JP5820471B2 - 無線デバイスの決定論的指向性発見に関する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は一般に、無線ネットワークにおけるデバイス発見に関し、より詳細には、斯かるネットワークにおけるデバイスの決定論的指向性発見に関する技術に関する。

Ecma Internationalにより開発されたＥｃｍａ−３８７は、短距離通信に関する６０ＧＨｚの物理（ＰＨＹ）層及び媒体アクセス制御（ＭＡＣ）の標準である。この標準は、バルクレート転送及びマルチメディアのストリーミングのため、高レートの無線個人エリアネットワーク（ＷＰＡＮ）搬送を提供する。

Ｅｃｍａ−３８７標準は、３つのデバイスタイプ「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」を規定する。これらは、独立して、自身のタイプと相互運用し、他のタイプと共存して、相互運用することができる。３つのデバイスタイプは、以下のように規定される。タイプＡデバイスは、１０メートルの範囲の照準線／非照準線（ＬＯＳ／ＮＬＯＳ）マルチパス環境において、ビデオストリーミング及びＷＰＡＮアプリケーションを提供する。タイプＡデバイスは、高ゲインのトレーニング可能なアンテナを用いる。タイプＢデバイスは、短距離（１〜３メートル）のポイント・ツー・ポイントＬＯＳリンクにわたるビデオ及びデータアプリケーションを提供する。これは、非トレーニング可能なアンテナを用いる。タイプＢデバイスは、「経済的な」デバイスと考えられ、低コスト実現及び低電力消費を重視し、距離及びＮＬＯＳ性能を犠牲にする。タイプＣデバイスは、１メートル距離未満でのポイント・ツー・ポイントＬＯＳリンクにわたるデータアプリケーションのみをサポートする。これは、非トレーニング可能なアンテナを用い、サービス品質（ＱｏＳ）保証もない。

Ｅｃｍａ−３８７ＭＡＣ仕様において、デバイス発見及びアンテナビーム形成のための専用のチャネルが存在する。このチャネルは、発見チャネルと呼ばれる。デバイスは、隣接デバイスを発見するために、発見チャネルにおいて発見フレームを送信する。発見フレームは、発見されるデバイスに対応する異なるＰＨＹモードにおいて送信される。発見チャネルにおいて、発見フレームは、指向性アンテナを用いて、指向的に送信される。指向性発見を可能にするため、ランダム化された発見手順が、図１に示されるように関連技術において提案される。

図１に示されるように、最初に、デバイスは、送信の方向（以下、「セクター」と参照される）を向くアンテナ又はビームを用いて、発見フレームのセット１１０−１を送信する。その後、デバイスは、フレーム１１０−１の前の通信の開始から測定される間隔［ｍＤＢＰＭｉｎ、ｍＤＢＰＭａｘ］にわたり一様な分布からランダムに引かれる時間において、発見フレームの別のセット１１０−２の別の送信をスケジュール化する。発見フレーム１１０−１及び１１０−２の通信の間の時間期間は、スキャン期間１２０−１である。スキャン期間の間、デバイスは、発見フレームを送信するため又は他のデバイスにより送信されるレスポンスを受信するため、１つのセクターをスキャンする。スキャン期間１２０−１の終わりに、デバイスは、発見フレームの次のセット１１０−２を送信するため、及びスキャン期間１２０−２の持続時間の間に、セクター２に面するセクターにおける発見チャネルをスキャンするため、次のセクター（セクター２）へと切り替える。デバイスは、Ｍ個のセクターをスキャンし続け、送信された発見フレームに対するレスポンスが受信されるまで、ランダム化された発見手順を繰り返す。

パラメータｍＳＰＭｉｎ及びｍＳＰＭａｘは、それぞれ、最小及び最大スキャン期間（ＤＰ）であり、スーパーフレームの数として測定される。デバイスタイプＡ、Ｂ及びＣに対するランダム化された発見手順に関する詳細な議論は、Standard Ecma-387の181〜183ページ、section 15.5.1、「High Rate 60GHz PHY, MAC and HDMI PAL」、1st Edition、Dec 2008に見られることができる。

スキャン期間１２０−１〜１２０−Ｍの持続時間をランダムに選択することにより、各期間の持続時間が異なることになる確率が高い点に留意されたい。異なるデバイスのスキャン期間の開始は、同期化されない。即ち、発見フレームを送信するための開始ポイントはデバイス毎に異なる。これは、図２に更に説明される。図２では、２つの隣接デバイス「Ａ」及び「Ｂ」のスキャンタイムライン２１０及び２２０が、それぞれ示される。

図２に示されるように、デバイスＡ及びＢは互いの通信距離内にあり、各デバイスは、ランダム化された時間で、４つのセクターにおいて発見フレームを送信する。デバイスＡは、Ｔ_０で発見チャネルをスキャンし始め、一方デバイスＢは、Ｔ_１で始める。デバイスＡは、セクター１、２、３、及び４において、発見フレーム２１１−Ａ、２１２−Ａ、２１３−Ａ及び２１４−Ａをそれぞれ送信する。スキャン期間２２１−Ａから２２４−Ａの間、デバイスＡは、セクター１から４をそれぞれスキャンする。同様に、デバイスＢは、セクター１から４において発見フレーム２１１−Ｂから２１４−Ｂを送信し、発見期間２２１−Ｂから２２４−Ｂの間、デバイスＢは、セクター１から４をそれぞれスキャンする。

図２に示されるように、デバイスＢの発見期間２２１−Ｂから２２４−Ｂは、デバイスＡの発見フレーム２１１−Ａから２１４−Ａとは重複しない。即ち、デバイスＢは送信されたフレームに面するセクター（方向）を監視しない。これにより、デバイスＡによる任意の通信は、デバイスＢの監視方向とは揃わない。従って、ランダム化された発見手順を実現することにより、デバイスは、固定された時間内に互いを発見することができない場合がある。

本発明の特定の実施形態は、無線ネットワークにおけるデバイスによる隣接デバイスの決定論的指向性発見に関する方法を含む。この方法は、発見チャネルへのアクセス時間を複数のセクタースキャン期間４１０へと等しく分けるステップであって、各セクタースキャン期間が、所定の数の発見スイープ期間４３０を含み、各発見スイープ期間は、所定の数の時間スロット４４０を含む、ステップと、現在のセクタースキャン期間の間、単一のセクターにおいて上記発見チャネルをスキャンするステップＳ３１０と、上記現在のセクタースキャン期間の各発見スイープ期間の各時間スロットの間、各セクターの方へ発見フレームを送信するステップＳ３２０と、送信された発見フレームに対する少なくとも１つのレスポンスが、上記現在のセクタースキャン期間の間、受信されたかどうかチェックするステップＳ３３０と、次のセクタースキャン期間の間に次のセクターにおいて上記発見チャネルをスキャンするよう上記デバイスをセットするステップであって、上記セクタースキャン期間が、シーケンシャルにアクセスされる、ステップＳ３５０とを有する。

本発明の特定の実施形態は更に、無線ネットワークにおける隣接デバイスの決定論的指向性発見に関するデバイス７００を含む。このデバイスは、Ｍ個の異なるセクターにおいて無線信号を受信及び送信する指向性アンテナのアレイ７１０−１、７１０−Ｍと、Ｍ個の異なるセクターにおいて発見チャネルをスキャンする受信機７２０と、Ｍ個の異なるセクターの方へ発見フレームを送信する送信機７３０と、上記決定論的指向性発見を実行するため、上記指向性アンテナのアレイ、上記受信機及び上記送信機を制御するコントローラ７４０とを有する。

関連技術におけるランダム化された発見手順を示す図である。 関連技術におけるランダム化された発見手順の限界を示す図である。 本発明の実施形態による決定論的指向性発見に関する方法を示すフローチャートである図である。 本発明の実施形態によるスキャンタイミング構造を示す図である。 本発明の実施形態による決定論的指向性発見方法の処理を示すスキャンタイムラインである。 Ｅｃｍａ−３８７タイプＡベースのシステムにおける決定論的指向性発見方法を示す図である。 Ｅｃｍａ−３８７タイプＡベースのシステムにおける決定論的指向性発見方法を示す図である。 本発明の実施形態に基づき構築されるデバイスのブロック図である。

本発明の主題は、明細書の結論として請求項において特に指摘され、明示的に請求される。本発明の前述の及び他の特徴及び利点は、添付の図面と共に考慮される以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。

本発明により開示される実施形態は、本書における革新的な教示の多くの有利な使用の例にすぎない点を理解されたい。一般に、本書においてなされる説明は、請求項に記載の様々な発明のいずれかを必ずしも限定するものではない。更に、いくつかの記載は、本発明のいくつかの特徴には当てはまるが、他の特徴には当てはまらない場合がある。一般に、特に明記しない限り、一般性を失うことなく、単一の要素は、複数とすることができる。逆もまた真である。図において、類似する数字は、複数の表示を介して同様な部分を参照する。

図３は、本発明の実施形態による決定論的指向性発見に関する方法を示す例示的で非限定的なフローチャート３００を示す。この方法は、有界時間内に発見を実現するため、ランダム化された開始時間で、スキャン及び発見スイープを実行する。この方法は、スキャンタイミング構造を示す図４を参照して説明されることになる。

ステップＳ３１０では、各セクターにおいて、セクタースキャン期間４１０−ｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｍであり、ここでＭは、セクターの総数である）の間、単一のセクターにおいて、デバイスが発見チャネルをスキャンする。各セクタースキャン期間の持続時間は、Ｔｓｃａｎである。Ｍ個のセクタースキャン期間４１０−ｉをスキャンするための時間期間は、Ｍ＊Ｔｓｃａｎの持続時間を持つスキャンスイープ期間４２０である。各セクタースキャン期間４１０−ｉは、Ｍ＊Ｗの時間スロットに等しく分けられる。ここで、Ｗは、各セクタースキャン期間４１０−ｉに含まれる発見スイープ期間の数である。例示的な目的のため、及び本発明の範囲を限定することなしに、図４は、セクタースキャン期間４１０−１に含まれる２つの発見スイープ期間４３０−１及び４３０−２（即ち、Ｗ＝２）と、スキャンスイープ期間４３０−１及び４３０−２における時間スロット４４０−１から４４０−８（即ち、Ｍ＝４）だけを示す。

ステップＳ３２０では、Ｍセクターの１つの方向において、発見フレームが、各時間スロット（例えば、時間スロット４４０−１）において送信される。発見フレームは、時間スロットの開始から、ランダムに選択された時間間隔の後送信される。次の時間スロット（例えば、時間スロット４４０−２）において別の発見フレームを送信するとき、デバイスは異なるセクターに対してそのアンテナ又はビームを切り替え、フレームを送信するため時間スロットの開始から時間間隔をランダムに選択する。発見スイープ期間（例えば、期間４３０−１）の間に、デバイスは、Ｍ個すべてのセクターを通り発見フレームを送信する。本発明の実施形態において、時間間隔は、間隔［０、ＳｌｏｔＤｕｒａｔｉｏｎ−ｄｅｌｔａ］にわたる一様な分布からランダムに引きだされる。ここで、ＳｌｏｔＤｕｒａｔｉｏｎは、スロットの持続時間であり、ｄｅｌｔａは、発見フレームの推定された持続時間である。

本発明の一実施形態において、発見フレームは、非同期コンテンションベースの媒体アクセス機構、例えば搬送波感知多重アクセス／衝突検出方式（ＣＳＭＡ／ＣＡ）等を用いて送信される。発見フレームを送信すると、デバイスは、時間スロットの残りの持続時間の間発見チャネルを監視し続ける。

ステップＳ３３０において、送信された発見フレームに対するレスポンスが受信されたかどうかを決定するためチェックが実行される。受信された場合、実行は、ステップＳ３４０へと続き、そこでは、送信された発見フレームに対して応答したデバイス及びそれらのセクターが、発見されたデバイスとして記録される。受信されない場合、ステップＳ３３５において、現在のセクタースキャン期間（例えば、４１０−１）が経過したかがチェックされる。経過していない場合、実行は、異なるセクターにおいて別の発見フレームを送信するためステップＳ３２０に戻る。これにより、現在のセクタースキャン期間の発見スイープ期間のすべてを通して、発見フレームが送信されることが確実にされる。経過している場合、ステップＳ３５０において、デバイスは、次のセクタースキャン期間（例えば、４１０−２）の間に異なるセクターをスキャンするようセットされる。デバイスが、Ｍ個のセクターをシーケンシャルにスキャンし、１つ又は複数デバイスが検出された場合、発見方法は終了される点に留意されたい。

決定論的指向性発見方法の処理は、図５に示される。図５では、２つの隣接デバイス「Ａ」及び「Ｂ」のスキャンタイムライン５１０及び５２０が、それぞれ示される。デバイスは、互いの通信距離内に存在し、各デバイスは、４つの異なるセクターにおいて送信することができる。デバイスＡは、Ｔ_０で発見チャネルをスキャンし始め、デバイスＢはＴ_１で始める。時間スロット５３１−Ａから５３４−Ａ及び５３５−Ａから５３８−Ａの間、デバイスＡは、セクター１から４においてそれぞれ発見フレーム５４１−Ａから５４４−Ａを送信するが、２つの発見スイープ期間の間は単一のセクター（例えば、セクター１）をスキャンする。同様に、デバイスＢは、時間スロット５３１−Ｂから５３４−Ｂ及び５３５−Ａから５３８−Ａにおいて、セクター１から４においてそれぞれ発見フレーム５４１−Ａから５４４−Ａを送信し、２つの発見スイープ期間の間においてはセクター１だけをスキャンする。時間スロットの持続時間が両方のデバイスに関して固定されるので、デバイスＢが、電源をオンにされるときはいつでも、デバイスＢは、デバイスＡの発見フレームと重複する少なくとも１つのセクターを監視する。例えば、デバイスＢは、第２の発見スイープの時間スロット５３５−Ａの間、デバイスＡにより送信される発見フレームを受信する。このフレームは、デバイスＢが監視するセクター１において送信される。従って、決定論的指向性発見方法は、セクタースキャン期間に等しい有界時間内に特定の方向における隣接デバイスを発見することを保証し、スキャンスイープ期間４２０内にすべてのセクターにおけるデバイスを発見することを保証する。

図４において説明され、図５において図示される実施形態は、スロースキャン・ファストリカバリスイープ技術とも呼ばれる。この技術では、デバイスがセクタースキャン期間の終わりに新しいセクターへと切り替える。本発明の別の実施形態によれば、ファストスキャン・スローディスカバリスイープ技術が開示される。この技術は、各時間スロットの間、異なるセクターをスキャンし、セクタースキャン期間の持続時間の間、１つのセクターの方へのみ発見フレームを送信することを含む。例えば、４つのセクターが存在すると仮定すると、セクタースキャン期間（例えば、期間４１０−１、図４）の間に、発見フレームが、セクター１の方向において各時間スロット（例えば、スロット４４０−１から４４０−４）において送信される。更に、時間スロット４４０−１から４４０−４及び４４０−５から４４０−８において、セクター１から４が、第１の発見スイープ期間４３０−１の間にスキャンされる。同じことは、スキャン期間４１０−４に含まれる第２の発見スイープ期間４３０−２にも適用される。

本発明の実施形態によれば、本書に開示される教示は、Ｅｃｍａ−３８７タイプＡベースのシステムにおいて実現されることができる。この実施形態は、図６Ａ及び６Ｂに示される。デバイスの異なるタイプにおける相互運用性を確実にするため、Ｅｃｍａ−３８７ベースのシステムにおけるタイプＡデバイスは、タイプＡ、Ｂ及びＣのデバイスを発見することを必要とされる。従って、タイプＡデバイスの発見フレームは、タイプＢ及びタイプＣの発見（又は、ポーリング）フレームも含む。図６Ｂに示されるように、発見フレームは、タイプＡ発見ビーコンブロック（ＤＢＢＳ）として構築され、モード−Ｄ０ビーコン６１１、モード−Ｂ０ポーリングフレーム６１２、モード−Ｃ０ポーリングフレーム６１３及び対応するスキャン期間６２１、６２２、６２３を含む。特に、モード−Ｂ０及びモード−Ｃ０ポーリングフレーム６１２及び６１３の数は、複数のアンテナブロック又はビームを用いてデバイスが覆うことができるセクターの数に等しい。ポーリングフレームブロックは、同じセクターにおいて、モード−Ｂ０ポーリングフレーム又はモード−Ｃ０ポーリングフレームを送信すること、及びポーリングフレームが送信された順番とは逆順に、スキャン期間６２２及び６２３の間にモード−Ｃ０及びモード−Ｂ０ポーリングレスポンスをスキャンすることを含む。

図６Ａに示される例示的なダイヤグラムにおいて、デバイスは、４つのセクターをスキャンする。各時間スロットにおいて、タイプＡデバイスは、同じ発見フレーム６１０を、しかし異なるセクターにおいて送信する。発見フレーム６１０は、時間スロットの開始後、ランダム化された時間で送信される。デバイスは、セクタースキャン期間６３０−１の持続時間の間１つのセクターだけをスキャンする。デバイスは、セクタースキャン期間６３０−２の間に、次のセクターをスキャンする。４つのセクターが存在するので、デバイスは、第４のセクタースキャン後第１のセクターに戻る（図示省略）。

図７は、本発明の実施形態に基づき構築されるデバイス７００のブロック図を示す。デバイス７００は、Ｍ個の異なるセクターの方へ信号を受信及び送信するため、指向性アンテナ７１０−１から７１０−Ｍのアレイを含む。デバイス７００は更に、隣接デバイスを検出するためＭ個の異なるセクターにおいて発見チャネルを少なくともスキャンする受信機７２０と、Ｍ個の異なるセクターの方へ発見フレームを送信する送信機７３０とを含む。デバイス７００は更に、上記において詳述されたスロースキャン・ファストディスカバリスイープ技術又はファストスキャン・スローディスカバリスイープ技術を実行するため、アンテナ７１０−１から７１０−Ｍのアレイ、送信機７３０及び受信機７２０を制御するコントローラ７４０を含む。

本発明の様々な実施形態は、短距離無線ネットワーク及びアプリケーションにおいて用いられることができる。これは、以下に限定されるものではないが、例えば無線ＨＤＭＩ、無線ＵＳＢ等を含む。

本発明の原理は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はこれらの任意の組み合わせとして実現されることができる。更に、ソフトウェアは好ましくは、デジタル回路、アナログ回路、磁気媒体又はこれらの組み合わせの形で実現されることができる、プログラムストレージユニット、不揮発性のコンピュータ可読媒体、又は不揮発性の機械読み取り可読ストレージ媒体において明白に実現されるアプリケーションプログラムとして実現される。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対してアップロードされることができ、このマシンにより実行されることができる。好ましくは、このマシンは、例えば１つ又は複数の中央処理ユニット（「ＣＰＵ」）、メモリ及び入力／出力インタフェースといった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現される。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及びマイクロ命令コードを含むこともできる。斯かるコンピュータ又はプロセッサが明示されていなくても、本書に説明される様々な処理及び機能は、ＣＰＵにより実行されることができるマイクロ命令コードの部分又はアプリケーションプログラムの部分又はこれらの任意の組み合わせとすることができる。更に、例えば追加的なデータストレージユニット及び印刷ユニットといった様々な他の周辺機器が、このコンピュータプラットフォームに接続されることができる。

前述の詳細な記載は、本発明が取ることができる多くの形式のうちの２、３について説明したものである。前述の詳細な記載は、本発明が取ることができる形式のうち選択されたものを説明するものであり、本発明の規定を限定するものとして理解されるものではない点に留意されたい。本発明の範囲を定めるのは、請求項のみであり、この請求項は、すべての均等の範囲を含む。

Claims (13)

1. 無線ネットワークにおけるデバイスによる隣接デバイスの決定論的指向性発見に関する方法において、
   発見チャネルへのアクセス時間を複数のセクタースキャン期間へと等しく分けるステップであって、各セクタースキャン期間が、所定の数の発見スイープ期間を含み、各発見スイープ期間は、所定の数の時間スロットを含む、ステップと、
   現在のセクタースキャン期間の間、単一のセクターにおいて前記発見チャネルをスキャンするステップと、
   前記現在のセクタースキャン期間の各発見スイープ期間の各時間スロットの間、各セクターの方へ発見フレームを送信するステップと、
   送信された発見フレームに対する少なくとも１つのレスポンスが、前記現在のセクタースキャン期間の間、受信されたかどうかチェックするステップと、
   次のセクタースキャン期間の間に次のセクターにおいて前記発見チャネルをスキャンするよう前記デバイスをセットするステップであって、前記セクタースキャン期間が、シーケンシャルにアクセスされる、ステップとを有する、方法。
2. 前記送信された発見フレームに対して応答した各デバイスを記録するステップと、
   レスポンスが受信されない場合、前記複数のセクタースキャン期間を通して前記発見チャネルのスキャンを周期的に繰り返すステップとを更に有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記所定の時間スロットの各々の持続時間が、固定される、請求項１に記載の方法。
4. 前記セクタースキャン期間の数が、前記セクターの数に等しく、前記発見スイープ期間の所定の数が、２以上である、請求項１に記載の方法。
5. 前記発見フレームが、前記時間スロットの開始から、ランダム時間間隔後送信される、請求項１に記載の方法。
6. 前記発見フレームが、非同期コンテンションベースの媒体アクセス機構を用いて送信される、請求項５に記載の方法。
7. セクタースキャン期間の各時間スロットにおいて、単一のセクターの方へ発見フレームを送信するステップと、
   前記セクタースキャン期間の各発見スイープ期間の各時間スロットの間、異なるセクターにおいて前記発見チャネルをスキャンするステップとを更に有する、請求項１に記載の方法。
8. 前記デバイスが、Ｅｃｍａ−３８７タイプＡ又はタイプＢベースのデバイスのいずれかである、請求項１に記載の方法。
9. 前記隣接デバイスの各々が、Ｅｃｍａ−３８７タイプＡベースのデバイス、Ｅｃｍａ−３８７タイプＢベースのデバイス、及びＥｃｍａ−３８７タイプＣベースのデバイスの少なくとも１つである、請求項８に記載の方法。
10. 前記発見フレームが、発見ビーコンブロックとして構築される、請求項８に記載の方法。
11. 前記発見ビーコンブロックが、モード−Ｄ０ビーコン、モード−Ｂ０ポーリングフレーム、モード−Ｃ０ポーリングフレーム、モード−Ｄ０スキャン期間、モード−Ｂ０スキャン期間及びモード−Ｃ０スキャン期間を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 無線ネットワークにおける隣接デバイスの決定論的指向性発見に関するデバイスであって、
    Ｍ個の異なるセクターにおいて無線信号を受信及び送信する指向性アンテナのアレイと、
    Ｍ個の異なるセクターにおいて発見チャネルをスキャンする受信機と、
    Ｍ個の異なるセクターの方へ発見フレームを送信する送信機と、
    前記決定論的指向性発見を実行するため、前記指向性アンテナのアレイ、前記受信機及び前記送信機を制御するコントローラとを有し、
    前記発見チャネルに対するアクセス時間が、複数のセクタースキャン期間へと等しく分けられ、各セクタースキャン期間が、所定の数の発見スイープ期間を含み、各発見スイープ期間は、所定の数の時間スロットを含み、前記発見チャネルを、現在のセクタースキャン期間の間、単一のセクターにおいてスキャンし、発見フレームを、前記現在のセクタースキャン期間の各発見スイープ期間の各時間スロットの間、各セクターの方へ送信し、前記現在のセクタースキャン期間において、送信された発見フレームに対する少なくとも１つのレスポンスが受信されたかをチェックし、前記アンテナのアレイ及び前記受信機を、次のセクタースキャン期間の間に次のセクターにおいて前記発見チャネルをスキャンするようセットし、これにより前記セクタースキャン期間がシーケンシャルにアクセスされ、レスポンスが受信されない場合、前記発見チャネルのスキャンを、前記複数のセクタースキャン期間を通して周期的に繰り返す、デバイス。
13. 前記発見フレームが、セクタースキャン期間の各時間スロットにおいて、単一のセクターの方へ送信され、前記発見チャネルは、前記セクタースキャン期間の各発見スイープ期間の各時間スロットの間、異なるセクターにおいてスキャンされる、請求項１２に記載のデバイス。

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