JP5059125B2

JP5059125B2 - 指向性アンテナによる無線ネットワークの多重チャネル上での隣接システム発見

Info

Publication number: JP5059125B2
Application number: JP2009545288A
Authority: JP
Inventors: ホンツァイ; チュンーティンチョウ; リチャードチェン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2007-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2028-01-16
Also published as: CN101584161A; US20100142460A1; WO2008087596A2; CN101584161B; KR20090100401A; JP2010516150A; EP2122947B1; WO2008087596A3; US8498250B2; EP2122947A2; KR101472541B1

Description

本システムは、無線ネットワーク内の混在形式の指向性端末を発見し、その指向性端末間の通信を確立するシステム、方法、ユーザインタフェース（UI）及び装置に関する。

無線スペクトラムが接続性を保持する手段としてますます重要になるにつれて、スペクトラムはますます混雑するようになり、それは、無線アクセス及び/又は相互作用ポイントの問題を生じさせる可能性がある。冷蔵庫、洗濯機、玩具などのような平凡な装置タイプにおける装置のためのユビキタス通信のアイデアは、スペクトラムの問題を示すだけでなく、これらの装置に対する拡張した接続性は、必ずしも任意のサービス品質（QoS）要求を伴うわけではないが接続の信頼性が高いことを必要とし、安価でなければならないという点で、更なる問題を示す。無線パーソナルエリアネットワーク（WPAN）は、この要求にかなうと考えられており、この問題のそれぞれの部分に重点を置くいくつかの作業グループを有するIEEE 802.15ワーキンググループの主題である。

IEEE 802.11ワーキンググループの下でのような無指向性アンテナは、パーソナルコンピューティングのような作業にとって望ましく、ローカルエリアネットワークの中のデータ転送は、WPANの中で必要とされないQoSの少なくともいくつかの態様を満たさなければならないより高コストなコンポーネントをさらに必要とする。さらに、無指向性アンテナの電力要求のために、それらは一般的に、低電力、短距離送信を必要とする大部分のWPANアプリケーションに不向きである。

無指向性アンテナを備える従来の無線装置は、全ての方向に各々のパケットを放送する。容易に認識されることができるように、一度に一つの方向のみに向けて送信する指向性アンテナが利用されることができる。しかしながら、同じ送信電力で、指向性アンテナは、非常に高いアンテナ利得を持ち、より長い距離に送信する。もちろん、指向性アンテナを用いる場合、無指向性アンテナの範囲と同様の範囲を達成するために必要な電力は少なくて済む。さらに指向性アンテナを用いる無線装置は、単純なデザインを持ち、空間再利用を活用するように実現されることができる。指向性アンテナを使用する装置によって構成されるWPANは、Directional WPAN、又は以降で本明細書において参照されるようにD-WPANと呼ばれる。

無線スペクトラムは、複数のチャネルにしばしば分割される。同じチャネル上での２つの同時発生的送信がお互いに干渉する場合があるが、装置は、他のチャネル上での通信を妨げることなく、一つのチャネルを通じて通信することができる。したがって、複数のチャネルを用いることは、スループットを数倍増加させる潜在能力を持つ。アンテナデザインの複雑度及びハードウェアコストを減らすために、いくつかのアンテナは一定の送信方向を持つか、又は一つの方向のみに送信することを選択する。これらのアンテナは、一般に自立的に送信方向を変更することができなくて、無線装置の位置を操るユーザによってのみ、変更されることができる。

容易に認識されることができるように、アンテナの各々からの固定の指向性ビームを利用することによって、通信の距離若しくは範囲を増加することができ、及び/又は、電力及びコンポーネントコストは、上で論じられた無指向性アンテナと比較して削減されることができる。固定の指向性アンテナは、例えば、２地点間（例えば２つの建物の間）のローカルエリアネットワーク（LAN）を拡張するために非常に適している。この種のシステムにおいて、各々の建物は、LAN又はその一部を含むことができる。指向性アンテナ装置は、高い信頼性で、そして建物間の固定の（例えば有線の）システムを運営することを必要とせずに、建物間のLANを橋渡しするために利用されることができる。固定の指向性ビームの代わりに、無線装置は、異なる方向又はセクタに向けられることができ、全円、全球即ち360°の範囲をカバーするためにさまざまなセクタに向けられる指向性ビームを持つことができる。米国仮特許出願番号60/885,192（代理人整理番号007839）において開示されるように、指向性アンテナ又はビームの向きの変更は手動又は自動的に実行されることができる。

図1は、指向性アンテナを持つ４つの無線装置1, 2, 3, 4を有する無線通信システム100を示し、ここで、互いに通信することを望む装置は、それらの指向性アンテナを互いに向けること、それぞれのアンテナの通信即ちアンテナ範囲内にいること、及び同じチャネル上にいることを必要とする。

システム100において、第１装置1の第１アンテナ範囲110は第２装置2を包含し、第２装置2の第２アンテナ範囲120は第１装置1を包含する。さらに、無線ノードN1, N2としても示される装置1及び2の両方は、同じチャネル（すなわち、チャネルC2）上にあり、したがって互いに通信することができる。図1に示されるように、第３装置3の第３アンテナ範囲130が、第２装置2を包含し、第４装置4の第４アンテナ範囲140が、第１装置1を包含する。さらに、このシナリオにおいて、第３装置3又はノードN3はチャネルC1にあり、そして第４装置4又はノードN4はチャネルC3にある。第３装置3及び第４装置4がそれらの指向性アンテナを互いの方へ向けておらず、同じチャネル上にないので、それらは互いに通信することができない。

指向性アンテナを有する無線装置が互いに通信することができる前に、装置は、互いを発見し、例えばそれらの指向性アンテナを互いに向けて、共通の通信チャネルを選択すること必要とする。従来の装置発見は、互いの方に手動でアンテナを向けること及び同じ共通のチャネルの手動選択のような、ユーザ入力を介した手動の発見を含む。従来の自動発見は、全ての方向及び全てのチャネルがスキャンされる場合、複雑で時間がかかる。少なくとも２つの装置間のデータ通信を（その少なくとも２つの装置に共通である）選択されたチャネル上で始めるために共通の利用可能なチャネルを発見して選択することを含む、装置がお互いを発見するための効率的な方法が必要である。

本システム、方法、通信プロトコル及び装置の一つの目的は、従来の通信システム及び装置の不利な点を克服することである。一つの実例となる実施の形態によれば、通信システムは、第１及び第２の装置を含み、第１装置及び第２装置のうちの少なくとも１つのプロセッサは、スーパーフレーム継続時間（T_s）を持つスーパーフレームを確立して、スーパーフレーム継続時間（T_s）の各々の間に第１装置によってビーコンを送信し、スーパーフレーム継続時間（T_s）の間に各々のセクタをスキャンすることによって、第２装置によって全てのセクタ（N_beam）をスキャンし、ジャンプシーケンスを繰り返すように構成される。ジャンプシーケンスは、制御チャネルの制御継続時間（T_c）及びデータチャネルの継続時間（KT_d）の合計と同じであるシーケンス継続時間（T_total）を持つ。プロセッサは、発見時間（T_f）の間に第２装置によって第１装置を発見するようにさらに構成され、制御継続時間（T_c）はデータチャネルの継続時間（KT_d）より長い。

本装置、システム及び方法を適用可能な更なる領域は、以下で与えられる詳細な記載から明らかになる。詳細な記載及び具体例は、本システム及び方法の例示的な実施の形態を示すが、説明のみを目的とすることが意図されており、本発明の範囲を制限することを意図しないことが理解されるべきである。本発明の装置、システム及び方法のこれらの及び他の特徴、態様及び利点は、以下の記載、添付の特許請求の範囲及び添付の図面からより適切に理解される。

本システムの一つの実施の形態による無線装置の指向性送信及び複数のチャネルを示す図。一つの実施の形態による無線ネットワークにおける無線装置のためのスーパーフレーム構造を示す図。本システムの一つの実施の形態による、装置のタイミング図を示す図。新たな装置Aが初期スキャンフェーズにおいて全てのセクタの２つ連続したスキャン期間中に既存の装置Bを発見することを保証する一つの実施の形態によるタイミング構造を示す図。一つの実施の形態による、チャネル間でジャンプするための継続時間T_totalの異なる開始時刻を持つ２つの無線装置を示す図。本システムの他の実施の形態による指向性アンテナを含む装置の一部を示す図。

特定の例示的な実施の形態の以下の記載は、事実上、単なる例示であり、本発明、そのアプリケーション又は用途を制限することを全く意図しない。本システム及び方法の実施の形態の以下の詳細な説明において、詳細な説明の一部を構成する添付の図面が参照され、図面中に、説明されるシステム及び方法が実現される例示の特定の実施の形態の態様が示される。これらの実施の形態は、当業者が本開示のシステム及び方法を実施することを可能にするために十分詳細に記載され、他の実施の形態が利用されることができること、構造的及び論理的変更が、本システムの精神と範囲から逸脱することなく行われることができることが理解されるべきである。

本システムの説明を単純化するために、用語「有効に結合される」及び本願明細書において利用されるその成語要素は、本システムによる動作を可能にする装置又はその部分間の接続を指す。例えば、有効な結合は、その装置又は部分間の一方向及び/又は双方向通信経路を可能にする２つ以上の装置間の有線接続及び/又は無線接続の一つ以上を含むことができる。

したがって、以下の詳細な説明は、制限的な意味で解釈されるべきではなく、本システムの範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ定められる。複数の図中に出現する同一の構成要素が同じ参照番号によって特定される場合を除いて、本明細書において図中の参照番号の先頭の数字は、一般的に図番号に対応する。さらに、明確性のために、周知の装置、回路及び方法の詳細な説明は、本システムの説明を不明確にしないように省略される。

一実施例において、マルチチャンネル隣接システム発見アルゴリズムは、（参照数字620として図6中に示される）プロセッサ上で実行される場合、装置が互いを見つけ、同じチャネルに進み、互いの方向へそれらの指向性アンテナを向けて、互いに通信できるようにする。マルチチャンネル隣接システム発見アルゴリズムは、プロセッサ620上で実行される場合、共通の制御チャネルとして固定のチャネル（例えばチャネル1）を割り当てるように構成されることができ、他のチャネルはデータチャネルであるとみなされる。制御チャネルは、装置が互いを見つけることを容易にするために、制御情報及び他の情報を交換するために用いられることができる。データチャネルは、主にデータ又はコンテンツ通信のために用いられる。もちろん、制御チャネルがデータ/コンテンツ通信のために用いられることもできる。データ又はコンテンツは、オーディオ、ビデオ、テキスト、画像などの任意の種類のデータであることができる。各々のチャネルは、制御チャネルであろうとデータチャネルであろうと、図1に示される装置1, 2, 3, 4のような各々の装置によって用いられるスーパーフレーム構造の一倍又は整数倍の継続時間を持つ。

図2は、装置1, 2, 3, 4のうちの少なくとも１つによって確立されて、装置1, 2, 3, 4によって用いられるスーパーフレーム構造200を示す。各々のスーパーフレーム200は、ビーコン送信のためのビーコン期間210及びデータ又はコンテンツ送信のためのデータ送信期間220を含む時間T_sの継続時間を持つ。一つのビーコン期間210は、複数のビーコンスロット230を含み、各々の装置は、ビーコンスロット230のうちのそれぞれ１つでそのビーコンを送信する。例えば、装置1が第１ビーコンスロットでそのビーコンを送信し、装置2が第２ビーコンスロットでそのビーコンを送信するなどである。装置は、制御チャネル又はデータチャネルのいずれかの上で、それぞれのビーコンスロット230においてそれらのビーコンを送信する。実例として、第１装置が制御チャネルを用いている場合、そのビーコンは、スーパーフレーム200のビーコン期間210の第１ビーコンスロットにおいて制御チャネル上で送信され、第１装置がデータチャネルを用いている場合、第１装置は、スーパーフレーム200のビーコン期間210の第１ビーコンスロットにおいて、やはりデータチャネル上でそのビーコンを送信する。

図6に示されるプロセッサ620は、装置を２つのグループに分けるように構成されることができる。１つは非共有装置のグループであり、それらの装置のそれぞれは、一つの他の非共有装置とのみ通信する。もう一方は共有装置のグループであり、最初のグループに属さない全ての装置を含み、それぞれが複数の装置と通信することができる。

非共有装置は、オンにされると、その意図された通信装置を発見するまで制御チャネル上に最初はとどまる。２つの非共有装置が互いに通信することを決定すると、それらは、データ通信を開始するために一つのチャネルを選択して、それらがデータパケットを交換する方向にのみ、（固定の/予約された）制御チャネル上でビーコンを送信することができる。ビーコンプロトコルは、米国仮特許出願番号60/885,184（代理人整理番号007837）及び60/885,192（代理人整理番号007839）に記載される。

共有装置がオンにされると、最初に制御チャネルにとどまって、既存の装置からのビーコンのために全ての方向をスキャンする。共有装置がビーコンを検出する場合、それは既存のビーコングループに加わる。一方、ビーコンが検出されない場合、共有装置はそれ自身のビーコンの送信を開始する。全ての方向がスキャンされるスキャンフェーズの後、共有装置が依然として意図された通信装置を発見しなかった場合、共有装置は、制御チャネルへの及び制御チャネルからのジャンプと同様に、２つのデータチャネルがある場合には例えばチャネル2からチャネル3へのジャンプのように、異なるチャネルの間でジャンプするために、図3のタイミング構造を採用する。図2に示される例示の実施例において、チャネルの総数は３である。つまり、全部で３つのチャネルがあり、１つは期間T_cを持つ制御チャネルであり、他の２つはデータチャネルである。以下の解説となる実施の形態において、説明を簡単にするため、データチャネルKの数は2（K=2）であり、各々が期間T_dを持つ。しかしながら、データチャネルの数は１以上の任意の整数であることができることが理解されるべきである。

装置に電力を供給されると、以下の手順が続く。電力を供給されたあと、装置は、第１フェーズ、すなわちスキャンフェーズとも呼ばれる制御/共通チャネルスキャンフェーズに入る。このスキャンフェーズにおいて、装置は、全球をカバーする全ての方向又はその一部であることができるN_beam個のビーム即ち方向においてスキャンされる２つ連続するN_beam個のスーパーフレームの間、制御/共通チャネルをスキャンする。つまり、N_beamは、装置によってスキャンされるセクタの数である。全N_beam個のセクタの各々のセクタは、スーパーフレーム期間T_sの間スキャンされる。したがって、そのようなスキャンのための時間は、全てのセクタにおいて２倍である。

制御/共通チャネルが合計2N_beamT_s時間の間に全てのセクタにおいてスキャンされる（各々のセクタがスーパーフレーム期間T_sの間スキャンされる）第１フェーズ即ち（制御/共通チャネル）スキャンフェーズの後、装置はスキャン及びジャンプフェーズと呼ばれる第２フェーズを開始し、ここで制御/データチャネルがスキャンされ、そして装置は制御/データチャネルの間でジャンプする。本明細書において用いられる実例となる例において、チャネルの数は３である（継続時間T_cの間にスキャンされる一つの制御チャネル、及び継続時間T_dの間に各々スキャンされる２つのデータチャネル）。第２フェーズ即ちジャンプ及びスキャンフェーズの間、装置が特定の又は選択されたデータチャネル上でその対象とされた装置を発見すると、装置はスキャン及びジャンプを停止して、その特定の又は選択されたデータチャネル上で通信を開始し、これは、最終又は第３フェーズとみなされる。もちろん２つの装置間の通信は、データチャネルを通したものに限られず、制御チャネルが２つの装置間の通信のために用いられることもできる。

ちょうど電力を供給されたばかりの新たな装置Aが、既に電力を供給されている他の装置Bを見つけることを試みる４つのシナリオ又はケースが存在する。

ケース１は、既に電力が供給されている装置Bが依然として制御/共通チャネルスキャンフェーズにいて、新たな装置Aが電源をオンにされる状況である。新たな装置Aが、新たな装置Aの制御/共通チャネルスキャンフェーズの間、古い（即ち既に電力が供給されている）装置Bを見つけることができない場合、新たな装置Aは、古い装置Bのスーパーフレーム構造の開始時間と異なる開始時間を持つ可能性がある、それ自身のスーパーフレームを確立する。この場合には、新たな装置Aが古い装置Bを見つける発見時間T_fは、式(1)によって与えられる。

ここで、T_total = T_c + 2T_d、T_cは装置Aが制御チャネルにとどまり制御チャネルをスキャンする継続時間であり、T_dは装置Aがデータチャネルにとどまりデータチャネルをスキャンする継続時間であり、T_sはスーパーフレーム期間即ち継続時間であり、N_beamは新たな装置Aでスキャンされるセクタの数であり、そしてKはデータチャネルの数である。このケースは、２つのデータチャネル（K=2）を有する解説のための実施例に対して下記の図5及び式(5)に関して、さらに説明される。

ケース２は、古い装置Bがその第２フェーズ即ちスキャン及びジャンプフェーズにあり、そして新たな装置Aが電力を供給される状況である。新たな装置Aは、第１装置Aの第１フェーズ即ちスキャンフェーズで古い装置Bを見つける。発見時間T_fは、全てのセクタの２つのスキャン期間（すなわち2N_beam T_s）以下である。

ケース３は、古い装置Bが最終即ち第３フェーズにあって、（発見したその対象装置との通信のために）制御チャネル以外のデータチャネルにとどまり、そして新たな装置Aが電力を供給される状況である。新たな装置Aは、それ自身の第２フェーズ（すなわち新たな装置Aのスキャン及びジャンプフェーズ）において、古い装置Bを見つける。新たな装置Aが古い装置Bを見つけるための発見時間T_fは式(2)によって与えられ、それは図3及び式(3)に関してさらに説明される。

ケース４は、古い装置Bが最終即ち第３フェーズにあって、制御チャネル中にとどまり、そして新たな装置Aが電力を供給される状況である。新たな装置Aは、それ自身の第１フェーズ（すなわちスキャンフェーズ）において古い装置Bを見つける。新たな装置Aが古い装置Bを見つけるための発見時間T_fは、全てのセクタの２つのスキャン期間（すなわち2N_beam T_s）以下である。

図3は、図2に示されるスーパーフレーム200のチャネルの間で非共有装置がジャンプするためのタイミング図300を示す。ここで各々のスーパーフレーム200は、期間T_sの継続時間を持つ。チャネルの総数が３であり、一つのチャネルは制御チャネルであり、他の２つのチャネルがデータチャネルであるとする。つまり、K即ちデータチャネルの数は２であり、各々のデータチャネルは、データ又はコンテンツ情報の送信のための期間T_dの継続時間を持つ。

T_total = T_c + 2T_dとする。データ通信を開始していない各々の共有装置は、図3に示されるように、T_totalごとにチャネル間のジャンプシーケンスを繰り返す。装置が制御チャネル上にある場合、それは通常通りそのビーコンを送信して、さらにその意図された通信装置を検出することを試みる。装置がデータチャネル上にある場合、それはビーコンを送信せずに、意図された通信装置を見つけることを試みるためにチャネルをスキャンするだけである。

スキャン手順は、一つの方向から開始して、一つずつ全ての方向を調べる。スキャンしている装置1は、スーパーフレームスキャン期間T_sの間、各々の方向にとどまる（図2に示されるように、T_sはスーパーフレーム200の継続時間である）。全ての方向をスキャンするために必要とされる時間はN_beamT_sであり、N_beamは他の装置を見つけようと試みている新たな装置のセクタの数である。異なる装置は異なる数のセクタを持つことができ、そしてN_beamは装置の数又は（継続時間T_dの）データチャネルの数ではないことに留意すべきである。二次元空間では、円又は360°は全ての方向をカバーすることも留意すべきである。しかしながら、３次元空間では、一般的な場合、円の代わりに球が全ての方向をカバーする。球は複数のセクタに分割されることができ、そして全ての方向の完全な（球状の）範囲のために、装置1の指向性アンテナは全ての方向又はセクタにおけるスキャンのために動かされる。もちろん、装置のセクタの数N_beamは球全体をカバーしない場合があり、それぞれの装置及びアンテナのデザインに依存する。

装置は、どの時点においても、一つの方向（又は一つのセクタ）でのみ、送信又は受信することができる。いくつかの装置は、動的にセクタ即ちビーム幅のサイズを調整することが可能である。装置が全ての方向又はセクタにおいてスキャンすることが可能である場合、N_beamは、装置が信号を受信又は送信することができる全ての方向をカバーするために実際に用いるセクタの数とみなされることができる。

互いを発見して互いに通信する４つの装置があると仮定する。（一つの装置/宛先だけに対する単一のメディアアクセスチャネル/物理チャネルMAC/PHY送信が存在する）ユニキャスト通信では、２つの装置1, 2は、２つの装置1, 2が互いに通信する（データを送信及び受信する）ために、同時に互いに向けられなければならない。無線装置は通常、一時に送信又は受信だけを行い、両方同時には行わないので、２つの装置1, 2が互いに通信中の場合、これらの２つの装置1, 2はネットワーク中の他の装置と通信することができない。マルチキャスト通信（すなわち、二つ以上の装置に向けた一つのMAC/PHY送信のマルチキャスト）では、複数の宛先装置2, 3, 4は、送信器（発信元）1の同じセクタ（方向）になければならない。第１装置1が第２装置2にデータを送信した後で第１装置1が第３装置3と通信することを望む場合、第２及び第３装置2, 3が同じセクタ（及び／又は方向）にない場合には、第１装置1はそのビーム方向を変えて、第３装置3に向けなければならない。

上記の議論は、（データが送信される）スーパーフレーム中のデータ送信期間と（ビーコン及び制御情報が送信される）スーパーフレームのビーコン期間の両方に当てはまる。装置が互いに向けてビーコンを送信する方法に関するさまざまなビーコンプロトコルがあり、例えば、米国仮特許出願番号60/885,184（代理人整理番号007837）、及び60/885,192（代理人整理番号007839）に記載され、例えば、オンにされる装置であるプライマリ装置がある。この第１又はプライマリ装置は、スーパーフレームで各々のセクタ/方向にビーコンを送信することによって、スーパーフレーム構造を確立する。プライマリ装置は、複数のビーコンを各々のセクタに一つ送信する。セカンダリ装置と呼ばれる他の装置は、プライマリ装置の後でオンにされ、即ち電力を供給され、プライマリ装置のスーパーフレームに加わる。セカンダリ装置は、プライマリ装置に向けて一つのビーコンだけを送信する。

非共有装置がタイミング図300を用いて、すなわちT_totalごとにチャネル間のジャンプシーケンス300を繰り返すことによって互いを捜し出すことを望む図3に戻って、全ての方向又はセクタのスキャンは、一つのデータ送信期間T_d中に、又はデータ送信期間T_dの長さによっては複数のデータ期間中に終了することができる。

意図された通信装置（以下でBとして示される）がデータチャネルにすでに進んでいる場合、新たに加えられた共有装置（以下でAとして示される）は発見時間T_fの間に装置Bを見つけ、ここでT_fは式(3)によって定められる。

ここで、T_total = T_c + KT_d（データチャネルが２つであるこの例ではK = 2）、T_cは制御チャネルの継続時間であり、T_dはデータチャネルの継続時間であり、そしてN_beamは他の装置Bを見つけようと試みている新たな装置Aのセクタの総数である。

それぞれのパラメータは、例えば新たな装置Aが既に送信している既存の装置Bを見つけることを保証する式(3)を満たすように設定されることができる。したがって、例えば新たな装置Aが所与の発見時間T_f中に既存の装置Bを発見することが望まれる場合、式(3)は、T_c及びN_beamが与えられているとして、必要とされるデータチャネル継続時間T_dを与える。あるいは、T_total、T_c、T_d及びN_beamが与えられている場合には、式(3)は必要とされる発見時間T_fを決定するために用いることができる。

装置Bが（データチャネルのうちの１つを用いる代わりに）制御チャネル上でデータ通信を実行する場合、装置Bは制御チャネル上にとどまってチャネルを変更しないことに留意すべきである。したがって装置Bは、チャネル間でジャンプする上記手順を採用しない。したがって、新たな装置Aがオンにされる場合、新たな装置Aは、電力を供給された又はオンにされた後に装置Aのスキャンフェーズ中にBを見つける。

図4は、（装置Bの後に）電力を供給された新たな装置Aが、初期スキャンフェーズにおいて、全てのセクタの２つのスキャン期間（2N_beamT_s）中に、（以前に電力を供給されている）既存の装置Bを発見することを保証するタイミング構造400を示す。図4に示されるように、装置Bがデータ通信を開始していない場合、新たな装置Aは装置Bを含むビーコングループに加わるために制御チャネル上のいくつかのビーコンを検出することが可能である。このようにして、装置A及びBは、同じビーコングループにおいて互いを見つける。新たな装置Aが装置Aのスキャンフェーズ中に装置Bを発見することを保証するために、アルゴリズムは、データチャネル上の装置Bによって用いられる又は装置Bに専用である期間が、球全体をカバーする全ての方向又はその一部であることができるN_beam個のビーム又は方向でスキャンされる２つ連続するN_beam個のスーパーフレーム中の同じスーパーフレームを占有しないことを必要とする。装置Aが全ての方向を一つずつスキャンするので、各々の方向又はセクタのためのスーパーフレーム期間T_sの間、装置Aは２つ連続するスーパーフレーム中に同一方向を２回スキャンする。アルゴリズム又は手順は、装置Bが、装置Aが各々の方向をスキャンする２回の機会の間に少なくとも一回、制御チャネルに出現することを保証する。図4はそのような例を示す。２つの装置A及びBが装置Aの初期スキャンフェーズの後で互いを見つけることを必要とする場合、装置A及びBがチャネル間でジャンプするためのタイミング構造は異なる開始時刻を持つ場合がある。マルチチャンネル隣接システム発見アルゴリズムは、プロセッサ620上で実行される場合、装置A及びBの両方が、特定の期間の間、同時に制御チャネル上にあることを保証する。

図5は、チャネル間でジャンプするためのT_total期間の異なる開始時刻を持つ２つの無線装置A, Bを示す。上記したように、T_total = T_c + KT_dであり、Kはデータチャネルの数であって、この図示された例では２つである（K = 2）。図5においてハッシュ又は斜線によって示されるように、各々の期間T_totalにおいて装置A及びBの両方が制御チャネル上にあるオーバーラップ時間T_overlappingは、データチャネルが２つ（即ちK = 2）の場合について式(4)で与えられる。

したがって、新たな装置Aが既存の装置Bを見つけるために必要とされる又は要求される発見時間T_fは、式(5)によっておおよそ与えられる。

最悪のケース

では、次式(6)に示されるようになる。

式(4)-(6)から、装置Aが装置Bを見つけるためのT_cとT_dとの間の要求される関係が式(7)によって与えられることが分かる。

式(7)が満たされる限り、差異T_c-2T_d（すなわちT_overlapping）は少なくともスーパーフレームの継続時間T_sであり、装置A及びBは互いを見つける。これらの変数の具体的な値は、式(3)及び(5)による発見時間T_fの要求によって決まる。もちろん、式(7)は、データチャネルKの数が2であるケース（K=2）に対するものである。したがって、一般的な式は(8)である。

２つの共有装置A, Bが互いを見つけて、それらの間でデータ通信を実行することを決定した後で、それらは、（装置A, Bの両方に利用可能な）共通チャネルを選択して、そのチャネルに進んで、データ通信を開始する。この共通チャネルは、データチャネルか又は制御チャネルであることができる。

２つの共有装置A, Bのうちの少なくとも一つがそのアンテナ方向を切り替えて、チャネルをスキャンすることができ、他のビーコンを送信する装置がアンテナをそのチャネルに切り替えることができない場合、装置A, Bのうち、そのアンテナを切り替えることができる一つの装置は、ビーコン即ち制御期間210(図2)において、ビーコンを全ての方向に向けて送信する。これらのビーコンは、後にオンにされる他の共有装置が共有装置A, Bの一方又は両方を見つけることを可能にする。

互いに通信する装置A, B（即ち図1に示される1, 2, 3, 4）は、図6に示される部分を持つことができる。特に、図6は、本システムの実施の形態による固定の及び／又は方向変更可能な指向性アンテナであることができるアンテナ610を持つ装置600の一部を示す。例えば、本システム600の一部は、メモリ630に使用可能な状態で結合されるプロセッサ620、ディスプレイ640、配線接続650、ユーザ入力装置660及びアンテナ610をさらに含む。メモリ630は、アプリケーションデータ及び説明された動作に関する他のデータを記憶するための任意の種類の装置であることができる。アプリケーションデータ及び他のデータは、本システムによる動作活動を実行するようにプロセッサ620を構成するために、プロセッサ620によって受信される。この動作活動は、電源オン、ビーコンに利用可能なチャネル及び/又はセクタの探索、ビーコンの送信、スキャンなどを含む。装置600の詳細は、本願明細書において議論を単純化するために紹介されないが、当業者にとっては明らかである。装置600は、ちょうどアプリケーションに応じて、それらの実施の形態の特定の態様を容易にするために、ユーザ入力又はインタフェース660及びディスプレイ640を含むことができるが、動作には必要ではない。例えば、ユーザは、装置600をオンオフさせるためにユーザインタフェース660を介してユーザ入力を提供することができ、アンテナ610を所望の方向に（例えばそれとの通信のために他の装置の方向に）向けることができる。ディスプレイ640は、チャネルのリスト中に含まれる発見されたチャネルのような、さまざまなデータを表示するように構成されることができ、互いに通信することを望む装置A及びBの両方によって検出されるチャネルの両方のリスト（各々のチャネルに関連した帯域幅、信号対雑音比、符号間干渉、共有又は非共有チャネルなどを含むQoSパラメータのような、チャネルのさまざまな特性を含む）を表示することを含み、装置A, Bの両方に利用可能な最適なチャネルは、例えばQoSパラメータに基づいて自動的に、又はユーザ選択及び入力を介して手動で選択される。

プロセッサ620の運用上の動作は、ユーザインタフェースのような装置600に適用可能な任意のコンテンツのような任意の他のコンテンツを表示するようにディスプレイ640を制御することを更に含むことができる。ユーザ入力660は、キーボード、マウス、トラックボール、又はタッチ式ディスプレイを含む他の装置を含み、スタンドアローンであるか、任意の使用可能なリンクを介してプロセッサ610と通信するためにパーソナルコンピュータ、パーソナル携帯情報機器、携帯電話、セットトップボックス、テレビ又は他の装置の一部のようなシステムの一部であることができる。ユーザ入力装置660は、プロセッサ660とインタラクトするように動作可能であり、ユーザインタフェース及び／又は本システムの他の素子の内のインタラクションを可能にすることを含む。明らかに、プロセッサ620、メモリ630、ディスプレイ640、アンテナ610及び/若しくはユーザ入力装置660は、すべて又は部分的にアンテナ装置又は本システムによる動作（例えば、起動、発見、並びに複数の方向変更可能な及び方向変更不能な装置間の通信を含む通信システムを設定）のための他の装置の一部であることができる。

本システムの方法は、コンピュータソフトウェアプログラムによって実行されることに特に適しており、そのようなプログラムは、上述された及び/又は本システムによって想定される個々のステップ又は動作の一つ以上に対応するモジュールを含む。そのようなプログラムは、もちろんコンピュータ可読メディア（例えば、集積化チップ、プロセッサ620に結合されるメモリ630又は他のメモリのような周辺装置又はメモリ）において実施されることができる。

メモリ630は、本願明細書において開示される方法、運用上の動作及び機能を実現するようにプロセッサ620を構成する。メモリは、例えばアンテナとプロセッサ620との間に配置されることができ、更なるプロセッサが提供されることができ、分散型であってもよいし、単一のものであってもよい。メモリは、電気的、磁気的又は光学的メモリとして、これらの任意の組み合わせとして、あるいは他の種類の記憶装置として実現されることができる。さらに、「メモリ」という用語は、十分に広く、プロセッサ620によってアクセス可能なアドレス指定可能空間中のアドレスから読み出される又はそこに書き込まれることが可能な任意の情報を含むものと解釈されなければならない。この定義によって、有線接続650（例えばインターネットのようなネットワークへの有線接続）及び/又はアンテナ610を通してアクセス可能な情報も、プロセッサ620が本システムによって有効な接続610, 650のうちの一つ以上から情報を取り出すことができるので、やはり例えばメモリ630の範疇である。

プロセッサ620は、制御信号を提供し、並びに/又は、ユーザ入力装置660から入力信号及びネットワークの他の装置に応答した動作を実行して、メモリ630中に記憶される命令を実行するように動作可能である。プロセッサ620は、特定用途向け又は一般用途向け集積回路であることができる。さらに、プロセッサ620は、本システムに従って機能する専用のプロセッサであることができ、又は、多くの機能のうちの１つのみが本システムに従って機能するように動作する汎用のプロセッサであることができる。プロセッサ620は、プログラム部、複数のプログラムセグメントを利用して作動することができ、専用の又は多目的集積回路を利用するハードウェア装置であることができる。当業者は本システムの更なるバリエーションを容易に思いつき、それらは以下の特許請求の範囲に包含される。

もちろん、上記の実施の形態若しくはプロセスのうちの任意の一つは、一つ以上の他の実施の形態及び/若しくはプロセスと組み合わせられることができ、又は、本システムに従って別々の装置若しくは装置部分の中で分離され及び/若しくは実行されることができることが認識されるべきである。

最後に、上記の議論は、単に本システムを説明することのみを意図しており、添付された特許請求の範囲を任意の特定の実施の形態又は実施の形態のグループに制限するものとして解釈されてはならない。したがって、本システムは、例示的な実施の形態を参照して特定の詳細において説明されたが、以下の特許請求の範囲に記載されるような本システムのより広い及び意図された精神及び範囲を逸脱しない範囲で、数多くの変更及び他の実施例が当業者によって工夫されることができる。したがって、明細書及び図面は、説明的なものとしてみなされるべきであり、添付の特許請求の範囲を制限することは意図されない。

添付の特許請求の範囲を解釈するに際して、以下の点が理解されるべきである。
a) 「有する、含む」との用語は、所与の請求項に挙げられたもの以外の他の要素又は動作の存在を除外しない。
b) 単数形の用語はその要素が複数存在することを除外しない。
c) 請求項中の任意の参照符号はそれらの範囲を制限しない。
d) いくつかの「手段」が、同一のアイテム、ハードウエア、ソフトウェアで実現された構造又は機能によって表現される場合がある。
e) 任意の開示された要素は、ハードウェア部（例えば個別電子回路及び集積電子回路を含む）、ソフトウェア部（例えばコンピュータプログラムを含む）、並びにそれらの任意の組み合わせで構成されることができる。
f) ハードウェア部は、アナログ部及びデジタル部の一方又は両方から構成されることができる。
g) 任意の開示された装置又はその一部は、特に別途述べられない限り、一体に結合されることができ、又は更なる部分に分離されることができる。
h) 動作又はステップの特定の順序は、特に示されない限り、必要であることが意図されない。
i) 「複数の」要素との用語は、請求された要素が２つ又はそれ以上であることを含み、要素の数が任意の特定の範囲であることを意味しない。すなわち、複数の要素は、２つであることもできるし、計り知れない数の要素であることも含む。

Claims

第１指向性アンテナを備える第１装置と第２指向性アンテナを備える第２装置との間の通信方法であって、
スーパーフレーム継続時間（T_s）を持つスーパーフレームを確立して、各々のスーパーフレーム継続時間（T_s）の間に第１装置によってビーコンを送信し、
第２装置の電源をオンにし、
各々のスキャン期間において全てのセクタの２つのスキャン期間（2N_beamT_s）の間、第２装置によってスキャンし、第２装置がスーパーフレーム継続時間（T_s）の間各々のセクタをスキャンすることによって全てのセクタ（N_beam）をスキャンし、
制御チャネルの制御継続時間（T_c）及びデータチャネルの継続時間（KT_d）の合計に等しいシーケンス継続時間（T_total）を持つジャンプシーケンスを繰り返し、
制御チャネル上に既存のビーコンが検出されない場合、新たなスーパーフレームを確立し、制御チャネル上に既存のビーコンが検出される場合、制御継続時間（T_c）の間に制御チャネル上の既存のスーパーフレームに参加し、
データチャネルの継続時間（T_d）の間、第２装置によってスキャンし、
発見時間（T_f）の間に第２装置によって第１装置を発見し、
共通チャネル上で第１装置との通信を開始するために当該共通チャネルを選択して、ジャンプシーケンスを停止する、方法。
制御継続時間（T_c）がデータチャネルの継続時間（KT_d）よりも長い、請求項１に記載の方法。
第１装置がジャンプシーケンスを繰り返しているとき、発見時間（T_f）は、「シーケンス継続時間（T_total）」×「全てのセクタをスキャンするための時間（N_beamT_s）」／「データチャネルの継続時間（T_d）」以下である、請求項１に記載の方法。
第１装置がジャンプシーケンスを停止した後で他の装置と通信しているとき、発見時間（T_f）が以下の関係を満たす請求項１に記載の方法。

ここで、
T_total = T_c + KT_d
Kはデータチャネルの数
T_cは制御チャネルの継続時間
T_sはスーパーフレーム継続時間
T_dはデータチャネルの継続時間
N_beamは第２装置によってスキャンされるセクタの総数
第１装置がジャンプシーケンスを停止した後で他の装置と通信しているとき、データチャネルの継続時間（T_d）が以下の関係を満たす請求項１に記載の方法。

ここで、
T_total = T_c + KT_d
Kはデータチャネルの数
T_cは制御チャネルの継続時間
T_fは第２装置が第１装置を発見するために必要な時間
N_beamは第２装置によってスキャンされるセクタの総数
第１装置がジャンプシーケンスを繰り返しているとき、又は第２装置のためのジャンプシーケンスが、第１装置のためのジャンプシーケンスの開始時刻と異なる開始時刻を持つ場合、前記発見動作は、第２装置によって制御チャネル上で第１装置を発見する、請求項１に記載の方法。
第１装置がジャンプシーケンスを停止した後で他の装置と通信しているとき、前記発見動作は、第２装置によって制御チャネル上で第１装置を発見する、請求項１に記載の方法。
第２装置のためのジャンプシーケンスが、第１装置のためのジャンプシーケンスの開始時刻と異なる開始時刻を持つとき、発見時間（T_f）が以下の関係を満たす請求項１に記載の方法。

ここで、
T_total = T_c + KT_d
Kはデータチャネルの数
T_cは制御チャネルの継続時間
T_sはスーパーフレーム継続時間
T_dはデータチャネルの継続時間
N_beamは第２装置によってスキャンされるセクタの総数
第１装置及び第２装置を有する通信システムであって、第１装置及び第２装置のうちの少なくとも一つのプロセッサが、
スーパーフレーム継続時間（T_s）を持つスーパーフレームを確立して、スーパーフレーム継続時間（T_s）の各々の間に第１装置によってビーコンを送信し、
各々のスキャン期間において全てのセクタの２つのスキャン期間（2N_beamT_s）の間、第２装置によってスキャンし、第２装置がスーパーフレーム継続時間（T_s）の間各々のセクタをスキャンすることによって全てのセクタ（N_beam）をスキャンし、
制御チャネルの制御継続時間（T_c）及びデータチャネルの継続時間（KT_d）の合計に等しいシーケンス継続時間（T_total）を持つジャンプシーケンスを繰り返し、
制御チャネル上に既存のビーコンが検出されない場合、新たなスーパーフレームを確立し、制御チャネル上に既存のビーコンが検出される場合、制御継続時間（T_c）の間に制御チャネル上の既存のスーパーフレームに参加し、
データチャネルの継続時間（T_d）の間、第２装置によってスキャンし、
発見時間（T_f）の間に第２装置によって第１装置を発見し、
共通チャネル上で第１装置との通信を開始するために当該共通チャネルを選択して、ジャンプシーケンスを停止する、通信システム。
制御継続時間（T_c）がデータチャネルの継続時間（KT_d）よりも長い、請求項９に記載の通信システム。
第１装置がジャンプシーケンスを繰り返しているとき、発見時間（T_f）は、「シーケンス継続時間（T_total）」×「全てのセクタをスキャンするための時間（N_beamT_s）」／「データチャネルの継続時間（T_d）」以下である、請求項９に記載の通信システム。
第１装置がジャンプシーケンスを停止した後で他の装置と通信しているとき、発見時間（T_f）が以下の関係を満たす請求項９に記載の通信システム。

ここで、
T_total = T_c + KT_d
Kはデータチャネルの数
T_cは制御チャネルの継続時間
T_sはスーパーフレーム継続時間
T_dはデータチャネルの継続時間
N_beamは第２装置によってスキャンされるセクタの総数
第１装置がジャンプシーケンスを停止した後で他の装置と通信しているとき、データチャネルの継続時間（T_d）が以下の関係を満たす請求項９に記載の通信システム。

ここで、
T_total = T_c + KT_d
Kはデータチャネルの数
T_cは制御チャネルの継続時間
T_fは第２装置が第１装置を発見するために必要な時間
N_beamは第２装置によってスキャンされるセクタの総数
第１装置がジャンプシーケンスを繰り返しているとき、又は第２装置のためのジャンプシーケンスが、第１装置のためのジャンプシーケンスの開始時刻と異なる開始時刻を持つ場合、前記プロセッサは、第２装置によって制御チャネル上で第１装置を発見するように構成される、請求項９に記載の通信システム。
第１装置がジャンプシーケンスを停止した後で他の装置と通信しているとき、前記プロセッサは、第２装置によって制御チャネル上で第１装置を発見するように構成される、請求項９に記載の通信システム。
第２装置のためのジャンプシーケンスが、第１装置のためのジャンプシーケンスの開始時刻と異なる開始時刻を持つとき、発見時間（T_f）が以下の関係を満たす請求項９に記載の通信システム。

ここで、
T_total = T_c + KT_d
Kはデータチャネルの数
T_cは制御チャネルの継続時間
T_sはスーパーフレーム継続時間
T_dはデータチャネルの継続時間
N_beamは第２装置によってスキャンされるセクタの総数
コンピュータ可読媒体に記録されるコンピュータプログラムであって、プロセッサによって実行される際に、
スーパーフレーム継続時間（T_s）を持つスーパーフレームを確立して、各々のスーパーフレーム継続時間（T_s）の間に第１装置によってビーコンを送信し、
第２装置の電源をオンにし、
各々のスキャン期間において全てのセクタの２つのスキャン期間（2N_beamT_s）の間、第２装置によってスキャンし、第２装置がスーパーフレーム継続時間（T_s）の間各々のセクタをスキャンすることによって全てのセクタ（N_beam）をスキャンし、
制御チャネルの制御継続時間（T_c）及びデータチャネルの継続時間（KT_d）の合計に等しいシーケンス継続時間（T_total）を持つジャンプシーケンスを繰り返し、
制御チャネル上に既存のビーコンが検出されない場合、新たなスーパーフレームを確立し、制御チャネル上に既存のビーコンが検出される場合、制御継続時間（T_c）の間に制御チャネル上の既存のスーパーフレームに参加し、
データチャネルの継続時間（T_d）の間、第２装置によってスキャンし、
全てのセクタの２つのスキャン期間（2N_beamT_s）以下の発見時間（T_f）の間に第２装置によって第１装置を発見し、
共通チャネル上で第１装置との通信を開始するために当該共通チャネルを選択して、ジャンプシーケンスを停止する、コンピュータプログラム。
制御継続時間（T_c）がデータチャネルの継続時間（KT_d）よりも長い、請求項１７に記載のコンピュータプログラム。
第１装置がジャンプシーケンスを繰り返しているとき、発見時間（T_f）は、「シーケンス継続時間（T_total）」×「全てのセクタをスキャンするための時間（N_beamT_s）」／「データチャネルの継続時間（T_d）」以下である、請求項１７に記載のコンピュータプログラム。
第１装置がジャンプシーケンスを停止した後で他の装置と通信しているとき、発見時間（T_f）が以下の関係を満たす請求項１７に記載のコンピュータプログラム。

ここで、
T_total = T_c + KT_d
Kはデータチャネルの数
T_cは制御チャネルの継続時間
T_sはスーパーフレーム継続時間
T_dはデータチャネルの継続時間
N_beamは第２装置によってスキャンされるセクタの総数
第１装置がジャンプシーケンスを停止した後で他の装置と通信しているとき、データチャネルの継続時間（T_d）が以下の関係を満たす請求項１７に記載のコンピュータプログラム。

ここで、
T_total = T_c + KT_d
Kはデータチャネルの数
T_cは制御チャネルの継続時間
T_fは第２装置が第１装置を発見するために必要な時間
N_beamは第２装置によってスキャンされるセクタの総数
第１装置がジャンプシーケンスを繰り返しているとき、又は第２装置のためのジャンプシーケンスが、第１装置のためのジャンプシーケンスの開始時刻と異なる開始時刻を持つ場合、前記プロセッサは、第２装置によって制御チャネル上で第１装置を発見するように構成される、請求項１７に記載のコンピュータプログラム。
第１装置がジャンプシーケンスを停止した後で他の装置と通信しているとき、前記プロセッサは、第２装置によって制御チャネル上で第１装置を発見するように構成される、請求項１７に記載のコンピュータプログラム。
第２装置のためのジャンプシーケンスが、第１装置のためのジャンプシーケンスの開始時刻と異なる開始時刻を持つとき、発見時間（T_f）が以下の関係を満たす請求項１７に記載のコンピュータプログラム。

ここで、
T_total = T_c + KT_d
Kはデータチャネルの数
T_cは制御チャネルの継続時間
T_sはスーパーフレーム継続時間
T_dはデータチャネルの継続時間
N_beamは第２装置によってスキャンされるセクタの総数