JP5628170B2 - ボディエリアネットワークにおける効率的なデータ伝送のための技術 - Google Patents

Description

本願は共に２００８年８月１１日出願の米国仮出願番号６１／０８７，７４７及び米国仮出願番号６１／０８７，７４９の利益を主張する。

本発明は概してボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）などの低電力無線センサネットワークにおいて利用される媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコルに関する。

ボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）は主としてバイタルサインの常時モニタリング及びロギングのために設計される。図1に示される例示的なＢＡＮ１００は、典型的には装着可能であるか又は人体に埋め込まれることができるセンサである複数のノード１２０を含む。ノード１２０は生命にかかわる身体パラメータと運動を観察し、無線媒体を介して互いに通信する。ノード１２０はデータを身体から１つ以上の装置１３０へ送信することができ、ここからデータが、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、セルラーネットワークなどを介して、病院、診療所などへリアルタイムに転送されることができる。

ＢＡＮを設計するための要件は、ノード１２０のエネルギー効率、スケーラビリティ、集積化、干渉軽減、共存、高いサービス品質（ＱｏＳ）、及びセキュリティを含む。効率的なエネルギー消費は、受信装置（すなわちデータを受信する装置）をリッスン状態とスリープ状態の間で最適にデューティサイクルさせることによって達成されることができる。スリープ状態において装置の無線送受信機はオフにされ、それによってエネルギーを節約する。デューティサイクルは、アイドルリスニング、オーバーヒアリング、衝突、及び制御オーバーヘッドの最小化を目的としてＭＡＣプロトコルによって実行される。

ＩＥＥＥ８０２規格委員会は、無線ローカルエリアネットワークのために設計されたＩＥＥＥ８０２．１１、及び無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）のために設計されたＩＥＥＥ８０２．１５．４など、無線ローカル及びパーソナルエリアネットワークのための規格のファミリーを展開してきた。これらのプロトコルのいずれも無線ＢＡＮにとって適切な候補ではない。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格は短距離伝送のためのＭＡＣプロトコルを規定し、これはこのプロトコルがＢＡＮで利用されることを妨げる複数の制約を抱えている。

具体的には、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格ビーコンモードはスター型及びツリー型ネットワークトポロジをサポートする。ネットワークコーディネータはネットワークを構築し、ツリーのルートになる。ツリー内のノードは親子関係を持つ。通常、データは親と子の間で伝送される。ツリー内のリーフノードは通常はビーコンを送信しない。こうした伝送モードは単一点障害のリスクのためにＢＡＮ応用には適さない。

ビーコン装置のアクティブ期間は事前に固定され、ネットワークに属する全ビーコン装置で同じである。これは、オーバープロビジョンと無駄なエネルギー、又はアンダープロビジョンと限られたＱｏＳのいずれかをもたらし得る。ＢＡＮ装置のデューティサイクル要件は装置毎に時々異なるため、ＩＥＥＥ８０２．１５．４の固定デューティサイクルアプローチはＢＡＮには適さない。

加えて、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ビーコンイネーブルモードにおいて、ネットワークコーディネータは限られた数（例えば７）の保証タイムスロットを随意に割り当てることができるが、これは通常、ＢＡＮ応用にとって所望レベルのＱｏＳを提供するために十分ではない。

従って少なくとも上記の欠点のために、データ伝送用のタイムスロットを予約するため、及びＢＡＮ応用の異なる要件をサポートするように装置間でデータを伝送するための方法を提供することが有利となり得る。

本発明の特定の実施形態は、ボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）において装置間でデータを伝送するための方法を含む。該方法は、ＢＡＮの無線媒体へのアクセス時間を少なくともコンテンションベース期間とコンテンションフリー予約期間とに分割するステップ；ローカル優先コンテンションアクセス（ｌｏｃａｌ ｐｒｉｏｒｉｔｉｚｅｄ ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ ａｃｃｅｓｓ：ＬＰＣＡ）機構を用いて、装置がコンテンションベース期間中にデータを伝送することを許可するステップ；及び予約済タイムスロットを持つ装置のみがコンテンションフリー予約期間中にデータを伝送することを許可するステップを有する。

本発明の特定の実施形態は、ボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）においてマスタ装置に対するタイムスロット予約要求をスケジューリングするステップをさらに含む。該方法は、現在のタイムラウンド中に、次のタイムラウンドにおいてスーパーフレームに割り当てられるべきタイムスロットの数を少なくとも含む予約要求を各マスタ装置から受信するステップであって、予約要求はグローバルビーコンを経由するステップ；及び各スーパーフレームにタイムスロットを隣接して割り当てることによって予約要求を連続的にスケジューリングするステップを有する。

本発明とみなされる主題は、明細書の最後において請求項に具体的に指摘され、明確に請求される。本発明の前述の及び他の特徴及び利点は、添付の図面と併用される以下の詳細な説明から明らかとなるだろう。

ボディエリアネットワークの略図である。 本発明の様々な実施形態を説明するために利用されるボディエリアネットワークのトポロジを図示する。 タイムラウンドの二次元表現である。 予約要求を連続的にスケジューリングすることによって得られるタイムラウンドの二次元構成である。 本発明の一実施形態にかかるスーパーフレームにおけるタイムスロットの割り当てを図示するための図である。 本発明の一実施形態に従って実施されるマスタ装置間のコンテンションベースのデータ伝送を図示するための図である。 本発明の一実施形態に従って実施されるマスタ装置間の予約ベースのデータ伝送を図示するための図である。 本発明の一実施形態に従って実施されるマスタ装置からスレーブ装置へのコンテンションベースのデータ伝送を図示するための図である。 本発明の一実施形態に従って実施されるマスタ装置からスレーブ装置への予約ベースのデータ伝送を図示するための図である。 本発明の一実施形態に従って実施されるスレーブ装置からマスタ装置へのコンテンションベースのデータ伝送を図示するための図である。 本発明の一実施形態に従って実施されるスレーブ装置からマスタ装置への予約ベースのデータ伝送を図示するための図である。 本発明の一実施形態に従って実施されるスレーブ装置間のコンテンションベースのデータ伝送を図示するための図である。 本発明の一実施形態に従って実施されるスレーブ装置間の予約ベースのデータ伝送を図示するための図である。

本発明によって開示される実施形態は、本明細書の革新的教示の多くの有利な使用の例に過ぎないことに留意することが重要である。概して、本願の明細書においてなされる記述は、必ずしも様々な請求された発明のいずれも制限するものではない。さらに、一部の記述は一部の発明の特徴に当てはまり得るが、他のものには当てはまらないことがある。概して、他に指示されない限り、一般性を喪失することなく、単数の要素は複数であってもよく、その逆もまた同様である。図面において複数の図を通して類似する数字は類似する部分をあらわす。

図２は本発明の様々な実施形態を説明するために利用されるボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）２００のトポロジを示す。ＢＡＮ２００は２層の装置を含む：スレーブ装置２１０‐１〜２１０‐Ｓ及びマスタ装置２２０‐１〜２２０‐Ｍ。典型的には、スレーブ装置２１０‐１〜２１０‐Ｓは埋め込み可能、内服可能、又は使い捨てであり、低エネルギー収支及び限られたリソース（例えば処理能力、メモリ）を持つことを特徴とする。一方、マスタ装置２２０‐１〜２２０‐Ｍは装着可能であり、頻繁に再充電されることができ、そのためスレーブ装置よりも高いエネルギー収支と多くのリソースを持つ。

マスタ装置２２０‐Ｚ（Ｚは１以上の整数である）は１つ以上のスレーブ装置２１０‐Ｇ（Ｇは１以上の整数である）を管理する。この目的のため、マスタ装置２２０‐Ｚは、同期、媒体予約要求、及びブロードキャスト／マルチキャスト宣言のための周期的ビーコンを送信する。周期的ビーコンによって交換される情報に基づき、マスタ装置２２０‐ＺはＱｏＳサポートを可能にするためにコンフリクトフリーの予約スケジュールを得る。加えて、マスタ装置２２０‐Ｚはその伝送距離内に位置する別のＢＡＮの存在を検出し、各々が異なるアプリケーションを実行し得る可能性がある複数の併置された（ｃｏ‐ｌｏｃａｔｅｄ）ＢＡＮの調和された共存をサポートする。

図２に図示されたトポロジにおいて、全マスタ装置２２０‐１〜２２０‐Ｍは媒体アクセスを同期させ、分散グローバルビーコンプロセスを用いて予約を実施する。本発明の好適な実施形態において、媒体へのアクセスは固定された及び繰り返される継続タイムラウンドに分割され、タイムラウンドは所定数のスーパーフレームを含むように設計されるデータ構造であり、その各々は固定された数のタイムスロットを含む。

図３はタイムラウンド３００の例示的かつ非限定的な二次元表現を示す。Ｘ軸はスーパーフレーム当たりのタイムスロットをあらわし、Ｙ軸はタイムラウンド３００当たりの利用可能なスーパーフレームをあらわす。スーパーフレームは、マスタ装置間、及びマスタ装置とその各スレーブ装置間で情報を交換するために利用されるデータ構造である。

マスタ装置はタイムスロットを予約することができ、この間装置は媒体への独占アクセス権を持つ。タイムラウンド内の所定タイムスロットは、グローバルビーコン期間（ＧＢＰ）３１０に対して予約される。かかるタイムスロットはマスタ装置の周期的同期を容易にするために必要なグローバルビーコンを送信するために利用される。マスタ装置はグローバルビーコン期間３１０をリッスンし、それらの割り当てられたタイムスロットにおいてグローバルビーコンを送信して、媒体予約要求を同期させて交換する。グローバルビーコンはまた、近隣及びネットワークトポロジを発見するため、ＱｏＳを提供するため、及びメッセージのブロードキャスト又はマルチキャストをスケジュールするためにも使用される。

本発明の一実施形態によれば、グローバルビーコンは、ＢＡＮ内のマスタ装置の論理ツリートポロジをダイナミックに構成し維持するスケジューリング法を用いて伝送される。従って、グローバルビーコン期間は昇順期間（ＡＰ）と降順期間（ＤＰ）の２つの期間に分割される。

ＡＰの間、ルート装置以外の全マスタ装置は、そのグローバルビーコンをその各スロットにおいて昇順に送信する、すなわち、子はその親の前にグローバルビーコンを送信する。ＡＰの間、親はその子のグローバルビーコンをリッスンする。ＤＰの間、グローバルビーコン送信の順序は反転される、すなわち、親がその子の前にグローバルビーコンを送信する。この期間、子はその親のグローバルビーコンをリッスンする。

ＡＰの間、グローバル情報が子から先祖（親）へと渡される。ＡＰの終りに、ルート装置は完全なグローバル情報を知り、それをＤＰの間に全マスタ装置へ配布する。従って、グローバルビーコンスケジューリング法は、同じＢＡＮに属する全マスタ装置が、それらが互いに隠されていても（直接通信距離にいなくても）グローバル情報を受信することを確実にする。

グローバルビーコン期間３１０の終りに、全マスタ装置は他の全マスタ装置からの予約要求を知る。本発明の一実施形態においては、修正予約要求のみが他のマスタ装置へ伝えられる。修正予約要求がないときは、最終ラウンドの要求が保存される。

本発明の特定の原理によれば、予約要求についてのグローバル情報は、固有の、一貫した、かつ重複しないサブフレーム伝送のスケジュールを得るために使用される。サブフレームはマスタ装置に割り当てられるスロットの隣接ブロックをあらわす。この目的で、各マスタ装置は独立してサブフレームをスケジュールするが、固有の一貫したコンフリクトフリー予約のスケジュールに達する。従って、全マスタ装置は次のラウンドにおいてそのピア装置サブフレームの位置がわかる。

本発明の一実施形態において、マスタ装置によって実行されるスケジューリング法は、十分なタイムスロットが利用可能であるという条件で、全要求を連続的に（例えばＭＡＣアドレス又は先入れ先出し原理に基づいて）スケジューリングすることを含む。全予約要求を収容するために十分なスロットが利用可能でないとき、要求はサービスカテゴリに基づいて優先順位をつけられることができる。次のタイムラウンドのための予約要求の収集及びサブフレームのスケジューリングは現在のタイムラウンドにおいて実行される。

非限定的な実施例として、図４は予約要求を連続的にスケジューリングすることによって得られるタイムラウンド４００の二次元構成を示す。タイムラウンド４００は４個のスーパーフレーム４１０から成り、マスタ装置から受信される予約要求は表１に記載の通りである。図４に図示される通り、スーパーフレーム４１０内のタイムスロット４２０は各マスタ装置によって要求されるタイムスロットの数に従って隣接して予約される。

予約要求のグローバルな知識は、タイムスロットが隣接して割り当てられるコンパクトなスケジューリングをもたらす。予約されていないタイムスロットはスーパーフレームの終りへ１つにまとめられ、例えば媒体へのグローバル優先コンテンションアクセス（ｇｌｏｂａｌ ｐｒｉｏｒｉｔｉｚｅｄ ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ ａｃｃｅｓｓ：ＧＰＣＡ）として使用されることができる。これは効率的なチャネル利用をもたらす。さらに、隣接タイムスロット割り当てはスリープモードからアクティブモードへの移行を少なくし、これはエネルギー効率を改善する。

本発明の別の実施形態によれば、下位層アプリケーション及びサービスの優先レベルに基づいてサブフレームを割り当てるために改良されたスケジューリング法が利用されることができる。例えば、医学的応用は、娯楽応用による既存の予約のために媒体アクセスを奪われるべきではない。予約要求のグローバルな知識は、装置が効果的なアドミッションコントロールと優先順位付けを実行するのを助けることができる。

本発明の一実施形態によれば、マスタ装置は他のマスタ装置へメッセージをブロードキャスト又はマルチキャストすることができる（グローバルブロードキャスト／マルチキャストと呼ばれる）。この目的のため、マスタ装置はグローバルブロードキャスト／マルチキャストの要求をそのグローバルビーコンに埋め込む。スケジューリング法は、全マスタ装置に知られるグローバルブロードキャスト／マルチキャストデータ伝送のために予約されるタイムスロットを決定する。対象とするマスタ装置はグローバルブロードキャスト／マルチキャストのために予約されるスロットをリッスンする。ブロードキャスト／マルチキャストメッセージを受信するマスタ装置は、メッセージがそのスレーブ装置へ転送される必要があるかどうか決定する。

当然のことながら本明細書に記載のサブフレームスケジューリング法は、ＢＡＮのレイテンシ要件とトラフィックコンディションに従って適応されることができるダイナミックかつスケーラブルなデューティサイクルを可能にする。従ってこれらの技術はＱｏＳを妥協することなく省力化を可能にする。

本発明の特定の実施形態はまた、ピアマスタ装置間、及びマスタ装置とその各スレーブ装置間での効率的なデータ伝送を可能にするための方法も含む。該方法は差別化ＱｏＳクラスのための優先コンテンションベースアクセスと、装置間の信頼性のある通信のための予約ベースアクセスとを採用する。

上述の通り、マスタ装置はグローバルビーコンを用いてその各サブフレームのためのタイムスロットを予約し、サブフレームのタイミングは全マスタ装置にグローバルに知られる。

サブフレーム内のタイムスロットはＱｏＳ対応又は周期的なトラフィックのために予約されることができるが、一方サブフレーム内の予約されていないタイムスロットはオンデマンドトラフィックのためにローカル優先コンテンションアクセス（ＬＰＣＡ）機構を用いてアクセスされることができる。これは図５にさらに図示され、ここでサブフレーム５００はコンテンションベースアクセス（ＬＰＣＡ）期間５１０とコンテンションフリー５２０（予約ベース）アクセス期間を含む。

予約時間は隣接タイムスロットを占有しなければならない。コンテンションフリー期間５２０は結合された予約済タイムスロットの全長に応じて増大又は縮小する。予約済タイムスロットにおいて伝送する各装置は、予約時間が切れる前にそのトランザクション（データ及びアクノリッジメント）が完了されることを確実にする。

一実施形態において、予約済スロットはそれらがもう必要でないときに割り当てを解除される。予約オーナー又はマスタ装置は、自身の判断でいつでも、例えばタイムスロットが所定の期間使用されない場合に、スロットを割り当て解除することができる。タイムスロットを割り当てられている装置は、ＬＰＣＡ期間でも動作し得る。

予約済タイムスロットの各々は予約を所有する装置からのデータフローに関連して送信又は受信とマークされることができる。割り当てられた予約の各々に対して、オーナー装置は予約のタイプ、その開始タイムスロット、長さ、スロット数、方向、周期性、及び関連装置アドレスを記憶する。

コンテンションベースアクセス期間５１０は、オンデマンドアクセスのため、及びＢＡＮに加わる新たな装置のために使用される。コンテンションベースアクセス期間５１０の間に伝送された、要求フレームの後に続くいかなるデータフレーム及びアクノリッジメントフレームを除く全フレームが、媒体にアクセスするためにＬＰＣＡ機構を利用する。

図６Ａは本発明の一実施形態に従って実施されるマスタ装置２２０‐Ａからマスタ装置２２０‐Ｂへのコンテンションベースデータ伝送を図示する。マスタ装置２２０‐Ａ及び２２０‐Ｂは相互の予約スケジュールを知っている。Ｔ１において、装置２２０‐Ａがウェイクアップし、装置２２０‐Ｂのローカルビーコンをリッスンして、コンテンションベース（ＬＰＣＡ）期間６１０を同期させて位置付ける。ローカルビーコンはサブフレームの一部であり、通常はマスタ装置によってそのピアマスタ装置又はスレーブ装置へ送信される。通常、ローカルビーコンは同期、タイムスロット割り当て、及び境界情報を持ち、これはスレーブ装置がそのマスタ装置と同期し、割り当てられたスロットを見つけ、ＬＰＣＡ期間の境界を推測するのを助ける。装置２２０‐Ａは装置２２０‐Ｂのサブフレームの１つにおいてＬＰＣＡ期間６１０の間に装置２２０‐Ｂへデータを伝送するために媒体をめぐって競合する。アクノリッジメントポリシーに応じて、装置２２０‐Ｂは装置２２０‐Ａからのデータの受信成功をアクノリッジし得る。

装置２２０‐Ａが、現在のサブフレーム中に装置２２０‐Ｂへ送信することができないかもしれない、装置２２０‐Ｂに対するより多くのデータを持つ場合、装置２２０‐Ａは装置２２０‐Ｂの次のサブフレームが到着するまで待つか（データが時間依存でない場合）、又は装置２２０‐Ａは指定ＧＰＣＡ期間の間アウェイクのままでいるよう装置２２０‐Ｂへ要求することができる。装置２２０‐Ａ及び２２０‐Ｂは、ＧＰＣＡ期間の間、両方がこの期間の間アウェイクのままでいることに同意する場合、通信することができる。これは次の条件の１つ以上が当てはまる場合に実行されることができる：装置２２０‐Ａによって伝送されるべきデータが時間依存である；装置２２０‐Ａバッファがほとんどいっぱいである；装置２２０‐Ｂに割り当てられたサブフレームの間隔が広い；装置２２０‐Ａが、装置２２０‐Ｂに割り当てられたサブフレームの間に媒体にアクセスしようとしているときに、著しいコンテンションとバックオフを経験した。

図６Ｂは本発明の一実施形態に従って実施されるマスタ装置２２０‐Ａからマスタ装置２２０‐Ｂへの予約ベースデータ伝送を図示する。Ｔ１において、装置２２０‐Ａがウェイクアップし、装置２２０‐Ｂのローカルビーコンをリッスンして、コンテンションベース（ＬＰＣＡ）期間６１０を同期させて位置付ける。装置２２０‐Ａは期間６１０の間に予約要求を送信するために媒体をめぐって競合する。予約要求は、タイムスロットの数、データ伝送の方向、及びオーナーシップ情報を特定する。装置２２０‐Ｂは要求をアクノリッジし得る。要求が、現在のタイムラウンド中に装置２２０‐Ｂに割り当てられたサブフレームに部分的に又は完全に収容されることができる場合、スロットはそれらのサブフレームに割り当てられる。そうでなければ、装置２２０‐Ｂは次のタイムラウンドに対してその予約要求を更新し、その後に続くタイムラウンドにおけるそのサブフレーム中に装置２２０‐Ａのためのタイムスロットを確保する。装置２２０‐Ｂは装置２２０‐Ａ要求を収容するためにグローバルビーコンを介してタイムラウンドにおける所望の位置に新たなサブフレームを確保してもよい。

タイムスロット割り当て情報は装置２２０‐Ｂによって送信されるローカルビーコンに埋め込まれる。時間Ｔ２において、装置２２０‐Ａはそれに割り当てられたスロットを位置付けるために装置２２０‐Ｂのローカルビーコンをリッスンする。続いて、装置２２０‐Ａは２２０‐Ｂによって２２０‐Ａに割り当てられたタイムスロット６２０の間に装置２２０‐Ｂへ伝送する。タイムスロット割り当て情報が所定タイムフレーム内のローカルビーコンの中に見つからない場合、装置２２０‐Ａは上位層へ失敗を通知する。

図７Ａは本発明の一実施形態に従って実施されるマスタ装置２２０‐Ａからスレーブ装置２１０‐Ｘへのコンテンションベースデータ伝送を図示する。Ｔ１において、スレーブ装置２１０‐Ｘは、コンテンションベース（ＬＰＣＡ）期間７１０を同期させて位置付けるために、装置２２０‐Ａのローカルビーコンをリッスンする。ローカルビーコンはさらにスレーブ装置２１０‐Ｘへの保留中メッセージ（もしあれば）を示す。ローカルビーコンの受信により、スレーブ装置２１０‐Ｘはマスタ装置２２０‐Ａに割り当てられたサブフレームのＬＰＣＡ期間７１０の間に装置２２０‐Ａへ保留中メッセージを受信する要求を送信する。アクノリッジメントポリシーに応じて、マスタ装置２２０‐Ａはスレーブ装置２１０‐Ｘから送信された要求をアクノリッジし得る。その後、マスタ装置２２０‐Ａは保留中メッセージをスレーブ装置２１０‐Ｘへ伝送する。装置２２０‐Ａ及び２１０‐Ｘは指定ＧＰＣＡ期間の間にメッセージ交換を続けることを決定し得る。データ伝送の正常終了時、メッセージはローカルビーコン内の保留中メッセージのリストから除去される。

図７Ｂは本発明の一実施形態に従って実施されるマスタ装置２２０‐Ａからスレーブ装置２１０‐Ｘへの予約ベースデータ伝送を図示する。マスタ装置２２０‐Ａはそのローカルビーコンにおいてスレーブ装置２１０‐Ｘのためのタイムスロットを予約する意図を示す。マスタ装置２２０‐Ａは予約反復期間も示す。Ｔ１において、スレーブ装置２１０‐Ｘがウェイクアップし、マスタ装置２２０‐Ａのローカルビーコンをリッスンして、保留中の予約要求を知る。スレーブ装置２１０‐ＸはＬＰＣＡ期間７１０の間に予約をアクノリッジする。アクノリッジメントを受信すると、マスタ装置２２０‐Ａはスレーブ装置２１０‐Ｘのためにタイムスロットを割り当てる。

予約が確立された後、スレーブ装置２１０‐Ｘはマスタ装置２２０‐Ａのローカルビーコンをトラックして、それに割り当てられたスロットを同期させて位置付ける。装置２２０‐Ａはスレーブ装置２１０‐Ｘのために予約されたタイムスロット７２０の間に装置２１０‐Ｘへデータを伝送する。アクノリッジメントポリシーに応じて、スレーブ装置２１０‐Ｘは装置２２０‐Ａから送信されたメッセージをアクノリッジし得る。装置２２０‐Ａ及び２１０‐Ｘは指定ＬＰＣＡ又はＧＰＣＡ期間の間にメッセージ交換を続けることを決定し得る。

図８Ａは本発明の一実施形態に従って実施されるスレーブ装置２１０‐Ｘからマスタ装置２２０‐Ａへのコンテンションベースデータ伝送を図示する。Ｔ１において、スレーブ装置２１０‐Ｘはコンテンションベース（ＬＰＣＡ）期間８１０を同期させて位置付けるためにマスタ装置２２０‐Ａによって送信されるローカルビーコンをリッスンする。その後、スレーブ装置２１０‐ＸはＬＰＣＡ期間８１０の間にマスタ装置２２０‐Ａへ伝送する。アクノリッジメントポリシーに応じて、マスタ装置２２０‐Ａはスレーブ装置２１０‐Ｘからのメッセージをアクノリッジし得る。装置２２０‐Ａ及び２１０‐Ｘは指定ＧＰＣＡ期間の間にメッセージ交換を続けることを決定し得る。

図８Ｂは本発明の一実施形態に従って実施されるスレーブ装置２１０‐Ｘからマスタ装置２２０‐Ａへの予約ベースデータ伝送を図示する。Ｔ１において、スレーブ装置２１０‐Ｘはコンテンションベース（ＬＰＣＡ）期間８１０を同期させて位置付けるためにマスタ装置２２０‐Ａのローカルビーコンをリッスンする。この期間の間、スレーブ装置２１０‐Ｘはマスタ装置２２０‐Ａへ予約要求を伝送する。装置２２０‐Ａは要求をアクノリッジし得る。要求が、現在のラウンド中に装置２２０‐Ａに割り当てられたサブフレームに部分的に又は完全に収容されることができる場合、タイムスロットはそれらのサブフレームに割り当てられる。そうでなければ、マスタ装置２２０‐Ａは次のラウンドに対してその予約要求を更新し、その後に続くタイムラウンドにおいてマスタ装置２２０‐Ａに割り当てられたサブフレーム中にスレーブ装置２１０‐Ｘのためのタイムスロット８２０を確保する。マスタ装置２２０‐Ａは、スレーブ装置２１０‐Ｘによって送信された要求を収容するためにグローバルビーコン交換を介してタイムラウンドにおける所望の位置に新たなサブフレームを確保してもよいことに留意すべきである。

スロット割り当て情報はマスタ装置２２０‐Ａによって送信されるローカルビーコンに埋め込まれる。Ｔ２において、スレーブ装置２１０‐Ｘはマスタ装置２２０‐Ａのローカルビーコンをリッスンし、それに割り当てられたタイムスロット８２０を位置付ける。装置２１０‐Ｘはその予約済タイムスロット８２０の間に伝送することができる。加えて、装置２２０‐Ａ及び２１０‐Ｘは指定ＬＰＣＡ又はＧＰＣＡ期間の間にメッセージ交換を続けることを決定し得る。スロット割り当て情報が所定タイムフレーム内のローカルビーコンの中に見つからない場合、スレーブ装置２１０‐Ｘは上位層へ失敗を示す。

図９Ａは本発明の一実施形態に従って実施されるスレーブ装置２１０‐Ｙからスレーブ装置２１０‐Ｘへのコンテンションベースデータ伝送を図示する。

スレーブ装置は長期間スリープすることができる：スレーブ装置は、他のスレーブ装置がいつウェイクアップする予定であるかわからない。従って、スレーブ装置２１０‐Ｙはどのサブフレームにおいて装置２１０‐Ｘがウェイクアップするかわからない。さらに、スレーブ装置２１０‐Ｘがウェイクアップするとき、これはそれに対して保留中メッセージがあるかどうかチェックするためにマスタ装置２２０‐Ａのローカルビーコンのみをリッスンする。保留中メッセージがない場合、装置２１０‐Ｘは直ちにスリープ状態に戻る。従って、装置２１０‐Ｘ及び２１０‐Ｙはこれらが隣接していても互いに直接通信することができない。

スレーブ装置間のデータ伝送はマスタ装置を通して実行される。具体的には、Ｔ１において、装置２１０‐Ｙはコンテンションベース（ＬＰＣＡ）期間９１０を同期させて位置付けるためにマスタ装置２２０‐Ａローカルビーコンをリッスンする。そして、装置２１０‐Ｙはマスタ装置２２０‐ＡのサブフレームのＬＰＣＡ期間９１０の間にマスタ装置２２０‐Ａへメッセージを伝送する。その後、マスタ装置２２０‐Ａは上述の通りメッセージをスレーブ装置２１０‐Ｘへ転送する。装置２１０‐Ｘ及び２１０‐Ｙは指定ＬＰＣＡ期間の間にメッセージ交換を続けることを決定し得る。

図９Ｂは本発明の一実施形態に従って実施されるスレーブ装置２１０‐Ｙからスレーブ装置２１０‐Ｘへの予約ベースデータ伝送を図示する。Ｔ１において、スレーブ装置２１０‐Ｙは、図８Ｂを参照して上述した通り、マスタ装置２２０‐Ａを介してスレーブ装置２１０‐Ｘへ予約要求を送信する。Ｔ２において、スレーブ装置２１０‐Ｘは、スレーブ装置２１０‐Ｙからスレーブ装置２１０‐Ｘへのデータ伝送のために予約されるべきタイムスロットについての情報を少なくとも含む、マスタ装置２２０‐Ａによって送信されるローカルビーコンをリッスンする。Ｔ３において、スレーブ装置２１０‐Ｘは要求をアクノリッジし、マスタ装置２２０‐Ａはデータ伝送のために予約されるべきタイムスロットを割り当てる。要求が、現在のラウンド中にマスタ装置２２０‐Ａに割り当てられたサブフレームに部分的に又は完全に収容されることができる場合、タイムスロットはそれらのサブフレームに割り当てられる。そうでなければ、マスタ装置２２０‐Ａは次のラウンドに対してその予約要求を更新し、その後に続くラウンドにおけるサブフレーム中にスレーブ装置２１０‐Ｘ及び２１０‐Ｙのためのタイムスロットを予約する。タイムスロット割り当て情報はマスタ装置２２０‐Ａによって送信されるローカルビーコンに埋め込まれる。Ｔ４において、スレーブ装置２１０‐Ｘ及び２１０‐Ｙは、装置２１０‐Ｘ及び２１０‐Ｙに割り当てられるタイムスロットを位置付けるためにマスタ装置２２０‐Ａのローカルビーコンをリッスンする。装置２１０‐Ｘ及び２１０‐Ｙは予約済スロット９２０の間に通信することができる。装置２１０‐Ｘ及び２１０‐Ｙはまた、指定ＬＰＣＡ又はＧＰＣＡ期間の間にメッセージ交換を続けることも決定し得る。タイムスロット割り当て情報が所定タイムフレーム内のローカルビーコンの中に見つからない場合、装置２１０‐Ｘ及び２１０‐Ｙは上位層へ失敗を報告する。

本発明の別の実施形態によれば、マスタ装置はその各スレーブ装置へメッセージをブロードキャスト又はマルチキャストすることができる（ローカルブロードキャスト／マルチキャスト）。この目的のため、マスタ装置はそのサブフレームにおいてメッセージのローカルブロードキャスト／マルチキャストのためのタイムスロットを予約し、そのローカルビーコンにおいて予約を宣言する。スレーブ装置はローカルビーコンをリッスンし、スケジュールされたブロードキャスト／マルチキャスト及び対応する予約済タイムスロットについて知る。対象となるスレーブ装置はブロードキャスト／マルチキャスト伝送を受信するために指定タイムスロットをリッスンする。マスタ装置はスリープしているスレーブ装置に対するブロードキャストメッセージを記憶しなければならない可能性がある。スレーブ装置はそれらの各マスタ装置を通してメッセージをブロードキャスト／マルチキャストすることができる。

前述の詳細な説明は本発明がとることができる多くの形態の一部を説明している。前述の詳細な説明は本発明がとることができる選択された形態の例示として理解され、本発明の定義への限定と理解されるものではないことが意図される。本発明の範囲を規定することを目的とするものは、全均等物を含む請求項のみである。

最も好適には、本発明の原理は、ハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアの任意の組み合わせとして実施される。さらに、ソフトウェアは好適にはプログラム記憶装置又はコンピュータ可読媒体上に実体的に具体化されるアプリケーションプログラムとして実施される。アプリケーションプログラムは、任意の適切なアーキテクチャを有するマシンにアップロードされ、実行され得る。好適には、マシンは１つ以上の中央処理装置（"ＣＰＵ"）、メモリ、及び入出力インタフェースなどのハードウェアを持つコンピュータプラットフォーム上で実施される。コンピュータプラットフォームはオペレーティングシステムとマイクロ命令コードも含み得る。本明細書に記載の様々なプロセスと機能は、そのようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているかどうかにかかわらず、ＣＰＵによって実行され得る、マイクロ命令コードの一部又はアプリケーションプログラムの一部のいずれか、又はそれらの任意の組み合わせであってもよい。加えて、追加データ記憶装置及び印刷装置など、様々な他の周辺装置がコンピュータプラットフォームに接続されてもよい。

Claims (13)

1. ２層アーキテクチャとして配置される複数のマスタ装置及び複数のスレーブ装置を含むボディエリアネットワークにおいて装置間でデータを伝送するための方法であって、
   前記ボディエリアネットワークの無線媒体へのアクセス時間を、少なくともコンテンションベース期間及びコンテンションフリー予約期間に分割するステップと、
   ローカル優先コンテンションアクセス機構を用いて、前記コンテンションベース期間中に装置がデータを伝送することを許可するステップと、
   予約済タイムスロットを持つ装置のみが、前記コンテンションフリー予約期間中にデータを伝送することを許可するステップとを有し、
   データを送信することを要求する装置から受信される予約リクエストに基づいて前記複数のマスタ装置によりタイムスロットが予約される、方法。
2. データ伝送が、マスタ装置間、マスタ装置とその各スレーブ装置間、及びスレーブ装置間でなされる、請求項１に記載の方法。
3. 前記コンテンションベース期間中に第一のマスタ装置から第二のマスタ装置へデータを伝送するステップが、
   前記第二のマスタ装置の前記コンテンションベース期間を同期させて位置付けるために、前記第二のマスタ装置によって送信されるローカルビーコンを前記第一のマスタ装置にリッスンさせるステップと、
   前記第二のマスタ装置の前記コンテンションベース期間中にデータを伝送するために、前記第一のマスタ装置に前記無線媒体をめぐって競合させるステップとを有する、請求項２に記載の方法。
4. 前記コンテンションフリー予約期間中に第一のマスタ装置から第二のマスタ装置へデータを伝送するステップが、
   前記第二のマスタ装置の前記コンテンションベース期間を同期させて位置付けるために、前記第二のマスタ装置によって送信されるローカルビーコンを前記第一のマスタ装置にリッスンさせるステップと、
   前記第二のマスタ装置の前記コンテンションベース期間中に予約要求を伝送するために、前記第一のマスタ装置に前記無線媒体をめぐって競合させるステップと、
   前記予約要求に基づいて前記第二のマスタ装置の前記コンテンションフリー予約期間において前記第一のマスタ装置へタイムスロットを割り当てるステップと、
   前記割り当てられたタイムスロットを同期させて位置付けるために、前記第二のマスタ装置によって送信されるローカルビーコンを前記第一のマスタ装置にリッスンさせるステップと、
   前記第一のマスタ装置が前記割り当てられたタイムスロットにおいて前記第二のマスタ装置へデータを伝送することを許可するステップとを有する、請求項２に記載の方法。
5. 前記コンテンションベース期間中にマスタ装置からスレーブ装置へデータを伝送するステップが、
   前記マスタ装置の前記コンテンションベース期間を同期させて位置付けるために、前記マスタ装置によって送信されるローカルビーコンを前記スレーブ装置にリッスンさせるステップであって、前記ローカルビーコンは前記スレーブ装置に対する保留中メッセージを示す、ステップと、
   前記マスタ装置から前記保留中メッセージを受信する要求を前記スレーブ装置によって送信するステップと、
   前記マスタ装置の前記コンテンションベース期間中に前記マスタ装置から前記スレーブ装置へ前記保留中メッセージを伝送するステップとを有する、請求項２に記載の方法。
6. 前記コンテンションフリー予約期間中にマスタ装置からスレーブ装置へデータを伝送するステップが、
   前記マスタ装置によって送信されるローカルビーコンを前記スレーブ装置にリッスンさせるステップであって、前記ローカルビーコンは前記マスタ装置から前記スレーブ装置へのデータ伝送のために予約されるべきタイムスロットについての情報を少なくとも含む、ステップと、
   前記スレーブ装置によって前記タイムスロット割り当て要求をアクノリッジするステップと、
   前記マスタ装置の前記コンテンションフリー予約期間において前記スレーブ装置のためのタイムスロットを割り当てるステップと、
   前記スレーブ装置のために割り当てられた前記タイムスロットを同期させて位置付けるために、前記マスタ装置のローカルビーコンを前記スレーブ装置にリッスンさせるステップと、
   前記割り当てられたタイムスロットにおいて前記マスタ装置から前記スレーブ装置へデータを伝送するステップとを有する、請求項２に記載の方法。
7. 前記コンテンションベース期間中にスレーブ装置からマスタ装置へデータを伝送するステップが、
   前記マスタ装置の前記コンテンションベース期間を同期させて位置付けるために前記マスタ装置によって送信されるローカルビーコンを前記スレーブ装置にリッスンさせるステップと、
   前記マスタ装置の前記コンテンションベース期間中にデータを伝送するために、前記スレーブ装置に前記無線媒体をめぐって競合させるステップとを有する、請求項２に記載の方法。
8. 前記コンテンションフリー予約期間中にスレーブ装置からマスタ装置へデータを伝送するステップが、
   前記マスタ装置の前記コンテンションベース期間を同期させて位置付けるために、前記マスタ装置によって送信されるローカルビーコンを前記スレーブ装置にリッスンさせるステップと、
   前記マスタ装置の前記コンテンションベース期間中に前記スレーブ装置から前記マスタ装置へ予約要求を送信するステップと、
   前記予約要求に基づいて前記マスタ装置の前記コンテンションフリー予約期間において前記スレーブ装置へタイムスロットを割り当てるステップと、
   前記割り当てられたタイムスロットを同期させて位置付けるために、前記マスタ装置によって送信されるローカルビーコンを前記スレーブ装置にリッスンさせるステップと、
   前記割り当てられたタイムスロットにおいて前記スレーブ装置から前記マスタ装置へデータを伝送するステップとを有する、請求項２に記載の方法。
9. 前記コンテンションベース期間中に第一のスレーブ装置から第二のスレーブ装置へデータを伝送するステップが、
   マスタ装置の前記コンテンションベース期間を同期させて位置付けるために、前記マスタ装置によって送信されるローカルビーコンを前記第一のスレーブ装置にリッスンさせるステップと、
   前記マスタ装置の前記コンテンションベース期間中にデータを伝送するために、前記第一のスレーブ装置に前記無線媒体をめぐって競合させるステップと、
   前記マスタ装置によって送信されるローカルビーコンを前記第二のスレーブ装置にリッスンさせるステップであって、前記ローカルビーコンは前記第二のスレーブ装置に対する保留中メッセージを示す、ステップと、
   前記マスタ装置から前記保留中メッセージを受信する要求を前記第二のスレーブ装置によって送信するステップと、
   前記マスタ装置の前記コンテンションベース期間中に前記マスタ装置から前記第二のスレーブ装置へ前記保留中メッセージを伝送するステップとを有する、請求項２に記載の方法。
10. 前記コンテンションフリー予約期間中に第一のスレーブ装置から第二のスレーブ装置へデータを伝送するステップが、
    マスタ装置の前記コンテンションベース期間を同期させて位置付けるために、前記マスタ装置によって送信されるローカルビーコンを前記第一のスレーブ装置にリッスンさせるステップと、
    前記マスタ装置の前記コンテンションベース期間中に前記第一のスレーブ装置から前記マスタ装置へ予約要求を送信するステップと、
    前記マスタ装置によって送信されるローカルビーコンを前記第二のスレーブ装置にリッスンさせるステップであって、前記ローカルビーコンは前記第一のスレーブ装置から前記第二のスレーブ装置へのデータ伝送のために予約されるべきタイムスロットについての情報を少なくとも含む、ステップと、
    前記第二のスレーブ装置による前記タイムスロット割り当て要求をアクノリッジするステップと、
    前記マスタ装置の前記コンテンションフリー予約期間においてタイムスロットを割り当てるステップと、
    前記割り当てられたスロットを同期させて位置付けるために、前記マスタ装置によって送信されるローカルビーコンを前記第一のスレーブ装置及び前記第二のスレーブ装置にリッスンさせるステップと、
    前記割り当てられたタイムスロットにおいて前記第一のスレーブ装置から前記第二のスレーブ装置へデータを伝送するステップとを有する、請求項９に記載の方法。
11. 前記コンテンションフリー予約期間の持続期間が、前記割り当てられたタイムスロットの数に従ってダイナミックに変更される、請求項２に記載の方法。
12. 予約済タイムスロットが、マスタ装置によって割り当て解除されることができる、請求項１１に記載の方法。
13. 前記コンテンションベース期間がオンデマンドデータを伝送するために使用される、請求項２に記載の方法。

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