(57)【要約】  本発明者は、高度なマルチアンテナ設備を備えるノードが配されたマルチホップ・ネットワーク構成を想定し、ネットワークのルーティングリンクコストを決定する特定の目的のためにマルチホップ・ネットワーク・ノードにおいてそのような高度なアンテナ設備の存在を調べることの利点を認識している。本発明の基本的考え方は、ノード間のマルチチャネル特性に基づきネットワークのノード対間の無線リンクのリンクコストを決定すること（Ｓ３）であり、ノードの少なくとも１つは、複数のチャネルの提供のために複数のアンテナと共に動作するように構成される。これらマルチチャネル特性は、例えば明確なチャネルマトリックスの評価（Ｓ１）および／または送信および受信アンテナ数（Ｓ２）または関係するノードのアンテナ能力に関するその他の情報に基づいて決定することができる。決定リンクコスト情報は、ルート決定（Ｓ４）およびパケット転送（Ｓ５）のために追加ルーティングコスト情報と共に使用することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるルーティングのためのリンクコストの決定方法であって、
ネットワークノード対間の無線リンクのリンクコストを決定する工程を備え、
前記ノードの少なくとも１つを、前記ノード間のマルチチャネル特性に基づいて複数のチャネルを提供するために、複数のアンテナと共に動作するように構成することを特徴とする方法。
【請求項２】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるリンクコストに基づくルート決定方法であって、
ネットワークノード対間の無線リンクのリンクコストを決定する工程であって、前記ノードの少なくとも１つを、前記ノード間のマルチチャネル特性に基づいて複数のチャネルを提供するために、複数のアンテナと共に動作するように構成する工程と、
前記決定したリンクコストの少なくとも一部に基づいて、ルートの決定を行う工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるリンクコストに基づくデータのルーティング方法であって、
ネットワークノード対間の無線リンクのリンクコストを決定する工程であって、前記ノードの少なくとも１つを、前記ノード間のマルチチャネル特性に基づいて複数のチャネルを提供するために、複数のアンテナと共に動作するように構成する工程と、
前記決定したリンクコストの少なくとも一部に基づいてルートの決定を行う工程と、
前記ルートの決定に従って、所定のノードから所定の宛先ノードまでの前記経路上における少なくとも隣接するノードに対して、データを転送する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項４】
リンクコストを、送信アンテナおよび受信アンテナの数を表わすＮおよびＭに基づいて決定し、ＮおよびＭの少なくとも一方が、２より大きいことを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
リンクコストを、Ｎ×Ｍ次元のチャネルマトリックスの関数として決定し、ＮおよびＭの少なくとも一方が、２より大きいことを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
リンクコストを、前記ノード間で使用する多重アンテナ通信方式に関する知見に基づいて決定することを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
リンクコストを前記多重アンテナ通信方式に依存する関数により決定することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
リンクコストを最適化するように、前記ネットワークノードの双方がサポートする方式の中から多重アンテナ通信方式を選択する工程をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
リンクコストを、平均リンクレートの逆数として決定することを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
平均リンクレートを所定の送信電力のチャネルマトリックスの期待値に基づいて決定することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
平均リンクレートを、使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数、ならびに送信電力の少なくとも一部に基づいて決定することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
リンクコストを、ホップ毎の固定リンクレートに対する最小送信電力として決定することを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
最小送信電力を、チャネルマトリックスに基づいて決定することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
最小送信電力を、使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数、ならびに前記固定リンクレートの少なくとも一部に基づいて決定することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ネットワークは、完全に無線化されたマルチホップネットワークであることを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記ネットワークは、アドホック・マルチホップ・ネットワークであることを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記ネットワークノード対は、移動局および基地局を含み、セルラーネットワークの基地局間ハンドオーバは、ルーティング処理の一部であることを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるルーティングリンクコストの決定装置であって、
ネットワークノード対間の無線リンクのリンクコストを決定する手段を備え、
前記ノードの少なくとも１つを、前記ノード間のマルチチャネル特性に基づいて複数のチャネルを提供するために、複数のアンテナと共に動作するように構成することを特徴とする装置。
【請求項１９】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるリンクコストに基づくルート決定装置であって、
ネットワークノード対間の無線リンクのリンクコストを決定する手段であって、前記ノードの少なくとも１つを、前記ノード間のマルチチャネル特性に基づいて複数のチャネルを提供するために、複数のアンテナと共に動作するように構成する手段と、
前記決定したリンクコストの少なくとも一部に基づいてルートの決定を行う手段と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２０】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるリンクコストに基づくデータのルーティング装置であって、
ネットワークノード対間の無線リンクのリンクコストを決定する手段であって、前記ノードの少なくとも１つを、前記ノード間のマルチチャネル特性に基づいて複数のチャネルを提供するために、複数のアンテナと共に動作するように構成する、リンクコストを決定する手段と、
前記決定したリンクコストの少なくとも一部に基づいてルートの決定を行う手段と、
前記ルートの決定に従って、所定のノードから所定の宛先ノードまでの前記経路上における少なくとも隣接するノードに対して、データを転送する手段と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２１】
前記決定手段は、送信アンテナおよび受信アンテナの数を表わすＮおよびＭに基づいてリンクコストを決定するために動作し、ＮおよびＭの少なくとも一方は、２より大きいことを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
前記決定手段は、Ｎ×Ｍ次元のチャネルマトリックスの関数として、リンクコストを決定するために動作し、ＮおよびＭの少なくとも一方は、２より大きいことを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
前記決定手段は、前記ノード間で使用する多重アンテナ通信方式に関する知見に基づいて、リンクコストを決定するために動作することを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
前記決定手段は、前記多重アンテナ通信方式に依存する関数により、リンクコストを決定するために動作することを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
リンクコストを最適化するように前記ネットワークノードの双方がサポートする方式の中から、多重アンテナ通信方式を選択する手段をさらに備えることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記決定手段は、平均リンクレートの逆数としてリンクコストを決定するために動作することを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
前記決定手段は、所定の送信電力のチャネルマトリックスの期待値に基づいて、平均リンクレートを決定する手段を備えることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記決定手段は、使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数、ならびに送信電力のうちの少なくとも一部に基づいて、平均リンクレートを決定する手段を備えることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記決定手段は、ホップ毎の固定リンクレートに対する最小送信電力として、リンクコストを決定するために動作することを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項３０】
前記決定手段は、チャネルマトリックスに基づいて最小送信電力を決定するために動作することを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記決定手段は、使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数、ならびに前記固定リンクレートの少なくとも一部に基づいて、最小送信電力を決定するために動作することを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
前記ネットワークは、完全に無線化されたマルチホップネットワークであることを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項３３】
前記ネットワークは、アドホック・マルチホップ・ネットワークであることを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項３４】
前記ネットワークノード対は、移動局および基地局を含み、セルラーネットワークの基地局間ハンドオーバは、前記ルーティング処理の一部であることを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項３５】
前記マルチホップネットワークの少なくとも１つのネットワークノードに実装されることを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項３６】
ルートの決定を行う前記手段は、前記マルチホップネットワークの少なくとも１つの無線リンク、または有線リンクのリンクコストに基づいて、ルートの決定を行うために動作することを特徴とする請求項１９、または２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にマルチホップネットワークなどの通信ネットワークにおけるルーティングに関し、より詳細にはルート決定およびルーティングに使用するための適切なリンクコストのメトリックの決定に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ルーティングは、通信ネットワークの１以上の中間ノードを介して発信元から宛先へ情報を移す行為と定義することができる。
【０００３】
ルーティングを無線ネットワークに適用する場合、そのようなネットワークは一般にマルチホップネットワークと呼ばれる。マルチホップネットワークでは、互いに到達範囲外にあるノードは中間に位置するノードの支援を受けることで、そのメッセージを発信元から宛先に向けて転送する。従来、マルチホップネットワークは、ノードが大抵移動可能であり、調整するインフラストラクチャが中央に存在しない、所謂アドホックネットワークと関連付けられる。しかしながら、マルチホップネットワーキングの考え方は、ノードが固定である場合にも適用することができる。さらに、ノードが固定であり、チャネルがロバストである場合には、特に、中央で調整を行うことも考えられる。また、マルチホップネットワークの無線リンクに加えて有線リンクを含むハイブリッドネットワークを考えることもできる。マルチホップネットワークに共通することは、全パケットを受信した後に転送する、所謂ストア・アンド・フォワードに基づいて送信されることである。
【０００４】
ルーティングは一般に、適切なルーティング経路の決定とネットワークを通じた情報伝送という２つの基本的タスクを含む。ルーティング処理に関するこれらのタスクのうち前者は一般にルートの決定と呼ばれ、後者は一般にパケット転送と呼ばれる。
【０００５】
ルート決定に対する共通手法は、所謂ルーティングツリーを張ることである。図１Ａは、所定の宛先ノードに根ざす、ルーティングツリーの例を示している。ルーティングツリーは、通常、最短経路アルゴリズムに基づいて計算されるため、当該ルーティングツリーはツリーの種々のノードから宛先ノードに対して決定される最短経路が所謂「最小コスト経路」となる。実際、ツリーは連続して形成され、移動を管理したり、変化するリンク状態を管理したりするために更新される。
【０００６】
ツリーにおける特定のノードが後続するパケット転送処理においてパケットの送信を要求する場合、ノードは発信元ノードと考えられ、図１に示すようにパケットは、発信元から宛先に対して決定したルーティング経路に従って送信される。種々のノードが同じ宛先へパケットを何度も送信することがあり、このため種々のノードは発信元ノードとして動作し、それぞれの最短経路に沿って送信する。さらに、複数の宛先が存在する場合、それぞれ対応する宛先を根とする複数のツリーを生成することができる。
【０００７】
通常、パケット転送自体は比較的単純であるが、経路またはルートの決定は非常に複雑となる。
【０００８】
ルーティングプロトコルは一般に所謂ルーティングメトリックを評価の基本として使用し、所定のパケットにとって最良となる経路またはルートを評価し、宛先への最適経路を決定する。従来技術では、多くの異なるメトリックをルーティングアルゴリズムにより使用し、最良か、または少なくとも適切なルートを決定していた。
【０００９】
以前の有線ホップメトリックは、距離に関してはリンク品質依存性に反映しないので、無線環境には基本的に適さない。また、送信電力はリンク品質に影響する重要な要因である。
【００１０】
無線の状況ではあまり使用しないが、現在でも頻繁に使用される有線回線のメトリックの例は、単純なホップ数メトリックであり、ノードｖｉからｖｊへのリンクコストは△Ｃｉｊ＝１で定義される。
【００１１】
研究報告において示唆される別のメトリックは、２ノード間の物理的距離、例えば△Ｃｉｊ＝距離ｉｊに基づくものである。
【００１２】
無線環境に適したより良い例は、平均リンク利得Ｇｉｊを使用し、リンクコストを平均リンク利得の逆数、即ち△Ｃｉｊ＝Ｇｉｊ−１と定義することである。このメトリックは大きな受信機のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio、信号対雑音比）値（固定電力の場合）および最小電力ルート（電力制御の場合）を提供する。これは悪いメトリックではないが、（主にメトリックがリンク容量を適切に反映しないので）パケットが長い遅延に遭遇することがある。
【００１３】
従って、さらに良いリンクメトリックの例では平均評価リンクレートを使用し、レート適合能力を仮定して、平均リンクレートの逆数、即ち
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としてリンクコストを定義する。このメトリックは２つの方向で見ることができる。第１に、固定サイズのパケットに対してこのメトリックは最小遅延経路（ネットワークの待ち行列は無視できると仮定して）を提供することとなる。しかしながら、（レートへの適合に応じてデータフェーズのパケット数を変更する）固定サイズのデータフェーズを有するマルチホップ方式に関しては、このメトリックは、経路に沿った最小の時間リソース利用率を提供する。平均レートに基づくリンクメトリックは従来のシャノン（Shannon）容量により評価される。
【００１４】
【数１】
2008533806.tif 000004
【００１５】
上式で、Ｂは帯域幅（全システムで１つの共通帯域幅のみを使用する場合は無視できる）、Ｅ｛．．．｝は期待値、Ｐｉはノードｖｉの送信電力（固定であるか、または所定の他の機構により決定することができる）、σＮ２は（ノードｖｉにおける）雑音レベルである。項σＮ２は、また潜在的に平均干渉を含むことがあり、その場合は受信機雑音とは別に複素ガウシアン（Gaussian）雑音としてモデル化できる。
【００１６】
上記の逆利得メトリックの場合にシャノン容量を使用すると、逆利得メトリックが所定の目標リンクレートである、
2008533806.tif 000005
を有する最小電力ルーティングに対応することが分かる。最小電力は、その場合、
【００１７】
【数２】
2008533806.tif 000006
【００１８】
のように決定される。
【００１９】
特許文献１は、全経路に亘る累積使用送信電力を最小化するためにリンク送信電力の使用を適切なコストメトリックとすることが開示されている。これはバッテリー消費にとっては好都合であり、またシステムの干渉レベルを削減し、新たな接続の余地を残することができるため、より高いネットワーク負荷における運用が可能となる。
【００２０】
上述のように、メトリックに干渉を含めることは可能である。干渉に基づくタイプのメトリックは、相殺的な干渉が最小となるルートを使用することを目的とする、最小干渉ルーティング（Least Interference Routing、ＬＩＲ）と、干渉が最小となるルートを使用することを目的とする、最小抵抗ルーティング（Least Resistance Routing、ＬＲＲ）とを含む。
【００２１】
また、メトリックにトラフィック負荷を含むことも可能である。しかしながら、トラフィックに関する情報をメトリックに含めること（例えば、トラフィック負荷やメディアアクセス規則を組み込むこと）は、安定性の問題についても考える必要が生じるため、簡単ではない。
【００２２】
ルーティングメトリックがルートの決定に重要な影響を有することは明らかであり、それ故に適切なルートの決定には、高度なメトリックを提供することが最も重要なことである。改良されたルート選択は、当然、より高いスループットを有し、ネットワークにおける遅延を削減する改良されたルーティングを導くこととなる。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１６１２６８Ａ１号明細書
【特許文献２】国際公開第ＷＯ９６／１９８８７号パンフレット
【特許文献３】国際公開第ＷＯ９８／５６１４０号パンフレット
【特許文献４】米国特許出願公開第２００２／００５１４２５Ａ１号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００４／０２３３９１８Ａ１号明細書
【非特許文献１】Ｘ．ゾウー（X.Zou）、Ｂ．ラママーシ（B.Ramamurthy）、Ｓ．マグリべラス（S.Magliveras）「無線アドホックネットワークのためのルーティング技術、分類と比較（”Routing Techniques for Wireless Ad Hoc Networks Classification and Comparison"）」、システミックス、サイバネティックスおよびインフォーマティックス（ＳＣＩ）に関する第６回世界マルチ会議録、２００２年７月
【非特許文献２】Ｐ．Ｆ．ドリーセン（P.F.Driessen）、Ｇ．Ｊ．フォッシーニ（G.J.Foschini）「多入力多出力無線チャネルの容量公式について：幾何学的解釈（"On the capacity formula for multiple input multiple output wireless channels: A geometric interpretation"）」、ＩＥＥＥ通信部門論文誌、４７巻１７３−１７６頁、１９９９年２月
【非特許文献３】Ｃ．Ｌ．ヘドリック  ラットガー（C.L.Hedrick Rutgers）「シスコ‐ＩＧＰＲ入門（"Cisco-An introduction to IGPR"）」、１９９１年８月２２日、http://www.cisco.com/warp/public/103/5.html
【非特許文献４】Ｒ．ネルソン（R.Nelson）、Ｌ．クラインロック（L.Kleinrock）「捕捉を有するスロッテドＡＬＯＨＡマルチホップパケット無線ネットワークの空間容量（"The spatial capacity of a slotted ALOHA multihop packet radio network with capture"）」、ＩＥＥＥ通信部門論文誌、３２巻６号、６８４−６９４頁、１９８４年
【非特許文献５】Ｓ．ジェイン（S.Jain）、Ｙ  エル（Y Lv）、Ｓ．Ｒ．ダス（S.R.Das）「無線アドホックネットワークのリンクレイヤにおける経路ダイバシティの利用（"Exploiting Path Diversity in the Link Layer in Wireless Ad Hoc Networks"）」、ＷＩＮＧＳ研究所技術報告、２００３年７月
【非特許文献６】Ｉ．べレンガー（I.Berenguer）およびＸ．ワン（X.Wang）「ＭＩＭＯ通信のための空間−時間符号化および信号処理−入門編（"Space-Time Coding and Signal Processing for MIMO Communications-A Primer"）」コンピュータ科学および技術、１８巻（６号）、６８９−７０２頁、２００３年１１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、従来技術の機器におけるこれらの欠点ならびにその他の欠点を克服する。
【００２４】
完全に、または少なくとも部分的に無線を利用したマルチホップネットワークに、改良したルーティングを提供することが本発明の全体的な目的である。特に、より高いスループット、およびこのようなネットワークにおける遅延の削減、またはより高いネットワーク負荷における運用が実現されることが好ましい。
【００２５】
高度なルーティングメトリックの使用により、改良したルート選択またはルート決定を提供することが本発明の目的である。
【００２６】
少なくとも部分的に無線を利用したマルチホップネットワークにおけるルーティングリンクコストの改良された決定方法および装置の提供は、具体的な目的である。
【００２７】
また、このようなネットワークにおける高度なリンクコストの決定に基づくルートの決定方法および装置の提供も、具体的な目的である。
【００２８】
別の具体的な目的は、高度なリンクコストの決定に基づくルーティングの決定方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
これらおよびその他の目的は、添付の特許請求の範囲により定義される本発明により実現される。
【００３０】
本発明者は、高度なマルチアンテナ設備を備えるノードが配されたマルチホップネットワークの構成を想定しており、特に種々のアンテナ設備を備える中継ノードおよびエンドユーザ端末の多様な設備群を有する構成を想定している。
【００３１】
本発明者は、フェージングチャネルを経て大きな容量を提供するのみならず、ルートの決定またはネットワークにおけるルーティングのためのリンクコストの決定のためにも、マルチホップネットワークにおけるそのような高度なアンテナ設備の存在を調べることに利点があるということを認識している。そのため、本発明の基本的な考え方は、ノード間のマルチチャネル特性に基づいてネットワークのノード対間の無線リンクのリンクコストを決定することにあり、少なくとも１つのノードを複数のチャネルを提供するために複数のアンテナと共に動作するように構成する。
【００３２】
リンクコストは、好ましくは、それぞれ送信アンテナおよび受信アンテナの数に基づいて決定し、この結果、マルチアンテナにより可能になるルーティングメトリックを効果的に提供する。このように、本発明は多様なマルチアンテナのチャネル特性を取り扱う、種々の規模のマルチアンテナチャネルの使用を円滑に統合し、多様なマルチアンテナ通信方式をサポートすることを可能にする。この便益は場合によって異なるが、主としてダイバシティ、空間多重化、またはビーム形成利得（後者はａ．ｋ．ａ．コヒーレントまたは指向性利得）に帰することができる。より詳細には、本発明は、おそらく１つの同じマルチホップネットワークにおけるリンクコストの決定のために、従来のＳＩＳＯと共に、ＭＩＭＯ、ＭＩＳＯおよび／またはＳＩＭＯチャネルに基づく方式により提供されるチャネル規模の増加を実現し、これを利用可能にする。
【００３３】
例えば、ＮおよびＭがそれぞれ送信ノードおよび受信ノードにおけるアンテナ数である場合、Ｎ×Ｍ次元のチャネルマトリックスの関数として、リンクコストを決定することができる。アンテナ数に対応する数ＮおよびＭは、チャネルマトリックスまたはベクトルを効果的に設定する。あるいは、より直接的にＮおよびＭの値に基づいてヒューリスティックな測定（heuristic measure）を使用することができる。
【００３４】
好ましくは、リンクコストはノード間において使用されるマルチアンテナ通信方式に関する知見も考慮して決定される。これは、例えば従来の適応型ビーム形成（beamforming、ＢＦ）または空間多重化に基づくＭＩＭＯなどの個々のマルチアンテナ通信方式に依存する関数に従い、リンクコストを決定することにより遂行されうる。このように、リンクメトリックはアンテナ数ばかりでなく、使用するアンテナ構成または方式も反映されるため、送信ノードおよび受信ノード双方における任意のアンテナ数、ならびに種々の高度なアンテナ方式の要求に応じることができる。幾つかのマルチアンテナ通信方式を２ノード間でサポートすることで、方式の選択を行い、ルートの決定に使用する性能メトリックを最適化することができる。さらに、チャネル特性およびノード能力に応じて、種々の方式を種々のリンクとして採択することができる。
【００３５】
ルーティングメトリックは、例えば波形遅延（即ち、レートに依存する）、エネルギーまたは電力次元に関するものである。例えば、リンクコストは平均リンクレートの逆数として決定することができ、平均リンクレートは所定の送信電力に対するチャネルマトリックスの期待値に基づいて、あるいは使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数および送信電力に少なくとも部分的に基づいて計算される。別の例では、リンクコストはホップ毎の固定リンクレートに対する最小送信電力として決定され、最小送信電力はチャネルマトリックスに基づいて、あるいは使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数および固定リンクレートに少なくとも部分的に基づいて決定される。
【００３６】
この新たなタイプのマルチアンテナにより可能となるリンクコストに基づき、ルートの決定を良好な、または最適な経路を選択するように実行し、続いてルートの決定に従って所定のノードから所定の宛先ノードまでの経路上における、少なくとも隣接するノードに、パケットデータを転送する。
【００３７】
実際、ルートの決定は少なくとも部分的に無線を利用したマルチホップネットワークにおける無線リンクおよび／または有線リンクの数に対するリンクコスト情報に基づいて実行される。本発明のマルチチャネル特性に基づいて新しいリンクコストが決定されると、ネットワークの無線リンクの少なくとも一部のリンクコストの決定に使用される。無線および有線リンク双方を有するハイブリッド・マルチホップ・ネットワークにおいて、エンド・ツー・エンドにおけるルーティングコストは、標準的には無線および有線部分双方の特性を考慮して決定される。これは、アプリケーションに応じて有線リンクのリンクコストを、あるメトリックに従って決定しなければならないこと、またはある固定値またはゼロの値に単に設定しなければならないことを意味する。本発明に従い少なくとも１つの無線リンクのリンクコストを決定する限り、幾つかの無線リンクのリンクコストを他の方法を使用して決定することができることはいうまでもない。
【００３８】
本発明は、以下の利点をもたらす：
＞送信機側および受信機側双方における任意のアンテナ数ならびに種々の高度なアンテナ方式を本来的にサポートするリンクコストメトリックの提供
＞多重アンテナ方式の従来のＳＩＳＯ方式とのリンクコスト決定のための円滑な統合
＞最適ルート選択
＞ネットワークにおけるより高いスループットおよび、遅延、電力および／またはエネルギー消費の削減
＞相関／非相関チャネルのサポート
＞完全順位／縮退順位チャネルのサポート
＞一般的に任意のルーティングプロトコルへの適用性
本発明が提供するその他の利点は、本発明の実施形態に関する以下の記述を読むことで理解されよう。
【００３９】
さらなる目的およびその利点を含む本発明は、添付の図面と共に行う以下の記述を参照することにより最もよく理解されよう。
【００４０】
図面全体に亘って、対応する要素または類似の要素については、同じ参照文字を使用するものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
始めに
本発明は、実装に関わらず、分散および中央集中の双方のルーティングアルゴリズム、ホップ・バイ・ホップ・ルーティングならびに発信元ルーティング、リンク状態ルーティングおよび距離ベクトルルーティング（ベルマン−フォード（Bellmann-Ford）アルゴリズムに基づくルーティングと呼ばれる場合もある）、自発型または反応型ルーティング、フラットまたは階層ルーティング、単一経路およびマルチ経路ルーティングならびにその変更および組み合わせを含む、任意のルーティングプロトコルに一般に適用することができる。
【００４２】
特に無線アドホックネットワークにおけるルーティング技術に関するさらなる情報については、非特許文献１を参照することができる。
【００４３】
発信元ルーティングでは、一般に、発信元エンドノードが全ルートを決定することを前提としている。その場合、中間ノードは、宛先ノードまでの経路上において、単に次ノードへパケットを転送するだけのストア・アンド・フォワード・ユニットとして動作する。
【００４４】
ホップ・バイ・ホップ・ルーティングでは、基本的に各ノードが、幾つかの宛先に関してそれぞれ優先する次ホップノードの情報を備えるルーティングテーブルを判断し、保持する。ノードがパケットを受信すると、ノードはパケットの宛先に関する情報に基づいて次ホップノードへパケットを転送する。パケットが宛先に着信するまで、ノードからノードへと転送処理が継続される。
【００４５】
ネットワークノードは種々のルーティング情報メッセージの伝送を通じてルーティング情報を伝達し、そのルーティングテーブルを保持する。ルーティング情報は、当然、使用する個々のルーティング方式によって変化する。
【００４６】
ホップ・バイ・ホップ・ルーティング方式は、一般に、リンク状態アルゴリズムと距離ベクトルアルゴリズムの２種類に分類される。リンク状態アルゴリズムはルーティング情報を全てのノードに頒布する（ただし、ネットワークの一部にのみ頒布する解決法も存在する）一方、各ノードは自らのリンクの状態を記述する情報のみを送信する。一方、距離ベクトルアルゴリズムは隣接するノード間でのみ交換するルーティングコスト情報に基づいて動作する。
【００４７】
ルーティングテーブルを決定し、更新する方法はルーティング方式によって異なる。しかし、共通する目標は標準的には背景技術の節で述べたように、ある意味で最適な経路を見つけることである。
【００４８】
本発明をよりよく理解するために、一般に使用するタイプのルーティングアルゴリズムの一例について概要を示すことは有益である。しかしながら、本発明は当該一例に限定されないことを理解すべきである。
【００４９】
古典的手法は、発信元ノードと宛先ノードとの間に所謂最短経路マルチホップツリーを設けることであり、各リンクをデルタコストにより特徴付け、決定した最短経路に沿って宛先に至るまでの累積コストを各ノードに割り当てる。「最短経路」という表現は、一般に最小コスト経路に対応することは明らかであり、この表現は経路またはルートがある特定のコストメトリックに関して最小コストを提供する経路であることが重要である。
【００５０】
ダイクストゥラ（Dijkstra）アルゴリズムやその他の任意のルーティングアルゴリズムであってもよいが、以下ではベルマン−フォード最短経路アルゴリズムを最短経路アルゴリズムの一例として使用することにする。ベルマン−フォードアルゴリズムはインターネットなどの有線ネットワークにおいて中心的役割を果たしているが、無線マルチホップネットワークにおいても重要な機能を有している。一般に好ましい実装では、ベルマン−フォードアルゴリズムは、分散型の「非組織的な（uncoodinated）」手法において最短経路を決定し、隣接ノード間のルーティングコスト情報の交換に基づく有限時間内の収束を保証する。
【００５１】
従って、ベルマン−フォードアルゴリズム対して、所定の宛先集合の各宛先ｄに対するノードｖｉのコストＣｉは、分散ベルマン−フォードの式により決定することができる。
【００５２】
【数３】
2008533806.tif 000007
【００５３】
上式において、ｖｉ∈Ｎｉはノードｖｉに属する隣接ノードの隣接指標であり、Ｃｉは隣接ノードｖｉの宛先ｄへの到達コストであり、△Ｃｉｊはノードｖｉからノードｖｊへ達するコスト（即ち、ホップのコスト、またはリンクコスト）である。
【００５４】
反復回数は整数に限ることができ、上限はホップ数、例えば最大２ホップである。
【００５５】
上記のように、ベルマン−フォードアルゴリズムは分散手法で容易に実装される。マルチホップネットワークにおける発信元と宛先との間のマルチホップツリーはネットワークにおいて配信するルーティングコスト情報に基づいて構築され、定義される。実際、隣接ノードはルーティングリストを交換する。各ルーティングリストは複数の項目を含み、各項目は宛先ノードや、対象のノードから宛先までのルーティングコスト、ならびに次ホップノードの指示を規定している。ルーティングリストは、通常は、ハローパケットとも称されるパケットにおいて送信される。
【００５６】
ルーティングリストを受信するノードは、ノード自身のリストの指示よりも最適なルートが項目に記載されているか否かを調べる。新たなコスト情報が古い状態情報でないことを保証するために、タイムスタンプまたはシーケンス番号があわせて項目に含められる。
【００５７】
分散手法のオーバヘッドを削減するために、一般に、ルーティングコスト情報のネットワーク全体への伝播を制限することも行われる。例えば、ホップ最大数、一定領域内のノードのみ、または１つの基地局（Base Station、ＢＳ）制御下のノードのみを認めるようにしてもよい。
【００５８】
基本概念
本発明者は、高度なマルチアンテナ設備を備えるノードが配されたマルチホップ・ネットワーク構成を想定しており、特に種々のアンテナ設備を備える中継ノードおよびエンドユーザ端末の多様な設備群を持つ構成を想定している。図２は、多様なアンテナ設備を持つノードが混在する完全に無線化されたマルチホップネットワークの例を示す。ノードは、間隔の異なる種々の数のアンテナを持つことができ、従来の適応型ビーム形成および空間多重化伝送ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output、多入力多出力）、ＭＩＳＯ（Multiple Input Single Output、多入力／単一出力）、ＳＩＭＯ（Single Input Multiple Output、単一入力／多出力）および、従来のＳＩＳＯ（Single Input Single Output、単一入力／単一出力）通信など、種々のマルチアンテナ通信方式を使用することができる。図３は対応する一例を示したものであり、幾つかのノード間は有線リンクとなっており、有線リンクと無線通信用の様々な高度なアンテナ設備とを備える部分的に無線化されたマルチホップネットワークを形成している。勿論、本発明は、適応型ビーム形成ネットワークまたはＭＩＭＯネットワークなど、より均質なマルチアンテナ設備の場合にも適用可能である。
【００５９】
これに関して本発明者は、フェージングチャネルを経て大きな容量を提供するのみならず、ルートの決定またはネットワークにおけるルーティングのためのリンクコストの決定のためにも、マルチホップネットワークにおけるそのような高度なアンテナ設備の存在を調べることに利点があるということを認識している。そのため、本発明の基本的な考え方は、ノード間のマルチチャネル特性に基づいてネットワークのノード対間の無線リンクのリンクコストを決定することにあり、少なくとも１つのノードを複数のチャネルを提供するために複数のアンテナと共に動作するように構成する。
【００６０】
適応型アンテナシステムおよびＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output、多入力／多出力）システムなどの高度なアンテナの解決法を使用して、複数の送信アンテナおよび／または受信アンテナを使用することによりシステムの容量性能を高めることができる。例えば、古典的なＭＩＭＯシステムは、一般に、複数（Ｎ）の送信アンテナを持つ送信ノードおよび複数（Ｍ）の受信アンテナを持つ受信ノードに基づいて動作する。マトリックスの形式では、対応するマルチチャネルモデルは次式のように表現することができる：
ｙ＝Ｈｘ＋ｗ                          （４）
上式において、ｙは受信信号ベクトル、ＨはＭ×Ｎの複素チャネルマトリックス、ｘは送信信号ベクトル、ｗはＭ×１の複素白色雑音ベクトルである。本モデルはリンクに有効であるが、潜在的干渉源を含むように拡張することができる。その場合でも、まず得られた近似の結果として、潜在的干渉源の場合には、これらは雑音に加えてベクトルｗに含めることができる。複素チャネル利得マトリックスＨは次のように記載することができる。
【００６１】
【数４】
2008533806.tif 000008
【００６２】
上式で、ｈｉｊは送信ノードの送信アンテナｊと受信ノードの受信アンテナｉとの間のチャネルの複素表現である。
【００６３】
送信ノードと受信ノードとの間のマルチチャネル特性は、例えば送信アンテナ数Ｎと受信アンテナ数Ｍにより表すことができ、これらのアンテナ数は共にチャネルマトリックスの次元（Ｎ、Ｍ）を定義する。別の選択肢はルート決定のためのリンクコストの決定に実際の複素チャネル利得マトリックスＨを考慮することである。これらの例により、マルチチャネル特性は、基本的に、マトリックスの次元に関する情報および／またはチャネルマトリックスの固有値の表現も含むチャネルマトリックスの内容に関するより詳細な情報を含む、チャネルマトリックス特性に対応する。
【００６４】
マルチチャネル動作の提供のためには、ＮおよびＭの少なくとも１つは２より大きくなければならず、従ってＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output、多入力／多出力）、ＭＩＳＯ（Multiple Input Single Output、多入力／単一出力）、ＳＩＭＯ（Single Input Multiple Output、単一入力／多出力）をサポートする。
【００６５】
チャネルのマトリックス特性および通信方法を参照するために、ＭＩＭＯを２つの異なる方法で使用することがある。しかしながら本明細書では、ＭＩＭＯ、ＭＩＳＯ、ＳＩＭＯおよびＳＩＳＯは、通常はチャネル自体を参照し、使用法を参照するわけではない。ＭＩＭＯ、ＭＩＳＯまたはＳＩＭＯのチャネル要素が与えられると、その基本的特性、例えば要素が静的か、または可変かを検討する。一般に、通信ノードが移動可能であるため、可変チャネルに着目することが多い。可変性が与えられた場合、確率変数として可変性をモデル化するのが適切である。重要な点はＭＩＭＯ、ＭＩＳＯまたはＳＩＭＯチャネルの特性、即ちチャネル要素に相関があるかないか、またはその中間かということである。単一リンクにおいて動作する多くの多重アンテナ方式は従来よりよく知られている。これらの方式は、受信機におけるチャネル要素（及び干渉）の知見が完全であるのか部分的であるのか、あるいは送信機および受信機双方において既知なのか、受信機のみにおいて既知なのかという点が異なっていることがよくある。開発された多重アンテナ通信方法は、この知見を、チャネルがＭＩＭＯ、ＭＩＳＯまたはＳＩＭＯであるかの知見と関連付けて検討する。
【００６６】
以下のリストはよく知られた高度なアンテナ通信方式の例を示したものであり、全てを網羅したものではない。各方式の詳細に関しては、関連する高度なアンテナの最新の研究文献を考慮すべきであり、例えば非特許文献６を参照されたい。
【００６７】
【表１】
2008533806.tif 000009
【００６８】
なお、多重ビームを伴ったり、Ｈの瞬時の認識に基づく急激な変化を伴ったりすることがあるものの、多くの空間多重化技術では、ビーム形成の１つの方式を有するいうことができる。このタイプのビーム形成は、チャネルＨが既知である代わりに、配列番号が一般に明確には既知でない点において、従来タイプの適応型ビーム形成とは異なっている。さらに従来の適応型ビーム形成では、アンテナ要素が一般に互いに接近して（コヒーレンス距離未満に）位置し、チャネル要素は完全に相関する。しかしながら、従来の適応型ビーム形成の進化したタイプもまた存在し、（コヒーレンス距離内のアンテナ要素の配置により）チャネルは完全に相関すると仮定し、送信機と受信機との間のチャネルは送信機に既知とする。そしてチャネルに関する知見を使用して、所望の方向にビームを向ける。上述したように方式およびチャネル特性に依存して、幾つかの異なる利得を達成することができる。
【００６９】
フローの概要
図４は、本発明の好適な実施形態によるルーティングコスト情報の伝達、ルートの決定、パケット転送、ならびにリンクコストの決定を含むデータのルーティング方法を示す概要フローチャートである。上述したように本発明は、対象となるマルチホップネットワークにおけるそれぞれのリンクの数に関しては、それぞれのリンクのマルチチャネル特性に基づくリンクコストの決定による。
【００７０】
このマルチチャネル特性は、例えば明確なチャネルマトリックスの評価（選択可能な工程Ｓ１に示すように）および／または（選択可能な工程Ｓ２に示すように）送信および受信アンテナ数または使用するマルチアンテナ通信方式など、関係するノードのアンテナシステムの処理能力に関するその他の情報に基づいて、決定することができる。工程Ｓ１のチャネルマトリックスの評価はブラインドか、またはパイロット送信に基づくものである。
【００７１】
一旦、所定の形式のマルチチャネル特性が決定されると、リンクコストを、マルチチャネル特性に基づいて所定のリンクコスト関数を用いて計算する（工程３）。リンクコスト関数は、ノード間で使用するマルチアンテナ通信方式（従来の適応型ＢＦ、空間多重化に基づくＭＩＭＯ、空間時間符号化に基づくＭＩＭＯなど）に依存することもある。幾つかのマルチアンテナ通信方式をサポートすることで、方式の選択を行い、ルート決定に使用する性能メトリックを最適化することができる。
【００７２】
有線リンクが、対象となるマルチホップネットワークに存在すれば、対応するリンクコストはある所定のメトリックによるか、固定値として与えるか、またはゼロに設定して決定することができる。
【００７３】
少なくとも１つの無線リンクのリンクコストを本発明により決定する限り、その他の方法を使用して幾つかの無線リンクのリンクコストを決定することも可能である。
【００７４】
決定されたリンクコスト情報は、その後、ルート決定（工程Ｓ４）のための追加ルーティングコスト情報（使用するルート決定プロトコルに応じて変化する）と共に使用され、これにより、ネットワーク内の種々のネットワークノード間のルーティング情報に対する最適な、または少なくとも適切な経路を決定する。
【００７５】
転送処理（工程Ｓ５）では、ルート決定過程で決定した経路に沿った適切な中間ノードの集合を介して、パケットを発信元から宛先へと転送する。この転送処理では、アンテナ加重などの送信パラメータに関する最新チャネルの知見により選択されたマルチアンテナ通信方式の使用を推奨することができる。
【００７６】
本発明は、このようにマルチホップネットワークのルート決定を行う場合に、高度なアンテナ方式を考慮した手段を導入する。より詳細には本発明は、このようにマルチホップネットワークの高度なアンテナ方式の利用がより一層可能となり、その恩恵を得ることができる。信号送信手段および操作手段のみならずルーティングメトリックも使用可能な高度なアンテナを新規に導入することにより実現される。
【００７７】
本発明はアンテナの数および／または使用するアンテナアレイ構造チャネル（ＭＩＭＯ、ＭＩＳＯ、ＳＩＭＯ、ＳＩＳＯ）を反映するリンクメトリックを提案するものである。さらに、これらのアンテナアレイ構造チャネルは、通信性能を高めるために、チャネル特性に応じて、異なる効果を利用する。これらの効果によりビーム形成利得、ダイバシティ利得、および空間多重化利得またはその組み合わせを得ることができる。アンテナアレイ構造チャネルおよび異なるチャネル特性に応じて、異なる方法が存在する。
【００７８】
リンクコストの決定を説明する例
以下では、リンクコストを決定する方法を説明する例を参照して、本発明を記述することにする。
【００７９】
リンクコストは送信および受信アンテナの数Ｎ、Ｍの関数で表わされる：
△Ｃｉｊ＝ｆ（Ｎ，Ｍ）                        （６）
リンクコストは、あるいは２ノード間の少なくともＭ×ＮチャネルマトリックスＨ（またはその表現）の関数で表わすことができる。ＮおよびＭはＴＸおよびＲＸアンテナの数である。その場合、リンクコストは次のように簡略化して記述することができる：
△Ｃｉｊ＝ｆ（Ｈ）                            （７）
リンクコストは好ましくはまた、所望の信号対雑音期待比（ＳＩＳＯ）（または信号対雑音プラス干渉比）ρ、所望の固定リンクレートなどの追加パラメータを使用することができる。メトリックは波形遅延（即ち、レートに依存する）、エネルギーまたは電力次元を含む。
【００８０】
メトリックの例
本発明の典型的な実施形態を以下に示す。まず、ルーティングメトリックのためにＭＩＭＯの単一リンク容量関係（非特許文献２参照）を利用するとともに、チャネルマトリックスＨの形式および特性を考慮する共通分母を有するその他の形式のメトリックを調べる。典型的な本実施形態では、空間多重化ＭＩＭＯを全ノードにおいてサポートするものとする。空間多重化ＭＩＭＯは、例えば所謂特異値分解（Singular Value Decomposition、ＳＶＤ）ＭＩＭＯ手法、即ちチャネルマトリックスＨのＳＶＤの実施に基づいている。ＳＶＤ演算の結果、チャネルマトリックスＨをＨ＝Ｕ・Ｓ・ＶＨに従い３つのマトリックスに分解することができる。なお、ＵおよびＶは単位マトリックスであり、Ｓは対角線上に特異値を持つ対角線マトリックスである。ＳＶＤに基づくＭＩＭＯでは、送信機はまずベクトルｘとＶを掛け合わせ、受信機は受信ｙとＵＨを掛け合わせる。実効的に、送信はＳの特異値により与えられる利得を有する直交チャネルを経て行われることになる。この手法の利点は、任意のチャネル次元およびチャネル特性を扱うことである。
【００８１】
チャネルマトリックスは最小平均二乗誤差（Minimum Mean Squared Error、ＭＮＳＥ）または最尤推定計算に基づくものなど、汎用的な計算法による明確なチャネル評価により決定することができる。
【００８２】
所定（固定）の電力Ｐｉを有するレート：概して、ノードｖｉからｖｊへのリンクレートは、次式によるノードｖｉとｖｊとの間で定義する次元（Ｎ、Ｍ）のチャネルマトリックスＨｉｊの期待値に基づいて決定する。
【００８３】
【数５】
2008533806.tif 000010
【００８４】
上式で、Ｂは帯域幅（全システムでただ１つの共通帯域幅（ＢＷ）のみを使用する場合は無視できる）、Ｅ｛．．．｝は期待値、Ｄｅｔ｛．．．｝は決定要素、Ｉｉは次元Ｍ×Ｍの単位マトリックス、Ｐｉはノードｖｉの送信電力（他の機構により固定または決定されうる）、σＮ２は（ノードｖｉの）雑音レベルであり、Ｈはハーミチアン（Hermitian）演算子である。上述したように、項σＮ２は受信機雑音とは別に、平均干渉も含みうる。
【００８５】
その場合、リンクコストは、平均レートの逆数に基づいて定義し、例えば以下の通り表わすことができる。
【００８６】
【数６】
2008533806.tif 000011
【００８７】
原則として、上記メトリックは、チャネル容量を最大にするために、電力が制限された固有チャネルの注水定理（waterfilling）が実施されることを前提として計算される。しかしながら、ＳＮＲが大きい場合、固有チャネルへの電力の等配分との相違は無視できる。
【００８８】
Ｈｉｊの次元が合理的に大きい場合には、瞬間のチャネル容量は合理的で良好なメトリックとなる、即ち期待値が決定される必要がなくなる。
【００８９】
この（新しい）尺度を使用して、種々のアンテナ構成、即ち任意の数のアンテナおよびアンテナとの相関／非相関チャネルを有する任意の状況のノードを管理することができる（例えば、空間多重化に基づき、非相関チャネルおよびＢＦを有するＭＩＭＯ、ＭＩＳＯ／ＳＩＭＯ、および従来の適応型ＢＦを本来的にサポートする）。
【００９０】
チャネルの統計値が既知であれば、簡易化メトリックの決定を使用することができる。例えばＭＩＭＯチャネルが非相関であれば（であることが分かれば）、ヒューリスティック（heuristic）メトリックは以下の通りであろう：
【００９１】
【数７】
2008533806.tif 000012
【００９２】
上式で、ＮおよびＭはそれぞれ使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数である。（最大（Ｎ、Ｍ）の偏角に関して本明細書で仮定するような上限というよりは、むしろ）実際のチャネル順位の決定を含むような、より正確な経験的（heuristic）メトリックが想定されうる。
【００９３】
（非ＥＩＲＰ（Effective Isotropic Radiated Power、実効等方輻射電力）が制限された範囲で動作する）従来の適応型ビーム形成に対して、対応するメトリックは以下のように定義できる：
【００９４】
【数８】
2008533806.tif 000013
【００９５】
アンテナ要素の数は規則的なハローメッセージにより（ルーティングコストと共に）通知されうる。
【００９６】
所定（固定）のレートＲｉを持つ電力：固定（または所望）のホップ毎のレートに対する別のコストメトリックは最小電力ルートである。式（８）に示したように、電力に関する解法は簡単ではない。しかし、これは次式によりリンクコストとして電力の解を求めることにより公式化することができる。
【００９７】
【数９】
2008533806.tif 000014
【００９８】
上式で、式（８）のレートは所定のレートの目標、
2008533806.tif 000015
に等しく、式（８）は電力Ｐｉに対して解が得られる。式（１２）で選択されるメトリックは最短経路ルーティングアルゴリズムとともに使用される。リンクコストはホップ毎の電力として次のように定義される：
【００９９】
【数１０】
2008533806.tif 000016
【０１００】
式（１０）で使用する前提条件を簡易化すると、電力は明確に解を求めることができ、以下により決定することができる。
【０１０１】
【数１１】
2008533806.tif 000017
【０１０２】
さらに、本発明は種々の順位のチャネルを扱う解法を提供する。チャネルマトリックスまたはチャネルベクトルの特性は、生じる反射のタイプに応じて異なりうる。例えばマトリックスチャネルＨは特異値分解（ＳＶＤ）と直交しうる。ＳＶＤにより唯１つの意味のある特異値（かつその他は実質的にゼロである）のみが得られれば、Ｈの行は本質的に同じであるので、チャネルは縮退するといえる。チャネルマトリックスはその場合１に等しい順位である。このチャネルは、ただ１つのビームを送受信することができるので、従来の適応型ビーム形成に使用するのに適している。一般にアレイのアンテナはかなり接近して配置され、本質的に１信号経路が存在する。しかし、複数の有意な特異値が得られれば、チャネルは縮退せず、複数の並列で、実質的に干渉しないデータストリームの送信に使用することができる（チャネルはＭＩＭＯサブチャネルまたは固有チャネルと呼ばれる）。この場合、所謂散乱環境になるか、または複数の信号経路が送信機アレイと受信機アレイとの間に存在することになる。特に固有チャネルの注水定理を伴う決定要素式を使用する場合、本発明は縮退および非縮退チャネル双方を扱うことができる、即ち単一ビームが最適である場合、単一ビームを仮定し、複数ビームによる空間多重化ＭＩＭＯが最適である場合、空間多重化ＭＩＭＯを仮定する。さらに反射状態に応じて、チャネルマトリックスの統計が異なることがある。Ｈに対して共分散マトリックスが決定すれば、即ちＲＨＨ＝Ｅ｛Ｈ・ＨＨ｝であり、共分散マトリックスが対角線マトリックス、即ち単純に単位マトリックスであれば、チャネルは非相関である。しかし、共分散マトリックスが単位マトリックスでなければ、相関チャネルを検討することになる。特に決定要素式を使用する場合には、本発明は相関チャネルおよび非相関チャネルの双方を扱うことができる。より正確にはチャネルが完全相関である場合、チャネルは順位１であり、唯１つのビームのみを使用することができる。
【０１０３】
完全なチャネル情報（channel state information、ＣＳＩ）が利用できる、即ちＨが送信機および受信機双方に既知であるという仮定の下に、以上の実施形態が最適な通信方式を選択することができたとしても、実際には送信機には、共分散マトリックスＲＨＨ、平均経路利得などの限られた情報があるだけか、または情報が全く無いことがある。この状況では、代わりに、その他の準最適通信方式を使用しなければならない。例えば、時空間符号化を実現するダイバシティを使用すれば、一定の通信品質（正確な受信に関する所定の平均確率レベルなど）を達成するメトリックの詳細、例えば平均（逆数の）レート／スループットまたは平均電力が変化する。
【０１０４】
その他のコストに関係する側面
上記の最小電力ルーティングに類似する、最小エネルギールーティングも実行されうる。その場合、チャネルのマトリックス特性またはベクトル特性を明らかにする間、最小化されたホップ毎のエネルギーメトリックを考慮する。
【０１０５】
リンク関連コストとは別に、例えば待ち行列（特にレートの逆数メトリックに有益）およびある程度の重要性を有するその他のパラメータに応じて、各ノードが、コスト要因を付加することが可能な、より最新のコストメトリックを開発することを妨げるものではない。このパラメータは、ノード（またはエリア）に応じて非対称性に対処することもできる。
【０１０６】
セルラーシステムにおける運用
本発明は特にアドホックネットワークに適するが、本発明はまた例えばセルラーシステムにおけるマルチホッピングに適用することもできる。セルラーシステムにおけるマルチホップネットワークの運用には、アドホックネットワークにおける従来のルーティングと比較して異なる特性がある。まず第１に、トラフィックはアクセスポイントに入力され、アクセスポイントから出力されることが知られている。第２に、アクセスポイントは、送信電力が大きいことが知られている。この非対称性により、コストは、これらの特徴を計算にいれることになる。式（８）のようにリンクコストメトリックにおけるこのノード依存の電力設定を使用することにより、ある程度の非対称性の取り扱いを保証することができる。
【０１０７】
図５は、セルラー通信システムの基地局構成におけるハンドオーバを含む経路選択の例を示す。図５に示す単純化した例示システムは、２つの基地局（ＢＳ）と通信することができる移動局（mobile station、ＭＳ）を含む。基地局は無線ネットワークコントローラ（radio network controller、ＲＮＣ）または類似のネットワークノードなどのｍｏｂｉｌｉｔｙ  ａｎｃｈｏｒ  ｐｏｉｎｔに接続する。関係するノードの少なくとも１つは無線マルチチャネル通信用のマルチアンテナ設備を有するものとする。各ＭＳ−ＢＳリンクのコストは、移動局とそれぞれの基地局との間のマルチチャネル特性に基づいて決定する。好ましくは、基地局とｍｏｂｉｌｉｔｙ  ａｎｃｈｏｒノードとの間の通常の有線リンクのリンクコストは、リンクレートに基づくか、または固定の一定リンクコストＣを割り当てることにより決定される。図５の例では、移動局からｍｏｂｉｌｉｔｙ  ａｎｃｈｏｒ  ｐｏｉｎｔへの経路選択は２つのマルチホップ経路ＭＳ−ＢＳ１−ＲＮＣおよびＭＳ−ＢＳ２−ＲＮＣの間の選択に変換される。標準的に最少累積コストを持つ経路を選択する。ある意味で、このようなセルラーネットワークの経路選択は、基地局間のハンドオーバ手順を含むことができる。換言すれば、ハンドオーバは、移動局とそれぞれの基地局との間のマルチチャネル特性に基づき、上述したように各ＭＳ−ＢＳリンクにそれぞれのコストを割り当て、それぞれの経路に沿って決定された累積リンクコストに基づいて、移動通信に使用する適切な基地局を選択する。さらに、基地局の負荷／残存空きリソース、電力リソースなどのその他の従来のハンドオーバ基準を考慮することも出来る。さらに、所謂ピンポン効果、即ち急速で、敏感すぎる往復交換を回避するヒステリシス機構を含むこともできる。ヒステリシス機構およびその他の基準は、勿論、より一般的なマルチホップの場合にも使用することができる。
【０１０８】
「ルーティング」という表現は、このように一般的な意味で少なくとも２回のホップを含み、そのうち少なくとも１回は無線ホップである一般的「マルチホップネットワーク」に関連して解釈すべきである。
【０１０９】
実装の側面
以下では、種々の高度なアンテナ方式をサポートするマルチホップネットワークのルーティングコスト決定のために、可能な信号通知手段および運用手段の実例を記載する。以下の例は分散運用および自発的ルーティングに向けられたものである注１（注１：ルートは連続的に、トラフィック動作とは独立に計算する）。
【０１１０】
一般的に、ネットワークの各ノードは一定間隔でノードの能力を通知する。これはアドホックネットワークに特有のものであり、ビーコンまたはハローメッセージと呼ばれるものが含まれる。本発明により送信することができる情報は以下のものを含む：
−高度なアンテナの信号処理容量。例えば、ノードが空間多重化ＭＩＭＯであるか、時空間符号化されているか、または受信ダイバシティであるか、有効であるかといった情報
−ルーティングコスト情報が通知される
−リンクコストの決定がチャネルマトリックスの評価に基づいている場合には、マトリックスまたはベクトルチャネルの特性表現を可能にする複数のパイロットを有利に送信することができる。これは、ビーコンメッセージの送信と同時に行う必要はない
−あるいは、または補完として、アンテナ数に関する情報が送信される。
−アレイに関するその他の特性が送信されてもよい。例えば、アンテナ要素の間隔が密か粗か（アンテナ要素が空間的多重化に基づくＭＩＭＯかまたは従来の適応型ビーム形成を考慮するものであるかを本質的に通知する）、または複数の偏向ならびに円または直線偏向の使用に関する指示
−更に、ビーコン／ハローメッセージの送信局における特徴的な干渉が、他のノードに送信される。
【０１１１】
ノードがビーコン／ハローメッセージから受信する情報は以下の通りである：
−チャネルマトリックス評価が可能であれば、ノードはその１以上のアンテナの枝で１以上のパイロットを受信する。ノードは次にチャネル評価を行い、マトリックスまたはベクトルチャネルを（ＳＩＳＯが生じればＳＩＳＯチャネルも）決定する。
−ノードは、チャネルマトリックス評価および／またはアンテナの数に関する情報に基づいて、潜在的には、サポートするアンテナアレイ通信方式などのアンテナアレイのその他の特性に基づいて、リンクメトリックを計算しルーティングコストを決定する。
−潜在的には、ビーコン／ハローメッセージの送信局に特徴的な干渉を、リンクコストの決定に利用することができる。
−ノードはルートの決定を行う
−パケットが利用可能である場合、ノードは決定したルートによりパケットの転送を行い、ルート決定処理や、１以上の直近のリンク特性、またはその組み合わせから決定される、電力および送信アンテナ加重などの送信パラメータを使用する。
【０１１２】
図６は、本発明の好適な実施形態によるネットワークノードの概要ブロック図である。ネットワークノード１００は基本的に送信／受信（ＴＸ／ＲＸ）モジュール１０、ルーティング情報モジュール２０、リンクコスト決定モジュール３０、チャネル評価モジュール４０、ルート決定モジュール５０、およびパケット転送モジュール６０を備える。送信／受信（ＴＸ／ＲＸ）モジュール１０は、ＭＩＭＯ／ＭＩＳＯ／ＳＩＭＯ、空間−時間符号化方式またはその他の高度なアンテナ方式に対する所望のアンテナ加重を指定するアンテナマトリックスによる多重アンテナ動作を構成する。送信／受信モジュール１０は、標準的に、変調／復調および符号化／復号化機能ならびに必要であれば周波数変換機能を持つ。他のノードから受信するルーティングコストおよびアンテナ能力に関する情報をＴＸ／ＲＸモジュール１０からルーティング情報モジュール２０へ送信し、ルーティング情報モジュール２０は、マルチホップコスト情報および、アンテナの数およびまた選択可能に使用されるアンテナ通信方式などのアンテナ機能の情報を保持する。リンクコスト決定モジュール３０は、好ましくは２つのノード間リンクのマルチチャネル特性の関数としてリンクコストを決定するように構成される。これらマルチチャネル特性は、対象となるネットワークノード１００のアンテナ数および相手ノードのアンテナ数により表すか、またはチャネルマトリックスの評価により表すことができる。チャネル評価モジュール４０は、パイロット信号に基づくチャネル評価のために、または所謂「ブラインド」チャネル評価における「通常のデータ」に基づくチャネル評価のために使用することができ、マトリックス、ベクトルおよびスカラーのチャネル評価を扱うことができ、ＭＩＭＯ、ＭＩＳＯ、ＳＩＭＯおよびＳＩＳＯチャネルの要求に応えることができる。評価したチャネルマトリックスに関する情報は、リンクコスト決定モジュールへ転送され、リンクコストの決定に使用される。ルート決定モジュール５０は補足的マルチホップコスト情報を伴う決定リンクコストに関する情報を（使用するルーティングアルゴリズムに応じて）受信し、必要なルート決定手順を実行する。パケット転送モジュール６０は、ネットワークにおけるさらなるパケット転送を担っており、これにより、受信バッファに一時的に格納する受信パケットデータを送信バッファに移し、他のネットワークノードへ送信するためのスケジューリングおよび新たなパケットへのカプセル化を行うことができる。パケット転送モジュール６０は、またＴＸ／ＲＸモジュール１０に使用する送信パラメータに関する指示を行うこともできる。これらのパラメータは、より最新のチャネル特性情報のために、ルート決定モジュール５０またはチャネル評価モジュール４０のいずれかから受信することができる（チャネル評価を使用して、適切な送信パラメータを見つける）。送信すべき（既に宛先アドレスを持つ）パケットのために、ルーティングテーブルに格納するルーティング情報による少なくとも（次ホップ）アドレス情報を準備する。当然、パケット転送モジュール６０は、受信バッファのパケットデータを、例えば種々のノード内アプリケーションで使用するためにネットワークノードへ転送することができる。
【０１１３】
例えばベルマン−フォードアルゴリズムに基づく従来のパケット転送は、ただ１つの次ホップの選択のみが存在するという意味で一般に自明の転送方法である。しかしながら、シスコのＩＧＲＰ（非特許文献３）、ランダム転送ルーティング（非特許文献４）、適切なルーティング（特許文献２、３）、選択ダイバシティ転送（特許文献４）およびエニーキャスト（非特許文献５）およびさらに最近のマルチユーザダイバシティ転送（特許文献５）などの他の転送プロトコルは、ノードによる幾つかの選択可能なノードの中の１つに受信パケットを送信することができる。転送処理はそれ故に有望なノードの集合の中で行うべき自明でない選択を含む。これらの方式は転送決定に基づくルーティングＦＤＢＲ（Forward-Decision Based Routing）と呼ばれ、その最も適合する形式の、即ち各転送段階で適合する判断を行うルーティングである。これらのより進化した転送プロトコルは、ベルマン−フォードのような最短経路プロトコルなどの基本となるルート／コスト決定プロトコルからのコスト情報に基づいて、動作することができる。特許文献２〜５及び非特許文献５に記載されるように、リンク通信品質がフェージングのあるチャネルまたは予想不可能に変化する干渉レベルにより想定不可能に変化する場合に、これらの転送動作は有利に働き、非特許文献３および４は複数のノードおよび経路に負荷を分散する幾つかの利点を提供する。
【０１１４】
特に、ダイバシティ転送プロトコルは、ダイバシティ転送により良くカスタム化するルート決定プロトコルに基づいて動作することもできる。本発明によるリンクコストの決定は、このようなカスタム化ルート決定プロトコルにおいて非常に有利に使用することもできる。
【０１１５】
計算例
図７は、正規化円形エリアに分散するノードによるコストツリーの計算例を示す概要図である。この特定の例では所定の宛先を円の中心に示し、コストツリーを宛先ノードから構築する。これは自発的ルーティングの場合に相当する。しかしながら、コストツリーを他の方法で、発信元から出発して望ましい宛先を探す、所謂反応型ルーティングのために構築することも可能であることを理解すべきである。コストツリーの計算では、リンクコストは、マルチチャネル特性を考慮して平均レートの逆数に基づいて決定していた。コストツリーは最短経路アルゴリズムに基づいて決定する。ノードは１と１０との間の範囲で（ランダムに）種々のアンテナ数を有し、簡単化のため全てのノードは所定の送信電力により動作する（送信範囲を最上位のノードに対して示す）。図７は、本発明により提案するモデルが動作し、複雑な種々の数のアンテナが混在し、変化するチャネルタイプを扱うことができ、特に図７で仮定するＳＩＭＯ、ＭＩＳＯまたはＭＩＭＯチャネルの一部である、チャネル要素を相関および非相関の実現の間でランダムに選択することを示す。
【０１１６】
最終結論
要するに従来技術に対する利点は、本発明が各中継局（ＳＩＳＯ、ＳＩＭＯ、ＭＩＳＯまたはＭＩＭＯ）の任意のアンテナ数、相関／非相関に関する種々のチャネル特性、種々の多重アンテナ方式、種々の動作モード間の自動適合およびＳＩＳＯとの完全な後方両立性を本来的にサポートする無線マルチホップネットワークにおけるルート決定を提供することである。
【０１１７】
以上に記述した実施形態は単に実施例として提示するものであり、本発明はそれに限定されるものではない。開示し、添付の特許請求の範囲で請求する基本となる原理を維持する、さらなる修正、変更および改良は本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１Ａ】ルートの決定過程において生成する従来のルーティングツリーの例を示す概要図である。
【図１Ｂ】発信元ノードと宛先ノードとの間のパケット転送を示す概要図である。
【図２】多様なアンテナ設備を持つノードが混在する完全無線のマルチホップネットワークの例を示す概要図である。
【図３】多様なアンテナ設備を持つノードが混在する部分的無線マルチホップネットワークの例を示す概要図である。
【図４】本発明の好適な実施形態によるリンクコストの決定およびルートの決定を含むデータのルーティング方法の概要フローチャートである。
【図５】基地局構成のハンドオーバを含む経路選択の例を示す概要図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態によるネットワークノードの概要ブロック図である。
【図７】正規化円形エリアに分散するノードによるコストツリーの計算例を示す概要図である。
【図１Ａ】
2008533806.tif 000018
【図１Ｂ】
2008533806.tif 000019
【図２】
2008533806.tif 000020
【図３】
2008533806.tif 000021
【図４】
2008533806.tif 000022
【図５】
2008533806.tif 000023
【図６】
2008533806.tif 000024
【図７】
2008533806.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月7日(2006.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるルーティングのためのリンクコストの決定方法であって、
ネットワークノード間のマルチチャネル特性を複数のチャネルに提供するために、該ネットワークノードの少なくとも１つが複数のアンテナと共に動作するように構成されたネットワークノード対間の無線リンクを評価する工程と、
前記マルチチャネルの評価特性に基づいて前記無線リンクのリンクコストを決定する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるリンクコストに基づくルート決定方法であって、
ネットワークノード間のマルチチャネル特性を複数のチャネルに提供するために、該ネットワークノードの少なくとも１つが複数のアンテナと共に動作するように構成されたネットワークノード対間の無線リンクを評価する工程と、
前記マルチチャネルの評価特性に基づいて前記無線リンクのリンクコストを決定する工程と、
前記決定したリンクコストの少なくとも一部に基づいて、ルートの決定を行う工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるリンクコストに基づくデータのルーティング方法であって、
ネットワークノード間のマルチチャネル特性を複数のチャネルに提供するために、該ネットワークノードの少なくとも１つが複数のアンテナと共に動作するように構成されたネットワークノード対間の無線リンクを評価する工程と、
前記マルチチャネルの評価特性に基づいて前記無線リンクのリンクコストを決定する工程と、
前記決定したリンクコストの少なくとも一部に基づいてルートの決定を行う工程と、
前記ルートの決定に従って、所定のノードから所定の宛先ノードまでの前記経路上における少なくとも隣接ノードに対して、データを転送する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項４】
リンクコストを、送信アンテナおよび受信アンテナの数を表わすＮおよびＭに基づいて決定し、ＮおよびＭの少なくとも一方が、２より大きいことを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
リンクコストを、Ｎ×Ｍ次元のチャネルマトリックスの関数として決定し、ＮおよびＭの少なくとも一方が、２より大きいことを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
リンクコストを、前記ノード間で使用する多重アンテナ通信方式に関する知見に基づいて決定することを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
リンクコストを前記多重アンテナ通信方式に依存する関数により決定することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
リンクコストを最適化するように、前記ネットワークノードの双方がサポートする方式の中から多重アンテナ通信方式を選択する工程をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
リンクコストを、平均リンクレートの逆数として決定することを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
平均リンクレートを所定の送信電力のチャネルマトリックスの期待値に基づいて決定することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
平均リンクレートを、使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数、ならびに送信電力の少なくとも一部に基づいて決定することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
リンクコストを、ホップ毎の固定リンクレートに対する最小送信電力として決定することを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
最小送信電力を、チャネルマトリックスに基づいて決定することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
最小送信電力を、使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数、ならびに前記固定リンクレートの少なくとも一部に基づいて決定することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ネットワークは、完全に無線化されたマルチホップネットワークであることを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記ネットワークは、アドホック・マルチホップ・ネットワークであることを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記ネットワークノード対は、移動局および基地局を含み、セルラーネットワークの基地局間ハンドオーバは、ルーティング処理の一部であることを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるルーティングリンクコストの決定装置であって、
ネットワークノード間のマルチチャネル特性を複数のチャネルに提供するために、該ネットワークノードの少なくとも１つが複数のアンテナと共に動作するように構成されたネットワークノード対間の無線リンクを評価する手段と、
前記マルチチャネルの評価特性に基づいて前記無線リンクのリンクコストを決定する手段と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１９】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるリンクコストに基づくルート決定装置であって、
ネットワークノード間のマルチチャネル特性を複数のチャネルに提供するために、該ネットワークノードの少なくとも１つが複数のアンテナと共に動作するように構成されたネットワークノード対間の無線リンクを評価する手段と、
前記マルチチャネルの評価特性に基づいて前記無線リンクのリンクコストを決定する手段と、
前記決定したリンクコストの少なくとも一部に基づいてルートの決定を行う手段と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２０】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるリンクコストに基づくデータのルーティング装置であって、
ネットワークノード間のマルチチャネル特性を複数のチャネルに提供するために、該ネットワークノードの少なくとも１つが複数のアンテナと共に動作するように構成されたネットワークノード対間の無線リンクを評価する手段と、
前記マルチチャネルの評価特性に基づいて前記無線リンクのリンクコストを決定する手段と、
前記決定したリンクコストの少なくとも一部に基づいてルートの決定を行う手段と、
前記ルートの決定に従って、所定のノードから所定の宛先ノードまでの前記経路上における少なくとも隣接するノードに対して、データを転送する手段と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２１】
前記決定手段は、送信アンテナおよび受信アンテナの数を表わすＮおよびＭに基づいてリンクコストを決定するために動作し、ＮおよびＭの少なくとも一方は、２より大きいことを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
前記決定手段は、Ｎ×Ｍ次元のチャネルマトリックスの関数として、リンクコストを決定するために動作し、ＮおよびＭの少なくとも一方は、２より大きいことを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
前記決定手段は、前記ノード間で使用する多重アンテナ通信方式に関する知見に基づいて、リンクコストを決定するために動作することを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
前記決定手段は、前記多重アンテナ通信方式に依存する関数により、リンクコストを決定するために動作することを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
リンクコストを最適化するように前記ネットワークノードの双方がサポートする方式の中から、多重アンテナ通信方式を選択する手段をさらに備えることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記決定手段は、平均リンクレートの逆数としてリンクコストを決定するために動作することを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
前記決定手段は、所定の送信電力のチャネルマトリックスの期待値に基づいて、平均リンクレートを決定する手段を備えることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記決定手段は、使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数、ならびに送信電力のうちの少なくとも一部に基づいて、平均リンクレートを決定する手段を備えることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記決定手段は、ホップ毎の固定リンクレートに対する最小送信電力として、リンクコストを決定するために動作することを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項３０】
前記決定手段は、チャネルマトリックスに基づいて最小送信電力を決定するために動作することを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記決定手段は、使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数、ならびに前記固定リンクレートの少なくとも一部に基づいて、最小送信電力を決定するために動作することを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
前記ネットワークは、完全に無線化されたマルチホップネットワークであることを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項３３】
前記ネットワークは、アドホック・マルチホップ・ネットワークであることを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項３４】
前記ネットワークノード対は、移動局および基地局を含み、セルラーネットワークの基地局間ハンドオーバは、前記ルーティング処理の一部であることを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項３５】
前記マルチホップネットワークの少なくとも１つのネットワークノードに実装されることを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項３６】
ルートの決定を行う前記手段は、前記マルチホップネットワークの少なくとも１つの無線リンク、または有線リンクのリンクコストに基づいて、ルートの決定を行うために動作することを特徴とする請求項１９または２０に記載の装置。
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月26日(2008.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるルーティングのためのリンクコストの決定方法であって、
ネットワークノード間のマルチチャネル特性を複数のチャネルに提供するために、該ネットワークノードの少なくとも１つが複数のアンテナと共に動作するように構成されたネットワークノード対間の無線リンクを評価する工程と、
前記マルチチャネルの評価特性に基づいて前記無線リンクのリンクコストを決定する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるリンクコストに基づくルート決定方法であって、
ネットワークノード間のマルチチャネル特性を複数のチャネルに提供するために、該ネットワークノードの少なくとも１つが複数のアンテナと共に動作するように構成されたネットワークノード対間の無線リンクを評価する工程と、
前記マルチチャネルの評価特性に基づいて前記無線リンクのリンクコストを決定する工程と、
前記決定したリンクコストの少なくとも一部に基づいて、ルートの決定を行う工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるリンクコストに基づくデータのルーティング方法であって、
ネットワークノード間のマルチチャネル特性を複数のチャネルに提供するために、該ネットワークノードの少なくとも１つが複数のアンテナと共に動作するように構成されたネットワークノード対間の無線リンクを評価する工程と、
前記マルチチャネルの評価特性に基づいて前記無線リンクのリンクコストを決定する工程と、
前記決定したリンクコストの少なくとも一部に基づいてルートの決定を行う工程と、
前記ルートの決定に従って、所定のノードから所定の宛先ノードまでの経路上における少なくとも隣接ノードに対して、データを転送する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項４】
リンクコストを、送信アンテナおよび受信アンテナの数を表わすＮおよびＭに基づいて決定し、ＮおよびＭの少なくとも一方が、２より大きいことを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
リンクコストを、Ｎ×Ｍ次元のチャネルマトリックスの関数として決定し、ＮおよびＭの少なくとも一方が、２より大きいことを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
リンクコストを、前記ノード間で使用する多重アンテナ通信方式に関する知見に基づいて決定することを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
リンクコストを前記多重アンテナ通信方式に依存する関数により決定することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
リンクコストを最適化するように、前記ネットワークノードの双方がサポートする方式の中から多重アンテナ通信方式を選択する工程をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
リンクコストを、平均リンクレートの逆数として決定することを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
平均リンクレートを所定の送信電力のチャネルマトリックスの期待値に基づいて決定することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
平均リンクレートを、使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数、ならびに送信電力の少なくとも一部に基づいて決定することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
リンクコストを、ホップ毎の固定リンクレートに対する最小送信電力として決定することを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
最小送信電力を、チャネルマトリックスに基づいて決定することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
最小送信電力を、使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数、ならびに前記固定リンクレートの少なくとも一部に基づいて決定することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ネットワークは、完全に無線化されたマルチホップネットワークであることを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記ネットワークは、アドホック・マルチホップ・ネットワークであることを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記ネットワークノード対は、移動局および基地局を含み、セルラーネットワークの基地局間ハンドオーバは、ルーティング処理の一部であることを特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるルーティングリンクコストの決定装置であって、
ネットワークノード間のマルチチャネル特性を複数のチャネルに提供するために、該ネットワークノードの少なくとも１つが複数のアンテナと共に動作するように構成されたネットワークノード対間の無線リンクを評価する手段と、
前記マルチチャネルの評価特性に基づいて前記無線リンクのリンクコストを決定する手段と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１９】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるリンクコストに基づくルート決定装置であって、
ネットワークノード間のマルチチャネル特性を複数のチャネルに提供するために、該ネットワークノードの少なくとも１つが複数のアンテナと共に動作するように構成されたネットワークノード対間の無線リンクを評価する手段と、
前記マルチチャネルの評価特性に基づいて前記無線リンクのリンクコストを決定する手段と、
前記決定したリンクコストの少なくとも一部に基づいてルートの決定を行う手段と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２０】
少なくとも部分的に無線が利用されるマルチホップネットワークにおけるリンクコストに基づくデータのルーティング装置であって、
ネットワークノード間のマルチチャネル特性を複数のチャネルに提供するために、該ネットワークノードの少なくとも１つが複数のアンテナと共に動作するように構成されたネットワークノード対間の無線リンクを評価する手段と、
前記マルチチャネルの評価特性に基づいて前記無線リンクのリンクコストを決定する手段と、
前記決定したリンクコストの少なくとも一部に基づいてルートの決定を行う手段と、
前記ルートの決定に従って、所定のノードから所定の宛先ノードまでの経路上における少なくとも隣接するノードに対して、データを転送する手段と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２１】
前記決定する手段は、送信アンテナおよび受信アンテナの数を表わすＮおよびＭに基づいてリンクコストを決定するために動作し、ＮおよびＭの少なくとも一方は、２より大きいことを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
前記決定する手段は、Ｎ×Ｍ次元のチャネルマトリックスの関数として、リンクコストを決定するために動作し、ＮおよびＭの少なくとも一方は、２より大きいことを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
前記決定する手段は、前記ノード間で使用する多重アンテナ通信方式に関する知見に基づいて、リンクコストを決定するために動作することを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
前記決定する手段は、前記多重アンテナ通信方式に依存する関数により、リンクコストを決定するために動作することを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
リンクコストを最適化するように前記ネットワークノードの双方がサポートする方式の中から、多重アンテナ通信方式を選択する手段をさらに備えることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記決定する手段は、平均リンクレートの逆数としてリンクコストを決定するために動作することを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
前記決定する手段は、所定の送信電力のチャネルマトリックスの期待値に基づいて、平均リンクレートを決定する手段を備えることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記決定する手段は、使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数、ならびに送信電力のうちの少なくとも一部に基づいて、平均リンクレートを決定する手段を備えることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記決定する手段は、ホップ毎の固定リンクレートに対する最小送信電力として、リンクコストを決定するために動作することを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項３０】
前記決定する手段は、チャネルマトリックスに基づいて最小送信電力を決定するために動作することを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記決定する手段は、使用する送信アンテナおよび受信アンテナの数、ならびに前記固定リンクレートの少なくとも一部に基づいて、最小送信電力を決定するために動作することを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
前記ネットワークは、完全に無線化されたマルチホップネットワークであることを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項３３】
前記ネットワークは、アドホック・マルチホップ・ネットワークであることを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項３４】
前記ネットワークノード対は、移動局および基地局を含み、セルラーネットワークの基地局間ハンドオーバは、前記ルーティング処理の一部であることを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項３５】
前記マルチホップネットワークの少なくとも１つのネットワークノードに実装されることを特徴とする請求項１８、１９、または２０のいずれかに記載の装置。
【請求項３６】
前記ルートの決定を行う手段は、前記マルチホップネットワークの少なくとも１つの無線リンク、または有線リンクのリンクコストに基づいて、ルートの決定を行うために動作することを特徴とする請求項１９または２０に記載の装置。
【国際調査報告】
2008533806.tif 000026
2008533806.tif 000027
2008533806.tif 000028
2008533806.tif 000029
2008533806.tif 000030