JP6109184B2 - 無線送受信機とのマルチチャネル、マルチ変調、マルチレート通信 - Google Patents
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Description
この出願は、参照によって本明細書に組み込まれる、ヨーロッパ特許出願No.11188908.5、2011年11月11日出願、表題「無線送受信機とのマルチチャネル、マルチ変調、マルチレート通信」の優先権を主張する。
図1は、本明細書で説明される技術が実装されうる、例示的なアーキテクチャ100を示している。アーキテクチャ100は、通信パス110−116を介して、互いに通信で連結された複数のノード102−108を含む。ここで、ノード102−108は、ネットワーク120を介して、中央局118と通信するようにも構成される。
・データレート50または150kbpsである周波数偏移変調(FSK)変調;チャネル間隔200または400kHz;および/または902.2または902.4MHzから始まる第1のチャネル。FSK変調は、畳み込み符号前方誤り訂正(EFC)を利用することができる。
・二位相偏移変調(BPSK)の物理変調を伴う直交周波数分割多重方式(OFDM)、四位相偏移変調(QPSK)、および/または直角位相振幅変調(QAM)(例えば、16QAM);データレート50、100、200、300、400、600、または800kbps;および/またはチャネル間隔400または800kHz。OFDMは、1/2または3/4符号化速度である畳み込みFECを利用することができる。
・オフセット四位相偏移変調(O−QPSK)の物理変調を伴う直接シーケンススペクトラム拡散方式(DSSS)変調;データレート31.25、125、250、または500kbps;および/または802.15.4標準などの事前に定義された標準に基づくチャネル設計。DSSSは、畳み込みFECを利用することができる。
図3は、複数のチャネル上で制御チャネル302を周波数ホップする、例示的な周波数ホッピング処理300を示している。示されているように、制御チャネル302は、チャネル1−N上でホップされる。制御チャネル302が、時刻t0においてチャネル1に配置され、時刻t1においてチャネル3に配置され、時刻t2においてチャネルN−1に配置されるなどである。チャネル1−Nは、それぞれ、周波数範囲によって定義される。例えば、チャネル1は、周波数f0とf1との間で定義される。
図4−5は、制御チャネルおよび/またはデータチャネルを介して転送されうる、例示的なPDUを示している。特に、図4は、ノードが別のノードへデータを送信することを望むことを示すために使用されうる、例示的な送信要求(RTS)フレーム400を示している。一方、図5は、ノードがデータを受信するために利用可能であること示すために使用されうる、例示的な送信可(CTS)フレーム500を示している。一部の例では、RTSメッセージを受信すると、ノードは、(利用可能な場合)CTSメッセージを送信することによって応答することができる。この例において、RTSおよびCTSフレーム構造は、IEEE802.15.4標準によって定義される。しかしながら、他の例では、他のPDU構造は、マルチチャネル通信ネットワークに関連付けられた、RTSメッセージ、CTSメッセージ、または他の通信搬送情報のために使用されうる。
・種類:このフィールドは、例えば、RTS、CTS、送信不可(NCTS)など、フレームの種類を示す。図4の例では、このフィールドは、フレームがRTSフレームであることを示す。
・HW:このフィールドは、RTSフレームを送信するノードのハードウェアの種類を示す。種類は、例えば、装置のバージョンまたは世代、および/または、ノードの能力を決定するために使用可能である任意の他の情報(例えば、ノードによってサポートされる、電池、変調技術、および/または、データレート)を含むことができる。
・ランク:このフィールは、RTSフレームを送信しているノードの、低電力および損失ネットワーク向けルーティングプロトコル(RPL(routing protocol for low power and lossy networks))ランク(既知の場合)を示す。このフィールドは、MAC副層におけるルーティング一貫性検出のために受信ノードによって利用されうる。
・DODAG_ID:このフィールドは、宛先指向無閉路有向グラフ(DODAG(Destination Oriented Directed Acyclic Graph))識別子(ID)である。これは、DODAGルート(例えば、ネットワークボーダールータ、セルラールータ、リレーなど)を識別し、それを通じて、中央局または他のネットワークコンピューティング装置との通信のために、RTSを送信するノードがインターネットなどのバックホールネットワークに接続される。図1のアーキテクチャ100の文脈において、ノード104は、バックホールネットワークを備えうる、ネットワーク120と通信しているDODAGルートの例である。DODAG_IDにより、RTSフレームを受信するノードは、MAC副層においてルーティング一貫性状態を検証することによって、RTSフレームを受託または拒否することができるようになる。
・期間:このフィールドは、RTSにおいて特定されたデータフレームを交換するための合計期待時間を示す。期間は、特定されたデータフレームを送信するための時間、フレーム間のフレーム間隔(IFS)(例えば、SIFS、GIFSなど)などの待ち時間、および肯定応答(ACK)または非肯定応答(NACK)応答を含むことができる。期間フィールドは、ノードが別のノードと通信してビジーであろうおよびそれゆえ受信するために利用不可能であろう期間を決定するために利用されうる。
・チャネルオン:このフィールドは、RTSがチャネルリストを含むかどうかを示すフラグを含む。
・チャネルリスト:このフィールドは、RTSフレームを送信するノードで利用可能であるチャネルのリストを含むチャネルリストを含む。RTSフレームを受信するノードは、利用可能なチャネルからチャネルを選択することができ、および、この選択されたチャネルをCTSフレーム内で特定することができる。一部の例では、チャネルリストは、ノードで利用可能である全てのチャネルより少ないチャネルを含むことができる。例えば、DSSS変調が用いられる場合、チャネルリストは、915MHz産業・科学・医療(ISM)バンドにて13チャネルに限定されうる。チャネルリストは、例えば、RTSを送信したノードとRTSを受信したノードとの間の限定チャネルのリストを備えることができる。限定チャネルのリストは、RTSを送信したノードおよび/またはRTSを受信したノードのメモリ内で保持されうる。
・データレート(DR)パラメータ:このフィールドは、RTSフレームを送信するノードによってサポートおよび/または提案された最大データレートを示す。RTSフレームを受信するノードは、このフィールドを利用して、送信ノードと受信ノードとの両方が能力があるデータレートを決定することができる。決定されたデータレートは、CTSフレームを使用して送信ノードへ送信されうる。決定されたデータレートは、最大でも、2つのノードの遅いほうの最大データレートに設定されるであろう。ゆえに、RTSが、受信ノードが能力があるデータレートよりも高いデータレートを提案する場合、受信ノードは、CTSフレームを送信するときに、低いデータレート(最大でも、受信ノードの最大データレート)を設定するであろう。
・データID:このフィールドは、データパケットのIDを含む。このIDは、RTSフレーム内で表されうる。例えば、データパケットが特定のノードによって受信されたが、肯定応答はデータパケットを送信するノードにて受信されなかった場合、このフィールドが利用されうる。この場合、データIDとともにデータパケットを送信したノードは、データパケットが受信されなかったとみなし、同一のデータIDについてのRTSフレームを再送信することができる。一部の例では、特定のノードは、複数の受信された最後のデータIDの追跡を続けるとき、特定のノードは、CTSフレームの代わりにACKフレームで応答することができ、ゆえにデータパケットの再送信を避けることができる。
・F_ID:このフィールドは、RTSフレームのMACフレームIDを含み、重複したRTSフレームを検出するために利用されうる。RTSフレームの受信ノードは、RTSフレームに応答するときに、このF_IDをCTSフレームの中にコピーすることができる。RTSフレームを送信するノードがCTSフレームを受信するとき、ノードは、CTSフレーム内でF_IDを使用して、CTSフレームが期待されたフレームであるかどうかを決定することができる(例えば、CTSフレームは、ノードがすでに送信したRTSフレームへの応答である)。
・NP:このフィールドは、RTSフレームを受信するノードと交換されるパケットの数を示す。このフィールドは、受信ノードに、切り替えて戻して制御チャネル上でリッスンする前に、どれだけの数のパケットを特定されたデータチャネル上でリッスンするかを伝える。このフィールドは、特定のチャネルの利用可能性を決定するときに使用可能でもある。
・Pre_Ch:このフィールドは、ノードがデータフレームを交換するために優先して利用するチャネルを示す。初期設定で、RTSフレームの受信は、可能であれば、このチャネルをデータ交換のために選択することができる。しかしながら、このチャネルがビジーまたはさもなければ受信ノードが利用可能ではない場合、受信ノードはCTSにおいて異なるチャネルを指定することができる。
・DIR:このフィールドは、トラフィックがルート(root)からであるか、または、トラフィックがルートへ送信されるかを示す。ルートからリーフ(leaf)の方へ送信されたトラフィックは、「ダウンリンクストリーム」と言われる。一方、ルートの方へ送信される全ての通信は、「アップストリーム」と言われる。フィールドは、例えば、アップストリームトラフィックについて1を設定され、ダウンストリームトラフィックについて0を設定されうる。
・種類:このフィールドは、図4を参照して上で説明したものと類似した情報を示すことができる。図5の例では、このフィールドは、フレームがCTSフレームであることを示す。
・HW:このフィールドは、RTSフレームを受信したノード(すなわち、CTSフレームを送信するであろうノード)のハードウェアパラメータ(例えば、装置の種類、装置のバージョンまたは世代など)を含む。
・ランク:このフィールドは、CTSフレームに適用されている以外は、RTSフレームの対応フィールドに類似している。このフィールドは、それらの関連する品質に従って、通信パスのランク付けにおいて使用されうる。
・DODAG_ID:このフィールドは、CTSフレームに適用されている以外は、RTSフレームの対応フィールドに類似している。特に、このフィールドは、CTSフレームを受信するノードのために、MAC副層においてルーティング一貫性状態を検証することによって受諾または拒否するための選択を提供する、DODAG識別子である。
・期間:このフィールドは、CTSフレームに適用されている以外は、RTSフレームの対応するフィールドに類似している。このフィールドは、利用可能性および利用可能性の期間を決定するときに使用されうる。
・チャネル:このフィールドは、RTSフレームを受信したノードによって選択されるデータチャネルを示す。
・DR:このフィールドは、RTSフレームを受信したノードによって選択されたデータレートを示す。データレートは、RTSにおいて特定されたデータレートと同一(受信ノードがデータレートの能力が有る場合)、またはRTSにおいて特定されたデータレートと異なる(受信ノードがRTSにおいて特定されたデータレートの能力が無い場合)とすることができる。このデータレートは、データチャネル上でデータを転送するために実装されうる。
・F_ID:このフィールドは、CTSフレームのMACフレームIDを含む。これは、RTSフレームのF_IDと同一とすることができる。
図6−7は、1または複数のメッセージを制御チャネルを介して通信する、および、データを特定のデータチャネルを介して転送する、例示的な処理600および700を示している。処理600および700(ならびに本明細書で説明される各処理)は、論理的フローグラフとして示され、その各オペレーションは、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせにおいて実装されうるオペレーションのシーケンスを表す。ソフトウェアの文脈において、オペレーションは、1または複数のプロセッサによって実行されるときに、記載したオペレーションを実行する、1または複数のコンピュータ可読記憶媒体上で格納される、コンピュータ実行可能命令を表す。一般に、コンピュータ実行可能命令は、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、および特定の機能を実行するか特定の抽象データ型を実装する同等のものを含む。オペレーションが説明される順番は、限定として構成されることを意図しておらず、任意の数の説明するオペレーションは、任意の順番でおよび/または並列に組み合わせられ、処理を実装する。
実施形態は、構造の特徴および/または方法の動作を特定する言語で説明されてきたけれども、開示は、説明された特定の特徴または動作に限定される必要はないことが理解されるべきである。むしろ、特定の特徴および動作は、本明細書において、実施形態を実装する例示的な形式として開示されている。
Claims (20)
- 少なくとも1つの異なる通信機能を含むネットワークのノード間で、1つまたは複数のメッセージを、制御チャネルを介して通信するステップであって、前記少なくとも1つの異なる通信機能は、異なる種類の装置、異なる世代の装置、異なるバージョンの装置、および/または、異なるモデルの装置を備えた前記ノードに起因し、前記1つまたは複数のメッセージは、少なくとも1つの前記ノードによってサポートされる最大データレートを示し、前記1つまたは複数のメッセージは、特定のデータチャネルを介して送信されることになるデータのIDを識別し、前記ノードの各々は、ユーティリティメータに関連付けられる、ステップと、
前記1つまたは複数のメッセージを通信することに少なくとも部分的に基づいて、複数のデータチャネルから前記特定のデータチャネルを決定するステップであって、前記制御チャネルおよび前記複数のデータチャネルは、前記ネットワークのチャネルである、ステップと、
前記1つまたは複数のメッセージに少なくとも部分的に基づいて、前記ノードによってサポートされる最大共通データレートを決定するステップと、
前記特定のデータチャネルを決定することに少なくとも部分的に基づいて、前記特定のデータチャネルへ切り替えるステップと、
前記ノードのうちの1つによって、前記データを前記特定のデータチャネルを介して前記最大共通データレートで送信または受信するステップと、
前記データが受信されたことを示す肯定応答を受信するステップであって、前記肯定応答が受信されない場合、前記IDを識別する前記メッセージを再通信する、ステップと、
前記データを前記特定のデータチャネルを介して送信または受信することが完了すると、前記制御チャネルへ切り替えるステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 前記1つまたは複数のメッセージは、さらに、前記特定のデータチャネルおよび変調技術を識別することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記制御チャネルへ切り替えるステップは、前記肯定応答を送信または受信することに応答して前記制御チャネルへ切り替えることを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記1つまたは複数のメッセージを通信するステップは、前記データを前記ノードのうちの1つのノードへ送信する要求を示すメッセージを送信することを含み、
前記送信または受信するステップは、前記データを前記ノードへ前記特定のデータチャネルを介して送信することを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記1つまたは複数のメッセージを通信するステップは、前記データを前記ノードのうちの1つのノードへ送信する要求を示すメッセージを受信することを含み、
前記送信または受信するステップは、前記データを前記ノードで前記特定のデータチャネルを介して受信することを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記送信または受信するステップは、他のデータが他のノード間で前記複数のデータチャネルのうちの別のデータチャネルを介して転送される間、前記データを前記特定のデータチャネルを介して前記ノード間で送信または受信することを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ノード間の距離に少なくとも部分的に基づいて、前記データの送信または受信の間に利用されるべき変調技術を決定するステップ
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 周波数ホッピングシーケンスに基づいて、前記複数のチャネルにわたって前記制御チャネルを周波数ホッピングするステップ
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記制御チャネルを介して通信される前記1つまたは複数のメッセージは、それぞれ、前記特定のデータチャネルを介して送信または受信される前記データよりもデータサイズが小さいことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記1つまたは複数のメッセージを通信するステップは、前記1つまたは複数のメッセージを前記制御チャネルを介して前記最大共通データレートよりも低いデータデートで通信することを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 異なる変調技術および/またはデータレートを実装するように構成された単一の無線周波数(RF)送受信機と、
1つまたは複数のプロセッサと、
実行されるときに前記1つまたは複数のプロセッサに動作を行わせる演算の論理を格納したメモリと
を備えたシステムであって、前記動作は、
メッセージが前記単一のRF送受信機によって制御チャネルを介して受信されるようにするステップであって、前記メッセージは、ユーティリティメータに関連付けられたノードから受信され、および、前記ノードの種類、前記ノードのバージョン、前記ノードの世代、および/または、前記ノードのモデルを特定し、前記メッセージは、送信されることになる複数のデータユニットのID、および、前記ノードによってサポートされる最大データレートを示す、ステップと、
複数のデータチャネルから特定のデータチャネルを決定するステップであって、前記制御チャネルおよび前記複数のデータチャネルは、同一のネットワーク上のチャネルである、ステップと、
前記メッセージに少なくとも部分的に基づいて、前記ノードおよび前記システムによってサポートされる最大共通データレートを決定するステップと、
前記特定のデータチャネルを決定することに少なくとも部分的に基づいて、前記特定のデータチャネルへの切り替えを引き起こすステップと、
前記データユニットが前記単一のRF送受信機によって前記特定のデータチャネルを介して前記最大共通データレートで受信されるようにするステップと、
前記データユニットが受信されたことを示す肯定応答が前記単一のRF送受信機によって送信されるようにするステップであって、前記ノードにおいて前記肯定応答が受信されない場合、前記IDを示す前記メッセージが再受信されるようにする、ステップと、
前記データユニットが受信された後、前記制御チャネルへの切り替えを引き起こすステップと
を含むことを特徴とするシステム。 - 1つまたは複数の他のデータユニットが別のノードで前記複数のデータチャネルのうちの別のデータチャネルを介して受信される間、前記データユニットは、前記特定のデータチャネルを介して受信されることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
- 前記メッセージは、前記データユニットのうちの少なくとも1つよりも小さいビットおよび/またはバイトを含むことを特徴とする請求項11に記載のシステム。
- 前記メッセージは、前記制御チャネルを介して前記最大共通データレートよりも低いデータレートで受信されることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
- 前記ノードのうちの1つのノードの1つまたは複数のプロセッサによって実行されるときに前記1つまたは複数のプロセッサに請求項1の方法を行わせる、コンピュータ実行可能命令を格納した1つまたは複数の非一時的なコンピュータ可読媒体。
- 複数の異なる変調技術および/またはデータレートを実装するように構成された単一の無線周波数(RF)送受信機と、
1つまたは複数のプロセッサと、
実行されるときに前記1つまたは複数のプロセッサに少なくとも部分的に前記単一のRF送受信機を使用して請求項1の方法を行わせる演算の論理を格納したメモリと
を備えたシステム。 - ノードの1つまたは複数のプロセッサによって実行されるときに前記1つまたは複数のプロセッサに演算を行わせる、コンピュータ実行可能命令を格納した1つまたは複数の非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記演算は、
メッセージを制御チャネルを介して別のノードへ送信するステップであって、前記メッセージは、前記ノードの種類、前記ノードの世代、前記ノードのバージョン、および/または、前記ノードのモデルに起因する、前記ノードによってサポートされる最大データレートを特定し、前記メッセージは、データチャネルを介して送信されることになるデータのIDを識別し、前記ノードまたは前記別のノードの少なくとも1つは、ユーティリティメータに関連付けられる、ステップと、
前記メッセージが前記別のノードによって受信されたことを示す別のメッセージを前記制御チャネルを介して前記別のノードから受信するステップであって、前記メッセージおよび/または前記別のメッセージは、複数のデータチャネルの中から前記データチャネルを特定し、前記別のメッセージは、前記データチャネルを介して通信するために使用される、前記ノードおよび前記別のノードによってサポートされる最大共通データレートを特定する、ステップと、
前記別のメッセージを受信することに応答して、前記データチャネルへ切り替えるステップと、
前記データを前記データチャネルを介して前記別のノードへ前記最大共通データレートで送信するステップと、
前記データが受信されたことを示す肯定応答を受信するステップであって、前記肯定応答が受信されない場合、前記IDを識別する前記メッセージを再送信する、ステップと、
前記データを前記データチャネルを介して送信することが完了すると、前記制御チャネルへ切り替えるステップと
を含むことを特徴とするコンピュータ可読媒体。 - 前記メッセージを送信するステップは、
前記メッセージを1回目に第1の変調技術に少なくとも部分的に基づいて前記制御チャネルを介して送信することと、
前記1回目に送信された前記メッセージへの応答が所定の期間内に受信されない場合、前記メッセージを2回目に第2の変調技術に少なくとも部分的に基づいて前記制御チャネルを介して送信することであって、前記第2の変調技術は、前記第1の変調技術と異なる、ことと
を含むことを特徴とする請求項17に記載の1つまたは複数の非一時的なコンピュータ可読媒体。 - 前記メッセージは、前記制御チャネルを介して前記最大共通データレートよりも低いデータレートで送信されることを特徴とする請求項17に記載の1つまたは複数の非一時的なコンピュータ可読媒体。
- 前記メッセージは、前記ノードによってサポートされる前記最大データレートを特定するカスタマイズされたペイロード部分を含むことを特徴とする請求項17に記載の1つまたは複数の非一時的なコンピュータ可読媒体。
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