JP3902238B2 - ワイヤレスバックボーン構造における同期通信方法及びその装置 - Google Patents

Description

発明の背景
発明の分野
本発明は、主として、通信システム内における複数のノード間の同期通信に関するものであり、より詳しくは、複数のノード間での通信を同期させることに関するもので、複数のノードは、中継器のワイヤレスバックボーンを有するネットワーク内で通信を行うものである。
従来の技術
複数のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）のような通信システムは、情報を交換するために広範に使用されるに至っている。これらのシステムは、複数のデータ処理ノードまたは“エージェント”を具備している。これらのノードまたはエージェントは、複数のノード間を相互に接続する送信媒体にアクセスするようになっている。多くのローカルエリアネットワーク計画は、割り当てられたアクセスネットワークまたはバックボーンを伴ったノードを形成するように工夫されてきた。前記ノードは、アクセスネットワークやバックボーンを通じて、互いに通信したり、あるいは中央ハブまたはサーバーと通信するようになっている。一つのネットワークの中の複数のノードが、中央ハブに同期する場合、ローカルエリアネットワーク計画は、中央ハブ組織と共に工夫されている。中継器としてのノードのバックボーン機能は、有線通信経路によって相互に接続されている。中継器ではないノードは、直接にまたは他の中継器ノードを介して、中央ハブに接続された中継器ノードに接続されている。これらのネットワークの配置は、一般的には、有線によって接続されている。
最近では、ワイヤレス通信ネットワークの開発により力が入れられている。たとえば、共同で譲渡されたＧｉｌｅｓらの米国特許第５，２３１，６３４号明細書は、複数のノード間の通信を制御するための通信システムに関するものである。各ノードには、無線トランシーバが設置されている。前記‘６３４号特許は、すべてのエージェントに対して分散化されたピア・ツー・ピアのアクセスを可能にするためのワイヤレスＬＡＮの媒体アクセス制御について開示している。ピア・ツー・ピア通信システムは、あるエージェントが持つメリット以上のメリットを他のエージェントが持たずに、すべてのエージェントが自由に通信することができるものの内の一つである。
ワイヤレス通信システムは、有線システムでは存在しない潜在的な問題を考慮する必要がある。たとえば、ワイヤレス通信システムでは、各ノードと中継器とは、システム内の他のノードと他の中継器の範囲の内外に移動することができるし、また実際に移動することがある。前記の‘６３４特許は、すべてのエージェントが通信システムに対して公平なアクセスの制御を確実に継続することを目的としている（すなわち、たとえば、目的地よりもはるかに物理的に遠いエージェントの信号の強さよりも大きな強さの信号によって、所望の目的地に物理的に近いエージェントが不公平なメリット持ってしまうのを避けるために）。
ワイヤレスシステムは、物理的な設備によって、あるいは無線放射に関するＦＣＣ規制によっても必然的に負ってしまう無線送信限界をも考慮しなければならない。これらを考慮することによって、前記の‘６３４特許に開示されているもののように、ワイヤレスネットワークは、処理の柔軟性を狭めたことになるかもしれない。
それぞれの事情を考慮しなければならなかったために、たとえば中央ハブ組織のように通信技術を自由に利用するワイヤレス通信システムは、開発されなかった。中央ハブ組織は、ネットワークの処理を制御する中央すなわちマスター中継器の使用を含むネットワーク計画である。マスター中継器は、広く分散しているネットワーク内で、中継器ノードの使用を介して、中継器ではないノードと直接に通信することもあり得る。この点を議論するためには、中継器ノードと中継器ではないノードの両方が、“ノード”として捉えられ、一方で、中継器は“中継器”として捉えられる。マスター中継器ネットワーク中の中継器は、他の中継器を含むノードに対してデータ情報と制御情報と同期情報との伝達を容易にしている。前記中継器は、マスター中継器と直接接続しても良いし、間接的にまたは非間接的にマスター中継器と接続している他の中継器と接続しても良い。
ワイヤレスネットワークに関係する束縛のために、上記のような計画は、大部分、ノードと中央ハブ構造との間の通信のために用いられ、かつ中継器間の通信のためには用いられていない。ノードと中継器との間の通信に対するワイヤレス通信を限定することによって、ネットワーク全体の中での信号の干渉が制御できる。たとえば、第１中継器を介して中央ハブへ通信するすべてのノードは、第１周波数チャンネル上で第１中継器と通信することができると共に、第２中継器を介して中央ハブへ通信するすべてのノードは、第２周波数チャンネル上で第２中継器と通信することができる。このようにして所望の中継器に接続されたノードは、サブネットワークまたはドメインを構成する。各中継器は、信頼性の高い通信を確実にするために多くの中継器によりワイヤリンクを介して中央ハブと通信することができる。中継器は増大する通信を主として処理するので（すなわち、リンクされた中継器からの通信と中継器への通信だけではなく、中継器に対して直接に接続されたノードからの通信も）、中継器間の信頼性の高い通信は、ワイヤーリンクを用いて確実に処理することができる。
ワイヤレス通信の信頼性を高める技術が存在するけれども、これらの技術は、中継器のバックボーンを相互に接続して使用する際の実際的な問題が考慮されていなかった。たとえば、周波数ホッピング（ｈｏｐｐｉｎｇ）は、公知のスプレッドスペクトル技術である。その技術においては、信号は、複数の周波数を用いて送信される。所望の時間に使用される正確な周波数は、ランダムにまたは所定の順序に従って一方の周波数から他のいずれかの周波数へと切り換えられる。周波数ホッピングは、消えていくエラーを消えていかないようにする点で有用であるし、単一のチャンネルの通信よりも一般的により確実である。
周波数ホッピング技術は、信頼性が高くしかも安全なワイヤレス通信を構築するが、従来の周波数ホッピングは、ワイヤレスＬＡＮ環境に対して必ずしも適用できるわけではない。特に、ワイヤレスＬＡＮ環境は、中継器のバックボーンを具備しており、中継器のバックボーンは、動的に変化すると共に再構築が可能な多数のシステムの内外に移動することができる。さらに、中継器が大通話量を扱うことは、非現実的であり、ワイヤレス通信用の高レベルの同期を維持する必要性が考慮された。大通話量を扱う中継器は、多数の異なる周波数のチャンネルを用いて処理する通信ネットワーク中に位置している（すなわち、各中継器用の異なる周波数チャンネル）。
それゆえに、ノードと中継器との間の通信用ワイヤレスリンクと、中継器と中央ハブとの間の通信用ワイヤレスリンクとの使用を開発する中央ハブ組織のメリットを提供することが望ましい。さらに、動的に変化しかつ再構築が可能な通信システムにおける中継器間の同期を確立しかつ維持するためのあるメカニズムを提供することが望ましい。
発明の概要
したがって、この発明は、マスター中継器を構成する中央のハブとの通信のために、同期される複数のノード間のワイヤレス通信を提供することに向けられている。例えば、この発明は、ワイヤレス通信システムにおける動的な変化にかかわらず、同期を自動的に確立するために、周波数ホッピングを使用でき中継器のワイヤレスバックボーンを有するワイヤレスネットワークに向けられている。例としての実施形態は、同期の制御を備えており、それによって、中継器が、システムに導入されたときに、自動的に他の中継器を走査しかつそれに同期すると同時に、マスター中継器または該マスター中継器に近接する他の中継器（すなわち、より直接的な通信リンクを介してマスター中継器と通信している中継器）のいずれかを識別する他の中継器信号を傾聴し続ける。
一般的に言えば、この発明の例としての実施形態は、少なくとも１つの追加のノードとの間のワイヤレス通信の同期を制御するための手段を有する第１のノードと、該第１のノードと通信するための第２のノードとを具備し、該第２のノードが該第２のノードと第１のノードとの間のワイヤレス通信経路内のノードの数を決定し、前記第２のノードの前記第１のノードに対する同期を制御するためにその数を使用する手段を有するネットワークの複数のノード（例えば、中継器）の間の通信を確立しかつ制御するための装置および方法に関する。
この発明の実施形態は、第１のノードと第２のノードとの間の同期を前記第１のノードによる使用のための複数の通信チャネルの内の、周波数の第１のホップシーケンスを有する第１のチャネルを選択することにより確立し、前記第１のノードと前記第２のノードとの間の通信を、複数の通信チャネルの内の、前記第１のホップシーケンスとは異なる周波数のホップシーケンスを有するが、複数の通信チャネルの内の各々に対するホップシーケンス内の周波数と重複する少なくとも１つの周波数を含む第２のチャネルを、前記第２のノードに割り当て、前記同期ステップがさらに、前記第１および第２のノード間の通信を同期させるために前記第１のチャネルおよび第２のチャネルの重複する周波数を検出するステップを含む装置および方法にも関連している。
図の簡単な説明
本発明は、以下の記述および添付図面を参照してさらに理解できるだろう。ここで、図１は、本発明による中央ハブ組織を備えた模範的な通信システム用の多重ノード配置を示している。図２は、本発明の模範的な実施形態によるホップピリオドフレームを示している。
好適な実施形態の詳細な説明
図１は、複数のノード１０（例えば、通信ステーションあるいは通信ターミナル（Ｔ））を相互接続する通信ネットワーク１００の模範的な実施形態を示している。ネットワーク１００はさらに中継器としての機能を有するノードを含んでいる。図１に示されたように、通信ネットワーク１００はマスター中継器１１として代表される中央ハブと１８を介して付加的なアクセス点中継器（ＡＲ／Ｐ）１２とを含み、中継器１２は代替マスターとして設計されている。ノード１０はラジオ端末リンク（ＴＬ）９により中継器と通信する。中継器はラジオバックボーンリンク（ＢＬ）１９により互いに通信する。
ここで参照されているように、フレーズ“バックボーンリンク”では、ノードとマスター中継器との間のネットワーク１００において情報の伝達を容易にする１つ以上の中継器ノードの配置を引き合いにだしている。ノード１０は、１８を介して中継器１１と通信すためのラジオトランシーバを含んでいる。１８を介した各中継器１１は、ノード１０と通信するためのトランシーバを有し、かつ少なくとも他の１つの中継器と通信するためのトランシーバを有している。１８を介した各中継器１１は、ノード１０への通信量およびノード１０からの通信量を送り、かつ他の中継器とマスター中継器１１との間の通信量を繰り返する模範的な図１のネットワークのバックボーンを構成する。もちろん、光学通信（例えば、赤外線）のようなワイヤレス通信のいかなる形式でも、ノードおよび／または１８を介した中継器１２を他の中継器および本発明の模範的な実施形態によるマスター中継器１１１にリンクするために使用可能である。
模範的な実施形態に関連して、１８を介した中継器１１は全ての他の中継器の聞こえる距離内に必要というわけではないが、少なくとも１つの他の中継器のヒアリング距離内にあるように配置される。ここで参照されているように、“ヒアリング距離”は、２つの中継器間で信頼できる直接ラジオ通信を維持するために１つの中継器がもう１つの中継器に対して位置することができる物理的な範囲である。
本発明の一つの特徴は、中継器の深さの自動決定を行う能力である。ここで参照される用語“深さ”は、ノードの数あるいは所定の中継器とマスター中継器との間のバックボーンリンク通信リンクの数によって、その所定の中継器のマスター中継器１１との相対的な近接さのことである。すなわち、所定の中継器の深さは、その所定の中継器とマスター中継器１１との間の通信経路に位置する、その所定の中継器を含む、中継器の数を表すパラメータを構成する。
深さパラメータ値は、図１の各中継器に対する“ｎ”によって示される。マスター中継器１１は、ゼロ（ｎ＝０）の固定深さ値を有している。マスター中継器が何らかの理由で中央ハブとして機能することができないときマスター中継器の役割を肩代わりする代替マスター中継器１２は、マスター中継器１１のヒアリング距離内に配置され、固定深さ値１（ｎ＝１）を有する。マスター中継器１１が機能することができないときは、代替マスター中継器１２がその深さ値ｎ＝１を保持する。マスター中継器１１および代替マスター中継器１２以外の中継器にとっては、深さ値は動的なものである。図１を参照すると、中継器１３３，１６，１７は、マスター中継器１１に直接コンタクトしているため、ｎ＝１の深さ指定を有する。中継器１４，１５，１８は、それぞれ中継器１３，１２，１６を介してマスター中継器１１と通信するため、ｎ＝２の深さ指定を有する。
以下に詳細を説明するように、動的深さ値は、ネットワークの通信効率を悪化させることなく、ネットワークにおける確立されたヒアリング距離内のどこにでも新しい中継器の設置を許可する。この特徴は、ネットワークのセットアップと再配置の容易さおよび柔軟を大いに促進する。
中継器が加えられると、その中継器と通信しかつ同期する他の１つの中継器を自動的に走査する他の１つの中継器は初期化を始める。最後には、図１の各中継器はトランシーバのような送受信用手段と第１の中継器（マスター中継器のような）の同期信号（例えば、同期情報）のための通信システムを探知する手段とを含む中継器として考えることができる。その探知手段は、使用可能プロセッサあるいは中央演算ユニットのような同期通信用の手段を含む。第１の中継器が設置され、付加された中継器が基部中継器と通信し、適当な深さパラメータを採用する。例えば、中継器１８とそれに結合されたノードとが図１ネットワークに付加され、その中継器１８が深さ値ｎ＝１を有する中継器１６を見つけると、付加された中継器１８は深さ値ｎ＝２をとる。付加された中継器１８は、一旦リンクされると、中継器１６を介してマスター中継器に通信する。
中継器は、一旦リンクされると、それらがリンクされる中継器より低い深さパラメータを有する他の中継器を走査し続ける。上記の例では、深さ値ｎ＝２をとることになった付加された中継器１８が確かにマスター中継器１１すなわち、現在直接リンクされる中継器の深さ値より低い深さ値を有している中継器）からの信号の検知を始めるならば、付加された中継器１８は中継器１６とリンクされ、マスター中継器１１に再リンクされると、適当な（より低い）深さ指定ｎ＝２をとることになる。
最低の深さをとるような作用のもとで中継器が他の１つの中継器と自動的にリンクするという特徴を有することには、多くの利点を有する。例えば、このような特徴により、加えられた中継器がオペレータあるいはインストーラからのいかなる入力もなしに自動的に初期化されることになる。加えて、このような特徴により、中継器を中央中継器にできるだけ接近してコンタクトされるように組織化される。そうすることは、バックボーンに沿っての通信量を最小化し、かつ中継器間の再送信中に生じうるエラー（すなわち、多重リンク配置に関連したエラー）の可能性を低減する。ファイルサーバ型のシナリオにおいては、最小数のリンクを使用する通信経路を維持することは、ノードとマスター中継器１１との間の情報の伝達を促進する。
本発明の代表的な実施形態に即した結合および同期のための中継器は、周波数ホッピング法を用いて実現される。代表的な実施形態において、周波数ホッピングは、ある与えられたチャネルを形成する定まった順序で素数Ｎ個の異なる周波数を用いて（たとえば、あらかじめ定まった順序で、あるいは、送信器と受信器とに知られた無作為の順序で、５３，７９，８３個等の素数の異なる周波数を通した順序付けで）情報を送信／受信することで実現される。通信システムは、ホップ順序の全てのＮ個の周波数を通して順序付けされて、通信を行っている間、繰り返して周波数を切り換える。中継器は、順序の中での次のホップ周波数へホップする前は、定められた時間の期間、ホップ周波数を維持する。この定められた時間の期間については、ここで“ホップ期間”として参照される。
本発明の代表的実施形態に従って、周波数ホッピングは、ノード１０と与えられた中継器との間における安全かつ信頼性のある同期式無線通信を提供するのに使われる。例えば、各中継器とそこに接続されるノード１０は、中継器によって選択されるチャネル上で動作することができる。
さらに、代表的な実施形態に従って、周波数ホッピングは、中継器１１−１８の間での信頼性のある通信を提供するのに使われる。もし希望するなら、中継器は、幹線のマスター中継器により選択されたチャネルに対して通信することができる。互いに通信するために、中継器１１−１８は、互いに同期を確立し維持する。これは、加えられた各中継器を確立された中継器に同期させることにより達成される。
本発明の代表的な実施形態に従った周波数ホッピングの取り決めにおいて、複数のチャネルが使用され、それぞれは予め定められた周波数ホッピング手順を持っている。各チャネルのホッピング周波数は、通信システムにおいて使用可能な現在の各チャネルのホッピング手順に直交する。すなわち、チャネルの内のいかなる２個のチャネルにも、チャネルの持つ各々のホッピング手順において少なくとも１つの重複する周波数があるように、各チャネルの周波数ホッピング手順は構成される。このゆえに、もし２個の中継器が異なるチャネルに割り当てられるならば、少なくとも一つのホップ期間の間、確実に共通の周波数に重なる。従って、もし以前からある中継器と新しく加わった中継器が、互いに受信距離内にあり、異なるチャネルに割り当てられている場合、その中継器は少なくとも１ホップ期間の間、互いに共通の周波数で受信することは確かである。一旦、後から加えられた中継器が以前からある中継器を受信すれば、後から加えられた受信器は、重複した周波数ホップ期間の間必要な同期とチャネル情報を得て、以前からある中継器に接続することができ、それによって通信ネットワークと同期を取る。
本発明の代表的な実施形態において、各々が５３個の周波数の予め定められたホッピング手順を持った１６個のチャネルがある。通常動作の間、全ての以前からある幹線中継器は同じチャネルに割り当てられ、そのチャネルで動作し、同時にそのチャネルに関連したホッピング手順を通してホップする。代表的な実施形態において、最初の１５個のチャネル（チャネル１〜１５）は、中継器間で一般的な通信に使用され、１６番目のチャネル（チャネル１６）は、後から加えられたか復帰した中継器の初期化のために取って置かれる。
各チャネルのホッピング手順は、他のチャネルのホッピング手順の一つ一つに直交するように選択される。中継器は、それが割り当てられるチャネルに関連した５３個の周波数の手順を通してホップするので、他の１５個のチャネルのいずれかに割り当てられた他のいかなる中継器も、少なくとも一つのホップ期間の間、最初の中継器と共通の周波数を共有することを保証される。共通の周波数ホップ期間はホップ期間の境界とは一致する必要は無いが、むしろ２つのホップ期間を橋渡しすることができるということは、当業者には、認識されるであろう。例えば、３００ミリ秒のホップ期間の間、２個の中継器は、ホップ期間の最初の１００ミリ秒に最初の周波数を共有し、それから切り換えてホップ期間の残りの２００ミリ秒に２番目の共通周波数を共有することができる。
本発明の他の特徴に従って、切り換えられたマスター中継器１２は、マスター中継器が何かの理由で故障した時に、幹線ネットワークを制御するマスター中継器として動作することができる。例えば、マスター中継器１１が故障して動作しなくなったり、切り換えられたマスター中継器１２がネットワークに加えられたりサービス不能状態から復帰したりして、切り換えられたマスター中継器１２から発見できなかったりした場合に、切り換えられたマスター中継器１２は、マスターとして動作する。
代表的な実施形態において、マスター中継器１１が最初にサービスに取り入れられるか復帰したときは、指定されたチャネル（たとえば、チャネル“Ｘ”）上で動作する。切り換えられたマスター中継器１２は、初期化や復帰に続いて、マスター中継器１１に指定されたチャネルとは異なる指定されたチャネル（例えばチャネル“Ｙ”）上で動作する。従って、切り換えられたマスター中継器１２は、もしマスター中継器１１を受信しなければ、分割されたネットワーク（つまり、２個の中継器がマスター中継器として動作するべく試み、同じチャネル上で同期を制御するようなネットワーク）が形成されるように、指定されたチャネル上で動作する。しかし、必然的に重複するところの直交ホッピング手順を含むチャネルを使用するがゆえに、一旦マスターと切り換えられたマスターとが互いに受信を行うと、超過して（over time）、２個のネットワークは単一のネットワークになる。
動作中、切り換えられたマスター中継器１２は、マスター中継器１１に同期する（すなわち、切り換えられたマスターは、正常な中継器として動作する）。しかし、もしマスター中継器１１がサービス不能になると、切り換えられたマスター中継器１２は指定されたチャネル（例えば、チャネル“Ｙ”）へと切り替わる。指定されたチャネルを与えることによって、例えばもしマスター中継器１１と、切り換えられたマスター中継器１２とが最初互いに受信できなければ発生する可能性のある分割ネットワークが作られるのを防ぐ。なぜなら、チャネルＸとチャネルＹは互いに直交するので、マスター中継器１１と切り換えられたマスター中継器１２は、最終的に互いに受信を行いチャネルＸ上で同期するようになる。
バックボーンネットワークの同期
以下に、例示的なバックボーンネットワーク１００の中継器を同期させかつ操作する例示的な方法について説明する。
本実施形態によるマスター中継器１１の初期化には、全周波数ホップシーケンス（full frequency hop sequence）おいて、同期情報を格納するために予約されたチャンネル（即ち本実施形態におけるチャンネル１６）を最初にスキャンすることを含む。所定の同期用チャンネルの同期情報をスキャンする（即ち、直交ホッピングシーケンスを使用することにより不可避的に発生するであろう重なった周波数をスキャンする）ことにより、通信システムにおける他のノードおよび中継器（代替マスター中継器を含む）は、マスター中継器あるいは適切なときは代替マスター中継器に対して同期するために必要な情報を決定すべくチャンネル１６をスキャンすることができる。
第一の中継器に対して第二の中継器が同期するときは、バックボーンネットワークの現在におけるホップ周波数とチャンネルとを特定する第一の中継器により同期情報が提供される。同期情報にはさらに、現在の周波数からホッピングシーケンスに従って次の周波数にホップする時間に第一の中継器を同期させるために使用されるホップタイマーカウント（hop timer count）が含まれている。ホップタイマーカウントには、例えば、同期情報が生成された時刻における第一の中継器のホップタイマーに残されたカウントに関する情報が含まれている。さらに同期情報には、第一の中継にに関する深さ情報（depth information）も含まれている。
第二の中継器がホップタイマーカウントを受け取った後に、処理を行いかつ伝送遅延を行うための適切なカウントを減じるとともに、ホップタイマーレジスタに対して調節された値を書き込む。しかる後に、他のバックボーンネットワークと同期する際に第二の中継器のホップタイマー妨害が生じる。
初期化の際、マスター中継器は、代替マスター中継器をマスターとして作動しうるものとして仮定する。したがってマスター中継器は、代替マスター中継器の潜在的な同期情報を決定するためにチャンネル１６をスキャンする。代替マスター中継器１２が見つかった場合、代替マスター中継器１２の同期を解除させかつ、マスター中継器１１の同期情報を探すチャンネル１６のスキャンを初期化させるために、マスター中継器１１は、代替マスター中継器１２に対して再同期メッセージを送信する。再同期メッセージを送信した後に、マスター中継器は、第一の１５チャンネルのうちの一のチャンネルに割り当てられるとともに、該チャンネルに対する周波数シーケンスに基づいてホップし始める。代替マスター中継器１２との同期が解除されたネットワーク中の各中継器は、さらに、マスター中継器１１を探してチャンネル１６のスキャンを行い始める。
本実施形態による代替マスター中継器１２の初期化には、予め決定された数（例えば２）以上の全ホップシーケンスだけマスター中継器１１を探すように、予約された同期チャンネル（チャンネル１６）に代替マスター中継器１２を割り当てることが含まれる。マスター中継器１１が見つかれば、代替マスター中継器１２は、マスター中継器１１に割り当てられているチャンネル（即ちチャンネル１〜１５のうちの一つ）に基づいて、該マスター中継器１１に同期する。そして、代替マスター中継器１２は、深さが１（ｎ＝１）とされた同期メッセージを伝送し始める。代替マスター中継器１２がマスター中継器１１を見つけられない場合、マスター中継器ステータス（master repeater status）を仮定するとともに、１５チャンネルのうちの一のチャンネルに基づく同期メッセージを伝送し始める。
本実施形態による中継器１３〜１８の初期化には、バックボーンネットワーク内の確立された中継器を探し当てるてために、それぞれの中継器を同期用に予約されたチャンネル（チャンネル１６）に割り当てることが含まれる。中継器が、バックボーンネットワーク内で確立された中継器を探し当てると、該中継器に割り当てられたチャンネルにスイッチされるとともに、例えば完全なホップ期間（complete hop period）の如く予め決定された期間内だけ受信する。同期されている中継器が、既に同じチャンネルで同期しておりかつさらに小さい深さ指定を有する他の中継器を探し当てた場合、追加された中継器は、先に同期されている中継器の深さパラメータよりも１だけ大きい深さパラメータを有する同期メッセージを伝送し始める。
中継器が第一の中継器に完全に同期された後であっても、第二の中継器を探し続けるとともに、該第二の中継器が第一の中継器よりも小さい深さ指定を有している場合には、この中継器にスイッチする。現在所定の中継器が同期している中継器が深さを変更した場合（例えば、所定の中継器が同期している中継器がマスター中継器から移動させられた場合）、それに応じて前記所定の中継器は深さを調節する。
上述したように、マスター中継器１１から発せられる同期メッセージの深さパラメータは０に固定されている。代替マスター中継器１２に対しては、マスターとして作動するときであっても、深さパラメータは１に固定されている。他の各中継器に対しては、深さパラメータは変動するようになっている。深さの値がｎとされた制御同期メッセージを有する第二の中継器に対して同期させられた第一の中継器は、深さの値がｎ＋１とされた制御同期メッセージを伝送する。変動する深さパラメータを採用することにより、初期の設置を単純化することができるとともに、深さパラメータを再設定する必要無しに、中継器の再配置を簡便に行うことができる。
マスター中継器の回復
以下に、マスター中継器１１または代替マスター中継器１２の何れかがサービスから解除され、再びサービスに係属する際の回復操作について説明する。以下の説明において、マスター中継器１１はチャンネルＸを、代替マスター中継器１２はチャンネルＹを使用しているものとする。
第一の例示的なシナリオとしては、代替マスター中継器１２が同期させられているとともに、チャンネルＸが割り当てられて操作されているマスター中継器１１が、サービスから解除されて、再びサービスに復帰する際に起こり得るものである。マスター中継器１１がサービスから解除されると、代替マスター中継器１２および総ての第一レベル中継器（即ちｎ＝１の深さ指定を有する中継器）が同期から解除される前に、例えば４ホップ期間とされた予め決定された期間が終了する。この期間を採用することで、代替マスター中継器に対してシステムが同期する前に、代替マスター中継器１２および他の中継器がマスター中継器１１からの同期メッセージを受信する機会が与えられることになる。第一レベルの中継器における同期が解除された後に、同期解除された第一レベルの中継器の深さ指定よりも大きい深さ指定を有する中継器は、続けて同期から解除されることになる。
そして代替マスター中継器１２は、マスター中継器１１を探すように、２ホップシーケンスサイクル（two hopping sequence cycles）だけチャンネル１６をスキャンし始める。代替マスター中継器１２がマスター中継器１１を見つけることができなかった場合、代替マスター中継器１２はマスターとなるとともに、チャンネルＹに基づいて作動し始める。同期解除された中継器は、探し当てた際に代替マスター中継器１２に対してシステムを同期させるために用いられる同期情報を探してチャンネル１６をスキャンする。その後、ネットワークは、代替マスター中継器１２をマスターとしてチャンネルＹに基づいて操作を行うとともに、各中継器を該代替マスター中継器に同期させる。
マスター中継器１１がサービスに復帰する際、マスターとして作動している代替マスター中継器１２を探してチャンネル１６をスキャンし始める。マスター中継器１１が代替マスター中継器１２を見つけると、マスター中継器１１は代替マスター中継器１２に対して再同期メッセージを送信し、これにより代替マスター中継器１２をチャンネル１６へとスイッチさせるとともにマスター中継器１１を探し始めるようにさせる。代替マスター中継器を再同期とさせた後に、マスター中継器１１は、チャンネルＸに関する同期情報をチャンネル１６に設定する。そして、代替マスター中継器１２はマスター中継器１１を探し当てるとともに同期する。ネットワーク中の各レベルの中継器（各レベルは深さパラメータの異なる値により定義される。）は同期解除させられるとともに、再同期するために同期信号を探すようチャンネル１６にスイッチさせられる。各中継器はマスター中継器１１または該マスター中継器１１に従属する他の中継器を見つけ出すとともに、チャンネル１６および（再送信される各時刻の同期情報に含まれている）深さパラメータから得られる同期情報を用いた同期が行われる。
マスター中継器１１がサービスに復帰して、マスターとして作動している代替マスター中継器１２を見出すことができない場合、マスター中継器はチャンネルＸに基づきマスターステータスを仮定する。代替マスター中継器１２はチャンネルＹに基づきマスターとして作動し続け、こらにより、分割されたネットワークが確立されることになる。マスター中継器と代替マスター中継器とは互いに通信できる距離範囲内に配置されているので、各チャンネルの直交する性質によりチャンネルＸとチャンネルＹのホップする周波数が重なり合えば、代替マスター中継器１２は最終的にマスター中継器１１を見つけることになる。各中継器は、常に下位の深さレベルを有する中継器を探しているので、代替マスター中継器１２は、より低い深さ指定（ｎ＝０）を有するマスター中継器１１を探し当てて同期するだろう。いったん代替マスター中継器１２がマスター中継器１１を探し当てると、マスター中継器に対して再同期し、代替マスター中継器１２に同期している各中継器も同様にマスター中継器に同期することになる。いったん各中継器がマスター中継器１１に同期すると、ネットワークの分割状態はもはや解除され、ネットワークは、単一のマスターとして作動するマスター中継器１１により操作されることになる。
以下の説明は、他の例示的なシナリオであり、チャンネルＸに基づくマスター中継器１１に対して同期させられた代替マスター中継器１２が、サービスから解除されて、再びサービスに復帰する際に起こり得るものである。代替マスター中継器１２がサービスから解除されると、ネットワークは、マスターとして作動するマスター中継器１１と共に作動し続ける。代替マスター中継器１２はサービスに復帰すると、マスター中継器１１を探すように予め決定された回数だけ（例えばチャンネル１６を２回）チャンネル１６をスキャンする。代替マスター中継器１２は、マスター中継器１１を見つけだすと、チャンネルＸに基づくマスター中継器に対して同期するようになる。ネットワークは、マスターとして作動するマスター中継器１１と共に作動し続ける。
代替マスター中継器１２がサービスに復帰した際にマスター中継器１１を見つけ出すことができなかった場合、代替マスター中継器ＹはチャンネルＹに基づくマスターになろうとする。代替マスター中継器１２はチャンネルＹに基づいて動作しており、かつ、マスター中継器１１はチャンネルＸに基づいて動作しているので、これら二つのチャンネルＸは、各チャンネルの直交する性質により最終的にオーバーラップすることになり、代替マスター中継器１２はマスター中継器１１に対して同期することになる。
ノード内の通常通信
通信システムの様々なリピータ内の通信は、各リピータに一般チャネルを割り付け、かつ各リピータを同期させて各リピータのホップピリオドを並べることで、達成される。リピータではない残りのノードは、与えられたリピータと同様のやり方で同期させることができる。
例えば、各リピータは、他のリピータと通信するために、基幹ネットワークのチャネル上で処理することができ、かつリピータのドメインを定める隔離チャネル（すなわち、与えられたリピータと該リピータに直接結ばれたリピータではないノードとにより使用されるチャネル）上で処理することができる。この目的のために、各リピータは二つのトランシーバ（すなわち、基幹ネットワーク通信用トランシーバと、ローカルドメイン通信用トランシーバ）を有することができる。あるいは、チャネル間の通信を処理するために単体の多重化トランシーバ（multiplexed transceiver）を使用することができ、かつ、この単体のトランシーバは、例えば、各通信のバッファリング及び／または任意の望ましい優先順位処理をすることができる。通信データフォーマットは、１９９４年３月３日に付与された同時継続された米国特許出願第08/205,155号明細書“Frequency Hopping Medium Access Control Protocol”にて開示されたものと同様にすることができる。上記内容は、ここでは本発明の内容に組み込まれるものとする
例示的な実施形態において、リピータに含まれるホップタイマは、通常の基礎（regular basis；例えば、各ホップピリオド）において再同期され、各リピータに対するタイミング基準の許容差に関してエラーを訂正する。各ホップピリオドで同期されたカウンタが、複数のカウントによりオフとすることができ、かつ、もしリピータがしばしば再同期されないならば、各リピータはドリフトすることができる。各リピータは各ホップピリオドで再同期されるので、周波数ドリフティングが各ホップピリオドで訂正される。例示的な実施形態により、各ホップピリオドの最初に、あるいは、前述の同時継続された米国特許出願明細書に記載されたものと同様のやり方で各ホップピリオドの最後に、周波数ドリフトを説明することができる。例えば、マスタリピータ１１は同期メッセージをここではドリフトピリオドとして参照される所定の時間ピリオドの間に送信することを遅延させることができる。ドリフトピリオドはホップピリオド長に依存して異なるようにすることができる。
例示的な実施形態において、同期されたメッセージは、同期が失われたと定められる前の最大４ホップピリオドの間に失われ得る。この場合、許容されるホップピリオドエラー率は４をかけられる。結果として２だけかけられて、マスタリピータが１００ＰＰＭ（parts per million）のゲインだけオフされる一方で、ノードは１００ＰＰＭの損失でオフされる。ここで、例示的に妥当なエラー率０．０８％を生成する。
前述したように、ホップピリオドは、新しい周波数に飛び移る前の付与された周波数にノードが維持する時間量として決められる。図２は、基幹ネットワークに対する例示的なホップピリオドの崩壊を示している。図２に示されたピリオドは、時間を反映するように大きさが定められているものではなく、該ピリオド内の様々な部分の関係が配置されたものである。
同期されたメッセージ２１は、各ホップピリオドの間マスタリピータ１１により（あるいは、マスタとして作動している場合には、代替マスタリピータ１２により）放送される。同期可されたメッセージ（“同期メッセージ”と表記されている）は、第一レベルリピータにマスタリピータ１１への同期可能性を提供する情報を有している。レベルｎ（＞０）のリピータは割り当て時間２５にて制御・同期メッセージを放送し、次のより高いレベルのリピータ（例えば、レベルｎ＋１）が、同期を維持しかつ通信トラヒックを繰り返す（例えば、再放送する）ことを可能とされる。一つあるいは二つ以上の制御・同期メッセージが各ホップ上で放送されて、マスタリピータの下流側に位置する各リピータが互いに同期を維持することが可能とされ、かつ複数の新しいリピータがネットワークに追加されることを可能にする。Ｂピリオド２３は、前述の同時継続された特許出願明細書に記載されたものと同様のやり方で、すべてのリピータがバンド幅に対して競争することができる間のランダムアクセス競合ピリオドである。ドリフトピリオド２９は同期メッセージ２１を進めることができる。割り当て時間２７は各リピータ間で伝えられる情報を有するように使用されうる。
十分な通信トラヒックがある場合には、各リピータは、通常のネットワークトラヒックの一部として、制御・同期メッセージ（あるいは複数の制御・同期メッセージ）の形式で同期情報を受け取る。十分な通信トラヒックがなく、かつリピータが与えられたホップピリオドにおける所定時間の間に制御・同期メッセージを送信する機会を持たない場合には、該リピータは送信要求（request-to-send：ＲＴＳ）同期メッセージを放送する。ＲＴＳ同期フレーム内の制御ビットは、送信可（clear-to-send：ＣＴＳ）応答を要求する通常のＲＴＳ同期フレームとは対照的に、ＲＴＳ同期フレームを、応答を必要としない「同期専用」フレームとするものである。さらに、同期メッセージは、各リピータがホップタイマを更新してドリフトを調整することが可能にするように使用することもできる。
通信システム内で伝送されたデータの各フレームは、複数の付加情報及び複数の制御パラメータを有することができる。標準的なフレームは、フレームの開始を示すフラグと、ＩＤコードと、制御情報（例えば、伝送パワーレベル、データ圧縮技法、放送速度（radio speed）等）と、媒体アクセス制御長（例えば、フレーム長）と、セキュリティ情報と、チャネル／サブチャネルと、を有することができる。各フレーム内の標準的なヘッダのノード／フレームタイプ部分は、アンテナ指向性（すなわち、どのアンテナが送信ノードとして使用されるべきかを示す）と、ノードタイプ（すなわち、ノードあるいはリピータ）と、フレームタイプとを指定することができる。他のタイプのフレームは、再同期フレームと、再同期承認フレーム（resync acknowledgement frame）と、同期フレームと、送信要求フレーム（ＲＴＳ）と、送信可フレーム（ＣＴＳ）と、要求媒体アクセスフレーム（request media access frame；ＲＭＡ）と、媒体アクセス制御承認フレーム（medium access control acknowledgement frame；ＭＡＣＫ）と、論理リンク制御承認フレーム（logical link control acknowledgement frame；ＬＡＣＫ）と、データメッセージフレームと、ウェークアップメッセージフレーム（wake-up message frame）等を有することができる。
フレームに含まれる情報に対する送信元アドレス及び送信先アドレスは、ユーザにより指定された拡張ヘッダ定義内に含めることができる。当業者は、例示的な中央ハブ構成（central hub organization）において、もし望むのであれば送信先の特別な構成を除去することもできるように、送信先がいつも中央ハブとすることを想到することができる。標準的なフレームヘッダは、送信元アドレス及び（望む場合には）送信先アドレスに従うヘッダを有することができる。
ネットワークは、複数定義域（multiple domain）内にて処理するように重複され得る。すなわち、複数の別のチャネルが使用可能とされ、このためネットワークが複数のサービスを提供する。重複ネットワーク部が使用可能とされ、マスタリピータ１１と結合された中央コンピュータにより提供されたそれぞれ別々のサービスを処理する。さらに、ドメイン概念が使用可能とされ、（建物の各フロアにて異なるドメインを有し、これらのドメインが同じ全体ネットワークと相互連結された）ネットワークの構成を幾何学的に処理される。
本発明が、本発明の精神及び本質的な特徴点から逸脱することなしに、他の特別な形態にて具現され得ることは、当業者にとって自明である。よって、ここで開示された実施形態は、説明されるべき全ての点で理解されるべきであり、限定されるべきではない。本発明の範囲は前述の記載というよりはむしろ請求の範囲により示されており、かつ該範囲の意味及び範囲及び等価なものに従う全ての変形が本発明の範囲に包含されると考えるべきである。

Claims (14)

1. 少なくとも１つの追加のノードとの間のワイヤレス通信の同期を制御する手段を有する第１のノードと、
   該第１のノードと通信するための複数の第２のノードとを具備し、
   該第２のノードの内の少なくとも１つが、前記第１のノードと該少なくとも１つの第２のノードとの間のワイヤレス通信経路におけるノード数を決定し、かつ、同期を制御するためにその数を使用する手段を有することを特徴とする通信システム。
2. 前記第１のノードが、ワイヤレス通信ネットワークにおける無線バックボーンリンクの中継器であることを特徴とする請求項１記載の通信システム。
3. 前記第１のノードが、前記無線バックボーンリンクの他の中継器と通信するための無線送受信機をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の通信システム。
4. 前記第１のノードが、前記バックボーンリンク内に含まれていないノードと通信するための追加の送受信機をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の通信システム。
5. 前記ワイヤレス通信経路が、光通信経路であることを特徴とする請求項１記載の通信システム。
6. 前記第１のノードが、前記通信システムにおける無線バックボーンリンクのマスター中継器であり、前記複数の第２のノードが、前記無線バックボーンリンクを介して相互に通信するアクセスポイント中継器であることを特徴とする請求項１記載の通信システム。
7. 前記複数の第２のノードの各々が、前記第１のノードへの通信経路内に配置されたノードの数を表す、動的深さ指示を有することを特徴とする請求項６記載の通信システム。
8. 前記動的深さ指示が、初期化プロセス中に前記複数の第２のノードの各々によって決定され、該複数の第２のノードの各々が、前記動的深さ指示を動的に更新するために前記通信システムを繰り返し走査するように構成されていることを特徴とする請求項７記載の通信システム。
9. 前記複数の第２のノードの各々が、最も低い深さ指示を仮定するように構成されていることを特徴とする請求項８記載の通信システム。
10. 前記第１のノードおよび前記複数の第２のノードが、周波数ホッピングおよび複数の通信チャネルを使用して相互に通信し、前記複数の通信チャネルの各々が、周波数のホップシーケンスを含み、少なくとも１つの周波数が、残りの通信チャネルのホップシーケンスにおける周波数と重複していることを特徴とする請求項１記載の通信システム。
11. 第１のノードおよび第２のノードを有する通信システムにおいて、
    前記第２のノードと前記第１のノードとの間のノードの数を表す深さを、前記第２のノードに動的に割り当てる方法であって、
    前記第１のノードの同期信号を求めて前記通信システム内を探索するステップと、
    前記第１のノードの第１の深さを決定するステップと、
    前記第１の深さより１レベル高い第２の深さを第２のノードに割り当てるステップとを含むことを特徴とする方法。
12. 前記第１のノードおよび前記第２のノードが、ワイヤレスバックボーンリンクにおける中継器であることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 第３のノードの同期信号を求めて、前記通信システムを探索するステップと、
    前記第３のノードの第３の深さを決定するステップと、
    前記第３の深さが、前記第１の深さより深いかどうかを判断するステップと、
    前記第３の深さが前記第１の深さより低いときに、前記第３の深さより１レベル高い深さを第２のノードに割り当てるステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 前記第１のノードからの同期信号を探すために、前記通信システムを探索するステップと、
    前記第２のノードの深さがその現在の値から減少されるときに、前記第１のノードの深さよりも１深さレベル高い深さを第２のノードに割り当てるステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。

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