JP2013141270A - Joint association, routing and rate allocation in wireless multi-hop mesh networks - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線の自治体メッシュ・ネットワークに関し、具体的には、公平な手法でのアソシエーション、ルーティング、およびレート割当ての統合を提供する方法および装置に関する。 The present invention relates to wireless municipal mesh networks, and in particular, to a method and apparatus for providing unification of association, routing, and rate allocation in a fair manner.
マルチホップ無線ネットワークにおいては、ネットワークのパフォーマンスに対して干渉が大きな影響を与えることが判明している。従来技術の或る研究では、干渉がオール・オア・ナッシング(全か無か)の現象であることを想定したプロトコル・モデルと、干渉のある伝送のSN比に対する影響を考慮した物理的なモデルとを使用した、干渉の2つのモデルの下で、無線ネットワークのスループットが調査されている。従来技術の別の研究では、マルチホップ無線ネットワークのパフォーマンスに対する干渉の影響を考慮している。この研究では、無線干渉の影響をモデル化するコンフリクト・グラフを使用し、所与のネットワークおよび作業負荷についての最適なスループットの上限および下限を算出する方法を提供している。 In multi-hop wireless networks, interference has been found to have a significant impact on network performance. In some research in the prior art, a protocol model that assumes that interference is an all-or-nothing phenomenon and a physical model that considers the effect on the signal-to-noise ratio of transmissions with interference Under two models of interference using and the throughput of the wireless network is investigated. Another study of the prior art considers the impact of interference on the performance of multi-hop wireless networks. This study uses a conflict graph that models the effects of radio interference and provides a way to calculate the optimal throughput upper and lower bounds for a given network and workload.
無線メッシュ・ネットワークにおいては、スループットに加え、公平性(fairness)が重要である。公平性は、無線ネットワークにおいて、広範囲に研究されている。別の従来技術の検討は、無線バックホール・ネットワークのための現行のIEEE802.11媒体アクセス・プロトコルの使用により深刻な不公平が生じ、ゲートウエイの遠方のフローでは、スターベイションさえ生じていることを示している。従って、研究者は、メッシュ・アクセス・ポイント(MAP:mesh access point)総計の精度で公平性を得るために、分散型のレイヤー2公平性アルゴリズム(distributed layer 2 fairness algorithm)を開発した。別の研究においては、研究者は、無線ネットワークにおけるユーザ効用を総計で最大にするスケジューリング・スキームを提案し、max‐minの公平性(max‐min fairness)は、特定の効用関数を使用した特定の場合に達成できると指摘している。max‐minの公平な帯域幅の割当てについての解決法を得るために、他の研究者は、幾つかの仮定が簡略化されたネットワーク・モデルを使用し、例えば、ノードを共有しないリンクは、チャネル・アクセスに対してコンテンションを発生させないものと仮定している。さらに、シングルホップ・フローのみを考慮している。他の従来技術は、任意のリンク・コンテンション・グラフを研究しているが、やはりまた、シングルホップ・フローのみを考慮している。別の従来技術の研究では、研究者は、マルチホップ無線LAN(WLAN)における公平な帯域幅の割当てに焦点を当てている。ツリー構造が決定されると、公平な帯域幅の割当てが、ポンプおよびドレーン(Pump‐and‐Drain)処理を介して実行された。さらに、研究者は、スループットを向上させるために、ツリー構造を構築するアルゴリズムを設計している。しかしながら、従来技術の中には、無線メッシュ・ネットワークにおいて、アソシエーション、ルーティングおよび帯域幅/レート割当ての問題に統合的に対処するものは存在しない。
In a wireless mesh network, fairness is important in addition to throughput. Fairness has been extensively studied in wireless networks. Another prior art review shows that the use of the current IEEE 802.11 medium access protocol for wireless backhaul networks has caused serious unfairness and even starvation has occurred in remote gateway flows. Is shown. Therefore, researchers have developed a distributed
参加する各局に対して可能な限り最大の帯域幅を割当てると共に、同時に、公平な手法で(可能な限り均等に)帯域幅を割当てるために、アソシエーション、ルーティング、および帯域幅/レート割当ての問題に統合的に対処する方法および装置を有することが望ましい。 Assign associations, routing, and bandwidth / rate allocation issues to allocate as much bandwidth as possible to each participating station and at the same time allocate bandwidth in a fair manner (as equally as possible) It would be desirable to have a method and apparatus that addresses an integrated approach.
無線の自治体メッシュ(muni‐mesh)ネットワークにおいては、クライアント局(STA)がメッシュ・アクセス・ポイント(MAP)に関連付けられるようにするアソシエーション機構と中継バックホールの論理トポロジーを決定するルーティング・アルゴリズムは、メッシュ・アクセス・ポイントおよびクライアント装置を2段の通信構造にまとめている。本明細書中で使用する「/(スラッシュ)」は、同一または同様のコンポーネントまたは構造に対する代替的な名称を表す。即ち、「/」は、本明細書において、「または」の意味を有するものと理解できる。本発明では、無線の自治体メッシュ・ネットワークにおけるアソシエーション、ルーティングおよび帯域幅/レート割当ての統合の問題は、アソシエーションおよびバックホール・ルーティングによって決定される通信構造が、結果として割当てられるレートに影響を及ぼすという観察に基づいて調査され、その動機付けが行われている。無線干渉は、2段の自治体メッシュ・ネットワークに特有の成分を捉えるコンフリクト・グラフを使用してモデル化される。最適化の目的は、ネットワークのスループットを最大にするとともに、公平性を向上させることである。まず、スループットを最大にする目的で、線形計画法(LP:Linear Programming)の問題が定式化される。しかしながら、スループットを単純に最大にすると、各STAに割当てられるレートに深刻な偏りが生ずることがある。スループットと公平性との間で良好なトレードオフを得るために、max‐minの公平性のモデルが考慮される。厳密な定式を提供することにより、ネットワークのスループットが最大となる一方で、max‐minのレート割当てが保証される。本明細書において、複数のMAPのアソシエーションおよびマルチパス・バックホール・ルーティングを可能とする場合のために、アソシエーション、ルーティング、およびレート割当ての統合のための最適なアルゴリズムが開発される。さらに、インテグラル・アソシエーションおよびシングルパス・ルーティングの各制約が考慮される。インテグラル・アソシエーションおよびシングルパス・ルーティングが必要である場合には、問題の定式は、一般的に、NP困難な、混合整数非線形計画法に属する。このため、論理トポロジー構築の問題とレート割当ての問題とを切り離す方法について説明する。ヒューリスティックな方法が2段の論理通信トポロジーを構築するために使用され、次に、帯域幅が、決定された論理トポロジー内で各STAに割当てられる。 In a wireless municipal mesh network, an association mechanism that allows a client station (STA) to associate with a mesh access point (MAP) and a routing algorithm that determines the logical topology of the relay backhaul are: The mesh access point and client device are combined into a two-stage communication structure. As used herein, “/ (slash)” represents an alternative name for the same or similar component or structure. That is, “/” can be understood to have the meaning of “or” in the present specification. In the present invention, the problem of association, routing and bandwidth / rate allocation integration in a wireless municipal mesh network is that the communication structure determined by association and backhaul routing affects the resulting allocated rate. It is investigated and motivated based on observations. Radio interference is modeled using a conflict graph that captures the unique components of a two-stage municipal mesh network. The goal of optimization is to maximize network throughput and improve fairness. First, for the purpose of maximizing throughput, a problem of linear programming (LP) is formulated. However, simply maximizing the throughput may result in a severe bias in the rate assigned to each STA. In order to obtain a good tradeoff between throughput and fairness, a max-min fairness model is considered. By providing a strict formulation, the network throughput is maximized while a max-min rate allocation is guaranteed. In this document, an optimal algorithm for the integration of association, routing, and rate allocation is developed for the case of allowing multiple MAP associations and multipath backhaul routing. In addition, integral association and single path routing constraints are considered. Where integral association and single-path routing are required, the problem formulation generally belongs to NP-hard, mixed integer nonlinear programming. Therefore, a method for separating the problem of logical topology construction from the problem of rate allocation will be described. A heuristic method is used to build a two-stage logical communication topology, and then bandwidth is allocated to each STA within the determined logical topology.
無線の自治体メッシュ・ネットワークの出現は、ラストマイル・ブロードバンド・インターネット・アクセスのために有望な解決法としてのものである。フラットなアドホック・ネットワークとは異なり、図1に示すように、メッシュ・ネットワークは、階層型アーキテクチャを有する。上位レイヤー(中継レイヤーとも呼ばれる)は、メッシュ・アクセス・ポイント(MAP)を含む。各MAPは、無線リンクを介して相互接続されてマルチホップ・バックホールを構成し、クライアント局(STA)がネットワークにアクセスしてデータを転送できるようにする。MAPのうちの幾つかは、有線のインターネット・バックボーンに接続する。これらのMAPは、ゲートウエイと呼ばれる。各クライアントのノード/STA(例えば、ラップトップ、コンピュータ、プロセッサ、モバイル端末、携帯情報端末(PDA:personal digital assistant)、デュアルモード・スマートフォンなど)は、下位のレイヤー(アクセス・レイヤーとも呼ばれる)を構成する。各STAは、近隣のMAPとのアソシエーションを行い、ネットワークにアクセスする。STAは、パケット中継およびルーティングの処理には参加しない。即ち、STAは、MAPの背後にあるバックホール・トポロジーを把握していない。STAは、シングル・ホップ無線LANの場合と同様に、アソシエーションを行っているMAPにパケットを単純に送信する(または、アソシエーションを行っているMAPからパケットを単純に受信する)だけである。一般的に、中継レイヤーおよびアクセス・レイヤーは、干渉を回避するために、直交チャネル上で動作する。 The advent of wireless municipal mesh networks is a promising solution for last mile broadband internet access. Unlike flat ad hoc networks, mesh networks have a hierarchical architecture, as shown in FIG. Upper layers (also called relay layers) include mesh access points (MAPs). Each MAP is interconnected via a wireless link to form a multi-hop backhaul that allows client stations (STAs) to access the network and transfer data. Some of the MAPs connect to a wired internet backbone. These MAPs are called gateways. Each client node / STA (for example, a laptop, a computer, a processor, a mobile terminal, a personal digital assistant (PDA), a dual-mode smartphone, etc.) constitutes a lower layer (also called an access layer) To do. Each STA associates with a neighboring MAP and accesses the network. The STA does not participate in packet relay and routing processing. That is, the STA does not know the backhaul topology behind the MAP. As in the case of a single-hop wireless LAN, the STA simply transmits a packet to the MAP with which it is associated (or simply receives a packet from the MAP with which it is associated). In general, the relay layer and the access layer operate on orthogonal channels to avoid interference.
無線の自治体メッシュ・ネットワークにおけるデータ・トラフィックの大部分は、MAPおよびゲートウエイを介した各STAとインターネットとの間のデータ・トラフィックであると予想される。このようなトラフィックは、アクセス・リンク(アクセス・レイヤー)およびマルチホップ・バックホール・パス(中継レイヤー)を介して、帯域幅が制限された無線チャネル上で効率的に伝送される必要がある。さらに、インターネット・アクセスを得るために、各ユーザは、一般に、同一の固定料金を支払っているので、制限された帯域幅を全てのSTAに公平に割当てること、即ち、STAがメッシュ・ネットワークに対して送受信することのできるトラフィック量を制御することが重要である。 The majority of data traffic in wireless municipal mesh networks is expected to be data traffic between each STA and the Internet via MAPs and gateways. Such traffic needs to be efficiently transmitted over a bandwidth-limited radio channel via an access link (access layer) and a multi-hop backhaul path (relay layer). In addition, in order to gain Internet access, each user typically pays the same fixed fee, so that the limited bandwidth is allocated fairly to all STAs, i.e., the STAs have no access to the mesh network. It is important to control the amount of traffic that can be transmitted and received.
本発明においては、ネットワークのスループットを最大にし、公平性を向上させる目的で、アソシエーション、ルーティングおよび帯域幅/レート割当ての統合の問題が研究されている。無線媒体は共有されるものであるため、共通の近隣の範囲で行われる伝送は、互いに干渉を生じさせる。従って、有線ネットワークの場合とは全く異なるレート割当ての問題が発生する。無線の自治体メッシュ・ネットワークにおいては、ノード(STAおよびMAP)のどのペアの間にも、これらが、互いに直接の伝送範囲に存在すれば、リンクが存在する。ここで、ノードは、STAおよびMAPのいずれかを含む。しかしながら、実際に使用され、データ/トラフィックを搬送するSTA−MAPおよびMAP−MAPのリンクのセットを決定するのは、アソシエーションおよびバックホール・ルーティングである。結果として、全てのノード(STAおよびMAP)が通信のために論理トポロジー内にまとめられる。相異なる論理トポロジーは、相異なるリンクのセットから構成され、相異なる干渉パターンを有するため、特定の論理トポロジーは、所与のレート割当てポリシーの下でSTAに割当てることのできる帯域幅の量を決定する。各STAに対して割当てられる合計のレート/帯域幅が可能な限り大きいこと、さらに、公平性の観点から、各STAに対して割当てられるレート/帯域幅が可能な限り均一であることが望ましい。 In the present invention, the issues of association, routing and bandwidth / rate allocation integration are studied for the purpose of maximizing network throughput and improving fairness. Since the wireless medium is shared, transmissions performed in a common neighborhood cause interference with each other. Therefore, there arises a problem of rate allocation that is completely different from that of a wired network. In a wireless municipal mesh network, a link exists between any pair of nodes (STA and MAP) if they are in direct transmission range of each other. Here, the node includes either STA or MAP. However, it is the association and backhaul routing that determines the set of STA-MAP and MAP-MAP links that are actually used and carrying data / traffic. As a result, all nodes (STA and MAP) are grouped in a logical topology for communication. Because different logical topologies are composed of different sets of links and have different interference patterns, a particular logical topology determines the amount of bandwidth that can be allocated to a STA under a given rate allocation policy. To do. It is desirable that the total rate / bandwidth allocated to each STA is as large as possible, and that from the perspective of fairness, the rate / bandwidth allocated to each STA is as uniform as possible.
ネットワーク情報を収集し、この収集されたネットワーク情報に基づいてアソシエーション、帯域幅割当ておよびルーティング・スキームを決定し、メッシュ・アクセス・ポイントにアソシエーション、帯域幅割当ておよびルーティング・スキームを通知し、クライアント・ノードにこのクライアント・ノードのアソシエーション情報を通知する方法および装置について記載する。また、リンク品質およびチャネル状態を測定し、測定の結果をコントローラに報告し、コントローラからルーティング決定およびデータ転送命令を受信し、ルーティング決定およびデータ転送命令をクライアント・ノードに転送する方法および装置について記載する。さらに、リンク品質およびチャネル状態を測定し、測定の結果をコントローラに報告し、集中型のコントラーラからアソシエーション命令を受信し、受信したアソシエーション命令に基づいて既に記憶されたアソシエーション命令を更新する方法および装置について記載する。 Collect network information, determine association, bandwidth allocation and routing scheme based on this collected network information, inform mesh access point of association, bandwidth allocation and routing scheme, and client node Describes a method and apparatus for notifying association information of this client node. Also described is a method and apparatus for measuring link quality and channel conditions, reporting measurement results to the controller, receiving routing decisions and data transfer instructions from the controller, and forwarding routing decisions and data transfer instructions to the client node. To do. Further, a method and apparatus for measuring link quality and channel condition, reporting measurement results to a controller, receiving an association command from a centralized controller, and updating an already stored association command based on the received association command Is described.
本発明は、以下の詳細な説明を添付図面と併せて読むことによって最良に理解できるであろう。各図面は、以下に簡単に説明する図を含む。各図面における同様の参照符号は、同様の構成要素を表す。 The invention may best be understood by reading the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings. Each drawing includes the figures briefly described below. Like reference symbols in the various drawings indicate like elements.
図1を参照すると、本発明において考慮されるネットワーク・システムが例示されている。ネットワーク・システムは、3つの構成要素、即ち、中継ノード(RN:relay node)105(例えば、MAP)と、クライアントSTA(エンド装置)110と、ゲートウエイ115(ベース局)とを含む。中継ノードは、複数の物理的な無線インターフェースを有するものでもよいし、複数の論理インターフェースに分割される単一の物理的な無線インターフェースを有するものでもよい。1つ以上の物理的または論理的な無線インターフェースは、アクセス・インターフェースである。他のインターフェースは、中継インターフェースである。アクセス・インターフェースは、エンド・ユーザ/クライアント・ノード/STAが、1つ以上のMAP/RNとアソシエーションを行ってネットワークにアクセスするために使用され、中継インターフェースは、中継ノード間のパケット転送のためのバックボーンとなるマルチホップ無線ネットワークを構築するために使用される。1つ以上の中継ノードは、有線インターネット・バックホール・インターフェース125を介して有線のインフラストラクチャ120に接続し、インターネット・ゲートウエイまたはベース局として機能する。クライアント/エンド装置/STA110は、パケットの中継またはルーティング処理には参加せず、ネットワークに対するアクセスを得るために1つ以上のMAP/RNとのアソシエーションを行う必要はない。各STA110は、単に、各々とアソシエーションを行っているMAP105にパケットを送信するか、または、MAP105からパケットを受信するのみである。送信元から送信先への残りのパケット伝送は、ルーティング・プロトコルを使用して中継ノード105によって実行される。本発明のシステム・モデルにおいては、全ての無線インターフェースは、半二重である。即ち、各インターフェースは、一度に送信および受信のいずれかしか行えない。
Referring to FIG. 1, a network system considered in the present invention is illustrated. The network system includes three components: a relay node (RN) 105 (for example, MAP), a client STA (end device) 110, and a gateway 115 (base station). The relay node may have a plurality of physical wireless interfaces, or may have a single physical wireless interface divided into a plurality of logical interfaces. One or more physical or logical wireless interfaces are access interfaces. The other interface is a relay interface. The access interface is used by end users / client nodes / STAs to associate with one or more MAP / RNs to access the network, and the relay interface is used for forwarding packets between relay nodes. Used to build a backbone multi-hop wireless network. One or more relay nodes connect to the
インフラストラクチャ・マルチホップ・ネットワークにおけるトラフィックの大部分は、有線ネットワークまたはインターネットとの間のトラフィックであると予想される。本発明においては、ベース局を介したクライアント/STAと外部の有線インターネットとの通信のパフォーマンスを向上させることに焦点が置かれる。バックホールの接続性を確保するために、全てのMAPの中継インターフェースが共通のチャネルにチューニングされる。各MAPは、2つのインターフェースをサポートする。MAPのアクセス・インターフェースは、MAPとアソシエーションを行っているSTAにネットワーク・アクセスを提供し、MAPの中継インターフェースは、バックホールを介して、ゲートウエイとMAPとアソシエーションを行っているSTAとの間のバックホール中継データ/トラフィックの構築、通信を行うために使用される。なお、コンフリクト・グラフを修正して、本発明をマルチ無線マルチチャネル・ネットワークに一般化することができる。アクセス・レイヤーにおいて、重なり合ったセルをチューニングして直交チャネル上で動作させ、セル間干渉を回避する。中継インターフェースおよびアクセス・インターフェースもまた、アクセス・レイヤーおよび中継レイヤーでの通信が互いに干渉しないように、直交チャネルで動作する。クライアント装置/STAは、アクセスのための1つの単一のインターフェースをサポートするのみでよい。このインターフェースのために動作するチャネルは、STAとアソシエーションが行っているMAPによって決定される。各ノードが同一の固定伝送パワーで伝送を行うもの、即ち、固定の伝送範囲Trと、各ノードに関連する固定干渉範囲Irが存在するものと仮定する。ネットワークにおいては、各STAのみがデータ/トラフィックを生成する。各MAPは、各STAとゲートウエイとの間のパケットを中継する。 The majority of traffic in infrastructure multi-hop networks is expected to be between wired networks or the Internet. In the present invention, the focus is on improving the performance of communication between the client / STA via the base station and the external wired Internet. To ensure backhaul connectivity, all MAP relay interfaces are tuned to a common channel. Each MAP supports two interfaces. The MAP access interface provides network access to the STA that is associated with the MAP, and the MAP relay interface is a backhaul between the gateway and the STA that is associated with the MAP. Used for hall relay data / traffic construction and communication. Note that the conflict graph can be modified to generalize the present invention to a multi-radio multi-channel network. In the access layer, the overlapping cells are tuned to operate on orthogonal channels to avoid inter-cell interference. The relay interface and access interface also operate on orthogonal channels so that communications at the access layer and relay layer do not interfere with each other. The client device / STA need only support one single interface for access. The channel that operates for this interface is determined by the MAP that is associated with the STA. It is assumed that each node performs transmission with the same fixed transmission power, that is, there is a fixed transmission range T r and a fixed interference range I r associated with each node. In the network, only each STA generates data / traffic. Each MAP relays a packet between each STA and the gateway.
M個のMAPおよびN個のSTAを有するメッシュ・ネットワークでは、接続グラフG(V+,E)は、以下のように作成される。ここで、V+=Va+Vsである。各頂点a∈Vaは、ネットワークにおけるMAPに対応する。エッジe=(a1,a2)∈Eは、d(a1,a2)≦Trであれば、a1∈Vaとa2∈Vaとの間の無線リンクに対応する。ここで、dは、a1とa2との間のユークリッド距離である。各頂点u∈Vsは、STAである。d(u,v)≦Trであればuとvとの間にエッジが存在し、v∈Vaは、MAPである。エッジ(u,v)は、STA uとMAP vとの間の無線リンクに対応する。第2の条件は、STAが各MAPのみと通信することを意味する。2つのSTA間の直接通信は許されていない。即ち、各STAは、互いの間でピア・ツー・ピア・ネットワークを形成しない。 In a mesh network with M MAPs and N STAs, the connection graph G (V + , E) is created as follows: Here, V + = V a + V s . Each vertex aεV a corresponds to a MAP in the network. The edge e = (a 1 , a 2 ) ∈E corresponds to a radio link between a 1 ∈V a and a 2 ∈V a if d (a 1 , a 2 ) ≦ T r . Here, d is the Euclidean distance between a 1 and a 2. Each vertex uεV s is a STA. If d (u, v) ≦ T r , an edge exists between u and v, and vεV a is MAP. Edge (u, v) corresponds to the radio link between STA u and MAP v. The second condition means that the STA communicates only with each MAP. Direct communication between two STAs is not allowed. That is, each STA does not form a peer-to-peer network between each other.
以下、無線伝送を成功させるための条件を定義するプロトコル・モデルを使用し、コンフリクト・グラフを使用して干渉をモデル化する。プロトコル・モデルにおいて、以下の条件の全てが満たされると、ノードiとノードjとの間の伝送が成功する。
1.ノードiおよびノードjが同一のチャネル上で通信する。
2.d(i,j)≦Tr である。ここで、d(i,j)はiとjとの間の距離である。
3.伝送の間、d(k,i)≦Irまたはd(k,j)≦Irとなるいずれのノードkも動作しないままである。
In the following, a protocol model that defines conditions for successful wireless transmission is used, and interference is modeled using a conflict graph. In the protocol model, transmission between node i and node j is successful when all of the following conditions are met:
1. Node i and node j communicate on the same channel.
2. d (i, j) ≦ Tr . Here, d (i, j) is a distance between i and j.
3. During transmission, any node k with d (k, i) ≦ I r or d (k, j) ≦ I r remains inoperative.
第3の条件は、送信者と受信者の双方が干渉を受けないことを意味する。受信者の受信確認通知の受信に成功するために、送信者は、干渉を受けるべきではない。各ノードは、同一の固定パワーで伝送を行い、無線は、本質的に、通信チャネルが干渉範囲内の近接する複数のノードによって共有されるブロードキャスト媒体であるため、ノードiの干渉エリアは、iを中心とする半径IrのディスクDiであると仮定することができる。混乱を招くことなく、Diはまた、ディスクDiの範囲内でiと同一のチャネル上にある各ノードのセットを表すために使用することができる。即ち、Diは、ノードiに対する各干渉ノードのセットを表すために使用されている。この定義を使用することにより、リンクe=(i,j)に干渉するリンク/エッジのセットを以下のように記述することができる。
Ie={(u,v)|u∈Diまたはu∈Dj、またはv∈Di、またはv∈Dj}
The third condition means that both the sender and the receiver are not subject to interference. In order to successfully receive the receiver's acknowledgment message, the sender should not be subject to interference. Since each node transmits with the same fixed power and the radio is essentially a broadcast medium in which the communication channel is shared by adjacent nodes within the interference range, the interference area of node i is i Can be assumed to be a disc D i of radius I r centered at. Without confusion, D i can also be used to represent the set of each node that is on the same channel as i within the range of disk D i . That is, Di is used to represent each set of interfering nodes for node i. Using this definition, a set of links / edges that interfere with link e = (i, j) can be described as follows:
Ie = {(u, v) | u∈D i or U∈D j or V∈D i or v∈D j,,}
問題の定式に無線干渉を盛り込むために、コンフリクト・グラフG´(V´,E´)が定義され、このグラフにおける各頂点は、接続グラフGの各リンクに対応する。Gにおいて各リンクe1およびe2が互いに干渉する、即ち、同時にアクティブになることができない場合には、頂点e1=(x,y)とe2=(u,v)との間のG´(V´,E´)内にエッジが存在する。プロトコル・モデルに基づいて、(u,v)がIxyまたはIe1の範囲に含まれる場合には、エッジが描かれる。バックホール中継レイヤーにおいては、これは、共通のエンドポイントを有するリンク(x,y)および(u,v)のためにコンフリクトが発生する場合を包含する(各中継インターフェースは、同一のチャネル上で動作するため、エンドポイントを共有する2つのリンクは、互いに対して干渉を及ぼすセットに存在する)。しかしながら、アクセス・レイヤーの場合は異なる。各STAは、1つのアクセス・インターフェースのみをサポートする。インターフェースの動作チャネルは、予め設定(コンフィグレーション)されたものではない。代わりに、インターフェースの動作チャネルは、アソシエーションを行っているMAPの動作チャネルのうちの1つに動的にチューニングされる。問題の定式化において、動的なフラクショナル・アソシエーション(fractional association)が許されている、即ち、STAは、1つ以上のMAPとアソシエーションを行うことができ、これは、STAは、1つの無線のみを有するため、時分割方式で複数のチャネル上で動作する必要があることを示唆している。潜在的には、STAは、その範囲Tr内の全てのMAPとアソシエーションを行うことができ、接続グラフGにおいてSTAとこのようなMAPの各々との間には、リンクが存在する。上述したコンフリクト・グラフの構成に基づけば、G´内のこれらのリンクは、直交チャネル上で動作するため、リンクのどの対の間にもエッジは存在しないであろう。しかしながら、各STAが単一の無線を有するため、これらのリンクは、同時にアクティブとなることはない。即ち、STAは、1つのチャネル上でのみ動作し、一度に1つのMAPに対してのみ伝送を行う。従って、STA−MAPのリンクの干渉のセットは、明確に、所与のリンクと同じ無線を共有し、結果として、コンフリクト・グラフG´におけるこのようなリンクのどの対の間にもエッジが描かれる。コンフリクト・グラフを使用して、リンクe(x,y)に干渉するリンクのセットを別の方法によって表すことができる。
Ie={e’|(e,e´)∈ E´}
In order to incorporate radio interference into the problem formulation, a conflict graph G ′ (V ′, E ′) is defined, and each vertex in this graph corresponds to each link of the connection graph G. If each link e 1 and e 2 in G interferes with each other, ie cannot be active at the same time, G between vertices e 1 = (x, y) and e 2 = (u, v) An edge exists in '(V', E '). Based on the protocol model, an edge is drawn if (u, v) falls within the range of I xy or I e1 . In the backhaul relay layer, this includes the case where conflicts occur for links (x, y) and (u, v) with a common endpoint (each relay interface is on the same channel) In order to work, the two links sharing the endpoint are in a set that interferes with each other). However, the access layer is different. Each STA supports only one access interface. The operation channel of the interface is not set (configured) in advance. Instead, the operating channel of the interface is dynamically tuned to one of the operating channels of the associated MAP. In the problem formulation, dynamic fractional association is allowed, ie, a STA can associate with one or more MAPs, which means that a STA can only associate with one radio. Therefore, it is necessary to operate on a plurality of channels in a time division manner. Potentially, a STA can associate with all MAPs within its range Tr , and there is a link between the STA and each such MAP in the connection graph G. Based on the configuration of the conflict graph described above, these links in G ′ operate on orthogonal channels, so there will be no edge between any pair of links. However, since each STA has a single radio, these links will not be active at the same time. That is, the STA operates only on one channel and transmits to only one MAP at a time. Thus, the STA-MAP link interference set clearly shares the same radio as a given link, resulting in an edge drawn between any pair of such links in the conflict graph G ′. It is. Using the conflict graph, the set of links that interfere with link e (x, y) can be represented in another way.
I e = {e ′ | (e, e ′) ∈E ′}
図2Aは、3MAPネットワークにおける接続グラフとコンフリクト・グラフの構成を示しており、ここで、MAP Aはゲートウエイ205である。MAP B210およびMAP C210は、Aへのリンクを有するが、互いの範囲からは外れている。3つのMAPは、バックホール内のチャネルch1上で動作する。STA S215は、アクセス・インターフェースが直交チャネルch2およびch3上で動作するBおよびCの両方とアソシエーションを行う可能性がある。図2Bは、図2Aと本質的に同一のグラフであるが、各要素は全てポイントとして示されている。即ち、ゲートウエイ205、MAP B210、MAP C210、およびSTA S215は、全て、円によって示されている。図2Aは、3MAPネットワークの概略図であり、図2Bは、同じ3MAPネットワークの接続グラフである。図2Cは、コンフリクト・グラフである。STA Sは、MAP Bおよび MAP Cに接続することができるものの、無線インターフェースを1つしか持っていないため、一度にMAP BおよびMAP Cのいずれかとしか通信できない。STA Sは、1つの無線のみしか持っていないので、BSリンクおよびCSグラフは、コンフリクト・グラフ上に存在する。ゲートウエイ205は、MAP BおよびMAP Cのいずれか、または、両方と通信することができる。しかしながら、ABリンクとACリンクは、共通のエンドポイントを持っているため、コンフリクトが存在する。
FIG. 2A shows the configuration of the connection graph and the conflict graph in the 3MAP network, where MAP A is the
次に、アソシエーション、ルーティング、およびレートの割当てを連係させる際の問題を数学的に定式化することについて記載する。ネットワーク内にM個のMAPおよびN個のSTAが存在すると仮定する。パフォーマンスの上限に達するように、まず、フラクショナル・アソシエーションおよびマルチパス・ルーティングが割当てられる。即ち、STAは、複数のMAPとアソシエーションを行うことができ、バックホールにおいて、トラフィックのフローは、複数のパスを介してゲートウエイにルーティングすることができる。STAのレート割当てベクトルは、r={rij|i∈Vs,j∈Va}によって示される。ここで、rijは、MAP jとのアソシエーションのためにSTA iに割当てられるレートである。STA iに割当てられる合計のレートは、従って、
まず、スループットを最大限にするアソシエーション、ルーティングおよびレート割当てを決定するLP定式を提供する。以下、h(e)およびt(e)は、それぞれ、リンクeのヘッド(送信者)およびテール(受信者)を表すために使用されている。“gw”は、ゲートウエイを表すために使用されている。LP問題は、最大スループットのレート割当て(MTRA:Maximum Throughput Rate Allocation)の問題と呼ばれる。
不等式(2)および(3)において、Rij/Cijは、自己のトラフィックをMAP jに送信するSTA iの時間の分数である。(2)は、STA上の無線の制約を表し(STAは、時分割の方法で、複数のアソシエーションを行っているMAPに送信する)、STA iに割当てられた合計のレートは、STA iが実際に有する送信時間よりも長い時間を必要とするべきではないことを示す。不等式(3)は、アソシエーションを行っているSTAによってMAP jに対して課せられる合計トラフィックが、MAP jの有する受信時間よりも長い時間を必要とするべきではないことを意味している。等式および不等式(4)〜(8)は、流量保存則を表している。不等式(4)は、MAPのトラフィックがアソシエーションを行っているSTAからのトラフィックの合計であることを記載している。等式(5)は、MAP jのトラフィックが各流出リンクに分配されることを意味しているが、これらのリンク上でのレートの合計は、fjと等しい。等式(6)は、バックホールにおいて、jがゲートウエイに対するソースなので、MAP jへの流入リンク上でfjに属するフローが存在しないことを示す。等式(7)は、ゲートウエイがシンクなので、ゲートウエイの流出リンク上のfjに属するフローが存在しないことを示している。等式(8)は、バックホールにおけるゲートウエイに対するソースおよびゲートウエイを除き、どのMAPにも、流入する量と流出する量とが等しいことを表している。不等式(9)は、無線干渉を考慮した実行可能性の条件を表し、干渉のセットにおけるリンクの合計使用率が1を超えるべきでないことを示している。等式(1)の目的は、ネットワークのスループットを最大にすることである。 In inequality (2) and (3), R ij / C ij is the fraction of time for STA i sending its traffic to MAP j. (2) represents the radio constraints on the STA (STA transmits to the MAP that performs multiple associations in a time division manner), and the total rate assigned to STA i is the STA i Indicates that it should not require more time than the actual transmission time. Inequality (3) means that the total traffic imposed on MAP j by the associated STA should not require longer than the reception time that MAP j has. Equations and inequalities (4) to (8) represent a flow conservation law. Inequality (4) describes that the MAP traffic is the sum of traffic from the STAs that are associated. Equation (5) means that MAP j's traffic is distributed to each outgoing link, but the sum of the rates on these links is equal to f j . Equation (6) shows that in the backhaul, there is no flow belonging to f j on the inflow link to MAP j since j is the source for the gateway. Equation (7) shows that since the gateway is a sink, there is no flow belonging to f j on the gateway outflow link. Equation (8) represents that the amount flowing into and out of any MAP is equal, except for the source and gateway for the gateway in the backhaul. Inequality (9) represents a feasibility condition considering radio interference and indicates that the total utilization of the links in the set of interferences should not exceed 1. The purpose of equation (1) is to maximize network throughput.
以下に、ネットワークのスループットを最大にする目的を有する割当ては、各STA間で深刻な偏りを生じさせることがある、即ち、STAの中には、極めて高いレートを割当てられるものもあるが、ほとんどレートを割当てられないものもあることを示す。無線の自治体メッシュ・ネットワークにおいては、ユーザは、一般的に、インターネット・アクセス・サービスを得るために同一の固定料金を支払っているため、各STA間で公平にリソースを割当てることが重要である。次に、公平性の問題は、max‐minの公平性モデルに基づいて取り扱われる。STAに割当てられる最小のレートを最大にし、max‐minのレートが保証されたスループットを最大にするLP定式を提供する。この問題は、max‐minのレート割当て(MMRA:Max‐Min Rate Allocation)の問題と呼ばれ、2つのステップで定式化される。
ステップ1:
r*=max rmin (11)
制約(2)〜(9)、さらに、以下の制約(12),(13)を受ける。
ステップ2:
Step 1:
r * = max r min (11)
The constraints (2) to (9) and the following constraints (12) and (13) are also imposed.
Step 2:
ステップ1において、STAに割当てられる最小のレート(rmin)が最大にされる。STAは、複数のMAPとアソシエーションを行うことができるため、STA、例えば、STA iに割当てられる合計のレートは、
ステップ2において、ネットワーク・スループットが最大にされる一方で、少なくともr*のレートが確実に各STAに割当てられるようにする。従って、ステップ1を解いてr*を得て、ステップ2を解くことにより、最大のスループットが得られると共に、max‐minの公平性が確保される。
In
これまでのところ、フラクショナル・アソシエーション(fractional association)およびマルチパス・ルーティングが考慮されている。フラクショナル・アソシエーションおよびマルチパス・ルーティングにおいては、STAは、複数のMAPとのアソシエーションを行うことができ、ソースからのトラフィックは、複数のパスを介してゲートウエイにルーティングされる。多くの既存のアソシエーション方式は、STAが1つのMAPのみとアソシエーションを行うインテグラル・アソシエーションに限られる。多くの現行のルーティング・プロトコルは、シングルパス・ルーティングに制約される。従って、インテグラル・アソシエーションおよびシングルパス・ルーティングのパフォーマンス限界を得るのに有用である。インテグラル・アソシエーションおよびシングルパス・ルーティングの導入による方法は、aij∈{0,1}およびuj,e∈{0,1}である、0〜1の変数の2セットを追加することによるものであり、ここで、aijは、STA iがMAP jとのアソシエーションを行うかどうかを示し、uj,eは、リンクeがfjに属するフローによって使用されるかどうかを示す。上述した問題の定式は、rijをaijrijに置き換え、Rj,eをuj,eRj,eに置き換え、以下の2つの条件を追加することによって、インテグラル・アソシエーションおよびシングルパス・ルーティングのために拡張することができる。
1.各STA iで、
2.任意のfj、任意のMAPにおいて、
1. At each STA i,
2. For any f j , any MAP,
最初の条件は、STAが1つのMAPのみとアソシエーションを行うことができることを記載している。第2の条件の基本的な考え方は、シングルパス・ルーティングにおいて、任意のMAP aにおいても、多くても1個のフローjを有する流出リンクが存在することにある。この問題定式化は、混合整数非線形計画法に属する。理論的には、このような問題を解くことは、NP困難である。 The first condition states that the STA can associate with only one MAP. The basic idea of the second condition is that in single-path routing, there is an outgoing link having at most one flow j in any MAP a. This problem formulation belongs to mixed integer nonlinear programming. Theoretically, it is NP-hard to solve such a problem.
インテグラル・アソシエーションおよびシングルパス・ルーティングの下でNP困難な問題を解くことを回避するために、アソシエーション、ルーティングおよびレート割当ての問題を切り離す方法について記載する。通信のためのこの論理的なトポロジーを構築するために、ヒューリスティックなアソシエーションおよびルーティング・アルゴリズムが提供され、さらに、この論理トポロジーの中でレート割当てを実行する。このスキームは、実用的ではあるが、次善の解決法である。 In order to avoid solving NP-hard problems under integral association and single path routing, a method is described that isolates association, routing and rate allocation problems. In order to build this logical topology for communication, heuristic association and routing algorithms are provided, and rate allocation is performed within this logical topology. This scheme is a practical but sub-optimal solution.
IEEE802.11sにおいて特定された通信時間のコストは、ルーティングのメトリック(尺度)として使用される。通信時間のコストは、特定のリンクを介してフレームを伝送するのに消費されるチャネル・リソースの量を反映する。リンクの通信時間のコストは、以下のように計算される。
バックホールにおいて使用されるルーティング・プロトコルは、IEEE802.11s規格で規定されたハイブリッド無線メッシュ・プロトコル(HWMP:Hybrid Wireless Mesh Protocol)である。HWMPは、プロアクティブ・ルーティング・モードおよびオンデマンド・ルーティング・モードを規定している。プロアクティブ・モードは、ゲートウエイなどの特定の重要なメッシュ・ノードとの通信のためのルートをプロアクティブに確立できるようにする。プロアクティブ・ルーティングを用いれば、ルート発見遅延や余分なデータ・バッファリング無しにMAPおよびゲートの間のデータ転送が直ちに開始する。オンデマンド・ルーティング・モードは、拡張アドホック・オンデマンド距離ベクトル(AODV:Ad Hoc On Demand Distance Vector)プロトコル〔IEFT RFC 3561〕に基づいており、どのメッシュ・ノードも、ルート要求/ルート返答処理を通じてオンデマンド・ルートの発見を開始することができる。オンデマンド・モードは、MAPとMAPとの間のピア・ツー・ピア通信のためのものである。ここでは、各MAPとゲートウエイ間の通信のためのプロアクティブ・ルーティングに焦点を置く。 The routing protocol used in the backhaul is a hybrid wireless mesh protocol (HWMP) defined in the IEEE 802.11s standard. HWMP defines a proactive routing mode and an on-demand routing mode. Proactive mode allows proactively establishing a route for communication with certain critical mesh nodes such as gateways. With proactive routing, data transfer between the MAP and the gate starts immediately without any route discovery delay or extra data buffering. The on-demand routing mode is based on the Ad Hoc On Demand Distance Vector (AODV) protocol [IEFT RFC 3561], and any mesh node is turned on through route request / route response processing. Demand route discovery can begin. On-demand mode is for peer-to-peer communication between MAPs. The focus here is on proactive routing for communication between each MAP and the gateway.
プロアクティブ・ルーティング・モードにおいて、ゲートウエイは、パス・コスト・フィールドおよびシーケンス番号を含む経路アナウンスメント・メッセージをブロードキャストすることによって、周期的に自己の情報を他に知らせる。パス・コストの値は、ゲートウエイにおいてゼロに初期化され、経路アナウンスメント・メッセージの伝播の間に、中間の各MAPで更新される。シーケンス番号は、経路アナウンスメントがゲートウエイによって送信される度に増やされる。経路アナウンスメントが受信されると、MAPは、経路アナウンスメントが有するパス・コストに流入するリンクのコストを追加することによって、流入するパスのコストを更新する。受信メッセージ内のシーケンス番号が、この時点までに見られていたものよりも大きい場合、または、同じシーケンス番号であるが、パス・コストが現在の値よりも良好である場合には、MAPは、ゲートウエイへのパスを更新し、経路アナウンスメントを再度ブロードキャストする。バックホール内の全てのMAPが経路アナウンスメント・メッセージを受信するまでこの処理が繰り返されるため、トポロジーは、ゲートウエイから離れるように構築される。このように、パスは、プロアクティブに構築され、各MAPとゲートウエイとの間で維持される。構築されたパスは、ゲートウエイをルートとするツリーを形成する。なお、バックホールにおいて他のルーティング・メトリックおよびルーティング・プロトコルを使用して各MAPとゲートウエイとの間のパスを構築してもよい。さらに、アナウンスメント・メッセージに応答するツリーの各ノードにより、逆順パスを構築してもよい。 In proactive routing mode, the gateway periodically informs others of its information by broadcasting a route announcement message that includes a path cost field and a sequence number. The path cost value is initialized to zero at the gateway and updated at each intermediate MAP during the propagation of the route announcement message. The sequence number is incremented each time a route announcement is sent by the gateway. When a route announcement is received, the MAP updates the cost of the incoming path by adding the cost of the incoming link to the path cost of the route announcement. If the sequence number in the received message is greater than that seen so far, or if it is the same sequence number but the path cost is better than the current value, the MAP Update the path to the gateway and broadcast the route announcement again. Since this process is repeated until all MAPs in the backhaul have received a route announcement message, the topology is built away from the gateway. In this way, paths are constructed proactively and maintained between each MAP and the gateway. The constructed path forms a tree rooted at the gateway. Note that the path between each MAP and the gateway may be established using other routing metrics and routing protocols in the backhaul. In addition, a reverse path may be constructed with each node of the tree responding to the announcement message.
先願(PCT/US2007/005565)において、エンド・トゥ・エンドのパフォーマンスを意識したアソシエーション・メカニズムが教示されている。JSELとよばれるアソシエーション・メトリックは、以下のように規定される。
JSEL=βQal+(1−β)Cbp (16)
ここで、Qalは、STAとMAPとの間のアクセス・リンクの品質を反映したアクセス・リンクのメトリックである。MAP jおよび参加しようとするSTA iについて、以下の式が与えられる。
JSEL = βQ al + (1- β) C bp (16)
Here, Q al is a metric of the access link that reflects the quality of the access link between the STA and the MAP. For MAP j and STA i to join, the following equations are given:
アソシエーションおよびバックホール・ルーティングは、ネットワークにおける通信のための論理トポロジーを規定する、即ち、どのリンクがトラフィックを搬送するために実際に使用されるかを示す。次の問題は、論理通信トポロジー内でレート割当てを実施し、スループットを最大にすること、または、max‐minのレートが保証されたスループットを最大にすることである。2つの定式化された問題は、それぞれ、MTRAサブオプティマル(MTRA‐Suboptimal)、MMRAサブオプティマル(MMRA‐Suboptimal)として表される。 Associations and backhaul routing define a logical topology for communication in the network, i.e. which links are actually used to carry traffic. The next problem is to implement rate allocation within the logical communication topology to maximize throughput or max-min rate guaranteed maximum throughput. The two formulated problems are represented as MTRA-suboptimal and MMRA-suboptimal, respectively.
論理通信トポロジー、即ち、各STAと各MAPとのアソシエーション、さらに各MAPとゲートウエイとの間のバックホール・パスが既知であれば、最適化の変数は、各STAに割当てられるレートである。N要素ベクトルr=[r1,r2,・・・rN]を使用して各STAのためのレート割当てベクトルを表す。ここで、riは、STA iに割当てられるレートを表す。A(j)は、MAP jとアソシエーションを行っているSTAのセットを表し、P(j)は、MAP jとゲートウエイとの間のバックホール・パスを表すために使用される。fjによって表されているMAP jのデータ/トラフィックは、jとアソシエーションを行っているSTAの全ての分を集めた合計のトラフィックである。STA iのアクセス・リンクの容量をCiによって表し、バックホール内のリンクeについて、Ceは、リンクeの容量を表す。以下、max‐minのレート値が保証されたスループットを最大にするための問題の定式化を示す。MMRAの問題は、2つのステップを含む。 If the logical communication topology, ie the association between each STA and each MAP, and the backhaul path between each MAP and the gateway, is known, the optimization variable is the rate assigned to each STA. Use the N element vector r = [r 1 , r 2 ,... R N ] to represent the rate allocation vector for each STA. Here, r i represents a rate assigned to STA i. A (j) represents the set of STAs that are associated with MAP j, and P (j) is used to represent the backhaul path between MAP j and the gateway. The data / traffic of MAP j , represented by f j , is the total traffic that collects all the STAs associated with j. The capacity of the access link of STA i is represented by C i , and for link e in the backhaul, C e represents the capacity of link e. The following is a formulation of the problem for maximizing the guaranteed throughput with a rate value of max-min. The MMRA problem involves two steps.
ステップ1:
r*=max rmin (17)
以下の制約を受ける。
ステップ2:
r * = max r min (17)
Subject to the following restrictions:
Step 2:
等式(17)の目的は、各STAに割当てられる最小のレートを最大にすることである。不等式(18)および(25)は、STAに割当てられるレートがアクセス・リンクの容量を超えることができないことを意味する。不等式(19)および(26)は、MAP jとアソシエーションを行っているSTAによりMAP jに対して課せられる合計トラフィックにより必要となる受信時間が、MAP jが実際に必要とする受信時間よりも長くならないべきであることを意味している。等式(20)および(27)は、MAPのトラフィックが、アソシエーションを行っている各STAの分を集めた合計トラフィックであることを記載している。不等式(21)および(28)は、実行可能性の条件であり、無線干渉を考慮している。これらは、干渉のセットにおけるリンクの使用率が1を超えるべきでないことを記載している。不等式(22)は、どのSTAに割当てられるレートもrmin以上であることを求めている。r*を解いた後、ステップ2において、スループットが最大にされる一方で、等式(24)において示された少なくともr*のレートが各STAに確実に割当てられるようにする。不等式(29)は、いずれのSTAに割当てられるレートもr*以上となることを示す。不等式(23)および(30)は、割当てられたレートが0以上であるべきことを示している。
The purpose of equation (17) is to maximize the minimum rate assigned to each STA. Inequalities (18) and (25) mean that the rate assigned to the STA cannot exceed the capacity of the access link. Inequalities (19) and (26) show that the reception time required by the total traffic imposed on MAP j by the STA associated with MAP j is longer than the reception time actually required by MAP j. It means that it should not be. Equations (20) and (27) describe that the MAP traffic is the total traffic collected for each STA that is associated. Inequalities (21) and (28) are feasibility conditions and take into account radio interference. These state that the link utilization in the set of interferences should not exceed 1. Inequality (22) requires that the rate assigned to any STA be greater than or equal to r min . After solving for r * , in
本発明は、max‐minの公平性モデルに基づいた2段の自治体メッシュ・ネットワークにおけるアソシエーション、ルーティングおよびレート割当てを統合して最適化することを達成する集中型の方法に基づく。一つの目的は、公平性を犠牲にすることなく、即ち、max‐minのレート割当てが保証されたネットワークのスループットを向上させることにある。実際には、ネットワーク・トポロジー、リンク状態、さらに、トラフィックのダイナミクスの理由で、短期的にスループットおよび公平性を最適化することは、不可能ではないにせよ、困難である。本明細書において開示された方法は、全てのSTAに対して長期的にmax‐minの公平性を達成する。この方法は、公平性の問題に取り組み、ネットワークのスループットを最大にする自治体メッシュ・ネットワークの設計の土台として使用することができる。 The present invention is based on a centralized method that achieves integrated and optimized association, routing and rate allocation in a two-stage municipal mesh network based on a max-min fairness model. One objective is to improve the throughput of a network with guaranteed max-min rate allocation without sacrificing fairness. In practice, it is difficult, if not impossible, to optimize throughput and fairness in the short term because of network topology, link conditions, and traffic dynamics. The method disclosed herein achieves long-term fairness of max-min for all STAs. This method can be used as a basis for designing municipal mesh networks that address fairness issues and maximize network throughput.
実施の観点から述べると、本発明のシステムおよび方法は、第1に、物理的なメッシュ・トポロジー、リンク・レート、リンクの干渉セットなどのメッシュ・バックホール・ネットワークについての情報、さらに、各STAと各MAPとの間で経験されるアクセス・リンク・レートなどの各STAについての情報を必要とする。第2に、本発明のシステムおよび方法は、バックホール・ルーティングおよびSTAとMAPとのアソシエーションを含む論理的な2段の論理通信トポロジー、さらに、各STAに対する公平な帯域幅の割当てを決定する手段を必要とする。第3に、本発明のシステムおよび方法は、これらのルーティング、アソシエーションおよびレート割当て決定を実施するメカニズムを必要とする。無線リンクが対称的なものである場合には、STAの上流および下流のトラフィックの合計帯域幅は、上述したアルゴリズムを使用して割当てられる。トラフィック・パターンに基づいて、合計の帯域幅は、上流および下流のフローに分けられる。 From an implementation point of view, the system and method of the present invention firstly provides information about the mesh backhaul network such as physical mesh topology, link rate, link interference set, etc., as well as each STA. And information about each STA, such as the access link rate experienced between each MAP. Second, the system and method of the present invention provides a logical two-stage logical communication topology including backhaul routing and STA and MAP association, as well as means for determining fair bandwidth allocation for each STA. Need. Third, the system and method of the present invention requires a mechanism to implement these routing, association and rate allocation decisions. If the radio link is symmetric, the total bandwidth of traffic upstream and downstream of the STA is allocated using the algorithm described above. Based on the traffic pattern, the total bandwidth is divided into upstream and downstream flows.
図3は、メッシュ・ネットワークが集中型のコントローラを有し、メッシュ・ネットワークが、IEEE802.16j(マルチホップ中継制御)などの集中型媒体アクセス制御(MAC:Medium Access Control)を使用するゲートウエイにおける本発明の方法の例示的な実施の形態のフローチャートである。メッシュ・ネットワークが中継ネットワークのためのIEEE802.16jなどの集中型のMACプロトコルを使用する場合には、各MAPおよびSTAは、リンク・レートおよびチャネル状態などの必要な情報のローカル測定および推定を定期的に実施する。収集された情報は、ゲートウエイに報告され、ゲートウエイは、本発明の方法を実行し、最適なSTA−MAPのアソシエーション、バックホール・ルーティング、および各STAに対する帯域幅割当て(図3)を判定する。ゲートウエイは、収集された情報、さらに、新たに収集された情報があればそのような情報に基づいて自己の決定を定期的に更新することができる。ルーティングおよびSTA−MAPのアソシエーションを決定した後、ゲートウエイは、自己の決定を各MAPおよびSTAに知らせる。 FIG. 3 shows a book in a gateway where the mesh network has a centralized controller and the mesh network uses centralized medium access control (MAC) such as IEEE 802.16j (multi-hop relay control). 4 is a flowchart of an exemplary embodiment of the inventive method. If the mesh network uses a centralized MAC protocol such as IEEE 802.16j for the transit network, each MAP and STA periodically performs local measurements and estimations of necessary information such as link rate and channel conditions To implement. The collected information is reported to the gateway, which performs the method of the present invention to determine the optimal STA-MAP association, backhaul routing, and bandwidth allocation for each STA (FIG. 3). The gateway can periodically update its decisions based on the collected information and, if there is any newly collected information, based on such information. After determining the routing and STA-MAP association, the gateway informs each MAP and STA of its decision.
再び図3を参照すると、ゲートウエイは、ステップ305において、各MAPおよび各STAからネットワーク情報を収集する。次に、ゲートウエイは、ステップ310において、本発明の方法を使用して、最適なSTA−MAPアソシエーション、バックホール・ルーティングおよび帯域割当てを決定する。この方法は、等式(1)〜(10)に記載したような、最大のスループットのレート割当て、または、等式(11)〜(15)に記載したような、max‐minのレート割当てを達成する。ステップ315において、次に、ゲートウエイは、各MAPおよび各STAに、ゲートウエイが決定したMAP−STAのアソシエーションおよびバックホール・ルーティングを通知する。ゲートウエイは、集中型のMACプロトコルを介して帯域幅の割当て通知を実行する。次に、ステップ320において、ゲートウエイは、決定された帯域幅の割当てに基づいて、集中型のMACプロトコルに送信のスケジューリングを行うように指示する。次に、ステップ325において、ゲートウエイはテストを実行して、新たな情報を受信しているかどうかを判定し、各MAPおよび各STAから受信した新たな情報に基づいて自己の決定を更新する必要があるかどうかを判定する。
Referring back to FIG. 3, the gateway collects network information from each MAP and each STA in
各MAP(図4)および各STA(図5)は、これに応じてルーティングおよびアソシエーション処理を実行する。集中型のMACプロトコルが使用されているため、ゲートウエイは、送信のスケジューリングを行うことにより、STAの帯域幅の割当てを実施することができる。 Each MAP (FIG. 4) and each STA (FIG. 5) execute routing and association processing accordingly. Since a centralized MAC protocol is used, the gateway can perform STA bandwidth allocation by scheduling transmissions.
図4は、MAPのための本発明の方法の例示的な実施の形態のフローチャートである。システムは、集中型のコントローラを有し、集中型のMACプロトコルを使用する。ステップ405において、MAPは、リンク品質およびチャネルの状態を測定する。ステップ410において、MAPは、測定したリンク品質およびのチャネルの状態をゲートウエイに報告(送信/転送)する。ステップ415において、テストを実行して、MAPが(ゲートウエイ内に存在する)中央コントローラからのバックホール・ルーティング決定/命令を受信したかどうかを判定する。MAPが中央コントローラからバックホール・ルーティング決定を受信している場合には、ステップ420において、MAPは、このMAP内に既に記憶されているルーティングおよびデータの転送/送信・命令/ポリシーを更新し、更新したルーティングおよびデータの転送/送信・命令/ポリシーを、受信した命令/決定に従って、MAPとアソシエーションを行っているSTAに転送する。アソシエーション決定に基づいて、コントローラは、(MAPを介して、)STAに対し、STAがどのMAPとアソシエーションを行う必要があるかどうか、さらに、このMAPと現在アソシエーションを行っているSTAが別のMAPとアソシエーションを行うように変更する必要があるかどうかを知らせる。ステップ425において、テストを実行して、MAPを継続するかどうかを判定する。MAPを継続する場合には、方法は、ステップ405に進む。MAPを継続しない場合には、MAPは、リンク品質およびチャネル状態を測定する動作を終了する。MAPが中央コントローラからのバックホール・ルーティング決定/命令を受信していない場合には、方法は、ステップ425に進む。
FIG. 4 is a flowchart of an exemplary embodiment of the method of the present invention for MAP. The system has a centralized controller and uses a centralized MAC protocol. In
図5は、STAのための本発明の方法の例示的な実施の形態のフローチャートである。システムは、集中型のコントローラを有し、集中型のMACプロトコルを使用する。ステップ505において、STAは、リンク品質およびチャネル状態を測定する。ステップ510において、STAは、(MAPを介して、)測定されたリンク品質およびチャネルの状態をゲートウエイに報告(送信/転送)する。ステップ515において、テストを実行して、STAが、このSTAとアソシエーションを行っているMAPを介して、(ゲートウエイ内に存在する)中央コントローラからのアソシエーション決定/命令を受信しているかどうかを判定する。STAが、(アソシエーションを行っているMAPを介して、)中央コントローラからアソシエーション決定を受信している場合には、ステップ520において、STAは、自己のアソシエーション情報を、受信した命令/決定に従って更新する。ステップ525において、テストを実行して、STAを継続するかどうかを判定する。STAを継続する場合には、方法は、ステップ505に進む。STAを継続しない場合には、STAは、リンク品質およびチャネル状態を測定する動作を終了する。ステップ515において、STAがアソシエーション決定/命令を受信していない場合には、方法は、ステップ525に進む。
FIG. 5 is a flowchart of an exemplary embodiment of the method of the present invention for a STA. The system has a centralized controller and uses a centralized MAC protocol. In
メッシュ・ネットワークが、IEEE802.11の分散型のコーディネーション機能のような分散型のMACプロトコルを使用している場合には、各STAおよび各MAPは、本発明の方法によって必要とされる情報を定期的に収集するモジュール(ソフトウエア、ファームウエア、または、その任意の組み合わせ)を備えていてもよい。収集された情報は、中央コントローラに報告される。中央コントローラは、本発明の方法を使用して、最適なSTA−MAPのアソシエーション、バックホール・ルーティング、および各STAに対する帯域幅の割当ての自己の決定を行い、またはその決定の定期的な更新を行う(図6)。この方法は、等式(1)〜(10)に記載されているような最大スループットのレート割当てまたは等式(11)〜(15)に記載されたmax‐minのレート割当てのいずれかを達成する。中央コントローラは、各STAおよび各MAPに自己の決定を通知する。各STA(図7)および各MAP(図8)は、中央コントローラの命令に従って、対応するアソシエーションおよびルーティング処理を実行する。分散型のMACプロトコルが使用されているため、STAは、ネットワークへの自己の上流側のトラフィックを調節するモジュール(ソフトウエア、ハードウエア、ファームウエア、またはその任意の組み合わせ)を備えてもよく、ゲートウエイは、STAのための下流側のトラフィックを調節する。中央コントローラは、等式(1)〜(10)に記載されているような最大スループットのレート割当てまたは(11)〜(15)に記載されたmax‐minの公平性レート割当てを使用して、最適なルーティング、アソシエーション、および帯域幅割当てを、比較的長い期間に渡って再計算し、更新することができる。2つの連続した実行処理の間では、等式(17)〜(30)に記載されたレート割当てアルゴリズムに基づいて、決定された論理トポロジー内で帯域幅の割当てを更新できるのみである。さらに、分散型のルーティングおよびアソシエーションの方法が論理的な2段の通信トポロジーを構築するのに使用される場合には、中央コントローラは、等式(17)〜(30)を用いて決定された論理トポロジー内で帯域幅の割当てを実行するのみである。新たな帯域幅の割当てを決定した後、中央コントローラは、決定された論理トポロジー内で帯域幅の割当てを実行するだけである。新たな帯域幅の割当てを判定した後、中央コントローラは、STAに自己の決定を知らせる。STAは、自己の帯域幅割当てパラメータを更新する。 If the mesh network uses a distributed MAC protocol, such as the IEEE 802.11 distributed coordination function, each STA and each MAP periodically updates the information required by the method of the present invention. Modules (software, firmware, or any combination thereof) may be provided. The collected information is reported to the central controller. The central controller uses the method of the present invention to make its own determination of optimal STA-MAP association, backhaul routing, and bandwidth allocation for each STA, or to periodically update that determination. Perform (FIG. 6). This method achieves either maximum throughput rate allocation as described in equations (1)-(10) or max-min rate allocation as described in equations (11)-(15). To do. The central controller notifies each STA and each MAP of its decision. Each STA (FIG. 7) and each MAP (FIG. 8) perform corresponding association and routing processes according to the instructions of the central controller. Because a distributed MAC protocol is used, the STA may include a module (software, hardware, firmware, or any combination thereof) that regulates its upstream traffic to the network, The gateway regulates downstream traffic for the STA. The central controller uses the maximum throughput rate allocation as described in equations (1)-(10) or the max-min fairness rate allocation as described in (11)-(15), Optimal routing, association, and bandwidth allocation can be recalculated and updated over a relatively long period of time. Between two consecutive execution processes, the bandwidth allocation can only be updated within the determined logical topology based on the rate allocation algorithm described in equations (17)-(30). In addition, if the distributed routing and association method is used to build a logical two-stage communication topology, the central controller was determined using equations (17)-(30). It only performs bandwidth allocation within the logical topology. After determining a new bandwidth allocation, the central controller only performs the bandwidth allocation within the determined logical topology. After determining the new bandwidth allocation, the central controller informs the STA of its decision. The STA updates its bandwidth allocation parameters.
図6は、分散型のMACプロトコルを使用した集中型のコントローラのための本発明の方法の例示的な実施の形態のフローチャートである。ステップ605において、ゲートウエイは、各MAPおよび各STAからネットワーク情報を取得する。次に、ステップ610において、ゲートウエイは、本発明の方法を使用して、最適なSTA−MAPのアソシエーション、バックホール・ルーティング、および帯域幅の割当てを決定する。この方法は、等式(1)〜(10)に記載されているような最大スループットのレート割当て、または、等式(11)〜(15)に記載されたmax‐minのレート割当てを実現する。ステップ615において、次に、ゲートウエイは、各MAPおよび各STAに、ゲートウエイが決定したMAP−STAのアソシエーションおよびバックホール・ルーティングを通知する。さらに、ゲートウエイは、ステップ620において、(自己とアソシエーションを行っているMAPを介して、)各STAに帯域幅の割当てを通知する。次に、ゲートウエイは、ステップ625において、テストを実行し、各MAPおよび各STAから新たな情報を受信しているかどうかを判定し、各MAPおよび各STAからの新しい情報の受信に基づいて、自己が行った決定を更新する必要があるかどうかを判定する。
FIG. 6 is a flowchart of an exemplary embodiment of the method of the present invention for a centralized controller using a distributed MAC protocol. In
図7は、MAPのための本発明の方法の例示的な実施の形態のフローチャートであり、システムは、集中型のコントローラを有し、分散型のMACプロトコルを使用している。ステップ705において、MAPは、リンク品質およびチャネル状態を測定する。ステップ710において、MAPは、(MAPを介して、)測定されたリンク品質およびチャネル状態をゲートウエイに報告(送信/転送)する。ステップ715において、テストを実行して、MAPが(ゲートウエイに存在する)中央コントローラからバックホール・ルーティング決定/命令を受信しているかどうかを判定する。MAPが中央コントローラからバックホール・ルーティング決定を受信している場合には、ステップ720において、MAPはこのMAP内に既に記憶されているルーティングおよびデータの転送/送信・命令/ポリシーを更新し、更新したルーティングおよびデータの転送/送信・命令を、受信した命令/決定に従って転送する。ステップ725において、テストを実行して、MAPを継続するかどうかを判定する。MAPを継続する場合には、方法は、ステップ705に進む。MAPを継続しない場合には、MAPは、リンク品質およびチャネル状態を測定する動作を終了する。MAPが中央コントローラからのバックホール・ルーティング決定/命令を受信していない場合には、方法は、ステップ725に進む。
FIG. 7 is a flowchart of an exemplary embodiment of the method of the present invention for MAP, where the system has a centralized controller and uses a distributed MAC protocol. In
図8は、STAのための本発明の方法の例示的な実施の形態のフローチャートであり、システムは、集中型のコントローラを有し、分散型のMACプロトコルを使用している。ステップ805において、STAは、リンク品質およびチャネル状態を測定する。ステップ810において、STAは、測定されたリンク品質およびチャネルの状態をゲートウエイに報告(送信/転送)する。ステップ815において、テストを実行して、STAが、ゲートウエイ内に存在する)中央コントローラからアソシエーション決定/命令を受信しているかどうかを判定する。STAが、中央コントローラからアソシエーション決定を受信している場合には、STAは、アソシエーションを更新する。ステップ825において、テストを実行して、STAが集中型のコントローラから帯域幅の割当て決定/命令を受信しているかどうかを判定する。STAが集中型のコントローラから帯域幅の割当て命令を受信している場合には、ステップ830において、STAは、受信した命令に従ってレート制御ポリシーを更新する。ステップ835において、テストを実行して、STAを継続するかどうかを判定する。STAを継続する場合には、方法は、ステップ805に進む。STAを継続しない場合には、STAは、リンク品質およびチャネル状態を測定する動作を終了する。STAが帯域幅の割当て命令を受信していない場合には、方法は、ステップ835に進む。ステップ815において、MAPが集中型のコントローラからアソシエーション命令/決定を受信していない場合には、方法は、ステップ825に進む。
FIG. 8 is a flowchart of an exemplary embodiment of the method of the present invention for a STA, where the system has a centralized controller and uses a distributed MAC protocol. In
図9は、本発明の原理に従ったゲートウエイの例示的な実施の形態のブロック図である。ゲートウエイは、無線インターフェース905を有する。無線インターフェース905は、各STAと直接通信するために、または、アソシエーションを行っているMAPを介してSTAと通信するために、複数の論理インターフェースを備えた単一の無線インターフェースあってもよいし、複数の無線インターフェースであってもよい。さらに、無線インターフェース905は、インターネットと通信するために使用されてもよく、あるいは、有線通信インターフェース910を介して他の有線回線ネットワークと通信するために使用されてもよい。さらに、無線インターフェース905は、ネットワーク情報収集モジュール915と通信する。ネットワーク情報収集モジュール915は、各MAPおよび各STAからゲートウエイが受信する、各MAPおよび各STAからのリンク品質およびチャネル状態情報を記憶するために、1つ以上のデータベース、記憶装置、またはメモリを含んでいてもよい。さらに、ネットワーク情報収集モジュール915は、意思決定モジュール920と通信する。意思決定モジュール920は、ネットワーク情報収集モジュール915において収集、記憶された情報に基づいて、バックホール・ルーティング、アソシエーション、および帯域幅の割当てに関する決定を行う。さらに、意思決定モジュール920は、自己が行った決定を各MAPおよび(アソシエーションを行っている各MAPを介して)各STAに送信するために、無線通信インターフェース・モジュール905と通信する。さらに、意思決定モジュール920は、データ・レート制御モジュールおよびMACプロトコル・モジュール925と通信する。さらに、データ・レート制御およびMACモジュール925は、各STAのためのデータ・トラフィック量を制御するために、無線通信インターフェース・モジュール905と通信する。
FIG. 9 is a block diagram of an exemplary embodiment of a gateway in accordance with the principles of the present invention. The gateway has a
図10は、本発明の原理に従ったMAPの例示的な実施の形態のブロック図である。MAPは、バックホール無線通信インターフェース・モジュール1005を含む。バックホール無線通信インターフェース・モジュール1005は、中継レイヤーにおける他のMAPとの通信やゲートウエイとの通信のために使用される。さらに、バックホール無線通信インターフェース・モジュールは、STA−MAP通信インターフェース・モジュール1010と通信して、データや制御パケットをバックホールから各STAに、または各STAからバックホールに転送する。さらに、バックホール無線通信インターフェース・モジュールは、ルーティングおよびデータ転送制御モジュール1015、メッセージ処理モジュール1020、およびリンク測定モジュール1025と通信する。さらに、ルーティングおよびデータ転送制御モジュール1015は、メッセージ処理モジュール1020と通信する。さらに、メッセージ処理モジュールは、バックホール無線通信インターフェース・モジュール1005と、STA−MAP無線通信インターフェース・モジュール1010との双方と通信する。メッセージ処理モジュールは、各STAから受信された、または各STA宛のメッセージ、中継レイヤーにおける他のMAPから受信されたメッセージまたは中継レイヤーにおける他のMAP宛のメッセージ、および、ゲートウエイから受信されたメッセージまたはゲートウエイ宛のメッセージを処理する。さらに、メッセージ処理モジュール1020は、リンク測定モジュール1025と通信する。リンク測定モジュール1025は、MAPとアソシエーションを行っている各STAからのリンク品質測定およびチャネル状態情報を受信、記憶し、このMAPのためのリンク品質およびチャネル状態の測定を行う。さらに、リンク品質測定モジュールは、リンク品質およびチャネル状態を中継レイヤーにおける他のMAPに転送/送信するため、さらに、リンク品質およびチャネル状態情報をゲートウエイに通信するために、バックホール無線通信インターフェース・モジュール1005と通信する。さらに、リンク測定モジュール1025は、自己とアソシエーションを行っている各STAからリンク品質およびチャネル状態情報を受信するために、STA−MAP無線通信インターフェース・モジュール1010と通信する。
FIG. 10 is a block diagram of an exemplary embodiment of a MAP in accordance with the principles of the present invention. The MAP includes a backhaul wireless
図11は、本発明の原理に従ったSTAの例示的な実施の形態のブロック図である。STAは、STA−MAP無線通信インターフェース・モジュール1105を含む。STA−MAP無線通信インターフェース・モジュール1105は、アソシエーション制御モジュール1110、メッセージ処理モジュール1115、レート制御モジュール1120、およびリンク測定モジュール1125と通信する。STA−MAP無線通信インターフェース・モジュール1105は、無線通信インターフェースを提供し、このSTAとアソシエーションを行っている各MAPと通信する。STAは、1つの物理的な無線インターフェースのみを有するが、複数の論理的な無線インターフェースを有していてもよい。即ち、STAは、複数のMAPとのアソシエーションを行うことができ、その場合には、時分割多重スキームを使用して通信する。アソシエーション制御モジュール1110は、(このSTAとのアソシエーションを行っているMAPを介して)ゲートウエイからアソシエーション命令を受信し、アソシエーション情報を記憶し、自己とアソシエーションを行っている各MAPとの間で交換されたメッセージを介して、各接続を構築して確立する。各メッセージは、STA−MAP無線通信インターフェース・モジュール1105を介して交換される。さらに、アソシエーション制御モジュール1110は、メッセージ処理モジュール1115と通信する。メッセージ処理モジュール1115は、このSTAとのアソシエーションを行っている各MAPから受信されたメッセージまたはこのSTAとのアソシエーションを行っている各MAP宛のメッセージ、および、ゲートウエイから受信されたメッセージまたはゲートウエイ宛のメッセージを処理する。さらに、メッセージ処理モジュール1115は、レート制御モジュール1120と通信する。レート制御モジュール1120は、(このSTAとのアソシエーションを行っているMAPを介して)ゲートウエイからデータ・レート制御命令を受信し、データ・レート制御情報を格納し、データ・レート制御命令に従って動作する。さらに、STAはリンク測定モジュール1125を有しており、このリンク測定モジュールは、メッセージ処理モジュール1115と通信し、その情報をアソシエーションを行っているMAPを介してゲートウエイに提供するためにリンク品質およびチャネル状態を測定する。
FIG. 11 is a block diagram of an exemplary embodiment of a STA in accordance with the principles of the present invention. The STA includes a STA-MAP wireless
本発明は、ハードウエア(例えば、ASICチップ)、ソフトウエア、ファームウエア、特定目的用途のプロセッサ、または、これらを組み合わせた様々な形態において、サーバー、中間装置(無線アクセスポイントまたは無線ルータ)、または、モバイル装置内で実施可能であることが理解できるであろう。好ましくは、本発明は、ハードウエアおよびソフトウエアを組み合わせて実施することができる。さらに、ソフトウエアは、好ましくは、プログラム記憶装置上で実際に実施されるアプリケーション・プログラムとして実装される。アプリケーション・プログラムは、適切なアーキテクチャを有するマシンにアップロードされ、このマシンによって実行されるようにしてもよい。好ましくは、このマシンは、一つ以上の中央処理装置(CPU)、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、入出力(I/O)インターフェースを有するコンピュータ・プラットフォーム上に実装される。また、コンピュータ・プラットフォームは、オペレーティング・システムおよびマイクロインストラクション・コードを含む。本明細書中で記載される様々な処理および機能は、オペレーティング・システムを介して実行される、マイクロインストラクション・コードの一部を構成するものでもよいし、アプリケーション・プログラムの一部を構成するものであってもよいし、これらを組み合わせたものであってもよい。さらに、追加的なデータ記憶装置や印刷装置等、様々な他の周辺機器をコンピュータ・プラットフォームに接続してもよい。 The present invention may be implemented in various forms of hardware (eg, ASIC chip), software, firmware, special purpose processors, or combinations thereof, servers, intermediate devices (wireless access points or wireless routers), or It will be appreciated that it can be implemented within a mobile device. Preferably, the present invention can be implemented with a combination of hardware and software. Further, the software is preferably implemented as an application program that is actually implemented on the program storage device. The application program may be uploaded to a machine having an appropriate architecture and executed by this machine. Preferably, the machine is implemented on a computer platform having one or more central processing units (CPUs), a random access memory (RAM), and input / output (I / O) interfaces. The computer platform also includes an operating system and microinstruction code. The various processes and functions described herein may form part of microinstruction code or part of an application program that is executed via the operating system. Or a combination of these. In addition, various other peripheral devices may be connected to the computer platform such as an additional data storage device and a printing device.
さらに、各図面に示すシステムの構成要素および方法ステップの幾つかは、好ましくは、ソフトウエアの形態によって実施されるため、システムの構成要素間の実際の接続(または処理ステップ)は、本願の原理がプログラムされる方法によって異なる場合があることが理解できるであろう。関連する技術における当業者であれば、本明細書の開示内容に基づいて、本明細書の開示内容を理解し、さらに、本発明に類似した実施態様または構成を企図できるであろう。 Further, since some of the system components and method steps shown in each drawing are preferably implemented in software form, the actual connections (or processing steps) between the system components are the principles of the present application. It will be appreciated that may vary depending on how it is programmed. A person skilled in the relevant art will understand the present disclosure based on the present disclosure, and may further contemplate an embodiment or configuration similar to the present invention.
さらに、各図面に示すシステムの構成要素および方法ステップの幾つかは、好ましくは、ソフトウエアの形態によって実施されるため、システムの構成要素間の実際の接続(または処理ステップ)は、本願の原理がプログラムされる方法によって異なる場合があることが理解できるであろう。関連する技術における当業者であれば、本明細書の開示内容に基づいて、本明細書の開示内容を理解し、さらに、本発明に類似した実施態様または構成を企図できるであろう。
[付記項]
[付記項1]
ネットワーク情報を収集するステップと、
前記収集したネットワーク情報に基づいて、アソシエーション、帯域幅割当て、およびルーティング・スキームを決定するステップと、
メッシュ・アクセス・ポイントに前記アソシエーション、前記帯域幅割当て、および前記ルーティング・スキームを通知するステップと、
クライアント・ノードに前記アソシエーションを通知するステップと、
を含む方法。
[付記項2]
前記帯域幅割当てに基づいてデータの送信をスケジューリングするステップをさらに含む、付記項1に記載の方法。
[付記項3]
前記クライアント・ノードに前記クライアント・ノードのための前記帯域幅割当てを通知するステップをさらに含む、付記項1に記載の方法。
[付記項4]
前記収集するステップは、集中型の媒体アクセス制御プロトコルを介して行われる、付記項1に記載の方法。
[付記項5]
前記収集するステップは、分散型の媒体アクセス制御プロトコルを介して行われる、付記項1に記載の方法。
[付記項6]
前記方法はゲートウエイに存在する集中型のコントローラによって行われる、付記項1に記載の方法。
[付記項7]
前記決定するステップは、最大スループットの帯域幅レート割当てを生じさせる、付記項1に記載の方法。
[付記項8]
前記決定するステップは、max‐minの帯域幅レート割当てを生じさせる、付記項1に記載の方法。
[付記項9]
前記スケジューリングするステップは、集中型の媒体アクセス制御プロトコルを介して行われる、付記項2に記載の方法。
[付記項10]
更新されたネットワーク情報を受信するステップをさらに含む、付記項1に記載の方法。
[付記項11]
ネットワーク情報を収集する手段と、
前記収集された情報に基づいて、アソシエーション、帯域幅割当て、およびルーティング・スキームを決定する手段と、
メッシュ・アクセス・ポイントに前記アソシエーション、前記帯域幅割当て、および前記ルーティング・スキームを通知する手段と、
クライアント・ノードに前記アソシエーションを通知する手段と、
を含む装置。
[付記項12]
前記帯域幅割当てに基づいてデータの送信をスケジューリングする手段をさらに含む、付記項11に記載の装置。
[付記項13]
前記クライアント・ノードに前記クライアント・ノードのための前記帯域幅割当てを通知する手段をさらに含む、付記項11に記載の装置。
[付記項14]
前記収集する手段は、集中型の媒体アクセス制御プロトコルを用いて実施される、付記項11に記載の装置。
[付記項15]
前記収集する手段は、分散型の媒体アクセス制御プロトコルを用いて実施される、付記項11に記載の装置。
[付記項16]
前記装置はゲートウエイに存在する集中型のコントローラである、付記項11に記載の装置。
[付記項17]
前記決定する手段は、最大スループットの帯域幅レート割当てを生じさせる、付記項11に記載の装置。
[付記項18]
前記決定する手段は、max‐minの帯域幅レート割当てを生じさせる、付記項11に記載の装置。
[付記項19]
前記スケジューリングする手段は、集中型の媒体アクセス制御プロトコルを用いて実施される、付記項12に記載の装置。
[付記項20]
更新されたネットワーク情報を受信する手段をさらに含む、付記項11に記載の装置。
[付記項21]
リンク品質およびチャネル状態を測定するステップと、
前記測定するステップの結果をコントローラに報告するステップと、
前記コントローラからルーティング決定およびデータ転送命令を受信するステップと、
前記ルーティング決定および前記データ転送命令をクライアント・ノードに転送するステップと、
を含む方法。
[付記項22]
前記ルーティング決定はバックホール・ルーティング決定である、付記項21に記載の方法。
[付記項23]
前記方法はメッシュ・アクセス・ポイントによって行われる、付記項21に記載の方法。
[付記項24]
リンク品質およびチャネル状態を測定する手段と、
前記測定の結果をコントローラに報告する手段と、
前記コントローラからルーティング決定およびデータ転送命令を受信する手段と、
前記ルーティング決定および前記データ転送命令をクライアント・ノードに転送するステップと、
を含む装置。
[付記項25]
前記ルーティング決定はバックホール・ルーティング決定である、付記項24に記載の装置。
[付記項26]
前記装置はメッシュ・アクセス・ポイントである、付記項24に記載の装置。
[付記項27]
リンク品質およびチャネル状態を測定するステップと、
前記測定するステップの結果をコントローラに報告するステップと、
前記コントラーラからアソシエーション命令を受信するステップと、
前記受信したアソシエーション命令に基づいて、既に記憶されたアソシエーション命令を更新するステップと、
を含む方法。
[付記項28]
前記コントローラから帯域幅割当て命令を受信するステップと、
前記帯域幅割当て命令を更新するステップと、
をさらに含む、付記項27に記載の方法。
[付記項29]
前記報告するステップは、メッシュ・アクセス・ポイントを介して行われる、付記項27に記載の方法。
[付記項30]
前記受信するステップは、メッシュ・アクセス・ポイントを介して行われる、付記項27に記載の方法。
[付記項31]
前記方法はクライアント・ノードによって行われる、付記項27に記載の方法。
[付記項32]
リンク品質およびチャネル状態を測定する手段と、
前記測定の結果をコントローラに報告する手段と、
前記コントラーラからアソシエーション命令を受信する手段と、
前記受信したアソシエーション命令に基づいて、既に記憶されたアソシエーション命令を更新する手段と、
を含む装置。
[付記項33]
前記コントローラから帯域幅割当て命令を受信する手段と、
前記帯域幅割当て命令を更新する手段と、
をさらに含む、付記項32に記載の装置。
[付記項34]
前記報告する手段は、メッシュ・アクセス・ポイントによって実施される、付記項32に記載の装置。
[付記項35]
前記受信する手段は、メッシュ・アクセス・ポイントによって実施される、付記項32に記載の装置。
[付記項36]
前記装置はクライアント・ノードである、付記項32に記載の装置。
Further, since some of the system components and method steps shown in each drawing are preferably implemented in software form, the actual connections (or processing steps) between the system components are the principles of the present application. It will be appreciated that may vary depending on how it is programmed. A person skilled in the relevant art will understand the present disclosure based on the present disclosure, and may further contemplate an embodiment or configuration similar to the present invention.
[Additional notes]
[Additional Item 1]
Collecting network information;
Determining an association, bandwidth allocation, and routing scheme based on the collected network information;
Informing the mesh access point of the association, the bandwidth allocation, and the routing scheme;
Notifying the client node of the association;
Including methods.
[Additional Item 2]
The method of
[Additional Item 3]
The method of
[Additional Item 4]
The method of
[Additional Item 5]
The method of
[Additional Item 6]
The method of
[Additional Item 7]
The method of
[Additional Item 8]
The method of
[Additional Item 9]
The method of
[Additional Item 10]
[Additional Item 11]
A means of collecting network information;
Means for determining an association, bandwidth allocation, and routing scheme based on the collected information;
Means for notifying the mesh access point of the association, the bandwidth allocation, and the routing scheme;
Means for notifying the client node of the association;
Including the device.
[Additional Item 12]
The apparatus of claim 11, further comprising means for scheduling transmission of data based on the bandwidth allocation.
[Additional Item 13]
The apparatus of claim 11, further comprising means for notifying the client node of the bandwidth allocation for the client node.
[Additional Item 14]
The apparatus of claim 11, wherein the means for collecting is implemented using a centralized medium access control protocol.
[Appendix 15]
The apparatus of claim 11, wherein the means for collecting is implemented using a distributed media access control protocol.
[Appendix 16]
The apparatus according to claim 11, wherein the apparatus is a centralized controller existing in a gateway.
[Additional Item 17]
The apparatus of claim 11, wherein the means for determining results in a bandwidth rate allocation with maximum throughput.
[Additional Item 18]
The apparatus of claim 11, wherein the means for determining results in a max-min bandwidth rate allocation.
[Appendix 19]
The apparatus of claim 12, wherein the means for scheduling is implemented using a centralized medium access control protocol.
[Appendix 20]
Item 12. The apparatus according to Item 11, further comprising means for receiving updated network information.
[Appendix 21]
Measuring link quality and channel conditions;
Reporting the result of the measuring step to a controller;
Receiving a routing decision and a data transfer instruction from the controller;
Transferring the routing decision and the data transfer instruction to a client node;
Including methods.
[Appendix 22]
Item 22. The method of clause 21, wherein the routing decision is a backhaul routing decision.
[Additional Item 23]
Item 22. The method of clause 21, wherein the method is performed by a mesh access point.
[Appendix 24]
Means for measuring link quality and channel conditions;
Means for reporting the result of the measurement to the controller;
Means for receiving routing decisions and data transfer instructions from the controller;
Transferring the routing decision and the data transfer instruction to a client node;
Including the device.
[Appendix 25]
25. The apparatus of clause 24, wherein the routing decision is a backhaul routing decision.
[Appendix 26]
25. The device of clause 24, wherein the device is a mesh access point.
[Appendix 27]
Measuring link quality and channel conditions;
Reporting the result of the measuring step to a controller;
Receiving an association instruction from the controller;
Updating an already stored association instruction based on the received association instruction;
Including methods.
[Appendix 28]
Receiving a bandwidth allocation command from the controller;
Updating the bandwidth allocation instruction;
The method of claim 27, further comprising:
[Appendix 29]
28. The method of clause 27, wherein the reporting step is performed via a mesh access point.
[Appendix 30]
28. The method of clause 27, wherein the receiving step is performed via a mesh access point.
[Appendix 31]
28. The method of clause 27, wherein the method is performed by a client node.
[Appendix 32]
Means for measuring link quality and channel conditions;
Means for reporting the result of the measurement to the controller;
Means for receiving an association command from the controller;
Means for updating an already stored association instruction based on the received association instruction;
Including the device.
[Additional Item 33]
Means for receiving a bandwidth allocation command from the controller;
Means for updating said bandwidth allocation instruction;
34. The apparatus of clause 32, further comprising:
[Additional Item 34]
The apparatus of clause 32, wherein the means for reporting is implemented by a mesh access point.
[Appendix 35]
Item 33. The apparatus of clause 32, wherein the means for receiving is implemented by a mesh access point.
[Appendix 36]
Item 33. The device of clause 32, wherein the device is a client node.
Claims (36)
前記収集したネットワーク情報に基づいて、アソシエーション、帯域幅割当て、およびルーティング・スキームを決定するステップと、
メッシュ・アクセス・ポイントに前記アソシエーション、前記帯域幅割当て、および前記ルーティング・スキームを通知するステップと、
クライアント・ノードに前記アソシエーションを通知するステップと、
を含む方法。 Collecting network information;
Determining an association, bandwidth allocation, and routing scheme based on the collected network information;
Informing the mesh access point of the association, the bandwidth allocation, and the routing scheme;
Notifying the client node of the association;
Including methods.
前記収集された情報に基づいて、アソシエーション、帯域幅割当て、およびルーティング・スキームを決定する手段と、
メッシュ・アクセス・ポイントに前記アソシエーション、前記帯域幅割当て、および前記ルーティング・スキームを通知する手段と、
クライアント・ノードに前記アソシエーションを通知する手段と、
を含む装置。 A means of collecting network information;
Means for determining an association, bandwidth allocation, and routing scheme based on the collected information;
Means for notifying the mesh access point of the association, the bandwidth allocation, and the routing scheme;
Means for notifying the client node of the association;
Including the device.
前記測定するステップの結果をコントローラに報告するステップと、
前記コントローラからルーティング決定およびデータ転送命令を受信するステップと、
前記ルーティング決定および前記データ転送命令をクライアント・ノードに転送するステップと、
を含む方法。 Measuring link quality and channel conditions;
Reporting the result of the measuring step to a controller;
Receiving a routing decision and a data transfer instruction from the controller;
Transferring the routing decision and the data transfer instruction to a client node;
Including methods.
前記測定の結果をコントローラに報告する手段と、
前記コントローラからルーティング決定およびデータ転送命令を受信する手段と、
前記ルーティング決定および前記データ転送命令をクライアント・ノードに転送するステップと、
を含む装置。 Means for measuring link quality and channel conditions;
Means for reporting the result of the measurement to the controller;
Means for receiving routing decisions and data transfer instructions from the controller;
Transferring the routing decision and the data transfer instruction to a client node;
Including the device.
前記測定するステップの結果をコントローラに報告するステップと、
前記コントラーラからアソシエーション命令を受信するステップと、
前記受信したアソシエーション命令に基づいて、既に記憶されたアソシエーション命令を更新するステップと、
を含む方法。 Measuring link quality and channel conditions;
Reporting the result of the measuring step to a controller;
Receiving an association instruction from the controller;
Updating an already stored association instruction based on the received association instruction;
Including methods.
前記帯域幅割当て命令を更新するステップと、
をさらに含む、請求項27に記載の方法。 Receiving a bandwidth allocation command from the controller;
Updating the bandwidth allocation instruction;
28. The method of claim 27, further comprising:
前記測定の結果をコントローラに報告する手段と、
前記コントラーラからアソシエーション命令を受信する手段と、
前記受信したアソシエーション命令に基づいて、既に記憶されたアソシエーション命令を更新する手段と、
を含む装置。 Means for measuring link quality and channel conditions;
Means for reporting the result of the measurement to the controller;
Means for receiving an association command from the controller;
Means for updating an already stored association instruction based on the received association instruction;
Including the device.
前記帯域幅割当て命令を更新する手段と、
をさらに含む、請求項32に記載の装置。 Means for receiving a bandwidth allocation command from the controller;
Means for updating said bandwidth allocation instruction;
35. The apparatus of claim 32, further comprising:
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