JP4673894B2 - 無線通信ネットワークにおいてサービス品質対応及び輻輳制御を行うためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信ネットワークに関し、特に、無線マルチホップネットワークにおける多数の送受信機装置に適用して、装置の多数のインターフェイスを介して、サービス品質（ＱｏＳ）対応及び輻輳制御を行い得るトラフィック制御方式に関する。

近年、“アドホック”ネットワークとして知られているタイプの移動通信ネットワークが軍事用途に開発されてきた。このタイプのネットワークでは、各移動ノードは、他の移動ノード用の基地局又はルータとして動作するので、基地局の固定インフラの必要性が解消される。通信信号には、例えば、所望の変調手法により変調されデータパケットとして送信される音声データが含まれる。当業者は認識し得るように、ネットワークノードは、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）フォーマット、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）フォーマット、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）フォーマット等の多重フォーマットでデータパケット通信の送受信を行うが、これによって、基地局ノードにおける単一の送受信機が、その有効範囲領域にある幾つかの移動ノードと同時に通信を行い得る。

また、更に洗練されたアドホックネットワークも開発されつつあるが、これらのネットワークは、従来のアドホックネットワークでのように移動ノード相互間の通信を可能にすることに加えて、更に、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）上における他の移動ノードやインターネット等の他のネットワーク上における他の移動ノード等との通信を可能にする。これらの高度なタイプのアドホックネットワークの詳細については、２００１年６月２９日に出願した米国特許出願連番第０９／８９７，７９０号であって、２００６年７月４日に米国特許第７，０７２，６５０号として認可された、表題“ＰＳＴＮ及び携帯電話ネットワークに接続されたアドホック・ピアツーピア移動無線アクセスシステム”、２００１年３月２２日に出願した米国特許出願連番第０９／８１５，１５７号であって現米国特許第６，８０７，１６５号、表題“分離予約チャネルを備えた共有並列データチャネルへの連係チャネルアクセスを有するアドホック・ピアツーピア無線ネットワーク用時分割プロトコル”、及び２００１年３月２２日に出願した米国特許出願連番第０９／８１５，１６４号であって現米国特許第６，８７３，８３９号、表題“アドホック・ピアツーピア移動無線アクセスシステムのための優先ルーティング法”に述べられており、各々の全内容を本明細書において引用・参照する。

しかしながら、当業者は認識し得るように、ノード間の通信は、干渉、マルチパス、及びフェージングの影響、及び衝突によるエラーを受けることが多い。そのようなエラーは、送信と受信ノードとの間の制御信号ハンドシェイクを用いて回避し得ることが多い。衝突回避多元接続（ＭＡＣＡ）等の通信プロトコルは、ノード間において、そのようなハンドシェイク手法を用いるが、これは、送信元ノードから宛先ノードに送られる送信要求（ＲＴＳ）制御パケットからなり、宛先ノードは、これに応じて、送信可（ＣＴＳ）制御パケットで応答する。通常、無線用衝突回避多元接続（ＭＡＣＡＷ）アルゴリズムは、ＡＲＱ再送信を取扱い、送信要求／送信可（ＲＴＳ／ＣＴＳ）チャネルアクセスシーケンス全体を繰り返すことによって、そのようなエラーの補正を行う。更に、ＭＡＣＡＷは、データ送信（ＤＳ）メッセージを利用して、ＲＴＳ−ＣＴＳ−ＤＳ−ＤＡＴＡ−ＡＣＫメッセージ交信（“ＤＡＴＡ”はデータ及び“ＡＣＫ”は確認応答メッセージ）及び新しいバックオフ・アルゴリズムを形成する。

米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）８０２．１１標準規格は、分散連係機能（ＤＣＦ）と称する強制的なアクセス方法を有するが、これは、信頼性を改善するために確認応答メッセージでキャリア検知及び仮想（ＲＴＳ−ＣＴＳ交信）キャリア検知の双方を実現する衝突回避キャリア検知多元接続（ＣＳＭＡ／ＣＡ）の一形態である。オプションのアクセス方法として、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格は、集中連係機能（ＰＣＦ）として知られている方法を定義するが、これは、時間感応情報の伝送を可能にする。ＰＣＦの場合、アクセスポイント（ＡＰ）内の集中連係装置は、与えられた時間の間にどの局が送信し得るか制御する。無競合期間と呼ばれる時間内に、集中連係装置は、ＰＣＦモードで動作している局のリストを調べ、それらに対し一度に１つずつポーリングを行う。

更に、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準規格による媒体アクセス制御（ＭＡＣ）は、ＱｏＳ強化を行う。即ち、８０２．１１ｅ標準規格ＱｏＳ手法は、ＱｏＳ強化型基本通信セット（ＱＢＳＳ）だけに用いられる複合連係機能（ＨＣＦ）と呼ばれる連係機能を用いる。ＨＣＦは、２つの動作モード、即ち、強化分散式チャネルアクセス（ＥＤＣＡ）及びＨＣＦ制御式チャネルアクセス（ＨＣＣＡ）を有する。当業者は認識し得るように、ＥＤＣＡは、ポーリング手順に基づき、ＨＣＣＡと同時に動作する競合ベースのチャネルアクセス機能であり、これは、複合制御装置（ＨＣ）によって制御される。ＨＣは、ＱＡＰ（ＱｏＳ＿ＡＰ）と同一場所に配置され、双方のタイプのアクセス（ＥＤＣＡ及びＨＣＣＡ）が、元のアクセス方法ＤＣＦ及びＰＣＦの機能を強化又は拡張する。ＥＤＣＡは、ＤｉｆｆＳｅｒｖ（差別化サービス）と同様な優先トラフィックのサポート用に構成されており、これは、或るタイプのトラフィックが優先権を得るように、ネットワークトラフィックをクラス毎に指定し制御するためのプロトコルであり、これに対して、ＨＣＣＡは、ＩｎｔＳｅｒｖ（一体化サービス）と同様なパラメータ化トラフィックをサポートするが、これは、ネットワーク上でのＱｏＳを保証しようとするプロトコルである。

ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格は、更に、ＱＳＴＡ（ＱｏＳ局）が一連のフレームを送信し得る制限時間間隔である送信機会（ＴＸＯＰ）の概念を導入する。ＴＸＯＰは、開始時間及び最大持続時間によって定義される。ＴＸＯＰは、競合ベースのチャネルアクセスを用いて得られると、ＥＤＣＡ−ＴＸＯＰと呼ばれる。ＴＸＯＰは、ＨＣＣＡを介して与えられると、ＨＣＣＡ（被ポーリング）ＴＸＯＰと呼ばれる。更に、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ標準規格は、ノード間において、異なる確認応答（ＡＣＫ）方式を定義する。

米国特許出願連番第０９／８９７，７９０号 米国特許第６，８０７，１６５号 米国特許第６，８７３，８３９号

ＴＤＭＡベースのシステム等、他のＭＡＣプロトコルは、アドホック無線システムが、保証されたＱｏＳ対応をサポートするために提案されている。しかしながら、中央コントローラ及び高いネットワークダイナミックスの欠如により、エンド・ツー・エンド予約方式又は承認制御方式は、現実的に実現できないことが多い。他方、ホップ毎チャネル予約及びトラフィック制御システムは、トラフィックフローの経路に沿って適切なアクションが取られない場合、効率的に機能し得ないことがある。経路に沿ってＭＡＣプロトコルに対する多数のオプションがある場合、装置は多数の送受信機を有し得ることから、この問題は、更に複雑になる。

無線通信ネットワークにおける多数の送受信機装置の多数のインターフェイスを介してＱｏＳ対応及び輻輳制御を提供するための方法ステップ及び装置構成要素の組合せである。

添付図は、別々の図全てにおいて同様な参照番号により同様な又は機能的に類似の要素を示し、また、以下の詳細な説明と共に本明細書に引用されその一部を形成する。これら添付図は、更に、本発明に基づく様々な実施形態を例示し、また、様々な原理及び利点を説明する役割を果たす。

当業者は、図の要素が、簡単明瞭に示されており、必ずしも縮尺通りに描かれていないことを認識されるであろう。例えば、図の要素の寸法には、本発明の実施形態の理解の改善に役立つように他の要素に対して誇張されたものもある。

本発明に基づく実施形態を詳細に説明する前に確認すべきことは、本実施形態は、本来、無線通信ネットワークにおける多数の送受信機装置の多数のインターフェイスを介してＱｏＳ対応及び輻輳制御を提供するための方法ステップ及び装置構成要素の組合せに帰することである。従って、本装置構成要素及び方法ステップについては、適宜、慣例的な符号によって図面に表されており、本明細書の説明の恩恵を有する当業者にとって容易に明らかな細目で本開示を不明瞭にしないように、本発明の実施形態の理解に関連する特定の詳細事項だけを示す。

本文献において、第１及び第２、上及び下等の関係を示す用語は、１つのエンティティや動作を、そのようなエンティティ又は動作間のいずれか実際のそのような関係や順番を必ずしも要求したり暗示したりすることなく、他のものと識別するためだけに用いられる。用語「含む」、「含んでいる」又はその派生語は、非排他的な包括を網羅するものであり、一連の要素を含むプロセス、方法、物、又は装置が、これらの要素だけでなく、明示的に列記されていない他の要素や、このようなプロセス、方法、物、又は装置に固有の他の要素も含み得る。“を含む”が続く要素は、更なる制約を受けずに、その要素を含むプロセス、方法、物、又は装置における追加の同様な要素の存在を除外しない。

本明細書に述べた本発明の実施形態には、１つ以上の従来のプロセッサを含み得るし、また、固有の記憶されたプログラム命令であって、何らかの非プロセッサ回路と共に、無線通信ネットワークにおける多数の送受信機装置の多数のインターフェイスを介して、ＱｏＳ対応及び輻輳制御を提供するための機能の一部、大部分、もしくは全てを１つ以上のプロセッサが実行するように制御するプログラム命令を含み得る。この非プロセッサ回路には、無線受信機、無線送信機、信号ドライバ、クロック回路、電源回路、及びユーザ入力装置を含み得るが、これらに限定するものではない。このように、これらの機能は、無線通信ネットワークにおける多数の送受信機装置の多数のインターフェイスを介して、ＱｏＳ対応及び輻輳制御を提供するための方法のステップと解釈し得る。他の選択肢として、一部又は全ての機能は、プログラム命令を記憶していない状態機械によって、又は各機能もしくはそれら機能の或る幾つかの組合せが顧客指定の論理回路として実現される１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）において、実現し得る。もちろん、これら２つの方法の組合せも用い得る。従って、これらの機能用の方法及び手段について本明細書に述べた。更に、当業者は、例えば、利用可能な時間、現在の技術、及び経済的な考慮によって動機付けられる恐らく多大な労力や多くの設計選択肢にもかかわらず、本明細書に開示された概念及び原理によって導かれると、最小の実験作業でそのようなソフトウェア命令やプログラム及びＩＣを容易に生成し得ることが期待される。

以下詳細に議論するように、本発明は、無線マルチホップ通信ネットワークにおける装置の多数のインターフェイス間において連係及び変換を行うことによって、チャネルアクセス及びトラフィック制御手順を実現し、これによって、ＱｏＳ対応及び輻輳制御を行い得るシステム及び方法を提供する。本システム及び方法は、多数の送受信機を有する無線装置のボトルネックインターフェイスを検出して、移動アドホックネットワークにおいて対応するトラフィックフローの経路に沿ってトラフィックを制御し得る。また、本システム及び方法は、異なる測定値及びレイヤ間フィードバックを評価することによって、輻輳原因、例えば、フェージングによる無線リンク品質劣化対共有媒体における輻輳による劣化を区別し、また、それに応じて、パケットルーティングを修正し得る。無線装置は、それらの輻輳レベルの状態に関して互いに通知することが可能であり、従って、本システム及び方法は、輻輳を検出する統一測定基準を生成し得る。ハイ・ローレベル信号方式及び割り込み手順を用いて、輻輳装置のインターフェイス及び送受信機を制御し、例えば、輻輳に寄与する任意のローカル送受信機上においてフレーム間遅延を増加させることによって輻輳を軽減し得る。

図１は、本発明の実施形態を用いるアドホック・パケット交換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には、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又は移動ノード１０２と呼ぶ）が含まれ、また、必ずしも必要ではないが、固定ネットワーク１０４へのアクセスをノード１０２に提供するための複数のＡＰ１０６−１、１０６−２、・・・、１０６−ｎ（一般的に、ノード１０６、ＡＰ１０６又はインテリジェントＡＰ（ＩＡＰ）１０６と呼ぶ）を有する固定ネットワーク１０４を含み得る。固定ネットワーク１０４には、例えば、コアローカルアクセスネットワーク（ＬＡＮ）、並びに他のアドホックネットワーク、ＰＳＴＮ及びインターネット等の他のネットワークへのアクセスをネットワークノードに提供する複数のサーバ及びゲートウェイルータを含み得る。ネットワーク１００には、更に、他のノード１０２、１０６又は１０７間においてデータパケットをルーティングするための複数の固定ルータ１０７−１乃至１０７−ｎ（一般的に、ノード１０７又はルータ１０７と呼ぶ）を含み得る。尚、この議論の目的のために、上述したノードは、一括して、“ノード１０２、１０６及び１０７”、又は単に“ノード”又は“端末”と称し得る。当業者は認識し得るように、メイヤ（Ｍａｙｏｒ）の米国特許第５，９４３，３２２号、並びに前に参照した米国特許第７，０７２，６５０号及び米国特許第６，８０７，１６５号及び第６，８７３，８３９号に述べられているが、ノード１０２、１０６及び１０７は、直接、又は、ノード間で送られるパケット用のルータとして動作する１つ以上の他のノードを介して、互いに通信を行うことが可能である。ＩＥＥＥ８０２．１１ネットワークでは、ノード１０６及び１０７は、それらの基本的な通信セット（ＢＳＳ）インターフェイスを通してノード１０２と通信を行いつつ、それらの無線配信システム（ＷＤＳ）インターフェイスを通して互いに通信を行う。更に、各ノードは、それらのインターフェイス用の多数の無線機を有し得る。本例は、ＩＥＥＥ８０２．１１ネットワーク以外の無線機及びシステムに拡張し得る。

図２に示すように、各ノード１０２、１０６及び１０７には、アンテナ１１０に接続された、コントローラ１１２の制御下でノード１０２、１０６又は１０７との間でパケット化信号等の信号を送受信可能な少なくとも１つの送受信機１０８が含まれる。パケット化データ信号には、例えば、音声、データ又はマルチメディア情報、並びにノードルーティング及び更新情報を含むパケット化制御信号を含み得る。

更に、各ノード１０２、１０６及び１０７には、特に、それ自体及びネットワーク中の他のノードに関するルーティング情報を記憶可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等のメモリ１１４が含まれる。ノード１０２、１０６及び１０７は、ルーティング公示と称するそれぞれのルーティング情報を、例えば、新しいノードがネットワークに参入した場合やネットワーク中の既存のノードが移動した場合などの様々な間隔で、一斉送信手順を介して定期的に互いに交信する。

更に、図２に示すように、或るノード、特に、移動ノード１０２には、ノート型コンピュータ端末、携帯電話ユニット、移動データユニット、又はいずれか他の適切な装置等、任意の数の装置から構成し得るホスト１１６を含み得る。各ノード１０２、１０６及び１０７には、更に、インターネットプロトコル（ＩＰ）及びアドレス解決プロトコル（ＡＲＰ）を実施する適切なハードウェア及びソフトウェアが含まれるが、その目的は、当業者によって容易に認識し得る。また、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）及びユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）を実施する適切なハードウェア及びソフトウェアも含み得る。更に、各ノードには、以下に詳述するように、公正さ及びサービス差別化問題を解決するために提供されたローカル・スケジューリング・アルゴリズムを含む、自動再送要求（ＡＲＱ）機能及びＭＡＣを実施する適切なハードウェア及びソフトウェアプロトコルが含まれる。

図１に関連して上述したネットワーク１００において、各ノード１０２、１０６及び１０７は、多数の送受信機（無線機）１０８を有し得る。また、ノード１０６及び１０７等の或るノードは、ＱＢＳＳ及びＷＤＳインターフェイスによるＱＡＰ機能を有し、ＱＡＰノード１０６及び１０７と称し得る。ＱＡＰノード１０６及び１０７は、そのＱＢＳＳ及びＷＤＳインターフェイスとの間でトラフィックを有し得る。更に、ＱＡＰ１０６は、有線基幹からやって来るトラフィックを有することができ、他方、ノード１０７は、ホストスタックからやって来るトラフィックを有し得る。ＱＡＰノード１０７の総トラフィック負荷には、ＱＡＰノード１０７によって転送及び受信されるトラフィックが含まれるべきであり、ＱＡＰノード１０７のキューサイズは、そのＱＢＳＳ及びＷＤＳインターフェイスから配信されたトラフィック情報によって演算し得る。また、例えば、ＱＡＰノード１０７のコントローラ１１２は、次のホップ（例えば、ノード１０７）当りの及びトラフィック識別子（ＴＩＤ）当りのパケットの数を演算でき、コントローラ１１２は、送受信機１０８を制御して、パケットトラフィックのデータヘッダにおいて識別される次のホップ（例えば、ノード１０７及び／又は１０６）にこの情報を送信したり、この情報を含む特別な送信ビーコンを送信したりし得る。尚、次のホップは、ノード１０２、１０６又は１０７である必要はなく、ＱＡＰノード１０７における他のインターフェイス又は送受信機１０８であってよい。尚、更に、ＱＡＰノード１０７等のノードのコントローラ１１２は、関連するハードウェア及びソフトウェアと共に、特定のノードに関連する本明細書に述べた動作を実施し得る。

図３は、本発明の一実施形態による多数のインターフェイスを有するＱＡＰノード１０６として機能する図１に示すネットワーク１００におけるＩＡＰ１０６の構成要素間における関係の例を示す概念的なブロック図である。構成３００は、送受信機１０８、コントローラ１１２、メモリ１１４、及び関係するハードウェア及びソフトウェア等のＩＡＰ１０６の構成要素において具現化し得る。図示するように、構成３００は、ＩＥＥＥ標準規格８０２．１１に基づき、物理（ＰＨＹ）層３０２、ソフトウェア（ＳＷ）コア３０４、ＷＤＳインターフェイス３０６、ＡＰインターフェイス３０８、それら自体のそれぞれの物理層を含むＭＡＣ層３１０及び３１２、及び構成要素間のブリッジ３１４を用いる。図示したように、特に、本例では、同じＰＨＹ層３０２が、ＱＡＰ１０６とその関連するＱＳＴＡ１０２との間の通信のためのＱＢＳＳ用インターフェイスとして、また、ＱＡＰ１０６と１０７との間の通信のためのＷＤＳ３０６用インターフェイスとして用いられる。

図４は、本発明の一実施形態による多数のインターフェイス及び多数の送受信機（無線機）を有するＱＡＰノード１０６として機能する図１に示すネットワーク１００におけるＩＡＰ１０６の構成要素間における関係の例を示す概念的なブロック図である。図示するように、構成４００は、ＩＥＥＥ標準規格８０２．１１に基づき、ＳＷコア４０４、ＷＤＳインターフェイス４０６、ＡＰインターフェイス４０８、ＭＡＣ層４１０及び４１２、及び構成要素間のブリッジ３１４を用いるという点において、構成４００は構成３００と同様である。しかしながら、図３に示す構成とは異なり、本構成は、ＱＡＰ１０６とその関連するＱＳＴＡ１０２との間の通信のためのＱＢＳＳ用インターフェイスとしてＰＨＹ層４０２−１を用い、また、ＱＡＰ１０６と１０７との間の通信のためのＷＤＳ３０６用インターフェイスとして異なるＰＨＹ層４０２−１を用いる。しかしながら、本明細書において述べた本発明の実施形態は、図３及び４に示すいずれの構成とも同様に動作し得る。

図５のフローチャートに関連して以下に述べるように、ステップ５００において始まる輻輳評価のために、各ＱＡＰノード１０７は、ＱＳＴＡ（他のノード１０２等）及びＷＤＳインターフェイス（他のノード１０７及び／又は１０６等）から受信されるトラフィック用のキューサイズ及び優先順位レベルの移動平均を維持し得る。ＱＢＳＳ及びＷＤＳからのトラフィックは、異なるインターフェイスからのトラフィックを区別できるように、異なる優先順位で重み付けし得る。例えば、このことは、ＱＢＳＳが大きいトラフィック量を有する場合、ＷＤＳにおける転送トラフィックの低減を支援し得る。ステップ５１０において、“先行ノード”と称し得るノード１０２、１０６又は１０７から受信されたトラフィックサイズの移動平均は、以下の式に基づき演算し得る。即ち、
Ａｖｅ＿ｒｃｖ＿ｓｉｚｅ（ｔ）＝λ^ΔｔＡｖｅ＿ｒｃｖ＿ｓｉｚｅ（ｔ−Δｔ）＋（ｌ−λ^Δｔ）ｒｃｖ＿ｓｉｚｅ（ｔ）
上式において、Ａｖｅ＿ｒｃｖ＿ｓｉｚｅ（ｔ）は、特定の時間“ｔ”における受信パケットの平均サイズを表し、Δｔは、Ａｖｅ＿ｒｃｖ＿ｓｉｚｅ値が最後に更新された時から経過した時間であり、ｒｃｖ＿ｓｉｚｅ（ｔ）は、ノード１０２等のＱＳＴＡから又は先行ノード（例えば、他のＱＡＰノード１０７及び／又は１０６）から受信されたデータパケットのＱｏＳ制御フィールドにおいて報告された“キューサイズ”である。変数λは、ｒｃｖ＿ｓｉｚｅ（ｔ）によって表される報告された古いキューサイズに小さい重みを与えるために用いられる忘却係数を表す。同様に、ステップ５１０において、ＱＡＰノード１０７は、ノード１０２等のＱＳＴＡ及び他のＱＡＰノード１０７及び／又は１０６に宛てられるパケットの平均サイズＡｖｅ＿ｔｘ＿ｓｉｚｅを演算する。

ＱＡＰノード１０７の通信時間は、それが受信及び転送する推定トラフィックによって決定される。総通信時間は、ステップ５２０において、これら平均の受信及び送信パケットサイズ値を総計することによって、Ａｖｅ＿ｑ＿ｓｉｚｅとして推定し得る。従って、ＱＡＰノード１０７の合計トラフィック負荷は、ＱＡＰノード１０７が、ＷＤＳ（例えば、ネットワーク１００）におけるそのＱＢＳＳインターフェイス及び先行ノード１０７及び／又は１０６から受信するトラフィックと、ＷＤＳにおけるそのＱＢＳＳインターフェイス及び次のホップノード１０７及び／又は１０６に送るトラフィックとの合計である。時間“ｔ”におけるＡｖｅ＿ｑ＿ｓｉｚｅは、次のように計算し得る。即ち、
Ａｖｅ＿ｑ＿ｓｉｚｅ（ｔ）＝βＡｖｅ＿ｔｘ＿ｓｉｚｅ（ｔ）＋（１−β）Ａｖｅ＿ｒｃｖ＿ｓｉｚｅ（ｔ）
上式において、Ａｖｅ＿ｔｘ＿ｓｉｚｅ（ｔ）は、時間“ｔ”における平均送信キューサイズであり、Ａｖｅ＿ｒｃｖ＿ｓｉｚｅ（ｔ）は、上述のように計算された時間“ｔ”における平均受信キューサイズである。送信及び受信キューサイズは、それらの優先順位レベル、最終期限、及び他の関係する属性に基づき、値１＞＝βを有し得る重み付け係数βを用いて重み付けできる。従って、輻輳は、平均キューサイズが以下の式によって示すしきい値より大きいかどうか判断することによって、ステップ５３０において検出し得る。即ち、
Ａｖｅ＿ｑ＿ｓｉｚｅ（ｔ）＞ｑ＿ｔｈｒｅｓ
上式において、しきい値ｑ＿ｔｈｒｅｓは、ＱＡＰノード１０７のキューの実際のサイズに基づき設定し得る。計算値がしきい値より大きくない場合、ステップ５４０に示すように、輻輳は存在しない。計算値がしきい値より大きい場合、このＱＡＰノード１０７は、輻輳していると見なされる。他の測定値及び統計値を用いて、輻輳しているノードとして選定し得る。例えば、ノードの及びその近傍チャネル分割時間に基づく公平指数（ノードの送信時間に対するＣＣＡ／ＮＡＶ値の比）は、減速プロセスのトリガをかける追加の尺度として用い得る。

一旦、ＱＡＰノード１０７は、それが輻輳していることを検出すると、ＱＡＰノード１０７は、ステップ５５０において、輻輳の原因を判断する。輻輳は、特定のリンクの特性によるものであったり、送信媒体にアクセスする近隣の他のノードによる送信に起因する共有媒体負荷によるものであったりする。リンク特性による輻輳は、先行ＱＡＰ１０７とＱＡＰノード１０７との間又はＱＡＰ１０７とＱＢＳＳにおいて動作する非ＡＰ＿ＱＳＴＡ（例えば、ノード１０２）との間のリンク品質が悪い場合、起こり得る。また、次のホップノード１０２、１０６又は１０７が、他のＱＡＰノード１０７との間でトラフィックを送受信していて混雑している場合、又は近隣のものが混雑している及び／又はそのＱＢＳＳ内においてトラフィック負荷が大きい場合、輻輳が起こり得る。また、上述したように、次のホップは、ＱＡＰノード１０７における他のインターフェイス又は送受信機１０８であってよく、従って、輻輳は、ＱＡＰノード１０７において内部的に起こり得る。例えば、輻輳ＱＡＰノード１０７が、他のＱＡＰノード１０７からのトラフィックを受信していて混雑している場合、また、近隣のものが混雑している及び／又はそのＱＢＳＳ内においてトラフィック負荷が大きい場合、共有媒体負荷による輻輳が起こり得る。

輻輳の原因を区別するために、ＩＥＥＥ標準規格８０２．１１に準拠するネットワーク１００におけるクリアチャネル評価（ＣＣＡ）及びネットワーク割当てベクトル（ＮＡＶ）混雑時間等、チャネル・アクティビティ・レベルに関係する送信障害及び測定値に関するフィードバックが、解析される。ＱＡＰノード１０７のチャネルアクセス速度が、ＱＡＰノード１０６の近隣における高いチャネルアクティビティによって低減されると、共有媒体のトラフィック負荷が、輻輳の原因である。他方、チャネルアクティビティは低いが、ＱＡＰノード１０７に多数のデータ伝送障害があることを測定値が示す場合、このことは、それ自体と次のホップノード１０２、１０６又は１０７との間の対応するリンクの問題を示す。

一旦、ＱＡＰノード１０７は、それが輻輳していることを検出すると、ＱＡＰノード１０７は、輻輳を起こしているノード１０２、１０６又は１０７がそれらの送信速度を低減するように要求し得る。例えば、ステップ５６０において、輻輳ＱＡＰノード１０７は、上述したようにビーコンを送信することによって、又はＱＡＰノード１０７が送信する管理フレーム又はパケットにこの情報を含むことによって、その識別及びその輻輳に関する情報を配信し得る。例えば、計算されたａｖｅ＿ｑ＿ｓｉｚｅ等の情報は、管理フレームに情報要素（ＩＥ）として配信でき、また、管理フレームには、或る範囲（例えば、２つのホップ）内にあるノード１０６又は１０７に輻輳に関して通知するために用い得る輻輳＿フラグフィールドを含むことができる（例えば、フラグを“１”に設定して輻輳を示し得る）。ＱＡＰノード１０７は、ビーコン又は管理フレームを定期的に、また、少なくとも輻輳条件が変わった時、即ち、輻輳＿フラグフィールドが“１”（輻輳）から“０”（輻輳なし）又はそれと反対に変わった時、当然送信される。ＩＥの送信は、多数の連続したビーコン又は管理フレームの間に繰り返して、他のノード１０６及び１０７による受信の信頼性を高めるべきである。例えば、ビーコン又は管理フレームを受信するノード１０６又は１０７のコントローラ１１２は、輻輳＿フラグフィールドの状態及びａｖｅ＿ｑ＿ｓｉｚｅの値をチェックし、そのノードの送受信機１０８を制御してそのトラフィックを低減し得る。ＩＥＥＥ標準規格８０２．１１に準拠するネットワーク１００において起こり得るこのプロセスの更に詳細な例については、以下に述べる。

それ自体が輻輳していることを判断するＱＡＰノード１０７は、それ自体のＥＤＣＡパラメータを変更しないように選択し得るが、ＱＡＰノード１０７は、そのＱＢＳＳ＿ＥＤＣＡパラメータセットを変更する。ＱＡＰノード１０７は、上述したように、その更新されたパラメータを、例えば、管理フレーム又はビーコンの送信において送信する。隣接のＱＡＰノード１０７が輻輳していることを示すビーコン又は管理フレームを受信するいずれか近隣のＱＡＰノード１０７又は他の近隣のノード１０７又は１０６は、それ自体のＥＤＣＡパラメータを調整し、これによって、その送信速度を低減する。また、近隣のノード１０６又は１０７は、そのＱＢＳＳ送信を低減し、また、輻輳＿フラグフィールドを“１”に設定して輻輳を示す状態で、ビーコン又は管理フレームを送信する。従って、これらの送信により、ノード１０６及び１０７は、輻輳を検出する統一測定基準を生成し得る。更に、輻輳ＱＡＰノード１０７の先行ノードであり、輻輳ＱＡＰノード１０７からビーコン又は管理フレームを受信する任意のＱＡＰノード１０７又は１０６も、送信されるパケットの数が多い場合、宛先への経路に沿う次のホップであり得る輻輳ＱＡＰノード１０７に送られるパケットトラフィックのアクセス範疇を低減する。尚、他の選択肢として、輻輳ＱＡＰノード１０７は、輻輳ＩＥ（例えば、輻輳＿フラグフィールド及びａｖｅ＿ｑ＿ｓｉｚｅ）を備えた管理フレームを対応する先行ノードのみに送信し得る。

更に、輻輳ＱＡＰノード１０７の次のホップノードであり、輻輳ＱＡＰノード１０７からビーコン又は管理フレームを受信する任意のＱＡＰノード１０７又は１０６は、ビーコン又は管理フレームにおいて受信された情報中のキューサイズの値をチェックする。キューサイズの値が所定のしきい値より大きい場合、次のホップノードは、その平均キューサイズ（ａｖｅ＿ｑ＿ｓｉｚｅ）の値をしきい値（ｑ＿ｔｈｒｅｓ）より高く設定する。更に、輻輳＿フラグフィールドが“１”に設定されているが、ａｖｅ＿ｑ＿ｓｉｚｅ値がｑ＿ｔｈｒｅｓｈより小さい状態でビーコン又は管理フレームを受信する任意のＱＡＰノード１０６又は１０７は、そのビーコン又は管理フレームを送信したＱＡＰノード１０７に送られる予定のそのトラフィックの送信を低減する（即ち、輻輳ＱＡＰノード１０７は、２ホップ内の近傍にある）。このことは、この次のホップノード用トラフィックのアクセス範疇を低減することによって達成される。また、輻輳ＱＡＰノード１０７の先行ノードによって送られるトラフィックは、輻輳の原因が、混雑している近隣ではなくむしろ、その先行ノードから輻輳ＱＡＰノード１０７にトラフィックを転送するために用いられるリンク品質の欠陥である場合、低減し得る。

上述したように、条件が改善すると、輻輳ＱＡＰノード１０７は、既定ＥＤＣＡテーブル状態（即ち、輻輳なし）に移行し、そして、ビーコン又は管理フレームの送信によるなど、上述した任意の方法で他のＱＡＰノード１０６及び他のノード１０２及び１０７に当然通知する。もはや輻輳を有さないＱＡＰノード１０７は、ＱＢＳＳ用に配信される既定ＥＤＣＡテーブルを送信し、また、例えば、ビーコン送信において配信し得る更新されたトラフィック制御ＩＥを送信する。また、隣接ノード１０６及び１０７が、ある時間間隔内において、ａｖｅ＿ｑ＿ｓｉｚｅの値がしきい値ｑ＿ｔｈｒｅｓより大きいという情報を含むビーコン又は管理フレームを輻輳ＱＡＰ１０７から受信しない場合、又は、ビーコン又は管理フレームが受信され、ａｖｅ＿ｑ＿ｓｉｚｅの値がしきい値ｑ＿ｔｈｒｅｓより小さい場合、それらのノード１０６及び１０７は、既定ＥＤＣＡ状態に移行する。この場合、それらのノード１０６及び１０７は、既定ＱＡＰ＿ＥＤＣＡパラメータセットを用いる。

また、次のホップ又は先行のものが、同じ装置（即ち、１つのＱＡＰノード１０７）における他のインターフェイス又は送受信機である場合、そのＱＡＰノード１０７は、ＭＡＣ層（例えば、図３における層３１０及び３１２並びに図４における層４１０及び４１２）を介して、輻輳関連情報を配信し得ることに留意されたい。この場合、ＳＷコア３０４又は４０４は、異なるインターフェイスにおける輻輳を検出し、適切なアクションを取って、先行インターフェイスを減速し得る。この目的のために、ＳＷコア３０４又は４０４は、その先行ＱＡＰノード１０６もしくは１０７へ輻輳メッセージを配信する先行インターフェイスに対して、又はこのインターフェイスにトラフィックを送るＱＢＳＳに対して、特別な輻輳警告メッセージを送り得る。

上記明細書において、本発明の特定の実施形態について説明した。しかしながら、当業者が理解されるように、上記請求項に記載した本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更を行い得る。従って、本明細書及び図は、限定的でなく例示的であると見なすものとし、また、そのような全ての修正は、本発明の範囲内に含まれるものとする。これらの恩恵、利点、問題の解決策、及び何らかの恩恵、利点、又は解決策を生じさせる又はより顕著にさせる如何なる要素（１つ又は複数）も、全ての請求項の決定的な、必要な、若しくは不可欠な特徴又は要素として解釈してはならない。本発明は、本出願の係属中になされるあらゆる補正を含む添付の請求項や発効時のそれら請求項の全ての等価物によってのみ規定される。

本発明の一実施形態に基づく複数のノードを含むアドホック・パケット交換無線通信ネットワーク例のブロック図。 図１に示すネットワークに用いられる移動ノードの例を示すブロック図。 本発明の一実施形態による多数のインターフェイスを有するＱＡＰとして機能する図１に示すネットワークのＡＰにおける構成要素間の関係の例、並びにＡＰとＱＳＴＡ及び他のＡＰとして機能するネットワークにおけるノードとの間の通信を示す概念的なブロック図。 本発明の一実施形態による多数のインターフェイス及び多数の送受信機を有するＱＡＰとして機能する図１に示すネットワークのＡＰにおける構成要素間の関係の例、並びにＡＰとＱＳＴＡ及び他のＡＰとして機能するネットワークにおけるノードとの間の通信を示す概念的なブロック図。 本発明の一実施形態に基づく、輻輳を検出し対応するためのＱＡＰによって実施される動作の例を示すフローチャート。

Claims (12)

1. 無線通信ネットワークにおける輻輳に対応するための方法であって、前記無線ネットワークには、複数のノード及び同ノードの内の少なくとも１つに、他のネットワークへのアクセスを提供するように動作する少なくとも１つのアクセスポイントが含まれ、前記方法には、
   前記アクセスポイントを、
   前記アクセスポイントが受信しているトラフィック量及び前記アクセスポイントが送信しているトラフィック量を評価するように動作させる段階と、
   前記評価された量の受信及び送信トラフィックに基づき、前記アクセスポイントに輻輳が存在するかどうか判断するように動作させる段階と、
   輻輳が存在すると前記アクセスポイントが判断した場合、前記輻輳の発生源と理由とを判断し、同輻輳の発生源と理由とを含むメッセージを送信するように動作させる段階と、
   前記ノードの内、前記メッセージを受信するノードを、
   前記メッセージに含まれる前記輻輳の発生源と理由とに基づき、それらそれぞれの送信速度を調整すべきかどうか判断するように動作させる段階と、
   少なくとも１つ他のノードに、前記アクセスポイントの前記輻輳の発生源と理由とを含む他のメッセージを送信するように動作させる段階と
   が含まれる方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記輻輳の発生源と理由とを判断するように前記アクセスポイントを動作させる段階には、前記輻輳が、前記アクセスポイントとノードの１つとの間におけるリンクの特性、又は、前記アクセスポイントに隣接する複数のノード間のトラフィック、に起因するかどうか判断するように前記アクセスポイントを動作させる段階が含まれる方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、更に、
   前記輻輳がもはや存在していないと前記アクセスポイントが判断した場合、輻輳が存在しないことを示す情報を含むメッセージを送信するように前記アクセスポイントを動作させる段階が含まれる方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、更に、
   前記メッセージを受信するノードを、それらそれぞれの送信速度を低減して前記アクセスポイントへの送信を行うように動作させる段階が含まれる方法。
5. 無線通信ネットワークにおけるノードを動作させて輻輳を評価するための方法であって、
   前記ノードが受信しているトラフィック量及び前記ノードが送信しているトラフィック量を評価するように前記ノードを動作させる段階と、
   前記評価された量の受信及び送信トラフィックに基づき、前記ノードに輻輳が存在するかどうか判断するように前記ノードを動作させる段階と、
   輻輳が存在すると前記ノードが判断した場合、前記輻輳の発生源と理由とを判断し、同輻輳の発生源と理由とを含むメッセージを前記輻輳の発生源および１つ以上の他のノードに送信するように前記ノードを動作させる段階と、
   が含まれる方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、
   前記輻輳の発生源と理由とを判断するように前記ノードを動作させる段階には、前記輻輳が、前記ノードと前記ネットワークにおける他のノードとの間のリンクの特性、又は、前記ノードに隣接する他の複数のノード間のトラフィック、に起因するかどうか判断するように前記ノードを動作させる段階が含まれる方法。
7. 請求項５に記載の方法であって、更に、
   前記輻輳がもはや存在しないと前記ノードが判断した場合、輻輳が存在しないことを示す情報を含むメッセージを送信するように前記ノードを動作させる段階が含まれる方法。
8. 無線通信ネットワークであって、
   複数のノードと、
   前記ノードの内の少なくとも１つに他のネットワークへのアクセスを提供するように構成された少なくとも１つのアクセスポイントと、が含まれ、
   前記アクセスポイントは、前記アクセスポイントが受信しているトラフィック量及び前記アクセスポイントが送信しているトラフィック量を評価するように、また、前記評価された量の受信及び送信トラフィックに基づき、輻輳が前記アクセスポイントに存在するかどうか判断するように、更に、輻輳が存在すると前記アクセスポイントが判断した場合、前記輻輳の発生源と理由とを含むメッセージを送信するように動作し、
   前記メッセージを受信する前記ノードは、前記メッセージに含まれる前記輻輳の発生源と理由とに基づき、それらそれぞれの送信速度を調整すべきかどうか判断するように動作し、さらに前記アクセスポイントの前記輻輳の発生源と理由とを含む他のメッセージを、少なくとも１つの他のノードに送信するように動作する無線通信ネットワーク。
9. 請求項８に記載の無線通信ネットワークであって、
   前記アクセスポイントは、更に、前記輻輳の前記発生源と理由とを判断するように動作する無線通信ネットワーク。
10. 請求項９に記載の無線通信ネットワークであって、
    前記アクセスポイントは、更に、前記輻輳が、前記アクセスポイントと前記ノードの１つとの間におけるリンクの特性、又は、前記アクセスポイントに隣接する複数のノード間のトラフィック、に起因するかどうか判断するように動作する無線通信ネットワーク。
11. 請求項８に記載の無線通信ネットワークであって、
    前記輻輳はもはや存在していないと前記アクセスポイントが判断した場合、前記アクセスポイントは、更に、輻輳が存在しないことを示す情報を含むメッセージを送信するように動作する無線通信ネットワーク。
12. 請求項８に記載の無線通信ネットワークであって、
    前記メッセージを受信する前記ノードは、更に、それらそれぞれの送信速度を低減して前記アクセスポイントへの送信を行うように動作する無線通信ネットワーク。

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