JP4183621B2 - データ送信法 - Google Patents

Description

本発明はデータ送信法に係るものであり、例えば無線遠隔通信システムにおけるデータ送信方法と装置とに係るものである。

データ送信システムにおけるノードを組織する一つのスキムはマスタースレーブスキムとして知られている。これは図１に示されている。幾つかのスレーブユニット１はマスターユニット２と交信できる。この例ではスレーブとマスターとは一緒にピコネットを形成している。マスターユニットのデータリンク３はネットワーク４として表している別のノードへつながっている。スレーブユニットはそれのマスターユニットを介してネットワーク４と交信できる。あるシステムではスレーブユニットも直接相互に交信できる。そのようなスキムを実施する一つの仕方ではブルツース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）交信プロトコルを利用する。

そのようなシステムのあるものではスレーブの一つだけが常にマスターと交信できる。このことを示すため、スレーブがマスターと交信するため単一のチャンネルだけを考えて、そのチャンネルを複数のスレーブの間で共有しているものとする。図２のタイミング・ダイアグラムはブルツースシステムにおける構成の一例を示している。図２に２つのチャンネルを示す。マスターからスレーブへのダウンリンクチャンネル１０とスレーブからマスターへのアップリンクチャンネル１１とである。これらのチャンネルは幅６２５μｓのスロットに分けられている。この例ではアップリンクとダウンリンクとは同時に使用されておらず、アップリンクチャンネルとダウンリンクチャンネルとは同じであってさえよい。この例では７つのスレーブがある。

ブルツース・システムでは、アップリンクチャンネルでスレーブがマスターへデータを送れるのは、ダウンリンクチャンネルでその前のスロットにおいてマスターがスレーブにアドレスしたときだけである。各スレーブはマスターへデータを時々送ることができることを必要とし、そしてマスターがそれにアドレスするまではできない。しかしながら、マスターはスレーブが送るべきデータを持っているときを知ることはなく、そのためマスターは最適効率で作動するようスレーブのどれに何時アドレスしたらよいのかを知ることはできない。この問題を解決するためマスターはスレーブを一つづつ順にアドレスしていって、データをラウンドロビン（ｒｏｕｎｄ−ｒｏｂｉｎ）ベースでアップリンク上でデータを送る機会をスレーブに与えているのが普通である。これは図２に示されている。マスターは順番にスレーブを一つづつポールしていく、もしくは呼びかけしていくが、それは図では、スレーブ１，２，３，４，５，６，７そして１と順順にアドレスされるパッケージ２０−２７によって示されている。マスターへ送るデータを持っているこれらのスレーブは、スレーブ１，２，３，７そして１と順順にパケット３０−３４により示されているように、それらにアドレスしてくるパケットに応答してマスターへデータを送る。

ラウンドロビンアルゴリズムの利点は、それが容易に組織化できることである。しかしながら、それの不利な点は、アップリンクチャンネルが１００％利用できるのはマスターに送るデータを総てのスレーブが有しているときだけであるということである。

チャンネル利用上でのラウンドロビンアルゴリズムのインパクトは図３に示す。各スレーブはマスターへデータを送るためそれ自体の物理的アップリンクチャンネルを割り当てられており、そしてマスターからデータを受け取るためそれ自体の物理的ダウンリンクチャンネルを割り当てられていることを図３では想定している。これらの物理的チャンネルは例えば周波数で区別される。図３のシステムではスレーブｎはダウンリンクチャンネル２ｎ−１を割り当てられ、そしてアップリンクチャンネル２ｎを割り当てられている。図３は時間スロットＴ１−Ｔ１６の間に周波数１−１４を使うことを例示している。

アップリンクチャンネルの利用を増加させる目的で他のアルゴリズムが提案されている。これらのシステムではマスターが或るスレーブを他のものよりも有利に扱う。例えば、最後に機会があったときデータを送ったスレーブへマスターは多くのアドレシングパケットを送る。これらのシステムはチャンネル利用を改善できる。しかしながら、マスターがスレーブの中の一つを有利に扱うと、その他のスレーブはラウンドロビンシステムの場合よりもデータ送信の機会は少なくなる。それ故、これらのアルゴリズムはチャンネルの利用を改善するけれども、散発的にデータを送るスレーブを見え難くしている。

あるシステムではスレーブは相互間で直接交信できる。別のスレーブへアドレスされたデータをそれのアップリンクチャンネルで送ることによって一つのスレーブは別のスレーブへデータを送る。

散発的にデータを送るスレーブが見え難くならないようにしてチャンネル利用を高めれるシステムが必要とされる。

本発明を一つの面から見れば、一つの第１ノードと複数の第2ノードを含むデータ通信システムにおけるデータ通信法であって、第１ノードは所定の順序で第２ノードにアドレスし、それぞれの第２ノードは第１ノードがアドレスした直後に第１ノードへデータを送るようにしたデータ通信法において、一つの第２ノードが第１ノードへ送るデータを有しており、そして所定の順序での別の第２のノードがそれが第１ノードへデータを送るその前の機会にそうしなかったならば前記の第２のノードからそのデータの少なくともある部分を、前記の別の第２ノードを介して第１ノードへ送るため前記の別のノードへ送ることを特徴としている。

一つの第２ノードが第１ノードへ送るそれ自身のデータを有していると、そのデータの送信は、それが別の第２ノードから受け取ったデータを第１ノードへ送る前に優先して行うのが好ましい。

第１ノードへ送るため一つの第２ノードがそれ自身のデータを別の第２ノードへ送ったとき、それは第１ノードへの送信をモニターしてそのデータが第１ノードへ送られたかどうかを決定するのが好ましい。

第１ノードへ送るため一つの第２ノードがデータを別の第２ノードへ送ったとき、それは第１ノードへの送信をモニターしてそのデータが第１ノードへ送られたかどうかを決定するのが好ましい。

第２ノードが次に第１ノードへデータを送る機会を持つ前にデータを第１ノードへ送ってしまっていないときは、それはそのデータを第１ノードへ送るのが好ましい。

それぞれの第２ノードは、第１ノードによりアドレスされた直後に単一パケットのデータを第１ノードへ送るのが好ましい。

各パケットのデータはそれを送ったノードの認識もしくはアイデンティフィケーションを含んでいるのが好ましい。

各パケットのデータはそれが送られた先のノードの認識もしくはアイデンティフィケーションを含んでいるのが好ましい。

ブルツースプロトコルに従って第１ノードと第２ノードが作動するのが好ましい。

第１ノードと第２ノードとが無線手段により相互に通信するのが好ましい。
また、本発明を別の面から見れば、データ送信システムの第２ノードで使用する装置であって、一つの第１ノードと複数の他の第２ノードを含み、前記システムにおいて、第１ノードは所定の順序で一つの第２ノードと他の第２ノードにアドレスし、前記装置は、第１ノードがアドレスした直後に一つの第２ノードから第１ノードへデータを送るように構成されており、一つの第２ノードが第１ノードへ送るデータを有しており、そして所定の順序での他の第２ノードのうちの一つが第１ノードへデータを送るその前の機会にそうしなかったならば、前記の一つの第２のノードからそのデータの少なくともある部分を、前記の他の第２ノードのうちの一つを介して第１ノードへ送るため前記の他の第２ノードのうちの一つへ送ることを特徴としている。

添付図を参照して以下に本発明の実施例を説明する。

一つのマスターユニットと複数のスレーブユニットとを有するシステムに本発明の実施例を適用する。スレーブユニットは相互に交信でき、そしてマスターユニットと交信できる。スレーブはマスターにより順にアドレスされる。スレーブはマスターによりアドレスされた直後のスロットでのみそのスレーブはマスターへ送信できる。マスターはラウンドロビンベースでスレーブにアドレスする。チャンネル利用の増加を狙いとして、マスターへ送信するデータを有するスレーブはそのスレーブが利用できるスロットでマスターへそのデータを送ることによってマスターへそのデータを送るか、又は別のスレーブにそのデータを送り、その別のスレーブにそれが利用できるスロットでマスターへそのデータを送らせることによってマスターへそのデータを送るようにする。

本発明は図４に概略示すタイプのネットワークに利用できる。これはマスター４０とスレーブ４１−４７を含んでいる。各スレーブは物理的な送信チャンネルを有しており、そのチャンネル上でスレーブはデータを送ることができ、そして又各スレーブは物理的なダウンリンクチャンネルを有しており、そのチャンネルでスレーブはマスターからデータを受けることができる。これらの物理的チャンネルは例えば周波数により区別される。図４のシステムではスレーブｎに送信チャンネル２ｎ−１とダウンリンクチャンネル２ｎとが割り当てられている。図１におけるように他のノードを含んでいるネットワーク４とマスターはリンク３を介して通信できる。

図４のシステムにおけるマスターと各スレーブとには認識コード例えば、実際のメンバーアドレス（ＡＭＡ）を割り当てている。

チャンネル上のデータはチャンク（例えばパケット）の形で送られ、チャンクは一つづつスロット毎に送られる。そのパケットを送ったマスター／スレーブのＡＭＡとそのパケットを受け取るマスター／スレーブのＡＭＡとを含んでいるヘッダーをそれぞれのチャンクは含んでいる。

各スレーブはその他のスレーブの送信周波数を聞いている。もし一つのスレーブが、受取人としてのそれのＡＭＡを指示しているパケットを検出するとそのスレーブはそのパケットを受け取る。こうして各スレーブはその他のどのスレーブとも、マスターを介してデータを送ることなく直接交信できる。

マスターがスレーブにポーリングする順序を各スレーブも知っている。この例ではスレーブは番号順に一つづつポーリングされるが、他の仕方もある。

このシステムではスレーブはマスターへ直接データを送ることができる。また、遊んでいるスレーブを介してデータを送ることにより、間接的にスレーブはデータをマスターへ送ることもできる。スレーブがマスターへ送ることのできる２つのタイプのデータの間で区別をつけることができる。すなわち、
ａ）スレーブの「それ自身のデータ」、すなわち、マスターへ直接送信するデータ
ｂ）「間接データ」、すなわち、マスターへ間接送信するため別のスレーブから受け取るデータ

スレーブはマスターへデータを送信するための以下のアルゴリズムを実施する。
いずれかのスレーブがマスターへ送るそれ自身のデータを有していると、それはマスターへの間接データ送信に優先して送る。もしもスレーブがそれ自身のデータを有していないが、送ろうとしている間接データを有しているとそのスレーブはその間接データを送る。マスターによりアドレスされているのに直ぐ続くスロットにおいてマスターへの送信は常になされる。
マスターによりスレーブがアドレスされる順序に各スレーブは気付いており、そしてそのラウンドにおいて先のスレーブがそのラウンド中にマスターへデータを送ったかどうかをモニターする。もし先のスレーブが先のラウンド中にデータを送っていなければいま問題にしているスレーブは、先のスレーブへ送らなければならない次のチャンクのデータを送る。これはいずれかのスレーブの送信スロット中になすことができる。もしもスレーブが別のスレーブへデータを送っていたらば、それはマスターへのアップリンク通信をモニターしてそれの送ったデータがマスターへ送られていることをチェックする。もしも送られていないと、マスター自体へその送った筈のデータを送る。

このアルゴリズムは図５に示されている。先のアドレシングラウンド中スレーブは図３に示すようにふるまったと想定し、そしてスレーブ７はマスターへ送る連続する流れのデータを有していると想定する。先の送信の機会にスレーブ４，５，６は送信しなかったことをスレーブ7は知っている。それ故、それの最後の送信直後の送信スロットでスレーブ７はスレーブ６へ最初のチャンクデータを送る。受信するとスレーブ６は（スレーブ5がそれの先の機会に送信しなかったことを知っていて）スレーブ５へチャンクデータを送る。このデータを受けるとスレーブ5は（スレーブ４がそれの先の機会に送信しなかったことを知っていて）スレーブ４へチャンクデータを送る。そのときスレーブ４はマスターへ送信することができ、そしてマスターへ送信するそれ自身のデータを持っていないので、スレーブ7からの間接チャンクデータを送る。このことはアップリンク送信をモニターしているスレーブ７が気付く。そのときスレーブ７は第2のチャンクデータをスレーブ６へ送ることができ、スレーブ6はそれをマスターへ送る。次いで、スレーブ７は第3のチャンクデータをマスターへ送る。もしもスレーブ4が送るそれ自身のデータを持っていないとすると、第1のチャンクデータが送られずにスレーブ4は落してしまったであろう。その場合にはスレーブ７は送信の第2局面でスレーブ6へ第１チャンクデータを送ったであろうし、そしてもしそれが失敗したら、それを第３チャンクデータの代わりにマスターに直接送ったであろう。

マスターはそれがアップリンクで受けるデータの究極のデータ源を、マスターへそのデータを送ったスレーブを知ってもそれからは推測できない。マスターはデータのヘッダーをチェックすべきである。

図５に示すシステムでスレーブＫがパケットを送る周波数は次式で与えられる。
送信周波数＝Ｆ（ｌ）
ここでｌは、ノーマルなシナリオでマスターへ送信する機会を得るのにノードＫが待たなければならなかったスロットの数である。スレーブＫ−１は、ノードＫが送信するであろう周波数でスレーブ間の送信を聞くことを必要とするだけである。いまポーリングされているノードに対して特別な場合がある。この場合はｌ＝０である。次にポーリングされるノードに対してはｌ＝２である。一般に、もしもポーリングを待っているノードの行列でノードＫの位置がｍであると、ｌ＝２ｍである。

どのスレーブでも以下の状態では間接チャンク（例えばパケット）を落とすことができることを知るべきである。
それが送るべきそれ自身のデータを持っている。（もしそのことを間接チャンクがそれへ送られる前に知られていると、そのときはそれはその間接チャンクをそれの継承者から受けることすら必要としない）。
それが間接チャンクを受けとっていない。（間接チャンクは正確な受信を確かめさせるチェックサムを持っている）
それ故、スレーブがチャンクデータを間接送信のため前任者へ送った後それはマスターへチャンクを送るためチェックを必要とする。それはまた前任者のスレーブ間でのチャンクの送信をモニターする。こうして、それは前任者の一つによりそのチャンクが落されてしまったか，否かを告げることができる。チャンクのトラッキングは送信周波数を監視することにより簡単になされる。

好ましいシステムでは、現在のラウンド中チャンクを送ったスレーブはそのチャンクを一時的に蓄え、そして前任者ノードによるそれの送信のためモニターする。もしその送信スレーブが送信データを持っていないと、そして前任者スレーブによりチャンクが送信されなかったことを知ると、それは送信する機会が来るとそのチャンクを自身で送信する。このことが効率をさらに改善する。例えば、このシステムにおいてもし図５のスレーブ４が送るそれ自身のデータを持っていたとすれば、スレーブ５はスレーブ７からのその送信チャンクを送ったであろう。

別のシステムでは、データを送ったスレーブはそのデータをマスターへそれ自身のデータがあってもそれに優先して送るのであり、その自身のデータとはスレーブが、もしもそのデータが先のスレーブによりマスターへ送られていないとその同じラウンドにおいて続いて受け取るかもしれない自身のデータのことである。この「限定アルゴリズム」がさらに作動を改善し、そしてそれは図６に示されている。図６では、スレーブ５は第１チャンクをスレーブ４へ送ってしまっても、それはマスターへのそのチャンクの送信を、もしもスレーブ４がそうするのをしくじると、引きうけさせられる。それ故、チャンクをスレーブ４へ送ったスレーブ５の送信をスレーブ７が受けると、それはスレーブ５のアップリンク送信スロットよりも遅れずにそのチャンクはマスターへ送られることを知る。それ故、スレーブ７は第２パケットをスレーブ６へ直接送れる。このことが、間欠的に作動する多数のスレーブがあるという状態で顕著な効果を奏するのである。

マスターにアドレスされた後でだけ送信するということにスレーブが限定される必要はない。別のスキムではスレーブは既定のスロットを順に割りつけられており、スレーブは適当に同期を（例えば、クロックによりもしくはその他のスレーブの送信を聞くことにより）とられており、各スレーブはマスターへそれの既定のスロット中でだけ送信できる。

本発明は無線に、それだけに限るのではないが、利用でき、特に無線ネットワークに利用できる。本発明はブルツースやそれからの派生プロトコルと使用できるが、これに限定されるものではない。本発明はマスターとスレーブとの間で無線交信するシステムに特に利用できる。しかしながら、このことだけではない。本発明が利用できる無線プロトコールの一例がブルツースである。一つもしくはそれ以上のスレーブ及び又はマスターは可動であることもある。

一つの便宜的な実施例ではマスターはスレーブに地域のネットワーク及び又はインターネットに接続させれる。

マスター／スレーブシステムに利用する代わりに本発明は、本文でマスターとして言及したものと同じユニットがスレーブと同じ階層制レベルにあるピアシステムにも利用できる。

本発明の技術的範囲は上に説明した実施例に限定して解釈されるものではない。当業者であれば本文の説明から本発明の技術的範囲内で様々に変更し実施できるからである。

データ送信システムの略図。 ラウンド−ロビンスキムの下でのアップリンクパケットとダウンリンクパケットを示すタイミングダイアグラム。 ラウンド−ロビンスキムの下でのチャンネル利用を示す図。 データ通信システムの略図。 改善したスキムの下でのチャンネル利用を示す図。 改善したスキムの下でのチャンネル利用を示す図。

Claims (19)

1. 一つの第１ノードと複数の第２ノードを含むデータ通信システムにおけるデータ通信法であって、第１ノードは所定の順序で第２ノードにアドレスし、それぞれの第２ノードは第１ノードがアドレスした直後に第１ノードへデータを送るようにしたデータ通信法において、
   一つの第２ノードが第１ノードへ送るデータを有しており、そして所定の順序での別の第２のノードがそれが第１ノードへデータを送るその前の機会にそうしなかったならば前記の第２のノードからそのデータの少なくともある部分を、前記の別の第２ノードを介して第１ノードへ送るため前記の別のノードへ送ることを特徴としたデータ送信法。
2. 一つの第２ノードが第１ノードへ送るそれ自身のデータを有していると、そのデータの送信は、それが別の第２ノードから受け取ったデータを第１ノードへ送る前に優先して行う請求項１に記載のデータ送信法。
3. 第１ノードへ送るため一つの第２ノードがそれ自身のデータを別の第２ノードへ送ったとき、それは第１ノードへの送信をモニターしてそのデータが第１ノードへ送られたかどうかを決定する請求項１または２に記載のデータ送信法。
4. 第１ノードへ送るため一つの第２ノードがデータを別の第２ノードへ送ったとき、それは第１ノードへの送信をモニターしてそのデータが第１ノードへ送られたかどうかを決定する請求項１ないし３のいずれかに記載のデータ送信法。
5. 第２ノードが次に第１ノードへデータを送る機会を持つ前にデータを第１ノードへ送ってしまっていないときは、それはそのデータを第１ノードへ送る請求項３又は４に記載のデータ送信法。
6. それぞれの第２ノードは、第１ノードによりアドレスされた直後に単一パケットのデータを第１ノードへ送る請求項１ないし５のいずれかに記載のデータ送信法。
7. 各パケットのデータはそれを送ったノードの認識もしくはアイデンティフィケーションを含んでいる請求項５に記載のデータ送信法。
8. 各パケットのデータはそれが送られる先のノードの認識もしくはアイデンティフィケーションを含んでいる請求項５に記載のデータ送信法。
9. ブルツースプロトコルに従って第１ノードと第２ノードが作動する請求項１ないし８のいずれかに記載のデータ送信法。
10. 第１ノードと第２ノードとが無線手段により相互に通信する請求項１ないし９のいずれかに記載のデータ送信法。
11. データ送信システムの第２ノードで使用する装置であって、一つの第１ノードと複数の他の第２ノードを含み、前記システムにおいて、第１ノードは所定の順序で一つの第２ノードと他の第２ノードにアドレスし、前記装置は、第１ノードがアドレスした直後に一つの第２ノードから第１ノードへデータを送るように構成されており、一つの第２ノードが第１ノードへ送るデータを有しており、そして所定の順序での他の第２ノードのうちの一つが第１ノードへデータを送るその前の機会にそうしなかったならば、前記の一つの第２のノードからそのデータの少なくともある部分を、前記の他の第２ノードのうちの一つを介して第１ノードへ送るため前記の他の第２ノードのうちの一つへ送ることを特徴とした装置。
12. 第１ノードへ送るため一つの第２ノードから他の第２ノードのうちの一つへ送られたデータが第１ノードへ送られたかどうかを決定するため、第１ノードへの送信をモニターするように更に構成されている請求項１１に記載の装置。
13. 第１ノードへ送るため一つの第２ノードがデータを別の第２ノードのうちの一つへ送った場合、第１ノードへの送信をモニターしてそのデータが第１ノードへ送られたかどうかを決定する請求項１１又は１２に記載の装置。
14. 一つの第２ノードが次に第１ノードへデータを送る機会を持つ前にデータを第１ノードへ送ってしまっていない場合には、そのデータを一つの第２ノードから第１ノードへ送るように更に構成されている請求項１２又は１３に記載の装置。
15. 一つの第２ノードと他の第２ノードがそれぞれ、第１ノードによりアド レスされた直後に単一パケットのデータを第１ノードへ送るように、前記システムが構成されている請求項１１ないし１４のいずれかに記載の装置。
16. 各パケットのデータはそれを送ったノードの認識もしくはアイデンティフィケーションを含んでいる請求項１５に記載の装置。
17. 各パケットのデータはそれが送られる先のノードの認識もしくはアイデンティフィケーションを含んでいる請求項１５又は１６に記載の装置。
18. ブルツースプロトコルに従って作動する請求項１１ないし１７のいずれかに記載の装置。
19. 無線手段により第１のノードと相互に通信する請求項１１ないし１８のいずれかに記載の装置。

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