(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線システム内での使用のためのワイヤレスノードであって、
前記ワイヤレスノードは、無線システムの他のワイヤレスノードとコンタクトして情報を交換するよう適合され、
前記ワイヤレスノードは、少なくとも１つの無線リソースのセンシングを実行するよう適合され、
前記ワイヤレスノードは、近傍のノードとの間で情報を交換するよう適合され、
前記ワイヤレスノードは、
−少なくとも１つの他のワイヤレスノードへ前記センシングの結果を含むセンシング情報を配信するための手段と、
−他のワイヤレスノードにより実行される少なくとも１つの無線リソースのセンシングの結果を含むセンシング情報を受信するための手段と、
−少なくとも１つの他のワイヤレスノードからのセンシング情報を含む共同センシング情報に基づいて、特定の無線リソースが使用のために空いているか否かを判定するための手段と、
を含み、
前記ワイヤレスノードは、複数のホップを介してデータを転送することにより情報を通信するよう適合され、
前記センシング情報は、リソース使用の検出確率の局地的な関連性に基づくロケーションの制約と共に前記複数のホップを介して転送される、
ことを特徴とするワイヤレスノード。
【請求項２】
前記ワイヤレスノードは、複数の前記センシング情報を合成することにより前記共同センシング情報を生成するよう適合される、請求項１に記載のワイヤレスノード。
【請求項３】
前記センシング情報は、前記リソースが空いているか否かの確率の推定値を含む、請求項２に記載のワイヤレスノード。
【請求項４】
前記ワイヤレスノードは、複数のワイヤレスノードにより実行される少なくとも１つの無線リソースのセンシングの結果を含むセンシング情報を受信するよう適合される、請求項１〜３のいずれかに記載のワイヤレスノード。
【請求項５】
前記ワイヤレスノードは、所与の周期でセンシングを実行するよう適合される、請求項１〜４のいずれかに記載のワイヤレスノード。
【請求項６】
前記ワイヤレスノードは、トリガイベントに基づいてセンシングを実行するよう適合される、請求項１〜５のいずれかに記載のワイヤレスノード。
【請求項７】
前記トリガイベントは、推定される使用の確率が変化した他のノードからの受信されるメッセージである、請求項６に記載のワイヤレスノード。
【請求項８】
前記ワイヤレスノードは、量子化された情報としてセンシング情報を発信するよう適合される、請求項１〜７のいずれかに記載のワイヤレスノード。
【請求項９】
前記ワイヤレスノードは、前記センシング情報にタイムスタンプ又はシーケンス番号スタンプを付すよう適合される、請求項１〜８のいずれかに記載のワイヤレスノード。
【請求項１０】
前記ワイヤレスノードは、１つのワイヤレスノードから受信されるセンシング情報を他のワイヤレスノードへ転送するよう適合される、請求項１〜９のいずれかに記載のワイヤレスノード。
【請求項１１】
前記制約は、どういったセンシング情報を転送すべきかについての制限である、請求項１に記載のワイヤレスノード。
【請求項１２】
前記制約は、フラッディングの制約である、請求項１に記載のワイヤレスノード。
【請求項１３】
無線システム内の無線スペクトラムへのアクセスを判定するためのワイヤレスノードにおける方法であって、
前記ワイヤレスノードは、前記無線システムの他のワイヤレスノードとコンタクトして情報を交換するよう適合され、
前記ワイヤレスノードは、少なくとも１つの無線リソースのセンシングを実行し、近傍のノードとの間で情報を交換し、
−他のワイヤレスノードにより実行される少なくとも１つの無線リソースのセンシングの結果を含むセンシング情報を受信するステップと、
−少なくとも１つの他のワイヤレスノードからのセンシング情報を含む共同センシング情報に基づいて、特定の無線リソースが使用のために空いているか否かを判定するステップと、
を含み、
前記ワイヤレスノードは、複数のホップを介してデータを転送することにより情報を通信し、
前記センシング情報は、リソース使用の検出確率の局地的な関連性に基づくロケーションの制約と共に前記複数のホップを介して転送される、
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
複数の前記センシング情報を合成することにより前記共同センシング情報が生成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記センシング情報は、前記リソースが空いているか否かの確率の推定値を含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、日和見的（opportunistic）スペクトラムアクセスを伴う無線システムにおけるセンシングを提供するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の研究により、無線スペクトラムの使用がしばしば非常に非効率的であることが示されてきた。その１つの重要な要因は、現在のスペクトラムライセンシングの制度である。即ち、無線スペクトラムのある部分は無線通信システムの事業者などの団体（party）へライセンスされ、当該事業者には無線スペクトラムのその部分を排他的に使用する権利を与えられる。例えば、有用なスペクトラムの大部分がライセンスされたとしても、そのスペクトラムのいくらかの部分が相当に休眠していることを複数の測定が示している（例えば、T.Erpek,  K.Steadman,  D.Jonesによる“Spectrum  Occupancy  Measurements:  Dublin,  Ireland,  Collected  On  April  16-18,  2007”（Shared  Spectrum  Company  Report,  2007）参照）。従って、無線スペクトラムのより柔軟な使用が集中的な研究の主題になっており、そこでの狙いは、利用可能な無線スペクトラムの使用の最適化、即ち最大化である。
【０００３】
上で示した課題を解決するために、ＦＣＣ（Federal  Communications  Commission）は、先手を打って２００５年にいわゆるスペクトラムの２次利用（secondary  use）への道を開いた。即ち、例えばライセンス下で１つの団体−１次団体−により所有される無線リソースは、１次団体の運用（１次利用）の範囲内に入らない目的で他者（２次ユーザ）によっても使用（２次利用）され得る。それ故、２次ユーザは、ライセンスを有さず、１次団体による明示的な同意を得なくとも、１次団体により所有されている無線リソースを使用してよい。２次ユーザとして無線リソースにアクセスするための１つの要件は、当該２次ユーザを原因とする有害な干渉に１次団体がさらされるべきでないということである。従って、２次ユーザは、全ての実際上の目的について１次団体が影響を受けないことを保証できる場合に、１次団体により所有される無線リソース上で送信を行うことを許可される。
【０００４】
１次ユーザに悪影響を与えることなく２次ユーザがいつ送信を行えるかを決定するために、ある種の仕組みが提供されなければならない。よって、通信品質について実質的な影響を受ける１次ユーザが存在しない場合に、１次ユーザのスペクトラムにアクセスすることを２次ユーザは許可され、上記仕組みが２次ユーザを有効化すべきである。ある瞬間のスペクトラムの１次利用を評価するための１つのアプローチは、センシングを実行すること、即ち、プライマリ（１次）の送信の存在を測定するという目的でセンサ（無線受信機）を使用することである。センシング結果が１次利用を示していなければ、測定されたスペクトラムは２次アクセスのために利用されてよい。こういう種類の仕組みは、しばしばセンシングベースの日和見的スペクトラムアクセスと表現される。単純に言えば、全体としての目標は、キャパシティ及び個々のユーザのスループットを増加させることである。既存のアプローチは、次の文献において議論され検証されている：
http://www.academypublisher.com/jcm/vol02/no02/jcm02027182.pdf
http://www.eecs.berkeley.edu/~sahai/Papers/ICC06_final.pdf
【０００５】
簡潔に言うと、協調的な（collaborative）センシングは、複数のセンサの情報の収集が検出の確率の増加と誤った警報の確率の低減とを導くというアイディアの上で構築されるということができる。
【０００６】
また、水面下の環境におけるフィールドの協調的な適応センシングのための分散型のアルゴリズムが、次の文献で提示されている：
http://perso.eleves.bretagne.ens-cachan.fr/~huguenin/UUST07_DistributedSampling.pdf
【０００７】
上記アイディアは、ある部分で、集められる情報を合同で処理するノードのクラスタを分散的なやり方で形成し、フィールドの改善されたサンプリングのためにノードの位置を制御する、というものである。
【０００８】
無線システムの性能を向上させたいというコンスタントな要望が存在する。よって、日和見的スペクトラムアクセスを採用する無線システムにおけるセンシングの改善された方法のためのニーズが存在する。よって、目標は、例えばネットワーク内の他のユーザについての検出確率を向上させ、及び／又は誤警報の確率を低減することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明のある目的は、日和見的スペクトラムアクセスにおけるセンシングのための既存の方法に関連付けられる問題のいくつかを克服し又は少なくとも低減することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、ある無線リソースが使用のために空いているかを判定するための改善された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的の少なくとも１つは、添付の特許請求の範囲において呈示されたような本発明により獲得される。よって、ワイヤレスノードが互いにコンタクトする無線システムにおいて、ワイヤレスノードは、近傍のノードとの間で情報を交換することができる。加えて、直接的な通信の範囲外の離れたノードは、複数のホップにわたってデータを転送することにより通信することができる。ワイヤレスノード群又は少なくともそれらのサブセットは、少なくとも１つの無線リソースのセンシングを実行するよう適合される。一実施形態によれば、ノードは、（限定ではないが）リソースが空いているか否かの確率の推定値などのセンシング結果へセンシングの測定データを合成するよう適合され得る。センシングの結果は、少なくとも１つの他のワイヤレスノード、好適には複数のワイヤレスノードへ配信される。各ワイヤレスノードは、従って、当該ワイヤレスノードの周囲に位置する少なくとも１つの他のワイヤレスノードからのセンシング情報にアクセスすることができる。場合によっては自身の測定結果に基づいて、及び／又は少なくとも１つの他のノード、場合によっては複数のワイヤレスノードからの共同的な情報に基づいて、ワイヤレスノードは、特定の無線リソースが使用のために空いているか否かの改善された決定を行うことができる。
【００１２】
センシングは、一実施形態によれば所与の周期で発生してもよく、又は推定される使用の確率が変化した他のノードからの受信されるメッセージなどのイベントによりトリガされてもよい。
【００１３】
一実施形態によれば、センシングされた情報は、量子化された情報として発信される。例えば、各リソースについて、少なくとも１ビットに量子化された推定された使用の確率などのセンシング結果が配信され得る。
【００１４】
一実施形態によれば、センシング情報又はセンシング情報のサブセットは、フラッディングスキーム又はブロードキャストスキームにより配信され得る。一実施形態において、フラッディング／ブロードキャスティングは、地理的ロケーション、範囲、ホップ距離、ホップ数、制限される方向などの配信の制約に基づいて制限され得る。追加的に、一実施形態において、確率などの形式のセンシング情報が配信されるべきか否かについての決定は、推定された使用の確率が十分に大きい数だけ変化したというイベントを条件とすることができる。
【００１５】
一実施形態において、センシング情報には、タイムスタンプ又はシーケンス番号スタンプが付される。
【００１６】
一実施形態において、センシング情報を受信するノードは、情報を転送するよう適合され得る。センシング情報の転送は、フラッディングの制約又は他の制約により制限され得る。例えば、ノードは、各メッセージを１度だけ転送するよう適合され得る。望ましければ、またセンシング情報を含むメッセージが対象のノードへ伝達されていないと仮定できるならば、それは任意にＭ回まで再送されてもよい。
【００１７】
一実施形態によれば、ノードは、他のノードからのセンシング情報を受信し及び記憶するよう適合され、さらに、少なくとも１つの他のノードからの記憶したセンシング情報及び場合によっては自身の測定結果に基づいて、リソースの使用の確率などのセンシング結果を計算するよう適合される。
【００１８】
また、上記に従って、本発明は、無線システムのノードを用いた無線リソースの利用可能性を判定するための方法に拡張される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
以下、限定ではない例として、次の添付の図面を参照しながら、本発明がより詳細に説明される。
【００２０】
【図１】最短経路ツリーを例示する図である。
【図２】例示的なメッセージの図である。
【図３】ワイヤレスノードの図である。
【図４】例示的なシナリオを示す図である。
【図５】ワイヤレスノードにより実行されるある手続のステップ群を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下の例では、センシング情報を例示するために、確率ベースのメトリックの発信が使用される。しかしながら、本発明は、そうしたメトリックの発信に限定されない。直接的な測定結果又はいくつかの測定結果の組合せを含むいかなるセンシング情報が発信されてもよい。
【００２２】
チャネルｋを想定する。各センサにおいて、当該チャネル内でユーザにより発せられる信号が存在する確率を推定し、その推定される確率を、センサのアイデンティティをｖとしてＰｖと表すものとする。ノードが１つのセンサのみを有する場合には、ｖはノードのアイデンティティでもある。そして、送信を効率的に行うことができるように、確率Ｐｖを量子化する。極端なケースでは、Ｐｖを単一のビット（リソースの使用が検出されたか否か）に量子化することができる。ノードが複数のセンサを有する場合には、そうしたノードのついてのＰｖの値は、各センサから与えられるＰｖの値を結合することにより、又は測定されるベースバンド信号などの他のいくつかの指標を結合することにより、（量子化の前又は後に）単一の値に合成され得る。その際、ｖは、そうしたマルチセンサノードについてのノードのアイデンティティとなる。
【００２３】
多くのノードへの一片の情報の配信は、例えば次のようないくつかの手法によって成し遂げることができる。
−ブロードキャスティング：メッセージは、所定のブロードキャストツリーの経路に沿って進む。
−フラッディング：新たなメッセージを検知（overhear）するいずれかのユーザがいくつかの制約に従って単にそれを転送する。
【００２４】
ブロードキャストツリーを用いてのブロードキャスティングは、一般的には、フラッディングよりも高い信頼性で行われ得るが、ツリーのセットアップのためのオーバヘッドを要する。信頼性の観点は多様である。例えば、メッセージの衝突の確率（即ち、使用されるデータレートをサポートするには瞬間的な信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal  to  Noise  Ratio）が低過ぎる）が低くなるように、又はツリー内に定義されるリンクが正常に受信されるデータについて確認応答を使用するように、ブロードキャストツリーを定義することが可能であり、転送が失敗すれば複数の再送が発生し得る。
【００２５】
ブロードキャストツリーは、様々な手法で決定され得る。Bellman  Fordアルゴリズム（経路損失に関する最短経路）に基づくツリーの例（Ford  Fulkersonによる書籍“Flows  in  Networks”参照）は、図１において、中央のノードをルートとする。
【００２６】
新たなメッセージのみが確実に転送されるために、各情報の断片（又はより小さい情報の多くの断片を伴うメッセージ）には、初めて受信されたものか否かを受信ノードが判定できるようにするシーケンス番号又は時間タグが付される。受信ノードにとって新しいと決定されるとメッセージは転送されてよく、そうでなければ転送されない。
【００２７】
検出の確率は主に局地的な関連性を有するため、その情報のフラッディングは、いくつかのロケーションの制約と共に達成されるべきである。
【００２８】
ノードが自身のロケーションを知っていれば、リソースが占有されている確率又は他のセンシング結果には、ある地理的な有効性（validity）が割り当てられ得る。そして、フラッディング／ブロードキャストの仕組みは、（必要であれば）当該情報を単に転送し、それは特定される領域の範囲内である。
【００２９】
ノードが自身のロケーションを知らなければ、あるノードは各ホップごとにカウントダウンされるホップカウンタをメッセージ内でＮに設定することにより、最大でＮホップまでメッセージが送信されてよいことを特定し得る。これは、ホップの長さが様々であるため、単純ではあるがかなり粗いアプローチである。
【００３０】
また、カウンタは、受信電力レベル、送信電力についての知識及びメッセージが送信される距離を推定するための伝播条件についての前提に基づいてもよい。フラッディングされるメッセージについて許容される距離を表現するカウンタは、例えば、ゼロになるまでカウントダウンされてよく、それ以上の転送は許可されない。
【００３１】
メッセージフォーマットは、多くの手法で設計され得る。図２は、いくつかのメッセージフォーマットの例を示している。メッセージがまずセンサ位置、次に最大範囲、即ちメッセージが配信されるべき円形の地理的領域を記述するケースでは、ノードは、例えば全地球測位システム（ＧＰＳ）などの測位システムを通じて自身の位置を知らなければならない。メッセージは、例えば、送信元ノードを示すフィールド、及び／又はホップカウンタなどの範囲デリミタ若しくは領域デリミタに対応するフィールドを含むことができる。また、メッセージは、メッセージ識別フィールド、及び、例えば特定の無線リソース／無線チャネルが使用可能でないことの確率を示す結果などの少なくとも１つのセンシング結果を含むフィールドを有することができる。
【００３２】
上述したステップに基づいて、何らかの範囲又は領域内のノードからメッセージを受信することになる。これらメッセージは、少なくとも１つのチャネルについての推定される使用の確率などの量子化されたセンシング情報を搬送するであろう。
【００３３】
よって、この段階において、セットＶｖのノード（又はセンサ）から収集された情報を有するノードｖについての、自身の測定結果からの情報を含み得る、当該ノードの周囲で１次利用が行われていることの結合された確率は、次式により計算され得る：
【００３４】
【数１】
0005666462.tif 000002
【００３５】
ここで、Ｐｕは、ノードｕからの推定された使用の（量子化された）確率を表す。上述した等式は、全てのノード（又はセンサ）からの推定された確率が同等の重みを与えられ、独立していることを前提とする、という点を維持する。様々なノードから供給される情報を結合するためのより巧妙なスキームもまた可能であり、本発明者らにより想定されている。何らかの個別のノードからの複数の相関のない検出確率が存在する場合には、それらは、受信の性能をさらに改善するために全て使用され得る。
【００３６】
ある時間的瞬間において、センシングされた検出データは、その時点の現実を的確に示してはいないため、不適切となる。測定が行われた時間的瞬間がセンシング結果と共に搬送される場合、結合測定においてより低い重みをより古い結果／測定結果に与えることにより、検出プロセスは時間と共に忘却を行い得る。これは、例えば、ａ（ｔ）をｔの減衰関数とし、ｔｕをセンサｕからの測定結果の世代（age）として、例えば上述した等式内のＰｕをａ（ｔｕ）Ｐｕに置き換えることにより行われ得る。
【００３７】
図３において、ここで説明したような機能性を実行可能なノード３００の機能ブロックが示されている。ノードは、例えば、次のようなブロックを含み得る：
【００３８】
ＴＲＸブロック：データの送受信のために使用される送信及び受信ユニット３０１。
【００３９】
センシングユニット３０３；当該ユニットは、少なくとも自身での測定結果に基づく、リソースの使用の確率の推定値などの、リソースの使用の確率を記述する指標を計算することができる。
【００４０】
センシングレポート構築部（constructor）３０５；当該ユニットは、少なくともリソースのインジケータ及びリソースの使用の確率の推定値を含むセンシングレポートメッセージを構築する。
【００４１】
センシングレポート抽出部（extractor）；３０７：本ユニットは、ＴＲＸブロック３０１からのメッセージをセンシングレポートメッセージとして識別するよう適合され、さらに関心のあるリソースに関する情報と当該リソースについての関連付けられる使用の確率の推定値とを抽出してデータ結合センタ３１３及びセンシングレポート転送ユニット３１１へ情報を転送するよう適合され得る。
【００４２】
ＡＣＫ／ＮＡＫユニット３０９。当該ユニットは、信頼性のある伝達を保証するために、受信されるセンシングレポートメッセージに対して確認応答（ＡＣＫ）又は否定応答（ＮＡＫ）を行うことができる。
【００４３】
センシングレポート転送ユニット３１１：当該ユニットは、メッセージ内に含まれる転送の制約（ホップカウント、時間、距離など）に応じて、受信されるセンシングレポートメッセージを転送すべきか否かを決定することができる。メッセージをＴＲＸユニット３０１へ渡す前に、転送の制約を適切な形に変更する。
【００４４】
データ結合センタ３１３：当該ユニットは、例えばリソースの使用の確率の推定値などのセンシングユニットからの情報をセンシングレポートメッセージを通じて他のノードから受信される情報と統合することができる。
【００４５】
アクセス使用制御部３１５：（統合された）使用の確率の推定値が導出されたリソースについて、使用すべきか否かを決定する。
【００４６】
ネットワークトポロジーデータベース３１７：当該データベースは、ブロードキャスティングツリーにおいてセンシングレポートメッセージが配信される場合に、例えば１つ（又はより多く）の転送テーブルにおいてネットワークトポロジーを追跡することができる。
【００４７】
さらに、図４において、１から５まで付番された５つのノードからなるシステムでの例示的なシナリオであって、ここで説明した方法及びノードを例示するシナリオが示されている。また、他のシステムからのいくつかの他のユーザ４０１及び４０３が図４に存在する。ノード１から５は、本発明の説明に従って互いに情報を交換する。図４に示した例において、ノード群は、２つのホップにわたって情報を伝播し；１ホップのみ経過したメッセージを受信したノードはそれを転送し、しかし既に２ホップを経過していればメッセージは転送されないことになる。図中の付番された矢印は、矢印の番号に対応するノードから発せられたセンシング情報を示す。図４に示された例において、ノード１が、まず全てのノードからの推定された使用の確率を受信し：ノード２、３及び４からは１ホップ、ノード５からは（ノード４を介して）２ホップとなる。ノード５は、ノード１及び４から使用の確率を受信するが、ノード２及び３からはホップ数が２を超えるため受信しない。
【００４８】
各ノードは、自身の及び受信したセンシング情報に基づいて、更新された使用の確率Ｐｕｓａｇｅを計算する。各ノードは、ｖをノード番号として、それら使用の確率がどのように計算されるか、及びどの情報に基づくかを表す関数ｆｖを有する（上述した例を参照）。
【００４９】
上述した例は、矢印の表現が接続されたノード群を示すブロードキャストツリーを介するメッセージの伝播を示している。
【００５０】
図５において、上で説明したようなワイヤレスノードにより実行される手続き的なステップ群のいくつかを示すフローチャートが示されている。よって、無線システム内で無線スペクトラムへのアクセスを判定するためのワイヤレスノードが提供される。ワイヤレスノードは、無線システムの他のワイヤレスノードとコンタクトして情報を交換する。ワイヤレスノードは、次のような手続き的なステップ群を実行することができる。まず、ステップ５０１において、ワイヤレスノードは、少なくとも１つの無線リソースのセンシングを実行する。次に、ステップ５０３において、ワイヤレスノードは、他のワイヤレスノードにより実行される少なくとも１つの無線リソースのセンシングからの結果を受信する。少なくとも１つの他のワイヤレスノードからのセンシング情報を含む共同（collective）センシング情報に基づいて、ワイヤレスノードは、ステップ５０５において、特定の無線リソースが使用のために空いているか否かを判定する
【００５１】
ここで説明した方法及びノードの使用は、簡易な分散型の感度の向上されたリソース使用の検出を提供する。この仕組みを、例えば、移動端末により使用することができるが、他の移動端末と同等の条件で基地局としての固定ノードもまた含むことができる。
【図１】
0005666462.tif 000003
【図２】
0005666462.tif 000004
【図３】
0005666462.tif 000005
【図４】
0005666462.tif 000006
【図５】
0005666462.tif 000007