JP5335989B2

JP5335989B2 - 動的帯域幅管理のための方法及び装置

Info

Publication number: JP5335989B2
Application number: JP2012504679A
Authority: JP
Inventors: コルデイロ，カルロス; ビー．トライニン，ソロモン
Original assignee: インテルコーポレイション
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2030-03-09
Also published as: EP2417816A4; KR20120000575A; JP2012523200A; KR20130042048A; US8379664B2; US20100254404A1; BRPI1015293B1; EP2417816B1; CN101860969B; KR101344631B1; SG175111A1; BRPI1015293A2; EP2417816A2; CN101860969A; WO2010117532A3; WO2010117532A2

Description

パーソナル無線エリアネットワーク（WPAN：personal wireless area network）は、１人の人に近い計算デバイス（例えば、電話及びパーソナルデジタルアシスタント）の間での通信に使用されるネットワークである。デバイスは、該当する人に属してもよく、属さなくてもよい。WPANの到達範囲は数メートルになり得る。WPANは、パーソナルデバイス自体の間での個人間通信に使用されてもよく、高レベルのネットワーク及びインターネット等への上りリンクを介した接続のために使用されてもよい。

IEEE802.15.3 TG3c（Task Group 3c）は、2005年3月に形成された。TG3cは、既存の802.15.3無線パーソナルエリアネットワーク（WPAN）標準（例えば、IEEE802.15.3-2003）のための代替の物理レイヤ（PHY）に基づくミリメートル波（mmWave：millimeter-wave）を策定している。このmmWave WPANは、FCC 47 CFR 15.255により規定された57-64GHzの無免許の帯域を含む帯域で動作し得る。ミリメートル波WPANは、高速インターネットアクセス、ストリーミングコンテンツのダウンロード（例えば、ビデオオンデマンド、高解像度テレビ（HDTV：high-definition television）、ホームシアター等）、リアルタイムストリーミング及びケーブル置換のための無線データバスのように、毎秒2ギガビット（2Gbps）以上の非常に高いデータレートの用途を可能にし得る。

しかし、mmWave通信リンクは、酸素の吸収及び障害物を通じた高い減衰のため、低い周波数（例えば、2.4GHz及び5GHz帯域）のものに比べてかなりロバスト性が低い。更に、mmWave通信リンクは、通信範囲を増加させるために、指向性アンテナ及び／又はアンテナアレイを使用してもよい。指向性アンテナの使用は、リンクを移動性に対して非常に敏感にする。例えば、デバイスの方向又は近くの物体及び／又は人の移動におけるわずかな変化がリンクを妨害し得る。

mmWave周波数の用途は、可変ビットレート（VBR：variable bit rate）の種類のトラヒック（例えば、圧縮無線ディスプレイ、特定の外部入出力（I/O）及びインターネットの種類のトラヒック等）を享受することが想定される。帯域幅管理に使用される方法は、PNC（piconet coordinator）及びデバイスの更なる電力消費を生じさせるネットワーク・コーディネータ又はコントローラ（例えば、ピコネット・コーディネータ（PNC））を使用することを含む。

本発明の例示的な実施例による無線通信ネットワークの概略図本発明の例示的な実施例によるスーパーフレームの概略図本発明の例示的な実施例によるスーパーフレームの概略図本発明の或る実施例による帯域幅割り当て方法のフローチャート

本発明として考えられる対象は、明細書の最後の部分に特に示されており、明確に特許請求の範囲に記載されている。しかし、構成及び動作方法の双方としての本発明は、本発明の目的、特徴及び利点と共に、添付図面と共に読まれたときに以下の詳細な説明を参照することにより最も良く理解できる。

説明を簡潔且つ明瞭にするため、図面に示す要素は必ずしも縮尺通りに記載されているとは限らないことが分かる。例えば、明瞭にするため、或る要素の寸法は、他の要素に比較して誇張されることがある。更に、適切と考えられる場合には、対応する要素又は同一の要素を示すために、参照符号が図面の間で繰り返されることがある。

以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するために、複数の特定の詳細が示されている。しかし、本発明は、これらの特定の詳細なしに実施されてもよいことが当業者により分かる。他の場合にも、本発明をあいまいにしないように、周知の方法、手順、構成要素及び回路は詳細に記載されない。

以下の詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータメモリ内のバイナリデジタル信号又はデータビットでの動作のアルゴリズム及びシンボル表現について提示されている。これらのアルゴリズムの記載及び表現は、当業者の成果の内容を他の当業者に伝えるために、データ処理分野の当業者により使用される技術である。

特に言及しない限り、以下の説明から明らかであるように、明細書を通じて“処理”、“計算”、“算出”、“判定”等のような用語を利用した説明は、計算システムのレジスタ及び／又はメモリ内の物理量（電気量等）として表されたデータを、計算システムのメモリ、レジスタ若しくは他のこのような情報記憶装置又は送信デバイス内の物理量として同様に表された他のデータに操作及び／又は変換するコンピュータ若しくは計算システム又は同様の電子計算デバイスの動作及び／又は処理を示すことが分かる。ここで使用される単数の用語は、１つ又は１つより多くのものとして規定される。ここで使用される複数の用語は、２つ又は２つより多くのものとして規定される。ここで使用される「他」という用語は、少なくとも第２のもの又はそれより多くのものとして規定される。ここで使用される「含む」及び／又は「有する」という用語は、「有する」として規定されるが、これに限定されない。ここで使用される「結合」という用語は、例えば、機械的、電子的、デジタル的、直接的、ソフトウェアにより、ハードウェア等により、何らかの所望の形式で動作可能に接続されているものとして規定される。

本発明は、様々な用途で使用され得ることがわかる。ここに開示される回路及び技術は、無線システムの局のような多くの装置で使用されてもよい。しかし、本発明はこの点に限定されない。本発明の範囲内に含まれることを意図する局は、一例として、無線ローカルエリアネットワーク（WLAN：wireless local area network）局、無線パーソナルエリアネットワーク（WPAN：wireless personal area network）局等を含む。

本発明の範囲内であることを意図するWPAN局の種類は、移動局、アクセスポイント、スペクトル拡散信号（例えば、FHSS（Frequency Hopping Spread Spectrum）、DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）、CCK（Complementary Code Keying）、OFDM（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）等）を送受信する局を含むが、これらに限定されない。

まず図１を参照すると、本発明の例示的な実施例による無線通信ネットワーク100の概略図が示されている。本発明の例示的な実施例によれば、無線通信ネットワーク100は、WPANでもよい。WPAN100は、例えば、IEEE802.15.3タスクグループ3c（TG3c）により策定されている標準に従って動作してもよい。TG3cは、既存の802.15.3無線パーソナルエリアネットワーク（WPAN）標準802.15.3-2003について、ミリメートル波（mmWave）に基づく代替の物理レイヤ（PHY）を策定している。

本発明のこの例示的な実施例によれば、WPAN100は、ピコネット・コーディネータ又はコントローラ（PNC：piconet coordinator）110と、局120、130及び140とを含んでもよい。局120、130及び140は、それぞれDEV1（デバイス1）、DEV2及びDEV3として図示されている。PNC110は、ノートブックコンピュータ、ラップトップコンピュータ等を含んでもよい。局120、130及び140は、カメラ、マウス、イヤホン、スピーカ、ディスプレイ、移動パーソナルデバイス等を含んでもよい。

本発明のこの例示的な実施例によれば、DEV1 130は、コンピュータ可読記憶媒体131を含む通信プロセッサ132と、トランシーバ134と、ビームフォーマ136と、ビームフォーマ136に動作可能に結合された複数のアンテナ138とを含んでもよい。

例えば、本発明の１つの実施例によれば、ピコネット（例えば、WPAN100）は、PNC110と、PNC110の送信範囲内の複数のスレーブデバイス（例えば、DEV120、130及び140）とを含んでもよい。しかし、本発明の範囲はこの点に限定されない。DEV130及び140のいずれかは、DEV1 120と同様のアーキテクチャを含んでもよく、必要に応じてPNCとして動作してもよい。

本発明の少なくとも１つの実施例によれば、PNC110は、例えば、ビーコンパケットをブロードキャストすることにより、基本タイミングを提供してもよい。ビーコンは、ピコネットのタイミング割り当て及び管理情報を設定するために使用されてもよい。ビーコンは、通信のための局120、130及び／又は140のチャネル時間割り当て（CTA：channel time allocation）を含んでもよい。局120、130及び140は、必要に応じて、受信したビーコンの情報に従って、PNC110と自分を同期させてもよく、及び／又は相互に同期させてもよい。

更に、本発明の実施例によれば、PNC110及び／又は局120、130及び140のそれぞれは、CTA切り捨て（CTA truncation）及びCTA拡張（CTA extension）メッセージを使用することにより、競合アクセス期間（CAP：contention access period）を切り捨て及び／又は拡張してもよい。例えば、現在のCTAに利用可能なチャネル時間が依然として存在する場合には、CTA切り捨てにより、DEVは、全ての送信が終了した後にピコネットの全ての他のデバイスにより使用されるように、CTAのいずれかの未使用部分を解放することが可能になり得る。CTA切り捨てメッセージは、必要に応じて、切り捨てられるCTAの間に送信されてもよい。現在のCTAに続いて利用可能な未割り当てのチャネル時間が存在する場合には、CTA拡張メッセージにより、DEVは、現在のCTAに続いて更なるチャネル時間を要求することが可能になり得る。CTA拡張メッセージは、拡張されるCTAの間に送信されてもよい。しかし、本発明の範囲はこの点に限定されないことが分かる。

本発明の例示的な実施例によれば、局130は、無線チャネル（例えば、無線チャネル150）で信号を送受信するためのタイムスロットを割り当てる通信プロセッサ132を含んでもよい。例えば、通信プロセッサ132は、コンピュータ可読記憶媒体131を含んでもよく、及び／又はコンピュータ可読記憶媒体131に動作可能に結合されてもよい。コンピュータ可読記憶媒体131は、CAP及び／又はCTAを切り捨て、拡張及び解放するために通信プロセッサ132により実行される命令を含んでもよい。例えば、コンピュータ可読記憶媒体131は、不揮発性メモリ（例えば、読み取り専用メモリ（ROM）等）、揮発性メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（RAM）、フラッシュ等）等を含んでもよい。

通信プロセッサ132は、割り当てられたタイムスロットを切り捨ててもよく、及び／又は通信のためにチャネル時間を解放してもよい。更に、通信プロセッサ132は、割り当てられたタイムスロットの解放されたチャネル時間を利用することにより、CAPを動的に割り当ててもよい。本発明の１つの例示的な実施例によれば、通信プロセッサ132は、mmWave周波数帯域（例えば、60GHz）で動作するように設計されてもよい。しかし、本発明の範囲はこの点に限定されない。通信プロセッサ132はまた、必要に応じてCTAを拡張してもよい。

局130の１つの例示的な実施例は、トランシーバ134を含んでもよい。この例によれば、トランシーバ134は、ビームフォーマ136に動作可能に結合されてもよい１つ以上の受信機（RX）及び１つ以上の送信機（TX）を含んでもよい。トランシーバ134は、通信プロセッサ132に動作可能に結合されてもよく、チャネル時間が割り当てられたタイムスロットを切り捨てるコマンド及びメッセージを送信及び／又は受信してもよい。トランシーバ134は、例えば、ミリメートル波周波数帯域でピア・ツー・ピア通信方式を使用することにより、CAPを割り当てるコマンド及び／又はメッセージを送信及び／又は受信してもよい。例えば、ピア・ツー・ピア通信方式は、ランダムアクセス通信方式、CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance）通信方式等を含んでもよい。

局120、130、140及びPNC110は、２つ以上のアンテナ138に動作可能に結合されたビームフォーマ136を含んでもよい。ビームフォーマ136は、受信デバイス（例えば、局120）に直接的に向けるビームを形成してもよい。例えば、ビームフォーマ136は、トランシーバ134及びアンテナ138と共に、必要に応じて、局及び／又はPNCの１つに向けられたアンテナビームを生成し得るMIMO（multiple-input-multiple-output）送受信システムを形成してもよい。

２つ以上のアンテナ138は、必要に応じて、割り当てられた競合アクセス期間（CAP）を受信する少なくとも１つの無指向性アンテナと、複数の指向性アンテナとを含んでもよい。例えば、アンテナは、ダイポールアンテナ及び／又は他の所望の種類のアンテナを含んでもよい。しかし、本発明の範囲はこの点に限定されない。

本発明の実施例によれば、PNC110及び局120、130及び140は、同様のハードウェア及びソフトウェアのアーキテクチャを使用してもよいことが分かる。通信プロセッサ132、トランシーバ134及びビームフォーマ136は、ハードウェアにより実現されてもよく、ソフトウェアにより実現されてもよく、及び／又はハードウェアとソフトウェアとのいずれかの組み合わせにより実現されてもよい。

図２及び３を参照すると、本発明の例示的な実施例によるスーパーフレームのタイムスロットの例が示されている。図２及び３のスーパーフレームは、３つの主な部分、すなわち、ビーコン（例えば、図２のビーコン200及び図３のビーコン300）と、競合アクセス期間（CAP）（例えば、図２のCAP230及び図３のCAP320）と、CTA（例えば、図２のCTA210及び図３のCTA310）とを含んでもよい。

本発明の実施例によれば、CAPは、非同期データ又は通信コマンドに使用されてもよい。例えば、CAPの間の媒体アクセス機構は、CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）でもよい。CTAは、コマンド、等時性ストリーム、非同期データ等に使用されてもよい。無衝突送信（Collision-free transmission）がCTAで保証されてもよい。しかし、本発明の範囲はこの点に限定されない。

まず図２を参照すると、この例では、局120及び130は、各局の送信機会（TxOP）240の間にピア・ツー・ピア通信を確立してもよい。局120及び130は、通信のために全体のTxOP240を利用しなくてもよいため、TxOP240は、切り捨てられてもよい。例えば、CTA210は、局が通信のために使用した時間であり、点線で示されている切り捨てられた時間220は、局が必要に応じて他の局の使用のために解放し得る時間である。

本発明の例示的な実施例によれば、切り捨てられた時間220は、PNC110の介入なしに、通信のために局120及び局130から局140に解放されてもよい。この例によれば、局120及び局130は、PNC110の解放なしに切り捨てられた時間220を局140に直接解放してもよく、局140が必要に応じて自分の通信のために残りのCTA時間（例えば、切り捨てられた時間220）を再利用することを許可してもよい。このことは、PNC110の電力を節約し、PNC110での大きいレベルの空間再利用を可能にし得る。しかし、本発明の範囲はこの点に限定されない。

図３を参照すると、CAP320の動的な割り当てが示されている。局120及び130がCTA210を切り捨てると、CAP（例えば、CAP320）は、CAP開始コマンドを無線ネットワークの全てのDEV（例えば、局120、130及び140）にブロードキャストすることにより動的に割り当てられてもよい。CAP320が動的に割り当てられると、局120、130及び140は、所定のランダムアクセス方式（例えば、CSMA/CA）を通じて無線媒体にアクセスしてもよい。このことは、いずれかのスケジューリングの必要性を除去し、チャネル効率を改善し、PNC110及び局120、130及び140のピコネットシステムをスケーラブルにし得る。

本発明の他の実施例では、CAP320を動的に割り当てることに加えて、PNC110は、CAPを動的に切り捨て／拡張してもよい。例えば、CSMA/CAアクセス方式のアクセス規則に従うことにより、PNC110は、無線媒体にアクセスし、それぞれCAP320の長さを切り捨て又は拡張するためにCAP切り捨て又はCAP拡張メッセージを送信してもよい。しかし、本発明の範囲はこの点に限定されない。

図４を参照すると、本発明の或る実施例による帯域幅割り当て方法のフローチャートが示されている。本発明の例示的な実施例によれば、局120及び130は、PNC110の介入により送信からのチャネル時間を他のデバイスに直接割り当てるために、ミリメートル波無線チャネルでピア・ツー・ピア通信を使用してもよい（テキストブロック410）。局120及び130は、割り当てられたタイムスロット（例えば、TxOP）で信号を送信してもよい（テキストブロック420）。局120及び130が全てのTxOPを使用しない場合（菱形430）、PNCの介入なしに他のネットワークデバイスの使用のためにCTAの切り捨て及び切り捨てられたCTAの解放が実行されてもよい（テキストブロック440）。そうでない場合、この方法は終了してもよい（テキストブロック460）。

この例によれば、局120及び130は、割り当てられたタイムスロットを切り捨てるコマンドを送受信してもよい。更に、局120及び130は、ミリメートル波周波数帯域でピア・ツー・ピア通信方式を使用することにより、競合アクセス期間を割り当てるコマンドを送受信してもよく、必要に応じて、解放された切り捨てられたチャネルを利用することにより、競合アクセス期間を動的に割り当ててもよい（テキストブロック450）。

本発明の実施例は、コンピュータ若しくはプロセッサ可読媒体のような物品、又はコンピュータ若しくはプロセッサ記憶媒体（例えば、メモリ、ディスクドライブ、又はUSBフラッシュメモリ等）、プロセッサ若しくはコントローラにより実行されたときにここに開示の方法を実行する命令（例えば、コンピュータ実行可能命令）の符号化、包含又は格納を含んでもよい。

本発明の特定の特徴についてここに図示及び記載したが、多くの変更、置換、変形及び等価が当業者に思い浮かぶ。従って、特許請求の範囲は、本発明の真の要旨内に入る全てのこのような変更及び変形をカバーすることを意図することが分かる。

Claims

第１の局と第２の局との間のミリメートル波無線チャネルでのピア・ツー・ピア通信のためにタイムスロットを割り当てるステップと、
チャネル時間割り当て切り捨てメッセージを使用して前記割り当てられたタイムスロットを切り捨て、少なくとも第３の局による通信の使用のために前記割り当てられたタイムスロットの切り捨てられた時間を解放するステップであり、前記切り捨てられた時間の解放は、ピコネットネットワーク・コントローラの介入なしに行われるステップと、
前記解放後の切り捨てられた時間を利用して、競合アクセス期間（CAP）を動的に割り当てるステップと
を有する方法。
ミリメートル波周波数帯域でのピア・ツー・ピア通信方式を使用することにより、前記割り当てられた時間を切り捨て、前記競合アクセス期間を割り当てるコマンドを送受信するステップを有する、請求項１に記載の方法。
前記ピア・ツー・ピア通信方式を使用することは、ランダムアクセス通信方式を使用することを有する、請求項２に記載の方法。
第１の局から無線チャネルで信号を送受信するためにタイムスロットを割り当て、チャネル時間割り当て切り捨てメッセージを使用して前記割り当てられたタイムスロットを切り捨て、少なくとも第２の局による通信の使用のために前記割り当てられたタイムスロットの切り捨てられた時間を解放し、ただし、前記切り捨てられた時間の解放は、ピコネットネットワーク・コントローラの介入なしに行われ、前記解放後の切り捨てられた時間を利用することにより、競合アクセス期間（CAP）を動的に割り当てる通信プロセッサを有する無線通信デバイス。
前記通信プロセッサに動作可能に結合され、ミリメートル波周波数帯域でのピア・ツー・ピア通信方式を使用することにより、前記割り当てられたタイムスロットを切り捨て、前記競合アクセス期間（CAP）を割り当てるコマンドを送受信するトランシーバを有する、請求項４に記載の無線通信デバイス。
前記ピア・ツー・ピア通信方式は、ランダムアクセス通信方式を有する、請求項５に記載の無線通信デバイス。
前記ピア・ツー・ピア通信方式は、キャリア検知多重アクセス衝突回避（CSMA/CA）通信方式を有する、請求項５に記載の無線通信デバイス。
２つ以上のアンテナに動作可能に結合され、受信デバイスに直接的にビームを形成するビームフォーマを有する、請求項４ないし７のうちいずれか１項に記載の無線通信デバイス。
前記２つ以上のアンテナのうち１つは、前記割り当てられた競合アクセス期間を受信する無指向性アンテナである、請求項８に記載の無線通信デバイス。
少なくとも１つの局を有する無線通信システムであって、
局は、第１の局から無線チャネルで信号を送受信するためにタイムスロットを割り当て、チャネル時間割り当て切り捨てメッセージを使用して前記割り当てられたタイムスロットを切り捨て、少なくとも第２の局による通信の使用のために前記割り当てられたタイムスロットの切り捨てられた時間を解放し、ただし、前記切り捨てられた時間の解放は、ピコネットネットワーク・コントローラの介入なしに行われ、前記解放後の切り捨てられた時間を利用することにより、競合アクセス期間（CAP）を動的に割り当てる通信プロセッサを有する無線通信システム。
局は、前記通信プロセッサに動作可能に結合され、ミリメートル波周波数帯域でのピア・ツー・ピア通信方式を使用することにより、前記割り当てられたタイムスロットを切り捨て、前記競合アクセス期間（CAP）を割り当てるコマンドを送受信するトランシーバを有する、請求項１０に記載の無線通信システム。
前記ピア・ツー・ピア通信方式は、ランダムアクセス通信方式を有する、請求項１１に記載の無線通信システム。
前記ピア・ツー・ピア通信方式は、キャリア検知多重アクセス衝突回避（CSMA/CA）通信方式を有する、請求項１１に記載の無線通信システム。
前記局は、２つ以上のアンテナに動作可能に結合され、受信デバイスに直接的にビームを形成するビームフォーマを有する、請求項１０ないし１３のうちいずれか１項に記載の無線通信システム。
前記２つ以上のアンテナのうち１つは、前記割り当てられた競合アクセス期間を受信する無指向性アンテナである、請求項１４に記載の無線通信システム。
第１の局から無線チャネルで信号を送受信するためにタイムスロットを割り当て、チャネル時間割り当て切り捨てメッセージを使用して前記割り当てられたタイムスロットを切り捨て、少なくとも第２の局による通信の使用のために前記割り当てられたタイムスロットの切り捨てられた時間を解放し、ただし、前記切り捨てられた時間の解放は、ピコネットネットワーク・コントローラの介入なしに行われ、前記解放後の切り捨てられた時間を利用することにより、競合アクセス期間（CAP）を動的に割り当てる通信プロセッサと、
２つ以上のダイポールアンテナに動作可能に結合され、受信デバイスに直接的にビームを形成するビームフォーマと
を有する無線通信デバイス。
前記２つ以上のアンテナのうち１つは、前記割り当てられた競合アクセス期間を受信する無指向性アンテナである、請求項１６に記載の無線通信デバイス。
前記通信プロセッサに動作可能に結合され、ミリメートル波周波数帯域でのピア・ツー・ピア通信方式を使用することにより、前記割り当てられたタイムスロットを切り捨て、前記競合アクセス期間（CAP）を割り当てるコマンドを送受信するトランシーバを有する、請求項１６又は１７に記載の無線通信デバイス。
前記ピア・ツー・ピア通信方式は、ランダムアクセス通信方式を有する、請求項１８に記載の無線通信デバイス。
前記ピア・ツー・ピア通信方式は、キャリア検知多重アクセス衝突回避（CSMA/CA）通信方式を有する、請求項１８に記載の無線通信デバイス。
命令が実行されたときに、
第１の局と第２の局との間のミリメートル波無線チャネルでのピア・ツー・ピア通信のためにタイムスロットを割り当て、
チャネル時間割り当て切り捨てメッセージを使用して前記割り当てられたタイムスロットを切り捨て、少なくとも第３の局による通信の使用のために前記割り当てられたタイムスロットの切り捨てられた時間を解放し、ただし、前記切り捨てられた時間の解放は、ピコネットネットワーク・コントローラの介入なしに行われ、
前記切り捨てられた時間の前記解放された時間を利用して、競合アクセス期間（CAP）を動的に割り当てることを生じる命令を格納したコンピュータ可読記憶媒体を有するプロセッサ。
前記命令が実行されたときに、
ミリメートル波周波数帯域でのピア・ツー・ピア通信方式を使用することにより、前記割り当てられた時間を切り捨て、前記競合アクセス期間を割り当てるコマンドを送受信することを生じる、請求項２１に記載のプロセッサ。
前記命令が実行されたときに、
ピア・ツー・ピア通信方式を実行するときに、ランダムアクセス通信方式を使用することを生じる、請求項２２に記載のプロセッサ。