JP2021508218A - ビームフォーミングを用いる高速マルチホップネットワーク - Google Patents

Abstract

マルチホップネットワークは、ユーザノードに分割されるノードと各々がコアネットワーク(CN)に接続される基地局(BS)とを有する。各ユーザノードは、アンテナアレイにより周囲エリアをスキャンして、このユーザノードにより無線到達可能であり任意のBSに接続可能なノードのサブセットを識別する。各到達可能ノードのために決定されるノード特定情報項目は、到達可能ノードとユーザノードとの間のロケーションの遠さを示す遠さ値を含む。ターゲット到達可能ノード(これによりユーザノードが通信する)が選択され、サブセット内の到達可能ノードの中で最も低い遠さ値を有する。ユーザノードが、直接的に又はターゲット到達可能ノードを介するマルチホップ通信によって間接的にBSと通信可能であることにより、CNと全てのユーザノードとのデータ通信をサポートするのに十分なBSの総数を、同じ地理的エリアにわたる非マルチホップ通信と比較して低減することができる。【選択図】図３

Description

[0001] 本発明は、一般に、ビームフォーミングを用いる無線マルチホップネットワークに関する。特に、本発明は、地理的エリア内の全てのノードをサポートするのに必要な基地局の数を低減するとともに、高速データ伝送及びリンク障害許容力をサポートするようなネットワークに関する。

[0002] 常に、大きい地理的エリアにわたって、例えば、辺地に散在する多数のユーザ端末（ＵＴ）への移動体通信及びインターネット接続を提供する必要がある。衛星通信は、一般に、大きい地理的エリアにわたってマルチユーザ通信をサポートするための好ましいオプションと考えられるが、衛星通信システムを構築することは、通常、手頃なものではない。代替的に、地上波通信システムが、より実際的に手頃なオプションである。それにも関わらず、かなりの数の基地局（ＢＳ）を設置して、大きい地理的エリアにわたってＵＴをサポートする必要があり、各ＢＳは、通常、例えば３０ｋｍの直径を有するマクロセルをカバーするためのハイタワーベースのＢＳである。このようなＢＳを確立することは、コストがかかる。同じ地理的エリアにわたってマルチユーザ通信をサポートするのに必要なＢＳの数を低減する又は最小にすることができるような通信技術を有することが望ましく且つ実際に有利である。

[0003] 本発明では、無線マルチホップ通信ネットワークを作動させるための方法を提供する。前記ネットワークは、地理的エリアにわたって分散される複数のノードを含む。前記ノードは、１つ又はそれ以上のＢＳと、複数のユーザノードとからなる。前記１つ又はそれ以上のＢＳは、コアネットワーク（ＣＮ）に接続される。前記ノードの各々は、適応ビームフォーミングのためのアンテナアレイを含む。本方法の実施形態による個別のユーザノードの動作の詳細は、以下の段落で説明する。本発明は、また、ユーザノードの各々が、個別のユーザノードの動作の詳細について本明細書で開示される実施形態のいずれかにより実行するように構成されるネットワークを提供する。

[0004] 個別のユーザノードは、その前記アンテナアレイによって、前記個別のユーザノードの周囲エリアをスキャンして、前記ノードのサブセットを識別する。前記サブセット内の各ノードは、前記個別のユーザノードと無線通信可能な到達可能ノードであり、少なくとも１つのＢＳとの通信を介して直接的に、又は少なくとも１つの他のユーザノードを間に含むルートを介して間接的に、前記ＣＮに接続可能である。

[0005] 前記個別のユーザノードは、前記サブセット内の個別の到達可能ノードのための複数のノード特定情報項目を決定する。前記ノード特定情報項目は、前記個別の到達可能ノードと前記個別のユーザノードとの間のロケーションの遠さの度合いを示すための遠さ値を含む。

[0006] 次に、前記個別のユーザノードは、ターゲット到達可能ノードを選択して、前記個別のユーザノードと前記ＣＮとの間のデータ通信が、前記ターゲット到達可能ノードを介して行われるようにする。前記ターゲット到達可能ノードは、前記ノードの前記サブセットから選択され、前記サブセット内の１つ又はそれ以上の到達可能ノードの中で最も低い遠さ値を有し、前記１つ又はそれ以上のＢＳの全てが、前記個別のユーザノードと直接通信可能であるとは限らないとき、前記個別のユーザノードが、前記ターゲット到達可能ノードを介する少なくとも１つのＢＳへのマルチホップ通信によって、前記ＣＮと依然として通信可能であるようになっている。これによって、前記ＣＮと全ての前記ユーザノードとの間のデータ通信をサポートするのに十分な前記１つ又はそれ以上のＢＳの総数を、同じ地理的エリアにわたってマルチホップ通信を用いないシナリオと比較して、低減することができる。

[0007] 前記個別のユーザノードが前記ＣＮに転送すべきデータを有するとき、前記個別のユーザノードは、その前記アンテナアレイを前記ターゲット到達可能ノードに向くように構成し、その後、前記データを前記ターゲット到達可能ノードに送信する。

[0008] 好ましくは、前記個別のユーザノードは、前記周囲エリアをスキャンして前記サブセットを更新することと、更新後に前記サブセット内の各到達可能ノードのための前記複数のノード特定情報項目を決定することと、前記選択されたターゲット到達可能ノードを更新することとを周期的に繰り返す。

[0009] 前記ターゲット到達可能ノードが、リンク障害により、前記個別のユーザノードから送信される前記データを受信できないとき、好ましくは、前記個別のユーザノードは、前記ターゲット到達可能ノードを破棄することによって前記サブセットを更新して、次のターゲット到達可能ノードを選択するようにして、前記個別のユーザノードの前記アンテナアレイを前記次のターゲット到達可能ノードに向くように再構成し、前記データを前記次のターゲット到達可能ノードに再送信する。その結果、前記ネットワークを障害許容力及び自己回復力があるものにする。

[0010] 一実施形態では、前記ノード特定情報項目は、更に、前記個別の到達可能ノードによってサポートされる利用可能なデータ伝送容量を示すための利用可能容量値を含む。前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、前記個別のユーザノードは、最も高い利用可能容量値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択する。

[0011] 別の実施形態では、前記ノード特定情報項目は、更に、前記個別の到達可能ノードの移動速度を示すためのノードモビリティ値を含む。前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、前記個別のユーザノードは、最も低いノードモビリティ値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択する。

[0012] 更なる実施形態では、前記ノード特定情報項目は、更に、どのくらい最近に前記個別の到達可能ノードが前記個別のユーザノードと通信されているかを示すためのリンク最新値を含む。前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、前記個別のユーザノードは、最も高いリンク最新値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択する。

[0013] 好ましくは、前記ターゲット到達可能ノードに送信される前記データは、ＩＰプロトコルに従って、データグラムとしてパケット化されて、前記ターゲット到達可能ノードと前記ＣＮとの間の送信中のデータのルーティングが、前記個別のユーザノードには見えないようにする。これにより、前記個別のユーザノードを、前記ターゲット到達可能ノードと前記ＣＮとの間のデータ送信中にリンク障害イベントを処理する負担から解放する。前記データグラムは、ＩＰｖ６データグラムとすることができる。

[0014] 本発明の他の態様は、以下、実施形態によって例示されるように、開示される。

[0015] 別個の図の全体を通じて同様の参照番号が同じ又は機能的に類似する要素を指し、また、以下の詳細な説明と共に、本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付図面は、様々な実施形態を例示するとともに本実施形態による様々な原理及び利点を説明するのに役立つ。

本発明の例示的な実施形態による無線マルチホップ通信ネットワークを示す図である。 ＢＳ又はユーザノードとすることができるノードの概略図である。 本発明の例示的な実施形態による各ユーザノードを作動させるためのフローチャートである。 各到達可能ノードのためのノード特定情報項目のリストの一実施形態を示す図である。

[0020] 当業者であれば、図中の要素は簡単化及び明瞭化のために示されるものであり、必ずしも縮尺通りではないと理解するであろう。

[0021] 以下の詳細な説明は、本質的に単なる例示にすぎず、本発明又は本発明の適用及び用途を限定することを意図するものではない。更に、前述の本発明の背景又は以下の詳細な説明に提示されるいかなる理論によっても束縛されるものではない。

[0022] 大きい地理的エリアにわたってマルチユーザ通信システムを構築するときには、いくつかのＢＳをセットアップし、高速ファイババックホールネットワークを設置して、これらのＢＳをＣＮに接続する必要がある。ＢＳは、通常、大きい地理的エリアをまとめてカバーするためのハイタワーベースのＢＳである。ＢＳの設置には、時間とコストの両方がかかる。更に、ファイババックホールネットワークを設置するコストは、一般に、ＢＳの数が増加されるにつれて、増加する。地理的エリアにわたってサポートすることができるユーザの数を犠牲にすることなく、マルチユーザ通信システム内のＢＳの数を低減することは、常に、通信システムをセットアップする際の時間及びコストを低減する点において望ましい。本発明者らは、以下に詳述するように、マルチホップ通信とビームフォーミングとの組み合わせによって、従来のセルラ移動体通信技術と比較して、同じ地理的エリアにわたってマルチユーザ通信をサポートするためのＢＳの数を低減することができることを見出した。

[0023] 以下の定義は、本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる。「ノード」は、無線メッセージを送受信することができる無線局を意味する。「基地局」は、ＣＮ（コアネットワーク）に接続可能であるノードである。ＣＮの例は、移動体通信システムのＥｖｏｌｖｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ｃｏｒｅである。ＣＮは、通常、インターネットにアクセスできる。通常、ＢＳは、移動体通信サービスプロバイダによって作動される。「ユーザノード」は、ＢＳではないノードである。通常、ユーザノードは、移動体通信サービスプロバイダによって作動されるＢＳと通信することによって、このプロバイダによって提供されるサービスを用いる通信デバイスである。ユーザノードは、固定されたもの、例えば住宅に設置される無線局、又は移動体、例えばスマートフォンとすることができる。

[0024] 本発明は、地理的エリア内のユーザノードをサポートするために用いられるＢＳの数を、マルチホップ通信を用いない通信システムと比較して、低減するという利点を有する無線マルチホップ通信ネットワークを提供する。本発明は、また、このネットワークを作動させるための方法を提供する。

[0025] 図１は、本発明において本明細書で開示されるネットワークの例示的な実施形態による無線マルチホップ通信ネットワーク１００を示す。ネットワーク１００は、地理的エリア１０にわたって分散される複数のノード１１１〜１１３、１２０〜１２２、１３１〜１４９を含む。全てのノード１１１〜１１３、１２０〜１２２、１３１〜１４９は、ＢＳ１１１〜１１３及び複数のユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９に分割される。特に、ＢＳ１１１〜１１３は、ＣＮ２０に接続される。図１には、本発明を例示するために、３つのＢＳが示されているが、本発明は、この数のＢＳに限定されるものではなく、少なくとも１つのＢＳを有しさえすればよい。特に、ノード１１１〜１１３、１２０〜１２２、１３１〜１４９の各々は、適応ビームのためのアンテナアレイを有する。

[0026] 図２は、ノード１１１〜１１３、１２０〜１２２、１３１〜１４９のいずれか１つである個別のノード４００の構造を例示するための概略図である。個別のノード４００のアンテナアレイ４３０は、適応ビームを実行するための複数のアンテナ要素４４０を含む。無線ビームを特定の方向又は所望のノードに向けるために、１つ又はそれ以上のプロセッサ４１０を用いて、アンテナ要素４４０の各々の信号利得を計算する。計算された信号利得に基づいて、１つ又はそれ以上のトランシーバ４２０を用いて、特定の方向に向く無線信号を生成する。高度に集束された無線ビームを有することによって、上記の特定の方向ではない他のノードへの干渉が最小にされる。これにより、ネットワーク１００の全てのノード１１１〜１１３、１２０〜１２２、１３１〜１４９の間の通信リンクが、より容易に確立されるということになる。この利点を利用して、ネットワーク１００の形成及び作動を実現可能にする。更に、ビームを所望のノードに集束させることによって、信号において無線電力をより良く利用することによって、所与のエラー確率の下、データ伝送速度を向上させる。ネットワーク１００は、高速データ伝送をサポートするために実現可能である。

[0027] 以下、図３を用いて、ユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９の１つである個別のユーザノードの動作の詳細を説明するが、図３は、本発明において本明細書で開示される無線マルチホップ通信ネットワークを作動させるための方法の例示的な実施形態による個別のユーザノードを作動させるフローチャートを示す。

[0028] ステップ５１０、５２０及び５３０は、個別のユーザノードによって、任意の隣接するノードを発見し、最適なノードを選択することに関する。

[0029] ステップ５１０では、個別のユーザノードは、そのアンテナアレイによって、個別のユーザノードの周囲エリアをスキャンして、ノード（ＢＳ及びユーザノードの両方を含む）のサブセットを識別する。サブセット内の各ノードは、個別のユーザノードと無線通信可能な到達可能ノードであり、少なくとも１つのＢＳとの通信を介して直接的に、又は少なくとも１つの他のユーザノードを間に含むルートを介して間接的に、ＣＮに接続可能である。図１を参照して、以下のように、いくつかの例を示す。ＢＳと個別のユーザノードとの間に直接見通し線経路が無い場合、ＢＳと個別のユーザノードとの間の直接通信は、多くの場合、特に高速データ伝送が必要であるとき、可能ではないが、１つ又はそれ以上の他のユーザノードを介する間接通信は、依然として可能であることに留意されたい。間接的なマルチホップ通信を用いることによって、ユーザノードとのデータ通信をサポートするためにＢＳによって提供されるカバレッジエリアは、効果的に拡大される。

[0030] 第１の例においてユーザノード１３７について検討する。ユーザノード１３７は、ユーザノード１３７のアンテナアレイによって探索可能なスキャンエリア３３７を有し、スキャンエリア３３７は、図１に明示的に描かれている。スキャンエリア３３７内で、隣接するノード１３６、１３８が識別される。隣接するノード１３６、１３８は、それぞれ、通信リンク２４１、２４２を介して、ユーザノード１３７と直接通信可能である。ユーザノード１３６は、いずれのＢＳにも接続可能ではないが、ユーザノード１３８は、ユーザノード１２１、１３９を含むルートを介してＢＳ１１３に接続可能であるので、ユーザノード１３７によって識別されるサブセットは、ユーザノード１３８のみを含むが、ユーザノード１３６を含まない。

[0031] 第２の例では、ユーザノード１２０について検討する。ユーザノード１２０は、隣接するノード１３１、１３２、１１１が、それぞれ、通信リンク２１１、２１２、２１３を介して無線到達可能であることを見つける。隣接するノード１３１、１３２は、それぞれ、ＢＳ１１２、１１１に接続可能である。隣接するノード１１１は、ＢＳ１１１そのものである。したがって、ユーザノード１２０によって決定されるサブセットは、ＢＳ１１１及びユーザノード１３１、１３２を含む。

[0032] 第３の例においてユーザノード１４８について検討する。ユーザノード１４８は、通信リンク２５１を介して、ＢＳ１１２のみに接続可能である。したがって、ユーザノード１４８によって識別されるサブセットは、ＢＳ１１２のみを含む。

[0033] ステップ５２０では、個別のユーザノードは、サブセット内の個別の到達可能ノードのための複数のノード特定情報項目を決定する。ノード特定情報項目の各々は、個別の到達可能ノードの特定の態様に関するデータを含む。ノード特定情報項目は、個別の到達可能ノードと個別のユーザノードとの間の距離、より一般的にはその間のロケーションの遠さの度合いを示すための遠さ値を少なくとも含む。一実施形態では、個別のユーザノードが無線信号の送信電力レベルを認識しているとすれば、遠さ値は、個別のユーザノードによって受信され個別の到達可能ノードから送信される無線信号の信号強度に応じて決定される。受信信号強度及び送信電力レベルに基づいて、個別のユーザノードと個別の到達可能ノードとの間の距離を推定することによって、推定された距離を、遠さ値として用いることができる。代替的に、送信電力レベルと受信信号強度との比を、遠さ値として用いることもできる。

[0034] 上記の第２の例について検討する。ユーザノード１２０の場合、識別されたサブセットには、３つの到達可能ノード１３１、１３２、１１１がある。図１には、到達可能ノード１３１がユーザノード１２０に最も近く、到達可能ノード１３２が２番目に近く、到達可能ノード１１１がユーザノード１２０から最も遠いことが示されている。ユーザノード１２０からの分離において、到達可能ノード１３１、１３２、１１１をランク付けする目的のために、遠さ値が割り当てられる。したがって、到達可能ノード１３１、１３２、１１１の遠さ値には、それぞれ、１、２及び３の値が割り当てられる。１の遠さ値は、到達可能ノード１３１がユーザノード１２０に最も近いことを示す。

[0035] 個別のユーザノードと識別された到達可能ノードとの間の物理的距離は、両方のノードが全地球測位システム（ＧＰＳ）ロケーション決定デバイスを備える場合及び識別された到達可能ノードがそのロケーション情報を個別のユーザノードに提供する場合に、正確に推定することができる。そうでない場合、物理的距離は、通常、正確に測定することが容易ではなく、測定された距離は、一般に、大きく変化しやすい。測定された距離が近すぎて、個別のユーザノードが、どの到達可能ノードが個別のユーザノードにより近いかを許容信頼レベルで決定することができないような到達可能ノードが複数存在することが起こる場合がある。このような場合、個別のユーザノードは、これらの到達可能ノードに同じ遠さ値を割り当てることができる。

[0036] ステップ５３０では、個別のユーザノードは、ターゲット到達可能ノードを選択して、個別のユーザノードとＣＮ２０との間のデータ通信が、ターゲット到達可能ノードを介して行われるようにする。ターゲット到達可能ノードは、ノードのサブセットから選択され、サブセット内の１つ又はそれ以上の到達可能ノードの中で最も低い遠さ値を有する。ネットワーク１００内のＢＳ１１１〜１１３の全てが、個別のユーザノードと直接通信可能であるとは限らないとき、個別のユーザノードが、ターゲット到達可能ノードを介するＢＳ１１１〜１１３の少なくとも１つへのマルチホップ通信によって、ＣＮ２０と依然として通信可能であることに留意されたい。この構成によって、ＣＮ２０と全てのユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９との間のデータ通信をサポートするのに十分なＢＳの総数を、同じ地理的エリア１０にわたってマルチホップ通信を用いないシナリオと比較して、有利に低減させる。

[0037] 第２の例について再び検討する。到達可能ノード１３１は、３つの到達可能ノード１３１、１３２、１１１の中で最も低い遠さ値を有する。したがって、到達可能ノード１３１は、ユーザノード１２０がＣＮ２０に送信すべきデータを有するとき、データ通信を行うためのターゲット到達可能ノードとして、ユーザノード１２０によって選択される。

[0038] 上記のように、複数の到達可能ノードが同じ遠さ値を有する可能性がある。これらの到達可能ノードの遠さ値のみに基づいて、ターゲット到達可能ノードを選択することはできない。ステップ５３０では、好ましくは、個別のユーザノードは、別のノード特定情報項目によって、同じ遠さ値を有するこれらの複数の到達可能ノードの中からターゲット到達可能ノードを決定する。

[0039] 図４は、個別のユーザノードによって識別される到達可能ノードのためのノード特定情報項目のリスト６００の一実施形態を示す。リスト６００では、到達可能ノードの識別情報６１０、及び個別のユーザノードのアンテナアレイが到達可能ノードを位置決めするための指示方向６２０は、ターゲット到達可能ノードを選択する目的のために使用できない。遠さ値６３０とは別に、ターゲット到達可能ノードを選択するために使用できる他のノード特定情報項目は、利用可能容量値６４０、ノードモビリティ値６５０、及びリンク最新値６６０を含む。

[0040] 利用可能容量値６４０は、個別の到達可能ノードによってサポートされる利用可能なデータ伝送容量の表示である。この容量のサイズは、通常、考慮中の到達可能ノードから初期セットアップ時の個別のユーザノードに送信される。この容量は、個別のユーザノードによって用いられて、利用可能容量値６４０を決定する。更に、利用可能容量値６４０は、到達可能ノードが受ける負荷状態、到達可能ノード及びＣＮ２０からデータを送信する際のネットワーク１００の一部のトラフィック状態等などの追加の要因を考慮することによって、決定することができる。より高い利用可能容量値は、個別のユーザノードがこの到達可能ノードにデータを送信するとき、この到達可能ノードが、より大きいデータ伝送容量又は帯域幅を有し、したがって、これをターゲット到達可能ノードとして選択するのがより好ましいことを示す。一実施形態では、ステップ５１０で決定されるノードのサブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、個別のユーザノードは、ステップ５３０で、最も高い利用可能容量値を用いて、前記複数の到達可能ノードからターゲット到達可能ノードを選択する。

[0041] 第４の例においてユーザノード１２１について検討する。ユーザノード１２１は、隣接するノード１３９、１３８、１３３が、それぞれ、通信リンク２２１、２２２、２２３を介して無線到達可能であることを見つける。隣接するノード１３３、１３８は、ＢＳ１１１に接続可能である。隣接するノード１３９は、ＢＳ１１３に接続可能である。したがって、ユーザノード１２１によって決定されるサブセットは、ユーザノード１３９、１３８、１３３を含む。図１には、２つの到達可能ノード１３８、１３９が、ユーザノード１２１から同様の距離を有し、他の到達可能ノード１３３よりもユーザノード１２１に近いことが示されている。したがって、ユーザノード１２１は、２つの到達可能ノード１３８、１３９に、同じ１の遠さ値を割り当て、一方、到達可能ノード１３３には、高い２の遠さ値が割り当てられる。更に、図１から、通信リンク２２１が、他の２つの通信リンク２２２、２２３よりも高いデータ伝送速度を有することが分かる。したがって、ユーザノード１２１は、２、１、１の利用可能容量値を、それぞれ、到達可能ノード１３９、１３８、１３３に割り当てる。ステップ５３０によるターゲット到達可能ノードの選択では、まず、２つの到達可能ノード１３９、１３８が、同じ最も低い１の遠さ値を有するので、候補として選択される。２つの候補のうち、到達可能ノード１３９が、到達可能ノード１３８の対応する利用可能容量値（すなわち、１）よりも高い利用可能容量値（すなわち、２）を有するので、ターゲット到達可能ノードとして選択される。

[0042] ノードモビリティ値６５０は、個別の到達可能ノードの移動速度の表示である。個別のユーザノードは、この値を、到達可能ノードのタイプに応じて決定することができる。例えば、到達可能ノードは、固定された住宅、又は移動体であるスマートフォンとすることができる。より低速で移動する到達可能ノードが、個別のユーザノードがデータを送信するのにより好ましいことを理解することは非常に容易である。ノードモビリティ値６５０は、低い値ほど到達可能ノードの移動速度が低いことを示すように割り当てられる。一実施形態では、ステップ５１０で決定されるノードのサブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、個別のユーザノードは、ステップ５３０で、最も低いノードモビリティ値を用いて、前記複数の到達可能ノードからターゲット到達可能ノードを選択する。

[0043] 第５の例においてユーザノード１２２について検討する。ユーザノード１２２は、通信リンク２３３、２３２、２３１をそれぞれ介して無線到達可能である隣接するノード１４５、１４６、１４７が、ＢＳ１１３又はＢＳ１１２に接続可能であることを見つける。したがって、ユーザノード１２２によって決定されるサブセットは、ユーザノード１４５、１４６、１４７を含む。また、全ての到達可能ノード１４５、１４６、１４７は、（図１から分かるように）ユーザノード１２２からの距離が同様である。したがって、３つの到達可能ノード１４５、１４６、１４７の全てに、同じ１の遠さ値が割り当てられる。図１から、到達可能ノード１４７は固定されており、到達可能ノード１４６はゆっくり移動しており、到達可能ノード１４５は速く移動していることも分かる。したがって、到達可能ノード１４７、１４６、１４５には、それぞれ、１、２、３のノードモビリティ値が割り当てられる。ステップ５３０によるターゲット到達可能ノードの選択では、到達可能ノード１４７が、３つの到達可能ノード１４５、１４６、１４７の中で最も低いノードモビリティ値を有するので、到達可能ノード１４７が、ターゲット到達可能ノードとして選択される。

[0044] リンク最新値６６０は、どのくらい最近に到達可能ノードが個別のユーザノードと通信されているかの表示である。一般に、第２の通信リンクよりも最近に用いられた第１の通信リンクの方が、第２の通信リンクよりも使用可能なままである可能性が高いと予想される。したがって、個別のユーザノードによって割り当てられるリンク最新値６６０は、第２の通信リンクを有する第２の到達可能ノードよりも、第１の通信リンクを有する第１の到達可能ノードに対して、高くすることができる。一実施形態では、ステップ５１０で決定されるノードのサブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、個別のユーザノードは、ステップ５３０で、最も高いリンク最新値を用いて、前記複数の到達可能ノードからターゲット到達可能ノードを選択する。

[0045] 第６の例においてユーザノード１４３について検討する。ユーザノード１４３は、通信リンク２５１、２５２をそれぞれ介して無線到達可能である隣接するノード１４２、１４４が、ＢＳ１１３又はＢＳ１１２に接続可能であることを見つける。したがって、ユーザノード１４３によって決定されるサブセットは、ユーザノード１４２、１４４を含む。また、２つの到達可能ノード１４２、１４４は、（図１から分かるように）ユーザノード１４３からの距離が同様である。したがって、２つの到達可能ノード１４２、１４４には、同じ１の遠さ値が割り当てられる。リンク２５１が、データ通信のために、ユーザノード１４３によって最も最近に用いられると仮定する。したがって、到達可能ノード１４２には、例えば５のリンク最新値が割り当てられ、一方、低い１のリンク最新値が、到達可能ノード１４４に割り当てられる。リンク最新値は、一般に、経時変化する値であることに留意されたい。例えば、到達可能ノード１４２のリンク最新値は、通信リンク２５１がデータ通信のために再作動されるまで、時間が経過するにつれて、段階的にゼロに低下する。ステップ５３０によるターゲット到達可能ノードの選択では、到達可能ノード１４２が、到達可能ノード１４４よりも高いリンク最新値を有するので、到達可能ノード１４２が、ターゲット到達可能ノードとして選択される。

[0046] ユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９のいくつかは、ネットワーク１００を経時的に動的に変化させながら、移動することができるので、より早期に識別されるターゲット到達可能ノードは、もはや個別のユーザノードに最も近いものではない可能性がある。好ましくは、ステップ５１０、５２０、５３０は、選択される到達可能ノードを更新するために、周期的に繰り返される。ステップ５４０では、ターゲット到達可能ノードが更新される必要があるとき、例えば、満了期間が経過した後、ステップ５１０、５２０、５３０は再実行される。当業者であれば、実際の状況に応じて、満了期間を決定することができると理解するであろう。例えば、ネットワーク１００は、ターゲット到達可能ノードとのリンクを確立する際の障害のイベントを収集することができる。各障害イベントでは、ステップ５３０を達成する時間と実際にターゲット到達可能ノードとのデータ通信行う時間との間の時間差が記録される。ネットワークは、全ての障害イベントの記録された時間差について統計的分析を行って、適切な満了期間を決定することができる。

[0047] 個別のユーザノードがＣＮ２０に転送すべきデータを有するとき（ステップ５４０でチェック）、個別のユーザノードは、そのアンテナアレイをターゲット到達可能ノードに向くように構成し（ステップ５５０）、その後、データをターゲット到達可能ノードに送信する（ステップ５６０）。個別のユーザノードから送信されるデータは、この個別のノードから発信することができるか、又は個別のユーザノードによって受信される別のユーザノードのデータを中継することの結果とすることができる。

[0048] 好ましくは、ターゲット到達可能ノードに送信されるデータは、ＩＰプロトコルに従って、データグラムとしてパケット化される。これにより、ターゲット到達可能ノードとＣＮ２０との間の送信中のデータのルーティングが、個別のユーザノードには見えないようにされるということになる。これは、個別のユーザノードが、ターゲット到達可能ノードとＣＮ２０との間のデータ送信中にリンク障害イベントを処理する負担から解放されるという利点を有する。一実施形態では、データグラムは、ＩＰｖ４又はＩＰｖ６データグラムとすることができる。

[0049] 実際に、個別のユーザノードとターゲット到達可能ノードとの間の通信リンクが、個別のユーザノードからターゲット到達可能ノードへのデータ送信時に、失敗する可能性がある。ターゲット到達可能ノードが、リンク障害により、個別のユーザノードから送信されるデータを受信できないとき（ステップ５７０）、個別のユーザノードは、ＣＮ２０との接続を再確立するためのステップ５８０を実行する。ステップ５８０では、個別のユーザノードは、ターゲット到達可能ノードを破棄することによって、ノードのサブセットを更新する。そして、次のターゲット到達可能ノードが、ステップ５３０と同様の手順によって識別される。次のターゲット到達可能ノードが識別された後、個別のユーザノードは、（ステップ５５０を再実行することによって）そのアンテナアレイを次のターゲット到達可能ノードに向くように再構成する。データが、（ステップ５６０を再実行することによって）次のターゲット到達可能ノードに再送信される。その結果、ネットワーク１００は、障害許容力及び自己回復力があるという利点を実現する。ターゲット到達可能ノードを再選択してデータを再送信する手順は、ＣＮ２０へのデータの送信が成功するまで繰り返される。

[0050] 上記の第２の例では、データがユーザノード１２０からターゲット到達可能ノード１３１に送信されるとき、リンク障害が検出されると仮定する。このターゲット到達可能ノード１３１は、ユーザノード１２０によって、識別されたサブセットから破棄されて、更新されたサブセットを与える。更新されたサブセットは、２つの残りの到達可能ノード１３２、１１１を含む。到達可能ノード１３２は、到達可能ノード１１１の対応する遠さ値（すなわち、３）よりも低い遠さ値（すなわち、２）を有するので、到達可能ノード１３２が、データ送信のための次のターゲット到達可能ノードとして選択される。

[0051] ネットワーク１００では、ユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９の各々が、個別のユーザノードの動作の詳細について上記に開示された実施形態のいずれかによるプロセスを実行するように構成されることに留意されたい。

[0052] 上記に開示された個別のユーザノードの動作の詳細は、データを個別のユーザノードからＣＮ２０にＢＳ１１１〜１１３の１つを介して送信することに関する。ＣＮ２０又はＢＳ１１１〜１１３が、全てのユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９からデータグラムを受信するとき、ネットワークトポロジを記述するネットワーク１００のマップは、ＢＳ１１１〜１１３から選択されるマスタＢＳによって構成することができる。マップは、定期的に更新され、ユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９に定期的に送信することができる。ＣＮ２０が、ユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９から選択される所期のユーザノードに転送すべきデータを有するたびに、全てのユーザノード１２０〜１２２、１３１〜１４９は、本技術分野で利用可能な技術、例えば、米国特許第７，６６４，０８２号及び米国特許第７，９４１，１４９号によって、マップを利用して、データをＣＮ２０から所期のユーザノードに送信するためのルートを決定することができる。

[0053] 上記の発明の詳細な説明では、例示的な実施形態が提示されてきたが、数多くの変形が存在することを理解されたい。更に、例示的な実施形態は、単なる例にすぎず、いかなる場合も本発明の範囲、適用可能性、動作又は構成を限定することを意図するものではないことを理解されたい。むしろ、上記の詳細な説明は、当業者に、本発明の例示的な実施形態を実装するための便利なロードマップを提供し、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態で説明される動作のステップ及び方法の機能及び構成に様々な変更が可能であることが理解されよう。

１０ 地理的エリア
２０ ＣＮ（コアネットワーク）
１００ 無線マルチホップ通信ネットワーク
１１１〜１１３，１２０〜１２２，１３１〜１４９ ノード
２１１，２１２，２１３ 通信リンク
２４１，２４２ 通信リンク
２５１，２５２ 通信リンク
３３７ スキャンエリア
４００ ノード
４１０ プロセッサ
４２０ トランシーバ
４３０ アンテナアレイ
４４０ アンテナ要素
５１０，５２０，５３０，５４０，５５０，５６０，５７０，５８０ ステップ
６００ リスト
６１０ 到達可能ノードの識別情報
６２０ 到達可能ノードを位置決めするための指示方向
６３０ 遠さ値
６４０ 利用可能容量値
６５０ ノードモビリティ値
６６０ リンク最新値

Claims (18)

1. 地理的エリアにわたって分散される複数のノードを含む無線マルチホップ通信ネットワークであって、前記ノードは、１つ又はそれ以上の基地局（ＢＳ）と、複数のユーザノードとからなり、前記１つ又はそれ以上の基地局（ＢＳ）は、コアネットワーク（ＣＮ）に接続され、前記ノードの各々は、適応ビームフォーミングのためのアンテナアレイを含み、個別のユーザノードは、
   前記個別のユーザノードの前記アンテナアレイによって、前記個別のユーザノードの周囲エリアをスキャンして、前記ノードのサブセットを識別し、前記サブセット内の各ノードは、前記個別のユーザノードと無線通信可能な到達可能ノードであり、少なくとも１つのＢＳとの通信を介して直接的に、又は少なくとも１つの他のユーザノードを間に含むルートを介して間接的に、前記ＣＮに接続可能であり、
   前記サブセット内の個別の到達可能ノードのための複数のノード特定情報項目を決定し、前記ノード特定情報項目は、前記個別の到達可能ノードと前記個別のユーザノードとの間のロケーションの遠さ（ｆａｒｎｅｓｓ）の度合いを示すための遠さ値を含み、
   ターゲット到達可能ノードを選択して、前記個別のユーザノードと前記ＣＮとの間のデータ通信が、前記ターゲット到達可能ノードを介して行われるようにし、前記ターゲット到達可能ノードは、前記ノードの前記サブセットから選択され、前記サブセット内の１つ又はそれ以上の到達可能ノードの中で最も低い遠さ値を有し、前記１つ又はそれ以上のＢＳの全てが、前記個別のユーザノードと直接通信可能であるとは限らないとき、前記個別のユーザノードが、前記ターゲット到達可能ノードを介する少なくとも１つのＢＳへのマルチホップ通信によって、前記ＣＮと依然として通信可能であるようになっていることによって、前記ＣＮと全ての前記ユーザノードとの間のデータ通信をサポートするのに十分な前記１つ又はそれ以上のＢＳの総数を、同じ地理的エリアにわたってマルチホップ通信を用いないシナリオと比較して、低減することができ、
   前記個別のユーザノードが前記ＣＮに転送すべきデータを有するとき、前記個別のユーザノードの前記アンテナアレイを、前記ターゲット到達可能ノードに向くように構成し、前記データを前記ターゲット到達可能ノードに送信する、
   ように構成される、
   ことを特徴とするネットワーク。
2. 前記個別のユーザノードは、更に、
   前記周囲エリアをスキャンして前記サブセットを更新することと、更新後に前記サブセット内の各到達可能ノードのための前記複数のノード特定情報項目を決定することと、前記選択されたターゲット到達可能ノードを更新することとを周期的に繰り返す、
   ように構成される、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。
3. 前記個別のユーザノードは、更に、
   前記ターゲット到達可能ノードが、リンク障害により、前記個別のユーザノードから送信される前記データを受信できないとき、前記ターゲット到達可能ノードを破棄することによって前記サブセットを更新して、次のターゲット到達可能ノードを選択するようにして、前記個別のユーザノードの前記アンテナアレイを、前記次のターゲット到達可能ノードに向くように再構成し、前記データを前記次のターゲット到達可能ノードに再送信することによって、前記ネットワークを、障害許容力及び自己回復力があるものにする、
   ように構成される、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。
4. 前記遠さ値は、前記個別のユーザノードによって受信され前記個別の到達可能ノードから送信される無線信号の信号強度に応じて決定されることを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。
5. 前記ノード特定情報項目は、更に、前記個別の到達可能ノードによってサポートされる利用可能なデータ伝送容量を示すための利用可能容量値を含み、
   前記個別のユーザノードは、更に、前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、最も高い利用可能容量値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択するように構成される、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。
6. 前記ノード特定情報項目は、更に、前記個別の到達可能ノードの移動速度を示すためのノードモビリティ値を含み、
   前記個別のユーザノードは、更に、前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、最も低いノードモビリティ値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択するように構成される、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。
7. 前記ノード特定情報項目は、更に、どのくらい最近に前記個別の到達可能ノードが前記個別のユーザノードと通信されているかを示すためのリンク最新値を含み、
   前記個別のユーザノードは、更に、前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、最も高いリンク最新値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択するように構成される、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。
8. 前記ターゲット到達可能ノードに送信される前記データは、ＩＰプロトコルに従って、データグラムとしてパケット化されて、前記ターゲット到達可能ノードと前記ＣＮとの間の送信中のデータのルーティングが、前記個別のユーザノードには見えないようにして、前記個別のユーザノードを、前記ターゲット到達可能ノードと前記ＣＮとの間のデータ送信中にリンク障害イベントを処理する負担から解放する、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のネットワーク。
9. 前記データグラムは、ＩＰｖ６データグラムであることを特徴とする、請求項８に記載のネットワーク。
10. 無線マルチホップ通信ネットワークを作動させるための方法であって、前記ネットワークは、地理的エリアにわたって分散される複数のノードを含み、前記ノードは、１つ又はそれ以上の基地局（ＢＳ）と、複数のユーザノードとからなり、前記１つ又はそれ以上の基地局（ＢＳ）は、コアネットワーク（ＣＮ）に接続され、前記ノードの各々は、適応ビームフォーミングのためのアンテナアレイを含み、前記方法は、
    個別のユーザノードによって、その前記アンテナアレイによって、前記個別のユーザノードの周囲エリアをスキャンして、前記ノードのサブセットを識別するステップであって、前記サブセット内の各ノードは、前記個別のユーザノードと無線通信可能な到達可能ノードであり、少なくとも１つのＢＳとの通信を介して直接的に、又は少なくとも１つの他のユーザノードを間に含むルートを介して間接的に、前記ＣＮに接続可能である、ステップと、
    前記個別のユーザノードによって、前記サブセット内の個別の到達可能ノードのための複数のノード特定情報項目を決定するステップであって、前記ノード特定情報項目は、前記個別の到達可能ノードと前記個別のユーザノードとの間のロケーションの遠さの度合いを示すための遠さ値を含む、ステップと、
    前記個別のユーザノードによって、ターゲット到達可能ノードを選択して、前記個別のユーザノードと前記ＣＮとの間のデータ通信が、前記ターゲット到達可能ノードを介して行われるようにするステップであって、前記ターゲット到達可能ノードは、前記ノードの前記サブセットから選択され、前記サブセット内の１つ又はそれ以上の到達可能ノードの中で最も低い遠さ値を有し、前記１つ又はそれ以上のＢＳの全てが、前記個別のユーザノードと直接通信可能であるとは限らないとき、前記個別のユーザノードが、前記ターゲット到達可能ノードを介する少なくとも１つのＢＳへのマルチホップ通信によって、前記ＣＮと依然として通信可能であるようになっていることによって、前記ＣＮと全ての前記ユーザノードとの間のデータ通信をサポートするのに十分な前記１つ又はそれ以上のＢＳの総数を、同じ地理的エリアにわたってマルチホップ通信を用いないシナリオと比較して、低減することができる、ステップと、
    前記個別のユーザノードが前記ＣＮに転送すべきデータを有するとき、前記個別のユーザノードの前記アンテナアレイを前記ターゲット到達可能ノードに向くように構成し、その後、前記データを前記ターゲット到達可能ノードに送信するように、前記個別のユーザノードを構成するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
11. 更に、
    前記個別のユーザノードによって、前記周囲エリアをスキャンして前記サブセットを更新することと、更新後に前記サブセット内の各到達可能ノードのための前記複数のノード特定情報項目を決定することと、前記選択されたターゲット到達可能ノードを更新することとを周期的に繰り返すステップ、
    を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 更に、
    前記ターゲット到達可能ノードが、リンク障害により、前記個別のユーザノードから送信される前記データを受信できないとき、前記個別のユーザノードを、
    前記ターゲット到達可能ノードを破棄することによって前記サブセットを更新して、次のターゲット到達可能ノードを選択するようにして、前記個別のユーザノードの前記アンテナアレイを前記次のターゲット到達可能ノードに向くように再構成し、前記データを前記次のターゲット到達可能ノードに再送信することによって、前記ネットワークを障害許容力及び自己回復力があるものにする、
    ように構成するステップ、
    を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
13. 更に、
    前記個別のユーザノードによって受信され前記個別の到達可能ノードから送信される無線信号の信号強度に応じて、前記遠さ値を決定するステップ、
    を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
14. 前記ノード特定情報項目は、更に、前記個別の到達可能ノードによってサポートされる利用可能なデータ伝送容量を示すための利用可能容量値を含み、
    前記方法は、更に、前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、前記個別のユーザノードによって、最も高い利用可能容量値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択するステップを含む、
    ことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
15. 前記ノード特定情報項目は、更に、前記個別の到達可能ノードの移動速度を示すためのノードモビリティ値を含み、
    前記方法は、更に、前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、前記個別のユーザノードによって、最も低いノードモビリティ値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択するステップを含む、
    ことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
16. 前記ノード特定情報項目は、更に、どのくらい最近に前記個別の到達可能ノードが前記個別のユーザノードと通信されているかを示すためのリンク最新値を含み、
    前記方法は、更に、前記サブセットが、同じ最も低い遠さ値を有する複数の到達可能ノードを有するとき、前記個別のユーザノードによって、最も高いリンク最新値を用いて、前記複数の到達可能ノードから前記ターゲット到達可能ノードを選択するステップを含む、
    ことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
17. 前記ターゲット到達可能ノードに送信される前記データは、ＩＰプロトコルに従って、データグラムとしてパケット化されて、前記ターゲット到達可能ノードと前記ＣＮとの間の送信中のデータのルーティングが、前記個別のユーザノードには見えないようにして、前記個別のユーザノードを、前記ターゲット到達可能ノードと前記ＣＮとの間のデータ送信中にリンク障害イベントを処理する負担から解放する、
    ことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
18. 前記データグラムは、ＩＰｖ６データグラムであることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。

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