(57)【要約】無線通信ネットワーク（１０２）におけるノード（１０２）のモビリティを決定するシステムおよび方法に関する。同システムおよび方法は、少なくとも二つの移動平均フィルタを用いてノード（１０２）と少なくとも一つの静止している近隣ノード（１０２、１０６、１０７）との間の距離を少なくとも二つ以上の時点で決定して、二つの距離値を取得する。同システムおよび方法は、少なくとも二つの距離値に基づいて相対速度を決定し、ノード（１０２）が移動型か否かを判断する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信ネットワークにおけるノードのモビリティを決定する方法であって、
前記ノードと前記無線通信ネットワークにおける少なくとも一つの他のノードとの間の距離における変化を表す距離情報を決定すること、
前記他のノードのモビリティに関する情報を前記他のノードから受信すること、
前記距離情報に関係する値と、前記他のノードから受信した前記情報とに基づいて、前記ノードを移動型または静止型と識別すること
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記決定ステップと前記情報受信ステップとを定期的に実行して、前記他のノードの前記モビリティに関する前記他のノードから受信する追加的な情報を考慮して、前記ノードと前記他のノードとの間の距離における更なる変化を決定すること、
前記距離における更なる変化に関係する値と、前記追加的な情報とに基づいて前記ノードが移動型または静止型と識別された状態で維持すべきかを定期的に確認すること、を更に備える方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、
前記定期的に実行するステップおよび確認ステップは、前記ノードがメッセージを送信する寸前のとき、および、前記ノードが前記他のノードから通信を受けるときに実行される、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
前記ノードが移動型または静止型と識別されたかを示す情報を送信するよう前記ノードを動作させことを更に備える、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
前記距離における変化を決定するステップは、前記距離情報を数学的に処理して前記値を生成することを含む、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、
前記値は、前記ノードと前記他のノードとの間の相対速度を表し、
前記識別ステップは、前記相対速度と前記他のノードから受信する前記情報とに基づいて前記ノードを移動型または静止型と識別することを含む、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
前記他のノードから受信する前記情報は、前記他のノードが移動型または静止型と識別されていることを示す、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、
前記識別ステップは、前記値と前記情報が、前記ノードが移動しており、前記他のノードが静止している可能性を示す場合に前記ノードを移動型と識別し、
前記識別ステップは、前記値と前記情報が前記他のノードが移動している可能性を示す場合に前記ノードを静止型と識別する、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、
前記識別ステップは、近隣ノードに対する前記ノードの相対速度の平均と、前記相対速度の前記平均の歪度とに基づいて前記ノードが静止型である可能性が高いと判断し、前記判断された可能性に基づいて前記ノードを静止型と識別するかを判断することを含む、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、
前記識別ステップは、前記ノードが静止型である可能性に基づいて確認時間に対する値を設定し、前記確認時間中に前記ノードが静止型か移動型かを評価することを含む、方法。
【請求項１１】
無線通信ネットワークにおけるノードのモビリティを決定する方法であって、
前記ネットワークにおける複数の他のノードのそれぞれから対応する情報を受信するよう前記ノードを動作させることであって、前記各情報は前記対応する他のノードが移動ノードまたは静止ノードとして識別されているかを示す、前記ノードを動作させること、
前記ネットワークにおける前記複数の他のノードのそれぞれに対して対応する相対速度を決定するよう前記ノードを動作させること、
前記対応する相対速度と前記対応する情報とに基づいて、移動型または静止型と識別されるべきかを判断するよう前記ノードを動作させること
を備える方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、
前記ノードは、前記動作ステップを実行して、対応する速度を決定し、前記ノードが対応する他のノードから前記対応する情報を受信する度に移動型または静止型と識別されるべきかを判断する、方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法において、
移動型または静止型と識別された状態で維持されるべきか定期的に判断するよう前記ノードを動作させることを更に備える、方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法において、
移動型または静止型と識別されたことを示す情報を送信するように前記ノードを動作させることを更に備える、方法。
【請求項１５】
無線通信ネットワークにおける通信に適合されるノードであって、
送受信機と、
前記送受信機を制御して前記無線通信ネットワークにおける少なくとも一つの他のノードと通信するように構成され、前記通信に基づいて前記ノードと前記無線通信ネットワークにおける前記他のノードとの間の距離における変化を表す距離情報を決定し、前記距離情報に関係する値と、前記他のノードから受信する前記通信に含まれる情報とに基づいて前記ノードを移動型または静止型と識別するように構成されるコントローラと
を備えるノード。
【請求項１６】
請求項１５に記載のノードにおいて、
前記コントローラは、前記送受信機を制御して前記他のノードと定期的に通信するように構成され、
前記コントローラは、前記定期的な通信中に、前記他のノードの前記モビリティに関する前記他のノードから受信する追加的な情報を考慮して、前記ノードと前記他のノードとの間の距離における更なる変化を決定し、前記距離における更なる変化に関係する値と、前記追加的な情報とに基づいて前記ノードが移動型または静止型と識別された状態で維持すべきかを定期的に確認するように更に構成される、ノード。
【請求項１７】
請求項１６に記載のノードにおいて、
前記コントローラは、前記送受信機がメッセージを送信する寸前のとき、および、前記送受信機が前記他のノードから通信を受けるときに前記ノードが移動型または静止型と識別された状態で維持すべきかを確認するように更に構成される、ノード。
【請求項１８】
請求項１５に記載のノードにおいて、
前記コントローラは、前記送受信機を制御して前記ノードが移動型または静止型と識別されたかを示す情報を送信するように更に構成される、ノード。
【請求項１９】
請求項１５に記載のノードにおいて、
前記コントローラは、前記距離情報を数学的に処理して前記値を生成するよう更に構成される、ノード。
【請求項２０】
請求項１９に記載のノードにおいて、
前記値は、前記ノードと前記他のノードとの間の相対速度を表し、
前記コントローラは、前記相対速度と前記他のノードから受信する前記情報とに基づいて前記ノードを移動型または静止型と識別するように更に構成される、ノード。
【請求項２１】
請求項１５に記載のノードにおいて、
前記他のノードから受信する前記情報は、前記他のノードが移動型または静止型と識別されているかを示す、ノード。
【請求項２２】
請求項１５に記載のノードにおいて、
前記コントローラは、前記値と前記情報が、前記ノードが移動型しており、前記他のノードが静止している可能性を示す場合に前記ノードを移動型と識別するように構成され、前記値と前記情報が前記他のノードが移動している可能性を示す場合に前記ノードを静止型と識別するように更に構成される、ノード。
【請求項２３】
請求項１５に記載のノードにおいて、
前記コントローラは、近隣ノードに対する前記ノードの相対速度の平均、および、前記相対速度の前記平均の歪度とに基づいて前記ノードが静止している可能性が高いと判断し、前記判断された可能性に基づいて前記ノードを静止型と識別するかを判断するように構成される、ノード。
【請求項２４】
請求項１５に記載のノードにおいて、
前記コントローラは、前記ノードが静止型である可能性に基づいて確認時間に対する値を設定し、前記確認時間中に前記ノードが静止型か移動型かを評価するように構成される、ノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信ネットワークに係わり、特に、マルチホッピング無線通信リンクにおけるノードのモビリティを決定するシステムおよび方法に関する。
（関連出願の参照）
関連する技術的内容は、本願と同時出願された“無線通信ネットワークにおけるノード間の通信リンクを管理するシステムおよび方法（Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍａｎａｇｉｎｇ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｌｉｎｋｓ  Ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｎｏｄｅｓ  ｉｎ  ａ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）”（代理人整理番号Ｍｅｓｈ−１２７）なる名称のＧｕｅｎａｅｌ  Ｔ．Ｓｔｒｕｔｔ外による米国特許出願に記載され、その全ての内容を本願で参照として組み込む。
【背景技術】
【０００２】
近年では、「アドホック」ネットワークとして公知のタイプの移動体通信ネットワークが開発されている。このタイプのネットワークにおいて、各移動ノードは、基地局または他の移動ノードに対するルータとして動作することができるため、基地局の固定インフラストラクチャの必要性が排除される。ネットワーク・ノードが時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式、または、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）方式等の多重方式でデータ・パケット通信を送受信することが当業者には理解されるであろう。
【０００３】
従来のアドホック・ネットワークのように移動ノードが互いと通信することができることに加えて、移動ノードが固定ネットワークにアクセスして公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）およびインターネット等の他のネットワークで他の移動ノードと通信することができるより高度なアドホック・ネットワークも開発されている。この高度のアドホック・ネットワークの詳細は、２００１年６月２９日に出願された“Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｐｅｅｒ−ｔｏ−Ｐｅｅｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｒａｄｉｏ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｄ  ｔｏ  ｔｈｅ  ＰＳＴＮ  ａｎｄ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”なる名称の米国特許出願公開第２００２／００５８５０２号明細書、２００４年１０月１９日に与えられた“Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  ｆｏｒ  ａｎ  Ａｄ−Ｈｏｃ，  Ｐｅｅｒ−ｔｏ−Ｐｅｅｒ  Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｎｇ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ａｃｃｅｓｓ  ｔｏ  Ｓｈａｒｅｄ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｄａｔａ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ  ｗｉｔｈ  Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ  Ｃｈａｎｎｅｌ”なる名称の米国特許第６，８０７，１６５号明細書、および、２００５年３月２９日に与えられた“Ｐｒｉｏｒｉｔｉｚｅｄ−Ｒｏｕｔｉｎｇ  ｆｏｒ  ａｎ  Ａｄ−Ｈｏｃ，  Ｐｅｅｒ−ｔｏ−Ｐｅｅｒ，  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｒａｄｉｏ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｓｙｓｔｅｍ”なる名称の米国特許第６，８７３，８３９号明細書に記載され、その全ての内容を本願で参照として組み込む。
【０００４】
例えば、ノード間のリンクを管理し、位置測定動作を実行する等のためにマルチホッピングネットワークにおけるノードの動きをモニタリングすることが望ましいことは当業者には理解されるであろう。ネットワークにおけるノードのモビリティを決定するシステムおよび方法の例は、２００１年１１月１３日に出願された“Ａ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｍｅａｓｕｒｅ  ｏｆ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ａ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｉｎ  ａｎ  Ａｄ−Ｈｏｃ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  ｗｉｔｈ  Ｆｉｘｅｄ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｒｏｕｔｅｒｓ  ａｎｄ  Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  （ＷＡＮ）  Ａｃｃｅｓｓ  Ｐｏｉｎｔ”なる名称の米国特許出願第０９／９８７，１０２号明細書に記載され、その全ての内容を本願で参照として組み込む。モビリティを決定する技法の更なる例は、米国特許出願第２００２０１６０７６４号、および、米国特許第６，７９５，６８８号明細書、および、米国特許第６，０７５，７９７号明細書に記載される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ノードのモビリティを検出する他の技法は、著しい数の近隣ノードが性質的に静止しているといった仮定に基づく。この仮定は、もともと静止しているノードの存在を仮定し、ある時間静止しているが移動する可能性がある本質的に移動型のノードが多数な存在することについては取り上げず、ネットワークの不安定性につながり得るため限定的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、無線ネットワークにおけるノードのモビリティの度合いを評価するシステムおよび方法を提供する。同システムおよび方法は、複数の移動平均フィルタ等を用いてノードと少なくとも一つの近隣ノードとの距離を少なくとも二つ以上の時点で決定する。同システムおよび方法は、該距離に基づいてノードの相対速度を決定する。全てのまたは略全ての近隣ノードに対する相対速度の組は、ノードが長期にわたって再計算し続けることができるノードに対するモビリティ要素を計算する際に使用される。
【０００７】
従って、該システムおよび方法は、マルチホッピング無線通信ネットワークにおけるノードのモビリティの度合いを正確に決定することで、ネットワークにおけるノードの性質に関する先験的な仮定を必要とすることなくリンク品質計算等の他の計算をより正確に行うことができる。本発明は、更に、ノードと近隣ノードとの間の距離測定結果が、該距離測定結果がエラー要素を含んでいた場合でも、ノードのモビリティの度合いを評価して、ノードが移動型か否かを確立するには十分であることを確実にする技法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
同類の参照記号が数多の図中で同一のまたは機能的に同様の構成要素に付与され、以下の詳細な説明と共に本願に組み込まれてその一部を構成する添付図面は、様々な実施形態を更に例示し、本発明に完全に従う様々な原理および利点を説明する。
【０００９】
当業者には、図中の構成要素が簡易化および明確化のために例示され、必ずしも一定の縮尺で描かれていないことが理解されるであろう。例えば、本発明の実施形態の理解を向上させるために図中の幾つかの構成要素の寸法は他の構成要素に対して誇張されている。
【００１０】
本発明による実施形態を詳細に説明する前に、実施形態が、無線通信ネットワークにおける通信リンクを管理するシステムおよび方法に関連する方法のステップおよび装置の構成要素の組み合わせに主に関することは明らかであろう。従って、図面では、従来の記号で装置の構成要素および方法のステップが適当に表され、本願記載の利益を受けた当業者に容易に明らかとなる詳細で本開示を不明瞭としないよう、本発明の実施形態を理解する上で関係する特定の詳細だけが示される。
【００１１】
本願では、第１および第２、上部および底部等の関係語は、エンティティまたはアクション間でどの実際の関係または順番を必ずしも必要、あるいは、示唆することなくあるエンティティまたはアクションを他のエンティティまたはアクションから区別するために単独で使用される。「有する」「備える」、または、その全ての他の変形物は、素子のリストを含む処理、方法、アーティカル、または、装置がそれらの素子だけを含まず、明確に列挙されない、あるいは、このような処理、方法、アーティカル、または、装置に固有の他の素子も含むよう、非制限的な包含物を網羅することが意図される。「・・・有する」によって先行される素子は、該素子を備える処理、方法、アーティカル、または、装置において同一の素子が追加的に存在することを、更なる制限を課さずに、排除するものではない。
【００１２】
本願に記載の発明の実施形態は、一つ以上の従来のプロセッサ、および、本願記載のマルチホッピング無線通信ネットワークにおけるノードのモビリティを決定するシステムおよび方法の幾つかの、大部分の、または、全ての機能をある非プロセッサ回路と共に実行させるよう一つ以上のプロセッサを制御する固有の記憶されたプログラム命令よりなる。非プロセッサ回路は、無線受信機、無線送信機、信号駆動部、クロック回路、電源回路、および、ユーザ入力装置を含むが、これらに制限されない。これらの機能は、マルチホッピング無線通信ネットワークにおけるノードのモビリティを決定する方法のステップとして解釈されてもよい。あるいは、幾つかのあるいは全ての機能は、プログラム命令が記憶されていない状態機械、または、各機能またはある機能の幾つかの組み合わせがカスタム論理として実行される一つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって実行されてもよい。当然のことながら、この二つのアプローチ法の組み合わせが用いられてもよい。従って、これらの機能の方法および手段は本願で記載される。更に、本願記載の概念および原理に従うと、例えば、利用可能な時間、現在の技術、および、経済的考慮によって動機付けられる場合、相当な努力および多数の設計選択肢にも係わらず、当業者が、最小限の経験でソフトウェア命令およびプログラムとＩＣを容易に製造することが予想される。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態を用いるアドホック・パケット切換無線通信ネットワーク１００の例を示すブロック図である。具体的には、ネットワーク１００は、複数の移動型無線ユーザ端末１０２−１乃至１０２−ｎ（一般的にノード１０２、または、移動ノード１０２と称される）を含み、必要でないが、複数のアクセス点１０６−１、１０６−２、・・・、１０６−ｎ（一般的にノード１０６、アクセス点（ＡＰ）１０６、または、知的アクセス点（ＩＡＰ）１０６と称される）を含む固定ネットワーク１０４を備え、それにより、ノード１０２は固定ネットワーク１０４にアクセスすることができる。固定ネットワーク１０４は、例えば、コア・ローカル・アクセス・ネットワーク（ＬＡＮ）または広域ネットワーク（ＷＡＮ）と、ネットワーク・ノードがアドホック・ネットワーク、公衆切換電話網（ＰＳＴＮ）、および、インターネット等の他のネットワークにアクセスすることを可能にする複数のサーバおよびゲートウェイ・ルータとを含む。ネットワーク１００は、更に、他のノード１０２、１０６、または、１０７の間でデータ・パケットをルーティングする複数の固定ルータ１０７−１乃至１０７−ｎ（一般的に、ノード１０７、固定ルータ１０７、または、無線ルータ（ＷＲ）１０７と称される）を含む。説明目的のため、上述のノードはまとめて「ノード１０、１０６、および、１０７」または単に「ノード」と呼ばれる。
【００１４】
先に参照した米国特許出願公開第２００２／００５８５０２号明細書、および、米国特許第６，８０７，１６５号明細書並びに米国特許第６，８７３，８３９号明細書に記載されるように、ノード１０２、１０６、および、１０７が、互いと直接的に、または、ノード間で送られるパケット用のルータあるいは複数のルータとして動作する一つ以上の他のノード１０２、１０６、または、１０７を介して通信し得ることは当業者には理解されるであろう。
【００１５】
図２に示すように、各ノード１０２、１０６、および、１０７は、アンテナ１１０に接続され、パケット化された信号等の信号をコントローラ１１２の制御下でノード１０２、１０６、または、１０７に対して送受信することができる少なくとも一つの送受信機またはモデム１０８を含む。パケット化されたデータ信号は、音声、データ、または、マルチメディア情報、および、ノード更新情報を含むパケット化された制御信号等を含む。
【００１６】
各ノード１０２、１０６、および、１０７は、自身およびネットワーク１００中の他のノードに関するルーティング情報を記憶することができるランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）等のメモリ１１４を含む。図２に更に示すように、あるノード、特に、移動ノード１０２は、ノート型コンピュータ端末、移動電話機、移動データ・ユニット、または、全ての他の好適な装置等の任意の数の装置よりなるホスト１１６を含む。各ノード１０２、１０６、および、１０７は、インターネット・プロトコル（ＩＰ）およびアドレス絞込みプロトコル（ＡＲＰ）を実行するための適当なハードウェアおよびソフトウェアを含み、その目的は当業者に容易に明らかであろう。送信制御プロトコル（ＴＣＰ）およびユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）を実行するための適当なハードウェアおよびソフトウェアが含まれてもよい。
【００１７】
当業者に明らかであるように、ノード１０２、１０６、または、１０７間のリンクにおける変化は、移動ノード１０２の移動等によって生ずる。図３は、ネットワーク１００におけるＳＤ１０２−１と、無線ルータ１０７−１および１０７−２と、ＩＡＰ１０６−１との間のリンクの例を示す。ＳＤ１０２−１と無線ルータ１０７−１および１０７−２との間のリンクの品質は、ＳＤ１０２−１が移動すると変化する。
【００１８】
更に、ノード１０２、１０６、および、１０７のモビリティに関する情報が、先験的に（経験とは無関係に）提供される、あるいは、帰納的に（経験に基づいて）計算されてもよいことが当業者には明らかであろう。例えば、柱または取り付けられるか、あるいは建物に取り付けられるよう設計されているＩＡＰ１０６またはＷＲ１０７は「静止型」と見なされ、車両に実装されるかエンドユーザによって保持されるよう設計されているノード（例えば、ノード１０２）は、「移動型」と見なされる。ノード１０２、１０６、または、１０７が本質的に「静止型」または「移動型」を示す情報は、ノード１０２、１０６、または、１０７のメモリ１１４に先験的にハードコードされる。しかしながら、ノード１０２、１０６、または、１０７のモビリティは、衛星利用測位システム（ＧＰＳ）、または、ノード１０２、１０６、または、１０７のモビリティをより正確に表現する、以下に説明する本発明の実施形態による技法によって帰納的に決定されてもよい。
【００１９】
例えば、緊急救援のシナリオでは、本質的に移動型の多数のノード１０２は、比較的小さい地理区域でネットワーク１００を形成しなくてはならない。移動ノード１０２は、ネットワーク１００の容量を増大させるためにマルチホッピング式で互いに通信する。このシナリオでは、ネットワーク容量の制限により幾つかの移動ノード１０２がネットワーク１００にアクセスできないことが典型的に生ずる。空間的な再利用を向上させるために、本質的により高い容量でより短いリンクを用いる、および／または、送信電力を減少させることで容量は増大される。従って、緊急救援では、全てのノード１０２を移動ノードとして使用する代わりに、幾つかの移動ノード１０２をルータとして動作させるよう静止させて利用することで、ネットワーク１００の容量を増大させる。この際、ノード１０２が移動ノードであるといった先験的な知識は不適切である。従って、ネットワーク１００は、どのノード１０２が実際に移動ノードとして動作し、どれが静止ノードとして動作しているかを判断するためにノード１０２のモビリティを高い信頼性で確かめなくてはならず、それにより、上述の“無線通信ネットワークにおけるノード間の通信リンクを管理するシステムおよび方法（Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍａｎａｇｉｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｌｉｎｋｓ  Ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｎｏｄｅｓ  ｉｎ  ａ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）”（代理人番号Ｍｅｓｈ−１２７）なる名称の関連米国特許出願に記載するように、静止ノードはリンク品質を確認する際に、より安定したネットワーク発見プロトコルおよび、より遅い収束速度を利用することができる。
【００２０】
上述した通り、モビリティの検出は幾つかの方法で実行される。仮に移動ノード１０２がＧＰＳ受信機を備える場合、移動ノード１０２の速度は適度な正確性で計算される。更に、移動ノード１０２が、自身とＴＡＰ１０６または固定ルータ１０７等の既知の静止ノードとの距離を比較することができる場合には、ノード１０２のモビリティは簡単に確認される。しかしながら、ノードのステータスが既知でない場合、静止している移動ノード１０２と移動している移動ノード１０２との両方が互いとの距離における変化を検出するため、どのノードが実際に移動型であるかを判断することがより困難となる。
【００２１】
以下により詳細に説明するように、本発明の実施形態によると、各移動ノード１０２は、実際に移動しているかを判断し、モビリティ・フラグを「静止型」を示す零（０）または「移動型」を示す一（１）のいずれか一方に設定する。各ノード１０２は、ノード１０２がさもなければ移動型と推測される「１」のモビリティ・ステータスから開始される。有線接続を有する固定ルータ１０７またはＩＡＰ１０６等の既知の静止ノードのモビリティ・フラグは常に零（０）に設定されている。各ノード１０２、１０６、および、１０７は、定期的な間隔、例えば、１００ミリ秒（ｍｓ）間隔といったビーコン間隔毎に、自身のモビリティ・フラグ情報を含む特別なフレーム（ビーコン等）をその近隣に送ることが好ましい。ネットワーク１００における各ノード１０２、１０６、および、１０７は、該情報を用いて近隣ノード１０２、１０６、および、１０７へのリンクが静止型か移動型かを判断してノードのモビリティ表示を提供する。
【００２２】
一般的に、モビリティは、ある時間量におけるある距離にわたるノード１０２の移動として考えられるため、本発明の実施形態によるモビリティを決定する技法が、測定されたパラメータ間、例えば、ｄＢｍ（ミリワットに対するデシベル）での受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）、または、ナノ秒（ｎｓ）での往復信号伝播時間の間で関係を確立し、ノード１０２と基準点との間でメートルまたは全ての他の適切な測定単位で距離測定値を計算できることが当業者には理解されるであろう。例えば、あるリンク上の信号伝播のパス・ロスＰＬと信号の送信元と送信先との間の距離ｄは、自由空間伝播式
【００２３】
【数１】
2008526168.tif 000003
を用いて概算され、このときλは信号の波長である。従って、往復信号伝播時間と距離との関係は、光速ｃを用いて概算され得ることは当業者には理解されるであろう。パス・ロスを用いた距離の推定の例は、図４のグラフ４００に示される。
【００２４】
ビーコン間隔毎に距離が推定される。従って、ノード１０２と少なくとも一つの近隣ノード１０２、１０６、または、１０７との間の距離が時間と共に変化するため、その相対速度を推定することが可能である。以下に説明するように、ある時間にわたる距離の変動を計算するために必要なメモリの量を制限するためには、二つ以上の指数加重移動平均フィルタが使用される。移動平均フィルタは、フィルタ処理されない限りエラーを生じ得る信号強度測定における大きな変動を滑らかにするために使用されることが当業者には理解されるであろう。二つのノード１０２、１０６、または、１０７間の相対速度を測定するための他の技法も存在するが、本発明の実施形態による技法は、ビーコン間隔が一定でない状況で有利に使用される。特に、モビリティが決定されているノード（例えば、ノード１０２）によって送られる全てのビーコンを近隣ノード１０２、１０６、または、１０７が受信しない環境では有用である。
【００２５】
本例で使用される二つのフィルタは、長期および短期フィルタであり、例えば、ノード（例えば、ノード１０２）のコントローラ１１２および関連するハードウェアおよびソフトウェアによって実行される数学的処理として具現化される。二つのフィルタは、以下の式に示すように測定された距離ｄ(t)（上記式によって計算される）を用いて／ｄl(t)および／ｄs(t)を計算する。
【００２６】
【数２】
2008526168.tif 000004
このとき、ｔは距離計算のサンプル間隔であり、λ’sおよびλ’lはそれぞれ短期フィルタと長期フィルタによって使用される忘却係数を表す。本例では、λ’sの値は０．９４１であり、λ’lの値は０．９９８であるが、全ての適当な値が選択され得ることは当業者には理解されるであろう。ある時間にわたり計算された距離の結果は図５のグラフ５００に示す。
【００２７】
以下の式に示すように、二つの距離／ｄl(t)および／ｄs(t)から相対速度Ｖ（ｔ）を推定することができる。
【００２８】
【数３】
2008526168.tif 000005
このとき、変数は上述した通りであり、ＮsおよびＮlはそれぞれ短期フィルタと長期フィルタによって使用される独立サンプルの数を示す。推定された速度の結果は図６のグラフ６００に示す。
【００２９】
先の式が移動平均／指数加重移動平均フィルタの等価特性を用いて確立されることに注意されたい。
【００３０】
【数４】
2008526168.tif 000006
このとき、変数は上述した通りである。当業者には、指数加重移動平均フィルタの式が、忘却係数λの関数として表現される場合があることは理解されるであろう。
【００３１】
【数５】
2008526168.tif 000007
このとき、変数は上記の通りである。
エラーの考慮
パス・ロス測定におけるエラーをδＰＬとすると（例えば、図４参照）、推定される範囲のエラーδｄは、
【００３２】
【数６】
2008526168.tif 000008
として計算される。
【００３３】
更に、δｄのエラーをそれぞれ含むＮ個の個々のサンプルにわたる平均範囲エラー／δｄにおけるエラーは、
【００３４】
【数７】
2008526168.tif 000009
によって表される。
【００３５】
上記式を用いて計算される推定相対速度におけるエラーは、
【００３６】
【数８】
2008526168.tif 000010
として表される。
【００３７】
一つ以上の絶対相対速度Ｖ(t)がＶlim（速度閾値）よりも大きくなると、ノード１０２は、ノードを移動型であると仮定する「モビリティ確認」状態となる。ノード１０２が別のノード１０２、１０６、または、１０７に対して大きい絶対相対速度を有することを検出したことは、計算を実行しているノード１０２が移動型であることを必ずしも意味するものではなく、実際に他のノード（例えば、別のノード１０２）が移動し始める可能性もある。しかしながら、「モビリティ確認」状態の目的は、移動している可能性が高いノード１０２が、移動している可能性が低いノード（例えば、他のノード１０２）に対して移動し始めていることを通知することにある。この処理は、以下により詳細に説明する。
【００３８】
本発明によるシステムおよび方法は、静止している移動ノード１０２が移動型し始める、あるいは、移動している移動ノード１０２が移動しなくなり静止する状態にも取り組む。これらの状態は、以下のセクションで説明し、図７を参照してより詳細に説明する。
静止ノードが移動型になる
前述した通り、一旦少なくとも一つの他のノード（例えば、静止している移動ノード１０２、ＩＡＰ１０６、または、ＷＲ１０７）に対するモビリティを検出すると、ノード１０２は自身が静止しているか、且つ、他のノードまたは複数のノードが移動型であるか否かを判断することができる。このためには、ノード１０２は静止型または移動型である可能性を判断する。ノード１０２は、動的リンクの数（絶対相対速度Ｖ(t)が閾値Ｖlimより大きいリンク）が静的リンクの数よりもはるかに小さい場合に静止している可能性が高いと見なされる。リンク数は一定でなく、該処理がノード１０２を異なる数の静止している近隣１０２、１０６、または、１０７と比較するため、モビリティの度合いを推定するために異なる統計値が使用され得る。
【００３９】
例えば、ノード１０２の平均速度が検査され、平均速度が高くなるにつれてノード１０２が移動型である可能性が高くなる。しかしながら、多数の近隣ノード１０２、１０６、または、１０７が存在する場合、全てのリンクが動的に現れることはなく、平均が必ずしも高いとは限らない。リンクのタイプの配分の歪度も考慮される。大きい正の歪度は、動的リンクが少数で静的リンクが多数存在することを示す。つまり、静止している移動ノード１０２が、一つ以上の近隣ノード０２が移動し始めたことを判断することを示している。
【００４０】
一つのリンクが移動型と判断された後、ノード１０２は、「不動」比、つまり、ノード１０２が静止している可能性に比例するある期間にわたって待機することが好ましい。
【００４１】
【数９】
2008526168.tif 000011
このとき、klは、実験的倍率、Δtbはビーコン間の時間、μ|V|は全ての近隣ノード１０２、１０６、または、１０７に対する絶対相対速度の平均、および、γ|V|は全ての近隣ノード１０２、１０６、または、１０７に対する絶対相対速度の歪度である。待機期間により、他のノード１０２、１０６、および、１０７、特に、一時は移動型であったが静止し、静止型となったことをビーコンで通知している他のノード１０２からのビーコン通知を検出する時間が、多数の動的リンクを検出していないノード１０２に与えられる。より小さいｔverifを計算したノード１０２は、そのモビリティ・フラグを一（１）に設定する可能性が高い。それにより、より小さいｔverifを有する特定のノード１０２が移動型であることを示すビーコンを受信した場合には、大きいｔverifを計算したノード１０２は、モビリティ・フラグを一（１）に設定しない。従って、ビーコン間隔Δｔｂは、典型的な確認時間ｔverifよりもはるかに小さくなくてはならない。
【００４２】
更に、ノード１０２がモビリティ・フラグを一（１）に設定する前に時間ｔverifが経過することを待つ代わりに、ノードの次のホップノードからＩＡＰ１０６へ（あるいは、逆）ルートエラーメッセージがＩＡＰ１０６に送られ、且つ、この次のホップノードが静止している（例えば、ＷＲ１０７）場合に、ノードが当該ノード１０２のモビリティ・フラグを一（１）に設定することが可能である。ルートエラーは、代わりの次のホップが良好なリンク品質を提供していない状況で生ずる。つまり、ノード１０２は、ノード１０２のモビリティによる代わりのルートを迅速に見つける必要がある。
移動ノードが静止型になる
幾つかのビーコン間隔Ｆの後に、ノード１０２が自身と全ての静止している近隣ノード１０２、１０６、または、１０７（即ち、ビーコンで零（０）のモビリティ・フラグを通知している）との間の測定された距離が変化していない（即ち、相対速度Ｖ（ｔ）がＶlimよりも一貫して小さい）と判断した場合、ノード１０２は自身が静止したと考え、モビリティ・フラグを零（０）に設定する。一方で、ノード１０２に静止している近隣ノード１０２、１０６、または、１０７がない場合、ノード１０２は自身をまだ移動型と考える。
【００４３】
これらの状況は、移動状態または静止状態かを確認するためにノード１０２によって実行される、本発明の実施形態による処理の例を示す図７のフローチャートによってより詳細に理解されるであろう。以下の動作は、ノード１０２のコントローラ１１２および関連するハードウェアおよびソフトウェアによって実行され得ることに注意されたい。更に、フローチャートで使用される変数は以下のように定義される。
ＴＳ：タイムスタンプ（現在の時間）
ｋ：近隣ノードの指数
ＲｅｌＶｅｌ（ｋ）：ノードｋに対する相対速度
ＭｏｂＳｔａｔｅ（ｋ）：ノードｋのモビリティ状態（０＝静止型、１＝移動型）
ＭｏｂｉｌｉｔｙＦｌａｇ：ビーコンに含まれるモビリティ状態
Ｔｓlink(k)：ノードｋのタイムスタンプ限度（モビリティ検出タイマ期限）
Ｍｏｂｉｌｉｔｙ：現在のノードのモビリティ状態（０＝静止型、１＝移動型）
Ｖｌｉｍ：速度閾値
ＦｉｘＴｉｍｅ：ノードが静止しているか否かを判断するに必要な時間
ＬａｓｔＭｏｂＴｉｍｅ：固定ノードに対してモビリティが確立された最後の時間
ｔverif：平均相対速度と歪度に基づく確認時間（バックオフ）
図７に示すように、ノード１０２は、時間ＴＳでビーコンを送るか、あるいは時間ＴＳで別のノード１０２、１０６、または、１０７からビーコンを受信することができる。説明目的のため、ノード１０２が時間ＴＳでビーコンを送ることを最初に仮定する。ノード１０２がビーコンを送る寸前のとき、ステップ７００において、ノード１０２は、必要であれば、メモリ１１４から旧近隣ノード１０２、１０６、または、１０７に関する古い情報を任意に消去することができる。ステップ７０５において、ノード１０２は任意の他のノード１０２、１０６、または、１０７が静止型であることを示す他のノード１０２、１０６、または、１０７に対する任意の記録をメモリ１１４が含むか否かを判断する。含まない場合、ステップ７１０において、ノード１０２に対するモビリティ・フラグが、ノード１０２の「デフォルト」状態である一（１）に設定される。つまり、どの静止している近隣ノードも識別されない場合、ノード１０２は自身を移動型と識別する。しかしながら、メモリ１１４がこのような記録を含む場合、処理は、ステップ７１０を迂回して、以下に説明するように、ノード１０２が移動型または静止型と識別されるかを判断する。
【００４４】
ステップ７１５において、ノード１０２に対するモビリティ・フラグは一（１）に設定される。モビリティ・フラグが一（１）に設定されていると判断されると、ノード１０２は一（１）のモビリティ・フラグでビーコンを送信する。モビリティ・フラグが一（１）に設定されていない場合、処理は、ステップ７２０に進み、現在の時間がノード「ｋ」のモビリティ検出タイマ期限よりも大きいか否かが判断される。大きくない場合、ノード１０２は、ノード１０２が自身を移動型として判断していないことを示す零（０）にモビリティ・フラグを設定してビーコンを送信する。しかしながら、ステップ７２０において現在の時間がノード「ｋ」のモビリティ検出タイマ期限よりも大きい場合、ステップ７２５において、モビリティ検出タイマに対するタイムスタンプ限度Ｔｓlim(k)は無限大に設定され、ノード１０２のモビリティ・フラグは一（１）に設定される。つまり、近隣ノード「ｋ」に対する検出タイマは、ノード「ｋ」が移動型であることを示す情報を含むノード「ｋ」からのビーコンをノード１０２が受信する前に切れる。それにより、ノード１０２は自身が移動型であるとみなす。ノード１０２は一（１）のモビリティ・フラグでビーコンを送信する。
【００４５】
図７のフローチャートに示すように、時間ＴＳで別のノード１０２、１０６、または、１０７（ノード「ｋ」）からノード１０２がビーコンを受信する状態に関して、ステップ７３０において、ノード１０２は該ノード「ｋ」に対するモビリティ状態変数ＭｏｂＳｔａｔｅ（ｋ）を受信済みビーコンに含まれるモビリティ・フラグの値に設定する。ステップ７３５において、ノード１０２は上記式を用いてノード「ｋ」に対する相対速度を計算する。ステップ７３５においてノード１０２はその相対速度が正確か否かを判断する。つまり、ノード１０２とノード「ｋ」との間の距離に比べて計算された相対速度のエラーが大きすぎる場合、ノード１０２は計算を無視して、処理を終了する。
【００４６】
しかしながら、相対速度が正確であると見なされると、処理はステップ７４５に進み、ノード１０２はノード「ｋ」のモビリティ状態が一（１）に設定されているか否かを判断する。設定されている場合、処理はステップ７５０に進み、ノード１０２はノード「ｋ」に対するタイムスタンプ限界Ｔｓlink(k)を無限大に設定する。例えば、処理はノード１０２がまたビーコンを送る寸前の上述のステップに進む、または、処理目的のために新しいノード「ｋ」となる別のノード１０２、１０６、または、１０７からノード１０２が別のビーコンを受信するとステップ７３０を繰り返す。
【００４７】
一方で、ステップ７４５においてノード１０２がノード「ｋ」のモビリティ状態が一（１）に設定されていると判断すると、処理はステップ７５５に進み、ノード１０２のモビリティ値が一（１）または零（０）かを判断する。ステップ７５５においてノード１０２がそのモビリティ値が静止状態を示す零（０）であると判断すると、処理はステップ７６０に進む。ステップ７６０において、ノード１０２はノード「ｋ」に対するノード１０２の相対速度が速度閾値よりも大きくないか否か、且つ、ノード「ｋ」に対するタイムスタンプ限度Ｔｓlink(k)が無限大でないかを判断する。両方の条件が満たされない場合、処理は終了し、ノード１０２がビーコンを送る寸前か、ノード１０２が別のノード１０２、１０６、または、１０７から別のビーコンを受信するかに依存して上述した通りに処理を続けることができる。
【００４８】
しかしながら、両方の条件が満たされた場合、ノード１０２はノード「ｋ」に対するタイムスタンプ限度Ｔｓlink(k)をタイムスタンプ値ＴＳ（ビーコンを受信した時間）に確認に必要な時間（ｔverifの値）を加えた値に等しく設定する。処理は終了し、ノード１０２がビーコンを送る寸前か、ノード１０２が別のノード１０２、１０６、または、１０７から別のビーコンを受信するかに依存して上述した通りに処理を続けることができる。特に、ノード１０２が上述のようにステップ７３０から始まる処理を実行する前は静止状態にあると判断されると（即ち、モビリティ変数は零（０）に設定される）、ノード１０２は図７に示すように静止状態で維持されることに注意されたい。
【００４９】
しかしながら、ステップ７５５において、ノード１０２がそのモビリティ値が移動型であることを示す一（１）に設定されていると判断すると、処理はステップ７７０に進み、ノードはノード「ｋ」に対する相対速度が速度閾値よりも大きいか否かを判断する。大きい場合、処理はステップ７７５に進み、ノード１０２は、ノード１０２がビーコンを受信した時間ＴＳが、ノード１０２が固定のノード（ステップ７４５においてノード「ｋ」のモビリティ状態は零（０）と判断されていたことに注意されたい）に対してモビリティを確立した最後の時間であることを示す変数ＬａｓｔＭｏｂＴｉｍｅを時間ＴＳに設定する。処理は、ノード１０２がビーコンを送る寸前か、ノード１０２が別のノード１０２、１０６、または、１０７から別のビーコンを受信するかに依存して上述した通りに処理を続けることができる。
【００５０】
しかしながら、ステップ７７０において、ノード１０２がノード「ｋ」に対する相対速度が速度閾値よりも大きくないと判断すると、処理はステップ７８０に進み、ノード１０２は最後のモビリティ時間（即ち、ノード１０２が移動型と判断された最後の時間）だけ少ないタイムスタンプＴＳの値が、ノードが静止型かを判断するに必要な時間を表す変数ＦｉｘＴｉｍｅより大きいかを判断する。大きくない場合、処理は終了し、ノード１０２がビーコンを送る寸前か、ノード１０２が別のノード１０２、１０６、または、１０７から別のビーコンを受信するかに依存して上述した通りに処理を続けることができる。大きい場合、処理はステップ７８５に進み、ノード１０２は、もはや移動型でないとノード１０が判断したことを示す零（０）にモビリティ変数を設定する。つまり、ノード１０２がある期間にわたって全ての静止ノード「ｋ」に対して移動型であると判断することができない場合、ノード１０２はもはや移動型でないと判断する。
【００５１】
本明細書では、本発明の特定の実施形態を説明した。しかしながら、添付の特許請求の範囲に記載する本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更および変化が行われてもよいことが当業者には理解されるであろう。従って、明細書および図面は、制限的でなく例示的であり、全ての変更態様が本発明の範囲内に網羅されることが意図される。恩恵、利点、問題に対する解決策、および、全ての恩恵、利点、または解決策を得るあるいは明白にする全ての素子はどのまたは全ての請求項の重要、必要、または、不可欠な特徴または素子として考えられてはならない。本発明は、本願の係属中に行われた全ての補正を含む添付の特許請求の範囲、および、その特許請求の範囲の等価物によってのみ定められる。
【００５２】
なお、明細書中の式で使用された
【００５３】
【数１０】
2008526168.tif 000012
は、明細書中の説明では、／ｄl(t)、／ｄs(t)、及び／δｄとそれぞれ表記されている。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、本発明の実施形態によるシステムおよび方法を用いる、複数のノードを含むマドホック無線通信ネットワークの例を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示すネットワークにおいて使用されるノードの例を示すブロック図である。
【図３】図３は、図１に示す無線通信ネットワークにおける幾つかのノード間の通信リンクの例を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態による、ネットワークにおけるノードでの距離の推定対パス・ロスとエラー要素の影響を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態による短期移動平均フィルタと長期移動平均フィルタを用いてある時間にわたって測定される、図１に示すネットワークにおけるノードと近隣ノードとの間の距離の例を示すグラフある。
【図６】本発明の実施形態による、図５に示す測定された距離を用いて推定される、ネットワークにおけるノードの相対速度を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態による、ノードが移動状態か静止状態かを判断するための、図１に示すネットワークにおけるノードによって実行され得る動作の例を示すフローチャートである。
【図１】
2008526168.tif 000013
【図２】
2008526168.tif 000014
【図３】
2008526168.tif 000015
【図４】
2008526168.tif 000016
【図５】
2008526168.tif 000017
【図６】
2008526168.tif 000018
【図７】
2008526168.tif 000019