(57)【要約】ノード（Ａ〜Ｈ）からなるネットワーク（１）内のノード間で信号の送信および受信を行うために使用されるタイムスロットにタイムスロット番号を割り当てる方法を開示する。各ノード（Ａ〜Ｈ）は、他の少なくとも１つのノード（Ａ〜Ｈ）と、前記各ノード（Ａ〜Ｈ）と前記少なくとも１つの他のノード（Ａ〜Ｈ）との間の伝送リンク（２）により通信することができる。これらのノード（Ａ〜Ｈ）の少なくとも一部は、複数の他のノード（Ａ〜Ｈ）のそれぞれへの各伝送リンク（２）を備える。第１のノード（Ａ〜Ｈ）から第２のノード（Ａ〜Ｈ）へのリンク（２）による信号の各伝送は、１つのタイムスロットで実行される。この方法は、タイムスロット番号を各タイムスロットに、各タイムスロットのタイムスロット番号の利用可能な選択肢の数の昇順で割り当てるステップを含む。
2004536521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各ノードが少なくとも１つの他のノードと、前記各ノードと前記少なくとも１つの他のノードとの間の送信リンクにより交信することができる複数のノードからなるネットワーク内のノード間で信号の送受信を行うために使用されるタイムスロットにタイムスロット番号を割り当て、それらのノードのうち少なくとも一部は複数の他のノードのそれぞれへの各送信リンクを持ち、１つのタイムスロットで第１のノードから第２のノードヘのリンクによる信号の各送信が実行される方法であって、
複数のタイムスロット番号を各タイムスロットにおけるタイムスロット番号の利用可能な選択の数の昇順で順番に各タイムスロットに割り当てるステップを含む方法。
【請求項２】
各ノードが少なくとも１つの他のノードと、前記各ノードと前記少なくとも１つの他のノードとの間の送信リンクにより交信することができる複数のノードからなるネットワーク内のノード間で信号の送受信を行うために使用されるタイムスロットにタイムスロット番号を割り当て、それらのノードのうち少なくとも一部は複数の他のノードのそれぞれへの各送信リンクを持ち、１つのタイムスロットで第１のノードから第２のノードヘのリンクによる信号の各送信が実行される方法であって、
（ａ）複数の信号の送信または受信に使用されるタイムスロットの総数が最大であるノードを識別するステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）で識別されたノードについて、そのノードにおける前記複数のタイムスロットのそれぞれに異なるタイムスロット番号を割り当てるステップと、
（ｃ）タイムスロット番号の利用可能な選択の数が最小である、タイムスロット番号をまだ割り当てられていないタイムスロットを判別し、そのように判別されたそのタイムスロットにタイムスロット番号を割り当てるステップと、
（ｄ）すべてのタイムスロットにタイムスロット番号が割り当てられるまでステップ（ｃ）を繰り返すステップを含む方法。
【請求項３】
各ノードが少なくとも１つの他のノードと、前記各ノードと前記少なくとも１つの他のノードとの間の送信リンクにより交信することができる複数のノードからなるネットワーク内のノード間で信号の送受信を行うために使用されるタイムスロットにタイムスロット番号を割り当て、それらのノードのうち少なくとも一部は複数の他のノードのそれぞれへの各送信リンクを持ち、１つのタイムスロットで第１のノードから第２のノードヘのリンクによる信号の各送信が実行される方法であって、
（ａ）タイムスロットごとに、利用可能なタイムスロット番号の最大数の２倍に等しい値を持つように変数を設定するステップと、
（ｂ）信号の送信または受信に使用されるタイムスロットの総数が最大であるノードを識別するステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）で識別されたノードについて、そのノードにおける前記タイムスロットのそれぞれに異なるタイムスロット番号を割り当てるステップと、
（ｄ）ステップ（ｃ）で複数のタイムスロット番号が割り当てられた複数のタイムスロットとノードを共有する他のタイムスロットごとに、ノードの前記共有の各インスタンスに対する定数分だけ変数の値を減らすステップと、
（ｅ）その変数の値が最小であるタイムスロットを選択するステップと、
（ｆ）ステップ（ｅ）で選択されたタイムスロットとノードを共有する他のタイムスロットごとに、ノードの前記共有の各インスタンスに対しある定数分だけ変数の値を減らすステップと、
（ｇ）すべてのタイムスロットが選択されるまでステップ（ｅ）と（ｆ）とを繰り返すステップと、
（ｈ）ステップ（ｅ）から（ｇ）で行う選択の順序で、ステップ（ｅ）から（ｇ）で選択したタイムスロットのそれぞれにタイムスロット番号を割り当てるステップを含む方法。
【請求項４】
タイムスロットに割り当てられるタイムスロット番号は、タイムスロットの両端のノードで使われていない第１のタイムスロット番号である請求項１から３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
他方のリンクで送信を行った結果一方のリンクで使用する際に生じるおそれのある干渉を考慮したうえでタイムスロット番号を利用可能と判断する請求項１から４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
タイムスロットで無線伝送が実行される際の各タイムスロットに周波数チャネルを割り当てるステップを含む請求項１から５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つのリンク上で送信するときに複数のノードからなる前記ネットワークの一部でない送信／受信デバイスに対し使用中に引き起こされるおそれのある、またはその送信／受信デバイスから使用中に発生するおそれのある干渉を考慮して、少なくとも１つのリンク上で特定の１つまたは各タイムスロットに割り当てられた周波数チャネルが選択される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
利用可能な周波数チャネルは、伝送時に複数のノードからなる前記ネットワークの一部でない送信／受信デバイスとの間の干渉が許容できないような一方のノードから他方のノードへのリンクの数の降順で順序付けられ、前記少なくとも１つのリンク上の特定の１つのタイムスロットまたは各タイムスロットに割り当てられた周波数チャネルは前記順序の第１の許容可能な周波数チャネルである請求項７に記載の方法。
【請求項９】
周波数チャネルが許容可能かどうかを調べる際に、その周波数チャネルで送信するときに複数のノードからなる前記ネットワークの一部でない送信／受信デバイスに対し、使用中に引き起こされる干渉、またはその送信／受信デバイスから、使用中に生じる干渉を考慮する請求項７から８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つのリンク上で、少なくとも２つの連続するタイムスロットを送信用に割り付けて、使用時にユーザートラフィックが前記少なくとも１つのリンク上の複数のタイムスロットで連続して送信されるようにする請求項１から９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
タイムスロット番号を先に前記少なくとも１つのリンクに割り当ててから、タイムスロット番号を、２つの連続するタイムスロットが送信用に割り付けられていないリンクに割り当てる請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
すべてのタイムスロットの持続時間は同じである請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
コンピュータに請求項１から１２のいずれか１項に記載されている方法を実行させるプログラム命令からなるコンピュータプログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のコンピュータプログラムが格納される記憶媒体。
【請求項１５】
記憶媒体はコンピュータメモリである請求項１４に記載の記憶媒体。
【請求項１６】
記憶媒体は読み取り専用記憶媒体である請求項１４に記載の記憶媒体。
【請求項１７】
記憶媒体は書き換え可能記憶媒体である請求項１４に記載の記憶媒体。
【請求項１８】
請求項１から１２のいずれか１つに記載の方法を実行するようにプログラムされたコンピュータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイムスロット番号をタイムスロットおよび関連するコンピュータのソフトウェアとハードウェアとに割り当てる方法に関する。
【０００２】
本明細書では、さまざまな見出しおよび小見出しが使用されている。見出しおよび小見出しは、内容をわかりやすくするため、便宜上用意されているだけであり、法律上の効果を期待するものではないことに留意されたい。
【背景技術】
【０００３】
本発明者等の国際特許出願ＷＯ−Ａ−９８／２７６９４では、相互接続ノードの「メッシュ」という形でネットワークを含む通信装置を開示しており、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれている。メッシュ内の各ノードは、ノード間の各個別ポイントツーポイント無線リンクを介して、そのリンクに沿った実質的に単一指向性の（つまり、指向性の高い）無線伝送により、他の複数のノードと交信することができる、つまり、信号をブロードキャストするのではなく、特定のノードに向けて送られ、リンクに沿って信号を双方向でやり取りすることができるということである。使用する周波数は、例えば、少なくとも１ＧＨｚ程度とすることができる。２．４ＧＨｚまたは４ＧＨｚを超える周波数を使用することもできる。実際には、４０ＧＨｚ、６０ＧＨｚ、さらには２００ＧＨｚの周波数でさえ使用できる。無線周波数を超える、例えば、１００，０００ＧＨｚ程度（赤外線）のさらに高い周波数を使用することも可能である。好ましい実施形態では、メッシュ内の各ノードは複数のアンテナを備え、これらのアンテナにより他のノードへのポイントツーポイント伝送リンクを実現できる。例えば、各ノードは、それぞれ他のノードへのリンクを実現する４本または８本のアンテナを備えることができる。（このような状況では、「アンテナ」は広い意味で解釈すべきであり、高指向性ビームを送信または受信できるような配置を含むと理解される。例えば、複数のアンテナを、個々に選択可能な複数の物理的に離散しているアンテナ、１つまたは複数の物理的に指向方向制御可能なアンテナ、または位相調整アレイアンテナにより実現することができる。）一例では、時分割二重（ＴＤＤ）を使用し、送信と受信の時間フレームを複数の離散しているスロットに分割することにより、ノードでの送信と受信を交互に行う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この「メッシュ」アプローチの主要な利点は、ＷＯ−Ａ−９８／２７６９４に記載されており、メッシュ上の帯域幅分散およびその関連する容量が代替システム（ポイントツーマルチポイントまたはブロードキャストシステム）に比べて優れていること、少なくともノードの大半につながるさまざまなトラフィック経路を利用でき、これにより特定のノードに障害が発生していようといまいとサービスを潜在的に維持することが可能であり、したがって回復力が高いこと、単にデータトラフィック伝送用のデータ経路の数を変えるだけで、無線リンクを複数種類用意することなく、さまざまなレベルのデータトラフィックをさまざまなノードに与えられることなどである。無線システムは、ケーブルの敷設および保守のため道路を掘り返すなどの作業が必要ないという点で、有線システムよりも明らかに勝っている。
【０００５】
相互接続されたノードからなる完全に確立されたメッシュ内の少なくとも一部のノード、より好ましくはほとんどのノードを加入者に関連付けるようにし、加入者は自然人でも会社、大学などの組織でもよい。それぞれの加入者ノードは、通常、その加入者のために設けられたリンクの端点（つまり、データトラフィックのソースおよびシンク）として動作し、さらに、他のノードを宛先とするデータを伝送する配信ネットワークの一部としても機能する。ただし、メッシュネットワークの事業者は、最初に、「シードネットワーク」内に一組の「シード」ノードを配備することができる。
【０００６】
シードノードは、通常、ネットワークサービスを加入見込み客に提供する前にネットワーク事業者により置かれた非加入者ノード（ただし後で加入者ノードに変換できる）であり、通常は、大勢の加入見込み客からよく見えるように配備される。（「見える」および「見通し（見通せる）」または類似の言い回しは、ここでは、２つのノードまたはサイトが互いに「見える」または互いに「見通せる」といった場合、これらのノードまたはこれらのサイトに配置されているノードは原理的に適当な送受信機器がサイトに設置されている場合にネットワーク内で使用される１つまたは複数の周波数で無線により互いに通信することができるという意味で使用する。）シードネットワークでは、各ノードは少なくとも他の１つのノードから見える。シードネットワークを使用すると、ネットワークサービスが事業者により提供される際にこれらのシードノードを介して適当な最低限の数の加入者ノードをメッシュに直接接続することができる。シードノードは、通常、通過点ノードとしてのみ動作し、ネットワークトラフィックのソースまたはシンクとして動作しない（例えば、ユーザートラフィックまたはネットワーク管理トラフィック）。シードノードは、順調にことが運べば、加入者に関連付けられ、したがって加入者ノードになることができる。
【０００７】
各ノードが原理的に少なくとも１つの他のノードから見える適当なシードネットワークまたは他の一組のノードが確立された後、ノード間の考えられるすべての見通し（つまり、ノード間の潜在的無線伝送リンク）からノード間の実際の無線伝送リンクとして使用するのに最も適した見通しを選択する必要がある。このプロセスを、ここでは、「メッシュの形成」などという言い回しで呼ぶ。
【０００８】
「メッシュ適合」という用語または類似の用語は、ここでは、このように一方のメッシュ構成を他方のメッシュ構成に合わせて変更するために必要なプロセスを一般的に指す。
【０００９】
２０００年１０月１０日に出願された米国特許出願第６０／２３８７８４号、２００１年７月２０日に出願された米国特許出願第６０／３０６４４６号、および２００１年１０月９日に出願された米国特許出願第０９／９７１６５５号が参照され、各出願は本出願の譲受人に譲渡され、参照によりそれぞれの開示全体が本明細書に組み込まれ、通信メッシュに関係するさまざまな概念が開示されている。これらの特許出願では、とりわけ一組の接続が計算されるメッシュを形成する方法が開示されている。これらの接続では、上述のように無線リンク、ケーブル接続リンク、またはこの両者の組合せを使用することができる。一般に、メッシュネットワークでは、メッシュを形成する何らかの方法が存在することに留意されたい。
【００１０】
彩色
「彩色」とは、本明細書ではタイムスロット番号をメッシュ内のリンク上の各タイムスロットに割り当てるプロセスを意味する用語である。この用語を本明細書で使用するのは、グラフ理論で同様の用語が使用されているからである。メッシュの好ましい実装では、時間は時間フレーム内で番号が振られた複数の離散しているタイムスロットに分けられることを思い出していただきたい。例えば、ある無線伝送リンク上で、第１のノードから他のノードへの無線伝送はタイムスロット１で実行され、他の無線伝送リンク上で、その第１のノードから異なる他のノードへの無線伝送はその後のタイムスロット２で実行され、第１のノードで他のノードからの無線伝送は、タイムスロット３で実行され、というように続けられる。以下では、「彩色」という用語を使用して、時間フレーム内の異なるタイムスロットを異なる「色」に概念上関連付けるようなタイムスロット番号を指す。特定のノードで、同じタイムスロット番号で他のノードから受信したり、他のノードへ送信するのを回避するのが望ましい（つまり、特定のノードが任意のある時点でのみ他の１つのノードに送信するか、あるいは他の１つのノードから受信するのみであることが好ましい）場合、この実施形態におけるノードに入る、およびノードから出る各リンクは異なるタイムスロット番号つまり「色」が与えられなければならない。（この場合、すべての送信および受信が同じ搬送周波数で実行されると仮定する。異なる周波数チャネルが使用される可能性のある、より一般的な場合の説明については、以下で行う。）そのため、タイムスロットをノード上のリンクに割り当てるという問題は、グラフ理論におけるグラフの彩色の知られている問題と類似している。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、各ノードが少なくとも１つの他のノードと、前記各ノードと前記少なくとも１つの他のノードとの間の送信リンクにより交信することができる複数のノードからなるネットワーク内のノード間で信号の送受信を行うために使用されるタイムスロットにタイムスロット番号を割り当て、それらのノードのうち少なくとも一部は複数の他のノードのそれぞれへの各送信リンクを持ち、あるタイムスロットで第１のノードから第２のノードヘのリンクによる信号の各送信が実行される方法であって、
タイムスロット番号を各タイムスロットにおけるタイムスロット番号の利用可能な選択の数の昇順で順番に各タイムスロットに割り当てるステップを含む方法が提示される。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、各ノードが少なくとも１つの他のノードと、前記各ノードと前記少なくとも１つの他のノードとの間の送信リンクにより交信することができる複数のノードからなるネットワーク内のノード間で信号の送受信を行うために使用されるタイムスロットにタイムスロット番号を割り当て、それらのノードのうち少なくとも一部は複数の他のノードのそれぞれへの各送信リンクを持ち、あるタイムスロットで第１のノードから第２のノードヘのリンクによる信号の各送信が実行される方法であって、
（ａ）信号の送信または受信に使用されるタイムスロットの総数が最大であるノードを識別するステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）で識別されたノードについて、そのノードにおける前記タイムスロットのそれぞれに異なるタイムスロット番号を割り当てるステップと、
（ｃ）タイムスロット番号の利用可能な選択の数が最小である、タイムスロット番号をまだ割り当てられていないタイムスロットを判別し、そうして判別されたそのタイムスロットにタイムスロット番号を割り当てるステップと、
（ｄ）すべてのタイムスロットにタイムスロット番号を割り当てられるまでステップ（ｃ）を繰り返すステップを含む方法が提示されている。
【００１３】
この態様のステップ（ａ）において、信号の送信または受信に使用されるタイムスロットの総数が同じである複数のノードが存在すれば、それらのノードのどれかを選択することができる。
【００１４】
この態様のステップ（ｂ）において、タイムスロット番号を任意に割り当てることができる。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、各ノードが少なくとも１つの他のノードと、前記各ノードと前記少なくとも１つの他のノードとの間の送信リンクにより交信することができる複数のノードからなるネットワーク内のノード間で信号の送受信を行うために使用されるタイムスロットにタイムスロット番号を割り当て、それらのノードのうち少なくとも一部は複数の他のノードのそれぞれへの各送信リンクを持ち、あるタイムスロットで第１のノードから第２のノードヘのリンクによる信号の各送信が実行される方法であって、
（ａ）タイムスロットごとに、利用可能なタイムスロット番号の最大数の２倍に等しい値を持つように変数を設定するステップと、
（ｂ）信号の送信または受信に使用されるタイムスロットの総数が最大であるノードを識別するステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）で識別されたノードについて、そのノードにおける前記タイムスロットのそれぞれに異なるタイムスロット番号を割り当てるステップと、
（ｄ）ステップ（ｃ）でタイムスロット番号が割り当てられたタイムスロットとノードを共有する他のタイムスロットごとに、ノードの前記共有の各インスタンスに対しある定数分だけ変数の値を減らすステップと、
（ｅ）その変数の値が最小であるタイムスロットを選択するステップと、
（ｆ）ステップ（ｅ）で選択されたタイムスロットとノードを共有する他のタイムスロットごとに、ノードの前記共有の各インスタンスに対しある定数分だけ変数の値を減らすステップと、
（ｇ）すべてのタイムスロットが選択されるまでステップ（ｅ）と（ｆ）とを繰り返すステップと、
（ｈ）ステップ（ｅ）から（ｇ）で行う選択の順序で、ステップ（ｅ）から（ｇ）で選択したタイムスロットのそれぞれにタイムスロット番号を割り当てるステップを含む方法が提示される。
【００１６】
この態様のステップ（ｂ）において、信号の送信または受信に使用されるタイムスロットの総数が同じである複数のノードが存在すれば、それらのノードのどれかを選択することができる。
【００１７】
この態様のステップ（ｃ）において、タイムスロット番号を任意に割り当てることができる。
【００１８】
これらの態様のどれにおいても、タイムスロットに割り当てられるタイムスロット番号は、タイムスロットの両端のノードで使われていない第１のタイムスロット番号であるのが好ましい。
【００１９】
他方のリンクで送信を行った結果、一方のリンクで使用の際に生じるおそれのある干渉を考慮したうえでタイムスロット番号を利用可能と判断できる。
【００２０】
タイムスロット番号をタイムスロットに割り当てるときに、例えば、（ｉ）最も使用されていないタイムスロット番号を選択するか、または（ｉｉ）最も使用されているタイムスロット番号を選択するか、または（ｉｉｉ）タイムスロット番号をまだ割り当てていないタイムスロットの最小数に対する選択の自由度を減らすタイムスロット番号を選択することにより、干渉効果を低減しようと試みる。
【００２１】
この方法は、タイムスロットで無線伝送が実行される各タイムスロットに周波数チャネルを割り当てるステップを含むことができる。これは、また、ノード間干渉を減らす一手段としても使用できる。例えば、割り当てられる周波数は、最も使用されていない周波数または最も使用されている周波数とすることができる。
【００２２】
前記少なくとも１つのリンク上で送信するときに複数のノードからなる前記ネットワークの一部でない送信／受信デバイスに対し使用中に引き起こされるおそれのある、またはその送信／受信デバイスから使用中に発生するおそれのある干渉を考慮して、少なくとも１つのリンク上で特定の１つのタイムスロットまたは各タイムスロットに割り当てられた周波数チャネルを選択することができる。したがって、そのように周波数の選択をせずに他の（「外部」）送信／受信デバイスとの間で発生するおそれのある干渉効果を明らかにしてから、メッシュネットワークを運用するようにすれば、そのような干渉の発生を防止することができる。
【００２３】
利用可能な周波数チャネルは、伝送時に複数のノードからなる前記ネットワークの一部でない送信／受信デバイスとの間の干渉が許容できないような一方のノードから他方のノードへのリンクの数の降順で順序付けるのが好ましく、また前記少なくとも１つのリンク上の特定の１つのタイムスロットまたは各タイムスロットに割り当てられた周波数チャネルは前記順序の第１の許容可能な周波数チャネルである。
【００２４】
周波数チャネルが許容可能かどうかを調べる際に、その周波数チャネルで送信するときに複数のノードからなる前記ネットワークの一部でない送信／受信デバイスに対し、使用中に引き起こされる干渉、またはその送信／受信デバイスから、使用中に生じる干渉を考慮するのが好ましい。
【００２５】
少なくとも１つのリンク上で、少なくとも２つの連続するタイムスロットを送信用に割り付けて、使用時にユーザートラフィックが前記少なくとも１つのリンク上の複数のタイムスロットで連続して送信されるようにできる。タイムスロット番号を先に前記少なくとも１つのリンクに割り当ててから、タイムスロット番号を、２つの連続するタイムスロットが送信用に割り付けられていないリンクに割り当てるのが好ましい。
【００２６】
すべてのタイムスロットは持続時間が同じであるのが好ましい。
【００２７】
本発明の他の態様によれば、コンピュータに上記の方法を実行させるプログラム命令からなるコンピュータプログラムが提示される。
【００２８】
本発明のさらに他の態様によれば、上述のようにコンピュータプログラムが格納される記憶媒体が提示される。
【００２９】
記憶媒体は、コンピュータメモリとすることができる。記憶媒体は、読み取り専用記憶媒体とすることができる。適当な読み取り専用記憶媒体として、ＣＤ−ＲＯＭまたは半導体ＲＯＭがある。記憶媒体は、書き換え可能記憶媒体とすることができる。適当な書き換え可能記憶媒体として、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、書き換え可能ＣＤがある。
【００３０】
本発明のさらに他の態様によれば、上述の方法を実行するようにプログラムされたコンピュータが提示される。
【００３１】
「コンピュータ」という用語は、広い意味で解釈すべきであることは理解されるであろう。「１台（１つ）のコンピュータ」という言い回しで、複数の分散され、離散しているコンピューティングデバイスまたはそのコンポーネントを指すことができる。
【００３２】
付属の図面を参照し、例を使って本発明の実施形態を説明することにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本明細書で説明している方法は、通常、適切なソフトウェアを適切なコンピュータ機器で実行することにより実施され、通常、コンピュータ技術の分野では一般に知られているように、変数および変数ラベルまたはフラグを使用することを理解されるであろう。データの格納および編成には、コンピュータを利用するデータベースおよび／または適切なデータ構造を使用するのがふつうである。
【００３４】
Ｉ．メッシュネットワーク
図面の図１をまず参照すると、通信ネットワーク１には複数のノードＡ〜Ｈ（図１には８つしか示されていない）が示されており、これらはノードＡ〜Ｈのペアの間のそれぞれのポイントツーポイントデータ伝送リンク２により互いに論理的に接続され、相互接続されたノードのメッシュを与える。ノードＡ〜Ｈ間のリンク２は、実質的に単一指向性の（つまり、指向性の高い）無線伝送により実現される、つまり、信号をブロードキャストするのではなく、特定のノードに向けて送られ、リンク２に沿って信号を双方向でやり取りすることができる。伝送周波数は、通常、少なくとも１ＧＨｚである。各ノードＡ〜Ｈは複数のアンテナを備え、アンテナは他のノードへのポイントツーポイント伝送リンクを備える。代表的な例では、各ノードＡ〜Ｈには４本のアンテナが装備され、したがって、４つまでまたはそれ以上の他のノードに接続することができる。
【００３５】
図１に示されている概略例では、相互接続されているノードＡ〜Ｈのメッシュ１はトランク３に接続されている。トランク３からのデータトラフィックが通る地点を、ここでは、トランクネットワーク接続ポイント（「ＴＮＣＰ」）４と呼ぶ。上述のように、この用語は外部ネットワークへの接続ポイントとして広い意味で解釈すべきであり、従来のトランクネットワークとの接続に限られないことは理解されるであろう。ＴＮＣＰ  ４とメッシュネットワーク１との間の接続は通常、メッシュ挿入ポイント（「ＭＩＰ」）５を経由する。ＭＩＰ  ５は、通常、メッシュネットワーク１のノードＡ〜Ｈと同じ物理的構成をとり、フィーダリンク５３を介して特別に適合されたノード５２に接続されている標準ノード５１からなる。特別に適合されたノード５２は、ＴＮＣＰ  ４への適当な（無線）リンク５４を経由することで高速なデータ転送接続を行うことができ、ＴＮＣＰ  ４にはこのような高速なデータ転送速度で送受信を行うのに適した機器が装備されている。一実施例では、１つのＭＩＰ  ５と１つの  ＴＮＣＰ  ４がある。他の実施例では、少なくとも２つのＭＩＰ  ５および２つのＴＮＣＰ  ４があるが、各ＴＮＣＰ  ４経由でトランク３（または複数のトランク）との複数の接続を実現する数個のＭＩＰ  ５を用意することも可能である。特定の１つまたはそれぞれのＴＮＣＰ  ４を複数のＭＩＰ  ５に接続することができる。
【００３６】
通常、ＴＮＣＰ  ４の場所は、既存のトランク３を形成するケーブルが辿るルートにより大きく左右される。ＭＩＰ  ５の位置は、通常、利用可能なＴＮＣＰ  ４の場所およびメッシュネットワーク１のノードＡ〜Ｈの場所を含む多数のファクタをメッシュネットワーク１の事業者が考慮することにより選択される。上述のように、メッシュネットワーク１の事業者は最初に、一組の戦略的ノードつまり「シード」ノードを配備してシードネットワークを確立しておいてから加入見込み客にネットワークサービスを提供することにより、要求に応じて多数の加入見込み客をメッシュネットワーク１に即座に接続するようにできる。ノードＡ〜Ｈの位置と場所（加入者ノードであろうとシードノードであろうと）は、機器の位置を設定するのに適したサイトが利用できるかどうかにより大きく左右されることが理解されるであろう。加入者ノードは、通常、関連する加入者の建物に近接して、または付近に配置される。
【００３７】
ノードＡ〜Ｈの物理的場所および位置が確定すると、理解されるであろうが、図１を見るとわかるように、ノードＡ〜Ｈの間の見通しを決定することができる。つまり、どのノードが他のどのノードから「見える」のかを決定できる（つまり、上記の意味で、互いに「見える」または「見通せる」２つのノードは、メッシュネットワーク１で使用される１つまたは複数の周波数の無線で互いに通信できるということである）。どのノードが実際に互いに見えるのかは、さまざまな方法で、例えば、実際の物理的検査および関連するノードサイトでの試験または適切な調査もしくはその両方の組合せを使用して決定することができる。実際に、他のそれぞれのノードから見えないノードもあることがわかる。例えば、図１では、ノードＡはノードＣ、Ｄ、Ｆ、およびＧのそれぞれから見えるが、高い建物６はノードＡとＢおよびノードＡとＥおよびノードＡとＨとの間の伝送を妨げるのでノードＢ、Ｅ、またはＨからはノードＡは見えない。さらに、建物が建ったり、解体されたり、樹木が成長して大きくなったり、伐採されたりするので、どのノードが他のどのノードから見えるかという問題は時間の経過とともに変わる。
【００３８】
ＩＩ．「彩色」
ＩＩ．１．はじめに
米国特許出願第６０／２３８７８４号、米国特許出願第６０／３０６４４６号、および米国特許出願第０９／９７１６５５号で説明されているような好ましい形成方法は、さまざまな異なる無線伝送手法を使用してメッシュに適用することができる。上述のように、これらは、無線リンク上のすべての伝送が離散しているタイムスロットの繰り返し時間フレームで実行されるメッシュのクラス、例えば、時分割二重（ＴＤＤ）モードで動作するメッシュを含む。ＴＤＤモードでメッシュを動作させる方法にはさまざまなものがある。好ましい一動作モードでは、それぞれの離散しているタイムスロットにおいて、各ノードは他の１つのノードに送信するか、他の１つのノードから受信するか、または非アクティブである。以下の説明のため、それぞれの離散しているタイムスロットにタイムスロット番号を割り当てる。ｎｕｍＴｉｍｅＳｌｏｔｓ個の離散しているタイムスロットがある場合、これらは１からｎｕｍＴｉｍｅＳｌｏｔｓまで番号が振られる。
【００３９】
好ましい形成プロセスがこのようなＴＤＤ動作に適切なメッシュを作成するが、これにより、リンクに対し割り付けられたトラフィックを伝送できる十分な数のタイムスロットを各リンク上で確実に割り付けられるだけでなく、それと同時に、どれか１つのノードのすべてのリンクについて割り付けられたタイムスロットの総数がＴＤＤフレーム内のタイムスロットの数以下になることが確実だからである。
【００４０】
メッシュがＴＤＤモードで動作する場合、形成プロセスの後、およびメッシュネットワークが配備される前に、メッシュ内の各無線リンク上で必要なタイムスロットのそれぞれについてタイムスロット番号を割り付ける追加プロセスを実行するのが好ましい。上で簡単に説明したように、また以下の説明から明らかなように、このプロセスは、グラフ理論の分野でよく知られている、彩色問題と呼ばれる数学的問題になぞらえることができ、そこで、本明細書ではこれをメッシュまたは類似のものの「彩色」と呼び、時間フレーム内の異なるタイムスロットに概念的に、異なる「色」を関連付ける。しかし、メッシュの場合は、グラフ理論の範囲の標準的な彩色問題には存在していないこのプロセスで達成するのが好ましいいくつかの目標がさらにある。これらの目標は、無線通信メッシュの動作の実用上の態様に関係する。
【００４１】
このような類似性において、標準の彩色問題で扱うのは、高々１つの無線リンクで使用するために番号の振られた各タイムスロットがアクティブであることを各ノードが必要とするようなタイムスロットをリンクに割り当てることのみである。つまり、特定のノードで、同じタイムスロット番号で他のノードから受信したり、他のノードへ送信するのを回避するのが望ましい（つまり、特定のノードが任意のある時点でのみ他の１つのノードに送信するか、あるいは他の１つのノードから受信するのみであることが好ましい）場合、この実施形態におけるノードへの送信およびノードからの送信に使用される各タイムスロットに、異なるタイムスロット番号つまり「色」が与えられなければならない。（この場合、すべての送信および受信が同じ搬送周波数で実行されると仮定する。）メッシュに使用されるプロセスでは、以下の追加ファクタの１つまたは複数を考慮する必要がある。
【００４２】
どれか１つのリンク上での送信のためノードによりタイムスロットが使用されるときはいつでも、その同じタイムスロットを受信に使用する他のすべてのノードは、この送信側ノードから何らかの干渉を受けることがある。送信側ノードが他のノードから十分に離れた場所に配置されている場合、他のこのようなノードはさらに、ノード間の距離および注目しているタイムスロットの時間的な長さに応じて、以下のタイムスロットにおいて何らかの干渉を受けることがある。指向性の高いアンテナをメッシュで使用するとこのような干渉効果は低減されるが、彩色プロセスで一組のタイムスロット割付を出力し、この割付を使用することで、各受信タイムスロットに受信した目的の信号の強度がそのタイムスロットに受信した干渉全体の強度よりも適切なマージン分だけ大きくなるような形で各リンクが動作できるのが好ましい。
【００４３】
互換性のある動作をする一組のメッシュリンクを得るために、彩色プロセスにより、各リンク上で各タイムスロットが動作する一組の電力レベルを出力するのが好ましい。
【００４４】
無線リンクの動作周波数によっては、これらのリンク上の減衰は気象条件の変化の影響を受ける可能性がある。移動する大雨前線などいくつかの気象パターンでは、メッシュ内のさまざまな信号または干渉経路は気象条件の影響をさまざまな形で同時に受ける可能性がある。このような気象条件を考慮し、彩色プロセスにより得られた一組の電力レベルから、期間全体のうちの大部分で互換性のある動作が可能な一組のリンク構成を得るのが好ましい。
【００４５】
通常、メッシュネットワークは複数の周波数チャネルが割り当てられ、これらの周波数チャネル上で動作するのであるが、ノードは各タイムスロットでこのようなチャネルをどれか１つ使用できるのが好ましい。一方のリンク上の送信機と他方のリンク上の受信機との間の干渉のレベルは、送信機および受信機が異なる周波数で動作する場合には低減されるので、彩色プロセスでは、マルチチャネルメッシュでこの事実を利用し、少ないチャネル上で動作するメッシュだとそのような彩色を行えない場合でも満足のゆく彩色を行うようにするのが好ましい。
【００４６】
ノードに複数の離散しているアンテナを備える場合、コスト上の理由から、単一の無線送信機および単一の無線受信機を使用して、これらのアンテナを作動させることができる。このような場合、実際に、意図したアンテナから目的の送信を行うごとに、他のすべてのアンテナでの（通常は低電力の）送信を伴うことがあるが、目的のアンテナで受信した各信号には、他のアンテナからの追加干渉効果を伴うことがある。他のアンテナでの送信および受信のレベルは、目的のアンテナによるレベルと比べて非常に弱いのが好ましい。彩色プロセスは、このような追加干渉に対応するのが好ましく、またすべてのアンテナが静的で、定められた位置に置かれているときだけでなく、目的のアンテナ以外のアンテナが移動していたり、でたらめな方向を向いているときも対応するのが好ましい。こうすることで、適応シーケンスで発生することがあるアンテナが動いてしまう状況でもメッシュは正しく動作し続ける。
【００４７】
ＩＩ．２  彩色方法の例
こうした追加ファクタを考慮すると、メッシュに彩色する好ましい方法は以下のとおりである。この方法は、ケーニッヒ（１９１６）の定理とビジング（１９６４）の定理およびこれらの定理に基づくパブリックドメインのアルゴリズムを基にしている。この状況で適用されるパブリックドメインのアルゴリズムについてその概要をここで説明し、その後、いくつかのメッシュ固有のファクタを明らかにするために加えた好ましいまたは任意選択の追加ステップについて説明する。これらのアルゴリズムの目的は、
各メッシュノードをグラフの頂点とみなし、
ノードＮ１からノードＮ２への伝送に必要な各タイムスロットを辺とみなす。辺上の伝送の方向は、干渉計算の目的には重要であり、
頂点に接続する辺の個数は、その頂点であるノードでの送信または受信のいずれかに使用されるタイムスロットの総数であり、
辺は、タイムスロット番号を割り当てることにより「彩色される」。
【００４８】
メッシュの場合、好ましい彩色プロセスはさらに、周波数チャネルおよび適切な電力レベルを辺に割り当てることも含む。
【００４９】
利用可能な選択の数が最小の辺が最初に彩色された場合、成功した彩色を見つけられる確率は最大である（ただし、これは保証することはできない）。したがって、以下のステップを実行することができる。
【００５０】
Ｃ１）すべての頂点を走査し、最大数の辺を持つ頂点を見つけ、
Ｃ２）これらの辺は、任意に彩色される。辺の各彩色により、その端点のそれぞれで利用可能な色の数を減らすことができる。
【００５１】
Ｃ３）最初に、辺ごとに、変数ｄｂｌＭａｘＣｈｏｉｃｅを利用可能な色の数の２倍に設定し、端点のそれぞれで利用可能な色の総数を表し、
Ｃ４）端点を彩色されたばかりの辺と共有するすべての辺について、共有の各インスタンスについてｄｂｌＭａｘＣｈｏｉｃｅの値を１だけ減らし、
Ｃ５）ｄｂｌＭａｘＣｈｏｉｃｅの最小値が設定された辺の１つを選択し、これを彩色される辺のリストの中の１番目の位置に置き、
Ｃ６）他のすべての辺に対するｄｂｌＭａｘＣｈｏｉｃｅをこの辺と共有するすべての頂点について１だけ減らし、
Ｃ７）前の２つのステップを繰り返し、毎回ｄｂｌＭａｘＣｈｏｉｃｅが最小である辺の１つをリスト内の次に高い位置に置く。このリストが完全に順序付けられるまで作業を続け、
Ｃ８）彩色する次の辺を両端点で使われていない第１の色に割り当て、
Ｃ９）両端で色が使われていない場合に、前の色割り当てを除去し（これを「バックトラッキング」と呼ぶ）、その辺の両端点で使われていなかった次の色を考え、
Ｃ１０）いずれかのプロセスが彩色される第１の辺にバックトラッキングし、試行する色がなくなるまで、またはすべての辺が彩色されてしまうまで、前の２つのステップを繰り返す。
【００５２】
この手順は、可能なすべての彩色の探索をついにはあきらめることになるまで続けられるが、一般には、バックトラッキングの回数は最適な回数よりもかなり多く、したがって彩色に要する時間が相当長くなる可能性がある。これは、この手順だと、ステップＣ８で、両頂点に使われていない共通色がないことがわかることが多いからである。
【００５３】
このような場合にバックトラッキングの量を減らすには、ケーニッヒがその定理とともに発表した方法に対応する以下の方法を使用する。この方法では、タイムスロットは、辺の各端点で空いているが、各頂点では異なるタイムスロットである場合を扱う。この方法では、共通のタイムスロットが利用可能になるまで既存のタイムスロット割り付けの再割り当てを試みる。したがって、辺の両端に空いている共通の色がない場合、バックトラッキングの代わりに、ステップＣ８でケーニッヒの方法を試すことができる。この試みが失敗した場合、アルゴリズムはバックトラッキングする。
【００５４】
上述の基本的なアルゴリズムのステップでは、ステップＣ１からＣ７で実行された、１回だけの辺の順序付けがあった。他の好ましい実装では、辺を彩色するごとに順序を変える。ｄｂｌＭａｘＣｈｏｉｃｅ変数を前述のように保持する代わりに、各彩色ステップで、実際に各辺で色をいくつ利用できるかを決定し、最も利用できない色を持つ辺を次に彩色する。この追加処理を行うと、ケーニッヒの方法によるバックトラッキングまたは再割り当ての回数を減らすことにより処理が回避され、処理量をかなり減らすことができる。色の再割り当てごとに干渉効果を考慮する必要があるため、ケーニッヒの再割り当て法は、メッシュの場合には、標準のグラフ彩色問題（ケーニッヒの再割り当て法もちろんこの問題のために考案されたのである）の場合と比べてあまり有効でない。
【００５５】
ＩＩ．３  メッシュ内干渉への対応
メッシュのノード間で生じる干渉から発生する干渉制約に対応できる彩色を得るために、２つの行列を使用するのが好ましい。第１は、干渉行列Ｉｎｔｅｒ［］［］であり、Ｉｎｔｅｒ［ｉ］［ｊ］は、両辺が同じ周波数チャネルで彩色される場合に辺［ｉ］が辺［ｊ］に干渉を持ち込む程度を示す。ただし、この行列は（一般的に）対称ではなく、Ｉｎｔｅｒ［ｉ］［ｊ］は（一般的に）Ｉｎｔｅｒ［ｊ］［ｉ］に等しくない。Ｉｎｔｅｒ［ｉ］［ｊ］を設定するために、各辺に対する信号レベルを選択する方法をまず実行しなければならない。
【００５６】
辺ごとに、辺の受信端の信号電力を、受信機で信号を復号化するのに必要な最小レベルとして選択することが好ましい。これは、一般的に、受信機器の雑音の電力レベルを基準にして決定され、この雑音は、一般に、「ノイズフロア」と呼ばれる。必要な信号電力レベルは、このノイズフロアの倍数である。この倍数のことを、一般に、「復調マージン」と呼ぶ。これは、辺が異なると異なる場合があり、例えば、辺に適用される無線変調により異なることがある。
【００５７】
受信電力レベルを設定するこのようなアプローチは、一般に、メッシュ内の送信エネルギー全体を最小にする働きをし、可能な最大の長さでリンクを動作させることができる。しかし、送信機のいくつかの短いリンク上で、受信機の可能な最小信号電力を必要以上に大きくし、ノイズフロアよりも復調マージン分だけ大きくなるように、ダイナミックレンジを制限することができる。
【００５８】
各辺の受信電力レベルが一定に保たれるようにすべての無線リンクを動作させることが好ましい。気象条件およびその他の条件は変化するので、そのために、各辺に対する送信電力を調整し、リンクに沿った電力損失レベル変動を補正する必要がある。これは各リンク上のフィードバックの手法により達成するのが好ましいが、そのためにリンクの受信側は送信側に対し、受信電力レベルを目的のレベルに復元するために送信側が送信電力レベルをどれだけ増減すべきかを指示する。
【００５９】
各辺では、リンクが何らかの最大レベルの悪天候およびその他の条件のもとでも動作できるように、最大送信電力を選択するのが好ましい。受信機からのフィードバックがこの最大値よりも大きな電力を必要とすることを示した場合でも、送信電力はこの最大値に保持される。例えば、特定の場所で、時間の０．０１％で平均して、あるレベルの降雨量を超えることがわかっている場合には、時間の残り９９．９９％でリンクを機能させるために、このレベルの降雨でリンクが動作可能な最大の送信電力が必要になる。受信機および送信機の両方において無線システム内の電力設定または測定公差または誤差を許容できるように最大送信電力を大きくするのが好ましく、これにより、期間全体のうちのこのような割合に相当する期間に動作を実際に行わせることができる。
【００６０】
この一組の受信電力レベルおよび復調マージンが与えられた場合、辺の受信端で許容可能な干渉の最大レベルを表すように行列Ａｌｌｏｗｅｄ［ｊ］を構成することができるが、これは、復調マージンに上述の種類の公差または誤差に対し必要なゆとり分を足した値だけ受信信号電力よりも低い干渉レベルである。
【００６１】
辺ごとに最大送信電力を決定すると、Ｉｎｔｅｒ［ｉ］［ｊ］を設定できる。メッシュの好ましい実施形態では、辺ｉおよびｊの両方が各辺に沿って揃えられた指向性アンテナの対に対応しているため、辺ｉから辺ｊへの干渉は、一般に、アンテナを干渉経路から離して揃えた場合にその離れ具合に応じて低減される。干渉はさらに、気象およびその他の条件にも左右される。
【００６２】
好ましい一実施形態では、干渉レベルは辺ｊへの最大干渉を発生する気象条件に応じて計算されるが、辺ｉ上で最小受信信号を発生する気象条件について計算で求めた信号レベルに基づく。これにより、天気前線が存在する場合でも正しい動作が可能であり、例えば、リンクの経路に大雨が降っている場合は、その送信電力を増やすが、干渉経路に雨が降っていない場合は、干渉は雨で減少しない。
【００６３】
他の好ましい実装では、干渉レベルは、
信号と干渉経路の両方に対し気象条件のうち極端な条件が発生した場合に生じるレベルと、
信号と干渉経路の両方に対し気象条件のうち他の極端な条件が発生した場合に生じるレベルのうちの大きい方として計算される。
【００６４】
この第２のアプローチは、信号経路状態と干渉経路状態とが大きく異なることは非常にまれであり、そのように大きく異なる期間を期間全体のうちのリンクが正常に機能できない期間に含めることができるという前提に基づいている。このアプローチは、信号と干渉との間のマージンを実質的に低減でき、したがって、伝送チャネルの固定割付を使用して対応できるトラフィック密度が高まるため、前のアプローチよりも好ましい場合がある。
【００６５】
それぞれのアンテナに別々の無線受信機および送信機ユニットが関連付けられる場合、関連する辺に対応するアンテナ位置のみを参照して干渉を計算するのが好ましい。上述のように、複数のアンテナを共通の無線受信機および送信機ユニットとともにグループ化すると、実際には、このようにして関連付けられたアンテナすべてを通じて干渉を引き起こす可能性があり、各ノード内で使用されるアイソレーションマージンによりリンクに割り付けられたアンテナの場合に低減するのが好ましい。静的動作のメッシュ内のグループ化されたアンテナを考慮して干渉効果を調べるために、最悪の場合の干渉発生を、
干渉に対する発信側ノードでのグループ化されたアンテナのいずれか１つと、
干渉に対する受信機ノードでのグループ化されたアンテナのいずれか１つとのすべての組合せを考察することにより判別する。
【００６６】
いずれの辺も割り当てられていない、任意の方向を向くグループ内のアンテナの場合についても対応するのが好ましい。上述のように、こうすることで、例えば、適応シーケンスで発生するような、特にアンテナが動いている間に発生する干渉効果を防げる。この場合については、干渉に対する発信側ノードおよび受信機ノードにアンテナが２つある場合の４つの組合せすべてを考慮することにより対応することができるが、この２つの場合とは、その割り当てられた向きで辺に割り当てられたアンテナ、および他のノードに直接向けられているがアイソレーションマージンの影響を受けるグループ内のもう１つのアンテナのことである。
【００６７】
そこで、
各辺から他の各辺に対する関連する干渉のレベルと、
各辺への許容される干渉全体とが決定されると、
この情報を使用して、前述の彩色プロセスの動作を修正することができる。
【００６８】
辺に色を割り当てる際に、複数の周波数チャネルが利用可能であれば、それぞれの割り当てにチャネル番号を含めるのが好ましい。チャネル番号は、一般に、他の辺との干渉に影響する。まず、アルゴリズムではすべての色において最低のチャネル番号を割り付けることを試み、後述の場合のみ、他のチャネルを考慮する。
【００６９】
色が辺［ｉ］に割り当てられると、この色は、その色で干渉全体がＡｌｌｏｗｅｄ［ｊ］を超えることになるすべての辺［ｊ］において利用不可能になる。注意しなければならないのは、これは辺の両端点で１つの色を使用することと同じではないということであるが、それは、辺［ｊ］のいずれかの端点で終端する他の辺については、それらの辺が［ｉ］から干渉を受けなければ、その色を依然として利用できるためである。
【００７０】
したがって、辺のいずれかの端点で同じタイムスロットを利用できる必要があるという条件に加えて、好ましいアルゴリズムにより、新規に彩色された辺と既存の彩色済みの辺との間に過剰な干渉がありえないという条件を適用する。これにより、その辺に対するすべてのタイムスロットが除外される場合、最低周波数チャネルのみを考慮したうえで、他の周波数のチャネル、好ましくは最低番号の使用可能なチャネルを使用することを考慮することができる。
【００７１】
干渉の発生源および受け取り側が互いに接近して配置されている場合、特定のタイムスロットでの伝送により、通常、同じ番号が振られているタイムスロットでのみ干渉が発生することに注意されたい。しかし、離れている距離が長ければ、干渉は、さらにまたは別に、以下のタイムスロットで発生することがある。これは、発生する干渉を判別する際に考慮するのが好ましい。この点に関して、タイムスロットのパターンは繰り返されるため、タイムスロット番号１はタイムスロット番号ｎｕｍＴｉｍｅＳｌｏｔｓの後に続くタイムスロットであることに留意されたい。
【００７２】
上記手順にはいくつかの変更を加えられるが、そのことについて説明することにする。
【００７３】
ＩＩ．４  制約付き彩色
例えば、メッシュの適応のステップとして、第１のメッシュが現在動作しており、第２のメッシュへの変更が提案されている場合、一般に、両方のメッシュに生じる一組の辺がある。第１のメッシュからの共通色をできる限り多く保持するように彩色を計算するのが好ましい。これは、本明細書では「制約付き彩色」と呼ぶ。
【００７４】
以下では、ハーフリンクを、ノードＮ１からノードＮ２に送信するために使用される辺の集まりとして定義する。制約付き彩色の好ましい方法では、彩色プロセスを３つの部分に分ける。第１の部分では、第１のメッシュと第２のメッシュとで同じ数の辺を必要とする、または第１のメッシュよりも第２のメッシュのほうで辺が多くなければならない各ハーフリンクを扱い、第１のメッシュからのこのハーフリンクの彩色は単に第２のメッシュにコピーされるだけであり、これらのハーフリンクに必要な辺がさらにあれば、第３の部分で彩色される。第２の部分では、第１のメッシュと第２のメッシュの両方で生じる他のすべてのハーフリンクを扱う。これらは第１の部分では取り扱われないので、したがって、第１のメッシュよりも第２のメッシュのほうが彩色する辺の数が少ない。これらのハーフリンクについては上述の完全彩色アルゴリズムを実行するが、各辺については、許容される彩色候補のみが第１のメッシュで使用されたものである。次に、第３の部分で、追加された辺を彩色する必要があるハーフリンク、それに加えて新規のすべてのハーフリンクの追加されたエッジを扱う。第３の部分では、彩色プロセスは完全に無修正で実行される。バックトラッキングは第３の部分でのみ実行することができるが、バックトラッキングにより第１の部分と第２の部分で割り当てた彩色を変更することができることに注意されたい。
【００７５】
状況によっては制約付き彩色計算に対して制限時間を設定することができ、例えば、制限時間を、第２のメッシュ上で無制約の彩色を実行するのに要する時間の２、３倍とする。こうすることで、かなりのバックトラッキングが発生する場合およびバックトラッキング中に変更を加えられたせいで、第２のメッシュの結果として得られる彩色が無制約の彩色よりも第１のメッシュによく似ていて都合がよいということがありえない場合に計算続行を防止できる。
【００７６】
ＩＩ．５  連結
彩色プロセスの機能を強化することで、メッシュの無線機器がタイムスロットの連結をサポートしている場合に、使用する周波数チャネルの数を減らす必要のあるメッシュを得ることができるが、これについて説明することにする。
【００７７】
通常、タイムスロットの持続時間のわずかｐ％（１００％未満）がトラフィックの伝送に使用される。残りは、例えば無線リンクの維持に使用されるオーバーヘッド伝送および保護周波数帯の利用のために予約されている。好ましいメッシュがある状況で保護周波数帯を使用する理由の１つは、ノードＮ１からノードＮ２へタイムスロットで送信される無線信号の飛行時間を考慮したうえで、Ｎ２が次のタイムスロットで他のノードとの通信開始をしなければならなくならないうちに信号が完全に受信されているようにする必要があることである。
【００７８】
Ｃ個の連続番号が振られているタイムスロットを連結する場合、これは、同じハーフリンク上で、電力レベルおよび周波数チャネル番号などの同じ追加彩色パラメータとともに使用されることを意味する。したがって、送信側ノードは、Ｃ個のタイムスロットを通じて連続送信することができ、そこで、第１のＣ−１個のタイムスロットの１００％、さらに連結されている最後のタイムスロットのｐ％を利用する。このため、所定のトラフィック量を搬送するために必要なタイムスロットの数が少なくて済む。さらに、いくつかの頂点で必要な辺の個数も減るが、実際、これらは、通常、最も制約の強い頂点であり、したがって、彩色タスクで使用する周波数チャネルを減らせる可能性がある。
【００７９】
好ましい一実装では、すべてのハーフリンクで必要な全容量は、連結が使用されない場合でも与えられるような容量でなければならないが、どれか１つの頂点で使用可能な辺の個数よりも多い必要はない。このような場合、連結の彩色が成功すれば、スペクトル性能を高めるのに役立つが、指定された容量を得るための前提条件ではない。
【００８０】
連結を利用するために、彩色アルゴリズムは各ハーフリンク上で必要な全容量、タイムスロットの１００％利用度から得られる容量、さらにｐの値を認識できるのが好ましい。一般的にｐの値はハーフリンクの物理的な長さに依存することに留意されたい。
【００８１】
上記の情報が与えられると、メッシュの最適なすべての連結を計算することが可能になる。ハーフリンク上で、Ｃ個のタイムスロットの連結を無連結のタイムスロットの代わりにハーフリンク上で使用すると、必要な全容量を与えるためにハーフリンク上で少なくとも１つのタイムスロットをあまり使用しなければ、Ｃ個のタイムスロットの連結は有用である。少なくとも１つの有用な連結が存在し、そのような連結を１つ使用して最大Ｄ個までのタイムスロットを落とせるハーフリンクに関して、最良の単連結は、長さがタイムスロットＢ個分である有用な最短の連結であり、Ｄ個のタイムスロットを落とすことができる。最良の単連結を、全部でＢ個のタイムスロットを使用し、全部でＤ個のタイムスロットを落とせる２つまたはそれ以上の小さな連結に分割できない場合、最良の単連結はそのハーフリンクに対する最適な連結である。そうでない場合、そのハーフリンクに対する最適な連結は、そのような２つまたはそれ以上の小さな連結である。このような小さな連結の集まりが複数存在する場合、最適な連結は、複数ある小さな連結のうち最大の長さが最も小さい連結であるのが好ましい。
【００８２】
あるメッシュ内のハーフリンクの部分集合に対し最適な連結が存在する場合、彩色アルゴリズムを修正してそれらの連結を取り込むようにすることができる。このような連結はすべて、辺の数が最大の頂点から彩色を始めるのではなく、彩色プロセスの開始時に完全に彩色するのが好ましい。最適な連結は、Ｃの降順で彩色するのが好ましい。連結の彩色のため、彩色アルゴリズムは、電力設定／周波数チャネル番号の単一の値で使用可能なＣ個のタイムスロットの連続ブロックを探す。それぞれの場合において、そのようなものがなければ、代わりに無連結の辺を全数彩色しなければならない。連結の彩色を試みた後、残りの単一の辺を彩色するプロセスは前記のとおり進行する。
【００８３】
制約付き彩色および連結が両方とも使用される場合、上述制約付き彩色方法の第１の部分と第２の部分において、第１のメッシュからの変更のないすべての最適な連結が上述の制約付き彩色プロセスの一部としてコピーされる。次に、上述の制約付き彩色方法の第３の部分では、残りの連結をまず彩色し、その後、残りのすべての単一の辺を彩色しようと試みることから始める。
【００８４】
ＩＩ．６．他の無線システムとの共存
送信機および／または受信機からなり、メッシュにより使用される１つまたは複数の周波数チャネルに近いまたは同じ周波数で動作する、少なくとも１つの「外部」無線システム（メッシュの一部でない無線システム）がありえ、メッシュの１つまたは複数の辺が適切に彩色されていなければ、そのような外部無線システムからの干渉を被ったり、またはそのような外部無線システムに干渉を引き起こしたりする。そのような外部無線システムの特性に関する何らかの情報が与えられた場合、そのような干渉が発生しない彩色を行えるようなステップを彩色プロセスに追加するのが好ましい。
【００８５】
ここでメッシュへの干渉およびメッシュからの干渉の例を取りあげることにする。
【００８６】
ＩＩ．６．１  メッシュへの干渉
メッシュ内で使用されている周波数チャネルに近い周波数チャネルを使用する無線システムが、メッシュと同じ地理的領域内で動作している場合がある。例えば、携帯電話システムなどがそうである。一般的に、このような携帯電話システムにおける基地局の場所、使用周波数、送信電力、およびアンテナ外形に関する情報の入手は可能である。このような基地局は、メッシュの１つまたは複数の辺に干渉を引き起こすおそれのある大電力信号を放射する。より一般的に、メッシュと同じ地理的領域内にあろうとなかろうと、メッシュに近い場所または離れた場所に、メッシュ内で使用されている周波数のうちの１つまたは複数の周波数に近いまたは同じ周波数で送信し干渉する外部送信機がありえ、メッシュ内の１つまたは複数の辺がそのような外部送信機からの干渉を受けるおそれがある。干渉を引き起こすおそれのある離れた場所にある送信機の例として、衛星無線送信機がある。そのような送信機が存在すること、およびその場所および上のような他の特性を、メッシュシステムの事業者に通知することができ、したがって、彩色プロセス実行時に使用できる情報とすることが可能である。
【００８７】
外部送信機に関する情報がいかなる場合も安全性の面から利用できないのであれば、複数のノードのメッシュ無線デバイスは、外部送信機からの有意なレベルの干渉を検出する作業に何らかの時間配分を割り当てることができる。そのようにして、彩色プロセスの実行時にこのような測定されたレベルからの情報を使用する。例えば、米国特許出願第６０／３０６４４６号および米国特許出願第０９／９７１６５５号では、干渉測定用にタイムスロットを予約できることが説明されている。この状況で、これらの予約されたタイムスロットのうちいくつかを、それらのタイムスロットで送信するメッシュデバイスが存在しないように割り付けることができる。このようなタイムスロットでは、外部デバイスによる干渉全体を測定するためメッシュデバイスを配列し、１つまたは複数の周波数チャネルおよび１つまたは複数のアンテナ位置についてそのような測定を実行することができる。
【００８８】
場合によっては、外部送信機の正確な場所がわからない、あるいは時間が経つうちに変わるということもありえ、したがって、何らかの地理的領域内のどこからでもある程度の干渉電力までの送信に対応できる彩色を行うのが望ましいであろう。例えば、近隣領域に、トポロジが時間とともに変わり、最大送信電力が知られている、無線ネットワークがある場合がある。
【００８９】
これらの場合すべてにおいて、メッシュの辺とそのメッシュ内で使用できる周波数チャネルの組合せごとに、外部送信機からの干渉全体を計算することができる。干渉が測定済みの場合、その値を直接、干渉全体の計算に取り込むことができる。干渉の出所が特定の送信機の場所または地域であることが予測される場合、干渉を受けるメッシュデバイスのアンテナ位置、アンテナ外形、およびチャネル除去を考慮して、最悪の場合の値を計算することができる。
【００９０】
上述の好ましい彩色プロセスの一部として（上のＩＩ．３節を参照）、メッシュ内の各辺の送信信号電力レベルが選択されている。好ましい実施形態では、各辺の送信信号レベルが決定されているため、レベルがその値よりも上では辺は正常に動作しないという各辺の干渉の閾値レベルも決定できる。辺／チャネルの組合せからこのレベルを超える外部システムからの干渉がわかる場合、その辺／チャネルの組合せに「使用できない」というマークを付けることができる。そうでない場合、彩色プロセスにおいて、外部干渉をメッシュ干渉と組み合わせることができる。
【００９１】
一般に外部送信機は、メッシュで使用されているのと同じタイムスロットパターンを使用しない。そのような場合、より具体的に個別の辺／タイムスロット／周波数の組合せに対してではなく、特定の辺で特定の周波数チャネルにより使用する場合に、計算で求められた干渉をすべてのタイムスロットに適用されるものとみなすのが好ましい。
【００９２】
ＩＩ．６．２  メッシュからの干渉
メッシュからの干渉の例として、メッシュで使用されている周波数チャネルに近い周波数チャネルを使用する無線システムが、メッシュと同じ地理的領域内で動作している場合がある。例えば、携帯電話システムなどがそうである。このような場合、このような携帯電話システムにおける基地局の場所、使用周波数、干渉に対する感受性、およびアンテナ外形に関する情報の入手は一般に可能である。メッシュの１つまたは複数の辺により、このような基地局に干渉が生じるおそれがある。
【００９３】
より一般的に、メッシュと同じ地理的領域内にあることがある、メッシュに近い場所または離れた場所に、メッシュ内で使用されている周波数のうちの１つまたは複数の周波数に近いまたは同じ周波数で受信している外部無線受信機がありえ、メッシュ内の１つまたは複数の辺がそのような外部受信機に干渉を引き起こすおそれがある。そのような受信機が存在すること、およびその場所および上のような他の特性を、メッシュシステムの事業者に通知することができ、したがって、彩色プロセス実行時に使用できる情報とすることが可能である。このような受信機の例は、メッシュ内で使用されている周波数のうちの１つまたは複数の周波数と同じまたは近い周波数の信号を検出する電波望遠鏡である。
【００９４】
場合によっては、外部受信機の正確な場所がわからない、あるいは時間が経つうちに変わるということもありえ、したがって、定められた地理的領域内の特定の干渉レベル以下の干渉を発生する彩色を得られることが望ましいであろう。例えば、近隣領域に、個々の無線システムの位置が知られていない、判明している特性を持つ無線ネットワークが存在することがある。
【００９５】
上述のように、上述の好ましい彩色プロセスの一部として（上のＩＩ．３節を参照）、メッシュ内の各辺の送信信号電力レベルが選択されている。そのような信号レベルが与えられた場合、各辺から各外部受信機の位置または領域への最悪の場合の干渉を、メッシュによって使用されている各周波数チャネルの送信について計算することができる。このような最悪の場合の干渉計算では、外部受信機と比較したメッシュ送信機の向きおよびメッシュ送信機のアンテナ外形を考慮するのが好ましい。適当な情報が入手できる場合は、外部受信機の向きおよびそのアンテナ外形を考慮するのが好ましい。このプロセスの結果として、辺および周波数チャネルの各組合せにマークを付け、その辺でチャネルを使用できるかどうかを示すと、すべての外部受信機への干渉のレベルが許容可能なレベルを下回っている場合のみ、辺と周波数チャネルの特定の組合せを使用することができる。
【００９６】
一般に外部受信機は、メッシュで使用されているのと同じタイムスロットパターンを使用しない。そのような場合、より具体的に個別のタイムスロット／周波数の組合せに対してではなく、特定の辺に対して特定の周波数チャネルで使用する場合に、計算で求められた干渉をすべてのタイムスロットに適用されるものとみなすのが好ましい。
【００９７】
ＩＩ．６．３  色の選択時の外部干渉の説明
上述のステップを実行した結果、各辺／チャネル組合せにマークを付けて、
メッシュと外部システムとの干渉を考慮して、辺／チャネルの組合せが許容できないかどうか、
許容できない場合には、外部送信機により辺／チャネルの組合せで生じる干渉のレベルを指示することができる。
【００９８】
上述の好ましい彩色プロセスでは、辺で使用するため色を割り当てるごとに、メッシュの他の辺からの干渉を考慮する場合と同じようにして、これらのファクタを考慮することができる。この点に関して、再び上のＩＩ．３節を参照する。
【００９９】
許容できない辺／チャネルの組合せの数が組合せ全体のうちのわずかな割合にすぎなければ、このような共存必要条件を満たす彩色は、通常、メッシュを動作させるために必要な周波数チャネルの数に変更を加えることなく行うことができる。
【０１００】
通常のメッシュと同じ場所に配置されている通常の携帯電話システムの分析から、許容できないレベルの干渉を同じ動作領域内に配置されている基地局に及ぼすおそれのあるメッシュ送信機の割合は、２．５％以下であることがわかるが、これはメッシュ送信機から利用できるチャネルのうちの特定の１つのチャネルに対してのみ可能である。また、この数字については、それらのメッシュ送信機にリンクされているメッシュの辺の向きを考慮していない。好ましいメッシュシステムにおいて指向性の高いアンテナを使用する場合、メッシュ送信機は、メッシュ送信機の辺の可能な向きからなる特定の部分集合に対してのみ基地局への潜在的干渉源となり、このことによりさらに、許容できない辺／チャネルの組合せの数が減る。基地局から干渉を受ける可能性のある辺の割合についても同様の議論が成立する。
【０１０１】
実際、「安全地帯」は、安全地帯内に置かれているのが、基地局に干渉を引き起こす（必ずしもそうではないが）可能性のあるメッシュ送信機だけであるように、携帯電話基地局の周囲に定めることができるが、この安全地帯を外れているメッシュ送信機は基地局に干渉を引き起こさない（メッシュ送信機により送信された信号の減衰により干渉が発生し、許容可能なレベルよりも低くなるからである）。代表的な例では、基地局の周囲の安全地帯は、半径６０〜２００ｍ程度の範囲である。外部受信機への干渉を考慮する好ましい彩色プロセスでは、安全地帯の中にあるメッシュ送信機のみの伝送を考慮するだけで十分と思われる。これにより、計算プロセスをスピードアップすることができるが、上述のより一般的な方法に対しては本質的なことではない。
【０１０２】
彩色手順に対する以下の変更は、共存制約条件が辺／チャネルの組合せの有意な割合部分に影響を及ぼす場合に追加周波数チャネルの必要条件を回避するか、または最小限に留めるために使用するのが好ましい。周波数チャネルは、各チャネルを利用できない辺の個数の降順で順序付けられる。周波数を辺に割り当てる場合、干渉レベルを基に許容可能なチャネルが１つ見つかるまで（メッシュ内で、かつ外部システムに関して）、チャネルはこの順序に従い候補とみなされる。この考慮順序の結果として、最大の外部干渉制約条件を持つ周波数チャネルを最も使用することになり、したがって、厳しい外部干渉制約条件を持つ辺に対応しなければならない場合に最良の選択が行える。
【０１０３】
実際には、外部無線システムへの干渉および外部無線システムからの干渉は、メッシュネットワークの事業者と外部無線システムとの間で特別な調整を行わなくても、メッシュネットワークの適切な彩色により回避することができることに注意されたい。また、通常は、メッシュネットワークのスペクトル効率に目立った影響はない。
【０１０４】
ＩＩ．７  その他のバリエーション
新規の辺に色を割り当てる場合、またこの辺に対しタイムスロットの選択が複数ある場合、その中から選択する戦略として、
ａ）最も使用されていないタイムスロットを優先するか（これまでに割り当てられた辺の個数で）、または
ｂ）最も使用されているタイムスロットを優先するか（これまでに割り当てられた辺の個数で）、または
ｃ）まだ彩色されていない辺の最小個数に対する選択肢を減らすタイムスロットを選択するという方法がある。
【０１０５】
タイムスロットの選択を行っても、累積限度を超えた場合を除き、干渉による影響を受ける他の辺の個数は変更されないことに注意されたい。ここで、タイムスロットの選択は、トポロジのみに基づいて行われる。例えば、（ｃ）では、導入する新しいトポロジ的制約条件をできる限り少なくすることを目指している。
【０１０６】
選択肢（ｃ）では、彩色プロセス全体を通じて、選択対象となりうるタイムスロットの個数を最大にしようとする。選択肢（ａ）では、干渉の組合せによりタイムスロットのすべてにおいて行き止まりに到達する確率を小さくするためタイムスロットをできる限り均等に使用することを目指す。オプション（ｂ）は、一部のタイムスロットの使用をできる限り控えることで、それらのタイムスロットを使用して最も制限の強い干渉制約条件を解決できるということに基づいている。最低のチャネル番号を使用しても選択できるタイムスロットがない場合の最低の番号が振られている使用可能なチャネルの選択は、上のＩＩ．３で説明しているように、最も高い番号が振られているチャネルの使用をできる限り控えるため、オプション（ｂ）と同様の条件に基づく。また、上のＩＩ．６．３で述べた修正されたチャネル順序も同様の条件に基づく。
【０１０７】
いくつかのメッシュでは、互いに非常に近い位置にあるノードもある。例は、複数のノードを同じ場所に配置し、バックホールネットワークへのアクセスコストを下げることができるＴＮＣＰ  ４である。このような場合、アンテナ中心外れ除去のサイズと復調マージンによっては、
それらのノードの１つで送信するために使用されるタイムスロットを他のノードでの受信に使用できること、および
同じタイムスロットおよびチャネルの組合せを２つのそのようなノードでの受信に使用できることは非常にありえそうもない。
【０１０８】
これらは、彩色プロセスに対する非常に厳しい制限であるため、上の一般的アプローチに即して、実質的バックトラッキングを回避するためにまずこれらに対処するのが好ましい。したがって、好ましい一実装では、そのようなノードへのまたはそのようなノードからの一方のリンク上の辺を彩色する場合には必ず、互いに接近して配置されているノード上の辺も同じタイムスロット番号を使用して彩色するよう試みる。
【０１０９】
図面を参照し本明細書で説明している本発明の実施形態は、主に、コンピュータ装置で実行されるコンピュータプロセスおよびコンピュータ装置自体からなるが、本発明はさらに、コンピュータプログラム、特に本発明を実践するために適合されたキャリア上またはキャリア内のコンピュータプログラムに拡大適用される。プログラムは、ソースコード、オブジェクトコード、コード中間ソース、および一部コンパイルされた形式などのオブジェクトコードの形式、または本発明によるプロセスの実装で使用するのに適しているその他の形式をとることができる。キャリアは、プログラムを運べるエンティティまたはデバイスとする。例えば、キャリアは、ＲＯＭなどの記憶媒体、例えば、ＣＤ  ＲＯＭまたは半導体ＲＯＭ、または磁気記録媒体、例えば、フロッピー（登録商標）ディスクまたはハードディスクを備えることができる。
【０１１０】
本発明の実施形態については、図面に概略が示されている例を特に参照して説明した。しかし、本発明の範囲内で説明されている実施例に複数の変更および修正を加えることができることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】相互接続された複数のノードからなるメッシュで実現され、トランクに接続されているネットワークの一例の概略を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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