JP2004364287A - 無線メッシュネットワークを強化する指向性アンテナの使用 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の諸方式によって、無線メッシュネットワーク上で適応可能に通信するための指向性アンテナの使用を提供すること。
【解決手段】 無線メッシュネットワーク環境内に、複数の基盤要素が含まれる。それぞれの基盤要素は、全指向性アンテナ、ならびに他の基盤要素および無線装置と通信するために使用することができる１つまたは複数の指向性アンテナ（電子的にステアリングされるフェーズドアレーアンテナなど）を含む。指向性アンテナは、基盤要素または無線装置と通信するために基盤要素または無線装置に向けることができる、１つまたは複数の指向性ビームを使用することができる。基盤要素は、様々な中間基盤要素を介して同じ宛先と通信するように適応することができる。指向性ビームの信号強度は、同じ利得の全指向性アンテナのそれよりも高いことがあり得るので、基盤要素を、より大きな距離だけ離すことができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は無線ネットワークに関し、より詳細には、無線メッシュネットワーク（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｅｓｈ ｎｅｔｗｏｒｋ）を強化する指向性アンテナの使用に関する。

コンピュータシステムおよび関連技術は、社会の多くの側面に影響を及ぼす。コンピュータシステムの情報処理能力によって、人々の生活および労働のやり方が変化してきた。コンピュータシステムは現在、コンピュータシステム到来の前には手作業で行われていた多くの仕事（文書処理、スケジューリング、データベース管理など）を、一般に実施する。つい最近では、コンピュータシステムは、互いに結合され、有線と無線の両方のコンピュータネットワークを形成するようになった。コンピュータシステムは、こうしたネットワークを介して電子的に通信して、データを共有することができる。その結果、コンピュータシステムで実施される多くの仕事（音声通信、電子メールへのアクセス、電子会議、ウェブブラウズなど）は、有線および／または無線コンピュータシステムを介して１つまたは複数の他のコンピュータシステムと電子的に通信することを含む。

たとえば、複数のコンピュータシステムを、対応する有線接続（カテゴリ５ケーブル（ｃａｔｅｇｏｒｙ ５ ｃａｂｌｅ）など）を介してデータハブに結合して、有線ネットワーク（イーサネット（登録商標）セグメント（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ｓｅｇｍｅｎｔ）など）を形成することができる。同様に、複数の無線コンピュータシステム（一般に「ステーション」と称される）を、（たとえば無線間の適切な通信によってもたらされる）対応する無線接続を介して無線アクセスポイント（「ＡＰ」：ａｃｃｅｓｓ ｐｏｉｎｔ）に結合して、有線ネットワーク（ＩＥＥＥ８０２．１１ネットワークなど）を形成することができる。さらに、データハブおよび／またはＡＰを、他のデータハブ、ＡＰ、またはルータ、ゲートウェイ、交換機などの他のネットワークコンポーネントに接続して、（有線接続と無線接続の両方を含めて）より複雑なネットワークを形成することができる。

一部のネットワークでは、コンピュータシステム間の相互接続によって、それぞれのコンピュータシステムが多数の他のコンピュータシステムに冗長的に接続される、メッシュトポロジ（ｍｅｓｈ ｔｏｐｏｌｏｇｙ）がもたらされる。メッシュネットワークでは、ネットワークトラフィックを、輻輳または不具合のあるコンピュータシステム（または他のノード）を避けてルーティングすることができるので、接続性およびスループットが向上する。フルメッシュネットワーク（ｆｕｌｌ ｍｅｓｈ ｎｅｔｗｏｒｋ）（すなわちそれぞれのコンピュータシステムが、あらゆる他のコンピュータシステムに直接に接続されるネットワーク）では、最大レベルの冗長性がもたらされる。しかし、有線ネットワーク環境では、フルメッシュネットワークの実施に、少なくとも部分的には、ケーブル敷設のため多大な費用がかかる。

つい最近では、無線装置が接続され、無線メッシュネットワークを形成するようになった。無線装置は、ケーブルによる制約を受けないので、特に、メッシュネットワークの実装に非常に適している。したがって、他の無線装置の通信範囲内に加わった無線装置は、当該他の無線装置に物理コンポーネント（追加のケーブルなど）を追加しなくとも、既存のメッシュネットワークに参加することができる。したがって、無線メッシュネットワークを、互いの通信範囲内に存在する多数の無線装置間で、臨機応変に（ｉｎ ａｎ ａｄ ｈｏｃ ｍａｎｎｅｒ）確立することができる。

無線装置は一般に、他の無線装置との通信を容易にする全指向性アンテナを含む。全指向性アンテナを使用して、他の無線装置へのデータ送信と、他の無線装置からのデータ受信の両方を行う。物理的な障害物（壁、床、建物など）がない場合は、全指向性アンテナの範囲は、基本的には、対応する無線装置の周りの球状の範囲となる。したがって、２つの無線装置が通信するには、それぞれの無線装置の全指向性アンテナによってもたらされる球形は、少なくとも部分的に重なっていなければならない。つまり、その特定の範囲内では、無線装置のうちの１つから送信される無線信号は、それを受信する他の無線装置にとって十分な信号強度を有する。

しかし、無線装置間の距離および物理的障害物、ならびにチャネル干渉が、無線通信をしばしば困難とし、時には不可能とする。たとえば、ある無線装置が、別の無線装置の全指向性アンテナの範囲上またはその近辺にあり、かつ／または、物理的障害物によって、その全指向性アンテナから離されている場合には、（２．４ＧＨ帯や５ＧＨ帯上などの）無線信号の伝搬損によって、２つの無線装置間で転送されるデータの速度および信頼性が、低減され得る。他の干渉装置、たとえばコードレス電話、電子レンジが、無線通信用の周波数帯内に信号を出すこともあり得る。干渉装置から出される信号が無線装置間の通信を劣化させることもある。

無線装置が別の全指向性アンテナの範囲外にある場合、多くの物理的障害物が無線装置を離している場合、および／または、干渉のせいでチャネルが大幅に低下する場合は、無線装置間で通信ができなくなる場合がある。たとえば、壁による吸収とチャネル干渉とが相俟って、データレートが大幅に低減し、全指向性アンテナを介した通信が不可能になることがある。さらに、全指向性アンテナが、電波の受信を検知するのに十分な信号強度を有しているのに、電波が何のデータを示しているかを判断するのが困難になり又は不可能になるほど、受信電波の信号強度が低下することがある。

無線通信における典型的な問題点を受けて、中間の無線装置にデータをルーティング又はリピートさせるルーティングプロトコルが開発されたことにより、データを送信側の無線装置から受信側の無線装置に転送できるようになった。たとえば、送信側の無線装置は、中間の無線装置にデータを送信することができ、この中間の無線装置が、受信側の無線装置にそのデータを転送する。したがって、対応する全指向性アンテナの範囲外にあり、または物理的な障害物によって離されている無線装置にとって、データを交換できる可能性が高まる。しかし、こうしたルーティングプロトコルを使用するには、依然として、無線装置間の相互接続が連鎖する必要がある。送信側または中間の無線装置は、受信側無線装置により近接した他の何らかの無線装置と通信できない場合には、受信側の無線装置にデータを転送することができない。

したがって、無線メッシュネットワークを強化する指向性アンテナを使用するシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品があれば有利であろう。

従来技術に関する前記の問題は、無線メッシュネットワークを強化する指向性アンテナを使用する方法、システム、およびコンピュータプログラム製品を対象とした本発明の諸方式によって解決される。無線メッシュネットワーク環境には、多数の基盤要素（ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）が含まれる。それぞれの基盤要素は、１つの全指向性アンテナと、他の基盤要素および無線装置と通信するために使用することができる１つまたは複数の指向性アンテナ（電子的にステアリングされるフェーズドアレーアンテナなど）を含む。指向性アンテナは、基盤要素又は無線装置に向けられる１つ又は複数の指向性ビームを利用することによって、その基盤要素又は無線装置と通信することができる。

第１の基盤要素は、第１の指向性アンテナビームを使用して、第２の基盤装置を介して宛先と（たとえばデータの送信および／または受信によって）通信する。宛先は、宛先の基盤装置、無線装置、または有線のコンピュータシステムであり得る。第１の基盤要素からデータを送信する場合、データは第１の基盤要素から送信され、第２の基盤要素を経由して（また、１つまたは複数の他の基盤要素を介して）宛先に送り届けられる。第１の基盤要素でデータを受信する場合は、データは宛先から送信され、第２基盤要素を経由して（また、１つまたは複数の他の基盤要素を介して）、第１の基盤要素で受信される。

第１の基盤要素は、択一的に、第３の基盤要素を介して宛先と通信することができると判断する。第１の基盤要素は、データが第２の基盤要素を経由して適切に転送されない場合には、第３の基盤要素を介して宛先と通信することができると判断してもよい。たとえばネットワーク輻輳、基盤要素上での通信モジュールの不具合、基盤要素に接続された有線リンクの不具合、または基盤要素のアンテナを妨害する物理的な障害物などの理由によって、データが基盤要素を通過することが妨げられることがある。

第１の基盤要素は、第２の指向性アンテナビームを使用して、第３の基盤要素を介して宛先と通信する。したがって、第１の基盤要素は、様々な基盤要素を介して宛先と通信することに適合できる。指向性ビームは、全指向性アンテナによってカバーされるエリアよりも狭いエリアに向けられるので、指向性ビームの信号強度は、同じ利得の全指向性アンテナのそれよりも高いことがあり得る。指向をもったビームの信号強度をより高くすることによって、基盤要素または無線装置と間のデータ送受信を十分に行うことができる。したがって、（たとえば距離、物理的障害物、干渉などのために）全指向性アンテナ間で通信ができない場合でも、おそらく更に高いデータレートでの通信が容易になる。

本発明の別の特徴および利点は、以下の説明に記述され、その一部は、説明から明らかであり、または本発明を実施することによって知ることができる。本発明の特徴および利点は、添付の特許請求の範囲で特に示された手段および組合せによって実現され、得られる。本発明のこれらの特徴及び他の特徴は、以下の説明および添付の特許請求の範囲によって一層明らかになり、あるいは、以下に記す本発明の手法によって分かる。

本発明の前記の利点および他の利点並びに特徴を得る方法を説明するために、簡潔に上述した本発明の説明をより詳しくしたものを、添付の図面に示される具体的な実施形態を参照して提供する。これらの図面は、本発明の一実施形態を示すものにすぎず、その範囲を限定するものと考えないと理解して、添付の図面を用いて、本発明をさらに具体的にかつ詳細に説明する。

本発明の方式は、指向性アンテナを使用することにより、無線メッシュネットワーク上で、適応的に通信することにある。無線メッシュネットワーク環境内には多数の基盤要素が含まれる。各基盤要素は、全指向性アンテナと、他の基盤要素および無線装置と通信するために使用される１つまたは複数の指向性アンテナ（例えば、電子的にステアリングされるフェーズドアレーアンテナ）を含む。指向性アンテナは、基盤要素又は無線装置に向けられた１つ又は複数の指向性ビームを使用することにより、基盤要素または無線装置と通信することができる。

基盤要素は、様々な中間の基盤要素を介して同じ宛先と通信するように適応できる。指向性ビームは、全指向性アンテナによってカバーされるエリアよりも狭いエリアに向けられるので、指向性ビームの信号強度は、同じ利得の全指向性アンテナのそれよりも高いことがあり得る。したがって、無線メッシュネットワークの基盤要素を、より大きい距離だけ離すことができ、それによって、無線メッシュネットワーク接続を提供するのに必要な基盤要素の数（したがってコストも）が低減される。

本発明の範囲内の実施形態は、コンピュータ読み取り可能媒体に記憶されたコンピュータ実行可能命令またはデータ構造体を搬送し又は有するコンピュータ読み取り可能媒体を含む。こうしたコンピュータ読取り可能媒体は、汎用コンピュータシステムまたは特殊用途のコンピュータシステムがアクセスできる使用可能媒体であればよい。限定のためではなく、例としては、こうしたコンピュータ読取り可能媒体には、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置または他の磁気記憶装置などの物理記憶媒体、あるいはコンピュータ実行可能命令、コンピュータ読取り可能命令、またはデータ構造体の形の所望のプログラムコード手段を搬送しまたは格納するために使用することができ、また、汎用コンピュータシステムまたは特殊用途のコンピュータシステムがアクセスできる他の任意の媒体が含まれ得る。

情報がネットワークまたは別の通信接続（ハードワイヤード、無線、またはハードワイヤードと無線の組合せのいずれか）を介してコンピュータシステムに転送され又は提供される場合、その接続は、コンピュータ読取り可能媒体として適切にみなされる。したがって、こうした接続のいずれであっても、適切に、コンピュータ読取り可能媒体と称される。上記の内容の組合せもまた、コンピュータ読取り可能媒体の範囲内に含まれるべきである。コンピュータ実行可能命令又はコンピュータ読取り可能命令は、たとえば、汎用コンピュータシステムまたは特殊用途のコンピュータシステムに所定の機能または機能群を実行させる命令およびデータを含む。コンピュータ実行可能命令又はコンピュータ読取り可能命令は、たとえば、バイナリ（ｂｉｎａｒｙ）、アセンブリ言語等の中間形式命令、又は、ソースコードでよい。

この詳細な説明、および特許請求の範囲において、「コンピュータシステム」は、１つまたは複数のソフトウェアモジュール、１つまたは複数のハードウェアモジュール、又は、それらの組み合わせとして定義され、これらは、連携して機能することにより、電子データ上でオペレーションを実行する。たとえば、コンピュータシステムの定義には、パーソナルコンピュータのオペレーティングシステム等のソフトウェアモジュールのみならずパーソナルコンピュータのハードウェアモジュールをも含まれる。モジュールの物理レイアウトは重要ではない。コンピュータシステムには、ネットワークを介して結合された１つまたは複数のコンピュータが含まれる。同様に、コンピュータシステムには、内部モジュール（プロセッサやメモリなど）が連携して機能し電子データ上でオペレーションを実行する単一の物理装置（移動電話や「ＰＤＡ」（パーソナルデジタルアシスタント：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）など）が含まれる。

当業者であれば、本発明が、ハブ、ルータ、無線アクセスポイント（「ＡＰ」：ａｃｃｅｓｓ ｐｏｉｎｔ）、無線ステーション、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ハンドヘルド（ｈａｎｄ−ｈｅｌｄ）装置、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースまたはプログラマブルな家電、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、移動電話、ＰＤＡ、ポケットベルなどの多くの種類のコンピュータシステム構成をもったネットワークコンピューティング環境で実施されることを理解するであろう。本発明を、（ハードワイヤード、無線、またはハードワイヤードと無線の組合せの接続のいずれかによって）ネットワークを介して接続されるローカルコンピュータシステムとリモートコンピュータシステムの両方がタスクを実行する分散システム環境で実施することもできる。分散システム環境では、プログラムモジュールを、ローカルメモリ記憶装置とリモートメモリ記憶装置の両方に置くことができる。

本発明の実施が可能な適切なコンピューティング環境を簡潔に一般的に説明するために、図１及び以下の説明を示す。必須ではないが、プログラムモジュール等の、コンピュータシステムによって実行されるコンピュータ実行可能命令の一般的な文脈で本発明を説明する。通常、プログラムモジュールは、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造体などを含み、これらは、特定のタスクを実行し、又は、特定の抽象データ型を実装する。コンピュータ実行可能命令、関連するデータ構造体、およびプログラムモジュールは、本明細書で開示する方法の動作を実行するプログラムコード手段の例を表す。図１を参照すると、本発明の方式に適したオペレーティング環境には、基盤要素１００の形態の汎用コンピュータシステムが含まれる。

基盤要素１００には、例えばキーボード、マイク、マウスなどの入力装置から情報を受信することができ、かつ／または例えばアンテナ診断装置やプリンタなどの出力装置に情報を送信することができる入力／出力インターフェース１９０が含まれる。入力装置は、情報の入力を可能にするために、入力／出力インターフェース１９０に結合することができる。入力装置は、予めプログラムされたデータまたは入力装置のユーザ操作に応答して、こうした結合を介して情報を転送することができる。出力装置は、情報の出力を可能にするために、入力／出力インターフェース１９０に結合することができる。出力装置は、予めプログラムされたデータまたは入力装置のユーザ操作に応答して、こうした結合を介して情報を受信することができる。入力／出力インターフェース１９０には、たとえばシリアルポートインターフェース、パラレルポートインターフェース、赤外線ポートインターフェース、「ＵＳＢ」（ユニバーサルシリアルバス：Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インターフェース等の、基盤要素１００との間で情報の送受信を行うインターフェースが含まれ、そのインターフェースは、どんな種類であってもよく、また、複数種類の組み合わせであってもよい。

基盤要素１００は、ビデオ出力信号を外部のビデオ表示装置に与えるビデオ出力インターフェース１３０を備える。基盤要素１００は、たとえばカラーまたはモノクロのコンピュータモニタなどのビデオ表示装置と一体的に配置することも、それとは別にすることもできる。ビデオ表示装置は、与えられたビデオ出力信号を受信するためにビデオ出力インターフェース１３０に結合することができる。ビデオ表示装置は、診断目的でビデオ出力インターフェースに結合されたモバイルビデオ表示装置であってもよい。

基盤要素１００は、複雑かつ柔軟な汎用処理機能を可能にする処理装置１２０を備える。処理装置１２０は、本発明の特徴等の基盤要素１００の特徴を実施するために設計されたコンピュータ実行可能命令を実行する。処理装置１２０は、システムメモリ１４０等の様々な他のシステム要素を相互接続するシステムバス１１０に結合される。

システムメモリ１４０は、一般に、様々な揮発性および／または不揮発性メモリを示し、既に説明した種類のメモリを備えることができる。しかし、基盤要素１００内で使用される特別な種類のメモリは、本発明にとって重要ではない。１つまたは複数のプログラムモジュールから成るプログラムコード手段を、システムメモリ１４０に格納することができる。１つまたは複数のプログラムモジュールは、オペレーティングシステム１４１、プログラムモジュール１４３およびプログラムデータ１４４を含んでもよい。

基盤要素１００は、磁気ハードディスク１３９との間で読み書きを行う磁気ハードディスクドライブ１２７を備える。磁気ハードディスクドライブ１２７は、大容量記憶インターフェース１６０によって、システムバス１１０に接続される。磁気ハードディスクドライブ１２７および磁気ハードディスク１３９は、相互に動作し、基盤要素１００用のコンピュータ実行可能命令、データ構造体、プログラムモジュールおよびプログラムデータの不揮発性の記憶を提供する。たとえば、磁気ハードディスク１３９は、オペレーティングシステム１４１、プログラムモジュール１４３、およびプログラムデータ１４４を含んだ１又は複数のプログラムモジュールを記憶することができる。

基盤要素１００は、たとえばオフィス規模または企業規模のコンピュータネットワーク、イントラネットおよび／またはインターネットなどのネットワークに接続可能である。基盤要素１００は、こうしたネットワークを介して、たとえばリモートコンピュータシステム、無線装置、その他の基盤要素などの外部ソースとデータを交換することができる。

基盤要素１００は、通信インターフェース１８０を含み、このインターフェースを介して、基盤要素１００は、外部ソースにデータを送信しかつ／またはそこからデータを受信する。図１に示すように、通信インターフェース１８０は、リンク１９２を介したリモートコンピュータシステム１９３とのデータ交換を容易にする。リンク１９２は、ネットワークの一部を示し、リモートコンピュータシステム１９３は、ネットワークのノードを示す。たとえば、リモートコンピュータシステム１９３は、パーソナルコンピュータであっても、基盤要素１００と通信する別の基盤要素であってもよい。

通信インターフェース１８０は、有線ネットワークインターフェース１８６を備える。別のコンピュータシステムとのリンクが有線リンクである場合、基盤要素１００は、有線ネットワークインターフェース１８６を使用して、他のコンピュータシステムと通信することができる。たとえば、リンク１９２が有線リンクである場合、基盤要素１００は、有線ネットワークインターフェース１８６を使用して、リモートコンピュータシステム１９３と通信することができる。有線ネットワークインターフェース１８６は、たとえばネットワークインターフェースカード、対応するプロトコルスタック等の適切なハードウェアおよびソフトウェアモジュールを備えることにより、有線リンクを介した通信を容易にすることができる。有線ネットワークインターフェース１８６内のモジュールは、相互に動作して、受信された電気インパルスを、基盤要素１００で使用されるビットストリームに変換し、基盤要素１００からのビットストリームを、有線ネットワークを介した転送のために、電気インパルスに変換することができる。

通信インターフェース１８０は、アンテナインターフェース１８１を備える。別のコンピュータシステムとのリンクが無線リンクである場合、基盤要素１００は、アンテナインターフェース１８１を使用して、他のコンピュータシステムと通信することができる。たとえば、リンク１９２が無線リンクである場合、基盤要素１００は、アンテナインターフェース１８１を使用して、リモートコンピュータシステム１９３と通信することができる。アンテナインターフェース１８１は、適切なハードウェアおよびソフトウェアモジュールを備えることにより、無線リンクを介した通信を容易にすることができる。アンテナインターフェース１８１内のモジュールは、相互に動作して、受信された無線信号を基盤要素１００で使用されるビットストリームに変換し、基盤要素１００からのビットストリームを、無線ネットワークを介した転送のために、無線信号に変換することができる。

基盤要素１００は、無線信号の送受信のためにそれぞれ使用できる指向性アンテナ１８４と全指向性アンテナ１８３とを備える。全指向性アンテナ１８３は、全指向性アンテナ１８３のパワーに基づいて指定された全方向範囲を有することができる。全方向範囲内では、全指向性アンテナ１８３は、他の基盤要素および無線装置にデータを送信し、かつ／またはそこからデータを受信するのに十分な信号強度をもつことができる。一方、全方向範囲の外側では、物理的障害物が全指向性アンテナ１８３を遮断する場合、または、他の装置が全指向性アンテナ１８３に干渉する場合、全指向性アンテナ１８３は、他の基盤要素および無線装置にデータを送信し、かつ／またはそこからデータを受信するのに十分な信号強度をもつことができない。

指向性アンテナ１８４（電子的にステアリングされるフェーズドアレーアンテナなど）は、指向性ビームを無線装置または他の基盤要素に向けるための１つまたは複数のフィード(feeds)を備えることができる。指向性ビームは、基盤要素１００にデータを送信しかつ／またはそこからデータを受信する無線装置または他の基盤要素に向けることができる。たとえば、基盤要素１００がリモートコンピュータシステム１９３にデータを送信する場合、指向性アンテナ１８４からの指向性ビームを、リモートコンピュータシステム１９３に向けることができる（たとえば、リンク１９２がもたらされる）。同様に、基盤要素１００がリモートコンピュータシステム１９３からデータを受信する場合、指向性アンテナ１８４からの指向性ビームを、リモートコンピュータシステム１９３に向けることができる（たとえば、リンク１９２がもたらされる）。基盤要素１００は、単一の指向性アンテナ（指向性アンテナ１８４）を備えるように示されているが、複数の指向性アンテナを備えるように構成することもできる。

全指向性アンテナ１８３と指向性アンテナ１８４は、対応するリンク１１１および１１２によって、アンテナインターフェース１８１に各々接続される。リンク１１１および１１２は、システムバス（バス１１０など）またはローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）の一部であり得る。アンテナインターフェース１８１は、対応するリンク１１１および１１２を介して、全指向性アンテナ１８３および指向性アンテナ１８４にデータを送信し、また、そこからデータを受信することができる。アンテナインターフェース１８１は、アンテナ制御コマンドを、対応するリンク１１１および１１２を介して、全指向性アンテナ１８３および指向性アンテナ１８４に送信することもできる。アンテナ制御コマンドは、全指向性アンテナ１８３および／または指向性アンテナ１８４の構成の変更を引き起こすことができる。したがって、アンテナインターフェース１８１は、全指向性アンテナ１８３および指向性アンテナ１８４と相互動作することにより、本発明の方式を実施することができる。

たとえば、アンテナインターフェース１８１は、全指向性アンテナ１８３および／または指向性アンテナ１８４に、無線装置または基盤要素へデータを送信させ、またはそこからデータを受信させる、アンテナ制御コマンドを送信することができる。アンテナインターフェース１８１は、基盤要素を介してデータが宛先に転送されないことを検出すると、全指向性アンテナ１８３および／または指向性アンテナ１８４にアンテナ制御コマンドを送信することにより、基盤要素１００を適応させ、別の基盤要素と通信させることができる。たとえば、アンテナインターフェース１８１は、指向性アンテナ１８４にアンテナ制御コマンドを送信することにより、指向性アンテナ１８４が指向性ビームを別の基盤要素に向けるようにさせる。基盤要素１００は、別の基盤要素を介して（データの送信／または受信のために）宛先と通信することができる。

図１は、本発明に適したオペレーティング環境を示しているが、本発明の方式は、必要であれば適切な修正を伴って、本発明の方式を実施することができる任意のシステムで使用することができる。図１に示す環境は、単なる例示であって、本発明の方式を実施することができる多様な環境の一部を表すものではない。

本発明のモジュールおよび関連するデータは、基盤要素１００に関連する任意のコンピュータ読取り可能媒体に格納することができ、またそこからアクセスすることができる。たとえば、こうしたモジュールの一部および関連するプログラムデータの一部を、システムメモリ１４０に格納されるオペレーティングシステム１４１、プログラムモジュール１４３、および／またはプログラムデータ１４４の中に含めることができる。たとえば磁気ハードディスク１３９などの大容量記憶装置が基盤要素１００に結合される場合、こうしたモジュールおよび関連するプログラムデータを大容量記憶装置に格納することもできる。ネットワーク化された環境では、基盤要素１００に関連して示されたプログラムモジュールまたはその一部を、例えば、リモートコンピュータシステム１９３と関係するシステムメモリおよび／または大容量記憶装置などのリモートメモリ記憶装置に格納することができる。上述のように、こうしたモジュールの実行は、分散環境で実施することができる。

図２に、無線メッシュネットワークにおける適応的な通信を容易にするネットワークアーキテクチャー２００の例を示す。ネットワークアーキテクチャー２００内に基盤要素２０１〜２０６が示され、これらは、構成面で、基盤要素１００に類似し得る。基盤要素２０１〜２０６はそれぞれ、他の基盤要素または無線装置と通信するために使用することができる対応する全指向性アンテナを備える。基盤要素２０１〜２０６は、少なくとも対応する全方向範囲２１１〜２１６におよぶアンテナ範囲を各々有する他の基盤要素または無線装置と通信することができる。たとえば、無線装置２５３は、全方向範囲２１４内に存在しているので、基盤要素２０４は、対応する全指向性アンテナを使用して、無線装置２５３と通信することができる。同様に、全方向範囲２１１は、全方向範囲２６１と重なっているので、基盤要素２０１は、対応する全指向性アンテナを使用して、無線装置２５１と通信することができる。

各基盤要素２０１〜２０６は、他の基盤要素または無線装置と通信するために使用することができる、１つまたは複数の対応する指向性アンテナを備える。基盤要素２０１〜２０６は、少なくとも、指向性アンテナからの対応する指向性ビームにおよぶアンテナ範囲を有する他の基盤要素または無線装置と通信することができる。たとえば、指向性ビーム２３１は、全方向範囲２１６と重なっているので、基盤要素２０１は、対応する指向性アンテナを使用して、基盤要素２０５と通信することができる。同様に、指向性ビーム２２６は、全方向範囲２６２と重なっているので、基盤要素２０６は、対応する指向性アンテナを使用して、無線装置２５２と通信することができる。さらに、指向性ビーム２３２は、指向性ビーム２３４と重なっているので、基盤要素２０２と基盤要素２０４は、対応する指向性アンテナを使用して通信することができる。

基盤要素２０３および２０４は、対応するリンク２８３および２８４をそれぞれ介してネットワーク２７２に接続される。リンク２８３および２８４は、ネットワーク２７２のリソース（ウェブページやファイルなど）へのアクセスを提供する有線リンクであり得る。コンピュータシステム２７４は、リンク２８２を介してネットワーク２７２に接続される。ネットワーク２７２は、電子メッセージ（電子メールメッセージ、インスタントメッセージなど）を転送するため、たとえばコンピュータシステム２７４などの他のコンピュータシステムへの接続を提供することができる。ネットワーク２７２は、ローカルエリアネットワーク「ＬＡＮ」、広域エリアネットワーク「ＷＡＮ」又は、インターネットでよい。

図３に、本発明の方式にしたがった、無線メッシュネットワークにおける適応通信のための方法３００の例示的なフローチャートを示す。方法３００を、ネットワークアーキテクチャー２００内に示される基盤要素、無線装置、ネットワークおよびコンピュータシステムと関連させて説明する。方法３００は、第１の指向性アンテナビームを使用して第２の基盤要素を介して宛先と通信する第１の基盤要素の動作（動作３０１）を含む。動作３０１は、第１の指向性アンテナビームを使用して、複数の基盤要素のうちの第２の基盤要素を介して宛先と通信する第１の複数の基盤要素を備えることができる。通信には、宛先にデータを送信しかつ／またはそこからデータ受信することが含まれ得る。

宛先は、別の基盤要素であり得る。たとえば、基盤要素２０１は、指向性ビーム２２１を使用して、基盤要素２０２を介して基盤要素２０４と通信することができる。宛先が無線装置のこともある。たとえば、基盤要素２０５は、指向性ビーム２３５を使用して、基盤要素２０６を介して無線装置２５２と通信することができる。宛先が有線コンピュータシステムまたはネットワークのこともある。たとえば、基盤要素２０２は、指向性ビーム２３２を使用して、基盤要素２０４を介してネットワーク２７２およびコンピュータシステム２７４と通信することができる。

方法３００は、第１基盤要素が択一的に第３の基盤要素を介して宛先と通信できると判断する動作（動作３０２）を備える。動作３０２は、第１基盤要素が択一的に前記複数の基盤要素のうちの第３の基盤要素を介して宛先と通信できると判断することを含み得る。たとえば、基盤要素２０１は、（基盤要素２０２を介して通信することに対して）基盤要素２０５を介して基盤要素２０４と通信できると判断してよい。同様に、基盤要素２０５は、（基盤要素２０６を介して通信することに対して）基盤要素２０４を介して無線装置２５２と通信できると判断してよい。同様に、基盤要素２０２は、（基盤要素２０４を介して通信することに対して）基盤要素２０３を介してネットワーク２７２および／またはコンピュータシステム２７４と通信できると判断してよい。

第１の基盤要素は、データが第２の基盤要素を介して転送されない場合には、第３の基盤要素を介して宛先と通信できると判断してよい。たとえば、基盤要素２０１は、データが基盤要素２０２を介して転送されない場合には、それが基盤要素２０５を介して基盤要素２０４と通信できると判断してよい。たとえばネットワーク輻輳、基盤要素上での通信モジュールの不具合、基盤要素に接続された有線リンクの不具合、または基盤要素のアンテナを遮断する物理的な障害物などの多くの理由によって、データが基盤要素を通過することが妨げられることがある。したがって、第１の基盤要素は、様々な基盤要素を介して宛先と通信するように適応することができる。

第１の基盤要素が、その上のアンテナが第３の基盤要素上のアンテナの範囲内にあると判断する場合は、第１の基盤要素は、第３の基盤要素と通信できると判断してよい。第１の基盤要素が、その上の指向性アンテナが第３の基盤要素上の全指向性アンテナの範囲内にあると判断してもよい。たとえば、基盤要素２０２は、仮に指向性ビームがビーム位置２２２に向けられた場合は、指向性ビームが全方向範囲内２１３にあるだろうと判断してもよい。第１基盤要素が、その上の指向性アンテナが第３の基盤要素上の指向性アンテナの範囲内あると判断してもよい。たとえば、基盤要素２０４は、仮に指向性ビームがビーム位置２４４に向けられた場合には、その指向性ビームが指向性ビーム２２６と重なるであろうと判断してもよい。

方法３００は、第２の指向性アンテナビームを使用して、第３の基盤要素を介して宛先と通信する第１の基盤要素の動作（動作３０３）を含む。たとえば、基盤要素２０１は、（指向性ビーム２２１の代わりに）指向性ビーム２３１を使用して、基盤要素２０５を介して基盤要素２０４と通信することができる。したがって、基盤要素２０１から基盤要素２０４へのデータパスは、基盤要素２０２を経由することから、基盤要素２０５を経由することに適応化される。基盤要素２０５は、指向性ビームをビーム位置２４５に向けて、基盤要素２０１と基盤要素２０４の間の通信を容易にすることができる。

同様に、基盤要素２０５は、（指向性ビーム２３５を使用する代わりに）指向性アンテナビームをビーム位置２４５に向けて、基盤要素２０４を介して無線装置２５２と通信することができる。したがって、基盤要素２０５から無線装置２５２へのデータパスは、基盤要素２０６を経由することから、基盤要素２０４を経由することに適応化される。基盤要素２０４は、指向性ビームをビーム位置２４４に向けて、基盤要素２０５と無線装置２５２の間の通信を容易にすることができる。

同様に、基盤要素２０２は、（指向性ビーム２３２を使用する代わりに）指向性ビームをビーム位置２２２に向けて、基盤要素２０３を介してネットワーク２７２および／またはコンピュータシステム２７４と通信することができる。したがって、基盤要素２０２からネットワーク２７２へのデータパスは、基盤要素２０４を経由することから、基盤要素２０３を経由することに適応化される。基盤要素２０３は、適切にデータをルーティングして、基盤要素２０２と、ネットワーク２７２および／またはコンピュータシステム２７４の間の通信を容易にすることができる。

第１の指向性ビームが、第２の指向性ビームとして、同じ指向性アンテナから生じても、生じなくてもよいことに留意されたい。基盤要素は、単一の指向性ビームをもつ単一の指向性アンテナを備えてもよい。したがって、基盤装置が別の基盤要素または無線装置と通信する場合には、単一の指向性ビームは、前の方向から、他の基盤要素または無線装置にリダイレクトされる。たとえば、基盤要素２０３と通信するために、基盤要素２０２は、指向性ビーム２３２をビーム位置２２２にリダイレクトしてよい。

基盤要素は、複数の指向性ビームをもつ単一の指向性アンテナを備えてもよく、それぞれが１つまたは複数の指向性ビームをもつ複数の指向性アンテナを備えてもよい。したがって、基盤装置が別の基盤要素または無線装置と通信する場合、ビームのうちの１つが他の基盤要素または無線装置に向けられ（または、リダイレクトされ）、一方、１つまたは複数の他のビームは現在の方向のままである。たとえば、指向性ビーム２３１が基盤要素２０５に向けられたままで、基盤要素２０１は、指向性ビーム２２１をリダイレクトして、別の基盤要素または無線装置と通信することができる。

指向性ビームは、全指向性アンテナによってカバーされるエリアよりも狭いエリアに向けられるので、指向性ビームの信号強度は、同じ利得の全指向性アンテナのそれよりも高くなり得る。向けられるビームの信号強度を高くすることによって、（たとえば第１の基盤要素と、第２の基盤要素または無線装置の間の距離、物理的障害物、干渉などのために）全指向性アンテナ間の通信ができない場合でも、より高いデータレートで、基盤要素または無線装置からデータを送信しかつ／またはそこからデータを受信することを十分に行うことができる。したがって、指向性ビームは、対応する全方向範囲外の基盤要素または無線装置と通信するのに十分な信号強度をもち得る。したがって、無線メッシュネットワークの基盤要素を、より大きい距離だけ離すことができ、それによって、無線メッシュネットワーク接続を提供するのに必要な基盤要素の数（したがってコストも）を低減することができる。

本発明は、その精神または本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形で実施することができる。説明した実施形態は、あらゆる面において、限定的ではなく、例示的なものにすぎないとみなすべきである。したがって、本発明の範囲は、前述の説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲と等価の意味および範囲内に含まれる変更はすべて、その範囲に包含されるものとする。

本発明の方式に適したオペレーティング環境を示す図である。 本発明の方式にしたがった、無線メッシュネットワークにおける適応的通信を容易にするネットワークアーキテクチャーの例を示す図である。 本発明の方式にしたがった、無線メッシュネットワークにおける適応的通信の方法を示す例示的なフローチャートである。

符号の説明

１００ 基盤要素
１１０ システムバス
１１１ リンク
１１２ リンク
１２０ 処理装置
１２７ 磁気ハードディスクドライブ
１３０ ビデオ出力インターフェース
１３９ 磁気ハードディスク
１４０ システムメモリ
１４１ オペレーティングシステム
１４３ プログラムモジュール
１４４ プログラムデータ
１６０ 大容量記憶インターフェース
１８０ 通信インターフェース
１８１ アンテナインターフェース
１８３ 全指向性アンテナ
１８４ 指向性アンテナ
１８６ 有線ネットワークインターフェース
１９０ 入／出力インターフェース
１９２ リンク
１９３ リモートコンピュータシステム
２００ ネットワークアーキテクチャー
２０１〜２０６ 基盤要素
２１１〜２１４、２１６ 全方向範囲
２２１ 指向性ビーム
２２２ ビーム位置
２２６、２３１〜２３５ 指向性ビーム
２４４、２４５ ビーム位置
２５１〜２５３ 無線装置
２６１、２６２ 全方向範囲
２７２ ネットワーク
２７４ コンピュータシステム
２８２〜２８４ リンク
３００ 方法
３０１〜３０３ 動作

Claims (28)

1. 複数の基盤要素を備えた無線メッシュネットワーク環境において前記複数の基盤要素が適応的に互いに通信する方法であって、
   第１の指向性アンテナビームを使用して、前記複数の基盤要素のうちの第２の基盤要素を介して宛先と通信する、前記複数の基盤要素のうちの第１の基盤要素の動作と、
   前記第１の基盤要素が択一的に前記複数の基盤要素のうちの第３の基盤要素を介して前記宛先と通信できると判断する動作と、
   第２の指向性アンテナビームを使用して、前記第３の基盤要素を介して前記宛先と通信する、前記第１の基盤要素の動作と
   を含むことを特徴とする方法。
2. 第２の基盤要素を介して宛先と通信する、前記第１の基盤要素の前記動作は、前記宛先にデータを送信する前記第１の基盤要素の動作を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 第２の基盤要素を介して宛先と通信する、前記第１の基盤要素の前記動作は、前記宛先からデータを受信する前記第１の基盤要素の動作を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 第２の基盤要素を介して宛先と通信する、前記第１基盤要素の前記動作は、第２の基盤要素を介して宛先基盤要素と通信する、前記第１の基盤要素の行為を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 第２の基盤要素を介して宛先と通信する、前記第１の基盤要素の前記動作は、第２の基盤要素を介して無線装置と通信する、前記第１の基盤要素の動作を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 第２の基盤要素を介して宛先と通信する、前記第１の基盤要素の前記動作は、第２の基盤要素を介して有線コンピュータシステムと通信する、前記第１の基盤要素の動作を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 第２の基盤要素を介して宛先と通信する、前記第１の基盤要素の前記動作は、前記第１の指向性アンテナビームを前記第２の基盤要素に向ける、前記第１の基盤要素の動作を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記第１の指向性アンテナビームを前記第２の基盤要素に向ける前記動作は、前記第１の指向性ビームを前の方向から前記第２の基盤要素に向かってリダイレクトする動作を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の基盤要素が択一的に第３の基盤要素を介して前記宛先と通信できると判断する動作は、データが前記第２の基盤要素を介して前記宛先に送られないことを検出する動作を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記第１の基盤要素が択一的に第３の基盤要素を介して前記宛先と通信できると判断する動作は、前記第１の基盤要素上のアンテナが前記第３の基盤要素上のアンテナの範囲内にあると判断する動作を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記第１の基盤要素上のアンテナが前記第３の基盤要素上のアンテナの範囲内にあると判断する動作は、前記第１の基盤要素上の指向性アンテナが前記第３の基盤要素上の全指向性アンテナの範囲内にあると判断する動作を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記第１の基盤要素上のアンテナが前記第３の基盤要素上のアンテナの範囲内にあると判断する行為は、前記第１の基盤要素上の指向性アンテナが前記第３の基盤要素上の指向性アンテナの範囲内にあると判断する動作を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 前記第２の指向性アンテナビームを使用して、前記第３の基盤要素を介して前記宛先と通信する、前記第１の基盤要素の前記動作は、前記第２の基盤要素に送信されたであろうデータを、前記第３の基盤要素に送信する、第１の基盤要素の動作を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記第２の指向性アンテナビームを使用して、前記第３の基盤要素を介して前記宛先と通信する、前記第１の基盤要素の前記動作は、前記第２の基盤要素から受信されたであろうデータを、前記第３の基盤要素から受信する、前記第１の基盤要素の動作を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 前記第３の基盤要素を介して宛先と通信する、前記第１の基盤要素の前記動作は、前記宛先にデータを送信する、前記第１の基盤要素の動作含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
16. 前記第３の基盤要素を介して宛先と通信する、前記第１の基盤要素の前記動作は、前記宛先からデータを受信する、前記第１の基盤要素の動作を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
17. 前記第３の基盤要素を介して宛先と通信する、前記第１の基盤要素の前記動作は、前記第３の基盤要素を介して宛先基盤要素と通信する、前記第１の基盤要素の動作を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
18. 前記第３の基盤要素を介して宛先と通信する、前記第１の基盤要素の前記動作は、前記第３の基盤要素を介して無線装置と通信する、前記第１の基盤要素の動作を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
19. 前記第３の基盤要素を介して宛先と通信する、前記第１の基盤要素の前記動作は、第３の基盤要素を介して有線コンピュータシステムと通信する、前記第１の基盤要素の動作を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
20. 前記第２の指向性アンテナビームを使用して、前記第３の基盤要素を介して前記宛先と通信する、前記第１の基盤要素の前記動作は、前記第２の指向性アンテナビームを前記第３の基盤要素に向ける動作を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
21. 前記第２の指向性アンテナビームを前記第３の基盤要素に向ける前記動作は、前記第２の指向性アンテナビームを、前の方向から前記第３の基盤要素に向かってリダイレクトする動作を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記第１の指向性アンテナビームと前記第２の指向性アンテナビームは、同じ指向性アンテナビームであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
23. 前記第１の指向性アンテナビームと前記第２の指向性アンテナビームは、指向性アンテナビームを向けるための複数のフィードを備えた指向性アンテナからの指向性アンテナビームであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
24. 前記第１の指向性アンテナビームは、第１の指向性アンテナからの指向性アンテナビームであり、前記第２の指向性アンテナビームは、第２の指向性アンテナからの指向性アンテナビームであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
25. 複数の基盤要素を含む無線メッシュネットワーク環境で使用し、前記複数の基盤要素が適応的に互いに通信するための方法を実施するためのコンピュータプログラム製品であって、
    プロセッサによって実行された時に、前記複数の基盤要素のうちの第１基盤要素に、
    第１の指向性アンテナビームを使用して、前記複数の基盤要素のうちの第２の基盤要素を介して宛先と通信するステップと、
    前記第１の基盤要素は択一的に前記複数の基盤要素のうちの第３の基盤要素を介して前記宛先と通信できると判断するステップと、
    第２の指向性アンテナビームを使用して、前記第３の基盤要素を介して前記宛先と通信するステップとを実行させるコンピュータ実行可能命令が格納された１つまたは複数のコンピュータ読取り可能媒体を含むことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
26. 前記１つまたは複数のコンピュータ読取り可能媒体は、物理媒体であることを特徴とする請求項２５に記載のコンピュータプログラム製品。
27. 前記１つまたは複数のコンピュータ読取り可能媒体は、システムメモリを含むことを特徴とする請求項２５に記載のコンピュータプログラム製品。
28. 無線メッシュネットワークにおいて、１つまたは複数の他の基盤要素と適応的に通信するために構成された基盤要素であって、
    全指向性アンテナと、
    各々がアンテナ光線を他の基盤要素に向けるための１つまたは複数のフィードを含む、１つまたは複数の指向性アンテナと、
    １つまたは複数の処理装置と、
    アンテナインターフェースが格納された１つまたは複数のコンピュータ読取り可能媒体であって、前記アンテナインターフェースは、
    第１の指向性アンテナビームを使用して、前記基盤要素に、前記１つまたは複数の他の基盤要素のうちの第２の基盤要素を介して宛先と通信させ、
    前記第１の基盤要素は択一的に前記１つまたは複数の他の基盤要素のうちの第３の基盤要素を介して前記宛先と通信できると判断し、
    第２の指向性アンテナビームを使用して、前記第３の基盤要素を介して前記宛先と通信するように構成されるコンピュータ読取り可能媒体と
    を備えることを特徴とする基盤要素。
    

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