JP2011217413A - メッシュネットワークを形成し、配備する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】メッシュネットワークを形成し、配備する方法およびシステムを提供すること。
【解決手段】一実施形態において、この方法は、複数の無線（３２０）を有するメッシュルータ（３００）を提供することを包含する。このメッシュルータ（３００）は、地理的領域をカバーする複数のセル（３９９）のうちの一つのセル（２１１）で使用される。チャネルは、複数の無線に割り当てられる。これらのチャネルは、複数のチャネルから選択されることによって、複数のセル全体にわたるチャネル再使用が可能になる。
【選択図】図４

Description

（発明の分野）
本発明の分野は、一般的に、無線ネットワークに関し、より特定的には、メッシュネットワークを形成し、配備する方法およびシステムに関する。

（背景）
高速で高性能なネットワークへのアクセスが、通信回線のインフラが、存在しないか、旧式であるか、あるいは非実用的である多数のエリアで必要とされている。固定無線広帯域ネットワークは、この必要性を満たし得る。しかしながら、既存の固定無線広帯域後術の使用は、技術的に制約があり、配備コストが高いことが組み合わさって、限界がある。例えば、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）技術は、多数のアクセスポイントを必要とし、アクセスポイントのそれぞれがケーブルを介して、通信回線の基幹インフラに接続されなくてはならない。その結果、ネットワークは、配備するのが困難となり、コストが掛かる。

これらの問題に対処するために、無線メッシュネットワークアーキテクチャが、ネットワークインフラの一部となり、ユーザへの無線アクセスを提供するシステムとして、研究されてきた。しかしながら、無線メッシュネットワーク化は、ノードが互いのパケットを転送する必要があるために、そのネットワーク容量によって制限される。例えば、ランダムトラフィックパターンを有する均一ランダムネットワークは、ｎをノードの総数とすると、ｌ／ｎ^１／２のエンドツーエンドのスループットを有する。それゆえ、ノードの数が増えるにつれ、スループットはゼロに近づく。

結果としてスループットを低下させるのは、２つの根本的な理由がある。第一に、現在の８０２．１１メディアアクセス制御（ＭＡＣ）プロトコルは、マルチホップ環境で、効率的でなく、公正ではないことである。例えば、８０２．１１無線は、送信と受信とを同時に行い得ないこと、８０２．１１ ＭＡＣプロトコルは、メッシュ内の隠れ端末問題を正しく解決しないこと、および、マルチホップチェーンに沿った送信リクエスト（ＲＴＳ）／送信クリア（ＣＴＳ）のスケジューリングによって、送信制御プロトコル（ＴＣＰ）に公正性の問題が生じ得、バックオフが非効率的になり得ることである。第二に、利用可能な周波数帯のわずかな部分しか使用されないことである。例えば、８０２．１１ｂ／ｇは、３つの重なり合わないチャネルを有し、８０２．１１ａは、１２の重なり合わないチャネルを有するが、８０２．１１は、常に単一のチャネル周波数のみを使用するように設計されている。

過去においては、一つの考えられる解決策は、８０２．１１ ＭＡＣ層を改善することであった。しかしながら、これには、ＭＡＣおよびハードウェアを変更する必要があり、完遂するには、費用が掛かり、多大な時間を要する。

代替として、ネットワーク能力は、複数の無線および複数のチャネルを用いて、増加され得る。例えば、マルチ無線統一プロトコル（Ｍｕｌｔｉ−ｒａｄｉｏ Ｕｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）（ＭＵＰ）と称されるリンク層プロトコルが、重なり合わない周波数チャネルにチューニングされた多数の無線ネットワークカードの動作を調整するために提案されてきた。しかしながら、ネットワーク内の全てのノードが、自身の近傍と話すために、同じ固定チャネルを使用するので、利用可能な周波数を非効率的に使用している。その結果、周波数を再使用して利用することができない。さらに、同一無線パケットリレー、すなわち同時に送受信する能力のないことは、完全に避けられ得ない。

（概要）
メッシュネットワークを形成し、配備する方法およびシステムが開示される。一実施形態において、この方法は、複数の無線を有するメッシュルータを提供することを包含する。このメッシュルータは、地理的領域をカバーする複数のセルのうちの一つのセルで使用される。チャネルは、複数の無線に割り当てられる。チャネルは、複数のチャネルから選択されることによって、複数のセル全体にわたるチャネル再使用が可能になる。

以上および他の好ましい特徴は、エレメントのインプリメンテーションおよび組み合わせに関する様々な新たな詳細を含め、添付図面を参照して、より特定的に記載され、請求項で指摘される。本明細書に記載される特定の方法およびシステムは、例示のために示されるだけであって、限定的でないことは、理解されるべきである。当業者に理解されるように、本明細書に記載される原理および特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な数多くの実施形態で採用され得る。

本明細書の一部に含まれる添付図面は、本発明の現時点での好ましい実施形態を示し、上述の全般的な説明および後述の好ましい実施形態の詳細な説明とともに、本発明の原理を解説し、教示するのに役立つ。
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
複数の無線を有するメッシュルータを提供することであって、該メッシュルータは、地理的領域をカバーする複数のセルのうちの一つのセルで使用される、ことと、
該複数の無線にチャネルを割り当てることであって、該チャネルは、複数のチャネルから選択されることによって、該複数のセル全体にわたるチャネル再使用を可能にする、ことと
を包含する、方法。
（項目２）
前記メッシュルータは、３つの異なるチャネル上に３つのバックホール無線を含み、
該メッシュルータは、６つの近隣セルを有する六角形セル内にあり、各近隣セルは、近隣メッシュルータを有し、
該メッシュルータは、該３つのバックホール無線を介して該近隣メッシュルータと通信する、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記３つの異なるチャネルの共通チャネルを、第一の近隣セル内の第一の近隣メッシュルータおよび第二の近隣セル内の第二の近隣メッシュルータに割り当てることであって、該第一の近隣セル、該第二の近隣セル、および前記セルは、互いに近接する、ことと、
追加チャネルを該第一の近隣メッシュルータおよび第二の近隣メッシュルータに割り当てることであって、該追加チャネルは、前記メッシュルータの前記３つのチャネルでない、ことと
をさらに包含する、項目２に記載の方法。
（項目４）
隣接しないセル内の前記共通チャネルを再使用することをさらに包含し、
該隣接しないセルは、前記第一の近隣セル、前記第二の近隣セル、または前記セルに隣接しない、項目３に記載の方法。
（項目５）
前記メッシュルータは、セクター化された指向性アンテナを使用する、項目２に記載の方法。
（項目６）
前記複数のチャネルは、７つの重なり合わないチャネルを含む、項目２に記載の方法。
（項目７）
ネットワーク管理サーバからのチャネル割り当てを受信することをさらに包含し、
チャネルを割り当てることは、前記複数のチャネルを走査することをさらに包含する、項目２に記載の方法。
（項目８）
前記地理的エリアは、エッジセルを含み、該エッジセルは、１つのアクセス無線およびバックホール無線を有するシンプルなメッシュルータを含む、項目２に記載の方法。
（項目９）
前記複数のチャネルがチャネル再使用を可能とするのに不十分なとき、前記３つのバックホール無線のうちの１つ以上のバックホール無線をオフにすることをさらに包含する、項目２に記載の方法。
（項目１０）
複数の命令を自身の上に格納したコンピュータ可読媒体であって、該複数の命令は、コンピュータによって実行されたとき、該コンピュータに、
該複数の無線を有するメッシュルータを提供することであって、該メッシュルータは、地理的領域をカバーする複数のセルのうちの一つのセルで使用される、ことと、
該複数の無線にチャネルを割り当てることであって、該チャネルは、複数のチャネルから選択されることによって、該複数のセル全体にわたるチャネル再使用が可能になる、ことと
を実行させる、コンピュータ可読媒体。
（項目１１）
前記メッシュルータは、３つの異なるチャネル上に３つのバックホール無線を含み、
該メッシュルータは、６つの近隣セルを有する六角形セル内にあり、各近隣セルは、近隣メッシュルータを有し、
該メッシュルータは、該３つのバックホール無線を介して該近隣メッシュルータと通信する、項目１０に記載のコンピュータ可読媒体。
（項目１２）
自身に追加命令を格納された項目１１に記載のコンピュータ可読媒体であって、該追加命令は、コンピュータによって実行されたとき、該コンピュータに、
前記３つの異なるチャネルの共通チャネルを、第一の近隣セル内の第一の近隣メッシュルータおよび第二の近隣セル内の第二の近隣メッシュルータに割り当てることであって、該第一の近隣セル、該第二の近隣セル、および前記セルは、互いに近接する、ことと、
追加チャネルを該第一の近隣メッシュルータおよび第二の近隣メッシュルータに割り当てることであって、該追加チャネルは、前記メッシュルータの前記３つのチャネルでない、ことと
をさらに実行させる、コンピュータ可読媒体。
（項目１３）
自身に追加命令を格納された項目１２に記載のコンピュータ可読媒体であって、該追加命令は、コンピュータによって実行されたとき、該コンピュータに、
隣接しないセル内の前記共通チャネルを再使用することであって、該隣接しないセルは、前記第一の近隣セル、前記第二の近隣セル、または前記セルに隣接しない、こと
をさらに実行させる、項目１２に記載のコンピュータ可読媒体。
（項目１４）
前記メッシュルータは、セクター化された指向性アンテナを使用する、項目１１に記載のコンピュータ可読媒体。
（項目１５）
前記複数のチャネルは、７つの重なり合わないチャネルを含む、項目１１に記載のコンピュータ可読媒体。
（項目１６）
自身に追加命令を格納された項目１１に記載のコンピュータ可読媒体であって、該追加命令は、コンピュータによって実行されたとき、該コンピュータに、
ネットワーク管理サーバからのチャネル割り当てを受信することをさらに実行することであって、チャネルを割り当てることは、前記複数のチャネルを走査することを包含する、こと
をさらに実行させる、コンピュータ可読媒体。
（項目１７）
前記地理的エリアは、エッジセルを含み、該エッジセルは、１つのアクセス無線および１つのバックホール無線を有するシンプルなメッシュルータを含む、項目１１に記載のコンピュータ可読媒体。
（項目１８）
自身に追加命令を格納された項目１１に記載のコンピュータ可読媒体であって、該追加命令は、コンピュータによって実行されたとき、該コンピュータに、前記複数のチャネルがチャネル再使用を可能とするのに不十分なとき、前記３つのバックホール無線のうちの１つ以上のバックホール無線をオフにすることをさらに実行させる、コンピュータ可読媒体。
（項目１９）
プロセッサと、
該プロセッサに結合されたメモリと、
該プロセッサおよびメモリを結合するバスと
を備え、
該メモリは、該プロセッサによって実行される命令を格納し、メッシュルータ内の複数の無線にチャネルを割り当て、
該チャネルは、複数のチャネルから選択され、地理的領域をカバーする複数のセル全体にわたるチャネル再使用を可能にする、ネットワーク管理サーバ。
（項目２０）
前記メッシュルータは、３つの異なるチャネル上に３つのバックホール無線を含み、
該メッシュルータは、６つの近隣セルを有する六角形セル内にあり、各近隣セルは、近隣メッシュルータを有し、
該メッシュルータは、該３つのバックホール無線を介して該近隣メッシュルータと通信する、項目１９に記載のサーバ。
（項目２１）
前記命令は、前記プロセッサが、前記３つの異なるチャネルの共通チャネルを、第一の近隣セル内の第一の近隣メッシュルータおよび第二の近隣セル内の第二の近隣メッシュルータに割り当てることであって、該第一の近隣セル、該第二の近隣セル、および前記セルは、互いに近接する、ことと、
追加チャネルを該第一の近隣メッシュルータおよび第二の近隣メッシュルータに割り当てることであって、該追加チャネルは、前記メッシュルータの前記３つのチャネルでない、ことと
を可能にする、項目２０に記載のサーバ。
（項目２２）
前記命令は、前記プロセッサが、近接しないセル内の前記共通チャネルを再使用することを可能とし、
該近接しないセルは、前記第一の近隣セル、前記第二の近隣セル、または前記セルに近接しない、項目２１に記載のサーバ。
（項目２３）
前記複数のチャネルは、７つの重なり合わないチャネルを含む、項目２０に記載のサーバ。
（項目２４）
プロセッサと、
該プロセッサに結合されたメモリと、
複数の無線と、
該プロセッサおよびメモリを結合するバスと
を備え、
チャネルが、該複数の無線に割り当てられ、
該チャネルは、複数のチャネルから選択され、地理的領域をカバーする複数のセル全体にわたって、チャネルを再使用することを可能にする、メッシュルータ。
（項目２５）
前記複数の無線は、３つの異なるチャネル上に３つのバックホール無線を含み、
該３つのバックホール無線は、６つの近隣セルを有する六角形セル内に存在し、各近隣セルは、近隣メッシュルータを有し、
該複数の無線は、該３つのバックホール無線を介して該近隣メッシュルータと通信する、項目２４に記載のサーバ。

従来技術のネットワークのブロック図を示す。 本発明の一実施形態に従う例示的な無線メッシュネットワークのブロック図を示す。 本発明の一実施形態に従う複数の六角形セルのブロック図を示す。 本発明の一実施形態に従うメッシュルータに対するチャネル割り当てを含む複数の六角形セルを有するメッシュネットワークのブロック図を示す。 本発明の一実施形態に従う例示的な無線カードのブロック図を示す。 本発明の一実施形態に従うメッシュルータと通信するために使用される例示的な無線ローカルエリアネットワークのブロック図を示す。 本発明の一実施形態に従う例示的なメッシュルータのブロック図を示す。 本発明の一実施形態に従って、メッシュネットワーク内にチャネルを割り当てる例示的なプロセスの流れ図を示す。 本発明の一実施形態に従う例示的なネットワークパケット流れのプロセスの流れ図を示す。

（詳細な説明）
メッシュネットワークを形成し、配備する方法およびシステムが開示される。一実施形態において、この方法は、複数の無線を有するメッシュルータを提供することを包含する。このメッシュルータは、地理的領域をカバーする複数のセルのうちの一つのセルで使用される。チャネルは、複数の無線に割り当てられる。チャネルは、複数のチャネルから選択されることによって、複数のセル全体にわたるチャネル再使用が可能になる。

以下の記載において、説明の目的のために、特定の術語が、本明細書に開示される様々な発明のコンセプトの完全な理解を提供するために示される。しかしながら、これらの特定の詳細は、本明細書に開示される様々な発明のコンセプトを実施するために、必要とされないことは、当業者には明らかである。

以下に続く詳細な説明の一部の部分は、無線ネットワークおよびコンピュータシステムの用語で紹介される。これらの無線ネットワークの記載および表現は、無線ネットワーク化技術の当業者が、自らの仕事の本質を最も効率的に他の当業者に伝えるために使用される手段である。無線ネットワークは、本明細書において、また一般的に、２台以上のコンピュータ間で、そのキャリアとして電波を用い、通信するためのシステムであると考えられる。通常、しかしながら必須ではないが、コンピュータシステム間で通信される情報は、パケットの形式を取る。さらに、共通使用の理由で、パケットのコンポーネントは、ビット、値、エレメント、シンボル、文字（ｃｈａｒａｃｔｅｒ）、ターム、数字などとして称される。

しかしながら、これらの用語および類似の用語の全ては、適切な物理的な量と関連するべきであり、これらの量に付与される単なる便利なラベルに過ぎないことは、心に留めておくべきである。以下の議論から明らかとなるように、特定の明示のない限り、「ルータ」または「無線（ｒａｄｉｏ）」または「周波数」または「チャネル」または「基幹（ｂａｃｋｂｏｎｅ）」または「パケット」または「通信する」などのような用語を利用する記載、議論は、その全体を通して、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリ、あるいは他のそのような情報ストレージ、送信または表示デバイス内の中の物理（電子）量として表されるデータをあるコンピュータから別のコンピュータへと移動させるネットワークまたは同様の通信システムのコンポーネント、およびアクション、ならびにプロセスを意味することは、理解されるべきである。

本発明は、また本明細書の動作を実行する装置に関する。この装置は、要求される目的のために、特別に構築され得るか、あるいはコンピュータ内に格納されたコンピュータプログラムによって選択的に活性化または再構成された汎用コンピュータを備え得る。このようなコンピュータプログラムは、フロッピー（登録商標）ディスク、光学ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、および磁気光学ディスク、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気または光学カード、あるいは電子命令を格納するのに適した任意の他のタイプの媒体であって、これらに限定されないコンピュータ可読ストレージ媒体内に格納され、そのそれぞれがコンピュータシステムバスに結合され得る。

本明細書に紹介される方法は、任意の特定のコンピュータまたは他の装置と、固有に（ｉｎｈｅｒｅｎｔｌｙ）は関連しない。様々な汎用目的のシステムが、本明細書の教示に従うプログラムとともに使用され得るか、あるいは、要求される方法のステップを実行するために、より特殊化された装置を構築することが好都合であることが示され得る。様々なこれらのシステムに対して要求される構造は、以下の記載から明らかになる。さらに、本発明は、任意の特定のプログラミング言語を参照して記載されない。様々なプログラミング言語が、本明細書に記載されるような発明の教示をインプリメントするために使用され得ることは理解されるべきである。

図１は、従来技術のネットワーク１９９のブロック図を示す。図１において、インターネット１００は、様々なネットワークに接続されており、このネットワークのいずれもが無線ネットワークであり得る。例えば、無線ネットワークは、近隣１１０、オフィスビル１２０、政府エリア１３０、および／または大学（ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）・カレッジ１４０をカバーし得る。インターネット１００は、相互接続されたコンピュータネットワーク、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、仮想私設ネットワーク、またはインターネットプロトコルのような標準化されたプロトコルを用いるパケット交換によって、データを送信するように構成される他のネットワークのシステムであり得る。相互接続されたコンピュータネットワークによって、電子メール、ファイル共有、およびワールドワイドウェブへのアクセスを含み得る情報およびサービスの伝達が容易になり得る。様々なネットワーク１１０〜１４０は、様々な無線アーキテクチャ（例えば、無線ローカルエリアネットワーク、無線都市域ネットワーク、無線広域ネットワーク、または他の同様の無線ネットワーク）での任意のものを有し得る。

図２は、本発明の一実施形態に従う例示的な無線メッシュネットワークのブロック図を示す。メッシュネットワーク２００は、近隣２１２のような無線ネットワークの一部であり得る。一実施形態に従うと、近隣２１２は、幾つかの六角形セル２１０に分割される。ここで、各個別のセル２１１は、無線メッシュネットワーク２００に１人以上の加入者２２０を含む。近隣２１２の分割は、論理的分割であり、ネットワーク２００内のセル間の物理的境界は、論理的ネットワーク動作の単なる表現である。六角形セル２１１は、加入者２２０を包囲することも、しないこともあり得る。なぜなら、特定のセルは、そのエリア内に加入者がたまたま位置しないような状態におかれ得るからである。

一実施形態に従うと、加入者２２０は、近隣２１２無線ネットワーク２００へのアクセスを認可されたコンピュータシステムであり得る。加入者２２０は、近隣の家の中、車の中、あるいはネットワークのカバーするエリア内の任意の場所に位置され得る。メッシュネットワークに加え、本明細書の様々な教示で使用される他のシステムも、また本発明の様々な局面を実行するために使用され得るので、それゆえ、これらの他のシステムも本発明の完全な範囲内にあると考えられることは、理解されるべきである。

図３は、本発明の一実施形態に従うメッシュネットワークの複数の六角形セル３９９のブロック図を示す。六角形セル３９９は、論理的ネットワーク表現であり、実際の物理的境界を規定することを意味しない。六角形セル３９９の各セル２１１は、メッシュルータ３００を含む。メッシュルータ３００は、例示的な加入者３３０〜３５０と通信する。メッシュルータ３００は、３つの基幹無線３１０および１つのアクセス無線３２０を有し得る。これらの３つの基幹無線３１０は、他のメッシュルータと通信するために使用される。アクセス無線は、複数の加入者３３０〜３５０と通信するために使用され得る。３つの基幹無線３１０は、３つの別個のチャネルに割り当てられ、アクセス無線３２０も、また別個のチャネルに割り当てられる。一つの例示的な割り当ての方法は、ローカルアクセスに対して８０２．１１ｂ／ｇ無線を、メッシュバックホールに対して８０２．１１ａを使用することである。３つの基幹無線３１０を有するメッシュルータ３００と、ローカルアクセス無線３２０とが記載されてきたが、他のメッシュルータ構成の使用も本発明の範囲内である。

メッシュルータ３００は、アクセス無線３２０を介して加入者３３０〜３５０と通信する。加入者３３０〜３５０は、メッシュネットワーク２００のようなメッシュネットワークへのメッシュルータ３００を介してアクセスを得るために、加入者アカウントを設定する必要がある。これらの加入者は、無線携帯情報端末（ＰＤＡ）３４０、無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）ルータ３５０、または無線ラップトップ３３０を含み得る。無線ＰＤＡ３４０は、無線能力を有するＰａｌｍ Ｐｉｌｏｔｓ、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙｓ、または無線能力を有する他の携帯機器を含み得る。無線ＬＡＮルータ３５０は、メッシュルータ３００と通信し得る任意のネットワークルータを含み得る。無線ラップトップ３３０は、無線能力を有する任意のコンピュータシステムを含み得る。無線ＰＤＡ３４０、無線ＬＡＮルータ３５０、および無線ラップトップ３３０が記載されるが、無線能力を有する任意の機器が、加入者として考えられ得る。

メッシュルータ３００は、またインターネット１００へのゲートウェイ３９０としても機能し得る。一実施形態に従うと、メッシュルータ／ゲートウェイ３９０は、少なくとも１つのネットワークインターフェース（例えば、イーサネット（登録商標）のような通信リンク３７０を介してインターネット１００に接続されるイーサネット（登録商標）コントローラ）を有する。メッシュネットワークにおいて、複数のゲートウェイ３９０が存在し得る。ゲートウェイ３９０によって、メッシュルータ３００はインターネットへのアクセスが可能になる。

図３のメッシュネットワーク接続形態（ｔｏｐｏｌｏｇｙ）は、ネットワーク管理サーバ３６０を含み得る。ネットワーク管理サーバ３６０は、インターネット１００を介してゲートウェイ３９０に接続され得る。一実施形態に従うと、ネットワーク管理サーバ３６０は、メッシュネットワーク内の全てのメッシュルータ３００のチャネル割り当てを指定する。

図４は、本発明の一実施形態に従うメッシュルータ４００〜４０７に対するチャネル割り当てを含む複数の六角形セルを有するメッシュネットワーク４９９のブロック図を示す。メッシュルータ４００〜４０７のそれぞれは、図８に記載される例示的プロセスに従って、３つの異なるチャネルを割り当てられる。メッシュルータ４００〜４０７のそれぞれは、３つの基幹無線３１０を有し、これらの無線は、メッシュネットワーク４９９全体を通して、７つの重なり合わない周波数またはチャネル、チャネル１〜７を利用する。これら７つの重なり合わないチャネルは、全ての隣接するセル間での直接リンクを提供する。

例えば、セル４１１は、６つの近隣４１２〜４１７を有する。セル４１１は、６つの近隣４１２〜４１７と通信するために使用される３つのバックホールチャネル（３、４、５）を有する。チャネルは、２つの隣接するメッシュルータが１つのバックホール無線チャネルを共有するように、メッシュルータ４０１〜４０７に割り当てられる。例えば、隣接メッシュルータ４０２、４０３は、メッシュルータ４０１とバックホールチャネル３を共有する。チャネル３は、メッシュルータ４０１〜４０３が共有する唯一のチャネルである。同様に、チャネル４は、メッシュルータ４０１が、メッシュルータ４０４、４０５と共有する唯一のチャネルである。そして、チャネル５は、メッシュルータ４０１が、メッシュルータ４０６、４０７と共有する唯一のチャネルである。

各チャネルは、その近所で再使用されるが、隣接するセルではない。各チャネルに対して、チャネルが再使用されていない約２つ分のセル幅のバッファがあるので、分離を良好にして、共通チャネルインターフェースを低くすることが可能である。例えば、メッシュルータ４０１〜４０３によって使用されるチャネル３は、近隣セル４１４〜４２２内のいずれのメッシュルータによっても使用されない。換言すれば、チャネル３が再使用される前に、２つのホップを取り得る。メッシュルータ４００およびそのチャネルグループを体系的に間隔を空けることによって、利用可能なチャネルは、地理的領域４９９全体に分散され、共通チャネルメッシュルータ間のインターフェースが許容可能なレベル未満に保たれている限り、必要なだけ何回でも再使用され得る。

さらに、メッシュルータ４００は、３つの異なるチャネルを使用するので、メッシュバックホールネットワーク４９９は、同一無線パケットリレーを回避する。メッシュバックホールネットワーク４９９が、同一無線パケットリレーを回避するので、エンドツーエンドのスループットは、メッシュルータ４００の数が増加するにつれて、低下しない。このため、アーキテクチャはスケーリング可能である。

一実施形態に従うと、効率的なスケーリングは、上述のように、３つの異なるチャネル上に３つのバックホール無線を有する各メッシュルータを構成することによってサポートされる。８０２．１１ａ無線が使用されると仮定すると、各バックホール無線のスループットは、５４Ｍｂｐｓまで達する。同一チャネル上の３つの近隣バックホール無線は、バックホールＷＬＡＮからなり、帯域幅を共有するので、各バックホール無線のスループットは、概ね５４Ｍｂｐｓの１／３である。全ての同一無線パケットリレーは、完全に避けられるので、リレーノードのスループットは、半分にされず、全てのトラフィックは、ローカルであれ、リモートであれ、各メッシュルータに利用可能なエンドツーエンドのスループットを変化させない。

例えば、各メッシュルータに利用可能なエンドツーエンドのバックホールスループットＴは、
Ｔ＝５４Ｍｂｐｓ＊（１／３）＊３＝５４Ｍｂｐｓ （１）
である。（１）において、各メッシュルータに利用可能なエンドツーエンドのスループットＴは、定数であり、ネットワーク内のノードの数ｎに関連しないことに留意すべきである。換言すれば、各ノードに利用可能なエンドツーエンドのスループットは、Ｏ（１）であり、これは、このアーキテクチャがスケーリングすることを単に意味する。ＩＥＥＥ ８０２．１１ベースの無線が仮定されることが多いが、本発明のこの実施形態は、８０２．１１無線を用いることに、決して限定されないことに留意すべきである。メリットのあることが分かれば、非常に融通性が高く、無線に囚われない他の無線技術も、また使用され得ることも、全く可能である。

メッシュネットワーク４９９は、アクセスおよびバックホールに対する帯域を共有しないで、さらに能力を向上する。ＩＥＥＥ ８０２．１１ベースの技術が使われる場合、メッシュルータ４００は、ローカルアクセス（例えば、無線３２０）に対して、８０２．１１ｂ／ｇ無線を、メッシュバックホールネットワーク（例えば、無線３１０）に対して、８０２．１１ａ無線を使用し得る。

図５は、本発明の一実施形態に従って、メッシュネットワーク内で使用する例示的な無線カード５００のブロック図を示す。無線カード５００は、ラップトップまたはデスクトップコンピュータとともに使用され得る。一実施形態に従うと、無線ネットワークカード５００は、ネットワークカード５００をコンピュータに接続する周辺コンポーネント相互接続（ＰＣＩ）インターフェース５２０を有する。無線ネットワークカード５００は、またランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）モジュール５３０および８０２．１１コントローラ５４０に接続されたプロセッサ５１０も有する。８０２．１１コントローラ５４０によって、ネットワークカードのプロセッサ５１０が、８０２．１１アンテナ５５０と通信することが可能になる。

図６は、本発明の一実施形態に従う例示的な無線ルータ６００のブロック図を示す。図６において、無線ローカルネットワークルータ６００によって、加入者が自分自身のローカルエリアネットワークを設定できる。無線ローカルエリアネットワークルータ６００は、ルータ３５０のようなＷｉ−Ｆｉルータであり得る。無線ローカルエリアネットワークルータ６００は、電源６２０、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）モジュール６３０、イーサネット（登録商標）コントローラ６４０、および８０２．１１コントローラ６５０に接続されたプロセッサ６１０を有する。イーサネット（登録商標）コントローラ６４０によって、プロセッサ６１０がイーサネット（登録商標）アダプタ６６０と通信することが可能になる。８０２．１１コントローラ６５０によって、プロセッサ６１０が８０２．１１アンテナ６７０と通信することが可能になる。

図７は、本発明の一実施形態に従う例示的なメッシュルータ７００のブロック図を示す。図７において、メッシュルータ７００は、電源７２０、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３０、および無線コントローラ７４０に接続されたプロセッサ７１０を有する。メッシュルータ７００は、メッシュルータ３００のようなメッシュルータであり得る。無線コントローラ７４０は、３つのバックホール無線コントローラ７４０ａ、７４０ｂ、７４０ｃおよび１つのローカルアクセス無線コントローラ７４０ｄを含み得る。各バックホール無線コントローラ７４０ａ、７４０ｂ、７４０ｃによって、プロセッサ７１０は、バックホール無線アンテナ７５０ａ、７５０ｂ、７５０ｃと通信することが可能になる。メッシュルータ７００は、本発明の一実施形態に従って、共通チャネルインターフェースを減らすために、１２０°にセクタ化（ｓｅｃｔｏｒｅｄ）された指向性アンテナを使用する。ローカルアクセス無線コントローラ７４０ｄによって、プロセッサ７１０は、ローカルアクセス無線アンテナ７５０ｄと通信することが可能になる。３つの無線コントローラが記載されるが、メッシュルータ３００は、利用可能なルータ技術およびネットワーク接続形態に基づいて、３つより多い、または少ないコントローラを含み得る。

一実施形態に従うと、メッシュルータ７００は、また、インターネットと通信を可能にする少なくとも１つの通信インターフェース７７０（例えば、イーサネット（登録商標）インターフェース）を含み得、ネットワーク内の他のメッシュルータに対するゲートウェイ３９０として機能し得る。インターフェースコントローラ７６０によって、プロセッサ７１０はインターフェース７７０との通信が可能になる。代替の実施形態において、通信インターフェース７７０は、無線通信インターフェースである。さらに、メッシュルータ７００のコンポーネントは、互いに一体化し得る。

図８は、本発明の一実施形態に従って、メッシュネットワーク内を配備する例示的なプロセス８００の流れ図を示す。図８において、ネットワークプロバイダは、最初に、ネットワーク配備に対する地理的領域を六角形であり得るセル２１０に分割することによって、メッシュネットワークを設定し得る（８０２）。この分割は、論理的なネットワーク表現であって、実際の物理的境界を規定することを意味しない。少なくとも１つのメッシュルータ３００は、各六角形セル内にインストールされる（８０４）。メッシュルータ７００が、最初にパワーアップされるとき（例えば、任意のチャネルがそれに割り当てられる前に）、メッシュルータ７００は、デフォルトチャネル上の自身のバックホール無線７５０ａ、７５０ｂ、７５０ｃを用いて、最初に近隣ルータを見つけようとする（８０６）。

ゲートウェイを有する近隣ルータが、一切見つからない場合（８０８）、メッシュルータ７００は、チャネル割り当てリクエストおよび自分自身の構成情報を、近隣を介してネットワーク管理サーバ３６０に送信する（８１０）。ネットワーク管理サーバ３６０は、ゲートウェイ３９０に接続され、全体ネットワーク（例えば、メッシュネットワーク４９９）のチャネル割り当てを担っている。メッシュルータ７００からチャネル割り当てリクエストを受信すると、ネットワーク管理サーバ３６０は、そのデータベース内に格納されたシンプルなルール一式およびネットワーク接続形態情報を用いて、そのメッシュルータ７００にどのチャネルを割り当てるべきかを決定する。ネットワーク管理サーバ３６０は、次いで、そのメッシュルータ７００にチャネル割り当てを送信する（８１２）。

所定の時間切れ期間の後、ネットワーク管理サーバ３６０へのゲートウェイを有する近隣が、デフォルトチャネルを用いて見出せ得ない場合、メッシュルータ７００は、自動的にチャネルの走査を開始し、ゲートウェイ３９０を有する近隣を見つけようと試み、成功するまでトライし続ける（８１４）。これは、インクリメンタルな配備の間において、起こり得る。インクリメンタルな配備は、自身のチャネルがネットワーク管理サーバ３６０によって既に割り当てられているメッシュルータからなるメッシュネットワークに、新たなメッシュルータが追加される状況を含む。この場合、新たなメッシュルータの近隣はいずれも、デフォルトチャネルを使用しないことも可能である。その結果、新たなメッシュルータ７００は、その近隣と通信し、ネットワーク管理サーバ３６０へのゲートウェイを有する近隣を見つけるために、走査する必要がある。

図９は、本発明の一実施形態に従って、メッシュネットワークを介して、いかにパケットが送信されるかの例示的プロセス９００を示す。図９において、パケットは、メッシュルータ（例えば、メッシュルータ４０１）を含むセル内に位置する加入者２２０によって送信される（９０２）。メッシュルータ４０１は、パケットを受信し、パケットがその境界４１１内にいる加入者に向けられたものかどうかを判断する（９０４）。加入者向けである場合、そのパケットは、目的地のコンピュータまたはシステムに送信される（９１０）。加入者向けでない場合、そのパケットは、所定のルーティング表に従って、近隣セル４１２内で次に適切なメッシュルータに送信される（９０６）。次のメッシュルータ４０２は、そのパケットを受信し、以前のメッシュルータ４０１と同じ判断プロセスに従う（９０４）。

メッシュネットワークアーキテクチャの本実施形態は、従来技術の無線メッシュネットワークを配備する際に遭遇する問題の多くに対処する。本メッシュネットワークアーキテクチャのメリットの一部には、スケーリング能力、能力、コスト効率、融通性、簡易性、および頑強性が含まれるが、これらに限定されない。本メッシュネットワークアーキテクチャは、複数の無線を用い、セルベースで広域にわたる広帯域カバー範囲を利用し、一定レベルで各メッシュルータに利用可能なエンドツーエンドのバックホールスループットを保つこと（すなわち、ノード数が増えても、スループットが低下しないこと）によって、スケーリング能力を提供する。このネットワーク能力は、少なくとも従来技術のメッシュネットワークの能力を上回る大きさのオーダーであり、標準８０２．１１ ＭＡＣおよびハードウェアを何ら変更する要求することなく達成される。さらに、メッシュネットワークを配備するのに必要なバックホール無線の数を最小化することで、コストが削減される。追加の実施形態において、コストをさらに削減するために、よりコンパクトで、よりシンプルな１つのアクセス無線および１つのバックホール無線を有するメッシュルータが、エッジノードとして使用され得、あるいはメッシュを終了するために使用され得る。

メッシュネットワークを形成し、配備する方法およびシステムが開示されてきた。本方法およびシステムは、特定の実施例およびサブシステムに対して記載されてきたが、これらの特定の実施例またはサブシステムに限定されず、他の実施形態にも拡張されることは、当業者には理解される。

Claims (1)

1. 明細書に記載の方法。

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