JP2008506292A

JP2008506292A - 通信ネットワークにおけるデータ伝送

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Publication number: JP2008506292A
Application number: JP2007519944A
Authority: JP
Inventors: ダルマセスフランセスク; バウメイ−リン
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2008-02-28
Also published as: CN1985481A; EP1769609A1; US20080095058A1; WO2006006117A1

Abstract

モバイル・アドホック・ネットワークは、各接続点またはネットワークノードがその位置を動的に変化させるアドホック・ネットワークを記述する。こうしたネットワークは、ネットワーク・トポロジの急速な変化が知られ、各ノードは、多くは警告無しで動的に、ネットワークに加入及びネットワークから離脱することができる。これらの動的な変化は、ネットワークノード間のリンクの劣化に至り得る。本発明によれば、劣化リンクを安定なリンクに円滑に置き換える方法が提供される。このことはネットワークのより高い安定性を生じさせ、動的に変化するネットワーク内のルートにより高い柔軟性を与える点が有利である。

Description

本発明は、通信ネットワーク及びルーティング（経路設定）プロトコルの分野に関するものである。特に、本発明は、通信ネットワーク内のデータを、対応する通信ネットワーク及びその要素に伝送する方法に関するものである。

固定ネットワーク以外の、無線ネットワーク内のノード間の接続は固定線では行われない。無線ネットワークは空間を使用して２つ以上のピアを互いに接続する。そのリンクは無線チャンネルであり、従ってリンクの品質は変動し得る。帯域幅制限に加えて、通信パートナー（相手）間の距離によって生じる妨害、反射、減衰のような負の効果はリンクの品質に影響を与える。そしてリンク品質が悪いほど、使用可能なレートに対応する使用可能な帯域幅が低下する。従って、通信装置どうしが離れるほど、安定なリンクも劣化し得る。

次世代無線ネットワークの開発において、現在、前から存在するネットワーク・インフラストラクチャ（基盤）に頼らない、いわゆる「アドホック」ネットワークに対して多大な作業が行われている。その代わりに、これらのネットワークはオンデマンド（要求対応））の方法で、即ち装置が互いの範囲内に入り次第形成される。これらの種類のネットワークは、ルーター及び基地局、並びにケーブル配線及び中央管理のような静止したネットワーク構成要素を何ら必要としないという利点を有する。

モバイル（移動）アドホック・ネットワーク（ＭＡＮＥＴ）はアドホック・ネットワークであり、ここでは各接続点またはノードがその位置を動的に変化させる。ＭＡＮＥＴはネットワーク・トポロジ（接続関係）の急速な変化のことが知られ、各ノードは、多くは警告無しで動的に、ネットワークに加入及びネットワークから離脱することができる。このこと、及び無線ノードの限られた伝送範囲により、現在のアドホック・ネットワークは、２つのノードが互いに直近の範囲内にない際に通信することを可能にするマルチホップ・ルーティング（経路設定）として知られているものを使用する。このことは、情報をノードからノードへ転送するルーターとして作用する中間ノードを持つことによって行われる。これらのネットワークを通る通信経路を見出すことの有効性は、ルーティング・アルゴリズム及びその実現にある。ＭＡＮＥＴ用の１つの一般的なルーティング・プロトコルはアドホック・オンデマンド距離ベクトル（ＡＯＤＶ：Ad hoc On Demand Distance Vector）である。このプロトコルは、中間ノードにおけるルートテーブル（経路表）のエントリ（記入）の動的な確立に頼り、このことは、特定経路に沿った各ノードが、同じ経路を下ったデスティネーション（行先、宛先）ネットワークノード毎に、ルーティングテーブル（経路設定表）のエントリを維持することを意味する。最も広く行き渡っている無線ＬＡＮネットワークは、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）層及び物理（ＰＨＹ）層用のIEEE 802.11規格を用いる。その高速版（IEEE 802.11a及びIEEE 802.11g）は54Mbpsまでの８つの生データレートをサポートする。その結果、リンクは異なる伝送レートを持つことができる。ＡＯＤＶを含む多くのルーティング・プロトコルは、その性能に対するマルチ（多）レート・ネットワークの効果を無視しており、リンクの接続性の二値分類を行っている。その速度及び信頼性とは無関係に、リンクは有効（アクティブ）と断路（ブロークン）とに分類される。

同時に、大部分のルーティング・プロトコルは、ルートの選択基準として最少数のホップを用いる。従って、プロトコルは長い範囲のリンクを選びがちであり、これにより、ノード間のホップの数を減らすことができる。リンクの範囲が長くなるほど、そのレートは低くなるので、最少ホップの基準は大半は遅いリンクを選択する。また、低速リンクは、信頼性が破綻寸前の瀬戸際にあった。

例として、ＡＯＤＶはＨＥＬＬＯ（ハロー）のような広報メッセージ、及びＲＲＥＱ（Route Request：ルート要求）メッセージを用いてネットワーク内の通信経路を見出す。ＨＥＬＬＯはメッセージの種類であり、ネットワークノードが規定期間内にパケットを放出していない際に、このネットワークノードによってその隣接ネットワークノードに周期的に送信される。ＲＲＥＱメッセージは、通信ネットワーク内のデスティネーション・ネットワークノードに情報を送信しなければならないが、このデスティネーションへの有効なデータ伝送ルートを持たないあらゆるソース・ネットワークノードによって送信される。ＲＲＥＱメッセージを受信し、デスティネーションへの有効なデータ伝送ルートを持たないすべてのネットワークノードが、その隣接ネットワークノードのすべてにＲＲＥＱメッセージを送信するので、デスティネーションへの有効なデータ伝送ルートを見出すまで、ネットワークは事実上氾濫する。IEEE 802.11システムでは、広報メッセージは基本レートで送信され、これは802.11aバージョンについては6Mbpsであり、結果として、この基本レートは、通常は基本レートを超えるべきである装置の動作速度では、より高い範囲を有する。このことは、プロトコルはデータを6Mbpsで伝送することのできるルートを見出すが、必ずしもより高いレートではないことを意味する。従って、ＨＥＬＬＯメッセージをそのレート及び信頼性を考慮せずに受信することによって、安定なリンクが、より少数のホップを有するより劣化したリンクに置き換えられることがある。

R. Dube et al. "Signal stability-based adaptive routing (SSA) for ad hoc mobile networks", IEEE personal communications, 1997

R. Dube他による文献“Signal stability-based adaptive routing (SSA) for ad hoc mobile networks”, IEEE personal communications, 1997では、ルートを選択する際に、信号強度の絶対値及びリンクの安定性の両方のサービス品質（ＱｏＳ：Quality of Service）パラメータを考慮に入れるルーティング・プロトコルを提案している。これは非常にフレキシブルな（柔軟性のある）方法というほどではないことが示されている

本発明の目的は、改善されたデータ伝送を提供することにある。

本発明によれば、通信ネットワーク内でデータを伝送する方法が、第１データ伝送ルート経由でデータを伝送するステップと、第１データ伝送ルートの品質変動を測定するステップと、この品質変動に基づいて第１データ伝送ルートを修正するステップとを具えていることによって達成することができる。

この好適例の変形例によれば、ルートの品質変動は、ネットワーク内のすべてのノードによってリンクに基づいて分散的に測定することができる。各ノードはその隣接ノードへのリンクの品質を推定する。

第１データ伝送ルート上の品質変動の測定によって、例えば、品質の劣化を測定でき、そして適切な反応を生じさせることができることが有利である。

このことは、改善されたデータ伝送を可能にする点で有利である、というのは、使用するデータ伝送の品質変動に基づいて、適切な動作を行うことができるからである。

請求項２に記載の本発明の他の好適例によれば、データ伝送ルートの修正は、第１データ伝送ルートからより安定な第２データ伝送ルートへの切り換えを開始するように実行することができる。従って、例えば第１データ伝送ルート上で、即ち、第１データ伝送ルート経由で伝送されるデータ伝送上で不適切な品質変動を検出した場合には、データ伝送を第２データ伝送ルートに経路を再設定することができる。

請求項３に記載の本発明の他の好適例によれば、第１データ伝送の劣化状態を判定する。

このことは、例えばエラーレート（誤り率）の増加または復号化不能なパケット数の増加のような劣化状態を受信した際に、第１データ伝送ルートから第２データ伝送ルートに切り換えることを可能にすることができることが有利である。この切り換えは、各ノードがリンク品質に基づいて実行することができる。

請求項４に記載の本発明の他の好適例によれば、第１データ伝送ルートの品質変動は受信信号強度に基づいて測定される。従って、例えば、信号強度が劣化すると、適切な動作を行って適度なデータ伝送品質を保証することができる。

請求項５に記載の本発明の他の好適例によれば、２つの異なるルーティングテーブルを使用及び／または更新し、ここで二次ルーティングテーブルは、一次ルーティングテーブル上でデータ伝送ルート上で劣化状態を判定した際のデータ伝送用に選択したデータ伝送ルートを含む。

請求項６に記載の本発明の他の好適例によれば、受信したメッセージを、劣化リンク、即ち劣化状態を有するリンク経由で受信したか否かについて分析する。劣化状態を有するリンク上でメッセージを受信したことが判定された場合には、このメッセージを廃棄する。

請求項７に記載の本発明の他の好適例によれば、第１データ伝送ルートのデータ伝送レート（速度）を調整することによってデータ伝送ルートを修正し、このことは、リンク品質の局所的測定値及びルーティング制御メッセージに含まれるリンク品質情報に基づいて行うことができる。

従って、第１データ伝送ルートの不適切なリンク品質変動が判定された場合には、第１データ伝送ルート経由でデータを伝送するデータ伝送レートを調整する。例えば、データ伝送ルートを増加または減少させることができる。

例えば、請求項８に記載の本発明の他の好適例によれば、第１データ伝送ルートの劣化状態が判定された場合に、データ伝送レートを低減する。請求項９に記載のように、第１データ伝送ルート上の状態の改善が判定されれば、データ伝送レートを増加させる。

請求項１０に記載の本発明の他の好適例によれば、データ伝送ネットワーク用のネットワークノードを設け、このネットワークノードは、第１データ伝送ルート経由のリンク経由でデータを伝送すべく構成されている。本発明のこの好適例によるネットワークノードは、第１データ伝送ルートのリンク品質変動を測定すべく構成されている。さらに、このネットワークノードは、リンク品質変動に基づいて第１データ伝送ルートを修正すべく構成されている。

このことは、品質変動に基づいて選択したデータ伝送ルートを自動的に修正することのできるネットワークノードを提供することが有利であり、このことは、改善されたデータ伝送を可能にする。

本発明の別な有利な好適例は請求項１０〜１６に記載されている。

請求項１７に記載の本発明の他の好適例によれば、通信ネットワークが提供される。この通信ネットワークは、少なくとも第１ネットワークノード及び第２ネットワークノードを具えた無線通信ネットワークである。第１ネットワークノードは、第１データ伝送ルート経由でデータを伝送すべく構成され、第１データ伝送ルートは第２ネットワークノードまでにさらなるネットワークノードを含むことがある。第１ネットワークノードは、第１データ伝送ルート経由のデータ伝送の品質変動を測定すべく構成されている。第１ネットワークノードは、この品質変動に基づいて第１データ伝送ルートを修正すべく構成されている。

本発明による通信ネットワークのさらなる好適例は請求項１８及び１９に記載されている。

リンクの品質についての情報を提供する物理パラメータを測定する、ということを、本発明の好適例の要旨として見ることができる。従って、リンクの品質の変動についての情報を用いて、伝送ルートを変更するか、あるいはデータ伝送レートを調整することができる。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明する実施例の説明を参照すれば明らかになる。

以下、本発明の好適な実施例について図面を参照しながら説明する。

図１に、ネットワークノード４，６，８を具えた、本発明による好適な通信ネットワーク２の図式的表現を示す。この図は３種類のネットワークノードを示す。ネットワークノードの種類はそのネットワーク内での役割によって決まる。例えば、ソース・ネットワークノード４（文字Ｓで示す）は、情報をデータパッケージの形でデスティネーション（行先、宛先）ネットワークノード５に送信しなければならないネットワークノードである。デスティネーション・ネットワークノード８は第２の種類のネットワークノード（文字Ｄで示す）である。このネットワークノードはメッセージの受信者である。図１に示す第３の種類のネットワークノードは中間ネットワークノード６であり、図１ではこれらを文字Ｉで示す。中間ノードは、ソース。ネットワークノード４からデスティネーション・ネットワークノードに送信されるメッセージを中継する役割を担う。図１の通信ネットワーク２は無線ネットワークを表わす。ネットワークの構造はアドホック・ベースで構築される。このことは、ネットワークノード４、６、８は既存のネットワーク構造に頼らないことを意味する。その代わりに、ネットワークは、装置どうしが互いの範囲内に入り次第のオンデマンド（要求対応）の方法で形成される。隣接するノード４、６、８を接続するリンク７は無線リンクとすることができる。その品質は、通信パートナー（相手）間の距離によって生じる妨害、反射、あるいは減衰のような環境パラメータに依存する。

それにもかかわらず、こうしたモバイル（移動体）アドホック・ネットワーク２では、ソースノード４からデスティネーションノード８にデータを伝送する多くの可能性が存在する。ソースノード４から中間ノード６経由でデスティネーションノード６へのルートを見出すことは、ルーティング・プロトコルによって行う。モバイル・アドホック・ネットワーク用のルーティング・プロトコルの例は、ＡＯＤＶ（Ad hoc On Demand Distance Vector：アドホック・オンデマンド距離ベクトル）プロトコルであり、このプロトコルは、必要に応じたベースでデスティネーションへのルートを確立するだけである。このプロトコルは、中間ノード６におけるルートテーブルのエントリ（ルート表の記入）を動的に確立することに頼り、このことは、特定経路に沿った各ノードが、同じ経路を下ったデスティネーションノード８毎のルーティングテーブルを維持することを意味する。

アドホック・ネットワーク２内のネットワークノード４、６、８は、ソースノード４、中間ノード６、またはデスティネーションノード８のいずれかとして動作するので、受信した異なるメッセージに対して反応することができるべきである。

図２に、ネットワークノードが異なるメッセージの受信に反応するやり方を表わすＳＤＬフローチャートを示す。このＳＤＬフローチャートは、本発明による二次ルートを用いる方法の好適な実施例も示す。図２のＳＤＬフローチャートによって記述するプログラムは、各ネットワークノード上で、本発明が提案する方法を用いて実行される。このプログラムはステップＳ１から開始され、複数の無線リンク７経由でアドホック・ベースで接続された隣接ネットワークノードから受信したデータメッセージに応じて、さらなる処理に分岐する。ネットワークノード４がソースノードとして動作して利用可能なデータを有し、このデータをデスティネーション・ネットワークノードに送信しなければならない場合には、ステップＳ２で始まる送信ステップがトリガされる。ここでこのネットワークノードは、デスティネーションへのルートを見出さなければならず、従って、このネットワークノードの一次及び二次ルーティングテーブル中の検索を行って、デスティネーションへのルートが利用可能であるか否かをチェックする。このステップを方法のステップＳ３に示す。一次及び二次ルーティングテーブルの一方中にデスティネーションへの有効なルートを見出した場合には、ルートを探索する必要はない。ステップＳ４において、一次テーブル中に有効なルートを見出した場合には、このルートを直ちにデータ伝送に使用することができる。ステップＳ５に示すように、二次テーブル中に有効なルートを見出した場合には、デスティネーションへのルートを二次ルーティングテーブルから取得し、一次テーブル中のそれぞれのルートを、二次ルーティングテーブルから集めたルートに更新する。そして、二次ルーティングテーブルからのルートを消去する、というのは、今は一次ルーティングテーブル中に有効なルートが存在するからである。ステップＳ９では、デスティネーションへの有効なルートを用いて、データをソース・ネットワークノード４からデスティネーション・ネットワークノード８に送信することができる。デスティネーション・ネットワークノード８への有効なルートを見出さない場合には、ルートの探索を開始する。このことは、ステップＳ６においてＲＲＥＱ（Route Request：ルート要求）メッセージを送信することによって行う。ＲＲＥＱメッセージを送信した後には、ノードはＲＲＥＰ（Route Reply：ルート応答）メッセージを待たなければならない。ＲＲＥＰメッセージは、デスティネーションへの有効なルートを有する他のいずれかの中間ノード６またはデスティネーションノード８によって送信される。ステップＳ８は、有効なルートの受信時に、一次ルーティングテーブル並びに二次ルーティングテーブルが、この新たなルートに関する情報に更新されることを示す。そして、ステップＳ９に示すように、このデスティネーションへの有効なルートで、データをデスティネーションに送信することができる。

ネットワークノード６がＲＲＥＱメッセージを受信した場合には、このノードが中間ネットワークノード６であるものと判定する。ステップＳ１０においてＲＲＥＱメッセージを受信した後に、中間ネットワークノード６は、次のステップＳ１１において、一次ルーティングテーブルをチェックしなければならない。中間ネットワークノード６の一次ルーティングテーブル中にデスティネーション・ネットワークノード８へのルートが存在する場合には、中間ネットワークノード６はステップＳ１２において、ＲＲＥＰメッセージをユニキャスト（個別送信）メッセージとして、受信したＲＲＥＱメッセージによって確立された経路に沿ってソース・ネットワークノード４に返送する。そして、ステップＳ１１においてデスティネーションノード８が一次テーブル中に有効なルートを見出さない場合には、ステップＳ１３において、中間ネットワークノードが二次ルーティングテーブル中の検索を行う。このネットワークノードがデスティネーション・ネットワークノード８への有効なルートを二次ルーティングテーブル中に見出した場合には、ステップＳ１４において、ＲＲＥＰメッセージをユニキャストとして、ＲＲＥＱメッセージによって確立された経路に沿って、ＲＲＥＱメッセージの発信者であるソース・ネットワークノード４に返送する。ステップＳ１３において経路を見出さない場合には、上記ネットワークノードはステップＳ１５において、ＲＲＥＱメッセージをすべての隣接ネットワークノードに転送する。そしてステップ２２では、上記ネットワークノードはアイドル（待機）モードに戻る。ステップＳ１６に示すように、ＲＲＥＰメッセージの受信時に、上記ネットワークノードはステップＳ１７において、このネットワークノードがＲＲＥＰメッセージによって記述される通信経路の一部であるか否かを識別する。このＲＲＥＰメッセージが、上記ネットワークノードがその一部をなす通信経路に属する場合には、上記ネットワークノードはその一次及び二次ルーティングテーブルを、上記ＲＲＥＰメッセージに含まれるデスティネーションへの情報に更新する。このイベント（事象）はステップＳ１８において実行される。ステップＳ２０では、ＲＲＥＰメッセージをユニキャストとして、関連するＲＲＥＱメッセージによって確立された経路に沿って、ソース・ネットワークノード４に返送する。これに続くステップＳ２２では、上記ネットワークノードはアイドルモードに達する。判定ステップＳ１７の結果が、ネットワークノードが通信経路の一部ではなく、ＲＲＥＰメッセージが他のステーションに向けられているということであれば、このノードはステップＳ１９において、その二次ルーティングテーブルを更新する。ステップＳ２１では、このネットワークノードはＲＲＥＰメッセージを、関連するＲＲＥＱメッセージによって確立された経路に沿って、この関連するＲＲＥＱメッセージを要求したネットワークノードに返送する。そしてステップＳ２２において、上記ネットワークノードはアイドルモードに戻る。

一次ルーティングテーブルに加えて二次ルーティングテーブルを展開することの利点は、新たなルートを見出すことによるオーバヘッドの低減であり得る。一次ルーティングテーブルは、当該ノードが有効な通信経路の一部をなす際に、デスティネーションノード８へのルートを維持するに過ぎない。新たなルートの要求が存在する場合には、ネットワークノード６は、ＲＲＥＱメッセージをネットワーク内に氾濫させることによって、所望のデスティネーション８へのルートの探索を開始しなければならない。二次ルーティングテーブルもデスティネーションへのルーティング情報を維持するので、このテーブルは有効な通信経路の一部ではなく、ネットワーク２内の可能なデスティネーションのより多くの情報を有する。従って、ネットワーク全体中へのＲＲＥＱメッセージの氾濫を制限することができる。

二次ルーティングテーブルを展開する他の有利な態様は、代替の安定なルートを見出す可能性を増加させることであり得る。一次ルーティングテーブル中に記憶された各ルートは次のものについての情報を含む：
デスティネーション
次のホップ
ホップ数
デスティネーションへのシーケンス（順序）数
ルート用の有効な隣接ノード
ルートテーブル・エントリの期間満了時刻
次のホップのリンク安定性の状態。
二次ルーティングテーブルは次のものを含む：
デスティネーション
次のホップ
ホップ数
デスティネーションへのシーケンス（順序）数
ルート用の有効な隣接ノード
ルートテーブル・エントリの期間満了時刻
次のホップのリンク安定性の状態。

次のホップ、ホップ数、等に関する情報に加えて、次のホップへのリンク７の安定性を両方のルーティングテーブルに保存することができる。この安定性はリンク７を参照するので、この情報は、図５に示すリンク品質テーブル２６、２８中に代わりに記憶することができる。

劣化リンクが既存の安定なルートに置き換わり得ることを回避するために、ルート制御メッセージのフィルタリング（選別）を実行することができる。例として、次のホップに安定なリンクを有する既存のルートに置き換わり得る劣化リンク７に属する受信したＨＥＬＬＯまたはＲＲＥＰメッセージを廃棄することができる。安定なルートの探索中に、劣化リンク７に属するすべてのＨＥＬＬＯまたはＲＲＥＰメッセージも廃棄することができる。

次の例に示すように、二次ルーティングテーブルにおいて行ったようにリンクの安定性を考慮に入れることが有利であり得る。ＡＯＤＶはＨＥＬＬＯまたはＲＲＥＱメッセージのような広報メッセージを用いて、ネットワーク２内の通信経路を見出す。IEEE 802.11aシステムでは、広報メッセージは基本レートで送信され、これは6Mbpsであり、結果として、54Mbpsになり得る装置の動作速度では、よりも高い範囲を有する。このことは、プロトコルはデータを6Mbpsで伝送可能なルートを見出すが、必ずしもより高いレートではないことを意味する。こうしたリンク７上で、より高いレートでパッケージを送信することは、高いパケット損失を生じさせる、というのは、このレートはリンク７の品質に適応していないからである。劣化リンク７は通常、悪いサービス品質（ＱｏＳ）パラメータを有する。悪いＱｏＳについてあり得る１つの理由は、ネットワークノード４、６、８間の大きな距離であり得る。低いデータレート、例えば6Mbpsでメッセージを伝送することは可能であるのに対し、高いデータレート、例えば54Mbpsでの伝送はパッケージの損失を生じさせ得る。ルーティング・プロトコルが、リンク７のレート及び安定性抜きで、最小ホップ回数によりそのルートを最適化する場合には、デスティネーションへホップ数をより少なくして、安定なリンクが劣化リンクに置き換えられることがある。

図３に、本発明による劣化リンクを判定する方法の好適な実施例のＳＤＬフローチャートを示す。図３に示す方法は各ネットワークノード４、６、８上で実現される。この方法はステップＳ３０から開始される。ステップＳ３１に示すように、パケットを受信した際に毎回、受信したパケットの受信信号強度（ＲＳＳＩ）を測定する。このＲＳＳＩ値はネットワークノード４、６、８の物理層によって、パケットを受信した際に毎回測定され、この値はリンクのＱｏＳについての指標である。本発明は、受信信号強度の変動（ΔＲＳＳＩ）に基づくリンク品質の予測器の使用を提案する。隣接ノードから受信したパケット毎のプリセット（事前設定）時間ウィンドウ（窓）中に、当該パケットのＲＳＳＩレベル（ＲＳＳＩ）を測定して、その累積平均値（ＲＳＳＩ_av）を更新する。次式によれば、受信したパケットから実際に測定したＲＳＳＩ(ｎ)値を取得し、係数（１−ａ）で重み付けし、ここにａは、リンク変化の検出の速度を決める０〜１の範囲内の一定の設計係数である（例えばａ＝0.6）。係数（１−ａ）は、予測における最近及び過去の履歴の相対的な重み付けを制御する。ａが小さいほど、次の予測において最近の期間をより大きく考慮に入れる。
ＲＳＳＩ_av(ｎ＋１)＝αＲＳＳＩ_av(ｎ)＋(１−α)ＲＳＳＩ(ｎ)

ＲＳＳＩ_av(ｎ＋１)は、累積平均値ＲＳＳＩ_avについての新たな予測値である。ＲＳＳＩ_av(ｎ)は最終予測値であり、ＲＳＳＩ(ｎ)はＲＳＳＩの最終測定値である。換言すれば、時刻(ｎ)において値ＲＳＳＩ(ｎ)が測定され、最終予測値ＲＳＳＩ_av(ｎ)と組み合わせて、ＲＳＳＩ_av(ｎ＋１)の新たな値を予測する。

この値は、方法のステップＳ３２において、パケットを受信した際に毎回計算する。ステップＳ３３では、アイドルモードに達する。

ステップＳ３４において、タイマーが現在の時間ウィンドウの終了を示すと、ＲＳＳＩ変動を予測する。従って、ステップＳ３５では、最後の２つの時間ウィンドウ(ｎ)及び(ｎ−１)におけるＲＳＳＩ平均値どうしの差ΔＲＳＳＩを計算する。ΔＲＳＳＩ、即ち受信信号強度の予測変動は、次式に従って計算する：
ΔＲＳＳＩ＝ＲＳＳＩ_av(ｎ)−ＲＳＳＩ_av(ｎ−１)

ＲＳＳＩ_av(ｎ)は、時刻(ｎ)におけるＲＳＳＩの予測累積平均値であり、ＲＳＳＩ_av(ｎ−１)は、時刻(ｎ−１)におけるＲＳＳＩの予測累積平均値である。ここに、(ｎ)及び(ｎ−１)は時間的に連続する２つの異なる点を示す。

次のステップＳ３６では、前のリンク状態を二次ルーティングテーブルから読み出す。予測ＲＳＳＩ変動値（ΔＲＳＳＩ）は、リンク７のＱｏＳによる値である。ステップＳ３７では、ＲＳＳＩ変動をしきい値と比較し、このしきい値はリンク７の現在のレートに依存する。ΔＲＳＳＩがこのしきい値未満であれば、方法のステップＳ３８においてリンク状態を劣化として分類する。さもなければ、ステップＤ３９において、リンク状態を安定として宣言する。ステップＳ３６において二次ルーティングテーブルから読み出した前のリンク状態を、ステップＳ４０において、ステップＳ３８またはＳ３９において判定した実際のリンク状態と比較する。このテストにより、リンクの状態が安定から劣化に変化したことがわかれば、ステップＳ４１において、安定なルートを見出す方法を開始する。ステップＳ４２では、リンクの実際状態を、二次ルーティングテーブル中の関連するルートに書き戻す。そして、ステップＳ４３で、ノードはアイドルモードに戻って新たなイベントを待機する。安定なルートの探索中には、安定なルートが見出されるまでは、劣化したルートをまだ使用する。このことは、ＱｏＳを劣化させないルート間の滑らかな遷移となり得る。安定なルートを見出すことができない場合のみに、劣化リンクによって構成され得るルートを作成する。図３で提案する方法の利点は、データレートを信号強度の変動と組み合わせて考慮してリンクの状態を分類することができる、ということであり得る。換言すれば、ルートは、安定性の観点からは、信号強度及びデータレートのＱｏＳパラメータ変動との関係を有する。従って、ルートの状態の資格付与のためには、これら両方のパラメータを考慮に入れることが有利である。また、例えば受信エラー（誤り）の傾きを用いてリンク品質を測定することができる。正の傾きは状態の改善を示し、負の傾きは状態の劣化を示す。

図４に、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号対雑音比）の推定値に適応した伝送レートを識別するための、本発明の好適な実施例のマッピングテーブルを示す。このマッピングは、リンクの物理的伝送レートのレート制御に使用される。表の左側には、推定ＳＮＲレベルについてのしきい値をdBで提供する。このＳＮＲ値はリンク７の信号強度に関係する。各レベルは、これに対応してマッピングされるＰＨＹ（物理）モードを有する。ＰＨＹモードは、ネットワークノードがデータパケットを他のネットワークノードに送信するために使用する物理的データレートである。上述したように、リンク７を劣化または安定とする分類は、伝送レートがリンク７のデータレートに適度に釣り合っていることに依存する。レートがチャンネルの信号強度に対して適切でなければ、リンク７は劣化として指定され得る。本発明の好適な実施例によれば、有利なレート制御アルゴリズムを提案している。レート制御アルゴリズムは、アドホック構成においてIEEE 802.11aのようなマルチレートシステムのデータレートを効果的に変更することを利用する。このレート制御メカニズムは、より上位層のルーティング・プロトコルと共に働いて、より下位のプロトコル層で検出した各リンク７の品質を考慮に入れる。この層相互間の解決法は、図５に示すように、ＲＳＳＩの変化と共に、データパッケージの受信ノードにおいて測定したＳＮＲ、及びルーティング制御メッセージを通したデータパッケージの送信ネットワークノードへのフィードバック（帰還）に基づく。このＳＮＲ値を用いて、リンク７の初期状態を迅速かつ正確に推定し、そして最初の伝送用のＰＨＹ（物理）レートを選択する。例えばノードの移動性によるリンク状態の変化は、ＲＳＳＩの変化を計算することによって測定され、ＲＳＳＩは平均ＳＮＲと直線的関係を有する。従って、このＲＳＳＩの変化を用いて、受信ネットワークノードにおけるＳＮＲ値を次式に示すように推定することができる：
ＳＮＲ_estim(ｎ)＝ＳＮＲ_estim(ｎ−１)＋ΔＲＳＳＩ
ここに、ΔＲＳＳＩは、ステップＳ３２及びＳ３５の一方において計算した予測ＲＳＳＩ変動である。

図４のテーブルに示すマッピングに基づいて、計算したＳＮＲ_estimの値を図４のテーブルの左側の固定しきい値と比較することによって、それぞれのリンク７上での次のデータ伝送用のそれぞれのＰＨＹモードを選定することができる。チャンネル状態は時間と共に変化するので、ＳＮＲと最適なレートとの関係は可変となり得る。従って、図４に示す固定しきい値に基づいてレートを選択する代わりに、本発明は、しきい値をチャンネルの動特性（ダイナミックス）に適応させる適応型推定器を用いることができる。上述したように、ＳＮＲ値１２は受信ネットワークノード１０において測定するが、伝送用のレートを選択するのは送信ネットワークノード１８である。このＳＮＲ値１２は、より上位層のルーティング・プロトコルの制御パケットを介して送信ネットワークノード１８に送信される。

図５に、本発明の好適な実施例による相関での相互作用をさらに説明するための図式的な可視化を示す。図５には、第１ネットワークノード１８及び第２ネットワークノード１０を示す。第１ネットワークノード１８は第２ネットワークノード１０に情報を送信する必要がある。従って、第１ネットワークノード１８は、どの伝送レートでこの伝送が可能であるかを識別する必要がある。ネットワークノード１８が情報を第２ネットワークノード１０に送信する際に毎回、第２ネットワークノード１０はＳＮＲ値１２及びＲＳＳＩ値１４を測定する。第２ネットワークノード１０は、両方の値を、次の表１のフォーマットに従ってリンク品質テーブル２６、２８に記憶する：

送信者１８においてＳＮＲ値１２が必要とされるので、第２ネットワークノード１０はこのＰＨＹ層の測定値をより上位層のメッセージ（例えばＲＲＥＰ）１６に封入して、このメッセージを送信者１８に送信する。このことを行うことによって、１つのノードから他のノードへデータを伝送するための標準的なプロトコルを使用することができる。送信者１８では、封入されたこの値を取り出して、第１ネットワークノード１８のリンク品質テーブル２６中に置く。第１ネットワークノード１８は、第１ネットワークノード１０のＳＮＲ値２２及びＲＳＳＩ値２４も測定する。これらの値により、第１ネットワークノード１８は、リンクの適切な伝送レート２９を決定するために必要なＳＮＲの推定値２７を計算することができる。

ＳＮＲ値１２を１つのノードから他のノードへ搬送することのできるメッセージは、適応可能なＲＲＥＰ及びＨＥＬＬＯパケットとすることができる。これら両メッセージに要求される適応を図６及び図７に示す。

図６に、本発明の好適な実施例によるＲＲＥＰメッセージ用のデータパケット・フォーマットを示す。データパケットは通常、ビットのグループとして提供される。より良い図形的視覚化のために、ビットを列及び行にグループ化する。図６には、４バイトに等しい３２ビットから成る行を示す。１バイトは８ビットのグループである。図６中の最初の５行は、ＡＯＤＶプロトコルにおいて使用される標準的なＲＲＥＰメッセージ６２と同一である。各ビットの意味は次の表に示す：

ＡＯＤＶプロトコルにおいて使用される標準的なＲＲＥＰメッセージ６２に加えて、本発明のこの好適な実施例では、ＳＮＲ値の搬送用のフィールド６０（ビット１６１〜１６８）を用いている。

図７に、本発明の好適な実施例によるＨＥＬＬＯメッセージ用のデータパケット・フォーマットを示す。図６中の最初の４行は、ＡＯＤＶプロトコルにおいて使用される標準的なＨＥＬＬＯメッセージ６８と同一である。各ビットの意味は次の表に示す：

ＡＯＤＶプロトコルにおいて使用される標準的なＨＥＬＬＯメッセージ・フォーマット６８とは対照的に、３つの隣接アドレス６６（ビット１２９〜１６０、ビット１６１〜１９２、ビット１９３〜２２４）及びそれぞれのＳＮＲ値６４（ビット２２５〜２３２、ビット２３３〜２４０、ビット２４１〜２４８）が追加されている。これらのパケットは広報パケットであり、３つの隣接ノードについての情報を搬送しなければならないので、このことを行うことができる。３つの隣接ノードは、ネットワークノードが監視する隣接ノードの最大数であり得る。

図８に、本発明の好適な実施例によるレート制御アルゴリズムをさらに説明するための図式的なメッセージフロー（流れ）図を示す。この図は、レート制御アルゴリズムの挙動を、より上位の層（例えば層３）のプロトコル（ＡＯＤＶ）及びより下位の層（例えば層２）のプロトコル（IEEE 802.11a）の例で示す。ソースノード１８は、デスティネーション１０への適切な伝送レートを決定しようとする。まず、ＲＲＥＱパケット３４がネットワーク上に、IEEE 802.11による6Mbpsの制度的なレートで広報される。デスティネーションノード１０がＲＲＥＱメッセージを受信すると、このパケット３４のＳＮＲ値１２及びＲＳＳＩ値１４を測定し、この隣接ノードについてのテーブル２６の「ＳＮＲの最終測定値」及び「ＲＳＳＩの最終測定値」フィールド中のこれらの値を更新する。「ＳＮＲの推定値」に対する値が存在しないので、ＲＲＥＰメッセージ３６がＳＮＲの最終測定値をパケット３６、１６中に含んで、6Mbpsのデフォルト値で返送される。ソースノード１８はこのパケット３６、１６中に封入された値を取り出して、ＳＮＲ値１２を読み取り、そしてこの値を、この隣接ノード１０についてのテーブルの「パケットフィールドからのＳＮＲ値」フィールド中に置く。ソースノード１８は、その隣接ノード１０についてのＲＲＥＰ３６、１６のＳＮＲ値２２及びＲＳＳＩ値２４も測定し、これらの値を、隣接ノード１０についての「ＳＮＲの最終測定値」及び「ＲＳＳＩの最終測定値」フィールド中に置く。そしてＳＮＲの推定値２７を計算し、そしてそれぞれのＰＨＹモード２９を計算する。

図８では、いわゆるＡＣＫ（アクノレッジ、確認応答）パケット３８がユニキャスト・パケット、この例ではＲＲＥＰメッセージ３６の適正な受信を確証する。計算したＰＨＹモードとは無関係に、ＡＣＫパケット３８は常に、最後に受信したパケットに最も近い802.11の制度的なデータレートで送信される。この場合には、最後に受信したパケットは6Mbpsで受信したＲＲＥＰであり、従って、ＡＣＫパケット３８も6Mbpsで送信される。これに続くデータパケット４０は選定したＰＨＹモードを使用して送信され、この場合には54Mbpsとすることができる。デスティネーションノード１０からのＡＣＫパッケージ４２はここでも、データパケット４０用に使用されるＰＨＹモードから決まる。従って、ＡＣＫパッケージ４２は54Mbpsで送信することができるが、ＡＣＫパッケージ４２の伝送レートについての上限は24Mbpsであるので、このレートは受信したデータパッケージのレートより低い。

ＡＣＫパッケージ４２を受信せず、データパケット４０を再送信する必要がある際には、本発明はオートレート・フォールバック（自動レート降下）メカニズムを用いてレートを低減する。

図９に、本発明の好適な実施例によるオートルート・フォールバック・メカニズムをさらに説明するためのフローチャートを示す。このメカニズムを用いて、特定数の欠損したＡＣＫ、即ち悪いリンク品質の指標の後にＰＨＹモードを低下させる。他方では、このメカニズムは、受信したＡＣＫの連続番号が続いた後にＰＨＹモードを増加させて、増加した帯域幅でプローブを送信してリンクの品質をテストする。この方法は、タイマーが、長期間にわたってＡＣＫパケットを受信していないことを信号通知して、関連するリンク７の品質が実際的な伝送レート用には悪過ぎることを示すと、ステップＳ５０から開始される。次のステップＳ５１では、再試行（リトライ）の特定回数を超えているか否かの判定を行う。この特定数を超えていない場合には、ステップＳ５２において、再試行の回数が特定の再試行制限を超えているか否かをチェックする。この数が再試行制限より大きい場合には、次のステップＳ５３においてパケットを脱落させ、ステップＳ５４では再試行の回数を０に設定する。再試行カウンタが特定の再試行制限を超えていない場合には、ステップＳ５５において、再試行カウンタがオートレート・フォールバック（ＡＲＦ）パラメータを超えているか否かをチェックする。再試行カウンタがオートレート・フォールバック・パラメータを超えていない場合には、ステップＳ５８においてデータパケットを再送信する。再試行カウンタがオートレート・フォールバック・パラメータを超えている場合には、ステップＳ５６において、データレートが6Mbpsの最低レベルに達しているか否かをチェックする。この最低レベルに達している場合には、ステップＳ５８において、ネットワークノードはデータパケットをこのデータレートで連続的に再送信する。この最低レベルにまだ達していない場合には、ステップＳ５７においてデータレートを１レベルだけ低下させ、そしてステップＳ５８において、この低下させたデータレートでデータパケットを再送信する。

図１０に、本発明の好適な実施例による、ネットワークノードの機能ユニット間の論理的リンクを示すネットワークノードの図式的なブロック図を示す。各ネットワークノードは、一次ルーティングテーブル用のメモリー６２及び二次ルーティングテーブル用のメモリー６４を含む。これらのテーブルは、デスティネーション・ネットワークノードへの発見したルートを、期間満了タイマーの期間満了後に消去されるまで記憶する。安定ルート発見器６８はデスティネーションノードへの安定なルートを求める。安定ルート発見器６８はこれらのルートの状態も監視して、安定性が劣化した場合には新たなルートの探索をトリガする。ルートの状態の識別のために、安定ルート発見器６８はＲＳＳＩ変動計算機５６を使用する。ＲＳＳＩ変動計算機５６は、その入力として、ＲＳＳＩメーター（計）５０によって集められた測定値を受信する。ＲＳＳＩメーター５０は関連するリンクの信号強度を測定する。安定ルート発見器６８は、ＲＳＳＩ変動値を、伝送レートに依存したしきい値と比較して、この比較の結果を、新たなルートの探索をトリガしなければならないか否かの判定の基礎として用いる。ＲＳＳＩ変動計算機５６はその計算値をリンク品質テーブル用のメモリーに記憶する。隣接ネットワークノードから受信したＳＮＲ値もこのメモリーに記憶する。これらのＳＮＲ値は隣接ネットワークノードから制御メッセージ１６中に封入されて送信され、層相互間封入取り出し機能６０によって取り出される。これら両方の値により、ＳＮＲ推定器５４はＳＮＲの推定値を計算する。ＰＨＹモードセレクタ（モード選択器）５５はこの値を用いて適切なＰＨＹモードを見出す。ＰＨＹモードセレクタ５５は物理的伝送レートを制御する。

ＳＮＲメーター（計）５２は、ネットワークノードによって受信されたパケット毎に実際のＳＮＲ値を測定し、送信中の隣接ネットワークノードにこの値を返送する。従って、ＳＮＲメーター５２はこのＳＮＲ値を、層相互間封入機能５８によって封入する。層相互間封入機能５８は、より下位のレベルの値を、関連するプロトコルが使用する標準的なメッセージとして送信可能なより上位のレベルのメッセージに変換する。

機能ブロックＳＮＲ推定器５４、ＲＳＳＩ変動計算機５６、ＰＨＹモードセレクタ５５、安定ルート発見器６８、層相互間封入機能５８、及び層相互間封入取り出し機能６０はマイクロプロセッサ上で実現することができる。ＳＮＲメーター５２及びＲＳＳＩメーター５０は、このマイクロプロセッサに接続されたセンサーとすることができ、そのインターフェースにおいて関連する値を提供する。一次ルーティングテーブル用のメモリー６２、二次ルーティングテーブル用のメモリー６４、及びリンク品質テーブル用のメモリーは、標準的なメモリーユニット、例えばＳＤＲＡＭで実現することができる。

なお、「具えている」及びその活用形は他の要素またはステップを排除するものではなく、単一のプロセッサまたはシステムが、請求項に挙げたいくつかの手段の機能を満たすことができる。また、異なる実施例に関連して記述した要素は組み合わせることもできる。

本発明によるネットワークノードを具えた好適なデータ伝送ネットワークを図式的に示す図である。図１のデータ伝送ネットワークにおいて実行可能な、本発明による方法の好適な実施例のＳＤＬフローチャートを示す。本発明による劣化リンクを判定する方法の好適な実施例のＳＤＬフローチャートを示す。ＳＮＲの推定値に適応させた伝送レートを識別するための、本発明の好適な実施例のマッピングテーブルを示す。本発明の好適な実施例による層相互間の相互作用をさらに説明するための視覚化した図である。本発明の好適な実施例によるＲＲＥＰメッセージ用のデータパケットを示す図である。本発明の好適な実施例によるＨＥＬＬＯメッセージ用のデータパケットを示す図である。本発明の好適な実施例によるレート制御アルゴリズムをさらに説明するための図式的なメッセージフロー図である。本発明の好適な実施例によるオートレート・フォールバック・メカニズムをさらに説明するためのフローチャートである。本発明の好適な実施例によるネットワークノードの機能ユニット間の論理リンクを示す、ネットワークの図式的なブロック図である。

Claims

通信ネットワーク内でデータを伝送する方法において：
第１データ伝送ルート経由でデータを伝送するステップと；
前記第１データ伝送ルートの品質変動を測定するステップと；
前記品質変動に基づいて前記第１データ伝送ルートを修正するステップと
を具えていることを特徴とするデータ伝送方法。
さらに：
前記第１データ伝送ルートを第２データ伝送ルートに切り換えるステップを具えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
さらに：
前記第１データ伝送ルートの劣化状態を判定するステップを具えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
さらに：
前記第１データ伝送ルートの品質変動を、受信信号強度に基づいて測定するステップを具えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
さらに：
第３データ伝送ルートに関する情報を一次ルーティングテーブル中に記憶するステップと；
第４データ伝送ルートに関する情報を二次ルーティングテーブル中に記憶するステップとを具え、
前記第３データ伝送ルートの劣化状態が判定された場合に、前記第４ルート経由のデータ伝送を開始することを特徴とする請求項１に記載の方法。
さらに：
劣化状態を有する第５データ伝送ルート経由で受信したメッセージを特定するステップと；
前記メッセージを廃棄するステップと
を具えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
さらに：
前記第１データ伝送ルートのデータ伝送レートを調整することによって、前記第１データ伝送ルートを修正することを特徴とする請求項１に記載の方法。
さらに：
前記第１データ伝送ルートの劣化状態を判定するステップと；
劣化状態が判定された場合に、前記データ伝送レートを低減するステップと
を具えていることを特徴とする請求項７に記載の方法。
さらに：
前記第１データ伝送ルートの改善状態を判定するステップと；
改善状態が判定された場合に、前記データ伝送レートを増加させるステップと
を具えていることを特徴とする請求項７に記載の方法。
データ伝送用のネットワークノードにおいて、
前記ネットワークノードが、第１データ伝送ノード経由のリンク経由でデータを伝送すべく構成され；
前記ネットワークノードが、前記第１データ伝送ルートのリンク品質変動を測定すべく構成され；
前記ネットワークノードが、前記リンク品質変動に基づいて前記第１データ伝送ルートを修正すべく構成されている
ことを特徴とするデータ伝送ネットワーク用ノード。
前記ネットワークノードが、前記第１データ伝送ルートを第２データ伝送ルートに切り換えるべく構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のネットワークノード。
前記ネットワークノードが、前記第１データ伝送ルートの劣化状態を検出すべく構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のネットワークノード。
前記ネットワークノードが、前記第１データ伝送ルートのリンク品質変動を、受信信号強度に基づいて測定することを特徴とする請求項１０に記載のネットワークノード。
前記ネットワークノードが、前記第１データ伝送ルート上のデータ伝送レートを調整することによって、前記第１データ伝送ルートを修正することを特徴とする請求項１０に記載のネットワークノード。
前記ネットワークノードが、リンク品質劣化の場合に、リンクのデータ伝送レートを低減すべく構成されていることを特徴とする請求項１４に記載のネットワークノード。
前記ネットワークノードが、リンク品質改善の場合に、リンクのデータ伝送レートを増加させることを特徴とする請求項１４に記載のネットワークノード。
無線通信ネットワークである通信ネットワークにおいて、
第１ネットワークノード及び第２ネットワークノードを具え、
前記第１ネットワークノードは、第１データ伝送ルート経由で前記第２ネットワークノードにデータを伝送すべく構成され；
前記第１ネットワークノードは、前記第１データ伝送ルート経由のデータ伝送の品質変動を測定すべく構成され；
前記第１ネットワークノードは、前記品質変動に基づいて前記第１データ伝送ルートを修正すべく構成されている
ことを特徴とする通信ネットワーク。
前記第１ネットワークノードは、前記品質変動に基づいて、データ伝送を、前記第１データ伝送ルート経由の伝送から第２データ伝送ルート経由の伝送に変更すべく構成されていることを特徴とする請求項１７に記載のネットワーク。
前記第１ネットワークノードは、前記品質変動に基づいて、前記第１データ伝送ルート上のデータ伝送を変更すべく構成されていることを特徴とする請求項１７に記載のネットワーク。