以下の情報は、出願公開日時点（2009年11月26日）のものです。
0001
本出願は、２００６年６月２３日に出願された、同時係属中の米国特許仮出願第６０／８１６，０３８号（件名「Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ Ｍｏｂｉｌｅ Ａｄ−Ｈｏｃ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ （ＭＡＮＥＴ） Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ Ｉｎ Ｃｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｗｉｔｈ Ｐｏｉｎｔ Ｔｏ Ｍｕｌｔｉ−Ｐｏｉｎｔ （ＰＭＰ） Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ」）の、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）に基づく優先権を主張するものである。
0002
本発明は、無線通信システムに関し、特に、ポイントツーマルチポイント（ＰＭＰ）ネットワークならびにメッシュネットワークもしくはモバイルアドホックネットワーク（ＭＡＮＥＴ）に関する。
0003
様々な広帯域無線システムにおいて、ポイントツーマルチポイント（ＰＭＰ）プロトコル通信設備が使用されている。それらのシステムは、典型的には、標準ベースまたは産業通商団体認定（たとえば、ＷｉＭＡＸ Ｆｏｒｕｍ認定、ＩＥＥＥ ８０２．１６−２００４、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｄ、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ−２００５、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ、ＨＩＰＥＲＭＡＮなど）である。
0004
メッシュプロトコルまたはモバイルアドホックネットワーク（ＭＡＮＥＴ）プロトコルの下で動作する通信設備は、軍事用途で使用されることが多い。ＩＥＥＥ ８０２．１６ｄ標準に属するメッシュネットワークの一例が、メッシュモードに加えて、ＰＭＰモードも規定している。しかしながら、この標準は、ネットワークにおいてメッシュモード動作またはＰＭＰモード動作のいずれか一方だけを選択することをユーザに対して許可している。
0005
無線通信ネットワークの運用のための新規無線周波数（ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の割り当てを獲得することは、困難である場合が多い。このため、かつ、他の理由により、無線ネットワークの任意の１つもしくは複数のチャネルに複数のネットワークトポロジもしくはプロトコル（たとえば、ＰＭＰ、ならびにメッシュもしくはＭＡＮＥＴ）が、各プロトコルの下で様々な通信の間の干渉を引き起こすことなく、共存することを可能にすることが望ましいであろう。たとえば、既存の無線ＰＭＰ基地局（ＢＳ：Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）のカバレージの外側にある所与のノードが新規加入者局としてネットワークに加入することを可能にするために、中継局（ＲＳ：Ｒｅｌａｙ Ｓｔａｔｉｏｎ）が、その既存のカバレージを拡大することを必要とする場合がある。そのような場合、ＢＳおよびＲＳは、メッシュプロトコルを用いて相互にリンクして、ネットワークチャネルの使用を調整し、それによって、ＲＳが新規加入者局に対してＰＭＰ基地局として動作することを可能にすることができる。
0006
別の例として、それぞれがＰＭＰシステムを用いている２つの軍用車列があった場合、それらは、移動しながら、それぞれの車列の中の車両間の無線接続性を維持することが必要であろう。２つの車列の基地局が互いのそばを通過する際には、それらの車列の個々のＰＭＰネットワークを維持しながら、互いの動きを調整するために、それら２つの基地局がＭＡＮＥＴを実装することが望ましいであろう。
0007
さらに別の例として軍事演習があり、軍事演習では、現場において何千ものＲＦ収集端末から成績データを収集することが必要になる。各兵士は、演習中に収集されたデータを中継する無線端末を持つことができる。そのような端末は、ＰＭＰネットワーク内で最も効率よく動作するが、それらの端末のいくつかは、ＰＭＰカバレージの外にある場合があり、その場合には、接続性を維持するために、（ＢＳ以外の）他の無線端末を介してデータを転送することが必要である。この場合も、同じチャネルにおいてＰＭＰネットワークと同時に動作するＭＡＮＥＴネットワークもしくはメッシュネットワークが、そのような要求を満たすであろう。上述の各例は、実例に過ぎず、本発明が有利に用いられることが可能な様々な状況を限定する� ��のではない。
0008
下記特許文献１（米国特許第７，０３１，２７４号（２００６年４月１８日））には、ＩＥＥＥ ８０２．１１プロトコルに従うシステムが、それとは異なる非互換のＨＩＰＥＲＬＡＮ／２標準を使用する無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）と、共通伝送チャネルにおいて相互運用されることを可能にする方法が開示されている。さらに、下記特許文献２（米国特許第７，１３３，３８１号（２００６年１１月７日））には、Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＩＥＥＥ ８０２．１１ｅ標準の下で動作している局が、この８０２．１１ｅ標準を実施していない局からの妨害送信を防ぐ方法が記載されている。
0009
知られている限りでは、ＰＭＰプロトコルとメッシュ／ＭＡＮＥＴプロトコルとが（８０２．１６に従うネットワークもしくはＷｉＭＡＸベースであるネットワークを含む）無線ネットワークにおいて共存することを可能にすると同時に、任意のいずれかのプロトコルを使用しているネットワークのノード間で実行されている通信に対する干渉を防止するソリューションは提案されていない。８０２．１１は、ある種のＰＭＰプロトコルを有するが、これは実施も採用もされないことに注意されたい。しかしながら、これは、（ＷｉＭＡＸのような）他のＰＭＰネットワークと異なり、（ＰＣＦと呼ばれる）この８０２．１１ ＰＭＰプロトコルを許可するために使用される手法は、他のＰＭＰネットワークには当てはまらないであろう。
0010
0011
本発明の一態様によれば、無線ポイントツーマルチポイント（ＰＭＰ）ネットワークのメンバノードが、ＰＭＰプロトコルを使用して交換されているネットワーク通信に干渉することなく、共用のチャネルセット上の他のノードとのモバイルアドホック（ＭＡＮＥＴ）通信もしくはメッシュ通信に参加することを可能にする方法が、ＰＭＰネットワークにおいて基地局ノードからいくつかの加入者局ノードへダウンリンク信号を送信するステップと、基地局ノードから加入者局ノードのうちの対応する１つへメッセージを送信する第１の時間帯をスケジュールするためのダウンリンクマップをダウンリンク信号内に定義し、スケジュールされた第２の時間帯に加入者局ノードが基地局ノードへメッセージを送信することを可能にするために� ��第２の時間帯をスケジュールするためのアップリンクマップをダウンリンク信号内に定義するステップと、を含む。さらに、本方法は、ダウンリンクマップおよびアップリンクマップの一方または両方にＭＡＮＥＴ／メッシュゾーンを割り当てるステップを含み、各ゾーンは、１つまたは複数のタイムスロットおよびチャネルを予約するように動作し、予約されたタイムスロットおよびチャネルにおいて、ＭＡＮＥＴプロトコルもしくはメッシュプロトコルを使用している、基地局ノードおよび任意の加入者局ノードを含むノードが、ＰＭＰプロトコルの下で基地局ノードと加入者局ノードとの間で行われているネットワーク通信に干渉することなく、他の、ＭＡＮＥＴプロトコルもしくはメッシュプロトコルを使用しているノードと通� �することが可能である。
0012
本発明の別の態様によれば、マルチプロトコル無線通信ノードが、通信サービスを必要とする外部デバイスに関して、制御情報もしくはデータをノードとやりとりするためのインターフェースコンポーネントと、インターフェースコンポーネントと結合されて、ＭＡＮＥＴプロトコルもしくはメッシュプロトコルに従うリンク、またはポイントツーマルチポイント（ＰＭＰ）プロトコルに従うリンクを介して、ノードによって搬送されるべきデータをルーティングするネットワーキングコンポーネントと、ネットワーキングコンポーネントと結合されて、ＭＡＮＥＴプロトコルもしくはメッシュプロトコルを実装する、第１のメディアアクセスコントローラ（ＭＡＣ）コンポーネントと、ネットワーキングコンポーネントと結合されて、Ｐ� ��Ｐプロトコルを実装する、第２のＭＡＣコンポーネントと、を有し、第１および第２のＭＡＣコンポーネントは、互いにインターフェースしてスケジューリング情報を渡すように構成される。
0013
本ノードはさらに、無線周波数（ＲＦ）コンポーネントと、第１のＭＡＣコンポーネントおよびＲＦコンポーネントと結合された、第１の物理層コンポーネントであって、（ｉ）ＭＡＮＥＴプロトコルもしくはメッシュプロトコルに従う第１のＭＡＣコンポーネントからの第１のデータ入力を処理し、処理された第１のデータを、送信のためにＲＦコンポーネントへ出力することと、（ｉｉ）ＭＡＮＥＴプロトコルもしくはメッシュプロトコルに従うＲＦコンポーネントからの第２のデータ入力を処理し、処理された第２のデータを、第１のＭＡＣコンポーネントへ出力することと、を行う第１の物理層コンポーネントと、第２のＭＡＣコンポーネントおよびＲＦコンポーネントと結合された、第２の物理層コンポーネントであって、（ｉ� ��ＰＭＰプロトコルに従う第２のＭＡＣコンポーネントからの第３のデータ入力を処理し、処理された第３のデータを、送信のためにＲＦコンポーネントへ出力することと、（ｉｉ）ＰＭＰプロトコルに従うＲＦコンポーネントからの第４のデータ入力を処理し、処理された第４のデータを、第２のＭＡＣコンポーネントへ出力することと、を行う第２の物理層コンポーネントと、を含む。
0014
本発明のよりよい理解のために、以下の説明を、添付図面および添付の特許請求項と併せて参照する。
0015
0016
本明細書で用いられる「メッシュポイント」（ＭＰ）は、ネットワークのメンバであって、そのネットワークに対して確立されているＭＡＮＥＴシグナリングプロトコルもしくはメッシュシグナリングプロトコルを実施する、任意のノードである。本発明によれば、ＭＰノードは、ＰＭＰシグナリングプロトコルを実施する、ネットワークの他のメンバノードと共存することが可能であり、それらと通信することが可能である。ＰＭＰプロトコルは、本明細書では、３つのプロトコル機能性群（すなわち、基地局（ＢＳ：Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）、固定加入者局（ＳＳ：Ｆｉｘｅｄ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ）、および移動加入者局（ＭＳ：Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ）のかたちで定義される。具体的には、ＢＳプロトコルセットとＭＰプロトコルセットとの間に協調が確立される。ＳＳプロトコルセットおよびＭＳプロトコルセットは、ネットワークのＰＭＰ態様に参加しているだけであれば、ＭＰプロトコルセットと対話する必要がない。しかしながら、時には、特定のアーキテクチャ要素を実装するために、ＳＳプロトコルもしくはＭＳプロトコルならびにＭＰプロトコルを同じ局もしくはノードに配置することが可能であれば、便利であり、有利である。
0017
「中継局」（ＲＳ：Ｒｅｌａｙ Ｓｔａｔｉｏｎ）は、本明細書では、ＢＳおよびＭＰの機能性の特定のサブセットを含む要素として定義される。ＭＡＮＥＴルーティングおよびトポロジ制御に有用な、特定のアーキテクチャ要素も可能である。これらは、たとえば、ドメインノード（ＤＮ）、ドメインリードノード（ＤＬ）、およびブリッジノード（ＢＮ）の概念を含み、これらは、たとえば、本出願の譲受人に譲渡された、同時係属中の、２００６年１０月１２日に出願された上記特許文献３（米国特許出願第１１／５４６７８３号（件名「Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ａｄ Ｈｏｃ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」））において定義されているとおりである。
0018
図１は、ポイントツーマルチポイント（ＰＭＰ）トポロジを実装する無線通信システムまたはネットワークの一実施例を示すブロック図である。このネットワークは、多くの特定プロトコル（たとえば、 ＩＥＥＥ ８０２．１６−２００４、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅ−２００５、もしくはこれらのプロトコルの関連バージョン（ＷｉＭＡＸやＨＩＰＥＲＭＡＮなど））のうちの１つを実施することが可能である。図１のネットワークは、たとえば、ほぼ４００ＭＨｚ、７００ＭＨｚ、２４００ＭＨｚ、３１００ＭＨｚ、４４００ＭＨｚ、４６００ＭＨｚ、または５８００ＭＨｚの無線周波数帯で動作することが可能である。言及されているＰＭＰプロトコルの動作の場合は、６０ＧＨｚ以上もの高い周波数も好適であると考えられている。瞬時のチャネル帯域幅は、１ＭＨｚ未満から約２０ＭＨｚにまで及ぶ場合がある。５００ＭＨｚ以上もの高い帯域幅も実現可能である。このネットワークの各ノードは、多様なアンテナ（たとえば、無指向性アンテナ、固定指向性アンテナ、セクタア� ��テナ、ビーム形成アンテナ、または適応アンテナなど）を採用することが可能である。複数入力複数出力（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）ならびに複数ユーザ検出（ＭＵＤ：Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）ネットワーキング技術を、既知の様式で適用することも可能である。さらに、既知の時分割複信（ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）および周波数分割複信（ＦＤＤ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）技術も適用可能である。
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0019
このネットワークでは、現在知られている様々な変調および物理層（ＰＨＹ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ）の実装を採用することも可能である。一般的な変調方式として、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）および直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）がある。シングルキャリア（ＳＣ）ＰＨＹを用いることも可能であり、既知の拡散スペクトラム技術を用いることも可能である。キャリアの変調に用いられる典型的なコンステレーションは、４位相偏移変調（ＱＰＳＫ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、１６値直交振幅変調（１６ＱＡＭ：１６ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、および６４値直交振幅変調（６４ＱＡＭ：６４ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）である。他の既知の変調技術を実施することも可能である。たとえば、ビタビ、リードソロモン、ターボ、ＬＤＰＣなどのような、当該技術分野においてよく知られている誤り訂正符号化（ＥＣＣ：Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｄｉｎｇ）を利用することも可能であり、場合によっては、相互結合のかたちで利用することも可能である。インタリーブを、既知の様式で適用することも可能である。
0020
ＰＭＰネットワークは、ネットワーク内のノードの編成という点で、他の無線ネットワークと区別されることが可能である。たとえば、図１では、基地局（ＢＳ）ノード１１０が、ＲＦトランシーバならびに１つもしくは複数のアンテナを使用することによって、無線カバレージエリア１００を維持している。本明細書に記載のＰＭＰおよび他のトポロジの実装には、前述の周波数、ＰＨＹ、変調、ＥＣＣ、およびコンステレーション（ならびにその他）のどれでも用いることが可能である。図１のネットワークにある各種ノードがカバレージエリア１００内でいつ送信またはリスンしていなければならないかを決定するために、メディアアクセスコントローラ（ＭＡＣ）を、既知の様式で使用することが可能である。
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0021
風速計の読み方
カバレージエリア１００内に、いくつかの固定加入者局（ＳＳ）ノード１２０と、いくつかの移動加入者局（ＭＳ）ノード１３０とを置くことが可能である。それらのノードは、ＢＳノード１１０からサービスを受けることに関心があり、ノード１１０に登録して、ノード１１０とのリンクを形成する。ＢＳノード１１０は、どのノードがどの時間間隔で送受信を行うかを、ＭＡＣメッセージを通して制御するように構成されることが可能である。図１では、ＰＭＰリンクは、リンク１４０のような細い実線で表されている。ＳＳノード１２０およびＭＳノード１３０は、ＢＳノード１１０とだけリンクを形成するように構成され、それらが互いのＲＦ通信レンジ（すなわち、１ホップ）内にある場合でも互いの間でリンクを形成すること� ��できない。ＢＳノード１１０は、カバレージエリア１００内にあって相互に通信することを望むそれらのノードから発せられたり、それらのノードに宛てられたりする情報（パケットもしくはメッセージ）を転送する。さらに、ＢＳノード１１０は、カバレージエリア１００内にあるノードと他のネットワークのノードとの（たとえば、インターネット経由の）接続性を提供する。図１の太線１５０は、ＢＳノード１１０と他のネットワーク１６０との通信リンクを示している。リンク１５０は、有線または無線のインターフェースを介して提供されることが可能である。
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0022
図２は、モバイルアドホックネットワーク（ＭＡＮＥＴ）またはメッシュネットワークのトポロジの中で動作するように構成されたノード（ＭＰ）を有する、典型的な無線通信ネットワークを示す。ＭＡＮＥＴネットワークは、そのノードのどれもが、相互に通信しながら移動していることが可能であるという特性を有する。ＭＡＮＥＴネットワークは、（図１のＢＳノード１１０のような）中央管轄局が、ネットワークの任意の２つ以上のノードＭＰの間のリンクのパラメータを確立および規定するための唯一の権限を有することが必要でない、という点でアドホックである。それらのノードのうちの任意の２つが、ネットワーク内の他のノードまたは通信エンティティと無関係に、相互にリンクを確立することが可能である。それらの� ��ンクは、一過性であってよく、事前にスケジュールされる必要はない。さらに、図２のＭＡＮＥＴネットワークのノードは、典型的には、他のノードとの複数のリンクを同時に維持することが可能である。
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0023
メッシュネットワークという用語は、いくつかの意味を有する場合がある。典型的には、メッシュネットワークは、そのネットワークノードＭＰの少なくともいくつかが静的と見なされていて、ある程度の事前プランニングまたはスケジューリングが必要な場合がある点で、ＭＡＮＥＴの特殊なケースである。さらに、いくつかのノードが、メッシュネットワークへの登録のために中央管轄局との通信を必要とする場合がある。本開示では、ＭＡＮＥＴおよびメッシュという用語は、区別なく使用され、両方とも、特に断らない限り、より一般的なＭＡＮＥＴを意味する。
0024
米国国防総省は、数年にわたってＭＡＮＥＴネットワークの実験を実施した。ＭＡＮＥＴネットワークの例として、Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｗａｖｅｆｏｒｍ（ＷＮＷ）およびＳｏｌｄｉｅｒ Ｒａｄｉｏ Ｗａｖｅｆｏｒｍ（ＳＲＷ）がある。商品化の観点では、ＩＥＥＥ ８０２．１１（または簡潔に「８０２．１１」）波形がＭＡＮＥＴネットワークの実験に用いられることが多く、これは、８０２．１１標準が、１つの動作モードにおいて、中央管轄局を必要としない可動度をサポートしているためである。ＩＥＥＥ ８０２．１１の一タスクグループ（８０２．１１ｓ）が、移動性を意図しない「メッシュ」８０２．１１ソリューションについて現在作業中であるが、８０２．１１ｐグループによって進行中の作業から、高度道路交通システム（ＩＴＳ：Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ）の応用に用いられるＩＥＥＥ ８０２．１１ベースのＭＡＮＥＴが結果として出てくる可能性がある。ＩＥＥＥ ８０２．１６−２００４の一モードにはメッシュ機能が含まれ、メッシュ機能においては、ノードが一般的に静的であると想定され、中央管轄局との協調が必要とされる。
0025
一般に、ＭＡＮＥＴネットワークならびにメッシュネットワークは、ＰＭＰシステムで使用されるものと同じ、シンボルコンステレーションのタイプ、ＰＨＹ層、変調、ＥＣＣ、インタリーブ、デュプレックス技術、ＭＩＭＯおよびＭＵＤ技術、アンテナタイプ、周波数帯、ならびに帯域幅を取り入れる。ＭＡＮＥＴ／メッシュネットワークがＰＭＰネットワークと異なる点は、主として、それぞれのメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層およびネットワーク層の構成である。
0026
図２では、ＭＡＮＥＴプロトコルもしくはメッシュプロトコルを実施しているノードを、メッシュポイント（ＭＰ）ノードと呼んでいる。図２は、それぞれが互いの通信レンジ内にある３つのノードＭＰ２１０、２２０、２３０を含む無線カバレージエリア２００を示している。ＭＡＮＥＴプロトコルもしくはメッシュプロトコルを使用してノード間で形成されたリンクが、２６０のような破線で示されている。
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0027
当業者であればなじみのある用語として、「１ホップ」および「２ホップ」隣接ノードがある。図２では、ノードＭＰ２４０とノードＭＰ２３０との間がいずれの方向の通信でも１区間分のＲＦ伝送で十分であることから、ノードＭＰ２４０は、ノードＭＰ２３０の１ホップ隣接ノードである。パケットもしくはメッセージがノードＭＰ２４０とノードＭＰ２１０との間の（ノードＭＰ２３０経由の）経路を通過するために２区間分のＲＦ伝送を経なければならないことから、ノードＭＰ２４０は、ノードＭＰ２１０の２ホップ隣接ノードである。
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0028
この例の場合、３つのノードＭＰ２１０、２２０、および２３０は、それぞれが他の２つとの直接リンクが可能であることから、完全接続されている。
0029
無線カバレージエリア（２００）は、この接続性を表している。別の無線カバレージエリア２５０は、ノードＭＰ２３０および２４０を含み、これらも相互の直接リンクが可能であるが、ノードＭＰ２４０は、ノードＭＰ２１０もしくは２２０のいずれとも直接リンクが不可能である。したがって、リンクレベルでは、４つのノードＭＰ２１０、２２０、２３０、および２４０は、相互に完全接続されてはいない。しかしながら、各ＭＰノードは、ネットワークトラフィックを１つのリンクから別のリンクへ転送する能力を有する。たとえば、図２では、ノードＭＰ２３０は、ノードＭＰ２４０とのリンクから、ノードＭＰ２１０もしくは２２０のいずれかとのリンクへトラフィックを転送することが可能であり、この逆の方向で転送する� ��とも可能である。これは、当該技術分野において知られているように、典型的にはネットワーク層で行われるが、ＭＡＣ層で行われる場合もある。したがって、ノードＭＰ２４０は、中間ノード経由ではあるが、ノードＭＰ２１０および２２０と、どの方向でも通信することが可能である。
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0030
図１５は、本発明によるハイブリッドＰＭＰ／ＭＡＮＥＴネットワークトポロジを実装している無線通信システムもしくはネットワークの一実施形態のブロック図である。４つの無線カバレージエリア１５００、１５０５、１５１０、および１５１５が示されており、所与のカバレージエリア内にある各ノードは、その所与のカバレージエリア内にある他のすべてのノードのＲＦ通信レンジ（すなわち、１ホップ）内にある。いくつかのノードは、純粋にＰＭＰ要素として（すなわち、ＳＳノードまたはＭＳノードのいずれかとして）識別される。他のノードは、純粋にＭＡＮＥＴ／メッシュ（ＭＰ）ノードとして識別される。
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0031
図１５には、それぞれが本発明に従って複数のプロトコルセットを実施するように構築および配置された、新しいノード群も示されている。たとえば、ノード１５２０にはＢＳ／ＭＰというラベルが付いているが、これは、ノード１５２０がＢＳ ＰＭＰプロトコルセットおよびＭＰプロトコルセットの下で動作するように構成されているためである。ノード１５２５にはＭＳ／ＭＰというラベルが付いているが、これは、ノード１５２５がＭＳ ＰＭＰプロトコルセットおよびＭＰプロトコルセットの下で動作するように構成されているためである。ノード１５３０にはＳＳ／ＭＰというラベルが付いているが、これは、ノード１５３０がＳＳ ＰＭＰプロトコルセットおよびＭＰプロトコルセットの下で動作することが可能であるためである。図１５では、ＰＭＰプロトコルセットを使用してノード間に形成されるリンクが実線で示されており、ＭＰプロトコルセットを使用して形成されるリンクが破線で示されている。ネットワークの他の任意のノードとのリンクを確立するために、任意の所与のノードが備えられる。
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0032
所与のリンクにどのプロトコルセット（ＰＭＰもしくはＭＡＮＥＴ／メッシュ）を使用すべきかを決定するために、ヒューリスティックセットを用いることが可能である。ヒューリスティックセットの一例を次に示す。まず、ＢＳ、ＳＳ、およびＭＳの各ノードは、ＰＭＰプロトコルだけを使用する。ＭＰノードは、ＭＡＮＥＴ／メッシュプロトコルだけを使用する。ノードがＢＳ／ＭＰの場合、このノードは、常時、ＰＭＰプロトコルを使用して、ＭＳ、ＳＳ、ＭＳ／ＭＰ、およびＳＳ／ＭＰの各局からのリンクを受け入れ、それらの局にサービスを提供する。ＢＳ／ＭＰは、常時、ＭＡＮＥＴ／メッシュプロトコルを使用して、他のＢＳ／ＭＰとリンクする。ＭＳ／ＭＰもしくはＳＳ／ＭＰは、ＢＳもしくはＢＳ／ＭＰのレンジ内にあ� ��場合には、ＰＭＰプロトコルを使用して、それらのノードとリンクする。ＭＳ／ＭＰもしくはＳＳ／ＭＰは、ＢＳもしくはＢＳ／ＭＰのレンジ内にない場合には、ＭＡＮＥＴ／メッシュプロトコルを使用して、他の局とリンクする。ＭＳ／ＭＰ、ＳＳ／ＭＰ、およびＭＰの各局は、ＢＳもしくはＢＳ／ＭＰと直接通信することができないＭＳ／ＭＰ、ＳＳ／ＭＰ、およびＭＰからのリンクを絶対に拒否しない。他の、より複雑なヒューリスティックセットも可能である。そのようなヒューリスティックとして、たとえば、ロールをＭＳ／ＭＰからＢＳ／ＭＰへ変更したり、その逆に変更したりするノードの機能がある。
0033
図１５のネットワークでは、ＰＭＰトポロジおよびＭＡＮＥＴトポロジの両方が、このネットワークのハイブリッドＰＭＰ／ＭＡＮＥＴトポロジに包含されている。本明細書に記載の手法は、複数のＲＦチャネルを共用するネットワークもしくはシステム（たとえば、ＯＦＤＭＡ）に適用されることも可能である。本発明の理解を容易にするために、以下ではまず、ＰＭＰ、メッシュ、およびＭＡＮＥＴの各ネットワークプロトコルで現在使用されているシグナリングフレーム構造について説明する。
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0034
図３は、ＯＦＤＭＡ変調を用いるＴＤＤシステムで使用される典型的なＰＭＰフレーム構造を示す。ＦＤＤおよび他の既知の変調方式の場合（特にＯＦＤＭおよびシングルキャリアの場合）もよく似ていることが、当業者には知られている。図３のＰＭＰフレーム構造のさらなる詳細については、参照により本明細書に組み込まれているＩＥＥＥ ８０２．１６−２００４および８０２．１６ｅ−２００５標準を参照されたい。
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0035
ＰＭＰフレームは、多数のＲＦ「バースト」からなる。ダウンリンクサブフレーム３２５は、バーストのセットを含み、そのすべてのバーストが、ＢＳノードにおいて生成されており、そのＢＳノードに既に登録されている１つもしくは複数のＳＳもしくはＭＳノードに宛てられている。いくつかのバーストは、固有の目的を有する。たとえば、プリアンブル３００は、フレームの開始を示し、さらに、ネットワーク内での時間および周波数の同期を容易にする。他の重要なバーストとして、フレーム内の他のＲＦバーストを解釈するために必要な、重要なＰＨＹ特性を詳述するフレーム制御ヘッダ（ＦＣＨ：Ｆｒａｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｈｅａｄｅｒ）３０５、種々のダウンリンク（ＤＬ）バーストがフレーム内のどこに配置されているかを詳述するＤＬマップ３１０、および種々のアップリンク（ＵＬ）バーストがどこに配置されるべきかを詳述するＵＬマップ３１５がある。ＢＳノードは、前述のすべてのバーストを、各フレームの開始時に定義および生成する。これらの先頭バーストの後に、ＤＬマップ３１０でスケジュールされたように、一連のＤＬデータバースト（ＤＬバースト＃１ ３２０など）が与えられている。
0036
（ＴＤＤシステムの場合は）ダウンリンクサブフレーム３２５の後に、意図的に伝送が行われない送信／受信伝送ギャップ（ＴＴＧ：Ｔｒａｎｓｍｉｔ／Ｒｅｃｅｉｖｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｇａｐ）３３０が続く。この時間間隔は、ネットワーク内のＳＳノードが受信モードから送信モードの動作に切り替わることと、ＢＳノードが送信モードから受信モードの動作に切り替わることとを見込んだものである。ＴＴＧ ３３０の後にアップリンクサブフレーム３３５が続く。サブフレーム３３５は、１つもしくは複数のＳＳもしくはＭＳノードからのバーストを含んでおり、そのすべてのバーストがＢＳノードに宛てられている。いくつかのバースト割り当ては、固有の目的を有することも可能である。これらには、ＡＣＫ−ＣＨ ３４０、レンジング３４５、および高速フィードバック（ＣＱＩＣＨ） ３５０が含まれ、これらの各機能は、当業者には知られており、ＩＥＥＥ ８０２．１６−２００４および８０２．１６ｅ−２００５標準で定義されている。さらに、アップリンクデータバースト（ＵＬバースト＃１ ３５５など）が発生してよい。前述のように、すべてのアップリンクトラフィックの位置が、ダウンリンクサブフレーム３２５の間にＢＳノードから送信されたＵＬマップ３１５によって規定されている。最後に、ネットワークの各局がそれぞれの受信／送信モードを再度切り替えることを可能にするために、受信／送信伝送ギャップ（ＲＴＧ：Ｒｅｃｅｉｖｅ／Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｇａｐ）３６０を設けることが可能である。
0037
バーストのスケジューリングは、ＰＭＰネットワークにおける重要な考慮点である。これは、「スロット」を用いて行われる。最も一般的なケースでは、スロットは「タイル」であり、タイルの寸法が、［スケジュール可能な変調シンボル期間の最小数］×［スケジュール可能な論理サブチャネルの最小数］に対応する。これらのサブチャネルは、周波数グループにほぼ対応するが、ネットワークに実装されている特定の変調／符号化手法のために、隣接する論理チャネルが、物理的に隣接する周波数に常に対応するとは限らない。
0038
図３は、ＯＦＤＭＡシンボルに基づくスロッティングを示している。スロットに割り当てられることが可能な論理チャネルの最小数が、使用可能な論理サブチャネルのすべての数と等しい場合、ＯＦＤＭＡトポロジは劣化してＯＦＤＭになる。実際、使用可能な論理チャネルが１つしかなく、そのチャネルに１つの周波数しかない場合、変調方式は劣化してシングルキャリアになる。
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0039
アップリンクサブフレーム３３５における、スロット内の論理サブチャネルの最小数、およびスロット内の変調シンボルの最小数は、ダウンリンクサブフレーム３２５において存在するそれらと異なる場合がある。さらに、フレーム内の変調シンボルの総数は明確に規定されている可能性があるが、ＴＤＤシステムの場合のアップリンクフェーズとダウンリンクフェーズとの間のパーティショニングは、明確には規定されていない。すなわち、ＴＴＧ ３３０のタイミングは、システムの現在の要求に応じて変化することが可能である。したがって、所与のフレームの各サブフレームにおいて、変調シンボルの数が変化する可能性がある。さらに、ＴＴＧギャップ３３０およびＲＴＧギャップ３６０は、変調シンボル時間の倍数でなくてもよい。アップリンクサブフレーム３３５における変調シンボルは、各フレームの開始を誘発する一定時間軸にそろっていなくてもよい。ＴＴＧ ３３０は、個々の実装に応じて、すべてのＰＭＰフレームに対して固定の位置にあってもなくてもよい。
0040
図４は、ＩＥＥＥ ８０２．１６−２００４（８０２．１６ｄ）標準に基づいており、当業者に既知である、典型的なメッシュフレーム構造を示す。フレーム境界４００が示されており、フレームの長さは設定可能である。フレームは、いくつかのサブフレームに分割されており、その先頭のサブフレームは、ネットワーク制御サブフレーム４０５である。サブフレーム４０５の詳細が、図の左下に示されており、それによれば、サブフレーム４０５は、複数の送信機会に分割されており、その先頭は、ネットワークエントリメッセージ４１０のための送信機会である。ネットワーク構成メッセージ４１５のためのいくつかの送信機会も与えられている。ネットワーク制御サブフレーム４０５内の送信機会の数は、ネットワークパラメータである。ネットワー� ��制御サブフレーム４０５の後にデータサブフレーム４２０が続く。データサブフレーム４２０の数もネットワークパラメータである。
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0041
スロットルポジションセンサーはどこに位置しています
各データサブフレーム４２０は、比較的多数のミニスロット４２５を含む。ミニスロット４２５は、それぞれが、完全なメッセージより小さいが、スケジューリングの粒度および効率を非常に高くすることを意図したものである。データサブフレーム４２０の間に、スケジュール制御サブフレーム４３０がある。スケジュール制御サブフレーム４３０の構造は、図４の右下に示されている。サブフレーム４３０は、スケジュール制御メッセージ用の、いくつかのスケジュール制御送信機会４３５を含む。２つの基本型のスケジューリング、すなわち、集中型４３５および協調分散型４４０がサポートされている。スケジュール制御送信機会の総数、ならびに、集中型送信機会４３５と協調分散型送信機会４４０との間の境目は、ネットワー� ��パラメータおよびシステムパラメータである。さらに、データサブフレーム４２０内に、非協調分散型スケジュール制御メッセージ４４５が含まれることが可能である。
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0042
図５は、当該技術分野においてＵｎｉｆｙｉｎｇ Ｓｌｏｔ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＵＳＡＰ）として知られているプロトコルに基づくＭＡＮＥＴフレーム構造の例を示す。ＵＳＡＰについては、「ＵＳＡＰ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ａｃｃｅｓｓ： Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ− ａｎｄ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ−Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ， Ｍｕｌｔｉｈｏｐ， Ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ， Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ」（ＩＥＥＥ ＭＩＬＣＯＭ ２０００、５４９〜５３頁）で、Ｃ． Ｄａｖｉｄ Ｙｏｕｎｇによって説明されている。スーパフレーム５００は、いくつかの連続するフレームを含む。これらのフレームのすべてにある各コンポーネントは、ほぼ同じであるが、それらの使われ方は、様々であり、所与の数のフレームを繰り返す。たとえば、フレーム５０５（第１のフレーム）のコンポーネントが図示されており、これらは、ネットワーク制御スロット５１０のセットを含んでいる。制御スロット５１０は、固定サイズであり、これは、単一のネットワーク制御メッセージが単一ノードから、そのような各スロットのかたちで送信されることを可能にするためである。別の手段を用いて、ネットワークノード間に制御スロットを割り当てることも可能であり、これは、ＵＳＡＰプロトコルで記述され、当業者には知られて� ��る。さらに別の、固定サイズのスロットのセットが、ブロードキャストデータ５１５用として予約されている。スロット５１５は、当業者に既知の手段により、ＵＳＡＰプロトコルに従って、ユーザに対して割り当てられる。ブロードキャストデータスロット５１５のサイズは、ネットワーク制御スロット５１０のサイズと異なってもよい。
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0043
さらに別の、固定サイズのスロットのセットが、ユニキャストデータスロット５２０として定義されている。ユニキャストデータスロット５２０は、ブロードキャストデータ用として用いられることも可能である。スロット５２０は、当業者に既知の手段により、ＵＳＡＰプロトコルに従って、ユーザに対して割り当てられる。ＵＳＡＰプロトコルは、複数の周波数チャネル５２５にわたって動作する。スロットは、当業者には知られているプロトコルおよび手段に従って、それらのチャネルにわたって割り当てられる。
0044
図１０は、（たとえば、ＩＥＥＥ ８０２．１１−１９９９（「８０２．１１」）で示されている）典型的なメディアアクセス方式を示す。正式のフレームは、８０２．１１では定義されていないが、ターゲットビーコン送信時間（ＴＢＴＴ：Ｔａｒｇｅｔ Ｂｅａｃｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｔｉｍｅ）間隔１０００、ならびに、ＴＢＴＴ １０００の倍数である、他の関連付けられた８０２．１１構成体を、フレーム開始基準として使用することが可能である。ＩＥＥＥ ８０２．１１標準における単語「フレーム」の意味は、本開示で使用されている用語「メッセージ」にほぼ相当することに注意されたい。８０２．１１プロトコルは、ビーコンメッセージ１０１５が、ほぼＴＢＴＴ １０００に対応する時刻に送信されることを必要とする。これがどのように達成されるかは、ＴＢＴＴ １０００が発生しているときにアクティブである特定の協調機能に依存する。
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0045
ＩＥＥＥ ８０２．１１では、２つの協調機能、すなわち、分散協調機能（ＤＣＦ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）およびポイント協調機能（ＰＣＦ：Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が定義されている。ＤＣＦは、８０２．１１競合期間（ＣＰ：Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｏｄ）１０５５の間に使用される。ＰＣＦは、８０２．１１非競合期間（ＣＦＰ：Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｆｒｅｅ Ｐｅｒｉｏｄ）１０５０の間に使用される。ＴＢＴＴ １０００がＣＰ １０５５の間に発生した場合は、ビーコン競合フェーズ１０４０が開始される。ビーコン競合１０４０は、すべてのアクセスポイント（ＡＰ）または独立基本サービスセット（ＩＢＳＳ：Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ）参加者がビーコンを送信することを可能にする。１００５の時点でチャネル上に何らかのトラフィックが存在している場合は、すべての局が、チャネルがクリアになるまで待機する。チャネルがクリアになったら、競合している局が、ＤＣＦフレーム間隔（ＤＩＦＳ：ＤＣＦ Ｉｎｔｅｒ−Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）時間１０３５の間、待機する。次に、各局が、ランダムな数の競合スロット１０７０の分だけ待機する。ＡＰ局またはノードは、常にそれぞれのビーコンを送信し、各局が送信を許可されるまで待機プロセスを続ける。ＩＢＳＳにおいては、すべての局が参加して交代でビーコンを送信する。各局は、ランダムな時間だけ待機し、待機時間が最短である局が送信を許可される。ＩＢＳＳにある局は、ビーコンが正常に送信されると、ＣＰ内の次のＴＢＴＴ １０００まで、ビーコンを再送信しようとしない。
0046
ＰＣＦの下でＣＦＰを実装しているＡＰノードは、別のビーコン送信手順に従う。ＡＰノードは、前述同様に、ＤＣＦトラフィックまで待機してから、ＰＣＦスペース間隔（ＰＩＦＳ：ＰＣＦ Ｉｎｔｅｒ−Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）時間１０１０の間、待機する。ビーコン競合は不要であるが、ビーコンメッセージ１０１５がただちに送信される。ＰＩＦＳはＤＩＦＳより短いため、ＰＣＦビーコンは、他のビーコンより確実に有利である。
0047
図１０はまた、８０２．１１の下で実施されるアクセス手法を示している。ＭＡＮＥＴネットワークは、８０２．１１のＤＣＦ機能の前後に構築される場合が多い。たとえば、Ｒ．Ｊ．Ｈａｌｌらの「Ａ Ｔｉｅｒｅｄ Ｇｅｏｃａｓｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｆｏｒ Ｌｏｎｇ Ｒａｎｇｅ Ｍｏｂｉｌｅ Ａｄ Ｈｏｃ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ」（ＭＩＬＣＯＭ ２００６）、および、Ｊ．Ｐ．Ｈａｕｓｅｒらの「Ｍｏｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ Ｆｏｒ ８０２．１１ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔｓ」（Ｕ．Ｓ． Ｎａｖａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ＭＩＬＣＯＭ ２００３、１０３６〜４１頁）を参照されたい。各局またはノードは、ＤＣＦの下で、いつ送信を行うべきかを、単にローカル情報（メディア状態マシンやローカル状態マシンなど）に基づいて決定する。ＭＡＮＥＴ通信に用いられることが可能なＤＣＦ送信の一例が、ＤＣＦ Ｔｘ １０３６として図示されている。
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0048
図１０はさらに、本発明に関係すると考えられるＰＣＦ通信の多少の詳細を示している。ＣＦＰを使用する通信は、中央制御局として動作するＡＰノードによって調整される。ＣＦＰの間、そのＡＰノードに関連付けられた他のノードは、そのＡＰノードによってポーリングされた場合のみ、メッセージを送信することが可能である。ＰＣＦポーリング１０２０および応答メッセージ１０２５が図示されている。ＣＦＰの長さ、および、どのＴＢＴＴがＣＦＰに関連付けられるかが、ＡＰノードによって事前定義され、ＰＣＦビーコンメッセージの中で広告される。ビーコンをヒアリングするノードは、すべてのＣＦＰの開始および各ＣＦＰの広告された終了１０６０がわかる。ＡＰノードが、ＣＦＰの広告された終了までの間にさらなる� ��ＣＦ通信が不要であると決定した場合、ＡＰノードは、８０２．１１ ＣＦ−ＥＮＤメッセージ１０３０を送信することにより、ＣＦＰの実際の終了１０６５を早期に発生させることが可能である。そうすることにより、そうしない場合には空いたままになるであろう時間をＤＣＦメッセージが活用することが可能になる。
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0049
前述のように、本発明は、所与の１つもしくは複数のネットワークチャネルにおいてＰＭＰシステムならびにＭＡＮＥＴシステムもしくはメッシュシステムが互いに相互運用することを可能にする。したがって、ＰＭＰフレーム構造およびＭＡＮＥＴ／メッシュフレーム構造のクリティカルなフレームコンポーネントは、いずれのプロトコルの運用要求にも応えられるフレーム構造の中で、両プロトコルのクリティカルコンポーネントを保持し、通話時間を確保することにより、共通フレーム構造にマッピングされる。
0050
図６は、本発明の一実施形態による、ＭＡＮＥＴゾーンを組み込むように修正されたＰＭＰフレーム構造を示す。ＰＭＰネットワークについて既に特定された可変パラメータ（たとえば、コンステレーションのタイプ、ＰＨＹ、変調、デュプレックス技術、ＭＩＭＯ／ＭＵＤ技術、アンテナタイプ、周波数帯、および動作の帯域幅）については、図６のＰＭＰ／ＭＡＮＥＴフレーム構造にもすべて当てはまると考えてよい。一方、好ましい一実施形態は、適応的に、可能な信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）に基づいてＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、および６４ＱＡＭから変調を選択し、（８０２．１６−２００４および８０２．１６ｅ−２００５標準で定義されているように）ＯＦＤＭＡ ＰＨＹ変調をＰＭＰトラフィックに用い、（上記標準で定義されているように）ビタビとリードソロモンＥＣＣ（インタリーブ付き）との組み合わせを採用し、ＴＤＤ（時分割複信）伝送方式を使用し、ＭＩＭＯを用いずに４００ＭＨｚ前後で動作し、無指向性アンテナを使用し、２０ＭＨｚの帯域幅を有する。さらに、ＩＥＥＥ ８０２．１６標準で定義されていて、ＭＡＮＥＴプロトコルと共存するために本明細書に示されるように修正されたＭＡＣを使用することが好ましいであろう。
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0051
図６に示されたＰＭＰフレーム構造では、フレームサイズは、約１ミリ秒から１秒まで可変であり、約５ミリ秒が好ましい。図６では、スーパフレーム６００は、Ｎ個のフレームを有している。Ｎは、通常は固定であるが、実装のために選択された特定のＭＡＮＥＴプロトコルに応じて可変であることも可能である。可能な値は、たとえば、１と１０２４との間の整数であるが、より大きな値も、本発明の範囲内である。好ましい一実施形態では、たとえば、Ｎ＝２００を用いる。図３のＰＭＰフレームの重要な態様は維持されており、それらの態様のラベリングも維持されている。
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0052
図６の構造では、フレーム内に複数の予約済み部分が導入されており、それらのいくつかには、メッシュまたはＭＡＮＥＴゾーン（ＭＺ）のラベルが付けられている。本発明によれば、ＰＭＰ ＢＳノードは、ＭＰノードとして動作することも可能であり、したがって、ネットワークに対して確立されたＭＡＮＥＴ／メッシュフレームのタイミングおよびスケジューリングを完全に認識している。したがって、ＰＭＰフレームフォーマットを規定するスケジューリングエンティティは、ＭＡＮＥＴプロトコルによって、ＭＡＮＥＴゾーンとして使用される時間帯を考慮し、ＭＡＮＥＴトラフィックとＰＭＰトラフィックとの間でスケジューリング競合が発生しないようにしなければならない。図６では、ＭＡＮＥＴゾーンは、ＤＬマップ３１０およびＵＬマップ３１５において、予約済みコードもしくは他の手段を用いてスケジュールされており、そのゾーンがＰＭＰ用途では使用できないことが示されている。ＭＡＮＥＴトラフィ� ��クがＰＭＰネットワークの適正な動作を妨げないようにするために、当業者に既知のヒューリスティックを用いることが可能である。
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0053
たとえば、ＭＡＮＥＴ構成体に常に使用されるＰＭＰフレームをＰＭＰフレーム全体の５０％以下にして、少なくとも同じだけの時間がＰＭＰ構成体に対して使用可能であることを保証するように、ＭＡＮＥＴスケジューラを構成することが可能である。より小さい値（たとえば、５％や１０％）も可能であり、より大きい値（たとえば、９０％）も可能である。ＭＡＮＥＴゾーンは、所定の時間スライスの間に、ＭＺ ＃１ ６０５およびＭＺ＃２ ６１０のようにすべてのネットワーク周波数チャネルを包含することも、ＭＺ ＃３ ６１５のように論理周波数帯の一部だけを占めることも可能である。ＭＺ＃１ ６０５については、ＭＺは、ＰＭＰフレームのダウンリンク部分において発生することが可能であり、ＭＺ＃２ ６１０については、アップリンク部分において発生することが可能である。好ましい一実施形態では、ＭＺは、必要に応じて、アップリンクまたはダウンリンクスケジューリングタイムスロットのセットに対応する。また、好ましくは、ＰＭＰスケジューラは、ＰＭＰシステムにおいてＳＳノードもしくはＭＳノードとして動作している他のＭＰノードを認識していて、ＭＡＮＥＴ／メッシュネットワークにおいて動作しているＭＳノードもしくはＳＳノードによって受信されているトラフィックに基づいて、伝送モード（受信もしくは送信）を変更するための十分な時間がＭＺに含まれるようにする。フレーム時間のいくつかの部分は、常にＭＡＮＥＴ／メッシュ動作のために予約されていることが好ましい。これは、ＭＡＮＥＴネット� ��ークのためのネットワーク制御伝送をサポートするが、ＭＡＮＥＴデータ伝送専用の時間を含むことも可能である。したがって、予約された時間の量は、ＰＭＰネットワークパラメータになる。
0054
図７は、本発明による、ＰＭＰ動作プロトコルと互換性があるＭＡＮＥＴフレーム構造を示す。典型的なＰＭＰネットワークについて選択可能な、前述のシステムパラメータ（コンステレーションのタイプ、ＰＨＹ、変調、デュプレックス技術、ＭＩＭＯ／ＭＵＤ技術、アンテナタイプ、周波数帯、および動作の帯域幅など）のすべてが、本明細書で開示されているＭＡＮＥＴ／メッシュネットワークに適用されることが可能である。好ましくは、図６のＰＭＰネットワークに対して与えられた、これらのパラメータの値と同じ値が、後述のいくつかの例外を除き、図７のフレーム構造で動作するネットワークにも当てはまる。
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0055
図７は、図６で示されたものと同じＭＡＮＥＴスーパフレーム構造６００を示している。この、図６と同じフレーム（同一のＰＭＰフレーム構造および同じフレームインデックス）について考察する。したがって、図６のフレーム内に示されたフィールド構造およびデータは、図７のフレームでは図６のようなラベルが付けられていないが、実際には、図７のＭＡＮＥＴフレームの予約済み部分または未割り当て部分に完全に与えられることが可能である。このネットワークでは、ＭＡＮＥＴスケジューリングは、ＰＭＰノードで使用されるタイムスロットサイズと異なるタイムスロットサイズに基づくものとする。さらに、ＭＡＮＥＴは、そのスケジュールを、フレームの開始を基準とする変調シンボルインデックス７００に基づいて追� ��すること、および、ＭＡＮＥＴノードは、図７のフレーム構造内のデータにＯＦＤＭＡ変調シンボルを使用することを仮定する。
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0056
好ましい一実施形態は、シンボルインデックスおよびタイムスロットを、ＯＦＤＭＡ変調シンボルの使用に基づいて維持するが、ＭＬバーストおよびＭＡＮＥＴ制御サブフレーム７０５の間に変調を有利に切り替える。たとえば、２０４８トーンＯＦＤＭＡ変調をデータに用いている場合は、ＭＡＮＥＴ制御サブフレーム７０５の間に同じ帯域幅の２５６トーンＯＦＤＭに切り替えることが、シンボルの継続時間がより短いという点で有利な場合がある。点線で示されるように、１つのＯＦＤＭＡシンボルと同じ時間間隔に、８つのＯＦＤＭシンボルを、わずかな余裕を残してはめ込むことが可能である。ＯＦＤＭシンボルを使用すると、制御メッセージを含むことが可能な、短いブロードキャストメッセージの場合には、送信／受信ター� ��アラウンドギャップの割り当てが容易になる。
0057
複数のノードが、異なる周波数で同時にブロードキャストメッセージをＯＦＤＭＡフレームで送信した場合、それらのノードは、所与のＯＦＤＭＡシンボルの間は送信と受信とを同時に行うことができないため、互いにヒアリングすることができない。これではブロードキャストメッセージの目的にそぐわないため、各時間スライスが１人のユーザによって占有される時間がより短いシンボルを使用することが有利である。他のスケジューリングスロット構造を用いることも可能であり、タイミングの基準点を、各フレームの開始ではなく、スーパフレーム全体の開始とすることが可能である。
0058
TKSの氷の保護とは何か
ＭＡＮＥＴデータサブフレーム７１０の開始時にクリティカルなＰＭＰフィールドに干渉するＭＡＮＥＴトラフィックがないようにするために、サブフレーム７１０内にＰＭＰ予約済みセクション７１５が設けられる。これは、少なくとも（図６に示された）構造３００、３０５、３１０、および３１５を覆い、さらに、ＰＭＰダウンリンクサブフレーム内のデータのいくらかの部分を覆うことが可能である。サブフレーム７１０のうちの、予約されている部分だけが、ＭＡＮＥＴネットワークパラメータとして設定されている。ＵＳＡＰで使用されているものと同様の時間および論理（周波数）チャネル「スロット」に基づいて、ＭＡＮＥＴリンク（ＭＬ）バーストが定義されている。フレームのうちの、ＭＡＮＥＴトラフィックによっ� ��占有されることが可能なパーセンテージは、ＭＡＮＥＴネットワークパラメータとして設定されることが可能であり、５０％以下であることが好ましい。ＭＬバーストは、ＰＭＰネットワーク、およびＵＳＡＰフレーム構造（図５）において限定されているのと同じ方法で使用可能なチャネルの全数のうちの一部に限定されることが可能である。これの一例が、図７のＭＬバースト＃３ ７２０である。周波数チャネル全体にわたってＵＳＡＰトラフィックを割り当てるために用いられるのと同じ仕組みが、図７のフレーム構造に用いられることが可能であり、これは、当業者であれば自明であろう。図７の論理サブチャネルは、図５で用いられている周波数チャネル５２５の代わりに用いられることが可能である。
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0059
前述のように、ＯＦＤＭＡフレームフォーマットでの同時送信は、問題をはらむ可能性がある。適用可能なスロット割り当てアルゴリズムは、ネットワークの各ノードが送信を行う場合、目指すところの受信側ノードがＯＦＤＭＡシンボルで送信を行っている間は、同じＯＦＤＭＡシンボルの別の論理チャネルで送信を行わないようにするヒューリスティックを用いなければならない。そのようなヒューリスティックは、送信から受信へ切り替わるために多少の時間が必要であることから、いよいよ十分でない可能性がある。したがって、目指すところの受信側ノードが前のシンボルで送信を行っていたか、後のシンボルで送信を行う必要がある場合は、何らかのギャップを送信間に挿入することが必要である。このことは、ＯＦＤＭＡだ� ��でなく、ＯＦＤＭおよびＳＣにも当てはまる。
0060
図７では、ＭＡＮＥＴリンクギャップ（ＭＬＧ）７２５が、戦略的に、各ＭＬバーストの直前および直後に配置されている。ＭＬＧ ７２５は、１シンボル分の長さであるが、より短くてもよく、たとえば、実際のバーストの前後において半シンボル分の長さであってもよい。ＯＦＤＭおよびＯＦＤＭＡのシンボルは、サイクリックプレフィックスを含むことが多いため、ＭＬＧ ７２５を含むことが必須でない場合がある。したがって、これらのギャップはオプションと見なされ、これらを含めるかどうかは、変調、伝搬、および他のシステムパラメータによって決まる。他のＰＭＰ機能（たとえば、レンジングや高速フィードバックなど）との競合を避けるために、フレームの前方部分だけでなく、フレームの他の部分も予約しておくことが望ましい場合がある。そのような予約は、オプションと見なしてよい。
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0061
図８は、本発明による、ＰＭＰ互換のＵＳＡＰフレーム構造を示す。たとえば、ＰＨＹには、２０４８個のＯＦＤＭＡトーンを有する、２０ＭＨｚ幅のチャネルが使用される。フレームの長さは５ミリ秒であり、スーパフレーム６００の継続時間は１秒である。ユニキャストおよびブロードキャストのデータ送信を規定するために、当該技術分野において知られているＵＳＡＰ割り当てメカニズムが用いられる。サブサイクルが１２５ミリ秒ごと（２５フレームごと）に発生し、これは、ＵＳＡＰ「フレーム」に対応する。各フレームは、最大８個のＭＬバーストを有し、そのすべてが、同じ９個のＯＦＤＭＡシンボルの間に、異なる論理サブチャネルで発生する。符号化方式に応じて、使用される９個のＯＦＤＭＡシンボルの中にスペア� ��論理チャネルがあってよい。たとえば、７０個の論理サブチャネルがあって、ＭＬバースト当たり８個の論理サブチャネルがあれば、６個の論理サブチャネルが未使用である。この未使用サブチャネルを、グループにまとめるか、ＭＬバースト間の論理チャネルギャップを与えるために使用することが可能である。８個のＭＬバーストは、ＵＳＡＰプロトコルにおける８つの周波数に対応する。単一論理チャネルに２５個のフレームがある場合は、サブサイクルに２５個の「スロット」がある。最初のスロットと、その後の５つおきのスロットが、「ブロードキャスト」スロットである。その他の２０個のスロットは、ＵＳＡＰプロトコルにおける「予約／スタンバイ」スロットという、同じ役割を果たす。
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0062
ＰＭＰネットワークでは、４８個のシンボルフレームのうち、最後の４シンボルを、ＭＡＮＥＴ制御サブフレーム用に予約されているものとして取り扱う。ＭＡＮＥＴ制御サブフレームでは、ＯＦＤＭＡ変調シンボルが使用される。「ブートストラップ」スロットを実装するために、３個のシンボルが使用される。これは、サブサイクル当たり２０セットのブートストラップスロットを提供する。しかしながら、それらはブロードキャストなので、各フレームで使用されるのは、最も小さい番号が振られたブートストラップスロットだけであろうと予想される。同じＯＦＤＭＡシンボルセットの隣接する論理サブチャネルを占有するスロットは、必要に応じて、より大きなシグナリング容量を得るために、より大きなスロットに集約される� ��とが可能である。
0063
これらの番号は、あらゆる点において、基本的なＵＳＡＰフレームフォーマットに必要な数より多くのスロットに対応する。余分のスロットを単純に切り捨てて、厳密なＵＳＡＰアルゴリズムを実装することが可能である。しかしながら、当業者であれば、追加機能を利用することによって、基本的なＵＳＡＰプロトコルを拡張して、より高いパフォーマンスを得ることが可能であろう。
0064
全体で、４８個のシンボルのうちの１５個が、ＭＡＮＥＴプロトコルに従うことに使用されることを見込まれている。ＭＬバーストサイズを調節することにより、容量を増やしたり、さらに多くのスロットを追加して制御能力を高めたりすることが可能である。また、ＭＬバーストは、Ｊ番目のシンボルの後に開始されるように示されている。しかしながら、好ましい一実施形態では、ＭＡＮＥＴ制御サブフレームに隣接するＭＬバーストを一緒にすることによって、Ｊの値を強制的に３３にする。
0065
未割り当て通信時間は、ネットワークのＰＭＰコンポーネントによって使用される。また、ＰＭＰ ＢＳノードは、ネットワークのＭＡＮＥＴコンポーネント内のシグナリングをリスンしているため、有効に使用されていないＭＡＮＥＴスロットを一時的にＰＭＰユーザに割り当てることが可能である。ＩＥＥＥ ８０２．１６では、ＰＭＰフレームの特定区間の間にＰＨＹがどのように構成されているかに応じて、異なる置換ゾーンを使用する。すべてのＭＡＮＥＴ／メッシュノードが、それらのＭＡＮＥＴ通信に対して同じ置換ゾーン設定を使用することが好ましい。
0066
図９は、本発明による、ＩＥＥＥ ８０２．１６−２００４で定義されたメッシュネットワークに基づく、ＰＭＰ互換のメッシュフレーム構造を示す。ここでも、構造は、２０ＭＨｚの帯域幅と、５ミリ秒のＰＭＰフレーム長とを想定している。ＰＭＰ通信はＯＦＤＭＡであるとし、すべてのメッシュ通信（データおよび制御）がＯＦＤＭであるとする。図４のメッシュフレーム構造におけるメッシュミニスロット４２５は、ＯＦＤＭシンボル時間の約８．２倍と仮定されるＯＦＤＭＡシンボル時間に等しく設定されることが好ましい。厳密な量は、選択される変調パラメータに依存する。ＯＦＤＭＡシンボルをミニスロットとして使用することは、ミニスロットを下位ＰＨＹ変調（メッシュ通信の場合はＯＦＤＭ）の倍数として定義する標準的な規定から逸脱するものであ� ��。しかしながら、送信スケジューリングの観点から見ると、重要なのは、送信が開始される厳密な時刻が既知である、ということだけである。したがって、ＯＦＤＭＡシンボル時間をミニスロットとして使用することは、容易に適応される。前述のＭＬＧはここでも存在するが、それぞれが単一のＯＦＤＭシンボルで構成される。図９では、ＭＬＧは、メッシュミニスロット内に限定され、黒い帯域９００で表されている。
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0067
図示された実施形態では、フレーム当たりのミニスロットの数は、（全部で４８個のシンボルのうちの）３２に制限されている。フレームの最初の４個のシンボルは、８１５において、ネットワーク内のＰＭＰプロトコル通信のために予約されている。メッシュ制御サブフレームに関するパラメータは、それぞれが７個のＯＦＤＭシンボルからなる制御サブフレームごとに、５個の送信機会が与えられるように、選択されている。このことは、メッシュ制御サブフレームに対して５個のＯＦＤＭＡシンボルが予約されなければならないことを意味する。
0068
最初の送信機会のタイミングは、メッシュ制御サブフレームに対して予約された時間の開始を基準にして決定される。長さが１秒であるメッシュスーパフレームの中に、４個のフレームからなるサブサイクル（２０ミリ秒）が存在する。スーパフレームの最初のメッシュフレームから始まる、４メッシュフレームごとのメッシュ制御サブフレームは、図４の４０５に示されたネットワーク制御サブフレーム機能の専用である。他のすべての時間において、メッシュ制御サブフレームは、図４の４３０に示されたスケジュール制御サブフレーム機能を実行する。すべての未割り当てメッシュ容量がＰＭＰ機能に再度割り当てられるため、図９のフレーム構造では、非協調分散型制御機能メッセージングがサポートされない。しかしながら、そ� ��ようなメッセージングは、ＯＦＤＭＡシンボルがその機能の専用であれば、サポートされることが可能である。
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0069
前述のように、ＩＥＥＥ ８０２．１１は、ＭＡＮＥＴプロトコルもしくはメッシュプロトコルの基盤を与えることが可能である。本発明によれば、８０２．１６ ＰＭＰトラフィックとチャネルを共用することが可能なメッシュフレームもしくはＭＡＮＥＴフレームの一部またはすべての態様について、８０２．１１構成体を使用することが便利であろう。たとえば、図７に示されたフレーム構造では、ＩＥＥＥ ８０２．１１ ＤＣＦプロトコルを用いて、制御トラフィックをＭＡＮＥＴ制御サブフレーム７０５で搬送することが可能である。そのようなケースでは、メッシュスケジュールおよびネットワーク制御メッセージは、データメッセージのように８０２．１１で送信される。また、このサブフレームにおいてのみ、８０２．１６ ＰＨＹの代わりに８０２．１１ ＰＨＹを使用することが可能である。さらに、当業者であれば、８０２．１１ ＯＦＤＭ変調の代わりに基本的な８０２．１６ ＯＦＤＭ変調を用いることによって、変調器／復調器の要件を簡略化することが可能であろう。データトラフィックは、８０２．１６で指定されたＯＦＤＭＡまたはＯＦＤＭ変調により、依然として、ＭＬバースト内を伝送される。さらに別の代替では、８０２．１１プロトコルを用いて、メッシュ制御トラフィックもしくはＭＡＮＥＴ制御トラフィックだけでなく、ＭＡＮＥＴデータも搬送する。
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0070
図１１は、８０２．１１構成体を用いてメッシュもしくはＭＡＮＥＴに関する制御シグナリングおよびデータの両方をＭＡＮＥＴサブフレーム１１０５で搬送するケースにおいて実装可能な、８０２．１１ ＭＡＮＥＴ互換のＰＭＰフレーム構造を示す。この場合も、ＩＥＥＥ ８０２．１１または８０２．１６ ＰＨＹが、ＭＡＮＥＴサブフレームにおいて動作可能である。すべての８０２．１６ ＰＭＰトラフィックが、ＰＭＰサブフレーム１１１５内に存在することを強制される。ＰＭＰプロトコルのみを実施しているＩＥＥＥ ８０２．１６ ＳＳおよびＭＳノードは、８０２．１１インフラストラクチャを認識している必要がない。８０２．１６ ＢＳノードは、いかなる８０２．１１トラフィックも解釈する必要はないが、少なくとも、ＭＡＮＥＴサブフレーム１１０５の開始および終了の時刻は認識していなければならず、そうすることによって、ＭＡＮＥＴサブフレーム１１０５に干渉しないような方法でＰＭＰトラフィックをスケジュールすることが可能である。理想的には、ＢＳノードは、８０２．１６および８０２．１１の両方のプロトコルを実施することが可能であるべきであって、これは、８０２．１６および８０２．１１の両方のプロトコルを実施するように装備されていないＭＡＮＥＴノードとＰＭＰノードとの間のトラフィックをブリッジングすることと、ＭＡＮＥＴノードがＰＭＰノードに干渉しないようにＭＡＮＥＴノードによる８０２．１１プロトコルの� ��施を制御することを支援することとが可能であるようにするためである。
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0071
図１２は、８０２．１１ノードと８０２．１６ノードとが同じメディアを共用することを可能にするＩＥＥＥ ８０２．１１／８０２．１６結合フレーム構造を示す。これは、８０２．１１（ＭＡＮＥＴ）インフラストラクチャと８０２．１６（ＰＭＰ）インフラストラクチャとが同期していることが前提である。そのような同期は、たとえば、８０２．１１および８０２．１６の両方のプロトコルを実施するＢＳノードによって、あるいは、（たとえば、全地球測位衛星（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ）を使用する）既知の方法で与えられるような、両インフラストラクチャのための共通タイミング基準を有することによって、与えられることが可能である。
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0072
図１２では、８０２．１１ノードが、８０２．１６プロトコルを実施するノードに干渉するのを防ぐために、８０２．１１プロトコルの態様が用いられている。前述のように、ＴＢＴＴを、８０２．１１インフラストラクチャの公称の「フレームの開始」として用いることが可能である。そのような８０２．１１フレームが、１２００において図示されている。ビーコン競合１２１０（固定量）およびビーコンメッセージ１２１５を十分に見込んだ時間だけ、８０２．１６フレーム１２０５が８０２．１１フレームの開始からオフセットされている。ビーコンは、８０２．１１ノードが最初にＡＰノードによってポーリングされることなく送信を行うことを防ぐようにＣＦＰ １２２０が規定されている８０２．１１ ＣＦＰパラメータを含むことが可能である。一方、８０２．１１ノードは、ＣＦＰの間はどの局もポーリングしないように構成される。これによって、ＣＦＰの間は８０２．１１通信が行われないことが確実になる。
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0073
８０２．１６ ＢＳノードは、長さが８０２．１１ ＣＦＰの開始の時間間隔（ほとんどの場合は、２つのＴＢＴＴの時間間隔）と同一であるフレームを使用するように構成されることが可能である。一方、８０２．１６ ＢＳノードは、必要なすべてのＰＭＰ通信が、８０２．１１ ＣＦＰとなる時間の間に完了するように、ＰＭＰ通信を制御する。したがって、８０２．１６ ＰＭＰ通信は、８０２．１１通信によって干渉されない。８０２．１６ ＢＳノードは、８０２．１１ ＣＦＰの間のみ通信を行うように、関連するノードを制御するため、８０２．１１ ＣＰ １２２５の間は８０２．１６通信が行われない。
0074
図１２では、８０２．１６フレーム構造の詳細は簡略化されているが、当業者であれば理解されるように、既に示された詳細なフレーム構造はここでも存在していると考えてよい。本質的に、８０２．１６ ＰＭＰプロトコルは、８０２．１１ ＰＣＦの代わりに用いられており、８０２．１１ ＤＣＦは通常どおり機能している。８０２．１６ ＰＭＰおよび８０２．１１ ＤＣＦは、互いに干渉することなく共存しており、８０２．１１ ＤＣＦは、当該技術分野において知られているように、ＭＡＮＥＴを実装するために用いられることが可能である。
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0075
図１６は、本発明を実施するために用いられることが可能な装置の概略ブロック図である。他のハードウェアセットも適合することが可能であり、図１６は、本発明の範囲を限定するものではない。図１６は、３つのコンポーネント層、すなわち、汎用プロセス（ＧＰＰ：Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ）層１６００、信号処理（ＳＰ：Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）層１６０５、および無線周波数（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ハードウェア層１６１０を示している。ＧＰＰ層は、典型的にはコンピュータを構築するために使用されるコンポーネント（ＣＰＵ、メモリ、インターフェースロジックなど）を含む。インターフェースロジックは、イーサネット（登録商標）のような周知のインターフェースを実装するために用いられることが可能である。ＳＰ層は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）、およびデジタルアナログ変換器（Ｄ／Ａ）などのコンポーネントを含む。ＲＦ層は、（たとえば、アナログ集積回路（ＩＣ）、抵抗器、コンデンサ、およびそのような他のデバイスを含む）信号プロセッサによって与えられた信号を、対応するＲＦ信号に変換するために必要なデバイスからなる。それらの必要な機能を実装するように構成された要素を有するハードウェアセットとして、たとえば、ＢＡＥ Ｓｙｓｔｅｍｓ−Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＮＳ）から市販されているＭｏｄｅｌ Ｒ３Ｔ−Ｐ−７００無線機がある。
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0076
図１７は、本発明による、図１６に示されたようなハードウェアセットを使用して構築されたマルチプロトコルノードの機能ブロック図である。マルチプロトコル（通信）ノードと、通信サービスを必要とするデバイスとの間で、データ１７００がやりとりされる。データ１７００は、たとえば、イーサネット（登録商標）インターフェースを介して渡されることが可能である。ネットワーク構成パラメータを決定するために、制御ステータス情報１７０５が外部入力から（おそらくは、データと同じインターフェースを介して）与えられることも可能である。この情報は、ＧＰＰにハードコーディングされてもよい。図１７のノードへは、信号処理層ＳＰへのインターフェースを介して、タイミング基準１７１０が渡される。無線ネット� ��ークまたは制御インターフェースを介してタイミング情報が伝達されることも可能であるが、ＳＰ層において最も容易にサポートされる専用ハードウェアインターフェースを持つことが便利であることが多い。そうすれば、必要に応じて、他の層およびコンポーネントに対しても、タイミング基準を使用可能にすることができる。
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0077
ネットワーキングコンポーネント１７１５は、図１７のノードによって搬送されるべきデータを処理するために構成されており、たとえば、そのデータがＰＭＰリンクまたはＭＡＮＥＴリンクを介してルーティングされることが必要かどうかを決定してそのデータを適切にルーティングする役割を有する。制御入力は、ネットワーキングコンポーネント１７１５に流れ込むように図示されている。制御入力は、そこから、必要に応じて他のコンポーネントに分配される。制御入力は、他のコンポーネントに直接分配されることも可能である。
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0078
ＰＭＰ ＭＡＣコンポーネント１７２０は、図１７のノードにおいて、ＰＭＰ通信に必要なプロトコルを実装するように構成されている。このコンポーネントは、所望の構成に応じて、固定加入者ノード、移動加入者ノード、もしくは基地局ノードのためのプロトコルを実装することが可能である。ＭＡＮＥＴ ＭＡＣコンポーネント１７２５も同様に設けられている。コンポーネント１７２５は、ＭＡＮＥＴ通信に必要なプロトコルを実装する。ＭＡＮＥＴコンポーネント１７２５およびＰＭＰコンポーネント１７２０は、それらの間でスケジューリング情報１７３０をやりとりするために、互いにインターフェースするように構築および配置されるように考えられている。しかしながら、スケジューリング情報をハードコーディングすることにより、このスケジューリングインターフェースをなくすことも可能であろう。さらに、ＭＡＮＥＴ ＭＡＣ １７２５とＰＭＰ ＭＡＣ １７２０との間に、ブリッジングコンポーネント１７３５をオプションで設けることも可能である。ブリッジングコンポーネントは、２つのプロトコルセット（ＰＭＰおよびＭＡＮＥＴ）の間でデータをやりとりするために用いられることが可能である。これにより、ＭＡＮＥＴプロトコルセットを使用しているノードが、ＰＭＰプロトコルセットのみを使用している可能性のある他のノードと通信することが可能になる。システムによっては、ブリッジングと同じ機能を実現する、ネットワーキングコンポーネント１７１５のルーティング機能に頼るほうが好ましい場合があり、その場合は、ネットワーキングコンポーネント１７１５に伴う追加のオーバヘッドおよび遅延を代償として、ブリッジングコンポーネント１７３５が省略され� ��。
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0079
ネットワーキング、ＭＡＣ、およびブリッジングの各コンポーネントは、既知の方式で汎用プロセッサに実装されることが可能である。これらのコンポーネント（またはその一部）は、ノードのＳＰ部のファームウェアで実装されることも可能である。物理（ＰＨＹ）層コンポーネントは、変調、誤り訂正符号化、インタリーブ、ならびに任意の特殊処理（アンテナパターン、等化、プリディストーション、および同様の、モデムアーキテクチャにおいて典型的に用いられる処理）を含む、ノードのＳＰ部分に通常どおり実装されている。
0080
図１７のノードは、２つのＰＨＹコンポーネント、すなわち、ＰＨＹ１ １７３５およびＰＨＹ２ １７４０を有する。ＰＨＹ１は、ＭＡＮＥＴプロトコルに関連付けられており、ＰＨＹ２は、ＰＭＰプロトコルに関連付けられているが、両方のプロトコルセットをサポートするために共通ＰＨＹを使用することも可能である。適切なＲＦ信号（「宇宙信号」（ＳＩＳ：ｓｉｇｎａｌｓ ｉｎ ｓｐａｃｅ）と呼ばれることもある）の生成に必要なすべてのアナログ処理およびＲＦ処理をサポートするために共通ＲＦコンポーネント１７４５が設けられるが、プロトコルセット（ＰＭＰおよびＭＡＮＥＴ）ごとに別々のＲＦコンポーネントおよび関連付けられたアンテナ１７５０を有することが便利である場合もある。用途によっては、（たとえば、ＭＩＭＯや適応アンテナの実装のために）複数のＲＦセクションおよびプロトコルが必要になる場合もある。また、ＰＭＰ基地局が、それぞれが同じノード内に専用のＭＡＣ、ＰＨＹ、およびＲＦを有する複数のセクタをサポートすることも可能である。
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0081
図１３は、ＩＥＥＥ ８０２．１６および８０２．１１プロトコルを特に実施するマルチプロトコル局またはノードの機能ブロック図である。ネットワーキングコンポーネントの詳細は、省略されている。当業者であれば明らかであるように、各種機能のそれぞれを実装するには、いくつかの方法がある。たとえば、８０２．１１ ＭＡＣ １３００、および８０２．１６ ＭＡＣ １３０５の機能を実装するために、別々のマイクロプロセッサを使用することが可能である。２つのＰＨＹ １３１０および１３１５を実装するために、別々のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を使用することが可能である。２つのＰＨＹモジュール１３１０、１３１５で生成された信号に対してアップコンバージョン／ダウンコンバージョン、およびそれ以外のコンディショニングを行うために、ＲＦハードウェアの共通セット１３２０を使用することが可能である。ＲＦブロック１３２０からの信号はアンテナ１３２５に渡され、アンテナ１３２５からの信号は、ＲＦブロック１３２０に渡される。しかしながら、８０２．１１および８０２．１６機能に、ＲＦコンポーネントおよびアンテナの別々のセットを使用することも可能であり、単一のＦＰＧＡおよびマイクロプロセッサを用いて、ＰＨＹ １３１０、１３１５の両方、ならびに８０２．１１ ＭＡＣ １３００および８０２．１６ ＭＡＣ １３０５の両方を実装することも可能である。
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0082
図１３の場合のように、８０２．１１および８０２．１６の機能が単一の局もしくはノードに一緒に配置されている場合は、動作の強化が可能である。具体的には、（ｉ）８０２．１６ ＭＡＣ １３０５が８０２．１６ ＰＭＰ ＢＳノード機能を含んでおり、（ｉｉ）８０２．１１ ＭＡＣ １３００が８０２．１１ ＡＰノード機能を含んでおり、（ｉｉｉ）ＭＡＣ １３００、１３０５の両方が、本実施形態では、図示されるように、ＰＨＹコンポーネントを介してＭＡＣコンポーネントに分配されることが可能な共通タイミング基準１３３０に従って動作している場合は、８０２．１１機能と８０２．１６機能との間の同期を確実にとることがより容易である。さらに、８０２．１１ ＭＡＣ機能と８０２．１６ ＭＡＣ機能との間で双方向にデータが容易に渡されることを可能にするために、図示されるように、ブリッジング（もしくはルーティング）機能１３３５を設けることが可能である。ブリッジングは、８０２．１１および８０２．１６プロトコルの両方を実施するどの局でも概して有用であるが、８０２．１１ ＡＰノードおよび８０２．１６ ＢＳノードの両方として動作する局もしくはノードに配置された場合に、特に有用である。これは、一方のプロトコル（８０２．１１もしくは８０２．１６）だけを実施する局もしくはノードであれば、他方のプロトコルだけを実施するノードとの通信を、ＡＰ／ＢＳノード経由で行うことを許可されるためである。また、８０２．１６ ＢＳノードは、スケジューリング情報１３４０を８０２．１１ ＡＰノードに渡すことが可能である。前述のように、８０２．１１では、ＰＣＦにさらなるデータがない場合に、ＣＦ−Ｅｎｄメッセージを用いてＣＦＰを終了することが可能であり、それによって、ＰＣＦに割り当てられた時間を、ＤＣＦによる使用のために回復させることが可能である。ＡＰノードは、ＰＭＰスケジューリング情報が利用可能であれば、（図１２の１２３０で示されたような）ＣＦ−Ｅｎｄ機能を実装して、現在の８０２．１６ ＰＭＰ通信のニーズがすべて満たされた後にＤＣＦ（ＭＡＮＥＴ）通信のための時間を回復することが可能になる。
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0083
図１３に関しては、前と同様に、８０２．１１ ＭＡＣ １３００に関連付けられたＰＨＹ１ １３１０は、標準的な８０２．１１ ＰＨＹであることが可能であるか、８０２．１６ ＰＨＹであることが可能であることに注意されたい。完全にスタンドアロンである８０２．１６構成および８０２．１１構成を実装して、タイミングおよびブリッジングの機能だけを共用することが、より容易である場合がある。そのようなケースでは、８０２．１１ ＰＨＹを使用することがより便利であろう。しかしながら、多少の手間を追加することにより、８０２．１６ ＰＨＹを８０２．１１ ＭＡＣと対にすることが可能である。このことは、２つのＰＨＹ（ＰＨＹ１およびＰＨＹ２）を単一のＰＨＹに置き換えることが可能である点が有利であるが、既存の８０２．１１インフラストラクチャとの互換性が失われる可能性がある。当業者であれば、他の実装の選択肢が自明であろう。
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0084
ＡＰノードではなくＩＢＳＳのために構成された８０２．１１ ＭＡＣを使用することが有利である場合もある。前述のように、ＩＢＳＳでは、すべての局が、ビーコンプロセスに参加している。ＭＡＮＥＴの場合、これは、かなり重要な機能になりうる。８０２．１１を実施している局は、８０２．１６ ＰＭＰシステムのレンジ内に常にいるとは限らないため、自身の存在を定期的にアナウンスすることが必要である場合がある。ビーコンを送信することは、そうするための便利な方法の１つである。また、ＰＣＦを実装しているＡＰノードは、通常はビーコン競合期間を含まない。その代わりにＰＩＦＳ時間が用いられる。これは、他の局がビーコンを送信することを妨げる。したがって、すべての８０２．１１ ＭＡＣがビーコン競合に備えることが好ましい。フレームの開始時におけるビーコン競合スロットの数は、（たとえば、３２が好ましい実装である）ハードコーディングされたネットワークパラメータとなりうる。８０２．１１局の数を考慮した適応手法を適用することも可能である。標準的な８０２．１１ ＩＢＳＳビーコンプロトコルの例外は、ビーコンを送信しているすべての局が、ＣＦＰパラメータを含まなければならないことである。これは、ＩＢＳＳのビーコンに関する通常のケースではない。ビーコンのサイズは、含まれる要素の数に基づいて変化することが可能であるため、ビーコンメッセージが最後のビーコン競合スロットで送信された場合でも、ビーコンメッセージが８０２．１６プリアンブルより前に納まるように、ビーコンメッセージのサイズを限定することが望ましい場合がある。
0085
他の、８０２．１１プロトコルの最適化も可能である。たとえば、８０２．１１のフレーム間隔（ＩＦＳ：Ｉｎｔｅｒ−Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）およびスロットサイズは、１０００ｍの最大レンジに対して最適化される。これらの値は、より大きなレンジにおいては、より最適な動作のために修正されることが可能である。最終的な最適化の１つとしては、本明細書に記載の、８０２．１１の修正バージョンをすべての局が実施する場合に、ＰＣＦパラメータを各局においてハードコーディングすることが考えられ、それによって、ＰＣＦパラメータの送信が不要になる。
0086
図６のＰＭＰ／ＭＡＮＥＴ結合フレームにおける最適化されたパフォーマンスを得るために、既存のＭＡＮＥＴプロトコルセットをさらに改良することが可能である。ＭＡＮＥＴプロトコルセットは、「予約」ベースのプロトコルセットと、「競合」ベースのプロトコルセットとに分割されることが可能である。適切な事前計画により、予約ベースのプロトコルセットに排他的に頼ることが可能である。競合ベースのプロトコルセットだけを使用することも可能であり、その場合は、柔軟性が高くなるが、通常は効率が低下する。好ましい一実装は、柔軟性および効率の最適化を可能にするために、競合ベースのプロトコルセットと、予約ベースのプロトコルセットとを結合することである。
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0087
さらなる実施形態を図１４に示す。本明細書では、この実施形態を「メタＭＡＮＥＴ］（ＭＭ）フレーム構造と呼ぶ。この構造は、ＵＳＡＰで用いられたものと同様の方式でスケジュールされた（図８でも示された）ＭＬバーストを使用している。しかしながら、図８で示されたブートストラップスロットは、競合スロット１４００に置き換えられている。競合スロット１４００は、図面の一部に、「競合スロットの詳細」１４０５として、その詳細が示されており、制御メッセージまたは短いデータメッセージを渡すことを目的としている。競合スロットは、フレームの他の部分がＯＦＤＭＡ変調を使用していてもＯＦＤＭ変調を使用し、当該技術分野において周知の「スロット付きアロハ（Ｓｌｏｔｔｅｄ Ａｌｏｈａ）」プロトコルにおけるスロットと同様に動作する。スロット付きアロハと異なる点として、スロット１４００は、やはり当該技術分野において周知であって、たとえば、８０２．１１プロトコルで使用されている搬送波感知多重アクセス（ＣＳＭＡ：Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）に、スロット１４００が用いられることを可能にする内部構造を有する。好ましい一実施形態として５個の競合スロット１４００が図示されているが、本発明の範囲内で、競合スロットは、５個より多くても少なくてもよい。
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0088
競合スロット１４００は、ＣＳＭＡまたはスロット付きアロハ（または両者の何らかの組み合わせ）を実施することを可能にするように構築される。ノードが送信モードから受信モードへ、または受信モードから送信モードへ切り替わることを可能にするために、競合スロットの開始部にターンアラウンド時間１４１０が割り当てられる。この好ましい実施形態では、この目的のために、ＯＦＤＭシンボルの４分の１が割り当てられるが、本発明によれば、割り当ては、４分の１より多くても少なくてもよい。ＣＳＭＡが実施される場合は、競合スロットへの優先的なアクセスが優先度メッセージに与えられることを可能にする優先機会（ＰＯ：ｐｒｉｏｒｉｔｙ ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙ）１４１５が図示されている。メッセージの例として、８０２．１１プロトコルに記載されている送信可（ＣＴＳ：Ｃｌｅａｒ ｔｏ Ｔｒａｎｓｍｉｔ）や確認応答（ＡＣＫ：Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｍｅｎｔ）がある。この好ましい実施形態では、優先機会としてＯＦＤＭシンボル時間の４分の３が割り当てられているが、割り当ては、これより多くても少なくてもよい。本発明によれば、複数の優先機会があってもよく、優先機会がなくてもよい。
0089
優先機会の後に、いくつかの競合機会（ＣＯ：ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙ）１４２０が続く。ＣＯ １４２０は、８０２．１１プロトコルにおいて使用される場合と同様に使用されうるが、他のアプローチを用いることも可能である。好ましい実施形態として、３個のＣＯが図示されているが、ＣＯは、これより多くても少なくてもよい。好ましい実施形態として、ＣＯ １４２０は、ＯＦＤＭシンボルの４分の１のサイズで図示されているが、本発明によれば、ＣＯのサイズは、これより大きくても小さくてもよい。この好ましい実施形態では、３個のＯＦＤＭシンボル、２個の同期（ｓｙｎｃ）シンボル、および１個のデータシンボルに、十分な時間が割り当てられている。当業者であれば明らかであるように、本発明の範囲内で、より多いか、より少ない同期シンボルおよびデータシンボルをＣＯに割り当てることが可能である。特にスロット付きアロハを実施している場合は、レンジ遅延を考慮しなければならない。競合スロット１４００は、レンジ遅延１４２５に対する割り当てを含み、割り当ては、この好ましい実施形態では、ＯＦＤＭシンボルの１．５個分に設定されているが、本発明の範囲内� ��おいて、これより多くでも少なくてもよい。
0090
以上をまとめると、本明細書に開示および記載された種々のフレーム構造は、共通ネットワークの共用のチャネルセットにおける、ＰＭＰプロトコルおよびＭＡＮＥＴプロトコルもしくはメッシュプロトコルの両方の無線通信をサポートする役割を果たしている。それらのフレーム構造のすべてにおいて、ＰＭＰフレームの前方（先頭）部分は、重要なＰＭＰ制御フィールドのために予約されており、ＰＭＰフレームの末尾部分は、ＭＡＮＥＴ制御トラフィックもしくはメッシュ制御トラフィックのために予約されている。本発明のフレーム構造を使用しているＰＭＰ基地局またはノードは、ＭＡＮＥＴ／メッシュスケジューリングを監視し、ＭＡＮＥＴ／メッシュトラフィックの前後のＰＭＰトラフィックをスケジュールする。場合によ� ��て、所定の分割が行われることが可能である。フレーム構造内のＭＡＮＥＴ／メッシュデータトラフィックに容量を割り当てることに関して、いくつかのメカニズムが説明されている。
0091
先述の内容は、本発明の好ましい実施形態を表しているが、当業者であれば理解されるように、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更がなされることが可能であり、本発明は、そのような修正および変更のすべてを、添付の特許請求の範囲内にあるものとして、包含する。
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