JP2015520534A - Ｇ３電力線通信ネットワークのためにプライオリティコンテンションウィンドウをオーバーラップさせること - Google Patents

Ｇ３電力線通信ネットワークのためにプライオリティコンテンションウィンドウをオーバーラップさせること Download PDF

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Abstract

Ｇ３‐ＰＬＣネットワークにおいてプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７、８０１）をオーバーラップさせるための方法及びシステムの実施例が提示される。一実施例において、ノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（ＮＰＣＷ）（８０１）が、ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（ＨＰＣＷ）（７０７）とオーバーラップすることが可能とされる。ノーマルプライオリティフレームのための最小コンテンションウィンドウ（８０１）（即ち、ＮＰＣＷ）が、ハイプライオリティフレームのためのコンテンションウィンドウ（７０７）（即ち、ＨＰＣＷ）に等しいか又はそれより長い。ＮＰＣＷ（８０１）をＨＰＣＷ（７０７）より長くすることによって、ハイプライオリティフレームは、伝送再試行でのチャネルに対するアクセスを得るためにノーマルプライオリティフレームより一層良好な可能性を有し得る。

Description

本願は、電力線通信（ＰＬＣ）のための装置及び方法に関連する。
電力線通信（ＰＬＣ）は、例えば、ワイヤ、電力線、又は他の導体など、住居、ビル、及びその他の敷地に電力を伝送するためにも用いられるのと同じ媒体を介してデータを通信するためのシステムを含む。簡単に言えば、ＰＬＣは、通信信号を既存の電力線を介して変調する。これにより、如何なる新たなワイヤ又はケーブルも導入することなく、デバイスをネットワーク接続することが可能となる。この能力は、ネットワーク接続を介して更なるインテリジェンス及び効率を活用し得る多様な範囲の用途にわたって非常に魅力的である。ＰＬＣ用途は、ユーティリティメーター、ホームエリアネットワーク、及び機器及び照明制御を含む。
ＰＬＣは、通信チャネルとして電力線を用いる任意の技術に対する一般的な用語である。現在、種々のＰＬＣ規格化の取り組みが世界中で成されている。異なる規格が、異なる性能ファクタ、及び、特定の用途及び動作環境に関連する問題に焦点を当てている。最もよく知られているＰＬＣ規格の一つがＧ３‐ＰＬＣであり、これは国際電気通信連合（ＩＴＵ）により認められている。
ユーティリティメーターと通信するためにＰＬＣを用いることにより、付加的なワイヤを設置する必要なく、ＡＭＲ（Automated Meter Reading）及びＡＭＩ（Automated Meter Infrastructure）通信などの用途が可能となる。また、消費者が、自身のエネルギー消費を監視するため、また、時間帯需要に基づいてより低コストな電気代を活用するために、家庭用電気メーターをエネルギー監視デバイス又は家庭内ディスプレイに接続するためにＰＬＣを用いることもできる。
ホームエリアネットワークが、エネルギーのより効率的な消費のために家庭用機器を制御することを含むように拡張されるにつれて、ＯＥＭが、これらのデバイス及びホームネットワークをリンクするためにＰＬＣを用い得る。ＰＬＣはさらに、照明の遠隔制御、照明の自動入切、エネルギーコストを正確に計算するための使用量のモニタリング、及びグリッドへの接続性などの機能性を可能にするために、インテリジェンスを様々の照明製品に統合することによってホーム及びインダストリアルオートメーションをサポートし得る。
ＰＬＣシステムが実装される方式は、地域の規制、ローカル電力グリッドの特性などに依存する。ＰＬＣユーザが利用可能な周波数帯は、システムの場所に依存する。欧州では、ＰＬＣ帯域はＣＥＮＥＬＥＣ（欧州電気標準化委員会）により規定されている。ＣＥＮＥＬＥＣ‐Ａ帯域（３〜９５ｋＨｚ）は、電力供給業者専用である。ＣＥＮＥＬＥＣ‐Ｂ、Ｃ、Ｄ帯域は、ＰＬＣユーザを含み得るエンドユーザ用途に開放されている。典型的に、ＰＬＣシステムは、１．５６７５ｋＨｚ離間された３６個のトーンを用いてＣＥＮＥＬＥＣ‐Ａ帯域において３５〜９０ｋＨｚの間で動作する。米国では、ＦＣＣが５３５ｋＨｚで始まる排出要件を管理しており、従って、ＰＬＣシステムは、４．６８７５ｋＨｚで離間された７２個のトーンを用いて１５４〜４８７．５ｋＨｚから規定されたＦＣＣ帯域を有する。世界の他のエリアでは、１０〜４５０ｋＨｚで動作する、日本の電波産業会（ＡＲＩＢ）で規定された帯域、及び、３〜９０ｋＨｚで動作する、中国のＥＰＲＩ（Electric Power Research Institute）で規定された帯域など、異なる周波数帯が用いられている。
異なるプライオリティレベルを処理するため、Ｇ３‐ＰＬＣは、ハイプライオリティパケットを有するノードのみがフレームを競合及び伝送し得る、ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（ＨＰＣＷ）の利用を考慮する。しかし、ネットワークにおいてハイプライオリティフレームを有するノードがないとき、他のノードは、如何なるフレームを伝送する前でも全ＨＰＣＷウィンドウを待機する必要がある。これはネットワークリソースの無駄である。ＨＰＣＷウィンドウのためのこの遅延は、達成し得るスループットに影響を与え得る。というのは、ハイプライオリティフレームを備えたノードは、ネットワークにおいてかなりの時間量の間生じない可能性があるためである。また、既存のＧ３‐ＰＬＣメカニズムは、チャネルを感知し得る近隣のノードとの衝突回避のみを保証するが、隠れたノードとの衝突回避は保証しない。
Ｇ３‐ＰＬＣネットワークにおいてプライオリティコンテンションウィンドウをオーバーラップするための方法及びシステムの実施例が提示される。一実施例において、ノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（ＮＰＣＷ）がＨＰＣＷとオーバーラップすることが可能とされる。ノーマルプライオリティフレームのための最小コンテンションウィンドウ（即ち、ＮＰＣＷ）は、ハイプライオリティフレームのためのコンテンションウィンドウ（即ち、ＨＰＣＷ）に等しいか又はそれより長い。ＮＰＣＷをＨＰＣＷより長くすることにより、ハイプライオリティフレームが、チャネルへのアクセスを得るための一層良好な機会を有し得る。
ＨＰＣＷ及びＮＰＣＷのこのオーバーラップは、ハイプライオリティフレームの性能に対し小さな影響しか与えない。ノーマルプライオリティフレームを伝送することを意図するノードの衝突のためのウィンドウサイズは増大される（例えば、ＨＰＣＷ及びＮＰＣＷが当初同じ長さである場合、２倍にされる）。しかし、ハイプライオリティフレームに対するウィンドウサイズは、元のＨＰＣＷに等しく保たれる。再伝送試行の間、ノーマルプライオリティフレームのためのバックオフ期間が、ノーマルプライオリティフレームをＨＰＣＷの外に押すが、ハイプライオリティフレームは、ＨＰＣＷにおける伝送を試み続ける。そのため、再伝送試行の間のハイプライオリティフレームの正常（successful）伝送の可能性が増大される。
提案される解決策は、プライオリティを提供するためのネットワークの能力に著しく影響を与えることなくネットワークスループットを改善すること助ける。また、ＮＰＣＷ及びＨＰＣＷをオーバーラップさせ得ることは、ハイプライオリティフレームがない期間の間、ネットワークスループットを改善し、このハイプライオリティフレームがない期間は、実際的なトラフィック条件において著しく長い期間である。
図１は、幾つかの実施例に従ったＰＬＣシステムの図である。
図２は、幾つかの実施例に従ったＰＬＣデバイス又はモデムのブロック図である。
図３は、幾つかの実施例に従ったＰＬＣゲートウェイのブロック図である。
図４は、幾つかの実施例に従ったＰＬＣデータコンセントレータのブロック図である。
図５は、ポイント・ツー・ポイントＰＬＣのために構成されるシステムの一実施例を図示する概略ブロック図である。
図６は、幾つかの実施例に従った集積回路のブロック図である。
図７は、既存の規格を用いるＧ３‐ＰＬＣネットワークにおけるチャネルアクセスを図示する。
図８は、一実施例に従って改変されたノーマルプライオリティコンテンションウィンドウを備えたＧ３‐ＰＬＣネットワークにおけるチャネルアクセスを図示する。
Ｇ３‐ＰＬＣ規格は、ハイプライオリティフレーム及びノーマルプライオリティフレームに対して個別のコンテンションウィンドウを必要とする。本発明の実施例は、ノーマルプライオリティフレームのためのコンテンションウィンドウ（ＮＰＣＷ）を、ハイプライオリティフレームのためのコンテンションウィンドウ（ＨＰＣＷ）にオーバーラップするように改変することに向けられる。これにより、ハイプライオリティフレームがないときノーマルプライオリティフレームが一層速くチャネルにアクセスすることが可能となり、従って、ノーマルプライオリティフレームを低減することにより全体的なシステムスループットが改善される。このようなシステムの一例を下記で図７〜図８において説明する。図１〜図６は、Ｇ３‐ＰＬＣシステム及び方法を概して説明する。
図１は、幾つかの実施例に従った、Ｇ３‐ＰＬＣネットワークにおいてプライオリティコンテンションウィンドウをオーバーラップさせることを有する電力線通信システムを図示する。サブノード１０１からの中電圧（ＭＶ）電力線１０３は、典型的には数十キロボルトの範囲の電圧を搬送する。変圧器１０４は、ＭＶ電力を、１００〜２４０ＶＡＣの範囲の電圧を搬送するＬＶ線１０５上の低電圧（ＬＶ）電力に降圧する。変圧器１０４は、典型的には５０〜６０Ｈｚの範囲の非常に低い周波数で動作するように設計される。変圧器１０４は、典型的には、例えば１００ｋＨｚより高い信号など、高周波数をＬＶ線１０５とＭＶ線１０３との間に通過させることができない。ＬＶ線１０５は、典型的には住居１０２ａ〜ｎの外側に取り付けられるメーター１０６ａ〜ｎを介して、顧客に電力を供給する。「住居」と呼んでいるが、敷地１０２ａ〜ｎは、電力が受けとられる及び／又は消費される任意の種類の建物、施設、電気自動車充電ノード、又は他の場所を含み得る。例えば、パネル１０７など、ブレーカパネルが、メーター１０６ｎと住居１０２ｎ内の電気的ワイヤ１０８との間のインタフェースを提供する。電気的ワイヤ１０８は、住居１０２ｎ内のコンセント１１０、スイッチ１１１、及び他の電気デバイスに電力を送達する。
図１に例示する電力線トポロジーは、住居１０２ａ〜ｎへの高速通信の送達に用いられ得る。幾つかの実装において、電力線通信モデム又はゲートウェイ１１２ａ〜ｎは、メーター１０６ａ〜ｎにおいてＬＶ電力線１０５に結合され得る。ＰＬＣモデム／ゲートウェイ１１２ａ〜ｎは、ＭＶ／ＬＶ線１０３／１０５を介してデータ信号を伝送及び受信するために用いられ得る。かかるデータ信号は、幾つかの例を挙げれば、計測及び電力送達用途（例えば、スマートグリッド用途）、通信システム、高速インターネット、電話通信、ビデオ会議、及びビデオ送達をサポートするために用いられ得る。電力伝送ネットワークを介してテレコミュニケーション及び／又はデータ信号を伝送することにより、各加入者１０２ａ〜ｎまで新しい配線を設置する必要がない。したがって、データ信号を搬送するために既存の配電システムを使用することにより、かなりのコスト節約が可能である。
電力線を介してデータを伝送するための例示的方法が、電力信号の周波数とは異なる周波数を有する搬送波信号を用い得る。搬送波信号は、例えば、ＯＦＤＭ方式又は例えばＧ３‐ＰＬ規格などの上述したようなものなどを用いて、データによって変調され得る。
住居１０２ａ〜ｎにおけるＰＬＣモデム又はゲートウェイ１１２ａ〜ｎは、追加の配線を必要とすることなく、ＰＬＣデータコンセントレータ又はルータ１１４への及びそれらからのデータ信号を搬送するために、ＭＶ／ＬＶ電力グリッドを用いる。コンセントレータ１１４は、ＭＶ線１０３又はＬＶ線１０５のいずれかに結合され得る。モデム又はゲートウェイ１１２ａ〜ｎは、例えば、高速広帯域インターネットリンク、狭帯域制御用途、低帯域幅データ収集用途などの用途をサポートし得る。例えば、ホーム環境において、モデム又はゲートウェイ１１２ａ〜ｎは更に、冷暖房、照明、及びセキュリティにおけるホーム及びビルディングオートメーションを可能にし得る。また、ＰＬＣモデム又はゲートウェイ１１２ａ〜ｎは、電気自動車及び他の機器のＡＣ又はＤＣ充電を可能にし得る。ＡＣ又はＤＣ充電器の一例が、ＰＬＣデバイス１１３として示されている。敷地外では、電力線通信ネットワークが、街路照明制御及び遠隔電力メーターデータ収集を提供し得る。
１つ又は複数のＰＬＣデータコンセントレータ又はルータ１１４は、ネットワーク１２０を介して制御センター１３０（例えばユーティリティ会社）に結合され得る。ネットワーク１２０は、例えば、ＩＰベースネットワーク、インターネット、セルラネットワーク、ＷｉＦｉネットワーク、ＷｉＭａｘネットワーク、又はそれらに類するものを含み得る。したがって、制御センター１３０は、ゲートウェイ１１２及び／又はデバイス１１３からコンセントレータ１１４を介して電力消費及び他のタイプの関連情報を収集するように構成され得る。加えて又は代替として、制御センター１３０は、スマートグリッドポリシー及び他の規制又は商業規則を、コンセントレータ１１４を介してこうした規則を各ゲートウェイ１１２及び／又はデバイス１１３に通信することによって実装するように構成され得る。
図２は、幾つかの実施例に従ったＰＬＣデバイス１１３のブロック図である。例示されるように、ＡＣインタフェース２０１が、ＰＬＣデバイス１１３がスイッチ回路などを用いて電気的ワイヤ１０８ａと１０８ｂとの間の接続をオフに切り換えることができるような方式で、敷地１１２ｎ内部の電気的ワイヤ１０８ａ及び１０８ｂに結合され得る。しかしながら、他の実施例において、ＡＣインタフェース２０１が、単一のワイヤ１０８に（すなわち、ワイヤ１０８をワイヤ１０８ａ及び１０８ｂに分けることなく）、また、かかる切り換え機能を提供することなく、接続されてもよい。オペレーションにおいて、ＡＣインタフェース２０１は、ＰＬＣエンジン２０２がワイヤ１０８ａ〜ｂを介してＰＬＣ信号を受信及び伝送できるようにし得る。幾つかの場合において、ＰＬＣデバイス１１３はＰＬＣモデムであり得る。加えて又は代替として、ＰＬＣデバイス１１３は、スマートグリッドデバイス（例えば、ＡＣ又はＤＣ充電器、メーターなど）、機器、或いは、敷地１１２ｎの内部又は外部に配置された他の電気的要素（例えば、街路照明など）のための制御モジュール、の一部であり得る。
ＰＬＣエンジン２０２は、特定の周波数帯を用いてＡＣインタフェース２０１を介してワイヤ１０８ａ及び／又は１０８ｂでＰＬＣ信号を伝送及び／又は受信するように構成され得る。幾つかの実施例では、ＰＬＣエンジン２０２はＯＦＤＭ信号を伝送するように構成され得るが、他のタイプの変調方式も用いられ得る。したがって、ＰＬＣエンジン２０２は、計測又は監視回路（図示せず）を含み得るか或いはそれらと通信するように構成され得、計測又は監視回路は、ワイヤ１０８、１０８ａ、及び／又は１０８ｂを介して或るデバイス又は機器の電力消費特徴を測定するように構成される。ＰＬＣエンジン２０２は、かかる電力消費情報を受信し、これを１つ又は複数のＰＬＣ信号として符号化し、これをさらなる処理のためにワイヤ１０８、１０８ａ、及び／又は１０８ｂを介してより高レベルのＰＬＣデバイス（例えば、ＰＬＣゲートウェイ１１２ｎ、データアグリゲータ１１４など）に伝送し得る。反対に、ＰＬＣエンジン２０２は、例えば、動作する特定の周波数帯をＰＬＣエンジン２０２が選択できるようにするため、ＰＬＣ信号内に符号化されたこのようなより高レベルのＰＬＣデバイスからの命令及び／又は他の情報を受信し得る。
図３は、幾つかの実施例に従ったＰＬＣゲートウェイ１１２のブロック図である。この例に示すように、ゲートウェイエンジン３０１が、メーターインタフェース３０２、ローカル通信インタフェース３０４、及び周波数帯域使用量データベース３０４に結合される。メーターインタフェース３０２はメーター１０６に結合され、ローカル通信インタフェース３０４は、例えば、ＰＬＣデバイス１１３など、様々なＰＬＣデバイスの１つ又は複数に結合される。ローカル通信インタフェース３０４は、例えば、ＺｉｇＢｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉ‐Ｆｉ、Ｗｉ‐Ｍａｘ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔなど、ゲートウェイ１１２が多種多様な異なるデバイス及び機器と通信できるようにし得る、様々な通信プロトコルを提供し得る。オペレーションにおいて、ゲートウェイエンジン３０１は、ＰＬＣデバイス１１３及び／又は他のデバイス並びにメーター１０６からの通信を収集するように、且つ、これら様々なデバイスとＰＬＣデータコンセントレータ１１４との間のインタフェースとして働くように構成され得る。ゲートウェイエンジン３０１はまた、周波数帯を特定のデバイスに割り振るように、及び／又は、かかるデバイスにそれら自体の動作周波数を自己割り当てできるようにする情報を提供するように構成され得る。
幾つかの実施例において、ＰＬＣゲートウェイ１１２は敷地１０２ｎ内又は敷地１０２ｎ付近に配設され得、敷地１０２ｎへの及び／又は敷地１０２ｎからのすべてのＰＬＣ通信に対するゲートウェイとして機能し得る。しかしながら、他の実施例において、ＰＬＣゲートウェイ１１２は不在であり得、ＰＬＣデバイス１１３（並びにメーター１０６ｎ及び／又は他の機器）はＰＬＣデータコンセントレータ１１４と直接通信し得る。ＰＬＣゲートウェイ１１２が存在する場合、これは、例えば、敷地１０２ｎ内の様々なＰＬＣデバイス１１３によって現在使用されている周波数帯の記録を備えたデータベース３０４を含み得る。かかる記録の一例は、例えば、デバイス識別情報（例えば、シリアル番号、デバイスＩＤなど）、アプリケーションプロファイル、デバイスクラス、及び／又は現在割り振られている周波数帯などを含み得る。したがって、ゲートウェイエンジン３０１は、その様々なＰＬＣデバイスに割り当てられた周波数帯の割り当て、割り振り、又は他の方法での管理において、データベース３０４を用い得る。
図４は、幾つかの実施例に従ったＰＬＣデータコンセントレータ又はルータ１１４のブロック図である。ゲートウェイインタフェース４０１が、データコンセントレータエンジン４０２に結合されて、１つ又は複数のＰＬＣゲートウェイ１１２ａ〜ｎと通信するように構成され得る。ネットワークインタフェース４０３もデータコンセントレータエンジン４０２に結合されて、ネットワーク１２０と通信するように構成され得る。オペレーションにおいて、データコンセントレータエンジン４０２は、複数のゲートウェイ１１２ａ〜ｎからの情報及びデータを、制御センター１３０に転送する前に、収集するために用いられ得る。ＰＬＣゲートウェイ１１２ａ〜ｎがない場合、ゲートウェイインタフェース４０１は、メーター１１６ａ〜ｎ、ＰＬＣデバイス１１３、及び／又は他の機器と直接通信するように構成されたメーター及び／又はデバイスインタフェース（図示せず）に置き換えてもよい。また、ＰＬＣゲートウェイ１１２ａ〜ｎがない場合、周波数使用量データベース４０４は、データベース３０４に関して上記で説明したものと同様の記録をストアするように構成され得る。
図５は、ポイント・ツー・ポイントＰＬＣのために構成されるシステム５００の一実施例を図示する概略のブロック図である。システム５００は、ＰＬＣトランスミッタ５０１及びＰＬＣレシーバ５０２を含み得る。例えば、ＰＬＣゲートウェイ１１２がＰＬＣトランスミッタ５０１として構成され得、ＰＬＣデバイス１１３がＰＬＣレシーバ５０２として構成され得る。代替として、ＰＬＣデバイス１１３がＰＬＣトランスミッタ５０１として構成され得、ＰＬＣゲートウェイ１１２がＰＬＣレシーバ５０２として構成されてもよい。更なる実施例において、データコンセントレータ１１４は、ＰＬＣトランスミッタ５０１又はＰＬＣレシーバ５０２として構成され得、ポイント・ツー・ポイントシステム５００におけるＰＬＣゲートウェイ１１２又はＰＬＣデバイス１１３と組み合わさって構成され得る。更なる実施例において、複数のＰＬＣデバイス１１３が、図５に記載されるようなポイント・ツー・ポイントＰＬＣシステム５００において直接通信するように構成されてもよい。また、サブノード１０１は、上述のようにポイント・ツー・ポイントシステム５００において構成され得る。当業者であれば、図５に記載されるポイント・ツー・ポイントＰＬＣシステム５００のための種々の適切な構成を理解し得るであろう。
図６は、幾つかの実施例に従ってＧ３‐ＰＬＣネットワークにおいてプライオリティコンテンションウィンドウをオーバーラップさせることを実装するための回路のブロック図である。幾つかの場合において、図１〜図５に示すデバイス及び／又は装置の１つ又は複数が、図６に示すように実装され得る。幾つかの実施例において、プロセッサ６０２は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は同様のものであり得る。プロセッサ６０２は、１つ又は複数の周辺機器６０４及び外部メモリ６０３に結合される。幾つかの場合において、外部メモリ６０３は、図３及び図４に示すデータベース３０４及び／又は４０４をストア及び／又は維持するために用いられ得る。更に、プロセッサ６０２は、信号を外部メモリ６０３に通信するためのドライバ、及び信号を周辺機器６０４に通信するための別のドライバを含み得る。電力供給６０１は、供給電圧をプロセッサ６０２に、並びに、１つ又は複数の供給電圧をメモリ６０３及び／又は周辺機器６０４に提供する。幾つかの実施例において、プロセッサ６０２の一つ以上のインスタンスが含まれ得る（及び一つ以上の外部メモリ６０３も含まれ得る）。
周辺機器６０４は、ＰＬＣシステムのタイプに応じて、任意の所望の回路要素を含み得る。例えば、一実施例において、周辺機器６０４は、ローカル通信インタフェース３０３を実装し得、Ｗｉ‐Ｆｉ、ＺｉｇＢｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、セルラ、全地球測位システムなどの種々のタイプのワイヤレス通信のためのデバイスを含み得る。周辺機器６０４はさらに、ＲＡＭストレージ、ソリッドステートストレージ、又はディスクストレージを含む、付加的なストレージを含み得る。幾つかの場合において、周辺機器６０４は、タッチ表示スクリーン又はマルチタッチ表示スクリーンなどの表示スクリーン、キーボード又は他の入力デバイス、マイクロフォン、スピーカーなど、を含むユーザーインタフェースデバイスを含み得る。
外部メモリ６０３は任意のタイプのメモリを含み得る。例えば、外部メモリ６０３は、ＳＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ（「フラッシュ」メモリなどのＮＶＲＡＭ）、及び／又は、同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、ダブルデータレート（ＤＤＲ、ＤＤＲ２、ＤＤＲ３など）ＳＤＲＡＭ、ＤＲＡＭなどのダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）を含み得る。外部メモリ６０３は、シングルインラインメモリモジュール（ＳＩＭＭ）、デュアルインラインメモリモジュール（ＤＩＭＭ）などの、メモリデバイスが搭載される１つ又は複数のメモリモジュールを含み得る。
図７は、既存の規格を用いるＧ３‐ＰＬＣネットワークにおけるチャネルアクセスを図示する。チャネルアクセスは、ランダムバックオフ時間を備えた衝突回避を備えたキャリア感知複数アクセス（ＣＳＭＡ／ＣＡ）を用いることにより成される。ランダムバックオフが、ノードが伝送しようと試行する時間を拡げ、それにより、２つのノード間の衝突の可能性を低減する。或るデバイスがデータフレームを伝送しようとする度、そのデバイスはランダム期間（即ち、ランダムバックオフ）を待機する。チャネルがランダムバックオフに続いてアイドルである場合、デバイスはそのデータを伝送する。チャネルがランダムバックオフに続いてビジーである場合、デバイスは、そのチャネルに再びアクセスしようと試みる前に別のランダム期間を待機する。
衝突は、次のような状況において生じるか又は推定される。即ち、伝送ノードが、応答が予期されるときにアクノリッジメント（ＡＣＫ）又はネガティブアクノリッジメント（ＮＡＣＫ）応答以外のものを受け取るとき、又は応答が予期されるときに任意の伝送に対する如何なる応答もないとき。
図７において、前の伝送７０１が終了し、その後、応答フレーム間空間（ＲＩＦＳ：response inter-frame space）７０２が続く。ＲＩＦＳ７０２インタバルは、伝送７０１の終了と、アクノリッジメント７０３などの関連する応答の開始との間である。伝送交換７０１／７０３の終了の後、コンテンションフレーム間空間（ＣＩＦＳ）７０４が生じる。フレーム間空間は、前の伝送及び応答を完了することに関連付けられる伝搬時間及び処理時間を考慮する。ＣＩＦＳ７０４に続いて、新たな伝送のためにコンテンション状態７０５が開始する。
コンテンション状態７０５は、バックオフ手順を必要とすることなく、前に伝送された媒体アクセス制御（ＭＡＣ）パケットの後続のセグメントの伝送のために用いられ得るコンテンションフリースロット（ＣＦＳ）７０６で始まる。ＣＦＳ７０６は、他のノードからの起こり得る妨害を防ぎ、受信したセグメントのためのＭＡＣパケット再アセンブリ手順を簡略化する。第１のセグメントは、ノーマル又はハイプライオリティコンテンションウィンドウを用いて送られ、残りのセグメントはＣＦＳ７０６を用いて送られる。
ＣＦＳ７０６に続いて、既存のＧ３‐ＰＬＣネットワークにおいて、ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（ＨＰＣＷ）７０７の間、ハイプライオリティフレームを有するノードがチャネルに対し競合する。その後、ノーマルプライオリティフレームを有するノードが、ノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（ＮＰＣＷ）７０８に対し競合する。ＨＰＣＷ７０７はＮＰＣＷ７０８の前に位置するため、ハイプライオリティフレームを有するノードは、ノーマルプライオリティフレームを有するノードの前にチャネルへのアクセスを得る。
一実施例において、ＨＰＣＷ７０７及びＮＰＣＷ７０８の持続時間は、次のように計算される。
ＣＦＳ時間＝ＳｌｏｔＴｉｍｅ （式１）
ＨＰＣＷ時間＝macHighPriorityWindowSize×ＳｌｏｔＴｉｍｅ （式２）
ＮＰＣＷ時間＝（２ｍａｘＢＥ×ＳｌｏｔＴｉｍｅ） （式３）
ここで、ＳｌｏｔＴｉｍｅはコンテンションスロット時間の持続時間であり、macHighPriorityWindowSizeは、スロットの数におけるハイプライオリティコンテンションウィンドウサイズであり、ｍａｘＢＥはバックオフ指数の最大値である。
ＣＳＭＡ‐ＣＡアルゴリズムは、衝突の可能性を低減するために、切り捨てられたバイナリ指数バックオフメカニズムを用いてノードが伝送しようと試みる時間を拡げる。このアルゴリズムは、バックオフ期間と呼ばれる時間単位を用いて実装され、１つのバックオフ期間は所定の数の記号に等しい。各デバイスは、各伝送試行、即ちＮＢ及びＢＥ、に対し２つの変数を維持する。ＮＢは、現在の伝送を試行する一方でＣＳＭＡ‐ＣＡアルゴリズムがバックオフとして用いられてきた回数である。ＮＢは、各新たな伝送試行前に０に初期化される。ＢＥはバックオフ指数であり、チャネルにアクセスするよう試みる前にどのくらいの多くのバックオフ期間デバイスが待機するかに関連する。ＢＥは最小値ｍｉｎＢＥに初期化される。
ＭＡＣサブ層は、０から（２ＢＥ−１）までの範囲の全バックオフ期間のランダム数の間遅延する。バックオフ期間のランダム数は次のように計算される。
バックオフ時間＝ランダム（２ＢＥ−１）×ＳｌｏｔＴｉｍｅ （式４）
バックオフ期間の終了時、ＭＡＣサブ層は、ＰＨＹが物理的キャリア感知を実行することを要求する。チャネルがビジーであると評価された場合、ＭＡＣサブ層はＮＢ及びＢＥ両方を１増分し、ＢＥがｍａｘＢＥより大きくならないことを確実にする。ハイプライオリティパケットでは、ｍａｘＢＥはｍｉｎＢＥに等しい。
ＮＢの値がＣＳＭＡバックオフの最大数より小さいか又はそれに等しい場合、ＣＳＭＡ‐ＣＡアルゴリズムは、新たなバックオフ時間遅延し、物理的キャリア感知を再び実行する。ＮＢの値がＣＳＭＡバックオフの最大数より大きい場合、ＣＳＭＡ‐ＣＡアルゴリズムは、チャネルアクセス欠陥ステータスを識別する。
（ランダムバックオフに）続いてチャネルがアイドルであると物理的キャリア感知が判定するとき、ＭＡＣサブ層はフレームの伝送をすぐに開始する。
従って、現在のＧ３‐ＰＬＣシステムにおいて、ノーマルプライオリティフレームを有するノードは、ＨＰＣＷ７０７が終了し、その後、ＣＳＭＡ／ＣＡを用いるチャネルアクセスに対して他のノーマルプライオリティノードと競合するまで待つ必要がある。ハイプライオリティフレームを有するノードがない場合、ノーマルプライオリティノードは更にＨＰＣＷ期間が過ぎるまで待機する必要があり、これは、全体的なネットワークスループット及び効率を低下させる。
図８は、一実施例に従って改変されたノーマルプライオリティコンテンションウィンドウを備えたＧ３‐ＰＬＣネットワークにおけるチャネルアクセスを図示する。ノーマルプライオリティノードのためのコンテンションウィンドウ８０１は、ＣＦＳ７０６が終了するときそれが開始するように拡張されている。全体的なコンテンション状態７０５は同じままであるが、ここでは、ＮＰＣＷ８０１が、ＨＰＣＷ７０７の持続時間に対応するインタバル８０２のためのＨＰＣＷ７０７にオーバーラップする。インタバル８０２の間、ハイプライオリティノード及びノーマルプライオリティノードの両方がチャネルにアクセスすることができる。
ＮＰＣＷ８０１の持続時間は、ＨＰＣＷ７０７の持続時間と等しくてもよく、又はそれより長くしてもよい。図８は、ＮＰＣＷ８０１がＨＰＣＷ７０７より長い実施例を図示するが、他の実施例において、ＮＰＣＷ８０１及びＨＰＣＷ７０７両方が同じ持続時間８０２であってもよい。ＮＰＣＷ８０１がＨＰＣＷ７０７より長い場合、ハイプライオリティフレームは、チャネルにアクセスする一層良好な機会を有し得る。
ハイプライオリティフレーム及びノーマルプライオリティフレーム両方のためのバックオフ時間は、上記式４を用いて計算される。しかし、ハイプライオリティフレームでは、バックオフ指数ＢＥＨＰが最小値ｍｉｎＢＥに制限されるが、バックオフ指数ＢＥＮＰは最大値ｍａｘＢＥまで増大し得る。一実施例において、ハイプライオリティフレームのためのバックオフ時間がＨＰＣＷインタバル７０７内にあるようにｍｉｎＢＥが選択され得る。一方、それがｍａｘＢＥまで上がり得るため、ノーマルプライオリティフレームのためのバックオフ時間は領域８０３まで増大し得、これは、ＨＰＣＷ７０７の外であるがＮＰＣＷ８０１内である。
ＨＰＣＷインタバル７０７の間にハイプライオリティフレームとノーマルプライオリティフレームとの間で衝突が起こる場合、ノーマルプライオリティフレームのためのバックオフ時間は、最終的に増大し得、ノーマルプライオリティチャネルアクセス試行を領域８０３に動かし得る。これにより、領域８０２におけるハイプライオリティフレームとの衝突がなくなる。
図８に示す改変は、ハイプライオリティフレームの性能に対して小さな影響しか与えない。衝突の際、ノーマルプライオリティフレームを伝送することを意図するノードに対するコンテンションウィンドウサイズは２倍にされるが、ハイプライオリティフレームを備えたノードに対するコンテンションウィンドウサイズは、ＨＰＣＷ７０７に等しいままである。そのため、ハイプライオリティフレームは、再伝送試行の間の正常な伝送の可能性が増大される。
種々の実施例において、図１〜図６に示すモジュールは、ソフトウェアルーチン、論理機能、及び／又は特定のオペレーションを実行するように構成されるデータ構造のセットを表し得ることが理解されるであろう。これらのモジュールは別個の論理ブロックとして示されているが、他の実施例において、これらのモジュールによって実行されるオペレーションの少なくとも幾つかは、更に少ないブロックに組み合わされてもよい。反対に、図１〜図６に示すモジュールのうち任意の所与のモジュールが、そのオペレーションが２つ又はそれ以上の論理ブロック間で分けられるように実装されてもよい。また、特定の構成を備えて示されたが、他の実施例において、これらの種々のモジュールは他の適切な方式で再配置され得る。
本明細書に記載されるオペレーションの多くは、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウエア、及び／又はそれらの任意の組み合わせにおいて実装され得る。ソフトウェアにおいて実装される場合、コードセグメントは、必要なタスク又はオペレーションを実行する。プログラム又はコードセグメントは、プロセッサ読み取り可能、コンピュータ読み取り可能、又は機械読み取り可能な媒体にストアされ得る。プロセッサ読み取り可能、コンピュータ読み取り可能、又は機械読み取り可能な媒体は、情報をストア又は搬送し得る任意のデバイス又は媒体を含み得る。このようなプロセッサ可読媒体の例は、電子回路、半導体メモリデバイス、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、消去可能ＲＯＭ（ＥＲＯＭ）、フロッピーディスク、コンパクトディスク、光ディスク、ハードディスク、ファイバー光学媒体、などを含む。
ソフトウェアコードセグメントは、例えば、ハードドライブ、フラッシュメモリ、ソリッドステートメモリ、光ディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、コンピュータプログラム製品、又はプロセッサ又はミドルウェアコンテナサービスに対し有形のコンピュータ読み取り可能又はマシン読み取り可能なストレージを提供する他のメモリデバイスなど、任意の揮発性又は不揮発性ストレージデバイスにストアされ得る。他の実施例において、メモリは幾つかの物理的ストレージデバイスの仮想化であり得、これらの物理的ストレージデバイスは同じ種類又は異なる種類である。コードセグメントは、内部バス、インターネット又はイントラネットなどの別のコンピュータネットワークを介して、或いは、他の有線又は無線のネットワークを介して、ストレージからプロセッサ又はコンテナへダウンロード又は伝送され得る。
当業者であれば、本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得ること、及び多くの他の実施例が可能であることが分かるであろう。

Claims (20)

  1. ハイプライオリティフレーム及びノーマルプライオリティフレームにより用いられるチャネル（５０３）にアクセスするための方法であって、
    電力線通信（ＰＬＣ）トランスミッタデバイス（５０１）により、
    ノーマルプライオリティデータパケットを生成すること、
    バックオフ指数値を用いてバックオフ時間を計算すること、
    ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）の始めにおいて、前記バックオフ時間遅延することを開始すること、及び
    前記バックオフ時間遅延の後、ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）の間前記チャネル（５０３）にアクセスするよう試みること、
    を実行することを含む、方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、
    前記チャネル（５０３）がビジーであると判定すること、
    前記バックオフ指数値を増分すること、
    前記増分されたバックオフ指数値を用いて、更新されたバックオフ時間を計算すること、
    前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）の始めにおいて、前記増分されたバックオフ時間遅延することを開始すること、及び
    前記増分されたバックオフ時間遅延の後、前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）の間前記チャネルにアクセスするよう試みること、
    を更に含む、方法。
  3. 請求項１に記載の方法であって、
    前記チャネル（５０３）がビジーであると判定すること、
    前記初期バックオフ指数値をノーマルプライオリティフレームに対してのみ増分することであって、ハイプライオリティフレームに対して前記初期バックオフ指数値を増分しないこと、
    前記増分されたバックオフ指数値を用いて、更新されたバックオフ時間を計算すること、
    前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）の始めにおいて、前記増分されたバックオフ時間遅延することを開始すること、及び
    前記増分されたバックオフ時間遅延の後、前記チャネルにアクセスするよう試みること、
    を更に含む、方法。
  4. 請求項１に記載の方法であって、
    前記チャネル（５０３）がアイドルであると判定すること、及び
    ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）の間、前記ノーマルプライオリティデータパケットを伝送すること、
    を更に含む、方法。
  5. 請求項２に記載の方法であって、
    前記増分されたバックオフ時間の後、前記チャネル（５０３）がアイドルであると判定すること、及び
    ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）の間、前記ノーマルプライオリティデータパケットを伝送すること、
    を更に含む、方法。
  6. 請求項１に記載の方法であって、前記ＰＬＣトランスミッタデバイスに対し前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）及びノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（８０１）が同時に開始し、前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）とノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（８０１）の最小値とが同じ持続時間である、方法。
  7. 請求項１に記載の方法であって、前記ＰＬＣトランスミッタデバイス（５０１）に対し前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）及びノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（８０１）が同時に開始し、前記ノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（８０１）が、前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）より長い持続時間を有する、方法。
  8. ハイプライオリティフレーム及びノーマルプライオリティフレームにより用いられるチャネルにアクセスするための方法であって、
    電力線通信（ＰＬＣ）トランスミッタデバイス（５０１）により、
    ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）の間、ノーマルプライオリティデータパケットを伝送すること、
    前記ノーマルプライオリティデータパケットに対する衝突を検出すること、
    前記ノーマルプライオリティデータパケットに対するバックオフ時間を計算すること、
    前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）の始めにおいて、前記バックオフ時間遅延することを開始すること、及び
    前記バックオフ時間遅延の後、前記チャネル（５０３）にアクセスするよう試みること、
    を実行することを含む、方法。
  9. 請求項８に記載の方法であって、前記バックオフ時間遅延の後前記チャネルにアクセスするよう試みることが、ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）の間生じる、方法。
  10. 請求項８に記載の方法であって、前記バックオフ時間遅延の後前記チャネルにアクセスするよう試みることが、ノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（８０１）の間生じる、方法。
  11. 請求項８に記載の方法であって、
    前記バックオフ時間遅延の後、前記チャネルがアイドルであると判定すること、及び
    ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）の間、前記ノーマルプライオリティデータパケットを伝送すること、
    を更に含む、方法。
  12. 請求項８に記載の方法であって、前記ＰＬＣトランスミッタデバイス（５０１）に対し前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）及びノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（８０１）が同時に開始し、前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）及び前記ノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（８０１）が同じ持続時間である、方法。
  13. 請求項８に記載の方法であって、前記ＰＬＣトランスミッタデバイス（５０１）に対し前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）及びノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（８０１）が同時に開始し、前記ノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（８０１）が、前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）より長い持続時間を有する、方法。
  14. システムであって、
    ＰＬＣネットワークに結合される電力線通信（ＰＬＣ）トランスミッタデバイス（５０１）、
    を含み、
    前記ＰＬＣトランスミッタデバイス（５０１）が、
    前記ＰＬＣネットワーク上のアイドルチャネルを検出するため物理的チャネル感知オペレーションを実行し、
    ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）の間前記チャネルでノーマルプライオリティデータパケットを伝送する、
    ように構成される、システム。
  15. 請求項１４に記載のシステムであって、前記ＰＬＣトランスミッタデバイス（５０１）が更に、
    前記ノーマルプライオリティデータパケットに対する衝突を検出し、
    前記ノーマルプライオリティデータパケットに対するバックオフ時間を計算し、
    前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）の始めにおいて、前記バックオフ時間遅延することを開始し、
    前記バックオフ時間遅延の後、前記チャネル（５０３）にアクセスするよう試みる、
    ように構成される、システム。
  16. 請求項１５に記載のシステムであって、前記バックオフ時間遅延の後前記チャネルにアクセスするよう試みることが、ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）の間、が生じる、システム。
  17. 請求項１５に記載のシステムであって、前記バックオフ時間遅延の後前記チャネルにアクセスするよう試みることがノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（８０１）の間生じる、システム。
  18. 請求項１５に記載のシステムであって、前記ＰＬＣトランスミッタデバイスが更に、
    前記バックオフ時間遅延の後、前記チャネル（５０３）がアイドルであると判定し、
    ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）の間、前記ノーマルプライオリティデータパケットを伝送する、
    ように構成される、システム。
  19. 請求項１４に記載のシステムであって、前記ＰＬＣトランスミッタデバイス（５０１）に対し前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）及びノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（８０１）が同時に開始し、前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）及び前記ノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（８０１）が同じ持続時間である、システム。
  20. 請求項１４に記載のシステムであって、前記ＰＬＣトランスミッタデバイス（５０１）に対し前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）及びノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（８０１）が同時に開始し、前記ノーマルプライオリティコンテンションウィンドウ（８０１）が、前記ハイプライオリティコンテンションウィンドウ（７０７）より長い持続時間を有する、システム。
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