(57)【要約】  無線通信の方法およびシステム。無線システムの性能を測定するための測定基準が、生成され、本システムの理想化されたシミュレーションを用いて生成された測定基準と比較される。実際のシステム性能が所定のレベルより下にある場合、本システムは、そのような構成についての中央に集中され、または分散された方法を使用して性能を改善するように再構成することができる。
2008529410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局といくつかのノードデバイスを含み、前記システム中のデバイス対間の通信リンクを使用して実際の通信構成で動作する、無線通信システムの性能を解析する方法であって、
前記システム中のデバイス対のリンク特性を観察するステップと、
前記リンク特性を使用して、最適化された通信ソリューションを生成するステップと、
前記最適化された通信ソリューションを使用して第１の品質測定基準を計算するステップと、
前記ノードデバイスについての前記実際の通信構成を観察し、第２の品質測定基準を生成するステップと、
前記第１の品質測定基準を前記第２の品質測定基準と比較するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記最適化された通信ソリューションは、ノードデバイスごとに、前記基地局に対する第１および第２またはより多くのオーバーラップしない通信経路が定義されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記実際の通信構成もまた、ノードデバイスごとに前記基地局に対する第１および第２またはより多くのオーバーラップしない通信経路を定義し、少なくとも一部の定義された通信経路は、前記ノードデバイスと前記基地局との間の中間ノードを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１および第２の品質測定基準は、少なくとも一部の定義された通信経路中の各中間ノードによって導入される待ち時間の和に関連する成分を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
各前記ノードは、そのノードにおけるデータの常駐時間についての統計値を保持し、常駐時間分布の平均を待ち時間値として使用する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１および第２の品質測定基準は、第１のノードデバイスと前記基地局との間のホップ数に関連する成分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１および第２の品質測定基準は、第１のノードデバイスと前記基地局との間で定義された経路中で使用されるリンクのリンク品質に関連する成分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記最適化された通信ソリューションと前記実際の通信構成は、第１のノードデバイスと前記基地局との間で通信が通過する中間ノードを有する通信経路を定義し、前記第１および第２の品質測定基準は、中間ノードで現れるオーバーラップしない経路の数に関連する成分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記最適化された通信ソリューションは、ノードデバイスごとに、前記基地局に対する第１および第２のオーバーラップしない通信経路が定義されることを特徴とし、
前記実際の通信構成もまた、ノードデバイスごとに、前記基地局に対する第１および第２のオーバーラップしない通信経路を定義し、少なくとも一部の定義された通信経路が、前記ノードデバイスと前記基地局との間の中間ノードを含み、
前記第１および第２の品質測定基準は、少なくとも一部の定義された通信経路中の各中間ノードによって導入される待ち時間の和に関連する成分を含み、
前記第１および第２の品質測定基準は、少なくとも１つのノードデバイスと前記基地局との間のホップ数に関連する成分を含み、
前記第１および第２の品質測定基準は、少なくとも１つのノードデバイスと前記基地局との間で定義される経路中で使用されるリンクのリンク品質に関連する成分を含み、
前記第１および第２の品質測定基準は、中間ノードで現れるオーバーラップする経路の数に関連する成分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
比較する前記ステップは、あらかじめ定義されたレベルを超えるシステムの非効率性を示す場合に、前記システムを再構成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの基地局と、互いに無線通信を行うように構成されたいくつかのノードデバイスとを備える無線通信システムであって、
前記システム中における、または前記システムに対して通信を行うように結合された少なくとも１つの解析するデバイスが、前記システムにおいて定義される実際の通信経路に関連するデータを収集し、前記システムの通信ステータスの実際の品質測定基準を観察するように構成され、
前記解析するデバイスは、さらに前記実際の品質測定基準と比較するための、最適化された通信ソリューションに基づいた最適な品質測定基準を生成するように構成される、無線通信システム。
【請求項１２】
ノードデバイスごとに、前記基地局に対する第１および第２またはより多くのオーバーラップしない通信経路は、前記最適化された通信ソリューションにおいて定義される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
実際の通信構成は、ノードデバイスごとに前記基地局に対する第１および第２またはより多くのオーバーラップしない通信経路を定義し、少なくとも一部の定義された通信経路は、前記ノードデバイスと前記基地局との間の中間ノードを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、少なくとも一部の定義された通信経路において各中間ノードによって導入される待ち時間の和に関連する成分を含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、少なくとも一部の定義された通信経路において第１のノードデバイスと前記基地局との間のホップ数に関連する成分を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、少なくとも一部の定義された通信経路において第１のノードデバイスと前記基地局との間で定義される経路において使用されるリンクのリンク品質に関連する成分を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
いくつかの最適な通信経路は、数学的に最適な測定基準が生成されるときに定義され、少なくとも１つの最適な通信経路は、第１のノードから前記基地局へとデータを搬送する中間ノードを有し、
少なくとも１つの実際の通信経路は、中間ノードを含み、
前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、中間ノードで現れるオーバーラップする経路の数に関連する成分を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
ノードデバイスごとに、前記基地局に対する第１および第２またはより多いオーバーラップしない通信経路は、数学的に最適な品質測定基準が生成されるときに定義され、
実際の通信構成は、ノードデバイスごとに前記基地局に対する第１および第２のオーバーラップしない通信経路を定義し、少なくとも一部の定義された通信経路が、前記ノードデバイスと前記基地局との間の中間ノードを含み、
前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、少なくとも一部の定義された通信経路において各中間ノードによって導入される待ち時間の和に関連する成分を含み、
前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、第１のノードデバイスと前記基地局との間のホップ数に関連する成分を含み、
前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、第１のノードデバイスと前記基地局との間で定義される経路において使用されるリンクのリンク品質に関連する成分を含み、
前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、中間ノードで現れるオーバーラップする経路の数に関連する成分を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記システムは、前記システムを介して基地局にデータを経路指定するための第１の経路指定プロトコルを有するように構成され、
前記数学的に最適な測定基準の前記実際の測定基準との比較は、所定のレベルを超えるシステムの非効率性を示す場合に、新しい経路指定スキームが、前記第１の経路指定スキームを置き換えるように生成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２０】
少なくとも１つの基地局と、互いに無線通信を行うように構成された、いくつかのインフラストラクチャノードデバイスと、前記インフラストラクチャノードデバイスと通信するいくつかのリーフデバイスとを備える無線通信システムであって、
前記システム中における、または前記システムに対して通信を行うように結合された少なくとも１つの解析するデバイスは、前記システムにおいて定義される実際の通信経路に関連するデータを収集し、前記システムの通信ステータスの実際の品質測定基準を観察するように構成され、
前記解析するデバイスは、さらに実際の通信経路に関連する前記データを使用して最適化された通信構成を構築することにより、最適な品質測定基準を生成するように構成される、無線通信システム。
【請求項２１】
前記リーフデバイスは、スリープモードとアクティブモードとを有するセンサを備え、前記センサは、スケジュールされた時刻に覚醒し、インフラストラクチャノードデバイスにデータを送信するように適合され、各センサは、少なくとも２つのインフラストラクチャノードデバイスに関連付けられる、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
第１および第２またはより多くのオーバーラップしない経路は、各リーフノードから基地局へと定義されるように前記システムが構成される、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記システムが、前記システムを介して基地局へとデータを経路指定するための第１の経路指定スキームを有するように構成され、
前記数学的に最適な測定基準の前記実際の測定基準との比較が、所定のレベルを超えるシステムの非効率性を示す場合に、新しい経路指定スキームが、前記第１の経路指定スキームを置き換えるように生成される、請求項２０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信の分野に関する。より詳細には、本発明は、無線デバイス間の通信経路を構成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムは、経路指定プロトコルを使用して、第１のデバイスから第２のデバイスに情報を移動させる。そのようなシステムでは、しばしば、無線通信システムを第２の通信システムに接続する１つまたは複数の基地局（ルートノードまたはゲートウェイを含めて様々な用語が使用される）が存在する。１つの例は、無線システムと有線システムとの間の仲介手段としての役割を果たすアクセスポイントである。無線システム中の他のデバイスは、どのようにしてデータを経路指定して、ベースノードに到達するかを決定する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
デバイスの信頼可能な伝送距離が、ベースノードを含んでいないこともあるので、経路指定を行う戦略は、多くの場合に、中間のデバイスを使用することになる。例えば、図１に示されるように、デバイスＸは、通信距離ＲＸを有し、デバイスＹは、通信距離ＲＹを有し、ベースデバイスＢは、通信距離ＲＢを有する。これらの３つのデバイスだけが無線ネットワーク中に含まれる場合には、ソリューションは単純である。すなわちＸがＢに対して送信するデータを有するときに、Ｘは、Ｙに対してそのデータを送信することになり、ＹはＢに対してそのデータを送信することになる。しかし、より多くのデバイスが追加されるにつれて、経路指定を行うソリューションは、より複雑になる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
例示の実施形態においては、本発明は、１つの基地局といくつかのノードデバイスとを含む無線通信システムの性能を解析する方法を含み、本方法は、システム中のデバイス対のリンク特性を観察するステップと、そのリンク特性を使用して、中央に集中された通信ソリューションを生成するステップと、中央に集中された通信ソリューションを使用して、第１の品質測定基準を計算するステップと、それらのノードデバイスについての実際の通信構成を観察し第２の品質測定基準を生成するステップと、第１の品質測定基準を第２の品質測定基準と比較するステップとを含む。
【０００５】
別の実施形態においては、中央に集中された通信ソリューションは、ノードデバイスごとに基地局に対する第１および第２の（またはより多くの）オーバーラップしない通信経路が定義されることを特徴としている。別の例示の実施形態では、実際の通信構成はまた、ノードデバイスごとに基地局に対する第１および第２の（またはより多くの）オーバーラップしない通信経路を定義し、少なくとも一部の定義された通信経路は、ノードデバイスと基地局との間の中間ノードを含んでいる。第１および第２の品質測定基準は、少なくとも一部の定義された通信経路中の各中間ノードによって導入される待ち時間の和に関連する成分を含むことができる。
【０００６】
さらに別の実施形態においては、第１および第２の品質測定基準は、第１のノードデバイスと基地局との間のホップ数に関連する成分を含んでいる。また、第１および第２の品質測定基準は、第１のノードデバイスと基地局との間で定義された経路中で使用されるリンクのリンク品質に関連する成分を含むことができる。別の例示の実施形態においては、中央に集中された通信ソリューションと実際の通信構成は、通信が第１のノードデバイスと基地局との間で通過する中間ノードを有する通信経路を定義し、ここで第１および第２の品質測定基準は、中間ノードで現れるオーバーラップする経路の数に関連する成分を含んでいる。本方法はまた、比較するステップが、あらかじめ定義されたレベルを超えるシステムの非効率性を示す場合、システムを再構成するステップを含むこともある。
【０００７】
別の例示の実施形態は、少なくとも１つの基地局と、互いに無線通信を行うように構成された、いくつかのノードデバイスとを備える無線通信システムを含み、本システム中の、あるいは本システムに通信を行うように結合された少なくとも１つの解析するデバイスは、本システム中で定義される実際の通信経路に関連するデータを収集し、システム通信ステータスの実際の品質測定基準を観察するように構成され、解析するデバイスは、さらに実際の品質測定基準と比較するための数学的に最適な品質測定基準を生成するように構成される。
【０００８】
別の実施形態においては、ノードデバイスごとに基地局に対する第１および第２のオーバーラップしない通信経路は、数学的に最適な品質測定基準が生成されるときに定義される。さらに別の実施形態においては、実際の通信構成は、ノードデバイスごとに基地局に対する第１および第２のオーバーラップしない通信経路を定義し、少なくとも一部の定義される通信経路は、ノードデバイスと基地局との間の中間ノードを含んでいる。また、実際の最適な品質測定基準は、少なくとも一部の定義される通信経路中の各中間ノードによって導入される待ち時間の和に関連する成分を含むことができる。
【０００９】
別の実施形態においては、実際の最適な品質測定基準は、第１のノードデバイスと基地局との間のホップ数に関連する成分を含んでいる。さらに別の実施形態においては、実際の最適な品質測定基準は、第１のノードデバイスと基地局との間で定義される経路中で使用されるリンクのリンク品質に関連する成分を含んでいる。また、いくつかの最適な通信経路は、数学的に最適な測定基準が生成されるときに定義することができ、少なくとも１つの最適な通信経路は、第１のノードから基地局へとデータを搬送する中間ノードを有し、少なくとも１つの実際の通信経路は、中間ノードを含むことができ、実際の最適な品質測定基準は、中間ノードで現れるオーバーラップする経路の数に関連する成分を含むことができる。さらに別の実施形態においては、本システムは、本システムを介して基地局に対してデータを経路指定するための第１の経路指定プロトコルを有するように構成され、数学的に最適な測定基準の、実際の測定基準との比較が、所定のレベルを超えるシステムの非効率性を示す場合に、新しい経路指定プロトコルが、第１の経路指定プロトコルを置き換えるように生成される。
【００１０】
例示の一実施形態においては、本発明は、少なくとも１つの基地局と、互いに無線通信を行うように構成された、いくつかのインフラストラクチャノードデバイスと、インフラストラクチャノードデバイスと通信を行ういくつかのリーフデバイスとを備える無線通信システムを含み、本システム中の、または本システムに通信を行うように結合された少なくとも１つの解析するデバイスは、本システム中で定義される実際の通信経路に関連するデータを収集し、システム通信ステータスの実際の品質測定基準を観察するように構成され、解析するデバイスは、さらに実際の品質測定基準と比較するための数学的に最適な品質測定基準を生成するように構成される。
【００１１】
さらに別の実施形態においては、リーフデバイスは、スリープモードとアクティブモードを有するセンサを備え、それらのセンサは、スケジュールされた時刻に覚醒し、インフラストラクチャノードデバイスに対してデータを送信するように適合され、各センサは、少なくとも２つのインフラストラクチャノードデバイスに関連している。別の例示の実施形態においては、本システムは、第１および第２のオーバーラップしない経路が、各リーフノードから基地局に対して定義されるように構成される。また、本システムは、本システムを介して基地局に対してデータを経路指定するための第１の経路指定プロトコルを有するように構成することができ、数学的に最適な測定基準の、実際の測定基準に対する比較が、所定のレベルを超えるシステムの非効率性を示す場合に、新しい経路指定プロトコルは、第１の経路指定プロトコルを置き換えるように生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下の詳細な説明は、図面を参照して読まれるべきである。それらの図面は、必ずしも原寸に比例しておらず、例示の実施形態を示しており、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１３】
例示の一実施形態において、本発明は、いくつかのデバイスを有する無線ネットワークを対象としている。不十分なデータ経路指定は、そのようなネットワークの応答時間を増大させる可能性があり、ネットワークを、限られた数のデバイスに対して過度に依存しがちなものにする。例えば、データが１つまたは２つのノードを介して大量に経路指定される場合には、これらのノードは、ソースノードから基地局に対する情報の流れにとってのボトルネックを形成し、遅延をもたらす。さらに、これらの酷使されるノードの故障は、重大なデータ損失をもたらす可能性がある。
【００１４】
データ経路指定が、いくつかの静的な（移動しない）デバイスを有するネットワーク内で行われるときでさえ、そのようなネットワーク内のデータ経路指定の設計と選択は、それらの分散された性質に起因して複雑にされる。任意の所与の時刻に、ネットワークの一部分である１つまたは複数のデバイスが、何らかの理由で、残りのネットワークと通信しなくなることもある。例えば、突然のローカルノイズが、デバイスとの通信を遮断する可能性があり、あるいはデバイスは、定期的に低電力スリープモードに入ることもある。さらに、初期セットアップの後でデバイスを追加するためにネットワークを使用可能にすることが、しばしば望ましいこともある。
【００１５】
これらの様々な難点の１つの結果は、データ経路指定の中央に集中された構成が、労力のかかるものになることである。例えば、中央に集中された構成は、デバイスが恒久的または一時的に追加され、または取り除かれるときにアップデートすることを必要とすることもある。中央に集中された構成をアップデートすることは、ネットワーク中の各デバイスに別々に連絡することを必要とする可能性がある。これらの難点は、分散された構成を、現在進行中のオペレーション中における望ましい特徴とする。しかし、分散された構成は、しばしば中央に集中された構成と同程度の最適な結果を生み出すことができないことが、シミュレーションにおいて見出されている。例示の一実施形態において、本発明は、動作構成の評価の際に支援することにより、無線通信システム構成を改善することを対象としている。
【００１６】
図２は、無線ネットワーク中における冗長なオーバーラップしない経路の図である。基地局Ｂと、いくつかのノードＩ１．．．Ｉ６およびＸを含むネットワークが示される。例示の実施形態において、目的は、ＸとＢとの間の堅牢な通信を実現することである。オーバーラップしない冗長な経路を定義することは、そのような目標を達成する一方法である。第１の経路１は、奇数の番号が付けられたノードＩ５、Ｉ３、およびＩ１を経由して、ＸとＧとの間で定義される。第２の経路２は、偶数の番号が付けられたノードＩ６、Ｉ４、およびＩ２を経由して、ＸとＧとの間で定義される。２つの経路１、２は重なり合わず、それ故に冗長な、オーバーラップしない経路である。
【００１７】
ノードＩ５からＧへの冗長度を生成する追加の経路も示される。第１の経路は、経路１に従い、経路３と示され、Ｉ５についての別の経路は、ノードＩ４とＩ２を介して経路４に従う。同様に、ノードＩ６については、経路５は、経路２の一部分に従い、経路６は、ノードＩ３とＩ１を通過する。理解することができるように、比較的少ないノードまたはデバイスを用いてさえ、経路数は、特にオーバーラップしない冗長な経路が望ましいときには、速やかに増大する。一部の実施形態においては、デバイスＸは、他のノードデバイスＩ１．．．Ｉ６と同様に動作するデバイスである。他の実施形態においては、例えば図５において以下でさらに示されるように、デバイスＸは、その代わりにそれらのノードデバイスとは異なるタイプのデバイスであってもよい。
【００１８】
図３は、デバイスＫについての経路の分散された構成を示す図である。例示の実施形態においては、Ｋは、他のデバイスＬ、Ｍ、Ｎ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓと、基地局ＢＳをすでに有するシステムに対して新しく追加されたデバイスとすることができる。デバイスＫは、その代わりに、それらのシステムの一部分であったが、例えば低電力スリープ期間後、または連絡を妨げる干渉（ノイズ）の期間後にそのシステムと連絡を再確立しているデバイスとすることもできる。デバイスＫはまた、例えば他のデバイスがシステムに追加された後に、経路指定を再構成するコマンドを考慮に入れて、それ自体を再構成していてもよい。
【００１９】
Ｋを追加する分散された構成は、以下のように行われてもよい。Ｋは、それ自体のアドレスＫが続き、メッセージ「ＲＲＥＱＫ」を作成する、経路指定要求ＲＲＥＱを生成する。すぐ隣のデバイスＬ、Ｐが、Ｋからその経路指定要求を受信するときに、それぞれは、メッセージ中にそれ自体のアドレスを含めた後にメッセージを再送信することになる。他の情報、例えばＲＳＳＩデータ（受信信号強度インジケータ、他のリンク品質データ、またはノード待ち時間データ（例示の実施形態においては、ノード待ち時間は、ノードによってサービスされる経路数に比例する）を追加することもできる。ノード待ち時間データは、適切な任意の形式を取ることができる。別の例においては、ノード待ち時間データは、いくつかのノードまたは各ノードに、そのノードにおけるデータ（またはデータのパケット）の常駐時間上の統計を保持させることによって生成することができる。さらなる一例においては各ノードについての待ち時間値は、平均常駐時間、または待ち時間値としての常駐時間の組または分布に関連する統計値とすることができる。例えばデバイスが、必ずしも「ＯＮ」でない（すなわち、時々スリープモードに入る）場合に起こることもある間欠性の通信障害に対応するために、収集されたデータは、通信リンク障害のインジケータと、そのような障害の頻度を含むことができる。
【００２０】
次いでメッセージは、ＲＲＥＱが、宛先に、この場合には基地局ＢＳに到達するまで反復される。図に示されるように、基地局は、Ｋから複数のＲＲＥＱを受信することができる−この場合には、ＲＲＥＱＮＭＬＫは、それがＫによって生成された後に、またそれがＢＳにおいて受信される前にノードＬ、Ｍ、およびＮを通過する。同様に、ＲＲＥＱＳＲＱＰＫは、それが生成された後に、またそれがＢＳにおいて受信される前にノードＰ、Ｑ、Ｒ、およびＳを通過する。次いで、基地局ＢＳは、それらのメッセージを介してソートし、明らかに最良の経路を選択することになる。一般的に「最良の」経路は、最大のリンク強度と最小のホップ数を有する経路として決定される。基地局に最良の経路を選択させる際に考慮することができる他のファクタは、ＫとＢＳとの間の中間ノードのうちのいずれかの「負荷」を含む。例えば、高負荷の中間ノード（すでに多数の他の既存の経路の一部分を形成しているノード）を含む経路は、高負荷のノードにおけるデータ衝突を回避するために非選択状態にすることができる。
【００２１】
ＢＳが、最適の経路（または一部の実施形態においては２つ以上の最良の最適経路）を選択した後に、メッセージが、ＢＳによって生成され、Ｋに対してどの１つ（または複数）の経路が使用されるべきかを示すためにＫに対してアドレス指定される。一部の実施形態においては、メッセージをＢＳによって直接Ｋに送信することができるように、基地局ＢＳは、すべての他のノードに対してブロードキャストするように使用可能にされる。他の実施形態においては、ＢＳは、中間のデバイスを使用して、そのメッセージをＫに対して経路指定することができる。分散された構成は、一般的に、ネットワーク内の通信とあまり干渉することなく実施することができる。しかし、デバイスＫなどのデバイスは、追加し、アクティブにし、再アクティブにし、あるいはそうでなければランダムな順序で構成することができるので、分散された構成ルーチンは、多くの場合に最適な可能な構成とは異なる結果を達成する。しかし、中央に集中された構成ルーチンを使用した反復される再構成は、複雑になり、それ故に、計算の必要性および構成をアップデートするためのダウンタイムを考慮するとコストがかかる可能性がある。したがって本発明は、実際の構成が最適なものからどれだけ離れているかを決定して、再構成または他の改善が望ましいかどうかを決定するためのベンチマークを提供する。
【００２２】
図３において、２つのオーバーラップしない冗長な経路が、Ｋが基地局ＢＳに到達するために定義されていることを理解することができる。一方の経路は、シリーズＫ−Ｌ−Ｍ−Ｎ−ＢＳに従う。他方の経路は、シリーズＫ−Ｐ−Ｑ−Ｒ−Ｓ−ＢＳに従う。これらの経路は、多くの場合に異なるホップ数を有するものと説明される、異なる長さを有する。中間局（一方の例においてはＬ、Ｍ、およびＮ、また他方ではＰ、Ｑ、Ｒ、およびＳ）のうちの任意の局によって搬送される最大負荷は、経路ごとに異なる可能性がある。経路中の各リンクは、異なる信号強度を有することができる。また経路中の各ノードは、そこを通過する経路数に関する限り、異なる負荷を搬送することができる。これらのファクタのそれぞれは、例えばデータがＢＳに到達するために必要とされる時間量を、あるいはある経路がシステム中で使用される他の経路にどのように影響を及ぼすかを変化させることにより、システム性能に影響を及ぼす可能性がある。
【００２３】
図４は、例示の一実施形態についてのフローチャートである。本方法１０は、２０に示されるように既存の無線システム中におけるリンク間のリンク特性を観察することによって開始される。少なくとも一部のノードが追加され、分散されるように通信経路が設けられている既存のシステムは、例えばオンとすることができる。別のステップにおいては、２２に示されるように最適なソリューションが生成される。
【００２４】
例示の一実施形態においては、最適なソリューションは、混合整数線形プログラムの方法によって生成される。第１に、２つの冗長なオーバーラップしない経路が、図２および３において以上で示されるように、ノードごとに定義される。次いで混合整数線形プログラムが、以下の和を最小化させるように実行される。
【００２５】
＋α１＊｛ベースまでの各ノードの２つの冗長な経路上のホップ数の和｝
−α２＊｛ノードごとの２つの経路中のすべてのリンク上の各リンクのリンク品質の対数の和｝
＋α３＊｛ネットワーク中の任意のノードによってサービスされる最大負荷｝
＋α４＊｛経路中における、各ノードの２つの経路上で各中間ノードによって導入される待ち時間の和｝
例示の実施形態では、中間ノードによって導入される待ち時間は、そのノードによってサービスされる経路数に比例することもある。ノード待ち時間は、特定のノードにおけるデータの常駐時間を含めて、追加の測定基準を使用して、例えば様々な時刻に特定のノードを通過するデータについてのいくつかの常駐時間に関連する平均常駐時間または統計値を計算することにより、計算することもできる。変数α１．．．α４は、識別されるファクタのうちのどれが最も重要と考えられるかに応じてユーザが設定することができる。必要に応じて、以上で指摘された４つの値ではなくて、他のシステム変数を使用することができる。例えば、ネットワーク中の任意のノードによって満たされる最大負荷を使用するのではなく、ノード負荷の統計的変数を使用することができる。同様に、ノードにおけるパケットの待機する遅延（または常駐時間）の分布の統計的平均は、待ち時間測定値のために使用することもできる。
【００２６】
例示の実施形態においては、次いでα変数を含めて以上のファクタの組を使用して、図４中のステップ２４に示されるように第１の品質測定基準を生成する。この測定基準は、例えば数字とすることができる。次に２６に示されるように、システムの実際の経路指定特性が観察される。同じ組のα変数を有する以上の式中で使用されるような経路指定特性を使用する第２の品質測定基準が、２８に示されるように生成される。最後に、第１の品質測定基準と第２の品質測定基準が、ステップ３０に示されるように、比較される。本システムでは、第１の品質測定基準と第２の品質測定基準の比較が、再構成についての必要性を示すときに、再構成を行うことができる。例えば、第１の品質測定基準が、第２の品質測定基準のあらかじめ選択されたパーセンテージ（例えば、７５％、または他の任意の値）である場合に、再構成を実装するために必要とされる計算および通信の費用に見合うように、再構成の結果としての２５％の改善が再構成から期待することができる。
【００２７】
例示の一実施形態においては、インフラストラクチャノードに関連する物理情報は、相対的並列配置およびノード間のリンク強度を含めて、それらの物理特性で表して特徴付けられる。基地局を含めて頂点の集合が、すべてのノードの集合であるグラフＧ（Ｖ，Ｅ）が定義される。グラフの辺は、頂点の間の通信接続を示す有向辺である。例えば、頂点Ａと頂点Ｂとの間の有向辺が存在する場合、次いでＡからＢへの可能な通信が存在する。次いで、基地局に対する、２つまたは（より多くの）最良のオーバーラップしない経路が選択される。以上で指摘されたファクタを考慮に入れたグラフ解析を使用することにより、最適なソリューションに近づけることができる。
【００２８】
一部の実施形態においては、以上で指摘されたファクタのすべてよりも少ないファクタが最小化プロセスのために考慮される。代わりに、１つまたは複数のファクタが取り除かれるように、α１．．．α４のうちの１つまたは複数をゼロに設定することができる。
【００２９】
以上の式および無線ネットワークシミュレータを使用して、様々な試行が実施された。分散されたアプローチは、無線ネットワークシミュレータ中で使用されたとき、グローバルシステムを設計することに対する中央に集中されたアプローチを使用するアプローチほど良好でないことが見出された。例えば、第１のファクタ（ホップ数）だけを考慮に入れると、中央に集中されたアプローチは、一般的に分散されたアプローチよりも７〜１０％良好な（すなわち、７〜１０％ホップの少ない）範囲にある。しかし、以上で指摘されるように、中央に集中されたアプローチに完全に依存することは、その実用性を限定する他の難点を引き起こす可能性がある。
【００３０】
本発明の状況においては、経路指定することに対する中央に集中されたアプローチを、最適化されたアプローチと考えることができる。「最適な」アプローチを生み出す際に必要とされるいくつかのファクタが存在するので、実際には、単一の「最適な」経路指定アプローチが存在することはまれであることを理解されたい。その代わりに、通信品質を決定する１つまたは複数のファクタの観点から最適化することができる最適化された通信ソリューションが存在する。中央に集中されたソリューションは、最適化されたソリューションの１つのカテゴリである。中央に集中されたソリューションの組のうちには、様々なファクタについて最適化されたソリューションが存在する。本明細書中において例示の実施形態は、使用される通信ホップ数、システム待ち時間、および／またはシステム中の任意のノードによって満たされ、かつ／またはネットワーク内のリンク品質を最大にする最大負荷を低減させるように最適化された中央に集中されたソリューションとすることができる最適化された通信ソリューションを含む例を提供する。
【００３１】
図５は、一例の無線センサネットワークを示している。そのネットワークは、ゲートウェイノードまたはベースノード１００と、いくつかのインフラストラクチャノード１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２と、センサＳとして示されるいくつかのリーフノードを含んでいる。どの１つのインフラストラクチャノードの障害も、完全にはセンサをネットワークから切り離すことにならないように、各センサは、それ自体を２つのインフラストラクチャノードに関連付ける。一部の実施形態においては、ネットワークは、その開示が参照により本明細書に組み込まれている２００４年６月１７日に出願の「チャネルホッピングと冗長な接続を伴う無線通信システム（ＷＩＲＥＳＳ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＣＨＡＮＮＥＬ  ＨＯＰＰＩＮＧ  ＡＮＤ  ＲＥＤＵＮＤＡＮＴ  ＣＯＮＮＥＣＴＩＶＩＴＹ（チャンネルホッピングおよび冗長接続を備えた無線通信システム）」という名称の同時係属の米国特許出願第１０／８７０，２９５号に説明されるような形式を取る。
【００３２】
一実施形態においては、少なくとも一部のセンサは、低電力モードで動作する。例えば、所与のセンサは、アクティブモードと低電力スリープモードを有することができ、ここで、センサは、定期的に低電力スリープモードから覚醒し、アクティブモードを使用してデータを送信する。低電力スリープ中にある間、センサは、通信のためには使用不可能である。スケジュールされた時刻に、センサは覚醒することができ、どのようなデータをセンサが送信するために収集しているとしても関連するインフラストラクチャノードに対して送信する。次に、インフラストラクチャノードは、そのセンサデータを基地局に対して送信する。
【００３３】
冗長性の目的のために、センサは、２つのインフラストラクチャノードに対して送信することができる。例えば、いくつかのセンサ１１４、１１６、１１８は、インフラストラクチャノード１０４、１０６のそれぞれに関連付けて示されている。一部の実施形態においては、インフラストラクチャノード１０４、１０６を通過するこれらのセンサ１１４、１１６、１１８からの信号についての経路が、オーバーラップしないように、本システムは構成される。例えば、第１のセンサ１１４からの信号は、インフラストラクチャノード１０４および１１０へと、次いでベースノード１００へと、またインフラストラクチャノード１０６へも、次いでまたベースノード１００へと経路指定することができる。その間に、第２のセンサ１１６からの信号は、同じ経路対を有することができる。ノード１０２は、いくつかのセンサ伝送のために使用される可能性が高いことが、図示されるシステムから理解することができる。システムの全体的待ち時間を低減させるために、ノード１０２を介して経路指定することができるあるデータは、ノード２の周囲で経路指定して、データ衝突の可能性を低減させることができる。したがって、センサ１１８などのセンサからのデータは、インフラストラクチャノード１０４および１１０へと、次いでベースノード１００へと、ならびにベースノード１００へと進む前にノード１０６、１０８、および１１２へと渡すことによりノード１０２の周囲で経路指定することができる。
【００３４】
経路指定することに対する分散されたアプローチと共に生じ得る難点のうちの１つを強調するために、センサ１２０が本システムに追加されるものと仮定する。図から分かるように、センサ１２０は、ノード１０２および１０８への関連付けが望ましいように配置される。センサ１２０は、同様にノード１０６と通信を行うために十分に近くすることもできるが、明らかにノード１０２により近い。しかし、センサ１２０が本システムに追加された最新のセンサである場合、次いでノード１０２は、すでに本システムの最も重い経路指定負荷を搬送していることもある。ノード１０２が、すでに負荷を経路指定するためのその最大限度（そのような容量は、本システムではあらかじめ定義することができる）にある場合、次いでノード１０２は、センサ１２０からの信号を経路指定するためには使用できないはずである。これは、センサ１２０がノード１０６および１０８に関連することを必要とするはずであり、センサ１２０からノード１０６へと通過する信号が、ベースノード１００に到達する前にノード１０４および１１０へと再送信されるように強制するはずである。結果は、非効率的である。しかし、新しいセンサが追加されるたびに、センサが取り除かれるたびに、センサがその関連するインフラストラクチャノードとの通信を失うたびに、通信を失っているセンサが通信を回復するたびに、また同様にインフラストラクチャノードが追加され、取り除かれ、または通信を失い回復する他のときに、全体の経路指定テーブルを再構成することは、構成信号を経路指定することの不協和音を生成する可能性が高いはずである。それ故に、本発明を用いて、最適な性能に対する実際の性能を比較し、測定することができる。
【００３５】
実際の性能が、望ましいしきい値より下に下がるときに、次いで本システムは、中央に集中されるように、または分散されるように再構成することができる。例えば、測定基準が図４を参照して以上で説明されるように生成される場合、また実際のシステム測定基準が所定の比率による理想化されたスコアよりも高いスコアを示す場合には、次いで本システムを再構成することができる。例えば、実際のシステム測定基準に対する理想化された測定基準の比率が７５％よりも下に下がる場合には、次いで本システムを再構成することができる。他の比率を使用することもでき、より高い比率は、再構成がより頻繁に起こることを許すが、より高い効率をも確実にする可能性が高い。
【００３６】
本システム中の任意のデバイスは、本発明に関連する解析を実施するようにプログラムすることができる。代わりに、そのような解析を実施するために、別個のデバイスを本システムに通信を行うように結合することができる。必要に応じて、基地局は、システム性能データを収集し、そのデータを本システムの一部分でない別のデバイス（例えば、基地局によってアクセス可能な有線ネットワークを使用してアクセス可能なデバイス）に送信することができる。最適化されたソリューションは、余分なコンピューティング能力を必要とすることもあるので、性能データを送信することができることは、本システムが動作している間でさえ、システム解析を行うことを可能にする上で助けとなる可能性がある。
【００３７】
当業者なら、本発明は、本明細書中で説明され、企図される特定の実施形態以外の様々な形態で明らかに示すことができることを理解されよう。したがって、形態および詳細における逸脱は、添付の特許請求の範囲において説明されるように、本発明の範囲および趣旨を逸脱することなしに、行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】通信距離を示す無線ネットワークの図である。
【図２】無線ネットワーク中における冗長なオーバーラップしない経路の図である。
【図３】デバイスＡについての経路の分散化された構成を示す図である。
【図４】例示の一実施形態についてのフローチャートである。
【図５】一例の無線センサネットワークを示す図である。
【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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【国際調査報告】
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