(57)【要約】  無線ネットワークのための分散型マルチチャネルＴＤＭＡ  ＭＡＣタイムスロット及びチャネル割り当てのアルゴリムを提供する。タイムスロット及びチャネルの割り当ては、分散型割り当てフェーズと、割り当て調整フェーズとを含む。各フェーズは、最初のノードで割り当てを開始し、ネットワーク内の最終のノードまでノード毎に割り当てを続ける。次いで、割り当ては最終のノードから最初のノードへ反射して戻る。経路の各ノードにおいて、そのノードは自分自身とその近傍ノードとの間でリソースの割り当てを開始することができる。無線ネットワークの範囲内であるが経路上に存在しないノードは、リソース割り当てを開始しないが、代わりに他のノードから開始されるリソース割り当てに参加する。
2010512695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信ネットワークを介する第１のノードから最終のノードまでの複数のノードを備えた経路を識別するステップと、
現在の波動リーダノードを識別するステップと、
前記現在の波動リーダノードによって、その近傍ノードと直接的に無線通信するためのタイムスロット及びチャネルを割り当てるステップと、
前記現在の波動リーダノードがタイムスロット及びチャネルの割り当てを完了した後に、前記経路上の複数のノードのうちの１つである新しい波動リーダノードを選択するステップと、
前記割り当てるステップ及び選択するステップを、前記経路内の各ノードを介して前記最終のノードまで繰り返すステップと、
前記経路内の最終のノードを前記現在の波動リーダとして識別するステップと、
前記第１のノードに、前記経路内の最終のノードが到達されたことを通知するステップと、
前記経路を逆方向へ前記最終のノードから前記第１のノードまで戻るステップと、
前記経路内の各ノードを前記現行の波動リーダとして連続的に選択するステップと、
各現在の波動リーダによって、必要とされる追加のタイムスロット及びチャネルを割り当てるステップとを含む複数のノードを有する無線通信ネットワークにおいて時分割多元接続のタイムスロット及びチャネルを割り当てる方法。
【請求項２】
前記無線通信ネットワークは、ＷｉＭＡＸネットワーク、８０２．１１ネットワーク及びセンサネットワークのうちの１つである請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００６年１１月７日に出願された米国仮特許出願第６０／８６９，００２号に対する優先権を主張する。前記出願は、本参照によりそのまま開示に含まれる。
【０００２】
（技術分野）
本発明は一般に、無線通信に関し、より具体的には、分散型マルチチャネル時分割多元接続（「ＴＤＭＡ」）通信方法の媒体アクセス制御（「ＭＡＣ」）層のモジュール実装及びタイムスロット及びチャネルの動的な割り当てに関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の無線通信は、スケーラビリティの欠如、及び広帯域幅アプリケーション及び洗練された消費者が希望するサービス品質（「ＱｏＳ」）レベルを配信し得ない点で苦心している。必要とされているものは、上述した従来システムに認められるこれらの重大な問題点を克服するシステム及び方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書では、単一のトランシーバノードを有する無線ネットワークに対する分散型マルチチャネルＴＤＭＡ  ＭＡＣ（「ＤＭＴ−ＭＡＣ」）ソリューションについて記述する。本開示は、波動伝搬ベースの分散型のタイムスロット及びチャネル割り当て（「ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡ」）と呼ばれるタイムスロット及びチャネルを割り当てる新しいアルゴリズムを提供する。ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡは２つのフェーズ、すなわち（１）分散型割り当てフェーズ（「ＤＡＰ」）、及び（２）割り当て調整フェーズ（「ＡＡＰ」）を備える。これらの両方のフェーズは波動伝搬のように動作し、例えば、割り当ては最初のノードで開始されてネットワーク内の最終のノードまでノード毎に続けられ、次に、プロセスは最終のノードから最初のノードへ反射して戻る。
【０００５】
波動伝搬経路は複数のノードを備え、その各々は、自分自身とその近傍ノードとの間でリソース割り当てを開始することができる。この経路上に存在しないノードは、リソース割り当てを開始しないが、代わりに他のノードから開始されるリソース割り当てに参加する。
【０００６】
ＤＡＰにおいて、タイムスロット及びチャネルは波動伝搬経路がセットアップされるにつれてノード毎に割り当てられる。波動は、最終のノードに達すると、その波動伝搬経路を最初のノードへと逆に戻る。波動が最初のノードへ戻ると、ＤＡＰは完了し、ＡＡＰが開始される。ＡＡＰでは、残りのタイムスロット及び適切なチャネルが波動伝搬経路に沿ってノード毎に割り当てられる。ＡＡＰ波動は、最終のノードに達すると、波動伝搬経路に沿って最初のノードへ戻る。ネットワーク全体に全てのタイムスロットが割り当てられた後、タイムスロット及びチャネル割り当ての全体プロセスが達成される。以下の詳細な説明及び添付の図面を精査すれば、一般的な当業者には、本発明の他の特徴及び優位点がより容易に明らかとなるであろう。
【０００７】
本発明の構造及び動作に関する詳細は、添付の図面を検討することによって部分的に収集される。諸図を通じて、類似の参照数字は類似の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る２つの無線通信ネットワーク例、及び各ネットワークのノード間の様々な通信リンクを示すネットワーク図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る図１に示すネットワークのタイムスロット及びチャネル割り当ての例を示すブロック図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る図１に示すネットワークのタイムスロット及びチャネル割り当ての例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る無線ネットワークにおけるタイムスロット及びチャネル割り当てのプロセスの例を示すフロー図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るタイムスロット及びチャネル割り当ての間の無線ネットワーク内のノードの状態の例を示す状態図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るＷＡＶＥ−ＤＴＣＡのＴＤＭＡフレーム構造の例を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る現在の波動リーダを有する無線ネットワーク内の独立した近傍ノード集合を示すネットワーク図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る次の波動リーダとして２つ以上の候補を有する無線ネットワーク内の独立した近傍ノード集合を示すネットワーク図である。
【図８（ａ）】本発明の一実施形態に係る複数の次の波動リーダを解決する代替戦略を示すネットワーク図である。
【図８（ｂ）】本発明の一実施形態に係る複数の次の波動リーダを解決する代替戦略を示すネットワーク図である。
【図８（ｃ）】本発明の一実施形態に係る複数の次の波動リーダを解決する代替戦略を示すネットワーク図である。
【図８（ｄ）】本発明の一実施形態に係る複数の次の波動リーダを解決する代替戦略を示すネットワーク図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るマルチホップ干渉ノードを示すネットワーク図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る動的なチャネル割り当てを行うプロセスの例を示すフロー図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るＷＡＶＥ−ＤＴＣＡにおいて使用されるシグナリングメッセージのテーブルリストの例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る局所情報及び近傍ノードからの情報を含むチャネル状態テーブルの例を示すブロック図である。
【図１３】本明細書に記述される様々な実施形態に関連して使用されてもよい無線通信デバイスの例を示すブロック図である。
【図１４】本明細書に記述される様々な実施形態に関連して使用されてもよいコンピュータシステムの例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書に記述されるいくつかの実施形態は、無線ネットワークに関するＤＭＴ−ＭＡＣソリューションを提供する。例えば、本明細書に記述される１つの方法は、タイムスロット及びチャネルの割り当て動作が最初のノードから開始してネットワークの最終のノードまでノード毎に継続し、次いで最終のノードから最初のノードへ反射して戻る分散型割り当てフェーズ及び割り当て調整フェーズを含むタイムスロット及びチャネル割り当てを可能にする。この方法は、単一のトランシーバノードの場合に特にうまく動作する。
【００１０】
この明細書本文を読めば、当業者には、本発明を様々な代替実施形態及び代替アプリケーションにおいて実装する方法が明らかとなるであろう。本発明の直接的な説明を容易にするために、本明細書では、通信が伝統的な高周波（「ＲＦ」）及び超広帯域（「ＵＷＢ」）を使用して実行される実施形態を重点的に検討する。しかしながら、本発明は、代替のネットワークＩＥＥＥ８０２．１１、８０２．１５、８０２．１６、ＷｉＭＡＸ（ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ａｃｃｅｓｓ）（登録商標）ネットワーク、ＷｉＦｉ（ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｆｉｄｅｌｉｔｙ）（登録商標）ネットワーク、無線セルラーネットワーク（例えば、無線広域ネットワーク（「ＷＡＮ」））、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、及び／又は他の任意の無線通信ネットワークトポロジー又はプロトコルに適用されてもよい。さらに、本発明の広範な範囲は、多重無線の実施形態及び他の多入力多出力（「ＭＩＭＯ」）の実施形態を確実に熟慮するが、説明する実施形態はまた、単一の無線の実施形態に焦点を当てる。したがって、本明細書に記述される単一の無線の実施形態は限定ではなく、単に例示として提示されることは理解されるべきである。したがって、この詳細な説明は、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲又は幅を限定するものと解釈されるべきではない。
【００１１】
はじめに
【００１２】
無線メッシュネットワーク（ＷＭＮ）には、スケーラビリティ及びサービス品質（ＱｏＳ）という２つの重大な問題点が存在する。
【００１３】
ＷＭＮがスケーラビリティにおいて満足のいくパフォーマンスを有していなければ、例えばスループットであるそのパフォーマンスは、ホップ数又はノード数の増加に伴って急速に降下する。メッシュ環境において、スケーラビリティは、事実上ノード間の干渉に根差している。したがって、ＷＭＮが満足のいくスケーラビリティを有するか否かは、特に媒体アクセス制御（ＭＡＣ）であるプロトコルがノード間の干渉を効果的に解決するために如何に設計されるかに依存する。ＩＥＥＥ８０２．１１ベースのＷＭＮでは、衝突回避（ＣＡ）を有する搬送波検出多重アクセス（ＣＳＭＡ）プロトコルが搬送波検出、バックオフ手順及びオプションのＲＴＳ／ＣＴＳを使用することによって正しい伝送を保証する。このプロトコルは、異なるノードの伝送の間の干渉を回避することができるが、スケーラビリティ問題を解決するには効果がなさすぎる。実際に、多くの研究結果がＩＥＥＥ８０２．１１のＷＭＮはスケーラビリティにおいて極めて低いパフォーマンスを有することを示している。多くの産業的実施も、ＩＥＥＥ８０２．１１のＷＭＮのパフォーマンスは、ネットワークサイズの増大に伴って低下することを実証している。ＩＥＥＥ８０２．１１のＷＭＮである場合、隠れノード問題及びさらしノード問題が低パフォーマンスの２つの主たる理由であることが広く認められている。しかしながら、隠れノード問題又はさらしノード問題のいずれにしても、その背後にある実際の理由は、ノード間の干渉を回避するメカニズムが効果的でなく、したがって、それがいくつかの問題点、すなわち隠れノード、さらしノード及び遅い衝突解決プロセスの原因となる点にある。
【００１４】
ノード間の干渉を真に効果的に回避できる方法を開発するために、次の２つのアプローチを統合する。（１）分散型時分割多元接続（ＴＤＭＡ）：全てのノードの伝送は、分散型スケジューリング方法により決定されるタイムスロットにおいて実行される。同じ干渉領域を有するノードは、異なるタイムスロットを使用する。ＷＭＮ環境では中央コントローラを利用できないことから、分散型ＴＤＭＡの課題は分散型タイムスロット割り当てアルゴリズムの開発である。（２）マルチチャネルオペレーション：異なるノード間で複数のチャネルが使用されるとき、干渉領域はより小さい領域に縮小される。ＴＤＭＡのみが使用される場合は、干渉領域が通信領域より遙かに大きいことからネットワークスループットは依然として低い。指向性アンテナは、指向性伝送を使用することによって干渉を減らす手助けをすることができるが、指向性アンテナはまた、システムの複雑性を増大させ、ＭＡＣ及びルーティングプロトコルの新たな設計を要求しかつさらなる隠れノードを発生させる。したがって、指向性アンテナのオペレーションよりマルチチャネルオペレーションの方が好ましい。これに対して、マルチチャネルオペレーションが有効化されると、適切な場合、指向性アンテナもまた使用されてもよい。ＷＭＮにおけるマルチチャネルオペレーションのチャネル割り当ては、分散型チャネル割り当てアルゴリズムである。
【００１５】
ＷＭＮ用にＴＤＭＡとマルチチャネルオペレーションとを統合するためには、分散型マルチチャネルＴＤＭＡ（ＤＭＴ）ＭＡＣプロトコルを開発する必要がある［１、２］。ＤＭＴ−ＭＡＣには、次のような２つの重要なタスクが存在する。１つは、ＴＤＭＡ又はマルチチャネルの能力を持たない市販のチップセットに基づいたＤＭＴ−ＭＡＣの全体システムの設計であり、もう１つは、メッシュノードのためにタイムスロット及びチャネルを決定する分散型アルゴリズムである。最初のタスクは既に達成されおり、［１、２］において説明されている。本明細書では、ＤＭＴ−ＭＡＣのための分散型タイムスロット及び割り当てに注目する。
【００１６】
ＤＭＴ−ＭＡＣはＷＭＮのスケーラビリティを保証し、ＤＭＴ−ＭＡＣはまた、異なるＱｏＳ必要条件を有するアプリケーションのＱｏＳサポートを可能にする。ＴＤＭＡなしでは、ノードがリソースを留保する方法がなく、よってＱｏＳは保証されない。ＩＥＥＥ８０２．１１ｅが適用されるとしても、やはりこの問題は存在する。したがって、ＤＭＴ−ＭＡＣの延長として、メッシュＱｏＳプロジェクト［３］が実行されつつある。タイムスロット及びチャネル割り当てに関連するＱｏＳについては、本明細書の９章において論じる。
【００１７】
ＷＭＮのタイムスロット及びチャネル割り当てアルゴリズムでは、いくつかの難しい問題が解決される。（１）割り当てのコンフリクトが回避される。ＤＭＴ−ＭＡＣのためのリソース割り当ては、リソースの２つの面、すなわちタイムスロット及びチャネルを含む。リソース割り当てのコンフリクトを回避するために、下記の制約が満たされる。すなわち、同じタイムスロットにおいて、同じ干渉領域内のノードは異なるチャネルを使用する。（２）ネットワークの分割又は接続性を失うことが許容される。ノードは、干渉を回避するために異なるチャネルを使用することから、チャネルは、任意の２つのノード間の通信が常に可能であるように各タイムスロットにおいて適切に割り当てられる。そうでなければ、ＷＭＮは分割され、いくつかのノード間の接続性が失われる。（３）集中化された方法は多くの欠点を有することから、割り当ては分散的である。第１に、どのノードが中央コントローラになり得るかを決定することが困難である。第２に、中央コントローラはネットワークのボトルネックになる可能性がある。中央コントローラは、タイムスロット及びチャネルを割り当てるために、ネットワーク全体の情報を収集する必要があるが、ＷＭＮにおいてこれはどちらかといえば非効率的である。第３に、中央コントローラに基づいたＷＭＮはノード故障に対して脆弱である。中央ノードが使用不可能であるときは必ず、ネットワーク全体が停止状態である。（４）割り当ては、可変性のトラフィック負荷、リンクアクティビティ及びトポロジーに起因するネットワークダイナミクスを捕捉する。そうでなければ、ネットワークリソースが効率的に利用されないか、ノードの中に正当なリソース割り当てを得ることができないものが存在する。（５）リソース割り当ての連鎖反応が考慮される。ノードに割り当てられるタイムスロット及びチャネルは、ネットワークダイナミクスに起因して頻繁に更新される必要がある。しかしながら、下記の例で説明するように、割り当ての更新は連鎖反応を引き起こす場合がある。図１では、全てのノードが単一のトランシーバを有する単一の無線を有することが想定されている。さらに、ノードＡとノードＧとの間には常にトラフィックがあることが想定されている。当初、すなわち図１におけるケース１において、Ｃ−Ｄ及びＤ−Ｅはトラフィックを有していない。したがって、全てのノードに関して最適なタイムスロット及びチャネル割り当ては図２Ａに示す通りであり、各フレームにおけるタイムスロットの合計数は２である。ここで、Ｃ−Ｄがアクティブになれば、すなわち図１のケース２では、各フレームにおけるタイムスロットの数は３になる。さらに、ノードＣにおける割り当ては更新される必要があり、かつノードＥにおいても同様であり、これによりさらには、ノードＦ及びノードＢにおける割り当ての更新及びノードＡ及びノードＧに至る全てのノードにおける割り当ての更新が必要である。図２Ｂは、更新された割り当てを示す。図２Ａ及び２Ｂを比較すると、全てのノードにおける割り当てが変更されることが容易にわかる。これは、リソース割り当ての更新における連鎖反応を示している。ケース２における割り当ては一意ではなく、よって図２Ｂが単に割り当て結果の１セットを示すものでしかないことは留意されるべきである。
【００１８】
図２Ｂにおいて、リンクＢ−Ｃ、Ｃ−Ｅ及びＥ−Ｆは変更されていないように見える。しかしながら、各タイムスロットの長さは変更されているので、これらのリンクにおける全ての割り当ては、実際には変更されている。
【００１９】
単一のトランシーバを有する単一の無線について考察する場合、上述の難しい問題点はさらに明らかに、かつ過酷になる。例えば、タイムスロット及びチャネルが適切に割り当てられなければ、ノードは異なるネットワークに分割されやすくなる。各ノード上では唯一のトランシーバしか利用できないことから、タイムスロットは正確に割り当てられる。そうでなければ、ノード間の接続性は容易に失われる可能性がある。さらに、単一のトランシーバは高速のチャネル切り替えを要求する。
【００２０】
ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡには、（とりわけ）下記のような優位点がある。（１）分散型であるが協調的なソリューション：提案するタイムスロット及びチャネル割り当てアルゴリズムは完全に分散型である。本アルゴリズムでは、マスタもヘッダも不要である。同時に、割り当ては協調的である。したがって、異なるノードへの割り当てはコンフリクトの原因にならない。また、割り当ては、ネットワークダイナミクスが存在する場合でも非常に高速に収束する。（２）非干渉性のチャネル割り当て：従来の方法には、異なるノードに割り当てられるチャネルが互いに干渉し合わないという保証はない。ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡでは、割り当てが行われると、ネットワーク全体におけるチャネルは非コンフリクトであり、よって、利用可能なチャネルが十分なものである限り、干渉性のチャネル割り当ては存在しない。（３）ネットワークダイナミクスへの適応性：割り当てアルゴリズムは、常にアクティブリンク及び可変ネットワークトポロジーを捕捉することができる。ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡのＱｏＳ拡張においては、各リンク上の異なるトラフィック負荷を捕捉することもできる。可変ネットワークトポロジーの場合、移動速度はＷＡＶＥ−ＤＴＣＡの収束時間より低速であることが要求される。
【００２１】
マルチチャネルＷＭＮにおけるタイムスロット及びチャネル割り当てに存在するこれらの難しい問題点を解決するために、新しい分散型タイムスロット及びチャネル割り当て（ＤＴＣＡ）を提案する。これは波動伝搬のように動作し、よって、波動伝搬ベースのＤＴＣＡ（ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡ）と呼ばれる。
【００２２】
２．１章において言及した難しい問題点を解決するために、新しいタイムスロット及びチャネル割り当て方法を提案する。その基本的な考え方を要約すると、次の通りになる。（１）トポロジーの変更及び可変トラフィック負荷に起因するネットワークダイナミクスを捕捉するためには、リンクアクティビティの検出が必要とされる。（２）ネットワークダイナミクスに応じて最適な割り当てを有するために、本割り当て方法は、全てのノードのリソース（タイムスロット／チャネル）割り当てを動的に更新する。リソース割り当ての更新は、連鎖反応の原因となることから、動的な更新はオンデマンドでは引き起こされない。代わりに周期的に引き起こされ、リソース割り当てを更新する頻度は、調整可能なシステムパラメータである。（３）利用可能な中央コントローラがないことから、リソース割り当ては分散型の方法で実行される。しかしながら、ＷＭＮでは、ノードのリソース割り当ては２ホップ以内の他の全てのノードと相互に関連している。したがって、タイムスロット及びチャネルの局所的な割り当ては、ネットワーク全体に対して協調的であり、そうでなければ、割り当てのコンフリクト、すなわち異なるトラフィックフロー間の衝突又は干渉が発生する。したがって、タイムスロット及びチャネル割り当ては協調的な分散型の方法である必要がある。（４）各ノード上でのタイムスロット及びチャネル割り当てが正しいものであることを保証するために、このノードは、１ホップ及び２ホップの近傍ノードの割り当て情報を収集する。したがって、あるノードがその局所的なタイムスロット及びチャネル割り当てを行えば、このような情報を他のノードへ散布するシグナリングプロトコルが必要とされる。異なるノードにおけるタイムスロット及びチャネルの情報のコンフリクトの可能性を回避するのは、この協調的な分散型割り当てプロセスであることは留意されるべきである。（５）分散型リソース割り当ての維持及びリソース割り当て情報の散布はシグナリングプロセスの高信頼配信に依存することから、高信頼のシグナリング方法が必要とされる。
【００２３】
これらの基本的な考え方に基づいて、協調的な分散型割り当て方法を提案する。各ノードについて、割り当てのコンフリクトを生じることなくタイムスロット及びチャネルを分散的に割り当てるために、この局所的なタイムスロット及びチャネル割り当てのプロセスは、ネットワーク全体で１つのノードによってのみ開始されることが可能である。次に、このプロセスは、局所的な割り当てのために次のノードに譲渡される。本プロセスは、６章において説明している条件が満たされない場合にのみ複数のプロセスに分割されることが可能である。割り当てプロセスがネットワーク内の最終のノードに達すると、最終のノードはその親ノードへこのアクションを通知し、このプロセスは、割り当てを開始したノードに達するまで繰り返される。その後、割当は完了する。したがって、全体のプロセスは、波動伝搬プロセスに酷似する。この点で、この協調的な分散型割り当ては波動伝搬ベースのタイムスロット及びチャネル割り当て（ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡ）方法と呼ばれる。
【００２４】
ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡ方法をよりうまく説明するためには、ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡに固有の用語をいくつか定義する必要がある。
【００２５】
最初に、ＷＭＮ内のノードは３つのタイプ、すなわちプロセスリーダ、波動リーダ及び参加ノードに分類される。プロセスリーダは、ＷＭＮ全体のタイムスロット及びチャネル割り当てを開始するノードである。通常、ネットワークにおいて利用可能なプロセスリーダは１つのみである。波動リーダは、タイムスロット及びチャネルの局所的な割り当てを実行し、かつその割り当てプロセスを適切な次のノードへハンドオーバーするノードである。したがって、波動リーダはまた、割り当てプロセスが波動のように伝搬するように、次の波動リーダを決定する必要がある。プロセスリーダは、割り当てプロセスにおける最初の波動リーダである。割り当てプロセスが最終のノードに達すると、これらの波動リーダはまた、プロセスを最初の波動リーダ、すなわちプロセスリーダまで反射して戻す責任もある。プロセスリーダでも波動リーダでもないノードは参加ノードと呼ばれ、これは、当該ノードは割り当てプロセスの伝搬に関係しないが、局所的なタイムスロット及びチャネル割り当てに参加することを意味する。
【００２６】
波動リーダを備えた経路は波動伝搬経路と呼ばれ、これは、割り当てプロセスがネットワーク全体をどのように通過するかを物語る。
【００２７】
ＷＭＮにおいては、１つのノードは多くの近傍ノードを有することができる。あるノードの近傍ノードは、それがこのノードの伝送範囲内に存在すれば１ホップの近傍ノードと呼ばれ、かつそれがこのノードの伝送範囲外であるが干渉範囲内に存在すれば２ホップの近傍ノードと呼ばれる。
【００２８】
ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡは周期的に動作し、図３は１周の割り当てを示す。
【００２９】
したがって、図３から分かるように、割り当ての各周は２つのフェーズ、すなわち動的な割り当てフェーズ（ＤＡＰ）及び割り当て調整フェーズ（ＡＡＰ）を備える。ＤＡＰ及びＡＡＰの詳細は、各々６章及び７章において説明する。５章では、ＡＡＰをＤＡＰの後に有する理由も説明する。
【００３０】
図３に示すように、ＤＡＰ及びＡＡＰは共に２つの連続するプロセス、すなわち前方向伝搬プロセス及び反射プロセスを含む。
【００３１】
割り当ての各周では、プロセスリーダのみが割り当てプロセスを開始することができる。ノードは、図４に示すように、一定の条件下でそのタイプを変更することができる。
【００３２】
参加ノードは、条件１、すなわち、このノードがプロセスリーダとして初期化される、又は、旧のプロセスリーダがプロセスリーダとしてのその権利をこのノードへハンドオーバーするという条件の下ではプロセスリーダである。プロセスリーダは、条件２、すなわち、割り当ての新たな周が開始されるという条件の下では自動的に波動リーダになる。参加ノードは、条件３、すなわち、これがその親である波動リーダによって波動リーダとなるように選択されるという条件の下では波動リーダになる。波動リーダは、条件４、すなわち、割り当ての１周が実行されたという条件が満たされると参加ノードになる。同様に、プロセスリーダは、条件５、すなわち、それがプロセスリーダであるというその権利を別のノードへハンドオーバーするという条件の下では参加ノードになる。ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡにおいては、他の遷移は許容されない。
【００３３】
ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡでは、プロセスリーダは割り当ての周毎に変更されない。新しいプロセスリーダの選択は、プロセスリーダの故障に応じるオンデマンドであってもよく、単に何周かの割り当ての後に別のノードに交換されてもよい。実際には、オンデマンドのソリューションが好ましいが、実装はより困難でもある。
【００３４】
この動作手順が示すように、ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡは下記のようなコンポーネントを含む。（１）リンクアクティビティの検出：このような情報が異なる近傍ノード間で交換される。（２）ＭＡＣシグナリングの高信頼配信：リンクアクティビティ、タイムスロット及びチャネル割り当てなどの交換情報がシグナリングを促進するために信頼性の高い方法で送信される。（３）タイムスロット及びチャネルの局所的な割り当て：これは、ＤＡＰとＡＡＰとでは異なる可能性がある。（４）波動リーダの決定：これはＤＡＰにのみ存在する。複数の波動リーダが発見されることがある。（５）割り当て情報の散布：割り当て情報が近傍ノードへ確実に送信される。近傍ノードはその割り当てを更新し、要求に従ってどの情報を散布するべきかを決定する。（６）タイムスロット及びチャネルのグローバルな割り当て：これはＤＡＰのプロセス全体を通じて行われる。（７）タイムスロット及びチャネルの調整：これは、ＡＡＰのプロセス全体を通じて行われる。
【００３５】
ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡの全てのコンポーネント又は機能については、次章で論じる。次章以降、全ての議論はマルチチャネルＭＡＣのＴＤＭＡフレームワークに基づく。明確のために、図５に示すように、フレーム構造を再度示す。異なるタイプのタイムスロットの機能性については、後続の章において使用の都度論じる。
【００３６】
ＤＭＴ−ＭＡＣの明示的なシグナリングは、ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡのシグナリングメッセージの高信頼配信用に採用される。しかしながら、ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡの動作をサポートするためには、下記のような新しい機能を追加する必要がある。すなわち、（ａ）拡張メッセージタイプ：分散型割り当てプロセスを促進するために、一意のＩＤを有するメッセージが必要とされる。コンテンツは、異なるメッセージタイプで変わる。（ｂ）ユニキャストベースの割り当て情報交換：情報交換は、ブロードキャストではなくユニキャスト伝送に基づく。
【００３７】
配信方法としては、［１、２］に提案されている高信頼配信方法を採用する。簡単に言えば、シグナリングメッセージがシグナリングスロット内で送信される場合、これはユニキャストによって伝送される。このタスクはハードウェア抽象化層（ＨＡＬ）内の自動肯定応答を使用して達成できることから、明示的な肯定応答は必要ない。したがって、メッセージ送信後、ノードは単にＨＡＬの肯定応答状態をチェックし、メッセージが首尾良く受信されているかどうかを見極めることができる。送信が失敗し、現在のシグナリングスロットが送出済みである場合、全てのシグナリングメッセージは、次のＴＤＭＡフレーム内のシグナリングスロットまで保持されなければならない。したがって、新しいシグナリングスロットが開始される場合は必ず、シグナリングメッセージの待ち行列がチェックされる。それが空でなければ、ユニキャストに基づいたシグナリングが開始される。
【００３８】
ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡでは、全てのシグナリングメッセージに１つの待ち行列しか使用されず、これにより、シグナリング待ち行列の管理が遙かに単純になる。１つの待ち行列で足りる理由は、全ての１ホップ及び２ホップの近傍ノードのうちで１つのノードのみがシグナリングメッセージを送信するように、割り当てプロセスが全体的に協調的だからである。この特徴は、ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡの優位点を例証するものである。
【００３９】
信頼性のないＭＡＣシグナリングを引き起こす可能性のあるハードウェアエラーを回避するために、ＭＡＣシグナリングメッセージにはＭＡＣ層エラー制御も実装される。このエラー制御は、２つのメカニズム、すなわち、シーケンス番号及びパケット長さの検証に基づいた１つのメカニズムと、ＭＡＣシグナリングメッセージへ指定される特定フィールドの検証に基づいたもう１つのメカニズムとによって行われる。
【００４０】
割り当てプロセスをアシストするシグナリングメッセージは、メッセージＩＤ、シーケンス番号、コンテンツのような一般的フォーマットに従う。
【００４１】
メッセージＩＤはメッセージのタイプを識別し、シーケンス番号は、８０２．１１ドライバにおいて重複パケットのフィルタリングに失敗した場合に重複メッセージを取り除くために使用される。コンテンツの長さは、メッセージの機能性に依存して可変である。しかしながら、メッセージＩＤ及びシーケンス番号は各々１バイトを有するのみである。したがって、サポートできるシグナリングメッセージは合計２５６個存在する。シーケンス番号は０から２５５まで可能であり、シグナリングには十分すぎる。
【００４２】
１つのシグナリングメッセージは通常のＭＡＣパケットのデータ部分であり、よってシグナリングメッセージのために新しいＭＡＣ層パケットを指定する必要がないことは留意されるべきである。
【００４３】
図１１はＷＡＶＥ−ＤＴＣＡにおいて使用されるシグナリングメッセージを列挙したものであるが、メッセージは必要に応じてさらに拡張されることが可能である。各メッセージの実際のコンテンツは、機能性に依存する。さらに、各メッセージタイプについても、必要に応じてそのコンテンツを拡張することができる。また、メッセージＩＤが調整可能なパラメータであることも留意されるべきであるが、通常、これは不要である。
【００４４】
リンクアクティビティの検出とタイムスロット数
【００４５】
リンクアクティビティの検出は、どのリンクがアクティブであるかを見極めるために使用される。アイドル状態のリンクにはリソースを割り当てたくないことから、アイドル状態のリンクと使用中のリンクとは区別される。
【００４６】
リンクアクティビティは、２つの要因、すなわちプロトコルのタイプ及び各リンク上のパケットレートを考察することによって検出される。パケットレートは、一定の期間内の合計パケット数によって決定される。パケットレートを推定する場合、一定のポート番号を有するパケットは考慮されない。例えば、ＫＭＣ及びＷＡＲＰなどの管理パケットは取り除かれる。
【００４７】
リンクアクティビティの検出の応答時間は、２つのパラメータ、すなわち、関連のパケットを収集するための期間、及び所定の期間内のパケット数で表すしきい値によって微調整されることが可能である。
【００４８】
タイムスロット数の決定は、ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡにおける重要なタスクの１つである。タイムスロットの数は、ネットワーク内の近傍ノードの数、アクティブリンクの数などを拘束することから、固定することができない。さらに、タイムスロットの数は、少なすぎても、多すぎてもよくない。少なすぎる場合、ＴＤＭＡシステムのオーバーヘッドがシステムを非効率にする。一方で、多すぎる場合、任意のエンドツーエンド通信の往復遅延が大きくなりすぎてトランスポートプロトコルの必要条件及び多くのアプリケーションのＱｏＳ必要条件を満たすことができない。
【００４９】
上述の問題点を回避するために、タイムスロットの合計数が制御される。我々の設計では、現在のチャネル切り替え速度及びＴＤＭＡフレーム長さが与えられるとして、タイムスロットの合計数は可能な限り１０に近く、そうでなければ、マルチホップネットワーク内のスループットは遙かに低くなる。
【００５０】
上述の必要条件に留意して、ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡは、各リンクにおいていくつのタイムスロットが必要かを正確に発見する必要がある。ここで２つのシナリオ、すなわち、リンクへ割り当てられるタイムスロットの数が専らアクティブリンクに基づいて決定されるシナリオと、リンクへ割り当てられるタイムスロットの数がアクティブリンク及びこのリンク上のトラフィック負荷に基づいて決定されるシナリオとが存在する。本明細書では、前者の場合に注目し、後者の場合に関しては、ＱｏＳに関するＷＡＶＥ−ＤＴＣＡの拡張版［３］において論じる。
【００５１】
説明を明瞭にするために、２つのタイプのタイムスロットを定義する必要がある。ＤＡＰ及びＡＡＰにおいて、各リンクへ割り当てられるタイムスロットは一時的なタイムスロットと呼ばれ、一方で、全てのリンクについてリソース割り当てが更新された後に各リンクへ実際に割り当てられるタイムスロットは最終的なタイムスロットと呼ばれる。我々の設計では、最終的なタイムスロットの数は可能な限り１０に近いものであるように制御され、一時的なタイムスロットの数はアルゴリズムに基づいて決定される。
【００５２】
ネットワーク内の１つのノードが与えられるとすれば、当該ノードは、２ホップの近傍ノードを含むその近傍ノードの全てのアクティブリンクを知らない限り、割り当てられ得る一時的なタイムスロットの数が分からない。これに対して、全ての近傍情報が入手可能であるとしても、各ノードへの一時的なタイムスロットの数は、我々のシステムではタイムスロットの数が限定的であることに起因して公正に共有されない場合がある。このような複雑性を回避するために、我々のタイムスロット割り当ては、全ての一時的なタイムスロットが使い果たされるまで徐々に行われる。
【００５３】
プロセスリーダから始まって、各ノードはそのアクティブリンクのために１つの一時的なタイムスロットを得る。このプロセスが終了すると、波動リーダが選定されてこのプロセスが継続される。プロセスは、最終のノードに達するとプロセスリーダへ戻り、アイドル状態のタイムスロットが利用可能であるかどうかを見極める。これが、ＤＡＰプロセスである。タイムスロットが利用可能であれば、ＡＡＰが開始される。アイドル状態のタイムスロットは、利用可能なアイドル状態の一時的なタイムスロットが存在しなくなるまで、徐々に、公正にアクティブリンクへ割り当てられる。
【００５４】
一時的なタイムスロットの合計数は、各ノードに対する最大のアクティブリンク数によって決定される。本発明では、このメトリックをネットワーク度（network degree）という。各ノードに関するこのような情報はネットワーク全体に伝搬され、別のノードが大きいネットワーク度を得れば、当該ノードは自分自身のネットワーク度を更新し、この情報をさらに伝搬する。したがって、ネットワーク度は、ネットワーク全体におけるあるノードのアクティブリンクの最大数に等しい。情報の伝搬は、ビーコンの送信／受信を介する暗黙のシグナリングによって行われる。
【００５５】
ＤＡＰ又はＡＡＰのいずれかの間は、当該ノードがあるアクティブリンクのためのタイムスロットを必要としているが、一時的なタイムスロットの総数は既に使い果たされているという可能性がある。この場合、当該ノードは一時的なタイムスロットの数を増やす必要があり、このような情報がネットワーク内の全てのノードへ伝搬される。言い換えれば、ネットワーク全体のネットワーク度が更新される。
【００５６】
説明を単純にするために、タイムスロットが一時的なタイムスロットを表すこととする。
【００５７】
２つのフェーズを有するリソース割り当てを必要とすることには、いくつかの理由がある。（１）タイムスロット（一時的又は最終的のいずれでも）の数は、各ノードに未知である。それでも、各ノードは、一時的なタイムスロットの数をネットワーク度として利用可能である。いくつかのノードは、十分なタイムスロットを得ることができない場合もあることから、この数は更新される必要がある。したがって、割り当て方法は、実際には、タイムスロットの総数に依存して割り当てを実行することができない。タイムスロットの総数は、事実上、割り当てアルゴリズムから導出される必要がある。タイムスロットの総数がなければ、各ノードは、一時的なタイムスロットが使い果たされるまで徐々に各リンクに１つのタイムスロットを獲得していかなければならない。一時的なタイムスロットが利用可能でないが、依然としてタイムスロットを必要としているリンクがある場合、ネットワーク全体に対して、ネットワーク度又は一時的なタイムスロットの最大数を更新する必要がある。（２）一度タイムスロットが割り当てられると、各ノード上で割り当てが実行される前に全ての近傍情報が収集される。これは、アルゴリズムを非効率的にし、かつ複雑過ぎるものにする。したがって、我々の設計では、タイムスロットが各リンクに徐々に割り当てられ、こうして、割り当てプロセスが異なるノードへ伝搬されるにつれて近傍情報が収集される。ＤＡＰでは、タイムスロットは各リンクへ１つずつ割り当てられる。ＡＡＰでは、アイドル状態のタイムスロットはアイドル状態のタイムスロット内で、かつＡＡＰの各周において分配され、タイムスロット数は各リンクによって等しく分配されなくてもよいことから、全てのタイムスロットが完全に割り当てられる必要性を保証する必要がない。（３）ＤＡＰでは、タイムスロットは各リンクに１つずつ割り当てられることから、ＤＡＰが終了した時点で、いくつかのアイドル状態のスロットがまだ利用可能である場合がある。したがって、ＡＡＰフェーズを有する必要があり、かつ上述したように、ＡＡＰフェーズもいくつかの周を含んでもよい。
【００５８】
この同じメカニズムをＷＡＶＥ−ＤＴＣＡのＱｏＳ拡張にも適用できることは留意されるべきである。すなわち、この同じ２つのフェーズのリソース割り当て方法を使用して、各リンクに異なる数のタイムスロットを割り当てることができる。
【００５９】
図３は、ＤＡＰのフローチャートを示す。
【００６０】
次に、ＤＡＰの一般手順について説明する。（１）プロセスリーダ上でマルチチャネルＴＤＭＡモードに切り替え、プロセスリーダは第１の波動リーダとして行動する。（２）波動リーダは、近傍ノードへｍａｃｓｉｇ＿ｒｅｑｕｅｓｔ＿ｎｅｉｇｈｂｏｒメッセージを順次送信することによってＤＡＰプロセスを続ける。（３）このような要求を受信する各近傍ノードは、割り当て表などの自分自身の情報及びその近傍情報が含まれるｍａｃｓｉｇ＿ｒｅｐｌｙ＿ｒｅｑｕｅｓｔメッセージを送り返す。（４）波動リーダは、各近傍ノードへの各リンクのためのタイムスロット及びチャネルを決定する。（５）波動リーダは次の波動リーダを決定し、次に、割り当て表などの情報を全ての近傍ノードへ順次ｍａｃｓｉｇ＿ｎｏｔｉｆｙ＿ａｌｌｏｃａｔｉｏｎメッセージを介して送信する。（６）近傍ノードは、このような情報を入手すると、その割り当て表を更新する。（７）波動リーダは、ｍａｃｓｉｇ＿ｓｔａｒｔ＿ｎｅｘｔｄａｐｗａｖｅを送信することによって次の波動リーダに通知する。（８）次の波動リーダは、ステップ２からステップ７のように波動伝搬を続ける。（９）ネットワークの最終のノードに達すると、最終のノードはｍａｃｓｉｇ＿ｄａｐ＿ｆｉｎｉｓｈメッセージを送信することによってその親波動リーダに通知する。このようなメッセージはまた、このノードの認識としてアイドル状態のスロットがまだ利用可能であるかどうかを示す必要がある。（１０）全ての波動リーダは、その波動を最初の波動リーダまで反射して戻す。最初の波動リーダは、ｍａｃｓｉｇ＿ｄａｐ＿ｆｉｎｉｓｈメッセージを入手するとＡＡＰを開始する。
【００６１】
上述の手順では、さらなる２つのＭＡＣシグナリングメッセージ、すなわち、ｍａｃｓｉｇ＿ｈａｎｄｏｖｅｒ＿ｐｒｏｃｅｓｓｌｅａｄｅｒ及びｍａｃｓｉｇ＿ｒｅｖｏｋｅ＿ｃａｎｄｉｄａｔｅが言及されていない。前者は、プロセスリーダがその近傍ノードのうちの１つにプロセスリーダとして行動するように告げるために使用される。これがいつ行われるべきであるかは、メッシュネットワークの必要性に依存する。例えば、無線メッシュネットワークが決まったプロセスリーダで良好に動作していれば、プロセスリーダの譲渡は不要である。しかしながら、時には、安定性のためにプロセスリーダを変更することが妥当である。ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡでは、ネットワーク全体で動的なプロセスリーダを有することが可能である。一定の数の割り当て周期内に検出される波動が存在しなければ、新しいプロセスリーダが選択される。
【００６２】
ｍａｃｓｉｇ＿ｒｅｖｏｋｅ＿ｃａｎｄｉｄａｔｅは、現在の波動リーダが、並行する波動を伝搬できる複数の経路が存在することを発見した場合に使用される。この場合は、次の波動リーダになることができるノードがいくつか存在する。これらの全てのノードにおいて波動が同時に開始されれば、波動のループが生じる可能性があるが、メッシュネットワークではこれは非常に一般的であって、ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡアルゴリズムを損なう可能性がある。この問題を回避するために、次の波動リーダとして１つのノードのみが選択され、次の波動リーダとしての可能性を有する他のノードは波動リーダ候補として扱われる。これらが実際に波動リーダになることができるかどうかは、波動ループが存在するかどうかに依存する。存在していれば、このような波動リーダ候補は取り消され、このことはｍａｃｓｉｇ＿ｒｅｖｏｋｅ＿ｃａｎｄｉｄａｔｅメッセージによって通知される。
【００６３】
ＤＡＰでは、最も重要なアルゴリズムは２つの部分、すなわち（１）各リンクへコンフリクトしないタイムスロット及びチャネルを割り当てる方法、及び（２）ループなしに次の波動リーダを決定する方法を含む。
【００６４】
局所的なタイムスロット及びチャネルの割り当て
【００６５】
タイムスロット及びチャネルの割り当ては、プロセスリーダと非プロセスリーダとでは異なる。しかしながら、いずれの場合も、タイムスロット及びチャネル割り当てを行う必要があるのは波動リーダであるノードのみであり、参加ノードは、コンフリクトなしに割り当てを行えるようにネットワーク情報を収集する波動リーダを手助けするだけである。
【００６６】
タイムスロット及びチャネル割り当てアルゴリズムでは、従うべき２つの規則、すなわち（１）２ホップ離れている異なるリンクへ割り当てられるタイムスロットは再使用される、及び（２）非重複チャネルを利用できない場合以外、チャネル割り当てのコンフリクトは許容されないという規則が存在する。
【００６７】
プロセスリーダでもある波動リーダ
【００６８】
プロセスリーダにとって、プロセスは、ネットワーク内にタイムスロット及びチャネルがまだ割り当てられていないことから、より単純なものである可能性がある。したがって、この場合の焦点は、タイムスロットを波動リーダからプロセスリーダの１ホップの近傍ノードへの異なるリンクへ適切に割り当てることである。全てのリンクへ割り当てられる同じチャネルは、非重複チャネルの集合からランダムに選択されることが可能である。非重複チャネルがどのように形成されるかについては、６．２．３章において論じる。
【００６９】
タイムスロットは、単に各リンクへ１つずつランダムに割り当てられることが可能である。しかしながら、より少ない数の２ホップ近傍ノードを有するリンクに対する所定の選好により、最も少数の２ホップ近傍ノードを有するリンクにまず１つのタイムスロットが割り当てられる。より少ない数の２ホップ近傍ノードを有するリンクにこのような選好が与えられる理由は、マルチホップネットワークにおけるエンドツーエンド経路にタイムスロットのより良いインタリービングを与えることにある。実際に、インタリービングは所定の選好によって与えられる。したがって、仮に、多数の２ホップ近傍ノードを有するリンクにより高い選好を与えるといった反対のことを行っても、同様にうまく機能する。重要なことは、タイムスロットを割り当てる場合、単にタイムスロットをリンクへランダムに割り当てるのではなく、リンクへ選好を与えることである。
【００７０】
プロセスリーダではない波動リーダ
【００７１】
非プロセスリーダの場合、タイムスロット及びチャネルは既にネットワーク内のいくつかのノードに割り当てられていることから、その重要なタスクの１つは、チャネル及びタイムスロットがコンフリクトしないようにして各リンク用のタイムスロット及びチャネルを発見することである。この目的を達成するためには、タイムスロット及びチャネルを決定する上で、２ホップ情報が極めて重要である。２ホップ情報は、波動リーダ及びその１ホップ及び２ホップ近傍ノードのタイムスロット及び割り当て情報を含む。このような情報は、いくつかのステップで収集される。第１のステップは、各ノードが自分自身のタイムスロット及びチャネル割り当てを記憶しているステップである。そのノードが波動リーダであれば、このような全ての情報が容易に入手可能である。波動リーダでないノードの場合、自分自身の割り当て情報は波動リーダから送信され、かつその１ホップ近傍ノードの情報は異なる波動リーダから送信されて、自動的に融合される。各ノードが自分自身の及びその１ホップの近傍ノードのタイムスロット及びチャネル割り当て情報を得た後は、新しい波動リーダは、近傍情報要求メッセージを送信してその近傍ノードからすべてのこのような情報を収集するだけでよい。このような情報に基づいて、２ホップ情報は導出されることが可能である。しかしながら、このような２ホップ情報は単に波動リーダに関するものでしかない。割り当てのコンフリクトを全体的に解決するためには、波動リーダはまた、その近傍ノードの２ホップ近傍情報を知る必要がある。このような情報を入手するための直接的な方法は、割り当て通知メッセージを２ホップで送信することであると思われる。このような方法は、ＭＡＣ層のシグナリングが同じ波動リーダに対して２ホップを進むことを要求し、プロトコルを遙かに複雑なものにすることから好ましくない。幸いにも、ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡはこのような方法に依存しない。第１に、ＤＡＰにおける波動リーダの場合、上流の２ホップ近傍ノードの割り当て情報はその近傍ノードへ送信されていて、下流のその２ホップ近傍ノードにはまだ割り当てが存在しない。ＡＡＰにおけるシナリオでも、２ホップ近傍情報を送信することは不要である。この点については、７．３．２章において論じる。
【００７２】
２ホップ情報を入手可能である場合、タイムスロット及びチャネル割り当ては次のように実行される。（１）ゲートウェイが各リンクにより知覚される利用可能なタイムスロットをチェックし、次いでこれらのリンクに利用可能なタイムスロットの数に関して等級付けを行う。まずは、最小数のタイムスロットを有するリンクに１つのタイムスロットが割り当てられる。残っているタイムスロットがない場合は、タイムスロット数が１つ拡大される。次に、この新しい数がネットワーク内のノードへ伝搬される。この伝搬は、ビーコンにより、暗黙のシグナリング手順を介して独立して行われる。最小数のタイムスロットを有するリンクへ１つのタイムスロットを割り当てる理由は、これにより、ネットワーク内で使用されるタイムスロットの数が最小限に保たれることにある。（２）タイムスロットを割り当てられたリンクに対し、そのチャネルが、その同じタイムスロット内で２ホップ以内の全ての近傍ノードにおいて使用されているチャネルを考慮することによって選択される。このリンクの宛先及びソースの双方がチェックされるべきであり、次いで、コンフリクトしないチャネルが選択される。非重複チャネルを選択できない場合には、コンフリクトするチャネルを選択せざるを得ないか、タイムスロット数を増やしてコンフリクトしないチャネルを発見するしかない。しかしながら、前者のソリューションの方が、その単純さに起因して好ましい。（３）１つのリンクが完了すると、全てのリンクが割り当てられるまで、前の２つのステップが繰り返される。
【００７３】
非重複チャネルの集合を決定する
【００７４】
非重複チャネルは、各メッシュノードについて事前に構成することができる。しかしながら、インテリジェントなチャネル選択を行って環境における干渉を回避するという目的から、非重複チャネルは実行時間中に動的に検出される。これは、ノードが起動する際の初期フェーズ走査と、初期走査プロセス中に捕捉されるチャネルのチャネル状態のオンライン推定とを組み合わせることによって行うことができる。あるチャネルが使用中であると検出されれば、別の最良のチャネルが選択されなければならない。チャネル状態は、チャネルが使用されているときの試行回数の第一位及び第二位に基づいて検出されることが可能である。
【００７５】
干渉回避のための動的なチャネル選択
【００７６】
各チャネル及びスロット割り当て周期の間、各ノードは、干渉監視に基づいてチャネルステータスを考慮する必要がある。入手可能な局所的なチャネル情報を取得するために、ノードは、その直近のノード及び２ホップ離れたノードと、走査された局所チャネルステータスを交換する必要がある。必要な情報を交換した後、ノードは、当該ノードとその近傍ノードとの間にアクティブリンクが存在する場合にどのチャネルを外乱なしに使用できるかを局所的に見極めることも可能である。またノードは、その利用可能なチャネルリストを２ホップ離れたノードへ、これらのノードがＤＭＴ−ＭＡＣに基づいたスロット及びチャネルの割り当てに際して前記リスト上のチャネルを使い果たさないように送信する必要もある。２ホップ離れたノードが（ＤＭＴ−ＭＡＣでは、これらが先に波動リーダになることから）リスト上のチャネルの全てのスロットを占有していれば、当該ノードは高品質のチャネル上にスロットを発見せず、干渉を有するチャネルを使用しなければならない。
【００７７】
チャネルの監視／評価及び通知は、送信に優れたチャネルのリストをもたらし、一方でＤＭＴ−ＭＡＣは、このリストを、タイムスロット及びチャネルを割り当てる際の条件として使用する。
【００７８】
受動的なチャネル走査
【００７９】
受動走査の詳細を論じる前に、能動走査を実装する方法をなぜ使用できないかという質問に答えたい。典型的には、能動走査システムにおいて、ルータは各チャネルへジャンプし、一定量の時間を費やして近傍のキヨン（Ｋｉｙｏｎ）ノード上での干渉及びアクティビティの存在を聴き取らなければならない。このアプローチは、このルータへ接続されるクライアント（又はアクティブな近傍ノード）には能動走査の期間中にスループットが存在しないことを意味すると思われる。受動走査を実装することによって、我々のネットワークには停止時間がなく、近傍ルータ（及びクライアントデバイス）とのアクティブリンクを維持し続けることができる。しかしながら、興味深いことに、起動時には、ルータは、非干渉チャネルを発見するために能動走査を実行する。
【００８０】
先に言及したように、チャネル品質は、パケットの再送率又は破損パケットの割合によって測定されることが可能である。パケット再送率は、ノードがパケットを送信している際のチャネル品質を表し、一方で、破損パケットの割合は、ノードがパケットを受信しているとき、又は着信するトラフィックに関してチャネルを検出しているときのチャネルステータスを反映する。これらの２つの測定を組み合わせると、適度なチャネル記述がもたらされる。例えば、パケットの再試行は、「使用中」のチャネルの測度として使用することができる。単位時間に送信されるパケットの量は異なる場合があることから、再試行数をそのまま使用することはできない。代わりに、再試行のパーセント（すなわち、所定のサンプル時間におけるｔｏｔａｌ＿ｒｅｔｒｉｅｓ／ｔｏｔａｌ＿ｐａｃｋｅｔ）を求める必要がある。設定されたしきい値に基づいて、システムは、そのチャネルが「クリーン」であって使用できるかどうかを決定する。再試行のパーセントに加えて、各チャネルについて取得されるサンプル数の計数を維持することも必要である。この計数は、システムがこのチャネルの使用を決定する度に増分される。チャネルが使用されなければ、これは、サンプル周期毎に減分される。計数がゼロまで降下すれば、履歴は古すぎるとされて表から削除される。チャネル選択に関して考慮されるパラメータは、他にも数種存在する。これについては、本明細書において後述する。
【００８１】
しかしながら、ＤＭＴ−ＭＡＣ内では、ノードは使用中のチャネルしか監視しない。これは、そのノードによって割り当てられるチャネルのみが走査され得ることを意味する。その他のチャネルに関する情報は、入手できない。一方で、ノードは任意のフレームにおいてチャネルを切り替えてもよいことから、チャネルは継続的に走査されない。したがって、パケット再送率又は破損パケットの割合を介して収集される情報は、一定の期間内における真のチャネルステータスを表さない。これらの理由により、局所的に測定されるチャネルステータスはバイアスされる場合があり、非割り当てチャネルに関する現在の情報は収集されない。よって、チャネル情報の欠如を補償するために、近傍ノードとのチャネルステータスの交換が必要である。
【００８２】
しかしながら、近傍ノードとのチャネルステータス情報の交換では、ノードはまだ、当該ノードによって割り当てられた、又は割り当てられていないチャネルに関する十分な情報を入手しない場合がある。さらに、両者間の距離が遠ければ、近傍ノードにとってノードの局所情報は有益でないことがある。ノードが、現在のチャネルが深刻な干渉を有しかつ残りのチャネルを評価する効率的な方法が存在しない（当該チャネルに関する記録が存在しない、又は記録が古すぎて評価に役立たない）ことを発見すれば、ＤＭＴ−ＭＡＣアルゴリズムは、チャネル監視／評価／通知（ＭＥＮ）プロセスにより提供されるリストからランダムに１チャネルを選択する。新たに選択されるチャネルもやはり高品質でなければ、チャネル監視／評価／通知プロセスはチャネル候補リストを更新し、ＤＭＴ−ＭＡＣアルゴリズムが次に実行されるときに、そのリストから別のチャネルが選択される。このシナリオの下では、チャネル監視／評価／通知プロセスは、ノードが低品質のチャネルに長い間固執しないように、高速のチャネル調整を要求する。高品質のチャネルが存在しなければ、チャネルＭＥＮプロセスは、あらゆるチャネルの評価を示すリストを提供し、次いで、ＤＭＴ−ＭＡＣアルゴリズムは伝送用の「最良の」チャネルを選ぶことが可能である。
【００８３】
ほとんどの場合、ノードは、収集される情報に基づいて公正な評価を下すことが可能である。近傍ノード間で協働しかつチャネル選択パラメータを共有することによって、ノードは、そのチャネル選択を行うためのより大きいデータサンプルを得ることになる。図１１は、局所情報及び近傍ノードからの情報を含むチャネルステータス表の１つの可能性を示す。ノードがこれらの履歴記録に基づいてチャネルを評価し、かつ使用中のチャネルの品質が受容できないものになった場合にどのチャネルへ切り替えるかを決定できるように、以前に使用されたチャネルのステータスも包含されている。
【００８４】
情報ループを防止するために、ノードは、情報を、その情報の起源であるソースへ送り返すべきではない。単純なソリューションでは、ノードは、その局所チャネルステータスを近傍ノードにのみ送信することができる。さらなる追加情報（２ホップ離れたノードからの情報など）が要求されれば、チャネルステータスリストは、情報ループの可能性をなくすために各アイテムのソースを包含すべきである。
【００８５】
チャネル評価
【００８６】
チャネルステータス情報を入手した後は、チャネルの品質を評価するアルゴリズムが必要とされる。チャネル切り替えが発生した場合に最良のチャネル候補を選択できるように、使用中のチャネルだけでなく、使用されていないチャネルも評価されることが要求される。チャネル評価のためのアルゴリズムは、局所及び近傍チャネルステータスと、異なるウェイトを有する履歴情報とを組み合わせるべきである。先に低品質であったチャネルでも、一定の期間後に高品質になることがあり、よって、このチャネルはチャネル候補リストに戻されることが可能である。チャネル情報の中には、補完的でないものもあり、よって、評価アルゴリズムはこれを考慮すべきである。例えば、各チャネルの確率は測定期間のパーセントに基づいて設定され、かつこの場合はチャネル選択に使用されることが可能である。
【００８７】
チャネル割り当ての通知
【００８８】
異なる領域はチャネルステータスに関する異なるビューを有し、よって、異なる領域では、ノードは使用中の、又は候補リストに存在するチャネルの異なるセットを選択することも可能である。このチャネル選択方法はＤＭＴ−ＭＡＣアルゴリズムへネットワークステータスを提供するためのものであることから、ＤＭＴ−ＭＡＣアルゴリズムは、提供される情報を使用してタイムスロット及びチャネルを効率的に割り当てる。場合によっては、いくつかのノードは容認できる品質を有するチャネルを１つ又は２つしか有していないことがある。したがって、これらのノードは、ＤＭＴ−ＭＡＣ割り当て期間中に考慮する目的で、そのチャネル割り当てリストを（干渉領域を２ホップに及ぶものと想定して）２ホップ以内の近傍ノードへ送信する必要がある。これを行うことにより、近傍ノードは、これらのチャネル割り当て通知を、ＤＭＴ−ＭＡＣアルゴリズムを使用して使用中のタイムスロット及びチャネルを選択する際の条件として使用する。チャネル割り当て通知の目的は、（先に波動リーダになる）近傍ノードに、当該ノードが高品質にあると検出して使用を計画するチャネルの全ての帯域幅（タイムスロット）を割り当てないように通知することにある。
【００８９】
干渉を回避するために、２ホップ離れたノードは当該ノードのチャネル割り当て通知を受信する必要がある。全ての近傍ノード情報を受信した後、当該ノードは、使用できるチャネルのリストを有し、（１ホップ及び２ホップ離れた）近傍ノードとの競合を発生させない。例えば、あるチャネル集合（５２、５６、６０、６４）において、ノードはチャネル５６が低品質であり、次に、残りのチャネルの方が使用に適することを検出する。全ての１ホップ又は２ホップ離れた近傍ノードからチャネル割り当て要求（又は、単にチャネルステータス情報）を受信した後、このノードは、チャネル５２及び６０が、当該ノードと直接的な接続を有する近傍ノードにとって高品質ではないことを発見する場合がある。したがって、チャネル６４が、外乱なしに使用できる唯一のチャネルになる。したがって、先にＤＭＴ−ＭＡＣアルゴリズムを実行しかつそのノードの干渉領域内に存在するノードはこのことを考慮すべきであって、チャネル６４を使い果たすべきではない。ノードが近傍ノードとのアクティブリンクを有するとき、当該ノードに関してチャネル６４上のいくつかのタイムスロットを利用可能であり、伝送が有する干渉は最小になる。
【００９０】
波動伝搬経路の次の波動リーダの決定
【００９１】
ＤＡＰの最も重要な部分は、波動リーダがタイムスロット及びチャネル割り当てを実行した場合に次の波動リーダを決定することである。波動リーダに従う経路は、ＡＡＰにおいても使用される。したがって、ＡＡＰにおいて次の波動リーダを決定する必要はない。さらに、このアルゴリズムにおいて見出される経路は、他のシグナリングメッセージがネットワーク全体へ前後して迅速に送信されることを促進する。言い換えれば、波動リーダの全ての経路が正しく形成されていれば、全ての波動が軌道上に存在することから、波動伝搬はそのように効率的になる。
【００９２】
次の波動リーダを発見するという課題は、次の波動リーダの決定に使用できる基準を発見することと、複数の次の波動リーダが存在するときに問題を解決することとの二層式である。
【００９３】
ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡでは、これらの２つの問題が次のようにして解決される。（１）現在の波動リーダについて、まだ割り当てを行っていない近傍ノードの独立集合の数を発見する。同じ近傍ノード集合内では、全ての近傍ノードは直接的に、又は間接的に接続されている。したがって、近傍ノードの２つの独立集合内に位置づけられるノードは、図６に示すように、これらの近傍ノードを介して互いに接続される経路を持たない。（２）近傍ノードの独立集合の数は、波動リーダ候補と呼ばれる潜在的な次の波動リーダの数に等しい。（３）複数の波動リーダ候補が存在する場合、波動ループが存在する場合があることからＤＡＰを同時に開始することはできず、よって、図７に示すように、波動は１つの波動リーダ候補において始まることができ、別の波動リーダ候補に達する。このようなループは回避されるべきであり、そうでなければ、局所的なタイムスロット及びチャネル割り当てを実行してもよい波動リーダは１つだけであることから、割り当てアルゴリズムは失敗する。この問題を解決するために、図８に示すような下記のソリューションを提案する。
【００９４】
全ての波動リーダ候補の中で、第１の波動リーダとして選択できるのは１つのみであり、次いでこれが波動伝搬を開始する。選択される第１の波動リーダは、その集合において最多のノードを有するものであるべきである。
【００９５】
波動が最終のノードに到達すれば、波動は、これらの波動リーダ候補の親波動リーダのポイントまで反射して戻る。次いで、次の波動リーダが選択され、図８（ａ）に示すように、ステップｉ及びステップｉｉが繰り返される。
【００９６】
波動が別の波動リーダ候補に到達すれば、すなわち、その波動リーダ候補が当該波動上の次の波動リーダとして選択されれば、この波動リーダ候補はその親波動リーダへｍａｃｓｉｇ＿ｒｅｖｏｋｅ＿ｃａｎｄｉｄａｔｅメッセージを送信すべきである。このメッセージが親波動リーダによって受信されると、親波動リーダはリストからその波動リーダ候補を除去する。これと並行して、この波動リーダ候補は、次の波動リーダになった後に波動の伝搬を継続する。
【００９７】
最終のノードに到達すれば、波動は前進を停止し、図８（ｂ）に示すように、プロセスリーダへと反射して戻る。
【００９８】
しかしながら、次の波動リーダとなる必要のある別のノードが存在すれば、波動は、図８（ｃ）及び図８（ｄ）に示すように、伝搬し続ける。次いで、ステップｉ及びステップｉｉが繰り返される。
【００９９】
１つの波動が進むにつれて、別の波動リーダが複数の波動リーダ候補のリストを有することが可能である。この場合、ステップ２からステップ３と同じ手順を適用することができる。
【０１００】
波動がプロセスリーダへと反射して戻ると、全ての波動リーダ及びこれらの波動リーダを通過する波動経路が形成される。これらの波動経路はプロセスリーダからツリー状に開始され、他のノードにおいて交差しない。
【０１０１】
プロセスリーダが変更されない限り、波動経路は変わる必要がない。しかしながら、移動性及び他のネットワークダイナミクスを追跡するために、上述の手順は全て単に周期的に反復される。
【０１０２】
リソース情報の交換と維持
【０１０３】
前の章で述べたように、ＤＡＰには、いくつかのメッセージが包含されて存在する。ある波動リーダ上で割り当てが実行されると、これは、この波動リーダの全ての近傍ノードに通知されなければならない。あるノードに送られる割り当て情報は、全ての近傍ノードに記憶される。各ノードは、近傍情報の送信を要求されると、自分自身の割り当て情報及びその近傍の割り当て情報も送り返す必要がある。しかしながら、この時点では、２ホップ近傍情報がノード上で伝搬されかつ維持される必要がある。
【０１０４】
ネットワーク内の干渉ノードとソリューション
【０１０５】
ＤＭＴ−ＭＡＣ及びＷＡＶＥ−ＤＴＣＡを使用すれば、通常、隠れノード及び干渉ノードは存在しない。これは、マルチチャネルＴＤＭＡ  ＭＡＣの優位点である。しかしながら、ネットワークが適正に配備されていなければ、依然として干渉ノードが存在する。図９（ａ）に示すように、ノードＳ及びノードＤは通信領域から外れているが、信号は互いを干渉させ合うに足る強さである。ノードＳ及びノードＤは、複数のホップを介して互いに通信することができるが、両者が互いにどの程度近くに存在するかを認識しないことから、両者には、そのタイムスロット及びチャネルが互いにコンフリクトしないことを保証する術がない。このようなノードは、マルチホップ干渉ノードと呼ぶことができる。ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡの場合、ノードＳとノードＤとの間に２ホップしか存在しなければ、タイムスロット及びチャネルはコンフリクトを有さないことが保証される。しかしながら、ホップ数が２を超えるとき、ノードＳ及びノードＤはそのタイムスロット及びチャネル割り当てにコンフリクトを有する可能性がある。
【０１０６】
マルチホップ干渉ノードの識別はほぼ不可能であることから、方法に基づいたロケーションは集積されるべきである。しかしながら、ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡでは、このソリューションは実装されない。一方で、図９におけるノードＳ及びノードＤがタイムスロット及びチャネル割り当てにおいてコンフリクトしないことを確実にすることができるとしても、ノードＳ及びノードＤはあまりに近く、しかもあまりに多くのホップを通過しなければならないことから、この種のトポロジーを有することは推奨されない。したがって、図９（ｂ）に示すように、ノードＳとノードＤとの間に別のノードを配備する方法が存在しないのでない限り、メッシュネットワークの配備は、マルチホップ干渉ノードが存在しないことを保証するべきである。
【０１０７】
ＡＡＰ
【０１０８】
ＤＡＰのフローチャートは、図４に示されている。ＤＡＰが行われると、ＡＡＰが第１の波動リーダ、すなわちプロセスリーダによって開始される。波動リーダは、いずれかのアイドル状態のタイムスロットが利用可能であるかどうかをチェックする。タイムスロットが存在しなければ、この波動リーダにおける割り当ては、ｍａｃｓｉｇ＿ｈａｎｄｏｖｅｒ＿ａａｐメッセージを送信することによってスキップされる。次の波動リーダがこのメッセージを入手すると、この波動リーダはＡＡＰをステップ２から繰り返す。タイムスロットが存在すれば、波動リーダはその全ての近傍ノードへｍａｃｓｉｇ＿ｒｅｑｕｅｓｔ＿ｎｅｉｇｈｂｏｒ＿ａａｐメッセージを送信する。各近傍ノードは、ｍａｃｓｉｇ＿ｒｅｐｌｙ＿ｒｅｑｕｅｓｔ＿ａａｐメッセージを送り返し、波動リーダに自分自身の、及びその近傍ノードのタイムスロット及びチャネル割り当て情報を伝える。
【０１０９】
波動リーダは、７．２章で説明している方法を使用して、全てのリンクへのタイムスロット及びチャネル割り当てを決定する。割り当てが行われると、波動リーダは、ｍａｃｓｉｇ＿ｎｏｔｉｆｙ＿ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔメッセージを送ることによってその近傍ノードへ結果を通知する。次に、波動リーダはまた、ｍａｃｓｉｇ＿ｓｔａｒｔ＿ｎｅｘｔａａｐｗａｖｅメッセージを送ることによって次の波動リーダに波動を開始するように通知する。
【０１１０】
最終のノードに到達すると、最後の波動リーダはｍａｃｓｉｇ＿ｄａｐ＿ｆｉｎｉｓｈメッセージを送り返すべきである。全ての親波動リーダは、プロセスリーダに達するまで同じことを行う。ＤＡＰにおいて説明したように、いくつかの波動リーダは複数の次の波動リーダを有する可能性がある。このような波動リーダの場合、これは、どの波動リーダが最初に波動を開始するかを選択する必要がある。その後、波動が戻ったとき（ｍａｃｓｉｇ＿ｄａｐ＿ｆｉｎｉｓｈを入手したとき）、波動リーダは、どの次の波動リーダが依然として波動を開始する必要があるかどうかを知っている。全ての次の波動リーダによる実行が終わると、現在の波動リーダはその親波動リーダへｍａｃｓｉｇ＿ｄａｐ＿ｆｉｎｉｓｈメッセージを送り返す。
【０１１１】
プロセスリーダがｍａｃｓｉｇ＿ｄａｐ＿ｆｉｎｉｓｈメッセージを入手し、他の次の波動リーダに波動開始を必要とするものがないことを確認すると、ＡＡＰの１周が終了する。ｍａｃｓｉｇ＿ｄａｐ＿ｆｉｎｉｓｈメッセージはまた、ネットワーク全体におけるアイドル状態のスロットの情報をピギーバックすることは留意されるべきである。
【０１１２】
利用可能なタイムスロットが存在しなければ、ＡＡＰは完了される。そうでなければ、ＡＡＰの別の周が開始され、ステップ２における全ての手順が繰り返される。
【０１１３】
ＡＡＰ手順において見受けられるように、ＡＡＰとＤＡＰとの差は、主として２つの部分に存在する。（１）ＡＡＰは、波動リーダ又は波動経路を決定する必要がない。この点では、ＡＡＰの方が単純である。しかしながら、このフェーズでは、より多くのノードにタイムスロット及びチャネルが割り当てられていることから、同様のアルゴリズムが使用されるとしても、タイムスロット及びチャネルの割り当ての難易度は高い。例えば、アイドル状態のタイムスロットは、全てのアクティブリンク間で公正に共有される。（２）ＤＡＰは一度実行されるが、ＡＡＰは複数回の実行が必要とされる場合がある。
【０１１４】
タイムスロット及びチャネル割り当ての局所的な調整
【０１１５】
タイムスロット及びチャネル割り当ては、１ホップ及び２ホップ近傍ノードにおけるタイムスロット及びチャネル割り当てに関して収集される情報に依存する。このような情報に基づいて、タイムスロット及びチャネルは下記のように割り当てられる。
【０１１６】
波動リーダにおいて、波動リーダは、各リンクがいくつのアイドル状態スロットを利用可能であるかをチェックする。またこれは、近傍ノードにおける他のいくつのリンクがこのリンクと競合しているかを決定する必要もある。
【０１１７】
利用可能なタイムスロット及び競合するリンクの数が与えられるとして、１つのノードへ割り当てることのできるタイムスロットの数は、利用可能なタイムスロットの数を競合するリンクの数で除算することによって決定される。この方法では、他のリンクも利用可能なタイムスロットを公正に共有する。
【０１１８】
タイムスロットが決定されると、ＤＡＰにおいて説明したものと同じ方法を使用してコンフリクトしないチャネルが決定される。
【０１１９】
波動リーダが割り当てを実行すると、ＡＡＰの１周が完了するまで次の波動リーダが引き継ぐ。しかしながら、下記の２つの理由から、ネットワーク内に依然としてアイドル状態のタイムスロットが存在する可能性は高い。
【０１２０】
各リンクにより知覚される利用可能なタイムスロットは、異なる可能性がある。したがって、各リンクがタイムスロットの等しい共有を得ると、これらの全リンクの総タイムスロット数は通常、実際に利用可能なタイムスロットの数より少なく、すなわち、アイドル状態のタイムスロットはＡＡＰの１周が実行された後もまだ利用可能である。
【０１２１】
全てのリンクが利用可能なタイムスロットの同じビジョンを得たとしても、その数を競合リンクの数で割り切ることはできない場合がある。したがって、各リンクがタイムスロットの等しい共有を得た後、少なくとも１つのアイドル状態のタイムスロットが依然として存在する。
【０１２２】
リソース情報の交換と維持
【０１２３】
ＤＡＰの場合と同じく、ノードは、１ホップ近傍ノードの割り当て情報及び自分自身の割り当て情報のみを維持する。このノードは、近傍情報の要求を入手すれば、このような情報を要求側のノードへ送り返す必要がある。
【０１２４】
ＡＡＰの結果としてノードが新しい割り当て結果を通知されると、このノードは、新しい割り当て情報と前の割り当て情報とを組み合わせてそれ自身及びその全ての１ホップ近傍ノードに関する同じ割り当て表にする必要がある。
【０１２５】
波動リーダの場合、１ホップＭＡＣ層シグナリングを使用して、その近傍ノードの２ホップ近傍情報を収集することができる。上流側のノードの場合、２ホップ近傍ノードの割り当てが波動リーダの１ホップ近傍ノードへ送信されている。下流側のノードの場合、そのＤＡＰ及び（もし存在すれば）ＡＡＰの前の周において、２ホップ近傍ノードの割り当ても波動リーダの１ホップ近傍ノードへ送信されている。この方法において、波動リーダは常に、自分自身の２ホップ近傍ノードの割り当て情報及びその近傍ノードの２ホップ近傍ノードの割り当て情報を入手することができる。
【０１２６】
タイムスロット及びチャネルの周期的な割り当て
【０１２７】
迅速であることが可能なＤＡＰ及びＡＡＰの双方が実行されると、タイムスロット及びチャネル割り当てはすぐには開始されない。リンクアクティビティ及びトポロジーの変更のダイナミクスは通常ＤＡＰ及びＡＡＰの速度より遙かに遅いことから、その必要はない。不要な動作を回避するために、ＤＡＰ及びＡＡＰの双方が実行されると、ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡは一定の期間に渡って休止される。これは、割り当て期間と呼ばれる。ＤＡＰは、新しい割り当て期間が始まると開始される。割り当て期間の長さは、ネットワークダイナミクスによって決定される。例えば、より高い移動性が予測されれば、より短い割り当て期間が使用される必要がある。
【０１２８】
ＤＡＰ及びＡＡＰの双方が実行されると、ネットワーク内のノードは、その近傍ノードと通信するためにタイムスロット及びチャネルの新しい割り当ての使用を開始する。ネットワーク内の異なるノードは異なる時間にＤＡＰ及びＡＡＰを終了することから、これらは、新しいタイムスロット及びチャネル割り当てが使用されるべきかどうかを決定する共通のタイミングを保有しない。開始時間が同期されないことから、異なるノードで使用されるタイムスロット及びチャネルは、結果的に、割り当てのコンフリクト又はネットワークをさらに分割する異なるチャネルにおける動作のいずれかを引き起こす。この問題を回避するためのソリューションは、新しいタイムスロット及びチャネル割り当ての使用開始時間を同期させることである。この開始時間は、割り当て開始から一定の期間の後である。このような期間は、割り当て開始時間と呼ばれる。したがって、プロセスリーダがＤＡＰを開始するとき、プロセスリーダは、自分自身のＴＳＦ値をそのｍａｃｓｉｇ＿ｒｅｑｕｅｓｔ＿ｎｅｉｇｈｂｏｒメッセージに埋め込む必要がある。ＤＡＰが実行されると、ネットワーク内の全てのノードはこの同じＴＳＦ値を有する。その後、各ノードは単に、自分自身の現在ＴＳＦと、受信されたＴＳＦに割り当て開始時間を加算したものとを比較する。（クロックシフトの補償を考慮した上で）２つの値が同じであれば、ノードは最新のリソース割り当て期間内に割り当てられたタイムスロット及びチャネルの使用を開始する。
【０１２９】
あるノードが新しいタイムスロット及びチャネル割り当ての使用を開始すると、次章で説明するように、当該ノードは、そのタイムスロット数を最高のトランスポート層スループットを達成するための最良の一定の数に変換する必要がある。
【０１３０】
ＤＡＰ及びＡＡＰにおいて、考慮される全てのタイムスロットは一時的なタイムスロットと定義される。上述したように、トランスポート層においてマルチホップ通信のためにより高いパフォーマンスを達成するためには、一時的なタイムスロットを最終的なタイムスロットに変換する必要がある。
【０１３１】
タイムスロットの数は、チャネル切り替えオーバーヘッドによって決定されるタイムスロットの長さに依存する。本発明によるシステムでは、この数は約１０であることが証明されており、チャネル切り替えの速度がさらに速くなれば、この数は増える可能性がある。したがって、一時的なタイムスロットは、可能な限りこの数に近いものに変換される。詳細な手順は、［１５］において説明されている。重要な考え方は、タイムスロットの総数が最終的なタイムスロットの数に十分に近づくまで、一時的なタイムスロットにおける割り当てが複数のタイムスロットで繰り返されるというものである。以下、この考え方を要約する。
【０１３２】
一時的なタイムスロット及び最終的なタイムスロットの数を、各々Ｎｔ及びＮｆであるとする。タイムスロットの目標数はＮ０であり、本発明における現在システムでは１０である。したがって、ｎで表されるタイムスロット及びチャネル割り当ての最大反復回数は、ｎ＝ｆｌｏｏｒ（Ｎ０／Ｎｔ）である。但し、ｆｌｏｏｒ（ｘ）はｘ未満の最大整数を得るためのフロア関数である。したがって、最終的なタイムスロットの実際の数は、Ｎｆ＝ｎ×Ｎｔ＝Ｎｔ×ｆｌｏｏｒ（Ｎ０／Ｎｔ）である。
【０１３３】
ＴＤＭＡのフレーム長さをＴとすると、タイムスロット長さＴｓは、以下の式に等しい。
【０１３４】
【数１】
2010512695.tif 000003
【０１３５】
クロスレイヤの設計
【０１３６】
安定しかつ一貫したネットワークトポロジー
【０１３７】
ＭＡＣ／ルーティング・クロスレイヤの設計は、ＤＭＴ−ＭＡＣ及びＷＡＶＥ−ＤＴＣＡが適用される際に実行されることが可能である。ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡでは、下記の２つの特徴を採用してルーティングプロトコルのパフォーマンスを向上させることができる。
【０１３８】
ＴＤＭＡのフレーム構造は、より高いプロトコル層、特にルーティングプロトコルからの異なるシグナリングメッセージへ専用のタイムスロットを与えるために使用されることが可能である。このような特徴を使用すれば、これらのプロトコルにおけるシグナリングメッセージはより迅速かつ確実に送信されることが可能であり、これにより、ネットワークの安定性が向上する。
【０１３９】
明示的なシグナリング手順がルーティングメッセージを送信するためにも使用されて、ルーティングの効率を高めることができる。
【０１４０】
高速なルートの再発見
【０１４１】
ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡは、ルーティングプロトコルよりも速くリンク故障を検出する手助けをすることができる。より重要なことに、ルーティングメッセージは専用のタイムスロットにおいて送信され得ることから、これはまた、別のルーティング経路を発見する時間を短縮することができる。ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡ間のクロスレイヤ設計は、高速なルートの再発見を達成する多大な可能性を有する。
【０１４２】
電力管理
【０１４３】
ＴＤＭＡにより媒体アクセスがより良く制御されることに起因して、ノードのオン／オフはより容易に制御されることが可能である。このような特徴は、８０２．１１無線における電力管理方法の実装を促進する。
【０１４４】
大きい帯域幅遅延積のための安定したスループット
【０１４５】
ＴＤＭＡネットワークにおいて、タイムスロットが比較的大きい場合、複数のホップに渡る遅延は、帯域幅が大きいとしてもトランスポート層のスループットに影響を与えるに足る大きさである可能性がある。これが、周知の大きい帯域幅遅延積問題である。この問題を解決するための１つの単純なソリューションは、メッシュノードにおけるトランスポート層プロトコルパラメータ及びメッシュクライアント側のオペレーションシステムの微調整に頼ることができる。しかしながら、クライアント側のオペレーションシステムに触れることなくスケーラブルなソリューションを得るためのより良いソリューションは、大きな遅延がクライアント側のトランスポート層プロトコルに不可視であるようにメッシュルータ側のトランスポートプロトコルを修正することである。
【０１４６】
ＤＭＴ−ＭＡＣのＱｏＳは、ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡへのＱｏＳ拡張を介してもたらされることが可能である。ＤＭＴ−ＭＡＣのＱｏＳアーキテクチャは、下記のコンポーネントを含む。（１）ＱｏＳマッピング：これは、異なるトラフィックタイプの各トラフィックフローのトラフィック仕様を発見するために必要とされる。これは、パケットのポート番号、サービスＩＤのタイプ、ＡＴＭネットワーク及びインターネットＩｎｔｅＳｅｒｖモデルにおけるトラフィック仕様、ＤｉｆｆＳｅｒｖモデルにおけるＤＳＣＰ、アプリケーション層におけるシグナリングパケットなどをチェックするなどの異なる方法を組み合わせることによって行われることが可能である。ＱｏＳマッピングは、ネットワーク管理プロトコルと統合されることが可能であり、又は各メッシュノード上でＱｏＳプロファイルと共に動作することができる。（２）ＱｏＳメカニズム：ＤＭＴ−ＭＡＣでは、いくつかのＱｏＳメカニズムがサポートされる。（３）ホップ毎のメカニズム（ｉ）異なるトラフィックタイプ間のトラフィック優先順位づけ。（ｉｉ）同じトラフィックタイプの異なるトラフィックフロー間における帯域幅の公正な共有。（４）リンク間メカニズム（ｉ）異なるリンクのための帯域幅が専用に設けられる。これは、ＤＭＴ−ＭＡＣを介して直接的に達成される。（ｉｉ）異なるリンクの帯域幅は、各リンク上の異なるトラフィック負荷を反映する。これは、タイムスロットが単なるリンクアクティビティではなくリンク上のトラフィック負荷に基づいて割り当てられるように、ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡの拡張を必要とする。したがって、各リンクにトラフィック負荷推定も実装される。（５）エンドツーエンドアドミッション制御：アドミッション制御は、ネットワークにおける帯域幅のオーバーブッキングを回避する。エンドツーエンドアドミッションを実行するために、２つの方法を適用することができる。（ｉ）周期的なソリューション：このソリューションでは、ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡを直接的に適用することができる。しかしながら、これは、多くのアプリケーションを承認する必要があるときは減速する可能性がある。（ｉｉ）局所的なソリューション：これは、局所的な方法がグローバルな協調なしに適用されることが可能であって、しかも連鎖反応問題を有することがないように、ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡを修正する必要がある。
【０１４７】
いずれのソリューションにしても、ＱｏＳメトリックをチェックして新しいトラフィックフローを受諾するかどうかが決定される。
【０１４８】
ＱｏＳに関するさらに詳細な説明は、ＱｏＳ  ＷＡＶＥ−ＤＴＣＡに関する別の文書において行う。
【０１４９】
無線メッシュネットワークのＱｏＳは、下記を含む。
【０１５０】
ＱｏＳマッピング：通常、上位層（アプリケーション層及びネットワーク層）から着信する複数の異なるトラフィックデータフローが存在する。下位層（ＭＡＣ及び物理層）においてフローが認識されかつ正確に取り扱われるために、フロー毎のＱｏＳ必要条件（又はトラフィック仕様）を発見する必要がある。典型的なＱｏＳ仕様は、帯域幅、時間遅延及び優先順位を含む。これは、パケットのポート番号、サービスＩＤのタイプ、ＡＴＭネットワークにおけるトラフィック仕様、インターネットＩｎｔｅＳｅｒｖモデル及びＤｉｆｆＳｅｒｖモデルにおけるＤＳＣＰ、アプリケーション層におけるシグナリングパケットなどをチェックするなどの異なる方法を組み合わせることによって行われることが可能である。ＱｏＳマッピングは、ネットワーク管理プロトコルと統合されることが可能であり、又は、各メッシュノード上でＱｏＳプロファイルと共に動作することができる。
【０１５１】
ＱｏＳメカニズム：異なるＱｏＳ仕様の各トラフィックフローについて、適切なリソースを割り当てる、又はスケジュールするいくつかの考え方を提案する。
【０１５２】
トラフィックスケジューリング：ソースノードＳと宛先ノードＤとの間には、複数の異なるトラフィックフローが存在する可能性がある。所定のトラフィック仕様に基づいて、これらのフローは異なる優先順位カテゴリに分類される。優先順位が高いフローは、典型的には、制御パケット、又はビデオ又はオーディオなどのマルチメディアデータであり、これらは厳密な時間遅延制限を有しかつ適時に送出される必要がある。我々は、トラフィックフローをスケジュールする２つのアプローチを提案する。
【０１５３】
より高い優先順位を有するフローは、送出されるより高い確率を有する。
【０１５４】
同じ優先順位カテゴリ内に複数のフローが存在すれば、これらは、等しい確率で送出されるようにスケジュールされる。
【０１５５】
帯域幅の割り当て：ノードＳとノードＤとの間の各リンクには、各々が異なる帯域幅を要求する場合のある異なるトラフィックフローが複数存在する。各リンクに同量の帯域幅を割り当てることは、各リンク内の複数のフローにとって公平でない場合がある。よって、アクティブリンクに基づいて帯域幅を割り当てる代わりに、我々は、具体的には、あらゆるアクティブなデータフローに帯域幅を割り当てることを提案する。フローはまず、２つのカテゴリに分類される。
【０１５６】
フローによっては、一定量の帯域幅を要求するものがある。例えば、オーディオフローは通常、６４ｋｐｂｓを必要とし、一方で、ビデオフローは２Ｍｂｐｓを必要とすることがある。このような帯域幅の必要条件は、上述のトラフィック仕様に示される。
【０１５７】
フローによっては、可能な限り多い帯域幅を要求するものがある。例えば、ＴＣＰベストエフォート型データトラフィックがそうである。
【０１５８】
提案する帯域幅割り当てアルゴリズムの基本的な考え方は、下記の通りである。
【０１５９】
カテゴリ１）のフローに、まず、過不足のない帯域幅が割り当てられる。
【０１６０】
余った帯域幅が存在すれば、その帯域幅はカテゴリ２）の全てのフロー間で等しく分配される。
【０１６１】
局所的なアドミッション制御：アドミッション制御は、帯域幅のオーバーブッキング又はネットワークのオーバーロードを回避する。我々は、着信するトラフィックフローを制御しかつスケジュールする局所的なアドミッション制御アルゴリズムを提案する。その基本的な考え方は、下記の通りである。
【０１６２】
着信する全てのフローの総帯域幅が利用可能な帯域幅より少ない場合、又は着信するパケットバッファがオーバーロードでない場合、アドミッション制御は不要である。
【０１６３】
着信するパケットバッファが満杯に近い場合、着信するトラフィックフローはその優先順位に基づいて選択される。すなわち、より高い優先順位を有するフローは、通過する可能性がより高い。
【０１６４】
着信するパケットバッファが満杯である場合、さらなるパケットは受け入れられない。
【０１６５】
多重無線メッシュネットワーキング
【０１６６】
多重無線メッシュネットワーキングの開発に際しては、２つのオプションが存在する。
【０１６７】
オプション１：タイムスロット及びチャネル割り当てアルゴリズムは、単一の無線のためのアルゴリズムに基づく。エンドツーエンド通信のためのチャネル切り替え回数を最小化する最適化は、不要である。
【０１６８】
オプション２：タイムスロット及びチャネルアルゴリズムは、チャネル切り替えの回数を最小化する必要がある。
【０１６９】
オプション１及びオプション２の双方で、多大なスループットを達成することができる。待ち時間も、単一の無線のメッシュネットワーキングのそれより遙かに改善されたものになる可能性がある。しかしながら、待ち時間を最小化するためには、オプション２が必要である。
【０１７０】
オプション１の基本的な考え方は、次の通りである。同じノード上の無線は単一の無線のメッシュの場合と同じタイムスロット及びチャネル割り当て手順を実行するが、同じタイムスロット内の異なるチャネルを選定する。動作手順は、次のように説明される。（１）各ノード上の１つの無線は、初期化されたときに共通チャネル上へ固定される。（２）この無線において、タイムスロット／チャネル割り当てのためのＭＡＣ層シグナリングが共通のタイムスロット内で実行される。（３）単一の無線のメッシュネットワーキングのタイムスロット及びチャネル割り当てアルゴリズムを採用して、各ノードの無線毎にタイムスロット／チャネルが割り当てられる。言い換えれば、割り当ては、ネットワーク全体におけるあらゆるノードについて、まず１つのノード、次に次のノードと実行される。ノードが異なる数の無線を有する可能性があることは、留意されるべきである。したがって、割り当てアルゴリズムが第２の無線に対して実行されるとき、ノードによっては、タイムスロット／チャネルを割り当てられる必要のないものがあるが、これらは、ＭＡＣ層シグナリングパケットをリレーする必要がある。（４）待ち時間及び干渉を低減するために、第２の無線から、タイムスロット及びチャネル割り当ては、下記を考慮しなければならない。（ａ）タイムスロットに前の無線に割り当てられたタイムスロットをインタリーブする。（ｂ）インタリーブされたタイムスロットにチャネルを割り当てる。
【０１７１】
他のタイムスロット及びチャネル割り当ての場合、単一の無線のためのマルチチャネルＭＡＣのパケットキューイングモジュールは、次のように修正される必要がある。
【０１７２】
パケットキューイングは、ＭＡＣ単位又は無線単位ではなく、宛先単位に基づいたものでなければならない。さらに、同じタイムスロットにおける異なる無線による同じ宛先へのパケット送信は、ラウンドロビン式に実行されなければならない。
【０１７３】
図１１は、本明細書に記述している様々な実施形態に関連して使用されてもよい無線通信デバイスの例４５０を示すブロック図である。当業者には明らかとなるであろうが、他の無線通信デバイス及び／又はアーキテクチャが使用されてもよい。
【０１７４】
図示されている実施形態において、無線通信デバイス４５０は、アンテナシステム４５５と、無線システム４６０と、ベースバンドシステム４６５と、スピーカ４６４と、マイクロホン４７０と、中央処理装置（「ＣＰＵ」）４８５と、データ記憶エリア４９０と、ハードウェアインターフェース４９５とを備える。無線通信デバイス４５０では、高周波（「ＲＦ」）信号が、無線システム４６０の管理下でアンテナシステム４５５により空中を介して送受信される。
【０１７５】
一実施形態では、アンテナシステム４５５は、切り替え機能を実行してアンテナシステム４５５に送受信信号経路を提供する１つ又は複数のアンテナと１つ又は複数のマルチプレクサ（図示せず。）とを備えてもよい。受信経路では、受信されるＲＦ信号は、マルチプレクサから低雑音増幅器（図示せず。）へ接続される可能性があり、低雑音増幅器は、受信されたＲＦ信号を増幅しかつ増幅された信号を無線システム４６０へ送信する。
【０１７６】
代替の実施形態では、無線システム４６０は、様々な周波数で通信するように構成される１つ又は複数の無線を備えてもよい。一実施形態では、無線システム４６０は、１つの集積回路（「ＩＣ」）内に復調器（図示せず。）及び変調器（図示せず。）を組み合わせてもよい。復調器及び変調器はまた、別々のコンポーネントであってもよい。着信経路では、復調器はＲＦ搬送波信号を剥ぎ取ってベースバンド受信オーディオ信号を残し、ベースバンド受信オーディオ信号は無線システム４６０からベースバンドシステム４６５へ送信される。
【０１７７】
受信された信号がオーディオ情報を含んでいれば、ベースバンドシステム４６５はこの信号を復号してアナログ信号に変換する。次に、信号は増幅され、スピーカ４７０へ送られる。ベースバンドシステム４６５はまた、マイクロホン４８０からアナログオーディオ信号を受信する。これらのアナログオーディオ信号はデジタル信号に変換され、ベースバンドシステム４６５によって符号化される。また、ベースバンドシステム４６５は、デジタル信号を送信用に符号化してベースバンド伝送オーディオ信号を生成する。このベースバンド伝送オーディオ信号は、無線システム４６０の変調器部分へ送られる。変調器は、ベースバンド伝送オーディオ信号とＲＦ搬送波信号とを混合してＲＦ伝送信号を生成し、ＲＦ伝送信号はアンテナシステムへ送られかつ電力増幅器（図示せず。）を通過してもよい。電力増幅器は、ＲＦ伝送信号を増幅しかつこれをアンテナシステム４５５へ送り、前記信号はアンテナシステム４５５において送信用のアンテナポートへ切り替えられる。
【０１７８】
また、ベースバンドシステム４６５はまた、中央処理装置４８５へ通信可能に接続される。中央処理装置４８５は、データ記憶エリア４９０へのアクセスを有する。中央処理装置４８５は、好適には、データ記憶エリア４９０に記憶され得る命令（すなわち、コンピュータプログラム又はソフトウェア）を実行するように構成される。コンピュータプログラムはまた、ベースバンドシステム４６５から受信され、データ記憶エリア４９０に記憶される又は受信時に実行されることができる。このようなコンピュータプログラムは、実行されると、無線通信デバイス４５０が上述した本発明の様々な機能を実行できるようにする。例えば、データ記憶エリア４９０は、上述した様々なソフトウェアモジュール（図示せず。）を含んでもよい。
【０１７９】
本明細書において、「コンピュータ読取り可能な媒体」という用語は、中央処理装置４８５により実行される実行可能命令（例えば、ソフトウェア及びコンピュータプログラム）を無線通信デバイス４５０へ提供するために使用される任意の媒体を指して使用される。これらの媒体の例としては、データ記憶エリア４９０、（ベースバンドシステム４６５を介する）マイクロホン４７０、（同じくベースバンドシステム４６５を介する）アンテナシステム４５５及びハードウェアインターフェース４９５が含まれる。これらのコンピュータ読取り可能な媒体は、無線通信デバイス４５０へ実行可能コード、プログラミング命令及びソフトウェアを提供する手段である。実行可能コード、プログラミング命令及びソフトウェアは、中央処理装置４８５によって実行されると、好適には、中央処理装置４８５に本明細書において上述した本発明による特徴及び機能を実行させる。
【０１８０】
中央処理装置４８５はまた、好適には、ハードウェアインターフェースによって新しいデバイスが検出されるとハードウェアインターフェース４９５から通知を受信するように構成される。ハードウェアインターフェース４９５は、ＣＰＵ４８５と通信しかつ新しいデバイスと相互に作用する制御ソフトウェアを有する組み合わせ電気機械検出器である可能性がある。ハードウェアインターフェース４９５は、ＦｉｒｅＷｉｒｅ（登録商標）ポート、ＵＳＢポート、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又は赤外線無線装置、もしくは任意の様々な有線の又は無線のアクセス機構であってもよい。デバイス４５０とリンクされてもよいハードウェアの例には、データ記憶デバイス、コンピューティングデバイス、ヘッドホン、マイクロホンなどが含まれる。
【０１８１】
図１２は、本明細書に記述される様々な実施形態に関連して使用されてもよいコンピュータシステムの例５５０を示すブロック図である。当業者には明らかとなるであろうが、他のコンピュータシステム及び／又はアーキテクチャが使用されてもよい。
【０１８２】
コンピュータシステム５５０は、好適には、プロセッサ５５２などの１つ又は複数のプロセッサを含む。追加のプロセッサとして、入力／出力を管理する補助プロセッサ、浮動小数点数学演算を実行する補助プロセッサ、信号処理アルゴリズムの高速実行に適するアーキテクチャを有する専用マイクロプロセッサ（例えば、デジタル信号プロセッサ）、主処理システムに従属するスレーブプロセッサ（例えば、バックエンドプロセッサ）、デュアル又はマルチプロセッサシステムのための追加的なマイクロプロセッサ又はコントローラ、又はコプロセッサなどが設けられてもよい。このような補助プロセッサは、個別のプロセッサであっても、プロセッサ５５２と一体式であってもよい。
【０１８３】
プロセッサ５５２は、好適には通信バス５５４へ接続される。通信バス５５４は、コンピュータシステム５５０の記憶装置と他の周辺コンポーネントとの間の情報転送を促進するためのデータチャネルを含んでもよい。通信バス５５４はさらに、プロセッサ５５２との通信に使用される、データバス、アドレスバス及び制御バス（図示せず。）を含む信号セットを提供してもよい。通信バス５５４は、例えば、ＩＳＡ（ｉｎｄｕｓｔｒｙ  ｓｔａｎｄａｒｄ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）、ＥＩＳＡ（ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｉｎｄｕｓｔｒｙ  ｓｔａｎｄａｒｄ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）、マイクロチャネルアーキテクチャ（「ＭＣＡ」）、ＰＣＩ（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）ローカルバス又は電気電子技術者協会（「ＩＥＥＥ」）が普及するＩＥＥＥ４８８汎用インターフェースバス（「ＧＰＩＢ」）、ＩＥＥＥ６９６／Ｓ−１００などを含む規格に準拠するバスアーキテクチャなどの任意の規格の又は非標準のバスアーキテクチャを備えてもよい。
【０１８４】
コンピュータシステム５５０は、好適にはメインメモリ５５６を含み、かつ２次メモリ５５８も含んでもよい。メインメモリ５５６は、プロセッサ５５２上で実行されるプログラムのための命令及びデータの記憶装置を提供する。メインメモリ５５６は、典型的には、ダイナミックランダムアクセスメモリ（「ＤＲＡＭ」）及び／又はスタティックランダムアクセスメモリ（「ＳＲＡＭ」）などの半導体ベースのメモリである。他の半導体ベースのメモリタイプには、例えば、同期ダイナミックランダムアクセスメモリ（「ＳＤＲＡＭ」）、ラムバスダイナミックランダムアクセスメモリ（「ＲＤＲＡＭ」）、強誘電ランダムアクセスメモリ（「ＦＲＡＭ」（登録商標））など、読取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）を含むものが含まれる。
【０１８５】
２次メモリ５５８は、オプションとして、ハードディスクドライブ５６０及び／又は、例えばフロッピー（登録商標）ディスクドライブ、磁気テープドライブ、コンパクトディスク（「ＣＤ」）ドライブ、デジタルバーサタイルディスク（「ＤＶＤ」）ドライブなどであるリムーバブル記憶ドライブ５６２を含んでもよい。リムーバブル記憶ドライブ５６２は、リムーバブル記憶媒体５６４からの読取り及び／又は同媒体への書込みを周知の方法で行う。リムーバブル記憶媒体５６４は、例えば、フロッピーディスク、磁気テープ、ＣＤ、ＤＶＤなどであってもよい。
【０１８６】
リムーバブル記憶媒体５６４は、好適には、コンピュータ実行可能コード（すなわち、ソフトウェア）及び／又はデータを記憶しているコンピュータ読取り可能な媒体である。リムーバブル記憶媒体５６４上へ記憶されるコンピュータソフトウェア又はデータは、コンピュータシステム５５０内へ電気通信信号５７８として読み込まれる。
【０１８７】
代替の実施形態において、２次メモリ５５８は、コンピュータプログラム又は他のデータもしくは命令をコンピュータシステム５５０へロードできるようにするための他の類似した手段を含んでもよい。このような手段には、例えば、外部記憶媒体５７２及びインターフェース５７０が含まれてもよい。外部記憶媒体５７２の例には、外部ハードディスクドライブ又は外部光学ドライブ及び／又は外部光磁気ドライブが含まれてもよい。
【０１８８】
２次メモリ５５８の他の例には、プログラム可能読取り専用メモリ（「ＰＲＯＭ」）、消去可能なプログラム可能読取り専用メモリ（「ＥＰＲＯＭ」）、電気的に消去可能なプログラム可能読取り専用メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）又はフラッシュメモリ（ＥＥＰＲＯＭに類似するブロック指向のメモリ）などの半導体ベースのメモリが含まれてもよい。また、他の任意のリムーバブル記憶ユニット５７２、及びソフトウェア及びデータをリムーバブル記憶ユニット５７２からコンピュータシステム５５０へ転送できるようにするインターフェース５７０も含まれる。
【０１８９】
コンピュータシステム５５０はまた、通信インターフェース５７４を含んでもよい。通信インターフェース５７４は、ソフトウェア及びデータをコンピュータシステム５５０と外部デバイス（例えば、プリンタ）、ネットワーク又は情報ソースとの間で転送できるようにする。例えば、コンピュータソフトウェア又は実行可能コードは、ネットワークサーバから通信インターフェース５７４を介してコンピュータシステム５５０へ転送されてもよい。通信インターフェース５７４の例には、数例を挙げるだけでも、モデム、ネットワークインターフェースカード（「ＮＩＣ」）、通信ポート、ＰＣＭＣＩＡスロット及びカード、赤外線インターフェース、及びＩＥＥＥ１３９４ＦｉｒｅＷｉｒｅが含まれる。
【０１９０】
通信インターフェース５７４は、好適には、イーサネット（登録商標）ＩＥＥＥ８０２規格、ファイバチャネル、デジタル加入者線（「ＤＳＬ」）、非同期デジタル加入者線（「ＡＤＳＬ」）、フレームリレー、非同期転送モード（「ＡＴＭ」）、統合デジタルサービス網（「ＩＳＤＮ」）、パーソナル通信サービス（「ＰＣＳ」）、通信制御プロトコル／インターネットプロトコル（「ＴＣＰ／ＩＰ」）、シリアルラインインターネットプロトコル／ポイントツーポイントプロトコル（「ＳＬＩＰ／ＰＰＰ」）などのような業界が普及するプロトコル規格を実装するが、カスタマイズされた、又は非標準のインターフェースプロトコルを実装してもよい。
【０１９１】
通信インターフェース５７４を介して転送されるソフトウェア及びデータは、一般に電気通信信号５７８の形式である。これらの信号５７８は、好適には、通信チャネル５７６を介して通信インターフェース５７４へ供給される。通信チャネル５７６は信号５７８を伝送し、かつ、数例を挙げるだけでも、ワイヤ又はケーブル、光ファイバ、従来の電話回線、携帯電話リンク、無線データ通信リンク、高周波（ＲＦ）リンク、又は赤外線リンクを含む様々な有線又は無線通信手段を使用して実装されることが可能である。
【０１９２】
コンピュータ実行可能コード（すなわち、コンピュータプログラム又はソフトウェア）は、メインメモリ５５６及び／又は２次メモリ５５８に記憶される。コンピュータプログラムはまた、通信インターフェース５７４を介して受信され、メインメモリ５５６及び／又は２次メモリ５５８に記憶されることが可能である。このようなコンピュータプログラムは、実行されると、コンピュータシステム５５０が上述した本発明による様々な機能を実行できるようにする。
【０１９３】
本明細書において、「コンピュータ読取り可能な媒体」という用語は、コンピュータ実行可能コード（例えば、ソフトウェア及びコンピュータプログラム）をコンピュータシステム５５０へ提供するために使用される任意の媒体を指して使用される。これらの媒体の例には、メインメモリ５５６、２次メモリ５５８（ハードディスクドライブ５６０、リムーバブル記憶媒体５６４及び外部記憶媒体５７２を含む）及び通信インターフェース５７４へ通信可能に接続される任意の周辺デバイス（ネットワーク情報サーバ又は他のネットワークデバイスを含む）が含まれる。これらのコンピュータ読取り可能な媒体は、実行可能コード、プログラミング命令及びソフトウェアをコンピュータシステム５５０へ提供するための手段である。
【０１９４】
ソフトウェアを使用して実装される一実施形態では、ソフトウェアはコンピュータ読取り可能な媒体へ記憶され、かつリムーバブル記憶ドライブ５６２、インターフェース５７０又は通信インターフェース５７４を経由してコンピュータシステム５５０へロードされてもよい。このような実施形態では、ソフトウェアはコンピュータシステム５５０へ電気通信信号５７８の形式でロードされる。ソフトウェアは、プロセッサ５５２によって実行されると、好適には、プロセッサ５５２に本明細書において上述した本発明による特徴及び機能を実行させる。
【０１９５】
様々な実施形態はまた、例えば特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）などのコンポーネントを使用して、主としてハードウェに実装されてもよい。関連分野の当業者には、本明細書に記述している機能を実施する能力を有するハードウェアステートマシンの実装も明らかとなるであろう。様々な実施形態はまた、ハードウェア及びソフトウェアの双方の組合せを使用して実装されてもよい。
【０１９６】
さらに、当業者は、上述した図面及び本明細書に開示している実施形態に関連して例示的に説明した様々な論理ブロック、モジュール、回路及び方法ステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア又はこれらの組合せとして実装される可能性が多いことを認識するであろう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明瞭に示すために、例示的な様々なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路及びステップをこれまで一般にその機能性に関して説明してきた。このような機能性がハードウェア又はソフトウェアのいずれとして実装されるかは、特定のアプリケーション及びシステム全体に課される設計上の制約に依存する。当業者は、説明した機能性を特定のアプリケーション毎に様々に実装することができるが、このような実装の決定は、本発明の範囲からの逸脱を招くものとして解釈されるべきではない。さらに、機能をモジュール、ブロック、回路又はステップにグループ分けすることは説明の便宜のためである。特定の機能又はステップは、１つのモジュール、ブロック又は回路から、本発明から逸脱することなく別のものへと移動されることが可能である。
【０１９７】
さらに、本明細書に開示している実施形態に関連して例示的に記述された様々な論理ブロック、モジュール及び方法は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ又は他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートロジック又はトランジスタロジック、個別ハードウェアコンポーネント又は本明細書に記述された機能を実行するように設計されるこれらの任意の組合せによって実装又は実行されることが可能である。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであってもよいが、代替として、プロセッサは任意のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ又はステートマシンであってもよい。また、プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せとして、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアに接続された１つ又は複数のマイクロプロセッサ又は他の任意のこのような構造として実装されてもよい。
【０１９８】
さらに、本明細書に開示している実施形態に関連して記述された方法又はアルゴリズムのステップは、ハードウェア、プロセッサにより実行されるソフトウェアモジュール又は両者の組合せにおいて直接的に具現されてもよい。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ又はネットワーク記憶媒体を含む他の任意の型式の記憶媒体内に存在してもよい。一例示的な記憶媒体はプロセッサへ接続されてもよく、よってプロセッサは、記憶媒体から情報を読み込みかつ同媒体へ情報を書き込むことができる。代替として、記憶媒体はプロセッサと一体式であってもよい。またプロセッサ及び記憶媒体も、ＡＳＩＣ内に存在してもよい。
【０１９９】
開示した実施形態に関するこれまでの説明は、当業者が本発明を利用できるように行っているものである。当業者には、これらの実施形態に対する様々な修正が容易に明らかとなるであろう。また、本明細書に記述している一般的な原理は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく他の実施形態へ適用されることが可能である。したがって、本明細書に提示した説明及び図面は本発明の現時点で好適な実施形態を表すものであり、よって本発明により広範に熟慮される発明対象を表していることは理解されるべきである。また、本発明の範囲は、当業者に自明となる場合のある他の実施形態も全て包含すること、及び本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲のみによって限定されることもさらに理解される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図８（ｃ）】
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【図８（ｄ）】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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