(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチホップワイヤレスネットワーク内のノードから制御ノードにデータを再送信する方法、コンピュータ記憶媒体およびネットワークを提供する。【解決手段】各ノードは、対応する親ノードに対する子ノードであり、各子ノードは、それの介在する親ノードを通じて制御ノードと通信する。方法は、制御ノードが、ノードのための送信スケジュールを決定するか又は決定することを開始することと、ノードが、前に送信されたデータをスケジュールを用いて制御ノードに再送信することと、を備える。【選択図】図１
2020017953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチホップワイヤレスネットワーク内のノードから制御ノードにデータを再送信する方法であって、各ノードは、対応する親ノードに対する子ノードであり、各子ノードは、それの介在する親ノードを通じて前記制御ノードと通信するように構成され、
当該方法は、
前記制御ノードが、前記ノードのための送信スケジュールを決定し、または決定することを開始することと、
前記ノードが、前に送信されたデータを前記スケジュールを用いて前記制御ノードに再送信することと
を備える、方法。
【請求項２】
前記コントローラが、データ送信スケジュールに従ってデータを送信する試みの失敗の後に、データパケットのインジケーションまたはデータパケットの送信元のノードのインジケーションを送信することをさらに備え、前記データパケットは、受信されるようにスケジュールされていたが、データを送信する前記試みにおいて前記コントローラへの送達に失敗したものである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ノードの各々は、それに割り当てられた優先度を有し、ノードは、前記インジケーションを受信すると、データパケットの再送信がそれに要求されていることを決定し、前記ノード優先度に従って１つまたは複数のアップリンクデータ送信スロットの割り当てを要求する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ノードのうちの１つまたは複数は、前記ノードによってそれの子ノードから受信される送信を観測することができる中継ノードと個々に対にされ、前記中継ノードは、それが対にされた前記ノードと同じホップ数だけ前記制御ノードから離され、前記ノードの親ノードは、前記親ノードに再送信されることになる前記データを、前記中継ノードが対にされた前記ノードによる前記データの再送信と同時に送信するようにとの命令を前記ノードの前記中継ノードに送る、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ノードのうちの１つまたは複数は、前記ノードによってそれの子ノードから受信される送信を観測することができる中継ノードと個々に対にされ、前記中継ノードは、それが対にされた前記ノードと同じホップ数だけ前記制御ノードから離され、前記ノードは、データ送信の不成功な試みにおいて用いられた前の送信スケジュールを再使用するように構成され、データを再送信することを要求されるノードのみが前記スケジュールにおける送信に参加する、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
ノードは、前記インジケーションを受信すると、それがデータを再送信することを要求されるノードの前記中継ノードであることを決定し、それのバッファから再送信されることになる前記データを、前記データを再送信することを要求される前記ノードの送信タイムスロット内で送信する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
親および子ノードは、再送信のための非競合送信タイムスロットをネゴシエートする、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
マルチホップワイヤレスネットワーク内のノードから制御ノードにデータを再送信する方法であって、各ノードは、対応する親ノードに対する子ノードであり、各子ノードは、それの介在する親ノードを通じて前記制御ノードと通信するように構成され、当該方法は、別のノードと対にされた中継ノードにおいて行われ、
当該方法は、
前記別のノードがデータを再送信することを要求されているとのインジケーションを受信すると、前記別のノードによる前記データの再送信と同時に、前記データをバッファから前記中継ノードと前記別のノードとの共通の親ノードに送信すること
を備える、方法。
【請求項９】
前記親ノードから再送信のために用いられることになるタイムスロットのインジケーションを受信することをさらに備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
プロセッサによって実行されたときに、請求項１に記載の方法を行うためのコンピュータ実行可能命令を記憶した非一時的コンピュータ記憶媒体。
【請求項１１】
プロセッサによって実行されたときに、請求項８に記載の方法を行うためのコンピュータ実行可能命令を記憶した非一時的コンピュータ記憶媒体。
【請求項１２】
制御ノードを備えたマルチホップワイヤレスネットワークであって、各ノードは、対応する親ノードに対する子ノードであり、各子ノードは、それの介在する親ノードを通じて前記制御ノードと通信するように構成され、
システムは、
前記制御ノードが、前記ノードのための送信スケジュールを決定し、または決定することを開始することと、
前記ノードが、前に送信されたデータを前記スケジュールを用いて前記制御ノードに再送信することと
を行うように構成される、マルチホップワイヤレスネットワーク。
【請求項１３】
前記コントローラは、データ送信スケジュールに従ってデータを送信する試みの失敗の後に、データパケットのインジケーションまたはデータパケットの送信元のノードのインジケーションを送信するようにさらに構成され、前記データパケットは、受信されるようにスケジュールされていたが、データを送信する前記試みにおいて前記コントローラへの送達に失敗したものである、請求項１２に記載のネットワーク。
【請求項１４】
前記ノードの各々は、それに割り当てられた優先度を有し、ノードは、前記インジケーションを受信すると、データパケットの再送信がそれに要求されていることを決定し、前記ノード優先度に従って１つまたは複数のアップリンクデータ送信スロットの割り当てを要求するように構成される、請求項１３に記載のネットワーク。
【請求項１５】
前記ノードのうちの１つまたは複数は、前記ノードによってそれの子ノードから受信される送信を観測することができる中継ノードと個々に対にされ、前記中継ノードは、それが対にされた前記ノードと同じホップ数だけ前記制御ノードから離され、前記ノードの親ノードは、前記親ノードに再送信されることになる前記データを、前記中継ノードが対にされた前記ノードによる前記データの再送信と同時に送信するようにとの命令を前記ノードの前記中継ノードに送る、請求項１３に記載のネットワーク。
【請求項１６】
前記ノードのうちの１つまたは複数は、前記ノードによってそれの子ノードから受信される送信を観測するように構成される中継ノードと個々に対にされ、前記中継ノードは、それが対にされた前記ノードと同じホップ数だけ前記制御ノードから離され、前記ノードは、データ送信の不成功な試みにおいて用いられた前の送信スケジュールを再使用するように構成され、データを再送信することを要求されるノードのみが前記スケジュールにおける送信に参加する、請求項１３に記載のネットワーク。
【請求項１７】
ノードは、前記インジケーションを受信すると、それがデータを再送信することを要求されるノードの前記中継ノードであることを決定し、それのバッファから再送信されることになる前記データを、前記データを再送信することを要求される前記ノードの送信タイムスロット内で送信する、請求項１６に記載のネットワーク。
【請求項１８】
親および子ノードは、再送信のための非競合送信タイムスロットをネゴシエートする、請求項１３に記載のネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で述べられる実施形態は、一般に、マルチホップネットワーク内のノードからデータを再送信することに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の産業用制御システムは、フィールドバスシステムおよび産業用イーサネット（登録商標）のような有線技術に基づく。ワイヤレス技術は、迅速な設置およびコミッショニング（commissioning）、より高い柔軟性、保守の容易さ、および向上されたトラブルシューティング能力などの多くの追加の利点と共に、低コストの代替物をもたらす。ワイヤレス技術における最近の進歩は、大規模産業用システムの（開ループ）監視のためのマルチホップワイヤレスネットワークの使用につながってきている。しかし、制御用途のためのマルチホップワイヤレスネットワークの使用は、未だ初期の段階にある。
【０００３】
マルチホップ制御ネットワークは、制御およびフィードバック信号が共有ワイヤレス媒体を通して情報パケットの形で交換され、それによってグローバル制御ループを閉じる、ワイヤレスネットワーク化された制御システムを表す。閉ループ制御は通常、コントローラと、センサおよびアクチュエータの空間的に分散されたシステムとの間で生じる。閉ループ制御は、コントローラの間でも生じ得る。これは制御対制御通信（control-to-control communication）と呼ばれる。マルチホップ制御ネットワークは、中でもディスクリート型製造、プロセス制御、協働リモート運用、自動化誘導型車両の遠隔制御、車両の隊列走行、および仮想的に結合された列車システムなど、レガシーおよび新興の産業用システムにおいて広範囲の用途を見出している。
【０００４】
マルチホップワイヤレスネットワークを通した閉ループ制御を実現することは、最先端のワイヤレス技術を用いた特に難しいものとなる。これは主に閉ループ制御用途の厳しい要件を満たすことにおける既存の技術の制限による。通常、ワイヤレスを通した閉ループ制御は、非常に高い信頼性および非常に低い待ち時間を有する接続性を必要とする。これは、ワイヤレス環境において顕著であるパケット損失および遅延が、制御ループの安定性に有害な影響を及ぼすためである。閉ループ制御はまた循環的トラフィックパターンを有する双方向通信が関わる。循環的情報交換は高度に決定論的な接続性を必要とし、これは通信待ち時間（サイクルの間の）が非常に低い分散をもたなければならないことを意味する。さらに、大量のセンサおよびアクチュエータの存在により、高度にスケーラブルな接続性に対する要件が必然的に生じる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は実施形態の再送信技法が用いられ得るネットワークモデルを示す。
【図２】図２は分散型スケジューリングの知られている方法を示す。
【図３】図３はスケジュール複製技法を示す。
【図４】図４は図３で用いられるものと同じトポロジーにおける再送信技法を示す。
【図５】図５は図３で用いられるものと同じトポロジーにおけるスケジュール外挿技法を示す。
【図６】図６はオフライン中継選択方法を示す。
【図７Ａ】図７Ａはワイヤレスノードの例を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは中央ノードの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【０００７】
実施形態によれば、マルチホップワイヤレスネットワーク内のノードから制御ノードにデータを再送信する方法が提供され、各ノードは、対応する親ノードに対する子ノードであり、各子ノードは、それの介在する親ノードを通じて制御ノードと通信するように構成され、
方法は、
制御ノードが、ノードのための送信スケジュールを決定し、または決定することを開始することと、
ノードが、前に送信されたデータをスケジュールを用いて制御ノードに再送信することと
を備える。
【０００８】
再送信のために用いられるスケジュールは、データを送信するために前に用いられたスケジュールとすることができる。すでにあるスケジュールの使用は、新たなスケジュールを構築することを不要にする。
【０００９】
再送信は、異なる周波数チャネルで行われてよい。
【００１０】
すでにあるスケジュールの繰り返しは、最初の送信ラウンドが完了された後の、データのすべての再送信の形をとることができる。あるいは、最初の送信スケジュールは、各データ送信の繰り返しを可能にする複製された送信スロットを備える。この繰り返しは、もとの送信スロットの直後の送信スロット内で行われ得る。
【００１１】
スケジュールは、コントローラとネットワークノードとの間の双方向閉ループ制御情報交換のためのＴＤＭＡスケジュールとすることができる。
【００１２】
方法は、コントローラが、データ送信スケジュールに従ってデータを送信する試みの失敗の後に、データパケットのインジケーションまたはデータパケットの送信元のノードのインジケーションを送信することをさらに備えることができ、データパケットは、受信されるようにスケジュールされていたが、データを送信する試みにおいてコントローラへの送達に失敗したものである。
【００１３】
再送信スケジュールは、双方向情報交換の全部のラウンドの後、失敗した送信を回復するために、隣接ノードの間のローカルシグナリングを通して、順次的なやり方で構築され得る。
【００１４】
ノードの各々は、それに割り当てられた優先度を有することができ、ノードは、インジケーションを受信すると、データパケットの再送信がそれに要求されていることを決定し、ノード優先度に従って１つまたは複数のアップリンクデータ送信スロットの割り当てを要求する。
【００１５】
ノードのうちの１つまたは複数は、ノードによってそれの子ノードから受信される送信を観測することができる中継ノードと個々に対にされてよい。中継ノードは、それが対にされたノードと同じホップ数だけ制御ノードから離される。ノードの親ノードは、親ノードに再送信されることになるデータを、中継ノードが対にされたノードによるデータの再送信と同時に送信するようにとの命令をノードの中継ノードに送る。
【００１６】
中継ノードは、それの対にされたノードによってデータの前の送信をオーバーヒアした（overhear）とき、再送信されることになるデータをそれのバッファに記憶している場合がある。中継ノードによるデータの再送信は、バッファされたデータを用い得る。
【００１７】
ノードのうちの１つまたは複数は、ノードによってそれの子ノードから受信される送信を観測することができる中継ノードと個々に対にされてよい。中継ノードは、それが対にされたノードと同じホップ数だけ制御ノードから離されてよく、ノードは、データ送信の不成功な試みにおいて用いられた前の送信スケジュールを再使用するように構成される。データを再送信することを要求されるノードのみがスケジュールにおける送信に参加する。
【００１８】
ノードは、インジケーションを受信すると、それがデータを再送信することを要求されるノードの中継ノードであることを決定することができ、それのバッファから再送信されることになるデータを、データを再送信することを要求されるノードの送信タイムスロット内で送信する。
【００１９】
親および子ノードは、再送信のための非競合送信タイムスロットをネゴシエートし得る。
【００２０】
別の実施形態によれば、マルチホップワイヤレスネットワーク内のノードから制御ノードにデータを再送信する方法が提供され、各ノードは、対応する親ノードに対する子ノードであり、各子ノードは、それの介在する親ノードを通じて制御ノードと通信するように構成され、方法は別のノードと対にされた中継ノードにおいて行われる。方法は、その別のノードがデータを再送信することを要求されているとのインジケーションを受信すると、その別のノードによるデータの再送信と同時に、データをバッファから中継ノードとその別のノードとの共通の親ノードに送信することを備える。
【００２１】
方法は、親ノードから再送信のために用いられることになるタイムスロットのインジケーションを受信することをさらに備え得る。
【００２２】
実施形態によれば、プロセッサによって実行されたときに、上述の方法のいずれかを行うためのコンピュータ実行可能命令を記憶した非一時的コンピュータ記憶媒体が提供される。
【００２３】
実施形態によれば、制御ノードを備えたマルチホップワイヤレスネットワークが提供され、各ノードは、対応する親ノードに対する子ノードであり、各子ノードは、それの介在する親ノードを通じて制御ノードと通信するように構成される。
ネットワークは、
制御ノードが、ノードのための送信スケジュールを決定し、または決定することを開始することと、
ノードが、前に送信されたデータをスケジュールを用いて制御ノードに再送信することと
を行うように構成される。
【００２４】
実施形態によれば、マルチホップワイヤレスネットワーク内のノードから制御ノードにデータを再送信するためにネットワーク内で用いるための中継ノードが提供され、各ノードは、対応する親ノードに対する子ノードであり、各子ノードは、それの介在する親ノードを通じて制御ノードと通信するように構成され、中継ノードは、別のノードと対にされ、
その別のノードがデータを再送信することを要求されているとのインジケーションを受信すると、その別のノードによるデータの再送信と同時に、データをバッファから中継ノードとその別のノードとの共通の親ノードに送信する
ように構成される。
【００２５】
ネットワーク／システムは、産業用制御システムまたはスマートメータリングネットワークであってよい。
【００２６】
ノードは、ブルートゥース（登録商標）チップセットに組み込まれていてもよく、またはワイヤレスアクセスポイントであってもよい。
【００２７】
マルチホップワイヤレスネットワークを通した制御を可能にすることは、ワイヤレスネットワーク化された制御システムの１つの実現であるマルチホップ制御ネットワークを作り出す。マルチホップ制御ネットワークの特徴的な機能は、制御およびフィードバック信号が、共有ワイヤレス媒体を通して情報パケットの形で交換されることであり、それによってグローバル制御ループを閉じる。このような閉ループ制御は通常、コントローラと、センサおよびアクチュエータの空間的に分散されたシステムとの間で行われる。マルチホップ制御ネットワークは、様々な産業用システムにおいて広範囲の用途を有する。最先端のワイヤレス技術を用いてマルチホップ制御ネットワークを実現することは、主として閉ループ制御用途の厳しい通信要件を満たすことにおける既存の技術の制限により、特に挑戦を要するものとなる。
【００２８】
マルチホップワイヤレスネットワークを通した閉ループ制御のための高性能ワイヤレスソリューションは、ＧＡＬＬＯＰと呼ばれ、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれている共有の米国特許出願第１５／４８７，０７９号で述べられている。ＧＡＬＬＯＰは、非常に低い待ち時間および非常に高い信頼性をスケーラブルおよび決定論的な性能と共に達成するための、いくつかの新規な技法を実装する。媒体アクセス制御（ＭＡＣ）レイヤにおける再送信は、高い信頼性をもたらすために特に重要となり得る。しかし、マルチホップワイヤレスネットワークにおける再送信は、とりわけ厳密な待ち時間制約条件のもとで、特に挑戦を要するものとなる。本明細書では、マルチホップワイヤレスネットワークにおいてＭＡＣレイヤ再送信に対処するための効率的な技法が開示される。これらの技法はＧＡＬＬＯＰに適用できるが、スケジュールをベースとする任意のワイヤレスプロトコルの性能を改善するために等しく適用され得る。１つの用途（ＧＡＬＬＯＰの他に）は、スマートメータリング用途のために広く用いられてきている６ＴｉＳＣＨ技術である。
【００２９】
本明細書で開示される再送信技法の特徴は以下を含む。
【００３０】
ＯＤＲトレードオフ  −  スケジュールをベースとするプロトコルに基づく、マルチホップ制御ネットワークにおけるＭＡＣレイヤ再送信は、オーバーヘッド−決定論−信頼性（ＯＤＲ）トレードオフにつながる。開示される技法は、ＯＤＲの尺度を最適化するように設計された。
【００３１】
協調マルチユーザダイバーシティ  −  ダイバーシティは、ワイヤレスネットワークにおいて高い信頼性を達成するための実現手段である。開示される技法は、協調ダイバーシティとマルチユーザダイバーシティ技法とを統合する、協調マルチユーザダイバーシティを役立てる。
【００３２】
適時的（opportunistic）ネットワークコーディング  −  ネットワークコーディングは、ワイヤレスネットワークにおける高い信頼性のための別の実現手段である。開示される技法は、基礎をなすマルチホップワイヤレスネットワークにおけるネットワークコーディングのための機会を活用する。さらに、ネットワークコーディングは強化された信頼性性能のために、協調マルチユーザダイバーシティと統合される。
【００３３】
効率的中継選択  −  協調マルチユーザダイバーシティを役立てるために、いくつかのノードは中継点として働く。適切な中継点を選択することは、マルチホップワイヤレスネットワークにおいて特に挑戦を要するものとなる。開示される再送信技法はまた、効率的中継選択機構を使用する。
【００３４】
図１に、実施形態が実装され得るマルチホップ制御ネットワーク１００が示される。図１において、産業用コントローラ１１０と複数のデバイス１２０、１３０、および１４０とは、マルチホップワイヤレスネットワーク１００を通して双方向情報を交換する。アクセスポイントは産業用コントローラと共に位置する。ダウンリンク通信への言及は、コントローラ１１０（アクセスポイント）からデバイス／ノード１２０／１３０／１４０への方向に延びる通信であり、アップリンク通信への言及は、デバイス／ノード１２０／１３０／１４０からコントローラ１１０に向かう通信を指す。実施形態において、ＲＰＬなどの低コストルーティングプロトコルは、ネットワークレイヤにおいて稼働する。ルーティングプロトコルに基づいて、コントローラとデバイスとの間のマルチホップ接続性をもたらすツリートポロジーが構成される。例において物理（ＰＨＹ）レイヤは、よく知られているブルートゥース技術のための基盤であるＩＥＥＥ  ８０２．１５．１規格に基づく。実施形態において、ＭＡＣレイヤは、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割複信（ＦＤＤ）、および周波数ホッピングに基づく。分散型スケジュールは、ＧＡＬＬＯＰのプロトコル動作に基づいて構築されている。このような分散型スケジュールの１つの具現化は図２に示される。ＧＡＬＬＯＰのための全部のプロトコルの詳細は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている２０１７年４月１３日に出願した共有の米国特許出願第１５／４８７，０７９号で開示される。本開示はＧＡＬＬＯＰと共に用いられることに限定されないこと、および代替としてまたは追加として、本開示は６ＴｉＳＣＨと共に用いられ得ることが強調される。
【００３５】
参照を容易にするために、以下では図２を参照して、分散型スケジュールを構築するためにＧＡＬＬＯＰによって用いられる方法が論じられる。上部のスケジュールＷSDは、ダウンリンクスケジュールを構築するための第１のフェーズの間のシグナリングを示す。この後に２つのシナリオ、ユニキャストメッセージングおよびブロードキャストメッセージングのためのダウンリンクスケジュールが続く。この後に、アップリンクスケジュールを構築するためのシグナリングに対するスケジュールが続く。最後に、アップリンクスケジュールが示される。
【００３６】
最初に、コントローラがネットワーク内のすべてのノードに対して単一のコマンドメッセージを有するシナリオを考察する。
【００３７】
分散型スケジューリングはノードがそれらのスケジュールについての情報を交換する必要があるので、システムは、スケジューリングの間の信号の衝突を回避するように、およびダウンリンク送信の間の競合通信を回避するのを助けるように定められなければならない。従って、ダウンリンクスケジューリングの間、各ノードにはダウンリンクシグナリングチャネル（ＷＳＤ）からスケジューリングタイムスロットが割り当てられ、その間、ノードは、ダウンリンクチャネル（ＷＤ）への送信をスケジュールするために、信号を送ってダウンリンクスケジューリングを行い得る。
【００３８】
特定のノードに対するタイムスロットのスケジューリングの間、ノードは、ローカルネットワークについてのそれ自体の知識を利用して、ダウンリンク送信のためのスケジュールされたタイムスロットを選ぶ。ただし、ノードはローカルネットワークおよび全体のスケジュールの不完全な認識を有する場合があり、従ってエリア内の他の送信と競合し得る送信をスケジュールする場合がある。これを避けるために、ノードはスロット要求（ＲＦＳ：request for slots）メッセージをそれの親ノードに送る。親ノードは、提案されるタイムスロットの間の送信がいずれかの隣接送信と干渉し得るかどうかを決定するために、ローカルネットワークおよびスケジュールについてのそれ自体の知識を用いる。次いで親ノードは、提案されるスケジュールされた送信が許可されることを確認するために割り当て（ＡＳＧ）メッセージを送る、またはローカルネットワークについてのそれの知識に基づいて代替のタイムスロットを割り当てる。これは、ノードが競合送信をスケジュールすることを回避する助けとなる。
【００３９】
各ノード（制御ノードを含む）は、以下の規則に従って送信をスケジュールする。
【００４０】
・規則１Ｄ：いずれのノードｋも、それがそれのローカル知識に従って競合を見出さない、使用可能チャネル上の最小限のタイムスロットを選択する。
【００４１】
・規則２Ｄ：いずれの親ノードｋ’も、スロット要求（ＲＦＳ）メッセージを受信すると、それが競合を見出さない場合、および要求された割り当てがそれのローカル知識に従って最小限の待ち時間をもたらす場合、要求された割り当てを承認するようになる。そうでない場合、それは規則１Ｄと、最小限の待ち時間をもたらすための要件とに基づいて割り当てられた、更新された割り当てを用いて応答するようになる。
【００４２】
・規則Ｓ１Ｄ：いずれの親ノードｋ’も、それのローカル知識に基づいて、それの子ノードに非競合シグナリングスロットを割り当てるようになる。
【００４３】
・規則Ｓ２Ｄ：いずれのノードｋも、シグナリングスロット上の衝突を検出すると、それのローカル知識に基づいて次の使用可能なシグナリングスロット内でＲＦＳメッセージを再送信するようになる。
【００４４】
一実装形態において使用可能チャネル上の最小限のタイムスロットは、使用可能チャネルの１つまたは複数上で使用可能なタイムスロットの最も初めのセットである。
【００４５】
スケジューリング機構は制御ノードにおいて開始する。コントローラは、ダウンリンクシグナリングチャネル（ＷＳＤ）の最初のスロットｓ０を選定する。送信は未だスケジュールされていないので、コントローラは、それのスケジュールが別のノードのものと競合するかどうかを決定するためにいかなる信号も送る必要はない。従って、制御ノードは、ダウンリンク送信のためのタイムスロットを選択し、選択されたタイムスロットについての情報をそれの子ノードにブロードキャストする。
【００４６】
前に論じられたように、コントローラは、それの子ノードを、互いに異なるタイムスロット内に、またはブロードキャストのやり方で、スケジュールすることができ、従ってそれは、タイムスロットｔ０およびｔ１（ノード２および３への別個の送信のために）、またはタイムスロットｔ０のみ（ノード２と３の両方への同時のブロードキャスト送信のために）を選定する。
【００４７】
さらに、コントローラは、それの子ノードにシグナリング優先度を割り当て、シグナリングスロットにアクセスするためにこのスケジューリング情報を伝達する。優先度情報を伝達する１つの方法は、ＭＡＣヘッダ内に、優先度順に、子ノードのＭＡＣアドレスまたはＩＤを埋め込むことである。今の構成において、優先度はノードＩＤに基づいて割り当てられる。従ってノード２には、ノード３より高い優先度が与えられる。
【００４８】
シグナリングスロットｓ０で受信された情報に基づいて、ノード２はそれが最も高い優先度を有すると決定する。従って、それは第２のシグナリングスロットｓ１を選定し、スロット要求（ＲＦＳ）メッセージをそれのデフォルトの親（制御ノード）に送る。ノード２は、（それがどれだけ多くの子ノードを有するかに従って）単一のタイムスロットまたは複数のタイムスロットを要求することができる。これは、ブロードキャストまたは互いに異なるスケジューリングが実装されているかどうかに依存することになる。
【００４９】
互いに異なるスケジューリングが実装されている場合、ノード２はタイムスロットｔ０にてそれのメッセージを制御ノードから受信する予定であること、および制御ノードからの競合送信がタイムスロットｔ０およびｔ１の間に生じるようにスケジュールされていることを認識するようになる。従ってそれは、ノード４および６への別個の送信のために、次の使用可能なタイムスロット（ｔ２およびｔ３）を選定するようになる。
【００５０】
ブロードキャストスケジューリングシナリオにおいて、ノード２はｔ０にてそれのメッセージを受信する予定であること、しかしｔ１の間では競合送信は現在スケジュールされていないことを認識するようになる。従ってそれは、すべてのそれの子ノードへのブロードキャスト送信のためにタイムスロットｔ１を選定する。
【００５１】
ＲＦＳに基づいて、この場合はコントローラであるデフォルトの親は、提案されるスケジュールが、すでにスケジュールされている別の送信と競合するようになるかどうかを決定する。この場合、競合はなく、従って制御ノードは、規則２Ｄに従って割り当てを確認するために割り当て（ＡＳＧ）メッセージを用いて応答を返す。
【００５２】
従ってノード２は、提案されるダウンリンク送信をスケジュールし、スケジュールをそれの子ノードに送る。さらにノード２は、シグナリングスロットにアクセスするためにそれの子ノードに優先度を割り当て、この情報を次の使用可能なシグナリングスロット情報（この場合はｓ３である）と共に伝達する。どれが次の使用可能なシグナリングスロットであるかを子ノードが知るようにさせることが重要であり、なぜならそれらはそれらのアップリンクで生じるシグナリングの知識をもたないようになるからである。従って、これが伝達されなかった場合、子ノードはノード３と同時に、スロットｓ２にてシグナリングを開始するようになり、これはノード２および／または３において衝突を引き起こし得る。
【００５３】
同様に、シグナリングスロットｓ０にて受信された情報に基づいて、ノード３はそれが２番目に最も高い優先度を有することを決定する。従って、それは第２のシグナリングスロットｓ２を選定し、タイムスロットを要求するＲＦＳメッセージと、割り当て優先度とをそれの子ノードに送る。
【００５４】
ノード３は１つのタイムスロットを必要とする。このケースにおいて、ノード３はノード２からは送信の範囲外である。従ってそれは、ノード２のためにスケジュールされた送信を認識しない。親ノードへのＲＦＳメッセージングは、従って競合送信を回避する助けとなる。
【００５５】
子ノードへの別個の送信が利用されるシナリオにおいて、ノード３はｔ０およびｔ１にて制御ノードによって、競合送信がスケジュールされていることを認識するようになる。従って、ノード３は次の使用可能なタイムスロットｔ２を選定し、これをＲＦＳメッセージで制御ノードに通信する。制御ノードはノード２がｔ２にて送信するようにスケジュールされていることを認識するが、ノード２および３は通信範囲外であるので、それらは競合せずに同じスロットにて送信し得る。従って、制御ノードは、ノード３はｔ２にてノード５への送信をスケジュールし得ることを確認するために割り当て（ＡＳＧ）メッセージを送る。
【００５６】
ブロードキャストメッセージが利用されるシナリオにおいて、ノード３は、ｔ０でのダウンリンク送信のために制御ノードがスケジュールされることを認識するようになる。ノード３は、ノード２のためのスケジュールされた送信の知識をもたないので、それのノード３への送信のためにｔ１を選定するようになる。これは、ＲＦＳメッセージにおいて制御ノードに報告されるようになる。ノード２およびノード３は互いからは通信範囲の外側にあるので、制御ノードはこの提案されたスケジュールを受け入れ、割り当てメッセージを発行するようになる。
【００５７】
ノード３からのダウンリンク送信がスケジュールされた後、ノード３は次のシグナリングスロットｓ３をノード５に割り当てる。ノード４および５には同じシグナリングスロット（ｓ３）が割り当てられるが、ノード３および５は、ノード２および４の通信範囲の外側にあるので競合はないことが留意されるべきである。
【００５８】
この場合、ノード３はノード２の通信範囲外であることに留意されたい。しかし、そうでなかった場合、ノード３は、シグナリングスロットｓ１にて受信される情報により、タイムスロットｔ２またはｔ４を選定したであろう。さらに、ノード３は、規則Ｓ１Ｄに基づいてシグナリングスロットｓ５をノード５に割り当てたであろう。
【００５９】
リーフノード（子ノードをもたないノード）に到達したとき、各リーフノードはスケジュールするべき子ノードをそれがもたないことを、それの隣接ノードに知らせる。ノード４はシグナリングスロットｓ３を用い、ノード５および６はそれぞれシグナリングスロットｓ３およびｓ４を用いて、スケジュールするべき子ノードをそれらがもたないことを隣接ノードに知らせる。最後に、シグナリングスロット上の衝突の場合、ノードは規則Ｓ２Ｄに従ってＲＦＳメッセージを再送信するようになる。
【００６０】
次に、コントローラが、ネットワーク内のすべてのノードに対して互いに異なるコマンドメッセージを有するシナリオを説明する。このような場合に分散型スケジュールを構築することは、コントローラにおいて全部のネットワーク接続性情報を、またはネットワーク内の各ノードにおいて部分的ネットワーク接続性情報を必要とすることに留意されたい。この前提に基づいて、ＤＬスケジュールを構築する提案される方法は、すべてのネットワークノードに対して互いに異なるコマンドメッセージを送信することに拡張され得る。
【００６１】
第２のフェーズはダウンリンクデータ送信のものである。シグナリング交換を完了した後、ダウンリンクデータ送信は構築されたダウンリンクスケジュールに従って開始する。閉ループサイクルはダウンリンクデータ送信によって開始することに留意されたい。従って、ダウンリンクシグナリングフェーズの持続時間はサイクル時間に影響を及ぼさない。ダウンリンクデータ送信を完了した後、コントローラは、アップリンクスケジューリングプロセスを開始するために、ダウンリンクスケジュールを用いて、Ｂｕｉｌｄコマンドを送ることができる。
【００６２】
第３のフェーズは、アップリンクスケジュールを構築するためのシグナリングのものである。ダウンリンクの場合と異なり、ノードはそれのデフォルトの親にタイムスロットを要求する。各ノードにはそれのランク、トラフィック、およびＩＤに応じて優先度が割り当てられる。あるいは、ダウンリンクシグナリングフェーズの間に取得された優先度情報が、ネットワーク内のノードによって採用され得る。スケジュール構築フェーズは、リーフノードから順次的なやり方で開始する。全体のスケジューリングプロセスはいくつかの規則に従い、以下のように規定される。
【００６３】
・規則１Ｕ：いずれのノードｋも、Ｂｕｉｌｄコマンドを受信すると、それがリーフノードである場合およびその場合にのみ、アップリンクスケジューリングプロセスを開始するようになる。
【００６４】
・規則２Ｕ：アップリンクの場合であること以外は規則１Ｄと同じである。
【００６５】
規則１Ｕおよび２Ｕに従って、ノード４および５はタイムスロットｔ０（アップリンクチャネルの）を選定し、シグナリングスロットｓ０にてそれらのデフォルトの親にスロット要求（ＲＦＳ）メッセージを送る。この場合はノード２および３であるデフォルトの親は、以下のように規定される規則３Ｕに従って、割り当てを確認するために割り当て（ＡＳＧ）メッセージを用いて応答を返すようになる。
【００６６】
・規則３Ｕ：いずれの親ノードｋ’も、ＲＦＳメッセージを受信すると、それがそれのローカル知識に従って競合を見出さない場合およびその場合にのみ、要求された割り当てを確認するようになる。そうでない場合、それは規則２Ｕに基づいて更新された割り当てを用いて応答するようになる。
【００６７】
隣接ノードはＡＳＧメッセージをオーバーヒアし、タイムスロット割り当ての記録を維持する。ノード６は、ノード４に対するＡＳＧメッセージをオーバーヒアしたので、それはタイムスロットｔ１を選定し、次のシグナリングスロットｓ１にてノード２にＲＦＳメッセージを送る。同様に、ノード５をスケジュールした後、ノード３は、シグナリングスロットｓ１にて、コントローラにタイムスロットｔ１およびｔ２を要求するようになる。それぞれのデフォルトの親は競合を見出さなかったので、それらは要求された割り当てを承認するようになる。ノード２は、それの子ノードをスケジュールした後、それのローカル知識に基づいて、シグナリングスロットｓ２にて、コントローラにタイムスロットｔ２、ｔ３、およびｔ４を要求する。しかし、タイムスロットｔ２はすでにノード３に割り当てられているので、コントローラはタイムスロットｔ３、ｔ４、およびｔ５を割り当てることによって、更新された割り当てを用いて応答を返す。
【００６８】
最後に、並列送信を可能にするために、以下の２つの規則を導入する。
【００６９】
・規則４Ｕ：いずれのノードｋも、それ自体よりランクが低いノードｊからのＡＳＧメッセージをオーバーヒアすると、それのローカル知識を更新し、ｋがｊのデフォルトの親である場合およびその場合にのみ、このＡＳＧメッセージをそれのデフォルトの親に転送するようになる。
【００７０】
・規則５Ｕ：いずれの親ノードｋ’も、ＲＦＳメッセージを受信すると、規則３Ｕと、それのローカル知識に基づいた並列送信の可能性とに基づいて、要求された割り当てを承認するようになる。
【００７１】
第４のフェーズは、アップリンクデータ送信のものである。シグナリング交換を完了した後、アップリンクデータ送信は構築されたアップリンクスケジュールに従って開始する。全体のサイクル時間は、集中化された場合の１０タイムスロットと比べて、１３タイムスロットに等しいことに留意されたい。しかし、このサイクル時間はＭＡＣレイヤ再送信がないときの理想的なシナリオに対するものである。
【００７２】
構築されたスケジュールに基づいて、コントローラとデバイスとの間で双方向情報交換が生じる。アップリンクまたはダウンリンク送信が、様々な要因、例えば外部干渉により失敗する有限の確率が存在する。失敗した送信を再送信することが特に重要である。しかし、マルチホップ制御ネットワークにおける再送信は、オーバーヘッド、決定論、および信頼性の間のトレードオフ（上述のＯＤＲトレードオフ）のために、特に挑戦を要するものとなる。さらに、再送信は追加のリソースを必要とする。ＧＡＬＬＯＰにおけるＭＡＣレイヤ再送信に効率的に対処するための、３つの異なる技法が本明細書で開示される。
・送信スケジュール複製
・再送信スケジューリング
・送信スケジュール外挿
これらの技法は以下で説明される。
【００７３】
送信スケジュール複製
第１の再送信技法は、ワイヤレスネットワークにおけるパケット複製機能の１つの具現化であり、もとの送信においてデータが失われたかどうかに関係なく行われる。技法は、チャネルダイバーシティをパケット複製と統合する。２つの異なる時間インスタンスにおける、および２つの異なる周波数上での同じパケットの２つの送信は、高い信頼性をもたらす。スケジュールを複製する主な動機は、決定論的な性能を保証することである。さらに、スケジュールを複製することは、再送信に対処するためのスケジュールの再構築の観点から何ら追加のオーバーヘッドを発生しない。チャネルダイバーシティを用いたスケジュール複製動作は、２つの異なる方法で達成され得る。
【００７４】
オプション１
図３に示されるシナリオを考察し、ここでスケジュールは、そこに示されるトポロジーに対して、ダウンリンク（ＷD）とアップリンク（ＷU）の両方に対して構築されている。送信の第１のラウンドは、構築されたスケジュールに従って行われる。第２のラウンドにおいて、ダウンリンクおよびアップリンクデータ送信フェーズは、既存のスケジュールに従って繰り返され、各フェーズは、第１のラウンドでのものと比べて異なるチャネル上で継続する。個々のラウンドの間で、固定のチャネル切り換え遅延が存在することに留意されたい。この手法は決定論的なやり方で信頼性を改善するが、これはまた待ち時間を２倍に増加させる。これはまた待ち時間限度に反しない限り、スケジュールを２回以上繰り返すことが可能である。
【００７５】
オプション２
前のように図３に示されるシナリオを考察し、ここでスケジュールは、そこに示されるトポロジーに対して構築されている。この場合、パケット複製機能を実現するために、スケジュールは、スケジュールを複製するのではなく、このような複製を考慮するやり方で構築される。スケジュール構築フェーズの間、各ノードは、複製がない場合と比べて、送信ごとに１つの追加のタイムスロットを要求する。理論的根拠は、重複送信のために追加のタイムスロット（送信ごとに）が用いられることである。チャネルダイバーシティを組み込むために、同じパケットの第２の送信が、異なるチャネル上でなされる。これは、隣接するタイムスロットの間で、固定のチャネル切り換え遅延を必要とする。この手法は決定論的なやり方で、より高い信頼性をもたらす。しかし、ＧＡＬＬＯＰはスケジュールにおいて送信を並列化するための機会を活用するという事実により、それの待ち時間は前のオプションより低くなり得る。これは例えば、図３に示されるもとのアップリンク（ＷＵ）送信スケジュールのタイムスロットｔ0およびｔ1から明らかである。図から分かるように、両方のタイムスロットにおいて２つのノード（タイムスロットｔ0にてノード４および５、ならびにタイムスロットｔ1にてノード６および３）が同期して、それらのそれぞれの親ノードに送信する。これは、同期して送信するノードが互いの干渉範囲内にないので可能となる。
【００７６】
スケジュール複製機能を実現するための両方のオプションにおいて、チャネル情報は親ノードから子ノードに送られる、ダウンリンクシグナリング情報に埋め込まれ得る。
【００７７】
再送信スケジューリング
第２の再送信技法は、再送信に対処するためのスケジュールを構築することに依存する。さらに、この技法は協調マルチユーザダイバーシティおよび適時的ネットワークコーディング技法を活用する。実施形態のマルチホップ制御ネットワークにおいて、いずれの任意の親ノードも、それ自体の制御情報を、それの子ノードのものと一緒に転送する必要がある。実施形態において親ノードは、割り当てられたタイムスロット上で一定の送信順序を常に維持する。それは常に第１のタイムスロットをそれ自体の制御情報のために用いる。その後に、送信スケジュール構築フェーズの間に割り当てられた優先度の順に、子ノードの制御情報が続く。例えば、図２において構築されたスケジュールの場合、ノード２は、それ自体の制御情報を転送するためにタイムスロットｔ３を、ノード４および６の情報を転送するためにそれぞれタイムスロットｔ４およびｔ５を用いるようになる。さらに、各親ノードは送信の順番にパケットを数え上げる。例えば、ノード２はタイムスロットｔ３、ｔ４、およびｔ５でのそれの送信を、それぞれ１、２、および３とマークするようになる。
【００７８】
協調マルチユーザダイバーシティを活用するために、ＧＡＬＬＯＰは、他のノードのための中継点として働くようにいくつかのノードを頼る。中継ノードを選択する方法は後に述べられる。いずれの任意のノードに対する中継ノードは、それの親ノードによって、それの子ノードのセットから選択される。中継ノードは送信スケジュールフェーズの間にオーバーヒアし、それらがそれらのために中継点として働くノードからオーバーヒアされたパケットをバッファする。
【００７９】
実施形態において、再送信スケジュールを構築する必要があることは、コントローラによって確かめられる。送信スケジュールの終わりに、コントローラは、それの子ノードのいずれかからの送信が欠落しているかどうかを決定する。欠落した送信はコントローラの子のもの、またはトポロジー内でさらに遠いいずれかの他のノードのものとなり得ることに留意されたい。コントローラによって送信が欠落していることが見出された場合、コントローラは失敗した送信を有するノードのＩＤを、それの欠落した送信の数と一緒に含む、グループ否定応答（Ｇ−ＮＡＣＫ）メッセージを発生する。Ｇ−ＮＡＣＫはダウンリンクスケジュールにおいて送られる。再送信スケジューリング技法は、図４に示される以下のケースを区別することによってさらに説明される。
【００８０】
ケース１
送信スケジュールの終わりに、ノード２からの２番目の送信がコントローラにおいて欠落していたと仮定する。従って、コントローラはそれの子ノードにＧ−ＮＡＣＫメッセージを、ダウンリンクスケジュールの第１のタイムスロットにて送る。Ｇ−ＮＡＣＫに基づいてノード３は、それが再送信スケジューリングフェーズに関与する必要はないと決定する。しかし、ノード２はそれの欠落した送信を回復するために再送信スケジューリングフェーズに参加する必要がある。それは、２番目の送信（Ｇ−ＮＡＣＫ内で示されるように）は、ノード４の情報を転送するために用いられるためであったことを知っている。従って、アップリンクスケジュールフェーズのタイムスロットｔ０において、ノード４からノード２への送信が成功したことを条件として、この送信はそれ自体のバッファ内に存在し得る。この場合我々は、その送信がそれのバッファ内で使用可能であったと仮定する。従って、それは空のＧ−ＮＡＣＫをそれの子ノードに、ダウンリンクスケジュールの第２のタイムスロットにて送る。空のＧ−ＮＡＣＫは、それの子ノードに彼等の送信は成功したことを通知する。同様に、ノード３は空のＧ−ＮＡＣＫをノード５に、ダウンリンクスケジュールの第３のタイムスロットにて送る。ダウンリンクスケジュールフェーズの終わりの後、すべてのノードはシグナリングチャネルに切り換わる。
【００８１】
・規則Ｓ１Ｒ：いずれの非リーフノードｋも、それがそれ自体のバッファ内に欠落した送信を有する場合、できるだけ低い使用可能なスロットにてシグナリングチャネルにアクセスするようになる。
【００８２】
規則Ｓ１Ｒに基づいて、ノード２は欠落した送信に対してタイムスロットを（それの親ノードから）要求するために、シグナリングチャネルのタイムスロットｓ０にアクセスするようになる。協調マルチユーザダイバーシティを活用するために、各ノードは欠落した送信ごとに２つのタイムスロットを要求するようになる。従って、ノード２は、コントローラから、スロット要求（ＲＦＳ）メッセージを送ることによって、再送信チャネル上のタイムスロットｔ０およびｔ１を要求するようになる。コントローラが、要求された割り当てにおいていかなる競合も見出さない場合、割り当て（ＡＳＧ）メッセージを送ることによって、要求された割り当てを承認するようになる。ＲＦＳおよびＡＳＧに関連するシグナリングについての詳細は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている同時係属の米国特許出願第１５／４８７，０７９号に見出され得る。再送信スケジュールを構築するためのハンドシェイクが成功した後、コントローラは、特定のダウンリンクシグナリングメッセージを送ることによってスケジューリングフェーズを終了する。
【００８３】
・規則Ｓ２Ｒ：コントローラは、すべての欠落した送信に対してタイムスロットを割り当てた後、再送信スケジュールを構築するためのシグナリングを終了する。
【００８４】
再送信シグナリングフェーズの終了の後、ノードは再送信チャネル（これはアップリンクチャネルまたはいずれかの他のチャネルであり得る）に切り換わる。ノード２は２つのタイムスロットを要求したことを想起されたい。第１のタイムスロットは、親が通信を中継するために用いられる。例においてノード３はノード２のためのデフォルトの中継点である。従って、それはそれのバッファ内にノード２の２番目の送信を有する可能性が高い。欠落した送信は、様々なタイプの協調送信を通して回復され得る。
【００８５】
・１つのシナリオにおいて、ノード２と３（中継点）の両方は、コントローラに同時に、第２のタイムスロット（ｔ1）にて、欠落した情報を送信する。これは送信のロバスト性を増加させる強め合う干渉を通して協調ダイバーシティ利得をもたらし得る。
【００８６】
・第２のシナリオにおいて、ノード２と３の両方がコントローラに知られている何らかの先験的情報を用いて欠落した情報を符号化するように、ネットワークコーディングは協調ダイバーシティと統合される。受信側にすでに知られている情報を用いてメッセージを符号化することにより、メッセージのエラー確率は、符号化されないメッセージと比べて低減される。Ｘ22を、ノード２からの欠落した送信を表すものとする。それは新たなメッセージＸn＝Ｘ22＋ＸCを生成し、ここでＸCは前述の先験的情報である。ネットワークコーディングはメッセージと先験的情報との加算に依存する必要はなく、代わりにメッセージを、受信側に知られているものとは異なる方法で先験的情報と組み合わせ得ることが理解されるであろう。同様に、ノード３はＸ22（これはそれのバッファ内で使用可能である）を符号化する。タイムスロットｔ1にてノード２とノード３の両方からＸnを同時に受信することは、送信のロバスト性を増加させる強め合う干渉を通して協調ダイバーシティ利得をもたらし得る。
【００８７】
・第３のシナリオにおいて、協調マルチユーザダイバーシティは、協調物理レイヤネットワークコーディング（ＣＰＮＣ：cooperative physical layer network coding）の具現化を通して達成される。この場合、ノード２と３の両方はタイムスロットｔ1の間に同時にＸ22を送信する。コントローラは、組み合わされた受信された信号を解釈するための先験的マッピングに基づいて欠落した情報を復号する。マッピングは、ノード２と３の両方が同じ情報を送信する場合、受信されたメッセージの復号が成功することを確実にする。例えば、ノード２と３の両方からのシンボル送信が「１」である場合、コントローラで受信される複合シンボルは「２」となる。コントローラにおけるマッピング機能は、受信された送信を「１」と推論するようになる。これは組み合わされた受信された信号の個々の構成要素に対するＸＮＯＲ演算を通して達成され得る。
【００８８】
・第４のシナリオにおいて、中継ノードすなわちノード３は、単純ネットワークコーディング（ＳＮＣ：simple network coding）動作を行い、この情報をタイムスロットｔ１にてコントローラに送信する。ＳＮＣ動作は、コントローラに知られているいずれかの先験的情報を用いてＸ22を符号化することによって実現される。前のケースと異なり、タイムスロットｔ1ではノード３のみがアクティブとなる。
【００８９】
ケース２
送信スケジュールの終わりに、ノード２からの２番目の送信がコントローラにおいて欠落していたと仮定する。しかし、前のケースと異なり、欠落した送信はノード２のバッファ内で使用可能ではない。従って、ノード２は、ノード４からの１番目の送信が欠落していることに重点を置いてＧ−ＮＡＣＫをそれの子ノードに送る。Ｇ−ＮＡＣＫスケジュールの終わりに、ノードは送信をシグナリングチャネルに切り換える。我々はノード４がそれのバッファ内に欠落したパケットを有していたと仮定する。従って、それはシグナリングチャネルのタイムスロットｓ０にて、それの親２に２つのタイムスロットを要求する。ノード４からの送信はコントローラに転送される必要があるので、ノード２はシグナリングチャネルのタイムスロットｓ１にて、コントローラに１つのタイムスロットを要求する。タイムスロットをノード２に割り当てた後、コントローラは再送信シグナリングフェーズを終了する。
【００９０】
・規則Ｓ３Ｒ：それの子ノードのいずれかからの失敗した送信を有するいずれの任意の親ノード（コントローラではない）も、それが欠落した送信のためにタイムスロットを割り当てた後に、シグナリングチャネルにアクセスするようになる。
【００９１】
実施形態においてノード６はノード４のためのデフォルトの中継点である。従って、タイムスロットｔ０にてノード２は、ノード６にタイムスロットｔ１にてそれのバッファからノード４の失敗した送信を送信するように指示する。タイムスロットｔ１は、次いでノード４の失敗した送信を回復するように協調送信のために用いられる。その後にタイムスロットｔ２は、情報をコントローラに転送するために用いられる。協調マルチユーザダイバーシティはタイムスロットｔ２での送信に対しては実現可能でないので、ノード２はそれのロバスト性を改善するためにＳＮＣ動作を行うようになる。
【００９２】
ケース３
送信スケジュールの終わりに、ノード２からの２番目の送信、およびノード３からの２番目の送信がコントローラにおいて欠落していたと仮定する。さらに、ノード２からの２番目の送信はそれのバッファ内で使用可能でなかったと仮定する。一方、ノード３からの２番目の送信はノード２のバッファ内で使用可能であった。実施形態においてノード３はノード２のためのデフォルトの中継点であり、逆も同様である。この場合において同様なプロセスが、再送信スケジュールを構築するために後続する。ノード３はノード２からの欠落した送信を示すコントローラからのＧ−ＮＡＣＫを受信したであろうから、それはシグナリングチャネルへのアクセスをタイムスロットｓ１まで遅らせるようになる。ノード４は、タイムスロットｔ０およびｔ１を要求するためにタイムスロットｓ０にアクセスする。ノード２は競合を見出さないので、要求された割り当てを承認する。ノード２は、ノード３の欠落した送信を示すＧ−ＮＡＣＫをコントローラから受信しているので、シグナリングチャネルへのそれのアクセスをタイムスロットｓ２まで遅らせる。ノード３には、それの要求された割り当てに関係なく、タイムスロットｔ２およびｔ３が割り当てられる。タイムスロットｔ２にてコントローラは、ノード２にノード３の再送信データを再送信するように指示する。タイムスロットｔ３にて、ノード２および３はこのデータを協調的に再送信する。
【００９３】
同様に、ノード２にはコントローラによってタイムスロットｔ４が割り当てられる。このタイムスロットにおいて、ノード４および６によってタイムスロットｔ１にて提供された再送信データは、ノード２によってコントローラに再送信される。すべての欠落した送信のためにタイムスロットを割り当てた後、コントローラは再送信シグナリングフェーズを終了する。欠落した送信は、先に説明されたように協調送信を通して回復される。
【００９４】
ケース４
このケースは述べられたケース２と同様であるが、この場合はノード４はそれのバッファ内に欠落した送信をもたない。これは、場合によってはノード２からノード４へのダウンリンク送信が失敗した場合に生じ得る。結果として、ノード４はアップリンクにおいて送信しなかった。従って、ノード２からＧ−ＮＡＣＫを受信した後、ノード４はダウンリンク再送信が必要であることを決定する。この場合、ノード４は３つのタイムスロットを要求する。第１のタイムスロット（ｔ０）は、親が通信を中継するために用いられる。この場合ノード２は、ダウンリンク送信が必要であることをノード６に知らせる。第２のタイムスロット（ｔ１）において、親と中継ノードの両方は、それのロバスト性を増加させるようにダウンリンク情報を協調的に再送信する。第３のタイムスロット（ｔ２）は、アップリンク情報を送信するためにノード４によって用いられる。
【００９５】
再送信スケジューリング技法は、協調マルチユーザダイバーシティを通して高い信頼性をもたらすので魅力的である。しかし、それはまた非決定論的シグナリング構成要素を包含する。さらにそれは、再送信スケジュールを構築する関連したオーバーヘッドを有する。
【００９６】
送信スケジュール外挿
第３の再送信技法は、前の２つの技法の利点を組み合わせることを目的とする。それは明示的に再送信スケジュールを構築することを必要とせずに、協調マルチユーザダイバーシティを通して、欠落した送信を回復するために送信スケジュールを拡張する。これはいくつかの追加の情報をＧ−ＮＡＣＫに埋め込むことによって達成される。前のように、再送信が必要であることはコントローラによって確かめられる。しかし、再送信は前に構築された送信スケジュールを通して可能にされる。Ｇ−ＮＡＣＫはダウンリンクスケジュールにおいて送られることに留意されたい。
【００９７】
図５に示されるこの技法は、以下の２つのケースを区別することによって説明される。
【００９８】
ケース１
送信スケジュールの終わりに、ノード２からの２番目の送信がコントローラにおいて欠落していたと仮定する。さらに、この送信はノード２のバッファ内で使用可能であった。従って、コントローラはノード２からの欠落した送信を示すＧ−ＮＡＣＫを発生する。以前の技法と異なり、コントローラはまた、この送信のために、送信スケジュール内に、タイムスロット（および場合によってはチャネル）情報を埋め込む。この送信には、もとのスケジュールではタイムスロットｔ４が割り当てられていたことに留意されたい。以前の技法と同様に、ノード３はノード２のためのデフォルトの中継点である。従って、コントローラからのＧ−ＮＡＣＫはまた、タイムスロットｔ４において協調送信に関与することをノード３に知らせる。従って、再送信スケジュールのタイムスロットｔ４にて、ノード２およびノード３は同じ情報を同時にコントローラに送信する。これは、以前の技法に対して述べられた最初の３つ協調送信シナリオのいずれかにおいて達成され得る。この場合の再送信スケジュールは、明示的に構築されないことに留意されたい。実際それは、失敗した送信を回復するためにアップリンクスケジュールを複製する。さらに、前のラウンドで成功した送信は再送信される（複製される）ことを必要としなくてもよい。これは潜在的に、協調送信のために用いられるタイムスロットにおけるいかなる競合も取り除くようになる。
【００９９】
ケース２
送信スケジュールの終わりに、ノード２からの２番目の送信、およびノード３からの２番目の送信がコントローラにおいて欠落していたと仮定する。コントローラは、それぞれのタイムスロットと共に欠落した送信を示すＧ−ＮＡＣＫを発生する。コントローラからＧ−ＮＡＣＫを受信した後、ノード２と３の両方は欠落した送信に対してそれらのバッファをチェックする。ノード３からの欠落した送信はそれのバッファ内で使用可能であるが、ノード２からのものはそうでないと仮定する。従って、ノード３はノード５に対して空のＧ−ＮＡＣＫを発生する。しかし、ノード２は、それぞれのタイムスロット情報と一緒にノード４からの欠落した送信を示すＧ−ＮＡＣＫを発生する。ノード２からのＧ−ＮＡＣＫは、ノード６に、タイムスロットｔ０にてノード４のための中継点として働くことを知らせる。従って、ノード４とノード６の両方は、前の技法に対して述べられた最初の３つのシナリオのいずれかを通して、ノード２に協調的に送信する。同様に、ノード２は、タイムスロットｔ２にてノード３のための中継点として働く。しかし、この場合ノード３はノード２のための中継点として働くことはできず、なぜならノード２はもとの送信スケジュールのタイムスロットｔ４にて送信していないからであることに留意されたい。従って、ノード２は再送信スケジュールのタイムスロットｔ０にてノード４から情報を受信した後、タイムスロットｔ４にてＳＮＣ動作を行う。
【０１００】
スケジュール外挿技法は、決定論的な性能をもたらしながら、協調マルチユーザダイバーシティを通して高い信頼性を達成することに留意されたい。しかし、それは再送信スケジューリング技法として柔軟なやり方ですべての協調再送信機会を十分に活用していない場合がある。さらに、Ｇ−ＮＡＣＫ内に追加の情報を組み込むことによっていくらかのオーバーヘッドが発生される。
【０１０１】
中継選択の方法
協調送信を実現するように中継選択機能を行うために、ＧＡＬＬＯＰは、図６に示されるリンクレベル測定に基づく簡単な（オフライン）方法に依存する。最初に、コントローラはデフォルトのシグナリングチャネルに空のＲＦＳメッセージを送ることによって、それの子ノードの各々をポーリングする。子ノードは空のＡＳＧメッセージを用いて応答する。ＡＳＧメッセージの受信に成功した、コントローラに関連付けられた隣接ノードは、ポーリングされたデバイスのＩＤを、アップリンクの受信された信号対雑音比（ＳＮＲ）と一緒にネイバーテーブル（neighbour table）に追加する。オーバーヘッドを低減するために、各子ノードは最も強いＭ個のネイバーのみを記録する。コントローラは、すべての子ノードをポーリングした後、子ノードに対してスケジュール情報を含むダウンリンクシグナリングメッセージを送信する（デフォルトのシグナリングチャネル上で）。スケジュール情報に基づいて、各子ノードはそれのネイバーテーブルをコントローラに報告する。コントローラは、ネイバーテーブルを受信すると、中継テーブルを計算することによって、それの子ノードの各々のための中継ノードを選択する。本質的に、これはあらゆる子ノードのネイバーテーブルから最良のＳＮＲを有するノードを見出すことを包含する。コントローラは、中継テーブルをデフォルトのシグナリングチャネル上にブロードキャストする。中継テーブルはコントローラの子ノードに、協調送信のために用いられるようになる選択された中継点を知らせる。選択された中継ノードは、送信に対する情報を中継するものとしてそれらが指定されたノードからの送信をリスンし（listen）、送信を保持する。
【０１０２】
コントローラから中継テーブルを受信した後、各子ノード（リーフノードではない）は異なるチャネル上で、それの関連付けられた子ノードに対して同じ動作を繰り返す。コントローラは、それの非リーフ子ノードのすべてに互いに異なるチャネルを割り当てる。チャネル情報は、子ノードからネイバーテーブルを受信するために用いられたスケジュール情報に埋め込まれ得る。コントローラの各非リーフ子ノードは、中継選択機能のためにコントローラと同じステップを行うようになる。プロセスは、中継選択動作を行うために各親ノードがそれの子ノードに互いに異なるチャネルを割り当てることにより、下向きに続行する。親ノードの子ノードがすべてリーフノードである場合、それはそれ自体の親に、それぞれのチャネル上でアップリンクシグナリングメッセージを送信することによって中継選択動作の終わりを通知する。プロセスは、コントローラがそれの非リーフ子ノードのすべてから、中継選択動作の終わりを示すアップリンクシグナリングメッセージを受信した後、完了する。
【０１０３】
別の実施形態において、中継選択機能はオンラインのやり方で達成される。実施形態においてノードは、ダウンリンクおよびアップリンク送信フェーズの間、隣接ノードからオーバーヒアする。ノードが、良好なＳＮＲ（すなわちＳＮＲが一定の閾値より大きい）で、隣接ノード（それ自体と同じデフォルトの親を有する）からのオーバーヒアに成功した場合、それはそれが中継ノードとして働くようになることを親ノードに通知する。この情報は、サイクルのアップリンク送信上にピギーバックされ（piggybacked）得る。親ノードは、中継選択の承認を次のダウンリンク送信上で送ることができる。
【０１０４】
実施形態の上述の技法は、マルチホップ制御ネットワークにおけるＯＤＲトレードオフのバランスをとりながら、効率的に再送信に対処する。
【０１０５】
・スケジュール複製技法は決定論的な性能を達成し、オーバーヘッドを発生しない。しかし、とりわけ極めて挑戦を要する環境のもとでは非常に高い信頼性をもたらさない場合がある。
【０１０６】
・再送信スケジューリング技法は、協調マルチユーザダイバーシティおよび適時的ネットワークコーディング技法により、非常に高い信頼性を達成する。しかし、それは再送信スケジュールを構築するオーバーヘッドを発生する。スケジュールを構築することに関連付けられたシグナリングは、ある程度の決定論の損失につながる。
【０１０７】
・スケジュール外挿技法は、決定論的な性能をもたらしながら、協調マルチユーザダイバーシティおよび適時的ネットワークコーディング技法を通して、非常に高い信頼性を達成する。さらに、それは再送信スケジュールを構築するオーバーヘッドを発生しない。
【０１０８】
信頼性を改善することに加えて、すべての技法はマルチホップワイヤレスネットワークのスループットを改善する。
【０１０９】
図７Ａは、構成によるワイヤレスノードの例を示す。これは、本明細書で述べられるワイヤレスノードまたはスレーブデバイスの任意のものの機能を行う能力を有する。
【０１１０】
ワイヤレスノード６００は、ワイヤレスネットワークインターフェース６１０と、アンテナ６１５と、メモリ６３０と、コントローラ６２０とを備える。ワイヤレスインターフェース６１０は、他のワイヤレスデバイスと通信するために、アンテナ６１５を通じてワイヤレス信号を送りおよび受信するように構成される。コントローラ６２０は、本明細書で述べられる機能を行うためにワイヤレスノード６００を制御するように構成される。
【０１１１】
メモリ６３０は、コントローラ６２０によって実行されたときに、コントローラ６２０にデータを送信、受信、および処理するために本明細書で述べられるステップを遂行させる、コンピュータ実行可能コードを記憶する。メモリ６３０は、オーバーヒアされた送信、メッセージ、および／またはスケジュールされた送信の記録を備え得る。
【０１１２】
図７Ｂは、構成による中央ノードを示す。中央ノードは、ワイヤレスネットワークの外部のデバイスとの通信のための有線ネットワークインターフェース６４０を有すること以外は、ワイヤレスノード６００と同じである。これは中央ノードが、シンクノード（ネットワークからの送信を中継することにより）、または制御ノード（スレーブデバイスのネットワーク制御し、それらの戻りの応答を中継するための命令を受信することにより）の機能を行うことを可能にする。
【０１１３】
いくつかの実施形態が述べられてきたが、これらの実施形態は例としてのみ提示されたものであり、本発明の範囲を限定することが意図されるものではない。実際、本明細書で述べられる新規なデバイスおよび方法は、多様な他の形において具現化されてよく、さらに、本明細書で述べられるデバイス、方法、および製品の形において、本発明の趣旨から逸脱せずに様々な省略、置き換え、および変更がなされ得る。添付の「特許請求の範囲」およびそれらの等価なものは、本発明の範囲および趣旨に含まれるものとして、このような形または修正を包含することが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【外国語明細書】
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