(57)【要約】      （修正有）【課題】アドホックネットワークにおける、帯域幅効率に優れた強固なタイミング同期機能を提供する。【解決手段】移動ノードは、制御部と無線通信装置とを含み、制御部および無線通信装置は、共に協働して、少なくとも１つのタイミング基準ノードまでのホップ数を示すホップカウントを有するタイミング同期ビーコンを生成して送信し、近隣ノードからタイミング同期ビーコンを受信し、少なくとも１つのタイミング基準ノードまでのホップ数に基づいて、近隣ノードとの間でノード通信タイミングを同期させる。タイミング基準ノードは、ホップカウントにより規定されるレベルを含むタイミングソース優先度ツリーに基づいて、他の移動ノードと協働してよい。タイミング基準ノードは、タイミングソース優先度ツリーの開始レベルにある。他のノードは、タイミングソース優先度ツリーの、開始レベルよりも高いレベルにある。【選択図】図３
2008283673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのタイミング基準ノードを含む少なくとも１つの移動ノード群を備える移動アドホックネットワークであって、
各移動ノードは、制御部と無線通信装置とを備え、前記制御部および前記無線通信装置は、共に協働して、
前記少なくとも１つのタイミング基準ノードまでのホップ数を示すホップカウントを有するタイミング同期ビーコンを生成して送信し、
近隣ノードからタイミング同期ビーコンを受信し、
前記少なくとも１つのタイミング基準ノードまでの前記ホップ数に基づいて、近隣ノードとの間でノード通信タイミングを同期させる
ことを特徴とする移動アドホックネットワーク。
【請求項２】
前記制御部および前記無線通信装置は、協働して、前記少なくとも１つのタイミング基準ノードとの間で、または自身の移動ノードよりも前記少なくとも１つのタイミング基準ノードに近い近隣ノードとの間で、ノード通信タイミングを同期させることを特徴とする請求項１に記載の移動アドホックネットワーク。
【請求項３】
前記少なくとも１つのタイミング基準ノードは、ホップカウントにより規定されるレベルを含むタイミングソース優先度ツリーに基づいて、他の移動ノードと協働することを特徴とする請求項１に記載の移動アドホックネットワーク。
【請求項４】
前記少なくとも１つのタイミング基準ノードは、前記タイミングソース優先度ツリーの開始レベルにあることを特徴とする請求項３に記載の移動アドホックネットワーク。
【請求項５】
前記他の移動ノードは、前記タイミングソース優先度ツリーの、前記開始レベルよりも高いレベルにあり、前記少なくとも１つのタイミング基準ノードまでの前記ホップ数に対応していることを特徴とする請求項４に記載の移動アドホックネットワーク。
【請求項６】
前記制御部および前記無線通信装置は、協働して、より低いレベルの群のノードとの間でノード通信タイミングを同期させることを特徴とする請求項５に記載の移動アドホックネットワーク。
【請求項７】
少なくとも１つのタイミング基準（ＴＲ）ノードを含む移動ノード群をアドホックネットワーク内で動作させる方法であって、
前記群の各ノードが前記少なくとも１つのタイミング基準ノードまでのホップ数を示すホップカウントを有するタイミング同期ビーコンを生成して送信することと、
前記各ノードが近隣ノードからタイミング同期ビーコンを受信することと、
前記少なくとも１つのタイミング基準ノードまでの前記ホップ数に基づいて、近隣ノードとの間でノード通信タイミングを同期させることと、
を含む方法。
【請求項８】
前記同期させる動作は、各ノード自身よりも前記少なくとも１つのタイミング基準ノードに近い近隣ノードとの間で、ノード通信タイミングを同期させることを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つのタイミング基準ノードは、ホップカウントにより規定されるレベルを含むタイミングソース優先度ツリーに基づいて他の移動ノードと協働し、前記少なくとも１つのタイミング基準ノードは、前記タイミングソース優先度ツリーの開始レベルにあり、前記他の移動ノードは、前記タイミングソース優先度ツリーの、前記開始レベルよりも高いレベルにあり、前記少なくとも１つのタイミング基準ノードまでの前記ホップ数に対応していることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記同期させる動作は、より高いレベルの群のノードのノード通信タイミングを、より低いレベルの群のノードと同期させることを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信の分野に関し、特に、アドホックネットワークにおける無線通信及び関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここ１０年の間、無線ネットワークはますます発展を遂げてきた。最も急速に発展している領域の１つが、移動（モバイル）アドホックネットワークである。物理的にいうと、移動アドホックネットワークは、共通の無線チャネルを共有する、地理的に分散した移動可能ないくつかのノードを含む。セルラーネットワークまたは衛星ネットワークといった他の種類のネットワークと比較すると、移動アドホックネットワークの最も顕著な特徴は、固定インフラをもたないということである。このネットワークは移動ノードのみで形成されてよく、ノードどうしが互いに伝送し合うと、「その場で」ネットワークが作られる。このネットワークは、特定のノードに依存せず、いくつかのノードがネットワークに参加したり他のノードがネットワークから離れたりするのに応じて、動的に適応する。
【０００３】
無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）のネットワーク用製品を管理する規格は、ＩＥＥＥによって発行される一連の仕様によって規定され、ＩＥＥＥ８０２．１１規格として知られており、引用することにより全体としてここに組み込まれているものとする。この規格は、同期メカニズムを含む無線ＰＨＹ層とＭＡＣ層との両方の動作を規定する。同期メカニズムは、一定の時間軸を提供するために用いられる。
【０００４】
例えば、タイミング同期機能は、同じ基本サービスセット（ＢＳＳ）内のすべてのノードのタイマを同期させておく動作をする。各ノードは、各々のローカルタイマを維持する。従来のＷＬＡＮインフラネットワークにおいては、アクセスポイントがタイミングマスタであり、タイミング同期機能を実装するように動作する。アクセスポイントは、自身のタイミング同期機能タイマの複製を含むビーコンと呼ばれる特別なフレームを、定期的に送信する。このビーコンは、アクセスポイントに同期するために他のノードによって用いられる。ノードは、ＢＳＳを提供しているアクセスポイントからビーコンにて受信するタイミング情報を常時受け付ける。ノードのタイマが受信されたビーコンのタイムスタンプと異なっていたら、受信ノードは、自身のローカルタイマを、受信したタイムスタンプの値に設定する。
【０００５】
アドホックネットワークの場合、タイミング同期は、典型的には、構成ノードによって実行される分散型アルゴリズムを用いて実装される。各ノードは、８０２．１１規格で定められたアルゴリズムに従って、自身のビーコンを送信する。各ノードは、自身のタイマよりも遅いタイミング同期機能値を有するビーコンまたはプローブ応答から受信したタイミングを採用する。ノードは、公称速度でビーコンを受信する必要がある。ビーコン送信の間隔は、ノードのビーコン期間パラメータによって規定される。ビーコンを送るノードは、タイムスタンプの第１ビットがＰＨＹへ伝送された時のノードのタイミング同期機能タイマの値に、ノードのローカルＰＨＹを経由してのＭＡＣ−ＰＨＹインターフェースから無線媒体（すなわちアンテナ等）のインターフェースまでのノードの伝送遅れを加えたものに等しくなるように、タイムスタンプの値を設定する。
【０００６】
時分割多元接続（ＴＤＭＡ）に基づくアドホックネットワークは、ノードの移動や、無線クロックのドリフト、異なるタイミング基準をもつノード群どうしの結合により、同期の問題を被りやすい。タイミング基準は、共通フレームの開始時刻である。ネットワーク同期エラーには、他にも多くの原因がある。
【０００７】
タイミング基準エラーを訂正するにあたっては、さまざまな問題が存在する。例えば、ノードは、ネットワークにおけるタイミングエラーを訂正するため、タイミング基準パケットをブロードキャストすることができる。しかし、タイミング基準ノードがエラーの状態を把握するには、ある程度の時間がかかるか、またはタイミング基準情報の継続的なフラッディングが必要となりかねない。
【０００８】
現在の手法は、タイミング基準パケット（ＴＲＰ）をネットワークにフラッディングすることを含むが、帯域幅の消費が懸念である。ネットワークがネットワーククロックを維持する場合、ＴＲＰは、タイムスタンプを用いて正しいタイミング基準を表す。例えば、ある８０２．１１型のネットワークは、共通のネットワーククロックを保持する。不安定なリンクがあると、タイミング基準パケットのたった１回のフラッディングをすべてのノードが受け取れるとは限らず、フラッディングが多数回、または定期的に行われなければならない場合がある。タイミング基準パケットは、クロックドリフトのため、定期的に送られる必要がある。ネットワーククロックが維持されていない（タイミング基準の識別情報は配信されるが、基準時刻が配信されない）場合、ＴＲＰは固有のパケットＩＤを含んでよいので、ＴＲＰを受信したどのノードであっても、タイミング基準ノードの正しい識別を得ることはできる。タイミング基準ノードは、同期エラーが検出されたか、またはＴＲＰが定期的にフラッディングされたかについて通知される。しかしながら、タイミング基準の曖昧さは、しばらくの間解消されない恐れがある。
【０００９】
もう１つの従来手法は、８０２．１５．２ＭＡＣプロトコルへのアドホック拡張である（ラトガーズ大学ＷＩＮＬＡＢで開発された）。群は、１つのビーコンに２つのキーを用いる。キーは、群ＩＤのようなものである。キーは、同期ステータスと構成員としての地位とを示すために用いられる。２つのうちのどちらも、群を識別するために用いられ得る。すべての構成ノードによって共有されるこの２つのキーは、異なる終了タイムスタンプを有する。２つのキーは、期間が終了すると、再び生成されてすべての構成員へ再び配信される。群がキーの終了期間よりも長く離れたままでいると、各群で循環させられる現在のキーは、異なるものになる。下位の群どうしが結合すると、通常必要とされる再同期プロセスを経ることになる。ただし、２つのタイミング基準ノードが存在することが、各群のすべてのノードにとってただちに明らかとなる。
【００１０】
この手法は、群どうしが同時に結合する時に複雑なものとなってしまいかねない。これは、いずれかの群、または両方の群で、新しいキーが生成され再配信されているからである。この手法のもう１つの欠点は、２つのキーによる帯域幅の消費である。ＨＰ−ＮＥＴにおいては、２０ビットから３０ビットのキーが、各ノードがネットワーク制御タスクに割り当てた帯域幅の、かなりの量を消費してしまうことになる。
【００１１】
階層型無線ネットワークにおける装置の同期に関する参考文献は多数あり、そこでは１つまたはいくつかの同期したマスタがタイムサーバとして動作する。例えば、２００３年３月３１日に出願された「制御チャネルを動作チャネルに同期させる方法」（Method For Synchronizing A Control Channel To A Working Channel）と題する米国特許出願公開第２００４／０１９０４８７号は、制御チャネルを動作チャネルに同期させる方法に関する。また、米国特許第６，７９２，２４７号は、無線ネットワークにおいて受信を同期させる方法に関するものであり、そこでは、データパケットが送信される前に、特殊な形式の同期パケットが送信される。米国特許第６，７８５，２５３号および米国特許第６，６２２，０２２号もまた、階層型無線ネットワークを同期させる方法を開示しており、そこでは、少なくとも１つのノードが、フレーム同期サービスの提供を担当する中央転送ノードまたは主ネットワークノードとして選択される。さらに、米国特許第６，５４６，０２６号は、無線アプリケーション（例えばＴＤＭＡ）において時刻同期を改良する方法に関する。
【００１２】
ＧＰＳタイミング信号を用いてセルラー無線ネットワークを同期させる方法も、米国特許第６，５４２，７５４号および米国特許第６，５３８，６００号に見られる。また、米国特許第６，４６６，６０８号は、ネットワークの階層構造を定義することが必要な同期方法に関するものであり、そこでは、指定されたマスタノードによって同期手順が制御される。さらに、米国特許第５，８１２，５４７号は、固定タイムスロットに、または中央からのタイミング取りの仕組みに依存することなく、無線ネットワークにおいてデータパケットを送信する方法に関する。
【００１３】
米国特許第６，５９４，２７３号は、アドホックマルチホップネットワークにおいて通信する方法に関するものであり、そこでは、ネットワークは、能動的なターミナルおよび受動的なターミナルを含み、能動的なターミナルのみが、ルーティングおよび同期に関与する。米国特許第６，８０７，１６５号および米国特許第５，６９９，３８８号は、独特な時刻源を用いてネットワークにおいて上流の端末から下流の端末へ同期を伝播する方法を提示している。さらに、２００２年７月５日に出願された「無線ネットワークにおいてクロックドリフトを訂正し低品質なクロックの同期を維持するシステムおよび方法」（System and method for correcting the clock drift and maintaining the synchronization of low quality clocks in wireless networks）と題する米国特許出願公開第２００４／０００５９０２号は、ネットワークマスタとして動作する基準クロックを用いてあらゆる精度での端末の同期を可能にする方法に関する。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１９０４８７（Ａ１）号明細書
【特許文献２】米国特許第６，７９２，２４７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，７８５，２５３号明細書
【特許文献４】米国特許第６，６２２，０２２号明細書
【特許文献５】米国特許第６，５４６，０２６号明細書
【特許文献６】米国特許第６，５４２，７５４号明細書
【特許文献７】米国特許第６，５３８，６００号明細書
【特許文献８】米国特許第６，４６６，６０８号明細書
【特許文献９】米国特許第５，８１２，５４７号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，５９４，２７３号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，８０７，１６５号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，６９９，３８８号明細書
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００４／０００５９０２（Ａ１）号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記背景に鑑みており、その目的は、アドホックネットワークにおいて、帯域幅効率に優れた強固なタイミング同期機能を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によるこの、または他の目的、特徴、および効果は、少なくとも１つのタイミング基準（ＴＲ）ノードを含む少なくとも１つの移動ノード群（グループ）を含む移動（モバイル）アドホックネットワークによって提供される。各移動（モバイル）ノードは、制御部と無線通信装置とを含み、制御部および無線通信装置は、共に協働して、少なくとも１つのタイミング基準ノードまでのホップ数を示す各移動ノードのホップカウントを有するタイミング同期ビーコンを生成して送信し、近隣ノードからタイミング同期ビーコンを受信し、少なくとも１つのタイミング基準ノードまでのホップ数に基づいて、近隣ノードとの間でノード通信タイミングを同期させる。
【００１６】
少なくとも1つのタイミング基準ノードは、全地球測位システム（ＧＰＳ）に支援されたノードを含んでよい。制御部および無線通信装置は、協働して、各移動ノードのホップカウントを定期的に更新してよく、および／または、少なくとも１つのタイミング基準ノードとの間で、もしくは自身のノードよりも少なくとも１つのタイミング基準ノードに近い近隣ノードとの間で、ノード通信タイミングを同期させてよい。ビーコンは、それぞれの群ＩＤを含んでよい。
【００１７】
さらに、少なくとも１つのタイミング基準ノードは、ホップカウントにより規定されるレベル（水準）を含むタイミングソース優先度ツリーに基づいて、他の移動ノードと協働してよい。少なくとも１つのタイミング基準ノードは、タイミングソース優先度ツリーの開始レベルにある。他のノードは、タイミングソース優先度ツリーの、開始レベルよりも高いレベルにあり、少なくとも１つのタイミング基準ノードまでのホップ数に対応する。制御部および無線通信装置は、協働して、より低いレベルの群のノードとの間でノード通信タイミングを同期させてよい。
【００１８】
方法の態様は、少なくとも１つのタイミング基準（ＴＲ）ノードを含む移動ノード群をアドホックネットワーク内で動作させる方法を指向したものである。この方法は、群の各ノードが少なくとも１つのタイミング基準ノードまでのホップ数を示す各ノードのホップカウントを有するタイミング同期ビーコンを生成して送信することと、各ノードが近隣ノードからタイミング同期ビーコンを受信することと、少なくとも１つのタイミング基準ノードまでのホップ数に基づいて近隣ノードとの間でノード通信タイミングを同期させることとを含む。
【００１９】
各ノードは、それぞれのホップカウントを定期的に更新してよい。また、同期動作は、各ノード自身よりも少なくとも１つのタイミング基準ノードに近い近隣ノードとの間で、ノード通信タイミングを同期させることを含んでよい。少なくとも１つのタイミング基準ノードは、ホップカウントにより規定されるレベルを含むタイミングソース優先度ツリーに基づいて、他のノードと協働してよく、その際、少なくとも１つのタイミング基準ノードは、タイミングソース優先度ツリーの開始レベルにあり、他の移動ノードは、タイミングソース優先度ツリーの、開始レベルよりも高いレベルにあり、少なくとも１つのタイミング基準ノードまでのホップ数に対応する。同期動作は、より高いレベルの群のノードのノード通信タイミングを、より低いレベルの群のノードと同期させることを含んでよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付の図面を参照して、本発明をさらに十分に説明する。添付の図面には、本発明の好ましい実施の形態が示されている。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で実施されてよく、ここに示された実施の形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施の形態は、この開示が徹底的かつ完全となるように、そして、この開示によって本発明の範囲が当業者に十分に伝わるように、提供されている。なお、全体を通して、同一の番号は、同一の要素を指すものとする。
【００２１】
本発明の手法が、特定の通信規格（無線または他のもの）での利用に限定されないこと、そして、多くの無線（または有線）通信規格での利用に適合させられ得ることは、当業者の認めるところである。これらの無線（または有線）通信規格には、例えば、ＧＳＭ進化型高速データレート（Enhanced Data rates for GSM Evolution、ＥＤＧＥ）、汎用パケット無線サービス（General Packet Radio Service、ＧＰＲＳ）または拡張ＧＰＲＳ（Enhanced GPRS、ＥＧＰＲＳ）、拡張データレートブルートゥース（extended data rate Bluetooth）、広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）、ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）、同軸ケーブル、レーダー、光学式などがある。さらに、本発明は、特定のＰＨＹまたは無線の種類での利用に限定されず、他の互換性のある技術にも同様に適用できる。
【００２２】
この説明の全体を通して、通信装置という用語は、媒体を介してデータを送信、受信、または送受信するよう構成されたあらゆる装置または仕組み、と定義されることに留意されたい。通信装置は、ＲＦ、無線、赤外線、光学式、有線、マイクロ波等といった、あらゆる好適な媒体を介して通信するよう構成されてよい。無線通信の場合、通信装置は、ＲＦ送信機、ＲＦ受信機、ＲＦ送受信機、またはこれらのあらゆる組み合わせを備えてよい。無線通信は、高周波通信、高指向性アンテナを介した長距離見通し内通信もしくは短距離通信などを例とするマイクロ波通信、および／または赤外線（ＩＲ）短距離通信を含む。また、応用例としては、１対１通信、１対多通信、一斉同報通信、セルラーネットワーク等の無線ネットワークを含んでよい。
【００２３】
図１（ａ）から図１（ｆ）は、内部で同期のとれた２つの群またはクラスタ（Ｘ：Ａ＆Ｂ、Ｙ：Ｃ）として現在動作している移動ノード１２の例示的ネットワーク１０の簡略図であり、ノードどうしを接続する無線リンク１４を示している。ネットワーク１０は、ラップトップコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、または携帯電話といった複数の移動ノード１２を含み、複数の移動ノード１２は、無線通信リンク１４で接続されているが、これは当業者であれば認めるところであろう。リンク１４は、ネットワークにおける基本接続であり、単に、あらゆる２つのノード１２の間の物理リンクである。ノードについて記述する情報としては、ノードＩＤ（ＩＰアドレス、ＡＴＭアドレス等）や、入手可能であれば位置情報などが含まれる。このようなネットワークは、移動アドホック無線通信システムとなり得る。このようなネットワークの例は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，７６３，０１３号および米国特許第６，７５４，１９２号、ならびに米国特許出願公開第２００５／００５３００３号および米国特許出願公開第２００４／０２０３８２０号に示されており、これらの開示は、引用することにより全体として組み込まれているものとする。
【００２４】
アドホックネットワークにおいて、クラスタは、トポロジ的に接続されたノードの群であり、これらのノードは、群において構成員としての地位を共有する。クラスタは、１ホップまたは多数のホップに及ぶことができる。クラスタのタイミング基準（ＴＲ）ノードは、クラスタの役に立つ特定の機能を有する。どのノードがＴＲノードになってもよく、ＴＲのノードＩＤは、少なくともタイミング同期の点に関しては、群ＩＤに用いられてよい。群内には１以上のＴＲノードが存在してよく、また、現在のＴＲノードの電源が落とされた時、または現在のＴＲノードがネットワークもしくは群を離れた時は、新しいＴＲノードが選ばれるものとする。
【００２５】
図４を参照しさらに具体的に述べると、ノード１２は、ＭＡＮＥＴ（移動アドホックネットワーク）内で通信することのできる、任意の好適な種類の移動装置であってよく、例えば無線通信装置２０を含み、そして当業者に理解されるように他の装置を含む。もちろん、必要であれば、いくつかの応用例において、いくつかのノード１２が固定通信インフラに任意に接続されてよいこともまた認められるであろう。
【００２６】
さらに、移動ノード１２は制御部２２を例示的に含む。制御部２２の動作については後述する。制御部２２は、例えば、マイクロプロセッサ、メモリ、ソフトウェア等を用いて実装されてよく、これは当業者には認められるであろう。また、関連付けられたメモリ２４も含まれてよい。さらに、無線通信装置２０は、例示的に示されている１つまたは複数の関連付けられたアンテナ２６だけでなく、無線モデム、無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）装置、携帯電話装置等も含んでよい。例えば、１つ以上のフェーズドアレーアンテナが（他の好適なアンテナと同様に）用いられてもよく、これは当業者には認められるであろう。
【００２７】
再び図１（ａ）から図１（ｆ）を参照して、同期エラーを引き起こす可能性のある一連のイベントの例について説明する。群Ｘ：Ａ＆Ｂおよび群Ｙ：Ｃは、互いには同期していないが、内部では、それぞれのＴＲノードであるＸＴＲおよびＹＴＲと同期している（図１（ａ））。これら２つの群Ｘ：Ａ＆Ｂおよび群Ｙ：Ｃは、結合しようとしているところである。図１（ｂ）において、群Ｘは、一時的に群Ｘ：Ａと群Ｘ：Ｂとに分離される。次に群Ｘ：Ｂは、群Ｙ：Ｃと同期して、図１（ｃ）に描かれているように、タイミング基準ノードとしてのＹＴＲをもつ群Ｙ：Ｂになる。図１（ｄ）において、タイミング基準ノードＹＴＲは使用不可となるので、タイミング同期がＸＴＲに戻され（図１（ｅ））、それにより群Ｘ：Ｂ＆Ｃが作成される。その際、群Ｘ：Ａは、まだ自身がタイミング基準ノードＸＴＲと同期していると認識している（図１（ｆ））。結果として、結合した群Ｘは、タイミング同期エラーのために分裂してしまうことになる。
【００２８】
次に、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、タイミング同期の問題についてさらに詳しく説明する。図２Ａに示すように、ノード１、ノード３、ノード４、およびノード８のＴＤＭＡフレームは、ノード２、ノード５、ノード６、およびノード７のＴＤＭＡフレームと同期していない。従来の手法によると、ノード３が群３０のタイミング基準（ＴＲ）ノードである場合、ノード３は、群またはネットワークにおけるタイミングエラーを訂正するために、タイミング基準パケットをブロードキャストしてよい。しかし、この手法には、ある程度の時間がかかるか、またはタイミング基準情報の継続的なフラッディングが必要となりかねない。従って、同期エラーを訂正するための、より帯域幅効率に優れた適時な手法が必要である。
【００２９】
本発明の手法は、アドホックネットワークにおいて、帯域幅効率に優れた強固なタイミング同期機能を提供する。同手法について、図３および図４を参照して説明する。この移動アドホックネットワークは、移動ノード１２で構成された少なくとも１つの群４０を含み、ノード群は少なくとも1つのタイミング基準（ＴＲ）ノードを含む。各移動ノード１２は、制御部２２と無線通信装置２０とを含み、制御部２２および無線通信装置２０は、共に協働して、少なくとも１つのタイミング基準ノードＴＲまでのホップ数を示すそれぞれのホップカウントを有するタイミング同期ビーコンを生成して送信する。ノード１２は、近隣ノードからタイミング同期ビーコンを受信し、少なくとも１つのタイミング基準ノードＴＲまでのホップ数に基づいて、近隣ノードとの間でノード通信タイミングを同期させる。
【００３０】
ビーコンは、周囲へ中継されることのできる、凝縮された小さなメッセージであり、ノードＩＤフィールドと、パラメータ値フィールドとを含んでよい。パラメータ値フィールドは、例えば、ＴＲノードまでのホップ数を示すものである。ビーコンは、ビーコンの送信範囲を規定する群ＩＤフィールドをさらに含んでよい。
【００３１】
少なくとも1つのタイミング基準ノードＴＲは、全地球測位システム（ＧＰＳ）に支援されたノードを含んでよい。制御部２２および無線通信装置２０は、協働して、それぞれのホップカウントを定期的に更新してよく、および／または、少なくとも１つのタイミング基準ノードＴＲとの間で、もしくは少なくとも１つのタイミング基準ノードＴＲに自身よりも近い近隣ノードとの間で、ノード通信タイミングを同期させてよい。
【００３２】
さらに、少なくとも１つのタイミング基準ノードＴＲは、ホップカウントにより規定されるレベル（例えば、図３に示すようにＬ＝１０、Ｌ＝１１、およびＬ＝１２）を含むタイミングソース優先度ツリーに基づいて、他の移動ノード１２と協働してよい。少なくとも１つのタイミング基準ノードＴＲは、タイミングソース優先度ツリーの開始レベル（例えばＬ＝１０）にある。他のノード１、ノード４、ノード６、およびノード７（例えばＬ＝１１）ならびにノード２、ノード５、およびノード８（例えばＬ＝１２）は、タイミングソース優先度ツリーの、開始レベルよりも高いレベルにあり、少なくとも１つのタイミング基準ノードＴＲまでのホップ数に対応する。各ノードの制御部２２および無線通信装置２０は、協働して、より低いレベルの群のノードとの間でノード通信タイミングを同期させてよい。
【００３３】
方法の態様は、移動ノード１２で構成された群４０をアドホックネットワーク内で動作させる方法を指向したものであり、ノード群は少なくとも１つのタイミング基準（ＴＲ）ノードを含む。この方法は、群の各ノード１２が少なくとも１つのタイミング基準ノードＴＲまでのホップ数を示すそれぞれのホップカウントを有するタイミング同期ビーコンを生成して送信することと、各ノードが近隣ノード１２からタイミング同期ビーコンを受信することと、少なくとも１つのタイミング基準ノードまでのホップ数に基づいて近隣ノードとの間でノード通信タイミングを同期させることとを含む。
【００３４】
本発明のタイミング同期手法は、タイミングソース優先度動的ホップカウント（ＴＳＤＨ）手法と呼ばれてよく、そこでは、各ノードが、群ＩＤとホップカウント（ＴＳＤＨ）を各自のビーコンで通知する。タイミング基準（ＴＲ）ノードは、タイミング基準の役割を果たす。例えば分散アルゴリズムによって、単一のＴＲが選ばれる。ＧＰＳタイミングをもつノードがある場合は、ＧＰＳに支援されたノードのそれぞれが、ＴＲノードの役割を果たすことができる。ホップカウントは、特定のノードがＴＲからどれくらい離れているかを示すものである。また、ＴＲはルートノードになり、その他のノードはルートノードにぶら下がる子ノードとなって、ツリー構造を形成する。ＧＰＳに支援されたノードが複数ある場合は複数のＴＳＤＨツリー構造が可能である。
【００３５】
ＧＰＳに支援されたノードは、自動的に更新されてよい。例えば、ＴＲノード（ＧＰＳ用）は、Ｌ＝０というＴＳＤＨレベルを有してよく、一方ＴＲノード（非ＧＰＳ用）は、Ｌ＝１０というＴＳＤＨレベルを有してよい。この特徴により、全ネットワークがＧＰＳノードと同期させられる。ＴＳＤＨによれば、再同期が可能である。これは、ネットワークのいずれかの部分がタイミング同期エラーを起こすと、タイミングを訂正する向きが、ＴＳＤＨツリーのルートノードへ向けて方向付けされるからである。ＴＳＤＨツリーの維持には、３つの単純なルールがあってよい。すなわち、ルール１は、例えば、ＧＰＳに支援されていればＬ＝０、非ＧＰＳのＴＲノードにはＬ＝１０というように、ルートノードのＴＳＤＨ値は時間によらず不変とする、というものである。ルール２は、他のノードは自身のホップカウントを定期的に更新する、というものである。そして、ルール３は、ノードの通知されるＴＳＤＨ最大値を、ＴＳＤＨ＝ｍｉｎ（近隣のＴＳＤＨ）＋１、とするというものである。これにより、ＴＳＤＨツリーのルートとブランチおよびリーフとの間に張力が生まれる。言い換えると、ネットワークの端部において、ＴＳＤＨはより高く飛び上がろうとしており、ルートノードはその鎖をまっすぐに引き寄せる。図３の例では、ノード３は、ＧＰＳに基づいており、ＴＳＤＨツリーのルートとなっている。ノード２（ＴＳＤＨ＝２）は、ノード４およびノード５とは異なるタイミングを有する。ノード２は、ツリーにおける親ノードであるノード４（ＴＳＤＨ＝１）と同期することになる。
【００３６】
本発明の手法は、ノードの移動およびトポロジの変化によりホップカウント（ＴＳＤＨ）が自動的かつ動的に更新されるので、帯域幅効率に優れる。また、ＴＳＤＨツリーが、自動的に維持され、また分散型となっているので、トポロジ情報パケットやトポロジ情報メッセージが不要である。本手法は、不安定なリンクをもつアドホックネットワークにおいて強固である。ＴＳＤＨ値は、少ないビットで表すことができる。
【００３７】
再同期機能（例えば一連のタイミング訂正）は、より即時的である。本手法は、ネットワーク全体に効果が及ぶ。自動的なＧＰＳによる支援は、ＧＰＳタイミングへ自動的に同期されることを含む。ＧＰＳに基づくノードには、例えば０という最小値が与えられる。ＧＰＳに基づくノードがネットワーク内に多数存在するときは、クロックドリフト問題が緩和されるので、ネットワークタイミング追跡（例えば小さなタイミング訂正）が処理される。あらゆるＧＰＳノードの周辺において、ネットワークタイミングが局所的に安定化されている。また、近隣ノードのうちで局所的に知られている、より優先度の高いタイミングソースの検知により、重み付けされたタイミング訂正を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１（ａ）から図１（ｆ）は、アドホックネットワークにおける、それぞれ同期した２つのノード群の一連の結合段階を説明する概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図３のノード１からノード８までについて、ＴＤＭＡフレーム番号を説明する概略的な信号タイミング図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、アドホックネットワークにおける、同期していないノードの群を説明する概略図である。
【図３】図３は、本発明のタイミング同期手法に従った、アドホックネットワークにおける同期したノードの群を説明する概略図である。
【図４】図４は、図３のアドホックネットワークで用いられる無線ノードの例を説明する概略的なブロック図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  ネットワーク
１２  移動ノード
１４  無線リンク
２０  無線通信装置
２２  制御部
２４  メモリ
２６  アンテナ
【図１】
2008283673.tif 000003
【図２Ａ】
2008283673.tif 000004
【図２Ｂ】
2008283673.tif 000005
【図３】
2008283673.tif 000006
【図４】
2008283673.tif 000007
【外国語明細書】
2008283673000001.pdf