JP2008529410A - 無線経路指定を行うシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
無線通信の方法およびシステム。無線システムの性能を測定するための測定基準が、生成され、本システムの理想化されたシミュレーションを用いて生成された測定基準と比較される。実際のシステム性能が所定のレベルより下にある場合、本システムは、そのような構成についての中央に集中され、または分散された方法を使用して性能を改善するように再構成することができる。
Description
本発明は、無線通信の分野に関する。より詳細には、本発明は、無線デバイス間の通信経路を構成する方法に関する。
無線通信システムは、経路指定プロトコルを使用して、第1のデバイスから第2のデバイスに情報を移動させる。そのようなシステムでは、しばしば、無線通信システムを第2の通信システムに接続する1つまたは複数の基地局(ルートノードまたはゲートウェイを含めて様々な用語が使用される)が存在する。1つの例は、無線システムと有線システムとの間の仲介手段としての役割を果たすアクセスポイントである。無線システム中の他のデバイスは、どのようにしてデータを経路指定して、ベースノードに到達するかを決定する必要がある。
デバイスの信頼可能な伝送距離が、ベースノードを含んでいないこともあるので、経路指定を行う戦略は、多くの場合に、中間のデバイスを使用することになる。例えば、図1に示されるように、デバイスXは、通信距離RXを有し、デバイスYは、通信距離RYを有し、ベースデバイスBは、通信距離RBを有する。これらの3つのデバイスだけが無線ネットワーク中に含まれる場合には、ソリューションは単純である。すなわちXがBに対して送信するデータを有するときに、Xは、Yに対してそのデータを送信することになり、YはBに対してそのデータを送信することになる。しかし、より多くのデバイスが追加されるにつれて、経路指定を行うソリューションは、より複雑になる。
例示の実施形態においては、本発明は、1つの基地局といくつかのノードデバイスとを含む無線通信システムの性能を解析する方法を含み、本方法は、システム中のデバイス対のリンク特性を観察するステップと、そのリンク特性を使用して、中央に集中された通信ソリューションを生成するステップと、中央に集中された通信ソリューションを使用して、第1の品質測定基準を計算するステップと、それらのノードデバイスについての実際の通信構成を観察し第2の品質測定基準を生成するステップと、第1の品質測定基準を第2の品質測定基準と比較するステップとを含む。
別の実施形態においては、中央に集中された通信ソリューションは、ノードデバイスごとに基地局に対する第1および第2の(またはより多くの)オーバーラップしない通信経路が定義されることを特徴としている。別の例示の実施形態では、実際の通信構成はまた、ノードデバイスごとに基地局に対する第1および第2の(またはより多くの)オーバーラップしない通信経路を定義し、少なくとも一部の定義された通信経路は、ノードデバイスと基地局との間の中間ノードを含んでいる。第1および第2の品質測定基準は、少なくとも一部の定義された通信経路中の各中間ノードによって導入される待ち時間の和に関連する成分を含むことができる。
さらに別の実施形態においては、第1および第2の品質測定基準は、第1のノードデバイスと基地局との間のホップ数に関連する成分を含んでいる。また、第1および第2の品質測定基準は、第1のノードデバイスと基地局との間で定義された経路中で使用されるリンクのリンク品質に関連する成分を含むことができる。別の例示の実施形態においては、中央に集中された通信ソリューションと実際の通信構成は、通信が第1のノードデバイスと基地局との間で通過する中間ノードを有する通信経路を定義し、ここで第1および第2の品質測定基準は、中間ノードで現れるオーバーラップする経路の数に関連する成分を含んでいる。本方法はまた、比較するステップが、あらかじめ定義されたレベルを超えるシステムの非効率性を示す場合、システムを再構成するステップを含むこともある。
別の例示の実施形態は、少なくとも1つの基地局と、互いに無線通信を行うように構成された、いくつかのノードデバイスとを備える無線通信システムを含み、本システム中の、あるいは本システムに通信を行うように結合された少なくとも1つの解析するデバイスは、本システム中で定義される実際の通信経路に関連するデータを収集し、システム通信ステータスの実際の品質測定基準を観察するように構成され、解析するデバイスは、さらに実際の品質測定基準と比較するための数学的に最適な品質測定基準を生成するように構成される。
別の実施形態においては、ノードデバイスごとに基地局に対する第1および第2のオーバーラップしない通信経路は、数学的に最適な品質測定基準が生成されるときに定義される。さらに別の実施形態においては、実際の通信構成は、ノードデバイスごとに基地局に対する第1および第2のオーバーラップしない通信経路を定義し、少なくとも一部の定義される通信経路は、ノードデバイスと基地局との間の中間ノードを含んでいる。また、実際の最適な品質測定基準は、少なくとも一部の定義される通信経路中の各中間ノードによって導入される待ち時間の和に関連する成分を含むことができる。
別の実施形態においては、実際の最適な品質測定基準は、第1のノードデバイスと基地局との間のホップ数に関連する成分を含んでいる。さらに別の実施形態においては、実際の最適な品質測定基準は、第1のノードデバイスと基地局との間で定義される経路中で使用されるリンクのリンク品質に関連する成分を含んでいる。また、いくつかの最適な通信経路は、数学的に最適な測定基準が生成されるときに定義することができ、少なくとも1つの最適な通信経路は、第1のノードから基地局へとデータを搬送する中間ノードを有し、少なくとも1つの実際の通信経路は、中間ノードを含むことができ、実際の最適な品質測定基準は、中間ノードで現れるオーバーラップする経路の数に関連する成分を含むことができる。さらに別の実施形態においては、本システムは、本システムを介して基地局に対してデータを経路指定するための第1の経路指定プロトコルを有するように構成され、数学的に最適な測定基準の、実際の測定基準との比較が、所定のレベルを超えるシステムの非効率性を示す場合に、新しい経路指定プロトコルが、第1の経路指定プロトコルを置き換えるように生成される。
例示の一実施形態においては、本発明は、少なくとも1つの基地局と、互いに無線通信を行うように構成された、いくつかのインフラストラクチャノードデバイスと、インフラストラクチャノードデバイスと通信を行ういくつかのリーフデバイスとを備える無線通信システムを含み、本システム中の、または本システムに通信を行うように結合された少なくとも1つの解析するデバイスは、本システム中で定義される実際の通信経路に関連するデータを収集し、システム通信ステータスの実際の品質測定基準を観察するように構成され、解析するデバイスは、さらに実際の品質測定基準と比較するための数学的に最適な品質測定基準を生成するように構成される。
さらに別の実施形態においては、リーフデバイスは、スリープモードとアクティブモードを有するセンサを備え、それらのセンサは、スケジュールされた時刻に覚醒し、インフラストラクチャノードデバイスに対してデータを送信するように適合され、各センサは、少なくとも2つのインフラストラクチャノードデバイスに関連している。別の例示の実施形態においては、本システムは、第1および第2のオーバーラップしない経路が、各リーフノードから基地局に対して定義されるように構成される。また、本システムは、本システムを介して基地局に対してデータを経路指定するための第1の経路指定プロトコルを有するように構成することができ、数学的に最適な測定基準の、実際の測定基準に対する比較が、所定のレベルを超えるシステムの非効率性を示す場合に、新しい経路指定プロトコルは、第1の経路指定プロトコルを置き換えるように生成することができる。
以下の詳細な説明は、図面を参照して読まれるべきである。それらの図面は、必ずしも原寸に比例しておらず、例示の実施形態を示しており、本発明の範囲を限定するものではない。
例示の一実施形態において、本発明は、いくつかのデバイスを有する無線ネットワークを対象としている。不十分なデータ経路指定は、そのようなネットワークの応答時間を増大させる可能性があり、ネットワークを、限られた数のデバイスに対して過度に依存しがちなものにする。例えば、データが1つまたは2つのノードを介して大量に経路指定される場合には、これらのノードは、ソースノードから基地局に対する情報の流れにとってのボトルネックを形成し、遅延をもたらす。さらに、これらの酷使されるノードの故障は、重大なデータ損失をもたらす可能性がある。
データ経路指定が、いくつかの静的な(移動しない)デバイスを有するネットワーク内で行われるときでさえ、そのようなネットワーク内のデータ経路指定の設計と選択は、それらの分散された性質に起因して複雑にされる。任意の所与の時刻に、ネットワークの一部分である1つまたは複数のデバイスが、何らかの理由で、残りのネットワークと通信しなくなることもある。例えば、突然のローカルノイズが、デバイスとの通信を遮断する可能性があり、あるいはデバイスは、定期的に低電力スリープモードに入ることもある。さらに、初期セットアップの後でデバイスを追加するためにネットワークを使用可能にすることが、しばしば望ましいこともある。
これらの様々な難点の1つの結果は、データ経路指定の中央に集中された構成が、労力のかかるものになることである。例えば、中央に集中された構成は、デバイスが恒久的または一時的に追加され、または取り除かれるときにアップデートすることを必要とすることもある。中央に集中された構成をアップデートすることは、ネットワーク中の各デバイスに別々に連絡することを必要とする可能性がある。これらの難点は、分散された構成を、現在進行中のオペレーション中における望ましい特徴とする。しかし、分散された構成は、しばしば中央に集中された構成と同程度の最適な結果を生み出すことができないことが、シミュレーションにおいて見出されている。例示の一実施形態において、本発明は、動作構成の評価の際に支援することにより、無線通信システム構成を改善することを対象としている。
図2は、無線ネットワーク中における冗長なオーバーラップしない経路の図である。基地局Bと、いくつかのノードI1...I6およびXを含むネットワークが示される。例示の実施形態において、目的は、XとBとの間の堅牢な通信を実現することである。オーバーラップしない冗長な経路を定義することは、そのような目標を達成する一方法である。第1の経路1は、奇数の番号が付けられたノードI5、I3、およびI1を経由して、XとGとの間で定義される。第2の経路2は、偶数の番号が付けられたノードI6、I4、およびI2を経由して、XとGとの間で定義される。2つの経路1、2は重なり合わず、それ故に冗長な、オーバーラップしない経路である。
ノードI5からGへの冗長度を生成する追加の経路も示される。第1の経路は、経路1に従い、経路3と示され、I5についての別の経路は、ノードI4とI2を介して経路4に従う。同様に、ノードI6については、経路5は、経路2の一部分に従い、経路6は、ノードI3とI1を通過する。理解することができるように、比較的少ないノードまたはデバイスを用いてさえ、経路数は、特にオーバーラップしない冗長な経路が望ましいときには、速やかに増大する。一部の実施形態においては、デバイスXは、他のノードデバイスI1...I6と同様に動作するデバイスである。他の実施形態においては、例えば図5において以下でさらに示されるように、デバイスXは、その代わりにそれらのノードデバイスとは異なるタイプのデバイスであってもよい。
図3は、デバイスKについての経路の分散された構成を示す図である。例示の実施形態においては、Kは、他のデバイスL、M、N、P、Q、R、Sと、基地局BSをすでに有するシステムに対して新しく追加されたデバイスとすることができる。デバイスKは、その代わりに、それらのシステムの一部分であったが、例えば低電力スリープ期間後、または連絡を妨げる干渉(ノイズ)の期間後にそのシステムと連絡を再確立しているデバイスとすることもできる。デバイスKはまた、例えば他のデバイスがシステムに追加された後に、経路指定を再構成するコマンドを考慮に入れて、それ自体を再構成していてもよい。
Kを追加する分散された構成は、以下のように行われてもよい。Kは、それ自体のアドレスKが続き、メッセージ「RREQK」を作成する、経路指定要求RREQを生成する。すぐ隣のデバイスL、Pが、Kからその経路指定要求を受信するときに、それぞれは、メッセージ中にそれ自体のアドレスを含めた後にメッセージを再送信することになる。他の情報、例えばRSSIデータ(受信信号強度インジケータ、他のリンク品質データ、またはノード待ち時間データ(例示の実施形態においては、ノード待ち時間は、ノードによってサービスされる経路数に比例する)を追加することもできる。ノード待ち時間データは、適切な任意の形式を取ることができる。別の例においては、ノード待ち時間データは、いくつかのノードまたは各ノードに、そのノードにおけるデータ(またはデータのパケット)の常駐時間上の統計を保持させることによって生成することができる。さらなる一例においては各ノードについての待ち時間値は、平均常駐時間、または待ち時間値としての常駐時間の組または分布に関連する統計値とすることができる。例えばデバイスが、必ずしも「ON」でない(すなわち、時々スリープモードに入る)場合に起こることもある間欠性の通信障害に対応するために、収集されたデータは、通信リンク障害のインジケータと、そのような障害の頻度を含むことができる。
次いでメッセージは、RREQが、宛先に、この場合には基地局BSに到達するまで反復される。図に示されるように、基地局は、Kから複数のRREQを受信することができる−この場合には、RREQNMLKは、それがKによって生成された後に、またそれがBSにおいて受信される前にノードL、M、およびNを通過する。同様に、RREQSRQPKは、それが生成された後に、またそれがBSにおいて受信される前にノードP、Q、R、およびSを通過する。次いで、基地局BSは、それらのメッセージを介してソートし、明らかに最良の経路を選択することになる。一般的に「最良の」経路は、最大のリンク強度と最小のホップ数を有する経路として決定される。基地局に最良の経路を選択させる際に考慮することができる他のファクタは、KとBSとの間の中間ノードのうちのいずれかの「負荷」を含む。例えば、高負荷の中間ノード(すでに多数の他の既存の経路の一部分を形成しているノード)を含む経路は、高負荷のノードにおけるデータ衝突を回避するために非選択状態にすることができる。
BSが、最適の経路(または一部の実施形態においては2つ以上の最良の最適経路)を選択した後に、メッセージが、BSによって生成され、Kに対してどの1つ(または複数)の経路が使用されるべきかを示すためにKに対してアドレス指定される。一部の実施形態においては、メッセージをBSによって直接Kに送信することができるように、基地局BSは、すべての他のノードに対してブロードキャストするように使用可能にされる。他の実施形態においては、BSは、中間のデバイスを使用して、そのメッセージをKに対して経路指定することができる。分散された構成は、一般的に、ネットワーク内の通信とあまり干渉することなく実施することができる。しかし、デバイスKなどのデバイスは、追加し、アクティブにし、再アクティブにし、あるいはそうでなければランダムな順序で構成することができるので、分散された構成ルーチンは、多くの場合に最適な可能な構成とは異なる結果を達成する。しかし、中央に集中された構成ルーチンを使用した反復される再構成は、複雑になり、それ故に、計算の必要性および構成をアップデートするためのダウンタイムを考慮するとコストがかかる可能性がある。したがって本発明は、実際の構成が最適なものからどれだけ離れているかを決定して、再構成または他の改善が望ましいかどうかを決定するためのベンチマークを提供する。
図3において、2つのオーバーラップしない冗長な経路が、Kが基地局BSに到達するために定義されていることを理解することができる。一方の経路は、シリーズK−L−M−N−BSに従う。他方の経路は、シリーズK−P−Q−R−S−BSに従う。これらの経路は、多くの場合に異なるホップ数を有するものと説明される、異なる長さを有する。中間局(一方の例においてはL、M、およびN、また他方ではP、Q、R、およびS)のうちの任意の局によって搬送される最大負荷は、経路ごとに異なる可能性がある。経路中の各リンクは、異なる信号強度を有することができる。また経路中の各ノードは、そこを通過する経路数に関する限り、異なる負荷を搬送することができる。これらのファクタのそれぞれは、例えばデータがBSに到達するために必要とされる時間量を、あるいはある経路がシステム中で使用される他の経路にどのように影響を及ぼすかを変化させることにより、システム性能に影響を及ぼす可能性がある。
図4は、例示の一実施形態についてのフローチャートである。本方法10は、20に示されるように既存の無線システム中におけるリンク間のリンク特性を観察することによって開始される。少なくとも一部のノードが追加され、分散されるように通信経路が設けられている既存のシステムは、例えばオンとすることができる。別のステップにおいては、22に示されるように最適なソリューションが生成される。
例示の一実施形態においては、最適なソリューションは、混合整数線形プログラムの方法によって生成される。第1に、2つの冗長なオーバーラップしない経路が、図2および3において以上で示されるように、ノードごとに定義される。次いで混合整数線形プログラムが、以下の和を最小化させるように実行される。
+α1*{ベースまでの各ノードの2つの冗長な経路上のホップ数の和}
−α2*{ノードごとの2つの経路中のすべてのリンク上の各リンクのリンク品質の対数の和}
+α3*{ネットワーク中の任意のノードによってサービスされる最大負荷}
+α4*{経路中における、各ノードの2つの経路上で各中間ノードによって導入される待ち時間の和}
例示の実施形態では、中間ノードによって導入される待ち時間は、そのノードによってサービスされる経路数に比例することもある。ノード待ち時間は、特定のノードにおけるデータの常駐時間を含めて、追加の測定基準を使用して、例えば様々な時刻に特定のノードを通過するデータについてのいくつかの常駐時間に関連する平均常駐時間または統計値を計算することにより、計算することもできる。変数α1...α4は、識別されるファクタのうちのどれが最も重要と考えられるかに応じてユーザが設定することができる。必要に応じて、以上で指摘された4つの値ではなくて、他のシステム変数を使用することができる。例えば、ネットワーク中の任意のノードによって満たされる最大負荷を使用するのではなく、ノード負荷の統計的変数を使用することができる。同様に、ノードにおけるパケットの待機する遅延(または常駐時間)の分布の統計的平均は、待ち時間測定値のために使用することもできる。
−α2*{ノードごとの2つの経路中のすべてのリンク上の各リンクのリンク品質の対数の和}
+α3*{ネットワーク中の任意のノードによってサービスされる最大負荷}
+α4*{経路中における、各ノードの2つの経路上で各中間ノードによって導入される待ち時間の和}
例示の実施形態では、中間ノードによって導入される待ち時間は、そのノードによってサービスされる経路数に比例することもある。ノード待ち時間は、特定のノードにおけるデータの常駐時間を含めて、追加の測定基準を使用して、例えば様々な時刻に特定のノードを通過するデータについてのいくつかの常駐時間に関連する平均常駐時間または統計値を計算することにより、計算することもできる。変数α1...α4は、識別されるファクタのうちのどれが最も重要と考えられるかに応じてユーザが設定することができる。必要に応じて、以上で指摘された4つの値ではなくて、他のシステム変数を使用することができる。例えば、ネットワーク中の任意のノードによって満たされる最大負荷を使用するのではなく、ノード負荷の統計的変数を使用することができる。同様に、ノードにおけるパケットの待機する遅延(または常駐時間)の分布の統計的平均は、待ち時間測定値のために使用することもできる。
例示の実施形態においては、次いでα変数を含めて以上のファクタの組を使用して、図4中のステップ24に示されるように第1の品質測定基準を生成する。この測定基準は、例えば数字とすることができる。次に26に示されるように、システムの実際の経路指定特性が観察される。同じ組のα変数を有する以上の式中で使用されるような経路指定特性を使用する第2の品質測定基準が、28に示されるように生成される。最後に、第1の品質測定基準と第2の品質測定基準が、ステップ30に示されるように、比較される。本システムでは、第1の品質測定基準と第2の品質測定基準の比較が、再構成についての必要性を示すときに、再構成を行うことができる。例えば、第1の品質測定基準が、第2の品質測定基準のあらかじめ選択されたパーセンテージ(例えば、75%、または他の任意の値)である場合に、再構成を実装するために必要とされる計算および通信の費用に見合うように、再構成の結果としての25%の改善が再構成から期待することができる。
例示の一実施形態においては、インフラストラクチャノードに関連する物理情報は、相対的並列配置およびノード間のリンク強度を含めて、それらの物理特性で表して特徴付けられる。基地局を含めて頂点の集合が、すべてのノードの集合であるグラフG(V,E)が定義される。グラフの辺は、頂点の間の通信接続を示す有向辺である。例えば、頂点Aと頂点Bとの間の有向辺が存在する場合、次いでAからBへの可能な通信が存在する。次いで、基地局に対する、2つまたは(より多くの)最良のオーバーラップしない経路が選択される。以上で指摘されたファクタを考慮に入れたグラフ解析を使用することにより、最適なソリューションに近づけることができる。
一部の実施形態においては、以上で指摘されたファクタのすべてよりも少ないファクタが最小化プロセスのために考慮される。代わりに、1つまたは複数のファクタが取り除かれるように、α1...α4のうちの1つまたは複数をゼロに設定することができる。
以上の式および無線ネットワークシミュレータを使用して、様々な試行が実施された。分散されたアプローチは、無線ネットワークシミュレータ中で使用されたとき、グローバルシステムを設計することに対する中央に集中されたアプローチを使用するアプローチほど良好でないことが見出された。例えば、第1のファクタ(ホップ数)だけを考慮に入れると、中央に集中されたアプローチは、一般的に分散されたアプローチよりも7〜10%良好な(すなわち、7〜10%ホップの少ない)範囲にある。しかし、以上で指摘されるように、中央に集中されたアプローチに完全に依存することは、その実用性を限定する他の難点を引き起こす可能性がある。
本発明の状況においては、経路指定することに対する中央に集中されたアプローチを、最適化されたアプローチと考えることができる。「最適な」アプローチを生み出す際に必要とされるいくつかのファクタが存在するので、実際には、単一の「最適な」経路指定アプローチが存在することはまれであることを理解されたい。その代わりに、通信品質を決定する1つまたは複数のファクタの観点から最適化することができる最適化された通信ソリューションが存在する。中央に集中されたソリューションは、最適化されたソリューションの1つのカテゴリである。中央に集中されたソリューションの組のうちには、様々なファクタについて最適化されたソリューションが存在する。本明細書中において例示の実施形態は、使用される通信ホップ数、システム待ち時間、および/またはシステム中の任意のノードによって満たされ、かつ/またはネットワーク内のリンク品質を最大にする最大負荷を低減させるように最適化された中央に集中されたソリューションとすることができる最適化された通信ソリューションを含む例を提供する。
図5は、一例の無線センサネットワークを示している。そのネットワークは、ゲートウェイノードまたはベースノード100と、いくつかのインフラストラクチャノード102、104、106、108、110、112と、センサSとして示されるいくつかのリーフノードを含んでいる。どの1つのインフラストラクチャノードの障害も、完全にはセンサをネットワークから切り離すことにならないように、各センサは、それ自体を2つのインフラストラクチャノードに関連付ける。一部の実施形態においては、ネットワークは、その開示が参照により本明細書に組み込まれている2004年6月17日に出願の「チャネルホッピングと冗長な接続を伴う無線通信システム(WIRESS COMMUNICATION SYSTEM WITH CHANNEL HOPPING AND REDUNDANT CONNECTIVITY(チャンネルホッピングおよび冗長接続を備えた無線通信システム)」という名称の同時係属の米国特許出願第10/870,295号に説明されるような形式を取る。
一実施形態においては、少なくとも一部のセンサは、低電力モードで動作する。例えば、所与のセンサは、アクティブモードと低電力スリープモードを有することができ、ここで、センサは、定期的に低電力スリープモードから覚醒し、アクティブモードを使用してデータを送信する。低電力スリープ中にある間、センサは、通信のためには使用不可能である。スケジュールされた時刻に、センサは覚醒することができ、どのようなデータをセンサが送信するために収集しているとしても関連するインフラストラクチャノードに対して送信する。次に、インフラストラクチャノードは、そのセンサデータを基地局に対して送信する。
冗長性の目的のために、センサは、2つのインフラストラクチャノードに対して送信することができる。例えば、いくつかのセンサ114、116、118は、インフラストラクチャノード104、106のそれぞれに関連付けて示されている。一部の実施形態においては、インフラストラクチャノード104、106を通過するこれらのセンサ114、116、118からの信号についての経路が、オーバーラップしないように、本システムは構成される。例えば、第1のセンサ114からの信号は、インフラストラクチャノード104および110へと、次いでベースノード100へと、またインフラストラクチャノード106へも、次いでまたベースノード100へと経路指定することができる。その間に、第2のセンサ116からの信号は、同じ経路対を有することができる。ノード102は、いくつかのセンサ伝送のために使用される可能性が高いことが、図示されるシステムから理解することができる。システムの全体的待ち時間を低減させるために、ノード102を介して経路指定することができるあるデータは、ノード2の周囲で経路指定して、データ衝突の可能性を低減させることができる。したがって、センサ118などのセンサからのデータは、インフラストラクチャノード104および110へと、次いでベースノード100へと、ならびにベースノード100へと進む前にノード106、108、および112へと渡すことによりノード102の周囲で経路指定することができる。
経路指定することに対する分散されたアプローチと共に生じ得る難点のうちの1つを強調するために、センサ120が本システムに追加されるものと仮定する。図から分かるように、センサ120は、ノード102および108への関連付けが望ましいように配置される。センサ120は、同様にノード106と通信を行うために十分に近くすることもできるが、明らかにノード102により近い。しかし、センサ120が本システムに追加された最新のセンサである場合、次いでノード102は、すでに本システムの最も重い経路指定負荷を搬送していることもある。ノード102が、すでに負荷を経路指定するためのその最大限度(そのような容量は、本システムではあらかじめ定義することができる)にある場合、次いでノード102は、センサ120からの信号を経路指定するためには使用できないはずである。これは、センサ120がノード106および108に関連することを必要とするはずであり、センサ120からノード106へと通過する信号が、ベースノード100に到達する前にノード104および110へと再送信されるように強制するはずである。結果は、非効率的である。しかし、新しいセンサが追加されるたびに、センサが取り除かれるたびに、センサがその関連するインフラストラクチャノードとの通信を失うたびに、通信を失っているセンサが通信を回復するたびに、また同様にインフラストラクチャノードが追加され、取り除かれ、または通信を失い回復する他のときに、全体の経路指定テーブルを再構成することは、構成信号を経路指定することの不協和音を生成する可能性が高いはずである。それ故に、本発明を用いて、最適な性能に対する実際の性能を比較し、測定することができる。
実際の性能が、望ましいしきい値より下に下がるときに、次いで本システムは、中央に集中されるように、または分散されるように再構成することができる。例えば、測定基準が図4を参照して以上で説明されるように生成される場合、また実際のシステム測定基準が所定の比率による理想化されたスコアよりも高いスコアを示す場合には、次いで本システムを再構成することができる。例えば、実際のシステム測定基準に対する理想化された測定基準の比率が75%よりも下に下がる場合には、次いで本システムを再構成することができる。他の比率を使用することもでき、より高い比率は、再構成がより頻繁に起こることを許すが、より高い効率をも確実にする可能性が高い。
本システム中の任意のデバイスは、本発明に関連する解析を実施するようにプログラムすることができる。代わりに、そのような解析を実施するために、別個のデバイスを本システムに通信を行うように結合することができる。必要に応じて、基地局は、システム性能データを収集し、そのデータを本システムの一部分でない別のデバイス(例えば、基地局によってアクセス可能な有線ネットワークを使用してアクセス可能なデバイス)に送信することができる。最適化されたソリューションは、余分なコンピューティング能力を必要とすることもあるので、性能データを送信することができることは、本システムが動作している間でさえ、システム解析を行うことを可能にする上で助けとなる可能性がある。
当業者なら、本発明は、本明細書中で説明され、企図される特定の実施形態以外の様々な形態で明らかに示すことができることを理解されよう。したがって、形態および詳細における逸脱は、添付の特許請求の範囲において説明されるように、本発明の範囲および趣旨を逸脱することなしに、行うことができる。
Claims (23)
- 基地局といくつかのノードデバイスを含み、前記システム中のデバイス対間の通信リンクを使用して実際の通信構成で動作する、無線通信システムの性能を解析する方法であって、
前記システム中のデバイス対のリンク特性を観察するステップと、
前記リンク特性を使用して、最適化された通信ソリューションを生成するステップと、
前記最適化された通信ソリューションを使用して第1の品質測定基準を計算するステップと、
前記ノードデバイスについての前記実際の通信構成を観察し、第2の品質測定基準を生成するステップと、
前記第1の品質測定基準を前記第2の品質測定基準と比較するステップと、
を含む方法。 - 前記最適化された通信ソリューションは、ノードデバイスごとに、前記基地局に対する第1および第2またはより多くのオーバーラップしない通信経路が定義されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記実際の通信構成もまた、ノードデバイスごとに前記基地局に対する第1および第2またはより多くのオーバーラップしない通信経路を定義し、少なくとも一部の定義された通信経路は、前記ノードデバイスと前記基地局との間の中間ノードを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記第1および第2の品質測定基準は、少なくとも一部の定義された通信経路中の各中間ノードによって導入される待ち時間の和に関連する成分を含む、請求項3に記載の方法。
- 各前記ノードは、そのノードにおけるデータの常駐時間についての統計値を保持し、常駐時間分布の平均を待ち時間値として使用する、請求項4に記載の方法。
- 前記第1および第2の品質測定基準は、第1のノードデバイスと前記基地局との間のホップ数に関連する成分を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1および第2の品質測定基準は、第1のノードデバイスと前記基地局との間で定義された経路中で使用されるリンクのリンク品質に関連する成分を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記最適化された通信ソリューションと前記実際の通信構成は、第1のノードデバイスと前記基地局との間で通信が通過する中間ノードを有する通信経路を定義し、前記第1および第2の品質測定基準は、中間ノードで現れるオーバーラップしない経路の数に関連する成分を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記最適化された通信ソリューションは、ノードデバイスごとに、前記基地局に対する第1および第2のオーバーラップしない通信経路が定義されることを特徴とし、
前記実際の通信構成もまた、ノードデバイスごとに、前記基地局に対する第1および第2のオーバーラップしない通信経路を定義し、少なくとも一部の定義された通信経路が、前記ノードデバイスと前記基地局との間の中間ノードを含み、
前記第1および第2の品質測定基準は、少なくとも一部の定義された通信経路中の各中間ノードによって導入される待ち時間の和に関連する成分を含み、
前記第1および第2の品質測定基準は、少なくとも1つのノードデバイスと前記基地局との間のホップ数に関連する成分を含み、
前記第1および第2の品質測定基準は、少なくとも1つのノードデバイスと前記基地局との間で定義される経路中で使用されるリンクのリンク品質に関連する成分を含み、
前記第1および第2の品質測定基準は、中間ノードで現れるオーバーラップする経路の数に関連する成分を含む、請求項1に記載の方法。 - 比較する前記ステップは、あらかじめ定義されたレベルを超えるシステムの非効率性を示す場合に、前記システムを再構成するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つの基地局と、互いに無線通信を行うように構成されたいくつかのノードデバイスとを備える無線通信システムであって、
前記システム中における、または前記システムに対して通信を行うように結合された少なくとも1つの解析するデバイスが、前記システムにおいて定義される実際の通信経路に関連するデータを収集し、前記システムの通信ステータスの実際の品質測定基準を観察するように構成され、
前記解析するデバイスは、さらに前記実際の品質測定基準と比較するための、最適化された通信ソリューションに基づいた最適な品質測定基準を生成するように構成される、無線通信システム。 - ノードデバイスごとに、前記基地局に対する第1および第2またはより多くのオーバーラップしない通信経路は、前記最適化された通信ソリューションにおいて定義される、請求項11に記載のシステム。
- 実際の通信構成は、ノードデバイスごとに前記基地局に対する第1および第2またはより多くのオーバーラップしない通信経路を定義し、少なくとも一部の定義された通信経路は、前記ノードデバイスと前記基地局との間の中間ノードを含む、請求項12に記載のシステム。
- 前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、少なくとも一部の定義された通信経路において各中間ノードによって導入される待ち時間の和に関連する成分を含む、請求項13に記載のシステム。
- 前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、少なくとも一部の定義された通信経路において第1のノードデバイスと前記基地局との間のホップ数に関連する成分を含む、請求項11に記載のシステム。
- 前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、少なくとも一部の定義された通信経路において第1のノードデバイスと前記基地局との間で定義される経路において使用されるリンクのリンク品質に関連する成分を含む、請求項11に記載のシステム。
- いくつかの最適な通信経路は、数学的に最適な測定基準が生成されるときに定義され、少なくとも1つの最適な通信経路は、第1のノードから前記基地局へとデータを搬送する中間ノードを有し、
少なくとも1つの実際の通信経路は、中間ノードを含み、
前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、中間ノードで現れるオーバーラップする経路の数に関連する成分を含む、請求項11に記載のシステム。 - ノードデバイスごとに、前記基地局に対する第1および第2またはより多いオーバーラップしない通信経路は、数学的に最適な品質測定基準が生成されるときに定義され、
実際の通信構成は、ノードデバイスごとに前記基地局に対する第1および第2のオーバーラップしない通信経路を定義し、少なくとも一部の定義された通信経路が、前記ノードデバイスと前記基地局との間の中間ノードを含み、
前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、少なくとも一部の定義された通信経路において各中間ノードによって導入される待ち時間の和に関連する成分を含み、
前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、第1のノードデバイスと前記基地局との間のホップ数に関連する成分を含み、
前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、第1のノードデバイスと前記基地局との間で定義される経路において使用されるリンクのリンク品質に関連する成分を含み、
前記実際の品質測定基準および最適な品質測定基準は、中間ノードで現れるオーバーラップする経路の数に関連する成分を含む、請求項11に記載のシステム。 - 前記システムは、前記システムを介して基地局にデータを経路指定するための第1の経路指定プロトコルを有するように構成され、
前記数学的に最適な測定基準の前記実際の測定基準との比較は、所定のレベルを超えるシステムの非効率性を示す場合に、新しい経路指定スキームが、前記第1の経路指定スキームを置き換えるように生成される、請求項11に記載のシステム。 - 少なくとも1つの基地局と、互いに無線通信を行うように構成された、いくつかのインフラストラクチャノードデバイスと、前記インフラストラクチャノードデバイスと通信するいくつかのリーフデバイスとを備える無線通信システムであって、
前記システム中における、または前記システムに対して通信を行うように結合された少なくとも1つの解析するデバイスは、前記システムにおいて定義される実際の通信経路に関連するデータを収集し、前記システムの通信ステータスの実際の品質測定基準を観察するように構成され、
前記解析するデバイスは、さらに実際の通信経路に関連する前記データを使用して最適化された通信構成を構築することにより、最適な品質測定基準を生成するように構成される、無線通信システム。 - 前記リーフデバイスは、スリープモードとアクティブモードとを有するセンサを備え、前記センサは、スケジュールされた時刻に覚醒し、インフラストラクチャノードデバイスにデータを送信するように適合され、各センサは、少なくとも2つのインフラストラクチャノードデバイスに関連付けられる、請求項20に記載のシステム。
- 第1および第2またはより多くのオーバーラップしない経路は、各リーフノードから基地局へと定義されるように前記システムが構成される、請求項20に記載のシステム。
- 前記システムが、前記システムを介して基地局へとデータを経路指定するための第1の経路指定スキームを有するように構成され、
前記数学的に最適な測定基準の前記実際の測定基準との比較が、所定のレベルを超えるシステムの非効率性を示す場合に、新しい経路指定スキームが、前記第1の経路指定スキームを置き換えるように生成される、請求項20に記載のシステム。
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