(57)【要約】  ホームネットワークのトポロジ識別方法であって、方法は、少なくとも２つの接続ネットワークデバイスと、住居用ゲートウェイとを有するホームネットワーク（１３）を備え、住居用ゲートウェイは、伝達関数の測定を収集し、かつ識別方法を実施するように提供され、また方法は、少なくとも２つの接続ネットワークデバイスを有するホームネットワーク（１３）から遠隔にある管理センタデバイスを備え、管理センタデバイスが、伝達関数の測定を収集し、かつ識別方法を実施するように提供される。
2015511801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホームネットワークのトポロジ識別方法であって、ホームネットワーク（１３）は、少なくとも２つの接続ネットワークデバイスを有しており、またホームネットワークのトポロジは、１組のネットワークトポロジパラメータによって一義的に規定され、方法が、
（１ａ）１組の測定された伝達関数を得るために、接続ネットワークデバイスのすべての可能な対の伝達関数の測定を行うステップと、
（１ｂ）推定されたネットワークトポロジを確立するために、推定される１組のネットワークトポロジパラメータの各ネットワークトポロジパラメータに対して初期値を規定するステップと、
（１ｃ）推定された１組のネットワークトポロジパラメータから、接続ネットワークデバイスのすべての可能な対の１組の推定された伝達関数を計算するステップと、
（１ｄ）差の尺度を得るために、メトリック関数を適用することにより、１組の推定された伝達関数と１組の測定された伝達関数とを比較するステップと、
（１ｅ）得られた差の尺度に対して所定の基準を適用するステップと、
（１ｆ）得られた差の尺度が所定の基準を満たしていない場合、推定された１組のネットワークトポロジパラメータのうちの少なくとも１つのネットワークトポロジパラメータを適合させるステップと、
（１ｇ）得られた差の尺度のうちの１つが所定の基準を満たすまで、ステップ（１ｃ）から（１ｅ）を繰り返すステップと
を含む、方法。
【請求項２】
ステップ（１ｆ）における、推定された１組のネットワークトポロジパラメータのうちの少なくとも１つのネットワークトポロジパラメータを適合させるために、大域的最適化手法が使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（１ａ）が、接続ネットワークデバイスの可能な対のいずれかの少なくとも１つの接続ネットワークデバイスにより実施される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
ホームネットワーク（１３）が実質的に電力線ネットワークであり、また少なくとも２つの接続ネットワークデバイスが電力線通信アダプタ（１８、１９、２０）として設計される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも２つの接続ネットワークデバイスと、住居用ゲートウェイとを有するホームネットワーク（１３）であって、ホームネットワークのトポロジが、１組のネットワークトポロジパラメータにより一義的に規定され、また住居用ゲートウェイが、１組の測定された伝達関数を得るために、接続ネットワークデバイスのすべての可能な対の伝達関数の測定を収集するように提供され、かつ請求項１に記載の方法のステップ（１ｂ）から（１ｇ）までを実施するようにさらに提供される、ホームネットワーク（１３）。
【請求項６】
少なくとも２つの接続ネットワークデバイスを有するホームネットワーク（１３）から遠隔にある管理センタデバイスであって、ホームネットワークのトポロジが、１組のネットワークトポロジパラメータにより一義的に規定され、また管理センタデバイスが、１組の測定された伝達関数を得るために、接続ネットワークデバイスのすべての可能な対の伝達関数の測定を収集するように提供され、かつ請求項１に記載の方法のステップ（１ｂ）から（１ｇ）までを実施するようにさらに提供される、管理センタデバイス。
【請求項７】
請求項１のステップ（１ｂ）から（１ｇ）までを実施するように提供されたソフトウェアモジュールであって、ステップが、ホームネットワーク（１３）の住居用ゲートウェイ、またはホームネットワーク（１３）から遠隔にある管理センタデバイスに実装可能であり、かつそこで実行可能なプログラムコードへと変換される、ソフトウェアモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホームネットワークのトポロジ識別方法、およびその方法を実施するように提供された管理センタデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、主として個人の家で小規模な通信ネットワークを配備するために使用されるホームネットワーク技術に関心が高まっている。これらのホームネットワークは、家屋の様々な部分に位置する様々なデバイスを接続するために使用されうる。例えば、顧客にインターネットアクセスを提供する住居用ゲートウェイ（モデムなど）は、インターネットおよび／またはテレビジョン信号を家屋の至る所に同報通信することができる。
【０００３】
デバイス間における通信問題の場合、通信チャネルが非常に複雑であるため、診断および故障への対応は非常に困難なものとなる可能性がある。ｘＤＳＬ（デジタル加入者線技術）などのポイントツーポイントの有線通信システムで使用される伝統的な診断方法は、ポイントツーマルチポイントのネットワークチャネルに対して簡単に適用することはできない。実際にこれらの方法は、通常、送受信機間の距離に直接関係する信号減衰の測定を利用するが、さらに距離を推定するために、かつ異常な信号反射を解析することにより物理チャネルの欠陥を検出するためにも通常使用される反射率測定技法（時間領域反射率測定−ＴＤＲ、または周波数領域反射率測定−ＦＤＲ）を利用する。
【０００４】
問題をさらに説明するために、非常に簡単なホームネットワークに対応する例が図１から図４で示されている。図１は、２つのノード１’、２’を備える典型的な障害のない（ｃｌｅａｎ）ｘＤＳＬ（デジタル加入者線技術）回線により形成されたホームネットワーク１３’を概略的に示している。対応するホームネットワークのトポロジは、回線端を表す２つのノード１’および２’と、回線長さを有する実際の回線を表す、これらのノード１’、２’を接続するブランチ１４とを備える。
【０００５】
図２は、上側の部分で、図１のｘＤＳＬ回線の２つのノード１’、２’の間の伝達関数を示しており、また（図２の下側の部分で）ノード１’からの時間領域反射図を示している。この非常に簡単な場合では、反射図からトポロジが容易に抽出されうることが明らかである。４０００ｍにおけるピークは、ノード１’からノード２’に進み、次いで、反射してノード１’に戻った信号が移動した距離の合計に相当する。１つの反射だけが得られるので、このホームネットワーク１３’は、２０００ｍの長さの単一の回線からなることが容易に推定される。さらに伝達関数で示された減衰は、滑らかな湾曲を有しており、したがって、当業者には明らかなように、回線長さを推定するために使用することもできる。
【０００６】
図３は、回線端から２００ｍの距離に位置する４０ｍ長さのブリッジタップ１６を備える典型的なｘＤＳＬ回線として設計された第２のホームネットワーク１３”を概略的に示している。ｘＤＳＬ回線はしたがって、４つのノード１”−４”を備える。図４は、（上側部分で）ノード１”とノード３”の間の対応する伝達関数と、（下側部分で）ノード１”からの時間領域反射図とを示している。伝達関数は、直接信号と、ブリッジタップ１６により反射された信号との間の干渉により生ずる典型的な振動を示しているが、その包絡線はまだ滑らかであり、回線長さの推定に使用可能である。反射図は、明らかにこれらの反射を示しており、ホームネットワークのトポロジを抽出するために、シングルエンド回線テスト（ＳＥＬＴ−Ｐ）などの、当業者には知られたアルゴリズムにより解析するのに十分な簡単さをまだ有している。
【０００７】
しかし、多数のノードおよびブランチを含む特定の電力線通信（ＰＬＣ）ネットワークなど、より複雑なトポロジを検討するとき、はるかに複雑な伝達関数パターン、およびネットワークのすべてのブランチで生ずる膨大な数の反射のため、利用可能な解決策は全く非効率的である。
【０００８】
現在、ホームネットワークのトポロジの手動によるオンサイトの識別が、正確な解決策を提供するための唯一の方法である。サービスオペレータの観点からすると、この解決策はコストがかかり、全く実際的ではない。遠隔診断および故障への対応のために解決策が示唆されてきたが、それらにおいては、収集されたネットワークパラメータから特定の問題が識別され、またどんな問題も解決するアクションが推奨される。しかし、これらの解決策は、ホームネットワークのトポロジ構造を特定することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、特にＰＬＣホームネットワークにおいて、複雑なホームネットワークのトポロジを効果的に求めることのできる方法を提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ホームネットワークのトポロジ識別方法の例示的な実施形態によれば、ここで、ホームネットワークは、少なくとも２つの接続ネットワークデバイスを有し、またホームネットワークのトポロジは、１組のネットワークトポロジパラメータにより一義的に規定されるものであるが、方法は、以下のステップ：
（ａ）１組の測定された伝達関数を得るために、接続ネットワークデバイスのすべての可能な対の間の伝達関数の測定を行うステップと、
（ｂ）推定されたネットワークトポロジを確立するために、推定される１組のネットワークトポロジパラメータの各ネットワークトポロジパラメータに対して初期値を規定するステップと、
（ｃ）推定された１組のネットワークトポロジパラメータから、接続ネットワークデバイスのすべての可能な対の間における１組の推定された伝達関数を計算するステップと、
（ｄ）差の尺度を得るために、メトリック関数を適用することにより、１組の推定された伝達関数と１組の測定された伝達関数とを比較するステップと、
（ｅ）得られた差の尺度に対して所定の基準を適用するステップと、
（ｆ）得られた差の尺度が所定の基準を満たしていない場合、推定された１組のネットワークトポロジパラメータのうちの少なくとも１つのネットワークトポロジパラメータを適合させるステップと、
（ｇ）得られた差の尺度が所定の基準を満たすまで、ステップ（ｃ）から（ｅ）を繰り返すステップと
を含む。
【００１１】
Ｎ個の接続ネットワークデバイスの場合、１組の測定された伝達関数を求めるための伝達関数測定の数は、Ｎｘ（Ｎ−１）／２である。
【００１２】
各ネットワークトポロジパラメータに対して規定される初期値は、ホームネットワーク中のノード数、ノード間のブランチ長さに対する境界、各コンセントに接続される終端インピーダンス、または当業者に適切と思われる任意の他のトポロジパラメータなど、ネットワークトポロジパラメータに対する仮定に基づくことができる。ネットワークのトポロジに対する先験的知識がステップ（ｂ）で収集されうる。先験的に知られた情報が利用可能であればあるほど、本方法はより速くなり、かつ解決策はより正確になる。次いで、事前に規定された現実的な境界に含まれるランダムに選択された値が、１組のネットワークトポロジパラメータのうちの残りの未知のパラメータのすべてに対して割り当てられうる。
【００１３】
１組の推定された伝達関数と１組の測定された伝達関数とを比較するために適用されるメトリック関数は、１組の測定された伝達関数に対する推定量として得られた１組の推定された伝達関数の平均二乗誤差に基づくことが好ましい。
【００１４】
本方法は、複雑な伝達関数の場合であっても、ホームネットワークのトポロジの全体を有効に抽出できるようにする。ホームネットワークのトポロジの知識は最も重要なものであり、本方法により求められた後は、診断および故障への対応プロセスで使用されうる。
【００１５】
好ましい実施形態では、ステップ（ｆ）における、推定された１組のネットワークトポロジパラメータのうちの少なくとも１つのネットワークトポロジパラメータを適合させるために、大域的最適化手法が使用される。大域的最適化手法は、進化的アルゴリズム、差分進化、焼きなまし法、確率的トンネリング、およびモンテカルロ法からなる１群の大域的最適化手法から選択されたものであることが好ましい。一般に、当業者には適していると思われる非線形最適化問題に適用可能な、任意の他の大域的最適化手法とすることもできる。それにより、差の尺度の最小値が見出されて、推定された伝達関数の少なくとも１つの組が１組の測定された伝達関数を十分近似しており、推定されたホームネットワークのトポロジは十分に実際のホームネットワークのトポロジを表していることが保証されうる。
【００１６】
さらに他の実施形態では、ステップ（ａ）は、接続ネットワークデバイスの可能な対のいずれかの少なくとも１つの接続ネットワークデバイスにより実施される。それにより、測定された伝達関数を最も容易に得ることができる。
【００１７】
他の実施形態では、方法は、実質的に電力線ネットワークであるホームネットワークに適用され、また少なくとも２つの接続ネットワークデバイスが、電力線通信（ＰＬＣ）アダプタとして設計されると有利である。「実質的に電力線ネットワーク」というフレーズは、本出願で使用される場合、特に、電力線ケーブルに基づくホームネットワークであって、かつホームネットワーク内でデータ伝送を行うために使用されるすべての媒体の少なくとも７０％が電力線ケーブルとして設計されているホームネットワークとして理解すべきである。これらのものは、一般に家庭で利用可能であるため、本方法は、既存のホームネットワークの大部分に適用されうる。ＰＬＣチャネル上で、多くの反射が、電力線ネットワークの数多くのノードおよび終端部（コンセント、ランプなど）で生じ、またすべての反射信号の干渉が複雑な減衰パターンを生じて、距離を正確に推定し、かつネットワークのトポロジを抽出するためにＴＤＲおよびＦＤＲなどの従来の方法を使用するのを妨げる。
【００１８】
さらに他の好ましい実施形態では、ホームネットワークは、少なくとも２つの接続ネットワークデバイスと住居用ゲートウェイを有しており、ホームネットワークのトポロジはまた、１組のネットワークトポロジパラメータによって一義的に規定され、また住居用ゲートウェイは、１組の測定された伝達関数を得るために、接続ネットワークデバイスのすべての可能な対の伝達関数の測定を収集するように提供され、かつ方法のステップ（ｂ）から（ｇ）を実施するようにさらに提供される。住居用ゲートウェイが管理センタにリンクしている場合、抽出されたホームネットワークのトポロジは、遠隔場所に位置する管理センタにより行われる診断手続きと容易に組み合わせることができる。そうすることにより、ホームネットワーク診断のコストは、実質的に低減することができ、またサービス人員をホームネットワークの場所に派遣する手間が回避されうる。これはまた、ホームネットワークのより頻繁な解析を可能にし、予防保全の選択肢を提供することができる。
【００１９】
他の好ましい実施形態では、少なくとも２つの接続ネットワークデバイスを有するホームネットワークから遠隔にある管理センタデバイスが提供され、その場合、ホームネットワークのトポロジは、１組のネットワークトポロジパラメータにより一義的に規定され、また管理センタデバイスは、１組の測定された伝達関数を得るために、接続ネットワークデバイスのすべての可能な対の伝達関数の測定を収集するように提供され、かつ前述の方法のステップ（ｂ）から（ｇ）までを実施するようにさらに提供される。こうすることは、少ないコストで、かつ高い信頼性で、ホームネットワークの自動化された解析を頻繁に行うことを可能にする。
【００２０】
他の好ましい実施形態では、ソフトウェアモジュールが、前述の方法のステップ（ｂ）から（ｇ）を実施するように提供され、その場合、諸ステップは、ホームネットワークの住居用ゲートウェイ、またはホームネットワークから遠隔にある管理センタデバイスに実装可能であり、かつそこで実行可能なプログラムコードへと変換される。したがって、ホームネットワークのトポロジ識別に関して本方法を適用するために、大きな柔軟性および広い範囲を得ることができる。
【００２１】
本発明のこれらの、および他の態様は、以下で述べる諸実施形態を参照することにより明らかになり、かつ解明されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】２つのノードを備える典型的な障害のないｘＤＳＬ（デジタル加入者線）回線を概略的に示す図である。
【図２】図１のｘＤＳＬ回線の２つのノード間の伝達関数、ならびに１つのノードからの時間領域反射を示す図である。
【図３】ブリッジタップを備える第２の典型的なｘＤＳＬを概略的に示す図である。
【図４】図３のｘＤＳＬ回線のノード１”と３”の間の伝達関数、ならびにノード１”からの時間領域反射を示す図である。
【図５】ホームネットワークのトポロジ識別方法の実施形態の流れ図である。
【図６】接続された３つの電力線通信（ＰＬＣ）デバイスを備える電力線ネットワークとして設計されたホームネットワークを概略的に示す図である。
【図７】図６のＰＬＣデバイスの３つの対の間の伝達関数、およびノード８からの時間領域反射を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
伝達関数または反射図からホームネットワークのトポロジを抽出するのに十分簡単なホームネットワーク１３’、１３”の例が、背景技術のセクションですでに述べられている。以下では、より複雑なホームネットワークに対するホームネットワークのトポロジ識別方法の実施形態の適用例について述べるものとする。
【００２４】
図６は、電力線通信（ＰＬＣ）アダプタ１８、ｌ９、２０として設計された３つの接続ネットワークデバイスを備える電力線ネットワークとして設計された他のホームネットワーク１３を概略的に示している。ホームネットワーク１３は、１１個のブランチにより接続された１２個のノード１−１２を備える。ノード１は、家屋への電力の入力点であると考えられ、また３個のＰＬＣアダプタ１８、１９、２０は、ノード８、１０、および１１で接続されていると考えられる。ノード１−１２の数、ブランチの長さ、およびそれらの接続位置は、ホームネットワークのトポロジを一義的に規定する１組のネットワークトポロジパラメータを形成する。
【００２５】
図５は、図６のホームネットワーク１３に適用されるホームネットワークのトポロジ識別方法の実施形態の流れ図を示している。
【００２６】
方法の第１の入力ステップ２１として、ＰＬＣアダプタ１８、１９、２０として設計された接続ネットワークデバイスのすべての３つの可能な対（１−２、１−３、２−３）の伝達関数の測定が、ＰＬＣアダプタ１８、１９、２０の可能な対のいずれかの、接続されたＰＬＣアダプタ１８、１９、２０のうちの少なくとも１つによって行われ、１組の測定された伝達関数を得る。
【００２７】
方法の第２の入力ステップ２２として、推定されたネットワークトポロジを確立するために、推定された１組のネットワークトポロジパラメータの各ネットワークトポロジパラメータに対する初期値が規定される。このステップ２２および以下で述べる次のステップを実施するためにソフトウェアモジュールが提供される。ステップ２２−２６は、ホームネットワーク１３に接続され、かつホームネットワーク１３から遠隔にあるＰＬＣネットワークシミュレータ１７から構成された管理センタデバイスに実装可能であり、かつそこで実行可能なプログラムコードへと変換される。一般に、ソフトウェアモジュールは、ホームネットワーク１３の住居用ゲートウェイに実装することも可能である。
【００２８】
ＰＬＣネットワークシミュレータ１７は、したがって、１組の測定された伝達関数を得るためにＰＬＣアダプタ１８、１９、２０のすべての可能な対の伝達関数の測定の結果を収集するように提供され、かつネットワークのトポロジ抽出方法のステップ２２−２６を実施するようにさらに提供される。
【００２９】
次のステップ２３では、ＰＬＣネットワークシミュレータ１７は、推定された１組のネットワークトポロジパラメータから接続ネットワークデバイスのすべての可能な対の１組の推定された伝達関数を計算する。
【００３０】
次のステップ２４では、ＰＬＣネットワークシミュレータ１７が、１組の推定された伝達関数と１組の測定された伝達関数とを比較する。このために、ＰＬＣネットワークシミュレータ１７は、差の尺度を得るためにメトリック関数を適用するように提供される。メトリック関数は、１組の推定された伝達関数を推定量として、また１組の測定された伝達関数を「真」値として使用し、推定された伝達関数値と、同じ周波数で得られた測定された伝達関数値との間の二乗した差を加算する平均二乗誤差計算からなり、加算は、等距離の周波数ステップで、図７に示された周波数範囲にわたって行われる。
【００３１】
所定の基準は、ＰＬＣネットワークシミュレータ１７（図示せず）のメモリユニットに記憶されている。次のステップ２５で、ＰＬＣネットワークシミュレータ１７は、１組の推定された伝達関数と１組の測定された伝達関数との間の、得られた差の尺度に対して、所定の基準を適用するように提供される。
【００３２】
得られた差の尺度が、所定の基準を満たしていない場合、ＰＬＣネットワークシミュレータ１７は、他のステップ２６で、推定された１組のネットワークトポロジパラメータのうちの少なくとも１つのネットワークトポロジパラメータを適合させ、かつステップ２３−２５、すなわち、
−  推定された１組のネットワークトポロジパラメータから、接続ネットワークデバイスのすべての可能な対の１組の推定された伝達関数を計算するステップ、
−  さらなる差の尺度を得るために、メトリック関数を適用することにより、１組の推定された伝達関数と１組の測定された伝達関数とを比較するステップ、および
−  得られたさらなる差の尺度に対して所定の基準を適用するステップ
を反復するように提供される。
【００３３】
これらのステップ２３−２６は、所定の基準を満たす得られた差の尺度を有する１組の推定された伝達関数が見出されるまで、ＰＬＣネットワークシミュレータ１７により反復される。次いで、方法は停止し、接続ネットワークデバイスのすべての可能な対の１組の推定された伝達関数を計算するために使用された、推定された１組のネットワークトポロジパラメータが、１組のホームネットワークのトポロジパラメータを、したがって、抽出されたホームネットワークのトポロジを表していると考えられる。
【００３４】
推定された１組のネットワークトポロジパラメータのうちの少なくとも１つのネットワークトポロジパラメータを適合させるために、ＰＬＣネットワークシミュレータ１７は、推定された１組のネットワークトポロジパラメータが、得られた差の尺度に関する所定の基準を満たすべく確実に見出されるようにする大域的最適化手法として、ソフトウェアモジュールに実装されるモンテカルロ法を使用するように提供される。
【００３５】
図７は、上側の部分で、ＰＬＣアダプタ１８、１９、２０の３つの可能な対の間の伝達関数を示している。ノード８から１０、ノード８から１１、およびノード１０から１１の間の伝達関数は、図２および図４で与えられた例のものよりも、ここでははるかに複雑であること、および直接的な解釈は全く不可能であることは明らかである。しかし、図６の例のトポロジは、実際のホームネットワークのものと比較すると、まだかなり単純である。さらに予測されるように、図７の下側部分で示されたシミュレートされた反射図は多数の反射を示しており、そこから曖昧さを含まずに従来技術の技法でホームネットワークのトポロジを抽出することは可能ではない。
【００３６】
このような場合に、提案の解決策は、３つの示された伝達関数からホームネットワークのトポロジを抽出できるようにする。
【００３７】
本発明は、図面および前述の記述で詳細に示され、かつ述べられているが、このような例示および記述は、限定するものではなく、説明または例示用のものと見なすべきであり、本発明は、開示された実施形態に限定されない。
【００３８】
開示された実施形態に対する他の変形形態は、図面、本開示、添付の特許請求の範囲を検討すれば、特許請求される本発明を実施する当業者により理解可能であり、かつ実施することができる。特許請求の範囲において、用語「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、他の要素またはステップを排除するものではなく、また不定冠詞「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」は、複数のものを排除しない。単に、いくつかの対策が相互に異なる従属請求項で記載されているというだけで、これらの対策の組合せを有利に使用できないことを示すものではない。特許請求の範囲におけるいずれの引用符号も、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１】
2015511801.tif 000003
【図２】
2015511801.tif 000004
【図３】
2015511801.tif 000005
【図４】
2015511801.tif 000006
【図５】
2015511801.tif 000007
【図６】
2015511801.tif 000008
【図７】
2015511801.tif 000009
【国際調査報告】
2015511801.tif 000010
2015511801.tif 000011
2015511801.tif 000012