JP2010534448A - 無線通信ネットワーク内の伝送を管理する方法 - Google Patents

Abstract

この方法は、無線ネットワークにおいて各ｒｅａｄｙノードによる伝送許可要求を送信するステップを含む。各ｒｅａｄｙノードは、伝送準備のできた無線ネットワークのノードであり、各要求は、宛先であるネットワーク内のノードを識別し、各要求は、制御チャネル上で送信される。次いで、ｒｅａｄｙノードに決定された優先順位番号に基づいて反復プロセスが実行され、どのｒｅａｄｙノードの伝送をブロックするか、およびどのｒｅａｄｙノードの伝送をクリアするかを決定する。伝送は、伝送可状態のｒｅａｄｙノードからペイロードチャネルを介して送信される。

Description

本発明の例示の実施形態は一般に、無線通信ネットワーク内のデータ伝送をスケジュールする方法に関する。

標準的な無線ネットワーク（たとえば、ＷＬＡＮ、ＷＡＮなど）は、複数の相互接続されたノードを含み、各ノードは、共通の広帯域伝送チャネルを共用している。相互に極めて接近している複数のノードが同時にデータを伝送する場合、それぞれのデータ伝送は相互を干渉する可能性があるが、それがスループットを減少させてシステムパフォーマンスを低下させることもある。

メディアアクセス制御（ＭＡＣ）プロトコルは、ネットワーク内の相互に干渉しているノードにおいて同時データ伝送の数を減少させるために使用することができる。標準的なＭＡＣプロトコルは、「衝突」（たとえば、データ伝送を干渉する）の数を減少させるために、任意の所定の時間においてノードのサブセットのみが伝送することを許可する。

一般に、ＭＡＣアルゴリズムは、極端に大きい遅延を生じることなく無線ネットワークのデータスループットを最大化し、さらに特定の公平度を保持するように、データ伝送をスケジュールしようとする。しかし、大規模なネットワークにＭＡＣプロトコルを実行することは、困難であり非効率的である。

本発明は、無線ネットワークにおいて伝送を管理する方法に関する。

１つの実施形態において、この方法は、無線ネットワークにおいて各ｒｅａｄｙノードによる伝送許可要求を送信するステップを含む。各ｒｅａｄｙノードは、伝送準備ができた無線ネットワークのノードであり、各要求は、宛先であるネットワーク内のノードを識別し、各要求は、制御チャネル上で送信される。各宛先ノードが、宛先ノードに隣接するｒｅａｄｙノードのそれぞれの伝送優先順位に基づいてブロックメッセージを隣接ノードに選択的に送信するように、ブロック操作が各宛先ノードにおいて実行される。ブロックメッセージは、隣接ノードに伝送しないように指示する。アナウンス操作は、ｒｅａｄｙノードの伝送状態をアナウンスするために各ｒｅａｄｙノードにおいて実行される。伝送状態は、伝送不可（ｂｌｏｃｋｅｄ−ｆｒｏｍ−ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ）状態および伝送可（ｃｌｅａｒｅｄ−ｔｏ−ｔｒａｎｓｍｉｔ）状態のうちの１つである。伝送不可状態は、少なくとも１つの未許可ブロックメッセージがｒｅａｄｙノードによって受信されている状態であり、伝送可状態は、未許可ブロックメッセージがｒｅａｄｙノードによって受信されていない状態である。ブロック／クリア操作は、各隣接ノードの伝送状態に基づいてブロックメッセージおよびクリアメッセージを隣接ノードに選択的に送信するように、各宛先ノードにおいて実行される。クリアメッセージは、宛先ノードによって以前送信された任意のブロックメッセージをクリアする。アナウンスおよびブロック／クリア操作は、複数の反復にわたって繰り返され、伝送は、伝送可状態のｒｅａｄｙノードからペイロードチャネルを介して送信される。

例示の実施形態は、以下に示される詳細な説明および添付の図面によりさらに深く理解されるであろう。ここで類似した要素が類似した参照番号により表されるが、これらは例示としてのみ示され、したがって本発明を限定することはない。

例示の実施形態による無線ネットワークを示す図である。 例示の実施形態による伝送スケジューリング方法を示す図である。 図２の方法によって採用される時分割構造の例示の実施形態を示す図である。 例示の実施形態による図２のプロセス中に実行されるブロック操作を示す図である。 例示の実施形態による図２のプロセス中に実行されるアナウンス操作を示す図である。 例示の実施形態による図２のプロセス中に実行されるブロック／クリア操作を示す図である。

本発明をより深く理解するため、例示の無線ネットワークについて説明され、その後、無線ネットワーク内で実行される伝送スケジューリングプロセスの説明が続く。次いで、伝送スケジューリングプロセスをサポートするために使用される制御チャネルへのロードの説明が行われる。

例示の無線ネットワーク
図１は、例示の実施形態による無線ネットワーク２００を示す。

図１の例示の実施形態において、無線ネットワーク２００は、ＷＬＡＮ、ＷＡＮなどであってもよく、複数のノード（たとえば、携帯電話、ラップトップコンピュータ、無線接続を備えるハンドヘルドビデオゲームコンソールなど）を含む。近隣ノード、つまり相互に直接通信することができるノードは、点線で結ばれて示されている。

図１の例示の実施形態において、ノード２０５は「ｒｅａｄｙノード」（たとえば、別のノードにデータを伝送しようとしているノード）であるので、Ｒ１と示されている。この例において、ノード２０５が、ノード２１０にデータを伝送しようとしていると仮定する。したがって、ノード２１０は、「宛先ノード」（たとえば、別のノードがデータを送信しようとするノード）であり、Ｄ１と示されている。

ネットワークの前提事項
無線ネットワーク２００に関する前提事項について、これ以降さらに詳細に説明される。

ノードｉおよびｊ（たとえば、ノード２０５および２１０）の所定の代表的なペアについて、ノードｉおよびｊが直接通信できるかまたは非近傍である場合、ノードｉおよびｊは、近傍または「１ホップ」近傍として分類することができる。

例において、ノードｉが、ノードｉの近傍であるノードｊに伝送し、ノードｊの近傍である第３のノード（たとえば、図２のノード２１５）もまた同じタイムスロットで伝送する場合、「衝突」が発生する。この例において、衝突が発生する場合、ノードｊは、相互に干渉するノードのいずれからも伝送を受信しないであろうと仮定される。対照的に、ノードｊの近傍ではないノードは、ノードｊへのノードｉの伝送との衝突を生じることなく、同じタイムスロットで伝送することができる。

「現実世界」において、ノードｊの非近傍を、ノードｊでの受信に干渉できないものとして分類することが、必ずしも常に当てはまるわけではないことを理解されたい。しかし、今後、所定のノード（たとえば、ノードｋ）の非近傍が、以下に説明される例示の実施形態のコンテキストの中で所定のノードに干渉することができないと仮定される。この仮定について、以下でさらに詳細に説明する。

さらに、ノードは同じタイムスロット中に受信および送信できないこと、および無線ネットワーク２００内の各ノードは、無線ネットワークの各ノードにおけるタイムスロットおよび／またはフレームが位置合わせされるように「同期化」されることが仮定される。

さらに、以下に説明される例示の実施形態は、メッセージの「ルーティング」（つまり、メッセージを生成するノードから宛先ノードへの完全なマルチホップルートを選択すること）に対処するものではなく、無線ネットワーク２００内の近隣ノード間の１ホップのデータ転送に限定される。しかし、複数の「ホップ」が高水準ルーティングプロトコルに従って実行されてもよい（たとえば、連続タイムスロットで）という意味において、高水準ルーティングプロトコルが例示の実施形態内で実施されうることが容易に理解されよう。

さらに、所定のタイムスロットで伝送許可を要求するノードの数がＮ_１と表され、所定のタイムスロットで伝送許可を認可されるノードの数がＮ_２と表される場合、Ｎ_２／Ｎ_１は、これ以降さらに詳細に説明されるように、例示の伝送スケジューリングプロセスの使用率または効率を評価するために使用されうるメトリックである。

例示の伝送スケジューリングプロセス
図２は、例示の実施形態による伝送スケジューリング方法を示す。

図２の例示の実施形態の中で、通信（たとえば、データ伝送）は、ノードおよびそれらのノードの近傍の間で生じると仮定される。したがって、各ノードは、任意の非近隣ノードからのすべてのデータ伝送を無視すると仮定される（たとえば、前述のように、非近傍は相互に干渉することができないと仮定される）。さらに、各ノードは、所定のタイムスロット（たとえば、次のタイムスロット、伝送許可がスケジュールされるタイムスロットなど）に対するそのそれぞれの近隣ノードの各々の優先順位番号（ＰＮ）を認識していると仮定される。ＰＮについて、以下でさらに詳細に説明する。

図３は、図２の方法によって採用される時分割構造の例示の実施形態を示す。特に、図３は、図１のネットワーク２００において採用されるペイロードチャネルおよび制御チャネルを示す。図３の例示の実施形態において、「ペイロードチャネル」（たとえば、代替として「データチャネル」と呼ばれる）は、データチャネルに割り振られた時間間隔または周波数帯域に対応し、「制御チャネル」は、制御メッセージがネットワーク２００内のそれぞれのノード間で伝送される時間間隔または周波数帯域に対応する。例において、ペイロードチャネルおよび制御チャネルは、制御チャネル伝送がペイロードチャネル伝送に干渉しないように、相互に直交である。

図３の例示の実施形態に示されるように、（たとえば、１つの固定長のデータパケットが伝送されうるような）ペイロードチャネルの各タイムスロットまたはデータフレームに対して、制御チャネルは複数のミニスロットを含む。各ミニスロットは、複数のマイクロスロットを含む。制御チャネルおよびその関連するミニスロットおよびマイクロスロットについて、以下でさらに詳細に説明される。

図２の例示の実施形態に戻ると、所定のデータフレームまたはタイムスロット内の第１のミニスロットは、ノードが、将来のタイムスロット（たとえば、次のタイムスロットまたはデータフレーム）中にそれらのデータ伝送許可要求をアナウンスし、さらに要求されたデータ伝送に関連付けられている宛先ノードを識別するために予約されることが仮定される。例において、以下でさらに詳細に説明されるように、データ伝送要求は、予約されたミニスロットまたは第１のミニスロット内の別個に割り当てられたマイクロスロットで発行されてもよい。

例示の実施形態において、Ｒは、すべてのｒｅａｄｙノード（つまり、宛先ノードへの伝送を要求するノード）のセットを表すために使用されてもよく、Ｄは、関連する宛先ノードのセットを表すために使用されてもよく、「伝送ノード」は、考慮中の宛先ノードの近傍であるｒｅａｄｙノードを表し、「受信ノード」は、考慮中のｒｅａｄｙノードの近傍である宛先ノードを表し、「Ｂｌｏｃｋ」コマンドは、（たとえば、以下で詳細に説明されるが、制御チャネルを介して）ｒｅａｄｙノードに送信され、ｒｅａｄｙノードに伝送しないよう指示するメッセージまたは指示に対応し、「Ｃｌｅａｒ」コマンドは、「Ｃｌｅａｒ」コマンドを発行するノードによって以前送信されたＢｌｏｃｋメッセージをキャンセルする。したがって、ｒｅａｄｙノードが伝送することを複数のノードがブロックする場合、単一ノードからのＣｌｅａｒコマンドは、（たとえば、以前Ｂｌｏｃｋコマンドを送信した各ノードが後続のＣｌｅａｒコマンドを発行しない限り）ｒｅａｄｙノードに伝送許可を与えないことが理解されよう。さらに、ノードがｒｅａｄｙノードおよび宛先ノードのいずれとしても見なされるように、ＲおよびＤが重複してもよいことが理解されよう。

図２の例示の実施形態において、ステップＳ３００で、ネットワーク設計者は、図２の伝送スケジューリング方法の反復回数Ｍを選択する。一般に、ネットワーク設計者は、Ｍの初期値として正の整数を選択する。以下でさらに詳細に説明されるように、より高いＭの値は、（たとえば、より多くのｒｅａｄｙノードが、衝突を生じることなく伝送許可を与えられうるので）ネットワーク２００のより高い使用率に対応する。しかし、より高いＭの値はまた、ネットワーク設計者が、使用率と処理ロードとの間のトレードオフに基づいてＭの値を選択することができるように、より高い処理ロード（たとえば、より高いオーバーヘッド）に関連付けられている。

図２の例示の実施形態において、ステップＳ３０５で、各ｒｅａｄｙノードは、所定のタイムスロット（たとえば、次のタイムスロット、将来のタイムスロットなど）において選択された宛先ノードへのデータの伝送許可を要求する。前述のように、例において、各ｒｅａｄｙノードは、制御チャネル上の予約済みのミニスロット内の割り当てられたマイクロスロット（たとえば、マイクロスロット割り当てプロセスは、以下でさらに詳細に説明される）でステップＳ３０５においてデータの伝送許可を要求することができる。

図２の例示の実施形態のステップＳ３１０において、各宛先ノードは、ＢＬＯＣＫ操作を実行する。ＢＬＯＣＫ操作ステップＳ３１０は、図４に関してこれ以降さらに詳細に説明される。

図４は、例示の実施形態によるＢＬＯＣＫ操作ステップＳ３１０を示す。図４の例示の実施形態において、ステップＳ５００で、Ｄ宛先ノードの中の各宛先ノードは、宛先ノードに関連付けられている伝送ノードのセットの優先順位番号を決定する。宛先ノードもまたｒｅａｄｙノードである場合、宛先ノードは自身の優先順位番号も決定することができる。優先順位番号を計算するための例示の方法論について、以下でさらに詳細に説明される。

図４の例示の実施形態において、ステップＳ５０５で、各宛先ノードは、ステップＳ５００から決定された優先順位番号に基づいてどのノードをブロックするかを決定する。次いで、ステップＳ５１０において、各宛先ノードは、ステップＳ５０５で決定されたノードをブロックする。

さらに具体的には、宛先ノードがｒｅａｄｙノードである場合、宛先ノードは、宛先ノードに隣接するｒｅａｄｙノードおよび宛先ノードを含むセットから最高の優先順位番号を持つｒｅａｄｙノードを決定する。宛先ノードは、宛先ノードがセットの間で最高の優先順位番号を有すると決定される場合、宛先ノードへの伝送許可を要求するｒｅａｄｙノードをブロックするよう決定し、セットの間で最高の優先順位番号を有すると決定されたｒｅａｄｙノードが宛先ノード以外のノードへの伝送許可を要求した場合、宛先ノードへの伝送許可を要求した宛先ノードに隣接するｒｅａｄｙノードをブロックするよう決定し、セットの間で最高の優先順位番号を有すると決定されたｒｅａｄｙノードが宛先ノードへの伝送許可を要求した場合、このノードを除いて、宛先ノードに隣接するｒｅａｄｙノードをブロックするよう決定する。次いで、宛先ノードは、ブロックされるよう決定されたノードにブロックメッセージを送信する。

図２の例示の実施形態に戻ると、ＢＬＯＣＫ操作ステップＳ３１０の後、プロセスはステップＳ３１５に進む。ステップＳ３１５において、ネットワーク２００内の各ノードは、反復カウンタＭが０と等しいかどうかを決定する。Ｍが０と等しいと決定される場合、プロセスはステップＳ３３５に進み、それ以外の場合、プロセスはステップＳ３２０に進む。

ステップＳ３２０において、ネットワーク２００内の各ｒｅａｄｙノードは、ＡＮＮＯＵＮＣＥ操作を実行する。ステップＳ３２０のＡＮＮＯＵＮＣＥ操作は、図５を参照してこれ以降さらに詳細に説明される。

図５は、例示の実施形態による図２のＡＮＮＯＵＮＣＥ操作ステップＳ３２０を示す。

図５の例示の実施形態において、ステップＳ６００で、各ｒｅａｄｙノードは、ｒｅａｄｙノードがブロックされているかどうかを決定する。ｒｅａｄｙノードが（たとえば、ステップＳ３１０で、以下で説明されるステップＳ３２５の過去の反復中に）１つまたは複数の「ブロック」メッセージを受信し、関連する「クリア」メッセージを受信しなかった場合、ｒｅａｄｙノードはブロックされている。ｒｅａｄｙノードが各ブロックメッセージに関連付けられているクリアメッセージを受信した場合、またはブロックメッセージを受信しなかった場合、ｒｅａｄｙノードはブロックされていない。ｒｅａｄｙノードがクリアである場合、ノードは、ステップＳ６０５においてデータ伝送可状態であることをその近隣ノードに（たとえば、制御チャネルメッセージングを介して）「アナウンス」する。それ以外の場合、ｒｅａｄｙノードがブロックされていると決定する場合、ｒｅａｄｙノードは、ステップＳ６１０においてｒｅａｄｙノードが伝送不可状態（たとえば、データ伝送不可）であることをその近隣ノードに（たとえば、制御チャネルメッセージングを介して）アナウンスする。

図２の例示の実施形態に戻り、ステップＳ３２５において、各宛先ノードは、ＢＬＯＣＫ／ＣＬＥＡＲ操作を実行する。ステップＳ３２５のＢＬＯＣＫ／ＣＬＥＡＲ操作は、図６を参照してこれ以降さらに詳細に説明される。

図６は、例示の実施形態によるステップＳ３２５のＢＬＯＣＫ／ＣＬＥＡＲ操作を示す。図６の例示の実施形態において、ステップＳ７００で、Ｄ宛先ノードの中の各宛先ノードは、その隣接する伝送ノードの各々について優先順位番号を決定する。宛先ノードもまたｒｅａｄｙノードである場合、宛先ノードは自身の優先順位番号も決定する。優先順位番号を計算するための例示の方法論について、以下でさらに詳細に説明される。

図６の例示の実施形態において、ステップＳ７０５で、各宛先ノードは、ステップＳ７００のノードのセットについて決定された優先順位番号に基づいて特定のノードをブロックまたはクリアするかどうかを決定する。ステップＳ７０５がｒｅａｄｙノードの１つまたは複数をブロックするよう決定する場合、プロセスはステップＳ７１０に進み、（たとえば、制御チャネルでのメッセージングを介して）１つまたは複数のノードがブロックされる。それ以外の場合、ステップＳ７０５がｒｅａｄｙノードの１つまたは複数をクリアするよう決定する場合、プロセスはステップＳ７１５に進み、（たとえば、制御チャネルでのメッセージングを介して）１つまたは複数のノードがクリアされる。

さらに具体的には、宛先ノードがｒｅａｄｙノードである場合、宛先ノードは、宛先ノードに隣接するｒｅａｄｙノードおよび宛先ノードを含むセットから最高の優先順位番号を持つｒｅａｄｙノードを決定する。宛先ノードがセットの間で最高の優先順位番号を有すると決定される場合、宛先ノードへの伝送許可を要求するｒｅａｄｙノードをブロックするよう決定し、セットの間で最高の優先順位番号を有すると決定されたｒｅａｄｙノードが宛先ノード以外のノードへの伝送許可を要求した場合、宛先ノードへの伝送許可を要求した宛先ノードに隣接するｒｅａｄｙノードをブロックするよう決定し、セットの間で最高の優先順位番号を有すると決定されたｒｅａｄｙノードが宛先ノードへの伝送許可を要求した場合、このノードを除いて、宛先ノードに隣接するｒｅａｄｙノードをブロックするよう決定し、宛先ノードに隣接するノードが伝送可状態にはなく、最高の優先順位番号を有するｒｅａｄｙノードが宛先ノード以外のノードへの伝送許可を要求した場合、宛先ノード以外のノードへの伝送許可を要求した宛先ノードに隣接するｒｅａｄｙノードをクリアするよう決定し、宛先ノードに隣接するノードが伝送可状態にはなく、識別された隣接ノードが宛先ノードへの伝送許可を要求する場合、宛先ノードに隣接する識別されたノードをクリアするよう決定し、識別された隣接ノードは最高の優先順位番号を持つ宛先ノードに隣接するノードである。

図２の例示の実施形態に戻ると、ステップＳ３２５のＢＬＯＣＫ／ＣＬＥＡＲ操作の後、反復カウンタＭの値は（たとえば、１ずつ）減分される。プロセスはステップＳ３１５に戻り、上記の操作は、Ｍが０と等しいとステップＳ３１５が決定するまで繰り返される。

前述のように、ステップＳ３１５においてＭが０と等しいと決定された後、プロセスはステップＳ３３５に進む。ステップＳ３３５において、ＡＮＮＯＵＮＣＥ操作（たとえば、ステップＳ３２０を参照）が再度実行され、その後ＢＬＯＣＫ操作（たとえば、ステップＳ３０５を参照）が続き、図２のプロセスは、別のタイムスロットのデータ伝送のスケジューリングを行うために再度実行されるまで、終了する。Ｍが十分に大きい場合、方法は収束する。方法が収束した後、別のノードを追加することで衝突が生じる。さらに、伝送許可されたノードを、より高い優先順位を有するノードと置き換えることでも、衝突が生じる。

図２のプロセスの実行に続いて、「クリアされた」ｒｅａｄｙノードは、所定のタイムスロット（たとえば、次のタイムスロット）にデータチャネルでデータを伝送する。「クリアされた」ｒｅａｄｙノードが、ブロックされたことがない可能性、またはブロックされていて、以前ブロックしていた各ノードによって後にクリアされた可能性があることは、図２のプロセスの上記の説明から理解されるであろう。ノードのセットΨは、図２のプロセスの後に結果として得られたノードの「クリアされた」セットを表すことができる。

図２のプロセスの実行中、制御メッセージの交換を要求する各ステップは、時間の１つの「ミニスロット」を消費するかまたは要すると仮定される（たとえば、図３の説明を参照）。例において、ステップＳ３０５、Ｓ３１０、Ｓ３２０、Ｓ３２５、Ｓ３３５、およびＳ３４０は各々、各タイムスロットの制御チャネルに割り振られた時間間隔内に１つのミニスロットを消費するかまたは要する。

図２のプロセスの観点から、宛先ノードからの確認応答（ＡＣＫ）が求められる場合、（たとえば、各タイムスロットの終わりなどにおいて）時間間隔はこの目的で割り振られてもよいことが理解されるであろう。ＡＣＫメッセージングは、データ自体の直後、ただし反対方向に、ペイロードチャネルで実行されてもよい。データパケットは衝突しないので、ＡＣＫメッセージについても同様であることを検証することは容易である。

さらに、方法の実行後にセットΨ（つまり、伝送可状態のノードのセット）に追加されたノードが衝突を生じるという意味において、図２の方法は効率的である。

優先順位の管理
優れた全般的なスループットパフォーマンスは、必ずしも公平さと相関関係にあるわけではない。たとえば、比較的少数の近傍を備えるノードは、多数の近傍を有するノードよりもさらに頻繁に伝送が許可されると期待することができる。ノード間に同等の公平度を確保することは可能ではないが、優先順位番号を介する優先順位管理を使用することで、ネットワーク内の公平度を高め、遅延ジッタを減少させることができる。

図２から図６の例示の方法は、ノード優先順位（つまり、優先順位番号）の決定に基づいて、上記で説明された。ノードの優先順位番号を計算する例について、これ以降さらに詳細に説明される。

最初に、ネットワーク２００内の各ノードは同一の最大長バイナリフィードバックシフトレジスタ（ＦＳＲ）を含むが、これは、タイムスロット速度でクロック制御されるとき、「０」多項式を除く多項式ＧＦ（２^ｍ）のフィールドの各要素を生成する（ただし、ｍは正の整数）と仮定する。ＦＳＲのフィードバックネットワークは、次数ｍ（ただし、ｍは１よりも大きい）の既約多項式を実施するが、これはフィールド要素α＝ｔの最小多項式である。したがって、多項式ｔはフィールドの原始元であり、フィールドの各非ゼロ元は、特定の累乗：

までべき乗されたｔとして表されてもよい。乗算操作は、フィードバック多項式を法とする標準的な多項式乗算として実行されてもよい。さまざまなノードのＦＳＲによって生成された周期バイナリシーケンスは同一であるが、各ノードは異なる位相を有する（たとえば、第１のノードに関してのシフト）。説明を簡略にするため、各ノードのＦＳＲは、各ノードが、ノードの「通し番号」である異なる初期位相（「シード」）を有しながら、並行して（たとえば、同時に）初期化されると仮定する。さらに、各ノードが一意の通し番号（たとえば、２^ｍ−１＞Ｎ）を有すると仮定する。

現在のタイムスロット中に各ノードのｍ階ＦＳＲに格納されている２進数は、ノードの現在の優先順位番号（ＰＮ）である。次いで、各ノードは、任意の所定のタイムスロットにおいてそれぞれの近傍の通し番号に基づいてその近傍のＰＮを決定することができる。ノードｉ（たとえば、通し番号ｉを有する）は、その自身の現在のＰＮにｔ^ｊ−ｉ

を乗じることにより、ノードｊの現在のＰＮを計算することができる。例において、ｆ（Ｄ）を法とする多項式のフィールドの２つのそのような元の乗算は、ハードウェアで実行されてもよい。

したがって、ノードは、次のタイムスロットにおけるその近傍のＰＮを、その自身の通し番号、その近傍の通し番号、およびその現在のＰＮに基づいて計算することができる。しかし、移動性により、ノードの近傍のセットは時間の経過と共に変化することがあるので、優先順位情報を「リフレッシュすること」（たとえば、通し番号および／または現在のＦＳＲ値をノード間で送信すること）は、定期的に（たとえば、特定数のタイムスロットごと、など）実行されてもよい。

新しいノードをネットワークに追加するために、新しいノードは、一意の通し番号を割り振られ、その後、新しいノードが第１のノードと同期化されるまで「進めてクロック制御」される（たとえば、ネットワークまたは優先順位管理プロセスの開始以降の「クロック」の数）。「進めてクロック制御」または同期化操作は、対応する累乗までべき乗された多項式ｔとの乗算を介して実行されてもよい。

このようにして、各ノードのＰＮは、有限フィールドのすべての２^ｍ−１値を周期的に循環することができる。さらに、ＰＮ_ｎ（Ｔ）を、タイムスロットＴにおけるノードｎのＰＮとする。次いで、ノードの任意のサブセットΦについて、基数Ｃ_Φ≦Ｎ、および任意のノードｉ∈Φ、任意ｔ、およびｍを大（たとえば、ｍ＞１５）として、高い確率で以下のことが当てはまる。

ここで、

したがって、２^ｍ−１タイムスロットの完全期間にわたり、任意のノードのＰＮは、Φの任意の他のノードのＰＮよりも、約１／Ｃ_Φ倍大きくてもよい。この方法で優先順位番号を決定することで、図２の方法の実行中に公平度を高めることができることが理解されるであろう。

さらに、ノードの優先順位番号を計算するための極めて固有なプロセスは上記で説明されているが、その他の例示の実施形態はよく知られた方法で優先順位番号を計算できることが理解されよう。

制御チャネルの管理
図２の例示の方法は、制御チャネルでのメッセージングを参照して説明された。制御チャネルおよびその関連するメッセージングについて、これ以降さらに詳細に説明される。

制御チャネル
相互干渉が生じることなく同じタイムスロット中に、制御メッセージは制御チャネルで伝送することができ、データはデータチャネルで伝送することができるように、制御チャネルはペイロードチャネルに直交であると仮定する。これは、たとえば、各タイムスロットを２つの非並行時間間隔に分割するＴＤＭＡを通じて、スペクトルのさまざまなセグメントを２つのチャネルに割り当てるＦＤＭを通じて、またはさらに制御チャネルの１つのミニスロットをサポートするために異なる副搬送波が割り当てられ、各マイクロスロット（以下を参照）が副搬送波の１つで異なる時間間隔として実施されるＯＦＤＭを通じてなど、多数の既知の方法で達成することができる）。実施態様がどのようなものであれ、便宜上、ミニスロットおよびマイクロスロットについて、あたかもそれらが時間間隔であるかのように説明する。

図２の例示の方法の説明は、ノード（たとえば、ノードｊ）の非近傍がノードにおけるデータ受信を干渉できないという暗黙的な仮定を行う。「現実世界」において、この仮定は、必ずしも正しいとは言えない場合もある。たとえば、ノードｊの近傍のセットに加えて、他のノードもまたノードｊにおける受信に干渉することもできる。この種の非近傍の干渉は、制御チャネルが、ペイロードまたはデータチャネルと比較して（たとえば、データ転送速度を減少させる、最も堅固な変調方式を使用する、および／または制御チャネルの符号化速度を減少させることによって）ペイロードまたはデータチャネルよりも長い交信距離を有するように構成される場合、低減することができる。

図３に関して上記で説明されているように、制御チャネルはタイムスロットに分割されるが、これは、簡略にするため、図３に示されるようなペイロードチャネルのタイムスロットと重複すると仮定されてもよい。

例において、図３の例示の実施形態を参照すると、タイムスロットｎ−１中に、図２の方法は、制御チャネルで実行することができ、タイムスロットｎ中にペイロードチャネルでデータパケットの伝送を許可されたノードのセットを生成することができる。制御チャネルの各タイムスロットは、２Ｍ＋４（Ｍ＞０の間、またはＭ＝０の場合２）ミニスロットを含み、各ミニスロットはＪ＞Ｌ＋１マイクロスロットに分割され、ここでネットワーク内の任意のノードの２ホップの近傍（つまり、多くとも２ホップにより到達されうるノード）の最大数である。各ノードは、各ミニスロット中に伝送のため１マイクロスロットを割り当てられるが、これはその２ホップの近傍のいずれによっても共用されない。したがって、各ノードは、衝突を生じることなく、その１ホップの近傍に伝送することができる。

補助競合チャネル
制御チャネルの分散管理について、これ以降例示の実施形態に従って説明する。例において、たとえば、２ホップの近傍のセットがノードの移動性の結果変化するので、以下で説明されるマイクロスロットの割り当ては時々繰り返される。

上記で説明されているように、一部のミニスロットは、制御メッセージを宛先ノードに伝送するためにｒｅａｄｙノードによって使用されるが、残りのミニスロットは、制御メッセージをｒｅａｄｙノードに伝送するために宛先ノードによって使用される。そのような伝送間の衝突を防止するため、各ミニスロットはマイクロスロットに分解され、異なるマイクロスロットが各ノードのすべての１および２ホップの近傍に割り当てられる。この例示の実施形態において、競合チャネルは、この目的で提供される。競合チャネルは、もう１つの直交チャネルである（たとえば、他のチャネルとは異なる時間セグメント、異なる周波数など）。この競合チャネルを使用して、各ノードは、その各自のマイクロスロット、およびその１ホップの近傍によって使用されるマイクロスロットをアドバタイズする。メッセージまたはアドバタイズは、不定期に各ノードによって、タイムスロットの期間と比べると相対的に低い頻度で伝送される。ノードは、その近傍のアドバタイズを監視することによって、その１ホップおよび／または２ホップの近傍の割り当てとの競合を検出することができる。競合が検出された場合、その１または２ホップの近傍のうちの１つにまだ割り当てられていないマイクロスロットのセットから置き換えのマイクロスロットが無作為に選択されてもよい。

次に、ノードは新しい割り当てをアドバタイズする。同じ衝突がすべての関与するノードによって検出され、それらのノードは同じマイクロスロットに並行して再割り当てを試行することがあるので、１つのステップで成功が保証されるわけではない。しかし、ミニスロットあたりのマイクロスロットの数が、ネットワーク内の任意のノードの２ホップの近傍の最大数よりも十分に大きい場合、実質的に数回の試行内で成功が保証される。また、２ホップの近傍の平均数が通常、最大数よりも少ないことに留意されたい。割り当てプロセスは、小さな局所的および一時的な影響を伴ってネットワークのさまざまな部分で同時に進行している場合もある。ネットワークは徐々に変化すると仮定すると、競合チャネルは、ネットワークに使用可能な合計容量の多くの部分を占めるべきではない。

制御チャネルへのロード
上記で説明されているように、図２の反復の方法は、一連の内部ノードメッセージの交換を使用して、ネットワーク２００のノード間の伝送スケジューリングを確立する。メッセージを正しく処理するため、メッセージを受信するノードは、伝送側ノードの識別を決定する必要がある。

前述のように、ノードは、それらの指定されたマイクロスロット内の制御チャネルで伝送し、メッセージの送信側の識別は単にメッセージが受信されるマイクロスロットに基づいて行われるように、各近隣ノードが（たとえば、前述のような競合チャネルでの定期的なアドバタイズを通じて）マイクロスロットの割り当てを認識すると仮定される。

上記の仮定のもとに、Ｂｌｏｃｋメッセージは、１つの近隣ノードを識別するためのスペースと、必要なアクションを指定するためのもう１つのビットを含む。「アナウンス」メッセージは、（たとえば、送信元識別子がマイクロスロットに基づいて暗黙であるので）送信側ノードがブロックされているかどうかを指示するために単一ビットを含む。「Ｂｌｏｃｋ／Ｃｌｅａｒ」メッセージは、１つの近隣ノードおよび２ビットを識別するために十分なスペースを含む。Ｓ３２５および図６に関して上記で説明されている可能な状況を区別するために、２ビットが必要とされる。

したがって、第１のミニスロットがＪノードに十分なスペースを含み、それらの宛先ノードを識別することが理解されよう。所定のノードを識別するためにＡビットが必要とされると仮定すると、これは第１のミニスロットが少なくともＡＪビットを含むことを意味する。第２のミニスロット（Ｍ＝０）は、少なくともＪ（Ａ＋１）ビットを必要とし、Ｍ^３１は、少なくともＪＡ＋（Ａ＋１）Ｊ＋ＭＪ＋ＭＪ（Ａ＋２）＋Ｊ＋（Ａ＋１）Ｊ＝３Ｊ（Ａ＋Ｍ＋１）＋ＪＡＭビットを必要とする。例において、Ｍ＝１、Ａ＝８、Ｊ＝２０である場合、タイムスロットあたり７６０ビットが必要とされてもよい。

所定のノード（たとえば、宛先ノード）を識別するためのアドレスフィールドのスペース（たとえば、ビットの数）に関して、前述のように、通信は１ホップおよび／または２ホップの近傍に限定されるので、ネットワーク２００の各ノードの一意の識別は実際には必要ないことが理解されよう。したがって、アドレスフィールドのスペースは、「ローカルに」一意の識別のために十分であればよい。たとえば、アドレスフィールドは、ｌｏｇ_２Ｊビットを含むように構成されてもよい。この例において、アドレスフィールド内に格納されているアドレスは、（たとえば、それぞれの近隣ノードに既知である）識別されたノードを割り当てられたマイクロスロットの索引であってもよい。

さらに、制御チャネルへのロードに関連する上記のビット長の例は例示のために示されているに過ぎず、制御チャネルへの「現実世界の」データロードは、たとえば、プリアンブル、同期化などに関連する追加のビットを含むこともある。図２の方法はまた、伝搬遅延、および切り替え時間（たとえば、送信モードから受信モードへのノードの切り替え）の固定の時間間隔を考慮に入れることもできる。したがって、制御チャネルのオーバーヘッドは、現実世界のシナリオの上記で示される例の場合よりも高くてもよい。このように、事例に固有のネットワークパラメータに基づいて、より高いロードは、場合によっては、過度のオーバーヘッドを導くこともある。

例において、ノードの次数（つまり、ネットワーク内の任意のノードの近傍の最大数）は、ローカルのトポロジ制御を介して制限されてもよい。トポロジ制御は、ルーティングが試行される前に実行される予備プロセスである。トポロジ制御は、強い接続性を保持しながら、ノードの次数を減少させ、ルーティングを簡略化して、ノードのエネルギー消費を低減するために、無線パケットネットワークの設計者によって使用される。トポロジ制御は、より長い分岐を一連の短いホップと置き換えることにより、ルーティングパスからのより長い分岐を減少または短縮することができる。次いで、各ノードとの間のトラフィックの流れは、減少した近傍のセットを介してルーティングされる。それにより、２ホップの近傍の数もまた減少する。トポロジ制御はまた、各ノードがそのそれぞれのトポロジ制御プロセスを独立して実行することができるように、分散化された方法で実施されてもよい。トポロジ制御は、当技術分野においてよく知られており、簡潔にするためにこれ以上は説明されない。

もう１つの例において、制御チャネルへのロードまたはトラフィックは、複数のタイムスロットを単一の、より長いフレームにグループ化することで軽減されてもよい。次いで、図２の方法は、フレームごとに１回実行されてもよい。結合された各フレームの制御チャネルメッセージングは、より長いフレームの全体についてデータ伝送スケジューリングに関連付けられている情報を搬送することができる。各制御チャネルメッセージの情報コンテンツは、フレームあたりのタイムスロットの数に対応するが、その他のパラメータ（たとえば、同期化ビット、データがまったく伝送されない「デッド」時間間隔など）は、タイムスロットあたりの制御チャネルのロードが低下するように、必ずしも影響を受けるわけではない。しかし、この方法でフレームをグループ化することは、遅延を増大させる場合もある。

このように、本発明の例示の実施形態が説明されたが、これらの実施形態はさまざまな方法で変更を加えることができることは明らかであろう。たとえば、上記で説明された例示の実施形態は無線ネットワークを対象としているが、本発明のその他の例示の実施形態は、少なくとも一部が無線に準拠している任意の無線ネットワークを対象としてもよい。たとえば、図２に明示的に示されていないが、上記で説明されている例示の無線ネットワーク２００の任意のノードはさらに、インターネットソース、電気通信ソースなどに接続されてもよい。

そのような変形は、本発明の例示の実施形態の精神および範囲からの逸脱と見なすべきではなく、そのようなすべての変更は、当業者に明らかであるように、本発明の範囲に含まれることが意図されている。

Claims (10)

1. 無線ネットワークにおいて伝送を管理する方法であって、
   前記無線ネットワーク内の各ｒｅａｄｙノードによる伝送許可要求を送信するステップ（Ｓ３０５）を含み、各ｒｅａｄｙノードは伝送する準備ができた前記無線ネットワークのノードであり、各要求は宛先である前記ネットワーク内のノードを識別し、各要求は制御チャネル上で送信され、前記方法はさらに、
   各宛先ノードが前記宛先ノードに隣接する前記ｒｅａｄｙノードのそれぞれの伝送優先順位に基づいてブロックメッセージを隣接ノードに選択的に送信するように、各宛先ノードにおいてブロック操作を実行するステップ（Ｓ３１０）を含み、前記ブロックメッセージは伝送しないように前記隣接ノードに指示し、前記方法はさらに、
   前記ｒｅａｄｙノードの伝送状態をアナウンスするために各ｒｅａｄｙノードにおいてアナウンス操作を実行するステップ（Ｓ３２０）（Ｓ３３５）を含み、前記伝送状態は伝送不可状態および伝送可状態のうちの１つであり、前記伝送不可状態は少なくとも１つの未許可ブロックメッセージが前記ｒｅａｄｙノードによって受信されている状態であり、前記伝送可状態は未許可ブロックメッセージが前記ｒｅａｄｙノードにおいて受信されていない状態であり、前記方法はさらに、
   各宛先ノートが各隣接ノードの伝送状態に基づいてブロックメッセージおよびクリアメッセージを選択的に隣接ノードに送信するように、ブロック／クリア操作を各宛先ノードにおいて実行するステップ（Ｓ３２５）を含み、前記クリアメッセージは前記宛先ノードによって以前送信された任意のブロックメッセージをクリアし、前記方法はさらに、
   前記アナウンスおよびブロック／クリア操作を複数の反復にわたって繰り返すステップと、
   伝送可状態のｒｅａｄｙノードからペイロードチャネルを介して伝送を送信するステップとを含む方法。
2. 各宛先ノードにおける前記ブロック操作は、
   前記宛先ノードに隣接する各ｒｅａｄｙノードの優先順位番号を決定するステップと、
   前記宛先ノードもまたｒｅａｄｙノードである場合、前記宛先ノードの優先順位番号を決定するステップと、
   前記決定された優先順位番号に基づいてブロックされるべきノードを決定するステップと、
   ブロックされるよう決定されたノードの各々にブロックメッセージを送信するステップとを含む請求項１に記載の方法。
3. ブロックされるべきノードを決定する前記ステップは、各宛先ノードについて、
   前記宛先ノードがｒｅａｄｙノードである場合、前記宛先ノードに隣接するｒｅａｄｙノードおよび前記宛先ノードを含むセットから最高の優先順位番号を持つｒｅａｄｙノードを決定するステップと、
   前記宛先ノードが前記セットの間で最高の優先順位番号を有すると決定される場合、前記宛先ノードへの伝送許可を要求する前記ｒｅａｄｙノードをブロックするよう決定するステップと、
   前記セットの間で最高の優先順位番号を有すると決定された前記ｒｅａｄｙノードが前記宛先ノード以外のノードへの伝送許可を要求した場合、前記宛先ノードへの伝送許可を要求した前記宛先ノードに隣接する前記ｒｅａｄｙノードをブロックするよう決定するステップと、
   前記セットの間で最高の優先順位番号を有すると決定された前記ｒｅａｄｙノードが前記宛先ノードへの伝送許可を要求した場合、このノードを除いて、前記宛先ノードに隣接する前記ｒｅａｄｙノードをブロックするよう決定するステップとを含む請求項２に記載の方法。
4. 各ｒｅａｄｙノードにおける前記アナウンス操作は、
   前記ｒｅａｄｙノードが少なくとも１つの未許可ブロックメッセージを受信している場合、前記ｒｅａｄｙノードが前記送信不可状態にあることを指示するアナウンスメッセージを送信するステップと、
   前記ｒｅａｄｙノードが少なくとも１つの未許可ブロックメッセージを受信していない場合、前記ｒｅａｄｙノードが前記送信可状態にあることを指示するアナウンスメッセージを送信するステップとを含む請求項１に記載の方法。
5. 前記ブロック／クリア操作は、各隣接ノードの前記伝送状態および各隣接ノードの前記伝送優先順位に基づいてブロックメッセージまたはクリアメッセージを隣接ノードに選択的に送信するように、各宛先ノードにおいて実行される請求項１に記載の方法。
6. 実行される前記ブロック／クリア操作は、各宛先ノードについて、
   前記宛先ノードに隣接する各ｒｅａｄｙノードの優先順位番号を決定するステップと、
   前記宛先ノードもまたｒｅａｄｙノードである場合、前記宛先ノードの優先順位番号を決定するステップと、
   前記宛先ノードがｒｅａｄｙノードである場合、前記宛先ノードに隣接するｒｅａｄｙノードおよび前記宛先ノードを含むセットから最高の優先順位番号を持つｒｅａｄｙノードを決定するステップと、
   前記宛先ノードが前記セットの間で最高の優先順位番号を有すると決定される場合、前記宛先ノードへの伝送許可を要求する前記ｒｅａｄｙノードをブロックするよう決定するステップと、
   前記セットの間で最高の優先順位番号を有すると決定された前記ｒｅａｄｙノードが前記宛先ノード以外のノードへの伝送許可を要求した場合、前記宛先ノードへの伝送許可を要求した前記宛先ノードに隣接する前記ｒｅａｄｙノードをブロックするよう決定するステップと、
   前記セットの間で最高の優先順位番号を有すると決定された前記ｒｅａｄｙノードが前記宛先ノードへの伝送許可を要求した場合、このノードを除いて、前記宛先ノードに隣接する前記ｒｅａｄｙノードをブロックするよう決定するステップと、
   前記宛先ノードに隣接するノードが伝送可状態にはなく、最高の優先順位番号を持つ前記ｒｅａｄｙノードが前記宛先ノード以外のノードへの伝送許可を要求した場合、前記宛先ノード以外のノードへの伝送許可を要求した前記宛先ノードに隣接する前記ｒｅａｄｙノードをクリアするよう決定するステップと、
   前記宛先ノードに隣接するノードが伝送可状態にはなく、識別された隣接ノードが前記宛先ノードへの伝送許可を要求する場合、前記宛先ノードに隣接する前記識別されたノードをクリアするよう決定するステップとを含み、前記識別された隣接ノードは最高の優先順位番号を持つ前記宛先ノードに隣接するノードである、請求項１に記載の方法。
7. 前記ペイロードチャネルで伝送を受信する各宛先ノードから、前記ペイロードチャネルを介して確認応答を送信するステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
8. 前記宛先ノードの優先順位番号を決定する前記ステップは、前記宛先ノードの通し番号に基づいて前記優先順位番号を決定する請求項２に記載の方法。
9. 各ｒｅａｄｙノードの優先順位番号を決定する前記ステップは、各ｒｅａｄｙノードにおいてフィードバックシフトレジスタを使用して各ｒｅａｄｙノードの異なる優先順位番号を生成する請求項２に記載の方法。
10. 前記フィードバックシフトレジスタは前記タイムスロット速度でクロック制御される請求項９に記載の方法。

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