(57)【要約】      （修正有）【課題】リアクティブアプローチおよびプロアクティブアプローチにおける個々の方法の本質的な不利点を克服することである。【解決手段】無線ネットワークでグループヘッダを選択するための方法であって、予め定められたタイミングスキームおよび一つまたはそれ以上のグループヘッダ選択基準に基づいて、新しいグループヘッダ選択を実行するか否か、または現在使用しているグループヘッダを引き続き使用するか否かを繰返し評価するように構成された、グループヘッダを選択するためのプロアクティブ選択アプローチと、グループヘッダ選択が前記グループヘッダ選択をトリガする要求に応答して実行されるように構成された、グループヘッダを選択するためのリアクティブアプローチとを含み、前記プロアクティブアプローチと前記リアクティブアプローチとの間の切換えを行う、ことを更に含む方法。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められたタイミングスキームと、一つまたはそれ以上のグループヘッダ選択基準とに基づいて、新しいグループヘッダ選択を実行するか否か、または現在使用しているグループヘッダを引き続き使用するか否かを繰返し評価するように構成された、前記グループヘッダを選択するためのプロアクティブ選択アプローチと、
前記グループヘッダ選択が、該グループヘッダ選択をトリガする外部ソースからのサービス要求に応答してのみ実行されるように構成された、前記グループヘッダを選択するためのリアクティブ選択アプローチとを含んでおり、
一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータを監視および評価し、それに基づいて切換え指示パラメータを決定するステップと、
前記切換え指示パラメータを閾値と比較するステップと、
前記一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータによって表される所与の状態で前記プロアクティブ選択アプローチまたは前記リアクティブ選択アプローチのどちらがより適切であるかを前記切換え指示パラメータの前記閾値との前記比較に基づいて判断するために、前記切換え指示パラメータを決定すべく評価された前記一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータに基づいて、前記比較の結果に応じて前記プロアクティブ選択アプローチと前記リアクティブ選択アプローチとを双方向的に切換えるステップと
を含む、無線ネットワークでグループヘッダを選択するための方法。
【請求項２】
前記コンテキストパラメータが、
前記グループヘッダの作動を要求する要求の頻度と、
無線リンク品質と、
モビリティまたは準モビリティを示すパラメータと、
のうちの一つまたはそれ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ゲートウェイ要求レートが低い場合には前記リアクティブ選択アプローチが選択され、前記ゲートウェイ要求レートが高い場合には前記プロアクティブ選択アプローチが選択される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記コンテキストパラメータが不安定または動的な環境を示す場合には前記リアクティブグループヘッダ選択アプローチが選択され、前記コンテキストパラメータが安定または静的な環境を示す場合には前記プロアクティブグループヘッダ選択アプローチが選択される、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記無線ネットワークを作動させるために必要なグループ管理メッセージの数が最小化されるように、前記グループヘッダ選択アプローチを選択することを含む、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記切換えが完了する前に使用していた前記グループヘッダを使用し続けることによって、前記切換えをシームレスに実行することをさらに含む、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記コンテキストパラメータに基づいて前記切換え指示パラメータを計算するステップと、
前記切換え指示パラメータを特定の閾値と比較して、一つの前記グループヘッダ選択アプローチから他の前記グループヘッダ選択アプローチへの切換えを実行すべきか否かを決定するステップとを含んでおり、
第１のグループヘッダ選択アプローチから第２のグループヘッダ選択アプローチに切換えるか否か、および前記第２グループヘッダ選択アプローチから前記第１のグループヘッダ選択アプローチに切換えるべきか否かを決定するときに、異なる閾値が適用される、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記切換え指示パラメータが特定の時間にわたって前記閾値を超える場合にだけ前記切換えが実行されるように、タイムアウトを適用することをさらに含んでいる、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータに基づいて、
前記二つのグループヘッダ選択アプローチの間の切換えを行うか否かを決定するために適用される閾値と、
前記二つのグループヘッダ選択アプローチの間で切換えるための方法を複数の切換え方法の中から選択することと、
前記二つのグループヘッダ選択アプローチの間で切換えるために使用される前記切換え方法のパラメータを選択することと
のうちの一つまたはそれ以上を決定するステップをさらに含んでいる、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
デフォルトのグループヘッダ選択アプローチが提供され、該デフォルトのグループヘッダ選択アプローチは、
前記切換え後の完全性検査で不具合が示された場合と、
二つのグループが単一のグループに併合された場合と
のいずれかの場合に使用される、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
予め定められたタイミングスキームに基づいてグループヘッダを繰返し選択する、前記グループヘッダを選択するためのプロアクティブ選択手段と、
前記グループヘッダの選択をトリガする外部ソースからのサービス要求のみに応答して前記グループヘッダを選択する、前記グループヘッダを選択するためのリアクティブ選択手段と、
一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータを監視および評価し、それに基づいて切換え指示パラメータを決定するための監視手段と、
前記切換え指示パラメータを閾値と比較するための比較手段と、
前記一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータによって表される所与の状態で前記プロアクティブ選択手段または前記リアクティブ選択手段のどちらがより適切であるかを前記切換え指示パラメータの前記閾値との前記比較に基づいて判断するために、前記切換え指示パラメータを決定すべく評価された前記一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータに基づき、前記比較の結果に応じて、前記プロアクティブ選択手段と前記リアクティブ選択手段とを双方向的に切換えるための切換え手段と
を備える、無線ネットワークでグループヘッダを選択するための装置。
【請求項１２】
前記コンテキストパラメータが、
前記グループヘッダの作動を要求する要求の頻度と、
無線リンク品質と、
モビリティまたは準モビリティを示すパラメータと、
のうちの一つまたはそれ以上を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
ゲートウェイ要求レートが低い場合には前記リアクティブ選択手段が選択され、前記ゲートウェイ要求レートが高い場合には前記プロアクティブ選択手段が選択される、請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記コンテキストパラメータが不安定または動的環境を示す場合には前記リアクティブグループヘッダ選択手段が選択され、前記コンテキストパラメータが安定または静的環境を示す場合には前記プロアクティブグループヘッダ選択手段が選択される、請求項１１ないし１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
無線ネットワークを作動させるために必要なグループ管理メッセージの数が最小化されるように、前記グループヘッダ選択手段を選択するための手段をさらに備える、請求項１１ないし１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記切換えが完了する前に使用していた前記グループヘッダを使用し続けることによって、前記切換えをシームレスに実行するための手段をさらに備える、請求項１１ないし１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記コンテキストパラメータに基づいて前記切換え指示パラメータを計算するための手段と、
前記切換え指示パラメータを特定の閾値と比較して、一つのグループヘッダ選択手段から他のグループヘッダ選択手段への切換えを実行すべきか否かを決定するための手段と、
第１のグループヘッダ選択手段から第２のグループヘッダ選択手段に切換えるべきか否か、および前記第２のグループヘッダ選択手段から前記第１のグループヘッダ選択手段に切換えるべきか否かを決定するときに、異なる閾値を適用するための手段と
をさらに備える、請求項１１ないし１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記切換え指示パラメータが特定の時間にわたって前記閾値を超える場合にだけ前記切換えが実行されるように、タイムアウトを適用するための手段をさらに備える、請求項１１ないし１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータに基づいて、
前記二つのグループヘッダ選択手段の間の切換えを行うか否かを決定するために適用される閾値と、
前記二つのグループヘッダ選択手段の間で切換えるための方法を複数の切換え方法の中から選択することと、
前記二つのグループヘッダ選択手段の間で切換えるために使用される切換え方法のパラメータを選択することと
のうちの一つまたはそれ以上を決定するための手段をさらに備える、請求項１１ないし１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の方法を使用してグループヘッダを選択するためのプロアクティブグループヘッダ選択アプローチとリアクティブグループヘッダ選択アプローチとの間の切換えを行うために閾値を決定する方法であって、
前記どちらのグループヘッダ選択アプローチを選択すべきかの決定に影響する一つまたはそれ以上の影響パラメータに基づき、前記影響パラメータに応じて、前記プロアクティブ選択アプローチの場合および前記リアクティブ選択アプローチの場合のシグナリングオーバヘッドを計算するステップと、
前記シグナリングオーバヘッドを最小化すべき場合に、前記プロアクティブ選択アプローチと前記リアクティブ選択アプローチとの間の切換えを実行すべきときの前記一つまたはそれ以上の影響パラメータの閾値を決定するステップと
を含む方法。
【請求項２１】
前記計算がネットワークの設計段階で二つの異なる方法の間の切換えをいつ行うべきかについての演繹的知識を得るために実行される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記閾値の計算が、前記ネットワークの一つまたはそれ以上の動的に変化するパラメータに基づいて、前記ネットワークのランタイム中に繰返し更新される、請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の方法をコンピュータ上で実行させるコンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアクティブグループヘッダ選択とプロアクティブグループヘッダ選択との間でコンテキストに基づいて切換えを行うための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線アドホックネットワーク（時々、メッシュネットワークとも呼ばれる）では、一部のノードは、例えば、グループヘッダ、クラスタヘッダ、連結ノード、データ処理ポイント、または制御ノードなどのように、特殊な役割を有する。そのようなノードの選択は、ネットワークの性能に大きく影響する可能性がある。例えば、グループヘッダがゲートウェイ要求に応答する必要がある場合、グループ全体の最も完全な測定を得るのに最も便利なノードが、問合わせに対して最も正確に、かつ最小限のエネルギ消費で応答することができる。したがって、データ処理装置のバッテリ、メモリ、および処理能力は、計算速度を高め、かつネットワーク全体の寿命に影響を及ぼすことがあり得る。つまり、グループヘッダとして働くノードの適切な選択は、ネットワーク全体の動作に大きく影響する。同様に、最善または最も適切な場所の連結ノードおよび制御ノードを選択することで、データ通信および制御をより効率的にすることができる。以下では、本発明者らは、ネットワークで特殊目的を果たすべく選択されるノードを「グループヘッダ」と呼ぶ。グループヘッダは、特殊機能を持って動作しないネットワークの他の「通常の」メンバからそれを区別する特殊機能を果たすという意味では、アドホックネットワークを形成するノード群から突出した任意のノードとしてもよい。
【０００３】
上述したとおり、グループヘッダとして働くノードを選択すると、ネットワーク性能に非常に大きく影響することがある。グループヘッダを選択するには様々なアプローチがある。既存のアプローチは三つの異なるカテゴリ、すなわちランダムアプローチ、プロアクティブアプローチ、およびリアクティブアプローチに分類することができる。
１．ランダムアプローチでは、グループヘッダは任意に選択される。
２．プロアクティブアプローチでは、グループヘッダを選択するためにコンテキスト情報が考慮される（例えばグループヘッダになる優先度または確率を変更することによって）。そのようなアプローチは、例えばＳ．ＢａｎｄｙｏｐａｄｈｙａｙおよびＥ．Ｊ．Ｃｏｙｌｅ著「Ａｎ  ｅｎｅｒｇｙ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ  ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｓｅｎｓｏｒ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ」、２００３年４月のＩＥＥＥコンピュータ協会および通信協会の第２２回合同年次大会の会議録（Ｉｎｆｏｃｏｍ  ２００３）に記載されている。プロアクティブアプローチでは、一定の時間間隔で、または所定のタイミングスキームに従って、コンテキスト情報が現在選択されているグループヘッダに関係があるか否かが繰返し検査される。問題である場合、新しいグループヘッダは選択されず、現在のものが引き続き使用される。コンテキスト情報が変化し、新しいグループヘッダの選択が必要である場合、そのような新しいグループヘッダ選択が実行される。
３．リアクティブアプローチも同様に、コンテキスト情報を、グループヘッダを選択するためにも使用する。しかし、プロアクティブアプローチとの相違は、要求が届くたびにグループヘッダが選択され、常時維持されていないことである。これは、リアクティブアプローチの場合、グループヘッダの選択のための所定のタイミングスキームが無いことを意味する。
【０００４】
ランダムアプローチは最も簡単なアプローチであり、グループヘッダ選択のために必要な信号交換の量は最小限である。しかし、それは選択のために関連コンテキスト情報を考慮せず、したがって、すでに統計学的考察から無作為に選択されたグループヘッダが、ある特定の状況下で最も適切なアプローチである可能性があまりないので、他の二つのアプローチと比較して有効性が限られる。
【０００５】
リアクティブアプローチと同様にプロアクティブアプローチは、コンテキスト情報を考慮に入れるので、より好ましい。プロアクティブアプローチは、一定間隔でグループヘッダ選択を絶えず繰返し評価する。幾つかのグループヘッダ選択基準に基づいて、実際のグループヘッダが所与の状況にとって依然として正しいものであるか否かが、繰返し（例えば一定の間隔で、または所定のタイミングスキームに従って）決定される。この種の評価のために、グループヘッダが依然としてグループとの関係を有しているか否か、それがそのグループメンバとの十分に良好な無線接続を有しているか否か、のような基準が評価され、これらの基準から、異なるグループヘッダを選択すべきであることが示された場合、新しいグループヘッダを選択しかつ新しいグループヘッダに切換えるためのグループヘッダ選択アプローチが実行される。この結果、ネットワーク内で定期的な信号交換が行われる。しかし、グループヘッダは先行的に選択されるので、既存のすでに選択されたグループヘッダを使用して、どんな要求にも対応が速い。
【０００６】
他方、リアクティブアプローチは、要求時にグループヘッダを選択するだけである。ここで「要求」とは、単に「グループヘッダを選択する要求」だけを意味するのではなく、例えばゲートウェイからネットワークへの新しいセンサデータの収集要求のようなサービス要求をも意味することがある。それは次にグループヘッダ選択要求をトリガし、あるいはグループヘッダ選択要求と解釈され、次いで、このようにして選択されたグループヘッダはセンサデータを収集し、それをゲートウェイに転送する。したがって「要求」とは、新しいグループヘッダ選択をトリガする任意のサービス要求とすることができる。要求は一般的に「外部」要求である。つまり、グループヘッダ選択に関して決定を下す権限者またはエンティティは外部ソースによってトリガされ、プロアクティブアプローチの場合とは異なり、ネットワークにおいて、あるいは決定権限者においてさえ内部的に定められた所与のタイミングスキームには従わない。要求は一般的に、プロアクティブアプローチの場合とは異なり、所定のタイミングスキームに従わず、タイミングは、例えばゲートウェイのような外部ソース（決定権限者の外部）から到来する要求によって定められる。
【０００７】
グループヘッダ選択のためのこの「リアクティブ」アプローチは、（サービス）要求レートが低い場合にグループヘッダ保守のための信号を送信する量を低減することができる。しかし、要求が来たときには必ず、サービス要求に応答する前にグループヘッダを選択する必要がある。これは応答待ち時間を増大させる。次の表に、グループヘッダ選択のための様々なアプローチの利点および不利点を列挙する。
【０００８】
【表１】
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表１：様々なグループヘッダ選択アルゴリズムの比較
【０００９】
表から分かるように、異なるアプローチは異なる特性を有し、異なるアプローチの各々がその不利点を有する。
【００１０】
既存の方法を改善するために行われてきた様々な研究から分かるように、様々な方法を改善するために幾つかの試みが行われてきた。例えば、ＰＩＭＲＣに提出されたＪ．Ｔｅｎｈｕｎｅｎ、Ｖ．Ｔｙｐｐｏｅ、Ｍ．Ｊｕｒｖａｎｓｕｕ著の「Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ−ｂａｓｅｄ  Ｍｕｌｔｉ−ｈｏｐ  Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ」には、リンク信頼性および局所出力に基づいてグループヘッダを先行的に選択する方法が開示されている。Ｋａｍｉｎ  ＷｈｉｔｅｈｏｕｓｅおよびＣｏｒｙ  ＳｈａｒｐおよびＥｒｉｃ  ＢｒｅｗｅｒおよびＤａｖｉｄ  Ｃｕｌｌｅｒ著の「Ｈｏｏｄ：ａ  ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ  ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｓｅｎｓｏｒ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ」（モバイルシステム、アプリケーション、およびサービスに関する第２回国際会議の会議録、２００４年）には、近隣からのキャッシュデータの完全性およびキャッシュデータの新しさに基づいてリアクティブアプローチを使用してグループヘッダを選択する方法が開示されている。「Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ  ｆｏｒ  Ａｄ−Ｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」（パラレルアーキテクチャ、アルゴリズム、およびネットワークに関する１９９９年国際シンポジウム（ＩＳＰＡＮ  ’９９）、１９９９年６月２３〜２５日、オーストラリア国フリーマントル）には、プロアクティブェイトをベースとするクラスタヘッダ選択アルゴリズムＤＭＡＣが提案されている。Ａ．Ｃｅｒｐａ、Ｄ．Ｅｓｔｒｉｎ著「ＡＳＣＥＮＴ：Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｓｅｌｆ−Ｃｏｎｆｉｇｕｒｉｎｇ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  Ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ」（ＩＮＦＯＣＯＭ  ２００２、ＩＥＥＥコンピュータ協会および通信協会の第２１回合同年次会議の会議録、第３巻、２００２年６月２３〜２７日）には、適応コンセプトを使用してネットワークトポロジを調整する方法が開示されている。これらの研究は全て、既存の方法の改善を示唆しているが、それにもかかわらず、特定の状況下の個々の方法の基本的不利点は残っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、個々の方法の本質的な不利点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様では、無線ネットワークでグループヘッダを選択するための方法であって、
予め定められたタイミングスキームおよび一つまたはそれ以上のグループヘッダ選択基準に基づいて、新しいグループヘッダ選択を実行するか否か、または現在使用している前記グループヘッダを引き続き使用するか否かを繰返し評価するように構成された、前記グループヘッダを選択するためのプロアクティブ選択アプローチと、
前記グループヘッダ選択が、該グループヘッダ選択をトリガする外部ソースからのサービス要求に応答してのみ実行されるように構成された、グループヘッダを選択するためのリアクティブ選択アプローチとを含んでおり、
一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータを監視および評価し、それに基づいて切換え指示パラメータを決定するステップと、
前記切換え指示パラメータを閾値と比較するステップと、
前記一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータによって表される所与の状態で前記プロアクティブ選択アプローチまたは前記リアクティブ選択アプローチのどちらがより適切であるかを前記切換え指示パラメータの前記閾値との前記比較に基づいて判断するために、前記切換え指示パラメータを決定すべく評価された前記一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータに基づいて、前記比較の結果に応じて前記プロアクティブ選択アプローチと前記リアクティブ選択アプローチとを双方向的に切換えるステップと
を含む方法を提供する。
【００１３】
これは、プロアクティブでもリアクティブでもない既存のアルゴリズムのいずれも、全ての状況に、特に動的に変化しやすい状況に適さないことを考慮している。そのような動的環境では、ある時点にはプロアクティブアプローチを使用することが有利であり、他の時点にはリアクティブアプローチの方が好都合であるということが発生するかもしれない。したがって、異なる状況および適用要件に応じて、異なるアプローチの間で切換えることが有利である。状況および状態、例えば適用要件などは、一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータによって表すことができ、次いでそれが評価され、該評価に基づいて、プロアクティブとリアクティブグループヘッダ選択アプローチとの間で切換えるべきか否かが決定される。
【００１４】
一実施形態では、前記コンテキストパラメータは、
前記グループヘッダが動作するように要求する要求の頻度を示すパラメータと、
ネットワークの無線リンク品質（radio link quality）を示すパラメータと、
ネットワークのモビリティまたは準モビリティ（quasi-mobility）を示すパラメータと、
の中の一つまたはそれ以上を含んでいる。
【００１５】
前記グループヘッダが動作するように要求する要求の頻度は、例えばゲートウェイ要求の頻度とすることができる。代替的に、それは、グループヘッダがその特定の役割で動作するように要求する要求、および外部から特定の方法で起動してグループヘッダとして動作するようにトリガする要求とすることができる。例えば、ゲートウェイ要求の頻度がパラメータとして使用される場合、ゲートウェイ要求レートが低い場合、リアクティブアプローチを選択することができ、ゲートウェイ要求レートが高い場合、プロアクティブアプローチを選択することができる。ゲートウェイ要求レートの代わりに、グループヘッダに何らかの動作を実行するように要求するいずれかの他の要求レートを、コンテキストパラメータとして使用することができる。
【００１６】
ネットワーク（全体）の無線リンク品質もまた、グループヘッダ選択アプローチに影響するパラメータとして使用することができる。（ネットワーク全体の）無線リンク品質が良好である場合は、これは安定環境を示し、無線品質が悪い場合は不安定環境を示す。
【００１７】
ネットワーク（全体）のモビリティまたは準モビリティを示すさらなる（一つまたはそれ以上の）パラメータを考慮に入れてもよい。これは、ノードがオンまたはオフに切り換わり、ネットワークに参入または退去し、あるいは接続または切断するレートを含んでもよい。高いモビリティまたは準モビリティは、より動的なネットワークを示し、低いモビリティまたは準モビリティは、より静的なネットワークを示している。
【００１８】
一実施形態では、前記コンテキストパラメータが不安定または動的環境を示す場合、前記リアクティブグループヘッダ選択アプローチが選択され、前記コンテキストパラメータが安定または静的環境を示す場合、前記プロアクティブグループヘッダ選択アプローチが選択される。これは、より静的な環境および動的な環境における異なる要件を考慮に入れた方法である。より動的な環境では、環境は変化することがあり、そのような変化に対処するために、リアクティブグループヘッダ選択アプローチがより適している。他方、より静的な環境または安定環境では、あまり変化は無く、したがって対処の必要性はあまりなく、プロアクティブグループヘッダ選択アプローチがより好適なものになる。
【００１９】
これらの上記パラメータは、ネットワークの動作の効率に著しい影響を及ぼすことがあり、したがって、プロアクティブグループヘッダ選択アプローチまたはリアクティブグループヘッダ選択アプローチのどちらを使用するか、決定を下す際に考慮に入れることが有利になり得る。
【００２０】
一実施形態では、前記方法は、無線ネットワークを作動させるために必要なグループ管理メッセージの数が最小化されるように、前記グループヘッダ選択アプローチを選択することを含んでいる。無線ネットワークを作動させるために必要なグループ管理メッセージの数、言い換えると「シグナリングオーバヘッド」は、ネットワーク動作に著しく影響するパラメータであり、この「シグナリングオーバヘッド」は、「ペイロード」（例えばセンサから構成されるネットワークの場合、測定されたセンサデータを「ペイロード」とみなすことができる）の伝達に事実上影響するようなことはなく、ネットワークおよび／またはその機能を作動させかつ維持するために必要なものである。大きなオーバヘッドは、低い計算能力および高いエネルギ消費量を意味し、バッテリ寿命の低下を導く。したがって、「シグナリングオーバヘッド」を決定パラメータとして使用し、それに基づいて前記プロアクティブグループヘッダ選択アプローチまたは前記リアクティブグループヘッダ選択アプローチのどちらのグループヘッダ選択アプローチを使用するかを決定することが好都合である。
【００２１】
一実施形態では、前記方法は、切換えをシームレス方式で実行できるまで、切換え前に使用されていたグループヘッダを使用し続けた状態で、前記切換えを実行することを含んでいる。リアクティブグループヘッダ選択アプローチからプロアクティブグループヘッダ選択アプローチに切換える場合、これは、グループヘッダ選択がプロアクティブグループヘッダ選択アプローチによって実行されることで初めて切換えが完了となり、これにより達成される。そのような新しいグループヘッダが決定されていなければ、要求があった場合、リアクティブアプローチで使用されていた旧グループヘッダをそのまま使用することができる。その目的のために、最も最近に使用されたグループヘッダを維持するキャッシュを設けることができる。
【００２２】
プロアクティブグループヘッダ選択アプローチからリアクティブグループヘッダ選択アプローチに切換える場合、切換えが実際に完了するまでプロアクティブアプローチのグループヘッダを使用することによって、シームレスな切換えを実行することができる。例えば切換えプロセス中に要求が来た場合、切換えが完了するまで、切換え前に使用されていた旧グループヘッダが依然として使用される。
【００２３】
一実施形態では、前記方法は、
前記コンテキストパラメータに基づいて切換え指示パラメータを計算するステップと、
第１のグループヘッダ選択アプローチから第２のグループヘッダ選択アプローチに切換えるべきか否か、および前記第２のグループヘッダ選択アプローチから前記第１のグループヘッダ選択アプローチに切換えるべきか否かを決定するときに異なる閾値を適用しながら、前記切換え指示パラメータを特定の閾値と比較して、一方のグループヘッダ選択アプローチから他方のグループヘッダ選択アプローチへの切換えを実行すべきであるか否かを決定するステップと、
を含んでいる。
【００２４】
この実施形態は、切換え操作にある種のヒステリシスをもたらす。例えば、アプローチ１からアプローチ２への切換えにはより高い閾値が適用される一方、アプローチ２からアプローチ１への切換えには切換え指示パラメータのためのより低い閾値が適用される。これはネットワークの安定性を高め、切換え指示パラメータが閾値前後で低振幅のみで振動する不安定なネットワーク状態において、切換えが頻繁に起こるのを回避する。
【００２５】
一実施形態では、前記方法は、切換え指示パラメータが一定時間にわたって前記閾値を超えた場合にだけ前記切換えが実行されるように、タイムアウトを提供するステップを含んでいる。ヒステリシスの特徴と同様に、これもまたネットワークの安定性を高め、頻繁すぎる切換え、ならびに頻繁すぎる切換えによって引き起こされるシグナリングおよび処理オーバヘッドを回避する。さらに、これは、切換えが実際に実行されたときに、切換えをトリガした状態がすでに再び変化して、今後実行できなくなることを回避する。
【００２６】
一実施形態では、前記方法はさらに、
一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータに基づいて、
前記二つのグループヘッダ選択アプローチの間で切換えるべきか否かを決定するために適用される閾値と、
前記二つのグループヘッダ選択アプローチの間で切換えるための方法を複数の切換え方法の中から選択することと、
前記二つのグループヘッダ選択アプローチの間で切換えるために使用される切換え方法のパラメータを選択することと
のうちの一つまたはそれ以上を決定するステップを含んでいる。
【００２７】
これは、コンテキスト情報が単に切換えの決定自体だけでなく（コンテキストパラメータを閾値と比較することによって）、閾値を決定するためにも使用することができることを意味する。さらに、コンテキスト情報は、切換えの決定のためだけでなく、切換えをより柔軟にすることのできる切換えの方法にも使用することができる。これは、例えばコンテキスト情報が切換え閾値の計算のためだけでなく、切換え方法を選択するためにも使用されることを意味する。例えば、ヒステリシス切換えを実行すべきであるか否か、タイムアウトを適用すべきであるか否かの問題もまた、コンテキスト情報に基づいて決定することができる。さらに、切換え方法の一つまたはそれ以上のパラメータは、コンテキストパラメータに基づいて決定することができる。例えば、ヒステリシス切換えで使用されるヒステリシスの領域、またはタイムアウトの長さは、コンテキストパラメータに基づいて決定することができる。
【００２８】
一実施形態では、デフォルトのグループヘッダ選択法が提供され、このデフォルトグループヘッダ選択アプローチは、
前記切換え後の完全性検査で不具合が示された場合と、
二つのグループが単一のグループに併合する場合と、
前記ネットワークが最初から作動し始めた場合と
の中のいずれかの場合に使用される。
【００２９】
ネットワークノードの一つまたはそれ以上が切換え命令を受信し損ねた場合、これは完全性検査によって発見され、次いでネットワーク全体がデフォルトアルゴリズムに切り換わる。追加的にまたは代替的に、異なるグループヘッダ選択アルゴリズムを持つ二つのグループが併合する場合、デフォルトのアルゴリズムが新しい大きいグループで使用される。
【００３０】
一実施形態では、使用するグループヘッダを選択するための前記プロアクティブグループヘッダ選択アプローチと前記リアクティブグループヘッダ選択アプローチとの間の切換えを行うために閾値を決定する方法であって、
どちらのグループヘッダ選択アプローチを選択すべきかの決定に影響する一つまたはそれ以上の影響パラメータに基づき、前記パラメータに応じて、前記プロアクティブ選択アプローチの場合および前記リアクティブ選択アプローチの場合のシグナリングオーバヘッドを計算するステップと、
前記シグナリングオーバヘッドを最小化すべき場合に、前記プロアクティブと前記リアクティブ選択アプローチとの間の切換えを実行すべきときの前記一つまたはそれ以上のパラメータの閾値を決定するステップと
を含む方法をさらに提供する。
【００３１】
一実施形態では、前記計算は、ネットワークの設計段階で、二つの異なるアプローチの間の切換えをいつ行うべきかについての演繹的知識を得るために実行される。
【００３２】
一つまたはそれ以上の影響パラメータの閾値の計算により、何らかの演繹的知識に基づいてネットワークを設定することが可能になる。計算は、ネットワークに関する仮定に基づくある種のシミュレーションを用いて実行することができる。
【００３３】
一実施形態では、前記閾値計算はまた、前記ネットワークの一つまたはそれ以上の動的に変化するパラメータに基づいて、前記ネットワークのランタイム中に繰返し更新される。これは、ランタイム中に、追加の情報またはネットワークが動作する前とは異なる情報が得られることを考慮に入れている。パラメータはネットワークの動作中に測定することができ、それに基づいて閾値を再計算することができる。
【００３４】
一実施形態では、無線ネットワークでグループヘッダ選択するための装置であって、
予め定められたタイミングスキームに基づいて前記グループヘッダを繰返し選択する、グループヘッダを選択するためのプロアクティブ選択手段と、
前記グループヘッダ選択をトリガする外部ソースからのサービス要求のみに応答して前記グループヘッダを選択する、グループヘッダを選択するためのリアクティブ選択手段と、
一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータを監視および評価し、それに基づいて切換え指示パラメータを決定するための監視手段と、
前記切換え指示パラメータを閾値と比較するための比較手段と、
前記一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータによって表される所与の状態でプロアクティブ法またはリアクティブ法のどちらがより適切であるかを前記切換え指示パラメータの前記閾値との前記比較に基づいて判断するために、前記切換え指示パラメータを決定すべく評価された前記一つまたはそれ以上のコンテキストパラメータに基づき、前記比較の結果に応じて、前記プロアクティブ選択手段と前記リアクティブ選択手段とを双方向的に切換えるための切換え手段と
を備える装置を提供する。
【００３５】
一実施形態では、切換え決定を下すために現在のグループヘッダが使用される。決定ポイントを選択するために、追加のプロセスまたはシグナリングは必要無い。これは、強固で効率のよい切換え決定を可能にする。グループヘッダ選択プロセスは、決定ポイントが不合格となった場合、新しいものと交代することを確実にする。同時に、グループヘッダはデータ配布の観点から何らかの形で最適化されるので、決定ポイントは、切換えの決定を実行するための関連コンテキストデータを収集するために自動的に最適化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明を今、例示的実施形態を用いてさらに詳しく説明する。
【００３７】
本発明の第一実施形態は、リアクティブとプロアクティブとの両グループヘッダ選択の間の動的切換えが有用であるサンプルシナリオに関する。該実施形態は、通常の身体監視状態および健康警戒状態を持つヘルスケアのシナリオに関する。図１Ａおよび１Ｂは、この実施形態を模式的に示している。図１Ａには、身体のみならずそのベッドにも幾つかのセンサが備えられた患者が示されている。幾つかの監視センサは一群に組合されており、分散型の記憶装置として働く。これらのセンサの一つは、グループヘッダとして選択され、要求されたデータを監視センタに送信する。これは例えば、矢印が指し示すベッドに示されたノードとすることができる。
【００３８】
通常の身体監視では、ネットワークは、監視データの要求レートを低くして電力消費量を最小化するように最適化されている。健康警戒モードの場合、患者の状態が綿密に監視され、かつ迅速に対応できることを確実にするために、身体監視データを非常に高いレートで更新しなければならない。図２には、要求レート、すなわちセンサがその測定データをグループヘッダに送信するレートに対するグループ管理メッセージの数（「シグナリングオーバヘッド」）を計算するシミュレーションの結果を示している。図２に示された結果は、身体監視状態のような低い要求レートにはリアクティブグループヘッダ選択アプローチが最も適しており、健康警戒状態のような高い要求レートにはプロアクティブグループヘッダ選択アプローチが最も適していることを示している。このため、リアクティブおよびプロアクティブグループヘッダ選択アプローチ（またはアルゴリズム）間の動的切換えは、ネットワーク挙動およびネットワーク効率を最適化するために有益である。
【００３９】
切換えは、所与の要求レートで結果的にシグナリングオーバヘッドが低くなる選択アプローチが選ばれるように実行することができる。図２の例では、これは、二つのグラフが相互に交差する値より下に位置する要求レートでは、リアクティブアプローチが選ばれ、要求レートがこの値を超えるとプロアクティブ選択アプローチが選ばれることを意味する。
【００４０】
さらなる実施形態は、環境監視の事例に関係する。例えば畑地灌漑の場合、畑地の湿気を監視するために多数のセンサノードが畑地に分布される。それらは相互の間で測定値を共有する。それらの一つは、灌漑制御の問合わせに応答する。天候が良い場合、センサ間の通信のための無線品質は良好である。降雨の場合、無線品質は低下する。二つのグループヘッダ選択アプローチの場合の無線品質に対するシグナリングオーバヘッドの依存性を示す図３から分かるように、無線品質が悪い場合、リアクティブアルゴリズムの方がプロアクティブアルゴリズムより良い。この例では、前の実施形態と同様に、ネットワーク挙動を最適化するために、異なるグループヘッダ選択アルゴリズム間で切換えることが好ましい。障害物、妨害などのような、天候以外のパラメータもまた、無線品質に影響を及ぼすことがある。
【００４１】
例えば、シグナリングオーバヘッドの量は、次のパラメータの変動と共に変化することがある。
１．ゲートウェイ要求の頻度
２．無線リンク品質
３．モビリティ、準モビリティ（スリープモード、スイッチオンおよびオフ）
【００４２】
最も適切なグループヘッダ選択アルゴリズムに基づき一時的に選択されたグループヘッダを使用することは、センサノードとゲートウェイとの間の通信コストを低減するのに役立つ可能性がある。シグナリングオーバヘッドの観点から見たコストは、ネットワーク全体のモビリティのようなパラメータにも応じて計算することができ、そのような計算に基づいて、次の結果が得られた。リアクティブアプローチで選択されたグループヘッダは、不安定した動的環境では、より優れた解決策であるが、静的な安定環境ではプロアクティブアプローチで選択されたグループヘッダの方がより適している。
【００４３】
言い換えると、ノードが活発かつ頻繁に動いている場合、かつネットワークのトポロジがしばしば変化する場合（それはネットワークのモビリティならびにノードのスイッチオンおよびオフの両方に関係する）においては、これは「動的」環境とみなすことができる。個々のノードがしばしばネットワークに参入または退去したり、「スリープモード」に入ったり、あるいはスリープモードから通常モードに戻ったり、あるいはネットワークの無線品質が悪い場合においては、これは「不安定」環境とみなすことができる。そのような不安定および／または動的環境の場合、計算は、リアクティブグループヘッダ選択アプローチがより適していることを示している。しかし、あまり動的でなく、あるいはあまり不安定でない環境では、プロアクティブグループヘッダ選択アプローチの方がより適している。
【００４４】
上述した結果を導く環境に対しては、次の想定が使用された。
・ゲートウェイの要求レートが、センサの測定間隔に比較して低い。
・ゲートウェイからノードへの（電力消費および伝送時間に関する）コストが、ノード間の通信のコストよりずっと高い。
・ノードが（場所および状態に関して）動的であり、二つのゲートウェイ要求間のトポロジ変化の確率が高い。
・全てのセンサが均等な計算能力（およびバッテリ電力）を有する。
【００４５】
以下では、異なるグループヘッダ選択アプローチに切換えるか否かを決定する基礎になる閾値を得るための計算の一例を説明する。一般的には、本発明の実施形態は切換え指示パラメータを使用し、それを特定の閾値と比較し、該比較に応じて、別のアプローチに切換えるか否かを決定する。
【００４６】
計算を始める前に、最初に、計算中に使用される表記法について説明する。
λGW−ゲートウェイ要求レート
λChange−グループヘッダ変化レート
Ｎ−グループ内のノード数
λPROACTIVE_HEADER−プロアクティブグループヘッダ選択を使用するメッセージの総レート
λREACTIVE_HEADER−リアクティブグループヘッダ選択を使用するメッセージの総レート
【００４７】
［プロアクティブグループヘッダ］
プロアクティブグループヘッダ選択アプローチを適用した場合、ゲートウェイ要求の時、およびグループヘッダが変更された時に、パケットが送信される。グループヘッダは、λChangeのレートで変化し、変化は次の理由のため発生し、ほぼ定められた時間にわたって維持されると想定される。
・ネットワークの接続が悪いため、ノードに到達することができない。
・ノードのスイッチがオンオフされる。
・ノードが移動する。
・ノードの状態が変化する。
【００４８】
λChangeは、１ノード当たりの平均グループヘッダ変化率であり、それ以上の具体的な測定値が得られない場合、ネットワークの挙動に関する仮定に基づくことができる。
【００４９】
到着率は合計され、次いでセンサの総数Ｎと乗算され、その結果次の到着率が得られる。
【数１】
2007068151.tif 000004
【００５０】
［リアクティブグループヘッダ］
リアクティブグループヘッダのシナリオでは、ゲートウェイ要求段階中にパケットが送信される。ゲートウェイ要求段階中に、暫定のグループヘッダが決定される。最終到着率は次の通りである。
【数２】
2007068151.tif 000005
【００５１】
これにより直ちに、プロアクティブアプローチとリアクティブアプローチとの間の切換えを行うときの閾値を算出することができる。二つの選択モード間の切換えを行うときの閾値は、おおよそ定められたλChangeを仮定して、λPROACTIVE_HEADER＝λREACTIVE_HEADERと設定することによって算出することができる。
【００５２】
この結果、λGW＝λChangeの閾値が得られる。
【００５３】
さて、このようにして得られた式を特定の具体的なシナリオに、本実施形態ではヘルスケアのシナリオに適用する実施形態について説明する。
【００５４】
通常、患者の身体機能は、λGW＝０．２／分の低い長時間監視レートで監視される。測定から緊急状態が存在することが示されると、監視レートはλGW＝１０／分に引き上げられる。
【００５５】
この例では、２／時間という値が、１ノード当たりの平均グループヘッダ変化率としてのλChangeの仮定値である。ネットワークはＮ＝１０個のセンサから構成され、したがってネットワーク全体のプログラムグループヘッダの変化率は、０．３３／分である。
【００５６】
切換え閾値は、上に示した通り、λGW＝λChangeで与えられるので、このシナリオの場合、切換えのための閾値は次の通りである。
λGW＝λChange＝０．３３／分
【００５７】
したがって、通常の監視の場合、リアクティブアルゴリズムが選択され、緊急状態の場合、プロアクティブアルゴリズムが選択される。
【００５８】
この結果、通常の監視の場合、λREACTIVE_HEADER＝２．４／分となる（プロアクティブグループヘッダ選択を使用すると、λPROACTIVE_HEADER＝３．７／分という結果になる）。
【００５９】
緊急状態の場合の結果はλPROACTIVE_HEADER＝２３．３／分となる（リアクティブグループヘッダ選択を使用すると、λREACTIVE_HEADER＝１２０／分という結果になる）。
【００６０】
上記の例は、コンテキストパラメータ値に基づいてどちらのグループヘッダ選択アプローチに従うべきかを決定するときの基礎になる閾値を得るために、ネットワークの設計段階で演繹的計算を行うことができることを示している。この例では、決定に影響を及ぼす唯一の影響コンテキストパラメータはゲートウェイ要求レートであり、この値（切換え指示パラメータと呼ぶこともある）が閾値より高いか低いかによって、プロアクティブアプローチまたはリアクティブアプローチのいずれかに実行することになり、パラメータが閾値と交わる場合、切換えを実行することができる。
【００６１】
上記の例では、事実上一つの影響パラメータ（ゲートウェイ要求レート）だけが決定に影響を及ぼしているが、切換えの決定に影響を及ぼす決定パラメータとして、二つ以上のパラメータを使用することが可能である。この文脈で、図２および３に関連してすでに示したパラメータ要求レートおよび無線品質について再び言及する。図２および図３は、前にすでに述べた通り、ネットワークのシグナリングオーバヘッドに対する個別パラメータ要求レートおよび無線品質の影響を示している。これらの二つのパラメータを組み合わせると、各々の特定のパラメータ対に対して最も適切なグループヘッダ選択アルゴリズムを選択することを可能にする、三次元解空間が導かれる。例えば図４では、ゲートウェイ要求の頻度はＸ座標として、そして無線信号の品質はＺ座標として使用される。Ｙ座標はシグナリングオーバヘッドの量である。図４の左側には、プロアクティブグループヘッダ選択アプローチの結果が示され、右側にはリアクティブグループヘッダ選択アプローチの結果が示されている。
【００６２】
リアクティブ選択アプローチの場合、１要求当たりの管理メッセージの数は、要求の頻度および無線品質に有意に関係しない。しかし、プロアクティブの場合、無線品質および要求レートは電力消費量に有意に影響する。無線品質が低下していくと、一部のノードはもはやグループヘッダからメッセージを受信することができなくなり、それらの領域で新しいヘッダ選択が始まる。これは、メッセージの量の増加およびそれにつれて電力消費量の増加を導く。要求レートが上昇していく場合、プロアクティブグループヘッダ選択アプローチを維持するために必要な単位時間当たりのメッセージ数は同一のままに維持されるが、１要求当たりのメッセージ数は減少する。したがって、３Ｄの場合、プロアクティブアプローチの表面とリアクティブアプローチの表面が相互に交差する境界を見出すことができる。その曲線によって境界付けられる領域内で、リアクティブアプローチはプロアクティブアプローチに比較して、１要求当たりの管理メッセージ数が低い。これは要求レートおよび無線品質の両方によって決定される二次元閾値をもたらし、この閾値に基づき、所与の状態に対して最も適切な選択アプローチを選択することができる。
【００６３】
以下で、今、二つのグループヘッダ選択アプローチの間の実際の切換えに関係する実施形態について説明する。この実施形態では、グループヘッダ選択アルゴリズム間の切換えはシームレスである。それは、ネットワークが常に、新しいアルゴリズムで新しいグループヘッダが選択されるまでは、古いアルゴリズムによって選択されたグループヘッダを使用するためである。切換えの唯一のコストは、切換えのことを関連ノードに通知するための多少のレイテンシおよびシグナリングオーバヘッドである。
【００６４】
切換えのシームレス性のため、切換えレイテンシは、ネットワークの性能にとってあまり重要ではない。しかし、切換えレイテンシは、切換えをすべきか否かの決定に影響することがある。切換えレイテンシ中に状態が変化したためにもはや切換え閾値を越えていない時に、切換えを行うことは無意味である。切換えのためのシグナリングオーバヘッドは、一回のグループヘッダ選択プロセスのシグナリング量に匹敵する。これは、切換えがあまり頻繁に起きない場合には受け入れられる。上記の二つの影響を考慮して、次に示すように切換えのための幾つかの規則または要件を定めることができる。
１．遅滞した切換え（レイテンシのため、切換えの時点で切換え条件がもはや満たされない状態）は防止すべきである。
２．頻繁な切換え（例えば影響パラメータの頻繁なあるいは大きい変動のため、ジッタ効果のため）は回避すべきである。
【００６５】
上記要件を満たすモード間の切換えのための切換え方法を実現するためのアプローチは幾つかある。
【００６６】
一実施形態では、一つの可能性は、図５に示すようにヒステリシススイッチを使用することである。リアクティブアプローチからプロアクティブアプローチに切換えるときには、より高い閾値を使用し、逆に切換えるときには、より低い閾値を使用する。影響パラメータの値がヒステリシス領域内に入るときには、切換えを実行しない。このタイプの切換えは、ジッタ効果を回避し、切換えの頻度を低減するのにも役立たせることができる。ヒステリシス領域の大きさは、パラメータの変動および様々な適用要件に従って調整することができる。それは様々なパラメータに対して個別に使用することができ、ヒステリシス領域は、各影響パラメータに対して別々に選択することができる。
【００６７】
さらなる実施形態では、このメカニズムを改善するために追加メカニズムを使用することができる。例えば、一定時間にわたって平均化された一つのパラメータの平均値をトリガとして使用すると、パラメータの突然のピークを無視することができる。この対称法は、二つの等価的なアルゴリズムの間の切換えに適している。
【００６８】
さらなる実施形態では、一つの可能性は、切換えをトリガするためにタイムアウト機能を使用し、例えば、図６に示すようにパラメータが特定の時間にわたって、例えば５分間、閾値を超えた場合にのみ、切換えることである。同様に、逆に切換えるのは、閾値がある（予め定められた長さの）時間にわたって満たされない場合にのみ実行することができる。図６から分かるように、両方に切換えを行うための条件は異なる。リアクティブからプロアクティブへの切換えは、要求レートが５分より長く値ｘより上に維持された場合に実行される。これが当てはまる場合に、切換えが実行される。つまり、グループ内の全てのノードに対し、今やプロアクティブアプローチに切換えなければならないことを知らせるメッセージが送信される。これは図６で、「『プロアクティブに切換える』を受信」と表記された矢印によって示される。切換えを行わなければならないという決定が（グループヘッダのようないずれかの決定権限者によって）ひとたび下されると、それ自体切換える決定を下さないノードは、ネットワークを通してそのようなメッセージを受信する。さらに、タイマは５分に設定され、このタイマは、リアクティブモードに戻るか否かを決定するためのタイムアウト基準を提供する。ゲートウェイ要求レートが（ｘ閾値）より小さい値未満に低下すると、タイマが零までのカウントダウンを開始する。タイマが零までカウントダウンしたときに、ゲートウェイ要求レートが依然としてこの値未満である場合、リアクティブモードへの切換えが実行される。しかし、タイマが零に達する前にゲート要求レートの値が再び（ｘ閾値）を超えて上昇すると、切換えは実行されない。この場合、タイマは再びリセットされ、再び値が（ｘ閾値）未満に低下した場合にのみ、カウントダウンが開始される。リアクティブモードに戻る切換えのための閾値による基準は、リアクティブからプロアクティブモードへの切換えとは異なるので、そのような切換え機構により、プロアクティブモードへのバイアスを実現することができる。さらに、二つの異なる切換え方向に対して異なるタイムアウト値を適用することが可能である。
【００６９】
プロアクティブからリアクティブモードへの切換えが実行されると、タイマは再び零に設定され、手順が再び開始される。ゲートウェイ要求レートは繰返し得られ、ゲートウェイ要求レートに従って、ゲートウェイ要求テーブルＧＷ＿ＲＥＱは更新される。ゲートウェイ要求テーブルに示されたゲートウェイ要求レートが５分より長く値ｘより高いままである場合、再びプロアクティブモードへの切換えが実行される。
【００７０】
述べた通り、図６に示したようにこの例から、非対称な切換え方法を認識することができる。両方向の切換えを行うための閾値は異なり、それにより一種のヒステリシスが実現される。変形例では、異なる方向に対して異なる閾値を持つだけでなく、両方向の切換えのために使用されるタイマにも異なる値を設定することも可能である。
【００７１】
タイムアウト基準に選択される二つの時間は、二つの異なる切換え方向（前後）に対して異なるように選択することができる。この非対称な方法は、主要な支配的アルゴリズムと二次的アルゴリズムとの間で切換えるのに特に適している。タイムアウト時間は、様々な適用要件および影響パラメータの変化に応じて設定することができる。
【００７２】
さらなる実施形態では、切換えのための他の基準も存在する。切換えの方法、および切換えアルゴリズムの詳細なパラメータは、時間基準（許容レイテンシ、フォルトトレランス（fault tolerance））のような様々な適用要件によって影響されることがあり得る。
【００７３】
すでに述べた通り、二つのグループヘッダ選択アプローチの間の切換えおよびその逆の切換えは、対称的である必要は無い。これは、影響パラメータ（ヒステリシス、様々なタイムアウト値）に関係するだけでなく、実際の切換えプロセス自体にも関係する。例えば、プロアクティブアプローチからリアクティブアプローチへの切換えは、逆方向の場合にはグループヘッダを選択するプロセスを通過しなければならないので、後者の場合より「安価」であるかもしれない。これは、すでに示したシームレス切換えのため、切換えがシームレスに行われることを確実にするために、実際の切換えが行われる前に、プロアクティブアプローチのためのグループヘッダはすでに選択されているはずであるためである。これは、プロアクティブからリアクティブアプローチおよびその逆の切換えが異なるレイテンシおよびシグナリングオーバヘッドを有することを意味する。したがって、一アプローチから他のアプローチへの切換えおよびその逆の切換えに対して、異なる方法および異なる切換えパラメータを使用することができる。
【００７４】
以下で、今、実施形態に係る実際の切換えプロセスについて幾分詳細に説明する。一実施形態では、プロアクティブグループヘッダ選択アルゴリズムとリアクティブグループヘッダ選択アルゴリズムとの間の切換えのための詳細なステップを、次のように説明することができ、ここで幾つかの異なる段階が識別される。この第一段階は、ネットワークおよび関連パラメータが設計され規定される予備設計段階である。
・切換えに使用される方法および切換えパラメータの型を決定するための適用要件（例えばタイムアウトを使用する、閾値を使用するなど）を収集する。
・切換え閾値および切換えパラメータの値を計算する。
・デフォルトアルゴリズム（ネットワークの「スイッチを投入した」とき、またはブート後に使用される）を決定する。
・グループヘッダを決定ノードとして使用する。
【００７５】
ここで、グループヘッダは必ずしも決定ノード（異なるアプローチに切換えるか否かを決定するノード）として働く必要は無いことに留意されたい。また、このタスクを遂行し決定権限者として働く別のエンティティ（例えばネットワークにおける別の専用ノード）が存在することもある。
【００７６】
設計段階の後、ネットワークは実際に動作し始め、これは「ランタイム段階」と呼ぶことができる。ここでは、グループヘッダが、どのグループヘッダ選択アプローチを使用すべきかを決定する「決定権限者」であると想定する。この想定の下で、この実施形態では、ランタイム段階中にグループヘッダは次のステップを実行する。
１．デフォルトアルゴリズムをブートアップする。
２．現在のグループヘッダ選択アルゴリズムを確認する。
３．関連コンテキストまたはパラメータを監視し、（事前計算された）切換え基準と比較する。
４．切換えの決定を下す。
５・新しいアルゴリズムに切換え、切換えシグナリングをネットワーク全体に同報通信する。
６．デフォルトモードに切り換わらない場合、近隣とのネットワークの完全性を検査する。
【００７７】
ここで、切換え基準は、切換え決定に影響を及ぼす「影響コンテキストパラメータ」に基づいて計算される特定のパラメータである、「切換え指示パラメータ」の形を取ることができる（例えばゲートウェイ要求レート、無線品質、モビリティ等）。計算は、予備設計段階で選択された予め定められたアルゴリズムに従って実行される。次いで、結果的に得られた切換え指示パラメータは同じく予備設計段階中に、例えば何らかのシミュレーション計算に基づいて得られた特定の閾値と比較される。切換え指示パラメータが閾値より低い場合、第１のグループヘッダ選択アプローチが選択され、それが閾値より高い場合、第２のグループヘッダ選択アプローチが選択される。これは、例えばネットワークの設計段階中に何らかのシミュレーション計算によって得られた、最も適切なグループヘッダ選択アプローチに関する知識を反映する。代替的に、または追加的に、この知識、ならびに切換え指示パラメータおよびその計算方法によるその表現は、動作中のネットワークの実際の測定によって改善または向上することができる。例えば、シグナリングオーバヘッドまたは電力消費量は、切換え指示パラメータを計算するために使用される影響コンテキストパラメータに基づいて測定することができ、この結果、決定を下すときの基礎となる閾値が、設計段階中に計算された方法とは多少異なる方法で選択されるようになる。
【００７８】
ここでさらに、「切換え指示パラメータ」は、例えば切換え決定に影響するコンテキストパラメータからなるベクトルとすることもできることに触れておかなければならない。その場合、ベクトルの成分を、ネットワークおよびいつ切換えを行うべきかに関する演繹的知識（または前に示したような測定から結果的に得られる「改善された経験的知識」）を表すルックアップテーブル内の値と比較することによって、決定を下すことができる。
【００７９】
すでに示した通り、この実施形態では、切換えの決定はグループヘッダによって下される。グループヘッダに加えて、グループは、グループヘッダと接触する「通常ノード」または「通常グループメンバ」をも含んでいる。これらの通常ノードは、一実施形態に係るプロセス全体に関与するために、次のステップを実行する。
１．デフォルトグループヘッダ選択アルゴリズムをブートアップする。
２．グループヘッダをリスンする。
３．切換えコマンドを受信したときに、異なるグループヘッダ選択アルゴリズムに切換える。
４．デフォルトモードに切り換わらない場合、近隣とのネットワークの完全性を検査する。
【００８０】
上記の実施形態では、切換えは、多数の異なる値を取ることのできる多数のコンテキストパラメータに基づいて実行された。これは、影響パラメータが広範囲を網羅することのできる値を取るので、影響パラメータが「ソフト」であるという意味で、「ソフト切換え」と呼ぶことができる。
【００８１】
しかし、第１のモードでは第１のアプローチが取られ、第２のモードでは第２のアプローチが取られるという一種の「モード切換え」が存在することを意味する、「ハードウェア切換え状態」が存在する実施形態もある。そのようなハードウェア切換えの場合、アルゴリズム間の切換えは、患者が「通常モード」にあるいかそれとも「警戒モード」にあるかによって選択アプローチが決まるヘルスケアのシナリオの場合のように、モードスイッチによってトリガすることができる。そのようなモード切換えは、例えば患者が今警戒モードにあることを決定する医師のように、外部トリガによって実行することができる。しかし、モードは、センサおよびそれらによって測定された値に基づいて決定することもできる。例えば、高さを測定する、患者に固定されたセンサは、患者が落ちたときにそれに気付くことができ、次いで警戒モードをトリガすることができる。また、例えばパルス周波数、血圧などのような身体パラメータを考慮に入れることによってより複雑な評価を行うことができ、次いでそれに基づいて「モード切換え」をトリガすることができる、
【００８２】
そのような「モード切換え」を、前述した「ソフト切換え」と統合することができる。その目的のために、「モード切換え」が「ソフト切換え」を無効にする条件、あるいはその逆の条件を決定しなければならない。
【００８３】
一つのアプローチから他のアプローチへの切換えは、ネットワークノード切換えによってノード毎に個別にトリガすることもできる。
【００８４】
さらなる実施形態では、グループヘッダ選択アルゴリズム間の切換えをトリガする（病院の患者の場合の「警戒モード」と同様の）何らかの他のハード決定基準を設けることもできる。例えば、無線センサネットワークから高速な応答を得る必要のある用途の場合、状況によっては結果的にシグナリングオーバヘッドが高くなろうとも、プロアクティブアプローチを使用しなければならない。
【００８５】
さらなる実施形態では、影響パラメータが比較的速く変化するとことに対して機構を適応させることができる。高速変化する環境の場合、上記の実施形態に関連して説明した機構を適用することができるだけでなく、何らかの予測機構も適用される。
【００８６】
そのような機構は、影響パラメータの値を、その過去の挙動に基づいて、特定の確率で予測することができる。そのような予測アルゴリズムを使用することで、システムは、実際にはまだ現実になっていない状況に対応することが可能になり、これはシステムのレイテンシにもかかわらず、変化する環境に対処するシステムの能力を高める。何らかの予測アルゴリズムを適用することにより、予測から導出される影響パラメータの将来の挙動が、パラメータの変化が実際は単なる「スパイク」にすぎないことを示すにもかかわらず、切換えが実行されるのを回避することができる。したがって、何らかの予測アルゴリズムを使用することによって、影響パラメータのスプリアスの変化または不安定な変化を低減することが可能である。そのような予測アルゴリズムの例として、ユール・ウォーカアルゴリズム（the Yule-Walker algorithm）、ブルグアルゴリズム（the Burg algorithm）、およびレビンソンアルゴリズム（the Levison algorithm）、または隠れマルコフモデルがある。時系列予測に適したいずれかのアルゴリズムをこの状況で使用することができる。予測アルゴリズムは不安定な挙動を予測することができ、それにより実行しない方がよい切換えを回避することができる。
【００８７】
影響を及ぼす切換えパラメータ（タイムアウトの時間、ヒステリシス領域の大きさなど）の値は、予備設計段階で統計学的に計算することができる。しかし、一実施形態では、これらの値は、様々なネットワーク環境に応じてランタイム中に計算することもできる。切換えパラメータの動的適応は切換えをさらに効率的にすることができる。
【００８８】
すでに述べた通り、現在のグループヘッダは、切換えに関して決定を下す決定ポイントまたは決定権限者として使用することができる。しかし、一実施形態では、何らかの特殊な選択アルゴリズムを使用して、最適な決定ポイント（例えばより大きい計算能力を持つノード、電源に有線接続されたノード、最適な位置にあるノード等）を選択することも可能である。しかし、決定ポイントを選択するためのそのような追加の選択アルゴリズムは次に、結果的に追加のシグナリングオーバヘッドをもたらす。一般的に、本発明の実施形態に係る切換え決定を実行するための装置は、ネットワークのノードによって、またはネットワークから必要なデータ（切換え指示パラメータを決定するために必要なコンテキストパラメータ）を受信し、かつ切換え決定を実行するいずれかの明確なエンティティによって実現することができる。
【００８９】
本書で上述した実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはソフトウェアとハードウェアの組合せによって実現することができることを、当業者は理解されるであろう。本発明の実施形態に関連して記述したモバイルノード、グループヘッダ、ゲートウェイ、および他の全ての要素は、ハードウェア構成部品が本書で上述した通りに動作するように、ハードウェア構成部品を適切に選択し、かつプログラムすることによって実現することができる。特に、本発明の実施形態は、上述したリアクティブアプローチとプロアクティブアプローチとの間の切換えを実行するための方法によってだけでなく、本書で上述した通り切換えを実行するためのいずれかの装置によっても、実現することができる。そのような装置は、ネットワークのノード（携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ、またはモバイルネットワークに接続することのできるいずれかの装置など）、ネットワークのゲートウェイ、例えば本書で上述したように新しいグループヘッダに関して決定を下す決定権限者のような他のネットワーク要素、またはいずれかのモバイルネットワークの全体または一部分とすることができる。そのような装置は、マイクロプロセッサ、信号プロセッサ等のようないずれかのプログラムで制御可能な装置、例えば標準スタンドアロンコンピュータを利用することによって実現することができ、前記装置は本書で上述した動作を実行することができるように適切にプログラムされることを、当業者は認識されるであろう。本発明の実施形態はさらに、データキャリアに記録されるか、メモリに格納されるか、または通信リンクによって実現されるか伝送される、コンピュータプログラムによって実現することができ、前記コンピュータプログラムは、コンピュータ上で実行されるとコンピュータに本発明の実施形態に係る方法を実行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１Ａ】本発明に係る実施形態を使用することのできる環境を示している。
【図１Ｂ】本発明に係る実施形態を使用することのできる環境を示している。
【図２】ゲートウェイ要求レートに依存するシグナリングオーバヘッドを示している。
【図３】無線品質に依存するシグナリングオーバヘッドを示している。
【図４】パラメータ要求レートおよび無線品質に依存するリアクティブアプローチ（右）およびプロアクティブアプローチ（左）のシグナリングオーバヘッドを示している。
【図５】本発明の実施形態に係る切換え条件を示している。
【図６】本発明の更なる実施形態に係る切換え条件を示している。
【図７】プロアクティブおよびリアクティブアプローチに要する切換え時間を示している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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