JP4041494B2 - 通信システムにおける通信リンクの確立及びモバイルノード間の干渉の検出を行う方法及び装置 - Google Patents

Description

［発明の技術分野］
本発明は、通信の技術分野に関し、より詳細には、指向性アンテナにより機能するモバイル通信システムのネットワークに関する。
［発明の背景］
時分割多元接続（ＴＤＭＡ）は、無線モバイル通信システム間の通信リンクを確立するのに利用されるアクセス方式の一例である。無線モバイル通信システム間の通信リンクは、タイムフレーム系列内で確立される。各タイムフレームは複数のタイムスロットに分割され、各無線モバイル通信システムに、少なくとも１つのタイムスロットが割当てられる。

典型的には、無線モバイル通信システムには全方位アンテナが利用され、１つのモバイル通信システムにより送信される情報は、他のすべてのモバイル通信システムにより受信される。複数のモバイル通信システムがある固定された周波数で動作しているとき、チャネル干渉を回避するため、これらシステムは各自のタイムスロット内の送信を交代する必要がある。

２つの無線通信システム間の通信リンクのクオリティを向上させるため、指向性アンテナが利用されるかもしれない。指向性アンテナは、カバー範囲が限定された所望の領域のアンテナゲインを向上させる一方、その他の領域に対してはアンテナゲインを低下させる。

Ｐｒｉｔｃｈｅｔｔによる米国特許第５，７６７，８０７号は、無線通信システムのネットワーク内における通信リンクの確立に利用されるフェーズドアレイアンテナを開示している。フェーズドアレイアンテナは、アンテナパターンを選択的に制御するパラスティックエレメント（ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｅｌｅｍｅｎｔ）を含むものである。フェーズドアレイアンテナは、パラスティックエレメントが高インピーダンス状態にあるとき、全方位信号を放射し、決められた個数のパラスティックエレメントが低インピーダンス状態に置かれると、スイッチング回路に応答して、指向性信号を放出する。

より詳細には、Ｐｒｉｔｃｈｅｔｔによる上記特許は、固定された受信無線通信システムから固定された発信無線通信システムによるネットワーク内で動作している無線通信システムのリストと各無線通信システムに対する対応する各自のタイムスロットリストの取得を開示している。このとき、無線通信システム間においてタイムスロットをスケジューリングするためのリストに基づき、テーブルが生成される。

指向性アンテナにより動作する無線通信システムに対するタイムスロットのスケジューリングは、特に無線通信システムが可動的であるとき、複雑なものとなる。このような動的ネットワークでは、モバイル通信システムはネットワークへの進入及び退出を連続的に行う。さらに、不均衡なトラフィックロードのより改良された処理が必要となる。
［発明の概要］
本発明の課題は、無線モバイルアドホックネットワークにおける通信リンク要求の変動に対応してタイムスロットのスケジューリング及び干渉の検出を行うことである。

本発明による上記及び他の課題、効果及び特徴は、複数のモバイルノードから構成される無線通信ネットワークであって、前記複数のモバイルノードの各々が、送受信機と、前記送受信機に接続されるフェーズドアレイアンテナである指向性アンテナと、前記送受信機に接続されるコントローラとから構成される無線通信ネットワークにより提供される。前記コントローラは、各近隣モバイルノードとの通信リンクを確立するため、タイムスロットをスケジューリングするタイムスロットスケジューリングユニットと、通信中に各近隣モバイルノードに前記指向性アンテナを向けるアンテナ照準ユニットと、近隣モバイルノードとの通信のため、タイムスロットにおける干渉を検出する干渉検出ユニットとから構成される。前記コントローラは、検出された干渉に基づき前記タイムスロットのスケジューリングを調整する。前記タイムスロットスケジューリングユニットは、各近隣モバイルノードとの通信リンクを確立するため、各タイムフレームに対し各自の半永久タイムスロットをスケジューリングし、各タイムフレームに少なくとも１つの利用可能なタイムスロットを残す第１タイムスロットユニットと、リンク通信要求に基づき前記近隣モバイルノードとの通信リンクに供するため、前記少なくとも１つの利用可能なタイムスロットをスケジューリングする第２タイムスロットユニットとを有する。

前記干渉検出ユニットは、信号対干渉比及び／またはパケットエラーレートを測定するようにしてもよい。パケットエラーレートは、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）に基づくものであってもよい。また、前記干渉検出ユニットは、検出した干渉と閾値とを比較するようにしてもよい。好ましくは、前記コントローラは、検出した干渉に基づき与えられたタイムスロットに対するノード間の通信順序を切り替え、通信順序の切り替え後、検出した干渉に基づき新たなタイムスロットのスケジューリングを調整するようにしてもよい。各々が近隣モバイルノードの異なるペアを有する複数の通信リンクが、スケジューリングされたタイムスロット内に確立されてもよい。

本発明による上記及び他の課題、効果及び特徴は、複数のモバイルノードに対し通信リンクを確立するための方法を提供することである。本方法は、各モバイルノードに対し、近隣モバイルノードとの通信リンクを確立するため、各タイムフレームに対し各自の半永久タイムスロットをスケジューリングし、各タイムフレームに少なくとも１つの利用可能なタイムスロットを残すステップと、リンク通信要求に基づき前記近隣モバイルノードとの通信リンクに供するため、前記少なくとも１つの利用可能なタイムスロットをスケジューリングするステップとから構成される。前記指向性アンテナは、通信中に各近隣モバイルノードに向けられ、近隣モバイルノードとの通信に対しタイムスロットにおいて干渉が検出され、新たなタイムスロットのスケジューリングが検出された干渉に基づき調整される。
［好適実施例の詳細な説明］
以下において、本発明の好適実施例が図示される添付された図面を参照することにより、本発明がより詳細に説明される。しかしながら、本発明は、様々な形態により実現可能であり、ここで与えられる実施例に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろこれらの実施例は、本開示が詳細かつ完全なものとなり、本発明の範囲を当業者に完全に伝達できるように与えられたものである。本説明を通じて、同一の番号は同一の要素を表し、プライム表記は他の実施例において用いられる。レイヤや領域のサイズは、簡単化のため図面では強調されているかもしれない。

まず、図１及び２を参照するに、無線モバイル通信ネットワーク１０は、複数の無線モバイルノード１２ａ〜１２ｈから構成される。各モバイルノード１２ａ〜１２ｈは、送受信機１４と、送受信機１４に接続された指向性アンテナ１６と、送受信機１４に接続されたコントローラ１８から構成される。

コントローラ１８は、各タイムフレームに少なくとも１つの利用可能なタイムスロットを残しながら、各近隣モバイルノードとの通信リンクを確立するための各タイムフレームに対する各自の半永久タイムスロット（ｓｅｍｉ−ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｔｉｍｅ ｓｌｏｔ）をスケジューリングする半永久（ＳＰ）タイムスロットユニット１８ａを備える。利用可能（ＤＡ）タイムスロットユニット１８ｂは、リンク通信要求に基づき近隣モバイルノードとの通信リンクに供するように、少なくとも１つの利用可能なタイムスロットをスケジューリングする。さらに、コントローラ１８は、通信中に通信対象となる各近隣モバイルノードの方向に指向性アンテナを向けるアンテナ照準ユニット１８ｃを備える。

パラレル処理により、タイムスロット割当遅延を減少させることができる。従って、半永久タイムスロットユニット１８ａは、各近隣モバイルノードとの通信リンクを確立する各自のタイムスロットに対する１以上の半永久タイムスロットリクエストを発信し、近隣モバイルノードから受信した複数の半永久タイムスロットリクエストを処理しながら、各タイムフレームに少なくとも１つの利用可能なタイムスロットを残す。利用可能タイムスロットユニット１８ｂは、近隣モバイルノードから受信した複数の半永久タイムスロットリクエストを処理しながら、リンク通信要求に基づいて近隣モバイルノードとの通信リンクに供するための１以上の利用可能なタイムスロットリクエストを発信するかもしれない。

言い換えると、ノードは、複数の受信リクエストを処理しながら、発信した１以上の保留中の要求利用可能リクエストと半永久リクエストを有することができる。これにより、複数の近隣ノードに与えられたタイムスロットが一時的に割当てられるようになるかもしれない。しかしながら、この競合は、以下に詳細に説明されるように、このタイムスロットに対する１つの近隣ノードの選択を示す確認メッセージにより解消されるようにしてもよい。

信頼性のある確認メッセージには、２つのアプローチが与えられてもよい。送信モバイルノードは、受信モバイルノードにタイムスロットのリクエストを送信し、受信モバイルノードは送信モバイルノードにリプライ（ｒｅｐｌｙ）を送信する。送信モバイルノードは、受信モバイルノードにコンファメーション（ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎ）を送信し、受信モバイルノードは、当該コンファメーションを受信していない場合には、再びリプライを送信する。あるいは、受信モバイルノードは、送信モバイルノードにアクノリッジメント（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）を送信し、送信モバイルノードは、当該アクノリッジメントを受信していない場合には、再びコンファメーションを送信する。

２つのノードがタイムスロットリクエストを互いに同時に送信した場合、タイムスロットリクエストの衝突を確実に処理すべきである。コントローラ１８は、他のモバイルノードにリクエストを送信すると同時に、対応するリプライを受信することなく当該他のモバイルノードからリクエストを受信すると、他のリクエストを再送するための時間だけ待機する。この時間中に、入力されるタイムスロットリクエストを処理してもよい。当該時間後、他のノードからリクエストがすでに受信された場合、あるいはこの他のノードにタイムスロットの割当てが行われた場合、新しいリクエストが当該他のノードに送信されるようにしてもよい。遅延したリクエストがキューの先頭に到達すると、コントローラ１８は、当該ノードにタイムスロットの割当てがすでに行われたか確認するチェックを行う。タイムスロットの割当てが行われている場合、遅延したリクエストは破棄される。また、このリクエストがキューの先頭に到達する時点ではもはや近隣ではなくなったノードを宛先とするものである場合、この遅延リクエストは破棄される。

干渉検出ユニット１８ｄは、近隣モバイルノードとの通信のためのタイムスロットにおける干渉を検出するためのものである。コントローラ１８は、検出した干渉に基づき、タイムスロットのスケジューリングを調整する。干渉検出ユニット１８ｄは、信号対干渉比及び／またはパケットエラーレートを測定するようにしてもよい。パケットエラーレートは、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）の失敗に基づくものであってもよい。また、干渉検出ユニット１８ｄは、検出した干渉と閾値を比較するようにしてもよい。好ましくは、コントローラ１８は、検出した干渉に基づき、与えられたタイムスロットに対するノード間の通信順序を切り替え、この通信順序の切り替え後、検出した干渉に基づき新しいタイムスロットのスケジューリングを調整するようにしてもよい。

トラフィック調整ユニット１８ｅは、リンク通信要求に基づきタイムスロットをタイムスロットユニットに割当てることによって、各近隣モバイルノードとの通信を調整する。コントローラ１８は、割当てられたタイムスロットに基づき、タイムスロットのスケジューリングを調整する。トラフィック調整ユニット１８ｅは、増大するリンク通信要求に基づきタイムスロット群を一括して割当てるようにしてもよいし、及び／または増大するリンク通信要求に基づき近隣モバイルノードからタイムスロット群を一括して要求するようにしてもよい。また、トラフィック調整ユニット１８ｅは、タイムスロットの上限を増やし、タイムスロットを再割当てし、及び／または増大するリンク通信要求に基づき半分のタイムスロットを割当てるようにしてもよい。このような増大するリンク通信要求は、映像及び／または高レートセンサデータのストリーミングを含む。

無線モバイルノード１２ａ〜１２ｈは、モバイル環境において動作する。これらのシステムは、地上及び／または空中ベースのものであってもよく、これにより、ネットワーク１０への進入及び退出が連続的に行うことができる。指向性アンテナ１６は、フェーズドアレイアンテナ、パラボラアンテナまたはホーンアンテナなどであってもよい。指向性アンテナ１６を介した送信は、ＲＦ信号を所望の方向にフォーカスすることを可能にする。

無線モバイル通信システムのペア間の通信リンクを確立するために当該システム間のアンテナパターンの方向を選択的に制御することにより、同一のスケジューリングされた半永久タイムスロット内の他の無線通信システム間において、追加的な通信リンクが確立されてもよい。これは、図１に最も良く示されるように、モバイルノード１２ｃと１２ｅとの間のタイムスロット１において動作している通信リンク２７と、モバイルノード１２ａと１２ｂとの間のタイムスロット１において動作している通信リンク２９により示される。本発明のこの特徴は、無線モバイル通信ネットワーク１０のリソースがより良好に利用されることを効果的に可能にする。

コントローラ１８は、各タイムフレーム内のタイムスロットの合計に基づき、当該フレーム内の各無線モバイルノード１２ａ〜１２ｈに対する通信リンク数を制限する。通信リンク数をタイムフレーム内のタイムスロットの合計の一部に制限することによる効果は、近隣ノードによるタイムスロットのスケジューリングを大きく簡素化する。

各タイムフレーム内の各無線モバイルノード１２ａ〜１２ｈに対する通信リンク数はＮ以下であり、各フレーム内のタイムスロットの合計は２Ｎ−１以上である。タイムスロットのスケジューリングを簡単化するのに加えて、このタイプの分散スケジューリングは競合を回避することができる。

分散スケジューリングは、１２ａと１２ｂなどの任意の無線モバイルノードペアが、例えば、他の任意の無線モバイルノードとの通信を要することなく半永久タイムスロットをスケジューリングすることを可能にする。言い換えると、半永久タイムスロットをスケジューリングするために、無線モバイルノード１２ａ〜１２ｈのすべてとの集中的なマスタ／スレーブタイプの調整はない。無線モバイルノード１２ａ〜１２ｈにおけるタイムスロットは分散的にスケジューリングされるため、無線モバイル通信ネットワーク１０では１点での故障はない。

コントローラ１８は、通信リンクを優先順位付けし、新しい近隣モバイルノードとの通信リンクを確立するための半永久タイムスロットを利用可能にする優先順位付けに基づき、通信リンクの１つを外す。通信リンクの優先順位付けが、以下においてより詳細に説明される。さらに、コントローラ１８は、通信リンクを優先順位付けし、この優先順位に基づき少なくとも１つの利用可能なタイムスロットをスケジューリングする。

コントローラ１８はまた、通信リンク数がＮ未満である場合、半永久タイムスロットの１つを利用可能なタイムスロットとしてスケジューリングしてもよい。これにより、既存の通信リンクに対する必要とされる基礎として、通信リンク要求が効果的にサポートされる。しかしながら、コントローラ１８は、以下で詳細に説明されるように、通信リンク数がＮに等しい場合、要求割当てタイムスロットを半永久タイムスロットにスケジューリングするようにしてもよい。

各通信リンクは、ノード１２ａなどの送信モバイルノードとノード１２ｂなどの受信モバイルノードにより形成され、送信モバイルノードは、利用可能な半永久タイムスロットのリストを受信モバイルノードに送信する。その後、受信モバイルノード１２ｂは、半永久タイムスロットの１つの選択を送信モバイルノードに送信する。送信モバイルノード１２ａは、選択された半永久タイムスロットの選択を受信モバイルノードに確認する。

各モバイルノードは、さらに、他の近隣モバイルノードとの位置情報の交換のため、送受信機１４に接続されている全方位アンテナ２０を有する。交換される他の情報には、リソース要求や新しい潜在的な近隣ノードの有無の検出が含まれる。さらに、フェーズドアレイアンテナ１６は、複数のアンテナビームを同時に生成してもよく、コントローラ１８は、スケジューリングされた半永久タイムスロット内の複数の近隣モバイルノードにフェーズドアレイアンテナを向ける。

干渉検出ユニット１８ｄは、ビーム幅と割当てられた同一のタイムスロット内の共線的ノードペアに対する干渉の検出及び回避を行う。例えば、図１を参照するに、ノード１２ａと１２ｅは、割当てされた同一のタイムスロット１の半分においてそれぞれノード１２ｂと１２ｃに送信する。十分広いアンテナビーム幅により、ノード１２ｂとノード１２ｃは、ノード１２ａと１２ｅの両方からの送信を同時に傍受するかもしれない。干渉検出ユニット１８ｄは、タイムスロットの使用中に物理レイヤにおいて信号対干渉比（ＳＩＮＲ）を測定するようにしてもよい。あるいは、ＣＲＣチェックエラーに基づき、リンクレイヤにおいてパケットエラーレートを測定することも可能である。測定結果が指定された閾値を超えると、スロットは不良と宣言されるようにしてもよい。

しかしながら、フェーディングにより１つのスロットはこのテストに失敗するため、当該スロットのｎ回の試行のうちのｍ回が劣化する場合、スロットにおける過度の劣化を宣言することが望ましい。この時点において、コントローラ１８は干渉を回避することを試みる。リンクの両端におけるＴｘ／Ｒｘの順序が、当該タイムスロットに対し切り替えられるようにしてもよい。このような切り替えが失敗する場合、新しいタイムスロットが調整されてもよい。もちろん、これらの変化の両方は、両方のノードペアが同時に同じ変化を試み、これにより競合状態を維持する確率を低下させるようになされるべきである。

トラフィック調整ユニット１８ｅは、ストリーミング映像や高レートセンサデータにより生成可能な不均衡なトラフィックロードを管理する。調整機構は、各半二重リンクがトラフィックの任意のＴｘ／Ｒｘスピリットにおけるタイムスロットを割当てることを可能にするよう設けられる。また、タイムスロット数の上限が、より多数の要求タイムスロットを生成するための下限を上回る値まで引き上げられてもよい。ノードが要求タイムスロットへの再割当てを行うため、割当てられた半永久タイムスロットからサブスロットを「盗用する」ようにしてもよいとき、タイムスロットの上限の効果的な増減を可能にするであろう。さらに、高レートストリームを可能にするため、送信元から送信先ノードまでのパスに沿って各ノードにおけるサブスロット及び／またはタイムスロット群の一括に要求及び割当てを行うことにより、当該パス上の各ノードにおいて高レートストリームに対するリソースの割当てを示すため、リザベーションプロトコルがリンクスケジューリング手順と共に利用することができる。リザーブされたリソースに対し、分離されたキュー及びキューサービス規則が、ストリームにより求められる容量に送出されることを保証するのに必要とされてもよい。

本発明はまた、各モバイルノードが送受信機１４と、送受信機１４に接続されたフェーズドアレイアンテナ１６と、送受信機１４に接続されたコントローラ１８から構成される複数のモバイルノード１２ａ〜１２ｈに対する通信リンクを確立する方法に関する。本方法は、各モバイルノード１２ａ〜１２ｈに対し、近隣モバイルノードとの通信リンクを確立するための各タイムフレームの各自の半永久タイムスロットをスケジューリングし、各タイムフレームにおいて少なくとも１つの利用可能なタイムスロットを残すことから構成される。

好ましくは、この少なくとも１つの利用可能なタイムスロットは、リンク通信要求に基づき、近隣モバイルノードとの通信リンクに供するようスケジューリングされる。フェーズドアレイアンテナ１６は、通信中に各近隣モバイルノード１２ａ〜１２ｈに向けられる。各タイムフレームは、Ｎ個までの半永久タイムスロットと少なくとも２Ｎ−１個の利用可能なタイムスロットを有するようにしてもよい。

本方法はまた、近隣のモバイルノードから受信した複数の半永久タイムスロットリクエストを処理しながら、各近隣モバイルノードとの通信リンクを確立するための各タイムフレームに対する１以上の半永久タイムスロット要求を送信し、各タイムフレームに少なくとも１つの利用可能なタイムスロットを残し、近隣のモバイルノードから受信した複数の利用可能なタイムスロット要求を処理しながら、リンク通信要求に基づき近隣のモバイルノードとの通信リンクに供する少なくとも１つの利用可能なタイムスロット要求を送信することから構成されるようにしてもよい。

指向性／フェーズドアレイアンテナ１６は、通信中に各近隣モバイルノード１２ａ〜１２ｈに向けられ、近隣モバイルノードとの通信のためのタイムスロットにおいて干渉が検出され、検出された干渉に基づき、新しいタイムスロットのスケジューリングが調整される。干渉検出ユニット１８ｄは、信号対干渉比及び／またはパケットエラーレートを測定するようにしてもよい。パケットエラーレートは、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）エラーに基づくものであるかもしれない。また、干渉検出ユニット１８ｄは、検出した干渉と閾値を比較するようにしてもよい。好ましくは、コントローラ１８は、検出された干渉に基づき、与えられたタイムスロットに対するノード間の通信順序を切り替え、通信順序の切り替え後に、検出された干渉に基づき新しいタイムスロットのスケジューリングを調整するようにしてもよい。また、各近隣モバイルノード１２ａ〜１２ｈとの通信は、リンク通信要求に基づくスケジューリングに対しタイムスロットを割当てることにより調整されるようにしてもよい。

本方法はさらに、新しい近隣モバイルノードとの通信リンクを確立するため、各ノードに通信リンクを優先付けさせ、この優先順位に基づき通信リンクの１つを外させることからなる。さらに、ある通信リンクに供するよう現在スケジューリングされている利用可能なタイムスロットが、リンク要求に基づき、他の通信リンクに再割当てされるようにしてもよい。これにより、任意のモバイルノードが通信リンク要求の変化に効果的に対応することが可能となる。

半永久タイムスロットと利用可能なタイムスロットのスケジューリングが、より詳細に説明される。指向性アンテナ１６を受信モバイルノード１２ａ〜１２ｈの方向に操作することに関する詳細は、本発明のこの特徴は当業者には容易に理解されるため、省略される。

説明のため、指向性アンテナ１６はフェーズドアレイアンテナであると仮定される。当業者には容易に理解されるように、フェーズドアレイアンテナ１６は、複数のアンテナ要素と、所望の方向に誘導可能なアンテナビームを生成するよう調整可能な各自の位相シフタを有する。フェーズドアレイアンテナ１６は、アンテナを物理的に移動させることなく、アンテナパターンの誘導またはスキャンを実行する。

また、説明のため、無線モバイル通信ネットワーク１０について、多くの仮定がなされる。まず、すべての無線モバイルノード１２ａ〜１２ｈにより共有される高データレートチャネルの単一の周波数帯が存在する。このタイプの送信チャネルは、送信と受信の両方のため、すべての無線モバイルノード１２ａ〜１２ｈの間で共有されている時間である。すべての送信スロットは、予めスケジューリングされている。

また、別の低データレートオーバヘッドチャネルが設けられるという仮定がなされる。このオーバヘッドチャネルは、ノード検出、ネットエントリ、リソース要求を含む他の各種データリンクコントロールオーバヘッドの交換に利用可能である。このオーバヘッドチャネルは、全方位アンテナ２０を介し与えられる。すべてのノードにおいて、良好なグローバルタイミング基準がまた知られている。無線モバイルノード及び無線モバイル通信システム１２ａ〜１２ｈという用語は、以下の説明を通じて相互に交換可能である。

無線モバイル通信ネットワーク１０はまた、スケジューリングされたタイムスロットが利用可能となるとき、フェーズドアレイアンテナ１６が正確に指定可能となるように、モバイルノードの位置決定及び追跡を行う機能を有する。上述のように、指定／追跡に関する詳細な説明は、ここでは与えられない。

また、フェーズドアレイアンテナ１６がゼロビーム幅を有するという仮定がなされる。この仮定は、後に緩和されるであろう。この結果、与えられたモバイルノードによる送信は、送信を試みている近隣モバイルノードによってのみ受信されると仮定することができる。これにより、タイムスロットのスケジューリングに関するより限定的な制約が可能となる。各通信リンクは、データの送受信を行うためにスケジューリングされたタイムスロットを表す番号によりラベル付けされる。

これらの制約には以下のようなものがあげられる。同一のタイムスロット番号にラベル付けされた複数の通信リンクを有するノードはない。与えられたタイムスロットの割当てが、２つのモバイルノード間の半二重リンクに適用され、送信及び受信のため２つのノードにより交互に利用される。これら２つの制約は、モバイルノードによりその近隣ノードの１つに割当てられたタイムスロットが、当該ノードにより他のリンクに割当てられた以前のタイムスロットにより制約されるということを意味する。

図１において、フェーズドアレイアンテナ１６に対するタイムスロットのスケジューリングが示される。図１は、スケジューリングされたタイムスロットに基づくリンク接続を備えたネットワーク１０を示す。無線モバイルノード１２ａ〜１２ｈは、各自のフェーズドアレイアンテナ１６を近隣の無線モバイルノードの方向にいつ向けるか把握するように、タイムスロットはスケジューリングされる。

通信リンクは双方向であり、各タイムスロット番号は、タイムスロットと当該タイムスロットにおいて発生する各方向への送信機会を表す半二重形式で使用される。Ｎ_{ｆｒａｍｅ}という用語は、フレーム内のタイムスロットの最大数と最大リンクインデックスを表すのに用いられるであろう。この例では、Ｎ_{ｆｒａｍｅ}＝６となる。

図３は、タイムスロットの各フレームを示す。最もシンプルな定式化では、各エポックまたはフレームはｎ個のスロットを有し、ｎの値はＮ_{ｆｒａｍｅ}に設定される。図面ではまた、ノードＡ及びＢとしてラベル付けされたノードに接続されるリンクに対しタイムスロットがどのように利用されるかが示されている。各タイムスロットは、２つのミニスロット２２ａと２２ｂに分割される。第１のミニスロット２２ａ（例えば、タイムスロットの１／２など）は、ノードＡからノードＢへの送信に利用される。この後、リンクの方向は反転され、第２のミニスロット２２ｂがノードＢからノードＡへの送信に利用される。

送信期間中、複数のパケットが送信可能である。図示されるように、各ミニスロット２２ａと２２ｂはまた、以下の考慮に従って選ばれたガードタイム２４ａと２４ｂを含む。任意のノードペア間の最大範囲は、調整の必要のある最大伝搬遅延を決定する。１００マイルの最大範囲は、約０．５ｍｓの伝搬遅延に対応する。すべてのノードペア間の一様でない伝搬遅延と伝搬遅延の不確実性を調整するため、各ミニスロット２２ａと２２ｂにガードタイムが割当てられる。

１００マイルの最大範囲では、０．５ｍｓのガードタイムが必要とされる。１００マイルの最大範囲に対するガードタイムの割当ては、チャネル効率のロスを最小化するため、２〜４ｍｓのオーダでミニスロット２２ａと２２ｂを構成する必要があることを意味する。一例として、通信リンク上の５０Ｍｂ／ｓデータレートと１００マイルの最大範囲を仮定する場合、４ｍｓのミニスロットは２００，０００ビット／ミニスロットを意味する（１秒当たり２５０ミニスロット）。このとき、ミニスロットは、２５，０００ビットのガードタイムと１７５，０００ミッションデータビットを含むであろう。

コントローラ１８はまた、利用可能なタイムスロットがスケジューリングされたとき、優先順位を割当てるため、確立された各リンクにバイアスをかけるようにしてもよい。以下で詳細に説明されるように、各フレーム内には、半永久（ＳＰ）タイムスロットと利用可能または要求割当て（ＤＡ）タイムスロットが設けられる。１つの明示される目的は、同時に複数のノード間でのタイムスロットの再利用を拡大することである。図１のモバイルネットワーク１０はノードと通信リンクの合計で制限されるが、タイムスロットのパラレルな利用のケースはいくつかある。例えば、タイムスロット１及び２は、それぞれ３つの異なる通信リンクにおいて同時に用いられ、タイムスロット６は、１つのみのリンクにおいて利用される。他のすべてのタイムスロットが、２つの通信リンクに割当てられる。割当てられたタイムスロットの個数（Ｎｕｍ＿Ｓｌｏｔｓ＿Ａｓｓｉｇｎｅｄ）に対するネットワークにおけるタイムスロット割当ての総数（Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）の比として、再利用平均レベルを示す再利用係数を定義することができる。すなわち、

図１の一例となるネットワーク１０に対して、再利用アプローチは、平均的に、ネットワークスケジュールには各タイムスロットに２よりわずかに多いユーザが同時に存在するということを示すＲ＝１４／６＝２．３３３の再利用係数を提供する。任意の指定されたスケジューリングアルゴリズムに対し計算される再利用係数は、ネットワークサイズとトポロジーに大きく依存するということは明らかであろう。完全比較評価は、様々なネットワークサイズとトポロジーを考慮すべきである。

任意のグラフに対するＮ_{ｆｒａｍｅ}の値の下限は、各ノードは当該ノードが有する近隣と少なくとも同数のタイムスロットを必要とする、すなわち、当該ノードは少なくともその次数に等しい個数のタイムスロットを必要とするということに注意することにより決定することができる。このとき、Ｎ_{ｆｒａｍｅ}は、グラフ全体に対する最大ノード次数と少なくとも同数である必要がある。従って、ノードｉの次数をｄ_ｉとして表すことにより、Ｎ_{ｆｒａｍｅ}の下限は、

となる。図２に示される一例となるネットワーク１０に対して、再利用部分は、式（２）に従って利用される必要のあるタイムスロットの最小数に等しいＮ_{ｆｒａｍｅ}によるスケジューリングに割当てられる。ここで、複数のノード、すなわち、ノード１以外のすべてのノードは、タイムスロットの完全なセット未満に割当てられる。このため、向上されたスケジューリングアルゴリズムは、スケジューリングに競合を招くことなく追加的なスロットをリンクの一部に割当てることが可能であってもよい。

以下の説明では、リンクスケジュールを生成するためのタイムスロットのスケジューリングに主に注目する。究極的に解決されねばならないフェーズドアレイネットワーク全体の問題の他の部分として、１）ノードおよび近隣検出、２）ネットエントリ、３）更新をスケジューリングするためのプロトコルのやりとりを含むオーバヘッドチャネルフォーマット及びプロトコル、４）（フェーズドアレイアンテナ１６の支援を含む）近隣ノードの追跡及び位置決定、及び５）動的ネットワークトポロジーのルーティングアルゴリズムがあげられる。

本発明によるタイムスロットをスケジューリングするためのアプローチは、以下の原理に基づく。第１に、指定された個数のタイムスロットが、与えられたリンクに対しスケジューリングされている半永久（ＳＰ）タイムスロットとして割当てられる。利用可能なタイムスロット（ＤＡ）の残りは、要求割当てベースで、それらを最も必要とするノード／リンクに割当てされるようにしてもよい。これにより、必要に応じて、スケジュールを柔軟にシフトすることが可能となる。第２に、上述のように、半永久的に割当てられたタイムスロットの最大数に関する制限が確立される。この制限は、特定のネットワークに基づき選ばれたパラメータである。この制限はまた、各ノードに１つのＳＰタイムスロットにより許容可能な近隣ノードの個数の上限である。

第３に、上述のように、各フレームのタイムスロットの最大数の制限が確立される。この制限は、特定のネットワークに基づき選択されたパラメータである。この制限は、リンク遅延機会に対する最大再訪問回数を決定するため、遅延に関する制限を確立するのに重要である。

第４に、各フレームのタイムスロットの合計Ｎ_{ｆｒａｍｅ}と各フレームの半永久的に割当てられたタイムスロットの最大数に関する制限との間の関係は、半永久的に割当てられたタイムスロットのスケジューリングが大きく簡単化され、スケジューリング競合が分散スケジューリングにより大きく回避されるように選ばれる。

各ノードの半永久的に割当てられたタイムスロット最大数を各フレームのタイムスロットの総数の一部に限定することにより、半永久的に割当てられるタイムスロットを分散的に割当てるプロセスが大きく簡単化される。半永久的に割当てられたタイムスロットの個数に関する上限（従って、許容可能な近隣ノードの最大数）は、Ｎにより表される。このとき、Ｎ_{ｆｒａｍｅ}の値を、

となるようにする。

ネットワーク１０のすべてのノード１２ａ〜１２ｈは、有向リンクにより接続され、各ノードは、タイムホップ処理（ｔｉｍｅ ｈｏｐｐｉｎｇ）及びそれの近隣ノードへのポイント指定によるビーム共有による単一のビームフェーズドアレイアンテナ１６を有する。さらに、近隣ノードの個数がＮであると仮定すると、半永久タイムスロットの許容可能な個数に関する制限は一定とされる（各近隣に１つのＳＰタイムスロットが割当てられる）。

Ｎ_{ｆｒａｍｅ}の一定の値が式（３）を満足する場合、すべてのノードは、他のノードが１ホップより多く離れて選択するリンクを考慮することなく、リンクの近隣と相互に同意することにより各リンクに異なる半永久タイムスロットを選択することが可能である。これにより、各ノードは、近隣ノードとのみ通信することにより、直接的な方法により近隣ノードとのリンクに対する半永久タイムスロットを選択することが可能となる。このプロセスは、Ｎ個までの近隣ノードに続けることができる。

重要なのは、Ｎ_{ｆｒａｍｅ}の値がＮの一定値に対し増大するに従い、タイムスロットの近隣の選択と競合しないタイムスロットに対するノードの選択能力に関する制約がより少なくなるということを認識することである。新しいリンクに対するタイムスロットを選択するノードは、現在使用されておらず、近隣が現在利用していないタイムスロットを選択する必要がある。

ノードが現在近隣への各リンクに割当てられた単一のタイムスロットによるｍ個の近隣を有し、新しい近隣ノードへのリンクを追加する場合、近隣ノードは、高々（Ｎ−１）個のタイムスロットを使用することができる。従って、Ｎ_{ｆｒａｍｅ}が（ｍ＋Ｎ−１）より大きい場合、ノードにより新しいリンクに割当てることが可能な少なくとも１つ以上の利用可能なタイムスロットが存在するであろう。この割当てプロセスのワーストケースは、ノードがすでに（Ｎ−１）個の近隣を有し、Ｎ番目の近隣ノードに対しタイムスロットを割当てている場合である。この場合、Ｎ_{ｆｒａｍｅ}は、追加的なタイムスロットがＮ番目の近隣へのリンクへの割当てに利用可能となることを保証するため、式（３）を満足する必要がある。

この性質が開示されたタイムスロットスケジューリングアプローチにおいてどのように利用されうるかについてのいくつかの追加的な観察がなされる。まず、近隣によるそれへの有向リンクに割当てられる半永久タイムスロットの選択を調整しさえすればよい。このリンクを要求するノードは、例えば、当該リンクに示唆されたタイムスロットのリストを近隣に送信するようにしてもよい。これは、これらのタイムスロットがＳＰの割当てに用いられないということに基づく。このリストの順序付けは後述されるような他の要因に基づくものである可能性があるが、これは必ずしも必要ではない。その後、近隣ノードは、このリストから所望するタイムスロットを選択し、この選択による応答を返すことができる。これは、半永久タイムスロットをスケジューリングするための直接的な完全分散化されたアルゴリズムを定義することを可能にする。

あるノードがＮ個未満の近隣を有する場合、それのＮ個の許可された半永久タイムスロットの複数のスロットが、個々のリンクに割当て可能である。しかしながら、この場合、Ｎ個すべての割当てが競合することなく近隣間のノード調整を介し可能となることを保証するものではない。例えば、Ｎ＝６であり、１つのノードが３つのみの近隣を有するが、これらの近隣の各々が６つの近隣を有する場合、当該ノードはそれの３つの近隣との各リンクに１つのみのタイムスロットを割当てることができる。本アルゴリズムを簡単化するため、各リンクに複数のＳＰタイムスロットをスケジューリングすることは許されていない。しかしながら、すべての未使用のタイムスロットが利用可能なタイムスロットとして割当てられてもよい。

潜在的な近隣の個数が限度Ｎよりはるかに大きいような多数のノードを有するネットワークに対し、処理されるべきトポロジーコントロール問題がある。ノードは、潜在的な近隣からの最適なネットワークトポロジーを生成する近隣の選択に直面する。このトポロジーコントロール問題はまた、エネルギー効率的ネットワークを最適化するという概念に関連する。潜在的な近隣の個数が限度Ｎよりはるかに大きい場合、トポロジーコントロール機能を用いて、接続すべき近隣ノードを選択することができる。

式（３）により可能とされる最小値にＮ_{ｆｒａｍｅ}を割当てる場合、各ノードは最大でＮ個の半永久タイムスロットと合計（２Ｎ−１）個のタイムスロットを有することが可能となる。要求割当てタイムスロットが、トラフィックロードに最も良く適応するものを基礎として割当てられる。もちろん、はるかに大きなＮ_{ｆｒａｍｅ}の値を割当てることはまた１つの選択肢である。この場合、要求割当てに利用可能なより多数のタイムスロットが存在する。これがネットワークを構成するのに望ましい方法となる適用例となるかもしれない。

半永久タイムスロットに関して、ノードは、近隣への有向リンクのために当該近隣により割当てられる利用可能なタイムスロットの選択を調整しさえすればよい。このことは、ある近隣が有向リンクを介しタイムスロットの割当てを行うリクエストを当該近隣に送信し、同じリンクを介し割当ての付与または当該リクエストの拒絶を受け取ることを意味する。

近隣ノードから利用可能なタイムスロットＤＡの割当てを要求するノードは、当該リンクの追加的容量の感知された必要に基づきそうするであろう。これは、短期及び長期の測定に基づき高いリンク利用性（キュー蓄積）により促進されるようにしてもよい。このリクエストは、要求されたスロットの個数と、当該リクエストに付属される優先順位を示す基準を含む。この基準は、キューの長さをタイムスロットの割当ての必要性の尺度として示すものであるかもしれない。

リクエストを受信するノードはまた、同じタイムスロットの割当てで競合するかもしれない他の近隣ノードからリクエストを受け取るかもしれない。プロトコルを簡単化するため、ノードは、次の割当てを考慮する前に、利用可能なタイムスロットＤＡの割当てのための１つのスレッドの処理を完了しなければならない。これらの割当ては長時間続くものではない。なぜなら、これらの割当ては、トポロジーの変更の結果として半永久タイムスロットとして再割当てされるプリエンプション（ｐｒｅｅｍｐｔｉｏｎ）を常に受けるか、あるいはシフトするトラフィック要求による再割当てを受ける。

近隣及びリンク検出が説明される。分散化リンクスケジューリングアルゴリズムは、潜在的な近隣ノードにより当該ノードとの有向リンクの確立前に発生する必要のあるプロトコル交換のため、全方位的オーバヘッドチャネルからのサポートを必要とする。このようなメッセージには、当該ノードへの有向リンクを介し半永久タイムスロットの割当てを要求するＲＥＱ＿ＳＰＴＳが含まれる。

ここで定義されたプロトコルを直接サポートするプロトコルメッセージ交換をサポートするのに加えて、全方位オーバヘッドチャネルは、近隣の機能とリンク検出をサポートしなければならない。通常これは、２つのノードが近隣ノードとなりうるということを領域内を移動する他の任意のノードに注意する全方位アンテナ２０を介して、各ノードにより定期的な全方位送信を通じて実行される。複数のアドホックルーティングプロトコル（ＯＬＳＲを含む）により、このようなサポートプロトコルが定義されている。このような以前に定義されたプロトコルは、この分散化リンクスケジューリングアルゴリズムをサポートするよう適応化することが可能である。このようなプロトコルにより実行される必要がある主要な機能は、新しい潜在的な近隣ノードを検出し、これらにトポロジーコントロール機能を通知することである。

ノード及びリンク検出の１つのアプローチは、各ノードがその存在及び位置を近隣ノードに通知するため、コントロールチャネルを介しビーコンメッセージを定期的に送信することからなる。さらに、リンク状態メッセージが、それのビーコン近隣（ＢＮリスト）とＰＡ近隣ノード（ＰＡＮリスト）の識別と、これらノードに割当てられたタイムスロットを近隣ノードに通知するため定期的に送信される。

アルゴリズムのリンク検出部分は、ＰＡＮリスト上にないＢＢＮリスト上のノードが存在するか確認するため、双方向ビーコン近隣（ＢＢＮ）リストとＰＡＮリストを継続的に比較する。そのような近隣ノードは、ＰＡリンクが可能であるか判断するため、リンクテストの候補となる。このアプローチによると、コントロールメッセージの交換後、信頼性の高い通信が可能であるか判断するため、有向リンクがテストされる。通信が信頼できるものである場合、新たな近隣ノードがＰＡＮリストに追加される。

これは、テストタイムスロットにおいて通信を有効化するが、必ずしも半永久的にリンクに割当てられるタイムスロットにおける通信を有効化する必要はない。１つのアプローチは、このようにしてそれを実行することであり、あるいは他のアプローチは、ＳＰタイムスロットがこのタイムスロットにおいて割当て及びテストされるまで待機するというものである。

トポロジーコントロール機能は、それがトポロジー最適化を行う必要がない場合、極めてシンプルな機能となりうる。この機能の目的は、ＰＡＮリストのノードリスト、これらリンクの信頼性に関する情報及びネットワークトポロジーに関する情報を取得し、この情報を利用して、ＰＡＮリスト上のどのノードがＰＡ近隣となるか判断することである。これは、ＰＡＮリストのすべてのノードがＰＡ近隣となるのを許さないＰＡ近隣の個数などの制約が存在する場合、ネットワークトポロジーを最適化する機能である。

Ｎ_{ｆｒａｍｅ}に対する固定された値と、Ｎに対する固定された値（各ノードの半永久タイムスロットの最大数）の提案された制約により、ネットワークトポロジー利用性に関する懸念が潜在的に存在する。これは、これらの値が極めて小さな値となるよう選ばれている場合におそらく該当するであろう。例えば、Ｎ_{ｆｒａｍｅ}＝５によりＮ＝３が選択されると、新たなＰＡ近隣ノードを追加する前に、高度なトポロジーコントロール機能がトポロジーを注意深く利用していない場合には、任意のノードに対して３個より多くの近隣を持たないとき、明確に接続されたネットワークトポロジーを期待することは困難であるかもしれない。これは、特に大規模なネットワークに対し成り立つかもしれない。

従って、トポロジーコントロール機能は、潜在的ＰＡ近隣としての望ましさの順序で順序付けされたＰＡＮリストである近隣優先度（ＮＰ）リストを生成すべきである。このリストは、潜在的なＰＡ近隣がスケジューリングされたタイムスロットとなる優先順位に関するものとなる。しかしながら、初期的な問題は、おそらく１５個のノードを有するような小規模なネットワークの問題である。５〜８個の近隣ノードを許容することは、ほとんどすべての可能な近隣をＰＡ近隣とすることを可能にするため、トポロジー利用問題が生じる確率は大変低いものとなるであろう。

トポロジーコントロール機能の第２の目的は、リンクスケジューラプロセスが状態の変更とＳＰタイムスロットに対する再割当てプロセスを実行させるトポロジー変更イベントを生成することである。

上位レベルのスケジューリングアルゴリズムの構成が説明される。スケジューリングプロセスは、上述のアプローチを全体的に利用しながら、プロセスの複雑さを最小化する目的により形式化された。このスケジューリングを制御するキーは、各近隣ノードによりリンクに割当てられる以降のタイムスロットに対するタイムスロットスケジュールの状態を反映する各ノードにおける正確なデータ構成を維持することである。

スロット割当てＤＢとリンクメッセージＤＢの２つのデータ構造が提案される。テーブル１において、エポックの与えられたタイムスロットに対するデータ構造における可能なリンク状態が列挙されている。このテーブルは、可能な各状態を記載し、当該状態の記号を与えている。テーブル２は、一例となるＮ_{ｆｒａｍｅ}＝９（Ｎ＝５）のタイムスロットを示すコンテンツ及びスロットの割当てＤＡと、各状態に対する状態割当てと、一例となる各タイムスロットに対する割当てされた近隣ＩＤを示す。

この例では、４つの近隣がＳＰタイムスロットに割当てられ、これにより、１つの追加的近隣がこれらの制約により接続されるようにしてもよい。新しい近隣ノードが可能である場合、ＳＰタイムスロットとして割当て対象となる複数のＤＢタイムスロットと共に提供されるか、あるいはＤＢタイムスロットとして割当てられてもよい１つのフリーのタイムスロットが存在する。リンクメッセージＤＢの利用が、詳細なプロトコルの説明において後述される。本例はまた、各スロットに２つのサブスロットなどのサブスロットの利用を示している。

これは、より細かい粒度を可能にするため、ＤＡ割当てと共に利用されるコンセプトである。この場合における意味は、タイムスロットｋの割当てにおいて、サブスロット１が奇数フレーム上のタイムスロットｋのリンクへの割当てとなるということである。逆に、サブスロット２は、偶数フレーム上のタイムスロットの割当てを示す。

図５において、リンクスケジューリングプロトコルの上位レベルの状態図が示される。この図では、タイムスロット割当てデータベースを維持及び変更するための２つの独立したプロセス３０と３２が示される。半永久（ＳＰ）タイムスロットを維持及び割当てるためのプロセス、すなわち、プロセス３０の状態図が、左側に示されている。このプロセスは、利用可能な（ＤＡ）タイムスロットを割当てるための右側のプロセス３２による割当てに優先している。プロセスパス３１において、取得可能なタイムスロットは、フリー、ＤＡ割当て、及びＤＡ割当て処理中である。同様に、プロセスパス３３において、取得可能なタイムスロットは、フリー、ＤＡ割当て、及び再割当て必要なものである。

このデータベースは、任意の与えられたタイムスロット割当て状態に対し、２つのスケジューリングプロセスの１つのみが与えられた時点において当該状態を変更することが可能となるように、ロックされたデータベースとして制御される必要がある。これらのプロセスの１つがあるタイムスロット割当ての状態の変更を開始すると、当該状態はロックされ、その他のプロセスは、それがリリースされるまで変更されないようにしてもよい。

任意の時点において、ＤＢの各タイムスロットは、テーブル１に示されるような７つの状態の１つにある。利用可能なタイムスロットは、フリー状態にあるといわれる。すなわち、スケジューリングの競合が割当てを妨げたため、あるいはタイムスロットが最近フリーとなり、まだスケジューリングされていないため、利用可能なタイムスロットは、その近隣ノードの１つとのリンクには割当てられていない。

示されるように、フリー状態のタイムスロットは、ＳＰタイムスロットまたはＤＡタイムスロットの何れかとしてスケジューリングされてもよい。ＳＰ割当てとして割当てられたタイムスロットは、ＳＰタイムスロットを維持するプロセスによってのみ変更されるようにしてもよい。このタイムスロットは、ネットワークトポロジーが変更された場合、あるいはより望ましいトポロジーが可能である場合、このプロセスにより割当ての解除が行われるようにしてもよい。このようなタイムスロットがフリー状態に戻されるまで、ＤＡタイムスロットを維持及び割当てるためのプロセスは、それの状態を変更することはできない。

さらに、ＳＰ割当てされるプロセスにあることを示すＤＢ状態による任意のタイムスロットは、ＤＡ割当てプロセスにより割当てることはできない。これには、ＳＰリクエスト及びリプライメッセージが送信されたことを示す状態が含まれる。しかしながら、タイムスロットの状態がＤＡ割当てである場合、ＤＡ割当てプロセスにより再割当てされるようにしてもよい。これは、ネットワーク上のロード処理がＤＡタイムスロットの再割当てが必要であることを示す場合に、実行されるようにしてもよい。

他方、ＳＰタイムスロットを割当てるプロセスは優先される。フリースロットの割当てに加えて、本プロセスはＤＡ割当てされたすべてのタイムスロット、またはＤＡ割当て処理中のすべてのタイムスロットを取得及び再割当てするようにしてもよい。これは、少なくとも１つのＳＰタイムスロットがＮ_{ｆｒａｍｅ}タイムスロットのフレーム中に各近隣ノードに割当てられることを保証するための直接的なプロセスを提供するため実行される。ＳＰ割当てタイムスロットは、リンクが消失している場合、あるいはトポロジーコントロール機能により、あるリンクが近隣ノードにより確立される上位Ｎ個のリンクのリストにもはや存在しないと判断する場合のみ、フリー状態に戻される。

図５は、本プロセスが上位レベルにおいてどのように動作するか示す。ＳＰスロット割当てプロセスは、タイムスロットの割当てにおいてより高い柔軟性を有する。本プロセスは、ＤＡプロセスより割当てのためにより多くのタイムスロットを取得することができ、ＤＡ割当てされたか、あるいはＤＡ割当て中のタイムスロットを取得することができる。ＳＰプロセスは、プロトコルメッセージやトポロジーコントロール機能からのトポロジー変更イベントを含む各種処理対象イベントを受信するようにしてもよい。

このようなイベントには、近隣とのリンクの消失、新たな近隣の検出、近隣ノードからのＳＰ割当てリクエストメッセージの受信、及び近隣へのリンクの追加、リンクの切断あるいはその両方を行うためトポロジー変更が発生すべきであるとの検出が含まれるかもしれない。このトポロジー変更イベント通知は、発生を要するトポロジー変更を記述するデータを搬送する。

イベントがリンクの消失を記述している場合、とられる必要のある唯一のアクションは、スロット割当てＤＢの適切なタイムスロット状態を「フリー」に変更することである。リンクが追加される場合、本プロセスはより複雑である。この場合、ＳＰスロット割当てプロセスは、この新たな近隣ノードとのプロトコルメッセージの交換を開始し、スロット割当てＤＢを変更する。これは最終的には、このリンクに割当てられたＳＰスロットに対するタイムスロット割当ての２つのノード間の同意を生じさせる。１つのＳＰタイムスロットのみが、プロトコルを簡単化するのに近隣との各リンクに割当てられる。このプロトコルのさらなる詳細が、以下において説明される。

ＤＡタイムスロットを割当てるプロセスは、同様の手続きに従う。ＤＡスロット割当てプロセスは、ＤＡタイムスロット要求を計算し、新たなタイムスロットの再割当てが必要であるか判断するため、それを割当てられたタイムスロットと比較しなければならい。ＤＡスロットの再割当てが開始される場合、それはまた再割当てされるタイムスロットに同意するため、近隣ノードとのプロトコルメッセージのやりとりを導く。ＤＡスロット割当てプロセスは、フリー状態にあるか、あるいはＳＰ割当てされていないタイムスロットのみを再割当てするようにしてもよい。プロトコルの詳細と、ＤＡタイムスロット再割当てが必要となるときを判断するためのプロセスの詳細が、以下において説明される。

有向リンクへの半永久タイムスロットの割当てが説明される。Ｎ個の半永久タイムスロットを割当てるアプローチの説明において、Ｎは一定であり、ネットワークサイズと環境に関して賢明に選択されると仮定する。また、Ｎ_{ｆｒａｍｅ}＝２Ｎ−１と仮定する。Ｎ_{ｆｒａｍｅ}はまた、特定のネットワーク及びトラフィック環境に有用であると考えられる場合、追加的なオンデマンドタイムスロットを提供するようこれより大きな任意の値に設定することが可能である。

いくつかの重要な機能が、トポロジーコントロール機能により提供される。近隣優先（ＮＰ）リストは、トポロジーコントロール機能により生成され、タイムスロットの割当てに好適なＰＡ近隣ノードを示すのに利用される。

ＮＰリストの長さがＮ以下である場合、トポロジーコントロール機能は、これらすべての近隣ノードへのタイムスロットの割当てを取得しようとするため、ＳＰスロット割当てプロセスへのトポロジー変更イベントを生成するようにしてもよい。ＮＰリストの長さがＮより大きい場合、トポロジーコントロール機能は、ＮＰリスト上の優先度に関して上位Ｎ個のノードのそれぞれへのタイムスロットの割当てを取得するため、ＳＰスロット割当てプロセスへのトポロジー変更イベントを生成する。

ＮＰリストは、ネットワークダイナミクスにより常に変化している。ＰＡリンクがダウンすると、当該ノードはＮＰリストから削除され、当該リンクのタイムスロットが再割当てを受ける。これは、ＳＰスロット割当てプロセスにリンク削除イベントを送信するトポロジーコントロール機能により開始される。これにより、ＳＰタイムスロットとこのリンクに割当てられた任意のＤＡタイムスロットが、ＰＡリスト上の他のノードへの割当てに対し利用可能となる。

スロットが利用可能となったとき、第１の選択は、可能である場合には、ＮＰリストの現在状態が与えられると、当該スロットを追加的なＰＡ近隣ノードに割当てることである。追加的な近隣ノードを追加することができない場合、当該スロットは、ＤＡに基づき再割当てすることが可能である。

図６は、ＳＰスロット割当てプロセスの状態図を示す。プロトコルメッセージ処理を管理するため、リンクスケジューリングメッセージＤＢが、テーブル３に示されるように生成される。これは、処理のため次のＳＰメッセージが到着すると、利用対象の以前のプロトコル交換から必要とされる状態を維持する。アイドルプロセスは、その他の状態の１つへの状態変更を許可する前に、受信したイベントをチェックするという点でイベント管理を実行するものである。

これらの処理には、ＤＢの現在状態と一致しているか判断するため、受信したメッセージをチェックする処理が含まれる。メッセージがＤＢと一致しない場合、それは破棄される。タイムアウトは、ＤＢの状態がリセットされる必要があるということを示すものであるかもしれない。本プロセスは、この機能を実行する。

テーブル４において列挙されるように、ＳＰタイム割当てプロトコルには、４つの必要とされる基本メッセージタイプがある。これらの利用は自己説明的であり、前述の説明と一致している。

図７において、ＳＰタイムスロットの割当ての一例が示される。ノード１と２は共に、各リンクに示されるＳＰタイムスロット割当てによる３つの近隣を有する。従って、ノード１と２は、それらノード間の追加リンクを追加することができる。リンクスケジューリングプロトコルは、ＳＰ割当てに対し許容可能なタイムスロットを求める。テーブル５において、対応するプロトコルメッセージ交換が示される。

ノード１は、少なくともＮ個の候補となるタイムスロットのリストを有するＲＥＱ＿ＳＰＴＳ（Ｌ＝（４，５，６，７））を送信することにより交換を開始する。このリストは、すべてのフリー及びＤＡタイムスロットを含むものであってもよい。ノード１は、その近隣へのＳＰ割当てのため、スロット１、２及び３を利用し、これにより、それのリストＬはその他のタイムスロット４、５、６及び７を含む。リクエストメッセージが送信されると、タイムスロットとリンクスケジューリングメッセージデータ構造への適切な変更が行われる。ノード２は、その３つの近隣へのリンクに対するＳＰ割当てとしてタイムスロット４、５及び６を利用し、これにより、新たなリンクに対し機能する唯一のものとしてタイムスロット７を選択する。ノード２は、応答メッセージにおいてこの選択を送信する。

応答メッセージが送信されると、タイムスロットとリンクスケジューリングメッセージデータ構造に適切な変更が行われる。最終的に、確認が送信または受信されると、適切なタイムスロットの状態が、「リンク（１，２）へのＳＰ割当て」に変更される。

またここで、ノード１と２がすでに４つの近隣ノードを選択している場合、これらのノードが少なくとも２つの近隣を有する同一のタイムスロットを使っていたならば、ノード間のリンクを確立するための共通のタイムスロットの検出は依然として可能であるだろう。

図６において、必要とされるプロセスを記述する初期的な擬似コードが開発されてきた。ＳＰスロット割当てプロセス３４による処理が必要な発生の可能性のある様々なイベントが存在する。イベント管理は、テーブル６に示されるようなアイドルプロセスにおいて実行される。受信メッセージ、タイムアウトチェック、トポロジーコントロールからのリンク追加通知及びリンク故障またはリンク削除の４つのイベントカテゴリが示される。

受信メッセージは、メッセージがＤＢの現在状態と一致していることを保証するため、リンクスケジューリングメッセージＤＢに対してまずチェックされる。例えば、近隣にリクエストを送信する場合、期待される次のメッセージは応答である。この分散プロトコルを簡単化するため、ＳＰプロトコルメッセージ交換の１つののみのスレッドが一度に許可される。これは、リンク追加移行の開始前、あるいはＲＥＱ＿ＳＰＴＳメッセージの処理前に、他のＳＰメッセージの交換が進行しているか確かめるためＤＢをチェックすることにより、手続きにおいて実行される。

他のＳＰプロトコルスレッドが現在処理中であるため、リンクの追加が開始できない場合、この他のプロセスの完了が見込まれる以降の時点に先送り及びリスケジューリングすることにより、リンクの追加は延期される。同時にリンクの追加を試みる複数のノード間の潜在的な競合を処理するため、複数の試行が許可される。このことは、信頼性の低いＲＦリンクの問題を処理することを意味するものではない。この後者の問題は、ＡＲＱ及び再送を利用して、消失／エラーメッセージを復元するオーバヘッドチャネル上のリンクプロトコルを利用することにより、解決されるべきである。

従って、分散スケジューリングプロトコルは、メッセージが消失しないと仮定することができる。これにより、プロトコルの簡単化が可能となる。トポロジーコントロールがＮＰリストから新たな近隣として接続する近隣ノードを選択するとき、トポロジーコントロールは、（アイドルプロセスにおける一致性のチェックの後）ＳＰスロット割当てプロセスにおけるリンク追加状態への以降を発生させるトポロジー変更（リンク追加）イベントを発生させる。

テーブル７において、リンク追加プロセスのための擬似コードが示される。これは、２つのみの近隣ノード間のプロトコルメッセージの交換とＳＰタイムスロット割当ての調整を必要とするプロセスを開始する。リンクを要求するノードは、当該リンクに対し許容されるタイムスロットのリストと共に、ＲＥＱ＿ＳＰＴＳメッセージを候補となる近隣ノードに送信する。

候補となるタイムスロットのリストは、少なくとも１つの半永久タイムスロットＳＰを含む少なくともＮ個のタイムスロットを有する必要がある。このリストはまた、（Ｎ−１）個の利用可能なＤＡタイムスロットのすべてをおそらく含むことができる。利用可能またはオンデマンドタイムスロットは、オンデマンドトラフィックに対し現在一時的に割当てられているかもしれない。このリストは、現在利用可能なタイムスロットの割当てにおいて少なくとも混乱を生じさせるタイムスロット選好を示すように優先順位付けされる。言い換えると、使用される表現は、通信リンクにすでに割当てされていない場合、タイムスロットはＳＰタイムスロットでないということである。（２Ｎ−１）個のタイムスロットの何れかは、ＳＰタイムスロットであってもよい。従って、送信されるＮ個のタイムスロットのリストは、すべてがフリータイムスロットであるか、あるいは利用可能なＤＡタイムスロットである。これらは、（Ｎ−１）個のＳＰタイムスロットであってもよいが、すでに割当てられ、リスト上にはない。

ＲＥＱ＿ＳＰＴＳメッセージは、潜在的には同時発生する他の割当てとの競合および信頼性の低いリンクを考慮するため、ＭＡＸ＿ＴＲＩＥＳ回まで送信可能である。ＲＥＱ＿ＳＰＴＳメッセージに応答した近隣ノードからのＲＥＰＬＹ＿ＳＰＴＳメッセージがない場合、リンクスケジューリングメッセージＤＢのタイムアウトが再試行をトリガーする。ＲＥＱ＿ＳＰＴＳメッセージが送信されると、本プロセスは他のイベントの処理が可能なアイドル状態に戻る。

ＲＥＱ＿ＳＰＴＳメッセージを受信する近隣は、それのＳＰスロット割当てプロセスをプロセスＲＥＱ＿ＳＰＴＳ状態に移行させるであろう。テーブル８において、このメッセージを処理するための手続きが示される。この手続きは、タイムスロットの提示されたリストＬｓを取得し、それの好適なタイムスロットＮｓを選択する。

近隣ノードへのリンク数Ｎｕｍ＿ｌｉｎｋｓが限度Ｎ未満である場合、本手続きは、リストから好ましいタイムスロットを選択する。その後、この選択と共にＲＥＰＬＹ＿ＳＰＴＳ応答メッセージが送信される。リンクを認めることができない場合、あるいは他の進行中のＳＰスロット割当てが存在する場合、否定のＲＥＰＬＹ＿ＳＰＴＳ応答メッセージが送信される。

選択されるタイムスロットは、それのＮ個の利用可能なタイムスロットの１つ、あるいはそれのフリーなタイムスロットの１つから選択される。他のリンクの追加が可能である場合、上記スロットのうち少なくともＮ個が存在するであろう。半永久タイムスロットとして割当てるための利用可能なタイムスロットがＮ個存在するように、各ノードは常時それのタイムスロットを管理する（多数の近隣ノードが利用可能である場合、Ｎ個の近隣ノードの各々に１つ）。それがリンクを認める場合、各ノードに割当てられた１つの半永久タイムスロットと共に高々（Ｎ−１）この他の近隣ノードを有することになるであろう。本手続きはまた、リンクスケジューリングメッセージＤＢとスロット割当てＤＢでの状態に対する適切な変更を行う。

テーブル９において、受信したＲＥＰＬＹ＿ＳＰＴＳメッセージが処理される。当該メッセージから、近隣ノードから受信したタイムスロットＮｓの選択が抽出される。また、ノードは、割当てられたタイムスロットの使用に同意することを示す肯定的または否定的なＣＯＮＦＩＲＭメッセージと共に上記応答を確認することが求められる。この３方向ハンドシェークは、スケジューリングプロセスの結果における不確実性を解消する。

ＲＥＰＬＹ＿ＳＰＴＳメッセージが肯定的な応答である場合、新たなリンクの新しいＳＰタイムスロットに対する許容可能な割当てがまだ存在するか確かめるため、タイムスロットＮｓの選択が調べられる。それが許容可能である場合、スロット割当て及びリンクスケジューリングメッセージデータベースでの状態に対する適切な変更が行われる。その後、肯定的なＣＯＮＦＩＲＭメッセージが戻される。

受信したＲＥＰＬＹ＿ＳＰＴＳメッセージが否定的なものであった場合、スロット割当てとリンクスケジューリングメッセージデータベースがこのＮｂｒ＿ＩＤに対してリセットされる。そうでない場合、Ｎｓの選択がもはや許容可能でない場合、リンクスケジューリングメッセージデータベースは、このＮｂｒ＿ＩＤに対してリセットされる。その後、否定的なＣＯＮＦＩＲＭメッセージがリンクを拒絶した近隣ノードに送信される。

テーブル１０は、ＣＯＮＦＩＲＭメッセージを処理するための手続きを示す。ＣＯＮＦＩＲＭが肯定的である場合、リンクは、近隣の集合に追加されると考えられる。ノードに対するリンク数Ｎｕｍ＿ｌｉｎｋｓはインクリメントされる。割当てられたタイムスロットＮｓは、スロット割当てＤＢにおいてＳＰ＿Ａｌｌｏｃとマーク付けされ、リンクスケジューリングメッセージＤＢにおけるリンクメッセージ状態は、インデックスＮｂｒ＿ＩＤに対しリセットされる。メッセージが否定的なＣＯＮＦＩＲＭであった場合、スロット割当てとリンクスケジューリングメッセージデータベースは、このＮｂｒ＿ＩＤに対してリセットされる。

割当てられたタイムスロットは、いくつかの理由の１つにより割当て解除される必要があるかもしれない。通常動作中に、リンクがダウンまたは信頼性が低くなった場合、トポロジーコントロール機能は、信頼性の低いリンク問題を解消する関与される。最終的には、トポロジーコントロール機能は、リンクに割当てられてすべてのスロットを削除するため、ＳＰスロット割当てプロセスを導くトポロジー変更（例えば、リンク削除など）を生成するようにしてもよい。

テーブル１１において、この手続きに関係するステップが示される。他のノードと共有されるすべてのタイムスロットの割当て解除を要求するノードからのＤＥＬＥＴＥ＿ＴＳメッセージを送信することにより、リンクは割当て解除される。さらに、リンクスケジューリングメッセージＤＢとスロット割当てＤＢの適切なエントリがリセットされる。

テーブル１２は、受信したＤＥＬＥＴＥ＿ＴＳメッセージを処理する手続きを示す。割当て解除されたタイムスロットのリストＬｓが、このメッセージから抽出される。その後、スロット割当てＤＢ及びリンクスケジューリングメッセージＤＢの適切な状態がリセットされる。

要約すると、半永久タイムスロットを割当てる機能の目的は、Ｎ個まで可能な限り多くの近隣ノードに接続することである。Ｎ個の近隣ノードが取得される場合、各ノードは単一の半永久タイムスロットに割当てられる。このプロトコルにより新たなリンクが確立されると、新たに割当てられたＳＰタイムスロットにおいて両方のノードが処理を開始する。

この処理は、割当てられたタイムスロットを利用して信頼性のある通信が維持可能であるか判断するため、新たなリンクのテストを行う。これにより、この特定のタイムスロットにおいて発生する通常の干渉はないということが保証される。リンクが信頼性が低いものとしてテストされると、トポロジーコントロール機能は、タイムスロットが他の目的のため割当て解除及び利用可能となるように、トポロジーコントロール機能に通知される。

利用可能な（オンデマンド）タイムスロットの割当てが説明される。利用可能なタイムスロットは、ネットワークトラフィックの変動する要求に応答して割当てられる。再び、Ｎは固定され、ネットワークサイズと環境に関して賢明に選択されていると仮定する。また、Ｎ_{ｆｒａｍｅ}＝２Ｎ−１であると仮定する。

利用可能な容量の割当てにおいて細かい粒度を可能にするため、タイムスロットは、ｍ_ｓ個のサブタイムスロットに分割される。以下の説明において、ｍ_ｓ＝２であると仮定する。これは、サブタイムスロットをｍ_ｓ（または２）フレーム毎に繰り返す指定したタイムスロット割当てであると定義することにより実現される。

１つのノードから近隣ノードへの利用可能なタイムスロットの要求は、少なくとも１つの半永久タイムスロットがこれら２つのノード間のリンクに割当てられる場合のみ許可される。リンクが少なくとも１つの半永久タイムスロットに割当てられた後、ノードは、ｍ_ｓ（または２）フレーム毎に１つのタイムスロットの定期的割当てを要求するようにしてもよい。利用可能なタイムスロットのスケジューリングに利用されるメッセージは、必要となる前にタイムスロットの複数のフレームをスケジューリングするため、ＰＡリンクを介し送信可能である。なぜなら、リンクは、各フレームに少なくとも１つの半永久タイムスロットの割当てを有するからである。

利用可能なタイムスロットの効率的な割当ての主要な要求は、各リンク上のトラフィック要求の測定である。２つの測定が必要とされる。まず、リンク（ｉ，ｋ）を介し送信される測定された平均トラフィック（各フレームのタイムスロット数を単位として）が、Ｔ_ｉｋｓｅにより表される。この測定には、各フレームの１以上の半永久タイムスロット及び任意の利用可能なタイムスロットを介し送信されるすべてのトラフィックが含まれる。

さらに、リンク（ｉ，ｋ）に対するキュー状態Ｑ_ｉｋの現在の測定を維持することが必要とされる。Ｑ_ｉｋの値が大きいことは、１以上の利用可能なタイムスロットの中間的割当ての必要性を示す。不定期な要求の急増は、Ｑ_ｉｋの増大をもたらし、これにより、キューのサイズが減少するまで、オンデマンド容量の追加的タイムスロットに対するリクエストをトリガーする。

リンク（ｉ，ｋ）に割当てられるタイムスロットの総数（ｍ_ｓ＝２によるタイムスロットの１／２への量子化）は、Ｎ_ｉｋ ^ｔｏｔにより表される。タイムスロット要求は、キューサイズにより示される必要な推定追加容量プラス測定されたトラフィックの関数として、以下のように定義される。

このとき、当該リンク上で必要とされるタイムスロットの個数は、以下の通りである。

このリンクに割当てられる測定基準は、ＤＡスロット割当て機構を介し当該リンクに割当てられるべき追加的なタイムスロットの推定される個数として、以下の通りである。

Ｂは、大きなキュー処理を回避するため、各リンクに十分な超過容量を割当てるように、タイムスロットの約１／４〜１／２に通常は設定されるバイアス項である。式（４）に定義される測定基準を用いたアプローチが示されているが、他の様々な形式の測定基準が、ＤＡタイムスロットを割当てるための基礎として利用することができる。

図８は、ＤＡスロット割当てプロセス３６の状態図を示す。この状態図とプロトコル交換は、ＳＰスロット割当てプロセスのものと同様である。プロトコルメッセージ処理を簡単化するため、ＤＡタイムスロット割当ての１つのみのスレッドが、任意の時点において処理可能である。アイドルプロセスは、受信したイベントをその他の状態の１つへの状態変更を許可する前にチェックするという点で、イベント管理を行う。

上記処理には以下のものが含まれる。受信したメッセージは、ＤＢの現在状態と一致しているか判断するためチェックされる。メッセージがＤＢと一致していない場合、そのメッセージは破棄される。タイムアウトは、ＤＢの状態がリセットされる必要があることを示すものであってもよい。本プロセスは、この機能を実行する。また、ノードのトラフィックロード要求が与えられると、ＤＡスロット割当てが最適であるか判断される。新たなＤＡタイムスロットが特定のリンクに追加される必要があるか判断される場合、ＤＡスロット状態の追加への移行が行われるようにしてもよい。

テーブル１３において、以下に列挙されるようなＤＡタイムスロット割当てプロトコルにおいて必要とされる４つの基本的なメッセージタイプがある。これらは、ＳＰスロット割当てで用いられるものと同様である。これらの利用は、自己説明的であり、ＳＰスロット割当てプロセスの前述の説明と一致している。

図９において、ＤＡタイムスロット割当ての一例が示される。ノード１は、それのリンク（１，２）に対し追加的なＤＡタイムスロット割当てを追加することを所望する。テーブル５において、対応するプロトコルメッセージ交換が示される。ノード１は、それがスロット５と６及びサブスロット４．２のすべての割当てサポート可能であることを示すＲＥＱ＿ＤＡＴＳ（Ｌ＝（４．２，５，６））を送信することにより、交換を開始する。このリストは、フリータイムスロットとＤＡタイムスロットのすべてを含むものであってもよく、それらの後者はあまり必要とされない。

リクエストメッセージが送信されると、タイムスロットとリンクスケジューリングメッセージデータ構造に適切な変更がなされる。ノード２は、ＤＡ割当てと同様に、それの３つの近隣とサブスロット２．１及び３．２へのリンクのためのＳＰ割当てとして、タイムスロット１、３及び６を利用している。ノード２は、サブスロット４．２またはスロット５の両方のサブスロットを選択することができる。ノード２は、応答メッセージにおいておの選択を選択及び送信する。

応答メッセージが送信されると、適切な変更がまたタイムスロットとリンクスケジューリングメッセージデータ構造になされる。最後に、確認が送信または受信されると、適切なタイムスロットの状態が、「リンク（１，２）にＤＡ割当てされたサブスロット４．２」に変更される。

以下のアプローチは、近隣ノードとの有向リンクに対する（Ｎ−１）個の利用可能なタイムスロットを割当てるのに各ネットワークノードにおいて利用される。上記測定を利用して、各ノードは、半永久タイムスロットが割当てられた各リンクに対して、リンクメトリックＭ_ｉｋ ^ＤＡを継続的に維持する。各ノードは、このリンクメトリックを用いて、各近隣ノードに追加的な送信タイムスロットの必要性を示す。Ｍ_ｉｋ ^ＤＡの最大値は、追加的なオンデマンドタイムスロット割当ての必要性が最も高いリンクを示す。Ｍ_ｉｋ ^ＤＡの正の値は、必要とされる追加的なタイムスロットの個数を示し、負の値は、再割当てのために解除可能なタイムスロットの個数を示す。

メトリックＭ_ｉｋ ^ＤＡが維持されるとき、リンクメトリックの最大値が追加的なサブスロット割当ての必要性を示し、フリーなスロットまたは他のリンクへの超過的なＤＡ割当て（再び小さなメトリックにより示される）として利用可能なサブスロットが存在する場合、本プロセスは、追加的ＤＡスロット状態に移行し、ＤＡサブスロット割当てを検出するプロセスが開始される。

半永久タイムスロットに関して、ノードは、近隣との有向リンクに当該近隣によって割当てられるＤＡタイムスロットの選択を調整しさえすればよい。これは、近隣が有向リンクを介しタイムスロットの割当て要求を近隣に送信し、同じリンクを介し割当ての付与または当該要求への拒絶を受け取るということを意味する。

図８において必要とされるプロセスを記述する初期的な擬似コードが開発されてきた。ＤＡスロット割当てプロセスにより処理が必要な発生の可能性のある様々なイベントがある。イベント管理は、テーブル６において示されるようなアイドルプロセスで実行される。

４つのイベントカテゴリが示されている。すなわち、１）受信したメッセージ、２）タイムアウトのチェック、３）リンクメトリックの再計算、及び４）ＤＡタイムスロット要求とＤＡタイムスロット削除である。受信したメッセージは、メッセージがＤＢの現在状態と一致していることを保証するため、リンクスケジューリングメッセージＤＢに対してまずチェックされる。例えば、近隣にリクエストを送信した場合、予想される次のメッセージは応答である。

この分散プロトコルを簡単化するため、一度に１つのみのＤＡプロトコルメッセージ交換のスレッドが許可される。これは、追加ＤＡスロット移行の開始前、またはＲＥＱ＿ＤＡＴＳメッセージの処理前に、他のＤＡメッセージ交換が進行しているか確かめるためにＤＢをチェックすることにより、本手続きでは実現される。他のＤＡプロトコルスレッドが現在処理中であるため、スロットの追加が開始できない場合、スロットの追加は実行されない。

当然ながら、リンクメトリック及びＤＡタイムスロット要求の再計算の次の機会においてリスケジュールすることができる。リンクメトリックは、予め設定されたスケジュールに従って定期的に再計算される。ある閾値Ｍａｘ＿ｍｅｔｒｉｃ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄより大きなリンクメトリックを有するリンクは、新たなＤＡサブスロットを取得するための候補である。

この閾値を超える最大メトリックを有するリンクは、新たなＤＡサブスロットが割当てられた次のリンクとして選択されるであろう。新しいＤＡサブスロットが割当てられる必要があり、それが上記条件を満足すれば、追加的ＤＡスロット状態への移行は、ＤＡスロット割当てプロセスにおいて行われる。

テーブル１６において、追加的ＤＡスロットプロセスの擬似コードが示される。これは、２つの近隣ノードのみの間のプロトコルメッセージ交換及びタイムスロット割当ての調整を求めるプロセスを開始する。リンクを要求するノードは、当該リンクに許容されているタイムスロットのリストと共に、候補となる近隣ノードにＲＥＱ＿ＤＡＴＳメッセージを送信する。

候補となるタイムスロットのリストは、ある閾値Ｍｉｎ＿ｍｅｔｒｉｃ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ以下のメトリックをすべてのフリーサブスロットとＤＡサブスロットを含んでいなければならない。ＤＡタイムスロットは、他のＤＡトラフィックに対し現在一時的に割り当てられていてもよい。このリストは、現在のオンデマンドタイムスロット割当てにおいて少なくとも混乱を生じさせるサブスロット選好を示すよう優先順位付けされるであろう。まず、この優先順位付けは、Ｍｉｎ＿ｍｅｔｒｉｃ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ未満の最大メトリックまで進む最小メトリックを有するサブスロットに先行するフリータイムスロットとなる。

この分散プロトコルを簡単化するため、同時に１つのみのＤＡプロトコルメッセージ交換スレッドが許可される。これは、アイドル手続きにおいて実行される。ＲＥＱ＿ＤＡＴＳメッセージは一度のみ送信されるが、近隣ノードが他のＤＡプロトコル交換を現在処理している場合、不成功となりうる。この場合、ノードは否定的なＲＥＰＬＹ＿ＤＡＴＳメッセージを最終的に受信する。ＤＡスロットを追加する試みが再び行われてもよく、この場合には、当該リンクが最大となるメトリックを有するとき、次回においてリンクメトリックが評価される。ＲＥＱ＿ＤＡＴＳメッセージが送信されると、本プロセスは他のイベントの処理が可能なアイドル状態に戻る。

ＲＥＱ＿ＤＡＴＳメッセージを受信する近隣は、それのＤＡスロット割当てプロセスをＲＥＱ＿ＳＰＴＳ状態に移行させる。テーブル１７において、このメッセージを処理する手続きが示される。本手続きは、サブスロットの提示されたリストＬｓを取得し、それの好適なサブスロットＮｓを選択する。認められたサブスロットは、スロット割当てＤＢにおいてフリーとマーク付けされているか、あるいはＭｉｎ＿ｍｅｔｒｉｃ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ未満のリンクメトリックによりＤＡ割当てされているリストＬｓ上の第１のサブスロットである。その後、この選択と共にＲＥＰＬＹ＿ＤＡＴＳ応答メッセージが送信される。リンクを認めることが不可能である場合、あるいは処理中の他のＤＡスロット割当てが存在する場合、否定的なＲＥＰＬＹ＿ＤＡＴＳ応答メッセージが送信される。本手続きはまた、リンクスケジューリングメッセージＤＢとスロット割当てＤＢにおける状態に対する適切な変更を行う。

受信したＲＥＰＬＹ＿ＤＡＴＳメッセージは、テーブル１８に示されるように処理される。近隣ノードから受信されるサブスロットＮｓの選択は、メッセージから抽出される。ノードは、割当てられたタイムスロットの使用に同意することを示す肯定的または否定的なＣＯＮＦＩＲＭメッセージによりこの応答を確認することが求められる。ＳＰ割当てプロセスに示されるように、この３方向のハンドシェークは、スケジューリングプロセスの結果における不確実性を解消する。

ＲＥＰＬＹ＿ＤＡＴＳメッセージが肯定的な応答である場合、新たなリンクの新たなＤＡサブスロットに対する許容される割当てであるか確かめるため、サブスロットＮｓの選択が調べられる。それが許容されるものである場合、スロット割当てとリンクスケジューリングメッセージデータベースにおける状態への適切な変更が行われる。その後、肯定的なＣＯＮＦＩＲＭメッセージが戻される。

受信したＲＥＰＬＹ＿ＳＰＴＳメッセージが否定的なものである場合、スロット割当て及びリンクスケジューリングメッセージデータベースが、このＮｂｒ＿ＩＤに対しリセットされる。そうでない場合、Ｎｓの選択がもはや許容されない場合、リンクスケジューリングメッセージデータベースがこのＮｂｒ＿ＩＤに対しリセットされる。その後、否定的なＣＯＮＦＩＲＭメッセージが、リンクを拒絶する近隣ノードに送信される。

テーブル１９は、ＣＯＮＦＩＲＭメッセージを処理する手続きを示す。ＣＯＮＦＩＲＭが肯定的である場合、選択されたサブスロットが、Ｎｂｒ＿ＩＤとのリンクへの割当てに追加される。割当てられたタイムスロットＮｓは、スロット割当てＤＢにおいてＤＡ＿Ａｌｌｏｃとマーク付けされ、リンクスケジューリングメッセージＤＢのリンクメッセージ状態はインデックスＮｂｒ＿ＩＤに対してリセットされる。メッセージが否定的なＣＯＮＦＩＲＭであった場合、スロット割当てとリンクスケジューリングメッセージデータベースがこのサブスロットに対しリセットされる。

割当てられたタイムスロットは、いくつかの理由の１つにより割当て解除される必要があるかもしれない。通常処理中、リンクがダウンまたは信頼性が低下した場合、トポロジーコントロール機能が、信頼性の低いリンク問題を解決するのに関係してくる。最終的には、リンクに割当てられたすべてのスロットを削除するために、ＳＰスロット割当てプロセスを導くトポロジー変更（例えば、リンク削除など）イベントを生成するようにしてもよい。

テーブル１１において、この手続きに関係するステップが示される。リンクは、他のノードと共有されるすべてのタイムスロットの割当て解除を要求するノードからＤＥＬＥＴＥ＿ＴＳメッセージを送信することにより、割当て解除される。さらに、リンクスケジューリングメッセージＤＢとスロット割当てＤＢの適切なエントリがリセットされる。

テーブル２１は、受信したＤＥＬＥＴＥ＿ＴＳメッセージを処理する手続きを示す。割当て解除されるサブスロットＬｓが、このメッセージから抽出される。この後、スロット割当てＤＢとリンクスケジューリングメッセージＤＢの適切な状態がリセットされる。

リンクスケジューリングアルゴリズムはまた、フェーズドアレイアンテナ１６により生成される複数の同時ビームに適用可能である。マルチビームフェーズドアレイなどの別の受信機による複数のアンテナビーム（または他のタイプの複数の指向性アンテナ）を各々が利用する複数のノードを有するシステムへの拡張を仮定する。さらに、すべてのノードが同数のビームを有する必要はない、すなわち、ノードｋはＢ_ｋ個のビームを有すると仮定する。これは、任意のタイムスロットにおいて可能なＢ_ｋ個のパラレルビームに等しい。

Ｂ_ｋ個のビームがＢ_ｋより多い近隣ノード群においてタイムシェアリングされるのを可能にするため、前述の説明（単一操作ビームが仮定される）が拡張される。各ノードが異なる個数のビームを有するようにしても、すべてのノードはＮ_{ｆｒａｍｅ}に等しい各ビームに対するフレーム毎のタイムスロットによる共通タイムスロットフォーマット及びフレームを利用する必要がある。

任意のノードｋにおけるＢ_ｋ個のビームの何れかにおいて半永久的に割当てられたタイムスロットの個数の上限をＮ_ｂｅａｍにより表す（従って、各ビームの許容される近隣ノードの最大数）。Ｎ_ｂｅａｍの値は、ビーム数でなく、各フレームのタイムスロット数にのみ依存する。式（３）と同様に、Ｎ_ｂｅａｍは以下の式を満たす必要があるということを明確にする。

ネットワークのすべてのノードが有向リンクにより接続されると仮定する。ここで、ノードｋはそれの近隣ノードのタイムホップ処理及びポイント処理によるビームシェアリングを有するＢ_ｋ個のビームを有する。さらに、各ビームに許される近隣の個数は、各ビームに許される半永久タイムスロットの許容される個数に対する一定の限度Ｎ_ｂｅａｍに等しいと仮定される（各近隣に割当てられる１つのＳＰタイムスロットと共に）。

各近隣ノードにおける各ビームに対する固定されたＮ_ｂｅａｍの値が式（７）を満たす場合、すべてのノードは、他のノードが１ホップより多く離れて選択する色を考慮することなく、当該リンクに対する近隣との相互同意により各リンク及び各ビームに対して、異なる半永久タイムスロットを選択することができる。これにより、各ノードは、それの近隣ノードとのみ通信することにより、各ビームに対しＮ_ｂｅａｍ個の半永久タイムスロットを直接的に選択することが可能となる。この方針に従うことにより、各ノードは、少なくともＮ_ｋ個の近隣をサポートすることが可能であり、各ビームに割当てられるＮ_ｂｅａｍ以下のタイムスロットと共に１つのＳＰタイムスロットに割当てられる。ここで、

である。

式（７）が満たされる限り、各ビームに対しＮ_ｂｅａｍ個の近隣がサポート可能であるということの検証は、単一ビームのケースに対する観察の検証から直接的に導かれる。このとき、Ｂ_ｋ個のビームのすべてが同様にスケジューリングされたＳＰタイムスロットを有する場合、サポート可能な近隣ノードの個数はビームの個数とビーム毎の近隣の個数の積となり、式（８）が得られることは明らかである。

図１０において、ノード毎に一様でない個数のビームを有する２つのノード間のＳＰタイムスロット割当ての一例が示される。この例では、ノード１は２つのビームを備え、ノード２は３つのビームを備える。これら２つのノードは異なる個数のビームを備えているが、どちらのノードも同一のフレーム構成を利用しなければならない。この例では、フレーム毎にＮ_{ｆｒａｍｅ}＝５個のタイムスロットとなる。式（７）と（８）から、ノード１は最大で６つの近隣を有し、ノード２は最大で９つの近隣を有することが可能となる。

初期的には、何れのノードも式（７）と（８）の制約の下で許された最大数より１だけ少ない個数の近隣を有する。各リンクに対し、ＳＰビーム／タイムスロット割当てが示される。これらのノードは、式（７）と（８）の制約を満たしながら、それらの間に追加的なリンクを加えることができる。リンクスケジューリングプロトコルは、各ノードに対するＳＰ割当ての許容されるビーム／タイムスロットを求め、単一ビームの場合と実質的に同様にして動作する。

対応するプロトコルメッセージ交換が、テーブル２２に示される。ノード１は、少なくともＮ_ｂｅａｍ個の候補となるタイムスロットのリストと共にＲＥＱ＿ＳＰＴＳ（Ｌ＝（１，２，３））を送信することにより、交換を開始する。ここで、３つのビームのＩＤはａ、ｂ及びｃにより表され、スロットナンバービームＩＤの添え字により表される。ノード１は、ビームａに関する許容される３つすべてのＳＰタイムスロットを利用したことを特定する必要があったが、ビームｂに関する３つの許容されるＳＰタイムスロットのうちの２つのみを割当てていた。

従って、ノード１は、３つのＳＰタイムスロット（ビームｂに関して利用可能な）のリストをノード２に送信していた。このリストは、当該ビームに関するすべてのフリー及びＤＡタイムスロットを含むものであってもよい。リクエストメッセージが送信されると、タイムスロットとリンクスケジューリングメッセージデータ構造に対し適切な変更がなされる。ノード２は、それの８つの近隣とのリンクに対して、ビームａとｂ上の利用可能なすべてのＳＰタイムスロットを以前は割当てていた。

このため、ビームｃは、新たなＳＰ割当てを認めることができる唯一のビームである。それがノード１からＲＥＱ＿ＳＰＴＳ（Ｌ＝（１，２，３））を受信すると、新たなリンク（ＳＰタイムスロットとしてｃ_１及びｃ_２を以前に割当てた）に対し機能する唯一のものとしてビーム／タイムスロットｃ_３を選択する。それは、この選択を応答メッセージで送信する。応答メッセージが送信されると、適切な変更がまたビーム／タイムスロットとリンクスケジューリングメッセージデータ構造になされる。最終的に、確認が送信または受信されると、適切なタイムスロットの状態が、「リンク（１，２）へのＳＰ割り当て」に変更される。

マルチビームスケジューリングアルゴリズム／プロトコルの実現に必要とされる変更は、直接的なものであり、以下の通りである。タイムスロットＤＢとリンクスケジューリングメッセージＤＢの状態の変数としてビームＩＤを追加せよ。新たなＳＰタイムスロットのスケジューリングが可能であるか決定するための基準として式（７）と（８）を利用せよ。ネットワークのパラメータＮ_{ｆｒａｍｅ}とＮ_ｂｅａｍの値を指定する。

新たなＳＰタイムスロットを潜在的な近隣に提示するため、アルゴリズムはまず、近隣の個数がＮ_ｂｅａｍ未満であるビームを求める必要がある。その後、このビームは、新たな近隣を加えるのに用いることができる。ノードがそれの近隣に送信するＲＥＱ＿ＳＰＴＳメッセージは、現在ＳＰ割当てされていないビームに対しＮ_ｂｅａｍ個の利用可能なタイムスロットを指定する。

ＲＥＱ＿ＳＰＴＳメッセージを受信すると、ノードは、近隣の個数がＮ_ｂｅａｍ未満のビームの１つを求める必要がある。その後、このビームは、新たな近隣を加えるのに利用可能である。受信したＲＥＱ＿ＳＰＴＳメッセージのＮ_ｂｅａｍ個のタイムスロットのリストと選択されたビームに現在割当てられていないＮ_ｂｅａｍ個のタイムスロットとを比較すると、両方のリストに共通した少なくとも１つのタイムスロットを検出することができる。このタイムスロットは、ＲＥＰＬＹ＿ＳＰＴＳメッセージで送信されるタイムスロットとして選択することができる。送信元のノードがＲＥＰＬＹ＿ＳＰＴＳメッセージを受信すると、両方のノードは、それらのビームと共通するタイムスロット割当てを選択する。

この例は、単一の周波数帯が各ビームに対し利用されると暗黙的に仮定される。この場合、ノードは、干渉なく同一帯域上で同時に通信する複数のビームを有することができる。この干渉のない処理は、実際的にサポートすることが難しいかもしれない。この問題の同様の定式化は、各ビームが異なる周波数帯で動作することにより実行可能である。すなわち、図１０のビームａ、ｂ及びｃのそれぞれは、異なる周波数帯を利用する。スケジューリングアルゴリズムに関して、ＳＰタイムスロットの割当てに関して同一の制約が適用される。しかしながら、タイムスロット／ビームの組み合わせを実際に割当てるとき、２つのノードが同一のビーム（同一帯域を利用することと等価である）と共に同一のタイムスロットを利用するように、割当てを求める必要がある。これは、各ビーム／タイムスロットの組み合わせをスケジューリングの観点とは異なるものとすることと等しい。従って、利用可能なタイムスロットの個数は、フレームサイズと掛け合わされたビームの個数となる。この場合、ＳＰタイムスロットを潜在的近隣に割当てることに関する制約は、

により与えられる。ここで、Ｂはビーム数を表す。近隣の個数に関するこの制約は、ＳＰタイムスロットを共有するノードはまた同一のビーム／周波数チャネルと共に同一のタイムスロットを利用しなければならないという要求のため、式（７）と（８）のものよりやや限定的なものとなる。例えば、Ｎ_{ｆｒａｍｅ}＝５とＢ＝３では、式（９）の制約は各ノードに８つの近隣を可能にし、式（７）と（８）の制約は各ノードに９つの近隣を可能にする。

図１０に例示される問題は、各々が異なる周波数帯で動作する３つのビームをそれぞれ有する２つのノードがあるということである。すなわち、ビームａ、ｂ及びｃのそれぞれは、異なる周波数帯を使用する。また、フレームサイズは５であると仮定する。両方のノードはすでに７つのＳＰタイムスロットを近隣ノードに任せ、このため式（９）から、これらのノードのそれぞれは、それらの間のリンクを確立することを可能にするＳＰタイムスロットによる追加的な近隣を加えることができる。任されたＳＰタイムスロットが図に示され、ＳＰタイムスロット割当てと新たなリンクを確立するのに必要とされるメッセージ交換がテーブル２３に示される。メッセージ交換は、ＲＥＱ＿ＳＰＴＳ（Ｌ＝（ａ_４，ａ_５，ｂ_３，ｂ_４，ｂ_５，ｃ_３，ｃ_４，ｃ_５））メッセージを、ＳＰタイムスロットとして以前に割当てされていない８つのビーム／タイムスロットの組み合わせを含む必要のあるノード２に送信することにより、ノード１によって開始される。この例では、ノード２は、ノード１により用いられなかった７つのビーム／タイムスロットの組み合わせ（ＲＥＱ＿ＳＰＴＳメッセージで受信した８つのビーム／タイムスロットのリスと上にある）をすでに割当てている。従って、式（９）により、割当て（ｃ_５）に対し選択可能な少なくとも１つの残りのビーム／タイムスロットの組み合わせが存在しなければならない。これは、図１１とテーブル２３の両方に示されるようなノード１と２の間のリンクに割当てられるＳＰビーム／タイムスロットの組み合わせである。

本発明は、フェーズドアレイネットワークのための完全分散リンクスケジューリングアルゴリズムとプロトコルを提供する。このアルゴリズム／プロトコルの詳細に関する説明は、アクセスに対し割当てられたタイムスロット中にタイムシェリングされ、近隣ノードに向けられる各ノードに１つの指向性ビームを有するケースを仮定している。しかしながら、このアプローチは、ノード毎に任意数の操作されるビームに対し利用可能である。

図１は、本発明による無線モバイルアドホックネットワークを示す図である。 図２は、本発明による無線モバイルノードを示すより詳細なブロック図である。 図３は、本発明によるタイムスロットのフレームを示す図である。 図４は、本発明による図２に示されるネットワーク図に利用可能なタイムスロットのスケジューリングを示す。 図５は、本発明による半永久タイムスロットと利用可能なタイムスロットのスケジューリングのための上位レベルの状態図である。 図６は、本発明による半永久タイムスロットスケジューリングプロセスを示す図である。 図７は、本発明による新たな通信リンクに対しスケジューリングされる半永久タイムスロットを示す図である。 図８は、本発明による利用可能なタイムスロットスケジューリングプロセスを示す図である。 図９は、本発明による通信リンクに追加される利用可能なタイムスロットを示す図である。 図１０は、本発明によるフェーズドアレイアンテナからの複数の同時アンテナビームに基づき新たな通信リンクにスケジューリングされる半永久タイムスロットを示す図である。 図１１は、本発明によるフェーズドアレイアンテナからの複数の同時アンテナビームに基づき新たな通信リンクにスケジューリングされる半永久タイムスロットを示す図である。

Claims (10)

1. 複数のモバイルノードから構成される無線通信ネットワークであって、
   前記複数のモバイルノードの各々は、
   送受信機と、
   前記送受信機に接続される指向性アンテナと、
   前記送受信機に接続されるコントローラと、
   から構成され、
   前記コントローラは、
   各近隣モバイルノードとの通信リンクを確立するため、タイムスロットをスケジューリングするタイムスロットスケジューリングユニットと、
   通信中に各近隣モバイルノードに前記指向性アンテナを向けるアンテナ照準ユニットと、
   近隣モバイルノードとの通信のため、タイムスロットにおける干渉を検出する干渉検出ユニットと、
   から構成され、
   前記コントローラは、検出された干渉に基づき前記タイムスロットのスケジューリングを調整することを特徴とするネットワーク。
2. 請求項１記載の無線通信ネットワークであって、
   前記干渉検出ユニットは、信号対干渉比を測定することを特徴とするネットワーク。
3. 請求項１記載の無線通信ネットワークであって、
   前記干渉検出ユニットは、パケットエラーレートを測定することを特徴とするネットワーク。
4. 請求項１記載の無線通信ネットワークであって、
   前記コントローラは、検出された干渉に基づき与えられたタイムスロットに対するノード間の通信順序を切り替えることを特徴とするネットワーク。
5. 請求項１記載の無線通信ネットワークであって、
   前記指向性アンテナは、フェーズドアレイアンテナから構成されることを特徴とするネットワーク。
6. 各々が送受信機と、前記送受信機に接続される指向性アンテナと、前記送受信機と接続されるコントローラとからなる複数のモバイルノードに対し通信リンクを確立するための方法であって、
   各モバイルノードに対し、
   リンク通信要求に基づき近隣モバイルノードとの通信リンクを確立するため、各タイムフレームに対するタイムスロットをスケジューリングするステップと、
   通信中に各近隣モバイルノードに前記指向性アンテナを向けるステップと、
   近隣モバイルノードとの通信のためのタイムスロットにおける干渉を検出するステップと、
   検出された干渉に基づき前記新たなタイムスロットのスケジューリングを調整するステップと、
   から構成されることを特徴とする方法。
7. 請求項６記載の方法であって、
   前記干渉を検出するステップは、信号対干渉比を測定することを特徴とする方法。
8. 請求項６記載の方法であって、
   前記干渉を検出するステップは、パケットエラーレートを測定することを特徴とする方法。
9. 請求項６記載の方法であって、さらに、
   検出された干渉に基づき与えられたタイムスロットに対するノード間の通信順序を切り替えるステップを有することを特徴とする方法。
10. 請求項６記載の方法であって、
    各々が近隣モバイルノードの異なるペアを有する複数の通信リンクが、スケジューリングされたタイムスロット内に確立されることを特徴とする方法。

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