JP2015514363A - ホームネットワークの識別方法および識別装置 - Google Patents

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Abstract

ホームネットワーク(10;11)が、レジデンシャルゲートウェイ(23)を間に備えた複数のネットワーク装置(27、28、29)を有する、ホームネットワークトポロジの識別方法であって、少なくとも1つのホームネットワークパラメータを、ネットワーク装置(27、28、29)のうちの少なくとも1つから取得するステップ(1a)と、ホームネットワーク(10;11)のネットワークチャネル利得関数(CGF)をネットワーク装置(27、28、29)のうちの1つから取得するステップ(1b)と、等価な推定チャネル遅延スプレッド関数(CDS)を得るために、チャネル利得関数(CGF)を時間領域に変換するステップ(1c)と、推定チャネル遅延スプレッド関数(CDS)およびネットワークの伝搬速度から推定ブラインドネットワークトポロジを取得するステップ(1d)と、少なくとも1つの構造的ネットワークトポロジパラメータを取得するために、推定ブラインドネットワークトポロジを少なくとも1つのホームネットワークパラメータに相関させるステップ(1e)とを含む方法、ならびにレジデンシャルゲートウェイ(23)を間に備えた複数のネットワーク装置(27、28、29)を有するホームネットワーク(10;11)から遠隔地にある管理センタ装置(25)であって、方法のステップ(1a)から(1e)を実施するようになされている、管理センタ装置(25)。

Description

本発明は、ホームネットワークトポロジの識別方法およびその方法を実施するようになされた管理センタ装置に関する。
国際電気通信連合(ITU)の規格「G.hn」は、宅内の広帯域用途で必要とされる広帯域データ通信を可能にするために規定された。G.hnでは、銅線ツイストペア、同軸ケーブル、電力線ケーブルのような異なるメディアによる宅内ネットワークアクセスに対して異なるドメインが利用可能である。
今日に至っても、ホームネットワークとしても知られる宅内ネットワークのトラブルシューティングおよび診断を、ネットワーク外の遠隔地点から行うことは困難な作業である。特に、ホームネットワーク内に潜在的に存在する数多くの分岐および終端装置のために、ホームネットワークのサイズおよび構造の識別は困難である。
この問題をさらに例示するために、比較的単純な構造で、1つの分岐と3つの分岐をそれぞれもつホームネットワークの例を図1に示す。チャネル利得関数は、図1の分岐が1つのネットワークについては図2の上側に、また分岐が3つのネットワークについては図2の下側に示されている。
ホームネットワークのより複雑な例が図3に記載されている。図3は上側で、12のノードおよび5つの分岐を含む電力線ネットワークまたはツイストペア線ネットワークによって形成されるホームネットワークを概略的に表している。図1の下側は、同軸線技術で構築された別のホームネットワークを示す。
特に数多くのノードおよび分岐を含む電力線通信(PLC)ネットワークなどの、より複雑なホームネットワークトポロジを考えるとき、ホームネットワークトポロジの識別方法の利用可能な解決策は、サービス事業者の立場から見て望ましいほど効率的ではない。これは、一層複雑なチャネル利得関数と、ホームネットワークのすべての分岐において発生する非常に多くの反射とが理由である。
電力線ケーブル、同軸ケーブル、ツイストペアケーブルなどのメディアに基づくホームネットワークは、マルチパス伝搬環境を構築する異なるセグメント、たとえば電力線およびツイストペア線のネットワーク内の分岐、ならびに同軸ケーブルを用いたネットワーク内のスプリッタを含む。
一般に、ネットワーク内の経路の数を特徴とするマルチパスの次数は、チャネルインパルス応答の長さ、すなわちチャネル遅延スプレッドによって記述される。当然ながら、チャネル遅延スプレッドとネットワークトポロジの関係は明らかである。ネットワークセグメントの数が増えるにつれて、マルチパスの次数が大きくなる。結果的に、チャネル遅延スプレッドが増大する。特に、チャネル遅延スプレッドはホームネットワークトポロジの関数である。
この関係を利用して、ネットワークサイズおよびその構造を、そのチャネル遅延スプレッドを通じてネットワークシグネチャを推定することによって識別することができる。さらに、ネットワーク識別は、推定ネットワークシグネチャと、ホームネットワーク装置から取得されたネットワークパラメータとを相関させることによって向上する。
ホームネットワークが、レジデンシャルゲートウェイを間に備えた複数のネットワーク装置を有するホームネットワークトポロジの識別方法の例示的な一実施形態によれば、この方法は、
少なくとも1つのホームネットワークパラメータを、ネットワーク装置のうちの少なくとも1つから取得するステップ(a)と、
ホームネットワークのネットワークチャネル利得関数をネットワーク装置のうちの1つから取得するステップ(b)と、
等価な推定チャネル遅延スプレッド関数を得るために、チャネル利得関数を時間領域に変換するステップ(c)と、
推定チャネル遅延スプレッド関数およびネットワークの伝搬速度から推定ブラインドネットワークトポロジを取得するステップ(d)と、
少なくとも1つの構造的ネットワークトポロジパラメータを取得するために、推定ブラインドネットワークトポロジを少なくとも1つのホームネットワークパラメータに相関させるステップ(e)と
を含む。
本出願で使用される「レジデンシャルゲートウェイ」は、特に、ホームネットワークを広域ネットワーク(WAN)に接続するようになされたホームネットワーク装置として理解されるものとする。本出願で使用される「ブラインドネットワークトポロジ」という語句は、特に、ネットワークに関する構造の情報をなんら含まない、ネットワークのさまざまなネットワーク装置間の距離に関する情報の集合として理解されるものとする。チャネル利得関数の時間領域への変換は、好ましくは逆フーリエ変換によって実施される。離散的な測定値の場合、逆高速フーリエ変換(FFT)が好ましい。
少なくとも1つのホームネットワークパラメータは、TR−069、または当業者には適切に思える任意の他のプロトコルなどの、ネットワーク内のネットワークプロトコルを介して、ネットワーク装置のうちの少なくとも1つから取得され得る。
この方法は、ホームネットワークトポロジの確実かつ高速な識別を可能にし得る。チャネル遅延スプレッド関数から抽出された情報を少なくとも1つのホームネットワークパラメータに相関させることによって、接続された分岐などのさらなるトポロジパラメータが、ネットワークトポロジに関する仮定の確認のために一義的に導出され、さらなる分析の基礎として使用され得る。分岐などのホームネットワークの構造的特性は、確実に識別され、さらに推定ネットワークトポロジを計量データに適合させるために使用され得る。
好適な実施形態では、方法は、自動的に、かつホームネットワークから遠隔地の場所からも行うことができる。
別の好ましい実施形態では、ネットワークチャネル利得関数の位相関係が事前に(a priori)不明である場合、方法のステップ(c)は、
チャネル利得関数を時間領域に変換するステップ(c1)と、
チャネル遅延スプレッド関数がゼロ値でない間隔が中心時間に対して実質的に対称になるように、チャネル遅延スプレッド関数を、選択された中心時間にシフトさせるステップ(c2)と、
選択された長さの間隔の外ではゼロ値の窓関数をチャネル遅延スプレッド関数に適用するステップ(c3)であって、選択された長さの間隔が中心時間に対して実質的に対称である、適用するステップ(c3)と、
窓で切り出されたチャネル遅延スプレッド関数を時間起点にシフトさせるステップ(c4)と、
計算されたチャネル利得推定値を取得するために、窓で切り出されたチャネル遅延スプレッド関数を周波数領域に変換するステップ(c5)と、
差の尺度を導出するための距離関数を適用することによって、計算されたチャネル利得推定値とチャネル利得関数を比較するステップ(c6)と
を含む。
好ましくは、計算されたチャネル利得推定値とチャネル利得関数を比較するために適用される距離関数は、「真の値」としてのチャネル利得関数に対する推定量とされる計算されたチャネル利得推定値の平均二乗誤差に基づく。一般に、当業者には適切に思える任意の他の距離関数が適用されてもよい。
計算されたチャネル利得推定値とチャネル利得関数の差の尺度を導出することによって、ネットワークチャネル利得関数の位相関係の正確な値についての推定値が得られる。
さらに別の実施形態では、ステップ(c3)から(c6)は、選択された間隔長ごとに差の尺度を取得するために、選択された異なる間隔長で連続的に実施され、差の尺度の所定の基準を適用することから、窓関数の間隔長を選択することによって、等価な推定チャネル遅延スプレッド関数が求められる。好ましくは、所定の基準は、計算されたチャネル利得推定値とチャネル利得関数の平均二乗誤差についての上限であってもよい。したがって、計算されたチャネル利得推定値は、望ましい正確さでチャネル利得関数に近似し得る。
ネットワークチャネル利得関数の位相関係が事前に分かっている場合は、ステップ(c1)から(c6)は当然ながら省略されてもよく、位相関係についての情報を既に含んだ推定チャネル遅延スプレッド関数が、さらなる識別に使用され得る。
別の実施形態において、推定ブラインドネットワークトポロジに相関させられる少なくとも1つのホームネットワークパラメータは、ビット誤り率、装置識別子、タイムスタンプ、チャネル利得、ドメイン識別子、およびデータ転送速度からなるパラメータの群から選択される。これらのパラメータのうちの任意のものと推定ブラインドネットワークトポロジの相関によって、ホームネットワークトポロジについての取得した情報の信頼性が高まり、また、識別処理に要する処理時間が短くなり得る。
さらに好ましい実施形態では、収集されたホームネットワークパラメータは、方法を実施するようになされている遠隔地の管理センタ装置に転送される。それによって、ホームネットワークのコストを大幅に減少させることができ、サービススタッフをホームネットワークの場所に行かせる手間を省くことができる。本実施形態はまた、ホームネットワークのより頻繁な分析を可能にし、予防保守の選択肢をもたらす。好ましくは、ホームネットワークパラメータは、レジデンシャルゲートウェイによって収集され、遠隔地の管理センタ装置に転送され得る。
別の好ましい実施形態では、ホームネットワークは実質的に電力線ネットワークである。本出願で使用される「実質的に電力線ネットワーク」という語句は、特に、電力線ケーブルに基づく、また、ホームネットワーク内のデータ伝送に使用される全メディアの少なくとも70%が電力線ケーブルとして形成されているネットワークとして理解されるものとする。これらは各家に共通に利用可能なので、方法は既存のホームネットワークの大部分に適用され得る。
ホームネットワークトポロジの識別に要する処理時間は、方法のステップ(d)において、チャネル遅延スプレッド関数の主要な反射だけが考慮される場合に、有利には短く維持され得る。理論的には無数の反射が存在し、したがって、無関係なものを選別することで、処理時間を大幅に短くすることができる。本出願で使用される「主要な反射」という語句は、特に、振幅の上70%、好ましくは上60%、最も好ましくは、サイズに従って選別される振幅の上50%超に対応する反射を含むものとして理解されるものとする。
別の態様では、レジデンシャルゲートウェイを間に備えた複数のネットワーク装置を有するホームネットワークから遠隔地にある管理センタ装置が設けられており、管理センタ装置は、記載した方法のステップ(1a)から(1e)を実施するようになされている。これは、低コストかつ高い信頼性でホームネットワークの頻繁な自動的分析を可能にし得る。
本発明のこれらおよびその他の態様は後述する実施形態から明白であり、またそれらを参照することで明らかとなろう。
1つの分岐と3つの分岐をそれぞれ含むホームネットワークトポロジを概略的に示す図である。 図1に準じたホームネットワークの測定されたチャネル利得関数を示すグラフである。 ホームネットワークのさらなる例を概略的に示す図である。 ホームネットワークトポロジの識別方法の一実施形態のステップを示すフローチャートである。 図4に準じたステップの結果を概略的に示すグラフである。 図1に準じたホームネットワークの推定チャネル遅延スプレッド関数から取得された反射の距離を示すグラフである。 方法の一実施形態の機能ブロック図である。
ホームネットワーク10、10’、11、11’の例は「背景技術」の項において既に紹介している。以下では、図1に示すホームネットワーク10および10’に、ホームネットワークトポロジの識別方法の一実施形態を適用することについて説明する。
図1の下側は、複数のネットワーク装置27、28、29と、ホームネットワーク10をインターネットなどの広域ネットワークWANに接続するようになされたレジデンシャルゲートウェイ23とを有するホームネットワーク10を示す。ホームネットワーク10は、9つのノード1−9および3つの分岐12、13、14を備える電力線ネットワークとして設計されている。
ホームネットワーク10から遠隔地にあり、レジデンシャルゲートウェイ23を介してホームネットワーク10に接続されているのは、管理センタ装置25を備えた管理センタ24(図7)である。ソフトウェアモジュールは、以下に記載するホームネットワークトポロジの識別方法のステップを実施するようになされている。ステップ15−22(図4、図5、および図7)は、管理センタ装置25において実施可能かつ管理センタ装置25によって実行可能なソフトウェアモジュールのプログラムコードに変換され、したがって、ホームネットワークトポロジの識別方法のステップ15−22は遠隔地の管理センタ装置25によって実施される。
ホームネットワークトポロジの識別方法の第1のステップ(図7)において、ホームネットワークパラメータが、ネットワーク装置から、レジデンシャルゲートウェイ23によって、ホームネットワーク10内の管理プロトコルTR(Technical Report)−069を介して収集される。収集されたパラメータは、すべての接続されたネットワーク装置27、28、29の装置識別子および伝送タイムスタンプを含む。一般に、それらは、ビット誤り率、装置識別子、タイムスタンプ、チャネル利得、ドメイン識別子、およびデータ転送速度からなるパラメータの群から選択され得る。
第2のステップにおいて、ホームネットワーク10のネットワークチャネル利得関数CGFが、ネットワーク装置27、28、29のうちの1つから、レジデンシャルゲートウェイ23によって取得される。収集されたホームネットワークパラメータおよびネットワークチャネル利得関数CGFは、ステップ15および16(図7)においてレジデンシャルゲートウェイ23を介して遠隔地の管理センタ装置25に転送される。
次のステップ17において、管理センタ装置25は、逆高速フーリエ変換(iFFT)を適用することによってチャネル利得関数CGFを時間領域に変換して、等価なチャネル遅延スプレッド関数CDSを得るようになされている(図5の上側)。
チャネル利得関数CGFの事前に不明な位相により、チャネル遅延スプレッド関数CDSの正確な開始と終了は分かっておらず、したがって、別のステップ18において推定されなければならない。この目的のために、チャネル遅延スプレッド関数CDSは、図5の中央部分に示すように、チャネル遅延スプレッド関数CDSのゼロでない値の間隔が中心時間26に対して実質的に対称になるように、選択された中心時間26にシフトされる。次いで、選択された長さαの間隔の外ではゼロ値の窓関数がチャネル遅延スプレッド関数CDSに適用され、ここで、選択された長さαの間隔は中心時間26に対して実質的に対称である(図4および図5の中央部分)。このステップ18から取得される、窓で切り出された推定チャネル遅延スプレッド関数CDSは、図5の下側の左に描かれている。
方法の別のステップ19において、窓で切り出された推定チャネル遅延スプレッド関数CDSは時間起点(結果は図5に図示せず)にシフトされ、窓で切り出された推定チャネル遅延スプレッド関数CDSは、図5の下側の右に示されるように、計算されたチャネル利得推定値CCGを取得するために周波数領域に変換される。
計算されたチャネル利得推定値CCGとチャネル利得関数CGFは、差の尺度を導出するための距離関数を適用することによって比較される(図4)。距離関数は、計算されたチャネル利得推定値CCGを推定量とし、チャネル利得関数CGFを「真」の値とし、計算されたチャネル利得推定値CCGの値と、同じ周波数で取得されたチャネル利得関数CGFの値との差の2乗を合算する平均2乗誤差MSE計算からなり、この合算は、図2の下側に示した周波数範囲にわたり、等距離の周波数ステップにおいて行われる。
差の尺度についての所定の基準が管理センタ装置25のメモリユニット(図示せず)に格納されている。次のステップ20では、管理センタ装置25は、計算されたチャネル利得推定値CCGとチャネル利得関数CGFの取得した差の尺度についての所定の基準を適用するようになされている。
取得した差の尺度が所定の基準を満たさない場合、別のステップ21(図4)で、管理センタ装置25は、窓関数の選択された間隔長αを増加させ、以下のステップ18−20を反復するようになされている:
選択された長さαの間隔が中心時間26に対して実質的に対称であるチャネル遅延スプレッド関数CDSに窓関数を適用するステップ、
窓で切り出されたチャネル遅延スプレッド関数を時間起点にシフトさせるステップ、
計算されたチャネル利得CCGの新たな推定値を取得するために、窓で切り出されたチャネル遅延スプレッド関数CDSを周波数領域に変換するステップ、および
新たな差の尺度を導出するための距離関数を適用することによって、計算されたチャネル利得CCGの新たな推定値とチャネル利得関数CGFを比較するステップ。
図4に示すように、これらのステップ18−20は、選択された間隔長αごとに差の尺度を取得するために、取得した差の尺度の1つが所定の基準を満たすまで、選択された異なる間隔長αで管理センタ装置25によって連続的に実施される。次いで、方法はストップし、チャネル遅延スプレッド関数CDSの事前に不明な開始と終了は、差の尺度の基準が満たされた窓関数の間隔長wを選択することによって求められる。
窓で切り出されたチャネル遅延スプレッドCDS関数が求められた後、管理センタ装置25は、窓で切り出されたチャネル遅延スプレッド関数CDSから推定ブラインドネットワークトポロジを、また、次の式を用いることによってネットワークの伝搬速度を取得するようになされている。
距離=伝搬速度×推定遅延
距離の推定については、図6に示すように、チャネル遅延スプレッド関数CDSの理論的に無数の反射のうち、主要な反射だけが考慮される。ホームネットワークのサイズおよび対応する距離を有するそのセグメントは、分岐が1つのネットワーク10’については図6の上側に、分岐が3つのネットワーク10については図6の下側に示すように(変数Xは距離を示す)、ピークおよび/または減衰などの異なる反射(「事象」)として識別される。それによって、ブラインドネットワークトポロジ、すなわち距離のみが推定される。
ブラインドネットワークトポロジは、方法の最終ステップ22の出発点とされ(図7)、ここでは、識別されたホームネットワーク分岐12、13、14などの少なくとも1つの構造的ネットワークトポロジパラメータを取得するために、推定ブラインドネットワークトポロジが収集されたホームネットワークパラメータと相関させられ、これらのパラメータは、すべての接続されたネットワーク装置27、28、29の装置識別子および伝送タイムスタンプを含む。たとえば、伝送タイムスタンプおよび特定の装置の装置識別子は、特定のマスタ装置およびスレーブネットワーク装置を有する分岐12、13、14を識別するために使用され得る。したがって、相関のステップ22は、ホームネットワークトポロジの確実かつ効率的な識別を可能にする。
説明した方法は、ホームネットワーク10、11の分岐12、13、14のうちの1つに存在するサブネットワークにも適用可能であり、したがって、複合ホームネットワークは、識別されたサブネットワークパラメータおよび/またはトポロジに推定ブラインドネットワークトポロジを相関させることによって識別され得ることは当業者には明らかである。
本発明は、図面に示され、前述の記載の中で詳細に説明されているが、かかる図示および説明は例または例示としてみなされるべきであり、限定とみなされるべきではない。本発明は開示された実施形態には限定されない。
開示された実施形態となるべき他の変形形態は、クレームされる発明を実施する当業者によって、図面、本開示、および添付の特許請求の範囲の検討から理解され、行われ得る。特許請求の範囲において、「含む」という語は他の要素またはステップを排除せず、不定冠詞「ある(a)」または「一(an)」は複数を排除しない。相互に異なる従属項にある種の尺度が記載されているだけでは、これらの尺度の組み合わせが有利に使用できないということにはならない。特許請求の範囲における参照符号はいずれも範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (8)

  1. ホームネットワーク(10;11)が、レジデンシャルゲートウェイ(23)を間に備えた複数のネットワーク装置(27、28、29)を有する、ホームネットワークトポロジの識別方法であって、
    少なくとも1つのホームネットワークパラメータを、ネットワーク装置(27、28、29)のうちの少なくとも1つから取得するステップ(1a)と、
    ホームネットワーク(10;11)のネットワークチャネル利得関数(CGF)をネットワーク装置(27、28、29)のうちの1つから取得するステップ(1b)と、
    等価な推定チャネル遅延スプレッド関数(CDS)を得るために、チャネル利得関数(CGF)を時間領域に変換するステップ(1c)と、
    推定チャネル遅延スプレッド関数(CDS)およびネットワークの伝搬速度から推定ブラインドネットワークトポロジを取得するステップ(1d)と、
    少なくとも1つの構造的ネットワークトポロジパラメータを取得するために、推定ブラインドネットワークトポロジを少なくとも1つのホームネットワークパラメータに相関させるステップ(1e)と
    を含む、方法。
  2. ネットワークチャネル利得関数(CGF)の位相関係が事前に不明であり、ステップ(1c)が、
    チャネル利得関数(CGF)を時間領域に変換するステップ(c1)と、
    チャネル遅延スプレッド関数(CDS)がゼロ値でない間隔が中心時間(26)に対して実質的に対称になるように、チャネル遅延スプレッド関数(CDS)を、選択された中心時間(26)にシフトさせるステップ(c2)と、
    選択された長さ(α)の間隔の外ではゼロ値の窓関数をチャネル遅延スプレッド関数(CDS)に適用するステップ(c3)であって、選択された長さ(α)の間隔が中心時間(26)に対して実質的に対称である、適用するステップ(c3)と、
    窓で切り出されたチャネル遅延スプレッド関数(CDS)を時間起点にシフトさせるステップ(c4)と、
    計算されたチャネル利得推定値(CCG)を取得するために、窓で切り出されたチャネル遅延スプレッド関数(CDS)を周波数領域に変換するステップ(c5)と、
    差の尺度を導出するための距離関数を適用することによって、計算されたチャネル利得推定値(CCG)とチャネル利得関数(CGF)を比較するステップ(c6)と
    を含む、請求項1に記載の方法。
  3. ステップ(c3)から(c6)が、選択された間隔長(α)ごとに差の尺度を取得するために、選択された異なる間隔長(α)で連続的に実施され、かつ、差の尺度の所定の基準を適用することから、窓関数の間隔長(w)を選択することによって、等価な推定チャネル遅延スプレッド関数(CDS)が求められる、請求項2に記載の方法。
  4. ホームネットワークパラメータが、ビット誤り率、装置識別子、タイムスタンプ、チャネル利得、ドメイン識別子、およびデータ転送速度からなるパラメータの群から選択される、請求項1に記載の方法。
  5. 収集されたホームネットワークパラメータおよびホームネットワーク(10;11)のネットワークチャネル利得関数(CGF)が遠隔管理センタ(23)に転送され、方法が、ホームネットワーク(10;11)の遠隔地点にある管理センタ装置(25)によって行われる、請求項1に記載の方法。
  6. ホームネットワーク(10;11)が実質的に電力線ネットワークである、請求項1に記載の方法。
  7. ステップ(1d)において、チャネル遅延スプレッド関数(CDS)の主要な反射だけが考慮される、請求項1に記載の方法。
  8. レジデンシャルゲートウェイ(23)を間に備えた複数のネットワーク装置(27、28、29)を有するホームネットワーク(10;11)から遠隔地にある管理センタ装置(25)であって、請求項1に記載の方法のステップ(1a)から(1e)を実施するようになされている、管理センタ装置(25)。
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