又は複数を含むことができる。
図6は、図4のスーパーフレーム400の1つの例示的な実施形態のより詳細な図を示す。図6で分かるように、各BP410は、そのいくつか又は全てがビーコン610により占められる複数のビーコンスロット500を含む。各スロットは、ADビーコン325又はSDビーコン315とすることができる。ある実施形態において、各ビーコン610は、プリアンブル612、ヘッダ614及びビーコンペイロード616を含む。図6に図示されるように、ある実施形態において、各BP410の長さは、対応する最大ビーコン期間長まで可変である。また、図5に示されるように、各ビーコンスロット500は、対応するビーコン長532及びガードタイム534を有する。
図7は、ビーコンペイロード616の1つの例示的な実施形態を示す。ビーコンペイロード616は、1つ又は複数のビーコンパラメタ710及び1つ又は複数の情報要素750を含む。
有利には、ビーコンパラメタ710は、ビーコンのパラメタを特定する。例示的なビーコンパラメタ710は、デバイス識別子、ビーコンスロット番号及び例えばデバイスが動作しているセキュリティモードといったビーコンデバイス制御パラメタ等を含むことができる。有利には、ビーコンIE750は、送信デバイス及び/又は無線システム300に関する情報を含むことができる、高度な又は簡単な無線デバイス320又は310により送信されるデータを有する。
ここで、図4〜7に関して上述したスーパーフレーム及びビーコン期間の説明を考慮しつつ、図3のシステム300に戻る。ここで、それらのビーコンが互いに干渉しないよう、システム300における無線デバイスが、それらのクロック216の同期化レベルを維持しなければならないことが理解されることができる。特に、図5において、デバイス6のクロック216がデバイス1のクロック216よりかなり高速で実行されることになる場合、何が起きるかを考える。その場合、デバイス1がまだビーコン500の送信を完了していない時点で、デバイス6はそのビーコン500を送信し始めることがありえる。すると、ビーコン500は、衝突し、互いに干渉する。
従って、同期化プロトコルが与えられる。
無線システム300が簡単な無線デバイス310だけを含む第1の場合、簡単な無線デバイス310は、互いにそれらのタイミングを同期させるのにSDビーコン315を使用する。特に、システム300の近くの新規な簡単な無線デバイス310が通信を開始することを望むときはいつでも、その無線デバイスは、通信を始める前に、最初に任意のビーコン610(例えば、SDビーコン315)を監視(listen)しなければならない。これらのビーコンから、新規な簡単な無線デバイス310は、どのビーコンスロット500が占められるか、及びそのビーコンを送信した対応する簡単な無線デバイス310により使用されるタイミングを決定することができる。次に、無線システム300の新規な簡単な無線デバイス310は、無線システム300において最も遅い簡単な無線デバイス310にその動作を同期させる。有利には、全ての簡単な無線デバイス310は、システム300における他の全ての簡単な無線デバイス310のSDビーコン315を監視し、無線システム300において最も遅いクロック216にそれらのクロック216を同期させる。
同様に、無線システム300が高度な無線デバイス320だけを含む場合、高度な無線デバイス320は、無線システム300において最も遅いクロック216にそれらのクロック216を同期させるためADビーコン325を使用する。
しかしながら、これらのプロトコルを用いてさえ、システム300が、簡単な無線デバイス310及び高度な無線デバイス320の混合を含むとき、更なる問題が生じる。
有利には、この問題に対処するために、高度な無線デバイス320に対する同期化プロトコルは、以下のように動作する。
まず、高度な無線デバイス320が1つ又は複数の簡単な無線デバイス310により送信される1つ又は複数ADビーコン325を受信する場合、高度な無線デバイス320は、最も遅い簡単な無線デバイス310により送信されるADビーコン325を介して、最も遅い簡単な無線デバイス310に同期させる。その場合、高度な無線デバイス320は、「強制同期デバイス」として自身をマークする1つ又は複数のビットをそれ自身のADビーコン325(例えば、ビーコンIE750)においてセットする。
次に、簡単な無線デバイス310からADビーコン325を受信していないが、自身で「強制同期デバイス」とマークした1つ又は複数の隣接する高度な無線デバイス320を持つ任意の高度な無線デバイス320は、斯かる隣接デバイスと同期させ、「強制同期デバイス」としてそれ自身を(例えば、そのビーコン325において)マークする。
最終的に、強制同期デバイスとしてマークされた外側のシステム300から「エイリアンビーコン」を受信する任意の高度な無線デバイス320は、動作チャネルを切り替える。
図8は、上述されたデュアルビーコン無線ネットワークにおいて無線デバイスを同期させる方法を示す1つの例示的な装置を示す。
図8は、第1及び第2の簡単な無線デバイス310−1及び310−2と、第1及び第2の高度な無線デバイス320−1及び320−2とを示す。
第1及び第2の簡単な無線デバイス310−1及び310−2は、SDビーコン315だけを介して互いに同期させる。第1の高度な無線デバイス320−1は、第2の簡単な無線デバイス310−2及び第2の高度な無線デバイス320−2からADビーコン325を受信して、第2の簡単な無線デバイス310−2と同期させ、強制同期デバイスとしてそれ自身を(例えば、そのビーコン325において)マークする。第2の高度な無線デバイス320−2は、第1の簡単な無線デバイス310−1及び第1の高度な無線デバイス320−1からADビーコン325を受信して、第1の簡単な無線デバイス310−1と同期させ、強制同期デバイスとしてそれ自身を(例えば、そのビーコン325において)マークする。結果として、第1及び第2の簡単な無線デバイス310−1及び310−2と第1及び第2の高度な無線デバイス320−1及び320−2とのクロック216が、離れてドリフトすることはないだろう。
図9は、デュアルビーコン無線ネットワークにおける無線デバイスを同期させる方法を示す別の例示的な構成を示す。
図9は、第1の、第2の、第3及び第4の簡単な無線デバイス310−1〜310−4と、第1及び第2の高度な無線デバイス320−1及び320−2とを示す。
それぞれSDビーコン315だけを介して、第1の及び第2の簡単な無線デバイス310−1及び310−2は互いを同期させ、第3及び第4の簡単な無線デバイス310−3及び310−4は互いを同期させる。
第1の高度な無線デバイス320−1は、第2の簡単な無線デバイス310−2及び第2の高度な無線デバイス320−2からADビーコン325を受信し、第2の簡単な無線デバイス310−2と同期させ、及びそれ自身を(例えば、そのビーコン325において)強制同期デバイスとしてマークする。
第2の高度な無線デバイス320−2は、第4の簡単な無線デバイス310−4及び第1の高度な無線デバイス320−1からADビーコン325を受信し、第4の簡単な無線デバイス310−4と同期させ、及びそれ自身を(例えば、そのビーコン325において)強制同期デバイスとしてマークする。
この場合、第1及び第2の高度な無線デバイス320−1及び320−2は互いのビーコンを受信することができ、これから、それらは、その第1及び第2の高度な無線デバイス320−1及び320−2は強制同期デバイスであるが、互いに同期化させられていないことを決定することができる。従って、第1及び第2の高度な無線デバイス320−1及び320−2は、両方ともチャネルを切替え、第1の、第2の、第3及び第4の簡単な無線デバイス310−1〜310−4とは異なるチャネル上で通信し、こうしてそれらを干渉しない。次に、新規なチャネル上で、第1及び第2の高度な無線デバイス320−1及び320−2は、システムが高度な無線デバイス320だけを含む上述の場合同様、互いを同期させることができる。
一般において、タイプA無線デバイス及びタイプB無線デバイスを含むことができるシステムを想定する。タイプA無線デバイスは、第1のフォーマットを持つ第1のビーコンだけを送信及び受信するよう構成される。タイプB無線デバイスは、第1のフォーマットとは異なる第2のフォーマットを持つ第2のビーコンを送信及び受信するよう構成され、第1のビーコンを送信することもできる。その場合、ビーコンの同期化方法は、以下のように処理される。
第1のタイプA無線デバイスが、少なくとも1つのタイプB無線デバイスから少なくとも1つの第2のビーコンを受信するとき、第1のタイプA無線デバイスは、最も遅いクロックを持つタイプB無線デバイスに同期させ、第1のタイプA無線デバイスが強制同期デバイスとして動作していることを示す第2のビーコンを送信する。
第1のタイプA無線デバイスが任意のタイプB無線デバイスから全く第1のビーコンを受信しないが、第2のタイプA無線デバイスから第1のビーコンを受信し、この第1のビーコンが第2のタイプA無線デバイスが強制同期デバイスとして動作していることを示すとき、第1のタイプA無線デバイスは、第2のタイプA無線デバイスに同期させ、第1のタイプA無線デバイスが強制同期デバイスとして動作していることを示す第2のビーコンを送信する。
第1のタイプA無線デバイスが、任意のタイプB無線デバイスから全く第1のビーコンを受信しないが、第2のタイプA無線デバイスから第1のビーコンを受信し、この第1のビーコンが、第2のタイプA無線デバイスが強制同期デバイスとして動作していないことを示すとき、高速なクロックを持つ第1及び第2のタイプA無線デバイスのいずれかが、より遅いクロックを持つ他のタイプA無線デバイスに同期させ、第1のタイプA無線デバイスが強制同期デバイスとして動作していないことを示す第1のビーコンを送信する。
第1のタイプA無線デバイスが、タイプA無線デバイスに同期される強制同期デバイスとして動作しており、第1のタイプA無線デバイスは、第2のタイプA無線デバイスから第1のビーコンを受信し、この第1のビーコンが、第2のタイプB無線デバイスに同期される強制同期デバイスとして第2のタイプA無線デバイスが動作していることを示し、及び第2のタイプA無線デバイスは、エイリアンデバイスとして考えられるとき、タイプA無線デバイスの1つは、それが動作しているチャネルを切替える。
図10は、デュアルビーコン無線ネットワークにおける無線デバイスを同期させる方法1000の1つの例示的な実施形態を示すフローチャートである。図10の例において、無線デバイスは、高度な無線デバイス320である。
第1のステップ1005において、高度な無線デバイス320が強制同期デバイスとしてマークされるかが決定される。強制同期デバイスでない場合、この方法はステップ1010へ進む。強制同期デバイスである場合、この方法は後述するようにステップ1040へ進む。
ステップ1010において、高度な無線デバイス320は、それが任意の簡単な無線デバイス310から任意の新規なADビーコン325を受信するかどうかを決定する。受信する場合、この方法はステップ1015へ進む。受信しない場合、この方法は、後述するようにステップ1020へ進む。
ステップ1015において、高度な無線デバイス320は、ビーコンが受信された最も遅い簡単な無線デバイス310に対してそれ自身を同期させる。次に、高度な無線デバイス320は、強制同期デバイスとしてそれ自身をマークする。その後、この方法は、ステップ1040へ進む。
ステップ1020において、高度な無線デバイス320は、別の高度な無線デバイス320から任意のADビーコン325を受信するかを決定する。受信する場合、この方法はステップ1025へ進む。受信しない場合、この方法はステップ1010に戻る。
ステップ1025において、高度な無線デバイス320は、ADビーコン325が他の高度な無線デバイスが強制同期デバイスであることを示すかどうかを決定する。示す場合、この方法はステップ1030へ進む。示さない場合、この方法はステップ1035へ進む。
ステップ1030において、高度な無線デバイス320は、強制同期デバイスとしてマークされる他の無線デバイス320に対してそれ自身を同期させ、強制同期デバイスとしてそれ自身をマークする。その後、この方法はステップ1040へと続く。
ステップ1035において、高度な無線デバイス320は、強制同期デバイスとしてそれ自身をマークすることなしに最も遅い高度な無線デバイス320に対してそれ自身を同期させ、この方法はステップ1010に戻る。
ステップ1040において、高度な無線デバイス320は、任意の簡単な無線デバイス310から任意の新規なADビーコン325を受信するかどうかを決定する。受信する場合、この方法はステップ1045へ進む。受信しない場合、この方法は後述するようにステップ1050へ進む。
ステップ1045において、高度な無線デバイス320は、ビーコンが受信される最も遅い簡単な無線デバイス310にそれ自身を同期させる。その後、この方法はステップ1050へ進む。
ステップ1050において、高度な無線デバイス320は、別の高度な無線デバイス320から任意のADビーコン325を受信するかどうかを決定する。受信する場合、この方法はステップ1055へ進む。受信しない場合、この方法はステップ1040に戻る。
ステップ1055において、高度な無線デバイス320は、他の高度な無線デバイス320が「外部」無線ネットワークからの強制同期デバイスであることをADビーコン325が示すかどうかを決定する。これにより、他の高度な無線デバイス320は、異なる簡単な無線デバイス310に強制同期される。示す場合、この方法はステップ1060へ進む。示さない場合、この方法はステップ1040に戻る。
ステップ1060において、高度な無線デバイス320は、異なる簡単な無線デバイス310に強制同期される他の高度な無線デバイス320と同期されていないと決定する。その場合、少なくとも1つの高度な無線デバイス320が動作チャネルを切替える。
好ましい実施形態が本願明細書に開示されるが、本発明の概念及び範囲に含まれる多くの変形例が可能である。斯かる変形例は、本願明細書、図面及び請求項を読めば、当業者には明らかであろう。従って、添付の請求項の精神及び範囲を除けば、本発明は何ら限定されることはない。