JP7423711B2 - 無線ネットワークのための動的送信制御 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本出願は、ＤＹＮＡＭＩＣ ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ ＣＯＮＴＲＯＬ ＦＯＲ Ａ ＷＩＲＥＬＥＳＳ ＮＥＴＷＯＲＫという名称の、Ｇｒａｂｏｗｓｋｙらによって、０９／１１／２００９に出願された米国特許仮出願第６１／２４１８５４号の利益を主張し、その全体を参照により本明細書に援用するものである。

[0001]ＵＡＶなどの小型無人機システムは、デジタルデータリンク（ＤＤＬ）通信を使用してそのミッションを達成することができる。例えば、無人航空機又はＵＡＶは、ＤＤＬを介して大量のデータ（ビデオ）を地上コントローラに送信し、ＵＡＶには少量のデータが送信される。無人機は通常は電力制約型なので、ＤＤＬデータの大部分、ＵＡＶからのビデオデータは、電力制約型ＵＡＶによって送信される。

[0002]さらに、ＤＤＬ信号の多くはリアルタイムであることが重要である。遠隔操縦される機体を制御するために、オペレータは、リアルタイムのビデオを受信し、視て、そして思考によって処理し、次いで、物理的に反応し、すなわち制御桿を動かして制御信号を機体に送信し、機体は制御信号に従って動く。これは両方向のフルモーションリアルタイムデータを必要とする。

[0003]従来のシステム、ＷｉＭａｘ、携帯電話機は、信号中の情報の性質に基づいて、電力制約及びクリティカルタイミング制約に関係なく最適化される。従来のシステムの場合、高品質のビデオでは時間は重要ではなく、したがって、通常はタイムギャップを利用するためにバッファされる。ＵＡＶでは、ビデオ信号への応答のクリティカルな性質により、そのようなバッファリングは可能ではない。パケット音声電話又はパケットビデオ電話の場合には、データは低いデータレートにより強く圧縮され、フルモーションの高品質なリアルタイムのデータではない。しかし、ＵＡＶの場合、データは、用意ができている場合にはオペレータに迅速に送信される必要があり、媒体又はプロトコルに都合がいい場合はバッファされる必要がない。

[0004]さらに、ＵＡＶでは、ＤＤＬは従来のシステムにはないいくつかの動作シナリオを満たさなければならない

[0005]必要なことは、航空機及び地上装置がそれらのミッションを果たすことができるようにする計画されたＤＤＬサービス及び機能である。

概要

[0006]一つの可能な実施形態では、複数のノードを含み動的送信制御を有する無線ネットワークが提供される。ノードは、調停機構及び複数のクライアントノードを含む。調停機構は、通信動作サイクルを定義し、クライアントノードからの帯域幅の要求に応答してサイクルごとに各クライアントノードに帯域幅を割り当てることにより、クライアントノードの動作を制御する。

[0007]本発明の特徴及び利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面を参照することによってより良く理解されよう。
ＤＤＬ環境の例を示すブロックである。 ネットワークアーキテクチャ及びプロトコル層を例示する図である。 地上制御局に接続された各ラップトップから例示的ＤＤＬセッションのた めにアドレス指定するノードのブロック図である。 地上制御局に接続された各ラップトップから例示的ＤＤＬセッションのた めにアドレス指定するノードのブロック図である。 一つの地上制御局によって制御される一つの航空機のためのミッション存 続時間にわたる調停サイクルの送信スロット割当てを示すブロック図である。 一つの地上制御局によって制御される一つの航空機のためのミッション存 続時間にわたる調停サイクルの送信スロット割当てを示すブロック図である。 例示的なビデオ中継のシナリオのためのミッション存続時間にわたる調停 サイクルの送信スロット割当てを示すブロック図である。 例示的なビデオ中継のシナリオのためのミッション存続時間にわたる調停 サイクルの送信スロット割当てを示すブロック図である。 例示的ビデオ中継のシナリオのためのミッションの一部にわたる調停サイ クルの送信スロット割当てを示すブロック図である。 例示的ビデオ中継のシナリオのためのミッションの一部にわたる調停サイ クルの送信スロット割当てを示すブロック図である。

[00014]様々な実施形態では、無線ネットワークは、複数のノード（オペレーティングシステムによって制御される送信機／受信機）を有し、ノードの一つは調停機構として機能することでその他のノードの動作を制御する。調停機構は、それぞれが時間セグメントの集合に分割される動作サイクルを定義する。調停機構はまた、ネットワーク内の各ノードに送信開始時間（時間セグメント）及びサイクルごとの送信継続時間（時間セグメントの個数）を割り当てる。送信開始時間及び継続時間は、調停機構によってノードごとに及びサイクルごとに変更することができる（したがって、動的である）。ノードは地上制御局ＧＣＵでもよいし、無人航空機やＵＡＶなどの無人機でもよいし、その他でもよい。いくつかの実施形態では、地上局は調停機構として動作することができ、ＵＡＶは変化する送信時間が付与されるノードである。小型ＵＡＶは非常にわずかな無線スペクトルしか必要としないので、ノードによる瞬間的な要求並びにオペレータの必要に応じて各ノードに割り当てられた帯域幅を調整することにより、割り当てられた無線スペクトルを複数のノード（潜在的には複数のＵＡＶ及び地上システム）によって効率よく共用することができる。これは、各ＵＡＶがフルビデオを送信するか、品質が劣化したビデオ若しくは静止画を送信するか、又は画像を何も送信しないかをオペレータが制御することを可能にし、最も所望する送信目的のために利用可能な帯域幅を最大化し、あまり所望しない目的のための帯域幅を低減する。

[00015]図１は、例示的ＤＤＬ環境１０を示すブロック図である。周波数帯ｘにおける一つのＤＤＬセッション１５では、ＤＤＬ環境１０は、航空機などの無人機ＵＡＶ１及びＵＡＶ２を含み、これらの無人機はそれぞれＤＤＬノード１００及び３００を含む。ＤＤＬ環境１０は、有人地上局ＧＣＵ１及びＧＣＵ２をさらに含んでもよく、これらの地上局はそれぞれＤＤＬノード２００及び４００を含む。それぞれＧＣＵ１及びＧＣＵ２に接続されたハンドヘルドコントローラ２０５及び４０５は、オペレータ（図示せず）によって使用されることで、ＵＡＶ１又はＵＡＶ２のための制御信号を生成する。任意の事項として、ＤＤＬ環境１００は更に、イーサネット接続２１５及び４１５などを介してそれぞれＤＤＬノード２００及び４００に物理的に接続されたラップトップなどの外部装置２１０及び４１０を含んでもよい。さらに、ＤＤＬノード５００を含む一つ又は複数の任意選択のリモートビューイング端末（複数可）ＲＶＴが含まれてもよい。図１では、リモートビューイング端末（複数可）及び／又は地上局は、プッシュトゥトーク又はＰＴＴ音声通信機能（例示せず）を任意で含んでもよい。ＤＤＬセッション１５に加えて、他の動作周波数帯で動作する他のＤＤＬセッション２５もＤＤＬ環境１０に存在してもよい。

[00016]図１に示すＤＤＬ環境１０及び関連するアーキテクチャは例示のためであって、上記で論じられた様々なタイプの複数のデバイス、構成要素、若しくはアイテム、又は他のデバイス若しくはアイテムのであってもよい。さらに、デバイス、構成要素、又はアイテムのいくつかは、所望に応じて結合されても省略されてもよい。例えば、地上局ＧＣＵ１及びハンドヘルドコントローラ２０５が単一のデバイスに結合されてもよい。また、例えば外部デバイス２１０は、省略されてもよいし、ラップトップコンピュータデバイス以外のデバイスでもよい。

[00017]ＤＤＬシステムは実施形態に応じて様々な機能上の制約及び設計上の制約を含んでもよい。様々な実施形態では、ＤＤＬシステムは以下の機能の一部又は全てを提供するべきである。
ＤＤＬノードは相互にアドレス指定することができるべきである。
ラップトップ（又はハンドコントローラ）は、それらのローカルＤＤＬノードにアドレス指定することができるべきである。これは、ラップトップが接続する地上局の中のノードである。
ラップトップ（又はハンドコントローラ）は、（ローカルＤＤＬだけでなく）全てのＤＤＬノードにアドレス指定することができるべきである。
ラップトップは、（他のＤＤＬノードに接続される）他のラップトップにアドレス指定することができるべきである。
ＤＤＬ ＬＡＮは、ローカルＤＤＬノード及び広域ネットワークに接続されてこれら二つの間の接続を提供するルータをサポートするべきである。
さらに、様々な実施形態では、ＤＤＬシステム設計は、以下の制約の一部又は全てに従うことができる。
ハンドコントローラは任意選択である。ローカルＤＤＬノードは、ハンドコントローラなしでＤＤＬネットワークに接続することができるべきである。
ラップトップは任意選択である。ローカルＤＤＬノードは、ラップトップなしでＤＤＬネットワークに接続することができるべきである。
オペレータのセットアップは必要とされるべきでない。基本的なＤＤＬシナリオは、オペレータがＤＤＬノードを予め構成することを必要とせずに満足されることが可能である。先進的なシナリオは最小限のオペレータセットアップしか必要としない。
非標準的なラップトップソフトウェアは必要とされるべきでない。ラップトップをＤＤＬネットワークに接続するためには普通のオペレーティングシステムソフトウェアで十分である。航空機を制御するには専用のソフトウェアが必要である。
ＤＤＬノードの導入又は外部デバイスの取付けがサービスの中断を生じさせるべきでない。

例示的なＤＤＬシナリオ
[00018]下記の表１における例示的シナリオのリストは、様々なＵＡＶ実施形態においてＤＤＬがそのために実行することができる様々なミッション及びミッションの一部を表す。他の実施形態及びシナリオも可能である。ミッションの一部であるシナリオは、他の複数のミッションの一部として行われてもよい。例えば、ＧＣＳハンドオフのシナリオは、従来のシナリオによって表されるミッションの間に行われてもよく、この場合、両方のシナリオはＤＤＬ設計に必要条件を課す。

[00019]表１に示すように、ＤＤＬネットワークを作動させるために予見される複数のシナリオがある。ミッション全体を含むシナリオもあれば、ミッションの一部から成るシナリオもある。多くのミッションの構成要素であるミッションもあり得る。表１における以下のリストは、ＤＤＬネットワーク設計に適用可能な特徴を明らかにするシナリオの集まりである。

ネットワークプロトコル層
[00020]ネットワークアーキテクチャは、図２に示すようにいくつかのプロトコル層から成る。図２に例示するように、ＤＤＬネットワークは、一番下の物理層から標準的なネットワーク層までの垂直スタックとみなすことができる。これらの層は以下の通りである。
ネットワーク層 一番上の層は、ＤＤＬノードに接続された外部デバイス間でイーサネットパケットを伝送する。パケットは、相互に通信するために外部デバイスによって使用されるＭＡＣアドレスを有する。普通のインターネットトラフィックは、一つのエッジＤＤＬノードを介してＤＤＬネットワークに入り、他の全てのエッジＤＤＬノードから出て、相互に通信するためにそれらの外部デバイスのためにチャネルを提供する。ネットワーク層では、外部デバイスが他の外部デバイスと通信する。
リンク層 この真ん中の層は、ＤＤＬノード間でＤＤＬパケットを伝送する。これらのパケットは、ＳＵＩＤ（セッションユーザ識別子）とも呼ばれＤＤＬノードを識別するＤＤＬ ＲＵＩＤ（ランダムユニット識別子）と、そのＤＤＬノードの特定の入力／出力ポートを識別するＤＤＬポートとから成るＤＤＬアドレスを有する。
物理層 一番下の層は、送信のタイミングと、送信機によって放射されて複数の受信機によって傍受及び処理されるＲＦエネルギーに変調するためのデータの準備とを制御する。

調停機構
[00021]図１を参照すると、各ＤＤＬネットワークセッション１５は、「調停機構」の役割で動作するＤＤＬノード１００、２００、３００、４００、又は５００の一つによって調整される。この調停ノードは、通常、空中で有利な位置から恩恵を受けるために航空機ＵＡＶ１又はＵＡＶ２に搭載される。他の様々なネットワーク環境（図示せず）、例えば完全に地上ベースのネットワーク環境では、調停機構は、他のノードに対して有利な位置にあるノード、他のノードと通信することができるノード、又は他のノードと通信するときに特に効果のあるノードであってもよい。又は、所望の場合は、調停機構は、安全な場所にあるノードにあってもよい。図１では、ＵＡＶ１におけるＤＤＬノード１００は、調停機構の役割で示されている。調停機構の主要な役割は、各ノードがその間に送信することを許されているタイムスロットをスケジュールすることである。タイムスケジューリングによって通信チャネルを共有することは「時分割多元接続」（ＴＤＭＡ）として知られている。

[00022]調停機構１００は、クライアントノード２００、３００、４００、及び５００のそれぞれのための帯域幅を制御する。調停機構１００は、各ノード２００、３００、４００、及び５００のための帯域幅を設定する。調停機構１００によって割り当てられた帯域幅がノード２００、３００、４００、及び５００のいずれかによって必要とされない場合は、調停機構は帯域幅をノード２００、３００、４００、又は５００の別のノードに与える。調停機構は帯域幅の割当てを次々と変える。これにより、調停機構１００はノード１００、２００、３００、４００、及び５００のそれぞれのニーズに基づいて、一つのノードに大きな帯域幅を割り当て、別のノードに小さな帯域幅を割り当てることができる。したがって、調停機構１００はネットワークセッション１５における全ての通信を制御する。

[00023]さらに、全ての通信は、ＤＤＬノード２００、３００、４００、又は５００と調停機構１００との間のものである。一般に調停機構１００は航空機であるが、ノード２００、３００、４００、又は５００のいずれも調停機構であり得る。調停機構１００は地上にあってもよいが、航空機が無線信号を送信するための最も良い見通し線を有するので、一般に航空機に配置される。図１に示すように、別の航空機ＵＡＶ２内のノード３００は、航空機ＵＡＶ１内の調停機構１００を介してその他のノード２００、４００、又は５００に中継することができる。この実施形態では、調停機構であることに加えて、ＤＤＬノード１００はまた、それ自体のセッションビデオ、機体制御データ、又は伝達するべき他のデータを有してよい。したがって、ＤＤＬノード１００は調停機構１００における帯域幅の割当てにも関与する。

[00024]従来のＴＤＭＡアプリケーションでは、予め定めたサイクルが使用される。本出願の様々な実施形態では、調停機構１００は送信のための定期的なサイクルをセットアップすることができるが、セッション１５の帯域幅ニーズに基づいて各ノード２００、３００、４００、又は５００に割り当てられた帯域幅を変えることができる。調停機構１００は予め定めたサイクルに固定されない。各ノード２００、３００、４００、又は５００のための帯域幅はバーストごとに変わってよい。帯域幅をどのように割り当てるべきかについての決定は調停機構によって行われる。音声データだけなどの低帯域幅データがある場合は、調停機構は、ＴＤＭＡに類似したさらに構造化されたネットワークをセットアップすることができる。データ要件が変わった場合は、調停機構１００は帯域幅割当てを変えることができる。例えば、調停機構１００は、新しいビデオの新しいフルフレーム全体を地上局ＧＣＵ１に送るために高帯域幅を必要とする場合もあれば、その後、低帯域幅の増分ビデオを地上局ＧＣＵ１に送るだけでよい場合もある。データの量が変わると、調停機構１００は各ノード２００、３００、４００、及び５００への割当てを変えることができる。調停機構１００はセッション１５の中のデータ送信ニーズに対応することができる。

ノードアドレッシング
[00025]図３Ａ及び３Ｂは、地上制御局ＧＣＵ１に接続されたラップトップ１の観点からの、例示的ＤＤＬセッション１６のためのノードアドレッシングのブロック図を示す。図３Ａは、ＤＤＬノード１００、２００、３００、４００、及び５００のランダムユニット識別子（ＲＵＩＤ）及び特定の入力／出力チャネル又はポートを示すブロック図を示す。ＤＤＬノード１００、２００、３００、４００、及び５００の間の通信では、ランダムユニット識別子（ＲＵＩＤ）（セッションユーザ識別子（ＳＵＩＤ）と呼ばれることもある）及び特定の入力／出力チャネルはＤＤＬポート番号により指定され、ＤＤＬ制御には０１、イーサネットには１１、シリアル通信には２１、ＬＶＤＳすなわち低電圧差動信号には３１、調停機構には０２が指定される。

[00026]通信では、ラップトップが接続される地上制御局ＤＤＲノードは、既知のＤＤＬノードをＩＰポート番号範囲にマップして、ラップトップ上のソフトウェアが従来のＩＰアドレスとポート番号との対を使用してＤＤＬノードにアドレス指定することができるようにする。図３Ｂは、地上制御局ＤＤＬノード２００による、ネットワークセッション１６の中の既知のネットワークノード１００、２００、３００、４００、及び５００のマッピングの例を示すブロック図を示す。ラップトップ１ ２１０は、ラップトップ１ ２１０による使用のためのＩＰポート番号範囲に接続される。これは、ラップトップ１ ２１０上のソフトウェアが従来のＩＰアドレスとポート番号との対を使用してＤＤＬノードにアドレス指定することができるようにする。従来のＩＰアドレス（ｘｘｘ．ｘｘｘ．ｘｘｘ．ｘｘｘ）及びベースポートアドレスは、ラップトップ１ ２１０に提供するためにＧＣＬ１ ＤＤＬノード２００によって生成される。ＤＤＬネットワーク表２０２は、セッション１６のためのラップトップ１ ２１０に提供するためにＧＣＬ１ ＤＤＬノード２００によって割り当てられるベースポートアドレス、すなわち５０００、５０１００、５２００、５３００、及び５０４００を有する従来のＩＰアドレス（ｘｘｘ．ｘｘｘ．ｘｘｘ．ｘｘｘ）の一例を示す。ＤＤＬノード２００は、図３Ａに示すＲＵＩＤアドレス及びポート番号を使用して、その他のＤＤＬノード１００、３００、４００、及び５００と通信する。

[00027]図３Ａを参照すると、この例では、調停機構１０１及びＵＡＶ１システム１０２はそれぞれ別々のＲＵＩＤアドレス、０及び４７０３４を有する。したがって、調停機構１０１及びＵＡＶシステム１０２は別個のベースポート５００００及び５０１００を割り当てられる。

[00028]図３Ｂの例では、ＤＤＬノード５００は受動的なリスナであり、したがって、ラップトップ１ ２１０によってアドレス指定可能ではなく、したがって、ＤＤＬネットワーク表２０１には現れないことに留意されたい。他の実施形態では、ＲＴＶ５００はアドレス指定可能でよい。同様に、ラップトップ２ ４１０は、この例ではアドレス指定可能ではないが、他の実施形態ではアドレス指定可能でよい。例えば、いくつかの実施形態では、ＲＴＶ５００又はラップトップ２ ４１０は、テキスト又は他のメッセージを伝達するためにアドレス指定可能でよい。

[00029]図３Ｂを参照すると、ラップトップを取り付けられている各ＤＤＬノードは、そのラップトップのために当該ノード自体のＤＤＬネットワーク表（図示せず）を生成する。したがって、異なるＤＤＬネットワーク表（図示せず）がラップトップ４１０のためにＧＣＵ２ ＤＤＬノード４００によって生成される。

メッセージ及びパケット
[00030]ＤＤＬメッセージはＤＤＬノード間でコマンドを運ぶ。帯域幅割当て戦略は、ＤＤＬノードが他のＤＤＬノードと通信するためにＲＦチャネルをどのように共用するかを管理し、外部デバイスへの接続及び外部デバイス間の接続をサポートする。ＤＤＬノード間の通信は、特定のヘッダ情報及びメッセージコンテンツを有するパケットの小さなセットで運ばれる。ＤＤＬノードは、表２に記載されたメッセージを介して相互に通信する。外部デバイスからのデータはこれらのメッセージの一つで搬送されることに留意されたい。

[00031]図１を参照すると、様々な実施形態では、各ノード２００、３００、４００、及び５００が、必要とする量の帯域幅を調停機構１００に要求する。下記表２に示すように、ノード２００、３００，４００、及び５００は、必要とする所望の量の帯域幅又は所望のＢＷ、及び必要とする帯域幅の最低量又は必要とされるＢＷをも要求する。さらに、様々な実施形態では、データがそれに関連する固有のサイズを有してもよいので、ノード２００、３００，４００、及び５００は、サービス間隔と、スロットの開始時刻及び継続時間を使用してより多くのデータを送る前に待つための最も長い時間とを要求し、好ましい割当てサイズ又は割当てＢＷを要求することができる。これらの要求に基づいて、調停機構１００はノード２００、３００、４００、及び５００のそれぞれに対する帯域幅を制御する。

[00032]表２のメッセージは、下記表３に記載されているフィールドも含むＤＤＬパケットとして送信される。ＤＤＬメッセージは、受信機を支援するために表３に示すフィールドを含む。

例示的のシナリオ及びメッセージ
一つの航空機及び一つのＧＣＳ
（図４Ａ及び４Ｂ）
[00033]図４Ａ及び４Ｂは、一つのＧＣＵによって制御される一つの航空機のためのミッション存続時間にわたる調停サイクルの送信スロット割当てを示すブロック図である。簡単なミッションシナリオ６００におけるこの例示的通信では、オペレータが一つのＵＡＶ及び一つのＧＣＵの電源を入れ、航空機を飛行前の準備を行い、興味のある地域に飛行機を離陸させて飛行させ、その地域を観察させ、離陸場所に戻して着陸させる。

[00034]このシナリオ６００では、航空機は、ブロック６１０において進行中のセッションがあるかどうかを判定するためにリスンし、進行中のセッションはないと聞くと、この受信の地理的地域において、このチャネルのための調停機構の役割を引き受けてそれ自体のセッションを開始する。調停セッションは、いつでも、チェックインする可能性があるいかなるＵＡＶ及びＧＣＵをも受け入れる準備ができている。調停機構は、フレーム６２０（フレーム番号１）において、最大の帯域幅をＵＡＶダウンリンクビデオストリームのためのブロック６２４に割り当てる。これは、最初、チャネル上の他の需要量だけが比較的低いためであり、ＧＣＵ１から航空機にフライトコマンドがアップリンクし、コンテンションスロット６２５が調停機構によって割り当てられ、新しいノードがチェックインして帯域幅を要求する。

[00035]ＧＣＵ１は調停機構を聞き、フレーム６３０（フレームＭ）において、セッションに参加して帯域幅割当てを取得する。フレーム６３０（フレームＭ）において、ＧＣＵ１は、コンテンションスロット６３５において要求６３６を出し、フレーム６４０（フレームＭ＋１）においてＵＡＶを制御し、ミッションの継続時間中この制御を続ける。

[00036]ＧＣＵ１による要求６３６はフレーム６４０（フレームＭ＋１）においてスロット６４６を与えられ、ＧＣＵ１はコンテンションスロット６４５においてコマンド６４７を出す。コマンド６４７はフレーム６５０（フレームＭ＋２）においてスロット６５７を与えられる。ＧＣＵ１はコンテンションスロット６５５においてコマンド６４８を出す。ＧＣＵ１はコマンドデータ６５７を送信するが、スロット６５７全体を必要とするわけではなく、したがって、調停機構は６５０ｅにおいてフレーム６５０を終了させ、次のフレーム６６０（フレームＭ＋３）を開始し、ここでコマンド６５８はスロット６６７を与えられる。調停機構は新しい要求者のためにコンテンションスロット６６５を提供する。

[00037]このチャネルに合わせ、このセッションのための正しい暗号鍵を有するＲＶＴは、ＵＡＶ１から送信されてきたビデオを見ることができる。

ビデオ中継：２つの航空機及び一つのＧＣＳ
（図５Ａ及び５Ｂ）
[00038]図５Ａ及び５Ｂは、例示的ビデオリレーシナリオ７００のためのミッション存続時間にわたる調停サイクルの送信スロット割当てを示すブロック図である。この例では、オペレータは、一つのＵＡＶ１を「中継機」として使用して、第２のリモート「センサ」ＵＡＶ２と通信する。センサＵＡＶ２は、ＧＣＵ１の無線範囲を超えているか又はＧＣＵ１の見通し線内にないので、ＧＣＵ１と直接通信することができない。オペレータは、まずＧＣＵ１及びリレーＵＡＶ１の電源を入れ、リレーＵＡＶ１を、予定した動作地域に到着したときにそこからＧＣＵ１及びセンサＵＡＶ２の両方と通信することができる中継局へ飛行させる。次いで、オペレータはセンサＵＡＶ２の電源を入れ、それをその動作地域に飛行させ動作させる。ミッションが完了すると、まずセンサＵＡＶ２が回収され、それに続いてリレーＵＡＶ１が回収される。中継ミッションの継続時間の延長は、電池切れが近づいたときにリレーＵＡＶ１から引き継ぐことにより達成することができ、これは下記の中継引継ぎシナリオである図６Ａ及び６Ｂにおいて説明される。

[00039]最初に電源を投入すると、リレーＵＡＶ２は進行中の存在するセッションを聞かず、この受信の地理的地域の中で、このチャネルのための調停機構の役割を引き受けることにより、それ自体のセッションを開始する。調停セッションは、いつでもチェックインすることができる追加のＵＡＶ及び追加のＧＣＵを受け入れる準備ができている。フレーム７１０（フレームＭ）に示すように、ＧＣＵ１はＵＡＶ１を制御しており、ＵＡＶ１はスロット７１４において高帯域幅ビデオを送信している。チャネル上の他の要求が、ＧＣＵ１からＵＡＶ１へのアップリンクのフライトコマンド７１６、及び、フレーム７２０（フレームＭ＋１）に示されている、新しいノードがチェックインし帯域幅を要求するために調停機構によって割り当てられるコンテンションスロット７２５の機会だけなので、調停機構は最初に、それ自身のＵＡＶ１からダウンリンクビデオストリームへのビデオスロット７１４に最大帯域幅を割り当てる。この割当ては、リレーＵＡＶ１がその中継局へ飛行させられている間続く。

[00040]リレーＵＡＶ１が飛行中であるとき、オペレータはセンサＵＡＶ２の電源を入れ、飛行準備をし、離陸させ、その動作地域に飛行させることができる。電源を投入すると、センサＵＡＶ２は、リレーＵＡＶ１によって行われる存在するセッションを聞き、そのビデオストリームをサポートするために高帯域幅の要求７２６でチェックインする。この例では、フレーム７２０（フレームＭ＋１）において、調停機構はスロット７２５において新しい要求を促し、ＵＡＶ２は適度の帯域幅ビデオ７２６を要求するが、それは容量を超える。調停機構は、前に７２４においてリレーＵＡＶ１ビデオに最大帯域幅を与えているので、今はセンサＵＡＶ２の要求を満たすために帯域幅割当てを調整しなければならない。調停機構は、その時に有効な帯域幅ポリシに基づいて帯域幅割当てを調整し、通常は現在のストリームの割当てを減らしてセンサＵＡＶ２に割当てを与える。センサＵＡＶ２ビデオストリームのための割当ては、リレーＵＡＶ１がセンサＵＡＶ１ストリームを受信してそれを送信するための必要性を認識して設定される。

[00041]フレーム７３０（フレームＭ＋２）において、ＧＣＵ１はＵＡＶ２を制御し、スロット７３７においてパイロットコマンドを送る。フレーム７４０（フレームＭ＋３）において、ＵＡＶ２はスロット７４８及び７４９においてそれぞれテレメトリ及び非常に低い帯域幅ビデオを送信する。フレーム７５０（Ｍ＋４）において、ＧＣＵ１はＵＡＶ１にスロット７５７において最低帯域幅まで低減するように指令する。フレーム７６０（フレームＭ＋５）において、ＵＡＶ２はスロット７６８及び７６９においてそれぞれテレメトリ及び適度の帯域幅ビデオを送信する。フレーム７７０（フレームＭ＋６）において、ＵＡＶ２はテレメトリ７７８及びビデオ７７９を送信するが、スロット７７５全体を必要とするわけではなく、したがって、フレーム７７０（フレームＭ＋６）は７７０ｅにおいて終了する。調停機構は次のフレーム７８０（フレームＭ＋７）を早く開始する。フレーム７８０（フレームＭ＋７）において、ＧＣＵ１はスロット７８７においてパイロットコマンドをＵＡＶ２に送る。フレーム７９０（フレームＭ＋８）において、ＵＡＶ２はスロット７９８及び７９９においてそれぞれテレメトリ及び適度の帯域幅ビデオを送信する。

[00042]調停機構はセッションを制御し、したがって、調停機構はフレーム７１０においてＧＣＵ１に帯域幅を与える。調停機構はフレーム７２０において新しい要求を促す。フレーム７３０において調停機構はＧＣＵ１に帯域幅を与える。フレーム７４０において調停機構はＵＡＶ２に利用可能な帯域幅を与える。フレーム７５０において調停機構はＧＣＵ１に帯域幅を与える。調停機構はフレーム７６０及び７７０においてＵＡＶ２に適度の帯域幅を与える。次いで、フレーム７８０において調停機構はＧＣＵ１に帯域幅を与える。その後、調停機構はフレーム７９０においてＵＡＶ２に適度な帯域幅を再度与える。

[00043]このチャネルに合わせ、このセッションのための正しい暗号鍵を有するＲＶＴは、リレー航空機から送信されてきたビデオを見ることができる。

中継の引継ぎ：二つの航空機と二つのＧＣＳ
（図６Ａ及び６Ｂ）
[00044]図６Ａ及び６Ｂは、例示的ビデオリレーシナリオ８００のためのミッションの一部にわたる調停サイクルの送信スロット割当てを示すブロック図である。この例では、新しい航空機ＵＡＶ２がリレー航空機ＵＡＶ１をリリーフしたときにミッションの一部にわたる調停サイクルの送信スロット割当てを行う。オペレータは一つの航空機を「中継機」として使用して他の航空機又はＧＣＵと通信しており、そのリレー航空機はその航続時間の限界に達する。オペレータはリリーフＵＡＶ２の電源を入れ、リリーフＵＡＶ２を中継局へ飛行させ、そこでリリーフＵＡＶ２はリレーＵＡＶ１からのセッション情報をダウンロードし、調停機構の役割を引き受ける。

[00045]フレーム８１０（フレームＭ）において、調停機構はスロット８１６においてＧＣＵ１に帯域幅を与え、ＧＣＵ１は８１６においてデータをその外部クライアントからその外部クライアントのためのＧＣＵ２に転送する。フレーム８２０（フレームＭ＋１）において、調停機構はスロット８２６においてＧＣＵ２に帯域幅を与える。ＧＣＵ２は、データ８２６をその外部クライアントから該外部クライアントのためのＧＣＵ１に転送する。フレーム８３０（フレームＭ＋２）において調停機構は新しい要求を促し、したがって、ＵＡＶ２は起動して進行中のセッションを検出し、ＵＡＶ２はコンテンションスロット８３５を待ち、次いでスロット８３６においてそのテレメトリを送信するための帯域幅を要求する。フレーム８４０（フレームＭ＋３）において、調停機構はＵＡＶ２に帯域幅を与え、ＵＡＶ２はスロット８４６においてそのテレメトリを送信する。

[00046]フレーム８５０（フレームＮ）の前に、ＵＡＶ２は離陸して局へ飛行する。フレーム８５０（フレームＮ）において、調停機構はＧＣＵ１に帯域幅を与え、ＧＣＵ１はＵＡＶ２に８５６において調停機構を引き受けるように指令する。フレーム８６０（フレームＮ＋１）において、ＵＡＶ１における調停機構はＵＡＶ２に帯域幅を与え、ＵＡＶ２はＵＡＶ１における調停機構に８６６においてセッション調停機構の役割を放棄するように要求する。フレーム８７０（フレームＮ＋２）において、ＵＡＶ１における調停機構はスロット８７６においてその調停表を送信して、クライアントに再度チェックインするように強制することなくＵＡＶ２が調停機構の役割を引き受けることができるようにするので、ＵＡＶ１における調停機構による割当てスロットの授与はない。フレーム８８０（フレームＮ＋３）において、ＵＡＶ２は調停機構の役割を引き受け、ＧＣＵ２に帯域幅を与え、ＧＣＵ２は８９６においてその外部クライアントのために当該外部クライアントからＧＣＵ１にデータを転送する。フレーム８９０（フレームＮ＋４）において、ＵＡＶ２における調停機構はＧＣＵ１に帯域幅を与え、ＧＣＵ１は８９６においてその外部クライアントのために当該外部クライアントからＧＣＵ２にデータを転送する。

[00047]「一つの実施形態（one embodiment）」又は「ある実施形態（an embodiment）」を少しでも参照することは、この実施形態に関連して説明された特定の特徴、構成、又は特性が、所望される場合は、実施形態に含まれてもよいことを意味することは留意するに値する。本明細書の様々な場所における「一実施形態では（in one embodiment）」という句の出現は、必ずしも全て同じ実施形態を表しているわけではない。

[00048]本明細書で提供される例示及び例は、説明を目的とするためのものであり、添付の特許請求の範囲の範囲を限定することを意図するものではない。本開示は、本発明の原理の例示とみなされるべきであって、本発明及び／又は例示された実施形態の請求項の趣旨及び範囲を限定することを意図するものではない。

[00049]本発明の特定の用途のために当業者は本発明に修正を加えるであろう。

[00050]本特許に含まれる議論は、基本的な説明として役立つものとする。特定の議論は、可能な実施形態全てを明示的に説明することができるわけではなく、代替形態が暗示されていることに留意されたい。さらに、この議論は、本発明の一般的な性質を十分に説明することができるわけではなく、各特徴又は要素が実際にどれほど代表的な又は同等の要素であり得るかを明示的に示すことができるわけでもない。さらに、これらの要素は本開示に暗示的に含まれる。本発明が装置指向の専門用語で記述されている場合には、装置の各要素は機能を暗示的に実行する。本発明の本質から逸脱することなく、様々な変更が行われてもよいことも理解されたい。そのような変更も本記述に暗示的に含まれる。さらに、これらの変更は本発明の範囲に含まれる。

[00051]さらに、本発明及び請求項の様々な要素のそれぞれも様々なやり方で達成され得る。本開示は、そのような各変形形態を、それが任意の装置実施形態の変形形態であっても、方法実施形態であっても、さらには単にこれらの実施形態の任意の要素の変形形態であっても、包含すると理解されたい。特に、本開示は本発明の要素に関するので、各要素の用語は、たとえ機能又は結果しか同じでなくても、同等の装置用語によって表されてもよいことを理解されたい。そのような同等の、より広い、さらにはより一般的な用語は、各要素又は動作の記述に包含されるとみなされるものとする。そのような用語は、本発明が権利を有する暗示的に広い適用範囲を明示的にすることが望まれる場合は、置き換えられてもよい。全ての動作はその動作を行う手段又はその動作を生じさせる要素として表されることが可能であることを理解されたい。同様に、開示される各物理的要素は、その物理的要素が容易にする動作の開示を包含すると理解されたい。そのような変更及び代替用語は本記述に明示的に含まれると理解されたい。

[00052]本発明をいくつかの実施形態に関連して説明してきたが、当業者は今や確かに修正を思いつくであろう。本明細書における例示的実施形態は限定することを意図するものではなく、特徴の様々な構成及び組合せが可能である。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によって必要とされる場合を除いて、開示された実施形態に限定されない。

Claims (24)

1. 調停機構及び複数のクライアントノードを備え動的送信制御を有する無線ネットワークであって、前記調停機構が、通信の動作サイクルを定義し、前記複数のクライアントノードからの帯域幅の要求に応答して前記通信の動作サイクルごとに前記複数のクライアントノードのそれぞれに帯域幅を割り当てることにより、前記クライアントノードの動作を制御するように構成され、
   前記調停機構が、さらに、帯域幅の要求のためのコンテンションスロットを提供するとともに、前記複数のクライアントノードからの前記帯域幅の要求に対応して、動作サイクルにおいて各要求のニーズに基づいて帯域幅を割り当てるように構成され、前記調停機構が、無人航空機に搭載されて、前記通信の動作サイクルごとに当該通信の動作サイクルの継続時間を変更するように構成されていることを特徴とする無線ネットワーク。
2. 請求項１に記載の無線ネットワークにおいて、前記調停機構が、前記帯域幅の要求に基づき前記動作サイクルの継続期間を変更するように構成されていることを特徴とする無線ネットワーク。
3. 請求項１に記載の無線ネットワークにおいて、前記調停機構が、要求に基づいて調停機構としての制御を別のノードに移すように構成されていることを特徴とする無線ネットワーク。
4. 請求項３に記載の無線ネットワークにおいて、前記調停機構が、セッションの調停機構としての制御を移譲する前に要求に基づいて調停表を送信するように構成されていることを特徴とする無線ネットワーク。
5. 請求項１に記載の無線ネットワークにおいて、
   各動作サイクルが時間セグメントの集合に分割され、
   前記帯域幅の割当てが、帯域幅を要求する前記複数のクライアントノードのそれぞれについての送信開始時間及び送信継続時間を割り当てるステップと、前記複数のクライアントノードからの前記帯域幅の要求に応答して、帯域幅を要求する前記複数のクライアントノードのそれぞれについての前記送信開始時間及び前記送信継続時間を変更するステップとを含む、ことを特徴とする無線ネットワーク。
6. 請求項１に記載の無線ネットワークにおいて、
   前記複数のクライアントノードのうちの１つが地上局にあることを特徴とする無線ネットワーク。
7. 請求項６に記載の無線ネットワークにおいて、前記複数のクライアントノードのうちの１つが無人機にあることを特徴とする無線ネットワーク。
8. 請求項１に記載の無線ネットワークにおいて、前記複数のクライアントノードのうちの１つが無人機にあることを特徴とする無線ネットワーク。
9. 請求項１に記載の無線ネットワークにおいて、前記帯域幅の割当てが、前記複数のクライアントノードに送信開始時間及び送信継続時間を割り当てるステップと、前記複数のクライアントノードからの要求に応答して前記複数のクライアントノードについての前記送信開始時間及び前記送信継続時間を変更するステップとを含むように、前記調停機構が構成されていることを特徴とする無線ネットワーク。
10. 請求項１に記載の無線ネットワークにおいて、前記帯域幅の割当てが、オペレータに応答して前記帯域幅を割り当てるステップを含むように、前記調停機構が構成されていることを特徴とする無線ネットワーク。
11. 請求項１０に記載の無線ネットワークにおいて、前記帯域幅の割当てが、前記複数のクライアントノードのそれぞれによるビデオ品質送信を制御するステップを含むように、前記調停機構が構成されていることを特徴とする無線ネットワーク。
12. 請求項１１に記載の無線ネットワークにおいて、前記帯域幅の割当てが、ａ）フルビデオ、ｂ）品質が劣化したビデオ、ｃ）静止画像、又はｄ）帯域幅を要求しているクライアントノードのためのビデオ画像がないことのうちの少なくとも一つのために帯域幅を割り当てるステップを含むように、前記調停機構が構成されていることを特徴とする無線ネットワーク。
13. 請求項１に記載の無線ネットワークにおいて、前記複数のクライアントノードのそれぞれが、オペレーティングシステムによって制御されるトランシーバを含むことを特徴とする無線ネットワーク。
14. 複数のノードを有する無線ネットワーク上で通信するための方法であって、
    前記無線ネットワーク上の前記複数のノードのうちの少なくとも一つの非調停ノードの通信を制御するための調停機構として機能するノードを選択するステップであって、ノードの選択において前記調停機構として無人機を選択することを含むステップと、
    前記少なくとも一つの非調停ノードからの所望の帯域幅の要求を前記調停機構において受信するステップと、
    前記要求に基づいて前記少なくとも一つの非調停ノードに割り当てられた前記帯域幅を動的に調整するステップであって、通信の動作サイクルを定義し、前記少なくとも一つの非調停ノードにサイクルごとの送信開始時間及び継続時間を割り当てるために前記調停機構を使用するステップを含む動的に調整するステップと、を含み、
    前記帯域幅を動的に調整するステップが、前記調停機構により前記通信の動作サイクルごとに当該通信の動作サイクルの継続時間を変更するステップを含み、
    前記帯域幅を動的に調整するステップが、さらに、複数のクライアントノードからの前記帯域幅の要求に対応して、動作サイクルにおいて各要求のニーズに基づいて帯域幅を割り当てるステップを含み、
    調停機構として機能するノードを選択する前記ステップが、無人機の電源を入れ、存在するデジタルデータリンクセッションをモニタリングし、進行中のデジタルデータリンクセッションがない場合に調停機構の役割を引き受けるステップを含み、
    さらに、
    調停機構の役割を引き受けた後で、帯域幅の要求のためのコンテンションスロットを提供するステップを含むことを特徴とする方法。
15. 請求項１４に記載の方法において、
    存在するデジタルデータリンクセッションをモニタリングする前記ステップがチャネルの中でモニタリングするステップを含み、
    調停機構の役割を引き受ける前記ステップが、前記チャネルの中でデジタルデータリンクセッションが検出されない場合に前記チャネルの中でデジタルデータリンクセッションを開始するステップを含む、
    ことを特徴とする方法。
16. 請求項１４に記載の方法において、
    要求を受信する前記ステップが、非調停ノードから所望の帯域幅割当ての最初の要求を受信し、前記要求を行っている非調停ノードがデジタルデータリンクセッションに加わることができるように前記最初の要求に応答して帯域幅の割当てを行うステップを含む、
    ことを特徴とする方法。
17. 請求項１６に記載の方法において、前記非調停ノードが地上ユニットであり、当該方法がさらに、
    前記無人機のための機体制御コマンドを前記非調停ノードから受信するステップと、
    前記非調停ノードからの前記機体制御コマンドに従って前記調停機構を操作するステップとを含む、
    ことを特徴とする方法。
18. 請求項１６に記載の方法において、前記調停機構が第１の無人機であり、前記非調停ノードが地上ユニットであり、当該方法がさらに、
    第２の無人機のための機体制御コマンドを前記非調停ノードから受信するステップと、
    前記機体制御コマンドを前記第２の無人機に渡すステップとを含む、
    ことを特徴とする方法。
19. 請求項１４に記載の方法において、調停機構として機能するノードを選択する前記ステップが、非調停ノードに前記調停機構の役割を移して、デジタルデータリンクセッションのための新しい調停機構を設けるステップを含むことを特徴とする方法。
20. 請求項１９に記載の方法において、前記非調停ノードからの要求に応じて前記新しい調停機構に前記役割を移すことを特徴とする方法。
21. 請求項１４に記載の方法において、前記調停機構を使用して少なくとも２つの非調停ノード間でデータを中継するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
22. 請求項２１に記載の方法において、
    少なくとも２つの非調停ノード間でデータを中継する前記ステップが、
    （ａ）機体制御、（ｂ）ビデオ、（ｃ）他のセンサ若しくはセンサ由来のデータ、（ｄ）音声、（ｅ）インスタントメッセージング、又は（ｆ）ミッション情報のうちの少なくとも一つを含むデータを中継するステップを含む、
    ことを特徴とする方法。
23. 請求項１４に記載の方法において、
    帯域幅を調整する前記ステップが、前記調停機構を使用して前記動作サイクルを定義するサブステップを含み、該サブステップが、前記動作サイクルを時間セグメントの集合に分割し、前記無線ネットワークにおける前記少なくとも一つの非調停ノードに開始時間セグメント及びいくつかの時間セグメントを割り当てる、ことを特徴とする方法。
24. 請求項１４に記載の方法において、
    前記少なくとも一つの非調停ノードが複数の非調停ノードを備えることで、
    前記選択するステップでは、前記複数の非調停ノードの前記無線ネットワーク上で通信を制御するために調停機構として機能するノードを選択し、
    受信する前記ステップでは、前記調停機構において前記複数の非調停ノードから所望の帯域幅の要求を受信し、
    調整する前記ステップが、前記要求に基づいて前記複数の非調停ノードに割り当てられた前記帯域幅を動的に調整するサブステップを含み、
    当該方法がさらに、動作サイクルを定義し、前記複数の非調停ノードのそれぞれの各サイクルに送信開始時間及び継続時間を割り当てるために、前記調停機構を使用するステップを含む、
    ことを特徴とする方法。

Images