JP2010510730A - 多重アンテナを持つノードを伴ったメッシュ - Google Patents

Abstract

マトリクス・メッシュ・ワイヤレスネットワークのためのアーキテクチャ及びプロトコル・スタックにおいて、ネットワーク内の１つ以上のノード（１０２）及び／又はクライアントは、１本以上のアンテナ（２０８）を有する。１つ以上の周波数帯と、異なる通信プロトコルを備えたサポートデバイスを使用することができる。マトリクスチャネル特性は、マトリクス・メッシュネットワークにおける各マトリクスチャネルのためのパラメータを確立するために使用される。

Description

関連出願の参照(CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS)
本出願は、２００６年１１月１７日付け出願の米国仮特許出願第６０／８５９，６１４号、及び２００７年５月２４日付け出願の米国仮特許出願第６０／９３１，８１７号に対し優先権を主張し、その双方はここで参照により組み込まれるものである。

メッシュ又はアドホック・ワイヤレス・ネットワークは、通常、マルチホップ・ルーティング(multi-hop routing)におけるリレーとしての中間ノードをしばしば使用して、ネットワークにおけるワイヤレスノード間でデータを送るために、ネットワークアーキテクチャ及びプロトコルのセットを含む。メッシュネットワークは、一般的に、送信元(source)と宛先(destination)ノード間の経路の破壊や遮断、或いは経路に沿った接続不良を回避するべく、ノード間ルートを調整する。特に、メッシュネットワークは自己回復が可能であり、例えばノードが故障したり、接続が不良状態になったりした時でも、ネットワーク状態の変化に適応するプロトコルを使用することによって継続して動作することができる。その結果、信頼できるネットワークを構築することができる。このようなメッシュネットワークにおいて、多くの異なる近隣者発見アルゴリズムとルーティングアルゴリズム(neighbor discovery and routing algorithms)が使用されてきた。これらのアルゴリズムは一般に、所定のノードがアクセスするかもしれない複数の周波数帯を伴う、各ノードでの多重アンテナを考慮に入れていない。

近隣者発見プロトコルとルーティング・プロトコル(neighbor discovery and routing protocols)を含む、ワイヤレス通信に関する先端技術情報（２００５年現在）は、アンドレア・ゴールドスミスによるケンブリッジ大学出版本“ワイヤレス・コミュニケーションズ”（２００５）に見ることができる。

上述したこれら関連技術の例や制限事項は、あくまで説明に役立つものとして例証したものであって排他的ではない。関連技術の他の制限事項は、当該技術者が本願明細書を読み、図面を検討することにより明らかになるであろう。

あくまで例であって、範囲を限定しないよう意図されたシステム、道具、及び方法に関連する実施形態と、それらの特徴を以下説明する。種々の実施形態において、上述した問題の１つ又はそれ以上が低減されるか解消されるが、その他の実施形態は他の改善に向けられている。

マトリクス・メッシュネットワークは、マトリクス・メッシュエレメントを備えており、そこでは、マトリクス・メッシュエレメントの少なくとも１つが多重アンテナを持っている。場合によっては、多重アンテナを持ったマトリクス・メッシュエレメントと、別のワイヤレスステーションとの間のチャネルをマトリクスチャネルと呼ぶこともある。近隣者発見のための方法は、マトリクス・メッシュネットワークにおける１つ以上のマトリクスチャネルに関するナレッジ（情報、knowledge）を提供すること、マトリクスチャネルのマトリクスチャネル特性を記録すること、及びマトリクスチャネル特性を使用して通信リンクのパラメータを確立することを含んでも良い。

ルーティングのための方法は、マトリクス・メッシュネットワークにおけるマトリクスチャネルの特性を提供すること、マトリクス・メッシュネットワークにおける送信元−宛先ペアに関連するエンドツーエンドのパフォーマンスを評価すること、評価されたエンドツーエンドのパフォーマンスを用いてマトリクス・メッシュネットワークにおける各マトリクスチャネルのためのマトリクス通信プロトコルを設定すること、及びマトリクス通信プロトコルを用いて各送信元−宛先ペアのエンドツーエンドのルートに沿ってデータを送信元から宛先へ送ることを含んでも良い。

この文書にある記述は、本技術と、本技術を実行するシステム例とを説明するものである。

クレームされた法定の主題の例を、図に示す。
マトリクス・メッシュネットワークの例を示す図である。 マトリクスチャネルを有するシステムの例を示す図である。 マトリクスチャネルを有するシステムの例を示す図である。 マトリクス・メッシュ近隣者発見の方法の例を示すフローチャートである。 マトリクス・メッシュルーティングの方法の例を示すフローチャートである。 マトリクス・メッシュエレメントの例を示す図である。 マルチホップ・ルーティング付きシステムを示す図である。 干渉を回避し、ＲＦブロッカを避けるシステムを示す図である。 プラグイン・アクセスポイントを示す図である。

以下の説明では、クレームされた法定の主題(claimed subject matter)の例に十分な理解を与えるために幾つかの特定の具体的な構成が提示される。しかし、当業者であれば、１つ以上のこれら特定の具体的な構成が、削除され得ること、あるいは他の構成部などとの組み合わせ出来ることなどを、理解されるであろう。また別の例では、クレームされた法定の主題の特徴を曖昧にすることを避けるため、周知の具体的構成や動作は、図示または詳細に説明されていない。

図１は、マトリクス・メッシュネットワーク１００の一例を示している。マトリクス・メッシュネットワーク１００は、マトリクス・メッシュエレメント１０２とクライアント１０４を含む。マトリクス・メッシュエレメント１０２同士は、直接的、又は１つ以上の中間マトリクス・メッシュエレメント１０２を介して間接的にワイヤレスで接続されている。図１に示された接続は、あくまで任意のものであり、説明の目的のためだけに使用されるよう意図されたものである。各クライアント１０４は、マトリクス・メッシュエレメント１０２の１つを介してマトリクス・メッシュネットワーク１００と接続される(coupled to)。説明のため、各種タイプのクライアント１０４が図１の例に示されているが、これに限定することを意図するものではない。

これに代わるものとして、幾つかのクライアントをワイヤレスで接続することも可能である。また別の実施形態として、クライアントが、マトリクス・メッシュエレメントとして働くことも可能である。しかしながら、説明のため、（ネットワークの送信元(source)−宛先(destination)ペアとしての）クライアントと、（ネットワークの中の“リレー”としての）マトリクス・メッシュエレメントは、区別して書くことにする。従って、これらの代替手段(alternatives)は、ネットワーク内における位置、及び機能によって、適当に特徴付けられた状態で組む込まれることになる。

マトリクス・メッシュネットワークの１つの実施形態は、カリフォルニア・サニーベルのカンテナ・コミュニケーションズ社のＶＥＣＴＯＲ ＭＥＳＨ（登録商標）ネットワークである。ＶＥＣＴＯＲ ＭＥＳＨ（登録商標）ネットワークは、ＶＥＣＴＯＲ ＭＥＳＨ（登録商標）エレメント又はノード、ＶＥＣＴＯＲ ＭＥＳＨ（登録商標）ネットワークアーキテクチャ、近隣者発見プロトコル、及びルーティング・プロトコルを含む。

図１に示す例では、マトリクス・メッシュエレメント１０２は、マトリクス・メッシュネットワーク１００内のノードである。少なくとも１つのノードが多重アンテナを備えない限り、メッシュは“マトリクス・メッシュ”ではない。従って、マトリクス・メッシュエレメント１０２の少なくとも１つは、多重アンテナを持つか、或いはマルチアンテナ機能を持ったアンテナを有しなければならない。マトリクス・メッシュエレメント１０２は、それら自身のデータを備えるものでも、また備えなくとも良いが、システムは、ネットワークアーキテクチャ及び／又はプロトコルにおけるマトリクス・メッシュエレメント・ネットワーク特性を活用することができる。このようにして、システムは、クライアントから少なくとも１つのマトリクス・メッシュエレメント１０２を介してクライアントへと延びるエンドツーエンドの伝送(end-to-end transmissions)を最適化することによって、トラフィック及び／又はネットワークの要求に適応することができる。

図１の例に示すように、ネットワーク１００は、相互接続されたマトリクス・メッシュエレメント１０２を含む。好都合なことに、マトリクス・メッシュネットワーク１００は、関連したメッシュネットワーク・アーキテクチャとプロトコル・スタックにおいて多重アンテナを活用することができる。これにより、それらに限定されないが例えばスペース、周波数(frequency)、及び時間を含む多自由度に亘るルーティングが可能となる。これは例えば、マルチアンテナルーティング(multi-antenna routing)、マルチ周波数ルーティング(multi-frequency routing)、時分割ルーティング(time-division routing)などを可能にするかもしれない。多重アンテナは、マトリクスチャネルをより堅固するために使用されることが出来、または、同アンテナは、複数の空間チャネルを確立するために使用されることが出来る。

好都合なことには、適切に構成されると、マトリクス・メッシュエレメント１０２のいずれかが、ＷｉｆｉやブルートゥースやＵＷＢのような多重通信プロトコルをサポートした場合、これらのプロトコルのどれかを使用するクライアントは、それらのエレメントに接続することができる。バックボーン・マトリクス・メッシュエレメントは通常、例えばＷｉｆｉなどの同じプロトコルを使用することになるが、これは必要なことではない。実際には、幾つかのマトリクス・メッシュエレメントが、マトリクス・メッシュネットワーク１００から別のシステムまでのより広い領域の接続を提供するべく、例えばＷｉｍａｘや３Ｇ／４Ｇ携帯電話技術などの広域性能(wide area capabilities)を持つかもしれない。電力線通信（ＰＬＣ）も又、追加チャネル、ロバスト性、及び／又はセキュリティを提供するべく、バックボーン・ワイヤレス・メッシュを補完するものとして使用されても良い。

図２Ａは、マトリクスチャネルを有するシステム２００Ａの例を示している。図２Ａの例では、マトリクス・メッシュエレメント送信機２０２は、説明のためだけに、（４つの入力ｘ_１、ｘ_２、ｘ_３、及びｘ_４を持った）４本のアンテナ２０８を有し、マトリクス・メッシュエレメント受信機２０４は、説明のためだけに、（４つの出力ｙ_１、ｙ_２、ｙ_３、及びｙ_４を持った）４本のアンテナ２１０を有する。以下アンテナ２０８とアンテナ２１０との接続は、まとめてマトリクスチャネル２０６と呼ぶこともある。一般に、多重アンテナを持つ、どんな２つのマトリクス・メッシュエレメントも、マトリクスチャネルを介して接続されることができる。マトリクス・メッシュエレメントが１周波数以上に亘って（複数の周波数で）通信できる場合、それらは各周波数で連携する異なったマトリクスチャネルを有することとなる。

マトリクスチャネル２０６の送信／受信アンテナゲインは、行Ｍ_Ｒと列Ｍ_ＴのチャネルゲインマトリクスＨによって特徴付けられる（但し、Ｍ_Ｔ：マトリクス・メッシュエレメント送信機２０２におけるアンテナ数、Ｍ_Ｒ：マトリクス・メッシュエレメント受信機２０４におけるアンテナ数）。マトリクスＨは、２つのマトリクス・メッシュエレメントの総ての送受信アンテナの組み合わせのチャネルゲインを表現するものであり、Ｈのｉ番目の行とｊ番目の列におけるマトリクスエレメントｈ_ｉｊは、ｊ番目の送信アンテナとｉ番目の受信アンテナとの間のチャネルゲインである。このマトリクスＨは、送信機や受信機の移動、或いは環境内にある物体の動きによって時間的に変化する可能性がある。送信信号は、ベクトルＸ＝[ｘ_１，…ｘ_ＭＴ]で示される（ｘ_ｊは、マトリクス・メッシュエレメント送信機２０２のｊ番目のアンテナから送信された信号である）。受信信号は、ベクトルＹ＝[ｙ_１，…ｙ_ＭＲ]で示される（ｙ_ｊがマトリクス・メッシュエレメント受信機２０４のｉ番目のアンテナが受信した信号である）。ｉ番目の受信アンテナが受ける受信信号は、通常、ノイズや場合よっては干渉により乱されるが、ここでノイズと干渉の合計をｎ_ｉとする。即ち、ノイズ、干渉、及びチャネルゲインは総て、マトリクスチャネルの特性と考えることができる。干渉自体は時間的に変化する可能性がある。例えば、送信機から、干渉を被る受信機への経路に沿って減衰させるマルチパスを経験するかもしれない。また、干渉するノードから送られた有限量のデータのために、それが有限期間となるかもしれない。或いは干渉する送信機が、所望の宛先への接続を改善することに基づき干渉の無い周波数や方向に切り替えるかもしれない。時間変動ベクトルＮ＝[ｎ_１,…ｎ_ＭＲ]は、総ての受信アンテナに関係したノイズと干渉を表している。受信信号ベクトルＹはマトリックス乗算Ｙ＝ＨＸ＋Ｎで特徴付けられ、即ち

で表わされ、ｙ_ｉは、ｊ番目の送信アンテナからｉ番目の受信アンテナへのチャネルゲインｈ_ｉｊによって乗算された総ての送信信号ｘ_ｊ（ｉ=１,…,Ｍ_Ｔ）に関係する信号と、ｉ番目の受信アンテナが関係する付加ノイズｎ_ｉとの和になる。

同様のモデルが、図２Ｂに示すように、マトリクス・メッシュエレメントと１本以上のアンテナを持つクライアントの間の双方向のチャネルに適用する。図２Ｂの例では、システム２００Ｂは、マトリクス・メッシュエレメント２１２、クライアント２１４、及びマトリクスチャネル２１６を含む。この図は、図２Ａに関した上記説明を踏まえて、容易に理解される。

再度図１の例を参照するが、マトリクス・メッシュエレメント１０２間の多重アンテナは、マトリクス・メッシュエレメント間に（例えば、空間多重化を介して）、多重独立チャネルを作ることによりデータ転送速度を上げるために使用されることができる。尚、作ることのできるデータ経路の最大数は、Ｍ_ＴとＭ_Ｒの最小値である。或いは、送信信号は、送信ダイバーシティやビーム形成を介して統合され得、そして／又は、受信信号は、リンク・ロバスト性を増加させる受信ダイバーシティを介して統合され得る。また、レンジを増加させるため、及び／又は、干渉を減少させるため、アンテナビームを特定の方向に導くビーム・ステアリングをすることも可能である。これらの技術は互いに排他的ではなく、幾つかのアンテナは空間多重化のために使用され得、残りのアンテナはダイバーシティ用として使用され得、更に残りのアンテナはビーム・ステアリングやビーム形成に使用され得る。

ポイントツーポイントリンク（即ち、２つのマトリクス・メッシュエレメント１０２間の接続）上における多重アンテナの使用は、リンクパフォーマンスに関して最適化できるが、マトリクス・メッシュネットワークのエンドツーエンドのパフォーマンスを向上させることも望ましいかもしれない。ネットワークアーキテクチャとプロトコル・スタックは、（例えば、同時並行処理において複数の周波数帯(multiple frequency band)を使用できる能力のような、他の特徴と同様に）１つ以上のマトリクス・メッシュエレメント１０２、及び／又はクライアント１０４における多重アンテナのフレキシビリティを有効に生かすことができる。このフレキシビリティは、潜在的な他の特性と同じように、ネットワークにおけるマトリクスチャネルのチャネルゲインやノイズや干渉特性を用いるプロトコル・スタックを介して活用され、スループット、ロバスト性／信頼性、及び／又はクライアント当たりの遅延度合などの観点からエンドツーエンドのパフォーマンスを最適化するものである。これらの特性は、マトリクスチャネル特性と呼ばれることもあり、それらだけで表わされたり、限定されない例として、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）や相対信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）のような、上記特性からなる関数(function)によって表わされたりする。例えば、エンドツーエンドのデータルートのホップ(hop)に沿った総てのマトリクスチャネル上にあるチャネルゲインやノイズや干渉を測定すると共に、各ホップ当たりのパケットエラーレートの目標値を達成するべく、この情報に基づいたアンテナ使用を適応させることで、プロトコル・スタックは、所定のアプリケーションに対して最小限のロバスト性や平均遅延を確保するかもしれない。また別の例としては、プロトコル・スタックは、所定の受信機に過剰な干渉が存在することを決定したり、それに干渉する送信機に関係するアンテナは異なる方向を指すように、それに適応してビームステアしたりするかもしれない。更なる別の例としては、これらエンドツーエンドのルートの各パフォーマンスが最適化されるように、総てのエンドツーエンドのルートに沿った各ホップのマトリクスチャネル上でのビーム・ステアリングやダイバーシティや空間多重化のために使用される周波数やアンテナを最適に割り当てることによって、プロトコル・スタックは、現在のネットワークトラフィックやチャネルマトリクス状態に基づくネットワークパフォーマンスを最適化するかもしれない。

好都合なことには、マトリクスメッシュ・ネットワークアーキテクチャは、自己設定型であり、チャネル特性やネットワークトラフィックにおける変化やネットワークに出入するノードに対して適応できるものである。通常、ネットワークアーキテクチャに対する２つの部品、マトリクス・メッシュエレメント１０２のバックボーン・ネットワーク、及びクライアント１０４によるバックボーン・ネットワークへのアクセスがある。バックボーンメッシュの自己設定、クライアントによるバックボーンメッシュへのアクセス、更にクライアント間のデータルーティングなどを含み、自己設定ネットワークアーキテクチャとクライアントサポートを可能にするべくプロトコル・スタックには、実行しなければならない幾つかの機能がある。以下、近隣者発見(neighbor discovery)や後述するルーティング（マトリクス・メッシュエレメント１０２及び／又はクライアント１０４の多重アンテナを有効利用できるルーティング）のための新しいプロトコルデザインについて説明する。

図３は、マトリクス・メッシュ近隣者発見のための方法の例のフローチャート３００を示している。この図は説明のために、機能モジュールを特定の順番で示しているが、その工程は如何なる特定順番や配置に限定されるものではない。関連技術に精通した人なら、本図に示された様々なモジュールは、省略したり再配列したりモジュール同士統合したり、更に／或いは様々な風に適合可能であることを理解するであろう。

マトリクス・メッシュネットワークバックボーンの自己設定のため、メッシュ・ネットワークエレメントは、近隣者発見工程を経てネットワークに加わり、ひとたび１つ以上の近隣者(one or more neighbors)が発見されたならば、該１つ又はそれ以上の近隣者と接続する。幸いにも、多重アンテナチャネルにより長いレンジ及び／又はより良好なロバスト性が確保されるため、マトリクス・メッシュエレメントのために設計された近隣者発見プロトコルは、より堅固な接続を確立し、かつシングルアンテナノード用探索アルゴリズムよりも多くの近隣者を特定できる可能性が高い。

図３の例において、フローチャート３００は、モジュール３０２でスタートし、マトリクス・メッシュネットワークにおける１つ又はそれ以上のマトリクスチャネルに関するナレッジ(情報、knowledge)が提供される。このナレッジは、如何なる公知の又は手頃な様式で提供されるようにしても良い。例えば、ノードが、マトリクスチャネルデータを持ったビーコンや、マトリクスチャネルデータを獲得できるビーコンを受信してもよい。尚、このビーコンは、既知のトレーニングシーケンス(training sequence)を含んでも良く、受信したノードがこの既知のシーケンスに適用された信号処理を使用して、チャネルマトリクスと干渉の統計値を決定することができる。別の例として、ノードは近隣者(neighbors)を探索してもよい。なお、この探索は、ノードと受信した近隣者(receiving neighbor)との間のチャネルが推定される既知のトレーニングシーケンスを含んでもよい。そして、この推定は探索しているノードに送り返され、この帰還伝送で測定された干渉を伴って、相互関係に基づく双方向チャネル推定値として使用される。システムの実施にそれは重要であるかもしれないが、ナレッジ獲得のための技術は概念的に同等である。即ち、ここでは説明のために、上記探索だけを図３のモジュールに関連させて説明しているが、当業者であるならばこの手法を他のナレッジ獲得技術に適用できるだろうと理解している。

探索の際、ノードは通常、初期探索周波数を選択し、その所定周波数をもって総てのアンテナ上にプローブ信号を送り、このプローブ信号に対する応答（又は無応答）を受信し、次に、同じ方法で更なる周波数で探索することになる。このようにして、ノードは総てのアンテナと周波数に亘って近隣者を探索することができる。アンテナ及び／又は周波数に亘った探索は、順次に行うことも、並列で行うことも可能であり、マトリクスチャネルの時間依存特性を捕らえるために１回以上行われてもよい。場合によっては、初期探索周波数を選択する必要性を取り除き、システムは、唯一の周波数で動作させることもある。各アンテナにおける信号の重み付けは均一でも良く、或いは異なるダイバーシティ及び／又はビーム形成設定(beamforming configurations)に対応した異なる重み付けが、連続して階段状にされてもよい。プローブ信号が送られた後は、ノードは、近隣者からのレスポンスを聞く。近隣者は、各受信アンテナでの信号強度に関する情報を用いて、プローブ信号に応答するためのアンテナ設定(antenna configuration)に関するロバスト方法(robust way)を決定することができる。

図３の例において、フローチャート３００は、モジュール３０４に進み、マトリクスチャネルと、マトリクスチャネルの干渉特性を記録する。一例として、近隣者は、例えば探索ノードと応答ノード間のマトリクスチャネルゲイン、及び／又は干渉、及び／又はノイズ特性と共に、近隣者テーブル(table of neighbors)に入れられても良い。再び探索例に関して言えば、探索ノードの１本以上のアンテナにおける探索レスポンスに関係した信号強度（それに限定されない例ではあるが、信号に関係したＲＳＳＩを使って測定される）が、所定の閾値以上となった場合、探索レスポンスが正しく受信されたものとして処理されてもよい。１つ以上の近隣者が応答する場合、各レスポンスが正しく受信されたと仮定し、その近隣者と関係するデータが近隣者テーブルに組み込まれるようにしても良い。

図３の例において、フローチャート３００は、決定ポイント３０６に進み、追加マトリクスチャネルの発見があるか否かが判定される。近隣者発見工程は、定期的、又は不定期的に繰り返されることが出来、同工程を繰り返す時間に関しては、（もしあるならば）過去において発見された近隣者の数や、これら近隣者への接続品質、及びチャネルやネットワーク状態が変化する速さなどに依存するようにしても、依存しないようにしても良い。ほとんど同時に知られるようになった複数の近隣者を切り離すための機構を実装することも好ましいかもしれない。近隣者同士を区別するための如何なる公知の又は手頃な技術が使用されてもよい。例えば、再び探索例に関して言えば、ランダム・バックオフ（又は、その他の技術）を用いると、１つの探索に応答する各近隣者に、１応答タイム・スロット内のそれぞれ異なる時間に応答させることも可能である。追加の探索周波数があると仮定し、総ての周波数での探索が行われるまで、残る探索周波数毎に探索工程を繰り返すようにしても良い。同じ周波数による探索が、定期的、又は不定期的に繰り返されてもよく、同工程を繰り返す時間は、（もしあるならば）過去において発見された近隣者の数や、これら近隣者に対するチャネルの品質、及びチャネルやネットワーク状態が変化する速さなどに依存するようにしても、またこれとは無関係としても良い。

追加のマトリクスチャネルの発見があったと判定された場合（３０６でＹｅｓ）、その際フローチャート３００は、モジュール３０２に戻って、先に説明した処理を続行する。それは、例えば、複数の近隣者からのメッセージを同時に受信することに付随する問題を低減したり排除したりするバックオフ処置があっても良く、更に／又はマトリクスチャネルを連続して探索するようにしても良い。他方、追加のマトリクスチャネルの発見がなかったと判定された場合（３０６でＮｏ）、フローチャート３００は、モジュール３０８に進み、マトリクスチャネル及び干渉特性を用いて通信リンクのパラメータを確立する。このように、ひとたび総ての近隣者が発見されてしまえば、ノード認証のためのおそらく何らかのコントロールとセキュリティ処置が施された後に、マトリクスメッシュノードは、メッシュネットワークの一部となり、フローチャート３００は終了する。所望なら、既にネットワークの一部であるノードが、場合によっては実施形態に応じ何時でも又は何らかの理由により、本方法を再開することも可能である。例えば、以前に決定された近隣者への通信リンクが壊れたり、著しく品質低下したりする場合に、同工程を再開しても良く、或いはアプリケーションが現在のアンテナ構成より一層堅固な接続を必要とする場合に、異なるアンテナ構成を以て近隣者発見(neighbor discovery)が再開される（例：現在の近隣者への設定の変化が十分堅固(robust)でない場合、空間多重化に代わってビーム形成に使用されるアンテナを使って近隣者発見を再開）。

クライアントは通常、最善の接続を提供するようなマトリクス・メッシュエレメントを発見しようと試み、次いでそのエレメントを介してネットワークにアクセスすることを除いて、マトリクス・メッシュネットワークへのアクセスを望むクライアントは、バックボーン・ノードとしてマトリクス・メッシュエレメントの探索と同様の手順を執り行なってもよい。またビーコンフレームやエレメントからの“ハロー・フレーム”を受けたりした時は、クライアントはマトリクス・メッシュエレメントに気付くかもしれない。この際、クライアントは通常、クライアントが好み、次いで認証されるエレメントに対し接続を要求する。エレメントは、エンドツーエンドの考慮(end-to-end considerations)のため、或いは他の理由により、クライアントを押しやるかもしれないし、その決定はネットワークに対し完全に内部であっても、またそうでなくとも良い（即ち、クライアントの承諾なしの状態）。従って、（クライアントが複数の周波数で動作できると仮定して）クライアントが各周波数における最善のマトリクス・メッシュエレメントや任意数の最善マトリクス・メッシュエレメントの経過を追うことは望ましいかもしれない。何故ならルーティング・プロトコルが、クライアントを好適な周波数から別の周波数へと切り離し、ネットワークにおける別の接続のためにその好適周波数を使用するかもしれないからである。

例えば近隣者発見に続き、メッシュネットワークに加入した後、新しいマトリクス・メッシュエレメントやクライアントが、マトリクス・メッシュネットワーク・ルーティングアルゴリズムを起動し、ネットワーク内の異なるノード間でデータを送る方法を決定するようにしても良い。

マトリクス・メッシュルーティングは、プロアクティブ型の(proactive)方法かリアクティブ型の(reactive)方法のいずれかを用いてルートコスト関数(route cost function)に基づく経路を確立できるかもしれない。プロアクティブ型のルーティング・プロトコルは、そのようなルートの用途や必要性にかかわらず、総ての送信元(source)−宛先(destination)ペアの間のルートを確立する。従って、送信元に所定の宛先に送るべきデータがある時は常に、ルートセットアップに如何なる遅れを生じることなく、コスト関数の考慮(considerations)に基づいて確立され、かつ事前準備されたルートを使用できる。プロアクティブ型のルーティングは、不使用時でさえ総ての送信元−宛先ペアの間のルートを維持するために、重大なオーバーヘッドを必要とするかもしれない。リアクティブ型の（又は動的な）ルーティングにおいては、送信元と宛先との間のルートは先験的に確立されるものではないが、送信元が宛先に送るデータを生成する時に限って、その時点で最善のコスト関数を持ったルートが選択される。リアクティブ型のルーティングは、データが送られる前に送信元と宛先との間のルートを確立しなければならないため、プロアクティブ型のルーティングよりも多くの待ち時間を持ち込むかもしれない。リアクティブ型のルーティングの代表的な例としては、ダイナミックソースルーティング（ＤＳＲ）やアドホック・オンデマンド・距離ベクトルルーティング（ＡＯＤＶ）がある。

図４は、マトリクス・メッシュルーティングの方法の例のフローチャート４００である。この図は説明のために、機能モジュールを特定の順番で示しているが、その工程は如何なる特定順番や配置に限定されるものではない。関連技術に精通した人なら、本図に示された様々なモジュールは、省略したり再配列したりモジュール同士統合したり、更に／或いは様々な風に適合可能であることを理解するであろう。

一般に、マトリクス・メッシュルーティング・プロトコルは、所定のクライアント・送信元−宛先ペアにとって、最適のネットワーク経由ルートを見つけるためのものである。“最適”は、実施形態に応じて異なる事項を意味する可能性があり、例えばコスト関数を最適化するとか、ヒューリスティックを適用する (applying a heuristic)とか、或いは他の幾つかの最適化技術を使用するとかという意味である。これら最適化技術のそれぞれは、概念的に同等であるため、ここではコスト関数だけに例をとり以下説明するが、これに限定されるものではない。ルートコスト関数は、例えばそれらに限定されない例として、スループット、遅延、ジッター(jitter)、ホップ数(number-of-hops)などの多因子を考慮に入れるかもしれない。これら因子の夫々は、所望の最適化により異なった重みがかけられたり、或いは異なる考慮がなされたりするかもしれない。

図４の例において、フローチャート４００は、モジュール４０２に進み、マトリクス・メッシュネットワークにおけるマトリクスチャネルに関連する特性を提供する。例えば、マトリクスチャネルに関連する特性は、例えば、送受信アンテナゲイン、アンテナに関するデータ、マトリクス・メッシュエレメントに関するデータ、周波数、干渉、ノイズ、負荷、および他のネットワーク特性を含むかもしれない。これらの特性の１つ又はそれ以上は、一般に時間で変動するので、公知の又は手頃な技術を用いて定期的、又は非定期的に測定されるようにしても良い。これら特性をどのくらいの頻度で測定するかは、ネットワーク状態が変化する速さ、ネットワークに求められるロバスト性、或いはアプリケーション要件などに依存するかもしれない。ルーティング目的にとっては近隣者発見の過程で得られたデータで十分の場合もあるし、実装時の固有の事情によっては更なるデータが必要となる場合もある。これらのデータは、各ノードや小集団ノードに集中して格納されたり(stored centrally)、或いは分配された状態で(distributed fashion)格納されたりしても良い。又、コスト関数を用いている場合には、コスト関数は中心の位置で、又は分配された状態で計算されても良い。

図４の例において、フローチャート４００は、モジュール４０４に進み、マトリクス・メッシュネットワークにおいて送信元−宛先ペアに関連するエンドツーエンドのパフォーマンスを評価する。コスト関数が用いられている場合には、コスト関数は、例えば、（送信元−宛先ペアが１つ以上と仮定して）クライアントの送信元−宛先ペアの重み付けされたエンドツーエンドのパフォーマンスを考慮するかもしれない。これは、双方のクライアントと総ての中間ノードが、複数の周波数と同様に多重アンテナ（ネットワークを経由した複数の独立した経路を作成する際に使用可能である多重アンテナ）を持つような状況において、送信元−宛先ペアの間にある数多くの可能な経路を考えると、かなり複雑な最適化問題(fairly complex optimization problem)である。

図４の例において、フローチャート４００は、モジュール４０６に進み、評価された上記エンドツーエンドのパフォーマンスの要件を用いて、マトリクス・メッシュネットワークにおける各マトリクスチャネルのためのマトリクス通信プロトコルを設定する。マトリクス通信プロトコルは、これらに限定されない例として、変調(modulation)、符号化(coding)、アンテナ使用等を設定することを含むかもしれない。複数のコスト関数が使われている場合、これらのコスト関数は格付けされても良い。そうすれば最適ルートは、あらゆるデータ・ストリームに対し最も少ない総コスト関数に関連したものとなる。

図４の例において、フローチャート４００は、モジュール４０８に進み、マトリクス通信プロトコルを使用し、各送信元−宛先ペアのため、エンドツーエンドのルートに沿って、送信元から宛先にむけてデータを送る。マトリクス通信プロトコルが設定された状態では、データ・ストリームのためのルートを決定することは容易なことである。モジュール４０８の後、フローチャート４００が終了する。この方法は、定期的に実行され得るし、又何らかの理由で実行され得る。マトリクスチャネルの測定値は、各経路に関係したコスト関数を計算する際に使用されるかもしれないのでマトリクスチャネルゲイン及び／又は干渉レベルのようなマトリクスチャネル特性において重要な変化があれば、この方法を実行することが望ましいかもしれない。又、１つ以上のトラフィック流れに関連しているルートやそれに関連するリンク通信プロトコルを変えることが結果としてより良好な総合的ネットワークパフォーマンスがもたらすかもしれないような、トラフィック特性上の重要な変化がある場合に、上記方法を実行するのも望ましいかもしれない。

図５はマトリクス・メッシュエレメント５００の例を示している。マトリクス・メッシュエレメント５００は、ラジオ５０２、アンテナ５０４−１〜５０４−Ｎ（以下、まとめてアンテナ５０４と呼ぶ）、マトリクス・メッシュ近隣者発見エンジン５０６、マトリクスチャネル・データベース５０８、及びマトリクスメッシュ・ルーティングエンジン５０８を含む。

ラジオ５０２は、受信機、送信機、及び／又はトランシーバーを含んでも良い。 ラジオ５０２（複数ラジオを含むかもしれないが、ここでは単にラジオ５０２と呼ぶ）には、公知の又は手頃な機能及び／又は設定を持つようにしても良い。マトリクス・メッシュネットワークを構成するマトリクス・メッシュエレメントのラジオは、同一又は同様な特性を持っても、或いは持たなくとも良い。又、ラジオ５０２と接続されるアンテナ５０４についても、公知の又は手頃な機能及び／又は設定を持つようにしても良い。

マトリクス・メッシュ近隣者発見エンジン５０６、マトリクスチャネル・データベース５０８、及びマトリクスメッシュ・ルーティングエンジン５１０は、コンピュータ可読メディアに実装されても良い。ここに使用されるように、エンジンは、ハードウェア又はソフトウェア・コンポーネントを実行するための公知の又は手頃なプロセッサを含む。マトリクス・メッシュ近隣者発見エンジン５０６に関係するプロセッサは、マトリクスチャネル・データベース５０８へのアクセスを駆動し、かつ／又はマトリクスメッシュ・ルーティングエンジン５１０に含まれるようなプロセッサと同じプロセッサであっても、また同じプロセッサでなくとも良い。更に、メモリ、及び／又はいずれかのコンポーネントに関係した不揮発性記憶装置とは、重複しても、重複しなくても良い。

マトリクス・メッシュ近隣者発見エンジン５０６は、ラジオ５０２とマトリクスチャネル・データベース５０８に接続される。マトリクス・メッシュ近隣者発見エンジン５０６は、図３を参照して説明した方法のような、近隣者発見処理を実行する。代表的な実施形態では、少なくとも近隣者発見の期間中(during neighbor discovery)に収集されたデータの幾つかは、マトリクスチャネル・データベース５０８に格納される。

マトリクスメッシュ・ルーティングエンジン５１０は、ラジオ５０２とマトリクスチャネル・データベース５０８に接続される。マトリクスメッシュ・ルーティングエンジン５１０は、図４を参照して説明した方法のような、ルーティング処理を実行する。代表的な実施形態では、マトリクスチャネル・データベース５０８からのデータは、ネットワークに接続されたクライアント−送信元ペアのためのエンドツーエンドのルートを決定するために使用される。このような決定は、マトリクス・メッシュエレメント５００がただ次のホップ(next hop)を決定するのに精通するだけであるように、割り当てられても良い（distributed）。これとは別に、より多くの情報が記憶されても良い。例えば、マトリクスメッシュ・ルーティングエンジン５１０は、次のホップだけよりも多くの情報を含むルーティング・テーブルを維持することが可能である。

好都合なことには、マトリクス・メッシュルーティングは、マトリクス・メッシュエレメント同士の間、及びクライアントとそれらに対応するマトリクス・メッシュエレメント間における各有効周波数でのマトリクスチャネルと干渉に関する情報を引き出し、生データ転送速度(raw data rate)、スループット、遅延、及び／又はジッターの関数であるかもしれない、所定のパフォーマンスの測定基準の関数として、ネットワークを介する最適なエンドツーエンドのルートを決定する。ネットワークにおけるクライアントから別のクライアントまでのルートは、５クライアント／２マトリクス・メッシュエレメント／３周波数チャネル（Ａ，Ｂ，Ｃ）からなるマトリクス・メッシュネットワーク６００について図６に示したように、複数の周波数と同様、複数のマトリクス・メッシュエレメントを通るマルチホップ・ルーティングを利用しても良い。

図７に示すように干渉を回避し、ＲＦブロッカを周回することが望ましい場合もある。幾つかの実施形態では、この機能性は本来備わっている。何故なら、高干渉を伴うリンクを使用したり、ＲＦブロックのせいでチャネルゲインが非常に低くなったりすると、コスト関数が一般にとても高くなるからである。従って、ルーティングアルゴリズムは、これらのルートが送信元−宛先ペアの間に存在する唯一のルートであって、その結果使用を余儀なくされてしまうようなルートでない限り、これらの特徴を伴ったルートを避ける傾向となるであろう。

マトリクス・メッシュエレメントは、公知の又は手頃なパッケージに配備されてもよい。幾つかの周知のパッケージは、電池式のアクセスポイント（ＡＰｓ）とイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ）を超えた電力を受け取るアクセスポイントを含む。図８に説明目的のため示したプラグインＡＰ８００は、一般的に知られたものではない。これは、直接壁に差し込むタイプであって、電源コードを必要としないため簡便な構造である。

マトリクス・メッシュエレメントは、又、屋外に配備されてもよい。屋外のセッティングでは、高効率の太陽電池を備えるようにマトリクス・メッシュエレメントを設計することが望ましいかもしれない。太陽電池付きマトリクス・メッシュエレメントは、それが屋外のマトリクス・メッシュに実装されたり、或いは屋外へと延びるマトリクス・メッシュの一部に実装されたりした場合、特別な価値を持つことになるかもしれない。

ここで説明したシステムは、それが可能な多くのハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア・システムに実装されてもよい。通常、ここで説明したようなシステムは、シリコンチップ上のハードウェアの形で実行される。ここで説明したアルゴリズムは、それに限定されるものではないが、例えばＲＴＬコードなどのようなハードウェアの形で実行される。しかしながら他の実施形態も可能であるかもしれない。特定の実施形態は、ここで説明した技術やクレームされた法定の主題を理解する上で重要な意味を持つものではない。

ここで使用されたように、用語“実施形態”は、それに限定されない一例として説明を行うための実施例を意味している。

当業者であれば前述した実施例と実施形態は、代表的なものであり、本発明の範囲を限定するものでないことが理解されるであろう。当業者が明細書を考慮し、図面を検討したときに自明な置き換え、増強、均等物やそれらへの改良が、本発明の要旨と範囲に含まれることを意図している。したがって、添付された特許請求の範囲は、本発明の要旨と範囲内にあるこのような総ての変更、置き換え、均等物を含むことを意図している。

１００、６００ マトリクス・メッシュネットワーク
１０２、２１２、５００ マトリクス・メッシュエレメント
１０４、２１４ クライアント
２００Ａ、２００Ｂ システム
２０２ マトリクス・メッシュエレメント送信機
２０４ マトリクス・メッシュエレメント受信機
２０６、２１６ マトリクスチャンネル
２０８、２１０、２１８、２２０ アンテナ
３００、４００ フローチャート
５０２ ラジオ
５０４−１、５０４−２、５０４−Ｎ アンテナ
５０６ マトリクス・メッシュ近隣者発見エンジン
５０８ マトリクスチャンネル・データベース
５１０ マトリクスメッシュ・ルーティングエンジン
８００ プラグインＡＰ

Claims (25)

1. マトリクス・メッシュネットワークにおける１つ又はそれ以上のマトリクスチャネルのナレッジを提供し、
   前記マトリクスチャネルのマトリクスチャネル特性を記録し、
   前記マトリクスチャネル特性を使用して通信リンクのパラメータを確立することを特徴とする方法。
2. 更に、ステーションが前記マトリクス・メッシュネットワークに出入する際に、自己設定することを特徴とする請求項1に記載の方法。
3. 更に、ゲイン、干渉、及びノイズから成るグループから選択されたチャネル特性における変化に適応することを特徴とする請求項1に記載の方法。
4. マトリクス・メッシュネットワークにおけるマトリクスチャネルの特性を提供し、
   前記マトリクス・メッシュネットワークにおける送信元−宛先ペアに関連したエンドツーエンドのパフォーマンスを評価し、
   前記評価されたエンドツーエンドのパフォーマンスを使用して、前記マトリクス・メッシュネットワークにおける各マトリクスチャネルのためのマトリクス通信プロトコルを設定し、
   前記マトリクス通信プロトコルを使用し、各送信元−宛先ペアのため、前記エンドツーエンドのルートに沿って送信元から宛先にむけてデータを送ることを特徴とする方法。
5. 更に、送信ダイバーシティを介して信号同士を統合することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 更に、受信ダイバーシティを介して信号同士を統合することを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 更に、異なる空間チャネルのため、マトリクスノードにおいて多重アンテナの夫々を使用することを特徴とする請求項４に記載の方法。
8. 更に、多自由度にわたるルーティングを行うことを特徴とする請求項４に記載の方法。
9. 更に、複数の周波数の１つと、前記マトリクスチャネルの中から関連するマトリクスチャネルとを選択することを特徴とする請求項４に記載の方法。
10. 更に、データに優先順位を付け、
    前記マトリクス通信プロトコルを設定することは、前記優先順位の使用を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
11. 更に、前記マトリクス通信プロトコルの設定の際に用いるコスト関数を計算することを特徴とする請求項４に記載の方法。
12. 更に、前記マトリクス通信プロトコルを設定するためにヒューリスティックを使用することを特徴とする請求項４に記載の方法。
13. 更に、多重アンテナを伴ってビーム・ステアリングすることを特徴とする請求項４に記載の方法。
14. 更に、近隣者を探索することを特徴とする請求項４に記載の方法。
15. 更に、近隣者の探索において、総てのアンテナと動作周波数に亘って、順次に探索を行うことを特徴とする請求項４に記載の方法。
16. 更に、近隣者の探索において総てのアンテナと動作周波数に亘って、並列に探索を行うことを特徴とする請求項４に記載の方法。
17. 更に、近隣者からビーコンフレームを受け取ることを特徴とする請求項４に記載の方法。
18. 複数のアンテナと、
    前記複数のアンテナに接続されたラジオと、
    前記ラジオに接続され、かつコンピュータ可読メディアにおいて具現化されるマトリクス・メッシュ近隣者発見エンジンと、
    前記マトリクス・メッシュ近隣者発見エンジンに接続されたマトリクスチャネル・データベースとを含むマトリクス・メッシュエレメントを備え、
    動作において、前記マトリクス・メッシュ近隣者発見エンジンは、前記ラジオを使って、前記マトリクス・メッシュエレメントとステーション間の前記複数のアンテナに関連した１つ又はそれ以上のマトリクスチャネルのナレッジを獲得すると共に、前記１つ又はそれ以上のマトリクスチャネルのマトリクスチャネル特性を前記マトリクスチャネル・データベースに格納することを特徴とするシステム。
19. コンピュータ可読メディアにおいて具現化されるマトリクスメッシュ・ルーティングエンジンをさらに備え、
    動作において、前記マトリクスメッシュ・ルーティングエンジンは、前記１つ又はそれ以上のマトリクスチャネルのため、マトリクス通信プロトコルを設定することを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
20. 前記マトリクス・メッシュエレメントは、第１のマトリクス・メッシュエレメントであり、
    前記ステーションをさらに備え、
    前記ステーションは第２のマトリクス・メッシュエレメントであることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
21. 前記ステーションをさらに備え、
    前記ステーションは、ワイヤレスのクライアントであることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
22. 前記マトリクス・メッシュエレメントを含む、マトリクス・メッシュエレメントのバックボーン・ネットワークをさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
23. 前記マトリクス・メッシュエレメントと接続された太陽電池をさらに備え、
    動作において、前記マトリクス・メッシュエレメントは、前記太陽電池からの電力を受けることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
24. 電力コンセントに適合するように形成されたプラグをさらに備え、
    動作において、前記マトリクス・メッシュエレメントは、電源から前記プラグを介して電力を受けることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
25. 前記マトリクス・メッシュエレメントは、屋外のマトリクス・メッシュで使用するように形成されていることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。