JP2020501459A - 超高密度ヘテロジニアスネットワークを構成する方法、システム及びプログラム - Google Patents

Abstract

本発明は、路側機型基地局、標準基地局及びユーザ端末を含む、超高密度ヘテロジニアスネットワークを構成する方法及びシステムに関し、路側機型基地局は標準基地局より高速のユーザ端末間又はユーザ端末−ネットワーク間インフラストラクチャアプリケーションを有する。本発明は、ユーザ端末から無線測定報告を取得し、この測定報告を用いて、標準基地局及び路側機型基地局を識別し、識別された標準基地局及び路側機型基地局から超高密度ヘテロジニアスネットワークのグラフを構築し、ネットワークトポロジ再構成が実行されなければならないか否かをチェックし、ネットワークトポロジ再構成が実行されなければならない場合には、ネットワークトポロジ再構成を実行する。

Description

本発明は、包括的には、路側機型基地局、標準基地局及びユーザ端末を含む、超高密度ヘテロジニアスネットワークを構成する方法及びシステムに関する。

第５世代モバイルネットワーク又は第５世代ワイヤレスシステム（５Ｇ）は、現在の４Ｇ／ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄ規格を超える、モバイル電気通信規格に関して提案される次の主要段階を意味する。５Ｇ計画は、現在の４Ｇより高速のインターネット接続速度と、例えば、カバレッジ改善等の他の改善とを含む。

５Ｇは、超高密度ヘテロジニアスネットワークに基づく構成要素を有することになる。これらの超高密度ヘテロジニアスネットワーク（ＵＨＤＮ）は、カバレッジエリア内にランダムに展開される、例えば、基地局、中継局、ピコ基地局等のノードの高密度クラスターからなり、クラスターノードは異なる伝送能力、すなわち、送信電力、アンテナ利得、バックホール品質及び特性を有している。

車両通信シナリオにおいてＵＨＤＮ展開が検討されるとき、ネットワークは、路側機（ＲＳＵ：roadside unit）型基地局と標準基地局との同時展開（co-deployment）と見なすことができる。

例えば、路側機型基地局は、標準基地局が提供できるアプリケーションより、高速の車両間、又は車両−ネットワーク間インフラストラクチャアプリケーション（Ｖ２Ｘ）を有する。路側機型基地局は、標準基地局としてコアネットワークを通してアプリケーション層に接続される代わりに、Ｖ２Ｘアプリケーションに直接接続される。

路側機型基地局の目的は、カバレッジエリアを横断しつつある全ての車両に対して安全関連メッセージを転送し、適時に拡散させることである。これらの安全関連メッセージは、車両−インフラストラクチャ間通信の場合、ＵＨＤＮのカバレッジエリア内の交通及び／又は計測状況に関する表示及び警告を含むことができる。車両間通信の場合、安全関連メッセージは、カバレッジエリア内の少なくとも１つの車両の速度及び位置表示を含むことができる。これらのメッセージは、カバレッジエリア内の他の基地局に送信される。

車両はネットワークのユーザ端末（ＵＥ）と見なされ、車両システムの安全性を改善するために、拡散は短い待ち時間で実行されなければならない。

車両へのＶ２Ｘアプリケーション転送待ち時間は、車両がサービングされる最も近い標準基地局から、最も近いＲＳＵ型基地局までのホップ数に関連する。安全関連メッセージは、ＲＳＵ型基地局から送信され、その後、標準基地局によって、網の目状に広がる車両ネットワークを通して車両に中継される。ネットワーク内の安全関連メッセージの拡散の待ち時間を最小化するために、５Ｇネットワークにおいて車両通信シナリオの場合に想定される２つのＵＨＤＮ展開におけるＲＳＵ型基地局の中心性を最適化することが重要である。

このために、本発明は、路側機型基地局、標準基地局及びユーザ端末を含む、超高密度ヘテロジニアスネットワークを構成する方法に関し、路側機型基地局は標準基地局より高速のユーザ端末間又はユーザ端末−ネットワーク間インフラストラクチャアプリケーションを有し、本方法は、
標準基地局を通してユーザ端末から無線測定報告を取得するステップと、
測定報告を用いて、標準基地局及び路側機型基地局を識別するステップと、
識別された標準基地局及び路側機型基地局から超高密度ヘテロジニアスネットワークのグラフを構築するステップであって、グラフのノードが、識別された標準基地局又は路側機型基地局に対応する、構築するステップと、
ネットワークトポロジ再構成が実行されなければならないか否かをチェックするステップと、
ネットワークトポロジ再構成が実行されなければならない場合には、路側機型基地局と標準基地局との間の接続を解除し、路側機型基地局間の接続を追加することによって、ネットワークトポロジ再構成を実行するステップと、
を含むことを特徴とする。

また、本発明は、路側機型基地局、標準基地局及びユーザ端末を含む、超高密度ヘテロジニアスネットワークを構成するためのシステムに関し、路側機型基地局は標準基地局より高速のユーザ端末間又はユーザ端末−ネットワーク間インフラストラクチャアプリケーションを有し、本システムは、
標準基地局を通してユーザ端末から無線測定報告を取得する手段と、
測定報告を用いて、標準基地局及び路側機型基地局を識別する手段と、
識別された標準基地局及び路側機型基地局から超高密度ヘテロジニアスネットワークのグラフを構築する手段であって、グラフのノードが、識別された標準基地局又は路側機型基地局に対応する、手段と、
ネットワークトポロジ再構成が実行されなければならないか否かをチェックする手段と、
ネットワークトポロジ再構成が実行されなければならない場合には、路側機型基地局と標準基地局との間の接続を解除し、路側機型基地局間の接続を追加することによって、ネットワークトポロジ再構成を実行する手段と、
を備えることを特徴とする。

このようにして、ネットワーク内の路側機型基地局の中心性が高められ、情報拡散の待ち時間が短縮される。

特定の特徴によれば、本方法は、超高密度ヘテロジニアスネットワークのコントローラによって実行される。

このようにして、ネットワーク内の情報拡散の全待ち時間が短縮され、再構成待ち時間が短縮され、その方式の応答性が高められる。

特定の特徴によれば、本方法は、グラフのノードごとの中心性値を求める更なるステップを含み、ノードに関する中心性値は、当該ノードとグラフ内の他の全てのノードとの間の距離の和の逆数であり、ネットワークトポロジ再構成は求められた中心性値に従って実行されなければならない。

このようにして、ネットワーク内の他の基地局に近い方の基地局が特定され、ネットワーク内の情報拡散の待ち時間の最適化が簡略化される。

特定の特徴によれば、本方法は、グローバルネットワーク中心性値を求める更なるステップを含み、ネットワークトポロジ再構成は、求められたグローバル中心性値に従って実行されなければならない。

このようにして、グローバル中心性値に関連付けられる、ネットワーク内の平均拡散待ち時間に基づいて、再構成をトリガ及び中止することができる。

特定の特徴によれば、グローバルネットワーク中心性値Ｆは、以下の式に従って求められ、

ただし、Ｖは路側機型基地局の集合であり、Ｃ_Ｄ（ｉ）は１つのリンクのみによってノードｉに接続されるノードの数であり、Ｎは、グラフ内のノードの数である。

このようにして、グローバルネットワーク中心性値が高くなると、路側機基地局の近隣基地局数が増加し、ネットワーク内の平均拡散待ち時間が短縮される。

特定の特徴によれば、本方法は、超高密度ヘテロジニアスネットワークのコントローラと、路側機型基地局とによって実行され、本方法は、
コントローラによって、路側機型基地局ごとの中心性値を求めるステップであって、ノードに関する中心性値は、当該ノードとグラフ内の他の全てのノードとの間の距離の和の逆数である、求めるステップと、
コントローラによって、各路側機型基地局に、最も高い中心性指標を有する路側機型基地局を識別する情報とともに、グラフの路側機型基地局の中心性値を転送するステップと、
を更に含み、
ネットワークトポロジ再構成は、路側機型基地局の受信された中心性値に従って路側機型基地局によって実行される。

このようにして、ネットワークトポロジ再構成の待ち時間が短縮され、その方式の応答性が高められ、高速ユーザ端末測定を処理する能力も高められる。

特定の特徴によれば、本方法は、超高密度ヘテロジニアスネットワークのコントローラと、標準基地局及び路側機型基地局とによって実行され、取得するステップ、識別するステップ及びグラフを構築するステップは、コントローラによって実行され、チェックするステップ及びネットワークトポロジ再構成を実行するステップは、標準基地局及び路側機型基地局によって実行され、本方法は、
コントローラによって、ルーティングテーブルを決定するステップと、
コントローラによって、ルーティングテーブルを標準基地局及び路側機型基地局に転送するステップと、
各標準基地局及び路側機型基地局によって、中心性値Ｃ_Ｄ（ｖ）を求めるステップであって、Ｃ_Ｄ（ｖ）は１つのリンクのみによって標準基地局又は路側機型基地局ｖに接続されるノードの数である、求めるステップと、
標準基地局及び路側機型基地局によって、グローバルネットワーク中心性値を求めるステップと、
を更に含み、
ネットワークトポロジ再構成は、求められたグローバル中心性値に従って実行されなければならない。

このようにして、中心性スコアをローカルに計算することができるので、システムの応答性が更に高められる。そのシステムは、ネットワーク内の高速ユーザ端末測定及びトポロジ変更をより効率的に処理する。

特定の特徴によれば、グローバルネットワーク中心性値Ｆは、以下の式に従って求められ、

ただし、

であり、ｍａｘ_ｖ∈Ｖ（Ｃ_Ｄ（ｖ））は次数中心性値の最大値であり、Ｎはグラフのノードの数である。

このようにして、中心性値Ｆは、分散型事例の場合の計算を簡略化しているコンセンサス平均化（consensus averaging）技法によって協調的に計算することができる。

本発明の特徴は、一例示の実施形態の以下の説明を読むことによってより明らかになる。この説明は、添付図面に関して作成されたものである。

本発明が実施されるワイヤレスセルラー電気通信ネットワークを表す図である。 本発明が実施される標準基地局のアーキテクチャを表す図である。 本発明が実施されるＲＳＵ型基地局のアーキテクチャを表す図である。 本発明が実施されるコントローラのアーキテクチャを表す図である。 本発明の第１の実現形態による、コントローラによって実行されるアルゴリズムの一例を開示する図である。 本発明の第２の実現形態による、コントローラによって実行されるアルゴリズムの一例を開示する図である。 本発明の第２の実現形態による、ＲＳＵ型基地局によって実行されるアルゴリズムの一例を開示する図である。 本発明の第３の実現形態による、コントローラによって実行されるアルゴリズムの一例を開示する図である。 本発明の第３の実現形態による、標準基地局及びＲＳＵ型基地局によって実行されるアルゴリズムの一例を開示する図である。

図１は、本発明が実施されるワイヤレスセルラ電気通信ネットワークを表す。

ワイヤレスセルラ電気通信ネットワークは、コントローラ４０と、３０ａ〜３０ｄで示される複数のＲＳＵ型基地局と、１０ａ及び１０ｂで示されるコアネットワークデバイスと、１５で示されるローカルゲートウェイと、２０ａ〜２０ｅで示される複数の標準基地局とを備える。

コントローラ４０、コアネットワークデバイス１０、標準基地局２０、ローカルゲートウェイ１５、ＲＳＵ型基地局３０は、電気通信ネットワークによって互いにリンクされる。

実線（full line）矢印は、電気通信ネットワーク内のコアネットワークデバイス１０、標準基地局２０、ローカルゲートウェイ１５、ＲＳＵ型基地局３０の間の接続を表す。

明確にするために、コントローラ４０と標準基地局及びＲＳＵ型基地局との間の接続は図１には示されない。

点線（dotted line）矢印は、これ以降、Ｘ２インタフェースと呼ばれる、標準基地局及びＲＳＵ型基地局の間の接続を表す。

ＲＳＵ型基地局３０は、ＶＸ２アプリケーションの場合にローカルゲートウェイ１５に直接接続される。

標準基地局は、ＶＸ２アプリケーションの場合にコアネットワークデバイス１０に接続される。

コントローラ４０は、ソフトウェア定義ネットワーク（ＳＤＮ：Software Defined Network）コントローラとすることができる。

図２は、本発明が実施される標準基地局のアーキテクチャを表す図である。

標準基地局２０は、例えば、バス２０１によって互いに接続された構成要素と、図７ｂに開示されるようなプログラムによって制御されるプロセッサ２００とに基づくアーキテクチャを有する。

ここで、標準基地局２０は、専用集積回路に基づくアーキテクチャを有することができることに留意すべきである。

バス２０１は、プロセッサ２００を、読み出し専用メモリＲＯＭ２０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ２０３、ネットワークインタフェース２０４及びワイヤレスインタフェース２０５にリンクする。

メモリ２０３は、変数と、図７ｂに開示されるようなアルゴリズムに関連したプログラムの命令とを収容するように意図されたレジスタを含む。

プロセッサ２００は、ワイヤレスインタフェース２０５及びネットワークインタフェース２０４の動作を制御する。

読み出し専用メモリ２０２は、図７ｂに開示されるようなアルゴリズムに関連したプログラムの命令を含む。これらの命令は、標準基地局２０に電源が投入されると、ランダムアクセスメモリ２０３に転送される。

図７ｂに関して以下で説明するアルゴリズムの全てのステップは、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）又はマイクロコントローラ等のプログラマブルコンピューティングマシンによる一組の命令又はプログラムの実行によってソフトウェアで実施することもできるし、それ以外にＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）等のマシン又は専用構成要素によってハードウェアで実施することもできる。

換言すれば、標準基地局２０は、図７ｂに関して以下で説明するアルゴリズムのステップを標準基地局２０に実行させる回路部、又は回路部を備えるデバイスを備える。

標準基地局２０に図７ｂに関して以下で説明するアルゴリズムのステップを実行させる回路部を備えるそのようなデバイスは、標準基地局２０に接続可能な外部デバイスとすることができる。

図３は、本発明が実施されるＲＳＵ型基地局のアーキテクチャを表す図である。

ＲＳＵ型基地局３０は、例えば、バス３０１によって互いに接続された構成要素と、図６ｂ又は図７ｂに開示されるようなプログラムによって制御されるプロセッサ３００とに基づくアーキテクチャを有する。

ここで、ＲＳＵ型基地局３０は、専用集積回路に基づくアーキテクチャを有することができることに留意すべきである。

バス３０１は、プロセッサ３００を、読み出し専用メモリＲＯＭ３０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ３０３、ネットワークインタフェース３０４及びワイヤレスインタフェース３０５にリンクする。

メモリ３０３は、変数と、図６ｂ又は図７ｂに開示されるようなアルゴリズムに関連したプログラムの命令とを収容するように意図されたレジスタを含む。

プロセッサ３００は、ワイヤレスインタフェース３０５及びネットワークインタフェース３０４の動作を制御する。Ｘ２リンクは、ネットワークインタフェース３０４を通して確立又は解除（delete）される。

読み出し専用メモリ３０２は、図６ｂ又は図７ｂに開示されるようなアルゴリズムに関連したプログラムの命令を含む。これらの命令は、ＲＳＵ型基地局３０に電源が投入されると、ランダムアクセスメモリ３０３に転送される。

図６ｂ又は図７ｂに関して以下で説明するアルゴリズムの全てのステップは、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）又はマイクロコントローラ等のプログラマブルコンピューティングマシンによる一組の命令又はプログラムの実行によってソフトウェアで実施することもできるし、それ以外にＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）等のマシン又は専用構成要素によってハードウェアで実施することもできる。

換言すれば、ＲＳＵ型基地局３０は、図６ｂ又は図７ｂに関して以下で説明するアルゴリズムのステップをＲＳＵ型基地局３０に実行させる回路部、又は回路部を備えるデバイスを備える。

ＲＳＵ型基地局３０に図６ｂ又は図７ｂに関して以下で説明するアルゴリズムのステップを実行させる回路部を備えるそのようなデバイスは、基地局ＢＳに接続可能な外部デバイスとすることができる。

図４は、本発明が実施されるコントローラのアーキテクチャを表す図である。

コントローラ４０は、例えば、バス４０１によって互いに接続された構成要素と、図５又は図６ａ又は図７ａに開示されるようなプログラムによって制御されるプロセッサ４００とに基づくアーキテクチャを有する。

ここで、コントローラ４０は、専用集積回路に基づくアーキテクチャを有することができることに留意すべきである。

バス４０１は、プロセッサ４００を、読み出し専用メモリＲＯＭ４０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ４０３、ネットワークインタフェース４０４にリンクする。

メモリ４０３は、変数と、図５又は図６ａ又は図７ａに開示されるようなアルゴリズムに関連したプログラムの命令とを収容するように意図されたレジスタを含む。

読み出し専用メモリ４０２は、図５又は図６ａ又は図７ａに開示されるようなアルゴリズムに関連したプログラムの命令を含む。これらの命令は、コントローラ４０に電源が投入されると、ランダムアクセスメモリ４０３に転送される。

図５又は図６ａ又は図７ａに関して以下で説明するアルゴリズムの全てのステップは、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）又はマイクロコントローラ等のプログラマブルコンピューティングマシンによる一組の命令又はプログラムの実行によってソフトウェアで実施することもできるし、それ以外にＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）等のマシン又は専用構成要素によってハードウェアで実施することもできる。

換言すれば、コントローラ４０は、図５又は図６ａ又は図７ａに関して以下で説明するアルゴリズムのステップをコントローラ４０に実行させる回路部、又は回路部を備えるデバイスを備える。

コントローラ４０に図５又は図６ａ又は図７ａに関して以下で説明するアルゴリズムのステップを実行させる回路部を備えるそのようなデバイスは、コントローラ４０に接続可能な外部デバイスとすることができる。

図５は、本発明の第１の実現形態による、コントローラによって実行されるアルゴリズムの一例を開示する。

本アルゴリズムは、コントローラ４０のプロセッサ４００によって実行される一例において開示される。

ステップＳ５００において、プロセッサ４００は、ユーザ端末、例えば、車両から、標準基地局２０を通して、無線測定報告を取得する。

無線測定報告はそれぞれ、ユーザ端末が現在アタッチしている標準基地局、すなわち、車両と通信している標準基地局を識別する情報と、ユーザ端末が、例えば、−１０ｄＢに等しい所定のレベルより高い信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：signal to interference and noise ratio）、又は例えば、−８０ｄＢｍに等しい所定のレベルより高い信号強度（ＲＳＲＰ）でそこから信号を受信する一組の近隣の標準基地局及びＲＳＵ型基地局を識別する情報とを含む。

測定報告はそれぞれ、ユーザ端末によって受信される近隣の標準基地局及びＲＳＵ基地局の干渉レベルを含む。干渉レベルは、基準信号受信電力（ＲＳＲＰ：reference signal received power）及び信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）測定値から取得することができる。例えば、測定報告は、ユーザ端末上で最も強く干渉している、すなわち、０ｄＢより高い干渉レベルを有する標準基地局又はＲＳＵ型基地局を含むことができる。

測定報告は、標準基地局２０の負荷及び／又は標準基地局内の現在のリソース割当てについての付加情報を含むことができる。

次のステップＳ５０１において、プロセッサ４００は、ネットワークの表現を構築する。

プロセッサ４００は、受信された測定報告を用いて、測定報告において最大と識別されるか、又は測定報告において標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局３０の識別の平均より高い回数だけ識別される、ワイヤレスセルラ電気通信ネットワークの標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局３０を識別する。

識別された標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局３０のみを用いて、プロセッサ４００はネットワークの表現を構築する。

その表現は、例えば、識別された標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局３０をリンクするグラフとすることができる。

グラフは、ここでは標準基地局及びＲＳＵ型基地局である、一組の物体と、物体間の関係とからなる表現であり、いくつかの物体対がリンクによって接続され、すなわち、関連付けられる。相互接続される物体は、ノードと呼ばれる数学的な抽象物によって表され、いくつかのノード対を接続するリンクはエッジと呼ばれる。

グラフのノードを接続する「エッジ」は、標準基地局及びＲＳＵ型基地局をリンクする実際のＸ２インタフェースを表している。

受信された無線測定値を用いて、第２のグラフが構築される場合がある。測定報告によってノードが報告される場合には、第２のグラフにおいて、それらのノードがエッジによってリンクされる。

その後、プロセッサ４００はステップＳ５０３に移行するか、又は実現形態の変形によれば、ステップＳ５０２に移行する。

次のステップＳ５０２において、プロセッサ４００は、グラフの標準基地局又はＲＳＵ型基地局ごとに中心性値を求める。

ノードｉに関する中心性値は、ノードｉとグラフ内の他の全てのノードとの間の距離の和の逆数である。中心性値は以下のように定義される。

ただし、Ｎはグラフ内のノードの数であり、ｄ（ｉ，ｊ）は距離指標であり、距離指標は、ノードｉとノードｊとの間のホップ数若しくはリンク数と定義される場合があるか、又はノード間にエッジが存在する場合にはノードｉとｊとの間の通信待ち時間と定義される場合があるか、又はノードｉとｊとの間の最小マルチホップ通信待ち時間と定義される場合がある。

その後、プロセッサ４００はステップＳ５０３に移行する。

次のステップＳ５０３において、プロセッサ４００は、ネットワークトポロジ更新が実行される必要があるか否かをチェックする。

そのため、プロセッサ４００はグローバルネットワーク中心性Ｆを求め、その値は、グラフがスタートポロジを有する場合には１に等しい。グローバルネットワーク中心性値は、ネットワーク内のノードの次数中心性のばらつきが小さい場合に最小化される。

集合Ｖは、グラフのＲＳＵ型基地局の集合であり、標準基地局を含まず、Ｃ_Ｄ（ｉ）は、１つのリンクのみによってノードｉに接続されるノードの数である。

グローバルネットワーク中心性Ｆ値が、例えば、０．５に等しい第１の所定の値より低い場合には、ネットワークトポロジ更新が実行される必要があり、プロセッサ４００はステップＳ５０４に移行する。そうでない場合には、プロセッサ４００はステップＳ５００に戻る。

変形形態によれば、プロセッサ４００は、ステップＳ５０２において求められた中心性値を用いて、ネットワークトポロジ更新が実行される必要があるか否かをチェックする。

ＲＳＵ型基地局に関する中心性Ｃ_Ｃ（ｉ）の最大値が標準基地局の中心性の最大値より低い場合には、トポロジ更新が実行される必要がある。

ＲＳＵ型基地局に関する中心性Ｃ_Ｃ（ｉ）の最大値が標準基地局の中心性値の平均より低い場合には、トポロジ更新が実行される必要がある。

ＲＳＵ型基地局に関する中心性Ｃ_Ｃ（ｉ）の最大値が標準基地局の中心性の最大値より低い場合には、又はＲＳＵ型基地局に関する中心性Ｃ_Ｃ（ｉ）の最大値が標準基地局の中心性値の平均より低い場合には、プロセッサ４００は、ステップＳ５０４に移行する。そうでない場合には、プロセッサ４００はステップＳ５００に戻る。

ステップＳ５０４において、プロセッサ４００はネットワークトポロジを再構成する。

プロセッサ４００は、Ｘ２接続を確立又は解除するようにＲＳＵ型基地局に指示する。

プロセッサ４００は、中心性値が低いＲＳＵ型基地局に、標準基地局とのＸ２インタフェースを解除するように指示する。例えば、低い中心性値は０．５の値より小さい値である。

プロセッサ４００は、中心性値が低いＲＳＵ型基地局に、最も高い中心性値を有するＲＳＵ型基地局とのＸ２インタフェースを追加するように指示する。

次のステップＳ５０５において、プロセッサ４００は、ステップＳ５０３において開示されるような、新たなグローバルネットワーク中心性Ｆを求める。

次のステップＳ５０６において、プロセッサ４００は、新たなグローバルネットワーク中心性Ｆ値が所定の値より低いか否かをチェックする。

新たなグローバルネットワーク中心性Ｆ値が、例えば、０．８に等しい第２の所定の値より低い場合には、プロセッサ４００はステップＳ５０１に戻る。そうでない場合には、プロセッサ４００は、本アルゴリズムを中断する。

図６ａは、本発明の第２の実現形態による、コントローラによって実行されるアルゴリズムの一例を開示する。

本アルゴリズムは、コントローラ４０のプロセッサ４００によって実行される一例において開示される。

ステップＳ６００において、プロセッサ４００は、ユーザ端末、例えば、車両から、標準基地局２０を通して、無線測定報告を取得する。

無線測定報告はそれぞれ、ユーザ端末が現在アタッチしている標準基地局、すなわち、車両と通信している標準基地局を識別する情報と、ユーザ端末が、例えば、−１０ｄＢに等しい所定のレベルより高い信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）、又は例えば、−８０ｄＢｍに等しい所定のレベルより高い信号強度（ＲＳＲＰ）でそこから信号を受信する一組の近隣の標準基地局及びＲＳＵ型基地局を識別する情報とを含む。

測定報告はそれぞれ、ユーザ端末によって受信される近隣の標準基地局及びＲＳＵ型基地局の干渉レベルを含む。干渉レベルは、基準信号受信電力（ＲＳＲＰ）及び信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）測定値から取得することができる。例えば、測定報告は、ユーザ端末上で最も強く干渉している、すなわち、０ｄＢより高い干渉レベルを有する標準基地局又はＲＳＵ型基地局を含むことができる。

測定報告は、標準基地局２０の負荷及び／又は標準基地局内の現在のリソース割当てについての付加情報を含むことができる。

次のステップＳ６０１において、プロセッサ４００は、ネットワークの表現を構築する。

プロセッサ４００は、受信された測定報告を用いて、測定報告において最大と識別されるか、又は測定報告において標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局３０の識別の平均より高い回数だけ識別される、ワイヤレスセルラ電気通信ネットワークの標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局３０を識別する。

識別された標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局３０のみを用いて、プロセッサ４００はネットワークの表現を構築する。

その表現は、例えば、識別された標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局３０をリンクするグラフとすることができる。

グラフのノードを接続する「エッジ」は、標準基地局及びＲＳＵ型基地局をリンクする実際のＸ２インタフェースを表している。

受信された無線測定値を用いて、第２のグラフが構築される場合がある。測定報告によってノードが報告される場合には、第２のグラフにおいて、それらのノードがエッジによってリンクされる。

次のステップＳ６０２において、プロセッサ４００は、グラフの標準基地局又はＲＳＵ型基地局ごとに中心性値を求める。

ノードｉに関する中心性値は、ノードｉとグラフ内の他の全てのノードとの間の距離の和の逆数である。中心性値は以下のように定義される。

次のステップＳ６０３において、プロセッサ４００は、ネットワークトポロジ更新が実行される必要があるか否かをチェックする。

例えば、プロセッサ４００はグローバルネットワーク中心性Ｆを求め、その値は、グラフがスタートポロジを有する場合には１に等しい。グローバルネットワーク中心性値は、ネットワーク内のノードの次数中心性のばらつきが小さい場合に最小化される。

集合Ｖは、グラフのＲＳＵ型基地局の集合であり、標準基地局を含まず、Ｃ_Ｄ（ｉ）は、１つのリンクのみによってノードｉに接続されるノードの数である。

グローバルネットワーク中心性Ｆ値が、例えば、０．５に等しい第１の所定の値より低い場合には、ネットワークトポロジ更新が実行される必要があり、プロセッサ４００はステップＳ６０４に移行する。そうでない場合には、プロセッサ４００はステップＳ６００に戻る。

例えば、プロセッサ４００は、ステップＳ６０２において求められた中心性値を用いて、ネットワークトポロジ更新が実行される必要があるか否かをチェックする。

ＲＳＵ型基地局に関する中心性Ｃ_Ｃ（ｉ）の最大値が標準基地局の中心性の最大値より低い場合には、トポロジ更新が実行される必要がある。

ＲＳＵ型基地局に関する中心性Ｃ_Ｃ（ｉ）の最大値が標準基地局の中心性値の平均より低い場合には、トポロジ更新が実行される必要がある。

ＲＳＵ型基地局に関する中心性Ｃ_Ｃ（ｉ）の最大値が標準基地局の中心性の最大値より低い場合には、又はＲＳＵ型基地局に関する中心性Ｃ_Ｃ（ｉ）の最大値が標準基地局の中心性値の平均より低い場合には、プロセッサ４００は、ステップＳ６０４に移行する。そうでない場合には、プロセッサ４００はステップＳ６００に戻る。

ステップＳ６０４において、プロセッサ４００は、最も高い中心性指標を有するＲＳＵ型基地局を識別する情報とともに、ステップＳ６０２において求められたＲＳＵ型基地局の中心性指標を、グラフ内で識別されたＲＳＵ型基地局に転送するように指示する。

次のステップＳ６０５において、プロセッサ４００は、グラフ内で識別された各ＲＳＵ型基地局から、そのＲＳＵ型基地局によって解除又は追加される各Ｘ２接続を識別する情報を受信する。

次のステップＳ６０６において、プロセッサ４００は、ステップＳ６０３において開示されるような、新たなグローバルネットワーク中心性Ｆを求める。

次のステップＳ６０７において、プロセッサ４００は、新たなグローバルネットワーク中心性Ｆ値が、例えば、０．８に等しい第２の所定の値より低いか否かをチェックする。

新たなグローバルネットワーク中心性Ｆ値が第２の所定の値より低い場合には、プロセッサ４００はステップＳ６０１に戻る。そうでない場合には、プロセッサ４００は、本アルゴリズムを中断する。

図６ｂは、本発明の第２の実現形態による、ＲＳＵ型基地局によって実行されるアルゴリズムの一例を開示する。

本アルゴリズムは、各ＲＳＵ型基地局のプロセッサ３００によって実行される一例において開示される。

ステップＳ６５０において、各ＲＳＵ型基地局から、ＲＳＵ型基地局の中心性指標が受信される。

次のステップＳ６５１において、プロセッサ３００はネットワークトポロジを再構成する。

プロセッサ３００は、受信された中心性値が低い、例えば、０．３より低い場合には、標準基地局とのＸ２インタフェースを解除し、最も高い中心性値を有するＲＳＵ型基地局とのＸ２インタフェースを追加する。

ステップＳ６５２において、プロセッサ３００は、ＲＳＵ型基地局によって解除又は追加される各Ｘ２接続を識別する情報をコントローラ４０に転送するように指示する。

図７ａは、本発明の第３の実現形態による、コントローラによって実行されるアルゴリズムの一例を開示する。

本アルゴリズムは、コントローラ４０のプロセッサ４００によって実行される一例において開示される。

ステップＳ７００において、プロセッサ４００は、ユーザ端末、例えば、車両から、標準基地局２０を通して、無線測定報告を取得する。

無線測定報告はそれぞれ、ユーザ端末が現在アタッチしている標準基地局、すなわち、車両と通信している標準基地局を識別する情報と、ユーザ端末が、例えば、−１０ｄＢに等しい所定のレベルより高い信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）、又は例えば、−８０ｄＢｍに等しい所定のレベルより高い信号強度（ＲＳＲＰ）でそこから信号を受信する一組の近隣の標準基地局及びＲＳＵ型基地局を識別する情報とを含む。

測定報告はそれぞれ、ユーザ端末によって受信される近隣の標準基地局及びＲＳＵ基地局の干渉レベルを含む。干渉レベルは、基準信号受信電力（ＲＳＲＰ）及び信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）測定値から取得することができる。例えば、測定報告は、ユーザ端末上で最も強く干渉している、すなわち、０ｄＢより高い干渉レベルを有する標準基地局又はＲＳＵ型基地局を含むことができる。

測定報告は、標準基地局２０の負荷及び／又は標準基地局内の現在のリソース割当てについての付加情報を含むことができる。

次のステップＳ７０１において、プロセッサ４００は、ネットワークの表現を構築する。

プロセッサ４００は、受信された測定報告を用いて、測定報告において最大と識別されるか、又は測定報告において標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局３０の識別の平均より高い回数だけ識別される、ワイヤレスセルラ電気通信ネットワークの標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局３０を識別する。

識別された標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局３０のみを用いて、プロセッサ４００はネットワークの表現を構築する。

その表現は、例えば、識別された標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局３０をリンクするグラフとすることができる。

グラフのノードを接続する「エッジ」は、標準基地局及びＲＳＵ型基地局をリンクする実際のＸ２インタフェースを表している。

受信された無線測定値を用いて、第２のグラフが構築される場合がある。測定報告によってノードが報告される場合には、第２のグラフにおいて、それらのノードがエッジによってリンクされる。

次のステップＳ７０２において、プロセッサ４００は、ネットワークの表現に基づいて、ネットワークの全てのノードに関するルーティングテーブルを決定する。これらのルーティングテーブルは、例えば、グラフ表現内の最短パスの計算に基づく。ルーティングテーブルは、ネットワークの任意のノード間の最短パス内のホップ数を含むことができる。

例えば、プロセッサ４００は、ネットワークのグラフにおいて、「Faster Betweenness Centrality Based on Data Structure Experimentation」と題し、「:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877050913003463」において入手可能である論文において開示されるような幅優先探索（ＢＦＳ：breadth first search）を適用することによってルーティングテーブルを計算する。幅優先探索技法は、ノードｖごとに、ノードｖからグラフの各ノードｊまでの最小距離を見つけ、これらの距離はｄ（ｖ，ｊ）と定義される。この選択肢では、グラフ表現は重み付けされず、すなわち、ノードｖとｊとの間のエッジは優先権を与えられず、全ての近隣ノードへの送信が同等に考慮される。ノードｖに関するルーティングテーブルは、最小距離ｄ（ｖ，ｊ）、及びノードｖからノードｊに達する最短パスからなる。

例えば、プロセッサ４００は、ネットワークのグラフにおいて、「A Faster Algorithm for Betweenness Centrality」と題するUlrich Brandesの論文において開示されているようなダイクストラ探索（Dijkstra search）を適用することによってルーティングテーブルを計算する。ダイクストラ探索技法は、ノードｖごとに、ｖからネットワークの各ノードｊへの最短距離を見つけ、これらの距離は、ｄ（ｖ，ｊ）と定義される。グラフ表現は、その例によれば、重み付けされ、すなわち、グラフのノードのエッジが、エッジのノード間の送信待ち時間によって重み付けされる。ノードｖに関するルーティングテーブルは、最小距離ｄ（ｖ，ｊ）、及びノードｖからノードｊに達する最短パスからなる。

次のステップＳ７０３において、プロセッサ４００は、各ノードにノードのルーティングテーブルを転送する。

ノードｖに送信されるルーティングテーブルは、ノードｖに最も近いノードであるノードからなり、この近さは、送信待ち時間の最小化という意味において考慮される。

図７ｂは、本発明の第３の実現形態による、標準基地局及びＲＳＵ型基地局によって実行されるアルゴリズムの一例を開示する。

本アルゴリズムは、標準基地局２０のプロセッサ２００によって、又はＲＳＵ型基地局のプロセッサ３００によって実行される一例において開示される。

ステップＳ７５０において、プロセッサ２００又は３００は、ルーティングテーブルの受信を検出する。

ステップＳ７５１において、プロセッサ２００が、標準基地局２０の中心性値を求めるか、又はプロセッサ３００が、ＲＳＵ型基地局２０の中心性値を求める。

標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局は、以下のように、近接中心性指標を協調的に計算する。

各標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局ｖは、受信されたルーティングテーブル内で識別される他の標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局に、標準基地局又はＲＳＵ型基地局ｖからノードｊへの最小距離、すなわち、ｄ（ｊ，ｖ）を送信する。ノードｖは、ルーティングテーブル内で識別されたネットワークの他のノードから最小距離ｄ（ｖ，ｊ）を受信する。各標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局は、

として中心性値を取得するために、受信された最小距離の総和を計算する。

各標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局ｖは、自らの次数中心性Ｃ_Ｄ（ｖ）を取得し、それを標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局ｖに転送する。Ｃ_Ｄ（ｖ）は、１つのリンクのみによってノードｖに接続されるノードの数である。

次のステップＳ７５２において、各標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局ｖは、グローバルネットワーク中心性Ｆを求め、その値は、グラフがスタートポロジを有する場合には１に等しい。

グローバルネットワーク中心性値は、標準基地局２０及びＲＳＵ型基地局の中心性値のばらつきが小さい場合に最小化される。

グローバルネットワーク中心性値Ｆの計算は２段階において取得される。

第１の段階において、各ＲＳＵ型基地局が、ｍａｘ_ｖ∈Ｖ（Ｃ_Ｄ（ｖ））として次数中心性値の最大値を求める。第２の段階において、各ＲＳＵ型基地局が、

としてグローバルネットワーク中心性Ｆを求める。ただし、

である。

次のステップＳ７５３において、各ＲＳＵ型基地局は、ネットワークトポロジ更新が実行される必要があるか否かをチェックする。

グローバルネットワーク中心性Ｆ値が、例えば、０．５に等しい第１の所定の値より低い場合には、ネットワークトポロジ更新が実行される必要があり、プロセッサ３００はステップＳ７５４に移行する。そうでない場合には、プロセッサ３００はステップＳ７５０に戻る。

ステップＳ７５４において、プロセッサ３００はネットワークトポロジを再構成する。

プロセッサ３００は、Ｘ２接続を確立又は解除するようにＲＳＵ型基地局に指示する。

プロセッサ３００は、ＲＳＵ型基地局が、低い中心性値、例えば、０．５より低い中心性値を有する場合には、標準基地局との少なくとも１つのＸ２インタフェースを解除するように指示する。

プロセッサ３００は、最も高い中心性値を有するＲＳＵ型基地局とのＸ２インタフェースを追加するように指示する。

次のステップＳ７５５において、プロセッサ３００は、ステップＳ７５２において開示されるような、新たなグローバルネットワーク中心性Ｆを求める。

次のステップＳ７５６において、プロセッサ３００は、新たなグローバルネットワーク中心性Ｆ値が第２の所定の値より低いか否かをチェックする。

新たなグローバルネットワーク中心性Ｆ値が、例えば、０．８に等しい第２の所定の値より低い場合には、プロセッサ３００はステップＳ７５１に戻る。そうでない場合には、プロセッサ３００は、本アルゴリズムを中断する。

当然のことながら、本発明の範囲から逸脱することなく、上記で説明した本発明の実施形態に対して多くの変更を行うことができる。

Claims (10)

1. 路側機型基地局、標準基地局及びユーザ端末を含む、超高密度ヘテロジニアスネットワークを構成する方法であって、前記路側機型基地局は標準基地局より高速のユーザ端末間又はユーザ端末−ネットワーク間インフラストラクチャアプリケーションを有し、該方法は、
   標準基地局を通してユーザ端末から無線測定報告を取得するステップと、
   前記測定報告を用いて、標準基地局及び路側機型基地局を識別するステップと、
   識別された前記標準基地局及び前記路側機型基地局から前記超高密度ヘテロジニアスネットワークのグラフを構築するステップであって、前記グラフのノードが、識別された標準基地局又は路側機型基地局に対応する、構築するステップと、
   ネットワークトポロジ再構成が実行されなければならないか否かをチェックするステップと、
   前記ネットワークトポロジ再構成が実行されなければならない場合には、路側機型基地局と標準基地局との間の接続を解除し、路側機型基地局間の接続を追加することによって、ネットワークトポロジ再構成を実行するステップと、
   を含むことを特徴とする、方法。
2. 前記方法は、前記超高密度ヘテロジニアスネットワークのコントローラによって実行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法は、前記グラフのノードごとの中心性値を求める更なるステップを含むことを特徴とし、ノードに関する前記中心性値は、前記ノードと前記グラフ内の他の全てのノードとの間の距離の和の逆数であり、前記ネットワークトポロジ再構成は前記求められた中心性値に従って実行されなければならないことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記方法は、グローバルネットワーク中心性値を求める更なるステップを含むことを特徴とし、前記ネットワークトポロジ再構成は、前記求められたグローバル中心性値に従って実行されなければならないことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
5. 前記グローバルネットワーク中心性値Ｆは、以下の式に従って求められることを特徴とし、
   

   

   ただし、Ｖは前記路側機型基地局の集合であり、Ｃ_Ｄ（ｉ）は１つのリンクのみによって前記ノードｉに接続されるノードの数であり、Ｎは、前記グラフ内のノードの数である、請求項４に記載の方法。
6. 前記方法は、前記超高密度ヘテロジニアスネットワークのコントローラと、前記路側機型基地局とによって実行されることを特徴とし、前記方法は、
   前記コントローラによって、路側機型基地局ごとの中心性値を求めるステップであって、ノードに関する前記中心性値は、前記ノードと前記グラフ内の他の全てのノードとの間の距離の和の逆数である、求めるステップと、
   前記コントローラによって、路側機型基地局それぞれに、最も高い中心性指標を有する前記路側機型基地局を識別する情報とともに、前記グラフの前記路側機型基地局の前記中心性値を転送するステップと、
   を更に含み、
   前記ネットワークトポロジ再構成は、前記路側機型基地局の受信された前記中心性値に従って前記路側機型基地局によって実行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 前記方法は、前記超高密度ヘテロジニアスネットワークのコントローラと、前記標準基地局及び前記路側機型基地局とによって実行され、前記取得するステップ、前記識別するステップ及び前記グラフを構築するステップは、前記コントローラによって実行され、前記チェックするステップ及び前記ネットワークトポロジ再構成を実行するステップは、前記標準基地局及び前記路側機型基地局によって実行されることを特徴とし、前記方法は、
   前記コントローラによって、ルーティングテーブルを決定するステップと、
   前記コントローラによって、前記ルーティングテーブルを前記標準基地局及び前記路側機型基地局に転送するステップと、
   標準基地局それぞれ及び前記路側機型基地局によって、中心性値Ｃ_Ｄ（ｖ）を求めるステップであって、Ｃ_Ｄ（ｖ）は１つのリンクのみによって前記標準基地局又は前記路側機型基地局ｖに接続されるノードの数である、求めるステップと、
   前記標準基地局及び前記路側機型基地局によって、グローバルネットワーク中心性値を求めるステップと、
   を更に含み、
   前記ネットワークトポロジ再構成は、求められた前記グローバル中心性値に従って実行されなければならないことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 前記グローバルネットワーク中心性値Ｆは、以下の式に従って求められることを特徴とし、
   

   

   ただし、
   

   

   であり、ｍａｘ_ｖ∈Ｖ（Ｃ_Ｄ（ｖ））は次数中心性値の最大値であり、Ｎは前記グラフのノードの数である、請求項４に記載の方法。
9. 路側機型基地局、標準基地局及びユーザ端末を含む、超高密度ヘテロジニアスネットワークを構成するシステムであって、前記路側機型基地局は標準基地局より高速のユーザ端末間又はユーザ端末−ネットワーク間インフラストラクチャアプリケーションを有し、該システムは、
   標準基地局を通してユーザ端末から無線測定報告を取得する手段と、
   前記測定報告を用いて、標準基地局及び路側機型基地局を識別する手段と、
   識別された前記標準基地局及び前記路側機型基地局から前記超高密度ヘテロジニアスネットワークのグラフを構築する手段であって、前記グラフのノードが、識別された標準基地局又は路側機型基地局に対応する、手段と、
   ネットワークトポロジ再構成が実行されなければならないか否かをチェックする手段と、
   前記ネットワークトポロジ再構成が実行されなければならない場合には、路側機型基地局と標準基地局との間の接続を解除し、路側機型基地局間の接続を追加することによって、ネットワークトポロジ再構成を実行する手段と、
   を備えることを特徴とする、システム。
10. プログラマブルデバイスに直接ロードすることができるコンピュータプログラムであって、該コンピュータプログラムがプログラマブルデバイス上で実行されるときに、請求項１〜９に記載の方法のステップを実施する命令又はコードの一部を含む、コンピュータプログラム。

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