JP3819909B2 - アドホック無線通信システムにおけるチャネル割り当て方法、アドホック無線通信システム用デバイスおよびアドホック無線通信システム - Google Patents

Description

この発明は、いくつかのピコネットにまとめられたデバイスを備えるアドホック無線通信システムにおけるチャネル割り当て方法、アドホック無線通信システム用デバイスおよびアドホック無線通信システムに関する。

したがって、この発明の対象は、請求項１に記載のアドホック無線通信システムにおけるチャネル割り当て方法である。

特定の実施の形態によれば、この方法は、１つまたは複数の従属請求項の特徴を含む。

この発明は、図面を参照しつつ、単に例として与えられる以下の説明を読むことによって、さらに良く理解されるであろう（たとえば、特許文献１参照）。

米国特許公開２００２／０４４５４９号（図８、図９Ａ〜図１０）

図１は、この発明により提供される追加的特徴を除いては、ＩＥＥＥ８０２．１５．３標準に基づくことが仮定されるアドホック無線通信システムを示している。

システムは、等価な通信アーキテクチャを有するいくつかのデバイスを含む。それらのすべてが、無線リンクを通じてメッセージを送受信するように適応している。

デバイスは、たとえば、コンピュータ、プリンタ、カメラおよびレコーダである。

デバイスはピコネットにまとめられる。同じピコネットに含まれるすべてのデバイスは相互に通信することができる。４個のピコネット１、２、３、４が図１に示されている。各ピコネットは１１、１２、１３および１４で表されるピコネットコーディネータＰＮＣを含む。

ピコネットのデバイスのうちから各ピコネットコーディネータが規定される方法は以下で説明される。

各ピコネットは、ピコネットコーディネータではない他のデバイス２１、２２、２３、２４を含む。これらは相互に、およびそれらに関連するピコネットコーディネータ１１、１２、１３、１４と通信するように適応している。

アドホック無線通信システムデバイス間の無線通信のための多元接続方式は符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式である。

Ｎ_ｃ個の符号のセットＣがチャネル割り当てのために利用可能である場合を考える。たとえばＮ_ｃ＝１００である。Ｃはｎ個のサブセットＣ_ｉ，ｉ∈｛１，・・・，ｎ｝、に分割される。たとえばｎ＝５である。

この発明によれば、各サブセットＣ_ｉが各ピコネットに割り当てられる。

各サブセットＣ_ｉにおいて、Ｃ_ｉ ^ｂｃで表される１つの符号が、ブロードキャスト専用で使用される。Ｃ_ｉ ^ＲＡＣＨで表される別の１つの符号が、ランダムアクセス専用で使用される。Ｃ_ｉ ^ｊで表される他の符号は、ピコネットの特定デバイスｊによるデータの受信用である。

すべてのシステムデバイスは、サブセットＣ_ｉの、特にＣ_ｉ ^ｂｃおよびＣ_ｉ ^ＲＡＣＨを事前に知っている。

したがって、各デバイスは読み出し専用メモリのようなメモリを含み、そこにすべての利用可能な符号が格納されている。

より正確には、図２に示すように、各デバイスのメモリは、各符号サブセットＣ_ｉについて、ブロードキャスト符号Ｃ_ｉ ^ｂｃ、ランダムアクセス符号Ｃ_ｉ ^ＲＡＣＨおよび受信符号Ｃ_ｉ ^ｊを含むテーブルを含む。さらに、８ビットのショートアドレスが各符号に関連づけられる。このアドレスは、関連する符号の指示であるポインタに対応する。

この発明によれば、同じピコネットのすべてのデバイスが、通信のために同じ符号サブセットの符号を使用する。したがって、符号サブセットＣ_ｉが各ピコネットｉに関連づけられる。隣接するピコネットのサブセットは、異なっていてもいなくてもよい。有利には、それらは異なる。

ピコネットにおいて、ピコネットコーディネータがブロードキャスト符号Ｃ_ｉ ^ｂｃを用いてピコネットの全デバイスに一般情報を定期的にブロードキャストする。Ｃ_ｉ ^ｂｃ符号はピコネットの各デバイスにより既知であるため、一般情報は全デバイスによって受信され考慮される。

Ｃ_ｉ ^ＲＡＣＨは、ピコネットコーディネータにメッセージを送信するために、ピコネットのデバイスによって、またはピコネットに加入しようとしている新規デバイスによって使用される。

受信符号Ｃ_ｉ ^ｊは、ピコネットの各デバイスｊに関連づけられる。この符号は、ピコネットのデバイスが特定のデバイスｊにメッセージを送信しようとする時にメッセージを符号化するために使用される。

ピコネットは、新規デバイスがアドホック無線通信システムに追加される毎に段階的に作成される。

次に、図３および図４を参照して、チャネル割り当て方法を開示する。

新規デバイスは、追加される時、既存ピコネットに加入しようと試みる。この目的で、新規デバイスはまず、その無線環境をリスンする。

図３を参照すると、ステップ１００で、新規デバイスが、すべてのブロードキャスト符号Ｃ_ｉ ^ｂｃ，ｉ∈｛１，・・・，ｎ｝を連続的にリスンする。これらの符号は、図４のＭ１で示されるように、ピコネットコーディネータによってブロードキャストされたものであってもよい。これらの符号のいずれも検出されない場合、新規デバイスは、ステップ１０２で、使用中の符号サブセットＣ_ｋをランダムに選択し、ステップ１０４で、関連するブロードキャスト符号Ｃ_ｋ ^ｂｃで情報のブロードキャストを開始する。こうして、新規デバイスはピコネットコーディネータとなり、自分自身のピコネットを作成する。

１つまたは複数のブロードキャスト符号Ｃ_ｉ ^ｂｃが検出された場合、新規デバイスは、ステップ１０６で、その符号を受信するためにいくつかのピコネットが利用可能であるかどうかを判定する。

より正確には、新規デバイスは、各ピコネットについて、そのピコネットが追加デバイスで正しく機能し得るかどうかを判定する。

ピコネットの利用可能性を判定するため、ピコネットの負荷に基づく基準が適用される。ピコネットの負荷の測定は新規デバイスによって実行され、測定された負荷が過負荷しきい値と比較される。利用可能なピコネットのセットがこうして判定される。

利用可能なピコネットのセットが空であることは、すべての検出されたピコネットが過負荷であることを意味する。その場合、ステップ１０８で、検出されたピコネット用のものとは異なる符号サブセットＣ_ｋが選択される。

そして、新規デバイスにより、選択されたサブセットＣ_ｋのブロードキャスト符号Ｃ_ｋ ^ｂｃを用いて情報がブロードキャストされる。新規ピコネットｋが作成され、新規デバイスはその新規ピコネットのピコネットコーディネータとなる。

利用可能なピコネットのセットが３個以上のピコネットを含む場合、新規デバイスは、所定基準に従ってそれらを分類する。好ましい実施の形態１では、この基準は無線品質である。

ステップ１１２で、新規デバイスは、適用される基準に従って最良の結果を有するピコネットを選択する。今の場合、選択されるピコネットは、最良の受信品質を有するピコネットである。

利用可能なピコネットのセット内のピコネットが１つである場合、このピコネットが、新規デバイスが加入すべきものとして選択される。

ステップ１１４で、新規デバイスは、リスンされているブロードキャスト符号Ｃ_ｋ ^ｂｃから、選択されたピコネットで使用される符号サブセットＣ_ｋを判定する。符号サブセットはデバイスに記憶されているので、新規デバイスはランダムアクセス符号Ｃ_ｋ ^ＲＡＣＨを判定する。

この時点から、ネットワーク付加手続きが実行される。送信されるメッセージは図４に例示されている。

ステップ１１６で、新規デバイスは、ランダムアクセス符号Ｃ_ｋ ^ＲＡＣＨを用いて付加要求メッセージＭ２を送信する。付加要求メッセージＭ２は、新規デバイスに関連する諸属性を含む。これらの属性は、たとえば、新規デバイスのＩＰアドレス、タイプおよび機能である。

次に、ピコネットコーディネータは、利用可能なリソースに従って、新規デバイスをピコネットに受け入れるか否かを決定する。受け入れる場合、ステップ１１８で、ピコネットコーディネータは、８０２．１５．３システムの場合のように、新規デバイスに８ビットのショートアドレスを帰属させる。このアドレスは、受信符号Ｃ_ｋ ^ｊに対応し、新規デバイスがデータを受信するために使用すべき受信符号Ｃ_ｋ ^ｊへのポインタとして使用される。

このアドレスは、Ｃ_ｋ ^ｂｃ符号でブロードキャストされる付加応答Ｍ３で送信される。

次に、ステップ１２０で、ピコネットコーディネータは、ピコネットに加入する新規デバイスｊに関する情報Ｍ４を、ピコネットの他のすべてのデバイスへブロードキャストする。この情報は、ブロードキャスト符号Ｃ_ｋ ^ｂｃを使用することによって送信される。この情報は、新規デバイスの受信符号Ｃ_ｋ ^ｊに対応するショートアドレスとともに、新規デバイスのＩＰアドレス、タイプおよび機能のような属性を含む。こうして、ピコネットのすべてのデバイスは、そのショートアドレスから、新規デバイスとの通信を行うために使用すべき符号Ｃ_ｋ ^ｊを判定することができる。

ピコネットに加入した後、デバイスは、その受信符号Ｃ_ｋ ^ｊを定期的にリスンする。

デバイスＢが同じピコネットｉ内の別のデバイスＣへデータを送信したい場合、デバイスＢは、そのピコネットのブロードキャスト符号Ｃ_ｉ ^ｂｃをリスンして、デバイスＣの受信符号Ｃ_ｉ ^ＣおよびデバイスＣの属性を判定する。

次に、デバイスＢは、デバイスＣの受信符号Ｃ_ｉ ^Ｃを使用することによって、デバイスＣへ接続要求メッセージを送信する。接続要求メッセージは、期待される受信デバイスＣに関連する属性を含むので、デバイスＣは、自分が実際に期待されている宛先であるかどうかを判定することができる。これらの属性は、たとえば、ピコネット識別子、または、期待される受信機のタイプのような、期待される受信デバイスＣの機能である。

デバイスＣは、接続要求メッセージに含まれる属性が実際に自分に関連する場合、デバイスＢのみによって送信される後続データを考慮し処理する。デバイスＣは、自分に関連する属性を含む接続要求メッセージを受信すると、後続データが送信可能でありデバイスＣによって処理されることをデバイスＢに通知する確認応答メッセージをデバイスＢへ送信する。

このような識別プロセスは、２つの異なるピコネットからの２つのデバイスが、送信データを処理するための同一受信符号を有することがないようにするために有益である。実際、２つの近隣のピコネットが同一の符号サブセットを使用しないという保証はない。

この発明によるアドホック無線通信システムの概略図である。 アドホック無線通信システムの各デバイスに格納されるテーブルである。 この発明によるアドホック無線通信システムにおける、新規デバイスに対するチャネル割り当て方法を説明するフローチャートである。 新規デバイスが既存ピコネットに加入する時にピコネットのデバイス間で送信されるメッセージを説明するチャートである。

符号の説明

１〜４、ｉ ピコネット、ｋ 新規ピコネット、２１〜２４、ｊ、Ｂ、Ｃ デバイス、Ｃ_ｉ 符号サブセット、ＰＮＣ ピコネットコーディネータ、ＣＤＭＡ 符号分割多元接続。

Claims (11)

1. 等価な通信アーキテクチャを有するデバイスを備えるアドホック無線通信システムにおけるチャネル割り当て方法であって、前記デバイスは複数のピコネットにまとめられ、同一ピコネットのデバイスは相互に通信可能であり、ピコネットコーディネータ（ＰＮＣ）が各ピコネットのデバイスのうちから規定され、前記デバイス間の無線通信のための多元接続方式は符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式であり、
   利用可能な符号のセットはあらかじめ規定された分離した符号サブセット（Ｃ_ｉ）に分割され、すべての前記符号サブセット（Ｃ_ｉ）は各デバイスにより既知であり、同一ピコネットのすべてのデバイスが相互に通信するために同一の関連する前記符号サブセット（Ｃ_ｉ）内の符号を使用し、
   前記アドホック無線通信システムに追加されるそれぞれの新規デバイスについて、前記方法は、
   前記新規デバイスが、ピコネットに関連する少なくとも１つの使用中の符号サブセット（Ｃ_ｉ）を探索しつつ自己の無線環境をスキャンするステップと、
   見つかった使用中の前記符号サブセット（Ｃ_ｉ）に応じて、
   前記新規デバイスが新規ピコネットのピコネットコーディネータ（ＰＮＣ）となり、前記新規ピコネットの符号サブセット（Ｃ_ｉ）を選択するか、または
   前記新規デバイスが、利用可能なピコネットのセットのうちの、既に使用されている前記符号サブセットを有する既存ピコネットに加入することを決定し、加入したピコネットの他のデバイスとの次の通信のために前記符号サブセットを使用するステップと、
   を含み、
   前記ピコネットコーディネータ（ＰＮＣ）がピコネットの全デバイスへ情報をブロードキャストするためにブロードキャスト符号（Ｃ _ｉ ^ｂｃ ）が各符号サブセット（Ｃ _ｉ ）において規定され、前記アドホック無線通信システムに追加される各新規デバイスが前記無線環境をリスンして、使用中の前記符号サブセット（Ｃ _ｉ ）を判定するためにブロードキャスト符号（Ｃ _ｉ ^ｂｃ ）を探索することを特徴とするチャネル割り当て方法。
2. 前記新規デバイスが、ピコネットに関連する少なくとも１つの使用中の符号サブセット（Ｃ_ｉ）を見つけた場合、前記新規デバイスは、利用可能性基準を適用することにより、見つけた使用中の前記符号サブセット（Ｃ_ｉ）に関連する前記ピコネットのうちから利用可能なピコネットのセットを判定し、前記利用可能なピコネットのセットは前記利用可能性基準に従うピコネットのみを含むことを特徴とする請求項１に記載のチャネル割り当て方法。
3. 前記利用可能性基準は前記ピコネットの負荷に基づくことを特徴とする請求項２に記載のチャネル割り当て方法。
4. 前記利用可能なピコネットのセットが空である場合、前記新規デバイスは、新規ピコネットのピコネットコーディネータ（ＰＮＣ）となり、前記新規ピコネットの未使用の符号サブセット（Ｃ_ｉ）を選択し、
   前記利用可能なピコネットのセットが単一のピコネットを含む場合、前記新規デバイスは、前記単一のピコネットに加入し、次の通信のために前記単一のピコネットの前記符号サブセット（Ｃ_ｉ）を使用し、
   前記利用可能なピコネットのセットが少なくとも２つのピコネットを含む場合、前記ピコネットは所定基準に従って順序づけられ、前記新規デバイスは、順序づけられた利用可能なピコネットのセット内の第１ピコネットに加入する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のチャネル割り当て方法。
5. 前記基準は無線品質であることを特徴とする請求項４に記載のチャネル割り当て方法。
6. 前記新規デバイスは、既存ピコネットに加入する時、前記ピコネットの前記ピコネットコーディネータ（ＰＮＣ）へ付加要求を送信し、前記ピコネットコーディネータ（ＰＮＣ）は、前記付加要求の受信後、前記ピコネットに関連する前記符号サブセット（Ｃ_ｉ）のうちの受信符号（Ｃ_ｉ ^ｊ）の指示を前記新規デバイスへ送信し、前記受信符号（Ｃ_ｉ ^ｊ）は前記新規デバイスによってデータの受信のために使用されることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のチャネル割り当て方法。
7. データの受信のために使用される前記受信符号（Ｃ_ｉ ^ｊ）の前記指示は、８０２．１５．３標準で規定される８ビットのポインタであり、前記ポインタは前記新規デバイスにより既知の前記受信符号（Ｃ_ｉ ^ｊ）を指示することを特徴とする請求項６に記載のチャネル割り当て方法。
8. 新規デバイスがピコネットに加入した後、前記ピコネットコーディネータ（ＰＮＣ）は、前記ピコネットの全デバイスへ、前記新規デバイスによる受信のために使用される前記受信符号（Ｃ_ｉ ^ｊ）の指示とともに、前記新規デバイスの識別を送信することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のチャネル割り当て方法。
9. 所与の受信符号（Ｃ_ｉ ^ｊ）を有するデータを同一の前記ピコネット内の別のデバイスへ送信する時、デバイスが、期待される受信デバイスに関連する属性を送信し、自己の前記受信符号（Ｃ_ｉ ^ｊ）が前記所与の受信符号（Ｃ_ｉ ^ｊ）であるデバイスが、送信された属性が自己に関連する場合にのみ送信されたデータを処理することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のチャネル割り当て方法。
10. アドホック無線通信システム用デバイスであって、前記システムは等価な通信アーキテクチャを有するデバイスを備え、前記デバイスは複数のピコネットにまとめられ、前記デバイスは符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）伝送方法を行うことにより同一ピコネットの他のデバイスと通信可能であり、
    利用可能な符号のセットはあらかじめ規定された分離した符号サブセット（Ｃ_ｉ）に分割され、前記デバイスは、すべての前記符号サブセット（Ｃ_ｉ）が格納される手段を備え、前記デバイスは、ピコネットの他のデバイスと通信するために前記ピコネットに関連する符号サブセット（Ｃ_ｉ）からの符号を使用するように適応し、
    前記デバイスは、
    前記デバイスが前記アドホック無線通信システムに追加される時に、ピコネットに関連する少なくとも１つの使用中の符号サブセット（Ｃ_ｉ）を探索しつつ無線環境をスキャンする手段と、
    見つかった使用中の前記符号セット（Ｃ_ｉ）に応じて、
    新規ピコネットのピコネットコーディネータ（ＰＮＣ）となり、前記新規ピコネットの符号サブセット（Ｃ_ｉ）を選択するか、または
    利用可能なピコネットのセットのうちの、既に使用されている前記符号サブセットを有する既存ピコネットに加入し、加入したピコネットの他のデバイスとの次の通信のために前記符号サブセットを使用する手段と、
    を含むアドホック無線通信システム用デバイスにおいて、
    前記デバイスは、
    前記ピコネットコーディネータ（ＰＮＣ）がピコネットの全デバイスへ情報をブロードキャストするために、ブロードキャスト符号（Ｃ _ｉ ^ｂｃ ）を各符号サブセット（Ｃ _ｉ ）において規定する手段と、
    前記アドホック無線通信システムに追加される各新規デバイスが前記無線環境をリスンして、使用中の前記符号サブセット（Ｃ _ｉ ）を判定するためにブロードキャスト符号（Ｃ _ｉ ^ｂｃ ）を探索する手段と、
    を含むことを特徴とするアドホック無線通信システム用デバイス。
11. 等価な通信アーキテクチャを有するデバイスを備えるアドホック無線通信システムであって、前記デバイスは複数のピコネットにまとめられ、同一ピコネットのデバイスは相互に通信可能であり、各ピコネットはピコネットコーディネータ（ＰＮＣ）を含み、前記デバイス間の無線通信のための多元接続方式は符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式であり、
    利用可能な符号のセットはあらかじめ規定された分離した符号サブセット（Ｃ_ｉ）に分割され、すべての前記符号サブセット（Ｃ_ｉ）は各デバイスにより既知であり、同一ピコネットのすべてのデバイスが相互に通信するために同一の関連する前記符号サブセット（Ｃ_ｉ）内の符号を使用し、
    各デバイスは、
    前記デバイスが前記アドホック無線通信システムに追加される時に、ピコネットに関連する少なくとも１つの使用中の符号サブセット（Ｃ_ｉ）を探索しつつ無線環境をスキャンする手段と、
    見つかった使用中の前記符号セット（Ｃ_ｉ）に応じて、
    新規ピコネットのピコネットコーディネータ（ＰＮＣ）となり、前記新規ピコネットの未使用の符号サブセット（Ｃ_ｉ）を選択するか、または
    利用可能なピコネットのセットのうちの、既に使用されている前記符号サブセットを有する既存ピコネットに加入し、加入したピコネットの他のデバイスとの次の通信のために前記符号サブセットを使用する手段と、
    を備えるアドホック無線通信システムにおいて、
    前記デバイスは、
    前記ピコネットコーディネータ（ＰＮＣ）がピコネットの全デバイスへ情報をブロードキャストするために、ブロードキャスト符号（Ｃ _ｉ ^ｂｃ ）を各符号サブセット（Ｃ _ｉ ）において規定する手段と、
    前記アドホック無線通信システムに追加される各新規デバイスが前記無線環境をリスンして、使用中の前記符号サブセット（Ｃ _ｉ ）を判定するためにブロードキャスト符号（Ｃ _ｉ ^ｂｃ ）を探索する手段と、
    を含むことを特徴とするアドホック無線通信システム。

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