(57)【要約】      （修正有）【課題】自己組織化無線ネットワーク、特にＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣプロトコルに基づく車両ネットワークで通信を実行する方法を提供する。【解決手段】前記ネットワークは、それぞれ通信システムを備えた複数のネットワークノードを有する。前記通信システムは、専用無線通信チャネルを介して送信される周期的メッセージを生成する。前記通信システムのそれぞれが、前記周期的メッセージを送信するためにメッセージ間隔および送信パワー（間隔パワー）、を使用する。前記通信チャネルの最大許容負荷に対する信頼性しきい値が規定される。各ネットワークノードは、自己の周囲のネットワークノードに関する情報を考慮して、前記信頼性しきい値を超えないような、前記間隔パワーを設定する。各ネットワークノードは、自己の設定した間隔パワー関係を適用して、自己の発信する周期的メッセージの送信パワーおよびメッセージ間隔を調整する。【選択図】図４
2014143704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己組織化無線ネットワーク、特に、好ましくはＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣプロトコルに基づく車両ネットワークで通信を実行する方法において、前記ネットワークは、それぞれ通信システムを備えた複数のネットワークノードを有し、前記通信システムは、専用無線通信チャネルを介して送信される周期的メッセージを生成し、前記通信システムのそれぞれが、前記周期的メッセージを送信するために特定の送信パラメータ、すなわちメッセージ間隔および送信パワー、を使用し、
前記通信チャネルの最大許容負荷に対する信頼性しきい値が規定され、各ネットワークノードは、自己の周囲のネットワークノードに関する情報を考慮して、前記信頼性しきい値を超えないような、前記メッセージ間隔と前記送信パワーとの間の関係すなわち間隔パワー関係を設定し、各ネットワークノードは、自己の設定した間隔パワー関係を適用して、自己の発信する周期的メッセージの送信パワーおよび／またはメッセージ間隔を調整し、
ネットワークノードが、自己の設定した間隔パワー関係に基づく自己の送信パワーおよびメッセージ間隔の値の範囲を限定するために、チャネルビジー時間ＣＢＴを使用することを特徴とする、自己組織化無線ネットワークで通信を実行する方法。
【請求項２】
ネットワークノードが間隔パワー関係設定のために考慮する前記情報が、自己の通信範囲内に位置するネットワークノードの個数、および／または、該ネットワークノードによって採用される送信パワーおよび／またはメッセージ間隔のレベルを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記間隔パワー関係設定が事前的に実行されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
送信パワーのさまざまなレベルに対して、ネットワークノードは、結果として生じる通信範囲内のすべてのネットワークノードが同一のメッセージ間隔を使用すると仮定した場合に前記信頼性しきい値を超過しないように、採用可能な最小のメッセージ間隔を決定することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
送信パワーの前記レベルが、所定の通信範囲に対応するように較正されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記間隔パワー関係設定が事後的に実行されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項７】
ネットワークノードが、前記通信チャネルの輻輳の測定レベルから、および／または、自己の通信範囲内に位置するネットワークノードによって使用される送信パワーおよびメッセージ間隔のレベルから、前記間隔パワー関係を導出することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
自己組織化無線ネットワーク、特に、好ましくはＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣプロトコルに基づく車両ネットワークで通信を実行する方法において、前記ネットワークは、それぞれ通信システムを備えた複数のネットワークノードを有し、前記通信システムは、専用無線通信チャネルを介して送信される周期的メッセージを生成し、前記通信システムのそれぞれが、前記周期的メッセージを送信するために特定の送信パラメータ、すなわちメッセージ間隔および送信パワー、を使用し、
前記通信チャネルの最大許容負荷に対する信頼性しきい値が規定され、各ネットワークノードは、自己の周囲のネットワークノードに関する情報を考慮して、前記信頼性しきい値を超えないような、前記メッセージ間隔と前記送信パワーとの間の関係すなわち間隔パワー関係を設定し、各ネットワークノードは、自己の設定した間隔パワー関係を適用して、自己の発信する周期的メッセージの送信パワーおよび／またはメッセージ間隔を調整し、
送信パワーのさまざまなレベルに対して、ネットワークノードは、結果として生じる通信範囲内のすべてのネットワークノードが同一のメッセージ間隔を使用すると仮定した場合に前記信頼性しきい値を超過しないように、採用可能な最小のメッセージ間隔を決定することを特徴とする、自己組織化無線ネットワークで通信を実行する方法。
【請求項９】
送信パワーの前記レベルが、所定の通信範囲に対応するように較正されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
自己組織化無線ネットワーク、特に、好ましくはＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣプロトコルに基づく車両ネットワークで通信を実行する方法において、前記ネットワークは、それぞれ通信システムを備えた複数のネットワークノードを有し、前記通信システムは、専用無線通信チャネルを介して送信される周期的メッセージを生成し、前記通信システムのそれぞれが、前記周期的メッセージを送信するために特定の送信パラメータ、すなわちメッセージ間隔および送信パワー、を使用し、
前記通信チャネルの最大許容負荷に対する信頼性しきい値が規定され、各ネットワークノードは、自己の周囲のネットワークノードに関する情報を考慮して、前記信頼性しきい値を超えないような、前記メッセージ間隔と前記送信パワーとの間の関係すなわち間隔パワー関係を設定し、各ネットワークノードは、自己の設定した間隔パワー関係を適用して、自己の発信する周期的メッセージの送信パワーおよび／またはメッセージ間隔を調整し、
ネットワークノードが、前記通信チャネルの輻輳の測定レベルから、および／または、自己の通信範囲内に位置するネットワークノードによって使用される送信パワーおよびメッセージ間隔のレベルから、前記間隔パワー関係を導出することを特徴とする、自己組織化無線ネットワークで通信を実行する方法。
【請求項１１】
ネットワークノードの通信システムは、自己の設定した間隔パワー関係に基づいて送信パラメータを調整する際に、前記メッセージ間隔の調整のほうに、より高い優先度を与えることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記送信パワーをさらに低減させることができない場合に、前記メッセージ間隔を増大させることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ネットワークノードが、自己のメッセージ間隔について自己の通信範囲内に位置する他のネットワークノードに通知することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ネットワークノードが、自己の通信範囲内に位置する他のネットワークノードの挙動を分析し、該分析の結果に基づいて、自己の設定した間隔パワー関係に基づく自己の送信パワーおよびメッセージ間隔の値の範囲を限定することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
ネットワークノードが、自己の設定した間隔パワー関係に基づく自己の送信パワーおよびメッセージ間隔の値の範囲を限定するために、自己の通信範囲内に位置する他のネットワークノードによって採用されるメッセージ間隔のうちの最小のメッセージ間隔を使用することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
ネットワークノードが、自己の設定した間隔パワー関係に基づく自己の送信パワーおよびメッセージ間隔の値の範囲を限定するために、チャネルビジー時間ＣＢＴを使用することを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
ネットワークノードによって設定された間隔パワー関係が定期的に更新されることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
ネットワークノードによって設定された間隔パワー関係は、前記ネットワークノードの通信範囲内に位置するネットワークノードの個数が変化するたびに更新されることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記信頼性しきい値は、それを超えるとパケット配送信頼性が所定値未満に劣化するようなしきい値として規定されることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己組織化無線ネットワーク、特に、好ましくはＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣプロトコルに基づく車両ネットワークで通信を実行する方法に関する。前記車両ネットワークは、それぞれ通信システムを備えた複数のネットワークノードを有し、前記通信システムは、専用無線通信チャネルを介して送信される周期的メッセージを生成し、前記通信システムのそれぞれが、前記周期的メッセージを送信するために特定の送信パラメータ、すなわちメッセージ間隔および送信パワー、を使用する。
【背景技術】
【０００２】
自己組織化無線ネットワークあるいはアドホックネットワークは、ますます重要性を増している。このようなネットワークは、通信ノードが、上位の組織化エンティティの関与なしに相互に自発的に無線ネットワークを形成することを特徴とする。車両ネットワークは、車両が通信システムを備えることで車両自体がネットワークを形成する通信ノードを構成するという点で、この種の通信ネットワークの最も顕著な代表例である。
【０００３】
車両通信は、高度道路交通システム（Intelligent Transport Systems, ＩＴＳ）の主要技術と考えられている。その理由は、車両通信は、道路安全および交通効率を向上させる可能性を有しているためである。この目的のためには、成熟し、安価で、広く利用可能な８０２．１１無線ＬＡＮ技術が非常に魅力的であると考えられ、車両は標準化中である（非特許文献１参照）。この技術に基づく車両ネットワークにおいて、車両は無線送受信機を備え、相互に自発的にアドホックネットワークを形成することができる。車両は、このアドホックネットワークを用いて、協調型衝突警報のような安全性アプリケーションをサポートするために相互に通信することができる。
【０００４】
車両通信の可能性を認識して、欧州委員会は最近、高度道路交通システムの安全性関連通信のために３０ＭＨｚ幅の周波数帯（５８７５−５９０５ＭＨｚ）を割り当てている。この周波数帯で使用される通信システムおよびアプリケーションは、ＥＴＳＩ  ＴＣ  ＩＴＳによって標準化中であり、そこでは８０２．１１のヨーロッパ仕様策定が最終段階に入っている。
【０００５】
車両ネットワークにおいて、自動車は、自己の位置、速度、方向等について近隣の自動車に通知するために周期的メッセージを発信する。この情報は、例えば、事故が起こる可能性があるときに運転者に通知することによって衝突を防止するために、交換される。このような周期的メッセージに必要な周波数は、相対速度、運転者の意図等の文脈的パラメータに依存する。したがって、アプリケーションは、状況に応じて連続する周期的メッセージ間の間隔を変える必要があると予想される。それに加えて、周期的データトラフィックによって生じる負荷は、緊急および予測不可能なイベント駆動型メッセージに対してリソースが利用可能であるように制御されなければならない。
【０００６】
調整エンティティの欠如と、８０２．１１によってランダムアクセス方式（ＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access））がＭＡＣプロトコルとして採用されていることにより、ネットワークの輻輳、あるいはさらに飽和が起こり得る。これに関して、ネットワーク輻輳とは、ネットワーク信頼性がある一定のしきい値（例えば、９０％の受信確率）未満に劣化するほどのネットワーク負荷（チャネルがキャリア信号によって占有される時間の割合として表される）の状況を指す。また、チャネル利用率が飽和レベル未満のときであっても、パケット配送の信頼性は負荷の増大とともに（すなわち、ランダムアクセス方式のため）かなり劣化する。実際、衝突回数はネットワーク負荷とともに増大する。
【０００７】
これらの理由により、Ｃ２Ｃ−ＣＣ（Car to Car-Communication Consortium）、ＥＴＳＩおよびその他のプロジェクトにおいて、チャネル負荷をある一定の信頼性しきい値未満に維持するという目標（例えば、信号が空きチャネル判定しきい値を超える時間が２０％）が認識されている。これまで、ネットワーク負荷をしきい値未満に維持することを目標として、パワーのみ（例えば非特許文献２）またはレート制御のみ（例えば非特許文献３）のいずれかに基づくメカニズムだけが提案されている。
【０００８】
いくつかの試みは、パワーおよびメッセージ生成レートを単一のアルゴリズムに組み合わせることを目標としている。非特許文献４で検討されている解決法は、送信パワーおよびメッセージ間隔に対する２つの別個のアルゴリズムの並列実行を含んでいるが、所望のフレキシビリティを提供することはできていない。
【０００９】
特許文献１もまた、送信パワーおよびメッセージ間隔を別個に提供する手続きを開示している。
【００１０】
非特許文献５では、物理データレートと送信パワーを組み合わせているが、ユニキャストトラフィックに基づく消費者向け８０２．１１ａ／ｂ／ｇアクセスに対するものであるため、主としてブロードキャストベースの安全性アプリケーションには適用できない。
【００１１】
非特許文献６には、メッセージ間隔と送信パワーを組み合わせる技術が概観されており、伝搬環境を用いてパワーと間隔のいくつかの所定の組合せを識別している。
【００１２】
特許文献２では、間隔および送信パワーが、速度／加速度情報に基づいて変更されている。これは、車間距離が車両の速度に完全に比例する一方向自動車道よりも複雑な（そして現実的な）状況における輻輳制御技術としては成功していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２１３３８４９Ａ１号明細書
【特許文献２】国際公開第２００８／１０４８８６Ａ２号
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】IEEE P802.11p/D7.0 - Draft Standard for Information Technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications - Amendment 7: Wireless Access in Vehicular Environments
【非特許文献２】M. Torrent-Moreno, P. Santi, H. Hartenstein, "Distributed Fair Transmit Power Adjustment for Vehicular Ad Hoc Networks", Proc. of Sensor and Ad Hoc Communications and Networks, 2006. SECON '06
【非特許文献３】M. Drigo, W. Zhang, R. Baldessari, L. Le, A. Festag, M. Zorzi, "Distributed Rate Control Algorithm for VANETs (DRCV)", in VANET 2009
【非特許文献４】Chonlatee Khorakhun, Holger Busche and Hermann Rohling, "Congestion Control for VANETs based on Power or Rate Adaptation", Proceedings of WIT, March 2008
【非特許文献５】Kishore Ramachandran, Ravi Kokku, Honghai Zhang, and Marco Gruteser, "Symphony: Synchronous Two-phase Rate and Power Control in 802.11 WLANs"
【非特許文献６】Huaying Xu, Matthew Barth, "A Transmission-Interval and Power-Level Modulation Methodology for Optimizing Inter-Vehicle Communications", Proceedings of ACM Mobicom 2004, September 2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、本発明の目的は、頭書のような車両ネットワークで通信を実行する方法において、ネットワークのノードによって実施することが容易なフレキシブルかつ確実な手段でネットワーク輻輳を防止または少なくとも大幅に抑制するような改良およびさらなる展開を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、上記の目的は、請求項１の構成を備えた方法によって達成される。この請求項に記載の通り、本方法は、以下のことを特徴とする。すなわち、前記通信チャネルの最大許容負荷に対する信頼性しきい値が規定され、各ネットワークノードは、自己の周囲のネットワークノードに関する情報を考慮して、前記信頼性しきい値を超えないような、前記メッセージ間隔と前記送信パワーとの間の関係すなわち間隔パワー関係を設定し、各ネットワークノードは、自己の設定した間隔パワー関係を適用して、自己の発信する周期的メッセージの送信パワーおよび／またはメッセージ間隔を調整する。
【００１７】
本発明は、無線アドホックネットワーク、好ましくは車両ネットワークにおけるネットワーク輻輳の制御に対する分散アルゴリズムを提供する。本発明によって初めて認識されたこととして、パワーのみまたはレートのみによる輻輳制御メカニズムはいくつかの側面で不利であり、メッセージ間隔および送信パワーの両方がネットワーク負荷に影響を及ぼす。したがって、本発明は、送信パワー制御およびメッセージ間送信間隔制御（送信レート制御と称する）を、これら２つのリアルタイム相互適応によって単一のアルゴリズムに組み合わせる。これまで、相異なるメッセージ間隔で送信を行うノードによって引き起こされる相異なるレベルの輻輳を考慮したパワー制御方法は存在しない。同様に、送信パワーにおける可能な変動を利用したメッセージ間間隔制御技術は提案されていない。なお、いくつかの従来技術の試みは、パワーとメッセージ生成レートを単一のアルゴリズムに組み合わせることを目標としているが、２つの別個のアルゴリズムの単なる並列実行に終わっており、所望のフレキシビリティを提供することはできていないし、間隔およびパワーの相異なる組合せを可能にしながらチャネル負荷の目標レベルを提供することもない。
【００１８】
本発明によれば、送信パワーおよびメッセージ間隔が、単一の予測的２ステップアルゴリズムで制御されるので、チャネル負荷の目標レベルに適合する。したがって、ネットワークノードによって実行されるアプリケーションは、総チャネル負荷を目標レベルに維持しながら、状況に応じてメッセージ生成間隔を変えることができる。特に、アプリケーションは、メッセージ間送信間隔と送信パワーとの間のトレードオフにより、フレキシブルにそれらの個別の要求を満たすことができる。したがって、例えば、本発明による方法は、ＩＥＥＥ８０２．１１標準に基づく車両ネットワークにおけるネットワーク輻輳の発生を防止することに特に適している。信頼性しきい値の個々の定義に応じて、本方法は、例えばある一定の受信確率に対応するような所定のしきい値未満にネットワーク負荷を維持する。
【００１９】
また、本発明による方法は、追加的なシグナリングトラフィックを必要としない点や、完全に分散的な形で動作する点で有利である。ただし、本方法は、分散的な輻輳制御アルゴリズムを適用するので、効果的であるためには、できるだけ多くのネットワークノードによって実行されるべきである。
【００２０】
好ましい実施形態によれば、ネットワークノードが間隔パワー関係設定のために考慮する情報は、自己の通信範囲内に位置するネットワークノードの個数を含む。この個数は、ネットワークノードの周囲のノード密度を反映し、基本的には、無線通信チャネルが輻輳する確率はノード密度とともに増大すると仮定することができる。したがって、ノード密度が高くなるほど、ネットワークノードによって設定される間隔パワー関係はより限定的になる。信頼性および精度をさらに向上させるには、ネットワークノードは、自己の近傍のネットワークノードによって採用される送信パワーおよび／またはメッセージ間隔のレベルも考慮するようにしてもよい。
【００２１】
有利な態様として、間隔パワー関係設定は事前的に実行される。このような事前的アプローチでは、送信パワーのさまざまなレベルに対して、ネットワークノードは、結果として生じる通信範囲内のあらゆるネットワークノードが同一のメッセージ間隔を使用すると仮定した場合に信頼性しきい値を超過しないように、すなわち、チャネル輻輳が起こる可能性が（十分に）低くなるように、採用可能な最小のメッセージ間隔を決定してもよい。送信パワーとメッセージ間隔との相互影響は、ネットワークノードの通信システムにおいて利用可能な送信パワーの各レベルごとに決定されてもよい。特に、送信パワーのレベルは、所定の通信範囲に対応するように較正されるようにしてもよい。
【００２２】
別法として、間隔パワー関係設定は事後的に実行されてもよい。このような事後的アプローチでは、送信パワーとメッセージ間隔との相互影響を、例えば通信チャネルの輻輳の測定レベルに基づいて、導出してもよい。これに加えて、または別法として、ネットワークノードの近隣によって採用される送信パワーおよびメッセージ間隔のレベルを、例えばそれぞれの到着時刻を測定することによって暗黙的に検出し、間隔パワー関係を設定するために考慮してもよい。
【００２３】
基本的に、各ネットワークノードに存在する通信システムは、送信パワーまたはメッセージ間隔の一方または両方を制限するために、設定された間隔パワー関係をそのネットワークノードの発信データトラフィックに適用してもよい。特に、ネットワークノードのアプリケーションによって選択され通信システムによって検出されたある一定の周期的パケット生成レートに対して、通信システムは、その間隔パワー関係によって指定される送信パワーのレベル以下の送信パワーで周期的パケットを発信してもよい。
【００２４】
上記のように、第１のステップで指定される間隔パワー関係は、所望の発信レート（特定のメッセージ間隔に対応する）に対して送信パワーを制限するか、もしくは、所望のパワーに対して発信レートを制限するか、またはその両方のために使用可能である。しかし、好ましい実施形態によれば、アプリケーションによって所望される発信レートに、より高い優先度が与えられ、送信パワーはそれから導出される。ただし、それにもかかわらず、例えば送信パワーをさらに低減することができないときには、発信レートが制限される。
【００２５】
別の好ましい実施形態によれば、ネットワークノードは、自己の通信範囲内に位置する他のネットワークノードの挙動を分析し、分析の結果に基づいて、設定した間隔パワー関係に基づく自己の送信パワーおよびメッセージ間隔の値の範囲を限定する。例えば、協調的に、ネットワークノードは、近隣ノードによって使用されるメッセージ間間隔に基づいて自己の送信パワーを制限してもよい。車両ネットワークに関して、シミュレーションによれば、１つ以上の自動車が自己のメッセージの周波数を増大させる必要がある場合（例えば、交差点に近づいているとき）、チャネルの信頼性を維持するためには、近隣ノードによる送信パワー低減が必要である。近隣全体の挙動を考慮するためにさまざまなメトリックが採用可能である。例えば、各ノードは、自己の近隣によって採用されるメッセージ間間隔のうちの最小値を求め、この値を用いて自己の送信パワーを制限することができる。
【００２６】
とりわけ、特に効果的な輻輳防止に関して、あらゆるネットワークノードが、各近隣によって使用されているメッセージ間隔を（同じく、例えば到着間隔を測定することによって暗黙的に）推定し、最小メッセージ間隔Ｉｍｉｎを求めるようにしてもよい。次に、最小メッセージ間隔Ｉｍｉｎを用いて、使用可能な送信パワーレベルの範囲を確定することにより、設定した間隔パワー関係に依然として従うようにする。これにより、ネットワークノードは、特別な状況や特定の環境で、自己の周期的メッセージ生成レートを変えることが可能となる。例えば、ネットワークノードは、総チャネル負荷を所望の信頼性しきい値未満に維持しながら、道路安全（例えば、交差点、ブレーキ等）に対する危険な状況において自己の発信する周期的トラフィックレートを増大（すなわち、メッセージ間隔を短縮）させてもよい
【００２７】
近隣全体の挙動を考慮するために、上記の最小メッセージ間隔Ｉｍｉｎ以外に、またはこれと組み合わせて、他のメトリックを使用することができる。例えば、ネットワークノードは、自己の設定した間隔パワー関係に基づく自己の送信パワーおよびメッセージ間隔の値の範囲を限定するために、チャネルビジー時間（channel busy time, ＣＢＴ）を使用してもよい。ＣＢＴは、ある一定の観測期間において、キャリア信号が空きチャネル判定（clear channel assessment, ＣＣＡ）しきい値を超える時間の割合を表す。したがって、ＣＢＴは、チャネル負荷の直接の指標である。
【００２８】
効率向上に関して、ネットワークノードによって設定された間隔パワー関係が定期的に更新されるようにしてもよい。間隔パワー関係を定期的に更新することにより、無線通信チャネルの利用可能帯域幅が最適に活用できる。というのは、送信パワーおよび／またはメッセージ間隔の不要な限定を効果的に回避することができるからである。例えば、自己の間隔パワー関係を更新するための検討を実行したあと、ネットワークノードは、チャネル負荷が減少していると認識すれば、送信パワーおよび／または送信レートの増大（すなわち、メッセージ間隔の減少）を可能にするような、より限定的でない間隔パワー関係を設定してもよい。
【００２９】
別法として、間隔パワー関係更新は、ネットワークノードの通信範囲内に位置するネットワークノードの個数が変化した場合にのみ実行されるようにしてもよい。現実的なトラフィック状況を考慮する実際の応用場面では、状況に応じてある一定のネットワークノード数（例えば、５または１０）を規定し、ネットワークノードの通信範囲内に位置するネットワークノード数の変化がその規定数を超えるたびに更新を実行すると有益となることがある。
【００３０】
好ましい実施形態によれば、信頼性しきい値は、それを超えるとパケット配送信頼性が所定値（例えば、９０％の受信確率）未満に劣化するようなしきい値として規定してもよい。例えば、ネットワーク負荷（使用される通信チャネルがキャリア信号によって占有される時間の割合として表される）を、しきい値を決定するための基準としてもよい。
【００３１】
本発明を好ましい態様で実施するにはいくつもの可能性がある。このためには、一方で請求項１に従属する諸請求項を参照しつつ、他方で図面により例示された本発明の好ましい実施形態についての以下の説明を参照されたい。図面を用いて本発明の好ましい実施形態を説明する際には、本発明の教示による好ましい実施形態一般およびその変形例について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】間隔パワー関係設定を例示する、本発明による方法の一実施形態の模式図である。
【図２】送信パワーを制限する手続きを例示する、本発明による方法の一実施形態の模式図である。
【図３】移動局が自己の送信レートを増大させる必要がある状況を例示する、本発明による方法の一実施形態の模式図である。
【図４】送信パワーおよび／またはメッセージ間隔適応の各ステップを例示する、本発明による方法の一実施形態の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１に例示した本発明の実施形態では、短距離車両ネットワークが設置されていると仮定する。これは、８０２．１１ＭＡＣプロトコルに基づき、ネットワークを形成する車両である各ネットワークノード、すなわち各移動局において、通信システム（Ｌ４以下から構成される）および１つ以上のアプリケーションを識別することが可能である。アプリケーションは、２種類のデータトラフィックを生成する。一方は周期的トラフィック、すなわち、心拍状のメッセージであり、もう一方は、通常は特定の事象（イベント）によってトリガされる、随意選択の追加的なイベント駆動型トラフィックである。また、あるチャネル負荷のレベルが、信頼性しきい値として特定されていると仮定する。この信頼性しきい値を超えると、８０２．１１ＭＡＣのランダム性およびアクセスポイントの欠如により、パケット配送信頼性が劣化する（例えば、信号が空きチャネル判定しきい値／感度を超える時間が２０％）。
【００３４】
本発明によって提案される輻輳防止メカニズムを説明する前に、従来技術のアプローチの主な限界を以下で要約する。
【００３５】
・パワーのみまたはレートのみによる輻輳制御メカニズムは、それぞれ、生成レートまたは送信パワーが一定であると仮定する。この仮定は妥当でない。というのは、周期的メッセージのパワーおよび生成レートの両方が、チャネル利用率とともにアプリケーション固有のパラメータに基づいて変動すると予想されるからである。
【００３６】
・従来提案されているメカニズムでは、時間および空間の両方（リソース共有の空間的および時間的両方の側面）に関して、チャネルリソースのフレキシブルで動的な割当ができない。実際、それらのメカニズムでは、局が、自己のパケット生成レートを変えながら、総チャネル利用率を一定レベルに維持することはできない。
【００３７】
・既存のメカニズムは、送信パワーと送信レートの間で動的にトレードオフを図るフレキシビリティを提供することができない。ところが、このフレキシビリティは、例えばＶＡＮＥＴ（Vehicular Ad Hoc NETwork, 車両アドホックネットワーク）におけるように、相異なる要求を有する異種混在アプリケーションをサポートするためにしばしば必要とされる。例えば、あるアプリケーションは高いメッセージ送信レートを要求するが低いパワーレベルでよい。他方、別のアプリケーションは、低レートでデータを送信すればよいが高いパワーレベルを必要とする場合がある。
【００３８】
本発明によれば、周期的メッセージの発信送信レート（すなわち、メッセージ間間隔、あるいは以下では簡潔にメッセージ間隔という）およびそれらの送信パワーを調整するために、移動局の各通信システムによって単一のアルゴリズムが採用される。一実施形態によれば、アルゴリズムは、連続して実行される２つのステップからなる。第１ステップで、各移動局は、周囲のノード密度に基づいて送信パワーとメッセージ間隔との相互影響を推定する。これは、事前的または事後的に実行することができる。事前的アプローチでは、送信パワーの各利用可能レベルに対して、移動局は、結果として生じる通信範囲内のあらゆる移動局が同じ間隔を使用すると仮定した場合にチャネル輻輳が起こらないように、あるいはより正確に言えば、所定の信頼性しきい値を超過しないように、採用可能な最小のメッセージ間隔を決定する。事後的アプローチでは、送信パワーとメッセージ間隔との相互影響を、輻輳の測定レベルと、近隣によって採用される送信パワーおよびメッセージ間隔のレベルとに基づいて、導出することができる。事前的および事後的のいずれの場合でも、第１ステップは、輻輳防止あるいは輻輳低減を可能にする送信パワーとメッセージ間隔との間の関係（間隔パワー関係）を出力として提供する。
【００３９】
図１の実施形態は、移動局の通信システムにおいて利用可能な送信パワーのそれぞれの可能なレベルについて最小メッセージ間隔が計算される事前的アプローチを例示している。結果は星印で示されている。図示した例では、送信パワーの５つのレベル、例えば、０〜２０ｄＢｍのＰｉ（ｉ＝１，...，５）があり、これらは較正手続きによって、一般的に所望される５つの通信範囲（例えば、１００〜５００メートル）に対応するように設定されてもよい。これらの５点は、間隔パワー関係を特定する曲線（連続曲線で示す）を決定する。これらの点は近隣の個数を考慮して計算されるので、曲線は、ノード密度に応じて移動し得る。この効果は破線の曲線で示されている。密度が増大すると、間隔パワー関係はより限定的になる。すなわち、同じメッセージ間間隔が、より低い送信パワーに対応する。密度が減少すると、局は、より短いメッセージ間間隔であってもフルパワーで送信可能である。
【００４０】
第２ステップで、各移動局に存在する通信システムは、送信パワーおよびレート（メッセージ間隔）を制限するために、間隔パワー関係を発信データトラフィックに適用する。特に、移動局によって実行されるアプリケーションによって選択され通信システムによって検出されたある一定の周期的パケット生成レートに対して、通信システムは、図１に示すような間隔パワー関係によって指定される送信パワーのレベル以下の送信パワーでパケットを発信する。
【００４１】
なお、第１のステップで指定される間隔パワー関係は、所望の発信レートに対して送信パワーを制限するか、もしくは、所望の送信パワーに対して発信レートを制限するか、またはその両方のために使用可能である。以下で説明する好ましい実施形態では、アプリケーションによって所望される発信レートに、より高い優先度が与えられ、送信パワーはそれから導出される。ただし、それにもかかわらず、例えば送信パワーをさらに低減することができないときには、発信レートが制限される。図１に例示した場合では、このことは、送信パワーをＰ１よりも低減させることができないのでＩ１よりも小さいメッセージ間隔が許容されないことを意味する。
【００４２】
図２に、本発明の好ましい実施形態を例示する。この実施形態では、ある移動局の近隣の移動局によって採用されるメッセージ間間隔（あるいは簡潔にメッセージ間隔、すなわち、周期的データパケットの発信レート）を用いて間隔およびパワーの値の範囲を限定しながら、図１に関して説明した第１ステップで決定された間隔パワー関係に依然として従うようにする。特に、あらゆる移動局が、各近隣によって使用されているメッセージ間間隔を推定し、最小メッセージ間間隔Ｉｍｉｎを求める。次に、最小メッセージ間間隔Ｉｍｉｎを用いて、使用可能な送信パワーレベルの範囲を確定する。図２のグラフでは、Ｉｍｉｎに基づく送信パワーの制限により、Ｐ３が最大送信パワーとされ、許容動作範囲は陰影領域によって示されている。
【００４３】
上記の好ましい実施形態によれば、局は、総チャネル負荷を所定の信頼性しきい値未満に維持しながら、特定の状況下で自己の発信する周期的トラフィックレートを増大させることができる。図３は、車両がより安全性を高めるために自己の発信する周期的トラフィックレートを増大させようとする典型的状況を示している。すなわち、図３は、ある車両が左に曲がろうと意図して交差点に近づく場合を例示している。その車両は、自己の送信レートを増大させる（メッセージ間間隔を減少させる）。同じことが、逆方向からその交差点に近づくノードによって実行される。シミュレーションによれば、この典型的状況において、総チャネル負荷を所望の信頼性しきい値未満に維持するためには、上記の２つのノードだけでなく、それらの近隣も自己の送信パワーを減少させる必要がある。協調的に、危険な状況に直接には関与していないノードが自己のパワーを減少させることで、その状況によって影響を受ける２つ（以上）の局は、信頼性しきい値を超えることなく自己の送信レートを増大させることができる。
【００４４】
なお、上記の本発明の実施形態は、チャネルにアクセスするための不公平な条件を導入するものではないことに注意すべきである。実際、１つ以上の近隣によって行われるメッセージ間隔減少の結果として自己の送信パワーを減少させるノードは、自己の送信レートを増大させることもできる。本発明は、送信レートを増大させることを必要とする単一の局または少数のノードによって行われる送信パワー減少では、レート変動によって引き起こされるチャネル負荷の実質的増大とバランスをとるには不十分であることを認識したものである。
【００４５】
図４は、使用される無線通信チャネルの輻輳を低減し、あるいはさらに防止するために、本発明による車両ネットワークの各移動局によって適用される２つのステップを概略的にまとめている。第１ステップで、送信パワーとメッセージ間隔との相互影響を推定し、それに基づいて、間隔パワー関係を設定する。これは、事前的に実行することができる。例えば、総ネットワーク負荷が所定の信頼性しきい値未満になるように、それぞれの利用可能な送信パワーレベルに対する最小メッセージ間間隔の事前的推定によって実行することができる。また、第１ステップは、事後的に実行することもできる。例えば、輻輳しているチャネルを検出し、それにより、自己が生成するデータトラフィック負荷を低減する際に送信パワーとメッセージ間隔との相互影響を考慮することによって、実行することができる。
【００４６】
第２ステップで、文脈的分析に基づいてアプリケーションによって所望されるある一定のメッセージ間間隔に対して、アルゴリズムは、第１ステップで指定された間隔パワー関係に基づいて、その特定のメッセージ間間隔に対して採用可能な最大送信パワーレベルを提供する。アルゴリズムは、例えば送信パワーをさらに低減することができない場合には、実際に発信するメッセージ間間隔を増大させてもよい。
【００４７】
本発明の態様をさらに説明するため、いくつかの典型的数値を示す。８０２．１１ｐのＰＨＹおよびＭＡＣ層は、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調、符号化レート１／２、チャネル帯域幅１０ＭＨｚ、中心周波数５．９００ＧＨｚ（ＥＴＳＩ  ＴＣ  ＩＴＳ、制御チャネル、１８０）で採用され、その結果、公称レートは６Ｍｂ／ｓである。受信機感度（−８７ｄＢｍという値が選択され、これはＩＥＥＥ  Ｐ８０２．１１ｐ／Ｄ７．０で使用される値０と、高品質の商用ハードウェアによって提供される感度との間にある）を知り、基準伝搬モデル（例えば、距離に従ってフェージング指数ｍ＝３、１．５および１となる仲上（Nakagami）フェージング）を適用すると、一般的に所望される５つの通信範囲（１００、２００、３００、４００および５００メートル）に対応する送信パワーの５つの基準レベルを導出することができる。送信パワーの典型値は、１、７、１０、１３、１６ｄＢｍである。各送信パワーレベルによって特定される通信範囲、５００バイトのパケットサイズ（一定と仮定）、および４０車両／ｋｍの線密度に対して、５つの最小メッセージ間間隔は約２００、１６０、１２５、８５および４５ｍｓである。これらは、反復周波数５、６．２５、８、１１および２２Ｈｚに対応する。
【００４８】
上記の説明および添付図面の記載に基づいて、当業者は本発明の多くの変形例および他の実施形態に想到し得るであろう。したがって、本発明は、開示した具体的実施形態に限定されるものではなく、変形例および他の実施形態も、添付の特許請求の範囲内に含まれるものと解すべきである。本明細書では特定の用語を用いているが、それらは総称的・説明的意味でのみ用いられており、限定を目的としたものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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