JP4885718B2 - オーディオ／ビデオコンテンツを配信するための超広帯域無線／電力線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、オーディオ、ビデオ及びデータネットワークに関し、特に、電力線通信（power-line communication：ＰＬＣ）及び超広帯域（Ultra-wide BandＵＷＢ）伝送モジュールを用いて、建物内の又は建物の電力インフラストラクチャに接続された民生用電子機器に／から、アンテザード（untethered）のオーディオ、ビデオ及びデータコンテンツを供給する無線イントラホーム又はイントラオフィスビルディングネットワークに関する。

新世代のコンピュータ及び民生用電子機器は、徐々にサイズが小型化され、携帯性が高まっている。同時に、これらの機器の演算能力及びデータ記憶容量は、劇的に高まっている。ワールドワイドウェブにアクセスすることにより、音声及びテキスト通信と同様に、携帯型機器へのデータ及びオーディオ／ビジュアルコンテンツの長距離伝送が可能になる。また、通信システムは、より効率的になり、簡単で信頼性が高いアクセスを実現している。

ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ又はハンドヘルド型機器等の多くの最新の機器は、軽量化され、可搬性が高まり、これにより利便性が向上している。ここで、プリンタ、プロジェクタ、イントラネットワーク又は通信システムにアクセスするためには、ケーブル等の固定された物理的な接続機構に物理的に携帯型機器を接続する必要があり、このため、携帯型機器の利便性が犠牲になっている。したがって、ソケット及び携帯型機器上の他のケーブル接続端子の数及び種類を削減すれば、将来の携帯型機器を更に小型化することができる。

電子機器間において、無線通信又は無線周波通信でローカルネットワークを構成すれば、有線接続の必要性を削減又は最小化できる。例えば、建物内の有線ローカルエリアネットワーク（local area network：ＬＡＮ）に代えて、又はこの拡張として、無線ローカルエリアネットワーク（wireless local area network：ＷＬＡＮ）システムを用いてもよい。

携帯型の民生用電子機器は、多くの場合、オーディオ及びビデオコンテンツを送受するために、ホームネットワークに接続する。信号源に機器を束縛（tether）するケーブルは、不便で煩雑であるとして益々疎まれるようになっている。現在の無線技術は、この問題に対処しているが、無線接続の利点は、通信範囲、帯域幅及び信頼性について制約を有している。更に、既存の無線技術は、物理電力線通信ネットワーク内の他の仮想ネットワークを介して使用されるＰＬＣ機器と連携して動作するようには設計されていない。また、ＰＬＣネットワークのユーザは、終端の配電変圧器から使用可能な帯域幅を共有し、各配電変圧器には、通常、約５〜１０戸の住居が接続されている。

ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）のために開発されたＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ規格、パーソナルエリアネットワーク（personal area network：ＰＡＮ）のために開発されたブルートゥース（商標）規格等の既存の短距離無線規格は、通信範囲、帯域幅及び電磁干渉に対する脆弱性について、生来的な制約を有している。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂは、２．４ＧＨｚＩＳＭ帯域で動作し、定格動作範囲は、約１００メートルであり、総合的な通信速度は、約３３Ｍｂｐｓである。ブルートゥース規格の場合、低電力モードでは、通信範囲は、約１０メートルであり、総合的な通信速度は、１０Ｍｂｐｓである。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格に準拠するネットワークでは、干渉が起きやすく、例えば、２．４ＧＨｚの電話機等のある電子機器が同時に使用された場合、システムがクラッシュすることがある。この干渉は、ビルディング等の複数階のフロアに亘って広がる垂直型のネットワークにおいて特に生じやすい。

従来の固定周波数無線機器の更なる問題として、物体に反射して、異なる信号経路を経て、僅かに異なる時刻に受信機に到着する無線電波のために生じるマルチパス歪みの問題がある。マルチパス歪みは、デッドゾーン及びフェージングを引き起こす場合があり、特に、電波が入り乱れる商用環境及び通信が頻繁に行われる家庭内環境において生じやすい。

そこで、本発明の目的は、既存の構造を代えることなく、又は新たなインフラストラクチャを開発することなく、携帯型電子機器に高速な、広帯域幅無線インタフェースを提供することである。更に、本発明の目的は、上述の課題を解決するとともに、従来の無線システムの問題点を克服することである。

本発明は、包括的に言えば、電力線通信（power-line communication：ＰＬＣ）ネットワークが形成されている住居内の部屋又は又は商業施設又は他の場所に設置されている電子機器へのデータ通信（すなわち、オーディオ／ビジュアルコンテンツの通信）をサポートするシステムを含む。超広帯域（ultra-wide band：ＵＷＢ）無線モジュールは、ＰＬＣに接続され、例えば、ラップトップコンピュータ、ＰＤＡ、カメラ、カムコーダ、ＭＰ３プレーヤ及び「アンテザード（untethered）」の使用によって利益を得ることができるＵＷＢ接続可能な他の機器を含む電子機器と通信する。システムは、好ましくは、例えば、ＰＬＣ帯域幅を、トラヒックが混んでいない場合、必要に応じて、ユーザに割り当てられ、要求が使用可能な帯域幅を超えている場合、使用可能な帯域幅を均等に共有できるタイムスロットに分割する割当マネージャを用いて、使用可能なＰＬＣ帯域幅を割り当てるように構成される。本発明に基づくシステムの無線機器は、好ましくは、割当マネージャと通信し、割り当てられた帯域の制約条件内で動作するように構成される。

本発明の通信システムは、一例として、以下に制限されるものではないが、電力線通信（ＰＬＣ）ネットワークを形成する電気コンセントのネットワークを介して、電力線通信信号を送信するために接続されるコンテンツサーバとして記述できる。ＰＬＣネットワークを介して配信するために、サーバは、例えば、メディアプレーヤ、ＤＶＤ、ＣＤ、ＰＶＲ、ＤＶＲ、ＳＴＢ、生の信号、ケーブル信号、衛星信号、放送信号、インターネット接続、広帯域又は狭帯域電話接続等、データ又はオーディオ／ビジュアルコンテンツのソースにアクセスできる。また、コンテンツサーバは、例えば、電力線ネットワークを介して受信したビデオストリームを記録し、及びコンテンツを配信するためにコンテンツを受信する。

このシステムは、ＰＬＣネットワークに接続された複数の電力線通信／超広帯域（ＰＬＣ／ＵＷＢ）インタフェースモジュール（機器通信モジュール）を用いて、サーバから受信した電力線通信信号を、電気コンセントの近傍に送信されるＵＷＢ信号に変換する。超広帯域接続は、単方向の動作（送信機又は受信機）又は双方向の動作（送受信機）を含む機器通信モジュール内の超広帯域通信インタフェースによって実現される。このシステムは、電子機器、例えば、ＭＰ３プレーヤ、ポータブルステレオ、携帯型テレビジョン及びコンテンツを使用し、視聴し又はコンテンツのソースとなる同様の機器に統合され、又は接続された送信機又は送受信機等のＵＷＢ信号受信機を組み込む機器との通信を実現する。

ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール及び送受信機を備えるリモート無線機器により、サーバとユーザ機器との間でシステムコマンド及び／又はデータストリームを送受できる。ユーザ機器は、例えば、ラップトップコンピュータ、ＰＤＡ、タブレットＰＣ、カムコーダ、カメラ、セキュリティ監視機器、携帯型テレビジョンセット、個人用音響再生装置、ＵＷＢ接続可能な電話機等、ＰＬＣを介する通信が望まれる如何なる機器を含んでいてもよい。ＰＬＣ／ＵＷＢモジュールが受信したＵＷＢ信号内のデータ又はコマンドは、抽出され、電力線通信信号に符号化され、サーバに送られ、サーバは、ＰＬＣ及びＵＷＢ伝送を介して、電子機器にコマンド又はデータを提供できる。これにより、コマンド又はストリームを双方向に通信できる。

サーバ及びＰＬＣ／ＵＷＢモジュールは、好ましくは、例えば、送電網内で同じ配電変圧器を共有する他の住居等、同じ物理電力線通信ネットワークに接続された他の仮想ネットワークによるコンテンツへのアクセスを防止するために、仮想ネットワーク内で通信されるデータを暗号化及び復号する。

本発明の好適な実施形態は、データコンテンツを電力線通信ネットワーク上の特定のユニットに宛て、及びサーバに戻るデータコンテンツのソースを特定する配信手段を含む。この配信手段は、チャンネルメカニズム、ユニットアドレスメカニズム、割当メカニズム又はこれらの組合せを用いて実現してもよい。コンテンツの配信手段を実現するこれらのインプリメンテーションは、それぞれ固有の長所及び短所を有する。

電力線通信ネットワークの帯域幅は、それぞれリモート機器へ及び／又はからの通信のためにＰＬＣ／ＵＷＢモジュールに通信できる一組のチャンネルに分割できる。例えば、サーバ及びサポートされた１つ以上のチャンネル上で動作するＰＬＣ／ＵＷＢモジュールについて、一組のチャンネルをサポートできる。なお、電力線通信帯域幅は、最後のレグ（last-leg）の配電変圧器に接続された全ての機器の間で共有され、本発明におけるあらゆるチャンネル通信は、好ましくは、同じ配電変圧器を共有する他の仮想ネットワークと協力的な動作を提供するように実現される。

サーバ及びＰＬＣ／ＵＷＢモジュールは、好ましくは、電力線通信リンクを介して、アドレッシング情報を伝送するように構成され、コンテンツは、ＰＬＣの所定の仮想ネットワーク内のサーバから特定のＰＬＣ／ＵＷＢモジュールにルーティングすることができ、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュールからサーバが受信したデータのソースを特定できる。これにより、サーバは、所定の仮想ネットワーク内の単一のＰＬＣ／ＵＷＢモジュールにコンテンツをルーティングすることができ、或いは電力線通信ネットワークに接続された１つ以上の選択されたモジュール又は全てのモジュールにコンテンツをブロードキャストすることができる。したがって、これらのＰＬＣ／ＵＷＢモジュールは、ユニット識別子を位置情報及びグループに関連付けることによって、それらの相対的な位置に応じて、例えば、部屋、階、グループ等の単位で、アドレッシングすることができる。

一例として、以下に限定されるものではないが、アドレスは、例えば、シリアル化されたＩＤチップ又は電力線通信ネットワークに接続された機器ユニットを明示する他の何ら以下の周知のメカニズムを採用したユニット識別子を含んでいてもよい。ユニットアドレスは、電力線通信ネットワークを介して伝送されるコマンド及び要求に関連して、例えば、トラヒックを制御するための特定のタイムスロット内で利用してもよく、又は各コンテンツストリームに関連してより包括的に利用してもよい。電力線ネットワークで用いられる伝送プロトコルの一部として、伝送経路内でユニットアドレスを符号化してもよい。例えば、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュールからの帯域幅要求には、好ましくは、どのユニットが要求を行ったかを示すユニット識別子が符号化されており、バスマスタとして動作するコンテンツサーバからの対応する割当コマンドは、好ましくは、割当コマンドの対象となるユニットのユニット識別子を含む。なお、電力線ネットワーク上で動作するユニットを識別するためには、様々なメカニズムを利用できる。ユニット識別メカニズムは、通常、多くの電力線通信プロトコルが提供している。

また、割当メカニズムの一部として、データコンテンツを電力線通信ネットワーク上の特定のユニットに宛て、及びサーバに戻るデータコンテンツのソースを特定する配信手段を設けてもよく、所定のＰＬＣ／ＵＷＢモジュールのために帯域幅を確保することにより、帯域幅のどの部分でコンテンツが通信されたかに基づいて、宛先の選択及びデータのソースの特定が可能になる。

本発明の好適な実施形態では、アドレッシングメカニズムを用いて宛先を選択し、ソースを特定し、このアドレッシングメカニズムは、好ましくは、単一の物理電力線通信ネットワーク内の１つ以上の仮想ネットワークを介して通信されるストリームへの帯域幅の動的な割当及び再割当を可能にする割当メカニズムと組み合わせて用いられる。

帯域幅割当は、好ましくは、物理電力線通信ネットワークに接続されたサーバによって実行され、このサーバは、ＰＬＣネットワークのユーザの間でＰＬＣネットワークの帯域幅を割り当てるプログラムを実行し、及びメディアストリーム優先度に応じて、データストリーム（すなわち、メディアコンテンツストリーム）に帯域幅を割り当ててもよい。好適な実施形態では、ＰＬＣ帯域幅を割り当てるサーバは、ネットワークのバスマスタとして動作し、所定の物理ネットワーク内の関連する全ての仮想ネットワークにおいて動作するサーバ及びＰＬＣ／ＵＷＢモジュールが使用するための帯域幅を割り当てる。帯域幅割当が行われるＰＬＣネットワークに接続されるよう構成された各ＵＷＢ通信モジュールは、好ましくは、バスマスタとして動作するサーバが設定した帯域幅割当制約条件内で動作するように構成される。好ましくは、サーバは、通信するストリームに関する情報に基づいて要求を行う手段内のモジュールによる帯域幅要求に応じて、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュールに帯域幅を割り当てる。

本発明に係るシステムは、電力線通信ネットワークを介して、電力線通信−超広帯域（ＰＬＣ／ＵＷＢ）インタフェース機器にデータをルーティングすることにより、超広帯域接続をサポートする機器に、サーバと無線機器との間の通信を提供する。本明細書では、このＰＬＣ／ＵＷＢインタフェース機器を、ＰＬＣ／ＵＷＢ変換器モジュール、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール又は単にモジュールとも呼ぶ。データパスは、サーバから端末装置に、端末装置からサーバに、又はより一般的な状況では、双方向にデータをルーティングするように構成できる。ＰＬＣ／ＵＷＢモジュールは、電力線ネットワークに接続され、電力線信号及び超広帯域信号の間の変換を行い、これによりサーバ及びリモート機器の間で通信を行うことができる。

本発明の一側面により、電力線に接続されたモジュールの近傍で動作するコンテンツサーバ及びリモート無線機器の間の通信が実現される。

本発明の他の側面により、仮想的に無線周波機器に干渉しない電子機器に／からのデータを配信を実現するシステムが提供される。

本発明の他の側面により、帯域幅管理された電力線ネットワークと、宛先無線機器に接続された超広帯域無線通信リンクとの組合せを介して、リモート機器にデータを通信するシステムが提供される。

本発明の他の側面は、通信範囲とセキュリティ問題との間のトレードオフの問題を解決した通信システムを提供する。

本発明の他の側面は、壁及び床によって仕切られた閉じられた空間に通信範囲を意図的に閉じ込める通信システムを提供する。

本発明の他の側面は、マルチパス歪み問題を解決した通信システムを提供する。

本発明の更なる側面では、従来の無線システムに対して、無線機器の通信範囲及び帯域幅を拡張する。

本発明の更なる側面は、以下の説明の部分によって明らかとなり、この詳細な説明は、本発明の好適な実施形態を完全に開示するものであり、本発明を制限するものではない。

以下、図面を参照して、図１乃至図７Ｂに示す本発明に基づく装置を用いて、本発明を例示的に説明する。なお、ここに例示する装置の構成及び要素の詳細、及び方法の特定のステップ及び順序は、本発明の基本的な概念から逸脱することなく変更することができる。

１．ＵＷＢ通信とＰＬＣの結合
本発明は、超広帯域（ＵＷＢ）通信技術を電力線通信（ＰＬＣ）技術に組み合わせ、高容量の、高速通信ストリームネットワークを提供する。図１に示す実施形態では、ＵＷＢ及びＰＬＣ技術の組合せにより、アンテザード（untethered）の広帯域接続が実現され、これにより、家庭内の民生用電子機器にオーディオ、ビデオ及び／又はデータコンテンツを確実に配信することができる。システム１０は、図１に示すように、住居内に配設されている。ここでは、例示的に住居を示しているが、本発明に基づくシステムは、商用ビルディング内、建物間、電力線のコンセントが設置された野外環境にも同様に適用できる。

また、図２に示すように、データ又はコンテンツサーバ１２は、多くの異なるソースからデータ及び他のコンテンツを受信し、これらを、建物の電気システム及びＰＬＣ信号をＵＷＢインパルスに変換し、これらのインパルスを各モジュール１６の近傍で動作する無線機器に送信する複数のＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６を含むＰＬＣ／ＵＷＢネットワーク１４を介する送信に適するＰＬＣ信号に変換する。様々な電子機器４０のために特別に構成された受信機１８は、ＵＷＢインパルスを無線機器による受信に適する信号に変換する。

このシステムは、サーバ１２、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６及び無線機器である電子機器４０内に送受信機を設けることによって、双方向のデータフローに対応するように、すなわち、双方向にデータをルーティングするように構成できる。本発明では、超広帯域通信チャンネルを介して通信を行う無線機器は、好ましくは、ユニットアドレスの指定をサポートするが、超広帯域信号の通信範囲は、限定的であり、壁や床等の障害物によって信号が減衰するため、無線機器は、通常、異なる部屋又は異なる階では、干渉なしで動作できる。当分野では、多くのユニットアドレスメカニズム又はチャンネルアドレッシングメカニズムが知られており、これらの詳細については説明しない。

図２に示すように、本発明に基づくネットワークは、建物２０の内部及び外部の両方にある様々なソースからのコンテンツを通信できる。例えば、サーバ１２は、衛星放送業者又はケーブルテレビプロバイダ２２からデジタルオーディオ／ビジュアル信号を受信することができる。また、サーバ１２は、ケーブル、デジタル加入者回線、ダイヤルアップ接続又はこれに類する接続を介して、データ及びインターネット通信２４を行うこともできる。同様に、一実施形態では、サーバ１２は、パーソナルコンピュータ、ＬＡＮ又は他のコンピュータネットワーク２６からの信号を送受することができる。ネットワークは、新たな配線を引く必要はなく、他の階のコンピュータ、コンピュータネットワーク又は周辺機器に接続できる。オーディオ及びビデオ画像及び他の機能は、セキュリティシステム２８に／から送受してもよい。例えば、建物をパトロールする保安員は、防犯カメラから手元のモニタに画像を受信し、ドアを開けることなく、侵入者の居場所を特定し、又はこの他の危険を察知することができる。また、サーバ１２は、従来の電話回線を介して、電話又はファクシミリ通信３０を受信することができる。

更に、サーバ１２は、建物の内部に設置されたＤＶＤ、ビデオデッキ、デジタルカメラ、ラジオ又はこれらに類するビデオ及び／又はオーディオ機器３２から、信号を受信するように構成できる。図１に示すシステム１０の具体例では、サーバ１２に適切に接続されたＤＶＤプレーヤから、オーディオビジュアル（ＡＶ）コンテンツが提供される。サーバ１２は、コンテンツ信号を受信し、必要であれば、電力線通信（ＰＬＣ）に適する信号に変換する。信号は、好ましくは、ＰＬＣネットワークを介する送信の前に暗号化され、信号ストリームの送信は、タイムスロット等の帯域幅の割り当てられた部分内に制限できる。なお、これに代えて、サーバ１２は、受信した信号を単にそのまま送信してもよい。

既存の建物の電気インフラストラクチャでは、電力線通信（ＰＬＣ）技術を用いて、高速且つ高容量の方式でオーディオ、ビデオ、データ、音声及び他の信号を搬送する。例えば、ＰＬＣ技術は、既存のデジタル加入者回線及びケーブルモデムより速いスループット速度でブロードバンドインターネットアクセスを実現できる。なお、電力線ネットワークでは、通常、ネットワークの構造だけではなく、建物の使用者による電気の使用に起因して、インピーダンス、雑音及び信号減衰のレベルが大きく変化しやすい。例えば、電力線ネットワークの雑音は、電力線のインピーダンスの変化だけではなく、電動モータ、調光器、電源及びサーモスタット等に起因して生じる。この雑音は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの電力周波数に同期している場合もあり、同期していない場合もある。背景雑音は、通常、レベルが低く、使用される電力に応じて、周期的な高レベルの雑音パルスの連続を伴うことが多い。

本発明には、通信の信頼性及び耐雑音性の改善のために、例えば、信号周波数の変調、データパケットの繰返し、前方誤り訂正アルゴリズム、エラー検出技術（すなわち、巡回冗長検査）等のメカニズムを組み込むことが好ましい。これらのメカニズムの利点及びインプリメンテーションの詳細は、当業者に既知であるので、これ以上の説明は行わない。

家庭又はオフィス内の如何なるコンセントも、サーバ１２から建物の電力線ネットワーク３８を介して伝送されるＰＬＣ信号のためのアクセス点となり得る。この実施形態では、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６は、電力線ネットワーク３８にアクセスし、サーバ１２からのＰＬＣ信号を受信するための、電力ソケットであるコンセント３６に対応する従来型の雄プラグを備える。同様に、電球のソケットを介する電力システムへのアクセスを利用し、又は建物の電力システムの構造を永久的に変更して電力線にタッピングすることによって永久的なＰＬＣ／ＵＷＢモジュール（図示せず）をインストールできる。

システム１０の範囲は、ＰＬＣネットワークを介して、各階において、水平に広がり、及び建物の各階に亘って垂直に広がる。また、システム１０の範囲は、外部の電力線ネットワーク３８又は外部のコンセント３６を用いて、サーバ及び電力システムを備える建物２０の外部に拡張できる。

ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６は、周辺にある無線機器と通信するためのＵＷＢ送信機、ＵＷＢ受信機、又はより好ましくは、ＵＷＢ送受信機を備える。電子機器４０の受信機１８は、ＵＷＢ伝送を用いて、サーバ１２と信号を送受することができる。他の実施形態においては、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６は、サーバ１２とのリターン通信のためにＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６の近くの電子機器から信号を受信する、赤外線、無線電波又は同様の電波を用いるリターン受信機を備える。

１．１．ＵＷＢ通信の利点
ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６からの送信信号は、好ましくは、広帯域の無線周波数に亘って分割される非常に短くて、非常に低レベルの電力パルスを含む。ＵＷＢのパルスベースの信号は、最新の無線通信装置のように固定周波数搬送波を変調しない。広範囲の周波数帯域に亘って信号の電力を拡散させることによって、如何なる所定の周波数においても、微量のエネルギのみが放射され、したがって、このエネルギは、周波数が固定された既存の機器には、背景雑音として処理される。例えば、１ワットの電力の信号を、１ＧＨｚの周波数の範囲に亘って分割した場合、周波数帯域の各部分には、１ナノワットの電力の信号のみが放射される。したがって、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６は、既存の機器の動作を妨害することなく、現在、固定周波数サービスによって占有されている、許可されている及び許可されていない周波数スペクトルで動作することができる。

ＵＷＢ信号は、周波数ではなく時間の関数である。ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６は、約０．５ナノ秒以上持続する非常に短い期間のパルスを変調する。１秒あたり数百万ものパルス４２を生成するが、パルスの期間が短いため、デューティサイクルを低く保つことができ、したがって、電力の消費量を抑えることができる。

１．２．ＵＷＢ通信のためのパルス変調方式
ＵＷＢパルス４２を変調してデータを送信するために、様々なパルス変調方式を用いることができる。例えば、パルスの位置に基づいて情報を符号化するパルス位置変調（pulse position modulation：ＰＰＭ）を用いてもよい。ＰＰＭ方式は、時間内にパルスを配置する処理を含み、通常、時間窓の選択を用いる。したがって、１ナノ秒の窓により、毎秒最大１０億個のパルスを用いることができる。連続した窓をグループ化した場合、第１の窓のパルスは、１の値を示すことができ、第２の窓のパルスは、０の値を示すことができる。複数の窓を関連付け、４ビット又は８ビット等を定義することができる。これに代えて、パルス変調窓は、オンオフ変調（on-off keying modulation）を用いて、パルスの存在により１の値を示し、パルスの不在により０の値を示してもよい。

更に、本発明に基づくシステム内でＵＷＢパルス窓をグループ化し、１又は０の値を表す符号語を形成してもよい。パルスを符号化することにより、共存する複数のユーザからの信号の混線を防止し、信号の完全性を向上させることができる。

ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６の送信機から送信された信号は、ユーザの無線機器である電子機器４０のＵＷＢ受信機において受信され、パルスが再構築される。電子機器４０は、単に、高精細テレビジョン又はラジオ等、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６からＵＷＢパルス４２を受信するコンテンツプレーヤであってもよい。図１に示す実施形態では、ユーザ電子機器は、ＵＷＢ受信機に加えて、ＵＷＢリターン送信機を備える。この実施形態では、リターン送信機は、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６の受信機にＵＷＢ信号４４を送信する。ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６は、リターン信号を処理し、建物２０の電力線ネットワーク３８を介して、サーバ１２に信号を送信する。サーバ１２が通信システムの外部にリンクされている場合、サーバ１２は、外部のリンクを介して通信を行ってもよい。

他の変調方式では、パルスの電力を変更することによって値を定義する。パルス振幅変調（pulse-amplitude modulation：ＰＡＭ）方式では、情報を符号化するためにパルスの振幅を用いる。更に他の変調方式では、ビット値を決定するために信号の位相を用いる。二位相偏移変調（binary phase shift keying：ＢＰＳＫ）では、「前方」又は「後方」パルスを１又は０として読む。なお、上述したパルス変調方式が有効であるが、他の変調方式を用いてもよい。

１．３．通信の暗号化
システムセキュリティを高めるために、本発明に基づくシステムには、信号暗号化方式を組み込むことが望ましい。例えば、サーバ１２は、好ましくは、電力線通信信号を暗号化及び復号する。各ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６は、信号を復号して、復号された信号を送信してもよく、リモート機器への広帯域通信リンクを介する通信のために独自の暗号化を実行してもよい。また、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６は、サーバ１２が暗号化した信号をそのままＵＷＢ通信リンクを介して送信し、リモート機器によってこの信号を復号してもよい。

１．４．システム用途及び変形例
本発明に基づくシステムは、単純なオーディオビジュアル再生から、より複雑な無線コンピュータ及び電話機用途まで、多種多様な用途に適用することができる。例えば、処理及び電力線送信のために、信号源３４からのオーディオビジュアル（ＡＶ）入力信号をサーバ１２に供給することができる。ＡＶ入力信号は、サーバ１２によって、ＰＬＣ技術を用いて、家庭用の電力線ネットワーク３８を介して送信される。ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６は、ＰＬＣ信号をＵＷＢ信号に変換し、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６の近傍でＵＷＢ信号をブロードキャストする。受信機１８を有する携帯型テレビジョンによって、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６を有する如何なる部屋でも（又は外部コンセントがあれば、建物の外部でさえも）ＡＶコンテンツを視聴できる見ることできる。このように、ＵＷＢ技術及びＰＬＣ技術の組合せにより、家庭内の民生用電子機器にオーディオ／ビデオコンテンツを確実に供給できるアンテザード（untethered）の、広帯域幅接続を実現できる。

サーバ１２及びＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６は、複数のチャンネルをサポートし、別の場所に設置された異なるモジュールに異なるコンテンツが通信されるように構成できる。例えば、建物内の別々の場所で、又は別々の場所の建物間で、パワーポイントによるプレゼンテーション及び電話会議を同時に行うことができる。また、無線携帯情報端末により、サーバ又はパーソナルコンピュータとは別の場所の会議室から、サーバ１２に接続されたパーソナルコンピュータ上のプログラムを実行することもできる。

更に、ＡＶサーバ１２は、例えばバッテリパック及びＰＬＣ／ＵＷＢモジュールを設けることによって、アンテザードモード（untethered mode）で動作するように構成してもよい。この場合、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュールは、ＵＷＢリンク及びＰＬＣ通信リンクを介して、サーバから信号を受信するように構成してもよい。この手法により、サーバが移動できると共に、通信は、ＰＬＣを介して少なくともトラヒックの一部をルーティングする利益を享受できる。

２．ＰＬＣ上の帯域幅競合
なお、商用電源の設定では、通常、例えば、住居の居住者、又は企業（又は単一な企業の異なる部門）等の複数のエンティティが単一の配電変圧器を共有する。電力線通信信号は、配電変圧器の二次巻線に接続する全てのパーティが使用可能であり、これらのパーティは、通信活動及び使用可能な帯域幅の変動に関わらず、使用可能な帯域幅を共有しなければならない。典型的な住宅の設定では、約５〜１０戸の住宅が配電変圧器を共有する。この状況は、ＰＬＣに接続する機器によって、使用可能な帯域幅をどのように使用するかが解決されないまま、安全上の問題も生じる。仮想ネットワークは、互いに帯域幅の獲得に競合することがあり、全ての仮想ネットワークの総合的な効率性が低下し、及び幾つかの場合、機器がＰＬＣ帯域幅を公正に共有できる保証がないために、ＰＬＣネットワークが使用不能な状態になることがある。

２．１．システムＰＬＣ帯域幅管理
本発明は、好ましくは、コンテンツサーバ１２及びＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６に帯域幅管理機能を組み込み、これにより配電変圧器に接続された物理ネットワーク上の各エンティティに仮想ネットワークを提供する。帯域幅利用率を公平にするために、電力線通信ネットワークの物理ネットワークを共有する個々の仮想ネットワークを制御するサーバは、それらの各仮想ネットワーク内における帯域幅の使用を制御するために協力する必要がある。各仮想ネットワークには、公平な基準でＰＬＣ帯域幅を割り当て、そのストリーム、特に最も優先度が高いストリームが、例えば、最後のレグ（last leg）を介してリモート機器と通信するＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６等のリモート機器と通信するために、ある帯域幅を確保することを保証する。なお、通常サーバとみなされるＰＬＣネットワーク上の１つの機器を、以下の説明では、「バスマスタ」と呼び、バスマスタは、ＰＬＣネットワーク上で動作する機器に帯域幅を割り当てる。同時に、ＰＬＣネットワークに接続される各機器は、ＰＬＣに接続されたあらゆる更なるサーバと共に、本発明の側面に基づいて、バスマスタによって割り当てられた帯域幅を使用するように構成される。したがって、各ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６は、好ましくは、バスマスタの指示に基づいて帯域幅を使用するための回路を備える。なお、以下では、ＰＬＣ及びＵＷＢの組合せを介して通信を行うシステムにおける帯域幅割当の実例を説明するが、当業者は、本発明から逸脱することなく、この実例を様々に変更できる。

本発明は、電力線雑音の作用及び電力線に関する不安定条件に影響されない帯域幅管理を提供する。システムの好適な一実施形態は、直交波周波数分割多重（orthogonal frequency division multiplexing：ＯＦＤＭ）技術に基づく。不安定な電力線媒体において安定した接続を確立するために、通信を行う都度、電力線上の各機器は、搬送波情報を交換し、最善の搬送波を選択する。帯域幅は、好ましくは、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）メカニズムに基づいて管理され、帯域幅のタイムスロット部分として分割される。なお、これに代えて、帯域幅を周波数領域として分散させてもよく、又は周波数領域及びタイムスロットの組合せ又は使用可能な帯域幅の他の形式をストリームによって用いてもよい。本発明の範囲から逸脱することなく、これらの代替となる帯域幅分散メカニズムを採用できる。

サーバの間の調整を簡略化するために、本発明に基づくシステムは、好ましくは、配電変圧器に接続された物理ネットワーク上で動作するサーバの１つをバスマスタとして指定するように構成される。バスマスタには、如何なる特別な独占的な動作も与えられておらず、好適な如何なる手法によってバスマスタを選択してもよい。この実施形態では、サーバを電力線システムに接続すると、サーバは、バスマスタの存在を検出しようとする。バスマスタが検出されない場合、この新たに接続されたサーバがバスマスタの役割を担う。有効なバスマスタが切断されると、電力線ネットワーク上で動作する他の機器が新たなバスマスタになる。バスマスタは、（ＴＤＭＡを採用している場合）各フレームが所定数のタイムスロットを含むように時間軸を固定長のサイクルフレームに分割する。

バスマスタは、好ましくは、利用可能なアクセス時間を固定長のタイムサイクルに分割する。タイムサイクルは、所定数のタイムスロット、例えば、１００個のタイムスロットに分割される。バスマスタは、各ストリームに１つ以上のタイムスロットを割り当てる。タイムスロットは、ストリームが終了するまで、各サイクルによって用いられる。好ましくは、送信側は、ストリームを開始する前に、バスマスタにタイムスロットを要求する。アイソクロナスストリームでは、タイミングが重要であるので、少なくとも幾つかのタイムスロットがアイソクロナスストリームのために確保されている。帯域幅が許可されると、バスマスタによる割当によって、十分なタイムスロットが使用可能になるため、各ストリームは、最適な動作に必要な十分なタイムスロットを獲得する。なお、全てのストリームに割り当てるべき帯域幅が不十分な場合、バスマスタは、ストリームグループの優先度に基づき、仮想ネットワーク間で公正な共有を実現するために、タイムスロットを再割当する。したがって、本発明に基づいて実現されるバスマスタは、電力線を共有する各仮想ネットワーク内で通信されるストリームによる公正な共有のために、タイムスロットの再割当を行う。

２．２．サーバ
本発明に基づく上述したバスマスタ機能を実行するための適切な処理能力及びプログラムを有し、ＰＬＣネットワークを介して通信を行う如何なるサーバ（又はインテリジェント機器）もバスマスタとして動作できる。例えば、バスマスタは、パーソナルコンピュータ、メディアサーバ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、パーソナルビデオレコーダ（ＰＶＲ）、デジタルビデオレコーダ（ＤＶＲ）、テレビジョン受像機、又はバスマスタプログラムコードを実行するように構成され、ＰＬＣネットワーク接続をサポートする他のあらゆる機器のいずれであってもよい。一例としてメディアサーバは、帯域幅制御回路を有するＰＬＣインタフェースと、バスマスタプログラミングを実行するのに適する中央演算処理装置及びメモリと、他の任意の要素として、例えば、コンテンツを保存するためのハードディスクドライブと、メディアサーバを制御する際にユーザ入力を獲得し、状態及び／又はメディアコンテンツを表示するユーザインタフェースと、ビデオ及び／又はオーディオチューナと、電話回線、ケーブル接続、ＬＡＮ等を介して通信を行うためのモデム又はネットワークインタフェースとを備えていてもよい。

通常、配電変圧器に接続された物理的な電力線ネットワークを介する仮想ネットワーク接続の安全性を確保するために、ＰＬＣインタフェースは、好ましくは、暗号化／復号ユニットを備える。

２．３．ＰＬＣ／ＵＷＢモジュールクライアント
図３は、バスマスタのクライアントとして動作する例示的なＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６の構成を示している。中央プロセッサ１００は、更なる回路を制御するために、メモリ１０２と共に、ローカルバス１０４に接続されている。電力線接続１０６は、割当帯域幅コントローラ回路１１０と共に示されている電力線コントローラ（power-line controller：ＰＬＣ）インタフェース１０８に接続され、バスマスタが決定した帯域幅割当に従う。また、仮想ネットワークで通信されるデータの安全性を高めるための暗号化／復号ユニット１１２を設けてもよい。ＵＷＢ送信機又は送受信機１１４は、無線機器との接続のためのアンテナ１１６を備える。

２．４帯域幅の割当
ＰＬＣネットワークを介して通信されるデータは、通常、オーディオ及び／又はビデオストリームを含むので、一般に、「ストリーム」とも呼ばれる。但し、ストリームと共に、又はストリームに代えて、他の形式のデータを通信してもよい。ストリームデータは、通常、アイソクロナスデータ、非同期データ又はこの２つの組合せである。ストリームの送信の前に、送信機は、ストリームを送信するための十分なタイムスロットをバスマスタに要求する。バスマスタは、使用可能なタイムスロットの割当を管理するので、この要求を処理する必要がある。バスマスタは、送信機に対し、割り当てられたタイムスロットを知らせる応答を返す。送信機は、割り当てられたタイムスロットを用いてストリーム伝送を開始する。なお、バスマスタは、使用可能な帯域幅、帯域幅要求及び帯域幅要求の優先順位の変化に応じて、割り当てることができるタイムスロットを調整する。クライアント、この場合、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュール１６は、バスマスタが割り当てた指定された帯域幅を利用する。例えば、ＴＤＭＡ回路は、バスマスタからのタイムスロット割当に応じて、選択されたタイムスロットで通信を行うように構成してもよい。

この割当では、好ましくは、公正な帯域幅分配を維持するために帯域幅再割当を実行する。例えば、バスが混み、帯域幅要求に対して、全ての帯域幅要求に同時に応えられない場合、バスマスタは、送信機によって要求されたものより、少ないタイムスロットをストリームに割り当ててもよい。この場合、送信機は、所定の帯域幅に合うようにデータ符号化レートを調整し、又はこれに代えて送信を遅らせる。送信機がストリームの送信を終了させると、所定のタイムスロットの使用が終わったことをバスマスタに通知し、これに応じて、バスマスタは、タイムスロットを他のストリームに再割当する。タイムスロット管理通信のために１又は複数のタイムスロットを確保してもよく、これらのタイムスロットは、如何なる場合も、アイソクロナスストリーム又は非同期ストリームの搬送には使用されない。以下の章では、バスマスタがタイムスロットをどのように管理するかを説明する。

３．タイムスロット再割当アルゴリズム
３．１．優先度グループ
機器が新たなストリームを送信する前に、その機器は、バスマスタにタイムスロット割当を要求する。これに応じて、バスマスタは、タイムスロットを機器に割り当てるが、送信機器が要求した数のタイムスロットを常に割り当てることができるわけではない。使用可能なタイムスロットの数が不十分である場合、バスマスタは、ネットワーク優先度及びストリームの優先度に基づいてタイムスロットの再割当を行う。

一例として、この実施形態では、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つの優先度レベルを用いる。グループＡは、最高の優先度を有し、グループＤは、最低の優先度を有する。アイソクロナスストリームは、グループＡ又はＢに分類され、非同期ストリームは、グループＣ又はＤに分類される。例えば、ボイスオーバインターネットプロトコル（Voice over internet protocol：ＶｏＩＰ）及び生録音／生録画のためのオーディオ又はビデオストリームは、グループＡに分類される。生録音／生録画用のデータは、復元することができないため、最高の優先度を与えるべきである。一方、再生オーディオ／ビデオストリームは、グループＢに分類される。ウェブアクセスは、グループＣに属し、ファイル転送は、グループＤに属する。なお、システムの他の実施形態として、本発明の範囲から逸脱することなく、これらの優先度グループを異なる手法で定義することができる。本発明では、如何なる条件下でも、要求に基づき、各グループに保証された最低数のタイムスロットを割り当て、これにより、割り当てられる帯域幅が小さい優先度が低いストリームでも定期的に送信されるように構成することが好ましい。

３．２．ＰＬＣネットワーク優先度
複数の住居が１つの電力配電変圧器を共有できるため、単一の物理的な電力線ネットワーク上で複数の仮想ネットワークを動作させてもよい。先着順に帯域幅を割り当てる手法では、帯域幅の正当な持ち分を超えて、最初のユーザが帯域幅を独占し、ネットワークを介して通信しようと試みる他のピアの動作が制約されるため、この手法は、このＰＬＣネットワーク用途又は仮想ネットワークが重複するのと同様の状況では、公平とは言えない。具体例として、第１のホームネットワークが全体の電力線帯域幅の９５％を使用しており、第２のホームネットワークがネットワークにアクセスして帯域幅の２０％を要求した場合を検討する。先着順の手法では、第１のホームネットワークのユーザは、帯域幅を独占し続け、第２のホームネットワークは、所望の動作のために十分な帯域幅を得ることができない。

一方、本発明では、この問題を解決するために帯域幅を公平に割り当てる。帯域幅のタイムスロット部分は、必要に応じて、使用可能な帯域幅が等しく分配されるように割り当てられ、この後、更なる帯域幅を要求するネットワーク間で、使用可能な帯域幅を等しく分割する。再割当は、新たな帯域幅要求、ストリームの終了、総合的な物理ネットワーク帯域幅の変化等に応じて、動的に帯域幅割当を調整するように実行される。

３．３．タイムスロット再割当
本発明における帯域幅の割当は、仮想ネットワークにおける各要求に割当又は再割当することができるタイムスロットに基づいている。好ましくは、送信されるデータ（すなわち、ストリーム）の優先度に応じてタイムスロットを割り当てる。本発明では、実質的に各優先度グループに個別に適用されるタイムスロット再割当アルゴリズムによって割当／再割当を実行する。

アルゴリズムに入力されるパラメータは、好ましくは、以下を含む。
（ａ）各ストリームあたりのタイムスロットの要求された数
（ｂ）各ストリームの優先度グループ名（すなわち、グループＡ、Ｂ又はＱ）
（ｃ）各グループのための目標タイムスロット総数
アルゴリズムは、以下の値を返す。
（ａ）各ストリームに再割当されるタイムスロット数
（ｂ）目標数に等しく又は目標より少なく各グループに割り当てられたタイムスロットの総数
使用可能なタイムスロットの数が、グループの要求を満たすために不十分である場合、タイムスロット削減を実行する。この場合、全ての又は幾つかのストリームに対し、要求より少ないタイムスロットを割り当てる。タイムスロット削減が必要な場合、バスマスタは、好ましくは、ストリーム送信機に、タイムスロット削減のコマンド／通知を送る。ストリームが例えば、あるオーディオ又はビデオストリームのレートを調整できる場合、送信機は、（割り当てられたより少ないタイムスロットに基づく）より狭い新たな使用可能な帯域幅に適合するように符号化レートを低減し、この結果、狭められた帯域幅に対応して、データを削減する。例えば、非同期ストリームの場合等、ストリームのレートを調整できない場合、レートの調整は行わず、使用可能なタイムスロットの削減は、ストリーム伝送を遅らせ、又は中断させるのみである。

タイムスロット再割当アルゴリズムのパラメータは、以下の通り定義することができる。
ｋ−ネットワーク総数
ｉ−ネットワークインデクス（０≦ｉ＜ｋ）
ｊ−ストリームインデクス（０≦ｊ＜（ｓｔｒｍｉ））
Ｔ−目標タイムスロット総数
ｐ−削減されない場合のストリームの数（すなわち、ｒ（ｉ）＝１）
ｓｔｒｍ（ｉ）−ネットワークｉ上の総ストリーム数
ｒ（ｉ）−ネットワークｉの削減率（０≦ｒ（ｉ）≦１）
ｒ（ｉ）が１の場合、削減なし
ｓ（ｉ，ｊ）−ネットワークｉ上のストリームｊによって本来要求されたタイムスロット数
Ｕ（ｉ）−ネットワークｉによって本来要求されたタイムスロット数

σ（ｘ，ｙ）：クロネッカーのデルタ関数
Ｓｘ＝ｙの場合、σ（ｘ，ｙ）＝１
ｘ≠ｙの場合、σ（ｘ，ｙ）＝０
ｍｉｎ（ｘ，ｙ）：最小関数
ｘ≦ｙの場合、ｍｉｎ（ｘ，ｙ）＝ｘ
ｘ＞ｙの場合、ｍｉｎ（ｘ，ｙ）＝ｙ

図４はタイムスロット再割当の具体例を示す。ブロック２００で処理を開始した後、ブロック２０２において、変数ｒ（ｉ）、ｐ及びｔｌを初期化する。次に、ブロック２０４において、値ｒ（ｉ）を判定し、ブロック２０６において、値ｔ１、ｔ２及びｐを判定する。ブロック２０８では、ｔ１及びｔ２の値を比較し、ｔ１＝ｔ２である場合、ブロック２１０で処理を実行し、この他の場合、ｔ１＝ｔ２になるまでブロック２０４、２０６を繰り返す。

３．４．優先度グループ内のタイムスロット再割当の具体例
以下、優先度グループ内での再割当処理を明らかにするための具体例を説明する。ここでは、３つの住居（それぞれ仮想ネットワークｎ０、ｎ１、ｎ２を有する。）が電力線配送システムを共有する（ｋ＝３）シナリオ（ケース）を検討する。ここで、９０個のタイムスロットをグループＡに割り当てるとすると、目標総タイムスロット数Ｔは、９０である。ここでは、仮想ネットワークのｎ０、ｎ１、ｎ２のトラヒック条件が混んでいるため、各仮想ネットワークには、３０個のタイムスロットを割り当てる。したがって各優先度グループ内のタイムスロット割当は、物理ネットワークの帯域幅を共有する仮想ネットワーク幅、例えば、ＰＬＣネットワークの場合、電源供給システムの最後のレグ（last-leg）に亘って管理される。以下、再割当が検討される更なるケースについて説明する。

３．４．１．ケース１
３つのネットワークｎ０、ｎ１、ｎ２が、それぞれｎ０＝３０タイムスロット、ｎ１＝２５タイムスロット、ｎ２＝２０タイムスロットを要求したとする。要求されたタイムスロットの総数７５は、使用可能なタイムスロットの総数９０より少ないので、３つのネットワークは、全て、要求した数のタイムスロットを獲得でき、タイムスロット削減は、行われない。

３．４．２．ケース２
３つのネットワークｎ０、ｎ１、ｎ２が、それぞれｎ０＝５０タイムスロット、ｎ１＝２０タイムスロット、ｎ２＝１５タイムスロットを要求したとする。ネットワークｎ０は、５０個という多くのタイムスロットを要求するが、要求されたタイムスロットの総数は、使用可能なタイムスロットの総数９０より少ないので、ネットワークｎ０は、要求した５０個のタイムスロットを獲得し、他のネットワークも要求した数のタイムスロットを獲得する。なお、この割当数を超えて、要求されていない付加的なタイムスロットをネットワークに割り当ててもよい。

３．４．３．ケース３
３つのネットワークｎ０、ｎ１、ｎ２が、それぞれｎ０＝５０タイムスロット、ｎ１＝２５タイムスロット、ｎ２＝２０タイムスロットを要求したとする。この場合も、ネットワークｎ０は、５０個という多くのタイムスロットを要求しており、要求されたタイムスロットの総数は、現在、使用可能なタイムスロット９０を超えている。使用可能な９０個のタイムスロットを公平に配分したとすれば、各仮想ネットワークには、公平な「割当」として、３０個のタイムスロットが与えられることになる。この場合、要求された全てのタイムスロットを実現させるには帯域幅が不十分であり、及びネットワークｎ０の要求は、公平なタイムスロットの割当数を超えているので、ネットワークｎ０から５個のタイムスロットを削減し、これによりトラヒックは、使用可能な帯域幅内に収まる。

これにより、タイムスロットは、ｎ０＝４５タイムスロット、ｎ１＝２５タイムスロット、ｎ２＝２０タイムスロットのように再割当される。なお、仮想ネットワークｎ０に提供される帯域幅は、要求されたものより１０パーセント少なく、したがって、例えば、５Ｍｂｐｓビデオストリームトラヒックがｎ０に送信された場合、調整されたレートは、４．５Ｍｂｐｓに落とされる。なお、ｎ０のこの総データレートは、１つ以上のストリームに関連する総帯域幅を含み、例えば、１つのストリームでは、３０個のタイムスロットを用い、他のストリームでは、２０個のタイムスロットを用いてもよい。

３．４．４．ケース４
３つのネットワークｎ０、ｎ１、ｎ２が、それぞれｎ０＝５０タイムスロット、ｎ１＝４０タイムスロット、ｎ２＝２０タイムスロットを要求したとする。要求されたタイムスロットの総数は、１１０であり、使用可能なタイムスロットの数９０を超えている。ここでは、仮想ネットワークｎ０及びｎ１は、共に、それらの公平な割当である９０／３＝３０個を超えるタイムスロットを要求し、ｎ２は、この割当３０を下回る２０個のタイムスロットだけを要求している。システムは、２０個のタイムスロットをｎ２に割り当て、使用可能な帯域幅について公平な分け前（割当）以上を要求している２つの仮想のネットワークｎ０及びｎ１については、残りの帯域幅を等分して割り当てる。したがって、ネットワークｎ０及びｎ１には、それぞれ（９０−２０）／２＝３５個のタイムスロットが割り当てられ、これにより、タイムスロットは、ｎ０＝３５タイムスロット、ｎ１＝３５タイムスロット、ｎ２＝２０タイムスロットのように再割当される。

これらの具体例及び関連する説明から、本発明により、複数の仮想ネットワーク間で、使用可能な帯域幅を公正に分け合うできることがわかる。ここでは、一例として、タイムスロット割当について説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、共有について、様々な形式の重み付けを含む異なる基準を用いてもよい。

３．５．タイムスロット再割当の更なる側面
好ましくは、システムは、固定レート（スケーリング不能）のストリームをサポートし、送信機は、バスマスタがタイムスロット削減をストリームに適用することを禁止できるように構成される。固定レートのストリームの転送レートを削減すると、ストリームが利用できなくなる場合がある。したがって、システムは、帯域幅割当を調整する際、スケーリング不能なストリームと非同期ストリームとについて、選択的にタイムスロット削減を適用するように構成するとよい。

また、バスマスタは、バスが既に混んでいる場合、新たなストリームに対応するためのタイムスロットの再割当を拒否できるように構成してもよい。各優先度グループのための最小数のタイムスロットをサイクルフレーム内の所定の位置に割り当てることが好ましい。バスマスタは、アイソクロナスストリームについては、連続したタイムスロットを割り当て、非同期ストリームについては、残りの断片化されたタイムスロットを割り当てる。

４．帯域幅管理アルゴリズム
４．１．新たなストリームのためのタイムスロット管理
所定の優先度グループ内でのタイムスロットの割当を説明したが、これは、優先度グループ間でタイムスロットを割り当てる本発明の実施形態に拡張される。送信機が他の機器にストリームを送る必要がある場合、送信機は、バスマスタに対し、ストリームを送信するための十分なタイムスロットを要求する。バスマスタは、バスが空いており、タイムスロットが使用可能であれば、送信機が要求したタイムスロットを送信機に割り当てる。一方、バスが混んでおり、十分なタイムスロットが使用できない場合には、バスマスタは、新たな送信に対応するために、優先度に基づいて、タイムスロットを再割当する。

図５Ａ及び図５Ｂは、最小タイムスロット割当を使用していない優先度グループから未使用のタイムスロットを引き取る最小タイムスロット割当処理の具体例を示している。この処理では、全ての要求を満足させるためには帯域幅が不足し、ストリームは、それらのタイムスロットが使用されている場合、それらの最小数のタイムスロット割当だけを維持し、他の優先度グループは、未使用のタイムスロットを要求する。

「Ｇｐ．Ｘの再割当」及び「Ｇｐ．Ｘの最小化」のラベルが付されたブロックは、上述したタイムスロット再割当アルゴリズムを実行することによって実行され、Ｘは、｛Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ｝のグループから選択される。

新たなストリームの送信要求の後に最小タイムスロット割当を実行し、必要であれば、ブロック２３０に示すように、帯域幅管理処理を開始し、ブロック２３２において、全ての帯域幅要求を満たすために十分なタイムスロットが使用可能であるか否かを判定する。十分な帯域幅がある場合、処理はブロック２３８に進み、図６に示すアルゴリズムのブロック２９０に移行する。

ブロック２３２において、全ての要求を満たすには、タイムスロットの数が不十分であると判定された場合、ブロック２３４において、新たなストリーム要求の性質を確認する。要求がグループＡに含まれる場合、処理はブロック２３８に進む。要求がグループＡに含まれない場合、ブロック２３６において、グループが既に最小数の又は更なるタイムスロットを用いているか否かを判定し、この判定の結果が肯定的である場合、処理は、図６にリンクされたブロック２３８に進む。最小数のタイムスロットが使用されていない場合、ブロック２４０において、グループＤについて判定し、続いてブロック２５０において、グループＣについて判定する。なお、他のグループ（Ｂ又はＣ）である場合、ブロック２４２において、グループＤが最小数のタイムスロット割当数以下のタイムスロットを使用しているか否かを判定する。

ブロック２４２において、グループＤが最小数を上回るタイムスロットを使用していると判定された場合、ブロック２４４において、タイムスロットを獲得する。グループＤから十分なタイムスロットを得ることができた場合、ブロック２４６において、グループＤに削減されたタイムスロットを再割当する。ブロック２４６の後にブロック２７４において、獲得されたタイムスロットをグループに割り当て、ブロック２７６において、使用可能なタイムスロットデータを更新し、ブロック２７８において、処理を終了する。

ブロック２４４において獲得されたタイムスロットが不十分な場合、ブロック２４８において、グループＤへのタイムスロットの割当を最小化し、ブロック２５０において、他のグループからタイムスロットを獲得する。

ブロック２５０〜２５８及びブロック２６０〜２６８は、ブロック２４０〜２４８と同様である。すなわち、優先度が最も低いグループＤから、優先度が最も高いグループＢまで、最小数を超えるタイムスロットが、新たなストリームに割り当てられる。

グループＤ、Ｃ及び／又はＢのいずれからも十分なタイムスロットが得られなかった場合、グループＡからタイムスロットを引き取る。ブロック２７０において、グループＡからタイムスロットを引き取り、最小数のタイムスロットを得て、ブロック２７２において、削減されたタイムスロットをグループＡに再割当する。獲得されたタイムスロットは、ブロック２７４において、グループに割り当てる。そして、ブロック２７６において、使用可能なタイムスロットデータを更新し、ブロック２７８において、処理を終了する。

なお、上のアルゴリズムを用いる場合、対応する優先度のストリームが送信されていない場合は、グループＢ、Ｃ及びＤのために、最小数のタイムスロットを確保する必要がない。

図６は、図５Ａのフローチャートのブロック２３８に繋がる本発明に基づく帯域幅管理処理の具体例を示している。

「Ｇｐ．Ｘの再割当」及び「Ｇｐ．Ｘの最小化」のラベルが付されたブロックは、上述したタイムスロット再割当アルゴリズムを実行することによって実行され、Ｘは、｛Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ｝のグループから選択される。新たなストリームの送信が要求されると、ストリームによる使用のために、最小のタイムスロット割当から、未使用のタイムスロットが取り戻され、更なるタイムスロットが必要な場合、タイムスロット優先度を考慮して、ブロック２９０において、タイムスロット割当処理を開始する。ブロック２９２において、全ての帯域幅要求を満たすために十分なタイムスロットが使用可能であるか否かを判定する。十分な帯域幅が存在している場合、ブロック２９４において、要求された数のタイムスロットを新たなストリームに割り当て、ブロック２９６において、使用可能なタイムスロット情報を更新し、ブロック２９８において、アルゴリズムを終了する。

ブロック２９２において、全ての要求を満たすには、タイムスロットの数が不十分であると判定された場合、ブロック３００において、新たなストリーム要求の性質を確認する。新たなストリームが非同期通信に関連している（グループＣ又はＤ）場合、ブロック３０２において、このストリームがグループＣストリームであるか否か判定する。このストリームがグループＣストリームでない場合、すなわち、グループＤストリームである場合、ブロック３０４において、この新たなストリームと公平にタイムスロットを分け合うように、使用可能なグループＤタイムスロットを再割当する。グループＣストリームの場合、ブロック３０６において、グループＤストリームから十分なタイムスロットを取ることができるかを判定する。十分なタイムスロットが存在する場合、ブロック３０８において、これらを割り当て、ブロック３０４において、グループＤタイムスロットを再割当する。グループＤタイムスロットが不十分な場合、ブロック３１０において、グループＤタイムスロットを最小化し、グループＣタイムスロットを再割当すると共に、空きになったタイムスロットを使用して、新たなストリームとタイムスロットを公平に分け合う。

新たなストリームが非同期通信に関連していない場合（すなわち、グループＡ又はＢ要求）、ブロック３１４において、グループＤへの割当からタイムスロットを入手できるかを判定する。十分なタイムスロットが存在する場合、ブロック３１６において、グループＤタイムスロットから、十分な数のグループＤタイムスロットを再割当し、ブロック２９４において、新たなストリームに割り当てる。十分なグループＤタイムスロットが入手できない場合、ブロック３１８において、グループＤへの割当てを最小化し、更なるタイムスロットを再割当のために空ける。

グループＤストリームから十分なタイムスロットが入手できない場合、ブロック３２０において、空けられたグループＤタイムスロットと合わせて、新たなストリームからの要求を満たすことができるタイムスロットをグループＣタイムスロットから入手できるか否かを判定する。ブロック３１８においてグループＤから入手できたタイムスロットと、ブロック３２０において判定されたグループＣの最小のタイムスロットとを超える十分なタイムスロットが利用可能である場合、ブロック３２２において、これらのタイムスロットを再割当し、ブロック２９４において、新たなストリームに割り当てる。この他の場合、ブロック３２４において、グループＣの割当を最小化し、再割当のために更なるタイムスロットを空ける。

ブロック３２６において、要求がグループＡ要求であるか否かを判定し、グループＡ要求でない場合、グループＢ要求のためのブロック３２８に進み、ここで、グループＣ及びＤストリームの両方から入手したタイムスロットをグループＢに再割当する。空けられたタイムスロットが、グループＢタイムスロット要求を満たすのに不十分である場合、より高いレベルグループＡストリームからはタイムスロットを得ることができないので、タイムスロット削減を行う。

ブロック３２６において、要求がグループＡストリームに対するものであると判定された場合、ブロック３３０において、グループＢ内に最小のタイムスロット以上の十分なタイムスロットが存在しているか否かを判定する。要求を満たすために十分なタイムスロットをグループＢから空けることができる場合、ブロック３３２において、これらをグループＡのタイムスロットに割り当て、十分なタイムスロットがあれば、ブロック３２８において、グループＢ、Ｃ及びＤ内で空けられたタイムスロットの再割当を行う。ブロック３３０において、タイムスロットが不十分であると判定された場合、ブロック３３４において、グループＢのためのタイムスロットを最小化し、グループＢ、Ｃ及びＤから集められたタイムスロットをタイムスロット削減と組み合わせて、ブロック３３６においてグループＡ内で時間タイムスロットを再割当する。

４．２．新たなストリームのためのタイムスロット管理の具体例
以下、新たなストリームのためのタイムスロットの割当の具体例を説明する。説明のため、表１に示すように、各グループに割り当てられる最小限のタイムスロットをＢ：８０、Ｃ：１０、Ｄ：５とする。なお、優先度グループＡは、最高の優先度を有するため、グループＡについては、最小限のタイムスロットは設定されない。更に、ここでは、使用可能な帯域幅の合計を２５０タイムスロットとする。

４．２．１．ケース１
グループＡは、初期的に、２５０個のタイムスロットの全てを使用する。そして、送信機が５つのタイムスロットを必要とする新たなグループＤストリームを開始しようとする。グループＤのための最小タイムスロット割当は、５タイムスロットであるため、グループＤは、グループＡから５つのタイムスロットを獲得する。したがって、グループＡには、２４５個のタイムスロットが与えられ、この２４５個のタイムスロットに合うように削減が実行される。表２は、この処理の前後の両方のタイムスロット要求及び割当を示している。削減率は２４５／２５０である。実行パスについては、図５Ａと図５Ｂのフローチャートのブロック２３０、２３２、２３４、２３６、２４０、２５０、２５２、２６０、２６２、２７０、２７２、２７４、２７６、２７８について説明した通りである。

４．２．２．ケース２
グループＡが２５０個、グループＣが１５個、グループＤが５個のタイムスロットを使用している。そして、送信機が、４０個のタイムスロットを必要とするグループＢストリームを開始する。グループＢのための最小のタイムスロット数は、８０であり、グループＤは、最小数のタイムスロットを使用している。グループＣは、最小限のタイムスロット数である１０個より多くのタイムスロットを使用しているが、グループＢは、グループＣから十分なタイムスロットを得ることができない。したがって、グループＢは、グループＡ及びグループＢの両方の組合せから４０個のタイムスロットを得る。表３は、この処理の前後の両方のタイムスロット要求及び割当を示している。実行パスについては、図５Ａと図５Ｂのフローチャートのブロック２３０、２３２、２３４、２３６、２４０、２５０、２５２、２６０、２６２、２７０、２７２、２７４、２７６、２７８について説明した通りである。

４．２．３．ケース３
ケース２と同じ条件下で、新たなグループＢストリーム（又は複数のストリーム）が１００個のタイムスロットを要求したとする。グループＢには、グループＡ及びグループＣから得られた８０個のタイムスロットが割り当てられる。表４は、この処理の前後の両方のタイムスロット要求及び割当を示している。実行パスは、ケース２と同じであるが、但し、ブロック２７４において、タイムスロット削減を実行する。この場合のタイムスロット削減率は、８０／１００である。

４．２．４．ケース４
以下の具体例では、各グループに割り当てられる最小限のタイムスロットをＡ：１２０、Ｂ：１００、Ｃ：１５、Ｄ：１０とする。なお、合計で２４５個のタイムスロットと共に、付加的な５個のタイムスロットが使用可能である。

新たなグループＤストリームの送信を望む送信機が、バスマスタに、１０個のタイムスロットの要求を送る。このイベントに対応して、このストリームには、残っている５個タイムスロットが割り当てられ、他のタイムスロットは、割り当てられない。現在、グループＤが要求する総タイムスロット数は、１０＋１０＝２０であるが、使用可能なタイムスロット数は１５である。したがって、グループＤストリームは、１５個のタイムスロットを均等に使用するように構成される。この場合のパスについては、図５Ａ及び図６のフローチャートのブロック２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、２９０、２９２、３００、３０２、３０４、２９６、２９８について説明した通りである。表５は、この再割当の前後の両方のタイムスロット割当を示している。この場合、新たなグループＤストリームが追加されても、グループＡ、Ｂ及びＣに割り当てられるタイムスロットの数は、変化しない。

４．２．５．ケース５
送信機が新たなグループＣストリームを送信しようとし、バスマスタに２０個のタイムスロットを要求する。このイベントに対応して５個の付加的なタイムスロットは、グループＣに割り当てられるが、要求を満たすためには、１５個の更なるタイムスロットが必要である。グループＤは、現在、１０個のタイムスロットを用いており、この使用率を最小レベルである５個のタイムスロットに削減し、これにより５個の更なるタイムスロットを空ける。タイムスロットは、グループＢ及びＡは、より高い優先度レベルを有するので、これらからはタイムスロットを削減できない。したがって、１０個の更なるタイムスロットだけが追加的にグループＣに割り当てられ、これにより、グループＣに割り当てられているタイムスロットの合計は、２５個になり、これらのタイムスロットは、タイムスロット削減を用いて既存のストリームと新たなストリームとの間で共有される。この場合のパスについては、図５Ａ及び図６のフローチャートのブロック２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、２９０、２９２、３００、３０２、３０４、２９６、２９８について説明した通りである。表６は、この再割当の前後の両方のタイムスロット割当を示している。なお、この場合、グループにＡ及びＢが使用するタイムスロットの数は、変化していない。

４．２．６．ケース６
送信機は、新たなグループＢストリームの通信を望み、バスマスタに２０個の更なるタイムスロットを要求する。このイベントに対応して、まず、残っている５つのタイムスロットをグループＢのストリームに割り当て、グループＤタイムスロットを最小限に削減し、更なるタイムスロットが必要であるため、更にグループＣタイムスロットを最小限に削減し、それぞれから５個のタイムスロットを獲得する。これにより、合計１５個のタイムスロットがグループＢに加えられる。グループＡタイムスロットは、より高い優先度レベルにあり、したがって、ここからタイムスロットを獲得することはできないため、これ以上のタイムスロットは入手できないので、グループＢには、１１５個のタイムスロットが割り当てられ、元のストリーム及び新たなストリームの間で共有される。この場合のパスについては、図５Ａ及び図６のフローチャートのブロック２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、２９０、２９２、３００、３０２、３０４、２９６、２９８について説明した通りである。表７は、この再割当の前後の両方のタイムスロット割当を示している。この具体例では、グループＡへのタイムスロットの割当は変化していない。

４．２．７．ケース７
送信機は、新たなグループＡストリームの通信を望み、バスマスタに３３個の更なるタイムスロットを要求する。このイベントに対応して、まず、残っている５つのタイムスロットをグループＡのストリームに割り当て、グループＤタイムスロットを最小限に削減し、更なるタイムスロットが必要であるため、更にグループＣタイムスロットを最小限に削減する。これにより、合計１５個の付加的なタイムスロットが使用可能になり、残る必要なタイムスロットの数は、１８個である。これらの１８個のタイムスロットは、グループＢタイムスロットを１００から８２に削減することによって、グループＢから獲得する。したがって、グループＢストリームは、割り当てられた８２個のストリームを共有しなければならず、これは、先に要求した１００個のタイムスロットからのレート削減である。このタイムスロット削減は、好ましくは、上述のように、ストリーム内におけるレート調整によって実現される。この結果、合計３３個のタイムスロットが空けられ、グループＡは、レート削減なしで新たなストリームを送信することができる。この場合の実行パスについては、図５Ａ及び図６のフローチャートのブロック２３０、２３２、２３４、２３６、２３８、２９０、２９２、３００、３０２、３０４、２９６、２９８について説明した通りである。表８は、この再割当の前後の両方のタイムスロット割当を示している。

４．３．ストリーム終了後のタイムスロット管理
前章では、新たなストリームに割り当てるタイムスロットの獲得を説明したが、この章では、ストリームが終了した後のタイムスロット管理について説明する。ストリームが終了すると、そのストリームが使用していたタイムスロットが解放され、グループ優先度に基づいて、新たに使用可能なタイムスロットを他の継続しているストリームに再割当することができる。解放されたタイムスロットは、グループＡ、グループＢ、グループＣ、そしてグループＤの優先順で割り当てられる。

図７Ａ及び図７Ｂは、関連するストリームが終了した際、タイムスロットを再割当するアルゴリズムの具体例を示している。タイムスロットが解放されると、そのグループのタイムスロット割当は、解放されたタイムスロットを反映するように更新する必要がある。そして、新たに使用可能になったタイムスロットは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのグループ優先度順に、他のストリームに割り当てられる。

再割当処理は、ブロック３５０から開始され、ブロック３５２において、ストリーム終了前のタイムスロットの使用状況を確認する。ストリームの終了前に、全てのタイムスロットが使用されていない場合、ブロック３５４において、使用可能なタイムスロットに関する情報を更新し、ブロック３５６で処理を終了する。なお、ストリームが終了する前から使用されていなかったタイムスロットは、ストリームが終了しても使用されない。この結果、将来の割当のために使用可能なタイムスロットの数が増加する。

一方、ブロック３５２において、全てのタイムスロットが使用されていたと判定された場合、空いたタイムスロットは、他のいずれかのグループが必要とする場合、これらのグループに再割当することが好ましい。ストリームが終了したグループ内のタイムスロットは、空いたタイムスロットを考慮に入れる必要があり、したがって、まず、そのグループ内での最小化又は再割当を実行する。ブロック３５８において、終了したストリームがグループＡストリームであるか否かを判定する。グループＡストリームの場合、処理は、（コネクタＣＣを介して）図７Ｂに進む。なお、グループＡストリームは、最高の優先度を有しているため、最小化されることがなく、したがって、グループＡによって解放されたタイムスロットは、グループの優先度に基づいて、直ちに再割当することができる。

解放されたタイムスロットがグループＡストリームに関連しない場合、ブロック３６０において、これらのタイムスロットがグループＢストリームから解放されたか否かを判定する。グループＢのストリームが終了した場合、処理は、ブロック３６２に進み、ここで、終了したストリームを除く全てのグループＢストリームによって元々要求されているタイムスロットの総数と、グループＢの最小のタイムスロット数とを比較する。要求されたタイムスロットの数がタイムスロットの最小数を超えている場合、処理は、ブロック３６４に進み、タイムスロットの数を最小限にし、ブロック３６６において、新たに解放されたタイムスロットの適切な割当を決定する。グループＢについて要求されたタイムスロットの数は、完全には実現できないが、グループＢのタイムスロット削減率は、以前より小さくなっている。

なお、要求されたタイムスロットの数（この時点では、解放されたタイムスロットを反映している）がグループＢに割り当てられているタイムスロットの最小数を超えない場合、ブロック３６８において、解放されたタイムスロットを再割当し、ブロック３６６において、新たに解放されたタイムスロットの適切な割当を決定する。使用可能なタイムスロットが存在している場合、それらを割り当てるために、処理は、コネクタＣＣを介して図７Ｂに進む。

終了したストリームが、グループＣ又はＤのいずれかのストリームであった場合、処理は、ブロック３５８、３６０からブロック３７２に進み、終了したストリームがグループＣストリームであったか否かを判定する。終了したストリームがグループＣストリームであった場合、処理は、ブロック３７４に進み、使用されるタイムスロットの数は、ブロック３７６において、最小限に維持され、又はブロック３７８において、幾つかの解放されたタイムスロットが再割当され、元のタイムスロット要求を実現させる。いずれの場合も、ブロック３６６において、更なるタイムスロットが更に使用可能だと判定された場合、処理が続けられる。

ブロック３７２において、終了したストリームがグループＣストリームではないと判定された場合、終了したストリームは、グループＤストリームであり、処理は、ブロック３８０に進み、要求されたタイムスロットの数が、グループに割り当てられたタイムスロットの最小数を超えていない場合、ブロック３８４において、タイムスロットの数を最小限に保ち、この他の場合、ブロック３８２において、元の要求を実現する試みとして、グループＤに最小のタイムスロットを割り当てる。この後、図７Ｂに示す処理に基づき、残りの更なるタイムスロットが検出され、処理される。

更に使用可能なタイムスロットは、グループ優先度に基づいて、元のタイムスロット要求が満たされていないグループに割り当てられる。これらのタイムスロットの再割当では、まず、グループＡストリームが必要とするタイムスロットを確認し、解放されたタイムスロットが全て再割当されるまで、又は全てのタイムスロットがそれらの所望のレベルのタイムスロット割当に達するまで、優先度が高い順に、順次各グループを処理し、後者の場合、将来のグループの要求に対応するために、更なるタイムスロットを未使用のまま残してもよい。

ブロック３８６において、グループＡストリームが、要求するタイムスロットを獲得できたか否かを判定する。要求されたタイムスロットの数が現在のタイムスロットの数に等しいかこれより小さい場合、処理はブロック３８８に進み、タイムスロット再割当アルゴリズムを呼び出し、タイムスロットを再割当する。この場合、グループＡのための十分なタイムスロットがあるので、タイムスロット削減は、実行されない。割り当てられたタイムスロットより多くのタイムスロットが要求されている場合、ブロック３９０において、使用可能なタイムスロットを用いて、元の要求を満たすように試みるが、十分なタイムスロットが使用できない場合、タイムスロット削減を行う必要がある。更なるタイムスロットの割当の後に、更にタイムスロット削減を実行する必要があるが、割り当てられたタイムスロットと、要求されたタイムスロットとの間の比率が１対１に近付くため、タイムスロット削減率は、向上する。

ブロック３９２においては、更なるタイムスロットが存在するか否かを判定する。使用可能なタイムスロットが割り当てられた場合、更なる確認は不要であり、この他の場合、使用可能なタイムスロットの割当に進む。ブロック３９４において、グループＢが、現在割り当てられているより多くの更なるタイムスロットを要求しているか否かを判定する。グループＢが要求通りのタイムスロット数を有している場合ブロック３９６において、タイムスロット削減を必要とすることなく、タイムスロットを再割当することができる。一方、要求されたタイムスロット数が割り当てられたタイムスロット数を超えている場合、ブロック３９８において、この要求を満たすために、使用可能なタイムスロットを再割当することができる。グループＢの要求を完全に満たすために十分なタイムスロットを欠いている場合、使用可能なタイムスロットを最も多く使用するようにタイムスロット削減を行う。

ブロック４００では、使用可能なタイムスロットを確認し、残りのタイムスロットをグループＣ及び／又はグループＤに割り当てることができる。グループＣ及びグループＤについて、ブロック４０２、４１０では、タイムスロットの要求に関する同様の判定を行い、ブロック４０４、４１２では、満たされた要求についてのタイムスロットの再割当を行い、又はブロック４０６、４１４では、可能なタイムスロット削減を伴う更なるタイムスロットの再割当を行う。

上述のような使用可能なタイムスロットの再割当の後に、ブロック４１６において、使用可能なタイムスロットに関する情報を更新し、処理は、ブロック４１８で終了する。

４．４．ストリーム終了後のタイムスロット管理の具体例
以下、ストリーム終了後のタイムスロットの解放に関するシステムの動作の具体例を説明する。ここでは、上述の具体例と同様に、帯域幅が２５０個のタイムスロットを含み、表１に示すように、各グループに割り当てられる最小限のタイムスロットをＢ：８０、Ｃ：１０、Ｄ：５とする。

このシナリオでは、バスは非常に混んでおり、全てのタイムスロットが使用されている。グループＢ、Ｃ及びＤは、割当可能なタイムスロットの最小数に削減され、グループＡタイムスロットは、１６５から１５５に削減されている。タイムスロット数の要求及び割当条件は、表９の前の欄に示している。

４．４．１．ケース１
上述の条件の下で、元来５個のタイムスロットを要求したグループＡストリームが終了し、送信機が、このイベントに応じて、バスマスタに対し、５個のタイムスロット要求を取り消し、グループＡが要求するタイムスロットの総数を１６０個（１６５−５＝１６０）に変更したとする。なお、要求されたタイムスロットの数は、未だに、現在割り当てられる１５５個を超えている。そこで、終了したストリームからのタイムスロットを再割当した後に、タイムスロット削減を実行する。グループＢ、Ｃ及びＤストリームが使用できる更なるタイムスロットはない。実行パスについては、図７Ａと図７Ｂのフローチャートのブロック３５０、３５２、３５８、３８６、３９０、３９２、４１６、４１８について説明した通りである。表９は、上述した新たな再割当を実行する前後のタイムスロット割当を示している。

上述のシナリオでは、要求されたタイムスロットの数は、５個減らされているが、グループＡストリームによって解放されたタイムスロットが他のグループＡストリームによって使用されるので、使用率は同じままである。グループＡの削減率は、１５５／１６５から１５５／１６０に変化し、すなわち、５個のタイムスロットを使用する１つのストリームの終了に応じて、グループＡ内のストリームは、より高いデータレートを実現できる。

４．４．２．ケース２
このシナリオでは、４０個のタイムスロット要求を要求したグループＡストリームが終了したとする。このイベントに応じて、送信機は、バスマスタに対し、４０個のタイムスロット要求を取り消し、グループＡが要求するタイムスロットの総数は、１２５個（１６５−４０＝１２５）に減少する。要求されたタイムスロットの総数は、現在割り当てられている１５５個のタイムスロットより少ないので、３０個（１５５−１２５＝３０）のタイムスロットを他のより低い優先度のストリームのために使用することができる。これらのタイムスロットのうち、２０個は、１００個のタイムスロットを要求しているグループＢに割り当てられ、残りの１０個のタイムスロットは、グループＣに割り当てられ、この結果、グループＣに割り当てられるタイムスロットの総数は、２０個に増加する。グループＤストリームが使用できるようになる更なるタイムスロットはない。実行パスについては、図７Ａと図７Ｂのフローチャートのブロック３５０、３５２、３５８、３８６、３９０、３９２、４１６、４１８について説明した通りである。表１０は、上述した再割当を実行する前後のタイムスロット割当を示している。

なお、表１０に示すように、全ての使用可能なタイムスロットが使用され、現在、グループＡ、グループＢ及びグループＣストリームが要求通りのレートで送信されているが、グループＤストリームのタイムスロットは削減されたままである。

４．４．３．ケース３
ここでは、送信機が元来４２個のタイムスロットを要求したグループＢストリームを終了した場合を検討する。このイベントに応じて、送信機は、バスマスタに対し、４２個のタイムスロット要求を取り消し、グループＢが要求するタイムスロットの数は、１００から（１００−４２＝５８）５８に減少する。現在、グループＢには、８０個のタイムスロットが割り当てられており、システムは、合計２２個（８０−５８＝２２）のタイムスロットを解放する。このうち最初の１０個のタイムスロットは、最も優先度が高いストリームであるグループＡの１６５個のタイムスロット要求を満たすように、グループＡのストリームに割り当てられる。グループＣ内のストリームには、合計１０個の更なるタイムスロットが割り当てられ、これによりグループＣのタイムスロットは、２０個になり、残りの２個のタイムスロットが１０個のタイムスロットを要求しているグループＤに割り当てられるが、１０個の要求に対し５個の割当から、１０個の要求に対し７個の割当に増加したものの、未だ、必要なタイムスロットは不足している。実行パスについては、図７Ａと図７Ｂのフローチャートのブロック３５０、３５２、３５８、３８６、３９０、３９２、４１６、４１８について説明した通りである。表１１は、上述した再割当を実行する前後のタイムスロット割当を示している。

なお、表１０に示すように、全ての使用可能なタイムスロットが使用され、現在、グループＡ、グループＢ及びグループＣストリームが要求通りのレートで送信され、グループＤストリームのタイムスロット削減率も向上している。

４．４．４．ケース４
ここでは、送信機が１０個のタイムスロットを要求したグループＢストリームを終了させたとする。このイベントに応じて、送信機は、バスマスタに対し１０個の要求されたタイムスロットを取り消すことを要求し、これにより、グループＢが要求するタイムスロットの数は、１００個から９０個（１００−１０＝９０）に減少する。要求された９０個のタイムスロットは、グループＢに割り当てられる最小限のタイムスロットの数である８０個を超えているため、解放された１０個の付加的なタイムスロットは、グループＡストリームに使用され、この結果、１６５個のタイムスロット要求が完全に満たされる。グループＢには、再び、最小限の８０個のタイムスロットが割り当てられ、グループＢストリームのレートを高める更なるタイムスロットはなく、より低い優先度のストリームについても、更なるタイムスロットは割り当てられない。実行パスについては、図７Ａと図７Ｂのフローチャートのブロック３５０、３５２、３５８、３８６、３９０、３９２、４１６、４１８について説明した通りである。表９は、上述した再割当を実行する前後のタイムスロット割当を示している。

ここでは、全ての使用可能なタイムスロットが使用され、現在、グループＡストリームは、現在、グループＡストリームが要求通りのレートで送信される。グループＢの削減率は、８０／１００から８０／９０に変化し、更なるタイムスロットは割り当てられていないが、グループＢのビデオストリームは、より高いレートを実現する。

４．５．任意の側面及び変形例
上に説明したフローチャートは、本発明の好適な実施形態の一般的なフローを便宜的な形式で示している。なお、本発明におけるストリーム優先度の処理は、本発明から逸脱することなく、他の代替となるプログラムフローを用いて、他の様々な手法で実現することができる。この好適な実施形態に関連して、本発明の側面について包括的に説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明は、他の様々な変形例及び代替例によって実現することができる。

一例として、本発明では、上述した４つ優先度グループに制限されず、任意の数の優先度グループをサポートできる。また、優先度グループを設けず、ストリーム優先度に関わらずに仮想ネットワーク全体に亘って、帯域幅を共有してもよい。

本明細書では、元の要求に関連するストリームのための複数のタイムスロットの送信要求について包括的に説明したが、ストリームのために要求されるタイムスロットの数は、条件（例えば、雑音）、アプリケーションの外的条件又はタイムスロット割当履歴に応じて、動的に変更してもよいことは明らかである。例えば、ストリームが、所望の通信を維持するために、Ｘ個のみのタイムスロットを要求し、期間Ｔの間、Ｘ−Ｙ個のタイムスロットが割り当てられた場合、所望の「同期レベル」又はアプリケーションの他のメトリックを低下させてもよく、この結果、アプリケーションによって保証される損失の埋め合わせのために、Ｘ＋Ｚタイムスロットの割当を要求してもよい。

５．適応型帯域幅制御
電力線の条件は随時動的に変化するので本発明に基づくシステムは、好ましくは、ストリームに割り当てられる帯域幅の量を適応的に制御するように構成してもよい。例えば、雑音条件が悪くなると、ストリームは、現在割り当てられるより更に多くのタイムスロットを必要とすることがあり、この場合、送信機は、バスマスタに対し更なるタイムスロットを要求する。バスマスタは、好ましくは、新たなストリーム要求としてこの要求を処理し、上述したタイムスロット再割当アルゴリズムと同じタイムスロット管理アルゴリズムを適用する。タイムスロットが使用可能である場合、送信機は、同じストリームを搬送するために新たに割り当てられたタイムスロットと共に元のタイムスロットを用いる。

雑音条件レベルが向上すると、送信機は、バスマスタに対して要求したタイムスロットを取り消してもよい。この場合、バスマスタは、好ましくは、この要求を新たに割り当てられたストリームの終了と同様に処理し、同じタイムスロット管理アルゴリズム及びタイムスロット再割当アルゴリズムを適用する。

６．変形例
以上では、固定されたグループ優先度に基づくタイムスロット使用の優先処理について説明したが、本発明では、必要性又は履歴に応じて、グループ優先度又はストリーム毎の個々の優先度を調整するメカニズムを採用してもよい。例えば、期間又は履歴に亘る、要求されたタイムスロットと、割り当てられたタイムスロットの間の差に応じて、更なるタイムスロットを獲得するストリームの優先度を高めてもよい。これにより、特定用途の必要性に応じてストリーム帯域幅の割当を制御できる。更なる具体例として、本発明の範囲から逸脱することなく、外部条件の変化、タイムスロット割当履歴、又は他の要因に基づいて、グループ間でストリームの優先度を変更してもよい。

本発明に基づくシステムは、好ましくは、帯域幅の単位を複数のタイムスロットとして表す時分割多元接続（time division multiple access：ＴＤＭＡ）方式を採用する。但し、本発明は、ＴＤＭＡの使用には限定されず、本発明から逸脱することなく、他の様々な帯域幅割当メカニズムを使用できる。一例として、これに制限されるわけではないが、タイムスロットに代えて、ストリームに周波数タイムスロットを割り当てる周波数分割多元接続（frequency division multi access：ＦＤＭＡ）方式を用いてもよい。また、本発明の実施形態として、ＴＤＭＡ及びＦＤＭＡの組合せを用いて、ハイブリッド帯域幅割当を実現してもよい。

なお、上述したシステムのＵＷＢ通信機能を、例えば、優先接続、他の無線通信接続、赤外線接続等、宛先の端末機器と通信するための他のメカニズムに置換してもよい。電力線通信ネットワーク及び同様の回線共用ネットワーク構成に、上述した帯域幅割当メカニズムを組み込むことにより、これらのリモート通信方式をサポートできると共に、電力線の帯域幅を公正に共有することができる。

本発明に基づくシステムにおけるＰＬＣ／ＵＷＢモジュールは、他の変換モジュールに置き換えることができる。第１の具体例として、例えば、ＰＤＡ、電話機、カメラ等の電子機器のための充電器を、ＰＬＣネットワークを介して、サーバ又は他の機器と通信するように構成してもよい。この場合、充電器の回路は、好ましくは、バスマスタに帯域幅割当を要求し、ＰＬＣ／ＵＷＢモジュールについて説明したものと同様の手法で、割り当てられたＰＬＣ帯域幅を介して通信を行うように構成される。この構成により、データのアップロード及び／又はダウンロードが可能であり、周期的な充電を必要とするあらゆる機器が、ＰＬＣネットワークを介して、リモートにあるコンピュータとデータ通信を行うことができる。このアップローディング及びダウンローディングは、機器を充電器に接続すると自動的に実行され、上述したような同期及び他の利益が得られることは明らかである。

第２の具体例として、組合せ電源及びパワープレーンネットワーク（power-plane network）と呼ばれる通信インタフェースに統合されている回路内で電力線信号を変換するＰＬＣ−パワープレーンネットワーク変換（PLC to power-plane network conversion）を実現してもよい。これらのパワープレーンは、例えば、ＰＤＡ、電話機及びこの他の小型携帯型機器を任意の場所で載置できるデスクブロッタ（desk blotter）として実現してもよく、これにより、充電接続及び通信接続を実現し、コンピュータ又は他の機器のアプリケーションに機器を同期させる。充電及び通信は、これらのパワープレーンにおける電磁結合及び／又は導電接続のアレーによって実現される。ＰＬＣネットワークからパワープレーンネットワークへの変換を組み込むことにより、専用接続をルーティングする必要性なしで、コンピュータシステムから離れたリモートパワープレーンを利用することができる。

なお、電力線ネットワークを介する好適な実施形態に関連して本発明を説明したが、有線、無線及び他のネットワーク方式を含む他の技術にも本発明を適用できることは明らかである。上述のように、ＰＬＣ技術には、広帯域通信に容易に適用できる大規模インフラストラクチャを利用できるという利点がある。ＰＬＣ／ＵＷＢモジュールは、ＰＬＣシステムに広帯域のローカライズされた無線アクセスを提供する。この組合せにより、ユーザ間の干渉を発生させることなく、複数のユーザに対応することができる。ＩＥＥＥ８０２．１１とは異なり、例えばＵＷＢ等の無線方式は、壁を透過することを意図しない。

また、１つ以上の付加的な特徴を有する好適な実施形態に基づいて、本発明を説明した。なお、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明は、これらの特徴の有無に関わらず、又はこれらの変更に関わらず実現することができる。本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の側面を組み合わせてもよく、幾つかの場合、総合的な帯域幅管理システムから切り離してもよい。

上述の説明は、多くの詳細事項を含んでいるが、これらは、本発明を限定するものとは解釈されず、本発明の好適な形態の幾つかを例示的に示すのみである解釈される。したがって、本発明の範囲は、当業者にとって明らかな他の実施の形態を包含することは明らかであり、本発明の範囲は、添付の請求の範囲によってのみ制限される。なお、請求の範囲における要素の単数形は、特に明示している場合を除き、「１つ且つ１つのみ」ではなく、「１つ又は複数」を意味するものとする。上述の好適な形態における要素に関する、当業者に周知な構造的、化学的、機能的等価物は、参照によって本願に援用され、本発明の範囲に包含されるものとする。更に、装置又は方法は、本発明によって解決すべき問題のそれぞれ又は全てに必ずしも対応するものではないが、本発明の請求の範囲に包含されるものである。更に、ここで説明した要素、コンポーネント、処理ステップは、これらが請求の範囲に明示的に示されているか否かに関わらず、公知となることを意図するものではない。請求の範囲内の各要素は、「手段（means for）」という表現を用いている場合を除き、米国特許法第１１２条第６項の規定に基づいて定義されるものではない。

住宅に適応化された本発明の一実施形態の高いレベルの概略図である。 本発明の一実施形態に基づくデータ及びコンテンツソースの機能的なブロック図である。 ＰＬＣインタフェース内の割当帯域幅制御回路と共に本発明の側面に基づくＰＬＣ／ＵＷＢモジュールを示すブロック図である。 本発明の側面に基づくタイムスロット再割当処理のフローチャートである。 本発明の側面に基づく、電力線通信ネットワークの帯域幅管理プログラミング内における未使用のタイムスロット回復処理のフローチャートである。 図５Ａの続きのフローチャートである。 本発明の側面に基づく、電力線通信ネットワークの帯域幅管理プログラミング内におけるタイムスロット割当処理のフローチャートである。 本発明の側面に基づく、ストリーム終了後のタイムスロットの再割当処理のフローチャートである。 図７Ａのフローチャートの続きである。

Claims (12)

1. ローカルエリア無線通信を提供する通信システムにおいて、
   電力線通信（ＰＬＣ）ネットワークに接続されたコンテンツサーバと、
   機器通信モジュールと、
   上記機器通信モジュールに接続され、上記ＰＬＣネットワークを介して、上記コンテンツサーバとデータコンテンツを通信するＰＬＣインタフェースと、
   上記機器通信モジュールに接続され、上記ＰＬＣインタフェースと、ＵＷＢ無線接続可能なリモート機器との間でデータコンテンツを通信する超広帯域（ＵＷＢ）無線通信インタフェースとを備え、
   上記コンテンツサーバは、上記ＰＬＣネットワーク上にバスマスタがない場合、バスマスタモードで動作し、
   上記コンテンツサーバが上記バスマスタモードで動作する場合、上記ＰＬＣネットワークを介して通信する機器に帯域幅を割り当てる割当手段を更に備え、
   上記バスマスタモードで動作するコンテンツサーバは、
   コンピュータプロセッサと、
   上記コンピュータプロセッサ上で実行され、
   物理電力線通信ネットワークの使用可能な帯域幅を割当可能なユニットに分割し、
   上記物理電力線通信ネットワークを介して通信されるコンテンツストリームを優先度グループに分類し、
   上記コンテンツストリームの帯域幅要求及び上記優先度グループの伝送優先度に応じて、上記優先度グループに帯域幅のユニットを割り当て、
   上記物理電力線通信ネットワークを共有する複数の仮想ネットワーク間で帯域幅が等分に共有されるように、上記各優先度グループ内で、特定のコンテンツストリームに帯域幅の特定のユニットを割り当てるプログラムとを備えることを特徴とする通信システム。
2. 上記コンテンツサーバ及び上記機器通信モジュールは、上記ＰＬＣネットワーク内で、上記機器通信モジュールのユニットアドレスを指定する指定手段を備えることを特徴とする請求項１記載の通信システム。
3. 上記ユニットアドレスは、宛先ユニットのユニットアドレス情報又はソースからのユニットアドレス情報を含むことを特徴とする請求項２記載の通信システム。
4. 上記ユニットアドレスの指定手段は、上記所定の機器通信モジュールに割り当てられた帯域幅の特定の部分を用いた通信を可能にするように構成されることを特徴とする請求項２記載の通信システム。
5. 上記コンテンツサーバは、上記ＰＬＣネットワークを介して受信した上記データコンテンツを記録することを特徴とする請求項１記載の通信システム。
6. 上記コンテンツサーバは、記録媒体から再生された上記データコンテンツを上記ＰＬＣネットワークを介して送信することを特徴とする請求項１記載の通信システム。
7. 上記所定の優先度グループ内の帯域幅は、要求に応じて、上記バスマスタモードで動作するコンテンツサーバによって、該所定の優先度グループ内で帯域幅を等分に共有する機器通信モジュールに割り当てられ、更なる使用可能な帯域幅は、帯域幅要求が満たされていない仮想ネットワーク間で等しく配分されることを特徴とする請求項１記載の通信システム。
8. 上記機器通信モジュールに接続され、割り当てられた帯域幅内で、上記ＰＬＣネットワークを介して通信を行う通信手段を更に備える請求項１記載の通信システム。
9. 上記割り当てられた帯域幅内で通信を行う通信手段は、上記機器通信モジュールに接続され、上記機器通信モジュールに帯域幅部分を割り当てるように構成されたバスマスタが割り当てた帯域幅内のみで上記データコンテンツを通信するように構成された割当制御回路を備えることを特徴とする請求項８記載の通信システム。
10. 上記割当制御回路は、上記バスマスタに帯域幅を要求し、該バスマスタに指示された帯域幅部分を用いて、上記データストリームを通信することを特徴とする請求項９記載の通信システム。
11. 上記割当制御回路からの帯域幅要求は、上記機器通信モジュールが上記ＰＬＣネットワークを介して上記データコンテンツを送信する前に上記バスマスタに送信されることを特徴とする請求項１０記載の通信システム。
12. 上記ＰＬＣインタフェースは、上記ＰＬＣネットワークを介して送信される上記データコンテンツを暗号化し、該ＰＬＣネットワークを介して受信した上記データコンテンツを復号することを特徴とする請求項１記載の通信システム。

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