JP2006519515A - アドホック接続を用いて拡張されるセルラ無線通信システムにおける情報の伝送のための方法及び基地局 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの基地局（ＢＳ）と少なくとも部分的に自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）を備えた少なくとも１つのセルラ無線ネットワークコンポーネント（ＣＥＬＬ）が含まれ、情報が自立編成型無線ネットワークコンポーネントの加入者局（Ｎ１）からセルラ無線ネットワークコンポーネント（ＣＥＬＬ）の少なくとも１つの基地局（ＢＳ）へ伝送される、無線通信システムにおける情報伝送のための方法に関している。本発明によれば、自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）に関する接続情報が、少なくとも１つの基地局（ＢＳ）において情報伝送のための少なくとも１つの伝送パス確定のために利用される。

Description

本発明は、請求項１の上位概念による、少なくとも１つの基地局を有するセルラ無線ネットワークと、少なくとも部分的に自立編成する無線ネットワークコンポーネントとを含んだ無線通信システムにおける情報の伝送のための方法に関している。

また本発明は、請求項１１の上位概念による、少なくとも１つの基地局を有するセルラ無線ネットワークと、少なくとも部分的に自立編成する無線ネットワークコンポーネントとを含んだ無線通信システムにおける基地局に関している。

無線通信システムは、今日では加入者のモビリティを可能にするため重要な意義を有している。その他にも異なるシステムで使用できる機器（マルチホーミング；Multi Homing）が開発されており、それによってフレキシビリティが高まっている。

無線通信システムでは、情報（たとえば音声、画像情報、ビデオ情報、ＳＭＳ（ショートメッセージサービス）または他のデータ）は電磁波によって、送信局と受信局（基地局ないしは加入者局）との間で無線インタフェースを介して伝送される。この電磁波の放射は、各システムごとに設けられた周波数帯にある搬送波とともに行われる。

導入されたＧＳＭ移動無線システム（Global System for Mobile Communication）では、９００ＭＨｚ、１８００ＭＨｚおよび１９００ＭＨｚの周波数が使用される。このようなシステムでは基本的に、音声、テレファックスおよびショートメッセージＳＭＳ（Short Message Service）がデジタルデータとして伝送される。

ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunication System）等のＣＤＭＡ伝送方式またはＴＤ／ＣＤＭＡ伝送方式による将来の移動無線システム、または第３世代の他のシステムでは、周波数は約２０００ＭＨｚの周波数帯に設けられる。第３世代のこのようなシステムは、世界規模の無線をカバーし、データ伝送のために多くのサービスを提供することを目的とし、とりわけ、無線通信システムにおいてごく僅かなリソースを有する無線インタフェースである無線インタフェースの容量を大幅にフレキシブルに管理することを目的として開発されている。このような無線通信システムでは、とりわけ無線インタフェースをフレキシブルに管理することによって、加入者局が要求に応じて、大きなデータ量を高いデータ速度で送信および／または受信できるようにしなければならない。

このような無線通信システムでは、たとえば時間、周波数、出力または空間等の伝送媒体の共通の無線リソースに対する局のアクセスは、多重アクセス方式（Multiple Access, MA）によって制御される。

時間領域多重アクセス方式（ＴＤＭＡ）では、各送受信周波数帯はタイムスロットに細分割され、周期的に繰り返される１つまたは複数のタイムスロットが局に割り当てられる。ＴＤＭＡによって、無線リソースである時間が局固有に分割される。

周波数領域多重アクセス方式（ＦＤＭＡ）では、周波数領域全体が狭帯域の領域に細分割され、１つまたは複数の狭帯域の周波数帯が局に割り当てられる。ＦＤＭＡによって、無線リソースである周波数が局固有に分割される。

符号領域多重アクセス方式（ＣＤＭＡ）では拡散コードによって、伝送すべき出力／情報が局固有に符号化される。この拡散コードは、多数の個別のいわゆるチップから成る。こうすることによって、伝送すべき出力がコードに依存してランダムに、大きな周波数領域にわたって拡散される。１つのセル／基地局内で異なる局によって使用される拡散コードは、それぞれ相互に直交しているか、または実質的に直交しているので、受信者は該受信者に割り当てられた信号出力を識別し、他の信号を抑圧する。ＣＤＭＡによって、無線リソースである出力は、拡散コードによって局固有に分割される。

直交波周波数多重アクセス方式（ＯＦＤＭ）では、データは広帯域で伝送される。周波数帯域は、等距離である直交の副搬送波に分割され、副搬送波が同時に位相シフトされることにより、時間‐周波数領域において２次元のデータストリームが展開される。ＯＦＤＭによって、無線リソースである周波数は、直交の副搬送波によって局固有に分割される。時間単位中に直交副搬送波でまとまって伝送されるデータシンボルは、ＯＦＤＭシンボルとも称される。

多重アクセス方式は組み合わせることができる。そのため多くの無線通信システムではＴＤＭＡ方式とＦＤＭＡ方式の組み合わせが利用され、狭帯域の各周波数帯域がタイムスロットに細分割される。

前述したＵＭＴＳ移動無線システムでは、いわゆるＦＤＤモード（Frequency Division Duplex）とＴＤＤモード（Time Division Duplex）とが区別される。ＴＤＤモードはとりわけ、共通の周波数帯域が上り方向（ＵＬ‐アップリンク）の信号伝送および下り方向（ＤＬ‐ダウンリンク）の信号伝送双方に使用されることを特徴とする。それに対してＦＤＤモードでは、両伝送方向に対してそれぞれ異なる周波数帯域が使用される。

第２世代および／または第３世代の無線通信接続では、情報はチャネル交換方式（ＣＳ Circuit Switched）またはパケット交換方式（ＰＳ Packet Switched）によって伝送される。

個々の局間の接続は、無線通信インタフェースを介して接続される。通常は基地局と無線ネットワークコントロール装置が、基地局サブシステム（ＲＮＳ Radio Network Subsystem）の構成要素である。セルラ方式の無線通信システムは通常、複数の基地局サブシステムを有しており、この基地局サブシステムはコアネットワーク（ＣＮ Core Network）に接続されている。この場合基地局サブシステムの無線ネットワークコントロール装置がコアネットワークのアクセス装置に接続される。

このような階層的に編成されるセルラ無線通信システムの他にも、自己編成型のワイヤレス無線通信システム（アドホックシステムとも称される）が、セルラ無線通信システムとの接続形成において益々重要性を増してきている。

この自己編成型無線通信システムでは、セルラ無線通信システム（例えばＧＳＭやＵＭＴＳ）とは異なって、複数のモバイル端末間で少なくとも部分的に直接通信が行われる。

この自己編成型無線通信システムでは、複数の無線局が中継局なしで相互に無線接続を構築している。この場合２つの無線局の間の接続は、直接行われるか若しくは距離がかなり離れている場合には、これらの接続に対して中継局を形成するさらなる無線局を介して行われる。それにより、有効情報は、無線局から無線局へと、当該無線局の無線到達範囲に相当する間隔を介して送信される。自己編成型ネットワークの無線局は、移動無線局（例えばパーソナルモバイル無線機器や交通車両）及び／又は定常的な無線局（例えばコンピュータ、プリンタ、家電機器など）であり得る。アドホックネットワークの構成要素であるためには、無線局が、少なくとも隣接する無線局の無線カバー範囲内に存在していなければならない。例えば自己編成型ネットワークの例としては、ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN）、ハイパーＬＡＮ又はＩＥＥＥ８０２．１１などが挙げられる。

自己編成型無線通信システムの大きな利点は、その移動性と柔軟性のよさにある。しかしながらこれらの要因は、ルーティング方法に対する挑戦の高さも表している。複数の無線局からなる無線通信システムにおいては、データパケットのために送信局から場合によってはデータパケットを転送する複数の無線局を介して受信機までの１つのパスを見つけ出さなければならない。このパスの選択をルーティングと称している。無線局が移動無線局であるならば、通常はネットワークのトポロジーが時間と共に変化する。適切なルーティング方法では、この定常的な変化を考慮しなければならない。

ハイブリッド無線通信システムは、少なくとも１つのセルラ無線ネットワークコンポーネントを含んでおり、このセルラ無線ネットワークコンポーネントは、少なくとも１つの基地局と少なくとも部分的に自己編成型の無線ネットワークコンポーネントを有している。この場合情報は、自己編成型無線ネットワークコンポーネントの加入者局からセルラ無線ネットワークコンポーネントの基地局へ両方の部分的ネットワークの利用のもとで伝送され得る。

セルラ無線通信システムへの自己編成型無線通信システムの接続は様々な理由から熱望されている。このことは以下の明細書で例示的に述べる観察結果に基づいて明らかにされる。ここではセルラ無線通信システムの例としてＵＭＴＳ無線網に着目する。しかしながら基本的には、一方では少なくとも１つの基地局を有するセルラ無線ネットワークコンポーネントに対して、また他方では少なくとも部分的に自己編成型の無線ネットワークコンポーネントに対して、異なる伝送技術が投入される必要はない。

セルラ無線ネットワークに接続されていない自己編成型無線ネットワークコンポーネントの加入者局からセルラ無線ネットワークコンポーネントへの情報の伝送の際の根本的な問題は使用すべき伝送経路のパス確定に表れている。

ＵＭＴＳネットワークが構築される場合には、最初に大都市圏の市街地内にのみＵＭＴＳの基地局は存在する。この基地局は、限られた到達範囲しか有さず、加入者は近辺のみでしかＵＭＴＳの新たなサービスは受けられない。加入者が送信器の到達範囲を逸脱すると直ちに、加入者は例えばＧＳＭ標準に切り替えなければならない。ＵＭＴＳ送信器の到達範囲内にいる加入者のみが基地局との接続を受けられ、この範囲外の加入者は、ＵＭＴＳを介した接続は受けられない。ＵＭＴＳ送信器の近傍における接続拒否の頻度を低減するために、自己編成型のアドホックネットワークを使用することが可能である。このネットワークは、移動端末からＵＭＴＳ送信器の到達範囲内の端末までの中継ネットワークとして用いられる。この中継端末を介することによってＵＭＴＳサービスとの間接的な接続を形成することが可能となる。

ＵＭＴＳネットワーク全体の構築のケースでは、自己編成型無線ネットワークの形成が利用される。その後ではもはやＵＭＴＳ基地局に対する直接の接続が何も存在しないことから進めるのではなくて、このシナリオでは例えば個々のＵＭＴＳ基地局の過負荷が出現することが想定される。このようなことは例えば多くのユーザーが同時に同じＵＭＴＳ基地局に電話をかけようとした時に多大に起こり得る。ここにおいて、いくつかの遮断されたユーザーをアドホックネットワークと中継局を介して他の基地局に接続させるためのアルゴリズムが使用され得る。それにより、呼出しの阻止される確率が低減され、そのためネットワークプロバイダが自身のＵＭＴＳネットワークの構築の際に２つの基地局の間の間隔に関する自由度をより多くもてるようになる。

ＵＭＴＳ基地局と移動端末の間の最大間隔距離は一定ではなくて可変である。この関係においては“セルブリージング”の表現が用いられる。これは基地局の有効範囲内で他の端末の高まる干渉レベルに起因する。加入者の数が増加すればするほど、最大距離は短くなる。この作用は、自己編成型の無線通信システムとの結び付けによっても対処できる。

アドホックマルチホッププロトコルとしては、ＯＤＭＡ（Opportunity Driven Multiple Access）が提案され、第３世代のパートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）の構想グループの変化形として取り上げられている。

ＵＭＴＳセルは、基地局の周辺でより高いビットレートを伴う領域（少ない干渉）と、基地局からさらに離れた少ないビットレートの領域（高い干渉）に分割される。ＵＭＴＳは、所定の数の加入者のみが同時に供給される。ここでは干渉の大きさが極めて重要である。なぜなら全ての加入者が同じ周波数帯域を利用し、異なるコードシーケンスによってしか相互に分離できないからである。基地局から遠く離れた加入者は、より高い送信出力で送信しなければならない。このことは、高い干渉に結び付く。干渉が過度に大きくなった場合には、基地局との接続が形成できなくなる。このような特性はＯＤＭＡによって回避されるべきである。その場合遠く離れた加入者からの基地局に対する接続が直接転送されるのではなくて、その間に介在する中継局によって転送される。このことはシステム内に存する干渉の全体量を低減させる。なぜなら加入者は、全出力で送信しなくてもよいからである。ＯＤＭＡはいずれにせよ作動のために少なくともレイヤ１の同期情報を必要とする。すなわち基地局の最大有効範囲外の加入者は、ＯＤＭＡには参加できない。３ＧＰＰ仕様は、移動中継局（加入者）への使用のみならず定常的な中継局（基幹施設）への使用も想定している。

ＯＤＭＡは、ブロービングメッセージの使用に基づいており、つまり隣接する加入者を見つけだすためにメッセージが定期的な間隔で送信される。この情報に基づいて加入者はルーティングテーブルを構築し、このテーブルは後の基地局との接続形成の際に使用される。各加入者は自立的に自身のブロービング特性に関する判断を下す。

このブロービングによって各加入者は、自身に隣接する加入者の可能なデータレート及び所要の送信出力に関する情報を受取る。このデータレートは、選択されたコントロールチャネル（ＣＣＨ）によって確定され得る。この端末は、最小の送信電界強度でサーチを開始し、自身に通知される受信機器の存在がない場合には、十分な応答が得られるまで送信電界強度を漸次高める。それにより、同じデータレートの加入者からなるネットワークが構築される。ここでの狙いはプロアクティブルーティングの達成である。各加入者は、自身の隣接加入者からその隣接情報を通知される。その結果から基地局へ戻るパスが算出される。しかしながら高い動特性（迅速に移動する加入者）とそれに伴うネットワークトポロジの急速な変化による問題点には対応できていない。このことはとりわけプロアクティブルーティングアルゴリズムのもとではトポロジ情報の交換によってネットワークの過負荷に結び付く。

不都合なことは、ＯＤＭＡはＴＤＤモードにおいては基地局と加入者局のソフトウエアの更新により管理されるが、ＦＤＤモードに対しては、基地局と加入者局のハードウエアの変更を強いられることである。なぜなら受信も、送信用に本来設けられている帯域を必要とするからである（他の加入者のブロービングメッセージの受信）。異なる送信電界強度のブロービングも、到来するメッセージのフィルタリングもＦＤＤモードにおいては端末における装置コストを高め、結果的に端末機器のコスト高を引き起こす。

その他にもアドホックネットワークにおけるデータパケットのルーティングのための種々異なるアプローチも存在する。最も重要なことは、ダイナミックソースルーティング（ＤＳＲ）とも称される動的なパス決定方法と、ＡＯＤＶ（Ad Hoc On Demand Distance Vector）ルーティングである。両者ともモバイルアドホックネットワークにおけるパケット交換を可能にする反応的なアプローチである。前記ＤＳＲもＡＯＤＶもルーティングのための付加的なインフラを何ら必要とせず、加入者端末で十分である。

ネーミングが暗示しているように、ＤＳＲはソースパスアプローチを実施する（ソースルーティング）。その際全てのパケットにおいて、１つのパケットが使用する正確なルートが記憶される。このことはパケットの転送のためのコストを引き下げ、記憶されルートによってパケットは拡大する。

ＡＯＤＶは他の機構を使用する。ルート上の各ノードは、自身の先行ノードと後続ノードしか知らない。これらの情報は、唯１つのノードが全てのルートを知ることなく、１つのパケットをソースから宛先まで転送するのに十分である。その場合転送のためのコスト上昇は必要である。なぜなら個々のノードにおいてルートテーブルの問い合わせが必要となるからである。但しパケットを送るための付加的なルーティングオーバーヘッドは必要ない。

偶発的な加入者間のデータパケットの送信は、２つのアルゴリズムを良好に充足し得る。いずれにせよセルラ基地局のカバーの拡張の際には、ノードからノードへの通信（ノードツーノード）は存在せず、基地局は常に１つの通信の終点である。

本発明の課題の基礎は、冒頭に述べたような形式の方法及び基地局において、加入者局から基地局への伝送パスの効果的でかつ特異的条件にマッチした確定方法を提供することである。

前記過大は、請求項１の特徴部分に記載された本発明による方法並びに請求項１１の特徴部分に記載された本発明による基地局によって解決される。

本発明の有利な構成例及び改善例は従属請求項に記載されている。

本発明によれば、少なくとも１つの基地局において、自立編成型無線ネットワークコンポーネントに関する接続情報が、情報を伝送するための少なくも１つの伝送パスの確定のために利用される。

本発明は次のような考察を基礎としている。すなわち基地局における伝送パス確定のバンドリングである。

有利には、自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）に関する接続情報は、少なくとも１つの基地局（ＢＳ）において少なくとも一時的に維持される。所定の条件に依存して、いつ及びどの自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）に関する接続情報がもはや記憶されなくなるかにかかわる限界が選択できる。

接続情報は、自立編成型無線ネットワークコンポーネントにおける接続に関する結合性及び／又は負荷分散に対する情報が含まれている。有利には、自立編成型無線ネットワークコンポーネントにおける接続に関する結合性及び／又は負荷分散に関する情報も着目される。

基地局周りのほぼ回転対称な負荷分散（基地局方向に向けてここのリンク毎の負荷は高まる）によって、負荷分散が何も行われない場合には、すべてのリンクに対して高まる損失が生じる。既知のアドホックルーティングアルゴリズムが何も存在しなくても、前述した負荷分散は実行できる。なぜならそれは中央のシグナリングなしで管理されなければならないからである。

本発明の有利な変化実施例によれば、少なくとも１つの基地局は、自立編成型無線ネットワークコンポーネントに関する接続情報を少なくとも１つの基地局に対するパスの問合せのためのデータパケットのヘッダにおけるデータから得る。

接続情報は、基本的にノードに基づいて存在し得る（ノードベース）。特に有利には、比較的大きな記憶容量が要求されるにもかかわらず、接続情報が特に自立編成型無線ネットワークコンポーネントに関するパスの問合せのためのデータパケットのヘッダにおけるデータがリンクベースで存在する。このケースでは、まだ分離されていない代替えルートが検出できる。

有利には、接続情報、特に自立編成型無線ネットワークコンポーネントに関するパスの問合せのためのデータパケットのヘッダにおけるデータは、代替えパスに対する接続情報を含んでいる。

基本的にパスの確定と伝送の切断に対する安全性は次のことによって著しく改善される。すなわち少なくとも１つの基地局が情報伝送のための複数の伝送パスを定めることによって著しく改善される。
本発明の別の有利な実施例によれば、
情報源としての自立編成型無線ネットワークコンポーネントの加入者局からセルラ無線ネットワークコンポーネントの少なくとも１つの基地局へ情報を伝送するために、以下のステップ、
ａ）加入者局が少なくとも１つの伝送パス確定のための問合せ送信するステップと、
ｂ）前記問合せを受信した自立編成型無線ネットワークコンポーネントの各ノードが自身のアドレスを問合せパケットのヘッダに入力し、当該問合せパケットを保留時間の後に転送するステップと、
ｃ）自立編成型無線ネットワークコンポーネントのノードであってセルラ無線ネットワークコンポーネントの加入者局でもある少なくとも１つの受信ノードが、当該問合せパケットをセルラ無線ネットワークコンポーネントを介して少なくとも１つの基地局に伝送するステップと、
ｄ）少なくとも１つの基地局において、自立編成型無線ネットワークコンポーネントにおける接続に対する結合性及び／又は負荷分散に関する情報の利用のもとで少なくとも１つの基地局への情報伝送のための少なくとも１つの伝送パスを確定するステップと、
ｅ）少なくとも１つの基地局によって少なくとも１つの伝送パスの指示を有する接続問合せ応答パケットが、確定された少なくとも１つの伝送パスを介して加入者局へ伝送されるステップと、
ｆ）加入者局から少なくとも１つの基地局へ当該少なくとも１つの基地局への確定された伝送パスのうちの少なくとも１つの伝送パスを介して伝送されるステップを含んだルーティングアルゴリズムが使用される。

このアルゴリズムは特別な利点をもたらす。というのも自立編成型無線ネットワークコンポーネントの加入者局セルラ無線ネットワークコンポーネントの基地局へのここで着目されている伝送のケースにおいて最適化されるアルゴリズムは、一般的なケースで使用され得るアドホックルーティングアルゴリズムのプロトコルＡＯＤＶないしＤＳＲに対するケースよりも良好に情報を利用できるからである。さらに基地局はパスの計算並びにルーティングテーブルの管理を、全ての加入者に分散させる場合よりも効果的に実施できる。

前記ステップｅ）による接続問合せ応答パケット（ルートリプレイパケット）において、ソースに対して唯１つの伝送パスしか伝送されない場合には、このパスがノードベースの接続問合せ応答パケットのヘッダにおいて指示され得る。大量のデータ量を含むリンクベースの指示はここでは必要ない。

有利には、少なくとも１つの基地局において少なくとも１つの伝送パスの確定のために、“Ｄｉｊｋｓｔｒａ”アルゴリズムが用いられる。この“Ｄｉｊｋｓｔｒａ”アルゴリズムは、一般に所定の接続グラフにおいて開始ノードと宛先ノードの間のパス検出のために用いられる。このグラフにおけるエッジは、可能なコネクションを表し、パス長に従って重み付される。全グラフは開始ノードから出発して探索され、宛先ノードまでの最短ルートが完全なサーチ（breadth search）によって求められる。

フルーディング伝送（flooding transmission）の数は次のことによって低減される。すなわち自立編成型無線ネットワークコンポーネントのノードであってセルラ無線ネットワークコンポーネントの加入者局でもある各受信ノードが問合せパケットを専らセルラ無線ネットワークコンポーネントを介して少なくとも１つの基地局に伝送することによって低減される。

本発明による基地局は、無線通信システムに所属しており、この無線通信システムは、少なくとも１つの基地局と少なくとも部分的に自立編成型無線ネットワークコンポーネントを備えた少なくとも１つのセルラ無線ネットワークコンポーネントを含んでいる。この場合情報は、自立編成型無線ネットワークコンポーネントの加入者局から基地局へ伝送されている。

本発明によれば、前記基地局は、自立編成型無線ネットワークコンポーネントに関する接続情報からなる情報伝送のための少なくとも１つの伝送パスを確定するための手段を有している。

その他にも有利には、自立編成型無線ネットワークコンポーネントに関する接続情報を少なくとも一時的に保留するための手段が設けられている。

本発明による無線通信システムは、前述した形態の少なくとも１つの基地局を有している。

以下の明細書では本発明を図面に基づいて詳細に説明する。この場合、
図１は、概略的に２つのルートに絞られたネットワークトポロジの区分図であり、
図２は、無線通信システムの自立編成型無線ネットワークコンポーネントに関する情報と、無線通信システムの無線通信ネットワークのセルラコンポーネントに関する情報の本発明による伝送を概略的に表した図である。

図１には、２つのルートに制限されたネットワークトポロジの概略的断面図が示されている。この場合はセルラ無線ネットワークコンポーネントのネットワーク構造が示されているのではなく、例えばソースとして機能するノードＮ１から基地局ＢＳまでの情報の伝送に対する２つの分離されていないパスが示されている。ここに示されている例では、加入者が自身のネットワークノードＮ１として示されている加入者局から情報を図１には示されていないセルラ無線ネットワークの基地局ＢＳへ伝送している。しかしながらそのためには、ノードＮ１が基地局までのパスを既に知っているか若しくはパスが求められなければならない。パスが求められなければならない場合には、ルーティングアルゴリズムが用いられなければならない。

本発明は、基地局の使用のもとでのルート計算に関している。それに対しては基本的に適した様々なメトリックが用いられ得る。最短パスの計算手法は公知である。いずれにせよマルチホップアドホックネットワークのもとでそのように求められたパスは、いつでも最も有利なパスを表しているわけではない。

本発明の枠内で着目しているルーティングアルゴリズム（これはセルラカバレッジエクステンション（ＡＲＣＥ）アルゴリズムとも称される）は、付加的情報を使用しており、この付加情報は、基地局に届いたいわゆるルートリクエスト、すなわち少なくとも１つの伝送パスを確定するための問合せから生成されている。多数の加入者からの頻繁なルートリクエストに基づいて、基地局は、安定したルートを識別できる。なぜならこれは頻繁にリクエストパケットのソースルーティングヘッダにおいて表されているからである。リクエストパケット内では、前述したように全てのノード（このノードを介してパケットが流れる）が表されている。そこから自立編成型無線ネットワークコンポーネントのノード間の使用される全てのリンクのリストが作成される。このリストは、逐次更新されるか若しくは時折更新される。安定したリンクは、ここにおいて統計的に長続きするルートの作成のために使用される。このことは、最短パスしか使用されなかったやり方に対して実質的な拡張を意味する。それ故に基地局の支援の伴うＡＲＣＥプロトコルは、総合的にみて、基地局の能動的な支援なしで管理されなければならないアドホックルーティングプロトコルが成し遂げるのよりも著しく良好な能力で達成される。

１つのパケット内にルートリクエストの全て若しくは少なくとも複数のパスないしルートを記憶できるようにするために、そのようなパケットの幾つかのフォルダは変更を余儀なくされる。もはやこれまでのパケットのパスのみが書き留められるだけでは不十分となり、ノード間の接続（リンク）が記憶されなければならない。

慣用のフルーディング（flooding）アルゴリズムによって実施されるパスの問合せ（ルートリクエスト）によって、例示的に図１において基地局ＢＳまでのパスＮ１→Ｎ２→Ｎ５→Ｎ６のみが見つけられている。同様に図１に存在している代替パス（Ｎ１→Ｎ２→Ｎ４→Ｎ５→Ｎ６）は、特にノードＮ３に問題が生じているケースにはノードＮ４とノードＮ５（ノードＮ３を介する代わりに）を介して拒絶されかねない。なぜならノードＮ５からのリクエストがノードＮ３からの最初のリクエストの後でノードＮ６に到着するからである。

複数のパスの指示の利益を活用し得るためには変更されたリクエストヘッダが使用される。この場合自立編成型無線ネットワークコンポーネントを介したパスの問合せのために（ルートリクエスト）、データパケットのヘッダ内の接続情報の指示がノードベースからリンクベースに入換えられる。このヘッダにはもはやそれを介してリクエストが送信された転送ノードの指示のみでなく（例えばＤＳＲヘッダ参照）、それを介してリクエストが送信されたリンクが含まれている。１つのリンクは２つのノードの間の接続として書き込まれ、それ故に常に２つの順次連続したリクエスト内のアドレスが１つのリンクを形成する。故にヘッダは、常にアドレスに偶数を含んでいなければならない。ノードベースのパスでは、ヘッダ内にこのノードのみが取り入れられ、それを介してパケットが転送される。ＤＳＲもＡＯＤＶもこの原理に基づいている。ＤＳＲでは、パスがデータパケット内に書き留められ、ＡＯＤＶではそのつどの転送されるノードが次のホップを識別する任を負う。それとは反対にリンクベースのパスは個々のリンクから構成されている。最短パスの計算に対しては２つのアプローチは等価的である。多数のルートが算出されるべき時には、そしてこれらが常に分離されるべきではない場合には、リンクベースのアプローチは不可避である。

図１からはノードベースの接続の指示が、最短パスに制限され、Ｎ１−Ｎ２−Ｎ３−Ｎ６に表れている。リンクベースの指示は、複数のリンクを含み、Ｎ１−Ｎ２，Ｎ２−Ｎ３，Ｎ３−Ｎ６，Ｎ６−ＢＳ，Ｎ２−Ｎ４，Ｎ４−Ｎ５，Ｎ５−Ｎ６に表されている。

本発明による無線通信システムの簡単な例は、図２に示されている。アドホック領域には、ノードＮ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ５，Ｎ６，Ｎ８，Ｎ９，Ｎ１０，Ｎ１１が存在している。これらは自立編成型無線ネットワークコンポーネントＡＤＨＯＣのノードとして作動している。その他に図２ではセルラ無線ネットワークコンポーネントＣＥＬＬも存在している。このセルラ無線ネットワークコンポーネントには基地局ＢＳが所属しており、その無線カバー領域（セル）は楕円で表されている。基地局ＢＳの無線セルの領域内には、加入者局Ｎ６，Ｎ５，Ｎ１１が存在している。これらの加入者局Ｎ６，Ｎ５，Ｎ１１は、ノードとして図示の無線通信システムの自立編成型無線ネットワークコンポーネントＡＤＨＯＣにも所属している。加入者局Ｎ６とＮ１１は、無線ネットワーク、例えばセルラ無線ネットワークコンポーネントＣＥＬＬのＵＭＴＳ無線ネットワーク内で通知され、例えばアイドルモードにおかれている。加入者局Ｎ５は、無線セル内、すなわち基地局ＢＳの無線カバー範囲内に存在しているが、しかしながら例えば目下の時点ではＵＭＴＳ無線網からは退去しているか若しくはエアーインターフェースを介して基地局ＢＳと通信し得る相応の装備は何も備えていない。セルラ無線ネットワークコンポーネントＣＥＬＬでは、例えば加入者局Ｎ６，Ｎ１１しか計算に入れられていない。もちろんセルラ無線ネットワークコンポーネント内には自立編成型無線ネットワークコンポーネントＡＤＨＯＣ内のノードとしては作動していないか若しくは作動できない加入者局（図示されていない）も存在し得る。

図２においては、自立編成型無線ネットワークコンポーネントＡＤＨＯＣのノードとして加入者局Ｎ１から出発して基地局までの複数の可能なパスが示されている。それらは詳細には、以下のルートである。すなわち、
i）ホップ：Ｎ１→Ｎ２→Ｎ３→Ｎ６
ii）ホップ：Ｎ１→Ｎ２→Ｎ４→Ｎ５→Ｎ６
iii）ホップ：Ｎ１→Ｎ８→Ｎ９→Ｎ１０→Ｎ１１
前記パスi）とii）は図１の表示に相応しており、
前記パスi）及びii）はそのつどパスiii）まで分離されている。

以下では図２に示されている基地局を用いた本発明によるルーティングアルゴリズムの投入例を説明する。

加入者局は、ＵＭＴＳインターフェースを介して基地局との接続を試み、ブロックされるか有効範囲外にある。相応のエラー通知を受け取った後では、加入者局はここにおいてアドホックネットワークのためのＡＲＣＥアルゴリズムを使用する。加入者局は最初に、事前に転送されたパケットから基地局までのパスが既知であるかどうかを検査する。既知である場合には、ソースがこのパスを直ちにデータパスとして使用する。それ以外ではソースは接続形成の前に宛先の探索のためのネットワークを介したリクエストフラッドを必要とする。これはまず通常は一般的なデータのみを受け取る。すなわちこれは例えばＴＴＬ（time to life）フィールドであり、ソースアドレスと、宛先アドレスと、問合せ識別情報（リクエストＩＤ）であり得る。その他にソースアドレスも第１のリンクの最初のアドレスとして書き込まれる。その後でリクエストは全ての隣接局に放送を用いて送信される。

このリクエストを受信する各ノードは、自身の固有のアドレスをリンクの第２のアドレスとして書き込む。その後で転送すべきノードは、同じリクエストＩＤとソースアドレスを有するさらに到来するリクエストまでの時間Ｔ_Ｗだけ待機する。この待機時間Ｔ_Ｗの間に同じリクエストＩＤを有するＮ個以上のリクエストが到来している場合には、このリクエストは既に期間Ｔ_Ｗの経過前に転送される。それ以外は当該時間の経過するまで待機する。リクエストの最大数Ｎは有効なパスのみが転送されように設定されるべきである。これもＴＴＬフィールドによって制限される。帯域幅を浪費しないためには明らかに長過ぎるパスは転送されるべきではない。なえならソースルーティングヘッダにおいて各リンクは帯域幅を必要とするからである。その他に待機時間は、リクエストを大幅に遅延させないようにするためになるべく短かく選択すべきであり、また幾つかの付加的なパスの転送を可能にさせるのに十分な長さにすべきである。この期間の経過する前に新たなパケットの作成が開始される。ＴＴＬフィールドに対しては、最大の受信ＴＴＬ数が受信した全てのリクエストパケットから探索され、１だけ低減され、そして転送すべきパケットのＴＴＬフィールドに書き込まれる。このＴＴＬフィールドがゼロに等しいかそれよりも小さくされるべきならば、全てのパケットが拒否される。それ以外は、新たなパケットへの第１のリクエストパケットの転送リンクによって完全なパケットが作成される。前述の多重のリンクは、フィルタリングされ、一度だけ新たなリンクリストに書き込まれる。その後で、各新たな到来パケット毎にその中に含まれたリンクが既に新たなパケット内へコピーされたリンクと比較され、それが一致する場合には拒否される。他の全てのリンクはパケットの最後に追加されなければならない。その場合にこの記憶の順序は重要ではない。基地局内で有利に使用される“Ｄｉｊｋｓｔｒａ”アルゴリズムは、例えば複数のリンクをそれらの順序に依存することなく評価する。

基地局と接続している加入者局は、通常はネットワークフルーディングを阻止し、パケットはもはやアドホックインターフェースを介して転送されない。それの代わりにリクエストは、ＵＭＴＳインターフェースを介して基地局に送信される。

基地局内部では有利には２つのマトリックスが独立して管理される。詳細には結合性マトリックスと負荷分散マトリックスである。

結合性マトリックスには、全ての既知のリンクが含まれている。基地局内に新たに到達するパケット毎に、パケットの転送される全てのリンクに対して、それに所属する結合性が基地局のマトリックス内で高められる。このことはパケットの種類に依存することなく行われる。すなわちルーティングパケットもデータパケットも考慮される。目下の検査期間内で既にリンクメトリックの改善が行われている場合には、到来するパケットの数による改竄を避けるためにさらなる改善は行われない。１つのリンクを介して何もパケットが到来しない場合には、最終的に全てのリンクがテーブルから消去されるまでその結合性が徐々に低減される。

結合性マトリックスのメトリック内の最大値は、例えば３に定められ、最小値は０に定められる。この場合の値３は、高い局所的安定性を表し、それに対して値０は、非常に劣悪な結合性を反映している。あるリンクが所定の期間の間に使用されず、さらにメトリックも既に値０を受けている場合には、全てのリンクがマトリックスから取り除かれる。これまでに未知であったリンクに対しては結合性マトリックスは値１をとる。基地局がルートエラーパケットを受け取った場合には、その中で誤って指示されているリンクは直ちに結合性マトリックスから取り除かれる。

第２のメトリックは、負荷分散（ロード）である。このリンクの負荷は、パケット内で時間単位で測定される。１つのリンクが多数のパケットを転送する場合には、このリンクは負荷分散マトリックス内で３の値（フルロード）を受取り、負荷なしでは０の値を受け取る（ノーロード）。

負荷マトリックスは結合性には依存しない。１つのリンクがデータの交換に使用されるのが一定であればあるほどその結合性も高くなる。なぜならこのことは到達したパケットに基づいて測定されるからである。さらに次のことも当てはまる。すなわち結合性マトリックスのエントリの数は負荷分散マトリックスへのエントリの数よりも常に大であるべきである。つまりこの負荷分散マトリックスは、結合性マトリックスの下位のマトリックスでなければならない。基地局によるルートリクエストの最初の受信の後では、他のルートを介して送信されたさらなるリクエストを評価し得るために、もう一度期間Ｔ_Ｗ−Ｂだけ待機される。タイマーの経過後はそれまでに受信された全てのリクエストが評価され、新たなリンクが結合性マトリックス内にプロットされる。負荷と結合性に基づいて、基地局からソースへのルートが算出される。リンクの個々の値から、関数を用いて結合性と負荷分散に依存してエッジ重み付が算出される。ここにおいて“Ｄｉｊｋｓｔｒａ”アルゴリズムを用いることによりソースまで戻る最短パスが算出される。いずれにせよ最適ではない長めのパスを代替えルートとして算出できるようにするためには、最短パスのもとで使用されるパスを消去するだけでは十分でない。このことはとりわけさらなるルートが何も識別されない結果に結び付く。なぜなら例えばソースまで戻る最後のリンクが冗長的に存在していないからである（図１：リンクＮ５；Ｎ６参照）。

ノードＮ４とＮ５を介した代替えパスを算出し得るためには、例えば最短パスのエッジ重み付がそのつど１だけ高められる。それによりリンクを完全に除外することなく、新たなネットワークトポロジが得られる。第２のパスが検出された場合には、これも記憶され、そのエッジ重み付が高められる。その後で再び“Ｄｉｊｋｓｔｒａ”アルゴリズムが適用される。さらに中断基準が設けられる。全プロシージャは、例えば基地局Ｒ_ｍａｘがソースまでのルートを算出するまで、あるいはこれまでに算出されたルートの１つが３回新たに算出されるまで繰り返される。変更されたエッジ重み付は、その後で再びその初期値にリセットされる。この算出方法によってルートがその最適な順序で算出されるのではなく、偶発的に算出される。ソースがルートを有利な順序で伝送するためには、これがもう一度２つのメトリックに基づいて分類される。

ルートリプレイパケットは、ここにおいて一次ルートを介してソースまで戻される。このリプレイパケットの受取りの後で、１つの基地局しか達しなかった場合には、ソースは直ちにデータ伝送を開始する。複数の基地局がルートリクエストを受け取った場合には、種々異なる基地局からの複数のルートリプレイパケットの受取りが可能であり、ソースはもう一度自身にとって最も有利なルートを算出しなければならない。いずれにせよソースは高い確率で完全に分離されている基地局に対するさらなるパスを受け取る。

本発明によれば、前述した利点の他にもさらに以下の利点が得られる。
・基地局はソースノードを制御する；新たな情報がルートを介して存在している場合には常にこれらがソースに通知される。
・ソースノード内のキャッシュは、基地局がルート確定に対して完全なコントロールを担っている（パスがまだ存在しているかどうかをコントロールする）場合には、遮断される。
・ソース内に記憶されているルートの数が基地局によって制御される。例えば迅速なトポロジ変化のもとで少ない代替ルート生成されるならば（迅速なリンク切断）、それに対して少ない変化のもとでは多くのルートが生成され得る。なぜならそれらは平均して長くとどまるからである。

概略的に２つのルートに絞られたネットワークトポロジの区分図 無線通信システムの自立編成型無線ネットワークコンポーネントに関する情報と、無線通信システムの無線通信ネットワークのセルラコンポーネントに関する情報の本発明による伝送を概略的に表した図

Claims (13)

1. 無線通信システムにおける情報伝送のための方法であって、
   少なくとも１つの基地局（ＢＳ）と少なくとも部分的に自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）を備えた少なくとも１つのセルラ無線ネットワークコンポーネント（ＣＥＬＬ）が含まれており、
   この場合情報が自立編成型無線ネットワークコンポーネントの加入者局（Ｎ１）からセルラ無線ネットワークコンポーネント（ＣＥＬＬ）の少なくとも１つの基地局（ＢＳ）へ伝送される形式の方法において、
   自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）に関する接続情報が、少なくとも１つの基地局（ＢＳ）において情報伝送のための少なくとも１つの伝送パス確定のために利用されるようにしたことを特徴とする方法。
2. 自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）に関する接続情報は、少なくとも１つの基地局（ＢＳ）において少なくとも一時的に保留される、請求項１記載の方法。
3. 接続情報は、自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）における接続に対する結合性及び／又は負荷分散に関する情報を含んでいる、請求項１又は２記載の方法。
4. 少なくとも１つの基地局（ＢＳ）は、自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）に関する接続情報を、少なくとも１つの基地局（ＢＳ）に対するパスの問合せのためのデータパケットのヘッダにおけるデータから得る、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
5. 接続情報、特に自立編成型無線ネットワークコンポーネントに関するパスの問合せのためのデータパケットのヘッダにおけるデータがリンクベースで存在する、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
6. 接続情報、特に自立編成型無線ネットワークコンポーネントに関するパスの問合せのためのデータパケットのヘッダにおけるデータは、代替えパスに対する接続情報を含んでいる、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
7. １つの基地局（ＢＳ）は、情報伝送のための複数の伝送パスを定める、請求項１から６いずれか１項記載の方法。
8. 情報源としての自立編成型無線ネットワークコンポーネントの加入者局（Ｎ１）からセルラ無線ネットワークコンポーネントの少なくとも１つの基地局（ＢＳ）へ情報を伝送するために、以下のステップ、
   ａ）加入者局（Ｎ１）が少なくとも１つの伝送パス確定のための問合せ送信するステップと、
   ｂ）前記問合せを受信した自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）の各ノード（Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ５，Ｎ６，Ｎ８，Ｎ１０，Ｎ１１）が自身のアドレスを問合せパケットのヘッダに入力し、当該問合せパケットを保留時間の後に転送するステップと、
   ｃ）自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）のノードであってセルラ無線ネットワークコンポーネント（ＣＥＬＬ）の加入者局でもある少なくとも１つの受信ノード（Ｎ５，Ｎ６，Ｎ１１）が、当該問合せパケットをセルラ無線ネットワークコンポーネント（ＣＥＬＬ）を介して少なくとも１つの基地局（ＢＳ）に伝送するステップと、
   ｄ）少なくとも１つの基地局（ＢＳ）において、自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）における接続に対する結合性及び／又は負荷分散に関する情報の利用のもとで少なくとも１つの基地局（ＢＳ）への情報伝送のための少なくとも１つの伝送パスを確定するステップと、
   ｅ）少なくとも１つの基地局（ＢＳ）によって少なくとも１つの伝送パスの指示を有する接続問合せ応答パケットが、確定された少なくとも１つの伝送パスを介して加入者局（Ｎ１）へ伝送されるステップと、
   ｆ）加入者局（Ｎ１）から少なくとも１つの基地局（ＢＳ）へ当該少なくとも１つの基地局（ＢＳ）への確定された伝送パスのうちの少なくとも１つの伝送パスを介して伝送されるステップを含んだルーティングアルゴリズムが使用される、請求項１から７いずれか１項記載の方法。
9. 少なくとも１つの基地局（ＢＳ）において少なくとも１つの伝送パスの確定のために、“Ｄｉｊｋｓｔｒａ”アルゴリズムが用いられる、請求項８記載の方法。
10. 自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）のノードであってセルラ無線ネットワークコンポーネント（ＣＥＬＬ）の加入者局でもある各受信ノード（Ｎ５，Ｎ６，Ｎ１１）が問合せパケットを専らセルラ無線ネットワークコンポーネント（ＣＥＬＬ）を介して少なくとも１つの基地局（ＢＳ）に伝送する、請求項８または９記載の方法。
11. 無線通信システムにおける基地局（ＢＳ）であって、
    少なくとも１つの基地局（ＢＳ）と少なくとも部分的に自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）を備えた少なくとも１つのセルラ無線ネットワークコンポーネント（ＣＥＬＬ）が含まれており、
    この場合情報が自立編成型無線ネットワークコンポーネントの加入者局（Ｎ１）から基地局（ＢＳ）へ伝送される形式のものにおいて、
    前記基地局（ＢＳ）は、自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）に関する接続情報からなる情報伝送のための少なくとも１つの伝送パスを確定するための手段を有していることを特徴とする基地局。
12. 自立編成型無線ネットワークコンポーネント（ＡＤＨＯＣ）に関する接続情報を少なくとも一時的に保留するための手段が設けられている、請求項１１記載の基地局。
13. 請求項１１または１２による少なくとも１つの基地局を有していることを特徴とする、無線通信システム。

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