JP2009500969A - 直接ワイヤレス・クライアント間通信 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ワイヤレス・ネットワークにおいて直接ワイヤレス・クライアント間の通信を可能にする。
【解決手段】 ワイヤレス局は、アクセス・ポイントを通じてワイヤレス・ネットワークに接続され、第２ワイヤレス局への直接クライアント間接続を確立することができる。ワイヤレス局は、アクセス・ポイントを必要とせずに、直接第２ワイヤレス局と通信することができる。ワイヤレス局は、アクセス・ポイントを通じて、有線ネットワークおよび他のワイヤレス局と通信する。第２ワイヤレス局は、アクセス・ポイントへのインフラストラクチャ接続を有することができ、あるいは独立であってもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワイヤレス・ネットワークに関し、更に特定すれば、ワイヤレス・ネットワークにおける直接ワイヤレス・クライアント間通信に関する。
典型的なワイヤレス・ネットワークでは、１箇所以上のワイヤレス局を共通のワイヤレス・アクセス・ポイントと連携させる。ワイヤレス局間の通信は、アクセス・ポイントを通じて行われるので、セキュリティ証明書を受け入れ、有線ネットワークおよび／またはインターネットのような公衆ネットワークのような他のネットワークへのインターフェースを提供する局にアクセスを制限する。
ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）のＩＥＥＥ８０２．１１規格は、ワイヤレス局同士がアクセス・ポイントと通信するインフラストラクチャ動作モードと、ワイヤレス局が互いに直接通信するが、アクセス・ポイントとは通信しないアドホック動作モードとを規定している。インフラストラクチャ動作モードでは、発信元および受信先が互いに直接到達することができても、全てのデータを２回送信する。データはアクセス・ポイントに送られ、続いてアクセス・ポイントによって受信先に転送される。データが２回送信されるので、ワイヤレス・ネットワークの利用可能な帯域幅は半分に減少する。
アドホック動作モードでは、ワイヤレス局は、ワイヤレス・アクセス・ポイントや有線ネットワークを使用せずに、互いに直接通信する。この動作モードでは、ワイヤレス局に、セキュリティ証明書の有効性を判断するため、または公衆ネットワークとの通信を提供するために、共通のアクセス・ポイントを使用することを許可していない。
アクセス・ポイントを通じて、ワイヤレス局をワイヤレス・ネットワークに接続し、第２ワイヤレス局への直接クライアント間接続を確立することができる。ワイヤレス局は、アクセス・ポイントを伴わずに、直接第２ワイヤレス局と通信することができる。ワイヤレス局は、有線ネットワークと、そしてアクセス・ポイントを通じて他のワイヤレス局と通信する。第２ワイヤレス局は、アクセス・ポイントへのインフラストラクチャ接続を有してもよく、または独立していてもよい。
一実施形態では、ワイヤレス・ネットワークにおける通信方法は、第１ワイヤレス局と、ネットワークに接続されているワイヤレス・アクセス・ポイントとの間に、インフラストラクチャ・チャネルを確立するステップと、第１ワイヤレス局と第２ワイヤレス局との間に、アクセス・ポイントによる作用なく、直接リンク・チャネルを確立するステップと、直接リンク・チャネルおよびインフラストラクチャ・チャネルからチャネルを選択するステップと、選択したチャネル上で通信を行うステップとを含む。
別の実施形態では、ワイヤレス・ネットワークにおいて動作するワイヤレス局は、ワイヤレス・ネットワークのアクセス・ポイントへのインフラストラクチャ・チャネルを確立する第１コンポーネントと、第２ワイヤレス局への直接リンク・チャネルを、アクセス・ポイントによる作用なく、直接リンク・チャネルを確立する第２コンポーネントと、直接リンク・チャネルおよびインフラストラクチャ・チャネルからチャネルを選択する第３コンポーネントと、選択したチャネル上で通信を行う第４コンポーネントとを含む。
更に別の実施形態では、ワイヤレス・ネットワークにおいて第１および第２ワイヤレス局間に直接リンク接続を確立する方法は、第１ワイヤレス局から第２ワイヤレス局に、第１局の能力情報を収容した探査要求パケットを送るステップと、第２ワイヤレス局から、第２ワイヤレス局の能力情報を収容した探査応答パケットを受信するステップと、受信した能力情報に基づいて、直接リンク状態を確立するステップであって、直接リンク状態が、第１および第２ワイヤレス局間に直接リンク・チャネルを定める、ステップとを含む。
本発明の実施形態は、データ・パケットの転送においてインフラストラクチャを必要とせずに、インフラストラクチャ設定において、即ち、アクセス・ポイントと関連するワイヤレス局が互いに直接通信することを可能にするメカニズムを提供する。このメカニズムは、共動するワイヤレス局に対する変更によって実現することができ、アクセス・ポイントのようなインフラストラクチャ・コンポーネントに対する変更や修正を必要としない。
このメカニズムは、ワイヤレス局におけるソフトウェアのみを必要とする。インフラストラクチャは、修正を必要とせず、実際、直接リンク・チャネルが存在することを知らない。これによって、展開を簡素化し、共動するワイヤレス局が既存のワイヤレス環境において直接接続メカニズムを使用することが可能となる。ワイヤレス局間の動作および相互作用は、直接接続をサポートしないいずれのワイヤレス局にも影響を及ぼさない。直接通信は、２つのクライアントが、アクセス・ポイントを仲介として必要とすることなく、互いに直接通信する方法を提供する。
ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク１０の一例を図１に示す。ワイヤレス・アクセス・ポイント（ＡＰ）２０が、有線接続部２２を通じて有線ネットワークと通信し、ワイヤレス・リンクを通じて第１ワイヤレス局２４および第２ワイヤレス局２６と通信する。単なる一例に過ぎないが、アクセス・ポイント２０はワイヤレス・ルータとすることができ、ワイヤレス局２４および２６はワイヤレス脳録を有するノートブック・コンピュータとすることができる。ワイヤレス・ネットワークにおいて、ワイヤレス局２４をクライアント１と呼んでもよく、ワイヤレス局２６をクライアント２と呼んでもよい。
ワイヤレス局の各々は、１つ以上のプロセッサを有する計算機を含むことができ、アプリケーション・プログラムに合ったプラットフォームを形成するためにオペレーティング・システムが実装されている。各ワイヤレス局のハードウェア部分は、１つ以上のプロセッサを含み、これらは現在知られているプロセッサ、または今後計算機に使用するために開発されるプロセッサでもよい。各ワイヤレス局のソフトウェア部分は、以下に記載するような通信ソフトウェアを組み込んだオペレーティング・システムを含むことができる。
クライアント１は、ＩＥＥＥ８０２．１１が定める標準的プロトコルを用いて、アクセス・ポイント２０へのインフラストラクチャ接続を確立する。クライアント２は、同様にして、アクセス・ポイント２０へのインフラストラクチャ接続を確立することができる。しかしながら、実施形態によっては、クライアント２は、ワイヤレス・ネットワークへのインフラストラクチャ接続を有さない場合もある。インフラストラクチャ接続は、各ワイヤレス局とアクセス・ポイント２０との間にインフラストラクチャ・チャネルを定める。つまり、インフラストラクチャ・チャネル３０は局２４をアクセス・ポイント２０と関連させ、インフラストラクチャ・チャネル３２は局２６をアクセス・ポイント２０と関連させる。
以下の仮定をワイヤレス局２４に適用する。
（ａ）ＳＳＩＤ／所望のネットワーク＝環境設定した所望のネットワークの名称
（ｂ）ネットワークの形式＝インフラストラクチャ
（ｃ）ＢＳＳＩＤ＝ＡＰがブロードキャストしたＢＳＳＩＤ
（ｄ．１）セキュリティ＝無し
（ｄ．２）セキュリティ＝ＰＳＫ
（ａ）ＰＳＫの形式＝ＷＥＰ-ＰＳＫ
ユニキャスト・キー＝ＷＥＰ-ＰＳＫ − ＢＳＳにおける全てのクライアントに対して同一
マルチキャスト／ブロードキャスト・キー＝ＷＥＰ-ＰＳＫ − ＢＳＳにおける全てのクライアントに対して同一
（ｂ）ＰＳＫの形式＝ＷＰＡ２-ＰＳＫ
ユニキャスト・キー＝ＰＴＫ２（ＡＰ） − マスタＰＳＫが発生し、クライアント１およびＡＰの対に対して一意
マルチキャスト／ブロードキャスト・キー＝ＧＫ２（ＡＰ） − マスタＰＳＫが発生し、ＡＰがＷＰＡ２に対するサポートを要求する場合ＢＳＳにおける全てのクライアントに対して同一
マルチキャスト／ブロードキャスト・キー＝ＧＫ（ＡＰ） − マスタＰＳＫが発生し、ＡＰがＷＰＡを許可する場合ＢＳＳにおける全てのクライアントに対して同一
マルチキャスト／ブロードキャスト・キー＝ＷＥＰ-ＰＳＫ − ＡＰがＷＥＰを許可する場合、ＢＳＳにおける全てのクライアントに対して同一
（ｂ）ＰＳＫの形式＝ＷＰＡ-ＰＳＫ
ユニキャスト・キー＝ＰＴＫ（ＡＰ） − マスタＰＳＫが発生し、クライアント１およびＡＰの対に対して一意
マルチキャスト／ブロードキャスト・キー＝ＧＫ（ＡＰ） − マスタＰＳＫが発生し、ＡＰがＷＰＡに対するサポートを要求する場合ＢＳＳにおける全てのクライアントに対して同一
マルチキャスト／ブロードキャスト・キー＝ＷＥＰ-ＰＳＫ − ＡＰがＷＥＰを許可する場合、ＢＳＳにおける全てのクライアントに対して同一
（ｄ．２）セキュリティ＝８０２．１Ｘ系ＷＥＰ、ＷＰＡまたはＷＰＡ２
ユニキャスト・キー＝ＷＥＰ（ＡＰ） − ＡＰがＷＥＰを許可し、クライアント１がＷＥＰのみに対応する場合、クライアント１およびＡＰの対に対して一意
ユニキャスト・キー＝ＰＴＫ（ＡＰ） − ＡＰがＷＰＡを許可し、クライアント１がＷＰＡのみに対応する場合、クライアント１およびＡＰの対に対して一意
ユニキャスト・キー＝ＰＴＫ２（ＡＰ） − ＡＰがＷＰＡ２を許可しクライアント１がＷＰＡ２に対応する場合、クライアント１およびＡＰの対に対して一意
マルチキャスト／ブロードキャスト・キー＝ＷＥＰ（ＡＰ） − ＡＰがＷＥＰを許可する場合、ＢＳＳにおける全てのクライアントに対して同一
マルチキャスト／ブロードキャスト・キー＝ＧＫ（ＡＰ） − ＡＰがＷＰＡを許可する場合、ＢＳＳにおける全てのクライアントに対して同一
マルチキャスト／ブロードキャスト・キー＝ＧＫ２（ＡＰ） − ＡＰがＷＰＡ２に対するサポートを要求する場合、ＢＳＳにおける全てのクライアントに対して同一
（ｅ）クライアント１におけるＰＨＹ形式およびＡＰにおけるＰＨＹ形式
クライアント１＝１１ｂおよびＡＰ＝１１ｂ
クライアント１＝１１ｂおよびＡＰ＝１１ｇ
クライアント１＝１１ｇおよびＡＰ＝１１ｂ
クライアント１＝１１ｇおよびＡＰ＝１１ｇ
クライアント１＝１１ａおよびＡＰ＝１１ａ
以上の記載では、以下の頭字語を用いた。
ＳＳＩＤ＝サービス・セット・アイデンティティ
ＢＳＳＩＤ＝基本サービス・セット識別子
ＰＳＫ＝既共有キー
ＷＥＰ＝有線同等プライバシ(wired equivalent privacy)
ＢＳＳ＝基本サービス・セット
ＷＰＡ＝Wi-Fi Protected AccessTM（Wi-Fi保護アクセス）
ＰＴＫ＝対毎の一時的キー
ＧＫ＝グループ・キー
ＰＨＹ＝物理レイヤ
ワイヤレス局２４とアクセス・ポイント２０との間にインフラストラクチャ接続を確立した後、ワイヤレス局２４上のサービス品質（ＱｏＳ）機能が、同様にアクセス・ポイント２０に接続されているワイヤレス局２６のような別のワイヤレス局とのパケット対検査のような、スループット検査を実施する。これらの検査を実施している間に、局２４および２６上のワイヤレス・スタックがアクセス・ポイント２０を通じてパケットを送受信する。
ワイヤレス局２４およびワイヤレス局２６は双方とも、個々に記載するような、直接通信をサポートし、双方の局はアクセス・ポイント２０へのインフラストラクチャ接続を有すると仮定する。２つのワイヤレス局は、上述の仮定の下で動作することができ、あるいは以下の異なる仮定を有することもできる。（ａ）局２６におけるユニキャスト・トラフィックに用いるセキュリティ方法およびキーは、ワイヤレス局２４において用いるそれらとは別々にすることができる。（ｂ）局２６におけるＰＨＹ形式および局２４におけるＰＨＹ形式は以下のようにすることができる。局２６は、８０２．１１ｂにしたがって動作することができ、局２４は、８０２．１１ｇにしたがって動作することができる。あるいは、局２６は、８０２．１１ｇにしたがって動作することができ、局２４は、８０２．１１ｂにしたがって動作することができる。
次いで、ワイヤレス局２４は、直接通信のために他のワイヤレス局の発見を実行することができる。直接通信のために他のワイヤレス局を発見する際における第１ステップとして、局２４におけるワイヤレス・スタックは、カスタム情報エレメントを収容した探査要求パケットを送る。探査要求ヘッダは、以下のフィールドを収容する。（ａ）ＳＳＩＤ／所望のネットワーク＝構成した所望のネットワーク名称、（ｂ）ネットワークの形式＝インフラストラクチャ、（ｃ）ＢＳＳＩＤ＝アクセス・ポイントがブロードキャストしたＢＳＳＩＤ。カスタム情報エレメントは、クライアント１に関する能力情報(capability information)を収容し、この情報は、（ａ）クライアント１がサポートするＰＨＹ形式、（ｂ）クライアント１がサポートするレート・セット(rate set)、（ｃ）クライアント１がアクセス・ポイントと取り決めたセキュリティ、（ｄ）クライアント１がサポートするセキュリティ能力。クライアント情報エレメントの値フィールドは、マルチキャスト／ブロードキャスト・トラフィック・セキュリティがＢＳＳにおいて適用可能である場合、グループ・セキュリティ方法およびグループ・キーを用いて、暗号化し完全性を保護することができる。
探査要求は、直接通信のために、２つのワイヤレス局間で到達可能性検査を実施する。２つのワイヤレス局が互いに隠されていることもあり得るので、アクセス・ポイント２０を通じた通信は役に立たない。探査要求は、能力情報を交換し、アドホック・ネットワーク動作において仮想連携を形成するための標準的な方法である。探査要求は、ＢＳＳ基本レート・セットの内最低レートにおいてアクセス・ポイントが送信するビーコン・パケットと同様の最大到達可能性を得るために、アクセス・ポイントがブロードキャストするＢＳＳ基本レート・セットの内最低レートで送信する。次いで、直接通信クライアント毎にリンク・レート管理によって統計的に最適なレートを決定する。
クライアント２は、探査要求を受信する。クライアント２におけるワイヤレス・スタックは、カスタム情報エレメントを抽出し、暗号化した形態で受信した場合、値フィールドを解読する。次いで、クライアント２におけるワイヤレス・スタックは、カスタム情報エレメントを収容した探査応答を送る。探査応答は、ネットワークの形式をアドホックと設定されている。これは、基本サービス・セットと混同するのを避けるために必要である。探査応答におけるカスタム情報エレメントは、クライアント２に関する能力情報を収容し、（ａ）クライアント２がサポートするＰＨＹ形式、（ｂ）クライアント２がサポートするレート・セット、（ｃ）クライアント２がアクセス・ポイントと取り決めたセキュリティ、（ｄ）クライアント２がサポートするセキュリティ能力を含む。クライアント２におけるワイヤレス・スタックは、能力セット(capability set)が一致した直接リンク状態をクライアント１に作成する。また、クライアント２は、クライアント１から全く応答を受信しない場合、直接リンク状態のタイムアウト(timeout)を実行する。
クライアント１は、クライアント２から探査応答を受信する。クライアント１におけるワイヤレス・スタックは、探査応答からカスタム情報エレメントを抽出し、暗号化したテキストで受信した場合、値フィールドを解読する。クライアント１におけるワイヤレス・スタックは、能力セットが一致した直接リンク状態をクライアント２に作成する。また、クライアント１は、クライアント２から全く応答を受信しない場合、直接リンク状態のタイムアウトを実行する。クライアント１および２における直接リンク状態は、局２４および２６間に直接リンク・チャネル３４を確立する直接リンク接続を定める。
２つのワイヤレス局間のユニキャスト・トラフィックに対して自動的に取り決めたセキュリティに基づいて、クライアント１および２におけるワイヤレス・スタックは、以下のパラメータにしたがって処理を進める。
（ａ．１）ユニキャスト・セキュリティ＝無し
直接通信リンクを他のクライアントと確立したことをあらゆるリスナ・サービス(listener service)およびドライバに示す。この指示は、他のクライアントに関する情報を搬送する。
（ａ．２）ユニキャスト・セキュリティ＝ＰＳＫ
（１）ユニキャスト・セキュリティ方法＝ＷＥＰ
ユニキャスト・キー＝ＷＥＰ-ＰＳＫ
（２）ユニキャスト・セキュリティ方法＝ＷＰＡ
直接通信リンク用のユニキャスト・キーを発生するために、他のクライアントと４方向ハンドシェーク(4-way handshake)を実行する。
ユニキャスト・キー＝ＰＴＫ（クライアント１からクライアント２） − クライアント１およびクライアント２対に対して一意
（３）ユニキャスト・セキュリティ方法＝ＷＰＡ２
直接通信リンク用のユニキャスト・キーを発生するために、他のクライアントと４方向ハンドシェークを実行する。
ユニキャスト・キー＝ＰＴＫ２（クライアント１からクライアント２） − クライアント１およびクライアント２対に対して一意
直接通信リンクを他のクライアントと確立したことをあらゆるリスナ・サービス(listener service)およびドライバに示す。この指示は、他のクライアントに関する情報を搬送する。
（ａ．２）ユニキャスト・セキュリティ＝８０２．１Ｘ系
（１）ユニキャスト・セキュリティ方法＝ＷＥＰ
ＤＨ上の中間攻撃(middle attack)において人(man)に打ち勝つためにＡＰを通じてＤＨ(Diffie-Hillman)交換によってキーを得る。
ユニキャスト・キー＝ＤＨキー
（２）ユニキャスト・セキュリティ方法＝ＷＰＡ
ＤＨ上の中間攻撃において人(man)に打ち勝つためにＡＰを通じてＤＨ(Diffie-Hillman)交換によってキーを得る。
ＤＨキーを用いて、直接通信リンク用のユニキャスト・キーを発生するために、他のクライアントと４方向ハンドシェークを実行する。
ユニキャスト・キー＝ＰＴＫ（クライアント１からクライアント２） − クライアント１およびクライアント２対に対して一意
（３）ユニキャスト・セキュリティ方法＝ＷＰＡ２
ＤＨ上の中間攻撃において人(man)に打ち勝つためにＡＰを通じてＤＨ(Diffie-Hillman)交換によってキーを得る。
ＤＨキーを用いて、直接通信リンク用のユニキャスト・キーを発生するために、他のクライアントと４方向ハンドシェークを実行する。
ユニキャスト・キー＝ＰＴＫ２（クライアント１からクライアント２）
直接通信リンクを他のクライアントと確立したことをあらゆるリスナ・サービス(listener service)およびドライバに示す。この指示は、他のクライアントに関する情報を搬送する。
ワイヤレス局は、直接リンク・チャネルを用いて、４方向キー発生パケットをアクセス・ポイントと交換するのと同様に、これらのパケットをデータ・パケットとして交換するが、以下の相違がある。（ａ）パケット・アドレスは、ソース−クライアント１／２、宛先−クライアント２／１、ＢＳＳＩＤ＝ＡＰのＢＳＳＩＤ、（ｂ）８０２．１１ヘッダにおけるＤＳ＝０およびＴｏＤＳ＝０からのフィールド、（ｃ）発信元のアドレス照合をディスエーブルするために、ドライバのＰモード動作によってまたはドライバ・インターフェースを通じてイネーブルした直接チャネル。クライアントは、データ・パケットをアクセス・ポイントと交換するのと同様に、データ・パケットを直接交換するが、以下の相違がある。（ａ）パケット・アドレスは、ソース−クライアント１／２、宛先−クライアント２／１、ＢＳＳＩＤ＝ＡＰのＢＳＳＩＤ、（ｂ）８０２．１１ヘッダにおけるＤＳ＝０およびＴｏＤＳ＝０からのフィールド、（ｃ）ドライバのＰモード動作によって、または発信元のアドレス照合をディスエーブルするためにインターフェースしたドライバによってイネーブルした直接チャネル。
サービス品質機能が、直接リンク・チャネルを確立したことの指示を受信すると、サービス品質機能は、クライアント２のような、特定のクライアントとの、パケット対検査のようなスループット検査を実施する。これらの検査を実施している間、サービス品質機能は、ワイヤレス・スタックが定めるパケット毎ＯＯＢ（帯域外）フィールドを通じて、パケットに印を付ける。したがって、クライアント１および２におけるワイヤレス・スタックは、アクセス・ポイントを経由することなく、これらのパケットを直接送信および受信する。
パケット対検査に基づいて、サービス品質機能は、アクセス・ポイントを経由する経路よりも直接リンク接続の方が高いスループットが得られるか否か判定を行う。直接リンク・チャネルの方がインフラストラクチャ・チャネルよりも良い場合、サービス品質機能は、ワイヤレス・スタックが定めたパケット毎ＯＯＢフィールドを通じてデータ・パケットに印を付ける。こうして、クライアント１および２におけるワイヤレス・スタックは、アクセス・ポイントを経由することなく、直接パケットを送信および受信する。インフラストラクチャ・チャネルの方が直接リンク・チャネルよりも良い場合、サービス品質機能は、ワイヤレス・スタックが定めたパケット毎ＯＯＢフィールドを通じてデータ・パケットに印を付けない。つまり、クライアント１および２におけるワイヤレス・スタックは、アクセス・ポイントを通じて、パケットを送信および受信する。クライアント２への直接通信の印がないトラフィック、およびクライアント２に宛てられていないトラフィックの送信および受信は、アクセス・ポイントを通じて行われる。
クライアント１および２は、ＮＵＬＬデータ・パケットのような動作維持メッセージ(keep-alive message)または探査要求／応答交換を交換して、直接リンク・チャネルを動作状態に維持する。クライアント１が、局２６のような、特定のクライアントに対する直接・リンク接続をタイムアウトすると、クライアント１におけるワイヤレス・スタックは、あらゆるリスナ・サービスおよびドライバに、クライアント２への直接リンク・チャネルはもはや利用可能でないことのしかるべき指示を行う。その時点以降、リスナ・サービスはそのドライバに、クライアント２への直接通信のパケットに印を付けないように命令する。印がついておりリスナ・ドライバからワイヤレス・スタックに移行中にあるパケットは、ワイヤレス・スタックによって、クライアント２への直接リンク・チャネルを通じてではなく、アクセス・ポイントを通じてクライアント２に送信される。
サービス品質機能は、アクセス・ポイントへのインフラストラクチャ・チャネル、およびクライアント２への直接リンク・チャネルについてスループット検査を周期的に実施する。検査に基づいて、最高のスループットを求めて、データ・パケットにしかるべき印を付ける。
クライアント１のような、アクセス・ポイントに加入したクライアントは、直接リンク発見および確立を開始することができる。何故なら、探査要求を送ったのはこのクライアントであるからである。直接リンク能力を有する他のクライアントは、直接リンク・チャネルの発見およびその品質を周期的に評価するため、ならびにピア局において直接リンク状態を有効(alive)のままにしておくために、追加の探査要求／応答およびまたはその他の８０２．１１管理および／またはカスタム８０２．１１データ・パケットを送ることができる。最初に、新たに関連することになったクライアントがアクセス・ポイントを通じてブロードキャスト・データ・パケットを送り、全ての直接通信対応クライアントに、直接リンク発見および確立に加わることを通知する。このように、休止中にある別のクライアントは、起動したときに、新しいクライアントの到達について知り、ＤＴＩＭ（配信トラフィック指示マップ）間隔でブロードキャストを受信する。
直接リンク・チャネルまたはアクセス・ポイントを通じたインフラストラクチャ・チャネルのリンク選択は、直接リンク・アップ／ダウン指示を聞き、リンク品質比較検査を実施するリンク選択モジュールであればいずれでも実行することができる。このようなリンク選択モジュールの例には、直接リンクに合わせて強化した８０２．１１ＭＡＣ、およびサービス品質機能のような上位レイヤ・アプリケーションが含まれる。このような強化８０２．１１ＭＡＣは、選択を行うために異なるネットワーク湖となるネットワーク・パラメータを含むことができる発見的方法(heuristic)を有する。このようなネットワーク・パラメータの例には、各変調／データ・レートにおいてハードウェア感度値で正規化した信号品質、クライアントおよびアクセス・ポイントにおいて観察および予測したトラフィック負荷、電力節約状態および制御、ならびに近場および遠場ＲＦ干渉情報が含まれる。また、この発見的方法は、直接リンクおよびインフラストラクチャ・モード間で切換を行うときに、相応に抑制するとよい。
直接リンク・チャネルは、アクセス・ポイントを経由する経路に加えて、制御およびデータ用の代替経路を用いる必要性がある用途であればいずれにでも用いることができる。直接リンク・チャネルのその他の用途の一部には、（ａ）クライアントがアクセス・ポイントへの接続を失ったときに、問題のバックエンド・サーバに情報を報告するまたは通知するための診断、（ｂ）既存の電力レベルが不十分なためにクライアントおよびアクセス・ポイント間に通常の接続が得られず、同じネットワークから見ることができる他のアクセス・ポイントがない場合、（ｃ）他のクライアントが接続すべきでない環境設定を誤ったまたは不正なアクセス・ポイントに関するクライアント間の情報の伝達、および（ｄ）同時接続において、クライアントが他のクライアントに直接リンク・チャネルを形成することができ、他のクライアントが同じアクセス・ポイントに接続されていない場合が含まれるが、これらに限られる訳ではない。他のクライアントをいずれのアクセス・ポイントにも接続しなくてもよく、あるいは異なる帯域上または同じ帯域上の異なるＲＦチャネル上の別のアクセス・ポイントに接続してもよい。前述の用途の一例は、アクセス・ポイントを通じてインターネット・アクセスを有し続けつつ、同じアクセス・ポイントまたはいずれのアクセス・ポイントにも接続されていない別のクライアントとファイル／アプリケーションを同時に共有するクライアントである。アクセス・ポイントへのリンクが使用不能になると、直接リンク・セッションは終了することになり、即ち、直接リンク・チャネルのみを用いることになる。
直接リンク発見の一部として、直接リンクを素早く評価する選択肢があり、選択する選択肢は、アプリケーションに依存することができ、あるいはこれに依存しないことも可能である。サービス品質機能については、発見パケットに最高のデータ・レートを用いることが１つの選択肢となる。常に最高のデータ・レートを選択する代わりに、サービス品質機能に対する別の選択肢は、発見パケットには、アクセス・ポイントから観察した現行の平均データ・レートに更に近いデータ・レートを用いることである。直接リンク発見および確立とは独立した用法では、長距離で接続の最大確率を許容するために、ＢＳＳに基づくレート・セットの内最低レートで、発見パケットを送ることができる。一旦直接リンクが利用可能になると、使用のために評価することができ、あるいは特定の用途には使用しなくてもよい。例えば、サービス品質機能は、アクセス・ポイントへのインフラストラクチャ・チャネルと比較すると、直接リンク・チャネルではスループットが低下することを発見することができ、この場合直接リンク・チャネルを用いない。しかしながら、前述のように、他の目的には直接リンク・チャネルを用いることができる。
更に効率を高めるために、クライアントは、直接リンク・モードのときには、異なるチャネルまたは異なる帯域で動作することを選択してもよい。これは、電力節約モードをアクセス・ポイントに示すことによって、容易に行われる。アクセス・ポイントに対する電力節約の指示を、例えば、アクセス・ポイントとのキーの確立のためのデータ交換に付加することができる。つまり、アクセス・ポイントは、クライアントに宛てられる全てのユニキャストおよびブロードキャスト・トラフィックをバッファする。アクセス・ポイントは、ＤＴＩＭ間隔毎に、バッファしたブロードキャスト・パケットをクリアする。ＤＴＩＭ間隔は、アクセス・ポイントの基本サービス・セットにおける全てのクライアントについて同一である。電力節約モードで動作するクライアントに宛てられたユニキャスト・パケットをバッファした場合、アクセス・ポイントは、周期的ビーコン・フレームの中で当該クライアントのＴＩＭ（トラフィック指示マップ）ビットを設定することにより、バッファされているあらゆるユニキャスト・パケットの存在を示す。クライアントは、バッファされているユニキャスト・パケットを直ちにアクセス・ポイントから取り出す必要はなく、この取り出しは、クライアントおよびアクセス・ポイントの傾聴間隔(listen interval)を超過しない時間間隔まで延期することができる。
続いて、クライアントは、ＲＦチャネル変更要求コマンドを別のクライアントに発光し、成功時に直接リンク上で通信を再開する。ＲＦチャネルを変更する前に、クライアントは、ピア・クライアントの能力情報において示されるように、利用可能なＲＦチャネルを求めて走査することができ、あるいはＲＦスペクトル・スニファ(sniffer)に基づく情報を用いて、干渉が最も少ないことに関して最良のＲＦチャネルを選択することができる。選択したＲＦチャネルの状態が悪化した場合、２つのクライアントは、同様の手順を用いて、別のＲＦチャネルを動的に選択することができる。
クライアントは、アクセス・ポイントからのトラフィックがあるか否か周期的にチェックすることができる。これは、ユニキャストに対するトラフィック指示マップに示されるトラフィック、およびブロードキャスト・トラフィックに対するＤＴＩＭビットに示されるトラフィックが確実に検出されるように、ビーコン間隔で行うのがよい。少なくとも、クライアントは、ＤＴＩＭ間隔毎にビーコンを受信しなければならない。何故なら、ＤＴＩＭ周期でビーコン直後の次の送信機会において、アクセス・ポイントがバッファしているいずれかのブロードキャスト・パケットが常に送信されるからである。アクセス・ポイントにバッファされているブロードキャスト・パケットがない場合、クライアントは、これらが電力節約モードにあり、直接リンク・チャネルに戻ることを、直ちにアクセス・ポイントに通知することができる。ユニキャスト・パケットでは、クライアントは、少なくとも、クライアントおよびアクセス・ポイントの傾聴間隔を超過しない時間間隔毎に、ビーコン・パケットを監視してそのＴＩＭビットを見つけ出す必要がある。クライアントは、ビーコン周期の境界毎にユニキャスト・パケットを監視する必要はない。アクセス・ポイントがクライアントに対してＴＩＭビットをセットした場合、クライアントは、アクセス・ポイントがユニキャスト・パケットを時間切れにする前に、これらのパケットを取り出さなければならない。アクセス・ポイントからブロードキャストおよびユニキャスト・パケットを取り出す場合、クライアントは、これらが直接リンク・チャネルから離脱する時間量を動的に取り決めることができる。この取り決めは、最初は直接リンク・チャネル上で行うことができ、その後いずれかのチャネルがアクセス・ポイントからユニキャスト・パケットを取り出すために必要な時間が増大した場合には、アクセス・ポイントを通じて行うことができる。一旦クライアントがアクセス・ポイントと同じＲＦチャネル上にあれば、トラフィックはアクセス・ポイントを通過することができるので、これはクライアント間で宛てられたトラフィックが停止することを意味するのではない。加えて、クライアントがサポートし、能力情報が発見および取り決めパケットにおいて伝達されると仮定すれば、選択したＲＦチャネルが異なる帯域内にあってもよい。
前述のワイヤレス通信方法を、図２および図３のフロー・チャートに纏める。ステップ１００において、クライアント１は、アクセス・ポイント２０へのインフラストラクチャ接続を確立する。インフラストラクチャ接続は、ＩＥＥＥ８０２．１１が定める標準的な技法によって確立することができる。ステップ１０２において、クライアント１は、クライアント２への直接リンク接続の発見および確立を実行する。実施形態によっては、クライアント２がアクセス・ポイント２０に対してインフラストラクチャ接続２０を有する場合もある。別の実施形態では、クライアント２は独立していてもよく、あるいは同一または異なるネットワークにおける別のアクセス・ポイントとの連携を有してもよい。直接リンク接続を確立するために、クライアント１および２は双方とも直接リンク能力を有していなければならない。クライアント１は、１つ以上の他のクライアントとの直接リンク接続を確立することができる。直接リンク接続の確立については、図３と関連付けて以下で更に詳しく説明する。
ステップ１０４において、クライアント１は、クライアント１およびクライアント２の間でスループット検査を実施する。スループット検査は、クライアント１およびクライアント２の間における直接リンク接続の検査を含む。加えて、クライアント２がアクセス・ポイント２０へのインフラストラクチャ接続を有する場合、スループット検査は、クライアント１からアクセス・ポイント２０およびアクセス・ポイント２０からクライアント２までの経路の検査も含む。スループット検査は、サービス品質機能によって実施することができる。スループット検査は、現時点において最高の性能を発揮する経路を示す。
ステップ１１０において、クライアント１は送信用経路を選択し、パケットの宛先およびスループット検査結果に応じてパケットを送信する。つまり、クライアント２に宛てられたパケットには、スループット検査に応じて最高の性能を発揮する経路が選択される。この経路は、クライアント１からクライアント２への直接リンク接続である可能性があり、あるいはアクセス・ポイント２０を通過する可能性もある。宛先がクライアント２以外であるパケットは、追加の直接リンク接続が宛先までの経路を提供しない限り、アクセス・ポイント２０へのインフラストラクチャ接続を通じて送信される。
ステップ１１２において、直接リンク・タイムアウトを実行する。直接リンク・タイムアウトは、直接リンク接続が所定時間インアクティブであったか否か判定を行う。直接リンク・タイムアウトが発生しなかった場合、プロセスはステップ１１０に戻り、別のパケットを送信する。直接リンク・タイムアウトが発生した場合、ステップ１１４において直接リンク接続を終了し、プロセスはステップ１０２に戻る。必要になれば、直接リンク接続を再確立することもできる。別の場合では、例えば、クライアント２がインアクティブである場合または圏外に移動した場合等では、直接リンク接続はもはや必要とされない場合もある。その場合、クライアント１はアクセス・ポイント２０を通じて通信し続ける。先に記したように、直接リンク接続を動作状態に維持するために、ＮＵＬＬデータ・パケットをある間隔で送信してもよい。
クライアント２への直接リンク接続の発見および確立のプロセスを図３に示す。図３のプロセスは、図２におけるステップ１０２に相当する。ステップ１５０において、クライアント１は、直接リンク能力を有する他のクライアントを圏内で発見するために、探査要求パケットを送信する。前述のように、探査要求パケットは、クライアント１の能力を記述するカスタム情報エレメントを収容する。クライアント２が圏内にあり、直接リンク能力を有すると仮定すると、クライアント２は探査要求パケットを受信し、クライアント１の能力情報を抽出し、直接リンク状態を作成する。次いで、クライアント２は探査応答パケットを送信する。探査応答パケットは、クライアント２の能力を記述するカスタム情報エレメントを収容する。ステップ１５２において、クライアント１は、クライアント２から探査応答パケットを受信し、クライアント２の能力情報を抽出する。ステップ１５４において、クライアント１はクライアント２のセキュリティ証明書の有効性を判断する。クライアント２のセキュリティ証明書が有効であると判断した場合、ステップ１５６において、クライアント１は、探査応答に基づいて、直接リンク状態を確立する。クライアント１および２における直接リンク状態は、クライアント１および２間における直接リンク接続を定める。直接リンク接続は、アクセス・ポイント２０による処置を全く伴わずに確立される。
直接クライアント間通信において必要なソフトウェア・コンポーネントを示すワイヤレス局２４のブロック図を図４に示す。ワイヤレス・スタック２００は、無線機２０２と共に動作して、アンテナ２０４を通じてワイヤレス通信を送信および受信する。ワイヤレス・スタック２００は、選択した通信経路上で通信する。この通信経路は、直接リンク・チャネルまたはインフラストラクチャ・チャネルであってもよい。コントローラ２１０は、前述のように、インフラストラクチャ接続２１２および直接リンク接続２１４の確立を制御する。サービス品質機能２２０は、スループット検査を実施し、最高の性能を求めて、通信経路の選択を実行することができる。セキュリティ有効性判断機能２２２は、直接リンク接続に関与するクライアントのセキュリティ証明書の有効性を判断する。直接リンク・タイムアウト２２４は、直接リンク接続を監視して、直接リンク接続が所定時間インアクティブであったか否か判定を行う。ＲＦチャネル選択機能２２６は、クライアントの能力に応じて、直接リンク通信のためのＲＦチャネルまたはＲＦ帯域を選択する。図４に示すコンポーネントは、前述の通信機能を実行する。
直接リンク接続の用途の一例は、メディア・ストリーミングである。メディア・ストリーミングの用途では、毎秒１９メガビットのＨＤＴＶストリームをメディアＰＣからワイヤレス・ディスプレイに転送する。メディアＰＣおよびディスプレイは、同じアクセス・ポイントに接続されている。アクセス・ポイントを通じてデータを送信する場合、データはエア・インターフェースを２回、即ち、メディアＰＣからアクセス・ポイントへ、そしてアクセス・ポイントからメディアＰＣへの方向に横断するので、名目上毎秒３８メガビットの帯域幅が必要となるが、これはＩＥＥＥ８０２．１１の現在の能力を上回っている。前述の直接リンク通信を用いることにより、既存のワイヤレス技術を用いてＨＤＴＶメディア・ストリーミングが可能になる。
直接リンク接続の用途の別の例は、ネットワーク診断のためである。診断に用いるのは、ワイヤレス局に接続性データを直接共有させて、アクセス・ポイントの障害、環境設定の誤り、または不正アクセス・ポイントのような、接続性問題を診断し易くするためである。
以上で説明した本発明の実施形態は、種々の方法のいずれでも実施することができる。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはその組み合わせで実施することができる。ソフトウェアで実施する場合、１台のコンピュータに設けられているかまたは多数のコンピュータ間で分散されているかには関係なく、適したプロセッサまたはプロセッサの集合体であればいずれでも、ソフトウェア・コードを実行することができる。
また、ここで概要を説明した種々の方法またはプロセスは、ソフトウェアとしてコード化することができ、種々のオペレーティング・システムまたはプラットフォームのいずれか１つを採用した１つ以上のプロセッサ上で実行可能である。加えて、このようなソフトウェアは、多数の適したプログラミング言語および／または従来のプログラミングまたはスクリプティング・ツールのいずれを用いてでも書くことができ、実行可能な機械語コードとしてコンパイルすることもできる。
これに関して、本発明は、１つ以上のプログラムをエンコードしたコンピュータ読み取り可能媒体（または多数のコンピュータ読み取り可能媒体）（例えば、コンピュータ・メモリ、１枚以上のフロッピ・ディスク、コンパクト・ディスク、光ディスク、磁気テープ等）として具体化することができる。プログラムは、１つ以上のコンピュータまたはその他のプロセッサ上において実行すると、先に論じた本発明の種々の実施形態を実施する方法を実行する。１つ以上のコンピュータ読み取り可能媒体は、携行可能とすることができ、それに格納されている１つ以上のプログラムを１つ以上の異なるコンピュータまたはその他のプロセッサにロードして、先に論じたような本発明の種々の形態を実施することができる。
「プログラム」または「ソフトウェア」という用語は、ここでは、先に論じたような本発明の種々の形態を実施するために、コンピュータまたはその他のプロセッサをプログラムするために採用することができるあらゆる種類のコンピュータ・コードまたはコンピュータ実行可能命令の集合を意味するように、包括的な意味で用いることとする。加えて、この実施形態の一形態によれば、実行すると本発明の方法を実行する１つ以上のコンピュータ・プログラムは、１つのコンピュータまたはプロセッサ上に存在する必要はなく、多数の異なるコンピュータまたはプロセッサ間でモジュール状に分散して、本発明の種々の形態を実施してもよいことも認められよう。
コンピュータ実行可能命令は、１つ以上のコンピュータまたはその他のデバイスが実行するプログラム・モジュールのように、多くの形態が可能である。一般に、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、データ構造等を含み、特定のタスクを実行するか、または特定の抽象的データ・タイプを実現する。通例、プログラム・モジュールの機能性は、種々の実施形態において、所望通りに組み合わせることや、分散することもできる。
本発明の種々の形態は、単体、組み合わせ、または記載した実施形態には具体的に論じなかった種々の配置で用いることもでき、したがってその用途は、前述の説明に明記し図面に示したコンポーネントの詳細および配置に限定されるのではない。例えば、一実施形態に記載した形態は、他の実施形態において記載した形態と、如何様にも組み合わせることができる。
「第１」、「第２」、「第３」等のような序数を特許請求の範囲において用いて請求項の要素を修飾する場合、それ自体は一方の請求項の要素の他方に対する優先度(priority)、優位性(preference)、または順序、あるいは方法の行為を実行する時間的順序を暗示するのではなく、単に請求項の要素を区別するために、ある名称を有する請求項の１要素を、同じ名称を有する（が、除数用語の使用のための）他の要素から区別するための表札として用いられているに過ぎない。
また、ここで用いた句や用語は、説明を目的としており、限定と見なしてはならない。「含む」、「備える」または「有する」、「収容する」、「伴う」およびその変形は、ここでは、その後に羅列する項目およびその同等物、ならびに追加項目も包含することを意図している。
以上、本発明の少なくとも１つの実施形態例について説明したが、当業者には種々の変形、修正、および改良が容易に想起されよう。このような変形、修正、および改良は、本発明の範囲に該当することを意図している。したがって、前述の説明は一例に過ぎず、限定を意図するのではない。本発明は、特許請求の範囲とその均等物においてのみ限定されるものとする。
図１は、本発明の一実施形態によるワイヤレス・ネットワークの簡略ブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態による通信方法のフロー・チャートである。 図３は、本発明の一実施形態による直接・リンク接続を確立する方法のフロー・チャートである。 図４は、直接リンク通信に関与するソフトウェア・コンポーネントを示す、ワイヤレス局のブロック図である。

Claims (20)

  1. ワイヤレス・ネットワークにおける通信方法であって、
    第１ワイヤレス局と、ネットワークに接続されたワイヤレス・アクセス・ポイントとの間に、インフラストラクチャ・チャネルを確立するステップと、
    前記第１ワイヤレス局と第２ワイヤレス局との間に、前記アクセス・ポイントによる作用なく、直接リンク・チャネルを確立するステップと、
    前記直接リンク・チャネルおよび前記インフラストラクチャ・チャネルからチャネルを選択するステップと、
    前記選択したチャネル上で通信を行うステップと、
    を備えた、通信方法。
  2. 請求項１記載の方法において、直接リンク・チャネルを確立するステップは、
    前記第１ワイヤレス局から前記第２ワイヤレス局に、前記第１ワイヤレス局の能力情報を収容した探査要求パケットを送るステップと、
    前記第２ワイヤレス局から、当該第２ワイヤレス局の能力情報を収容した探査応答パケットを受信するステップと、
    前記受信した能力情報に基づいて、直接リンク状態を確立するステップであって、該直接リンク状態が、前記第１および第２ワイヤレス局間に直接リンク・チャネルを定める、ステップと、
    を備えた、方法。
  3. 請求項１記載の方法において、前記通信を行うステップは、前記直接リンク・チャネル上で送信および受信を行い、前記アクセス・ポイントからのトラフィックをある間隔でチェックすることを含む、方法。
  4. 請求項１記載の方法において、チャネルを選択するステップは、前記直接リンクおよび前記インフラストラクチャ・チャネルのスループット検査を実施し、前記スループット検査の結果に応じて、前記第１および第２ワイヤレス局間においてデータ・パケットを送信することを含む、方法。
  5. 請求項１記載の方法であって、更に、前記直接リンク・チャネルが所定時間期間インアクティブであるとき、前記直接リンク・チャネルを終了するステップを備えた、方法。
  6. 請求項１記載の方法であって、更に、前記直接リンク・チャネルをアクティブに保持するために、前記直接リンク・チャネル上にある間隔でデータ・パケットを送信するステップを備えた、方法。
  7. 請求項１記載の方法であって、更に、別のワイヤレス局からの直接リンク発見要求に応答するステップを備えた、方法。
  8. 請求項１記載の方法において、直接リンク・チャネルを確立するステップは、直接リンク能力を有するワイヤレス局を識別するために、発見要求を送信することを含む、方法。
  9. 請求項２記載の方法において、直接リンク・チャネルを確立するステップは、前記第２ワイヤレス局のセキュリティ証明書の有効性を判断することを含む、方法。
  10. ワイヤレス・ネットワークにおいて実行する命令をエンコードしたコンピュータ読み取り可能媒体であって、前記命令が実行されると、請求項１記載の方法を実行する、コンピュータ読み取り可能媒体。
  11. ワイヤレス・ネットワークにおいて動作するワイヤレス局であって、
    前記ワイヤレス・ネットワークのアクセス・ポイントへのインフラストラクチャ・チャネルを確立する第１コンポーネントと、
    第２ワイヤレス局への直接リンク・チャネルを、前記アクセス・ポイントによる作用なく確立する第２コンポーネントと、
    前記直接リンク・チャネルおよび前記インフラストラクチャ・チャネルからチャネルを選択する第３コンポーネントと、
    前記選択したチャネル上で通信を行う第４コンポーネントと、
    を備えた、ワイヤレス局。
  12. 請求項１１記載のワイヤレス局において、前記第３コンポーネントは、スループット検査を実施するサービス品質コンポーネントを備えており、前記スループット検査の結果に応じて、前記インフラストラクチャ・チャネルまたは前記直接リンク・チャネルを通じてデータ・パケットを送信する、ワイヤレス局。
  13. 請求項１１記載のワイヤレス局であって、更に、前記直接リンク・チャネルが所定時間インアクティブであるときに、前記直接リンク・チャネルを終了させるタイムアウト・コンポーネントを備えた、ワイヤレス局。
  14. 請求項１１記載のワイヤレス局であって、更に、第１ＲＦチャネルで前記インフラストラクチャ・チャネルを通じて送信し、第２ＲＦチャネルで前記直接リンク・チャネルを通じて送信するＲＦ選択コンポーネントを備えた、ワイヤレス局。
  15. 請求項１１記載のワイヤレス局であって、更に、前記第２ワイヤレス局のセキュリティ証明書の有効性を判断するセキュリティ有効性判断コンポーネントを備えた、ワイヤレス局。
  16. ワイヤレス・ネットワークにおいて第１および第２ワイヤレス局間に直接リンク接続を確立する方法であって、
    前記第１ワイヤレス局から前記第２ワイヤレス局に、前記第１ワイヤレス局の能力情報を収容した探査要求パケットを送るステップと、
    前記第２ワイヤレス局から、前記第２ワイヤレス局の能力情報を収容した探査応答パケットを受信するステップと、
    前記受信した能力情報に基づいて、直接リンク状態を確立するステップであって、該直接リンク状態が、前記第１および第２ワイヤレス局間に直接リンク・チャネルを定める、ステップと、
    を備えた、方法。
  17. 請求項１６記載の方法であって、更に、前記直接リンク・チャネルのスループット検査を実施するステップを備えた、方法。
  18. 請求項１６記載の方法であて、更に、前記直接リンク・チャネルが所定時間期間インアクティブであるとき、前記直接リンク・チャネルを終了するステップを備えた、方法。
  19. 請求項１６記載の方法であって、更に、前記第２ワイヤレス局のセキュリティ証明書の有効性を判断するステップを備えた、方法。
  20. ワイヤレス・ネットワークにおいて実行する命令をエンコードしたコンピュータ読み取り可能媒体であって、前記命令が実行されると、請求項１６記載の方法を実行する、コンピュータ読み取り可能媒体。
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