(57)【要約】無線アドホック通信ネットワーク内のノード間でリンク上で、通信信号が送信される適切な送信電力およびデータ速度を、リンク内の経路損失内の変動、フェーディング条件、雑音レベル推定および全体リンク品質のような係数に基づいて選択するためのシステムおよび方法である。このシステムおよび方法は、発信元ノード（１０２，１０６，１０７）から宛先ノード（１０２，１０６，１０７）へ送信されたメッセージの特性に基づいてリンク内の経路損失を動的に計算し、宛先ノードでの雑音係数を決定し、計算された経路損失と雑音係数に基づいて、リンク上を送信される電力レベルと速度とを動的に計算する。従って、本システムおよび方法は、宛先ノードが発信元ノードで送信されたデータを、少なくとも９０％の信頼性で受信するように保証する送信電力の電力レベルとデータ速度を決定することが可能である。
2005527139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線アドホック通信ネットワーク内で、少なくとも１つの電力レベルと発信元と宛先ノード間のリンク上を送信されるデータの速度とを決定するための方法であって、
前記発信元ノードに前記宛先ノードに提供される前記発信元ノードから前記宛先ノードで受信されるように送信されたメッセージの特性に属する情報に基づく前記リンク内の経路損失を計算し、
前記宛先ノードでの雑音を表す雑音係数を決定し、
前記経路損失と前記雑音係数に基づく少なくとも１つの前記電力レベルと前記データが前記リンク上を前記発信元ノードから前記宛先ノードへ送信される速度とを計算する、
前記方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記計算が、前記電力レベルと前記速度の計算とを含む、前記方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、
前記計算が、前記経路損失と前記雑音係数に基づく前記電力レベルを計算し、前記計算された電力レベルに基づく前記速度を決定することを含む、前記方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、
前記計算が、前記リンクの時間変化条件に応じて前記経路損失を動的に計算する、前記方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、
前記雑音係数の決定が、前記宛先ノードから前記発信元ノードに、前記発信元ノードから送信される各々の複数の前記メッセージに応じて提供されるそれぞれのメッセージ情報に基づく前記雑音係数を動的に決定する、前記方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、前記雑音係数決定が、
前記雑音係数を実現するような前記複数のメッセージのために、前記それぞれのメッセージ情報に基づく推定雑音係数を増加または減少させることを含む、前記方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、
前記計算が、前記経路損失、前記雑音係数、前記メッセージが経験して得た短期間フェーディングおよび前記宛先ノードの受信機感度に基づく少なくとも１つの前記電力レベルと前記速度とを計算する、前記方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法が更に、
前記宛先ノードの前記受信機で受信される前記メッセージにおける強度の標準偏差に基づく前記短期間フェーディングを計算することを含む、前記方法。
【請求項９】
請求項７記載の方法が更に、
特定のデータ速度で前記メッセージの情報１ビットを送信するために前記発信元ノードにおいて使用されるエネルギーに基づく前記受信機感度を計算することを含む、前記方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法において、
前記雑音係数の決定が、前記宛先ノードの受信機が受信する前記メッセージの正確性レベルに基づく前記雑音係数を決定する、前記方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法が更に、
前記計算された電力と前記速度に基づく、前記メッセージが前記発信元ノードから前記宛先ノードへ送信されるリンク品質を計算することを含む、前記方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法において、
前記計算が、前記発信元ノードにおいて前記メッセージの１ビットの情報を送信するために送信機で使用されるエネルギー量に基づく前記データ速度を計算する、前記方法。
【請求項１３】
無線アドホック通信ネットワーク内の、少なくとも１つの電力レベルおよび、発信元と宛先ノード間のリンク上を送信されるデータの速度を決定するように適合された命令のコンピュータ読み取り可能媒体であって、前記命令が：
前記宛先ノードから前記発信元ノードへ提供され、前記発信元ノードから前記宛先ノードで受信されるように送信されたメッセージの特性に属する情報に基づく前記リンク内の経路損失を計算するように適合された、第１の組の命令と；
前記宛先ノードでの雑音を表す雑音係数を決定するように適合された第２の組の命令と；
前記経路損失と前記雑音係数に基づく、少なくとも１つの電力レベルと、前記リンク上を前記発信元ノードから前記宛先ノードへ送信される前記データのデータ速度とを、計算するように適合された、第３の組の命令と、
を含む、前記方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の命令におけるコンピュータ読み取り可能媒体であって：
前記第３の組の命令が、前記電力レベルと前記速度とを計算するように適合された、前記コンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項１５】
請求項１３記載の命令におけるコンピュータ読み取り可能媒体であって：
前記第３の組の命令が、前記経路損失係数と前記雑音係数に基づく前記電力レベルを計算し、前記計算された電力レベルに基づく前記速度を決定するように適合された、前記コンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項１６】
請求項１３記載の命令におけるコンピュータ読み取り可能媒体であって：
前記第１の組の命令が、前記リンクの時間変化の条件に応じて前記経路損失を動的に計算するように適合された、前記コンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項１７】
請求項１３記載の命令におけるコンピュータ読み取り可能媒体であって：
前記第２の組の命令が、前記発信元ノードから送信される各々の前記複数のメッセージに応じて、前記発信元ノードに前記宛先ノードから与えられるそれぞれのメッセージ情報に基づく前記雑音係数を動的に決定するように適合された、前記コンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項１８】
請求項１７記載の命令におけるコンピュータ読み取り可能媒体であって：
第２の組の命令が、前記複数のメッセージに関する前記それぞれのメッセージ情報に基づく推定された雑音係数を前記雑音係数を実現するために増加または減少するように適合された、前記コンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項１９】
請求項１３記載の命令におけるコンピュータ読み取り可能媒体であって：
前記第３の組の命令が更に、前記経路損失、前記雑音係数、前記メッセージで経験された短期間フェージングおよび前記宛先ノードの受信機の感度に基づく少なくとも１つの電力レベルと前記速度とを計算するように適合された、前記コンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項２０】
請求項１９記載の命令におけるコンピュータ読み取り可能媒体が更に：
第４の組の命令が、前記メッセージが前記宛先ノードの前記受信機で受信される強度の標準偏差に基づく前記短期間フェージングを計算するように適合された、前記コンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項２１】
請求項１９記載の命令におけるコンピュータ読み取り可能媒体が更に：
第５の組の命令が、前記発信元ノードが前記メッセージの情報のビットを特定のデータ速度で送信するために使用されるエネルギーに基づく前記受信機感度を計算するように適合された、前記コンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項２２】
請求項１３記載の命令におけるコンピュータ読み取り可能媒体であって：
第２の組の命令が、前記宛先ノードが前記メッセージを受信する正しさのレベルに基づく前記雑音係数を決定するように適合された、前記コンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項２３】
請求項１３記載の命令におけるコンピュータ読み取り可能媒体であって：
第５の組の命令が、前記メッセージが前記発信元ノードから前記宛先ノードへ送信されるリンクの品質を、前記計算された電力レベルと前記速度に基づいて計算するように適合された、前記コンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項２４】
請求項１３記載の命令におけるコンピュータ読み取り可能媒体であって：
前記第３の組みの命令が、前記発信元ノードの送信機で、前記メッセージの１ビットの情報を送信するために使用されるエネルギー量に基づく前記データ速度を計算する、前記コンピュータ読み取り可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信信号が無線アドホック通信ネットワーク内のノード間で送信される、送信電力とデータ速度を適応的に制御するためのシステム並びに方法に関する。更に詳細には、本発明は通信信号が無線アドホック通信ネットワーク内のノード間リンク上を送信される適切な送信電力およびデータ速度を、リンク内の経路損失の変動、フェージング条件、雑音レベル推定およびリンク全体の品質に基づいて選択するためのシステム並びに方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の説明）
近年、「アドホック」ネットワークとして知られる、移動体通信ネットワークの形式が発展してきている。この形式のネットワークでは、各使用者端末（以降「移動体ノード」と言う）は他の移動体ノードの基地局またはルータとして動作可能であり、従って基地局の様な固定インフラの必要が無い。それ故、発信元移動体ノードから宛先移動体ノードへ送られるデータ・パケットは、宛先移動体ノードに到達する前に、典型的に多数の中間移動体ノードを通ってルーティングされる。アドホック・ネットワークの詳細は、米国特許第５，９４３，３２２号、メイヤー(Mayor)に付与、に記載されており、その全内容は引用してここに編入されている。
【０００３】
更に複雑なアドホック・ネットワークもまた開発されており、それは移動体ノードが従来のアドホック・ネットワークと同様に互いに通信することに加えて、更に移動体ノードが固定ネットワークにアクセスすることが可能であり、従って他の形式の使用者端末、例えば公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）およびインターネットの様な他のネットワークと通信出来るようにしている。これらの形式のアドホック・ネットワークの詳細は、米国特許明細書シリアル番号第０９／８９７，７９０号、名称「ＰＳＴＮおよびセルラ・ネットワークとインタフェースされたアドホック・ピアツーピア移動体無線接続システム」、２００１年６月２９日出願、米国特許明細書シリアル番号第０９／８１５，１５７号、名称「個別予約チャンネルを具備した共有並列データ・チャンネルへの調整チャンネル接続を有する、アドホック・ピアツーピア移動体無線ネットワーク用、時分割プロトコル」、２００１年３月２２日出願、および米国特許明細書シリアル番号第０９／８１５，１６４号、名称「アドホック・ピアツーピア移動体無線接続システム用優先順位付けルーティング」、２００１年３月２２日出願に記載されており、前記特許明細書は引用してここに編入される。
【０００４】
当業者に理解されるように、１つのノードがパケット化されたデータを宛先ノードに送る際、このノードは典型的にそのルーティング表をチェックしてその宛先ノードがそのルーティング表に含まれているか否かを判別する。その宛先ノードがそのノードのルーティング表に含まれている場合、そのデータは宛先ノードへ繋がる経路を経由して送信される。その宛先ノードがそのノードのルーティング表内に記載されていない場合、そのパケットはそのノードのルーティング表内に記載されている１つまたは複数のノードに送られ、そしてそれらのノードはその宛先表が彼らのルーティング表内に記載されているか否かを判定する。この処理手順は、データ・パケットが最終的に宛先ノードに届くまで継続される。
【０００５】
これらの形式のアドホック・ネットワークでは、１つの局から他へ送信されるデータは悪条件の影響を受ける。これらの条件は送信データが宛先局で正しく受信されることを妨げる可能性がある。信頼性の高いデータ送信を提供するために、送信電力とデータ速度が適切なレベルに調整されなければならない。もちろん高い送信電力と低いデータ速度は、信号が受信局で高い信頼性で受信されることを保証するが、これらはネットワーク動作に対して負の影響を与えることなく使用することは出来ない。例えば、高送信電力は送信信号が送信機から遠く離れた距離で受信されることを可能とするため、同一周波数チャンネルをその高電力送信信号の範囲内で他の局間での別の接続を行うために使用することを妨げる。更に、低データ速度での送信は通常、高データ速度よりも高いエネルギーを使用する一方、より高いデータ速度で迅速に送信出来るものと同一データ量を送信するためにはより長い時間を必要とする。
【０００６】
従って、無線アドホック通信ネットワーク内のノード間リンク上で通信信号が送信される、最適な送信電力およびデータ速度を選択するためのシステム並びに方法に対する要望が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の１つの目的は、無線アドホック通信ネットワーク内のノード間で、通信信号が送信される送信電力とデータ速度を適応的に制御するためのシステムおよび方法を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、無線アドホック通信ネットワーク内のノード間で、通信信号が送信される適切な送信電力とデータ速度を選択するためのシステムおよび方法を、リンク内の経路損失の変動、フェージング条件、雑音レベル推定および総リンク品質のような要因に基づいて提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらおよびその他の目的は、無線アドホック通信ネットワーク内の発信元および宛先ノード間のリンク上を、データが送信される電力レベルおよび速度を決定するためのシステム並びに方法を提供することにより、実質的に実現される。このシステム並びに方法は、リンク内の経路損失を発信元ノードに宛先ノードから与えられた、発信元ノードから送信され宛先ノードで受信されたメッセージの特性に付属する情報に基づいて計算し、宛先ノードでの雑音係数を判定し、データがリンク上を発信元ノードから宛先ノードへ送信される電力レベルと速度とを、経路損失と雑音係数に基づいて計算する操作を実施する。更に詳細には、計算操作では電力レベルを経路損失と雑音係数に基づいて計算し、速度を計算された電力レベルに基づいて決定する。更に、経路損失は前記リンクの条件が時間と共に変化する毎に、ダイナミックに計算される。
【実施例】
【００１０】
本発明のこれらおよびその他の目的、特長および新規な特徴は、以下の詳細な説明を添付する図面とともに読むことにより更に容易に理解されるであろう。
【００１１】
（好適な実施例の詳細説明）
図１は本発明の１つの実施例を採用した、アドホック・パケット交換無線通信ネットワーク１００の例を図示するブロック図である。特に、ネットワーク１００は複数の移動体無線使用者端末１０２−１から１０２−ｎ（一般的にノードまたは移動体ノード１０２と呼ぶ）、とノード１０２に対して固定ネットワーク１０４へのアクセスを提供する複数のアクセスポイント１０６−１，１０６−２，．．．１０６−ｎ（一般的にノードまたはアクセスポイント１０６と呼ぶ）を有する、固定ネットワーク１０４を含む。固定ネットワーク１０４は、例えば１つのコア・ローカル接続ネットワーク（ＬＡＮ）、および複数のサーバおよびゲートウェイ・ルータを含み、ノード１０２に対して他のネットワーク、例えば他のアドホック・ネットワーク、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）およびインターネットへの接続を提供する。ネットワーク１００は更に複数の固定ルータ１０７−１から１０７−ｎ（一般的に固定ルータ１０７と呼ぶ）を含み、これは他のノード１０２，１０６または１０７間でデータ・パケットをルーティングするためのものである。
【００１２】
当業者に理解されるように、ノード１０２，１０６および１０７は互いに直接、またはノード１０２間で送信されるデータ・パケットの１つまたは複数のルータとして機能する１つまたは複数の他のノード１０２，１０６または１０７を経由して通信することが可能であり、このことはメイヤー（Mayor）の米国特許第５，９４３，３２２号、および先に参照した米国特許明細書シリアル番号第０９／８９７，７９０，０９／８１５，１５７号および０８／８１５，１６４号に記載されているとおりである。特に、図２に示すように、各ノード１０２，１０６および１０７は、トランシーバ１０８を含み、これはアンテナ１１０に結合されていて、パケット化されたデータ信号の様な信号を、制御装置１１２の制御のもとノード１０２，１０６または１０７の間で送受信することが可能である。パケット化されたデータ信号は、例えば音声、データまたはマルチメディアを含むことが出来る。
【００１３】
各ノード１０２，１０６および１０７は更に、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）のようなメモリ１１４を含み、これはネットワーク１００内のそれ自身および他のノード１０２，１０６または１０７に属するルーティング情報を格納することが可能である。ノード１０２，１０６および１０７は、ルーティング・アドバーティスメントまたはルーティング・テーブル情報と呼ばれるそれぞれのルーティング情報を、互いにブロードキャスト機構を経由して互いに周期的にやりとりしているが、これは例えば新たなノード１０２がネットワーク１００に参入した時点、またはネットワーク１００内の既存ノード１０２が移動した時に行われる。ノード１０２，１０６または１０７はそのルーティング・テーブル更新をブロードキャスト（broadcast）し、近くのノード１０２，１０６または１０７はこのブロードキャストされたルーティング・テーブル更新を、ブロードキャストしたノード１０２，１０６または１０７のブロードキャスト範囲（例えば無線周波数（ＲＦ）範囲）内にある場合にのみ受信する。例えば、ノード１０２−６がそのルーティング・テーブル情報をブロードキャストした際に、ノード１０２−１，１０２−２および１０２−７がノード１０２−６のＲＦブロードキャスト範囲内であると仮定すると、その情報はノード１０２−１，１０２−２および１０２−７で受診される。しかしながらノード１０２−３，１０２−４および１０２−５から１０２−ｎがブロードキャスト範囲外である場合、これらのいずれのノードも、ノード１０２−６からのブロードキャスト・ルーティング・テーブル情報を受信しない。
【００１４】
本発明の１つの実施例に基づきノード１０２，１０６または１０７内で他のノード１０２，１０６および１０７へデータ・パケットの送信を制御する方法を次に説明する。特にノード１０２，１０６または１０７が他のノードへデータ・パケットを送信する際、送信側ノード１０２，１０６または１０７の制御装置１１２は、トランシーバ１０８を制御して、データ・パケットを特定の送信電力およびデータ速度で送信する。送信電力の適応制御（ＡＴＰ）は送信側ノード１０２，１０６または１０７の制御装置１１２で実行されるアルゴリズムであって、これは出来るだけ少ないエネルギーが使用される一方、対応する側で最も信頼性のある受信を保証するために用いられる送信電力とデータ速度を識別することができねばならず、ここで以下に説明する。
【００１５】
例えば、図３はアドホック環境下での、発信元端末と宛先端末と識別される２つの局（例えば、図１のノード１０２，１０６または１０７）間の、典型的なデータ送信を示す。接続の各端部での受信は悪条件の影響を受けうる。発信元端末および宛先端末間で、信号強度は伝搬による損失（すなわち、自由空間損失）および環境上の吸収（すなわち、草木、建物、固定または移動物体）を受ける。更に、受信される信号と同一周波数帯で信号または雑音を送信する電磁放射源は受信信号に悪影響を与える。加えて、受信される信号は複数ルートを通って到着するため、これは信号フェージングを引き起こす。概略すれば、送信されたメッセージが常に正しく受信するのを妨げる多くの条件が存在するということである。
【００１６】
当業者に理解されるように、発信元端末が宛先端末へ送信すべき何らかのデータを持っている場合、発信元端末は送信準備完了（RTS : Ready to Send）メッセージを図３に示すように送る。宛先端末がそのデータを受信する準備が出来ている場合、これは送信可（CTS : Clear To Send）メッセージを返答する。しかしながら、その時点で利用可能なデータ・チャンネルが存在しない場合、この宛先端末は受信不可（NCTS : Not Clear to Send）メッセージを返答する。更に、宛先端末がＲＴＳ要求に返答しない場合も考えられ、これは宛先端末がＲＴＳ要求を受信しない場合であり、例えば宛先端末が異なるデータの受信または送信でビジー状態であるか、または宛先端末での信号干渉が非常に強い場合である。この状態で、発信元端末はランダム時間の後ＲＴＳメッセージを再送信する。
【００１７】
宛先端末がＣＴＳメッセージを返答した場合、発信元端末はデータ・チャンネルに同調しデータ送信を開始する。接続のもう一方の端では、宛先端末が同一データ・チャンネルに同調し、送信データの受信を開始する。
【００１８】
データ転送が完了し、宛先端末がデータを正しく受信した場合には肯定確認（ＡＣＫ）メッセージを、データ受信時にエラーが有る場合には非肯定確認（ＮＡＣＫ）メッセージを、返信する。両メッセージとも受信メッセージの品質に関する情報、例えば受信信号強度指示（RSSI : Received Signal Strength Indicator）、検出後信号品質（PDSQ : Post Detection Signal Quality）、ビット・エラー率（BER : Bit Error Rate）および多重経路数（MPC : multipath count）を含む。しかしながら、ＲＴＳおよびＣＴＳメッセージのやりとりに成功した後、宛先端末が例えばsyncシーケンス中に他の近隣からの強い信号干渉または信号フェージングのために、いずれのデータも受信できない場合、この宛先端末は送信信号に同期することが出来ず、従って発信元端末にＡＣＫまたはＮＡＣＫメッセージを返答することが出来ない。一定期間待った後、発信元端末は宛先端末から応答が無いと判定し（すなわち「無応答」状態）、ランダム遅れの後ＲＴＳメッセージを再送する。
【００１９】
本発明の１つの実施例に基づくＡＴＰの役割は、発信元端末から宛先端末へデータを転送する際のデータ速度と送信電力とを、最高可能データ速度を使用し、最低エネルギーを使用し、送信電力とデータ速度が少なくとも宛先端末で９０％の確率でメッセージが正しく受信されるように制御することである。当業者に理解されるように、１００％の信頼性（すなわち、データを正しく受信する確率）は、無限のエネルギーを使用した場合にのみ実現できる、１００％の信頼性は現実的ではない。本発明の１つの実施例に基づくＡＴＰは、各個別の送信に対して９０％以上の信頼性を得るために必要なエネルギーを使用する。データ・パケットが宛先端末で受信されなかった時、同一データ・パケットはこの例では最大５回送信され、これはこのデータ・パケットが宛先端末で正しく受信される約９９．９９９％の確率を実現する。
【００２０】
電力送信エネルギーを決定するために、ＡＴＰは受信信号の品質に関するいくつかの要素、経路損失の動的変動、宛先端末でのフェージング・スパンおよび雑音レベルを計算または推定するが、これを以下に説明する。
【００２１】
（経路損失）
【００２２】
本発明の１つの実施例によれば、経路損失は受信信号の電力レベルとその受信信号を送信するために使用された電力との間の差として計算される。メッセージを送信するために使用された電力は宛先端末に関する履歴から分かり、宛先端末での信号強度はＲＳＳＩ，ＰＤＳＱおよびＭＰＣで特徴付けられる。宛先端末は、宛先端末が発信元端末へ送るＡＣＫおよびＮＡＣＫメッセージ内のＲＳＳＩ，ＰＤＳＱおよびＭＰＣに属する情報を含む。
【００２３】
受信信号のレベルはＲＳＳＩおよびＰＤＳＱ測定値に基づいて計算される。両測定値は宛先端末のトランシーバ１０８（図４参照）内のＡ／Ｄ変換器の読み値であり、この例では［０：３１］の範囲にスケーリングされる。すなわち、この例では、ＡＣＫおよびＮＡＣＫメッセージは各々ＲＳＳＩおよびＰＤＳＱ測定値に５ビットが予約されており、これは３２個の個別表現、すなわち０００００（十進値「０」）から１１１１１（十進値「３２」）の範囲を可能としている。受信信号の強度は線形推定を用いて推定され、ＲＳＳＩが大きな値を有する場合にのみＲＳＳＩデータから計算される。特に、当業者に理解され、また図４に示されるように、ＲＳＳＩ数は自動利得制御（ＡＧＣ）信号の測定値であり、これは受信エネルギーの無線周波数（ＲＦ）増幅を制御する。
【００２４】
特にＡＧＣは、検出／復調時点で受信信号を可能な限り一定に維持する。第１Ａ／Ｄ変換器はＡＧＣの数値表現、これはＲＳＳＩである、を与える。検出段ＤＥＴを離れる信号のレベルもまた第２Ａ／Ｄ変換器でサンプリングされ、ＰＤＳＱを与える。受信された信号が強い限り、ＰＤＳＱは一定であるかあるいは比較的一定である。より高い受信信号は、より高いＡＧＣおよびＲＳＳＩという結果を生ずる。しかしながら、受信信号が弱い場合にＡＧＣおよびＲＳＳＩはゼロであり、ＰＤＳＱは強い信号の受信の特徴である一定値より小さくなる。従って、ＲＳＳＩが小さな値の時、ＰＤＳＱがＲＳＳＩの代わりに、受信信号強度計算に使用される。
【００２５】
（経路損失の動的変動）
【００２６】
発信元および宛先端末間の瞬時経路損失は、信号が発信元端末から送信された時点での送信電力と、その送信信号が宛先端末で受信された時点での信号強度との差として計算される。この信号強度は宛先端末から発信元端末へ送られたＡＣＫまたはＮＡＣＫメッセージ内で与えられた情報に基づき評価される。受信された信号を送信電力のレベルから減算することで経路損失の値が与えられ、これは自由空間損失と同様に上記の媒体で引き起こされる吸収を含む。移動体環境において、発信元と宛先端末との距離は連続的に変化し、これはまた経路損失の変化を意味する。ＡＴＰは経路損失の時間変化を下記の式の係数を推定することで予測しようと試みる：
【００２７】
2005527139.tif 000003
此処で
2005527139.tif 000004
は第１メッセージが宛先端末へ送信された時刻であり、また
2005527139.tif 000005
は現在のメッセージが送られた時刻である。この式の係数
2005527139.tif 000006
は当該分野で知られている最少二乗法（ＬＳＭ）を用いて計算されるが、任意の線形または非線形モデルを使用できる。この方法はその範囲として２つのパラメータ
2005527139.tif 000007
の値を求めることを含み、これらの値に対して、
【００２８】
2005527139.tif 000008
が最も小さな値（シグマの最小値）を有する。シグマの最小値は
2005527139.tif 000009
に関する微分値がゼロとなる時に得られる。この条件は、以下に説明されるように２つの未知変数を含む２元連立方程式を与える。この連立方程式を解くことにより、２つのパラメータ
2005527139.tif 000010
の値を与える。
【００２９】
２つの隣接局（例えば発信元と宛先端末）間の接続が長時間有効な場合、ＬＳＭ行列式の要素が非常に大きくなり、新たなデータを考慮することをほぼ不可能とする。一方、旧データはもはや正確である必要はなく、現在の判定を行うために使用されるべきではない。従って、ＡＴＰは「忘却係数」を採用しており、これはＡＴＰアルゴリズムは或る時間以前に収集された情報を忘れることを可能とし、これは次に説明するように各測定値に時間と共に減少する可変重みを与えることによりなされる。
【００３０】
特に、時刻
2005527139.tif 000011
において、瞬時経路損失は
2005527139.tif 000012
である。その時点でＬＳＭ行列式は４つの要素
2005527139.tif 000013
を有する。
2005527139.tif 000014
個の測定値を受け取った後、各々の測定値に重み付けを行う特性
2005527139.tif 000015
を具備した忘却係数
2005527139.tif 000016
を用いた関連するＬＳＭの行列式は、以下のようになる：
【００３１】
2005527139.tif 000017
【００３２】
処理は連続しており、行列式は新たなデータの組を受け取る度に更新され無ければならない。また、先の式の再帰的形式は次のようになる：
【００３３】
2005527139.tif 000018
【００３４】
一般的な場合、ＬＳＭ行列式の
2005527139.tif 000019
要素は計算で考慮される測定値の個数に等しい。しかしながら、本実施例において、ステップｎでの
2005527139.tif 000020
の値は
2005527139.tif 000021
に等しい。
2005527139.tif 000022
の値が非常に大きい場合、 
2005527139.tif 000023
であるため、
2005527139.tif 000024
要素の値はほぼ
2005527139.tif 000025
に等しくなる。
これは此処で提示されている「忘却」処理手順は、ＬＳＭにサイズ
2005527139.tif 000026
のスライド型ウィンドウに関連するデータを与えるのとほぼ等しい効果を有することを意味する。言葉を変えるとサイズ
2005527139.tif 000027
のスライド型ウィンドウが経路損失を計算するために使用される場合、「忘却係数」の値はサイズ
2005527139.tif 000028
を有するウィンドウに等しく無ければならない。それにも係わらず、本発明の実施例に基づく技術は、スライド型ウィンドウとほぼ同じ結果を与え、処理はより速く、また旧いデータを保存する必要が無い。それにも増して、最も新しく収集されたデータが２つのパラメータ
2005527139.tif 000029
の値を計算する際に旧いデータよりも高い重みを有する。先に説明したように、「忘却係数」は１未満で１に非常に近い正の値である。１０００個の測定値のウィンドウに対して、「忘却係数」のサイズは
2005527139.tif 000030
である。
【００３５】
（短期間フェージングの期間）
【００３６】
１つの測定値と他の測定値の間で、経路損失は非常に変動する。特に、当業者に理解されるように、これらの変動は複数の要因で引き起こされ、それらには発信元と宛先端末間の距離の変化速度、発信元と宛先端末との間で移動する種々の物体の速度などが含まれる。この変動はランダム特性を有するが、その標準偏差は長時間に渡って比較的一定である。
【００３７】
先に説明したやり方で
2005527139.tif 000031
係数を計算した後、ＡＴＰは最終測定値の誤差を識別し、これは先の式（１）で計算された経路損失と、宛先端末から与えられたフィードバック（すなわち、ＲＳＳＩとＰＤＳＱ）から計算された経路損失の差として表され、次に誤差の標準偏差を計算する。信号期間の大きさは個々の測定値の標準偏差から計算され、これは急激な変動を防止するために無限入力フィルタ（IIF : Infinite Input Filter）でフィルタリングされる。
【００３８】
（雑音レベル推定）
【００３９】
宛先端末が雑音源に近い場合、受信信号は２つの方法で影響される：（ａ）メッセージの全てのビットが正しく受信されるとはかぎらない、（ｂ）高レベルの電磁放射のためにＲＳＳＩの値が正常値よりも大きい。次に図５の流れ図および図６に示すグラフに関連して説明するように、ＡＴＰは宛先端末での雑音レベルを、先に説明した「ＡＣＫ」事例とは対照的に、「ＮＡＫ」および「ＮＯ  ＲＥＳＰＯＮＳＥ」事例の頻度に基づいて推定しようと試みる。
【００４０】
流れ図のステップ１０００に示すように、雑音は新たなデータが受信される毎に値が変化する、３つの変数を用いて推定される。これらの変数は雑音レベル、上方訂正（the upward conection）および下方訂正（the downward conection）である。雑音レベル変数は現在推定された雑音レベルを示す。推定された雑音は実際のレベルより小さいか、実際のレベルより大きいか、またはほぼ正しい場合がある。上方および下方訂正は下限値で制限されており、この例では上方訂正に対して０．１ｄＢまた下方訂正に対して０．０００１ｄＢである。この例での雑音レベル変動はゼロから始まる。これらの変数の値は、推定された雑音レベルと実際の雑音レベル間の関係の指標である。これらの変数の２つ以上が常にその最低制限値よりも大きいと言うことは無い。上方訂正がその最低値よりも大きい場合、その推定された雑音はおそらくその実際の雑音レベルよりも小さいはずである。しかしながら、その下方訂正がその最低値よりも大きい場合、その推定された雑音はおそらく実際の雑音レベルよりも大きい。両変数がその最低制限値の場合、対応する現場に重大な雑音は存在しない。これらの訂正の値は発生する状況（好ましいか好ましくないか）の形式に基づいて、以下に説明するように連続的に変化する。
【００４１】
好ましい状況（例えば、発信元端末がＡＣＫメッセージを受信する）がステップ１０１０で発生する場合、発信元端末の制御装置１１２が取る行動は、上方訂正の値に依存する。ステップ１０２０で上方訂正がその最低制限値（すなわち０．１）より高いと判断されると、その上方訂正はその半分（またはその他の任意の好適な係数）に減じられ、ステップ１０３０で雑音レベルから減算される。ステップ１０４０において、雑音レベルはステップ１０３０で計算された雑音レベルが負の場合はゼロと判定されるか、またはステップ１０３０で計算された雑音レベルが正の場合、正と判定される。しかしながら、雑音レベルは負となることは出来ず、また最大雑音レベルＭＡＸ＿ＮＯＩＳＥ、これは任意の好適な値、例えば５０ｄＢを超えることは出来ない。これらの条件は、関数 max(0, min(noise, MAX_NOISE)としてステップ１０４０内で表される。ステップ１０２０で上方訂正が最低制限値以下の場合、ステップ１０５０において上方訂正は０．１にリセットされ、雑音レベルは下方訂正により減じられ、その下方訂正は１０％ずつ、あるいはその他の任意の好適な係数ずつ減じられる。雑音値はステップ１０４０で選択され、ＡＴＰはステップ１０６０で別のメッセージを待機する。処理はステップ１０１０へ戻り、別のメッセージが受信される場合に繰り返す。
【００４２】
これに対して、好ましくない状況（例えば、発信元端末がＮＡＫメッセージを受信するかまたはＮＯ  ＲＥＳＰＯＮＳＥが検出される）がステップ１０１０で発生すると、処理はステップ１０７０へ進み、此処で上方訂正の値は二倍され（またはその他の好適な係数だけ増加され）、雑音レベルに加算される一方で、下方訂正はその最低制限値０．０００１にリセットされる。次に処理はステップ１０４０へ進み、此処で雑音レベルが先に説明されたように決定され、次にはステップ１０６０へ進み、別のメッセージの受信を待つ。
【００４３】
この説明から理解できるように、このアルゴリズムは雑音レベルの推定値を２の累乗（または他の好適な係数）で指数関数的に増加させるステップにより検索する。従って、雑音レベルは好ましくない状況のシーケンスが発生した場合、迅速に同定することができる。一度雑音レベルが同定されると、しばらくの間このアルゴリズムは雑音レベル推定をほぼ一定に維持する。その後このアルゴリズムは、推定雑音レベルをゆっくりと減じることにより、その雑音源が未だアクティブであるか否かを判定しようという試みを開始する。この試みが成功すると、この減少速度は新たな雑音レベルが発見されるかまたは推定雑音レベルがゼロとなるまで増加される。
【００４４】
明らかに雑音レベル値の推定は、連続的に変化するが、それは各ステップにおいて、２つの訂正値の１つが前回雑音レベル値に加算されるかまたは減算されるためである。実際２つの訂正値は指数関数的変動を有し、雑音レベルが正しく同定されると、これらは非常に小さな値を有する。従って、雑音レベルが正しく同定されると、雑音レベルに与えられるこれらの訂正値は非常に小さくなり、実用的な重要性は持たない。
【００４５】
図６は図５の流れ図に関して先に説明した雑音検出処理プロセスが、雑音レベルを動的に推定するために使用された場合の例を図示するグラフである。例えば第１メッセージに対して、宛先端末での実際の雑音は宛先端末に対してＮＡＣＫメッセージを発信元端末へ送らせる。次に上方訂正は（０．１＊２）または０．２にステップ１０７０で設定され、ゼロである初期推定雑音値に加算されると、雑音値は０．２となる。次に発信元端末は送信電力を以下の「電力計算」章で説明するように、第２メッセージを送信する際に調整する。しかしながら、実際の雑音は未だ宛先端末に対して、発信元端末にＮＡＣＫメッセージを送らせる。次に上方訂正は（０．２＊２）または０．４にステップ１０７０で設定され、前回メッセージに対して計算された０．２の雑音レベルに加算されて、新たな雑音値は０．６となる。
【００４６】
この処理は図示されるように、電力レベルが結果として宛先端末がＡＣＫメッセージを発信元端末に送るようなレベル（すなわち、この例では＋１２ｄＢである実際の雑音レベルを補償する）に調整されるまで繰り返される。この例では、これは第６番目メッセージが送られる時点で発生し、これは結果として上記の計算によれば１２．６ｄＢの推定雑音値となる。従って、第７番目メッセージが送られるとき、電力レベルは宛先端末が結果としてＡＣＫメッセージを送るのに十分である。図５に示される処理は、従ってステップ１０１０からステップ１０２０へ進み、上方訂正値が６．４まで上昇し、これは０．１以上であるため、処理はステップ１０２０からステップ１０３０へ進む。次に上方訂正値は半分の３．２にされ、雑音値から減算され、結果として（１２．６−３．２）または９．４の雑音値となる。従って第８番目メッセージを送るための電力レベルは減じられる。しかしながら、電力レベルが過剰に低くされたため、ＮＡＣＫメッセージが宛先端末から送られるはずである。この結果、処理はステップ１０７０へ進み、此処で上方訂正値は２倍の６．４にされ、９．４の雑音レベルに加算されて結果として１５．８の雑音レベルとなる。
【００４７】
従って第９番目メッセージを送るために電力が増加されると、電力レベルは宛先端末がそのメッセージを受信してＡＣＫメッセージを発信元端末に送信するのに十分なものとなる。従って、処理はステップ１０１０からステップ１０２０、ステップ１０３０へと進み、此処で６．４の上方訂正値が半分の３．２とされ、１５．８の雑音値から減算され、結果として１２．６の雑音値となる。次のメッセージ用の電力レベルが未だＡＣＫメッセージが受信されるものであることに注意されたい。従ってそのメッセージに対して、処理はステップ１０１０からステップ１０２０、ステップ１０３０へと進み、此処で上方訂正値が再び半分の１．６とされ、雑音値から減算される。従って雑音値は１１．０へ減じられる。しかしながら、図６のグラフおよび図５の流れ図から理解されるように、推定された雑音値は実際の雑音値に安定し、この例では＋１２ｄＢである。上方訂正値が十分な回数１／２とされて最低制限値の０．１未満とされると、処理がステップ１０２０に達した際に、これはステップ１０５０へ進み、此処で下方訂正が使用されて、雑音値をより小さな値に減じる。
【００４８】
以上より理解されるように、雑音源が急に動作することにより最初の１０個のメッセージの内の７個が宛先端末で受信されることを阻害される。その瞬間から信頼性は９０％以上に増加される。図６に示されるように、受信機感度の＋１２ｄＢ以上の雑音が宛先端末で、最初の５０個のメッセージの間受信される。その残りの時間に雑音は存在しない。すなわち、この例では宛先端末での雑音は、第５０番目のメッセージが送信された時点で消滅する。第５０番目メッセージが送信された時点で雑音は止まるが、図５の流れ図に示す雑音推定器の性質として、影響を受けない３０個の後続メッセージの後にのみ推定雑音レベルの急激な減少を開始する、すなわち第８０番目メッセージの開始からであるが、それは下方訂正値の大きさが小さく、各メッセージに対して少量（すなわち１０％）ずつ増やされるためである。
【００４９】
（電力計算）
【００５０】
ＡＴＰは理論的送信電力を推定雑音レベル（１０％ずつ増加される）、指定された時点での経路損失、最大データ速度での受信機感度（すなわち、雑音フロワー）およびフェージング・スパンの２倍の和として計算する。フェージング・スパンは経路損失の標準偏差に等しいか、またはほぼ等しいので、その値の２倍を使用することで、下記の式で示されるように、受信機感度より高いレベルで９５．４％のメッセージが受信される確実性が与えられる：
【００５１】
2005527139.tif 000032
【００５２】
理論的送信電力は送信機が供給できる最大電力以上の場合も、以下の場合もあり得る。計算された送信電力
2005527139.tif 000033
は、それが送信機が供給できる電力範囲内の場合は、理論的送信電力に等しく、下記の式で示される：
【００５３】
2005527139.tif 000034
【００５４】
計算された送信電力
2005527139.tif 000035
と前回送信で使用され、フィルタ処理された送信電力
2005527139.tif 000036
との関係により、フィルタ処理された送信電力
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は送信電力から経路損失変動速度に関連するＩＩＦを用いて計算されるか、またはそのままとするように考慮される。この非対称フィルタは急激な悪事象が発生したときに高い信頼性を維持できる。
【００５５】
（データ速度計算）
【００５６】
理論的送信電力が最大送信電力未満の場合、最大データ速度が使用され、理論的電力はフィルタ処理された
2005527139.tif 000038
送信電力に等しい。しかしながら、理論的送信電力
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が送信機が供給できる最も高い電力より大きい場合、過大電力はデータ速度ＤＲを低くすることで補償され、これは下記の式で示される通りである：
【００５７】
2005527139.tif 000040
【００５８】
2005527139.tif 000041
関数の戻り値は、各データ速度に対するビット当たりの送信エネルギーの変換から定まる。速度指標６のデータ転送速度は６ＭＢＰＳであり基準として使用される。速度指標５のデータ速度は４ＭＢＰＳのデータ転送速度に関連する。４ＭＢＰＳでの相対エネルギーは
2005527139.tif 000042
である。その他の値は、速度指標４に対する３ＭＢＰＳ、速度指標３に対する１．５ＭＢＰＳに対応する。より低いデータ速度は制御メッセージのみに使用され、データ転送には使用されない。
【００５９】
式（７）に基づき計算されたデータ速度は、経路損失変化速度に固有のパラメータを具備したＩＩＦを用いてフィルタ処理されることに注意されたい、またこれは下記の式に基づく：
【００６０】
2005527139.tif 000043
此処で送信データ速度
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はフィルタ処理されたデータ速度
2005527139.tif 000045
の最高限度値である。例では低および高速の事例のみが示されているが、パラメータの計算は任意の個数の離散ステップ、または連続的適合が可能であることに注意されたい。
【００６１】
（電力およびデータ速度フィルタ処理）
【００６２】
計算された電力およびデータ速度は、値がスムーズに変化するようにＩＩＦを用いてフィルタ処理される。データ速度フィルタは対称であるが、電力フィルタは非対称であり、環境の急激な悪化には素早く対応し、回復はゆっくりと行うことにより、接続の信頼性を少なくとも９０％に維持している。
【００６３】
（高速および低速移動）
【００６４】
上記の通り、ＡＴＰは送信電力およびデータ速度のフィルタ処理を行うために２組のパラメータを使用する。適切なパラメータの組の選択は
2005527139.tif 000046
の値の依存し、これは上記のように経路損失の変動を表す。
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の場合、この経路損失は高速で移動する自動車が原因であると考えられる。「高速」および「低速」移動の間の区別は、制御の全体的品質を改善する。
【００６５】
（リンク品質）
【００６６】
上記の送信電力およびデータ転送速度の決定に加えて、ＡＴＰは更に発信元と宛先端末間のリンクの品質に関する情報を提供する。この情報は数秒後のリンクの活性動作を予測したり、そのリンクを通信ルートに参加させるかを考慮する際に使用できる。
【００６７】
リンク品質
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の指標は次のように定義される：
【００６８】
2005527139.tif 000049
【００６９】
図５のグラフに示されるように、
2005527139.tif 000050
は６．０２（最速データ速度を使用する場合の利得）分加算された最大電力から、実際に使用された送信電力とｄＢに変換された実際の利得を引いたものに等しい。
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はそのリンクに対して使用されていない理論的電力の量を示す。この測定値はリンク抵抗値と相補的であり、現在使用されているエネルギーの測定値である。
【００７０】
これもまた図５にグラフ的に示されている１秒後に予測されたリンク品質
2005527139.tif 000052
は次のように計算される：
【００７１】
2005527139.tif 000053
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係数はｄＢ／ｍｓで測定された経路損失の変動を表す。
【００７２】
図５のグラフに示されるように、５秒後の予測リンク品質
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は次のように計算される：
【００７３】
2005527139.tif 000056
図５に表されるリンク品質の変動は、ｄＢの代わりに８ビットの数で表現できるスケールで表示されている。
【００７４】
リンク品質の指標はリンクの現在抵抗値を判定するために有用である。小さな値の
2005527139.tif 000057
はそのリンクが比較的小さな抵抗を有し、何時でも切断する可能性のあることを示す。リンク品質の１秒予測はその様な場合の更なる情報を提供する。特に
2005527139.tif 000058
より小さな
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値は、そのリンクが時間と共に弱くなる傾向を有することを示す。
2005527139.tif 000060
の負の値はそのリンクが１秒後には利用できないかも知れないことを示し、そのリンクを使用しているルートは可能で有れば再ルートされなければならない。反対に、
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よりも大きな
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の値は、リンク品質が改善され、例え現在それが弱くても１秒後には良くなるであろうことを示す。
【００７５】
リンク品質の５秒予測は、リンクをルートに組み入れる選択を行う際に有効である。大きな値の
2005527139.tif 000063
はそのルートが今から少なくとも５秒間は健全であることを示し、ルートに参画するように選択出来ることを示す。小さなまたは負の値の
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はそのリンクが弱くなるかまたは５秒以内に利用できなくなることを示し、新たルートとして切り換えてはならないことを示す。
【００７６】
ＡＴＰは発信元端末と宛先端末間の送信を制御し、これは初期発信元と最終宛先の間のルートの連鎖内の１つのリンクのみであることに注意されたい。リンク品質は、端末システムとしてのネットワークにおける高い信頼性を確保するために、ATPが端末の他のソフトウェア構成要素に対して提供する情報の集合である。
【００７７】
以上本発明のいくつかの実施例のみを詳細に説明してきたが、当業者には本発明の新規な教義および特長から逸脱することなく多くの修正が可能であることは容易に理解されよう。従って、その様な全ての修正は、添付の特許請求の範囲で定義される、本発明の範囲に含まれると意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、本発明の１つの実施例に基づくノード間リンクの完全性を評価するためのシステム並びに方法を採用した、アドホック無線通信ネットワークの１例の概念的ブロック図。
【図２】図２は図１に示されるネットワーク内で採用されたノードの構成要素例を図示するブロック図。
【図３】図３は図１に示されるネットワーク内の送信元ノードから宛先ノードへ送信される信号に影響を与える可能性のある、異なるタイプの信号干渉例を図示する概念的ブロック図である。
【図４】図４は図２に示される宛先ノードのトランシーバの構成部品を図示する概念的ブロック図であり、これは受信信号強度指示（RSSI: Received Signal Strength Indicator）と検出後信号品質(PDSQ : Post Detection Signal Quality)を生成する。
【図５】図５は発信元ノード内のＡＴＰで、宛先ノードでの雑音レベルを推定するために実行される操作例を図示する流れ図である。
【図６】図６は推定された雑音対、図１に示すネットワーク内の発信元ノードから宛先ノードに送信されたメッセージ数の例を図示するグラフであり、図５の流れ図で示される本発明の１つの実施例に基づく雑音推定技術を使用して計算されたものである。
【図７】図７は図１に示されるネットワークの発信元ノードと宛先ノード間のリンクの品質を表す、異なるリンク品質値の例を図示するグラフであり、本発明の１つの実施例に基づき計算されたものである。
【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７】
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【国際調査報告】
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