JP3828156B2

JP3828156B2 - ネットワーク化されたコンピュータ間の信号送信

Info

Publication number: JP3828156B2
Application number: JP52829897A
Authority: JP
Inventors: ウォータース，ジョン・デリク
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1996-02-12
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2017-02-07
Also published as: EP0820671A1; US6003092A; JPH11505691A; WO1997029571A1

Description

技術分野
本発明はネットワーク化されたコンピュータ間での信号の送信に関する。
背景技術
従来の形態のコンピュータネットワークは、基地コンピュータ、１つあるいはそれ以上の（しばしば多数の）ユーザコンピュータ、および基地コンピュータとユーザコンピュータとの間の双方向通信リンクからなる。かかる従来のネットワークでは、通信リンクは通常同軸ケーブルあるいは非遮蔽ツイストペア線等の配線によって提供される。
本発明は当初教室におけるコンピュータのネットワーク化との関連で考案されたが、他にもその用途は多い。かかる用途においては、２０人あるいは３０人といった学生がそれぞれ基地コンピュータ（例えばファイルサーバ）に接続されたユーザコンピュータを有する。したがって、相当な量のケーブルが必要となり、その費用も大きなものとなる。また、堅牢性を得るためには、配線の大部分はダクトやケーブルクリップを用いて固定的に設置しなければならず、これは教室でのユーザコンピュータの配置には望まれるような自由度がないことを意味する。この問題を解決するために、本発明はコンピュータのネットワーク化に対して無線による方法を採用するが、それ自体に別の問題がある。
発明の開示
本発明の一側面によれば、基地コンピュータ、少なくとも１つのユーザコンピュータ、および基地コンピュータとそれぞれのユーザコンピュータとの間の双方向通信リンクからなり、基地コンピュータからそれぞれのユーザコンピュータへのリンクには無線信号が用いられ、それぞれのユーザコンピュータから基地コンピュータへのリンクには高周波信号が用いられ、それぞれのユーザコンピュータは複数の高周波チャンネルのうちの任意のチャンネル上で送信を行なうように動作可能であり、基地コンピュータは前記無線信号を介してユーザコンピュータに使用すべきチャンネルに関する命令を送信するように動作可能であり、それぞれのユーザコンピュータは受信した命令にしたがって送信チャンネルの１つを選択するように動作可能であるコンピュータネットワークが提供される。
したがって、基地コンピュータはユーザコンピュータの送信チャンネルを、高周波送信に関する法規に適合するように、また例えば現在干渉の生じているチャンネルを避けるように疑似ランダムな態様で制御することができる。あるいは、基地コンピュータは可変データ転送速度で送信を行なうように動作可能である。それぞれのユーザコンピュータは受信した無線信号のデータ転送速度に応じた送信チャンネルの１つを選択することができる。これは、基地コンピュータによって送信される命令によって送信チャンネル上のデータ容量が消費され、またユーザコンピュータの処理能力が消費される第１の実施形態に比べて有益である。
無線信号は好適には赤外線信号である。かかる構成の利点は同等な高周波のみあるいは赤外線のみのシステムに比べて、効率の高いプロトコルの使用が可能であり、通信のスループットが増大する（例えば２倍になる）ことである。これは無線周波数および赤外線周波数は２つの通信方向の間で共用されないためである。通信が両方向に同時に可能であることが好適である。
ユーザコンピュータ内の赤外線受信器は、高周波受信器には通常何十もの部品が必要であるのに比べてごくわずかな部品で構成することができ、したがって赤外線受信器は安価であり、これは１つの基地コンピュータと多数のユーザコンピュータがある上記の場合には有益である。また、赤外線受信器は通常高周波受信器より消費電力がかなり小さいため、上記の場合にはユーザコンピュータが好適には電力消費が小さく例えばバッテリで給電可能であるという他の利点がある。さらに、データ転送速度が高い場合には多重通路干渉が問題となり、赤外線は例えば高周波より多重通路干渉の発生する可能性が低く、したがってユーザコンピュータにおける受信信号からのデータの抽出がより簡単であり、必要なハードウェアも安価である。ユーザコンピュータから基地コンピュータへの送信に高周波を用いることの利点は適当なタイプの高周波送信器の電力消費は赤外線送信器より少ないことである。本発明のかかる側面にしたがった構成を用いると、赤外線を使用するために基地コンピュータにおける電力消費が高周波送信より大きくなることが理解されよう。しかし、ほとんどの場合、基地コンピュータは主幹線から給電することができる。また、高データ転送速度においては、基地コンピュータは多重通路干渉を処理する能力を要求される場合がある。しかし、これは多数のユーザコンピュータがそれぞれこの問題に対処しなければならない場合に比べれば大きな問題ではない。
本発明の第２の側面によれば、プロセッサ、プロセッサへのデータの入力、プロセッサからのデータの出力および／またはプロセッサが使用するためのデータの記憶を可能とする手段、プロセッサからデータを送信して少なくとも１つのユーザコンピュータに供給する手段、およびユーザコンピュータからのデータを受信してプロセッサに供給する手段からなり、送信手段は無線信号でデータを送信するように動作可能であり、受信手段は高周波信号でデータを受信するように動作可能であり、受信手段は複数の高周波チャンネルのうちの任意のチャンネル上で受信を行なうように動作可能であり、送信手段は前記無線信号を介してユーザコンピュータに使用すべきチャンネルに関する命令を送信するように動作可能であり、受信手段は送信された命令にしたがってチャンネルの１つを選択するように動作可能であるコンピュータネットワークの一部として用いる基地コンピュータが提供される。
本発明の第３の側面によれば、プロセッサ、ユーザによるプロセッサへのデータの入力および／またはプロセッサによるユーザへのデータの出力を可能とする手段、基地コンピュータからのデータを受信してプロセッサに供給する手段、およびプロセッサからのデータを送信して基地コンピュータに供給する手段からなり、受信手段は無線信号でデータを受信するように動作可能であり、送信手段は高周波信号でデータを送信するように動作可能であり、送信手段は複数の高周波チャンネルのうちの任意のチャンネル上で送信を行なうように動作可能であり、プロセッサは受信したデータから使用すべきチャンネルに関する基地コンピュータからの命令を抽出するように動作可能であり、送信手段は受信された命令にしたがって送信チャンネルの１つを選択するように動作可能であるコンピュータネットワークの一部として用いるユーザコンピュータが提供される。
本発明の第４の側面によれば、本発明の第２の側面に係る基地コンピュータおよび少なくとも１つの本発明の第３の側面に係るユーザコンピュータからなるコンピュータネットワークが提供される。
本発明の第５の側面によれば、基地コンピュータと少なくとも１つのユーザコンピュータとをネットワーク化する方法であって、無線信号によって基地コンピュータからユーザコンピュータにデータを送信するステップ、高周波信号によってそれぞれのユーザコンピュータから基地コンピュータにデータを送信するステップ、および前記の無線信号を介して基地コンピュータからユーザコンピュータに送信された命令にしたがってそれぞれのユーザコンピュータによる送信のための高周波チャンネルを選択するステップからなる方法が提供される。
本発明の他の好適な特徴については請求の範囲に規定する。
【図面の簡単な説明】
本発明の詳細な実施態様を、添付した図面を参照に一実施例として述べる。
第１図は本発明の一実施形態を構成するコンピュータネットワークのブロック図である。
第２図はネットワーク内で転送されるデータのデータフォーマットの一例を示す図である。
発明を実施するための最良の態様
図１に示すように、ネットワークコンピュータは基地局１０および複数の遠隔装置４０からなり、簡略化のため遠隔装置のうちの３つ４０ａ、４０ｂ、４０ｃのみを示し、そのうちの１つ４０ａのみを詳細に示す。
基地局はＰＣを用いたものであり、リードオンリーメモリおよびランダムアクセスメモリを持つプロセッサ１２を有するマザーボード、ディスプレイアダプタを有するディスプレイ１４、キーボード１６、ディスクコントローラを有する１つあるいはそれ以上のハードディスクドライブおよび／またはフロッピーディスクドライブ１８、基地局を他のコンピュータおよびプリンタのネットワークにケーブルで接続することを可能とするネットワークカード２０、および主幹線電源ユニット２２からなる。したがって、従来はデータはキーボード１６、ディスクドライブ１８およびネットワークカード２０からプロセッサ１２に入力することができ、またデータはプロセッサ１２からディスプレイ１４、ディスクドライブ１８およびネットワークカード２０に出力することができる。
さらに、基地局１０は、赤外線発光ダイオード２６あるいはかかるダイオードのバンクを有する、プロセッサからのデータを拡散赤外線信号６０として送信することを可能とする赤外線送信器２４を有する。また、高周波信号６２ａ、６２ｂ、６２ｃの受信およびプロセッサへの供給を可能とする高周波受信器２８およびそれに付随するアンテナ３０が含まれる。送信器２４および受信器２８はいずれもクロック回路３２によってクロックされる。
遠隔装置４０ａはノートブックコンピュータあるいはパームトップコンピュータの形態であり、従来と同様に、リードオンリーメモリおよびランダムアクセスメモリを有するプロセッサ４２、キーボード４４、ディスプレイ４５、および充電可能なバッテリ４６からなる。
さらに、遠隔装置４０ａは、基地局１０によって送信された赤外線信号６０を受信しプロセッサ４２に供給することを可能とする赤外線感知フォトダイオード５０ａあるいはフォトトランジスタを持つ赤外線受信器４８を有する。また、プロセッサ４２からのデータを高周波信号６２ａとして送信することを可能とする高周波送信器５２およびそれに付随するアンテナ５４ａが含まれる。また、遠隔装置４０ａは受信器４８の受信したデータからクロック信号を復元し、それに応じて送信器５２によって送信されるデータをクロックすることのできるクロック復元回路５６を含む。
上述したネットワークの用途の１つに、教室において、教師が基地局を使用し、学生がそれぞれ遠隔装置４０の１つを持つというものがある。この場合、それぞれの遠隔装置のフォトダイオード５０を上向きあるいは上前方を向いたものとし、基地局１０の赤外線発光ダイオード２６を教室の天井あるいは教室の前の壁の上部に配置することができる。フォトダイオード５０はそれぞれ基地局１０の赤外線発光ダイオード２６に向けて調整できるよう旋回あるいは自在継手あるいは可撓性のステムによって遠隔装置４０に取り付けることができる。
再度図２を参照して、上述したネットワークの一例において、基地局１０からの赤外線データ７０（「ダウンリンクデータ」）はクロック３２の制御のもとに約１．３２Ｍｂ／ｓ（百万ビット／秒）のデータ転送速度で、５．６７２７ｍｓのフレーム周期Ｔ１を有するフレーム７２を単位として送信される。送信されるデータは基地局によってのみ制御されるため、情報は要求に応じて情報フィールド内で送信することができる。図２の２列目に示すように、各フレーム７２は同期サブフレーム７４、多数の汎用サブフレーム７６、およびそのフレームを充填するための多数のダミーバイト７８からなる。
図２の一番上の列の左側の拡大部分に示すように、同期サブフレーム７４の長さは６バイトであり、２バイトの同期ワード８０、２バイトのフレームカウントフィールド８２、および２バイトの周期冗長コード（ＣＲＣ）フィールド８４からなる。同期サブフレーム７４は、遠隔装置４０が基地局１０に同期し、クロック復元を行い、時間基準情報を得ることができるように設けられている。
図２の一番上の列の右側の拡大部分に示すように、それぞれの汎用サブフレーム７６は可変長であり、１バイトの開始フラグ８６、３バイトのアドレスフィールド８８、１バイトの制御フィールド９０、整数ｎのバイトを有するオプションの情報フィールド９２、２バイトのフレームチェックシーケンス９４、および１バイトの終了フラグ９６からなる。汎用サブフレーム７６にはページ肯定応答、制御およびメッセージの３つの異なるタイプがある。
ページ肯定応答サブフレームは遠隔装置４０から基地局１０に送信される（「アップリンク」）ランダムアクセスページの肯定応答を供給する。かかるサーブフレームはアップリンク上のページが基地局１０に受信されるとただちに送信され、要求／肯定応答サイクルの最良のターンアラウンドを提供するものである。次に説明するように、ダウンリンクフレーム周期Ｔ１はアップリンクフレーム周期より短く、１つのダウンリンクサブフレーム７２には２つ以上のページ肯定応答サブフレームがある場合がある。
制御サブフレームはアップリンクのパケットの割り当てと周波数情報を供給する。制御サブフレームは好適には、遠隔装置４０がそのパケットの到着時間あるいは次のフレーム７２が始まるまで遮断してエネルギを節約しうるように各フレーム７２の始めに送信される。各フレーム７２内で送信される制御サブフレームの数はリアルタイムで計算されるダウンリンクトラフィック条件に応じて可変である。
メッセージサブフレームはそのフレームの使用状態を最適化するように基地局１０によって計算される可変の長さを有する。各フレーム７２は通常多数のメッセージサブフレームを有する。
各ダウンフレームリンク７２に充填されるダミーバイト７８はそれぞれ終了フラグ９６と同じ値を有する。
各遠隔装置４０において、クロック復元回路５６が受信されたデータを処理してそこから１．３２Ｍｂ／ｓクロック信号を得て、その半分のレートすなわち６６０ｋｂ／ｓの同期されたクロック信号を生成し、これが高周波送信器５２に供給されて送信されるデータ１００（「アップリンクデータ」）がそのレートでクロックされ、ダウンリンクデータ７０と同期される。高周波送信器は２．４ＧＨｚＩＳＢ（工業、化学および医療用）マイクロ波帯域内で送信し、２ＦＳＫ（周波数偏移変調）を用いてアップリンクデータ１００の６６０ｋｂ／ｓのデータ転送速度で変調される。アップリンクは図２の３番目の列に示すように制御パケット１０２とメッセージパケット１０４を含む。
制御パケット１０２には基地局１０のスロットアロハランダムアクセスページングが用いられる。各制御パケット１０２は１０９．０９μｓの周期Ｔ２を有し、図２の４番目の列に示すように、１バイトの周期フィールド１０６、その遠隔装置のＩＤ用の３バイトのフィールド１０８、３バイトの制御メッセージフィールド１１０、および２バイトのＣＲＣおよび誤り制御フィールド１１２からなる９つのバイトを含む。
アップリンク１００はダウンリンク７０を同期しているため、アップリンクタイミングの不確実性はシステムの２方向の伝搬遅延（１０ｍの部屋では通常７０ｎｓすなわちビット周期の約４％）および基地局１０および遠隔装置４０におけるデジタル処理の伝搬遅延の不確実性に起因する。全体としての不確実性は１ビット周期に比べて小さい可能性が高いため、アップリンクデータからクロック信号を復元する必要はなく、２ＦＳＫ弁別器の直流レベルを設定するだけでよい可能性が高い。したがって、制御パケット１０２の周期フィールド１０６は１バイトの長さがあればよい。
制御パケット１０２において、３バイトの制御メッセージフィールド１１０を用いて肯定応答等の短いメッセージの送信を行なうことができる。
アップリンクメッセージパケット１０４のトラフィックはダウンリンクから動的に確保される。各メッセージパケット１０４は７３９．３９μｓの周期Ｔ４を有し、６１バイトを含む。図２の４番目の列に示すように、各メッセージパケット１０４は制御パケット１０２の同期フィールド１０６と同様の１バイトの同期フィールド１１４から始まる。これに４８バイトのメッセージデータが続き、このデータは８バイトのデータからなる６つのブロック１１６に分割され、これらのブロックのそれぞれに対応する２バイトのＣＲＣフィールド１１８が続く。
図２の３番目および４番目の列に示すように、各制御パケット１０２およびメッセージパケット１０４の間には、４８．４８５μｓの周期Ｔ３を有する保護帯域が設けられ、この周期はアップリンク上のデータの４バイトの送信周期に等しい。保護帯域は送信器５２の起動を可能とし、そのシンセサイザの周波数設定を可能にするために設けられている。したがって、これによって異なる遠隔装置４０によって異なる周波数で制御パケット１０２およびメッセージパケット１０４を順次送信することが可能である。
図２からわかるように、１つの制御パケット１０２および１つのメッセージパケット１０４の送信周期Ｔ５およびそれに付随する２つの保護帯域はＴ２＋Ｔ４＋２×Ｔ３＝９４５．４５μｓとなり、さらに１つのダウンリンクフレーム周期Ｔ１内にかかる周期Ｔ５が６つ発生する、すなわちＴ１＝６×Ｔ５であることが理解されよう。
上述した構成においては、ＩＳＭ帯域に関する法規に適合し、また干渉に対するある程度の抵抗性を得るために、アップリンク上の高周波送信の周波数は多数の所定のチャンネルの中から疑似ランダム的に変更される。遠隔装置４０はすべて基地局１０を連続的にまた同時に聴取することができ、したがって基地局は上述した制御サブフレーム７６内に命令を加えることによって使用されるチャンネルを制御することができる。好適には、基地局はまた各チャンネル上の相対的干渉を評価し、干渉の全くない、あるいはほとんどないチャンネルの使用を命じる。
上述の送信チャンネル割り当て法に対する代替案として、基地局１０内のプロセッサ１２がクロック発生器３２をダウンリンクのデータ転送速度が必要なアップリンクチャンネルに応じて変更されるように制御するようにすることもできる。この場合、各遠隔装置４０では、クロック復元回路５６は受信した信号からクロック信号を復元してそこからアップリンククロック信号を得るだけではなく、得られたクロック信号の周波数から必要なチャンネルを得て、高周波送信器５２内の周波数シンセサイザをアップリンク送信チャンネルが基地局１０によって命令された通りになるように設定する。この機能は遠隔装置４０のプロセッサ４２のプロセッサの能力を消費することなく、クロック復元回路５６のハードウェアによって提供することができる。また、この場合基地局によって送信されるデータのフレーム内のスペースをチャンネル命令に充てる必要はない。
上述した構成では、アップリンクの信頼性がダウンリンクより低い場合、基地局１０から信号を受信したとき遠隔装置４０は応答するが基地局１０がこれを聞き洩らす可能性がある。このように遠隔装置の応答が不成功に終わり、またそれがさらに何度も繰り返されると、良好に応答しうる他の遠隔装置４０に悪影響を与えるレベルの干渉が生じ、その結果ネットワークの全体的性能が低下する。したがって、高周波アップリンクは好適には赤外線ダウンリンクより長いレンジを持つように構成される。
教室における使用の場合、基地局１０から遠隔装置４０に送信される信号に悪影響を与えうる赤外線干渉が存在する可能性は低い。しかし、マイクロ波干渉の可能性はあり、特に近くでマイクロ波オーブンが使用される場合には注意を要する。ほとんどのマイクロ波オーブンは主幹線周波数において５０％のデューティサイクルを有する。上述した構成では、７３９．３９μｓのアップリンクメッセージパケット周期は５０％のデューティサイクルを有する６０Ｈｚで給電されるマイクロ波オーブンの無干渉周期（８．３３ｍｓ）よりかなり短い。したがって、かかる干渉は良好なデータの受信レートを低下させる可能性はあるが、受信を完全に妨げることはない。
上述した本発明の実施形態には多くの変更や改良が可能であることは明らかであろう。したがって、実施形態の詳細な説明は本発明の範囲を限定するものと解釈すべきものではない。

Claims

基地コンピュータと
少なくとも１つのユーザコンピュータと
前記基地コンピュータと前記ユーザコンピュータとの間の双方向通信リンクとを備え、
前記基地コンピュータから前記ユーザコンピュータへのリンクには赤外線信号が用いられ、前記ユーザコンピュータから前記基地コンピュータへのリンクには高周波信号が用いられ、
前記基地コンピュータは前記ユーザコンピュータが高周波信号を用いてデータを送信するのと同時に赤外線信号を用いてデータを送信するように動作可能であり、かつ
前記ユーザコンピュータは複数の高周波チャンネルのうちの任意の高周波チャンネル上で送信を行なうように動作可能であり、
前記基地コンピュータは前記赤外線信号により前記ユーザコンピュータが使用すべき前記高周波チャンネルに応じたデータ転送速度でデータを送信するように動作可能であり、
前記ユーザコンピュータは受信した前記赤外線信号の前記データ転送速度から前記高周波チャンネルを得るように動作可能であることを特徴とするコンピュータネットワーク。
ネットワークの一部として用いる基地コンピュータであって、
プロセッサと、
前記プロセッサへのデータの入力、前記プロセッサからのデータの出力および／または前記プロセッサが使用するためのデータの記憶を可能とする手段と、
前記プロセッサからデータを送信して少なくとも１つのユーザコンピュータに供給する送信手段と前記ユーザコンピュータからのデータを受信して前記プロセッサに供給する受信手段とを備え、
前記送信手段は赤外線信号でデータを送信するように動作可能であり、前記受信手段は高周波信号でデータを受信するように動作可能であり、
前記基地コンピュータは前記ユーザコンピュータが高周波信号を用いてデータを送信するのと同時に赤外線信号を用いてデータを送信するように動作可能であり、かつ
前記受信手段は複数の高周波チャンネルのうちの任意の高周波チャンネル上で受信を行なうように動作可能であり、
前記送信手段は前記赤外線信号を介して前記ユーザコンピュータが使用すべき前記高周波チャンネルに応じたデータ転送速度で該ユーザコンピュータにデータを送信するように動作可能であり、
前記受信手段は送信された前記データ転送速度にしたがって前記ユーザコンピュータが選択した高周波チャンネルを選択するように動作可能であることを特徴とする基地コンピュータ。
前記送信手段は送信データ転送速度でデータを送信するように動作可能であり、前記受信手段は前記送信データ転送速度に同期した受信データ転送速度で受信データをサンプリングするように動作可能であることを特徴とする請求の範囲第２項記載の基地コンピュータ。
ネットワークの一部として用いるユーザコンピュータであって、
プロセッサと
ユーザによる前記プロセッサへのデータ入力および／または前記プロセッサによる前記ユーザへのデータ出力を可能とする手段と
基地コンピュータからのデータを受信して前記プロセッサに供給する手段と
前記プロセッサからのデータを送信して前記基地コンピュータに供給する手段とを備え、
前記受信手段は赤外線信号でデータを受信するように動作可能であり、前記送信手段は高周波信号でデータを送信するように動作可能であり、
前記基地コンピュータは前記ユーザコンピュータが高周波信号を用いてデータを送信するのと同時に赤外線信号を用いてデータを送信するように動作可能であり、かつ
前記送信手段は複数の高周波チャンネルのうちの任意の高周波チャンネル上で送信を行なうように動作可能であり、
前記プロセッサは受信された前記データのデータ転送速度から使用すべき前記高周波チャンネルを得るように動作可能であり、
前記送信手段は前記使用すべき前記高周波チャンネルでデータを送信するように動作可能であることを特徴とする、ユーザコンピュータ。
受信された前記データからクロック信号を復元し、前記送信手段を復元された前記クロック信号にしたがってクロックすることを特徴とする請求の範囲第４項記載のユーザコンピュータ。
バッテリによって給電されることを特徴とする請求の範囲第４項記載のユーザコンピュータ。
携帯可能であることを特徴とする請求の範囲第４項記載のユーザコンピュータ。
基地コンピュータと少なくとも１つのユーザコンピュータとをネットワーク化する方法であって、
赤外線信号によって前記基地コンピュータから前記ユーザコンピュータにデータを送信するステップと、
高周波信号によって前記ユーザコンピュータから前記基地コンピュータにデータを送信するステップであって、前記基地コンピュータは前記ユーザコンピュータが高周波信号を用いてデータを送信するのと同時に赤外線信号を用いてデータを送信するように動作可能であるステップと、
前記赤外線信号により前記基地コンピュータから前記ユーザコンピュータに送信されるデータのデータ転送速度から前記ユーザコンピュータによる送信のための高周波チャンネルを得るステップとを備える
ことを特徴とするネットワーク化方法。
前記ユーザコンピュータは、前記基地コンピュータから受信した前記データからクロック信号を復元するステップと、前記ユーザコンピュータから前記基地コンピュータに送信される前記データを復元された前記クロック信号にしたがってクロックするステップとを実行するよう動作可能であることを特徴とする請求の範囲第８項記載のネットワーク化方法。