JP2012054993A - メッシュネットワーク内のスペクトル使用効率を増大させるための方法と装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メッシュネットワーク内のスペクトル使用効率を増大させるための方法と装置を提供する。
【解決手段】メッシュネットワークアクセスポイント（ＡＰ）は地理的な地域上に展開される。ＡＰは他の搬送波のための通信チャネルをモニタし、それに応じて送信する。ＡＰは他の搬送波が感知されると、もしメッシュネットワークの効率が改善されれば、選択的に共同送信する。ＡＰは監視搬送波対干渉波比に基づいて送信レートを選択する。ＡＰは搬送波対干渉波比およびスペクトル効率を増加させるために指向性アンテナを使用する。ＡＰ送信スケジュールが適用可能であり、そして監視搬送波対干渉波測定値に従って調節される。
【選択図】図１０

Description

優先権の主張

本特許出願は２００６年３月３日提出の仮出願番号第６０／７７８，７４７号への優先権を主張し、そしてそれに関しておよびそれによって譲受人に譲渡され、引用によってこの中に明確に組み込まれる。

この開示はメッシュネットワーク（mesh network）に関する。より詳しくは、この開示はメッシュネットワークを通してデータフローを管理するための方法および装置に関する。

近年、高速データサービスへの広範囲に亘るアクセスのための需要に増加があった。電気通信産業は種々様々な無線製品およびサービスを提供することによって需要の増加に対応した。これらの製品およびサービスを相互運用可能にするための努力において、電気および電子技術者協会（ＩＥＥＥ）は１組の無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）標準、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１を公布した。これらの標準に従う製品およびサービスはしばしば無線ポイント内でマルチポイント構成にネットワーク化される。１つの構成では、個々の無線装置（例えば、局）は、使用可能な帯域幅を共有する無線装置の各々と共に、インターネットアクセスポイントと直接通信できる。

もっと効率的で弾力のあるネットワークはメッシュネットワークの使用により実現されることができる。メッシュネットワークは複数の無線メッシュポイントを有する分布ネットワークである。メッシュネットワーク内の各メッシュポイントはトラフィックストリーム（ＴＳ）を受信して、このＴＳを次のメッシュポイントに中継することができるレピータとして動作できる。ＴＳはメッシュポイントからメッシュポイントにホッピングすることによって生起メッシュポイントから受端メッシュポイントに進むことができる。ＴＳルーチングアルゴリズムはＴＳが彼らの生起メッシュポイントから彼らの受端メッシュポイントに効率よく送られる。ＴＳルーチングアルゴリズムはこのメッシュネットワーク内の変化に動的に順応することができ、そしてこのメッシュネットワークをより効率的で弾力的にすることができる。例えば、メッシュポイントがＴＳを処理するのに忙し過ぎるかあるいはメッシュポイントがこのメッシュネットワークから消滅した事象では、ＴＳルーチングアルゴリズムはこのＴＳをこのメッシュネットワーク内の他のメッシュポイントを通して受端メッシュポイントに送ることができる。

メッシュネットワークはしばしば種々の動作特性を有する１階層のメッシュポイントを含むことができる。あるメッシュネットワーク構造では、クライアントはこの階層の底にあるメッシュポイントである。クライアントはラップトップコンピュータまたはパーソナルディジタルアシスタントのような個々の無線装置である。アクセスポイント（ＡＰ）はこのメッシュネットワークのための無線骨格を形成しているクライアントより上の層にあるメッシュポイントである。あるＡＰは有線であり、そしてそれらはこのメッシュネットワークと他のネットワークとの間のブリッジを形成するのでゲートウェイと呼ばれる。他のＡＰは無線であってもよく、そしてそれらはクライアントとゲートウェイとの間のＴＳを送ることができるのでルータと呼ばれる。

現在、メッシュネットワークを通してＴＳを送るための通常受け入れられる標準はない。無線メッシュネットワークのための標準を作り出すことおよび無線メッシュネットワークを通したダイナミックルーチングはＩＥＥＥ８０２．１１ワーキンググループの目的の１つである。１標準は、この標準に従う無線装置およびサービスが相互運用可能であることを保証する。８０２．１１または他の標準に従う無線装置およびサービスの大規模な生産はメッシュネットワークの使用および展開を増加させることを約束する。

無定形のそして小さい地理的な地域内に分布された通信装置の展開は、特に大きいトラフィック負荷を運ぶＡＰのようなメッシュポイントのために、使用可能なスペクトルの効率的な使用を必要とする。メッシュネットワーク内で使用可能なスペクトルの生産的な使用を増加させる装置および方法が望ましいことはこの分野の技術者によって認められた。

メッシュネットワーク内の通信チャネルの使用を管理することに関する方法は１つまたはそれ以上の搬送波のための通信チャネルをモニタすること、１つまたはそれ以上の搬送波のための信号強度を測定することおよびもし信号強度が条件に合えばデータを送信することを含む。無線アクセスポイント間のアクセスポイント通信を動的にスケジューリングすることに関する方法は第１のアクセスポイントで使用可能なチャネル上の干渉条件を決定することおよびもしこの干渉条件が条件に合えば第２のアクセスポイントに送信するように第１のアクセスポイントをスケジューリングすることを含む。

メッシュネットワークは地理的な地域上に分布されたゲートウェイおよびルータを含む複数のネットワークアクセスポイント（ＡＰ）を有する。ゲートウェイは有線ＡＰであってもよい。ルータはクライアント（例えば、無線装置）とゲートウェイとの間でＴＳを送る無線ＡＰであってもよい。ＡＰは、いつ、および送信すべきかどうかを決定するために彼らの地域における通信チャネルの状態を動的に判断することができる。ＡＰは他のＡＰから送信された搬送波の受信強度を彼らの位置で感知することができる。各ＡＰは監視搬送波の各々との共同送信の効果を推定することができる。もし共同送信がメッシュネットワークのスペクトル効率を増加させるならば、このＡＰは送信することができる。ＡＰはまた搬送波対干渉波比を推定し、それによって彼らの伝送速度を調節することもできる。ＡＰはまた指向性アンテナを使用して彼らのデータリンクをセクター化することもできる。ＡＰはまたメッシュネットワーク環境内で変更することもできる。

１実施形態による例示的なメッシュネットワークを示す図。 １実施形態による図１の例示的なメッシュネットワークを通したＴＳフローの例示的な地形を示す図。 １実施形態によるキャリアセンス多元接続（ＣＳＭＡ）に従うメッシュネットワーク内のＴＳフロー対を示す図。 １実施形態によるソフトＣＳＭＡに従うメッシュネットワーク内の共同送信ＴＳフロー対を示す図。 １実施形態による同期伝送がゲートウェイとルータとの間で発生しうるＴＳフロー対を示すブロック図。 １実施形態によるメッシュネットワークの一部分内のＴＳフロー対間の他局間干渉を示す図。 １実施形態によるメッシュネットワークの一部分内のアンテナセクタリングを示す図。 １実施形態による直交周波数分割多元アクセス（ＯＦＤＭＡ）を使用しているメッシュネットワークからの一群を示す図。 １実施形態によるメッシュネットワークの効率を改善するためのスペクトル再利用の方法を示す図。 １実施形態によるメッシュネットワークの効率を改善するためのアンテナセクタリングの方法を示す図。 １実施形態によるメッシュネットワークのスペクトル効率を下げるために周波数再利用を増加させるためのＯＦＤＭＡの方法を示す図。 １実施形態によるメッシュネットワーク内の通信チャネルの使用を管理することに関する装置のための例示的なコンポーネントおよび装置のための手段を示す図。

この開示の特徴、対象および長所は図面とともに採用された時に下に述べる詳細説明からさらに明白になるであろう。

この開示のいろいろな特徴の実施形態を実施する方法およびシステムがここで図面を参照して記述されるであろう。図面および関連する説明はこの開示の実施形態を図示するようにそしてこの開示の範囲を限定しないように提供される。明細書における“１つの実施形態”または“１実施形態”の引用は、この実施形態に関して記述された特定の特徴、構造、または特性がこの開示の少なくとも１実施形態内に含まれることを示すことを意図する。明細書内のいろいろな箇所におけるフレーズ“１つの実施形態では”または“１実施形態”の出現は必ずしも同じ実施形態をすべて引用することではない。図面の全体を通して、参照番号は参照素子間の一致を示すために再使用される。さらに、各参照番号の第１数字はその素子が最初に現われる図を示す。

図１は１実施形態による例示的なメッシュネットワーク１００を示す図である。１つの実施形態では、メッシュネットワーク１００は１２ゲートウェイ１０２（円内ドットによって表示）および７６ルータ１０４（ドットによって表示）を有する。代表的な部分１０６は３ゲートウェイ１０２および１８ルータ１０４を含む。

ゲートウェイ１０２は有線アクセスポイント（ＡＰ）であってもよい。ゲートウェイ１０２はメッシュネットワークと他のネットワークとの間のブリッジを形成することができる。例えば、１つまたはそれ以上のゲートウェイ１０２はインターネットに有線接続されることができ、このようにメッシュネットワーク１００をインターネットに橋絡する。ルータ１０４はゲートウェイ１０２および他のルータ１０４と通信する無線ＡＰであってもよい。ＡＰはメッシュネットワーク１００内の通信フローのための骨格と類似の構造を提供できる。ＡＰは、ラップトップコンピュータ、移動電話機、およびパーソナルディジタルアシスタントのような、クライアント（図示せず）と通信できる。ＡＰは１つまたはそれ以上の通信チャネルにより他のＡＰと通信できる。ＡＰはまた１つまたはそれ以上の通信チャネルによりクライアントとも通信できる。

クライアントに結ばれたＴＳはゲートウェイ１０２を通してメッシュネットワーク１００に入ることができる。クライアントからのＴＳはゲートウェイ１０２を通してメッシュネットワーク１００を出発することができる。ゲートウェイ１０２の１つに近いクライアントはゲートウェイ１０２の１つに直接無線リンクを設けることができる。ゲートウェイ１０２の１つの領域外のクライアントは１つまたはそれ以上のルータ１０４によりゲートウェイ１０２に間接無線リンクを設けることができる。

図１のメッシュネットワーク１００はセルラ構成として示される。各ゲートウェイ１０２は一群を形成している６ルータ１０４によって囲まれてもよい。このセルラ構成は一例として示される。任意のメッシュネットワークのトポロジーは大いに地形によるかもしれない。例えば、大学構内に展開されたメッシュネットワークは擬似ランダムと思われるトポロジーを有するかもしれない。ゲートウェイ１０２は屋上に搭載されたアンテナと接続されたインターネット配線ビル内に配置されたコンピュータであってもよい。ルータ１０４は便利な電源を供給している街灯柱と同じ場所に配置されてもよい。このトポロジーは大学にそのインターネットカバレッジをインターネット配線ビルから離れた大学構内の地域に安く拡大させることができる。このトポロジーは不規則なセル形態およびサイズという結果になるが、この原理および検討されたアイディアはこの中に適用される。

図２は１実施形態による図１の例示的なメッシュネットワークを通したＴＳフローの例示的な地形を示す図である。特に、図２はメッシュネットワーク１００のゲートウェイ１０２とルータ１０４との間でネゴシエートされた例示的なＴＳ特権を示す。ルータ１０４の大部分は最も近いゲートウェイ１０２とネゴシエートされた直接無線リンクを有してもよい。しかしながら、いくつかのルータ１０４はもう１つのルータを介してゲートウェイ１０２に間接無線リンク２０４をネゴシエートしたかもしれない。間接リンク２０４については、ＴＳは１つのルータからもう１つのルータにホップすることができる。間接リンク２０４は多くの理由で下記を含んで設けられることができる：シャドーイング、ゲートウェイ１０２との直接リンクの設立を防ぐこと；それがほとんど能力いっぱいで動作しているのでゲートウェイ１０２はルータ１０４へのアクセスを拒否すること；および最も近いゲートウェイ１０２の近傍における多すぎるＴＳトラフィック。

ゲートウェイ１０２とルータ１０４との間の直接リンク２０２および間接リンク２０４はメッシュネットワーク１００を弾力的にして、順応可能にさせる。ゲートウェイ１０２を直接にアクセスできないルータ１０４は、他のルータを介してゲートウェイ１０２にＴＳを順方向転送することができる。ルータ１０４はまた他のルータを介してゲートウェイ１０２から順方向転送されたＴＳを受信することもできる。ＴＳは動作できないまたは使用中のゲートウェイ１０２およびルータ１０４を巡って送られることができる。各ゲートウェイ１０２およびルータ１０４はまたそれの無線リンクおよびこれらのリンクのデータレートをネゴシエートすることもできる。各ゲートウェイ１０２およびルータ１０４は負荷を平均させようと試み、不完全なトポロジーに順応し、または対数正規シャドーイングに順応することができる。各ゲートウェイ１０２およびルータ１０４はそれがそのデータリンクを適切に管理することができるように搬送波対干渉波比を推定または測定できる。

図３は１実施形態によるＣＳＭＡに従うメッシュネットワーク１００内のＴＳフロー対３０１を示す図である。この実施形態では、ゲートウェイ１０２およびルータ１０４は他のゲートウェイおよびルータの搬送波のための通信チャネルをモニタする。もし搬送波が感知されれば、ゲートウェイ１０２およびルータ１０４はＴＳを送信することを無効にする。この方法では、他局間干渉は最小化される。例えば、もしゲートウェイ３０２がルータ３０４に送信中であれば、その後ゲートウェイ３０２の搬送波はルータ３０６，３０８，３１０，３１２，３１４，３１６および３１８によって感知されることができる。これらのルータはゲートウェイ３０２の搬送波がもはや感知されなくなるまで送信できない。

多くのファクタは送信の間中どのルータがゲートウェイの搬送波を感知するかに影響を及ぼすことができる。これらのファクタはゲートウェイ３０２の送信電力、対数正規シャドーイング、環境条件、等を含んでもよい。ゲートウェイ３０２の搬送波は非近傍のルータ３１６および３１８と同様に近傍のルータ３０６，３０８，３１０，３１２および３１４で感知されることができる。ある実施形態では、ゲートウェイ３０２の搬送波は他のゲートウェイによって感知されることができる。

７つのＴＳフロー対３０１（例えば、ゲートウェイ３０２およびルータ３０４）が図３に示される。ゲートウェイまたはルータは送信の前にもう１つの搬送波を感知できないのでＴＳフロー対３０１は数が制限される。しかしながら、相対的に少量のリンクツーリンク他局間干渉がありそうなのでこのネットワークのリンクは相対的に効率がよい。

図４は１実施形態によるソフトＣＳＭＡに従うメッシュネットワーク内の共同送信ＴＳフロー対４０２を示す図である。ゲートウェイ１０２およびルータ１０４は他のゲートウェイおよびルータのための通信チャネルをモニタする。もし搬送波が感知されれば、ゲートウェイまたはルータは、もしゲートウェイまたはルータがチャネル上に共同送信すればメッシュネットワーク１００のスペクトル効率が改善されることができるかどうかを評価する。例えば、ゲートウェイ４０４はルータ４０６と共に１リンクを持つことができる。ゲートウェイ４０８はゲートウェイ４０４の搬送波を感知できるかもしれない。しかしながら、ゲートウェイ４０４の搬送波はゲートウェイ４０８でかなりよく減衰されるかもしれない。ゲートウェイ４０８はゲートウェイ４０４の信号強度を判断し、そしてルータ４１０と共に１リンクを設けることを決定することができる。

設けられたリンクはいくらかの他局間干渉を持つかもしれず、そして干渉無しであるほど強くないかもしれない。ゲートウェイ４０８はまたルータ４１０へのそれのデータレートを他局間干渉によるルータ４１０での予測信号対雑音電力比におけるいくらかの減少を補償するように調節することもできる。同様に、ゲートウェイ４０２はルータ４０４へのそれのデータレートをその信号対雑音電力比におけるいくらかの減少を補償するように調節することができる。

いくらかの他局間干渉を許すことによって、それぞれ個々のフロー対の処理能力は減少される。しかしながら、メッシュネットワーク内のフロー対の数は増加されるかもしれない。この実施形態では、メッシュネットワークによって保持されたフロー対の数は１２である。このように、この実施形態では、個々のリンク効率は減少されるが、しかし総計のメッシュ処理能力は増加される。メッシュネットワークにより運ばれた情報量は次式に比例することが示されることができる。

Ｎｌｏｇ₂（１＋γ）
ここで、Ｎ＝リンク数；および
γ＝平均搬送波対干渉波比
ゲートウェイおよびルータのおのおのは監視された感知搬送波電力のテーブルを維持できる。ゲートウェイおよびルータは共同送信がメッシュ効率を増加させるか減少させるであろうかの決定をすることができる。もしも共同送信がメッシュ効率を増加させれば、彼らは送信できる。ゲートウェイおよびルータはその後ＴＳフロー対４０２の各々の個々のデータレートを最適化するために推定または測定された他局間干渉に基づいて彼らのデータレートを調節することができる。

図５は１実施形態による同期伝送がゲートウェイ１０２とルータ１０４との間で発生しうるＴＳフロー対５０２を示す図である。ゲートウェイ１０２からルータ１０４への伝送はゲートウェイ１０２からルータ１０４への相対方位に基づいて調節されることができる。説明図は全ＴＳフロー対がゲートウェイ１０２の北北東にあるルータ１０４を有することを示す。

ＴＳフロー対５０２は時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）スキームにより同期化されてもよい。例えば、第１のタイムスロットは北北東への相対方位を有するルータ１０４に送信しているゲートウェイ１０２に割り当てられてもよい。第２のタイムスロットは東への相対方位を有するルータ１０４に送信しているゲートウェイ１０２に割り当てられてもよい。第３のタイムスロットは南南東内のルータ１０４に送信しているゲートウェイ１０２に割り当てられてもよい。第４のタイムスロットは南南西内のルータ１０４に送信しているゲートウェイ１０２に割り当てられてもよい。第５のタイムスロットは西内のルータ１０４に送信しているゲートウェイ１０２に割り当てられてもよい。第６のタイムスロットは北北西内のルータ１０４に送信しているゲートウェイ１０２に割り当てられてもよい。

図６は１実施形態によるメッシュネットワーク１００の一部分内のＴＳフロー対間の他局間干渉を示す図である。上で検討されたように、もし他局間干渉が黙認されれば、メッシュネットワーク１００の効率は改善されることができる。ゲートウェイ６０２はルータ６０４とリンクを設けた。このリンクからの無線周波数エネルギーのいくつかはゲートウェイ６０６およびルータ６０８の両者によって感知されることができる。もし感知された搬送波強度が十分に低ければ、ゲートウェイ６０６はメッシュネットワーク１００の総効率を改善するルータ６０８とリンクを設けることができる。

説明図上では、もしわれわれが図６内に示された２リンクはメッシュネットワーク１００内の唯一のリンクであると仮定すれば、メッシュ処理能力容量における改善は以下の式：Ｎｌｏｇ₂（１＋γ）、ここでＮ＝リンク数、そしてガンマは各リンク（全リンクについて等しいと仮定する）について達成されたＳＮＲである、を使用して推定されることができる。例えば、もしゲートウェイ６０２およびルータ６０４（例えば、２装置のみがメッシュネットワーク内でイネーブル）の間のリンクのＳＮＲが２０ｄＢであれば、シングルリンクのスペクトル効率は他局間干渉無しにＮｌｏｇ₂（１＋γ）＝１ｌｏｇ₂（１＋１００）＝６．６５ｂｐｓ／Ｈｚである。もしゲートウェイ６０２と６０６とが共同送信中であり、そして各リンク上で監視されたＳＮＲが相互他局間干渉のため１７ｄＢであれば、シングルリンクのスペクトル効率はＮｌｏｇ₂（１＋γ）＝１ｌｏｇ₂（１＋５０）＝５．６７ｂｐｓ／Ｈｚである。しかしながら、われわれは群１０６内の２リンクをイネーブルにしたので、スペクトル効率は２リンクが伝送中であるため１１．３５ｂｐｓ／Ｈｓに増加した。このように、この実施形態では、情報処理能力がほとんど２倍になるので、２重リンクを設けて他局間干渉を黙認することには慎重になるであろう。他局間干渉の結果として個々のリンク効率において１５％だけの減少にもかかわらず処理能力効率はほとんど２倍になる。

もしいくつかのゲートウェイおよび／またはルータが雑音消去を使用すればメッシュネットワーク１００の処理能力も改善されることができる。多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）空間チャネルはいくつかのゲートウェイおよびルータ上で使用されることができる。ＭＩＭＯはマルチ素子アンテナの使用により実現されることができる。例えば、マルチ素子アンテナは４×４，４×２または２×２グリッドのアンテナ素子が特徴になりうる。ゲートウェイまたはルータは指向性アンテナビームを生成するアンテナ素子に結びつけられた信号に位相遅延を導入することができる。指向性アンテナビームは特定のゲートウェイ、ルータまたはセクターに対してビームを集束させるためにこのゲートウェイまたはルータに適用されることができる。ゲートウェイまたはルータはまたこのゲートウェイまたはルータに興味がある複数エリア上でビームを集束させる２つまたはそれ以上の指向性ビームを生成するように位相遅延を導入することもできる。

アンテナの素子のいくつかはまた干渉消去のためにも使用されることができる。干渉消去は他局間干渉を減少させるために特に効果的でありうる。例えば、ゲートウェイ６０２はルータ６０８からの大きい搬送波を感知できる。もしゲートウェイ６０２がＭＩＭＯアンテナを有するならば、それは到着信号およびルータ６０８の方向から到着している消去信号を比較するためにそのアンテナの２つまたはそれ以上の素子を使用することができ、他局間干渉源としてのルータ６０８を減少または除去させる。干渉消去はアンテナナルステアリングと実質的に類似している。

図７は１実施形態によるメッシュネットワーク１００の一部分内のアンテナセクタリングを示す図である。ゲートウェイおよび／またはルータは搬送波対干渉波比を改善するために扇形分割アンテナを使用する。この搬送波信号強度はアンテナ利得により増加されることができ、そして他局間干渉は共同送信ゲートウェイおよびルータからの干渉を減らすことによって減少されることができる。例えば、ゲートウェイ７０２は扇形分割アンテナ能力と同様に両方の全方向性アンテナ能力を有してもよい。ゲートウェイ７０２は、それが送信要求（ＲＴＳ）メッセージを感知するまでそれの全方向性アンテナを使用している通信チャネルをモニタできる。ゲートウェイ７０２はＲＴＳを送ったルータ、例えば、ルータ７０４とのリンクを設けるためにそれの扇形分割アンテナ能力を使用してもよい。ルータ７０４はまた予測搬送波対干渉波比（expected carrier-to-interference ratio）をさらに増加させる扇形分割アンテナ能力を使用してもよい。

各アンテナセクターは全方向性アンテナ上でほとんど１０ｄＢのアンテナ利得を提供する１２０度であってもよい。各アンテナセクターはまたいっそう大きい利得とより少ない他局間干渉とを提供するためにより小型であってもよい。アンテナセクタリングは、例えば、第１のセクターは０〜１２０度の相対方位を有することができ、第２のセクターは１２１〜２４０度の相対方位を有することができ、そして第３のセクターは２４１〜３５９度の相対方位を有することができるメッシュネットワークセクタリングスキームに従ってもよい。あるいは、セクタスキームは送信および受信スペースを独立してセクタリングする各ゲートウェイおよびルータと共にその場限りであってもよい。

図８は１実施形態による直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）を使用しているメッシュネットワークからの一群を示す図である。この実施形態では、ゲートウェイおよび／またはルータは搬送波対干渉波比を改善するためにＯＦＤＭＡを使用する。ＯＦＤＭＡを使用して、ゲートウェイ８０２のようなゲートウェイは周波数帯８０１（例えば、最小周波数８０３と最大周波数８０５との間）で送信することができる。しかしながら、ルータはこの周波数帯の異なるトーンに中心を置かれたより小さい帯域で送信する。例えば、ルータ８０４は第１の周波数トーンｆ₁ ８０６を中心とする第１の周波数帯上に送信することができ、ルータ８０８は第２の周波数トーンｆ₂ ８１０を中心とする第２の周波数帯上に送信することができ、ルータ８１２は第３の周波数トーンｆ₃ ８１４を中心とする第３の周波数帯上に送信することができ、ルータ８１６は第４の周波数トーンｆ₄ ８１８を中心とする第４の周波数帯上に送信することができ、ルータ８２０は第５の周波数トーンｆ₅ ８２２を中心とする第５の周波数帯上に送信することができ、そしてルータ８２４は第６の周波数トーンｆ₆ ８２６を中心とする第６の周波数帯上に送信することができる。

図９は１実施形態によるメッシュネットワークの効率を改善するためのスペクトル再利用の方法を示すフロー図である。ゲートウェイまたはルータは搬送波のための通信チャネルをモニタする（９０２）。もし搬送波が感知されれば、ゲートウェイまたはルータは監視搬送波強度を蓄積する（９０４）。ゲートウェイまたはルータはその後送信しきい値を決定する（９０６）。送信しきい値は監視搬送波強度に基づいている。送信しきい値はゲートウェイまたはルータからの送信がメッシュネットワーク１００のスペクトル効率を増加させるであろう統計的な期待値に基づいた値であってもよい。この期待値は上で説明されたようなレート式Ｎｌｏｇ₂（１＋γ）を使用して計算されることができる。ゲートウェイまたはルータは感知搬送波強度をしきい値と比較することができる（９０８）。もし搬送波強度がしきい値以上であれば、この時のゲートウェイまたはルータからの共同送信はスペクトル効率を減少させる結果となるであろうこと、およびゲートウェイまたはルータは活動しないままであろうことを示す。もし搬送波が感知しきい値未満ならば、たとえメッシュネットワーク効率が増加するであろう時からいくらかの他局間干渉があるであろうとしても、ゲートウェイまたはルータは送信するであろう（９１０）。

図１０は１実施形態によるメッシュネットワークの効率を改善するためのアンテナセクタリングの方法を示すフロー図である。ゲートウェイまたはルータは送信要求メッセージのための通信チャネルをモニタする（１０１０）。送信要求メッセージが監視される時には（１０２０）、ゲートウェイまたはルータは送信器への方位を計算する（１０３０）。ゲートウェイまたはルータはアンテナビームをこの方位を含むセクターに向かって集束する（１０４０）。セクターは全メッシュネットワークについて同じものであってもよく、あるいはそれらは個々のルータまたはメッシュネットワークに固有であってもよい。ゲートウェイまたはルータはリンクをモニタする。もしリンクがもはや設定されなければ（１０５０）、ゲートウェイまたはルータはこの通信チャネルをモニタし始める（１０１０）。

図１１は１実施形態によるメッシュネットワークのスペクトル効率を下げるために周波数再利用を増加させるためのＯＦＤＭＡの方法を示す図である。ゲートウェイは送信周波数チャネルを複数の周波数に分割する（１１１０）。固有の周波数は地域内の各ルータに割り当てられる（１１２０）。ルータはトーンの各々の上に中心配置されたデータリンクを設ける。ゲートウェイはトーンの各々の上で変調されたルータからのデータを受信する（１１３０）。

図１２は１実施形態によるメッシュネットワーク内の通信チャネルの使用を管理することに関する装置のための例示的なコンポーネントおよび装置のための手段を示す図である。装置は１つまたはそれ以上の搬送波のための通信チャネルをモニタするためのモジュール１２１０、１つまたはそれ以上の搬送波の各々について信号強度を測定するためのモジュール１２２０、およびもし信号強度が条件に合うならばデータを送信するためのモジュール１２３０を含んでもよい。

この分野の技術者はこの中に開示された実施形態に関して記述されたいろいろな実例となる論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムが電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両者の組合せとして実施されうることを認識するであろう。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を説明するために、いろいろな実例となるコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムは一般にそれらの機能性の表現で上述された。そのような機能性がハードウェアまたはソフトウェアとして実施されるかどうかはシステム全体に課された特定のアプリケーションおよび設計の制約による。熟練技師は各特定のアプリケーションについて異なる方法で記述された機能性を実施できるが、しかしそのような実施の決定が本開示の範囲からの逸脱をひきおこすと理解されてはならない。

この中に開示された実施形態に関して記述されたいろいろな実例となる論理ブロック、モジュールおよび回路は、汎用処理装置、ディジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理装置、ディスクリートゲートまたはトランジスタ論理、ディスクリートハードウェアコンポーネント、あるいはこの中に記述された機能を実行するように設計されたそれの任意の組合せで実施または実行されることができる。汎用処理装置はマイクロ処理装置であってもよいが、しかし代替案では、処理装置は任意の従前の処理装置、処理装置、マイクロ処理装置、またはステートマシンであってもよい。処理装置はまた計算装置の組合せ、例えば、ＤＳＰとマイクロ処理装置との組合せ、複数のマイクロ処理装置、ＤＳＰコアまたは任意の他のそのような構成とともに１つまたはそれ以上のマイクロ処理装置、として実施されることもできる。

この中に開示された実施形態に関して記述された装置、方法またはアルゴリズムはハードウェア、ソフトウェア、またはそれの組合せで直接具体化されることができる。ソフトウェアでは方法またはアルゴリズムは処理装置によって実行されうる１つまたはそれ以上の命令内で実施されることができる。この命令はＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、着脱可能型ディスク、ＣＤＲＯＭ、あるいはこの分野では既知の任意の他の形式の蓄積媒体内に存在することができる。例示的な蓄積媒体は、この蓄積媒体から情報を読み取り、そしてそれに書き込むことができる処理装置のような処理装置に連結される。代替案では、蓄積媒体は処理装置に一体化されてもよい。処理装置と蓄積媒体とはＡＳＩＣ内に存在してもよい。ＡＳＩＣはユーザ端末内に存在してもよい。代替案では、処理装置および蓄積媒体はディスクリートコンポーネントとしてユーザ端末内に存在してもよい。

開示された実施形態の前の説明はこの分野の任意の技術者が本開示を製作または使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態へのいろいろな変更はこの分野の技術者にはたやすく明白であるだろうし、そしてこの中に定義された包括的な原理はこの開示の精神または範囲から逸脱することに無しに他の実施形態に適用されてもよい。従って、本開示はこの中に示された実施形態に限定されるつもりはなく、しかしこの中に開示された原理および新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲が許容されるべきである。

この開示はそれの精神または本質的な特性から逸脱すること無しに他の特定の形式で実施されることができる。記述された実施形態はすべての点において実例としてのみ、そして限定的ではないと考えられるべきであり、したがって、この開示の範囲は前述の明細書によるよりはむしろ添付のクレームによって示される。このクレームの同等物の意味および範囲内で起こるすべての変更はそれらの範囲内に含まれるべきである。

Claims (29)

1. メッシュネットワーク内の通信資源を管理する方法であって、
   １つまたはそれ以上の搬送波のための通信チャネルをモニタし、
   該１つまたはそれ以上の搬送波のための信号強度を測定し、そして
   もし該信号強度が条件に合えばデータを送信する、
   方法。
2. 該条件がしきい値である請求項１記載の方法。
3. 該メッシュネットワークのスペクトル効率を増加させるように、該しきい値を調節することをさらに含む請求項２記載の方法。
4. 該データを送信すると同時に予測搬送波電力対雑音電力比を決定することをさらに含む請求項１記載の方法。
5. 該予測搬送波電力対雑音電力比を使用する適切なデータレートを選択することをさらに含む請求項４記載の方法。
6. メッシュネットワーク内の通信資源を管理する方法であって、
   送信要求メッセージのための通信チャネルをモニタし、
   該送信要求メッセージへの方位を決定し、そして
   該方位に向かって指向性アンテナを調節するように信号を送信する、
   方法。
7. 該信号が約９０度と約１５０度との間の１次ローブ幅を示す請求項６記載の方法。
8. 該信号が約１１０度と約１３０度との間の１次ローブ幅を示す請求項６記載の方法。
9. 該方位をセクタテーブルと比較することをさらに含む請求項６記載の方法。
10. 該信号が該セクタテーブル内の角度に対応する請求項９記載の方法。
11. メッシュネットワーク内の通信資源を管理する方法であって、
    複数のトーンについて周波数帯を解析し、
    一地域の各ルータに該周波数帯内の固有のトーンを割り当て、そして
    彼らの割り当てられた周波数トーン上で変調されたデータを各ルータから受信する、 方法。
12. 無線アクセスポイント間のアクセスポイント通信を動的にスケジューリングすることに関する方法であって、
    第１のアクセスポイントで使用可能なチャネル上の干渉条件を決定し、そして
    もし該干渉条件が条件に合えば第２のアクセスポイントに送信するように該第１のアクセスポイントをスケジューリングする
    方法。
13. 該使用可能なチャネルを指定することをさらに含む請求項１２記載の方法。
14. 該干渉条件を有する干渉報告を処理することをさらに含む請求項１２記載の方法。
15. 該第１のアクセスポイントおよび該第２のアクセスポイントが一群のアクセスポイントの素子である請求項１２記載の方法。
16. 該干渉条件を使用して送信するように該第１のアクセスポイントのためのデータレートを決定することをさらに含む請求項１２記載の方法。
17. ビーム形成または雑音消去のために該第１のアクセスポイントで複数のアンテナ素子から１つのアンテナ素子を選択することをさらに含む請求項１２記載の方法。
18. 該干渉条件が搬送波対干渉波比を測定することによって決定される請求項１２記載の方法。
19. 実行上で機械に、
    １つまたはそれ以上の搬送波のための通信チャネルをモニタすること、
    該１つまたはそれ以上の搬送波のための信号強度を測定すること、そして
    もし該信号強度が条件に合えばデータを送信すること、
    をさせる命令を含む機械可読媒体。
20. メッシュネットワーク内の通信資源を管理するための装置であって、
    １つまたはそれ以上の搬送波のための通信チャネルをモニタするように構成されたモニタリングモジュール、
    該１つまたはそれ以上の搬送波のための信号強度を測定するように構成された測定モジュール、そして
    もし該信号強度が条件に合えばデータを送信するように構成された送信モジュール
    を含む装置。
21. 該条件がしきい値である請求項２０記載の装置。
22. メッシュネットワークのスペクトル効率を増加させるために該しきい値を調節するように構成された調節モジュールをさらに具備する請求項２１記載の装置。
23. 該データを送信すると同時に予測搬送波電力対雑音電力比を決定するように構成された決定モジュールをさらに具備する請求項２０記載の装置。
24. 該予測搬送波電力対雑音電力比を使用する適切なデータレートを選択するように構成された選択モジュールをさらに具備する請求項２３記載の装置。
25. メッシュネットワーク内の通信資源を管理するための装置であって、
    １つまたはそれ以上の搬送波のための通信チャネルをモニタするための手段、
    該１つまたはそれ以上の搬送波のための信号強度を測定するための手段、および
    もし該信号強度が条件に合えばデータを送信するための手段、
    を具備する装置。
26. 該条件がしきい値である請求項２５記載の装置。
27. 該メッシュネットワークのスペクトル効率を増加させるように該しきい値を調節するための手段をさらに具備する請求項２６記載の装置。
28. 該データを送信すると同時に予測搬送波電力対雑音電力比を決定するための手段をさらに具備する請求項２５記載の装置。
29. 該予測搬送波電力対雑音電力比を使用する適切なデータレートを選択するための手段をさらに具備する請求項２５記載の装置。

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