JP7486590B2 - 無線通信システムにおけるチャネル割当 - Google Patents
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Description
産業用通信システムは、電力システムの自動化、例えば変電所自動化またはグリッド自動化において使用される。柔軟性およびスケーラビリティを高めるため、ならびにコストを低減するために、有線ネットワーク(たとえば、イーサネット(登録商標)ベースのネットワーク)を無線ネットワークで置き換えることは便利である。無線チャネルは本質的に共有され、環境に大きく依存するので、いずれの無線通信システムも、干渉、悪意のあるジャミング、およびフェージングを被りやすく、これは、概して、不良チャネル状態として説明され得る。メッセージが信号を介してそのような無線チャネルを介して送信されるとき、受信機は、メッセージを復号することに失敗する場合があり、高い誤り率をもたらし、これは最終的に、産業用通信システムによって課される可用性および信頼性の要件を脅かす。
本明細書の実施形態の目的は、無線通信システムにおいて通信するデバイス、特にエンドノードへのチャネルの効率的な割当を提供することである。
タイムクリティカルな制御アプリケーションについて無線通信システムにおける干渉に対する効果的な反応を可能にする高速チャネル適応。
産業用通信用途における高い可用性および信頼性が保証される。
ここで、以下、本発明の概念の特定の実施形態が示される添付の図面を参照して、本発明の概念をより詳細に説明する。しかしながら、本発明の概念は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではなく;むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、本発明の概念の範囲を当業者に完全に伝えるように、例として提供される。同様の番号は、説明全体を通して同様の要素を指す。破線によって示される任意の動作または特徴は、任意選択であると見なされるべきである。
S102:ネットワークコントローラ200は、無線通信システム100内の各利用可能なチャネルを、各利用可能なチャネルの性能特性および使用性特性に従って複数のチャネルカテゴリのうちの1つに分類する。
S104:ネットワークコントローラ200は、チャネルをカテゴリごとにランク付けする。
S106:ネットワークコントローラ200は、ランク付けされたチャネル(すなわち、このようにランク付けされたチャネル)に従って、チャネルのうちの少なくとも1つをエンドノード120a~120Nの各々に割り当てる。
S108:ネットワークコントローラ200は、チャネルリストにおいて、エンドノード120a~120Nに、どの少なくとも1つのチャネルが各エンドノード120a~120Nに割り当てられたかの情報を提供する。
各カテゴリ内のチャネルは、それらが制御アプリケーションの性能要件を満たす程度に関してランク付けされ得る。たとえば、ある制御アプリケーションは、特定の長さのパケットを、特定の周期性、特定のレイテンシ制約、および/または特定の(最大)パケット損失率で送受信するために、特定の数のエンドノード120a~120Nを必要とし得る。
条件1:動作チャネルカテゴリが空でない場合、動作チャネルのうちの上位にランク付けされたチャネルがエンドノード120a~120Nに割り当てられる。
干渉パターンを推定することは、干渉を引き起こす基底の送信の予測不可能な性質に起因して、計算的に複雑であり得る。人工知能(AI)技術に基づくアルゴリズムを使用して、各チャネル上の干渉パターンを学習および予測することができる。具体的には、ネットワークコントローラ200は、すべての利用可能なチャネルを周期的に走査し、受信信号電力を時間に対して記録し得る。ネットワークコントローラ200はまた、これらの記録から、パターンが既知である、それ自体のネットワーク内のエンドノード120a~120Nによる送信から生じた受信電力を差し引き得る。結果として得られる経時的な電力のパターンは、ロングショートタームメモリ(LSTM)リカレントニューラルネットワークなどのAIアルゴリズムへの入力として使用され得る。これらのアルゴリズムは、次いで、干渉パターンの予測を経時的に出力し、これは、チャネルのランク付けを更新するためにネットワークコントローラ200によって使用されることになる。干渉推定のために採用されるAIアルゴリズムは、動作の前にトレーニングされ得る。これは、制御された環境においてエンドノード120a~120Nにテスト送信を実行させることによって達成することができる。トレーニング中、ネットワークコントローラ200は、これらのパターンを干渉と見なし、AIアルゴリズムの予測を現実の送信パターンと比較することによって、AIアルゴリズムをトレーニングする。この干渉予測プロセスは、純粋にデータ駆動型であるが、既知の情報を埋め込んで、さらに改善することができる。たとえば、ネットワークコントローラ200は、いくつかの予測パターンを特定のネットワーク(たとえば、WiFiネットワークのビーコン)として分類し、したがって、将来のパターンを予測する際のその精度を高めることができる可能性がある。さらに、ネットワークコントローラ200はまた、予測されたチャネル品質を送信の結果(正しく復号されたかまたは破損されたパケット)と比較し、この情報を使用してニューラルネットワークを強化することによって、その予測の精度を事後的にチェックすることもできる。
S302:エンドノード120a~120Nは、通信サイクルの最初のスロットにおいて受信されたビーコンを復号することによって、ネットワークコントローラ200から、割り当てられたチャネルの更新されたチャネルリストを受信し、したがって、チャネルリストを取り出す。
Claims (19)
- 無線通信システム(100)においてエンドノード(120a~120N)にチャネルを割り当てるための方法であって、前記無線通信システム(100)のネットワークコントローラ(200)によって実行され、
前記無線通信システム(100)内の各利用可能なチャネルを、各利用可能なチャネルの性能特性および使用性特性に従って、複数のカテゴリのうちの1つに分類すること(S102)を含み、前記性能特性は、前記エンドノードによって実行される制御アプリケーションの要件を、無線リンク品質およびスペクトル規制によって課される送信パラメータに対する考えられ得る制限によって影響を受ける各利用可能なチャネルにおいて、どの程度良好に満たすことができるかを含み、前記使用性特性は、前記エンドノードによって実行される前記制御アプリケーションによって所与のチャネルをどの程度の量およびどの程度の時間にわたって使用することができるかを含み、前記方法はさらに、
前記チャネルを前記カテゴリごとにランク付けすることと(S104)、
ランク付けされた前記チャネルに従って、前記チャネルのうちの少なくとも1つを前記エンドノード(120a~120N)の各々に割り当てること(S106)と、
チャネルリストにおいて、前記エンドノード(120a~120N)に、どの少なくとも1つのチャネルが各エンドノード(120a~120N)に割り当てられたかの情報を提供すること(S108)とを含む、方法。 - 前記ネットワークコントローラ(200)と各エンドノード(120a~120N)との間の通信は、エンドノード(120a~120N)に前記割り当てられた少なくとも1つのチャネルにおいて実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記エンドノード(120a~120N)の各々は、可能な限り高くランク付けされたチャネルを割り振られる、請求項1または2に記載の方法。
- 前記エンドノード(120a~120N)のうちの少なくとも1つは、前記カテゴリのうちの少なくとも2つからのチャネル、または1つの同じカテゴリ内からの少なくとも2つのチャネルを割り振られる、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記エンドノード(120a~120N)の少なくとも1つは、前記エンドノード(120a~120N)の少なくとも1つに割り当てられた複数のチャネルを有する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の方法。
- 動作中、各エンドノード(120a~120N)に割り当てられた前記チャネルは、変更された各利用可能なチャネルの性能特性および使用性特性に基づいて、前記カテゴリ内の前記チャネルが再ランク付けされることによって、周期的に更新される、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記カテゴリは、動作カテゴリ、随時カテゴリ、緊急カテゴリを含み、
前記動作カテゴリは、完全な性能をもたらし、完全な使用性を有する動作チャネルによって特徴付けられ、
前記随時カテゴリは、完全な性能をもたらすが、部分的な使用性のみを有する随時チャネルによって特徴付けられ、
前記緊急カテゴリは、限られた性能のみをもたらし、部分的な使用性のみを有するかまたは使用性を有さない緊急チャネルによって特徴付けられる、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の方法。 - 前記動作カテゴリが空でない場合、前記動作チャネルのうちの上位にランク付けされたチャネルが、前記エンドノード(120a~120N)に割り当てられ、前記動作カテゴリが空であり、前記随時カテゴリが空でない場合、前記随時チャネルのうちの上位にランク付けされたチャネルが、前記エンドノード(120a~120N)に割り当てられる、請求項7に記載の方法。
- 前記動作カテゴリおよび前記随時カテゴリが両方とも空である場合、安全情報または緊急情報を搬送するメッセージを配信されるべく有する任意のエンドノード(120a~120N)について、前記緊急チャネルのうちの上位にランク付けされたチャネルが前記エンドノード(120a~120N)に割り当てられ、そうでなければ、現在のチャネル割当が維持される、請求項8に記載の方法。
- クリティカルな状態で前記制御アプリケーションを実行しており、前記安全情報または緊急情報を搬送するメッセージを期待しているが受信してはいない任意のエンドノード(120a~120N)によって、安全モードへの切換が実行される、請求項9に記載の方法。
- 前記エンドノードによって実行される前記制御アプリケーションの要件は、サイクル時間、データサイズ、および/または通信範囲のうちの少なくとも1つを含む、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記制御アプリケーションの要件を、所与の利用可能なチャネルにおいて、より良好に満たすことができるほど、この所与の利用可能なチャネルは、前記カテゴリにおいて、より高くランク付けされる、請求項11に記載の方法。
- 前記エンドノード(120a~120N)によって実行される前記制御アプリケーションによって、所与の利用可能なチャネルにおいて使用できる量がより多く、使用できる時間がより長いほど、この所与の利用可能なチャネルは、前記カテゴリにおいて、より高くランク付けされる、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ネットワークコントローラ(200)は、前記無線通信システム(100)のスペクトル監視ノードまたはマスタノードの一部である、請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の方法。
- 前記エンドノード(120a~120N)は、前記無線通信システム(100)におけるゲートウェイ、ブレーカ、保護機器、またはこれらの任意の組み合わせである、請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記無線通信システム(100)は、産業用無線通信システムである、請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の方法。
- 無線通信システム(100)においてエンドノード(120a~120N)にチャネルを割り当てるためのネットワークコントローラ(200)であって、前記ネットワークコントローラ(200)は、処理回路(210)を備え、前記処理回路は、前記ネットワークコントローラ(200)に、
前記無線通信システム(100)内の各利用可能なチャネルを、各利用可能なチャネルの性能特性および使用性特性に従って、複数のカテゴリのうちの1つに分類させ、前記性能特性は、前記エンドノードによって実行される制御アプリケーションの要件を、無線リンク品質およびスペクトル規制によって課される送信パラメータに対する考えられ得る制限によって影響を受ける各利用可能なチャネルにおいて、どの程度良好に満たすことができるかを含み、前記使用性特性は、前記エンドノードによって実行される前記制御アプリケーションによって所与のチャネルをどの程度の量およびどの程度の時間にわたって使用することができるかを含み、前記処理回路はさらに、前記ネットワークコントローラ(200)に、
前記チャネルを前記カテゴリごとにランク付けさせ、
ランク付けされた前記チャネルに従って、前記チャネルのうちの少なくとも1つを前記エンドノード(120a~120N)の各々に割り当てさせ、
チャネルリストにおいて、前記エンドノード(120a~120N)に、どの少なくとも1つのチャネルが各エンドノード(120a~120N)に割り当てられたかの情報を提供させる、ネットワークコントローラ(200)。 - 請求項2~16のいずれか1項に記載の方法を実行するようさらに構成される、請求項17に記載のネットワークコントローラ(200)。
- 無線通信システム(100)においてエンドノード(120a~120N)にチャネルを割り当てるためのコンピュータプログラム(720)であって、前記コンピュータプログラムはコンピュータコードを含み、前記コンピュータコードは、ネットワークコントローラ(200)の処理回路(210)上で実行されると、前記ネットワークコントローラ(200)に、
前記無線通信システム(100)内の各利用可能なチャネルを、各利用可能なチャネルの性能特性および使用性特性に従って、複数のカテゴリのうちの1つに分類させ(S102)、前記性能特性は、前記エンドノードによって実行される制御アプリケーションの要件を、無線リンク品質およびスペクトル規制によって課される送信パラメータに対する考えられ得る制限によって影響を受ける各利用可能なチャネルにおいて、どの程度良好に満たすことができるかを含み、前記使用性特性は、前記エンドノードによって実行される前記制御アプリケーションによって所与のチャネルをどの程度の量およびどの程度の時間にわたって使用することができるかを含み、前記コンピュータコードは、さらに、前記ネットワークコントローラ(200)の前記処理回路(210)上で実行されると、前記ネットワークコントローラ(200)に、
前記チャネルを前記カテゴリごとにランク付けさせ(S104)、
ランク付けされた前記チャネルに従って、前記チャネルのうちの少なくとも1つを前記エンドノード(120a~120N)の各々に割り当てさせ(S106)、
チャネルリストにおいて、前記エンドノード(120a~120N)に、どの少なくとも1つのチャネルが各エンドノード(120a~120N)に割り当てられたかの情報を提供させる(S108)、コンピュータプログラム(720)。
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