JPH0771331B2 - 無線通信ネットワークで無線通信を動的に管理する方法及び無線通信ネットワーク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無線通信分野に関し、
特に、多重セル無線ネットワークにより供給されるトラ
ヒックの実行時間スケジューリングに関する。特に、本
発明は、セルをオーバーラップするための状態依存方法
における動的スケジューリング決定を行うことに関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ローカ
ルエリアネットワーク（ＬＡＮ）において、通信能力を
装備しているポータブルコンピュータを有するようなユ
ーザは、遠隔設備と通信するために、またはファイルサ
ーバ、プリントサーバのような共有資源を使用するため
に、物理的な接続を介してＬＡＮへアクセスする。オペ
レーションの静止モードにおいて、全てのユーザは、静
的であり、各ユーザは、固定した定位型ポイントを介し
てネットワークへアクセスする。しかしながら、移動環
境にあるユーザは、物理的位置を自由に変化でき、ま
た、ＬＡＮに取り付けられた複数の定位型ポイントの１
つを介してのみのネットワークへのアクセスに限定され
ない。移動環境において、定位型ポイントは、無線リン
クを介して移動ユーザと通信する固定された基地局であ
る。無線リンクの例は、無線周波数（ＲＦ）リンク、マ
イクロ波リンク及び赤外線（ＩＲ）リンクを含む。

【０００３】ここで、興味深いことは、オーバーラップ
している有効範囲領域またはセルを有する無線通信ネッ
トワークである。そこでは、同一周波数がアップリンク
及びダウンリンクのために、各有効範囲領域内でそれぞ
れ使用される。オーバーラップしている通信セルでの同
一周波数の使用は、１つのセルから他へ移動する時に、
移動ユーザが周波数を切り換える必要性を削減するとい
う利点を有する。他の利点は、非オーバーラップセルに
おける周波数の空間的再使用によって実効無線バンド幅
が増加可能であることである。この技術は、周波数再使
用と呼ばれる。

【０００４】しかしながら、多重セルネットワーク、す
なわち、異なるセル内で同一通信周波数を使用するタイ
プのセルにおけるメッセージの送信及び受信は、ユーザ
間干渉の制御を必要とする。この干渉は、隣接するセル
間のオーバーラップしている領域にいる移動ユーザから
のアップリンク送信と、オーバーラップしているセル領
域が１以上の移動ユーザを含む場合の基地局からのダウ
ンリンク送信を含む幾つかの原因により発生する。

【０００５】以下の米国特許及び論文は、移動通信の種
々の態様を教示するための説明をなすものである。

【０００６】以下の２つの米国特許は、オーバーラップ
する有効範囲領域を有する通信システムを開示する。１
つは１９８６年６月２４日に発行されたフリーバーグに
よる米国特許４，５９７，１０５号「オーバーラップす
るレシーバ有効範囲ゾーンを有するデータ通信システ
ム」であり、他の１つは１９８９年１１月１４日に発行
されたヤマウチ他による米国特許４，８８１，２７１号
「携帯用無線通信システム」である。ヤマウチ他は、基
地局が加入者局の信号強度を連続的にモニタすることに
よって１つの基地局から他への加入者局の受け渡し（ha
nd-off）を提供する。

【０００７】以下の米国特許は、無線通信ネットワーク
の種々の態様を開示する。

【０００８】１９８８年１２月２０日に発行されたＳ．
マヨによる米国特許４，７９２，９４６号「隣接におけ
る使用のための無線ローカルエリアネットワーク」に
は、ループ内で互いに直列に結合された送受信局を含む
ローカルエリアネットワークが開示されている。

【０００９】１９８８年１０月１１日に発行されたフレ
ッチャ他による米国特許４，７７７，６３３号「無線デ
ィジタル電話システムのための基地局」には、スロッテ
ッド通信プロトコルを使用することにより加入者局と通
信する基地局が開示されている。

【００１０】１９８８年３月８日に発行されたアカンポ
ラ他による米国特許４，７３０，３１０号「地上の通信
システム」には、基地局と遠隔局との間の通信を提供す
るために、スポットビーム、ＴＤＭＡ及び周波数再使用
を用いる通信システムが開示されている。

【００１１】１９８７年５月１２日に発行されたカーク
ナー他による米国特許４，６５５，５１９号「無線コン
ピュータモデム」には、コンピュータローカルエリアネ
ットワーク内でデータを送信するための無線モデムが開
示されている。

【００１２】１９８７年１月２７日に発行されたウィン
タースによる米国特許４，６３９，９１４号「最適結合
での無線ＰＢＸ／ＬＡＮシステム」には、１つのチャネ
ルから他へユーザを動的に再割り当てするために、適応
信号処理を使用する無線ＬＡＮシステムが開示されてい
る。

【００１３】１９８９年６月６日に発行されたアビレイ
他による米国特許４，８３７，８５８号「トランク音声
／データ通信システムのための加入者ユニット」には、
音声モードまたは３つのデータモードの何れかにおいて
動作するトランク音声／データ加入者線が開示されてい
る。

【００１４】１９８９年７月２５日に発行されたネルソ
ン他による米国特許４，８５２，１２２号「無線通信チ
ャネル使用に適合したモデム」には、無線通信システ
ム、特に、データ端末装置とディジタルデータで通信す
るモデムが開示されている。

【００１５】１９９０年５月１５日に発行されたコムロ
ー他による米国特許４，９２６，４９５号「コンピュー
タ援用ディスパッチシステム」には、マスタファイルノ
ード及び複数のユーザノードを含むコンピュータ援用デ
ィスパッチシステムが開示されている。マスタファイル
ノードは、各加入者のためにレコードを保持し、また、
加入者が操作するサブグループに取り付けられる各ディ
スパッチャーに最新のレコードを自動的に送信する。

【００１６】１９８４年６月２６日に発行されたＷ．
Ｅ．ベーカー他による米国特許４，４５６，７９３号に
は、ハンドセットと応答機との間の赤外線無線リンクを
有するコードレス電話システムが開示されている。応答
機は、サブシステムコントローラに接続され、サブシス
テムコントローラは、システムコントローラに接続され
る。中央コントローラは、コードレス局の位置を検出
し、また、「不明の」（missing ）コードレス局を識別
するために、１００ミリ秒毎にコードレス局をポーリン
グする。

【００１７】１９８９年２月２１日に発行されたＮ．ア
ミタイによる米国特許４，８０７，２２２号には、ユー
ザは、割り当てられた地域バスインターフェースユニッ
ト（ＲＢＩＵ）を用いてＲＦまたはＩＲ信号で通信する
ＬＡＮが開示されている。ＣＳＭＡ／ＣＤ及びスロッテ
ッドＡＬＯＨＡのようなプロトコルは、ＲＢＩＵでの通
信に使用される。

【００１８】１９８３年８月３０日に発行されたＦ．フ
ェラー他による米国特許４，４０２，０９０号には、複
数の衛星局と複数の端末局との間でオペレートをする赤
外線通信システムが開示されている。ホストコンピュー
タは、天井にマウントされる、クラスタコントローラ及
び衛星局を介して端末局と通信する。端末局との通信
は、端末局が移動している間でさえも干渉されない。

【００１９】１９８６年２月２５日に発行されたグラネ
ル他による米国特許４，５７３，２０６号には、移動局
への制御チャネル割り当てがグループ数やグループコー
ドのような情報を供給する基地局によってなされるセル
ラ無線システムが開示されている。

【００２０】１９８５年１１月５日に発行されたグラネ
ル他による米国特許４，５５１，８５２号には、異なる
制御チャネルでトラヒック量を拡大するためのセルラ無
線システムが開示されている。

【００２１】１９８８年１２月６日に発行されたアカン
ポラ他による米国特許４，７８９，９８３号には、室内
無線ネットワークのための多重アクセスプロトコル設計
が開示されている。提案された中央化アプローチは、遠
隔局間の通信を達成するために、改良されたポーリング
プロトコルを使用する。

【００２２】Ｆ．クロス他による１９７７年１２月のＩ
ＢＭテクニカルディスクロージャブリテン第２０巻７号
には、天井をベースにしたコントローラと複数の端末と
の間の無線通信のために、赤外線信号の見通し線及び拡
散送信の両方を使用することが開示されている。

【００２３】Ｆ．フェラーによる１９８２年１月のＩＢ
Ｍテクニカルディスクロージャブリテン第２４巻８号に
は、ホスト／コントローラを多重端末局に結合する多重
シーリングマウント応答機を組み入れる赤外線無線ネッ
トワークの一般的な制御原理が開示されている。アップ
リンクチャネルへのアクセスは、キャリア検出多重アク
セス／衝突検出方法により制御される。

【００２４】Ｋ．Ｓ．ナタラジャンによる米国特許５，
２３９，６７３号「有線ローカルエリアネットワークに
より供給されたマルチセル無線ネットワークにおける効
率的周波数再使用のためのスケジューリング方法」に
は、少なくとも１つの基地局を有する有線ネットワーク
からのメッセージを受信する第１のステップを含む。メ
ッセージは、無線ネットワークで送信するために、１つ
の基地局または基地局を許可するメッセージ形式であ
る。方法の第２のステップは、受信された第１のメッセ
ージに応答して達成され、また、少なくとも１つの基地
局により供給される通信セル内に位置する如何なる移動
通信ユニットとの無線通信を開始する。一実施例中で
は、メッセージは、トークンリングを循環し、また、基
地局を順番に起動する。他の実施例では、基地局の非結
合グループは、グラフカラー方法を含むグラフィカル手
法によって予め規定される。この所定のグループ情報
は、異なるグループ内の基地局をその後選択的に起動す
るネットワークコントローラにより保持される。

【００２５】従って、本発明の目的は有線ネットワーク
により供給される無線通信ネットワークでの効率的スケ
ジューリング及び周波数再使用を実現する通信方法を提
供することである。これは、状態依存方式において、ス
ケジューリング決定を行う中央化方法を使用することに
より達成される。

【００２６】

【課題を解決するための手段】無線通信ネットワーク
は、コントローラにより制御される移動局との双方向無
線通信を実行する複数のノードに接続されたローカルエ
リアネットワークを含む。各ノードは、セルと命名され
た地理的領域を有し、その中では、移動局は、セルに関
連するノードと通信可能である。セル干渉グラフは、コ
ントローラ内に読まれ、ノードの最大独立集合が決定さ
れる。ノードの最大独立集合内の各ノードは、それらの
それぞれのセル内の移動局との無線通信を実行するため
に、集合ACTIVEに配置される。ノードの最大独立集合内
にないノードは、集合WAITINGに配置され、集合ACTIVE
に入るための許可を待つ。通信を完了した集合ACTIVE内
のノードは、完了信号をコントローラに送信する。コン
トローラは集合WAITING内のどのノードが集合ACTIVE内
の他のノードに隣接していないかを検査する。また、そ
のようなノードは、集合CANDIDATESに配置される。集合
CANDIDATES内のノードは、所定の基準に従って集合ACTI
VEに移動される。

【００２７】

【実施例】

バックボーンネットワークに比べてかなり速い速度で一
般的に動作する無線セルにおいて、高速バックボーンネ
ットワークにより提供される多重セル無線ネットワーク
は、バンド幅の効率的空間的再使用を行わなければなら
ない。ユーザは、有線バックボーンネットワークに物理
的に取り付けられると共に、有線バックボーンネットワ
ークにより相互接続される有限数の基地局の１つを介し
てネットワークにアクセスする。ユーザから基地局への
物理的なリンクは、無線通信リンクである。各基地局
は、有線バックボーンネットワークと、無線通信リンク
を使用する基地局との通信が可能な携帯用コンピュータ
ユーザの集合との間のブリッジとして役立つ。基地局と
対応するセルは、ユーザが基地局と通信可能である地理
的領域で構成される。一般的に、セルはその有効範囲が
オーバーラップする。オーバーラップ領域でのユーザ
は、オーナーと呼ばれる基地局の１つで登録し、この基
地局はオーナーによりカバーされるセル内にユーザがい
る限り、ユーザの通信要求に応じる。

【００２８】このような多重セル無線ネットワークシス
テムにおいて、セル内のユーザは、多重アクセス同報通
信モードにおける無線チャネルを共有することによりネ
ットワークにアクセスする。各セル内において、ユーザ
は、共有のアップリンクで、特定周波数ｆupで送信し、
異なる周波数ｆdownで対応する基地局から同報通信チャ
ネルでメッセージを受信するものとする。これらの周波
数ｆupとｆdownは多重セル無線ネットワーク内の各セル
で再使用される。

【００２９】セル内での周波数の再使用は、２つの根本
的な理由のために、セル間干渉となってしまう。第１
に、複数ユーザから同一基地局への同時メッセージ送信
は衝突してしまい、基地局は、送信された如何なるメッ
セージをも正確に受信することができない。第２に、複
数基地局から同一ユーザへの同時メッセージ送信も、ま
た衝突してしまい、ユーザは、それらを正確に受信でき
ない。このような多重オーバーラップセルネットワーク
におけるセル間干渉は、適切に制御されなければ、低い
性能となってしまう。もし、ネットワークが過度に使用
されると共に、全く制御されない（つまり、ユーザ及び
基地局はメッセージがあればいつでも送信可能である）
ならば、衝突数が増加し、また、これにより、移動ユー
ザにより持ち運ばれる携帯用コンピュータのバッテリ電
源の消費が早まる。他方では、コスト効率の良い実現に
おけるネットワークの全体的な制御（基地局及び個々の
移動ユーザが衝突のない方法でメッセージを送信できる
ように調整されスケジュールされる状況）は、実際には
大変困難であることが明らかとなる。本発明は、中間的
アプローチを採用し、即ち、ネットワーク制御の細分性
を無線オペレーションのためにセルをスケジューリング
するレベルにおく。これは、個々のセルの無線オペレー
ションが動的スケジューリングメカニズムを使用するコ
ントローラで制御されることを意味する。セル内での無
線オペレーション（移動ユニットと基地局との間）は、
コントローラにより指定された時間間隔の間のみで許可
される。

【００３０】図１には、典型的な移動局通信環境が示さ
れる。携帯用データプロセシング装置を有するユーザ
は、ここでは移動通信ユニットまたは移動ユニット１０
として示され、所定の定位型ポイントを経由してトーク
ンリング通信ネットワーク１にアクセスすることに限定
されない。ＦＤＤＩ及びイーサネットのような他の有線
ネットワークも使用可能とされる。その代わりとして、
ここでは基地局またはノード１２として参照される有限
数の装置が提供され、それらは、特定の位置でトークン
リングネットワーク１に接続される。基地局及びノード
という用語は、互換的に使用される。各基地局１２は、
蓄積交換通信機能を実行するために、処理及び記憶能力
の双方を有する。各基地局１２は、有線トークンリング
ＬＡＮと移動ユニット１０の集合との間のブリッジとし
て機能する。移動ユニット１０は、無線通信リンクを使
用して基地局１２と双方向通信を行う。基地局の無線有
効範囲領域即ち通信セル２内において、移動ユニット１
０は、第１の周波数（ｆup）で共有アップリンクで送信
し、また、第２の周波数（ｆdown）で基地局１２から同
報通信ダウンリンクチャネルでメッセージを受信する。
これらの周波数（ｆup）及び（ｆdown）は、多重セル無
線ネットワーク内の各セルで再使用される。

【００３１】本発明を実施するための１つの最適なトー
クンリングネットワークは、１９８９年９月第３版ＳＣ
３０−３３７４−０２の「ＩＢＭトークンリングネット
ワーク;アーキテクチャ レファレンス」に記載されて
いる。しかしながら、本発明は一般的にこの特定のネッ
トワーク形態やトークンリングネットワークのみに限定
されるものではなく、また、多くの異なるタイプの有線
ネットワークでも実施できることが理解されよう。

【００３２】各移動ユニット１０は、オーナー（Ｎ）と
して示される１つの基地局１２に関連付けられ、移動ユ
ニット１０は、基地局１２を介して有線トークンリング
ネットワークにアクセスする。基地局（Ｈ）は、多重移
動ユニット１０を同時に所有する。基地局（Ｈ）により
所有される移動ユニット１０の集合は、ドメイン（Ｈ）
で表示される。

【００３３】移動ユニット１０の所有権を管理するため
の適切な方法はカダサーＳ．ナタラジャンにより米国特
許５，２１２，８０６号「無線通信ネットワークにおけ
る移動データ局の管理のための分散制御方法」に開示さ
れている。

【００３４】オーナーとドメインの関係は、論理的であ
り、その通信要求が基地局により管理されている移動ユ
ニット１０の集合を各基地局（Ｈ）毎に示す。しかしな
がら、移動ユニット１０がオーバーラップ領域にいる
時、そのアップリンク送信は、現在のオーナーと、それ
が位置するセル内の全ての可能性のあるオーナーを含む
複数の基地局１２によって聴取可能とされる。例えば、
図１において、Ｓ２からのアップリンク送信は、Ｓ１、
Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及びＳ５による送信に干渉する。しか
しながら、Ｓ２及びＳ６は、同一基地局１２には送信し
ないので、Ｓ２はＳ６に干渉しない。同様の理由で、Ｓ
２及びＳ７は、互いに干渉しない。干渉は、アップリン
ク送信のみに限定されない。オーバーラップセル領域内
のＳ２のような移動ユニット１０は、多重基地局１２か
らの同報通信信号を受信することが可能である（Ｓ２
は、Ｈ1及びＨ2から受信可能である）。もし、移動ユニ
ット１０が１つ以上の基地局１２から同報通信メッセー
ジを同時に受信するならば、衝突が発生すると共に、メ
ッセージは、誤って受信される。

【００３５】このように、異なるセル内で同一通信周波
数を使用する形式の多重セルネットワークのセル内にお
けるメッセージの送信及び受信は、干渉の制御を必要と
する。隣り合うセル間のオーバーラップ領域にある移動
ユニット１０からのアップリンク送信を含む幾つかの発
生源から、また、それらのオーバラップしているセル領
域が１つ以上の移動ユニット１０を含んでいるならば、
基地局１２からのダウンリンク送信から、この干渉が発
生する。

【００３６】本発明を詳細に述べる前に、基地局１２及
び移動ユニット１０の一実施例をそれぞれブロック図で
示す図２及び３を参照する。本発明の好ましい一実施例
において、無線通信チャネルは、赤外線（ＩＲ）データ
リンクを介して送信される。現時点で利用可能な光学装
置は、およそ７５０ナノメータから１０００ナノメータ
の範囲内での動作を容易に提供する。

【００３７】図２には、基地局１２の簡略化されたブロ
ック図が示される。基地局１２は、コネクタ１４を介し
てＬＡＮ１に結合される。コネクタ１４は、ネットワー
クアダプタトランシーバ２２に結合される。ネットワー
クアダプタトランシーバ２２は、内部バス２４に結合さ
れる。基地局１２は、移動ユニット１０へ送信されたデ
ータまたは移動ユニット１０から受信されたデータのパ
ケットを含むプログラム関連及び他のデータを記憶する
メモリ２８に双方向に結合される。プロセッサ２６は、
また、ＩＲモジュレータ及びレシーバ、具体的には、モ
ジュレータ３０ａ及びレシーバ３０ｂと通信する。ＩＲ
モジュレータ及びレシーバは、レーザダイオード、ＬＥ
Ｄ及び光電検出器のような適切な赤外線発光または受光
素子に結合される入力を有する。図示された実施例にお
いて、モジュレータ３０ａは、送信ダイオード（ＴＤ）
に結合される出力を有し、また、レシーバ３０ｂは、フ
ォトダイオード（ＲＤ）に結合される入力を有する。

【００３８】図３には、移動ユニット１０の一実施例で
あるブロック図が示される。移動ユニット１０は、オペ
レータ入力装置３４及びオペレータディスプレイ装置３
６に結合されたプロセッサ３２を含む。オペレータ入力
装置３４は、キーボードまたは何らかの適切なデータ入
力手段である。同様に、オペレータディスプレイ装置３
６は、フラットパネル英数字ディスプレイまたは何らか
の適切なディスプレイ手段である。また、プロセッサ３
２には、メモリ３８が結合される。メモリ３８は、基地
局１２から受信された情報のパケットや基地局１２に送
信されようとしている情報のパケットのようなプログラ
ム関連のデータ及び他のデータを記憶すると共に、移動
ユニット１０の識別を記憶する。また、プロセッサ３２
には、モジュレータ４０ａ及びレシーバ４０ｂが結合さ
れる。図２及び図３のデータレシーバは、デモジュレー
タ及びフィルタを含み、また、受信された光学信号から
変調されたビットストリームを抽出するために、従来の
方法でオペレートする。同様に、図２及び図３のモジュ
レータは、送信されたビットストリームに従って光学出
力を変調するために、従来の方法でオペレートする。如
何なる最適なデータ送信レートもが適用可能とされる
が、好ましいデータ送信レートは、約１〜１０メガビッ
ト／秒の範囲である。

【００３９】本発明の光学通信システムにおいて、全て
の無線通信は、基地局１２と移動ユニット１０との間の
ものである。移動ユニット１０間での直接的な通信は存
在しない。ＩＲ媒体を使用する無線ネットワークと関連
して記述してはいるが、本発明の方法は、例えば、無線
周波（ＲＦ）やマイクロ波を使用する無線ネットワーク
の他のタイプでも実現可能である。

【００４０】セルまたは領域の干渉グラフを説明するた
めに、図４に示される多重セル無線ネットワークを考え
る。セル干渉グラフ及び領域干渉グラフという用語は、
互換的に使用される。ネットワークは、７つのセル
｛Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ｝の集合からなり、１１
個の移動ユニット１０は、１から１１の番号が付され
る。セルの所定の知識及びそれらのオーバーラップ特性
が与えられると、セルまたは領域の干渉グラフ（ＲＩ
Ｇ）が以下のように定義される。ＲＩＧは、複数の点を
有し、そのそれぞれは多重セルネットワークの単一のセ
ルに対応する。対応するセルがオーバーラップする有効
範囲を提供するならば、すなわち、セル内の同時無線通
信が互いに干渉するならば、ＲＩＧの２つの点が接続さ
れると考える。図４のネットワークに対応するＲＩＧが
図５に示され、また、これは図４の７つのセルの交差に
対応する７つの点を有する。

【００４１】多重セル無線ネットワークは、無向グラフ
Ｇ＝（Ｖ、Ｅ）としてモデル化可能である。Ｖは、セル
の集合を示す。対応するセル、つまり、セルｉ及びセル
ｊの有効範囲がオーバーラップするならば、辺（ｉ、
ｊ）∈Ｅである。このようなグラフは、無線ネットワー
クのセル干渉グラフまたは領域干渉グラフと呼ばれる。
図４に示される多重セル無線ネットワークに関して、対
応するセル干渉グラフが図５に示される。

【００４２】図５のグラフに関して、セルの区分化が以
下のようになされる。 群１＝｛Ａ、Ｆ、Ｄ｝ 群２＝｛Ｂ、Ｅ｝ 群３＝｛Ｃ｝ 群４＝｛Ｇ｝。

【００４３】静的スケジューリングアルゴリズムアプロ
ーチにおいて、全てのセルの集合は、Ｋ個の非結合セル
集合の集積｛群１、群２、……、群Ｋ｝に先天的に区分
化される。各非結合集合群ｉ（１≦ｉ≦Ｋ）において、
セルは空間的に離接された対であり、すなわち、集合内
の２つのセルは互いにオーバーラップしない。スケジュ
ーリングアルゴリズムによって、非結合集合の全ての要
素は同時無線オペレーションを実行することが可能にな
る。これは、何らのセル間干渉もなく、周波数の空間的
再使用をもたらす。全ての要素が動作を完了すると、他
の非結合集合の全ての要素は、同時無線オペレーション
の実行を許される。セルの各非結合集合（群１から群
Ｋ）を一巡した後、無線オペレーションのサイクルが再
び繰り返される。静的スケジューリングアルゴリズム
は、セルが均一密度でトラヒックを発生するネットワー
クに好適である。

【００４４】トラヒックの密度（パケット／秒）は、以
下のような要素に依存する。セル内のユーザ数これは、
ユーザが移動体なので時間によって変化する。通信トラ
ヒックを発生するユーザアプリケーションのタイプ異な
るアプリケーション（音声、データ、映像のような）の
ためのトラヒックは、異なる着信特性及びバンド幅規定
を有する。

【００４５】上述の２つの要素は、重負荷ネットワーク
において、トラヒック密度を大きく変化させる。静的ス
ケジューリングは、このようなネットワークにとって大
変強化ではない。

【００４６】本発明は、多重セル無線ローカル領域ネッ
トワークにおけるトラヒックのスケジューリングための
強化スケジューリング方法に関するものである。強化性
は、セルのトラヒック密度の変化にあまり影響されるこ
となく良好な空間的再使用を達成することができる能力
である。セルの無線バンド幅は、セルの瞬時的トラヒッ
ク要求によって駆動されるような方法で利用される。強
化性は、動的スケジューリングの無線セルオペレーショ
ンによって達成される。この方法の基本は、セル内での
無線オペレーションの開始及び終了を状態依存方式で処
理することである。この方法は、セルが無線オペレーシ
ョンを実行するようにスケジュールされる時に、その瞬
間に実行される可能性のある他の無線オペレーションと
衝突しないことを保証する。この方法は、最大独立ノー
ド集合における同時ネットワーク無線オペレーションの
選択及び維持を含む。もし集合内のいずれのノード対も
グラフ内で隣接していないならば、グラフ内のノード集
合は独立している。図５において、集合｛Ａ、Ｆ｝は独
立ノード集合である。もしその集合に他のノードを付加
するとその集合が独立でなくなるならば、そのノード集
合は最大限に独立である。図５において、｛Ａ、Ｆ、
Ｄ｝は最大独立集合である。集合｛Ａ、Ｆ、Ｄ｝に他の
ノードを付加すれば、互いに隣接する一対のノードが生
じる。

【００４７】セルオペレーションのスケジューリング
は、ノード（すなわち、個々のセルの基地局）へ制御メ
ッセージを送信し、またノードから制御メッセージを受
信することが可能である中央コントローラによって実行
される。〈START WIRELESS、BSID〉なる制御メッセー
ジがノードBSIDで無線オペレーションを開始するために
コントローラから送信される。BSIDに対応するセルでの
無線オペレーションの完了後、ノードはコントローラに
制御メッセージを戻す。コントローラは、〈START WI
RELESS、Ａ〉、〈START WIRELESS、Ｆ〉及び〈START
WIRELESS、Ｄ〉メッセージを送信することによって、
｛Ａ、Ｆ、Ｄ｝のような最大独立ノード集合内で無線オ
ペレーションを開始する。残りのノード集合｛Ｂ、Ｃ、
Ｅ、Ｇ｝は、ノード｛Ａ、Ｆ、Ｄ｝の１つ以上が無線オ
ペレーションを完了するまで、無線オペレーションの実
行を開始しない。中央コントローラは、セル干渉グラフ
の知識を有する。それは、全てのセルの状態を知ってい
る、すなわち、任意の時刻にどの基地局が無線オペレー
ションを実行しているかを知っている。そのため、競合
のない方法でセルのオペレーションをスケジュールする
ことが可能になる。

【００４８】強化スケジューラの概略は、プログラムＲ
ＳＡに示される。プログラムＲＳＡ;強化スケジューラ
アルゴリズムの概略 コントローラ;begin; セル干渉グラフＧ＝（Ｖ、Ｅ) をRead; Create Maximum Independent-Set(Ｇ、Ｓ）； /*Ｇ、Ｓ∈Ｖにおける独立ノード集合であるＳをCreate
*/ /*中央コントローラがノードの動的スケジューリングを
実行する*/ /*Ｓは、無線オペレーションが開始される初期ノード集
合である*/ WAITING −Ｖ; /*WAITING、ノード集合が現在無線を実
行していない*/ ACTIVE−φ; /*ACTIVE 、無線を実行しているノード集
合は、 初めにないものとされる*/ for each ｕ∈Ｓ, Schedule（ｕ）；/* ｕ内で無線オペレーションをInitiate*/ while (wireless network is in operation) do; begin Wait for completion signals from network nodes currently ACTIVE, On reception of a completion signal from a node ｕ∈ACTIVE， do begin Initiate-Neighbors （ｕ）； Uncshedule（ｕ) ; end; end; end; /* コントローラの*/ Initiate-neighbors（ｕ) ； /* 開始可能なノードをチェックするために、ｕの隣接
部をExamine*/begin; CANDIDATES−φ; /* ｕの完了時に開始されるであろう
隣接部の集合 */ for each neighbor node ｖ of ｕ do if all neighbors of v are currently in WAITING/* すなわち、無線オペレーションを実行していないならば*/ then CANDIDATES − CANDIDATES Ｕ｛ｖ｝; end Sort the members of CANDIDATES using priority criterion, Pri Crit; /*Longest Waiting Time firstのような*/ While CANDIDATES≠φ do begin Let ｖ be the next member of CANDIDATES; If ｖ can be initiated,/*ｖの全ての隣接部は、WAITING 状態であ る*/ then Schedule （ｖ）；/*ｖのスケジュール完了時間*/ CANDIDATES − CANDIDATES−｛ｖ｝; end; end; /*Initiate Neighbors の*/ Schedule（ｖ）; begin ACTIVE− ACTIVE Ｕ｛ｖ｝; WAITING − WAITING ｛ｖ｝; end; /*スケジュールの*/ Unschedule（ｕ）； begin WAITING − Waiting Ｕ｛ｕ｝; ACTIVE− ACTIVE−｛ｕ｝; /* ｕは、非ACTIVEとして表示される*/ end; /＊非スケジュールの＊／ Create Maximal Independent Set （Ｇ、Ｓ）；。

【００４９】最大独立集合の形成のためにグラフ理論文
献からの如何なる適切なアルゴリズムもここで使用でき
る。

【００５０】コントローラは、セル干渉グラフＧ＝
（Ｖ、Ｅ）を読込むことにより、開始する。図５におい
て、 Ｖ＝｛Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ｝ Ｅ＝｛（Ａ、Ｂ）、（Ｂ、Ｆ）、（Ａ、Ｇ）、（Ｂ、Ｃ）、 （Ａ、Ｅ）、（Ｂ、Ｇ）、（Ｃ、Ｄ）、（Ｃ、Ｆ）、 （Ｃ、Ｇ）、（Ｄ、Ｅ）、（Ｄ、Ｇ）、（Ｅ、Ｇ）｝。

【００５１】それは、無線オペレーションを実行するた
めに始めに起動される最大独立ノード集合であるＳを形
成する。説明のために、Ｓ＝｛Ｃ、Ｅ｝とする。任意の
時刻に、無線オペレーションを実行するノードは集合AC
TIVE内に含まれる。最初は集合ACTIVE＝｛Ｃ、Ｅ｝であ
る。無線オペレーションを実行するための許可をWAITIN
G しているノードは、集合WAITING 内に含まれる。最初
は集合WAITING ＝｛Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｇ｝である。時間
が経過するにつれて、ノードは２つの集合の間を行き来
する。コントローラは、スケジュール（ｕ）という機能
を呼び出すことによりノードｕ内で無線オペレーション
を開始する。この機能を実行することにより、ノードの
状態がWAITINGからACTIVEに変化する。さらに、無線オ
ペレーションのために許可される最大の時間である最大
制限時間（MaxTimeLimit）がSTART WIRELESSメッセー
ジのパラメータとしてコントローラからノードｕに送信
される。ノードが制御メッセージを受信すると、それは
無線オペレーションを実行する。もし通信する充分なト
ラヒックがないならば、ノードｕはそれが有する全ての
トラヒックの無線通信を実行し、最大制限時間が経過す
る前に、完了信号を送信する。もし通信すべきトラヒッ
クが制限時間内に収容可能なトラヒックよりも多いなら
ば、ノードｕは、全ての許可された時間を使用し、最大
制限時間が正確に経過した後に、完了信号を送信する。
無線オペレーションのこのサイクルで残された全てのト
ラヒックは、後のサイクルでの送信のために保持され
る。

【００５２】コントローラは、不確定ベースで（すなわ
ち、無線ネットワークが動作中である限り）while-loop
を実行する。それは、１つ以上のノード内で状態変化が
発生するのを待つ。ACTIVEノードがその無線オペレーシ
ョンを完了し、コントローラに完了を知らせるメッセー
ジを送信すると、このような変化が発生する。コントロ
ーラはこのような信号をノード、例えばノードｕから受
信すると、Initiate-Neighbors（ｕ）処理を呼び出す。
隣接部（Neighbours）は、グラフ中でｕに隣接しｕとオ
ーバーラップするノードである。この例において、ｕを
ノードＣとする。この処理の主たる目的は、ノードｕの
どの隣接部が無線オペレーションを実行するために次の
順番を与えられるかを検査することである。ノードＣの
隣接部は、｛Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｇ｝である。これらのうち、
ノード｛Ｂ、Ｆ｝は、無線オペレーションに適格であ
る。ノード｛Ａ、Ｄ、Ｇ｝は、ACTIVEノードＥに隣接す
るので適格ではない。もし、次の順番に適格である隣接
部ノードが複数個存在するならば、Initiate-Neighbors
処理は、適格ノードに優先順位を付し、その優先順位シ
ーケンスでそれらの１つまたは複数のノードを起動す
る。起動可能な隣接ノードｕを含む集合CANDIDATESが形
成される。この集合は、以下の状態の両方を満足する各
ノードｖを含む。a)ノードｖは、ノードｕの隣接部であ
り、b)ノードｖはWAITINGモードにあり、ノードｕ以外
のノードｖの全ての隣接部はWAITINGモードにある。(
すなわち、無線オペレーションを実行していない。) こ
の例において、CANDIDATESは｛Ｂ、Ｆ｝である。集合CA
NDIDATESが形成された後、以下の３つの出力のうちの１
つが可能である。もし、集合がヌルであるならば、ノー
ドｕの隣接部は起動されない。もし集合が厳密に１つの
要素を含んでいるならば、どのノードを起動するかの選
択は一義的である。もし集合CANDIDATES内に複数の要素
があるならば、処理はCANDIDATESノードを順序化するた
めに以下の優先順位シーケンス基準（Pri Crit）の1 つ
を使用する。

【００５３】−無線オペレーションの前の順番の完了か
ら最長時間WAITINGにあった隣接ノードが他の隣接部よ
り優先される。または、−無線送信すべき最も多くのト
ラヒックを有すると思われる隣接ノードが他の隣接部よ
り優先される。この基準は、個々のノードにおける平均
的トラヒックレートをコントローラが知っていることを
必要とする。この情報は、実行時間トラヒックの監視か
ら得られるデータを使用して推測できる。例えば、ノー
ドからの完了信号が着信する毎に、コントローラはその
ノードにより供給されたトラヒック量を記憶し、そのノ
ードからの平均的トラヒックレートを更新する。

【００５４】CANDIDATESノードの優先順位シーケンスの
ための他の選択が本発明の方法に容易に使用できる。こ
のような基準は、以下のものを含む。−実時間トラヒッ
クを発生するノード（このようなノードは、Δ秒毎（Δ
は設計での選択）に少なくとも１回の無線を実行するた
めの機会が与えられる）の周期的なスケジューリング。
−ノードの明白に規定された優先順序基準（ネットワー
クオペレータは、ノードをユーザの異なるクラスに分割
し、異なる優先順位レベルを割り当てる）。もし、スケ
ジューラがスケジューリングに適格なノードの選択を多
数有するならば優先権は常に最高優先順位のノードに与
えられる。

【００５５】集合CANDIDATES内の隣接ノードが優先順位
を付されたと仮定する。これを集合｛Ｂ、Ｆ｝とする。
集合内の第１のノード、例えばノードｖは、スケジュー
ル（ｖ）を呼び出すことにより開始される。もし、ｗ∈
CANDIDATESであり、ノードｗがノードｖに隣接するなら
ば、ノードｖがその最後の順番を完了するまで、ノード
ｖの開始はノードｗを無線オペレーション不適格にす
る。このような場合、ノードｗは集合CANDIDATESから取
り除かれる。この例では、ノードＢが開始されると、少
なくともノードＢがその無線オペレーションを完了する
まで、ノードＦは無線オペレーション不適格にされる。
そのため、ノードＦは集合CAMDIDATESから取り除かれ
る。ノードｖに隣接するCANDIDATES内の全てのノードが
取り除かれた後、集合内に次のCANDIDATESがあれば、そ
れがスケジュールされる。集合CANDIDATESがなくなるま
で、ノードｕの隣接部のスケジューリングのプロセスは
継続される。次いで、Initiate Neighbor（ｕ）の実行
は終了する。

【００５６】コントローラは、Unschedule （ｕ）を呼
び出す。この機能の実行は、ノードｕの状態をACTIVEか
らWAITING に変化させる。コントローラは、その後、更
に他の無線セルオペレーションをスケジューリングする
ことによってそれらに応答する前に、より多くの完了メ
ッセージが着信するのを待つ。

【００５７】強化スケジューリングメカニズム、つま
り、前述のプログラムＲＳＡのフローチャートを説明す
る。図６乃至図９を参照するに、処理は６０から始ま
る。ブロック６２では、セル干渉グラフ（図５）がシス
テム内に読まれる。上述したように、グラフは、次式に
よって定義される。 Ｇ＝（Ｖ、Ｅ） 但しＶ＝ノードの集合 Ｅ＝一対のノードを接続するエッジの集合。

【００５８】ブロック６４において、ブロック６２から
のセル干渉グラフＧは点Ｓの最大独立集合に変形され
る。図５に関連して、最大独立点集合は、｛Ｃ、Ｆ｝で
ある。Ｓは以下のように定義される。 Ｓ＝｛ｖ1、ｖ2、ｖ3……ｖm｝ 点ｖ1、ｖ2、ｖ3……ｖmは、集合Ｖの全ての要素であ
り、 Ｓは、Ｖの小集合である。

【００５９】図１０は、ブロック６４（図６）の詳細な
ブロック図である。ブロック２００において、Ｇはブロ
ック６２（図６）からの入力であり、Ｓは出力である。
これは、ＳがＶの小集合であることを意味する。ブロッ
ク２０４において、変数ｉは１に初期設定され、集合Ｓ
はｖ1に初期設定される。ブロック２０６では、ｉは集
合Ｖの全ての要素を検査するためのループを開始するた
めに、１だけインクリメントされる。すなわち、ｖ1、
ｖ2、……ｖmである。判断ブロック２０８において、ｖ
iがＳ内のいずれかのノードに隣接するか否かが判断さ
れる。もし隣接しないならば、ブロック２１０でＳはＳ
Ｕ｛ｖi｝にセットされる。もし隣接するならば、ま
たはブロック２１０の後で、判断ブロック２１２に進
み、Ｖ内の全てのノードがＳ内に含まれるか否かについ
て考慮されたかが判断される。もしそうでないならば、
ブロック２００の戻り、ｉが再び１だけインクリメント
され、処理は上述のように進む。もしそうならば、ブロ
ック２１４に進み、Ｓが最大独立集合Ｇになり、これが
図６のブロック６６に与えられる。

【００６０】図６に戻り、ブロック６４からのＳはブロ
ック６６に与えられ、可変現時間が０にセットされる。
集合WAITINGがＶに初期設定され、また集合ACTIVEがφ
（ヌルの集合）に初期設定される。ノードはACTIVEまた
はWAITING状態の何れかにある。ACTIVE時には、基地局
とそれにより所有される移動ユニットとの間で無線通信
がある。WAITING時には、このような通信はない。ブロ
ック６８で、変数ｉが１に初期設定される。ここでｉ
は、集合Ｓ内の点を示す。ブロック７０で、スケジュー
リング機能が実行される。集合ACTIVEがACTIVE Ｕ｛ｖ
i｝に初期設定される。Ｕは集合を表す。つまり、ノー
ドは集合ACTIVEに加えられる。WAITINGは集合WAITINGか
らノードｖiを削除することによって、｛ｖi｝分だけ減
らされる。ノードはACTIVEまたはWAITING状態の何れか
であり、またこれら2 つの状態間を移行する。無線通信
は通信のためにセットされた最大制限時間でノードｖi
に対して開始される。ブロック７２で、ｉが１だけイン
クリメントされ、判断ブロック７４では、ｉ≦ｍか否
か、つまり、集合Ｓ内の全てのノードｖiが考慮された
かが判断される。もしそうならば、ブロック７０へ戻
り、上述のように進む。もしそうでないならば、図７の
ブロック７６に進み、無線ネットワーク内のいずれかの
ACTIVEノードからの完了メッセージを待つ。ブロック７
８で、ACTIVEノードｕの１つからの完了信号が受信され
る。ブロック８０で、どの隣接部がWAITING状態からACT
IVE状態へ移行するCANDIDATESであるかを判断するため
に、隣接部の開始が始まる。隣接部は、グラフ中でｕに
隣接しｕとオーバーラップするノードである。Ｗは、WA
ITING隣接部の集合である。Ｗ1、Ｗ2……Ｗkがノードｕ
のＫ個の隣接部であると仮定する。ブロック８４で、変
数ｙがＷi（ブロック８０でWAITING隣接部のCANDIDATES
の集合）にセットされる。判断ブロック８６で、ｕ以外
のｙの全てのオーバーラップ隣接部がWAITING 状態であ
るか否かが判断される。もし、全ての隣接部がWAITING
状態ならば、ブロック８８に進み、集合CANDIDATESがｙ
を含むことにより拡大される。もし、全ての隣接部がWA
ITING 状態でないならば、ブロック９０に進み、ｉ＜ｋ
であるか否かが判断される。ここでｋはブロック８０に
おける集合のサイズである。もしｉ＜ｋならば、ブロッ
ク９２に進み、ｉが１だけインクリメントされ、ブロッ
ク８４に戻り、上述のように進む。もしｉがｋより小さ
くなければ、図８のブロック９２に進み、CANDIDATESが
ヌルであるか否かが判断される。もしそうならば、ブロ
ック１０８（図９）に進む。図９には、それに関連する
機能が簡単に記載されている。もしそうでないならば、
ブロック９４に進み、WAITING状態からAVTIVE状態をと
りうるCANDIDATESノード集合が、最長WAITING時間のCAN
DIDATESが最初になるような優先基準に従って優先順位
を付される。ｙ1 、……ｙtと示された順序付けられら
集合にｔ個のノードを持たせる。ブロック９６で、変数
ｉが１に初期設定され、判断ブロック１００で、ｕを除
くγiの全ての隣接部がWAITING状態であるか否かが判断
される。もし全ての隣接部がWAITING状態であるなら
ば、ブロック１０２に進み、ブロック７０（図６）で実
行されたのと同様にスケジューリング機能が実行され
る。この場合もノードはACTIVEまたはWAITING状態の何
れかにあり、これら２つの状態間を移行する。無線通信
は通信のためにセットされた最大制限時間でノードγi
に対して開始される。

【００６１】図９のブロック１０４で、ｉが１だけイン
クリメントされる。判断ブロック１０６において、ｉ＜
ｔであるか否かが判断される。もしそうならば、ブロッ
ク１００（図８）に進み、上述のように進む。もしそう
でないならば、ブロック１０８に進み、ノードｕがACTI
VE状態からWAITING状態に移行される。これは、ノード
からコントローラへの完了メッセージに基づく動作の完
了を示す。ブロック７６( 図７）に戻り、上述のように
進み、次の完了信号を待つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】複数の基地局を有するトークンリングＬＡＮ
と、移動通信ユニットが自由に移動するオーバーラップ
している通信セルを有する無線ネットワークの略図であ
る。

【図２】図１の基地局の１つを図示するブロック図であ
る。

【図３】図１の移動通信ユニットの１つを図示するブロ
ック図である。

【図４】オーバーラップしている通信セル及びセル内に
分配された移動通信ユニットを有する多重セル無線ネッ
トワークである。

【図５】図４のネットワークの領域干渉グラフである。

【図６】本発明による強化スケジューリングメカニズム
のフローチャートである。

【図７】本発明による強化スケジューリングメカニズム
のフローチャートである。

【図８】本発明による強化スケジューリングメカニズム
のフローチャートである。

【図９】本発明による強化スケジューリングメカニズム
のフローチャートである。

【図１０】図６のブロック６４の詳細なフローチャート
である。

【符号の説明】

１ トークンリングネットワーク ２ 通信セル ３ 中央コントローラ １０ 移動ユニット １２ 基地局

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セルとして定義される地理的領域をそれぞ
   れが有する複数のノードに接続されたローカルエリアネ
   ットワークからなり、前記セル内では移動局がノードと
   通信可能であり、少なくとも２つのセルが互いにオーバ
   ーラップしており、各ノードがコントローラの制御の下
   で上記移動局の１つ以上と双方向無線通信が可能である
   ごとき無線通信ネットワークにおける無線通信を動的に
   管理する方法であって、 上記コントローラ内にセル干渉グラフＧ＝（Ｖ、Ｅ）
   （但し、Ｖは複数のノードを表し、Ｅは前記ノードＶ内
   の全ての隣接するノードの集合を表す）を読込むステッ
   プと、 集合内のいずれのノード対も前記グラフＧ内で隣接しな
   いならば該グラフＧ内のノード集合は独立であるとし、
   また該独立ノード集合内に他のノードを付加すればその
   集合が独立でなくなるならばその集合は最大独立ノード
   集合であるとして、ノードＶの最大独立ノード集合を決
   定するステップと、 前記最大独立ノード集合を集合ACTIVEにおき、該集合AC
   TIVE内のノードを起動してそれぞれのセル内で移動局と
   無線通信を実行するステップと、 前記最大独立ノード集合内にないノードを集合WAITING
   におき、前記集合ACTIVEに入る許可を待つステップとAC
   TIVE状態にある前記記ノードの１つが無線通信を完了し
   たときに該ノードから前記コントローラに完了信号を送
   信するステップと、 前記ノードＶの１つに隣接し、前記集合WAITING内にあ
   り、且つ他のACTIVEノードに隣接していないノードを探
   して集合CANDIATESにおくステップと、 前記集合CANDIDATES内のどのノードが前記集合ACTIVE内
   に移行可能かを所定の基準に従って検査し該ノードを再
   配列するステップと検査され再配列されたノードの最初
   のノードを前記集合CANDIDATESから前記集合ACTIVEへ移
   行してセル内の移動局と無線通信を実行するステップ
   と、 を含む無線通信ネットワークで無線通信を動的に管理す
   る方法。
2. 【請求項２】無線通信ネットワークにおいて、 ローカルエリアネットワークと、 前記ローカルエリアネットワークに接続され、セルとし
   て定義される地理的領域をそれぞれが有する複数のノー
   ドであって、各セル内で移動局がその占有するノードと
   の通信を実行することが可能であり、少なくとも２つの
   セルが互いにオーバーラップしているごとき複数のノー
   ドと、 前記ノードと前記移動局との間の通信を制御するコント
   ローラと、 よりなり、 前記コントローラは、 セル干渉グラフＧ＝（Ｖ、Ｅ）（但しＶは複数のノード
   を表し、Ｅは前記ノードＶ内の全ての隣接するノードの
   集合を表す）を前記コントローラに読込む手段と、 集合内のいずれのノード対も前記グラフＧ内で隣接して
   いないならば該グラフＧ内のノード集合は独立であると
   し、独立集合内に他のノードを付加すればその集合が独
   立でなくなるならばその集合は最大独立ノード集合であ
   るとして、ノードＶの最大独立ノード集合を決定する手
   段と、 前記最大独立ノード集合を集合ACTIVEにおき、該集合AC
   TIVE内のノードを起動してそれぞれのセル内で移動局と
   無線通信を実行させる手段と、 前記最大独立ノード集合にないノードを集合WAITINGに
   おき、前記集合ACTIVEに入るための許可を待つ手段と無
   線通信が完了した時に、ACTIVE状態である前記ノードの
   １つから前記コントローラに完了信号を送る手段と、 前記ノードの１つに隣接し、前記集合WAITING内にあ
   り、且つ他のACTIVEノードに隣接していないノードを探
   し集合CANDIDATESにおく手段と、 前記集合CANDIDATES内のどのノードが集合ACTIVE内に移
   行可能かを所定の基準に従って検査し再配列する手段と
   前記検査され再配列されたノードの最初のノードを前記
   集合CANDIDATESから前記集合ACTIVE内へ移行し当該セル
   内の移動局と無線通信させる手段と、 を含む無線通信ネットワーク。