JP2013545379A - コグニティブ無線ネットワークにおける暗黙の電力制御を用いたスペクトル共有 - Google Patents

Abstract

コグニティブ無線ワイヤレス通信のための暗黙の電源制御を組み込んだクロスレイヤスペクトル共有モデルが提供される。一例として、バイナリ整数線形計画問題が、コグニティブ無線、アドホックネットワークにおける二次ユーザノード間の活性化された無線リンクを確立するために定式化される。定式化は、開示される干渉制約内の複数の活性化されたリンク間の無線チャネルを再利用し、各リンク上の送信のための電力レベルを割り当てる。また、定式化は、アドホックネットワーク内のコミュニケーションを改善し、アドホックネットワークの双方向無線リンクを採用する。さらに、電力レベル割り当ては、事前定義され、暗黙的に複雑さを低減するために、定式化中に埋め込むことができる。

Description

［３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ§１１９による優先権の主張］
本出願の発明は、「高効率スペクトル共有コグニティブ無線ネットワークにおける暗黙の電力制御」と題し、２０１０年１０月２７日に出願された特許仮出願シリアル番号６１／４０７、４２８に対する優先権を主張し、ここに明示的に参照により本発明に組み込むものである。

［発明の分野］
本発明は、一般的に、コグニティブ無線ネットワークにおけるスペクトル共有に関し、より具体的には、コグニティブ無線通信用の暗黙の電力制御を用いた中央管理された効率的なスペクトル利用の提供に関する。

現代の無線通信では、ほとんどのワイヤレスネットワークは、特定の許認可されたまたは無免許の無線周波数で動作する。例えば、携帯通信、ページング通信、アマチュア無線通信などの異なるタイプの無線通信は、これらのタイプの通信を用いた電子機器の標準周波数として割り当てられた異なる周波数スペクトルを有している。異なる州または国の政府が彼らの管轄権内で或る程度、これらの周波数を変更することができるが、一般的に、所与の無線システム、例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１１ローカルエリアネットワークで用いられる周波数は、世界中で同じとなろう。

無線通信のいくつかのモードが徐々に良く知られるようになってくるにつれ、それらに関連する周波数スペクトルも徐々に混雑するようになってきている。例えば、一般的に携帯電話通信に採用される周波数スペクトルは、無線通信のこれらの２つのフォームの相対的な人気のために、アマチュア無線で採用されているよりも混雑している。周波数スペクトルの使用率のこの不均衡は、全体的な無線周波数スペクトルの非効率的な使用を導いた。

コグニティブ無線は、無線通信のためのよりインテリジェントで適応型のパラダイムを提供するためのメカニズムとして第１に提案される。このメカニズムは、適応型で動的な無線通信を達成するために洗練されたソフトウェアロジックを備える、比較的いたるところに存在するスマートフォン型モバイル通信デバイスを活用するように見える。コグニティブ無線のための最初の提案は、文脈を利用する機能として、ユーザーコミュニケーションの必要性を検出し、それらの必要性に合わせて特に構成された無線リソース又は無線サービスを届けるために、十分に磨きをかけたコンピュータ通信にコンピュータを想定した。しかし、従来のシステムでは、ネットワークおよびユーザーの要求に応答して、その通信の変数を適応させ、完全に再構成可能な無線システムを達成していない。

コグニティブ無線のための多くの概念的な提案は、まだ実現を達成することはないが、それらの周波数スペクトル利用への取り組みはすでに開始されている。このことは、主として、無線周波数の非効率的な使用が、差し迫ってかつ多角的な問題となっているためである。例えば、携帯電話ネットワークのようなシステムに固定の周波数割り当てについては、単に、（例えば、テレビ放送のような特定のサービスに割り当てられた）使用済み周波数を無免許ユーザーによって使用できないようにする。これは、これらの周波数上での追加の送信が割り当てられているサービスにたとえ干渉しない場合にも、そのようにされる。

それゆえ、コグニティブ無線の第１のアプリケーションのうちの一つは、無線通信装置の異なる集合による又は異なるサービスのための、通信装置又は無線サービスの一集合のための、許認可された又は他の事前に割り当てられた無線スペクトルの使用を含む。これらのアプリケーションのいずれかの基本的な制約は、許認可されたまたはその他の事前に割り当てられた周波数スペクトル上で潜在的な衝突を回避することが含まれることである。したがって、コグニティブ無線システムは、与えられたスペクトル上の正当なユーザーの存在を感知し、衝突を引き起こす方法でそのスペクトルを利用し回避するように開発されてきた。ユーザーの存在が検出されなかった場合は、コグニティブ無線システムが大きな度合いでスペクトルを利用しようとする。これは、無線周波数スペクトル、ユーザーの行動とネットワークの状態を含む、外部と内部の無線環境における、いくつかの要因を積極的に監視することによって達成することができる。

コグニティブ無線通信における関心の一つの問題は、非認可またはその他の非定型の無線装置（二次ユーザ装置とも呼ばれる）による非利用または利用周波数下での効率的な共有を行うことである。いくつかのスペクトル共有の提案は周波数共有アルゴリズムの複雑さを軽減するために、単一方向のリンクを前提としている。他の提案は、スペクトル共有と関連して電力制御を無視する。しかし、従来のシステムでは、現実世界の無線通信の懸念に合致する適切な制約を意図する堅牢なスペクトル共有アルゴリズムを提供しない。

従来のコグニティブ無線技術の上述の欠陥は、単に現在の技術のいくつかの問題の概要を提供するためであり、網羅的であることを意図するものではない。本技術分野の状態の他の問題および本発明に記載の種々の非限定的な実施形態のいくつかの対応する利点は、以下の詳細な説明を精査することにより、さらに明らかになる。

以下に、様々な実施形態のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために簡略化した概要を提示する。この要約は、様々な実施形態の広範な概観ではない。それは、様々な実施形態の主要または重要な要素を特定することを意図するものでも、そのような実施形態の範囲を線引きすることを意図しているものでもない。その唯一の目的は、後で提示されるより詳細な説明の前置きとして、簡略化した形で様々な実施形態のいくつかの概念を提示することである。

本開示のさまざまな態様が、コグニティブ無線の無線通信に用いられた暗黙の電力制御を組み込んだクロスレイヤスペクトル共有モデルを提供する。特定の態様によれば、アドホックネットワークにおける二次ユーザノード間の活性化された無線リンクを確立するために、バイナリ整数線形計画問題が、定式化(formulation)される。上記定式化は、開示された干渉の制約の範囲内で複数のアクティブリンク間の無線チャネルを再利用し、各リンク上の送信のための電力レベルを割り当てる。また、その定式化は、二次ユーザノードのペア間の伝送の確認応答を組み込んだ、アドホックネットワークの双方向無線リンクを仮定することができる。さらに、電力レベルの割り当ては、事前定義され、複雑さを低減するために、暗黙のうちに定式化に埋め込むこともできる。

本開示における少なくとも一つの態様は、少なくともソートコンポーネント、参照コンポーネント、およびスケジューリングコンポーネントを含むコグニティブ無線無線通信のためのシステムを提供する。ソートコンポーネントは、コグニティブ無線の配置では、アドホックネットワークとして動作する二次ユーザノードの集合によって形成されるそれぞれの双方向無線リンクを分類するように構成することができる。参照コンポーネントは、双方向無線リンクの等級を使用してノードの送信電力を相関させるように構成することができる。さらに、スケジューリングコンポーネントは、双方向無線リンクの等級に従い、双方向無線リンクに参加しているノードへのノードの送信電力を割り当てるように構成することができる。

他の態様は、コグニティブ無線通信の方法を開示する。この方法は、アドホックネットワークのために構成されている二次ユーザのノードとの間の潜在的な双方向リンクの集合を識別することを含むことができる。さらに、この方法は、一連の制約への潜在的な双方向リンク対象の集合の最大数を活性化することを備えることができ、その制約の集合は、少なくとも干渉の制約を含む。この方法は、活性化された双方向リンクの特性から予め定められている活性化された双方向リンクへの送信電力の割り当てを、さらに含むことができる。

さらに他の態様では、本開示は、無線通信のためのシステムを提供する。このシステムは、少なくとも干渉の制約に従うことを条件として、二次ユーザノードのペア間でアドホック無線通信に使用可能な無線チャネルを割り当てる際に、チャネルの再利用を最大化するための手段を備えることができる。さらに、このシステムは、ノードのそれぞれのペアの位置特性から予め定められている、１つのノードペアへの送信電力を割り当てるための手段を備えることができる。

以下の説明および添付図面は、種々の実施形態の詳細に例示する。これらの態様およびその同等物は、表示的(indicative)であるが、様々な実施形態の原理を使用することができる様々な方法、及びそのような実施形態のいくつかは、このように、任意の特定の態様または本発明中に記載される態様に限定されるべきではない。様々な実施形態の他の利点および特徴的な機能は、図面と併せて考慮される以下の詳細な説明から明らかになる。

コグニティブ無線アプリケーションで暗黙の電力制御と高効率スペクトル共有を提供するサンプルシステムのブロック図を示す。 いくつかの態様による、コグニティブ無線における暗黙の電力制御のための例のディスクリートレベルリンク分類メカニズムの図を示す。 他の態様よる、スペクトル共有、チャネル割当および二次ユーザノードのアドホックネットワークのための電力制御を提供する例示のコグニティブ無線基地局の構成を示すブロック図を示す。 １以上の態様による、二次ユーザノードと最適な周波数割当ての例示的な均一な分布の図を示す。 さらなる態様による、二次ユーザノードと最適な周波数割当てのサンプルの不均一な分布の図を示す。 図５の不均一な分布の、クラスタ内およびクラスタ間の無線リンクの例示的な集合の図を示す。 さらに他の開示された態様による、コグニティブ無線における効率的なスペクトル利用を提供するサンプルの方法についてのフローチャートを示す。 コグニティブ無線のスペクトル利用における、チャネル割り当て及び暗黙の電力制御方法の一例のフローチャートを示す。 コグニティブ無線のスペクトル利用における、チャネル割り当て及び暗黙の電力制御方法の一例のフローチャートを示す。 開示されたシステムまたは方法の少なくともいくつかの態様において実行するように動作可能な例示的なコンピュータのブロック図を示す。 追加の態様による例示的な電子通信環境のブロック図を示す。

図面を参考しながら種々の実施形態を説明する参照番号は、全体を通して同じ要素を指すために使用されるように、図面を参照しながら説明される。以下の説明では、説明の目的のために、数多くの具体的な詳細は、様々な形態の完全な理解を提供するために記載される。それは、様々な実施形態は、これらの具体的な詳細がなくても実施することができることが明らかであろう。他の事例では、周知の構造および装置が種々の実施形態を説明することを容易にするために、ブロック図の形で示されている。

本発明で使用されている用語「コンポーネント」、「モジュール」、「システム」等はコンピュータ関連のエンティティ、ハードウェア、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせ、ソフトウェア、またはソフトウェアでの実行のいずれかを参照することができる。たとえば、コンポーネントは、それに限定されるものではなく、プロセッサ、プロセッサ、オブジェクト、実行スレッド、プログラム、および／またはコンピュータ上で動作しているプロセスとすることができる。例示のために、コントローラおよびコントローラ上で実行されるアプリケーションの両方をコンポーネントとすることができる。１以上のコンポーネントは、プロセスおよび／または実行スレッド内に存在することができ、１つのコンポーネントは、１つのコンピュータ上に位置するか、および／または２以上のコンピュータ間で分散することができる。

さらに、様々な実施形態が、本開示による主題を実装するコンピュータを制御するソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの任意の組み合わせを生成するために、方法、装置、または標準的なプログラミングおよび／またはエンジニアリング技術として実装することができる。本発明で使用される用語「製品」は、任意のコンピュータ読み取り可能なデバイス、担体、または媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムを包含することを意図している。たとえば、コンピュータ可読媒体は、磁気記憶装置（例えば、ハードディスク、フロッピーディスク、磁気ストリップ…）、光ディスク（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）…）、スマートカード、およびフラッシュメモリデバイス（例えば、カード、スティック、キードライブ…）に限定されない。もちろん、当業者は、種々の実施形態の範囲および精神から逸脱することなく、この構成に対して行うことができる多くの変更を認識する。

さらに、「典型的」という言葉は、例えば、事例、または実例として意味するために使用される。「例示」として本発明に記載される任意の態様または設計は、他の態様または設計より好ましいまたは有利であると解釈されるべきというわけではない。むしろ、模範的な言葉の使用は、概念を具体的に提示することを意図している。本発明で使用される用語「または」は、包括的な「または」ではなく、排他的な「または」を意味することが意図される。それは、特に断らない限り、文脈から明らかであるように、「ＸはＡまたはＢを採用する」とは、天然の包括的な置換のいずれかを意味することを意図している。上述の例の元では、もしＸがＡを採用するか、ＸがＢを採用するか、または、ＸがＡとＢの両方を採用するならば、「ＸはＡまたはＢを採用している」を満足する。また、冠詞「ａ」と「Ａ」のように、このアプリケーションで使用され、添付の特許請求の範囲は、一般的には特に断らない限り、あるいは、文脈から明らかに単数形に導かれる場合でない限り、
「一つ以上」を意味すると解釈されるべきである。

ここに使用されるように、「推論する」または「推論」の用語は、イベントおよび／またはデータを介して捕捉され、観察された集合から、システム、環境、および／またはユーザの状態に関する推論または推論のプロセスを一般に意味する。推論は、例えば、特定のコンテキスト（文脈）またはアクション（動作）を識別するために使用することができる、または状態にわたる確率分布を生成することができる。推論は、確率論的、すなわち、データおよびイベントの考察に基づいて、興味のある状態にわたる確率分布の計算とすることができる。推論は、イベントおよび／またはデータの集合からより高いレベルのイベントを構成するために使用される技術を指すことができる。そのような推論は、結果として、観察されたイベントおよび／または格納されたイベントデータ、イベントが近い時間的に近接して相関しているかどうか、イベントおよびデータが１つまたはいくつかのイベントとデータソースから来るか、の組から新しいイベントまたはアクションの構成として帰結する。

コグニティブ無線（ＣＲ）は、典型的には２タイプのユーザ装置、一次ユーザ装置（一次ユーザ端末を含む）および二次ユーザ装置（二次ユーザ端末を含む二次ユーザノード、あるいはＳＵＴと呼ばれる）である。一次ユーザ装置は、一般に、特定の周波数スペクトルを許認可され、特定の周波数スペクトルに割り当てられたサービスを採用しているある種の無線インターフェース装置（例えば、無線送信機、無線受信機、無線トランシーバ、…）である。他方、二次ユーザ装置は、典型的には、特定の周波数を許認可されておらず、または周波数スペクトルが割り当てられること以外の異なるサービスを利用する。例として、携帯電話は、この周波数スペクトルに割り当てられたもの以外の異なるサービス（例えば、携帯無線通信はテレビ放送の受信に敵対するというように）を利用するというように、携帯電話は、テレビ放送に割り当てられた周波数スペクトル上のＳＵＴである。更に他の例では、もし携帯電話が８０２．１１無線通信などに割り当てられた周波数スペクトルを利用することを許認可されていなければ、その携帯電話は８０２．１１無線通信に割り当てられた周波数スペクトル上の二次ユーザとすることができる。

コグニティブ無線は、一次ユーザによって使用される周波数上で、一次ユーザ装置への干渉の発生を回避するためのチャネル感知メカニズムを採用している。チャネルを感知することによって、所与の時点で、そのチャネル上で送信が発生するかどうかの推定を行うことができる。チャネル送信が無いアイドル状態として推定されたチャネルは、二次ユーザ装置のトラフィック送信に使用することができる。ビジーであると推定されたチャネルは、二次ユーザ装置によって回避される。このようにして、二次ユーザーノードは未使用のチャネルを識別し、日和見的に(opportunistically)それらにアクセスする。

二次ユーザノードは、典型的には、自分自身でアドホックネットワークを組織する。これらの二次ユーザノード間の送信は、未使用として、またはそうでなければ利用可能として識別されたチャネルで達成することができる。各ノードにおける利用可能なチャネルの集合が同じである多チャネル多無線ネットワークと異なり、ＣＲネットワークでは、利用可能なチャネルの集合はノード毎に異なる。

ＣＲネットワークのチャネル割り当て問題を解こうとする時、いくつかの典型的な問題が発生する。例えば、一つの問題は、アドホックネットワーク内で二次ユーザノードが通信する隣接ノード（複数可）を決定することを含む。別の例の問題は、それぞれのノードのグループのどのチャネル（複数可）が、これらの通信に利用されるべきかを決定することを含む。さらに別の例の問題は、これらの通信の送信電力レベルを決定する。

本発明の開示は、アドホックネットワークに参加する二次ユーザーノードのスペクトル共有と電力制御を共同で設計するためのレイヤ横断型最適化フレームワークを提供する。最適化フレームワークは、例えば干渉の制約を含むチャネルの再利用の際の様々な制約を含めることができる。さらに、最適化フレームワークは、アドホックネットワークにおける送信確認応答（例えば、リンクレベルの確認応答）を可能にするために、ノード間の双方向リンクを利用している。双方向リンクの例は、とりわけ、８０２．１１型のプロトコルの干渉モデルを含めることができる。

上記に加えて、スペクトル共有の最適化は、暗黙の電力制御を組み入れることができる。一例として、暗黙の電力制御はリンク等級がそのリンクのために用いる送信電力を決定するような双方向リンクの分類に基づくことができる。その結果、電力制御は、電力制御が各ノードにおける決定変数であると考える技術と比較して、チャネル割り当てを簡素化し、最適化フレームワークに暗黙的に組み込むことができる。

チャネル割り当ての最適化の様々な例示のアプリケーションが、本発明に開示されている。最適化の定式化の一例は、バイナリ整数線形計画法（ＢＩＬＰ）アルゴリズムに基づいて提供される。様々な制約もまた、コグニティブ無線通信に関する実世界を考慮したモデル化のために構築されている。これらの制約は、その後、複数の例のアドホックネットワークのシナリオにおいて、ＢＩＬＰアルゴリズムに適用される。

一実施例では、最適化フレームワークは、二次ユーザノードの均一な分布(homogeneous distribution)に適用される。この例のシナリオを有する結果となるスペクトル効率は、電力制御することなしに、チャネル割り当て上で顕著に改善される。別の例のシナリオでは、最適化フレームワークは、二次ユーザノードの不均一な分布(heterogeneous distribution)に適用される。この後者の例のシナリオでは、二次ユーザノードのクラスタは識別され、上述の電力制御と共に、クラスタ内のリンクとクラスタ間のリンクが確立された。ノードクラスタリングは、本明細書に開示された様々な例において、たとえ具体的に解決されていなくても、均一な分布を含む他の例のノードの分布に適用できることを理解すべきである。

図面を参照すると、図１は、本開示の１以上の態様による、スペクトル共有のための暗黙の電力制御を組み入れる、一例のコグニティブ無線通知ンシステム１００（システム１００）のブロック図を示す。システム１００は、ＣＲ基地局１０２と二次ユーザーノード_１ １０４Ａ、二次ユーザノード_２ １０４Ｂ、二次ユーザノード_３ １０４Ｃ、…、を含む二次ユーザノードのアドホックネットワーク１０４を含むことができる（二次ユーザノード１０４Ａ−１０４Ｃと総称する）。さらに、システム１００は、一次ユーザ装置１０６のため、または一次ユーザ装置１０６によって消費される無線サービスのために割り当てられた周波数スペクトル上の無線通信に参加する１以上の一次ユーザ装置１０６を含むことができる。

一次ユーザ装置１０６は、一次ユーザ装置１０６に関連付けられた適切なプロトコルによって決定されるように割り当てられた周波数スペクトル上で無線信号を送信または受信する。他方、二次ユーザノード１０４Ａ−１０４Ｃは、割り当てられた周波数スペクトルを検知し、それに日和見的にアクセスすることができる。言い換えると、二次ユーザノードは、空（例えば、チャネルの集合上に伝送が無い場合）として無線チャネルの集合を識別するときに、二次ユーザノードは、無線通信のためのこれらのチャネルの１以上を利用しようとすることができる。この無線通信は、アドホックネットワーク１０４内、またはＣＲ基地局１０２と二次ユーザーノード間、またはそれらの適切な組み合わせによる伝送を含むことができる。

本発明の少なくとも一つの態様では、二次ユーザノード１０４Ａ−１０４Ｃは、アドホックネットワークのためのノードのそれぞれの部分集合間で双方向の無線リンクを採用する。これは、アドホックネットワーク１０４の通信品質を向上させるために、それぞれのノード間で承認に関する伝送を可能にする。例えば、一つの例では、リンクレベルの承認は、アドホックネットワーク１０４の一部としての二次ユーザノードによって採用することができる。少なくとも一つの特定の態様では、アドホックネットワーク１０４は、ＩＥＥＥ ８０２．１１のモデルに基づいて、媒体アクセス制御を採用しており、ＩＥＥＥ ８０２．１１の無線通信で利用される１以上の双方向の条件（例えば、送信要求（ＲＴＳ）−送信クリア（ＣＴＳ）の交換）を送信する。

利用可能性のある無線チャネルを感知すると、１以上の二次ユーザ１０４Ａ−１０４Ｃは、アップリンクメッセージ１１０でＣＲ基地局１０２にチャネルの利用可能性を送信することができる。本開示の一態様では、それぞれの二次ユーザノードは、アドホックネットワーク１０４内での利用可能なチャネル情報を共有し、二次ユーザノード１０４Ａ−１０４Ｃの部分集合はアップリンクメッセージ１１０を送信する。この場合、二次ユーザ・ノードの部分集合は、そのメッセージ内で、どのチャネル情報がどの二次ユーザノード１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃによって報告されるかを識別することができる。別の態様では、二次ユーザーノード１０４Ａ−１０４Ｃのそれぞれが別々にＣＲ基地局１０２にそれぞれの無線チャネルの利用可能性情報を送信する。

無線チャネル情報に加えて、二次ユーザノード１０４Ａ−１０４Ｃはアップリンクメッセージ１１０内の各ノードの位置情報を含めることができる。一例では、位置情報は、それぞれの二次ユーザノードのそれぞれの地理的な位置（例えば、全地球測位システムデータから、緯度経度システムデータから、ネットワーク三角測量システムデータから、などの、または、それらの適切な組み合わせによる）を含めることができる。別の例では、位置情報は、位置情報、又は、ノードの部分集合間の信号電力損失、などから計算することができるノード間の距離情報（例えば、二次ユーザノード１０４Ａ−１０４Ｃの部分集合間の距離を含む）に加えて、位置情報を含めることができる。

ＣＲ基地局１０２に関連付けられたリンク管理コンポーネント１０８は、二次ユーザノード１０４Ａ−１０４Ｃによって送信された位置とチャネル情報を受信する。リンク管理コンポーネント１０８は、アドホックネットワーク１０４において動作する二次ユーザノード１０４Ａ−１０４Ｃによって形成されるそれぞれの双方向無線リンクを分類するように構成されたソートコンポーネント１１２を含むことができる。本開示の一態様によれば、ソートコンポーネント１１２は、それぞれの無線リンクに参加しているノードの間のそれぞれの距離の関数として、アドホックネットワーク１０４のそれぞれの双方向無線リンクを分類する。この態様では、ソートコンポーネント１１２は、各等級が離散的距離の集合によって定義される無線リンクのための複数の等級を確立することができる。離散的距離の集合は、適切な送信範囲（例えば、相互に排他的な送信範囲の部分集合）、ノードの各対の適切なノード間距離など（例えば、図２参照、後述）により得ることができる。

一旦確立されると、ソートコンポーネント１１２は、双方向無線リンクの等級を参照コンポーネント１１４に提供する。参照コンポーネント１１４は、双方向無線リンクの等級とノード送信電力を相関するように構成することができる。この相関は、例えば、リンク等級の数、または二次ユーザノード１０４Ａ−１０４Ｃの送信電力の適切な範囲に基づくことができる。リンク等級の数と送信電力の範囲は、送信電力の集合に暗黙的に相関させることができる（例えば、図２参照、後述）相互に排他的な送信範囲等級を確立するために用いることができる。

スケジューリングコンポーネント１１６は、参照コンポーネント１１６によって確立される送信電力と双方向無線リンクの等級の相関によって、双方向無線リンクに参加しているノードにノード送信電力を割り当てるように構成される。したがって、スケジューリングコンポーネント１１４は、双方向無線リンクに関連付けられたノード間の距離を決定するために、二次ユーザノード１０４Ａ−１０４Ｃによって報告された位置情報を採用する。この距離は、距離を含む送信範囲等級と比較され、送信範囲等級に相関した送信電力が参照コンポーネント１１４からから取得される。スケジューリングコンポーネント１１６は、受信された送信電力を、双方向無線リンクに参加しているノードに割り当てる。上記の手順は、アドホックネットワーク１０４のノード間の他の双方向無線リンクに対して繰り返すことができる。双方向無線リンクへの送信電力の相関（例えば、送信範囲に基づいて）は、決定変数として、送信電力を確立することではなく、むしろ、リンク等級の暗黙の訂正により、電力制御割り当ての複雑度を低減する。

二次ユーザノード１０４Ａ−１０４Ｃの部分集合のために、一旦、それぞれの送信電力が決定されると、ＣＲ基地局１０２は、これらの１つの割り当てメッセージ１１８中の送信電力を、アドホックネットワーク１０４の１以上の二次ユーザノードに送信する。後にさらに詳細に説明するように、追加の割り当ては、割り当てメッセージ１１８に含めることができる。これらの追加の割り当ては、例えば、そのノード間のアドホック通信に活性化される特定の双方向リンク、通信に用いる無線チャネルの割り当てなど（例えば、図３参照、後述）を含めることができる。

上記で提供した性質上の記述に加えて、アドホックネットワーク１０４の数学的な記述が提供される。数学的記述は、アドホックネットワーク１０４で二次ユーザノード１０４Ａ−１０４Ｃの様々な分布のスペクトルの利用を最適化する際に採用される。いくつかの制約と併せて、さらに、（例えば、各二次ユーザノードは最大送信電力を採用するような）電力制御なしのスペクトル共有に基づく予想される利得と比較して、これらの最適化の例は、図４及び５において与えられる。また、表１は、チャネル割り当てと制約（例えば、図３参照、後述）において採用された最適化の定式化と同様に、アドホックネットワーク１０４の数学的記述とともに採用された用語についての定義を与える。

上記数学的記述は、カーディナリティ｜Ｃ｜＝Ｍを有する集合Ｃによって示されるＭ個の直交チャネルを含むアドホックネットワーク１０４におけるｎ個の二次ユーザノードを仮定している。それぞれの二次ユーザノードは利用可能な無線チャネルを検出することができ、本開示の少なくとも一態様では、それは、各ノードで観測される利用可能な無線チャネルの集合が、ノードからノードへ変化することが仮定される。この場合は、Ｃ_ｉはノードｉによって観測される利用可能な無線チャネルの集合を表し、ｍ_ｉはは、これらの利用可能なチャネルの数を表す。したがって、Ｃ_ｉ⊆Ｃ、且つ、カーディナリティ｜Ｃ_ｉ｜⊆ｍ_ｉ≦Ｍである。

各二次ユーザｉ（１≦ｉ≦ｎ）は、γ_ｉで示される無線インターフェースのプログラム可能な数を有する。一般的に、無線インターフェースは、チャネルの広い範囲に調整されることができる。ただし、特定の時間において、各無線インターフェースは単一のチャネル上で動作することができる。

ＣＲネットワークは無向グラフＧ＝（Ｎ，Ｅ）によって表され、Ｎはグラフの頂点によて表される二次ユーザノードの集合（例えば、二次ユーザノード１０４Ａ−１０４Ｃ）であり、Ｅは２個の頂点間の辺の集合（たとえば、図４の４００Ｂ、図５の５００Ｂを参照）である。辺の集合は、それぞれのノードの最大伝送範囲内にある二次ユーザノードの各ペア間で確立されるグラフのノード間の潜在的な双方向無線リンクを表す。双方向リンクは送信データの受信を確認する送信確認応答を可能とすることができる。これは、ＩＥＥＥ８０２．１１プロトコルなどの双方向リンクに基づいてネットワークプロトコルを採用するアドホックネットワーク１０４を可能にする。したがって、もし、ノードｉがノードｊへデータを送信する、または、その逆をすることができるならば、

で表されるように、潜在的なリンクが、ノードｉとｊとの間に確立される。さらに、Ｃ_ｅ及びδ_ｅは、それぞれ、リンクｅに対する利用可能なチャネルの集合と数を示す。その結果、カーディナリティ｜Ｃ_ｅ｜＝δ_ｅを有するＣ_ｅ＝Ｃ_ｉ∩Ｃ_ｊとなる。

上記に加えて、各二次ユーザノードは全方向アンテナを装備することが仮定され、各ノードの送信機は、電力制御能力を備えている。送信電力レベルを調整することにより、送信ノードは、異なる距離における複数の受信ノードと通信することができる。したがって、送信ノードｉと受信ノードｊの各ペアに対して、送信範囲ｒ_ｉｊと干渉範囲Ｒ_ｉｊが存在する。ネットワーク１０４アドホックの無線リンク間の干渉を緩和するために、ガード範囲Δが確立され、但し、Ｒ_ｉｊ＝（１＋Δ）ｒ_ｉｊである。干渉範囲Ｒ_ｉｊ内のノードｉとｊは、詳細が後述されるように、異なる無線チャネルに割り当てることができる。

双方向性を確保するため、それぞれの双方向リンク

の場合、両方のノードｉとｊは同じ送信電力で送信する。ノードｉからノードｊへの無線波による物理的な経路は典型的には逆にすることができるので、もし２ノードｉとｊが同じ電力で送信しているなら、この電力でのノードｉからノードｊによって受信される信号は、もし同じ電力でノードｊにより送信されたならば、ノードｉによっても受信される。したがって、各リンク

、ｒ_ｉｊ＝ｒ_ｊｉに対し、電力制御は双方向リンクに対して確立することができ、そのリンクで参加しているノードは、同じ送信電力を使用する。

本発明の一態様によれば、スペクトル最適化は静的なノードの位置を前提として確立することができる。追加の態様によれば、各二次ユーザノードが静的である場合において、スペクトルの最適化が可能なチャネルのセットを前提とすることができる。これは例えば、遅い変化するスペクトルの環境（例えば、テレビ放送バンド）を有するアプリケーションに対応する。これらの仮定に基づいて、二次ユーザノード１０４Ａ−１０４ＣのＣＲアプリケーションについて、ＣＲ基地局１０２は中央サーバーとして動作する。上述のように、各二次ユーザノードは、順にアドホックネットワーク１０４にスペクトル管理および電力制御を提供するＣＲ基地局１０２に、位置と利用可能なチャネル情報を報告することができる。スペクトル管理機能は、後述の図３で詳細に議論される。

図２は、本開示の特定の態様による、アドホックネットワークの双方向無線リンクのための一例の分類２００の図を示す。分類２００は、複数の離散的送信範囲２０４を含む。各離散的送信範囲は、リンクの分類に関連付けられる。したがって、第１の離散的送信範囲、ｒ_１は第１の等級ｃｌａｓｓ_１に関連付けられる。第２の離散的送信範囲ｒ_２は、第２の等級、ｃｌａｓｓ_２に関連付けられている、同様に、Ｋを適切な正の整数として、ｃｌａｓｓ_ｋに関連付けられた最大の個別送信範囲ｒ_ｋまで、関連付けられる。

上記に加えてさらに、各等級は、暗黙的に所定の送信電力と相関させることができる。上述の図１で説明したように、上述の特定の送信電力は、送信範囲の特定の等級内に属する任意の双方向無線リンクに暗黙的に割り当てることができる。さらに、特定の双方向無線リンクは、無線リンクに参加しているノード間の距離に応じて分類することができる。この距離は、特定のリンクに、双方向リンク等級と関連した送信電力を割り当てるために分類２００の離散的送信範囲と比較される。したがって、ノードｉとｊ間の距離が、離散的送信範囲ｒ_４内に収まる距離であるならば、ノードｉとｊに関連する双方向無線リンクはｃｌａｓｓ_４に創刊する送信電力を割り当てることができる。

本開示の一態様では、離散的送信範囲は、送信電力Ｐ_ｙに対応するＫ個の離散的レベルｒ_ｙ（１≦ｙ≦Ｋ）を生じる、最大送信範囲２００間に均等に割り算されることができる、ここでｒ_ＫとＰ_ｋは、それぞれ、最大送信範囲と最大送信電力である。送信範囲と送信電力の均等な割り算は、次の関係が適用される。

ここで、ηはノードｉまたはノードｊの受信機での検出電力閾値であり、αは経路損失指数である。

図１において上述したように、集合Ｅは、アドホックネットワーク（例えば、アドホックネットワーク１０４）の二次ユーザノード間のすべての潜在的な双方向無線リンクを含む。二次ユーザノードのペアが最大送信範囲ｒ_Ｋ ２０２内にある限り、そのペア間の辺が存在する。集合Ｅの双方向無線リンクは、そして、Ｋ個の等級に分類される。より具体的な例として、もし、ｒ_ｙ−１＜ｄ_ｉｊ≦ｒ_ｙのならば、

がｙ等級リンクとして分類される。さらに、距離ｄ_ｉｊによって分離されたノードｉとｊは、互いに通信するために、共通の送信電力Ｐ_ｉｊは（但し、Ｐ_ｉｊ＝Ｐ_ｙ）と同じ範囲ｒ_ｉｊ（ｒ_ｉｊ＝ｒ_ｊｉ）を採用することができる。その結果、Ｐ_ｉｊ＝Ｐ_ｙとｒ_ｉｊ＝ｒ_ｙとなる。

図３において詳細に後述されるように、各リンクの電力レベルは、決定変数ではなく、事前定義され、最適化定式化（例えば、Ｙ等級リンクのｒ_ｙとＲ_ｙの一部として）に暗黙的に埋め込まれる。一旦、集合Ｅの潜在双方向無線リンクが分類され、リンク電力レベルが決定されたならば、各ノードＥ_ｉでのリンクの集合と、各リンクＩ_ｅの干渉リンクの集合を決定することができる。本開示の特定の態様によると、効率的スペクトル利用をモデル化するＢＩＬＰ定式化（例えば、式４又は４ａを参照）がリンクＥの集合のどのリンクが活性化され、どのチャネルがそれぞれのリンクに割り当てられているかを、各リンクに割り当てられた送信電力と共に、解いて、確立する。

図３は、本開示の特定の態様による一例のＣＲ基地局３００のブロック図を示す。ＣＲ基地局３００は、リンク管理コンポーネント３０２を含む。少なくとも一態様において、リンク管理コンポーネント３０２は、上述の図１のリンク管理コンポーネント１０８と実質的に類似することができる。他の態様では、リンク管理コンポーネント３０２は、後述する他の機能に加えて、リンク管理コンポーネント１０８の機能の一部またはすべてを含むことができる。

ここに記載されるように、ＣＲ基地局３００は、ＣＲ基地局３００によって提供される二次ユーザノードから、各ノードに関連する利用可能なチャネル情報と共に、位置情報の集合を受け取る。この情報は、二次ユーザノード間の潜在的な双方向無線リンクを識別するソートコンポーネント３０８で受信することができる。この識別は、例えば、位置情報の集合を分析し、ノードの最大送信範囲（例えば、それぞれのノードで利用可能な送信装置の最大送信電力から決定される）以下の距離によって分離されるノードのペアを識別することを含む。ソートコンポーネント３０４は、それぞれのリンクに参加しているノードのペア間の距離の関数としての潜在的な双方向無線リンクを分類し、参考コンポーネント３０６にリンク等級を提供する。

ここに記載されるように、参照コンポーネント３０６は、それぞれの送信電力で無線リンクの等級の相関を取る。送信電直層間のリンク等級の集合は、リンク送信電力関係ファイル３１２のデータストア３０１に格納することができる。スケジューリングコンポーネント３１２は、それぞれの双方向無線リンクのためそれぞれの送信電力と、割り当てられたメッセージの送信電力の出力を得るために、リンク送信電力関係ファイル３１２を利用することができる。本開示の少なくとも一つの態様では、スケジューリングコンポーネント３１２は、後述するように、割り当てコンポーネント３１４によって活性化される潜在的双方向無線リンクの部分集合のために送信電力を取得する。

一般的に、二次ユーザノードは電源制御能力を持っており、送信ノードは、送信電力レベルを調整することによって、異なる距離に位置する宛先ノードに到達することができる。本開示のいくつかの様態において、二次ユーザノードの受信装置は、ηで示される共通信号検出電力閾値を有している。したがって、もし受信電力が検出電力閾値を超えるならば、データ伝送は成功である。

二次ユーザノード間の直接通信については、ノードのペアが互いの最大伝送範囲ｒ_Ｋ内でなければならず、ノードのペアは、共通チャネルに、それぞれの無線インターフェースをチューニングする。最大伝送範囲ｒ_Ｋ内にあるノードのこれらのペアは、ソートコンポーネント３０４により、潜在的な双方向無線リンクとして識別される。ノードｉとノードｊ間のデータ伝送については、電力伝搬利得Ｇ_ｉｊは次の電力伝搬モデルとなる。

ここで、電力伝搬利得は経路損失指数αの関数である。αの典型的な値は、普及する通信媒体の特性に依存して、２と４の間にすることができる。もしノードｉが電力Ｐ_ｉｊでノードｊへデータを送信するならば、Ｐ_ｉｊ・Ｇ_ｉｊ≧ηに基づくことになり、ノードｉとノードｊ間の通信に対し次の送信範囲と干渉範囲が得られる。

一旦、ソートコンポーネント３０４により、ノードｉとｊ間の距離が決定されると、期待される送信範囲ｒ_ｉｊ、或いは、ノードｉとｊの送信電力等級は、次の送信電力を与える。

送信電力は、動作時に継続して調整することができないため、無線リンクの送信電力等級を割り当てるために、それぞれの送信電力を決定するために、量子化手法が利用される。量子化手法はまた、送信電力等級の離散的送信範囲の集合を利用し、その結果、送信電力調整もまた、離散的レベル（例えば、上述の図２を参照）の集合を有する。離散的送信範囲と離散的電力レベルの集合は、上述の式（１）と（２）によって与えられる。

無線リンクを分類し、等級に基づくこれらのリンクの送信電力レベルを決定することに加えて、リンク管理コンポーネント３０２は、アドホックネットワークの効率的なスペクトル利用の割り当てコンポーネント３１４を含むことができる。割り当てコンポーネント３１４は、潜在的双方向無線リンクの部分集合間の無線チャネルを効率的に割り当てるために、スペクトル共有アルゴリズムを採用する。スペクトル共有アルゴリズムは、制約コンポーネント３１６によって提供される制約の集合内で、チャネルの再利用を最大化するように構成される。本開示の少なくとも一態様では、制約の集合は、例えば、可変する無線条件、動的二次ユーザノード条件等に合致するように、構成可能である。他の態様では、制約の集合は静的とすることができる。割り当てコンポーネント３１４によって提供されるチャネル割り当ては、割り当てメッセージにおいて、スケジューリングコンポーネント３１２による送信電力割り当てと共に、リンク管理コンポーネント３０２により出力されることができる。

割り当てコンポーネント３１４により無線チャネルが割り当てられた時、潜在的な双方向無線リンクは活性化される。言い換えると、リンクｅは、あるチャネルｍが割り当てられた時に活性化される。０〜１のバイナリ変数は、無線リンクの活性化／非活性化状態を表すために次のように定義することができる。

リンクが双方向であるため、送信ノードと受信ノードの両方が成功した送信において干渉がない。双方向リンクの干渉は、次のようにモデル化することができる。ｅはノードｉとｊの間のリンクを示し、ｅ’はノードｋとｈ間の別のリンクを示すとする。次の条件が満たされたならば、リンクｅの送信は成功である。
（ｉ）ノードｉとノードｊ間の距離は送信範囲以上にはならない、言い換えれば、ａｂ＝ｉｊ，ｊｉに対し、ｄ_ａｂ≦ｒ_ａｂである。
（ｉｉ）リンク

と同じ無線チャネルに割り当てられた任意のリンク

に対し、受信ノードｉとｊは干渉範囲の外にある、別の言い方をすれば、ａｂ＝ｋｉ，ｋｊに対しｄ_ａｂ＞Ｒ_ｋｈ、且つａｂ＝ｈｉ，ｈｊに対しｄ_ａｂ＞Ｒ_ｈｋ。
要件（ｉｉ）は、暗黙的にリンクｅ及びリンクｅ’が共通のノード（例えば、ここで、ｉ＝ｋまたはｉ＝ｈ、またはｊ＝ｋまたはｊ＝ｈのとき）を有する場合が含まれる。

さらに、Ｅ_ｉはノードｉの上で潜在的な双方向無線リンクインシデントの集合と定義され、およびＩ_ｅはリンクｅに干渉リンクの集合として定義される。そして、この双方向の干渉モデルに、次の関係が存在する。

加えて、この干渉モデルの結果はｒ_ｉｊ＝ｒ_ｊｉ、とＲ_ｋｈ＝Ｒ_ｈｋである。したがって、送信と受信の二次ユーザノードの任意のペアにおいて、送信ノードと受信ノードは、同じ送信電力で送信する。これは、リンク

の双方向性を確実にする。

割り当てコンポーネント３１４は、総合スペクトル利用を最大化するように構成された最適化アルゴリズムを採用する。このスペクトル利用は、制約コンポーネント３１６によって課せられた干渉制約などの１以上の制約に支配される。本開示の一態様において、総合スペクトル利用の最大化は、最大チャネル再利用によって定義される。この態様において、総合スペクトル利用は、アドホックネットワークの活性化されたリンクの層数に基づくことができる。しかしながら、本開示の他の態様では、最大スペクトル利用は、最大帯域利用等の、または、それらの適切な組み合わせを伴うことができる。リンク数の最大化の最適化アルゴリズムは、次のように表すことができる。

したがって、式（４）は、二次ユーザノードのアドホックネットワークにおける活性化リンクの層数を最大化することを求める。全帯域幅を最大化する最適化アルゴリズムは、次のようにあらわされる。

ここで、

は、リンクｅにおけるチャネルｍのための帯域幅を表す。（

は混成(heterogeneous)または同種(homogeneous)であり、その中で、混成とは、帯域幅がリンク依存またはチャネル依存であることを意味する）。

制約コンポーネント３１６は、データストア３０８に格納された制約の定義ファイル３１８において、最適化アルゴリズム上の制約に適用するための様々な制約の定義とルールを参照を付けることができる。制約は、割り当てコンポーネント３１４で採用された最適化アルゴリズムに影響を与え、無線条件の効果（例えば干渉モデル）、二次ユーザノードの制限（例えば無線インターフェースの最大数）、又は他の物理的な制限又はチャネル割り当て上の望ましい制限を、数学的にモデル化することができる。本開示の一態様では、上述の双方向干渉モデルに基づいて干渉の制約が課せられる。このモデルでは、同じ無線チャネルを共有するリンク間でのみ重大な干渉が発生すると仮定する。従って、一例の干渉の制約は、チャネルｍ上でリンクｅが活性化されるなら、ｅ’∈Ｉ_ｅである限り、チャネルｍはどのようなリンクｅ’にも割り当てられないことが確立される。この例では、干渉の制約は、次のように表すことができる。

一つ以上の他の態様では、制約コンポーネント３１６は、最適化アルゴリズム上でリンクチャネルの制約を課すことができる。採用されたトランシーバ装置に依拠して、二次ユーザノードのペアは、それらの間に複数のリンクを有することができる。これは、例えば、ノードのペアのそれぞれの１つにおいて無線インターフェースの数が複数チャネル上の通信を許容する場合に、発生することができる。この場合、リンクチャネルの制約は、１つの集合のノードにβ_ｅ個を越えない無線チャネルを割り当てる（但し、β_ｅ≦δ_ｅ）ように最適化アルゴリズムを制限する。これにより、次の式が導かれる。

本開示のさらに他の態様において、制約コンポーネント３１４によって課せられた１以上の制約は、ノードインターフェース制約を含む。このノードインターフェース制約は、特定のノードに対し活性化されている双方向無線リンクの数を制限することができる。一般的に、ノードは、それが異なるチャネル（複数可）に、その無線インターフェースを調整できるかどうかに依拠して、近隣ノードと複数のリンクを確立することができる。リンクの数は、特定のノードに対する無線インターフェースの数によって制約を受ける。したがって、制約コンポーネント３１６は、二次ユーザノードのこの無線インターフェースの制限をモデル化するために、最適化アルゴリズムに次の制約を課すことができる。

本開示の他の態様において、１以上の制約がノード接続性制約を含むことができる。このノード接続性制約は、特定のノードの活性化された双方向無線リンクの最小数ｔ_ｉ（但し、ｔ_ｉ≧１）を確立することができる。この制約は、次のように表現できる。

上記の制約は網羅的ではないことを理解すべきである。特に、望まれるなら、最適化アルゴリズム（４）又は（４ａ）に、他の線形の制約を課すことができる。本開示の少なくとも一つの態様において、制約コンポーネント３１６は、例えば、リンク管理コンポーネント３０２が二次ユーザノードの適切なクラスタを識別するようなクラスタ間接続性制約を、ユーザノードによって報告された位置情報から、課すことができる（後述の図５の５００Ａ参照）。このような場合には、次の制約を使用することができる。

記載したように、式（９）は、ほとんどのクラスタ内通信により低い消費電力レベルを、かつ、クラスタ間リンクにより高い電力を使用するように、チャネル割り当てを制約するように構成する。

図４は、本開示の特定の態様によれる、二次ユーザノードの例示の分布４００Ａ、及び、その分布４００Ａの例示の最適のスペクトル割り当てグラフ４００Ｂのブロック図を示す。例示の分布４００Ａは、６０×６０の領域における１５個の二次ユーザノードを採用する。特に、分布４００Ａは１５個の二次ユーザノード（配布４００Ａは一定の縮尺（スケール）で描かれていないことに注意）の均一な分布を備えている。さらに、この例では、１２個の無線チャネルが、無線通信のために存在する。二次ユーザーの各々の最大送信範囲が実質的に類似しており、この例ではｒ_Ｋ＝３０と仮定される。さらに、各ノードは、それぞれ、５、１０、１５、２０、２５及び３０に対応する、６個の伝送範囲の離散的レベルを有する。均一な分布（ならびに後述の図５の不均一分布５００Ａ）に対して設定される表記法、シンボル、及びパラメータは、表２により与えられる。また、均一な分布の４００Ａの位置と（ランダムに生成された）利用可能なチャネルの集合が表３により与えられる。

スペクトル割り当てグラフ４００Ｂは、二次ユーザノード４００Ａの均一な分布の活性化された双方向の無線リンクを示す。グラフ４００Ｂの各二次ユーザノードは、（分布４００Ａの２次ユーザノードの点に合致する）点、及び、活性化された双方向無線リンクを示す点のペア間の辺により、描かれている。活性化された双方向無線リンクは、上述のように、式（５）、（６）、（７）、及び（８）によって制約を受ける最適化アルゴリズム（式４）から得られる。表４は、それぞれの活性化されたリンクに関連付けられた離散的送信範囲から決定された、グラフ４００Ｂの活性化されたリンク、及び割り当てられた電力レベルをを識別する。電力制御なしでは、各二次ユーザノードは、最大電力のＰ_Ｋ（電力レベル６）で送信する。その結果、ノードのペア間の干渉は、わずか１４個の無線リンクを活性化する最適化アルゴリズムを制限するように干渉の制約（５）を受けることになる。ここに記述された暗黙の電力制御により、二次ユーザノードのペア間の干渉は、グラフ４００Ｂのように削減される。表４に示されたように、電力レベル２を採用した３個のリンク、電力レベル３を採用した４個のリンク、電力レベル４を採用した７個のリンク、電力レベル５を採用した２個のリンクと、電力レベル６を採用した２個のリンクがある。干渉の減少は、最適化アルゴリズムにより１８個のリンクを活性化することを可能とし、スペクトル利用率を２８．６％ほど改善する。

図５を参照すると、本開示のさらに他の態様により、二次ユーザノードの均一な分布５００Ａおよび最適化グラフ５００Ｂが示される。均一な分布４００Ａと同様に、不均一な分布５００Ａは、６０×６０の領域における１５個の二次ユーザノードを含み、この不均一な分布５００Ａは、システム内で総計で１２個の無線チャネル（各ノードの無線チャネルの利用可能性はランダムに生成される）、６個の離散的リンクの分類、それぞれ５、１０、１５、２０、２５、３０に対応する６個の離散レベルの送信範囲により対応する、６個の対応する送信電力レベルを含む。表５は、分布５００Ａの各ノードの位置と利用可能なチャネルを提供する。

均一の場合の例とは異なり、不均一の例では、ノードクラスタ化が実施される。クラスタ化は、電力レベルの数と同じくらいの深さにすることができる階層を有するクラスタに、二次ユーザーノードの部分集合をグループ分けすることを伴う。この例では、不均一な分布４００Ａの二次ユーザノードは、４個の２０ｍクラスタにクラスタ化される。図６は、６００Ａでクラスタ内の無線リンクを示し、６００Ｂでクラスタ間無線リンクを示す。クラスタ内無線リンク６００Ａは、２０ｍ以下のリンク長を有する活性化されたリンクの集合を含む。クラスタ間無線リンク６００Ｂは、２０より大きく、３０未満のリンク長を有する活性化されたリンクのお集合を含む。Ｆがクラスタの集合を示すとすると、Ａ_ｉはｉ番目のクラスタに属するノードの集合を示し、Ｂ_ｊｋはｊ番目とｋ番目のクラスタ（Ｂ_ｊｋ＝Ｂ_ｋｊ）の間における６００Ｂのクラスタ間リンクを示す。４個のクラスタの場合は、Ｆ＝｛１、２、３、４｝であり、不均一な配布５００Ａについて、Ａ_１＝｛２、５、１１｝，Ａ_２＝｛３、６、８、９、１３｝，Ａ_３＝｛１、４、７｝，Ａ４＝｛１０、１２、１４、１５｝である。又、

である。

最適化グラフ５００Ｂは、不均一な分布の５００Ａからの二次ユーザーノードと、上述の最適化アルゴリズム（４）でこれらのノードに割り当てられた活性化された無線リンクを示している。その方程式（４）のように、無線チャネルの再利用を増やすために、制約（５）、（６）、（７）、（８）及び（９）に従って、活性化された無線リンクの数を最大化する。リンクに割り当てられたチャネルに関する限り、式（４）のＢＩＬＰ形成は、１だけ増加する。電力制御により、短いリンクはより小さい電力レベルを使い、長いリンクに比べて、より短い干渉範囲を招く。結果として、短いリンクは、無線チャネルに割り当てられるより多くのチャンスを有する。不均一のシナリオでは、クラスタ間リンクを確立することは、クラスタ間の接続性を提供するために重要である。したがって、式（９）は、最適化アルゴリズムの式（４）上で課せられたクラスタ間接続性の制約である。

クラスタ内無線リンク６００Ａの図から見ることができるように、式（４）〜（９）の連合電力制御とクラスタ化により、無線チャネルの割り当てにおいて、ほとんどのクラスタ内通信がより低い電力レベルとなるような結果となる。対照的に、クラスタ間通信は、典型的には、より高い電力レベルとなる。表６は、グラフ５００Ｂの不均一なリンクに参加しているノードと、それぞれのリンクに割り当てられた送信電力を示す。グラフ５００Ｂが２５個の活性化されたリンクを含むことは注目に値する。さらに、２５個の活性化されたリンクにおいて、８個のリンクが電力レベル２に割り当てられ、１０個のリンクが電力レベル３に割り当てられ、２個のリンクが電力レベル４に割り当てられ、２個のリンクが電力レベル５に割り当てられ、３個のリンクが電力レベル６に割り当てられる。（例えば、全てのノードが最大電力Ｐ_Ｋで送信される）電源制御なしの場合、干渉は、制限式（４）を、１６より多い無線リンクを活性化することよりも抑制する。しかしながら、電源制御がある場合、電力レベル２は（５，１０］内の長さを有するどのようなリンクにも割り当てられ、電力レベル３は（１０，１５］内の長さを有するどのようなリンクにも割り当てられ、以下同様である。クラスタ化構造により、不均一な分布５００Ａには多くの比較的短いリンクがあるので、電力制御はスペクトル共有効率を著しく改善する。この例では、電力制御は、５６．３％ほどスペクトル利用率を改善する。

上述のシステムは、複数のコンポーネントおよび／または無線通信エンティティ間の相互作用に関連して記載されている。そのようなシステムとコンポーネントは、その中に特定されたコンポーネントまたはサブコンポーネント、いくつかの特定されたコンポーネントまたはサブコンポーネント、および／または追加のコンポーネントを含むことができることを理解されたい。例えば、システムは、ＣＲ基地局１０２、リンク管理コンポーネント３０２、一次ユーザ装置１０６およびアドホックネットワーク１０４Ａ−１０４Ｃ、またはこれらのまたは他のエンティティの異なる組み合わせを含むことができる。サブコンポーネントも、親のモジュール内に含まれるよりも、むしろ、他のモジュールに通信により結合されたモジュールとして、実施することができる。さらに、１以上のコンポーネントは、集約機能を提供する単一のコンポーネントに組み合わせることができる。例えば、参考コンポーネント３０６は、単一のコンポーネントにする目的で、離散的送信電力を無線リンクの離散的分類に相関させること、及び、送信電力を特定の活性化されたリンクに割り当てることを促進し、スケジューリングコンポーネント３１２を含むこともできるし、その逆とすることもできる。コンポーネントはまた、ここには具体的に記述されないが、当業者には既知である１以上の他のコンポーネントと、相互に作用することができる。

図７、８および９は、ここに開示された１以上の様々な実施形態に従って、様々な方法を示す。説明を簡単にするために、方法は一連の動作として提示及び記載され、個々の実施例は動作の順番によって制限されるものではなく、いくつかの動作は異なる順番で、および／または、ここに提示され記載される他の動作と同時に発生することができることを理解されるべきである。例えば、当業者には、方法は、その代わりに、状態図などの、一連の相互に関係する状態又はイベントとして表すことができることが、理解されよう。さらに、図示していないすべての行為は、様々な実施例による方法を実施するために必要となる場合がある。加えて、さらに以下に開示され、本明細書を通じて開示された方法は、そのような方法をコンピュータに移送および転送するのを促進するために、製造品に格納することができることを理解すべきである。製造品の用語は、ここに使用されるように、どのようなコンピュータ可読可能な装置、担体、または媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムを包含することを意図している。

図７は、本開示の１以上の態様による、ＣＲ無線通信のための効率的なスペクトル割り当てと共に、暗黙の電力制御を提供する、例示の方法７００のフローチャートを示す。７０２において、方法７００は、アドホックネットワーク用に構成された二次ユーザノード間の潜在的な双方向リンクの集合を識別することを含むことができる。これらの潜在的な双方向リンクは、ノードの最大送信範囲以下の距離だけ離れている二次ユーザノードのペア間で決定することができる。

７０４では、方法７００は、制約の集合の部分集合である潜在的な双方向リンクの集合の最大数を活性化することを含むことができる。特に、制約の集合は、少なくとも１つの干渉制約を含むことができる。特定の態様では、制約の集合は、１以上の、ノードインターフェースの制約、リンクチャネルの制約、ノード接続性の制約、またはクラスタ間接続性の制約をさらに含むことができる。さらに、７０６において、方法７００は、活性化される双方向リンクの特性から予め決められた活性化された双方向リンクに、送信電力を割り当てることを含むことができる。特定の態様によれば、活性化された双方向リンクの特性はリンクの長さを含むことができ、かつ、送信電力を活性化されたリンクに割り当てることは、特定のリンクの長さをリンク長の分類と比較することと、送信電力を特定のリンクの長さを包含するリンク長のクラスに相関された特定のリンクに割り当てることとを、さらに含むことができる。

図８と９は、付加の態様による暗黙の電力制御の割り当てを組み込んで、アドホックネットワークの効率的なスペクトル割り当てを提供する例示の方法のフローチャートを示す。８０２では、方法８００は、アドホックネットワークに参加する二次ユーザノードからノードの位置と利用可能なチャネルデータを受け取ることを、含むことができる。８０４において、方法８００は、二次ユーザノード間の距離を決定するために、位置データを分析することを含むことができる。８０６において、方法８００は、離散的送信範囲によるノードのペア間の距離を分類することを、含むことができる。８０８では、方法８００は、潜在的な双方向リンクとして最大送信範囲内のノードのペアを識別することを含むことができる。８１０では、方法８００は、それぞれのノードにおける潜在的双方向リンクを識別することを含むことができる。８１２では、方法８００は、距離の分類、および、それぞれの分類が割り当てられた離散的な送信電力から、それぞれの双方向リンクの送信電力を決定することを含むことができる。

８１４では、方法８００は、各二次ユーザーノードの干渉リンクのそれぞれの集合を識別することを含むことができる。８１６では、方法８００は、双方向リンクの集合のスペクトル利用率を最大にするアルゴリズムを開始することを含むことができる。８１８では、方法８００は、アルゴリズムに、干渉の制約を適用することを含むことができる。８２０では、方法８００は、アルゴリズムに、最大リンクチャネル制約を適用することを含むことができる。８２２では、方法８００は、アルゴリズムに、最大ノードリンク制約を適用することを含むことができる。図９において、方法８００は、８２２から８２４へ進む。

図９を参照すると、方法８００は８２４において継続し、８２４では、方法８００は、参照番号８１６で開始したアルゴリズムに最小ノードリンク制約を適用することを含むことができる。８２６では、方法８００は、二次ユーザノードの部分集合の適切なクラスタを、必要に応じて識別することを含むことができる。少なくとも一つの態様では、クラスタは、１以上の他のノードの所定のクラスタ距離内に、それらの二次ユーザノードを含むことができる。さらに、８２８では、方法８００は、アルゴリズムに、クラスタ間のリンク制約を、必要に応じて適用することを含むことができる。

８３０において、方法８００は、双方向リンクを活性化して、無線チャネルをそれぞれの活性化されたリンクに割り当てるアルゴリズムを解くことを含むことができる。一態様では、このアルゴリズムは、干渉範囲の外にあるそれぞれのノードペアを有する複数の無線リンクの無線チャネルを再利用する。さらなる態様では、アルゴリズムは、ノードのペアの１つの少なくとも１つのノードが、ノードの第２のペアの少なくとも１つのノードの干渉範囲内にあるようなノードのそれぞれのペアを有する２つの無線リンクに、異なる無線チャネルを割り当てる。８３２において、方法８００は、アドホックネットワークの二次ノードにより利用される送信リンク、チャネル、及び送信電力割り当てを含むことができる。

図１０を参照すると、本開示の態様を実行するように動作可能な例示のコンピュータシステムのブロック図が示されている。様々な実施例の様々な態様の追加の文脈を提供するために、図１０と次の議論が、適切なコンピューティング環境１０００の簡便で、一般的な記述を提供するよう意図され、適切なコンピューティング環境１０００では、様々は実施例のさまざまは態様を実装することができる。加えて、上述の様々な実施例は、１以上のコンピュータ上で実行することができるコンピュータ実行可能命令の一般的な文脈における応用として適することができるが、当業者は、他のプログラムモジュールと組み合わせて、および／またはハードウェア及びソフトウェアの組み合わせと組み合わせて、様々な実施例もまた実装することができることを認識するであろう。

一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか、または特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、コンポーネント、データ構造などを含む。さらに、当業者は、本発明の方法は、単一プロセッサまたはマルチプロセッサのコンピュータシステム、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、ならびにパーソナルコンピュータ、ハンドヘルドコンピューティングデバイス、マイクロプロセッサベースまたはプログラマブルなコンシューマエレクトロニクスなどの、それらのそれぞれが１以上の関連するデバイスに動作可能に結合される、他のコンピュータシステム構成で実施することができることを理解するであろう。

様々な実施形態の図示された態様は、あるタスクが、通信ネットワークを介してリンクされたリモート処理デバイスによって実行される分散コンピューティング環境で実施することもできる。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールは、ローカルとリモートの両方のメモリ記憶装置に配置することができる。

コンピュータは典型的には様々なコンピュータ可読媒体を含む。コンピュータ可読媒体は、コンピュータによってアクセスされ、揮発性および不揮発性の媒体、リムーバブルおよび非リムーバブル媒体の両方を含むことができるいずれかの利用可能な媒体とすることができる。例えば、限定はしないが、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体および通信媒体を含むことができる。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、またはその他のデータなどの情報を格納するためのいずれかの方法または技術により実装される揮発性および不揮発性、リムーバブルおよび非リムーバブル媒体の両方を含めることができる。コンピュータ記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリまたは他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）または他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置、または他の磁気記憶装置、あるいは所望の情報を格納することができ、そしてコンピュータによってアクセスすることができるいずれかの他の媒体を、それらに限定されないが、含む。

通信媒体は、典型的には、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または、搬送波や他の運搬機構などの変調されたデータ信号内の他のデータを具現化し、任意の情報配信媒体を含む。「変調されたデータ信号」という用語は、信号中に情報を符号化するような方法で設定又は変更した、１以上のその特性を有する信号を意味する。例えば、それに限定されないが、通信媒体は、有線ネットワークまたは直接有線接続などの有線媒体、および音響、ＲＦ、赤外線、その他の無線媒体などの無線媒体を含む。上記のいずれかの組み合わせも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。

図１０の参照を続けると、１以上の実施例の様々な態様を実施する例示の環境１０００は、コンピュータ１００２を含み、コンピュータ１００２は、処理ユニット１００４、システムメモリ１００６、及びシステムバス１００８を含む。システムバス１００８は、それに限定するわけではないが、システムメモリ１００６を含むシステムコンポーネントを処理ユニット１００４に結合する。処理ユニット１００４は、様々な市販の利用可能なプロセッサのいずれかとすることができる。デュアルマイクロプロセッサおよび他のマルチプロセッサアーキテクチャも、処理ユニット１００４として採用することができる。

システムバス１００８は、さらに（メモリコントローラ付き又はメモリコントローラなしの）メモリバス、周辺機器バス、および市販の利用可能なバスアーキテクチャの任意の種類を使用するローカルバスに相互接続することができるバス構造のさまざまなタイプのいずれかとすることができる。システムメモリ１００６は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）１０１０およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０１２を含む。基本的な入力／出力システム（ＢＩＯＳ）は、ＢＩＯＳがスタートアップ時などにコンピュータ１００２内の要素間で情報を転送するのを助ける基本ルーチンを含むような、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリ１０１０に格納されている。ＲＡＭの１０１２は、データをキャッシュするためのスタティックＲＡＭなどの高速ＲＡＭを含むことができる。

コンピュータ１００２はさらに、適切な筺体（図示せず）に搭載して外部使用をするように構成することができる内蔵ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１０１４（例えば、ＥＩＤＡ，ＳＡＴＡ）、磁気フロッピーディスクドライブ（ＦＤＤ）１０１６（例えば、リムーバブルディスケット１０１８に読み取りまたは書き込み）、および光ディスクドライブ１０２０（例えば、ＣＤ−ＲＯＭディスク１０２２の読み出し、ＤＶＤなどの他の大容量光学媒体からの読み出し又は該媒体への書き込み）を含む。ハードディスクドライブ１０１４、磁気ディスクドライブ１０１６、および光ディスクドライブ１０２０は、それぞれ、ハードディスクドライブインターフェース１０２４、磁気ディスクドライブインターフェース１０２６、および、光学ドライブインターフェース１０２８によって、システムバス１００８に接続することができる。外部ドライブの実装をするためのインターフェース１０２４は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）およびＩＥＥＥ１３９４インターフェース技術の少なくとも１つまたは両方を含む。他の外部ドライブ接続技術はここに主張された主題の意図の範囲内である。

ドライブとそれに関連付けられたコンピュータ可読媒体は、データ、データ構造、コンピュータ実行可能命令などの不揮発性ストレージを提供する。コンピュータ１００２について、ドライブおよび媒体は、適切なデジタル形式で任意のデータのストレージを提供する。上記のコンピュータ可読媒体の説明は、ＨＤＤ、リムーバブル磁気ディスケット、および、ＣＤまたはＤＶＤなどのリムーバブル光学媒体に言及しているが、当業者には、Ｚｉｐドライブ、磁気カセット、フラッシュメモリカード、カートリッジなどのコンピュータによって読み取り可能な他のタイプの媒体もまた、例示の動作環境で使用することができ、さらに、任意のそのような媒体は、様々な実施例による方法を実行するためのコンピュータ実行可能な命令を含むことができることを理解するべきである。

いくつかのプログラムモジュールが、オペレーティングシステム１０３０、１以上のアプリケーションプログラム１０３２、他のプログラムモジュール１０３４およびプログラムデータ１０３６を含むドライブとＲＡＭ１０１２に格納することができる。オペレーティングシステム、アプリケーション、モジュール、および／またはデータの全てまたは一部が、ＲＡＭ１０１２にキャッシュされることができる。様々な実施形態が、様々な市販の利用可能なオペレーティングシステムまたはオペレーティングシステムの組み合わせにより実装することができることが理解される。

ユーザは、例えばキーボード１０３８とマウス１０４０などのポインティングデバイスである、１以上の有線／無線入力デバイスを介して、コンピュータ１００２にコマンドおよび情報を入力することができる。他の入力装置（図示せず）は、マイクロフォン、ＩＲ（赤外線）リモートコントロール、ジョイスティック、ゲームパッド、スタイラスペン、タッチスクリーンなどを含むことができる。これらおよび他の入力デバイスは、多くの場合、システムバス１００８に結合された入力装置インターフェース１０４２を介して処理ユニット１００４に接続されているが、パラレルポート、ＩＥＥＥ１３９４シリアルポート、ゲームポート、ＵＳＢポート、ＩＲインターフェースなどの他のインターフェースによって接続することもできる。

モニタ１０４４または他のタイプの表示装置もまた、ビデオアダプタ１０４６などのインターフェースを介してシステムバス１００８に接続される。モニタ１０４４に加えて、コンピュータは典型的には、スピーカ、プリンタなどのような他の周辺出力装置（図示せず）を含む。

コンピュータ１００２は、リモートコンピュータ（複数可）１０４８などの１以上のリモートコンピュータに、有線及び／又は無線通信を介した論理的な接続を使用して、ネットワーク環境において動作することができる。リモートコンピュータ（複数可）１０４８は、ワークステーション、サーバコンピュータ、ルータ、パーソナルコンピュータ、ポータブルコンピュータ、マイクロプロセッサベースの娯楽機器、ピアデバイスまたは他の共通ネットワークノードとすることができ、典型的には、コンピュータ１００２に関係して記述された、要素の多くまたは全てを含むことができるが、簡潔のために、メモリ／ストレージ装置１０５０だけが示されている。示された論理接続は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１０５２および／または、例えば、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）１０５４である、より大きなネットワークへの有線／無線接続を含む。このようなＬＡＮおよびＷＡＮネットワーキング環境は、オフィスや企業で一般的であり、例えばインターネットであるグローバル通信ネットワークに全てを接続することができる、イントラネットなどの企業規模のコンピュータネットワークを手助けする。

ＬＡＮネットワーク環境で使用される場合、コンピュータ１００２は、有線及び／又は無線通信ネットワークインターフェースまたはアダプタ１０５６を介してローカルネットワーク１０５２に接続される。アダプター１０５６は、無線ＬＡＮ１０５２への有線または無線の通信を容易にすることができ、アダプタ１０５６は、無線アダプタ１０５６と通信するためにその上に配置される無線アクセスポイントを含むこともできる。

ＷＡＮネットワーキング環境で使用される場合、コンピュータ１００２は、モデム１０５８を含むことができ、またはＷＡＮ１０５４上の通信サーバに接続され、またはインターネットを経由するなどして、ＷＡＮ１０５４上の通信を確立する他の手段を有することができる。モデム１０５８は、内部装置または外部装置、および有線装置または無線装置とすることができるが、シリアルポートインターフェース１０４２を介してシステムバス１００８に接続することができる。ネットワーク環境では、プログラムモジュールは、コンピュータ１００２に関連して表されたり、その一部として表されるが、リモートメモリ／記憶装置１０５０に格納することができる。示されたネットワーク接続は、例示的なものであり、コンピュータ間の通信リンクを確立する他の手段を使用することができることが理解されよう。

コンピュータ１００２は、例えば、プリンタ、スキャナ、デスクトップ及び／又はポータブルコンピュータ、ポータブルデータアシスタント、通信衛星、無線を使って検出可能なタグに関連した装置または場所の任意の一部（例えば、売店、新聞売り場、休憩室）、及び電話機、である、無線通信において動作可能に配置された任意の無縁デバイス又はエンティティとの通信について動作可能である。これは、少なくともＷｉ−ＦｉおよびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ワイヤレス技術が含まれる。このように、通信は、従来のネットワークまたは単に少なくとも２つのデバイス間のアドホック通信と同じように所定の構造とすることができる。

Ｗｉ−Ｆｉすなわちワイヤレスフィデリティは、ワイヤーなしで、自宅のソファ、ホテルの部屋のベッド、または職場の会議室から、インターネットへの接続を可能にする。Ｗｉ−Ｆｉは、例えばコンピュータのようなデバイスに、携帯電話で使われるのと同様な無線技術であり、屋内及び屋外において、基地局の範囲内であればどこでも、データを送信及び受信することができる。Ｗｉ−Ｆｉネットワークは、ＩＥＥＥ８０２．１１（ａ，ｂ，ｇ，ｎなど）と呼ばれる無線技術を使用し、安全で信頼性が高く、高速なワイヤレス接続を提供する。Ｗｉ−Ｆｉネットワークは、インターネットに、（ＩＥＥＥ８０２．３またはイーサネット（登録商標）を使用する）有線ネットワークに、コンピュータを相互に接続するために使用することができる。Ｗｉ−Ｆｉネットワークは、無免許の２．４及び５ＧＨｚ無線帯域で、例えば、１１Ｍｂｐｓ（８０２．１１ａ）、または、５４Ｍｂｐｓ（８０２．１１ｂ）のデータレートで、あるいはその両方の帯域（デュアルバンド）を含む製品により、動作し、多くのオフィスで使用される基本的な１０ＢａｓｅＴ有線イーサネットネットワークと同様な実世界性能を提供することができる。

図１１を参照すると、本開示のアーキテクチャを実行して動作する例示のコンピュータ編集システムの概略のブロック図が示されている。システム１１００は、１以上のクライアント（複数可）１１０２を含む。クライアント（複数可）１１０２は、ハードウェアおよび／またはソフトウェア（例えば、スレッド、プロセス、コンピューティングデバイス）とすることができる。クライアント（複数可）１１０２は、クッキー（複数可）及び／または、例えば様々な実施例を採用する、関連するコンテキスト情報を収容することができる。

システム１１００は、１以上のサーバ（複数可）１１０４を含む。サーバ（複数可）１１０４は、ハードウェアおよび／またはソフトウェア（例えば、スレッド、プロセス、コンピューティングデバイス）とすることができる。サーバ１１０４は、例えば様々な実施例を採用することにより、変換を実行するスレッドを収容することができる。クライアント１１０２とサーバ１１０４の間の１つの可能な通信は、２以上のコンピュータプロセス間で送信されるように適合されたデータパケットの形式とすることができる。データパケットは、例えば、クッキーおよび／または関連するコンテキスト情報を含むことがっできる。システム１１００は、クライアント（複数可）１１０２とサーバ（複数可）１１０４の間の通信を容易にするために使用することができる通信フレームワーク１１０６（例えば、インターネットなどのグローバル通信ネットワーク）を含む。

通信は（光ファイバを含む）有線および／または無線技術を介して容易に行うことができる。クライアント（複数可）１１０２は、クライアント（複数可）１１０２にはローカルな情報（例えば、クッキーおよび／または関連するコンテキスト情報）を格納することを採用することができる１以上のクライアントデータストア（複数可）１１０８に動作可能に接続される。同様に、サーバ（複数可）１１０４は、サーバー１１０４にはローカルな情報格納することを採用することができる１以上のサーバデータストア（複数可）に動作可能に接続される。

上述した説明は、様々な実施例の例を含んでいる。もちろん、実施例を記述する目的で、コンポーネントまたは方法の全ての考えられる組み合わせを記述することは可能ではないが、当業者は、多くのさらなる組み合わせと置換が可能であることを認識することができる。したがって、詳細な説明は、全てのそのような変更、修正、および添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に入る変形を包含することを意図している。

特に、上述のコンポーネント、デバイス、回路、システム等によって実施される様々な機能に関して、このようなコンポーネントを記述するために使用される（「手段」への参照を含む）用語は、特に示されない限り、たとえ、実施例の例示的な態様としてここに示された機能を実施する、開示された構造と構造的に等価でないとしても、記述されたコンポーネント（例えば、機能的な等価物）の特定された機能を実施する任意のコンポーネントに対応するように意図されている。この点で、実施例は、システムだけでなく、様々な方法の動作および／またはイベントを実行するためのコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ可読媒体を含むことが理解されるであろう。

さらに、特定の特徴が、いくつかの実装のうちの１つのみに関して開示されることがあるが、そのような特徴は、いずれかの所与または特定のアプリケーションに対して望まれるか有利となることができるような、他の実装による１以上の他の特徴と組み合わせることができる。さらに、詳細な説明又は特許請求の範囲のいずれかで使われた用語「含む」およびその変形の範囲内で、これらの用語は、用語「備える」と同様に包括的であることを意図している。

Claims (31)

1. コグニティブ無線通信システムであって、
   コグニティブ無線配置において、アドホックネットワークとして動作する二次ユーザノードの集合によって形成されるそれぞれの双方向無線リンクを分類するように構成されるソートコンポーネントと、
   ノード送信電力を、前記それぞれの双方向無線リンクのうちの１つの双方向無線リンクの等級に相関させる参照コンポーネントと、
   前記双方向無線リンクの前記等級によって、前記双方向無線リンクに参加する二次ユーザノードの前記集合に、前記ノード送信電力を参加させるノードに割り当てるように構成されるスケジューリングコンポーネントと
   を含むシステム。
2. 前記ソートコンポーネントが、前記それぞれの双方向無線リンクに参加するそれぞれの参加ノード間のそれぞれの距離の関数として、前記それぞれの双方向無線リンクを分類するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ソートコンポーネントが、前記それぞれの双方向無線リンクを分類するための等級の集合を確立するようにさらに構成され、前記等級の前記集合のうちのそれぞれの等級は、関連する参加ノード間の距離のそれぞれの範囲によって定義される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記参照コンポーネントは、それぞれのノード送信電力を、前記それぞれの参加ノード間の距離のそれぞれの範囲に割り当てる、請求項２に記載のシステム。
5. 前記スケジューリングコンポーネントは、前記それぞれの双方向無線リンクの等級から暗黙的にノード送信電力割り当てを決定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
6. 前記二次ユーザノードは、前記アドホックネットワークの一部としてリンクレベルの確認応答を採用する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記参加ノード間で利用可能なスペクトルを均衡させるように構成されたバイナリ整数線形計画コンポーネントをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
8. 前記バイナリ整数線形計画コンポーネントは、前記参加ノード間の前記双方向無線リンクを活性化すること、または、利用可能な無線チャネルを前記双方向無線リンクに割り当てることを採用する、請求項７に記載のシステム。
9. 前記アドホックネットワークの前記それぞれの双方向無線リンクのための１以上の制約を確立する制約コンポーネントをさらに含み、前記制約の少なくとも１つの部分集合は、前記アドホックネットワークに対して確立された活性化された双方向無線リンクの数を増加させるように構成される、請求項１に記載のシステム。
10. 前記１以上の制約は、無線チャネルの割り当てを２以上の前記それぞれの双方向無線リンクに制限する干渉制約を含む、請求項９に記載のシステム。
11. 前記１以上の制約は、前記双方向無線リンクに割り当てられた無線チャネルの数を制限するリンクチャネル制約を含む、請求項９に記載のシステム。
12. 前記一以上の制約は、単一ノードが利用可能な無線インターフェースの数に基づいて、該単一ノードに活性化される双方向無線リンクの数を制限するノードインターフェース制約を含む、請求項９に記載のシステム。
13. 前記１以上の制約は、単一ノードにおける１以上の双方向無線リンクの確立を必要とするノード接続制約を含む、請求項９に記載のシステム。
14. 前記二次ユーザノードの前記集合の部分集合は、複数のノードクラスタを形成し、前記１以上の制約は、該複数のノードクラスタのそれぞれの１個のクラスタに関係する少なくとも２個のノード間の少なくとも１個の双方向無線リンクを確立するクラスタ間接続制約を含む、請求項９に記載のシステム。
15. 前記それぞれの双方向無線リンクに、利用可能な無線チャネルをスケジュールするように構成された割り当てコンポーネントを、さらに含む、請求項１に記載のシステム。
16. 前記利用可能な無線チャネルは、前記集合のそれぞれの二次ユーザノードにより動的に識別され、識別に応じて報告される、請求項１５に記載のシステム。
17. コグニティブ無線通信方法であって、
    アドホックネットワークのために構成される二次ユーザノード間の潜在的な双方向リンクの集合を識別するステップと、
    制約の集合に従って、潜在的な双方向リンクの前記集合の最大数を活性化するステップであって、制約の前記集合は、吹くなくとも干渉制約を含む、活性化するステップと、
    前記活性化された双方向リンクの特性から暗黙的に決定される活性化された双方向リンクに、送信電力を割り当てるステップと
    を含む方法。
18. 前記二次ユーザノードに関係する位置情報又は利用可能なチャネル情報を受信するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記位置情報を分析するステップと、前記位置情報から、前記活性化された双方向リンクの前記特性を導き出すステップとをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記活性化された双方向リンクに参加するノード間の距離を決定するステップと、前記距離から前記リンクの前記特性を求めるステップと、前記距離に基づいて前記送信電力を求めるステップとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 最大送信範囲内のノードのペアを含み、かつ、前記制約の集合を満足する、前記潜在的双方向リンクの部分集合を活性化するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
22. 活性化された双方向無線リンクに対して無線チャネルの再利用を最大化するステップ、あるいは、
    活性化された双方向無線リンクに対して無線帯域幅の再利用を最大化するステップの、
    いずれかをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
23. 前記無線チャネルの再利用を最大化するステップは、無線チャネルを、ノードのペアに関係する前記それぞれの干渉範囲のうちの最大範囲以上である距離により分離されたノードの前記それぞれのペアを有する複数の活性化された双方向リンクに割り当てるステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
24. 干渉制約に基づいて、別の無線チャネルを、活性化されたリンクの前記ペアのうちの第１のペアのうちの１個のノードと、活性化されたリンクの前記ペアのうちの第２のペアのうちの１個のノードは前記第１のリンクと前記第２のリンクに関係する前記干渉範囲のうちの最大範囲未満の距離によって分離される活性化されたリンクのペアに、割り当てるステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
25. 離散的かつ相互に排他的な送信範囲の集合を確立するステップと、送信範囲の前記集合の送信範囲の１つを、前記活性化された双方向リンクに参加するそれぞれのノード間の距離に基づいて、前記活性化された双方向リンクに、割り当てるステップとをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
26. 前記活性化された双方向リンクに割り当てられた無線チャネルの数を最大化するリンクチャネル制約を課すステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
27. 前記活性化された双方向リンクに割り当てられた無線チャネルの数を制限するノード無線制約を、前記活性化されたリンクに参加するノードにより採用されたプログラム可能な無線インターフェースの前記最小の数に課すステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
28. １以上の二次ユーザノードの活性化されたリンクの最小の数を確立するノード接続制約を課すステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
29. それぞれのクラスタの各ノードは、該それぞれのクラスタの少なくとも１つの他のノードへの最大距離内である前記二次ユーザノードの１以上のクラスタを識別するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
30. １以上のクラスタのうちの１個のうちの１個のノードと、該１個のクラスタの外の１個のノード間の少なくとも１つの活性化されたリンクを要求するクラスタ間接続制約を課すステップをさらに含む、請求項２９記載の方法。
31. 無線通信システムであって、
    少なくともの干渉制約に従って、利用可能な無線チャネルを、二次ユーザノードのペア間のアドホック無線通信に割り当てる際に、チャネルの再利用を最大化する手段と、
    送信電力を、ノードの前記それぞれのペアの位置特性から予め決定されるノードの１つのペアに割り当てる手段と
    を含むシステム。
    

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