JP7200095B2

JP7200095B2 - 無線通信方法および階層低遅延ネットワーク

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Publication number: JP7200095B2
Application number: JP2019517904A
Authority: JP
Inventors: ルオ、シャオヤン; ウー、クン
Original assignee: インプレイ、インコーポレイテッド
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2023-01-06
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: JP2019537862A; US11101933B2; KR20190062486A; US20180098263A1; WO2018064059A2; EP3520252A4; WO2018064059A3; CN110268647B; EP3520252B1; KR102372061B1; EP3520252A2; CN110268647A

Description

関連出願の相互参照
本出願は、同じ発明者らによる２０１６年９月３０日に出願された「ＡＮＯＶＥＬＭＵＬＴＩ－ＮＯＤＥＭＵＬＴＩ－ＰＡＣＫＥＴＢＬＯＣＫＡＣＫＮＯＷＬＥＤＧＥＭＥＮＴＦＯＲＷＩＲＥＬＥＳＳＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＮＥＴＷＯＲＫＳ」と題する米国仮特許出願第６２４０２９１６号、「ＡＢＥＡＣＯＮＢＡＳＥＤＷＩＲＥＬＥＳＳＬＯＷＬＡＴＥＮＣＹＮＥＴＷＯＲＫＡＮＤＭＥＴＨＯＤ」と題する米国仮特許出願第６２４０２９３６号、「ＭＥＴＨＯＤＡＮＤＳＹＳＴＥＭＳＦＯＲＬＯＷＬＡＴＥＮＣＹＷＩＲＥＬＥＳＳＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＷＩＴＨＡＳＣＡＬＡＢＬＥＨＩＥＲＡＲＣＨＩＡＬＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ」と題する米国仮特許出願第６２４０２９５１号、および「ＡＭＵＬＴＩＢＡＮＤＷＩＲＥＬＥＳＳＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＤＥＶＩＣＥＡＮＤＮＥＴＷＯＲＫ」と題する米国仮特許出願第６２４０２９５８号の優先権を主張するものであり、その全体が参照により組み込まれる。

著作権の表示
本開示は、著作権保護の対象となる内容を含む。著作権者は、特許商標庁のファイル、記録などに開示されている本開示の複製に異議を唱えない。それ以外の場合は、著作権者は、本特許開示のためにすべての著作権を留保する。米国特許規則１．７１（ｄ）。

本開示の背景
以下の情報は、本開示をよりよく理解するのに有用であり得る。本セクションに含まれている情報は、提示された情報が、本開示にとって、もしくは特許請求の範囲に記載されているような、重要な情報もしくは先行技術であること、または具体的、黙示的、もしくは他の仕方で参照されるあらゆる刊行物もしくは文献が、先行技術であることを認めるものではないことに留意されたい。

本出願において開示される本発明の装置は、一般に、ネットワークプロトコルに関し、より詳細には、スケーラブル階層アーキテクチャを用いたマルチバンドビーコン信号ベースの低遅延無線通信ネットワークに関し、これは、新規なマルチノードマルチパケットブロック確認応答メカニズムを使用して、通信遅延を低減する。通信システム内でのパケットの順序付けられた送信が、遅延と同様に衝突を低減するために使用される。

無線通信ネットワークでは、送信側が受信側にパケットを送信した場合、受信側は、確認応答（ＡＣＫ）パケットを送信側に返送することによって、パケットの受信を確認応答する必要がある。ＡＣＫパケットは、通信にオーバーヘッドを付加する。その結果、通信遅延が増大し、ネットワーク全体のスループットが低下する。加えて、複数の送信側がパケットを無線で送信している場合、衝突が発生する場合がある。衝突は、通信遅延およびネットワークのスループットをさらに悪化させる。

一般的に言えば、無線通信ネットワークは、スケーラブルではない。多数の小規模無線ネットワークから構成される大規模無線通信ネットワークでは、衝突が主要な問題である。衝突は、同じ小規模ネットワーク内の複数のノードが、同時に、または実質的に同様の時間にパケットを送信しようとしたときに起こり得る。衝突はまた、異なる小規模ネットワークからの複数のノードが、同時に、または実質的に同様の時間にパケットを送信しようとしたときに起こり得る。
本明細書で提案されている低遅延ネットワーク（または遅延低減ネットワーク）は、スター型トポロジを有する。スター型トポロジは、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｚｉｇｂｅｅ、およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）［１、２、および３］などの多くの無線通信規格およびネットワークで広く使用されている。図１は、１つのハブ（中央ノード）と８つのノードとから構成されるスター型トポロジの無線ネットワークを示している。すべてのノードがハブに無線で接続されている。遅延低減ネットワークは、図２に示すように、スーパーフレーム構造を使用して、ハブとノードとの間の通信を同期させる。通常、スーパーフレーム構造は、ビーコン信号に基づいている。各スーパーフレーム構造は、ビーコン信号がハブから送信されることにより開始する。ノードは、ビーコン信号をリッスンし、ビーコン信号の後に送信する。図３は、Ｚｉｇｂｅｅおよび８０２．１５．４システム［３］で使用される従来のビーコン信号ベースのスーパーフレーム構造を示している。ハブに送信されたパケットごとに、ＡＣＫパケットが続き、そのために、ネットワークのスループットが制限され、通信遅延も増大する。

最も一般的なＡＣＫメカニズムを図４（ａ）および図４（ｂ）に示す。図４（ａ）では、ノードからハブに送信されたパケットごとに、ハブはＡＣＫパケットで応答して、ノードからハブに送信されたパケットが正しく受信されたことを確認応答している。図４（ｂ）では、ハブからノードに送信されたパケットごとに、ノードはＡＣＫパケットで応答して、ハブからノードに送信されたパケットが正しく受信されたことを確認応答している。ＡＣＫパケットは、通信にオーバーヘッドを付加する。その結果、通信遅延が増大し、ネットワーク全体のスループットが低下する。

ＡＣＫパケットの数を減らすために、８０２．１１ｎＷｉ－Ｆｉ［２］において、図５に示すブロック確認応答メカニズムが提案されている。同じノードからのパケットごとに個別のＡＣＫを送信する代わりに、ハブは、複数のパケットを一緒に、単一のＡＣＫパケットを使用して確認応答する。この確認応答メカニズムはブロックＡＣＫと呼ばれ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ［２］で使用されている。

このように、Ｗｉ－Ｆｉ８０２．１１ｎは、ブロック確認応答を使用して遅延およびスループットの問題を解決しようとしている。しかし、ブロックＡＣＫは、同じ送信側からある受信側への複数のパケットの受信を、単一のＡＣＫパケットによって確認するために使用される。

図５に示すように、ブロックＡＣＫメカニズムは、同じ送信側からある受信側への複数のパケットの受信を確認するためのＡＣＫオーバーヘッドを低減する。複数のパケットが異なる送信側からのものである場合、受信側は依然として複数のＡＣＫパケットを送信する必要があり、そのことにより、図６に示されるように、通信遅延が増大し、ネットワークのスループットが低下する。

Ｚｉｇｂｅｅおよび８０２．１５．４は、衝突を低減するためにビーコン信号ベースのスーパーフレーム構造アーキテクチャを導入している。しかし、これは、確認応答パケットによってもたらされるオーバーヘッドには対処できない。

これまでのところ、いくつかの小規模ネットワークから構成される大規模無線ネットワーク内での衝突に対処するための確実な方法は存在しない。

多くの通信システム、特に多くの低スループット通信システムは、単一の帯域または事前に割り当てられた単一の帯域でしか動作できない。例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ［１］は、２．４ＧＨｚＩＳＭ帯域での通信のみをサポートしている。

ＩＳＭ５．８ＧＨｚ帯域および他の帯域と比較すると、２．４ＧＨｚは干渉が激しく混雑している帯域である。Ｗｉ－Ｆｉ、コードレス電話、および一部の電化製品は、ＩＳＭ２．４ＧＨｚ帯域を使用している。それらからのすべての干渉が、２．４ＧＨｚ帯域での無線通信に関して、パケット損失、再送信、および高遅延を含む問題を引き起こす。

全体を通して参照される参考文献を以下に示す。

［１］Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈコア仕様、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ．ｃｏｍ／ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ／ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ－ｃｏｒｅ－ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ

［２］ＩＥＥＥ８０２．１１：ＷｉｒｅｌｅｓｓＬＡＮＭｅｄｉｕｍＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ）ａｎｄＰｈｙｓｉｃａｌＬａｙｅｒ（ＰＨＹ）Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ

［３］ＩＥＥＥ８０２．１５．４：ＩＥＥＥＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒＬｏｃａｌａｎｄｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋｓ－－Ｐａｒｔ１５．４：Ｌｏｗ－ＲａｔｅＷｉｒｅｌｅｓｓＰｅｒｓｏｎａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋｓ（ＬＲ－ＷＰＡＮｓ）

新たな仮想現実技術および拡張現実技術（ＶＲおよびＡＲ）により、低遅延無線通信はますます重要になっている。

過去には、今日ほどには低遅延無線通信の重要性が認識されていなかったかもしれない。ＶＲやＡＲ以外にも、低遅延無線通信は、ゲーム、リアルタイムフィードバック制御システム、およびリアルタイム監視システムにとっても極めて重要である。よって、通信ネットワークにおいて遅延を低減することが望ましい。

過去には、低スループットの通信ネットワークシステムについてさえもマルチバンドをサポートすることの重要性が認識されていなかったかもしれない。低スループットであることは高遅延と考えられてきた。しかしながら、このことは、ＶＲ／ＡＲシステム、リアルタイムフィードバック制御システム、およびリアルタイム監視システムにおける無線通信にはもはや当てはまらない。これらのシステムは、低遅延でリアルタイムに少量のセンサ／状態／制御データを転送する必要がある。混雑し雑音の多い環境では、干渉が遅延に悪影響を及ぼし得る。よって、システムがより干渉の少ない帯域を自動的に選択できるようにするために、低スループットシステムであってもマルチバンド通信をサポートすることが望ましい。例えば、２．４ＧＨｚ帯域、５．８ＧＨｚ帯域、９１５ＭＨｚ帯域、４３３ＭＨｚ帯域などのすべてのＩＳＭ帯域（産業用、科学用、および医療用帯域）に加えて、非ＩＳＭ帯域にわたる、低遅延無線通信をサポートするためのメカニズムを有することが望ましい。

本開示の範囲内で、参照されたすべての特許、出願、および文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれることに留意されたい。さらに、参照により本明細書に組み込まれる参照文献における用語の定義または使用法が、本明細書に提示されるその用語の定義と矛盾または相反する場合、本明細書に提示されるその用語の定義が適用され、参照文献におけるその用語の定義は適用されない。実施形態は、上述の要望のうちの１つ以上を満たすことを目指し得る。以下に開示される実施形態は、上述の要望のうちの１つ以上を除外している場合があるが、実施形態の一部の態様は必ずしもそれらを除外していない場合があることを理解されたい。

Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈコア仕様、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ．ｃｏｍ／ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ／ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ－ｃｏｒｅ－ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎＩＥＥＥ８０２．１１：ＷｉｒｅｌｅｓｓＬＡＮＭｅｄｉｕｍＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ）ａｎｄＰｈｙｓｉｃａｌＬａｙｅｒ（ＰＨＹ）ＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓＩＥＥＥ８０２．１５．４：ＩＥＥＥＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒＬｏｃａｌａｎｄｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋｓ－－Ｐａｒｔ１５．４：Ｌｏｗ－ＲａｔｅＷｉｒｅｌｅｓｓＰｅｒｓｏｎａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋｓ（ＬＲ－ＷＰＡＮｓ）

本出願において開示される本発明の装置は、一般に、ネットワークプロトコルに関し、より詳細には、ビーコン信号ベースの低遅延スケーラブル階層無線ネットワークに関し、これは、新規なマルチノードマルチパケットブロック確認応答メカニズムを使用して、通信遅延を低減する。本低遅延無線ネットワークは、干渉をできるだけ回避するためにマルチバンドで動作することができる。

より詳細に後述する本開示の一般的な目的は、新規なマルチノードマルチパケットブロック確認応答メカニズムを使用する、低遅延スケーラブル階層無線ネットワークである。階層ネットワークは、スター型トポロジを有する複数のビーコン信号ベースの遅延低減ネットワークから構成される。各ビーコン信号ベースの遅延低減ネットワークは、無線帯域の異なるサブ帯域または複数の無線帯域で動作することができる。低遅延階層ネットワークは、ゲームシステム、仮想／拡張現実システム、リアルタイムフィードバック制御システム、データ／状態監視システム、および医療監視システムなどの多くのシステムで使用することができる。

低遅延階層ネットワークの基本構成単位は、ビーコン信号ベースの遅延低減ネットワークである。まず、ビーコン信号ベースの遅延低減ネットワークについて説明する。次いで、階層ネットワークについて説明する。干渉をできるだけ回避するための階層ネットワークにおけるチャネルアクセス方法についても説明する。

一実施形態の１つの態様では、１つ以上のプログラムを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体のための、スケーラブル階層アーキテクチャを用いたマルチノードマルチパケットブロック確認応答（ＡＣＫ）無線通信方法が開示される。１つ以上のプログラムは命令を含み、命令は、コンピューティングデバイスによって実行された場合に、コンピューティングデバイスのモジュールに以下のステップ、すなわち、中央ノードまたは中央ハブにおいて、複数のノードからの複数のデータおよび制御パケットを受信するステップと、中央ハブまたは中央ノードにおいて受信した、複数のノードからの複数のデータおよび制御パケットに対して、単一のＡＣＫパケットを作成するステップと、複数のデータおよび制御パケットを受信したことを確認応答する単一のＡＣＫパケットを複数のノードに伝達するステップと、を実行させる。

本実施形態は、以下のステップおよび／または制限のうちの１つ以上を含むことがさらに企図される。

他の情報、ならびに受信した複数のデータおよび制御パケットに対するＡＣＫ情報を有するメッセージを一緒に多重化して、単一のパケットを形成し、他の情報およびＡＣＫ情報を有するメッセージを、単一のパケットの一部として、複数のノードに伝達する、ステップ。

中央ノードまたはハブから複数のノードへ送信されたビーコン信号の一部としてＡＣＫ情報を伝達するステップ。

スーパーフレーム構造の冒頭で、ビーコン信号を中央ハブまたは中央ノードから複数のノードへ送信するステップ、複数のノードによって、各スーパーフレーム構造においてリッスンするステップ、ビーコン信号に応答して、スーパーフレーム構造を使用して、中央ノードまたは中央ハブと複数のノードとの間の通信を同期させるステップ、およびビーコン信号の一部として、１つ以上の確認応答（ＡＣＫ）情報を複数のノードに伝達するステップ。

通信を同期させるステップが、複数のノードが複数のデータおよび制御パケットを同時にまたは実質的に同様の時間に中央ハブまたは中央ノードに送信しようと試みる場合にデータの衝突を回避するステップを含む。

複数のデータおよび制御パケットの１つ以上の確認応答（ＡＣＫ）情報を、ビーコン信号の一部として、複数のノードに伝達するステップ。

他のＡＣＫ信号、同期信号、ならびにデータおよび情報を、ビーコン信号の一部として、複数のノードに伝達するステップ。

中央ハブまたは中央ノードに送信された制御パケットを介して受信されたデータおよび情報の受信状態を知らせるために、ビーコン信号内の１つ以上の確認応答（ＡＣＫ）を複数のノードに伝達するステップ。

電話、タブレット、パーソナルコンピュータ、およびハブとして機能するコンピューティングデバイスのうちの少なくとも１つによって、複数のデータおよび制御パケットの１つ以上の確認応答（ＡＣＫ）情報を、ビーコン信号の一部として、複数のノードに伝達するステップ。

一実施形態のさらに別の態様では、１つ以上のプログラムを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体のための方法が開示される。１つ以上のプログラムは、ハブによって無線ネットワークの複数のノードにビーコン信号を送信するための命令を含み、命令は、コンピューティングデバイスによって実行された場合、コンピューティングデバイスのモジュールに以下のステップ、すなわち、複数のノードの各ノードによって、ビーコン信号をリッスンし、ビーコン信号に通信を同期する、ステップと、各ノードによって、各スーパーフレーム内でハブにパケットを伝達する順番を交代するステップと、各ノードから、各ノードが無線ネットワークに加わったときの順序によって決定された順序、またはハブからの割り当てられた順序によって決定された順序で伝達するステップと、を実行させる。

複数のノードによって、ハブから他のデータおよび情報と共に送信されたデータおよび情報の受信を確認応答するステップ、データおよび情報をハブに伝達するステップ、ならびにハブから複数のノードへ送信されたビーコン信号内のデータおよび情報の受信を確認応答するために使用されるＡＣＫ情報を含むパケットを、ノードからハブへ送信するステップ。

複数のノードから、確認応答（ＡＣＫ）を含むパケットを送信して、ビーコン信号から受信したデータおよび情報の受信を知らせる、ステップ。

各ノードによって、ハブにパケットを伝達する順番を交代するステップが、２つのノードによって、ハブとして機能する携帯電話にパケットを伝達する順番を交代するステップを含む。

各ノードによって、ハブにパケットを伝達する順番を交代するステップが、２つのノードによって、ハブとして機能するタブレット、パーソナルコンピュータ、またはコンピューティングデバイスにパケットを伝達する順番を交代するステップを含む。

一実施形態のさらに別の態様では、スーパーフレーム構造を実行するように構成されたコンピュータサーバ、メモリ、Ｉ／Ｏポート、およびプロセッサであって、スーパーフレーム構造が、中央ハブと複数のノードとの間の通信を同期させ、各スーパーフレームが、ビーコン信号が中央ハブから送信されることにより開始し、ノードが、中央ハブから送信されたビーコン信号をリッスンし、次いで、各スーパーフレームにおいて中央ハブと通信し、ビーコン信号ベースのスーパーフレーム通信アーキテクチャが、複数のノードが同時にまたは実質的に同様の時間に中央ハブにパケットを送信する場合に、遅延低減通信を実現し、データの衝突を回避する、マルチノードマルチパケットブロック確認応答メカニズムを使用する、コンピュータサーバ、メモリ、Ｉ／Ｏポート、およびプロセッサ。

本実施形態は、以下のステップおよび／または制限のうちの１つ以上、つまり、少なくとも以下のうちの１つ以上を含むことがさらに企図される。

複数のノードから送信されたデータパケットに関する１つ以上の確認応答（ＡＣＫ）情報が、ビーコン信号の一部として、複数のノードに伝達される。

同期信号、データおよび情報、ならびに複数のノードに関する他の信号が、ビーコン信号の一部として、複数のノードに伝達される。

中央ハブまたは中央ノードに送信された制御パケットを介して受信された複数のデータおよび情報の受信状態を知らせるために、ビーコン信号内の１つ以上の確認応答（ＡＣＫ）が、複数のノードに伝達される。

一実施形態のさらに別の態様では、スーパーハブと、請求項１５に記載の多数の遅延低減ネットワークと、スーパーハブに直接接続された多数のノードと、を含む、通信ネットワークである階層低遅延ネットワークが開示される。各遅延低減ネットワークは、異なる数のノードを有し得る。

１つの実施形態では、遅延低減ネットワークのそれぞれおよびスーパーハブが、異なる無線サブ帯域または帯域全体で動作し、第１の遅延低減ネットワークは、サブ帯域１または帯域全体１で動作し、第２の遅延低減ネットワークは、サブ帯域２または帯域全体２で動作し、第３の遅延低減ネットワークは、サブ帯域３または帯域全体３で動作し、…第Ｎの遅延低減ネットワークは、サブ帯域Ｎまたは帯域全体Ｎで動作し、スーパーハブは、サブ帯域Ｎ＋１または帯域全体Ｎ＋１において、すべての遅延低減ネットワークおよびスーパーハブに直接関連付けられているノードと通信するように構成される。サブ帯域のそれぞれが互いに異なる。別の実施形態では、サブ帯域の一部が同じであり、サブ帯域の一部が異なる。帯域全体のそれぞれが異なる。別の実施形態では、帯域全体の一部が同じであり、帯域全体の一部が異なる。

本明細書で説明されるように、本開示の任意の１つの特定の実施形態に従って、必ずしも利点および新規な特徴が達成されるわけではないことを理解されたい。よって、本開示は、教示または示唆され得る多くのまたはすべての利点を達成することなく、本明細書で教示されている利点の１つまたはその群を最適化または達成するように実施または実行できる。新規であると考えられる本開示の特徴は、本明細書において明確に特許請求されている。図面は、簡略化された形である場合があり、正確な縮尺ではない場合があることに留意されたい。本明細書の開示に関して、便宜上および明確にする目的のみのために、添付図面に関して、頂部（ｔｏｐ）、底部（ｂｏｔｔｏｍ）、左（ｌｅｆｔ）、右（ｒｉｇｈｔ）、上（ｕｐ）、下（ｄｏｗｎ）、上（ｏｖｅｒ）、上方（ａｂｏｖｅ）、下方（ｂｅｌｏｗ）、下に（ｂｅｎｅａｔｈ）、後方（ｒｅａｒ）、前方（ｆｒｏｎｔ）、遠位（ｄｉｓｔａｌ）、および近位（ｐｒｏｘｉｍａｌ）などの方向を示す用語が使用される。このような方向に関する用語は、どのようにであれ実施形態の範囲を限定するように解釈されるべきではない。

本明細書の記載部分に付随する図面は、本開示の実施形態および使用方法（複数可）を示す、すなわち本開示の教示に従って構築され動作可能な、新規なマルチノードマルチパケットブロック確認応答メカニズムを使用するビーコン信号ベースのスーパーフレーム構造の実施形態および使用方法を示す。

ハブ（中央ノード）と８つのノードとを有するスター型トポロジのネットワークを示す図である。スーパーフレームベースのスター型ネットワーク（ハブとＮ個のノードとを有し、Ｎは１以上の正の整数である）を示す図である。従来のビーコン信号ベースのスーパーフレーム構造を示す図である。ノードからハブに送信された各パケットについて、ハブが受信を確認するための確認応答（ＡＣＫ）パケットで応答するネットワークを示す図である。ハブからノードに送信された各パケットについて、ノードが受信を確認するための確認応答（ＡＣＫ）パケットで応答するネットワークを示す図である。ハブが同じノードから受信した複数のパケットに対して確認応答（ＡＣＫ）パケットを返信するネットワークを示す図である。異なるノードから複数のパケットが送信された場合に、ハブは、依然として、受信したパケットごとにＡＣＫパケットを返送する必要がある、ネットワークを示す図である。本開示のビーコン信号ベースのスーパーフレーム構造を示す図である。Ｐ１はパケット１、Ｐ２はパケット２…、ＰＮはパケットＮを示し、Ｃ１は制御パケット１、Ｃ２は制御パケット２…、ＣＭは制御パケットＭを示し、各スーパーフレームはデータフレーム期間と制御フレーム期間とから構成される。制御フレーム期間は、一部の構成では、存在しない場合もある。本開示の基本的なビーコン信号ベースの遅延低減ネットワークおよびスーパーフレーム構造を示す図である。本開示の、以前のスーパーフレーム構造においてハブによって受信されたパケットに関するＡＣＫ情報を含むビーコン信号パケットを示す図である。ノードから送信されたパケットは、ビーコン信号を通じてハブからノードに送信されたメッセージおよびデータの受信に関するＡＣＫ情報を含み得る。本開示の、ハブが、異なるノードからの複数のパケットの受信を、一緒に単一のＡＣＫパケットによって、確認応答し、この単一のＡＣＫが、スーパーフレーム構造におけるビーコン信号の一部となり得ることを含む、新規なマルチノードマルチパケット（ＭＮＭＰ）ブロックＡＣＫメカニズムを示す図である。本開示の、多数の（Ｗ個の）ＲＬＮ（遅延低減ネットワーク）と、多数（Ｍ個の）のノードと、スーパーハブと、を含む階層低遅延ネットワークを示す図である。本開示の周波数ホッピングを示す図である。スーパーフレームｉ－１はチャネルｘ上にあり、スーパーフレームｉはチャネルｙ上にあり、スーパーフレームｉ＋１はチャネルｚ上にある。本開示の、２．４ＧＨｚＩＳＭ帯域が４つのサブ帯域に分割されているサブ帯域の一例を示す図である。本開示の、サブ帯域を複数のチャネルに分割する一例を示す図である。一部の実施形態による、本開示の基本的なビーコン信号ベースの遅延低減ネットワークおよびスーパーフレーム構造のためのシステムのブロック図である。

以下、本開示の様々な実施形態を添付の図面と併せて説明し、添付の図面において、類似の符号は類似の要素を示す。

上述のように、本開示の実施形態は、一般に、タブレット、携帯電話、携帯端末、ならびにモバイル装置およびセンサなどの移動遠隔通信装置用の無線通信ネットワークに関する。より具体的には、本開示の実施形態は、中央ノード、例えばハブと、多数のノードと、から構成される、ユーザフレンドリで低遅延の無線ネットワークに関する。

最も一般的には、本開示では、上記の問題に対処しようとしている低遅延スケーラブル階層無線ネットワークについて説明する。階層ネットワークは、スター型トポロジを有する複数のビーコンベースの遅延低減ネットワークから構成される。各ビーコンベースの遅延低減ネットワークは、無線帯域の異なるサブ帯域で動作することができる。低遅延階層ネットワークは、ゲームシステム、仮想現実システム、拡張現実システム、リアルタイムフィードバック制御システム、データ／状態監視システム、および医療監視システムなどの多くのシステムで使用することができる。

ここで図面を参照するが、全体を通して、類似の番号は類似の部分を指す。

本明細書で使用する場合、「無線」または「無線ネットワーク」または「ネットワーク」という用語は、装置への、または複数の装置間の無線通信を指す。ビジネス、会場、イベント、または美術館のニーズに応じて、無線装置が、ある場所に固定されたり、電源システムに配線されたりし得る。１つの実施形態では、無線装置は、インターネットに接続可能とされてもよいが、無線情報通信および配信システム内で通信するためにインターネットとの間でデータを転送する必要はない。

本明細書で使用される場合、「スマートフォン（ＳｍａｒｔＰｈｏｎｅ）」または「スマートフォン（ｓｍａｒｔｐｈｏｎｅ）」または「モバイル装置（複数可）（ｍｏｂｉｌｅｄｅｖｉｃｅ（ｓ））」または「携帯電話（ｃｅｌｌｕｌａｒｐｈｏｎｅ）」または「携帯電話（ｃｅｌｌｕｌａｒ）」または「携帯電話（ｍｏｂｉｌｅｐｈｏｎｅ）」などの用語は、限定されるものではないが、集積回路（ＩＣ）、チップセット、チップ、低雑音増幅器を含むシステムオンチップ、電力増幅器、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル集積回路、送受信機、受信機、もしくは送信機、動的、静的、もしくは非一時的メモリ装置（複数可）、例えばインターネットや他の無線装置との間で送受信される信号を処理し、情報、信号データ、位置データの送信、ブロードキャスト、および受信を含む通信を無線上方通信および配信システム内で提供するための１つ以上のコンピュータプロセッサ（複数可）、バスライン、信号を送受信するためのアンテナ、ならびに充電式バッテリまたは電力貯蔵ユニットなどの電源を含む、無線通信装置を指す。チップまたはＩＣは、例えば、シリコン、サファイア、インジウムリン、またはガリウム砒素のウェハから切り出された「ダイ」上に構築（「製造」）され得る。ＩＣは、例えば、チップ上のアナログＩＣまたはデジタルＩＣとすることもできるし、それらのハイブリッドの組み合わせとすることもできる。さらに、デジタル集積回路は、ほんの数ミリメートルを占める正方形の領域上に、１から数千または数百万の信号インバータ、および論理ゲート、例えば、「ＡＮＤ」ゲート、「ＯＲ」ゲート、「ＮＡＮＤ」ゲート、および「ＮＯＲ」ゲート、フリップフロップ、マルチプレクサなどの任意のものを含むことができる。例えばＩＣのサイズが小さいため、これらの回路は、より複雑なボードレベルの集積と比較して、高速動作、低消費電力、および製造コストの削減を実現できる。

本明細書で使用される場合、「無線」、「無線データ転送」、「無線追跡および位置検出システム」、「測位システム」、および「無線測位システム」という用語は、データを転送する、またはメッセージを伝達またはブロードキャストする任意の無線システムを限定することなく指し、この通信は、１つ以上の装置、例えば無線通信装置を使用して位置座標または他の情報を含むことができる。

本明細書で使用される場合、「モジュール（ｍｏｄｕｌｅ）」または「モジュール（ｍｏｄｕｌｅｓ）」という用語は、限定することなく、コマンドまたはメッセージの通信ブロードキャストを助ける、または提供するための論理機能を含む計算能力を助ける、または提供する、大規模計算または送受信機システムに追加、ダウンロード、更新、転送、または当初からその一部であった、任意のソフトウェア、ソフトウェアプログラム（複数可）、ファームウェア、もしくは実際のハードウェア、またはそれらの組み合わせを限定することなく指し、上記の通信は、無線通信装置のような装置どうし、装置間、または１つ以上の装置に対する、位置座標または通信を含み得る。

本明細書で使用される場合、「遅延低減（ｒｅｄｕｃｅｄｌａｔｅｎｃｙ）」または「低遅延（ｌｏｗｌａｔｅｎｃｙ）」という用語は、限定することなく、ノードの数およびデータサイズに依存する。例えば、４つのノードがあり、データがわずか数バイトの場合、「遅延低減」または「低遅延」は１ミリ秒未満になり得る。他方、２０個のノードがあり、ハブとノードと間のデータが１００バイトの場合、「遅延低減」または「低遅延」は約２０ミリ秒になり得る。最も一般的には、１つ以上の実施形態では、「遅延低減」または「低遅延」は、１ミリ秒未満から数十ミリ秒までの範囲を指す。

本明細書で使用される場合、「ノード（ｎｏｄｅ）」または「ノード（ｎｏｄｅｓ）」という用語は、ネットワークまたはハブおよび１つ以上のユーザ装置と通信する、またはネットワークまたはハブおよび１つ以上のユーザ装置の間で通信させることを望む、ラップトップ、携帯電話もしくは装置、またはセンサなどのユーザ装置を指す。

参照符号により図面を参照すると、図７～図１５には、低遅延スケーラブル階層無線ネットワーク、例えば、ゲームシステム、仮想現実および拡張現実システム、リアルタイムフィードバック制御システム、データ／状態監視システム、医療監視システムなどの多くのシステムにおけるノードと中央コントローラまたはハブとの間の通信に使用され得るシステムが示されている。

図７は、提案されている遅延低減ネットワークの提案されているスーパーフレーム構造７００を示している。スーパーフレーム構造７００内の各スーパーフレームは、（図８に示すように）ビーコン信号７０２がハブ７２１によって送信されることにより開始する。ビーコン信号７０２の後、ノード７５０、７５２…７７０からの多数のパケット（７０６、７０８…７２０）（図７および図８に示すようにＮ個のパケット）と、多数の制御パケット７２４、７２６…７４０（図７に示すようにＭ個の制御パケット）と、が送信される。

図７および図８に示すように、ビーコン信号７０２は、ハブ７２１によってノード７５０、７５２…７７０、７７２に送信される。各ノードは、ビーコン信号７０２をリッスンして同期し、スーパーフレーム構造７００の各スーパーフレーム、例えばスーパーフレームｉ７０３、スーパーフレームｉ＋１７１１…において、１つのパケット７０６、７０８…７７１、またはそれ以上のパケットをハブ７２１に順番に送信する。パケットの数および各ノードからの送信順序は、そのノードがネットワーク、例えばネットワーク８００に加わったときの順序によって決定される。当初、ネットワークにはハブ７２１しかない。ネットワークに加わった第１のノード７５０がノード１になり、ネットワークに加わった第２のノード７５２がノード２になり、第３のノード７５４がノード３になる、などである。順序付けられた送信により、複数のノード７５０…７７０、７７２などがパケットを同時または実質的に同様の時間に送信しようとしたときの衝突が回避される。

一部の実施形態では、送信の順序は、ハブ７２１によって割り当てられ、第１のノード７５０がネットワークに加わり、ハブ７２１が第１のノード７５０に数ｘを割り当て、第１のノード７５０がＩＤ（識別情報）ｘを有するノードとなり得る。ネットワークに加わった第２のノード７５２がＩＤｙを有するノードとなり（ハブはそのノードにＩＤｙを割り当てる）、第３のノード７５４が、ＩＤｚを有するノードとなり、以下同様である。次いで、ノードは、それらに割り当てられた数に従って、パケット（例えば、パケット７０６、７０８、７１０、７１２、７１４、７１６など）を送信する。

一部の実施形態では、異なるノード（例えば、ノード７５０、７５２、７５４、７５６…７７０、７７２）からの各パケット（例えば、パケット７０６、７０８、７１０、７１２、７１４、７１６など）は、異なる長さすなわち時間長を有し得る。一部の実施形態では、ビーコン信号７０２は、各パケット（例えば、パケット７０６、７０８、７１０、７１２、７１４、７１６など）の長さすなわち時間長に関する情報を含み得る。一部の実施形態では、そうではなく、各パケット（例えば、パケット７０６、７０８、７１０、７１２、７１４、７１６など）の長さすなわち時間長は、ノード（例えば、ノード７５０、７５２、７５４、７５６…７７０、７７２）がネットワークに加わったときに割り当てられ得る。

一部の実施形態では、ノード（例えば、ノード７５０、７５２、７５４、７５６…７７０、７７２）は、スーパーフレーム構造７００の各スーパーフレーム内で２つ以上のパケット（例えば、パケット７０６、７０８、７１０、７１２、７１４、７１６など）を送信し得る。ビーコン信号７０２は、ノード（例えば、ノード７５０、７５２、７５４、７５６…７７０、７７２）があるスーパーフレーム内で送信し得るパケット（例えば、パケット７０６、７０８、７１０、７１２、７１４、７１６など）の数に関する情報を含み得る。一部の実施形態では、ノード（例えば、ノード７５０、７５２、７５４、７５６…７７０、７７２）が送信し得るパケット（例えば、パケット７０６、７０８、７１０、７１２、７１４、７１６など）の数は、ノード（例えば、ノード７５０、７５２、７５４、７５６…７７０、７７２）がネットワークに加わったときに割り当てられ得る。

一部の実施形態では、制御パケット（例えば、制御パケット７２４、７２６…７４０など）は、ハブ７２１と（ネットワークに対する許可などの）制御情報を交換するために、まだネットワーク内にない新しいノード（例えば、ノード７７２）に対して使用される。一部の実施形態では、既にネットワーク内にあるノード（例えば、ノード７５０、７５２、７５４、７５６…７７０）はまた、ハブ７２１と制御情報または追加のデータ情報（制御パケット１７２４、制御パケット２７２６…制御パケットＭ７４０を含む）を交換するために、制御フレーム期間７２２を使用し得る。

図９を参照すると、提案されている遅延低減ネットワークでは、ハブ７２１（図８参照）がノード（例えば、ノード７５０、７５２、７５４、７５６…７７０）からパケット（Ｐ１７０６～Ｐ６７１６）を受信した場合、次のスーパーフレームのビーコン信号７０２まで、そのパケット（Ｐ１７０６～Ｐ６７１６）の受信を確認応答しない（例えば、ハブは、図７、図８、および図９に示す、スーパーフレームｉ（７０３）で受信したパケットの受信を、スーパーフレームｉ＋１（７１１）で確認応答する）。つまり、本実施形態では、ビーコン信号７０２は、図９に示すように、以前のスーパーフレーム内でハブ７２１に送信されたパケット（Ｐ１７０６～Ｐ６７１６）に関する確認応答（ＡＣＫ）９０４情報を含む。

要約すると、中央ノード（ハブ）７２１は、図１０に示すように、異なるノード７５０、７５２、７５４、７５６…７７０からの複数のパケット７０６、７０８、７１０、７１２…７７１の受信を一緒に単一のＡＣＫパケット９０４によって確認応答する。この確認応答メカニズムを、マルチノードマルチパケット、ブロック確認応答メカニズムと呼んでいる。

本開示では、ビーコン信号７０２内の単一のＡＣＫ（マルチノードマルチパケットブロックＡＣＫ）９０４が、多くの無線通信ネットワーク［１］、［２］、および［３］で使用される一般的な確認応答メカニズムと本開示を差別化する。

一部の実施形態では、ビーコン信号７０２は、ノード７５０、７５２…７７０、７７２に関するデータおよび情報を含み得る。一部の実施形態では、それらのデータおよび情報の受信の確認応答は、ノード（例えば、ノード７５０、７５２…７７０、７７２）から（図８、図９、および図１０に示す）ハブ７２１へのパケット内の他のデータおよび情報と共に、ハブ７２１に送信される（例えば、ＡＣＫ９０２は、ノードからハブへの受信の確認応答である）。つまり、ノード（例えば、ノード７５０、７５２…７７０、７７２）から送信されたパケットはまた、図９に示すように、ビーコン信号７０２から受信されたデータおよび情報の受信の確認応答も含む。

ＡＣＫ９０４は、ハブからノードへの確認応答に使用され、ＡＣＫ９０２は、ノードからハブへの確認応答に使用されることに留意されたい。

一部の実施形態では、階層低遅延ネットワーク（ＨＬＬＮ）は、スーパーハブ７２５と、多数のビーコンベースの遅延低減ネットワーク、すなわち、ノード７５０、７５２、７５４、およびハブ７２１を有する遅延低減ネットワーク１（ＲＬＮ１）、ノード７５０’、７５２’、７５４’、７５６’およびハブ７２１’を有する遅延低減ネットワーク２（ＲＬＮ２）、ならびに（例えば、ノード７５０’’、７５２’’、および７７０’’）を有する遅延低減ネットワーク３（ＲＬＮ３）と、図１１に示すようにスーパーハブ７２５に直接接続されている多数のノード（例えば、ノード７５０’’’、７５２’’’…および７７０’’’）と、から構成される。各遅延低減ネットワーク（ＲＬＮ）（例えば、ＲＬＮ１、ＲＬＮ２…ＲＬＮＷ）は、異なる数のノードを有し得る。

一部の実施形態では、階層低遅延ネットワークのチャネルアクセス方法は、ＴＤＭＡ（時分割多元接続、すなわちビーコン信号ベースの遅延低減ネットワーク内の順序付けられた送信）と、ＦＤＭＡ（周波数分割多元接続）と、周波数ホッピングと、を組み合わせる。

一部の実施形態では、基本遅延低減ネットワークは、周波数ホッピングと組み合わされた時分割多元接続（ＴＤＭＡ）に基づく。スーパーフレームの間、ノード（７５０、７５２…７７０）は、図１２に示すのと同じ無線チャネルを使用して、図８および図９に示すように、ハブ（中央ノード）と通信する順番を交代する。すべてのノード（ハブと通信しようとする新しいノードを含む）は、ハブ７２１によって送信されたビーコン信号７０２を聞く必要がある。ビーコン信号７０２は、すべてのエンドノードに対して送信すべきタイミングを確立する。

異なるスーパーフレームに対して固定チャネルを使用し得る他の無線ネットワークからの干渉を最小限に抑えるために、ハブとノードとの間の通信は、異なるチャネルを使用する。一部の実施形態では、新しいスーパーフレーム上で、無線チャネルは、図１２に示すように異なる周波数にホップすることができる。例えば、周波数ホッピングは、所定のシーケンスもしくはビーコン信号７０２によって示される擬似シーケンスである、またはネットワークが形成されたときに確立され、すなわち、チャネルｘ上のスーパーフレームｉ－１６９５、チャネルｙ上のスーパーフレームｉ７０３、およびチャネルｚ上のスーパーフレームｉ＋１７１１である。

無線帯域、例えば、２．４ＧＨｚおよび５．８ＧＨｚＩＳＭ帯域は、多数のサブ帯域に分割されてもよい。各サブ帯域はある範囲の周波数範囲を占める。例えば、図１３では、２．４ＧＨｚＩＳＭ帯域を４つのサブ帯域（サブ帯域１７８０（２．４ＧＨｚ～２．４２５ＧＨｚ）、サブ帯域２７８２（２．４２５ＧＨｚ～２．４５ＧＨｚ）、サブ帯域３７８４（２．４５ＧＨｚ～２．４７５ＧＨｚ）、およびサブ帯域４７８６（２．４７５ＧＨｚ～２．５ＧＨｚ））に分割している。各サブ帯域は２５ＭＨｚの周波数範囲を占める。各サブ帯域（例えば、サブ帯域１７８）は、さらに図１４の例に示されるように、複数のチャネル（例えば、チャネル１７９０、チャネル２７９２、チャネル３７９４、チャネル４７９６、チャネル５７９８）に分割することができる。本例では、図１３のサブ帯域１を５つのチャネルに分割している。

本開示のさらに別の実施形態では、無線帯域のサブ帯域または帯域全体で動作する、基本遅延低減ネットワークが開示される。一例では、異なるノードは、時分割多元接続を介してハブと通信する。一部の実施形態では、多数の基本遅延低減ネットワークから構成される階層低遅延ネットワークでは、ＴＤＭＡおよびＦＤＭＡの組み合わせが使用される。基本遅延低減ネットワーク（ＲＬＮ１、ＲＬＮ２…ＲＬＮＷ、ここでＷは１以上の正の整数である）のそれぞれは、異なるサブ帯域または帯域全体で動作する。例えば、ＲＬＮ１はサブ帯域１で動作し、ＲＬＮ２はサブ帯域２で動作し、…、ＲＬＮＷはサブ帯域Ｗで動作する。一部の実施形態では、スーパーハブは、異なるサブ帯域（サブ帯域Ｗ＋１）を介して、すべての遅延低減ネットワークおよびスーパーハブに直接関連付けられているノードと通信する。

ＴＤＭＡとＦＤＭＡとを組み合わせたものは、各ＲＬＮ内のノード間の衝突を回避する。また同時に、異なる基本遅延低減ネットワークからのノード間の衝突を回避する。

ハブおよび／またはスーパーハブは、無線帯域を時々スキャンし、データ通信のために干渉の少ない帯域およびサブ帯域を選択することができる。

全体を通して参照される参考文献を以下に示す。

［３］ＩＥＥＥ８０２．１５．４：ＩＥＥＥＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒＬｏｃａｌａｎｄｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋｓ－－Ｐａｒｔ１５．４：Ｌｏｗ－ＲａｔｅＷｉｒｅｌｅｓｓＰｅｒｓｏｎａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋｓ（ＬＲ－ＷＰＡＮｓ）．

上記の１つ以上の実施形態では、スーパーハブと、多数のビーコン信号ベースの遅延低減ネットワークと、多数のスーパーハブに直接接続されているノードと、を含む階層低遅延ネットワーク（ＨＬＬＮ）が開示されている。各ＲＬＮは、異なる数のノードを有し得る。ビーコン信号ベースの遅延低減ネットワークでは、スーパーフレーム構造は、ハブとノードとの間の通信を同期させるように構成される。各スーパーフレーム構造は、ビーコン信号フレームがハブから送信されることにより開始する。ノードはビーコン信号をリッスンし、次いで、スーパーフレーム構造の各スーパーフレーム内でハブと通信し、新規なマルチノードマルチパケットブロック確認応答メカニズムを用いて構成されたビーコン信号ベースのスーパーフレーム通信アーキテクチャは、低遅延通信を達成し、実質的に同様の時間に複数のノードがパケットをハブに送信しようとする場合のデータ衝突を回避する。

基本遅延低減ネットワークでは、マルチノードマルチパケットブロック確認応答方法が使用される。本方法は、異なるノードからハブに送信された複数のデータパケットの受信を確認応答するステップを含む。ハブは、異なるノードからの複数のデータパケットを一緒に単一のＡＣＫパケットによって確認応答する。ビーコン信号は、同期信号およびＡＣＫ信号を含むだけでなく、各ノードに関するデータおよび情報も含む。各ノードは、これらのデータおよび情報の受信を、そのデータと共にＡＣＫをハブに返送することによって確認応答する。階層低遅延ネットワークは、衝突を減らすために、より少ない干渉で複数のＩＳＭまたは非ＩＳＭ帯域またはそれらの帯域のサブ帯域で同時に動作し得る。

図１５は、一部の実施形態による、本開示の基本ビーコン信号ベースの遅延低減ネットワークおよびスーパーフレーム構造のためのシステムのブロック図である。

図１５を参照すると、システム１５００は、プロセッサ１５０１と、コンピュータサーバ１５０２と、ネットワークインターフェース１５０３と、入出力（Ｉ／Ｏ）装置１５０５と、記憶装置１５０７と、メモリ１５０９と、バスまたはネットワーク１５０８と、を備える。バス１５０８は、ネットワークインターフェース１５０３、Ｉ／Ｏ装置１５０５、記憶装置１５０７、およびメモリ１５０９をプロセッサ１５０１に接続する。

従って、プロセッサ１５０１は、コンピュータサーバ１５０２、例えばインターネットサーバが本明細書に開示された特定の動作を実行することを可能にするように構成される。本明細書で説明されている動作および技法は、少なくとも部分的に、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせで実装され得ることに留意されたい。例えば、説明された実施形態の様々な態様、例えば、プロセッサ１５０１、コンピュータサーバ１５０２などは、１つ以上のマイクロプロセッシングユニット、デジタル信号処理ユニット（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または任意の他の等価な集積回路または個別論理回路、ならびにそのような構成要素の任意の組み合わせを含む、１つ以上の処理ユニット内に実装され得る。

「処理ユニット」または「処理回路」という用語は、一般に、単独で、または他の論理回路と組み合わせた上記の論理回路のいずれか、または任意の他の等価回路を指し得る。ハードウェアを含む制御ユニットはまた、本開示の技法のうちの１つ以上を実行し得る。

本開示による一部の実施形態では、コンピュータサーバ１５０２は、無線ネットワークなどのネットワーク１５０８を介して外部装置と通信するＩ／Ｏポート１５０５を利用するように構成される。特定の実施形態では、Ｉ／Ｏポート１５０５は、イーサネット（登録商標）カード、光送受信機、無線周波数送受信機、またはインターネットとデータを送受信することができる他の任意のタイプの装置などのネットワークインターフェースコンポーネントである。ネットワークインターフェースの例としては、モバイルコンピューティングデバイスにおけるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、３Ｇ、およびＷｉ－Ｆｉ（登録商標）無線機ならびにＵＳＢを挙げることができる。無線ネットワークの例としては、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、および３Ｇを挙げることができる。一部の実施形態では、インターネットサーバ１５０２は、携帯電話、タブレットＰＣ、ポータブルラップトップ、またはインターネット接続を有する他の任意のコンピューティングデバイスなどのクライアント装置１５１０と無線通信するために、Ｉ／Ｏポート１５０５を利用するように構成される。従って、電気信号がコンピュータサーバ１５００とクライアント装置１５１０との間で送信される。

本開示による一部の実施形態では、コンピュータサーバ１５０２は、通常のサーバが有する任意の機能を実行することができる仮想サーバである。特定の実施形態では、コンピュータサーバ１５０２は、システム１５００の別のクライアント装置である。換言すれば、システム１５００のための集中ホストがなくてもよく、システム内のクライアント装置１５１０は互いに直接通信するように構成される。特定の実施形態では、このようなクライアント装置１５１０は、ピアツーピア（Ｐ２Ｐ）ベースで互いに通信する。プロセッサ１５０１は、図７～図１４に関連して説明および図示された方法を実行するように構成されたモジュールを含むプログラム命令を実行するように構成される。従って、モジュールは、１つ以上のプログラムを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体のための、スケーラブル階層アーキテクチャを用いたマルチノードマルチパケットブロック確認応答（ＡＣＫ）無線通信方法を含む動作を実行するように構成される。

１つ以上の実施形態では、１つ以上のプログラムは、コンピューティングデバイスによって実行された場合に、コンピューティングデバイスのモジュールに以下のステップ、すなわち、中央ノードまたは中央ハブにおいて、複数のノードからの複数のデータおよび制御パケットを受信するステップと、中央ハブまたは中央ノードにおいて受信した、複数のノードからの複数のデータおよび制御パケットに対して、単一のＡＣＫパケットを作成するステップと、複数のデータおよび制御パケットを受信したことを確認応答する単一のＡＣＫパケットを複数のノードに伝達するステップと、を実行させる命令を含む。

例えば、上記の本実施形態における方法は、以下のステップのうちのいずれかまたはすべてをさらに含み得る。

（ａ）他の情報、ならびに受信した複数のデータおよび制御パケットに対するＡＣＫ情報を有するメッセージを一緒に多重化し、単一のパケットを形成し、他の情報およびＡＣＫ情報を有するメッセージを、単一のパケットの一部として、複数のノードに伝達する、ステップ。

（ｂ）中央ノードまたはハブから複数のノードへ送信されたビーコン信号の一部としてＡＣＫ情報を伝達するステップ。

（ｃ）スーパーフレームの冒頭で、ビーコン信号を中央ハブまたは中央ノードから複数のノードへ送信するステップ、複数のノードによって、各スーパーフレームにおいてリッスンするステップ、ビーコン信号に応答して、スーパーフレーム構造を使用して、中央ノードまたは中央ハブと複数のノードとの間の通信を同期させるステップ、およびビーコン信号の一部として、１つ以上の確認応答（ＡＣＫ）情報を複数のノードに伝達するステップ。

（ｄ）通信を同期させるステップが、複数のノードが複数のデータおよび制御パケットを同時にまたは実質的に同様の時間に中央ハブまたは中央ノードに送信しようと試みる場合にデータの衝突を回避するステップを含む。

（ｅ）複数のデータおよび制御パケットの１つ以上の確認応答（ＡＣＫ）情報を、ビーコン信号の一部として、複数のノードに伝達するステップ。

（ｆ）他のＡＣＫ信号、同期信号、ならびにビーコン信号の一部としてのデータおよび情報を、複数のノードに伝達するステップ。

（ｇ）中央ハブまたは中央ノードに送信された制御パケットを介して受信されたデータおよび情報の受信状態を知らせるために、ビーコン信号内の１つ以上の確認応答（ＡＣＫ）を複数のノードに伝達するステップ。

（ｈ）電話、タブレット、パーソナルコンピュータ、およびハブとして機能するコンピューティングデバイスのうちの少なくとも１つによって、複数のデータおよび制御パケットの１つ以上の確認応答（ＡＣＫ）情報を、ビーコン信号の一部として、複数のノードに伝達するステップ。

１つ以上の実施形態では、１つ以上のプログラムが命令を含み、命令が、コンピューティングデバイスによって実行された場合に、コンピューティングデバイスのモジュールに以下のステップ、すなわち、１つ以上のプログラムを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体のための方法であって、１つ以上のプログラムは、ハブによって無線ネットワークの複数のノードにビーコン信号を送信するための命令を含み、命令は、コンピューティングデバイスによって実行された場合、コンピューティングデバイスのモジュールに以下のステップ、すなわち、複数のノードの、通信を同期する各ノードによって、ビーコン信号をリッスンするステップと、各ノードによって、各スーパーフレーム構造内でハブにパケットを伝達する順番を交代するステップと、各ノードから、各ノードが無線ネットワークに加わったときの順序によって決定された順序、またはハブからの割り当てられた順序によって決定された順序で伝達するステップと、を実行させる。

（ａ）複数のノードによって、ハブから他のデータおよび情報と共に送信されたデータおよび情報の受信を確認応答するステップ、データおよび情報をハブに伝達するステップ、ならびにハブから複数のノードへ送信されたビーコン内のデータおよび情報の受信を確認応答するために使用されるＡＣＫ情報を含むパケットを、ノードからハブへ送信するステップ。

（ｂ）複数のノードから、確認応答（ＡＣＫ）を含むパケットを送信して、ビーコン信号から受信したデータおよび情報の受信を知らせる、ステップ。

（ｃ）各ノードによって、ハブにパケットを伝達する順番を交代するステップが、２つのノードによって、ハブとして機能する携帯電話にパケットを伝達する順番を交代するステップを含む。

（ｄ）各ノードによって、ハブにパケットを伝達する順番を交代するステップが、２つのノードによって、ハブとして機能するタブレット、パーソナルコンピュータ、またはコンピューティングデバイスにパケットを伝達する順番を交代するステップを含む。

ネットワークインターフェース１５０３は、ネットワーク（図示せず）を介してリモートに格納されたプログラム命令と、プログラム命令によってアクセスされるデータと、にアクセスするように構成される。

Ｉ／Ｏ装置１５０５は、システム１５００とのユーザの対話を可能にするように構成された入力装置および出力装置を含む。一部の実施形態では、入力装置は、例えばキーボード、マウス、および他の装置を含む。また、出力装置は、例えば、ディスプレイ、プリンタ、その他の装置を含む。

記憶装置１５０７は、プログラム命令とプログラム命令によってアクセスされるデータとを記憶するように構成される。一部の実施形態では、記憶装置１５０７は、例えば、磁気ディスクおよび光ディスクを含む。メモリ１５０９は、プロセッサ１５０１による実行対象のプログラム命令と、プログラム命令によってアクセスされるデータと、を記憶するように構成される。一部の実施形態において、メモリ１５０９は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および／もしくは他のなんらかの揮発性記憶装置ならびに／または読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）および／もしくは他のプログラマブル読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）を含む他のなんらかの不揮発性記憶装置、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電子的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードディスク、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤ－ＲＯＭ）、フロッピーディスク、カセット、磁気媒体、光媒体、あるいは他のコンピュータ可読媒体を含む。特定の実施形態では、メモリ１５０９は、プロセッサ１５０１に組み込まれる。

本明細書で各方法において説明したように、意図される使用のステップおよび／または方法は、例えば１つ以上のユーザの好みに従って、多くの異なる方法、手順などで行われ得る。「～するステップ（［Ｓ］ｔｅｐｏｆ）」は、本明細書の特許請求の範囲において、「～ためのステップ（ｓｔｅｐｆｏｒ）」として解釈されるべきではなく、米国特許法１１２条第６段落の規定を呼び出すことを意図するものでもない。

本明細書を読めば、適切な状況下で、ユーザの要求または要望、設計上の考慮事項、マーケティング上の好み、コスト（複数可）、構造上の要件（複数可）、入手可能な材料、技術的進歩などの問題を考慮して、例えば、手順、プロセス、および／または保守ステップ（複数可）などを含むまたは除外する、異なる、削除された、および／または追加されたステップである上で言及されたリスト内の順序など、他の使用方法の構成が十分な場合があることが理解されるはずである。

しかしながら、本明細書に開示された概念から逸脱することなく、既に記載されたもの以外にもさらに多くの改変が可能であることが当業者には明らかなはずである。従って、実施形態は、添付の特許請求の範囲の趣旨を除き、制限されるべきではない。さらに、明細書と特許請求の範囲との両方を解釈する際に、すべての用語は文脈と矛盾することのない最も広い仕方で解釈されるべきである。

特に、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、参照される要素、構成要素、またはステップが存在する、利用される、または明示的に参照されていない他の要素、構成要素、またはステップと組み合わされることを示す、非排他的な仕方で要素、構成要素、またはステップを指すものとして解釈されたい。現在知られている、または後に考案される、そして本明細書に記載されたような、特許請求される主題からの当業者から見て実質的でない変更は、特許請求の範囲内で均等であると明示的に企図され、当業者によって理解される。従って、当業者に現在知られている、または後で知られる明らかな置き換えは、本明細書に記載の定義された要素および明細書の解釈の範囲内であると規定される。

よって、特許請求の範囲は、上で具体的に例示および説明されたもの、概念的に均等なもの、明らかに置換可能なもの、および実施形態の本質的な概念を本質的に組み入れているものを含むと理解されたい。加えて、明細書および特許請求の範囲がＡ、Ｂ、Ｃ…およびＮからなる群から選択されたなんらかのうちの少なくとも１つを指す場合、そのテキストは、ＡおよびＮまたはＢおよびＮなどではなく、その群から１つの要素のみを要求とすると解釈されたい。

Claims

ビーコン信号から開始する複数のスーパーフレームからなる通信を同期させるスーパーフレーム構造を利用する、スーパーハブ、多数の遅延低減ネットワーク、および前記スーパーハブに直接接続された多数のノードを含むスケーラブル階層アーキテクチャを用いたマルチノードマルチパケットブロック確認応答（ＡＣＫ）無線通信方法であって、コンピューティングデバイスによって実行された場合に、前記コンピューティングデバイスのモジュールに以下のステップ、すなわち、
前記スーパーフレーム構造の第１のスーパーフレームの冒頭で、複数のノードに関するデータおよび情報を含むビーコン信号を中央ハブから複数のノードへ送信するステップと、
前記第１のスーパーフレームにおいて、前記複数のノードは、前記ビーコン信号における前記複数のノードに関するデータおよび情報の受信の確認応答を、前記複数のノードからの複数のデータパケットおよび制御パケットとともに前記中央ハブに送信するステップと、
前記第１のスーパーフレームの次の第２のスーパーフレームにおいて、前記第１のスーパーフレームにおいて且つ前記中央ハブで受信した、前記複数のノードからの前記複数のデータパケットおよび制御パケットに対して、前記第２のスーパーフレームのビーコン信号の一部として単一のＡＣＫパケットを作成するステップと、
前記中央ハブが前記第２のスーパーフレームのビーコン信号を送信するとき、前記第１のスーパーフレームにおける前記複数のデータパケットおよび制御パケットの受信を確認応答するための前記単一のＡＣＫパケットを前記複数のノードに伝達するステップと、
を実行させることであって、
前記多数の遅延低減ネットワークのそれぞれおよび前記スーパーハブが、無線帯域の異なる無線サブ帯域で動作し、
第１の遅延低減ネットワークは、サブ帯域１で動作し、第２の遅延低減ネットワークは、サブ帯域２で動作し、第３の遅延低減ネットワークは、サブ帯域３で動作し、…第Ｎの遅延低減ネットワークは、サブ帯域Ｎで動作し、前記スーパーハブは、サブ帯域Ｎ＋１において、すべての前記遅延低減ネットワークおよび前記スーパーハブに直接関連付けられている前記ノードと通信するように構成される、
方法。
前記複数のノードによって、各スーパーフレームにおいてリッスンするステップと、
前記ビーコン信号に応答して、前記スーパーフレーム構造を使用して、前記中央ハブと前記複数のノードとの間の通信を同期させるステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記通信を同期させることは、前記複数のノードが前記複数のデータパケットおよび制御パケットを同時にまたは実質的に同様の時間に前記中央ハブに送信しようと試みる場合にデータの衝突を回避するステップを含む、請求項１に記載の方法。
前記中央ハブとして機能する、電話、タブレット、パーソナルコンピュータ、およびコンピューティングデバイスのうちの少なくとも１つによって、前記ビーコン信号を、前記複数のノードに伝達するステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
スーパーハブと、多数の遅延低減ネットワークと、前記スーパーハブに直接接続された多数のノードと、
を含む、通信ネットワークである階層低遅延ネットワークであって、
前記多数の遅延低減ネットワークのそれぞれは、
中央ハブおよび複数のノードを備え、
スーパーフレーム構造が、前記中央ハブと前記複数のノードとの間の通信を同期させるように構成され、
前記スーパーフレーム構造のうちの各スーパーフレームが、ビーコンが前記中央ハブから送信されることにより開始するように構成され、
前記中央ハブは、前記スーパーフレーム構造の第１のスーパーフレームの冒頭で、複数のノードに関するデータおよび情報を含むビーコン信号を前記中央ハブから複数のノードへ送信するように構成され、
前記複数のノードは、前記中央ハブから送信された前記ビーコン信号をリッスンし、各スーパーフレームにおいて前記中央ハブと通信するように構成され、
前記複数のノードは、さらに、前記第１のスーパーフレームにおいて同時にまたは実質的に同様の時間に、前記ビーコン信号における前記複数のノードに関するデータおよび情報の受信の確認応答を、前記複数のノードからの複数のデータパケットおよび制御パケットとともに前記中央ハブに送信しようと試みるように構成され、
前記中央ハブは、さらに、前記第１のスーパーフレームの次の第２のスーパーフレームにおいて、前記第１のスーパーフレームにおいて且つ前記中央ハブで受信した、前記複数のノードからの前記複数のデータパケットおよび制御パケットに対して、前記第２のスーパーフレームのビーコン信号の一部として単一のＡＣＫパケットを作成し、前記複数のノードに伝達するように構成され、
各遅延低減ネットワークが異なる数のノードを含み、
前記遅延低減ネットワークのそれぞれおよび前記スーパーハブが、無線帯域の異なる無線サブ帯域で動作し、
第１の遅延低減ネットワークは、サブ帯域１で動作し、第２の遅延低減ネットワークは、サブ帯域２で動作し、第３の遅延低減ネットワークは、サブ帯域３で動作し、…第Ｎの遅延低減ネットワークは、サブ帯域Ｎで動作し、前記スーパーハブは、サブ帯域Ｎ＋１において、すべての前記遅延低減ネットワークおよび前記スーパーハブに直接関連付けられている前記ノードと通信するように構成される、
階層低遅延ネットワーク。
各サブ帯域が、単一の無線帯域、または複数の無線帯域のサブ帯域のうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載の階層低遅延ネットワーク。
前記サブ帯域のそれぞれが互いに異なる、請求項５に記載の階層低遅延ネットワーク。