JP2006515120A - 動的な無線リソースの利用 - Google Patents

Abstract

一実施例では、動的な無線リソースの利用のための方法は、１つ以上の無線通信リソースを監視し、無線通信リソースデータを生成し；前記無線通信リソースデータを使用して、１つ以上の将来の期間での１つ以上のホール（ｈｏｌｅ）の発生を予測し；ホール予測データを生成し；前記ホール予測データを使用して、前記１つ以上の予測されたホールから１つ以上の無線通信チャネルを合成し；チャネル合成データを生成し；１つ以上の以前の無線通信の試行からのフィードバックを反映したデータと、１つ以上のネットワーク状態を反映したデータを受信し；前記受信データと前記チャネル合成データに従って、前記１つ以上の合成された無線通信チャネルから１つ以上の特定の無線通信チャネルを選択し；無線通信チャネルの選択データを生成し；前記無線通信チャネルの選択データを使用して、前記１つ以上の選択された無線通信チャネルを使用して通信するように無線ユニットに指示し；通信が終了した後に、前記１つ以上の選択された無線通信チャネルの使用を停止するように前記無線ユニットに指示することを有する。

Description

本発明は、適応的無線通信に関するものであり、特に１つ以上の利用可能な無線リソースの適応的利用に関するものである。

電磁スペクトル（帯域等）の使用に関連するリソースの不足は、既存の企業と新規の企業（サービスプロバイダを含む）による新しいアプリケーションの展開に悪影響を与え得る。一例として、企業が展開することを希望している新しいアプリケーションに関連する帯域の要件は、その企業に割り当てられた１つ以上の電磁スペクトルのリソースを超えることがある。新しいアプリケーションが展開されている速度は、電磁スペクトルの使用を監視して新しいアプリケーションを適切に評価する役割をする多くの政府機関の能力を超えている。現在の承認処理は一般的に遅く、高額であり、小さい企業に対して大きい定着した企業に有利になる傾向があり、小さい企業を不利にしていることがある。

現在の電磁スペクトルの使用により、約２００ＫＨｚから１．５ＭＨｚの間のチャネルで約１９．２から４８Ｋｂｐｓの速度でデータ伝送が可能である。無線通信用の多くの現在のプロトコルは、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、又は回線交換技術を使用する。ユーザ端末（携帯電話等）は、ユーザアプリケーションに応じて、単一モード、二重モード又は三重モードで動作することができる。無線通信を地域の境界又は国の境界に制限をかけることが可能であり、無線通信に対応する装置は、一般的に電磁スペクトルの専用のセグメントを使用する。

本発明の特定の実施例は、無線通信に従来から関連する欠点と問題を軽減又は除去することがある。

本発明の一実施例では、動的な無線リソースの利用のための方法は、１つ以上の無線通信リソースを監視し、無線通信リソースデータを生成することを有する。無線通信リソースデータを使用して、１つ以上の将来の期間での１つ以上のホール（ｈｏｌｅ）の発生が予測される。ホールは、１人以上の第１のユーザに割り当てられる１つ以上の無線通信リソースが１人以上の第２のユーザによる無線通信に一時的に利用可能である無線通信の機会を含む。ホール予測データが生成され、ホール予測データを使用して、１つ以上の無線通信チャネルが１つ以上の予測されたホールから合成される。チャネル合成データが生成され、１つ以上の以前の無線通信の試行からのフィードバックを反映したデータと、１つ以上のネットワーク状態を反映したデータが受信される。受信データとチャネル合成データに従って、１つ以上の合成された無線通信チャネルから１つ以上の特定の無線通信チャネルが選択される。無線通信チャネルの選択データが生成され、無線通信チャネルの選択データを使用して、１つ以上の選択された無線通信チャネルを使用して通信するように無線ユニットが指示される。無線ユニットは、通信が終了した後に、前記１つ以上の選択された無線通信チャネルの使用を停止するように指示される。

本発明の特定の実施例は、１つ以上の利点を提供する。特定の実施例により、１つ以上の制限された電磁スペクトルのリソース又はその他の無線リソース（タイムスロット、出力、コード等）の拡張した使用が可能になる。特定の実施例では、１つ以上の十分に利用されていない無線リソース（未使用の無線リソースを含む）が、１人以上のユーザに１つ以上の無線リンクを提供するために使用される。特定の実施例は、通信システム（エンドユーザ装置、基地局又はアクセスポイント等）による１つ以上の制限された無線リソースの利用を増加させる。特定の実施例では、１つ以上の無線リソースのうちの１つ以上の十分に利用されていない部分が特定され、その後に１人以上のユーザに１つ以上の無線リンクを確立するために必要に応じて使用される。特定の実施例では、特定の帯域のみを監視するのではなく、複数範囲の複数レイヤの処理を使用して無線リソースが監視される。

特定の実施例では、十分に利用されていない無線リソースは、２人のユーザ間の無線リンク又は装置とインフラ点との無線リンクを確立するためにグループ化される。特定の実施例では、２人以上のユーザは相互に交渉し、効率的かつ有効な無線リンクを確立するために、１つ以上の無線リソースの１つ以上の適切な部分を決定することができる。特定の実施例では、将来的に無線リンクを確立する効率性と有効性を更に増加させるように、無線リンクが監視される。

特定の実施例は、米国国防総省（ＤｏＤ：Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ）の用途と商用の用途の双方の次世代無線装置で使用され得る。特定の実施例は、無線リソースの可用性と１人以上のユーザの１つ以上の特定のニーズに基づいて、１つ以上の無線リソースの適応的使用を可能にし、多様な条件で高速かつ高品質（ＱｏＳ）の無線通信が可能になる。特定の実施例は、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、セルラーシステム、及び全体の柔軟性を提供しないアドホックネットワークに代替する低コストとして機能するその他の無線システムのために、複数スペクトルのブロードバンドのソフトウェア無線の解決策を提供する。特定の実施例は、ＤｏＤと商用環境の双方において、コスト効率のよい無線システムを提供する。

特定の実施例において、１つ以上の無線リソースの１つ以上の十分に利用されていない部分が特定され、その後に１人以上のユーザによる情報転送用の１つ以上の無線リンクを確立するために必要に応じて起動される。情報転送が終了した後に、１つ以上の無線リソースが停止され、１人以上の他のユーザが１つ以上の無線リソースを起動することが可能になる。特定の実施例では、柔軟なリソース処理技術が、１つ以上のアドホックネットワーク機能と１つ以上のネットワークエレメントに結合される。特定の実施例では、ネットワークエレメント間に更なる相互依存性が作られ、より大きいネットワーク受信範囲及び到達範囲を提供する。特定の実施例では、ネットワークにアクセスすることを試みるユーザを認証センタが確認し、その後に１つ以上の無線リンクをユーザに提供することができる。特定の実施例は、アプリケーション及び必要に応じたリソース利用を可能にする効率的かつ有効な仲介技術を使用する。

特定の実施例は、特定のデータ（音声データ、電子メールデータ又はウェブページデータ等）を通信するために、必要に応じて電磁スペクトルの１つ以上のセグメントを使用し、電磁スペクトルのリソースの不足を改善する。このことは新しいサービスとアプリケーションの使用を容易にすることができる。必要な場合にのみ１つ以上のサービスが１つ以上の制限された電磁スペクトルのリソースを使用することを多かれ少なかれ確保し（不要な場合に１つ以上の制限された電磁スペクトルのリソースを放棄する）、小企業がより多くのサービスを提供することを可能にするために、特定の実施例が使用され得る。

特定の実施例は、柔軟な無線スペクトルのリソース処理技術を提供し、その技術は、無線ネットワークエレメントによる無線リソースの利用を増加させることができる。特定の実施例では、アプリケーション供給者とアプリケーションユーザとの間で１つ以上の無線リンクを確認及び提供するように、認証センタに容易にアクセスすることが可能である。特定の実施例では、アプリケーションの拡大基盤に適応するように、無線リソースが動的に利用される。

本発明とその機能とその利点の完全な理解を提供するために、添付図面と共に、以下の詳細な説明に言及が行われる。

図１を参照すると、無線通信システムは、未使用の無線リソース又は十分に利用されていない無線リソースを特定し、セルラー端末と他のネットワーク（ルータ１２と基地局１４とを含む）との間の通信リンクを確立するようにプログラムされたセルラー端末１０を有する。各無線端末１０は、未使用の無線リソース又は十分に利用されていない無線リソースを検索し、宛先装置との通信リンクを確立する。更に、各無線要素は、情報の発信者からの通信リンクを確立する逆処理を確立し、通信リンクの確立を可能にするようにプログラムされる。端末１０は、１つ以上の通信ネットワークに顧客のアクセスを提供する移動体電話又は無線加入者宅内装置（ＣＰＥ：Ｃｕｓｔｏｍｅｒ Ｐｒｅｍｉｓｅｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）であることがある。情報は１つ以上の無線リンクを使用して、２つの端末１０の間で、端末１０とルータ１２との間で、及び端末と基地局１４との間で通信され得る。情報は１つ以上の有線リンク（光リンクを含むことがある）を使用して、２つのルータ１２の間で、及び２つの基地局１４の間で通信され得る。情報を発信することができる端末１０は、宛先装置（その他の端末１０、ルータ１２又は基地局１４であることがある）への無線リンクの十分に利用されていない無線リソースを検索するために、ソフト形式の適応技術（以下に更に説明する）を使用することができる。情報を受信することができる端末１０は、１つ以上の十分に利用されていない無線リソースとソフト形式の適応技術とを使用して、無線リンクの最終部分を確立することを可能にする逆処理（以下に更に説明する）を使用することができる。

一般的に、図１に図示されたもののような無線通信システムは、５ＭＨｚより大きいチャネル帯域で、２０Ｍｂｐｓから１Ｇｂｐｓのデータレートで動作する。前記システムは、パケット交換を使用して複数プロトコルの統合モードで動作し、ＩＰベースである。各セルラー端末１０は、アプリケーションの要求に基づいて無線リソースを共有するグローバル通信の複数モードの適応ユニットである。

図２を参照すると、他の無線端末に通信リンクを確立する無線端末の一部としての無線ユニット１６を通じて機能する各無線端末１０に存在するソフトウェアが示されている。ソフトウェアは、環境で利用可能な未使用の無線リソース又は十分に利用されていない無線リソースを特定して決定するように機能する。これは動的割当方法であり、通信ネットワークと無線端末における拡張ＤＳＰ処理機能のためにスマート無線ユニット１６を利用する。未使用の無線リソース又は十分に利用されていない無線リソースを特定すると、ソフトウェアは、送受信目的に利用される可能なスペクトルリソースを選択するように機能する。ソフトウェアにより選択された無線リソースの特定の部分は、通信リンクを確立するように無線ユニット１６を構成する。以前の通信の試行でネットワークからフィードバック情報を受信し、未使用の無線リソース又は十分に利用されていない無線リソースの特定と決定を改善する。

動的な無線リソースの利用のための１つの手法は、時間評価に基づくものである。不足した無線リソースを共有し、変化する需要供給要件に合致するための３つの可能な時間評価に基づく手法は、ａ）ミリ秒−秒と、ｂ）分−時と、ｃ）日−週−月とを含む。ミリ秒−秒の手法は、一時的な需要供給の急増（例えばネットワークのトラヒック状況や、緊急事態）に基づいて、リソースを再利用して割り当てる。この手法では、ユーザによる無線リソースの制御の必要性は、他のユーザに優先する。通信リンクを確立して情報を転送する時間間隔は、他のユーザとのリソースの交渉又はリソースの取引を行うには小さすぎる。分−時間の手法は、一時的に要求に合致するように、他のユーザから無線リソースを借りる機能を提供する。ＨＬＲ／ＢＬＲ及び相互接続されたネットワークでの拡張ユーザデータ共有及びプロファイル機能が、異なる周波数で情報の移動が可能となるように、ネットワークでクリアリング機構が確立される。日−週−月の手法は、無線リソースの所有者が会議や集会のような特有のイベントのために無線リソースの再利用を交渉することを可能にする。イベントの発生の前に、相互接続及び他のネットワーク要素が確立される。

図３を参照すると、無線リソースの利用のために通信リンクを確立する図２のソフトウェアの動作のフローチャートが示されている。まず、ソフトウェアは環境からリソースデータ（例えば検知データ、予測データ、割当データ又は格納データ）を受信し、このデータが動作１８の間にソフトウェア適応モジュール２０に入力される。ソフトウェア動作２２では、通信リンクを作るために無線リソースが分析される。この分析は、特定の基準に基づいてリソースをグループ化してもよい。通信リンクは周波数帯域、タイムスロット、出力レベル、又は“有限”に未使用の他のリソース若しくは十分に利用されていない他のリソースであってもよい。次に、ソフトウェア動作２４において、未使用の無線リソース又は十分に利用されていない無線リソースについて収集された情報がネットワークの他の隣接ノードと共有され、通信リンクを確立するために利用される最善のリソースを決定する。ネットワークの隣接ノードとの交渉に基づいて、動作２６でソフト形式の適応モジュールは、リンクの基準（例えば、帯域、出力レベル、ＱｏＳ）に最も合致する無線リソースを決定する。通信リンクを確立するために利用する無線リソースの決定に続いて、動作２８でソフトウェアは、未使用の無線リソース又は十分に利用されていない無線リソースを必要に応じて起動し、ユーザが情報を送信するための通信リンクを確立する際に使用するために、無線リソース情報を無線ユニット１６に送信する。ソフト形式の適応モジュール２０の動作３０では、通信の有効性と効率性に関するフィードバック情報が受信される。動作３２では、以前の通信に関してフィードバックされた情報が分析動作２２に組み込まれ、将来の通信リンクの無線リソースの利用をより良く決定する。

図４を参照すると、図３のソフトウェア適応モジュール２０のアーキテクチャが示されている。無線リソースは、出力と周波数と時間に基づいてセンサ３４で評価され、利用可能なリソース又は十分に利用されていないリソースを特定する。このデータは予測器３６に転送され、チャネル合成器３８に周波数／時間分析を出力する。チャネル合成器３８はまた、観測されているチャネルのＱｏＳのような環境状況の変化に関するフィードバックに加えて、無線リソースと環境要素についての情報を受信する。チャネル合成器３８は、隣接ユニット４２と通信して保留のメッセージキュー４４から入力を受信する最適化手段４０に、チャネル周波数と時間を出力する。最適化手段４０は、先取り割当手段４８と現在のチャネル割当手段５０とに結合された専用／ランダムアクセス・チャネルリスト４６に出力する。先取り割当手段４８はまた、平均／ピーク時の要求やメッセージ形式や宛先のようなデータを保留のメッセージキュー４４から受信する。先取り割当手段４８は、将来の使用のための特有の時間／周波数観測要求を出力することによって応じる。現在のチャネル割当手段５０はまた、入力チャネルでの観測されている伝送を受信し、メッセージと、周波数のチャネル帯域と、波形と、出力と、変調を含む送信コマンドを無線ユニット１６に出力する。

“ソフト形式”という用語は、最終的な割り当てが行われるまでの通信手段の複数の選択肢（すなわちホール（ｈｏｌｅ）を結合することから形成されたチャネル）を含む制御システムの適応機能を示す。適応の間にある程度の制御を提供するために、フィードバック指向の制御ループが含まれる。認知（Ｃｏｇｎｉｔｉｏｎ）（すなわち、スペクトルのホールとホールの動作の認識）及びソフト形式（Ｓｏｆｔｓｔａｔｅ）（すなわち、全体の通信のために唯一のホールに固定されることなく、開放されたホールと閉鎖されたホールとの間で通信を移動する機能）を使用する技術により、動的なスペクトル利用が達成可能になる。本発明の方法は、ＴＶ信号やデータリンクやレーダーのような通信システム及びセンサシステムにより提示されるスペクトルの機会を使用する。

動的なスペクトル利用に関する認知ソフト形式の手法（Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｓｏｆｔｓｔａｔｅ Ａｐｐｒｏａｃｈ）は、以下の部分から構成される。
１）検知されたデータと特徴付けられたデータに基づいて、未使用のスペクトルのホールを予測する。スペクトルの動きのこの認識は、認知（Ｃｏｇｎｉｔｉｏｎ）としてこの動作をラベル付けする基礎となる。
２）通信用にホールをチャネルに合成する。以下の最適化及び割当要素と結合されたこの要素は、適応的ソフト形式を構成する。
３）チャネルの可用性に必要なメッセージとリソースをマッピングすることにより、使用されるチャネルを最適化する。
４）通信用にチャネルを割り当てる。
５）成功／不成功の通信に基づいて新たに合成されたチャネルにリソースを移動することにより、提供されるトラヒックの変化とスペクトル環境とネットワーク状況に動的に適応する。

適応的ソフト形式とスペクトルの認知との結合により、スペクトル及び無線リソースの効率性が増加し得る。この実施例は以下のものを含む。
・スペクトルの動きにおける高度の順応性のために、継続的なフィードバックを提供する２つの制御ループ（高速と低速）。高速適応は、メッセージへのホールの割り当てとチャネル合成の間（例えば衝突又は悪いチャネル状態のためメッセージが損失した場合）に行われ、低速適応は、最適化段階（例えば許容可能であると思われるが、実際の伝送で問題があると判明したスペクトルのホールの使用の解除）で行われる。
・スペクトル環境と、システムの動的特性を増加させる無線リソースとスペクトルの使用の影響の認識（認知（Ｃｏｇｎｉｔｉｏｎ））。
・最小のオーバーヘッドと遅延でのスペクトルとリソースの迅速な利用の動作（適応的ソフト形式）
・リソースのホールとチャネルの複数のマッピングを提供し、現在の状況に基づいてホールの割り当てを可能にすることによる、スペクトルのホール間の迅速な移動（適応的ソフト形式）。

図４を参照すると、認知ソフト形式の手法（Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｓｏｆｔｓｔａｔｅ Ａｐｐｒｏａｃｈ）は２つの主要なブロックを有する。第１の部分である予測器３６は、検知／特徴付け機能３４により提供された検知／特徴付けが行われたスペクトルデータに基づいて、スペクトルのホールを決定する。予測器３６は、そのローカル環境におけるスペクトルについてのデータを使用し、近未来のスペクトルのホールの動作を予測する。このことは、スペクトル認識の特徴を利用するため、認知的と呼ばれる。第２の部分であるアダプタ５２は、予測されたスペクトルのホールを無線リソースと通信メッセージにマッピングし、通信の変化の要素として適応させる。アダプタ５２は、無線リソースを最適に使用してメッセージのホールの最も効率的なマッピングを決定するために、予測器３６からのデータを使用する。アダプタは、無線リソースとスペクトルのリソースの浪費を最小化する試みを行う一方で、正しい時間フレームとＱｏＳパラメータで通信が完了することを確保する。この文脈におけるＱｏＳは、ビット誤り率やチャネルの可用性や遅延のようなユーザに必要な性能指標を示す。アダプタ５２はまた、再送信に“適応”するために、通信済メッセージの成功／失敗の迅速な特定と、（周波数帯域、出力レベル、タイムスロット、コード等に関して）方針の変更を行う機能を果たす。これは、最善のスペクトル利用に考えられる複数（ソフト）の選択肢で、信頼のある通信の最も効率的な方法で展開及び再展開される適応的ソフト形式の無線リソースと称される。その手法は、通信システムとセンサシステムの双方により提示されたスペクトルの機会を探して利用するという点で、包括的である。ＴＶ信号やデータリンクやレーダーに存在するホールは、通信用に使用及び適応される。

適応化は、環境又は通信における動的な変化に対してより良い制御と反応を提供する２ループのフィードバック構造を使用することを通じて拡張される。一方のループ（高速制御ループ）は、スペクトル状況の変化（例えば、割り当てられるユーザが突然現れること、深刻なチャネルのフェーディング）と、スペクトルのホールへのリソースのより良いマッピングとに対して迅速な適応を可能にする。他方のループ（低速制御ループ）は、遅い速度（例えば問題のある特定のホールの除去、専用のホールの無効、異なる変調技術の使用）でのスペクトルの動作又はリソースの利用の有意な変化を組み込み、システムの効率性を増加させて安定に保持する。認知ソフト形式の手法（Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｓｏｆｔｓｔａｔｅ Ａｐｐｒｏａｃｈ）の予測と適応化の機能の結合はまた、動的予測アダプタ（ＤＰＡ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ Ａｄａｐｔｏｒ）とも称される。“ホール（ｈｏｌｅ）”という用語は、割り当てられたユーザにより未使用であり、割り当てられたユーザに影響を与えない又は有意な干渉を与えない限り他のユーザに使用可能であるスペクトルの機会（周波数、タイムスロット、コード、出力レベル）を示す。留意すべき点は、例えばＣＤＭＡシステムで特に干渉が特定のレベルより小さい場合には、あるユーザはある程度の干渉に対応することができるという点である。

ＤＰＡは、スペクトル割り当て及び利用を行うために、階層的制御アーキテクチャ（図４）を使用する。そのアーキテクチャは２つの主要なブロック（予測器３６とアダプタ５２）を有する。予測器３６は特徴付けられたホールを継続的に探し、将来へのその動作を予測するように機能する。アダプタ５２は３つの異なる機能（合成３８と、最適化４０と、割り当て４８、５０）を有する。

合成機能３８は、予測されたホール（例えば、周波数帯域、タイムスロット、コード）を通信チャネルに結合する機能を果たす。チャネルは特定の基準（例えばＱｏＳレベル等）に合致する単一又は複数のホールで構成される。最適化手段４０は、ＱｏＳレベルと、以前の試行についてのフィードバックと、外部の無線状況と、隣接のものとの協調とを検討することにより、最善のセットのチャネルを決定する。割当手段４８、５０は、最適化されたセットのチャネルをメッセージ及び無線リソース（波形、変調、コード化等）にマッピングする処理をする。ホールからチャネルを作り、チャネルをメッセージ及び無線リソースにマッピングするアダプタ５２に必要な意思決定処理は、複数モデルの意思決定レイヤを使用して実行される。小型で堅くパッケージ化されたメッセージを伝送するために、メタ・アクセス伝送（Ｍｅｔａ−Ａｃｃｅｓｓ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）方法が利用される。メタ・アクセス伝送方法は、スペクトル及び無線リソースの最適な使用と共に、ネットワークのノード間のメッセージ情報の高速交換を可能にする。スペクトルのホールをより効率的に使用する方法を決定するために、検知−特徴付け要素からの環境データと組み合わせてフィードバックが継続して使用されるため、全体の処理は動的である。

アダプタ５２内の階層的制御構造は、通信のニーズの変化に対する迅速な応答を提供し、ネットワークの安定性を維持する。低速制御ループ（レベル１−低速ループ又は外部ループ・コントローラ）は、特有のノードによる使用に利用可能なチャネルのリストを監視及び更新し、ＱｏＳとデータ容量の要件に基づいて、専用チャネルとランダムアクセスチャネルとの割り当てをゆっくり変化させる。低速ループは、チャネルを放棄する前にチャネル状態の劣化がある程度の再現性を示していることを確認する。再び動作の前に長い期間だけ待機することにより、システムを安定に保つ役目をする。高速制御ループ（レベル２−高速ループ又は内部ループ割当手段）は、信号パラメータとメッセージのパックの変化を通じてチャネルの動作における変化に迅速に適応するために、フィードバック情報を使用する。レベル１及びレベル２のループに想定される時間フレームは、通常はそれぞれ１秒と１０ミリ秒である。この時間フレームは、システムを安定に維持することを確保しつつ迅速な適応への必要性に基づいて、一例として選択されたものである。高速ループの時間フレームを非常に小さく（例えば１０ミリ秒）保持することにより、ＤＰＡはホールの使用を最大化し、無線リソースの浪費を最小化し、遅延を最小化し、未送信メッセージが不要に消去されることを回避することができる。他方、低速制御ループ（例えば１秒）は、状況が十分に変化してチャネルの合成及び最適化の構成の変化を保証する変化のみを組み込む必要がある。この時間フレームは、入力トラヒックとユーザの動きの変化により依存する。

チャネルの割当は、他のノードと独立して又は協調して行われ得る。最適化手段４０と、割当手段４８、５０は共に、予測されるスペクトルの環境データと、無線リソースと、メッセージキューとに注意し、必要なチャネルを割り当てることができるか否かを決定し（すなわち、ある程度の未使用のチャネル容量や、送信に対する遅延を有するが、環境に過度の動作を与えないメッセージに注意する）、又は隣接ノードとの情報の共有が必要であるか否かを決定する。この情報に基づいて、メッセージのＱｏＳ要件に合致する更に適切なチャネル容量を有するという認識により、メッセージを安全に送信することを決定することがある。これは独立の割り当てである。このことは、ノードが最初に環境に現れた場合に特に当てはまることがある。環境状況が変化すると（過度の損失メッセージ、増加した動作、低いチャネル容量）、アダプタ５２はパラメータを変化し、フィードバックと隣接のものと交換する情報を使用する。この場合、ノードは、（何らかの優先度のガイドライン内で）チャネルを適正に割り当て、ネットワークのノードが送信するいくつかの機会を有し得ることを確保するために、その隣接のものからの情報を使用する。このことは、協調的割り当てと呼ばれる。図４は（点線の軽い斜線のブロックで）、最適化処理で独立のモード又は協調的モードが使用されるべきか否かを決定することに含まれる複数ユーザのＭＡＣ（ＭＵＭＡＣ：Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ ＭＡＣ）機能を示す。全体として、アダプタは最善のモード（例えば独立、協調的、その中間）を決定することによる環境状況への動的な適応と、リソースの最適な使用を提供する。

図５Ａから５Ｂは例示的なＤＰＡ機能を示したものである。図５Ａから５Ｂは、環境におけるホールを見つけ、ホールを通信チャネルに合成し、最善のチャネル構成に最適化し、チャネルを割り当て、最終的に通信のためにチャネルをメッセージ及び無線リソースにマッピングするＤＰＡにより使用される方法を示している。この図において、ホールの２次元グリッドはＤＰＡの機能を示す。図５Ａから５Ｂはそれぞれ２５ミリ秒の時間フレームを表す。各グリッドにおける中央の密に影が付いたボックスは、非ユーザによる特定の周波数帯域と時間の実際の使用を表す。軽い影が付いたボックスは、検出されていないホールであり、頭文字を含むボックスは、ＤＰＡにより検出及び予測されたものである。

説明目的で、ノードは、２５ミリ秒の時間フレームで環境に２０個の利用可能なスペクトルのホールを検出することができる。２０個のうちの８個は予測器３６で多様な理由（例えば短すぎる時間フレーム、過去の履歴等）により欠落し、残りの１２個のホールがチャネルに結合するために使用される。合成器３８は、チャネル毎に２つのホール又はチャネル毎に１つのホール（図５Ｂ）で構成された６個のチャネルを作る。最適化手段４０は、合成されたチャネルを探し、環境状況が全ての６個のホールの使用を許容することを決定する（図５Ｃ）。４個のホールがその特徴に基づいて最初に使用され、２個がフォールバックとして使用される。フォールバックチャネルは、適応を支援する（最初の４つのうちの何らかの通信が不成功である場合、又は割り当てられたユーザが現れた場合、フォールバックチャネルに切り替える）。割当手段４８は第１のメッセージを２つのホールに割り当て、第２と第３のメッセージをそれぞれその他の２つのホールに割り当てる（図５Ｄ）。メッセージ１と２の伝送が成功したが、メッセージ３が成功しない場合、割当手段はフォールバックチャネルのうちの１つを使用してうまく再送信することにより適応する（図５Ｅ）。このルーチンの終了時には、５個のチャネルが通信用に成功して使用されている。この期間の間に、ノードが認識するスペクトル環境に１人の割り当てられたユーザが存在している。

１００ミリ秒（４個の２５ミリ秒のフレーム）以上の期間を想定すると、環境における割り当てられた帯域に唯一の同一のユーザが存在し、アプリケ（ａｐｐｌｉｑｕｅ）は各２５ミリ秒のフレームで２０個のホールのうちの５個を繰り返してうまく使用することができ、ＤＰＡを使用することによるスペクトル利用の全体の増加が２０倍になる。

図５Ａは、予測（認知形態）を示している。グリッドは、どのスペクトルのホールが次の時間フレーム（２５ミリ秒の長さ）の送信に利用可能であるかの予測器の評価を示している。各ホールは周波数と持続時間（例えば５ミリ秒間で８８０ＭＨｚでの２０ＭＨｚ帯域）により特徴付けられる。より良い制御を提供するために、出力レベルのようなその他のチャネルの特徴も含まれ得る。簡略化のため、グリッドにより示されるように、ホールが定期的に反復することを仮定する。

図５Ｂは合成を示している。ＤＰＡはホールをチャネルに合成する。この合成されたチャネルは図面において厚い境界で示されている。合成器はホールＡとＤをチャネル１に結合し、ＢとＤをチャネル２に結合し、ＣとＨとＩをチャネルと呼ばれる個々のホールとして放置する。

図５Ｃは最適化（第１のソフト形式のレベル）を示している。ＤＰＡのこの部分は、最小のリソースで最も効率的な通信を提供し得るチャネルの利用を探す。環境におけるホールの密度と状況は最適化手段が全てのチャネルを割り当てるのに十分に小さい。最適化ルーチンの終了時に、ＢとＥとＨとＩが最善のチャネルであるため最初に使用されるべきであり、ＣとＫはＱｏＳの要件に合致するために必要に応じて使用されるランダムアクセス（フォールバック）チャネルであることが決定される。その他のチャネルはこの時点では使用に十分ではなく、放棄される。ボックス内の二重の境界と下線の文字が、最適化されたセットのチャネルを表す。

図５Ｄは割当（第２のソフト形式のレベル）を示している。ＤＰＡは第１のメッセージ用にＢとＥのホールを使用して通信し、第２のメッセージ用にＨを使用し、第３のメッセージ用にＩを使用する。Ｉで送信された第３のメッセージについて肯定応答が受信されないため、メッセージを再送信するためにＣが使用され、通信が成功する。このように２５ミリ秒の時間フレームでメッセージを通信するために、１２個の利用可能なホールのうちの５個が使用される。

図５Ｅはフィードバックを示している。Ｉでの送信の反復した失敗は、制御ループを通じてフィードバックされ、合成器又は最適化手段による将来の検討からホールＩが除外される。ＢとＥとＨとＣを使用した通信の成功により、いつでもこれらが（個々に又は他のホールと組み合わせて）信頼のあるチャネルとして使用されることが可能になる。

予測器３６は、環境におけるスペクトル利用をうまく評価する方法に対処する。予測器３６は、無線システムの所定の地理領域を通じて、ほぼ連続的に空間的時間的ＲＦスペクトルチャネル特性を正確且つ迅速に予測する。スペクトル使用特性を提供する検知及び特徴付け機能３４からの入力を使用して、将来のスペクトルの使用を評価する。通信及び無線センサにより使用されるスペクトルと、ＴＶや軍事通信やセルラーデータリンクやレーダーのような信号とでホールの予測が実行される。レーダーに割り当てられたスペクトルは、大きな地理的領域では完全に未使用であることがある。更に、一般的な走査式レーダー又はパルス発生レーダーは短い動作周期を有しており、動作の周波数範囲に大きい一時的なホールを有する。このホールがある程度の信頼性で予測され、伝送に利用されることがある。レーダーのスペクトルと一時的なホールを使用して、有意なサイドローブ（ｓｉｄｅｌｏｂｅ）／バックローブ（ｂａｃｋｌｏｂｅ）の効果が考えられ、このサイドローブ／バックローブの出力がデータ伝送を延長しないことを確保する。

スペクトル利用は、時間と周波数と位置の関数である。如何なる時点でも、単一のユーザが所定の帯域及び中心の周波数で信号を伝送する。その信号は、ローカルの伝搬状況に従って発信源からの距離とともに減衰する。従って、空間の特定の位置において、時間と周波数の次元で異なる出力レベルが存在する。ある程度のセットの指標（例えば出力レベル、動作周期等）に従って、占有済又は利用可能のいずれかに分類される時間ビン（ｔｉｍｅ ｂｉｎ）に観測が分けられる。観測されるエネルギーは、指定のサンプリング周期の定められたチャネル帯域を走査することにより、ビン毎に計算される。この出力レベルは指定の出力レベルの閾値と比較され、全体の観測帯域がサンプルの持続時間で“占有済”又は“利用可能”として分類される。この処理は、ホールを選択し、信号伝送のためにチャネルに合成される最初の手順を表す。

図６を参照すると、検知されて特徴付けられた観測中のスペクトル利用が、ポイントＡで予測器３６に供給される。次に動作が決定的、確率論的又は本質的に混合であるか否かを決定するために、観測されているスペクトルのホールの分類が実行される。その分類に基づいて、観測されているホールのデータが適切なモデル形式に供給される。モデル形式により、波形（例えば動作周期、振幅等）の特徴を更に完全に記述する特定のパラメータがポイントＢで抽出され、シーケンス推定器に供給されることが可能になる。シーケンス推定器は、過去の観測に基づいて、将来の所定の時間間隔の波形の動作を予測する。結果の推定されたシーケンスと推定における信頼性の指標が、モデル毎にポイントＣで生成される。留意すべき点は、いくつかの分類モデルでは、迅速なシーケンス推定を優先して、パラメータ抽出段階がスキップされる。異なる推定のシーケンスと信頼性の指標がモデル選択手段に供給され、ポイントＤでチャネルにおける予測された時間ギャップを作る。

予測器３６は、異なる予測モデル形式を特定し、異なる内在するチャネル使用特性に対する予測の正確性を評価し、適切な信頼度の推定を特定し、適切なモデルを選択する方法を構築することに焦点を絞る。予測モデル（モデル形式）の分類は以下のものを含む。
・少なくとも数秒の時間スケールでのチャネル利用の動作周期を追跡し、“使用中のチャネルが引き続き使用中の傾向にある”ことと“停止中のチャネルが引き続き停止中の傾向にある”ことを仮定する単純な“慣性に基づく”技術。単一の波長可変パラメータでの指数関数的な減衰がこの簡単な例であり、これは時間ギャップの予測に使用され得る。
・スペクトル共有が可能なある程度の時間スケールでの定期的なスペクトル使用を仮定する定期的な技術。これが適用可能な例は、地上基地の方位角走査式レーダーである。
・スペクトルの利用可能な時間列がデジタルでフィルタリングされ、将来の値を予測するために使用され得るキーのパラメータを抽出するフィルタに基づく技術。スロットレート又はフレームレート及び低調波がこのモデル形式によく合致することがある。
・過去の観測に基づいて複雑な時間列の将来の値をうまく予測するために使用される時間列の予測方法。複雑なＴＤＭＡ割当スロットが、このモデル形式を使用して追跡され得る。
・予測値を拡張し、スペクトルの可用性の変化率に関する信頼度を評価するために使用されるスペクトル形状及び／又は帯域についての情報が使用されるスペクトル技術。これは、スペクトルの変化がより理解されている場合に特に有用である。ＴＶチャンネルのスペクトルがこの技術を使用して（ある程度の不確定な制限内で）最善に予測されることがある。

予測器３６の性能は、ギャップ予測誤りを“衝突”（すなわち、予測されるギャップが存在しないこと）と“機会の喪失”（すなわち、利用可能なホールを予測できなかったこと）とに分類する概念に基づく。主要な目的はスペクトル使用を最大化し、既存のスペクトルのユーザへの影響を最小化することであるため、衝突と機会の喪失が相互に交換される必要がある。モデルの性能を評価するために、広範囲の時間・スペクトルの動作に対して衝突と機会の喪失の可能性が測定される必要がある。各モデル形式の仮定（例えば定期的なモデルではギャップの長さが変化する）に対する観測の“適合度”と、衝突／機会の喪失の性能測定とに基づいて、信頼度の推定が構築される。信頼度の推定は、どのくらい事前にチャネルの可用性が予測されるかの関数として単調に減少する。

予測技術は、長期と短期のスペクトル使用履歴を組み込み、モデル予測の正確性を改善して計算上の負荷を減少させることを試みる。初期化中のように利用可能なチャネル使用情報がほとんどない場合には、スペクトルのギャップの動作を特徴付けるために、複数のモデル形式が必要になる。チャネル情報がより多く利用可能になると、正確な特性に迅速に収束可能にするために、唯一の特有のモデル形式が使用される必要がある。この分析方法は、ギャップ予測アルゴリズムの異なる分類の利用を評価し、モデルの選択を容易にするために異なるチャネル使用特性についての信頼度の推定を提供する。

合成器−最適化手段（Ｓ−Ｏ）３８、４０は、ＤＰＡのコアを形成する。図７を参照すると、この構成要素の主要な役割は、通信目的で使用され得るチャネルに予測されたホールをパッケージ化し、専用、ランダムアクセス形式又はハイブリッドとしてチャネルを最適化し、予想される通信のニーズに動的に合致させることである。最適化手段４０はまた、最善のリソース利用を得るためにネットワークの隣接したものと行われる必要のある交渉の形式（独立又は協調）を決定する。通信される情報のパッケージ化は、メタ・アクセス伝送（Ｍｅｔａ−Ａｃｃｅｓｓ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）方法を使用して行われ、独立の動作又は好意的なユーザとの協調に必要などのような状況がＭＵＭＡＣ（複数ユーザのＭＡＣ（Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ ＭＡＣ））により行われるかを決定する。Ｓ−Ｏ３８、４０は、ＤＰＡの基本的な適応エンジンを表す。

予測器３６は、それぞれが特有の周波数と帯域と時間単位により特定されるホールのリストを提供する。従って、スペクトルのホールは、１００ミリ秒の時間フレームで１０ミリ秒間未使用であり、９０ミリ秒間占有済である９００ＭＨｚのスペクトル（９００−９１０ＭＨｚ）での１０ＭＨｚ帯域で構成されることがある。時間単位は全く決定的であるもの（例えば特有の開始時間と次のホールの持続時間）から全くランダムなもの（例えばホールの予想発生率、ホールの予想最短持続時間）まで様々である。ハイブリッドのものは、中間の選択肢（例えば特有の開始時間と衝突が存在する場合にはバックオフを有する）を提供する。チャネル合成器３８は、これら個々の周波数の予測をチャネルの予測（使用される周波数のリスト（例えば連続的、同時的、合成したもの）と、それぞれで使用される帯域と、該当する時間の機会とを含む）にパッケージ化する。これはパターンマッチング処理（特定の期間で利用可能なリソースの特有の組み合わせの検索と、必要なスループットを提供するパターンの出現）を通じて行われる。特有の無線容量と、推測的な及び／又は観測中の環境要素が、使用可能なチャネルのリストを合成するために使用される。更に、合成器３８はＱｏＳのニーズと、多様なチャネルでのフィードバックを通じて得た観測に適応しなければならない。ある程度の連続的な複数の試行で伝送が不成功になった割り当て済みのチャネルは、現在の使用から消去される。チャネル割り当てリストに存在しないホールは使用されない。

利用可能な予測されたホールをチャネルに構成する効率的な手法は、各ホールの特性を調査し、その容量を決定する。ホールの特性に基づいて、最適化処理で使用するために、１つ又は複数のホールがチャネルにグループ化される。その処理が以下に概説される。

予測器からの出力（ホールのシーケンス）をｆ_ｌ．．ｎ（ｔ）として表す。通信チャネルは特有の時間でのこのホールの特有の組み合わせで構成される。チャネルを合成するために多様な手法が適切なことがある。最も簡単なものでは、それぞれの個々のホールｆ_ｉがチャネルとして受け入れられ、可用性が予測される。これは、明らかにこの機能に適用可能な最も簡単なセットの決定ロジックである。しかし、スループットの目的で複数のホールを割り当てることが多くの場合に効率的である。従って、次に複雑な場合では、２つ以上のホール（ｆ_ｉ）の組み合わせを検討するが、時間は一致する。更に、各ｆ_ｉはちょうど１つのセットの一部である。特定のチャネルの可用性は、セットにおけるｆ_ｉの簡単な組み合わせにより決定される（等式１）。

スペクトルのより良い使用は、ｆ_ｉの複数の組み合わせを検討し、一時的なオフセットを使用することにより達成される。従って、ｆ_１はチャネルの最初の１２μｓの間に使用され、続いてある期間にｆ_２が使用される等することがある。更に、複数の他のアイテムと非排他的に組み合わせてｆ_１を使用し、どの使用が最適であるかに関する決定を後まで延期することを検討する。この更に一般的な手法は、潜在的により良いスペクトルの使用を達成する組み合わせの複雑性を導入する。

最適化手段４０は、無線ユニットによる使用のためにチャネルのリスト（個々の予測されたホール又は予測されたホールのセットで構成される）を維持する。最適化手段の主な機能は、ＱｏＳを維持するように適切なチャネルが割当手段に利用可能なことを確保することである。それは、ＱｏＳの制約と過去の履歴と他の基準に基づいて、専用、ランダムアクセス又はハイブリッドとしてチャネルを割り当てる。最適化手段によるチャネルの不十分な割り当ては、部分的な伝送又はタイムアウトによるメッセージの消去のため、ローカル（ノード）のＱｏＳを減少させる。専用チャネルの過度の割り当ては、全てのノードが同時に通信して衝突が増加することがあるため、全体のシステムのＱｏＳを低下させる結果になる。

図８を参照すると、合成されたチャネルを異なる形式に分類する最適化手段４０により使用される閉ループ手法が示されている。この手法は、いくつかの関連する要素に依存し、ＤＰＡの機能への鍵となる。この手法の基本的な前提は次の通りである。１）メッセージとホールの到達レートが一般的にランダムである。２）全ての隣接ノードのメッセージキューの状態が十分詳細にグローバルに認識されていない。従って、チャネル（ホール）使用のリアルタイムのグローバルでの最適化は計算上複雑すぎて、試行に時間がかかる。全体の制御の主な目的と最適化手段４０の主な目的は、メッセージ遅延パラメータにより決定されるメッセージ配信におけるＱｏＳを達成することである。その目的はこのことを達成しつつ、利用可能な帯域の効率的な使用を維持し、需要が到達して全体の容量を超えると、ある程度の性能の緩やかな低下を許容することである。

最適化手段４０の基本的な動作は、要求された専用チャネル容量ｎＤに動的に調整することであり、図８の等式（専用チャネル要求のボックス）で示される。ここで、ある期間でのキューへのメッセージ入力の平均速度に基づいて、要求が動的に調整される。最適化手段４０は、全体でこの容量に合致するチャネルのセットを決定する。チャネル特性とその他の要素に基づいて、チャネルは専用（最初に伝送用に使用する）又はランダムアクセス（すなわち必要に応じて使用する）になり得る。専用とランダムアクセスについてのこの決定は、独立して行われ、又は隣接ノードからの情報を有し得る（協調して行われる）。多数のホールと少ないメッセージは、更なる協調のオーバーヘッドの必要なしに、各ノードによる独立した動作を可能にするが、少ないホールは、公平性を確保してスループットを維持するために、隣接のものとの間で共有するある程度の協調情報を必要とする。

情報交換の際に使用されるオーバーヘッドの容量を含むトレードオフが存在し、それにより、独立したモードで又は少ないオーバーヘッドで動作するスマートなチャネル割り当て及び選択技術が好ましい。

リソース及びメッセージへのチャネルの独立の割り当ての場合、通信するために選択される同一又は類似の特性を備えた複数のチャネルを有するノードによる状況が生じることがあり、これらチャネルのうちの最善のものを決定しようとしてリソースが使用されることがある。最適にチャネルを選択する処理は、ほぼ同等の良好なチャネルをランダムに選択する（及び無用な変化を最小化するために慣性効果を追加する）ように設計し得る。

メタ・アクセス伝送（Ｍｅｔａ−Ａｃｃｅｓｓ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）方法は、情報（例えば、メッセージ、データ、チャネル情報等）を効率的かつ有効にパッケージ化するために使用される。この伝送の一部として、環境についての情報（例えば利用可能なチャネル、使用中のもの、メッセージキュー等）がメッセージデータに追加されてもよい。このことにより、送信者が認識しているものに受信者を変更することについてのオーバーヘッドを低減し、将来のスケジューリングを促し、隣接したものとの間のフィードバックと交渉に必要な時間とリソースを減少させ、無線リソースとチャネルのホールを節約することが可能になる。しかし、これは環境状況が協調的なチャネル割り当てを必要とする場合にのみ行われる。

本発明の方法により、情報伝送が動的に適応することが可能になり、現在の波形に対して最善の構成プロトコル（ＳＤＭＡ、ＤＤＭＡ、ＣＳＭＡ、ＴＤＭＡ、ＢＡＭＡ、ＣＤＭＡ又はその他のプロトコル）を合致させることが可能になる。図９は、情報を伝送するメタ・アクセス方法のサンプルのフレームを示している。この機構は、いかに最善に情報を伝送するかを決定する際に割り当てと衝突の双方の使用を許容する。

メタ・アクセス方法は、伝送のために専用又はランダムアクセスチャネルを使用することができる。アクセス遅延の境界及び不安定性を回避する条件が、プロトコルに組み込まれる。このことは、より大きい空間的帯域の再利用を可能にする。この方法の性能は、ネットワークの移動体ノードの数に直接的に依存する。利用可能なチャネル、以前の結果（成功／失敗）、メッセージのトラヒック、ＱｏＳレベル、遅延等のような、異なる基準に基づいて、プロトコルはブロードキャスト伝送を使用するか、又はユニキャスト伝送を使用するかを決定する。従って、統一された方法でのポイント・ツー・ポイント及びマルチポイントのトラヒックのサポートがこの方法の一部になる。

認知に基づいてスケジュールを選択する一方で他のノードとのスケジュール情報の協調的な交換を含むように、チャネルの可能性を正確に表し、通信を開始し、性能のフィードバックを使用する機能は、無線ユニットのスループットと通信用リソースの使用に直接的に影響を与える。

図１０を参照すると、複数ユーザのＭＡＣ構造が示されており、その複数ユーザのＭＡＣ構造により、アダプタ５２がどのようにネットワークの他の装置と通信するかを動的に決定することが可能になる。最適化手段４０は、環境状況や無線リソースやメッセージキューのような異なる要素を調べ、チャネルアクセスに関して隣接ノードと交渉する必要があるか否かを決定する。予定通りの衝突のない割り当てと複数の可能なチャネルの場合、最適化手段４０は、全く協調を行わずに、隣接ノードに情報を送信することを決定する。この方法が成功し、環境状況が十分に追跡できるほど遅く変化する場合、最適化手段はその経路に従い続ける。これはリソースとスペクトルの効率的な使用を結果として生じる。このモードは、独立した動作とわかる。独立したモードでは、専用アクセスのホールは通信に最初に使用されるものであり、次にランダムアクセスのホールがある。

環境状況が変化すると（例えばホールの密度が減少し始める、又は通信が失敗して再送信要求が増加する）、最適化手段４０は隣接ノードと協調を開始する。最適化手段はこれを２つの方法（半協調モードと全協調モード）で行う。半協調モードの場合、最適化手段は、そのローカルの協調環境で認識されるスペクトルのホールの情報を伝送されるメッセージに付加する。最適化手段はまた、ある程度の情報が肯定応答の一部として受信機から返信されることを要求することがある。情報を交換するこの低オーバーヘッドの方法により、最適化手段４０がネットワークの他の部分の状況を認識し、通信用のスペクトルのホール及び無線リソースの使用に関してより良い決定を行うことが可能になる。このモードでは、最適化手段は、その専用アクセスのホールの一部のみを使用することを決定し、他のノードがそのホールのうちのいくつかを使用することを可能にすることがある。その最適化手段はまた、ネットワークでの遅延を減少させるために、ランダムアクセスのホールの使用を増加させることを決定することがある。

最適化手段４０は、ホールの可用性に有意な減少が生じたときに、全協調モードに切り替える。このモードでは、スペクトルのホールのローカルの情報と“送信の意図”が、近隣のノードに送信され、近隣のノードにより返信された情報が、スペクトルのホールの公平な共有を決定するために使用される。このスペクトルのホールの情報交換により、各ノードはそれぞれどのホールが専用であり、どのホールがランダムアクセスであるかを決定することが可能になる。このモードでは、異なるノードへの専用のホールの割り当てが終了しているため、専用のホールが常に最初に使用され、衝突の可能性が非常に小さくなる。多数のノードが同時にホールを使用することを決定することから、衝突の機会と結果としてのリソースの浪費が生じるため、ランダムアクセスのホールの注意深い使用が行われ得る。

最適化手段４０は、半協調モードでスケジュール情報が他のメッセージ情報とどのようにパッケージ化されるかを決定するために、前述のメタ・アクセス方法を使用する。しかし、最適化手段４０が全協調モードに切り替えると、認識するホールであり通信に利用するホールにのみ情報をパッケージ化するために、メタ・アクセス方法のフォーマットを使用する。

複数ユーザのＭＣ構造は、ユニキャスト通信とマルチキャスト通信の双方に対応する。ブロードキャストモードとユニキャストモードでの情報の交換は、時間と周波数と出力とその他のパラメータに関して利用可能な送信機会を表す圧縮形式でコード化される。ブロードキャストは、散在するネットワークにマルチポイント通信が必要とされる場合に使用され、ユニキャストは、迅速な低オーバーヘッドのポイント・ツー・ポイント通信に対応するために使用される。

再び図４を参照すると、割当手段４０、５０は、２つの主要な機能を有する。１）メッセージとチャネルのマッチングと、２）各伝送に使用される特有の波形パラメータの決定である。再び、最善のマッチングとマッピングの可能性を決定するために、意思決定構造が使用される。割当手段４８、５０は、以下の問題を解決しようとする。
１）チャネルが時間と周波数で重複する。
２）チャネル選択は、変化するチャネル状態を特定するために継続的な受信（情報取得とフィードバック）を有する。
３）使用に選択されたチャネルは、隣接ノードによる同時使用と非協調装置からの可能な干渉とを含む複数の一時的な要素のため、期待未満のＱｏＳを提供することがある。大きな環境の負荷状況のもとで最善の可能なＱｏＳを提供するために、チャネルの組み合わせが使用される。

先取り割当手段（ＬＡＡ：Ｌｏｏｋ−Ａｈｅａｄ Ａｓｓｉｇｎｏｒ）４８は、優先のメッセージの現在のセットを、次の１つ又は２つの２０ミリ秒のフレームで利用可能なチャネル及び成功した通信を達成するために必要な無線リソースにマッピングする。マッピングは本質的に一時的であるため、最適なマッピングは必ずしも必要ではない。一般的に、伝送チャネルは確率論的であり、いくつかのメッセージ送信が失敗することがあり、当該フレームに更に高い優先度のメッセージが到達することがある。この一時的なマッピングは、２つの主要なセットのデータを決定するために使用される。１つ目は伝送容量が検知されなければならない当該特有のチャネルである。２つ目は使用されるＲＦパラメータとチャネル選択方針である。

ＬＡＡ４８は、最適化手段４０から入力を受信し、メッセージキュー４４を調べ、通信チャネルとメッセージとのマッピングを作る。このマッピングは１対１（１つのメッセージに対して１つのチャネル）でもよく、多対１（１つのメッセージに対して複数のチャネル）でもよく、多対多（複数のメッセージに対して複数のチャネル）でもよい。ＬＡＡ４８の役目が本質的に重要であるため、後者の２つの場合は特別の場合である。ＬＡＡ４８は、現在の割当手段５０が迅速に変化する環境状況（予測されたチャネルの欠如、送信の繰り返しの失敗、再送信要求等）に適応し得ることを確保するように機能する。利用する多くの可能性を提供することにより、割当手段−無線の適応機能とソフト形式の柔軟性が有意に拡張される。この技術は、スペクトルの動的利用において更なる効率性を提供する。

ＬＡＡ４８はメッセージキューの要求に合致するために必要なチャネル数を継続して再計算する。このように、メッセージが過度にキューに蓄積されており、隣接ノードとの交渉を通じて専用とランダムアクセスのホールとの配分構造を変化するように最適化手段４０に警告する必要が生じるか否かを、非常に迅速に決定する。所定のメッセージキューの大きさに必要なチャネル数は、等式３により推定され得る。

ここで

は優先クラスｋのメッセージキューのメッセージ数であり、λ_ｋは優先クラスｋのメッセージの到着率であり、

はクラスｋの要求を処理するサービス時間の平均二次モーメントであり、ρ_ｋは優先クラスｋのシステム稼働時間である。ここでの内在する仮定は、割り当て処理は非先取り的であることである。Ｃを最適化手段により提供されるＬＬＡ４８への利用可能なチャネルの総数とし、Ｍを等式４により定められるメッセージキューの大きさと仮定する。

この場合、Ｃ≧Ｍである限り、メッセージの欠落は生じない。ここでの仮定は、各メッセージが専用又はランダムのチャネルを必要とすることである。Ｃ＜Ｍの場合に、いくつかのメッセージ（達成困難な低優先度又はＱｏＳレベルを有するもの）は全くチャネルを割り当てられず、又は過度の遅延を生じることがあり、その結果として欠落することがある。しかし、ＤＰＡアーキテクチャにより、メッセージキューからのメッセージの欠落の可能性が最小化され得るようにパラメータの調節が可能になる。この調整は、環境の変化を常に認知してチャネルの合成と最適化を調整する高速及び低速フィードバックループを通じて達成される。

ＬＡＡ４８は最適化手段４０により提供されるチャネルのリスト（専用とランダムアクセス）が特定のＳＩＲとＱｏＳレベルに合致することを仮定する。ＤＰＡアーキテクチャは、異なるプールの全チャネルの動的な分配を可能にするのに十分に柔軟性があり、その各プールは特定のアプリケーション（例えば遅延耐性のあるアプリケーション又は遅延耐性のないアプリケーション）用である。

図１１を参照すると、ＬＡＡアーキテクチャのアルゴリズムが示されている。そのアルゴリズムは以下のステップを実行する。
・正確なメッセージを取得するためにメッセージキューを調べる。
・メッセージに割り当てられるチャネルのマッチング。必要に応じて最適化手段から更なるチャネルを要求する。
・メッセージＭ（ｋ）とチャネルＣ（ｋ）との適合性。
・良好な合致がある場合、そのチャネルとメッセージがタグ付けされる。合致が良好でない場合、タグ付けとともに順位が提供される。
・チャネルとメッセージのマッピングがＣＡに送信される。
・ＣＡに送信されたマッピングのセットでＬＡＡリスト構造が更新される。

現在のチャネル割当手段（ＣＡ）５０は、全体のシステムの目的が最善になる又はそれに近づくように、無線リソースへのメッセージの最終的なマッピングを提供する。ＣＡ５０は、現在のメッセージバッファ及び次に使用され得る全ての可能なホールを受けて、最適なパラメータを計算する。ＤＰＡアーキテクチャのチャネル割当手段の目的は、利用可能な無線帯域内の満足すべきユーザの数を最大化することである。

ＣＡ５０は、トラヒックのＱｏＳ要件で効果的に動作し、伝送を優先するためにその要件を使用する。容量が要求より小さい場合、ＣＡは全ての送信ニーズに公平にリソースを割り当てることができないことがある。極端な場合には、いくつかのメッセージがメッセージバッファに残されたままになることがあり、タイムアウトする。この状況は、現在の専用の容量と平均及びピーク時の要求との大きな差異により検出される。スペクトルが利用可能になると、レベル１の制御は専用のホールの割り当てを増加させることにより調整する。高速ループ制御（例えば１０ｍｓ）と低速ループ制御（例えば１秒）との組み合わせは、ＱｏＳの最適化と処理を満たすことのバランスを提供し、全てのノードとメッセージに公平なアクセスを提供する。

ＣＡ５０の基本アルゴリズムは、ＬＡＡ４８から受信したメッセージのタグ付けされた一対を検査し、その一対を必要な無線リソース（波形、変調、コード化等）にマッピングし、成功した通信を終了する。次に割り当てられたチャネルでデータを送信するように無線ユニットに要求する。いくつかの可能な理由（例えばチャネルのＲＦ特性が変化した、予測されたチャネルが利用可能でなくなった、チャネルの品質が低下した等）により通信が行われない場合には、ＣＡ５０は、タイムアウトすることなくメッセージのＱｏＳ要件に合致し得るその他の代替のチャネルが存在するか否かを決定する。可能である場合には、チャネルの再割当が行われ、ＣＡとＬＡＡのリストが更新される。その可能性が失敗すると、メッセージがキューから欠落する。合成器３８と最適化手段４０とＬＡＡ４８は、将来の通信の試行のためのチャネルの準備と割り当てにおける代替手段が行われ得るように、このイベントの通報を受ける。

再び図１を参照すると、動的な無線リソース利用のネットワークは、リソースの共有を可能にするオープンインタフェースを有する。更に、ネットワークは課金及び認証機能と共有データベースとを有する。

無線リソースの使用をモデル化するため、位置と時間に基づく既存のリソース使用の所定の知識が必要になる。既存のシステムを使用して無線リソースの取引と割当をモデル化するために、周波数と空間と時間との依存関係についての情報も必要になる。

無線端末１０は、大きい帯域と複数のプロトコルを処理可能な適応的無線ユニットでもよい。ネットワークは、異なるプロトコルを処理可能であり、共有データベースの情報センタを提供可能である無線を利用する要求に応じてリソースを割り当てることが可能である。

本発明の好ましい実施例が添付図面に示され、前述の説明に記載されたが、本発明は開示される実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱することなく、部分と要素について多数の再構成と変更が可能である。

未使用の無線リソース又は十分に利用されていない無線リソースを起動することにより、無線リンクを確立する無線通信システムの概略図である。 未使用の無線リソース又は十分に利用されていない無線リソースの使用を拡張するソフトウェア適応技術の機能図である。 図２に示されたソフト形式の適応方法の機能図である。 本発明による動的な無線リソースの利用のための方法とシステムを示したブロック図である。 例示的なＤＰＡ機能を示したものである。 例示的なＤＰＡ機能を示したものである。 例示的なＤＰＡ機能を示したものである。 例示的なＤＰＡ機能を示したものである。 例示的なＤＰＡ機能を示したものである。 図４の予測器のブロック図である。 予測されるホールの特徴に基づくチャネル合成と最適化の図である。 図４の最適化手段の閉ループ構造のブロック図である。 本発明に従って情報をパッケージ化する適応的メタ・アクセス方法（ａｄａｐｔｉｖｅ ｍｅｔａ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｔｈｏｄ）の図である。 図４のアダプタの動作モードの変更を示す複数ユーザのＭＡＣ機能のブロック図である。 図４の先取り割当手段の動作を記述するアルゴリズムを示すフローチャートである。

Claims (37)

1. 動的な無線リソースの利用のためのシステムであって、
   １つ以上の無線通信リソースを監視し、無線通信リソースデータを生成するように動作可能な検知モジュールと、
   前記無線通信リソースデータを使用して、１つ以上の将来の期間での１つ以上のホール（ｈｏｌｅ）の発生を予測するように動作可能な予測モジュールであって、ホールは、１人以上の第１のユーザに割り当てられる１つ以上の無線通信リソースが１人以上の第２のユーザによる無線通信に一時的に利用可能である無線通信の機会を含み、前記予測モジュールがホール予測データを生成するように動作可能な予測モジュールと、
   前記ホール予測データを使用して、前記１つ以上の予測されたホールから１つ以上の無線通信チャネルを合成し、チャネル合成データを生成するように動作可能な合成モジュールと、
   １つ以上の以前の無線通信の試行からのフィードバックを反映したデータと、１つ以上のネットワーク状態を反映したデータを受信し、前記受信データと前記チャネル合成データに従って、前記１つ以上の合成された無線通信チャネルから１つ以上の特定の無線通信チャネルを選択するように動作可能な選択モジュールであって、無線通信チャネルの選択データを生成するように更に動作可能な選択モジュールと、
   前記無線通信チャネルの選択データを使用して、前記１つ以上の選択された無線通信チャネルを使用して通信するように無線ユニットに指示するように動作可能な割当モジュールと、
   通信が終了した後に、前記１つ以上の選択された無線通信チャネルの使用を停止するように前記無線ユニットに指示するように動作可能な停止モジュールと
   を有するシステム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記選択モジュールが、１つ以上の無線通信チャネルの特性に従って、前記１つ以上の選択された無線通信チャネルから１つ以上のバックアップ用無線通信チャネルを指定するように動作可能なシステム。
3. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記割当モジュールが、１つ以上のネットワーク状態の１つ以上の変化に応じて、１つ以上の新しい選択された無線通信チャネルを使用して通信するように前記無線ユニットに指示するように動作可能なシステム。
4. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記１つ以上の無線通信リソースが、出力レベルと周波数と時間のうちの１つに関して監視されるシステム。
5. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記割当モジュールが、指定された期間の間に前記１つ以上の選択された無線通信チャネルを使用して通信するように前記無線ユニットに指示するように動作可能なシステム。
6. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記割当モジュールが、前記１つ以上の選択された無線通信チャネルを使用して特定の部分のデータを通信するように前記無線ユニットに指示するように動作可能なシステム。
7. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記１つ以上の将来の期間での１つ以上のホールの発生が、
   慣性に基づく技術と、
   定期的な技術と、
   フィルタに基づく技術と、
   時間列の予測技術と、
   スペクトル技術と
   のうちの１つ以上を使用して予測されるシステム。
8. 請求項１に記載のシステムであって、
   無線通信チャネルが、パターンマッチング技術を使用して１つ以上のホールから合成されるシステム。
9. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記１つ以上のネットワーク状態が、サービス品質（ＱｏＳ）と、１つ以上のネットワークノードによる１つ以上の無線通信リソースの使用とを有するシステム。
10. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記１つ以上の無線リソースが、１つ以上の周波数帯域と、タイムスロットと、コードと、出力レベルとのうちの１つ以上を有するシステム。
11. 請求項１に記載のシステムであって、
    ホールが、１つ以上の周波数帯域と、タイムスロットと、コードと、出力レベルとのうちの１つ以上を有するシステム。
12. 請求項１に記載のシステムであって、
    合成された無線通信チャネルが、１つ以上の基準に合致する１つ以上のホールを有するシステム。
13. 動的な無線リソースの利用のための方法であって、
    １つ以上の無線通信リソースを監視し、
    無線通信リソースデータを生成し、
    前記無線通信リソースデータを使用して、１つ以上の将来の期間での１つ以上のホール（ｈｏｌｅ）の発生を予測し、ホールは、１人以上の第１のユーザに割り当てられる１つ以上の無線通信リソースが１人以上の第２のユーザによる無線通信に一時的に利用可能である無線通信の機会を含み、
    ホール予測データを生成し、
    前記ホール予測データを使用して、前記１つ以上の予測されたホールから１つ以上の無線通信チャネルを合成し、
    チャネル合成データを生成し、
    １つ以上の以前の無線通信の試行からのフィードバックを反映したデータと、１つ以上のネットワーク状態を反映したデータを受信し、
    前記受信データと前記チャネル合成データに従って、前記１つ以上の合成された無線通信チャネルから１つ以上の特定の無線通信チャネルを選択し、
    無線通信チャネルの選択データを生成し、
    前記無線通信チャネルの選択データを使用して、前記１つ以上の選択された無線通信チャネルを使用して通信するように無線ユニットに指示し、
    通信が終了した後に、前記１つ以上の選択された無線通信チャネルの使用を停止するように前記無線ユニットに指示すること
    を有する方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、
    １つ以上の無線通信チャネルの特性に従って、前記１つ以上の選択された無線通信チャネルから１つ以上のバックアップ用無線通信チャネルを指定することを更に有する方法。
15. 請求項１３に記載の方法であって、
    １つ以上のネットワーク状態の１つ以上の変化に応じて、１つ以上の新しい選択された無線通信チャネルを使用して通信するように前記無線ユニットに指示することを更に有する方法。
16. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記１つ以上の無線通信リソースが、出力レベルと周波数と時間のうちの１つに関して監視される方法。
17. 請求項１３に記載の方法であって、
    指定された期間の間に前記１つ以上の選択された無線通信チャネルを使用して通信するように前記無線ユニットに指示することを有する方法。
18. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記１つ以上の選択された無線通信チャネルを使用して特定の部分のデータを通信するように前記無線ユニットに指示することを有する方法。
19. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記１つ以上の将来の期間での１つ以上のホールの発生が、
    慣性に基づく技術と、
    定期的な技術と、
    フィルタに基づく技術と、
    時間列の予測技術と、
    スペクトル技術と
    のうちの１つ以上を使用して予測される方法。
20. 請求項１３に記載の方法であって、
    無線通信チャネルが、パターンマッチング技術を使用して１つ以上のホールから合成される方法。
21. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記１つ以上のネットワーク状態が、サービス品質（ＱｏＳ）と、１つ以上のネットワークノードによる１つ以上の無線通信リソースの使用とを有する方法。
22. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記１つ以上の無線リソースが、１つ以上の周波数帯域と、タイムスロットと、コードと、出力レベルとのうちの１つ以上を有する方法。
23. 請求項１３に記載の方法であって、
    ホールが、１つ以上の周波数帯域と、タイムスロットと、コードと、出力レベルとのうちの１つ以上を有する方法。
24. 請求項１３に記載の方法であって、
    合成された無線通信チャネルが、１つ以上の基準に合致する１つ以上のホールを有する方法。
25. 動的な無線リソースの利用のためのソフトウェアであって、媒体に具体化されており、実行されると、
    １つ以上の無線通信リソースを監視し、
    無線通信リソースデータを生成し、
    前記無線通信リソースデータを使用して、１つ以上の将来の期間での１つ以上のホール（ｈｏｌｅ）の発生を予測し、ホールは、１人以上の第１のユーザに割り当てられる１つ以上の無線通信リソースが１人以上の第２のユーザによる無線通信に一時的に利用可能である無線通信の機会を含み、
    ホール予測データを生成し、
    前記ホール予測データを使用して、前記１つ以上の予測されたホールから１つ以上の無線通信チャネルを合成し、
    チャネル合成データを生成し、
    １つ以上の以前の無線通信の試行からのフィードバックを反映したデータと、１つ以上のネットワーク状態を反映したデータを受信し、
    前記受信データと前記チャネル合成データに従って、前記１つ以上の合成された無線通信チャネルから１つ以上の特定の無線通信チャネルを選択し、
    無線通信チャネルの選択データを生成し、
    前記無線通信チャネルの選択データを使用して、前記１つ以上の選択された無線通信チャネルを使用して通信するように無線ユニットに指示し、
    通信が終了した後に、前記１つ以上の選択された無線通信チャネルの使用を停止するように前記無線ユニットに指示する
    ように動作可能なソフトウェア。
26. 請求項２５に記載のソフトウェアであって、
    １つ以上の無線通信チャネルの特性に従って、前記１つ以上の選択された無線通信チャネルから１つ以上のバックアップ用無線通信チャネルを指定するように更に動作可能なソフトウェア。
27. 請求項２５に記載のソフトウェアであって、
    １つ以上のネットワーク状態の１つ以上の変化に応じて、１つ以上の新しい選択された無線通信チャネルを使用して通信するように前記無線ユニットに指示するように更に動作可能なソフトウェア。
28. 請求項２５に記載のソフトウェアであって、
    前記１つ以上の無線通信リソースが、出力レベルと周波数と時間のうちの１つに関して監視されるソフトウェア。
29. 請求項２５に記載のソフトウェアであって、
    指定された期間の間に前記１つ以上の選択された無線通信チャネルを使用して通信するように前記無線ユニットに指示するように動作可能なソフトウェア。
30. 請求項２５に記載のソフトウェアであって、
    前記１つ以上の選択された無線通信チャネルを使用して特定の部分のデータを通信するように前記無線ユニットに指示するように動作可能なソフトウェア。
31. 請求項２５に記載のソフトウェアであって、
    前記１つ以上の将来の期間での１つ以上のホールの発生が、
    慣性に基づく技術と、
    定期的な技術と、
    フィルタに基づく技術と、
    時間列の予測技術と、
    スペクトル技術と
    のうちの１つ以上を使用して予測されるソフトウェア。
32. 請求項２５に記載のソフトウェアであって、
    無線通信チャネルが、パターンマッチング技術を使用して１つ以上のホールから合成されるソフトウェア。
33. 請求項２５に記載のソフトウェアであって、
    前記１つ以上のネットワーク状態が、サービス品質（ＱｏＳ）と、１つ以上のネットワークノードによる１つ以上の無線通信リソースの使用とを有するソフトウェア。
34. 請求項２５に記載のソフトウェアであって、
    前記１つ以上の無線リソースが、１つ以上の周波数帯域と、タイムスロットと、コードと、出力レベルとのうちの１つ以上を有するソフトウェア。
35. 請求項２５に記載のソフトウェアであって、
    ホールが、１つ以上の周波数帯域と、タイムスロットと、コードと、出力レベルとのうちの１つ以上を有するソフトウェア。
36. 請求項２５に記載のソフトウェアであって、
    合成された無線通信チャネルが、１つ以上の基準に合致する１つ以上のホールを有するソフトウェア。
37. 動的な無線リソースの利用のためのシステムであって、
    １つ以上の無線通信リソースを監視する手段と、
    無線通信リソースデータを生成する手段と、
    前記無線通信リソースデータを使用して、１つ以上の将来の期間での１つ以上のホール（ｈｏｌｅ）の発生を予測する手段であって、ホールは、１人以上の第１のユーザに割り当てられる１つ以上の無線通信リソースが１人以上の第２のユーザによる無線通信に一時的に利用可能である無線通信の機会を含む手段と、
    ホール予測データを生成する手段と、
    前記ホール予測データを使用して、前記１つ以上の予測されたホールから１つ以上の無線通信チャネルを合成する手段と、
    チャネル合成データを生成する手段と、
    １つ以上の以前の無線通信の試行からのフィードバックを反映したデータと、１つ以上のネットワーク状態を反映したデータを受信する手段と、
    前記受信データと前記チャネル合成データに従って、前記１つ以上の合成された無線通信チャネルから１つ以上の特定の無線通信チャネルを選択する手段と、
    無線通信チャネルの選択データを生成する手段と、
    前記無線通信チャネルの選択データを使用して、前記１つ以上の選択された無線通信チャネルを使用して通信するように無線ユニットに指示する手段と、
    通信が終了した後に、前記１つ以上の選択された無線通信チャネルの使用を停止するように前記無線ユニットに指示する手段と
    を有するシステム。

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