JP4499162B2 - 無線通信ネットワークにおけるノード間の通信リンクを管理するシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信ネットワークに関し、特に、通信リンクの品質の予想される変化を推定することで無線通信ネットワークにおけるノード間の通信リンクを管理するシステムおよび方法に関する。
（関連出願の参照）
関連する技術的内容は、２００６年７月２０日発行の本願と同時出願された“無線通信ネットワークにおけるノードのモビリティを決定するシステムおよび方法（Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｎｏｄｅｓ ｉｎ ａ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）”なる名称のＧｕｅｎａｅｌ Ｔ．Ｓｔｒｕｔｔ外による米国特許出願公開第２００６０１６０５４０号明細書に記載され、その全ての内容を本願で参照として組み込む。

近年では、「アドホック」ネットワークとして公知のタイプの移動体通信ネットワークが開発されている。このタイプのネットワークにおいて、各移動ノードは、基地局または他の移動ノードに対するルータとして動作することができるため、基地局の固定インフラストラクチャの必要性が排除される。ネットワーク・ノードが時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式、または、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）方式等の多重方式でデータ・パケット通信を送受信することが当業者には理解されるであろう。

従来のアドホック・ネットワークのように移動ノードが互いと通信することができることに加えて、移動ノードが固定ネットワークにアクセスして公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）およびインターネット等の他のネットワークで他の移動ノードと通信することが可能なより高度なアドホック・ネットワークも開発されている。この高度のアドホック・ネットワークの詳細は、２００１年６月２９日に出願された“Ａｄ Ｈｏｃ Ｐｅｅｒ−ｔｏ−Ｐｅｅｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ＰＳＴＮ ａｎｄ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”なる名称の米国特許出願公開第２００２／００５８５０２号明細書、２００４年１０月１９日に与えられた“Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ ａｎ Ａｄ−Ｈｏｃ， Ｐｅｅｒ−ｔｏ−Ｐｅｅｒ Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｈａｖｉｎｇ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌ Ａｃｃｅｓｓ ｔｏ Ｓｈａｒｅｄ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｄａｔａ Ｃｈａｎｎｅｌｓ ｗｉｔｈ Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ”なる名称の米国特許第６，８０７，１６５号明細書、および、２００５年３月２９日に与えられた“Ｐｒｉｏｒｉｔｉｚｅｄ−Ｒｏｕｔｉｎｇ ｆｏｒ ａｎ Ａｄ−Ｈｏｃ， Ｐｅｅｒ−ｔｏ−Ｐｅｅｒ， Ｍｏｂｉｌｅ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ”なる名称の米国特許第６，８７３，８３９号明細書に記載され、その全ての内容を本願で参照として組み込む。

無線ネットワークにおけるノード間の接続、および、ノード間の通信リンクの品質が一つ以上のノードのモビリティによって変化することが当業者には理解されるであろう。例えば、ノードが互いの配信範囲から出ると、その直接的なリンクは失敗する。更に、ノードが閉塞領域またはアクセスの多いあるいは雑音のある領域に入ると、該ノードと他のノードとの間の通信リンクの品質はこの新しい環境によって悪影響を及ぼされ、その結果、通信リンクの品質が低下する。ネットワークにおけるノードのモビリティを決定するシステムおよび方法の例は、２００７年２月２０日に許可された“Ａ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｄｅｖｉｃｅ ｉｎ ａｎ Ａｄ−Ｈｏｃ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｉｔｈ Ｆｉｘｅｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｒｏｕｔｅｒｓ ａｎｄ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ （ＷＡＮ） Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ”なる名称の米国特許第７，１８１，２１４号明細書に記載され、その全ての内容を本願で参照として組み込む。

本発明は、無線通信ネットワークにおける通信リンクを管理するシステムおよび方法を提供する。同システムおよび方法は、ネットワークにおける通信リンクの特性の予想される変化率を推定し、予想変化率に基づいてリンクと関連付けられる値を割り当てる動作を実行する。更に、同システムおよび方法は、リンクの状態に基づいてリンクと関連付けられる値の変化率を調節する。

同類の参照記号が数多の図中で同一のまたは機能的に同様の構成要素に付与され、以下の詳細な説明と共に本願に組み込まれてその一部を構成する添付図面は、様々な実施形態を更に例示し、本発明に完全に従う様々な原理および利点を説明する。当業者には、図中の構成要素が簡易化および明確化のために例示され、必ずしも一定の縮尺で描かれていないことが理解されるであろう。例えば、本発明の実施形態の理解を向上させるために図中の幾つかの構成要素の寸法は他の構成要素に対して誇張されている。

本発明による実施形態を詳細に説明する前に、実施形態が、無線通信ネットワークにおける通信リンクを管理するシステムおよび方法に関連する方法のステップおよび装置の構成要素の組み合わせに主に関することは明らかであろう。従って、図面では、従来の記号で装置の構成要素および方法のステップが適当に表され、本願記載の利益を受けた当業者に容易に明らかとなる詳細で本開示を不明瞭としないよう、本発明の実施形態を理解する上で関係する特定の詳細だけが示される。

本願では、第１および第２、上部および底部等の関係語は、エンティティまたはアクション間でどの実際の関係または順番を必ずしも必要、あるいは、示唆することなくあるエンティティまたはアクションを他のエンティティまたはアクションから区別するために単独で使用される。「有する」「備える」、または、その全ての他の変形物は、素子のリストを含む処理、方法、アーティカル、または、装置がそれらの素子だけを含まず、明確に列挙されない、あるいは、このような処理、方法、アーティカル、または、装置に固有の他の素子も含むよう、非制限的な包含物を網羅することが意図される。「・・・有する」によって先行される素子は、該素子を備える処理、方法、アーティカル、または、装置において同一の素子が追加的に存在することを、更なる制限を課さずに、排除するものではない。

本願記載の発明の実施形態は、一つ以上の従来のプロセッサ、および、本願記載の無線通信ネットワークにおける通信リンクを管理するシステムおよび方法の幾つかの、大部分の、または、全ての機能をある非プロセッサ回路と共に実行させるよう一つ以上のプロセッサを制御する固有の記憶されたプログラム命令よりなる。非プロセッサ回路は、無線受信機、無線送信機、信号駆動部、クロック回路、電源回路、および、ユーザ入力装置を含むが、これらに制限されない。これらの機能は、無線通信ネットワークにおける通信リンクを管理する方法のステップとして解釈されてもよい。あるいは、幾つかのあるいは全ての機能は、プログラム命令が記憶されていない状態機械、または、各機能またはある機能の幾つかの組み合わせがカスタム論理として実行される一つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって実行されてもよい。当然のことながら、この二つのアプローチ法の組み合わせが用いられてもよい。従って、これらの機能の方法および手段は本願で記載される。更に、本願記載の概念および原理によると、例えば、利用可能な時間、現在の技術、および、経済的考慮によって動機付けられる場合、相当な努力および多数の設計選択肢にも係わらず、当業者が、最小限の経験でソフトウェア命令およびプログラムとＩＣを容易に製造することが予想される。

図１は、本発明の実施形態を用いるアドホック・パケット切換マルチホッピング無線通信ネットワーク１００の例を示すブロック図である。具体的には、ネットワーク１００は、複数の移動無線ユーザ端末１０２−１乃至１０２−ｎ（一般的にノード１０２、加入者装置（ＳＤ）１０２、または、移動ノード１０２と称される）を含み、必要でないが、複数のアクセス点１０６−１、１０６−２、・・・、１０６−ｎ（一般的にノード１０６、アクセス点（ＡＰ）１０６、または、知的アクセス点（ＩＡＰ）１０６と称される）を含む固定ネットワーク１０４を備え、それにより、ノード１０２は固定ネットワーク１０４にアクセスすることができる。固定ネットワーク１０４は、例えば、コア・ローカル・アクセス・ネットワーク（ＬＡＮ）または広域ネットワーク（ＷＡＮ）と、ネットワーク・ノードがアドホック・ネットワーク、公衆切換電話網（ＰＳＴＮ）、および、インターネット等の他のネットワークにアクセスすることを可能にする複数のサーバおよびゲートウェイ・ルータとを含む。ネットワーク１００は、更に、他のノード１０２、１０６、または、１０７の間でデータ・パケットをルーティングする複数の固定ルータ１０７−１乃至１０７−ｎ（一般的に、ノード１０７、固定ルータ１０７、または、無線ルータ（ＷＲ）１０７と称される）を含む。説明目的のため、上述のノードはまとめて「ノード１０、１０６、および、１０７」または単に「ノード」と呼ばれる。

先に参照した米国特許出願公開第２００２／００５８５０２号明細書、および、米国特許第６，８０７，１６５号明細書並びに米国特許第６，８７３，８３９号明細書に記載されるように、ノード１０２、１０６、および、１０７が、互いと直接的に、または、ノード間で送られるパケット用のルータあるいは複数のルータとして動作する一つ以上の他のノード１０２、１０６、または、１０７を介して通信し得ることは当業者には理解されるであろう。

図２に示すように、各ノード１０２、１０６、および、１０７は、アンテナ１１０に接続され、パケット化された信号等の信号をコントローラ１１２の制御下でノード１０２、１０６、または、１０７に対して送受信することができる少なくとも一つの送受信機またはモデム１０８を含む。パケット化されたデータ信号は、音声、データ、または、マルチメディア情報、および、ノード更新情報を含むパケット化された制御信号等を含む。

各ノード１０２、１０６、および、１０７は、自身およびネットワーク１００中の他のノードに関するルーティング情報を記憶することができるランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）等のメモリ１１４を含む。図２に更に示すように、あるノード、特に、移動ノード１０２は、ノート型コンピュータ端末、移動電話機、移動データ・ユニット、または、全ての他の好適な装置等の任意の数の装置よりなるホスト１１６を含む。各ノード１０２、１０６、および、１０７は、インターネット・プロトコル（ＩＰ）およびアドレス絞込みプロトコル（ＡＲＰ）を実行するための適当なハードウェアおよびソフトウェアを含み、その目的は当業者に容易に明らかであろう。送信制御プロトコル（ＴＣＰ）およびユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）を実行するための適当なハードウェアおよびソフトウェアが含まれてもよい。

当業者に明らかであるように、ノード１０２、１０６、または、１０７間のリンクにおける変化は、移動ノード１０２の移動等によって生ずる。図３は、ネットワーク１００におけるＳＤ１０２−１と、無線ルータ１０７−１および１０７−２と、ＩＡＰ１０６−１との間のリンクの例を示す。ＳＤ１０２−１と無線ルータ１０７−１および１０７−２との間のリンクの品質は、ＳＤ１０２−１が移動すると変化する。以下により詳細に説明するように、本発明の実施形態では、ノード間のリンクの品質を推定することによりノード間で適当なパケット・ルーティングが行われるようにする。推定は、信号強度、信号対雑音比、または、リンクの品質を表す物理層で収集される全ての他の統計値に基づく。

更に、ノード１０２、１０６、および、１０７が、ノード間の最適ルートを選択するためにネットワーク１００における各リンクにリンク・メトリックを割り当てるルーティング・プロトコルが用いられることが当業者には理解されるであろう。例えば、移動ノード１０２がアクセス点１０６とつながるために関連付けプロトコルを用いる場合、移動局１０２は、最適なパケット・ルーティングを提供するアクセス点１０６を選択するためにルーティング・メトリックを用いて利用可能なアクセス点１０６へのリンク品質を決定する。ノード１０２、１０６、または１０７は、ある目的地向けのパケットが送信される最適送信電力等を決定するためにリンク適合プロトコルでメトリックを用いることもできる。

無線媒体の動的性質により、ノード１０２、１０６、および、１０７間の適当なルートを決定するために、ネットワーク１００のノード１０２、１０６、および、１０７は、ノード１０２、１０６、および、１０７間のリンクの品質に関する統計値に平均化計算を実行する。例えば、ノード１０２、１０６、および、１０７による一つのパケットの受信が成功しても、パケットが送信されたリンクの信頼性が高いとは限らない。同様にして、ノード１０２、１０６、および、１０７による特定の送信電力での一つのパケットの受信が成功しても、該送信電力が最適であるとは限らない。更に、ノード１０２、１０６、および、１０７による特定の信号強度および信号対雑音比での一つのパケットの受信は、全てのパケットが特定のリンク上で同じ信号強度および信号対雑音比で受信されることを保障しない。したがって、本発明の実施形態では、リンクの品質をより正確に推定するために、ある期間にわたってリンクに関する統計値を評価する。

当業者には明らかであるように、ある時間にわたって統計値を平均化または「円滑化」する効率的な方法は、移動平均フィルタ、より好ましくは、指数加重移動平均フィルタを用いることである。移動平均フィルタおよび指数加重移動平均フィルタは機能的に同じである。例示目的のため、指数加重移動平均フィルタを以下の説明では使用する。以下の例では、リンクの品質を推定するためのフィルタ処理の使用を示しているが、フィルタ処理は、データ速度、パケット送信電力、パケット・フラグメンテーション閾値、周波数チャネル、コード・チャネル、到着時刻、到来角、および／または、アンテナ構造等、無線通信媒体の様々な性質に依存する、または、影響を及ぼす、無線通信ネットワーク１００における全ての特性またはパラメータをフィルタ処理するために使用され得る。

本実施形態の説明では、動作をノード１０２に関して説明する。しかしながら、これらの動作はどのノード１０２、１０６、および、１０７で実行されてもよい。更に、本実施形態では、ノード１０２が近隣ノード１０２、１０６、および／または、１０７それぞれに対してリンク品質推定動作を実行する。つまり、各近隣ノード１０２、１０６、および／または、１０７間のリンクは、一つのリンク品質値と関連付けられ、該値は、データ・パケットが近隣に送られて承認される（または承認されない）と更新される（即ち、アクティブ測定）。当業者には明らかであるように、リンク品質値は、該近隣ノード１０２、１０６、または、１０７からビーコン（情報パケット）を受信すると、更新されてもよい（即ち、パッシブ測定）。しかしながら、本実施形態において、ノード１０２は、あるリンク上で近隣ノード１０２、１０６、または、１０７からデータ・パケットを受信した場合に、該リンクのリンク品質値を更新することには作用しないとする。

本実施形態では、指数加重移動平均フィルタは、以下の式から分かるように、零（０）から一（１）の範囲の値をとる忘却係数λを用いる。
ＬＱ（ｔ_ｉ）＝λ（Ｖ，Δ_ｔ）・Ｘ（ｔ_ｉ）＋（１−λ（Ｖ，Δ_ｔ））・ＬＱ（ｔ_ｉ−１）
ＬＱ（ｔ_ｉ）は、現在のリンク品質
ＬＱ（ｔ_ｉ−１）は、前のリンク品質
Ｘ（ｔ_ｉ）は、現在の予測
λ（Ｖ，Δ_ｔ）は、相対速度、トラフィック・レートに基づく忘却係数である。

上述の式から分かるように、各タイプのリンク、つまり、性質が動的の（二つのノード間の相対速度に起因する）リンク、または、性質が静的のリンクに対して異なる値の忘却係数λを適用することで、リンク品質推定に対して異なる収束速度が得られる。図４および図５それぞれに示すグラフ４００および５００について以下により詳細に説明するように、忘却係数λには、リンク品質推定が、静的リンク（即ち、二つの静止ノード１０６および／または１０７間のリンク）よりも動的リンク（即ち、二つの移動ノード１０２間のリンク、または、移動ノード１０２と静止ノード１０６または１０７間のリンク）における方がより速く収束するように値が割り当てられる。更に、ノード１０２、１０６、および／または、１０７間の動的リンクに対する忘却係数λの値は、ノード１０２、１０６、および／または、１０７のモビリティに基づき得る。つまり、高移動性のノード（例えば、二つの速く移動するノード１０２、または、速く移動するノード１０２と静止ノード１０６および／または１０７）間のリンクに対して使用される忘却係数λの値は、一般的に、低移動性のノード（例えば、二つの遅く移動するノード１０２、または、遅く移動するノード１０２と静止ノード１０６および／または１０７）間のリンクに対して使用される忘却係数λの値よりも大きい。モビリティの度合いは、進歩的に収束速度を変えるために使用され得る。例えば、二つの別個の状態（例えば、一方を「静止」、他方を「移動」）を設ける代わりに、「静止」、「遅い」、「速い」、および、「とても速い」等、様々なモビリティの度合い、または、相対速度Ｖに基づく連続的な変化が設けられてもよい。これにより、高移動性のリンクは、変化が早い環境においてより早くそのリンク品質値を適合することができる。同時に、静的リンクは、以下に説明するように、より遅い収束速度を維持することが好ましい。

前述の通り、リンクが動的か静的かを判断するために、以下の表１に説明するように、ノード１０２、１０６、および、１０７が移動型か静止型かを知る必要がある。

この判断により、移動ノード１０２へのリンク品質を評価するために静止ノード（例えば、ノード１０６または１０７）によって実行される計算が、静止ノード１０６または１０７へのリンク品質を評価するために移動ノード１０２によって実行される計算と同じ程度に早く収束することが確実となる。ノード（例えば、ノード１０２）のモビリティは、上述の「背景技術」で参照した米国特許第７，１８１，２１４号明細書に記載される技術等、全ての好適な方法で決定される。

当業者には更に理解されるように、上述のリンク品質推定式は、成功したパケット送信に対してはＸ（ｔ_０）を一（１）に設定し、パケットの失敗に対してはＸ（ｔ_０）を零（０）に設定することで、部分的にパケット完了レートに基づいている。リンク品質推定は、例えば、本願で参照として組み込む“Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ ｍｅｓｓａｇｅｓ ｗｉｔｈｉｎ ａ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｈａｎｎｅｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ ｓａｉｄ ｍｅｔｈｏｄ”なる名称のＬａｍｉｎｓｋｉ， Ｓｔｅｐｈｅｎ外による米国特許出願公開第２００３／０１３４６５８号明細書に記載されるように、リンクによって使用されるチャネル特性に関する情報、または、リンクに関する全ての他の好適な情報に基づいてもよい。

以下により詳細に説明し、図４および図５に例示するように、リンク品質は、ノード１０２が受信する周期的なビーコンの受信統計値に基づいて推定されてもよい（即ち、パッシブ測定）。つまり、信号強度、信号対雑音比、または、リンクの品質を表す物理層で収集されるどの統計値に基づいて予測が行われてもよい。特に、リンクに関する受信統計値が、実際に成功したデータ・パケットの送信に基づく送信統計値よりも正確でないため、受信したビーコンに基づくリンク品質推定の収束速度も動的リンクよりも静的リンクの方が遅い。本発明の実施形態によると、静的リンクについて上述の式で使用される忘却係数λの値は、一般的に、リンクが静的である場合に送信統計値に基づいて集められる情報よりもビーコンで受信される情報に対して小さく設定される。しかしながら、リンクが動的である場合、ゆっくりと再発するビーコンは、送信されたデータ・パケットよりも早くリンク品質推定を更新するために使用されるため、忘却係数λの値は、データ・パケットよりもビーコンに対して大きく設定される。このようにして、リンク品質の予測材料の役割は、固定のノード間（例えば、街灯柱、タワー、建物等の不動構造）と、移動型のノード間とで異なる。

以下の例は、動的および静的リンクに関して上述の式に従ってリンク品質を推定するために、送信および受信統計値がどのようにして用いられるかを示す。図６に示す動作は、ノード（本実施形態ではノード１０２）のコントローラ１１２およびその関連するハードウェアとソフトウェアによって実行されることに注意されたい。

図６のフローチャートに示すように、ノード（例えば、ノード１０２）がリンクの品質を推定する際、ステップ６００において、ノード１０２は、リンクのモビリティを判断してリンクが動的リンクか静的リンクかを判断する。モビリティは、上述の全ての適切な方法で判断される。更に、ノード１０２、１０６、または、１０７の移動に関する情報は、ノード１０２、１０６、または、１０７の性質または機能によってメモリ１１４にハードコードされる。例えば、柱に取り付けられるか、建物に取り付けられるよう設計されているＩＡＰ１０６またはＷＲ１０６等のノードは、「静止型」と見なされ、車両に実装されるかエンドユーザによって保持されるよう設計されているノード（例えば、ノード１０２）は、「移動型」と見なされる。更に、ノード１０２、１０６、または、１０７のモビリティは、無線通信媒体におけるある変動を分析することで判断される。例えば、ノード１０２、１０６、または、１０７は、近隣ノード１０２、１０６、または、１０７までの距離を分析し、距離の変化率に従って、静止型か否かを判断する。

ノード１０２、１０６、または、１０７は、一定間隔で情報を配信等することで、近隣ノード１０２、１０６、または、１０７とモビリティに関する情報を共有する。ノードのモビリティがハードコードされているか、あるいは動的に判断されているかに依存して、リンクの性質は一定であるか、あるいは環境状態に応じて変化する。ノードのモビリティに関する配信情報は、他の配信情報と便利に且つ効率的に組み合わされる。最も簡単な実行では、配信情報は、わずか一ビットの情報を占有する。

一旦ノード１０２がステップ６００においてリンクのモビリティを判断すると、ステップ６１０において、ノード１０２は、ノード１０２がパケット（存在する場合には）をリンク上で送信するデータ速度を決定する。以下に説明するように、ステップ６２０において、ノード１０２はモビリティとデータ速度とに基づいて忘却係数に対する値を設定する。以下の例では、リンクは動的（例えば、ノード１０２が移動している）または静的（例えば、ノード１０２が移動していない）かを判断する。固定ネットワーク１０４またはバックボーンと通信するＩＡＰ１０６またはＷＲ１０７等のノードが静止している可能性が高いため、ノードが移動型であり、且つ、より速い速度でリンク品質情報を更新しなくてはならない場合に必要となるよりも遅くリンク品質推定値を収束させることで、上記ノードを伴う静的リンクに対するリンク品質回復処理を遅くすることが可能となる。
動的リンク
動的リンクに対する忘却係数は、図４のグラフ４００に示すように以下の四つの動作状態に基づいて決定され得る。

アイドル・トラフィック：この場合、ノード１０２は、リンク上でパケットを送信してなく、リンク上でビーコンを受信しているだけである。このとき、ノード１０２は、Ｘ（ｔ_０）に対する値を零（０）に設定する。該動作状態は、５００ミリ秒（ｍｓ）より大きい平均パケット到着間時間に対応する。このタイプの状態に関して、ノード１０２は、本実施形態では忘却係数λを０．１２５に等しく設定する。例示目的のため、リンク品質閾値は、５０％または全ての他の適切な値に設定され、つまり、リンク品質値が閾値まで低下すると、ノード１０２はリンクが通信に不適切と判断する。図４に示すように、上述の式によると、ノード１０２が１００％（理想的なリンク品質）から５０％にリンク品質推定値を調節するためには受信ビーコンが五つ（５）必要となる。

軽トラフィック：この場合、ノード１０２は、分析されるリンク上でパケットを送信するレートが低いと判断する。この動作状態は、２００ｍｓ乃至５００ｍｓの平均パケット到着間時間に対応する。このタイプの状態に関して、ノード１０２は、本実施形態では忘却係数λを０．０６２５に等しく設定する。図４に示すように、上述の式によると、リンク品質推定値を１００％から約５０％に調節するためには送信失敗が十一回（１１）、つまり、Ｘ（ｔ_０）に対する値が零（０）に設定される回数が十一回（１１）必要である。

中トラフィック：この場合、ノード１０２は、分析されるリンク上でパケットを送信するレートが中間と判断する。この動作状態は、１００ｍｓ乃至２００ｍｓの平均パケット到着間時間に対応する。このタイプの状態に関して、ノード１０２は、本実施形態では忘却係数λを０．０３１２５に等しく設定する。図４に示すように、上述の式によると、リンク品質推定値を１００％から約５０％に調節するためには送信失敗が二十二回（２２）、つまり、Ｘ（ｔ_０）に対する値が零（０）に設定される回数が二十二回（２２）必要である。

重トラフィック：この場合、ノード１０２は、分析されるリンク上でパケットを送信するレートが高いと判断する。この動作状態は、１００ｍｓ未満の平均パケット到着間時間に対応する。このタイプの状態に関して、ノード１０２は、本実施形態では忘却係数λを０．０１５６２５に等しく設定する。図４に示すように、上述の式によると、リンク品質推定値を１００％から約５０％に調節するためには送信失敗が四十五回（４５）、つまり、Ｘ（ｔ_０）に対する値が零（０）に設定される回数が四十五回（４５）必要である。
静的リンク
静的リンクに対する忘却係数は、図５のグラフ５００に示すように以下の動作状態に基づいて決定され得る。

軽トラフィック：この場合、ノード１０２は、分析されるリンク上でパケットを送信するレートが低いと判断する。この動作状態は、２００ｍｓより大きい平均パケット到着間時間に対応する。このタイプの状態に関して、ノード１０２は、本実施形態では、忘却係数λを０．０３１２５に等しく設定する。図４に示すように、上述の式によると、リンク品質推定値を１００％から約５０％に調節するためには送信失敗が二十二回（２２）、つまり、Ｘ（ｔ_０）に対する値が零（０）に設定される回数が二十二回（２２）必要である。

中トラフィック：この場合、ノード１０２は、分析されるリンク上でパケットを送信するレートが中間と判断する。この動作状態は、１００ｍｓ乃至２００ｍｓの平均パケット到着間時間に対応する。このタイプの状態に関して、ノード１０２は、本実施形態では忘却係数λを０．０１５６２５に等しく設定する。図４に示すように、上述の式によると、リンク品質推定値を１００％から約５０％に調節するためには送信失敗が四十五回（４５）、つまり、Ｘ（ｔ_０）に対する値が零（０）に設定される回数が四十五回（４５）必要である。

重トラフィック：この場合、ノード１０２は、分析されるリンク上でパケットを送信するレートが高いと判断する。この動作状態は、１００ｍｓ未満の平均パケット到着間時間に対応する。このタイプの状態に関して、ノード１０２は、本実施形態では忘却係数λを０．００７８１２５に等しく設定する。図４に示すように、上述の式によると、リンク品質推定値を１００％から約５０％に調節するためには送信失敗が八十九回（８９）、つまり、Ｘ（ｔ_０）に対する値が零（０）に設定される回数が八十九回（８９）必要である。

アイドル：トラフィック：静的リンクに関して、静止ノード（移動していないノード１０２とノード１０６および１０７）間の乏しいリンクが迅速に回復されないことを確実にするために、ノード１０２がビーコンを受信する場合に特別な忘却係数λが使用されることに注意されたい。つまり、リンクの実際の統計値は、経時的に変化せず、予測の重み付けは、測定の重み付けよりも相当小さくなくてはならない。本実施形態において、ノードは、忘却係数を０．００３９０６２５に等しく設定するため、リンク品質推定値を１００％から５０％に調節するためには１７８個（１７８）のビーコンが必要となる。更に、送られてくるトラフィックの途中でビーコンを受信した場合、その重み付けは送信推定値よりも相当低いため、最終結果への影響は無視できる程度のものとなる。

以上から分かるように、本願に全ての内容を参照として組み込む、２００８年８月１２日に発行された“Ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ Ｐｒｏｖｉｄｅ ａ Ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ Ｌｉｎｋ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ａ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｉｎ ａｎ Ａｄ Ｈｏｃ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ”なる名称の米国特許第７，４１２，２４１号明細書に記載されるように、トラフィックの量またはデータ速度に関係なく、同じまたは略同じ時間量でリンク品質推定を収束させることが異なる動作状態によって可能となる。つまり、トラフィックのレベルまたはデータ速度に関係なく、リンク品質推定値は略同時に閾値（例えば、５０％）に収束する。

一旦ノード１０２が以上のようにして忘却係数λの値を決定すると、ステップ６３０においてノード１０２は忘却係数を含む上記式に基づいてリンク品質値を調節する。上述したように、ノード１０２は、送信されるべき各パケットに対してリンク品質評価処理および調節を実行する。

更に、忘却係数を用いるこの技術は、リンク品質値を調節するためだけに使用される必要はないことに注意する。本技法は、信号対雑音比、送信電力レベル、データ速度、到着時刻、到来角等の他のパラメータを調節するために使用されてもよい。

本明細書では、本発明の特定の実施形態を説明した。しかしながら、添付の特許請求の範囲に記載する本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更および変化が行われてもよいことが当業者には理解されるであろう。従って、明細書および図面は、制限的でなく例示的であり、全ての変更態様が本発明の範囲内に網羅されることが意図される。恩恵、利点、問題に対する解決策、および、全ての恩恵、利点、または解決策を得るあるいは明白にする全ての素子はどのまたは全ての請求項の重要、必要、または、不可欠な特徴または素子として考えられてはならない。本発明は、本願の係属中に行われた全ての補正を含む添付の特許請求の範囲、および、その特許請求の範囲の等価物によってのみ定められる。

図１は、本発明の実施形態によるシステムおよび方法を用いる、複数のノードを含むマルチホッピング無線通信ネットワークの例を示すブロック図である。 図２は、図１に示すネットワークにおいて使用される移動ノードの例を示すブロック図である。 図３は、図１に示す無線通信ネットワークにおける幾つかのノード間の通信リンクの例を示すブロック図である。 図４は、図１に示す通信ネットワークにおいて動作するノード間の動的通信リンクに対する可変加重フィルタ特性の例を示すグラフである。 図５は、図１に示す通信ネットワークにおいて動作するノード間の静的通信リンクに対する可変加重フィルタ特性の例を示すグラフである。 本発明の実施形態による、通信リンクにおける変化を推定するためにノードによって実行される動作の例を示すフローチャートである。

Claims (18)

1. 無線通信ネットワークにおける第１のノードと少なくとも一つの他のノードとの間の少なくとも一つの通信リンク上の通信の特性を決定することで通信リンクを管理する方法であって、
   前記通信リンクに関するモビリティ値を決定すること、
   前記モビリティ値に基づいて係数を決定することであって、アクティブ測定によって決定される低いモビリティ値に対する係数に高い係数値、且つ、パッシブ測定によって決定される低いモビリティ値に対する係数に低い係数値を割り当てることを含む、係数を決定すること、
   前記決定された係数に基づく調節レートで前記通信リンク上の前記通信の特性に関する値を調節することであって、前記アクティブ測定に対して早い速度で、且つ、前記パッシブ測定に対して遅い速度で前記特性に関する値を調節することを含む、前記調節すること
   を備える方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記特性は、前記通信リンクの品質、前記通信リンク上でパケットが送信されるデータ速度、前記通信リンク上でパケットが送信される送信電力、前記通信リンク上で送信されるパケットのパケット・サイズ、前記他のノードでのパケットの到着時刻、および、前記他のノードでのパケットの到来角の少なくとも一つである、方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記モビリティ値決定ステップは、前記第１のノードおよび前記他のノードの一つの少なくとも一方の動きに基づいて前記モビリティ値を決定する、方法。
4. 無線通信ネットワークにおける第１のノードと少なくとも一つの他のノードとの間の少なくとも一つの通信リンク上の通信の特性を決定することで通信リンクを管理する方法であって、
   前記通信リンクに関するモビリティ値を決定すること、
   前記モビリティ値に基づいて係数を決定すること、
   前記決定された係数に基づく調節レートで前記通信リンク上の前記通信の特性に関する値を調節すること、
   ノードの一つが前記通信リンク上でパケットを送信する寸前か否かを判断すること、
   前記ノードがパケットを送信する寸前でない場合、前記ノードが前記通信リンク上で情報パケットを受信したか否かを判断することを更に備え、
   前記ノードがパケットを送信する寸前である場合、前記係数決定ステップが前記モビリティ値および前記パケットが送信されるべき送信レートに基づいて前記係数を決定することを含み、
   前記ノードが前記情報パケットを受信した場合、前記係数決定ステップが前記モビリティ値および前記情報パケットに含まれる情報に基づいて前記係数を決定することを含む、方法。
5. 請求項４に記載の方法において、前記係数決定ステップは、高送信レートに対する係数に高い係数値、且つ、低送信レートに対する係数に低い係数値を割り当て、前記調節ステップは前記高送信レートに対して早い速度で、且つ、前記低送信レートに対して遅い速度で前記特性に関する値を調節する、方法。
6. 請求項５に記載の方法において、前記係数決定ステップは、前記調節ステップが前記高送信レートおよび前記低送信レートに対して略同じ時間量内で略同じ量だけ前記特性に関する値を調節する、方法。
7. 請求項４に記載の方法において、前記情報パケットはビーコンに含まれる、方法。
8. 請求項１に記載の方法において、前記第１のノードと前記他のノードとの間の前記通信リンクのそれぞれに対して前記モビリティ値決定、係数決定、および、調節ステップを実行するステップを更に備える、方法。
9. 請求項１に記載の方法において、前記無線通信ネットワークは、マルチホッピング無線通信ネットワークであり、前記第１のノードおよび前記他のノードそれぞれは前記マルチホッピング無線通信ネットワークで通信するように構成される移動ノードおよび静止ノードのいずれか一方である、方法。
10. 無線通信ネットワーク内で動作するノードであって、
    少なくとも一つの通信リンク上で前記無線通信ネットワークにおける少なくとも一つの他のノードと通信する送受信機と、
    コントローラであって、
    アクティブ測定及びパッシブ測定のうちの一つに基づいて前記通信リンクに関するモビリティ値を決定すること、
    前記モビリティ値に基づいて係数を決定することであって、前記アクティブ測定によって決定される低いモビリティ値に対する係数に高い係数値、且つ、前記パッシブ測定によって決定される低いモビリティ値に対する係数に低い係数値を割り当てることを含む、前記係数を決定すること、
    前記決定された係数に基づく調節レートで前記通信リンク上の前記通信の特性に関する値を調節することであって、前記アクティブ測定に対して早い速度で、且つ、前記パッシブ測定に対して遅い速度で前記特性に関する値を調節することを含む、前記調節すること
    の動作を行うコントローラと
    を備えるノード。
11. 請求項１０に記載のノードにおいて、前記特性は、前記通信リンクの品質、前記通信リンク上でパケットが送信されるデータ速度、前記通信リンク上でパケットが送信される送信電力、前記通信リンク上で送信されるパケットのパケット・サイズ、前記他のノードでのパケットの到着時刻、および、前記他のノードでのパケットの到来角の少なくとも一つである、ノード。
12. 請求項１０に記載のノードにおいて、前記コントローラは、前記ノード及び前記他のノードの少なくとも一方の動きに基づいて前記モビリティ値を決定する、ノード。
13. 無線通信ネットワーク内で動作するノードであって、
    少なくとも一つの通信リンク上で前記無線通信ネットワークにおける少なくとも一つの他のノードと通信する送受信機と、
    コントローラであって、
    前記通信リンクに関するモビリティ値を決定すること、
    前記モビリティ値に基づいて係数を決定すること、
    前記決定された係数に基づく調節レートで前記通信リンク上の前記通信の特性に関する値を調節すること、
    前記ノードの前記送受信機が前記通信リンク上でパケットを送信する寸前か否かを判断すること、
    前記ノードの前記送受信機がパケットを送信する寸前でない場合、前記コンロトーラは前記ノードの前記送受信機が前記通信リンク上で情報パケットを受信したか否かを判断すること、
    前記ノードの前記送受信機がパケットを送信する寸前である場合、前記コントローラは前記モビリティ値および前記パケットが送信されるべき送信レートに基づいて前記係数を決定すること、
    前記ノードの前記送受信機が前記情報パケットを受信した場合、前記コントローラは前記モビリティ値および前記情報パケットに含まれる情報に基づいて前記係数を決定すること
    の動作を行うコントローラと
    を備えるノード。
14. 請求項１３に記載のノードにおいて、前記コントローラは、高送信レートに対する係数に高い係数値、且つ、低送信レートに対する係数に低い係数値を割り当て、前記コントローラは前記高送信レートに対して早い速度で、且つ、前記低送信レートに対して遅い速度で前記特性に関する値を調節する、ノード。
15. 請求項１４に記載のノードにおいて、前記コントローラは、該コントローラが前記高送信レートおよび前記低送信レートに対して略同じ時間量内で略同じ量だけ前記特性に関する値を調節すべく前記係数を設定する、ノード。
16. 請求項１３に記載のノードにおいて、前記情報パケットはビーコンに含まれる、ノード。
17. 請求項１０に記載のノードにおいて、前記コントローラは、前記ノードと前記他のノードとの間の前記通信リンクのそれぞれに対して前記モビリティ値の決定、前記係数の決定、および、前記調節の動作を実行する、ノード。
18. 請求項１０に記載のノードにおいて、前記無線通信ネットワークは、マルチホッピング無線通信ネットワークであり、前記ノードおよび前記他のノードそれぞれは前記マルチホッピング無線通信ネットワークで通信するように構成される移動ノードおよび静止ノードのいずれか一方である、ノード。

Images