JP2014504089A - リンク品質に基づく通信の経路制御 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2011年11月11日に出願され、「Routing Communications Based on Link Quality」を発明の名称とする欧州特許出願公開第11188905.1号の優先権を主張する。なお、この特許出願は引用することにより本願に援用される。
上述のように、既存のルーティングメトリックは、マルチチャンネル無線メッシュネットワーク内において転送を経路制御する効果的な方法を提供しない。例えば、既存のルーティングメトリックは、ノードが異なる能力を有するためリンク毎に転送データレートが変わり得る異機種の無線メッシュネットワークにおいて転送を経路制御することには適さない。本明細書で用いられる「リンク」は、無線周波数(RF:radio frequency)による等のネットワークの2つのノード間の直接転送経路(すなわち、他ノードを通過しない)を指す。2つのノード間のリンクのデータレートは、2つのノード間の転送能力(例えば、適合した変調技術およびデータレート)に少なくとも部分的に依存する。そのため、リンク上の最大データレートは、そのリンクの最低速度ノードの能力により制限される。
1つの実装例において、本願において、マルチチャンネルユーティリティネットワーク等の通信ネットワークのノード間のリンク品質を判定することと、判定されたリンク品質に少なくとも部分的に基づいて通信を経路制御することと、が説明される。この例において、ノードは、ノードと複数の隣接ノードとの間のリンク品質を判定する。複数の隣接ノードのうちのそれぞれの隣接ノードに対して、ノードは、ノードとそれぞれの隣接ノードとの間のリンク品質と、所定の品質閾値とを比較する。リンク品質が所定の品質閾値を満足する場合、ノードはリンクを承認し、リンク品質閾値を満足する承認リンクのリストにリンクを追加する。次いでノードは、ノードが承認リンクを有する隣接ノードに通信を経路制御し得る。
ETT=(S/B)×ETX (1)
Pはリンク上の損失率であり、
Pfはデータパケットが隣接ノードに正常に到着する確率であり、
Prは隣接ノードからの確認が正常に受信される確率であり、
Sはデータパケットのパケットサイズ(例えば、ビットまたは他の単位)であり、
Bは2つのノード間のリンクの帯域幅(例えば、ビット/秒または他の単位)である。
他の実装例において、本願は、1つまたは複数の隣接ノードに対する利用可能性情報を含む各ノードに対するビジー装置リストを保持することと、隣接ノードの利用可能性に基づいて転送を経路制御することと、を説明する。この例において、ノードは、送信先に転送されるいくつかの情報(例えば、リソース消費データ、レポート、警告、状態メッセージ、ソフトウェア/ファームウェア更新、その他)を受信する。この情報は、隣接ノードから、システムから、またはノード自身の部品(例えば、ローカルセンサまたは計測モジュール)から、受信されてもよい。この情報を受信すると、ノードは、1つまたは複数の隣接ノードの利用可能性を判定するために、ビジー装置リストを照会してもよい。次いでノードは、転送を受信するにあたり利用可能であり且つこの情報を送信先に伝播することができる隣接ノードをビジー装置リストにしたがって特定する。次いで、ノードは特定された隣接ノードにこの情報を転送し得る。
図1は、ノードのリンク品質および/または利用可能性にしたがって転送が経路制御されることが可能であるマルチチャンネル無線メッシュネットワークのアーキテクチャ例100の概略図である。アーキテクチャ100は、直接通信経路すなわち「リンク」を解して互いに通信可能に接続された複数のノード102A、102B、102C、・・・102N(ノード102と総称される)を含む。この例において、Nは、広域ネットワーク(WAN:wide area network)、メトロポリタンエリアネットワーク(MAN:metropolitan area network)、ローカルエリアネットワーク(LAN:local area network)、近隣ネットワーク(NAN:neighborhood area network)、パーソナルエリアネットワーク(PAN:personal area network)、その他等の、自律的経路制御エリア(ARA:autonomous routing area)内におけるノードの数を表す。
図2は図1に示すノード例102Cの付加的な詳細を示す概略図である。この例において、無線機108は、RFフロントエンド202およびベースバンドプロセッサ204に接続されたアンテナ200を備える。RFフロントエンド202は送信機能および/または受信機能を提供してもよい。RFフロントエンド202は、アンテナにより提供され1つまたは複数のノード102から取得される信号を同調および/または減衰する等の機能を提供する高周波アナログおよび/またはハードウェア部品を備え得る。RFフロントエンド202は信号をベースバンドプロセッサ204に提供してもよい。
図3は、メッシュネットワークのノード間のリンク品質を判定し、リンク品質に少なくとも部分的に基づいて通信を経路制御する方法例300を示す。方法300は便宜のために図1のアーキテクチャ例100を参照して説明される。しかし、方法300は図1アーキテクチャ例100とともに用いられることには限定されず、他のアーキテクチャおよび装置を用いて実装されてもよい。
(X+Y(k−1)),k=1,2,…M (2)
この式において、kはその一連のチャンネル内のチャンネル(例えば、テストされる最初のチャンネル)の数である。
図5はメッシュネットワークのノード間のリンクを承認するための方法例500を示す。方法500は便宜のために図1のアーキテクチャ例100を参照して説明される。しかし、方法500は、図1のアーキテクチャ例100とともに用いられることには限定されず、他のアーキテクチャおよび装置を用いて実装されてもよい。
図6および図7は、制御チャンネルおよび/またはデータチャンネルを介して転送され得るいくつかのプロトコルデータユニット(PDU:Protocol Data Unit)例を示す。PDUという用語は、本願において、図1に示す等の通信ネットワーク内における任意の通信、メッセージ、または転送を全般に指すために用いられる。PDUという用語は、少なくとも概念的にはオープンシステムインターコネクション(OSI:Open Systems Interconnection)モデルに基づくものであり、例えば、ビット、フレーム、パケット、セグメント、その他を含んでもよい。いくつかの事例において、OSIモデルの1つまたは複数の層が、1つまたは複数のPDUをノード間で転送するために用いられてもよい。例えば、OSIモデルのデータリンク層が、アーキテクチャ100の2つ以上のノード102間でPDUを転送するために利用されてもよい。特定の実装において、データリンク層のメディアアクセス制御(MAC:media access control)サブレイヤが、2つ以上のノード102間でPDUを転送するために利用されてもよい。さらに、いくつかの実装において、搬送波感知多重アクセス/衝突回避(CSMA/CA)方式等のアクセス方法が利用されてもよい。
・タイプ:このフィールドは例えばRTS、CTS、受信不可(NCTS)、その他のフレームタイプを示す。図6の例において、このフィールドは、フレームがRTSフレームであることを示す。
のうちの1つまたは複数を含み得る。
・タイプ:このフィールドは図6を参照して上記で説明した内容と同様の情報を含んでもよい。図7の例において、このフィールドはフレームがCTSフレームであることを示す。
・チャンネル:このフィールドはRTSフレームを受信したノードにより選択されたデータチャンネルを示す。
のうちの1つまたは複数を含んでもよい。
本願は特定の構造的特徴および/または方法論的動作を有する実施形態を説明するものであるが、請求項は必ずしも特定の特徴または説明された動作に限定されるとはかぎらないことを理解すべきである。むしろ、特定の特徴および動作は単に本願の請求項の範囲に含まれる例示的な実施形態にすぎない。
Claims (15)
- 方法であって、
コンピュータ実行可能命令を用いて構成されたマルチチャンネルネットワークのノードの制御下で、
テストする一連のチャンネルを指定するメッセージを送信することを要求する送信要求(RTS)メッセージを、前記ノードにより隣接ノードに送信することと、
前記隣接ノードが転送を受信するにあたり利用可能であることを示す前記隣接ノードからの受信準備完了(CTS:clear−to−send)メッセージを前記ノードにおいて受信することと、
前記テストする一連のチャンネルにしたがってテストデータパケットを前記隣接ノードに前記ノードにより送信することと、
テストデータパケットを前記テストする一連のチャンネルにしたがって前記ノードにおいて前記隣接ノードから受信することと、
前記隣接ノードから受信された前記テストデータパケットに基づいて前記ノードと前記隣接ノードとの間のリンク品質を算出することと、
を含む、方法。 - 前記ノードと前記隣接ノードとの間の前記算出されたリンク品質と、所定の品質閾値と、を比較することと、
前記ノードと前記隣接ノードとの間の前記リンクの前記リンク品質が前記所定の品質閾値を満足することを判定することに応答して、前記ノードと前記隣接ノードとの間の前記リンクを承認することと、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記テストする一連のチャンネルは、テストする開始チャンネル数、テストするチャンネル間のステップ間隔、およびテストするチャンネル数により指定される、請求項1に記載の方法。
- 前記ノードが前記隣接ノードから受信したテストデータパケット数を含み且つ前記ノードと前記隣接ノードとの間の前記リンク品質を評価するために前記隣接ノードにより用いられることができる確認パケットを前記ノードにより送信することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 各テストデータパケットは前記リンクを通る転送の時間におけるコストの表示を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記リンク品質を評価することは前記ノードと前記隣接ノードとの間の複数のチャンネルの転送品質を評価することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記リンク品質を評価することは、以下の式、
ETT=(S/B)×ETX
(式中、ETX=1/(1−P)、
P=1−(1−Pf)×(1−Pr)、
Pはリンク上の損失率であり、
Pfはデータパケットが前記隣接ノードに正常に到着する確率、
Prは前記隣接ノードからの確認が正常に受信される確率、
Sは前記それぞれのデータパケットのパケットサイズ、
Bは前記ノードと前記隣接ノードとの間の前記リンクの帯域幅である)
にしたがって期待転送時間(ETT)を算出することを含む、請求項1に記載の方法。 - テストする一連のチャンネルを指定するメッセージを送信することを要求するRTSメッセージを、前記ノードにより他の隣接ノードに送信することと、
前記他の隣接ノードが転送を受信するにあたり利用可能であることを示す前記他の隣接ノードからのCTSメッセージを前記ノードにおいて受信することと、
前記テストする一連のチャンネルにしたがってテストデータパケットを前記他の隣接ノードに前記ノードにより送信することと、
前記テストする一連のチャンネルにしたがってテストデータパケットを前記ノードにおいて前記他の隣接ノードから受信することと、
前記他の隣接ノードから受信された前記テストデータパケットに基づいて前記ノードと前記他の隣接ノードとの間のリンク品質を評価することと、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記ノードが、所定のリンク品質閾値を満足する所定数のリンクを特定するまで、請求項8の動作を反復することをさらに含む、請求項8に記載の方法。
- 前記ノードと隣接ノードとの間のリンクの相対的リンク品質にしたがって、前記隣接ノードを序列設定することをさらに含む、請求項9に記載の方法。
- 前記序列設定に基づいて前記ノードから、前記隣接ノードのうちの1つまたは複数の隣接ノードに、通信を経路制御することをさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 前記RTSメッセージは、前記ノードがパケットを転送することを望み且つ他の転送に対しては1つの時間的期間にわたり利用不能であることの表示をさらに含み、
前記CTSメッセージは、前記隣接ノードが転送にあたり1つの時間的期間にわたり利用不能となるであろうこと、および指定された転送チャンネルが前記時間的期間の間ビジーとなるであろうことの表示をさらに含む、
請求項1に記載の方法。 - ノードの1つまたは複数のプロセッサにより実行されると、請求項1から請求項12のいずれか1つに記載の方法を実行するよう、前記ノードを構成する命令を記憶する1つまたは複数のコンピュータ可読媒体。
- マルチチャンネル通信ネットワークのネットワーク計算装置であって、
1つまたは複数のプロセッサと、
前記1つまたは複数のプロセッサに通信可能に接続されたメモリと、
前記メモリに記憶され且つ前記1つまたは複数のプロセッサ上で実行可能である承認モジュールであって、
前記ネットワーク計算装置と1つまたは複数の他のネットワーク計算装置のうちのそれぞれのネットワーク計算装置との間のリンクのリンク品質を判定し、
前記1つまたは複数のリンクの前記リンク品質が前記所定の品質閾値を満足することを前記判定することに応答して、前記ネットワーク計算装置と前記それぞれのネットワーク計算装置との間の前記リンクのうちの1つまたは複数を承認し、
前記ネットワーク計算装置の前記メモリに承認リンクのリストを記憶する、
ための承認モジュールと、
前記メモリに記憶され且つ前記承認リンクのうちの1つまたは複数の承認リンクを介して通信を経路制御するために前記1つまたは複数のプロセッサ上で実行可能である経路制御モジュールと、
を備えるネットワーク計算装置。 - 複数の異なるチャンネル上で通信を送信および受信することができるマルチチャンネル無線機と、
前記マルチチャンネル通信ネットワークの所定の周波数ホッピングパターンにしたがって前記複数の異なるチャンネル間で切り替わるよう構成された周波数ホッピングモジュールと、
前記メモリに記憶され且つ電気消費データ、水消費データ、および/または天然ガス消費データを含むリソース消費データを収集するために前記1つまたは複数のプロセッサにより実行可能である、計測モジュールと、
をさらに含む、請求項14に記載のネットワーク計算装置。
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