(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセッサとメモリとを備えるワイヤレスデバイスであって、前記メモリが、
実行可能な命令と、
前記ワイヤレスデバイスを含む複数のワイヤレスデバイスがデータの転送に参与するときに前記複数のワイヤレスデバイスが受け取ることになる利益および前記複数のワイヤレスデバイスが被るコストを定義する規則と、を記憶し、
前記命令が前記プロセッサによって実行されたとき、前記命令が、
前記ワイヤレスデバイスが他のワイヤレスデバイスとバックボーンとを含むネットワークの一部を形成する場合に、前記ネットワークのトポロジの情報を記憶することと、
前記規則と前記トポロジの情報とに基づいて、前記ワイヤレスデバイスから前記バックボーンへのルート上で前記バックボーンに対して前記ワイヤレスデバイスよりも近い第１のワイヤレスデバイスを介して第１のデータを前記バックボーンに送信することの第１のコストおよび／または利益を推定することと、
前記規則に基づいて、前記第１のデータを前記バックボーンに直接に送信することの第２のコストおよび／または利益を推定することと、
前記第１のコストおよび／または利益が、前記第２のコストおよび／または利益を上回るかどうか決定することと、
前記第１のワイヤレスデバイスが前記ルート上で前記バックボーンに対して前記第１のワイヤレスデバイスよりも近い第２のワイヤレスデバイスへ前記第１のデータを送信する可能性と前記バックボーンへ直接に前記第１のデータを送信する可能性とのいずれが高いかを、前記規則に基づくコストおよび／または利益分析を行って事前推定することと
を前記ワイヤレスデバイスに行わせ、
前記第１のコストおよび／または利益は、前記第１のワイヤレスデバイスにおける前記第１のデータの送信先の事前推定結果に基づいて推定される前記ワイヤレスデバイスから前記バックボーンまでのルート長に依存する、
ワイヤレスデバイス。
【請求項２】
前記命令が実行されたとき、前記命令が、前記ルート上で前記バックボーンに対して前記ワイヤレスデバイスよりも近いワイヤレスデバイスのいずれかにおいて前記第１のデータを前記バックボーンへ直接に送信する可能性がより高いとの事前推定結果が得られるまで、前記バックボーンに対してより近いワイヤレスデバイスについて前記事前推定を繰り返すことを前記プロセッサに行わせる、請求項１に記載のワイヤレスデバイス。
【請求項３】
キャッシュストレージをさらに備え、前記命令が実行されたとき、前記命令が、
所定データの送信を求める要求を別のワイヤレスデバイスから受信したときに、前記所定データが前記キャッシュストレージに記憶されているか否かチェックすることと、
前記所定データを前記別のワイヤレスデバイスに送信することのコスト／利益分析を実施することと、
前記所定データを送信することが前記ワイヤレスデバイスにとって有利であると前記コスト／利益分析が示す場合に、前記所定データを前記キャッシュストレージから読み取り、前記読み取られたデータを前記別のワイヤレスデバイスに送信することと、を前記プロセッサに行わせる、請求項１または請求項２に記載のワイヤレスデバイス。
【請求項４】
前記命令が実行されたとき、前記命令がさらに、データをバックホールとの間で伝送することを求める要求を別のワイヤレスデバイスから受信するのに続いて、前記推定を実施することを前記ワイヤレスデバイスに行わせる、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のワイヤレスデバイス。
【請求項５】
前記命令が実行されたとき、前記命令がさらに、
ルート発見プロトコルを使用し、バックホールとの間のデータ伝送に関与する可能性の高いワイヤレスデバイスの数の初期推定を形成することと、
前記ルート発見プロトコルを使用して発見されたルートを使用して前記ネットワーク中の他のワイヤレスデバイスを介してデータを送信することの、コストおよび／または利益の初期推定を形成することと、を前記ワイヤレスデバイスに行わせる、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のワイヤレスデバイス。
【請求項６】
前記トポロジの情報が索引テーブルを備え、前記索引テーブルが、前記ネットワーク中の他のワイヤレスデバイスの場所の詳細、および／または、前記ネットワーク中の他のワイヤレスデバイスが参与する可能性の高いデータ伝送サービスの情報を含む、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のワイヤレスデバイス。
【請求項７】
前記命令が実行されたとき、前記命令がさらに、前記索引テーブルを更新するためおよび／もしくは親ワイヤレスデバイスを発見するためにＲＰＬプロトコルのインスタンスを使用すること、ならびに／または、前記バックボーンから直接に受信されたデータを使用して前記索引テーブルを更新することを前記プロセッサに行わせる、請求項６に記載のワイヤレスデバイス。
【請求項８】
前記命令が実行されたとき、前記命令がさらに、他のワイヤレスデバイスに与えられたデータ通信サービスに対する補償を受け取ることと、前記ワイヤレスデバイスがデータ交換を開始した場合に、与えられたデータ交換サービスに対して他のワイヤレスデバイスに支払うことと、を前記ワイヤレスデバイスに行わせる、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のワイヤレスデバイス。
【請求項９】
前記規則が、前記ワイヤレスデバイスが別のワイヤレスデバイスから受信されたデータを指名された宛先に転送することにアップロードシナリオで参与するか、ダウンロードシナリオで参与するか、両方の組合せで参与するかにかかわらず、データ伝送に参与するワイヤレスデバイスによって得られる純利益が同じであるように、前記利益およびコストを定義する、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のワイヤレスデバイス。
【請求項１０】
複数の、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のワイヤレスデバイスと、バックボーンと、獲得または消費されるクレジットを前記ワイヤレスデバイスに割り振るクレジットサーバと、を備えるワイヤレスバックホールネットワークであって、前記ワイヤレスデバイスと前記バックボーンとが、ネットワークを形成するように、それらの間のワイヤレス通信チャネル中に存在するか、またはそれらの間でワイヤレス通信チャネルを確立できる、ワイヤレスバックホールネットワーク。
【請求項１１】
前記ネットワークが、ワイヤレスメッシュ／センサネットワーク、Ｗｉ−Ｆｉダイレクトネットワーク、ＬＴＥダイレクトネットワーク、遅延耐性ネットワーク、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）ネットワーク、マシン間ネットワーク、または５Ｇ通信ネットワークである、請求項１０に記載のワイヤレスバックホールネットワーク。
【請求項１２】
プロセッサとメモリとを備えるワイヤレスデバイスを動作させる方法であって、前記メモリが、実行可能な命令と、前記ワイヤレスデバイスを含む複数のワイヤレスデバイスがデータの転送に参与するときに前記複数のワイヤレスデバイスが受け取ることになる利益および前記複数のワイヤレスデバイスが被るコストを定義する規則と、を記憶し、前記方法が、
前記ワイヤレスデバイスが他のワイヤレスデバイスとバックボーンとを含むネットワークの一部を形成する場合に、前記ネットワークのトポロジの情報を記憶することと、
前記規則と前記トポロジの情報とに基づいて、前記ワイヤレスデバイスから前記バックボーンへのルート上で前記バックボーンに対して前記ワイヤレスデバイスよりも近い第１のワイヤレスデバイスを介して第１のデータを前記バックボーンに送信することの第１のコストおよび／または利益を推定することと、
前記規則に基づいて、前記第１のデータを前記バックボーンに直接に送信することの第２のコストおよび／または利益を推定することと、
前記第１のコストおよび／または利益が、前記第２のコストおよび／または利益を上回るかどうか決定することと、
前記第１のワイヤレスデバイスが前記ルート上で前記バックボーンに対して前記第１のワイヤレスデバイスよりも近い第２のワイヤレスデバイスへ前記第１のデータを送信する可能性と前記バックボーンへ直接に前記第１のデータを送信する可能性とのいずれが高いかを、前記規則に基づくコストおよび／または利益分析を行って事前推定することと
を備え、
前記第１のコストおよび／または利益は、前記第１のワイヤレスデバイスにおける前記第１のデータの送信先の事前推定結果に基づいて推定される前記ワイヤレスデバイスから前記バックボーンまでのルート長に依存する、
方法。
【請求項１３】
複数のワイヤレスデバイスとバックボーンとを備えるネットワークを動作させる方法であって、
前記複数のワイヤレスデバイスの１つである開始ワイヤレスデバイスが前記バックボーンへのデータアップロードまたは前記バックボーンからのデータダウンロードを開始することと、
前記開始ワイヤレスデバイスが、前記複数のワイヤレスデバイスが前記ネットワーク中でのデータの転送に参与するときに前記ネットワーク内で前記複数のワイヤレスデバイスが受け取ることになる利益および前記複数のワイヤレスデバイスが被るコストを定義する規則と、前記ネットワークのトポロジの情報とに基づいて、前記開始ワイヤレスデバイスから前記バックボーンへのルート上で前記バックボーンに対して前記開始ワイヤレスデバイスよりも近い第１のワイヤレスデバイスを介して第１のデータをアップロードまたはダウンロードすることの第１のコストおよび／または利益を推定することと、
前記開始ワイヤレスデバイスが、前記バックボーンとの間で直接に前記第１のデータをアップロードまたはダウンロードすることの第２のコストおよび／または利益を推定することと、
前記開始ワイヤレスデバイスが、前記第１のコストおよび／または利益が、前記第２のコストおよび／または利益を上回るかどうか決定することと、
前記開始ワイヤレスデバイスが、前記決定に基づいて、前記バックボーンからの直接のまたは前記第１のワイヤレスデバイスを介した、前記アップロードを開始するかまたは前記ダウンロードを要求することと、
前記開始ワイヤレスデバイスが、前記第１のワイヤレスデバイスが前記ルート上で前記バックボーンに対して前記第１のワイヤレスデバイスよりも近い第２のワイヤレスデバイスへ前記第１のデータを送信する可能性と前記バックボーンへ直接に前記第１のデータを送信する可能性とのいずれが高いかを、前記規則に基づくコストおよび／または利益分析を行って事前推定することと
を備え、
前記第１のコストおよび／または利益は、前記第１のワイヤレスデバイスにおける前記第１のデータの送信先の事前推定結果に基づいて推定される前記開始ワイヤレスデバイスから前記バックボーンまでのルート長に依存する、
方法。
【請求項１４】
プロセッサとメモリとキャッシュストレージとを備えるワイヤレスデバイスであって、前記メモリが、
実行可能な命令と、
ワイヤレスデバイスがネットワーク中でのデータの転送に参与するときに前記ワイヤレスデバイスが受け取ることになる利益および前記ワイヤレスデバイスが被るコストを定義する規則と、を記憶し、
前記命令が前記プロセッサによって実行されたとき、前記命令が、
前記ワイヤレスデバイスが他のワイヤレスデバイスとバックボーンとを含むネットワークの一部を形成する場合に、前記ネットワークのトポロジおよび／または前記ネットワークの他のデバイスのステータスを詳述する情報を記憶することと、
前記規則と前記トポロジの情報とに基づいて、前記ネットワークの他のワイヤレスデバイスを介してデータを前記バックボーンに送信することのコストおよび／または利益を推定することと、
前記規則に基づいて、データを前記バックボーンに直接に送信することのコストおよび／または利益を推定することと、
ここにおいて、一方または両方の推定が、データ送信の技術的コストと、それらの補償支払いと、経路長依存のネットワーク利益との推定を結合する、
前記バックボーンとの直接交換の前記コストおよび／または利益が、他のノードを介した前記バックボーンとのデータ交換の前記コストおよび／または利益を上回るかどうか決定することと、を前記デバイスに行わせ、
前記命令が実行されたとき、前記命令が、
所定データの送信を求める要求を別のワイヤレスデバイスから受信したときに、前記所定データが前記キャッシュストレージに記憶されているか否かチェックすることと、
前記所定データを前記別のワイヤレスデバイスに送信することのコスト／利益分析を実施することと、
前記所定データを送信することが前記ワイヤレスデバイスにとって有利であると前記コスト／利益分析が示す場合に、前記所定データを前記キャッシュストレージから読み取り、前記読み取られたデータを前記別のワイヤレスデバイスに送信することと、を前記プロセッサに行わせる、
ワイヤレスデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の実施形態は、一般に、ワイヤレスデバイス、およびワイヤレスデバイスを動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
実施形態によってカバーされる技術エリアは、広範な異種通信サブシステムを備える階層型モバイル通信システムを含む。これらのサブシステムは、通信バックボーン（本明細書では単に「バックボーン」と呼ばれる）を含む。バックボーンは、有線、ワイヤレス、または両方の組合せのいずれかである。このようなバックボーンは、コアネットワークに接続する、光ファイバ、インターネットインフラストラクチャ、ベーストランシーバステーション（ＢＴＳ）、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ（登録商標）、または任意の３Ｇ−４Ｇ−５Ｇ関連の（モバイルまたはワイヤレス）通信技術を含むことがある。サブシステムはさらに、ワイヤレスバックホール（本明細書では単に「バックホール」と呼ばれる）のセットも含み、これらのワイヤレスバックホールは、（マルチホップ）メッシュもしくはセンサネットワーク、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＷｉＦｉダイレクト、ＩＥＥＥ８０２．１５．４、６ＬｏＷＰＡＮ、ＮＦＣ、Ｍ２Ｍ、デバイス間、ＬＴＥダイレクト、リレーネットワーク、または他の５Ｇ関連の（ピアツーピアまたはアドホックワイヤレス）通信技術、などのしっかりと接続されたワイヤレスネットワークのクラスタ、ならびにアクセスポイント（ＡＰ）などである。ＡＰは、ワイヤレスバックホールシステムの一部であり通信バックボーンとの接続を提供する、ノードを表す。ＡＰは、固定およびトラステッド（例えば、ネットワークオペレータによって管理される）であることもあり、または、モバイルおよびアントラステッド（例えば、日和見的で自由意思）であることもある。ワイヤレスデバイスは、本明細書ではノードと呼ばれる。
【０００３】
バックホール技術とバックボーン技術とを融合するように設計された多くの異種ネットワークアプローチは、特定のプロトコル仕様を順守するという意味で、協力の原理を共有する。これらのプロトコル仕様は、例えば、規制機関、標準、またはＩＳＰによって定められる、チャネル割振りおよび／またはデータパケットルーティングもしくはオフローディングプロトコルとして実現されることがある。したがって、バックホールワイヤレスネットワーク（Ｐ２Ｐ、Ｄ２Ｄ、リレー、またはメッシュネットワークなど）は、それらが協力する際に用いるプロトコルに従って、以下のように分類されることが可能である。
【０００４】
・協調がとられるバックホール協力：これは、ワイヤレスデバイスがワイヤレスバックホール通信に参与する方式を統治する規則のセットを順守することに関する。
【０００５】
・自己発展的バックホール協力：これは、各ノードが、例えば相互性ベース、クレジットベース、またはレピュテーションベースの意思決定メカニズムによって、その寄与のレベルを自律的に決定できるようにするプロセスに関する。
【０００６】
従来のルーティング方式が直面する問題の１つは、協働への十分なインセンティブを提供するメカニズムであって、利己的な（経済的に合理的な）もしくは悪意あるノード（ただ乗り者）から、または好ましくない通信条件（境界ノードの呪い（curse of the boundary nodes）など）から保護するメカニズム、に関する。技術的な視点からは、到着パケットを転送してもノードの利益にはならない。しかし、協力を拒否すれば、ネットワークを深刻に劣化させることになり、さらにはノード自体の性能を損なうことにもなる。パケット転送を奨励するのに使用されるいくつかの従来アプローチは、２つの一般的タイプ、すなわちクレジットベースの方法とレピュテーションベースのシステムとに範疇化されることが可能である。レピュテーションベースのシステムはコミュニティ強制方式を含み、これは、不品行なことをするノードを検出して罰することによって、ノードの協力を奨励しようとするものである。
【０００７】
レピュテーションベースのシステムは、いくつかの問題を被る。これらのシステムは、協働への直接的なインセンティブを提供しない。このことは、モバイルノードが場所を変更する可能性、さらにはその識別証明書を変更する可能性さえあるかもしれない非常に動的な状況では、好ましくない。これらのシステムは、ノードが、パケットを転送するピアノードを監視でき、攻撃検出のためにこれらのパケットを分析できることに依存する。
【０００８】
通常のクレジットベースのアプローチでは、ノードが、パケットを転送することに対する何らかのクレジットを受け取り、このようなクレジットは、元々の送信側（または宛先）から差し引かれる。多くの事業においてクレジットメカニズムは改ざん防止ハードウェアを必要とするが、電子領収書の記録に依拠することも可能であり、電子領収書は、クレジットクリアランスサービスにクレジットを請求するために、ノードが使用することができる。しかし、悪い送信側がパケットを宛先に繰り返し送るフラッディング攻撃からの保護の助けとなるように、クレジットは通常、宛先ノードによってではなく発信元の送信側によって支払われる。しかし、ノードが送信のためにエネルギーを費やすことのないダウンロードシナリオでは、ノードは、データをソースに直接に要求することが可能な場合には、このデータをアドホックネットワークに要求する（また、アドホックネットワークに支払いをする）ことへのインセンティブを有さない。したがって、既知のクレジットベースのアプローチを、バックボーンおよびバックホールシステムアーキテクチャに適応させることはできない。
【０００９】
クレジットベースのシステムでは、パケットがその宛先に届くか否かにかかわらず、パケットを転送するあらゆるノードにクレジットが支払われる必要がある場合がある。このことは、サービス拒否攻撃および共謀攻撃の増加をもたらす。例えば、中間ノードがパケットを転送しない場合でも、送信側はなお、前のパケット転送ノードに支払う必要があることになる。しかし、このことは共謀攻撃を可能にし、この場合、中間ノードが、実際には転送していないデータパケットに対するクレジットを請求するために、パケット転送領収書を偽造する。もし、そうではなく、パケットがその宛先に届いたときにのみクレジットが支払われる場合は、ノードは、後続のノードがパケットを転送しないかもしれないと恐れて、パケットを転送するインセンティブが低減されるであろう。
【００１０】
さらに、パケットを転送するあらゆるノードに固定量のクレジットが支払われる必要のあるクレジットベースのシステムでは、悪意ある中間ノードが、パケットを遅延させて転送することを含めてパケット転送ルートを延長し、したがってより多くの中間ノードが送信側に対するクレジットを受け取るようにする可能性がある。
【発明の概要】
【００１１】
以下では、図面に関して実施形態が記述される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ノードＮ１〜Ｎ３がバックボーン（ＢＢ）ルートとバックホール（ＨＢ）ルートの両方のオプションを有する、バックボーンおよびマルチホップバックホールシステムの例示的なネットワークアーキテクチャを示す図。
【図２】一実施形態における、ワイヤレスノードにとって利用可能な選択肢の自由意思セットを示す図。
【図３】一実施形態によるルータのアーキテクチャを示す図。
【図４】アップロード例を示す図。
【図５】ダウンロード例を示す図。
【図６】バックボーンを介した通信と、バックホールネットワークの中で発展し続けることと、キャッシュの使用と、要求の無視との間で選択することによって、アップロード要求およびダウンロード要求をサーブするためのプロセスを示す図。
【図７】正方形展開領域中のＮ＝２００ノードのネットワークトポロジと、ソース（左下）から宛先（右上）への最短経路とを示す図であって、ノードＭ＝１６からｋ＝２２への直接リンクもまた破線で示される図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
一実施形態によれば、プロセッサとメモリとを備えるワイヤレスデバイスが提供される。メモリは、実行可能な命令と、ワイヤレスデバイスがネットワーク中でのデータの転送に参与するときにワイヤレスデバイスが受け取ることになる利益およびワイヤレスデバイスが被るコストを定義する規則と、を記憶する。命令がプロセッサによって実行されたとき、命令は：ワイヤレスデバイスが、他のワイヤレスデバイスとバックボーンとを備えるネットワークの一部を形成する場合に、ネットワークのトポロジおよび／またはこのネットワークの他デバイスのステータスを詳述する情報を記憶することと；規則とトポロジの情報とに基づいて、ネットワークの他のワイヤレスデバイスを介してデータをバックボーンに送信することのコストおよび／または利益を推定することと；規則に基づいて、データをバックボーンに直接に送信することのコストおよび／または利益を推定することと；をデバイスに行わせる。一方または両方の推定は、データ送信の技術的コストと、それらの補償支払いと、経路長依存のネットワーク利益との推定を結合する。命令がプロセッサによって実行されたとき、命令はさらに、バックボーンとの直接交換のコストおよび／または利益が、他のノードを介したバックボーンとのデータ交換のコストおよび／または利益を上回るかどうか決定することを、デバイスに行わせる。
【００１４】
デバイスは、選択されたルートのコストと利益との差引残高がプラスである場合にのみ、データの転送に参与してよい。
【００１５】
一実施形態では、ワイヤレスデバイスは、バックホールへのルート上の次のワイヤレスデバイスが、コスト／利益分析に基づいて、バックホールとのデータ交換においてさらに他のワイヤレスデバイスとデータを交換する可能性がより高いか、それともバックホールと直接にデータを交換する可能性がより高いかを、規則に基づいて推定し、次のワイヤレスデバイスについてのコスト／利益決定に基づいて、他のワイヤレスデバイスを介してデータをバックボーンに送信することのコストおよび／または利益の推定を改正する。
【００１６】
一実施形態では、ワイヤレスデバイスはさらに、次のワイヤレスデバイスがデータをバックホールと直接に交換する可能性が高いと決定されるまで、次のワイヤレスデバイスについて推定を繰り返す。
【００１７】
一実施形態では、ワイヤレスデバイスはさらにキャッシュストレージを備え、命令が実行されたとき、命令は：所定データの送信を求める要求を別のワイヤレスデバイスから受信したときに、所定データがキャッシュに記憶されているか否かチェックすることと；所定データを別のワイヤレスデバイスに送信することのコスト／利益分析を実施することと；所定データの送信がワイヤレスデバイスにとって有利であるとコスト／利益分析が示す場合に、所定データをキャッシュから読み取り、読み取られたデータを別のワイヤレスデバイスに送信することと；をプロセッサに行わせる。所定データの送信は、例えば、ワイヤレスデバイスによって得られるかまたは受け取られる利益および／または報酬が、デバイスの被る技術的コスト（例えば電池消耗の形の）を上回る場合に、ワイヤレスデバイスにとって有利である。
【００１８】
一実施形態では、命令が実行されたとき、命令はさらに、データをバックホールとの間で伝送することを求める要求を別のワイヤレスデバイスから受信するのに続いて、上記の推定を実施することを、デバイスに行わせる。
【００１９】
一実施形態では、命令が実行されたとき、命令はさらに：バックホールとの間のデータ伝送に関与する可能性の高いワイヤレスデバイスの数の初期推定を形成するために、ルート発見プロトコルを使用することと；発見プロトコルを使用して発見されたルートを使用してネットワーク中の他のワイヤレスデバイスを介してデータを送信することの、コストおよび／または利益の初期推定を形成することと；をデバイスに行わせる。
【００２０】
一実施形態では、トポロジの情報は索引テーブルを備え、索引テーブルは、ネットワーク中の他のワイヤレスデバイスの場所の詳細、および／または、ネットワーク中の他のワイヤレスデバイスが参与する可能性の高いデータ伝送サービスの情報を含む。
【００２１】
一実施形態では、索引テーブルを更新するためおよび／もしくは親ワイヤレスデバイスを発見するため、ならびに／または、バックボーンから直接に受信されたデータを使用して索引テーブルを更新するために、ＲＰＬプロトコルのインスタンスが使用される。更新プロトコルはＲＰＬの一部であってよく、ＲＰＬは、６ＴｉＳＣＨの一部である。
【００２２】
一実施形態では、命令が実行されたとき、命令はさらに：実施されたコスト／利益分析に鑑みて最も好ましい参与方式に応じて、他のワイヤレスデバイスを介して、もしくはバックボーンと直接に、もしくはキャッシュに記憶されたデータを供給することによって、データ交換に参与すること；または、そうすることのコストが利益を上回る場合には参与を拒否すること；をデバイスに行わせる。
【００２３】
一実施形態では、命令が実行されたとき、命令はさらに：他のワイヤレスデバイスに与えられたデータ通信サービスに対する補償を受け取ることと；デバイスがデータ交換を開始した場合に、与えられたデータ交換サービスに対して他のワイヤレスデバイスに支払うことと；をデバイスに行わせる。
【００２４】
一実施形態では、規則は、ワイヤレスデバイスが別のワイヤレスデバイスから受信されたデータを指名された宛先に転送することにアップロードシナリオで参与するか、ダウンロードシナリオで参与するか、両方の組合せで参与するかにかかわらず、データ伝送に参与するワイヤレスデバイスによって得られる純利益が同じであるように、利益およびコストを定義する。
【００２５】
一実施形態では、サービスコストが推定され、ワイヤレスマルチホップバックホールに参与するワイヤレスデバイスに貸方記入または借方記入される。このコストは、バックホールを介してデータを中継することによってネットワークの効率を高めることへの、インセンティブを提供する。
【００２６】
一実施形態では、間接的マルチホップバックホールルートの技術的コストは、直接的アクセス通信リンクの技術的コストとの比較で推定され、サービスコストを計算するために潜在的な節約（差分）として使用される。このサービスコストは、サービス利益の形で、ワイヤレスマルチホップバックホールに参与するワイヤレスデバイス間で共有される。
【００２７】
一実施形態では、ワイヤレスバックホールネットワークが、複数の前述のワイヤレスデバイスと、バックボーンと、獲得または消費されるクレジットをワイヤレスデバイスに割り振るクレジットサーバと、を備える。ワイヤレスデバイスとバックボーンとは、ネットワークを形成するように、それらの間のワイヤレス通信チャネル中に存在するか、またはそれらの間でワイヤレス通信チャネルを確立できる。
【００２８】
一実施形態では、ワイヤレスデバイス間の通信リンク、および／またはワイヤレスデバイスとバックボーンとの間の通信リンクは、遅延耐性を有する。
【００２９】
一実施形態では、デバイスは、Ｗｉ−Ｆｉメッシュ、６ＬｏＷＰＡＮ、またはＬＴＥダイレクトを使用して、アドホックワイヤレスネットワークをインスタンス化することができる。
【００３０】
一実施形態では、ネットワークは、ワイヤレスメッシュ／センサネットワーク、Ｗｉ−Ｆｉダイレクトネットワーク、ＬＴＥダイレクトネットワーク、遅延耐性ネットワーク、モノのインターネット（Internet of Things）ネットワーク、マシン間ネットワーク、または５Ｇ通信ネットワークである。
【００３１】
一実施形態によれば、プロセッサとメモリとを備えるワイヤレスデバイスを動作させる方法が提供される。メモリは、実行可能な命令と、ワイヤレスデバイスがネットワーク中でのデータの転送に参与するときにワイヤレスデバイスが受け取ることになる利益およびワイヤレスデバイスが被るコストを定義する規則と、を記憶する。方法は：ワイヤレスデバイスが、他のワイヤレスデバイスとバックボーンとを含むネットワークの一部を形成する場合に、ネットワークのトポロジを詳述する情報を記憶することと；規則とトポロジの情報とに基づいて、ネットワークの他のワイヤレスデバイスを介してデータをバックボーンに送信することのコストおよび／または利益を推定することと；規則に基づいて、データをバックボーンに直接に送信することのコストおよび／または利益を推定することと、を備える。一方または両方の推定は、データ送信の技術的コストと、それらの補償支払いと、経路長依存のネットワーク利益との推定を結合する。方法はさらに、バックボーンとの直接交換のコストおよび／または利益が、他のノードを介したバックボーンとのデータ交換のコストおよび／または利益を上回るかどうか決定することを備える。
【００３２】
一実施形態によれば、複数のワイヤレスデバイスとバックボーンとを備えるワイヤレスネットワークを動作させる方法が提供される。方法は：ワイヤレスデバイスの１つがバックボーンへのデータアップロードまたはバックボーンからのデータダウンロードを開始することと；開始ワイヤレスデバイスが、ワイヤレスデバイスがネットワーク中でのデータの転送に参与するときにネットワーク内でワイヤレスデバイスが受け取ることになる利益およびワイヤレスデバイスが被るコストを定義する規則と、ワイヤレスデバイスによって形成されるネットワークのトポロジの情報とに基づいて、ネットワーク中の他のワイヤレスデバイスを介してデータをアップロードまたはダウンロードすることのコストを推定することと；開始ワイヤレスデバイスが、バックボーンとの間で直接にデータをアップロードまたはダウンロードすることのコストを推定することと；バックボーンとの直接的なデータ交換のコストおよび／または利益が、他のノードを介したバックボーンとのデータ交換のコストおよび／または利益を上回るかどうか決定することと；開始ワイヤレスデバイスが、決定に基づいて、バックボーンからの直接のまたは他のワイヤレスデバイスを介した、アップロードを開始するかまたはダウンロードを要求することと、を備える。一方または両方の推定は、データ送信の技術的コストと、それらの補償支払いと、経路長依存のネットワーク利益との推定を結合する。
【００３３】
好ましい実施形態は、間接的マルチホップバックホール技術と直接的バックボーン技術とが、自己発展的な、非集中化された、頑強な方式で、共存するのを可能にする。これにより、公平性、システム機能性、効率、スケーラビリティが維持され、背信および共謀攻撃がくじかれる。無駄でコストのかかるオーバヘッドが回避される。実施形態において紹介されるバックホールシステムは、クレジットサーバを含めたバックボーンアプリケーションおよびサービスへの直接通信ルートと間接通信ルートの両方が可能なデバイスのための、クレジットベースの自己発展的なルーティング方式である。データの転送への参与に関連する技術的コストをワイヤレスデバイスに補償するための、ワイヤレスデバイスへの支払いは、以下では技術的補償コストと呼ばれるが、この支払いは、アップロードの場合とダウンロードの場合とでインセンティブが同じであるようなものである。実施形態の方法は、直接通信と間接通信との間での選択をサポートする／可能にする、技術的コストとクレジットベースの利益との間のトレードオフを含む。方法はまた、間接ルートの長さを推定するために、ピアワイヤレスデバイスの技術的およびクレジットのトレードオフを事前推定する。個々のワイヤレスデバイスによって決定がなされるので、ワイヤレスデバイス、およびワイヤレスデバイス上で実施される方法は、非集中型である。
【００３４】
今日の遠隔通信ネットワークは、ますます高いデータレートを要求する新しいサービスをサポートするために、より大きくより複雑で動的なシステムになりつつある。本特許は、自律的に再構成し、自己最適化し、複雑なネットワークにスケールすることのできる、ハイブリッドインフラストラクチャベースの非集中化されたアドホックワイヤレスモバイル通信技術を備える、異種ネットワークの前提に基づく。
【００３５】
従来の技術が被る問題の１つは、しっかりと接続されたマルチホップワイヤレスバックホールの一部になることへのインセンティブがモバイルデバイスに与えられるためのメカニズムに関する。
【００３６】
図１は、一実施形態がその中で実装され得る異種通信システム１００を示す。図１は、いくつかのワイヤレスセンサ／デバイス／ノード１１０と、バックボーンゲートウェイ１２０とを示す。ノード１１０は、システム１００中のどこに位置してもよい。しかし、以下ですぐに明らかになるであろうが、ノード１１０とバックボーンゲートウェイ１２０との間の直接データ交換のコストは、システム１００のエッジに位置するノード１１０にとって最も高いことから、そのような「エッジ」ノードが本実施形態からの利益を最も受けることは明確である。バックボーンは、アプリケーションサービスへのアクセスを提供するコア集中型通信ネットワークになるように接続するネットワークの一部である。ウェブサービスデータベース１４０上で例えば提供される特定のサービスに接続するために、各ノードは、ゲートウェイ１２０に直接に接続すること（図１で「バックボーン」とラベル付けされた矢印によって示されるように）、またはバックホールを介して間接的に接続すること（図１で「バックホール」とラベル付けされた矢印によって示されるように）のいずれかができる。バックホールネットワークは、バックボーン／コアネットワーク、およびネットワーク中の他のノード（ネットワークエッジにおけるノードなど）、の間の中間リンクを備えるワイヤレスアクセスネットワークである。サービス／データベース１４０は、クラウド中に位置してよい。
【００３７】
特にネットワーク１００のエッジにおけるノード１１０は、ノードＮ1〜Ｎ3の場合のように、バックホールを介してマルチホップ方式でゲートウェイ１２０にアクセスすることができる。潜在的に重なる複数のマルチホップバックホールが、同時に存在することがある。マルチホップバックホール内では、各ノードは、ウェブ／アプリケーションサービスをサポートするために、バックボーンとの間でトラフィックを中継することができるか、またはバックホール中の他のリレーに転送することができ、さらにはデータをローカルキャッシュに記憶することさえできる。
【００３８】
一実施形態のノード１１０は、以下の２つの経路を介して、データまたはアプリケーションサービスにアクセスするオプションを有する。
【００３９】
１）バックボーンから直接に（利用可能な通信リンク次第である）。
【００４０】
２）再構成可能なマルチホップワイヤレスバックホールルートを介して間接的に。２つの経路間での選択は、ローカルに、およびバックホールルートに沿った各ホップにおいて、実施される。
【００４１】
さらに２つの選択肢が、以下を含む。
【００４２】
ａ）ノード１１０が、将来の再使用のためにデータをキャッシュする。
【００４３】
ｂ）ノード１１０が、アップロードまたはダウンロードする要求を無視する（例えば、要求の促進に参与するとマイナスのペイオフを被る可能性が高い場合に）。
【００４４】
これらの選択肢は図２に説明されている。
【００４５】
ノード１１０が適切な選択を行えるようにするために、一実施形態によるノード１１０は、マルチホップバックホールネットワークアーキテクチャに関する現情報を、記憶および／または定期更新する。これにより、例えば、バックボーンゲートウェイへの最短マルチホップルート（もしくは類似物）の算出、またはより一般的には、特定のルートが含むであろうホップの数の算出が可能である。
【００４６】
一実施形態では、ワイヤレスバックホールデバイスおよびセンサの間の協力を推進するために、クレジットベースのシステムが使用される。
【００４７】
実施形態によるノードは、ネットワークトポロジに関する記憶された最新データを使用して、以下を算出する。
【００４８】
ａ）データをバックボーンとの間で直接にアップロード／ダウンロードすることの、技術的／サービスコスト（例えば伝送電力要件の点からみた）。
【００４９】
ｂ）バックボーンとの間のマルチホップワイヤレスバックホールルート。および、ルートに沿った次のバックホールリレーへの、データアップロード／要求転送の、技術的／サービスコスト。
【００５０】
ｃ）ワイヤレスバックホール通信に協力することに対する見返りとして（例えばサービス利益の形で）受け取るとノードが予想するクレジットの推定。
【００５１】
サービス利益は、一実施形態では、実装されたマルチホップルートに沿ったすべてのワイヤレスバックホール参与側によって等しく共有され、要求がサーブされたことをデータ要求開始ノードが確認した後でバックボーンによって提供される。上記の算出された数量を使用して、デバイスまたはセンサノードは、コスト／利益不等式を公式化し、決定を行う。加えて、またクレジットシステムの差引残高を保証するために、要求開始デバイス／センサは、ピアバックホールノードとの間でデータをアップロードまたはダウンロードするときに、サービスコストを支払うことに同意する。このサービスコストは、バックホールノードにサービス利益を支払うのに使用される。
【００５２】
アップロードマルチホップバックホール送信は、例えばエネルギー消費の点で、ワイヤレスデバイス／センサにとってより低コストである。加えて、協力クレジットが取得される。このクレジットは、本明細書ではサービス利益とも呼ばれ、サービスコストの形で、データまたはアプリケーション要求を開始する（したがって将来のサービスにおいてさらに節約する）のに使用されることが可能である。
【００５３】
ダウンロードの場合は、システムは、第１のノードにデータを送るよう第１のノードが第２のノードに要求した場合には、そうすることのコストをどんなノードも第２のノードに補償することが必要になると仮定する。実施形態では、このコストは、第２のノードが第１のノードにデータを送ることを第１のノードが求めないのに、第２のノードがそうするときには、支払い可能でない。
【００５４】
バックボーンの視点からは、ダウンロードにバックホールが使用されるとき、送信はより低コストである（例えばエネルギー消費の点で）。
【００５５】
ネットワークの視点からは、データルートは、アップロードバックホールとダウンロードバックホールの両方の場合で、よりエネルギー効率がよく、自己組織的である。これは、例えば、スマートパーソナルＡＰを利することができる。
【００５６】
一実施形態によるノード１１０は、索引テーブルを（メモリ中で）維持し（例えば、ＷｉＦｉビーコン信号を処理することによって、またはＲＰＬプロトコルのインスタンスによって通信されるランク情報によって）、索引テーブルは、ノード索引（ＮＩ）のセットを備える。各ＮＩは、ピア近隣ノードに関する情報と、任意選択で、このノードが申し出るデータ／アプリケーションサービスへの索引のセットとを含む。一実施形態では、索引テーブルおよびＮＩの構造は、ネットワーク内のノードについて、以下の情報をメモリ中で維持する。
【００５７】
物理的索引：これは、以下のうちの１つまたは複数を特徴付ける索引のセットを含む。
【００５８】
ａ．索引付けされた近隣ノードの最近の（または履歴的な）場所。
【００５９】
ｂ．索引付けされた近隣ノードの最近の（または履歴的な）ネットワークアクティビティ。
【００６０】
ｃ．近隣ノードの通信能力。
【００６１】
ｄ．１つのバックホールノードの識別。
【００６２】
物理的索引は、異なる複数のタイムスタンプ（ｔ１、ｔ２など）においてバックホールノードによって提供された（例えばブロードキャストされた）関連パラメータの時系列を含むことができる。これらのパラメータは、識別、ジオポジショニング、アクセスネットワーク、電池ステータス、および他のデバイスステータス情報を含む。
【００６３】
サービス索引：これは、近隣ノード１１０が申し出る準備ができているサービスへの索引のセットを含む。このサービス索引の各々は、一実施形態では、以下のようにさらに構造化される。
【００６４】
ｅ．ダウンロード（プル）索引：これは、入来したダウンロード要求をサーブするためにノード１１０がダウンロードする（そして通信し返す）よう受け入れる気があるデータ／情報を指定するフィルタである。例えば、この索引は、ノードがその内容をダウンロードしようと申し出ているワールドワイドウェブアドレス（例えばｂａｃｋｂｏｎｅＣ）である場合がある。
【００６５】
ｆ．アップロード（プッシュ）索引：これは、入来したアップロード要求をサーブするためにノード１１０がデータをアップロードする気があるアップロード先データベース／アプリケーションサービスを指定するフィルタである。例えば、このような索引は、ワイヤレスセンサからデータを収集するデータベースサーバ（例えば、ｅヘルス（e-health）のアプリケーション）である場合がある。
【００６６】
ｇ．キャッシュ索引：これは、入来したダウンロード要求をサーブするためにノード１１０がそのコピーをローカルメモリに記憶しており要求時に通信して返そうとするデータ／情報への索引である。例えば、この索引は、ノード内にその内容がキャッシュされるワールドワイドウェブアドレス（例えばｂａｃｋｂｏｎｅＣ）である場合がある。
【００６７】
ｈ．時間遅延およびサービス品質索引：これは、特定のダウンロード索引、アップロード索引、またはキャッシュ索引とリンクされ得る、遅延量、サービス品質（ＱｏＳ）、または時間ベースの通信スケジューラ、を表すための索引である。例えば、遅延索引は、入来センサデータがデータベースに（もしくはさらに別のノードに）プッシュされる前に、またはウェブサイト（もしくは別のノード）からプルされる前に待機する最大時間量を意味することができる。第２の例として、遅延索引は、ノードがセンサデータをデータベースにプッシュするように、またはデータをウェブサイトからプルしてキャッシュするようにスケジュールされている時刻を意味することができる。第３の例は、ノードがデータをプッシュ／プルできる他のタイミング条件を含み、例えば、電池レベルが十分なときや、ノードが特定のアクセスポイントに接続されているときを含む。
【００６８】
各ノード１１０が維持する索引テーブルは、２つの方法で更新されてよい。第１に、索引は集中的な方式で更新されてよく、この場合、各ノード１１０は、その索引テーブルをバックボーンから直接に更新する。第２の代替は、ルート発見プロトコルを含むことができ、ルート発見プロトコルは、各ノードがそのＮＩをマルチホップバックホール内で更新および通信するのを可能にする。この設定で使用され得るルート発見プロトコルは、当技術分野で周知であり、したがって、このようなプロトコルが本議論の一部として詳細に記述される必要はない。例えば、ＩＥＴＦ  ６ＴｉＳＣＨプロトコル仕様の態様、特にＲＰＬプロトコルのインスタンスが、ＮＩの非集中型更新に適する。
【００６９】
図３に、ｎ1として表されるノード１１０の機能的アーキテクチャが示されている。ノード１１０は、バックホールサービス更新器１５０と、経路長推定器１６０と、物理的およびクレジットコスト／利益更新器１７０と、コスト／利益レジスタ１８０とを備える。バックホールサービス更新器は、ノード１１０の、ピア近隣ノードの索引テーブルを、例えば定期的な間隔でまたは要求時に更新するように構成される。マルチホップバックホールは、他のノード１１０がｋホップ通信範囲内にある可能性が高いネットワークトポロジによって、ノード１１０内で表されることが可能であり、ｋは、所定数であるか、または、最大許容遅延要件に基づいてノード１００／ｎ1によってローカルに決定されるかのいずれかである。
【００７０】
バックホールサービス更新器１５０はさらに、ローカルのまたは入来した通信要求をサーブすることに寄与するのに適格なノード１１０のセットを評価するように構成される。ノード１１０を介してアップロード／ダウンロードされることになるデータには、開始ノード１１０によって設定された制限および／または要件のセットが付随することがある。これらは、例えば、信頼性および遅延要件を含むことができる。適格性は、アップロードまたはダウンロードアプリケーション要件を、近隣ノード１１０のＮＩのサービス索引と比較することによって決定される。すなわち、開始ノード１１０は、どの近隣ノードが適格か、すなわち、チェックするこのノード１１０によって設定されたダウンロード、アップロード、キャッシュ、および遅延サービス要件を満たすか、を決定するために、すべての近隣ノードからのサービス索引をチェックする。バックホールサービス更新器１５０は、適格なサービス特有ノードのセット｛ＮＩY｝を提供する。
【００７１】
経路長推定器１６０は、マルチホップバックホールルートが選択されている場合に、バックボーンに到達するのに必要とされるホップの見込み数を推定するように構成される。この推定は、ノードのセット｛ＮＩY｝に関係する情報についてバックホールサービス更新器１５０によって提供される情報を使用する。経路長推定器１６０は、後でさらに詳細に記述されるように、一実施形態によれば、ピアノード１１０が別のホップを使用せずその代りにバックボーンまたはローカルキャッシュから直接に要求をサーブすることになる可能性が高いときを予測するように動作するように構成される。
【００７２】
物理的およびクレジットコスト／利益更新器１７０は、通信要求を種々の方法で扱うことによって受けるペイオフ（すなわち、利益からコストを引いたもの）の推定を可能にする。これらの方法は、要求を無視すること（０コスト／利益）、要求をローカルキャッシュからサーブすること、要求を別のノード１１０に転送すること、またはバックボーンとの間で直接にデータをプッシュ／プルすること、にわたる。このプロセスの動作詳細については、さらに後でより詳細に記述される。
【００７３】
コスト／利益レジスタ１８０は、技術的およびサービスの、利益およびコストの記録を維持する。レジスタ１８０は、推定値を更新すること、ならびに、これらの推定が実際の得られたサービス利益および費やされたサービスコストと一致するか否かを後の段階で検証すること、を行うように構成される。レジスタ１８０はまた、安全で悪意に影響されない方法でサービス利益およびコストの請求および支払いを行うために、図１に示されるクレジットサーバ１３０と安全に通信するように構成される。このプロセスの詳細は、本発明の一部ではない。
【００７４】
一実施形態によるクレジットシステムのコストおよび利益
一実施形態では、ノード１１０にアップロードへの参与が要求されるかダウンロードへの参与が要求されるかにかかわらず、バックホールの使用への等しいインセンティブをノード１１０に提供するために、いくつかのコストが定義される。
【００７５】
技術的コスト
【数１】
0006567671.tif 000002
は、データをノードｎxから別のノードｎyに通信することの物理的な通信および計算コスト（例えば、費やされるエネルギー）を表す。これらのコストは、一実施形態では、信号符号化および信号復号の、ならびにダウンロード要求、アップロード要求、またはキャッシュ要求を処理および中継することの、ワイヤレス電力送信のコストを含む。このコストは、ワイヤレスチャネルモデル（例えば、ｎxとノードｎyとの間の距離）の関数である。このコストはまた、通信されることになるデータの量、ならびに通信時間（例えばサービス遅延索引）の関数でもある。簡単にするために、前述の他の技術的コストファクタは本開示では考慮されない。技術的コストは、バックボーン技術的コストに関係するものと、バックホール技術的コストに関係するものとに区別される。バックボーン技術的コスト
【数２】
0006567671.tif 000003
は、ノードｎxがバックボーンまたはバックボーンゲートウェイノードと通信することの技術的コストである。バックホール技術的コスト
【数３】
0006567671.tif 000004
は、ノード１１０／ｎ1が、（次のまたは前の）バックホールノードｎ2と通信することの技術的コストである。
【００７６】
技術的利益は、ノード１１０間での通信に寄与するときに実現可能な、収穫されるエネルギーなどの物理的な通信利益、または情報科学／計算利益（例えば知識取得）、またはデータをキャッシュする価値、である。
【００７７】
サービスコストは、ノード１１０が別のノードに支払いまたは貸方記入をする必要がある可能性のある仮想コスト（またはクレジット）である。本明細書では、２つのタイプのサービスコスト、すなわちバックホールサービスコストおよび技術的補償サービスコストについて言及される。バックホールサービスコスト
【数４】
0006567671.tif 000005
は、バックホールを介してダウンロード、アップロード、またはキャッシュサービス要求を出すことに対して、開始ノード１１０／ｎ0に借方記入されるコストである。サービスコストは、開始ノードによって決定されてよい。サービスコストは、このノードとバックボーン（宛先。例えば基地局やアクセスポイント）との間の初期距離の関数であってよい。サービスコストは、通信されることになるデータの量の関数である。データサイズが大きいほど、サービスコストは高い。開始デバイスがバックボーンと直接に通信し、マルチホップバックホールを使用しないときは、サービスコストを被らない。マルチホップバックホールに参与する中間バックホールノードは、バックホールサービスコストを支払わない。サービスコストは、サービス利益を中間バックホールノードに分配するのに使用される。これは、ａ）開始バックホールノードが
【数５】
0006567671.tif 000006
を集中型／バックボーンクレジットサーバに支払う場合、および、ｂ）クレジットサーバが首尾よいバックホール通信の終わりに続いてサービス利益を分配する場合、に実現され得る。別法として、このコストは、マルチホップバックホールルートを介して宛先ノード（例えばバックボーン）に支払われてもよい。本開示で紹介されるクレジットシステムは、利己的なノードが正直であることを保証する（悪意を持った挙動は利己的なノードのペイオフを減じることになるので）が、通信障害の場合がある（例えば技術的な問題のせいで）。これが発生した場合は、開始デバイスはどんなバックホールサービスコストも支払わないことになる。
【００７８】
技術的補償サービスコスト
【数６】
0006567671.tif 000007
は、第２のタイプの仮想コストであり、これは、ノードｎxが別のノードｎyにデータを要求して最終的にダウンロードしたときに、ｎxがｎyに支払いまたは貸方記入をする仮想コストである。技術的補償サービスコストは、別のノードがピアバックホールノードであるかそれともバックボーンまたはバックボーンゲートウェイノードであるかにかかわらず、別のノードからデータがダウンロードされるよう要求する任意のノードによって支払われる。２つのタイプの技術的サービス補償コスト、すなわちバックホール技術的補償サービスコストとバックボーン技術的補償サービスコストとが区別される。バックホール技術的補償サービスコスト
【数７】
0006567671.tif 000008
は、データをノードｎyからダウンロードすることに対してノードｎxがｎyに支払うコストである。バックボーン技術的補償サービスコスト
【数８】
0006567671.tif 000009
は、データをバックボーンからダウンロードすることに対してノードｎxがバックボーンに支払うコストである。
【００７９】
技術的補償サービスコストは、ダウンロードすることの技術的コストの関数であり、一実施形態では、以下のとおりである。
【数９】
0006567671.tif 000010
【数１０】
0006567671.tif 000011
【００８０】
技術的補償サービスコストの導入により、バックボーン設定およびバックホール設定において、ノードがアップロードシナリオに参与するインセンティブとダウンロードシナリオに参与するインセンティブとを統一することができる。
【００８１】
サービス利益ＢBH,Sは、首尾よいバックホール通信（アップロード、ダウンロード、またはキャッシュ）に寄与したバックホールノード間で共有される仮想利益（クレジット）である。一実施形態では、
【数１１】
0006567671.tif 000012
である。サービス利益は、バックホール通信要求を開始する（また、サービスコストを支払う）ノードの要求がサーブされたと確認されたときにのみ、提供されることになる。アップロード／ダウンロードまたはキャッシュ要求への寄与に対して得られる利益は、各バックホールノードの参与レベル（またはＱｏＳ）にかかわらず、参与するすべてのバックホールノード間で等しく共有される。
【００８２】
システムのこれらの規則に基づいて、次に、バックホール通信のセットアップおよび動作を統治する式が、以下のように書かれることが可能である。
【００８３】
ケースＡ：アップロード
図４は、最初のノード１１０および第１の中間ノード１１０が次のノード１１０にデータをアップロードし、最終的にｋ番目の中間ノード１１０がバックボーンにデータをアップロードする例を示す。
【００８４】
開始ノード１１０、ｎ0が、バックボーンに直接に送信する場合、総ペイオフ（この場合は、アップロードすることのバックボーン技術的コスト）は以下のとおりである。
【数１２】
0006567671.tif 000013
【００８５】
バックホール路の場合は、総ペイオフは以下のとおりである。
【数１３】
0006567671.tif 000014
【００８６】
上式で、ｋは、バックホールに参与すると推定されるノードの数である。式（２）から明確なように、バックホールサービスコストＢBH,Sは、開始ノードからすべての他のノードに貸方記入されるだけではない。そうではなく、実施形態では、バックホールサービスコストＢBH,Sは、アップロードに関与するすべてのｋ個のノードに分配される。実施形態では、ｋ個のノードは開始ノードを含む。しかし、開始ノードを含めることは必須ではなく、別の実施形態では、開始ノードはこの算出から除外されてもよいことは理解されるであろう。開始ノードｎ0に対するペイオフ／コストはまた、データを次のノードｎ1にアップロードすることに関連する技術的コスト
【数１４】
0006567671.tif 000015
と、前述のバックホールサービスコスト
【数１５】
0006567671.tif 000016
とによって減じられる。
【００８７】
ｋを算出するための単純で保守的な方法は、通信に参与する可能性のあるノード１１０の最大数を使用することであり、この数は、｛ＮＩＳY｝セットによって提供されるか、またはより具体的には、図３に示されるルータの経路長推定器１６０によって提供されるかのいずれかである。最大長の選択は、保守的である。というのは、初期要求がバックホール中で伝搬するのに伴って、中間ノード１１０は、バックホールの使用を中止してそれによりサービス利益の分け前のより大きい部分を受け取る方が、より有益であると算出することがあるからである。
【００８８】
開始ノードｎ0は、
【数１６】
0006567671.tif 000017
を
【数１７】
0006567671.tif 000018
と比較し、最も有益な通信経路（バックボーンまたはバックホール）、すなわちよりよい払戻しをもたらすルートを選択する。
【００８９】
この第１段階でバックボーンよりもバックホールが選択された場合は、ノードｎ0は、バックホール上のさらに先のノードの、見込まれるアクションが、結局バックボーンを直接に使用する方がいずれかの異なる方法でより経済的または好適なものになるようにして、達成可能な見込まれる払戻しに影響を及ぼすか否かを決定することに進む。
【００９０】
ｎ0の下流にある第１の中間ノードｎ1は、下式を算出するために、ｎ0によって知られる。
【数１８】
0006567671.tif 000019
【数１９】
0006567671.tif 000020
【００９１】
式（３）は、ノードｎ1が、バックホールを介してノードｎ0から受信したデータをとり、これをバックボーン上に送信するシナリオに関係する。このシナリオでノードｎ1によって達成される利益は、バックホールサービスコストＢBH,Sの半分である（ノードｎ1はこのコストをノードｎ0と共有するので）が、バックボーンへの送信に関連する技術的コスト
【数２０】
0006567671.tif 000021
によって低減される。
【００９２】
式（４）は、ノードｎ1が、バックホールを介してノードｎ0から受信したデータをとり、これをバックホール上の次のノードｎ2に送信するシナリオに関係する。このシナリオでノードｎ1によって達成される利益は、サービスコストＢBH,Sのｋ分の１である（ノードｎ1はこのコストをノードｎ0と、ならびにバックホールに沿った他のノードと共有するので）が、バックボーンへの送信に関連する技術的コスト
【数２１】
0006567671.tif 000022
によって低減される。
【００９３】
これに基づいて、ノードｎ0は、第１の中間ノードｎ1が最も有益な通信経路（バックボーンまたはバックホール）を選択するために、ｎ1が異なるルートについて算出するであろう利益およびコスト、すなわち
【数２２】
0006567671.tif 000023
および
【数２３】
0006567671.tif 000024
を推定する。
【００９４】
より一般的には、要求がｍ番目の中間ノードｎmに到達した場合は、すべての先行ノードｎ0〜ノードｎm-1は、以下のペイオフを比較することによって、ノードｎmに対する可能なペイオフと、バックボーン路とバックホール路との間でｎmが行うであろう後続の選択とを、事前推定することができる。
【数２４】
0006567671.tif 000025
【数２５】
0006567671.tif 000026
【００９５】
任意の先行ノードが後続ノードのペイオフを事前推定できることにより、第１のノードがルート長およびサービス品質の初期の保守的推定を妥当性検査して訂正することができることが、明確になる。
【００９６】
ケースＢ：ダウンロード
図５は、最後の中間ノードがバックボーンからデータをダウンロードした後で最初のノードおよび中間ノードが次のバックホールからデータをダウンロードする、ダウンロードの場合の例である。
【００９７】
開始ノードｎ0がバックボーン路を使用する場合は、総ペイオフ（この場合はバックボーン技術的補償サービスコスト）は以下のとおりである。
【数２６】
0006567671.tif 000027
【００９８】
バックホール路の場合は、総ペイオフは以下のとおりである。
【数２７】
0006567671.tif 000028
【数２８】
0006567671.tif 000029
の場合および
【数２９】
0006567671.tif 000030
の場合、式（１）と（７）、および（２）と（８）がそれぞれ同一であることは理解されるであろう。このことは、アップロード要求を促進することに対してノードに提供されるインセンティブが、ダウンロード要求を促進することに対してノードに提供されるインセンティブと同じであることを意味する。
【００９９】
開始ノードは、
【数３０】
0006567671.tif 000031
を
【数３１】
0006567671.tif 000032
と比較することによって、最も有益な通信経路（バックボーンまたはバックホール）を選択する。
【０１００】
バックホールが選択された場合は、第１の中間ノードは以下を計算する。
【数３２】
0006567671.tif 000033
【数３３】
0006567671.tif 000034
【０１０１】
式（９）は、ノードｎ1がデータをバックボーンからダウンロードする場合にノードｎ0によって達成される利益を算出することから、式（９）の第１項は、ノードｎ0によって支払われるがノードｎ0とｎ1との間で共有されるバックホールサービスチャージである。式（９）の第２項は、データをノードｎ1に送る際にバックボーンが被る技術的コストに対してバックボーンに補償するために、ノードｎ1がバックボーンに支払わなければならない技術的サービスコストである。式（９）の第３項は、ダウンロードされたデータをノードｎ0に送る際にノードｎ1が被る技術的コストである。式（９）の第４項は、ノードｎ0がノードｎ1のサービスに対してノードｎ1に支払うバックホール技術的補償サービスチャージである。
【０１０２】
式（１０）の第１項は、ノードｎ0によって支払われるが、ダウンロードに関与する可能性が高いと決定されたｋ個のノードすべての間で共有される、バックホールサービスチャージである。式（１０）の第２項は、データをノードｎ1に送る際にノードｎ2が被る技術的コストに対してノードｎ2に補償するために、ノードｎ1がノードｎ2に支払わなければならない技術的サービスコストである。式（１０）の第３項は、ダウンロードされたデータをノードｎ0に送る際にノードｎ1が被る技術的コストである。式（１０）の第４項は、ノードｎ0がノードｎ1のサービスに対してノードｎ1に支払うバックホール技術的補償サービスチャージである。
【０１０３】
より一般的には、ｍ番目の中間ノードｎmは、以下のように、バックボーン路およびバックホール路のペイオフを計算（および比較）することになる。
【数３４】
0006567671.tif 000035
【数３５】
0006567671.tif 000036
【数３６】
0006567671.tif 000037
であることを考慮し、さらに
【数３７】
0006567671.tif 000038
であると仮定すると、対応するバックホールノードについて、アップロードの場合のペイオフの関数は、ダウンロードの場合のペイオフの関数と等しいことが明確になる。
【０１０４】
バックホールノードについての一様なダウンロードおよびアップロードプロセス
最も一般的な場合では、ダウンロードまたはアップロード要求（それ自体から、またはピアバックホールノードからのいずれかの）を受信したバックホールノードは、１）バックボーン路を介して要求をサーブすること、ｂ）バックホール路を介して要求をサーブすること、ｃ）そのローカルキャッシュを介して要求をサーブすること、およびｄ）要求を無視すること、のオプションを有することになる。
【０１０５】
次に、バックホールシステムのより完全なプロセスが、図６に提供され、また記述される。ステップ２００で、ダウンロードまたはアップロードのいずれかを求める要求が受信される。ステップ２１０で、ノードのキャッシュに記憶されたデータを使用して要求をサーブすることができると決定された場合は、ステップ２８０でノード１１０に対するＢＢおよびＢＨペイオフを算出するときに、キャッシュを使用する可能性（２２０）が考慮される。
【０１０６】
ノードがキャッシュサービスを申し出ない場合は、ノードは、ステップ２３０で、保守的なバックホールルートの長さを推定する。例えば、これは、宛先までの最短経路の長さとすることができる。ステップ２４０で、ルート長の算出に基づいて、ノード１１０は、バックボーンまたはバックホールの使用に対するペイオフを算出する。要求が自己開始されたものである場合は、これらのペイオフすなわちＰ（ｂａｃｋｂｏｎｅ）およびＰ（ｂａｃｋｈａｕｌ）は、それぞれ、アップロード要求の場合には式（１）および（２）を使用して算出され、ダウンロード要求の場合には式（７）および（８）から算出される。そうではなく入来要求がピアバックホールノードから到着したものである場合は、ノードは、中間バックボーンおよびバックホールペイオフを、それぞれ、アップロード要求の場合には式（５）および（６）を使用して計算し、ダウンロード要求の場合には式（１１）および（１２）を使用して計算することになる。任意選択で、ノード１１０はまた、ステップ２５０で、一実施形態では反復的に、次のノードについてバックボーンおよびバックホールペイオフを算出する。この算出は、ステップ２６０で後続ノードのルート長を推定するのに使用される。この推定に基づいて、ステップ２７０で、バックホールルート長の推定と、個別的なバックボーンおよびバックホールペイオフの算出とが繰り返され、更新される。
【０１０７】
ノードが中間ノードである場合は（すなわち、ステップ２９０でチェックされるように要求が自己開始されたものでない場合は）、ノード１１０は、Ｐ（ｂａｃｋｂｏｎｅ）とＰ（ｂａｃｋｈａｕｌ）の少なくとも一方がプラスであるかどうかチェックする。そうである場合にのみ、ノードは、バックホールに参与することへのインセンティブを有する。そうでない場合は、ノードはアップロード／ダウンロード要求を無視することになる（ステップ３１０）。
【０１０８】
ステップ３２０で、ノード１１０がアップロードまたはダウンロード要求を通信すべきであると決定したと仮定すると、ステップ３２０でＰ（バックボーン）≧Ｐ（バックホール）であると決定された場合は、ノード１１０は、バックボーンを介して通信すると決定し（ステップ３３０により）、そうでない場合は、バックホールを介して通信すると決定する（ステップ３４０により）。
【０１０９】
通信が成功したと仮定すると、ステップ３５０で決定されるように要求がダウンロード要求である場合は、ノード１００は、バックボーンを介して通信したかバックホールを介して通信したかに応じて、バックボーンまたはバックホール技術補償サービスコストを登録する。このコストは、２つの部分を有する。すなわち、第１の部分は、ノードが先行ノードから受け取ると予想するコストに関し、第２の部分は、ノードがルートの次ノードに支払うと予想するコストに関する。ノードがバックホールネットワークに参与した場合は、ノードはまた、サービス利益も登録することになる（ステップ３８０）。さらに、ノードが要求を開始したノードである場合（ステップ３９０で決定されるように）は、ノードは、バックホールサービスコストも登録することになる（ステップ４００）。未来の何らかの時点で、通信の終わりに続いて、ノード１１０は、クレジットサーバと精算するために、ローカルに登録されたそのコストおよび利益を照合し集約する。
【０１１０】
上記から、実施形態は、自由意思ノードが利己的であり潜在的に悪意があるというバックホール内で、データをダウンロードすることへのインセンティブとアップロードすることへのインセンティブとを統一することが理解されるであろう。したがって、ピアツーピアワイヤレスネットワーキングにおける上で論じられた問題は解決される。
【０１１１】
上記の式（９）〜（１２）から、ノードｎmが、別のノードによってダウンロード要求される可能性が高いデータをキャッシュに記憶したことになる場合、ノードｎmは、バックホールまたはバックボーンとさらに接触することなくデータ要求をサーブすることができることが明確である。このことは、ダウンロード要求をキャッシュからサーブするノードは、バックボーン技術的補償サービスコスト（式（９）および（１１）のそれぞれの第２項）、またはバックホール中の上流にある次のノードｎm+1に支払い可能なバックホール技術的サービス補償コスト（式（１０）および（１２）のそれぞれの第２項）の、いずれかの支払いを回避することを意味する。加えて、通常ならバックホール中の他のノードから取得されたはずのデータをキャッシュが提供するシナリオでは、データ要求をキャッシュからサーブするノードはまた、バックホールダウンロードに関与するノードの数ｋを制限し、それにより、開始ノードによってこのノードに貸方記入されるバックホールサービスコストの割合は、さらに他のバックホールノードが関与したなら貸方記入されたはずの割合よりも大きい。したがって、バックホール上のノードは、ダウンロードシナリオでバックホール中の他のノードから要求される可能性の高いデータを、利用可能であろう任意の空きキャッシュストレージ空間に記憶するよう、実施形態のシステムによって動機付けられる。
【０１１２】
実施形態は、ピアツーピアデバイスがバックホールデータトラフィックに参与することへのインセンティブを提供することが理解されるであろう。このことはまた、ネットワークのオペレータにとっても有利である。というのは、オペレータは、バックボーンとのデータ交換に必要とされるよりも低い伝送エネルギーレベルを使用してデータを送受信できるからである。そしてこのことは、干渉問題を低減することができ、結果として、利用可能な帯域幅のよりよい使用の助けとなることができる。したがって、全国的なまたはアドホックの近隣オペレータは、ネットワークを開発するかまたは少なくともネットワーク密度を増加させるよう、奨励されるであろう。
【０１１３】
例示的なプロトコル実装：ＲＰＬおよびワイヤレスメッシュ
以下では、ワイヤレスセンサネットワークの実装に関する一実施形態について論じられる。ＲＰＬおよびＴｒｉｃｋｌｅプロトコルによってサポートされるメッシュネットワークの古典的ツリートポロジについて考察される。これらのプロトコルの基本的なメカニズムは、以下のとおりである。
【０１１４】
・ノード発見：ＲＰＬインスタンスを発見するために、有向非巡回グラフ（ＤＡＧ）情報オブジェクト（ＤＩＯ）が、ソース（親）ノードから送られる。
【０１１５】
・ＤＩＯ内で、各ノードは、そのノードランクを通信する。ノードランクは、目的関数を用いて算出される数である。単純な目的関数は、受信ＳＮＲおよび／もしくは電池レベルの関数であってよく、ならびに／または、単にインクリメンタルなホップ数であってよい。
【０１１６】
・ＲＰＬでは、ランクを算出するための目的関数は、加法的である。すなわち、ルート長が増加するのに伴って、ランクは常に上昇する。実施形態では、このことは、バックボーンに近いノード（すなわち、バックボーンにデータを送信することの技術的コストが相対的に低いノード）はランクが低く、バックボーンから遠ざかっていく距離に配置されたノード、すなわち、間接的に／バックホールを介してバックボーンに接続するためにますます多数の他のノードの協働を必要とするノードは、ランクがますます高いことを意味する。
【０１１７】
・近隣ノードのランクは、ノードが、最低ランクのノードをその親ノードとして選択するのを可能にする。
【０１１８】
・各ノードは、あらゆるＲＰＬインスタンスについて、近隣ノードとそれらに関連付けられたランクとのテーブルを、メモリに保持する。このテーブルは、ノードのルーティングテーブルを更新するためにノードによって使用される。ＲＰＬインスタンスは、特定のルートノードと、子ノードによって使用される特定の目的関数とを用いて公式化されるネットワークとして定義される。各ノードは、異なるＲＰＬインスタンス／ネットワークの各々が異なる目的関数およびルートノードを指定する場合には、同時に異なるＲＰＬインスタンス／ネットワークの一部であることができる。
【０１１９】
・Ｔｒｉｃｋｌｅプロトコルに従って、ＤＩＯ制御信号は繰り返されてよく、ノードランクおよびルーティングテーブルは更新されてよい。Ｔｒｉｃｋｌｅプロトコルは、トポロジの変化が検出されたときにＤＩＯ更新をトリガすることができる。
【０１２０】
実施形態の方法は、以下の修正が加えられたＲＰＬ／Ｔｒｉｃｋｌｅフレームワーク内で実装される。
【０１２１】
・ノードにはさらに、バックボーン（ルートまたはゲートウェイランク０）ノード上の宛先への直接リンクが装備される。
【０１２２】
・ノード索引（ＮＩ）およびクレジット情報が、ＤＩＯパケットに含められてよい。
【０１２３】
・ノードは、インセンティブ協力に使用される仮想貸方残高を有する。
【０１２４】
以上を使用して、バックホールを採用するメッシュネットワーク中のノードは、ＲＰＬ／Ｔｒｉｃｋｌｅフレームワークを修正する。
【０１２５】
・ＮＩセットを分析して｛ＮＩY｝（すなわち、通信要求をサーブすることができる適格なノードのセット）を得ることによって、ルート発見を実施する。
【０１２６】
・技術的コストが共有サービス利益（クレジット）とトレードオフされ得るときは常に、ゲートウェイへの直接リンクを使用する。これは、ＲＰＬについての更新された目的関数の一部である。
【０１２７】
・クレジットサーバとのＤＩＯ通信を介してノードの貸方残高を更新する。
【０１２８】
したがって、修正されたプロトコルにより、ネットワークは、短距離リンクが信頼できる（すなわち、必要とされるホップが多すぎない）ときにはメッシュとして動作することができ、マルチホップルートがクレジットおよびエネルギー支出の点で還付の減少につながるときにはスターネットワーク（すなわち、ルートゲートウェイへの直接リンク）として動作することができる。
【０１２９】
一実施形態では、共有サービス利益を算出するのに必要とされるルート長は、増加するホップ数を（ランク情報として）ＤＩＯに含めることによって得られる。
【０１３０】
例示的なプロトコル実装：ＭＡＮＥＴ
この実施形態では、ＷｉＦｉダイレクトなどのＩＥＥＥ８０２．１１に基づくかまたはＬＴＥダイレクトなどの代替技術に基づく場合のあるモバイルアドホックネットワーク内で上記を実装することについて考察する。実施形態は、ＲＰＬ事例研究について上述された修正と同様の、ＭＡＮＥＴルーティングプロトコル（例えばＡＯＤＶやＤＲＳ）に対する修正によって適用可能である。
【０１３１】
例示的なプロトコル実装：遅延耐性ネットワーク（ＤＴＮ）
この実施形態では、遅延および破壊耐性ネットワーク内での実装について考察される。これは、接続性の不足を特徴とするアドホックネットワークを含む。これらの困難な環境では、ＡＯＤＶやＤＳＲなどの古典的アドホックルーティングプロトコルは、ルートを確立することができない。その代り、ルーティングプロトコルは、「ストアアンドフォワード（store and forward）」アプローチに頼らなければならず、この場合、データは、ホップからホップへと移動され記憶された後で、最終的にその宛先に届く。
【０１３２】
ＤＴＮの一例は、スマートシティにおいて使用されることがある。スマートシティでは、通り、公園、および建物に、センサまたはいわゆるスマートストリートファニチャが配置される。例えば、ニューヨークの公衆電話は、人々が自分の街に関する最新の地元情報（駐車場、交通、汚染など）を得るために接続できるＷｉ−Ｆｉキオスクに変えられることになる。ニューヨークは、１万個のこのようなキオスクを設置することを計画している（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｏｂｉｌｉｔｙ−ｔｒｅｎｄｓ．ｃｏｍ／ｉｎｄｅｘ．ｐｈｐ／２０１４／１１／ｎｅｗ−ｙｏｒｋｓ−ｐａｙｐｈｏｎｅｓ−ｔｏ−ｂｅ−ｔｕｒｎｅｄ−ｉｎｔｏ−ｗｉ−ｆｉ−ｋｉｏｓｋｓを参照されたい）。フィンランドのごみ箱には、小型の防水性センサが設置されることになっており、これらのセンサは、ごみ箱にごみがどれくらい溜まっているか、および、ごみ箱がどこに位置するかを測定し、それにより、収集トラックは、その行程をより効率的に計画することができる（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｎｅｖｏ．ｃｏｍを参照されたい）。
【０１３３】
このような例示的な応用例では、情報は、緊急（またはクリティカル）ではないが、それでもなおコアネットワークに直接にルーティングされている（例えば、Ｗｉ−Ｆｉキオスクは、ニューヨークの有線地下インフラストラクチャに接続されたゲートウェイとしての働きをし、フィンランドのごみ箱のＩＰｖ６対応センサは、セルラー基地局と直接に接続する）。必要なデータを送信しこのデータを安全なウェブサイトに公表するのに十分な、地元オペレータとの均一料金データ契約が、これらのセンサの価格に含まれる。
【０１３４】
以下では、このような例にバックホールアルゴリズムを適用することについて記述される。
【０１３５】
実施形態では、センサは、それらのセルラー通信リンクに加えて、短距離低電力通信能力、例えば６ＬｏＷＰＡＮも有する。６ＬｏＷＰＡＮにより、センサはこの場合、前に論じられたように、ネットワーク発見プロトコル（例えばＲＰＬ／Ｔｒｉｃｋｌｅ）を使用することができ、それらのバックホール索引テーブルを更新および維持することができる。バックホールセンサがその現状態を公表（アップロード）したいときは毎度、以下を算出する。この状況では、技術的およびサービスコスト、ならびにサービス利益は、以下のとおりである。
【０１３６】
技術的コスト：
・
【数３８】
0006567671.tif 000039
【数３９】
0006567671.tif 000040
【０１３７】
サービスコスト：
・バックボーン：なし
【数４０】
0006567671.tif 000041
【０１３８】
サービス利益：
・バックボーン：なし
【数４１】
0006567671.tif 000042
【０１３９】
ルートは、送信エネルギーおよびデータトラフィッククレジットを節約することを目標として、動的に構成され、それら自体を再構成する。
【０１４０】
シミュレーション例１：アップロード
およそ１０×１０の正方形展開領域中にあるＮ＝２００個の同一センサノードのネットワークについて考察する。この例では、距離単位は、一般性を失うことなく任意に維持される。簡単にするために、ノードは、それらの相互距離が１未満なら接続できる（すなわち、首尾よく通信し十分なデータレートをサポートすることができる）と仮定する。この性質のネットワークトポロジが、図に示されている。
【０１４１】
ここで、領域の左下隅に物理的に位置するソースノードが、ピクチャまたは心電図（ＥＣＧ）データパケットをウェブサイトにアップロードする形でバックボーンからのサービスを必要とし、バックボーンゲートウェイ（宛先ノード）が右上隅に位置するとする。ソースノードは、その索引テーブルを更新し、したがって、バックボーンゲートウェイへの最短経路（ホップの点で）を例えば算出するアルゴリズムを実行することができる。当然、他のルーティングアルゴリズムもサポートされ得る。以下では、例示的な実現が図７に示され、最短経路（赤で示される）は、ｋ＝２２個のホップを含む。この経路上のノードを｛ｎ0，ｎ1，ｎ2，．．．，ｎk｝としてインクリメンタルに表すものとし、ｎ0はソースノードであり、ｎkは宛先ノードである。
【０１４２】
この例では、この経路上のすべてのノードは、バックボーンゲートウェイｎkと直接に通信する能力を有する（例えば、何らかの専用チャネル、例えばＴＶホワイトスペース能力や有線通信などを介して）。しかし、このルートは、次のバックホールデバイスに送信することと比較して、より高い技術的コストを伴う。以上のすべてを、次のように具体化する。
【０１４３】
最初に、ノードｎ0は、そのパケットをバックボーンゲートウェイｎkに直接にアップロードすることの技術的コスト（
【数４２】
0006567671.tif 000043
として表される）を算出する。例えば、このコストは、ある確率で所与のレートを達成するのに必要な必要送信電力として測定されることが可能である。これは、送信機と受信機との間の距離の、固有の経路損失の指数乗に伴って増加することが、経験的に示されてきた。この技術的コストはまた、処理コスト、現在の電池寿命、送信成功の確実性など、他のファクタも含み得る。また、このコスト関数は、デバイスごとに異なることがある。簡単にするために、この例では、コスト関数を送信距離の３乗とする。したがって、ｎ0のｎkへの直接送信コストは、
【数４３】
0006567671.tif 000044
単位である（送信コスト単位は、一般性を失うことなく任意に維持される）。したがって、開始ノードは、そのアップロード要求をサーブするためのバックボーン路が、総計で以下のコストを要することになると算出することができる。
【数４４】
0006567671.tif 000045
【０１４４】
バックホール路について、ｎ0のｎ1への送信コストが、同様だが必ずしも同じとは限らないコスト関数を使用して算出され表される。この例では、バックボーン路の場合と同じ関数（すなわち距離の３乗）を使用し、したがって、距離が１距離単位よりも大きい場合は接続が可能でないので、
【数４５】
0006567671.tif 000046
である。バックホール路をとることのサービス利益ＢBH,Sは、索引サーバによって設定され、多くてもｋ個の参与側の間で共有されることになる（すなわち、ｎ0の視点からは、最悪のケースの協働シナリオでは、サービス利益はすべての協力ノード｛ｎ0，ｎ1，ｎ2，．．．，ｎk-1｝の間で共有されることになる）。サービス利益は、原則的には
【数４６】
0006567671.tif 000047
に比例すべきだが、索引サーバがバックホール路を推進または抑止したい場合は、それぞれより多いかまたは少なくてもよい。この例では、単純に
【数４７】
0006567671.tif 000048
とするが、これは、ソースと宛先との間の距離が長いほど、より多くのノードが参与することが必要になるので協力インセンティブは大きいべきであることを示す。最後に、
【数４８】
0006567671.tif 000049
で表される、ワイヤレスバックホールを介してファイルをアップロードすることのバックホールサービスコストが、索引サーバまたはｎ0のいずれかによって設定されてよく、このバックホールサービスコストは、距離と、他のファクタ（データ内容、推定されたマルチホップ協力ノード、データトラフィックフロー、時刻など）との両方に依存することができる。この例では、これは単純に
【数４９】
0006567671.tif 000050
とされる。したがって、開始ノードは、そのアップロード要求をサーブするためのバックホール路が総計で以下のコストをおそらく要すると算出することができる。
【数５０】
0006567671.tif 000051
【０１４５】
ｎ0は、サービス利益がｋ個のノード間で共有される保守的なシナリオを仮定したので、上記は推定に過ぎないことに留意されたい。バックホール参与側の最大数の、より保守的でない推定、例えばｋ−ｘ＞１が仮定されることも可能であった。示されるであろうように、この結果、より高い協力インセンティブが推測されることになり、したがってバックホール路にバイアスがかかることになる。しかしこれは、そうならない可能性もあり、したがって危険なオプションと考えられ得る。
【０１４６】
したがって、ノードｎ0は今や、以下の不等式を公式化する。
【数５１】
0006567671.tif 000052
【０１４７】
これは、上の例示的な実現では、明らかに真である。したがって、ｎ0は、データパケットをｎ1に転送する。ｎ0がｎkから少数のホップしか離れていなかった場合は、上の不等式は必ずしも満たされたとは限らないことに留意されたい。また、上の不等式のいずれの側でも、追加のコストおよび利益が含まれる可能性があるが、ここでは簡単にするために考慮されないことにも言及しておく。
【０１４８】
ノードｎ1は、ＥＣＧデータをｎ0から受信し、最も近いバックボーンゲートウェイへの最短経路を再算出するためにその索引テーブルを更新する。動的環境では、最短経路は変化している場合がある。この例では、ネットワークが固定であると仮定する。ｎ1の、ｎkおよびｎ2への送信コストが算出され、これらはそれぞれ
【数５２】
0006567671.tif 000053
および
【数５３】
0006567671.tif 000054
で表される。加えて、ｎ1は、多くてもｋ個の参与側の間で共有されることになるバックホール路をとることのサービス利益ＢBH,Sを推定する。したがって、ノードｎ1は、以下の不等式を公式化する。
【数５４】
0006567671.tif 000055
【０１４９】
これが真である場合は、ｎ1はデータをｎ2に転送し、そうでない場合は、ｎ1はデータをバックボーンゲートウェイｎkに直接にアップロードする。ｎ1に対するサービスコストはないことに留意されたい。というのは、これはすでに開始ノードｎ0によって支払われているからである。また、ｎ1は、バックホール参与側の最大数ｋの、より保守的でない推定、例えばｋ−ｘ＞２を出すこともできることにも留意されたい。この結果、より高い協力インセンティブが推測されることになり、したがってバックホール路が好まれることになる。しかしこれは、そうならない可能性もあり、したがって危険なオプションと考えられ得る。
【０１５０】
より一般的には、０＜ｍ＜ｋの場合、ノードｎmは、データパケットをｎm-1から受信し、以下の不等式を公式化する。
【数５５】
0006567671.tif 000056
【０１５１】
これが真である場合は、ｎmは画像をｎm+1に転送し、そうでない場合は、画像をバックボーンゲートウェイｎkに直接にアップロードする。ｎm+1はｎmよりもｎkに近いので、ｍが増加するにつれて、画像をｎm+1に転送することの技術的コストは通常は減少することに留意されたい。また、受け取られる予想サービス利益は協力ノードと等しく共有されることになるので、ｍが増加するにつれて、受け取られる予想サービス利益はおよそ１／ｍのように減少する。したがって、あらゆるノードは、より大きい分け前を得るために、不等式ができるだけ早く成り立たなくなることを望む。しかし、ｎmがｎkに十分に近くなるまでは、不等式は成り立つことになる。
【０１５２】
図７に提示される例示的な実現では、不等式はノードｎMで成り立たなくなり、ここでＭ＝１６である。この時点で、ＰBB＞ＰBHであり、ノードｎMが、Ｍ＋１個の協力者間で共有されるサービス利益と引き換えに、より多くの電力を使い尽くしてｎkに直接にアップロードする方が、より収益性が高い。ｎMからｎkへの直接経路は、図７では青い破線として示されている。
【０１５３】
表１は、算出されたコスト
【数５６】
0006567671.tif 000057
および
【数５７】
0006567671.tif 000058
と、各ホップにおける推定されたペイオフＰBBおよびＰBHと、各ノードの最終的な差引残高とを示す。
【表１】
0006567671.tif 000059
【０１５４】
シミュレーション例２：ダウンロード
図７の例１と同じセットアップおよびネットワーク実現について考察する。また、左下隅に物理的に位置するデバイスが、画像（例えば医療用の）をウェブサイトからダウンロードする形でバックボーンからのサービスを必要とし、バックボーンゲートウェイが右上隅に位置するものとする。したがって、例１と同様、最短マルチホップ経路は｛ｎ0，ｎ1，ｎ2，．．．，ｎk｝によって与えられ、ｎ0は要求開始ノードであり、ｎkはバックボーンゲートウェイノードである。
【０１５５】
ダウンロードの場合にバックボーンおよびバックホールペイオフについて算出する式が、アップロードの場合のものと対称であることから、ペイオフはちょうど同じであり、例１で行われた分析が例２でも当てはまる。
【０１５６】
いくつかの実施形態について記述されたが、これらの実施形態は、例として提示されたに過ぎず、本発明の範囲を限定する意図はない。実際、本明細書に記載の新規なデバイスおよび方法は、他の様々な形で具現化されることが可能である。さらに、本発明の主旨を逸脱することなく、本明細書に記載のデバイス、方法、および製品の、様々な省略、代用、および変形が行われてもよい。添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物は、本発明の範囲および主旨の内に入ることになるそのような形または修正をカバーすると意図される。
【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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