JP2011514760A - 無線ネットワークにおける固定通知スロットを用いて指向性を有した帯域幅予約を行なう装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態は、無線パーソナル・エリア・ネットワークで動作する送受信機を備え、送受信機はコーディネータおよび少なくとも１つの受信機と通信し、送受信機およびコーディネータは、送受信機がコンテンションスロットの１つを一様に無作為に選択し、コーディネータに向けられた指向性のある伝送を用いて要求された予約期間を指定する帯域幅予約要求メッセージを伝送することで、コンテンションベースのスロットを用い、使用されていないチャネル時間ブロックの指向性のある予約を用いる装置を提供する。
【選択図】図１

Description

６０ＧＨｚ帯域のライセンスが不要な７ＧＨｚの可用性は、マルチギガビットの屋内無線パーソナル・エリア・ネットワーク（ＷＰＡＮ）の実現に可能性をもたらす。広い帯域幅を必要とするアプリケーションの一部を例示すると、高精細（ＨＤ）動画ストリーミング、空港のコンピュータキオスクからのファイルの高速ダウンロード（Ｓｙｎｃ ＆ Ｇｏ）、無線ディスプレイ、およびドッキングがある。これらのアプリケーションに必要なデータ速度は、既存の家庭用ネットワークソリューション（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎおよびＷｉＭｅｄｉａ ＵＷＢ）の能力をはるかに超えてしまうため、これらのネットワークでは対応できない。

従って、６０ＧＨｚ帯域で動作する無線ＰＡＮの改善および新たな発展が切望されている。

発明の主題は、具体的に示され、かつ明細書の結びの部分に明確に請求されている。但し、発明の動作の編成および方法は、目的、特徴、および利点と共に、添付の図面と以下の詳細な説明を参照することでより良く理解され得る。図面は次の通りである。

発明のある実施形態のスーパーフレームのスケジュールの例を示す。 本発明のある実施形態の指向性のある帯域幅予約機構を図示する。 本発明のある実施形態の指向性のある帯域幅予約のフローを図示する。 本発明のある実施形態による、ビームが形成される受信を有する指向性のある帯域幅予約機構を図示する。

説明の簡易化と明確化を目的に、図中の要素は必ずしも正しい縮尺で表現されていない。例えば、明確化を目的に、他の要素に比べ一部の要素が強調されている。さらに、適切な場合には、同じ符号が異なる図面で繰り返し用いられ、対応あるいは類似の要素を示す。

以下の詳細な説明では、発明の十分な理解を促進するべく様々な具体的な詳細を示す。但し、これらの具体的な詳細なしに本発明を実施可能であることは、当業者によって理解されるべきである。また、本発明を不明瞭にすることを避けるべく、周知の方法、手順、構成部材および回路については詳述しない。

以下の詳細な説明では、発明の十分な理解を促進するべく様々な具体的な詳細を示す。但し、これらの具体的な詳細なしに本発明を実施可能であることは、当業者によって理解されるべきである。また、本発明を不明瞭にすることを避けるべく、周知の方法、手順、構成部材、単位および／または回路については詳述しない。

本発明の実施形態はこの点について制限されないが、例えば「処理」、「コンピューティング」、「計算」、「決定」、「確立」、「分析」、「確認」またはその類似の用語を用いた議論は、コンピュータのレジスタおよび／またはメモリ内で物理的な（例えば、電子的な）数量として表現されたデータを、コンピュータのレジスタおよび／またはメモリ、もしくは動作および／またはプロセスを実行する命令を格納可能なその他の情報格納媒体内で同様に物理的な数量として表現されたデータへと操作および／または変換する、コンピュータ、コンピューティングプラットフォーム、コンピューティングシステム、またはその他のコンピューティング機器の動作および／またはプロセスを示してよい。

本発明の実施形態はこの点について制限されないが、ここで用いられる用語「複数」および「複数の」は、例えば「複数」または「２つ以上」を含み得る。明細書全体において、用語「複数」または「複数の」は、２つ以上の構成要素、機器、要素、ユニット、パラメータ、またはその類似を示すべく用いられてよい。例えば「複数の端末」は、２つ以上の端末を含んでよい。

ミリ波通信リンクは、長距離で信号を減衰させる酸素吸収と、壁および天井などの障害物を通して大幅に減衰する短波長との両方より、本質的に遮断されてしまう性質を持つことから、例えば２．４ＧＨｚおよび５ＧＨｚの低周波数帯域のリンクよりも、リンクバジェットの面においてより多くの課題を有する。多くの場合、ポイントツーポイントの高速データ伝送には、指向性のあるアンテナを採用することが望ましい。指向性のある伝送を行う機器は、長距離通信が可能で、かつリンクバジェットの課題を緩和することできる。また、空間的に離れた特定の対の機器が同時に通信可能な空間の再利用性、およびより集積されたスループットを実現できる。通常、広範囲なアングルを領域として全方向範囲を実現する指向性のあるアンテナパターンは、近隣者発見（Ｎｅｉｇｈｂｏｒ Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ）およびビーム操縦の判定（Ｂｅａｍ−ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ）の支援に用いられる。さらに、機器が対応するアンテナは、非トレーナブルアンテナ（Ｎｏｎ−Ｔｒａｉｎａｂｌｅ Ａｎｔｅｎｎａ）扇状アンテナ（Ｓｅｃｔｏｒｉｚｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ）、フェーズドアレイアンテナ（Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ）などの様々な種類のアンテナであってよい。

従来の６０ＧＨｚ無線ＰＡＮ（ＷＰＡＮ）では、平行伝送に対応しないＴＤＭＡ（時分割多重接続）技術を用いてチャネル時間がスケジュールされる。通常、チャネル時間予約は、ＴＤＭＡの基本的な時分割であるスーパーフレーム毎にコーディネータによって実行され、図１に示すようなスーパーフレームｎ−１ １１０、スーパーフレームｎ １２０およびスーパーフレームｎ＋１ １３０を有するビーコンフレーム１００として通信される。図示したデータチャネル１４０は、ビーコン１５０、予約されたチャネル時間ブロック（ＴＤＭＡ）１６０および予約されていないチャネル時間ブロック（ＣＳＭＡ）１７０を示す。

チャネル時間ブロック１６０が特定の対の機器のために予約されている場合、送信者は指向性のある高速伝送を実行する。一方で、予約されていないチャネル時間ブロック１７０は、ＣＳＭＡ（搬送波感知多重接続）機構を用いてアクセスされ得る。残念ながら、ＣＳＭＡ機構は、全方向性伝送を使用しなければならず、比較的効率が悪く、かつスループットが非常に低い。既存のＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）プロトコルでは、ビーコンで新たなスケジュールが通知された後、チャネル時間ブロックの予約が次のスーパーフレームからのみ許可され得る。集中的なデータトラフィックにおいては、これが多大な遅延を招き、アプリケーションの動作に悪影響を与える。一方で、このようなトラフィックにおいて予備チャネル時間を予約することは、好ましくないチャネル利用に繋がる。

本発明の実施形態は、指向性のある伝送を用いることで帯域幅予約の効率を向上する。さらに本発明は、集中的なデータトラフィックにおいてスループットを向上し、レイテンシーを低減する。また、集中的な接続と等間隔で発生する接続とがチャネルを共有する場合には、チャネルの高利用度を維持する。また本発明の実施形態は、効率的な空間再利用性を提供し、ＷＰＡＮの全体のスループットを向上すると同時に、固定の通知スロットの期間のみでコーディネータをリスンする必要があることから機器の電力消費の低減を実現する。

図２の２００として一般的に示すように、本発明は、コンテンションに基づくスロットを用いた使用されていないチャネル時間ブロックの指向性のある新たな予約機構を提供する。図２は、予約されたチャネル時間ブロック２１０、予約されていないチャネル時間ブロック２２０および予約されたチャネル時間ブロック２３０を示す。予約されていないチャネル時間ブロック２２０の拡大部分は、コンテンションスロット１ ２４０、コンテンションスロットｋ ２５０、通知スロット２６０、割り当てられた予約期間２７０および予約されていないチャネル時間ブロック２８０を示す。使用されていない時間チャネル時間ブロックの先頭には、コーディネータに帯域幅予約要求を送信するべく機器が用いる、所定数ｋのコンテンションスロットがあり、許可された帯域幅予約が存在する場合には、コーディネータがその旨を通知する通知スロットがこれに続く。割り当てられていないチャネル時間ブロックを予約する送信者は、コンテンションスロットの１つを一様に無作為に選択し、コーディネータへ向けられた指向性伝送を用いて、要求した予約期間を特定する帯域幅予約要求メッセージを送信してよい。コンテンションスロットの期間は、この伝送を受け入れるに十分な長さである必要がある。コーディネータは、指向性または（擬似）全方向性伝送を用いて、本発明のある実施形態では送信者とも呼ばれる、リンクの送受信機と、要求された期間以下であってよい割り当てられた予約期間とを指定する帯域幅許可メッセージで、送信者および／または他の機器に応答する。複数の送信者（または送受信機）が要求の送信に成功した場合は、コーディネータがそのうちの１つを選択する。コンテンションスロットの数ｋは、ｋ＝３などの固定値であってよく、またはコーディネータがビーコンフレームで通知してもよい。またコーディネータは、帯域幅許可メッセージに指定される割り当てられたチャンネル時間ブロックを特定の非干渉リンクが使用することを許容してよい。この場合、帯域幅許可メッセージは、全ての関連機器へ到達する必要がある。図３の３００に本発明の実施形態のメッセージのフローを示す。ステップ３４０で、送信者３２０が指向性のある帯域幅要求をコーディネータ３３０へ送信し、ステップ３５０で、コーディネータ３３０がＢＷ許可（全方向／指向性）を送信する。ステップ３６０で、送信者３２０がデータを受信者３１０へ指向性送信する。

本発明では、コンテンションスロット期間の受信にコーディネータがビーム形成（指向性）アンテナまたは全方向性アンテナのいずれを使用しても機能する。但し、全方向性アンテナでは、コーディネータの受信が干渉の影響を受けやすい。一方で、ビームが形成される受信では、帯域幅予約機構が改善され得る。基本的に、コンテンションスロットはプリアンブルの伝送のみを受け入れるべく短縮されており、コーディネータがアンテナトレーニングを実行し、指向性のある信号に固定することを可能にする。プリアンブルの後には、帯域幅予約要求メッセージの指向性のある伝送が続いてよい。ビームが形成される受信においては、後に伝送されるメッセージと要求メッセージの伝送が衝突する場合でも、伝送に選択された第１コンテンションスロットに関連した帯域幅予約要求の受信にコーディネータが成功する可能性が最大化する。またさらに、この変更の別の利点としては、成功する送信者が１つに限られていることから、コーディネータが複数の受信リクエストの間の調停を行う必要がない点がある。図４にビームが形成される受信のための変更された機構４００を示す。これには、予約されたチャネル時間ブロック４１０、予約されていないチャネル時間ブロック４２０、予約されたチャネル時間ブロック４３０がある。予約されていないチャネル時間ブロック４２０の拡大図は、コンテンションフレーム１ ４５０、コンテンションフレームｋ ４４０、通知スロット４６０、割り当てられた予約期間４７０、および予約されていないチャネル時間ブロック ４８０を示す。

本発明の実施形態では、２つの拡張機能が追加されてよい。第１に、帯域幅予約要求メッセージは、対象の割り当てられていないチャネル時間ブロックで利用可能な時間よりも長い時間期間を要求してよく、コーディネータは、追加の帯域幅予約要求の送信を必要とすることなく、要求された時間と実際に割り当てられた時間との差を送信者に予約してよい。第２に、ＷＰＡＮにおいて集中的なトラフィックを生成する機器の数がコンテンションスロットの数を超過しない場合、コーディネータは、ビーコンフレームで公示することでそのような各機器を専用のコンテンションスロットに関連付け、コンテンションを削除してよい。

以上に発明の特定の機能を図示して説明したが、当業者であれば、数多くの変更、代替、変化、および等価物を想起し得る。従って、添付の特許請求の範囲は、発明の真の思想の範囲内にあるこのような変更の全てに及ぶことを意図することが理解されるべきである。

Claims (18)

1. 無線パーソナル・エリア・ネットワーク（ＷＰＡＮ）で動作する送受信機を備え、
   前記送受信機はコーディネータおよび少なくとも１つの受信機と通信し、
   前記送受信機および前記コーディネータは、前記送受信機でコンテンションスロットを一様に無作為に選択し、前記コーディネータに向けられた指向性のある伝送を用いて要求された予約期間を指定する帯域幅予約要求メッセージ送信することにより、コンテンションベースのスロットを用いて、使用されていないチャネル時間ブロックの指向性のある予約を用いる装置。
2. 前記コーディネータに帯域幅予約要求を伝送する機器が用いる前記使用されていないチャネル時間ブロックの先頭に、所定数のコンテンションスロットがあり、許可された帯域幅予約がある場合には、前記コーディネータが前記許可された帯域幅予約の通知に用いる通知スロットが前記コンテンションスロットに続く請求項１に記載の装置。
3. 前記コンテンションスロットの期間は、伝送を受け入れるに十分な長さである請求項２に記載の装置。
4. 前記コーディネータは、指向性または擬似全方向性伝送を用いて、リンクおよび割り当てられた予約期間を指定する帯域幅許可メッセージで前記送受信機および／または他の機器に応答する請求項１に記載の装置。
5. 前記コーディネータは、複数の送信者が要求の伝送に成功した場合にいずれか１つの送信者を選択する請求項４に記載の装置。
6. 前記コンテンションスロットの数は、固定される、または前記コーディネータによってビーコンフレームで通知され、前記コーディネータはさらに、前記帯域幅許可メッセージに指定され、割り当てられたチャネル時間ブロックを特定の非干渉リンクが使用することを許可する請求項４に記載の装置。
7. 前記コーディネータは、コンテンションスロットの期間中、コンテンションスロットを短縮してプリアンブルの伝送のみを受け入れ、前記コーディネータがアンテナトレーニングを実行し、前記指向性のある信号に固定することを許容することで、指向性のあるアンテナを用い、前記プリアンブルの後に帯域幅予約要求メッセージの指向性のある伝送が続く請求項１に記載の装置。
8. 帯域幅予約要求メッセージは、対象の割り当てられていないチャネル時間ブロックで利用可能な時間よりも長い時間期間を要求可能で、前記コーディネータは、追加の帯域幅予約要求を送信する必要なく、前記要求された時間と実際に割り当てられた時間との差を前記送受信機に予約可能である請求項１に記載の装置。
9. 前記ＷＰＡＮで集中的なトラフィックを生成する機器の数が前記コンテンションスロットの数を超過しない場合、前記コーディネータは、ビーコンフレームで公示することにより、そのような前記機器のそれぞれに１つの専用のコンテンションスロットを関連付け、コンテンションを削除することが可能な請求項８に記載の装置。
10. 無線ＰＡＮ（ＷＰＡＮ）で動作し、コーディネータおよび少なくとも１つの受信機と通信する送受信機を用いる段階を備え、
    前記送受信機および前記コーディネータは、前記送受信機でコンテンションスロットを一様に無作為に選択し、前記コーディネータに向けられた指向性のある伝送を用いて要求された予約期間を指定する帯域幅予約要求メッセージを送信することにより、コンテンションベースのスロットを用いて、使用されていないチャンネル時間ブロックの指向性のある予約を用いる方法。
11. 前記コーディネータに帯域幅予約要求を伝送するべく機器が用いる、前記使用されていないチャネル時間ブロックの先頭のコンテンションスロットの数を予め定義する段階をさらに備え、許可された帯域幅予約がある場合には、前記許可された帯域幅予約の通知に前記コーディネータが用いる通知スロットが前記コンテンションスロットに続く請求項１０に記載の方法。
12. 前記コンテンションスロットの期間が伝送を受け入れるに十分な長さであることを必要とする段階をさらに備える請求項１１に記載の方法。
13. 前記コーディネータは、指向性または擬似全方向性伝送を用いて、リンクおよび要求された期間以下であり得る割り当てられた予約期間を指定する帯域幅許可メッセージで前記送受信機および／または他の機器に応答する段階をさらに備える請求項１０に記載の方法。
14. 複数の送信者が要求の伝送に成功した場合、前記コーディネータはいずれか１つを選択する請求項１３に記載の方法。
15. 前記コンテンションスロットの数は、固定される、またはビーコンフレームで前記コーディネータによって通知され、前記コーディネータはさらに、前記帯域幅許可メッセージに指定され、割り当てられたチャネル時間ブロックを特定の非干渉リンクが使用することを許可する請求項１３に記載の方法。
16. 前記コーディネータは、コンテンションスロットの期間中、コンテンションスロットを短縮してプリアンブルの伝送のみを受け入れ、前記コーディネータがアンテナトレーニングを実行し、前記指向性のある信号に固定することを許容する段階をさらに備え、指向性のあるアンテナを用い、前記プリアンブルの後に帯域幅予約要求メッセージの指向性のある伝送が続く請求項１５に記載の方法。
17. 対象の割り当てられていないチャネル時間ブロックで利用可能な時間よりも長い時間期間を帯域帯予約要求メッセージにより要求する段階と、
    前記コーディネータは、追加の帯域幅予約要求を送信する必要なく、前記要求された時間と実際に割り当てられた時間との差を前記送受信機に予約する段階とを備える請求項１０に記載の方法。
18. 前記コーディネータは、ビーコンフレームで公示することにより、各機器に１つ専用のコンテンションスロットを関連づけ、前記ＷＰＡＮで集中的なトラフィックを生成する機器の数が前記コンテンションスロットの数を超過しない場合には、コンテンションを削除する段階をさらに備える請求項１７に記載の方法。