JP5386743B2 - 無線メッシュネットワークにおいて通信を実行する方法、無線デバイス、物品、および無線システム - Google Patents

Description

無線ネットワークの範囲を拡大し、および／または、コストを削減する上で、無線ネットワークにおいて無線ノードを中継ポイントとして利用することは、ますます魅力的な方法となっている。例えば、広範囲にわたって分散型の基地局を配置する必要があるワイヤレスワイドエリアネットワーク（ＷＷＡＮ）またはワイヤレスメトロポリタンエリアネットワーク（ＷＭＡＮ）では、何らかの種類のバックホール回線を介して基地局を、コアネットワークおよび／または互いに、接続する必要がある。従来の携帯電話用ネットワークでは、こういったバックホール回線は通常、有線接続で行われてきた。しかし、有線バックホール回線よりも、または有線バックホール回線と何らかの形で組み合わせた、無線バックホール回線の方が、配置が簡単になると共にこういったネットワークに関連するコストを削減できるものと考えられるようになっている。

ソースとデスティネーションとの間で信号を中継するために無線局（固定型インフラストラクチャおよび／または移動局）を利用する種類のネットワークは、本明細書において口語的にメッシュネットワークと呼ぶ。「メッシュネットワーク」と「可動型マルチホップ中継（ＭＭＲ）ネットワーク」とをそれらの本質に基づいて、前者は中継ポイントとして固定型および／または可動型の局を利用し得るものである一方、後者は固定型インフラストラクチャのみを中継ポイントとして利用し得るものであると区別しようとする試みもあるが、必ずしもこのように区別する必要があるわけではなく、本発明の実施形態の範囲を限定することなく、本明細書において、同様の意味を持つ用語として利用され得る。

メッシュネットワークにおいては、通信がデスティネーションに到達するまでの経路の「メッシュ」が、無線ネットワークノードによって形成され得る。マルチホップ無線メッシュネットワークの利用方法およびメッシュネットワークを介した通信の最適化方法には、大きな注目が集まり、マルチホップ無線メッシュネットワークを介した送信の効率を高めるための研究が進行中である。ここで注目すべき一点を挙げると、メッシュネットワーク用の新しいプロトコルおよびアーキテクチャに基づき最適な送信経路を選択することと非メッシュ型のレガシー無線デバイスに対して下位互換性を保つこととの間での調整をどのように行うか、という点がある。

本発明の実施形態の側面、特徴および利点は、添付図面を参照してなされる本発明の以下の説明から明らかとなる。添付図面では、同様の参照番号は同様の構成要素を示すものとする。添付図面は以下の通りである。

本発明のさまざまな実施形態に係る、無線メッシュネットワークの一例におけるマクロセル用の無線ノードの配置を示すブロック図である。

本発明の一実施形態に係る、マルチホップリンク情報を明示的に搬送する無線メッシュ通信方法を示すフローチャートである。

マルチホップ無線メッシュリンク品質情報を明示的に搬送するためのフレーム形式またはパケット形式の一例を示す図である。

本発明の別の実施形態に係る、非明示的にマルチホップリンク情報を搬送するための無線メッシュ通信方法を示すフローチャートである。

さまざまな実施形態に係る、マルチホップ無線メッシュノードのための送信電力レベル図である。

本発明のさまざまな側面に係る、無線装置の一例を示すブロック図である。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態例をＷＭＡＮに関連付けて説明するが、本発明の実施形態はそれらに限定されるものではなく、同様の効果が得られるものであれば他の種類の無線ネットワークにも応用が可能である。本発明の実施形態が応用可能であるネットワークの具体例を挙げると、ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、携帯電話用ネットワーク等のＷＷＡＮ、および／またはこれらのネットワークのうち任意のものの組み合わせ等がある。

以下で説明する本発明の実施形態は、無線システムの送信器および受信器を含むさまざまな用途で利用され得る。本発明の範囲内に具体的に含まれる無線システムには、これらに限定されるわけではないが、ネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）、ネットワークアダプタ、移動局、基地局、アクセスポイント（ＡＰ）、ハイブリッド・コーディネータ（ＨＣ）、ゲートウェイ、ブリッジ、ハブ、およびルータなどがある。さらに、本発明の範囲内に含まれる無線システムは、携帯型無線電話システム、衛星通信システム、パーソナルコミュニケーションシステム（ＰＣＳ）、２方向無線システム、および２方向ポケットベル（登録商標）を含むと共に、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）および関連周辺機器、携帯情報端末（ＰＤＡ）、パーソナルコンピューティングアクセサリならびに本発明の実施形態に本質的に関連し得ると共に、本発明の実施形態の原理を適切に応用できるすべての既存および将来のシステムなどの無線システムを含むコンピューティングデバイスを含む。

無線マルチホップ中継システムについては現在、標準化の研究が進められている。例えば、ＷＬＡＮについては、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）８０２．１１ｓのメッシュタスクグループ（ＴＧ）がＷＬＡＮメッシュネットワークの標準化に向けて積極的に作業を進めている。さらに、ＩＥＥＥの８０２．１６ｊモバイルマルチホップリレー（ＭＭＲ）タスクグループもまた、無線ブロードバンドアクセス（ＷＢＡ）ネットワーク用のＩＥＥＥ８０２．１６ｊプロジェクト認可請求（ＰＡＲ）（２００６年３月３０日に認可）を増進するべく、標準化を査定している。

８０２．１６ｊＭＭＲの最初の範囲は、インフラストラクチャ中継局に限定されるものと思われている。このような中継局によれば、可動デバイスまたは加入局（ＳＳ）の仕様に影響を及ぼすことなく、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ基地局のサービスエリアが拡大される。（ＩＥＥＥ８０２．１６ｅは、以前はモバイルＢＷＡと呼ばれており現在はＩＥＥＥ８０２．１６−２００５修正条項において標準化されている規格である。）ＭＭＲ中継局は、メッシュネットワークにおける通信を最適化するようには決して設計されていない既存の８０２．１６ｅ加入局（ＳＳ）との間でシームレスに動作しなければならない、という点において完全な下位互換性を有するものを目指している。８０２．１６ｊの第２フェーズ（別の規格に基づいて実装され得る）は、ＭＭＲネットワークで利用されるべく設計される中継局およびＷＢＡ加入局を改善するものと考えられている。しかし、この第２フェーズは、レガシー８０２．１６ｅ加入局に対しては下位互換性を有さない可能性がある。本明細書に記載する実施形態は、ＷｉＭＡＸと呼ばれることもある８０２．１６無線ブロードバンドアクセスネットワークに言及し得る。このＷｉＭＡＸという略語は、マイクロ波アクセス用の全世界対応動作可能性（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）を表し、ＩＥＥＥ８０２．１６規格の適合性試験および相互運用性試験に合格した製品に与えられる認証マークである。しかし、本発明の実施形態はそれらに限定されるものではなく、ＷＬＡＮ、他の種類のメッシュネットワークまたは異なるネットワークの組み合わせに対しても応用可能である。

図１を参照しつつ説明すると、さまざまな実施形態に係る無線メッシュネットワーク１００は、少なくともいくつかのＯｖｅｒ−ｔｈｅ−Ａｉｒ（ＯＴＡ）無線周波数（ＲＦ）リンクを介して情報の送受信を行うことができるデバイスを備えるシステムであれば、どのようなものであってもよい。例えば、一実施形態によると、ネットワーク１００は、メッセージを無線で通信または中継する複数の無線ノード１１０−１３５（およびその他の特定していないノード）を備えるとしてもよい。図１で示されている六角形は、メッシュネットワーク１００を形成するノードの領域において、基地局または中継ノードの無線リンクサービスエリアの空間範囲または「セル状」範囲を一般的に表すものである。

ある実施形態によると、ネットワーク１００の無線ノード１１０−１３５は、例えば、ＷＬＡＮ用の８０２．１１（ａ）、（ｂ）、（ｇ）、（ｎ）および／または（ｓ）規格、ＷＰＡＮ用の８０２．１５規格、ならびに／もしくは、ＷＭＡＮ用の８０２．１６規格などのＩＥＥＥのさまざまな８０２無線規格のうち１以上に準拠する無線プロトコルおよび／または無線技術に基づいて通信するデバイスであってもよい。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。

本発明を限定せず例示を目的とする、本発明の実施形態の実装において、ネットワーク１００に含まれるノードのうち１以上のノード（例えばノード１１０）は、物理的な有線接続（例えば、電気接続または光ファイバ接続）を介して、インターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワークのようなコアネットワークに接続されている無線送受信器であってもよい。このような種類の局は、本明細書において、「マクロ基地局」または単に「基地局（ＢＳ）」と呼ぶ。ここで、この用語は、基地局、アクセスポイント、ハイブリッドコーディネータ、無線ルータまたはその他のデバイスといったどのような種類の中央ネットワークアクセス局をも総称するべく本明細書において利用されるとしてもよい。また、任意の実施形態では、ネットワーク１００に含まれるノードのうち１以上のノード（例えばノード１２０および１３０）は、電気的接続、ワイヤまたは光学ケーブルでコアネットワークに接続されるのではなく、上述したように無線バックホール回線を利用する無線送受信器であってもよい。このような種類の中継局（ＲＳ）は、「ミクロ基地局」または「ピコ基地局」（ミクロまたはピコは、サービスエリアの大きさに応じて選択される）と呼ばれることもある固定無線中継ノードであってもよいが、本発明の実施形態はこれに限定されない。以降の説明では、このような種類の非接続型の中継ノードを中継局（ＲＳ）と総称することにする。

通常、中継局の無線送受信器の送信電力およびアンテナ高さは、マクロ基地局のものよりも小さい。さらに、マルチホップ無線ネットワーク１００は、複数のマクロセルを有しているとしてもよい。各マクロセルは一般的に、局１１０と同様のマクロ基地局を少なくとも１つと、各マクロセル内で分散して配置されている複数の中継局（例えば、１２０および１３０）とを含むとしてもよい。複数の中継局は、マクロ基地局と共に動作して、本明細書では一般的に加入局と呼ばれるクライアント局１２５および１３５に対して、完全なサービスエリアを提供する。無線メッシュネットワーク１００の任意の実施形態によると、中継局１２０および１３０は、ＩＥＥＥのさまざまな８０２．１６規格および／または８０２．１１規格のうち１以上に準拠したプロトコルに基づいた無線リンクを介して、お互いに対する接続、および／またはマクロ基地局に対する接続、および／または加入局１２５および１３５に対する接続を容易にするとしてもよい。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。

この目的を達成するために、本明細書で説明するさまざまな実施形態によると、ネットワーク１００に含まれる無線ノードは、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）プロトコルに基づいて通信を行うとしてもよい。ＯＦＤＭＡは、多ユーザ直交周波数分割多重化方式（ＯＦＤＭ）とも呼ばれる。ＯＦＤＭでは、１つの送信器から、多くの異なる直交（独立）周波数（副搬送波またはトーンと呼ばれる）から成る搬送波を送信し、直交周波数はそれぞれ独立して所望の変調方式（例えば、直交振幅変調（ＱＡＭ）または位相偏移キーイング（ＰＳＫ））に従って変調され得る。ＯＦＤＭＡを複数のユーザに適応させるには通常、ネットワーク内の個々のユーザまたはノードに対して副搬送波サブ群および／または副搬送波タイムスロットを割り当てる。さまざまな種類のＯＦＤＭ方式および／またはＯＦＤＭＡ方式があり、例を挙げると、スケーラブルＯＦＤＭＡおよび／またはフラッシュＯＦＤＭＡがあり、これらの方式は本発明の実施形態において適切に利用され得る。さらに、ＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡ以外のＯＴＡプロトコルも、適切に本発明の実施形態と共に利用され得る。

実装例を１つ挙げると、図１に図示するＷｉＭＡＸマルチホップ無線メッシュ中継配置は、中継局１２０および１３０を備えるとしてもよい。中継局１２０および１３０は、セルエッジにおける範囲およびサービスエリアを改善することを目的として基地局１１０のフットプリントを大きくするべく追加される。この結果、セルエッジにある加入局１２５は、例えばリンクＬ０を介した基地局１１０に対する直接接続、またはリンクＢ０およびＬ１を介したＲＳ１２０経由の接続を選択することができる。ここで、Ｂ０は、基地局１１０と中継局１２０との間のバックホール回線である。さらに遠くに位置する加入局１３５については、複数のバックホールホップがあるとしてもよい。例えば、基地局１１０から加入局１３５までのリンクＢ０およびＢ１は、その間に複数の中継局、例えば中継局１２０および１３０を含む。ウェークアップ時またはセル間での移動時には、加入局１２５および１３５を、基地局１１０に対して直接対応付けるか否か、または中継局１２０および１３０に対して対応付けるか否か決定する必要がある。

本開示内容の目的を鑑みて、中継局１２０および１３０は基地局１１０と非常に類似した機能を持ち得ると仮定する。つまり、中継局１２０および１３０は、対応付け認証、時間／周波数のリソース割り当て等を実行することができ、これらの処理を行う際にはバックホール回線を介して基地局１１０からある程度は制御され得る。実施形態はこれに限定されることなく、中継局１２０および１３０はインテリジェントでなく通信を単に増幅および転送するとしてもよい。前述の仮説に基づくと、レガシー加入局に対して、中継局１２０または１３０は基地局として見え、完全な下位互換性機能が得られる。この場合、基地局１１０と中継局１２０および／または１３０との間のバックホールリンクＢ０および／またはＢ１は大部分が、本明細書で詳述する例外を除いては、レガシー加入局から隠匿され得る。

このため、本発明の実施形態は、（ｉ）性能最適化を実現するネットワークエントリおよびハンドオフを加入局はどのように実行するのか、（ｉｉ）レガシー加入局および次世代加入局の双方をサポートするためにはどのような機構を中継局で利用し得るか、等の問題に対する回答を提供し得る。このような質問に対する回答を得るべく、本発明の発明者は、中継局が明示的情報および非明示的情報を提供し得る結果、加入局がネットワークエントリまたはハンドオフについて賢明な決断を下せるような一実施形態を提案する。例を挙げて説明すると、次世代メッシュ加入局においてフレームまたはパケットの形式を変更することができる場合、上記の決断を下す上で参照し得る情報をフレーム内に含むことによって、情報は明示的に与えられるとしてもよい。しかし、フレームまたはパケットの形式が既に確立しているレガシー加入局との下位互換性を保つべく、この情報はある程度非明示的に与えなければならない。

したがって、下位互換性モードと最適モードという２つの一般的な動作モードを含み得るネットワークエントリ方法および／またはハンドオフ方法のさまざまな実施形態を提供する。下位互換性モードは、レガシー無線加入局をサポートし得るモードである。最適モードは、マルチホップ中継無線メッシュネットワークにおける通信経路を最適化するという特定の目的のために開発された新しいプロトコルを利用するように特に設計された加入局をサポートするモードである。さらに、本明細書で提案するネットワークエントリ方法および／またはハンドオフ方法は、レガシー加入局および次世代加入局の双方について、エンド・ツー・エンドの性能の最適化を試みるとしてもよい。

マルチホップ無線メッシュネットワークについては主に、２種類の配置方法が考えられる。この配置方法に応じて、メッシュ最適化（つまり、ネットワークノード間で通信を行う場合の最適無線経路または略最適無線経路の選択）を適切に行う方法が変わり得る。第１番目の配置方法は、「ビッグ・スティック（ｂｉｇ ｓｔｉｃｋ）」郊外型配置と呼ばれ、基地局１１０が４０メートルを超える高さに配置され、中継局１２０および１３０が１０メートルから２０メートルまたはそれ以上の高さに配置される。このような高さは、一般的に住宅の屋根よりも高く、基地局１１０と中継局１２０および１３０との間のバックホールリンクＢ０およびＢ１用のＯＴＡチャネルは通常、ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ（ＬＯＳ）接続であり、特に比較的平坦な地形の場合はこうなる。この配置方法によると、バックホールリンクＢ０およびＢ１は比較的安定したものとなり、エンド・ツー・エンド性能は時間に応じて大きく劣化しない。このため、マルチホップ経路のバックホールリンク性能を実質的に無視することができるので、通信の最適化は主に最後のホップの品質に応じて決まり得る。つまり、加入局と１以上の中継局または基地局との間の直接のチャネル品質に応じて決まる。

郊外型配置の場合、レガシー加入局は中継局に対して、中継局が基地局である場合と略同じように接続され得る。そして、その違いに気付くことなく、レガシー加入局または次世代加入局のどちらかによって、レガシー８０２．１６ｅシステムまたは８０２．１１システムで用いられる利用可能な直接リンク（例えば、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２）のメトリックに基づく対応付けのために単に最適なネットワークアクセス局（つまり、基地局または中継局）を選択することによって、ネットワークエントリまたはハンドオフが実行されるとしてもよい。つまり、ネットワークエントリまたはハンドオフは、受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）、信号ノイズ比（ＳＮＲ）、チャネル能力等を分析することによって実行され得る。ここで、受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）、信号ノイズ比（ＳＮＲ）、チャネル能力等は、既存のパケットまたはフレームの形式を変更する必要なしに、レガシー加入局または次世代メッシュ加入局によって決定され得る。

第２番目のネットワーク配置方法は、密集した都市型配置と呼ばれる。都市型配置によると、基地局１１０と中継局１２０および１３０との間のチャネル、つまりバックホールリンクＢ０およびＢ１の品質は、高層ビルまたはその他の構造物によって、大幅に劣化したり、および／または低減してしまい得る。これは丘陵地帯についても当てはまり得ることで、丘および木々によって基地局１１０と中継局１２０および１３０との間の信号が大きく減衰してしまい得る。また、時変帯域内干渉は、密集した都市領域においてより発生しやすく、バックホールリンクＢ１およびＢ０の品質を低下し得る。これは特に、無認可の周波数帯域を用いているネットワーク環境において顕著である。このため、マルチホップメッシュネットワークのエンド・ツー・エンド性能は、バックホールリンクＢ１およびＢ０の品質に影響を受けるようになる。加入局は、最適な基地局または中継局を選択して対応付けるべく、バックホールおよび直接リンクの組み合わせの性能を数値化しているエンド・ツー・エンド性能のメトリックにアクセスする必要がある。

加入局は既存の規格に基づいて直接リンクの性能を測定することは簡単にできるが、ＢおよびＢ０−Ｂ１といったさまざまなバックホールリンクを組み合わせた場合の性能を測定する方法は今のところない。このため、これらのリンクの品質のメトリックは、分散型マルチホップアーキテクチャでは中継局１２０および１３０によって、または、中央化アーキテクチャでは基地局１１０によって示されるべきである。さらに、郊外型配置方法においても、ネットワークが多数の安価なインテリジェントでない中継局を用いる場合には、これらの「低能な」中継局が冗長に配置されているために数が大きくなっている可能性があるので、エンド・ツー・エンド性能は中間ホップの品質に大きく依存し得る。

図２を参照しつつ説明すると、一実施形態例において、無線メッシュネットワークにおける明示的通信方法２００は通常、ネットワークエントリまたはハンドオフを行うべく近づいているのはどの種類の加入局（ＳＳ）であるかネットワークアクセス局（図１の中継局１２０および１３０）が判断する段階２１０から開始され得る。段階２２０において、近づいている加入局は、無線メッシュを最適化させることができるように設計されている新しいフレーム形式またはパケット形式を扱うことができる次世代デバイスであると判断されると、段階２３０において、ネットワークアクセス局は近づいてくる加入局に対して最適モードに基づいて送信を開始し得る。一方、段階２２０において、近づいている加入局が、メッシュバックホール性能の指標を持つパケット形式またはフレーム形式を処理するべく設計されていないレガシーデバイス（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅまたはＩＥＥＥ８０２．１１ｇデバイス）であると判断されると、段階２４０において、ネットワークアクセス局は下位互換性モードに基づいて近づいてくる加入局に対して送信を開始する。

さまざまな実施形態によると、最適モードに基づいて送信を行う段階２３０は、図３を参照しつつ後述するように、ネットワークアクセス局に対してバックホールリンク品質の指標を提供するべく、追加で情報要素（ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｌｅｍｅｎｔ：ＩＥ）を含む形式を持つ、ビーコンフレーム、測定（ｒａｎｇｉｎｇ）フレームまたは対応付け（ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）フレームを送信することを含み得る。段階２４０において、下位互換性モードでは、ネットワークアクセス局は単に、レガシー形式（例えば、ネットワークアクセス局のバックホールリンク品質を示すＩＥを一切含まない）を持つビーコンフレーム、測定フレームまたは対応付けフレームを送信するとしてもよい。

ネットワークアクセス局が段階２３０および２４０において送信するフレームに基づいて、段階２５０において、近づいている加入局は、ネットワークアクセス局と対応付けるか否かを選択し得る。例えば、次世代加入局は、直接リンクチャネル品質を測定して、１以上の受信フレーム内のＩＥが示すバックホールリンク品質を考慮することによって、ネットワークアクセス局と接続する場合のエンド・ツー・エンド性能を認識し得る。この結果を別のネットワークアクセス局（例えば、基地局または中継局）と対応付けた場合に得られるエンド・ツー・エンドリンク性能と比較して、加入局が対応付けるべき最適なネットワークアクセス局はどれかを決定するとしてもよい。明示的方法２００を利用すれば、レガシー加入局は、段階２５０において、最後のホップのリンク品質に基づいて選択する場合に限定され得る。

図３は、上述した最適モードで利用され得るＭＭＲフレーム形式３００の例を示すが、本発明はこれに限定されない。この例によると、フレーム３００は、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅまたは８０２．１１ａ、ｂ、ｇまたはｎのようなレガシー規格に準拠する形式および／または情報を含むレガシーフレーム部分３０５を有し得る物理層（ＰＨＹ）フレームの一例である。フレーム３００はさらに、中継局用の全体バックホールリンク品質に関する情報要素（ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｌｅｍｅｎｔ：ＩＥ）を搬送するべく用いられ得る拡張部分３１０を有し得る。本発明の実施形態では必ずしもこのような構成でなくてもよいが、レガシーフレーム部分３０５が拡張部分３１０の前に来る場合、すべての近づいてくる加入局に対して同一のフレーム形式を利用するとしてもよい。これは、レガシー加入局が、拡張部分３１０を認識するように設計されていないので、単に拡張部分３１０を無視すればよいからである。このため、ネットワーク環境によっては、ネットワークアクセス局が段階２３０および２４０で送信するフレームはすべて同一であってもよく、このため、方法２００では実際のところ、段階２１０においてどの種類の加入局が近づいているのか判断する必要がなく、また、段階２３０または２４０で異なるフレーム形式を送信する必要がないとしてもよい。

明示的方法２００では、フレーム３００のバックホール品質リンク情報３１０（図３を参照のこと）を理解し得る次世代加入局であれば、このように配置されると、エンド・ツー・エンド性能が改善され得る。例えば、図１に示す、加入局１２５が最高スループットでネットワーク１００内へのエントリまたはネットワーク１００内でのハンドオフを希望する、アップリンクの場合を考えられたい。次世代加入局は、式１に類似するアルゴリズムに基づき、図２に示した明示的方法２００にしたがって、中継局１２０に接続するか基地局１１０に接続するかを判断し得る。

式中で、Ｃ_１はＢＳ１１０とＳＳ１２５との間のリンクＬ０でサポート可能なスループットの測定値を示し、Ｃ_２はＲＳ１２０とＳＳ１２５との間のリンクＬ１でのスループットを示し、Ｃ_３はＢＳ１１０とＲＳ１２０との間のバックホールリンクＢ０でのスループットを示す。本発明はこの例に限定されないが、本例によると、Ｃ_１、Ｃ_２およびＣ_３は、高速の劣化、低減および経路損失の関数である、それぞれのリンクでの瞬時信号ノイズ比（ＳＮＲ）の関数であり、ＳＳ１２５の可動性または環境にしたがって時間に応じて変化し得る。式１の不等式が真である場合、ＳＳ１２５はリンクＬ０を介してＢＳ１１０に直接接続する。式１の不等式が偽である場合、ＳＳ１２５はＲＳ１２０に接続し、２つのホップを有するリンクＢ０−Ｌ１が利用される。

しかし、この方法を利用する場合、Ｃ_３が新しいパケット形式構造に基づいて搬送されており（例えば、図３の３１０）、レガシー加入局はやはり最終ホップリンク性能に基づいて（例えば、Ｃ_１＞Ｃ_２またはＳＮＲ_１＞ＳＮＲ_２）ネットワークエントリまたはハンドオフを決定する構成に限定されるので、新しいパケット／フレーム構造を利用する次世代マルチホップ中継無線メッシュ加入局と同様の性能の改善を享受し得ない。

したがって、図４を参照しつつ説明するように、レガシー加入局が全体エンド・ツー・エンドマルチホップリンク品質に基づいて最適なネットワークエントリまたはハンドオフを決定することを可能にする非明示的方法４００は、最終ホップの品質（Ｃ２）、例えば、図１に示すＳＳ１２５とＲＳ１２０との間のリンク（Ｌ１）の品質が、実際の能力とは異なると、レガシー加入局を「だます」ことに基づいているとしてもよい。レガシー加入局に、ネットワークノードまたはコアネットワークに対して最適なスループットを持つ、対応付けるべきネットワーク局を選択させる、という流れで方法４００を説明するが、方法４００の利用はレガシー加入局のみに限定されるものでは決してなく、実際のところは、次世代加入局およびレガシー加入局を含むすべての加入局が同様の方法を用いてネットワークエントリ時またはハンドオフ時にメッシュ最適化を実現するとしてもよい。これに代えて、方法４００と図２に示した方法２００とを、例えば段階２４０において、組み合わせて、すべての加入局に、マルチホップ無線メッシュネットワークにおける最適または略最適な接続ポイントの選択を支援する何らかの信号を与えるとしてもよい。

方法４００において、中継局（ＲＳ）は、パケット形式を何ら変更することなく、バックホールリンク品質を非明示的に加入局に搬送するとしてもよい。スループットを最適化するような方法で加入局がネットワークエントリを実行しつつ、下位互換性を保証することを目的として、以下のような条件を定めるとしてもよい。

式中で、

はマルチホップリンク（例えば、図１に示すＢＳ−ＲＳ（Ｂ０）リンクとＲＳ−ＳＳ（Ｌ１）リンクを含む２ホップリンク）の実効スループットおよび実効ＳＮＲである。段階４２０において式２の不等式が真である場合には、段階４３５において、ＳＳは直接、ＢＳまたはリンク品質Ｃ_１が定める他のネットワークアクセス局に接続する。偽である場合には、段階４４０においてＳＳはＲＳに接続する。このような条件に基づいた加入局のネットワークエントリまたはハンドオフは、ＲＳ端末における電力制御によって実現され得る。例えば、ＲＳが自身をＳＳに対する受信器候補として示す場合、段階４１５において、自身の送信電力を

という比で設定し得る。これにより、無線バックホールリンクＢ０でパケットを搬送するコストが考慮されることが保証される。

の定義の一例を挙げると以下のようになる。

式中で、

はシャノン容量式によって互いに関連付けられている。しかし、実施形態はこれに限定されるものではない。

をこのように定義する場合、ＲＳは、

を算出して、段階４１５において

だけ自身の電力を低減するために、ＢＳ−ＲＳ（Ｂ０）リンクおよびＲＳ−ＳＳ（Ｌ１）リンク両方のチャネル品質について知っておかなければならない。このため、方法４００は、中継局が中継局と加入局との間のリンク品質（Ｃ_２またはＳＮＲ_２）を決定する段階４０５と、基地局に対するバックホールリンクを含む、中継局を介した加入局との間の全体エンド・ツー・エンドマルチホップリンク品質

を決定する段階４１０とを含むとしてもよい。最後に、無線バックホールリンクの品質、例えば図１に示すＢ０の品質がＲＳ−ＳＳリンクＬ１よりもはるかに高い場合（つまり、Ｃ_３＞＞Ｃ_２）、

となり、最終ホップ（例えば、リンクＬ１）の品質は、加入局に対して対応付けるべき最適ネットワーク局を決定する場合に関連するものに過ぎなくなることが分かることに留意されたい。

さまざまな実施形態によると、加入局に実効エンド・ツー・エンド容量

を非明示的に搬送するために、中継局はいくつかの「トリック」を採用することができるが、その「トリック」には、ビーコンパケット／プリアンブルパケット／対応付けパケット用の送信電力４１５の測定時または制御時に送信電力を制御する段階４１５が含まれる。

例えば、ダウンリンク送信を測定する際に、ＲＳは送信電力を式３に対応する値まで下げるとしてもよい。ＲＳは、加入局の対応付けが成功した後で、通常データ送受信セッションが開始される前に、完全送信電力まで戻すとしてもよい。

このような電力制御方法の例を図５に示す。同図に示すダウンリンク（ＤＬ）フレーム／パケット５００は基地局または中継局といったネットワークアクセス局によって送信される。レガシー８０２．１６ｅモードの場合のような通常動作においては、送信電力レベル５１０が示すように、何らかのパケットを送信している期間中は、中継局の通常送信電力レベルでパケット５００が送信され得る。しかし、中継局のバックホールのマルチホップリンク品質に関する情報を非明示的に搬送する場合には、同一または同様のパケット５００を送信する場合に送信電力を低減するとしてもよい。一例として示す電力レベル５１０のように、一部の実施形態においては、プリアンブルパケット、測定パケットおよび／または対応付けパケット５０１のみが電力レベルを低減して送信され、近づいてくる加入局に対して、中継局との全体リンクは見かけほど良くなくて、バックホールリンクのために低くなっていることを認識させる。加入局候補が中継局と接続すると決定する場合（例えば、図４の段階４４０）、中継局は通常電力レベルに戻ってデータパケット５０２のような後続パケットを送信するとしてもよい。

図６を参照しつつ説明すると、さまざまな実施形態に係る無線メッシュネットワークで利用される装置６００は、上述した実施形態のうち１以上に基づいて無線メッシュ最適化を制御するロジック（例えば、回路、プロセッサ、ソフトウェアまたはそれらの組み合わせ）を有する処理回路６５０を備えるとしてもよい。一部の実施形態によると、装置６００は一般的に、無線（ＲＦ）インターフェース６１０ならびにベースバンドおよびＭＡＣプロセッサ部分６５０を備えるとしてもよい。

一実施形態例によると、ＲＦインターフェース６１０は、変調信号（例えばＯＦＤＭＡに基づくもの）を送受信するように構成された１または複数の構成要素であればどのようなものであってもよいが、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、ＲＦインターフェース６１０は、受信器６１２と、送信器６１４と、周波数合成器６１６とを有するとしてもよい。インターフェース６１０はさらに、所望の場合は、バイアス制御、水晶発振器および／または１以上のアンテナ６１８および６１９を有するとしてもよい。さらに、ＲＦインターフェース６１０は、上記の構成に代えて、または上記の構成に加えて、所望の場合は、外部の電圧制御発振器（ＶＣＯ）、弾性表面波フィルタ、中間周波数（ＩＦ）フィルタ、および／または無線周波数（ＲＦ）フィルタを利用するとしてもよい。ＲＦインターフェースの設計および動作についてはさまざまなものが公知技術として存在しているので、それらの構成の説明は省略する。

一部の実施形態によると、インターフェース６１０は、ＷＰＡＮ、ＷＬＡＮ、ＷＭＡＮまたはＷＷＡＮ用のＩＥＥＥ規格のうち１以上に準拠しているＯＴＡリンクアクセスを提供するように構成されるとしてもよいが、実施形態はこれに限定されない。

処理部６５０は、ＲＦインターフェース６１０と通信／協同して、受信／送信信号を処理するとしてもよい。処理部６５０は、例示のみを目的として挙げると、受信した信号をデジタル化するためのアナログデジタルコンバータ６５２と、搬送波による送信のために信号をアップコンバートするデジタルアナログコンバータ６５４と、受信／送信信号をそれぞれ処理する物理（ＰＨＹ）リンク層のベースバンドプロセッサ６５６とを有するとしてもよい。処理部６５０はさらに、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）／データリンク層の処理を行うべく処理回路６５９を備えるとしてもよい。

本発明の一部の実施形態によると、メッシュ品質リンクマネージャ６５８が処理部分６５０に含まれるとしてもよく、上述した実施形態のいずれかに記載された方法にしたがって、マルチホップ経路の直接リンク品質およびバックホールリンク品質を追跡する機能を有するとしてもよく、マルチホップリンク品質に関する情報要素を明示的にフレームまたはパケットに含むか観察する機能を有するとしてもよいし、および／または、送信電力を制御してマルチホップリンク品質を非明示的に搬送する機能を有するとしてもよい。メッシュリンク品質マネージャ６５８に関連付けられる機能は、装置６００が基地局、メッシュ中継局、または次世代加入局のいずれとして実装されるかに応じて変わる。一部の実施形態によると、メッシュリンクマネージャ６５８はさらに、メッシュルーティングマネージャの機能を有するとしてもよい。メッシュルーティングマネージャは、米国特許出願第１１／３１８，２０６号（出願日：２００５年１２月２３日、発明の名称：無線メッシュネットワークでのルーティング、発明者：オズガー・オイマン（Ｏｚｇｕｒ Ｏｙｍａｎ））に開示されているように、コストメトリックを決定し、および／または次のホップのノードを特定する。

このような構成に代えて、またはこのような構成に加えて、ＰＨＹ回路６５６またはＭＡＣプロセッサ６５９は、これらの機能のうちいずれかに関する処理を共通して行ってもよいし、またはこれらの処理を別個に実行してもよい。ＭＡＣ処理およびＰＨＹ処理はまた、所望される場合、単一の回路に統合されるとしてもよい。

装置６００は、例えば、無線基地局、アクセスポイント（ＡＰ）、ハイブリッドコーディネータ（ＨＣ）、無線ルータおよび／または電子デバイス用のネットワークアダプタであってよい。装置６００は、これに代えて、次世代加入局、ＮＩＣまたは図３のパケット３００でメッシュリンク品質情報を読み取ることができるクライアントステーション用のネットワークアダプタであってもよい。したがって、上述した装置６００の機能および／または具体的な構成は、所望の内容に応じて、含まれるとしてもよいし省略するとしてもよい。

装置６００の実施形態は、単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）アーキテクチャに基づいて実装され得る。しかし、図６に示すように、一部の実装では、送信および／または受信用に複数のアンテナ（例えば、６１８および６１９）を有する多入力多出力（ＭＩＭＯ）アーキテクチャ、多入力単一出力（ＭＩＳＯ）アーキテクチャ、または単一入力多出力（ＳＩＭＯ）アーキテクチャを用いるとしてもよい。さらに、本発明の実施形態は、ＯＴＡリンクアクセスに、マルチキャリア符号分割多重化（ＭＣ−ＣＤＭＡ）、マルチキャリアダイレクトシーケンス符号分割多重化（ＭＣ−ＤＳ−ＣＤＭＡ）を利用するとしてもよいし、本発明の実施形態の特徴に合う任意のその他の既存または将来の変調方式または多重化方式を利用するとしてもよい。

装置６００の構成要素および特徴は、ディスクリートな回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ロジックゲートおよび／または単一チップアーキテクチャを任意に組み合わせることによって実装され得る。さらに、装置６００の特徴は、マイクロコントローラ、プログラム可能ロジックアレイ、および／またはマイクロプロセッサまたは上述の素子の任意の組み合わせによって適宜実装され得る（総合的または個別に「ロジック」と呼ばれる）。

装置６００は数多い実装例のうち機能例をただ一つ説明するものに過ぎないことに留意されたい。したがって、添付図面に示した機能ブロックの分割、省略または採用は、これらの機能を実装するハードウェア素子、回路、ソフトウェアおよび／または素子が、本発明の実施形態に必ず分割、省略または採用されることを示唆するものではない。

物理的可能性に反しない限り、発明者は（ｉ）本明細書に記載される方法は任意の順序および／または任意の組み合わせで実施され得ること、および（ｉｉ）各実施形態の構成要素を任意の方法で組み合わせ得ることを想定している。

本発明の実施形態例を説明してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく多くの変更および変形を行うことが可能である。したがって、本発明の実施形態は上述した具体的な開示内容に限定されず、本願特許請求の範囲およびそれらの法律上の均等物の範囲によってのみ限定されるべきである。

Claims (16)

1. 無線メッシュネットワークにおいて通信を実行する方法であって、
   前記無線メッシュネットワークにおける１以上のバックホールリンク品質に少なくとも部分的に基づいて、無線ノードの送信電力を制御する段階
   を備え、
   前記送信電力を制御する段階は、移動局に送られる測定フレーム、プリアンブルフレームまたは対応付けフレームのうち少なくとも１つについて、前記１以上のバックホールリンク品質に基づいた情報が前記移動局に非明示的に送信される場合には、送信電力を通常送信電力よりも低減する段階と、前記移動局と前記無線ノードとの対応付けが実現すると前記移動局に送られる後続フレームについて前記通常送信電力での送信を再開する段階とを有し、
   前記１以上のバックホールリンク品質は、マルチホップ経路における無線リンクのエンド・ツー・エンドスループット品質に影響を与える
   方法。
2. 前記送信電力を制御する段階は、マルチホップ中継局によって実施され、加入局を非明示的に支援して前記無線メッシュネットワークにおける最高スループットのネットワーク局に対応付けさせる
   請求項１に記載の方法。
3. 前記無線ノードから１以上の加入局に対して、前記１以上のバックホールリンク品質に関する明示的情報を含むフレームを送る段階
   をさらに備える、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記無線メッシュネットワークは、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）８０２．１６−２００５規格に準拠するプロトコルを用いる
   請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 第１のモードでは第１の移動局群に対してマルチホップ無線リンク品質の指標を明示的に提供し、第２のモードでは第２の移動局群に対する送信の少なくとも一部分について送信電力を調整することによって、前記第２の移動局群に対してマルチホップ無線リンク品質の指標を非明示的に提供するロジックを有する処理回路
   を備え、
   前記処理回路は、無線メッシュネットワークにおける１以上の無線バックホールリンク品質に少なくとも部分的に基づいて、前記第２の移動局群に関する無線ノードの送信電力を制御し、
   前記送信電力を制御することは、前記第２の移動局群の少なくとも一つの移動局に送られる測定フレーム、プリアンブルフレームまたは対応付けフレームのうち少なくとも１つについて、前記１以上の無線バックホールリンク品質に基づいた情報が非明示的に前記少なくとも一つの移動局に送信される場合には、送信電力を通常送信電力よりも低減すること、および、前記少なくとも一つの移動局と前記無線ノードとの対応付けが実現すると前記少なくとも一つの移動局に送られる後続フレームについて前記通常送信電力での送信を再開することを含み、
   前記１以上の無線バックホールリンク品質は、マルチホップ経路における無線リンクのエンド・ツー・エンドスループット品質に影響を与える
   無線デバイス。
6. 前記マルチホップ無線リンク品質の指標は、１以上の無線バックホールリンクを介した前記無線デバイスと無線基地局との間のスループットに関する
   請求項５に記載の無線デバイス。
7. 前記マルチホップ無線リンク品質の指標を明示的に提供する前記ロジックは、前記第１の移動局群に送られる物理層（ＰＨＹ）フレームの一部に、マルチホップ中継無線メッシュネットワークの１以上の無線バックホールリンク品質に関する情報要素（ＩＥ）を含ませるロジックを有する
   請求項５または６に記載の無線デバイス。
8. 前記処理回路と通信する無線（ＲＦ）インターフェース
   をさらに備える、請求項５から７のいずれか一項に記載の無線デバイス。
9. 前記無線デバイスは、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）８０２．１１または８０２．１６規格のうち１以上に準拠するプロトコルを利用する無線メッシュ中継局を有する
   請求項５から８のいずれか一項に記載の無線デバイス。
10. 前記第２のモードにおいて、前記第２の移動局群に送られる前記送信のうち前記少なくとも一部分についての前記送信電力は、エンド・ツー・エンドマルチホップリンクスループットと最終ホップリンクスループットとの比に略比例するように調整される
    請求項５から９のいずれか一項に記載の無線デバイス。
11. 前記ＲＦインターフェースは、少なくとも２つのアンテナを有し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信用に構成されている
    請求項８に記載の無線デバイス。
12. 読出し可能なコードを格納する有形媒体を備える製造物品であって、
    前記読出し可能なコードは、処理デバイスによって実行されると、前記処理デバイスに、
    無線メッシュネットワークにおける１以上のバックホールリンク品質に少なくとも部分的に基づいて無線ノードの送信電力を制御させ、
    前記送信電力を制御させることは、移動局に送られる測定フレーム、プリアンブルフレームまたは対応付けフレームのうち少なくとも１つについて、前記１以上のバックホールリンク品質に基づいた情報が非明示的に前記移動局に送信される場合には、送信電力を通常送信電力よりも低減すること、および、前記移動局と前記無線ノードとの対応付けが実現すると前記移動局に送られる後続フレームについて前記通常送信電力での送信を再開することを含み、
    前記１以上のバックホールリンク品質は、マルチホップ経路における無線リンクのエンド・ツー・エンドスループット品質に影響を与える
    物品。
13. 機械読出し可能コードをさらに備え、
    前記機械読出し可能コードは、処理デバイスによって実行されると、前記処理デバイスに、
    物理層（ＰＨＹ）フレームの一部分においてマルチホップリンク品質情報を送らせて、前記ＰＨＹフレームを受信する可動デバイスを支援させて、コアネットワークに対するスループットが実質的に最も高い無線メッシュノードと前記可動デバイスとを対応付けさせる
    請求項１２に記載の物品。
14. 前記送信電力は、エンド・ツー・エンドマルチホップ経路の信号ノイズ比（ＳＮＲ）と最終ホップリンクのＳＮＲとの比に比例するように制御される
    請求項１２または１３に記載の物品。
15. 無線システムであって、
    第１のモードでは加入局に対してマルチホップ無線リンク品質の指標を明示的に提供し、第２のモードでは加入局に対する送信電力を調整することによって、加入局に対してマルチホップ無線リンク品質の指標を非明示的に提供するロジックを有する処理回路と、
    前記処理回路に通信可能に結合されている無線（ＲＦ）インターフェースと、
    多入力または多出力（ＭＩＭＯ）通信のうち少なくとも一方のために前記ＲＦインターフェースに結合される少なくとも２つのアンテナと
    を備え、
    前記処理回路は、無線メッシュネットワークにおける１以上のバックホールリンク品質に少なくとも部分的に基づいて、無線ノードの送信電力を制御し、
    前記送信電力を制御することは、移動局に送られる測定フレーム、プリアンブルフレームまたは対応付けフレームのうち少なくとも１つについて、前記１以上のバックホールリンク品質に基づいた情報が非明示的に前記移動局に送信される場合には、送信電力を通常送信電力よりも低減すること、および、前記移動局と前記無線ノードとの対応付けが実現すると前記移動局に送られる後続フレームについて前記通常送信電力での送信を再開することを含み、
    前記１以上のバックホールリンク品質は、マルチホップ経路における無線リンクのエンド・ツー・エンドスループット品質に影響を与える
    無線システム。
16. 前記システムは無線メッシュ中継局を備え、
    前記第１のモードは、マルチホップリンク品質に関する情報要素を含むフレーム形式を読むことが可能な加入局に対して用いられ、
    前記第２のモードは前記フレーム形式を読み出すことが可能でない加入局に対して用いられる
    請求項１５に記載の無線システム。

Images