JP5068859B2 - ワイヤレスデバイスの発見を可能にするための装置及び方法 - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
２００７年１月１６日出願の米国仮出願第６０／８８５，１７８号に対して優先権主張がなされ、この内容は本明細書に引用により組み込まれる。さらに本出願は、Ｒｉｃｈａｒｄ Ｃｈｅｎ及びＣｈｕｎ‐Ｔｉｎｇ Ｃｈｏｕによる"Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｅｎａｂｌｉｎｇ Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ ｏｆ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｄｅｖｉｃｅｓ"と題する米国仮出願整理番号ＰＣＩＰ．５５８に関連し、この内容は本明細書に引用により組み込まれる。

ワイヤレス通信技術において進歩が続けられている。例えばワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）及びワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）のネットワークは、家庭及び企業において益々一般的になってきている。このようなネットワークはワイヤレスで互いと通信する様々な独立ワイヤレス電子デバイス又は端末を含み得る。ＷＬＡＮ及びＷＰＡＮは、ＩＥＥＥ規格８０２．１１（Ｗｉ‐Ｆｉ（登録商標））、８０２．１５（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））、及び８０２．１６（ＷｉＭａｘ（登録商標））及びＷｉＭｅｄｉａ Ａｌｌｉａｎｃｅ Ｕｌｔｒａ‐Ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＵＷＢ）規格を含む多数の異なる利用可能な規格に従って動作し得る。

図１は、例示的なＷＰＡＮ１２５を介して互いと通信するように構成される複数の端末を含む、従来のワイヤレスネットワーク１００を示すブロック図である。ワイヤレス端末は互いと通信するように構成される任意の電子デバイス又はノードを含み得る。例えば図１は、電子デバイスがパーソナルコンピュータ１２０、デジタルテレビ受像機１２１、デジタルカメラ１２２、及びパーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）１２３を含むホームネットワークを図示する。ネットワーク１００はまた、例えばインターネット１４０へのワイヤレスデバイス１２０乃至１２３のうちの全て又はいくつかの接続をもたらすための、モデム１３０などの他のネットワークへのインターフェースも含み得る。当然ながら、製造工場、医療施設、セキュリティシステムなどにおけるネットワークを含む、電子デバイスが互いと通信する多くの他の種類のワイヤレスネットワークが存在する。

ワイヤレスデバイスは、伝送距離を拡張する指向性アンテナを使用して互いと通信し得る。例えば最近のワイヤレスネットワークは非常に高い周波数帯域（例えば６０ＧＨｚ）で動作し、従って高周波数帯域に伴う高い経路損失を補うために指向性アンテナを使用する。集中型及び分散型のワイヤレスネットワークの両方において、指向性アンテナを使用するワイヤレスデバイスは通信するために各々のアンテナを同時に整列させなければならない。言い換えれば、ワイヤレスデバイスは最初に互いを見つけ出さなければならず、これは周囲をスキャンする（例えばこれらのアンテナビームを掃引する）ワイヤレスデバイスによって達成される。しかしながら、ワイヤレスデバイスはこれらのアンテナビームを同時に掃引していることを確実にするための前提条件がこれらの間にない限り、互いを発見しないかもしれない。

ビーコンは、デバイス間で重要な制御情報を伝達するために広く使用されている。ビーコンは通常、ビーコン送信デバイスの伝送距離内の全デバイスがそのビーコンを受信することができるように送信される。例えばＩＥＥＥ ８０２．１１アクセスポイントは、アクセスポイント周辺のＩＥＥＥ ８０２．１１ワイヤレスデバイスがアクセスポイントと関連付け、通信することができるように、周期的にビーコンを送信する。上述の通り、指向性アンテナが使用されるワイヤレスネットワークにおいては、ビーコンは特定方向にのみ送信され得る。その結果、ビーコン送信デバイスの近くにある限られた数のデバイスしかビーコンを受信せず、従ってビーコンの有用性を低下させることになる。ワイヤレスデバイスは互いのアンテナの方向がわかるように前もってプログラムされ得るが、これはビーコン送信、受信及び処理と同様にワイヤレスデバイスのアンテナ指向性を協調させるプロトコルを必要とする。

言い換えれば、ワイヤレスデバイスは例え同じネットワーク１００内にあって互いに近接していたとしても、互いを発見し互いと通信することができないかもしれない。このような協調又は同期は実施することが困難でありコストがかかる。しかしながら、アンテナ制御及び／又はビーコン送信を協調させるための共通の時間領域基準点を持たないワイヤレスデバイスは、ネットワークとして適切に通信しないであろう。

従って、特にワイヤレスデバイスが指向性アンテナシステムを使用している際に、ワイヤレスデバイスが互いを見つけ出し互いと通信することを可能にする機構を提供するワイヤレスデバイス及びワイヤレス通信の方法を提供することが望ましい。

本発明の一態様において、指向性アンテナシステムを使用してワイヤレスネットワークにおいて隠れワイヤレスデバイスを発見し、ワイヤレスネットワークの分割を防ぐための方法が提供される。該方法は、第一アンテナセクタにある第一ワイヤレスデバイスを、第一ワイヤレスデバイスから受信される初期第一ビーコンに応答して結合するステップと、対応する第一ビーコン期間中に、結合された第一ワイヤレスデバイスから複数の第一ビーコンを受信するステップと、第一ワイヤレスデバイスと結合したまま、第一ビーコン期間のうちの少なくとも１つの第一ビーコン期間中に少なくとも第二アンテナセクタをスキャンして、第二アンテナセクタにおいて第二ワイヤレスデバイスから第二ビーコンを聞くステップとを含む。少なくとも第二アンテナセクタがスキャンされる間、第一ビーコンは受信されない。

該方法は、受信された第一ビーコンに応答して、結合された第一ワイヤレスデバイスへ複数の第一応答ビーコンを送信するステップをさらに含み得る。少なくとも第二アンテナセクタをスキャンする間、第一応答ビーコンは送信されない。

該方法は、第二アンテナセクタをスキャンする間に第二ワイヤレスデバイスから初期第二ビーコンを受信するステップと、初期第二ビーコンに応答して第二ワイヤレスデバイスを結合するステップと、対応する第二ビーコン期間中に、結合された第二ワイヤレスデバイスから複数の第二ビーコンを受信するステップとをさらに含み得る。第一ビーコンの少なくとも一部は受信され続ける。

第一ビーコン期間が第二ビーコン期間と異なる時間に起こる時、該方法は第一ビーコンと第二ビーコンの各々を受信するステップをさらに含み得る。第一ビーコン期間が第二ビーコン期間と同時に起こる時、該方法は第一ビーコンを受信するステップと第二ビーコンを受信するステップを交互に行うステップをさらに含み得る。

該方法は、受信された第二ビーコンに応答して、結合された第二ワイヤレスデバイスへ複数の第二応答ビーコンを送信するステップをさらに含み得る。第一応答ビーコンを送信するステップが第二ビーコン期間と同時に起こる時、該方法は第一応答ビーコンを送信するステップと第二ビーコンを受信するステップを交互に行うステップをさらに含み得る。第二応答ビーコンを送信するステップが第一ビーコン期間と同時に起こる時、該方法は第二応答ビーコンを送信するステップと第一ビーコンを受信するステップを交互に行うステップをさらに含み得る。

該方法は、第一ワイヤレスデバイス及び第二ワイヤレスデバイスと結合したまま、複数の第一ビーコン期間のうちの１つの第一ビーコン期間、及び複数の第二ビーコン期間のうちの１つの第二ビーコン期間の間に、第三プライマリビーコンを聞くために少なくとも第三アンテナセクタをスキャンするステップをさらに含み得る。第三アンテナセクタがスキャンされている間、第一ビーコンと第二ビーコンは受信され得ない。第二アンテナセクタをスキャンするステップは、指向性アンテナシステムのビームを掃引するステップを含み得る。

代表的な実施形態によれば、ワイヤレスネットワークを通して複数のワイヤレスデバイスと通信するための装置が提供され、該装置は最初に複数のアンテナセクタのうちの第一アンテナセクタにある第一ワイヤレスデバイスと結合される。該装置は指向性アンテナシステムとトランシーバとプロセッサを含む。指向性アンテナシステムは、アンテナセクタにおいてワイヤレスネットワークを介して通信するように構成される。トランシーバは、対応する第一ビーコン期間中に、アンテナシステムを介して、結合された第一ワイヤレスデバイスから複数の第一ビーコンを受信するように構成される。プロセッサは、ワイヤレスデバイスからビーコンを聞くために、第一ビーコン期間のうちの少なくとも１つの第一ビーコン期間中に、アンテナセクタのうちの少なくとも第二アンテナセクタをスキャンするよう、アンテナシステムを制御するように構成される。指向性アンテナシステムがスキャンしている間、第一ビーコンは受信されず、該装置は第一ワイヤレスデバイスと結合したままである。

トランシーバは、アンテナシステムがスキャンしている間に、第二アンテナセクタにある第二ワイヤレスデバイスから初期第二ビーコンを受信し得、該装置が第二ワイヤレスデバイスと結合することを可能にする。トランシーバはまた、第一プライマリビーコンの少なくとも一部を受信し続けながら、対応する第二ビーコン期間中に、結合された第二ワイヤレスデバイスから複数の第二ビーコンを受信し得る。アンテナシステムはアンテナアレイ又はステアラブルアンテナのうちの１つを含み得る。

第一ビーコン期間が第二ビーコン期間と異なる時間に起こる時、トランシーバは第一プライマリビーコンと第二プライマリビーコンの各々を受信し得る。第一ビーコン期間が第二ビーコン期間と同時に起こる時、トランシーバは第一プライマリビーコンを受信するステップと第二プライマリビーコンを受信するステップを交互に行い得る。

トランシーバは、受信された第一ビーコンに応答して、結合された第一ワイヤレスデバイスへ複数の第一応答ビーコンを送信し、受信された第二ビーコンに応答して、結合された第二ワイヤレスデバイスへ複数の第二応答ビーコンを送信し得る。アンテナシステムがアンテナセクタをスキャンする間、第一応答ビーコンは送信され得ない。第一応答ビーコンを送信するステップが第二ビーコン期間と同時に起こる時、トランシーバは第一応答ビーコンを送信するステップと第二ビーコンを受信するステップを交互に行い得る。第二応答ビーコンを送信するステップが第一ビーコン期間と同時に起こる時、トランシーバは第二応答ビーコンを送信するステップと第一ビーコンを受信するステップを交互に行い得る。

代表的な実施形態によれば、セカンダリワイヤレスデバイスがワイヤレスネットワークを通して複数のプライマリワイヤレスデバイスを発見することを可能にするための方法が提供され、セカンダリワイヤレスデバイスとプライマリワイヤレスデバイスの起動スケジュールは同期されない。該方法は、第一アンテナセクタにおいて第一プライマリワイヤレスデバイスから第一プライマリビーコンを受信し、これに応答して第一プライマリワイヤレスデバイスへ第一セカンダリビーコンを送信するステップと、第一プライマリワイヤレスデバイスから第一プライマリビーコンを受信するステップをスキップするステップと、第一プライマリビーコンを受信するステップをスキップする間に、他のアンテナセクタをスキャンし、追加のプライマリビーコンを聞くステップとを含む。該方法はまた、アンテナセクタをスキャンする間に第二アンテナセクタにおいて第二プライマリワイヤレスデバイスから初期第二プライマリビーコンを受信し、これに応答して第二プライマリワイヤレスデバイスへ初期第二セカンダリビーコンを送信するステップと、及び、第一プライマリワイヤレスデバイスから第一プライマリビーコンを受信し、これに応答して第一プライマリワイヤレスデバイスへ第一セカンダリビーコンを送信するステップに加えて、第二プライマリワイヤレスデバイスから第二プライマリビーコンを受信し、これに応答して第二プライマリワイヤレスデバイスへセカンダリビーコンを送信するステップも含む。

第一プライマリビーコンは第一期間中に受信され得、第二プライマリビーコンは第二期間中に受信され得る。第一期間が第二期間と競合する時、該方法は第一プライマリビーコンを受信するステップと第二プライマリビーコンを受信するステップを交互に行うステップをさらに含む。

図１は従来のワイヤレス通信ネットワークのブロック図である。 図２は様々な実施形態にかかるワイヤレスネットワークにおいて第二デバイスと通信する代表的なプライマリデバイスのブロック図である。 図３は様々な実施形態にかかる代表的なワイヤレスデバイスの機能的ブロック図である。 図４Ａは一実施形態にかかるワイヤレスデバイスのビーコン期間のブロック図である。 図４Ｂは一実施形態にかかるワイヤレスデバイスのビーコン期間のブロック図である。 図４Ｃは一実施形態にかかるワイヤレスデバイスのビーコン期間のブロック図である。 図５は様々な実施形態にかかるワイヤレスデバイス発見プロセスのフローチャートである。

以下の詳細な説明において、限定ではなく例示を目的として、具体的詳細を開示する例示的な実施形態は、本発明の教示に従って一実施形態の完全な理解を提供するために説明される。しかしながら、本開示の利益を享受する当業者にとっては、本明細書に開示される具体的詳細から逸脱する本開示の教示に従う他の実施形態が、添付の請求項の範囲内にとどまることは明らかであろう。さらに、実施形態例の説明を曖昧にしないために、周知の装置及び方法の説明は省略され得る。こうした方法及び装置は明らかに本発明の教示の範囲内にある。

様々な実施形態において、プロトコルは、ＷＬＡＮ又はＷＰＡＮなどのワイヤレスネットワークにおいてワイヤレスデバイスの指向性アンテナを通して送受信されるビーコンを制御する。プロトコルはワイヤレスデバイスに、指向性アンテナを使用してＷＬＡＮ又はＷＰＡＮにおいて協調的にビーコンを送信する能力を与える。従ってワイヤレスデバイスは、アンテナ指向性又はワイヤレスデバイスの時間同期を前もって協調させる必要なく、ネットワーク管理、データ送信及び他の通信を可能にするために、ビーコンを介して直接的又は間接的に情報を交換することができる。

図２は、様々な規格及びプロトコルに従う、ＷＬＡＮ、ＷＰＡＮなどであり得る代表的なワイヤレスネットワーク２００のブロック図である。ワイヤレスネットワーク２００の各代表的なワイヤレスデバイス２１０，２２０，２３０は指向性アンテナを通してビーコンを送受信する。例えば、各ワイヤレスデバイス２１０，２２０，２３０は、ビーム掃引／スイッチングによって広域をカバーするために、スイッチングビームアンテナ又はステアリングアンテナを使用し得る。しかしながら、ワイヤレスデバイス２１０，２２０，２３０の間におけるビーム掃引の協調の欠如は、そうでなければ良好に接続されるはずのネットワークを事実上分割してしまう、隠れノード問題を生じ得る。

図２において、ワイヤレスデバイス２１０と２３０はプライマリデバイスであることが示され、ワイヤレスデバイス２２０はセカンダリワイヤレスデバイスであることが示されている。考察を目的として、プライマリデバイスとセカンダリデバイスの区別は、プライマリデバイス（例えばワイヤレスデバイス２１０，２３０）が、アンテナセクタをあらわす網掛け領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄによって示される、ビーコンを送信することによってネットワーク２００を介して通信を開始するということである。セカンダリデバイス（例えばワイヤレスデバイス２２０）はプライマリデバイスビーコンを受信しこれに応答する。代表的なプライマリデバイス２１０及び２３０は例えばネットワークアクセスポイントであってよく、代表的なセカンダリデバイス２２０は、上述の通り、パーソナルコンピュータ、デジタルテレビ受像機、デジタルカメラ、及びＰＤＡなど、ワイヤレスネットワーク２００を介して通信するように構成されるいかなる種類のデバイスを含んでもよい。

ワイヤレスデバイス２１０，２２０及び２３０の位置及び方向は、互いにａ ｐｒｉｏｒｉにはわからない。従って、起動時（又はネットワーク２００に入る時）、例えばワイヤレスデバイス２１０は、他のデバイス（例えばワイヤレスデバイス２２０）の位置、又は、他のデバイスとの通信を確立するために自身のアンテナをどの方向に向けるべきかがわからない。プライマリデバイス２１０は、ある期間（例えば１スーパーフレーム）スキャンした後にビーコンを全く受信しない場合、自身のビーム又はアンテナセクタの各々においてビーコンを送信することによって他のワイヤレスデバイスを発見しようとする。図２は、考察を目的として、４つのアンテナセクタを持つワイヤレスデバイス２１０、及びワイヤレスデバイス２２０及び２３０を図示する。これらのデバイスの各々は、様々な実施形態の精神及び範囲から逸脱することなく、いかなる数のアンテナセクタを持ってもよいことが理解される。また、ワイヤレスデバイス２１０，２２０及び２３０は他のデバイスのアンテナセクタの数又は位置を知る必要がない。

ワイヤレスデバイス２１０は、網掛けセクタ領域Ａ乃至Ｄによって示される、自身のビーム４つ全てにおいてビーコンを送信する。続いてワイヤレスデバイス２２０が起動し（又は他の方法でネットワーク２００に入り）、自身の対応するアンテナセクタＡ乃至Ｄをスキャンし始める。ワイヤレスデバイス２１０はアクティブにビーコンを送信しているので、ワイヤレスデバイス２２０はそのアンテナセクタＣにおいて、ワイヤレスデバイス２１０によってそのアンテナセクタＡにおいて送信されるプライマリビーコンを受信する。ワイヤレスデバイス２２０はワイヤレスデバイス２１０へ反対方向にセカンダリビーコンを送信することによって応答し、こうしてワイヤレスデバイス２１０を結合する。

ワイヤレスデバイス２３０が起動する（又は他の方法でネットワーク２００に入る）時にも、自身の対応するセクタＡ乃至Ｄをスキャンし始める。ワイヤレスデバイス２３０は、例えば経過損失、低信号強度、信号干渉、障害などのために、ワイヤレスデバイス２１０から送信されるプライマリビーコンを受信する（聞く）ことができないかもしれない。従って、ワイヤレスデバイス２３０は自身のアンテナセクタＡ乃至Ｄの４つ全てにおいて自身のプライマリビーコンを送信し始めることになる。しかしながら、従来のシステムにおいて、ワイヤレスデバイス２３０により接近しているワイヤレスデバイス２２０は、自身のアンテナがワイヤレスデバイス２３０から離れて反対方向に位置するため（例えばワイヤレスデバイス２２０のセクタＣ内）、ワイヤレスデバイス２３０から送信されるプライマリビーコンを聞くことがない。その結果、ワイヤレスデバイス２３０がワイヤレスデバイス２１０及び／又は２２０と通信することができないので、ネットワーク２００が分割される。

ネットワーク２００を分割することを避けるために、ワイヤレスデバイス２２０は、ワイヤレスデバイス２１０及び２２０が通信セッションを確立した後にこれらをワイヤレスデバイス２３０が結合することを可能にする、本発明の実施形態にかかる発見アルゴリズムを実行する。より具体的には、ワイヤレスデバイス２２０は、新たなプライマリデバイス（例えばワイヤレスデバイス２３０）からのビーコンを聞いて受信するために、ワイヤレスデバイス２１０へのセカンダリビーコンの送信をスキップする。ワイヤレスデバイス２２０は任意の新たなプライマリデバイスへ応答セカンダリビーコンを送信し、必要であれば、ワイヤレスデバイス２１０とのビーコンの受信／送信と競合するのを避けるために、異なるアンテナセクタにおいてセカンダリビーコン送信を交互に行う。

図３は、様々な実施形態に従って、代表的なプライマリワイヤレスデバイス２１０及び２３０とワイヤレスネットワーク２００を介して通信するように構成される代表的なセカンダリワイヤレスデバイス２２０の機能的ブロック図である。ワイヤレスデバイス２２０が詳細に示され考察されるが、ワイヤレスデバイス２１０及び２３０はワイヤレスデバイス２２０とほぼ同じやり方で構成され機能することが理解される。ワイヤレスデバイス２１０，２２０，２３０は、その構成及び／又はどのデバイスが他のワイヤレスデバイスを発見するためのプライマリビーコンを送信しているかに依存して、プライマリ又はセカンダリデバイスとして機能し得ることがさらに理解されるべきである。

当業者によって理解される通り、図３に示される様々な"部分"の１つ以上は、ソフトウェア制御のマイクロプロセッサ、配線論理回路、又はその組み合わせを用いて物理的に実装され得る。また、こうした部分は図３において説明のために機能的に分離されているが、これらは任意の物理的実装に様々に組み合わされてもよい。

ワイヤレスデバイス２２０は、トランシーバ２２４、プロセッサ２２６、メモリ２２８、及びアンテナシステム２２２を含む。トランシーバ２２４は受信機２２３と送信機２２５を含み、ワイヤレスデバイス２２０に、適切な標準プロトコルに従ってワイヤレス通信ネットワーク２００を介してワイヤレスデバイス２１０及び２３０などの他のワイヤレスデバイスと通信する機能を与える。

プロセッサ２２６は、ワイヤレスデバイス２２０の機能をもたらすためにメモリ２２８と併せて、本明細書に記載の実施形態の発見アルゴリズムを含む１つ以上のソフトウェアアルゴリズムを実行するように構成される。発見アルゴリズムは、例えば媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層に実装されるアンテナシステム２２２のソフトウェア制御であり得る。プロセッサ２２６は、本明細書で論じられるワイヤレスデバイス２２０の様々な機能を実行することを可能にする実行可能なソフトウェアコードを格納するための独自のメモリ（例えば不揮発性メモリ）を含み得る。あるいは、実行可能なコードはメモリ２２８内の指定された記憶場所に格納され得る。

図３において、アンテナシステム２２２は、プライマリデバイス２２０に、複数の方向において他のワイヤレスデバイスと通信するために複数のアンテナビームから選択する能力を与える、指向性アンテナシステムを含む。例えば、アンテナシステム２２２は各々が１つのアンテナビームに対応する複数のアンテナを含んでもよく、又はアンテナシステム２２２は異なる方向にビームを形成するために複数の異なるアンテナ素子を結合させることができるステアラブルアンテナ又はアンテナアレイを含んでもよい。

アンテナシステム２２２は、アンテナシステム２２２が方向付けられ得る方向に対応する様々なセクタを操作する。例えば、ｋ番目のワイヤレスデバイスはＭ_ｋ方向又はセクタに信号を送受信する能力を持つ。上述の通り、これらのセクタは、Ｍ_ｋの中からアンテナシステム２２２の指向性アンテナを選択するｓｅｃｔｏｒｉｚｅｄアンテナを用いて生成され得るか、又は事実上アンテナシステム２２２の適応アンテナアレイを用いて形成され得る。

前述の通り、異なるデバイス（例えばプライマリデバイス２１０，２３０及びセカンダリデバイス２２０）は異なる数と分布のアンテナセクタを持つ可能性があり、１つのデバイスの様々なセクタによって全方向がカバーされる必要はない。例えば、図２はワイヤレスデバイス２２０のアンテナシステム２２２が４つのアンテナセクタ、セクタＡ，Ｂ，Ｃ及びＤを規定する実施例を図示する。説明を簡略化する目的で、代表的なセクタＡ乃至Ｄはワイヤレスデバイス２２０（及びワイヤレスデバイス２１０及び２３０）を囲む４つのクワドラントに均等に分布し、二次元で描かれている。実際のセクタは三次元に広がる、異なる及び／又は重複する範囲を持ち得る。また、図示された例示的構成において、ワイヤレスデバイス２１０及び／又は２３０は、ワイヤレスデバイス２２０が位置する１つのセクタに向けられた固定された指向性アンテナを含み得る。

図４Ａ，４Ｂ及び４Ｃは、それぞれワイヤレスデバイス２１０，２２０及び２３０によって送信及び／又は受信される信号に対応する、動作タイムライン４１０，４２０及び４３０のブロック図である。様々な実施形態に従って、各タイムラインは対応するスーパーフレーム（図示せず）の１ビーコン期間を示す。

各タイムライン４１０乃至４３０は、ビーコン送信プロセスに関連する一定期間をあらわす、ビーコン期間内の一連の連続ブロック又はタイムスロットを含む。例えば、タイムライン４１０は、ワイヤレスデバイス２１０のアンテナセクタＡ乃至Ｄに対応する４つのビーコンスロット、スロットＡ乃至Ｄを持つビーコン期間を示す。網掛けビーコンスロットは、プライマリビーコンがアクティブに送信されるプライマリビーコンスロットを示す。破線で示されるビーコンスロットＡ乃至Ｄは、ワイヤレスデバイス２１０の対応するプライマリビーコンにおいて特定される、対応するセクタに対するセカンダリ／応答ビーコンスロットをあらわす。プライマリ及びセカンダリビーコンスロットの配置は、例えば上述のＲｉｃｈａｒｄ Ｃｈｅｎ及びＣｈｕｎ‐Ｔｉｎｇ Ｃｈｏｕによる"Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｅｎａｂｌｉｎｇ Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ ｏｆ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｄｅｖｉｃｅｓ"と題する米国仮出願に記載されているように異なってもよく、この内容は本明細書に引用により組み込まれる。しかしながら実施形態はこの開示に限定されない。同様に、タイムライン４３０はワイヤレスデバイス２３０のアンテナセクタＡ乃至Ｄに対応するプライマリ及びセカンダリビーコンスロットＡ乃至Ｄを持つビーコン期間を示す。タイムライン４２０はワイヤレスデバイス２２０がワイヤレスデバイス２１０及び２３０の各々に応答ビーコンを送信する個別ビーコンスロットを示す。

タイムスロットは、実施形態の精神と範囲から逸脱することなく、サイズが異なってもよい。例えば、スーパーフレームあたりのスロットの数及び／又は各タイムスロットの時間の長さは、任意の特定の状況に特有の利益をもたらすように、又は様々な設計要件を満たすように構成され得る。また、アンテナ指向性とビーコン期間は、ワイヤレスデバイス２１０，２２０及び２３０の間で前もって協調されておらず、又は他の方法で同期されていない。

下向きの破線矢印は、プライマリワイヤレスデバイス２１０及び２３０によってセカンダリワイヤレスデバイス２２０に送信されるプライマリビーコンを示す。上向きの破線矢印は第二ワイヤレスデバイス２２０によってプライマリワイヤレスデバイス２１０及び２３０に送信される応答セカンダリビーコンを示す。図２に関して上述した通り、ワイヤレスデバイス２１０は、ワイヤレスデバイスの相対位置のために、アンテナセクタＡにおいてワイヤレスデバイス２２０と通信することしかできない。従って、破線矢印はワイヤレスデバイス２１０がタイムライン４１０のセクタＡのみにおいてプライマリビーコンを送信しセカンダリビーコンを受信することを示す。同様に、ワイヤレスデバイス２３０はワイヤレスデバイスの相対位置のためにアンテナセクタＣにおいてワイヤレスデバイス２２０と通信することしかできない。従って、破線矢印はワイヤレスデバイス２３０がタイムライン４３０のセクタＣのみにおいてプライマリビーコンを送信しセカンダリビーコンを受信することを示す。

ワイヤレスデバイス２１０，２２０及び２３０は同期されていないので、ビーコンを交換するための期間が重複するかどうかはわからない。例えば図４Ａは、ワイヤレスデバイス２１０（タイムライン４１０）及びワイヤレスデバイス２３０（タイムライン４３０）によって送信されるプライマリビーコンが互いに干渉せず、ワイヤレスデバイス２２０（タイムライン４２０）によって送信される各セカンダリビーコンと干渉しないようにタイミングがうまくいくシナリオを図示する。言い換えれば、ワイヤレスデバイス２１０がプライマリ及びセカンダリビーコンをそのアンテナセクタＡにおいて送信／受信する時間は、ワイヤレスデバイス２３０がプライマリ及びセカンダリビーコンをそのアンテナセクタＣにおいて送信／受信する時間と重複しない。従って、ワイヤレスデバイス２２０はそのタイミングを調整する必要がない。

対照的に、図４Ｂはプライマリビーコンを送信するタイミングとセカンダリビーコンを受信するタイミングが完全に重複するシナリオを図示する。言い換えれば、ワイヤレスデバイス２１０がプライマリ及びセカンダリビーコンをそのアンテナセクタＡにおいて送信／受信する時間は、ワイヤレスデバイス２３０がプライマリ及びセカンダリビーコンをそのアンテナセクタＣにおいて送信／受信する時間と同じである。同様に、図４Ｃはプライマリビーコンを送信するタイミングとセカンダリビーコンを受信するタイミングが部分的に重複するシナリオを図示する。言い換えれば、ワイヤレスデバイス２１０がセカンダリビーコンをそのアンテナセクタＡにおいて受信する時間は、ワイヤレスデバイス２３０がプライマリビーコンをそのアンテナセクタＣにおいて送信する時間と同じである。従って、図４Ｂ及び図４Ｃのシナリオに応じて、セカンダリワイヤレスデバイス２２０は、下記で論じるように、ワイヤレスデバイス２３０が発見されワイヤレスデバイス２１０及び２２０へ結合された後に、ネットワーク２００上での通信を維持し、分割を防ぐために、プライマリワイヤレスデバイス間を協調させなければならない。

図５は、一実施形態に従って、指向性アンテナを使用して隠れノードを発見しビーコンの送受信を協調させるためのプロセスを示すフロー図である。図５のプロセスステップは、部分的に図４Ａ乃至図４Ｃのタイムライン４１０乃至４３０を参照して論じられる。

ステップＳ５１０において、ワイヤレスデバイス２２０は例えば電源を入れることによってネットワーク２００に入る。ワイヤレスデバイス２１０は既に作動しており、その対応するアンテナセクタＡ乃至Ｄの各々において（例えば図４Ａの）スロットＡ乃至Ｄにおいてプライマリビーコンを送信しているものとする。ワイヤレスデバイス２２０は、ステップＳ５１２において対応するビーコン期間スロットにおけるプライマリビーコンを聞いてそのセクタＡ乃至Ｄの全てをスキャンする。プライマリワイヤレスデバイス２１０によって送信される各ビーコンは、受信しているセカンダリワイヤレスデバイスが応答セカンダリビーコンを送信すべきビーコンスロットの数、位置及び／又は対応するセクタ番号などの情報を含む。一実施形態において、プライマリビーコンとセカンダリビーコンの交換は、Ｒｉｃｈａｒｄ Ｃｈｅｎ及びＣｈｕｎ‐Ｔｉｎｇ Ｃｈｏｕによる"Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｅｎａｂｌｉｎｇ Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ ｏｆ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｄｅｖｉｃｅｓ"と題する米国仮出願に従って実現されてもよく、この内容は本明細書に引用により組み込まれる。

ワイヤレスデバイス２２０がプライマリビーコンを受信しない時は（ステップＳ５１４：いいえ）、ステップＳ５１２を繰り返して全アンテナセクタをスキャンし続ける。ワイヤレスデバイス２２０がプライマリビーコンを検出する時は（ステップＳ５１４：はい）、ステップＳ５１６において応答セカンダリビーコンを送信する。セカンダリビーコンはワイヤレスデバイス２１０の方へ向けられたワイヤレスデバイス２２０のアンテナセクタ（例えばセクタＣ）において送信される。こうしてワイヤレスデバイス２２０はワイヤレスデバイス２１０を結合し、ワイヤレスデバイス２１０と２２０はステップＳ５１８においてビーコンを交換し続け、２つのデバイス間の通信セッションを維持する。

ステップＳ５２０において、ワイヤレスデバイス２２０は、ワイヤレスデバイス２１０からプライマリビーコンを受信するステップ及び／又はワイヤレスデバイス２１０へセカンダリビーコンを送信するステップをスキップする。これは、ワイヤレスデバイス２２０がステップＳ５２２においてそのアンテナセクタの全てをスキャンし、ワイヤレスデバイス２３０からのプライマリビーコンなどの他のビーコンを聞くことを可能にする。ワイヤレスデバイス２２０がビーコンの受信／送信をスキップするタイミングは異なり得る。ワイヤレスデバイスは、例えば所定のスケジュールに従って設定された規則的又は周期的間隔でビーコンの受信／送信をスキップしてもよく、又はワイヤレスデバイスは不規則に又はランダムにビーコンの受信／送信をスキップしてもよい。例えば、ワイヤレスデバイス２２０は他のアンテナセクタをスキャンするために１つおきにビーコンの受信をスキップし得る（従って１つおきに応答ビーコンを送信する）。あるいは、ワイヤレスデバイス２２０は、ワイヤレスデバイス２２０がどのくらいの頻度で他のワイヤレスデバイスをチェックすることが望ましいかによって、何回に１回の割合のビーコン（例えば２回に１回、３回に１回、５０回に１回のビーコンなど）の受信をスキップしてもよい。また、ワイヤレスデバイス２２０がビーコンの受信／送信をスキップするタイミングは、結合されるプライマリワイヤレスデバイスの数によって異なり得る。例えば、ワイヤレスデバイス２２０が既に２つのプライマリワイヤレスデバイスと関連している場合は、ステップＳ５２においてそのアンテナセクタをスキャンするために両方のプライマリワイヤレスデバイスについてビーコンの受信／送信を周期的にスキップしなければならない。これはワイヤレスデバイス２２０が両方のプライマリワイヤレスデバイスとビーコンを交換する頻度を少なくさせることになり得る。

ステップＳ５２４において、ワイヤレスデバイス２２０は新たなビーコン（例えばワイヤレスデバイス２１０以外のワイヤレスデバイスからのビーコン）を受信したかどうかを判定する。新たなビーコンを受信していない時は（Ｓ５２４：いいえ）、ワイヤレスデバイス２２０はステップＳ５１８に戻り、ステップＳ５１８においてワイヤレスデバイス２１０とビーコンを交換し続け、ステップＳ５２０においてビーコンの交換を周期的に又はランダムにスキップする。ワイヤレスデバイス２２０が新たなビーコン（例えばワイヤレスデバイス２３０からのプライマリビーコン）を受信する時は（ステップＳ５２４：はい）、ステップＳ５２６において、新たなビーコンが受信されたアンテナセクタにおいて応答ビーコンを送信する。

この点において、ワイヤレスデバイス２２０は、新たなビーコンのタイミングと、このビーコンに含まれる情報とに基づいて、ワイヤレスデバイス２３０との通信に関する情報を学習する。従ってワイヤレスデバイス２２０はワイヤレスデバイス２３０とビーコンを交換しなければならないスケジュールがわかる。ステップＳ５２８において、ワイヤレスデバイス２２０はこのスケジュールをワイヤレスデバイス２１０とのビーコン交換の元のスケジュールと比較し、これらのスケジュールが競合するかどうかを判定する。例えば、図４Ｂ及び図４Ｃはビーコンの受信／送信スケジュールが競合するシナリオを図示する。上述の通り、図４Ｂは、ワイヤレスデバイス２２０が同じ期間にワイヤレスデバイス２１０及び２３０の両方からビーコンを受信し、両方に応答ビーコンを送信しなければならないことを示し、図４Ｃは、ワイヤレスデバイス２２０がワイヤレスデバイス２３０からビーコンを受信するのと同じ期間にワイヤレスデバイス２１０へ応答ビーコンを送信しなければならないことを示す。これらのシナリオは、例えばワイヤレスデバイス２２０が異なるデバイスから同時にビーコンを受信／送信しなければならないだけでなく、その指向性アンテナを異なる方向へ向けなければならないため、競合を生じる。

従ってワイヤレスデバイス２２０は、ビーコン交換の間に競合があると判定する時（ステップＳ５２８：はい）、ステップＳ５３２においてワイヤレスデバイス２１０及びワイヤレスデバイス２３０とのビーコン交換を交互に行い始める。例えば、図４Ｂに図示された例示的シナリオにおいて、ワイヤレスデバイス２２０はワイヤレスデバイス２３０からプライマリビーコンを受信（及びこれに応答）するためにワイヤレスデバイス２１０からプライマリビーコンを受信するステップをスキップし、ワイヤレスデバイス２２０はワイヤレスデバイス２１０からプライマリビーコンを受信（及びこれに応答）するためにワイヤレスデバイス２３０からプライマリビーコンを受信するステップをスキップする。図４Ｃに図示された例示的シナリオにおいて、ワイヤレスデバイス２２０はワイヤレスデバイス２３０からプライマリビーコンを受信（及びこれに応答）するためにワイヤレスデバイス２１０へ応答ビーコンを送信するステップをスキップする。

（例えば競合するタイミングを避けるため及び／又はアンテナセクタを周期的にスキャンするために）ビーコン送信／受信をスキップすることは、典型的には調節可能である、ワイヤレスネットワーク２００に対して設定される所定のタイムフレーム内で成功したビーコン交換が達成される限り、ワイヤレスデバイス間の通信セッションに影響を与えない。競合がない時は（ステップＳ５２８：いいえ）、ワイヤレスデバイス２２０はステップＳ５３０において、ワイヤレスデバイス２１０及び２３０の両方と、これらのデバイス間で交互に行うことなくビーコンを交換する。

通信セッションが継続する限り（ステップＳ５４０：いいえ）、ワイヤレスデバイス２２０はステップＳ５２０へ戻り、新たなビーコンが検出されれば追加のワイヤレスデバイスを加えながら、全ての関連するプライマリワイヤレスデバイス（例えばワイヤレスデバイス２１０及び２３０）とのビーコン交換を規則的に又はランダムにスキップし続ける。このプロセスは通信セッションが終了する時（ステップＳ５４０：はい）に終了する。様々な実施形態において、ワイヤレスデバイス２２０は他の基準に基づいて追加のビーコンをスキャンするステップを停止し得る。例えばワイヤレスデバイス２２０は、所定の数のワイヤレスデバイス（例えば４つのワイヤレスデバイス又は各アンテナセクタにおいて１つ）と結合するとセクタスキャンを中断するようにプログラムされ得る。

例示的な実施形態によれば、代表的なワイヤレスデバイス２１０，２２０及び２３０など、隣接するワイヤレスデバイスは、例えば情報を交換すること及び／又はアンテナを向けることを目的として、タイムスケジュールを同期させることなく、互いを発見しｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓすることができる。従って、近接しているワイヤレスデバイスは、トポロジにかかわらず、良好に接続され、ネットワークは分割されないであろう。このアプローチは、例えば指向性アンテナを使用するデバイスが互いの位置を見つけるのを助けるために適用されることができる。実施例は本明細書において例示を目的として提供され、本明細書の教示、又は後に続く請求項の範囲を限定するものと解釈されるものではない。

好ましい実施形態が本明細書に開示されているが、本発明の概念及び範囲のうちにとどまる多くの変更が可能である。かかる変更は、本明細書、図面、及び請求項の考察後に当業者に明らかとなるであろう。従って本発明は添付の請求項の精神及び範囲内以外に限定されるものではない。

Claims (20)

1. 指向性アンテナシステムを使用してワイヤレスネットワークにおいて隠れワイヤレスデバイスを発見し、前記ワイヤレスネットワークの分割を防ぐ方法であって、
   第一アンテナセクタにある第一ワイヤレスデバイスを、前記第一ワイヤレスデバイスから受信される初期第一ビーコンに応答して結合するステップと、
   対応する複数の第一ビーコン期間中に、前記結合された第一ワイヤレスデバイスから複数の第一ビーコンを受信するステップと、
   前記第一ワイヤレスデバイスと結合したまま、前記複数の第一ビーコン期間のうちの少なくとも１つの第一ビーコン期間中に少なくとも第二アンテナセクタをスキャンして、前記第二アンテナセクタにおいて第二ワイヤレスデバイスから第二ビーコンを聞くステップとを有し、
   少なくとも前記第二アンテナセクタをスキャンする間は前記第一ビーコンが受信されない、方法。
2. 前記受信された第一ビーコンに応答して、前記結合された第一ワイヤレスデバイスへ複数の第一応答ビーコンを送信するステップをさらに有し、
   少なくとも前記第二アンテナセクタをスキャンする間は前記第一応答ビーコンが送信されない、請求項１に記載の方法。
3. 前記第二アンテナセクタをスキャンする間に前記第二ワイヤレスデバイスから初期第二ビーコンを受信するステップと、
   前記初期第二ビーコンに応答して前記第二ワイヤレスデバイスを結合するステップと、
   対応する複数の第二ビーコン期間中に、前記結合された第二ワイヤレスデバイスから複数の第二ビーコンを受信し、前記複数の第一ビーコンの少なくとも一部を受信し続けるステップとをさらに有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記第一ビーコン期間が前記第二ビーコン期間と異なる時間に起こる時、
   前記第一ビーコンと前記第二ビーコンの各々を受信するステップをさらに有する、請求項３に記載の方法。
5. 前記第一ビーコン期間が前記第二ビーコン期間と同時に起こる時、
   前記第一ビーコンを受信するステップと前記第二ビーコンを受信するステップを交互に行うステップをさらに有する、請求項３に記載の方法。
6. 前記受信された第二ビーコンに応答して、前記結合された第二ワイヤレスデバイスへ複数の第二応答ビーコンを送信するステップをさらに有する、請求項３に記載の方法。
7. 前記第一応答ビーコンを送信するステップが前記第二ビーコン期間と同時に起こる時、
   前記第一応答ビーコンを送信するステップと前記第二ビーコンを受信するステップを交互に行うステップをさらに有する、請求項６に記載の方法。
8. 前記第二応答ビーコンを送信するステップが前記第一ビーコン期間と同時に起こる時、
   前記第二応答ビーコンを送信するステップと前記第一ビーコンを受信するステップを交互に行うステップをさらに有する、請求項６に記載の方法。
9. 前記第一ワイヤレスデバイス及び前記第二ワイヤレスデバイスと結合したまま、前記複数の第一ビーコン期間のうちの１つの第一ビーコン期間、及び前記複数の第二ビーコン期間のうちの１つの第二ビーコン期間の間に、第三プライマリビーコンを聞くために少なくとも第三アンテナセクタをスキャンするステップをさらに有し、
   前記第三アンテナセクタがスキャンされている間は前記第一ビーコンと前記第二ビーコンが受信されない、請求項３に記載の方法。
10. 前記第二アンテナセクタをスキャンするステップが、前記指向性アンテナシステムのビームを掃引するステップを有する、請求項３に記載の方法。
11. ワイヤレスネットワークを通して複数のワイヤレスデバイスと通信するように構成される装置であって、最初に複数のアンテナセクタのうちの第一アンテナセクタにある第一ワイヤレスデバイスと結合され、前記装置は、
    前記複数のアンテナセクタにおいて前記ワイヤレスネットワークを介して通信するように構成される指向性アンテナシステムと、
    対応する複数の第一ビーコン期間中に、前記アンテナシステムを介して、前記結合された第一ワイヤレスデバイスから複数の第一ビーコンを受信するように構成されるトランシーバと、
    前記複数のワイヤレスデバイスからビーコンを聞くために、前記複数の第一ビーコン期間のうちの少なくとも１つの第一ビーコン期間中に、前記複数のアンテナセクタのうちの少なくとも第二アンテナセクタをスキャンするよう、前記アンテナシステムを制御するように構成されるプロセッサとを有し、
    前記指向性アンテナシステムがスキャンしている間は前記第一ビーコンが受信されず、前記装置は前記第一ワイヤレスデバイスと結合したままである、装置。
12. 前記トランシーバが、前記アンテナシステムがスキャンしている間に、前記第二アンテナセクタにある第二ワイヤレスデバイスから初期第二ビーコンを受信し、前記装置が前記第二ワイヤレスデバイスと結合することを可能にし、
    前記トランシーバが、対応する複数の第二ビーコン期間中に、前記結合された第二ワイヤレスデバイスから複数の第二ビーコンを受信し、かつ、前記複数の第一プライマリビーコンの少なくとも一部を受信し続ける、請求項１１に記載の装置。
13. 前記アンテナシステムがアンテナアレイ又はステアラブルアンテナのうちの１つを有する、請求項１２に記載の装置。
14. 前記第一ビーコン期間が前記第二ビーコン期間と異なる時間に起こる時、前記トランシーバが前記第一プライマリビーコンと前記第二プライマリビーコンの各々を受信する、請求項１２に記載の装置。
15. 前記第一ビーコン期間が前記第二ビーコン期間と同時に起こる時、前記トランシーバが前記第一プライマリビーコンを受信するステップと前記第二プライマリビーコンを受信するステップを交互に行う、請求項１２に記載の装置。
16. 前記トランシーバが、前記受信された第一ビーコンに応答して、前記結合された第一ワイヤレスデバイスへ複数の第一応答ビーコンを送信し、前記受信された第二ビーコンに応答して、前記結合された第二ワイヤレスデバイスへ複数の第二応答ビーコンを送信し、
    前記アンテナシステムが前記アンテナセクタをスキャンする間は前記第一応答ビーコンが送信されない、請求項１２に記載の装置。
17. 前記第一応答ビーコンを送信するステップが前記第二ビーコン期間と同時に起こる時、前記トランシーバが前記第一応答ビーコンを送信するステップと前記第二ビーコンを受信するステップを交互に行う、請求項１６に記載の装置。
18. 前記第二応答ビーコンを送信するステップが前記第一ビーコン期間と同時に起こる時、前記トランシーバが前記第二応答ビーコンを送信するステップと前記第一ビーコンを受信するステップを交互に行う、請求項１６に記載の装置。
19. セカンダリワイヤレスデバイスがワイヤレスネットワークを通して複数のプライマリワイヤレスデバイスを発見することを可能にする方法であって、前記セカンダリワイヤレスデバイスと前記プライマリワイヤレスデバイスの起動スケジュールは同期されず、前記方法は、
    第一アンテナセクタにおいて第一プライマリワイヤレスデバイスから第一プライマリビーコンを受信し、これに応答して前記第一プライマリワイヤレスデバイスへ第一セカンダリビーコンを送信するステップと、
    前記第一プライマリワイヤレスデバイスから前記第一プライマリビーコンを受信するステップをスキップするステップと、
    前記第一プライマリビーコンを受信するステップをスキップする間に、他のアンテナセクタをスキャンし、追加のプライマリビーコンを聞くステップと、
    前記アンテナセクタをスキャンする間に第二アンテナセクタにおいて第二プライマリワイヤレスデバイスから初期第二プライマリビーコンを受信し、これに応答して前記第二プライマリワイヤレスデバイスへ初期第二セカンダリビーコンを送信するステップと、
    第一プライマリワイヤレスデバイスから前記第一プライマリビーコンを受信し、これに応答して前記第一プライマリワイヤレスデバイスへ前記第一セカンダリビーコンを送信するステップに加えて、前記第二プライマリワイヤレスデバイスから第二プライマリビーコンを受信し、これに応答して前記第二プライマリワイヤレスデバイスへセカンダリビーコンを送信するステップとを有する、方法。
20. 前記第一プライマリビーコンが第一期間中に受信され、前記第二プライマリビーコンが第二期間中に受信され、
    前記第一期間が前記第二期間と競合する時、前記第一プライマリビーコンを受信するステップと前記第二プライマリビーコンを受信するステップを交互に行うステップをさらに有する、請求項１９に記載の方法。

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