JP3825786B2 - ブルートゥース高速サブネットにおけるスーパバイザハンドオーバ方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ブルートゥース(登録商標)HR(High Rate)サブネットのスーパバイザハンドオーバに関し、より詳しくは、ブルートゥースHRサブネットにおいてスーパバイザが有している各メンバに関する情報を用いてスーパバイザハンドオーバが発生する前に、予め候補スーパバイザを選出することにより、スーパバイザハンドオーバの発生時に、ハンドオーバの過程を効率的に行ってスーパバイザハンドオーバに要する時間を短縮することのできる方法に関する。
近距離無線通信技術であるブルートゥースを搭載することで、プリンタ、PDA(Personal Digital Assistant)、パーソナルコンピュータ、ファックス、キーボードなど、あらゆるデジタル装置が近距離無線で接続でき、デジタル装置間における複雑なケーブル接続が不要となる。
ブルートゥース通信ネットワークの基本的な単位は、ピコネットと呼ばれ、このピコネットは、データトランザクションを初期化するブルートゥースの装置であるマスタおよび前記マスタに応答するブルートゥースの装置であるスレーブから構成される。
1つのマスタは、最大7のアクティブなスレーブと接続可能である。また、このピコネットのマスタまたはスレーブをマスタとする他のピコネットを形成することができ、このように形成された複数のピコネットによってスカッタネット(Scatternet)が構成される。
ブルートゥース技術を用いることで、低消費電力で相対的に速い転送速度を実現できる。実際に、10m以内の装置の間における1Mb/sの転送速度は、文字情報を主とした転送の場合において十分である。
しかしながら、最近、容量の大きな画像データや音声データの転送が増加しており、より速い転送速度が要求されている。
そこで、ブルートゥースSIG(Special Interest Group)では、既存のブルートゥース規格の拡張として、ブルートゥース高速データ伝送規格(Bluetooth High Data Rate Specification)に関して研究を行っている。以下、既存の「ブルートゥース1.1」規格を、「LR(Low Rate)モード」または「FH(Frequency Hopping)モード」と呼び、高速データ転送規格を、「HR(High Rate)モード」と呼ぶことにする。HRモードでは、データ転送速度を、最大12Mb/sまで向上させることが期待されている。
このHRモードのためのチャネル(以下、HRチャンネルという)は、従来のブルートゥースFHピコネットチャネルを介して形成することができる。従って、FHピコネットのサブネットとしてHRサブネットのネットワークを構成することができる。FHピコネットに属する装置は、HRチャネルを形成してブルートゥースFHピコネット内で同時にHRサブネットを構成することができる。
図1は、FHピコネットの一例を示す図である。図1に示したように、FHピコネットは、マスタMおよびスレーブS1〜S7から構成されている。また、マスタMとスレーブS1、S2とが1つのHRサブネットを構成しており、スレーブS3、S4、S5が別のHRサブネットを構成している。このように、FHピコネット上には、2つ以上のHRサブネットを形成することができる。同一HRサブネットに属する装置の間では、HRチャネルを介した直接的な通信を行うことができる。
ここで、FHピコネットのマスタMは、必ずしもHRサブネットに参加する必要はなく、HRサブネットの形成にのみ関与する。その代わりに、各HRサブネットは、HRスーパバイザを有している。図1を参照して、マスタMおよびスレーブS1、S2で構成されたHRサブネットでは、マスタMがHRスーパバイザであり、スレーブS3、S4、S5で構成されたHRサブネットでは、スレーブS4がHRスーパバイザである。マスタMが属するHRサブネットの場合は、マスタMがHRサブネットのスーパバイザの機能を行う。
HRサブネットのスーパバイザは、マスタMとは異なり、トラフィックをリアルタイムで制御しない。HRサブネットのスーパバイザの役割は、FHモードとHRモードとの間のトランザクションを促進し、HRチャネルへの新しい装置の参加などというHRネットワークの構成変化を報告し、HRサブネットでアクティブな装置のリストを維持するなど、リンクを管理するものである。
HRサブネットに属する装置(以下、HRメンバという)は、同時にFHピコネットにおける役割も維持している。ピコネットのマスタは、HRサブネットに属するスレーブが、パーク(Park)、ホールド(Hold)、スニッフ(sniff)などの低電力モードであると認識する。HRサブネットに属する装置は、FHチャネルで通信を行わない間は、HRチャネルで通信を行い、FHチャネルと同期するために周期的にFHピコネットチャネルをスキャンする。従って、ピコネットマスタは、ピコネット上の全ての装置を継続して制御する。
HRチャネルの通信では、トークン方式を用いてメディアアクセス制御(Medium Access Control:MAC)が行われる。HRチャネル上では、転送する権利を提供する優先順位の概念が導入され、QoSを保障し、同期、非同期および等時性転送のサービスを支援する。
HRメンバは、トークン方式を用いてピアツゥピア方式でHRスーパバイザが関与することなく通信を行う。しかし、HRスーパバイザは、FHピコネットでアクティブなメンバのアドレスを常時、保持しておく必要があり、スーパバイザが入れ替る場合には、スーパバイザは、FHピコネットのメンバとしてのステータスに戻る。
もしも、HRスーパバイザが不在であったとしても、HRネットワーク上の通信は可能ではあるが、ネットワークの同期優先順位スロットがいずれの装置にも属していないため、優先順位に関係なく任意のスロットから、トラフィックを開始することが可能で、ネットワークのスロット構造が損傷されるため、ネットワークに新しい装置または新しいロジックリンクを加えることができない。従って、FHマスタは、周期的にHRサブネットの全メンバに現HRスーパバイザに関する情報をブロードキャストし、ポールメッセージ(Poll message)をHRスーパバイザに転送し、HRスーパバイザがタイムアウト時間内に応答しない場合は、スーパバイザの不在を検出する必要がある。
HRネットワークにおいては、いずれの装置もHRスーパバイザとなることが可能であり、HRスーパバイザは、FHマスタが選出する。従って、HRスーパバイザの不在が検出されると、FHマスタは、他の全メンバとの通信が可能なメンバの中から、各装置のHRネットワークへの接続順に応じて"1"から昇順でFHマスタにより与えられるアドレスであるDCP(Device Control Point)のアドレス値が最も小さな装置を、新しいHRスーパバイザとして選出する。
このように、現スーパバイザのHRネットワークに対する接続が切れるか(HR同期化タイムアウト)、より性能の優れた装置がHRネットワークに新しく接続するなどでリンク管理層プロトコル(Link Message Protocol:LMP)HRハンドオーバが要請されるなどのような理由から、前記したスーパバイザが不在(absent)となって新しいスーパバイザが選出される過程を、HRスーパバイザハンドオーバ(Supervisor Handover)という。HRネットワークでは、全てのHRメンバがHRネットワークの構造に関する情報を保有しているため、いずれのメンバもスーパバイザになることができる。
ところで、前記のような従来の技術では、現HRスーパバイザが不在となると、マスタは、他の全メンバと通信可能なメンバを探して新しいスーパバイザとして選出する。この選出過程において、マスタは、最も小さなDCPアドレス値を有するメンバにスーパバイザバンドオーバーのことを知らせ、当該メンバは、他の全てのメンバに照会(inquiry)メッセージをブロードキャストする。
各メンバの応答可否によって、当該メンバが全メンバと通信可能であるか否かが決定される。応答のないメンバが一つでもあれば、当該メンバは、スーパバイザとなり得ないため、マスタは、次のDCPアドレス値の小さなメンバにスーパバイザハンドオーバのことを知らせ、これを受信したメンバは、前記の過程を繰り返す。このような過程は、1つの照会メッセージに対して全メンバが応答するか、全メンバによって照会メッセージのブロードキャストが行われるまで継続する。従って、全メンバと通信可能なメンバが存在しない場合は、スーパバイザハンドオーバは終了し、全HRメンバは、FHピコネットに戻ることになる。
このとき、DCPアドレスは、単に当該装置がFHネットワークに接続した順序を表示するもので、当該装置の性能やHRネットワーク上の位置などを示すものではないため、DCPアドレス値の小さい装置が必ずスーパバイザに適したものであるとは限らない。従って、スーパバイザハンドオーバの時、マスタが新しいスーパバイザを選出するまでは、全メンバと通信可能なメンバを探す過程を繰り返して行い、スーパバイザが選出されて初めて、新しく選出されたスーパバイザによって再同期化の過程が行われ、HRネットワークが正常化する。このため、スーパバイザが不在である時間が長くなり、サービス中断などのような問題点が発生することがある。
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、ブルートゥースHRサブネットにおいて、スーパバイザの持っている、各メンバの情報を用いてスーパバイザハンドオーバが発生する前に、予め候補スーパバイザを選出することにより、スーパバイザハンドオーバの発生時、ハンドオーバの過程を効率的に行ってスーパバイザハンドオーバにかかる時間を短縮することができる方法を提供することにある。
前記の目的を達成するための本発明は、1つのスーパバイザと複数のメンバとを有する第1のハイレートサブネットの新しいスーパバイザを選出するスーパバイザハンドオーバ方法であって、前記第1のハイレートサブネットのメンバの中から、前記スーパバイザハンドオーバが始まる前に前記新しいスーパバイザの候補スーパバイザを決定するステップと、前記スーパバイザハンドオーバが始まると、前記候補スーパバイザが前記第1のハイレートサブネットの全メンバに照会メッセージをブロードキャストするステップと、前記照会メッセージに対して前記第1のハイレートサブネットの全メンバが応答する場合は、前記候補スーパバイザを、新しいスーパバイザとして決定するステップとを含むことを特徴とするスーパバイザハンドオーバ方法を提供する。
また、前記新しいスーパバイザを決定するステップは、前記照会メッセージに対して応答しない前記第1のハイレートサブネットのメンバが存在する場合は、前記候補スーパバイザに応答したメンバに、前記応答しないメンバを探索し、第2のハイレートサブネットを構成させる探索メッセージを送信するステップと、前記探索メッセージを受信したメンバは、前記応答しないメンバを探索し、探索されたメンバを含んで、自身がスーパバイザとなる第2のハイレートサブネットを構成するステップと、前記第2のハイレートサブネットのスーパバイザから、前記候補スーパバイザに前記探索メッセージに対する応答を送信するステップとを含むことが好ましい。
また、所定の制限時間が経過すると、前記スーパバイザハンドオーバは終了し、いずれのハイレートサブネットにも属しないメンバは、元のステータスに戻ることが好ましい。
また、前記候補スーパバイザを決定するステップは、前記第1のハイレートサブネットの各メンバから当該装置性能および隣接装置の記録を前記スーパバイザに送信するステップと、前記スーパバイザにより、前記第1のハイレートサブネットの全メンバの装置性能および隣接装置の記録のリストを考慮して前記候補スーパバイザを決定するステップと、前記装置性能および隣接装置の記録のリストおよび前記決定された候補スーパバイザを前記第1のハイレートサブネットの全メンバにブロードキャストするステップとを含むことが好ましい。
また、前記装置性能の記録は、当該メンバのバッテリ残容量およびハイレートサブネット上で支援可能な機能に関する情報を含み、前記隣接装置の記録は、当該メンバが受信可能な伝播範囲内にある他のメンバに関する情報を含むことが好ましい。
本発明によれば、候補スーパバイザを、スーパバイザハンドオーバが発生する前に、予め決定し、スーパバイザハンドオーバの発生時、当該候補スーパバイザは、直ちに各メンバに照会メッセージをブロードキャストし、応答するメンバに対するHRサブネットまたは応答しないメンバに対するHRスカッタネットを構成することで、スーパバイザハンドオーバに要する時間を従来に比べて大幅に短縮することができる。また、スーパバイザハンドオーバに対する制限時間を設定し、制限時間が経過すると、スーパバイザハンドオーバを終了させる。従って、スーパバイザハンドオーバの遅延によるサービス中断などの問題を解決することが可能となる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。しかしながら、本発明の保護範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物とにまで及ぶものである。
図2は、本実施の形態のHRスーパバイザハンドオーバが始まる前提となる、HRサブネットの各HRメンバの動作を示すメッセージシーケンスチャートの例である。
図2を参照して、本実施の形態のブルートゥースHRサブネットは、HRスーパバイザ100、候補スーパバイザ110およびHRメンバ1〜nを含む。ここで、参照符号120は、HRメンバ1であり、130は、HRメンバnであり、他のHRメンバは、省略して、図示されていない。
ここで、HRスーパバイザハンドオーバが始まる前提となる各HRメンバの動作を説明する。
はじめに、各HRメンバ1〜nは、自身の装置性能の記録および隣接装置の記録をHRスーパバイザ100に周期的に報告する(S200、S201、S202、S205、S206、S207)。ここで、各HRメンバが記録している装置性能には、例えば、バッテリ残容量、HRサブネット上で支援可能な機能などに関する情報が含まれている。各HRメンバは、HRサブネット接続時、自身の装置性能をHRスーパバイザ100に報告し、HRメンバのステータスを維持する間も、周期的に報告する。従って、HRスーパバイザ100は、全メンバの装置性能のリストを保持することになる。
なお、HRメンバは、同期を維持し、スロットのトークン割り当てを確認するため、自分の受信したパケットのヘッダをスキャンする必要がある。HRパケットのヘッダには、パケットを送信する装置の送信先アドレスが含まれている。従って、新しい送信先アドレスが発見されると、HRメンバは、送信先装置を"隣接装置"として記録し、この記録された隣接装置は、当該HRメンバが受信可能な伝播範囲内に位置することがわかる。HRメンバは、所定の時間(lifetime)、当該隣接装置からのパケットが受信されない場合は、当該隣接装置の記録を削除する。従って、各HRメンバは、自身の伝播範囲内にある全ての隣接装置の最新記録を保持していることになる。
各HRメンバの装置性能の記録および隣接装置の記録を報告されたHRスーパバイザ100は、装置性能リストと隣接装置リストとを作成し、全メンバに周期的にブロードキャストする(S210、S211、S212)。この装置性能リストと隣接装置リストに基づいて、HRスーパバイザ100は、HRネットワーク上で最も適したスーパバイザとなり得る"候補スーパバイザ110"を決定することができ、これは、周期的にアップデートされ、各HRメンバにブロードキャストされる。
例えば、この候補スーパバイザ110としては、装置性能の最も優れたメンバであって、その伝播範囲が最も広い、即ち、最も多い隣接装置の記録を有するメンバを選択することができる。HRスーパバイザ100は、装置性能リストと隣接装置リストとを周期的に全HRメンバにブロードキャストしているため、全HRメンバは、どのメンバが候補スーパバイザ110であるかを認識できる。
図3は、本実施の形態に係るHRスーパバイザハンドオーバを行う際の、全ての場合におけるHRサブネットの各メンバの動作を示すメッセージシーケンスチャートの例である。
スーパバイザハンドオーバは、前記のようにHR同期化タイムアウトするか、HRスーパバイザ100からLMP・HRハンドオーバの要請がある場合(S213)に開始される。
前記したように、図2に示した手順を経て、候補スーパバイザ110が、予め決定され、全HRメンバがこれを認識しているため、候補スーパバイザ110は、スーパバイザハンドオーバが発生すると、直ちに各HRメンバに照会メッセージをブロードキャストする(S215、S216)。
はじめに、図3を参照して、全てのスーパバイザが照会メッセージに応答した場合について説明する。
候補スーパバイザ110がブロードキャストした照会メッセージに対して全HRメンバが応答する(S219、S220)。これにより、候補スーパバイザは、HRサブネットの全メンバと通信可能であることを認識する。この応答を受信した候補スーパバイザ110は、HR同期化を行ってビーコンを構成するなど、スーパバイザとしての役割を開始し(S260、S261)、スーパバイザハンドオーバは終了する。
次に、候補スーパバイザの照会メッセージに応答しないHRメンバ130があり、HRスカッタネットを構成する必要がある場合について説明する。
まず、候補スーパバイザ110の照会メッセージに対してHRメンバ120が応答する(S225)。ここで、HRメンバ130は、応答しなかった。しかし、候補スーパバイザ110は、装置性能リストと隣接装置リストを考慮して選出された、最も適切にスーパバイザとしての役割を行うことのできるメンバであるため、他のメンバをスーパバイザとして考慮する必要がない。
したがって、候補スーパバイザ110は、照会メッセージに応答したHRメンバ120に、応答のないHRメンバ130を探索してスカッタネットを構成せよという探索メッセージを転送する(S227、S230)。
この探索メッセージを受信したHRメンバ120は、照会メッセージをブロードキャストする(S235)。HRメンバ120の照会メッセージに対して、HRメンバ130が応答し(S240)、HRメンバ130を探し出したHRメンバ120は、候補スーパバイザ110に探索メッセージに対する応答を転送する(S245)。
この探索メッセージに応答するHRメンバ120は、候補スーパバイザ110の照会メッセージに応答しないHRメンバ130を隣接装置として記録している装置であるため、探索メッセージに応答するHRメンバ120は、自身をブリッジノードとするHRスカッタネットを構成する。このブリッジノード(HRメンバ120)は、TDD(Time Division Duplex)方式を適用して2つのHRサブネットのいずれにも属しながら、新しく構成されたHRサブネットのスーパバイザとなり、新しいHRスカッタネット/サブネットに対応するFHピコネット/スカッタネット上では、探し出されたHRメンバ130をスレーブとするマスタとなる。
ここで、ブリッジノードとなるHRメンバ120が、応答のない全てのメンバを探し出すことができない場合は、新しいブリッジノードが前記の方式で形成され、前記のステップが繰り返される。応答したメンバの全てが前記のステップを行うと、スーパバイザハンドオーバは、終了する。
次に、図3を参照して、HRスーパバイザハンドオーバにおいて、所定の制限時間が経過してスーパバイザハンドオーバが終了する場合について説明する。スーパバイザハンドオーバにかかる時間が長すぎると、HRサブネットを維持する実効性がなくなるため、スーパバイザハンドオーバに対して所定の制限時間を設定する。従って、制限時間内に新しいスーパバイザが構成したHRサブネットまたはスカッタネットに接続しないメンバは、FHピコネットに戻る(S253)。つまり、どのような場合でも、制限時間が経過すると、スーパバイザハンドオーバは、終了する(S255)。
前記のように、スーパバイザハンドオーバが終了すると、新しいスーパバイザは、HRネットワークを同期化し、ビーコンを構成してブロードキャストするなど、スーパバイザとしての役割を実行する(S260)。
従って、スーパバイザが、各メンバから装置性能および隣接装置に関する情報を受信してリストを作成し、これを各メンバにブロードキャストすることで、最も適した候補スーパバイザを、予め各メンバに知らせる。このようなリストは、周期的にアップデートされ、スーパバイザハンドオーバの発生時、当該候補スーパバイザは、直ちに各メンバに照会メッセージをブロードキャストし、応答するメンバに対するHRサブネットまたは応答しないメンバに対するHRスカッタネットを構成することで、より多いHRメンバがHRサブネットに接続することが可能となる。
本発明は、ブルートゥースHRサブネットのスーパバイザハンドオーバの発生時に適用され、ブルートゥースHRサブネットにおいてスーパバイザが持っている各メンバの情報を用いて、スーパバイザハンドオーバが発生する前に、予め候補スーパバイザを選出することにより、スーパバイザハンドオーバの発生時、ハンドオーバの過程を効率的に行い、スーパバイザハンドオーバにかかる時間を短縮することが可能となる。
ブルートゥースFHピコネットの一例を示す図である。 HRスーパバイザハンドオーバの前提となるHRサブネットの各メンバの動作を示すメッセージシーケンスチャートである。 HRスーパバイザハンドオーバを行う際の、全ての場合におけるHRサブネットの各メンバの動作を示すメッセージシーケンスチャートである。
符号の説明
M マスタ
S1〜S7 スレーブ
100 HRスーパバイザ
110 候補スーパバイザ
120、130 HRメンバ

Claims (5)

  1. 1つのスーパバイザと複数のメンバとを有する第1のハイレートサブネットの新しいスーパバイザを選出するスーパバイザハンドオーバ方法であって、
    前記第1のハイレートサブネットのメンバの中から、前記スーパバイザハンドオーバが始まる前に前記新しいスーパバイザの候補スーパバイザを決定するステップと、
    前記スーパバイザハンドオーバが始まると、前記候補スーパバイザが前記第1のハイレートサブネットの全メンバに照会メッセージをブロードキャストするステップと、
    前記照会メッセージに対して前記第1のハイレートサブネットの全メンバが応答する場合は、前記候補スーパバイザを、新しいスーパバイザとして決定するステップとを含むこと、
    を特徴とするスーパバイザハンドオーバ方法。
  2. 前記新しいスーパバイザを決定するステップは、
    前記照会メッセージに対して応答しない前記第1のハイレートサブネットのメンバが存在する場合は、前記候補スーパバイザに応答したメンバに、前記応答しないメンバを探索し、第2のハイレートサブネットを構成させる探索メッセージを送信するステップと、
    前記探索メッセージを受信したメンバは、前記応答しないメンバを探索し、探索されたメンバを含んで、自身がスーパバイザとなる第2のハイレートサブネットを構成するステップと、
    前記第2のハイレートサブネットのスーパバイザから、前記候補スーパバイザに前記探索メッセージに対する応答を送信するステップとを含むこと、
    を特徴とする請求項1に記載のスーパバイザハンドオーバ方法。
  3. 所定の制限時間が経過すると、前記スーパバイザハンドオーバは終了し、いずれのハイレートサブネットにも属しないメンバは、元のステータスに戻ること、
    を特徴とする請求項1または請求項2に記載のスーパバイザハンドオーバ方法。
  4. 前記候補スーパバイザを決定するステップは、
    前記第1のハイレートサブネットの各メンバから当該装置性能および隣接装置の記録を前記スーパバイザに送信するステップと、
    前記スーパバイザにより、前記第1のハイレートサブネットの全メンバの装置性能および隣接装置の記録のリストを考慮して前記候補スーパバイザを決定するステップと、
    前記装置性能および隣接装置の記録のリストおよび前記決定された候補スーパバイザを前記第1のハイレートサブネットの全メンバにブロードキャストするステップとを含むこと、
    を特徴とする請求項1に記載のスーパバイザハンドオーバ方法。
  5. 前記装置性能の記録は、当該メンバのバッテリ残容量およびハイレートサブネット上で支援可能な機能に関する情報を含み、前記隣接装置の記録は、当該メンバが受信可能な伝播範囲内にある他のメンバに関する情報を含むこと、
    を特徴とする請求項4に記載のスーパバイザハンドオーバ方法。
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