(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレスマルチプルアクセスネットワークを介して送信される高優先度メッセージのためのメッセージレイテンシを減少させる方法であって、
前記ネットワーク内に少なくとも２つのサブネットを生成するために、少なくとも１つの同時メッセージングプロトコルを実装することと、
前記サブネットの１つを低レイテンシサブネットとして指定することと、
前記低レイテンシサブネットをコンテンションアクセスサブネットとして構成することと、
前記ネットワークにおける複数のノードが、前記低レイテンシサブネットおよび前記サブネットの少なくとも１つの他のサブネット上で同時にメッセージを受信することを可能にすることと、
前記複数のノードが、メッセージが標準メッセージまたは高優先度メッセージとして送信される前に前記メッセージを指定することを可能にすることと、
前記ノードに、第２のサブネットを介して高優先度メッセージとして指定されたメッセージのみを送信させることと、
を備える方法。
【請求項２】
前記低レイテンシサブネット上で高優先度メッセージを送信することは、２つの高優先度メッセージが前記低レイテンシサブネット上で同時に送信される場合に、衝突が検出されることを確実にするために、ジッタを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記低レイテンシサブネット上で高優先度メッセージを送信することは、前記高優先度メッセージが意図された受信先によって受信されたかどうかを決定することと、前記高優先度メッセージが前記意図された受信先によって受信されなかった場合、前記高優先度メッセージを前記低レイテンシサブネット上で前記意図された受信先に再送信することと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの同時メッセージングプロトコルを実装することは、ＦＤＭＡを実装することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの同時メッセージングプロトコルを実装することは、タイムスロットに細分化されるエポックを定義するようにＴＤＭＡを実装することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記低レイテンシサブネットを介してメッセージを送信することは、送信のために前記高優先度メッセージが取得された後に到着する次のタイムスロットが開始されると、前記高優先度メッセージの送信を開始することを備える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記低レイテンシサブネット上で高優先度メッセージを送信することは、サブネットおよびタイムスロットを指定する命令を送信することを含むことができ、前記高優先度メッセージの受信を示す肯定応答メッセージを送信する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記低レイテンシサブネットを介して高優先度メッセージのノードによって送信することは、前記高優先度メッセージを、前記ノードによる送信を待っているメッセージのキューの前方に移動することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記低レイテンシサブネットではないサブネットを中間優先度サブネットとして指定することと、
前記中間優先度サブネットをコンテンションアクセスサブネットとして構成することと、前記複数のノードの各々が、メッセージが標準メッセージ、高優先度メッセージ、または中間優先度メッセージとして送信される前に前記メッセージを指定することを可能にすること、
前記ノードに、中間優先度メッセージとして指定されたメッセージを前記中間優先度サブネットを介して送信させることと、
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ネットワークが、ＦＤＭＡおよびＴＤＭＡを実装するリンク１６ネットワークである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
同時マルチネッティング（ＣＭＮ−４）が前記ネットワーク上に実装され、それによって、前記複数のノードが４つのサブネット上で同時にメッセージを受信することができる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記低レイテンシサブネットは、高優先度ネットワーク参加グループ（ＮＰＧ）に関連付けられ、ノードは、それらを高優先度ＮＰＧに割り当てることによって、メッセージを高優先度メッセージとして指定することができる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記リンク１６同時コンテンション受信（ＣＣＲ）機能が、前記低レイテンシサブネットワークにおけるタイムスロットコンテンションを管理する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
ノードが、初期化データにおいて提供されるネット番号および暗号鍵を使用して、前記低レイテンシサブネットにおける任意のタイムスロット上で送信することを可能にする内部タイムスロット割当を定義することをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
ワイヤレスマルチプルアクセス通信ネットワークにおけるノードとして参加するように構成された装置であって、
少なくとも１つのプロセッサと、前記プロセッサはユーザインタフェースを有し、
前記ユーザインタフェースと電子的に通信するトランシーバと、
前記トランシーバに結合された少なくとも１つのアンテナと、
前記少なくとも１つのプロセッサ上で動作可能な非一時的ソフトウェアであって、前記少なくとも１つのプロセッサに、
前記ネットワーク内に少なくとも２つのサブネットを生成するために、少なくとも１つの同時メッセージングプロトコルを実装することと、
前記サブネットの１つを低レイテンシサブネットとして指定することと、
前記低レイテンシサブネットをコンテンションアクセスサブネットとして構成することと、
前記ネットワークにおける複数のノードが、前記低レイテンシサブネットおよび前記サブネットの少なくとも１つの他のサブネット上で同時にメッセージを受信することを可能にすることと、
前記複数のノードが、メッセージが標準メッセージまたは高優先度メッセージとして送信される前に前記メッセージを指定することを可能にすることと、
前記ノードに、前記第２のサブネットを介して高優先度メッセージとして指定されたメッセージのみを送信させることと、
を指示することができる、非一時的ソフトウェアと、
を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]以下の開示は、一般に、セキュアなワイヤレスネットワーク通信に関し、より詳細には、マルチプルアクセスワイヤレス通信ネットワークにおける性能を向上させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]ワイヤレス通信ネットワークは、メッセージを同時に送信できる複数の論理通信チャネルに編成されることが多い。場合によっては、通信チャネルは、「サブネット」または単に「ネット」とも呼ばれるサブネットワークとして機能するように、マルチプルアクセスチャネルとして構成される。
【０００３】
[0003]マルチアクセスワイヤレスネットワーク内に複数のサブネットを設けることは、例えば、特定のサブネットを特定の目的のために使用されるように専用化（ｄｅｄｉｃａｔｉｎｇ）することによって、効率的な通信およびコラボレーション（ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｏｎ）を可能にするための強力な手法となり得る。しかし、いくつかのサブネットが他のサブネットよりも頻繁に使用されることが避けられず、それによって全体として利用可能な帯域幅の非効率的な利用を引き起こす。
【０００４】
[0004]ワイヤレスネットワークにおいて同時通信を可能にするために使用される方法は、とりわけ、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、および符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）を含む。ＦＤＭＡは、異なるチャネルまたはサブネットが異なる周波数で同時に通信する方法である。
【０００５】
[0005]ＴＤＭＡは、メッセージセグメントを送信することができる複数のタイムスロットを定義することによって、所与の周波数にわたる同時通信を可能にし、タイムスロットは、エポックごとに１回繰り返される。より一般的な場合では、所与のサブネットの観点から、各エポックが、エポックの間で周波数が変化してもしなくてもよい連続した一連のタイムスロットを含むように、ＦＤＭＡおよびＴＤＭＡは、異なる周波数が各タイムスロットの間に複数のサブネットの各々に割り当てられるネットワークアーキテクチャを生成するように組み合わされ得る。傍受（ｅａｖｅｓｄｒｏｐｐｉｎｇ）および／または悪意のある干渉からネットワークを保護することが望ましい状況では、各サブネットに割り当てられたタイムスロットは、擬似ランダムな形で各エポックの間に周波数を「ホップ（ｈｏｐ）」するように構成することができる。
【０００６】
[0006]所与のサブネット内で、利用可能なタイムスロットへアクセスする送信は、２つの方法のいずれかで制御することができる。メッセージトラフィックが比較的軽い場合、「コンテンション（ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ）」プロトコルを実装することが有利である可能性があり、それにより、ノードは、必要が生じたときはいつでも、任意に選択されたタイムスロットでメッセージを送信する。通常、メッセージ「衝突（ｃｏｌｌｉｓｉｏｎｓ）」のために受信されない任意のメッセージが再送信される。
【０００７】
[0007]所与のサブネットにおけるメッセージトラフィックがより重い場合、衝突が回避されるように、サブネットにおけるメンバノードにメッセージ送信タイムスロットを割り当てる、または「専用にする（ｄｅｄｉｃａｔｅ）」ことがより効率的となり得る。この方式によれば、各メンバノードは、緊急度の異なるレベルに従って優先付けされ得る送信キューを維持し、各エポックの間のその割り当てられたタイムスロットの間にのみ、キューからメッセージを送信する。
【０００８】
[0008]タイムスロット割当のためのこれらの方法は、利用可能な帯域幅の効率的な使用を提供することができるが、（コンテンション方式の場合には）頻繁な衝突のために、または（専用タイムスロット方式の場合には）送信タイムスロット間の広い間隔のために、著しいメッセージ送信レイテンシが生じる可能性がある。これらの高レイテンシは、他のより低い優先度のメッセージが大量にあるために遅延する可能性がある高優先度のタイムセンシティブな（ｔｉｍｅ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）メッセージを送信する必要がある状況では特に問題となり得る。
【０００９】
[0009]マルチユーザ・マルチプルアクセスワイヤレスネットワークの一例は、リンク１６ネットワークプロトコルである。リンク１６は、複数のユーザが状況認識データを共有するのを可能にするために米国、ＮＡＴＯ、および他の連合国における前線の陸軍、空軍、および海軍システムによって使用される広範囲の戦術ワイヤレスネットワーキングプロトコルである。このプロトコルは、１３マイクロ秒ずつ離間され、５１個の周波数にわたって分散されたパルスにおいて情報を送信する全方向性波形に基づく。リンク１６は、ＴＤＭＡプロトコルを実装し、それによって、情報は、各ＴＤＭＡフレームまたは「エポック」毎に繰り返す連続タイムスロットで送信される。
【００１０】
[0010]リンク１６はまた、ＦＤＭＡおよびＣＤＭＡを実装し、それによって、固有の周波数および符号化キーが、エポックにおける各タイムスロットについての各サブネットに割り当てられる。サブネットの各々は、専用アクセス、コンテンションアクセス、または「タイムスロット再割当」アクセスのいずれかをタイムスロットアクセス機構として実装する。タイムスロットの再割当は、本質的に、ノードによる協調的な再ネゴシエーションを介して周期的に更新される専用アクセス方式である。本開示の目的のために、タイムスロットの再割当は、専用タイムスロットアクセスの形態であると考えることができる。
【００１１】
[0011]リンク１６の各実装に対して、サブネットは、機能領域にグループ化され、特定の機能および目的を有するメッセージを搬送するように指定された仮想サブネットワークである、単に参加グループ（ＰＧｓ）とも称される「ネットワーク参加グループ」（ＮＰＧｓ）に割り当てられる。サブネットを機能ＮＰＧ間で分配するこの方式により、リンク１６ネットワーク設計者は、ネットワークにおける各機能グループに対して帯域幅をどのように割り当てるかを決定することにより、利用可能な帯域幅を効率的に使用することができる。しかし、通信トラフィックがいくつかのサブネット／ＮＰＧで他よりもはるかに高くなることは避けられない。
【００１２】
[0012]典型的なリンク１６ネットワークを図１に示す。図１において、単一リング１２におけるブロック１０は、ネットワークの単一のサブネットに割り当てられたエポックにおける一連の連続したタイムスロットを表す。リング１２は、ネットワークに含まれるサブネットの論理「スタック」１６におけるただ１つの論理層またはサブネットであり、それによって、各エポックにおける各タイムスロット１０は、ＦＤＭＡおよびＣＤＭＡの実装によって複数のサブネットの間で分散される。これらのリンク１６サブネットの構成の詳細は、すべての目的のためにその全体が参照によりここに組み込まれる、ＭＩＬ−ＳＴＤ−６０１６に見られる。
【００１３】
[0013]リング１６のスタックにおける垂直方向の範囲（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）は、ＮＰＧｓまたはサブネット間の単純な周波数またはコード分離を示すものではなく、サブネットの論理的な分離を示すことのみを意図している。実際、各エポックの間に各サブネットに割り当てられたタイムスロットは、通常、様々な割り当てられた周波数および符号化方式の間で、あるタイムスロット１０から次へ「ホップ」する。
【００１４】
[0014]ミッションの開始前に、各ＮＰＧに割り当てられたタイムスロット１０は、ネットワークプランナ（図示せず）によって、ＮＰＧの参加ノード１４の間で、送信、受信、およびリレータイムスロットとして分散される。したがって、各エポックの間に、ＮＰＧの各参加者１４は、割り当てられた送信タイムスロットにおいてメッセージを送信する少なくとも１つの機会を与えられる。ノードがリレーノードとして指定されている場合、各エポックの間に、割り当てられたリレータイムスロットにおいて別のノードから以前に受信したメッセージをリレーする少なくとも１つの機会も有する。本開示の目的のために、リレータイムスロットは、サブネット１２における所与のノード１４について、各タイムスロット１０が送信タイムスロットまたは受信タイムスロットのいずれかとして指定されるように、送信タイムスロットのタイプであると考えることができる。
【００１５】
[0015]もちろん、実装に応じて、ＮＰＧにおける所与の参加者１４は、各エポックの間に割り当てられた２以上の送信タイムスロットを有することができ、あるユーザ１４は、各ユーザ１４の予想される送信量に応じて、他のユーザ１４よりも多くの送信割当てを与えられ得る。
【００１６】
[0016]上述のように、コンテンションサブネットにおけるコンテンションおよび再送信の方式、および専用タイムスロットサブネットにおける各エポック毎に繰り返す割り当てられた専用タイムスロットへの送信を制限する方式は、ノードが再送信を待たされるか、各エポックの間にそれらの割り当てられた送信タイムスロットの到着を待たされるため、著しいメッセージ送信レイテンシをもたらす可能性がある。リンク１６ネットワークでは、このレイテンシ遅延は、数秒以上である可能性があり、これは、例えば戦闘任務中に、高優先度のタイムクリティカルな（ｔｉｍｅ  ｃｒｉｔｉｃａｌ）メッセージを送信する必要があるときに、危険ではないにしても、問題となり得る。
【００１７】
[0017]サブネットにおける緊急メッセージのレイテンシを減少する１つの手法は、各エポックの間に比較的多数のタイムスロットを、通常は低レイテンシを必要とする機能を実行するサブネットのノードに割り当てることである。しかしながら、多くの場合、これらの低レイテンシユーザは、高いネットワーク帯域幅を必要とせず、その結果、これらの専用タイムスロットの多くは使用されず、サブネットの帯域幅効率が低下する。
【００１８】
[0018]したがって、必要とされるのは、リンク１６などのマルチプルアクセスワイヤレスネットワークを介して高優先度メッセージを送信するときにサブネット帯域幅効率を犠牲にすることなくレイテンシを最小化する改善されたプロトコルである。
【発明の概要】
【００１９】
[0019]リンク１６などのマルチプルアクセスワイヤレスネットワークを介して高優先度メッセージを送信するときに、サブネット帯域幅効率を犠牲にすることなくレイテンシを最小化するための方法および装置が開示される。開示された装置および方法は、他の「標準（ｓｔａｎｄａｒｄ）」、および一般により頻繁に使用されるサブネットのトラフィックが影響を受けないように、少なくとも１つのサブネットを、高優先度メッセージの送信専用にすることによって、サブネット使用の不可避的な不均衡を利用する。リンク１６ネットワークの場合、開示された手法は、低レイテンシ（ＬＬ）ネットワークが、特定の機能および目的を有するメッセージを搬送することに限定されないという点で、既存の手法からの著しく逸したものである。その代わりに、ＬＬネットワーク上でメッセージを送信するとの決定は、「制御」のようなメッセージの「現実世界」のカテゴリではなく、ネットワーキング要件、すなわち、低レイテンシ配信に基づく。
【００２０】
[0020]本開示のハードウェアおよびプロトコル拡張によれば、ネットワークにおける各ノードは、少なくとも２つのサブネットワークを同時にモニタすることができ、各ノードは、２つのサブネットワークのいずれかでメッセージを送信することができる。サブネットのうちの少なくとも１つは、「標準」優先度メッセージを送信するように指定され、サブネットのうちの少なくとも１つは、高緊急度の「低レイテンシ」メッセージの送信専用とされる。その結果、高緊急度メッセージの送信は、「標準」優先度のメッセージの通信に悪影響を与えず、一方、高緊急度メッセージを送信することが要求されるノードは、最小のレイテンシでそうすることができる。
【００２１】
[0021]少なくとも１つの低レイテンシサブネットは、コンテンション基準（ｂａｓｉｓ）で動作し、それによって、低レイテンシメッセージが直ちに、または（タイムスロットが実装される場合）次のタイムスロットで送信される。実施形態は、高優先度メッセージの受信を検証する（ｖｅｒｉｆｉｅｓ）メッセージ肯定応答プロトコルをさらに含み、いくつかの実施形態では、メッセージは、衝突が検出され、再送信が迅速にスケジュールされることを確実にするために、「ジッタ」を使用して低レイテンシサブネットワーク上で送信される。
【００２２】
[0022]実施形態は、サブネットワークの一方または両方でＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、および／またはＣＤＭＡを実装する。様々な実施形態は、様々な緊急度を有するメッセージを送信するために割り当てることができる、複数の「標準優先度」および／または複数の高優先度サブネットワークを含む。
【００２３】
[0023]いくつかの実施形態では、ノードは、一度に１つのサブネットのみで送信することができ、送信中の間隔の間に受信することができない。したがって、これらの実施形態では、ノードが低レイテンシサブネット上で緊急メッセージを送信しているとき、標準優先度サブネットにおける送信または受信タイムスロットとしてのタイムスロットの任意の割当てがオーバーライドされる。
【００２４】
[0024]本開示の実施形態では、低レイテンシサブネットで送信されるメッセージは、緊急メッセージの正常な受信を示すＭＲ応答を送信すべき特定のマシン受信（ＭＲ：ｍａｃｈｉｎｅ  ｒｅｃｅｉｐｔ）タイムスロットを特定する情報を含む。本実施形態によれば、ＭＲタイムスロットは、ＬＬサブネットのタイムスロットであっても、別の標準サブネットにおけるタイムスロットであってもよく、後者の場合、ＭＲタイムスロットは、ＭＲタイムスロットが最初に割り当てられたノードによって「提供される（ｄｏｎａｔｅｄ）」。
【００２５】
[0025]実施形態は、メッセージ優先付けをさらに実装し、それによって、ノードによって送信されるべき緊急メッセージが、高い優先度であると指定され、ノードのメッセージングキューの前方に移動され、順序外で送信される。
【００２６】
[0026]いくつかのリンク１６の実施形態では、開示される装置および方法は、各ノードが４つの異なるサブネット上で同時にメッセージを受信することを可能にする「同時マルチネッティング（ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ  ｍｕｌｔｉ−ｎｅｔｔｉｎｇ）」（ＣＭＮ−４）機能を利用し、それによって、ノードが２以上のＮＰＧに属することを可能にする。本開示によれば、４つのサブネットワークのうちの少なくとも１つは、「低レイテンシ」サブネットに指定される。様々な実施形態において、低レイテンシサブネットワークのレイテンシは、４０ミリ秒以下である。
【００２７】
[0027]本開示の１つの一般的な態様は、ワイヤレスマルチプルアクセスネットワークを介して送信される高優先度メッセージのためのメッセージレイテンシを減少させる方法である。方法は、ネットワーク内に少なくとも２つのサブネットを生成するために、少なくとも１つの同時メッセージングプロトコルを実装することと、サブネットの１つを低レイテンシサブネットとして指定することと、低レイテンシサブネットをコンテンションアクセスサブネットとして構成することと、ネットワークにおける複数のノードが、低レイテンシサブネットおよびサブネットの少なくとも１つの他のサブネット上で同時にメッセージを受信することを可能にすることと、複数のノードが、メッセージが標準メッセージまたは高優先度メッセージとして送信される前にメッセージを指定することを可能にすることと、ノードに、第２のサブネットを介して高優先度メッセージとして指定されたメッセージのみを送信させることと、を含む。
【００２８】
[0028]実施形態では、低レイテンシサブネット上で高優先度メッセージを送信することは、２つの高優先度メッセージが低レイテンシサブネット上で同時に送信される場合に、衝突が検出されることを確実にするために、ジッタを使用することを含む。
【００２９】
[0029]上述の実施形態のいずれかにおいて、低レイテンシサブネット上で高優先度メッセージを送信することは、高優先度メッセージが意図された受信先によって受信されたかどうかを決定することと、高優先度メッセージが意図された受信先によって受信されなかった場合、高優先度メッセージを低レイテンシサブネット上で意図された受信先に再送信することと、をさらに含むことができる。
【００３０】
[0030]上述の実施形態のいずれかにおいて、少なくとも１つの同時メッセージングプロトコルを実装することは、ＦＤＭＡを実装することを含むことができる。
【００３１】
[0031]上述の実施形態のいずれかにおいて、少なくとも１つの同時メッセージングプロトコルを実装することは、タイムスロットに細分化されるエポックを定義するようにＴＤＭＡを実装することを含むことができる。これらの実施形態のいくつかでは、低レイテンシサブネットを介してメッセージを送信することは、送信のために高優先度メッセージが取得された後に次のタイムスロットの到着が開始されると、高優先度メッセージの送信を開始することを備える。また、これらの実施形態のいずれかにおいて、低レイテンシサブネット上で高優先度メッセージを送信することは、サブネットおよびタイムスロットを指定する命令を送信することを含むことができ、高優先度メッセージの受信を示す肯定応答メッセージを送信する。
【００３２】
[0032]上述の実施形態のいずれかにおいて、低レイテンシサブネットを介して高優先度メッセージのノードによって送信することは、高優先度メッセージを、ノードによる送信を待っているメッセージのキューの前方に移動することを含むことができる。
【００３３】
[0033]上述の実施形態のいずれかは、低レイテンシサブネットではないサブネットを中間優先度サブネットとして指定することと、中間優先度サブネットをコンテンションアクセスサブネットとして構成することと、複数のノードの各々が、メッセージが標準メッセージ、高優先度メッセージ、または中間優先度メッセージとして送信される前にメッセージを指定することを可能にすること、ノードに、中間優先度メッセージとして指定されたメッセージを中間優先度サブネットを介して送信させることと、をさらに含むことができる。
【００３４】
[0034]上述の実施形態のいずれかにおいて、ネットワークは、ＦＤＭＡおよびＴＤＭＡを実装するリンク１６ネットワークであってもよい。これらの実施形態のいくつかでは、ＣＭＮ−４がネットワーク上に実装され、それによって、複数のノードが４つのサブネット上で同時にメッセージを受信することができる。これらの実施形態のいずれかにおいて、低レイテンシサブネットは、高優先度ＮＰＧに関連付けられ、ノードは、それらを高優先度ＮＰＧに割り当てることによって、メッセージを高優先度メッセージとして指定することができる。これらの実施形態のいずれかにおいて、ノードが、指定された高優先度ＪラベルまたはＪサブラベルをメッセージに適用することによって、メッセージを高優先度メッセージとして指定することができる。上述の実施形態のいずれかにおいて、リンク１６同時コンテンション受信（ＣＣＲ）機能が、低レイテンシサブネットワークにおけるタイムスロットコンテンションを管理することができる。また、これらの実施形態のいずれかは、ノードが、初期化データにおいて提供されるネット番号および暗号鍵を使用して、低レイテンシサブネットにおける任意のタイムスロット上で送信することを可能にする内部タイムスロット割当を定義することをさらに含むことができる。
【００３５】
[0035]本開示の第２の一般的な態様は、ワイヤレスマルチプルアクセス通信ネットワークにおけるノードとして参加するように構成された装置である。装置は、少なくとも１つのプロセッサと、プロセッサはユーザインタフェースを有し、ユーザインタフェースと電子的に通信するトランシーバと、トランシーバに結合された少なくとも１つのアンテナと、少なくとも１つのプロセッサ上で動作可能な非一時的ソフトウェアであって、少なくとも１つのプロセッサに、ネットワーク内に少なくとも２つのサブネットを生成するために、少なくとも１つの同時メッセージングプロトコルを実装することと、サブネットの１つを低レイテンシサブネットとして指定することと、低レイテンシサブネットをコンテンションアクセスサブネットとして構成することと、ネットワークにおける複数のノードが、低レイテンシサブネットおよびサブネットの少なくとも１つの他のサブネット上で同時にメッセージを受信することを可能にすることと、複数のノードが、メッセージが標準メッセージまたは高優先度メッセージとして送信される前にメッセージを指定することを可能にすることと、ノードに、第２のサブネットを介して高優先度メッセージとして指定されたメッセージのみを送信させることと、を指示することができる、非一時的ソフトウェアと、を備える。
【００３６】
[0036]上述の手法の実装は、方法またはプロセス、システムまたは装置、キット、またはコンピュータにアクセス可能な媒体上に記憶されたコンピュータソフトウェアを含み得る。１または複数の実装の詳細は、添付の図面および以下の説明で述べる。他の特徴は、説明、図面、特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００３７】
[0037]ここで説明する特徴および利点は包括的ではなく、特に、多くの追加の特徴および利点が、図面、明細書、および特許請求の範囲を考慮して当業者に明らかであろう。さらに、本明細書において使用される文言は、主に、読みやすさおよび教示目的のために選択されており、発明の主題の範囲を限定しないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】[0038]図１は、従来技術の典型的なリンク１６ネットワークアーキテクチャを示す図である。
【図２Ａ】[0039]図２Ａは、本開示の実施形態において、２つのサブネットから同時にメッセージを受信するノードを示すブロック図である。
【図２Ｂ】[0040]図２Ｂは、本開示の実施形態において、標準優先度サブネット上でメッセージを送信するノードを示すブロック図である。
【図２Ｃ】[0041]図２Ｃは、本開示の実施形態において、低レイテンシサブネット上でメッセージを送信するノードを示すブロック図である。
【図３】[0042]図３は、本開示の実施形態における標準優先度および高優先度メッセージの送信を示すフロー図である。
【図４】[0043]図４は、本開示のリンク１６の実施形態において標準優先度メッセージを送信するノードの図である。
【図５】[0044]図５は、本開示のリンク１６の実施形態において高優先度メッセージを送信するノードの図である。
【図６】[0045]図６は、開示された装置の実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
[0046]本実施形態のこれらおよび他の特徴は、ここで説明する図と併せて、以下の詳細な説明を読むことによってより良く理解されるであろう。添付の図面は、一定の縮尺で描かれたものではない。明瞭性のために、すべての図面において、すべての構成要素に符号がつけられているとは限らない。
【００４０】
[0047]複数のサブネットを含むリンク１６などのマルチプルアクセスワイヤレスネットワークを介して高優先度メッセージを送信するときに、サブネット帯域幅効率を犠牲にすることなくレイテンシを最小化するための方法および装置を開示する。本開示によれば、サブネットのうちの少なくとも１つは、もっぱら高優先度メッセージの送信専用とされ、その結果、他の「標準」、および一般により頻繁に使用されるサブネット上のトラフィックが影響を受けないか、高優先度メッセージが高優先度、低レイテンシのネットワークへ迂回する（ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ）ことにより、わずかに強化される。
【００４１】
[0048]図２Ａを参照すると、本開示によれば、ネットワークにおける各ノード２０６は、少なくとも２つのサブネットワーク２００Ａ、２００Ｂを同時にモニタすることができる。図２Ａの実施形態では、ノード２０６は、２つの受信機２０２および１つの送信機２０４を含むトランシーバと通信し、その結果、トランシーバは、送信していないときに両方のサブネット２００Ａ、２００Ｂから同時に信号を受信することができ、同時ではないが、サブネット２００Ａ、２００Ｂのいずれかでメッセージを送信することができる。
【００４２】
[0049]図２Ａに示すように、サブネット２００Ａの少なくとも１つは、「標準」優先度メッセージを送信するために指定され、サブネット２００Ｂの少なくとも１つは、高緊急度「低レイテンシ」（ｌｏｗ  ｌａｔｅｎｃｙ）（“ＬＬ”）メッセージを送信する専用である。その結果、低レイテンシメッセージの通信は、「標準」優先度メッセージの送信に悪影響を与えず、一方、高緊急度メッセージを送信する必要があるノードは、最小のレイテンシでそれを行うことができる。
【００４３】
[0050]図２Ｂ、図２Ｃおよび図３を参照すると、ホスト２０６がメッセージを送信する必要がある場合３００、まず、メッセージが低レイテンシ送信を必要とするかどうかを決定する３０２。そうでない場合、送信機２０４は、図２Ｂに示すように、標準レイテンシサブネット２００Ａを介してメッセージを送信するように指示される。通常、ネットワークトラフィックの大部分は「標準」であり、その結果、標準レイテンシサブネット２００Ａは、メッセージ送信のための「デフォルト」サブネットとして機能する。
【００４４】
[0051]タイムスロット割当てが標準レイテンシサブネット２００Ａで実装された場合、メッセージは、ホストまたは送信機によってキューに入れられ３０４、その相対優先度および／または「古さ（ｓｔａｌｅｎｅｓｓ）」などの要因に基づいてキューを通して進行する（ａｄｖａｎｃｅｄ）。メッセージがキューの前方に到達すると、システムは、そのノードに対する次に割り当てられた送信タイムスロットの到着を待ち３０６、その後、メッセージの送信を開始する３０８。
【００４５】
[0052]一方、図２Ｃおよび図３を参照すると、ホストが、メッセージが低レイテンシ送信を必要とすると決定した場合３１４、送信機２０４は、低レイテンシサブネット２００Ｂを介してメッセージを送信するように指示される。ＴＤＭＡが低レイテンシサブネットに実装されていない場合、メッセージは直ちに送信される。ＴＤＭＡが低レイテンシサブネットに実装されている場合、次のタイムスロットが到着するとすぐに３１６、メッセージの送信が開始される３１８。
【００４６】
[0053]低レイテンシサブネット２００Ｂは、コンテンション基準で動作し、それによって、低レイテンシメッセージが直ちに、または（タイムスロットが実装される場合）次のタイムスロットで送信される。実施形態は、高優先度メッセージの受信を検証するメッセージ肯定応答プロトコルをさらに含み、いくつかの実施形態では、メッセージは、衝突が検出され、再送信が必要に応じて迅速にスケジュールされることを確実にするために、「ジッタ」を使用して高優先度サブネットワーク上で送信される。
【００４７】
[0054]実施形態では、低レイテンシサブネット２００Ｂ上で送信されるメッセージの一部または全部は、緊急メッセージの正常な受信を示す応答が受信ノードによって送信されるべきである特定の「マシン受信」（ＭＲ）タイムスロットを特定する情報を含むことができ、それによって、肯定応答メッセージとの衝突が回避されるように、低レイテンシメッセージの意図された受信先ではなかったノードは、ＭＲタイムスロットの間に送信することを控える。本実施形態によれば、ＭＲタイムスロットは、低レイテンシサブネット２００Ｂのタイムスロットであっても、別の標準サブネット２００Ａのタイムスロットであってもよく、後者の場合、ＭＲタイムスロットは、標準サブネット２００ＡのＭＲタイムスロットが最初に割り当てられたノードによって「提供」される。
【００４８】
[0055]図２Ａから図２Ｃの実施形態において、ネットワークにおけるノードは、一度にサブネット２００Ａ、２００Ｂのうちの１つだけで送信することができ、それらが送信中の間隔（図２Ｂ〜２Ｃ）の間に受信することができない。したがって、これらの実施形態では、ノードが低レイテンシサブネット（図２Ｃ）上で緊急メッセージを送信しているとき、標準レイテンシサブネットにおけるタイムスロットの送信または受信タイムスロットであるとしての任意の割当てがオーバーライドされる。
【００４９】
[0056]実施形態は、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、および／またはＣＤＭＡを、サブネットワーク２００Ａ、２００Ｂのいずれか、一部、または全部に実装する。様々な実施形態は、複数の「標準優先度」および／または複数の高優先度サブネットワークを含む。複数の指定された低レイテンシ（ＬＬ）サブネットを含むこれらの実施形態のいくつかでは、様々なＬＬサブネットを、関連する様々な緊急度を割り当てられたメッセージを送信するように割り当てることができる。
【００５０】
[0057]図４は、ワイヤレスネットワークがリンク１６ネットワークである実施形態を示す。図４の実施形態では、開示された装置および方法は、各ノードが４つの異なるサブネット４００、４０４、４０６、４０８上で同時にメッセージを受信することを可能にするリンク１６の「同時マルチネッティング」（ＣＭＮ−４）機能を利用し、それによって、ノードが２以上のＮＰＧに属することを可能にする。従って、図中の４つのＣＭＮ−４サブネット４０８のうちの１つは、低レイテンシサブネットに指定される。
【００５１】
[0058]図４の具体例では、ＴＤＭＡタイムスロットは、サブネット４００、４０４、４０６、４０８の４つの全てにおいて実装される。サブネット４００のうちの１つは、あるタイムスロット４０２が送信タイムスロットとしてノードに割り当てられる、ノードの「デフォルト」サブネットとして指定される。この図では、４つの送信タイムスロット４０２が、各エポック内でほぼ等しい間隔でデフォルトサブネット４００において、間隔をあけて配置されているものが示されている。ノードはまた、２つの他の標準レイテンシサブネット４０４、４０６で受信される信号をモニタするが、これらのサブネット４０４、４０６では送信しない。
【００５２】
[0059]図において「Ｘ」印で示すように、ノードが「デフォルト」サブネット４００における割り当てられた送信タイムスロット４０２のうちの１つを使用している場合、他のサブネット４０４、４０６、４０８の対応するタイムスロットにおけるメッセージが受信されないように、ノードが送信しているときは受信機は動作しない。同様の実施形態では、送信タイムスロットは、３つの標準レイテンシサブネット４００、４０４、４０６のそれぞれのノードに割り当てられる。さらに他の実施形態では、１または複数の「標準」サブネット４００、４０４、４０６は、「コンテンション」タイムスロットアクセス方式を実装することができ、それによって、タイムスロットは、送信または受信（またはリレー）タイムスロットのいずれかとしてノードに割り当てられない。
【００５３】
[0060]図５は、ノードが低レイテンシメッセージを送信している場合に構成された図４のリンク１６ネットワークを示す。図示された例では、ノードは、低レイテンシネットワーク４０６における３つの連続したタイムスロット５００を介してメッセージを送信しており、それによって、これらのタイムスロットの間に、他の３つのサブネット４００、４０４、４０６のいずれかに関する任意の情報の送信または受信を妨げる。本質的には、低レイテンシメッセージは、デフォルトサブネット４００における割り当てられた送信タイムスロット５０２のうちの１つの割り当てを「オーバーライド」するが、そうしない場合は、そのエポックの間にメッセージを送信するために使用される。低レイテンシメッセージの送信が完了すると、ノードによる標準メッセージの送信が、デフォルトサブネット４００において次に割り当てられる送信タイムスロット５０４が到着すると開始される。
【００５４】
[0061]実施形態に従って、リンク１６ネットワークにおける低レイテンシ、高緊急度メッセージの指定は、特別な「低レイテンシ」ＮＰＧを生成することによって、またはＪシリーズメッセージのセットを識別することによって達成される。様々なリンク１６の実施形態では、初期化データにおいて提供されるネット番号および暗号鍵を使用して、ノードがＬＬサブネットにおける任意のタイムスロット上で送信することを可能にする内部タイムスロット割当が定義され、それによって、ＬＬサブネットが暗号的に分離されることを可能にし、それによって、クリティカルメッセージの追加的保護および分離を提供する。
【００５５】
[0062]実施形態では、リンク１６同時コンテンション受信（ＣＣＲ）機能は、低レイテンシサブネットワーク４０６におけるタイムスロットコンテンションを管理する。様々な実施形態において、高優先度低レイテンシサブネットワークのレイテンシは、４０ミリ秒以下である。
【００５６】
[0063]実施形態は、メッセージ優先付けをさらに実装し、それによって、ノードによって送信されるべき緊急メッセージが、高い優先度であると指定され、ノードのメッセージングキューの前方に移動され、順序外で送信される。
【００５７】
[0064]図６を参照すると、ここで開示される装置６００は、少なくとも１つのアンテナ６０４と通信し、ネットワークおける他のノードからリレーメッセージと非リレーメッセージの両方を受信するように構成されたトランシーバ６０２を含む。装置は、トランシーバの動作を制御し、開示された方法に従って必要な計算およびメッセージ分析を実行し、オペレータに相互作用のためのユーザインタフェースを提供するプロセッサ６０６をさらに備える。
【００５８】
[0065]プロセッサ６０６は、命令実行マシン、装置、またはデバイスであり、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、グラフィックス処理ユニット、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのうちの１または複数を含んでもよい。プロセッサ６０６は、メモリおよび／またはデータ記憶装置（両方とも図示せず）に記憶されたプログラム命令を実行するように構成されてもよい。メモリは、読出専用メモリ（ＲＯＭ）とランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）とを含んでもよい。データ記憶装置は、フラッシュメモリに対して読み書きするためのフラッシュメモリデータストレージデバイス、ハードディスクに対して読み書きするためのハードディスクドライブ、リムーバブル磁気ディスクに対して読み書きするための磁気ディスクドライブ、および／またはＣＤ  ＲＯＭ、ＤＶＤ、または他の光媒体といったリムーバブル光ディスクに対して読み書きするための光ディスクドライブを含んでもよい。ドライブおよびそれらに関連するコンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、および他のデータの不揮発性記憶装置を提供する。
【００５９】
[0066]本開示の実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的で提示した。網羅的であること、または本開示を開示された正確な形態に限定することは意図されない。本開示に照らして、多くの修正および変形が可能である。本開示の範囲は、この詳細な説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって限定されることが意図される。
【００６０】
[0067]いくつかの実装形態について説明した。さらに、開示の範囲を逸脱することなく様々な変更が行われ得ることを理解されるであろう。動作を特定の順序で図面に示したが、これは、望ましい結果を達成するためにそのような動作が示された特定の順序でまたは順番に実行されること、またはすべての図示された動作が実行されることを必要とするものとして理解されるべきではない。
【００６１】
[0068]本明細書で適切に例示的に開示した発明は、本明細書で特に開示していない、本質的に必要でない任意の要素がない場合にも実施され得る。しかしながら、本明細書は網羅的であることを意図したものではない。本出願は、限られた数の形態で示されているが、本発明の範囲は、これらの形態だけに限定されず、それの趣旨から逸脱することなく様々な変更および修正に適用できる。当業者は、上記の説明に含まれている請求する主題に関する教示を学んだ後に、多くの修正および変更が本開示に照らして可能であることを理解すべきである。したがって、請求する主題は、本明細書に別段に指示されていないか、あるいは文脈により明確に否定されていない限り、上記で説明した要素の任意の組合せをそれらのすべての可能な変形形態として含む。特に、以下の従属請求項に提示される制限は、従属請求項が互いに論理的に互換性がない限り、本開示の範囲から逸脱することなく、任意の数および任意の順序で、それらの対応する独立請求項と組み合わせることができる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
ワイヤレスマルチプルアクセスネットワークを介して送信される高優先度メッセージのためのメッセージレイテンシを減少させる方法であって、
前記ネットワーク内に少なくとも２つのサブネットを生成するために、少なくとも１つの同時メッセージングプロトコルを実装することと、
前記サブネットの１つを低レイテンシサブネットとして指定することと、
前記低レイテンシサブネットをコンテンションアクセスサブネットとして構成することと、
前記ネットワークにおける複数のノードが、前記低レイテンシサブネットおよび前記サブネットの少なくとも１つの他のサブネット上で同時にメッセージを受信することを可能にすることと、
前記複数のノードが、メッセージが標準メッセージまたは高優先度メッセージとして送信される前に前記メッセージを指定することを可能にすることと、
前記ノードに、前記第２のサブネットを介して高優先度メッセージとして指定されたメッセージのみを送信させることと、
を備える方法。
［２］
前記低レイテンシサブネット上で高優先度メッセージを送信することは、２つの高優先度メッセージが前記低レイテンシサブネット上で同時に送信される場合に、衝突が検出されることを確実にするために、ジッタを使用することを含む、［１］に記載の方法。
［３］
前記低レイテンシサブネット上で高優先度メッセージを送信することは、前記高優先度メッセージが意図された受信先によって受信されたかどうかを決定することと、前記高優先度メッセージが前記意図された受信先によって受信されなかった場合、前記高優先度メッセージを前記低レイテンシサブネット上で前記意図された受信先に再送信することと、  をさらに含む、［１］に記載の方法。
［４］
前記少なくとも１つの同時メッセージングプロトコルを実装することは、ＦＤＭＡを実装することを含む、［１］に記載の方法。
［５］
前記少なくとも１つの同時メッセージングプロトコルを実装することは、タイムスロットに細分化されるエポックを定義するようにＴＤＭＡを実装することを含む、［１］に記載の方法。
［６］
前記低レイテンシサブネットを介してメッセージを送信することは、送信のために前記高優先度メッセージが取得された後に到着する次のタイムスロットが開始されると、前記高優先度メッセージの送信を開始することを備える、［５］に記載の方法。
［７］
前記低レイテンシサブネット上で高優先度メッセージを送信することは、サブネットおよびタイムスロットを指定する命令を送信することを含むことができ、前記高優先度メッセージの受信を示す肯定応答メッセージを送信する、［５］に記載の方法。
［８］
前記低レイテンシサブネットを介して高優先度メッセージのノードによって送信することは、前記高優先度メッセージを、前記ノードによる送信を待っているメッセージのキューの前方に移動することを含む、［１］に記載の方法。
［９］
前記低レイテンシサブネットではないサブネットを中間優先度サブネットとして指定することと、
前記中間優先度サブネットをコンテンションアクセスサブネットとして構成することと、前記複数のノードの各々が、メッセージが標準メッセージ、高優先度メッセージ、または中間優先度メッセージとして送信される前に前記メッセージを指定することを可能にすること、
前記ノードに、中間優先度メッセージとして指定されたメッセージを前記中間優先度サブネットを介して送信させることと、
をさらに備える、［１］に記載の方法。
［１０］
前記ネットワークが、ＦＤＭＡおよびＴＤＭＡを実装するリンク１６ネットワークである、［１］に記載の方法。
［１１］
ＣＭＮ−４が前記ネットワーク上に実装され、それによって、前記複数のノードが４つのサブネット上で同時にメッセージを受信することができる、［１０］に記載の方法。
［１２］
前記低レイテンシサブネットは、高優先度ＮＰＧに関連付けられ、ノードは、それらを高優先度ＮＰＧに割り当てることによって、メッセージを高優先度メッセージとして指定することができる、［１０］に記載の方法。
［１３］
前記ノードが、指定された高優先度ＪラベルまたはＪサブラベルをメッセージに適用することによって、前記メッセージを高優先度メッセージとして指定することができる、［１０］に記載の方法。
［１４］
前記リンク１６同時コンテンション受信（ＣＣＲ）機能が、前記低レイテンシサブネットワークにおけるタイムスロットコンテンションを管理する、［１０］に記載の方法。
［１５］
ノードが、初期化データにおいて提供されるネット番号および暗号鍵を使用して、前記低レイテンシサブネットにおける任意のタイムスロット上で送信することを可能にする内部タイムスロット割当を定義することをさらに備える、［１０］に記載の方法。
［１６］
ワイヤレスマルチプルアクセス通信ネットワークにおけるノードとして参加するように構成された装置であって、
少なくとも１つのプロセッサと、前記プロセッサはユーザインタフェースを有し、
前記ユーザインタフェースと電子的に通信するトランシーバと、
前記トランシーバに結合された少なくとも１つのアンテナと、
前記少なくとも１つのプロセッサ上で動作可能な非一時的ソフトウェアであって、前記少なくとも１つのプロセッサに、
前記ネットワーク内に少なくとも２つのサブネットを生成するために、少なくとも１つの同時メッセージングプロトコルを実装することと、
前記サブネットの１つを低レイテンシサブネットとして指定することと、
前記低レイテンシサブネットをコンテンションアクセスサブネットとして構成することと、
前記ネットワークにおける複数のノードが、前記低レイテンシサブネットおよび前記サブネットの少なくとも１つの他のサブネット上で同時にメッセージを受信することを可能にすることと、
前記複数のノードが、メッセージが標準メッセージまたは高優先度メッセージとして送信される前に前記メッセージを指定することを可能にすることと、
前記ノードに、前記第２のサブネットを介して高優先度メッセージとして指定されたメッセージのみを送信させることと、
を指示することができる、非一時的ソフトウェアと、
を備える装置。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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