(57)【要約】【課題】複数個のサブチャネルを有するチャネルを介し装置間で随時フレームをやりとりする通信システムにて、チャネルアクセス遅延、チャネル利用率、各通信装置によるサブチャネル獲得確率等の問題を解決乃至緩和する。【解決手段】複数のサブチャネルを有するチャネルを介し各装置が随時フレームをやりとりする際に（１０１０）、それらの装置がそれぞれ選択手順を実行して予約候補サブチャネルを選択する（１０１２）。このとき使用する選択手順は、サブチャネル識別子順序集合に対する順列置換によりランキングを求め、そのランキングに従い予約候補サブチャネルを選択する手順である。次いで、それらの装置は、それぞれ、選択した予約候補サブチャネルのうち何個かを動的に予約する（１０１４）。【選択図】図１０
2008160836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のサブチャネルを有するチャネルを介し複数の装置間で随時フレームをやりとりする通信システムであって、
各装置が、サブチャネル識別子順序集合に対する順列置換により求めたランキングに従い予約候補サブチャネルを選択する選択手順を実行し、選択した予約候補サブチャネルのうち何個かを動的に予約する通信システム。
【請求項２】
請求項１記載の通信システムであって、順列置換を擬似乱数に従い行う通信システム。
【請求項３】
請求項１記載の通信システムであって、順列置換をチャネル毎に行う通信システム。
【請求項４】
請求項１記載の通信システムであって、順列置換を以前のチャネルに係る擬似乱数に従い行う通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はネットワークにおけるチャネルアクセス技術に関し、より詳細には動的チャネルアクセスプロトコルと併用可能なスケジューリング手順に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネットワーク技術の進歩により、昨今では、例えばモバイルスマートホン（個人情報端末化された携帯電話）向けアプリケーションやＶｏＷＩＰ(Voice over Wireless Internet Protocol)準拠のアプリケーション等、複数種類の音声関連アプリケーションを個々のネットワークでサポートできるようになっている。近い将来、これらのアプリケーションは、レガシーなＤＣＡ(Data Centric Application)が搭載された移動端末上で同時実行されることとなろう。その結果生じる音声／データ混在トラフィックを個々のネットワークでサポートするには、それらのアプリケーションにて使用するチャネルアクセスプロトコル例えばＭＡＣ(Media Access Control)プロトコルによって、高水準のチャネル利用率を実現しつつチャネルアクセス遅延を抑えねばならない。チャネル利用率を高めることはＤＣＡを実行する上で重要なことであり、チャネルアクセス遅延を抑えることは、音声関連その他のリアルタイムアプリケーションを実行して通信を行う際にデータが円滑に授受されるようにする上で必須のことである。
【０００３】
マルチホップアドホックネットワーク用やワイヤレスＬＡＮ(Local Area Network)用のチャネルアクセス方式としては既にコンテンションベース（競合主義）のチャネルアクセス方式が開発されているが、それらの方式では、ネットワーク負荷が高まっているときにチャネル利用率を高水準に保つことができない。更に、既存のコンテンションベースチャネルアクセス方式をアドホックネットワークで使用すると衝突が起きやすく、衝突が起きると一部の端末がチャネルを取得できなくて飢餓状態になる可能性がある。従って、既存のコンテンションベースチャネルアクセス方式では、チャネルアクセス遅延を確実に上限値以下に抑えることができない。そのため、ネットワークが高負荷になっているときには、ソフトリアルタイムアプリケーションのみならずバルク転送アプリケーションすら、そのネットワーク上では実行できなくなる。
【０００４】
コンテンションフリーチャネルアクセス方式はこうした問題点を解決するために提案されたものであり、これを用いることによってコンフリクトフリー（競合排除的）なチャネルアクセスを実現することができる。しかも、その通信システムのノードに当たる個々の通信装置の周辺で無線状態がどのような状態かに左右されない。コンテンションフリーチャネルアクセス方式には、大別してトポロジインディペンデントな方式とトポロジディペンデントな方式がある。そのうちトポロジインディペンデント（ネットワークトポロジ非依存型）コンテンションフリーチャネルアクセス方式においては、固定的な送信スケジュールに従い、そのアドホックネットワーク内の各ノードに位置する個々の通信装置を通信チャネルに周期的にアクセスさせる。例えば、１個又は複数個のユニークなサブチャネル例えばタイムスロットを大域的スケジュールに従い各通信装置に事前に割り当てるようにする。従って、こうした方式では衝突は発生し得ず、またチャネルアクセス遅延も確実に抑えることができる。反面、各通信装置での制御信号オーバヘッドがかなり嵩む、各通信装置がネットワーク全体についての知識を持っていなければならない、チャネル利用率が低くなりやすい等といった問題が生じるのが普通である。
【０００５】
これに対して、トポロジディペンデント（ネットワークトポロジ利用型）コンテンションフリーチャネルアクセス方式においては、小規模な通信装置群毎に個別に送信スケジュールを決定するので、高負荷時の利用率低下といった問題が生じない。しかも、そのために新たに必要になる情報は、ローカルトポロジ情報即ちそのネットワーク上の小範囲についてのトポロジ情報だけである。この方式の一例たる動的（ランダム）チャネルアクセス方式では、各通信装置が自装置に対応するサブチャネルを使用してチャネルにアクセスできる確率が常にある程度は生じるよう、送信スケジュールを確率的に決定する。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６７８８７０２号明細書（Ｂ１）
【特許文献２】米国特許第６９２８０６１号明細書（Ｂ１）
【特許文献３】米国特許第７０４６６３９号明細書（Ｂ２）
【特許文献４】米国特許第７１８４４１３号明細書（Ｂ２）
【非特許文献１】L.Bao, "MALS: Multiple Access Scheduling Based on Latin Squares", in 'MILCOM', pp.315-321, 2004
【非特許文献２】L.Bao and J.J.Garcia-Luna-Aceves, "Channel Access Scheduling in Ad-Hoc Networks with Unidirectional Links", in 'DIALM'01: Proceedings of the 5th International Workshop on Discrete Algorithms and Methods for Mobile Computing and Communications', ACM Press, New York, NY, USA, pp.9-18, 2001
【非特許文献３】L.Bao and J.J.Garcia-Luna-Aceves, "A New Approach to Channel Access Scheduling for Ad Hoc Networks", in 'MobiCom'01: Proceedings of the 7th Annual Internatinal Conference on Mobile Computing and Networking', ACM Press, New York, NY, USA, pp.210-221, 2001,
【非特許文献４】I.Chlamtac and A.Farag'o, "Making Transmission Schedules Immune to Topology Changes in Multi-Hop Packet Radio Networks", IEEE/ACM Trans.Netw.2(1), pp.23-29, 1994
【非特許文献５】I.Chlamtac, A.Farag'o and H.Zhang, "Time-spread Multiple-access (TSMA) Protocols for Multihop Mobile Radio Networks", IEEE/ACM Transactions on Networks, 5(6), pp.804-12, 1997
【非特許文献６】I.Cidon and M.Sidi, "Distributed Assignment Algorithms for Multihop Packet Radio Networks", IEEE Trans.Comput.38(10), pp.1353-1361, 1989
【非特許文献７】M.Coupechoux, B.Baynat, C.Bonnet and V.Kumar, "Croma: An Enhanced Slotted Mac Protocol for Manets", Mob.Netw.Appl.10(1-2), pp.183-197, 2005
【非特許文献８】A.Ephremides and T.Truong, "Scheduling Broadcasts in Multihop Radio Networks", IEEE Transactions on Communications, 38(4), pp.456-460, 1990
【非特許文献９】J.H.Ju and V.O.K.Li, "An Optimal Topology-transparent Scheduling Method in Multihop Packet Radio Networks", IEEE/ACM Trans.Netw.6(3), pp.298-306, 1998
【非特許文献１０】J.H.Ju and V.O.K.Li, "TDMA Scheduling Design of Multihop Packet Radio Networks Based on Latin Squares", IEEE Journal on Selected Areas in Communications 17(8), pp.1345-1352, 1999,
【非特許文献１１】A.Kanzaki, T.Hara and S.Nishio, "An Adaptive TDMA Slot Assignment Protocol in Ad Hoc Sensor Networks", in 'SAC'05: Proceedings of the 2005 ACM Symposium on Applied Computing', ACM Press, New York, NY, USA, pp.1160-1165, 2005
【非特許文献１２】A.Kanzaki, T.Uemukai, T.Hara and S.Nishio, "Dynamic TDMA Slot Assignment for Ad Hoc Networks", in 'Proc.International Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA)', pp.330-339, 2003
【非特許文献１３】L.Kleinrock and M.Scholl, "Packet Switching in Radio Channels: New Conflict-Free Multiple Access Schemes", IEEE Transactions on Communications 28(7), pp.1015-1029, 1980
【非特許文献１４】D.J.C.MacKay, "Cycle Graphs and Random Permutations", 2003, [online] Internet URL: http://www.inference.phy.cam.ac.uk/mackay/itila/cycles.pdf
【非特許文献１５】V.Rajendran, K.Obraczka and J.J.Garcia-Luna-Aceves, "Energy Efficient Collision-Free Medium Access Control for Wireless Sensor Networks", in 'SenSys'03: Proceedings of the 1st International Conference on Embedded Networked Sensor Systems', ACM Press, New York, NY, USA, pp.181-192, 2003
【非特許文献１６】S.Ramanathan and E.L.Lloyd, "Scheduling Algorithms for Multi-Hop Radio Networks", in 'SIGCOMM'92: Conference Proceedings on Communications Architectures and Protocols', ACM Press, New York, NY, USA, pp.211-222, 1992
【非特許文献１７】S.Ramanathan and E.L.Lloyd, "Scheduling Algorithms for Multihop Radio Networks", IEEE/ACM Trans.Netw.1(2), pp.166-177, 1993
【非特許文献１８】A.Sen and M.L.Huson, "A New Model for Scheduling Packet Radio Networks", Wirl.Netw.3(1), pp.71-82, 1997
【非特許文献１９】T.J.Shepard, "A Channel Access Scheme for Large Dense Packet Radio Networks", in 'SIGCOMM'96', ACM Press, New York, NY, USA, pp.219-230, 1996
【非特許文献２０】C.Zhu and M.S.Corson, "A Five-phase Reservation Protocol (FPRP) for Mobile AdHoc Networks", Wirl.Netw.7(4)，pp.371-384, 2001
【非特許文献２１】Z.Tang and J.J.Garcia-Luna-Aceves, "A Protocol for Topology-Dependent Transmission Scheduling", in Proc.IEEE Wireless Communications and Networking Conference 1999 (WCNC99), New Orleans, Louisiana, September 21-24, 1999
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
こうしたトポロジディペンデントなコンテンションフリーチャネルアクセス方式によれば、トポロジインディペンデントなコンテンションフリーチャネルアクセス方式に比べ制御信号オーバヘッドを抑えることができるが、残念なことにチャネルアクセス遅延を確実に抑えることができない。とりわけ、その通信システム内で同じサブチャネルを取り合う関係にある通信装置の個数が増えると、各通信装置が自装置用にサブチャネルを獲得できる確率が下がってしまう。
【０００８】
従って、上掲の問題点が解消乃至緩和されたチャネルアクセス方法及び装置が、求められているといえよう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここに、本発明は、複数のサブチャネルを有するチャネルを介し複数の装置間で随時、ネットワーク情報を含むフレームをやりとりする通信システムとして、実施することができる。本実施形態においては、各装置を、サブチャネル識別子順序集合に対する順列置換（パーミュテーション：置換群を求める操作）により求めたランキングに従い予約候補サブチャネルを選択する選択手順を実行し、選択した予約候補サブチャネルのうち何個かを動的に予約するよう構成する。
【００１０】
順列置換は例えばチャネル毎に行う。例えば、以前のチャネルに係る（擬似）乱数に従い現チャネルについて置換群を求める。（擬似）乱数を発生させる手段としては例えば（擬似）乱数発生器を用いる。この（擬似）乱数発生器は、例えば以前のチャネルについての識別子に対応するシードに基づき擬似乱数を発生させる。シードの生成には例えばハッシュ関数を用いる。
【００１１】
予約候補サブチャネル集合に含めるサブチャネルは例えば集合内サブチャネル間隔が所定値より小さくなるように選択する。
【００１２】
予約候補サブチャネル集合に含めるサブチャネルは或いはサブチャネル時刻に対し無関係になるように選択する。
【００１３】
選択手順実行中にタイ状態即ち同一サブチャネルを巡り複数の装置の優先度が拮抗する状態を解消するには、そのための手段を選択手順に組み込めばよい。例えば（擬似）乱数を利用して解消する手段でもよいし、拮抗している装置のうち現チャネルにおける獲得済サブチャネル数が最少の装置にそのサブチャネルを獲得させるという手段でもよい。
【００１４】
各装置にて処理するサブチャネル識別子順序集合は例えば現チャネル内サブチャネル集合の部分集合に対応する集合とする。
【００１５】
現チャネル内サブチャネル集合の部分集合は様々に形成できるので、サブチャネル識別子順序集合もそれに対応して様々に形成できる。その場、例えば、各装置で自装置用の選択手順に従い自装置に対応するサブチャネル識別子順序集合を処理し、それぞれその置換群におけるランキングを求め、自装置で使用したサブチャネル識別子順序集合に対応する現チャネル内サブチャネル部分集合に属するサブチャネルの予約可否を判別する。
【００１６】
選択手順は、例えばチャネル内サブチャネルの個数よりそれらを取り合う装置の個数が多いときにそれらを好適に処理できるように構成する。
【００１７】
選択手順は、例えば同じサブチャネル群を巡り争う各装置がそれらのサブチャネルのうち少なくとも１個を現チャネルで獲得できるよう構成する。
【００１８】
サブチャネルとしては、タイムスロット、周波数帯域、スペクトラム拡散コード、フレーム送受信用指向性アンテナ、それらの任意の組合せ等を使用する。
【００１９】
本発明は、上掲の通信システムにて使用する通信装置としても実施できる。
【００２０】
そして、本発明は、上掲の通信システムにおける機能動作を実現するための手順としても実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る通信システム、そのシステムで実行される通信手順及びそのシステムを構成する通信装置について説明する。本発明に係る通信システムにおいては本発明に係る通信手順を実行することによって装置間通信を行う。具体的には、複数個のサブチャネルを有するネットワーク内共用通信チャネルを用い、その通信システムを構成する各ノード即ち個々の通信装置（以下単に「装置」とも称する）間でフレームを送信即ち交換する。その際、各装置は、まず自装置のチャネルアクセスプロトコルに組み込まれている手順に従い動的スケジューリングを実行することにより、各装置がどのサブチャネルを選択及び予約したかを自装置で判断する。
【００２２】
この動的スケジューリング手順では、そのサブチャネルを巡りどの装置とどの装置が争っているのかをサブチャネル毎に判別し、争っている装置（競合装置）それぞれについてそのサブチャネルに対する優先度（ランキング）を計算し、計算したランキングに従いそれらの装置のうち何れかにそのサブチャネルを割り当てる。具体的には、擬似乱数等を用いた順列置換（パーミュテーション）をサブチャネル識別子順序集合に施すことで競合装置毎に異なる置換群（パーミュテーション群）を生成し、それら置換群同士を装置間比較することにより、そのサブチャネルによる情報送信権をどの装置に認めるのかを決定する。その際、例えば、どの装置も毎チャネル少なくとも１個のサブチャネルを獲得できるようにする。また、この動的サブチャネル予約はチャネルアクセスプロトコルによってチャネル毎に実行されるので、得られるスケジュールにおけるサブチャネル間隔分布は狭く、従ってサブチャネル間隔ばらつきを抑え通信システム内チャネルアクセス遅延を抑えることができる。
【００２３】
更に、本発明に係る通信システム、通信手順乃至通信装置の用途は多岐に亘っている。即ち、ＷｉＦｉ(登録商標)、ＷｉＭａｘ(商標)又はＩＥＥＥ(登録商標)８０２規格に準拠した通信プロトコルを使用するＬＡＮや、ＷＡＮ(Wide Area Network)、ＭＡＮ(Metropolitan Area Network)等といったネットワークや、ＧＳＭ(登録商標)等の携帯電話網等、様々なネットワークで本発明を利用することができる。また、本発明に係る通信手順は、本発明に係る通信システムに参加する様々な通信装置にて実行することができる。即ち、固定局か移動局かの別を問わず、また局、装置、ノード等どのような名称のものでもよい。更に、固定セル型のネットワークでも、アクセスポイント拡張型のネットワークでも、或いはランダム乃至アドホック型のネットワークでも、本発明を実施することができる。そして、本発明に係る通信システム、通信手順乃至通信装置は、ＴＤＭＡ(Time-Division Multiple Access)、ＦＤＭＡ(Frequency-Division Multiple Access)、ＣＤＭＡ(Code-Division Multiple Access)等の通信プロトコルや、空間ダイバーシティ法等の通信技術に適合するように、実施することができる。
【００２４】
なお、以下の説明中、選択（エレクション）とは、１個、２個又はそれ以上の個数のフレームの送出に使用したいサブチャネルを同一通信システム内にあり互いに競合関係にある個々の通信装置で決めること又はその手法を指している。また、予約（リザベーション）とは、選択済サブチャネルの中からその通信装置でフレーム送出に使用するサブチャネルを決めること（及びその結果を同通信システム内の他の通信装置に知らせること）又はその手法を指している。そして、スケジューリングとは、サブチャネル選択、サブチャネル予約又はその双方を実行するための一群の手順又はその実行を指している。
【００２５】
ここではまず、本発明の一実施形態に係る動的スケジューリング手順について例示説明する。本手順はチャネルアクセスプロトコルに組み込まれており、コンテンションフリーという特徴を有している。図１に示したのはこのチャネルアクセスプロトコルの下に稼働する通信システムで使用されるフレームの一例構成１００である。このシステムでは、個々のチャネルを複数個のサブチャネル即ちタイムスロット１１０に時分割して使用する。以下、同様にタイムスロットをサブチャネルとして用い装置間で随時フレームをやりとりする例で説明するが、サブチャネルには前述の通り他の形態もある。各スロット１１０にて送出される個々のフレーム１００は、そのフレーム１００を送出する装置の装置識別子や送出するデータの総量等の情報がセットされるスロットヘッダ１１２、データフロー等についての情報がセットされるコンテキストパケット１１４、それぞれ１個又は複数個の他装置に送りたい情報からなる１個又は複数個のデータパケット１１６等を含んでいる。
【００２６】
図２に本手順が稼働しうる通信システムの一例構成２００を示す。本システム２００では、例えば図１に示した構成のフレーム１００を複数の通信装置２１０間で或いは装置２１０対システムサブセット間でやりとりすることができる。即ち、個々の通信装置例えば２１０−４が、１ホップ先、２ホップ先、３ホップ先等々にある他装置２１０と通信することができる。なお、１ホップ、２ホップ、３ホップ等々とは送り手と受け手の間に介在する他装置２１０の個数が０個、１個、２個等々（同順）であることをいう。こうしたシステム構成では、例えば他装置２１０−３の通信可能範囲内にある装置２１０−４が当該他装置２１０−３による通信を邪魔する可能性があり、またシステム２００内共有通信チャネルへのアクセスに関し複数の装置２１０が互いに競合する可能性もあるので、本システム２００では、各装置２１０がＭＡＣ等のチャネルアクセスプロトコルに従いタイムスロット１１０（図１）を予約するようにしている。即ち、スロット１１０の中に予約／解放可能なものがあるか否か、そのうち実際にどれを予約／解放するのかを、各装置２１０が動的スケジューリング手順に則り分散決定するようにしている。こうした予約を経て送出を行うため、相互近隣装置例えば２ホップ装置同士が同一タイムスロットを巡り競合した場合でも、そのうちそのスロットで実際にデータを送出できるのは１装置に絞られる。
【００２７】
但し、既存の動的スケジューリング手順では、装置毎にサブチャネル予約間隔がかなりばらつき乃至変動しうる。時刻３１０を横軸に採って図３に模式的に示す通り、ある装置が予約した一群のサブチャネル（ここではタイムスロット）３００におけるタイムスロット３１２同士の時間差、即ちスロット間隔３１４は、その装置についてのチャネルアクセス遅延が延びるにつれて長くなっていく。これに対して、本手順では、以下説明する通りそうした問題に対しヒューリスティックな手法で対処するようにしている。本手順は、図２に示した装置２１０それぞれで即ち分散的に、しかも限られた範囲についてのネットワークトポロジ情報だけでネットワークの変化（装置の追加、除去、ネットワーク内移動等）を反映させて実行される。
【００２８】
なお、図１に示したフレーム構成や図２に示したシステム構成は一例に過ぎない。従って、図中の一部構成要素を削除した形態や、図示構成に別の構成要素を付加した形態や、図示構成要素のうち複数個を統合して１個にまとめた形態や、図示構成要素同士の位置関係を変更した形態でも、本発明を実施することができる。例えば、チャネル乃至フレームの毎秒当たり個数は各装置の動作タイミングやハードウェア次第であり、その長さは装置間クロック同期精度に応じ例えば１００〜５００ｍｓｅｃ程度になる。従って、図１に示したフレーム１００におけるデータパケット１１６の個数も実施形態によって異なる個数になる。
【００２９】
本手順による動的スケジューリングの基礎となるのはコンフリクトグラフである。コンフリクトグラフとは、集合Ｖに属する各装置ｉについて
【数１】
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を定義できるネットワークグラフＧ＝（Ｖ，Ｅ）のことである（ｉ，ｊ：装置識別子，Ｖ：頂点集合，Ｅ：辺集合）。集合ＣＳｉは装置ｉ及びその競合装置ｊからなる集合であり、本願では装置ｉについての競合装置集合と呼んでいる。但し、「競合」の定義がそのネットワークの技術的性質により異なることに注意が必要である。例えば、「装置ｉから２ホップ先の装置ｊは装置ｉと競合」「装置ｉから３ホップ先の装置ｊは装置ｉと競合」等といった具合に、ホップ数で競合を定義すべきネットワークもある。また、「装置ｉが第三者から信号を受信しているとき装置ｊが送信を行うと所定確率以上でパケットエラーが生じるなら装置ｊは装置ｉと競合」というように、装置ｉ装置ｊ間無線信号伝送路上の伝搬損失の小ささで競合を定義すべきネットワークもある。
【００３０】
また、本手順では、先にも述べた通り、データ送出に使用してよいサブチャネルをその識別子順序集合に対する置換群に従い各装置に割り当てる。本願では、この手法による選択のことをＰＲＥＰ、即ち順列置換による擬似乱数選択(Pseudo-Random Election by Permutation)と呼ぶ。ＰＲＥＰはサブチャネル集合におけるサブチャネル同士の関係に基づき行う。サブチャネルとしてタイムスロットを用いる例でいえば、これは、スロット同士の関係に着目してそのスロット集合から各装置にスロットを割り当てる、ということである。また、ＰＲＥＰはその通信システムに参加する個々の装置で即ち分散的に実行される。しかも、これを行うことにより、チャネル利用率を最大限に高めつつ、スケジュール上での平均的なスロット間隔に対するスロット間隔の偏差を抑えることができる。
【００３１】
ＰＲＥＰを実行する際には、まず時間軸に沿ってある長さを占める個々のチャネルｔについてのキーＫ（ｔ）を用い、順列置換を実行する。即ち、サブチャネル識別子たるタイムスロット番号の順序集合（スロット識別子順序集合）Ｔを順列置換し、同一スロットｔｓを巡る競合装置の中で置換群によるランキングが最も高い（又は低い）ものを選択し、そのスロットｔｓにおける情報送信権を認める、という選択手順を、各装置で行う。順列置換に際しては、まず、個々のチャネル番号ｔに対応するキーＫ（ｔ）即ちチャネルキーの値を（擬似）乱数によって定める。例えばキーＫ（０）は乱数発生により求めキーＫ（ｔ＋１）はキーＫ（ｔ）にハッシュ関数Ｈａｓｈ（）を適用するＫ（ｔ＋１）＝Ｈａｓｈ（Ｋ（ｔ））の演算で求める、といった処理を各装置で実行して数列を生成する。但し、全装置が共通の時刻に同期して動作しておりどの装置で導出されるキーＫ（ｔ）も同じになるものとする。数列生成後、集合Ｖに属する各装置ｉは、各選択サイクル毎に、また競合装置集合ＣＳｉに属する各競合装置ｊについて、キーＫ（ｔ）を用いスロット識別子順序集合Ｔを順列置換して置換群ベクトルＰｉ（ｊ，Ｋ（ｔ））を計算する。このベクトルＰｉ（ｊ，Ｋ（ｔ））は、各競合装置ｊについて集合Ｔに係るスロットアレイをキーＫ（ｔ）で順列置換したものであり、各競合装置ｊに対し集合Ｔ内の異なる要素（異なる順位）を割り当てる。どの装置でも同じ集合Ｔに対して順列置換を行っているので、それに使用する関数がどの装置でも同じ１対１写像であれば、各競合装置ｊに係るベクトルＰｉ（ｊ，Ｋ（ｔ））はどの装置ｉによる計算でも同じベクトルになる（装置番号ｉに依存しない）。
【００３２】
更に、装置ｋがタイムスロットｓにおける情報送信権を得るのは、各装置で計算される置換群ベクトルＰによればその装置ｋについてのスロットｓのランキングが最も高く（ランキング値が最も小さく）他に拮抗する装置がない場合である。例えば、ベクトルＰにおけるスロットｓのランキングをｒａｎｋ（ｓ，Ｐ）と表すこととする。また、頂点集合Ｖ＝｛Ａ，Ｂ｝及び辺集合Ｅ＝｛（Ａ，Ｂ）｝で表される競合装置集合ＣＳＡに属する装置Ａにてスロット識別子順序集合Ｔ＝｛１，２，３，４｝を対象に選択手順を実行したとする。その場合、その装置Ａでは例えば図４に示すような計算結果４００が得られる。図中、ＰＡ（Ａ，Ｋ）は装置ＡがキーＫを用い自装置について求めた各スロットのランキング、ＰＡ（Ｂ，Ｋ）は装置Ａが同じキーＫを用い装置Ｂについて求めた各スロットのランキングである。ＰＡ欄の第４位に１と記されている通り装置Ａについてのスロット１のランキングは４即ちｒａｎｋ（１，ＰＡ（Ａ，Ｋ））＝４であり、同様に装置Ｂについてのスロット１のランキングは２即ちｒａｎｋ（１，ＰＡ（Ｂ，Ｋ））＝２である。装置ｉがスロットｓにおける情報送信権を獲得するのは競合装置集合ＣＳｉに属する全てのｊについてｒａｎｋ（ｓ，Ｐｉ（ｉ，Ｋ））＜ｒａｎｋ（ｓ，Ｐｉ（ｊ，Ｋ））が成り立つときであるので、ＰＡ（Ｂ，Ｋ）欄内のスロット１位置がＰＡ（Ａ，Ｋ）欄内のスロット１位置より上にある図示例では、装置Ｂがスロット１における情報送信権を獲得することとなる（即ちスロット１は装置Ｂの予約候補サブチャネルになる）。
【００３３】
また、同一タイムスロットｓについて複数の装置が互いに同等のランキングを呈する状態、即ちタイ状態が発生することもある。例えば図４に示した例では、スロット４が装置Ａ及びＢの何れでも第３位を占めている。こうした状態はタイブレーク処理により解消できる。即ち、装置ｉに係る競合装置集合ＣＳｉ中の装置ｊのうちスロットｓについて同着で最高ランキングになっている装置の集合を
【数２】
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と表すこととすると（ｍｉｎ：最小値関数）、それらの装置のうち１個だけにそのスロットｓにおける情報送信権を与えるには、この同ランキング集合ＥＲｉ（ｓ）から要素を１個選び出せばよいことがわかる。このタイブレーク処理に相応しいやり方は幾つか考えられる。そのうち第１のやり方は、集合ＥＲｉ（ｓ）の要素をその装置識別子に従い何らかの方法でソートし、その結果得られる順列の最先又は最後にくる装置ｋを選ぶ手法である。第２のやり方は、その次のスロットｓ＋１についてのランキングｒａｎｋ（ｓ＋１，Ｐｉ（ｋ，Ｋ））が低い方の装置ｋを集合ＥＲｉ（ｓ）から選ぶ手法である。この手法は全スロットを巡るように実施することもできる。加算ｓ＋１は集合Ｔの要素数｜T｜＝Ｍと同回数即ちｓ＝１，…，Mの範囲で実行する。第３のやり方は、第２のやり方と同じ要領の手法であるが、但し次のスロットｓ＋１についてのランキングｒａｎｋ（ｓ＋１，Ｐｉ（ｋ，Ｋ））が高い方を選ぶというものである。そして、第４のやり方は、装置ｎとスロットｓの組合せ毎に（擬似）乱数W［ｎ，ｓ］を発生させ、発生させた乱数W［ｎ，ｓ］が特定の順位例えば最高又は最低順位になる装置に対しスロットｓにおける情報送信権を与える手法である。
【００３４】
上掲のやり方のうち第２のやり方を図示例に適用すると、装置Ａはタイムスロット３及び４における情報送信権を、また装置Ｂはスロット１及び２における情報送信権を獲得して、それらを予約候補にすることとなる。本願出願人にて行ったシミュレーションの結果によれば、例えば装置数がタイムスロット数の半分以上に達する等、スロット数の割りに装置数が多い場合には、第１のやり方ではやや不公平になる。これに対して第２及び第３のやり方ならば顕著な隠さなく概ね公平にタイブレークできる。
【００３５】
以上概論した動的スケジューリング手順では、置換群ベクトルを生成する関数として様々な関数を使用できる。例えば、ベクトルたるスロット識別子順序集合Ｔの各要素に（擬似）乱数を割り振り、その乱数に従い集合Ｔの要素をソートするランダム置換関数を使用するとよい。なお、集合Ｔに属する複数の要素に対して同一値の乱数が割り振られた場合は乱数を振り直せばよく、また集合Ｔの要素数に対し乱数の値域が十分に広ければそうした重複割り振り自体あまり発生しなくなる。この関数では、その出力として置換群ベクトルＰｉ（ｊ，Ｋ）を得るため、同じ集合Ｖに属する別々の要素ｉ，ｊに対し同一結果をもたらさない決定論的１対１写像ｏを用いてシードｊ  ｏ  Ｋを生成し、これを（擬似）乱数発生器に与える。各フレームにおけるシードは、例えば以前のチャネルに係るシード（例えばサブチャネル識別子に基づく前フレームでのシード）をハッシュ化し、それによって得られたハッシュ値と各装置の装置識別子とのコンボリューションを求めることによって生成する。また、サブチャネル時刻により左右されないようにシードを生成してもよい。例えば、チャネル乃至フレームの通し番号とチャネル内におけるスロットの循環番号とのコンボリューションに対して独立になるようシードを生成してもよい。
【００３６】
表１に、本発明の一実施形態にて動的スケジューリング手順の一部をなすランダム置換関数の一例として、ＫｎｕｔｈＳｈｕｆｆｌｅ関数を示す。この表は実際のコードを模した形態でプログラムコードを表したものである。ＫｎｕｔｈＳｈｕｆｆｌｅ関数はスロット識別子順序集合Ｔの要素数｜Ｔ｜＝Ｍと同じオーダＯ（Ｍ）の関数であり、重複が発生してもそれを追求しないように作成されている。この関数に対する入力は恒等置換群（アイデンティティパーミュテーション）即ちその要素が自然な順序で並んでいるスロット識別子順序集合Ｔであり、この関数からの出力はその集合Ｔにおける要素順序をランダムに入れ替えたもの即ち集合Ｔに対するランダム置換群である。この関数では、集合Ｔ内のｉ番目の位置から｜Ｔ｜番目の位置までの範囲内で要素をランダムに選択し、その要素と集合Ｔ内のｉ番目の位置の要素とで集合Ｔに占める位置を交換するスワッピング処理を、集合Ｔ内のＭ通りの位置全てについて即ちＭ回繰り返す。この関数により各競合装置ｊについて集合Ｔのランダム置換群ｊ  ｏ  ｋを求めたら、それを前述の通り（擬似）乱数発生器にシードして置換群ベクトルＰｉ（ｊ，Ｋ）を計算すればよい。
【表１】
2008160836.tif 000005
【００３７】
その際の置換群ベクトルＰｉ（ｊ，Ｋ）計算には様々な手法を使用できる。例えば、装置識別子ｊから写像ｏによって求めたキーＫを（乱数発生器ではなく）ブロック暗号化関数等の擬似乱数発生器にシードして決定論的に要素を再シャッフルする手法がある。次に説明する手順はこの手法による決定論的シャッフルの一例である。
【００３８】
表２に、本発明の一実施形態にて動的スケジューリング手順の一部をなす決定論的シャッフル関数の一例として、ＲｕｎＥｌｅｃｔｉｏｎ関数を示す。この表は実際のコードを模した形態でプログラムコードを表したものである。この関数への入力はランダム置換群ベクトル（行列）Ｐ［ｎ，ｔ］、タイブレーク用の装置荷重集合Ｗ［ｎ，ｔ］等であり、この関数からの出力は各タイムスロットｔにおける情報送信権獲得装置の装置識別子ｎの集合Ｓ［ｔ］即ちスケジュールである。装置荷重は乱数でもよいし装置識別子に基づき定めた決定論的な値でもよい。また、装置荷重としてタイムスロット時刻に対し独立で且つ装置識別子と同じソート順を有するものを用いた場合は、この表で「ｉｆ  Ｓ［ｔ］＝Ｎ＋１」から始まっている条件文のうち、その後半にある情報送信権獲得装置ランキング集合Ｒ［ｔ］及び情報送信権獲得装置荷重集合Ｖ［ｔ］に係る記述を無視してもかまわない。
【表２】
2008160836.tif 000006
【００３９】
置換群ベクトル生成関数としては更にこれから例示説明するサイクル集合生成関数も使用できる。サイクル集合生成関数では、まず集合｛１，…，ｎ｝に対するランダムな順列置換を応用してサイクル集合Ｐｎ＝｛Ｃ１，…，Ｃｋ｝を生成する（但しｎはスロット数、ｋ＝１，…，ｎ）。ｋ＝１ならこの集合Ｐｎは長さ｜Ｃ１｜＝ｎのサイクル１個を要素とする単一要素群であり、ｋ＝ｎなら長さ＝各１のサイクルｎ個を要素とする恒等置換群である。また、サイクルの中でその長さが｜Ｃｌｏｎｇ｜≧ｎ／２のサイクルを長サイクルと呼ぶこととする。集合Ｐｎの中にはこうした長サイクルを含むものも含まないものもあり得るが、含まれていてもその個数は高々１個である。また、集合Ｐｎを生成する際には前述のＫｎｕｔｈＳｕｆｆｌｅ関数を利用できる。ＫｎｕｔｈＳｕｆｆｌｅ関数は均一性が高いので、生成される集合Ｐｎのうち約６６％に長サイクルが発生する。
【００４０】
解くべき問題は長さ＝ｎのサイクル１個を要素とするサイクル集合Ｐｎを導出するという問題であり、この問題に対する解法は少なくとも二種類ある。そのうち第１の解法は、サイクルグラフＫｎの始点から終点（＝始点）までランダムに探索していきハミルトニアンサイクルを求める、という解法である。その結果得られる集合Ｐｎはランダムなハミルトニアンサイクル１個を要素とする単一要素群であり、しかもそのハミルトニアンサイクルの長さはｎになる。また、第２の解法は、長さ＝ｎのサイクル１個を要素とする単一要素群を仮定して順列置換し、それをランダム置換関数によって順列置換する、という解法である。例えば、初期群要素ｘに対しπ（ｘ）＝（ｘ＋１）  ｍｏｄ  ｎなるサイクル的右シフト操作を施し、その結果得られた置換群π（ｘ）を更にランダム置換関数によって順列置換する、といった解法である。置換群π（ｘ）はダイグラフで表すことができるので、解くべき問題は、その周上に整数値｛１，…，ｎ｝が振られた有向リングにおける辺集合が保存されるようにランダム自己同型群を生成する、という問題になる。
【００４１】
第１の解法即ちハミルトニアン法においては、まず任意の１装置に注目して長さ＝ｎのサイクルを生成する。即ち、その注目装置を始点とし、そのサイクルの個々の頂点となる装置を１回ずつ巡り、そしてその最後の装置から始点たる注目装置に戻る経路を定める。スロット間をつなぐこの経路をサイクルグラフと呼ぶ。スロット数がｎであるのでサイクルグラフはｎ！通り生じうるが、その中には他のサイクルグラフに対し回転対称になっているものもあるので、そうした等価グラフを除くと（ｎ−１）！通りに絞られる。表３に、ハミルトニアン法によるサイクル集合生成関数の一例としてＨａｍｉｌｔｏｎｉａｎＣｙｃｌｅ関数を示す。この表は実際のコードを模した形態でプログラムコードを表したものである。その出力として有向辺集合Ｅを得るため、この例では任意の装置例えば装置１を始点兼終点として初期設定し、その上で、その装置１に始まり残りの装置をランダムに巡り装置１に戻るようにサイクルを発生させる。即ち、装置ｕと装置ｖをつなぐ有向辺（ｕ，ｖ）を辺集合Ｅに追加する、という処理を、最後の装置と装置１をつなぐ有向辺が追加されてサイクルグラフが閉じるまで、ｖをランダムに変化させつつまたｕをｖで更新しつつ繰り返し実行する。なお、最初に装置１を別の装置につないだ段階で残りの装置が採りうる順序の組合せが（ｎ−１）！通りになることに留意されたい。
【表３】
2008160836.tif 000007
【００４２】
第２の解法即ち自己同型法はハミルトニアン法から得られる幾つかの知見を利用した解法である。得られる知見のうち一つめは、もし最初に規範的有向辺集合｛（１，２），（２，３），…，（ｉ，ｉ＋１），…，（ｎ−１，ｎ）｝を定めておき、その集合中で各頂点に付す装置識別子を変化させれば、なにも１個の装置から始めなくてもサイクルグラフを完成させられるであろう、という知見である。また、これにより得られるサイクル集合は有向リングに対して自己同型な集合であるので、第２の知見として、もし辺集合に代えて恒等置換群写像と等価な装置巡回順序集合（１，２，…，ｎ）にランダム置換関数を適用すれば装置をランダムにつないだ長さ＝ｎのサイクル１個からなるサイクル集合がもたらされる、という知見が得られる。そのためのランダム置換関数としてはＫｎｕｔｈＳｈｕｆｆｌｅ関数を使用できる。
【００４３】
なお、先に説明したランダム置換群と、サブチャネル識別子順序集合の一種たる装置巡回順序集合（１，２，…，ｎ）から得られるこの自己同型群は、何れも同じサブチャネル識別子順序集合Ｔに対しＫｎｕｔｈＳｈｕｆｆｌｅ関数を適用して得ることができるものの、それらの群の要素の意味等に違いがある。まず、集合Ｔに対しＫｎｕｔｈＳｈｕｆｆｌｅ関数を適用して得られるランダム置換群をＫ＝ＫｎｕｔｈＳｈｕｆｆｌｅ（Ｔ）と表すこととすると、先に説明したランダム置換群は
【数３】
2008160836.tif 000008
と表すことができる。その意味合いは、次に示す二行行列表記
【数４】
2008160836.tif 000009
と同義である。しかも、この表記によれば、生成したランダム置換群中にあらゆるサイクルが発生しうる。そのため、長さ＝ｎのサイクル１個からなる置換群を得ることをめざす自己同型法では、集合Ｔ及びＫを有向リング沿い装置巡回順序集合としてサイクル的に処理する。従って、自己同型法にて生成するサイクル集合は次の式
【数５】
2008160836.tif 000010
で定義されるものになる。なお、この式中の最後の「＋１」はこのアレイのインデクスを０，…，（ｎ−１）ではなく１，…，ｎにしたことに伴うものである。
【００４４】
図５に、Ｋ＝ＫｎｕｔｈＳｈｕｆｆｌｅ（Ｔ）が（２，１，３，５，４）になる場合を例として、前述のランダム置換群πｔ（ｉ）及び自己同型法によるサイクル集合πｃ（ｉ）の生成結果５００を模式的に示す。この図に示すように、集合Ｋを二行行列表記で処理して得られる群πｔ（ｉ）とサイクル表記で処理して得られる群πｃ（ｉ）とには大きな違いがある。例えば、群πｔ（ｉ）をサイクル表記すると｛（１，２），（４，５）｝、即ち長さ＝２のサイクル２個と長さ＝１のサイクル１個の集合になるが、群πｃ（ｉ）のイメージは長さ＝ｎ（＝５）のサイクル１個になる。
【００４５】
使用できる置換群ベクトル生成関数としては更にラテン方陣関数がある。ラテン方陣とは、どの列も群（１，…，Ｍ）に対する置換群になっており、且つ各行内に同じ要素が複数回現れないようなＭ×Ｍ行列のことをいう。ラテン方陣を作成するには、例えば各列が恒等置換群になっている行列に対して、各要素の行位置を列内で巡回的にシフトさせる処理を、列毎にシフト行数を変えて施せばよい。シフト行数は列番号と同じ値でよいが、別の値でラテン方陣を作成することもできる。
【００４６】
こうした方陣はスケジューリングに利用できる。即ち、ラテン方陣（又はその拡張版である相互直交ラテン方陣）を作成し、各装置に対しその装置についての置換群ベクトルとしてその方陣の何れかの列を割り当てればよい。また、複数の装置に対し同一の列を重複割当することがないようにすることで、コンフリクトのないスケジュールを得ることができる。即ち、各装置が、自装置に割り当てられた列中の第１行に記されているタイムスロットを含め、チャネル毎に少なくとも１個はタイムスロットを獲得することができる。
【００４７】
なお、ラテン方陣関数等の有限回転関数では、スケジューリングに際し装置毎に列をランダムにピックアップすることを許すと誕生日パラドクスが発生する。即ち、Ｎ個の装置からなる装置群でＭ個のタイムスロットを争ったとき、複数の装置間にコンフリクトが発生しない確率は、各装置がラテン方陣から別々の列をピックアップする確率に等しい。この確率はＮ人の誕生日がＭ通り以上になる確率に等しく、Ｎに比してＭが大きい場合にはかなり低くなる。例えば装置が５０個でスロットが５００個なら、複数の装置が同一列をピックアップする確率は９１．４％にもなる。スロットが５００個の場合に複数装置による同一列ピックアップ確率を５０％未満に抑えるには、装置の個数を２６個以下にすることが必要である。このように、ラテン方陣関数等の有限回転関数は、スロット数の割りに装置数が多い場合には、その有効性に限界がある。
【００４８】
以上述べたランキングによるＰＲＥＰは通信システムに新たな自由度をもたらすものである。例えば、ＰＲＥＰを用いた通信システムではチャネルサイズを仮想的に可変設定することができる。通常の通信システムではフレームサイズ可変は困難であるとされているが、それは、一つには各物理チャネルのサイズが時間的に画定されていて各チャネルに異なるチャネルキーＫが割り当てられるからであり、また一つにはチャネルアクセスプロトコルを形成する個々の層が様々な信号を物理チャネルに関連付けて行うからである。これに対し、ＰＲＥＰを用いた通信システムでは、タイムスロット群を仮想的に任意個数のグループにまとめる（パーティショニングする）ことができる。即ち、ｍ１＋…＋ｍｐ＝Ｍ（ｍｉは第ｉグループに属するスロットの個数）の条件を満たすよう、Ｍ個のタイムスロットをｐ通りのグループにパーティショニングすることができる。また、各装置は、グループ毎に、そのグループに属するｍｉ個のスロットをランダムに巡回する長さ＝ｍｉのサイクルを構築する。例えば１０個のスロットを（ｍ１，ｍ２，ｍ３）＝（３，３，４）にパーティショニングした場合、各装置では、サイクル（１  ２  ３）、（４  ５  ６）及び（７  ８  ９  １０）に同型な置換群をピックアップする。
【００４９】
また、１チャネル内に設けるタイムスロットの個数は、装置密度が高い状態に対処するため２５０〜５００個にするのが普通であるが、このようにスロット数が多いとスロット間隔のばらつきも大きくなりやすい。これに対しては、各装置にて仮想チャネルサイズを動的に調整し競合装置の個数に近づけるようにするとよい。そうすることで、スロット間隔のばらつきを抑えることができる。また、同一エリア内に存する種々の装置間で仮想チャネルサイズが区々になるのは望ましくないので、例えば仮想チャネルサイズを２の冪にする等といった仮想チャネルサイズ規約を定めるのが望ましい。これにより、小さなサイズの仮想チャネルによるスケジューリングサイクルを、それより大きなサイズの仮想チャネルによるスケジューリングサイクルのサブサイクルにすることができる。また、それによって、シグナリング及び装置状態空間のサイクルサイズを例えば１６、３２、６４、１２８、２５６、５１２等に縮小することができる。
【００５０】
また、全タイムスロットの集合を複数個のグループに分け、それぞれのグループを仮想チャネルにし、各仮想チャネル毎にランダム置換等を行ってサイクルを決めるようにしてもよい。例えば、現チャネル内タイムスロット集合を第１スロット集合と第２スロット集合とに分け、それぞれに対応するスロット識別子集合を使用する。更に、第１装置は自装置の選択手順により第１スロット識別子集合の置換群におけるランキングを求めて第１スロット集合に関する予約可否を判別し、第２装置は自装置の選択手順により第２スロット識別子集合の置換群におけるランキングを求めて第２スロット集合に関する予約可否を判別する、というように装置毎に動作させる。こうした実施形態では、装置が異なるとサブチャネル（スロット）予約判別の基になるスロット集合が異なることがある。この手法は、サブチャネルのスケジューリングをより公平に行う上で役に立つ。
【００５１】
ＰＲＥＰによる動的スケジューリング手順の特性は数値シミュレーションにより解析することができる。解析の対象となる特性はスロット間公平性等である。スロット間公平性を考えるときしばしば重視されるのは、同一チャネルに対し同等の優先権を有する装置間では装置の別なく且つ常時そのチャネルに公平にアクセスできる、という性質即ち長期的公平性であり、ＰＲＥＰによればこれを実現することができる。ただ、チャネルアクセスについて検討するなら、もう一つ、平均チャネルアクセスレートばらつきについても重要視すべきであろう。即ち、仮にある二種類のプロトコルＡ及びＢで平均チャネルアクセスレートが互いに同一であっても、両プロトコルで全装置が互いに同一の能力を発揮しうるわけではないことを、重視すべきである。例えば４個の装置で１６個のタイムスロットにアクセスするとき、プロトコルＡなら各装置に４個ずつのスロットが割り当てられるとすれば、このプロトコルＡの公平性は十分である。これに対して、プロトコルＢでは４個の中の２個の装置が３個ずつスロットを使用し残りの２個の装置が５個ずつスロットを使用するとしたら、プロトコルＡのケースと平均チャネルアクセスレートでは同一であるとはいえ、装置間のスロット間隔ばらつきはプロトコルＢの方が大きくなる。ＰＲＥＰによれば、次に説明するように、スロット間隔ばらつきを抑えることができる。
【００５２】
今、ネットワークに接続されている装置がＮ個あり、各装置がタイムスロットを確率ｐ＝１／Ｎで即ちランダムに獲得するなら、その装置が獲得するスロット間の間隔は装置数Ｎが増えると等比級数的に拡がっていく。スロット間隔の平均値はＮ、分散は（１−ｐ）／ｐ2になる。図６に、装置数Ｎによるスロット間隔標準偏差の相違の例６００を模式的に示す。図中、欄６１０に示されているのは装置数Ｎ、欄６１２に示されているのは装置数Ｎについての等比級数の標準偏差、欄６１４〜６１８に示されているのはＰＲＥＰにより選択を行った場合のスロット間隔標準偏差である。特に、欄６１４はスロット数が装置数Ｎと等しい場合、欄６１６はスロット数＝２Ｎの場合、欄６１８はスロット数＝１０Ｎの場合についての計算結果である。
【００５３】
図示したスロット間隔標準偏差は多数のフレームに亘る計算により求めたものである。但し、計算時間の都合上、Ｎ＝２０の場合及びＮ＝１００の場合の数値は１０００フレームに亘る計算で、Ｎ＝２５０の場合及びＮ＝５００の場合の数値は５００フレームに亘る計算でそれぞれ求めてある。更に、タイ状態が発生した場合は乱数発生によりタイブレークした。図示されている結果から読み取れるように、ランダム置換関数によるＰＲＥＰの方が、等比級数により表されるランダム獲得方式より、スロット間隔標準偏差が小さくなる。また、例えば欄６１８から読み取れるように、装置数／スロット数比が小さいときにはその差は僅かでサービス上大した差はないが、欄６１４や欄６１６から読み取れるように、競合装置数が多いとき即ち高負荷時には差が拡がり、ＰＲＥＰではスロット間隔標準偏差がかなり小さくなる。このように、ＰＲＥＰは、負荷が増したときにスロット間隔標準偏差が小さくなるという望ましい特性を有している。
【００５４】
更に、ＰＲＥＰの仮想チャネルサイズ機能を用い、その仮想チャネルサイズ集合を競合装置数に応じて決めた場合、スロット間隔ばらつきは更に小さくなる。その場合について、図７に、欄６１０の装置数Ｎによるスロット間隔標準偏差の相違７００を模式的に示す。なお、欄６１４に示されている数値が図６に示したものと若干異なっているが、これは、仮想チャネルサイズ数値シミュレーションを異なる乱数シードに基づき行ったからである。
【００５５】
選択手順においては、更に、サービス待ち時間が短いことも重要である。図８に、装置数Ｎによるスロット間隔９９パーセンタイル値の相違の例８００を模式的に示す。スロット間隔９９パーセンタイル値は、ここではサービスとサービスとの間に装置が被る最大遅延時間の指標として使用されている。この図から読み取れるように、タイムスロット群を巡り争う競合装置の個数が２０個で獲得確率が１／２０の場合、等比級数により表されるランダム獲得方式では、スロット間隔９９パーセンタイル値で表した遅延時間が９０スロット分にも達するのに対して、ランダム置換関数によるＰＲＥＰの方は、標準偏差と同じく競合装置数が増せば増す程高性能になる。もっとも、９９パーセンタイル値は標準偏差と強い相関を有しているので、ＰＲＥＰによる選択手順の方がその値が良好になっても驚くには値しない。とはいえ、欄６１８に示す１０Ｎの例では、ＰＲＥＰによる選択手順は純粋なランダム分布より２３〜２５％程も優れている。
【００５６】
図９に、ＰＲＥＰの仮想チャネルサイズ機能を用いた場合について、装置数Ｎによるスロット間隔９９パーセンタイル値の相違の例９００を模式的に示す。この図から読み取れるように、仮想チャネルサイズ機能を利用した場合、利用可能タイムスロット数に対する競合装置数の比に対して、遅延時間分布の裾の部分が若干不感になる。
【００５７】
また、ＰＲＥＰによる動的スケジューリングが純粋にランダムな選択よりも優れているのは、一つには、タイムスロットの獲得と、それと同一のチャネルにおける別のタイムスロットの獲得との間に、負の相関があるためである。更に、その選択は数列（１，…，Ｍ）に対する順列置換により行われ、タイムスロット別ランキングに従い勝者が決定される。従って、ランキング上で例えば１０位に上がったスロット例えば第５０スロットをある装置が獲得できたということは、別のスロット例えば第１０スロットのその装置についてのランキングは例えば５０位に下がっている、ということである。
【００５８】
次に、本発明の一実施形態に係る装置間通信手順について説明する。図１０は、本実施形態に係る装置間通信手順１０００を示すフローチャートである。この手順においては、複数のサブチャネルを有するチャネルを介し各装置が随時フレームをやりとりする際に（１０１０）、それらの装置がそれぞれ選択手順を実行して予約候補サブチャネルを選択する（１０１２）。このとき使用する選択手順は、サブチャネル識別子順序集合に対する順列置換によりランキングを求め、そのランキングに従い予約候補サブチャネルを選択する手順である。次いで、それらの装置は、それぞれ、選択した予約候補サブチャネルのうち何個かを動的に予約する（１０１４）。なお、この手順は一例であって、図示した手順の一部を省略することや、図示した手順に別のステップを追加することや、各ステップの実行順序を入れ替えることや、複数個のステップを結合させて単一のステップにすること等、様々な変形を施すことができる。
【００５９】
更に、本発明に係る通信装置の具体例について説明する。図１１は、本発明の一実施形態に係る通信装置１１００の構成を示すブロック図である。本装置１１００は、１個又は複数個のプロセッサ１１１０、通信インタフェース１１１２並びにユーザインタフェース１１１４を、１本又は複数本の信号線１１２２によって相互接続した構成を有している。プロセッサ１１１０は例えば並列処理やマルチスレッド演算を実行し、通信インタフェース１１１２は例えば常時接続を形成し、信号線１１２２は例えば通信バスを構成する。更に、ユーザインタフェース１１１４としてはディスプレイ１１１６、キーボード１１１８、ポインタ（例えばマウス）１１２０等の装置が用いられている。
【００６０】
本装置１１００のメモリ１１２４は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ又はそれらの組合せによって実現されている。具体的には、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＥＰＲＯＭ(Erasable and Programable ROM)、ＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable and Programmable ROM)、フラッシュメモリ、何枚かのスマートカード（商標）、何個かの磁気ディスク／ドライブ、何個かの光ディスク／ドライブ等から構成されている。メモリ１１２４に書き込まれている情報のうちオペレーティングシステム１１２６は、種々のハードウェアディペンデントタスクを実行すべく各種基本システムサービスの実行手順を定義する命令群によって構成されている。オペレーティングシステム１１２６としては例えばリアルタイムオペレーティングシステムを使用するとよい。メモリ１１２４には、更に、通信手順を定義する命令群が通信モジュール１１２８として格納されている。この通信手順を利用することによって、例えば本装置１１００に対して遠隔配置されているものも含め、何台かのコンピュータ、通信装置乃至サーバと通信することができる。
【００６１】
メモリ１１２４にはこれら以外にも様々なプログラムモジュール乃至命令群が格納されている。例えば予約モジュール１１３０やコンフリクト解消モジュール１１３２といったモジュール乃至命令群である。メモリ１１２４には、更に、本装置１１００と通信中の他装置（特にその装置識別子）のリスト１１３４、サブチャネル１１３８毎の予約情報１１３６等も格納されている。そして、メモリ１１２４に、一種類又は複数種類のハッシュ関数１１４０、一種類又は複数種類の（擬似）乱数発生器１１４２、サブチャネル別ランキング１１４６からなるランキング情報１１４４、同期情報１１４８等を格納するようにしてもよい（但しこれらはオプションである）。
【００６２】
メモリ１１２４に格納されているプログラムモジュール乃至命令群は、例えば手続指向プログラミング言語、オブジェクト指向プログラミング言語等の高級言語や、アセンブラ、マシン語等の言語によって記述されており、プロセッサ１１１０にて実行する際には適宜コンパイラ乃至インタプリタによってコンフィギュレーションされる。
【００６３】
なお、この図では、多数の機能要素が単一装置１１００に搭載されているかのように表記しているが、これは本装置１１００に搭載しうる機能要素の類例を表すためであり、本発明の実施形態を構造的に限定することを目的としたものではない。実際には、本件技術分野において相当程度の熟練を積まれた方々（いわゆる当業者）であれば理解できるように、装置１１００の構成要素として描かれている種々の機能要素は、多数のコンピュータ乃至サーバによって分担実行されるよう、それらのコンピュータ乃至サーバに分散搭載することもできる。また、本装置１１００の全機能又はその一部を何個かのＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、何個かのＤＳＰ(Digital Signal Processor)又はその組合せによって実現することもできる。
【００６４】
そして、本装置１１００の構成要素のうち一部を省略することや、図示されていない構成要素を本装置１１００に追加することや、何個かの構成要素を統合して１個にすることや、構成要素の配置を変更すること等も可能である。また、本装置１１００の機能のうちどれだけをハードウェア的に実現しどれだけをソフトウェア的に実現するかについても、本件技術分野に既存の知識を利用し適宜定めることができる。
【００６５】
次に、装置１１００にて使用しうるデータ構造について具体的に説明する。図１２は、本発明の一実施形態にて使用するデータ構造の例１２００を示す模式図である。本データ構造１２００はサブチャネル別ランキング１２１０から構成されており、各サブチャネル例えば第１サブチャネルについてのランキング１２１０−１は、そのサブチャネルを現在予約している装置の名称乃至識別子１２１２−１、ランキング値１２１４−１等の情報から構成されている。なお、このデータ構造１２００は一例であり、図示した構成要素の一部を省略することや、別の構成要素を追加することや、複数種類の構成要素を統合して１個にすることや、各構成要素の順序を変えること等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係る通信システムで使用するフレームの一例構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る通信システムを示す模式図である。
【図３】予約済タイムスロット間隔変動の例を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の一実施形態における選択結果例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態における置換結果例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態におけるスロット間隔標準偏差装置数特性例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態におけるスロット間隔標準偏差装置数特性例を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態におけるスロット間隔９９パーセンタイル値装置数特性例を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態におけるスロット間隔９９パーセンタイル値装置数特性例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る装置間通信手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の一実施形態にて使用するデータ構造の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６７】
１００  フレーム、１１０  タイムスロット（サブチャネル）、２００  通信システム、２１０，２１０−３，２１０−４，１１００  装置、４００，１１４４，１１４６，１２１０，１２１０−１，１２１４−１  ランキング（値）、５００  置換群、１１００  プロセッサ、１１２８  通信モジュール、１１３０  予約モジュール、１１３２コンフリクト解消モジュール、１１３４  通信装置リスト、１１３６  予約リスト、１１３８  サブチャネル別予約情報、１１４０  ハッシュ関数、１１４２  乱数発生器、１２１２−１  装置名乃至装置識別子。
【図１】
2008160836.tif 000011
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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