JP2008518568A - デュアルモード、デュアルバンドの無線通信ネットワーク及びかかる無線通信ネットワークの使用方法 - Google Patents
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Abstract
デュアルモード、デュアルバンドの無線通信ネットワーク(100)及びかかる無線通信ネットワークの使用方法に関する。無線通信ネットワーク(100)は、モバイルノード(102)、アクセスポイント(106)及び無線ルータ(107)などノードを含む。これらのノードは、例えば、2.4GHz及び4.9GHzなど、2つの異なる周波数を通じて無線通信を行い、802.11準拠デバイス及び非802.11準拠デバイスとの通信において、高モビリティ及び高データレート性能を提供することが可能である。
Description
本発明は無線通信ネットワークに関する。詳細には、本発明はモビリティ及びデータレート性能の高い、デュアルバンド、デュアルモードの無線ノードを含む、マルチホッピング無線通信ネットワークに関する。
近年、「アドホック」ネットワークとして知られる、ある種の移動通信ネットワークが開発されている。この種のネットワークでは、各モバイルノードは他のモバイルノードの基地局又はルータとして動作することが可能であるため、基地局の固定インフラは不要となる。当業者には認識されるように、ネットワークノードは時分割多重接続(TDMA)方式、符号分割多重接続(CDMA)方式又は周波数分割多重接続(FDMA)方式などの多重化方式により、データパケット通信の送信及び受信を行う。従来のアドホックネットワークにおけるようにモバイルノードが互いに通信可能であることに加え、より高度なアドホックネットワークも開発されている。このアドホックネットワークでは、モバイルノードは固定ネットワークにもアクセス可能であるため、公衆交換電話網(PSTN)上や、インターネットなど他のネットワーク上の他のモバイルノードとも通信を行うことが可能である。これらの高度な種類のアドホックネットワークの詳細は、「PSTN及びセルラーネットワークへインタフェースされたアドホックピアツーピア移動無線接続システム」と題する2001年6月29日出願の特許文献1、「別個の予約チャネルによる共有並列データチャネルへの調和チャネルアクセスを有するアドホックピアツーピア無線ネットワーク用の時分割プロトコル」と題する特許文献2、及び「アドホックピアツーピア移動無線接続システムのための優先付けルーティング」と題する特許文献3に記載されている。これらの明細書の全内容を引用によって本明細書に援用する。
当業者には認識されるように、これらの種類のネットワークは様々な種類の環境において用いられる。したがって、様々な環境の必要に適合するために、ネットワークにおけるノードのモビリティ及びデータレート性能を増大することが所望される。
米国特許出願第09/897,790号明細書
米国特許第6,807,165号明細書
米国特許第6,873,839号明細書
より詳細に以下に記載するように、本発明はモビリティ及びデータレート性能の高い、デュアルバンド、デュアルモードの無線ノードを用いる無線通信ネットワークと、そうした無線通信ネットワークの使用方法とを提供する。したがって、このデュアルモード、デュアルバンドのネットワークは、2つの独立した完全冗長マルチホッピング無線通信ネットワークにおいて、米国電気電子学会(IEEE)802.11規格のシステムに従う、データレート性能の高い、高モビリティネットワークを提供する。
図1は、本発明の一実施形態を用いるアドホックパケット交換無線通信ネットワーク100の一例を示すブロック図である。詳細には、ネットワーク100は、複数の移動無線ユーザ端末102−1〜102−n(一般に、ユーザデバイス102、ノード102、加入者デバイス(SD)102又はモバイルノード102と呼ぶ)を含み、必須ではないが、固定ネットワーク104を含み得る。固定ネットワーク104は、ノード102に固定ネットワーク104へのアクセスを提供するために、複数のAP 106−1,106−2,...106−n(一般に、ノード106、AP 106又はIAP 106と呼ぶ)を有する。固定ネットワーク104は、例えば、コア・ローカルアクセスネットワーク(LAN)若しくはワイドエリアネットワーク(WAN)など有線又は無線のバックボーンと、他のアドホックネットワーク、PSTN及びインターネットなど、ネットワークオペレーションセンター(NOC)と通信可能な他のネットワークへのアクセス105をネットワークノードに提供するための複数のサーバ及びゲートウェイルータとを含み得る。さらに、ネットワーク100は複数の固定ルータ107−1〜107−n(一般に、ノード107、WR 107又は固定ルータ107と呼ぶ)を含み、他のノード102,106又は107との間でデータパケットをルーティングすることによってネットワーク100のカバレッジを広げることが可能である。なお、この説明の目的では、本明細書において上述のノードを集合的に「ノード102,106,107」又は単に「ノード」と呼ぶことがある。また、この説明の目的では、IAP 106及びWR 107を「インフラノード」又は「インフラデバイス」と呼ぶことがある。
当業者には認識されるように、ノード102,106,107は、上述の特許文献1〜3に記載のように、互いに直接通信を行うこと、又はノード間で送信されているパケットの1つ以上のルータとして動作する1つ以上の他のノード102,106又は107を介して通信を行うことが可能である。なお、図1に示すように、モバイルノード102は人に持ち運ばれることがあり、モバイルノード102,モバイルIAP 106,モバイルWR 107は、自動車又は緊急車両などの車両109上で用いられることがある。
ここで、より詳細に説明すると、ノード102,106,107は2.4GHz及び4.9GHzの周波数帯上で動作可能であるため、モビリティ性能は高速である。さらに、図2には、本発明の一実施形態によるネットワーク100におけるノード102,IAP 106,WR 107の間の接続性の例を示す。なお、図1,2には、ノード106,107の間の2つの接続によって表される2.4GHz,4.9GHzの周波数帯を介して、ノード(例えば、ノード106,107)が他のノードと通信可能である例を示す。
本発明の一実施形態では、それらのノード102,106,107によって取り扱い可能なデータレートは、500キロビット/秒(Kbps)〜54メガビット/秒(Mbps)の範囲、又は他の適切なデータレートであり得る。ノード102,106,107は、ミッションクリティカルな消防作業、又は会議などそれほど極端でない環境など異なる環境において、適切なサービス品質(QoS)基準を満たすことが可能である。当業者には認識されるように、また下述のように、ノード102,106,107はセキュアな無線インフラも提供するので、2.4GHz及び4.9GHzの動作に単一の管理システムを用いることが可能である。ノード102,106,107は、さらに、他のノード102,106,107との間の伝送に、対称的なデータレートや、ノードの全要素の無線更新性能並びにモバイルノード及び固定ノードの位置サービスを提供する。
ネットワーク100は、さらに、公共安全用途やクリティカルでない地方自治体用途に適合した重要な性能及び機能を提供することが可能である。したがって、ネットワーク100は、消防、警察及び第1応答者にはミッションクリティカルな公共安全ネットワークを提供し、公共事業、査察官及び他の行政機能など他の地方自治体機能には非ミッションクリティカル機能用の別個の高帯域データネットワークを提供することが可能である。また、本明細書に詳細に記載するように、ネットワーク100は効率的なハードウェア設計・管理、及びシステムパラメータの可視性を提供する。
以下に記載の、より詳細には図3〜6に示す、本発明の一実施形態では、各ノード102,106,107は、1つ以上のトランシーバ、即ち、モデム108を備える。このトランシーバはアンテナ110へ結合されており、パケット化された信号などの信号をコントローラ112の制御の下に、ノード102,106,107との間で送受信することが可能である。このパケット化されたデータ信号には、例えば、音声、データ又はマルチメディア情報や、ノード更新情報を含むパケット化された制御信号などが含まれる。
各ノード102,106,107は、さらに、特に自身及びネットワーク100における他のノードに関するルーティング情報を記憶可能な、ランダムアクセスメモリ(RAM)などのメモリ114を備える。さらに、図2に示すように、一定のノード、特にモバイルノード102は、ホスト116を備え得る。ホスト116は、ノート型コンピュータ端末、移動電話ユニット、移動データユニット又は他の適切なデバイスなど、任意の数のデバイスからなってよい。また、各ノード102,106,107は、インターネットプロトコル(IP)及びアドレス解決プロトコル(ARP)を実行するために適切なハードウェア及びソフトウェアを含む。それらの目的は、当業者には容易に認識される。また、伝送制御プロトコル(TCP)及びユーザデータグラムプロトコル(UDP)を実行するための適切なハードウェア及びソフトウェアが含まれてもよい。ノードのさらなる詳細、特に、インフラデバイスIAP 106,WR 107のデュアルトランシーバ構成について、以下で説明する。
即ち、図4〜6に示すように、例えば、各インフラデバイス106,107は、2.4GHzサブシステム400及び4.9GHzサブシステム430を備える。2.4GHz、4.9GHzサブシステム400,430のシステムは機能については本質的に同一であり、特に記載のない限り、本明細書に記載の機能は2.4GHz、4.9GHzサブシステム400,430に適用可能であると仮定される。
2.4GHzネットワークサブシステム400は、アセロスコミュニケーションズ(Atheros Communications)製造のものなどデュアルトランシーバAPモジュール402を備える。モジュール402は、コントローラ404、4.9GHzトランシーバ406、及び2.4GHzトランシーバ408を備える。2.4GHzトランシーバ408は、無線通信用のアンテナ410へ接続されている。2.4GHzネットワークサブシステム400の一部として使用するため、4.9GHzトランシーバ406は使用不能とされる。さらに、APモジュール402は、例えば、図1に示す固定ネットワーク104のWAN又はLANと通信可能なバックホール接続412を備える。さらに、APモジュール402は、例えば、LAN、強化WR(EWR)、図1に示すようにIAP 106又はWR 107が車両に取り付けられている場合は車両搭載モデム(VMM)、又は当業者に認識される他の種類のプロキシデバイスに接続可能な1つ以上のイーサネット(登録商標)ポート414を備える。
さらに示すように、2.4GHzサブシステム400は、例えば、イーサネット接続又はプライベートLAN 418を介してAPモジュール402へ接続されている2.4MHzトランシーバ416をさらに備える。2.4MHzトランシーバ410はシングルボードコンピュータ(SBC)420上に搭載可能であるので、SBCの上のイーサネットアダプタを利用可能であり、無線通信用のアンテナ422へ接続されている。
なお、2.4GHzサブシステム400では、2つのトランシーバ408,416は、例えば、オーバラップするチャネルの2.4GHz帯の80メガヘルツ(MHz)において動作する。詳細には、2.4MHzトランシーバ408,2.4MHzトランシーバ416は、2.4GHz通信用のIEEE規格802.11gに従い動作する。
2.4GHzサブシステム400と同様に、4.9GHzサブシステム430は、アセロスコミュニケーションズ製造のものなどデュアルトランシーバAPモジュール432を備える。APモジュール432は、コントローラ434、4.9GHzトランシーバ436、及び2.4GHzトランシーバ438を備える。2.4GHzトランシーバ438は、無線通信用のアンテナ440へ接続されている。4.9GHzネットワークサブシステム430の一部として使用するため、2.4GHzトランシーバ436は使用不能とされる。さらに、APモジュール432は、例えば、図1に示す固定ネットワーク104のWAN又はLANと通信可能なバックホール接続442を備える。さらに、APモジュール432は、例えば、LAN、EWR、図1に示すようにIAP 106又はWR 107が車両に取り付けられている場合はVMM、又は当業者に認識される他の種類のプロキシデバイスに接続可能な1つ以上のイーサネットポート444を備える。
さらに示すように、4.9GHzサブシステム430は、例えば、イーサネット接続又はプライベートLAN 448を介してAPモジュール432へ接続されている4.9MHzトランシーバ446をさらに備える。4.9MHzトランシーバ446はSBC450上に搭載可能であるので、SBCの上のイーサネットアダプタを利用可能であり、無線通信用のアンテナ452へ接続されている。
なお、4.9GHzサブシステム430では、2つのトランシーバ438,446は、例えば、オーバラップするチャネルの4.9GHz帯の50MHzにおいて動作する。詳細には、トランシーバ438,446は、4.9GHz通信用のIEEE規格802.11aに従い動作する。図7には、2つのトランシーバ438,446が共に存在し、4.9GHz帯において利用可能な50MHzのスペクトル700を共有する手法を概念的に示す。多重チャネルトランシーバ416は、3つの10MHzチャネル702,704,706を占有し、IEEE802.11無線規格に従うトランシーバ446は1つの20MHzチャネル708を用いる。チャネル702,704,706は、予約チャネル702と、2つのデータチャネル704,706として特徴付けられる。なお、2.4GHzトランシーバ408,438には、特別なチャネル化構成は不要である。
さらに示すように、各IAP 106及びWR 107は、35ワット電源、若しくは120V、240V電源などの外部電源に接続可能な他の適切な電源、又はIAP 106又はWR 107が車両に取り付けられている場合には車両の電源など、電源454を備えることが可能である。より詳細に図6に示すように、電源454は、示すようにAPモジュール402,432及びSBC 420,450に接続するための接続458を有するRS−232信号分配ボードなど、電力・信号分配ボード456に備えられる。さらに、IAP 106及びWR 107は、継続使用中の過熱の可能性を減少させるために、当業者には認識される冷却デバイス460を備えることが可能である。なお、図3に概念的に示すトランシーバ108、アンテナ110、コントローラ112及びメモリ114などのコンポーネントは、上述の図4〜6に示すコンポーネントによって具体化される。
なお、全てのインフラデバイス106,107及びSD 102は、上述のようにマルチホッピング通信及びアドホックネットワーク化が可能である。インフラデバイス106,107は、2.4GHzにて動作するデュアルトランシーバ408,416と、4.9GHzにて動作するデュアルトランシーバ436,446とを備えているので、インフラデバイス106,107は、いずれかの周波数にて動作する、IEEE802.11規格に従い動作するSD 102又は他のWR 107若しくはIAP 106(802.11準拠デバイス)や、IEE802.11規格に従って動作しないSD 102又は他のWR 107若しくはIAP 106(非802.11準拠デバイス)と通信を行うことが可能である。また、インフラデバイス106,107は、例えば、それらのバックホール412,442にIEEE802.11規格のキャパシティを提供し、SD 102やインフラデバイス106,107は、当業者には認識される全地球測位性能を提供する。さらに、トランシーバ410,430の組合せは、2.4GHz,4.9GHz帯の両方において高スループットのデュアルモードネットワークを提供する。
図8には、APモジュール402におけるトランシーバ408など、APモジュール402又は432におけるトランシーバの層と、SBC 420上のトランシーバ416など、SBC上のトランシーバの層とを互いに関連させる一例を、概念的に示す。この例では、トランシーバ408,416の層について説明することを目的とする。しかしながら、トランシーバ436がトランシーバ408に関して説明するのと同様の層を含むこと、トランシーバ446がトランシーバ416に関して説明するのと同様の層を含むこと、また、それらのトランシーバが図4〜6に示すようにイーサネットによって同様に接続されることが理解される。
図8に示すように、トランシーバ408はIEEE 802.11規格の物理層800と、IEEE 802.3規格の物理層802とを備える。示すように、物理層800はアンテナ410と通信を行い、物理層802はイーサネット接続418と通信を行う。さらに、トランシーバ408はIEEE 802.11規格のメディアアクセス制御(MAC)層804と、IEEE 802.3規格のMAC層806とを備える。MAC層804は物理層800との通信を行い、MAC層806は物理層802との通信を行う。当業者には認識されるように、さらに、トランシーバ408は、MAC層804,806と通信を行うルーティング層808を備える。
さらに示すように、トランシーバ416は物理層810と、IEEE802.3規格の物理層812とを備える。示すように、物理層810はアンテナ422と通信を行い、物理層812はイーサネット接続418と通信を行う。さらに、トランシーバ416はMAC層814と、IEEE 802.3規格のMAC層816とを備える。MAC層814は物理層810との通信を行い、MAC層816は物理層812との通信を行う。当業者には認識されるように、さらに、トランシーバ416は、MAC層814,816と通信を行うルーティング層818を備える。
図9は、トランシーバ408,416(及びトランシーバ436,446)がWR 107において用いられる一例と、図8に関して記載のそれらの層を用いて加入者デバイス102、他のIAP 106及びネットワーク104におけるWANと通信を行う手法とを示す概念図である。即ち、示すように、トランシーバ416の物理層810は、非802.11加入者デバイス102及び非802.11 IAP 106と通信を行う(図示していないアンテナ422を介して)。一方、トランシーバ408の物理層800は、802.11準拠の加入者デバイス102及び802.11準拠のIAP 106と通信を行う(図示していないアンテナ410を介して)。
図10は、トランシーバ408,416(及びトランシーバ436,446)がIAP 106において用いられる一例と、図8に関して記載のそれらの層を用いて加入者デバイス102、他のIAP 106及びネットワーク104におけるWANと通信を行う手法とを示す概念図である。即ち、示すように、トランシーバ416の物理層810は、非802.11加入者デバイス102及び非802.11 IAP 106と通信を行う(図示していないアンテナ422を介して)。一方、トランシーバ408の物理層800は、802.11準拠の加入者デバイス102及び802.11準拠のIAP 106と通信を行う(図示していないアンテナ410を介して)。さらに示すように、トランシーバ408は、さらに、ネットワーク104のWANとの通信を行う(図示していないバックホール接続412を介して)ための、別のIEEE802.3規格の物理層1000及びIEEE802.3規格のMAC層1002を備える。当業者には認識されるように、ブリッジ1004によってMAC層1002はMAC層804と通信を行うことが可能である。
即ち、図11,12に示すように、ブリッジ層1004は、例えば、MAC層1004と通信を行い、さらにインターネットプロトコル(IP)1100及びユーザデータグラムプロトコル(UDP)1102などのプロトコルを用いて、大規模(LS)クライアント1104、簡易ネットワーク管理プロトコル(SNMP)エージェント1004、インターネットプロトコル解決サーバ(IPRS)クライアント1108及び動的ホスト構成プロトコル(DHCP)クライアント1110と通信を行う。当業者には理解されるように、DHCPサーバ1212はDHCPクライアントからDHCPトランザクションを受信し、ISPRサーバ1214はIPRSクライアント1118からトランザクションを受信して、ネットワーク管理情報(NMI)サーバ1216及びデバイスマネージャ1218と通信を行い、必要に応じてデータベース(DB)1220へ接続して、MAC層804とMAC層1002との間の通信を行う。
なお、上述に加えて、上述の構成によって、例えば、IAP 106及びWR 107のソフトウェアの無線(OTA)更新が可能となる。図13,14は、IAP 106、WR 107、ネットワーク104の間の関係の一例を示す概念ブロック図である。示すように、ネットワーク104は、当業者には理解されるように動作するデバイスマネージャ1300、ドメインネームサーバ(DNS)1302、NMIサーバ1304及びISPRサーバ1306を含み得る。図14に示すように、WR 107はIAP 106を介してネットワーク104へ、詳細には当該技術分野において理解されるようなファイル転送プロトコル(FTP)サーバ1402へ、リクエスト1400を送信することが可能である。次いで、FTPサーバ1402はNMIサーバ1304と協働し、リクエストしているWR 107にリセットコマンド1404又はダウンロードコマンド1406を送信することが可能である。このため、リクエストしているWR 107は必要に応じて自身のソフトウェアを再構成又は更新することが可能である。
Claims (20)
- 無線通信ネットワークにおいて通信を行うためのノードであって、
第1の周波数を通じて無線通信を行う第1のトランシーバ及び第2のトランシーバを備える第1の通信デバイスと、
第2の周波数を通じて無線通信を行う第3のトランシーバ及び第4のトランシーバを備える第2の通信デバイスと、からなるノード。 - 第1の周波数は2.4ギガヘルツ(GHz)の範囲であり、第2の周波数は4.9GHzの範囲である請求項1に記載のノード。
- 第1のトランシーバ及び第3のトランシーバのうちの1つ以上は無線通信ネットワーク以外のネットワークと通信を行う請求項1に記載のノード。
- 第1のトランシーバ及び第2のトランシーバのうちの1つ以上並びに第3のトランシーバ及び第4のトランシーバのうちの1つ以上は、IEEE802.11規格に従い通信を行う1つ以上の他のノードと無線通信を行う請求項1に記載のノード。
- 第1のトランシーバ及び第2のトランシーバのうちの1つ以上並びに第3のトランシーバ及び第4のトランシーバのうちの1つ以上は、IEEE802.11規格に従わずに通信を行う1つ以上の他のノードと無線通信を行う請求項1に記載のノード。
- 第3のトランシーバ及び第4のトランシーバは第2の周波数範囲内の異なるチャネルを通じて無線通信を行う請求項1に記載のノード。
- 第1の通信デバイス及び第2の通信デバイスのうちの1つ以上は無線通信の他のノード間においてパケットをルーティングする請求項1に記載のノード。
- 無線通信ネットワークにおいて通信を行うための方法であって、
第1のトランシーバ及び第2のトランシーバを備える第1の通信デバイス並びに第3のトランシーバ及び第4のトランシーバを備える第2の通信デバイスからなるノードを提供するノード提供工程と、
第1の周波数を通じて無線通信を行うように第1のトランシーバ及び第2のトランシーバを動作させる第1無線通信工程と、
第2の周波数を通じて無線通信を行うように第3のトランシーバ及び第4のトランシーバを動作させる第2無線通信工程と、からなる方法。 - 第1の周波数は2.4ギガヘルツ(GHz)の範囲であり、第2の周波数は4.9GHzの範囲である請求項8に記載の方法。
- 無線通信ネットワーク以外のネットワークと通信を行うように第1のトランシーバ及び第3のトランシーバのうちの1つ以上を動作させる工程を含む請求項8に記載の方法。
- IEEE802.11規格に従い通信を行う1つ以上の他のノードと無線通信を行うように第1のトランシーバ及び第2のトランシーバのうちの1つ以上並びに第3のトランシーバ及び第4のトランシーバのうちの1つ以上を動作させる工程を含む請求項8に記載の方法。
- IEEE802.11規格に従わずに通信を行う1つ以上の他のノードと無線通信を行うように第1のトランシーバ及び第2のトランシーバのうちの1つ以上並びに第3のトランシーバ及び第4のトランシーバのうちの1つ以上を動作させる工程を含む請求項8に記載の方法。
- 第2無線通信工程は、第2の周波数範囲内の異なるチャネルを通じて無線通信を行うように第3のトランシーバ及び第4のトランシーバを動作させる工程を含む請求項8に記載の方法。
- 無線通信の他のノード間においてパケットをルーティングするように第1の通信デバイス及び第2の通信デバイスのうちの1つ以上を動作させる工程を含む請求項8に記載の方法。
- 第1の周波数を通じて無線通信を各々行う第1のトランシーバ及び第2のトランシーバを備える第1の通信デバイス並びに第2の周波数を通じて無線通信を各々行う第3のトランシーバ及び第4のトランシーバを備える第2の通信デバイスからなる1つ以上の第1のノードと、
1つ以上の第2のノードと、
第1のノード及び第2のノードは互いに通信を行うことと、からなる無線通信ネットワーク。 - 第1の周波数は2.4ギガヘルツ(GHz)の範囲であり、第2の周波数は4.9GHzの範囲である請求項15に記載の無線通信ネットワーク。
- 第1のノードは無線通信ネットワーク以外のネットワークと通信を行うことを含む請求項15に記載の無線通信ネットワーク。
- 第1のノードはIEEE802.11規格に従い通信を行う第2のノード及びIEEE802.11規格に従わずに通信を行う別の第2のノードと通信を行う請求項15に記載の無線通信ネットワーク。
- 第1のノードは無線通信の第2のノード間においてパケットをルーティングする請求項15に記載の無線通信ネットワーク。
- 第1のノードは第2のノードと無線通信ネットワーク以外のネットワークとの間においてパケットをルーティングする請求項15に記載の無線通信ネットワーク。
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