JP4420561B2 - 無線チャネルを有する家庭用通信システムにおける伝送方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、少なくとも一部のコネクションがワイヤレス（無線）方式である通信ネットワークにおける伝送方法に関する。本発明は、特に、家庭用通信ネットワークの分野に適用可能である。
【０００２】
家庭用通信ネットワークでは、数種類のマルチメディア機器が共存する。この中の一部の機器は、ケーブルを用いて接続される。これらの機器は、有線接続グループを形成する。家庭用通信ネットワークは、複数の有線接続グループを含む場合がある。数組の有線接続グループを含む家庭用通信ネットワークは、無線リンクを含む場合もある。無線リンクは、有線接続グループを相互に連結するため利用される。無線リンクの数は、各有線接続グループを少なくとも一つの他の有線接続グループに連結するのに十分な数であることが必要である。
【０００３】
無線リンクによる通信は、いわゆるポイント・ツー・ポイントモードで２台の機器間のリンクを介して簡単に実現される。しかし、より一般的には、数種類のポイント・ツー・ポイントリンクが同一の家庭用ネットワーク内に同時に存在する。さらに一般的に説明すると、これらの無線リンクは、一体として、ネットワーク用語ではブリッジと称される接続装置を構成する。換言すると、マルチポイント・マルチポイントリンクの組は、IEEE1394-1995タイプの有線接続バスを相互連結することができる。
【０００４】
無線リンクの組は、家庭用無線通信ネットワークを構成する。家庭用通信ネットワークの有線接続グループは、課程用無線通信ネットワークの要素を構成する。
【０００５】
家庭内環境における伝搬上の理由から、家庭用無線通信ネットワークの種々の要素間の一部の無線リンクは確立されない場合がある。したがって、家庭用無線通信ネットワークの範囲内では、一部の要素が他のいずれの要素とも連結されないことが生じる。このようなネットワークは不完全な接続性をもつネットワークである。
【０００６】
有効帯域幅は有限リソースであり、できる限り効率的な方法で使用しなければならない。周波数の効率的使用とは、特に、ネットワークのメンバー（装置）の協働に役立つデータのようなサービスデータの伝送を最小限に抑える周波数割付スキームを意味する。
【０００７】
本発明の目的は，効率的な無線チャネルアクセス方法を提供することである。
【０００８】
本発明は、ネットワークに接続された装置を含み、一部の装置が少なくとも一つの無線リンクを介して連結される伝送ネットワークにおける伝送方法であって、
無線通信は、フレームが予約によって装置に割り当てられた時間窓に分割される等時性TDMA方式プロトコルに従って実行され、
フレーム窓の装置への割り付けは、各装置によってフレーム毎に予約された窓の数と、要求を行った装置を識別する少なくとも一つの別のパラメータとから装置が推論可能な割り付けであることを特徴とする伝送方法である。
【０００９】
フレームの窓の割り付けは、ネットワークの各装置が一義的に知ることができる方法に従って行われ、各装置は最小限のパラメータを用いてこの割り付けを確かめる。
【００１０】
具体的な一実施例によれば、各フレームはネットワークの無線部に連結された装置毎に一つの制御窓を有し、各フレーム内での制御窓の位置と順番は、ネットワークの無線部の全ての装置に知られている。
【００１１】
具体的な一実施例によれば、制御窓はフレーム内に配分され、制御窓の位置は全てのフレームを通じて同じである。
【００１２】
具体的な一実施例によれば、フレーム内の制御窓の位置は、ネットワークの再初期化に続いて、たとえば、ネットワークの装置の接続若しくは切り離しに続いて決定される。
【００１３】
ネットワークのトポロジーの変更は、フレーム内の窓の割り付けの修正を誘導する。したがって、この情報項目は広められるべきである。
【００１４】
具体的な一実施例によれば、装置をネットワークに登録するとき、順序番号が装置に割り付けられ、制御窓の順序は、ネットワークの装置に割り付けられた順序番号から導き出される。本発明の実施例では、この順序番号は、装置の物理アドレスである。
【００１５】
具体的な一実施例によれば、装置の制御窓は、状況に応じて、窓予約データパケットを含む。
【００１６】
具体的な一実施例によれば、予約に関連したデータパケットを受信する装置は、そのデータパケットを次の制御窓に収容する。
【００１７】
予約情報は、このようにして、ネットワークの全ての装置に徐々に伝達される。
【００１８】
具体的な一実施例によれば、ネットワークのトポロジーの変更が行われる毎に、
各装置は、その装置の制御窓でエコータイプのシグナリングを送信し、
シグナリングは、ネットワークに広められ、他の各装置から返信されることが意図され、
シグナリングを送信した装置は、他の装置によるシグナリングの返信に基づいて、ネットワークに予約の要求を広める期間を決定する。
【００１９】
ネットワークのトポロジーの変更とは、ネットワークの無線部に装置を接続し、或いは、ネットワークの無線部から装置を切り離すことを意味する。上記の方法を用いることにより、装置は、１個のフレームがネットワークの全ての装置に到達するために必要な時間を知る。
【００２０】
具体的な一実施例によれば、窓予約要求を送信した装置は、制御データをネットワークに広める期間に対応した間隔の後に限り、この予約を行う。
【００２１】
具体的な一実施例によれば、フレームは、非同期伝送のため予約された継続的なプロセスによって支配的に使用される時間的間隔を更に含む。
【００２２】
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照して以下に掲載された非限定的な実施例の説明から明らかにされる。
【００２３】
ディジタルテレビジョンデコーダ、ビデオモニタ、DVD若しくはDVCレコーダ、オーディオシステム、コンピュータ、プリンタ、又は、交換式電話網へのアクセスのような家庭用マルチメディア機器を含む要素を有する家庭用無線通信ネットワークにおいて、伝送ビットレートの大きさは、DVフォーマット(IEC 1083)によって決定され、40Mbit/sに達する。さらに、このようなネットワークにおいて、マスタの役割を特定の要素に割り付けることは困難である。すなわち、この役割の割り付けを正当化することができる支配的な機能を有する要素は存在しない。マスタ要素は、ネットワークの他の全ての要素に適用可能な決定能力を保有する要素である。
【００２４】
したがって、ここで考慮されている家庭用無線通信ネットワークは、分散型アーキテクチャに従って構築されたネットワーク、すなわち、マスタ要素が存在しないネットワークである。
【００２５】
チャネルへの装置アクセスを管理するため提案された従来の第１のメカニズムは、いわゆる周波数分割多元接続(FDMA)メカニズムである。このメカニズムは、帯域をできる限りリンクと同数の副帯域に分割する。しかし、家庭用ネットワークでは、ネットワークの装置によって受信される電力は、装置が住宅の室内でランダムな場所に設置されている場合、送信装置に従って変化する。装置間の距離は可変であり、壁や家具のような障害物によって生じる信号の減衰も変化する。また、FDMAメカニズムを使用するネットワークにおいて、各副帯域は、副帯域の間隔が増大され、全通過帯域が減少されない限り、フィルタリングによる副帯域の抽出が実現不可能になるような格差のあるレベルで全く同一の装置によって受信される。
【００２６】
第２のメカニズムは、直交拡散符号、いわゆる符号分割多元接続(CDMA)メカニズムを用いてチャネルを共用する。想定された４０Mbitのオーダーの有効ビットレートは、１００MHz以上の周波数の拡散帯域を必要とし、これは、従来技術との互換性が無い。
【００２７】
本発明によって実現されるメカニズムは、各装置が窓と呼ばれる時間的間隔毎に全通過帯域を占有するタイムシェアリングメカニズム、すなわち、時分割多元接続(TDMA)メカニズムである。チャネルへのアクセス、すなわち、次に話をする人は、ネットワークの全メンバーが同期しているフレームによって判定される。このTDMAメカニズムは、各リンクのビットレートがそのリンクに割り当てられた窓の割合によって判定される点で柔軟性がある。１フレームあたりの窓の数が増加すると共に、各リンクのビットレートをより精細に決定することが可能になる。実際上、TDMAフレームは、ネットワークの装置毎の有効データ窓及び制御窓に切り取られる。制御窓は、特に、無線ネットワークの各装置への窓の割り付けを決めるために必要とされる情報、すなわち、各窓に対する発信源の識別情報を伝搬する。
【００２８】
家庭用ネットワークでは、多数のリンクが装置間に同時に並存する。たとえば、ビデオレコーダとモニタの間のリンクのような各リンクに割り当てられたビットレートは、８Mbit/sを占め、一方、ディジタルデコーダとパーソナルコンピュータの間のリンクは１Mbit/sを占める。リンクの構造は、確立されたとき、並びに、切断されたときに変化する可能性がある。一部のリンクは、（特に、オーディオビデオストリームを転送するときに）予めわかっている一定最高ビットレートを保有し、その他のリンクは（たとえば、ファイル転送の場合）、可変かつ予測不能なビットレートを保有する。したがって、窓を割り当てるスキームは、フレーム毎に変化し易い。
【００２９】
ネットワークの中の２台の装置間の無線リンクの品質は非常に変化しやすい。この品質は、ある種のリンクが存在しないと考える必要があるような品質である。さらに、ネットワークの装置と、同じネットワークの別の装置との間のリンクは、必ずしも正当化されなくてもよい。ある種の状況では、リンクの作成を正当化するために、２台のモニタを接続するのに十分な理由が無い。少なくとも一部の装置の間に欠陥のあるリンクが存在する可能性がある場合、通信能力の無い装置でさえ、無線チャネルにアクセスするため、互いに協働しなければならない。すなわち、通信能力の無い装置は、同じTDMAフレームに同期していなければならない。したがって、構造及び位置に関して全く同一のTDMAフレームを不完全な接続性を有するネットワーク全体に広めるという問題に直面する。
【００３０】
図１には、上記の問題が生じる本発明の実施例によるネットワークが示されている。５台の装置１〜５は、以下の表１に示されるように無線伝送によって連結される。
【００３１】
【表１】

有線リンク（実線）は、装置１、装置２及び装置４と，その他の図示されない装置との間に存在する。一例として，装置１と装置５の間には無線リンクを実現でいないことに注意する必要がある。
【００３２】
図２ａは、図１のネットワークの場合に、９個の窓を含むフレームの窓の分布を示す図である。図２ｂは、装置２から見た場合に、各窓で受信されたパワーを示す図である。装置５から受信されたパワー（同図に点線で示される）は非常に小さいので、この信号を利用することができない。図２ｃは、装置５によって受信されたパワーを示す図である。装置５は、装置４から送信された情報だけを受信することができる。
【００３３】
全部ではないとしても、大多数の家庭用TDMAネットワーク内のリンクは、双方向であると考えられる。本例の場合、ネットワークの各装置は、同じ無線周波数帯域を使用する。これらのリンクの性質に依存して、各装置は、あるときには送信し、あるときには受信する（いわゆる、半二重動作を行う）。送信中ではないとき、装置は、多数の他の発信側を順番に聴取しなければならない。そのため、装置は、フィードバック制御を用いる従来の時間的に連続した信号への同期技術を利用することができないが、各窓の始まりで受信されたパケットに伝送中に急速に同期する必要がある。このパケット同期は非常に難しい。その理由は、一方で、受信信号の通過帯域が大きく、同期を実現するための専用の帯域が残されていないためであり、他方で、パケットの発信側は窓毎に変わる可能性があるためである。この準瞬時的な同期は、毎回、異なるパワーレベル、搬送周波数格差、及び、時間的位置決め格差に整合される必要がある。
【００３４】
ネットワークの１台の装置からネットワークの他の全ての装置にシステムクロックを送信する必要がある。たとえば、IEEE1394型ケーブル接続ネットワーク、すなわち、IEEE1394無線ブリッジを相互連結する無線ネットワークは、ネットサイクルマスタと呼ばれるIEEE1394ノードの接続された装置から８kHzのクロックを送信する必要がある。無線リンクによって相互連結されたケーブル接続ネットワーク内でのこのクロック伝送の特徴は、本願と同一日に同一出願人によって出願された仏国特許出願第98 04982号の主題である。
【００３５】
このような同期に関する厳しい制約を緩和するため、ネットワークのトポロジーの静的な性質が有利的に利用される。実際上、ネットワークの装置の受信及び送信の各ヘッドの特性、並びに、伝送チャネルの特性は、非常に緩やかにしか変化せず、ネットワーク内の新しい装置の登録は、比較的稀な事象である。したがって、新しい装置の登場の検出は、かなりゆっくり行っても構わない。
【００３６】
同期を実現するため、フレームの窓の割り付けは、各フレームの始めにネットワークの全ての装置によって認識されているような状況を想定する。かくして、メンバーは、先行の聴取中に更新されたテーブルに問合わせて同期特性を準備することによって、発信源に関する事前の知識を利用できる。たとえば、受信窓のスタート直後に、メンバーは、同じ発信源が先に占有した窓と同じ窓の期間中に、受信回路の増幅利得を、以前に使用したときに成功した値に設定する。これは、差分によって将来のこの値を再更新するため有益である。
【００３７】
ネットワークの各装置は、通過帯域を使用する意思、すなわち、将来使用したい１フレームあたりの窓の数を他の装置に告知しなければならない。この情報を送信する装置と直接的に通信する装置だけに直接その旨が通知される。この情報を全ての装置に通知するため、本発明の実施例によれば、この情報は、これらの直接的に通知された装置によって送信される制御窓内で繰り返され、この情報は、ネットワークの全ての装置に徐々に伝達される。
【００３８】
したがって、本発明による方法は、伝送チャネル共用情報を多数の構成装置の間で徐々に伝搬させるステップを含む。
【００３９】
この情報の伝搬レートは、制御窓の相対的な位置関係に依存する。たとえば、制御窓が装置の台数のオーダーに追従するフレームに配置されている場合（図３を参照のこと）、装置１から送出された情報項目は、無線コネクションを経由して連絡可能な装置に瞬時に送信される。この無線コネクションは、同じフレームの途中で制御窓の間に繰り返し送信することが可能である。
【００４０】
図３は、図１に示された５台の装置にフレームの窓を割り付ける方法の例を説明する図であり、同図において、制御窓は番号順にフレームに分布する。有効データのため予約されたセグメントの他の窓は、残りのスペースに配分される。
【００４１】
これに対し、フレームの途中で送信した最後の装置の制御窓から出現した情報項目は、次のフレームが直ちに現れない限り他の装置へ送信され得ない。これは、たとえば、図３のフレームの装置５の場合に当てはまる。
【００４２】
不完全な接続性を有するネットワークにおいて、ネットワークの各装置に深さを割り付けることが可能である。装置の深さは、この装置から送出された情報項目がネットワーク全体に広められるために要求されるフレームの数として定義される。
【００４３】
図１のネットワークの例の場合に、送信装置５が占有窓の個数を変更したい旨を告知する場合、現在のフレームの後、ネットワークの全メンバーが確実に承知するまでに、２フレーム待機する必要がある。したがって、実際に新しい割り付けを行うことができるのは、現在のフレームの後に続く３番目のフレームである。装置がネットワークに接続されるか、或いは、装置がネットワークから切り離されると、ネットワークの全メンバーの深さを再計算しなければならない。
【００４４】
徐々に繰り返すことによりフレームの共用に関する情報を広める上記メカニズムの欠点は、一方で、フレーム内の制御データの量が増加することであり、他方で、フレームコンフィギュレーションの変更に要する時間が無視できないことである。
【００４５】
どの装置がフレームのどの窓を使用中であるかを記述する繰り返し情報の量を著しく増加させないため、フレーム内の各窓を順次に占有する装置が窓毎にフォーマットされる。本実施例によれば、各装置によって占有される窓の数は、要求を発行した装置を表すパラメータと共に、伝達され、装置の間で共通の方式で符号化される。このリストを符号化する方式によって、各装置はフレームコンフィギュレーションを確実に決定することができる。
【００４６】
たとえば、フレームは１００個のデータ窓を含み、装置１、装置２、装置３、装置４及び装置５は、それぞれ、１０、５０、１０、２、及び、５個の窓を占有する場合を考える。たとえば、（無線ネットワークの各装置は固有の番号を保有するので）窓のグループを装置の番号の順番に並べることが可能である。本例の場合、メンバー１に１０個の窓、メンバー２に５０個の窓、メンバー３に１０個の窓、メンバー４に２個の窓、メンバー５に５個の窓のように配置される。制御窓内での情報の繰り返しは、７ビットの５倍のフィールドだけに関係し、７ビットのグループは、所定の装置に関係した窓の番号を与える。この例は、単なる一例に過ぎず、他の例を使用することが可能である。
【００４７】
図４には、本発明による図１のネットワーク内の各装置への窓の割り付けに関する情報の伝搬の一例が示されている。同図において、フレームは図３に示された形で構成されている。装置４は、窓の新しい割り付けを決める。この新しい割り付けは、図４の最初のフレームであるフレームｉ内で装置４に割り付けられた制御窓で伝搬される。この制御窓が連結された装置に伝搬させることができる最初の装置である装置５に送信された場合を考える。フレームｉ中の装置４の制御窓は、装置１及び装置２によっても受信されるが、装置１及び装置２は、フレームｉ＋１になるまで、制御窓を伝搬することができない。装置３は、フレームｉ＋１の制御窓の送信後に通知され、このフレームｉ＋１の途中で情報を送信することができる。
【００４８】
非同期データ及び等時性データは、既に説明した予約モードで送信される。等時性データの送信予約と、非同期データの送信予約との間には、微妙な区別が存在する。すなわち、非同期データの場合、予約はフレーム毎に繰り返し処理されるが、等時性データの場合、予約は等時性コネクションを開設するときだけに取り決めされる。非同期データの場合、多量のデータを送信するとき、予約モードを使用するほうが好ましい。一方、データ量が少ない場合、競合モードを使用するほうが有利である。したがって、予約モードと競合モードの二つの非同期伝送モードを設けるほうが有利である。予約モードは、待機時間を必要とするが、多量のデータに対し非常に効率的である。競合モードは、待機時間が衝突の確立に応じて減少されるので、少量のデータに対し効率的である。本例の場合、フレームは、一方で等時性リンクのため予約された（予約とは非同期的な）領域と、他方で競合モード中に非同期リンクが利用可能な領域とに分割される。さらに、非同期装置は、絶えず送信し続けることを期待するパケットの個数の伝搬を待つ必要がないが、競合モードで非同期転送のため確保されたフレームの部分で、できるだけ直ぐに送信を試みる。宛先側装置は、送信装置と直接的に無線連絡しているので、必ず直ぐに通知される。衝突のケースは、受理の承認、又は、非受理の承認の形式で受信装置の衝突検出によって管理され、可能であれば、ランダムな個数のフレーム後に繰り返される。これは、アロハ(Aloha)という名称で公知の従来のプロセスである。このような衝突の発生を削減するため、可能性のある非同期伝送の開始に一定間隔が設けられているスロットアロハ(slotted Aloha)バージョンを使用することが推奨される。全ての場合を通じて、ネットワークの装置の受信機能は、受信パケットの品質を評価する方法を認知する必要があり、ブロック形式の誤りデコーディングの実施も前提とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例による方法が実施される通信ネットワークの一例の概略説明図である。
【図２ａ】 TDMAフレーム内の例示的な窓の分布を示す図である。
【図２ｂ】 図２ａのフレームの各窓に対し、図１の第１の装置によって受信されたパワーレベルを表す図である。
【図２ｃ】 図２ａのフレームの各窓に対し、図１の第２の装置によって受信されたパワーレベルを表す図である。
【図３】 サービスデータを含む窓及び有効データを含む窓のフレーム内での分布を概略的に表す図である。
【図４】 図１のネットワーク内での窓の割り付けの更新の伝搬を説明する数個の連続的なフレームを概略的に表す図である。

Claims (10)

1. 伝送ネットワークの無線ネットワーク部に連結された伝送装置を含む伝送ネットワークにおける伝送方法であって、
   前記無線ネットワークは、分散型アーキテクチャに従って構築され、
   無線通信は、無線伝送フレームが予約時に伝送装置に割り当てられた時間窓を含む等時性プロトコルに従って実行され、
   フレーム窓の伝送装置への割り付けは、各伝送装置によってフレーム毎に予約された窓の数と、各伝送装置を識別する少なくとも一つの別のパラメータとの関数として前記伝送装置で実行されることを特徴とする伝送方法。
2. 各フレームはネットワークの無線部に連結された伝送装置毎に一つの制御窓を有し、各フレーム内での制御窓の順番は、ネットワークの無線部の他の伝送装置に知られていることを特徴とする請求項１記載の伝送方法。
3. フレーム内の各制御窓の位置は、ネットワークの再初期化に続いて決定されることを特徴とする請求項２記載の伝送方法。
4. 伝送装置を無線ネットワークに登録するとき、順序番号が伝送装置に割り付けられ、
   制御窓の順序は無線ネットワークの伝送装置に割り付けられた順序番号から導き出されることを特徴とする請求項３記載の伝送方法。
5. 伝送装置の制御窓は適切な窓予約データパケットを含むことを特徴とする請求項２乃至４のうちいずれか一項記載の伝送方法。
6. 他の伝送装置による予約要求を受信する所定の伝送装置は、所定の伝送装置に関連する次の制御窓に予約要求を収容することを特徴とする請求項５記載の伝送方法。
7. 無線ネットワークのトポロジーの変更に応じて、
   各伝送装置は、各伝送装置の制御窓でシグナリングを送信し、
   シグナリングは、無線ネットワークにブロードキャストされ、他の各装置から返信されることが意図され、
   シグナリングを送信した各伝送装置は、他の伝送装置によるシグナリングの返信に基づいて、各伝送装置の予約の要求が無線ネットワークにブロードキャストされる期間を決定することを特徴とする請求項２乃至５のうちいずれか一項記載の伝送方法。
8. 窓予約要求を送信した伝送装置は、制御データがネットワークにブロードキャストされる期間に対応した間隔の後にのみ窓予約を実行することを特徴とする請求項７記載の伝送方法。
9. フレームは、非同期伝送のため予約された継続的なプロセスによって支配的に使用される時間的間隔を更に含むことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の伝送方法。
10. 無線ネットワークの第１の伝送装置によりデータを伝送する方法であって、
    前記無線ネットワークは、分散型アーキテクチャに従って構築され、
    前記伝送装置において、
    ネットワークの各伝送装置により予約された窓の数と各伝送装置の識別子とを取得するステップと、
    各伝送装置により予約された窓の数と前記識別子との関数として、伝送フレーム内で前記第１の伝送装置に割り当てられる時間窓を決定するステップと
    を有する方法。

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