JP7343600B2 - ネットワークパケット転送時の衝突回避のための方法 - Google Patents

ネットワークパケット転送時の衝突回避のための方法 Download PDF

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Description

[0001]本出願人は、ＣＯＬＬＩＳＩＯＮ ＡＶＯＩＤＡＮＣＥ ＦＯＲ ＮＥＴＷＯＲＫ ＰＡＣＫＥＴＳという名称の、２０１９年２月１２日に出願された米国仮出願第６２／８０４，７００号の利益を主張し、この内容が、参照により全体として本明細書に組み込まれている。
[0002]デバイス間、またはデバイスとインターネットとの間のイーサネットケーブルを無くし、ワイヤレス接続でこの有線接続を置き替えるという問題は、何年も前に解決された。単一のアクセスポイントに多くのデバイスがワイヤレスで接続できるようにするためのプロトコルが確立され、ワイヤレス帯域幅のスピードは、劇的に向上してきた。８０２．１１プロトコルに基づいて、ワイヤレスイーサネット、またはＷｉＦｉは、どこからでも接続を提供するために、家庭用品、照明システム、およびセキュリティデバイスを含むがこれらに限定されない、様々な異なる電子デバイスを接続する標準手段になってきた。
[0003]８０２．１１プロトコルは、２つの有線ネットワークを一緒に接続するためのブリッジプロトコルも含む。これは、互いに直接接続された２つのアクセスポイントからなり、アクセスポイントの１つは、その有線またはワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）上のデバイスの全てのためのゲートウェイとして機能し、外部世界への直接接続を行う他のアクセスポイントを通じたインターネットへの接続を提供する。それでも、これらのシステムには距離の限界がある。
[0004]８０２．１１のデータレートが向上するにつれて、より複雑な変調方式を使用した、より大きなスペクトル帯域幅が利用される。これらの先進的変調方式により、スペクトル内のデータ密度が高くなる。それでも、方式がより高度になるにつれて、方式は、さらに、データレートに関わらず、データのビットを伝送するために、特定の大きさの帯域幅およびエネルギーを基本的に必要とする。ビットあたりのこのエネルギー、すなわちＥｂ／Ｎ０は、どれだけ遠くにワイヤレス信号が達することができるかについての物理的な限界である。伝送機が単一ビットの伝送にかけるエネルギーが大きくなればなるほど、このビットを伝送できる距離が遠くなる。
[0005]典型的には、データの次のビットがそのすぐ後に来るとき、データのビットを伝送するための時間が少なくなるので、データレートが増加するにつれてＥｂ／Ｎ０が減少する。先進的変調方式は、より良いＥｂ／Ｎ０値を提供することができるが、最も重要な限界は、帯域幅および伝送電力である。伝送電力が増加すると、各ビットを伝送するために使用されるエネルギー量が増加する。帯域幅が増加し、ビットの伝送が、より広いスペクトルにわたって広がると、各ビットを伝送するために使用されるエネルギー量が増加する。それでも、ＦＣＣ、および世界中の他の機関は、伝送できるものを規制し、帯域幅と伝送電力の両方に制限を課す。
[0006]したがって、デバイスが、より長い距離にわたってデータを伝送する必要がある場合（すなわち、距離が長くなると）、その出力電力および帯域幅が規制機関によって制限されるので、距離を延ばすための唯一の方式は、データレートを減少させることであり、これは、伝送電力および帯域幅が一定に保たれる場合、Ｅｂ／Ｎ０を増加させる。この概念の拡張ではない別の原理は、データレートおよび帯域幅を低減させることである。受信側では、非常に狭い信号を受信するように受信機が設計される場合、受信機は、熱ノイズを含む他の全てのノイズを排除する非常に狭いフィルタを採用することができる。受信機の感度は、この信号がどれだけ大きくノイズフロアを上回るのか、すなわちＣ／Ｎ比、に基づく。必要なＣ／Ｎ比は、変調の関数であるが、ノイズレベル、つまりＣ／Ｎ比におけるＮは、受信機が知っている帯域幅の関数である。方程式１０×ｌｏｇ１０（ｋ×Ｔ×Ｂ）で定義されるように、帯域幅が広くなればなるほど、熱ノイズフロアが大きくなり、ここで、
ｋ＝ボルツマン定数
Ｔ＝温度
Ｂ＝受信フィルタの帯域幅
である。
[0007]したがって、一定の伝送電力レベルおよび変調方式を考慮すると、帯域幅が大きくなればなるほど、受信機の感度が弱くなり、リンクの範囲が短くなる。
[0008]ノイズフロアから、およびノイズフロアを下回る信号を抽出するために、処理利得をもたらす、より複雑な変調方式を採用することができるが、これらの方式は、典型的には、実際のデータレートを下げ、伝送側と受信側の両方での実装形態を複雑にし、サイズ、重量、電力、およびコストを実装形態に加える。
[0009]様々な規制および機能的限界の観点から、リンクが達成できる距離が劇的に増加することになる場合、実用的オプションだけが、データレートを下げることになる。これは、同じ、または場合によっては、より狭い範囲での、より大きな帯域幅が好ましいＷｉＦｉプロトコルの現在の発展に相反する。
[0010]より長距離のリンクに関するデータレートを下げるための、ＷｉＦｉプロトコルのサポートがあるが、最低のデータレートでさえ、他の変調ほどスペクトル的に効率的でない少なくとも５ＭＨｚのより広い帯域幅への広がりを使用する。１Ｍｂｐｓという最低のデータレートでも、レートは、いくつかの小さい接続されたデバイスが本当に必要なものより依然として高い。さらに、８０２．１１プロトコルは、実際のデータレートのスループットに影響を及ぼす重大なプロトコルオーバヘッドを追加する。これは、データレートの増加ほど著しくないが、オーバーエア（ワイヤレス）のデータレートが減少するにつれて、データ転送には、より顕著かつ有害になる。
[0011]ＷｉＦｉの広い使用、および典型的なＷｉＦｉ構成要素で見られる高容量にもかかわらず、ＷｉＦｉリンクは、典型的には、１）（チップ内の）追加のシリコンが実装することを必要とする変調方式の複雑性、２）ＷｉＦｉおよびＴＣＰ／ＩＰネットワーキングプロトコルを動かすために、追加のメモリおよびＣＰＵエネルギーが必要とされること、ならびに、３）伝送電力および帯域幅の限界にもかかわらず、距離を延ばそうとするために、より高価なＲＦフロントエンドおよびアンテナ方式が必要とされること、により、より高いコストがかかる。
[0012]したがって、より低いスピードのイーサネットデバイスの接続時に使用するために、８０２．１１プロトコルの現在の実装形態で利用できるものより距離が長くなる代替ワイヤレスリンクを提供する必要がある。特に、数百フィートと比較されるようなマイルなどの、非常に長距離での動作の能力を提供するワイヤレスイーサネットブリッジまたはケーブル置換リンクが必要である。
[0013]上述の問題、および、伝送デバイスと受信デバイスとの間の長距離ワイヤレス通信を提供しようとする際に生じる他の課題に対処することが、本明細書で開示されたシステムの目的である。特に、利用可能なワイヤレス帯域幅を消費するオーバヘッドデータを追加することなく、低帯域幅イーサネットデバイスに長距離ワイヤレスリンクを提供することが、本明細書で示される実施形態の目的である。
[0014]開示のシステムの追加の目的、長所、および斬新な特徴が、以下の詳細な説明において示され、以下の説明を読み、および／または開示の実施形態を実装すると、当業者によって理解されよう。
[0015]これらの述べられたおよび他の目的を達成するために、好ましい実施形態は、低データレートおよび狭帯域幅を採用することによってその長距離を取得するペアの狭帯域伝送機および受信機（トランシーバのペア）である。このトランシーバのペアは、イーサネットに直接接続し、２つのイーサネットポートをワイヤレスかつ直接的に接続するケーブル置換として機能する。説明されるシステムも、Ｇｏｏｇｌｅ Ｈｏｍｅ（登録商標）またはＡｓｓｉｓｔａｎｔ（登録商標）、およびＡｐｐｌｅのＳｉｒｉ（登録商標）またはＨｏｍｅＰｏｄ（登録商標）、Ａｍａｚｏｎ Ｅｃｈｏ（登録商標）またはＡｌｅｘａ（登録商標）、ならびに他の音声活性通信および制御デバイスなどの、パーソナルアシスタントと呼ばれるデバイスに受信し、応答することができる。
[0016]より長い距離を取得するための最も好ましい実施形態では、米国および北米での展開のためのトランシーバのペアは、９０２～９２８ＭＨｚのＩＳＭ帯域で動作することになる。好ましい実施形態は、トランシーバのペアの伝送構成要素と受信構成要素との間で伝送されたデータの衝突を防ぐためのアルゴリズムおよびプロトコルも含む。また、システムは、イーサネットまたはＲＳ４８５シリアルデータをサポートするために、どのようにシステムを配線するか、使用するのに適切なソフトウェアをどのように動かすべきかを検知することができる。
[0017]添付の図面は、本発明の特徴を組み込んだ実施形態を示し、本明細書の一部である。以下の説明とともに、図面は、本発明の特徴を組み込んだ実施形態の原理を示し、説明する。
本発明の特徴を組み込んだ、ワイヤレスシステムとのイーサネットケーブルの置換を示す好ましい実施形態のブロック図である。 配信のためのデータの複数のパケットを示す、図１のワイヤレス信号伝送部分のホップシーケンスについての全体的なフレーム構造を示す概略図である。 図２のホップシーケンスの各ホップ内の構成要素の例を示す概略図である。 受信エンドで完全なイーサネットデータパケットにその後再び組み立てられる、より小さいオーバージエア（ＯＴＡ）パケットに分解された、本発明の特徴を組み込んだ典型的なイーサネットデータパケットを示す図である。 衝突が発生しない場合に両側がデータを伝送する、本発明の特徴を組み込んだ例を概略的に示す図である。 両側がデータを伝送する、本発明の特徴を組み込んだ衝突回避の第１の例を概略的に示す図である。 両側がデータを伝送する、本発明の特徴を組み込んだ衝突回避の第２の例を概略的に示す図である。 衝突回避アルゴリズムの一部である様々なステップを示す図である。 システムが、イーサネットまたはＲＳ４８５シリアルデータをハンドリングするために接続され、その後、適切なサポートソフトウェアを選択するかどうかを、システムがどのように判定するかを示す流れ図である。
[0027]本明細書で説明されるシステムは、デバイス間、またはデバイスとインターネットとの間のイーサネットケーブルまたはシリアルケーブルを無くし、伝送されるデータの品質を損なうことなく、より長い距離でデバイスが通信する能力（すなわち、長距離通信）を同時に提供しつつ、ワイヤレス接続によってこの有線ケーブル接続を置き替える。
[0028]下記の説明は、イーサネットケーブルの置換に主に取り組むが、下記で論じられるように、シリアルケーブルまたは他の配線接続された接続の置換に、本明細書における教示に基づいて適用することができる。好ましい実施形態は、低データレートおよび狭帯域幅を採用することによって、その長距離を取得するペアの狭帯域伝送機および受信機（トランシーバのペア）を含む。トランシーバのペアは、イーサネットに直接接続し、ケーブル置換として機能し、配線接続されたイーサネットケーブルで接続できる２つのイーサネットポートをワイヤレスでおよび直接的に接続する。追加として、より長い距離を取得するために、トランシーバのペアは、ＵＨＦ９の範囲（３００～３，０００ＭＨｚ）で動作する。好ましくは、米国および北米での展開のために、システムは、ＦＣＣを含む規制機関が許可する範囲である９０２～９２８ＭＨｚのＩＳＭ帯域で動作し、現在のＷｉＦｉシステムで使用される２．４ＧＨｚおよび５ＧＨｚ帯域における伝送電力より高い伝送電力を提供する。実装コストを低減させるために、トランシーバのペアは、リンクの一方の側から他方の側へイーサネットパケットをシャッフルする専用ポイントツーポイントリンクであり、ＴＣＰ／ＩＰスタックを動かす必要性、および接続を動的に追加および除去する能力を無くす。システムは、非常に小さいオーバヘッドを必要とするように設計され、これは、データオーバージエアで（ワイヤレスで）送信するために、非常に小さい量のヘッダ情報が必要とされることを意味する。
[0029]これらの要素の組合せは、小さいインターネットデバイスにより適したデータレートで、あまり高価でない実装コストのＷｉＦｉリンクよりはるかに長い距離（１．６～３２ｋｍ（１～２０マイル））を有するリンクを生じる。一般に、２．４ＧＨｚ帯域で動作するホームネットワーキングＷｉ－Ｆｉルータは、屋内で４６ｍ（１５０フィート）、および屋外で９２ｍ（３００フィート）まで達する。５ＧＨｚ帯域で動作する８０２．１１ａルータは、およそ１５～３０ｍ（５０～１００フィート）に達した。開示のシステムは、イーサネットケーブル置換として機能するので、リンクを使用するデバイスには、さらに、より低いスループットレートで動作したとしても、イーサネット接続の長所がある。
[0030]ＷｉＦｉ変調は、干渉信号に、より耐性がある、より大きい占有帯域幅を作り出すために、広いチャネル上に広がることを伴う広帯域変調である。復調側では、復調側は、処理利得を使用して、広いチャネルを使用することにより失われた受信感度の一部を取り戻す。干渉物の存在下で使用できるにもかかわらず、２．４ＧＨｚ帯域は、現在展開されているＷｉＦｉの量により、非常に混雑するようになりつつある。５ＧＨｚ帯域は少し良いが、同様に、時間が経つにつれて、より混雑するようになりつつある。
[0031]本明細書で開示された好ましい実施形態は、９０２～９２８ＭＨｚのＩＳＭ帯域を使用する。それでも、他の周波数帯域（８６３～８７０のＳＲＤ帯域など）を使用でき、本明細書で説明されるものと機能的に同等であることを、本明細書における教示に基づいて当業者は認識するであろう。９０２～９２８ＭＨｚのＩＳＭ帯域では、最大電力を伝送するために、変調方式は、デジタル的に広げること、または周波数ホップを必要とする。趣旨は、狭帯域の実装なので、周波数ホッピングが好ましい実施形態である。周波数ホッピングも、ホップが干渉物と同じ周波数に着地した場合、次のホップは、典型的には、この干渉物とは異なるどこかに着地するので、干渉回避をもたらす。
[0032]リンクは、配線接続されたケーブルを置き替えるように設計され、したがって、通信中の無線機は、常にペアで接続することになり、他方の無線機からの伝送を無視することになる。好ましい実施形態では、ペアは、ペアの無線機に一意のＩＤ番号を割り当てることによって製造時に定義される。代替実施形態は、ボタンの押下、または他の同様の手順でペアリングシーケンスを開始することによって、２つの無線機が動的にペアになれるようにする。一意のＩＤは、各パケットとともに伝送され、パケットを処理するべきか否かを決めるために、受信無線機によって使用される。
[0033]ペアの無線方式、および９０２～９２８ＭＨｚ帯域のための周波数ホッピングの選択とともに、好ましい実施形態は、マスタ－スレーブ配置を採用し、ここで、マスタは、ホップシーケンスを維持し、スレーブは、そのタイムベースをマスタのタイムベースに同期する。電源投入すると、マスタ（または送信無線機１０４）は、そのホップシーケンスの始めにおいて、始める。スレーブ（受信無線機１０５）の電源が入ると、スレーブは、リクエストをマスタに伝送し、レスポンスを使用して、そのホップシーケンスを調節し、マスタのものと適合させる。好ましいホップシーケンスは、５０個の別個のチャネルからなり、最高出力レベルで伝送するためにＦＣＣによって必要とされるものより大きい。帯域内のチャネルは、この帯域内の非常に狭い周波数スライスである。好ましい実施形態では、チャネルは、ちょうど５００ｋＨｚ以下の広さであり、５００ｋＨｚ離して空けられる。ホップユニットは、約４００ｍＳの間、各チャネルに滞留し、５０チャネルのホップシーケンス全体を約２０秒で完了させる。マスタが送信するパケットは、ホップのスタートに対して表現されるパケットの伝送時間を含む。これにより、スレーブは、マスタが時間内にある場所を知ること、および、独自のタイムベースを調節して、マスタのタイムベースと並べることができる。各ホップの直後に、マスタは、通常のペイロードデータが送信されていないときでも、スレーブのタイムベースをさらに調節するために、スレーブが使用できる追加のタイミングパケットを送出する。
[0034]伝送された各パケットの受信を保証するために、システム内の全てのペイロードパケットが、受信機によって確認応答される。この確認応答（本明細書では、以下「ＡＣＫ」）は、無線機のペアの一意のＩＤを含む非常に短いパケットからなる。受信エンドからのＡＣＫを伝送機が受信しなかった場合、前のパケットが再伝送される。ただ１つの時折のビットエラーの場合の再伝送時間を低減させるために、大きいイーサネットパケットは、エラーの場合に再伝送するためにあまり時間がかからない、より小さいオーバージエア（ＯＴＡ）パケットに分解される。それでも、いくつかのより小さいＯＴＡパケットを送信することは、各パケットが独自のパケットヘッダを含める必要があるので、オーバヘッドを追加し、パケットヘッダが、各ＯＴＡパケットのために再伝送されることを意味する。より小さいパケットのより多くのオーバヘッドと、エラーを伴うパケットのためのより長い再伝送時間との間のトレードオフは、最適なパケットサイズを取得するために、ＯＴＡパケットサイズを調節することによって調節された。
[0035]好ましい実施形態は、イーサネットリンクをまたいで伝送するべきデータを両側が有するときに衝突を回避するためのメカニズムも収める。本来のイーサネットデータは非同期式であり、これは、他方の側と同期せずにパケットがいつでも到着できることを意味する。しかし、ワイヤレスシナリオでは、オーバージエアで同時に伝送するべきイーサネットパケットをマスタとスレーブの両方が受信する場合、および、マスタとスレーブの両方がこれらのパケットを同時に実際に伝送する場合、どちらの側も、これらのパケットを通過させることができなくなる。これは、無線機の実装形態が、無線機が伝送または受信していることができるが、両方同時に行うことができないことを意味する半二重であるからである。したがって、両方の無線機が伝送している場合、データはワイヤレスギャップを横断できなくなり、この状態は衝突と呼ばれる。無線機の実装形態は、全二重動作を提供するように変更することができるが、これは、コストを追加し、実装形態への追加の余地を必要とする。
[0036]ＯＴＡ衝突は、両側で異なる（すなわち、下記で図示するように、マスタおよびスレーブで異なる）ホップシーケンス内に専用パケットスタート時間を含めることによって、好ましい実施形態において防がれる。実装形態は、一方の側のパケットスタート時間が到来したとき、他方の側が、受信モードであることが知られており、独自のパケットを伝送しようとしなくなるというようなものである。ホップシーケンス内に多くの専用パケットスタート時間があり、したがって、第２の無線機は、送信する準備が整っているパケットを送信し始めるまで、非常に長く待つ必要がない。
[0037]この方式は、正常な状態の元では、機能的であることが証明された（すなわち、送信されたパケットを受信する）。それでも、例えばＲＦ状態または他の干渉により、予定されたパケットスタート時間に送信された第１のパケットが、エアギャップを横断しない場合、他方の側は、第１の側が既に送信していることを知らない可能性があり、他方の側が、独自のパケットを送信し始める可能性がある。したがって、衝突の機会をさらに低減させるために、パケットスタート時間に送信された第１のパケットは、他方の側のパケットスタート時間が到来するときまでに完了されるようなサイズに作られた、より小さいパケットである。この方式により、一方の側は、第１のより短いパケットを送信して、その後、受信モードにスイッチし、他方の側からのＡＣＫ、または、他方の側がそのパケットスタート時間に送信する第１のパケットをリッスンすることになる。ＡＣＫを受信した場合、第１の側が送信モードであり、通信が進むことを両側が認識する。ＡＣＫを受信せず、代わりに第１のパケットを他方の側から受信すると、第１の側は、そのパケットが横断しなかったことを知り、そのパケットを待ち行列に入れ、次に、他方の側からパケットを受信する。
[0038]また、専用パケットスタート時間は、節電方式に適している。好ましい実施形態は、電線で電力供給され、バッテリで電力供給されず、したがって、節電は優先事項ではない。それでも、バッテリで電力供給される実施形態のために、それぞれの側の受信機は、他方の側のパケットスタート時間中に電源を入れることができ、パケットを受信していない場合、素早く電源を切ることができる。これにより、受信機は、次のパケットスタート時間まで低電力スリープモードに入れるようになり、受信するべきデータがないことが分かっているときの節電を可能にする。
[0039]イーサネットケーブルを使用して伝送されるデータのデータレートより、はるかに低いオーバージエアのデータレートを使用した開示の実施形態の実装形態を用いると、単にデータレートの差により、イーサネット上のデータがフルスピードの能力で動いている場合、パケットロスが存在することになる。失われたパケットのインパクトを低減させるために、システムは、パケットデータを検査して、各パケットが１次データ通信であるか、単にイーサネット背景データであるかを判定する。パケットがイーサネット背景パケットである場合、かつ、イーサネットパケットの容量が大きい場合、システムは、１次データ通信パケットが利用できる帯域幅を節約するために、背景パケットを除外することになる。必要であれば、システムは、より洗練されたイーサネットフィルタリング方式を使用して、より高い優先度のイーサネットパケットのために、限定されたオーバージエア帯域幅を節約することができる。
[0040]本明細書における説明に基づいて、これらの方式の実装の変化は、特定のプロトコル、帯域、および帯域幅にとってより良いものになり得るが、本発明の範囲内にあるものとして説明される全般的な原理の中にさらに含まれることが当業者には明らかになる。
[0041]図を参照しながら、本発明の好ましい実施形態の説明を説明する。
[0042]図１は、スペース１１１がイーサネットケーブルを置き替えることを示す本発明の特徴を組み込んだ好ましい実施形態のブロック図であり、スペース１１１は、無線機のペアを備えることを併用した、無線トランシーバとも呼ばれる第１の無線機１０４と第２の無線機１０７との間のワイヤレスのエア通信リンクを表す。無線機のペアは、１つのマスタ無線機と１つのスレーブ無線機との組合せであるが、マスタおよびスレーブのそれぞれのアーキテクチャおよび構造は同一であり、第１および第２の無線機１０４、１０７のそれぞれは、マスタとスレーブの両方として機能する。第１および第２の無線機１０４、１０７のどちらがマスタであり、どちらがスレーブであるかについての判定は、それぞれの側にロードされたファームウェアによって、各ユニットにおけるスイッチもしくはジャンパ設定によって、または、同期前にユニット間で行われる動的判定によって、判定することができる。
[0043]図１では、イーサネット１００は、イーサネットコネクタ１０１を通じて第１のユニットに接続され、スタンドアロンの第１のイーサネットコントローラ１０２にインターフェースされる。第１のイーサネットコントローラ１０２は、フレーミング、エラー検出、ＭＡＣアドレスフィルタリング、および同様の低レベルイーサネット機能などの、マイクロプロセッサからのサポートがなくても、いくつかの基本的なイーサネットＰＨＹインターフェースを行うことができる場合、スタンドアロンと呼ばれる。スタンドアロンのイーサネットコントローラ１０２は、好ましい実施形態で使用されるが、システムの必要要件ではない。
[0044]第１のＣＰＵ１０３（または第１のマイクロコントローラ）は、第１のイーサネットコントローラ１０２にインターフェースし、第１のＣＰＵ１０３自体と、第１のイーサネットコントローラ１０２との間でイーサネットデータパケットを転送する。第１のＣＰＵ１０３は、イーサネットパケットが他の（第２の）ユニットにオーバージエアで転送されるべきかを判定することができる。任意選択として、第１のＣＰＵ１０３は、どのパケットがイーサネットおよびオーバージエアに送信されることになるかについて、第１のＣＰＵ１０３が判定するのを助けるために、ＴＣＰ／ＩＰネットワーキングスタックの一部を実行することができる。また、第１のＣＰＵ１０３は、ホップシーケンス、同期、およびパケット再試行を潜在的に含む、無線リンクの様々な態様を制御する。第１のＣＰＵ１０３は、データの変調と復調、チャネルフィルタリング、搬送周波数生成、および他のＲＦ機能を管理する第１の無線トランシーバ１０４にインターフェースする。種々の実施形態が、無線機とＣＰＵとの間の種々の機能配分を行うことができる。第１の無線機１０４は、エアスペース１１１に無線信号を連結する第１のアンテナ１０５とインターフェースする。
[0045]したがって、第１のユニットは、イーサネットコネクタ１０１、第１のイーサネットコントローラ１０２、第１のＣＰＵ１０３（または第１のマイクロコントローラ）、第１の無線機１０４、および第１のアンテナ１０５からなる。
[0046]無線機のペアにおける第２のユニットは、第１のアンテナ１０５から受信した信号を第２の無線機１０７に連結する第２のアンテナ１０６を備える同一の実装形態を有する。第２の無線機１０７は、第２のユニットが、第２のアンテナ１０６、第２の無線機１０７、第２のＣＰＵ１０８、第２のイーサネットコントローラ１０９、および、第２のイーサネットコネクタ１０１を通じて第２のイーサネット１００までになるように、イーサネット１１０に接続された第２のイーサネットコントローラ１０９にインターフェースする第２のＣＰＵ１０８によって制御される。
[0047]図２は、５０個のホップを表すように描かれた６個のボックスを伴うホップシーケンスの例を示す概略図である。ホップシーケンスは、各ホップを伴う５０個のチャネルをカバーし、その前部および後部に保護帯域２０７を含み、サイズが約４００ｍＳであり、シーケンス全体が２０秒毎に繰り返される。シーケンスは、ホップ０ ２０１と呼ばれる、シーケンスの第１のチャネル上にある第１および第２の無線機１０４、１０７で始まる。両方の無線機１０４、１０７が第１のチャネル上にあると記述されるとき、これは、無線機１０４、１０７がこのチャネルで伝送または受信していることを意味しないが、第１のユニットが伝送または受信する必要がある場合、このチャネルでそうすることを示す。典型的には、ユニットがチャネルで伝送していないとき、節電アルゴリズムが無線機を節電モードにしていない限り、ユニットは受信モードであり、リッスンしている。
[0048]ホップ０上の後部保護帯域２０７の後、シーケンスは、ホップ１ ２０２に移動し、シーケンス内を順次、ホップ２ ２０３、ホップ３ ２０４、ホップ４～４８ ２０５を通り、最後に、最終的なホップ（ホップ４９）２０６を通る。図３は、ホップ内で発生するものを示し、パケットがホップシーケンスにどのように挿入されるかについての例を示す。
[0049]図３は、保護帯域２１１でスタートするホップシーケンス内の各ホップの構成要素の図である。好ましい実施形態では、冒頭の保護帯域は１ｍＳであるが、実装形態に基づいて、より長くすることも、より短くすることもできる。保護帯域２１１は、無線機がチャネルを変えるのにかかる多少の有限時間が存在するので、必要である。また、保護帯域２１１は、無線機間の同期のずれのために猶予をとっておく。スレーブのマスタとの同期がわずかにずれており、スレーブがチャネルをまだ変えている間にマスタが伝送した場合、例として、スレーブは、このデータパケットを受信することができなくなる。保護帯域２１１を緩めることによって、同期の正確さの許容範囲を緩めることができ、これにより、全般的な実装形態が容易になる。
[0050]冒頭の保護帯域２１１の終端で、マスタは、小さいタイミングパケット２１２を伝送する。このパケット２１２は、特に、他のパケットがシステム内で伝送されていない場合、スレーブが同期のために使用できるデータを提供する。タイミングパケット２１２は、タイミングパケット２１２がホップシーケンス内のどこであると予想されるのかスレーブが知っているので、スレーブのタイムベースを調節するためにスレーブが使用できる、ペアの一意のＩＤ、およびタイミングパケット２１２の識別からなる。任意選択として、このタイミングパケット２１２は、タイミングを合わせるためにスレーブが使用できる、マスタによって送信されているデータが、既にかなり存在する場合、伝送されなくてもよい。
[0051]この例では、タイミングパケット２１２は、マスタスタート時間２２０とスレーブスタート時間２２１との間で交互に現れるパケットスタート時間のシーケンスが続く。図３の例では、マスタは、伝送するべきデータを有し、マスタのパケットスタート時間２２０にスタートし、次のスレーブパケットスタート時間２２１の前に完了する第１のパケット２１３でスタートする。スレーブが第１のパケットを確認応答した後（図示せず）、システムは、マスタが送信していることを両側が知っているモードになり、マスタは、次のパケットスタート時間２２０を待たずにすぐに送信され、いくつかのパケットスタート時間２２０にまたがる、マスタの次の完全サイズパケット２１４を送信する。この最大パケットサイズは、システム最適化を通じて判定され、ここで、エラーおよび小さいパケットが、より大きいオーバヘッドの割合を追加する場合、大きいパケットは、より長い再伝送時間を必要とする。この例では、完全サイズパケット２１４の後、最終的なパケット２１５が伝送される。送信するべきイーサネットパケットが大きい場合、交互に、いくつかの完全サイズパケット２１４を伝送することができる。この可変サイズの最終的なパケット２１５は、伝送するべきイーサネットパケットの残りの部分を転送するようなサイズに作られる。伝送されているイーサネットパケット全体の長さは、この情報が、送信された第１のパケット２１３に含まれるので、両方のユニットが知っている。
[0052]図３の例では、スレーブも、送信するべきパケットを有している。次のスレーブパケットスタート時間２２１が到来すると、スレーブは、スレーブの第１のパケット２１６を送信し、これは、次のマスタパケットスタート時間２２０の前に完了する。この例では、第１のスレーブパケット２１６の確認応答を受信し（図示せず）、スレーブは、次の（第２の）スレーブパケット２１７を送信し続ける。この第２のスレーブパケット２１７は、イーサネットパケットを完了させるのに十分であり、したがって、このスレーブパケット２１７の後、伝送は終わる。次に、ホップは、その後次のホップの冒頭の保護帯域２１１につながる第２の保護帯域２１８で終わる。
[0053]図４は、いくつかの小さいＯＴＡパケット３１０に分解された典型的なイーサネットパケット３００を示す。イーサネットコントローラ１０２、１０９が受信したイーサネットパケット３００は、最大ＯＴＡパケットサイズより大きくすることができる任意の長さを有する。ＯＴＡ伝送中、他のＯＴＡパケット３１０より小さく、したがって次のパケットスタート時間（図示せず）までに完了する第１のＯＴＡパケット３０１が形成される。この第１のＯＴＡパケット３０１は、一意のＩＤ、ホップ時に第１のＯＴＡパケット３０１が伝送されている場所の識別、および完全なイーサネットパケットの長さの指示を収めるヘッダ３０２から作り上げられる。第１のＯＴＡパケット３０１の残りは、イーサネットパケット３００からのデータ３０３を含む。
[0054]第１のＯＴＡパケット３０１を成功裏に受信すると、受信側は、確認応答（ＡＣＫ３０４）を送信する。ＡＣＫ３０４を受信すると、送信側は、一意のＩＤ、およびこれが次のパケットであるという指示を収める、より小さいヘッダ３０５を含む次のＯＴＡパケット３１０をスタートする。これは、送信機がＡＣＫを受信しなかった場合、送信機が最後のパケットを再び送信するので、必要であり、したがって、指示は、このパケットが最後のパケットの再送信、または次のパケット３０３１０の最初の送信である場合、必要である。より小さいヘッダ３０５は、現在のホップに時間も収めることができるが、これは、第１のＯＴＡパケット３０１からのデータ３０３だけで取り組むのに十分なデータをシステムが有している可能性があるので、任意選択である。好ましい実施形態では、現在のホップ内の位置は、第１のパケット３０１に続くパケット３１０には含まれない。パケット３１０のヘッダ３０５およびデータ３０６が送信された後、次に、イーサネットパケット３００の次のブロック（ＯＴＡパケット３１０）が送信される。次のＯＴＡパケットヘッダ３０５と次のＯＴＡパケットデータ３０６の組合せは、システムによって採用される最大ＯＴＡパケットサイズまでに制限される第２のＯＴＡパケット３１０を作り上げる。このパケット３１０は、その後のＡＣＫ３０４で確認応答され、次に、ヘッダ３０５およびデータ３０６を伴う第３（次の）ＯＴＡパケット３１０がスタートされ、この受信は、第３のＡＣＫ３０４で確認応答される。伝送は、ヘッダ３０５、データ３０６、およびＡＣＫ３０４を含む別のパケット３１０を続け、次に、ヘッダ３０５およびデータ３０６を伴う次のパケット３１０、ならびにＡＣＫ３０４を続ける。ヘッダ３０６およびデータを伴う最終的な最大サイズのパケットにＡＣＫ３０４が続く。残りのイーサネットパケットデータを送信するようなサイズに作られた最終的なパケット３１０は、最終的なヘッダ３２０およびデータ３２１、ならびに、その後、第２の（受信）無線機１０７へのスペース１１１を横切る、小さい第１のＯＴＡパケット３０１、５つの大きいＯＴＡパケット３１０、および最終的なパケット３１０を含むイーサネットパケット３００の伝送内容の配信されたイーサネットパケット３２３を完了させる最終ＡＣＫ３０４からなる。
[0055]図５は、伝送エラーまたは衝突の発生なく行われたＯＴＡパケットの成功した伝送の例を示し、一方、図６および図７は、伝送および衝突回避の２つの例を示す。図５の例について、両側が、伝送するべきデータの準備が整っており、両方が、そのそれぞれのパケットスタート時間４０３、４０６が到来するのを待っている。このシナリオでは、マスタパケットスタート時間４０３が到来し、下記で説明されるように、システム時間がマスタパケット送信モードに充てられており、マスタパケット送信モードのための期間４０１に入ったことを、マスタユニットとスレーブユニットの両方が分かっており、完了すると、次にシステムは変更し、スレーブパケット送信モードのための期間４０２にシステムを充てる。図５に示すように、システムは、マスタパケットスタート信号４０３、ならびに、第１のヘッダ４０４および第１のデータ４０５を伴うマスタパケット４１０が送信されることを認識している。スレーブから第１のパケットＡＣＫ４０７を受信すると、システムが今、マスタパケット４１０の送信モードのために確保された期間４０１にあることが、システムの両側によって理解され、システムは、マスタパケット４１０の残りを送信するように作動する。ヘッダ４０４およびデータ４０５からなる第１のマスタパケット４１０の確認応答に続いて、ヘッダ４０８およびデータ４０９からなるマスタパケット４１０の第２が送信される。第２のマスタパケット４１０についてのＡＣＫ４０７をマスタが受信すると、マスタは、ヘッダ４０８およびデータ４０９からなる第３のマスタパケット４１０をすぐに送信し、ＡＣＫ４０７を受信する。ヘッダ４０８およびデータ４０９からなる最終的なマスタパケット４１０が送信され、その後、最終的なＡＣＫ４０７の受信が続き、この時点で、４つのパケットの全体にまたがって送信されたデータが、第１のマスタパケットヘッダ４０４において識別された長さに一致するので、システムは、マスタパケット４１０の送信が完了したことを知る。
[0056]マスタパケット４１０が完了すると、スレーブパケット４２０の配信が次に始まる。マスタパケット４１０と同様に、スレーブパケット４２０は、第１のスレーブパケットヘッダ４１５および第１のスレーブパケットデータ４１６が続く、次のスレーブパケットスタート時間４０６に送信された第１のスレーブパケット４２０を含む。第１のスレーブパケットＡＣＫ４１７を受信すると、システムが今、スレーブパケット４２０の送信モードのための期間４０２にあることが、システムの両側によって理解され、システムは、他の任意のパケットを送信する前に、これらのパケット４２０の送信を完了するように作動する。スレーブパケット４２０を送信する際、ヘッダ４１５およびデータ４１６からなる第１のパケットの後に、ヘッダ４１８およびデータ４１９からなる第２のパケット４２０が続く。第２のパケットについてのＡＣＫ４１７をスレーブが受信すると、スレーブは、ヘッダ４１８およびデータ４１９からなる第３のスレーブパケット４２０をすぐに送信し、そのＡＣＫ４１７の受信が続く。ヘッダ４１８およびデータ４１９からなる最終的なパケットが送信され、その後にそのＡＣＫ４１７が続き、この時点で、４つのパケットの全体にわたって送信されたデータが、第１のスレーブパケットヘッダ４１５において識別された長さに一致するので、システムは、スレーブ送信が完了したことを知る。
[0057]図６に示された第２の例では、マスタは、パケットヘッダ４０４およびデータ４０５を含むマスタの第１のパケット４１０をマスタスタート時間４０３に送信することによって始めるが、第１のパケット４１０は、スレーブによって受信されず、したがって、スレーブは、パケットヘッダ４１５およびパケットデータ４１６を含むスレーブパケット４２０の第１を、スレーブパケットスタート時間４０６に送信し始める。マスタは、ＡＣＫの代わりにスレーブの第１のパケットを受信し、したがって、スレーブは、未受信のマスタの第１のパケット４１０の送信を待ち行列に入れ、スレーブが送信しているパケット４２０を受信し始める。第１のスレーブパケットについてのＡＣＫ４１７をマスタが送信すると、第２のスレーブヘッダ４１８およびデータ４１９で始まるスレーブパケット４２０の完全なセットを送信するスレーブ送信モードのための期間４０２にシステムが今あることを両側が知る。スレーブは、パケット４２０の完全なセットを送信し続け、スレーブ送信モードは、最終的なＡＣＫ４１７をマスタが送信することで終わる。次のマスタのパケットスタート時間４０３に、マスタは、マスタパケットヘッダ４０４およびデータ４０５を含む第１のパケット４１０を再び送信する。今度は、スレーブが第１のパケット４１０を受信してＡＣＫ４０７を送信し、システムは、マスタパケット４１０の送信モードにある。マスタは、次に、最後のＡＣＫ４０７を受信するまで、ヘッダ４０８およびデータ４０９が続くマスタパケット４１０のセット全体を送信する。
[0058]図７に示された例では、システムは、第１のＡＣＫ４０７の受信後、マスタ送信モードのための期間４０１に入る。パケットヘッダ４０４およびデータ４０５を含む第１のマスタパケット４１０は、ＡＣＫ４０７によって示されるように受信される。それでも、マスタ送信モードのための期間４０１に入り、パケットヘッダ４０８およびデータ４０９を含むマスタパケット４１０の１つがマスタによって送信されたが、無応答６０５（ＡＣＫが送信も受信もされない）で示されるように、スレーブまで行かず、システムがまだマスタ送信モードにあるので、スレーブは、どのデータも送信しようとせず、失敗したパケットをマスタが再び送信するのを待つ。パケットヘッダ４０８およびデータ４０９を含む第１のパケットは再送信され、ＡＣＫ４０７の受信で示されたように受信され、マスタ送信モードが続き、終わる。次に、スレーブ送信モードのための期間４０２が、次のスレーブスタート時間４０６にスタートし、スレーブ送信モードのための期間４０２が完了するまで続く。
[0059]図８は、マスタおよびスレーブ送信モードの相互関係を示す流れ図を示す。流れ図はまず、どちらの側も伝送していない非稼働状態７０１でスタートする。この状態では、両方の無線機１０４、１０７が、典型的には、受信モードにあるか、節電アルゴリズムの状態に応じて深いスリープ状態にある。このモードにある間、システムはまず、マスタパケットスタート時間が到来したかどうかをチェックする（ステップ７０２）。到来していない場合、システムは次に、スレーブスタート時間が到来したかどうかをチェックする（ステップ７０７）。到来していない場合、システムは、非稼働モード７０１に戻る。
[0060]マスタパケットスタート時間が到来したことを第１のチェック（ステップ７０２）が示す場合、第２のステップ７０３において、システムは、送信するべきデータのパケットをマスタが有しているかどうかを判定する。有していない場合、システムは、スレーブスタート時間をもう一度チェックし、および／または、非稼働状態７０１に戻る。送信するべきデータをマスタが有している場合、マスタは、第１のパケットを送信し（ステップ７０４）、ＡＣＫが到着するのを待つ（ステップ７０５）。ＡＣＫが到着していない場合、マスタは、パケットを待ち行列に入れ、非稼働モード７０１に戻って、次のパケットまたはパケットスタート時間を待つ。ＡＣＫが到着した場合、システムは、マスタ送信モードに入り（ステップ７０６）、完了するかシステムタイムアウトになるまでパケットが送信される。マスタがパケットを送信しようとし続けた場合、スレーブがパケットを送信しようとする機会さえ得られなくなるので、タイムアウトが必要である。タイムアウトになると、パケットは破棄され、システムは、非稼働モード７０１に戻る。
[0061]スレーブパケットスタート時間に到達したことをステップ７０７が示す場合、ステップ７０８は、送信するべきデータをスレーブが有しているかどうかを判定する。有していない場合、システムは、非稼働状態７０１に戻る。送信するべきデータをスレーブが有している場合、スレーブは、第１のパケットを送信し（ステップ７０９）、ＡＣＫが到着するのを待つ（ステップ７１０）。ＡＣＫが到着していない場合、スレーブは、パケットを待ち行列に入れ、非稼働モード７０１に戻って、次のパケットまたはパケットスタート時間を待つ。ＡＣＫが到着した場合、システムは、スレーブ送信モードに入り（ステップ７１１）、完了するかシステムタイムアウトになるまで、スレーブパケットが送信される。タイムアウトになると、パケットは破棄され、システムは、非稼働モード７０１に戻る。
[0062]前の説明は、本発明の特徴を組み込んだ一定の実施形態を示すためだけに提示されてきた。これは、網羅的であること、または、開示されたいずれかの正確な形に本発明を限定することを意図するものではない。上記の教示の観点から、多くの修正および変更が可能である。受信、または受信の確認応答に対する、他の失敗に同様に対処できることを、図６および図７の記述および例に基づいて当業者は認識するであろう。
[0063]本明細書に記述されるシステムの例は、ポイントツーポイントイーサネットケーブル置換を提供するＱｕｅｓｔ（ＴＭ）９００ＭＨｚイーサネット／シリアルケーブル置換モジュールである。モジュールのシリアルモードは、ＲＳ－４８５ケーブルを置き替え、９．７ｋｍ（６マイル）を超える距離で作動する。この技術は、周波数ホッピングを採用し、最低のＲＦレベルでも同期を維持する。個別のＰＡおよびＬＮＡは、効率的なＲＦ処理を提供し、一方で、統合型および個別のフィルタリングは、性能を強化する追加の信号調整を提供する。コネクタを通じて外部アンテナを駆動させるか、標準およびコスト効率が良いＦＲ４材料を使用して可能な限り最高の効率をもたらす一意のＰＣＢトレースアンテナを使用する。処理エンジンは、カスタム通信インターフェース、センサインターフェース、およびアルゴリズムを含めるのに十分な帯域幅を有し、または、非常に多くの他のアプリケーションだけでなく何でも、各アプリケーションのためにカスタマイズすることができる。カスタマイズパラメータは、データレート、伝送電力、動的な伝送電力制御、トポロジ（ポイントツーポイント、スター、動的メッシュ）、アンテナ構成、およびデータインターフェースを含む。また、モジュールは、様々な製品のフォームファクタにフィットするように修正することができる。
[0064]テーブル１は、本発明の特徴を組み込んだＯＴＡイーサネット伝送システムの典型的な性能仕様を示す。
[0065]図９は、イーサネットまたはＲＳ４８５シリアルデータ配信をサポートするのに適したソフトウェアを選択し、動かすために、システムをどのように配線し、構成できるかを示す流れ図である。システムは、ユニットがイーサネットまたはシリアルケーブル置換モードで動くかどうかを判定する。システムは、電源が入り（ステップ８０１）、全ての初期化の完了後、ユニットは、イーサネット物理リンクが確立されたかどうかをよく確かめる（ステップ８０２）。イーサネットトランシーバは、物理イーサネットリンクが存在するかどうかをレポートする能力を標準機能として備える。物理イーサネットリンクが存在するというイーサネットトランシーバ１０２、１０９からの情報を、ＣＰＵ１０３、１０８が受信すると、ＣＰＵ１０３、１０８は、イーサネットモードに必要なデータレートに適するように、対応する無線機１０４、１０７を構成し（ステップ８０３）、イーサネットケーブル置換処理をスタートする（ステップ８０４）。この処理中、イーサネットリンクがチェックされ（ステップ８０５）、処理は、リンクが存在する限り続く。それでも、イーサネットリンクがもはや存在しなくなると、無線機１０４、１０７は、より低いデータレートでのセットアップを典型的に含むシリアルモードに適するように構成されることになる（ステップ８０６）。シリアルケーブル置換処理が始まるが（ステップ８０７）、イーサネットリンクの検出（ステップ８０８）は、監視されることになる。ステップ８０８においてイーサネットリンクを検出すると、無線機１０４、１０７は、イーサネットモード設定に適するように構成され（ステップ８０３）、イーサネットケーブル置換処理（ステップ８０４）が実行される。ステップ８０１においてデバイスの電源が最初に入ったときに、イーサネットリンクが検出されなかった場合（ステップ８０２）、無線機は、シリアルモードデータレートに適するように直接構成され（ステップ８０６）、シリアルケーブル置換処理が始まり（ステップ８０７）、イーサネットリンクの存在を間断なくチェックする（ステップ８０８）。
[0066]好ましい実施形態は、本発明の諸原理およびその実用的用途を最も良く説明するために、選ばれ、記述された。前の説明は、様々な実施形態において、および、想定される特定の使用に適するような様々な修正により、本発明を当業者が最もうまく利用できるようにすることを意図するものである。以下の特許請求の範囲によって本発明の範囲が定義されることを意図するものである。

Claims (25)

  1. データ通信ネットワークにおいてデータを伝送するためのシステムであって、
    １つまたは複数のケーブル接続を無くし、一致した第１および第２の無線機のペアの間のオーバージエアリンクによって、前記１つまたは複数のケーブル接続を置き替えることであって、前記無線機のペアにおける各無線機が、前記無線機に接続されたアンテナを備え、前記一致したペアにおける前記第１および第２の無線機の一方、ならびに前記無線機に接続された前記アンテナが、受信機として機能するように構成され、前記一致したペアにおける前記第１および第２の無線機の他方が、伝送機として機能するように構成されるか、前記一致したペアにおける前記第１および第２の無線機のそれぞれが、前記伝送機および前記受信機として交互になるように構成され、前記無線機が、３００～３，０００ＭＨｚの間の周波数で動作する、置き替えること
    を含み、
    前記システムが、伝送された前記データをサポートするために適した、前記システムが備えているソフトウェアを、インストール後に選択および実行するように構成され、
    ａ．第１および第２のデータインターフェースと、
    ｂ．第１および第２のデータコントローラであって、前記第１および第２のデータコントローラに接続されたＣＰＵに前記データのパケットを配信し、前記ＣＰＵが、前記オーバージエア無線リンク、および各無線機と通信している前記アンテナの前記機能を制御し、前記ＣＰＵが、前記オーバージエアリンクにわたる伝送のための前記データのパケット（ＯＴＡパケット）を組み立て、受信した組み立てられたＯＴＡパケットの受信の確認応答を行う、第１および第２のデータコントローラと
    をさらに備え、
    前記ＣＰＵが、前記第１および第２の無線機によって、重複する手法で伝送された、ＯＴＡパケットの衝突回避のためのプロトコルを含み、
    伝送されたＯＴＡパケットの衝突回避のための前記プロトコルが、前記第１および第２の無線機のそれぞれのための複数の伝送スタート時間のセットを確立することを含み、さらに、
    ａ．前記第１または第２の無線機の一方が、配信のための前記データのＯＴＡパケットを有し、前記一方の無線機のための伝送スタート時間に達したとき、前記システムが、非稼働モードを終了し、前記無線機の前記一方が、第１のＯＴＡパケットの伝送を始めること、
    ｂ．前記他方の無線機が、前記第１のＯＴＡパケットの受信時に、前記第１のＯＴＡパケットの受信の確認応答を行い、前記確認応答が、前記一方の無線機を送信モードに、および前記他方の無線機を受信モードにすること、
    ｃ．前記送信モードの前記一方の無線機が、ＯＴＡパケットをシリアル伝送し続け、最終のＯＴＡパケットが伝送されるか、前記第１のＯＴＡパケットにおいて示されるＯＴＡパケットの全数に達して、前記一方の無線機の伝送の終わりを示すまで、前記受信モードの前記無線機が各ＯＴＡパケットの受信の確認応答を行うこと、
    ｄ．前記最終の伝送されたＯＴＡパケットの前記受信に続いて、前記他方の無線機が、配信のための前記データのＯＴＡパケットを有し、前記他方の無線機のための伝送スタート時間に達した場合、前記他方の無線機が、前記他方の無線機の第１のＯＴＡパケットの伝送を始め、前記第１のＯＴＡパケットの受信の確認応答時、前記他方の無線機が、前記ＯＴＡパケットの全てが配信されるまでデータの伝送を続け、その後、前記システムが、非稼働モードに復帰すること
    を行うように、前記複数の伝送スタート時間が、プリセットしたスケジュールに従って間隔を空けられ、
    前記第１のＯＴＡパケットが受信されないか、確認応答がない場合、および、前記他方の無線機が、配信のための前記データのＯＴＡパケットを有しており、前記他方の無線機のための伝送スタート時間に達した場合、
    ａ．前記他方の無線機が、前記他方の無線機の第１のＯＴＡパケットの伝送を始め、
    ｂ．前記第１のＯＴＡパケットの受信に確認応答があった場合、前記他方の無線機のＯＴＡパケットの全てが配信されるまで、前記確認応答が、前記他方の無線機を送信モードに、および前記第１の無線機を受信モードにし、
    ｃ．次の利用可能な第１の無線機のスタート時間に伝送されるまで、確認応答されていない前記第１の無線機からの前記第１のＯＴＡパケット、およびシリアル伝送のための前記第１の無線機のいずれかのＯＴＡパケットが、その後、待ち行列に入れられる、システム。
  2. 前記無線機が、９０２～９２８ＭＨｚのＩＳＭ帯域で動作する、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記オーバージエアリンクで伝送される前記ＯＴＡパケットが、２．４ＧＨｚでの伝送のためのものより長い距離で受信可能である、請求項２に記載のシステム。
  4. 前記オーバージエアリンクで伝送される前記ＯＴＡパケットが、３．２ｋｍ（２マイル）を超える距離で受信可能である、請求項３に記載のシステム。
  5. 前記データが、１つまたは複数のＯＴＡパケットに分割され、前記１つまたは複数のＯＴＡパケットのそれぞれが、データ部分を含み、任意選択としてヘッダ部分を含む、請求項１に記載のシステム。
  6. データ通信ネットワークにおいてデータを伝送するためのシステムであって、
    １つまたは複数のケーブル接続を無くし、一致した第１および第２の無線機のペアの間のオーバージエアリンクによって、前記１つまたは複数のケーブル接続を置き替えることであって、前記無線機のペアにおける各無線機が、前記無線機に接続されたアンテナを備え、前記一致したペアにおける前記第１および第２の無線機の一方、および前記無線機に接続されたアンテナが、受信機として機能するように構成され、前記一致したペアにおける前記前記第１および第２の無線機の他方が、伝送機として機能するように構成されるか、前記一致したペアにおける前記第１および第２の無線機のそれぞれが、前記伝送機および前記受信機として交互になるように構成され、前記無線機が、３００～３，０００ＭＨｚの間の周波数で動作する、置き替えること
    を含み、
    前記システムが、伝送された前記データをサポートするために適した、前記システムが備えているソフトウェアを、インストール後に選択および実行するように構成され、さらに、
    前記システムが、
    ａ．第１および第２のデータインターフェース、ならびに
    ｂ．第１および第２のデータコントローラであって、前記第１および第２のデータコントローラに接続されたＣＰＵに前記データのパケットを配信する第１および第２のデータコントローラ
    を備え、
    前記ＣＰＵが、前記オーバージエア無線リンク、および各無線機と通信している前記アンテナの前記機能を制御し、前記ＣＰＵが、前記データのパケットを前記オーバージエアリンクにわたる伝送のために（ＯＴＡパケット）組み立て、かつ、受信された組み立てられたＯＴＡパケットの受信の確認応答を行い、
    前記ＣＰＵが、前記第１および第２の無線機によって、重複する手法で伝送された、ＯＴＡパケットの衝突回避のためのプロトコルを含み、
    伝送されたＯＴＡパケットの衝突回避のための前記プロトコルが、前記第１及び第２の無線機のそれぞれのための複数の伝送スタート時間のセットを確立することを含み、
    ａ．前記第１および第２の無線機の一方が、配信のためのデータのＯＴＡパケットを有し、前記一方の無線機のための伝送スタート時間に達したとき、前記システムが、非稼働モードを終了し、前記一方の無線機が、第１のＯＴＡパケットの伝送を始めること、
    ｂ．前記他方の無線機が、前記第１のＯＴＡパケットの受信時に、前記第１のＯＴＡパケットの受信の確認応答を行い、前記確認応答は、前記一方の無線機を送信モードとし、かつ、前記他方の無線機を受信モードとすること、
    ｃ．最終のＯＴＡパケットが伝送されるか、前記第１のＯＴＡパケットにおいて示されたＯＴＡパケットの全数に達して、前記一方の無線機の伝送の終わりを示すまで、前記送信モードの前記一方の無線機が、ＯＴＡパケットをシリアル伝送し続け、前記受信無線機が、各ＯＴＡパケットの受信の確認応答を行うこと、
    ｄ．前記最終の伝送されたＯＴＡパケットの前記受信に続いて、前記他方の無線機が、配信のための前記データのＯＴＡパケットを有し、前記他方の無線機のための伝送スタート時間に達した場合、前記他方の無線機が、前記他方の無線機の第１のＯＴＡパケットの伝送を始め、前記ＯＴＡパケットの全てが配信されるまでデータの伝送を継続し、前記システムが、その後、非稼働モードに復帰すること
    を行うように、前記複数の伝送スタート時間が、プリセットしたスケジュールに従って間隔を空けられ、
    前記第１のＯＴＡパケットが受信され、確認応答があった場合、前記システムが第１の無線機の送信モードとなり、前記第１の無線機が、ＯＴＡパケットのシリアル伝送を続け、ＯＴＡパケットが確認応答されていない場合、確認応答があるまで、または、前記システムがタイムアウト信号に達して、その時点で前記システムが非稼働モードになるまで、確認応答されていない前記ＯＴＡパケットが再送信される、システム。
  7. データ通信ネットワークにおいてデータを伝送するためのシステムであって、
    １つまたは複数のケーブル接続を無くし、一致した第１および第２の無線機のペアの間のオーバージエアリンクによって、前記１つまたは複数のケーブル接続を置き替えることであって、前記無線機のペアにおける各無線機が、前記無線機に接続されたアンテナを備え、前記一致したペアにおける前記第１および第２の無線機の一方、および前記無線機に接続されたアンテナが、受信機として機能するように構成され、前記一致したペアにおける前記前記第１および第２の無線機の他方が、伝送機として機能するように構成されるか、前記一致したペアにおける前記第１および第２の無線機のそれぞれが、前記伝送機および前記受信機として交互になるように構成され、前記無線機が、３００～３，０００ＭＨｚの間の周波数で動作する、置き替えること
    を含み、
    さらに、前記システムが、
    ａ．第１および第２のデータインターフェース、ならびに
    ｂ．第１および第２のデータコントローラであって、前記第１および第２のデータコントローラに接続されたＣＰＵに前記データのパケットを配信する第１および第２のデータコントローラ
    を備え、
    前記ＣＰＵが、前記オーバージエア無線リンク、および各無線機と通信している前記アンテナの前記機能を制御し、前記ＣＰＵが、前記データのパケットを前記オーバージエアリンクにわたる伝送のために（ＯＴＡパケット）組み立て、かつ、受信された組み立てられたＯＴＡパケットの受信の確認応答を行い、
    前記ＣＰＵが、前記第１および第２の無線機によって、重複する手法で伝送された、ＯＴＡパケットの衝突回避のためのプロトコルを含み,
    伝送されたＯＴＡパケットの衝突回避のための前記プロトコルが、前記第１及び第２の無線機のそれぞれのための複数の伝送スタート時間のセットを確立することを含み、
    ａ．前記第１および第２の無線機の一方が、配信のためのデータのＯＴＡパケットを有し、前記一方の無線機のための伝送スタート時間に達したとき、前記システムが、非稼働モードを終了し、前記一方の無線機が、第１のＯＴＡパケットの伝送を始めること、
    ｂ．前記他方の無線機が、前記第１のＯＴＡパケットの受信時に、前記第１のＯＴＡパケットの受信の確認応答を行い、前記確認応答は、前記一方の無線機を送信モードとし、かつ、前記他方の無線機を受信モードとすること、
    ｃ．最終のＯＴＡパケットが伝送されるか、前記第１のＯＴＡパケットにおいて示されたＯＴＡパケットの全数に達して、前記一方の無線機の伝送の終わりを示すまで、送信モードの前記一方の無線機が、ＯＴＡパケットをシリアル伝送し続け、前記受信モードの前記無線機が、各ＯＴＡパケットの受信の確認応答を行うこと、
    ｄ．前記最終の伝送されたＯＴＡパケットの前記受信に続いて、前記他方の無線機が、配信のための前記データのＯＴＡパケットを有し、前記他方の無線機のための伝送スタート時間に達した場合、前記他方の無線機が、前記他方の無線機の第１のＯＴＡパケットの伝送を始め、前記ＯＴＡパケットの全てが配信されるまでデータの伝送を継続し、前記システムが、その後、非稼働モードに復帰すること
    を行うように、前記複数の伝送スタート時間が、プリセットしたスケジュールに従って間隔を空けられ、
    前記第１のＯＴＡパケットが受信されないか、確認応答がない場合、および、前記他方の無線機が、配信のための前記データのＯＴＡパケットを有し、前記他方の無線機の伝送スタート時間に達した場合、
    ａ．前記他方の無線機が、前記他方の無線機の第１のＯＴＡパケットの伝送を始め、
    ｂ．前記第１のＯＴＡパケットの受信が確認応答された場合、前記確認応答が、前記他方の無線機のＯＴＡパケットの全てが配信されるまで、前記他方の無線機を送信モードに、および前記第１の無線機を受信モードにし、
    ｃ．確認応答されていない前記第１の無線機からの前記第１のＯＴＡパケット、およびシリアル伝送のための前記第１の無線機のいずれかのＯＴＡパケットが、その後、次の利用可能な第１の無線機のスタート時間まで、待ち行列に入れられる、システム。
  8. データ通信ネットワークにおいてデータを伝送するためのシステムであって、
    １つまたは複数のケーブル接続を無くし、一致した第１および第２の無線機のペアの間のオーバージエアリンクによって、前記１つまたは複数のケーブル接続を置き替えることであって、前記無線機のペアにおける各無線機が、前記無線機に接続されたアンテナを備え、前記一致したペアにおける前記第１および第２の無線機の一方、および前記無線機に接続されたアンテナが、受信機として機能するように構成され、前記一致したペアにおける前記前記第１および第２の無線機の他方が、伝送機として機能するように構成されるか、前記一致したペアにおける前記第１および第２の無線機のそれぞれが、前記伝送機および前記受信機として交互になるように構成され、前記無線機が、３００～３，０００ＭＨｚの間の周波数で動作する、置き替えること
    を含み、
    さらに、前記システムが、
    ａ．第１および第２のデータインターフェース、ならびに
    ｂ．第１および第２のデータコントローラであって、前記第１および第２のデータコントローラに接続されたＣＰＵに前記イーサネットデータのパケットを配信する第１および第２のデータコントローラ
    を備え、
    前記ＣＰＵが、前記オーバージエア無線リンク、および各無線機と通信している前記アンテナの前記機能を制御し、前記ＣＰＵが、前記データのパケットを前記オーバージエアリンクにわたる伝送のために（ＯＴＡパケット）組み立て、かつ、受信された組み立てられたＯＴＡパケットの受信の確認応答を行い、
    前記ＣＰＵが、前記第１および第２の無線機によって、重複する手法で伝送された、ＯＴＡパケットの衝突回避のためのプロトコルを含み,
    伝送されたＯＴＡパケットの衝突回避のための前記プロトコルが、前記第１及び第２の無線機のそれぞれのための複数の伝送スタート時間のセットを確立することを含み、
    ａ．前記第１および第２の無線機の一方が、配信のためのデータのＯＴＡパケットを有し、前記一方の無線機のための伝送スタート時間に達したとき、前記システムが、非稼働モードを終了し、前記一方の無線機が、第１のＯＴＡパケットの伝送を始めること、
    ｂ．前記他方の無線機が、前記第１のＯＴＡパケットの受信時に、前記第１のＯＴＡパケットの受信の確認応答を行い、前記確認応答は、前記一方の無線機をマスタモードとし、かつ、前記他方の無線機をスレーブモードとすること、
    ｃ．最終のＯＴＡパケットが伝送されるか、前記第１のＯＴＡパケットにおいて示されたＯＴＡパケットの全数に達して、前記一方の無線機の伝送の終わりを示すまで、送信モードの前記一方の無線機が、ＯＴＡパケットをシリアル伝送し続け、前記受信無線機が、各ＯＴＡパケットの受信の確認応答を行うこと、
    ｄ．前記最終の伝送されたＯＴＡパケットの前記受信に続いて、前記他方の無線機が、配信のための前記データのＯＴＡパケットを有し、前記他方の無線機のための伝送スタート時間に達した場合、前記他方の無線機が、前記他方の無線機の第１のＯＴＡパケットの伝送を始め、前記ＯＴＡパケットの全てが配信されるまでデータの伝送を継続し、前記システムが、その後、非稼働モードに復帰すること
    を行うように、前記複数の伝送スタート時間が、プリセットしたスケジュールに従って間隔を空けられ、
    前記第１のＯＴＡパケットが受信され、確認応答があった場合、前記システムが第１の無線機の送信モードとなり、前記第１の無線機が、ＯＴＡパケットのシリアル伝送を続け、ＯＴＡパケットが確認応答されていない場合、確認応答があるまで、または、前記システムがタイムアウト信号に達して、その時点で前記システムが非稼働モードになるまで、確認応答されていない前記ＯＴＡパケットが再送信される、システム。
  9. 前記無線機が、９０２～９２８ＭＨｚのＩＳＭ帯域で動作する、請求項６に記載のシステム。
  10. 前記オーバージエアリンクで伝送される前記ＯＴＡパケットが、２．４ＧＨｚ伝送のための距離より長い距離で受信可能である、請求項６に記載のシステム。
  11. 前記オーバージエアリンクで伝送される前記ＯＴＡパケットが、３．２ｋｍ（２マイル）を超える距離で受信可能である、請求項６に記載のシステム。
  12. 前記データが、１つまたは複数のＯＴＡパケットに分割され、前記１つまたは複数のＯＴＡパケットのそれぞれが、データ部分を含み、任意選択としてヘッダ部分を含む、請求項１０に記載のシステム。
  13. データ通信ネットワークにおいてデータを伝送するためのシステムであって、前記データ通信ネットワークは、イーサネットデータまたはシリアルデータの配信通信モードで動作し、
    前記システムが、前記イーサネットケーブルまたはシリアルケーブルを無くし、一致した無線機のペアの間のオーバージエアリンクによって、前記イーサネットケーブルまたはシリアルケーブルを置き替え、前記無線機のペアにおける各無線機が、前記無線機に接続されたアンテナを備え、前記一致したペアにおける前記無線機の一方、および、前記無線機に接続された前記アンテナが、受信機として機能するように構成され、前記一致したペアにおける前記無線機の他方が、伝送機として機能するように構成され、または、前記一致したペアにおける前記第１および第２の無線機のそれぞれが、伝送機および受信機として交互になるように構成され、前記無線機が、３００～３，０００ＭＨｚの間の周波数で動作すること
    を含み、
    前記システムが、イーサネットデータまたはシリアルデータ通信モードで前記データ通信ネットワークが動作しているかどうかを設置後に最初に判定し、次に、前記イーサネットデータまたはシリアルデータ通信モードに適したレートで前記データを伝送するように前記システムを構成し、
    前記システムが、
    ａ．第１および第２のデータインターフェース、ならびに
    ｂ．第１および第２のコントローラであって、前記第１および第２のコントローラに接続されたＣＰＵにデータのパケットを配信するための第１および第２のコントローラ
    を備え、
    前記ＣＰＵが、前記オーバージエア無線リンク、各無線機と通信しているアンテナの前記機能、オーバージエア情報パケット（ＯＴＡパケット）を組み立てること、前記組み立てられたＯＴＡパケットの前記伝送、および受信した組み立てられたＯＴＡパケットの受信の確認応答を行うことを制御するように構成される、システム。
  14. 前記無線機が、９０２～９２８ＭＨｚのＩＳＭ帯域で動作される、請求項１３に記載のシステム。
  15. 前記オーバージエアリンクで伝送される前記ＯＴＡパケットが、３．２ｋｍ（２マイル）を超える距離で受信される、請求項１４に記載のシステム。
  16. 前記イーサネットデータまたはシリアルデータが、１つまたは複数のＯＴＡパケットに分割され、前記１つまたは複数のＯＴＡパケットのそれぞれが、データ部分を含み、任意選択としてヘッダ部分を含む、請求項１３に記載のシステム。
  17. 前記ＣＰＵが、前記第１および第２の無線機によって、重複する手法で伝送された、ＯＴＡパケットの衝突回避のためのプロトコルを含む、請求項１３に記載のシステム。
  18. データ通信ネットワークにおいてデータを伝送するためのシステムであって、前記データ通信ネットワークが、イーサネットデータまたはシリアルデータ通信モードで動作し、
    前記システムが、イーサネットケーブルまたはシリアルケーブルを無くし、一致した無線機のペアの間のオーバージエアリンクによって、イーサネットケーブルまたはシリアルケーブルを置き替え、前記無線機のペアにおける各無線機が、前記無線機に接続されたアンテナを備え、前記一致したペアにおける前記無線機の一方、および前記無線機に接続されたアンテナが、受信機として機能するように構成され、前記一致したペアにおける前記無線機の他方が、伝送機として機能するように構成されるか、前記一致したペアにおける前記第１および第２の無線機のそれぞれが、伝送機および受信機として交互になるように構成され、前記無線機が、３００～３，０００ＭＨｚの間の周波数で動作すること
    を含み、
    前記システムが、イーサネットデータまたはシリアルデータ通信モードで前記データ通信ネットワークが動作しているかどうかを設置後に最初に判定し、次に、前記イーサネットデータまたはシリアルデータ通信モードに適したレートで前記データを伝送するように前記システムを構成し、
    前記システムが、
    ａ．第１および第２のデータインターフェース、ならびに
    ｂ．第１および第２のコントローラであって、前記第１および第２のコントローラに接続されたＣＰＵにデータのパケットを配信するための第１および第２のコントローラ
    を備え、
    前記ＣＰＵが、前記オーバージエア無線リンク、各無線機と通信しているアンテナの前記機能、オーバージエア情報パケット（ＯＴＡパケット）を組み立てること、前記組み立てられたＯＴＡパケットの前記伝送、および受信した組み立てられたＯＴＡパケットの受信の確認応答を行うことを制御するように構成され、
    前記ＣＰＵが、前記第１および第２の無線機によって、重複する手法で伝送された、ＯＴＡパケットの衝突回避のためのプロトコルを含み、
    伝送されたＯＴＡパケットの衝突回避のための前記プロトコルが、前記無線機のそれぞれのための複数の伝送スタート時間のセットを確立することを含み、
    ａ．前記無線機の第１の無線機が、配信のためのイーサネットまたはシリアルデータのＯＴＡパケットを有し、前記第１の無線機のための伝送スタート時間に達したとき、前記システムが、非稼働モードを終了し、前記第１の無線機が、第１のＯＴＡパケットの伝送を始め、前記第１の無線機が、マスタモードで機能してマスタとして指定され、前記無線機の第２の無線機が、スレーブモードで機能してスレーブとして指定されること、
    ｂ．前記スレーブが、前記第１のＯＴＡパケットの受信時に、前記第１のＯＴＡパケットの受信の確認応答を行うこと、
    ｃ．最終のＯＴＡパケットが伝送されるか、前記第１のＯＴＡパケットにおいて示されたＯＴＡパケットの全数に達して、前記第１の無線機の伝送の終わりを示すまで、前記マスタが、ＯＴＡパケットをシリアル伝送し続け、前記スレーブが、各ＯＴＡパケットの受信の確認応答を行うこと、
    ｄ．前記最終の伝送されたＯＴＡパケットの前記受信に続いて、前記スレーブが、配信のためのデータのＯＴＡパケットを有し、前記第２の無線機のための伝送スタート時間に達した場合、前記第２の無線機が、前記第２の無線機の第１のＯＴＡパケットの伝送を始め、前記第１の無線機が、第１のＯＴＡパケットの受信の確認応答を行うと、前記第２の無線機のＯＴＡパケットの全てが配信されるまで、前記第２の無線機がマスタモードになり、前記第１の無線機がスレーブモードになり、前記システムが、その後、非稼働モードに復帰すること
    を行うように、前記複数の伝送スタート時間が、プリセットしたスケジュールに従って間隔を空けられる、システム。
  19. 前記第１の送信されたＯＴＡパケットが受信されないか、確認応答がない場合、および、前記第２の無線機が、配信のためのデータのＯＴＡパケットを有し、第２の無線機の伝送スタート時間に達した場合、
    ａ．前記第２の無線機が、前記第２の無線機の第１のＯＴＡパケットの伝送を始め、
    ｂ．前記第２の無線機の伝送した第１のＯＴＡパケットの受信が、前記第１の無線機によって確認応答された場合、前記確認応答が、前記第２の無線機のＯＴＡパケットの全てが配信されるまで、前記第２の無線機をマスタモードに、および前記第１の無線機をスレーブモードにし、
    ｃ．確認応答されていない前記第１の無線機からの前記第１のＯＴＡパケット、およびシリアル伝送のための前記第１の無線機のいずれかのＯＴＡパケットが、その後、次の利用可能な第１の無線機のスタート時間まで、非稼働モードになる、
    請求項１８に記載のシステム。
  20. 前記第１のＯＴＡパケットが受信され、確認応答があった場合、前記第１の無線機が、マスタモードであり、前記第１の無線機が、ＯＴＡパケットのシリアル伝送を続け、ＯＴＡパケットが確認応答されていない場合、確認応答があるまで、または、前記システムがタイムアウト信号に達して、その時点で前記システムが非稼働モードになるまで、確認応答されていない前記ＯＴＡパケットが再送信される、請求項１８に記載のシステム。
  21. データ通信ネットワークにおいてデータを伝送するためのシステムであって、前記データ通信ネットワークは、イーサネットデータまたはシリアルデータの通信モードで動作し、一致した無線機のペアの間のオーバージエアリンクによって、イーサネットケーブルまたはシリアルケーブル接続が置き替えられ、前記無線機のペアにおける各無線機が、前記無線機に接続されたアンテナを備え、前記一致したペアにおける前記無線機の一方が受信機として機能するように構成され、かつ、前記一致したペアにおける前記無線機の他方が、伝送機として機能するように構成され、または、前記一致したペアにおける前記第１および第２の無線機のそれぞれが、伝送機および受信機として交互になるように構成され、前記無線機が、３００～３，０００ＭＨｚの間の周波数で動作するため、
    イーサネットデータ通信モードで前記データ通信ネットワークが動作していた場合には、前記データを伝送するための前記システムは、前記イーサネットデータ通信モードに適したレートで前記データを伝送するように構成され、シリアルデータ通信モードで前記データ通信ネットワークが動作していた場合には、前記データを伝送するための前記システムは、前記シリアルデータ通信モードに適したレートで前記データを伝送するように構成され、
    前記システムが、
    ａ．第１および第２のデータインターフェース、ならびに
    ｂ．第１および第２のコントローラであって、前記第１および第２のコントローラに接続されたＣＰＵにデータのパケットを配信するための第１および第２のコントローラ、を備え、 前記ＣＰＵが、前記オーバージエア無線リンク、各無線機と通信しているアンテナの前記機能、オーバージエア情報パケット（ＯＴＡパケット）を組み立てること、前記組み立てられたＯＴＡパケットの前記伝送、および受信した組み立てられたＯＴＡパケットの受信の確認応答を行うことを制御するように構成される、システム。
  22. 前記無線機が、９０２～９２８ＭＨｚのＩＳＭ帯域で動作される、請求項２１に記載のシステム。
  23. 前記オーバージエアリンクで伝送される前記ＯＴＡパケットが、３．２ｋｍ（２マイル）を超える距離で受信される、請求項２２に記載のシステム。
  24. 前記イーサネットデータまたはシリアルデータが、１つまたは複数のＯＴＡパケットに分割され、前記１つまたは複数のＯＴＡパケットのそれぞれが、データ部分を含み、任意選択としてヘッダ部分を含む、請求項２１に記載のシステム。
  25. 前記ＣＰＵが、前記第１および第２の無線機によって、重複する手法で伝送された、ＯＴＡパケットの衝突回避のためのプロトコルを含む、請求項２１に記載のシステム。
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