(57)【要約】最小のネットワーク・オーバーヘッドを有する無線アドホック・ピア・ツゥ・ピア・ネットワークのような無線通信ネットワークにおけるノードの間のリンク、特に双方向リンクの品質を特徴付けるシステムおよび方法。このシステムおよび方法は、両方のノードのからの観点、および例えば、信号強度、信号対ノイズ比、またはリンク品質を表すものと見なせる物理層において収集された任意の統計量のような因子を考慮することによって、２つのノードの間のリンク品質を決定する。リンク品質はまた、重み付け因子を用いて調整可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワークにおける第１のノードと第２のノードとの間のリンク品質を特徴付けるための方法であって、
少なくとも前記第１のノードを動作させて、前記第１のノード自体と前記第２のノードとの間のリンク品質を決定すること、
少なくとも前記第１のノードを動作させて、前記決定されたリンク品質を前記第２のノードに通信すること、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記第１のノードは、物理層において評価された条件に基づいて、リンク品質を決定する、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記第１の動作させるステップは、さらに、前記第２のノードを動作させて、前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質を決定することを含み、
前記第２の動作させるステップは、さらに、前記第２のノードを動作させて、前記決定されたリンク品質を前記第１のノードに通信することを含む、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記第１のノードから前記第２のノードに通信された前記決定されたリンク品質に基づいて、前記第２のノードを動作させて、前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質を調整すること、
を備える方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質に対する前記第２のノードが実行する前記調整は、前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質および前記第１のノードから前記第２のノードに通信された前記決定されたリンク品質の重み付けられた平均に基づく、方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、
前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質が、前記第１のノードから前記第２のノードに通信された前記決定されたリンク品質よりも大きい場合に、前記リンク品質に対する前記調整が、前記第２のノードによって実行される、方法。
【請求項７】
請求項４に記載の方法において、
前記調整されたリンク品質は、前記第１のノードおよび前記第２のノードのそれぞれにより決定されたリンク品質のうちの最低のリンク品質に向かって収束する、方法。
【請求項８】
請求項４に記載の方法において、
前記調整されたリンク品質は、前記第１のノードと前記第２のノードとの間のリンクが双方向であるか否かを判断するのに利用可能である、方法。
【請求項９】
請求項３に記載の方法であって、さらに、
前記第２のノードから前記第１のノードに通信された前記決定されたリンク品質に基づいて、前記第１のノードを動作させて、前記第１のノード自体と前記第２のノードとの間のリンク品質を調整すること、
前記第１のノードから前記第２のノードに通信された前記決定されたリンク品質に基づいて、前記第２のノードを動作させて、前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質を調整すること、
を備える方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、
前記第１のノード自体と前記第２のノードとの間のリンク品質に対する前記第１のノードが実行する前記調整は、前記第１のノード自体と前記第２のノードとの間のリンク品質および前記第２のノードから前記第１のノードに通信された前記決定されたリンク品質の重み付けられた平均に基づき、
前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質に対する前記第２のノードが実行する前記調整は、前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質および前記第１のノードから前記第２のノードに通信された前記決定されたリンク品質の重み付けられた平均に基づく、方法。
【請求項１１】
マルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワークであって、
第１のノードと第２のノードとを備え、前記第１のノードは、前記第１のノード自体と前記第２のノードとの間のリンク品質を決定するように構成され、さらに、前記第２のノードに前記決定されたリンク品質を通信するように構成されている、マルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワーク。
【請求項１２】
請求項１１に記載のマルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワークにおいて、
前記第１のノードは、さらに、物理層において評価された条件に基づいて、リンク品質を決定するように構成されている、マルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワーク。
【請求項１３】
請求項１１に記載のマルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワークにおいて、
前記第２のノードは、前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質を決定するように構成され、さらに、前記第１のノードに前記決定されたリンク品質を通信するように構成されている、マルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワーク。
【請求項１４】
請求項１１に記載のマルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワークにおいて、
前記第２のノードは、さらに、前記第１のノードから前記第２のノードに通信された前記決定されたリンク品質に基づいて、前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質を調整するように構成されている、マルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワーク。
【請求項１５】
請求項１４に記載のマルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワークにおいて、
前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質に対する前記第２のノードが実行する前記調整は、前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質および前記第１のノードから前記第２のノードに通信された前記決定されたリンク品質の重み付けられた平均に基づく、マルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワーク。
【請求項１６】
請求項１４に記載のマルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワークにおいて、
前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質が、前記第１のノードから前記第２のノードに通信された前記決定されたリンク品質よりも大きい場合に、前記リンク品質に対する前記調整が、前記第２のノードによって実行される、マルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワーク。
【請求項１７】
請求項１４に記載のマルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワークにおいて、
前記調整されたリンク品質は、前記第１のノードおよび前記第２のノードのそれぞれにより決定されたリンク品質のうちの最低のリンク品質に向かって収束する、マルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワーク。
【請求項１８】
請求項１４に記載のマルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワークにおいて、
前記調整されたリンク品質は、前記第１のノードと前記第２のノードとの間のリンクが双方向であるか否かを判断するのに利用可能である、マルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワーク。
【請求項１９】
請求項１３に記載のマルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワークであって、さらに、
前記第２のノードから前記第１のノードに通信された前記決定されたリンク品質に基づいて、前記第１のノード自体と前記第２のノードとの間のリンク品質を調整するようにさらに構成されている前記第１のノードと、
前記第１のノードから前記第２のノードに通信された前記決定されたリンク品質に基づいて、前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質を調整するようにさらに構成されている前記第２のノードと、
を備えるマルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワーク。
【請求項２０】
請求項１９に記載のマルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワークにおいて、
前記第１のノード自体と前記第２のノードとの間のリンク品質に対する前記第１のノードが実行する前記調整は、前記第１のノード自体と前記第２のノードとの間のリンク品質および前記第２のノードから前記第１のノードに通信された前記決定されたリンク品質の重み付けられた平均に基づき、
前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質に対する前記第２のノードが実行する前記調整は、前記第２のノード自体と前記第１のノードとの間のリンク品質および前記第１のノードから前記第２のノードに通信された前記決定されたリンク品質の重み付けられた平均に基づく、マルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア無線通信ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最小のネットワーク・オーバーヘッドを有する無線アドホック・ピア・ツゥ・ピア・ネットワークのような無線通信ネットワークにおけるノードの間のリンク品質を特徴付けるためのシステムおよび方法に関する。より詳細には、本発明は、無線アドホック・ピア・ツゥ・ピア・ネットワークのような無線ネットワークにおけるノードの間のリンクの双方向性を効率的に特徴付けるシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この１０年間で、移動無線電話機ネットワークなどの無線通信ネットワークは、ますます普及している。このような無線通信ネットワークは、一般に、「セルラ・ネットワーク」と呼ばれている。何故なら、サービス・エリアを「セル」と呼ばれる複数の領域に分割するように、ネットワーク・インフラストラクチャの配置が行なわれるからである。地上のセルラ・ネットワークには、サービス・エリアの全体を通して指定箇所に地理的に分布された複数の相互接続された基地局、またはベース・ノードが含まれている。各ベース・ノードには、カバー・エリア内に位置する移動ユーザ・ノードたとえば無線電話機と、電磁信号たとえば無線周波数（ＲＦ：Radio Frequency ）通信信号を送受信することができる１つまたは複数の送受信装置が含まれる。通信信号には、たとえば、所望の変調技術により変調されてデータ・パケットとして送信される音声データが含まれる。当業者ならば理解できるように、ネットワーク・ノードは、データ・パケット通信を多重化フォーマットで、たとえば、時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access ）フォーマット、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access ）フォーマット、または周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ：Frequency Division Multiple Access）フォーマットで送受信する。多重化フォーマットは、第１のノードにおける単一の送受信装置が、そのカバー・エリア内の複数の他の移動ノードと同時に通信することを可能にするものである。
【０００３】
近年、「アドホック」ネットワークとして知られる移動通信ネットワークの形式が開発されている。この形式のネットワークでは、各移動ノードが、他の移動ノードに対する基地局またはルータとして動作できるため、基地局の固定されたインフラストラクチャを設ける必要がなくなる。アドホック・ネットワークの詳細については、メイヤ（Mayor ）に付与された米国特許第５，９４３，３２２号の明細書で述べられている。なお、この文献の全体の内容は、本明細書において参照により取り入れられている。
【０００４】
より高性能なアドホック・ネットワークも開発中である。すなわち、従来のアドホック・ネットワークと同様に移動ノードが互いと通信できるだけでなく、さらに、移動ノードが、固定ネットワークにアクセスして、それにより、他の移動ノード（たとえば公衆交換電話網（ＰＳＴＮ：Public Switched Telephone Network ）上の移動ノード、および他のネットワークたとえばインターネット上の移動ノード）と通信できるようなアドホック・ネットワークである。これらの高性能な形式のアドホック・ネットワークの詳細は、以下の文献に記載されている。「ＰＳＴＮおよびセルラ・ネットワークに接続されたアドホック・ピア・トゥ・ピア移動無線アクセス・システム（Ad hoc Peer-to-Peer Mobile Radio Access System Interfaced to the PSTN and Cellular Networks ）」（米国特許出願第０９／８９７，７９０号明細書、２００１年６月２９日出願）、「別個の予約チャンネルを有する共有パラレル・データ・チャンネルに対する調整チャンネル・アクセスを有するアドホック、ピア・トゥ・ピア無線ネットワークに対する時分割プロトコル（Time Division Protocol for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer Network Having Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channel with Separate Reservation Channel ）」（米国特許出願第０９／８１５，１５７号明細書、２００１年３月２２日出願）、および「アドホック、ピア・トゥ・ピア、移動無線アクセス・システムに対する優先順位決めされたルーティング（Prioritized-Routing for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer, Mobile Radio Access System ）」（米国特許出願第０９／８１５，１６４号明細書、２００１年３月２２日出願）。なお、これらの文献の全体の内容は本明細書において参照により取り入れられている。
【０００５】
当業者ならば理解できるように、アドホック・ネットワークのある特定のノードは移動性であるため、そのネットワークでは、それらのノードとの接続性を維持する必要がある。送信されたデータ・パケットは、一般に、最終的な宛先に辿り着くまで、送信経路、すなわちルートを生成して、移動装置から移動装置にホップする。しかしながら、移動装置間の送信経路は、多くの場合、装置が移動するにつれて変化する傾向にあるため、アドホック・ネットワークの通信は、個々の移動装置の制限された能力および容量に注意しながらも、最適の性能を達成することに適合できなければならない。したがって、ネットワークの性能を最大化するようにノードの間の最適な経路またはリンクを選択できるためには、ネットワークおよびノードは、ノードの間のリンク品質を評価することができる必要がある。
【０００６】
典型的な無線ネットワークにおいて、２つのノードＡ，Ｂの間のリンク品質の測定は、両方のノードにおいて別個になされ、その情報はそれらのノードの間で交換されることはない。この結果、ノードＡは、それそのもの（ノードＡ）とノードＢとの間のリンクは高品質であると解釈するが、ノードＢは完全に逆の観点（すなわち、ノードＢは、それそのものとノードＡとの間のリンクは低品質であると解釈する）を有するような状況が起こり得る。これにより、非効率なルーティングがもたらされ得る。何故なら、ネットワークにおける種々のノードが、ノードＡ，Ｂとの接続に依存して異なるルーティング・メトリックを計算する可能性があるからである。そのようなルーティング・メトリックの計算技法の例は、米国特許仮出願第６０／４７６，２３７号明細書に記載されている。従って、（例えば、ＴＣＰまたはＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣネットワークにおいて）ノードの間のトラフィックは通常双方向に流れるため、全てのノードがノードの間のリンクについて一貫した観点を有することが常に望ましい。
【０００７】
典型的な無線ネットワークにおいて、２つのノードの間のリンクの双方向性は、以下の２つの方法により検査される。
ハロー・メッセージ
最初に、全てのノードは、その存在を近隣に通知するハロー・メッセージを定期的に送信する。ハロー・メッセージは、送信元のアドレスを含み、当業者であれば理解できるような他の情報を含むこともできる。近隣からハロー・メッセージを受信した後、各ノードは、そのハロー・メッセージを修正して、そのノードが最近受信した近隣のリスト（「受信ハロー・リスト（heard hello list）」）を含める。ノードが「受信ハロー・リスト」にそのアドレスが含まれたハロー・メッセージを受信した場合、そのノードは、それそのものと送信元との間の双方向リンクが存在するものと判断する。この方法にはいくつかの変形が可能である。例えば、完全なリストを送信することに代えて、受信可能なノードの部分的なリストのみを送信することである。これは、例えば、「逆経路転送に基づくトポロジー・ディセミネーション（ＴＢＲＰＦ：Topology Dissemination Based on Reverse-Path Forwarding ）」と題されたＲＦＣ３６８４（http://www.ietf.org/rfc/rfc3684.txt より入手可能）に記載されている。この内容の全体は本明細書において参照により取り入れられている。他の変形としては、通知される近隣間のリンクが双方向とみなされるのか、あるいは単方向とみなされるのかをハロー・メッセージに代えて、ルーティング通知または近隣通知を用いて示すこと等が挙げられる。
【０００８】
このハロー・メッセージの技法は、多少は効率的になり得るが、この技法は、以下の欠点に悩まされる。第１に、この技法は遅い。何故なら、この技法では、リンクの双方向性を判断するために、３ウェイ・ハンドシェイクを採用するからである。この技法はまた、非効率的である。何故なら、ハロー・メッセージにおいて近隣アドレスを送信することにより、特に、密集した環境において、多量の帯域幅を消費する可能性があるからである。さらに、この技法は不完全である可能性がある。何故なら、単にハロー・メッセージを受信するだけでは、リンク品質について何も表さないからである。無線チャネルにおいて、短い、一時的なメッセージの受信は、リンクがトラフィック（高速に送信される長いパケットからなる）を効率的に配送するのに使用可能であることを何も保証しない。
【０００９】
ユニキャスト・パケット
定期的にハロー・メッセージを送信することに代えて、各ノードは、他のノードからのユニキャスト・メッセージに対する応答を受信した後に、近隣に対するリンクの双方向性を判断することができる。その応答は、送信要求（ＲＴＳ：Request To Send ）の送信後の受信準備完了（ＣＴＳ：Clear To Send ）の形態、または、データ・メッセージの送信後の肯定応答（ＡＣＫ：Acknowledgement ）の形態をとることができる。これらの応答は、ＣＳＭＡ／ＣＡまたは８０２．１１ＭＡＣプロトコルに特有である。
【００１０】
これらの技法も効率的になり得るが、この技法は、以下の欠点に悩まされる。第１に、これは、反応に基づく方法であり、ノードは、双方向性を判断する前に所定のユニキャスト・メッセージを送信する必要がある。また、この技法は不完全である。何故なら、単にＡＣＫまたはＣＴＳメッセージを受信するだけでは、リンク品質について何も表さないからである。再び、無線チャネルにおいて、短い、一時的なメッセージの受信は、リンクがトラフィックを効率的に配送するのに使用可能であることを何も保証しない。
【００１１】
従って、最小のネットワーク・オーバーヘッドを有する無線アドホック・ピア・ツゥ・ピア・ネットワークのような無線通信ネットワークにおけるノードの間のリンク、特に双方向リンクの品質を特徴付けるシステムおよび方法に対する必要性が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、最小のネットワーク・オーバーヘッドを有する無線アドホック・ピア・ツゥ・ピア・ネットワークのような無線通信ネットワークにおけるノードの間のリンク、特に双方向リンクの品質を特徴付けるシステムおよび方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的および他の目的は、実質的に、両方のノードのからの観点、および例えば、信号強度、信号対ノイズ比、またはリンク品質を表すものと見なせる物理層において収集された任意の統計量のような因子を考慮することによって、２つのノードの間のリンク品質を決定するシステムおよび方法により達成される。リンク品質はまた、両方のノードによって測定されたリンク品質の重み付けられた平均であってもよく、その重みはアクティビティまたはトラフィック負荷のような因子により決定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のこれらの目的および他の目的、優位性および新たな特徴は、以下の詳細な説明を添付図面とともに読むことにより、容易に理解されよう。
図１は、本発明の実施形態を用いるアドホック・パケット交換型無線通信ネットワーク１００の例を示すブロック図である。具体的には、ネットワーク１００は、複数の移動無線ユーザ端末１０２−１〜１０２−ｎ（ノード１０２または移動ノード１０２と呼ぶ）を含んでいる。ネットワーク１００は、複数のアクセス・ポイント１０６−１，１０６−２，…１０６−ｎ（ノード１０６またはアクセス・ポイント１０６と呼ぶ）を有する固定ネットワーク１０４を含むことができる（しかしながら、必ずしも必要とする訳ではない）。これらのノード１０６は、ノード１０２に、固定ネットワーク１０４へのアクセスを与えるためのものである。固定ネットワーク１０４は、たとえば、核となるローカル・アクセス・ネットワーク（ＬＡＮ：Local Area Network）、および複数のサーバおよびゲートウェイ・ルータを含むことができる。サーバおよびゲートウェイ・ルータは、ネットワーク・ノードに、他のネットワークたとえば他のアドホック・ネットワーク、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ：Public Switched Telephone Network ）およびインターネットへのアクセスを与えるためのものである。ネットワーク１００は、さらに、複数の固定ルータ１０７−１〜１０７−ｎ（ノード１０７または固定ルータ１０７と呼ぶ）を含んでいても良い。これらのルータ１０７は、データ・パケットを他のノード１０２，１０６，または１０７の間でルーティングするためのものである。ここでの説明上、前述したノードを一括して、「ノード１０２，１０６，および１０７」、または単純に「ノード」もしくは「端末」と呼ぶこともあることに注意されたい。
【００１５】
当業者ならば理解できるように、ノード１０２，１０６，および１０７は、互いに直接通信することもできるし、あるいはノード間で送信中のパケットに対するルータ、または複数のルータとして動作する１つまたは複数の他のノード１０２，１０６，または１０７を介して通信することもできる。このことは以下の文献に記載されている。米国特許第５，９４３，３２２号明細書（メイヤ）、および米国特許出願第０９／８９７，７９０号明細書、米国特許出願第０９／８１５，１５７号明細書、および米国特許出願第０９／８１５，１６４号明細書（これらはすでに参照されている）。
【００１６】
図２に示したように、各ノード１０２，１０６，および１０７には、送受信装置またはモデム１０８が含まれている。送受信装置１０８はアンテナ１１０に結合され、コントローラ１１２の制御の下で、ノード１０２，１０６，または１０７との間で、パケット化された信号などの信号を送受信することができる。パケット化されたデータ信号は、たとえば、音声、データ、またはマルチメディア情報、およびパケット化された制御信号（ノード更新情報など）を含むことができる。
【００１７】
各ノード１０２，１０６，および１０７には、さらに、メモリ１１４、たとえばランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ：Random Access Memory）が含まれている。メモリ１１４は、とりわけ、ネットワーク１００における自分自身および他のノードに関するルーティング情報を記憶することができる。ノード１０２，１０６，および１０７は、それぞれのルーティング情報（ルーティング通知と呼ぶ）を、互いに、放送機構を介して周期的に交換する。この交換は、種々の間隔で、たとえば新たなノードがネットワークに移入するとき、あるいはネットワーク内の既存のノードが移動するときに行なわれる。
【００１８】
図２にさらに示すように、ある特定のノード、特に移動ノード１０２は、ホスト１１６を含むことができる。ホスト１１６は、任意の数の装置、たとえばノートブック・コンピュータ端末、移動電話機ユニット、移動データ・ユニット、または任意の他の好適な装置により構成されていても良い。また各ノード１０２，１０６，および１０７には、インターネット・プロトコル（ＩＰ：Internet Protocol ）およびアドレス解決プロトコル（ＡＲＰ：Address Resolution Protocol ）を実行するための適切なハードウェアおよびソフトウェアも含まれている。当業者ならば、これらのプロトコルの目的を容易に理解することができよう。また伝送制御プロトコル（ＴＣＰ：Transmission Control Protocol ）およびユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ：User Datagram Protocol）を実行するための適切なハードウェアおよびソフトウェアが含まれていても良い。
【００１９】
以下に説明するように、本発明の実施形態によるシステムおよび方法は、最小のネットワーク・オーバーヘッドを有する、上述のネットワーク１００のような無線ネットワークにおける、リンク、特に双方向リンクの品質を特徴付けることができる。このシステムおよび方法は、以下の２つの事実に利用している。第１に、リンクは２つの固有のノード（例えば、ノード１０２，１０６，または１０７）の間で定義されるため、２つのノードの間のリンク品質のいかなる特徴付けであっても、両方のノードからの観点を考慮するべきである。同様に、リンクの双方向性のいかなる特徴付けであっても、両方のノードからの観点を考慮するべきである。加えて、リンク品質またはリンクの双方向性は、双方向における２，３のメッセージの交換だけでは、測定不可能である。寧ろ、その品質または双方向性には、以下の文献に記載されているように他の因子を考慮するべきである。「アドホック無線ネットワークにおけるルーティング・プロトコルに対するリンク信頼性の測度を与えるためのシステムおよび方法（A System and Method for Providing a Measure of Link Reliability to a Routing Protocol in an Ad Hoc Wireless Network ）」（米国仮特許出願第６０／５４６，９４０号明細書、２００４年２月２４日出願）、および「アドホック通信ネットワークにおける電力伝送およびデータ・レートの適合制御を提供するためのシステムおよび方法（System and Method for Providing Adaptive Control of Transmit Power and Data Rate in an Ad-Hoc Communication Network ）」（米国特許出願公開第２００３／０１８９９０６号明細書、２００２年３月１５日出願）。なお、これらの文献の全体の内容は本明細書において参照により取り入れられている。
【００２０】
この説明の目的のため、図３に示すように、ネットワーク１００におけるノードのうちの２つをノード１およびノード２とする。典型的な通信の間、ノード１とノード２との間である特定の量のトラフィックが交換される。上述の特許出願において説明されているように、トラフィックを供給しているノードは、リンク品質の正確な評価を下すために、より良好に配置されている。ノード２からノード１までいかなるトラフィックも送信されていない場合、ノード２は、リンク品質を評価する有効な手段を有していない（その逆も正しい）。従って、ノード１は、リンク品質を適切に評価することができるノードである。ノード２がリンク品質を適切に評価するためには、ノード２は、ノード１の自身の評価を通知されなければならない。これは、実質的には、ノード１により送信されるトラフィックにリンク品質フィールドを挿入することにより実行される。送信される情報のサイズが小さい（例えば、データ・パケット当たり１バイトのオーダーの情報）ため、このオーバーヘッドの全体の性能に対する影響は重要ではない。リンク品質フィールドは、ノード１からノード２に送信される実際のデータ・メッセージに挿入されてもよいし、あるいは、（存在するのであれば）ＲＴＳ／ＣＴＳメッセージに挿入されてもよい。ＲＴＳ／ＣＴＳメッセージにおける挿入は、以下の「ＲＴＳ／ＣＴＳの実施形態」の節において説明する理由により、好ましい実施形態である。
【００２１】
一旦、リンク品質フィールドがノード２により受信されると、ノード２は、最初に、その自身のＬＱ値（ＬＱｏｌｄ）が、ノード２が受信したＬＱ値（ＬＱｒｅｃ）よりも大きいか否かを判断する。大きい場合は、ノード２は以下の計算を実行する。
【００２２】
【数１】
2006527524.tif 000003
そうでない場合、すなわち、その自身のＬＱ値（ＬＱｏｌｄ）が、ノード２が受信したＬＱ値（ＬＱｒｅｃ）よりも小さい場合は、ノード２は何も行わない。
【００２３】
パラメータαおよびβは、システム設計者が局所的に実行された測定および他のノードにより実行された測定に適用することを望む重みを反映している。α＝１かつβ＝１の値（新たなリンク品質が、単純に以前の局所リンク品質と受信した値との平均であることを意味する）が、その簡単さおよびアルゴリズムの高い収束レートのために推奨される。αおよびβは、それが各ノードにより送信されるトラフィックの量を表すように注意深く選択され得る。αは、ノード２からノード１に送信されるトラフィックが少ないならば（これは、この例において用いられる仮定である）、小さい値に設定される。βは、ノード１からノード２に送信されるトラフィックが多いため（これは、この例において用いられる仮定である）、大きい値に設定される。従って、その結果、ノード２により実行されるリンク品質の推定値は、ノード１に由来するトラフィックの量に比例するレートで収束する。
【００２４】
用いられた例は、ノード１からノード２に流れるトラフィックを表しているが、このアルゴリズムは、ネットワーク１００における全ての単一ノードに適用される。無線ネットワークにおいて、本発明の実施形態によるシステムおよび方法を利用することによって得られる結果は以下の通りである。
【００２５】
ノード１とノード２との間のリンクが、完全に単方向で使用されている場合（例えば、ノード１からノード２へのトラフィック・フロー）、このアルゴリズムは、ノード２に対して、単にノード１から見えるものとしてのリンクの品質を知らせる。ノード１とノード２との間のリンクが、双方向に使用されている場合、このアルゴリズムは、各ノードに対して、各ノードにより実行されるリンク品質測定のうちの最低のリンク品質測定の観点を、上述した重みαおよびβに依存する収束レートで提供する。換言すれば、リンク品質は、次式に向かって収束する。
【００２６】
【数２】
2006527524.tif 000004
無線ネットワークの多くの現実的な実施形態では、トラフィックには、部分的な指向性のみがある。すなわち、リンク上のトラフィックのほとんどは、１つのノードから他のノードに流れるが（例えば、ノード１からノード２）、ノード２からノード１に流れる制限された量のトラフィックも存在する（トラフィックの肯定応答またはルーティングのオーバーヘッドのいずれかの形態である）。いかなる理由であれ、（例えば、ルートの確立のために）ノード２がノード１とノード２との間のリンク品質の推定値を提供しなければならない場合、ノード２は、「帰還トラフィック」に基づいた推定値のみに完全に依存することなくそれを行うことができる。それを行うことができないのであれば、ノード２は、実際のリンク品質を表さない初期設定の値を用いなければならない。何故なら、制限された量の帰還トラフィックが、リンク品質の適切な推定値を提供するのに十分である必要性はないからである。
【００２７】
無線ネットワークの設計者の１つの目的は、全てのリンクが双方向であることを保証することにある。無線通信チャネルの性質のために、リンクは決して完全に単方向または双方向ではない。リンクが「双方向である」と呼ばれる場合、それは、各方向のリンク品質メトリックのうちの最低のメトリックがある特定の閾値を上回ることを意味する。リンクが「単方向である」と呼ばれる場合、それは、その方向のリンク品質メトリックのうちの１つはある特定の閾値を上回るが、他の方向のリンク品質メトリックは同じ閾値を下回ることを意味する。
【００２８】
本発明の実施形態は、全てのアクティブなリンクが双方向であることを保証する。何故なら、各ノードには、近隣の観点によるリンク品質の評価が与えられるからである。従って、そのリンク品質値がある特定の閾値を上回る場合、それは、一般に、そのリンクが双方向であることを意味する。いくつかの可能な実施形態の例を以下に与える。
【００２９】
ＲＴＳ−ＣＴＳの実施形態
この実施形態において、ノードによって見られる（すなわち、計算される）リンク品質は、特定の固定長のフィールド（例えば、８ビット）に量子化され、次いで、ＭＡＣプロトコルによって用いられるＲＴＳ−ＣＴＳメッセージにおける追加のフィールドとして送信される。ＲＴＳおよびＣＴＳメッセージは、短いパケットであり、通常、より低いデータ・レートで送信される。それ故、一般に、より大きなサイズであり、かつより高いデータ・レートで送信されるデータ・パケットよりも受信され易い。従って、リンク品質についての情報は、ＲＴＳ−ＣＴＳメッセージ上で送信される場合、交換され易い。この実施形態は、ＭＡＣ層が標準準拠プロトコル（例えば、８０２．１１）であるか、これらのメッセージにおけるビットの数が固定されている場合、不可能であるかもしれない。この方法では、システム性能に対する影響は制限される。何故なら、リンク品質フィールドのサイズ（８ビット）は、ＲＴＳ−ＣＴＳメッセージ長に比べて適度であるからである（ＲＴＳ−ＣＴＳメッセージは、一般に、１００ビットを上回る情報を含む）。
【００３０】
ペイロードの実施形態
ＲＴＳ−ＣＴＳの実施形態が不可能な場合、量子化されたリンク品質をペイロードに追加することによっても、リンク・メトリックは交換可能である。そのフィールドは、パケットのデータ部分またはＭＡＣヘッダ自体に追加可能であり、従って、全てのデータおよびＡＣＫパケットに伴う。データ・パケットの低い成功レートの大部分は、アルゴリズムの高い収束性によって補償される。従って、不成功に終わった各送信の後にリンク品質情報を交換することは重要ではない。この実施形態では、１つのパケットも配送可能ではない場合、すなわち、リンク品質情報の交換が不可能な場合には問題が現れる。しかしながら、ほとんどのルーティング・プロトコルは、特定の形態の肯定応答を必要とする。肯定応答は、無事に送信された場合、ペイロード内の問題のリンクの劣悪な成功レートを示す。
【００３１】
本発明のいくつかの典型的な実施形態のみについて詳細に説明してきたが、当業者であれば容易に分かるように、本発明の新たな示唆および優位性から実質的に逸脱することなく、典型的な実施形態において多くの変更が可能である。したがって、このような変更はすべて、以下の請求項に規定されるような本発明の範囲に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態によるシステムおよび方法を用いる複数のノードを含むアドホック無線通信ネットワーク例を示すブロック図。
【図２】図１に示すネットワークにおいて用いられる移動ノードの例を示すブロック図。
【図３】ＲＴＳ、ＣＴＳ、ＡＣＫ、およびＤＡＴＡメッセージを交換する図１に示すネットワークにおける２つのノードの例を示すブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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