JP2021528903A - ワイヤレス通信システムにおけるルート選択 - Google Patents

Abstract

ワイヤレス通信システムにおけるルート選択の方法（１００）および制御システム（４０）が提供される。上記方法は、第１のノード（１）と第２のノード（２）との間のルートを選択するステップを含み、上記方法は、複数の考えられるルート（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）を評価するステップ（１１０）を備え、少なくとも１つのルート（Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）は、第１のノードと第２のノードとの間に第３のノード（３，４）を含み、上記方法はさらに、考えられるルートの中で最低レイテンシを有するルートを選択するステップ（１６０）を備える。特に、上記方法（１００）は、考えられるルートの各リンクについてパラメータ設定を選択するステップ（１２０）を含み、上記選択するステップ（１２０）は、サイクリックプレフィックスの長さを選択するステップ（１３０）と、選択されたサイクリックプレフィックスと物理層の少なくとも１つのさらなるパラメータのさまざまな設定との組み合わせを評価するステップ（１４０）と、推定最低レイテンシを有し、かつ、少なくとも１つの通信品質基準を満たすパラメータ設定を選択するステップ（１５０）とを備える。

Description

技術分野
本発明は、一般にワイヤレス通信システムに関し、特に中継ノードで構成されたワイヤレス通信システムにおけるルート選択に関する。本発明は、主に、電力系統におけるグリッドオートメーション、工業プロセスまたはオートメーションのための製造システムまたは制御システムにおける通信などの工業環境を対象としている。

背景および先行技術
ワイヤレス通信ネットワーク内でのルート選択は、２つのノードまたは基地局間にいくつかのホップを含み得るルートが選択されるという概念である。一般に、高速送信を提供するために、できる限り少ないホップを有するルートが選択されてもよい。さらなるアプローチでは、その代わりに、特定のクオリティ・オブ・サービスレベル（ＱｏＳ）を提供するルートが選択されてもよい。たとえば、特許出願ＵＳ６，９５４，４３５ Ｂ２（文献Ａ）を参照されたい。文献Ａでは、考えられるルートの個々のリンクがＱｏＳの観点から調査されている（文献Ａの第５欄第３６行〜第６欄第３行、第２欄第２０〜２５行）。文献Ａにおけるシステムの品質要件は、たとえば遅延、ホップの数または誤り率を含む（文献Ａの第３欄第２３〜２６行）。

さまざまな品質測定値がルート選択に使用されてきており、選択は更新されてもよい。たとえば、ＵＳ７，０５８，０２１（文献Ｂ）には、さまざまなルートの品質を絶えず判断するルート選択方法が記載されている。それらのルートでの受信パケットの成功率が比較されて、最も成功したルートが選択される（文献Ｂの要約書を参照）。

ＵＳ２０１５／０３１９６２９（文献Ｃ）は、通信品質を向上させるさらなる例を示している。文献Ｃの方法の目的は、選択された通信ルートの品質を向上させることである。文献Ｃの方法は、隣接するチャネルの信号品質を推定するステップと、現在のチャネルよりも隣接するチャネルの方が品質が優れていれば隣接するチャネルに切り換えるステップとを含む（文献Ｃの要約書）。また、文献Ｃの方法は、別のルートを選択してもよい。したがって、さらなる目的は、品質判断によって判断されたよりよいルートを選択することである（文献Ｃの段落００１７）。チャネルおよび／またはルートの品質は、信号対雑音測定値から判断されてもよい（文献Ｃの段落００１９）。

発明の概要
本発明の目的は、信頼性およびレイテンシの最適化が要求される代替的アプローチを提供することである。この目的のために、本発明は、ワイヤレス通信システム、特にＯＦＤＭシステム（直交周波数分割多重方式）におけるルート選択であって、高い信頼性および低レイテンシを有する通信を提供するためにワイヤレス通信システムの物理層における複数のパラメータが選択されるルート選択に関する。本発明は、高い信頼性および低レイテンシに対する需要がある、グリッドオートメーション、変電所またはパワーグリッドのための他の制御システムのオートメーションなどの、電力グリッドのための制御システムで有用である。また、本発明は、高速で確実な通信が要求される工業生産システムでも有用である。このように、信頼性およびレイテンシの観点から通信を最適化しようとするルート選択プロセスが提供される。本発明のワイヤレス通信は、命令または測定値を有する比較的短いメッセージがネットワークの基地局間でやりとりされる工業オペレーションにおけるマシンツーマシン通信で特に有用である。

第１の局面に従って、本発明は、ワイヤレス通信システムにおけるルート選択の方法を提供し、上記ワイヤレス通信システムは、サイクリックプレフィックスと少なくとも１つのさらなるパラメータとを含む物理層を備え、第１の基地局と第２の基地局との間のワイヤレス通信のためのルートが選択される。上記方法は、
上記第１の基地局から上記第２の基地局までの複数の考えられるルートを評価するステップを備え、上記考えられるルートのうちの少なくとも１つのルートは、上記第１のノードと上記第２のノードとの間に第３のノードまたは少なくとも１つの第３のノードを含み、上記少なくとも１つのルートは、少なくとも２つのリンクを含み、上記方法はさらに、
上記考えられるルートの中で最低レイテンシを有する上記ルートを選択するステップを備える。

特に、上記ルート選択の方法は、上記考えられるルートの各リンクについてパラメータ設定を選択するステップを含み、上記各リンクについてパラメータ設定を選択するステップは、上記サイクリックプレフィックスの長さおよび上記物理層の上記少なくとも１つのさらなるパラメータの設定を選択するステップを含み、上記各リンクについてパラメータ設定を選択するステップはさらに、
上記リンクについての第１の通信品質基準に鑑みて上記サイクリックプレフィックスの長さを選択するステップと、
第２の通信品質基準に鑑みて、上記選択されたサイクリックプレフィックスと上記物理層の少なくとも１つのさらなるパラメータのさまざまな設定との組み合わせを評価するステップとを含み、上記評価するステップは、上記第２の通信品質基準を満たす、上記サイクリックプレフィックスの上記選択された長さと上記少なくとも１つのさらなるパラメータの設定との組み合わせについて上記レイテンシを推定するステップを含み、上記各リンクについてパラメータ設定を選択するステップはさらに、
推定最低レイテンシを有し、かつ、上記第２の品質基準を満たす上記パラメータ設定を選択するステップを含む。

上記最低レイテンシを有する上記ルートを選択するステップは、各ルートについて上記レイテンシを推定するステップを含み、上記各ルートについて上記レイテンシを推定するステップは、上記ルートの各リンクの上記レイテンシを加算し、上記第１のノードと上記第２のノードとの間に第３のノードを有する各ルートについて、上記ルートの上記第３のノードの処理時間を加算するステップとを含む。

ルートは、第１のノードと第２のノードとの間に２つ以上の第３のノードまたは中継ノードを含んでもよく、このような各ルートのレイテンシを推定する際に、このような各ルートについて、各リンクのレイテンシとこれらの第３のノードの各々の処理時間とが加算されるべきである。したがって、ルートは、少なくとも１つの第３のノードを有してもよく、ルートレイテンシを推定する際に、この少なくとも１つの第３のノードの処理時間が加算される。

サイクリックプレフィックスの長さは、通信品質の観点から評価され、長さが短くなればレイテンシが短くなる。選択されたサイクリックプレフィックス、すなわち第１の品質基準を満たすサイクリックプレフィックスと１つまたは複数のさらなるパラメータとの組み合わせは、第２の通信品質基準および上記組み合わせのレイテンシの観点から評価される。このようにして、ルートの１つまたは複数のリンクの選択されたパラメータ設定によって低レイテンシおよび通信品質の最適化を提供するルートを選択することができる。このパラメータ設定の選択は、ワイヤレス通信ネットワークの各ルートについてなされることができる。

サイクリックプレフィックスおよびさらなるパラメータは、通信品質に対してさまざまに影響を及ぼし、特にサイクリックプレフィックスを選択することによって自己干渉を回避する際には、特定の第１の品質基準がサイクリックプレフィックスにとって好ましい。

実施形態では、上記第２の通信品質基準は、上記リンクにおける通信のパケット誤り率（ＰＥＲ）の閾値レベルを備える。

実施形態では、上記少なくとも１つのさらなるパラメータは、符号化率、変調スキームおよびＦＦＴ（Fast Fourier Transform）サイズ（高速フーリエ変換）のうちのいずれかを備える。さらなる実施形態では、少なくとも１つのさらなるパラメータは、符号化率、変調スキームおよびＦＦＴサイズのうちの２つを備える。好ましくは、少なくとも１つのさらなるパラメータは、符号化率、変調スキームおよびＦＦＴサイズを備える。

したがって、選択される物理層のパラメータは、サイクリックプレフィックスを含み、好ましくは符号化率、変調スキームおよびＦＦＴサイズを含んでもよく、さらなる物理層パラメータを含んでもよい。好ましくは、ルート選択プロセス中に電力レベルも選択され、通信では、高い電力レベルと比較して低い電力レベルが好ましい。電力レベルは、レイテンシまたは送信時間に影響を及ぼさず、電力レベルが高くなればパケット誤り率が低くなる。

第１の基地局から第２の基地局への通信のために選択され得るルートは、第１の基地局と第２の基地局との間のダイレクトリンクと、マルチホップルートとを含み、第１の基地局と第２の基地局との間の通信は、第３の基地局または中継基地局と称される少なくとも１つのさらなる基地局によって中継される。

実施形態では、上記第１の通信品質基準は、自己干渉を回避するための上記リンクについての干渉およびノイズに対する信号の基準であり、上記サイクリックプレフィックスの選択は、
上記リンクのチャネルインパルス応答を取得するステップと、
上記チャネルインパルス応答から上記リンクについての上記干渉およびノイズに対する信号を推定するステップとを備える。

サイクリックプレフィックスは、信号対自己干渉に影響を及ぼす一方、他のパラメータを変化させることは、「大域的な」信号対雑音比に影響を及ぼす。サイクリックプレフィックスの選択は、自己干渉を回避するためになされるべきである。実施形態では、第１の通信品質基準に従って、信号はノイズおよび干渉よりも少なくとも１０ｄＢ強いべきである。さらなる実施形態では、上記信号はノイズおよび干渉よりも少なくとも２０ｄＢ強いべきである。

第２の局面において、本発明は、第１の局面のルート選択を実行するように構成されたネットワーク制御システムを提供する。制御システムは、単一のネットワークコントローラユニットとして提供されてもよく、または代替的に複数の制御ユニットに分散されてもよい。実施形態では、制御システムは、第１の局面の方法に従ってルート選択を実行するように構成されたネットワークコントローラユニットを備える。スタンドアロンの中央ネットワークコントローラが好ましいが、このようなコントローラは、ワイヤレスルータまたはゲートウェイノードなどのネットワークのノードに設けられてもよい。

さらなる局面において、本発明は、第１の局面の方法を実行するためのネットワーク制御システムを構成するのに適したコンピュータプログラム製品を提供する。

本発明の実施形態に係る通信ネットワークを示す図である。 本発明の実施形態に係る通信ネットワークを示す図である。 ルート選択の方法の実施形態を示す図である。 図２の方法のさらなる実施形態を示す図である。 図２の方法のさらなる実施形態を示す図である。 図２の方法のさらなる実施形態を示す図である。 図２、図３Ａ〜図３Ｃの実施形態のうちのいずれかに係るルート選択を実行するように構成されたネットワーク制御システムを示す図である。

実施形態の説明
図１Ａ〜図１Ｂは、複数の通信ノードまたは基地局１〜４を含むワイヤレス通信ネットワーク１０を示す図である。ネットワークコントローラ３０は、基地局１〜４に通信可能に接続されている。ネットワークコントローラ３０は、ネットワーク１０において通信ルートを選択するように、たとえば第１のノードまたは基地局１から第２のノードまたは基地局２への通信のためのルート（図１ＢにおけるＲ１〜Ｒ４）を選択するように構成される。選択されたルートは、第３の基地局３および第４の基地局４などの１つまたは複数の中継局を含んでもよい。したがって、このルート（たとえば、図１ＢにおけるＲ１）は、第１の局１から第２の局２までのダイレクトリンクＬ１２（図１Ａ）を含んでもよく、または、第１の基地局１から第２の基地局２への通信を第３の基地局３によって中継する場合には、第１の基地局１から第３の基地局３までのリンクＬ１３（たとえば、図１ＢにおけるルートＲ３）および第３の基地局３から第２の基地局２までのリンクＬ３２などの複数のリンクを含んでもよい。

ネットワークコントローラ３０は、第１の基地局１と第２の基地局２との間の通信のための考えられるルートを評価し、通信速度、すなわち低レイテンシまたは送信時間および通信品質に基づいてルートを選択するように構成される。ルート選択方法については、図２および図３Ａ〜図３Ｃを参照してさらに説明する。

リンクＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ３２，Ｌ４２についての情報を取得するために、ネットワークコントローラ３０は、リンクＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ３２，Ｌ４２のチャネルインパルス応答を測定するように基地局１〜４に指示するように適切に構成されてもよい。また、ネットワークコントローラ３０は、基地局１〜４の間のリンクＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ３２，Ｌ４２の通信品質についての測定値、たとえば信号対雑音比（ＳＮＲ（signal to noise ratio））を取得するように構成されてもよい。たとえば、基地局１〜４の各々は、テスト信号を他の基地局１〜４に送信するように指示され、これらの他の基地局は、テスト信号を受信して、取得された信号を通信リンクの評価のためにネットワークコントローラ３０に転送する。特に、ネットワークコントローラ３０は、通信ネットワーク１０のリンクＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ３２，Ｌ４２のチャネルインパルス応答を取得し、チャネルインパルス応答に基づいて各リンクについてサイクリックプレフィックスを選択するように構成される。テスト信号の送信は、リンクＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ３２，Ｌ４２の送信時間および／または伝搬時間を含む遅延を推定するのにも使用されてもよく、ネットワークコントローラ３０は、これらの推定を実行するように構成されてもよい。テスト信号の送信は、サイクリックプレフィックス長さのさまざまな設定、ならびに、ＦＦＴサイズ、符号化率および変調スキームなどの他の物理層パラメータのさまざまな設定を使用して実行されるべきである。

図２は、図１Ａ〜図１Ｂのネットワークコントローラ３０に適したルート選択の方法１００の実施形態を示す図である。図２のルート選択方法１００は、第１のノードまたは基地局１と第２のノードまたは基地局２との間の複数の考えられるルートを評価するステップ１１０から開始し、ルートＲ１〜Ｒ４のうちの１つを選択するステップ１６０で終了し、最低送信時間またはレイテンシを有するルートが選択される。レイテンシは、ここでは、通信がどれぐらい高速であるかを示すものと見なされ、ワイヤレス通信ネットワーク１０の標準サイズのメッセージの送信時間として推定可能である。

本発明によって提供される特徴は、物理層パラメータの設定を選択するステップ１２０であり、この選択するステップ１２０は、ルートのうちの１つを選択するステップ１６０を実行するためにルートＲ１〜Ｒ４を評価するステップ１１０の最中に、信頼性およびレイテンシの両方に鑑みて実行される。パラメータ設定を選択するステップ１２０は、各リンクＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ３２，Ｌ４２について実行され、評価されたパラメータ設定によって提供される通信品質に鑑みて実行される。

この方法は、パラメータ設定が通信品質基準（図２におけるサイクリックプレフィックスを選択するためのステップ１３０およびサイクリックプレフィックスとさらなるパラメータとの組み合わせを評価するためのステップ１４０のそれぞれにおける第１および第２の通信品質基準など）を満たすという前提で、最低レイテンシを有する各リンクのパラメータ設定を選択するステップ１５０を含む。送信時間は、リンクＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ３２，Ｌ４２のさまざまなパラメータ設定のうち、レイテンシを比較すべきであるときの、レイテンシの近似値として使用することができる。そのリンクについて最低送信時間を有するパラメータ設定は、最低レイテンシも有する。なぜなら、伝搬時間と処理時間とはさまざまな設定でほぼ同じであるからである。本発明では、レイテンシおよびどのパラメータ組み合わせが最低レイテンシを有するかを判断するために計算を使用することを提案し、これについては第１３頁の式１を参照されたい。計算によってレイテンシを推定することの代替例は、テスト信号またはテストメッセージを送信することによって各リンクのレイテンシを測定するというものである。

ルート選択方法１００は、ワイヤレス通信ネットワーク１０のセットアップ中に実行され、その後はネットワークの動作中に実行されてもよい。選択されたルートおよび対応するパラメータ設定は、好適には、ネットワークコントローラ３０によって、またはいくつかのユニットに分散され得る別のネットワーク制御システム（たとえば、図４における４０）によって提供されるルックアップテーブルに格納され得る。

リンクの伝搬時間、すなわち波が２つのノード間を進むのに必要な時間は、ノード間の距離、すなわち距離×「光の速さ」から推定することができる。多くの状況では、距離が比較的小さければ、伝搬時間は送信時間と比較して小さく、レイテンシを送信時間で近似することは十分に正確であろう。他の状況では、伝搬時間を無視することはできない。ワイヤレスネットワークにおいて固定ノードのセットアップ時に伝搬時間を計算することにより、リンクの伝搬時間を無視できるか否かについての情報が当業者に与えられる。

最低レイテンシを有するルートを選択するステップ１６０は、好ましくは、ルートＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の各リンクＬ１３，Ｌ１４，Ｌ３２，Ｌ４２，Ｌ３４のレイテンシとルートの中継ノード３，４の処理時間とを加算するステップを含む。

送信前の送信処理時間および送信後の受信処理時間などの、ノード１〜４、特に中継ノード３，４の処理時間は、ノードの技術仕様からネットワークのノードを選択する際に推定することができる。明確にするために、「送信処理時間」という語は、ここでは、送信時間の前の時間間隔を意味し、この送信時間は、さらには伝搬時間の前である。処理時間は、たとえば、ノードが製造／テストされて、ルート選択プロセスにおいて固定量として使用される際に測定することができる。一般に、処理時間は、ノードのインストール後は変化しない。代替的に、処理時間は、訓練手順を通じてオフラインで測定することができる。このような手順において、ノードは、パケットを送信して、コマンドの送信と無線通信を経由した実際の送信の開始との間の時間（送信処理時間）を測定するであろう。その後、この同一のノードは、パケットを受信して、実際の受信の開始と第１の復号されたビットがソフトウェアに送達された時との間の時間（受信処理）を測定するであろう。この処理時間量は、経時的に固定されるため、更新しなくてもよく、一度だけ測定することができる。

物理層のパラメータ設定を選択するステップ１２０は、考えられるルートＲ１〜Ｒ４の各々を評価するステップ１１０の際の第１のステップである。物理層のパラメータ設定を選択するステップ１２０は、サイクリックプレフィックスを選択するステップ１３０と、選択されたサイクリックプレフィックスと物理層のさらなるパラメータ設定との組み合わせを評価するステップ１４０と、さらなるパラメータの設定を選択するステップ１５０とを含む。

サイクリックプレフィックスを選択するステップ１３０は、自己干渉、特に符号間干渉を回避するためになされる。サイクリックプレフィックスは、通信にレイテンシを導入し、短いサイクリックプレフィックスが好ましい。サイクリックプレフィックスを選択するステップ１３０は、符号間干渉を最小化または回避するための基準などの、通信の品質基準に基づく。

サイクリックプレフィックスを選択するステップ１３０は、好適には、当該通信リンクのチャネルインパルス応答（ＣＩＲ（channel impulse response））に基づいており、このリンクのＣＩＲは、さまざまな方法で、たとえばリンク上でのテストシーケンスの送受信を含むシミュレーションを行うことによって、推定することができる。符号間干渉を制限するために自己干渉に対する信号の比（自己−ＳＩＮＲ（signal-to-self-interference ratio））の基準を使用することができ、たとえば信号と自己干渉との差は、１０ｄＢまたは２０ｄＢである。次いで、自己−ＳＩＮＲ比の基準よりも大きな干渉が回避されるように、取得されたＣＩＲに基づいてサイクリックプレフィックスが選択されるであろう。したがって、できる限り短い長さ、すなわち自己−ＳＩＮＲ比基準に鑑みてできる限り短い長さのサイクリックプレフィックスが識別される。

選択されたサイクリックプレフィックスと物理層のさらなるパラメータのさまざまな設定との組み合わせを評価するステップ１４０は、当該パラメータ設定を備え得る通信の信頼性を反映する品質基準に左右される。

物理層のさらなるパラメータを評価するステップ１４０は、結果として起こる通信の品質基準の推定に基づくべきであり、好ましくは最大パケット誤り率（ＰＥＲ（packet-error-rate））の基準が利用される。通信品質基準を満たすパラメータ組み合わせがさらに評価され、この評価は、さまざまなパラメータ組み合わせの間で送信時間またはレイテンシを比較することを含む。

ルート選択方法において選択される好ましいパラメータ、すなわち符号化率、変調スキームおよびＦＦＴサイズは、ワイヤレス通信方法の周知の特徴である。これらのパラメータの各々は、レイテンシまたは送信時間に影響を及ぼし、これらのパラメータを変化させることは、ＰＥＲなどの通信品質に影響を及ぼす。

符号化率は、たとえば１／２、２／３、３／４または５／６であってもよく、２／３の符号化率は、１／３が冗長データであり、１／３の対応するレイテンシが作成されることを意味する。

変調スキームは、たとえば変調次数２、４および１６にそれぞれ対応するＢＰＳＫ、ＱＰＳＫまたは１６ＱＡＭとして選択されることができ、ＢＰＳＫは二位相偏移変調を指し、ＱＰＳＫは四位相偏移変調であり、１６ＱＡＭは１６直角位相振幅変調である。

ＦＦＴサイズ（高速フーリエ変換）は、サイクリックプレフィックスを数に入れない、全てのＯＦＤＭ符号のサンプルの数であり、一般に３２、６４、１２８、２５６または５１２である。式１に見られるように、レイテンシに対するＦＦＴサイズの影響は、符号化率および変調スキームからの影響ほど直接的ではない。式１に見られるように、ＦＦＴサイズは、レイテンシに影響を及ぼすが、他の物理層パラメータ設定に依存する。また、ＦＦＴサイズは、一般に、信頼性に影響を及ぼさない。

総レイテンシは、たとえば通信ネットワークにおける標準サイズのメッセージの総送信時間として計算することができ、送信時間は、たとえばルートの各リンクの送信時間と各中継ノードの処理時間とを加算することによって各ルートについて提供されることができる。

プロセスは、好適なサイクリックプレフィックスを選択するための第１の品質基準を使用し、選択されたサイクリックプレフィックスとさらなるパラメータ、好ましくは符号化率、ＦＦＴサイズおよび／または変調スキームとを組み合わせるための第２の品質基準を使用し、第１および第２の品質基準を満たすそれらのパラメータ組み合わせについて、パラメータ組み合わせのレイテンシの比較に基づいて選択を行うものとして考えることができ、最低レイテンシまたは最短送信時間を有するパラメータ組み合わせがリンクのために選択される。

ルート選択方法１００のさらなる実施形態が図３Ａ〜図３Ｃに示されている。特に、図３Ａは、より詳細な実施形態においてサイクリックプレフィックスを選択するステップ１３０を示し、図３Ｂは、より詳細な実施形態において選択されたサイクリックプレフィックスとさらなるパラメータ設定との組み合わせを評価するステップ１４０を示す。

第１の通信品質基準に鑑みてサイクリックプレフィックスを選択するステップ１３０は、リンクのチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）を取得するステップ１３０Ａを備える。この目的のために、ネットワークコントローラ１０は、テスト信号を送信して、他の基地局１〜４から送信されたテスト信号をピックアップするように各基地局１〜４に指示するように構成されてもよい。このようなテスト信号シーケンスから、さまざまな長さのサイクリックプレフィックスについて自己干渉に対する信号の比（自己−ＳＩＮＲ）を導き出すことができ、その結果、自己−ＳＩＮＲの基準を満たすサイクリックプレフィックスを後に選択することができる。たとえば少なくとも１０ｄＢまたは好ましくは約２０ｄＢ以上の自己−ＳＩＮＲを提供するサイクリックプレフィックスをたとえば選択することができる。自己−ＳＩＮＲの基準は、自己誘導の符号間干渉を制限または回避するための好ましい通信品質基準である。図３Ａの実施形態は、自己−ＳＩＮＲを推定するステップと、自己−ＳＩＮＲをサイクリックプレフィックスの長さを選択するための基準として使用するステップとを含む。サイクリックプレフィックスを選択するステップ１３０は、通信品質基準としての自己−ＳＩＮＲの基準に基づいており、リンクの自己−ＳＩＮＲを推定するステップ１３０Ｂと、この自己−ＳＩＮＲに鑑みてサイクリックプレフィックスを選択するステップ１３０Ｃ、たとえば少なくとも１０ｄＢまたはおよそ２０ｄＢ以上の自己−ＳＩＮＲに対応するサイクリックプレフィックスを選択するステップとを含む。

第２の通信品質基準に鑑みて、選択されたサイクリックプレフィックスと物理層のさらなる１つまたは複数のパラメータとの組み合わせを評価するステップ１４０は、さまざまなパラメータ設定についてリンクのパケット誤り率（ＰＥＲ）を求めるステップ１４０Ｂを含む。さまざまなパラメータ設定についてＰＥＲを求める（１４０Ｂ）ために、さまざまなパラメータ設定のシミュレーションを行うことができる。代替的に、ＰＥＲを求めるステップ１４０Ｂは、リンクの信号対雑音比から行うことができる。どの物理層パラメータが評価されるかによって、ＰＥＲの推定または算出はＳＮＲから提供されることができ、たとえば高い変調次数は低い変調次数よりもＳＮＲに影響されやすく、その結果、高い変調次数では高いＰＥＲが得られる。また、ＰＥＲを求めるステップ１４０Ｂは、好適には、選択されたサイクリックプレフィックスに対応する以前に確立された自己−ＳＩＮＲにも基づいてもよい。リンクのＳＮＲは、事前情報、たとえば送信電力およびチャネル帯域幅を通じて取得され、ステップ１３０Ａにおいて取得されたＣＩＲからも取得される。

この方法はさらに、求められたＰＥＲを第２の通信品質基準として使用するステップを含む。したがって、選択されたサイクリックプレフィックスとさらなるパラメータとの組み合わせは、ＰＥＲの閾値に鑑みて評価される（１４０Ｃ）。この方法は、選択されたサイクリックプレフィックスと組み合わせてＰＥＲ閾値を満たさないパラメータ設定を廃棄するステップ１４２を続ける。この方法は、ＰＥＲ閾値基準を満たすサイクリックプレフィックスとさらなるパラメータ設定とのそれらの組み合わせのレイテンシを推定するステップ１４４を含む。パラメータ設定を選択するステップ１５０は、第２の品質基準、すなわちＰＥＲ閾値を満たし、かつ、最低レイテンシ／送信時間を有する組み合わせを選択するステップを含む。

送信時間を推定および／または比較するためのさまざまな方法を使用することができる。たとえば、ＯＦＤＭ通信ネットワークのレイテンシまたはパケット送信時間（Ｔ_ｐｋｔ）の計算については、Ｍ．ルビソット、Ｚ．パン、Ｄ．ズン、Ｍ．ジャンおよびＸ．ジアンによる「クリティカル・コントロール・アプリケーションのための高性能ワイヤレス送信の物理層設計」（ＩＥＥＥトランザクションズ・オン・インダストリアル・インフォマティクス 第１３巻 Ｎｏ．６ 第２８４４〜２８５４頁 ２０１７年１２月）に記載されている。

式中、
Ｎ_ＦＦＴは、ＦＦＴサイズ、すなわち各ＯＦＤＭ符号についての非ＣＰサンプルの数であり、効率的な実行のために一般に２の累乗、たとえば３２、６４または１２８であり、
Ｍは、変調次数であり、ＢＰＳＫではＭ＝２であり、ＱＰＳＫではＭ＝４であり、１６ＱＡＭではＭ＝１６であり、ｌｏｇ_２Ｍは、ＯＦＤＭにおけるサンプル当たりの実際のビット数であり、
Ｒ_ｃは、符号化率、すなわち（冗長ビットを含む）送信のためのビットの数と符号化されたビットの数との比率であり、たとえば１／２、２／３、３／４である。

本発明は、各リンクのレイテンシおよび信頼性を最適化するために、ＣＰの選択とともに、ＦＦＴサイズ（Ｎ_ＦＦＴ）、変調次数（Ｍ）および／または符号化率（Ｒ_ｃ）を、好ましくは３つ全てを変化させることを提案する。

その後、中継ノードの処理時間とともに、ルートの各リンクの送信時間を加算して、ルートの総レイテンシを提供してもよい。

図３Ｃは、推定最低レイテンシを有するルートを選択するステップ１６０の実施形態を示し、送信時間および処理時間を含むさまざまなルートのレイテンシを推定するステップ１６０Ａを含む。ルートを選択するステップ１６０は、各ルートの総ＰＥＲの閾値などの第３の通信品質基準に鑑みて実行されてもよい。図３Ｃのルートを選択するステップ１６０は、ＰＥＲなどのルート通信品質を推定するステップ１６０Ｂと、このルートのＰＥＲ閾値などの第３の通信品質基準を満たさないルート設定を廃棄するステップ１６０Ｃと、第３の通信品質基準を満たすルートの中で最低レイテンシを有するルートを選択するステップ１６０Ｅとを含む。最低レイテンシを有するルートを選択するステップ１６０は、推定されたルートレイテンシに基づいてルートをランク付けするステップ１６０Ｄ、特に第３の通信品質基準、すなわちルートＰＥＲ閾値を満たすルートをランク付けするステップも含んでもよい。

ルート選択の方法１００は、ネットワークコントローラ３０ユニットなどの制御システムによって実行されてもよく、ネットワーク１０の２つもしくはそれ以上のノードもしくは基地局１〜４に分散された制御システムによって実行されてもよく、またはインターネットなどを介してワイヤレス通信ネットワーク１０に通信可能に接続された通信システムにおける別個に配置された制御システムによって実行されてもよい。このような制御システム４０の一例が図４に示されている。制御システム４０は、ルート選択方法１００の機能を提供する処理およびメモリ手段を含むコンピュータベースのシステムであり、ワイヤレス通信ネットワーク１０のノード１〜４との通信のための通信部４１を含む。制御システム４０は、
第１の通信品質基準に鑑みてＣＰを選択するステップ１３０を実行するためのＣＰ選択部４２と、
選択されたＣＰを物理層のさらなるパラメータを用いて評価する（１４０）ためのパラメータ評価部４３と、
推定最低レイテンシを提供し、かつ、第２の通信品質基準も満たすパラメータ設定を選択する（１５０）ためのリンク設定選択部４４と、
最低レイテンシを提供し、好ましくは第３の通信品質基準を満たすルートを選択する（１６０）ためのルート選択部４５とで構成される。

制御システム４０は、ネットワークコントローラ３０などの単一のユニットで実現されてもよい。図４は、コンピュータプログラムを格納するためのＣＤの形態のコンピュータプログラム製品５０も示している。ネットワークコントローラ３０または制御システム４０などの１つまたは複数のコンピュータで実行されたときに、コンピュータ（たとえば、コントローラ３０または制御システム４０）に、好ましくは特定の実施形態のうちの１つまたは複数の実施形態を含む記載されているルート選択方法１００を実行させるこのようなコンピュータプログラムが提供される。

ワイヤレス通信システムにおけるルート選択の方法１００およびこの方法を実行するように構成された制御システム４０が実施形態に記載されている。この方法は、第１のノード１と第２のノード２との間のルートを選択するステップを含み、
複数の考えられるルートＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を評価するステップ１１０を備え、少なくとも１つのルートＲ２，Ｒ３，Ｒ４は、第１のノードと第２のノードとの間に第３のノード３，４を含み、上記方法はさらに、
考えられるルートの中で最低レイテンシを有するルートを選択するステップ１６０を備える。

特に、方法１００は、
考えられるルートの各リンクについてパラメータ設定を選択するステップ１２０を含み、上記選択するステップ１２０は、
サイクリックプレフィックスの長さを選択するステップ１３０と、
選択されたサイクリックプレフィックスと物理層の少なくとも１つのさらなるパラメータのさまざまな設定との組み合わせを評価するステップ１４０と、
推定最低レイテンシを有し、かつ、少なくとも１つの通信品質基準を満たすパラメータ設定を選択するステップ１５０とを備える。

本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で変更されてもよい。

Claims (11)

1. ワイヤレス通信システムにおけるルート選択の方法（１００）であって、前記ワイヤレス通信システムは、サイクリックプレフィックスと少なくとも１つのさらなるパラメータとを含む物理層を備え、第１のノード（１）と第２のノード（２）との間のワイヤレス通信のためのルートが選択され、前記方法（１００）は、
   前記第１のノード（１）から前記第２のノード（２）までの複数の考えられるルート（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）を評価するステップ（１１０）を備え、前記考えられるルート（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）のうちの少なくとも１つのルート（Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）は、前記第１のノードと前記第２のノードとの間に第３のノード（３，４）を含み、前記少なくとも１つのルートは、少なくとも２つのリンク（Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ３２，Ｌ４２，Ｌ３４）を含み、前記方法（１００）はさらに、
   前記考えられるルートの中で最低レイテンシを有する前記ルートを選択するステップ（１６０）を備え、
   前記考えられるルート（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）の各リンク（Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ３２，Ｌ４２，Ｌ３４）についてパラメータ設定を選択するステップ（１２０）を特徴とし、前記各リンクについてパラメータ設定を選択するステップ（１２０）は、前記サイクリックプレフィックスの長さおよび前記物理層の前記少なくとも１つのさらなるパラメータの設定を選択するステップを含み、前記各リンクについてパラメータ設定を選択するステップ（１２０）はさらに、
   第１の通信品質基準に鑑みて前記サイクリックプレフィックスの前記長さを選択するステップ（１３０）と、
   第２の通信品質基準に鑑みて、前記サイクリックプレフィックスの前記選択された長さと前記物理層の前記少なくとも１つのさらなるパラメータのさまざまな設定との組み合わせを評価するステップ（１４０）とを備え、前記評価するステップ（１４０）は、前記第２の通信品質基準を満たす、前記サイクリックプレフィックスの前記選択された長さと前記少なくとも１つのさらなるパラメータの設定との組み合わせについて前記レイテンシを推定するステップ（１４４）を含み、前記各リンクについてパラメータ設定を選択するステップ（１２０）はさらに、
   推定最低レイテンシを有し、かつ、前記第２の通信品質基準を満たす前記パラメータ設定を選択するステップ（１５０）を備え、
   前記最低レイテンシを有する前記ルートを選択するステップ（１６０）は、各ルート（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）について前記レイテンシを推定するステップ（１６０Ａ）を含み、前記各ルート（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）について前記レイテンシを推定するステップ（１６０Ａ）は、前記ルート（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）の各リンク（Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ３２，Ｌ４２，Ｌ３４）の前記レイテンシを加算し、前記第１のノード（１）と前記第２のノード（２）との間に第３のノード（３，４）を有する各ルート（Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）について、前記ルートの前記第３のノード（３，４）の処理時間を加算するステップとを含む、方法（１００）。
2. 前記第２の通信品質基準は、前記リンク（Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ３２，Ｌ４２，Ｌ３４）のパケット誤り率の閾値レベルである、請求項１に記載の方法（１００）。
3. 前記少なくとも１つのさらなるパラメータは、符号化率、変調スキームおよびＦＦＴサイズのうちのいずれかを備える、請求項１または２に記載の方法（１００）。
4. 前記少なくとも１つのさらなるパラメータは、符号化率、変調スキームおよびＦＦＴサイズのうちの２つを備える、請求項３に記載の方法（１００）。
5. 前記少なくとも１つのさらなるパラメータは、符号化率、変調スキームおよびＦＦＴサイズを備える、請求項４に記載の方法（１００）。
6. 前記第１の通信品質基準は、前記リンクについての干渉およびノイズに対する信号の基準であり、前記サイクリックプレフィックスの選択は、
   前記リンクのチャネルインパルス応答を取得するステップと、
   前記チャネルインパルス応答から前記リンクについての前記干渉およびノイズに対する信号を推定するステップとを備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法（１００）。
7. 前記干渉およびノイズに対する信号の基準は、前記信号がノイズおよび干渉よりも少なくとも１０ｄＢ強いことを備える、請求項６に記載の方法（１００）。
8. 前記干渉およびノイズに対する信号の基準は、前記信号がノイズおよび干渉よりも少なくとも２０ｄＢ強いことを備える、請求項７に記載の方法（１００）。
9. ワイヤレス通信システムのための制御システム（４０）であって、前記ワイヤレス通信システムにおいて通信ルートを選択するための手段を備え、前記制御システム（４０）は、請求項１〜８のいずれか１項に記載のルート選択の方法（１００）を実行するように構成される、制御システム（４０）。
10. 前記ルート選択の方法（１００）を実行するように構成されたネットワークコントローラ（３０）ユニットを備える、請求項９に記載の制御システム（４０）。
11. ワイヤレス通信システムを制御するためのコンピュータプログラムを備えるコンピュータプログラム製品（５０）であって、前記コンピュータプログラムは、算出手段と通信手段とを含むネットワーク制御システム（４０）上で実行されると、前記制御システム（４０）に請求項１〜８のいずれか１項に記載のルート選択の方法（１００）を実行させる、コンピュータプログラム製品（５０）。

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