JP4575461B2 - 無線メッシュネットワークにおける干渉ベースのルーティングのための方法及び装置 - Google Patents

Description

本技術分野は、一般に、無線通信に関し、特に、無線メッシュネットワークを介する経路を選択することに関する。

固定有線ネットワークにより提供される高度なアプリケーションの多くに加えて移動性（モビリティ）がサポートされるため、無線ネットワークはますます重要になり且つ普及してきている。無線ネットワークは、無線ネットワークインフラストラクチャに接続された無線基地局を有する従来のセルラネットワークを含む。移動端末は範囲内の１つ以上の基地局と通信し、移動端末が範囲外に移動する場合、連続通信を維持するために、別の基地局へのハンドオーバ手順が実行されてもよい。別の種類の無線ネットワークはメッシュネットワークである。メッシュネットワークは、多対多の接続を処理し且つそれらの接続を動的に最適化できる。

無線メッシュネットワークは、無線媒体を介して通信する複数の移動式のバッテリ駆動型演算装置から通常は成る、無線「アドホック」ネットワークとして周知である。ネットワークは固定ルータに依存せず、全てのノードは移動可能であり且つ任意の方法で動的に接続可能である。各ノードは、アドホックネットワーク内の他のノードへの経路を発見し且つ維持する、ルータとして機能する。経路は、１つ以上のパケットを送信元ノードと宛先ノードとの間で配送するのに使用されるパスである。経路は、１つ以上の「ホップ」を含んでもよい。ホップは、仲介ノードを使用しない、１つのノードから別のノードへの直接送信に相当する。アドホックの能力を有する無線技術の例は、ＩＥＥＥ８０２．１１無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）を含む。

無線メッシュネットワークでは、通常、２種類のルーティングプロトコルが採用される。即ち、テーブル駆動型ルーティングプロトコル及び送信元開始型オンデマンドルーティングプロトコルである。テーブル駆動型ルーティングプロトコルは、ネットワークがデータトラフィックの点でアクティブではない可能性があることに関係なく、ネットワーク内の他の全てのノードからの周期的な最新情報を通じて、各ノードからネットワーク内の他の全てのノードへの一貫した最新のルーティング情報を維持しようとする。オンデマンド型のアプローチに対しては、宛先ノードへ送出されるデータパケットを送信元ノードが有する場合のみ、宛先への経路に対するリクエストが送出される。テーブル駆動型アドホックルーティングプロトコルの例は、ＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）ルーティング、宛先順距離ベクトルルーティング、クラスタヘッドゲートウェイスイッチルーティング、及び無線ルーティングプロトコルを含む。送信元開始型オンデマンドルーティングプロトコルの例は、アドホックオンデマンド距離ベクトルルーティング又はダイナミックソースルーティング、テンポラリーオーダールーティング、結合性ルーティング、及び信号安定性ルーティングである。

ＯＳＰＦルーティングにおいて、各無線ノードは、ネットワークトポロジを記述する同一のデータベースを維持する。このデータベースから、最短パスツリーを構築することによって、ルーティングテーブルは計算される。最短パスは、累積「コスト」が最低であるパスである。無線リンク又はホップに対して、「コスト」は、その無線ホップにおいて期待されるデータレートの逆数として測定されてもよい。データレートが低いとパケット送信により時間がかかるため、結果として、データレートが低いと高コストになる。ＯＳＰＦは、当初、固定ネットワーク用に設計されたが、無線ルーティングプロトコル（ＷＲＰ）及びダイナミックソースルーティング（ＤＳＲ）は、無線ネットワーク用の経路選択方法において類似している。

無線アドホックネットワークは、電力／干渉による制限、狭い帯域幅、及び高い誤り率を含む、無線通信媒体に関連するある特定の制限に対処する必要がある。無線ネットワークノードが通常はバッテリにより駆動され、また、無線通信ネットワークの容量が共有スペクトルにより制限されるため、エネルギーが最小であるルーティングパスを見つけようとするルーティングプロトコルは特に関心を持たれる。エネルギー効率が良いルーティング方式は、ノードにおけるエネルギー消費を大きく減少できるため、結果としてバッテリ寿命が伸び、更に、ネットワーク内の干渉を減少することによってネットワーク容量を向上できる。種々のテーブルを維持するには大きいオーバーヘッドが必要であるため、一般に、オンデマンド方式に比べて、テーブル駆動型ルーティング方式はエネルギー消費の点においてより高価である。しかしながら、最小エネルギールーティング技術は、移動ノードのバッテリ節約にのみ注目させてはならない。このようなルーティングアルゴリズムは、ネットワーク容量も向上しようとしなければならない。

殆どの無線アドホックネットワーク、特にＩＥＥＥ８０１．１１を採用するものは、無線周波数を時間単位で共有し、送信及び受信の双方において同一の周波数が使用される。共有の周波数媒体を使用することを調整するために、ある種のプロトコルが採用される。例えば、搬送波感知多重アクセス／衝突回避方式（ＣＳＭＡ／ＣＡ）では、パケットを送信したいノードは、他のノードが送信中ではないことを確認するために「リスン」する必要がある。チャネルがある特定の時間の間クリアである（空いている）場合、ノードはパケットを直接送信できる。チャネルがクリアではない場合、ノードはランダムな「バックオフ」タイマを設定する。タイマが時間切れになると、ノードは送信を行う。共通周波数が利用可能かを判定するために、クリアチャネルアセスメント（ＣＣＡ）機能が採用されてもよい。通常、ＣＣＡ機能は、搬送波感知及びエネルギー検出の双方を含む。そのどちらかがトリガされた場合、共通周波数はビジーであると見なされる。受信機が別のノードの送信信号を検出可能な場合、搬送波感知がトリガされる。受信したエネルギー（送信元は問わない）の総量が閾値を超える場合、エネルギー検出機構がトリガされる。

発明者は、最適なエネルギールーティング方式を得るために考慮すべきいくつかの要素があることを認識した。第１に、ビジー指示、例えばクリアチャネルアセスメント（ＣＣＡ）のビジー指示が原因で共通周波数を介する送信を避けるノードの数を減少することが重要である。第２に、共通チャネルを介して送信可能になるまでに各ノードが待機する時間を短縮することも重要である。最短距離のパスを最短時間遅延のパスとして選択することはバッテリの節約を向上するが、ネットワーク容量を最適化しない場合がある。無線ネットワークは干渉により制限される。送信電力は、殆どの例において、特定の電力での特定の送信により発生する干渉と同等ではない。実際、ノードが送信ノードの範囲／通信距離内にない場合であっても、ノードは送信による干渉によって影響を受ける可能性がある。すなわちノードがまだ干渉距離内にあるということである。

第３の考慮点は、次ホップの送信に対する特定の送信条件である。例えば、ノードは、現在の無線状態に基づいて、それら現在の状態に適応する、送信のための特定の変調符号化方式を選択する。この変調符号化方式は、次ホップを介するノードの送信時間及び送信エネルギーを推定するために考慮されるのが好ましい、データ送信速度を確定する。

別の考慮すべき重要な要素は、現在の状態で各ノードが更新されることを維持するためのノード間の信号伝送量（シグナリングの量）である。このようなシグナリングによる更新は、特に頻繁に送信される場合、バッテリ駆動型ノードの電力を消耗し、ネットワーク内の干渉を増加する。メッシュネットワーク内の各ノードにより生成されるこのような状況更新メッセージを、除去又は少なくとも減少することが望ましい。

発明者は、エネルギーが電力及び時間に関して定義されるとき、パケットを１つのホップ分送信する際に特定のノードにより使用されるエネルギーを単純に推定することは、典型的なアドホックネットワークの現実を考慮していないことを更に認識した。実際の無線ネットワークは、伝播損失の原因となる障害物（建物、壁、自然物、天候等）に対処する必要がある。そのため、送信エネルギーは、発生された干渉に関する適切な測定値ではない。

従って、干渉エネルギーは、上述の要素を考慮する干渉エネルギーモデルを使用して、送信元ノードから宛先ノードへの種々の経路に沿う、可能な各ホップ送信ごとに推定される。各ホップに対して判定された干渉エネルギーを合成し、各経路に対する合成干渉エネルギーを作成する。経路のうちの１つは、各経路に対する合成干渉エネルギーに基づいて選択される。例えば、干渉エネルギーを合成することは、干渉エネルギーを合計することを含んでもよく、干渉エネルギーの合計が最低である１つの経路が選択されてもよい。

限定的ではない一実施形態において、送信元ノードから宛先ノードへの複数の経路の各々における各ホップを介してパケットを送信することに関連する送信時間が判定され。ホップごとに、そのホップを介してパケットを送信することにより生成される干渉によって影響を受けるノード数が判定される。ホップごとに、送信時間と影響を受けるノード数とを合成し、対応するホップ結果を作成する。経路ごとにホップ結果を合成し、これらの合成結果に基づいて、１つの経路が選択される。例えば、送信時間及びノード数を乗算し、その結果を合計して、合計結果が最小である１つの経路が選択される。

送信時間は、パケットのサイズ、パケットの送信に関連するオーバーヘッド、ホップを介するパケットの送信に関連するビットレート（ホップに対する現在の無線関連状態に基づいて判定されることが多い）、及びホップを介する送信に関連する再送信確率のうち１つ以上を考慮するのが好ましい（必ずしも考慮しなくてもよい）。パケットがホップを介して送信される際の電力レベル、干渉が他のノードに影響を及ぼす際の受信機の閾値、及び電力レベルを１つ以上の周囲のノードに影響を及ぼす発生された干渉に変換する伝播関数に基づいて、影響を受けるノード数が推定されてもよい。要望に応じて、送信時間中に送信するデータを有する別のノードがパケット送信により実際に影響を受ける確率を更に考慮してもよい。

１つ以上のホップに関連する干渉エネルギーを判定するのに使用される情報は、他のノードからの送信により得られてもよい。そのような情報は、他のノード間の通信を監視することにより得られてもよい。あるいは、判定されたホップ干渉エネルギーをメッシュネットワーク内の他のノードに配信することは、各ノードにとって有用かもしれない。

本発明の上述及びその他の目的、特徴、並びに利点は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することにより更に容易に理解されよう。

以下の説明において、説明される技術を理解するために、特定の構成要素、電子回路、技術、プロトコル、規格等の特定の詳細が説明されるが、これらは説明を目的としたものであり、限定を目的としたものではない。例えば、１つの有用な用途は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に従う無線ローカルエリアネットワークに対するものである。しかしながら、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ＰＡＮ等の他の規格及び他の種類のネットワークも適用可能である。更に、特定の詳細を用いずに他の実施形態が実現されてもよいことは、当業者には明らかであろう。他の例において、不要な詳細によって説明が不明瞭にならないように、周知の方法、装置、技術等の詳細な説明は省略される。各機能ブロックは図示される。これらブロックの機能は、個別のハードウェア回路を使用して実装されてもよいし、適切にプログラムされたマイクロプロセッサ又は汎用コンピュータに関連するソフトウェアプログラム及びデータを使用して実装されてもよいし、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用して実装されてもよいし、及び／又は１つ以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を使用して実装されてもよいことを当業者は理解するであろう。

図１は、１つ以上の他のネットワーク１４に接続された１つ以上の固定無線基地局ノード１２と、複数の移動無線ノード１４とを含む、無線メッシュネットワーク１０を示す。移動ノード１４は、無線インタフェースを介して、基地局１２と通信し、また、互いに（基地局を介して、あるいは直接）通信する。隣接ノード間の各ホップは、破線を用いて表される。例えば、無線通信用のプロトコルはＩＥＥＥ８０２．１１ｂであり、これは、現在最も一般的に使用される無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）通信規格である。但し、プロトコルはこれに限定されない。各ノード１４は、送信及び受信のために同一の無線周波数チャネルを使用して、無線周波数通信範囲内にあるノードと通信する。背景において説明したように、パケットが共通の通信媒体を介して送信される際に衝突を回避及び解決するために、ＣＣＡ等の種々のプロトコルが使用されてもよい。無線通信媒体は有限のリソースであるため、これを効率よく使用してネットワーク容量を最適に使用することが非常に重要である。通常はバッテリ駆動型である無線ノード１４がバッテリ電力を節減することも重要である。

上述及びその他の目的は、無線メッシュネットワークを介して送信元ノードから宛先ノードへパケットを送信するのに最適な経路を選択することにより達成され得る。図１は、送信元ノードＡから宛先ノードＧへの経路の２つの例を示す。第１の可能な経路は、ノードＡ、Ｃ、Ｅ、及びＧを介する。第２の可能な経路は、ノードＡ、Ｂ、Ｄ、Ｆ、及びＧを介する。当然、ノードＡからノードＧへパケットを配信するのに採用できる可能な経路は、他にも数多くある。

経路に関連する生成又は発生された干渉がネットワーク内の他のノードに与える影響を最小限にするために、無線メッシュネットワークを介して経路選択を設定することは有用である。このようにして、無線ノード１４内のバッテリ電力の節減に加えて、ネットワーク内の総容量を増加できる。干渉エネルギーは、ネットワーク内の他のノードに与える干渉の影響、すなわち「発生される干渉(caused interference)」の点においてある程度望ましいホップ及び経路（各経路は、送信元ノードから宛先ノードへパケットを通信する１つ以上のノードホップを含む）を判定する尺度として使用される。図２は、この点を示すのに役立つ。３つのノードＡ、Ｂ及びＣが図示され、ノードＡは４つの異なる電力レベルＰ１、Ｐ２、Ｐ３、及びＰ４で送信する。各電力レベルは、対応する干渉領域（ＩＡ）を有する。送信電力が増加すると、干渉領域の影響の大きさが増加する。すなわち、発生される干渉がより大きくなる。

一般に、電力レベルが高いほど、エネルギーが高く且つ他のノードに対する干渉を生成する確率が増加することを意味する。しかしながら、通常、電力及び影響を受けるノード数は線形的に関連しない。例えば、移動端末の送信電力をある量だけ減少しても、干渉されるノード数が同じ量だけ減少する可能性は少ない。図２に示されるように、電力をＰ３からＰ２へ減少すると、影響を受けるノード数が１つのノードＢから０個へ減少する。電力をＰ１へ更に減少することは、いかなる影響も与えない。発明者は、ノードが均等に配置される場合、１つのノードの送信が他のノードの送信に干渉する確率は、そのノードの送信に関連する干渉領域に関係するものと判断した。

干渉領域は、結果として得られる干渉レベルが事前定義済の干渉閾値を超える領域である。これは、干渉距離ｒ_ｉが干渉レベルが定義済の閾値Ｉ_{ｔｈｒｅｓｈ}を超える最大距離のとき、ｒ_ｉの二乗として推定できる（π等の幾何学的定数で乗算される場合もある）。ＩＥＥＥ８０２．１１に対して、干渉閾値はＣＣＡ検出レベルとして選択可能であり、これは、エネルギー検出閾値、及び送信が抑止される搬送波感知レベルのうち、低い方である。線形単位（ワット）で測定される送信電力Ｐと、パスの利得を距離の関数として表す一般に使用される以下の指数関数的な無線伝播関数：
Ｇ（ｒ）＝ｇ_１・ｒ^−α （線形単位）
とに基づき、干渉距離ｒ_ｉは以下の式で計算できる：

式中、ｇ_１及びαは環境に依存するパラメータであり、Ｇ^−１は伝播関数の逆数である。

ここで、一実施形態に従う手順の例を概略的に示す図３のフローチャートを参照するが、実施形態はこれに限定されない。送信元ノードから宛先ノードへの複数の経路の各々における、各ノードホップを介するパケットの送信に関連する干渉エネルギーが判定される（ステップＳ２）。１つの経路における各ホップに対する干渉エネルギーを合成して、その経路に対する合成干渉エネルギーを生成する（ステップＳ４）。パケットが送出される経路は、経路ごとの合成干渉エネルギーに基づいて選択される（ステップＳ６）。例えば、合成干渉エネルギーが最低である経路が選択されてもよい。

以下は、図４のフローチャートに関連して説明される一実現例であるが、実現例はこれに限定されない。各ノードは、送信元ノードから宛先ノードへの複数の経路における、各ホップを介するパケットの送信に関連する送信時間を判定する（ステップＳ１０）。ホップごとに、そのホップを介するパケットの送信に関連する干渉によって影響を受けるノード数が判定される（ステップＳ１２）。送信時間と影響を受けるノード数とをホップごとに合成し、対応するホップ結果を生成する（ステップＳ１４）。経路ごとのホップ結果を合成する（ステップＳ１６）。合成結果に基づいて、経路のうちの１つが選択される（ステップＳ１８）。

サイズＤを有するパケットに対する送信時間Ｕを判定する１つの方法は、次式で推定できる：

式中、ＯＨ_Ｌ１は、例えば、パケットヘッダ等を含むパケットの送信に関連するオーバーヘッドである。Ｎ_ＣＨは、送信に使用される周波数チャネル数である。ＩＥＥＥ８０２．１１規格によると、そのような周波数チャネルは１つのみ使用されるが、例えば２つの２０ＭＨｚ搬送波等、複数チャネルにおいて送信を実行する方法がある。変動する数のＯＦＤＭ副搬送波が使用されてもよい。Ｒ_Ｌ１は、ノードにより選択される無線リンク変調符号化方式に基づく、ノードからの送信に対して割り当てられたビットレートに対応し、ノードにより選択される無線リンク変調符号化方式は同様に、特定のホップを介する現在の無線状態に基づく。ブロック誤り率（ＢＬＥＲ）率は、先のパケット送信に対して受信される、パケット肯定応答及び／又は否定応答の数に基づくノードにより判定される（先のパケット送信に対して受信される、パケット肯定応答及び否定応答のうちの少なくとも一方の数に基づくノードにより判定される）。送信時間Ｕは秒単位で測定される。

特定のホップを介するパケットの送信に関連する干渉によって影響を受けるノード数は、一般に使用される指数関数的無線伝播関数を想定することにより、次式に従って推定されてもよい：
Ｇ（ｒ）＝ｇ_１・ｒ^−α (線形単位)
式中、ｇ_１及びαは環境に依存するパラメータである。Ｐが、パケットがホップを介して送信される際のワット単位で測定される電力レベルであるとき、結果として得られる干渉領域はＰ^２／αに比例する。通常、ＩＥＥＥ８０２．１１のノードからの送信電力Ｐは、例えば１００ｍＷに固定されるため、ノードは送信電力を知ることができる。また、可変電力を使用する電力制御送信の場合、送信中のノードは電力を知ることができる。伝播係数αは、ホップの無線信号伝播環境に従って設定され、ユーザによって手動で設定されてもよく、α値を種々のノードへ通信する制御ノードによって設定されてもよく、又はαを推定するために環境の種々の測定を行うノードによって設定されてもよい。また、他の技術が使用されてもよい。

電力制御送信等のいくつかの場合においては、ｄＢＷ等の対数単位で送信電力Ｐを表す方が都合がよい。影響を受けるノード数に対する上記の式は、以下のように表される：

干渉領域を推定する際、送信電力Ｐは、例えばＩＥＥＥ８０２．１１のＣＣＡ検出レベル等、所望の干渉閾値を超えるｄＢ単位で測定できる。一例において、αは、陸上移動無線サービスにおける伝播損失に対する実験式を説明する奥村・秦モデルで説明される伝播定数Ｂを使用して判定されてもよい。上記の式は、一般に使用される指数関数的な無線伝播モデルに基づく。しかしながら、線形伝播及び中断点モデル（例えば、Ｋｅｅｎａｎ−Ｍｏｔｌｅｙ）等の他の伝播モデルも使用できる。

１つのメッシュネットワーク内で、異なる関数（及びα等のパラメータ設定）を混合できる。各ノードは、周囲の無線環境を最もよく表す関数を使用できる。工場出荷時設定の選択は、例えば、閉鎖オフィス、半開放オフィス、開放オフィス、屋外等、機器に対する典型的な環境に合わせて設定できる。

次に、干渉エネルギーＷが次式に従って判定される：
Ｗ ＝ Ｕ・Ｐ^２／α
式中、Ｐはワット単位で測定され、Ｕは上述の式に従って判定され、Ｗはワット秒単位で測定される。要望に応じて、１つのホップを介するパケット転送に対する干渉は、この干渉が妨害されたノードからの送信を実際に遅延させる確率Ｐ_ｊａｍの推定値と更に乗算され、Ｐ_ｊａｍは以下の式で表される：
Ｗ ＝ Ｕ・Ｐ^２／α・Ｐ_ｊａｍ
Ｐ_ｊａｍは、別のノードが同一送信時間内に送信したいが、その時間内に１つのノードがパケットを送信中であるために送信できない確率である。確率は、送信ノードが経験した、平均チャネルアクティビティに基づいて推定されてもよい。例えば、Ｐ_ｊａｍ確率は、他のノードの通信を「リスン」する送信ノードによって推定され得る。この式を対数で表すと、以下の式になる：

干渉エネルギーＷは、経路選択に関して、ホップごとのコストとして使用される。送信元ノードから宛先ノードへの可能な各経路に対して、その経路内の各ホップに対するホップ単位のコストを合計する（又は他の種類の適切な合成を行う）ことによって、干渉エネルギー経路コストは判定される。干渉エネルギーコストが最低である経路が選択される。干渉エネルギーコストは時間単位ごとの被干渉領域の尺度であるため、このような選択は、その経路を介するパケット送信に関連する、発生される干渉を最小限にし、それによって無線メッシュネットワークの容量を増加する。ＣＣＡがトリガされる際のレベルに等しい干渉閾値を有するＩＥＥＥ８０２．１１を使用する上述の場合、干渉エネルギーは、所望の送信を待機させられるノード数／秒（領域×ノード数／ｍ^２）の相対的な尺度である。この「待機ノード秒」を最小限にすることによって、メッシュネットワーク内の共有周波数で同時に送信可能なノード数が最大限になり、メッシュ内の総容量も最大限になる。

他のノードから受信する信号の通信品質を直接測定し、他のノードにより送信されたパイロット信号又はビーコン信号に基づいて無線通信品質状態を推定し、且つ範囲内の他のノード間の通信をリスンすることにより、各ノードは、他の全ての到達可能なノード（すなわち、範囲内）に対する無線リンク品質を推定することができる。また、各ノードは、潜在的なノードホップ通信ごとに、ビットレート、ブロック誤り率、及び送信電力を判定又は推定する。

ホップ単位のコスト情報は、例えば、ＯＳＰＦプロトコル及び無線ルーティングプロトコル（ＷＲＰ）等の異なる種類のルーティングプロトコルを使用して維持及び配信されてもよく、この場合、ホップ単位のコストは、発生される干渉エネルギーＷを使用して割り当てられる。パケットのサイズによってコストが著しく変化する状況では、パケットの各サイズに対するホップ単位のコストが判定されてもよい。この状況では、テンポラリリーオーダールーティングアルゴリズム（ＴＯＲＡ）等の送信元主導型オンデマンドルーティングプロトコルが適切であろう。

機能ブロック形式で無線メッシュネットワークノード１４の一例を示す図５を参照するが、例はこれに限定されない。無線メッシュネットワークノード１４は、固定ノードであってもよいし、移動ノードであってもよい。移動ノードの一例は、セルラ電話、無線ＷＬＡＮカードを有するラップトップパーソナルコンピュータ等のポータブル通信装置であってもよい。ノード１４は、全方向性又は指向性アンテナ等のアンテナ２４に接続される無線送受信回路２２に接続される処理回路２０を含む。処理回路２０は、送信電力、ブロック誤り率、ビットレート、信号強度等を判定するのに使用される、１つ以上の種々の無線リンク品質パラメータを測定するための１つ以上の検出器３６に更に接続される。処理回路２０は、上記の式のうちの１つに従って送信時間及び影響を受けるユーザ数を判定するために処理回路２０により実行される干渉エネルギールーチン２８を含む、メモリ２６に更に接続される。メモリ２６は、可能な各経路におけるホップ干渉エネルギーの合成に基づいて最善ルートを選択する経路選択ルーチン３０を更に含む。メモリ２６は、ＷＬＡＮ ＩＥＥＥ８０２．１１等のメッシュ通信ルーチン及びプロトコル３２を記憶する。１つ以上のバッファ３４は、メッシュネットワークを介して送信及び受信されるパケットを格納するのに使用される。

図６に示される経路選択例を考察する。無線メッシュネットワークは、多数のノードを有する、開放オフィス領域、会議室、又は展示ホールにおいて採用されるＷＬＡＮ ＩＥＥＥ８０２．１１ｂメッシュであると仮定する。このような状況において、共有無線リソースの容量は、慎重に管理され且つ可能であれば最大限にされる必要がある。メッシュネットワーク全体の一部のみが、１つのアクセスポイント１２及び３つのポータブルノード１４を含む４つのノードを用いて図６に示される。パケットはノードＡからノードＢへ送出されると仮定する。３つの可能な経路があり、各々は２つ以下のホップを有する。ノードＡ及びＢは、４つのノードの中で最も遠い距離で離間されるため、ノードＡからノードＢへ直接向かう１つのホップ経路は、最低のビットレート２Ｍｂｐｓを有する。アクセスポイントＣが移動ノードよりも非常に高い電力、すなわちノードＡ及びＤが送信する１００ミリワット（ｍＷ）に比べて１ワット（Ｗ）で送信するため、アクセスポイントＣからノードＢへの無線ホップは、最高のデータレート１１Ｍｂｐｓを有する。他の各ホップはデータレート５．５Ｍｂｐｓを有する。

開放オフィス空間領域に対して、伝播定数αは約２．２であると予想できる。以下の表１において、全てのホップに対する干渉エネルギーＷは、上記の式に従って、パケットサイズの２つの例に対して計算される。各ホップを介する先の送信に対する媒体アクセス制御（ＭＡＣ）の肯定応答／否定応答を考慮する、ＩＥＥＥ８０２．１１の物理的オーバーヘッドを想定して、送信時間Ｕは計算される。

１５００バイトのパケットに対して、ＡからＤを介するＢへの経路は、０．６８ｍＷｓに対応する最小の干渉エネルギーを生成する。しかしながら、５０バイトのパケットに対しては、ノードＡからノードＢへの直接のパスが、結果として最小の干渉エネルギー０．１２ｍＷｓになる。経路の選択に最短遅延メトリックを使用する場合、アクセスポイントノードＣ（ＡＣＢ）を介する経路が選択される結果になる。しかしながら、無線スペクトルを共有する周囲のノードの存在を想定すると、より広い領域における干渉レベルがノイズ閾値を超え、例えば、周囲のノードにおいて搬送波感知がトリガされるため、ノードＣからの高電力送信は、そのより広い領域において共有周波数リソースを占有することになる。実際、ＡからＢへの最長経路を介する０．１２の干渉エネルギーに比べて、経路ＡＣＢは８倍（すなわち、１／０．１２ ＝ ８．３３）の干渉量を生成する。

他の比較においては、経路選択に純粋な帯域幅コストを使用した場合、最低の帯域幅コストである１／１１＋１／５．５を有するため、経路ＡＣＢが選択される。第２の選択肢は経路ＡＤＢになる。しかしながら、このような経路選択方法は、５０バイトのサイズのパケット等の小さいパケットに対して特に重要である、パケットのオーバーヘッドを考慮しない。

ホップ単位に生成する干渉を最小限にすることに基づく経路選択は、無線メッシュネットワーク内の容量を向上すること、より低い送信電力が達成されるためポータブルバッテリ駆動型装置のバッテリ消費を減少すること、及びメッシュネットワーク内のルーティングオーバーヘッドを減少することを含む、多くの利点を有する。更に、ホップ単位で生成する干渉を最小限にすることに基づくこの経路選択方法は、ＩＥＥＥ８０２．１１等の既存の規格内で実現可能であり、また、ＯＳＰＦ、ＷＲＰ、及びＴＯＲＡ等の既存のルーティングプロトコルを用いて実現可能である。干渉を受けるユーザ数を干渉を受けるエリアに基づいて計算することは、到達範囲内の全てのノードに対してパス利得測定値を得るという、ノード密度が高い場合にコストが大きくなる作業が必要ないという利点を有する。

種々の実施形態が詳細に図示及び説明されたが、請求の範囲は特定の実施形態に限定されない。上記の説明のいずれも、特定の要素、ステップ、範囲、又は機能が不可欠であり、請求の範囲に含まれなければならないということを示すものではない。特許取得対象事項の範囲は、請求の範囲によってのみ定義される。法的保護の範囲は、許可された請求の範囲及びそれと同等のものにおいて記載される用語により定義される。用語「手段(means for)」が使用されない限り、請求の範囲は３５ＵＳＣ§１１２の段落６を引用することを意図しない。

メッシュネットワークの一例を示すネットワーク図である。 干渉領域の概念を示す図である。 一実施形態に従う手順を示すフローチャートである。 別の実施形態に従う手順を示すフローチャートである。 無線ノードの一例の機能ブロック図である。 単純な無線メッシュネットワークにおけるルーティング選択例を示す図である。

Claims (9)

1. 送信元ノード（Ａ）と宛先ノード（Ｂ）との間の、無線メッシュネットワーク（図６）を介したパケットの経路を選択する方法であって、
   前記送信元ノードから前記宛先ノードへの複数の経路における各ノードホップを介して前記パケットを送信することに関連する干渉エネルギーを判定するステップと、
   各経路に対する合成干渉エネルギーを生成するために、各ホップに対する前記干渉エネルギーを合成するステップと、
   各経路に対する前記合成干渉エネルギーに基づいて、前記複数の経路から１つの経路を選択するステップと、
   を備え、
   前記干渉エネルギーを判定する前記ステップは、前記送信元ノードから前記宛先ノードへの複数の経路における各ホップを介して前記パケットを送信することに関連する送信時間を判定するステップを含み、
   前記送信時間は、前記パケットのサイズと、前記パケットを送信することに関連するオーバーヘッドと、前記ホップの現在の無線状態に依存し、且つ前記ホップを介して前記パケットを送信することに関連するビットレートと、前記ホップを介して送信することに関連する再送信確率と、を考慮することを特徴とする方法。
2. 前記干渉エネルギーを合成する前記ステップは、前記干渉エネルギーを合計するステップを含み、
   前記１つの経路は、最小の合計干渉エネルギーを有するものが選択される
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記各ホップそれぞれに対して、当該ホップを介して前記パケットを送信することに関連する干渉によって影響を受けるノードの数を判定するステップと、
   対応するホップ結果を生成するために、各ホップに対する、前記送信時間、及び影響を受けるノードの前記数を合成するステップと、
   各経路について、前記ホップ結果を合成するステップと、
   前記合成された結果に基づいて、前記複数の経路から１つの経路を選択するステップと、
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記送信時間、及びノードの前記数を合成する前記ステップは、前記送信時間とノードの前記数とを掛け合わせるステップを含み、
   前記ホップ結果を合成する前記ステップは、当該結果を合計するステップを含み、
   前記１つの経路は、最小の合計された結果を有するものが選択される
   ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 影響を受けるノードの前記数は、前記パケットが前記ホップを介して送信される際の電力レベルと、当該電力レベルを１つ以上の周囲のノードに対して発生される干渉に変換する伝播関数とに基づいて推定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. 影響を受けるノードの前記数は、前記パケットが前記ホップを介して送信される際の電力レベルと、前記干渉が他のノードに影響を与える、受信機の閾値と、当該電力レベルを１つ以上の周囲のノードに対して発生される干渉に変換する伝播関数とに基づいて推定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
7. 影響を受けるノードの前記数は、干渉により影響を受けているノードもまた干渉を受けている時間に送信すべきデータを有する確率に、更に基づくことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記確率は、送信ノードが経験した、平均チャネルアクティビティに基づいて推定されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 送信元ノード（Ａ）と宛先ノード（Ｂ）との間の、複数のノードによる無線メッシュネットワーク（図６）を介したパケットの経路を選択する装置であって、
   前記送信元ノードから前記宛先ノードへの複数の経路における各ホップを介して前記パケットを送信することに関連する送信時間に基づいて、前記送信元ノードから前記宛先ノードへの複数の経路における各ノードホップを介して前記パケットを送信することに関連する干渉エネルギーを判定し、
   各経路に対する合成干渉エネルギーを生成するために、各ホップに対する前記干渉エネルギーを合成し、
   各経路に対する前記合成干渉エネルギーに基づいて、前記複数の経路から１つの経路を選択する
   ように構成される電子回路（２０，２６，３６）を備え、
   前記送信時間は、前記パケットのサイズと、前記パケットを送信することに関連するオーバーヘッドと、前記ホップの現在の無線状態に依存し、且つ前記ホップを介して前記パケットを送信することに関連するビットレートと、前記ホップを介して送信することに関連する再送信確率と、を考慮することを特徴とする装置。

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