JP2009538053A - Ｗｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャ - Google Patents

Abstract

１つまたは複数のインフラストラクチャノードを介して通信する複数の産業用センサを備える産業用センサネットワークを含む無線通信の方法およびシステムが提供される。インフラストラクチャノードの１つまたは複数と通信する複数の無線通信局を含む無線通信ネットワークが確立される。産業用センサネットワークの通信向けの周波数ホッピングスペクトラム拡散方式（ＦＨＳＳ）および無線通信ネットワークの通信向けのＩＥＥＥ８０２．１１のような２つの型のデータ転送をサポートする時分割多元接続（ＴＤＭＡ）データ構造を利用する無線通信ネットワークの無線アクセスポイントとして追加的に機能するようにインフラストラクチャノードを変更することができ、それにより産業用センサネットワークと無線通信ネットワークとの共存および接続が可能になる。

Description

実施形態は一般に、データ通信の方法およびシステムに関する。実施形態はさらに、無線通信の方法およびシステムに関する。実施形態はまた、Ｗｉ−Ｆｉネットワークおよび他の型の無線通信ネットワークに関する。

過去数年間に無線通信のために多くのプロセスおよび装置が使われている。産業プロセスシステムの監視および維持のために複数の無線統合システムが導入された。例えば、この分野の主な製品の２つは、ＩｎｔｅｌａＴｒａｃ移動体ＰＫＳおよびＸＹＲ５０００無線検出装置である。

例えば、ＩｎｔｅｌａＴｒａｃシステムは、ある産業環境において現場のオペレータに移動体の制御空間を提供する。オペレータが制御空間で利用できる、現在および過去のトレンド、プラントレイアウト、配管図および計装図を含むすべてのプロセスデータは、現在では現場の移動体無線に携わる労働者によってアクセスされ得る。これは、現場に無線Ｗｉ−Ｆｉインフラストラクチャを配置すること、およびインフラストラクチャに接続するウェブパッドを使用してオフィス環境で見られるようなデータにアクセスすることによって実現できる。これらの通信は「レベル３」（すなわち、データの安全保護の表示）通信と呼ばれる。

図１を参照すると、先行技術のシステム１０の図は通信アーキテクチャを示しており、産業用制御システムにおいて実装できる。システム１０は、ワークフローおよび現場の作業活動１１を管理するために使用され得る。図１に示すように、ｉｎｔｅｌａ ｔｒａｃ作業プロセスシステム１２は、ｉｎｔｅｌａ ｔｒａｃモバイルマネジャー１３と共に移動体通信のために実装され得る。無線ＬＡＮ（８０２．１１ｂ）は、移動体通信装置１５に「オンデマンド」のデータ同期を提供し、これはレベル３の通信を提供する。また、アプリケーションネットワーク（ＴＣＰ／ＩＰ（伝送制御プロトコル／インターネットプロトコル））にサポートされて保全管理システム１７およびＥＲＰシステム（すなわち、ＳＡＰ）１８と共に信頼性ＣＭシステム１６が提供される。オペレータコンソール・モジュール１９は、システム全体の処理を機能させるためにローカルコントロール・ネットワークおよびアプリケーションネットワーク（ＴＣＰ／ＩＰ）を使用することによってネットワーク上で構成され得る。また、警告管理システム２０を提供することができ、これはシステム警告を生成する。ファイアウォール２１を使用することによってセキュリティを提供することができ、その設定および過去のトレンドは、プロセス履歴２２によって、ローカルコントロール・ネットワークの組み込みを可能にすることで処理される。中央ループ２３は、画像処理２５およびビデオカメラに伴うカンファレンシングに機能性を提供する。

また、ＸＹＲ５０００および次世代ＷＮＳＩＡベースのセンサネットワークも無線技術を使用する。しかし、こうしたシステムは、定期データを現場の検出部から低レベルのループを監視および／または制御する制御装置に伝送するために使用される。こうした構成は、「レベル１」通信と呼ばれることがあり、無線インフラストラクチャの使用を通じて提供されてよい。

２つの型の通信（すなわち、レベル１およびレベル３）は、異なるデータ率および範囲条件を有する。そのため、異なる特性を有する２つの無線ネットワークが配置され実現される必要がある。さらに、これらの解決法は世界的に当てはまる必要があり、これら２つのネットワークは同じＩＳＭバンド（２．４ＧＨｚ）で作動することが好ましい。これは、あるプラントで両方の無線ネットワークが作動するために、２つの異なるインフラストラクチャノードが同じプラントまたは場所に設置されなければならないことを意味する。また、レベル１通信とレベル３通信のセキュリティ要件は異なる。これら２つのレベルの通信は互いにできるだけ離れた状態を維持すべきである。両方の通信レベルに対応する一切の装置は、異なるセキュリティプロトコルに準拠していることが証明されるべきであり、両方のネットワークのサービス品質（ＱｏＳ）の範囲を保証するべきである。

産業用顧客の大半は現場で維持可能な共通の統合インフラストラクチャを選好する。２つの異なるインフラストラクチャを維持すれば、費用がかさむとみられ、または無線ネットワークの費用便益が失われかねない。先行技術のシステムにおける諸問題の１つは、こうした構成が現場におけるローカルセンサ・ネットワークおよびアプリケーション・レベル・ネットワークの共通のインフラストラクチャを定義しておらず設計していないことである。こうしたシステムは、対応している通信の水準に応じて異なるセキュリティプロトコルを管理するのが好ましい。

図２は、「バックオフ時間」に関するグラフ表示２０である。一般に、バックオフ時間＝乱数（）×スロット時間であり、乱数（）はある間隔にわたる一様の分布から抽出される擬似整数［０、ＣＷ］に等しく、ＣＷ（コンテンションウィンドウ）はＣＷ最小値からＣＷ最大値までのＰＨＹ（物理層）特性の値の範囲内にある整数を表し、ＣＷ最小値≦ＣＷ≦ＣＷ最大値である。設計者が１つまたは複数のスロット時間（ＳＴ）における乱数列間の統計的な独立の必要を認識し、スロット時間が相応に指定されたＰＨＹ特性の値に等しいことが重要である。

様々な型の無線ネットワークが同じ場所に位置し、または類似もしくは同一の周波数帯域で作動していることが多い。例えば、典型的な無線公衆ネットワークは、移動局と通信する複数の基地局で構成されてよい。各基地局は、数マイル離れた移動局と通信することができる。無線ローカルエリア・ネットワークのアクセスポイントは、無線ローカルエリア・ネットワークに位置する選択された移動局と通信するために利用できる。アクセスポイントは、アクセスポイントから短距離内にある選択された移動局と通信する第１のトランシーバ、無線公衆ネットワークの第１の基地局と通信する第２のトランシーバとして構成され得る。こうした構成ではまた、第１のトランシーバと第２のトランシーバとの間でデータトラフィックを転送するために相互接続回路を提供することができ、それによりアクセスポイントは、選択された移動局がアクセスポイントを介して第１の基地局と通信することを可能にする。

異なる無線ネットワークおよび／または無線通信プロトコルを使用することの欠点は、同じ周波数帯域において作動する２つ以上の無線ネットワークの間で妨害が発生しやすいことである。したがって、本明細書でさらに詳しく開示するように、こうした妨害を克服し２以上のネットワークの継ぎ目のない共存を可能にする能力が必要である。

以下の概要は、開示される実施形態に固有の画期的な特徴の一部の理解を容易にするためのものであり、完全な説明であることを意図していない。実施形態の様々な態様の完全な理解は、すべての仕様、特許請求の範囲、図面および要約書を総括することにより得られよう。

したがって、本発明の１つの態様は、無線通信の改善を提供することである。
本発明の他の態様は、レベル１およびレベル３のネットワークの通信をスケジュールし、これらのレベル用に定められたすべてのセキュリティプロトコルを組み込む、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）ベースのインフラストラクチャシステムを提供することである。

本発明のさらなる態様は、通信ネットワークが時間周波数および互いの共存を示す、考え得るコードに関する情報を共有するシステムを提供することである。
前述の態様ならびに他の目的および利点は、今や本明細書に記載のとおり実現できる。無線通信の方法およびシステムが開示される。一般に、無線ネットワークと結び付いた１または複数のインフラストラクチャノードを介して特定の動作周波数帯域で無線ネットワークと通信するセンサ群で構成されてよい無線ネットワークを提供することができる。同じ周波数帯域または別の動作周波数帯域でインフラストラクチャノードの１または複数と通信する複数の無線通信局を含む補助無線通信ネットワークが設定され得る。インフラストラクチャノード（複数可）は、無線通信ネットワークの無線アクセスポイントとして追加的に機能するように変更することができ、それにより無線ネットワークが補助無線通信ネットワークと共存しそれを含むことができるようにする。

無線ネットワークは、例えばある産業用センサネットワークとして実現され得る。産業用センサネットワークと無線通信ネットワークとの共存をサポートするためにＴＤＭＡデータ構造を実装できる。無線通信ネットワークが例えばＷｉ−Ｆｉネットワークとして提供され得る一方、無線アクセスポイントはＷｉ−Ｆｉアクセスポイントとして構成され得る。産業用センサネットワークは、例えば周波数ホッピングスペクトラム拡散方式（ＦＨＳＳ）の機構（ただし、これに限定されない）を利用してインフラストラクチャノードの１つまたは複数と通信する。さらに、無線アクセスポイントは、例えばＩＥＥＥ８０２．１１通信プロトコル（ただし、これに限定されない）を利用して無線通信ネットワークと通信することができる。

本明細書で開示される方法およびシステムは、例えばＴＤＭＡ型のスケジューリングを利用して異なる型のネットワークに対応する、ある設計およびインフラストラクチャに基づくアプローチを伴う。こうした設計では、アーキテクチャのタイムスケジューリング面が実現され得る一方、例えば８０２．１１ネットワークのほか、例えば産業用無線センサネットワークのプロトコルスタックの変更および最適化が最小限に抑えられる。このシステムアーキテクチャは一般に、無線ネットワークのエンドノード（例えば、レベル３のネットワークの場合はウェブパッド）にとっては透過である。また、産業用センサネットワークにおけるセンサノードは、設計上の考慮により、ＦＨＳＳスロットでのみパケット伝送するよう変更され得る。これは、端末装置がネットワークに継ぎ目なく統合され、ネットワークと通信することができることを意味する。これらの変更およびタイムスケジューリング面は、インフラストラクチャのみに限定される。インフラストラクチャの主な機能性は、特定のタイムスロット中に各種端末装置を統合し通信することである。

添付の図においては、同じ参照番号は、各々の図を通して同一のまたは機能的に類似の要素を指し、仕様に組み込まれ仕様の一部となり、実施形態をさらに示し、発明を実施するための最良の形態と共に、本明細書で開示される実施形態の説明に使われる。

産業用制御システムにおいて実装できる通信アーキテクチャを示す先行技術のシステムの図である。 バックオフ時間に関するグラフ表示の図である。 好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするために利用される無線アプリケーションネットワークシステムの構成図である。 好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするために利用できるスーパーフレームＴＤＭＡデータ構造の構成図である。 好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするＩＥＥＥ８０２．１１ＤＣＦのイベントフロー図である。 好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするバックオフ機構のイベントフロー図である。 好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするＦＨＳＳの異なるパワーレベルの構成図である。 好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするＴＤＭＡ方式を提供する論理演算ステップを示す処理の高水準流れ図である。 好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするＷｉ−Ｆｉデータ伝送を提供する論理演算ステップを示す処理の高水準流れ図である。 好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするＷｉ−Ｆｉアクセスポイント変更のための論理演算ステップを示す処理の高水準流れ図である。 好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするＷｉ−Ｆｉアクセスポイント変更のためのｉノードに関連した論理演算ステップを示す処理の高水準流れ図である。 好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするＷｉ−Ｆｉアクセスポイント変更のための産業用センサに関連した論理演算ステップを示す処理の高水準流れ図である。 図１３Ａは、好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとの共存をサポートする統合インフラストラクチャに関わるパケットフォーマットの図である。図１３Ｂは、好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとの共存をサポートする統合インフラストラクチャに関わるパケットフォーマットの図である。図１３Ｃは、好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとの共存をサポートする統合インフラストラクチャに関わるパケットフォーマットの図である。図１３Ｄは、好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとの共存をサポートする統合インフラストラクチャに関わるパケットフォーマットの図である。

これらの非限定的な実施例で述べる特定の値および構成は、異なってよく、少なくとも１つの実施形態を示すためにのみ挙げられており、その範囲を限定することを意図していない。

本明細書で開示する実施形態は、複数の異なるオペレーティングシステムで稼動している様々なコンピュータを含む様々なシステムで実行されてよい。コンピュータは、例えば、パーソナルコンピュータ、ネットワークコンピュータ、ミッドレンジコンピュータまたはメインフレームコンピュータであってよい。好ましい実施形態では、コンピュータは、無線技術に基づくローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリア・ネットワーク（ＷＡＮ）の中でネットワーク・プロセッサ・サービス・アーキテクチャの制御ポイントとして利用される。

次いで、図面、具体的には図３を参照すると、無線アプリケーション・ネットワーク・システム３０の構成図が描写されており、これは好ましい実施形態に従い無線ネットワーク（例：Ｗｉ−Ｆｉネットワーク）と他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするために利用できる。システム３０は一般に、Ｗｉ−Ｆｉエンドユーザのために無線通信を組み込む複数のＷｉ−Ｆｉノード３３１、３３３、３３５、３３７および３３９を含む。システム３０はまた、複数の産業用インフラストラクチャノード３４５、３４７、３４９、３５１および１つまたは複数の産業用センサ３６を含む。システム３０のネットワークでは、産業用センサ３６ならびにＷｉ−Ｆｉノード３３１、３３３、３３５、３３７および３３９は、１つまたは複数の無線アクセスポイントを定めるインフラストラクチャ３２と通信することができる。

システム３０はさらに、システム３０のソフトウェア関連の部分として機能する１つまたは複数の高度アプリケーション３４を含む。ネットワーク監視は、システム３０全体を制御するために制御システム３３と共に高度アプリケーション３４を使用することで実現できる。各産業用インフラストラクチャノード３４５、３４７、３４９、３５１はまた、Ｗｉ−Ｆｉステーションのアクセスポイントとして作動することができる。用語「産業用インフラストラクチャノード」が用語「Ｉノード」と呼ばれ得ることに留意されたい。第１の通信の型が１つまたは複数の産業用センサ３６からＩノード３４５、３４７、３４９、３５１の１つまたは複数への、およびＩノード３４５、３４７、３４９、３５１の１つまたは複数から別のＩノードへのデータ転送を含む２つの異なる通信パラダイムをサポートするために、周波数ホッピングスペクトラム拡散方式（ＦＨＳＳ）の機構が利用され得る。第二に、例えばＩＥＥＥ８０２．１１通信プロトコル（ただし、これに限定されない）を使用して、Ｗｉ−Ｆｉステーションはデータをアクセスポイントに伝送し、アクセスポイントは別のアクセスポイントに伝送することができる。

一般に、ＦＨＳＳは、特定の伝送で使用される伝送技術として説明することができ、データ信号は、周波数の広帯域にわたる時間の関数として周波数から周波数へランダムながら予測可能な順番で「ホップする」狭帯域搬送波信号によって変調される。信号エネルギーは、周波数領域で各ビットを細分化するのではなく、時間領域に拡散される。狭帯域システムからの信号とスペクトラム拡散信号との両方が同時に同じ周波数で伝送されていれば狭帯域システムからの信号がスペクトラム拡散信号に影響を与えるのみであるため、この技術は妨害を減らす。適切に同期化された場合、単一の論理チャネルが維持される。伝送周波数は拡散コードまたはホッピングコードによって決定される。受信側は、同じホッピングコードに設定されていなければならず、信号を適切に受信するには適切な時間に適切な周波数で入力信号を聞かなければならない。

本明細書ではＦＨＳＳの使用について述べるが、ＦＨＳＳの代わりにまたはＦＨＳＳに追加して他の通信プロトコルを利用できることが理解されよう。例えば、実施形態は、設計上の考慮によりＦＨＳＳの代わりにまたはＦＨＳＳに追加してＩＥＥＥ８０２．１５．１ブルートゥース通信プロトコルおよび／またはＩＥＥＥ８０２．１５．４ジグビー通信プロトコルを利用して、記述される産業用センサネットワークが１つまたは複数のインフラストラクチャノードと通信できるように構成され得る。

図４は、好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするＴＤＭＡ方式を実施するために利用できるスーパーフレームＴＤＭＡデータ構造４０の構成図を示す。図４に示すように、ＴＤＭＡデータ構造４０は、２つの型のデータ転送をサポートするスーパーフレームＴＤＭＡ（時分割多元接続）データ構造として提供することができる。第一に、ＴＤＭＡデータ構造４０は、図３に関して前述したように、周波数ホッピングスペクトラム拡散方式の機構を使用して産業用センサからＩノードそしてＩノードから別のＩノードへのデータ転送を含む通信の型を構成する。第二に、ＩＥＥＥ８０２．１１プロトコルを使用して、Ｗｉ−Ｆｉステーションはデータをアクセスポイントに伝送し、アクセスポイントは別のアクセスポイントに伝送することができる。周波数ホッピングスペクトラム拡散方式（ＦＨＳＳ）のＭＡＣ（媒体アクセス制御）４３およびＩＥＥＥ８０２．１１（８０２．１１）のＭＡＣ４４が２．４ＧＨｚのＩＳＭバンドを共有できることに留意されたい。

ＴＤＭＡ方式を使用するために、図３に示したセンサ３６のような産業用センサとＩノード／ＡＰノードとを同期化することができる。ＦＨＳＳのＭＡＣは世界的な時間の同期化を要求するため、これらの装置間における世界的に同期化されたクロックの使用を想定することができる。ＴＤＭＡスーパーフレーム４１によって示されるような同期化されたクロックにおいて、合計時間は同じ大きさのフレームに分割でき、各フレームは保護時間４２、ＦＨＳＳスロット４３、保護時間４２および８０２．１１スロット４４で構成される。ＦＨＳＳスロットでは、Ｉノード／ＡＰはＩノードとして作動し、８０２．１１スロットではＡＰになる。図３に示した産業用センサ３６は、ＦＨＳＳスロット４３でのみＩノードへのデータ伝送を試みることができ、次いで８０２．１１スロット４４では「スリープ（ｓｌｅｅｐ）」に移行することができる。保護時間は非常に短い（例：４０ｕｓ）。ＦＨＳＳ４３スロットおよび８０２．１１スロット４４の持続期間は次の２つの要素によって決定され得る。（１）ＦＨＳＳスロットを認識していないＷｉ−Ｆｉステーションからのパケット廃棄を最小限に抑えること、（２）産業用センサの帯域幅条件を満たすためにＦＨＳＳスロットに十分な時間を与えること。

図５は、ＩＥＥＥ８０２．１１ＤＣＦ（分散コーディネーション機能）モードのイベントフロー図５０を示す。８０２．１１ＤＣＦモードにおいて、各ノードはＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）機構を利用して共用媒体にアクセスすることができる。ＤＣＦモードは主にＷｉ−Ｆｉ通信で使用されるため、ＤＣＦモードでは、各ノードは、ＤＩＦＳ時間を上回るアイドル状態の媒体を検知した場合にパケットの伝送を試みる。ＲＴＳしきい値より大きいサイズのパケットでは、送信側と受信側は、ＲＴＳ／ＣＴＳ／ＤＡＴＡ／ＡＣＫ手順を介してハンドシェークする。本明細書で利用する頭文字「ＲＴＳ」は一般に「送信要求」を指し、「ＣＴＳ」は「送信可」を指す。ＲＴＳ、ＣＴＳまたはＤＡＴＡを聞くすべての他のノードは、ＮＡＶ（ネットワーク・アロケーション・ベクトル）を設定し、ＮＡＶ期間待機する。伝送が終わり、チャネルがアイドル状態になると、伝送すべきパケットを有する各ノードはチャネルへの同時アクセスを回避するためランダムバックオフタイマを設定する。バックオフタイマが終了すると、パケット伝送を試みる。本明細書で開示される実施形態が、結果的に８０２．１１タイムスロット（例：所定の時間）の終わりに「ダミー」または非請求のＣＴＳ信号を１つまたは複数のインフラストラクチャノードから伝送機構を介して伝送し、この非請求のＣＴＳのＮＡＶ期間が保護＋ＦＨＳＳスロットサイズ＋保護のサイズに等しくなることに留意されたい。８０２．１１ステーションは、ダミーのＣＴＳを受信すると、ＮＡＶ期間待機する。したがって、８０２．１１ステーションは、ＦＨＳＳスロットにおける産業用センサの伝送を妨害しない。

図６は、バックオフ機構のイベントフロー図６０を示す。バックオフタイマは、媒体がアイドル状態のときのみ減少し、（キャリア検知またはＮＡＶ設定によってビジーのチャネルなど）チャネルの活動が観察されるとき中断される。チャネルが再びＤＩＦＳまたはＥＩＦＳ時間アイドル状態になると、バックオフタイマは再び減少する。よって、例えば図４に示すＦＨＳＳスロット４３のようなＦＨＳＳスロットにおいて産業用センサまたはＩノードがＷｉ−Ｆｉステーションに対し同じ周波数を使用する場合、Ｗｉ−Ｆｉステーションはバックオフタイマを減少しない。

図７は、好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするＦＨＳＳの異なるパワーレベルのシステム７０の構成図を示す。図７で描写されているように、これは無線ネットワークのセルラー部を示す。ＦＨＳＳの範囲は、セル部分７２、７４を近くのセルすなわち７３と共に使用して設定されている。７５、７１に示すように、ＩＥＥＥ８０２．１１の範囲が測られている。７７、７３に示すように、妨害エリアの範囲が設定されている。セル７８およびその統合はＦＨＳＳの範囲および８０２．１１の範囲と関係がある。ＦＨＳＳのより大きなパワーは、チャネル使用を検知することにより隠れ端末ＴＸの試みを阻止することができる８０２．１１ステーションの妨害可能性に基づく。ＦＨＳＳの同じパワーは、衝突を招きかねないＩＥＥＥ８０２．１１ステーションの妨害可能性に基づく。図７に描写される実施形態は、１つまたは複数のインフラストラクチャノードからの伝送のパワーレベルを変えるシステム７０または機構の全体を示す。こうした技術は、所定の時間の終わりにインフラストラクチャノードの１つまたは複数からダミーまたは非請求のＣＴＳ信号を伝送するという前述の特徴と合わせて利用できる。

図８は、好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするＴＤＭＡ方式を実施する論理演算ステップを示す処理の高水準流れ図８０を示す。ブロック８１に書かれているように、初期化を実行することができる。次に、ブロック８２に示すように、ＴＤＭＡスケジューリングを設定できる。データ転送は、ブロック８３に書かれているように、Ｉノードを別のＩノードに対して使用し、アクセスポイント（ＡＰ）を別のアクセスポイント（ＡＰ）に対して使用することによって実現することができ、ブロック８４に記述されているように、ＴＤＭＡフレームを使用することによってデータ転送がなされる。

ブロック８５に記述されているように、装置間で世界的に同期化されたクロックを使用できる。次いで、ブロック８６に示すように、保護時間、ＦＨＳＳスロット、保護時間および／またはＩＥＥＥ８０２．１１で構成されるようなフレームを転送できる。ブロック８７に書かれているように、伝送はＦＨＳＳスロットおよびＩＥＥＥ８０２．１１スロットの持続期間に基づく。次いで、ブロック８８に記述されているように、ＦＨＳＳスロットを認識していないＷｉ−Ｆｉステーションからのパケット廃棄を最小限に抑え、ＦＨＳＳスロットに十分な時間を与えることを利用して、図３に示す産業用センサ３６のような産業用センサの帯域幅条件を満たすことができる。次いで、ブロック８９に示すように、この処理は終了することができる。

図９は、好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするＷｉ−Ｆｉデータ伝送を提供する論理演算ステップを示す処理の高水準流れ図９０を示す。ブロック９１に書かれているように、Ｗｉ−Ｆｉの初期化を実行することができる。次いで、ブロック９２に書かれているように、Ｗｉ−Ｆｉステーションは、８０２．１１以外のスロット中にパケットを伝送することがある。ブロック９３に示すように、Ｗｉ−Ｆｉステーションは、８０２．１１以外のスロット中に伝送をフリーズするアクセスポイントと通信する。次いで、ブロック９４に記述されているように、Ｗｉ−Ｆｉステーションの伝送は成功しないことがある。そのため、指数バックオフを繰り返し、限られた再試行回数内で再送しなければならないこともある。ブロック９５に示すように、Ｗｉ−Ｆｉステーションが限られた再試行回数内での伝送に失敗した場合、Ｗｉ−Ｆｉステーションはパケットを廃棄することができる。

次いで、ブロック９６に示すように、こうしたパケット廃棄を最小限に抑えるために、非常に小さなＦＨＳＳスロットサイズを使用すべきであり、それにより１つのＦＨＳＳスロット中にすべての再試行が終了しないため、続いてブロック９７に示すように連続的な再試行とパケット廃棄を行うことができる。ブロック９８に示すような８０２．１１以外のスロットでＷｉ−Ｆｉステーション（ＳＴＡ）からＡＰにＲＴＳしきい値より大きいサイズの断片化されていないパケットを伝送する処理に続いて、ブロック９９に記述されている処理を実行することができ、ここではＳＴＡからＡＰにＲＴＳしきい値より大きいサイズの断片化されたパケットを伝送することが認められる。最後に、ブロック１００に記述されているように、ＳＴＡからＡＰへのＲＴＳしきい値より小さいサイズのパケットの伝送およびビーコン間隔の考慮によりＦＨＳＳスロット≦１（すなわちＩＥＥＥ８０２．１１のビーコン期間）とすることができる。次いでブロック１０１に示されているようにこの処理は終了することができる。

図１０は、好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするＷｉ−Ｆｉアクセスポイント変更のための論理演算ステップを示す処理の高水準流れ図３００を示す。ブロック３０１に書かれているように、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントを変更することができ、それにより続いてブロック３０２に示すように８０２．１１以外のスロットでの伝送をフリーズする。次いで、ブロック３０３に示すように、以下の式に従い８０２．１１スロットが終わる前に連続的なデータ伝送が実現しない場合にはＲＴＳ要求は拒否されてよい。現在時間＋データ伝送の持続期間＞現在の８０２．１１スロットの終了→ＲＴＳを拒否しＣＴＳ（送信可）で返答しない。ブロック３０４に記述されているように、８０２．１１スロットが終わる前に伝送が実現されない場合、ＲＴＳまたはＤＡＴＡパケットは伝送されなくてよい。次いで、ブロック３０５に示すように、現在の８０２．１１スロットの終了および次の８０２．１１スロットの開始のタイマを設定できる。続いてブロック３０６に記述されているように、計算しているビーコンタイマは８０２．１１スロットにおいてビーコンを送信することができる。次いで、ブロック３０８に示すように、ｉノードおよび産業用センサにおけるＦＨＳＳのＭＡＣを変更することにより、ＦＨＳＳ以外のスロットでの伝送をフリーズすべきである。次いでブロック３１０に示すようにこの処理は終了することができる。

図１１は、好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするＷｉ−Ｆｉアクセスポイント変更のためのＩノードに関連した論理演算ステップを示す処理の高水準流れ図４００を示す。ブロック４０２に書かれているように、初期化を実行することができる。データ転送は、ブロック４０４に書かれているように、Ｉノードを別のＩノードに対して使用し、アクセスポイント（ＡＰ）を別のアクセスポイント（ＡＰ）に対して使用することによって実現することができ、ブロック４０６に記述されているように、Ｉノード向けにデータ伝送のためにＴＤＭＡ方式を使用することによってなされる。次いで、ブロック４０８に記述されているように、ＴＤＭＡスロットはＩノードおよびＷｉ−ＦｉＡＰの役割に分割される。

次はブロック４１０に書かれているとおりである。ブロック４１２に記述されているように、ＦＨＳＳのＭＡＣは世界的な同期化を要求するため、装置間での世界的に同期化されたクロックの使用を想定する。ブロック４１４に示すように、ＦＨＳＳスロットでは、ノードはＩノードとして作動し、８０２．１１スロットではＡＰとして機能することができる。ブロック４１６に書かれているように、ＩノードおよびＡＰのＭＡＣプロトコルは、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイントの変更に基づき変更されてよい。次いで、ブロック４１８に示すように、ＡＰのＭＡＣプロトコルの変更は最小限に抑えることができる。ブロック４２０に示すように、ＦＨＳＳスロットにおけるＩノードの変更およびＷｉ−Ｆｉステーションの干渉ならびにＷｉ−Ｆｉステーションにおけるパケット廃棄は、ＡＰの時分割動作により最終的に緩和され得る。次いでブロック４２２に示されているように、この処理は終了することができる。

図１２は、好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとを共存させるための統合インフラストラクチャをサポートするＷｉ−Ｆｉアクセスポイント変更のための産業用センサに関連した論理演算ステップを示す処理の高水準流れ図５００を示す。ブロック５０２に書かれているように、初期化を実行することができる。ブロック５０４に記述されているように、産業用センサ向けにデータ転送のためにＴＤＭＡ方式を使用することによって、ブロック５０６に示すように、産業用センサが同期化される。ブロック５０８に記述されているように、ＦＨＳＳのＭＡＣは世界的な時間の同期化を要求するため、装置間での世界的に同期化されたクロックを想定する。続いて、ブロック５１０に記述されているように、産業用センサはＦＨＳＳスロットでのみＩノードへのデータ伝送を試み、次いで８０２．１１スロット内では「スリープモード」に移行することができる。ブロック５１２に示すように、ＦＨＳＳスロットおよび８０２．１１スロットの持続期間は、産業用センサの帯域幅条件を満たすためにＦＨＳＳスロットに十分な時間を与えることによって決定され得る。次いで、ブロック５１４に書かれているように、産業用センサのＭａｃプロトコルを変更する。最後に、ブロック５１６に示すように、産業用センサのＭＡＣの変更を最小限に抑えることができる。次いでブロック５１８に示すようにこの処理は終了することができる。

図１３Ａ〜１３Ｄは、好ましい実施形態に従いＷｉ−Ｆｉネットワークと他のネットワークとの共存をサポートする統合インフラストラクチャに関わる各パケットフォーマット３０２、３０４、３０６および３０８の構成図である。図１３Ａは、ＭＡＣフレームフォーマット（すなわち、データフレーム）がフレーム制御、持続期間ＩＤ、アドレス１、アドレス２、アドレス３、シーケンス制御、アドレス、フレーム本体およびフレーム検査シーケンス（ＦＣＳ）で構成されるフォーマット３０２を示す。図１３Ｂは、フレーム制御部が、プロトコルバージョン、型、サブセット、ｔｏ宛先ソース（ＤＳ）、ｆｒｏｍ宛先ソース（ＤＳ）、追加フラグ、再試行、パワー管理、追加データ、ＷＥＰおよびその他のデータで構成されるフォーマット３０４を示す。図１３Ｃは、フレーム制御、持続期間、ＲＡ，ＴＡおよびフレーム検査シーケンス（ＦＣＳ）で構成される２０バイトのＲＴＳフレームを含むフォーマット４０６を示す。図１３Ｄは、ＣＴＳフレームがフレーム制御、持続期間、ＲＡおよびフレーム検査シーケンス（ＦＣＳ）を含む１４バイトを提供されるフォーマット３０８を示す。

上記開示の改変ならびに他の特徴および機能またはその代替が望ましくは多くの他の異なるシステムまたはアプリケーションに結合されてよいことが理解されよう。また、特許請求の範囲によって包含されることが意図されている、現在予想されていないまたは想定されていない、上記開示の代替、変更、改変または改良が後に当業者によってなされてよいことも理解されよう。

Claims (10)

1. 無線ネットワークと結び付いた少なくとも１つのインフラストラクチャノードを介して特定の動作周波数ホッピングスペクトラムにおいて前述の無線ネットワークと通信する複数のセンサを含む前記無線ネットワークを提供するステップと、
   前記少なくとも１つのインフラストラクチャノードと通信する複数の無線通信局を含む統合無線通信ネットワークを設定するステップと、
   前記補助無線通信ネットワークの無線アクセスポイントとして追加的に機能するために前記少なくとも１つのインフラストラクチャノードを変更して、前記無線ネットワークと前記補助無線通信ネットワークとの共存および接続を可能にするステップと、
   を含む無線通信の方法。
2. 前記無線ネットワークおよび前記補助無線通信ネットワークをサポートするＴＤＭＡプロトコルを提供するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つのインフラストラクチャノードからある時間の終わりに非請求のＣＴＳ信号を伝送するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つのインフラストラクチャノードからの伝送のパワーレベルを変えるステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記時間は所定の時間を含む、請求項３に記載の方法。
6. 前記無線ネットワークは産業用センサネットワークを含む、請求項１に記載の方法。
7. ＴＤＭＡ方式で通信を統合するために前記補助無線通信ネットワーク側のクロックを前記無線ネットワークおよび前記少なくとも１つのインフラストラクチャノードと同期化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 無線ネットワークと結び付いた少なくとも１つのインフラストラクチャノードを介して特定の動作周波数帯域において前記無線ネットワークと通信する複数のセンサを含む前記無線ネットワークと、
   他の動作周波数において前記少なくとも１つのインフラストラクチャノードと通信する複数の無線通信局を含む補助無線通信ネットワークとを備え、
   前記補助無線通信ネットワークの無線アクセスポイントとして追加的に機能するために前記少なくとも１つのインフラストラクチャノードが変更され、それにより前記無線ネットワークと補助的前記無線通信ネットワークとの共存および継ぎの目ない接続が可能になる、統合無線通信システム。
9. 産業用センサネットワークと結び付いた少なくとも１つのインフラストラクチャノードを介して特定の動作周波数帯域において前記産業用センサネットワークと通信する複数の産業用センサを含む前記産業用センサネットワークと、
   他の動作周波数において前記少なくとも１つのインフラストラクチャノードと通信する複数の無線通信局を含む補助的Ｗｉ−Ｆｉネットワークと、
   前記産業用センサネットワークおよび前記補助的Ｗｉ−ＦｉネットワークをサポートするＴＤＭＡデータ構造とを備え、
   前記補助的Ｗｉ−ＦｉネットワークのＷｉ−Ｆｉアクセスポイントとして追加的に機能するために前記少なくとも１つのインフラストラクチャノードが変更され、それにより前記産業用センサネットワークと前記補助的Ｗｉ−Ｆｉネットワークとの共存および接続が可能になる、無線通信システム。
10. 前記少なくとも１つのインフラストラクチャノードにおいて所定の期間の終わりに非請求のＣＴＳ信号を伝送する伝送機構と、
    前記少なくとも１つのインフラストラクチャノードにおける伝送パワーを変える機構と
    をさらに備える、請求項９に記載のシステム。

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