JP3883075B2 - モバイルアドホックネットワークにおけるファジー論理を利用した予測的ルーティング - Google Patents

Description

本発明は、モバイルアドホックネットワークに関し、特に、モバイルアドホックネットワークにおいてファジー論理を利用してルートを予測する方法およびネットワークに関する。

近年、ワイヤレスネットワークが発達している。特に発達が著しい分野は、アドホックネットワークである。モバイルアドホックネットワークは、物理的には、多数の地理的に分散した潜在的にモバイルノードが、一またはそれ以上のラジオ周波数によって無線接続されているものである。セルラーネットワークやサテライトネットワーク等の他のネットワークと比較して、モバイルアドホックネットワークの最も顕著な特徴は、固定的なインフラストラクチャーを持たないことである。ネットワークはモバイルノードのみで構成され、他のノードに送信したり他のノードから受信したりするときに、ネットワークが構成される。ネットワークは特定のノードに依存しない。ノードが加わったり抜けたりしても、ネットワークはダイナミックに調整される。

戦場や、地震・ハリケーンなどの自然災害の現場など、固定的な通信インフラストラクチャの信頼性が低いとき、あるいは無いとき、アドホックネットワークは迅速に展開でき、必要とされる通信を提供することができる。モバイルアドホックネットワークは、主に軍事目的に開発されているが、民生分野や商業分野においても新たに利用されつつある。アドホックネットワークによれば、屋外や教室において、いかなるネットワークのインフラストラクチャも用いないで、コンピュータやＰＤＡのスイッチを入れるだけでネットワークを構成し、データをやり取りすることができる。

無線通信が日常的に使われるようになり、モバイルアドホックネットワークの新しいアプリケーションが現れ、通信体系の重要な一部となるであろう。モバイルアドホックネットワークは設計者にとっては、厳しい挑戦課題である。インフラストラクチャーが無いので、各ノードは、移動やネットワークへの加入・脱退に応じて、自己組織化および再構成しなければならない。すべてのノードは機能的に同一であり、ネットワーク内に階層構造や中心的コントローラは存在しない。ネットワークを制御する多くの機能はノードに分散されている。ノードはバッテリー駆動である場合が多く、通信能力や計算能力は限定されている。システムの帯域幅も普通は限定されている。ノード間の距離はラジオ送信の範囲を越えることも頻繁にあり、送信データは目的のノードに届くまでに、他のノードによって中継されることとなる。そのため、ネットワークのトポロジーはマルチホップトポロジーとなり、ノードが移動するにつれこのトポロジーも変化する。

ＩＥＴＦ（インターネットエンジニアリングタスクフォース）のＭＡＮＥＴ（モバイルアドホックネットワーク）ワーキンググループは、マルチキャストを含むルーティングプロトコルを活発に推定、標準化している。ノードが移動するにつれてネットワークのトポロジーが変化するので、情報は陳腐化することとなる。時間、空間両面において、異なるノードはネットワークを異なった見方で見ることとなる。例えば、ある情報は、あるノードでは古くて使えないものであるが、別のノードでは古くない場合がある。また、ノードは自分から遠くない近傍のネットワークトポロジーのみを把握しているかも知れない。

ルーティングプロトコルは頻繁に起こるトポロジーの変化と不正確な情報に対応しなければならない。このような独特な要請のため、アドホックネットワークにおけるルーティングは他のネットワークと比較して大きく異なる。ネットワーク全体について新しい情報を集めることは、しばしばコストがかかり現実的ではない。多くのルーティングプロトコルはリアクティブ（オンデマンド）プロトコルである。すなわち、必要な場合に、ルーティングする必要がある送信先へのルーティング情報のみを収集し、ある時間が経過すると使用しないルートは維持しない。このようにして、すべての送信先へのルートを常時維持するプロアクティブプロトコルと比較して、ルーティングのオーバーヘッドを大きく削減することができる。プロトコルに適応性があることが重要である。アドホック・オンデマンドディスタンスベクトル（ＡＯＤＶ）、ダイナミックソースルーティング（ＤＳＲ）、およびテンポラリオーダード・ルーティングアルゴリズム（ＴＯＲＡ）は、ＭＡＮＥＴワーキンググループにおいて提示されたオンデマンドルーティングプロトコルの代表的なものである。

その他のルーティングプロトコルとしては、デスティネーションシーケンスド・ディスタンスベクトル（ＤＳＤＶ）（特許文献１参照）、ゾーンルーティングプロトコル（ＺＲＰ）（特許文献２参照）等がある。ゾーンルーティングプロトコルは、ソースノードからの距離に基づいてプロアクティブなアプローチとリアクティブなアプローチを両方とも使用するハイブリッドプロトコルである。
米国特許公報第５，４１２，６５４号 米国特許公報第６，３０４，５５６号

これらの従来からあるルーティングプロトコルは、ベストエフォートアプローチによりソースノードからデスティネーションノードへのルートを選択する。典型的には、ホップの回数がベストエフォートアプローチにおける主な基準（計量）である。換言すると、ホップ回数が最も少ないルートが送信ルートとして選択される。

ネットワークが関係するアプリケーションは時間的制限が厳しく、オンデマンドによるルート探索アプローチに要する時間遅れを許容できないものであるかも知れない。ネットワークのノード数が多過ぎたり、ソースノードが十分頻繁にネットワークトポロジーを更新するには消費電力の制限が強すぎるかも知れない。このため、プロアクティブなＭＡＮＥＴルーティングアプローチは取ることができない。したがって、リアクティブ（オンデマンド）ルーティングプロトコルが、唯一使用し得る従来のルーティングプロトコルであるため、設計者はリアクティブルーティングプロトコルを採用する。しかし、ルート探索に許容されている時間は非常にきびしいので、オンデマンドで探索されたルートは、探索できた時点ではすでに使えないかも知れない。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、モバイルアドホックネットワークにおいてルートを予測して探索することを目的とする。

本発明による上記およびその他の目的、特徴、長所は、モバイルアドホックネットワークにおいてルートの探索と維持を管理するネットワークおよび方法により提供される。前記モバイルアドホックネットワークは、複数のワイヤレスモバイルノードと、前記ノードを接続する複数のワイヤレス通信リンクとを含む。前記方法は、ファジー論理を利用してネットワークにおいて未来において必要となるルートを予測することを含む。部分ルートと完全ルートが予測された未来において必要となるルートに沿って探索され、ルーと探索プロセスがネットワークの部分ノードと完全ノードを記憶するルートテーブルが各モバイルノードで作成され更新される。

ネットワークの物理的特性および動作的特性の少なくとも一方を含むネットワークの記述的情報は、記憶され、サンプリングされ、更新される。ファジー論理の使用は、ファジーｉｆ−ｔｈｅｎルールに基づく知識の使用を含み、未来において必要となるルートの予測は、Ｈｏｌｔ−Ｗｉｎｔｅｒｓフォーキャストの実行のような統計的数値的フォーキャスティングを含んでもよい。

添付した図面を参照しながら、本発明をより詳しく説明する。図面には好ましい実施の形態が示されている。しかし、本発明は他の多くの形態で実施することができ、ここに説明する実施の形態に限定して解釈するべきではない。むしろ、これらの実施の形態により本発明の開示を完全なものにし、本発明の技術的範囲を当業者に十分に伝えるためのものである。

本発明は方法、データ処理システム、およびコンピュータプログラム命令として実施できることが、当業者には分かるであろう。したがって、本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアが結合した形態を取ることができる。さらに、本発明は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶されたコンピュータプログラム命令でもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、例えば、スタティックＲＡＭ、ダイナミックＲＡＭ、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、その他の磁気記憶装置、その他の光記憶装置である。

本発明の実施形態による方法、システム、およびコンピュータプログラム命令を示したフローチャートを参照して、本発明を説明する。図に示したブロックやその組み合わせは、コンピュータプログラム命令として実現できることが分かる。このプログラムは、汎用コンピュータ、特殊用途コンピュータ、その他プログラマブルデータ処理装置のプロセッサに供給し、そのブロックやブロックの組み合わせで特定される機能をこのプロセッサに実現させることができる。

コンピュータプログラム命令は、コンピュータ読み取り可能なメモリに記憶されたコンピュータプログラム命令が、フローチャートのブロックやブロックの組み合わせで特定される機能を実現する命令を含む物品になるように、コンピュータその他プログラマブルデータ処理装置に機能させることができるコンピュータ読み取り可能なメモリに記憶させることもできる。コンピュータプログラム命令は、コンピュータまたはその他プログラマブルデータ処理装置により実行される一連の動作ステップにコンピュータまたはたのプログラマブル装置に実装されたプロセスを生成させるために、そのコンピュータまたはその他プログラマブルデータ処理装置にロードされる。コンピュータまたは他のプログラマブル装置上で実行される命令が、フローチャートのブロックで特定される機能を実装するためのステップを供給する。

本発明においては、モバイルアドホックネットワークにおけるテンポラル・トランジション・ネットワーク・プロトコル（ＴＴＮＰ）を使用してもよく、テンポラル・トランジショニング・プロセスおよびイベントにより、ルート探索とそれに付随するプロセスを効率的に管理・制御できる。このことは、本出願人が２００２年４月２９日に出願した米国特許出願Ｎｏ． １０／１３４，８５６に記載されている。さらに、本発明においては、インテリジェント・コミュニケーションノードオブジェクト・ビーコン・フレームワーク（ＩＣＢＦ）を使用してもよく、存在する通信ノードオブジェクトによるインテリジェントな適応通知および／またはビーコンを送信している他のノードオブジェクトまたはノードオブジェクトのネットワークによる対応する探索（近傍探索）を実現することができる。このことは、本出願人が２００２年９月４日に出願した米国特許出願Ｎｏ． １０／２３５，２４２に記載されている。

予測的ルーティング、またはプサイアクティブルーティング（ΨＲｔ）は、ルートの探索および維持において、現在必要ないが未来において追加のルートを確立し維持する必要性をネットワークが検知し予測するものである。基本的には、ΨＲｔは、複数のネットワーク層から未来において必要とされるルートとそれに付随するルート維持動作を高い信頼性で予測するのに必要な情報を取り出す。プサイアクティブルーティング（ΨＲｔ）の各コンポーネントについて、そのアーキテクチャについて説明し、コンポーネントの主要な能力・機能の簡潔なアルゴリズムについて適宜説明し、他のΨＲｔコンポーネントやハイブリッドアドホックネットワークなどのより大きなネットワークアーキテクチャとの外部インターフェイスについて説明し、ΨＲｔコンポーネントにより使用されるネットワークステートプロファイルについて説明し、コンポーネントにより使用されるΨＲｔ専用プロトコルおよび汎用プロトコルについて説明する。

ΨＲｔはアドホックネットワークルーティングの一種であり、現在のルーティングシナリオを取り扱うプロアクティブな方法またはリアクティブ（オンデマンド）な方法を予測するために使用する。その予測は、低速から高速までネットワークダイナミクスの全域に適時に対応するように、アドホックネットワークルーティングの能力を大幅に向上させるために、ネットワーク（またはその一部）の未来における状態を予測する予測技術を使用する。ΨＲｔのコンテクストにおいては、「フォーキャスト」とは中間段階の予測ステップであり、「予測」とは最終結果にいたるまでのすべてのステップの結果である。ΨＲｔは、階層的であるかフラットであるかに係らず、いかなるネットワークアーキテクチャにおいても正しく動作する。ΨＲｔはそれ自身で正しく動作するのみならず、テンポラル・トランジション・ネットワーク・プロトコル（ＴＴＮＰ）やゾーン・ルーティング・プロトコル（ＺＲＰ） のようなハイブリッドなルーティング組織においても正しく動作する。ΨＲｔは環境に適応可能である。

アドホックネットワークルーティングに対する現状の考え方に反して、プロアクティブな方法もリアクティブな方法も、数多くの重要なアプリケーションにおいて支配的な問題ともなるネットワークルーティング（ルート探索、ルート維持、ルート障害、およびトポロジー探索を含む）がかかえる多様な問題を適切に解決することはできない。プロアクティブな方法もリアクティブな方法も、現在のルーティングシナリオを解決できるだけであり、それでもネットワークトポロジーのダイナミクスを緩和するだけである。その割合は、ネットワーク内のノード数と、通信リンクのバンド幅と、ソース・デスティネーションのペアの数と、リンクの品質とに係る。

図１は、モバイルノード１２が構成するネットワーク１００のスナップショットであり、ノードを接続するワイヤレスリンク１４を示す。このネットワークが関連するアプリケーションには時間的制約があり、オンデマンドルート探索アプローチによる時間遅れは許容できない。このネットワークには多数のノードがあり、消費電力の制限もあるため、ソースノードＳｎは、ネットワークトポロジーを頻繁に更新することができない。したがって、プロアクティブなＭＡＮＥＴルーティングアプローチはとることができない。ネットワークの設計者は、リアクティブ（オンデマンド）ルーティング方法が従来の基本的ルーティング方法のうち唯一の取りうる方法であるとして、リアクティブ（オンデマンド）方法を使用するであろう。

ある時点において、ソースノードＳｎはデスティネーションノードＤｎに情報を送るよう要求される。ソースノードＳｎは、情報を送るルートがルートキャッシュに無いので、リアクティブルート探索プロセスを起動し、ルート１（Ｒ１）とルート２（Ｒ２）とを見つける。しかし、ルートを探索するのに許容される時間は厳しく制限されているので、発見したルート１とルート２とはすでに使用できない。このルーティング上の問題は、プサイアクティブルーティングΨＲｔを使用することにより解決することができる。ΨＲｔは、ルートが必要とされる前に、ルートやルートセグメント（すなわち、ノードＹ１およびＹ２、およびそれらの間のリンク）を形成することができる。この新しいルーティング方法は、一般的特性として、ルートがいつどこまで必要か予測するためアプリケーション情報を使用し、ルートの構成と強さを向上するため動的に予測したリンク／ノード／パスを使用し、ルートまたは部分ルート（ルートセグメント）であって実際に必要とされるときに安定しているであろうもの（実際に必要とされる前にソースノードＳｎのルートテーブル（キャッシュ）に格納される）を事前に構成し、潜在的に少ないオーバーヘッドでリアルタイムの応答能力（スーパーリアルタイム応答）を向上し、ΨＲｔを従来からあるルーティングアルゴリズムと組み合わせて使用する。基本的な技術的アプローチは、３つの相互に関連した部分に分けられる。アプリケーションが必要とする時点で安定なルートを予測する部分と、適切なときにこれらのルートを活性化する部分と、およびこれらのルートが必要となるまで所定時間の間ルートを維持する部分とである。

図２および図３を参照して、モバイルアドホックネットワーク１０を動作させる方法、すなわち、ソースノードからデスティネーションノードへのルートを探索する方法を次に説明する。ネットワーク１０は、ソースノードＳ、デスティネーションノードＤ、およびそれらの間の中間ノードを含む複数のモバイルノードを含む。当業者には分かるように、ノード１２は、例えばノートブックコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話等であり、ワイヤレス通信リンク１４により接続されている。

一実施形態による方法によると（図３のブロック８０で始まる）、ネットワーク１０において未来において必要とされるルートを予測する。ここでルートとは、ソースＳからデスティネーションＤまでの、一組のワイヤレス通信リンク１４とモバイルノード１２よりなる。未来において必要となるルートを予測することは、複数のモバイルノードのうち少なくとも２つの間の未来における通信を予測することを含んでもよく、その予測はファジー論理に基づくものでもよい。必要性は典型的には現在および過去のトラフィックデータ等に基づく。未来におけるネットワークのダイナミクスおよび／またはトポロジーを予測する（ブロック８２）。そして、部分ルートと完全ルートとを含むルートを、予測された未来におけるネットワークのダイナミクスおよび／またはトポロジーに基づき、ネットワーク内の予測された未来において必要となるルートに沿って探索する（ブロック８４）。また、当該方法において、ブロック８８で終了する前に、未来において使用するために、予測したルートをルートキャッシュまたはルートテーブルに記憶する（ブロック８６）。また、当該方法は、予測された未来において必要とされるルートに沿うリンク１４およびノード１２（リンクとノードの安定性情報を予測し、他のノードに送信する各ノードを含む（ブロック８３））の未来における安定性を予測することを含んでも良い。

当該方法において、未来におけるネットワークダイナミクスを予測するに際し、現在のネットワークダイナミクスを監視してもよいし、ルートを探索するに際し、プロキシソースノードからプロキシデスティネーションノードまでのルートを探索してもよい。プロキシソースノードとプロキシデスティネーションノードは、好ましくは、予測された未来において必要とされるルートに沿ったリンク１４およびノード１２の未来における安定性に基づき選択される。典型的には、ソースノードＳがプロキシソースノードに要求を送信し、プロキシソースノードからプロキシデスティネーションノードへの部分ルートを確立する。

リンクとノードの安定性情報は、ルート要求への応答として他のノード１２に送信されてもよい。そして、未来において必要となるルートは、ミッションプラン、スケジュール、計画したトラフィックパターン、およびネットワークマネージメントデータのうち、少なくとも一つに基づき、予測される。さらに、以下に詳しく説明するように、未来におけるネットワークダイナミクスの予測は（ブロック８２）、好ましくは、未来におけるルート障害の予測および／または未来におけるルート維持の予測を含む。

さらに具体的には、ルート障害の予測は、各ルートのリンク障害計量およびノード障害計量を含むルート障害計量の生成を含んでもよい。ルート障害計量の生成は、ノードの移動性および／または電波伝搬特性の推定を含んでもよい。ルート障害計量は、ネットワーク内の他のノードにブロードキャストしてもよい。ルート障害の予測は、ルート障害計量に基づきソースからデスティネーションまでのルートの平均障害時間（ＭＴＦ）を決める事を含んでもよい。

予測的なルート維持は代替ルートの探索を含んでもよく、代替ルートの探索は、障害が発生すると予測されるルートを代替する代替ルートの未来における実現性を予測し、ルート障害を減らすためリンクの送信出力を上げ、ルート障害を減らすためリンクに追加的経路を割り当て、障害が発生すると予測されたルートを代替するためにルートテーブル／キャッシュに代替ルートを記憶したかを判定することにより行われる。

ΨＲｔは多数のネットワークパラメータを有しているので、ターゲットであるデータの適切なサンプリングおよび適時の処理を予測することができる。例えば、パラメータ予測カテゴリーとしては、ノードおよびリンクダイナミクスがある。より多くの安定なリンクとノードを経由するより長いルートと、より少ない不安定なリンクとノードを経由するより短いルートには、トレードオフの関係がある。このことは、パイロットが近道をして雷雨の真ん中を突っ切り、結局目的地に到達できない危険をおかすよりも、激しい雷雨を避けて長い道のりを安全に飛行して目的地に到達することと似ている。

ノードおよびリンクダイナミクスの予測は、リアクティブルーティングアプローチ、プロアクティブルーティングアプローチ、ハイブリッドルーティングアプローチ、階層的ルーティングアプローチ、および構造的フラットルーティングアプローチにも使用することができる。階層的リアクティブルーティング（ＨＲＲ）等の構造的ネットワークにおいて使用すると、予測されたノードおよびリンクダイナミクスはクラスター形成を最適化できる。図１と図２を参照して説明したとおり、ΨＲｔはルートの一部が不安定である部分ルート（ルートセグメント）を予測し、頻繁にルート変更をするか、もしくは不安定な部分を避ける。一方、ルート内の他のルートセグメントは未来において必要なときに使用できるくらい安定であると予測される。

これらの予測は、例えば最適リンクステートルーティング（ＯＬＳＲ）などのプロアクティブプロトコルにおいて、アドホックルーティングプロトコルのために必要とされるルーティング情報の更新を最適化するのに使用でき、予測されたリンクおよびノードダイナミクスに基づき、各ノードがルーティング情報をブロードキャストする期間を適応的に制御する。これによりネットワーク内のオーバーヘッド情報をかなり削減することができ、非オーバーヘッド情報により多くのネットワークのバンド幅を使用することができる。同様に、ハイブリッドネットワーク（例えばＴＴＮＰ）や階層的ネットワーク（例えばＨＲＲ）においても、ルーティング情報のブロードキャストを最適化することができる。予測したリンクおよびノードダイナミクスは、マルチパスルーティングにおいても使用することができる。マルチパスルーティングにおいて、これらの予測により必要なパスの数と、バックアップルートの選定と、およびネットワークタイムコーディングのためのコーディングオーバーヘッドとを決定することができる。

具体的には、このトラフィックの予測は、トラフィック付加、トラフィックソース、トラフィックシンクを含む。例えば、ミッションプランは、あるノードがいつ情報を交換する必要があるかを示している。もし、ΨＲｔがＡＯＤＶなどのリアクティブプロトコルを使用すれば、ＡＯＤＶはルートが実際に必要とされる前にルート探索を行うであろう。これによりＡＯＤＶは、よりプロアクティブルーティング方法らしく振舞うようになる。もし、ΨＲｔにＯＬＳＲ等のプロアクティブなプロトコルが使用されれば、ネットワークまたはその一部のトポロジー更新期間は、ネットワークの予測されたルーティングの必要性により調整することができる。ΨＲｔの予測能力を利用した全ネットワークまたはその一部のネットワークトポロジー更新期間を調整する能力については以下に説明する。

ΨＲｔネットワークを構成する多様な実態について説明する。それらは図１およびず３に示してある。リンク１４はΨＲｔネットワークにおいて最も基本的な接続であり、いずれか２つのノード１２の間の物理的リンクである。ノード１２はリンク１４の端点である。ノード１２を記述する情報は、ＩＤ（例えば、ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス）および、もしあれば位置情報を含む。ルートセグメントＲＳは、グループ化された一組のリンクとノードであり、潜在的には１つ以上のルートにおいて再使用可能な実態を形成する。これらのリンクは空間的に連続的なものである必要はなく、ノードはルートセグメントＲＳ内の少なくとも１つの他のノードに隣接（１ホップ以内で）している必要もない。例えば、図１において、セグメント１のリンクは連続的であるが、セグメント１のノードはすべてがルートセグメントＲＳ内の少なくとも１つの他のノードから１ホップ以内であるわけではない。セグメントリンクセット（ＳＬＳ）は、ルートセグメントＲＳからノードを引いたものである。セグメントノードセット（ＳＮＳ）は、ルートセグメントＲＳからリンクを引いたものである。ルートは、結合するとソースＳからデスティネーションＤへの連続的なパスを形成する、１組のルートセグメントである。ルートリンクセット（ＲＬＳ）は、ルートからノードを引いたものである。ルートノードセット（ＲＮＳ）は、ルートからリンクを引いたものである。プロキシソースノード（ｐＳｎ）は、ルート内の中間ノードであって、ルートセグメントの始点となるノードである。この定義から、実際のソースノードＳｎはプロキシソースノードｐＳｎにはなりえず、逆にプロキシソースノードｐＳｎはソースノードＳｎにはならない。プロキシソースノードｐＳｎは、所定の状況においてソースノードＳｎを代替する機能を有することから名づけられたものである。プロキシデスティネーションノード（ｐＤｎ）は、ルート内の中間ノードであって、ルートのルートセグメントＲＳの終点となるものである。この定義から、実際のデスティネーションノードＤｎはプロキシデスティネーションノードｐＤｎにはなりえず、逆にプロキシデスティネーションノードｐＤｎはデスティネーションノードＤｎにはならない。プロキシデスティネーションノードｐＤｎは、所定の状況において、デスティネーションノードＤｎを代替する機能を有することから名づけられたものである。ソースデスティネーションサブセット（ＳＤＳ）は、指定されたソースノードＳｎから到達可能なデスティネーションノードＤｎの許容されたサブセットである。ネットワーク全体が上限となる。特殊な場合として、フォーマルサブネットがある。

ルートセグメントＲＳが生成されると、以下の情報を含むルートセグメントプロファイルも生成される。このセグメントのセグメントリンクサブセット（ＳＬＳ）を整列したセグメントリンクセットプロファイル（ＳＬＳＰ）。この整列順序は整列パラメータと同様に、時間と共に変化してもよい。このセグメントのセグメントノードサブセット（ＳＮＳ）を整列したセグメントノードセットプロファイル（ＳＮＳＰ）。この整列順序は整列パラメータと同様に、時間と共に変化してもよい。ルートセグメントが時間の経過と共に変化する仕方を追跡しフォーキャストする集積されたノードおよびリンクステータス／ステート情報と結びついた、数学的関数（決定論的、統計的、ファジー）や帰納的なルールの集合のようないかなるタイプのディスクリプターでもよい時間依存セグメント安定性プロファイル（ＴＳＳＰ）。例えば、最も簡単なディスクリプターの１つは、ルートセグメントのリンクの品質とノードのダイナミクスにより特徴づけられた１次関数である。このディスクリプターと関連している各リンクとノードは、同じ安定性プロファイル関数を有するが、異なる悪化率と回復率を表す異なる傾きを有する。リンクとノードの入手容易性（アベイラビリティ）データは、このセグメントのリンクとノードについて様々な時に収集され、ディスクリプターにより処理される。これは、非常に不安定なセグメントから準永久的に安定なセグメントまで、いかなるタイプの安定性を有するルートセグメントを表現するのに、非常に効果的な概念的メカニズムである。

ルートが生成されると、以下の情報を含むルートプロファイルも生成される。ルートセグメントＲＳのリンクの集合をつくる、順序づけされたルートセグメントＲＳの集合を含むルートセグメントセットプロファイル（ＲＳＳＰ）。順序パラメータと同じく、この順序も時間とともに変化しうる。どのルートセグメントがルートに接続／切断されるかに関して、ルートが時間の経過と共に変化する仕方を追跡しフォーキャストする、数学的関数（決定論的、統計的、ファジー）や帰納的なルールの集合のようないかなるタイプのディスクリプターでもよい時間依存ルート安定性プロファイル（ＴＲＳＰ）。例えば、最も単純なデスクリプターの１つは、ルートセグメントのリンクの品質とノードのダイナミクスにより特徴づけられる１次関数である。このディスクリプターと関連づけられた各セグメントは、同じ安定性プロファイルファンクションを有するが、異なる悪化率と異なる回復率を表す傾きは異なる。ルート内のセグメントについて様々な時にセグメントアベイラビリティデータとセグメント間相互作用データが収集され、ディスクリプターにより処理される。時間依存ルート安定性プロファイル（ＴＲＳＰ）は、すべてのルートセグメントに関してルートの安定性を表現する非常に効果的な概念的メカニズムである。ＴＲＳＰは、個別のリンクやノードの調査が表すよりも高次の安定性を示す。

図４と図５を参照して、本発明のシステムとしての側面を説明する。前述の通り、モバイルアドホックネットワーク１０は、複数のワイヤレスモバイルノード１２と、ノードを接続する複数のワイヤレス通信リンク１４とを有する。各モバイルノード１２は、ワイヤレス通信リンク１４を経由して、他のノードとワイヤレス通信する通信デバイス２２を有するルータ２０を含む。ルータ２０は、通信デバイス２２を経由して通信をルーティングするコントローラ２４を含む。メモリ２６もコントローラ２４の一部として、またはコントローラ２４に関連して含まれてもよい。

コントローラ２４はネットワーク１０内の部分ルートや完全ルートを表すルートテーブル３６を含む。前述の通り、ルートはソースからデスティネーションまでの一組のリンク１４とノード１２である。コントローラ２４は、複数のモバイルノードのうち少なくとも２つの間の未来における通信の必要性を予測するルート必要性予測手段３２と、未来におけるネットワークトポロジーおよび／またはネットワークダイナミクスを予測するトポロジー／ダイナミクス予測手段も含む。コントローラ２４は、未来における通信の必要性と未来におけるネットワークトポロジーに基づいて、部分ルートと完全ルートを含むルートを探索するルート探索手段３０も含む。ルート探索手段３０は、ルート探索プロセスによりルートテーブルを更新する。

ルート必要性予測手段３２は、後に詳述するように、ファジー論理の「ｉｆ−ｔｈｅｎ」ルールと統計的計量的フォーキャストに基づき、未来における通信の必要性を予測することができる。ルート必要性予測手段３２は、サンプリングされ更新されるネットワークの物理的特徴および動作的特徴のうち少なくとも一方を含む、ネットワークの記述的情報を記憶することができる。ここで、ルート必要性予測手段３２は、好ましくは、ファジーｉｆ−ｔｈｅｎルールの知識ベースを含む。

トポロジー／ダイナミクス予測手段３４は、好ましくは、ルートテーブル／キャッシュ３６で定義されたルートの障害を予測するルート障害予測手段を含む。ルート障害予測手段は、リンク障害計量とノード障害計量とを含むルート交渉計量を生成し、ルート障害計量を生成するためにノードモビリティおよび／またはＲＦ伝播特性を推定することもできる。ルート障害予測手段は、後に詳述するように、ルート障害計量に基づき、ソースからデスティネーションまでのルートについて平均障害時間（ＭＴＦ）を決定する。

ルート維持手段４０は、予測されたルート障害に基づきネットワークのルート維持を行う。例えば、ルート維持手段４０は、障害が発生すると予測されたルートを代替するための代替ルートの探索をルート探索手段３０に指示する。替わりに、あるいは併せて、ルート維持手段４０は、ルート障害を減少させるため、リンクの送信パワーを上げ、リンクに追加チャネルを割り当て、および／または障害が発生すると予測されたルートを代替するために代替ルートがルートテーブル／キャッシュ３６で定義されているか判断してもよい。

ΨＲｔの一般的なアーキテクチャ（ΨＡｒ）は、コンポーネントやその外部ΨＲｔパラメータが特定のアプリケーションや一般的なプロトコルスタックに依存しないように、ΨＲｔのコンポーネントを特定し定義することを前提としている。外部ΨＲｔインターフェイスパラメータのこの定義された一般的な組は、ΨＲｔインターフェイスの仕様に合致するようにアプリケーションシステムデザインにおいて選択される。そのように合致させるため、カスタムパラメータ変換により特定のアプリケーションシステムがこれらのパラメータを生成する必要があった。各主要コンポーネントのアーキテクチャは、この依存性をさらに保存するため、ΨＡｒとは切り離されている。

図６は、ΨＲｔの一般的なアーキテクチャ（ΨＡｒ）を示す。図６には、ΨＲｔを形成する６つの主要な機能的コンポーネントと、左側に一例として示したプロトコルスタック間のインターフェイス（ＩＦ）が示されている。他のプロトコルスタックの設計は異なるかもしれないが、インターフェイス（ＩＦ）によりパラメトリック形式の情報をΨＲｔに与えなければならない。広い範囲のプロトコルスタックについて一般的なインターフェイスＩＦがテンプレートやデフォルトとして入手可能であるが、インターフェイスＩＦは一般に特定のスタックとアプリケーションにカスタマイズされる。

図６に示したとおり、Ψ制御（ΨＣｎ）、Ψルート予測（ΨＲｐ）、Ψルート探索（ΨＲｄ）、Ψトポロジー探索（ΨＴｄ）、Ψルート障害予測（ΨＲｆ）、Ψ予測ルート維持（ΨＲｍ）が６つの主要なコンポーネントである。図を見やすくするため、ΨＣｎの他のコンポーネントとの接続は明示的には示されていないが、実際にはΨＣｎとΨＲｔの他のすべてのコンポーネントの間には、双方向の接続／矢印がある。

ΨＣｎはΨＲｔの全般的な制御を行う。ΨＲｐは未来における新しいルートとルートセグメントを予測する。ΨＲｆはルートの障害を予測する。ΨＲｍは、ルート障害が発生すると仮定して、実際に発生したときに対処方法を見つけるまでの時間を減らすように、予測された未来におけるルート障害への対処方法を予測する。ΨＲｄは、新しいルートやルートセグメントを探索するためにΨＲｐとΨＲｍが使用するルート探索機能である。ΨＴｄは、ΨＲｔのトポロジー探索機能である。

ΨＲｔは、この６種類のコンポーネントをどのノードやノードの部分集合に物理的にマッピングするかを規定するものではない。ΨＲｔの基本的な考え方として、物理的なマッピングは、具体的なアプリケーションやネットワークの設計者に委ねている。しかし、もし各ノードにすべてのコンポーネントをサポートする物理的資源があり、各ノードにそれほど多くの機能を持たせることでセキュリティー等の問題がないなら、各ノードがすべてのコンポーネントを有してもよい。ネットワークの要求項目、ストラテジー、アーキテクチャの候補、機能をどのくらいネットワーク内に分散させるかなどは、ネットワークの設計者が決定すればよい。概念的にはΨＲｔはマッピングからは独立である。しかし、スループット、セキュリティ、消費電力制限等の理由により、場合によっては、分散的なアーキテクチャの方が好ましいであろう。

図６に示したとおり、左側のネットワーク通信の５つの層と、ΨＲｔのΨ制御以外の５つのコンポーネントとの間は、１対１のマッピングではないが、直接接続されている。ΨＣｎは、他の５つのコンポーネントが整合的かつ調和的に動作するように制御する。外部インターフェイスについては、ΨＣｎのセクションで説明する。各コンポーネントの詳細は以下の通りである。

アプリケーション層からのデータはΨＲｐ、ΨＲｍ、ΨＲｆに分配される。このデータには、ミッションプラン、スケジュール、計画されたトラフィックパターン、ネットワークマネージメントデータ、および明示的に規定された未来におけるルート等の情報が含まれている。物理層からの情報はΨＲｐとΨＲｆとに分配される。物理層からのデータには、ノード移動度制限、ノードパワー仕様、アンテナ指向特性などの情報が含まれている。リンク計量、ノード計量、スナップショットトポロジー更新などのデータリンク層からの情報は、ΨＲｐ、ΨＲｄ、ΨＲｍ、ΨＲｆ，およびΨＴｄに分配される。しかし、データリンク層の情報が各ΨＲｔコンポーネントに送られるわけではない。輻輳統計、フロー情報、一般のトラフィック管理情報などのトランスポート層からの情報は、ΨＲｆとΨＲｍとに分配される。

ネットワーク層は、情報をΨＲｄとΨＴｄに送るメカニズムとして機能する。ΨＲｔはこれらの層から情報を明示的には抽出しないが、これらのパラメータを抽出するために典型的にはアプリケーションごとに記述されるインターフェイスに依存する。デフォルトでは、テンプレートとして一組の一般的なネットワークスタックインターフェイスを使用する。ΨＲｔの特徴の一つは、ネットワーク通信にクラシカルな層構造からの情報を利用する能力を有しており、この情報の一部が入手できなくても、最適ではないモードで機能することである。ミッションプランニング等のアプリケーションはネットワークが無くても機能するであろう、しかしネットワークはルートの予測を向上するために、もしあればミッションプランニング情報を使用するであろう。

多数のモバイルノードを含むΨＲｔネットワークの実行フローの例を説明する。この例では、従来のルーティングコンポーネントとしてＡＯＤＶ（ΨＲｔ／ＡＯＤＶ）を使用している。ＡＯＤＶ（アドホック・オンデマンド・ディスタンス・ベクトル）はリアクティブなルーティング方法である。ダイナミックソースルーティング等のその他のリアクティブな方法は、システム上の要請からＡＯＤＶに置き換えられる。同様にΨＲｔ／ＯＬＳＲ（最適リンク状態ルーティング）を使用してもよいし、その他のプロアクティブな方法を使用してもよい。

１ ネットワークの初期化においてΨＣｎが起動され、従来のルーティングコンポーネント（ＡＯＤＶ）も含めてΨＲｔの起動を制御する。

２ ＡＯＤＶによりアドホックネットワークルーティングが初期化される。

３ ルート要求が生成され、ノードのルートキャッシュ（テーブル）が作られる。

４ ΨＣｎは、以下の一つまたはそれ以上の条件が満たされたとき、ＡＯＤＶから制御を引き継ぐΨＲｐを起動する。

・指定されたネットワークの安定化条件が（１）所定のレベルに達し、または（２）ネットワークのエリア・オブ・インタレスト（ＡＯＩ）内の変化の所定パターンになる。

・ネットワークの指定されたエリア内のノードが、現在探索しているルートの
一部とするには高速で動き過ぎている。

・ノードがネットワークのある部分から、不確定な（しかし必ずしも不安定では
ない）条件のエリアに動き、信頼性のレベルが最低限予測可能なＡＯＤＶを使用
できなくなる。

・現在ではないが未来におけるいつかの時点でネットワークノード同士が通信を
行う必要があるとの命令を、ΨＣｎがアプリケーションから受け取る。

ΨＲｔに対しネットワークは以下の通り反応する。

５ ΨＣｎが影響を受けたエリアにある関連するノードにメッセージをマルチキャストする。

６ メッセージは、ΨＲｐ、ΨＲｍ、またはΨＲｆコンポーネントに宛てて送られる。ΨＲｄ
とΨＴｄは、ΨＲｔの他のコンポーネントに対してスレーブである。

７ メッセージは、指定されたＡＯＩの一つまたはそれ以上のルートを予測し、障害が
発生する前にＡＯＩ内の障害を予測し、障害に対するルート維持方法を予測する
ものである。

８ メッセージがネットワーク全体または指定されたネットワークの一部に送信される。

９ この時点からネットワークが停止するまで、ΨＲｔの予測的なコンポーネント
および従来からある非予測的コンポーネント（この場合、ＡＯＤＶ）が
ルートテーブル（キャッシュ）を変更する。
１０ ΨＲｔの実行によって、変更されたデータが付随するＴＲＳＰおよびＴＳＳＰに
記録される。
１１ 各ネットワークコンポーネント（ノード、リンク、セグメント、ルート）の安定性
および状態をトラックするため、付随するＴＲＳＰとＴＳＳＰの情報ベースが生成
され、更新される。
１２ 情報ベースに集積されたすべてのデータがルートキャッシュ分析から得られたもの
ではない。このデータおよびそれに関係したデータが、もし別のＱｏＳおよびトラ
フィック管理情報ベースがそのようなデータを集積している場合は、それらから
集めることができる。このデータは、リンクおよびノード状態を送信しているノー
ドから直接集めることもできる。

上述の通り、ΨＲｔは基本的には、ネットワーク内の一つのノードあるいは特定のノード群にコントロールをマッピングするように命令するわけではない。したがって、ΨＣｎは、設計者の要求や性能に応じて、ネットワーク内の全ノードに分配してもよいし、一つまたは少数の選ばれたノードに分配してもよい。ΨＲｔの他のコンポーネントは、ΨＣｎと同じノードにある必要はない。ΨＲｔが存在するネットワークにおいて、ΨＣｎは、外部情報によりΨＲｔの他のコンポーネントを起動する。一つのやり方としては、ネットワークの条件に応じて決まる期間で、周期的にΨＲｔを起動すればよい。ΨＲｔを定期的に起動する条件は、ある時点におけるノードの展開パターンと、ネットワーク内のノードの通常の急激な増加・減少と、ある期間ノード間のリンクを効果的にオンしたりオフしたりする指向性アンテナの予測可能な変化と、によって変化すると期待される。他のやり方は、ΨＲｐモジュールによって変換されるミッションプランの出力に応じてΨＲｔを起動することである。ハイブリッドなネットワークにおいて、スイッチング論理により、ΨＲｔを使うか否かを、必ずしも起動しなくても制御することができる。例えば、テンポラル・トランジション・ネットワーク・プロトコル（ＴＴＮＰ）を使用したネットワークは、いつどこでプロアクティブなルーティングプロトコルからリアクティブなルーティングプロトコルにスイッチしたり、その逆にスイッチしたりするかを決定するため、様々な安定性条件を使用する。ＴＴＮＰの一般的なバージョンは、プロアクティブおよびリアクティブなプロトコルに限定されてはいない。ＴＴＮＰはΨＲｔをハイブリッドの一部として含んでもよい。したがって、ＴＴＮＰネットワーク内でΨＲｔを起動することは、ネットワークの安定性条件によって制御することができる。

一方、ΨＲｔ、特にΨＣｎは、ハイブリッドなアドホックネットワークにおいて常に起動されているわけではなく、それゆえ起動されていないときはコントロールを使用することはできない。アクティブなときは、「ブラックアウト」中にネットワークで何が起こったか、ΨＲｔは知ることが必要である。ハイブリッドネットワークコントローラは、ΨＲｔに適当なメッセージを送り、ΨＲｔが知っていることおよびデータベースをネットワークの現状と合わせておく必要がある。

また、図６に示されているように、ΨＣｎは、アプリケーション層と物理層とに直接のΨＲｔ−外部インターフェイスを有する。以下に、インターフェイスを経由してアプリケーション層および物理層とΨＣｎとでやり取りされる情報のリストを示す。ΨＣｎは、典型的にはシステムがブートされるときに起動される。

１ ネットワーク内の目的のノードまたは一組のノードのΨＲｔ機能コンポーネントのコンフィギュレーションを知らせる、ΨＣｎを含むノードに対するメッセージ。機能コンポーネントのコンフィギュレーションとは、目的のノードまたは一組のノードが（ΨＲｐ、ΨＲｆ、ΨＲｍ、ΨＴｄ、ΨＲｄ）のどの機能で構成されているかを示す。このインターフェイスメッセージは、ネットワークにあるどのサービス広報／探索方法でも一般に使用することができる。

２ ΨＲｔの他のコンポーネントを目覚めさせる（起動する）ためのΨＣｎへのメッセージまたは信号。

３ ΨＲｔの他のコンポーネントを停止する（ディアクティベイトする）ためのΨＣｎへのメッセージまたは信号。

４ 他のΨＲｔコンポーネントをいつ起動／停止するかを知るためタイマー（物理層の情報）を監視するためのΨＣｎへのメッセージ。

５ ΨＲｐ、ΨＲｆ、ΨＲｍ（これらのコンポーネントは最初に起動されている）を実行するスケジューリングのためのタクティクスを含むアプリケーション層からのメッセージ。

６ タイマー値を取得する。

７ タイマー値を設定する。

以下の説明において、「入力」とは、ΨＲｔの他のコンポーネントの一つからΨＣｎに送られる情報を意味し、「出力」とは、ΨＣｎからΨＲｔのコンポーネントの一つに送られる情報を意味する。ΨＣｎとΨＲｔの他の主要な機能コンポーネントに共通な情報（リクエスト、ステータスレスポンス等）について、それぞれメッセージが定義される。現在定義されているメッセージについては以下に説明する。ΨＣｎと他のΨＲｔコンポーネント間の他のインターフェイスについても、以下に説明する。本明細書において、「アレイ」、「リスト」、「コンポーネント」、その他の言葉が使用されているが、特定の構成を前提とするものではない。それゆえ、ソフトウェアの設計者が「アレイ」を、正式に定義されたアレイ、リンクされたリスト、２進木その他のコンピュータ科学上の構成に実装するかについては、本明細書において特定するものではない。その決定は、本出願の教示を実装する者が決めればよい。

アクティブなΨＲｔコンポーネント（Ｔｎ、、要求者ＩＤ、Ａｃｋ、コンポーネントリスト）メッセージは、起動すべきコンポーネントを含むターゲットノードのネットワークＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）であるＴｎを含む。要求者ＩＤは、その起動要求をしているΨＣｎを含む要求元ノードのＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）である。Ａｃｋは、もしＴＲＵＥに設定されていれば、要求されたコンポーネントごとの起動が成功したかどうかの明示的な通知をターゲットノードに要求する。ＦＡＬＳＥに設定されていれば、ターゲットノードはそのような通知は送らない。コンポーネントリストは、起動すべきターゲットノードのコンポーネントのリストである。

ΨＲｔコンポーネント起動（Ｔｎ、コンポーネントリスト）メッセージは、ターゲットノードの現在起動されているΨＲｔコンポーネントを意味する。このメッセージはネットワーク内のいずれの認容されたノードに送ってもよい。Ｔｎは起動されたΨＲｔコンポーネントを含むターゲットノードのネットワークＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）である。コンポーネントリストはターゲットノード上で現在起動されているコンポーネントのリストである。ディアクティベイトΨＲｔコンポーネント（Ｔｎ、、要求元ＩＤ、Ａｃｋ、コンポーネントリスト）メッセージは、ディアクティベイトされるコンポーネントを含むターゲットノードのネットワークＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）としてＴｎを含む。要求元ＩＤは、このディアクティベイト要求をしているΨＣｎ機能を含む要求元ノードのＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）である。Ａｃｋは、もしＴＲＵＥに設定されていれば、要求されたコンポーネントごとにディアクティベイトが成功したかターゲットノードから明示的の通知を要求する。もしＦＡＬＳＥに設定されている場合は、ターゲットノードはそのような通知は送らない。コンポーネントリストは、ターゲットノード上でディアクティベイトされたコンポーネントのリストである。

ΨＲｔコンポーネントディアクティベイトメッセージ（Ｔｎ、コンポーネントリスト）は、ターゲットノード上で現在ディアクティベイトされているΨＲｔコンポーネントである。このメッセージは、ネットワーク内のどの認容されたノードに送られてもよい。Ｔｎは起動されたΨＲｔコンポーネントを含むターゲットノードのネットワークＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）である。コンポーネントリストは、ターゲットノード上で現在起動されているコンポーネントのリストである。ディアクティベーション要求をしているノードは、ターゲットノード上でどのΨＲｔコンポーネントが起動されているか知っているものと仮定する。それゆえ、このノードやその起動について同じ知識を有しているその他のノードは、ターゲットノード上のすべてのΨＲｔコンポーネントが適当にディアクティベイトされたかチェックすることができる。

ΨＲｐに対するΨＣｎのインターフェイスにより、予測ルート（Ｔｎ、、要求元ＩＤ、ＳＤＳ Ｓｅｔ）メッセージは、実際の予測を監視するターゲットノードのネットワークＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）であるＴｎを含む。要求元ＩＤは、この予測要求をしているΨＣｎ機能を含む要求元ノードのＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）を含む。ＳＤＳ Ｓｅｔは、ルートの予測要求がされている一組のソースデスティネーションサブセット（ＳＤＳ）である。

ΨＲｆに対するΨＣｎのインターフェイスとして、ルート障害予測メッセージ（Ｐｎ、、コンポーネントリスト）は、一つまたはそれ以上のルート障害ノードのネットワークＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）であるＰｎを含むメッセージである。自動的にΨＲｍに予測されたルート障害の解決法を予測するよう要求するためのΨＣｎからの命令をＰｎが受けなければ、Ｐｎは、予測されたルート障害をどうするかを決定するためΨＣｎから指示を受けなければならない。ΨＣｎは、そのような状況においてアプリケーションのデマンドを含めネットワークに関してより広い視野を有しているので、ΨＣｎにこの状況を制御させるためである。

オートリペア予測ルート障害メッセージＡｌｔＲｔ（Ｐｎ、）は、予測されたルートおよび予測されていないルート両方に影響するネットワークノード・リンク条件をモニターし、ルート障害を予測し、ΨＲｍに適当なルート維持法を予測させ適当な場所にこの方法を記憶するノードのネットワークＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）であるＰｎを含む。もし当該方法が代替ルート（障害が発生するルートへの簡単な変更も含む）の使用であるとの予測である場合、予測された代替ルートは、適当なルートテーブルまたはキャッシュに追加されるが、実際に必要とされるまで起動されない。もし当該方法が、既存のルートの簡単な変更を含め、代替ルートの探索や使用でない場合は、ＰｎはΨＲｍを用いてルートを自動的には修復しない。これらの場合、ΨＣｎは、ケースバイケースでルート修復の許可を直接管理し、これらの修復を取り扱うリソースを有するいずれかのノードに修復を指示する。適当な維持方策としては、例えば、送信パワーを上げたり、または正しいタイミングで受信ノードの感度を上げたりすることがある。この種の変更の制御を自動的にΨＲｍのようなスレーブプロセスに任せるのは好ましくないかもしれない。それゆえ、そのような場合、ΨＣｎは、Ｐｎにはこの種のルート維持を自動的に実行させず、未来のある時点で障害が発生すると予測されるリンクに直接接続されているノードに、送信パワーを上げるか受信感度を上げるかして維持するであろう。これらはすべて未来における適当な時に行わねばならず、さもないとバッテリーを使い切ったり他の通信と干渉したりする好ましくない副作用が生じるおそれがある。

ΨＴｄに対するΨＣｎのインターフェイスとして、エクセキュートグローバルトポロジー更新（Ｔｎ、要求元ＩＤ、期間、Ａｃｋ）メッセージがあり、このトポロジーの更新を実行するように指示されたターゲットノードのネットワークＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）であるＴｎを含む。要求元ＩＤは、このグローバルトポロジー要求をしているΨＣｎ機能を含む要求元ノードのＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）である。期間は、Ｔｎがグローバルトポロジー更新を実行するネットワークシステムベーシッククロックの整数倍である。もし期間が０であれば、Ｔｎはグローバルトポロジー更新を一度だけ実行し、別のメッセージを明示的に受け取らなければ再度実行することはない。Ａｃｋは、ＴＲＵＥに設定されている場合、更新が一度きりのイベントとして実行されたとき、または周期的なイベントとして実行されたときに、グローバルトポロジー更新が成功したことをターゲットノードが明示的に通知することを要求する。ＦＡＬＳＥに設定されている場合、ターゲットノードは通知を行わない。

グローバル・トポロジー更新完了（Ｔｎ）メッセージは、ターゲットノード上の現在ディアクティベイトされたΨＲｔコンポーネントを指す。このメッセージは、ネットワーク内の権限を与えられたノードに送られる。ＴｎはアクティベイトされたΨＲｔコンポーネントを有するターゲットノードのネットワークＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス）である。グローバル・トポロジー更新停止 （Ｔｎ， ， ＲｅｑｕｅｓｔｏｒＩＤ， Ａｃｋ）メッセージは、グローバルトポロジー更新の実行を停止するよう指示されたターゲットノードのネットワークＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）であるＴｎを含む。ＲｅｑｕｅｓｔｏｒＩＤはグローバルトポロジー要求を出しているΨＣｎ機能を有する要求元ノードのＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）である。Ａｃｋは、ＴＲＵＥに設定されている場合、グローバルトポロジー更新を停止したターゲットノードから明示的な承諾を要求する。ＦＡＬＳＥに設定されている場合、ターゲットノードは承諾を送らない。トポロジー・マイクロバースト実行 （Ｔｎ， ＲｅｑｕｅｓｔｏｒＩＤ， ＮｕｍＢｕｒｓｔｓ， Ｐｅｒｉｏｄ， ＡＣｋ， ＲＳＳＰ＿Ｌｉｓｔ）メッセージは、トポロジーマイクロバーストを実行するように指示されたターゲットノードのネットワークＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）としてＴｎを含む。ＲｅｑｕｅｓｔｏｒＩＤはトポロジーマイクロバーストを要求しているΨＣｎ機能を有する要求元ノードのＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）である。ＮｕｍＢｕｒｓｔはネットワークの同一の限定されたエリアからのトポロジーのサンプル数である。ＰｅｒｉｏｄはＴｎがトポロジー更新を実行するネットワークシステム基本クロックサイクルの数（整数）である。ＮｕｍＢｕｒｓｔが１に設定されている場合、Ｐｅｒｉｏｄは無視される。Ａｃｋは、ＴＲＵＥに設定されている場合、ターゲットノードに、一回限りであるか周期的に繰り返すかに係らず更新が実行されるたびに、マイクロバーストトポロジー更新が成功したことを示す明示的な承諾を要求する。ＦＡＬＳＥに設定されている場合、ターゲットノードは承諾を送らない。ＲＳＳＰ＿Ｌｉｓｔはトポロジー更新が要求されているネットワークの部分の全体（全ネットワークでもよい）をカバーする一組のＲＳＳＰである。

トポロジーマイクロバースト要求状態 （Ｔｎ， Ｓｔａｔｕｓ）メッセージは、起動されたΨＲｔコンポーネントを有するターゲットノードのネットワークＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）としてＴｎを含む。リクエストが完了したときにはＳｔａｔｕｓは１にセットされる。まだのときはＳｔａｔｕｓは０にセットされる。リクエストが失敗したときにはＳｔａｔｕｓは‐１にセットされる。トポロジーマイクロバースト実行メッセージにおいてＡｃｋがＴＲＵＥにセットされなければ、中間状態または最終状態のレポートがＴｎに送られることはない。

ΨＣｎアルゴリズムにおいて、次のステップを使用することができる。

１ 外部要因が、ΨＲｔのその他のコンポーネントを起こすためにΨＣｎにシグナルを送る。

この外部要因には、ハイブリッドネットワークにおいて一つのルーティング方法から別のルーティング方法にスイッチするために使用されるメカニズムを含んでもよい。

２ ΨＣｎが、ΨＴｄ、ΨＲｐ、ΨＲｄ、ΨＲｆ、およびΨＲｍをインアクティブ状態から起こすためにシグナルを送る。

３ ΨＣｎが、アプリケーション層により特定されたタクティクスによりΨＲｐ、ΨＲｆ、ΨＴｄ（グローバル更新のみ）、およびΨＲｍの実行を最初にスケジューリングする。

スケジューリングの例としては、周期的なものや、ミッションプランによる非周期的なもの、ネットワークの一部におけるＱｏＳの悪化やノード濃度の急激な変化のような様々なネットワーク条件に基づく非周期的なもの、などがある。

４ ΨＲｐ、ΨＲｆ、ΨＴｄ（グローバル更新のみ）、およびΨＲｍは、上記の選択されたスケジューリングプランにより実行される。

５ ΨＣｎは、ある頻度（トポロジーマイクロバースト）で限定エリアのトポロジー更新をするようにΨＴｄに指示するよう、ΨＲｐから要求を受け、その後その要求を処理する。

６ ΨＣｎは、グローバルトポロジー更新レートを変更するよう、ΨＲｐまたはアプリケーションから要求を受け、その後その要求を処理する。

７ ΨＣｎは、ΨＲｐ、ΨＲｄ、ΨＲｆ、ΨＲｍ、およびΨＴｄを停止するか完全にディアクティベイトするよう、外部信号により指示されるまで、ΨＲｔのフローを監視する。

８ ΨＲｔは実際に停止していなければ、ステップ１に戻り、それ以外の場合は停止する。

ミッションやノードの動きデータ履歴などのデータは、未来のある時点における二つのノード間の通信の必要性を予測するために使用される。ΨＲｐはこの必要を満たすため、ルートが実際に必要とされる時点においてネットワークがトポロジー的にどう見えるかを様々な情報に基づき予測し、その指定された未来の時間において完全なルートが予測できる確からしさを判断し、全ルートを予測するのが困難であると思われる場合に信頼性高く予測できる全ルートの部分を特定する。

このセクションで説明した予測エンジンは、ΨＲｆの基本予測エンジンとしても使用されるが、ΨＲｐとΨＲｆの目的は異なるので、両エンジンを覆うロジックは異なる。予測手段が局所的予測および大域的予測を両方とも行う。局所的予測には、新しいルートの必要性を予測するため、ミッションプランなどのアプリケーション情報を使用する。その他の局所的予測としては、ノードおよびリンクの安定性がある。安定性タイプの予測は、他のリンク／ノード計量とともにトポロジー更新および／またはノードビーコンを経て他のノードに伝達される。たとえば、これらの計量はアドホック・オンデマンド・ディスタンス・ベクトル（ＡＯＤＶ）やダイナミック・ソース・ルーティング（ＤＳＲ）などの「従来の」ＭＡＮＥＴリアクティブルーティングスキームへのルート応答（ｒｏｕｔｅ ｒｅｐｌｙ）として返すこともできる。これらの安定性予測は、必要な頻度のトポロジー更新を適応的に管理するために使用される。

帯域的予測は多数の特徴を有している。Ｄｎへの様々なルーティングパスの安定性の予測は、トポロジー更新やビーコン送信により受け取ったリンク安定性を集積することにより、あるいは ルート応答（ｒｏｕｔｅ ｒｅｐｌｙ）により得ることができる。これらのメカニズムによりルーティングパスの安定性を取得することにより、ネットワーク領域を低安定から高安定まで分類することができる。ネットワークの安定なエリアは、より安定でないエリアより安定なルートや部分ルートをサポートしやすい。「低い」および「高い」という言葉は、大域的安定性をある程度よく予測するには「ファジー」であると思われる。

これらの大域的予測はサービス品質（ＱｏＳ）にも資するであろう。ＱｏＳネットワークコンポーネントは、ΨＲｔの予測を使ってルート障害の頻度や、要求されるクラスのサービスをサポートするのに必要なルートの数を決定することができる。それゆえ、アプリケーションがサービスのＱｏＳクラスを必要とする場合、設計者がΨＲｔの予測能力を使用するならば、ルーティングコンポーネントとＱｏＳコンポーネントの間の結びつきは強くなるであろう。確かに、このように二つのコンポーネントが結びつくと、ＱｏＳ計量に基づかないで探索されたルートにＱｏＳを適用するのとは逆に、ＱｏＳベースのルーティングスキームとなる。

一般的に、未来における実際のルートの一部であるルートセグメントは、未来における完全ルートよりも頻繁に予測される。その理由は３つある。第１に、ＭＡＮＥＴのような高速ダイナミックネットワークにおいては、頻繁なトポロジーの変化は、ルートセグメントと呼ばれる選ばれた、比較的安定なルートの一部よりも、ＳｎからＤｎまでの予測されたルート全体が分解されることの方が多いことを意味している。前述のとおり、これらのルートセグメントは付随するの境界以外では、（ｐＳｎ， ｐＤｎ）のペアにより特定されるであろう。言い換えると、概念的にはルートを確立し利用するのに必要な時間より予測を安定なものにしておく最も高い確率は、全ルートではなくルートセグメントを予測することにより達成されている。選択されたルーティング計量または測定法によって、Ｓｎに各セグメントのバウンダリノードはｐＳｎとされている。ルートセグメントのターミネイティングバウンダリノードはｐＤｎである。ＳｎまたはＤｎがある予測されたルートセグメントの一部であるなら、それらのノード（プロキシではなく）は、予測されたルートセグメントを形成する。これにより、（Ｓｎ， ｐＤｎ）または（ｐＳｎ， Ｄｎ）という形のルートセグメントができる。

所望のペア（Ｓｎ， Ｄｎ）のために予測プロセスを制御しているノードは、全ルートを起動する必要があるときまでに、全ルートを探索し確保しておけるように、好ましくはこのセグメントされたルート予測を追跡し管理する。このルートセグメント予測追跡管理機能は、予測要求をしたΨＣｎコンポーネントの重要な一部である。

第二に、時間的な制約により未来におけるルートの探索ウィンドウが制限されることもある。タクティクスとして価値のあるルートセグメントは、未来におけるルート探索プロセス全体を短縮するために選択されたノードのルートテーブル／キャッシュに予め探索され記憶（ｐｒｅｌｏａｄ）することができる。未来において必要とされるルートを完全に探索する時間は十分ないかもしれないが、これらルートのセグメントを探索しておく時間は十分ある。ここでは、特定のルートを探索するための時間が主要な要因である。

第三に、ネットワークのバンド幅が、ルート予測をする現在の時間スロットにおいて重要な制約になることもある。したがって、ルート探索プロセスは、ネットワークにオーバーヘッドトラフィックを追加するので、時間短縮の候補となる。ここで困難なことは、このバンド幅を制限されたスロット内で、「適正」な数のルートセグメントのみを見つけるか、またはピーク時間内により多くのトータルネットワークバンド幅を要するルート全体を見つけるよう試みることにより、所定時間内にルート探索のオーバーヘッドを最小化することである。

以上の説明から、ルート予測を選択するアプリケーションのタクティクスは、予測に使用するため選択されたルートセグメントから選ばれることが分かる。以下に説明するとおり、ΨＲｆとΨＲｍは、問題が発生する前に多くのルートを特定し修復し、または少なくとも障害に対する反応時間を短縮する。しかし、ルートまたはルートセグメントの維持を頻繁に行うと、時にネットワークのスループットが危険なポイントまで下がることがある。したがって、一般的に最善のストラテジーは、期待される安定性に基づき予測されたルートセグメント内のノード数を制限して、ルート修復の必要を減らすことである。

ΨＲｐは、一部は最適リンク状態ルーティング（ＯＬＳＲ）等の現在のルーティング方法のものに類似したグローバルおよびローカルなネットワークトポロジー更新を使用して、ネットワークのトポロジー変化を追跡する。ΨＴｄについては後に説明する。

潜在的な物理的制約（消費電力、プロセッサーのタイプ、メモリー容量、通信能力等）や情報アクセスにおける制約のため、すべてのノードにおいてΨＲｐがイネーブルとされていなくともよいし、その必要もない。これは、ΨＲｔネットワークにおいてΨＲｐの能力を有したノードの数を制約する理由の一つである。これらの「有利な」ノードは、Ψｃ（予測制御ノード）と呼ばれ、未来のある時点において必要であると予測されたルートまたはルートセグメントを獲得する（ルートテーブル／キャッシュから検索するか一から探索する）
ため、他のノードまたはそれ自身に要求することができる。もしこの要求が送られたノードにルートまたはルートセグメントがあれば、その要求は、ルートが必要とされた後所定の時間が経過するまでそのルートが失効しないようにノードに要求する効果も有する。一般的なＭＡＮＥＴ環境においてこの予測手段が有効であるためには多くの基礎的要件を満たさなければならない。以下のリストは順不同である。
１ 予測手段はオンタイムで実行できなければならない。
・ ネットワーク内の小さな変化のすべてに追随するリアルタイムの実行は一般的に必要ない。小さな変化でもクリティカルな場合にリアルタイムで実行する。
・ ハードウェアとバンド幅の改善は特定のアプリケーションでは役に立つが、最も広い範囲のアプリケーションでは役に立つとはいえない。
２ 広い範囲で適用可能な予測手段は、信頼できる予測をすることができる前に多数のデータ（１００データポイント以上）の収集を要求してはいけない。
・ リアルタイムを考慮する以上のものである。多数のデータを集めることは、すべての意味のある収集は少しのデータポイントにおいて発生するので、しばしば可能でさえない。
・ ネットワーク内で多数のノードが同時に多量のデータを集めることは、過大なオーバーヘッドにつながり、データのバンド幅とネットワークの素早い反応を脅かす。
３ 予測手段は、関連するネットワーク条件が設計者が期待する基準を「幾分」超えているときであっても、信頼できる予測をすることができるという意味で強くなければならない。
４ 予測手段は複雑である必要はないが、予測手段自身の振る舞いは、予測手段が仕えるアプリケーションの許容できる予測可能性の範囲内になければならない。
５ このストラテジックかつ基本的な予測手段の技術的土台は、このリストの上記要件の優先順位に係らず、機能するのに十分強くなければならない。
・ この優先順位は、アプリケーションごとに変化する。

ダイナミックに変化するＭＡＮＥＴの問題を予測する予測手段の候補は、ファジー論理、ディシジョンツリー、ルールインダクション、またはこれらの組み合わせに基づく。ノンパラメトリックな統計的分析または決定論的な分析は、データを実際の予測手段に送る前に前処理するのに使用される。

上記のセクションで概説した要件に基づき、ΨＲｐ予測手段法は、（ルールインダクションではなく）ファジールールに基づいたアプローチを使用する。本明細書中のΨＲｐのサンプルは、アプリケーション層からの決定論的ノード展開情報、時間経過におけるノードの実際の動きをフォーキャストする統計的に導かれた数値的データ、およびリンク安定性情報を使用する。一般に、ΨＲｐを適用する場合、本明細書中に例示したタイプのデータはルート予測に大変に有効であるが、これらに限らず複数のタイプのデータを使用することができる。

ΨＲｐは９つのコンポーネントからできている。そのコンポーネントとは：
１ データベース（ΨＤｂ）
２ サンプリング、データベース更新、およびタクティクス（ＳＤＵＴ）
３ 知識ベース（ΨＫｂ）
４ サンプリング、知識ベース更新、およびタクティクス（ＳＫＵＴ）
５ 統計的数値的フォーキャスト（ＳＮＦ）
６ 情報構造インターフェイス（ＩＳＩ）
７ ファジファイヤＦｕｚｚｉｆｉｅｒ（ΨＦｚ）
８ 推論エンジン（ΨＲｅ）
９ デファジファイヤＤｅｆｕｚｚｉｆｉｅｒ（ΨＤｆ）
これらのコンポーネントについては、ΨＲｔの予測機能としてこれらのコンポーネントを使用するアルゴリズムとともに以下に説明する。

データベースは、ネットワークが実際に動作している間に収集されたデータセットと、予め組み込まれたデータとを含む。データベースは、ネットワークの物理的特性および動作的特性を典型的に表現する情報を典型的には含む。あらかじめ組み込まれたデータは、ノードの物理的特性を示す定数またはデフォルト値である。データの形式は数値であってもテキストであってもよい。データベースの情報は、主に物理層およびアプリケーション層から得られ、それらに関するものである。より正確で使用しやすい予測を行うために、可能であれば取得されデータベースに入れられる情報を以下に示す。
１ ネットワーク内に最初にあるノード数
２ ネットワークで許容されるノードの最大数（サンプリングされていれば、不定期的に）
３ 各ノードの位置（頻繁にサンプリングされる）
４ 各ノードの可能なまたは許されている最大速度
５ 各ノードのＩＤ − 多くの場合ＩＰｖ４／ｖ６アドレスまたはＡＴＭアドレス（サンプリングされる）
６ 通信のために使用可能な各ノードのパワー容量
７ ノード通信パワー利用率
８ 通信のために現在残存しているパワー容量（サンプリングされる）
９ 予定された時刻におけるノードの期待位置
１０ 予定された時刻におけるノードの期待位置それぞれの確立
１１ いろいろな時刻において相互に通信していると計画されているノードのペアまたはグループ
１２ ノードの所定の動きパターン
１３ サービスを離脱すると計画されているノード
１４ サービスに加わると計画されているノード
１５ 所定の必要なソースルーティングパス
１６ ノードの動きの許容された位置境界
１７ ノードの移動率 − 速度と加速度（頻繁にサンプリングされる）
１８ ノード送信距離
１９ ノード受信距離
２０ アンテナタイプ（多方向性、方向性、単方向性）
２１ アンテナが現在示している方向（方向性である場合）
２２ 計画された未来におけるアンテナの示す方向
２３ リンクの品質（安定性、信頼性、入手性等）
これらのパラメータ、すなわちパワー関連の情報は、ΨＲｔで一般的であり、層（ｌａｙｅｒ）特有の情報を処理しΨＲｔのΨＲｐとその他のコンポーネントが必要とするパラメータを出力するカスタムインターフェイス（図６のインターフェイス参照）により導かれる。このタクティクスにより、ΨＲｔとそのすべてのコンポーネントは、すべてのタイプのハードウェア、ＭＡＣ、ミッションプラン等からなるいかなるタイプのネットワークにもトランスポータブルとなる。特に、ΨＲｐは、使用する前にこれらパラメータの一部をファジー値に変換する（ｆｕｚｚｉｆｙ）。

ΨＲｐはルーティングのための予測であるから、サンプリングのストラテジーは、収集される情報のタイプと情報の有効性に対するデータベース更新の必要性をサポートしなければならない。典型的なタイプの情報は、上記のデータベース情報のタイプで「サンプリングされる」と示したものである。多くのノードが大きなデータベースを保持しネットワーク中の情報をサンプリングしなければならないとすれば、ネットワークのバンド幅の大部分を消費し、各ノードのメモリの過半を占有し、ノードのパワーを消耗することとなる。それゆえ、データベースを「軽量化」することは、複数のノードにまたがるデータベースを効率的に適時に同期させるのと同様に重要である。

ノードの位置データは２つのタイプのサンプリングメカニズムで取得される。各メカニズムは２つの異なった時間スケールまたは周期でサンプリングを行う（低頻度低解像度と高頻度高解像度）。第１のサンプリングメカニズムは、リンクレベルの解像度で相対的なノード位置を取得するルート探索技術を使用する。第２のサンプリングメカニズムは、位置データが適用されるノード、またはネットワーク内の他のノードのために位置データを送信するように指定された他のノードのいずれかにより直接送信された座標位置データを使用する。

ΨＲｐは、ΨＴｄに現在の低い頻度で「低頻度」グローバルトポロジー更新を行うよう要求する。実際のプサイアクティブトポロジー探索プロセスについて詳細に説明する。ΨＲｐは、ルートとルートセグメントを予測するノードの部分集合を特定するために、低頻度で取得した位置データを使用する。この全般的な低頻度の推定レートは、アプリケーションに依存し、設計者が与えた所定のレートで初期化される。初期化後、このレートは、ΨＲｐの結果がアプリケーションに信頼性できるルーティングを適時に供給できるかを推定できるように、必要に応じて修正される。

ΨＲｐは、ΨＴｄに現在の高頻度で「高頻度」グローバルトポロジー更新を行うよう要求する。ΨＲｐは、その部分集合に所属するすべてのノードの推定ノード速度（速さと方向）を算出するために、ネットワークの特定の部分集合の高頻度で取得された位置データを使用する。この高頻度のレートはアプリケーションに依存し、設計者が与えた所定のレートで初期化される。初期化後、このレートは、アプリケーションに対して信頼できるルーティングを適時に供給できるかを推定したΨＲｐの結果に応じて修正される。サンプリングレートは、位置取得の頻度が高くなれば上昇し、データ取得の頻度が低くなれば低下する。

各ノードは、独立にデータを収集し、ローカルなデータベースに記憶する。一般的に、各ノードのデータベースは、データの数値が他のノードのデータベースと異なるだけでなく、収集するデータのタイプも異なる。一のノードのΨＲｐは、一般に、インテリジェントで十分な情報にもとづく予測をするために、計画的に、他のノードのデータベースに含まれる情報を得る必要があるので、データの同一性を確保する必要から、データベースは相互に同期していなければならない。これは、データベースの一部は、ローカルノードメモリ資源を節約するため、多数のノードに分散していてもよいが、一方、他の情報は選択された部分集合の各ノードが同じものを持っていなければならない。この同じ情報は、リアルタイムの予測スループットを維持するために、ノードによる特定のアクセスには依存しないレートで更新される。

ΨＲｐの知識ベースは、次の知識符号化情報の一般的なカテゴリーからなる：一般システムファジーＩｆ−Ｔｈｅｎルール、特定アプリケーションファジーＩｆ−Ｔｈｅｎルール、データベースを配置するのに使用するサンプリングストラテジー、複数のノードでデータベースを同期させるために使用されるタクティクス。

ΨＲｐの統計的数値的フォーキャスト部分は、多様な時間スケールにおいて算出された数値的フォーキャスト（予測）をするため、古典的指数重みつき移動平均（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌｌｙ ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｍｏｖｉｎｇ ａｖｅｒａｇｅ； ＥＷＭＡ）一変量フォーキャスティングのＨｏｌｔ−Ｗｉｎｔｅｒｓ拡張を使用する。Ｈｏｌｔ−ＷｉｎｔｅｒｓやＥＷＭＡなどの技術は、これらのタイプの技術には適当な統計的モデルがないので、「アドホックな」技術である。それにもかかわらず、そのようなフォーキャスティング方法は非常に便利で実用的であることが、実際に証明されている。各時間スケールの結果は、ΨＲｐ予測全体の異なる数値的入力として使われる。簡単のため、二つの時間スケールだけが、ファジフィケーションマッピング（ｆｕｚｚｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍａｐｐｉｎｇ）への主要な３つの入力のうちの二つとして使われれ、統計的数値的フォーキャストとなる。予測ノードに、十分なリアルタイムまたはオンタイムのデータ入力とともに、十分な計算パワーがあれば、アプリケーションの必要に応じて予測結果を向上させるために、時間スケール（複数時間スケール粒度）を増やすことができる。

一つ目の入力は長時間間隔フォーキャスト（ＬＴＩＦ）であり、二つ目の入力は短時間間隔フォーキャスト（ＳＴＩＦ）である。ファジファイヤへの三つ目の入力は、ΨＲｐの数値的に算出されたフォーキャストに直接基づくものではなく、知識ベースから直接の入力として後述する。ＬＴＩＦは、ノードの動きとリンクの安定性等のデータに全面的に基づく、実際のルートが使用されるようになるずっと以前に取得されたフォーキャストである。ＳＴＩＦは、ＬＴＩＦに使用するのと同じデータに全面的に基づくフォーキャストであるが、ＳＴＩＦは実際のルートが使用されるようになる直前に取得されたデータにのみ適用されることが異なる。ＳＴＩＦとＬＴＩＦの加重結合が最終的な数値的フォーキャストとなる。

一般的に、要求されたルートが予測された直後は、これらの重みは、ＬＴＩＦの時間により依存し、ＳＴＩＦには大きくは依存しないが、予測されたルートが初めて使用される頃にはＬＴＩＦよりＳＴＩＦに大きく依存するようになる。
この重みは３通りの基本的な方法により設定することができる。１）ノンパラメトリック統計的推定、２）パラメトリック統計的推定、３）固定的決定論的値。

時間スケールに対するＨｏｌｔ−Ｗｉｎｔｅｒｓフォーキャストで使用される一組の方程式を示す。

はＭｔの値が与えられた場合の、現在時点ｔからＰの期間だけ未来の予測である。ここで、Ｍｔは時刻ｔにおけるＹの現在価値の予測値である。Ｂｔは、予測方程式の傾きであり、データ系列の局所的な線形トレンドを示すと解釈される。Ｃｔは「周期的」な項であり、この場合、加法的なものである。一部の周期的な項は乗法的であってもよく、その場合方程式（１）はこの乗法性を反映するように変わる。説明のため加法的な場合を想定した。λ_０、λ_１、λ_Ｐは、上記の範囲における平滑化定数である。この再帰的な方程式によれば、１期間前の結果を再利用して、上記方程式のそれぞれについて現在期間の結果を計算することができる。

ＬＴＩＦとＳＴＩＦ間の数学的な相違点は、各期間の長さである。実際的な違いは、データと知識ベース入力が与えられたとして、予測ノードとネットワークの計算能力およびバンド幅に過度な負荷を掛けないで最適な予測に向かう能力である。異なる時間スケールでサンプリングと処理を行う方が、最も細かい時間スケールのレベルでサンプリングと処理を行うと取得して処理するデータの量が大きくなってしまうことよりも好ましい。複数の時間スケールを使うと、自然な時間スケールまたは頻度において最もたやすく現れる、ネットワーク（ノードとリンク）の振る舞いの特長をすばやく取得して識別できることであるＬＴＩＦの時間間隔がＳＴＩＦの時間間隔の整数倍でなければならないという制約はない。一般的にＳＴＩＦとＬＴＩＦは自由に決定できるが、それぞれの期間の長さは、アプリケーションの必要に応じて設定した方がよい。

基本的には、ΨＲｐのデータの取得と分析は、時間ドメインに限られるわけではない。ΨＲｐを周波数ドメインで定式化することも可能であるが、しかしＨｏｌｔ−Ｗｉｎｔｅｒｓ方程式から周波数ドメインの等価な方程式への変更を意味する。時間ドメインにおいてΨＲｐの概念と機能を表すのに必要な定式化の本質を捉えることができるので、本明細書ではこのことには触れない。

情報構造インターフェイス（ＩＳＩ）は、ネットワークとΨＲｐの外部コンポーネントと内部コンポーネントとの結合されたインターフェイスである。外部インターフェイスについては後で説明する。内部インターフェイスは、ΨＲｐの８つの主要なコンポーネントの２つまたはそれ以上を相互に接続するインターフェイスである。ＩＳＩは、ΨＲｐに、またはその中で通信されているデータと知識の表現形式に主に係る。このデータと知識のよりよい表現は、より効率的で理解しやすい情報輸送とΨＲｐ内の処理を意味する。特筆すべきＩＳＩコンポーネントの１つは、ＩＰｖ４／６プロトコルの情報を抽出し、多様なΨＲｐコンポーネントにより認識される形式に変換するインターフェイスである。このＩＳＩコンポーネントの仲間はΨＲｐ情報からインターネットで転送されるＩＰＶ４／６パケットを構築する。
ＡＴＭやフレームリレーのような他のタイプのプロトコルのために、他のインターフェイスがあってもよい。

ΨＲｐファジファイヤは、ＳＮＦと知識ベースとから数値情報を取り、ファジー集合で表された「ファジー空間」にマップする。実際には、ダイナミックなネットワーク、特にＭＡＮＥＴにおいては、予測問題は、ターゲットとする予測そのものか、またはターゲットとする予測に至るために必要な中間のフォーキャストのいずれかにおいて、統計的に数量化できない曖昧さを有している。例えば、ミッションプランは、未来のある時点において、ある（Ｓｎ， Ｄｎ）ペアの間にルートを構築することが必要だとする。複雑な多体相互作用問題において、未来におけるある時間に、中間ノードの候補となるであろうノードの位置と接続性をどのように特定するかが困難である。言い換えると、この問題は特定の目標を有しているが、曖昧にしか知りえない未来におけるノード、リンク、システム状態情報を使わなければならない。

Ｈｏｌｔ−Ｗｉｎｔｅｒｓのようなアドホックな方法を含め、統計的な処理と従来のルールベースのシステムのようなアプローチは、このような問題を扱うには「もろ過ぎる」結果しか生まない。もろさは強さの反対であり、予測手段はターゲットのルートのあいまいな仕様を取り扱う能力において強くなければならないという、前述の説明に反する。本発明は、この問題をファジー空間において、このタイプの曖昧さを取り扱い従来のアプローチのもろさを克服する、適当なファジー論理オペレータを用いて定式化することを提案するものである。

ファジー空間マッピングとファジー論理オペレーションは、情報の計算とプロダクションルールの定式化／推定のために使用される。正味の効果は、ΨＲｐをその予測ができるだけ強いものになるようにすることである。数学的に厳格なファジー論理が、入力を結合するために適用され、適当なマッピングを作成する。
ファジー論理の別の長所は、計算資源とメモリ資源を少ししか要さず、結果がどのように得られたのか理解するために容易に追跡できることである。

推論エンジン（ΨＲｅ）は、プロダクションルールを推定し、一つのファジー集合に複数のルールの出力を融合する。このルールは各時間スケールとΨＫｂからの入力の結果として出力される。ΨＲｅの基本的な問題は、従来の推論エンジンと異なり、本来的にファジーであり、ファジー推論エンジンからの出力は、典型的には従来のものにより生成されたものと比較してもろくないということである。

デファジファイヤ（Ｄｅｆｕｚｚｉｆｉｅｒ）ΨＤｆは、ΨＲｅの出力を、ΨＲｔにより使用される適当なフォーキャスト（予測）である数値、数値範囲、または一組の数値にマップする。それ自体ΨＲｐの一部ではないが、ΨＲｔは、より高いレベルのシステム進化特性またはトレンドを判別し、それをΨＫｂ経由で予測プロセスにフィードバックとして使用するため、複数のフォーキャストを収集し、実際の結果と比較してもよい。この追加的な処理アプローチはここでは議論しない。

図６に示したとおり、ΨＲｐとアプリケーション層、データリンク層、物理層とは直接インターフェイスしている。ΨＲｔにおいて、ΨＲｐはΨＣｎ、ΨＲｄ、ΨＴｄと直接インターフェイスしている。各インターフェイスについては、以下に説明する。アプリケーション層、データリンク層、物理層から得られた、ΨＲｐが使用する情報は以下の通りである。予定された時刻におけるノードの期待位置、予定時刻におけるノードの各期待位置に付随する確率、予定時刻において相互に通信しているノードの所定ペアまたはグループ、ノードの所定の移動パターン、サービスからのノードの予定された離脱、サービスへのノードの予定された加入、所定の必要とされるソースルーティングパス、ノードの移動の許容された位置境界、ノード移動レート、ノードの送信、受信距離、ノードパワーソースの残り寿命、アンテナタイプ（多方向性、方向性、一方向性）、アンテナの現在の指向方向（方向性の場合）、予定された未来におけるアンテナの指向方向、リンク寝室（安定性、信頼性、入手容易性等）。

ΨＲｐがΨＲｄから入力する情報、またはΨＲｄに出力する情報について以下に示す。ルート探索ステータス（Ｔｎ， ＲｅｑｕｅｓｔｏｒＩＤ， Ｓｔａｔｕｓ， Ｔｅｒｍ＿Ｎｏｄｅ ＩＤ）メッセージはＴｎとして、ルート探索を実行するように指示されたターゲットノードのネットワークＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）を含む。ＲｅｑｕｅｓｔｏｒＩＤは、このルート探索要求をしているΨＲｐ機能を有する要求元ノードのＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）。Ｓｔａｔｕｓは、要求されたルート全体が探索できたとき、ＴＲＵＥと設定される。要求が成功しなかったとき、ＦＡＬＳＥと設定される。ＳｔａｔｕｓがＦＡＬＳＥのとき、Ｔｅｒｍ＿Ｎｏｄｅ ＩＤは−１に設定されるか、またはＲｅｑｕｅｓｔｏｒＩＤと同じ形の他のノードＩＤに設定される。−１に設定されると、要求されたルートの安定なルートセグメントも探索できなかった。ＳｔａｔｕｓがＦＡＬＳＥで、Ｔｅｒｍ＿Ｎｏｄｅ ＩＤが−１でない場合、探索プロセスによって、実際に要求されたルートまたはプロキシルートのルートセグメントを見つけることができたこととなる。それにもかかわらず、プロキシルートのルートセグメントの方が、実際に必要なルートがまったく探索できないよりよい。

ルート発見要求（Ｓｎ，， Ｄｎ，， ＲｅｑＩＤ， ＲｅｑｕｅｓｔｏｒＩＤ， ＥｘｐＴｉｍｅ）メッセージは、Ｓｎとして、ΨＲｐ予測により確立する必要があるΨＲｄにこの要求をしているノードである、本当のターゲットソースノード、または「プロキシソース」ノード（ｐＳｎ）を含む。また、Ｄｎは、ΨＲｄにこの要求をしているノードがΨＲｄの予測により確立する必要がある本来のターゲットデスティネーションか、または「プロキシデスティネーション」ノード（ｐＤｎ）を含む。ＲｅｑＩＤは、このノードから始まるアクティブルート要求である。ＲｅｑｕｅｓｔｏｒＩＤはＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）である。ＥｘｐＴｉｍｅは、ターゲットＳｎと同様にこの要求を受信したノードが、ルートまたはルートセグメントを発見した後、それを陳腐化したものとマークし、削除するまでの時間である。

以下に、本明細書に説明したプサイアクティブコンセプトとアーキテクチャを使用してルート予測をする「通常の」アルゴリズムについて説明する。プサイアクティブアーキテクチャとコンセプトとを使用した他のアルゴリズムも可能である。

１ ノードとネットワークデータベースをノードとリンクの適当な物理的特性で初期化する。

２ ノードとネットワーク知識ベースを適当なファジールールで初期化する。

３ ミッションプランで未来における位置が特定されているノードの位置を探し、追跡するためにトポロジー探索を実行する。これは、未来において必要となるルートを予測するプロセスの１ステップであり、後で説明する予測されるルート障害を回避するために未来必要となるルートを予測するのとは異なる。

４ 未来における位置が明示的には予定されてなく、先験的にも知られていない通信ペアとして、ミッションプランで指定されている（Ｓｎ， Ｄｎ）ペアの位置を特定し追跡するためトポロジー探索を実行する。

５ ネットワークの動作中に収集されたリンク品質データと、所定のプランを入力データとして用いてリンク品質を予測する。このステップは、ルート探索プロセスにおいてよいルートを予測するためである。

６ ネットワークの動作中に収集されたノード品質データと、所定のプランを入力データとして用いてノード品質を予測する。

７ 予定された（Ｓｎ， Ｄｎ）ペアの中間ノードとして資格基準を満たすノードの位置を予測する。

８ 未来における位置がミッションプランではなくリアルタイムのトポロジー探索からの入力に基づいて予測される、注目する１つのノードの位置を特定し追跡するためにトポロジー探索を実行する。

９ 通信ペアとしてリアルタイム要求により指定された（Ｓｎ， Ｄｎ）ペアの位置を特定し追跡するためにトポロジー探索を実行する。

１０ 動作中に収集したノード品質データと、所定のプランを入力データとして利用してノード品質を予測する。

１１ アドホック要求（Ｓｎ， Ｄｎ）ペアの中間ノードとして資格基準を満たすノードの位置を予測する。

１２ ルート予測要求ノード（Ｐｒ）がターゲット予測管理ノード（Ｐｃ）にメッセージを送り、指定されたソースノード（Ｓｎ）から指定されたデスティネーションノード（Ｄｎ）までの未来において必要とされるルートを決定する。

１３ Ｐｃが、完了するまで予測要求を管理する。

１４ Ｓｎが、ローカルのルーティングテーブル（キャッシュ）をチェックし、ルートが必要とされる前の時間に渡って安定であるとマークされている、完全なルートまたはルートセグメントを決定する。

１５ Ｐｃは、有効なグローバルトポロジー情報を読み出し、要求された（Ｓｎ， Ｄｎ） ペアのための予測を集中する、ネットワークのエリア・オブ・インタレスト（ＡＯＩ） を決定する。いくつかの（Ｓｎ， Ｄｎ）ペアが「バッチ」に集まった場合、グローバルトポロジー更新は、単一のグローバルトポロジー更新要求中のすべてをカバーできる。この要求の間にグローバルトポロジー更新がされている場合、グローバルトポロジー更新はＰｃの要求が満たされる前に完了される。

１６ ＰｃはΨＴｄに要求し、指定したＡＯＩにおいてトポロジーマイクロバーストを実行する。

１７ トポロジーマイクロバーストによって得られたデータを使用してＨｏｌｔ−Ｗｉｎｔｅｒｓ 指数重みつき移動平均線形トレンドをＰｃが計算する。

１８ 複数の時間スケールで「周期」とともなうＨｏｌｔ−Ｗｉｎｔｅｒｓフォーキャスト方程式の修正バージョンを使用する。

１９ 例えばミッションプランからのノード位置のような先験的に決定された値を実際の測定値の替わりに使う。少なくとも、修正Ｈｏｌｔ−Ｗｉｎｔｅｒｓ方程式中のデータの一部は、ネットワークが動作している間に測定した実際の値でなければならない。

２０ 数値がファジフィケーション（ｆｕｚｚｉｆｉｃａｔｉｏｎ）過程を経て「ファジー予測」にマップされる。

２１ 推論エンジンは、知識ベースとファジー予測からの入力を使用して、プロダクションルールを推定し、全ての該当（ｆｉｒｅ）するルールから生じるファジー出力を一つのファジー集合に集積する。

２２ デファジファイヤはファジー結果を修正された数値予測にマップする。

プサイアクティブルート探索（ΨＲｄ）に関して、ルートとルートの部分は、予測として適当なルートテーブル（キャッシュ）に加えられる。一のノードが、他のノードに情報を送る要求を受けたとき、そのルートは、完全にまたは部分的にすでに探索されており、ソースノードＳｎのルートテーブル（キャッシュ）にロードされる。ユーザは、ルート障害が発生したら修復されるとの自信を持つだけではなく、ΨＲｔは起こりうると予測されたルート障害をどのように修復するかを、実際に起こる前に考えており、それゆえ修復プロセスはずっと早く進行する。

リンクとノードの情報は、必要な期間について完全なルーとまたはルートセグメントが信頼できるように予測可能であるかについての主要な決定要因である。その情報には、安定性、信頼性、入手容易性が含まれる。
実際のルート探索は、（Ｓｎ， Ｄｎ）ルート全体のルートセグメントに適用するリアクティブプロトコルにより達成される。ルート探索要求は、一般に、セグメントの一部ではないいずれかのノードから始まる。しかし、この要求元ノードの「外部性」は要件ではない。このことは、ルート探索が常にターゲット（Ｓｎ， Ｄｎ）ペアのソースノードから開始される他のアプローチと大きく違っている。この違いの理由は、この未来におけるルートのための未来におけるＳｎは、未来におけるソースノードであることである。これは、未来のある時点においてこのルートを確立する必要があるネットワークノードは、現在この必要性を知る立場にあるノードでは必ずしもないということである。なぜなら、この未来におけるソースノードは、現在はネットワーク内にいないかもしれず、それゆえ、いずれかのデスティネーションノードＤｎへのルートをいつか必要とすることを予測する立場にないかもしれない。パワフルなルート予測能力の一つの重要な鍵は、未来におけるルートの一部であっても、ネットワークのノードはこの未来における必要性の知識を有し、この必要性の焦点の一つまたは両方である（Ｓｎ， Ｄｎ）ペアが、ルート探索要求を受ける前であっても、ルート探索プロセスを開始することができる。これは、プロキシソースノードとプロキシデスティネーションノードを設ける他の主要な理由でもある。

特筆すべきこととして、ΨＲｄは、従来のルート探索方法（プロアクティブまたはリアクティブ）が使用するものには依存しない。問題によっては、一つの方法が別の方法より優れているかもしれない。リアクティブ法の場合はアドホックオンデマンドディスタンスベクトル（ＡＯＤＶ）、プロアクティブ法の場合は最適リンク状態ルーティング（ＯＬＳＲ）がΨＲｄのデフォルトであるが、決定はアプリケーションまたはシステムの設計者がすることができる。本明細書においては、上記二つのルート探索方法についてだけ言及する。

Ｓｎは、ターゲット「プロキシＳｎ」（ｐＳｎ）にメッセージを送りｐＳｎから「プロキシＤｎ」（ｐＤｎ）へのルートを確立することで、ΨＲｄを成し遂げる。（Ｓｎ， Ｄｎ）ペアのためのルート探索のこのフェーズは、実際のＳｎではなくｐＳｎに始まり、指定されたｐＤｎに終わる。（ｐＳｎ， ｐＤｎ）ルートセグメントは、ノードのローカルメモリ（ルートテーブル／キャッシュ）に記録される。一般に、ｐＳｎとｐＤｎはルート探索、ルート維持、およびトポロジー探索の結果として選択される。アプリケーションから受け取った情報から選択されることもある。プサイアクティブルート障害予測（ΨＲｆ）機能は、リンク障害の起こりやすさ（またはダイナミクス）を推定し、この情報をルート障害の起こりやすさの推定に使用する。リンク障害の起こりやすさの推定には、以下の様々な情報源からの情報を使用することができる：ノードの移動度および軌道、通信パスにある既知の障害物、およびリンク品質の推定および予測。このリンク障害情報は、ルート（一連のリンクにすぎない）障害の集積した起こりやすさを判断するために使用できる。この情報は、実装でどのルーティング方法が選択されているかによって、プロアクティブなやり方またはリアクティブなやり方で収集し分配してもよい。どのアプローチまたはその組み合わせが取られるかによって、このリンク／ルート障害情報は、トポロジー更新を介してまたはルート探索プロセスによってネットワーク全体に分配されてもよい。ルート障害予測情報はプサイアクティブルート維持機能に送られる。ΨＲｆは、そのノードのために統計をとり、その統計を使用して計量を作成する。例えば、推定されたノードシャットダウン・スリープ平均時間（Ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｍｅａｎ ｔｉｍｅ ｔｏ ｎｏｄｅ ｓｈｕｔｄｏｗｎ ｏｒ ｓｌｅｅｐ ｍｏｄｅ；ＥＭＴＮＳ）、推定された各リンクの近傍ノードへのリンク障害平均時間（Ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｍｅａｎ ｔｉｍｅ ｔｏ ｌｉｎｋ ｆａｉｌｕｒｅ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｌｉｎｋ ｔｏ ａ ｎｅｉｇｈｂｏｒ ｎｏｄｅ；ＥＭＴＮＬＦ）、および推定されたリンク品質（Ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｌｉｎｋ ｑｕａｌｉｔｙ；ＥＬＱ）などである。ＥＭＴＮＳ、ＥＭＴＮＬＦ、およびＥＬＱへの入力は、例えば、推定されたノード移動度（ＥＮＭ）およびＲＦ伝播特性などである。計量は、アドホックネットワークのために定義されたＨａｒｒｉｓによるＱｏＳ計量と一貫したものでなければならない。各ノードは他のノードにこれらの計量を送る。

これらの計量は、定期的にあるいはトポロジー更新要求に応じてブロードキャストされるトポロジー更新に含まれる。また、パス上のノードが関連する計量情報を挿入するルート探索パケットやルート応答パケットにも含まれる。これによりパケットサイズは大きくなるが、オーバーヘッド送信の数は少なくなる。パケットのサイズが大きいので、潜在的にはオーバーヘッドトラフィックが急増する傾向にある。ソースノードがパス上のすべてのノードとリンクの計量を知ったら、二つのことが発生する。第１に、ソースノードからデスティネーションノードまでのパスの平均障害時間（Ｍｅａｎ Ｔｉｍｅ ｔｏ Ｆａｉｌｕｒｅ；ＭＴＴＦ）を計算することができる。これは（Ｓｎ， Ｄｎ）ペアおよび（ｐＳｎ， ｐＤｎ）ペア両方に適用される。第２に、プサイアクティブルート維持（ΨＲｍ）が、パスのＭＴＴＦを通知される。ΨＲｍとΨＣｎは、この情報に応じてどのように対応するかを決定する。

ルートＲ１は一連のリンクＬ１、Ｌ２、Ｌ３、．．．、Ｌｎよりなる。個々のリンクは、例えばリンク障害率λＬｉ（障害回数／秒）により特徴づけられる。リンク障害率には多様な要因が影響している：例えば、各ノードの移動度、電波伝搬環境、リンクを損なう障害物である。リンク障害率を推定するのに使用される情報は、リンク品質測定やノード移動軌跡情報を含む複数の情報源から導かれてもよい。

ΨＲｆアルゴリズムは次のステップを実行する。

１−各ノードと隣接するノードへの各リンクにおいて、以下の１またはそれ以上の観測結果に基づき、リンク障害率λＬｉを推定する：推定された通信パス上のリンク接続性が（ミッションプランから）推定できる隣接するノードの既知の未来におけるノード軌跡、現在のノード位置および障害物（樹木や建物など）の知識と結びついたノードの動きの外挿に関する知識、リンク品質およびその他の品質の連続的な測定およびこれらの統計的測定に基づいたリンクドロップアウトまでの期待時間の推定などである。

２−リンク障害計量を作成する。これはノードからそれに隣接するノードまでの各リンクについての、リンク障害率λＬｉでもよい。

３−ルーティング障害計量の作成においてリンク障害計量を使用する。リンク障害計量λＬｉを使うと仮定する。各リンクにおける障害がポアソン過程としてモデル化できれば、一またはそれ以上のリンク障害が起こればルート障害が発生する。ルートＲ１について、ルート障害率λＲｉ（障害回数／秒）は、リンク障害は独立な事象であると仮定して以下の式で表される。

ルート障害計量はλＲｉである。ルートＲ１のＭＴＴＦはＭＴＴＦ_Ｒ１＝１／λ_Ｒ１秒となる。

リンク障害計量は、プロアクティブルーティングプロトコルまたはリアクティブルーティングプロトコルにおいて使用されてもよい。プロアクティブプロトコルにおいては、リンク障害計量の値は、ノードがネットワークの限定されたエリアまたはネットワーク全体にブロードキャストする、いずれのトポロジー更新パケットにも含まれる。リアクティブプロトコルにおいては、各ノードは、ルート探索パケットに応じて推定されるルートの障害率を更新するときに、ローカルなリンク障害計量を使用する。

プサイアクティブルート維持（ΨＲｍ）は、ルート性能計量（遅れや容量など）と共に、ΨＲｆにより作成されたルート障害計量を受け、ルート障害の起こりやすさの目標と共に、システム性能目標に合うルートを最もよく確保できるかを決定する。新しいルートを発見する平均時間は１／μ（秒）と表すことができる。この変数の大きさは、ほとんどの興味あるリアクティブおよびプロアクティブルーティングプロトコルに対して、おおよそμ≒１または数秒である。それゆえ、リーズナブルなリンクの能力として、リンクの新しいルート（があるとして）は約１秒で発見しなければならない。
単一のルートがある場合、ルートが必要とされるときに入手できるためには、ＭＴＴＲ_Ｒ１＞＞１／μでなければならない。ＭＴＴＦ_Ｒ１が小さすぎる場合、複数のルートを維持すれば、ほとんど常に、デスティネーションへのルートが入手可能であるとするために、全体としてより大きなＭＴＴＦを得ることができる。

ΨＲｍの一部として二つの主要なストラテジーがある。新しい複数のルートを探索するように要求するストラテジーと、複数のルートを使用するストラテジーである。

ΨＲｍは、必ずしも代替ルートを発見する必要はない。その他のストラテジーも可能であり、状況によっては使いやすい。例えば、リンクの送信パワーを事前に上げたり、リンクに追加のチャネルを事前に割り当てたりすることにより、ルートの障害に対する能力や反発力を引き上げるというストラテジーもある。

ΨＲｍは、予測的ルート維持コンポーネントと、従来のルート維持コンポーネントから構成される。予測的コンポーネントは、ルートの一部が障害しそうだと予測したときに使用される。ΨＲｆからパスのＭＴＴＦが与えられ、パス上のすべてのノードとリンクに対するＭＴＴＦの推定が与えられている。そして、ルーティングテーブル／キャッシュに、少なくとも必要な時間フレームのうち初めの部分の間は安定でありそうな代替パスがあるか判定される。新しいルートが必要な場合、ＭＴＴＦとして推定された時間の数分の１の時間内に、代替パスを探索する必要がある。ΨＲｐは、時刻Ｔ１の前に代替パスを探索すべきことを通知される。期間に問題があるノードとリンクの組と共に、パスＰ１が提供される。

障害の確率が１のとき、すなわち障害が発生したとき、従来のコンポーネントが使用される。ルートエラー（ＲＥＲＲ）パケットによって障害の原因を示す従来の通知が、この場合使用できる。新しいルートの探索は、この通知により開始する。ΨＲｍは、ルート性能計量（遅れおよび容量等）と共にΨＲｆが作成したルート障害計量を受け取り、ルート障害の起こりやすさの目標と共にシステム性能の目標も満たすルートをどのように維持するかを決定する。ルート選択にあたり、遅れや容量等の性能計量とルート障害の起こりやすさの間にはトレードオフの関係がある。これを達成するには、遅れと容量の最小許容値を設定し、ルート障害の起こりやすさの最大許容値を設定することである。

新しいルートの必要性を予測し、障害が発生したルートを代替するにはいくつかのストラテジーがある：デスティネーションに至る一群のルートを見つけ、いずれかのルートの代替を試みる前に、すべてに障害が発生するまでルートを使用すること。「Ｋ」を所望のルートの信頼性を維持するために必要なルートの数として、少なくともＫ個のルートが常に維持されるように、ルートに障害が発生したら代替する。

新しいルートが必要な場合、ΨＲｄがプロアクティブな手段か、リアクティブな手段により新しいルートを決定する。ルート障害の起こりやすさを分析して、ルート障害の起こりやすさに対する目標を満たすために新しいルートが必要かを決定できる。以下の分析は複数のルートを使用するために用いるストラテジーに応じて、どのようにこれを行うかを示している。ルートに障害が発生しても代替しなければ、ＭＴＴＦの分析は簡単である。各ルートは同じルート障害率λＲ（障害回数／秒）を有し、ルート障害はそれぞれ独立であると仮定する。ルートの修復が行われなければ、障害プロセスはマルコフ連鎖としてモデリングできる。Ｎ個のルートがある場合、全てのルートのＭＴＴＦは、以下の通りである。

Ｋ個のルートだけに障害が発生せずに残る平均時間は、以下の通りである。

ルートに障害が発生したら修復するストラテジーを分析することもできる。Ｎ個のルートから出発して、ルートが障害したら修復すると仮定すると、問題はやはりマルコフ連鎖として分析できる。安定状態において、ｋ個のルートに障害が発生し修復されない確率は以下の通りである。

Ｎおよび／またはλ／μの値が大きい場合、Ｎ個のルートすべてに障害が発生する確率は非常に小さくなる。新しいルートを探索する必要があるときは常に、ルートをいくつ維持しておくことが必要か決定するために、このような計算は適応性のあるアルゴリズムにおける中心的な要素である。

複数のルートを使用するための可能なストラテジーはいくつかある。以下のアプローチの各々は、ΨＲｍで使用できる：
１−与えられたデスティネーションノードについて一度に一つだけのルートをしようする（他のルートは、主要なルートに障害が発生した場合に代替ルートとして使用できる。障害が発生したルートの探索に必要な時間に一時的にルートがなくなる場合もある）。

２−複数のパス間で負荷をバランスさせるため、ラウンドロビン等の方式で複数のルートにデスティネーションへのトラフィックを分割することによりデスティネーションまでの機能している複数のルートすべてが使用される。ネットワーク内で負荷をバランスさせた方が有利である。さらに、一つのルートがなくなった場合、トラフィックは他のパスで送り続けられるので、ルート障害が検知されていない間に、トラフィックの一部分のみが消失すればすむ。リアルタイムのトラフィックにとってはＱｏＳが幾分低下し、ＴＣＰトラフィックを再送する必要が生じることになる。

３−特に高いレベルのＱｏＳを要するトラフィックフローに対しては、一つのデスティネーションへの複数のルートを使用して、そのデスティネーションへの同一のトラフィックを各ルートで重複して送る。このアプローチは、重複した情報を送信するのに追加的な資源を多く使用するという不利益を有する。しかし、重複した情報が他のルーティングパスを経由して送信されているので、一つのルートが消失しても、ルートの障害が検出されるまでの間にデータは消失しないという長所を有している。一旦ルートの消失が検出されると、所望の数の重複するルートを維持するために、追加のルートを探索することができる。

４−デスティネーションへの複数のルートを同時に使用し、ネットワーク−時間コーディングを使用することにより、複数のルート間でそのデスティネーションへのトラフィックを分割する。このアプローチは、非常に高いレベルのＱｏＳを提供するため、デスティネーションへの同じトラフィックに同時ルートを非常に効率的に使用するため、インターリーブを伴うエラー訂正符号のパリティチェックを使用する。前述のアプローチのように、このアプローチは、重複した情報が別のルーティングパスを経由してＦＥＣパリティチェックをして送信されるので、ルート障害が検出される前であっても、一つのルートが消失しても一時的にでもデータが消失することはないという長所を有している。

複数のルートを使用する上述のストラテジーの一つを使って、ΨＲｍを以下の手順でコントロールできる：
１−各デスティネーションへの最低ルート性能計量を満足する各ルートのλＲ（障害回数／秒）の値を、ΨＲｆから受信する情報により更新する。

２−各デスティネーションノードへのルートのＭＴＴＦ_{Ｒｏｕｔｅｓ}の値を算出する。この計算手順は、複数のルートを使用するストラテジーに依存する。

・ＭＴＴＦ_{Ｒｏｕｔｅｓ}の値がＭＴＴＦ_{Ｒｏｕｔｅｓ}に要求されるその最小値より小さければ、一つまたはそれ以上の追加ルートが必要であるかもしれない。

・追加ルートが必要な場合、ΨＲｄがデスティネーションへの追加ルートを探索するために起動される。
新しいルートが見つかった場合、ルートの使用にその新しいルートを含めるよう適合させる。どのように行うかは、複数のルートを使用するストラテジーによる。例えば、ネットワーク−時間符号化が使用される場合、符号レートとインターリーブパラメータは、追加ルートを適応させるように修正される。そのデスティネーションノードへのトラフィック（パリティを含む）の一部は、新しいルートを経由して送られてもよい。

ΨＴｄは、ΨＲｔがネットワークトポロジー（ノードとリンクの構成／状態）を決定するために使用する方法である。ΨＴｄは、ルート探索、ルート障害分析、およびルート維持の予測および非予測の面をサポートしている。プサイアクティブトポロジー探索は、二つの基本的起動タクティクスを使用する。第１に、予測がされたときにだけ起動する方法。第２に、同じ一群のノードの相対的に非常に短時間の接近したトポロジースナップショットを撮るためにトポロジー探索マイクロバースト（ＴＤｍＢｓ）を起動する方法。これは、他の情報からは必要とする分解能でノードの動き情報が得られない場合、ローカルなノードの動き特性を決めるのに役に立つ。

ΨＲｔは、予測的ルート探索が必要な場合、随時行われる広域ネットワークトポロジー更新からの情報を使用する。この広域トポロジー情報は、非常にフォーカスされたトポロジー更新（探索）がなされる、ノードのより限定的な部分集合が抽出できるグローバルマップとしての役割を果たす。次のプロセスにより、ノードの部分集合にトポロジー探索を限定する。ソースノードＳｎが、次のパラメータを含むローカルトポロジーレポートメッセージを送る：
ターゲットとなるノードの部分集合内の各ノードのＩＤ
１ 各ターゲットノード周辺のＮホップの周辺探索
２ 探索パケットのＴｉｍｅ−ｔｏ−Ｌｉｖｅ
３ 送出するトポロジーレポートの数
４ 各トポロジーレポートのサンプリング期間
トポロジー探索の結果は、ルート探索パケットの伝播を制限するために使用できる。この結果は、ルート探索が、またそれゆえルートが及ぶべきノードの部分集合を特定することができる。Ψルーティングのためのデフォルトトポロジー探索は、トポロジー探索起動時間においてソースノードＳｎにより特定されるエリアのみに限定されるリンク状態トポロジー探索法である。

本発明によるモバイルアドホックネットワークを示す図である。 本発明によるモバイルアドホックネットワークの動作を示す図である。 本発明によるルートの探索と維持を管理する方法の段階を示すフローチャートである。 本発明のネットワークによるノードのルータを示す図である。 図４に示したルータのコントローラの詳細を示す図である。 プサイアクティブルーティングの一般的アーキテクチャを示す図である。

符号の説明

２０ ルータ
２２ 通信デバイス
２４ コントローラ
２６ メモリ
３０ ルート探索手段
３２ ルート必要性予測手段
３４ トポロジー／ダイナミクス予測手段
３６ ルートテーブル
４０ ルート維持手段

Claims (10)

1. 複数のモバイルノードと、前記モバイルノードを接続する複数のワイヤレス通信リンクよりなるモバイルアドホックネットワークを動作させる方法であって、
   ファジー論理を利用してネットワークにおいて未来において必要となる、ソースからデスティネーションへの一組のワイヤレス通信リンクとモバイルノードよりなるルートを予測し、
   前記予測した未来において必要となるルートに基づき、少なくとも部分ルートおよび完全ルートの一方を含むルートを探索し、
   前記探索したルートを記憶することを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法であって、
   未来において必要となるルートの予測は、前記ネットワークの物理的特性および動作的特性の少なくとも一方を含む前記ネットワークの記述的情報を記憶することを特徴とする方法。
3. 請求項２記載の方法であって、
   未来において必要となるルートの予測は、前記ネットワークの前記記憶された記述的情報をサンプリングし、更新することを特徴とする方法。
4. 請求項１記載の方法であって、
   未来において必要となるルートの予測は、統計的数値的フォーキャスティングを含むことを特徴とする方法。
5. 請求項４記載の方法であって、
   前記統計的数値的フォーキャスティングは、Ｈｏｌｔ−Ｗｉｎｔｅｒｓフォーキャストを実行することを含むことを特徴とする方法。
6. モバイルアドホックネットワークであって、
   複数のモバイルノードと、
   前記モバイルノードを接続する複数のワイヤレス通信リンクとを有し、
   各モバイルノードは、
   前記ワイヤレス通信リンクを経由して他のモバイルノードと無線通信する通信手段と、
   前記通信手段による通信をルーティングする制御手段とを有し、
   前記制御手段は、
   ファジー論理を利用して前記複数のノードの少なくとも２つの間に未来における通信の必要性を予測するファジー論理ルート必要性予測手段と、
   ソースノードからデスティネーションノードへの一組のワイヤレス通信リンクとモバイルノードよりなるルートのうち、前記ネットワークにおける部分ルートと完全ルートを定義するルートテーブル手段と、
   前記未来における通信の必要性に基づき、部分ルートと完全ルートのうち少なくとも一方を含むルートを探索するルート探索手段と、
   を含むことを特徴とするモバイルアドホックネットワーク。
7. 請求項６記載のネットワークであって、
   前記ファジー論理ルート必要性予測手段は、前記ネットワークの物理的特性および動作的特性のうち少なくとも一方を含むネットワークの記述的情報を記憶することを特徴とするネットワーク。
8. 請求項７記載のネットワークであって、
   前記ファジー論理ルート必要性予測手段は、前記ネットワークの記憶された記述的情報をサンプリングし、更新することを特徴とするネットワーク。
9. 請求項６記載のネットワークであって、
   前記ファジー論理ルート必要性予測手段は、統計的数値的フォーキャスティングを利用して未来において必要とされるルートを予測することを特徴とするネットワーク。
10. 請求項９記載のネットワークであって、
    前記統計的数値的フォーキャスティングは、Ｈｏｌｔ−Ｗｉｎｔｅｒｓフォーキャストの実行を含むことを特徴とするネットワーク。

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