JP5106394B2 - 電力線ネットワークにおけるスケジュールとネットワーク情報の伝達 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２００５年７月２７日出願の米国仮出願第６０／７０２，７１７号からの優先権を主張し、参照のためその全体を本明細書に援用する。以下の米国特許出願もまた、参照のためその全体を本明細書に援用し本出願の一部とする。

本出願と同時に出願された米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿号明細書”＿＿＿＿＿＿＿”、代理人文書第０１２０１４２号、
本出願と同時に出願された米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿号明細書”＿＿＿＿＿＿＿”、代理人文書第０１２０１４３号、
２００５年８月２日出願の米国仮出願第６０／７０５，７２０号”可変伝送特性を有する媒体を含むネットワークにおける通信：Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ ｉｎ ａ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｈａｔ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ａ Ｍｅｄｉｕｍ ｈａｖｉｎｇ Ｖａｒｙｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ”、
２００６年１月２４日出願の米国特許出願第１１／３３９，２９３号”ネットワークにおける時間同期：Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｎｅｔｗｏｒｋ”、
２００６年１月２３日出願の米国特許出願第１１／３３７，９４６号”可変送信特性を有する媒体を含むネットワークにおける通信”、
シャープラボラトリーズオブアメリカインクに譲渡された米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿号”近隣ネットワークとの同期チャンネル共有：Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｈａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”、代理人文書第ＳＬＡ１８９０号、
２００５年７月２７日出願の米国仮出願第６０／７０３，２３６号”近隣ネットワークとの通信路共有方法：Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｈａｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｃｈａｎｎｅｌ ｗｉｔｈ Ｎｅｉｇｈｂｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”、
シャープラボラトリーズオブアメリカインクに委譲された米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿号”要求されたサービスの質を提供する方法”、代理人文書第ＳＬＡ１８９１号、
２００５年７月２７日出願の米国仮出願第６０／７０３，３１７号”要求されたサービスの質を提供する方法：Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ Ｒｅｑｕｅｓｔｅｄ Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ”、
２００６年１月２３日出願の米国特許出願第１１／３３７，９６３号”ネットワークにおける無競合時間割当ての管理：Ｍａｎａｇｉｎｇ Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ−Ｆｒｅｅ Ｔｉｍｅ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ａ Ｎｅｔｗｏｒｋ”。

本発明は、一般的にはイーサネットクラスのネットワーク上の通信、より具体的には電力線ネットワーク上の通信に関する。

ネットワーク化ホームの構想は多くの事業計画を駆り立ててきたが、今日までの製品提供はその夢を実現するためには性能あるいは市場潜在力において余りに限定されたものとなっている。ホームネットワーキングは職場におけるネットワーキングとは異なる。アプリケーションが異なり、トラフィックパターンが異なり、データ搬送のために利用可能な媒体が異なる。ホームネットワーキングユーザがコンピュータ間でファイルを転送することや、プリンタなどの周辺装置を共用することを望むことは確実である。彼らは複数の装置間でインターネット接続を共有することができるように広帯域アクセスに対するゲートウエイを望む。ユーザは、また、ボイスオーバーＩＰ（ＶｏＩＰ）、娯楽用のストリーム媒体とマルチプレーヤーネットワークゲームへの対応などの他のサービスを望む。

一部の新しい住宅ではイーサネットに好適なケーブルにより配線されるが、大部分はそうではない。したがって、ホームネットワーク物理媒体に対する選択肢が電話配線、無線、電力線に限定された場合、様々な属性が存在する。

最近、無線ネットワーキングと、その関連構成部品が急速に増えている。しかしながら、無線通信は、限られた範囲と、全世界より狭い通信可能範囲に悩まされる。すなわち家庭の一部の領域は他の領域と通信を行うことができない。これらの課題は、鉄骨やレンガ壁を使用するものなど、あるタイプの構造では特に顕著であり、結果的に信号伝播は悪化する。これらの課題に対する解決策は高価で複雑であり、平均的な住宅所有者では取得不可能なある技術的専門性を必要とする。

当初、電話回線ネットワーキングが解決策であるように思われたが、多くの世帯は、予測し得るホームネットワーキングの恩恵を享受するのに好都合な場所で電話ジャックが不足している。例えば、一部の古い住宅は、台所および他の生活領域（例えば居間、ファミリールームなど）での使用のために台所に設置された一つの電話ジャックのみを有するかもしれない。したがって、離れた装置までネットワーク接続を提供することは不便であるかまたは取り散らかしたものとなり得る。この状況は発展途上国では特に不利である。一方、電源プラグは家庭内のほとんどすべての部屋に設置され、一部の家庭は、あらゆる部屋のあらゆる壁に設置された複数の電源コンセントを有する。電力線は、通信用にはこれら３つのうち最も困難な媒体に見えるが、２つの魅力的な属性を実に有する。第１に、電話線と同様に、ＲＦ変換ハードウェアを必要としなく、したがってコストは無線による問題解決法と比較して低くなり得る。しかし、より重要なのは、電源コンセントは、家庭においてある人がネットワーク装置を使用したいと思うであろうほとんどどこにでも存在することである。

電力線媒体は通信にとって厳しい環境である。例えば、家庭内の任意の２つのコンセント間の通信路は、多数の未終端スタブと、変化するインピーダンスの終端負荷を有するスタブとを備えた非常に複雑な伝送路網の伝達関数を有する。このようなネットワークは周波数に応じて大きく変化する振幅と位相特性を有する。送信信号は、ある周波数では比較的小さな損失でもって受信機に到達し、他の周波数ではノイズレベル以下で駆動されることがある。さらに悪いことには、伝達関数は時間とともに変化することがある。これは、住宅所有者が電力線に新しい装置を接続したために、あるいはネットワークに接続された装置のいくつかが時変インピーダンスを有する場合に起こり得る。この結果、コンセントペア間の通信路の伝達関数は広範囲にわたり変化し得る。ある場合には広範囲の帯域幅が高品質送信に好適であり得るし、他の場合にはデータを搬送するためには通信路の容量が制限されることがある。

任意のタイミングで複数のネットワーク化装置が電力線媒体上で通信を行う可能性がある場合、ネットワーク化装置の管理と調整に関わる課題は、ネットワーク化装置間の干渉およびネットワーク資源の調整と共有に関する問題を引き起こす。したがって、効果的に効率的にこのような問題に対処できる通信方式と調整方式が当該技術領域では求められている。

本発明は、電力線ネットワークにおいてスケジュールとネットワーク情報を伝達するための方法とシステムに向けられる。より具体的には、本発明は、電力線ネットワークにおける最適な資源活用を実現するためにすべてのネットワーク化装置の送信を同期させるとともにスケジュール情報と基本ネットワークパラメーターをすべてのネットワーク化装置に伝達する方法とシステムを提供する。

本発明の一側面では、電力線ネットワークは、各ステーションの送信を調整するためのセントラルコーディネータを含む多数のステーションを含む。セントラルコーディネータはシステムクロックとネットワークタイマを含む。セントラルコーディネータは多数のネットワークタイマ値を送信するように構成可能である。ネットワークタイマ値のそれぞれは例えば３２ビットを有してよい。ネットワークタイマ値のそれぞれは、セントラルコーディネータにより多数のビーコンの一つで送信することができる。ビーコンのそれぞれは、多数の電力線ネットワークパラメーターを含むフレーム制御を含むことができる。その他のステーションのそれぞれは、システムクロックとローカルクロック間の周波数誤差とネットワークタイマとローカルタイマ間のオフセットとを推定するために、ネットワークタイマ値および当該数のローカルタイマ値を利用するように構成可能である。

ネットワークタイマ（ＣＣｏで維持される）とローカルタイマ（非ＣＣｏステーションで維持される）は、システムクロック（すなわちＣＣｏのクロック）とローカルクロックによりそれぞれ制御される。他の（すなわち非ＣＣｏ）ステーションのそれぞれは、さらに、ローカルタイマをネットワークタイマに同期させるために周波数誤差とオフセットを利用するように構成可能である。他のステーションのそれぞれは、さらに、周波数誤差とオフセットを利用してローカルクロックを調節し同期信号処理を行うように構成可能である。セントラルコーディネータは、さらに、リソース割当てを含むスケジュールを他のステーションのそれぞれに送信するように構成可能である。

本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付図面の精査後、当業者には容易に明らかになるであろう。

本発明の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付図面の精査後、当業者には容易に明らかになるであろう。

本発明は特定の実施形態に関して説明されるが、添付の特許請求範囲により定義される本発明の原理は、ここに記載の本発明の具体的に説明される実施形態を越えて適用され得ることは明白である。また、本発明の説明では、本発明の独創的な側面が不明瞭にならないように一部詳細は省略される。省略された詳細は当業者の知識の範囲内である。

本出願における添付図面およびそれらに伴う詳細な説明は、本発明の単なる例示的な実施形態に向けられる。簡潔性を保つために、本発明の原理を用いる本発明の他の実施形態は本出願では具体的に説明されず、また本添付図面により具体的に例示されない。特に明記しない限り、添付図面中の同様なまたは対応する素子は同様なまたは対応する参照符号により表され得るということに留意されたい。

図１に、本出願の一実施形態による、ＨＰＡＶ（ＨｏｍｅＰｌｕｇオーディオビデオ）システム１００の概要を例示する。図示のように、ＨＰＡＶシステム１００は、ＰＨＹ（物理）層１１０、ＭＡＣ（媒体アクセス制御）層１２０およびコンバージェンス層１３０を含む。ＨＰＡＶシステム１００が送信モードの場合、ＰＨＹ層１１０は、エラー制御訂正、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重方式）シンボルへのマッピングおよび時間領域波形の生成を行ない、ＭＡＣ層１２０は、正しい送信位置を確定し、当該通信路上の送信のためにデータフレームを固定長エンティティにフォーマット化し、自動再送要求（ＡＲＱ）によりタイムリーかつエラーのない配信を保証し、コンバージェンス層１３０はブリッジング機能、トラフィックを各接続に分類する機能、データ配信平滑化機能を実行する。逆に、ＨＰＡＶシステム１００が受信モードの場合、ＰＨＹ層１１０、ＭＡＣ層１２０およびコンバージェンス層１３０は、当該機能を逆方向に実行する。

ＨＰＡＶシステム１００は、周波数選択性通信路の存在下での特有な適応性、狭帯域干渉に対する柔軟性およびインパルス性雑音に対する頑強性の理由からＯＦＤＭ変調技術を利用する。ＯＦＤＭシンボルの時間領域パルス整形を使用することにより、深い周波数ノッチを送信ノッチフィルタの追加要件なしに実現することができる。ＨＰＡＶシステム１００は、１．８０ＭＨｚ〜３０．００ＭＨｚの範囲で１１５５個のキャリアを使用する。

図２Ａに、図１におけるＨＰＡＶシステム１００の例示的なオーディオビデオ論理ネットワーク（ＡＶＬＮ）を例示する。ＡＶＬＮは、同じネットワークメンバーシップキー（ＮＭＫ）を有する一組のステーションまたは装置を含む。本出願では一般的に”電力線ネットワーク”とも呼ばれるＡＶＬＮにおいて、ステーションまたは装置の一つは、各接続の良好なＱｏＳだけでなく全体ネットワークの最大スループットも実現するために、ネットワーク内のすべてのステーションの送信を調整する責任を負うセントラルコーディネータ（ＣＣｏ）装置となる。ＣＣｏは、また、ネットワークに加わりたいステーションを認証し、暗号鍵を管理し、近隣ネットワークとの資源の共有を調整する責任を負う。ＣＣｏはあらかじめそのように構成されてもよいし、あるいは指定の選択手順を通して自動的に選択されてもよい。但し、ＡＶＬＮにおける一つのステーションのみが、ある時にセントラルコーディネータ（ＣＣｏ）として機能することができる。ＡＶＬＮ（すなわち電力線ネットワーク）におけるステーションは電力線（すなわちＡＣライン）を介して通信を行うことができるということに留意されたい。

図２Ａに示すように、ＡＶＬＮ２０２はステーションＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＣＣｏ１を含む。所与のステーションの物理的なネットワーク（ＰｈｙＮｅｔ）は、当該ステーションと物理的に通信を行うことができる一組のステーションである（少なくともフレーム制御（ＦＣ）およびＲＯＢＯ（頑強：Ｒｏｂｕｓｔ）モードのレベルにおいて）。ＰｈｙＮｅｔは所与のステーションに相対的であり、物理的にすぐ近くのステーション群のＰｈｙＮｅｔ群が別個のものとなることは可能である。本出願において、図２Ａにおける二重矢印線２０４などの二重矢印線は、ステーションＡとＣＣｏ１のような２つのステーションがＰＨＹレベル上で通信を行う能力を表すことに留意されたい。図２Ａは、また、すべてステーションが互いに通信を行うことができることを示す。従って表１に示すようにすべてのステーションのＰｈｙＮｅｔは同じ一組｛Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＣＣｏ１｝である。ＡＶＬＮに属する２つのステーションは、それらが互いのＰｈｙＮｅｔに属する場合、互いに通信を行うことができる。図２Ａは、さらに、ＡＶＬＮ２０２がＡＶＬＮ２０２内の各ステーションのＰｈｙＮｅｔと一致することを示す。

図２Ｂに、図１におけるＨＰＡＶシステム１００に対する２つの例示的なＡＶＬＮを例示する。図２Ｂに示すように、ＡＶＬＮ２１０はステーションＡ、ＢおよびＣＣｏ１を含み、ＡＶＬＮ２１２はＣＣｏ２およびステーションＣ、Ｄを含む。図２Ｂにおける各ステーションのＰｈｙＮｅｔを表１に示す。

図２Ｃに、図１におけるＨＰＡＶシステム１００の例示的なＡＶＬＮを例示する。図２Ｃに示すように、ＡＶＬＮ２２０はＣＣｏ１およびステーションＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを含む。図２Ｃにおける各ステーションのＰｈｙＮｅｔを表１に示す。

図３に、図１のＨＰＡＶシステム１００の例示的なＨＰＡＶ送受信機のブロック図を示す。ＨＰＡＶ送受信機３００は、ＯＦＤＭ変調を使用する送信機側３１０と、受信機側３６０を含む。送信機側３１０では、ＰＨＹ層（例えば図１のＰＨＹ層１１０）はＭＡＣ層（例えばＭＡＣ層１２０）からの入力を受信する。１．０．１ＦＣ符号器３２０、ＡＶ ＦＣ符号器３３０、ＡＶペイロードデータ符号器３４０によりそれぞれ処理されるＨｏｍｅＰｌｕｇ１．０．１フレーム制御（ＦＣ）データ３１２、ＨｏｍｅＰｌｕｇＡＶフレーム制御データ３１４、ＨｏｍｅＰｌｕｇＡＶペイロードデータ３１６に対する様々な符号化のための３つの個別の処理チェーンを図３に示す。３つの符号器の出力は、マッパー（ｍａｐｐｅｒ）３５０、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）プロセッサ３５２、サイクリック・プレフィックス挿入、シンボルウィンドウ並びにオーバーラップブロック３５４、プリアンブル挿入３５６を含む共通のＯＦＤＭ変調構成に入り、最終的に、電力線媒体３９０に結合するアナログフロントエンド（ＡＦＥ）モジュール３５８に送り込まれる。

受信機側３６０では、ＡＦＥ３６５は自動利得制御装置（ＡＧＣ）３６８と時間同期モジュール３７０と共に動作し、個別のフレーム制御回路とペイロードデータ再生回路に信号を送り込む。フレーム制御データは、ＨｏｍｅＰｌｕｇ１．０．１デリミッタ用の３８４点ＦＦＴ３７２とＨｏｍｅＰｌｕｇＡＶ用の３０７２点ＦＦＴ３７４とを介し、さらにそれぞれのＨｏｍｅＰｌｕｇ１．０．１とＨｏｍｅＰｌｕｇＡＶモード用の個別のフレーム制御復号器３８０、３８２を介し、受信サンプルストリームを処理することとにより再生される。ＨｏｍｅＰｌｕｇＡＶフォーマット化シンボルのみを含む、サンプリングされた時間領域波形のペイロード部分は、ＡＶペイロードデータを再生するために、３０７２点ＦＦＴ３７４と復調器３７５を介し、さらにＡＶペイロードデータ復号器３８４の逆インターリーバ３８５、ターボ畳み込み復号器３８６、逆スクランブラ３８７を介し処理される。

本発明では、ネットワークのＣＣｏ（例えば図２ＡのＡＶＬＮ２０２のＣＣｏ１）は、ネットワークＩＤ、調整のために使用する近隣ネットワークの数、現在の送信のスケジュール（例えば、どのステーションをいつ送信させるか）およびネットワークのモード（例えばそれがＨＰＡＶモードかＨＰＡＶハイブリッドモードか）などのシステム全体の情報を含むビーコンと呼ばれる特別の信号を送信する。ビーコンは、また、例えば資源を要求する特定のステーション、ネットワークに加わることを要求する特定のステーション、あるいは暗号鍵が提供される特定のステーションからのメッセージに対する応答を含むことができる。図４に関して以下に検討されるように、ビーコンは電力周期の特定の位相に結びついた一定の間隔でＣＣｏにより送信される。ビーコンは、ビーコンの確実な受信のために他のステーションにより使用されるいわゆるＲＯＢＯ（頑強）モードで送信される。このモードでは、各ステーションは当該ＣＣｏから当該ステーションまでとは異なる通信路特性を経験する。ＲＯＢＯモードでは、変調は通信路の特性に依存しなく、頑強性は、低速度符号化、低密度変調、ペイロードの繰り返しおよびインターリーブにより実現される。

各ＨＰＡＶステーション（例えば、図２ＡのステーションＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）は、通信路を監視しＨＰ１．０装置が存在するかどうかを確認する。ステーションがＨＰ１．０装置の存在を検知すると、ＣＣｏ（例えば図２ＡのＣＣｏ１）に通知し、次にＣＣｏはネットワーク（例えば図２ＡのＡＶＬＮ２０２）をＨＰＡＶハイブリッドモードに切り替える。ハイブリッドモード動作では、ＨＰＡＶネットワークは、ビーコン期間のＣＳＭＡ／ＣＡ領域のみで送信するようにＨＰ１．０ステーションをうまく扱うことにより、ＨＰ１．０ステーションからの干渉を回避する。こうして、ＨＰＡＶステーションとＨＰ１．０ステーションは同一媒体上に共存することができ、一方ＨＰＡＶステーションは当該期間の無競合部分におけるスケジューリング化送信のすべての利点を維持する。

図４に、本発明の一実施形態による、例示的な電力線周期に同期した例示的なビーコン期間を示す。図４に示すように、ビーコン期間４０２（すなわち２つの連続するビーコン送信間の時間）は、実質的に電力線周期４０４の２期間に等しい。例えば、６０Ｈｚの電力線周波数（すなわち６０Ｈｚシステム）では、公称ビーコン期間は３３．３３ミリ秒（ｍｓ）に等しい。例えば、５０Ｈｚの電力線周波数（すなわち５０Ｈｚシステム）では、公称ビーコン期間４０２は４０ｍｓに等しい。一実施形態では、ビーコン期間４０２は電力線周期４０４の２期間に正確に等しいかもしれない。図４にさらに示すように、ビーコン期間４０２の開始は、電力線周期の開始から固定期間分だけオフセットが与えられてもよい。

また図４に示すように、ビーコン期間４０２はビーコン領域４０６、ＣＳＭＡ（搬送波検知多重アクセス方式）領域４０８、予約領域４１０を含む。ビーコン領域４０６はＣＣｏにより生成されたビーコンを含む。ビーコンはプリアンブル、フレーム制御、ビーコンペイロードを含むことができる。ＣＣｏは、ビーコンがＣＣｏのローカルクロック周波数とは無関係に電力線周期に同期され続けることを保証する。

ビーコン期間４０２内の割当てを記載する情報は、一つまたは複数のビーコンエントリーを使用することによりビーコンペイロードでブロードキャストされる。ビーコン領域４０６は、また、ＣＳＭＡ領域４０８と予約領域４１０の期間に関する情報を含む。ＣＳＭＡ領域４０８は、ＣＳＭＡ通信路アクセスメカニズムを使用する接続（すなわち送受信ステーション間のセッション）に割当てられる持続性共有ＣＳＭＡ割当て領域（ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ ｓｈａｒｅｄ ＣＳＭＡ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ）４１６を含む。一つのステーションのみが送信する許可を得ているビーコン期間４０２の一部分である予約領域４１０は、さらに、持続性割当て領域（ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ）４１２と非持続性割当て領域（Ｎｏｎ−ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ）４１４に分割される。持続性割当て領域４１２は、ＱｏＳ（サービスの質）を必要とする接続（すなわち送受信ステーション間のセッション）に割当てられる。非持続性割当て領域４１４は以下の一つまたは複数に割当てられる。

（ａ）持続性割当て領域４１２に割当てを有するが、通信路が短期間または長期間劣化したため、あるいは特定のアプリケーションの要件が増加した（例えば、ビデオまたはオーディオの早送り中）ために追加の容量を必要とし得るアクティブ接続。

（ｂ）追加ＣＳＭＡ期間（例えば、ＣＣｏが通常のＣＳＭＡ期間内に上位の競合を感知した場合）。

（ｃ）ＣＣｏを検知または聞くことができない隠れたノード（すなわちステーション）を発見することが目的である発見ビーコン（ｄｉｓｃｏｖｅｒ ｂｅａｃｏｎ）などの特別なシステムニーズ。

持続性割当て領域４１２における割当てと持続性共有ＣＳＭＡ割当て領域４１６における割当ては”持続性スケジュール”により制御され、非持続性割当て領域４１４における割当ては”非持続性スケジュール”により制御される。持続性スケジュールと非持続性スケジュールの両方はビーコン内のブロードキャストメッセージに含まれる。持続性スケジュールは、現在のビーコン周期だけでなく後続の多くのビーコン周期の間有効である。後続のビーコン周期の数はビーコン内に指示される。持続性スケジュールは後続の多くのビーコン周期の間依然として有効であるので、ネットワーク（例えば図２ＡにおけるＡＶＬＮ２０２）内のすべてのステーション（例えば、図２ＡのＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄステーション）がたまにビーコンを受信し損ねたとしても、持続性スケジュールは、すべてのステーションにスケジュールを知らしめることができる。

持続性スケジュールに加えて、システム（例えば図１におけるＨＰＡＶシステム１００）は、次のスケジュールのプレビューを提供するプレビュースケジュールをサポートすることができる。したがって、スケジュール変更が必要な場合、新しいスケジュールが実際に有効になる前にそれを通知することができる。ビーコンは、例えば、カウンタを利用して新しいスケジュールが有効になる前にどれだけのビーコン周期が経過するかを指示することができる。プレビュースケジュールは、また、いくつかのステーションがビーコン受信を失ったとしてもスケジュール情報を失わないようにすることができる。

持続性スケジュールとは対照的に、非持続性スケジュールは通知されたビーコン周期の間のみ有効である。従って、ステーションがある周期内にビーコンを受信しなかった場合、該ステーションは当該周期の間非持続性割当て領域４１４のいかなる部分も絶対に使用できない。一方、ステーションが現在のビーコンを受信すると、該ステーションは、自身が使用する目的であるいはシステム全体のために非持続性割当て領域４１４における任意の割当てを活用することができる（例えば発見ビーコンの形式で）。

持続性スケジュールと非持続性スケジュールは、信頼できない媒体においてスケジュールの信頼性のある配布を好都合に可能するとともに、急速に変化する条件に対する迅速な応答を可能にするかあるいはこのような機能に対する特別の資源割り当てなしに該システム機能の実行を可能にする。

ＣＣｏは、電力線ネットワークのアクティビティを調整し最大の資源活用を保証する際に特別の役割を担う。ＣＣｏは、電力線ネットワークにおける他のステーションとのやり取りの際にビーコンを使用する。様々なネットワーク機能間のビーコンのフォーマット、タイミングおよび共有は、ＨＰＡＶシステム（例えば図１のＨＰＡＶシステム１００）の効率、高信頼性および機能性の重要な側面である。ビーコンはＣＣｏにより送信され、電力線ネットワーク内の他のすべてのステーションにより受信される。ビーコンは電力線周期（例えば図４の電力線周期４０４）に同期される。

多くの干渉する装置は通信路利得および位相や雑音レベルの変化などのじょう乱（電力線周期に同期して当該周期の一部のみを占有する）を引き起こすので、すべてのステーションのすべての送信がビーコンに同期することは電力線通信路において重要である。すべての送信を電力線周期に同期させることにより良好な資源活用が可能になる。この機能は、ビーコン送信の位置という意味では、ビーコン周期（すなわち２つの連続するビーコン送信間の時間間隔）内の送信領域を規定することにより実現される。

すべてのステーションの信号処理クロック（すなわちローカルクロック）がＣＣｏに同期することにより、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重方式）信号のキャリア同士間の通信路間干渉と、受信機側における性能の低下（周波数誤差推定による）とを最小化し、ひいては利用可能リンクの最適な容量の利用を可能にする。一実施形態では、この機能は、ＣＣｏ側で２５ＭＨｚクロックの値（ビーコンではＮＴＢ（ネットワークタイムベース）と称する）を含むことにより、そしてすべてのステーションに、複数のビーコンインスタンスにおけるＮＴＢ値を観測しＮＴＢ値間の差異および対応するのローカル２５ＭＨｚタイマ値（ＬＴｍｒ（ローカルタイマ）と称する）を推定することを要請することにより実行される。

ＬＴｍｒはＮＴＢに追随するように明示的に調節されるか、あるいはＮＴＢとの周波数差が推定され、該周波数差はローカルステーションの動作を補正する際に使用される。例えば、ローカルステーションは、完全に同期した信号処理クロックにより生成されるであろう波形を生成するために、そのローカルクロックで生成したディジタル波形を再度サンプリングするためにこの推定値を使用することができる。

図５に、本発明の一実施形態による、電力線ネットワークにおいてそれぞれのステーションのローカルタイマをＣＣｏのネットワークタイマに同期させる方法を示す例示的なフローチャート５００を示す。当業者には明白な詳細と特徴は図５のフローチャート５００では省略した。例えば、当該技術領域で知られるように、一つのステップは一つまたは複数のサブステップから構成されてもよいし、あるいは特殊な装置を含んでもよい。フローチャート５００に示されたステップ５０２からステップ５０８は本発明の一実施形態を説明するのに十分であるが、本発明の他の実施形態はフローチャート５００に示されるものと異なるステップを利用することができる。

ステップ５０２で開始されると、電力線ネットワーク（例えば図２ＡのＡＶＬＮ２０２）において一群のステーション（例えば、図２ＡのステーションＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の一つのステーションがＣＣｏ（例えばＣＣｏ１）として指定される。ＣＣｏは、例えば、あらかじめそのように構成されることにより、あるいは指定の選択手順を通して自動的に選択されることによりＣＣｏとして指定されてよい。ステップ５０４では、ＣＣｏは、電力線ネットワーク内の他のそれぞれのステーションにネットワークタイマ値を送信する。ＣＣｏにより維持され、ネットワークタイムベース（ＮＴＢ）とも称するネットワークタイマはＣＣｏのシステムクロックにより制御される。例えば、ネットワークタイマは、ＣＣｏのシステムクロックから派生した２５ＭＨｚクロックによりクロックされてよい。例えば、ネットワークタイマは３２ビットのタイマであってよい。各ネットワークタイマ値はＣＣｏによりビーコンで送信され、ビーコン周期（例えば図４のビーコン周期４０２）のビーコン領域（例えば図４のビーコン領域４０６）内に配置される。

ＣＣｏのシステムクロックとネットワークタイマは、電力線ネットワーク内のすべての非ＣＣｏステーションにおける送受信信号を処理しさらにビーコン周期（例えば図４のビーコン周期４０２）内のビーコン位置とスケジュールを通知するために使用されるローカルクロックを補正（すなわち調節）し、ＡＴＳ（着信時間スタンプ）を導出し、ジッタ制御機能を行なうために使用される。ネットワークタイマ値は、ビーコンのフレーム制御内に３２ビットのＢＴＳ（ビーコンタイムスタンプ）として埋め込むことができる。ＢＴＳはＢＴＴ（ビーコントランジットタイム）におけるＮＴＢ（すなわちネットワークタイマ）値であり、ビーコンＰＰＤＵ（ＰＨＹプロトコルデータ単位：ＰＨＹ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ）の最初の非ゼロサンプルが送信機のアナログ出力に現われる時間インスタンスとして定義される。

ステップ５０６では、各非ＣＣｏステーションは、システムクロックとローカルクロック間の周波数誤差を推定するとともにネットワークタイマとローカルタイマ（ローカルクロックにより制御される）間のオフセットを推定するためにネットワークタイマ値および対応するローカルタイマ値を利用する。ビーコンが各非ＣＣｏステーションにより検知されると、非ＣＣｏステーションは、LTmr_n（すなわちビーコンｎに対応するローカルタイマ値）で表されるビーコンｎのＡＶプリアンブル信号の開始を受信したときのローカルタイマの値（例えば３２ビットの値）を格納することができる。受信ビーコンは、BTS_nで表されるビーコンタイムスタンプ（すなわちネットワークタイマ値）を含む。ＣＣｏ（すなわち送信機）と各非ＣＣｏステーション（すなわち受信機）間の伝播遅延は無視することができるが、伝播遅延が分かっていればオフセットの計算中にそれを補正することができるであろう。

クロック周波数誤差とタイマオフセット誤差を推定するために下記式を使用することができる。

FreqError₁=(BTS₁-BTS₀)/(LTmr₁-LTMr₀)-1 (式１)
Offset=BTS₁-LTmr₁ (式２)
FreqError_n=FreqError_n-1+w_f×((BTS_n-BTS_n-1)/(LTmr_n-LTmr_n-1)-1-FreqError_n-1)
ここで、n≧2 (式３)
Offset_n=Offset_n-1+FreqError_n×(LTmr_n-LTmr_n-1)+W₀×((BTS_n-LTmr_n)(Offset_n-1-FreqError_n×(BTS_n-LTmr_n-1)))
ここで、n≧2 (式４)
式３と式４において、w_fとW₀は（１／２）^ｋ形式の重み付け定数であり、ｋは正の整数である。ｋの値が大きいと、プリアンブル検出ジッタなどの要因によりもたらされる各BTS_nとLTmr_nペア間の不確実性をより良好にフィルタリングすることができる。ｋの値が大きいと、周波数誤差の正しい推定値に収束させるのに長い時間かかる。ビーコンを追跡する際、最初のサンプルには小さなｋの値が使用され、そしてｋは最終の値まで増加されることが推奨される。

一旦、FreqError_n（式３）とOffset_n（式４）が正確であることがわかれば、インスタンスｉ（LTmr_i）におけるネットワークタイムベース推定値（NTB_STA_i）とローカルタイマとの間の関係は、次式により決定される。

NTB_STA_i=LTmr_i+Offset_n+FreqError_n×(LTmr_i-LTmr_n) (式５)
LTmr_i=(NTB_STA_i+FreqError_n×LTmr_n-Offset_n)/(1+FreqError_n) （式６）
式５と式６において、Offset_n、FreqError_n、LTmr_nは最も最近受信されたビーコンから計算された値である。

ステップ５０８では、電力線ネットワークの非ＣＣｏステーションのそれぞれは、ローカルタイマをネットワークタイマに同期させるために周波数誤差とオフセットを利用する。ローカルタイマ（例えば３２ビットのタイマであってよい）は、周波数と絶対値がＣＣｏのネットワークタイマに同期される。非ＣＣｏステーションのそれぞれは、送受信信号の同期化処理を実現するために、周波数誤差とオフセットを利用してそれらのローカルクロックを調節することができる。

ネットワークＩＤ、本実施形態の電力線ネットワークが調整しようとする近隣電力線ネットワークの数および電力線ネットワークのモード（すなわち、ＨＰ１．０装置の存在を感知したかどうか、ＨＰ１．０の共存に対応するハイブリッドモードで実行中かどうか）は、ビーコンのフレーム制御内のフィールドである。これらのフィールドは固定されビーコンのあらゆる送信に含まれる。これらのフィールドは電力線ネットワークのすべてのステーションだけでなく近隣電力線ネットワークのＣＣｏにとっても有益である。この特徴により、受信ステーションによるフィールドの速い解析と適切なアクションが可能となる。

スケジュールは、ビーコン領域、ＣＳＭＡ／ＣＡ領域、持続性ＣＦＰ（無競合期間）および非持続性ＣＦＰへの分割などの、ビーコン周期（例えば図４のビーコン周期４０２）の構成を定義する。スケジュールは、ＣＦＰを有する特定領域の特定接続への割当てをさらに定義する。スケジュールは、また、すべてのネットワークステーション全体あるいはその一部にとって有益であろう。スケジュールは、ネットワーク上の現在のトラヒックプロファイルに依存してその長さと複雑性が変化し得るのでブロードキャストメッセージに含まれる。

ネットワークタイミングの定義と電線資源の管理に加え、ＣＣｏは、関連付け、認証、鍵配布の各機能、および近隣電力線ネットワークとの資源の調整を行なう。これらの機能は、ＭＡＣ管理メッセージまたはエントリ（ＭＭＥｓ：ＭＡＣ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｍｅｓｓａｇｅｓ ｏｒ Ｅｎｔｒｉｅｓ）をビーコンペイロード内に含めることにより達成される。ほとんどの場合、これらのメッセージは当該機能に関与する特定のステーションにユニキャストされる。隣接する２つのアパートにおいて各ＨＰＡＶネットワークが設定された場合などのように、相互に通信を行う可能性と能力があるステーションが当該の同じ共同体に属さない場合、近隣電力線ネットワーク（Ｎｅｉｇｈｂｏｒ ｐｏｗｅｒｌｉｎｅ ｎｅｔｗｏｒｋ）が形成される。当該の各共同体は、その所有者のガイダンスのもとに認証プロセス中に形成される。

したがって上に検討したように、本発明は、電力線ネットワークの電力線を介し通信を行うステーションを含むＨＰＡＶシステムを提供する。このシステムではＣＣｏ（セントラルコーディネータ）は、ビーコンで送信されるネットワークタイマ値を各ステーションに送信する。本発明のＨＰＡＶシステムでは、電力線ネットワークの各ステーションは、ＣＣｏのシステムクロックにより制御されるネットワーク時間にそのローカルタイマを同期させるために、ネットワークタイマ値を利用する。結果として、本発明は、ＨＰＡＶシステムにおいてスケジュールとネットワーク情報の効果的かつ効率的な伝達を有利に実現する。

本発明の上記説明から、本発明の範囲から逸脱することなくその概念を実施するための様々な技術を使用することができることは明白である。また、本発明は、特にある実施形態を参照し説明されたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく様式および詳細において変更をなし得ることを当業者は理解するはずである。例えば、本明細書で開示された回路はソフトウェアおよび／またはハードウェアで実施され得るということ、該ソフトウェアは任意の記憶媒体またはメモリに格納されてよいということが企図される。説明された実施形態は、あらゆる点で例示的なものであって限定的ではないと考えるべきである。本発明は、本明細書で説明した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲から逸脱することなく多くの再配置、変更、置換が可能であるということも理解すべきである。

本出願の一実施形態によるＨＰＡＶ（ＨｏｍｅＰｌｕｇオーディオビデオ）システムの概要を例示する。 図１におけるＨＰＡＶシステムの例示的な電力線ネットワーク構成を表す図を例示する。 図１におけるＨＰＡＶシステムの別の例示的な電力線ネットワーク構成を表す図を例示する。 図１におけるＨＰＡＶシステムの別の例示的な電力線ネットワーク構成を表す図を例示する。 図１におけるＨＰＡＶシステム１００の例示的なＨＰＡＶ送受信機を表す図を例示する。 図１におけるＨＰＡＶシステム１００の例示的なビーコン周期の線図を例示する。 本発明の一実施形態による、ローカルタイマをネットワークタイマに同期させるためのフロー図を例示する。

Claims (25)

1. 電力線ネットワークであって、
   複数のステーションのそれぞれの送信を調整するセントラルコーディネータを含む複数のステーションを含み、前記セントラルコーディネータは、システムクロックにより制御されるネットワークタイマを有し、
   前記セントラルコーディネータは、電力線周期の特定の位相に従い一定の間隔で複数のビーコン信号を送信し、前記電力線周期に同期した前記ビーコン信号を維持するように構成可能であり、
   前記ビーコン信号は、前記複数のステーションのうちセントラルコーディネータでないステーションのローカルクロックを調節して、前記複数のステーションが前記電力線周期に同期しかつ現在の送信スケジュールに従った信号を送受信できるようにするために使用されるビーコンタイムスタンプとしてのネットワークタイマ値と前記送信スケジュールを含み、
   前記複数のステーションのその他のそれぞれは、前記システムクロックとローカルクロックとの間の周波数誤差と前記ネットワークタイマとローカルタイマとの間のオフセットを推定するために、前記複数のネットワークタイマ値および対応する複数のローカルタイマ値を利用するように構成可能である、電力線ネットワーク。
2. 前記一定の間隔は、前記セントラルコーディネータにおけるローカルクロックとは独立である、請求項１に記載の電力線ネットワーク。
3. 前記セントラルコーディネータは、前記ビーコンタイムスタンプを発生させるためにシステムクロックにより制御されるネットワークタイマを有し、前記複数のステーションの前記その他のそれぞれは、前記システムクロックとその前記ローカルクロック間の周波数誤差を推定するために、前記複数のビーコンタイムスタンプおよび対応する複数の前記ローカルタイマ値であって前記ローカルクロックにより制御されるローカルタイマからの前記ローカルタイマ値を利用するように構成可能である、請求項１に記載の電力線ネットワーク。
4. 前記複数のステーションのその他のそれぞれは、前記ネットワークタイマとそのローカルタイマ間のオフセットを推定するために、前記複数のビーコンタイムスタンプおよび対応する複数の前記ローカルタイマ値を利用するように構成可能である、請求項３に記載の電力線ネットワーク。
5. 前記複数のステーションの前記その他のそれぞれは、さらに、前記周波数誤差および前記オフセットを利用して前記ローカルクロックを調節し同期信号処理を行うように構成可能である、請求項４に記載の電力線ネットワーク。
6. 前記複数のビーコンタイムスタンプのそれぞれは３２ビットからなる、請求項１に記載の電力線ネットワーク。
7. 前記複数のビーコン信号のそれぞれは、複数の電力線ネットワークパラメーターを含むフレーム制御を含む、請求項１に記載の電力線ネットワーク。
8. 前記セントラルコーディネータは、さらに、リソース割当てを含むスケジュールを前記複数のステーションの前記その他のそれぞれに送信するように構成可能である、請求項１に記載の電力線ネットワーク。
9. 前記送信スケジュールは、前記複数のステーションのどれが送信することを許可されるかおよびいつ許可されるかを指示する、請求項８に記載の電力線ネットワーク。
10. 電力線を介した通信のために複数のステーションの送信を調整する方法であって、
    前記複数のステーションの第一のステーションがセントラルコーディネータとして指定され、前記セントラルコーディネータは、システムクロックにより制御されるネットワークタイマを有し、
    前記方法は、
    前記複数のステーションの第２のステーションにおいて電力線周期の特定の位相に従い一定の間隔で前記セントラルコーディネータから複数のビーコン信号を受信する行程であって、前記ビーコン信号は現在の送信スケジュールとビーコンタイムスタンプとしてのネットワークタイマ値とを含む、前記行程と、
    前記システムクロックとローカルクロックとの間の周波数誤差と前記ネットワークタイマとローカルタイマとの間のオフセットを推定するために、前記第２のステーションが、前記複数のネットワークタイマ値および対応する複数のローカルタイマ値を利用する工程と、を含む方法。
11. 前記一定の間隔は、前記セントラルコーディネータにおけるローカルクロックとは独立である、請求項１０に記載の方法。
12. 前記セントラルコーディネータは、前記ビーコンタイムスタンプを発生させるためにシステムクロックにより制御されるネットワークタイマを有し、前記第２のステーションは、前記システムクロックとその前記ローカルクロック間の周波数誤差を推定するために、前記複数のビーコンタイムスタンプおよび対応する複数の前記ローカルタイマ値であって前記ローカルクロックにより制御されるローカルタイマからの前記ローカルタイマ値を利用するように構成可能である、請求項１０に記載の方法。
13. 前記利用する工程は、前記ネットワークタイマと前記ローカルタイマ間のオフセットを推定するために、少なくとも前記複数のビーコンタイムスタンプおよび対応する複数の前記ローカルタイマ値を利用することを含む、請求項１１記載の方法。
14. さらに、前記周波数誤差および／または前記オフセットを利用して前記ローカルクロックを調節し同期信号処理を行う工程を含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記送信スケジュールは、前記複数のステーションのどれが送信することを許可されるかおよびいつ許可されるかを指示する、請求項１０に記載の方法。
16. 前記複数のビーコンタイムスタンプのそれぞれは３２ビットからなる、請求項１１に記載の方法。
17. システムクロックにより制御されるネットワークタイマを有するセントラルコーディネータと電力線を介して通信を行うための装置であって、
    現在の送信スケジュールとビーコンタイムスタンプとしてのネットワークタイマ値とを受信する受信機であって、それぞれが前記セントラルコーディネータからの複数のビーコン信号の１つの中に電力線周期の特定の位相に従い一定の間隔で存在する、受信機と、
    全ての送信を前記電電力線周期に同期させるために前記ビーコンタイムスタンプを使用する手段と、を具備し、
    前記装置は、前記システムクロックとローカルクロックとの間の周波数誤差と前記ネットワークタイマとローカルタイマとの間のオフセットを推定するために、前記複数のネットワークタイマ値および対応する複数のローカルタイマ値を利用するように構成される、装置。
18. 前記一定の間隔は、前記セントラルコーディネータにおけるローカルクロックとは独立である、請求項１７に記載の装置。
19. 前記セントラルコーディネータは、前記ビーコンタイムスタンプを発生させるためにシステムクロックにより制御されるネットワークタイマを有し、
    前記装置は、前記システムクロックとローカルクロックとの間の周波数誤差を推定するために、前記複数のビーコンタイムスタンプおよび対応する複数のローカルタイマ値であって前記ローカルクロックによって制御されるローカルタイマからの前記ローカルタイマ値を利用するように構成される、請求項１７に記載の装置。
20. 前記ネットワークタイマと前記ローカルタイマとの間のオフセットを推定する推定手段をさらに有する、請求項１９に記載の装置。
21. 前記装置は、前記周波数誤差および前記オフセットを利用して前記ローカルクロックを調節し同期信号処理を行う利用手段をさらに具備する、請求項１９に記載の装置。
22. 前記受信機は、リソース割当てを含むスケジュールを前記セントラルコーディネータから受信する受信手段をさらに有する、請求項１７に記載の装置。
23. 前記スケジュールは、前記複数のステーションのどれが送信することを許可されるかおよびいつ許可されるかを指示する、請求項１７に記載の装置。
24. 前記複数のビーコン信号のそれぞれは、複数の電力線ネットワークパラメーターを含むフレーム制御を含む、請求項１７に記載の装置。
25. 前記複数のビーコンスタンプのそれぞれは３２ビットからなる、請求項１９に記載の装置。

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