(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランダム・アクセスＭＡＣプロトコルを使用し、間にリンクを有する複数のノードを含むネットワークにおける実現可能なレート領域をネットワーク動作の間に計算する方法であって、前記実現可能なレート領域は、前記ネットワークによって同時に維持可能なレートの集合であり、
ｉ）各リンクについて、前記リンクが単独で最大入力レートで送信を行う際に、最大出力レートに対応する一次端点を決定するステップと、
ｉｉ）前記一次端点と、選択された干渉モデルとを組み合わせることによって、少なくとも２つのリンクが同時に送信を行う際の部分干渉をキャプチャする二次端点を決定するステップであって、前記一次端点および前記二次端点は、実現可能なレート領域の境界を形成する、前記ステップと、を含む、前記方法。
【請求項２】
前記ステップｉ）において、前記一次端点をオンラインで決定する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップｉ）において、リンクの各一次端点は、前記リンクが単独で最大入力レートで送信を行う際に達成される最大出力レートに対応する、請求項１および２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
ネットワーク層ブロードキャスト・プローブによって、ＭＡＣプロトコルが経験するパケット損失レートをオンラインで測定し、次に、チャンネル損失レートを生成するために、チャンネル損失レート推定器を使用して前記測定されたパケット損失レート内にクロス・トラフィックにより発生するコリジョンをフィルタ除去し、次に、前記チャンネル損失レートに前記最大出力レートを関連付けるキャパシティ表現を使用する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記最大出力レートが最大ユーザ・データグラム・プロトコル出力レートである、請求項３および４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
ステップｉｉ）において、
ａ）ペアの２つのリンク間の各干渉が他のペアのリンク間の干渉から独立しているものとみる、ペアワイズ（ｐａｉｒ−ｗｉｓｅ）干渉、さらに、
ｂ）ペアの２つのリンクが相互に排他的に干渉するか、または、干渉しない、バイナリ干渉を想定し、
前記一次端点と前記選択された干渉モデルとを組み合わせることによって前記二次端点を決定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
ステップｉｉ）において、各頂点が単方向リンクに対応し、ペアの頂点の間の各エッジが、前記ペアの頂点に対応するペアの単方向リンクの間の干渉に対応する、前記ネットワークのコンフリクト・グラフを作成し、前記コンフリクト・グラフの頂点の最大独立集合から前記二次端点を決定する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記コンフリクト・グラフ上での独立集合列挙アルゴリズムまたは前記コンフリクト・グラフのコンプリメント上での最大クリーク列挙アルゴリズムによって、頂点の各最大独立集合を決定する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記選択された干渉モデルは、バイナリ・リンク干渉比（Ｌｉｎｋ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ）干渉モデルである、請求項６〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ランダム・アクセスＭＡＣプロトコルを使用し、間にリンクを有する複数のノードを含むネットワークにおける実現可能なレート領域をネットワーク動作の間に計算する装置であって、前記実現可能なレート領域は、前記ネットワークによって同時に維持可能なレートの集合であり、
ｉ）各リンクについて、前記リンクが単独で最大入力レートで送信を行う際に、最大出力レートに対応する一次端点を決定するように構成された第１の手段と、
ｉｉ）前記一次端点と、選択された干渉モデルとを組み合わせることによって、少なくとも２つのリンクが同時に送信を行う際の部分干渉をキャプチャする二次端点を決定するように構成された第２の手段であって、前記一次端点および前記二次端点は、実現可能なレート領域の境界を形成する、前記第２の手段と、を含む、前記装置。
【請求項１１】
前記ノードによって提供されるチャンネル損失レート、ノード間の近隣関係、ルーティング行列、さらに、前記一次端点および前記二次端点から、前記ネットワークのための目標出力レートの集合を計算するように構成された第３の手段をさらに含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ルーティング行列、さらに、前記一次端点および前記二次端点に基づいた制約を受ける前記目標出力レートの効用関数を最適化することによって、ネットワークの目標出力レートの前記集合を計算し、次に、前記計算した集合から、関連するノードがソースとなる出力レートの部分集合を選択し、前記選択された部分集合の前記出力レートに対応する最適化された入力レートを生成するように前記第３の手段が構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記生成され、最適化された入力レートに従って、前記関連するノードでのフローのレートを制限するように構成される制御手段をさらに含む、請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランダム・アクセス・ネットワークに関し、より正確には、このようなネットワークの実現可能なレート領域の計算に関する。
【０００２】
ここでの「ランダム・アクセス・ネットワーク」は、例えば、ＡＬＯＨＡやキャリア検知多重アクセス（ＣＳＭＡ：Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）などのような、ランダム・アクセス（または、「コンテンション・ベースの（ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ−ｂａｓｅｄ）」）媒体アクセス制御（ＭＡＣ：Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）プロトコルに基づいてノードが動作するネットワークを意味する。従って、固定（通信）ネットワークの場合もあれば、無線（通信）ネットワークの場合もあり、特に、ＩＥＥＥ８０２．１１ネットワーク（即ち、例えばＷｉＦｉタイプの無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ））である。
【背景技術】
【０００３】
以下の説明において、リンクの「出力レート」は、このリンクの「スループット」に相当し、リンクの「最大出力レート」は、このリンクの「最大スループット」または「キャパシティ」に相当し、「バックログされたモードにおける送信」は、「最大入力レートでの送信」に相当するものとする。
【０００４】
当業者にとっては公知であるが、世界中の都市部または農村部に配置される上述したネットワークのうちの幾つか、特に、８０２．１１マルチホップ無線メッシュ・ネットワークは、低コストのインターネット・アクセスおよび新しいコミュニティのアプリケーションを可能にする。
【０００５】
ランダム・アクセス・ネットワークは、無線媒体に対する送信のアービトレーションを行う単純な分散型の媒体アクセス制御（ＭＡＣ：  Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）プロトコルなどの利点を提供する。しかしながら、これらは、予測可能性の欠如、公平性の欠如、または、完全な枯渇などのよく知られたパフォーマンスの問題による制約を受ける。これらの問題は、ランダム・アクセスＭＡＣプロトコル（さらに、特にＩＥＥＥ８０２．１１のプロトコル）とプロトコル・スタックのより上位層とのシナジーが悪いことによる。幾つかの解決法が提案されているが、大抵のものは、ＭＡＣプロトコルや、ＴＣＰのようなより上位層のレガシーな（旧来の）プロトコルの変更を必要とする。
【０００６】
これらの解決法は、スループット予測の解決法、キャパシティ推定の解決法、さらに、プロトコルの解決法の３つのカテゴリーに分類することができる。以下、ＩＥＥＥ８０２．１１の解決法について焦点を当てるが、上述したように、本発明は、このタイプのネットワークに限定されるものではない。
【０００７】
８０２．１１ランダム・アクセス・マルチホップ・ネットワークにおけるスループット予測のために幾つかのモデルが提案されている。これらの多くは、シングルホップ・ネットワークにおけるＩＥＥＥ８０２．１１のバイナリ指数バックオフ（ｂｉｎａｒｙ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ  ｂａｃｋｏｆｆ）の効果を得るものである、Ｇ．Ｂｉａｎｃｈｉ氏の文献「ＩＥＥＥ８０２．１１分散協調機能のパフォーマンス分析（Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ８０２．１１  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）」、通信における選択領域についてのＩＥＥＥジャーナル（ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｎ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ａｒｅａｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、１８（３）：５３５−５４７、２０００年３月、に記載されている第１の解決法、さらに、マルチホップ・ネットワークにおけるキャリア検知の効果を得るものである、Ｒ．  Ｂｏｏｒｓｔｙｎ氏らの文献「マルチホップＣＳＭＡパケット無線ネットワークにおけるスループット分析（Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｉｎ  Ｍｕｌｔｉ−ｈｏｐ  ＣＳＭＡ  Ｐａｃｋｅｔ  Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）」、通信についてのＩＥＥＥトランザクション（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、３５（３）：２６７−２７４、１９８７年３月、の文献に記載されている第２の解決法に基づくものである。
【０００８】
これらのモデルは、干渉をモデル化する際の精度が異なり（純粋にジオメトリに基づいているか、実際の測定に裏付けられている）、さらに、予測パワーが異なる（シングルホップ・スループット予測またはマルチホップ・スループット予測）。これらのモデルは、２つの理由で運用可能なマルチホップ８０２．１１ネットワークとしては実用的でない。まず、これらのモデルのうちの多くは、スループットのための閉形式表現を提供するものではなく、従って、最適なマルチホップ・スループットを予測するために定義された実現可能なレート領域の網羅的なサーチを行わなければならない。このサーチは、精度を潜在的に低下させる可能性を伴う非線形制約によって実現性が特徴付けられる場合を除けば、フローの数の増加に伴い、受け入れられないほど高価になることがある。第２に、全ての既存の測定ベースのモデルは、全てのリンクが特定のパターンでバックログして起動される別個の測定段階を必要とする（個々のノードの起動またはペアワイズ（ｐａｉｒ−ｗｉｓｅ）・リンク起動）。結果として、これらは、Ｏ（Ｎ２）測定またはＯ（Ｌ２）測定を必要とし、各測定は、通常、必要な統計を収集するのに数秒必要とする。実際には、これにより、メッシュ・ネットワークのダウンタイムが延長され、測定と通常の動作との間での切り替えのための追加的な信号送信メカニズムを有することにより、ネットワーク動作が複雑となる。
【０００９】
近年では、Ｎ．Ａｈｍｅｄ氏らの文献「ＲＦ干渉のオンライン推定（Ｏｎｌｉｎｅ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＲＦ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）」、Ｐｒｏｃ．  ＡＣＭ  ＣｏＮＥＸＴ、マドリッド、スペイン、２００８年１２月、においては、クライアント−ＡＰの無線ＬＡＮにおけるこれらの測定時間を大幅に低減することが可能な新しい技術が提案されているが、この新しい技術は、マルチホップ無線メッシュ・ネットワークには適用できるものではなく、広範なファームウエアの変更を必要とする。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の目的は、ランダム・アクセス・ネットワークにおける（即ち、ランダム・アクセスＭＡＣプロトコルを使用した）実現可能なレート領域の決定（または計算）を可能にする方法およびその方法に関連する装置を提供することにある。この方法は、レガシーな（旧来の）プロトコルの変更が不要であり、広く利用可能なトラフィック・シェーパやレート・リミッタを用いて今日の配置構成で容易に実施することができる（または、組み込むことができる）。
【００１１】
より正確には、本発明は、ランダム・アクセスＭＡＣプロトコルを使用し、複数のノードとこれらのノード間のリンクとを含むネットワークにおける実現可能なレート領域をオンラインで計算することを意図した方法を提供する。実現可能なレート領域の計算により、アドミッション制御やネットワーク最適化のようなアプリケーションが可能となる。
【００１２】
ここで、「実現可能なレート領域（ｆｅａｓｉｂｌｅ  ｒａｔｅｓ  ｒｅｇｉｏｎ）」とは、所与の時間にランダム・アクセス・ネットワークによって同時に維持可能なレートのセット（集合）を意味する。実現可能なレート領域のより正式な定義は、固有のリンク・パケット損失レート（ｐｌ）によってのみスケールダウンされる入力レートから生ずる全ての達成可能な出力レート（または、スループット）の集合である。固有のパケット損失レートは、リンクが単独でバックログされたモードで（即ち、最大入力レートで）送信する際に測定または推定される。固有のパケット損失レートｐｌが零である特別の場合において、実現可能なレート領域は、対応する入力レートと等しい全ての出力レート（または、スループット）の集合である。
【００１３】
この方法は、
ｉ）各リンクについて、このリンクが単独で最大入力レートで（即ち、バックログされたモードで）送信を行う際に、最大出力レート（または、最大スループットもしくは最大キャパシティ）に対応する一次端点を決定するステップと、
ｉｉ）これらの一次端点と選択された干渉モデルを組み合わせることによって二次端点を決定するステップであって、これらの一次端点および二次端点は、実現可能なレート領域の境界を形成する、このステップと、を含む。
【００１４】
本発明の方法は、別個に、または、組み合わされて考慮される追加的な特徴、特に、以下の特徴を含む。
【００１５】
ステップｉ）において、一次端点をオンラインで決定することができる。
【００１６】
ステップｉ）において、リンクの各一次端点は、このリンクが単独で最大入力レート（または、バックログされたモード）で送信を行う際に達成される最大出力レートに対応することがある。
【００１７】
最大出力レート（または、キャパシティ）を計算するために、まず、ネットワーク層ブロードキャスト・プローブによって、媒体アクセス制御（ＭＡＣ：Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）プロトコルが経験するパケット損失レートをオンラインで測定し、次に、チャンネル損失レートを生成するために、チャンネル損失レート推定器を使用して測定されたパケット損失レート内にクロス・トラフィックにより発生するコリジョンをフィルタ除去し、次に、チャンネル損失レートに最大出力レートを関連付けるキャパシティ表現を使用することができる。
【００１８】
最大出力レートは、最大ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ：Ｕｓｅｒ  Ｄａｔａｇｒａｍ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）出力レートとなることがある。
【００１９】
ステップｉｉ）において、
ａ）ペアの２つのリンク間の各干渉が他のペアのリンク間の干渉から独立しているものとみる、ペアワイズ（ｐａｉｒ−ｗｉｓｅ）干渉、さらに、
ｂ）ペアの２つのリンクが相互に排他的に干渉するか、または、干渉しない、バイナリ干渉を想定し、
一次端点と選択された干渉モデルを組み合わせることによって二次端点を決定することができる。
【００２０】
ステップｉｉ）において、各頂点が単方向リンクに対応し、ペアの頂点の間の各エッジが、このペアの頂点に対応するペアの単方向リンクの間の干渉に対応する、ネットワークのコンフリクト・グラフを作成することができ、コンフリクト・グラフの頂点の最大独立集合から二次端点を決定することができる。
【００２１】
コンフリクト・グラフ上での独立集合列挙アルゴリズムまたはコンフリクト・グラフのコンプリメント上での最大クリーク列挙アルゴリズムによって、頂点の各最大独立集合を決定することができる。
【００２２】
選択された干渉モデルは、バイナリ・リンク干渉比（ＬＩＲ：Ｌｉｎｋ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ）干渉モデルとなることがある。
【００２３】
さらに、本発明は、ランダム・アクセスＭＡＣプロトコルを使用し、複数のノードと、ノードの間のリンクとを含むネットワークにおける実現可能なレート領域をオンラインで計算するように意図された装置を提供する。この装置は、
各リンクについて、リンクが単独で最大入力レートで送信を行う際に、最大出力レート（または、キャパシティ）に対応する一次端点を決定するように構成された第１の計算手段と、
これらの一次端点と選択された干渉モデルを組み合わせることによって二次端点を決定する第２の計算手段であって、これらの一次端点および二次端点は、実現可能なレート領域の境界を形成する、この第２の計算手段と、を含む。
【００２４】
この装置には、ノードによって提供されるチャンネル損失レート、ノード間の近隣関係、ルーティング行列、さらに、一次端点および二次端点から、ネットワークのための目標出力レートの集合を計算するように構成された第３の計算手段をさらに含めることができる。
【００２５】
この第３の計算手段は、ルーティング行列、さらに、一次端点および二次端点に基づいた制約を受ける目標出力レートの効用関数を最適化することによって、ネットワークの目標出力レートの集合を計算し、次に、計算した集合から、関連するノードがソースとなる出力レートの部分集合を選択し、選択された部分集合のこれらの出力レートに対応する最適化された入力レートを生成するように構成させることができる。
【００２６】
この装置には、生成され、最適化された入力レートに従って、関連するノードでのフローのレートを制限するように構成された制御手段をさらに含めることができる。
【００２７】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な明細書および添付の図面を検討することによって明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に従った例示的な実施の形態の装置を備えた５つのネットワーク機器（または、ノード）を含むネットワークの例を模式的且つ機能的に示す図である。
【図２】実現可能なレート領域の例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
添付図面は、本発明を完全にするだけでなく、必要であれば、その定義に寄与するものである。
【００３０】
本発明の目的は、ランダム・アクセス・ネットワーク（ＷＮ）（即ち、ランダム・アクセスＭＡＣプロトコルを使用したネットワーク）における実現可能なレート領域をオンラインで計算するように意図された方法およびその方法に関連する装置（Ｄ）を提供することを目的とする。
【００３１】
以下の説明において、ネットワーク（ＷＮ）は無線タイプのものであり、より正確には、ＩＥＥＥ８０２．１１ネットワーク（例えば、ＷｉＦｉネットワーク）であることを想定する。しかしながら、本発明はこのタイプのネットワークに限定されるものではない。実際、本発明は、ランダム・アクセスＭＡＣプロトコルを使用するノード（または、ネットワーク機器）を含むどのようなタイプのネットワークにも関する。従って、ネットワークが固定ネットワークとなる場合もある。
【００３２】
さらに、以下の説明において、無線ネットワーク（ＷＮ：ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｎｅｔｗｏｒｋ）は、マルチホップ・タイプのものであると考える。従って、図１に例示されているように、無線ネットワークは、無線ルータや、各無線ルータ間に接続され（またはリンクされ）、ノードを形成するアクセス・ポイントＮＥｉを含む。しかしながら、本発明はこのタイプの無線ネットワークに限定されるものではない。実際、ネットワークは、シングルホップ・タイプの無線ネットワークに関する。即ち、ネットワークは、ユーザ（またはクライアント）に対して無線通信機器を提供し、ノードを形成する基地局（または、これに相当する無線ネットワーク機器）を含む。シングルホップ・タイプの無線ネットワークは、マルチホップ・タイプの無線ネットワークの特定の場合のものであると考えることができよう。
【００３３】
図示された例においては、ノード・インデックスｉは、１〜５に変化するが、ノードＮＥｉの数は、５より大きくてもよいし、小さくとも良い。
【００３４】
上述したように、本発明は、ネットワークＷＮにおける実現可能なレート領域をオンラインで計算するように意図された方法を提案する。
【００３５】
ここでの「実現可能なレート領域」は、所与の時間にネットワーク（ＷＮ）によって同時に維持可能な全てのレートの集合を意味する。
【００３６】
８０２．１１ＭＡＣプロトコルは、或る期間Ｔに渡って（負荷を表す）リンク入力レートｘを（スループットを表す）リンク出力レートｙにマッピングする関数ｆ、ｙ＝ｆ（Ｔ）（ｘ）であるとみなすことができる。ｘに制約がない場合、さらに、ノードＮＥｉが公称無線帯域幅で送信を行うことができる場合には、各リンクの出力レートは、一般的には、干渉および悪いチャンネル状態により、入力レートよりも小さい。これらの２つの原因は、ＭＡＣバックオフおよび再送信遅延、またはバッファのオーバフロー、ＭＡＣコリジョンもしくは悪い無線チャンネル状態から生ずるネットワーク層パケット損失として現れる。
【００３７】
上記に基づくと、実現可能なレート領域の正式な定義は、以下のように、固有のリンク・パケット損失レート・ベクトルｐ＝（ｐ１，・・・，ｐｌ，・・・，ｐＬ）によってのみスケールダウンされる制約のある入力レート・ベクトルｘ（ｘ１，・・・，ｘｌ，・・・，ｘＬ）から生ずる全ての出力レート・ベクトルｙ＝（ｙ１，・・・，ｙｌ，・・・，ｙＬ）の集合である。各リンクｌ＝１，・・・，Ｌについて、ｙｌ＝（１−ｐｌ）ｘｌであり、パケット・ロス損失ｐ＝（ｐ１，・・・，ｐｌ，・・・，ｐＬ）は、リンクが単独で最大入力レートで（または、バックログされたモードで）送信する場合に、最大出力レート（または、キャパシティ）と同様に測定される。固有パケット損失レートＰｌが零である特別な場合には、実現可能なレート領域は、対応する入力レートと等しい全ての出力レートの集合である。
【００３８】
なお、上述した方法と同様に、Ｌ個のリンクのレート・ベクトルｙ＝（ｙ１，・・・，ｙｌ，・・・ｙＬ）の代わりに固定されたルートを用いたＳ個のマルチホップ・フローのレート・ベクトルｙ＝（ｙ１，・・・，ｙｌ，・・・，ｙｓ）にも実現可能なレート領域の定義が拡張される。リンクの固有パケット損失がこれらのフローのマルチホップ・ルートの固有パケット損失ｐ＝（ｐ１，・・・，ｐｌ，・・・，ｐｓ）に置き換えられるという差のみが存在する。各ルートｓの損失レートｐｓは、例えば、関係式
【数１】
0005596778.tif 000002
によって、ルートｓ内の各リンクの測定されたチャンネル損失レートｐｌに基づいて推定することができる。
【００３９】
本発明によれば、この方法は、少なくとも部分的には、本発明に従った少なくとも１つの装置Ｄによって実施することができる。
【００４０】
図１において模式的に示されているように、本発明に従った装置Ｄは、ネットワークＷＮのノードを形成する幾つかの（好ましくは、各々の）ネットワーク機器ＮＥｉ内に位置させることができる。しかしながら、この装置Ｄもまた、ネットワーク・ノードＮＥｉに結合されたネットワーク機器または要素であったり、管理機器など、ネットワークＷＮに結合されたネットワーク機器であったりする場合がある。
【００４１】
従って、装置Ｄは、少なくとも部分的には、ソフトウエア・モジュールからなるものでもよく、または、電子回路やハードウエア・モジュールからなるものでもよく、または、ハードウエア・モジュールおよびソフトウエア・モジュールを組み合わせたものであってもよい（この場合、装置Ｄは、さらに、ハードウエア・モジュールとソフトウエア・モジュールの間の相互作用を可能にするソフトウエア・インタフェースを含む）。
【００４２】
複数の装置Ｄが各ノードＮＥｉに分配配置される場合には、これらの装置Ｄの各々がノードＮＥｉのための実現可能なレート領域を決定する。ネットワーク全体、またはネットワークの一部に１つの装置Ｄのみが存在する場合には、この集中配置された装置が全てのネットワーク・ノードＮＥｉまたはネットワークの一部に属する各ノードのための実現可能なレート領域を決定する。
【００４３】
本発明に従った方法は、実現可能なレート領域の境界を形成する一次端点および二次端点を決定することを目的とする２つの主ステップを含む。
【００４４】
実現可能なレート領域は、凸多面体によってモデル化することができる。この実現可能なレート領域は、Ｋ個の端点ｃ［ｋ］＝（ｃｋ１，・・・，ＣＫＬ）によって特徴付けられる。ここで、ｋ＝１〜Ｋであり、ｌは、２つのノードＮＥｉ（ｌ＝１〜Ｌ）の間のリンクを表す。凸包（または境界）を含む多面体内部に存在する出力レートｙ＝（ｙ１，・・・，ｙＬ）の集合はどのようなものでも実現可能である。
【００４５】
本発明によれば、以下に詳細に説明するように、この多面体の凸包（または境界）内の各ポイントｃ＝（ｃ１，・・・，ｃＬ）は、多面体境界（または、ネットワークの実現可能なレート領域の境界）を形成するＫ個の端点ｃ［ｋ］の線形な組み合わせとして決定される。従って各（非端）点ｃ＝（ｃ１，・・・，ｃＬ）は、関係式
【数２】
0005596778.tif 000003
によって表すことができる。
【００４６】
実現可能なレート領域の非常に単純で非限定的な例が図２に示されている。この例においては、リンクＬの数は２であり、実現可能なレート領域の境界を形成する端点Ｋの数は４である。この例においては、ｃ［１］＝（ｃ１１，０）、ｃ［２］＝（０，ｃ２２）、ｃ［３］＝（ｃ３１，ｃ３２）、さらに、ｃ［４］＝（ｃ４１，ｃ４２）は、実現可能なレート領域の境界を形成する４つの端点であり、この実現可能なレート領域は、矩形領域（「独立領域」と呼ばれる）に含まれる。境界に属する非端点ｃ＝（ｃ１，ｃ２）は、Ｋ個の端点の線形な組み合わせであり、「時分割領域」は、リンクが干渉するが、相互に排他的な方法でスケジューリングされる実現可能なレート領域の一部である。従って、正規化された出力レートの合計は、１（ｕｎｉｔｙ）を超えない（ｙ１／ｃ１＋ｙ２／ｃ２≦１）。本発明によれば、Ｋ個の端点によって形成される多面体に存在するいずれの出力レートｙ＝（ｙｌ，ｙｌ’）も実現可能である。
【００４７】
重要な点として、ＴＤＭＡネットワークまたは時分割ＣＤＭＡネットワークは、各端点がＳＩＮＲ定式によって容易に提供される凸面実現可能レート領域によって特徴付けることができる。しかしながら、どのようにこのようなモデルが８０２．１１のようなランダム・アクセスＭＡＣプロトコルを使用したネットワークに適用されるかは明らかではない。ＴＤＭＡネットワークおよびＣＤＭＡネットワークとは異なり、ランダム・アクセス・ネットワークにおいては、実現可能なレート領域は、必ずしも凸面ではなく、分析定式によって与えられるものではない。本発明に係る方法は、オンライン計算を可能にするために、凸面近似化を使用する。さらに、このモデルを現実の世界のランダム・アクセス・ネットワーク（この例では、８０２．１１）に適用すると、２つのチャレンジに取り込むことが必要となる。これらのチャレンジは、（ｉ）実現可能なレート領域の適切な特徴付けのための端点を定義すること、さらに、（ｉｉ）負担のない方法で、ネットワーク動作の間にこれらの端点を計算することである。
【００４８】
この方法の第１の主ステップ（ｉ）は、２つのネットワーク・ノードＮＥｉ間で確立される各リンクｌについて、この考慮されるリンクが単独で最大入力レートで（または、バックログされたモードで）送信を行う際に最大出力レートに対応する主端点を決定することからなる。
【００４９】
この第１のステップ（ｉ）は、装置Ｄの第１の計算手段ＣＭ１によって実施される。上述したように、これは、分散型の方法、即ち、ノードＮＥｉに関連付けられた各分散配置された装置Ｄで実施されることもあれば、集中型の方法、即ち、ネットワークＷＮの１つの集中配置された装置Ｄにおいて実施されることもある。
【００５０】
この方法の第２の主ステップ（ｉｉ）は、これらの一次端点と選択された干渉モデルを組み合わせることによって二次端点を決定することからなる。
【００５１】
第２の主ステップ（ｉｉ）は、装置Ｄの第２の計算手段ＣＭ２によって実施される。上述したように、これは、分散型の方法、即ち、ノードＮＥｉに関連付けられた各分散配置された装置Ｄで実施されることもあれば、集中型の方法、即ち、ネットワークＷＮの１つの集中配置された装置Ｄにおいて実施されることもある。
【００５２】
決定された一次端点および二次端点は、一緒に、ネットワークの実現可能なレート領域の境界を形成する。
【００５３】
図２において示された実現可能なレート領域の非限定的な例においては、ｃ［１］＝（ｃ１１，０）およびｃ［２］＝（０，ｃ２２）は、各リンクが単独で送信を行う際の（２つの）最大出力レート（または、キャパシティ）に対応する２つの一次端点であり、ｃ［３］＝（ｃ３１，ｃ３２）およびｃ［４］＝（Ｃ４１，ｃ４２）は、２つのリンクｌが同時に送信を行う際の部分干渉をキャプチャする２つの二次端点である。
【００５４】
好ましくは、これらの一次端点および二次端点は、オンライン、即ち、ネットワーク動作の間に、負担のない方法で決定される（または、計算される）。
【００５５】
また、好ましくは、リンクｌの各一次端点は、このリンクｌが単独でバックログされたモードで送信する（即ち、最大入力レートで送信する）際に達成される最大出力レート（または、キャパシティ）に対応する。
【００５６】
一次端点のこの最後の定義は単純であるものの、ネットワーク動作の間、リンクｌは、単独でも、バックログされたモードでも送信を行わないため、オンライン決定には、困難が伴う。従って、最大出力レート（または、キャパシティ）を計算するためにオンライン・キャパシティ推定処理を導入することができる。
【００５７】
無線リンク品質および干渉パターンは時間の経過に伴い変化するため、このオンライン・キャパシティ推定処理は、好ましくは、測定段階を含む。例えば、このオンライン・キャパシティ推定処理は、ＭＡＣプロトコルが経験するパケット損失レートに最大出力レート（または、リンク最大スループットもしくはキャパシティ）を関連付けるキャパシティ表現を使用することからなる。
【００５８】
パケット損失レートは、負荷の小さなネットワーク層ブロードキャスト・プローブを用いてオンラインで測定することができる。しかしながら、干渉が存在する際には、チャンネル・エラーとコリジョンの双方による損失をこのパケット損失レートは含む。従って、このリンクのチャンネル損失レートにリンクの最大出力レート（または、最大スループットもしくはキャパシティ）を関連付けるキャパシティ表現を使用すると好ましい。この場合、ネットワーク層ブロードキャスト・プローブによってＭＡＣプロトコルが経験する（リンク）パケット損失レートをオンラインで測定することができ、次に、チャンネル損失レート推定器を使用して、チャンネル損失レートを生成するために、測定されたパケット損失レートにクロス・トラフィックによって生ずるコリジョンをフィルタ除去することができ、最後に、考慮されているリンクのこの最大スループットを決定するために、チャンネル損失レートに最大出力レートを関連付けるキャパシティ表現を使用することができる。
【００５９】
重要な点として、最大ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ：Ｕｓｅｒ  Ｄａｔａｇｒａｍ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）・スループットである最大出力レート（または、最大スループットもしくはキャパシティ）を決定することが好ましい。なぜならば、これにより精度を高めることができるからである。変形例においては、例えば、最大ＴＣＰスループットを使用することができるが、この場合には、実現可能なレート領域の推定の精度が低下する。
【００６０】
例えば、以下の定式（１）を用いてリンクｌの最大ＵＤＰスループットＴとチャンネル損失レートｐｌの関係を表現することができる。
【数３】
0005596778.tif 000004
ここで、Ｐは、ＵＤＰのペイロード・サイズであり、ｔｉｄｌｅおよびｔｔｘは、それぞれ、平均アイドル時間および送信時間であり、以下のように近似計算することができる。
【数４】
0005596778.tif 000005
ここで、Ｈは、ＵＤＰヘッダ・サイズであり、Ｔｎｏｍは、公称スループットであり、ＥＴＸは、１／（１−ｐｌ）であり、独立損失の確率がｐｌであること想定したＭＡＣ再送信の予想数である。
【数５】
0005596778.tif 000006
ここで、σは、８０２．１１スロット期間であり、Ｗ０およびＷｍは、それぞれ、最小および最大のコンテンション窓のサイズであり、ｍは、コンテンション窓のサイズが最大となり、Ｗｍと等しい、８０２．１１バックオフ・ステージである。パラメータｍは、８０２．１１規格によって定義される整数である。さらに、
【数６】
0005596778.tif 000007
は、任意の２つの８０２．１１バックオフ・ステージａおよびｂの間の合計平均バックオフ時間を表す関数である。ここでａ≦ｂである。
【００６１】
定式（１）において、全ての量は、既知であるか、Ｐｌに依存する。Ｔｎｏｍは、Ｊ．  Ｊｕｎ氏らの文献「ＩＥＥＥ８０２．１１の理論上の最大スループットとその応用（Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ  ｏｆ  ＩＥＥＥ８０２．１１  ａｎｄ  ｉｔｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」、Ｐｒｏｃ．  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  （ＮＣＡ）、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ、ＭＡ、ＵＳＡ、２００３年４月、に記載されているように、８０２．１１ＭＡＣパラメータ、データ・パケット・サイズ、およびデータ・レートが与えられていると計算することができる。Ｗ０、Ｗｍ、およびｍは、８０２．１１仕様書によって与えられている。ヘッダＨおよびパケット・ペイロードＰは既知であり、ＥＴＸはＰｌに依存する。
【００６２】
上述したように、パケット損失レートＰｌは、ネットワーク層ブロードキャスト・プローブ・パケットを使用するプロービング・システムによって測定することができる。ブロードキャスト・パケットはＭＡＣ再送信されず、ＭＡＣプロトコルの経験するパケット損失レートを反映する。例えば、パケット損失レートｐｌは、［１−（１−ｐＤＡＴＡ）（１−ｐＡＣＫ）］によって計算することができる。ここでｐＤＡＴＡおよびｐＡＣＫは、それぞれ、ＤＡＴＡ（データ）およびＡＣＫ（「受信確認」）のパケット損失レートである。これらのパケット損失レートは、プロービング窓に対する損失が生じたＤＡＴＡおよびＡＣＫのブロードキャスト・プローブの割合として測定される。ＤＡＴＡおよびＡＣＫをエミュレートするブロードキャスト・プローブは、それぞれ、ＤＡＴＡおよびＡＣＫのパケットのデータ・レートおよびパケット・サイズで送信される。
【００６３】
ネットワーク動作の間、パケット損失は、チャンネルのエラーおよびコリジョンによるものであり、測定された損失レートｐＤＡＴＡおよびｐＡＣＫは、リンクが単独で送信するのであればより大きくなる。最大ＵＤＰスループット表現を使用するために、チャンネル・エラーとコリジョンを区別することができなければならず、定式（１）を使用しなければならない。定式（１）で、ｐｌは、ｐＤＡＴＡおよびｐＡＣＫの推定されたチャンネル損失レートから計算される。従って、オンラインでの最大ＵＤＰスループット推定の問題は、コリジョンからのチャンネル損失を分離する問題に転換される。この問題に対する解決法は、クライアント−ＡＰの無線ＬＡＮトラフィックのシナリオのために設計されているか、または、ファームウエアに対する低レベルでのアクセスを必要とする。これらの解決法は、特に、Ｓ．Ｒａｙｎｃｈｕ氏らの文献「８０２．１１における無線パケット損失の診断：弱い信号からのコリジョンの分離（Ｄｉａｇｎｏｓｉｎｇ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐａｃｋｅｔ  Ｌｏｓｓｅｓ  ｉｎ  ８０２．１１：Ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｗｅａｋ  Ｓｉｇｎａｌ）」、Ｐｒｏｃ．  ＩＥＥＥ  ＩＮＦＯＣＯＭ、Ｐｈｏｅｎｉｘ、ＡＺ、ＵＳＡ、２００８年４月、およびＫ．  Ｗｈｉｔｅｈｏｕｓｅ氏らの文献「コリジョン検出および回復のためのキャプチャ効果の利用（Ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ  ｔｈｅ  ｃａｐｔｕｒｅ  ｅｆｆｅｃｔ  ｆｏｒ  ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ）」、ＥｍＮｅｔＳ−１１、２００５年、に記載されている。
【００６４】
最大ＵＤＰスループットの推定には、当業者にとって公知などのような技術を使用することもできる。アドホック・プローブ（Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｐｒｏｂｅ）は、このような技術である（この技術は、特に、Ｌ．−Ｊ．  Ｃｈｅｎ氏らの文献「アドホック・プローブ：無線アドホック・ネットワークにおけるパス・キャパシティ・プロービング（Ａｄ  ｈｏｃ  ｐｒｏｂｅ：ｐａｔｈ  ｃａｐａｃｉｔｙ  ｐｒｏｂｉｎｇ  ｉｎ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ａｄ  ｈｏｃ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ）」、Ｐｒｏｃ．  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  （ＷＩＣＯＮ）、Ｂｕｄａｐｅｓｔ、Ｈｕｎｇａｒｙ、２００５年７月、に記載されている。）。しかしながら、アドホック・プローブは、以下のａ）、ｂ）の理由でリンク最大ＵＤＰスループットを推定するのに適切ではない。
ａ）（アドホック・プローブの推定は、固有リンク・チャンネル損失を考慮していない最小分散（遅延）推定に基づいているため、）干渉がない場合には、公称スループットに近い高い値を推定する。
ｂ）干渉がある場合には、最小遅延フィルタは、渋滞をフィルタ除去するが、ここでもまた、損失を考慮していない。
【００６５】
上述したように、第２の主ステップ（ｉｉ）の間、（第１の主ステップ（ｉ）の間に決定された）一次端点と選択された干渉モデルを組み合わせることにより、二次端点を決定する。
【００６６】
例えば、この干渉モデルは、２つの単純化する想定に依存している。第１に、ペアの２つのリンク間の各干渉が他のペアのリンク間の干渉から独立しているものとする、ペアワイズ（ｐａｉｒ−ｗｉｓｅ）の干渉を想定している。第２に、ペアの２つのリンクが相互に排他的に干渉するか、または、干渉しない、バイナリ干渉を想定している。図１に示す例（単純な２次元の場合）を参照すると、干渉モデルは時分割領域または独立領域をキャプチャする。
【００６７】
例えば、選択された干渉モデルは、バイナリ・リンク干渉比（ＬＩＲ：Ｌｉｎｋ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ）干渉モデルとなることがある。リンク干渉比（ＬＩＲ）は、Ｊ．  Ｐａｄｈｙｅ氏らの文献「静的マルチホップ無線ネットワークにおけるリンク干渉の推定（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌｉｎｋ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｉｎ  Ｓｔａｔｉｃ  Ｍｕｌｔｉ−ｈｏｐ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）」、Ｐｒｏｃ．  ＡＣＭ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  （ＩＭＣ）、Ｂｅｒｋｅｌｅｙ、ＣＡ、ＵＳＡ、２００５年１０月、において記載されているように、ＣＳＭＡネットワークにおけるリンク・ペア間の干渉を測定する尺度であると考えることができよう。
【００６８】
ＬＩＲは、
【数７】
0005596778.tif 000008
として定義される。ここで、ｃ１１、ｃ２２、ｃ３１、およびｃ３２は、それぞれ、リンクがバックログされた送信を個別に、または、同時に行うときのＵＤＰスループットである。ＬＩＲ＝１は、リンクが干渉しないことを示す。ＬＩＲが低いことは、干渉度が高いことを示す。
【００６９】
例えば、ＬＩＲ閾値ＬＩＲｔｈに基づいてバイナリ干渉モデルを使用することができる。２つのリンクのＬＩＲがＬＩＲ閾値ＬＩＲｔｈよりも大きい場合には、２つのリンクは、「干渉していない（ｎｏｎ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ）」ものと考えられ、これらの実現可能なレート領域は、一次端点（ｃ１１，０）および（０，ｃ２２）、さらに、それらの二次端点（ｃ１１，ｃ２２）によって形成される独立領域によってキャプチャされる。そうでなければ、２つのリンクは、「干渉している（ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ）」ものと考えられ、これらの実現可能なレート領域は、一次端点（ｃ１１，０）および（０，ｃ２２）のみによって形成される時分割領域である。
【００７０】
他の干渉モデル、特に、各リンクがそのノードのエンドポイントに隣接する全てのリンク、さらに、１ホップ近隣の全てのリンクに干渉する、２ホップ・ペアワイズのバイナリ干渉モデルを使用することもできる。このような他の干渉モデル（特に、Ｓ．  Ｒａｎｇｗａｌａ氏らの文献「マルチホップ無線メッシュ・ネットワークにおける渋滞制御の理解（Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ  ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｉｎ  ｍｕｌｔｉ−ｈｏｐ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｍｅｓｈ  ｎｅｔｗｏｒｋ）」、Ｐｒｏｃ．  ＡＣＭ  Ｍｏｂｉｃｏｍ、Ｓａｎ  Ｆｒａｎｓｉｓｃｏ、ＣＡ、ＵＳＡ、２００８年９月、に記載されている）は、ＬＩＲ干渉モデルの場合よりもオンラインで（即ち、ネットワーク動作の間に）使用するのが容易である。無線メッシュ・テストベッドにおける広範な実験および測定は、ＬＩＲ閾値ＬＩＲｔｈ＝０．９５を用いたバイナリＬＩＲ干渉モデルの適切な近似を提供することを示している。しかしながら、このホップベースの干渉モデルの他の変形を使用してペアワイズのバイナリ干渉モデルを実現することもできる。
【００７１】
各頂点が単方向リンクｌに対応し、ペアの頂点の間の各エッジが、このペアの頂点に対応するペアの単方向リンクｌの間の干渉に対応する、ネットワークＷＮのコンフリクト・グラフを作成することができ、さらに、このコンフリクト・グラフの頂点の最大独立集合から、二次端点を決定することができる。
【００７２】
重要な点として、ペアワイズのバイナリ干渉モデルは、コンフリクト・グラフの２つの頂点間にエッジが存在するかどうかを決定する。このモデルに基づいて、対応する各リンクが干渉する場合には、各頂点間にエッジを追加する。一般的に、異なるペアワイズのバイナリ干渉モデルは、同一のネットワークに対して異なるコンフリクト・グラフを作成する。
【００７３】
コンフリクト・グラフの各頂点の独立集合は、干渉なしで同時に送信を行うことができるリンクｌの集合を示す。これらの独立集合は、コンフリクト・グラフ上で独立集合列挙アルゴリズムを使用して計算することができる。代替的には、独立集合は、コンフリクト・グラフのコンプリメントにおいてクリーク列挙アルゴリズムを使用して計算することができる（一般的には、頂点集合Ｖおよびエッジ集合Ｅ’を有するグラフＧ’＝（Ｖ，Ｅ’）は、エッジ（ｖｊ，ｖｊ）がＥ’にあり、Ｅにない場合にのみ、同じ頂点集合Ｖおよび別のエッジ集合Ｅを有するグラフＧ＝（Ｖ，Ｅ）のコンプリメントとよばれる。換言すれば、２つの頂点ｖｉおよびｖｊは、これらがＧにおいて隣接していない場合のみ、Ｇ’において隣接している。従って、コンフリクト・グラフのコンプリメントにおけるクリークは、コンフリクト・グラフの独立集合である。）。
【００７４】
重要な点として、ここでは、列挙アルゴリズムの演算量を低減するために、最大独立集合のみを使用する。しかしながら、より高精度な推定は、コンフリクト・グラフにおいて全ての独立集合を使用することであろう。
【００７５】
使用されるクリーク列挙アルゴリズムの例は、Ｋ．  Ｍａｋｉｎｏ氏らの文献「全ての最大クリークを列挙する新規なアルゴリズム（Ｎｅｗ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ  ｆｏｒ  ｅｎｕｍｅｒａｔｉｎｇ  ａｌｌ  ｍａｘｉｍａｌ  ｃｌｉｑｕｅｓ）」、Ｐｒｏｃ．  ９ｔｈ  Ｓｃａｎｄｉｎａｖｉａｎ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  Ｔｈｅｏｒｙ、Ｈｕｍｅｌｅｂａｅｋ、Ｄｅｎｍａｒｋ、２００４年７月、に記載されている。
【００７６】
各最大独立集合ｍ∈Ｍは、０−１  Ｌ×１ベクトルｖ［ｍ」によって表される。ここで、単位要素は、この独立集合の各頂点に対応するリンクを表す。各ベクトルｖ［ｍ］は、各単位エントリを対応するキャパシティで置き換えることにより、二次端点ｃ（２）［ｍ］にマッピングすることができる。これは、各列が一次端点ｃ（１）［ｋ］に対応するＬ×Ｌの対角行列Ｃ（１）を用いることによって行われる。次に、各二次端点は、以下に述べるように生成される。
ｃ（２）［ｍ］＝Ｃ（１）ｖ［ｍ］、  ｍ＝１，・・・，Ｍであり、Ｍは、コンフリクト・グラフにおける最大独立集合の数である。
【００７７】
図１に示されているように、装置Ｄは、さらに、第１の計算手段ＣＭ１および第２の計算手段ＣＭ２に結合された第３の計算手段ＣＭ３を含んでいてもよい。この第３の計算手段ＣＭ３は、各ノードＮＥｉによって提供されるチャンネル損失レート、ノードＮＥｉ間の近隣関係、ルーティング行列、さらに、一次端点および二次端点からネットワークＷＮのための目標出力レートの集合を計算するように構成される。
【００７８】
ルート（ルーティング行列）、近隣情報（または関係）、およびチャンネル損失レートの推定値が、「クリック（Ｃｌｉｃｋ）」を伴うＳｒｃｒなどのルーティング・プロトコルによって、ネットワークＷＮ内に広められる。この情報は、各ノードＮＥｉにより、そのＳｒｃｒトポロジー・データベースを更新するため、（例えば、Ｒ．  Ｄｒａｖｅｓ氏らの文献「マルチラジオ、マルチホップ無線メッシュ・ネットワークにおけるルーティング（Ｒｏｕｔｉｎｇ  ｉｎ  ｍｕｌｔｉ−ｒａｄｉｏ，ｍｕｌｉｔ−ｈｏｐ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｍｅｓｈ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ）」，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＭｏｂｉＣｏｍ、２００４年、に記載されているような、ＥＴＴなどのリンク・コスト尺度を使用したＤｉｊｋｓｔｒａのルーティング・アルゴリズムを使用して）ルートを計算するため、さらに、第３の計算手段ＣＭ３において最適化アルゴリズムを実行するために使用される。
【００７９】
目標出力レートの集合は、ローカルで（即ち、分散型の方法で）分散配置された装置Ｄに関連付けられた各ノードＮＥｉで計算されてもよく、集中型の方法で、即ち、ネットワークＷＮの単一の集中配置された装置Ｄで計算されてもよい。
【００８０】
例えば、目標出力レートｙ＝（ｙ１，・・・，ｙｓ）の集合は、ルーティング行列、さらに、一次端点および二次端点ｃ［ｋ］＝（ｃｋ１，・・・，ｃｋＬ）に基づく制約を受ける目標出力レートの効用関数Ｕ（ｙｓ）を最適化することによって計算することができる。
【００８１】
効用関数Ｕ（ｙｓ）の凸最適化の例を以下に示す。
【数８】
0005596778.tif 000009
ここで、Ｓは、フローｓの数であり、ＲｌＳは、フローｓが（ルーティング行列に従った）リンクｌを介してルーティングされるかどうかを示すバイナリ・ルーティング変数である。さらに、効用関数は以下のように与えられる。
【数９】
0005596778.tif 000010
これは、公平性とスループットがトレードオフの関係にある広範囲の目的を提供する公知の族である
【００８２】
次に、ネットワーク出力レート・ベクトルｙ＝（ｙ１，・・・，ｙｓ）が与えられると、第３の計算手段ＣＭ３は、関連するノードＮＥｉがソースとなるレートｙｓの部分集合を選択し、選択された部分集合のこれらの出力レートに対応する最適化された入力レートＸｓを生成する。例えば、各最適化された入力レートｘｓは、ｘｓ＝ｙｓ／（１−ｐｓ）によって与えられる。ここで、ｐｓは、パス損失である。このパス損失ｐｓは、例えば、関係式
【数１０】
0005596778.tif 000011
によって、パスｓ内のチャンネル損失レートｐｌに基づいて推定することができる。
【００８３】
図１に示されているように、装置Ｄは、第３の計算手段ＣＭ３によって生成される最適化された入力レートｘｓに従った、関連するノードＮＥｉのフローのレートを制限するように構成された制御手段ＣＮＭをさらに含んでいてもよい。この目的のため、制御手段（ＣＮＭ）は、例えば、クリック帯域幅シェーパ（Ｃｌｉｃｋ  ＢａｎｄｗｉｄｔｈＳｈａｐｅｒ）を使用することがある。
【００８４】
本発明に従ったレート制御が調節される時間スケールは、（プロービング窓サイズおよび期間によって決定される）キャパシティ推定間隔および第１の計算手段ＣＭ１、第２の計算手段ＣＭ２、第３の計算手段ＣＭ３による計算時間に依存する。
【００８５】
キャパシティ推定期間は、ネットワーク層プロービング・システムによる制約を受ける。プロービング頻度は、負荷を小さくし続けるために、十分に低い（例えば、０．５秒毎）とよいが、満足な精度を得るためには、十分なプロービングを使用するとよい。安定したチャンネル損失レート、従って、安定したキャパシティ推定値を数分（通常、約１００秒から８００秒の間）で得ることができる。
【００８６】
計算時間は、第１の計算手段ＣＭ１、第２の計算手段ＣＭ２、および第３の計算手段ＣＭ３が実現可能レート領域の端点を計算し、最適化問題を解くのに必要な時間である。
【００８７】
本発明は、数分の時間スケールでメッシュ・ネットワークのためのオンラインでの最適化に基づくネットワーク層レート制御を提供し、これは、出力レート（またはスループット）を大幅に犠牲にすることなく、枯渇の問題など、このようなネットワークで発生する多くの一般的なパフォーマンスの問題を減少させ、公平性の目的を果たすものである。
【００８８】
さらに、上記の最適化方法に追加して、アドミッション制御のため（例えば、所与の時間に所与のレートのセット（集合）をネットワークによって維持できるかどうかを決定するため）に実現可能なレート領域のオンライン計算もまた、使用することができる。
【００８９】
本発明は、例示的な目的のみで上述した方法、装置、およびネットワーク機器の各実施
の形態に限定されるものではなく、以下の請求の範囲内で、当業者によって考慮される可
能性のある全ての代替的な実施の形態を包含するものである。
本発明は、以下の態様を含む。
（付記１）
ランダム・アクセスＭＡＣプロトコルを使用し、複数のノード（ＮＥｉ）と、前記ノードの間のリンクとを含むネットワーク（ＷＮ）における実現可能なレート領域をネットワーク動作の間に計算する方法であって、前記実現可能なレート領域は、前記ネットワーク（ＷＮ）によって同時に維持可能なレートの集合であり、
ｉ）各リンクについて、前記リンクが単独で最大入力レートで送信を行う際に、最大出力レートに対応する一次端点を決定するステップと、
ｉｉ）前記一次端点と選択された干渉モデルを組み合わせることによって二次端点を決定するステップであって、前記一次端点および前記二次端点は、実現可能なレート領域の境界を形成する、前記ステップと、を含むことを特徴とする、前記方法。
（付記２）
前記ステップｉ）において、前記一次端点をオンラインで決定することを特徴とする、付記１に記載の方法。
（付記３）
前記ステップｉ）において、リンクの各一次端点は、前記リンクが単独で最大入力レートで送信を行う際に達成される最大出力レートに対応することを特徴とする、付記１および２のいずれか一方に記載の方法。
（付記４）
ネットワーク層ブロードキャスト・プローブによって、ＭＡＣプロトコルが経験するパケット損失レートをオンラインで測定し、次に、チャンネル損失レートを生成するために、チャンネル損失レート推定器を使用して前記測定されたパケット損失レート内にクロス・トラフィックにより発生するコリジョンをフィルタ除去し、次に、前記チャンネル損失レートに前記最大出力レートを関連付けるキャパシティ表現を使用することを特徴とする、付記３に記載の方法。
（付記５）
前記最大出力レートが最大ユーザ・データグラム・プロトコル出力レートであることを特徴とする、付記３および４のいずれか一方に記載の方法。
（付記６）
ステップｉｉ）において、
ａ）ペアの２つのリンク間の各干渉が他のペアのリンク間の干渉から独立しているものとみる、ペアワイズ（ｐａｉｒ−ｗｉｓｅ）干渉、さらに、
ｂ）ペアの２つのリンクが相互に排他的に干渉するか、または、干渉しない、バイナリ干渉を想定し、
前記一次端点と前記選択された干渉モデルを組み合わせることによって前記二次端点を決定することを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の方法。
（付記７）
ステップｉｉ）において、各頂点が単方向リンクに対応し、ペアの頂点の間の各エッジが、前記ペアの頂点に対応するペアの単方向リンクの間の干渉に対応する、前記ネットワーク（ＷＮ）のコンフリクト・グラフを作成し、前記コンフリクト・グラフの頂点の最大独立集合から前記二次端点を決定することを特徴とする、付記６に記載の方法。
（付記８）
前記コンフリクト・グラフ上での独立集合列挙アルゴリズムまたは前記コンフリクト・グラフのコンプリメント上での最大クリーク列挙アルゴリズムによって、頂点の各最大独立集合を決定することを特徴とする、付記７に記載の方法。
（付記９）
前記選択された干渉モデルは、バイナリ・リンク干渉比（Ｌｉｎｋ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ）干渉モデルであることを特徴とする、付記６〜８のいずれか１項に記載の方法。
（付記１０）
ランダム・アクセスＭＡＣプロトコルを使用し、複数のノード（ＮＥｉ）と、前記ノードの間のリンクとを含むネットワーク（ＷＮ）における実現可能なレート領域をネットワーク動作の間に計算する装置（Ｄ）であって、前記実現可能なレート領域は、前記ネットワーク（ＷＮ）によって同時に維持可能なレートの集合であり、
ｉ）各リンクについて、前記リンクが単独で最大入力レートで送信を行う際に、最大出力レートに対応する一次端点を決定するように構成された第１の計算手段（ＣＭ１）と、
ｉｉ）前記一次端点と選択された干渉モデルを組み合わせることによって二次端点を決定する第２の計算手段（ＣＭ２）であって、前記一次端点および前記二次端点は、実現可能なレート領域の境界を形成する、前記第２の計算手段（ＣＭ２）と、を含むことを特徴とする、前記装置。
（付記１１）
前記ノード（ＮＥｉ）によって提供されるチャンネル損失レート、ノード（ＮＥｉ）間の近隣関係、ルーティング行列、さらに、前記一次端点および前記二次端点から、前記ネットワーク（ＷＮ）のための目標出力レートの集合を計算するように構成された第３の計算手段（ＣＭ３）をさらに含むことを特徴とする、付記１０に記載の装置。
（付記１２）
前記ルーティング行列、さらに、前記一次端点および前記二次端点に基づいた制約を受ける前記目標出力レートの効用関数を最適化することによって、ネットワークの目標出力レートの前記集合を計算し、次に、前記計算した集合から、関連するノード（ＮＥｉ）がソースとなる出力レートの部分集合を選択し、前記選択された部分集合の前記出力レートに対応する最適化された入力レートを生成するように前記第３の計算手段（ＣＭ３）が構成されることを特徴とする、付記１１に記載の装置。
（付記１３）
前記生成され、最適化された入力レートに従って、前記関連するノード（ＮＥｉ）でのフローのレートを制限するように構成される制御手段（ＣＮＭ）をさらに含むことを特徴とする、付記１２に記載の装置。
【図１】
0005596778.tif 000012
【図２】
0005596778.tif 000013