JP2019519173A - 分散動的スペクトル割当てのための方法、ソース装置およびパワーノード - Google Patents

Abstract

本発明は、ソース装置によって実行される分散動的スペクトル割当てのための方法およびソース装置、パワーノードによって実行される動的スペクトル割当てのための方法およびパワーノードを含み、その方法は、空き認可スペクトルを見つけるようソース装置が要求することを示す問い合わせメッセージを適切なパワーノードに送信すること、認可スペクトルを示す問い合わせ応答メッセージを適切なパワーノードから受信すること、および認可スペクトルが空いているかどうかを決定し、使用される認可スペクトルからの空き認可スペクトルを選択することを含む。このようにして、提供された方法は、セントラルオーソリティを使用することなく分散動的スペクトル割当てを実施することができる。

Description

本発明は一般に分散通信ネットワーク（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ）に関し、より詳細には、ソース装置（ソースデバイス：ｓｏｕｒｃｅ ｄｅｖｉｃｅ）によって実行される分散動的スペクトル割当て（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）のための方法およびソース装置、パワーノード（ｐｏｗｅｒ ｎｏｄｅ）によって実行される動的スペクトル割当てのための方法およびパワーノードに関する。

無線通信技術の急速な成長および無線用途の容量の巨大な需要とともに、周波数スペクトルは不足した資源となっている。この場合、それぞれの移動装置（モバイルデバイス）に認可（された）スペクトル（ｌｉｃｅｎｓｅｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）が割り当てられる固定スペクトル戦略の使用の適用可能性はますます低下するであろう。割当て戦略に従ってそれぞれの装置が動的スペクトルを得ることができる無線通信ネットワークには、我々はいくつかの認可スペクトルを割り当てることができる。中央無線通信ネットワークでは、セントラルオーソリティ（ｃｅｎｔｒａｌ ａｕｔｈｏｒｉｔｙ）によって管理されるこのような動的スペクトル割当て戦略を達成することができる。しかしながら、セントラルオーソリティがない場合、分散無線通信ネットワークにおいて動的スペクトル割当て戦略を達成することは難しい。
分散無線通信ネットワークにおいて動的スペクトル割当てを使用するときには、以下のようないくつかの技術的問題に直面する。
− 動的スペクトル割当てを管理するのにセントラルオーソリティを使用することができない。
− いくつかの装置が同じ認可スペクトルを要求したときにいくらかの競合を起こす可能性がある。
− 我々が知っているとおり、いくつかの移動装置の送信電力は限られており、それらの装置は多くのルータを介してあて先装置（ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）にデータを送信する。それぞれのルータが対応する空き認可スペクトル（ｉｄｌｅ ｌｉｃｅｎｓｅｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を見つける場合、それによって多くの負荷がネットワークにかかる可能性がある。
− コグニティブ（認識による）無線ネットワーク（ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ ｎｅｔｗｏｒｋ）では、認可スペクトルがプライマリユーザ（ｐｒｉｍａｒｙ ｕｓｅｒ）に割り当てられる。残りの装置は、プライマリユーザ（ＰＵ）が使用していない認可スペクトルを見つけて使用すべきである。しかしながら、ルータがデータパケットを転送している間にプライマリユーザが復帰（ｃｏｍｅ ｂａｃｋ）する場合、ルータは何を実行できるのか？
− あて先装置がソース装置からデータパケットを受信したときには認可スペクトルをどのように処理するのか？

現在、動的スペクトル割当てを使用する典型的なネットワークとしてコグニティブ無線ネットワーク（ＣＲＮ）が提案されている。ＣＲＮでは、センシングチャネル（ｓｅｎｓｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ）が、認可スペクトルを観察するためにＰＵ送信器とそれぞれの装置との間の物理２地点間リンクが使用される選択された認可スペクトルであり、報告チャネル（ｒｅｐｏｒｔｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ）が、個別のセンシング情報を送信するために移動装置間の物理２地点間リンクが使用される制御チャネルである。
− ＣＲＮでは、移動装置が、プライマリユーザの認可スペクトルを機会主義的に（ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｓｔｉｃａｌｌｙ）使用することができ、ＰＵに対する干渉を引き起こさない。
− スペクトルセンシングは、使用されていない認可スペクトルを見つける鍵となる技術であり、スペクトルセンシングは基本的に、個別スペクトルセンシング（ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｓｅｎｓｉｎｇ）と協調（ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ）スペクトルセンシングとに分類することができる。ディープシャドウイング（ｄｅｅｐ ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）およびマルチパスフェーディング（ｍｕｌｔｉｐａｔｈ ｆａｄｉｎｇ）のため、装置が、個別スペクトルセンシングによってディープシャドウイング効果からホワイトスペース（ｗｈｉｔｅ ｓｐａｃｅ）を区別することが非常に難しいことがときどきある。したがって、ＣＳＳ（協調スペクトルセンシング）の主要な着想は、空間的に位置するＳＵ（セカンダリユーザ（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｕｓｅｒ））の観察を介して空間的ダイバシティを利用することによってセンシング性能を高めることである。協調により、ＳＵは、そのセンシング情報をシステムと共有して、個別の判断に比べて高い正確度で組合せ判断（ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｄｅｃｉｓｉｏｎ）を下すことができる。
− 中央ＣＲＮでは、フュージョンセンター（ｆｕｓｉｏｎ ｃｅｎｔｅｒ）が、動的スペクトル割当てのためのＣＳＳの管理を担当する。フュージョンセンターを用いて上記の技術的問題に対処することができる。

本発明では主に、セントラルオーソリティを使用しない分散無線通信ネットワークの動的スペクトル割当てソリューションを設計することに注力し、本発明は、ソース装置によって実行される分散動的スペクトル割当てのための方法およびソース装置、パワーノードによって実行される分散動的スペクトル割当てのための方法およびパワーノードに関する。

本発明の第１の態様によれば、ソース装置によって実行される分散動的スペクトル割当てのための方法であって、
空き（アイドル）認可（された）スペクトル（ｉｄｌｅ ｌｉｃｅｎｓｅｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を見つけるようソース装置が要求することを示す問い合わせ（クエリ：ｑｕｅｒｙ）メッセージを適切なパワーノードに送信すること、
認可スペクトルを示す問い合わせ応答メッセージを適切なパワーノードから受信すること、および
認可スペクトルが空いているかどうかを決定し、使用される認可スペクトルからの空き認可スペクトルを選択すること
を含む方法が提供される。
本発明の第２の態様によれば、分散動的スペクトル割当てのためのソース装置であって、
空き認可スペクトルを見つけるようソース装置が要求することを示す問い合わせメッセージを適切なパワーノードに送信するように構成された送信手段と、
認可スペクトルを示す問い合わせ応答メッセージを適切なパワーノードから受信するように構成された受信手段と、
認可スペクトルが空いているかどうかを決定し、使用される認可スペクトルからの空き認可スペクトルを選択するように構成された処理手段と
を備えるソース装置が提供される。

本発明の第３の態様によれば、パワーノードによって実行される分散動的スペクトル割当てのための方法であって、
空き認可スペクトルを見つけるようソース装置が要求することを示す問い合わせメッセージをソース装置から受信すること、
ソース装置に、使用される認可スペクトルからの空き認可スペクトルを選択させるために、認可スペクトルを示す問い合わせ応答メッセージをソース装置に送信すること
を含む方法が提供される。
本発明の第４の態様によれば、分散動的スペクトル割当てのためのパワーノードであって、
空き認可スペクトルを見つけるようソース装置が要求することを示す問い合わせメッセージをソース装置から受信するように構成された受信手段と、
ソース装置に、使用される認可スペクトルからの空き認可スペクトルを選択させるために、認可スペクトルを示す問い合わせ応答メッセージをソース装置に送信する送信手段と
を備えるパワーノードが提供される。

本発明の例示的な実施形態では、提供された方法およびソースおよびパワーノードが、セントラルオーソリティを使用することなく動的スペクトル割当てを実施することができ、いくつかの装置が同じ認可スペクトルを要求したときに起こされる競合を回避することができる。
本発明、好ましい使用形態および追加の目的は、実施形態の以下の詳細な説明を添付図面とともに読んだときに最もよく理解される。

本発明の一実施形態に基づく、ソース装置によって実行される分散動的スペクトル割当てのための方法を示す流れ図である。 本発明の一実施形態に基づく、分散動的スペクトル割当て（ＤＤＳＡ）プロトコルのメッセージの流れの例を示す図である。 本発明の一実施形態に基づく、分散動的スペクトル割当てのためのソースノードに対するブロック図である。 本発明の一実施形態に基づく、パワーノードによって実行される分散動的スペクトル割当てのための方法を示す流れ図である。 本発明の一実施形態に基づく、分散動的スペクトル割当てのためのパワーノードのブロック図である。

添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本明細書の全体を通じて、特徴、利点または同様の語への言及は、本発明を用いて実現することができる全ての特徴および利点が本発明の単一の実施形態に存在しなければならないこと、または単一の実施形態に存在することを暗示するわけではない。反対に、それらの特徴および利点を指す語は、実施形態に関して記載された特定の特徴、利点または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味すると理解される。さらに、１つまたは複数の実施形態において、本発明の記載されたそれらの特徴、利点および特性を適宜に組み合わせることができる。特定の実施形態の特定の１つまたは複数の特徴または利点なしでも本発明を実施することができることを当業者は理解する。また、本発明の全ての実施形態に存在するわけでないかもしれない追加の特徴および利点が、ある種の実施形態において認識されることがある。
本発明は、以下の面を検討することを提案する。
本発明では、以下のようないくつかの面で設計が先行技術とは異なる。
− 我々は、いくつかのパワーノードをネットワークから動的に選択するアルゴリズムによる分散選択戦略を設計する。民主的システム（ｄｅｍｏｃｒａｔｉｃ ｓｙｓｔｅｍ）のように、パワーノードの有用性が低下した場合またはパワーノードが容認できない振舞いを示す場合には、パワーノードを動的に補充することができる。分散動的スペクトル割当てプロトコルとも呼ばれてよい分散動的スペクトル割当てソリューションでは、空き許可チャネルを見つけるのにパワーノードが極めて重要な役割を果たす。先行技術では、動的スペクトル割当てを管理するのにセントラルオーソリティが使用される。
− ネットワーク内のルーティングが必要な場合、空き許可チャネルを見つけるよう求められるのはソース装置だけである。ルータは、あて先装置がデータパケットを受信するまで空き許可チャネルを使用し続けることができる。先行技術では、それぞれの装置が空き認可チャネルを見つけなければならない。
上記の設計に基づいて、本発明は、図１に示された、ソース装置によって実行される分散動的スペクトル割当てのための方法を提供する。この方法は、
ステップＳ１０１で、空き認可スペクトルを見つけるようソース装置が要求することを示す問い合わせメッセージを適切なパワーノードに送信すること、
ステップＳ１０２で、認可スペクトルを示す問い合わせ応答メッセージを適切なパワーノードから受信すること、および
ステップＳ１０３で、認可スペクトルが空いているかどうかを決定し、使用される認可スペクトルからの空き認可スペクトルを選択すること
を含むことができる。そこにおいてソース装置は、ネットワーク内のあて先装置にデータパケットを送信することを欲している装置とすることができ、実際の必要に応じてソース装置とあて先装置は入れ替わることがある。

次いで、提供された方法は、セントラルオーソリティを使用することなく動的スペクトル割当てを実施することができ、いくつかの装置が同じ認可スペクトルを要求したときに起こされる競合を回避することができる。
例示的な実施形態では、この方法がさらに、問い合わせメッセージを適切なパワーノードに送信するステップの前に、
適切なパワーノードを選択すること
を含み、適切なパワーノードを選択することがさらに、
初期パワーノードとして複数の装置をランダムに選択すること、
ソース装置に誤った情報を返すまたは情報を返さないパワーノードを初期パワーノードから除外すること
を含むことができる。次いで、残ったノードを適切なパワーノードとすることができる。

例示的な実施形態では、適切なパワーノードを選択するステップがさらに、除外されたパワーノードと同じ数の新たなパワーノードを補うことを含むことができる。これらの新たなパワーノードは、その一群のパワーノードを補うためにネットワークからランダムに選択することができる。
例示的な実施形態では、この方法がさらに、データパケットをルータに送信し、選択された空き認可スペクトルがルータによって使用されるようにするために、選択された空き認可スペクトルを報告することを含むことができる。
例示的な実施形態では、ステップｓ１０３が、受信した問い合わせ応答メッセージのうちの半数を超える問い合わせ応答メッセージが同じスペクトルを含む場合に実行される。
例示的な実施形態では、この方法がさらに、選択された空きスペクトルを適切なパワーノードに報告することを含むことができ、そこにおいては、次いで、選択された空きスペクトルを使用中としてマーク（ｍａｒｋ）する。

例示的な実施形態では、そこにおいて問い合わせメッセージが、ソース装置のＩＤ、空き認可スペクトルを求めるリクエスト、および問い合わせメッセージの送信タイムスタンプを含み、問い合わせ応答メッセージが、パワーノードのＩＤ、認可スペクトルのＩＤ、および問い合わせ応答メッセージの送信タイムスタンプを含む。
例示的な実施形態では、問い合わせ応答メッセージがさらに、プライマリユーザが使用中のスペクトルに関する情報を含んでよい。
例示的な実施形態では、この方法がさらに、適切なパワーノードから新たな問い合わせ応答メッセージを受信すること、および選択された空きスペクトルを保持するプライマリユーザ（ＰＵ）が復帰する場合に認可スペクトルの中から新たな空きスペクトルを選択することを含んでよい。ＰＵは、ＰＵの認可スペクトルの使用に関して、ソース装置およびあて先装置を含む一般ユーザよりも高い優先順位を有することができる。
本発明に基づく方法は、スペクトル資源が不足している分散通信ネットワークで使用することができ、分散化された方式で実施することができる。本発明に基づく方法はパワーノードの助けを借りて実行することができ、それらのパワーノードは、例えば以下の例で詳細に説明される提案の「パワーノード選択」アルゴリズムによって選択することができる。

以下に、ソース装置によって実行される分散動的スペクトル割当ての手順を一例として示すことができる。
この例では、分散無線通信ネットワークのセンシングチャネルおよび報告チャネルを用いて分散動的スペクトル割当てを管理する方法が、２つの部分、すなわち「パワーノード選択」および「分散動的スペクトル割当てプロトコル」を含んでよい。

１．パワーノード選択
本発明では、初期化（ｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ）、除外（ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ）および補充（ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ）の３つのステップに基づいてパワーノードを動的に選択することができる。
−初期化：新たなネットワークでは全ての装置が信頼値に関して何も有しない。最初に、パワーノードとなる

個の装置がランダムに選択されることができる。空きチャネルに関するいくらかの誤った情報を報告するいくつかの悪意ある（ｍａｌｉｃｉｏｕｓ）パワー装置（ｐｏｗｅｒ ｄｅｖｉｃｅ）が存在するかもしれないため、１つのネットワークに対していくつかのパワーノードが必要である。

−除外：全てのパワーノードは、ＣＳＳアクションを要求するソース装置からのＱｕｅｒｙ（クエリ）メッセージに応答して問い合わせ応答メッセージを返さなければならない。この問い合わせ応答メッセージを例えばＱｕｅｒｙＨｉｔメッセージと呼ぶことがある。しかしながら、考慮すべき以下の２つの予期しない（ｕｎｈｏｐｅｄ）事例が存在する。１）大部分のパワーノードと比較して、いくつかのパワーノードが、認可チャネルに関する矛盾した情報を偶然にまたは意図的に返すことがある。２）いくつかのパワーノードは、Ｑｕｅｒｙメッセージ応答することを拒否することがある。例えば、１つのパワー装置（例えば

など）が誤った情報を報告したとした場合、ソース装置は、

のＱｕｅｒｙＨｉｔメッセージを含むソース装置のフィードバックを全てのパワーノードに送信することができる。パワーノードは、パワーノードのチャネルデータベース内に保持された認可チャネルに関する情報がソース装置からのフィードバックと矛盾していないかどうかをチェックする。一方、パワーノードは、

の振舞い値（ｂｅｈａｖｉｏｒ ｖａｌｕｅ）

を下式のとおり更新する。

(1)
次いで、それぞれのパワーノードにおいて

のパワー値（ｐｏｗｅｒ ｖａｌｕｅ）を下式のように算出することができる。

(2)

の場合、

は、その一群のパワーノードから外される。

はパワー値のしきい値（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）であり、予め定めておくことができる。例えば、

は０〜１の間であってよく、

は０．５に設定されてよい。ネットワーク装置のこの初期化ステップにおいて

を回避するため、式（１）の分母は

に設定される。

−補充：パワーノードの負荷の増大を回避するため、１つのパワーが外されたすぐ後に

個のパワーノードが最も信頼できる装置を選択することを我々は論ずることはできない。

個のパワーノードが外される（ｋｉｃｋｅｄ ｏｕｔ）まで我々は待つことができる。次いで、任意選択で、残りの

個のパワーノードがネットワークから新たな

個の装置をランダムに選択して、その一群のパワーノードを補うことができる。ｎおよびｍは自然数である。

一例として、パワーノードの分散選択戦略の上記の処理は以下のアルゴリズムによって実施することができる。

２．分散動的スペクトル割当てプロトコル
図２に示されているように、分散動的スペクトル割当て（ＤＤＳＡ）プロトコルの処理は以下のステップを含むことができる。

ステップ１．ソース装置（例えば

など）がＱｕｅｒｙメッセージ

を送信する。

は、

が、データパケットを転送するための空き認可スペクトルを見つけることを欲しており、空きチャネルとして検出することができる認可スペクトルが存在するのかどうかについて要求することを示す。

は、

の送信タイムスタンプ（ｓｅｎｄｉｎｇ ｔｉｍｅｓｔａｍｐ）である。

ステップ２．全てのパワーノードは、認可スペクトルのＩＤと使用中のＰＵスペクトルの情報とを含むチャネルデータベースを維持しなければならない。

を受信したら、それぞれのパワー装置はそのチャネルデータベースをチェックし、ＱｕｅｒｙＨｉｔメッセージ

を返す。

は、

番目のパワーノードのＩＤである。

は、

番目の認可スペクトルのＩＤである。

は、

の応答

のタイムスタンプである。式

は、パワーノードが、

にふさわしいスペクトルを

に与えることを意味している。

のこの式には以下の２つの利点がある。１）全てのパワーノードが

の同じ値を返し、そのため、

は、

がパワーノードからのものであるかどうかをチェックすることができる。２）

は、パワーノードだけが保持することができる不可逆的ハッシュ関数であり、そのため悪意のある装置は、たとえＩＤ（

および

）を知っていたとしても

を偽造することができない。特に、同じ空き認可チャネルの競合を回避するため、全てのソース装置およびパワーノードは、このプロトコルの以下の３つの強制されたルールに従わなければならない。１）全てのソース装置は、それぞれのソース装置がＱｕｅｒｙＨｉｔメッセージ

を受信するまで空き認可スペクトルを見つけることができない。２）パワーノードは送信タイムスタンプの順番に

を返す。３）データパケットを受信したあて先装置からパワーノードが空きチャネルのフィードバックを取得したとき、

には予め認可スペクトルのＩＤが加えられるべきである。

ステップ３．半数を超える

が

を含む場合、

は、

スペクトルが空いているかどうかをチェックする。同じ認可スペクトルを含む

が半数以下である場合、処理はステップ１に戻り、新たな

を待つ。

が空きスペクトルである場合、

は、その空き認可スペクトルを含む

のセンシング結果をパワーノードに報告し、ステップ４に進む。空きスペクトルでない場合、

はやはりセンシング結果をパワーノードに報告し、ステップ１に戻る。センシング結果を取得すると、パワーノードは、

スペクトルをパワーノードのチャネルデータベースに使用中としてマークする。費用を節約するため、

を保持するＰＵが

を使用するために復帰するまで、またはあて先装置がデータパケットを受信するまで、

のデータパケットの転送を担当するルータも、マークされた

スペクトルを使用することができる。

ステップ４．

が、そのデータパケットおよびセンシング結果を、ルータを含むルーティング経路に送信する。ＤＤＳＡがコグニティブ無線ネットワークで実行されており、

を保持するＰＵが復帰する場合、ルーティング経路上のルータは

スペクトルから退き（ｗｉｔｈｄｒａｗ）、ステップ５へ進むべきである。それ以外の場合には直接にステップ６へ進む。

ステップ５．以下の４つのサブステップを実行する。（１）（丸で囲んだ数字１）

スペクトルが取り消された（ｗｉｔｈｄｒａｗｎ）ことをルータがパワーノードに知らせる。（２）（丸で囲んだ数字２）パワーノードが新たな

を

に送信し、新たな空きチャネルを探知（センス：ｓｅｎｓｅ）するよう

に求める。（３）（丸で囲んだ数字３）

が再び別の空きスペクトルを見つけ、新たな空きチャネルのセンシング結果をパワーノードに送信する。（４）（丸で囲んだ数字４）

のデータパケットの転送を継続するために、パワーノードがその新たな空きチャネルをルータに認める（ａｃｃｒｅｄｉｔ）。

ステップ６．

のデータパケットを受信したら、あて先装置はできるだけ早くパワーノードにその空きチャネルを戻さなければならない。
本発明はさらに、図３に示された、分散動的スペクトル割当てのためのソース装置を提供する。このソース装置は、
空き認可スペクトルを見つけるようソース装置が要求することを示す問い合わせメッセージを適切なパワーノードに送信するように構成された送信手段１１０と、
認可スペクトルを示す問い合わせ応答メッセージを適切なパワーノードから受信するように構成された受信手段１２０と、
認可スペクトルが空いているかどうかを決定し、使用される認可スペクトルからの空き認可スペクトルを選択するように構成された処理手段１３０と
を備えることができる。

例示的な実施形態では、このソース装置がさらに、
適切なパワーノードを選択するように構成された選択手段１４０
を備えてよく、ここにおいて選択手段１４０がさらに、
初期パワーノードとして複数の装置をランダムに選択し、
ソース装置に誤った情報を返すまたは情報を返さないパワーノードを初期パワーノードから除外する
ように構成されている。
例示的な実施形態では、選択手段１４０がさらに、除外されたパワーノードと同じ数の新たなパワーノードを補うように構成されている。
例示的な実施形態では、送信手段１１０がさらに、データパケットをルータに送信し、ルータによって使用される選択された空き認可スペクトルを報告するように構成されている。

例示的な実施形態では、処理手段１３０が、受信した問い合わせ応答メッセージのうちの半数を超える問い合わせ応答メッセージが同じスペクトルを含む場合に認可スペクトルが空いているかどうかを決定するように構成されている。
例示的な実施形態では、そこにおいて送信手段１１０がさらに、選択された空きスペクトルを適切なパワーノードに報告するように構成されており、次いで、選択された空きスペクトルを使用中としてマークする。
例示的な実施形態では、そこにおいて問い合わせメッセージが、ソース装置のＩＤ、空き認可スペクトルを求めるリクエスト、および問い合わせメッセージの送信タイムスタンプを含み、問い合わせ応答メッセージが、パワーノードのＩＤ、認可スペクトルのＩＤ、および問い合わせ応答メッセージの送信タイムスタンプを含む。
例示的な実施形態では、問い合わせ応答メッセージがさらに、プライマリユーザが使用中のスペクトルに関する情報を含む。
例示的な実施形態では、受信手段１２０がさらに、適切なパワーノードから新たな問い合わせ応答メッセージを受信しているように構成されており、選択手段１４０がさらに、選択された空きスペクトルを保持するプライマリユーザが復帰する場合に認可スペクトルの中から新たな空きスペクトルを選択しているように構成されている。

本発明はさらに、図４に示された、パワーノードによって実行される分散動的スペクトル割当てのための方法が提供される。この方法は、
ステップＳ２０１で、空き認可スペクトルを見つけるようソース装置が要求することを示す問い合わせメッセージをソース装置から受信すること、
ステップＳ２０２で、ソース装置に、使用される認可スペクトルからの空き認可スペクトルを選択させるために、認可スペクトルを示す問い合わせ応答メッセージをソース装置に送信すること
を含むことができる。
上記の分散動的スペクトル割当てのための方法を実施するために、複数のパワーノードを一緒に使用することができる。
例示的な実施形態では、この方法がさらに、
ステップＳ２０３で、選択された空きスペクトルに関する報告をソース装置から受信すること、および
ステップＳ２０４で、選択された空きスペクトルをパワーノードのデータベースに使用中としてマークすること
を含むことができる。

例示的な実施形態では、問い合わせメッセージが、ソース装置のＩＤ、空き認可スペクトルを求めるリクエスト、および問い合わせメッセージの送信タイムスタンプを含み、問い合わせ応答メッセージが、パワーノードのＩＤ、認可スペクトルのＩＤ、および問い合わせ応答メッセージの送信タイムスタンプを含んでよい。
例示的な実施形態では、問い合わせ応答メッセージがさらに、プライマリユーザが使用中のスペクトルに関する情報を含んでよい。
例示的な実施形態では、この方法がさらに、
選択された空きスペクトルを保持するプライマリユーザが復帰することを示す報告をルータから受信すること、
新たな問い合わせ応答メッセージをソース装置に送信すること、および
ソース装置によって選択された新たな空き認可スペクトルを受信し、新たな空き認可スペクトルをルータが使用することを認めること
を含んでよい。
例示的な実施形態では、この方法がさらに、あて先装置がソース装置からデータパケットを受信した後にあて先装置によって戻される空き認可スペクトルを受信することを含んでよい。

本発明はさらに、分散動的スペクトル割当てのためのパワーノードを提供する。このパワーノードは、
空き認可スペクトルを見つけるようソース装置が要求することを示す問い合わせメッセージをソース装置から受信するように構成された受信手段２１０と、
ソース装置に、使用される認可スペクトルからの空き認可スペクトルを選択させるように、認可スペクトルを示す問い合わせ応答メッセージをソース装置に送信するよう構成された送信手段２２０と
を備える。
例示的な実施形態では、受信手段２１０がさらに、選択された空きスペクトルに関する報告をソース装置から受信するように構成されており、パワーノードがさらにマーキング手段２３０を備えてよく、マーキング手段２３０が、選択された空きスペクトルをパワーノードのデータベースに使用中としてマークするように構成されている。
例示的な実施形態では、問い合わせメッセージが、ソース装置のＩＤ、空き認可スペクトルを求めるリクエスト、および問い合わせメッセージの送信タイムスタンプを含んでよく、問い合わせ応答メッセージが、パワーノードのＩＤ、認可スペクトルのＩＤ、および問い合わせ応答メッセージの送信タイムスタンプを含んでよい。

例示的な実施形態では、問い合わせ応答メッセージがさらに、プライマリユーザが使用中のスペクトルに関する情報を含んでよい。
例示的な実施形態では、受信手段２１０がさらに、選択された空きスペクトルを保持するプライマリユーザが復帰することを示す報告をルータから受信するように構成されており、
送信手段２２０がさらに、新たな問い合わせ応答メッセージをソース装置に送信するように構成されており、
受信手段２１０がさらに、ソース装置によって選択された新たな空き認可スペクトルを受信し、新たな空き認可スペクトルをルータが使用することを認めているように構成されている。
例示的な実施形態では、受信手段２１０がさらに、あて先装置がソース装置からデータパケットを受信した後にあて先装置によって戻される空き認可スペクトルを受信するように構成されている。

本発明に基づく方法、ソース装置およびパワーノードは以下の利点を提供する。
− 認可スペクトルが不足している無線通信ネットワークに対する動的スペクトル割当てを分散化された方式で管理することができる。
− セントラルオーソリティがない場合には、分散選択戦略によってパワーノードを選択することができる。
− ＤＤＳＡプロトコルでは、全てのソース装置がパワーノードから問い合わせ応答メッセージを受信するまで、ソース装置が空き認可スペクトルを見つけることができず、したがって、いくつかの装置が同じ認可スペクトルを要求したときに起こされる競合を回避することができる。
− ＤＤＳＡプロトコルでは、データパケットの転送を担当するルータも、ソース装置が見つけた空き認可スペクトルを使用することができ、したがって先行技術に比べてネットワークの負荷が低減する。

上記の手段のうちの少なくとも１つの手段は、実行されたときに、上で論じた例示的な実施形態に従って当該機器が動作することを可能にするプログラム命令を含むことが想定される。上で論じた上記の手段はいずれも、１つに統合することまたは分離された構成要素によって実施することができ、局所的な技術環境に適した任意のタイプの手段とすることができ、非限定的な例として、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、マイクロプロセッサ、ディジタル信号処理装置（ＤＳＰ）およびマルチコアプロセッサアーキテクチャに基づく処理装置のうちの１つまたは複数を含むことができる。上述のＲＯＭは、局所的な技術環境に適した任意のタイプのＲＯＭとすることができ、例えば半導体ベースの記憶装置、フラッシュメモリ、磁気記憶装置およびシステム、光学記憶装置およびシステム、固定記憶装置ならびに取外し可能な記憶装置など、適当なデータ記憶技術を使用して実施することができる。

上記のさまざまな例示的な実施形態は一般に、ハードウェアもしくは専用回路、ソフトウェア、ロジックまたはこれらの任意の組合せで実施することができる。例えば、いくつかの態様はハードウェアで実施することができ、別の態様は、コントローラ、マイクロプロセッサまたは他のコンピューティングデバイスによって実行することができるファームウェアまたはソフトウェアで実施することができる。とは言え、本発明はこれらだけに限定されない。本発明の例示的な実施形態のさまざまな態様は、ブロック図もしくは流れ図として、または他の何らかの画像表現を使用して図解および説明されてよいが、本明細書に記載されたこれらのブロック、機器、システム、技法または方法は、非限定的な例として、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、専用回路もしくはロジック、汎用ハードウェアもしくはコントローラ、または他のコンピューティングデバイス、あるいはこれらのある組合せで実施することができることが十分に理解される。

本発明の例示的な実施形態の少なくともいくつかの態様は、１つまたは複数のコンピュータまたは他の装置によって実行されるコンピュータ実行可能命令として、例えば１つまたは複数のプログラムモジュールとして実施することができることが理解される。プログラムモジュールは一般に、コンピュータ内または他の装置内の処理装置によって実行されたときに特定のタスクを実行しまたは特定の抽象データ型を実施する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。コンピュータ実行可能命令は、ハードディスク、光ディスク、取外し可能な記憶媒体、固体状態記憶装置、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読媒体上に記憶することができる。当業者には理解されることだが、さまざまな実施形態で、プログラムモジュールの機能を希望に応じて結合しまたは分散させることができる。加えて、プログラムモジュールの機能は、その全体または部分を、集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのファームウェアまたはハードウェア等価物として実施することができる。
本発明の特定の実施形態を開示したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくそれらの特定の実施形態に変更を加えることができることを当業者は理解する。したがって、本発明の範囲はそれらの特定の実施形態だけに限定されない。添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲に含まれる全ての用途、変更および実施形態をカバーすることが意図されている。

Claims (30)

1. ソース装置によって実行される分散動的スペクトル割当てのための方法であって、
   空き認可スペクトル（ｉｄｌｅ ｌｉｃｅｎｓｅｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を見つけるよう前記ソース装置が要求することを示す問い合わせメッセージを適切なパワーノードに送信すること、
   認可スペクトルを示す問い合わせ応答メッセージを前記適切なパワーノードから受信すること、および
   前記認可スペクトルが空いているかどうかを決定し、使用する前記認可スペクトルからの空き認可スペクトルを選択すること
   を含む方法。
2. 問い合わせメッセージを適切なパワーノードに送信する前記ステップの前に、
   適切なパワーノードを選択すること
   をさらに含み、適切なパワーノードを選択することが、
   初期パワーノードとして複数の装置をランダムに選択すること、
   前記ソース装置に誤った情報を返すまたは情報を返さないパワーノードを前記初期パワーノードから除外すること
   をさらに含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 適切なパワーノードを選択する前記ステップがさらに、
   除外された前記パワーノードと同じ数の新たなパワーノードを補うこと
   を含む、請求項２に記載の方法。
4. データパケットをルータに送信し、選択された空き認可スペクトルがルータによって使用されるようにするために、前記選択された前記空き認可スペクトルを報告すること
   をさらに含む、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 前記認可スペクトルが空いているかどうかを決定する前記ステップが、受信した問い合わせ応答メッセージのうちの半数を超える問い合わせ応答メッセージが同じスペクトルを含む場合に実行される、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
6. 選択された前記空きスペクトルを前記適切なパワーノードに報告することをさらに含み、次いで、前記選択された空きスペクトルを使用中としてマークする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
7. 前記問い合わせメッセージが、ソース装置のＩＤ、空き認可スペクトルを求めるリクエスト、および前記問い合わせメッセージの送信タイムスタンプを含み、前記問い合わせ応答メッセージが、パワーノードのＩＤ、認可スペクトルのＩＤ、および前記問い合わせ応答メッセージの送信タイムスタンプを含む、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
8. 前記問い合わせ応答メッセージがさらに、プライマリユーザが使用中のスペクトルに関する情報を含む、請求項７のうちいずれか１項に記載の方法。
9. 前記適切なパワーノードから新たな問い合わせ応答メッセージを受信すること、および
   選択された前記空きスペクトルを保持するプライマリユーザが復帰する場合に前記認可スペクトルの中から新たな空きスペクトルを選択すること
   をさらに含む、請求項８のうちいずれか１項に記載の方法。
10. 分散動的スペクトル割当てのためのソース装置であって、
    空き認可スペクトルを見つけるよう前記ソース装置が要求することを示す問い合わせメッセージを適切なパワーノードに送信するように構成された送信手段と、
    認可スペクトルを示す問い合わせ応答メッセージを前記適切なパワーノードから受信するように構成された受信手段と、
    前記認可スペクトルが空いているかどうかを決定し、使用する前記認可スペクトルからの空き認可スペクトルを選択するように構成された処理手段と
    を備えるソース装置。
11. 適切なパワーノードを選択するように構成された選択手段
    をさらに備え、前記選択手段がさらに、
    初期パワーノードとして複数の装置をランダムに選択し、
    前記ソース装置に誤った情報を返すまたは情報を返さないパワーノードを前記初期パワーノードから除外する
    ように構成されている、
    請求項１０に記載のソース装置。
12. 前記選択手段がさらに、
    除外された前記パワーノードと同じ数の新たなパワーノードを補う
    ように構成されている、請求項１１に記載のソース装置。
13. 前記送信手段がさらに、データパケットをルータに送信し、ルータによって使用される選択された前記空き認可スペクトルを報告するように構成されている、請求項１０から１２までのいずれか１項に記載のソース装置。
14. 前記処理手段が、受信した問い合わせ応答メッセージのうちの半数を超える問い合わせ応答メッセージが同じスペクトルを含む場合に前記認可スペクトルが空いているかどうかを決定するように構成されている、請求項１０から１２までのいずれか１項に記載のソース装置。
15. 前記送信手段がさらに、選択された前記空きスペクトルを前記適切なパワーノードに報告するように構成されており、次いで、前記選択された空きスペクトルを使用中としてマークする、請求項１０から１２までのいずれか１項に記載のソース装置。
16. 前記問い合わせメッセージが、ソース装置のＩＤ、空き認可スペクトルを求めるリクエスト、および前記問い合わせメッセージの送信タイムスタンプを含み、前記問い合わせ応答メッセージが、パワーノードのＩＤ、認可スペクトルのＩＤ、および前記問い合わせ応答メッセージの送信タイムスタンプを含む、請求項１０から１２までのいずれか１項に記載のソース装置。
17. 前記問い合わせ応答メッセージがさらに、プライマリユーザが使用中のスペクトルに関する情報を含む、請求項１６に記載のソース装置。
18. 前記受信手段がさらに、前記適切なパワーノードから新たな問い合わせ応答メッセージを受信しているように構成されており、前記選択手段がさらに、選択された前記空きスペクトルを保持するプライマリユーザが復帰する場合に前記認可スペクトルの中から新たな空きスペクトルを選択しているように構成されている、請求項１６のうちいずれか１項に記載のソース装置。
19. パワーノードによって実行される分散動的スペクトル割当てのための方法であって、
    空き認可スペクトルを見つけるようソース装置が要求することを示す問い合わせメッセージをソース装置から受信すること、
    前記ソース装置に、使用される認可スペクトルからの空き認可スペクトルを選択させるために、前記認可スペクトルを示す問い合わせ応答メッセージを前記ソース装置に送信すること
    を含む方法。
20. 選択された前記空きスペクトルに関する報告を前記ソース装置から受信すること、および
    前記選択された空きスペクトルを前記パワーノードのデータベースに使用中としてマークすること
    をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記問い合わせメッセージが、ソース装置のＩＤ、空き認可スペクトルを求めるリクエスト、および前記問い合わせメッセージの送信タイムスタンプを含み、前記問い合わせ応答メッセージが、パワーノードのＩＤ、認可スペクトルのＩＤ、および前記問い合わせ応答メッセージの送信タイムスタンプを含む、請求項１９または２０に記載の方法。
22. 前記問い合わせ応答メッセージがさらに、プライマリユーザが使用中のスペクトルに関する情報を含む、請求項２１に記載の方法。
23. 選択された前記空きスペクトルを保持するプライマリユーザが復帰することを示す報告をルータから受信すること、
    新たな問い合わせ応答メッセージを前記ソース装置に送信すること、および
    前記ソース装置によって選択された新たな空き認可スペクトルを受信し、前記新たな空き認可スペクトルを前記ルータが使用することを認めること
    をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
24. あて先装置が前記ソース装置からデータパケットを受信した後に前記あて先装置によって戻される前記空き認可スペクトルを受信すること
    をさらに含む、請求項１９または２０に記載の方法。
25. 分散動的スペクトル割当てのためのパワーノードであって、
    空き認可スペクトルを見つけるようソース装置が要求することを示す問い合わせメッセージをソース装置から受信するように構成された受信手段と、
    前記ソース装置に、使用される認可スペクトルからの空き認可スペクトルを選択させるために、前記認可スペクトルを示す問い合わせ応答メッセージを前記ソース装置に送信するよう構成された送信手段と
    を備えるパワーノード。
26. 前記受信手段がさらに、選択された前記空きスペクトルに関する報告を前記ソース装置から受信するように構成されており、前記パワーノードがさらに、
    前記選択された空きスペクトルを前記パワーノードのデータベースに使用中としてマークするように構成されたマーキング手段
    を備える、請求項２５に記載のパワーノード。
27. 前記問い合わせメッセージが、ソース装置のＩＤ、空き認可スペクトルを求めるリクエスト、および前記問い合わせメッセージの送信タイムスタンプを含み、前記問い合わせ応答メッセージが、パワーノードのＩＤ、認可スペクトルのＩＤ、および前記問い合わせ応答メッセージの送信タイムスタンプを含む、請求項２５または２６に記載のパワーノード。
28. 前記問い合わせ応答メッセージがさらに、プライマリユーザが使用中のスペクトルに関する情報を含む、請求項２７に記載のパワーノード。
29. 前記受信手段がさらに、選択された前記空きスペクトルを保持するプライマリユーザが復帰することを示す報告をルータから受信するように構成されており、
    前記送信手段がさらに、新たな問い合わせ応答メッセージを前記ソース装置に送信するように構成されており、
    前記受信手段がさらに、前記ソース装置によって選択された新たな空き認可スペクトルを受信し、前記新たな空き認可スペクトルを前記ルータが使用することを認めているように構成されている、
    請求項２８に記載のパワーノード。
30. 前記受信手段がさらに、あて先装置が前記ソース装置からデータパケットを受信した後に前記あて先装置によって戻される前記空き認可スペクトルを受信するように構成されている、
    請求項２８に記載のパワーノード。

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