JP2007529131A - マルチホップネットワークにおいて確立された設定の接続に対する高速／便乗的な分散資源再割当て - Google Patents

マルチホップネットワークにおいて確立された設定の接続に対する高速／便乗的な分散資源再割当て Download PDF

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Abstract

ここでは、ソースノード（１０２ａ，Ａ）と宛先ノード（１０２ｍ，Ｅ）との間の接続の性能を最適化するように、マルチホップネットワーク（１００，４００）内でのトポロジー変化に応じて、マルチホップネットワーク（１００，４００）の資源が分配的／便乗的な方法で連続的に適応されることができる再活性ルーティングプロトコル（２００）を実行するマルチホップネットワーク（１００，４００）、及びノード（１０２ａ−１０２ｑ，及びＡ−Ｇ）について説明する。適応される資源のタイプは、例えば、（１）ルートと（２）チャネルと（３）物理層パラメータとの内の少なくともいずれかを含む。そして、生じえるトポロジー変化の異なるタイプは、例えば、（１）ノード（１０２ａ−１０２ｑ，及びＡ−Ｇ）の移動、（２）ソースノード（１０２ａ，Ａ）と宛先ノード（１０２ｍ，Ｅ）との間のチャネルでの品質変動、（３）マルチホップネットワーク（１００，４００）でのトラフィックパターンの変化、（４）マルチホップネットワーク（１００，４００）での送信パターン（例えば、電力、ビーム形成方向）の変化、及び（５）マルチホップネットワーク（１００，４００）での資源割当の変化を含む。

Description

本発明は一般的には、ソースノードと宛先ノードとの間の接続の性能を最適化するように、マルチホップネットワークのトポロジー変化に応じて、マルチホップネットワークの資源を連続的に適応させるために、ノードによって使われる再活性ルーティングプロトコルを実行するマルチホップネットワークに関する。
マルチホップネットワーク（無線アドホックネットワーク）に内在している問題は、ノードが、特定接続に対してトラフィックを中継する二つのノードの間において、接続切断に至る可能性のある移動体なので、このマルチホップネットワークが時間とともに変化するトポロジーを有するということである。移動ノードである上に、なぜトポロジーが時間と伴って変化するかについてはさまざまな理由がある。例えば、通信媒体において、電波が反射しまたは変化する移動体によって生ずる変動のようなノード移動がなくても、トポロジー変化は発生する。このようなトポロジー変化は、例えば、（自分自身と干渉チャネルとの内、少なくともいずれかの）チャネルの変化、トラフィックパターンの変化、送信パターンの変化、及び資源割当の変化を含む。このようなトポロジー変化に適応させるため、マルチホップネットワークは、事前的な（proactive）ルーティングプロトコル、または再活性（reactive）ルーティングプロトコルを採用することができる。事前的なルーティングプロトコルを採用するマルチホップネットワークにおいて、トポロジー変化は通常ノード間のルーティング経路を連続的に更新することで適合される。そして、再活性ルーティングプロトコルを採用するマルチホップネットワークにおいて、まず、ノード間のルーティング経路が一般的に経路発見フェーズと言われるものでセットアップされる。一度経路セットアップが完了すると、ルート維持管理フェーズが後を引き継ぐ。例えば、宛先ノードに向けた経路上の二つのノードが非常に遠く離れて移動して接続切断を引き起こし、ノード間の接続を試み修復するための復旧動作としてルート修復手順（ルート維持管理フェーズの一部）が起動される時、このフェーズは、トポロジー変化にもかかわらず、アクティブソース／宛先のペア間の経路の維持を担当する。この復旧作業が成功しなければ、新しいルート発見工程が実行されなければならない。再活性ルーティングプロトコルの例は、非特許文献１、非特許文献２として示される次の論文に説明されているように、ＩＥＴＦｓ ＭＡＮＥＴワーキンググループ内で開発されたＡＯＤＶ（Ad Hoc on demand Distance Vector）及びＤＳＲ（Dynamic Source Routing）を含む。
これら論文の内容はここで参照により本願に組み込まれる。
Ｃ．パーキンス、Ｅ．Ｍ．ロイヤー、Ｓ．Ｒ．ダス著、"アドホック オンデマンド ディスタンス ベクター ルーティング"、ＲＦＣ３６６１、２００３年７月（C. Perkins, E.M. Royer and S. R. Das. "Ad Hoc on-demand Distance Vector Routing", RFC 3561, July, 2003） Ｄ．ジョンソン、Ｄ．マルツ著、"アドホック無線ネットワークにおける動的ソースルーティング"、draft-ietf-manet-dsr-09.txt、２００３年４月（D. Johnson and D. Maltz, "Dynamic Source Routing in Ad Hoc Wireless Network", draft-ietf-manet-dsr-09.txt, April, 2003）
これらのルーティングプロトコルは一般的によく動作するが、これらは、二つのノード間の接続の性能を充分に最適化することができない点で、相変らず欠点を有している。従って、二つのノード間の接続の性能を最適化する新しい再活性化ルーティングプロトコルを実行するマルチホップネットワークに対する要求がある。本発明のマルチホップネットワーク、ノード、方法によってこのような要求は充足される。
本発明は、ソースノードと宛先ノードとの間の接続の性能を最適化するように、マルチホップネットワーク内のトポロジー変化に応じて、複数のノードが分配的かつ便乗的で連続的にネットワーク資源に適応させることができる再活性ルーティングプロトコルを実行するマルチホップネットワークを含む。適応される資源のタイプは、例えば、（１）ルートと、（２）チャネルと、（３）物理層パラメータとの内、少なくともいずれかを含む。そして、生じえるトポロジー変化の異なるタイプには、例えば、（１）ノードの移動、（２）ソースノードと宛先ノードとの間のチャネルの品質変動、（３）マルチホップネットワークでのトラフィックパターンの変化、（４）マルチホップネットワークでの送信パターン（例えば、電力、ビーム形成方向）の変化、及び（５）マルチホップネットワーク（１００，４００）での資源割当の変化を含む。
本発明のより完全な理解は添付の図面に関して次の詳細な説明を参照してなされる。
図１は本発明の方法２００に従う再活性ルーティングプロトコルを実行するノード１０２ａ、１０２ｂ、……、１０２ｑ（１７個のノード）を有する代表的なマルチホップネットワーク１００のブロック図を示している。図示のように、マルチホップネットワーク１００は、（例えば）二つのノード１０２と１０２ｍの間で送信されるトラフィックがフロー１０４（１個を図示）と呼ばれる無線媒体で動作する多数のノード１０２ａ、１０２ｂ、……、１０２ｑを有する。フロー１０４でデータの転送を開始するノードはソースノード１０２ａと呼ばれ、そのデータの転送が終了するノードは宛先ノード１０２ｍと呼ばれる。マルチホップネットワーク１００は、いずかの二つのノード１０２ａ、１０２ｂ、……、１０２ｑの間で、それぞれの瞬間にゼロ、一つまたは多数のフロー１０４を有することができる。各フロー１０４は接続１０６で搬送され、そこでは、ノード１０２ａとノード１０２ｍとの間のただ一つの接続１０６が示されている。多数のフロー１０４は、接続１０６に多重化されても良く、多重接続１０６が各ソースノード１０２ａと共に各宛先ノード１０２ｍに対しても確立されても良いことを認識されたい。加えて、同じソースノード１０２ａと宛先ノード１０２ｍは多重接続１０６だけではなく、多重フロー１０４を有することができる。各接続１０６は、経路１０８（ルート）を通じて定義され、（１）（例えば）アクティブノード１０２ａ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｋ、１０２ｌ、及び１０２ｍのアイデンティティ、（２）チャネル、及び（３）経路１０８に従うリンクパラメータによって特徴付けられる。本発明の他の実施例では、接続１０６は、（１）経路１０８、（２）リンクパラメータ、及び送信事象によって特徴付けられる。接続１０６の後者のタイプは時間領域におけるスロットを用いない送信と関係があり、一方、接続１０６の前者のタイプは、ＴＤＭＡ（時分割多元接続）、ＦＤＭＡ（周波数分割多元接続）、及びＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）をより指向するものである。
図示のように、経路１０８は接続１０６を形成する隣接アクティブノード１０２ａ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｋ、１０２ｌ、及び１０２ｍ間でのより短いリンクによって組み立てされる。経路１０８に従うフロー１０４の送信に関係するリンクのパラメータは、例えば、（１）送信電力、（２）変調、（３）方向、（４）ＭＩＭＯ（マルチアンテナ信号伝送法）のパラメータによって特徴付けられる。そして、これらのパラメータが用いられたなら、経路１０８に沿ったフロー１０４の受信と関係するリンクのパラメータは、例えば、アンテナアレイのチューニングに対する情報を含むことができる。各接続１０６は通常、上限データ速度制限を有し、フロー１０４は利用可能なデータ速度の一部または帯域全体を使うことができる。互いの範囲内でのノード１０２ａ、１０２ｂ、……、１０２ｑは隣接ノードと呼ばれる。ここで、“範囲内”という用語に対してはいくつかの定義がある。例えば、最大許容送信電力が送信ノードで使われ、何の干渉ノードも存在しない時に、一つのノードが受信で所定のレベルを越える平均ＳＮＲ（信号対雑音比）を有する度に、ノードは互いの“範囲内”でありえる。最後に、マルチホップネットワーク１００内での通信は、典型的に直交である分離したチャネルでなされ、互いに干渉しないことを認識されたい。そして、ノード１０２ａ、１０２ｂ、……、１０２ｑでの一つのチャネルから他の一つのチャネルへの変化はチャネル交換と呼ばれる。
本発明に従えば、マルチホップネットワーク１００内でのノード１０２ａ、１０２ｂ、……、１０２ｑの夫々は、前述した従来の再活性ルーティングプロトコルに比べて著しい改善がある再活性ルーティングプロトコル（方法２００）を実行する。ＡＤＯＶ及びＤＳＲのような従来の再活性ルーティングプロトコルは、二つのノード間の接続の性能を充分に最適化することができない点で、欠点がある。しかし、本発明のマルチホップネットワーク１００は、ソースノード１０２ａと宛先ノード１０２ｍとの間の接続の性能を最適化するために、マルチホップネットワーク１００におけるトポロジー変化に応じて、マルチホップネットワーク１００での一つ以上の資源を適応させる新しい再活性ルーティングプロトコル（方法２００）を実行することで、この要求を扱っている。適応される資源のタイプは、例えば、（１）ルートと（２）チャネルと（３）物理層パラメータとの内の少なくともいずれかを含む。そして、生じえる異なるタイプのトポロジー変化には、例えば、（１）ノード１０２ａ、１０２ｂ、……、１０２ｑの移動、（２）ソースノード１０２ａと宛先ノード１０２ｍとの間の（必ずしも考慮される接続に対して現在データを転送するリンクだけではなく、代りに用いられるリンクに対する）チャネルの品質変動、（３）マルチホップネットワーク１００でのトラフィックパターンの変化、（４）マルチホップネットワーク１００での送信パターン（例えば、電力、ビーム形成方向）の変化、及び（５）マルチホップネットワーク１００での資源割当の変化を含む。再活性ルーティングプロトコル（方法２００）の他の側面や特徴についてのより詳細な説明は図２〜図４を参照して以下の通りに示される。
図２はマルチホップネットワーク１００内の再活性ルーティングプロトコルを実行する好適な方法２００のステップを示すフローチャートである。ステップ２０２では始まり、接続１０６内に位置する（例えば）アクティブノード１０２ａ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｋ、１０２ｌ、及び１０２ｍは、接続１０６に対する一つ以上の性能基準を有するビーコン３０２（図３を参照）を送信する。一つの実施例において、ビーコン３０２は制御部２０６及びＴＤＭＡデータ搬送部３０８を含むフレーム毎に生成される。ビーコン３０６はミニタイムスロット３１０に割当られて隣接ノードから送信されるビーコン３０２（不図示）と衝突しないようにされる。ビーコン３０２がノード１０２ａ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｋ、１０２ｌ、及び１０２ｍによって送信される他のメッセージと同じか或いは長い到達範囲を有するように選択された場合の電力レベルとデータ速度でビーコン３０２は送信される。
ビーコン３０２はさらに一般同報部３１２及び接続特定部３１４を含む。一般配信部３１２には、ビーコン３０２に対する電力は示される。これにより、“範囲内”にいるノード１０２ａ、１０２ｂ、……、１０２ｑが開放ループ経路損失を決定することが可能になる。送信ノード１０２ａ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｋ、１０２ｌ、または１０２ｍ（例えば）のＩＤもまた、示される。接続特定部３１４において、接続ＩＤと、接続速度と、送信／受信ＩＤと、送信電力／ＣＩＲ（搬送波対干渉波比）との内、少なくともいずれかが示される。加えて、接続特定部３１４は各接続１０６に対する性能基準を含む。その性能基準は接続１０６の全体に対する蓄積コストで良い。各タイムスロットまたはそれと同等接続に対する最大許容電力Ｐmaxは、別の性能基準である。Ｐmaxは、送信ノード１０２ａ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｋ、１０２ｌ、または１０２ｍの電力容量または他の進行中の接続１０６と干渉しないように用いられる最大電力を反映する。
ステップ２０４では、（例えば）隣接ノード１０２ｂ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｇ、１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｑ、１０２ｐ、１０２ｏの内、少なくともいずれかは、アクティブノード１０２ａ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｋ、１０２ｌ、及び１０２ｍから送信される一つ以上のビーコン３０２を受信する。また、アクティブノード１０２ａ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｋ、１０２ｌ、または１０２ｍも、他のアクティブノード１０２ａ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｋ、１０２ｌ、または１０２ｍから送信されたビーコン３０２を受信する。例えば、アクティブノード１０２ｆと１０２ｋとは、アクティブノード１０２ｈからビーコン３０２を受信する。
ステップ２０６では、各隣接ノード１０２ｂ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｇ、１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｑ、１０２ｐ、１０２ｏの内、少なくともいずれかは、各受信ビーコン３０２の性能基準と他の情報（オプション）に基づいたコスト関数を計算する。同様に、アクティブノード１０２ａ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｋ、１０２ｌ、１０２ｍの内、少なくともいずれかは、各受信ビーコン３０２の性能基準と他の情報（オプション）とに基づいたコスト関数を計算する。
ステップ２０８では、各隣接ノード１０２ｂ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｇ、１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｑ、１０２ｐ、１０２ｏの内、少なくともいずれかと、アクティブノード１０２ａ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｋ、１０２ｌ、または１０２ｍとは、ソースノード１０２ａと宛先ノード１０２ｍとの間の接続１０６に対するコスト関数が、マルチホップネットワーク１００における少なくとも一つの資源（例えば、ルートとチャネルと物理層パラメータとの内、少なくともいずれか）を適応させることにより改善されるかどうかを決定する。ステップ２０８における回答が肯定的（イエス）であれば、ソースノード１０２ａと宛先ノード１０２ｍとの間の接続１０６に対するコスト関数が改善されるように少なくとも一つの資源を適応させる関連する（例えば）隣接ノード１０２ｇまたは（例えば）アクティブノード１０２ｆによって、ステップ２１０が実行される。通常は、（例えば）隣接ノード１０２ｇは、図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｄに関して次により詳細に説明するルート資源を適応させる。そして、（例えば）アクティブノード１０２ｆは、図４Ｃに関して次により詳細に説明するルート資源、チャネル資源、または物理層パラメータ資源を適応させる。一つの実施例において、（例えば）関係する隣接ノード１０２ｇまたは（例えば）アクティブノード１０２ｆは、平均経路損失のようなトポロジー変化の平均性能基準がソースノード１０２ａと宛先ノード１０２ｍとの間の接続に関するコスト関数が改善されるかどうかを決定するために使われる時、分配的で比較的に高速に資源を適応或いは再割当てすることができる。他の実施例では、（例えば）関係する隣接ノード１０２ｇまたは（例えば）アクティブノード１０２ｆは、瞬間的ＣＩＲのような瞬間的またはリアルタイムでのトポロジー変化の性能基準がソースノード１０２ａと宛先ノード１０２ｍとの間の接続１０６に関するコスト関数が改善されるかどうかを決定するために用いられる時、便乗的な方法で資源を適応させて再割当することができる。これら二つの実施例のいずれかにおいて、その適応がマルチホップネットワーク１００における他の接続の性能に悪影響を及ぼさなければ、（例えば）関係する隣接ノード１０２ｇまたは（例えば）アクティブノード１０２ｆは、資源を適応させることが許される。ステップ２０８における回答が否定的（ノー）であれば、ステップ２１２が実行され、そこでは、隣接ノード１０２ｂ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｇ、１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｐ、１０２ｑ、１０２ｏの内の少なくともいずれか、或いは、アクティブノード１０２ａ、１０２ｆ、１０２ｈ、１０２ｋ、１０２ｌ、または１０２ｍは、単純にソースノード１０２ａと宛先ノード１０２ｍとの間の接続での資源を維持する。
ソースノードと宛先ノードとの間のルートに適応するために用いられる方法２００と再活性ルーティングプロトコルの種々の方法のいくつかについての詳細な説明を、図４Ａ〜図４Ｄを参照して以下の通りに示される。本発明の特徴をより良く説明するため、以下に用いられるマルチホップネットワーク４００は、マルチホップネットワーク１００より単純な構造を有している。勿論、マルチホップネットワーク１００と４００の内に示されているノードの数は説明を単純にするために選択されたものであり、ノードの数及びその構成により本発明が限定されるものではないことに留意されたい。
図４Ａ〜図４Ｄにおいて、ソースノードＡと宛先ノードＥとの間の接続に対するルートが方法２００のステップ２１０に従ってどのように適応され得るのかに関して、４つの基本的なケースが示されている。図４Ａに示されている第１のケースでは、ノードＦは時刻ｔ0で（例えば）アクティブノードＢ及びＤによって送信されたビーコン３０２（不図示）を聴取する。それから、目標コスト関数が方法２００のステップ２０６、２０８、２１０に従って最適化されるならば、時刻ｔ1で、ノードＦは自分自身をその接続に挿入し、ソースノードＡと宛先ノードＥとの間の接続からノードＣを排除する。なお、再活性ルーティングプロトコルが分配的に資源を適応させる以下に記述されるこのケース及び他の例では、同時適応を避けるように一度に一つのイベントが発生することが好ましい。
図４Ｂに示されている第２のケースでは、ノードＦは時刻ｔ0で、（例えば）アクティブノードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥによって送信されたビーコン３０２（不図示）を聴取する。それから、目標コスト関数が方法２００のステップ２０６、２０８、２１０によって最適化されるならば、時間ｔ1で、ノードＦはその接続に自分自身を挿入し、ソースノードＡと宛先ノードＥとの間の接続から多数のノードＢ、Ｃ、及びＤを排除する。
図４Ｃに示されている第３のケースでは、ノードＦは時刻ｔ0で（例えば）アクティブノードＢ及びＤによって送信されたビーコン３０２（不図示）を聴取する。それから、目標コスト関数が方法２００のステップ２０６、２０８、２１０に従って最適化にされるならば、時刻ｔ1で、ノードＣは、自分自身がやや良好な経路を提供し、ソースノードＡと宛先ノードＥとの間の接続から自分自身を排除する経路変更を開始することを通知する。理解できるように、このケースにおけるアクティブノードＣは、方法２００のステップ２０４、２０６、２０８、２１０を実行することができる。
これら３つのケースが方法２００に従ってどのように実行されるかということについては、いくつかの方法がある。一つの例では、良好な選択とは、経路に沿って分布し、ビーコン３０２で通知された蓄積コスト（性能基準）を利用することである。そして、経路に沿ったコストは、ビーコン３０２を偶然に聴取し、ソースノードＡと宛先ノードＥとの間の接続に自分自身を挿入するべきか／その接続から自分自身を排除すべきかを検査するノードによって決定されたコストと比較される。
他の例では、送信電力（性能基準）はコストメトリックとして用いられる。例えば、ノードｊ−１からの実質的コストに基づいて、ノードｊ＋１に対するコストを推定するノードｊを考慮してみよう。ノードｊ−１からノードｊだけではなく、ノードｊからノードｊ＋１までに招くコストは、△Ｃとその関係するインデックスとで示される。そのため、ノードｊ＋１における総推定コストは、以下の通りである。
Ｃ`j+1＝ΔＣj,j+1＋ΔＣj-1,j＋Ｃj-1
もし、その推定コストが次に示されるように古い既存コストより低ければ、新しい経路（New Path）が考慮される。
New Path＝Yes （Ｃ`j+1＜Ｃj+1であれば）
No （Ｃ`j+1＞Ｃj+1であれば）
このデルタコスト△Ｃは、（問題の要求速度に対して）ＳＮＲの目標Γ0を満足させるために要求される最小電力と関係している。ノードｊ−１からノードｊまでに関する例として、最小電力Ｐは次のように計算される。
Ｐj-1＝Γ0・σj 2／Ｇj-1,j
ここで、Ｇj-1,jはノードｊ−１からノードｊまでの経路利得であり、σj 2はノードｊに対する受信雑音及び干渉電力である。これに加えて、いずれのノード（この例で、ノードｊ−１）も、他の既存接続のＣＩＲを以下に示されているように各目標ＣＩＲ未満に低めるのに充分に強い電力では送信することが許されていないことを保証しても良い。
ΔＣj-1,j＝Ｐ（Ｐ＜Ｐmaxであれば）
∞（Ｐ＞Ｐmaxであれば）
ノードに対するＰmaxが、各タイムスロットについて（そして、それにより接続毎に）決定されて、ビーコン３０２で配信される。この手順は、ノードｊが最適チャネルをも決定できるようにしながら、好ましくは各チャネルに対して実行される。上記の電力最小化基準及びＣＩＲ保障基準に加えて、他の基準が含まれても良い。このような基準の例は、コストのフィルタリング（例えば、時間平均化）、ヒステリシス（ピンポン効果防止のため）、及び時間関連条件を含むことができる。
ノードＦただ一つだけが自分自身をソースノードＡと宛先ノードＥとの間の接続４０６に挿入することが図４Ａ〜図４Ｂに示されている。しかし、コスト関数（図４Ｄを参照）を最小化した経路を提供することにより、ノードＦ及びＧのチェーンも、ソースノードＡと宛先ノードＥとの間の接続に類似の方法で挿入される。特に、ノードＦとＧは、時刻ｔ0で、（例えば）アクティブノードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及びＥによって送信されたビーコン３０２（不図示）を聴取する。それから、目標コスト関数が方法２００のステップ２０６、２０８、２１０に従って最適化されるならば、時刻ｔ1で、ノードＦとＧはその接続に自分自身を挿入し、ソースノードＡと宛先ノードＥとの間の接続から多数のノードＣとＤとを排除する。
図４Ｄに示されていることのように、接続にノードＦとＧが挿入されることを可能にする１つの方法は、接続に沿ってノードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及びＥの夫々からででくる（合理的に長い）最短経路ツリーを構築することである。ノードＦとＧと既存接続の更なるダウンストリームを通過する最短経路は、いずれかの最短経路ツリーによって提供されたコストが既存接続経路と比べて改善するかどうかを評価する。図４Ａ〜図４Ｂに示された第１のケース及び第２のケースに類似して、改善した経路が見つかるならば、既存接続の一部ではなく、接続に沿った一つ以上のノードにルーツをもつ一つ以上の最短経路ツリーの一部であるノードＦとＧとは、自分自身を積極的に挿入することができるかもしれない。この実施例の複雑さを制限するため、制限された数のホップが最短経路ツリーに対して許される。
図４Ｄに示されているケースを実行するため、目標コスト関数は、ソースノードＡと宛先ノードＥとを接続するための最短経路を用いることに対して、ステップ２１０による何らかの適応が努めていることを保障する付加的コスト因子Ｃextrをも組み込むことができる。（例えば）ベルマンフォード（Bellman Ford）のアルゴリズムを用いた低速の事前的なルーティングを介してすべてのノードが最短経路ツリー（性能基準）を生成するようにして、この特別なコスト係数が決定される。そして、各ノードｉは、自分自身からすべての他のノードｊまでのコストを有する。このコストはＣijと表示される。そして、ノードｉは、以下に示されているように、何らかの２つのノードＳとＤ（不図示）に対する自分のコストに依存して、その特別なコストを決定することができる。
Ｃextra＝ｆ（ＣiS，ＣiD）
ここで、その関数は加算或いは乗算で良い。これは、ソースノード及び宛先ノードからさらに遠くなるにつれて、その特別なコストが増加することを保障する。そして、このコストは、単純な加算或いは他の演算を介してステップ２０８での基本的なコスト決定と共に含まれる。
再び、方法２００における適応ステップ２１０に戻ると、再活性ルーティングプロトコルにより、ソースノードと宛先ノードとの間の接続の性能を最適化するために、マルチホップネットワーク１００、４００内のトポロジー変化に応じて、マルチホップネットワーク１００、４００の資源が“分配されるように”適応されるようにできることを認識されたい。よく作動する分配動作、即ち、潜在的に不十分な最適化（或いは、潜在的デッドロック）に至る制御信号間のタイムレースを避けることに関し、特別スケジューリングが制御信号に対して必要であるかもしれない。スケジューリングは、局所的に領域ではただ一つのイベント、即ち、資源最適化が、好ましくは一回、発生するようにするように構成される。この特性は局所的に極小（atomic）として示される。マルチホップネットワーク１００と４００が制御トラフィックに対して局所的に極小である、つまり、一回にただ一つのイベントが発生することを保障するため、マルチホップネットワーク１００と４００は、要求される特性をもつ何らかの分散多元接続プロトコルを使うことができる。それは、例えば、Mobilhoc 2001 Proceedingsに掲載されたＲ．ロゾフスキー等（R. Rozovsky et al.）による“ＳＥＥＤＥＸ：アドホックネットワークに関するＭＡＣプロトコル（A MAC protocol for ad hoc network）”の論文で説明されているようなものである。ここで、その内容は本願に組み込まれる。その多元接続プロトコルは、資源の再割当てを行う時に用いられることに加えて、ビーコン３０２の送信時間を割当てることにも用いられる。
前述のことから、本発明はソースノードと宛先ノードとの間の接続の性能或いは品質を最適化するために助けとなるマルチホップネットワーク、ノード、及び再活性ルーティングプロトコルを提供することを、当業者であれば容易に理解されることができる。前述されたように、本発明は、ソースノードと宛先ノードとの間の接続の性能を最適化するために、マルチホップネットワークのトポロジー変化に応じて、マルチホップネットワークの資源を連続的に適応させるように動作する。接続を適応させる時、ルート、チャネル、及び物理（例えば、電力）層パラメータが、トポロジー変化に応じて、結合的にそして連続的に適応される。他の実施例においては、チャネルフェーディング及びトラフィック変動によって招かれるものような、瞬間的なチャネル変動に追従するのに十分に高速であるタイムスケールで資源適応が行われ、よって、この種の資源適応は便乗的な特性をもち、チャネルのピークの機会が十分に利用される。
次は、本発明のマルチホップネットワーク、ノード、再活性ルーティングプロトコルの他の付加的な特徴、長所、及び利用に関することである。
・マルチホップネットワークは、ノードが大部分移動体であり、中央で調整を行うインフラストラクチュア組が何も存在しないアドホックネットワークに関連している。そのようなネットワークのノードは、ラップトップコンピュータと移動体電話と情報携帯端末（ＰＤＡ）との内の少なくともいずれかであることができる。しかしながら、マルチホップネットワークは、ノードが固定された時にも適用できる。このような一つのシナリオは、農村地域でインターネットアクセスに注目したものであり、屋根、電柱などの頂部に取り付けた固定ノードを用いる。
・本発明の一つの長所は、チャネル変動が資源割当て応答時間と同等或いはそれよりも長いコヒーレンス時間で発生する時、マルチホップネットワーク内のチャネル割当が便乗的であるということである。
・本発明の別の長所は、マルチホップネットワークにおいて改善した性能を約束する多重階層機能が結合的に及び連続的に最適化されることである。
本発明の幾つかの実施例が添付図面で例示され、また前述の詳細な説明で記述されているが、本発明は開示された実施例により限定されるものではなく、請求の範囲により説明され定義された本発明の技術的思想を逸脱することがなく、多様な再構成、変形、置換をすることが可能であることを理解されたい。
本発明に従う再活性ルーティングプロトコルを実行するノードを有する代表的なマルチホップネットワークを示すブロック図である。 本発明に従う図１のマルチホップネットワーク内で再活性ルーティングプロトコルを実行する好適な方法のステップを示すフローチャートである。 図２の方法のステップ２０２に従って図１のマルチホップネットワーク内でアクティブノードから送信される代表的なビーコンのブロック図である。 、 、 、 図１のマルチホップネットワークにおいてソースノードと宛先ノードとの間のルートを適応させるために用いられる再活性ルーティングプロトコルのさまざまな方法を例示するブロック図である。

Claims (24)

  1. ソースノード（１０２ａ，Ａ）と宛先ノード（１０２ｍ，Ｅ）とを備えたマルチホップネットワーク（１００，４００）であって、
    再活性ルーティングプロトコルを実行し、
    前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続（１０６）の性能を最適化するため、前記マルチホップネットワークの資源が前記マルチホップネットワークのトポロジー変化に応じて連続的に適応されることを特徴とするマルチホップネットワーク。
  2. 前記資源は、
    ルート（１０８）、
    チャネル、または
    物理層パラメータ
    の内の一つ以上を含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチホップネットワーク。
  3. 前記トポロジー変化は、
    ノードの移動、
    前記ソースノードと前記宛先ノードとの間のチャネル品質変動、
    前記マルチホップネットワークでのトラフィックパターンの変化、
    前記マルチホップネットワークでの送信パターンの変化、または
    前記マルチホップネットワークでの資源割当ての変化
    の内で一つ以上を含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチホップネットワーク。
  4. 前記資源は、前記マルチホップネットワークでの瞬間的なトポロジー変化に応じ便乗的に適応されることを特徴とする請求項１に記載のマルチホップネットワーク。
  5. 前記資源は分配的に適応され、少なくとも一つの隣接ノード（Ｆ，Ｇ）が前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続に挿入され、少なくとも一つのアクティブノード（Ｃ，Ｄ）が前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続から除去されることを特徴とする請求項１に記載のマルチホップネットワーク。
  6. 前記資源は分配的に適応され、少なくとも一つのアクティブノード（Ｃ，Ｄ）が前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続から除去されることを特徴とする請求項１に記載のマルチホップネットワーク。
  7. 前記資源は分配的に適応され、
    搬送波対干渉波比に合致すること、
    既存接続がその搬送波対干渉波比に合致することを保証すること、
    マルチホップネットワークの総電力を最小化すること、及び
    前記ソースノードと前記宛先ノードを接続するために最小コストを用いること
    の条件の内、一つ以上を満足することを特徴とする請求項１に記載のマルチホップネットワーク。
  8. マルチホップネットワーク（１００，４００）におけるソースノード（１０２ａ，Ａ）と宛先ノード（１０２ｍ，Ｅ）との間の接続（１０６）の性能を最適化する方法（２００）であって、前記方法は、
    前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続と関係する少なくとも一つのアクティブノード（１０２ｆ，１０２ｈ，１０２ｋ，１０２ｌ，Ｂ，Ｃ，及びＤ）から接続（１０６）に対する性能基準を含むビーコン（３０２）を送信する工程（２０２）と、
    前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続と関係する少なくとも一つの隣接ノード１０２ｂ，１０２ｄ，１０２ｅ，１０２ｇ，１０２ｉ，１０２ｊ，１０２ｐ，１０２ｏ，Ｆ，及びＧ）で少なくとも一つの送信されたビーコンを受信する工程（２０４）と、
    各受信されたビーコンの性能基準に基づいて、各隣接ノードで、コスト関数を計算する工程（２０６）と、
    前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続に対するコスト関数が、前記マルチホップネットワークにおける少なくとも一つの資源に適応することにより改善することができるかどうかを各隣接ノードで決定する工程（２０８）と、
    前記コスト関数を改善することができれば、前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続に対するコスト関数が改善するために、少なくとも一つの資源を適応させる工程（２１０）と、
    前記コスト関数が改善することができなければ、前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続での少なくとも一つの資源を維持する工程（２１２）とを有することを特徴とする方法。
  9. 各アクティブノードは、前記受信する工程、前記計算する工程、前記決定する工程、前記適応させる工程、前記維持する工程を実行可能であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 前記適応させる工程の間に適応される前記少なくとも一つの資源は、
    ルート（１０８）、
    チャネル、または
    物理層パラメータを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 前記適応させる工程は、前記隣接ノードの内、少なくとも一つを、前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続に挿入し、前記アクティブノードの内、少なくとも一つを前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続から除去することを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
  12. 前記適応させる工程は、前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続から前記アクティブノードの内、少なくとも一つを除去することを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
  13. 前記マルチホップネットワークにおいてトポロジー変化がある時、前記適応させる工程が実行され、
    前記トポロジー変化は、
    ノードの移動、
    前記ソースノードと前記宛先ノードとの間のチャネル品質の変動、
    前記マルチホップネットワークにおけるのトラフィックパターンの変化、
    前記マルチホップネットワークにおける送信パターンの変化、または
    前記マルチホップネットワークでの資源割当ての変化を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  14. 前記マルチホップネットワークの前記少なくとも一つの資源は、前記マルチホップネットワークでの瞬間的なトポロジー変化に応じ便乗的に適応されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  15. 各ビーコンは、一般同報部（３１２）と、前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続に対する蓄積コストと前記送信アクティブノードに対する最大許容電力との内の一つ以上を含む性能基準を含む接続関連部（３１４）とを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  16. ソースノード（１０２ａ，Ａ）と宛先ノード１０２（ｍ，Ｅ）との間の接続（１０６）の性能を最適化するため、再活性ルーティングプロトコルを実行する無線マルチホップネットワーク（１００，４００）であって、前記無線マルチホップシステムは、
    前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続に位置した少なくとも一つのアクティブノード（１０２ｆ，１０２ｈ，１０２ｋ，１０２ｌ，Ｂ，Ｃ，及びＤ）と、
    前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続と関係する少なくとも一つの隣接ノード（１０２ｂ，１０２ｄ，１０２ｅ，１０２ｇ，１０２ｉ，１０２ｊ，１０２ｐ、１０２ｏ，Ｆ，及びＧ）とを有し、
    各アクティブノードは、
    前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続に対する性能基準を有するビーコン（３０２）を送信する（２０２）ことが可能であり、
    各隣接ノードは、
    少なくとも一つの送信されたビーコンを受信し（２０４）、
    各受信ビーコンの性能基準に基づくコスト関数を計算し（２０６）、
    前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続に対するコスト関数を改善させることが可能であれば、前記無線マルチホップネットワークにおける少なくとも一つの資源を適応させる（２１０）ことが可能であることを特徴とする無線マルチホップネットワーク。
  17. 各アクティブノードは、前記受信する工程と、前記計算する工程と、前記適応させる工程とを実行可能であることを特徴とする請求項１６に記載の無線マルチホップネットワーク。
  18. 各隣接ノードは、前記適応させる工程を、
    ルート（１０８）、
    チャネル、または
    物理層パラメータを
    含む前記少なくとも一つの資源を再割当することにより実行することに特徴がある請求項１７に記載の無線マルチホップネットワーク。
  19. 前記適応させる工程は、
    前記隣接ノードの少なくとも一つを前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続に挿入し、前記アクティブノードの少なくとも一つを前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続から除去することを含むことを特徴とする請求項１７に記載の無線マルチホップネットワーク。
  20. 前記適応させる工程は、
    前記アクティブノードの少なくとも一つを前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続から除去することを含むことを特徴とする請求項１７に記載の無線マルチホップネットワーク。
  21. 各隣接ノードは、前記無線マルチホップネットワークにおいてトポロジー変化がある時に、前記適応させる工程を実行し、
    前記トポロジー変化は、
    ノードの移動、
    前記ソースノードと前記宛先ノードとの間のチャネル品質の変動、
    前記無線マルチホップネットワークにおけるトラフィックパターンの変化、
    前記無線マルチホップネットワークにおける送信パターンの変化、または
    前記無線マルチホップネットワークでの資源割当の変化を含むことを特徴とする請求項１６に記載の無線マルチホップネットワーク。
  22. 各隣接ノードは、
    前記無線マルチホップネットワークにおけるリアルタイムなトポロジー変化に応じて、便乗的に前記適応させる工程を実行することを特徴とする請求項１６に記載の無線マルチホップネットワーク。
  23. 各ビーコンは、一般同報部と、前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続に対する蓄積コスト、または送信アクティブノードに対する最大許容電力の内の一つ以上を含む性能基準を有する接続関連部とを含むことを特徴とする請求項１６に記載の無線マルチホップネットワーク。
  24. ソースノード（１０２ａ，Ａ）と宛先ノード（１０２ｍ，Ｅ）との間の接続（１０６）の性能を最適化するため、再活性ルーティングプロトコル（２００）を実行する無線マルチホップネットワーク（１００，４００）内のノード（１０２ａ−１０２ｑ，及びＡ−Ｇ）であって、
    前記ノードは、アクティブノード（１０２ｆ，１０２ｈ，１０２ｋ，１０２ｌ，Ｂ，Ｃ，及びＤ）、または隣接ノード（１０２ｂ，１０２ｄ，１０２ｅ，１０２ｇ，１０２ｉ，１０２j，１０２ｐ，１０２ｏ，Ｆ，及びＧ）であることができ、
    前記アクティブノードは、前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続に位置し、
    前記アクティブノードは、
    前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続に対する性能基準を有するビーコン（３０２）を送信する（２０２）ことができ、
    前記隣接ノードは、前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続に関係し、
    前記隣接ノードは、
    送信されたビーコンの少なくとも一つを受信し（２０４）、
    各受信されたビーコンの性能基準に基づいて、コスト関数を計算し（２０６）、
    前記ソースノードと前記宛先ノードとの間の接続に対する前記コスト関数を改善させることができるなら、前記無線マルチホップネットワークにおける少なくとも一つの資源を適応させる（２１０）ことができることを特徴とする無線マルチホップネットワークのノード。
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