JP2002529017A - Broadband wireless mesh topology network - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】 メッシュ型トポロジーに基づく広帯域無線ネットワークであって、消費者、小規模企業および大企業の構内へ、IP標準インターフェイスおよび消費者側のマルチメディアデジタルバスインターフェイス(BAP−1、BAP−2)などのデータインターフェイスを用いて、データ、インターネット、音声およびマルチメディアをもたらすよう最適化される広帯域無線ネットワークである。標準インターフェイスを介してデータを加えかつ落とすだけでなくルートダイバーシティを用いて多数の無線ノード間でデータをルーティングする能力を備えた、消費者構内の無線トランシーバ(SR10−SR21)は、メッシュ型ネットワークの利用可能性、信頼性を高め、かつロードバランシングを可能にする。 (57) [Summary] A broadband wireless network based on a mesh-type topology is provided to the premises of consumers, small businesses and large enterprises, and to an IP standard interface and a consumer-side multimedia digital bus interface (BAP-1, BAP). -2) is a broadband wireless network that is optimized to bring data, Internet, voice and multimedia using a data interface such as -2). With the ability to route data between multiple wireless nodes using route diversity as well as adding and dropping data via standard interfaces, the consumer premises radio transceivers (SR10-SR21) are based on a mesh network. Increase availability, reliability, and enable load balancing.
Description
【0001】[0001]
この発明は、無線通信一般の分野に関し、特にスペクトルの高周波帯における
パケットデータ伝送向けに設計された高容量広帯域無線ネットワークの分野に関
する。The present invention relates to the field of wireless communications in general, and more particularly to the field of high capacity broadband wireless networks designed for packet data transmission in the high frequency band of the spectrum.
【0002】[0002]
高容量広帯域システムの定義は、T1(1.5MB/s)またはE1(2MB
/s)よりも高い、通常はリンクごとに100MB/sまでまたはそれ以上の伝
送速度で動作し、かつ6GHzよりも上の周波数範囲、典型的には10.15G
Hzから10.65GHz、24GHzから31GHzおよび37GHzから4
1GHzのスペクトル部分の認可を与えられた帯域で動作するシステムに関する
。40GHzから60GHzでも新たな帯域が開設され、これらは免許なしでの
使用も可能である。それらの周波数においては、送信無線局と受信無線局の間に
開けた見通し線(LOS)を介して強力な伝送が達成される。The definition of a high capacity broadband system is T1 (1.5 MB / s) or E1 (2 MB / s).
/ S), typically operating at transmission rates up to 100 MB / s or more per link, and in the frequency range above 6 GHz, typically 10.15 G
Hz to 10.65 GHz, 24 GHz to 31 GHz and 37 GHz to 4
A system operating in a licensed band of the 1 GHz spectral portion. New bands are opened from 40 GHz to 60 GHz, and these can be used without a license. At those frequencies, strong transmission is achieved via an open line of sight (LOS) between the transmitting and receiving radio stations.
【0003】 無線通信ネットワークにより、ファイバ、ハイブリッドファイバ、同軸ケーブ
ルおよびツイストペアネットワークへの競合するアクセスが可能となる。T1(
1.5MB/s、US)およびE1(2MB/s、ETSI)までの速度の低ビ
ットレートの無線システムが開発され配備されてきた。これらの無線システムは
、使用が許される帯域幅が限られている、通常は6GHzよりも下のスペクトル
の低い部分で用いられる。そのようなシステムの例には、900MHz、1.8
から2GHzのセルラーシステム、2.3GHzのWLL(ワイヤレスローカル
ループ)および900MHz、2.4GHzと5.7GHzのISM(産業科学
医療用)帯域での無免許の無線システムが含まれる。これらの帯域の限定された
帯域幅のために、このようなシステムは狭帯域で動作し、かつリンクごとの容量
が低い。インターネットサービスの拡大のためだけでなく、CELEC(競合す
る市内交換電気通信事業者)がそれら自身のアクセスインフラストラクチャを作
ることが許されるようになったテレコム業界の規制緩和により、(1MB/sか
ら2MB/sよりも上の)高容量に対する需要が過去数年の間に劇的に増加した
。その結果、世界中の規制当局は、10GHzより上の新たな帯域を使用のため
開放した。これらの帯域は、所与の区域の単一のオペレータが使用するように免
許が与えられるのが通常である。アメリカ合衆国のFCCのような通信当局から
無線リンクに対する事前の承認を得なければならないと各国の法律で求められた
ような以前の状況に対して、オペレータはそれ自身の無線システムを自らが実現
しようとするトポロジ−に展開できる。リンクごとのPP(ポイントツーポイン
ト)周波数割当と、単一のオペレータにより用いられるべき明確な領域ごとの広
帯域スペクトル範囲の割当との間の動作の主な違いにより、オペレータのスペク
トルの使用を最大化し、かつそれらの新たに開放されたミリ波スペクトルにより
高容量でかつさらに進んだ無線ネットワークを作り出せる、全く新しいトポロジ
ー実現のための市場が開かれる。これらのスペクトルの一部は、文献ではLMD
S(ローカルマルチポイントディストリビューションシステム)またはLMCS
(ローカルマルチポイントコミュニケーションシステム)またはPMP(ポイン
トツーマルチポイント)システムと称される。この発明は、新たな顧客の無線局
を事前の承認なしにいかなる場所でもシステムに加えることができる、領域に基
づく使用に免許が与えられたこれらのスペクトル範囲からさらに進んだ、新たな
トポロジーに関する。[0003] Wireless communication networks allow competing access to fibers, hybrid fibers, coaxial cables, and twisted pair networks. T1 (
Low bit rate wireless systems up to 1.5 MB / s, US) and E1 (2 MB / s, ETSI) have been developed and deployed. These wireless systems are used in the lower part of the spectrum, usually below 6 GHz, where the bandwidth allowed for use is limited. Examples of such systems include 900 MHz, 1.8
To 2 GHz cellular systems, 2.3 GHz WLL (wireless local loop) and unlicensed wireless systems in the 900 MHz, 2.4 GHz and 5.7 GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical) bands. Due to the limited bandwidth of these bands, such systems operate in a narrow band and have low capacity per link. Not only because of the expansion of Internet services, but also due to the deregulation of the telecom industry, which has allowed CELECs (competitive local switching telecommunications carriers) to create their own access infrastructure (1MB / s The demand for high capacity (above 2 MB / s) has increased dramatically during the past few years. As a result, regulators around the world have opened up new bands above 10 GHz for use. These bands are typically licensed for use by a single operator in a given area. Against the previous situation, where national laws required that radio links, such as the United States FCC, be pre-approved for radio links, operators would try to implement their own radio system. Topology. Maximize operator spectrum usage due to the main difference in operation between per-link PP (point-to-point) frequency allocation and allocation of broadband spectral range per distinct region to be used by a single operator And their newly opened millimeter-wave spectrum opens up a market for a completely new topology that can create higher capacity and more advanced wireless networks. Some of these spectra are described in the literature as LMD
S (Local Multipoint Distribution System) or LMCS
(Local multipoint communication system) or PMP (point to multipoint) system. The present invention relates to new topologies that go further from these spectrum ranges licensed for use based on territory, where new customer radio stations can be added to the system anywhere without prior approval.
【0004】 典型的な先行技術の広帯域無線通信ネットワークのためのトポロジーが図1に
示される。各々の基地局が90°のセクタ4つを用いて360°をカバーする。
2つの基地局は、ファイバ接続によりすべての基地局からメインスイッチに情報
が転送される他の基地局の場所に無線接続を介して接続される。メインスイッチ
は無線アクセスでカバーされる区域の加入者間だけでなく、ファイバトランキン
グシステム(SONETまたはSDH)を介して同じ区域または遠隔の外部区域
のいずれかの他の加入者間の接続ももたらす役割を果たす。ネットワークは、無
線リンク9、10またはファイバ(リンク8)などのポイントツーポイント(P
P)を介して接続されたポイントツーマルチポイント(PMP)アクセスネット
ワークに基づく。図1では、基地局BS11、BS12およびBS13は、加入
者無線局SR14−SR18と直線方向の見通し線(LOS)を達成するように
地形的に高くなった場所に位置づけられる。各々の基地局は、19、20および
21などの明確に固定されたセクタに伝送する多数のセクタアンテナを含む。隣
接するセクタ間の干渉を回避するため、互いに干渉し得るセクタに対して異なる
周波数が割当てられる。したがってセクタ20は周波数122を用い、隣接する
セクタ19は異なる周波数121を用い、周波数121および122は任意の周
波数である。異なる基地局に属するセクタ21は、セクタ20での通信と干渉す
るセクタ21からの信号を避けるため、ある状況では周波数122とは異なるべ
き周波数111を割当てられる。しかしながら、適正な状況下では、干渉が発生
しそうになければ、周波数111は周波数121と同様であってもよい。多くの
場所は、SR17の背後にあるSR18のようにLOSを有しない。A topology for a typical prior art broadband wireless communication network is shown in FIG. Each base station covers 360 ° using four 90 ° sectors.
The two base stations are connected via wireless connections to other base station locations where information is transferred from all base stations to the main switch by fiber connections. The main switch provides connections between subscribers in the area covered by wireless access as well as other subscribers either through the fiber trunking system (SONET or SDH), either in the same area or in remote external areas. Play a role. The network is a point-to-point (P) network such as wireless links 9, 10 or fiber (link 8).
Based on a point-to-multipoint (PMP) access network connected via P). In FIG. 1, base stations BS11, BS12 and BS13 are located at terrain elevation so as to achieve a linear line of sight (LOS) with subscriber radio stations SR14-SR18. Each base station includes multiple sector antennas transmitting to distinctly fixed sectors such as 19, 20, and 21. To avoid interference between adjacent sectors, different frequencies are assigned to sectors that can interfere with each other. Thus, sector 20 uses frequency 122, adjacent sector 19 uses a different frequency 121, and frequencies 121 and 122 are any frequencies. Sectors 21 belonging to different base stations are assigned a frequency 111 that should be different from frequency 122 in some situations to avoid signals from sector 21 that interfere with communication in sector 20. However, under proper circumstances, frequency 111 may be similar to frequency 121 if interference is not likely to occur. Many locations do not have a LOS like SR18 behind SR17.
【0005】 セクタ21の加入者SR17は、近くのセクタ24の加入者SR16と、SR
17からBS11へ、リンク10を通ってBS13へ、リンク8を通ってスイッ
チ22へ、さらにリンク8、BS13、リンク10、BS11を介して戻り、S
R16への経路を辿る回線を介して通信することができる。同様に、セクタ21
の加入者SR17は、異なる基地局のセクタ20の加入者SR23と、SR17
からBS11へ、リンク10を通ってBS13へ、リンク8を通ってスイッチ2
2へ、さらにリンク8をBS13に戻り、リンク9からBS12、セクタ20の
SR23へと、スイッチ22により割当てられた回線を介して通信することがで
きる。[0005] The subscriber SR17 of the sector 21 is divided into the subscriber SR16 of the nearby sector 24 and the SR21.
17 to BS 11, through link 10 to BS 13, through link 8 to switch 22 and back through link 8, BS 13, link 10, BS 11, and S
Communication can be performed via a line that follows a route to R16. Similarly, sector 21
The subscriber SR17 of the different base station includes the subscriber SR23 of the sector 20 of the different base station and the SR17.
To BS 11, through link 10 to BS 13, through link 8 and switch 2
2, the link 8 returns to the BS 13, and the link 9 can communicate with the BS 12 and the SR 23 of the sector 20 via the line allocated by the switch 22.
【0006】 これらすべての場合において、非同期転送モード(ATM)スイッチ22など
の中央スイッチが、すべてのトラフィックが通過しなければならないスイッチン
グファブリックの中心として機能し得る。同じスイッチは、トランキングWAN
(広域ネットワーク)バックボーンへのファイバリンク7に接続されるさらなる
ポートを含んでもよい。したがって、無線PMPアクセスシステムのサービスを
受ける加入者は世界中と接続できる。基地局は、加入者と無線で通信するのに用
いられる無線プロトコルをATMなどの標準的な伝送プロトコルに変換すること
ができる。[0006] In all these cases, a central switch, such as an asynchronous transfer mode (ATM) switch 22, may serve as the center of the switching fabric through which all traffic must pass. The same switch is a trunking WAN
(Wide area network) It may include an additional port connected to the fiber link 7 to the backbone. Therefore, the subscriber who receives the service of the wireless PMP access system can access the world. The base station can convert the wireless protocol used to communicate wirelessly with the subscriber to a standard transmission protocol such as ATM.
【0007】 基地局から加入者無線局(下流の方向)へのデータは、明確に固定されたたと
えば15°から90°の間の角度のセクタに設けられた、多くの加入者に向けた
セクタアンテナを介してブロードキャストモードで伝送される。データは、特定
の広帯域周波数においてたとえばTDMA(時分割多重アクセス)方式を用いて
、データパケットの各々に対して異なるアドレスを割当てることにより、特定の
顧客にアドレス指定される。他の先行技術の実現例においては、PMPシステム
は、加入者との通信が持続する間、動作スペクトルバンドの中の特定のより狭帯
域の周波数を加入者ごとに割当てる。上流方向への伝送を維持するため、各々の
基地局は、各セクタの多数の加入者の各々からの上り方向のリンクの伝送を同期
化する。スケジューリングアルゴリズムが、各個別の加入者無線局ごとに明確な
周波数(TDMA)で送信パケットのタイミングおよび長さを規定する。これは
、異なる加入者から基地局への次々のパケットの到着を同期化する。先行技術の
異なる方式、すなわちFDMA(周波数分割多重アクセス)方式では、基地局は
、サービスチャネル上で受信される伝送に対する要求および優先度スケジューリ
ングアルゴリズムに基づき、規定された帯域幅を備える特定の周波数チャネルを
加入者ごとに割当てる。符号分割多重アクセス(CDMA)などの他の動作モー
ドもPMPシステム向けに用いられてもよい。[0007] The data from the base station to the subscriber radio station (downstream direction) is sent to a number of subscriber-oriented sectors, provided in sectors that are clearly fixed, eg at angles between 15 ° and 90 °. It is transmitted in broadcast mode via an antenna. Data is addressed to a particular customer by assigning a different address to each of the data packets at a particular broadband frequency, for example using TDMA (Time Division Multiple Access). In other prior art implementations, the PMP system allocates certain narrower frequencies within the operating spectrum band for each subscriber while communication with the subscriber lasts. To maintain transmission in the upstream direction, each base station synchronizes transmission on the uplink from each of a number of subscribers in each sector. A scheduling algorithm defines the timing and length of transmitted packets at a well-defined frequency (TDMA) for each individual subscriber wireless station. This synchronizes the arrival of successive packets from different subscribers to the base station. In a different prior art scheme, the FDMA (Frequency Division Multiple Access) scheme, the base station relies on a request for transmission received on a service channel and a specific frequency channel with a defined bandwidth based on a priority scheduling algorithm. Is assigned to each subscriber. Other modes of operation such as code division multiple access (CDMA) may also be used for PMP systems.
【0008】 先行技術の無線PMPシステムの利点は以下のとおりである。 1.加入者ユニットの低コスト。ほとんどの制御およびシステム情報は基地局
内に設けられる。[0008] The advantages of the prior art wireless PMP system are as follows. 1. Low cost of subscriber unit. Most control and system information is provided in the base station.
【0009】 2.特に、ATMまたは周波数割当のような仮想回線割当システムのための、
単純なメディアアクセス制御(MAC)層。[0009] 2. In particular, for virtual circuit allocation systems such as ATM or frequency allocation,
Simple media access control (MAC) layer.
【0010】 3.より単純な基地局。それは公知の加入者からの外部スイッチ(たとえばA
TM)へのおよびそれからのデータのスマートマルチプレクサとして機能する。[0010] 3. A simpler base station. It is an external switch from a known subscriber (eg, A
TM) acts as a smart multiplexer for data to and from TM).
【0011】 4.スイッチングのための標準的な既存の技術に基づく中継。たとえばATM
などのスイッチはシステムに対して外部にある。[0011] 4. Relay based on standard existing technology for switching. For example, ATM
Such switches are external to the system.
【0012】 先行技術の無線PMPシステムの欠点は以下のとおりである。 1.基地無線局は、LOSのカバレッジを最大限にするため高くなった場所(
高価である)に設けられなければならない。The disadvantages of the prior art wireless PMP system are as follows. 1. The base radio station is located in an elevated location to maximize LOS coverage (
Expensive).
【0013】 2.樹木および建物のシャドウイング効果のために、部分的なカバレッジしか
達成できない。[0013] 2. Due to the shadowing effects of trees and buildings, only partial coverage can be achieved.
【0014】 3.基地局の設備および場所の確保およびメンテナンスにかかる高コスト。 4.基地局とスイッチとの間のトランキングのコスト。[0014] 3. High cost of securing and maintaining base station equipment and location. 4. The cost of trunking between the base station and the switch.
【0015】 5.加入者とそれら自身との間のシステムの接続性または外部世界とのシステ
ムの接続性をもたらすための1つまたはそれ以上の基地局スイッチの必要性。[0015] 5. The need for one or more base station switches to provide system connectivity between subscribers and themselves or the system with the outside world.
【0016】 6.セクタ内の加入者の密度が増加するにつれ、加入者ごとの帯域幅が減少す
る。[0016] 6. As the density of subscribers in a sector increases, the bandwidth per subscriber decreases.
【0017】 7.基地局からの最も長いリンクに基づいてセクタの利用可能性が限定される
。距離がより長くなるということは、加入者から受信する信号がより少ないこと
を意味し、したがってパケット信号レベルが大幅に変化する。[0017] 7. Sector availability is limited based on the longest link from the base station. Longer distances mean that less signals are received from the subscriber, and thus the packet signal levels vary significantly.
【0018】 8.基地局は、たとえば無線またはOC−3もしくはそれより上のファイバな
どの高価な高容量のリンクを介してスイッチに接続される必要がある。[0018] 8. The base station needs to be connected to the switch via an expensive and high capacity link such as, for example, wireless or OC-3 or higher fiber.
【0019】 9.接続をもたらすスイッチの必要性。 10.各々のデータのパケットは、スイッチへおよびその逆にずっとルーティ
ングされる必要があり、したがってシステムの大きな帯域幅リソースを消費する
。[0019] 9. The need for a switch to effect the connection. 10. Each packet of data needs to be routed all the way to the switch and vice versa, thus consuming large bandwidth resources of the system.
【0020】 11.基地局の限られた容量。現行技術の容量は、基地局当り155MB/s
よりも低い。11. Limited capacity of base stations. Current technology capacity is 155 MB / s per base station
Lower than.
【0021】 12.ルートダイバーシティがない。 13.リピータ機能の無さ、すべてのユニットは中央基地局と通信する。12. No route diversity. 13. Without repeater functionality, all units communicate with the central base station.
【0022】 14.より高容量の無線アクセスの必要性が高まるにつれ、より多くの基地局
がより密に近接して同じ区域内に設置されなければならず、そのため同じ周波数
が何度も再利用され得る。14. As the need for higher capacity wireless access increases, more base stations must be located in the same area in closer proximity, so that the same frequency may be reused many times.
【0023】[0023]
この発明の無線メッシュ型ネットワークは複数のノードを含み、各々のノード
は無線周波数送信回路と無線周波数受信回路とを含む。各々のノードは、LAN
もしくはWAN接続または電算システムを含む、ユーザが提供するシステムへの
接続のためのローカルポートをさらに含む。各々のノードは、送信および受信回
路ならびに回路とローカルポートの間のデータを交換するためのローカルポート
に結合されるデータ処理ユニットをさらに含む。ネットワークの特定のノードか
らのデータストリーム伝送を送信および受信するための空間的な流れの判断手段
が存在する。特に、各々のノードはネットワークの中のノードの部分集合に対し
て見通し線の関係にある。所与のノードに対する空間的な流れの判断手段は、デ
ータストリームの送信もしくは受信またはその両者のいずれかのためにその部分
集合ノードの中から選択する。データ処理ユニットは、所与のノードに向けられ
る入来する伝送から選択されたデータを抽出するための抽出手段を含む。次に残
余のデータストリームは、次の1つのまたは複数のノードに伝送される。同様に
、伝送されているストリームにデータを挿入するための挿入手段が存在する。こ
のように、入来するデータストリームのデータはノードに抽出され(落とされ)
、かつそのローカルポートに出力され(落とされ)、同時にデータストリームは
伝送されながら所与のノードからのデータを挿入される(加えられる)。The wireless mesh network of the present invention includes a plurality of nodes, each of which includes a radio frequency transmitting circuit and a radio frequency receiving circuit. Each node is a LAN
Alternatively, it further includes a local port for connection to a user provided system, including a WAN connection or a computing system. Each node further includes transmitting and receiving circuitry and a data processing unit coupled to the local port for exchanging data between the circuitry and the local port. There are spatial flow determination means for transmitting and receiving data stream transmissions from particular nodes of the network. In particular, each node has a line-of-sight relationship to a subset of the nodes in the network. The means for determining the spatial flow for a given node selects among its subset nodes for either transmitting and / or receiving data streams. The data processing unit includes extraction means for extracting selected data from an incoming transmission intended for a given node. The remaining data stream is then transmitted to the next node or nodes. Similarly, there is insertion means for inserting data into the stream being transmitted. Thus, the data of the incoming data stream is extracted (dropped) by the nodes
And is output (dropped) to its local port, while the data stream is inserted (added) with data from a given node as it is being transmitted.
【0024】 この発明の好ましい実施例では、少なくともいくつかのノードはネットワーク
の中の他のノードについての状況情報を含む。このように、ノードはネットワー
クについての情報をいくらか有する。この情報は空間的な流れの判断手段に送ら
れ、そのような情報に基づき、それへの送信またはそれからの受信のためのノー
ドを選択する。In a preferred embodiment of the invention, at least some nodes include status information about other nodes in the network. Thus, the node has some information about the network. This information is sent to the spatial flow decision means, and based on such information, selects a node to transmit to or receive from.
【0025】 少なくともいくつかのノードは、受取った伝送の特徴を評価するための手段も
有する。手段は、この特徴に関する情報を送信ノードに伝送するために設けられ
る。送信ノードはそのような情報に応答してその伝送パラメータを調整する。At least some nodes also have means for evaluating characteristics of the received transmission. Means are provided for transmitting information about this feature to the sending node. The sending node adjusts its transmission parameters in response to such information.
【0026】 ノードは、データのコネクションレス伝送、データのコネクション型伝送また
は、ネットワークの1つのセグメントがコネクションレスでかつ別のセグメント
がコネクション型である組合せを提供するための手段を含む。The nodes include means for providing connectionless transmission of data, connection-oriented transmission of data, or a combination where one segment of the network is connectionless and another segment is connection-oriented.
【0027】[0027]
図2を参照すると、ミリメートル波長周波数での動作に基づくメッシュ型トポ
ロジー無線ネットワークが仮定される。無線網は、メッシュ型ネットワーク上で
パケット通信を可能にする無線メッシュ型ネットワークおよびMAC(メディア
アクセス層)における動作向けに設計された最適化された無線局とともに、ネッ
トワークトポロジーの実現に基づく非常に高容量のパケット通信向けに最適化さ
れる。この発明に従うと、ネットワークは、顧客の構内の近傍に配備され、かつ
互いとだけでなくLAN(ローカルエリアネットワーク)、WAN(広域ネット
ワーク)または典型的なPCなどの、加入者が提供する内部データシステムと通
信する多数の加入者無線局(SR)ノードを含む。加入者間の直線方向の見通し
線(LOS)は、トポロジーの中の各ノードとノードの部分集合との間に存在す
る。多重反射は無視できる。SRノードは、近隣のノードからデータパケットを
受取りかつデータのパケットの宛先を分析する能力を備えたネットワークノード
として働く。SRノードは、その1つまたはそれ以上のローカルポートにアドレ
ス指定されたデータを落とし、かつそのローカルポートからのデータを加えるこ
とができる。SRノードは、パケットの最終的な宛先に向けたネットワークで利
用可能なルートの選択に基づき、他のネットワークノードにアドレス指定された
受取ったデータパケットおよびそのローカルポートから受取ったパケットをその
近隣のノードに方向付けする。ノードは他のノードから状況情報を常に受取り、
したがってそれらはメッシュ型ネットワーク上でのデータパケットのリアルタイ
ムの無線仮想ルーティングのためのスケジューリングメカニズムを発展させるこ
とができる。Referring to FIG. 2, a mesh topology wireless network based on operation at the millimeter wavelength frequency is assumed. Wireless networks are based on the realization of network topologies, with wireless mesh networks enabling packet communication over mesh networks and optimized radio stations designed for operation in the MAC (media access layer). Optimized for high capacity packet communications. According to the present invention, the network is deployed in the vicinity of the customer premises and internal data provided by the subscriber, such as a LAN (local area network), WAN (wide area network) or a typical PC as well as with each other. Includes a number of subscriber radio station (SR) nodes that communicate with the system. A linear line of sight (LOS) between subscribers exists between each node in the topology and a subset of the nodes. Multiple reflections are negligible. An SR node acts as a network node with the ability to receive data packets from neighboring nodes and analyze the destination of the packets of data. The SR node can drop data addressed to the one or more local ports and add data from the local port. The SR node, based on the selection of routes available in the network towards the final destination of the packet, receives received data packets addressed to other network nodes and packets received from its local port by its neighboring nodes. Orient to. Nodes always receive status information from other nodes,
Thus they can evolve a scheduling mechanism for real-time wireless virtual routing of data packets over mesh networks.
【0028】 したがって、メッシュ型ネットワークは、SRローカルポートがルータポート
である地形的に多様な区域にわたって分布する仮想ルータとみなすことができる
。この発明の重要な局面は、リアルタイムのスケジューリングアルゴリズムを介
してそれら自身の間で状況情報を共有することにより、受取ったデータパケット
のデータルーティングを決定するノードの能力である。このスケジューリングア
ルゴリズムにより、SRノードは各々の瞬間に利用可能なパケットのルートを選
択することができる。たとえば、同じ発信元と宛先との間のパケットは、利用可
能なルートに依存して多数の異なるルートを介してまたは同じルートを介して運
ばれてもよい。異なるルーティングにより変化する遅延を克服するため、SRノ
ードは異なる時間に到着するあるデータパケットの順を並べ替えて、ローカルポ
ートで明確なデータストリームを作成してもよい。Thus, a mesh network can be viewed as a virtual router distributed over geographically diverse areas where the SR local ports are router ports. An important aspect of the present invention is the ability of nodes to determine data routing of received data packets by sharing status information among themselves via real-time scheduling algorithms. This scheduling algorithm allows the SR node to select the route of the packet available at each moment. For example, packets between the same source and destination may be carried over many different routes or via the same route depending on the available routes. To overcome the varying delays due to different routing, SR nodes may reorder certain data packets arriving at different times to create a well-defined data stream at the local port.
【0029】 この発明の別の重要な局面は、元々はネットワークとつながっていなかった、
システムに加わる新たなノードのための自動アドミッションプロセスである。S
Rノードは、それらのローカルエリアを調べ、それらのSRノードがどれと通信
リンクを作ることができるかを見つける能力を有する。SRノードは、それらが
LOS通信を有する周囲のノードに関するそれら自身の状況情報を定期的に更新
する。Another important aspect of the present invention is that it was not originally connected to a network,
An automatic admission process for new nodes joining the system. S
R nodes have the ability to examine their local area and find out with which SR nodes they can make communication links. SR nodes periodically update their own status information about the surrounding nodes where they have LOS communication.
【0030】 SRノードは、周囲の近傍の他のノードが他のノードと通信するのと同時に、
あるノードと指向性のある通信をもたらすことができる。データ受信およびデー
タ送信のこの指向性は、選択されたセクタ領域での伝送と組合わされた時分割ア
クセスの組合せにより達成される。この選択は、セクタアンテナの選択を介した
ビームステアリング性能を用いることによる、固定された角度のセクタアンテナ
(30°、45°、90°)を用いることまたは地上での使用のみのための1次
元アンテナもしくは地上と非常に高い高度もしくは宇宙空間での使用のための2
次元アンテナであり得る整相列アンテナを用いることのいずれかにより達成され
る。The SR node simultaneously communicates with other nodes in the vicinity and communicates with other nodes.
It can provide directional communication with certain nodes. This directivity of data reception and data transmission is achieved by a combination of time division access combined with transmission in selected sector areas. This choice is based on the use of fixed angle sector antennas (30 °, 45 °, 90 °) or one-dimensional for terrestrial use only, by using beam steering performance through the choice of sector antenna. Antenna or ground and 2 for very high altitude or space use
This is achieved either by using a phased array antenna, which can be a two-dimensional antenna.
【0031】 加入者無線局(SR) 各々の加入者無線局(SR)はネットワークノードと
して働き、この発明によると、LOSが存在する少なくとも2つの他のSRネッ
トワークノードと(たとえば6GHzより上の)高い周波数で通信する独自の性
能を有する。たとえばSR16は、SR17、SR18、SR19およびSR2
0と通信することができ、したがって、たとえばWANアクセスBAP−1(バ
ックボーンアクセスポイント)からSR18へ、またはSR17からSR19へ
伝送された情報のためのリピータとして働く。SRネットワークノードはまた、
100/10BaseT、IEEE1394または他の標準的なインターフェイ
スなどのローカルインターフェイスを介してデータのパケットを加えるおよび落
とすこともできる。この発明の別の変更例では、SRがその付近の異なるSRと
通信する際にSRはその周波数チャネルを変更してもよい。これにより相互の干
渉の減少とともにネットワークのスループットが増加する。(加入者無線局の実
施化例の詳細な説明が図3に示され、かつ以下に説明される。) 見通し線(LOS) 現在の無線メッシュ型トポロジーにおいては、SRはデ
ータパケットのブリッジングおよび部分的なルーティングの機能を果たすことが
できる。その結果、データは1つのSRから別のSRにルーティングされ得る。
したがって、SRは少なくとも1つの他のSRと見通し線になければならない。
このネットワークトポロジーは、加入者アクセスがLOS障害物を迂回すること
により達成される、新たなタイプの無線ネットワークの構築を可能にする。図2
では、たとえば、SR18がSR19とのLOSを有しなければ、BAP1との
通信はSR16を介してSR19へ、またはSR20を介してSR15への別の
ルートで依然として確立され得る。この配置は、システムの密度が増加するとき
、各加入者へのLOSまたは多数のLOSを確立する能力が増すという有利な特
性を有する。初期のネットワーク展開が始まるときに、相互に可視である場所に
設けられたある量のSRを備える区域の初期の種まきが有利となり得ることが注
記される。 Subscriber Radio Stations (SR) Each subscriber radio station (SR) acts as a network node and, in accordance with the present invention, communicates with at least two other SR network nodes on which the LOS resides (eg, above 6 GHz). It has the unique ability to communicate at high frequencies. For example, SR16 is SR17, SR18, SR19 and SR2.
0 and thus serves as a repeater for information transmitted from, for example, WAN access BAP-1 (backbone access point) to SR18 or from SR17 to SR19. The SR network node also
Packets of data can also be added and dropped via a local interface such as 100 / 10BaseT, IEEE 1394 or other standard interfaces. In another variation of the invention, the SR may change its frequency channel when the SR communicates with a different SR nearby. This increases network throughput as well as reducing mutual interference. (A detailed description of a subscriber radio station implementation is shown in FIG. 3 and described below.) Line of Sight (LOS) In current wireless mesh topologies, SRs are used to bridge data packets and bridge them. It can perform the function of partial routing. As a result, data may be routed from one SR to another SR.
Therefore, the SR must be in line of sight with at least one other SR.
This network topology enables the construction of a new type of wireless network, where subscriber access is achieved by bypassing LOS obstacles. FIG.
For example, if SR 18 does not have a LOS with SR 19, communication with BAP1 may still be established on another route to SR 19 via SR 16 or SR 15 via SR 20. This arrangement has the advantageous property that as the density of the system increases, the ability to establish a LOS or multiple LOSs for each subscriber increases. It is noted that at the beginning of the initial network deployment, the initial sowing of areas with a certain amount of SR provided in mutually visible locations may be advantageous.
【0032】 スループット この発明の無線メッシュ型ネットワークのスループットは、加
入者の密度が増すにつれ増加するという独自の特性を有する。容量の増加の理由
は、ネットワークの中の多数の経路間でデータパケットのルーティングを可能に
する利用可能な高速リンクの付加による。この現象は、この発明の高周波ミリメ
ータ波メッシュ型ネットワークに独自のものであり、そこでは同じミリメータ波
周波数で動作する多数のリンクは、MAC層がそれらのビームを同期化して、相
互の空間的干渉を回避するのと同じ領域で動作することができる。MAC層はま
た、同じ区域に設けられかつ同じ周波数で同じビームの重なりを伴って動作する
、潜在的に干渉するSRの相互の伝送タイミングを同期化することにより、一時
的な干渉を防ぐ。この発明は、これらの高周波ビームの伝播がノード間の直線方
向のLOSを要求するという点において有利である。その結果、すべての反射さ
れたビームが吸収され、したがってネットワークの動作と干渉しない。これはま
た、非見通し線の受信を介した多重反射がネットワーク性能と大きく干渉し、そ
の区域で加入者数が増加するとネットワーク容量を減じる、たとえば6GHz、
特定的には3GHzよりも下の低周波数での無線メッシュ型トポロジーのいかな
る設置に対しても有意義な利点である。ミリメータ波長の先行技術のPMP無線
ネットワークに対しても別の有意義な利点が存在する。先行技術のシステムでは
、セクタごとのスループットは固定され、さらなる加入者がネットワークに加入
すると、加入者当りのネットワーク容量が線形的に減じられてしまう。 Throughput The throughput of the wireless mesh network of the present invention has the unique property of increasing as subscriber density increases. The reason for the increased capacity is due to the addition of available high speed links that allow the routing of data packets between multiple paths in the network. This phenomenon is unique to the high-frequency millimeter-wave mesh network of the present invention, where multiple links operating at the same millimeter-wave frequency require the MAC layer to synchronize their beams and create spatial interference with each other. Can operate in the same area as avoiding. The MAC layer also prevents temporary interference by synchronizing the transmission timing of potentially interfering SRs located in the same area and operating with the same beam overlap at the same frequency. The present invention is advantageous in that the propagation of these high frequency beams requires a linear LOS between the nodes. As a result, all reflected beams are absorbed and therefore do not interfere with the operation of the network. This also means that multiple reflections through non-line-of-sight reception greatly interfere with network performance, reducing network capacity as the number of subscribers increases in the area, eg, 6 GHz,
This is a significant advantage for any installation of a wireless mesh topology, especially at low frequencies below 3 GHz. Another significant advantage exists for millimeter wavelength prior art PMP wireless networks. In prior art systems, the throughput per sector is fixed, and as more subscribers join the network, the network capacity per subscriber decreases linearly.
【0033】 MAC層 この発明によると、加入者無線局は、その周囲のネットワークトポ
ロジーを考慮して、近くのSRの場所およびそのアドレスを識別するMAC層を
含む。各々のSRのMAC層は、その付近のSRネットワークノードの各々から
およびSRのローカルインターフェイスポートから受取ったパケットを読出す。
ローカルポートから到着するパケットに対しては、MAC層はパケットの宛先ア
ドレスに基づいて各々のパケットのルーティングを規定する。それはFEC(順
方向誤り訂正)および必要に応じて無線通信の暗号化に用いられるさらなる情報
ビットを加える。近くのSRから無線通信で到着するデータパケットは、そのア
ドレスに基づいて分析され、再送信されるかまたはローカルで落とされる。たと
えばSR16から同時にSR17とSR18に向けたブロードキャスト送信のた
めに可能な配置は、両SRが同じビームフットプリント内に設けられる単一の送
信によりまたはそれらのSRの各々の方向に送信を繰返すことにより達成するこ
とができる。ワイヤレスパケット無線局と内部パケットデータルーティングおよ
び/またはブリッジング性能とのこの独自の組合せにより、無線メッシュ型ネッ
トワークトポロジーの実現が可能になる。 MAC Layer According to the present invention, the subscriber wireless station includes a MAC layer that identifies the location of the nearby SR and its address, taking into account the surrounding network topology. The MAC layer of each SR reads packets received from each of its neighboring SR network nodes and from the SR's local interface port.
For packets arriving from local ports, the MAC layer specifies the routing of each packet based on the destination address of the packet. It adds additional information bits used for FEC (Forward Error Correction) and, optionally, encryption of wireless communications. Data packets arriving wirelessly from nearby SRs are analyzed based on their addresses and retransmitted or dropped locally. For example, a possible arrangement for a broadcast transmission from SR16 to SR17 and SR18 at the same time could be by a single transmission where both SRs are provided in the same beam footprint or by repeating the transmission in the direction of each of those SRs. Can be achieved. This unique combination of wireless packet radio stations and internal packet data routing and / or bridging capabilities allows for the implementation of wireless mesh network topologies.
【0034】 ルートダイバーシティ MAC層は、そのアドレスから宛先アドレスへ、利用
可能なルーティング経路を識別する役割も担う。ブロックされているルートの場
合、MAC層は代替的なルートを介してパケットをルーティングしてもよい。た
とえば、SR15はBAP1からのデータを、SR12とSR13を介してまた
はSR19とSR16を介してまたはSR21を介して受取ってもよい。それは
、BAP−1およびBAP−2などの多数のBAPを介してネットワークの外側
と通信することもできる。これは、ネットワークの信頼性および、短時間の間あ
る経路をブロックし得る降雨によるフェージングに対する耐性の大幅な増加をも
たらす。The route diversity MAC layer is also responsible for identifying available routing paths from that address to the destination address. For blocked routes, the MAC layer may route the packet via an alternative route. For example, SR15 may receive data from BAP1 via SR12 and SR13 or via SR19 and SR16 or via SR21. It can also communicate outside the network via multiple BAPs, such as BAP-1 and BAP-2. This results in a significant increase in network reliability and resistance to rain fading, which can block certain paths for short periods of time.
【0035】 自動アドミッタンス 許可プロセスを用いてネットワークに加わるSRは、周
波数チャネルおよび、それがビームステアリング性能を備えていれば空間的に異
なる方向もスキャンする。それはネットワークに受け入れられようとする。それ
が適正なネットワークノードとしてシステムに登録されれば、ネットワークはそ
れが加わるのを許し、他のノードでその情報を更新する。An SR entering the network using an automatic admittance grant process also scans the frequency channels and, if it has beam steering capabilities, spatially different directions. It tries to be accepted by the network. Once it is registered with the system as a valid network node, the network allows it to join and updates its information with other nodes.
【0036】 チャネル選択 ネットワークは異なる区域またはリンクに対して特定の周波数
チャネルを選択し得る。さらに、最適化されたスペクトル割当は、外部システム
により監視されかつ調査される、ネットワークデータフローの情報に基づいてN
MS(ネットワーク管理システム)からダウンロードされ得る。この入力により
、異なる区域で用いられる手動でのチャネルの規定だけでなくより良い最適化が
可能になる。図2では、SR12からのリンクは周波数チャネル102を割当て
られてもよく、SR15はSR21と通信するのに周波数チャネル101を用い
てもよく、チャネル101および102は任意の周波数帯である。A channel selection network may select a particular frequency channel for different areas or links. In addition, the optimized spectrum allocation can be based on network data flow information monitored and investigated by external systems.
It can be downloaded from an MS (Network Management System). This input allows for better optimization as well as manual definition of channels used in different areas. In FIG. 2, the link from SR12 may be assigned frequency channel 102, SR15 may use frequency channel 101 to communicate with SR21, and channels 101 and 102 may be in any frequency band.
【0037】 多重WANアクセス ネットワークは、図2に示される、BAP−1およびB
AP−2などの多数のWANアクセスを備えて動作するように設計される。これ
により、典型的には地形的に高くなった場所に設けられる基地局に向けてバック
ボーントランキングシステム(SONET/SDH)を継続する必要があるPM
Pアーキテクチャに対して、BAPにSRを加えるだけでよいメッシュ型無線ネ
ットワークへ、好都合なアクセスが可能となる。先行技術に優る利点は、ネット
ワークの内外へのデータの流れの合計を増加させるのに多数の高速トランキング
接続が用いられて、したがってその総スループット容量を劇的に増加させること
ができるという事実から生じる。ネットワーク内外へのルートダイバーシティは
多重WANアクセスポイントの別の副産物である。The multiple WAN access network includes BAP-1 and B, shown in FIG.
It is designed to operate with multiple WAN accesses, such as AP-2. This requires the PM to continue the backbone trunking system (SONET / SDH) towards base stations typically located at terrain elevated locations
For the P architecture, convenient access to a mesh-type wireless network in which only the SR needs to be added to the BAP can be provided. An advantage over the prior art is due to the fact that a large number of high-speed trunking connections are used to increase the total data flow into and out of the network, and thus can dramatically increase its total throughput capacity. Occurs. Route diversity into and out of the network is another by-product of multiple WAN access points.
【0038】 周波数再利用 近くの隣接局を介した動作の結果、周波数再利用の可能性が大
幅に増加する。これは、より低い周波数(<6GHz)での非LOSシステムに
対しておよび、広いセクタ領域の中へ伝送が行なわれるPMPシステムに対して
劇的な帯域幅の増加をもたらす。The result of the operation through the frequency reuse nearby neighbor, the possibility of frequency reuse is greatly increased. This results in a dramatic bandwidth increase for non-LOS systems at lower frequencies (<6 GHz) and for PMP systems where transmissions are made into large sector areas.
【0039】 リンクごとのより高い帯域幅 密度が増加するにつれさらに短くなる加入者間
の短い距離のために、受信者に到達する信号の強さはPMPシステムと比較して
著しく高い。その結果、無線リンクは同じ周波数帯でより高いビットレートで動
作することができる。これは、高いQAM変調技術を用いることにより達成され
得る。さらに、1本のリンクの動作は近くのリンクとは独立しているため、各リ
ンクは各々の瞬間に受信される信号レベルに基づいてそのビットレートを調整し
、BER(ビット誤り率)を最適化することができる。これは、セクタにおける
ビットレートがセクタの中の最も長いリンクに基づいて規定されるPMPシステ
ムとは対照的である。Due to the shorter distance between subscribers, which gets shorter as the higher bandwidth density per link increases, the signal strength reaching the receiver is significantly higher compared to the PMP system. As a result, the wireless link can operate at a higher bit rate in the same frequency band. This can be achieved by using a high QAM modulation technique. In addition, since the operation of one link is independent of the nearby links, each link adjusts its bit rate based on the signal level received at each instant to optimize the BER (Bit Error Rate) Can be This is in contrast to PMP systems where the bit rate in a sector is defined based on the longest link in the sector.
【0040】 メッシュ型ネットワークの利用可能性 この発明による無線メッシュ型ネット
ワークの利用可能性は、多数のSR間の距離がより短いために他のトポロジー(
たとえばPMP)に対して著しく増加する。利用可能性のさらなる増加は、ネッ
トワークの各セグメントで伝送される電力を、ネットワークの他のセグメントと
独立して変化(増加)させるネットワークの能力のためである。さらに、ネット
ワークは、全体のネットワークパフォーマンスを著しく変化させることなくネッ
トワークの各セグメントの感度を増加させる(およびビットレートを減少させる
)ことができる。したがって、たとえば大雨によりメッシュ型ネットワークを通
って伝播するフェージングが発生しても、いくつかのリンクはその電力を増して
信号の強さを増し、またそれらのビットレートを減じることにより感度を高めて
、信頼性を向上させ得る。その結果、(恐らくはより低いビットレートで)同じ
リンクから、または降雨によるフェージングにあまり影響を受けない他のリンク
から、SRはそのデータパケットを入手する。 Availability of Mesh Networks The availability of a wireless mesh network according to the present invention may be due to other topologies (because the distance between multiple SRs is shorter).
For example, PMP). The further increase in availability is due to the network's ability to change (increase) the power transmitted in each segment of the network independently of the other segments of the network. In addition, the network can increase the sensitivity (and reduce the bit rate) of each segment of the network without significantly changing the overall network performance. Thus, even if heavy rain causes fading to propagate through the mesh network, some links may increase their power to increase signal strength and increase their sensitivity by reducing their bit rate. , Reliability can be improved. As a result, the SR gets its data packets from the same link (perhaps at a lower bit rate) or from other links that are less susceptible to rain fading.
【0041】 メッシュ型ネットワークの信頼性 この発明のメッシュ型ネットワークは、各
々のSRが多数の方向からパケットのストリームを受取れるようにすることによ
り、同時に多数のルートを介して動作できる。そのMAC層を介して、SRは到
着するデータの順を並べ替えて、より長いルートを介して到着するパケットを正
しい順に落とすことができる。このルートバランシング性能により、ネットワー
クはいくつかのノードが稼動していないときですら信頼性を持って動作できる。 Mesh Network Reliability The mesh network of the present invention can operate over multiple routes simultaneously by allowing each SR to receive a stream of packets from multiple directions. Through its MAC layer, the SR can rearrange the order of arriving data and drop packets arriving via longer routes in the correct order. This route balancing capability allows the network to operate reliably even when some nodes are not running.
【0042】 バックアップ 同じ加入者LANに接続する同じ場所(ノード)で2つ以上の
SRを用いることによりローカルの信頼性の増加を実現できる。たとえば、2つ
のSRは同時に動作して、同じ場所に情報をルーティングすることができる。1
つのSRが故障した場合は、第2のものがビットレートを増して動作し続け、第
1の無線局の損失を補う。 Backup Local reliability can be increased by using two or more SRs at the same location (node) connected to the same subscriber LAN. For example, two SRs can operate simultaneously to route information to the same location. 1
If one SR fails, the second will continue to operate at the increased bit rate to make up for the loss of the first radio station.
【0043】 WANアクセス容量の増加 網からBAPへの容量を増加させる必要があれば
、BAPに設けられたWANルータの第2の100BaseTインターフェイス
にそのローカルインターフェイスを接続することにより、さらなるSRが同じ場
所に加えられ得る。この場合、二重のSRは、そのうちの1つが故障した場合に
バックアップ冗長を提供するだけでなく、無線網からのおよび無線網へのビット
レートの増加をもたらす。 Increasing WAN Access Capacity If it is necessary to increase the capacity from the network to the BAP, connecting its local interface to the second 100BaseT interface of the WAN router provided in the BAP allows additional SRs to be in the same location. Can be added to In this case, double SR not only provides backup redundancy if one of them fails, but also increases the bit rate from and to the wireless network.
【0044】 低軌道衛星および高空飛行通信トランスポンダ メッシュ型無線トポロジーは
、地球上空の特定の軌道をゆっくりと移動するネットワーク無線局と通信するの
にも用いることができる。それらの低軌道衛星または航空機に設けられる高空飛
行トランスポンダはリピータ/ルータとして働き、したがってメッシュ型ネット
ワークの多数の点へのアクセスを可能にする。このような動作のために、無線局
はそのビームを調整して空中の公知の軌道をスキャンすることにより、衛星と通
信し得る。ほとんどどの場所へもLOSを確立できる能力から利点が生じる。The low orbit satellite and high flight communication transponder mesh radio topology can also be used to communicate with network radio stations that move slowly in a particular orbit over the earth. The high-flying transponders on these low-Earth satellites or aircraft act as repeaters / routers, thus allowing access to multiple points of the mesh network. For such operation, the wireless station may communicate with the satellite by adjusting its beam and scanning a known orbit in the air. Benefits come from the ability to establish LOS almost anywhere.
【0045】 分極化ダイバーシティ このシステムは、同じカバレッジ範囲の中の異なるサ
ブグループに対して(垂直方向または水平方向の)異なる信号分極化を用い、総
容量を増加させおよび/または干渉耐性を向上させ得る。 Polarization Diversity This system uses different signal polarizations (vertical or horizontal) for different subgroups within the same coverage area to increase total capacity and / or improve interference immunity. obtain.
【0046】 この発明に従う加入者無線局(SR)のさらなる検討のために図3を参照する
。SRは図3の概略図に示されたように複数の構成要素を含む。図に見られるよ
うに、無線局は時分割二重(TDD)方式を用いる。メッシュ型トポロジーでT
DD無線局を用いる主な利点の1つは、TDD無線局は非対称で動作できること
、すなわち送信と受信の速度が異なり、このことがこの発明のパケットネットワ
ークに対してより適することである。データパケットは異なる方向に流れ得るた
め、したがってあるセグメントをより長時間にわたりある方向に伝送するには逆
方向に伝送するよりもより高い容量が必要となり得る。TDD無線局は2つの異
なる周波数の中で送信および受信信号を分離するダイプレクサを有しない。した
がって、無線局はより大きなスペクトルをスキャンできる。ダイプレクサを排除
することにより、ダイプレクサを必要とするFDD方式に比べて、これはSRの
コストを削減する。Refer to FIG. 3 for further discussion of the subscriber station (SR) according to the present invention. The SR includes a plurality of components as shown in the schematic diagram of FIG. As can be seen, the wireless station uses a time division duplex (TDD) scheme. T in mesh topology
One of the main advantages of using DD radio stations is that TDD radio stations can operate asymmetrically, i.e. have different transmission and reception speeds, which is more suitable for the packet network of the present invention. Because data packets can flow in different directions, transmitting a segment for a longer time in one direction may require more capacity than transmitting in the opposite direction. TDD radio stations do not have a diplexer that separates transmitted and received signals in two different frequencies. Thus, the wireless station can scan a larger spectrum. By eliminating the diplexer, this reduces the cost of the SR as compared to the FDD scheme which requires a diplexer.
【0047】 図3に示されるTDD無線局の主な構成要素は以下のとおりである。 R10ドロップインターフェイス これは顧客の構内へのローカルインターフ
ェイスポートである。ローカルポートは、LANもしくはWANまたはコンピュ
ータへの接続のための、10/100BaseT、ATM、IEEE1394ま
たはカスタムインタフェースを含んでもよい。さらに、同じケーブル上で電力が
供給され得る。The main components of the TDD radio station shown in FIG. 3 are as follows. R10 Drop Interface This is the local interface port to the customer premises. Local ports may include 10 / 100BaseT, ATM, IEEE 1394 or custom interfaces for connection to a LAN or WAN or computer. In addition, power can be supplied on the same cable.
【0048】 R20ケーブルインターフェイス これは安全保護および電力調整回路構成を
提供する。 R20 Cable Interface This provides security and power conditioning circuitry.
【0049】 R30デジタルトランスミッタ これは典型的には技術分野で公知の標準的な
回路構成を含む。それらはレベル可変変調器、FECエンコーダおよびチャネル
合成回路構成を含む。 R30 Digital Transmitter This typically includes standard circuitry known in the art. They include variable level modulators, FEC encoders and channel synthesis circuitry.
【0050】 R40メッシュ型無線メディアアクセスコントローラおよびリンク層コントロ ーラ この層は、リンク層ARQ、パケットサイズ適合、優先待ち行列、仮想回
線のスケジューリングおよびルーティングならびにローカルポートからのデータ
の任意の暗号化およびローカルポートに落とされるデータの暗号解読を提供する
。[0050] R40 wireless mesh media access controller and the link layer controller this layer, link layer ARQ, a packet size adaptation, priority queue, any encrypted data from the scheduling and routing as well as the local port of the virtual circuit and Provides decryption of data dropped to a local port.
【0051】 R50デジタルレシーバ これは典型的には技術分野で公知の標準的な回路構
成を含む。それらはデジタルチューナ、レベル可変復調器およびFECデコーダ
回路構成を含む。 R50 Digital Receiver This typically includes standard circuitry known in the art. They include digital tuners, variable level demodulators and FEC decoder circuitry.
【0052】 R60デジタル−アナログ変換器 R70送信/受信TDDスイッチ このスイッチはスイッチR130とともに
、送信モードと受信モード間の無線局の切換を行なう。 R60 Digital-to-Analog Converter R70 Transmit / Receive TDD Switch This switch, together with switch R130, switches the radio station between transmit mode and receive mode.
【0053】 R80アナログ−デジタル変換器 R90ミクサ R100線形電力増幅器 R110ローカル発振器 R120低ノイズ増幅器 R130送信/受信TDDスイッチ このスイッチはスイッチR70とともに
、送信モードと受信モード間の無線局の切換を行なう。 R80 analog-to-digital converter R90 mixer R100 linear power amplifier R110 local oscillator R120 low noise amplifier R130 transmit / receive TDD switch This switch, together with switch R70, switches the radio station between transmit mode and receive mode.
【0054】 R140アンテナ選択スイッチ このスイッチは、MRMACルーティング回
路の制御下で、指向性アンテナの選択を行ない、データストリーム伝送、すなわ
ち他の近くのノードがそのような伝送を受信しないように、特定のノードへおよ
びそれから方向付けられた伝送の空間的な流れの(方向の)制御を行なう。 R140 Antenna Selection Switch This switch, under the control of the MRMAC routing circuit, performs directional antenna selection and performs data stream transmissions, ie, certain specifics so that other nearby nodes do not receive such transmissions. Provides (directional) control of the spatial flow of transmissions directed to and from nodes.
【0055】 ANT1からANT5のアンテナ これらのアンテナは指向性アンテナ、すな
わちセクタアンテナであり、選択された空間的な方位または衛星通信の場合は高
度からの狭ビームの送信および受信を行なう。図3は図示の目的のみのための5
つのアンテナを示す。この発明はいかなる数のアンテナも支持するように意図さ
れている。整相列アンテナの場合、ビームステアリング性能を与えるそのような
アンテナを含む要素の相対的な位相のシフトを制御するには、異なる回路構成が
必要である。方向付けされた伝送性能は技術分野で公知である。上記に加えて、
いずれの同等の選択的伝送方式も、この発明において等しく十分に機能する方式
を論じている。 Antennas ANT1 to ANT5 These antennas are directional antennas, ie sector antennas, and transmit and receive narrow beams from a selected spatial orientation or altitude in the case of satellite communications. FIG. 3 shows 5 for illustration purposes only.
One antenna is shown. The present invention is intended to support any number of antennas. For phased array antennas, different circuit configurations are required to control the relative phase shifts of elements including such antennas that provide beam steering performance. Directed transmission performance is known in the art. In addition to the above,
Any equivalent selective transmission scheme discusses a scheme that works equally well in the present invention.
【0056】 MAC(メディアアクセス制御)層 この発明の実現は無線メッシュ型ネット
ワークの要件を受入れるよう設計されかつ特定された新たなMAC層の導入に基
づいている。MAC層の動作的要件および動作の主な方式の要約が以下に示され
る。 MAC (Media Access Control) Layer Implementation of the present invention is based on the introduction of a new MAC layer designed and specified to accommodate the requirements of wireless mesh networks. A summary of the MAC layer operational requirements and the main modes of operation is provided below.
【0057】 図4は、ビームをスキャンするか、または上述の指向性アンテナもしくは整相
列アンテナの使用などによりそのセクタ内のSRの1つとの通信を選択的にもた
らすかのいずれかにより、大きなセクタ内で通信する能力を備えた無線局を仮定
する、無線メッシュ型ネットワークの動作を支配するいくつかの原則を示す。通
信と干渉し得るセクタ内の他のSRはMAC層により制御されて、スケジューリ
ングされた送信の間無音のままとなる。FIG. 4 shows that either scanning the beam or selectively effecting communication with one of the SRs in that sector, such as by using a directional or phased array antenna as described above. 2 illustrates some principles governing the operation of a wireless mesh network, assuming wireless stations capable of communicating within a sector. Other SRs in the sector that may interfere with the communication are controlled by the MAC layer and remain silent during the scheduled transmission.
【0058】 この発明の高レベルMAC層およびその主な規定が以下に記載される。 指向性のある伝送 各々のノードは、そのLOSの受信ノードの場所に基づき
、どの方向に送信すべきかの空間的な方向を選択することができる。受信ノード
は、そのLOS内の送信ノードの場所に基づいて、どの方向から受信すべきかの
方向を選択する。The high-level MAC layer of the present invention and its main rules are described below. Directional transmission Each node can select a spatial direction to transmit in based on the location of the receiving node of its LOS. The receiving node selects a direction from which to receive based on the location of the transmitting node in the LOS.
【0059】 スケジューリングされた伝送 各々のノードは、その伝送が他の伝送に干渉を
引き起こせないときにのみ伝送することができる。すべてのノードで確立される
伝送スケジュールがそのような伝送の同期化を行なう。 Scheduled Transmissions Each node can transmit only when its transmissions do not interfere with other transmissions. Transmission schedules established at all nodes provide for synchronization of such transmissions.
【0060】 並行した伝送 多数の無線ノードは、それらが干渉を引き起こさないときは並
行して伝送することができる。図4では、無線ノード4が無線ノード1に伝送し
ている間、無線ノード2は無線ノード0に伝送することができる。 Parallel Transmissions Multiple wireless nodes can transmit in parallel when they do not cause interference. In FIG. 4, while wireless node 4 is transmitting to wireless node 1, wireless node 2 can transmit to wireless node 0.
【0061】 メッシュ型無線メディアアクセス制御(MRMAC) MRMACは、この発
明のメッシュ型無線ネットワークにおけるパケット通信のルーティングおよびス
ケジューリングを担う1組の手順およびアルゴリズムである。無線メッシュ型ネ
ットワークに加わるすべての無線ノードがMRMAC機能を実現する。MRMA
Cは、無線ノードの集合を高効率の無線パケットネットワークに束ねるディスト
リビューテッドインテリジェンスである。 Mesh Wireless Media Access Control (MRMAC) MRMAC is a set of procedures and algorithms responsible for routing and scheduling packet communications in the mesh wireless network of the present invention. All wireless nodes participating in the wireless mesh network realize the MRMAC function. MRMA
C is distributed intelligence that bundles a collection of wireless nodes into a highly efficient wireless packet network.
【0062】 メッシュ型無線物理層(MRPHY) MRPHYはMRMACと互換性のあ
る無線物理層であり、メッシュ型無線ネットワークの中でデータパケットのスケ
ジューリングされた伝送およびルーティングを可能にするのに必要な性能を与え
る。 Mesh Radio Physical Layer (MRPHY) MRPHY is a radio physical layer that is compatible with MRMAC and provides the necessary performance to enable scheduled transmission and routing of data packets in a mesh radio network. give.
【0063】 メッシュ型無線リンク層制御(MRLLC) MRLLCは、ユーザのプロト
コル転送をMRMACに適合させる役割を担うプロトコル層である。それは優先
度分類、自動再送要求(ARQ)およびパケットサイズの適合などの機能を果た
す。 Mesh type radio link layer control (MRLLC) The MRLLC is a protocol layer that plays a role of adapting a user's protocol transfer to MRMAC. It performs functions such as priority classification, automatic repeat request (ARQ) and packet size adaptation.
【0064】 プロトコルデータユニット MRMACは、図5に記載されたようにMRPH
YとMRLLCとの間に存在するプロトコル層である。図5はPHY、MACお
よびLLCプロトコル層間の関係を示す。The protocol data unit MRMAC has the MRPH as described in FIG.
It is a protocol layer that exists between Y and MLLLC. FIG. 5 shows the relationship between the PHY, MAC and LLC protocol layers.
【0065】 MRMACの要件 より上の層のトランスポートプロトコルのサポート。MR
MACは、固定PDUトランスポートプロトコルと、ATM、フレームリレーお
よびIPなどの可変PDUトランスポートプロトコルの両者をサポートする。M
RMACはATMおよびIPに好適なQoS(サービス品質)規定を提供する。Support for transport protocols above layers of MRMAC . MR
MAC supports both fixed PDU transport protocols and variable PDU transport protocols such as ATM, Frame Relay and IP. M
RMAC provides QoS (Quality of Service) specifications suitable for ATM and IP.
【0066】 転送タイプ 非同期およびアイソクロナス転送の両者がサポートされる。 転送サイズ MRMACはサイズ固定とサイズ可変のパケット転送の両者をサ
ポートする。最小パケットサイズは48オクテットであり、最大パケットサイズ
は2000オクテットである。 Transfer Types Both asynchronous and isochronous transfers are supported. Transfer Size MRMAC supports both fixed size and variable size packet transfers. The minimum packet size is 48 octets and the maximum packet size is 2000 octets.
【0067】 スループット MRMACのスループットはMRPHY容量の少なくとも80
%である。すべての無線メッシュ型トラフィックが、WANバックボーン(BA
P)に接続される1つの無線ノードへおよびそれから方向付けられる特別な場合
においては、スループットはWANリンク容量の少なくとも80%である。 Throughput The throughput of MRMAC is at least 80 times the MRPHY capacity.
%. All wireless mesh traffic is sent to the WAN backbone (BA
In the special case directed to and from one wireless node connected to P), the throughput is at least 80% of the WAN link capacity.
【0068】 遅延 BAPへのおよびBAPからの、サブネット内のいずれのノードに対す
るアイソクロナス遅延は6ms未満である。非対称の遅延は15ms未満である
。The isochronous delay to and from the delay BAP for any node in the subnet is less than 6 ms. The asymmetric delay is less than 15 ms.
【0069】 遅延の変動 アイソクロナス転送に対する遅延変動は2msを超えない。 無線網の構成 MRMACは、無線メッシュ型ネットワークに加わる無線ノー
ドおよびそれから離脱する無線ノードを、過度の分断を引起さずに受け入れる。[0069] delay variation with respect to the variation isochronous transfer of the delay does not exceed the 2ms. Wireless Network Configuration MRMAC accepts wireless nodes joining and leaving a wireless mesh network without causing excessive fragmentation.
【0070】 最適化 無線ノードは、外部の介入の必要性なしに十分に最適化された態様で
自己編成できなければならない。無線ノードは、集中制御機能がそのトポロジー
およびルーティングの選択をさらに最適化するのを可能にするインターフェイス
を有する。The optimized wireless nodes must be able to self-organize in a fully optimized manner without the need for external intervention. The wireless node has an interface that allows the centralized control function to further optimize its topology and routing choices.
【0071】 経路ダイバーシティ 利用可能な代替的な物理的経路は、冗長およびロードバ
ランシングに活用される。 Path Diversity Alternative physical paths available are exploited for redundancy and load balancing.
【0072】 プラグアンドプレイ 新たなノードの設置は取付け作業者による設備の調整を
必要としない。 Plug and Play Installation of a new node does not require equipment adjustment by the installer.
【0073】 MRMACの実現例が以下に示される。 [無線ノード初期化プロセス] 隣接局 各々のノードは、それが直線方向の(LOS)通信を有し得るサブネ
ット内のすべての他のノードのマップを含む。以下の表の情報が含まれる。An implementation example of the MRMAC is shown below. Radio Node Initialization Process Each neighbor node's node contains a map of all other nodes in the subnet where it may have linear (LOS) communication. The information in the following table is included.
【0074】[0074]
【表1】 [Table 1]
【0075】 ルート 各々のノードは、いずれかのMAC宛先にどのようにパケットを届け
るかを記載したルート表を有する。以下の表の情報が含まれる。 Routes Each node has a route table that describes how to deliver a packet to any MAC destination. The information in the following table is included.
【0076】[0076]
【表2】 [Table 2]
【0077】 プロセスの概要 ノードおよび無線メッシュ型ネットワークの初期化の後、各
々のノードは表1および表2に記載された情報を所有する。パケットの待ち行列
は、ノードから発せられたトラフィックとそのローカルポートでノードを通って
転送されているトラフィックの両者から各々のノードで形成される。ノードは各
パケットの宛先ごとにその表を参照し、スケジューリングされたハンドシェイク
および優先度の重み付けに基づき、パケット送信がどこに向かうべきかおよびそ
のような送信がいつ試みられるべきかを決定する。スケジューリングされたハン
ドシェイク時間に、無線ノードが相互の決定に到達し、送信がスケジューリング
される。その決定はノード間の潜在的な干渉を考慮する。各々のノード内の隣接
局のスケジューリングされたハンドシェイクを含むことは有利である。これによ
り干渉回避の手順が促進される。 Process Overview After the initialization of the nodes and the wireless mesh network, each node has the information listed in Tables 1 and 2. A queue of packets is formed at each node from both traffic originating from the node and traffic being transmitted through the node at its local port. The node consults its table for each packet destination and determines where to send the packet transmission and when such transmission should be attempted based on the scheduled handshake and priority weighting. At the scheduled handshake time, the wireless nodes reach a mutual decision and the transmission is scheduled. The decision takes into account potential interference between the nodes. It would be advantageous to include the scheduled handshake of the neighbors in each node. This facilitates the interference avoidance procedure.
【0078】 [定量的考察] ハンドシェイク ハンドシェイク手順は、発信者から応答者への62オクテッ
ト、応答者から発信者への別の64オクテットおよび発信者から応答者への最終
的な62オクテットのパケットの送信を含む。送信の間に2オクテットのガード
タイムが存在する。62オクテットのハンドシェイクパケットはFECおよび他
のオーバーヘッドを含む。ハンドシェイクのための合計時間は11.71875
(μ秒)と等しい192オクテットである。ハンドシェイクの周波数は、隣接局
の数、負荷および他の要因に依存する。スループットを最大にするために最適な
周波数が維持されるのは明らかである。[0078] [Quantitative Discussion handshake handshake procedure, 62 octet to responders from the caller, from another of 64 octets and the caller to the caller from the responder of the final 62 octet to responders Includes sending packets. There is a two octet guard time between transmissions. The 62 octet handshake packet includes FEC and other overhead. Total time for handshake is 11.71875
(Μsec), which is 192 octets. The frequency of the handshake depends on the number of neighbors, load and other factors. Clearly, the optimal frequency is maintained to maximize throughput.
【0079】 ペイロードパケットサイズ 非同期転送のパケットサイズは、FECおよび他
のオーバーヘッドを含み72と1784オクテットの間で変化する。アイソクロ
ナス転送のパケットサイズは、FECおよびオーバーヘッドを含めて64と25
6オクテットの間で変化する。タイミングの範囲は以下の表のとおりである。 Payload Packet Size The packet size for asynchronous transfer varies between 72 and 1784 octets, including FEC and other overhead. The packet size for isochronous transfer is 64 and 25 including FEC and overhead.
It varies between 6 octets. The range of the timing is as shown in the table below.
【0080】[0080]
【表3】 [Table 3]
【0081】 すべてのパケット転送がハンドシェイクを必要とするならば、ノードを通るス
ループットの平均は、リンクの90%よりも十分下となることを表3は示してい
る。ある程度の予めのスケジューリングが必要なことは明らかである。一方、た
とえば500μ秒の待ち行列を仮定すれば、スループットはより妥当なものとな
る。Table 3 shows that if all packet transfers require a handshake, the average throughput through a node is well below 90% of the link. Obviously, some prior scheduling is required. On the other hand, assuming a queue of, for example, 500 μs, the throughput will be more reasonable.
【0082】 ハンドシェイクのタイミング ハンドシェイクは隣接局のノードの待ち行列の
サイズに基づいて変化する。パケット転送はハンドシェイクプロセスと同じタイ
プの情報を搬送し、近隣のノード間のリンクによって使用が抑えられてしまう場
合のみ周期的なハンドシェイクがスケジューリングされる必要がある。 Handshake Timing The handshake varies based on the size of the queue of the neighboring node. Packet forwarding carries the same type of information as the handshake process, and periodic handshakes need to be scheduled only if the use of links between neighboring nodes limits their use.
【0083】 優先度の重み ルートの状態を高い精度をもって反映するため、各々のノード
はそのルートの優先度の重みを維持することができる。無線メッシュ型ネットワ
ークにとっては外部のものである、長期にわたるモニタのプロセスは、ルーティ
ングの優先度の重みをさらに最適化するのに用いられる。 Priority Weight In order to reflect the state of the route with high accuracy, each node can maintain the priority weight of the route. A long-term monitoring process, external to the wireless mesh network, is used to further optimize the routing priority weight.
【0084】 ハンドシェイクのスケジューリング 近くの隣接局間のハンドシェイクのスケ
ジューリングには単純な方式を有することが好ましく、可変長のパケットをサポ
ートする必要があることをまず仮定したい。すると即時に問題に直面する。近く
の隣接局とのハンドシェイクが予めスケジューリングされていれば、その間隔は
最大長のパケット転送を許容しなければならない。しかしながらそのために、か
なりの時間すなわちいくつかのハンドシェイクの間隔がパケット転送を必要とし
ないときのハンドシェイク間の帯域幅をノードが浪費してしまうことがある。好
ましい試みとしては、ハンドシェイクを高周波数にスケジューリングすることで
あるが、これはノードがハンドシェイクを逃すことを許容することである。この
発明のハンドシェイクのスケジューリングアルゴリズムは、ある他の隣接局との
パケット転送にかかわるときにある隣接局とのその予定を無線ノードが逃すこと
を許す。影響を受けたノードはそのスケジューリングを継続し、遅延したノード
は、そのパケット転送が完了すると、そのハンドシェイクのスケジューリングを
再開する。 Handshake Scheduling It is preferable to have a simple scheme for handshake scheduling between nearby neighbors, and first assume that it is necessary to support variable length packets. Then you immediately face a problem. If a handshake with a nearby neighbor is pre-scheduled, the interval must allow for a maximum length of packet transfer. However, this can cause the node to waste bandwidth between handshakes for a significant amount of time, i.e., some handshake intervals do not require packet transfer. A preferred approach is to schedule the handshake at a higher frequency, which allows the node to miss the handshake. The handshake scheduling algorithm of the present invention allows a wireless node to miss its schedule with one neighbor when involved in a packet transfer with another neighbor. The affected node continues its scheduling, and the delayed node resumes its handshake scheduling once its packet transfer is complete.
【0085】 図6は最大で8つの接続性を備えた網目状の25のノードを示し、各々のノー
ドは最大で8つの近隣のノードと接続される。各々のノードがその近隣の1つと
τ秒ごとにハンドシェイクを行ない、かつ完全なハンドシェイクサイクルが8τ
秒かかると仮定する。アイソクロナスの要件を満たすためには、8τを125μ
秒の何らかの整数倍と等しくすることにする。FIG. 6 shows a network of 25 nodes with a maximum of 8 connectivity, each node being connected to a maximum of 8 neighboring nodes. Each node performs a handshake with one of its neighbors every τ seconds and the complete handshake cycle is 8τ
Assume that it takes seconds. To satisfy the isochronous requirement, 8τ should be 125 μ
Let it be equal to some integer multiple of seconds.
【0086】[0086]
【表4】 [Table 4]
【0087】 表4は図6に示された網のための可能なハンドシェイクスケジュールの表であ
る。スケジューリングアルゴリズムはノードが隣接局をあまりに多くの回数逃し
てしまうのを防止する。Table 4 is a table of possible handshake schedules for the network shown in FIG. The scheduling algorithm prevents a node from missing a neighbor too many times.
【0088】 [高レベルノードスケジューリング有限状態機械(FSM)] 図7は有限状態機械の表を示す。各々の状態および遷移が以下に説明される。High-Level Node Scheduling Finite State Machine (FSM) FIG. 7 shows a table of finite state machines. Each state and transition is described below.
【0089】 状態A0IDLE状態 これはMRMACデフォルト状態である。MRMACはこ
の状態にとどまり、他の状態の1つへの遷移を引起す何らかの外部事象またはタ
イマの時間切れを待つ。IdleAction()はアイドル状態に入った際に実行される
手順であり、タイマの初期化、表の初期化などのハウスキーピング作業を行なう
。 State A0IDLE State This is the MRMAC default state. The MRMAC remains in this state and waits for any external event or timer expiration that causes a transition to one of the other states. IdleAction () is a procedure executed when entering an idle state, and performs housekeeping work such as initialization of a timer and initialization of a table.
【0090】 A0→A2 隣接局のスケジュール予約タイマがこの遷移を引起す。この遷移
は、近隣のノードからパケットを受信するように以前にスケジューリングされて
いた隣接局の予約に対し発生する。The schedule reservation timer of the A0 → A2 adjacent station causes this transition. This transition occurs for a reservation of a neighboring station that was previously scheduled to receive a packet from a neighboring node.
【0091】 A0→A3 隣接局のスケジュール予約タイマがこの遷移を引起す。この遷移
は、近隣のノードにパケットを送信するように以前にスケジューリングされてい
た隣接局の予約に対し発生する。 A0 → A3 The schedule reservation timer of the adjacent station causes this transition. This transition occurs for a reservation of a neighboring station that was previously scheduled to send a packet to a neighboring node.
【0092】 A0→A0a パケットの送信を要求するMac.Tx()手順を用いることにより
MRLLCがこの遷移を引起す。QueuePkt()手順が、求められた優先順位に従
いパケットの待ち行列をもたらす。このとき、無線網から集められたルーティン
グおよび状況情報に基づき、好ましいルートがパケットと関連付けられる。この
ルートは、近隣のノードに存在する負荷率に基づき、最良のルートと仮定される
ものである。好ましいルートが選択される際に、パケットの優先度だけでなく、
隣接局との無線リンクの品質が考慮される。要求された転送の性質、すなわちア
イソクロナスかまたは非同期転送かが、スケジューリングの優先度を判断する。The MLLLC causes this transition by using the Mac.Tx () procedure that requests the transmission of A0 → A0a packets. The QueuePkt () procedure results in a queue of packets according to the required priority. At this time, a preferred route is associated with the packet based on routing and status information gathered from the wireless network. This route is assumed to be the best route based on the load factors present at neighboring nodes. When a preferred route is selected, not only the priority of the packet,
The quality of the radio link with neighboring stations is taken into account. The nature of the requested transfer, i.e., isochronous or asynchronous transfer, determines the scheduling priority.
【0093】 A0→A1 隣接局のスケジュール予約タイマがこの遷移を引起す。この遷移
は、近隣のノードとの状況の交換のために以前にスケジューリングされていた隣
接局の予約に対し発生する。 A0 → A1 The schedule reservation timer of the adjacent station causes this transition. This transition occurs for a reservation of a neighboring station that was previously scheduled for a situation exchange with a neighboring node.
【0094】 状態A1HANDSHAKE状態 この状態では、ノードは近隣のノードと状況の交換
を行なう。交換によりパケットの待ち行列、ルートの利用可能性および今後のス
ケジュールを含む、他のものの状況の両ノードの見方を更新する。HandShakeAct
ions()手順は、この状態に入るとすぐ行なわれ、あらゆる関連するハウスキー
ピング作業を行なう。 State A1 HANDSHAKE State In this state, the node exchanges status with neighboring nodes. The exchange updates both nodes' perspectives on other things, including packet queuing, route availability, and future schedules. HandShakeAct
The ions () procedure is performed upon entering this state and performs any relevant housekeeping work.
【0095】 A1→A0a この遷移はハンドシェイクプロセスの失敗の発生により引起さ
れる。UpdateNeighborTables()手順はこの失敗を記録し、かつ場合により今後
のハンドシェイク予約をスケジューリングすることが求められる。 A1 → A0a This transition is caused by the occurrence of a handshake process failure. The UpdateNeighborTables () procedure records this failure and may be required to schedule future handshake reservations.
【0096】 A1→A0bおよびA1→A0c ハンドシェイク交換の成功によりこれらの
遷移が引起される。手順ScheduleRx()およびScheduleTx()はパケットの送信
または受信に対し今後の予約をスケジューリングするよう求められることがある
。UpdateNeighborTables()は更新された隣接局の状況情報を記録するよう求め
られる。These transitions are triggered by the success of the A1 → A0b and A1 → A0c handshake exchanges. The procedures ScheduleRx () and ScheduleTx () may be required to schedule future reservations for sending or receiving packets. UpdateNeighborTables () is required to record the updated neighbor status information.
【0097】 状態A2RECEIVE状態 ノードが以前にスケジューリングされたパケット伝送
を受信する用意ができたときにノードはこの状態に入る。手順ReceiveActions(
)はバッファの割当ておよびタイマのメンテナンスなどの、必要なハウスキーピ
ング機能を行なうよう求められる。 State A2 RECEIVE State The node enters this state when the node is ready to receive a previously scheduled packet transmission. Step ReceiveActions (
) Is required to perform necessary housekeeping functions, such as buffer allocation and timer maintenance.
【0098】 A2→A1 状況の更新を含むスケジューリングされたパケットの受信の成功
によりこの遷移が引起される。Link.Ind()手順は、パケットが到着したことを
MRLLCに示すよう求められる。This transition is triggered by the successful reception of a scheduled packet containing an update of the A2 → A1 status. The Link.Ind () procedure is required to indicate to the MLLLC that a packet has arrived.
【0099】 A2→A0a スケジューリングされたパケットの受信の失敗によりこの遷移
が引起される。UpdateNeighborTables()手順は、これを記録しかつ場合により
別の予約をこの隣接局とスケジューリングするよう求められる。 A2 → A0a This transition is caused by a failure to receive a scheduled packet. The UpdateNeighborTables () procedure is required to record this and possibly schedule another reservation with this neighbor.
【0100】 A2→A0b 状況の更新を含まないスケジューリングされたパケット受信の
成功によりこの遷移が引起される。Link.Ind()手順は、パケットが到着したこ
とをMRLLCに示すよう求められる。 A2 → A0b This transition is triggered by the successful reception of a scheduled packet that does not include a status update. The Link.Ind () procedure is required to indicate to the MLLLC that a packet has arrived.
【0101】 A3TRANSMIT状態 隣接局にパケットを送信するべき、スケジューリングされ
た予約が到来したときに、ノードはこの状態に入る。TransmitActions()手順
はバッファおよびタイマの管理などの必要なハウスキーピング機能を行なうよう
求められる。 A3 TRANSMIT State A node enters this state when a scheduled reservation arrives to send a packet to a neighbor. The TransmitActions () procedure is required to perform the necessary housekeeping functions such as buffer and timer management.
【0102】 A3→A1 更新された状況情報の交換を含んだ送信の成功により、この遷移
が引起される。 A3 → A1 This transition is triggered by a successful transmission including the exchange of updated status information.
【0103】 A3→A0a パケット送信の失敗によりこの遷移が引起される。UpdateNeig
hborTables()手順は、失敗を記録しかつ場合によりパケットの送信を後で試み
るようスケジューリングすることが求められる。This transition is caused by the failure of A3 → A0a packet transmission. UpdateNeig
The hborTables () procedure is required to log the failure and possibly schedule a later attempt to send the packet.
【0104】 A3→A0b 更新された状況情報の交換を含まなかった、送信の成功により
、この遷移が引起される。 A3 → A0b This transition is triggered by a successful transmission that did not include the exchange of updated status information.
【0105】 [アドミッションプロセス] メッシュ型無線ネットワークは分散アドミッションプロトコルを組入れる。ア
ドミッションプロトコルの目的は、進行中のパケット転送に干渉することなく、
無線ノードがネットワークに加入しかつメッシュ型無線パケット転送への効率の
よい加入者になるのを可能にすることである。Admission Process Mesh wireless networks incorporate a distributed admission protocol. The purpose of the admission protocol is to not interfere with the ongoing packet transfer,
The goal is to enable wireless nodes to join the network and become efficient subscribers to mesh wireless packet forwarding.
【0106】 [アドミッションプロセスの概略] 無線ノードが起動し、それが無線網に加入していないことを発見すると、それ
はアドミッション保留状態に遷移する。無線ノードは不揮発性RAMに記憶され
ているその構成データベースを参照して、その無線網加入を判断する。アドミッ
ション保留状態では、無線ノードは潜在的な隣接局からのアドミッション送信勧
誘信号を待つ。一旦無線局が送信勧誘信号を受信すると、それは状況情報をその
第1の隣接局と交換し始め、それを介してすぐ近くの隣接局のスケジューリング
について知り、したがってさらなる隣接局と状況情報を交換し始める。無線ノー
ドがその隣接局との交換を通じて十分なルーティングおよびスケジューリングの
知識を一旦蓄積すると、それは通常のパケット転送の準備が整い、したがって通
常のスケジューリング状態に遷移する。Overview of Admission Process When a wireless node boots and discovers that it has not joined the wireless network, it transitions to an admission pending state. The wireless node refers to its configuration database stored in non-volatile RAM to determine its wireless network subscription. In the admission pending state, the wireless node waits for an admission invitation signal from a potential neighbor station. Once the wireless station receives the invitation signal, it starts exchanging status information with its first neighbor, through which it learns about the scheduling of the immediate neighbor, and thus exchanges status information with further neighbors. start. Once the wireless node has accumulated sufficient routing and scheduling knowledge through its exchange with its neighbors, it is ready for normal packet forwarding and thus transitions to the normal scheduling state.
【0107】 図8は、未加入のノードが起動してネットワークに加入しようとするときに発
生するシーケンスを示す。シーケンスを規定するアドミッション有限状態機械を
含む状態および遷移の説明は以下のとおりである。アドミッション送信勧誘信号
を求めて隣接局をスキャンすることにより無線ノードが立上る。それは次に隣接
局と接続を試み、その第1の接触を介して状況交換のスケジュールを確立するこ
とにより隣接局についての学習を継続する。FIG. 8 shows a sequence that occurs when an unjoined node starts up and attempts to join the network. A description of the states and transitions, including the admission finite state machine that defines the sequence, follows. The wireless node starts up by scanning the adjacent station for an admission transmission invitation signal. It then attempts to connect with the neighbor and continues learning about the neighbor by establishing a schedule of status exchanges via its first contact.
【0108】 I0LISTEN これはアドミッションFSMの初期状態であり、未加入の無線ノ
ードは起動のプロセスからこの状態に入る。ListenActions()手順は、表の初
期化ならびに周波数および空間領域のスキャンのプロセスの準備などのハウスキ
ーピング機能を果たす。 I0LISTEN This is the initial state of the admission FSM, and unsubscribed wireless nodes enter this state from the activation process. The ListenActions () procedure performs housekeeping functions such as initializing the table and preparing the process for frequency and spatial domain scanning.
【0109】 I0→I1 スキャンタイマがこの遷移を引起す。無線ノードは、十分な長さ
の時間にわたり所与の周波数で空間的な方位の送信勧誘信号を待つ。送信勧誘信
号を受信しなければ、次の周波数および方位をスキャンしなければならない。The I0 → I1 scan timer causes this transition. The wireless node waits for a spatially oriented invitation at a given frequency for a sufficient amount of time. If no invitation signal is received, the next frequency and direction must be scanned.
【0110】 I0→I2 送信勧誘信号の受信がこの遷移を引起す。無線ノードは、送信勧
誘する無線ノードとの第1の交換のスケジューリングを含む送信勧誘を受信する
。Receipt of the I0 → I2 invitation signal causes this transition. The wireless node receives an invitation including a scheduling of a first exchange with the inviting wireless node.
【0111】 I1SCAN 無線ノードは、そのスキャンタイマが時間切れになるとこの状態に
入る。次にそれは次の聴取周波数および空間的な方位を設定する。An I1SCAN wireless node enters this state when its scan timer expires. It then sets the next listening frequency and spatial orientation.
【0112】 I1→I0 無線ノードがその次の聴取パラメータを確立すると、それは聴取
状態に遷移して戻る。When the I1 → I0 wireless node establishes its next listening parameter, it transitions back to the listening state.
【0113】 I2CONNECT 無線ノードは、その第1の隣接局から送信勧誘信号を受取ると
この状態に入る。第1の隣接局から新たなノードへのデータの交換が発生する。An I2CONNECT wireless node enters this state upon receiving a solicitation signal from its first neighbor. Data exchange occurs from the first neighbor station to the new node.
【0114】 I2→I2a 交換タイマの時間切れがこの遷移を引起す。このタイマは、送
信勧誘信号の一部として受取られた初期スケジュールに基づいて、ConnectActio
ns()手順によりセットされた。無線ノードはその隣接局と状況情報およびルー
ト情報を交換しようと試みる。The expiration of the I2 → I2a exchange timer causes this transition. This timer is based on the initial schedule received as part of the invitation signal.
Set by the ns () procedure. The wireless node attempts to exchange status and route information with its neighbors.
【0115】 I2→I0 初期の交換の失敗がこの遷移を引起す。無線ノードは聴取状態に
戻る。The failure of the initial exchange I2 → I0 causes this transition. The wireless node returns to the listening state.
【0116】 I2→I3 第1の交換の成功がこの遷移を引起す。無線ノードは、第1の交
換および学習状態への遷移において集められた情報に基づき、その隣接局および
ルート表を更新する。 I2 → I3 The success of the first exchange causes this transition. The wireless node updates its neighbors and route table based on the information gathered in the first switching and transition to the learning state.
【0117】 I3LEARN 無線ノードは、隣接局とのその第1の交換の成功裡に完了した後
この状態に入る。LearnActions()手順は、第1の交換において集められたルー
ト情報、状況情報およびスケジュール情報を用いて、その後の近隣の他の無線ノ
ードとの交換をスケジューリングする。An I3LEARN wireless node enters this state after successfully completing its first exchange with a neighbor. The LearnActions () procedure uses the route, status, and schedule information gathered in the first exchange to schedule subsequent exchanges with other wireless nodes in the neighborhood.
【0118】 I3→I3a 交換タイマがこの遷移を引起す。無線ノードは、それが既にス
ケジュールを確立したある他の隣接局を介して、潜在的な新たな隣接局と最初の
交換を行なう。新たな隣接局と第1の交換が成功すると、無線ノードはその表を
更新して、隣接局の状況、ルーティングおよびスケジューリング情報を反映させ
る。The I3 → I3a exchange timer triggers this transition. The wireless node makes an initial exchange with a potential new neighbor via some other neighbor with which it has already established a schedule. If the first exchange with the new neighbor is successful, the wireless node updates its table to reflect the neighbor's status, routing and scheduling information.
【0119】 I3→A0 学習プロセスの終了が図7のノードスケジューリングFSMへの
この遷移を引起す。無線ノードはアドミッションシーケンスを完了して、今や無
線網の一部となり、通常のパケット転送を始める準備が整う。The termination of the I3 → A0 learning process causes this transition to the node scheduling FSM of FIG. The wireless node has completed the admission sequence and is now part of the wireless network and is ready to begin normal packet forwarding.
【0120】 [無線ノードでローカルインターフェイスポートを備える仮想ルータとしての
無線網(図9を参照)] 図9は、各々の無線ノードでインターフェイスを備える仮想ルータとしての無
線網を示す。無線網はルータの外観を示し、無線ノード間のパケット転送の詳細
はメッシュ型無線の内部プロトコルにより管理される。無線ノードの各々はロー
カルポートを有し、それが見通し線(LOS)を有する隣接局へ狭ビーム伝送を
行なうことができる。これはノード間の線により示される。上述のようなビーム
ステアリング整相列アンテナまたは切換アンテナ選択方式のいずれかがこれを達
成する。扇形がノードの無線カバレッジを示し、扇形の中の径方向の線が径方向
の線間に存在する指向性アンテナビームの可能性を示す。[Wireless Network as Virtual Router with Local Interface Port at Wireless Node (see FIG. 9)] FIG. 9 shows a wireless network as a virtual router with an interface at each wireless node. The wireless network shows the appearance of a router, and the details of packet transfer between wireless nodes are managed by an internal protocol of the mesh type wireless. Each of the wireless nodes has a local port, which can provide narrow beam transmission to neighboring stations having a line of sight (LOS). This is indicated by the lines between the nodes. Either the beam steering phased array antenna or the switched antenna selection scheme as described above achieves this. The fan indicates the radio coverage of the node, and the radial lines in the fan indicate the possibility of a directional antenna beam present between the radial lines.
【0121】 [機能] (「仮想ルータ」とも称される)無線網の外部の挙動は、IETF RFC−
1812(IPバージョン4ルータの要件)に準拠する。仮想ルータはメッシュ
型無線メディアアクセス制御(MRMAC)プロトコルおよびメッシュ型無線リ
ンク層制御(MRLLC)プロトコルを用いて、そのインターフェイス間でIP
パケットを転送する。[Features] The behavior outside the wireless network (also called “virtual router”) depends on the IETF RFC-
1812 (IP version 4 router requirement). The virtual router uses a mesh wireless media access control (MRMAC) protocol and a mesh wireless link layer control (MRLLC) protocol to provide IP between its interfaces.
Forward the packet.
【0122】 [インターネットRアーキテクチャ] RFC−1812のとおり [リンク層] RFC−1812のとおり [インターネット層−プロトコル] RFC−1812のとおり [インターネット層−転送] RFC−1812のとおり [トランスポート層] RFC−1812のとおり [アプリケーション層−ルーティングプロトコル] RFC−1812のとおり [ロードバランシング] 1.網内部ロードバランシング MRMACは、IPのサービスタイプおよび
優先度だけでなく近隣のノードの負荷の状態に従って、パケット転送のスケジュ
ーリングのための強力なメカニズムを組入れる。[Internet R Architecture] As per RFC-1812 [Link Layer] As per RFC-1812 [Internet Layer-Protocol] As per RFC-1812 [Internet Layer-Transport] As per RFC-1812 [Transport Layer] RFC As per -1812 [Application Layer-Routing Protocol] As per RFC-1812 [Load Balancing] Network Internal Load Balancing MRMAC incorporates a powerful mechanism for scheduling packet transfer according to the load status of neighboring nodes as well as the service type and priority of IP.
【0123】 2.外部インターフェイスロードバランシング 異なるインターフェイスを介
して多数のルートが利用可能な際、仮想無線網ルータ(VRMR)は、BGP−
4(IETF RFC−1771)などの標準的なルーティングプロトコルを用
いて、インターフェイス間のロードバランシングを含むポリシーベースルーティ
ングを達成する。[0124] 2. External Interface Load Balancing When multiple routes are available through different interfaces, the virtual wireless network router (VRMR) may
4 (IETF RFC-1771) to achieve policy-based routing, including load balancing between interfaces.
【0124】 [ルートダイバーシティおよび自己回復] 1.網内部ルートダイバーシティ MRMACは、IPのサービスタイプおよ
び優先度だけでなく無線リンクの利用可能性に従って、パケット転送のスケジュ
ーリングのための強力なメカニズムを組入れる。[Route Diversity and Self-Healing] Intra-network route diversity MRMAC incorporates a powerful mechanism for scheduling packet transfers according to the availability of radio links as well as the service type and priority of IP.
【0125】 2.外部インターフェイスルートダイバーシティ 仮想無線網ルータ(VRM
R)は、BGP−4(IETF RFC−1771)などの標準的なルーティン
グプロトコルを用いて、その同等物から代替ルートの利用可能性を知る。[0125] 2. External Interface Route Diversity Virtual Wireless Network Router (VRM
R) uses a standard routing protocol such as BGP-4 (IETF RFC-1771) to learn from its equivalents the availability of alternative routes.
【0126】 最後に、この発明の無線メッシュ型トポロジーネットワークは、以下の独自の
利点を有する。すなわち、 多重ホップを介してデータのパケットをルーティングすることにより、近くの
隣接する無線局を介して見通し線(LOS)が達成できる。したがって、カバレ
ッジ範囲はポイントツーマルチポイントセルトポロジーにおけるよりも大幅に高
くなり得る。無線メッシュ型ネットワークのビットレート容量および利用可能性
は、加入者密度が増加するにつれ、増加する。Lastly, the wireless mesh topology network of the present invention has the following unique advantages. That is, by routing packets of data through multiple hops, a line of sight (LOS) can be achieved through a nearby adjacent radio station. Thus, the coverage range can be much higher than in a point-to-multipoint cell topology. The bit rate capacity and availability of wireless mesh networks increase as subscriber density increases.
【0127】 各々の接続は、無線局間のより短い距離のためにより多量のデータを送ること
ができる。無線で受信された信号対雑音比は改良され、より高度な変調技術が用
いられて、より高速のビットレート転送が可能になる。Each connection can send more data due to the shorter distance between wireless stations. The signal-to-noise ratio received over the air is improved, and more advanced modulation techniques are used to allow faster bit rate transmission.
【0128】 多重トランキング メッシュ型ネットワークへのWANアクセス。SRネット
ワークノードはたとえば100BaseTなどを介してそのローカルインターフ
ェイスポートを介してWANアクセスポイントとして働くことができる。この接
続性はWANアクセスポイントを介して網内外へ同時にデータを伝送することに
より、ネットワーク全体の容量を増加させる。(図2の、SR14のWANアク
セスポイント1およびSR10の2を参照。)アクセスポイントは、100Ba
seTインターフェイスを介して無線ネットワークノードに接続された少なくと
も1つのポートと、OC−3またはOC−48のIPオーバATMを介してWA
N区域に接続された他のノードとを備える標準的なインターネットルータを含み
得る。WAN access to multiple trunking mesh networks. An SR network node can act as a WAN access point via its local interface port, eg, via 100BaseT. This connectivity increases the capacity of the entire network by simultaneously transmitting data into and out of the network via WAN access points. (See WAN access point 1 of SR 14 and 2 of SR 10 in FIG. 2.) The access point is 100 Ba.
at least one port connected to a wireless network node via a seT interface and a WA via an OC-3 or OC-48 IP over ATM
It may include a standard Internet router with other nodes connected to the N area.
【0129】 ルートダイバーシティは、ネットワークの中で利用可能なルートに基づいて無
線局間でパケットをルーティングできるMAC層の使用を介して達成される。[0129] Route diversity is achieved through the use of a MAC layer that can route packets between wireless stations based on the routes available in the network.
【図1】 3つのPMP(先行技術)基地局によりカバーされる範囲の上面
概略図である。FIG. 1 is a schematic top view of the area covered by three PMP (prior art) base stations.
【図2】 この発明に従う、広帯域無線メッシュ型トポロジーネットワーク
の上面概略図である。FIG. 2 is a schematic top view of a broadband wireless mesh topology network according to the present invention.
【図3】 この発明において、SR(加入者無線局)として用いられ得るT
DD(時分割二重)無線局の概略図である。FIG. 3 is a diagram showing a T that can be used as an SR (subscriber station) in the present invention
FIG. 2 is a schematic diagram of a DD (time division duplex) radio station.
【図4】 たとえばノード1とノード4およびノード2とノード0間で同時
に、情報の空間的な流れを可能にするメッシュ型無線ネットワークの概略図であ
る。FIG. 4 is a schematic diagram of a mesh-type wireless network that enables a spatial flow of information, for example, between nodes 1 and 4 and between nodes 2 and 0 simultaneously.
【図5】 PHY、MACおよびLLCプロトコル層間の関係を示す概略図
である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the relationship between PHY, MAC and LLC protocol layers.
【図6】 網目状の25個のノードの概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of 25 mesh nodes.
【図7】 有限状態機械により実現される、高レベルのノードのスケジュー
リングFSMのフローチャートの図である。FIG. 7 is a flowchart of a high-level node scheduling FSM implemented by a finite state machine.
【図8】 メッシュ型ネットワークノードのアドミッションFSM有限状態
機械の処理のフローチャートの図である。FIG. 8 is a flowchart of a process of an admission FSM finite state machine of a mesh network node.
【図9】 無線ノードでのローカルインターフェイスポートおよび動的空間
ルート選択性能を備えた仮想ルータとして構成される無線メッシュ型ネットワー
クの概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram of a wireless mesh network configured as a virtual router with local interface ports and dynamic spatial route selection capabilities at wireless nodes.
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedural Amendment] Submission of translation of Article 34 Amendment of the Patent Cooperation Treaty
【提出日】平成12年7月10日(2000.7.10)[Submission date] July 10, 2000 (2000.7.10)
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All figures
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図1】 FIG.
【図2】 FIG. 2
【図3】 FIG. 3
【図4】 FIG. 4
【図5】 FIG. 5
【図6】 FIG. 6
【図7】 FIG. 7
【図8】 FIG. 8
【図9】 FIG. 9
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedural Amendment] Submission of translation of Article 34 Amendment of the Patent Cooperation Treaty
【提出日】平成12年10月16日(2000.10.16)[Submission date] October 16, 2000 (2000.10.16)
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【特許請求の範囲】[Claims]
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),BR,CN,I L,JP,KR,RU Fターム(参考) 5K030 GA03 HA01 HA08 HD03 HD06 JL01 LB05 5K033 AA01 AA04 DA05 DA17 DB18 5K072 AA04 AA18 AA19 BB02 CC04 CC20 DD15 DD20 EE04 EE13 GG01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), BR, CN, IL, JP, KR, RUF term (reference)
Claims (49)
線にあり、各々のノードは、 他のノードにデータストリーム伝送を送信するための無線周波数送信回路と、 他のノードからデータストリーム伝送を受信するための無線周波数受信回路と
、 ユーザが提供するデータシステムへの接続のためのローカルポートと、 前記送信回路および受信回路ならびに前記ローカルポートに結合されたデータ
処理ユニットと、 前記送信回路に結合された空間の流れの判断手段とを含み、前記手段は前記対
応するノードの部分集合の選択されたノードにしかデータストリームを送信せず
、 前記空間の流れの判断手段は前記受信回路にさらに結合されて、前記対応する
ノードの部分集合の選択されたノードからしかデータストリーム伝送を受信せず
、 前記データ処理ユニットは、受信したデータストリームから選択されたデータ
を抽出して第2のデータストリームを発生しかつ前記ローカルポートに前記選択
されたデータを与えるための抽出手段を有し、 前記データ処理ユニットは、前記ローカルポートで受信されたデータを前記第
2のデータストリームに挿入して第3のデータストリームを発生しかつ前記第3
のデータストリームをその送信のための前記送信回路に与えるための挿入手段を
さらに有する、無線メッシュ型ネットワーク。1. A wireless mesh network comprising a plurality of communication nodes, each node in a line-of-sight with a corresponding subset of nodes, each node transmitting a data stream transmission to another node. A radio frequency transmitting circuit for receiving a data stream transmission from another node; a local port for connecting to a data system provided by a user; and the transmitting circuit and the receiving circuit; A data processing unit coupled to the local port; and a means for determining a flow of space coupled to the transmitting circuit, the means for transmitting a data stream only to selected ones of the subset of the corresponding nodes. The means for determining the flow of space are further coupled to the receiving circuit, and Receiving data stream transmissions only from selected nodes of the set, wherein the data processing unit extracts selected data from the received data streams to generate a second data stream and the selected to the local port Extracting means for providing the received data, the data processing unit inserting data received at the local port into the second data stream to generate a third data stream and the third data stream
Wireless mesh network further comprising insertion means for providing said data stream to said transmitting circuit for its transmission.
情報およびスケジューリング情報を含み、前記空間の流れの判断手段は前記状況
情報およびスケジューリング情報に基づき、データストリームの送信およびデー
タストリームの受信のためにノードを前記対応するノードの部分集合から選択し
、それにより前記ノード間の通信が衝突なしに発生し得る、請求項1に記載の無
線通信ネットワーク。2. The method of claim 2, wherein at least some of the nodes include status information and scheduling information of the other nodes, and the means for determining the spatial flow is based on the status information and the scheduling information. The wireless communication network of claim 1, wherein a node is selected from the corresponding subset of nodes for reception of the communication, so that communication between the nodes can occur without collision.
報を互いと定期的に送信して、前記状況情報およびスケジューリング情報を常に
更新するための手段をさらに含む、請求項2に記載の無線通信ネットワーク。3. The apparatus of claim 2, wherein at least some of the nodes further include means for periodically transmitting local node information with each other to constantly update the status information and scheduling information. Wireless communication network.
、第1のノードからの受信されたデータストリーム伝送の特徴を評価するための
手段と、前記特徴に関する前記第1のノードの情報に通信するための手段と、前
記第1のノードから前記情報を受信するのに応答して、前記送信回路および受信
回路の動作パラメータを調整してデータストリーム伝送の前記特徴の変化を実現
させるための手段とを含む、請求項1に記載の無線通信ネットワーク。4. For some of said nodes, said data processing unit comprises means for evaluating characteristics of a data stream transmission received from a first node, and said first node with respect to said characteristics. Means for communicating with the information of the first node and, in response to receiving the information from the first node, adjusting operating parameters of the transmitting and receiving circuits to achieve a change in the characteristic of data stream transmission. Means for causing the wireless communication network to communicate.
数チャネル割当、空間の方向、符号レート、変調レベル、変調速度、電力レベル
、ビーム帯域幅、順方向誤り訂正(FEC)方式ならびに暗号および暗号解読法
を含む、請求項4に記載の無線通信ネットワーク。5. The operating parameters of the transmitting circuit and the receiving circuit include: frequency channel allocation, spatial direction, code rate, modulation level, modulation rate, power level, beam bandwidth, forward error correction (FEC) scheme, and 5. The wireless communication network of claim 4, including encryption and decryption.
前記ノードの少なくともいくつかは、コネクションレス態様、コネクション型態
様、または前記データパケットのあるものはコネクションレス態様でかつ前記デ
ータパケットの他のものはコネクション型態様で伝送される態様のうちいずれか
1つの態様で、第1と第2のノードの間で前記データパケットを伝送するための
伝送モード手段を含む、請求項1に記載の無線通信ネットワーク。6. The data stream is organized as packets of data,
At least some of the nodes may be in a connectionless manner, in a connection-oriented manner, or in some of the data packets may be transmitted in a connectionless manner and other of the data packets may be transmitted in a connection-oriented manner. The wireless communication network according to claim 1, further comprising a transmission mode means for transmitting the data packet between the first and second nodes in one aspect.
ト交換モード、回線交換モードまたは両モードを可能にするメディアアクセス制
御(MAC)層を含む、請求項1に記載の無線ネットワーク。7. The wireless network of claim 1, wherein some of the nodes include a media access control (MAC) layer that enables a packet switched mode, a circuit switched mode, or both modes of data stream transmission.
パケット伝送をさらに可能にする、請求項7に記載の無線ネットワーク。8. The wireless network according to claim 7, wherein the MAC layer further enables asynchronous packet transmission and isochronous packet transmission.
ードおよび非同期伝送モードの一方またはアイソクロナス伝送モードと非同期伝
送モードとの両者を用いて通信する、請求項1に記載の無線通信ネットワーク。9. The wireless communication network according to claim 1, wherein at least some of the nodes communicate using one of an isochronous transmission mode and an asynchronous transmission mode or both of the isochronous transmission mode and the asynchronous transmission mode.
(QoS)にマッピングしてアイソクロナス転送を可能にするMAC層を用いて
情報を転送する、請求項9に記載の無線ネットワーク。10. The wireless network according to claim 9, wherein the node transfers information using a MAC layer that maps to Internet Protocol quality of service (QoS) and enables isochronous transfer.
ケットを含み、前記ノードの少なくともいくつかの前記データパケットは、アイ
ソクロナス伝送方式または非同期伝送方式のいずれかに基づいて選択的に伝送さ
れ得る、請求項1に記載の無線通信ネットワーク。11. The data stream includes one or more packets of data, and at least some of the data packets of the node are selectively transmitted based on either an isochronous transmission scheme or an asynchronous transmission scheme. The wireless communication network of claim 1, wherein
伝送は時分割二重方式に基づいている、請求項1に記載の無線通信ネットワーク
。12. The wireless communication network according to claim 1, wherein the data stream transmission of at least some of the nodes is based on a time division duplex.
伝送は符号分割多重アクセス方式に基づいている、請求項1に記載の無線通信ネ
ットワーク。13. The wireless communication network according to claim 1, wherein the data stream transmission of at least some of the nodes is based on a code division multiple access scheme.
第1の周波数で動作しかつ前記受信回路は第2の周波数で動作し、第2の部分集
合ノードの各ノードに対し、前記送信回路は前記第2の周波数で動作しかつ前記
受信回路は前記第1の周波数で動作し、前記第1の部分集合ノードと前記第2の
部分集合ノードの間の前記データストリーム伝送は周波数分割二重方式に基づい
ている、請求項1に記載の無線通信ネットワーク。14. For each node of a first subset node, the transmitting circuit operates at a first frequency and the receiving circuit operates at a second frequency, wherein each node of the second subset node The transmitting circuit operates at the second frequency and the receiving circuit operates at the first frequency, the data stream between the first subset node and the second subset node The wireless communication network according to claim 1, wherein the transmission is based on frequency division duplex.
ク(LAN)、広域ネットワーク(WAN)、マルチメディアバスまたはユーザ
が提供する電算システムに結合される、請求項1、2、4または6に記載の無線
ネットワーク。15. The system according to claim 1, wherein one of said local ports is coupled to a local area network (LAN), a wide area network (WAN), a multimedia bus or a user provided computer system. A wireless network according to claim 1.
タ、IPスイッチまたはイーサネット(登録商標)ハブに接続される、請求項1 、2、4または6に記載の無線ネットワーク。16. The wireless network according to claim 1, 2, 4, or 6, wherein one of the local ports is connected to an ATM switch, an IP router, an IP switch, or an Ethernet hub.
0GHzの間の周波数で動作する、請求項1、2、4または6に記載の無線ネッ
トワーク。17. The transmission circuit and the reception circuit have a frequency of 0.5 GHz and 100 GHz.
7. A wireless network according to claim 1, operating at a frequency between 0 GHz.
関する状況情報に基づいてそのデータストリーム伝送のビットレートを調整する
ための手段を含む、請求項1、2、4または6に記載の無線ネットワーク。18. The method of claim 1, 2, 4 or 6, wherein at least one of the nodes includes means for adjusting a bit rate of its data stream transmission based on contextual information about a subset of the nodes. The wireless network as described.
スペクトルを調整し、それにより干渉を減じかつ周波数再利用を増加させる回路
構成を含む、請求項1、2、4または6に記載の無線ネットワーク。19. The method of claim 1, 2, 4 or 6, wherein the transmitting and receiving circuits include circuitry to adjust the operating frequency spectrum in real time, thereby reducing interference and increasing frequency reuse. Wireless network.
れ、前記空間の流れの判断手段は、前記データのパケットに含まれる情報に基づ
いて前記対応する部分集合のノードの中からノードを選択し、それによりノード
がリアルタイムで選択される、請求項1、2、4または6に記載の無線ネットワ
ーク。20. The data stream is organized into a plurality of data packets, and the spatial flow determining means determines a node from the nodes of the corresponding subset based on information included in the data packet. 7. The wireless network according to claim 1, 2, 4 or 6, wherein the selection is made, whereby the nodes are selected in real time.
フェイスまたはIEEE1394インターフェイスを含む、請求項1、2、4ま
たは6に記載の無線ネットワーク。21. The wireless network according to claim 1, 2, 4, or 6, wherein the local port includes a 10 / 100BaseT interface or an IEEE 1394 interface.
側の別個のワイヤ、または前記ローカルポートに結合されるケーブルを介してそ
の電力を受取ることができる、請求項1、2、4または6に記載の無線ネットワ
ーク。22. The one of the nodes, wherein one of the nodes can receive its power via a separate cable, a separate wire inside the cable, or a cable coupled to the local port. 7. The wireless network according to 4, 6 or 7.
間の流れの判断手段は、前記ルーティング情報に基づいて前記対応する部分集合
ノードからノードを選択し、それにより前記ネットワークは仮想無線ルータとし
て働く、請求項1、2、4または6に記載の無線ネットワーク。23. The data stream includes routing information, and the spatial flow determining means selects a node from the corresponding subset node based on the routing information, so that the network serves as a virtual wireless router. 7. The wireless network according to claim 1,2,4 or 6, which works.
れたまたは前記ローカルポートから与えられた外部情報に基づいて、前記対応す
る部分集合のノードからノードを選択する、請求項1、2、4または6に記載の
無線ネットワーク。24. The spatial flow determining means selects a node from the nodes of the corresponding subset based on external information transmitted from another node or provided from the local port. Item 7. The wireless network according to item 1, 2, 4, or 6.
れ、システムのパラメータを規定しかつ最適化する、請求項24に記載の無線ネ
ットワーク。25. The wireless network of claim 24, wherein said local port is coupled to a network management system to define and optimize system parameters.
アンテナと多数のセクタアンテナのアレイのうち1つに結合される、請求項1、
2、4または6に記載の無線ネットワークノード。26. The spatial flow determining means is coupled to one of an array of beam steering phased array antennas and a number of sector antennas.
7. The wireless network node according to 2, 4, or 6.
リングを単一の平面に限定するための1次元アンテナアレイを含み、多数のセク
タアンテナの前記アレイはビームステアリングを単一の平面に限定するための1
次元アンテナのアレイを含む、請求項26に記載の無線ネットワークノード。27. The beam steering phased array antenna includes a one-dimensional antenna array for limiting beam steering to a single plane, wherein the array of multiple sector antennas limits beam steering to a single plane. 1 to do
27. The wireless network node according to claim 26, comprising an array of three-dimensional antennas.
ング方向を変化させるために前記アレイアンテナを含む要素の位相係数を急速に
変化させるための手段を含む、請求項26に記載の無線ネットワークノード。28. The wireless network of claim 26, wherein the beam steering phasing array antenna includes means for rapidly changing the phase coefficient of an element including the array antenna to change its steering direction. node.
軌道を含む、請求項26に記載の無線ネットワークノード。29. The wireless network node according to claim 26, wherein the plane of the emitted beam includes an orbit of at least one low earth orbit satellite.
の平面で伝播する第1のビームと、前記第1の角度よりも小さい角度を有しかつ
前記第1の平面とは異なる平面で伝播する第2のビームとを生成するビーム回路
を含む、請求項1、2、4または6に記載の無線ネットワークノード。30. The space flow judging means has a first angle and a first angle.
And a beam circuit for generating a first beam propagating in a plane of the first plane and a second beam having an angle smaller than the first angle and propagating in a plane different from the first plane. Item 7. The wireless network node according to item 1, 2, 4, or 6.
つの低軌道衛星の軌道を含む、請求項30に記載のネットワークノード。31. One of the planes of the first and second beams has at least one
31. The network node of claim 30, comprising an orbit of two low-Earth orbit satellites.
タストリーム伝送の分極化を選択するための回路構成を含む、請求項1、2、4
または6に記載の無線ネットワーク。32. The transmission circuitry of at least one of the nodes includes circuitry for selecting polarization of data stream transmission.
Or a wireless network according to 6.
ティング情報を記録するための手段を含み、前記空間流れの判断手段は前記ルー
ティング情報に応答して前記対応する部分集合ノードからノードを選択し、それ
によりロードバランシングおよび自己回復を含むルーティングタスクが達成され
得る、請求項1、2、4または6に記載の無線ネットワーク。33. Some of said nodes include means for recording routing information over said network, and said means for determining spatial flow comprises means for determining a node from said corresponding subset node in response to said routing information. The wireless network according to claim 1, 2, 4 or 6, wherein routing tasks including load balancing and self-healing can be achieved.
の形でデータのパケットを含む、請求項1、2、4または6に記載の無線ネット
ワーク。34. The wireless network according to claim 1, 2, 4 or 6, wherein the data stream comprises packets of data in the form of Internet Protocol data.
タの形でデータのパケットを含み、前記ノードの少なくともいくつかは前記ノー
ド間の前記IPデータの伝送を調節するための無線MAC層を含む、請求項1、
2、4または6に記載の無線ネットワーク。35. The data stream includes packets of data in the form of Internet Protocol data, and at least some of the nodes include a wireless MAC layer for coordinating transmission of the IP data between the nodes. Item 1,
7. The wireless network according to 2, 4, or 6.
記データストリームの暗号を解読するための手段とを含む、請求項1、2、4ま
たは6に記載の無線ネットワーク。36. The wireless network of claim 1, 2, 4, or 6, wherein the data processing unit includes means for encrypting and means for decrypting the data stream.
前記選択されたデータを暗号解読するための手段と、前記ローカルポートから受
取った前記データを暗号化するための手段とをさらに含む、請求項1、2、4ま
たは6に記載の無線ネットワーク。37. Some of the nodes include means for decrypting the selected data sent to the local port, and means for encrypting the data received from the local port. 7. The wireless network of claim 1, 2, 4, or 6, further comprising:
確立するための手段と前記新たなノードと情報を交換するための手段とを含み、
それにより前記新たなノードは前記少なくとも1つのノードから得られた情報に
基づいて前記ネットワークについて知る、請求項1、2、4または6に記載の無
線ネットワーク。38. At least one of said nodes includes means for establishing communication with a new node and means for exchanging information with said new node.
7. The wireless network according to claim 1, 2, 4 or 6, whereby the new node knows about the network based on information obtained from the at least one node.
分集合ノードを構成するために外から与えられた情報を受取るための手段を含む
、請求項1、2、4または6に記載の無線ネットワーク。39. The data processing unit of the subset node according to claim 1, 2, 4 or 6, wherein the data processing unit of the subset node includes means for receiving externally provided information to configure the subset node. Wireless network.
タ、レシーバ、クロスコネクティングデータスイッチおよびルータを有し、その
すべてが相互に接続されかつデータパケットを扱う種類のものであって、各々の
無線ノードはさらに、 a) 少なくとも第1、第2および第3のポートを有し、第1のポートはロー
カルユーザと関連付けられ、第2および第3のポートは遠隔の無線ノードと通信
し、さらに b) 第1のポートに接続されかつ第2および第3のポートへの通信リンクを
有する、ユーザが提供するデータシステムと、 c) 第2のポートに接続されかつ見通し線の関係にある第1の遠隔無線ノー
ドに向けられた第1の指向性アンテナ素子とを有し、それとデータパケットを通
信し、さらに d) 第3のポートに接続されかつ見通し線の関係にある第2の遠隔無線ノー
ドに向けられた第2の指向性アンテナ素子を有し、第1および第2のポートから
通信されたデータパケットを伝送し、さらに e) 各々のルータと関連付けられた、アドレスおよび同期化情報を含むデー
タパケットを読出し、パケット内の関連付けられたデータが抽出されて第1のポ
ートに送られるかまたは第2もしくは第3のポートを介して遠隔無線ノードに転
送されるかを判断するための手段を有し、同期化情報はノード間で交換されるデ
ータパケット内において他のノードと調節され、さらに f) 各々のルータと関連付けられた、アドレスおよび同期化情報を含むデー
タパケットを形成し、第2および第3のポートの1つを介して遠隔のノードにル
ーティングされるべき、第1のポートからのデータを挿入し、かつ第1のポート
へまたは第2および第3のポートを介して通信する無線ノードへルーティングさ
れるべき、第2のポートおよび第3のポートを介して通信する無線ノードからの
データを受取るための手段を有し、さらに g) クロスコネクティングデータスイッチに指向性および同期性を伝えるた
めの処理手段を有し、それによりデータスイッチは入来するデータパケットのた
めのアドレスを、第2または第3のポートのいずれかから、一方では第1のポー
トまたは他方では第2もしくは第3のポートのいずれかへリンクさせ、かつ送出
データパケットのためのアドレスを、3つのポートの1つから3つのポートの適
切な他のポートへリンクさせ、データスイッチは同期化情報を用いてデータパケ
ットの衝突を避け、 それにより各々のノードは見通し線の関係で他のノードと通信し、そのノード
でローカルユーザ向けのデータパケットを交換しまたは他のノードへのおよびそ
れらからのパケットを中継する、メッシュ型無線ネットワーク。40. A mesh wireless network comprising a plurality of spaced wireless station nodes, each node having a transmitter, a receiver, a cross-connecting data switch and a router, all of which are interconnected. Each of the wireless nodes is of a type that is connected and handles data packets, wherein each wireless node further comprises: a) at least a first, a second, and a third port, wherein the first port is associated with a local user; The second and third ports communicate with a remote wireless node, and b) a user provided data system connected to the first port and having a communication link to the second and third ports; c) A first directional antenna element connected to the second port and directed to a first remote radio node in line-of-sight relationship; And d) having a second directional antenna element connected to the third port and directed to a second remote radio node in line-of-sight relation, the first and the second Transmitting a data packet communicated from the second port, and e) reading a data packet associated with each router, the address and the synchronization information, and extracting the associated data in the packet to obtain a first packet. Means for deciding whether to be sent to a port or forwarded to a remote wireless node via a second or third port, wherein the synchronization information is transmitted to another wireless node in a data packet exchanged between the nodes. F) forming a data packet associated with each router and including address and synchronization information associated with each router; To insert data from the first port, to be routed to a remote node via one, and to be routed to the first port or to a wireless node communicating via the second and third ports , Means for receiving data from wireless nodes communicating via the second and third ports, and g) processing means for communicating directivity and synchronization to the cross-connecting data switch. So that the data switch transfers the address for the incoming data packet from either the second or third port, on the one hand to the first port or on the other hand to either the second or third port. Linking and addressing for outgoing data packets from one of the three ports to the appropriate other one of the three ports; The data switch uses the synchronization information to avoid data packet collisions, so that each node communicates in line-of-sight with another node, which exchanges data packets for local users or to other nodes. A wireless mesh network that relays packets from and to them.
度にわたり狭角の感度パターンを備える複数のアンテナ素子を有するアンテナア
レイの一部である、請求項40に記載の装置。41. The apparatus of claim 40, wherein the antenna elements are part of an antenna array having a number of sector antennas or a plurality of antenna elements with a wide angle narrow sensitivity pattern.
無線ノードのトランスミッタ部分およびレシーバ部分に接続されたm個の入力と
、複数のアンテナ素子の中のn個のアンテナ素子に接続されたn個の出力とを有
する、複数のより小さなスイッチを含む、請求項41に記載の装置。42. The cross-connecting data switch assembly,
A plurality of smaller switches having m inputs connected to the transmitter and receiver portions of the wireless node and n outputs connected to n of the plurality of antenna elements. 42. The device according to claim 41.
はセクタの中でグループ化され、セクタの前記ノードは無線通信とリンクした第
2および第3のポートを有する、請求項40に記載の装置。43. The first and second directional antenna elements of a selected node are grouped in a sector, wherein said nodes of the sector have second and third ports linked to wireless communications. Item 41. The apparatus according to Item 40.
通信構成にグループ化される、請求項43に記載の装置。44. The apparatus of claim 43, wherein the nodes grouped in a sector are grouped in a time division duplex configuration.
二重構成にグループ化される、請求項44に記載の装置。45. The apparatus of claim 44, wherein the nodes grouped in a sector are grouped in a frequency division duplex configuration.
ステップと、 トラフィックの流量および異なる方向への流れの相違に対応するようにパケッ
トごとにノード間でパケットをルーティングするステップとを含み、パケットを
落とし、受取りかつ転送するためにさまざまなノード間で一瞬の接続がなされる
、ワイヤレスパケット無線通信の方法。46. A method of wireless packet radio communication, comprising the steps of: providing a plurality of spaced wireless packet radio nodes in a mesh-type arrangement; and responding to differences in traffic flow and flow in different directions. Routing packets between nodes on a packet-by-packet basis, wherein instantaneous connections are made between various nodes to drop, receive, and forward the packets.
に規定され、ローカルユーザと関連付けられた第1のポートならびに見通し線通
信の関係にある他のノードに向けられた指向性アンテナ素子と関連付けられた第
2および第3のポートを含む、請求項46に記載の方法。47. A directional antenna element further defined by providing three ports for each node and directed to a first port associated with a local user and other nodes in line-of-sight communication relationship. 47. The method of claim 46, comprising a second and third port associated with the first and second ports.
らす指向性アンテナ素子を有する、請求項47に記載の方法。48. The method of claim 47, wherein the plurality of nodes have directional antenna elements that provide radio coverage over spatial sectors.
および第3のポートから到着するデータパケットを異なるポートにルーティング
することによりさらに規定される、請求項47に記載の方法。49. First and second addresses based on an address and schedule information.
48. The method of claim 47, further defined by routing data packets arriving from a third port to a different port.
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