JP2011527146A - ワイヤレス通信ネットワークアナライザ - Google Patents

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Abstract

複数の通信チャネルを経由して伝送されるデータパケットを同時に処理するためのパケット制御装置は、複数の信号をそれぞれ受信するための複数の入力部であって、前記複数の信号の各々は前記複数の通信チャネルのそれぞれ1つの上でデータパケットが存在することを示す、複数の入力部と、周期的クロック信号を供給するためのクロック発信部と、前記複数の信号を同時に処理するために前記それぞれ複数の入力部に結合される複数の独立的な処理モジュールであって、前記複数の処理モジュールの他のすべてに独立にそれぞれの信号を処理するように、前記周期的クロック信号によって駆動されるそれぞれのステートマシンを実装する、複数の独立的な処理モジュールと、前記複数の通信チャネルの1つ以上に少なくとも1つのデータパケットが存在することを示す出力信号を伝送するための出力部と、を含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2008年6月23日付出願の米国仮出願第61/074,954号、「Wireless Communication Network Analyzer」(弁護士整理番号31244/43714P)に基づき、これに対する優先権を請求し、参照により本明細書にその開示全体を明示的に組み入れる。
本発明は、概して、ワイヤレス通信に関し、より具体的には、複数のワイヤレス通信チャネルを経由して伝送されるデータをキャプチャおよび解析するための装置に関する。
WirelessHART通信プロトコルは、プロセスアプリケーションのためのワイヤレス通信基準を確立する。より具体的には、WirelessHARTは、2.4GHz ISM 無線帯域において動作するセキュアなワイヤレスメッシュネットワーキング通信技術である。WirelessHARTは、トランザクションベースによるトランザクション上のチャネルホッピング機能を備えた、IEEE STD 802.15.4−2006 2.4GHz DSSS送受信器を利用する。WirelessHART通信は、リンクアクティビティをスケジュールするために、時分割多重アクセス(TDMA)を使用して調整される。全ての通信は専用スロット内で実行され、1つ以上の発信元および1つ以上の宛先の装置が所与のスロット内で通信するようにスケジュールされ得る。このように、スロットは単一の発信元装置からの通信専用であってもよく、またはスロットは複数の装置間の共有通信アクセスをサポートしてもよい。スロット上の発信元装置により伝播されているメッセージは特定の装置宛てに送信されてもよく、またはスロットに割り当てられた宛先装置の各々にブロードキャストされてもよい。
成功するために、WirelessHARTは、統合システムを作成するように、相互操作性をサポートすることと、異なる製造元からの互換性のあるデバイスを同一のネットワーク内に組み合わせることを可能にすることが必要である。HART Communication Foundation(HCF)は、相互操作性の厳密な定義を必ず有してきた。具体的には、HCFは「相互操作性」を異なる製造元からの同様な装置がシステム内で協働し、かつホストシステムレベルでの機能性を損失することなく相互に代用される能力、と定義している。
互換性を実現するために、HCFは、WirelessHART製品の互換性を確保するように品質保証プログラムを開発してきた。WirelessHART品質保証プログラムの目的は、HCFにより定義された相互操作性および互換性の高い基準を製品が順守するように保証することである。
現在入手可能なネットワークアナライザまたは無線キャプチャツールを使用して、オペレータは、チャネルに関連する無線周波数にネットワークアナライザを調整し、この通信チェンネルを経由して伝送されるデータパケットをキャプチャしようとすることにより、個別の通信チャネルを監視してもよい。別の通信チャネルを監視するには、オペレータは、使用されているネットワークアナライザの周波数設定を調整すること、または別のネットワークアナライザを使用すること、のいずれかが必要である。このように、同時に複数のチャネルを監視するには、オペレータは複数のネットワークアナライザを設定および操作することが必要である。同時に複数のネットワークアナライザを使用することに関連する不便、高コスト、および厳密なキャリブレーション要件に加えて、オペレータは、これらの装置を相互に近接に配置すると、ネットワークアナライザのそれぞれのアンテナ内に望ましくない干渉も生成する場合がある。
例えば、IEEE 802.11または802.15対応の通信ネットワーク内で使用するためのワイヤレス通信ネットワークアナライザは、複数のワイヤレス通信チャネル上で伝送されるデータパケットまたは他のデータユニットをキャプチャおよび処理するための取得エンジンと、データパケットに関する情報を表示し、かつチャネル構成および選択コマンドをサポートするためのユーザインターフェースと、を含む。一部の実施形態において、ワイヤレス通信ネットワークは、プロセス制御環境において動作し、かつIEEE STD 802.15.4−2006 2.4GHzチャネル上で通信する、WirelessHARTネットワークである。取得エンジンは、同時に複数の無線チャネル上の通信をキャプチャすることができる無線周波数(RF)インターフェースと、RFインターフェースからデータパケットおよび関連統計(例えば、受信信号レベル(RSL)、リンク品質インジケータ(LQI)、巡回冗長検査(CRC)ステータス)を受信し、ローカルユーザインターフェースおよび/または1つ以上のクライアントアプリケーションにデータパケットおよび統計を提供し、かつRFインターフェースでデータキャプチャを制御するためのパケットサーバと、を含む。
パケットサーバおよびユーザインターフェースは、例えば、Linux、QNX、もしくはMicrosoft(登録商標)Windows(登録商標)2000、XPまたはVista等の標準のオペレーティングシステムをサポートするコンピュータホスト上で実行してもよい。RFインターフェースは、USB2.0等のUSB接続インターフェースを経由して、コンピュータホストにより電力供給されるハードウェアコンポーネントとして実装されてもよい。同じUSB接続インターフェースは、パケットサーバとRFインターフェースとの間の通信もサポートしてもよい。この様式において、取得エンジンは、市販の既製のハードウェアを使用して製造されてもよい。
一部の実施形態において、ネットワークアナライザが動作する通信ネットワークは、2.4GHz IEEE標準802.15.4−2006(以下「標準」)との互換性があり、取得エンジンは、標準により指定される16チャネル全てで通信をキャプチャすることが可能である。取得エンジンは、プロトコルスタックの全層に関連する情報、つまり最低の物理(以下「PHY」)層に関連するプリアンブルおよびヘッダからアプリケーション層の完全なペイロードまでをキャプチャしてもよい。実施形態において、通信ネットワークは、プロセス制御環境において動作するセキュアなメッシュ型WirelessHARTネットワークである。この実施形態において、ネットワークアナライザは、デバイス間の通信を監視する目的のためにデータパケットをスニッフィングすることに加えて、WirelessHART製品の適合性試験を実施してもよい。
一部の実施形態において、RFインターフェースは、ネットワークアナライザが動作する全通信チャネルを含むワイヤレス信号を受信する単一のアンテナと、受信された信号の複数のコピーを生成するための少なくとも1台の分割器と、受信された信号のコピーを使用してそれぞれの通信チャネル上で通信を処理するためのいくつかの無線送受信器と、を含む。このように、1つの操作モードにおいて、各無線送受信器は、対応する通信チャネルの周波数に調整される。別の操作モードにおいて、RFインターフェースの全無線送受信器は、通信チャネル上の通信の信頼できる診断を実施するように同じ通信チャネルに調整される。これらの実施形態において、無線送受信器は調整可能である。実施形態において、ユーザは、ネットワークアナライザのユーザインターフェースを経由して適切なコマンドを入力することにより、無線送受信器を調整することができる。
比較的多数の無線受信器で単一のアンテナの使用を可能にするために、RFインターフェースは、分割器が受信された信号を分割するときに発生する出力の損失を補償するように、分割器のアップストリームに配置された低ノイズ増幅器(LNA)も含んでもよい。一部の実施形態において、LNAは、第1段階の分割器を使用する第1段階の分割、および各々が第1段階の分割器のそれぞれの出力部に結合される、いくつかの第2段階の分割器を使用する第2段階の分割を可能にするよう十分な出力補償を提供する。
別の実施形態において、RFインターフェースは、単一のアンテナから信号を受信するバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタの出力部に結合される第1段階の増幅器と、第1段階の増幅器の出力部に結合される第1段階の分割器と、第1段階の分割器のそれぞれの出力部に結合されるいくつかの第2段階の増幅器と、各々がそれぞれの第2段階の増幅器に結合される、いくつかの第2段階の分割器と、を含む。このような一実施形態において、第1段階の分割器および第2段階の分割器の各々は、4分割器であり、これにより、16台の無線送受信器により使用されるための受信された無線信号の16分割を提供する。
一部の実施形態において、RFインターフェースは、マイクロコントローラ等の中央処理ユニット(CPU)と、少なくとも送受信器インターフェース、CPUインターフェース、およびパケット処理モジュールを備えるパケット制御装置と、をさらに含む。CPUは、無線送受信器によりキャプチャされたデータパケットをパケットサーバに提供したり、適切な無線送受信器に転送される構成コマンドをユーザインターフェースから受信したり等する。CPUは、RFインターフェースをコンピュータホストに接続しているUSBインターフェースを経由して構成または制御データを受信し、データパケットおよび関連統計を伝送してもよい。一部の実施形態において、CPUは、パケット制御装置を含む、RFインターフェースの他のコンポーネントにより使用されるためのクロック信号も提供する。したがって、パケット制御装置のCPUインターフェースは、パケット制御装置の出力キューからのパケットを伝送するための1組のピンと、パケット制御装置の出力キューに1つ以上のデータパケットが存在することを示す信号を出力するためのピンと、制御または構成のために無線送受信器の選択を受信するための1組のピンと、を含むことができる。実施形態の少なくとも一部において、パケット制御装置のCPUインターフェースはまた、クロック信号を受信するためのピンと、周知のシリアルパラレルインターフェースを定義する1組のピンと、を含む。
無線送受信器に対するパケット制御装置の送受信器インターフェースは、各送受信器に個別の接続を提供する。一部の実施形態において、送受信器インターフェースは、1群の組のピンを含み、群の各々の組は、それぞれの送受信器に対するSPIインターフェースを定義する。各送受信器に対して、送受信器インターフェースはまた、送受信器でデータパケットの受信の開始を示す信号を受信するためのピンと、送受信器でデータパケットの受信の終了を示す信号を受信するためのピンと、送受信器からパケット制御装置へのデータパケットの伝送の終了を示す信号を受信するためのピンと、を含んでもよい。パケット制御装置がCPUおよび各送受信器とのSPIインターフェースを有する、これらの実施形態において、パケット制御装置は、CPUに対してスレーブデバイスとして、および各送受信器に対してマスタデバイスとして、動作するシリアルパケット制御装置(SPC)と考えられ得る。
パケット制御装置はさらに、各通信チャネルに対して、つまり、特定の送受信器から受信されたデータパケットに対して、独立的な先入れ先出し(FIFO)バッファリングを提供してもよい。一部の実施形態において、パケット制御装置は、各通信チャネルに対して個別のステートマシンを実装し、かつ、共通のクロック信号を使用して各ステートマシンを並列に駆動する。クロック信号はまた、パケット制御装置がデータパケットをタイムスタンプするために使用してもよい、カウンタも駆動してもよい。この様式において、パケット制御装置は、各パケットに対して非常に正確なタイムスタンプを生成することができるので、それぞれの通信チャネル上で2つの送受信器により同時に検出される(つまり、同じクロックサイクル内の)2つのパケット、AおよびBは同一のタイムスタンプを取得する。このように、パケット制御装置がパケットAおよびBをCPU、そして最終的に、パケットサーバに転送する際、パケットAはパケットBの前に転送されてもよく、または逆にパケットBはパケットAの前に転送されてもよい。いずれの場合も、パケット制御装置は、それぞれの送受信器でデータパケットが受信された時間を反映するタイムスタンプを必ず生成するため、パケットAおよびBは適切に処理され得る。
実施形態において、パケット制御装置は、フィールドプログラム可能フィールド配列(FPGA)として実装されてもよい。FPGAは、市販の既製ハードウェアであってもよく、パケット制御装置はファームウェアとして実装されてもよい。他の実施形態において、パケット制御装置は、例えば、ANDおよびORゲート、または別の種類の特定用途集積回路(ASIC)等の標準コンポーネントを使用して実装されてもよい。クロックは、ネットワークアナライザが動作する通信ネットワークの伝送周期期間を考慮して選択された分解能および正確度を備えた低ドリフト水晶クロックであってもよい。通信ネットワークがWirelessHARTネットワークである場合、クロックの分解能および正確度は、WirelessHARTネットワークにより使用されるTDMAタイムスロット内で信頼性が高い通信分析を提供するように、1マイクロ秒であることが好ましい。
ネットワークアナライザのパケットサーバは、USBポートを経由して、取得エンジンから、タイムスタンプされたデータパケットのストリームを受信してもよい。次に、パケットサーバは、例えば、TCP/IPまたはUDP/IP等の標準ネットワークプロトコルを経由して、データパケットのストリームをユーザインターフェースならびに1つまたは複数のクライアントに提供してもよい。データストリームは、ASCIIテキストとして、16進法データとして、または他のいずれかの形式に応じて、フォーマットされてもよい。複数のクライアントをサポートすることにより、パケットサーバは、複数のユーザが、例えば、対応する通信ネットワークに対して好都合な場所に配置されるネットワークアナライザに遠隔接続することを可能にする。
パケットクライアントは、テキストのみであっても、または簡便かつ直感的な形式で、複数の通信チャネルからキャプチャされるデータパケットを表示する、グラフィカルアプリケーションであってもよい。少なくとも一部のパケットクライアントアプリケーションは、フィルタリング機能を含んでもよい。一部の実施形態において、パケットクライアントは、特定のネットワークデバイスに向かって、または特定のネットワークデバイスから移動するデータパケットだけを表示するために、デバイス特定フィルタを適用するように適合される。さらに、パケットクライアントは、複数のパケットサーバと通信してもよく、ユーザは、例えば、通信ネットワーク内のいくつかの場所でネットワーク通信を閲覧することができる。一部の実施形態において、パケットクライアントは、自動化またはスクリプト化された試験および/またはフィルタリングをサポートする。
一部の実施形態において、複数の通信チャネル上で通信を同時にキャプチャおよび処理するように適合されたワイヤレス通信ネットワークアナライザは、従来のコンピュータシステム上で実行可能なソフトウェアコンポーネントと、例えば、USBなどの標準インターフェースを経由して、RFインターフェースを実装し、かつソフトウェアコンポーネントと通信する、外付け専用ハードウェアコンポーネントと、を含んでもよい。実施形態において、ソフトウェアコンポーネントは、パケットサーバおよびユーザインターフェースの両方を含む。他の実施形態において、ソフトウェアコンポーネントは、パケットサーバを含み、ユーザインターフェースは、ローカルで、またはパケットサーバから遠隔で実行可能な個別のコンポーネントとして提供される。また他の実施形態において、パケットサーバは、単独で、またはユーザインターフェースと組み合わせて、専用ハードウェアコンポーネントとして提供され得る。このような一実施形態において、RFインターフェースは、パケットサーバおよびユーザインターフェースと共に埋め込みシステムに実装される。
実施形態において、複数の通信チャネルを経由して伝送されるデータパケットを同時に処理するためのパケット制御装置は、各々が複数の通信チャネルのそれぞれ1つ上にデータパケットが存在することを示すそれぞれのデータパケット信号を受信する、複数の入力部と、一定のクロックサイクルと関連する周期的クロック信号を連続的に供給するためのクロック発信部と、基準時刻以来発生したクロックサイクルのインスタンスの数として定義されるクロックサイクルカウントを生成するように、クロック発信部に通信可能に結合されるカウンタと、タイムスタンプがクロックサイクルカウントの値を含むように、それぞれのデータパケット信号を受信することに応答してタイムスタンプを生成するために各々がカウンタおよび複数の入力部のそれぞれ1つに結合される、複数の独立したタイムスタンプ生成器と、を含む。任意選択的に、パケット制御装置の複数の入力部は、第1の複数の入力部であって、パケット制御装置はさらに、各々が複数の通信チャネルのそれぞれ1つからデータパケットを受信する、第2の複数の入力部と、先入れ先出し(FIFO)順に複数の通信チャネルに関連するデータを出力するための出力部と、を含む。
別の実施形態において、複数の通信チャネルを並列処理するためのシリアルデータ制御装置は、データをマスタデバイスと交換するためのマスタインターフェースを含み、マスタインターフェースは、マスタ出力部と、マスタデバイスからデータを受信するためのスレーブ入力(MOSI)部と、データをマスタデバイスに伝送するための第1のマスタ入力、スレーブ出力(MISO)部と、マスタデバイスからマスタクロック信号を受信するためのシリアルクロック入力(SCLK)部と、を含む。シリアルデータ制御装置は、複数のスレーブデバイスの各々が複数の通信チャネルのそれぞれ1つをサービスするように、各々が複数のスレーブデバイスのそれぞれ1つとデータを交換する、複数のスレーブインターフェースをさらに含み、複数のスレーブインターフェースの各々は、複数のスレーブデバイスのそれぞれ1つにデータを伝送するためのMOSI部と、複数のスレーブデバイスのそれぞれ1つからデータを受信するためのMISO部と、複数のスレーブデバイスのそれぞれ1つにマスタクロック信号を転送するためのSCLK出力部と、をさらに含む。複数のスレーブインターフェースの各々は、複数のスレーブインターフェースに結合される複数の入力部を有するマルチプレクサと、マスタインターフェースに結合される出力部と、をさらに含み、処理モジュールは、複数のスレーブインターフェースの各々から受信したデータを同時に処理し、マスタインターフェースを経由して、マスタデバイスに単一ストリームとしてデータを提供するように、マルチプレクサに結合される。任意選択的に、シリアルデータ制御装置は、シリアルデータ制御装置の操作の少なくとも第1のモードと第2のモードとの間を選択するためのモード選択入力部をさらに含み、第1のモードは、複数のスレーブインターフェースからマスタインターフェースへデータを転送することに関連し、第2のモードは、マスタインターフェースから複数のスレーブインターフェースへデータを転送することに関連する。任意選択的に、シリアルデータ制御装置は、複数のスレーブシリアルインターフェースを経由してデータパケットを受信し、処理モジュールは、周期的クロック信号を供給するためのクロック発信部と、周期的クロック信号のクロックサイクルの数をカウントするようにクロック発信部に結合されるカウンタと、各々が複数のスレーブシリアルインターフェースのそれぞれ1つに対応する、複数の先入れ先出し(FIFO)バッファと、を含む。このため、処理モジュールは、複数のスレーブシリアルインターフェースの1つを経由して受信される各データパケットに対してタイムスタンプを生成し、各データパケットおよび対応するタイムスタンプを複数のFIFOバッファの1つに配置し、この場合、複数のFIFOバッファのうちの1つは、複数のスレーブシリアルインターフェースの1つに対応し、タイムスタンプは、周期的クロック信号のクロックサイクルの数を含む。任意選択的に、シリアルデータ制御装置のマスタインターフェースは、複数のスレーブデバイスの間を選択するように、スレーブデバイス選択機能をさらに含む。任意選択的に、ワイヤレス通信ネットワークアナライザは、シリアルパケット制御装置を含み、複数の無線チャネル上でデータパケットを同時にキャプチャするように適合される。ネットワークアナライザはさらに、マスタデバイスを定義するプロセッサと、複数の無線送受信器の各々は複数の無線チャネルのそれぞれ1つに関連する、複数のスレーブデバイスを定義する複数の無線送受信器と、複数の無線チャネル上でキャプチャされたデータパケットを1つ以上のクライアントに伝送するように、一連の命令としてコンピュータ可読メモリに格納され、プロセッサ上で実行するパケットサーバと、を含む。
本開示のワイヤレス通信ネットワークアナライザが作動してもよいワイヤレスネットワーク、およびこれにしたがってデバイスがワイヤレスネットワークにおいて通信する、実施例のスケジュールのフラグメントを模式的に示す図である。 図1のネットワークアナライザのブロック図である。 図1に示されたネットワークアナライザのRFインターフェースの回路基板コンポーネント図である。 図3のRFインターフェースの信号周辺機器制御装置のブロック図である。 図3の信号周辺機器制御装置の信号図である。 図3のRFインターフェースの信号周辺機器制御装置のステートマシン相互作用のブロック図である。 図3のRFインターフェースの信号周辺機器制御装置において動作するいくつかの独立的なステートマシンが、特定の通信チャネルをサービスするように実行してもよい、ステート遷移図である。 図3のRFインターフェースの信号周辺機器制御装置のシリアル周辺機器インターフェース相互作用のブロック図である。 図1のネットワークアナライザが異なる通信チャネル上でいくつかのデータパケットをキャプチャする、例示的な事例のタイミング図である。 図3のRFインターフェースの代替実施形態の場合の受信信号伝送経路のブロック図である。 図3のRFインターフェースの多様なコンポーネントの回路図である。 図3のRFインターフェースの多様なコンポーネントの回路図である。 図3のRFインターフェースの多様なコンポーネントの回路図である。 図3のRFインターフェースの多様なコンポーネントの回路図である。 図3のRFインターフェースの多様なコンポーネントの回路図である。 図1のネットワークアナライザの複数のパケットサーバと作動するパケットクライアントのブロック図である。
図1は、ワイヤレス通信ネットワークアナライザ2が、デバイスD1〜D8により通信されるデータパケットP1〜P4をキャプチャして処理するために使用されてもよい、例示的なワイヤレスネットワーク1を示す。ワイヤレスネットワーク1は、多種多様なワイヤレスプロトコルに対応する場合もあり、図1に示された実施形態において使用されるネットワークプロトコルは、2.4GHz ISM無線帯域で作動し、トランザクションごとのベースでチャネルホッピング機能を備えたIEEE標準802.15.4−2006.2.4GHz DSSS送受信器を利用し、時分割多重アクセス(TDMA)を使用してリンクアクティビティをスケジュールする、セキュアなワイヤレスメッシュプロトコルである。より具体的には、ワイヤレスネットワーク1で作動するネットワークプロトコルは、HART Communication Foundation(HCF)により公表されたWirelessHARTプロトコルであってもよい。したがって、図1の実施形態におけるデバイスD1〜D8は、例えば、128バイトを超えない、制限された長さのデータパケットを使用して、キャリア周波数F〜Fに対応する複数の通信チャネルに割り当てられた固定長のタイムスロット間に、デジタルデータを通信する。デバイスD1〜D8は、チャネルホッピングをサポートして、周波数ダイバーシティーを提供し、これによって、干渉を最小限に抑制し、マルチパスフェージングの影響を緩和する。
説明を容易にするために、図1は、デバイスD1〜D8のどれがデータパケットP1〜P4を伝送および受信するかにしたがって、ネットワークスケジュールのフラグメント4も模式的に示す。ワイヤレスネットワーク1のスケジュールは概して、特定の組の通信デバイスに対するタイムスロットおよび周波数割当だけを指定してもよいが、フラグメント4は、特定のパケットP1〜P4をワイヤレスネットワーク1の典型的な通信事例に対する(タイムスロット、周波数)組にマッピングする実施例を示す。また、フラグメント4は、5つのそれぞれの通信チャネルを定義する5つの周波数F〜Fへの割当だけを示すが、ワイヤレスネットワーク1は、これより少ないまたは多い通信チャネルを使用して動作する場合があることもわかるであろう。例えば、ワイヤレスネットワーク1は、2.4GHz IEEE標準802.15.4−2006により指定された16全ての通信チャネルを利用してもよい。
図1を続けて参照すると、パケットP1は、キャリアまたは周波数F上でタイムスロットTSの間にデバイスD1からデバイスD2へ、そして、キャリアF上でタイムスロットTSの間にデバイスD2からデバイスD7へ、移動してもよい。このように、デバイスD1からデバイスD7へのパケットP1の伝搬を追跡するには、キャリアFおよびFの両方で通信をキャプチャすることが所望される。別の例として、パケットP3も、デバイスD1からデバイスD7へ移動してもよいが、追加の中間デバイスD3を経由する。タイムスロットTSの間、パケットP3は、キャリアF上でデバイスD1からデバイスD3へと移動してもよい。次に、パケットP3は、キャリアF上でタイムスロットTSの間にデバイスD2へ、さらに、最終的に、キャリアF上でタイムスロットTSの間にデバイスD7へと移動してもよい。タイムスロットTSの間、パケットP1およびP3の両方は、デバイスD2、D7およびD1、D3のそれぞれの組の間を移動することがわかるであろう。したがって、複数のキャリア上で同時に通信をキャプチャすることも所望される。
デバイスD7に対して「アップストリーム」へ移動するパケットP1およびP3に加えて、デバイスD1〜D8の一部は、デバイスD7から、宛先のデバイスD5およびD4へそれぞれデータパケットP2およびP4を「ダウンストリーム」に同様に伝搬してもよい。図1に示されるように、パケットP2は、キャリアF上でタイムスロットTSの間にデバイスD5へ移動してもよく、一方で、パケットP4は、キャリアF上でタイムスロットTSの間にデバイスD7とD5の間、キャリアF上でタイムスロットTSの間にデバイスD7とD5との間、およびキャリアF上でタイムスロットTSの間デバイスD7とD5との間を移動してもよい。
ワイヤレスネットワーク1の動作の間、ネットワークアナライザ2は、デバイスD1〜D8によって使用される全チャネルF〜F上の通信を連続的かつ同時にキャプチャする。さらに、ネットワークアナライザ2は、タイミング情報をキャプチャおよび維持して、正しいTDMA動作を保証する。この目的を達成するために、ネットワークアナライザ2は、共通のクロック発信部を使用して、あらゆるチャネルで発生している通信にタイムスタンプしてもよい。さらにまた、ネットワークアナライザ2は、ワイヤレスネットワーク1により使用されるネットワークプロトコルとの互換性を評価する目的で、ネットワークトラフィックの分析を可能にするように、全通信を記録してもよい。
エンジニア、技術者等のユーザは、ネットワークアナライザ2をローカルで、またはネットワークアナライザ2のネットワークインターフェースを経由して遠隔操作してもよい。所望される場合、ネットワークアナライザ2のいくつかのインスタンスは、プロセス制御プラントのいくつかの場所に配置されてもよく、遠隔場所にいるユーザが、2つ以上のネットワークアナライザ2と通信する単一のクライアントアプリケーションを実行してもよい。逆に、各ネットワークアナライザ2は、例えば、パケットクライアントの各インスタンスに個別のTCPまたはUDPポートを割り当てることにより、複数のクライアントアプリケーションをサポートしてもよい。
図2は、ネットワークアナライザ2の例示的なアーキテクチャ、ならびにネットワークアナライザ2と1つ以上のクライアントアプリケーション(または「パケットクライアント」)との間の相互作用を模式的に示す。ネットワークアナライザ2は、ノートパソコン、別の種類の標準コンピュータシステム、またはネットワークアナライザ2の1つまたは複数のコンポーネントをサポートするように特別に設計された埋め込みコンピュータシステムであり得る、ホストコンピュータ12上に部分的に存在する取得エンジン10を含む。取得エンジン10は、ネットワークアナライザ2のために、データ取得フロントエンドとして動作し、図2に示されるように、RFインターフェース14と、パケットサーバ16と、を含む。
RFインターフェース14は、1つ以上の受信アンテナ18(好ましくは1つだけ)を含み、例えば、802.15.4準拠の2.4GHzネットワークプロトコルの全16チャネル等、ワイヤレスネットワーク1により使用される全通信チャネルでデータパケットを同時に取得する。RFインターフェース14は、受信時にデータパケットをタイムスタンプし、ネットワークインターフェース26およびネットワーク28を経由して、ネットワークアナライザ2および/または1つまたは複数のクライアントアプリケーション24のユーザインターフェース(UI)20に伝達するために、パケットサーバ16にデータパケットを提供する。好ましくは、タイムスタンプは、±8μS(マイクロ秒)未満の誤差で全通信チャネルにわたって同期される。タイムスタンプはまた、少なくとも8μSの分解能を有することが好ましく、1μSの分解能を有することが好ましい。実施形態において、タイムスタンプは、IEEE802.15.4PHY PDU内のデリミタバイトの受信に対応する。代替として、タイムスタンプは、例えば、データパケットの最後の8ビットの受信等、別のイベントに対応してもよい。
RFインターフェース14とパケットサーバ16との間の接続は、ホストコンピュータ12で実行されるが、USB接続ポート22を使用して実装されてもよく、USBフルスピード(12Mビット/秒)または高速(480Mビット/秒)接続であってもよく、かつ適切なUSBデバイスタイププロフィールに準拠してもよい。RFインターフェース14は、研究所および危険でないプラントフロアで使用されるために、適切にパッケージされていることが好ましい。パッケージは、ノートパソコンのホストコンピュータにより伴われるために適切でもなければならない。さらに、パッケージは、全16チャネルが同等の良好度で受信され得ることを保証しなければならない。このように、例えば、16チャネルのいずれの間にも受信された信号感度に+3dbmを超える変化があってはならない。
パケットサーバ16は、RFインターフェース14に接続し、かつこれをサポートする、単純なコンソールアプリケーションであってもよい。パケットサーバ16の基本的な制御は、コマンドラインのオプションから実装されてもよい。起動後、パケットサーバ16は、USBポート22を経由して指定されたRFインターフェース14に接続し、例えば、既定の制御ポートを経由して、ユーザインターフェース20がパケットサーバ16に接続することを待機する。パケットサーバ16はまた、ユーザインターフェース20および/またはクライアントアプリケーション24がRFインターフェース14でキャプチャされたデータを呼び出すように接続してもよい、1つまたは複数のデータポートをサポートしてもよい。代替として、パケットサーバ16とUIとの間の相互作用は、リモートプロシージャコール(RPC)またはホスト12上で稼動しているオペレーティングシステムによりサポートされる他のタスク間通信技法を実装されてもよい。好ましくは、パケットサーバ16およびユーザインターフェース20の両方は、Microsoft(登録商標)Windows(登録商標)2000、XPまたはVistaならびにLinux、QNX、および他のオペレーティングシステムと互換性がある。
以下に詳細に説明するように、パケットサーバ16は、ユーザがコマンドラインインターフェースまたはユーザインターフェース20を経由して直接入力することができる、一連のコマンドをサポートしてもよい。ユーザインターフェース20がパケットサーバ16への接続に成功後、ユーザは、RFインターフェース14からユーザインターフェース20へのデータの転送を開始するように、「START」をパケットサーバ16に伝送してもよい。データの転送は、パケットサーバ16が「STOP」コマンドを受信するまで、またはUIアプリケーション20が切断するまで、続けてもよい。
図2を続けて参照すると、パケットクライアント24のうちの少なくとも1つは、RFインターフェース14でキャプチャおよび収集され、パケットサーバ16により転送された、データパケットおよび統計を表示、フィルタリング、および解析するパケットアナライザであってもよい。好ましくは、パケットアナライザは、IEEE802.15.4およびWirelessHartパケット構造の両方を理解する。動作中、パケットアナライザは、データパケットのバイナリフィールドを判読可能な人間可読表示に変換することができる。さらに、パケットアナライザは、キャプチャされたデータパケットを個別のフィールドにパースし、任意選択的にフィールド内に含まれた、またはフィールドに対応するテキストを表示して、デバイスD1〜D8の間の通信の人間の分析および理解を単純化してもよい。
実施形態において、パケットアナライザ24は、同一のコンピュータホスト12上で稼動し、パケットサーバ16にローカル接続してもよい。代替として、パケットアナライザ24は、別のホスト上で稼動し、図2に示されるように、パケットサーバ16に遠隔接続してもよい。このように、RFインターフェース14およびパケットサーバ16は、プラントの場所に配置されてもよく、パケットアナライザ24は、サービスセンタからパケットサーバ16に都合よく接続して、ワイヤレスネットワーク1の動作を遠隔でトラブルシューティングすることが可能である。
上記のように、パケットアナライザ24は、複数のパケットサーバ16に同時に接続することも可能である(ネットワークアナライザ2の2つのインスタンスがワイヤレスネットワーク1が動作するプロセスプラント内の2つの異なる場所に配置された図1を参照)。さらに、各パケットサーバ16は、複数のRFインターフェース14をサポートすることができる。この結果、地理的に分散されたいくつかのRFインターフェース14からのデータを、ワイヤレスネットワーク1により占有されるRFスペース全体の包括的な表示を提供するように、1つの画面上に組み合わせることができる。
次に、図3〜図8は、RFインターフェース14の操作をより理解しやすく説明するために多様な視点から、いくつかの実施形態におけるRFインターフェース14の多様なコンポーネント、ならびに、これらのコンポーネント間の相互作用を示す。特に、図3は、RFインターフェース14の例示的な回路基板コンポーネント図を示し、図4および図5は、それぞれ、RFインターフェース14のコンポーネントのうちの1つの高レベル図および信号図を提供し、図6A〜図6Bおよび図7は、それぞれ、ステートマシン稼動およびシリアル周辺機器インターフェース(SPI)動作の観点から同一のコンポーネントを示し、図8は、RFインターフェース14の実施形態のうちの1つの例示的な信号伝送経路を示す。
図3を参照すると、RFインターフェース14は、RFI低ノイズ増幅器(LNA)32に結合されるSMAアンテナ接続器30を含んでもよく、これは、次に4分割信号分割器34に接続される。信号分割器34の出力の各々は、1組の4分割信号分割器36a、36b、36c、36dのうちの1つに提供される。同様に、信号分割器36a〜36dの各出力は、無線送受信器38に提供され、各々は、それぞれの周波数Fnに関連する単一の無線チャネルを受信およびデコードする。このように複数の無線送受信器38は、単一の回路基板上の単一の回路に組み込まれてもよい。さらに、CC2420チップを使用して実装され得る、無線送受信器38は、デコードされた出力を、Xilinx XC3S1000−FT256チップであり得る、FPGAモジュールを含んでもよいシリアル周辺機器制御装置(SPC)40に提供する。SPC40は、これらのデータストリームを、SPC40内または個別のメモリチップに実装されてもよい、1組の先入れ先出し(FIFO)バッファまたはメモリに格納する。RFインターフェース14はまた、処理されたデータストリームを受信するようにシリアル周辺機器制御装置40に接続され、かつこれらのデータストリームをパケットサーバ16に提供するように動作する、中央処理ユニット(CPU)42も含む(図2を参照)。シリアルブートフラッシュメモリ44は、電源投入時にCPU42を起動するために使用されるブートプログラムを格納してもよく、かつ、SPC40の追加の不揮発性メモリを提供してもよい。
CPU42は、USB接続46を経由して、ホストコンピュータ12(図2を参照)に接続されてもよく、かつ、RFインターフェース14上の診断、ステータス、または操作インターフェースとして機能することができる、1つ以上の発光ダイオード(LED)48を駆動するように接続されてもよい。CC2420チップとして実装されてもよい、追加の無線送受信器50は、CPU42およびSMAアンテナコネクタ52に接続され、伝送無線として使用されてもよい。動作中、受信アンテナ18(図2を参照)は、コネクタ30に接続されてもよく、伝送アンテナ(表示せず)は、コネクタ52に接続されてもよい。これらのアンテナは、例えば、ホイップアンテナであってもよい。CPU42は、無線送受信器50を駆動して、WirelessHARTネットワークに伝送することができる。しかしながら、所望される場合、無線送受信器50は、SPI接続を経由してシリアル周辺機器制御装置40に接続されてもよく、無線送受信器50が追加の受信器として使用されることを可能にする。
図3に示されるように、DC‐DC電源54は、USB接続46上で電力を受電するようにUSB接続46に結合され、CPU42、シリアル周辺機器制御装置40、無線送受信器38、50、LNA32およびRFインターフェース14の他の駆動されるコンポーネントにより必要な電力レベルにUSB電力を変換するように動作する。図2に示されるように、電源54は、3.3ボルト、2.5ボルトおよび1.2ボルトの電力信号を提供してもよく、他の電力レベルも、同様に、または代わりに提供されてもよい。さらにまた、RFインターフェース14は、シリアル周辺機器制御装置40へのプログラミング、診断または他のアクセスを可能にするように、JTAGコネクタ58を含んでもよい。
概して、SPC40は、無線インターフェース14においていくつかの機能を実行してもよい。一方、SPC40の目的は、個別のSPIインターフェースを、16個の802.15.4無線送受信器38の各々、ならびに送受信器50に提供することである。SPC40は、送受信器38および50に対してSPIマスタデバイスとして、およびCPU42に対してスレーブデバイスとして動作してもよい。もう一方で、SPC40のFPGAは、先入れ先出し(FIFO)バッファリング、チャネル選択、パケットタイムスタンプの開始、およびパケットデータをキャプチャするためのCPU42の並列インターフェースも提供する。加えて、SPC40のFPGAは、必要に応じて、全ての無線および内部FPGAレジスタの読み取りおよび書き込みのためのCPU40からのインターフェースを含む。
図4を参照すると、一実施形態におけるSPC40は、いくつかの無線制御モジュール64がそれぞれの入力を提供する、マルチプレクサ60を含むことができる。無線制御モジュール64の各々は、対応する送受信器38で受信されるデータパケットを格納するように、個別のFIFOキューを制御かつ維持することができる。図7を参照しながら詳細を説明するように、無線制御モジュール64は、CPUまたは別のクロック発信部により提供される、共通のクロック信号により駆動される独立のステートマシンを実装する。この結果、無線制御モジュール64は、相互に並列かつ独立的に正確なタイムスタンプを生成することが可能である。無線制御モジュール64が、マルチプレクサおよび読み取り制御モジュール66を経由して、CPU42にデータパケットを提供するとき、これらの独立的に生成されたタイムスタンプは、異なるチャネル上で同時またはほとんど同時に受信されたデータパケットが、マルチプレクサ60からCPU42に供給される順序とは無関係に、正確な以降の処理を許可する。1つまたは複数のデータパケットの受信後、読み取り制御モジュール66は、例えば、CPU42へ1つまたは複数のデータパケットを出力する前に、インタラプトを経由して、CPU42に通知してもよい。加えて、無線制御モジュール64の各々は、SPIインターフェースおよびグローバル制御モジュール68と相互作用して、それぞれの無線送受信器38に転送される制御または構成データを受信することができる。
図5は、SPC40の信号図を示す。この実施形態において、SPC40は、送受信器インターフェースとCPUインターフェースとを含み、各々はそれぞれ電気信号を受信および伝送するように、1組の入力および出力ピンとして実装されてもよい。図5の図の一部の信号は、物理的チャネル番号を接尾辞として使用して命名される。例えば、SFD_nでは、nは0から15までの物理的チャネル番号である。明確化を目的として、これらの信号は、11から26までの実際の802.15.4周波数チャネル番号ではなく、物理的チャネル番号を使用して命名される。以下の図5の説明において、「ピン」および「信号」は同義に使用される。
送受信器インターフェース上で、信号MOSI_n、MISO_n、およびSCLK_nは、各送受信器38のSPIアーキテクチャに一致する同期シリアルデータリンクを定義してもよい。信号SFD_n、FIFO_nおよびFIFOP_nは、データパケットのタイムスタンプ、ならびに送受信器38からのパケットデータ転送を開始および停止する独立したステートマシンを駆動するために使用されてもよい(ステートマシンの実装は図6および図11を参照して詳細に説明される)。さらに、信号XCVR_CLK_nは、クロック信号を各送受信器38に転送するために使用されてもよい。さらにまた、送受信器インターフェースは、特定の送受信器38チップを選択するためのCS_n信号と、送受信器38のすべてに送信されてもよい、単一のアウトバウンドリセット信号/NRESETと、を含んでもよい。
SPC40のCPUインターフェースに関して、SRC40内の特定の通信チャネルに関連するFIFOメモリまたはバッファからCPU42にバイトを転送するために8つのRXDATAピンが使用され、READ_DATA信号は、次のバイトへ読み出しを進めるために使用され、/RX_INT信号は、データがSPC40のFIFOバッファのうちの1つで使用可能であることをCPU42に通知する、インタラプトを生成するために使用される。5つのピンADDR[5:0]は、以下により詳細に説明するように、送受信器38のうちの1つ、またはSPC40の内部レジスタのうちの1つを選択するように使用される。CPUインターフェースに関してさらに、信号MOSI、MISO、およびSCLKは、その中でCPU42がマスタデバイスとして動作し、SPC40がスレーブデバイスとして動作する、SPIインターフェースを定義する。またさらに、/CS_SPC信号は、SPC40内の任意のレジスタへのアクセスをCPU42に提供し、/LED1および/LED2信号は、それぞれの発光ダイオードを制御するように使用されて、ネットワークアクティビティまたはエラーを示し、CPU42に接続されてもよいため、CPU42は、LED状態を直接読み取ることができる。/CLK_16MHZ信号は、CPU42からのクロック信号を供給するために使用され、SPC_CLKは、SPC40の内部クロックを監視するために使用され、CPU42からの/RESET_SPC信号は、データおよび/またはSPC40の内部状態の全てまたは一部をリセットしてもよい。
概して、SPC40は、RX_MODEピンを経由して選択可能な、セットアップモードと受信モードとの2つの基本的なモードのうちの1つで操作することができる。セットアップモードは、無線送受信器38、50を起動するためと、試験用のパケットデータを伝送するためと、に使用される一方で、受信モードは、各無線送受信器38の個別のSPIバスで全16チャネル上のデータパケットを同時にキャプチャするために使用される。セットアップモードに入るには、RX_MODEピンは、例えば、0に設定され得る。
より具体的には、ネットワークアナライザ2は、セットアップモードを使用して各無線送受信器38を初期にプログラムしてもよい。第1に、16チャネルのうちの1つが、1組のADDR[3:0]ピンを使用し、かつADDR4ピンをローに設定して選択される。これらの5つのピンは、SPC40がセットアップモードにある場合、SPC40への入力のうちの一部である。次に、CPU42上で稼動するSPIエンジンを使用して、通常のSPIサイクルが実行される。1組の/CS_SPC、MOSI、MISOおよびSCLK信号は、SPC40を通して、アドレスのチャネルに関連する無線送受信器38へ自動的にルーティングされる。このように、セットアップモードにおいて、SPC40は、CPU42と送受信器38のうちの選択された1つとの間の標準のSPI通信に関連する信号を転送することができる。最大の柔軟性のために、/CS_SPC信号タイミングは、出力モードにおいてGPIOポートを経由してソフトウェアにより生成される。
セットアップモードにおいて、選択された無線送受信器38のレジスタの全てがプログラムされ、各送受信器38は、802.15.4仕様により定義される16個の周波数チャネルの異なる1つに設定される。セットアップモードで最後のステップが実行されると、ネットワークアナライザ2は、16チャネルのうちのどの1つが受信モードで実際に有効になるかを示すように、SPC40内の16ビットチャネルイネーブルレジスタを書き込んでもよい。このステップが完了すると、RX_MODEピンは、1に設定されて、受信モードに入る。
ADDR[3:0]ピンを経由して無線送受信器38のうちの1つを選択し、選択された送受信器38に制御または構成データを伝送することに加えて、CPU42は、例えば、ADDR4信号をハイに設定することにより、/CS_SPC信号を経由して、SPC40の内部レジスタに直接アクセスしてもよい。この事例において、ADDR[3:0]ピンは、SPC40の16個の内部レジスタのうちの1つを選択するために使用されてもよい。一部の実施形態において、内部レジスタは全て16ビットの幅である。一実施形態におけるDPC40のレジスタの正確な機能を以下の表に定義する。
Figure 2011527146
実施形態において、レジスタデータは、SCLK信号のポジティブエッジ上でクロックインされ、CS_SPCがハイになると適切なレジスタに保存される。
受信モードにおいて、SPC40内の独立したステートマシンは、それぞれの送受信器38からのデータパケットを処理し、各受信されたデータパケットにタイムスタンプを生成する。送受信器38は、PHYヘッダおよび可能性としてプリアンブルを含む、キャプチャされたデータパケットの全層をSPC40に転送することができる。RX_MODEピンが1に設定されると、SPC40は、各有効になった無線送受信器38(上記の表に説明したようにチャネルイネーブルレジスタ0を使用して識別可能)にコマンド(SRX−ON)を自動的に送信して、受信を開始する。受信モードにおけるSPC40、ならびに受信モードで使用されるコンポーネントの動作は、次に、図6Aおよび図6B、さらに続けて図5の信号図を参照して説明する。
通常、各無線送受信器38は、ネットワーク1においてデータパケットを伝送するために使用された1組の通信チャネルのうちの異なる1つに設定される。上記のように、ネットワークアナライザ2は、このように、ネットワーク1の全通信チャネル上で発生している通信をキャプチャすることができる。しかしながら、ネットワークアナライザ2は、ユーザが、ユーザインターフェース20を経由して無線送受信器38のいずれかをプログラムして、任意の802.15.4チャネル上で操作することを許可することが好ましい。一実施例として、ユーザは、通信チャネル間のRSSI信号強度相違を決定するために、同一チャネル上で通信を受信するように、RFインターフェース14の全無線送受信器38を構成してもよい。この操作モードは、以下ではキャリブレーションモードと呼ばれる。
上記のように、CPU42およびSPC40は、信号RXDATA[7:0]、READ_DATAおよび/RX−INTを使用して、データパケットをCPU42に転送し、特に、RXDATAピンは、対応するFIFOバッファからバイトを読み出すために使用される。受信モードからセットアップモードに戻ると(つまり、RX−MODEピンがローになる)、SPC40は、受信モードに関する内部状態全てを自動的にクリアしてもよく、FIFOバッファを全てフラッシュする。
図6Aは、SPC40の受信モードで動作する、独立したステートマシン70に関する信号発信を模式的に示す。ステートマシン70の各々は、それぞれの無線送受信器38に接続され、サービスする。図4を再び参照すると、独立的なステートマシン70は、それぞれの独立した無線制御モジュール54のコンポーネントであってもよい。具体的には、各独立したステートマシン70は、データパケットの開始を検出することに応答してタイムスタンプを生成すること、データパケットの終了を検出することに応答して対応する無線送受信器38からデータパケットの転送を開始すること、およびデータパケット全体が無線送受信器38からSPC40のチャネル特定の内部バッファに転送されたことを検出することに応答してデータ転送を停止することの責任を負う場合がある。一実施形態にしたがう、ステートマシン70のステート遷移図は、図6Bに示され、これを参照しながらより詳細を説明する。
まだ図6Aを参照すると、クロック発信部72は、例えば、40ビット整数カウンタであり得る、カウンタ74に周期的クロック信号を提供する。クロック発信元72は、12.7日よりも大きい間隔にわたって1マイクロ秒の分解能および正確度を有する、正確な低ドリフト水晶であってもよい。所望される場合、クロック発信元72は、例えば、専用ピンを経由して、クロック信号をSPC40に提供するように、SPC40から個別に提供されてもよい。各ステートマシン70は、カウンタ74に通信可能に結合されるので、送受信器38のいずれかから受信されたデータパケットのためのタイムスタンプは、対応する送受信器38でデータパケットの開始を検出した直後に、他の通信チャネル上で検出されたパケットの数とは無関係に生成されてもよい。各ステートマシン70は、それぞれのパケットフォーマッタ76(図4に示された無線制御モジュール54の別のコンポーネントであり得る)を操作してもよい。パケットフォーマッタ76は、データパケットを対応するFIFOキューまたはバッファに追加する前に、カウンタ74の(タイムスタンプを定義する)現在の値をデータパケットに付加、先頭に追加、あるいはそうでなければ添付することができる。代替として、SPC40は、1つのパケットフォーマッタだけを含んでもよく、ステートマシン70は、パケットフォーマッタにより後で使用するために、カウンタ74の現在の値をレジスタまたはバッファに格納させてもよい。概して、データパケットの処理の一部だけは、全通信チャネル上で並列に進めることが必要であることがわかる。また別の代替として、SPC40は、共通のクロック信号により駆動される複数のカウンタ74を含むことができる。
ステートマシン70の各々は、図6Bに図説された状態遷移図90に応じて動作してもよい。この実施形態において、状態遷移図90は、SPC40が、対応する送受信器38からデータパケットを転送している間でも、送受信機38での新しいデータパケットの受信を登録している間でもない、アイドル状態を含む。ステートマシン70は、対応するSFD_n信号が0から1になるとき、送受信器38で受信されている新しいデータパケットの状態94に遷移してもよい。例えば、通信チャネル3に関連する周波数F(図1を参照)に調整された送受信器38は、802.15.4プロトコルスタックの物理層上のパケットのプリアンブルに続いて、データパケットの開始を示す開始フレームデリミタ(SFD)フィールドを検出してもよい。フレームデリミタの検出後、送受信器38は、送受信器38のアウトバウンドSFDピン上で1を直ちに出力してもよい。この実施例の送受信器38は、通信チャネル3に関連するため、SPC40は、通信チャネル3をサービスするステートマシン70に結合されるSFD_3上で1を受信する。
図6Bに使用された表記法において、矢印により示されたトランザクションをトリガするイベントは、フォワードスラッシュの左側にリストされ、新しい状態に入る前のイベントに対応する応答して実行されるアクションは、フォワードスラッシュの右側にリストされる。このように、図6Bに示されるように、ステートマシン70は、対応するSFD_n信号が現在1であると検出することに応答して、タイムスタンプを生成してもよい。つまり、SFD_n信号は、対応する通信チャネルに対してパケットのタイムスタンプを「凍結」するために使用される。パケットの最後のバイトが受信されると、送受信器38は、FIFOP_n信号をハイに変更する。この信号は、ステートマシン70にパケットヘッダを生成させ、無線FIFOバッファからデータパケットバイトを読み取るためにSPI転送を開始し、状態96に遷移させる。実施形態において、各チャネル特定のFIFOバッファは、2kbの深さであってもよい。
状態96のデータパケットを呼び出す前に、SPC40は、データパケットが受信されたチャネルおよび5バイト長のタイムスタンプを特定するヘッダを生成してもよい。SPC40は、状態96の送受信器38からデータパケットを呼び出す前に、対応するFIFOバッファに生成したヘッダを挿入してもよい。一部の実施形態において、パケットヘッダデータの形式は次のように定義されてもよい。
Figure 2011527146
この例示的な形式にしたがい、チャネルバイトの下位ニブルは、パケットの物理チャネルを示すように、0から15までの範囲にある。ネットワークアナライザ2のソフトウェアは、セットアップモードでこの物理チャネルを802.15.4チャネルにマップすることができる。チャネルバイトの上位ニブルは、上記に定義されたSPCレジスタ#1からのステータスビットのコピーを運ぶ。タイムスタンプは、ビットあたり1マイクロ秒の分解能を有する40ビット値であることが好ましい。この分解能によって、ラッピングせずに、12.7日を超えるパケットキャプチャ期間が可能になる。タイムスタンプカウンタは、SPC40が電源投入時にリセットされると、0に設定される。
状態96において、ステートマシン70は、送受信器38で利用可能なデータパケットを呼び出すことができる。他の実施形態において、ステートマシン70は、各受信後に遷移の状態92に戻ることなく、状態96で複数のデータパケットを読み取ってもよい。しかしながら、タイムスタンプの生成および挿入は、これに応じて調整されることが必要な場合がある。概して、状態96における転送は、対応するSPIインターフェース(つまり、MISO_n、MOSI_n、およびSCLKピン)を経由して発生してもよい。
WirelessHARTを実装する例示的なネットワーク1において、パケットデータは長さが128バイトまでである。最初のバイトは、パケットの残りのバイトのバイトで長さを示す。SPCステートマシンは、まず、長さのバイトを読み出し、それを使用してパケットの残りのバイトを読み出す。代替として、SPC40は、FIFO_nピンがこれ以上読み出すバイトがないことを示すローになるまで、無線送受信器38からバイトを読み出すだけが可能である。
所望される場合、SPC40は、対応するFIFOに格納されたデータパケットの最後に長さをチェックするバイトを添付してもよい。この追加のバイトは、同期の目的およびパケット境界の検証に使用される。127を超える長さのバイトを有するどのパケットも無効と考えられる場合があり、廃棄される可能性がある。廃棄が発生すると、パケット廃棄カウンタが増分されてもよい。有効な長さであるが、周期的冗長性チェック(CRC)エラーのあるパケットもキャプチャされる場合がある。パケットの最後のバイトは、パケットがCRCエラーを有したかどうかを示すビットを含んでもよい。
パケットが受信され、タイムスタンプされ、適切なチャネル特定のFIFOメモリに格納された後、SPC40は、CPU42に、新しいデータがパケットサーバ16により、かつ最終的にパケットクライアント24のうちの1つにより(図1を参照)、呼び出すため、およびその後に続く処理のために利用可能であることを通知するように進んでもよい。この目的のために、SPC40は、/RX−INTピンをアサートすることにより、インタラプトを生成する。CPU42は、RXDATA[7:0]ピンを経由してパケットのバイトを読み出し、FIFOの読み出しを次のバイトに進めるようにREAD_DATAピンをトグルし、/RX_INTピンが依然としてアサートされているかどうかを確認し(つまり、データパケット全体が転送されたかどうかを確認し)、/RX_INTピンのアサートが解除されるまで、データパケットの個々のバイトを呼び出すように継続することによって、応答することができる。
一部の実施形態において、CPU42が次のインタラプトが発生する前に/RX−INTピンのアサート解除を検出できることを保証するために、SPC40は、READ_DATA信号がCPU42による1つの追加時間をトグルされた後まで、任意の保留インタラプトを発行するのを待機する。
さらに、SPC40は、効率的かつ安全にオーバーフローに対処するように適合されてもよい。SPC40は、正常な状況下ではオーバーフローを回避するように十分高速であることが好ましいが、オーバーフローは、例えば、送受信器38のうちの1つが128バイトの最大長よりも長いデータパケットを受信する場合は依然として発生する場合がある。この場合、オーバーフローは、FIFOP_nがデータパケットの最後でハイになった後、FIFO_n信号がローになることにより、示されてもよい。実施形態において、SPC40は、この状況を検出し、対応する送受信器38にコマンドを発行して、関連するFIFOメモリをフラッシュし、かつ動作を再開する。この場合、FIFOバッファ内の一部のデータが損失され、対応するタイムスタンプは使用されない。この状況は、所望される場合、例えば、SPC40からのピン上のLED48の1つを使用して、レポートされる可能性がある。
ステートマシン70を駆動するために使用されるクロック信号に関してさらに、クロック発信源72(図6A0を参照)は、CLK−16MHz入力ピンであってもよい。この信号は、非常に正確なクロック(+−1.5ppm)であってもよく、タイムスタンプカウンタ74およびXCVR_CLK[16:0]信号を駆動するためにも使用されてもよい。この場合、SPC40は、単にXCVR_CLK_n出力のための分散バッファとして使用されてもよい。余分のXCVR_CLK16信号は、所望される場合、無線送受信器50に到達する場合がある。
さらに、SPC_CLK出力ピンは、ステートマシン70により使用される内部クロックであってもよい。この信号は、SPC40の内部位相ロックループ(PLL)により生成された40MHzクロックであることが好ましく、このクロック信号は、SPC_CLK試験目的のピンでの出力であり得る。
上記に示したように、CPU42は、/RESET_SPC入力上でローパルスを発行することにより、SCP40を完全にリセットしてもよい。この場合、SPC40は、1つ以上のカウンタ70、内部レジスタ、および内部FIFOバッファ全てをゼロに設定してもよい。SPC40は、ステートマシンの全てをアイドル状態にリセットしてもよい。SPC40は、単一/NRESET信号を送受信機38の全てに送信してもよい。好ましくは、この信号は、SPC40が/RESET_SPC信号を経由してリセットされると、ローのパルスを発する。
キャリブレーションモードで動作時、ネットワークアナライザ2は、全ての送受信器38を同一のキャリア周波数に調整してもよい。RFインターフェース14は、次に、あらゆる通信チャネル上で同一の制御信号を受信し、各通信チャネル上のRSLを測定し、取得されたRSL測定値を使用して、以降の処理におけるチャネル特定の信号減衰における変動を補償してもよい。つまり、ネットワークアナライザ2は、受信機感度におけるチャネルからチャネルへの変動を軽減または完全に消失させるために、同一の周波数上で送受信器38を操作してもよく、したがって、RFインターフェース14を効率的かつ正確にキャリブレーションする。制御信号は、ネットワーク1のデバイスD1〜D7、または制御伝送器からの信号により伝送された実際のデータパケットを含んでいてもよい。一実施形態において、ネットワークアナライザ2は、制御された強度および/または他のパラメータを有する制御信号を生成するように、送受信機50を使用してもよい。複数の通信チャネルにわたってRFインターフェース14を正確にキャリブレーションすると、ネットワークアナライザ2が、試験中のデバイス(例えば、図1に示されたデバイスD1〜D7のうちの1つ)により放射された信号の強度を推定することが可能になることが理解されるであろう。
次に、図7は、シリアルインターフェース信号発信の観点から、CPU42と、SPC40と、送受信器38および50との間の相互作用を図説する。特に、図7は、シリアルインターフェース信号発信に関するピンまたは信号だけを図説し、明確化のために他のピンまたは信号を省略する。図7のCPU42は、SPC40に対してマスタデバイスとして動作し、つまり、送受信器38および50に対してマスタデバイスとして動作することが理解されるであろう。CPU42は、単一のスレーブデバイス(SPC40)で動作するが、SPC40のCPUインターフェースは、スレーブ選択信号として動作するADDRピン(図5を参照)を含む。上記のように、図7に図説された構成は、SPC40が、バッファリング、並列処理、タイムスタンプ、個々のチャネル専用のFIFOキューの独立した管理等を提供することを有利に許可する。
前述のことから、無線インターフェース14は概して、およびSPC40は特に、クライアントアプリケーション24(図1を参照)が、ネットワーク1で伝送されたデータパケットのタイミングに関して正確な情報を受信することを許可することが理解されるであろう。従来のプロセッサは、疑似並列手法において、つまり、CPU時間を分割することにより、複数のデータストリームをサービスすることだけが可能であるが、SPC40は、真に並列な手法において複数の通信チャネル上でタイムスタンプ等の重要な情報を登録する。周知のように、従来のプロセッサ上の並列処理は、典型的に、利用可能なCPU時間を並列タスクにより使用するための複数の期間に分割すること、および一部のアルゴリズムまたは選択規則に応じてタスク間でスイッチすること(つまり、「コンテキストスイッチング」)が関与する。この意味において、並列処理は、CPUが時間内のある時点で1つのタスクだけを実行する、疑似並列に過ぎない。
この手法に関連する利点の一部の説明を助けるために、図8は、SFD_0信号は時間T1でハイになることによって示されるように、データパケットが通信チャネル0上で時間T1で受信され、別の2つのデータパケットは、それぞれ通信チャネル1および2上で時間T2で同時に受信されるタイミング図を図説する。SPC40等のパケットプロセッサが使用される場合、クロック信号の下降エッジで遷移が発生すると、通信チャネル0、1、および2上のデータパケットの到着は、時間T3で検出され得る。このように、3つのデータパケット全ては、これらの3つのデータパケットがCLK信号の単一サイクル内に到着する場合でも、同じタイムスタンプを取得することができる。
概して、タイムスタンプの正確度は、CLK信号の分解能に限定され得る。通信チャネルN上の時間T4で検出されるデータパケットは、したがって、時間T3とは異なる時間T5に関連するタイムスタンプを取得し得、一方で、通信チャネル1および2上で検出されるデータパケットは、時間T1とT2との間の差にもかかわらず、時間T3での同じタイムスタンプを取得する。
さらに、SPC40は、デリミタフィールドの開始時にタイムスタンプの実行をトリガする必要はないことがわかるであろう。例えば、全てのパケットが、同一形式のPHYプリアンブルおよび/またはヘッダを使用することがわかっている場合、SPC40は、送受信器38から受信された、他の信号の使用、または同一信号の異なる遷移をトリガしてもよい。例えば、SPC40が時間T6、T7、またはT9でSFD_nの遷移をハイからローにトリガするとしたら、タイムスタンプの相対的な正確度は同一であり得る。
次に、図9は、ネットワークアナライザ2で使用され得る、RF信号発信経路の別の実施形態を図説する。図3の実施形態とは異なるが、図9に示された構成もネットワークアナライザ2が単一アンテナを使用することを可能にする。図3は、単一のバンドパスフィルタおよび高ゲイン増幅器32が802.15.4スペクトラムで受信されたRF信号を処理するために使用される構成を示すが、図9は、単一のバンドパスフィルタ100が、RF入力と、第1の4分割器34を駆動する第1段階の増幅器102との間に配置される、代替のRF信号経路98を示す。第2段階の増幅器104は、次に、分割器34と4分割器36a〜36dとの間に提供される。しかしながら、図3の単一増幅器32は、図9に示された5つの別個の増幅器よりもUSB出力を使用して駆動するほうが容易であるように思われる。さらに、無線38を少ない部品数でアンテナカプラ自体に結合するためには、バランを使用することが所望される。1つの可能なバランは、7つではなく2つのコンポーネントだけを必要とする。
実施形態において、SPC40は、シリアルスレーブモード構成が実装されている、Xilinx XC3S1000−FT256 FPGAを含むことができる。このモードにおいて、CPU42は、FPGA上のCCLK、DIN、DONE、INIT_B&PROG_Bピンを経由してFPGAコードのロードを制御する。コード自体は、CPU42に接続されたシリアルフラッシュ44に格納される。CPU42は、電源投入時にFPCAコードをダウンロードするために必要である。マイクロプロセッサを使用して、Xilinx FPGAを構成する詳細は、Xilinx Application Note(XAPP502)を参照できる場合がある。さらに、無線送受信器38は、TI/Chipcon CC2420チップであってもよく、FPCAは、この送受信器の信号インターフェースを使用するようにカスタマイズされてもよい。図10〜図13は、RFインターフェース14の多様なコンポーネントの回路図を図説し、この少なくともその一部は、CC2420チップを含む。
前述のことから、図3〜図9を参照して説明された無線インターフェース14は、例えば、複数の通信チャネル上の通信の同時キャプチャ、キャプチャされたストリームの並列処理(および、具体的には正確なタイムスタンプ)、物理層等を含むデータパケットの全層をキャプチャする能力等を含むいくつかの重要な利点を提供することが理解されるであろう。複数のデータストリームは、同じクロック信号を使用して処理されるため、16チャンネル全てにわたって時間同期が保証され、PHYデリミタ受信時に正確なタイムスタンプが生成される。さらに、RFインターフェース14は、所望される場合、16の通信チャネルまたはこれ以上でデータパケットを同時にキャプチャするための単一アンテナを使用して動作してもよい。概して、複数のアンテナを使用することも可能で、少なくとも理論的には、チップアンテナ等の別のアンテナは、各通信チャネルに対して提供され得る。しかしながら、試験では、比較的多数のアンテナを各々に近接して配置すると、各々が著しい干渉、場合によっては、ネットワークアナライザ2が時にはパケットをドロップさせるに十分な干渉を生成することが明らかになった。
図2を再び参照すると、ネットワークアナライザ2のアーキテクチャは、タスクを、ハードウェアまたはファームウェアにより最適に実行されるタスクと、ソフトウェアにより最良に実行されるタスクと、に効率的に分ける。このように、パケットアナライザまたは同様なパケットクライアント24は、データパケットのデコード、ユーザコマンドの処理、データパケットのテキストおよび/またはグラフィック表示等の「重労働」を実行する。さらに、図1のパケットサーバ16は、データパケットが、RFインターフェース14からユーザインターフェースアプリケーション20に伝達され、これに応じてフォーマットされるように設計される。パケットサーバ16のコマンドライン引数は、次のような場合がある。
−p port
双方向構成を確立し、かつパケットクライアント24および/またはユーザインターフェース20への接続を制御するために使用されるサーバポート(デフォルト:1024)
−l descriptor
ISO639指定の言語記述子文字列(デフォルト:「en」)
−d
stdinからの入力をとり、キャプチャパケットをstdoutに送信するデバッグモードで実行。キャプチャは、stdinを介して^Cを送信することにより停止される。このオプションが指定されない場合、メッセージサーバは、キャプチャを開始する前に、制御ポート上の制御コマンドを待機する。
−O stdout
ファイル名、任意選択でパスを伴う(デフォルト:「analysaeout.txt」)
−G stdlog
ファイル名、任意選択でパスを伴う(デフォルト:「analysaelog.txt」)
−E stderr
ファイル名、任意選択でパスを伴う(デフォルト:「analysaeerr.txt」)
ユーザインターフェース20およびパケットサーバ16は、相互に通信するためにTCPデータポートおよびTCP制御ポートを使用することができる。動作において、ユーザインターフェース20は、まず、アプリケーション構成および制御のための接続ポートを評価することができる。一実施形態において、「localhost」での制御ポートは、TCPポート「ANALYS_WH_UI_CONNECT」である(localhostは、取得エンジン10が稼動しているホストコンピュータ12を参照し、ANALYS_WH_UI_CONNECTは、デフォルトのポート番号のコンパイル時定数である)。
ユーザインターフェース20が、ANALYS_WH_UI_CONNECTポートを経由して取得エンジン10のパケットサーバ16に接続した後、他の単方向のデータポート番号は、ASCIIテキスト形式で10進数として提供され得る。負の数は、ストリーム割当エラーまたは何らかの他のエラー状況を示すことができる。ユーザインターフェース20は、パケットサーバ16に付設されたUSBデバイスのリストも表示することができる。
ユーザインターフェース20は、構成および制御ポートを使用して、構成および制御コマンドをパケットサーバ16に送信することができる。メッセージサーバ16がコマンドを受理すると、確認応答で応答することが好ましい。コマンドがエラーを含む場合、またはパケットサーバ16が何らかの理由でコマンドを完了することが不可能な場合、パケットサーバ16は、負の確認応答に加えて、理由を指定する文字列を応答することが好ましい。以下の表は、パケットサーバ16が認識することができる例示的な組の制御ポートコマンドを提供する。
Figure 2011527146
ネットワークアナライザ2の動作中、取得エンジン10は、いくつかのワイヤレスチャネル上でキャプチャされたデータパケットならびにデバイスおよびネットワーク診断に有用な追加情報を含む、データストリームをユーザインターフェース20および/またはパケットクライアント24に提供してもよい。例えば、データストリームは、説明(例えば、「802.15.4−DATA」)、パケット番号(例えば、各キャプチャされたパケットの追跡を維持するための連続的に増加する32ビットの数字)、日時、タイムスタンプ、RSL、パケットステータス、チャネル、バイトストリーム、USBデバイス番号のフィールドの一部または全てを含んでもよい。加えて、データストリームは、その上でパケットがキャプチャされるUSBデバイスを指定するためのUSBデバイス番号のフィールドを含んでもよい。
一部の実施形態において、日時のフィールドは、ISO8601日付文字列、空白文字、およびISO8601時刻文字列を含む。秒のフィールドは、そのすぐ後に小数点とミリ秒の数字が続く。この構成は、ミリ秒を追加した「%Y−%m−%d %H:%M:%S」の書式文字列で起動された標準のANSI Cライブラリ関数strftimeの出力に類似する。一方、経過時間のフィールドは、取得システムが最後にリセットされてからのミリ秒数を含むことができる。経過時間は、8μS毎にレポートされ、少なくとも8μSの正確度を有することができる。時間は、小数点の右側に3桁がある浮動小数点数として表現されることが好ましい。値は、少なくとも48時間はオーバーフローしない。
RSLフィールドは、各パケットの受信信号レベルを表してもよく、受信されたパケットの信号の出力レベル(単位dB)の推定を提供するように含まれる。この値は、−128から+127の間の符号付き整数として表現かつ格納され得る。
さらに、パケットステータスは、パケットの符号なしの16ビットの列挙型ステータスであってもよい。ステータスは、例えば、ビット0−パケットFCSエラー、ビット1−不正受信バイトカウント、ビット2−受信機オーバーフローの値を示してもよい。ビット3〜15は保留される。
またさらに、フィールドチャネルは、IEEE802.15.4−2006仕様に基づき小数のチャネル数字を含む。フィールドバイトストリームは、データパケットに受信されたバイト全てを含むことが好ましい。各バイトは、空白文字で区切られ得て、2つの16進法の文字を含む。
概して、全フィールドは、カンマで区切られたASCIIテキストであってもよく、パケットは改行により終了されることが好ましい。得られるストリームの実施例は、次のようになる。
1,802.15.4−DATA, 10523, 2007−07−16 14:04:31.261, 6581973.929, −14, 0x0000, 23, 5B 41 88 2C 11 00・・・
同等)。
図14は、ネットワークアナライザ2のコンポーネントの有利な構成の別の実施例を提供する。この実施形態において、パケットクライアント24は、パケットサーバ16の複数のインスタンスに接続する。各パケットサーバ16は、データパケットのストリームをパケットクライアント24に伝送するので、パケットクライアント24は、複数の物理的場所からの情報を好都合に表示することができる。さらに、一部のパケットサーバ16は、図14にも図説されるように、複数のRFインターフェースに接続することができる。このように、単一のパケットクライアント24は、複数の通信チャネルおよび物理的場所に関する比較的大量の情報を収集することができる。
図14に図説されたパケットクライアント24は、比較的大量のデータを収集することができるため、特定のデバイスからの送信、または特定のデバイスにおける受信等、多様な条件に基づいてデータパケットを選択するように、フィルタリング機能がさらに提供され得る。図1を再び参照すると、例えば、オペレータは、デバイスD2を通過するデータパケット全てを確認したいと考える場合がある。オペレータは、これに応じて、適切なフィルタを選択し、選択したフィルタを適用して、D2に無関係なパケット全てをブロックし得る。この機能は、ネットワーク1のプロトコル(例えば、WirelessHART)への特定のデバイスの準拠を検証する場合に特に有用であり得ると考えられる。
また、ネットワークアナライザ2は、自動化試験の実行ならびに試験注釈にも使用されてもよいと考えられる。具体的には、パケットサーバ16は、パケットクライアント24からの対応するコマンドに応じて、既定の試験シナリオを実行するようにプロビジョンされ得る。つまり、ネットワークアナライザ2は、ネットワークアナライザ2自体に宛てて送信されたデータパケットを処理することができる。例えば、パケットは、ネットワークアナライザ2にデータの記録を開始および停止する、データを記録するファイルの名前を指定する、試験中に使用され得る暗号キーを提供する等の命令に使用され得る。ネットワークアナライザ2は、パケットサーバ16が、特定の試験事例の実行中に収集されたデータパケットを向かわせる得る特定のディレクトリ(例えば、ホスト12のメモリディスク)を作成することができる。この様式において、人間のオペレータが手動で分析しなければならない情報量が大幅に削減され得る。
上記の文章は、多数の異なる実施形態の詳細な説明を記載したが、本特許の範囲は、本特許の最後に記載された請求項の言葉により定義されることを理解されたい。あらゆる可能な実施形態を記述することは、不可能でない場合でも実際的ではないため、詳細説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、あらゆる可能な実施形態を記述するものではない。現在の技術または本特許の出願日後に開発される技術を使用する、無数の代替の実施形態が実装される可能性があるが、これらは、依然として、特許請求の範囲の範囲内である。

Claims (39)

  1. 複数の通信チャネルを経由して伝送されるデータパケットを同時に処理するためのパケット制御装置であって、
    それぞれ複数の信号を受信するための複数の入力部であって、前記複数の信号の各々は、前記複数の通信チャネルのそれぞれ1つにデータパケットが存在することを示す、複数の入力部と、
    周期的クロック信号を供給するためのクロック発信部と、
    前記複数の信号を同時に処理するように前記それぞれ複数の入力部に結合される複数の独立的な処理モジュールであって、その各々は、前記複数の処理モジュールの他すべてとは独立に前記それぞれの信号を処理するように、前記周期的クロック信号により駆動されるそれぞれのステートマシンを実装する、独立的な処理モジュールと、
    前記複数の通信チャネルのうちの1つ以上に少なくとも1つのデータパケットが存在することを示す出力信号を伝送するための出力部と、
    を備える、パケット制御装置。
  2. 基準時間以降発生した前記周期的クロック信号のクロックサイクルの数をカウントするように、前記複数の独立的な処理モジュールの各々と、前記クロック発信部とに通信可能に結合されるカウンタをさらに備える、請求項1に記載のパケット制御装置。
  3. 前記複数の独立的な処理モジュールの各々は、前記複数の通信チャネルの前記それぞれ1つで検出される各データパケットに対してタイムスタンプを生成するように、前記カウンタを使用する、請求項2に記載のパケット制御装置。
  4. 前記クロック発信部は、第1のクロック発信部であり、前記周期的クロック信号は、第1のクロックサイクル期間に関連する第1の周期的クロック信号であり、前記パケット制御装置は、
    前記第1のクロックサイクル期間よりも短い第2のクロックサイクル期間に関連する第2の周期的クロック信号を連続的に供給する第2のクロック発信部と、
    をさらに備え、
    前記第1の周期的クロック信号は、前記複数の独立的な処理モジュールの各々の状態遷移を駆動し、前記第2の周期的クロックは、前記複数の独立的な処理モジュールの各々において命令を実行するために使用される、
    請求項1に記載のパケット制御装置。
  5. 前記複数の入力部は、第1の複数の入力部であり、前記複数の信号は、それぞれ複数の送受信器からの複数のデータパケット開始信号であって、前記複数のデータパケット開始信号の各々は、前記複数の通信チャネルの前記それぞれ1つで前記複数の送受信器のそれぞれ1つによるデータパケットの受信の開始を示す、請求項1に記載のパケット制御装置。
  6. 前記それぞれ複数の送受信器からそれぞれ複数のデータパケット終了信号を受信するための第2の複数の入力部をさらに備え、
    前記複数のデータパケット終了信号の各々は、前記複数の通信チャネルの前記それぞれ1つで前記複数の送受信器の前記それぞれ1つにより前記データパケットの受信の終了を示す、
    請求項5に記載のパケット制御装置。
  7. 前記それぞれ複数の送受信器からそれぞれ複数のデータパケット信号を受信するための第2の複数の入力部であって、前記複数のデータパケット信号の各々は、前記複数の通信チャネルの前記それぞれ1つで前記複数の送受信器の前記それぞれ1つにより受信される前記データパケットを伝達する、第2の複数の入力部と、
    前記複数の独立的な処理モジュールに結合されるマルチプレクサと、
    前記複数の通信チャネル上で受信されたデータパケットを伝送するように前記マルチプレクサに結合される出力部と、
    をさらに備える、請求項5に記載のパケット制御装置。
  8. プロセッサとデータを交換するように結合されるマスタシリアルパラレルインターフェース(SPI)であって、
    前記プロセッサから送受信器制御データを受信するためのマスタ出力、スレーブ入力(MOSI)部と、
    データパケットを前記プロセッサに伝送するためのマスタ入力、スレーブ出力(MISO)部と、
    前記プロセッサからマスタクロック信号を受信するためのシリアルクロック入力(SCLK)部と、を含む、マスタSPIと、
    前記それぞれの複数の送受信器に結合される複数のスレーブSPIであって、その1つずつは、
    前記複数の送受信器のそれぞれ1つから、前記データパケットを受信するためのMISO部と、
    前記複数の送受信器の前記それぞれ1つに、前記送受信器制御データを転送するためのMOSI部と、
    前記複数の送受信器の前記それぞれ1つに、前記マスタクロック信号を転送するためのシリアルクロック入力部(SCLK)と、を含む、複数のスレーブSPIと、
    をさらに備える、請求項5に記載のパケット制御装置。
  9. 前記パケット制御装置の操作のうちの少なくとも受信モードと制御モードとの間を選択するように、プロセッサから選択信号を受信するためのモード選択入力部を、さらに備え、
    前記受信モードは、前記複数の送受信器からデータパケットを受信すること、および前記受信したデータパケットを前記プロセッサに転送することに対応し、前記制御モードは、前記プロセッサから制御データを受信すること、および前記受信した制御データを前記複数の送受信器のうちの指定された1つに転送することに対応する、請求項5に記載のパケット制御装置。
  10. 前記複数の信号は、複数の送受信器からの複数の信号であって、各々は前記複数の通信チャネルのそれぞれ1つに関連付けられ、
    前記複数の送受信器に対する制御データを受信するための制御データ入力部と、
    前記複数の送受信器のうちの1つの選択を受信するための選択入力部と、
    をさらに備え、前記パケット制御装置は、前記制御データを前記複数の送受信器のうちの選択された1つに転送する、
    請求項1に記載のパケット制御装置。
  11. 複数の通信チャネルを経由して伝送されるデータパケットの同時処理のためのパケット制御装置であって、
    各々が前記複数の通信チャネルのそれぞれ1つにデータパケットが存在することを示すそれぞれのデータパケット信号を受信する、複数の入力部と、
    特定のクロックサイクルに関連する周期的なクロック信号を連続的に供給するためのクロック発信部と、
    基準時間以降に発生したクロックサイクルのインスタンス数として定義されるクロックサイクルカウントを生成するように、前記クロック発信部に通信可能に結合されるカウンタと、
    前記それぞれのデータパケット信号を受信することに応答してタイムスタンプを生成するように、各々が前記カウンタおよび前記複数の入力部のそれぞれ1つに結合され、前記タイムスタンプは前記クロックサイクルカウントの値を含む、複数の独立したタイムスタンプ生成器と、
    を備える、パケット制御装置。
  12. 前記複数の入力部は、第1の複数の入力部であって、
    各々は前記複数の通信チャネルのそれぞれ1つからデータパケットを受信する、第2の複数の入力部と、
    先入れ、先出し(FIFO)順に前記複数の通信チャネルに関連するデータを出力するための出力部と、をさらに備える、請求項1に記載のパケット制御装置。
  13. 複数の通信チャネルの並列処理のためのシリアルデータ制御装置であって、
    マスタデバイスとデータを交換するためのマスタインターフェースであって、
    前記マスタデバイスからデータを受信するためのマスタ出力、スレーブ入力(MOSI)部と、
    前記マスタデバイスにデータを伝送するための第1のマスタ入力、スレーブ出力(MISO)部と、
    前記マスタデバイスからマスタクロック信号を受信するためのシリアルクロック入力(SCLK)部と、を含む、マスタインターフェースと、
    複数のスレーブインターフェースであって、各々は複数のスレーブデバイスのうちのそれぞれ1つとデータを交換し、前記複数のスレーブデバイスの各々は、前記複数の通信チャネルのうちのそれぞれ1つにサービスし、前記複数のスレーブインターフェースの各々は、
    前記複数のスレーブデバイスの前記それぞれ1つにデータを転送するためのMOSI部と、
    前記複数のスレーブデバイスの前記それぞれ1つからデータを受信するためのMISO部と、
    前記マスタクロック信号を前記複数のスレーブデバイスの前記それぞれ1つに転送するためのSCLK出力部と、を含み、
    前記複数のスレーブインターフェースに結合される複数の入力部と、前記マスタインターフェースに結合される出力部と、を有するマルチプレクサと、
    前記複数のスレーブインターフェースの各々から受信されたデータを同時に処理するように、かつ前記マスタインターフェースを経由して単一のストリームとして前記マスタデバイスに前記データを提供するように前記マルチプレクサに結合される、処理モジュールと、
    を備える、シリアルデータ制御装置。
  14. 前記シリアルデータ制御装置の操作の少なくとも第1のモードと第2のモードとの間で選択するためのモード選択入力部と、
    をさらに備え、
    前記第1のモードは、前記複数のスレーブインターフェースから前記マスタインターフェースへデータを転送することに関連し、前記第2のモードは、前記マスタインターフェースから前記複数のスレーブインターフェースへデータを転送することに関連する、
    請求項13に記載のシリアルデータ制御装置。
  15. 前記シリアルデータ制御装置は、前記複数のスレーブシリアルインターフェースを経由してデータパケットを受信し、前記処理モジュールは、
    周期的クロック信号を供給するためのクロック発信部と、
    前記周期的クロック信号のクロックサイクルの数をカウントするように前記クロック発信部に結合されるカウンタと、
    各々が前記複数のスレーブシリアルインターフェースのそれぞれ1つに対応する、複数の先入れ先出し(FIFO)バッファと、を含み、
    前記処理モジュールは、前記複数のスレーブシリアルインターフェースのうちの1つを経由して受信された各々のデータパケットに対してタイムスタンプを生成し、かつ各データパケットおよび前記対応するタイムスタンプを前記複数のFIFOバッファのうちの1つに配置し、前記複数のFIFOバッファのうちの前記1つは、前記複数のスレーブシリアルインターフェースのうちの前記1つに対応し、前記タイムスタンプは、前記周期的クロック信号のクロックサイクルの数を含む、
    請求項13に記載のシリアルデータ制御装置。
  16. 前記マスタインターフェースは、前記複数のスレーブデバイスの間で選択するためのスレーブデバイス選択機能をさらに含む、請求項13に記載のシリアルパケット制御装置。
  17. 請求項13に記載のシリアルパケット制御装置を含むワイヤレス通信ネットワークアナライザであって、前記ネットワークアナライザは、複数の無線チャネル上のデータパケットを同時にキャプチャするように適合され、
    前記マスタデバイスを定義するプロセッサと、
    前記複数のスレーブデバイスを定義する複数の無線送受信器であって、その各々は前記複数の無線チャネルのそれぞれ1つに関連する、複数の無線送受信器と、
    前記複数の無線チャネル上でキャプチャされた前記データパケットを1つ以上のクライアントに伝送するように、一連の命令としてコンピュータ可読メモリに格納され、前記プロセッサ上で実行する、パケットサーバと、
    をさらに含む、ネットワークアナライザ。
  18. 複数のワイヤレス通信チャネルを有する通信リンク上でデータパケットを監視する方法であって、
    それぞれ複数の電気信号を生成するように、各々が前記複数のワイヤレス通信チャネルのそれぞれ1つに関連付けられる、複数のワイヤレス信号を同時にキャプチャすることと、
    前記複数の電気信号を並列に処理することであって、
    周期的クロック信号を取得することと、
    前記複数のワイヤレス通信チャネルを経由して伝送されたデータパケットを呼び出すように、前記周期的クロック信号を使用して複数のステートマシンを同時に駆動することであって、前記複数のステートマシンの各々は、前記複数のワイヤレス通信チャネルのそれぞれ1つに対応し、前記複数の電気信号のそれぞれ1つを使用する、駆動することと、
    以降の処理のために前記呼び出されたデータパケットを含むデータストリームを生成することと、
    を含む、方法。
  19. 前記複数のワイヤレス信号を同時にキャプチャすることは、
    単一のアンテナを使用して、前記複数のワイヤレス信号を含む、ワイヤレス信号をキャプチャすることと、
    前記キャプチャされたワイヤレス信号を前記キャプチャされたワイヤレス信号の複数のコピーに分割することと、
    多重の電気信号を生成するように、前記キャプチャされたワイヤレス信号の前記複数のコピーを、複数のワイヤレス送受信器に供給することと、
    を含む、請求項18に記載の方法。
  20. 前記キャプチャされたワイヤレス信号を分割することの前に、前記キャプチャされたワイヤレス信号を増幅することをさらに含む、請求項19に記載の方法。
  21. 前記複数のワイヤレス送受信器の各々は、前記複数の通信チャネルのうちの対応する1つに関連する周波数に調整される、請求項19に記載の方法。
  22. 前記複数のワイヤレス送受信器の各々は、前記複数の通信チャネルのうちの対応する1つに対して、データパケットの開始を示すパケット開始信号、およびデータパケットの終了を示すパケット終了信号を生成する、請求項19に記載の方法。
  23. 前記複数のチャネル特定の信号を並列に処理することは、前記周期的クロック信号の同一サイクル内の2つの個別のワイヤレス通信チャネルでキャプチャされた2つのデータパケットに対して、等しいタイムスタンプを生成することを含んだ、各キャプチャされたデータパケットに対してタイムスタンプを生成する、ことをさらに含む、請求項18に記載の方法。
  24. 前記複数の電気信号を並列で処理することは、前記複数の電気信号の各々に対して、独立的な先入れ先出し(FIFO)メモリバッファを維持する、ことをさらに含む、請求項18に記載の方法。
  25. コンピュータシステム上で実行しているユーザインターフェースに前記データストリームを伝送することと、前記ユーザインターフェースに前記データストリームを表示することと、をさらに含む、請求項18に記載の方法。
  26. 複数のRFキャリア上で通信を同時にキャプチャする、ワイヤレス通信ネットワークアナライザにおいて使用するための無線インターフェース回路であって、
    前記複数のRFキャリアに関連する信号をアンテナから受信するためのRF入力部と、
    前記受信された信号を複数の信号に分割するように、前記RF入力部に通信可能に結合される分割モジュールであって、前記分割モジュールが前記それぞれの複数の信号を出力する、複数の出力部を含む、分割モジュールと、
    前記複数の信号を並列に処理し、それぞれの複数のデータストリームを生成するように、前記複数の出力部のそれぞれ1つに各々結合される、複数の無線送受信器と、
    前記複数のデータストリームに関連するデータを処理するように、前記複数の無線送受信器に通信可能に結合される処理ユニットと、
    を備える、無線インターフェース回路。
  27. 前記分割器で前記受信された信号を分割することの前に、前記受信された信号を増幅するように、前記RF入力部のダウンストリームで、かつ前記分割モジュールのアップストリームに配置される増幅器をさらに備える、請求項26に記載の無線インターフェース回路。
  28. 前記分割モジュールは、
    前記RF入力部に結合される入力部と、多重の出力部とを有する、第1段階の分割器と、
    各々が前記第1段階の分割器の前記多重の出力部のそれぞれ1つに結合される入力部と、複数の出力部とを有する、多重の第2段階の分割器と、を含み、
    前記多重の第2段階の分割器の前記複数の出力部は、前記分割モジュールの前記複数の出力部を定義する、
    請求項26に記載の無線インターフェース回路。
  29. 前記分割モジュールは、各々が前記多重の出力部のそれぞれ1つと、前記多重の第2段階の分割器のそれぞれ1つとの間に配置される、多重の第2段階の増幅器をさらに含む、請求項28に記載の無線インターフェース回路。
  30. に結合されるパケット制御装置をさらに備える、請求項26に記載の無線インターフェース回路。
  31. クロック信号を生成し、かつ前記クロック信号を前記複数の無線送受信器の各々に提供するように、クロック発信部をさらに備える、請求項26に記載の無線インターフェース回路。
  32. 各々が前記複数の無線送受信器のそれぞれ1つに結合される、複数の入力部と、
    周期的クロック信号を供給するためのクロック発信部と、
    前記複数のデータストリームのそれぞれ1つを同時に処理するように、各々が、前記周期的クロック信号により駆動され、前記複数の入力部のそれぞれ1つに結合される、複数の独立的なステートマシンと、
    前記複数のデータストリームからデータパケットを含む出力データストリームを提供するように、前記複数の独立的なステートマシンに結合されるマルチプレクサと、を含むパケット制御装置と、
    をさらに備え、
    前記出力データストリームは、前記処理ユニットに提供される、
    請求項26に記載の無線インターフェース回路。
  33. 複数の無線周波数(RF)キャリアを経由して伝送されるデータパケットをキャプチャするためのワイヤレス通信ネットワークアナライザであって、
    データパケットストリームを受信し、前記データパケットストリームを少なくとも1つのクライアントアプリケーションに供給するように、一連の命令として実装され、かつコンピュータホスト上で実行するパケットサーバと、
    前記複数のRFキャリア上でデータパケットを同時にキャプチャし、前記データパケットストリームを生成するためのRFインターフェースであって、少なくとも1つのプロセッサ上で前記コンピュータホストとは独立して作動する、RFインターフェースと、
    前記コンピュータホストを前記RFインターフェースに通信可能に結合する通信リンクと、
    を備える、ネットワークアナライザ。
  34. 前記通信リンクは、USBリンクを含み、前記RFインターフェースは、前記RFインターフェースへの電力を取得する、請求項33に記載のネットワークアナライザ。
  35. 前記RFインターフェースは、
    前記複数のRFキャリアに関連する少なくとも1つの信号を受信し、各々が前記複数のRFキャリアのそれぞれ1つに対応する、複数のデータストリームを生成するための第1の処理段階と、
    前記複数のデータストリームを処理し、出力データパケットストリームを生成するように、前記第1の処理段階に通信可能に結合される第2の処理段階と、を含み、前記第2の処理段階は、前記複数のデータストリームの他のすべてと並列に前記複数のデータストリームの各々を処理する、
    請求項33に記載のネットワークアナライザ。
  36. 前記RFインターフェースは、
    前記少なくとも1つの信号を受信し、データ信号を生成するためのアンテナと、
    前記データ信号を複数のデータ信号に分割するための分割器と、
    各々が前記複数のデータ信号のそれぞれ1つを受信する、複数の送受信器と、を含み、前記複数の送受信器の各々は、前記複数の送受信器の残りと同時に動作する、
    請求項33に記載のネットワークアナライザ。
  37. 前記RFインターフェースは、前記データ信号を増幅するように、前記アンテナに結合される増幅器を含む、請求項36に記載のネットワークアナライザ。
  38. 前記RFインターフェースは、複数の調整可能受信器を含み、前記RFインターフェースは、前記複数の調整可能受信器のうちの1つの選択とキャリア周波数とを受信し、前記キャリア周波数を前記複数の調整可能受信器のうちの前記選択された1つに割り当てる、請求項33に記載のネットワークアナライザ。
  39. 前記RFインターフェースは、前記ネットワークアナライザのキャリブレーションモードにおいて試験キャリア周波数に関連する試験信号を生成するための伝送器をさらに含み、前記RFインターフェースは、前記ネットワークアナライザの前記キャリブレーションモードにおいて、前記複数の調整可能な受信器の各々に前記試験キャリア周波数を割り当てる、請求項33に記載のネットワークアナライザ。
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