JP3714618B2 - アドホック・ネットワークにおける装置発見遅延の低減方法、装置及びコンピュータ・プログラム製品 - Google Patents
アドホック・ネットワークにおける装置発見遅延の低減方法、装置及びコンピュータ・プログラム製品 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤレス装置が通信するためのBluetooth(商標)デファクト・スタンダードに従い実現されるような、周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークに関する。特に本発明は、装置発見のプロセス、並びにこうしたプロセスにおける遅延の低減に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近ワイヤレス通信において、通信及びコンピュータ装置(PC、ページャ、モバイル電話など)が、柔軟な操作性及びモダリティを有するように、固定のまたは加入ベースのセルラ・ネットワークから解放されるアドホック・ネットワークへの傾向が見られる。
【0003】
Bluetooth(商標)ウェブ・サイト(http:\\bluetooth.com)上で掲載されるこうした例は、"three-in-one"であり、これは家庭内でコードレス電話として機能し、屋外ではモバイル(セルラ)電話として機能し、また双方向携帯用無線電話機(walkie talkie device)としても機能する。これは形成される無線リンクのアドホック特性を表す。
【0004】
以下ではBluetooth(商標)を重点的に扱うが、本発明は他の形態の周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークにも一般に適用される。
【0005】
(前記のウェブサイトから)Bluetooth(商標)コア仕様書(ボリューム1、バージョン1.0B)を参照することができる。
【0006】
Bluetooth(商標)技術は、ピコネットと呼ばれるネットワークの形成、及びこうしたネットワークの相互接続(スキャタネットと呼ばれる)を、中央インフラストラクチャの関与無しにアドホックに可能にする。これは照会及びページングのための分散アルゴリズムを用いて可能になる。本明細書において、用語"装置発見(device discovery)"は、照会プロシージャを用いて、近隣装置のBluetooth(商標)アドレス及びクロックを獲得するプロセスを指し示す。
【0007】
Bluetooth(商標)物理層は、2.4GHzのISM帯域に対するFCC規制に適合する周波数ホッピングを使用し、各ホップが1MHzを占有する79ホップ・システムを使用する。これらの制限は、装置発見プロセスに関して意味を持つ。すなわち、1つは、装置が照会メッセージを走査するためにウェイク・アップするとき、装置は固定の専用の周波数でウェイク・アップすることができない。代わりに、ウェイク・アップ周波数は照会ホッピング・シーケンスにおいて、32個の周波数のいずれかである。使用される実際の周波数は、走査装置のクロックに依存し、これは照会側にはわからない。更に、新たな装置を見い出す責任は、意図的に照会側に課せられるので走査装置は連続走査を行わない。従って、照会プロシージャにおいて、走査装置が聴取(listen)する時刻及び周波数は不確かである。
【0008】
Bluetooth(商標)バージョン1.0仕様のベースバンド仕様は、照会及び照会走査を用いる装置発見プロシージャ(以下、BTアルゴリズムと呼ぶ)を規定する。そこでは照会側は、その周辺の装置のアドレス及びクロックに関する情報を有さない。同時照会が存在しない場合、プロシージャはうまく機能する。しかしながら、複数の同時照会が存在する場合には、性能を予測することは困難である。
【0009】
前記要因により、照会プロシージャは、照会を実施する装置にとって、時間及びエネルギを消費することになる。エラーフリーのすなわちエラーのない環境でも、照会装置が全ての応答を収集するために10.24秒を要する。これらの遅延は、個々の接続及びアドホック・ネットワークをセット・アップする上でボトルネックとなる。Bluetooth(商標)において想定される多くのアプリケーションの状況が、重複する領域で動作する非常に多数の端末を要求する。こうした状況の下では、平均遅延さえも増加し、これらのアプリケーションのための技術の利用を妨げる。従って、これらの遅延を低減することにより、こうしたアプリケーションを使用可能にする、装置発見アルゴリズムの変更が必要とされる。
【0010】
照会の間の幾つかの装置の対話により、遅延分散または平均遅延であっても、見い出すことは容易ではない。これらの遅延は、照会プロシージャに参加する装置の数、照会装置の数、照会のために予約される帯域幅、及び照会から要求される応答の数などに依存する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、複数の同時照会を有するシステムにおいて、性能を維持しながら、従来技術よりも速い照会応答の交換を可能にする装置発見プロシージャを提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の態様によれば、周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークにおいて、装置発見遅延を低減する方法が提供される。この方法は、装置により実行される活動を周期的に中断し、他の装置からの照会メッセージを所定時間走査するステップと、別の装置からの照会メッセージの受信に際して、前記活動をランダム時間枠継続するように復帰し、前記ランダム時間枠の満了時に、前記照会メッセージを特定の周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークに適用可能な正規プロシージャに従い処理するステップと、前記所定時間の満了時に、前記活動を継続するように復帰するステップとを含む。
【0013】
本発明の別の態様によれば、周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークにおいて使用される装置が提供される。この装置は、該装置により実行される活動を周期的に中断し、他の装置からの照会メッセージを所定時間走査する手段と、別の装置からの照会メッセージの受信に際して、前記活動をランダム時間枠継続するように復帰し、前記ランダム時間枠の満了時に、前記照会メッセージを特定の周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークに適用可能な正規プロシージャに従い処理する手段と、前記所定時間の満了時に、前記活動を継続するように復帰する手段とを含む。
【0014】
更に本発明の別の態様によれば、周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークの装置のためのコンピュータ・プログラムを記録する、コンピュータ可読媒体を組み込むコンピュータ・プログラム製品が提供される。このコンピュータ・プログラム製品は、前記装置により実行される走査活動を周期的に中断し、他の装置からの照会メッセージを所定時間走査するコンピュータ・プログラム・コード手段と、別の装置からの照会メッセージの受信に際して、前記活動をランダム時間枠継続するように復帰し、前記ランダム時間枠の満了時に、前記照会メッセージを特定の周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークに適用可能な正規プロシージャに従い処理するコンピュータ・プログラム・コード手段と、前記所定時間の満了時に、前記活動を継続するように復帰するコンピュータ・プログラム・コード手段とを含む。
【0015】
本発明の実施例によれば、周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークが、Bluetooth(商標)デファクト・スタンダードに従い実現され、中断される活動が装置発見の1つである。他の装置からの照会メッセージを走査するために、周期的な中断が好適には毎2.56秒に少なくとも1度発生し、受信照会メッセージを処理する前に、中断された活動を継続するためのランダム時間枠が、好適には1.28秒以下である。
【0016】
【発明の実施の形態】
定義:
照会プロシージャ:他の装置を発見するために、ある装置により実行されるプロシージャ。
【0017】
照会走査プロシージャ:自身が発見されるように、装置により実行されるプロシージャ。
【0018】
装置発見プロシージャ:分散形式で実行される、前記2つのプロシージャの組み合わせ。
【0019】
GIAC:汎用照会アクセス・コード(GIAC:General Inquiry Access Code)は、全ての装置に共通な照会アクセス・コードである。照会に応答したい全ての装置は、GIACを含むIDパケットに応答する。
【0020】
DIAC:専用照会アクセス・コード(DIAC:Dedicated Inquiry Access Code)は、共通の特性を共有するBluetooth(商標)ユニットの専用グループに共通である。
【0021】
照会ホッピング・シーケンス:79MHzに渡り、期間長32で分散される32個の特定のウェイクアップ周波数。GIACはこのシーケンスを導出するために使用される。
【0022】
照会応答ホッピング・シーケンス:現照会ホッピング・シーケンスと1対1に対応する、32個の応答周波数。GIACはこのシーケンスを導出するために使用される。
【0023】
照会遅延:装置が照会プロシージャを開始してから、次の2つの事象の早い方、すなわちMax_responses(最大受信応答数)または照会タイムアウトまでの経過時間。
【0024】
装置発見遅延:装置が任意の他の装置を発見するための、アドホック環境における平均遅延。アドホック環境内の装置は、既にネットワークの一部であるかもしれないし、そうでないかもしれない。'n'個の装置が存在する環境における装置発見遅延は、次式で与えられる。
【数1】
【0025】
ここで、dabは、装置'a'が装置'b'を発見するための平均遅延である。
【0026】
非常に多数の同一の装置を有する環境では、装置発見遅延及び照会遅延の両方が、1単位時間当たりに受信される応答数に関連付けられる。ここで'n'個の装置のこうした環境において、時間T内にN個の応答が存在し、各装置が照会を行うのに費やす時間を'f'とする。この時、常に平均nf個の照会装置が存在する。照会タイムアウトが発生しない場合、平均照会遅延は(Max_responses)x(Tnf/N)であり、平均装置発見遅延は(Tnf/N)x(n/2)である。従って、1単位時間当たりの応答数(N/T)の増加は、平均遅延の低減を保証するのに十分と言える。
【0027】
ピコネット:マスタと最大7個のアクティブ・スレーブとの間の、1ポイント対複数ポイント接続。これはBluetooth(商標)における基本ネットワーク単位である。ピコネット内の全ての装置は、マスタ装置のクロックから導出されるチャネル・ホッピング・シーケンスと呼ばれる、同一のホッピング・シーケンスを使用する。
【0028】
スキャタネット:ブリッジ装置により、2つ以上のピコネットを接続することにより形成されるピコネットのネットワーク。各ピコネットは異なるホッピング・シーケンスを使用する。
【0029】
照会プロシージャで使用されるパラメータ:
Twinqscan=照会走査ウィンドウ=18スロット(1スロット=625マイクロ秒)
Tinqscan=連続照会走査ウィンドウの開始間の時間=2.56秒
inquiryTO=最大照会期間
inqrespTO=ユニットが照会応答モードである最大時間
【0030】
Bluetooth(商標)(BT)照会プロシージャ:
Bluetooth(商標)において、装置発見のために使用される照会プロシージャについて、図1に関連して簡単に述べることにする。
【0031】
上部のタイムラインは照会装置を示す。32個の照会ホップ周波数は、各々が16個の周波数を有する2つのトレインに分割される。トレイン内の周波数は、照会者のクロックにより決定される。第1のトレイン内の16個の周波数は、第2のトレインが開始する前に256回繰り返される。毎偶数スロットでは、2個の周波数が送信され、毎奇数スロットでは、これらの周波数で走査する装置からの応答が待機される。
【0032】
図1の上部のタイムラインからわかるように、トレインBはトレインAと完全に相補的ではない。なぜなら、2つの周波数のオーバラップが存在するからである。すなわち、Aトレイン内の周波数が0乃至15と列挙される場合、Bトレイン内の周波数は、18乃至31、0乃至1と列挙される。従って、周波数0及び1がオーバラップする。オーバラップの理由は、後述のように2つの連続照会走査の間で、走査周波数が2つ変化するからである。
【0033】
第2のタイムラインは、走査装置を示す。時間的な不確実性δ及び周波数Xが存在し、これらは照会者にはわからない。走査装置は2.56秒毎に、18スロットのウィンドウを走査する。走査の間の照会ホッピング・シーケンスの位相がCLKN16-12により、すなわち走査装置の固有クロックのビット12乃至16により決定される。これは1.28秒毎に変化し、走査は2.56秒毎に発生するので、走査装置は、図1においてX、X+2、X+4及びX+6により示されるように、ホッピング・シーケンスにおいて、別の周波数で走査を行う。
【0034】
エラーが存在しない場合、走査装置は第2の照会走査ウィンドウが終了する時刻までに照会パケットを受信する。しかしながら、走査装置は応答をすぐ次のスロットで送信せずに、前の状態(スタンバイまたは接続)に戻り、最大1023スロットのランダム期間待機し、照会走査に戻り、同一の周波数で聴取(listen)する。照会パケットが再度受信されると、走査装置はそのアドレス及びクロック情報を含むFHSパケット、従って、装置をページングするために必要な周波数ホッピング・シーケンス(FHS:Frequency Hopping Sequence)を獲得する手段を送信する。このプロシージャでは、たとえ環境がエラーフリーで、FHSパケットの衝突が無視されても、発見遅延は依然10.24秒程度である。しかしながら、2つ以上の照会装置が存在する場合、遅延は更に大きくなり予測することが困難である。
【0035】
任意の2つの装置の最大装置発見遅延は、1照会者が存在するエラーフリー環境では、10.24秒程度である。複数の照会者が存在する環境では、問題は次のように悪化する。
1)'照会'状態の装置が、照会遅延期間の間、他の装置による発見のために使用不能になる。その結果、全ての照会装置にとって平均照会遅延が増加する。
2)2つの装置がお互いを発見する機会を有する場合、両方の装置間の接続セットアップ遅延が低減される。装置の一方が照会に移行すると、他方の装置によるこの装置の発見は、長い時間不可能になる。
3)照会を同時に行う装置は、それらの'照会'状態がオーバラップする限り、お互いを発見することができない。このことは装置発見遅延を増加させる。
【0036】
前記指摘から、BTアルゴリズムは2つ以上の照会者が存在する場合、あまりうまく機能しないことが明らかである。しかしながら、改善には次の要因が考慮されるべきである。すなわち、
1)2.4GHzのISM帯域での周波数ホッピングに適用されるFCC規制。
2)アイドル・モード(スタンバイ)での装置のオン・デューティ・サイクルが増加されるべきでない。このことは、照会走査ウィンドウが18スロットを超えて増加すべきでないことを意味する。従って、仕様により規定されるように、照会ホッピング・シーケンスが2つのトレインに分割されるべきである。
3)周波数ホッピング・カーネル、並びに周波数ホッピング・カーネル内で異なる状態に対して使用される制御ワードが、好適には不変であるべきである。平均遅延を低減するために、最大遅延が特定のケースにおいて無制限になるべきでない。例えば、1照会者が存在するエラーフリー環境での最大装置発見遅延は、10.24秒を上回るべきでない。
【0037】
前記制約1)及び2)を考慮すると、最悪の場合の遅延は、照会プロシージャそのものを大幅に変更することなしには、容易には改善することができない。装置発見アルゴリズムの変更により、平均遅延を改善する手段が提案され、これは状態の切り替えにより性能改善を達成する。装置発見アルゴリズムは、リンク・マネージャで実行される。
【0038】
遅延の低減のためのアルゴリズム:
アルゴリズムの基本原理は次のようである。すなわち、
1)装置発見に参加している全ての装置は、装置が照会走査の間にどの状態にあるかに拘わらず、毎2.56秒に少なくとも1度、照会走査を実行すべきである。
2)1)の結果、照会状態の装置は照会を中断しなければならないかもしれない。なぜなら、照会状態は一般に2.56秒以上継続するからである。
【0039】
前記2)の背景にある動機付けは、前記列挙した問題に対処することである。元来のBTアルゴリズムでは、照会装置が長い時間発見のために使用不能となる。僅かの時間だけ照会走査を実行することにより、装置は発見される機会を与えられる。毎2.56秒に18スロットの間、照会を周期的に中断する単純な方式でも十分のように思われるが、前記の要因にもとづく幾つかの問題点が存在する。特に、同期の場合には、際限のない遅延が引き起こされるかもしれない。後述のように、1.28秒の周期内にランダムな照会走査を実行する装置は、5.12秒以内に1照会者から照会メッセージを受信することが保証される。
【0040】
改善されたアルゴリズムのインプリメンテーションは、照会装置の変更を要求するだけである。すなわち、照会装置の発見遅延を低減するために、照会装置が通信する任意の他の装置に関連する変更は不要である。
【0041】
このアルゴリズムについて考えると、装置発見に参加し、'照会'以外の状態にある全ての装置は、毎Tinqscan時間ごとにTwinqscan時間枠、周期的に照会走査に移行する。
【0042】
アルゴリズムの説明において、装置の固有クロックの現在値(スロット数により表現される)がNOWにより示され、unif(a、b)は、インターバル[a、b]内に均一に分散された整数を表す。変数'State'は、装置の現状態を表す。inquiryTOはスロットで規定される。SlotTimeはスロットの期間である。
【0043】
照会を開始するコマンドは、Max_Responsesパラメータと共に、ホスト・コントローラ・インタフェース(HCI)から到来する。提案されるアルゴリズムは、コマンドの受信時に開始する。すなわち、
1)HCI_inquiryコマンドの受信。
prev_state=State
照会タイムアウト・タイマ(Tinq)を(NOW+inquiryTO)にセット。
タイマT1を(NOW+1.28/SlotTime)にセット。
2)State=照会走査に割当て。
ケース1:装置が18スロット内に照会メッセージを受信。
3a)(まだスタートされていない場合、)照会応答タイマをタイムアウト=inqrespTOにてスタートし、最大1023スロットまでランダム・バックオフを実行。バックオフの間、照会状態に移行。バックオフの後、Bluetooth(商標)ベースバンド仕様に記載の照会応答プロシージャに則する。照会応答タイマがタイムアウト後、State=照会にセット。
ケース2:装置が18スロット内に照会メッセージを受信しない。
3b)State=照会に割り当て。
【0044】
T1のタイマ・ハンドラ(タイマT1がオフするときに呼び出される)。
i)タイマT1を再度(NOW+1.28/SlotTime)にオフするようにセット。
ii)照会応答プロシージャが現在実行されていない場合、タイマT2を(NOW+unif(0、((1.28/SlotTime)−18))にオフするようにセットし、アルゴリズムのステップ3bに移行。
タイマT2がオフするとき、装置は照会状態から抜け出す。照会応答プロシージャが現在実行されている場合、タイマT2はスケジュールされないが、タイマT1は1.28秒後にオフするように、自己スケジュールする。
【0045】
T2のタイマ・ハンドラ(タイマT2がオフするとき呼び出される)。
i)ステップ2に移行
タイマT2はタイマT1によりスケジュールされる。タイマT1は1.28秒毎に自己スケジュールするので、タイマT2のハンドラの呼び出しが保証される。
【0046】
Tinqのタイマ・ハンドラ(Tinqがオフするとき呼び出される)。
i)State=prev_state
ii)アルゴリズムの終了。
【0047】
前記ケース2のアルゴリズムが、図2に示される。スロットタイムは625マイクロ秒に設定される。HCI_inquiryコマンドの受信時に、装置は即時に照会状態には移行せず、18スロットの間、照会走査状態に移行する。また、Δ=1.28秒後にタイマT1をオフするようにセットする。この期間中に装置に対する照会メッセージが受信されない場合、装置は照会状態に移行し、タイマT1がオフするまでその状態に留まる。装置は次に、0と(2047−18)との間に均一に分散されるランダム整数'rand'を選択し、タイマT2を'rand'スロット後にオフするようにセットする。ここで、2047スロットは1.28秒に対応し、18スロットは11.25ミリ秒の照会走査ウィンドウに対応する。T2がオフするとき、状態は再度18スロットの間、照会走査にセットされる。タイマT1は1.28秒毎にオフする。
【0048】
図3乃至図9は、本発明のアルゴリズムの実施例を使用するアドホック・システムを、仕様記述言語(SDL:Specification and Description Language)にもとづきグラフィック表現で示すものである。図3乃至図9は完全な仕様を表すものではなく、単にアルゴリズムを説明することを目的とする。特に、ワイヤレス伝送媒体を表す中間(Medium)ブロック302のモデル化、及び照会メッセージ信号(INQ)の生成は、示されていない。
【0049】
図3は、システム・レベル・エージェント、アドホック・システムを示す。
【0050】
図4は、システム・レベル・エージェント、アドホック・システムの信号及び信号リストの定義を示す。
【0051】
図5は、Bluetooth(商標)装置をモデル化するBT装置(BT_device)301、及びワイヤレス伝送媒体をモデル化する中間ブロック302を含むシステム・ブロックを示す。
【0052】
図6は、BT_devプロセス305を含むBT装置ブロック301の構造を示す。
【0053】
図7乃至図9は、本発明のアルゴリズムの実施例であるBT_devプロセス305を示す。陰影付き背景のステートメントは、標準BTアルゴリズムに対する変更を示す。BT_devプロセス305はメイン・ルーチンと、多数のタイマ・ハンドラ・ルーチンとを含む。
【0054】
メイン・ルーチン:
図7乃至図9を参照すると、システムは、ステップ312でHCI_inquiryコマンドがホスト・コントローラ・インタフェースから受信されるまで、スタンバイ接続モードに留まる(ステップ310)。
【0055】
ステップ314では、装置の現状態が記憶され、照会応答タイマ(inq_RespTO_timer)がリセットされ、照会タイムアウト・タイマ(inqTO_timer)が最大照会期間(inquiryTO)に従い初期化され、タイマT1が、提案されるランダム照会走査インターバルに相当する1.28秒に初期化される。照会走査開始時刻が記憶され、照会走査タイマ(t3_timer)が、照会走査期間を表す18スロットにセットされる。照会タイムアウト・タイマ(inqTO_timer)は照会プロシージャにおいて使用され、照会応答タイマ(inq_RespTO_timer)は照会応答プロシージャにおいて使用される。提案されるアルゴリズムは、照会装置がこれら2つのプロシージャ間をトグルすることを要求するので、2つのタイマは同時に走行できる。
【0056】
次にステップ316で、装置は照会走査モードにセットされる。
【0057】
ステップ318及び真下の3角状括弧内の条件は、遷移のための制約トリガをSDLで表す。従って、装置が照会走査を実行しており(ステップ316)、照会メッセージが18スロット内に受信される場合、処理はステップ320に進む。
【0058】
ステップ319で、照会走査タイマ(t3_timer)がリセットされる。
【0059】
バックオフ・フラグの状態がステップ320で判断される。バックオフ・フラグが偽の場合、0乃至1023の範囲のランダム変数がステップ322で生成される。
【0060】
ステップ324では、バックオフ・タイマ(backoff_timer)が、ステップ322で生成されたランダム変数に従いバックオフ期間を計時するように初期化され、バックオフ・フラグが真にセットされる。更に、照会応答タイマ(inq_RespTO_timer)がまだセットされていない場合には、このタイマが、照会応答を受信するための最大期間(inqRespTimeout)を計時するように初期化される。
【0061】
次にステップ326で、装置は照会モードにセットされる。
【0062】
ステップ320で、バックオフ・フラグが真の場合、装置はステップ328で、そのアドレス及びクロック情報を含むFHSパケットを送信する。
【0063】
次にステップ330で、0乃至1023の範囲のランダム変数が生成される。
【0064】
次にステップ332で、ステップ330で生成されたランダム値に従い、バックオフ・タイマ(backoff_timer)が初期化され、バックオフ・フラグが偽にクリアされる。
【0065】
装置はステップ334で照会モードにセットされる。
【0066】
タイマ・ハンドラ・ルーチンT1、ステップ340乃至349は、1.28秒毎に満了するタイマT1のハンドラ・ルーチンを表す。タイマ・ハンドラはタイマT1の満了時に、ステップ340で呼び出される。
【0067】
ステップ342で、タイマT1が1.28秒に再初期化される。この値は、提案されるランダム照会走査のインターバルに相当する。
【0068】
判定ステップ344で、バックオフ・フラグが偽の場合、0乃至(2047−18)の間のランダム値が生成される。この値はステップ348でタイマT2を初期化するために使用される。ここで2047スロットは、照会走査ウィンドウの11.25ミリ秒に対応する。
【0069】
ステップ349で、装置は照会モードにセットされる。
【0070】
判定ステップ344で、バックオフ・フラグが真の場合には、ステップ346乃至ステップ349を実行することなく、T1タイマ・ハンドラ・ルーチンがステップ345で直接終了される。
【0071】
T2タイマ・ハンドラ・ルーチン:
ステップ350乃至354は、タイマT2のタイマ・ハンドラ・ルーチンを表す。このルーチンはタイマT2が満了するとき、ステップ350で呼び出される。
【0072】
次にステップ352で、照会走査開始時刻が記憶され、照会走査タイマ(t3_timer)が、照会走査期間を表す18スロットにセットされる。
【0073】
ステップ354で、装置が照会走査モードにセットされ、これは18タイム・スロットの間、継続する。
【0074】
バックオフ・タイマ・ハンドラ・ルーチン:
ステップ360乃至364は、バックオフ・タイマのタイマ・ハンドラ・ルーチンを表す。ルーチンは、バックオフ・タイマが満了するとき、ステップ360で呼び出される。
【0075】
次にステップ362で、照会走査開始時刻が記憶され、照会走査タイマ(t3_timer)が、照会走査期間を表す18スロットにセットされる。
【0076】
ステップ364で、装置が照会走査モードにセットされる。
【0077】
照会タイマ・ハンドラ・ルーチン:
ステップ370乃至374は、照会T0タイマのタイマ・ハンドラ・ルーチンを表す。このタイマ・ハンドラ・ルーチンは、照会タイマT0が満了するとき、ステップ370で呼び出される。
【0078】
次にステップ372で、バックオフ・タイマ、照会応答T0タイマ、及びT1及びT2タイマがリセットされる。また、バックオフ・フラグも偽にクリアされる。
【0079】
ステップ374で、処理が前の状態(ステップ314で記憶された状態)に戻る。
【0080】
照会応答タイマ・ハンドラ・ルーチン:
ステップ380乃至384は、照会応答タイマT0のタイマ・ハンドラ・ルーチンを表す。このタイマ・ハンドラ・ルーチンは、照会応答タイマが満了するとき、ステップ380で呼び出される。
【0081】
次にステップ382で、バックオフ・フラグが偽にクリアされる。
【0082】
装置がステップ384で照会モードにセットされる。
【0083】
照会走査タイマ・ハンドラ・ルーチン:
ステップ386乃至388は、照会走査タイマ(t3_timer)のタイマ・ハンドラ・ルーチンを表す。このタイマ・ハンドラ・ルーチンは、照会走査タイマが満了するとき、ステップ386で呼び出される。
【0084】
装置が照会走査を実行しているときに、タイマが満了すると、装置はステップ388で照会モードにセットされる。
【0085】
比較例:
次に、本発明のアルゴリズムと、従来のBluetooth(商標)アルゴリズムとの比較を示す。この例では、以下のものが存在する。すなわち、
装置の数:2乃至14
最大応答(Max_responses):1乃至12
照会タイムアウト:10.24秒
照会応答タイムアウト:1秒
照会のために確保される帯域幅:10%(装置が照会状態において費やす総時間の割合)
シミュレーション時間:10乃至50秒
【0086】
仮定:
1)パケットのエラーフリー受信。
2)無視できる伝播遅延。
3)装置発見に参加する装置が毎2.56秒に少なくとも1度、照会走査を行う。しかしながら、BTアルゴリズムでは、照会状態が照会走査のために中断されない。
4)考慮される全ての装置が、お互いの有効範囲内にある。
5)全ての装置が照会を行うために、10%の帯域幅を確保する。
【0087】
性能メトリック:
1)装置の数が変化する状況での1単位時間当たりの有効応答数。装置は照会メッセージに何度も応答できるので、最初の(有効)応答だけがカウントされる。
2)照会遅延が、照会プロシージャが継続する平均時間である。照会タイムアウトが10.24秒に指定されるので、これがこの遅延の上限となる。
3)Max_responsesの数の応答が10.24秒以内に受信されないと、照会タイムアウトが発生する。
【0088】
図10、図11及び図12は、テスト時間がそれぞれ50秒、30秒、及び10秒の場合の、'有効応答数'対'装置数'の関係(50テスト・サイクルに渡る平均)を示す。
【0089】
図13は、タイムアウト回数及び照会遅延の両者を、最大応答の関数として示す(34回の観測の平均)。但し、テスト時間は50秒である。
【0090】
結果は、提案されるアルゴリズムが同一の状況での有効応答の比率を、最大60%増加することを示している。所与のMax_responsesの数において、照会遅延及びタイムアウト回数が50%低減されることがわかる。従って、提案されるアルゴリズムは複雑さを増すことなく、装置発見遅延を改善する。全てのタイプのホッピング・シーケンスにおいて、周波数ホッピング・カーネルへの入力は不変である。このアルゴリズムはBluetooth(商標)ベースのシステムの事前接続オーバヘッドを低減し、より広い帯域幅を通信のために使用可能にする。
【0091】
ランダム照会走査による装置発見のための必要条件:
次のセクションでは、照会メッセージが5.12秒以内に受信されなければならない場合、照会走査のランダム化アルゴリズムが、最大でも1.28秒の周期Pを有するべきことを示す。
【0092】
図14の時間対周波数の関係は、照会者が時刻=5.12秒まで送信する間の周波数を示す。走査周波数は1.28秒毎に変化し(CLKN16-12が1.28秒毎に変化する)、交互の遷移が照会装置のトレイン切り替えと同期するものと仮定する。図示のように、走査の周期Pは1.28秒よりも大きい。時間は16スロットのインターバルで離散化される。図示のインパルスは、周期P内の走査ウィンドウの位置を示す。図から、P>1.28秒であるこの特定のケースでは、装置が5.12秒以上の間、お互いを発見しないことが明らかである。
【0093】
従って、前述のランダム化アルゴリズムにおいて、5.12秒以内に装置を突き止めるための必要条件は、P≦1.28秒である。しかしながら、前述の例では、CLKN12刻時が照会者のトレイン切り替えと同期すると仮定した。以下では、この仮定が緩和され、任意の開始走査周波数において、5.12秒以内の発見を保証するのに、P=1.28秒で十分であることが証明される。
【0094】
図9は最も一般的なケースを示す。一般性を失うことなく、照会を行う装置は時刻t=0で開始し、最初のAトレイン内の周波数は、0乃至15と番号付けされる。別の装置は時刻ΔISに周期Pで、ランダム照会走査を開始する。t=0の後のこの装置の最初のCLKN12刻時が、Δ12で発生する。
【0095】
δ=ΔIS−Δ12と表すと、全ての開始周波数f0及び全てのδにおいて、走査装置はΔIS+5.12秒以内に発見される。
【0096】
最初の4つの照会走査i=0、1、2、3が開始する瞬間は、次式で与えられる。
【数2】
Si=ΔIS+iΔ+ti (A1)
【0097】
ここで、Δは1.28秒で、tiはP=Δウィンドウ内のランダム時刻、すなわちtiのインターバルは[0、1.28]秒である。任意の時刻tにおける走査周波数fIS(t)は、次式で与えられる。
【数3】
【0098】
従って、走査が実際に発生する時刻Si(i=0、1、2、3)における走査周波数Fi ISは、次式で与えられる。
【数4】
【0099】
照会トレインの開始周波数は、2.56秒毎に変化し、次式で与えられる。
【数5】
Finq(t)=2k+16(k mod 2) (A4)
【0100】
ここで、kは次のように示される。
【数6】
【0101】
前記式でのt=Siの置換は、照会走査が開始する瞬間における開始照会者周波数Fi inq(i=0、1、2、3)を生成する。すなわち、
【数7】
F0 inq=0、ΔIS+t0<2Δ、F0 inq=18、ΔIS+t0>2Δ(A5.1)
F1 inq=0、ΔIS+t1<Δ、F1 inq=18、ΔIS+t1>Δ (A5.2)
F2 inq=18、ΔIS+t2<2Δ、F2 inq=4、ΔIS+t2>Δ (A5.3)
F3 inq=18、ΔIS+t3<Δ、F3 inq=4、ΔIS+t3>Δ (A5.4)
【0102】
トレインは周波数Fi inq乃至(Fi inq+15)mod32を含む。Fi ISがこの範囲内にあれば、走査装置は瞬間Siに開始する走査の間に発見される。ここで前記式(A3)及び(A5)を用いることにより、f0の全ての可能な値に対してFi ISがi=0、1、2、3の少なくとも1つの値において、前記範囲内にあることを示すことにする。
【0103】
定義により、Pr(i番目の走査での発見)=piである。
【0104】
ケース1:1≦f0≦14
式(A3)から、i=0において、Fi IS=f0またはf0+1である。従って、この場合、0≦F0 IS≦15となる。もしΔIS<Δならば、ΔIS+t0<2Δなので、式(A5.1)から、F0 inq=0及び(F0 inq+15)=15である。F0 ISはこの範囲内に入るので、p0=1である。
【0105】
式(A3)から、i=3において、Fi IS=f0+3またはf0+4である。従って、この場合、4≦F3 IS≦18となる。もしΔIS>Δならば、ΔIS+t3>Δなので、式(A5.4)から、F3 inq=4及び(F3 inq+15)=19である。F3 ISはこの範囲内に入るので、p3=1である。
【0106】
ケース2:17≦f0≦30
式(A3)から、i=2において、Fi IS=f0+2またはf0+3である。この場合、範囲F2 ISは19乃至31、0乃至1である。もしΔIS<Δならば、ΔIS+t2<2Δなので、式(A5.3)から、F2 inq=18及び(F2 inq+15)mod32=1である。F2 ISはこの範囲内に入るので、p2=1である。
【0107】
式(A3)から、i=1において、Fi IS=f0+1またはf0+2である。この場合、範囲F1 ISは18乃至31、及び0である。もしΔIS>Δならば、ΔIS+t1>Δなので、式(A5.4)から、F1 inq=18及び(F1 inq+15)mod32=1である。F1 ISはこの範囲内に入るので、p3=1である。
【0108】
ケース3:f0=0、31、16、15
f0=0では、f0及びf0+1が、最初のAトレインと最初のBトレインとの間のオーバラップ周波数であり、従って、p0=1である。
【0109】
f0=31では、(f0+1)mod32及び(f0+2)mod32が、最初のAトレインと最初のBトレインとの間のオーバラップ周波数であり、従って、p1=1である。
【0110】
f0=16では、f0+2及びf0+3が、最初のBトレインと第2のAトレインとの間のオーバラップ周波数であり、従って、p2=1である。
【0111】
実施:
図16は、典型的なBluetooth(商標)装置1030のブロック図であり、下位ソフトウェア層を示す。ホスト・コントロール・インタフェース(HCI)ファームウェア1040が、Bluetooth(商標)ホスト1010から、物理バス・ハードウェア及びファームウェア1020を介して、Bluetooth(商標)ベースバンド機能をアクセスする手段を提供する。本発明のアルゴリズムは、リンク・マネージャ・ファームウェア1050内で実現される。ホスト・コントローラ・インタフェース・ファームウェア1040は、本発明の実現のために変更を必要としない。
【0112】
以上、本発明の幾つかの構成及び実施例について述べてきたが、当業者であれば、本発明の趣旨及び範囲から逸れることなく、様々な変更及び変形が可能であることが理解できよう。
【0113】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【0114】
(1)周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークにおいて、装置発見遅延を低減する方法であって、
装置により実行される活動を周期的に中断し、他の装置からの照会メッセージを所定時間走査するステップと、
別の装置からの前記照会メッセージの受信に際して、前記活動をランダム時間枠継続するように復帰し、前記ランダム時間枠の満了時に、前記照会メッセージを、特定の周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークに適用可能な正規プロシージャに従い処理するステップと、
前記所定時間の満了時に、前記活動を継続するように復帰するステップと
を含む、方法。
(2)走査のための前記所定時間が、前記装置による他の装置からの所定数の照会メッセージの受信により低減される、前記(1)記載の方法。
(3)中断される前記活動が装置発見の1つである、前記(1)記載の方法。
(4)前記周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークが、Bluetooth(商標)デファクト・スタンダードに従い実現される、前記(1)記載の方法。
(5)中断される前記活動が装置発見の1つである、前記(4)記載の方法。
(6)前記活動の前記周期的な中断が、毎2.56秒に少なくとも1度発生する、前記(4)記載の方法。
(7)別の装置から受信される前記照会メッセージを処理する前に、中断された前記活動を継続する前記ランダム時間枠が、1.28秒以下に制限される、前記(6)記載の方法。
(8)周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークにおいて使用される装置であって、
前記装置により実行される活動を周期的に中断し、他の装置からの照会メッセージを所定時間走査する手段と、
別の装置からの前記照会メッセージの受信に際して、前記活動をランダム時間枠継続するように復帰し、前記ランダム時間枠の満了時に、前記照会メッセージを特定の周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークに適用可能な正規プロシージャに従い処理する手段と、
前記所定時間の満了時に、前記活動を継続するように復帰する手段と
を含む、装置。
(9)走査のための前記所定時間が、前記装置による他の装置からの所定数の照会メッセージの受信により低減される、前記(8)記載の装置。
(10)中断される前記活動が装置発見の1つである、前記(8)記載の装置。
(11)前記周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークが、Bluetooth(商標)デファクト・スタンダードに従い実現される、前記(8)記載の装置。
(12)中断される前記活動が装置発見の1つである、前記(11)記載の装置。
(13)前記活動の前記周期的な中断が、毎2.56秒に少なくとも1度発生する、前記(11)記載の装置。
(14)別の装置から受信される前記照会メッセージを処理する前に、中断された前記活動を継続する前記ランダム時間枠が、1.28秒以下に制限される、前記(13)記載の装置。
(15)周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークの装置のためのコンピュータ・プログラムを記録する、コンピュータ可読媒体を組み込むコンピュータ・プログラム製品であって、
前記装置により実行される走査活動を周期的に中断し、他の装置からの照会メッセージを所定時間走査するコンピュータ・プログラム・コード手段と、
別の装置からの前記照会メッセージの受信に際して、前記活動をランダム時間枠継続するように復帰し、前記ランダム時間枠の満了時に、前記照会メッセージを、特定の周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークに適用可能な正規プロシージャに従い処理するコンピュータ・プログラム・コード手段と、
前記所定時間の満了時に、前記活動を継続するように復帰するコンピュータ・プログラム・コード手段と
を含む、コンピュータ・プログラム製品。
(16)走査のための前記所定時間が、前記装置による他の装置からの所定数の照会メッセージの受信により低減される、前記(15)記載のコンピュータ・プログラム製品。
(17)中断される前記活動が装置発見の1つである、前記(15)記載のコンピュータ・プログラム製品。
(18)前記周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークが、Bluetooth(商標)デファクト・スタンダードに従い実現される、前記(15)記載のコンピュータ・プログラム製品。
(19)中断される前記活動が装置発見の1つである、前記(18)記載のコンピュータ・プログラム製品。
(20)前記活動の前記周期的な中断が、毎2.56秒に少なくとも1度発生する、前記(18)記載のコンピュータ・プログラム製品。
(21)別の装置から受信される前記照会メッセージを処理する前に、中断された前記活動を継続する前記ランダム時間枠が、1.28秒以下に制限される、前記(20)記載のコンピュータ・プログラム製品。
【図面の簡単な説明】
【図1】 Bluetooth(商標)照会プロシージャに関連する時刻表を示す図である。
【図2】本発明によるアルゴリズムの効果を示す時刻表を示す図である。
【図3】本発明のアルゴリズムを使用するアドホック・システムの、仕様記述言語(SDL)にもとづくグラフィック表現を示す図であり、具体的には、システム・レベル・エージェント、'アドホック・システム'を示す図である。
【図4】本発明のアルゴリズムを使用するアドホック・システムの、仕様記述言語(SDL)にもとづくグラフィック表現を示す図であり、具体的には、システム・レベル・エージェント、アドホック・システムの信号及び信号リストの定義を示す図である。
【図5】本発明のアルゴリズムを使用するアドホック・システムの、仕様記述言語(SDL)にもとづくグラフィック表現を示す図であり、具体的には、Bluetooth(商標)装置をモデル化するBT装置、及びワイヤレス伝送媒体をモデル化する中間ブロックを含むシステム・ブロックを示す図である。
【図6】本発明のアルゴリズムを使用するアドホック・システムの、仕様記述言語(SDL)にもとづくグラフィック表現を示す図であり、具体的には、BT_devプロセスを含むBT装置ブロックの構造を示す図である。
【図7】本発明のアルゴリズムを使用するアドホック・システムの、仕様記述言語(SDL)にもとづくグラフィック表現を示す図であり、具体的には、本発明のアルゴリズムの実施例であるBT_devプロセスを示す図である。
【図8】本発明のアルゴリズムを使用するアドホック・システムの、仕様記述言語(SDL)にもとづくグラフィック表現を示す図であり、具体的には、本発明のアルゴリズムの実施例であるBT_devプロセスを示す図である。
【図9】本発明のアルゴリズムを使用するアドホック・システムの、仕様記述言語(SDL)にもとづくグラフィック表現を示す図であり、具体的には、本発明のアルゴリズムの実施例であるBT_devプロセスを示す図である。
【図10】テスト時間が50秒の場合の、本発明のアルゴリズムと、標準Bluetooth(商標)アルゴリズムとのテスト比較結果を示す図である。
【図11】テスト時間が30秒の場合の、本発明のアルゴリズムと、標準Bluetooth(商標)アルゴリズムとのテスト比較結果を示す図である。
【図12】テスト時間が10秒の場合の、本発明のアルゴリズムと、標準Bluetooth(商標)アルゴリズムとのテスト比較結果を示す図である。
【図13】テスト時間が50秒の場合のタイムアウト回数及び照会遅延の両者を、最大応答の関数として示した、本発明のアルゴリズムと、標準Bluetooth(商標)アルゴリズムとのテスト比較結果を示す図である。
【図14】走査の開始時刻が走査期間内でランダムに分散される場合、1.28秒よりも大きい走査期間では、5.12秒以内に装置の発見を保証するのに不十分であることを証明する、時間対周波数の関係を示す図である。
【図15】走査の開始時刻が走査期間内でランダムに分散される場合、1.28秒の走査期間が、任意の開始走査周波数において、5.12秒以内に装置の発見を保証するのに十分であることを証明する、時間対周波数の関係を示す図である。
【図16】本発明のアルゴリズムが実現されるBluetooth(商標)装置のブロック図である。
【符号の説明】
301 BT装置(BT_device)
302 中間ブロック
305 BT_devプロセス
1010 Bluetooth(商標)ホスト
1020 物理バス・ハードウェア及びファームウェア
1030 Bluetooth(商標)装置
1040 ホスト・コントロール・インタフェース(HCI)ファームウェア
1050 リンク・マネージャ・ファームウェア
Claims (21)
- 周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークにおいて、装置照会遅延を低減する方法であって、
装置により実行される活動を周期的に中断し、別の装置からの照会メッセージを所定時間走査するステップと、
前記別の装置からの前記照会メッセージの受信に際して、前記活動をランダム時間枠継続するように復帰し、前記ランダム時間枠の満了時に、前記照会メッセージを、特定の周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークに適用可能な正規プロシージャに従い処理するステップと、
前記所定時間の満了時に、中断していた前記装置により実行される前記活動を継続するように復帰するステップと
を含む、方法。 - 走査のための前記所定時間が、前記装置による前記別の装置からの所定数の照会メッセージの受信により低減される、請求項1記載の方法。
- 中断される前記活動が装置照会である、請求項1記載の方法。
- 前記周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークが、Bluetooth(商標)デファクト・スタンダードに従い実現される、請求項1記載の方法。
- 中断される前記活動が装置照会である、請求項4記載の方法。
- 前記活動の前記周期的な中断が、毎2.56秒に少なくとも1度発生する、請求項4記載の方法。
- 前記別の装置から受信される前記照会メッセージを処理する前に、中断された前記活動を継続する前記ランダム時間枠が、1.28秒以下に制限される、請求項6記載の方法。
- 周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークにおいて使用される装置であって、
前記装置により実行される活動を周期的に中断し、別の装置からの照会メッセージを所定時間走査する手段と、
前記別の装置からの前記照会メッセージの受信に際して、前記活動をランダム時間枠継続するように復帰し、前記ランダム時間枠の満了時に、前記照会メッセージを特定の周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークに適用可能な正規プロシージャに従い処理する手段と、
前記所定時間の満了時に、中断していた前記装置により実行される前記活動を継続するように復帰する手段と
を含む、装置。 - 走査のための前記所定時間が、前記装置による前記別の装置からの所定数の照会メッセージの受信により低減される、請求項8記載の装置。
- 中断される前記活動が装置照会である、請求項8記載の装置。
- 前記周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークが、Bluetooth(商標)デファクト・スタンダードに従い実現される、請求項8記載の装置。
- 中断される前記活動が装置照会である、請求項11記載の装置。
- 前記活動の前記周期的な中断が、毎2.56秒に少なくとも1度発生する、請求項11記載の装置。
- 別の装置から受信される前記照会メッセージを処理する前に、中断された前記活動を継続する前記ランダム時間枠が、1.28秒以下に制限される、請求項13記載の装置。
- 周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークの装置のためのコンピュータ・プログラムを記録する、コンピュータ可読媒体を組み込むコンピュータ・プログラムであって、
前記装置により実行される走査活動を周期的に中断し、別の装置からの照会メッセージを所定時間走査するコンピュータ・プログラム・コード手段と、
前記別の装置からの前記照会メッセージの受信に際して、前記活動をランダム時間枠継続するように復帰し、前記ランダム時間枠の満了時に、前記照会メッセージを、特定の周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークに適用可能な正規プロシージャに従い処理するコンピュータ・プログラム・コード手段と、
前記所定時間の満了時に、中断していた前記装置により実行される前記活動を継続するように復帰するコンピュータ・プログラム・コード手段と
を含む、コンピュータ・プログラム。 - 走査のための前記所定時間が、前記装置による前記別の装置からの所定数の照会メッセージの受信により低減される、請求項15記載のコンピュータ・プログラム。
- 中断される前記活動が装置照会である、請求項15記載のコンピュータ・プログラム。
- 前記周波数ホッピング・ベースのアドホック・ネットワークが、Bluetooth(商標)デファクト・スタンダードに従い実現される、請求項15記載のコンピュータ・プログラム。
- 中断される前記活動が装置照会である、請求項18記載のコンピュータ・プログラム。
- 前記活動の前記周期的な中断が、毎2.56秒に少なくとも1度発生する、請求項18記載のコンピュータ・プログラム。
- 前記別の装置から受信される前記照会メッセージを処理する前に、中断された前記活動を継続する前記ランダム時間枠が、1.28秒以下に制限される、請求項20記載のコンピュータ・プログラム。
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