JP2010157999A - スタートポロジを有する無線ネットワークおよびスタートポロジを有する無線ネットワークを動作させる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スタートポロジの欠点は中央ノードへの依存性であり、性能ボトルネックとなる。中央ノードの故障に対して信頼性を向上する。
【解決手段】スタートポロジを有する無線ネットワーク２００であって、第１の中央ノード１０１と、第２の中央ノード２０１とを備え、第１の中央ノード及び第２の中央ノードは機能的に等価である。リーフノード１０２のセットが、中央ノードがアクティブであるか又は非アクティブであるかに応じて、無線リンク１２０，２２０を介して第１の中央ノード又は第２の中央ノードのいずれかと通信するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信ネットワークに関し、特に、高い信頼性及びシステム可用性を有する無線通信ネットワークに関する。

従来のスター型ネットワークは、中央ノード（例えば、アクセスポイント、基地局、スイッチ、又はハブ）及び複数のリーフノードを含む。リーフノードは、中央ノードと直接でのみ通信する。したがって、ネットワークは、スタートポロジを有するグラフを形成する。

多くの無線ネットワークは、スタートポロジを利用する。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線ローカルエリアネットワークでは、各アクセスポイントは、複数のノードがアクセスポイントに接続されているスター型ネットワークを形成する。このようなネットワークは、直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）シンボル及び時分割多重接続（ＴＤＭＡ：Ｔｉｍｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）シンボルを使用することができる。移動局は、アクセスポイントと直接通信するが、互いには通信しない。

同様に、セルラネットワークでは、各基地局は、セル内の移動端末と通信する。各セルは、スター型ネットワークとみなすことができる。

以下は、スター型ネットワークの利点である。不必要なノードを通じてのパケットの通過は、このトポロジによって除かれる。最高でも３つのノード及び２つのリンク（チャネル）が、ネットワーク内の任意の２つのノード間での任意の通信に関わる。したがって、性能が予測可能であり、性能が増強される。

各リーフノードは、本質的にノードをハブに接続するリンクによって分離されている。これにより、個々のノードの分離が簡単になり、中央ハブからノードが切断されることになる。この分離性は、あらゆる非中央性故障がネットワークに影響しないようにもする。分離及び集中化により、各リンク又は各ノードを個々に検査できるので、故障の検出が簡易化される。

中央ノードは、アクセス及びリソースの総合制御権を有する。中央ノードは、ネットワーク内のすべてのリーフノードの動作を調整し、これにより、リーフノード間のあらゆる衝突及び競合を低減又は除くことができる。

ネットワークの容量は、中央ノードの容量を増大することによってのみ拡張することができる。

集中性により、ネットワークを通じてのトラフィックを監視して、異常な挙動を突き止めることも可能である。

単純なスタートポロジは、複雑なルーティングプロトコル又はメッセージパッシングプロトコルを不要にする。

スタートポロジの１つの欠点は、中央ノードへの依存性である。中央ノードは、性能ボトルネックになり、単一故障点の原因にもなり得る。中央ノードの故障は、ネットワーク全体を動作不能にし、ひいては、ネットワーク可用性性能を大幅に低減する。さらに、ネットワークの性能及びスケーラビリティは、中央ノードの能力に依存する。

スタートポロジの別の欠点は、各リーフノードが、中央ノードへのリンクによってのみネットワークに接続されることである。或るリーフノードと中央ノードとの間の個々のリンクの信頼性が低い場合、そのリーフノードは、ネットワーク内の他のノードと適切に通信することができない。中央ノードとリーフノードとの間の個々のリンクの故障は、リーフノードの分離に繋がる。

したがって、従来のスタートポロジによって課される制限は、多くの用途において要求されるような、非常に高いサービス可用性及び性能信頼性を達成できるスタートポロジを使用しての有線ネットワーク又は無線ネットワークの設計を難しくする。

通信ネットワークでは、通信信頼性を向上させるために、自動再送信要求（ＡＲＱ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｒｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｑｕｅｓｔ）が利用されることが多い。ＡＲＱでは、受信側ノードがメッセージを正しく受信しなかった場合、そのノードは、送信側ノードにメッセージの再送信を要求することができる。

無線（又は有線）通信ネットワークでは、空間ダイバーシチも信頼性の向上を提供する。ネットワークは、データパケットが、送信側ノードから受信側ノードに２つ以上の無相関リンクを介して送信されるように設計することができる。

図１０は、従来の無線スター型ネットワーク１００を示す。ネットワークは、中央ノードＭ１０１及びリーフノードＳｎ１０２を含み、ｎ∈｛１，２，…，Ｎ｝であり、Ｎは、例えば、ネットワーク内のリーフノードの最大数である。中央ノード及び各リーフノードは、無線リンク１２０によって直接接続される。リーフノードは、互いに直接通信しない。リーフノード間の通信は、中央ノードを介する。例えば、Ｓ１−Ｍ−Ｓ５は、Ｓ１からＳ５に送信されるデータのためのパスである。

中央ノード１０１と特定のリーフノード、例えばＳ３との間のリンクが機能していないか、又は信頼性が低い（Ｘ）場合、そのリーフノードは、ネットワークから分離される。他のリーフノードは、依然として通常通り動作することができる。中央ノードに不具合が生じた場合、ネットワーク１００全体が機能しなくなる。

図１１は、双方向無線リンクの構成要素を示す。このリンクは、アップリンク（ＵＬ）１２０２及びダウンリンク（ＤＬ）１２０１を含む。ダウンリンクは、データを中央ノードからリーフノードに送出する。アップリンクは、データをリーフノードから中央ノードに送出する。ダウンリンクは、中央ノードの送信機１０１１、無線リンク１２０１、及びリーフノードの受信機１０２１から成る。アップリンクは、中央ノードの受信機１０１２、無線リンク１２０２、及びリーフノードの送信機１０２２を含む。アップリンク無線リンク及びダウンリンク無線リンクは、同じであってもよく、又は同じでなくてもよい。

パスは、データ通信に関わるノードによって示すことができる。例えば、｛Ｓ１，Ｍ，Ｓ３｝は、データがＳ１からＭに、次にＭからＳ３に送出されることを示す。

送信機１０１１が故障した場合、受信機１０２１が故障した場合、又はリンクが利用可能でないか若しくは信頼性が低い場合、ダウンリンクは故障する。ダウンリンク故障の結果、リーフノードは、ダウンリンクデータを完全には受信することができないか、又はエラーを有して受信することになる。同様に、リーフノードの送信機１０２２が故障した場合、中央ノードの受信機１０１２が故障した場合又はリンク１２０２が利用可能になるか、若しくは信頼性が低くなる場合、アップリンクは故障する。その場合、中央ノードは、リーフノードによって送信されたデータを正しく受信することができない。

ＭＡＣスーパーフレーム構造
図１２は、従来技術によるスター型ネットワークのＭＡＣスーパーフレーム構造３００を示す。スーパーフレーム３００は、６つの時間期間を含む。第１のダウンリンク期間ＤＬ１ ３０１では、中央ノードが送信し、すべてのリーフノードが受信する。第１のアップリンク期間ＵＬ１ ３０２では、すべてのリーフノードが送信し（逐次又は並列に）、中央ノードが受信する。送信されるアップリンクデータは、ＤＬ１データの肯定応答及び実際のアップリンクデータを含む。

期間ＤＬ２ ３０３では、中央ノードは、リーフノードからのＵＬ１データの受信に肯定応答し、特定のリーフノードが応答に失敗するか、又は否定応答（ＮＡＣＫ：Ｎｅｇａｔｉｖｅ ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）を送信した場合、ＤＬ１データのすべて又は部分を再送信することができる。この期間は、必要であれば、期間ＵＬ２ ３０４中にアップリンクデータを再送信させるというリーフノードに対する要求も含む。期間ＤＬ３ ３０５では、中央ノードは、もう一度再送信することができ、期間ＵＬ３ ３０６は、最初の再送信が失敗した場合のリーフノードの２回目の再送信のためのものである。ＡＲＱを利用したＭＡＣフレーム構造は、ダウンリンク伝送及びアップリンク伝送の双方の成功率を大幅に向上させることができる。

本発明は、スタートポロジを有する信頼性の高い無線ネットワーク構造及び動作を記載する。本発明のネットワークトポロジは、既存のアクティブな中央ノード及びリーフノードに加えて、１つ（又は複数）のスタンバイ中央ノードを含む。本発明のスター型ネットワークは、非常に高い信頼性及び可用性を提供する。本発明は、ネットワークトポロジ及び媒体アクセス制御（ＭＡＣ：Ｍｅｄｉａ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ）フレーム構造を記載する。本発明は、アクティブノード及びスタンバイノードに関してそれらの動作モードを切り替えるためのプロトコルも記載する。

本発明によれば、利点として、ホットスタンバイモードで動作している中央ノードは、冗長中央ノードを提供し、それにより、スター型ネットワーク内の単一故障点をなくし、ネットワーク可用性を大幅に向上させることができる。

スタンバイ中央ノードは、冗長リンクをリーフノードとネットワークとの間に導入し、それにより、通信信頼性を向上させる。

媒体アクセス制御（ＭＡＣ）スーパーフレームは、ネットワーク内でスタンバイ中央ノードをイネーブルするように規定され、２つの中央ノードが協働してリーフノードと通信できるようにする。

切り替え手順は、ネットワークの動作を中断せずに、中央ノードが非アクティブモード、アクティブモード及びスタンバイモードの間で切り替えられるようにする。

本発明の実施の形態１によるアクティブ中央ノード、スタンバイ中央ノード、及びリーフノードを有するスター型ネットワークの概略図である。 本発明の実施の形態１によるスター型ネットワークに対するＭＡＣスーパーフレーム構造のブロック図である。 本発明の実施の形態１によるスター型ネットワークの動作のタイミング図である。 本発明の実施の形態１による送信及び再送信のプロセスの流れ図である。 本発明の実施の形態１によるスタンバイノード支援ダウンリンク再送信のタイミング図である。 本発明の実施の形態１によるスタンバイノード支援アップリンク再送信のタイミング図である。 本発明の実施の形態１によるスタンバイノードへのアクティブノード支援アップリンク再送信のタイミング図である。 本発明の実施の形態１によるアクティブノードからの要求により、中央ノードモードスイッチがトリガされる時点のタイミング図である。 本発明の実施の形態１によるスタンバイ中央ノードからの要求により、中央ノードモデルスイッチがトリガされる時点のタイミング図である。 従来技術による単一の中央ノード及び複数のリーフノードを有するスター型ネットワークの概略図である。 中央ノードとリーフノードとの間の無線リンクのブロック図である。 図１０の従来のスター型ネットワークに対するＭＡＣスーパーフレーム構造のブロック図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるスター型ネットワーク２００を示す。ネットワークは、アクティブ中央ノードＭａ１０１、スタンバイ中央ノードＭｂ２０１、及びリーフノードＳｎ１０２を含む。中央ノードＭａ及びＭｂは、動作モード以外は機能的に等価である。各リーフノード１０２は、２つの無線リンク１２０及び２２０によってネットワークに接続する。リンクは、所定のサブキャリア周波数を有するチャネルを形成する。ネットワーク内のリーフノードは、ポーリングされたときだけ送信し、ネットワークに加わる新しいノードは、まずチャネルを監視する。

スター型ネットワークの信頼性及び可用性は、冗長性を提供することによって向上させることができる。冗長性は、ノード及びリンクに適用することができる。冗長スタンバイノードは、個々のノードの故障がネットワークの動作を妨げないようにすることができる。元のリンクが利用できなくなった場合、又は信頼性に乏しい場合、冗長リンクにより、異なるリンクを介してデータを宛先に送出することができる。

中断のないサービスを提供するために、スタンバイは、通常動作中、「ホット」スタンバイモードで動作する。ホットスタンバイモードでは、スタンバイノードは、対応するアクティブノードと同期をとった状態を保つが、その他の点では、ネットワークへの参加が制限される。同期がとられることにより、２つの中央ノードは、ネットワークを動作させると共にノード間で動作を即時に切り替えるために必要なすべての情報を複製する。

アクティブノードが故障した場合、スタンバイノードは、スタンバイモードからアクティブモードに切り替わり、故障したアクティブノードの動作を再開し、ほとんど又は全く中断することなくサービスを提供する。切り替えは、１つのスキャンサイクル以内、すなわちビーコン間の期間、例えば、Ｔｓｃａｎ＜１５０ｍｓ又は３００ｍｓ以内に行うことができる。

２つの中央ノード１０１、２０１は、別の無線リンク２０４によって互いに接続され、このリンク２０４は、２つの中央ノードが同じ場所にある場合には無線であってもよく、又は有線であってもよい。このリンクは、ここではパラレルリンク（ＰＬ）と呼ばれる。ネットワーク１００と同様に、リーフノードは、中央ノードのみと通信する。リーフノードは、中央ノードを介してのみ互いに通信する。

アクティブ中央ノードＭａ１０１は、ネットワークの形成及び管理、リーフノードとの通信等の必要な機能を実行する。さらに、ノードＭａは、スタンバイ中央ノードＭｂ２０１と通信し、その状態を監視する。

スタンバイ中央ノードＭｂは、アクティブ中央ノードＭａと同等のすべての機能を実行するわけではない。スタンバイ中央ノードＭｂは、アクティブ中央ノードＭａの状態と同期をとる。したがって、スタンバイ中央ノード１０１は、アクティブ中央ノード及びすべてのリーフノードによる送信を監視する。さらに、スタンバイ中央ノードは、その状態をアクティブ中央ノードに周期的に送信して、アクティブ中央ノード及びリーフノードが、スタンバイ中央ノードと他のノードとの間の無線リンクの状態を確認することができるようにする。

スタンバイ中央ノードは、通常動作中、アクティブ中央ノードとリーフノードとの間のデータ送出を支援するために利用可能とすることもできる。この構成では、スタンバイノードＭｂは、代替のリンクをアクティブノードとリーフノードとの間に提供する。ノードＭａ及びＭｂが同じ場所に配置されている場合、代替のリンクは、ＭａとリーフノードＳｎとの間にフェージングがあるとき、空間ダイバーシチも提供する。この場合、ノードＭｂは、メッセージをＳｎに中継することができる。スタンバイ中央ノードによって、リーフノードは、リーフノードとアクティブノードとの間の直接リンクが利用できなくなったか又は信頼性が低くなった場合であっても、ネットワークに接続されたままであることができる。

例えば、アクティブ中央ノード１０１とリーフノードＳｎとの間のアップリンク無線リンクが利用できなくなったか又は信頼性が低くなった場合、パス｛Ｓｎ，Ｍａ｝は利用不可能になり、リーフノードＳｎは、パス｛Ｓｎ，Ｍｂ，Ｍａ｝及び｛Ｍａ，Ｍｂ，Ｓｎ｝を通してスタンバイノードＭｂ２０１を介してノードＭａと依然として通信することができる。同様に、｛Ｍａ，Ｍｂ，Ｓｎ｝はパス｛Ｍａ，Ｓｎ｝に対する代替のパスである。｛Ｍａ，Ｍｂ｝に対する代替のパスとして｛Ｍａ，Ｓｎ，Ｍｂ｝を使用することも可能である。ここで、Ｓｎは任意のリーフノードである。

図２は、図１に示すスタンバイ中央ノードを有するスター型ネットワーク２００に対するＭＡＣスーパーフレーム４００を示す。スーパーフレームは、１つの初期送信セグメント４１０及び１つ又は複数のオプションの再送信セグメント４２０を含む。

初期セグメント及び再送信セグメントのそれぞれは、３つの期間、すなわちダウンリンク送信期間ＤＬ１又はＤＬ２、アップリンク送信周期ＵＬ１又はＵＬ２、及びパラレルリンク送信期間ＰＬ１又はＰＬ２に分割することができる。初期送信セグメント４１０は、１つのダウンリンク期間ＤＬ１ ３０１、１つのアップリンク期間ＵＬ１ ３０２、及び１つのパラレルリンク期間ＰＬ１ ４０１から成る。

各再送信期間４２０は、ダウンリンク期間ＤＬ２ ３０３、アップリンク期間ＵＬ２ ３０４、及びパラレルリンク期間ＰＬ２ ４０２を含む。

図２における例は、１つの初期送信セグメント及び２つの再送信セグメントを示す。再送信の回数は、性能及び他の要件に適合させることができる。スーパーフレームの持続時間は、固定であってもよく、又は可変であってもよい。

図３、４は、スーパーフレーム４００内での、下り方向においてネットワーク内でデータを通信するタイミングの詳細を示す。ダウンリンク期間ＤＬ１、ＤＬ２中、アクティブ中央ノードは送信し、スタンバイ中央ノード及びリーフノードは受信する。パラレルリンク期間ＰＬ１、ＰＬ２中、スタンバイ中央ノードは送信し、アクティブ中央ノード及びリーフノードは受信する。アップリンク期間ＵＬ１、ＵＬ２中、リーフノードは（逐次又は並列に）送信し、アクティブ中央ノードＭａ及びスタンバイノードＭｂ２０１は受信する。

スーパーフレーム内で、ＤＬ１において、アクティブ中央ノードＭａは、ダウンリンクデータをリーフノードＳｎに送信すると共に、ネットワーク管理及びリソース割り振り等の他のブロードキャストメッセージを送信する。ビーコンは、ＤＬ１期間の間の送信の一環である。ビーコンは、動作の同期をとり、様々な期間の構造を決定するために使用される。

リーフノードは、ＤＬ１期間中にそのノードがデータをノードＭａから受信した後でのみ、第１のアップリンク期間ＵＬ１ ３０２において（逐次又は並列に）送信することができる。期間ＵＬ１中に送信されるデータは、ＤＬ１パケットの肯定応答、ノードＭａへのアップリンクデータ、及び前のスーパーフレームからのＰＬパケットの肯定応答を含むが、これらに限定されない。

パラレルリンク期間ＰＬ１ ４０１中、スタンバイノードＭｂは、データをアクティブノードＭａに送信する。アクティブノードの受信機は、ダウンリンクリンクが機能しているか否か、及び性能が許容可能であるか否かを判断する。この期間中に送信されるデータは、ＤＬ１データの受信のＡＣＫ、リーフノードからのＵＬ１の受信のＡＣＫを含む。データは、リーフノードによって正しく受信されなかったＤＬ１データのすべて又は部分のミッション（ｍｉｓｓｉｏｎ）及びノードＭｂからノードＭａへの他のデータを含むこともできる。このデータは、ＵＬ１期間内にいくつか又はすべてのリーフノードから受信したデータの再送信も含むことができる。ステップ６０１及び６０２は、それぞれエラー及び最高再送信回数をチェックする。

実施の形態１では、ノードＭａは、ノードＭｂによって間接的に中継されたリーフノードＳｎからのデータを、同じリーフノードから直接受信したデータと組み合わせて、エラーレートを改善することができる。すべてのＤＬ１、ＵＬ１、及びＰＬ１送信が意図される受信側に首尾良く受信される場合、再送信は必要ない。

以下は、再送信を必要とし得るいくつかの状況である。いくつか又はすべてのリーフノードがＤＬ１データを正しく受信することに失敗する。この状況は、リーフノードによるＵＬ１パケット内で、又はリーフノードによるＵＬ１送信がないことで示される。ノードＭａが、エラーを有するＵＬ１データを受信するか、又はノードＭｂが、エラーを有するＤＬ１データ又はＵＬ１データのいずれかを受信する。この状況は、ＰＬ１パケット内で示される。ノードＭａが、エラーを有するＰＬ１パケットを受信する。

再送信セグメント中、ダウンリンク期間ＤＬ２において、アクティブ中央ノードＭａ１０１は送信し、リーフノードは、アクティブ中央ノードＭａ又はスタンバイ中央ノードＭｂ１０２によって要求された場合のみ、ＵＬ２期間において送信し、スタンバイ中央ノードは、ＰＬ２期間中に送信する。

高性能を達成するために、スタンバイノードは再送信を支援するように構成することができる。

図５は、スタンバイノード支援ダウンリンク再送信の一実施態様を示す。特定のリーフノードが、ＤＬ１期間においてデータＤＬ＿Ｓｎを受信しない場合、又はエラーを有するＤＬ＿Ｓｎを受信する場合、リーフノードは、ＵＬ１パケット内でＮＡＣＫを送信するか、又はＵＬ１パケットを送信しないことにより、このような状況を示す。

スタンバイ中央ノードＭｂ２０１は、ＰＬ１パケット内でＤＬ＿Ｓｎデータを即座に再送信する。アクティブ中央ノードＭａ１０１は、これらのデータをＤＬ２スロット内でも再送信する。

図５は、ＤＬ２でのＤＬ＿Ｓｎ再送信が再び失敗した場合であっても、Ｍｂによって中継されたＤＬ＿ＳｎデータがリーフノードＳｎによって首尾良く受信されることを示す。リーフノードＳｎは、ＰＬ１においてノードＭｂから受信した信号と、ＤＬ２においてＭａから受信した信号とを組み合わせて、成功率をさらに向上させることもできる。

このような送信方式は、再送信及びパス空間ダイバーシチの双方によってダウンリンク送信の信頼性を向上させる。

図６は、アップリンクデータのスタンバイノード支援再送信のタイミングを示す。或るリーフノードからのＵＬ１中のデータＵＬ＿Ｓｎが、ノードＭａによってエラーを有して受信されたが、ノードＭｂによって正しく受信された（例えば、ＰＬ１中のＡＣＫによって示される）場合、ノードＭａは、ＤＬ２中に、アップリンクデータ再送信要求を送信することができる。対応するリーフノードは、データＵＬ＿ＳｎをＵＬ２中に再送信する。スタンバイノードＭｂも、同じデータＵＬ＿ＳｎをＰＬ２中に送信する。

図７は、スタンバイノードへのアップリンクデータのアクティブノード支援再送信のタイミングを示す。いくつかのリーフノードからのアップリンクデータＵＬ＿ＳｎがノードＭａによって正しく受信されたが、ノードＭｂによって不正確に受信された（ＰＬ１中のＮＡＣＫによって示される）場合、ノードＭａは、ＵＬ＿ＳｎをＤＬ２期間中に再送信し、また、対応するリーフノードＳｎにＵＬ＿ＳｎをＵＬ２期間中に再送信するように要求する。

一般に、パラレルリンク２０４は、より信頼性が高い。ＤＬ１中のデータがノードＭｂによって正しく受信されない場合、ノードＭａが、ＤＬメッセージをＭｂに中継するように１つ又は複数のリーフノードに要求することができるように、ネットワークを構成することも可能である。同様に、Ｍａによって正しく受信されなかったＰＬデータは、リーフノードによってＭａに中継することができる。

中央ノードの動作モード切り替え
信頼性及び可用性を向上させるために、中央ノードは、異なる動作モード間、すなわち非アクティブ、スタンバイ及びアクティブの間で切り替えることができる。

アクティブ中央ノードＭａ１０１は、動作を停止してネットワークから分離された場合、スタンバイモード又は非アクティブモードのいずれかに切り替えることができる。

アクティブ中央ノードは、自身が、
ａ．ネットワーク又はネットワークのオペレータからのコマンド等の他の外部入力からのコマンドを受信した場合、及び
ｂ．スタンバイノードが、リーフノードとのよりよいリンク品質等のよりよい性能を有すると判断した場合、即ち、スタンバイ中央ノードの全体エラーレートがアクティブノードよりもはるかに低いと判断した場合、
スタンバイモードに切り替えることができる。

アクティブ中央ノードは、
ａ．アクティブ中央ノードがオペレータ若しくは外部コマンドによる要求を受信した場合、
ｂ．いくつか又はすべてのリーフノードがＤＬデータを受信することができない場合、
ｃ．中央ノードがいくつか若しくはすべてのリーフノードからデータを正しく受信することができない場合、又は
ｄ．スタンバイ中央ノードが、アクティブになる意図をアクティブノードに通信されるＰＬデータ内で宣言することにより、アクティブ中央ノードになる場合、
非アクティブになり、自身をネットワークから除去する。

スタンバイ中央ノードは、
ａ．スタンバイノードが、アクティブスタンバイマスタから、非アクティブモードに切り替えるためのコマンドを受信する場合、
ｂ．スタンバイノードが、ＤＬ期間中若しくはＵＬ期間中に任意のデータの受信に失敗した場合、又は
ｃ．スタンバイノードによって送信されるＰＬデータが、アクティブ中央ノード及びすべてのリーフノードによって受信されない（及び肯定応答されない）場合、
非アクティブになる。

スタンバイ中央ノードは、
ａ．スタンバイノードが、現在アクティブな中央ノードから要求を受信した場合、又は
ｂ．スタンバイノードが、アクティブ中央ノード内に故障を検出した場合、
にのみアクティブ中央ノードになる。

アクティブ中央ノードは、正しく送信すること又は正しく受信することを停止した場合に故障している。故障は、ハードウェア故障、ソフトウェア故障、又はアンテナへの物理的破損若しくは遮断に起因し得る。これらの状況がアクティブノードによって検出することができない場合、スタンバイ中央ノードは、これらの状況を検出することができ、自身をアクティブノードであると宣言することができる。

図８は、ＤＬ２中のアクティブ中央ノード要求１０１０によってトリガされる切り替えプロセスの一実施態様のタイミングを示す。アクティブ中央ノードは、初期送信セグメント中に自身の故障を検出する。スタンバイ中央ノードは、ＤＬ１データをＰＬ２期間中に送信することによってアクティブになることを宣言する。したがって、スーパーフレームは、元のＰＬ２期間７７７の開始時に開始する。すべてのリーフノードは、新しいスーパーフレーム７００内の割り当てられた期間中に送信１０２０を開始する。

図９は、スタンバイノードによるアクティブ中央ノードの故障の検出１１１０によってトリガされる切り替えプロセスのタイミングを示す。例えば、アクティブノードの送信機が故障した場合、スタンバイノードは、ＤＬ１及びＵＬ１中にデータを受信しない。アクティブノードは、アクティブノード及びリーフノードのうちのいくつか又はすべての双方に、ＤＬ２期間及びＵＬ２期間のそれぞれで送信するというメッセージをＰＬ１期間中に送信する。

メッセージの受信に応答して、リーフノードはＵＬ２中に送信する。スタンバイノードは、ＵＬ２期間中にリーフノードからデータを受信した（１１２０）場合、アクティブ中央ノードが適切に機能していないことを確認する。スタンバイノードは、アクティブモードに切り替わり（１１３０）、次に、ＰＬ２が元のスーパーフレーム内で送信するようにスケジュールされているときに、ＤＬ１パケットをその時間期間中に送信する。ＰＬ２期間の開始が、ここで規定される新しいスーパーフレーム７００のスーパーフレーム３９９の開始になる。すべてのリーフノードが、新しいタイムスロット内でのＵＬパケットの送信を開始する。

前のアクティブノードは、前のスタンバイノードＭｂからメッセージを受信した場合、スタンバイモード又は非アクティブモードに切り替わる。

非アクティブモードから回復した中央ノードは、参加要求をＰＬ１期間中に送信することにより、スタンバイ中央ノードとしてネットワークに再参加することができる。このプロセスは、新しい中央ノードがスタンバイノードとしてネットワークに参加する際のプロセスと同じである。

Claims (20)

1. スタートポロジを有する無線ネットワークであって、
   第１の中央ノードと、
   第２の中央ノードであって、前記第１のノード及び前記第２の中央ノードは機能的に等価である、第２の中央ノードと、
   前記中央ノードがアクティブモードにあるか又はスタンバイモードにあるかに応じて、無線リンクを介して前記第１の中央ノード又は前記第２の中央ノードのいずれかと通信するように構成されるリーフノードのセットと、
   を備えたことを特徴とするスタートポロジを有する無線ネットワーク。
2. 前記中央ノードは基地局であり、前記リーフノードは移動局であることを特徴とする請求項１に記載のスタートポロジを有する無線ネットワーク。
3. 前記第１の中央ノードは前記アクティブモードにあり、前記第２の中央ノードは前記スタンバイモードにあり、前記第１の中央ノード及び前記第２の中央ノードは、パラレルリンクを介して同期をとられて前記ネットワークの動作に必要なすべての情報を複製すると共に、一方の中央ノードから他方の中央ノードへ動作を即座に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のスタートポロジを有する無線ネットワーク。
4. 前記切り替えは、１つのスキャンサイクル内で行われることを特徴とする請求項３に記載のスタートポロジを有する無線ネットワーク。
5. 前記スタンバイ中央ノードは、前記アクティブ中央ノード、及び前記リーフノードのセットによる送信を監視し、状態を前記アクティブ中央ノードに周期的に送信して、前記アクティブ中央ノード、及び前記リーフノードのセットが、前記スタンバイ中央ノードと前記リーフノードのセットとの間の前記無線リンクの状態を確認できるようにすることを特徴とする請求項３に記載のスタートポロジを有する無線ネットワーク。
6. 前記リーフノードは、前記第２の中央ノードを介して前記第１の中央ノードと通信することを特徴とする請求項１に記載のスタートポロジを有する無線ネットワーク。
7. 前記ノードは、スーパーフレームを使用して互いに通信し、各前記スーパーフレームは、初期送信セグメント及びオプションの再送信セグメントを含み、各前記セグメントは、前記アクティブ中央ノードから前記リーフノードに通信するためのダウンリンク送信期間、前記リーフノードから前記アクティブ中央ノードに通信するためのアップリンク送信期間、及び前記ノード間で通信するためのパラレルリンク送信期間に分割されることを特徴とする請求項３に記載のスタートポロジを有する無線ネットワーク。
8. 前記スーパーフレームは、前記セグメント及び前記期間を規定するビーコンを含むことを特徴とする請求項７に記載のスタートポロジを有する無線ネットワーク。
9. 各前記中央ノードは、非アクティブモード、前記スタンバイモード、及び前記アクティブモードにおいて動作することができ、これらのモード間で切り替えることができることを特徴とする請求項１に記載のスタートポロジを有する無線ネットワーク。
10. 前記中央ノードは、アップリンク及びダウンリンクの送信及び再送信において互いに支援することを特徴とする請求項１に記載のスタートポロジを有する無線ネットワーク。
11. 前記リーフノードのセットにおいて、前記中央ノードから受信したデータを組み合わせることをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のスタートポロジを有する無線ネットワーク。
12. スタートポロジを有する無線ネットワークを動作させる方法であって、
    第１の中央ノードとリーフノードのセットとの間で、前記中央ノードがアクティブモードにあるときに、通信すること、
    前記通信において故障を検出すること、
    前記故障の検出に応答して、前記第１中央ノードに機能的に等価である第２の中央ノードをアクティブ化し、前記第１の中央ノードを非アクティブ化すること、及び
    前記アクティブ化及び前記非アクティブ化の後に、前記第２の中央ノードと前記リーフノードのセットとの間で通信すること、
    を含むことを特徴とするスタートポロジを有する無線ネットワークを動作させる方法。
13. 前記中央ノードは基地局であり、前記リーフノードは移動局であることを特徴とする請求項１２に記載のスタートポロジを有する無線ネットワークを動作させる方法。
14. 前記第１の中央ノードはアクティブモードにあり、前記第２の中央ノードはスタンバイモードにあり、
    前記方法は、
    パラレルリンクを介して前記第１の中央ノード前記及び第２の中央ノードの同期をとることであって、前記ネットワークの動作に必要なすべての情報を複製すると共に、一方の中央ノードから他方の中央ノードへ動作を即座に切り替える、同期をとること、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のスタートポロジを有する無線ネットワークを動作させる方法。
15. 前記切り替えは、１つのスキャンサイクル内で行われることを特徴とする請求項１４に記載のスタートポロジを有する無線ネットワークを動作させる方法。
16. 前記スタンバイ中央ノードは、前記アクティブ中央ノード、及び前記リーフノードのセットによる送信を監視し、状態を前記アクティブ中央ノードに周期的に送信して、前記アクティブ中央ノード、及び前記リーフノードのセットが、前記スタンバイ中央ノードと前記リーフノードのセットとの間の前記無線リンクの状態を確認できるようにすることを特徴とする請求項１４に記載のスタートポロジを有する無線ネットワークを動作させる方法。
17. 前記リーフノードは、前記第２の中央ノードを介して前記第１の中央ノードと通信することを特徴とする請求項１２に記載のスタートポロジを有する無線ネットワークを動作させる方法。
18. 前記ノードは、スーパーフレームを使用して互いに通信し、各前記スーパーフレームは、初期送信セグメント及びオプションの再送信セグメントを含み、各前記セグメントは、前記アクティブ中央ノードから前記リーフノードに通信するためのダウンリンク送信期間、前記リーフノードから前記アクティブ中央ノードに通信するためのアップリンク送信期間、及び前記ノード間で通信するためのパラレルリンク送信期間に分割されることを特徴とする請求項１４に記載のスタートポロジを有する無線ネットワークを動作させる方法。
19. 各前記中央ノードは、非アクティブモード、前記スタンバイモード、及び前記アクティブモードにおいて動作することができ、これらのモード間で切り替えることができることを特徴とする請求項１２に記載のスタートポロジを有する無線ネットワークを動作させる方法。
20. 前記中央ノードは、アップリンク及びダウンリンクの送信及び再送信の間に互いに支援することを特徴とする請求項１２に記載のスタートポロジを有する無線ネットワークを動作させる方法。

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