JP2006501777A - 制御されたｗｔｒｕピア・ツー・ピア通信を有する無線通信の方法およびシステム - Google Patents

制御されたｗｔｒｕピア・ツー・ピア通信を有する無線通信の方法およびシステム Download PDF

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Abstract

無線ネットワークは、マルチモードの無線ＷＴＲＵ（３３、３７）との制御された無線通信を提供する。無線ネットワークは、マルチモードのＷＴＲＵとのインフラストラクチャ通信モードにおいて動作するトランシーバと、１つのＷＴＲＵとのインフラストラクチャ通信を介して制御信号を送信する制御装置であって、そのＷＴＲＵにおいて他のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピアモード通信（４０）を制御する制御装置とを有する、少なくとも１つの基地局（２５）を有する。ＷＴＲＵは、ネットワーク基地局とのインフラストラクチャ通信モードにおいて、および他のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピア通信モードにおいて、選択的に動作するように構成されたトランシーバ構成要素群を有する。ＷＴＲＵは、他のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピアモード通信を、ネットワーク基地局とのインフラストラクチャ通信において受信された通信信号に基づいて、選択的に制御するように構成されたトランシーバ制御装置を有する。好ましくは、トランシーバ制御装置は、サービス品質基準に基づいて、トランシーバ構成要素群を制御し、インフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードとの間を切り換えるように構成される。

Description

本願は、制御された無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ：Wireless Transmit/Receive Unit）のピア・ツー・ピア通信を有する無線通信のための方法およびシステムに関する。
無線通信システムは、当技術分野でよく知られている。一般的に、そのようなシステムは通信装置を含み、通信装置は、互いの間で無線通信信号を送受信する。システムの形態により、通信装置は、典型的には、２つの形態のいずれかである。すなわち、基地局、または移動体ユニットを含むＷＴＲＵのどちらかである。
ここで用いられる用語「基地局」は、限定的ではないが、基地局、ノードＢ、サイト制御装置、アクセスポイント、または無線環境において、その基地局が関連付けられたネットワークへの無線アクセスをＷＴＲＵに提供する他のインタフェース機器を含む。
ここで用いられる用語「ＷＴＲＵ」は、限定的ではないが、ユーザ設備、移動体装置、固定または移動型の加入者ユニット、ページャー、または無線環境で動作する能力を有する他の任意の形態の機器を含む。ＷＴＲＵは、ネットワーク接続機能を有する電話機、テレビ電話、インターネット接続電話などのパーソナル通信機器を含む。さらにＷＴＲＵは、同様のネットワーク化能力を持つ無線モデムを有するＰＤＡ、ノート型コンピューターなどの、携帯型パーソナル計算機を含む。携帯型の、またはそうでなければ位置を変えることができるＷＴＲＵは、移動体ユニットと呼ばれる。
典型的には、それぞれの基地局が適切に構成されたＷＴＲＵと同時に無線通信を行うことができるように、基地局のネットワークを提供する。いくつかのＷＴＲＵは、互いの間に直接、すなわち、基地局を介してネットワークを通して中継することなく、無線通信を行うように構成される。これは、一般的にピア・ツー・ピア無線通信と呼ばれる。ネットワーク通信およびピア・ツー・ピア通信の能力の両方を有する多重ネットワークにおいて使用できるように、ＷＴＲＵを構成することができる。
無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ：Wireless Local Area Network）と呼ばれる無線システムの１つの形態を、ＷＬＡＮモデムを装備しているＷＴＲＵと無線通信を行うように構成することができる。ＷＬＡＮモデムは、同様に装備されたＷＴＲＵとピア・ツー・ピア通信を行うこともできる。現在、ＷＬＡＮモデムは、メーカーによって従来の多くの通信機器や計算機器に集積されている。例えば、携帯電話、携帯情報端末、およびラップトップコンピュータは、１または複数のＷＬＡＮモデムで構築されている。従って、そのようなＷＬＡＮモデムを有するＷＴＲＵにおける通信を容易にするための必要性が増加しつつある。例えば、ＷＬＡＮモデムを備えているＰＤＡの第１のユーザが、ＷＬＡＮモデムを有する携帯電話を持つ第２のユーザと、電話帳のようなデータを、電気通信ネットワークを経由することなく、ローカルに共有できるならば望ましい。
１または複数のＷＬＡＮアクセスポイント、すなわち基地局を有する１つの一般的な無線ローカル・エリア・ネットワーク環境は、ＩＥＥＥ８０２．ｌｌｂ標準に準じて構築される。そのようなＷＬＡＮに対する無線サービス領域は、一般的に「ホットスポット（Hot Spot）」と呼ばれる地理的な領域にしばしば制限される。そのような無線通信システムは、いくつか例を挙げると、空港や、喫茶店や、ホテルなどのさまざまな場所で効果的に展開されている。これらのネットワークにアクセスするためには、通常、ユーザ認証手続きが必要になる。そのようなシステムのためのプロトコルは、現在、ＷＬＡＮ技術領域で標準化されつつある。そのようなプロトコルの枠組みの１つは、ＩＥＥＥ８０２シリーズの標準である。
ＷＬＡＮおよび他のネットワークで無線通信を実施するには、２つの一般的な方法がある。１）インフラストラクチャモード、および２）アドホックモードである。図１Ａに、インフラストラクチャモードを示し、ＷＴＲＵが、ネットワークインフラストラクチャ１６へのアクセスポイントとして機能する基地局５４を介して無線通信を行う。基地局５４は、ＷＴＲＵ１８、ＷＴＲＵ２０、ＷＴＲＵ２２、ＷＴＲＵ２４およびＷＴＲＵ２６と通信しているように示されている。図１Ａに示したＷＴＲＵの間では、直接的な相互通信は無い。通信は、基地局５４を介して整合され、同期化される。このような構成は、ＷＬＡＮの文脈では、基本サービスセット（ＢＳＳ：Basic Service Set）と呼ばれる。
インフラストラクチャモードと対照的に、アドホックモードでは、ネットワークインフラストラクチャを使用しない。アドホックモードは、ピア・ツー・ピア通信で動作し、「独立（independent）ＢＳＳ」と呼ばれる。アドホックモードでは、整合をはかるネットワーク構成要素、すなわち基地局を必要としないで、２つ以上のＷＴＲＵがそれら自身の間で通信を確立する。アドホックモード動作を、図１Ｂに示す。ネットワークインフラストラクチャへのアクセスポイントは必要としない。しかしながら、基地局がアドホックプロトコルを持つように構成することができ、ピア・ツー・ピア通信における別のＷＴＲＵとして機能することができる。そのような場合に、基地局は、別のネットワーク、またはインターネットへのブリッジまたはルータとして機能することができる。
基地局がアドホックネットワークに加わる場合には、別のＷＴＲＵとして扱われ、通常、通信フローの制御はしない。例えば、図１Ｂは、アドホックネットワークにおいてＷＴＲＵ１８およびＷＴＲＵ２０との通信における基地局５４を示す。このシナリオでは、基地局５４はデータフローの制御はしない。
通信は、通常、１つのアドホックネットワークにおいて他の装置に制限されるが、１つのＷＴＲＵは、第３のＷＴＲＵを介して間接的に別のＷＴＲＵと通信することができる。例えば、図１Ｂに示すように、ＷＴＲＵ２２およびＷＴＲＵ２４の両方は、ＷＴＲＵ２６とアドホックモードで通信している場合に、ＷＴＲＵ２２とＷＴＲＵ２４との間で通信を行うことができる。さらにＷＴＲＵがアドホックモードであると、典型的には、インフラストラクチャモードの基地局の伝送を無視する。また、１つのＷＴＲＵがアドホックモードを起動し、別のＷＴＲＵがそれに加わることも必要である。アドホックネットワークに加わる場合に、別の装置は、動作パラメータ情報に適応するであろう。
アドホックネットワークを開始する装置は、サービスセット識別子（ＳＳＩＤ：Service Set IDentifier）、チャンネルおよびビーコンタイミングなどのアドホックネットワークの動作パラメータを選択し、次に、この情報を、例えばビーコンフレームに、送信する。装置がアドホックネットワークに加わるとき、装置は動作パラメータに適応する。インフラストラクチャモードでは、ＳＳＩＤなどのパラメータは、通常ネットワーク基地局に接続されたネットワーク制御装置により指定される。
ＩＥＥＥ８０２に基づくシステムのＳＳＩＤは、ＷＬＡＮ上に送られたパケットのヘッダに付加された３２文字の一意な識別子とすることができる。ＳＳＩＤは、ＷＴＲＵがＢＳＳかまたは独立ＢＳＳに接続しようとする場合のパスワードとして機能する。ＳＳＩＤは、１つのＷＬＡＮを別のものと区別するので、特定のＷＬＡＮに接続しようとするすべての基地局およびすべての機器が、通常同一のＳＳＩＤを使用する。一意なＳＳＩＤを提供できないと、機器は通常、ＢＳＳに接続することを許可されないであろう。
ＩＥＥＥ８０２に基づくシステムでは、１以上の装置がアドホックネットワークに加わると、すべての装置は、そのタスクをそれぞれの装置にランダムに分散することにより、ビーコンフレームを送出する負担を共有する。スポークスマン選出アルゴリズムなどのアルゴリズムは、１つの機器をアドホックネットワークのマスタ装置、すなわち疑似基地局とし、他のすべてをスレーブとして「選択する」ように設計されている。
本質的には自己制御にすぎないオープンなアドホックネットワークについて、一般的には、様々な問題がある。多くのＷＴＲＵが狭い領域にかたまると、干渉が増加し、その結果、すべてのＷＴＲＵのスループットを減少させる。さらに、アドホック無線機器の過剰な状態が、ＷＬＡＮの１つの基地局が対応しているホットスポット領域に集中すると、それぞれの無線モードにとって利用可能な周波数、チャンネルおよびバンド幅のリソースには限界があるため、そのような全ての機器の間の通信が妨げられる場合がある。
オープンなアドホックネットワークの別の問題点は、ＷＬＡＮ運営者のビジネスモデルに悪影響を及ぼす可能性があるということである。ピア・ツー・ピアアドホックモード通信が全体制御または監視が全くなしで為されると、それがインフラストラクチャモード通信に使用されていないときであっても、利用可能で、維持されねばならないＷＬＡＮインフラストラクチャに対して課金できないことにより、ＷＬＡＮ運営者が収入を失うということを、発明者は認識している。従って、ピア・ツー・ピア通信が、制御されおよび／または監視される、ハイブリッド動作モードを持つことが望ましい。
発明者は、ハイブリッドアドホック／インフラストラクチャモードの実施により、別の利点を獲得できることを認識している。例えば、移動体ＷＴＲＵは、ネットワークを用いる通信が散発的にまたは存在しなくなる場合に、信号品質の貧弱な領域に立ち入る場合がある。そのような場合には、ネットワーク基地局と直接接続のある別のＷＴＲＵを介して通信を中継するためにハイブリッドモードを使用できるとすれば、望ましいであろう。
本発明は、アドホックおよびインフラストラクチャの両方の動作モードを有するＷＴＲＵを使用する方法およびシステムを備える。
本発明にかかるＷＴＲＵは、ネットワーク基地局を介する無線ネットワークにおけるインフラストラクチャ通信、および別のそのようなＷＴＲＵとのピア・ツー・ピア通信に使用される。ＷＴＲＵは、ネットワーク基地局とのインフラストラクチャ通信に対するインフラストラクチャ通信モード、および別のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピア通信に対するピア・ツー・ピア通信モードにおける選択的動作のために構成されたトランシーバ構成要素を有する。トランシーバ構成要素群は、別のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピア通信のためのＷＬＡＮモデムを含むことができる。
ＷＴＲＵは、別のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピアモード通信を、ネットワーク基地局とのインフラストラクチャ通信で受信された通信信号に基づいて、選択的に制御するように構成されたトランシーバ制御装置を含む。好ましくは、トランシーバ制御装置は、サービス品質基準に基づいて、インフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードとの間を切り換えるためにトランシーバ構成要素を制御するように構成される。
好ましくは、トランシーバ制御装置は、ネットワーク基地局とのインフラストラクチャ通信で受信された通信信号に基づいて、重ねることのできるピア・ツー・ピアモード通信に対して選択されたデフォルトの制御限界で構成される。トランシーバ制御装置の、ピア・ツー・ピアモード通信に対して選択されたデフォルトの制御限界としては、ピア・ツー・ピア通信の最大の持続時間、およびピア・ツー・ピア通信で許容されるデータトラフィックの型に関する制約を含むことができる。代替的に、トランシーバ制御装置を、ネットワーク基地局とのインフラストラクチャ通信で受信した設定に基づいて、それぞれのピア・ツー・ピアモード通信を制御するように構成することができる。
典型的には、ＷＴＲＵは移動体ユニットである。トランシーバ制御装置は、移動体ユニットの地理的な位置の推定に基づいて、インフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードの間を切り換えるために、トランシーバ構成要素を制御するように構成される。そのような場合には、ＷＴＲＵは、好ましくは、移動体ユニットの地理的位置の推定値を生成するＧＰＳ（Global Positioning System）を含む。
好ましくは、ＷＴＲＵトランシーバ構成要素は、インフラストラクチャ通信モードを介するネットワーク基地局とピア・ツー・ピア通信モードを介する別のＷＴＲＵとの間で、通信を中継するために中継モードにおいて選択的に機能するように構成される。そのような場合には、トランシーバ制御装置は、好ましくは、サービス品質基準に基づいて、中継モードにおいて機能するトランシーバ構成要素を制御するように構成される。
インフラストラクチャ通信モードおよびピア・ツー・ピア通信モードで選択的な動作をするように構成されたトランシーバ構成要素を有するＷＴＲＵに対する無線通信の様々な方法が開示される。別のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピアモード通信は、ネットワーク基地局とのインフラストラクチャ通信で受信された通信信号に基づいて選択的に制御される。
１つの方法において、選択されたデフォルト制御限界値を、ピア・ツー・ピアモード通信に使用し、このデフォルトは、ネットワーク基地局とのインフラストラクチャ通信で受信された通信信号に基づいて上書きされる。ピア・ツー・ピアモード通信に使用されるデフォルト制御限界としては、ピア・ツー・ピア通信の最大の持続時間およびピア・ツー・ピア通信で許容されるデータトラフィックの型に関する制約を含むことができる。
ＷＬＡＮモデムは、別のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピア通信に対して使用することができる。好ましくは、ＷＴＲＵトランシーバ構成要素は、サービス品質基準に基づいてインフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードの間を切り換える。これは、ＷＴＲＵが移動体ユニットである場合に、ＷＴＲＵの地理的位置の推定値に基づいて、インフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードとの間をトランシーバ構成要素が切り換わることを含むことができる。そのような場合には、ＷＴＲＵは、好ましくは、移動体ユニットの地理的位置の推定値を生成するために使用されるＧＰＳを含む。
別の方法は、インフラストラクチャ通信モードを介するネットワーク基地局とピア・ツー・ピア通信モードを介する別のＷＴＲＵとの間で、通信を中継するために、中継モードにおいて選択的に機能するように構成されているＷＴＲＵトランシーバ構成要素を含む。そのような場合には、ＷＴＲＵトランシーバ構成要素は、好ましくは、サービス品質基準に基づいて、中継モードにおいて機能するように制御される。
本発明は、上述したように、マルチモード無線ＷＴＲＵと、制御された無線通信を提供するために、無線ネットワークを提供する。無線ネットワークは、マルチモードＷＴＲＵとのインフラストラクチャ通信モードにおいて選択的に動作するように構成されたトランシーバを有する、少なくとも１つの基地局を有する。無線ネットワークは、１つのＷＴＲＵとのインフラストラクチャ通信を介する制御信号の伝送を選択的に制御して、そのＷＴＲＵにおける別のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピアモード通信を制御するように構成された制御装置を有する。好ましくは、制御装置は、ＷＴＲＵとのインフラストラクチャ通信を介する制御信号の伝送を選択的に制御して、サービス品質基準に基づいて、インフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードとの間を切り換えようにそのＷＴＲＵを制御するように構成される。
ＷＴＲＵがデフォルト制御限界を有する場合には、制御装置は、好ましくは、ピア・ツー・ピアモード通信のために選択されたデフォルトのＷＴＲＵ制御限界を上書きするために、上書き制御信号を提供するように構成される。ＷＴＲＵが、別のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピア通信に対するＷＬＡＮモデムを含む場合には、ネットワーク制御装置は、ＷＴＲＵとのインフラストラクチャ通信を介する制御信号の伝送を選択的に制御して、そのＷＴＲＵにおける別のＷＴＲＵとのＷＬＡＮピア・ツー・ピアモード通信を制御するように構成される。
少なくともいくつかのＷＴＲＵが移動体ユニットである場合には、制御装置は、好ましくは、ある移動体ユニットとのインフラストラクチャ通信を介する制御信号の伝送を選択的に制御して、その移動体ユニットの地理的位置の推定値および／または輻輳の推定値に基づいて、インフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードとの間を切り換えるように、その移動体ユニットを制御するように構成される。そのような場合には、ネットワークは、その移動体ユニットからの伝送の受信に基づいて、その移動体ユニットの地理的位置の推定値を生成するための処理構成要素を含むことができる。また、ＷＴＲＵは、輻輳の推定値を生成するためにテストパケットを送信することができる。
無線ネットワークに対する無線通信の方法が提供される。上述したマルチモードＷＴＲＵとの制御された無線通信を行う。その方法は、インフラストラクチャ通信モードにおけるネットワーク基地局からあるＷＴＲＵへ制御信号を伝送し、そのＷＴＲＵにおける他のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピアモード通信を制御することを含む。好ましくは、制御信号は、サービス品質基準に基づいて、インフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードとの間を切り換えるために、そのＷＴＲＵに伝送される。
ピア・ツー・ピアモード通信に対して、選択されたデフォルト制御限界を使用することができる。そのような場合には、デフォルトは、好ましくは、ネットワーク基地局により伝送された制御信号に基づいて上書きされる。好ましくは、ピア・ツー・ピア通信の最大の持続時間およびピア・ツー・ピア通信で許容されるデータトラフィックの型に関する制約が、ピア・ツー・ピアモード通信に対して使用されるデフォルト制御限界として含まれている。
本発明の他の目的および利点は当業者にとって、以下の記述および添付図面より明らかになるであろう。
全体を通して同様の数字が同様の要素を表す図面類を参照して、本発明を記述する。用語「基地局、ＷＴＲＵ、および移動体ユニット」は、上述されたように、一般的な意味で使用される。本発明は、それを介して無線アクセスサービスをＷＴＲＵに対して提供する、１または複数のネットワーク化された基地局を有する無線アクセスネットワークを提供する。移動体ユニット、すなわち移動体ＷＴＲＵに関連して、それらが個々の基地局により提供される地理的な受信可能範囲の個々の領域に進入し、および／または通過する場合に、本発明が使用されると、特に有効である、
本発明によると、ＷＴＲＵは、ピア・ツー・ピアモード動作をするように構成され、好ましくは、同様に装備されたＷＴＲＵとの間で直接情報を交換するために、ＷＬＡＮモデムを装備している。ＷＴＲＵは、互いに通信するために、８０２．１１（ｂ）（ＷｉＦｉ）などの無線ＷＬＡＮ、またはブルートゥース（Bluetooth）適合装置を集積したり、または搭載することができる。しかしながら、提案の発明は、ピア・ツー・ピアモード動作を実施し、およびＷＴＲＵによりアクセスされる少なくとも１つのネットワーク基地局を有する、任意の無線システムで適用可能である。
例えば、図２を参照すると、第１のユーザ３１が、８０２．１１（ｂ）ＷＬＡＮカード３５が搭載されたポケットＰＣ型電話機の形態の第１のＷＴＲＵ３３を操作していることが示されている。ＷＴＲＵ３３は、基地局２５を介して無線電気通信ネットワーク２７に接続することができる。ＷＴＲＵ３３は、基地局２５との間で、アンテナ３４を介して、無線周波信号を送信し、受信する。ポケットＰＣ型電話機３３は、このような機器では典型的な、電話帳３８のデータベースを含む。
第２のユーザ３５が、内蔵の８０２．１１（ｂ）ＷＬＡＮ３６を含む手の平型の機器を有する携帯電話機の形態の第２のＷＴＲＵ３７を操作していることが示されている。ＷＴＲＵ３７は、アンテナ３９により送信され、受信される信号を介して無線電気通信ネットワーク２７に加わることができる。第２のユーザ３５は、第１のユーザ３１に対して話をすること、または第１のＷＴＲＵ３３に位置する電話帳３８にアクセスし、コピーすること、を欲する場合がある。ＷＴＲＵ３３、３７は両方とも、ＷＬＡＮモデムおよび電話ネットワークインタフェースを有するため、ユーザ３１、３５は、８０２．１１（ｂ）無線ネットワークを使用するピア・ツー・ピア通信４０の手段によるか、または電気通信ネットワーク２７を使用するかのいずれかにより通信することができる。従って、どちらの型体の通信モードを使用するかに関して決定がなされねばならない。
インフラストラクチャモードからピア・ツー・ピアモードへＷＴＲＵの間で通信を切り換えることにより、ネットワークは、電気通信ネットワークリソースを節約することができ、その結果、サービス容量の増大を実現することができる。干渉の削減、および／またはバッテリー電源を用いて動作する移動体ＷＴＲＵに対して重要な電力の節約の可能性において、他の利点の実現が可能である。
通信ネットワークを迂回させ、ピア・ツー・ピア技法を使用する決定は、ＷＴＲＵにより為すことができるが、通信ネットワークによっても為すことができる。このような決定をするに関して、さまざまな要因を使用することができる。１つの好適な決定要因は、ＷＴＲＵと通信ネットワークの基地局との間のサービス品質（ＱｏＳ：Quality of Service）である。この点においては、決定要因としてのＱｏＳは、最も広い意味で検討され、無線信号品質、消費電力、および／または通信のコストを含む、多くの基準から定式化することが可能である。
現在では、移動体ネットワークを介する通信は、家庭または事務所のどちらのローカルネットワークを介するものより多いかも知れず、そのようなローカルネットワークとの間にも変動するコスト要因が存在し得る。ＱｏＳの閾値は、好ましくは、無線信号の要求品質が最低コストでの通信に利用できるように設定される。消費電力を考慮に入れると、これは移動体ＷＴＲＵの電池寿命に直接的因果関係があるが、通信を切り換えるトリガーとして機能する無線信号の要求品質は、相対的コスト要因のため、異なるローカルネットワークおよび異なるアドホックネットワークに対して、それぞれ異なる。ＷＴＲＵが別のＷＴＲＵの通信に対する中継器として使用される場合には、ＷＴＲＵのトランシーバ制御装置により使用される閾値は、例えば、利用可能な電池寿命およびＷＴＲＵそれ自身の通信に対するその時点の使用方法に基づいて、調整することができる。
ＱｏＳの閾値を設定する際に含むことができる別の基準としては、処理される通信の型がある。例えば、ユーザ３１と３５の間は音声通信であり、ＷＴＲＵ３３からＷＴＲＵ３７へは電話帳データのデータ転送である。ある場合には、通信の型が一方または両方が利用可能かどうかに基づいて、異なるＱｏＳ閾値を提供することができる。テレビゲームは、その通信に対してピア・ツー・ピア通信の使用に対する選択を与えるように、閾値を設定することができる別の型の通信を表す。
３ＧＰＰシステムにおいては、ＱｏＳ決定要因の閾値を定式化するために、他のパラメータおよび基準とともに、サービス・データ・ユニット（ＳＤＵ：Service Data Unit）のサイズおよび優先順位を使用することができる。他の例示的パラメータは、データ速度、信号遅延、遅延変動およびパケットエラーの最大値、平均値および下限値を含む。
ＱｏＳ決定要因の閾値を定式化して、ピア・ツー・ピア技法の使用またはインフラストラクチャネットワーク通信の切り換えを行うために用いる別の可変基準には、個々の装置の間の計算された距離が含まれる。ＧＰＳを装備したＷＴＲＵは、関連データを提供することができる。代替的に、距離情報は、既知の位置決め技法から容易に得られる。例えば、基地局アンテナの位置などの少なくとも１つの定点が既知である場合に、到達時間差（ＴＤＯＡ：Time Difference Of Arrival）または適応アンテナ技法などである。好ましくは、基準の組合せには、無線信号の品質を許容可能値域の中に維持することが含まれるように採用される。
ＱｏＳ決定要因の閾値を定式化して、ピア・ツー・ピア技法の使用またはインフラストラクチャネットワーク通信の切り換えを行うために用いる別の可変基準には、１または複数のネットワーク基地局によりサービスされる特定の地理的な領域における通信トラフィックの容量がある。特に、ＷＬＡＮでの干渉を回避するために、ピア・ツー・ピア信号方式の量を制限することが望まれる。
特定の地理的な領域における通信トラフィックの量は、輻輳条件、すなわち干渉レベルをテストするために、ＷＴＲＵが小さなパケットをネットワーク基地局に送信することにより、測定することができる。地理的な領域の中で、ピア・ツー・ピア通信への、またはピア・ツー・ピア通信からの切り換えの決定は、そのようなテストパケットにより引き起こされた結果の干渉量に少なくとも一部は基づくことができる。それぞれのＷＴＲＵは、ピア・ツー・ピア通信への、およびピア・ツー・ピア通信からの切り換えを制御可能であり、好ましくは、その領域に対応しているネットワークにより設定された閾値に基づく。ネットワークは、１つの基準としてその時点のトラヒック負荷を使用してサービスの型を切り換えるための閾値を適宜定式化することができる。トラフィック負荷が変動すると、ネットワークにより決定される閾値は、適宜変化する。関連する地理的領域をサービスするネットワーク基地局は、無線インタフェースを介して、ＷＴＲＵトランシーバ制御装置による使用のために、ＷＴＲＵに新しい閾値の値をブロードキャストする。
図３に、ネットワーク環境４００の一例を示す。ネットワーク４０５のネットワーク基地局４０６のサービス領域を拡大するためにハイブリッドモードを使用することができる。ＲＦ信号を通さない壁４０８、家４０９および／またはオフィスビル４１１などの障害物から見て、ネットワーク基地局４０６は、ビーム成形アンテナ４０７を、サービスが選択された地理的領域４０１、４０３にのみ用いて、これらの領域が、基地局４０６を介するネットワークインフラストラクチャ通信に対する「ホットスポット」となる。ビーム成形を採用しなくとも、領域４０１，４０３および他の障害物の存在しない領域は、介在する障害物のために、あるサービスに対する無線信号の受容可能品質が確保できる領域となる場合がある。そのような環境４００において、壁４０８により妨げられるなど、妨害された領域にあるＷＴＲＵ４０２は、ネットワーク４０５とのインフラストラクチャモード通信を行うことができない場合があり、基地局アンテナ４０７からほぼ同じ距離である別のＷＴＲＵ４０４は、インフラストラクチャモード通信を使用することができる。ＷＴＲＵ４１０と他のＷＴＲＵ４０２、４０４の間に位置する壁４０８などの障害物は、アドホックモード通信の障害物でもある。従来のシステムでは、ＷＴＲＵ４０２は、図３で図示されるように位置している場合には、ＷＴＲＵ４１０とはどちらのモードでも通信できないであろう。本発明によるハイブリッドモードを利用することにより、ＷＴＲＵ４０４を中継器として使用することにより無線通信を行うことができる。
ＷＴＲＵ４０２が、ネットワーク４０５との直接的なインフラストラクチャモード通信のための地理的な位置に存在しないので、ＷＴＲＵ４０２とＷＴＲＵ４１０とが通信するために、ＷＴＲＵ４０２は、最初に、ＷＴＲＵ４１０に関連付けられた識別コードによりアドホック通信を確立するための要求を示すビーコン信号を送ることにより、ＷＴＲＵ４１０と直接アドホックモード通信を確立しようと試みることができる。図３に示されたシナリオでは、障害壁４０８の存在によりこの試みは失敗するであろう。このような通信障害は、接続が確立されることなく予め定められた接続時間が経過すると表示される。次に、ＷＴＲＵ４０２は、ハイブリッドアドホックモードに切り換わる。ＷＴＲＵ４０２は、自動的に、またはユーザの選択に基づくユーザの介在により、そのような切り換えを行うように構成さける。
好適な例として、ＷＴＲＵ４０２は、ＷＴＲＵとの接続を要求するパラメータを含むビーコン信号を送信することにより、ハイブリッドアドホックモード・ネットワークを起動する。このときＷＴＲＵは、通信を探索しているＷＴＲＵの識別を示すパラメータとともに、インフラストラクチャモード通信を行っている。ハイブリッドアドホック・ネットワークに「加わる（joining）」ＷＴＲＵは、そのインフラストラクチャモード接続を通して識別パラメータをネットワークに伝達し、次に、識別されたＷＴＲＵとのインフラストラクチャ通信を確立するべく試みる。
図３に示した例において、ＷＴＲＵ４０２は、ＷＴＲＵ４０４とのハイブリッドモードのアドホックネットワークを起動し、ＷＴＲＵ４０４は、基地局４０６とのインフラストラクチャ通信を介してネットワーク４０５にＷＴＲＵ４１０の識別を中継する。次に、ネットワーク４０５は、当技術分野で周知のとおり、基地局または関連付けられたネットワークの１つを通して、従来の方法で識別されたＷＴＲＵと通信しようとする。図３で示した例において、ＷＴＲＵ４１０が基地局４０６のホットスポット領域４０１の中に存在するため、ネットワーク４０５は、その位置でＷＴＲＵ４１０を見つけ、ＷＴＲＵ４１０との間でインフラストラクチャモード通信が確立される。ＷＴＲＵ４０２と４１０の間の通信の実体は、ＷＴＲＵ４０４を中継とした、アドホック通信およびインフラストラクチャ通信の両方として伝達される。中継は、必要ならば、２つの通信モードのプロトコルおよびフォーマットの間で実質的な通信データを適切に変換する。好ましくは、ハイブリッドモード通信のために構成されたすべてのＷＴＲＵは、ＷＴＲＵのユーザに対して透過的に動作する、適切な中継変換処理回路を含む。
アドホックおよびインフラストラクチャモード通信を結合するハイブリッドモードに加えて、または代替として、ＷＬＡＮアドホックモードは、好ましくは、制約、ネットワーク制御または両方の選択された組合せに従う。発明者は、ピア・ツー・ピア通信を制御しないで使用すると、ＷＬＡＮ運営者のビジネスモデルに悪影響を与える場合があることを承知している。その上、制約のないアドホックモードは、通信ネットワークへのセキュリティー上の脅威を引き起こす可能性があり、悪意あるユーザが、不要なデータ伝送で通信領域をあふれさせるようなことができ、その結果、通信リソースの正当な使用が妨げられる。従って、アドホックモードおよび／またはハイブリッドアドホックモードは、１または複数の制約または制御に従うことになる。
制約は、必ずしもネットワーク制御を必要とはせず、ＷＴＲＵのアドホックピア・ツー・ピア通信モードの構成に簡単にプログラムされる場合がある。そのような制約の例は、ＷＴＲＵの特定の数以内にアドホック通信を制限すること、そのような通信の最大持続時間を制限すること、およびピア・ツー・ピア通信で受容されるデータトラフィックの型を制限すること、が含まれる。必要な限界は、ＷＴＲＵにデフォルトとしてプログラムされ、ネットワークがこのデフォルトを上書きする能力を有することが望ましい。
制約のデフォルトを上書きすることは、アドホックモード通信のネットワーク制御の１つの形態である。代替的に、包括的なネットワーク制御を実施して、ＷＴＲＵにおけるアドホックモードを可能にするネットワーク許可を要求することもできる。典型的には、そのようなネットワーク制御は、アドホックネットワークにおける少なくとも１つのＷＴＲＵが、ネットワークと通信状態にあるときにアクティブになる。好ましくは、１つのそのようなＷＴＲＵは、アドホックネットワークの「マスタ」ＷＴＲＵとして指名される。アドホックネットワークは、制御しているネットワークと通信状態にない起動ＷＴＲＵから、アドホック通信中の別のＷＴＲＵに、「マスタ」の指名を移行させることができる。「マスタ」ＷＴＲＵは、接続の長さ、接続ＷＴＲＵの識別標識、接続の型などのアドホックネットワーク通信の統計を制御しているネットワークへ報告することができる。
ＷＴＲＵのアドホック通信モードのネットワーク制御の利点の中に、ネットワークが、全体的なネットワーク通信容量を増加するネットワークリソースとして、ＷＴＲＵを利用することができるということがある。さらに、ネットワークは、ＷＴＲＵの１つがネットワークと通信状態にある場合に、可能となるアドホックモードサービスまたは拡張サービスの使用状態を追跡し、および／または課金することができる。
ネットワークが、無線信号の品質および／またはＷＴＲＵ分離距離などのアドホック通信基準を監視する場合には、ネットワークは、２つのＷＴＲＵの間でアドホックモードからインフラストラクチャモードに通信を切り換えることができる。ここで、図２に示したように、両方のＷＴＲＵが１つのネットワーク基地局の範囲にある。全体的な通信容量およびトラフィックを監視するネットワークの能力と結合されて、ＷＴＲＵ通信のモードを選択的に切り換えるネットワークの能力は、個々の通信に対する無線信号の必要な品質を維持しつつ、リソースの効率的なネットワーク配分に対するツールを提供する。
そのようなハイブリッドの、および制御されたアドホックモードは、特に８０２．１１技術を採用するＷＬＡＮモデムを装備したＷＴＲＵの、ピア・ツー・ピア通信への使用に適しているが、他の形態のピア・ツー・ピア通信システムを採用するＷＴＲＵに実施することもできる。制御するネットワークを、ＩＥＥＥ８０２．ｌｌｂ標準により構築されたインフラストラクチャモードのアクセスポイント基地局を使用して、ＷＬＡＮとして構成することもできる。しかしながら、本発明を、時分割多重（ＴＤＤ）または周波数分割多重（ＦＤＤ）無線電話システムなどの、任意の無線通信ネットワークシステムに対して実施することができる。ここで、ネットワーク基地局と通信するＷＴＲＵは、ピア・ツー・ピア通信の能力を有する。
インフラストラクチャネットワークモード動作で動作する通信システムを示す図である。 アドホックネットワークモード動作で動作する通信システムを示す図である。 ２つのＷＴＲＵおよび１つの基地局を示すハイブリッドモードで動作する通信システムを示す図である。 いくつかのＷＴＲＵ、１つの基地局、および様々な障害物を示すハイブリッドモードで動作する通信システムを示す図である。

Claims (33)

  1. ネットワーク基地局を介する無線ネットワークにおけるインフラストラクチャ通信と、他の無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ：Wireless Transmit/Receive Unit）とのピア・ツー・ピア通信のためのＷＴＲＵであって、
    ネットワーク基地局とのインフラストラクチャ通信のためのインフラストラクチャ通信モードにおいて、および他のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピア通信のためのピア・ツー・ピア通信モードにおいて、選択的に動作するように構成されたトランシーバ構成要素と、
    ネットワーク基地局とのインフラストラクチャ通信において受信された通信信号に基づいて、他のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピアモード通信を選択的に制御するように構成されたトランシーバ制御装置と
    を備えたことを特徴とするＷＴＲＵ。
  2. 前記トランシーバ制御装置は、ネットワーク基地局とのインフラストラクチャ通信において受信された通信信号に基づいて上書きが可能な、ピア・ツー・ピアモード通信に対して選択されたデフォルト制御限界で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発明。
  3. 前記トランシーバ制御装置のピア・ツー・ピアモード通信に対して選択されたデフォルト制御限界は、ピア・ツー・ピア通信の最大持続時間、およびピア・ツー・ピア通信において受容されるデータトラフィックの型に関する制約を含むことを特徴とする請求項２に記載の発明。
  4. 前記トランシーバ構成要素は、他のＷＴＲＵとの前記ピア・ツー・ピア通信に対する無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ：Wireless Local Area Network）モデムを含むことを特徴とする請求項１に記載の発明。
  5. 前記トランシーバ制御装置は、前記トランシーバ構成要素を制御して、サービス品質基準に基づいて、インフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードとの間を切り換えるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発明。
  6. 前記ＷＴＲＵは、移動体ユニットであり、前記トランシーバ制御装置は、前記移動体ユニットの地理的な位置の推定値に基づいて、前記トランシーバ構成要素を制御して、インフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードとの間を切り換えるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発明。
  7. 前記移動体ユニットの前記地理的な位置の推定値を生成する全地球測位システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の発明。
  8. 前記トランシーバ構成要素は、中継モードにおいて選択的に機能するように構成され、インフラストラクチャ通信モードを介するネットワーク基地局とピア・ツー・ピア通信モードを介する別のＷＴＲＵとの間で通信を中継し、前記トランシーバ制御装置は、サービス品質基準に基づいて前記中継モードで機能するために、前記トランシーバ構成要素を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発明。
  9. 前記トランシーバ制御装置は、ネットワーク基地局とのインフラストラクチャ通信において受信された設定に基づいて、それぞれのピア・ツー・ピアモード通信を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発明。
  10. 前記トランシーバ制御装置は、ピア・ツー・ピアモード通信に対する選択されたデフォルト制御限界で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発明。
  11. ネットワーク基地局を介する無線ネットワークにおけるインフラストラクチャ通信のためのインフラストラクチャ通信モードと、前記無線ネットワークにおけるインフラストラクチャ通信に対して構成された他の無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ：Wireless Transmit/Receive Unit）とのピア・ツー・ピア通信のためのピア・ツー・ピア通信モードとにおいて、選択的に動作するように構成されたトランシーバ構成要素を有するＷＴＲＵの無線通信の方法であって、該方法は、
    ネットワーク基地局とのインフラストラクチャ通信において受信された通信信号に基づいて、他のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピアモード通信を選択的に制御するステップ
    を備えたことを特徴とする方法。
  12. ピア・ツー・ピアモード通信に対して選択されたデフォルト制御限界を使用し、ネットワーク基地局とのインフラストラクチャ通信において受信された通信信号に基づいて、前記デフォルト値を上書きするステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  13. ピア・ツー・ピア通信の最大持続時間およびピア・ツー・ピア通信で受容されるデータトラフィックの型に関する制約を、ピア・ツー・ピアモード通信に対して使用される前記デフォルト制御限界として含めることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  14. 無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ：Wireless Local Area Network）モデムを、他のＷＴＲＵとの前記ピア・ツー・ピア通信に対して使用することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  15. 前記トランシーバ構成要素は、サービス品質基準に基づいて、インフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードとの間を切り換えられることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  16. 前記ＷＴＲＵは、移動体ユニットであり、前記トランシーバ構成要素は、前記移動体ユニットの地理的な位置の推定値および／または輻輳の推定値に基づいて、インフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードとの間を切り換えられることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  17. 前記ＷＴＲＵは、全地球測位システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）を含み、前記方法は、前記移動体ユニットの地理的な位置の推定値を生成するＧＰＳを使用し、輻輳の推定値を生成するために前記ＷＴＲＵからテストパケットを送出するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  18. 前記トランシーバ構成要素は、中継モードにおいて選択的に機能するように構成され、インフラストラクチャ通信モードを介するネットワーク基地局とピア・ツー・ピア通信モードを介する別のＷＴＲＵとの間で通信を中継し、前記方法は、サービス品質基準に基づいて前記中継モードで機能するために、前記トランシーバ構成要素を制御するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  19. ネットワーク基地局とのインフラストラクチャ通信において受信された設定を使用して、それぞれのピア・ツー・ピアモード通信を制御することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  20. 無線ネットワークにおけるインフラストラクチャ通信のためのインフラストラクチャ通信モードと、前記無線ネットワークにおけるインフラストラクチャ通信に対して構成された他の無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ：Wireless Transmit/Receive Unit）とのピア・ツー・ピア通信のためのピア・ツー・ピア通信モードとにおいて、選択的に動作するように構成されたトランシーバ構成要素を有するＷＴＲＵにより制御された無線通信を提供する無線ネットワークであって、
    マルチモードＷＴＲＵとのインフラストラクチャ通信モードにおいて、選択的に動作するように構成されたトランシーバを有する少なくとも１つの基地局と、
    １つのＷＴＲＵにおいてインフラストラクチャ通信を介した制御信号の伝送を選択的に制御し、そのＷＴＲＵにおける他のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピアモード通信を制御するように構成された制御装置と
    を備えたことを特徴とする無線ネットワーク。
  21. 前記制御装置は、ピア・ツー・ピアモード通信に対する選択されたデフォルトＷＴＲＵ制御限界を上書きするために、上書き制御信号を提供するように構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の発明。
  22. 前記ＷＴＲＵは、他のＷＴＲＵとの前記ピア・ツー・ピア通信のための無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ：Wireless Local Area Network）モデムを含み、前記制御装置は、１つのＷＴＲＵにおいてインフラストラクチャ通信を介した制御信号の伝送を選択的に制御し、そのＷＴＲＵにおける他のＷＴＲＵとのＷＬＡＮピア・ツー・ピアモード通信を制御するように構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の発明。
  23. 前記制御装置は、１つのＷＴＲＵとのインフラストラクチャ通信を介する制御信号の伝送を選択的に制御して、サービス品質基準に基づいて、インフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードとの間を切り換えるために、そのＷＴＲＵを制御するように構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の発明。
  24. 前記ＷＴＲＵの少なくともいくつかは、移動体ユニットであり、前記制御装置は、１つの移動体ユニットとのインフラストラクチャ通信を介する制御信号の伝送を選択的に制御して、前記移動体ユニットの地理的な位置の推定値に基づいて、インフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードとの間を切り換えるために、その移動体ユニットを制御するように構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の発明。
  25. 前記移動体ユニットからの伝送の受信に基づいて、前記移動体ユニットの地理的な位置の推定値を生成する処理構成要素をさらに備えたことを特徴とする請求項２３に記載の発明。
  26. ネットワーク基地局を介する無線ネットワークにおけるインフラストラクチャ通信のためのインフラストラクチャ通信モードと、前記無線ネットワークにおけるインフラストラクチャ通信に対して構成された他の無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ：Wireless Transmit/Receive Unit）とのピア・ツー・ピア通信のためのピア・ツー・ピア通信モードとにおいて、選択的に動作するように構成されたトランシーバ構成要素を有するＷＴＲＵとの制御された無線通信を提供する無線ネットワークの無線通信の方法であって、該方法は、
    ネットワーク基地局からインフラストラクチャ通信モードにおいて、１つのＷＴＲＵへ制御信号を送信し、そのＷＴＲＵにおける他のＷＴＲＵとのピア・ツー・ピアモード通信を制御するステップ
    を備えたことを特徴とする方法。
  27. ピア・ツー・ピアモード通信に対して選択されたデフォルト制御限界を使用し、前記ネットワーク基地局により送信された前記制御信号に基づいて、前記デフォルト値を上書きするステップをさらに備えたことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  28. ピア・ツー・ピア通信の最大持続時間およびピア・ツー・ピア通信で受容されるデータトラフィックの型に関する制約を、ピア・ツー・ピアモード通信に対して使用される前記デフォルト制御限界として含めることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
  29. 無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ：Wireless Local Area Network）モデムを、前記ＷＴＲＵとの前記ピア・ツー・ピア通信に対して使用することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  30. 前記制御信号は、前記ＷＴＲＵに送信され、サービス品質基準に基づいて、インフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードとの間を切り換えることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  31. 前記ＷＴＲＵは、移動体ユニットであり、前記制御信号は、前記移動体ユニットに送信され、前記移動体ユニットの地理的な位置の推定値に基づいて、インフラストラクチャ通信モードとピア・ツー・ピア通信モードとの間を切り換えることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  32. 前記移動体ユニットの地理的な位置の前記推定値は、前記ネットワーク基地局により受信された前記移動体ユニットからの信号に基づいて生成されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
  33. 前記ＷＴＲＵは、中継モードにおいて選択的に機能するように構成され、インフラストラクチャ通信モードを介するネットワーク基地局とピア・ツー・ピア通信モードを介する別のＷＴＲＵとの間で通信を中継し、前記方法は、サービス品質基準に基づいて前記中継モードで機能するために、前記ＷＴＲＵを制御することをさらに備えることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
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