JP4402689B2 - 改善されたサービス品質尺度を介する無線ネットワークでの改善された垂直ローミング - Google Patents

改善されたサービス品質尺度を介する無線ネットワークでの改善された垂直ローミング Download PDF

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Description

本発明は、全般的には無線ネットワークに関し、具体的には、複数のタイプの無線ネットワークを含む無線ネットワーキング環境に関する。
現在、人々は、多数の異なる形で通信するのにデジタルネットワークを使用する。音声、テキスト、ワールドワイドウェブページ、およびストリーミングライブビデオが、少数の例である。特定の物理位置でデジタルネットワークに接続する能力と、移動しながらデジタルネットワークに接続する能力は、まったく別のものである。無線デジタルネットワークは、人気があり、かつ人気が高まりつつある。人々は、無線ネットワークが提供する便利と自由を評価している。
ラジオは、ほとんどの無線デジタルネットワークの根底にある基礎テクノロジである。各無線ネットワーク基地局または各無線ネットワークアクセスポイントならびにアクセスポイントと通信できる各モバイルデバイスは、ラジオ信号の送信と受信の両方を行うことができる。ラジオ信号は、無線ネットワークデータを符号化される。
信号強度が送信器からの距離の増加に伴って弱くなることが、ラジオ信号の性質である。各無線ネットワークは、ある範囲の信号強度で動作するように設計されており、その結果、信号強度がある点未満に低下したときに、無線ネットワークによって提供されるサービスの品質が、劇的に低下する。単一の無線ネットワークアクセスポイントによってサービスされる地理的領域が、無線ネットワークセルである。無線ネットワークは、より大きい領域をそれぞれがアクセスポイントを有するセルに分割することによって、より大きい地理的領域にサービスを提供する。モバイル通信デバイスが、複数のセルを通って移動するときに、そのデバイスは、各セルのアクセスポイントと順番に通信する。
無線ネットワーク設計者に関する伝統的な問題の１つが、モバイルデバイスがある無線ネットワークアクセスポイントから別のネットワークアクセスポイントに通信をハンドオフするときの判断である。無線ネットワークアクセスポイントによってモバイルデバイスに提供されるサービスの品質の低下は、特にセル境界の近くで非線形であり、ラジオ環境は動的であり、その結果、この問題の分析は、些細なことでない。実際には、ほとんどの水平ハンドオフ（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｈａｎｄｏｆｆ）アルゴリズムは、候補アクセスポイントからの相対信号強度の比較に頼る。水平ハンドオフとは、単一のタイプの無線ネットワーク内の同一タイプの無線ネットワークアクセスポイントの間で行われる通信ハンドオフである。
それぞれが異なる目標を満足するように設計された、複数の異なるタイプの無線ネットワークがある。例えば、ＧＰＲＳ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ）および符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）などの標準規格に従う無線ネットワークは、広い地理的領域（例えば、大都市圏）にまたがって比較的低いレベルのデジタル通信帯域幅（例えば、６４ｋｂｐｓ）を提供するように設計されているが、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）の８０２．１１系列の標準規格およびＥＴＳＩ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）のＨＩＰＥＲＬＡＮ（Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｒａｄｉｏ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）系列の標準規格などの他の標準規格に従う無線ネットワークは、はるかに小さい地理的領域（例えば、ビルディングまたはキャンパス）ではあるが比較的高いレベルのデジタル通信帯域幅（例えば、１０Ｍｂｐｓ）を提供するように設計されている。これらの例は、無線ネットワーク設計トレードオフすなわち、帯域幅対セルサイズの１セットを示すものである。他の設計考慮事項に、各ネットワークに割り当てられたラジオスペクトルをユーザの間でどのように共有するか、ならびにユーザ認証手段およびプライバシ手段が含まれる。
多くの地理的位置が、例えば、ＣＤＭＡおよびＩＥＥＥ ８０２．１１ｂなどの複数の無線ネットワークタイプによってサービスされている。無線ネットワークユーザが、各ネットワークタイプの最良の特徴を利用でき、例えば、サービスが使用可能な場合に、ＣＤＭＡ無線ネットワークの広いサービスエリアを利用でき、また、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ無線ネットワークの高帯域幅を利用できることが望ましい。無線ネットワークユーザが、無線ネットワークタイプの間で手動で切り替えることが可能であるが、垂直ハンドオフ（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｈａｎｄｏｆｆ）すなわち、異なるタイプの無線ネットワークの間のハンドオフが、無線ネットワーク内の水平ハンドオフが現在そうであるのと同様に無線ネットワークユーザに透過的なることがさらに望ましい。無線ネットワークユーザが、無線ネットワークユーザの必要に従ってネットワークタイプの間でシームレスにローミングできる将来が構想されているが、その将来を実現するために解決する必要がある複数の問題がある。
ＣＤＭＡおよびＩＥＥＥ ８０２．１１ｂなどの無線ネットワーク標準規格は、一般に、非互換であり、垂直ハンドオフのサポートに焦点を合わせていない。異なる無線ネットワークの信号強度は、直接に比較できない。ある無線ネットワークで良いサービス品質を提供する信号強度のレベルが、別の無線ネットワークで悪いサービス品質をもたらす場合がある。新しいハンドオフ判断基準が必要である。一部の従来技術（例えば、非特許文献１参照）に、垂直ハンドオフ判断を行うための、帯域幅などのサービス品質判断基準の使用が述べられているが、実際にサービス品質尺度を得る方法については記載がない。
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ＭｏｂｉｌｅＵｓｅｒｓ Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｈａｎｄｏｆｆｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ＩＥＥＥ ８０２．１１ ａｎｄ ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ ｎｅｔｗｏｒｋｓ， Ｙｌｉａｎｔｔｉｌａ ｅｔ ａｌ．
当技術分野には、無線ネットワークタイプの間でのシームレスな垂直ハンドオフを実施する実用的なシステムおよび方法の必要がある。
本発明は、そのようなシステムおよび方法を提供する。本発明の上記および他の利益ならびに追加の発明的特徴は、本明細書で提供する本発明の説明から明白になる。
本発明は、異なるタイプの無線ネットワークの間での改善された垂直ハンドオフのシステムおよび方法を提供する。より具体的に言うと、本発明は、モバイルコンピューティングデバイスでの無線ネットワークサービス品質パラメータの測定を可能にすることを対象とする。モバイルコンピューティングデバイスでの無線ネットワークサービス品質パラメータの測定を可能にすることによって、モバイルコンピューティングデバイスが、複数の候補無線ネットワークによって供給される測定されたサービス品質に基づいて垂直ハンドオフ判断を行えるようになる。
データの送信器が無線ネットワーク通信プロトコルの一部として送信時間をアドバタイズ（ａｄｖｅｒｔｉｓｅ）する無線ネットワークで、ネットワークアロケーションベクトル占有（ｎｅｔｗｏｒｋ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒ ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎ）を、無線ネットワークサービス品質尺度として使用することができる。ネットワークアロケーションベクトル占有は、無線ネットワークユーザ数ならびに特定の無線ネットワークトラフィックパターンに比較的影響を受けないという点で特に有用である。さらに、ネットワークアロケーションベクトル占有と、残余帯域幅および無線媒体アクセス制御伝送遅延などの特定のサービス品質尺度の間に信頼性のあるマッピングがある。
データの送信器が無線ネットワーク通信プロトコルの一部として送信時間をアドバタイズしない無線ネットワークで、データパケット衝突確率（ｄａｔａ ｐａｃｋｅｔ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ）を、無線ネットワークサービス品質尺度として使用することができる。ネットワークアロケーションベクトル占有と同様に、無線ネットワークのデータパケット衝突確率と、無線ネットワークの残余帯域幅および無線媒体アクセス制御伝送遅延などの特定のサービス品質尺度の間に信頼性のあるマッピングがある。
無線ネットワークサービス品質の測定は、低サービス品質無線ネットワークから高サービス品質無線ネットワークへのハンドオフを判断するときに特に有用である。高サービス品質無線ネットワークから低サービス品質無線ネットワークへのハンドオフを判断するときに、無線ネットワーク周辺セル境界を検出する能力も、重要になる。両方の垂直ハンドオフ判断機能を組み込んだソフトウェアアーキテクチャは、部分的に、不必要な垂直ハンドオフの割合を最小にすることによる、全体的な無線ネットワークサービス品質を最適化するシームレスな垂直ローミングを実施するのを容易にする。
請求項に、本発明の特徴を具体的に示すが、本発明およびその利益は、添付図面と共に解釈される次の詳細な説明から最もよく理解される。
本発明の様々な実施形態の説明に進む前に、本発明の様々な実施形態を実践できるモバイルコンピューティングデバイスおよび無線ネットワーク環境の説明を、まず提供する。必要ではないが、本発明を、プログラムモジュールなど、コンピューティングデバイスによって実行されるコンピュータ実行可能命令の全般的な文脈で説明する。一般に、プログラムには、特定のタスクを実行するか特定の抽象データ型を実施するルーチン、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、および類似物が含まれる。本明細書で使用される用語「プログラム」は、単一のプログラムモジュールまたは協力して働く複数のプログラムモジュールを意味する場合がある。本明細書で使用される「コンピュータ」または「コンピューティングデバイス」には、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ハンドヘルドデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのプログラマブルなコンシューマエレクトロニクス、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、タブレットＰＣ、ラプトップコンピュータ、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを有するコンシューマアプライアンス、および類似物などの１つまたは複数のプログラムを電子的に実行するすべてのデバイスが含まれる。本発明は、通信ネットワークを介してリンクされたリモート処理デバイスによってタスクが実行される分散コンピューティング環境で使用することもできる。分散コンピューティング環境では、プログラムを、ローカルとリモートの両方のメモリストレージデバイスに置くことができる。
図１を参照すると、本明細書に記載の本発明の態様を実施できるモバイルコンピューティングデバイスの基本構成の例が示されている。その最も基本的な構成で、モバイルコンピューティングデバイス１０２に、通常は、少なくとも１つの処理ユニット１０４およびメモリ１０６が含まれる。処理ユニット１０４は、本発明の様々な実施形態に従ってタスクを実行するために命令を実行する。そのようなタスクを実行する際に、処理ユニット１０４は、モバイルコンピューティングデバイス１０２の他の部分およびモバイルコンピューティングデバイス１０２の外部のデバイスに電子信号を送って、ある結果を引き起こすことができる。モバイルコンピューティングデバイス１０２の正確な構成およびタイプに応じて、メモリ１０６を、揮発性（ＲＡＭなど）、不揮発性（ＲＯＭまたはフラッシュメモリなど）、またはこの２つの組合せとすることができる。この最も基本的な構成が、図１では破線１０８によって示されている。
モバイルコンピューティングデバイス１０２は、追加の特徴／機能性も有することができる。例えば、モバイルコンピューティングデバイス１０２に、磁気ディスク、磁気テープ、光ディスク、または光テープを含むがこれに制限されない追加ストレージ（リムーバブル１１０および／または固定１１２）も含めることができる。コンピュータ記憶媒体に、コンピュータ実行可能命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータを含む情報のストレージの任意の方法またはテクノロジで実施された、揮発性および不揮発性、リムーバブルおよび固定の媒体が含まれる。コンピュータ記憶媒体に、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、または他の光ストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ、または他の磁気ストレージデバイス、あるいは、所望の情報をストアするのに使用でき、モバイルコンピューティングデバイス１０２によってアクセスできる他のすべての媒体が含まれるが、これに制限はされない。そのようなコンピュータ記憶媒体のどれでも、モバイルコンピューティングデバイス１０２の一部にすることができる。
モバイルコンピューティングデバイス１０２に、このデバイスがリモートコンピューティングデバイス１１６などの他のデバイスと通信できるようにする通信接続１１４も含まれることが好ましい。通信接続は、通信媒体の例である。通信媒体は、通常、搬送波または他のトランスポート機構などの変調されたデータ信号内でコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータを実施し、すべての情報配布媒体を含む。制限ではなく例として、用語「通信媒体」に、音響、ＲＦ、赤外線、および他の無線媒体などの無線媒体が含まれる。本明細書で使用される用語「コンピュータ可読媒体」に、コンピュータ記憶媒体および通信媒体の両方が含まれる。
モバイルコンピューティングデバイス１０２は、キーボード／キーパッド、マウス、ペン、音声入力デバイス、接触入力デバイスなどの入力デバイス１１８も有することができる。ディスプレイ１２２、スピーカ、プリンタなどの出力デバイス１２０も含めることができる。これらのデバイスのすべてが、当技術分野で周知であり、ここで長々と説明する必要はない。
次の説明では、そうでないと示さない限り、本発明を、１つまたは複数のコンピューティングデバイスによって実行される行為および動作の記号表現に関して説明する。したがって、時々コンピュータ実行されると称するそのような行為および動作に、コンピューティングデバイスの処理ユニットによる、構造化された形でデータを表す電気信号の操作が含まれる。この操作は、データを変換するか、コンピューティングデバイスのメモリシステム内の位置でデータを維持し、これによって、コンピューティングデバイスの動作が、当業者によく理解される形で再構成されるか他の形で変更される。データが維持されるデータ構造は、そのデータのフォーマットによって定義される特定のプロパティを有する、メモリの物理的位置である。しかし、本発明を、前述の文脈で説明しているが、下に記載の様々な行為および動作をハードウェアでも実施できることを当業者が諒解するので、これは、制限的であることを意図されたものではない。
本発明の諸態様を組み込むのに適する無線ネットワーキング環境に、少なくとも２つの異なるタイプの無線ネットワークが含まれる。この無線ネットワーキング環境の少なくとも１つの無線ネットワークに、複数の無線ネットワークセルが含まれる。各無線ネットワークセルは、限られた地理的カバレッジエリアを有し、少なくとも１つの無線ネットワーク基地局または無線ネットワークアクセスポイント（ＡＰ）を有する。用語「無線ネットワーク基地局」または「無線ネットワークアクセスポイント」は、この説明において同等である。通常、単一の無線ネットワークアクセスポイントが、無線ネットワークセルの地理的カバレッジエリアに無線ネットワークサービスを提供する。しかし、一部の無線ネットワークに、無線ネットワークセルごとに複数のアクセスポイント、例えば、無線ネットワークセルのセクタごとに１つのアクセスポイントが含まれる。明瞭にするために、この説明を、通常の事例を参照して進めるが、本発明の諸態様を組み込むのに適する無線ネットワーキング環境は、それに制限されない。
無線ネットワークセルの地理的カバレッジエリアの範囲すなわち無線ネットワークセルサイズは、無線ネットワークタイプの中ならびに無線ネットワークタイプの間で変化する可能性がある。平均無線ネットワークセルサイズは、無線ネットワークのタイプを区別する無線ネットワーク特性の例であり、例えば、無線広域ネットワーク（ＷＷＡＮ）は、通常、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）より大きい平均無線ネットワークセルサイズを有する。次では、無線広域ネットワークおよび無線ローカルエリアネットワークが、異なる無線ネットワークタイプの説明に役立つ実例として使用されるが、無線ネットワークセルサイズが、本発明の諸態様を組み込むのに適する無線ネットワーキング環境を含む異なる無線ネットワークタイプの区別する特徴である必要はない。ネットワークタイプの主要な区別する特徴は、そのサービス品質（ＱｏＳ）属性、例えば、帯域幅、データパケット遅延統計（デジタルデータがデータパケットに分解される無線ネットワークで）、セキュリティ（プライバシ手段および不正禁止手段を含む）、コスト効率、および類似物である。
本発明の実施形態で、モバイルコンピューティングデバイス１０２は、無線ネットワーキング環境を通って移動する。代替案では、無線ネットワーキング環境が変化し、モバイルコンピューティングデバイス１０２が静止したままになることができる。これらの代替案は、この説明において同等である。モバイルコンピューティングデバイス１０２は、無線ネットワーキング環境を通って移動するときに、単一の無線ネットワークタイプの無線ネットワークセルならびに複数の無線ネットワークタイプの無線ネットワークセルに入り、出る可能性がある。同一タイプの無線ネットワークセルの間の推移は、従来技術の水平ハンドオフ技法を使用して実行される。本発明の実施形態では、異なるタイプの無線ネットワークセルの間の推移が、垂直ハンドオフ技法を使用して実行される。
説明に役立つ実例として、図２に、本発明の態様を組み込むのに適する無線ネットワーキング環境を示す。この無線ネットワーキング環境は、２タイプの無線ネットワークを有する。大きい無線ネットワークセル２０２は、第１のタイプの無線ネットワークすなわち、無線広域ネットワークの一部である。５つのより小さい無線ネットワークセル２０４、２０６、２０８、２１０、および２１２は、第２のタイプの無線ネットワークすなわち、無線ローカルエリアネットワークの一部である。この例では、無線ローカルエリアネットワークが、無線広域ネットワークより高いサービス品質を提供する。
モバイルコンピューティングデバイス１０２（図２には図示せず）は、無線ネットワーキング環境２００を通る地理的経路２１４をたどる。経路２１４は、無線ネットワークセル２０２のカバレッジエリアの内部から始まる。経路の始めで、モバイルコンピューティングデバイス１０２は、無線ネットワークセル２０２によってすなわち、無線広域ネットワークによって無線ネットワークサービスを提供される。モバイルコンピューティングデバイス１０２が経路２１４に沿って移動するときに次に出会う無線ネットワークセルは、無線ネットワークセル２０４すなわち、無線ローカルエリアネットワークセルである。経路２１４が、無線ネットワークセル２０４に出会ったならば、モバイルコンピューティングデバイス１０２は、無線ネットワークタイプの選択肢すなわち、無線広域ネットワーク（無線ネットワークセル２０２を介する）および無線ローカルエリアネットワーク（無線ネットワークセル２０４を介する）を有する。
本発明の態様によれば、選択が可能であるときに、モバイルコンピューティングデバイス１０２は、最高のサービス品質を提供する無線ネットワークタイプを自動的に選択するように構成されている。モバイルコンピューティングデバイス１０２は、無線ネットワークセル２０４に入るときに、無線広域ネットワークから無線ローカルエリアネットワークへの垂直ハンドオフを開始する。ＷＷＡＮセル２０２からＷＬＡＮセル２０４への垂直ハンドオフが行われる。
経路２１４が、第１のＷＬＡＮセル２０４の右端に達したときに、第２の無線ローカルエリアネットワークセル２０６に出会う。この経路が、第２のＷＬＡＮセル２０６に入り、第１のＷＬＡＮセル２０４から出るときに、第１のＷＬＡＮセル２０４から第２のＷＬＡＮセル２０６への従来技術の水平ハンドオフが、無線ローカルエリアネットワークの通常動作の一部として行われる。第２のＷＬＡＮセル２０６の縁を超えるもう１つのＷＬＡＮセルは、即座には使用可能でなく、その結果、経路２１４が、第２のＷＬＡＮセル２０６の縁を超えて移動するときに、無線ローカルエリアネットワークは、一時的にモバイルコンピューティングデバイス１０２に無線ネットワークサービスを提供できなくなる。
この例では、モバイルコンピューティングデバイス１０２は、可能な場合に無線ネットワーク接続性を維持するように構成されている。モバイルコンピューティングデバイス１０２は、第２のＷＬＡＮセル２０６の縁を超えて移動するときに、無線ローカルエリアネットワークから無線広域ネットワークへの第２の垂直ハンドオフを開始する。ＷＬＡＮセル２０６からＷＷＡＮセル２０２への垂直ハンドオフが行われる。
同様に、モバイルデバイスが、経路２１４に沿ってさらに継続するときに、ＷＷＡＮセル２０２からＷＬＡＮセル２０８への垂直ハンドオフが行われ、次に、ＷＬＡＮセル２０８からＷＬＡＮセル２１０へおよびＷＬＡＮセル２１０からＷＬＡＮセル２１２への従来技術の水平ハンドオフが行われる。最終垂直ハンドオフが、経路がＷＬＡＮセル２１２から出るときに行われる。ＷＬＡＮセル２１２からＷＷＡＮセル２０２への垂直ハンドオフが行われる。モバイルコンピューティングデバイス１０２は、示された向きでの移動を続ける場合に、ＷＷＡＮセル２０２から出る。ＷＷＡＮセル２０２に隣接するもう１つのＷＷＡＮセル（図示せず）がある場合に、ＷＷＡＮセル２０２から隣接するＷＷＡＮセルへの無線広域ネットワーク内での従来技術の水平ハンドオフが行われる。
無線ネットワークタイプ内のセルの間でのシームレスな自動的水平ハンドオフは、無線ネットワークセルの存在を無線ネットワークユーザにとって透過的にする。これは、望ましい特徴であり、従来技術で十分に研究されている。異なるタイプの無線ネットワークの間でのシームレスな自動的垂直ハンドオフは、同様に望ましいが、水平ハンドオフのシステムおよび方法を適用可能でない。例えば、同一の無線ネットワークタイプのセルの間の水平ハンドオフでは、２つの候補無線ネットワークセルアクセスポイントからのモバイルコンピューティングデバイスで受信される相対信号強度の比較が、一般に、ハンドオフ判断を行う処理の一部である、すなわち、一方の候補アクセスポイントが、モバイルコンピューティングデバイス１０２でかなり高い受信信号強度を引き起こしている場合に、そのアクセスポイントへの水平ハンドオフが開始される。この説明において、無線ネットワークセルへのハンドオフと、無線ネットワークセルにサービスを提供する無線ネットワークアクセスポイントへのハンドオフは、同等である。
無線ネットワークアクセスポイントからモバイルコンピューティングデバイスで受信される信号強度（「受信信号強度」）が、無線ネットワークタイプ内での水平ハンドオフを行うのに有用な比較である理由の１つは、無線ネットワークアクセスポイントが、単一の無線ネットワーキング標準規格に従うからである。しかし、無線ネットワークタイプの間の垂直ハンドオフでは、定義により、複数の無線ネットワーキング標準規格がある。無線ネットワークタイプの間の垂直ハンドオフでは、通常、異なる無線ネットワークタイプからの受信信号強度が、ハンドオフ判断を行うのに有用な比較であるという保証がない。ある無線ネットワークタイプでの受信信号強度の適当なレベルが、別の無線ネットワークタイプでは適当でない場合がある。本発明の実施形態では、無線ネットワークによって提供されるサービス品質に対応する判断基準が、垂直ハンドオフ判断を行うときに考慮される。図３および４は、この２つの問題の間の相違の一部を示すのを助ける図である。
図３に、モバイルコンピューティングデバイス１０２がある地理的距離を移動するときに、無線ネットワークタイプ内の２つの無線ネットワークアクセスポイント３０２および３０４からモバイルコンピューティングデバイス１０２で受信される信号強度のグラフを示す。このグラフの左側では、第１の無線ネットワークアクセスポイント３０２からモバイルコンピューティングデバイス１０２で受信される信号強度が、強く（すなわち、相対的に高く）、第２の無線ネットワークアクセスポイント３０４からモバイルコンピューティングデバイス１０２で受信される信号強度が、弱い（すなわち、相対的に低い）。このグラフの右側では、第２の無線ネットワークアクセスポイント３０４からの受信信号強度が強く、第１の無線ネットワークアクセスポイント３０２からの受信信号強度が弱い。
図３に示されたグラフの中央に、両方の無線ネットワークアクセスポイントからモバイルコンピューティングデバイス１０２で受信される信号強度が等しくなる点がある。この点は、一般に、水平ハンドオーバ意思決定処理の閾値３０６をマークする。閾値３０６の左側では、理論的に、無線ネットワークアクセスポイント３０２がモバイルコンピューティングデバイス１０２に無線ネットワークサービスを提供することが望ましい。閾値３０６の右側では、理論的に、無線ネットワークアクセスポイント３０４がモバイルコンピューティングデバイス１０２に無線ネットワークサービスを提供することが望ましい。複数の実用的な考慮事項が、水平ハンドオーバを開始する判断に寄与するが、これらは、当技術分野で周知であり、本明細書で詳述する必要はない。図３は、図４との対比を提供するために本明細書に含まれる。
図４に、モバイルコンピューティングデバイス１０２がある地理的距離を移動するときに、２つの異なるタイプの無線ネットワーク４０２および４０４によってモバイルコンピューティングデバイス１０２に提供される無線ネットワークサービスの品質を示す。無線ネットワーク４０２は、例えば、無線広域ネットワークを表すことができ、無線ネットワーク４０４は、同様に、無線ローカルエリアネットワークを表すことができる。このグラフの左側では、第１のタイプの無線ネットワーク４０２によってモバイルコンピューティングデバイス１０２に提供されるサービス品質が、相対的に高く、第２のタイプの無線ネットワーク４０４によってモバイルコンピューティングデバイス１０２に提供されるサービス品質が、相対的に低い。同一のことが、このグラフの右側の異なる地理的位置にあてはまる。このグラフの中央部分では、第２のタイプの無線ネットワーク４０４によって提供されるサービス品質が、劇的に高まり、その結果、第２のタイプの無線ネットワーク４０４が、第１のタイプの無線ネットワーク４０２より高いサービス品質を提供する。
図４のグラフには、両方の無線ネットワークタイプがモバイルコンピューティングデバイス１０２に同一のサービス品質を提供できる２つの点がある。理想的には、これら２つの点が、垂直ハンドオフ判断閾値４０６および４０８をマークする。左のハンドオフ閾値４０６の左側および右のハンドオフ閾値４０８の右側では、第１のタイプの無線ネットワーク４０２がモバイルコンピューティングデバイス１０２に無線ネットワークサービスを提供することが望ましい。この２つの閾値４０６および４０８の間では、第２のタイプの無線ネットワーク４０４がモバイルコンピューティングデバイス１０２に無線ネットワークサービスを提供することが望ましい。
本発明の実施形態には、少なくとも２つのタイプの自動垂直ハンドオフ判断があり、これには、低いサービス品質の無線ネットワーク（例えば、ＷＷＡＮ）から潜在的に高いサービス品質の無線ネットワーク（例えば、ＷＬＡＮ）に入るときの自動的判断と、潜在的に高いサービス品質のネットワークから低いサービス品質のネットワークに出るときの自動的判断が含まれる。潜在的に高いサービス品質の無線ネットワークに入る第１の事例では、ハンドオフの主な目標が、より高いサービス品質を実際に達成すること、例えば、モバイルコンピューティングデバイス１０２が使用可能な無線ネットワーク帯域幅が垂直ハンドオフ後にその前より実際に高いことである。本発明の実施形態では、この第１の事例の目標を達成することに、無線媒体内の残余通信帯域幅および無線媒体アクセス制御伝送遅延などの無線媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層サービス品質属性をモバイルコンピューティングデバイス１０２が測定できるようにすることが含まれる。
潜在的により高いサービス品質の無線ネットワークから出る第２の事例では、少なくとも２つの競合する目標すなわち、より高いサービス品質の無線ネットワークがもはやサービスを提供できなくなる前にハンドオフするが、その無線ネットワークが実際により高いサービス品質を提供できる間は潜在的により高いサービス品質の無線ネットワークに留まることが含まれる。サービス品質の漸進的減少とは対照的に、現代のデジタル無線ネットワークは、通常、サービス品質がだしぬけに低下するセル境界に近付くまで、無線ネットワークセルカバレッジエリア全体を通じて比較的高いサービス品質を維持することができる。本発明の実施形態では、この第２の事例の目標の達成に、モバイルコンピューティングデバイス１０２に現在サービスを提供している無線ネットワークアクセスポイントから受信された信号強度の動的ヒストリから、すなわち、直接比較のために候補無線ネットワークの受信信号強度を同時に参照することの利益なしで、モバイルコンピューティングデバイス１０２が接近する無線ネットワークセル境界を検出できるようにすることが含まれる。
不必要な垂直ハンドオフは、例えば潜在的により高いサービス品質の無線ネットワークに入ることがサービス品質の期待される向上をもたらさないので、または例えばより高いサービス品質の無線ネットワークから出るのが早すぎ、より高いサービス品質の無線ネットワークに戻る判断が素早く行われるので、モバイルコンピューティングデバイス１０２に提供される無線ネットワークサービスの品質の向上をもたらさない自動垂直ハンドオフである。各垂直ハンドオフは、一般に、ある通信プロトコルオーバーヘッドを有し、その結果、本発明の実施形態で、高い割合の不必要な垂直ハンドオフが、モバイルコンピューティングデバイス１０２に提供される無線ネットワークサービスの全体的な品質に悪影響を及ぼす。上で説明した２タイプの垂直ハンドオフ判断すなわち、潜在的により高いサービス品質の無線ネットワークに入るときの判断および潜在的により高いサービス品質の無線ネットワークから出るときの判断が、その個々の目標を達成することに加えて、連繋して働いて、不必要な垂直ハンドオフの割合を減らすことが重要である。
１つの無線ネットワークセルが、複数のモバイルコンピューティングデバイスに同時に無線ネットワークサービスを提供することが一般的である。通常、特定のタイプの無線ネットワークが、使用可能な無線スペクトルのある部分を割り当てられ、割り当てられたスペクトルをそのユーザの間で共有する方式を有する。一般的な方式は、割り当てられたスペクトルを１つまたは複数の通信チャネルに分割することであり、その基本的な特性は、１つの送信側および１つの受信側だけが、特定の期間中に通信するために特定の通信チャネルを使用できることである。
この説明において、２つのタイプのチャネル割り当て方式すなわち、専用と共有を区別することで十分である。一部のタイプの無線ネットワーク、例えばＧＰＲＳ標準規格に従う無線ネットワークは、１つまたは複数のチャネルを無線ネットワークセル内の各モバイルコンピューティングデバイス専用にする。この方式の不利益には、各チャネルが、通常、比較的低い通信帯域幅を有することと、一般にコスト効率が悪いことが含まれる。この方式の利益に、帯域幅および伝送遅延などのサービス品質特性が、一般に、前もって予測可能であり、使用中に比較的一定であることが含まれる。
他のタイプの無線ネットワーク、例えばＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ標準規格に従う無線ネットワークは、複数のモバイルコンピューティングデバイスの間で各通信チャネルの帯域幅を共有する。この方式の利益に、各チャネルが、通常、比較的高い通信帯域幅を有することと、一般にコスト効率が良いことが含まれる。この方式の不利益に、帯域幅および伝送遅延などのサービス品質特性が、一般に、前もって予測可能でなく、通常、通信セッション中に、特に通信チャネルを共有しようとするモバイルコンピューティングデバイスの台数が変化する場合に変動することが含まれる。さらに、いくつかのさらなる方式が、共有チャネルでの送信衝突（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ）すなわち、２つのモバイルコンピューティングデバイスが同時に同一チャネルで送信することを避けるために望ましい。送信衝突は、通常、かかわる送信側のどれもが成功裡にデータを送信できないことをもたらす。
一般的な衝突回避方式は、無線ネットワーク通信プロトコルの無線媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層の一部として、送信側が、まず通信チャネル上で送信に要する時間をアドバタイズすることを提供することである。その通信チャネルを共有する他の送信側は、この時間中の送信を避ける。例えば、送信要求（ＲＴＳ）プロトコルメッセージの一部として送信されるネットワークアロケーションベクトル（ＮＡＶ）が、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ標準規格に従う無線ネットワークでのアドバタイズされた送信時間である。
本発明の実施形態では、総観察時間に対する観察期間中にアドバタイズされた送信時間の累計の比が、通信チャネルを共有し、衝突回避方式の一部としてアドバタイズされた送信時間を使用する無線ネットワークの無線ネットワークサービス品質尺度として働く。例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ標準規格に従う無線ネットワークでは、本発明の実施形態によるモバイルコンピューティングデバイスが、ある期間（例えば、２秒）の間にそのネットワークインターフェースによって維持されるネットワークアロケーションベクトル（ＮＡＶ）を監視する。ネットワークアロケーションベクトル占有（ＮＡＶＯ）が、監視期間中の時間の総量に対する、監視中に無線ネットワークがビジーであることをネットワークアロケーションベクトルが示した時間の量の比として計算される。用語「ネットワークアロケーションベクトル占有」は、「総観察時間に対する、観察期間中のアドバタイズされた送信時間の累計の比」の略記法として使用されている。
本発明の実施形態では、計算されたネットワークアロケーションベクトル占有が、無線ネットワークによって提供されるサービス品質の尺度として直接に働く。ネットワークアロケーションベクトル占有が、無線ネットワークによって提供されるサービス品質の有用な尺度である理由の１つは、これが、無線ネットワークユーザ数およびデータトラフィックパターン（例えば、定常対「バースト的」）に対して比較的影響を受けないことである。本発明の好ましい実施形態では、ネットワークアロケーションベクトル占有が、さらに、無線媒体の残余通信帯域幅および無線媒体アクセス制御伝送遅延などのより伝統的なサービス品質尺度にマッピングされる。ネットワークアロケーションベクトル占有の特定の無線ネットワークサービス品質尺度すなわち、無線ネットワークの残余帯域幅へのマッピングの例を続ける。当業者に明白なように、そのようなマッピング技法は、他の無線ネットワークサービス品質尺度に適用可能である。
図５は、無線ネットワークの測定されたネットワークアロケーションベクトル占有と推定された残余帯域幅の間の関係を示すグラフである。このグラフの水平軸は、測定されたネットワークアロケーションベクトル占有である。このグラフの垂直軸は、推定残余帯域幅である。低いネットワークアロケーションベクトル占有は、高い推定残余帯域幅に対応する。高いネットワークアロケーションベクトル占有は、低い推定残余帯域幅に対応する。ゼロの推定残余帯域幅値に対応する高いネットワークアロケーションベクトル占有値ＮＡＶＯＢＷ＝０（例えば、６５％）がある。
本発明の実施形態では、無線ネットワークの推定残余帯域幅が、ネットワークアロケーションベクトル占有の線形関数、例えば、ＢＷ＝ＢＷｍａｘ−ｆ＊ＮＡＶＯとして計算され、ここで、ＢＷは、無線ネットワークの推定残余帯域幅、ＢＷｍａｘは、最大推定残余帯域幅（例えば、０％ネットワークアロケーションベクトル占有で３．３Ｍｂｐｓ）、ｆは、ネットワークアロケーションベクトル占有から推定残余帯域幅へのマッピング係数（例えば、ネットワークアロケーションベクトル占有の１０％増加での０．５Ｍｂｐｓ低下に対応する５）、ＮＡＶＯは、測定されたネットワークアロケーションベクトル占有である。与えられた例の値は、特定の平均データパケットサイズおよび無線ネットワークタイプ、例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂプロトコルの送信要求（ＲＴＳ）態様をイネーブルされたＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ無線ネットワーク標準規格に従う無線ネットワークでの１０００バイトパケットサイズについて有効である。
本発明の代替実施形態で、ネットワークアロケーションベクトル占有から推定残余帯域幅へのマッピングは、ルックアップテーブルを用いて達成される。下のテーブルに、そのようなルックアップテーブルの一部の例を示す。下に示されたルックアップテーブルでは、一番上の行に、ネットワークアロケーションベクトル占有の値がリストされ、左端の列に、平均データパケット伝送サイズの値がリストされ、テーブルの本体に、対応する推定残余帯域幅値が示されている。例えば、１０００バイトの平均データパケット伝送サイズおよび５０％の測定されたネットワークアロケーションベクトル占有に関して、無線ネットワークの推定残余帯域幅は、０．８Ｍｂｐｓである。
Figure 0004402689
そのようなルックアップテーブルの値および／または線形マッピング関数のパラメータは、特定の無線ネットワークタイプについて、適当なテスト無線ネットワークまたは無線ネットワークシミュレータで既知のレベルの残余帯域幅を生成し、その後、各レベルで観察された／シミュレートされたネットワークアロケーションベクトル占有を記録することによって入手することができる。そのような技法は、当技術分野で周知であり、本明細書に詳述に含める必要はない。
ネットワークアロケーションベクトル占有を計算できない無線ネットワーク、例えば、ネットワークアロケーションベクトルが使用不能な無線ネットワークでは、代替のサービス品質尺度が必要である。データをパケットで伝送する無線ネットワークの通信プロトコルに共通する態様が、肯定応答の提供である。肯定応答提供は、データパケットの受信側が、受信した各データパケットの肯定応答を送信できることを提供する。肯定応答提供を活用するときに、送信側は、肯定応答されないパケットが、失われ（すなわち、所期の宛先で受信されず）、再送信されなければならないと仮定する。送信衝突は、アドバタイズされた送信時間などの衝突回避機構がない無線ネットワークでのパケット消失の共通の原因である。
本発明の実施形態では、データパケット衝突確率（ＰＣＰ）も、無線ネットワークサービス品質尺度として働く。本発明の実施形態では、データパケット衝突確率が、次のように計算される。モバイルコンピューティングデバイス１０２が、既知の期間（例えば、１秒）の間に、既知の速度（例えば、毎秒１００個）で既知のサイズ（例えば、１０００バイト）のプロービングデータパケットを送信する。データパケット衝突確率は、送信されたプロービングデータパケットの総数に対する肯定応答されなかったプロービングデータパケットの個数の比として計算される。
例えば、モバイルコンピューティングデバイス１０２が、無線ＮＤＩＳ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｔａｎｄａｒｄ）に従うネットワークインターフェースを使用して、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ標準規格に従う無線ネットワークアクセスポイントにプロービングデータパケットを送信する場合に、データパケット衝突確率は、ＮＤＩＳ統計Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ Ｆａｉｌｕｒｅ ＣｏｕｎｔおよびＴｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ Ｆｒａｇｍｅｎｔ Ｃｏｕｎｔの合計（すなわち、肯定応答されなかったプロービングデータパケットと肯定応答されたプロービングデータパケットを表す統計の合計）に対するＮＤＩＳ統計Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ Ｆａｉｌｕｒｅ Ｃｏｕｎｔ（すなわち、肯定応答されなかったプロービングデータパケットの個数を表す統計）の比として計算することができる。この例では、データパケット衝突確率が、送信側による送信時間のアドバタイズを提供する無線ネットワークであっても無線ネットワークサービス品質尺度として働くことができることも示されている。
図６は、無線ネットワークのデータパケット衝突確率と推定残余帯域幅の間の関係を示すグラフである。このグラフの水平軸は、測定されたデータパケット衝突確率である。このグラフの垂直軸は、推定残余帯域幅である。低いデータパケット衝突確率は、高い推定残余帯域幅に対応する。高いデータパケット衝突確率は、低い推定残余帯域幅に対応する。ゼロの推定残余帯域幅に対応する高いデータパケット衝突確率ＰＣＰＢＷ＝０（例えば、３０％）がある。データパケット衝突確率を他のサービス品質尺度にマッピングする、類似するグラフを構成することができる。
ネットワークアロケーションベクトル占有と同様に、本発明の実施形態では、データパケット衝突確率が、さらに、図６に示された例などのマッピング関係を使用して、より伝統的なサービス品質尺度にマッピングされる。線形マッピング関数は、データパケット衝突確率にはより適さないが、使用不能ではない。というのは、マッピング曲線のうちで垂直ハンドオフ判断を行うのに通常重要な部分が、低帯域幅部分すなわち直線に近い部分であるからである。当業者は、指数マッピング関数などの非線形マッピング関数をこの役割に使用できることを諒解するであろう。本発明の実施形態では、例えば推定残余帯域幅への、データパケット衝突確率からのマッピングが、ルックアップテーブルを用いて達成される。このルックアップテーブルには、ネットワークアロケーションベクトル占有に関するものに類似する形でデータが取り込まれる。
本発明の実施形態では、無線ネットワークサービス品質尺度は、高サービス品質無線ネットワークに入るときを自動的に判断するのに、モバイルコンピューティングデバイス１０２に有用である。高サービス品質無線ネットワークに入ったならば、本発明の実施形態で、モバイルコンピューティングデバイス１０２が近付く無線ネットワークセル境界を信頼性のある形で検出する能力が、より重要になる。
従来技術のシステムは、単純な閾値を使用して、無線ネットワークセル境界を検出した。モバイルコンピューティングデバイス１０２での受信信号強度が必ず滑らかに変化する場合に、単純な閾値がよく働くが、実際に、特に無線ネットワークセル境界の近くで、モバイルコンピューティングデバイス１０２での受信信号強度は、素早く大きく（例えば１０ｄＢ範囲全体にわたって）変化する可能性があり、その結果、単純な閾値は、しばしば、例えば受信信号強度の鋭い下向きのスパイクによって、早すぎる段階でトリガされる。モバイルコンピューティングデバイス１０２が、高サービス品質ネットワーク（例えば、ＷＬＡＮ）内にあり、単純な閾値を超えることが垂直ハンドオフをトリガする場合に、モバイルコンピューティングデバイス１０２は、早すぎる段階で高サービス品質無線ネットワークの利益を失う。垂直ハンドオフ判断アルゴリズムが、例えば受信信号強度が単純な閾値を超えて増えることによって高サービス品質無線ネットワークへ戻る垂直ハンドオフがトリガされるようになっている場合に、高い割合の不必要な垂直ハンドオフがもたらされる可能性がある。無線ネットワークユーザが経験する全体的なサービス品質を改善するのではなく、高い割合の垂直ハンドオフに関連するオーバーヘッドが、全体的なサービス品質の劣化をもたらす可能性がある。
図７に、経時的に素早く大きく変化する、モバイルコンピューティングデバイス１０２での受信信号強度を示す。図示の例では、モバイルコンピューティングデバイス１０２が、高サービス品質無線ネットワーク内で移動している。この無線ネットワークによって提供されるサービス品質は、比較的安定しており（変化する受信信号強度にかかわらず）、無線ネットワークユーザの観点からは、図示の期間中の垂直ハンドオフは、望ましくない。この受信信号強度は、単純な閾値Ｓｔｒａｄを複数回またいでいる。垂直ハンドオフのトリガに単純な閾値を使用する従来技術のシステムでは、垂直ハンドオフが、図示の期間の早期にトリガされる。受信信号強度が、単純な閾値Ｓｔｒａｄを超えて上昇するときに、従来技術のシステムは、高サービス品質無線ネットワークに戻る垂直ハンドオフの開始を決定する可能性がある。その場合に、多数の垂直ハンドオフが、なし（または、せいぜい少数）が望ましいのに、この期間中に単純な閾値Ｓｔｒａｄによってトリガされる。
本発明の実施形態では、無線ネットワークセル境界検出が、次のようにフーリエ変換に基づく方法を使用することによって、素早く大きく変化する受信信号強度が実際に減少している（すなわち、無線ネットワークセル境界が近付きつつある）ことを判定することによって機能強化される。最近の受信信号強度ヒストリ（例えば、過去４秒間）が、離散フーリエ変換、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を受ける。フーリエ変換およびその変形物は、当技術分野で周知であり、本明細書で詳述する必要はない。この変換の基本項は、実数部と虚数部を有する複素数である（すなわち、ａ＋ｉｂの形の数であり、ここで、ａは実数部、ｂは虚数部、ｉは−１の平方根である）。わかりやすくするために、基本項の虚数部の式を下に示す。
Figure 0004402689
 ここで、Ｘ１は、離散フーリエ変換の基本項を表し、Ｉｍ｛Ｘ１｝は、Ｘ１の虚数部を表し、ｘ（ｎ）は、受信信号強度ヒストリを表し、Ｎは、ヒストリの離散サンプルの個数である。本発明の実施形態では、基本項の虚数部が負であり、フーリエ領域閾値（例えば、−０．６）未満である場合に、受信信号強度が、減少しつつあると判定される。
図８Ａに、経時的に増加する受信信号強度を示す。例えば、これは、無線ネットワークセル内のモバイルコンピューティングデバイス１０２が、無線ネットワークセル境界から離れ、無線ネットワークセルの中心に向かって移動するときに発生する可能性がある。図８Ｂに、複素平面でプロットされた、図８Ａに示されたものなどの経時的に増加する受信信号強度のフーリエ変換の基本項Ｘ１を示す。水平軸は、複素数の実数部の大きさである。垂直軸は、複素数の虚数部の大きさである。この説明に役立つ実例では、基本項Ｘ１が、複素平面の象限に置かれ、基本項の実数部Ｒｅ｛Ｘ１｝および基本項の虚数部Ｉｍ｛Ｘ１｝の両方が、正である。
図８Ｃに、経時的に減少する受信信号強度を示す。例えば、これは、無線ネットワークセル内のモバイルコンピューティングデバイス１０２が、無線ネットワークセル境界に向かって移動するときに発生する可能性がある。図８Ｄに、複素平面でプロットされた、図８Ｃに示されたものなどの、経時的に減少する受信信号強度のフーリエ変換の基本項Ｘ１を示す。やはり、水平軸は、複素数の実数部の大きさであり、垂直軸は、複素数の虚数部の大きさである。この説明に役立つ実例では、基本項Ｘ１が、複素平面の象限に置かれ、基本項の実数部Ｒｅ｛Ｘ１｝が、正であるが、基本項の虚数部Ｉｍ｛Ｘ１｝が、負である。基本項の虚数部Ｉｍ｛Ｘ１｝が、フーリエ領域閾値（図示せず）未満である場合に、本発明の実施形態で、モバイルコンピューティングデバイス１０２は、受信信号強度が減少しつつあると判定する。
本発明の実施形態では、フーリエ変換に基づく方法は、無線ネットワークアクセスポイントから受信された信号強度が減少しつつあり、したがって、無線ネットワークアクセスポイントがモバイルコンピューティングデバイス１０２にサービスを提供できる最小信号強度（「最小動作信号強度」）すなわち無線ネットワークセル境界に潜在的に向かっているかどうかを判定するのにモバイルコンピューティングデバイス１０２によって使用される。各無線ネットワーキング標準規格は、通常、それを超えると無線ネットワークインターフェースが標準規格に従うために無線ネットワークサービスを提供できなければならない公称最小動作信号強度を指定している。しかし、現代のネットワークインターフェースハードウェアは、通常、無線ネットワーキング標準規格で指定されたものよりかなり低い信号強度レベル（例えば、１０ｄＢを超えて低い）で無線ネットワーキングサービスの提供を継続することができる。
本発明の実施形態では、高サービス品質無線ネットワークからの垂直ハンドオフを開始するときを判断する際の目標が、高サービス品質無線ネットワークがもやはサービスを提供できなくなる前に垂直ハンドオフを開始するが、そうでなく可能である限り高サービス品質無線ネットワークに留まることである。無線ネットワーク標準規格によって指定された公称最小動作信号強度が、その前に垂直ハンドオフを開始しなければならない受信信号強度閾値として使用される場合に、垂直ハンドオフが、早すぎ、まだサービスを提供できる場合であっても高サービス品質無線ネットワークの利益をモバイルコンピューティングデバイス１０２から奪う可能性がある。
本発明の実施形態では、特定のネットワークインターフェースの実際の最小動作信号強度が、次のように適応的に判定される。モバイルコンピューティングデバイス１０２のネットワークインターフェースで受信された信号強度を、周期的にサンプリングする。無線ネットワークが、例えば８０２．１１ｂ無線ネットワークの有効なＢＳＳＩＤ（ｂａｓｉｃ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｅｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）を維持することによって示されるように、ある期間（例えば、１秒）の間にサービスを提供できる場合に、その期間中の最大受信信号強度を、そのネットワークインターフェースについて構成された現在の最小動作信号強度と比較する。その期間中の最大受信信号強度が、ネットワークインターフェースについて構成された現在の最小動作信号強度より小さい場合に、ネットワークインターフェースの最小動作信号強度に、その期間中の最大受信信号強度をセットする。
図９に、モバイルコンピューティングデバイス１０２の特定のネットワークインターフェースで受信された信号強度を示す。無線ネットワークは、図９に示された期間全体を通じて、ネットワークインターフェースにサービスを提供することができる。第１サンプリング期間Ｔ１中に、最大受信信号強度ＲＳＳ１は、ネットワークインターフェースの構成された最小動作信号強度（図示せず）より小さい。ネットワークインターフェースの最小動作信号強度は、第１サンプリング期間Ｔ１の後に、最大受信信号強度ＲＳＳ１に変更される（すなわち、減らされる）。第２サンプリング期間Ｔ２中に、最大受信信号強度ＲＳＳ２が、やはり、ネットワークインターフェースの構成された最小動作信号強度より小さい。やはり、ネットワークインターフェースの最小動作信号強度に、より低い値ＲＳＳ２がセットされる。同一のことが、次の２つのサンプリング期間Ｔ３およびＴ４にもあてはまる。ネットワークインターフェースの最小動作信号強度に、これらの期間中に、最大受信信号強度、それぞれＲＳＳ３およびＲＳＳ４がセットされる。
さらに図９を参照すると、サンプリング期間Ｔ５中の最大受信信号強度ＲＳＳ５は、ネットワークインターフェースの構成された最小動作信号強度（すなわち、このときにはＲＳＳ４）より大きく、したがって、最小動作信号強度は、サンプリング期間Ｔ５の後に下げられない。サンプリング期間Ｔ６中に、最大受信信号強度ＲＳＳ６は、やはり、構成された最小動作信号強度より小さく、したがって、やはり、最小動作信号強度は、サンプリング期間Ｔ６中の最大受信信号強度ＲＳＳ６まで下げられる。この例では、ネットワークインターフェースの構成された最小動作信号強度が、複数回連続して下げられることが示されているが、本発明の実施形態では、これは、通常、最初の適応フェーズ中に、例えば、特定のネットワークインターフェースの最初の使用の後、または構成された最小動作信号強度の、無線ネットワーク標準規格の保守的なデフォルトへのリセットの後に、１回発生する。初期適応フェーズの後に、第５サンプリング期間について説明した状況が、より一般的であり、ネットワークインターフェースの構成された最小動作信号強度は、さらに下げられることはそれほど多くなく、フロアに素早く達する（例えば、３０秒以内に）。
本発明の実施形態では、単純な垂直ハンドオフ判断閾値として、適応的に構成された最小動作信号強度を使用することだけで、不必要な垂直ハンドオフの割合を大幅に減らすことができる。減少する受信信号強度を信頼できる形で検出するフーリエ変換に基づく方法と組み合わせると、垂直ハンドオフをトリガする従来技術の単純な閾値の方法と比較して、不必要な垂直ハンドオフの割合の１桁の削減が、めずらしくない。
図１０に、本発明の態様を組み込むのに適する、例のモバイルコンピューティングデバイスソフトウェアコンポーネントアーキテクチャを示す。この例のアーキテクチャには、第１無線ネットワークインターフェース１００２および第２無線ネットワークインターフェース１００４が含まれるが、本発明の態様を組み込むのに適するアーキテクチャに、３つ以上の無線ネットワークインターフェースを含めることができる。本発明の実施形態では、各無線ネットワークインターフェース１００２および１００４に、別々の無線ネットワークインターフェースハードウェア、例えばＷＬＡＮ ＰＣカードおよび別々のＷＷＡＮ ＰＣカードが関連する。代替実施形態では、各無線ネットワークインターフェース１００２および１００４に、単一の無線ネットワークインターフェースハードウェア、例えばモバイルコンピューティングデバイス１０２に一体化されたマルチモードＷＬＡＮ／ＷＷＡＮハードウェアが関連する。各無線ネットワークインターフェース１００２および１００４は、関連する無線ネットワークインターフェースハードウェアの特定の特徴へのアクセスを提供する。
各無線ネットワークインターフェース１００２および１００４は、共通のネットワークデバイスインターフェース１００８、例えば周知のＮＤＩＳ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｔａｎｄａｒｄ）に従う共通のネットワークデバイスインターフェースを介して、マルチネットワークマネージャ（ＭＮＭ）コンポーネント１００６によってアクセスされる。ネットワークデバイスインターフェース１００８は、特定の無線ネットワークインターフェースハードウェアの特徴を隠蔽し（すなわち、カプセル化し）、各無線ネットワークタイプの特徴への標準化された形でのアクセスを提供する。
本発明の実施形態では、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が、例えば無線ネットワーク可用性を監視し、受信信号強度および収集されたアドバタイズされた送信時間をサンプリングすることによって、ネットワークデバイスインターフェース１００８を介して各無線ネットワークインターフェース１００２および１００４を継続的に監視する。本発明の実施形態では、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が、データをパケットで伝送する無線ネットワークでデータパケット衝突確率を測定するために、プロービングデータパケットの送信を開始する。本発明の実施形態では、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が、さらに、収集した無線ネットワーク統計を処理し、周期的におよび要求時に、これらをポリシマネージャコンポーネント１０１０に供給する。
本発明の実施形態で、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６は、図１１に示された状態機械１１００などの状態機械をインスタンス化し、維持し、状態機械によって指示される無線ネットワーク通知（例えば、無線ネットワークセル境界が近付いていることを示す無線ネットワークアラーム）を生成し、その通知を、ポリシマネージャコンポーネント１０１０などの登録された無線ネットワーク通知サブスクライバにディスパッチする。本発明の実施形態では、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が、接近する高サービス品質無線ネットワークセル境界を検出し、高サービス品質無線ネットワークにできる限り留まりながら、無線ネットワークセル境界に達する前に垂直ハンドオフを開始する。
ポリシマネージャコンポーネント１０１０は、モバイルコンピューティングデバイスアプリケーション１０１２が１つまたは複数の無線ネットワーク垂直ローミングポリシを構成する能力を提供する。無線ネットワーク垂直ローミングポリシの例に、絶対に垂直ハンドオフを自動的に開始しない（すなわち、手動垂直ハンドオフのみ）、可能なときに必ず特定の無線ネットワークタイプにとどまる、最高のサービス品質（例えば、最高の残余帯域幅、最低のＭＡＣ層伝送遅延、最高のコスト効率、および／またはこれらの様々な重み付きの組合せ）を提供できる無線ネットワークに自動的にハンドオフする、および、例えば特定のタイプの物理（ＰＨＹ）層伝送セキュリティが必要など、特定のサービス品質属性が必要なときに必ず特定の無線ネットワークにハンドオフするが含まれる。
ポリシマネージャコンポーネント１０１０は、モバイルコンピューティングデバイス１０２がそれ用の無線ネットワークインターフェース１００２および１００４を有する各無線ネットワークのサービス品質統計および無線ネットワーク状況通知をマルチネットワークマネージャ１００６から受け取り、この情報を、構成された無線ネットワーク垂直ローミングポリシと一貫する無線ネットワーク垂直ハンドオフ判断を行う際に利用する。例えば、構成されたポリシが、最高のサービス品質を提供できる無線ネットワークに自動的にハンドオフすることであり、モバイルコンピューティングデバイス１０２ユーザ（図示せず）が、残余帯域幅だけに関するサービス品質を定義するためにモバイルコンピューティングデバイス１０２アプリケーション１０１２の１つを使用した場合に、ポリシマネージャコンポーネント１０１０は、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６によって提供される、最高の推定残余帯域幅を有する候補無線ネットワークへの垂直ハンドオフを開始する。
本発明の実施形態では、ポリシマネージャコンポーネント１０１０が、Ｈａｎｄｏｆｆ Ｎｏｗ（今ハンドオフする）コマンドをマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６に送ることによって、垂直ハンドオフを開始する。本発明の実施形態では、ポリシマネージャコンポーネント１０１０が、ある場合、例えばＷＬＡＮセル境界が検出されたときに、垂直ハンドオフを自動的に実行するようにマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６を構成する。
集合的に、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６およびポリシマネージャコンポーネントを、垂直ローミングマネージャ１０１４または接続マネージャ１０１４と称する。モバイルコンピューティングデバイス１０２アプリケーション１０１２は、そのコンポーネント１００６および１０１０のそれぞれと直接にではなく、垂直ローミングマネージャ１０１４と通信する。例えば、本発明の実施形態では、モバイルコンピューティングデバイス１０２アプリケーション１０１２の１つが、Ｈａｎｄｏｆｆ Ｎｏｗコマンドを垂直ローミングマネージャ１０１４に送ることによって、手動垂直ハンドオフを開始する。本発明の実施形態では、垂直ローミングマネージャ１０１４は、まず、コマンドをポリシマネージャ１０１０に渡して、それが構成された無線ネットワーク垂直ローミングポリシと一貫することを保証する。代替実施形態では、垂直ローミングマネージャ１０１４は、コマンドを、実行のためにマルチネットワークマネージャ１００６に直接に渡す。
下の表に、本発明の実施形態で、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が可能な動作の特定の組の例を示す。この表には、各動作の名前、動作を実行するための例の属性、および動作が実行された後に動作要求に応答して送られる例の属性がリストされている。
Figure 0004402689
上の表の例の動作を参照すると、これらの動作のそれぞれは、本発明の実施形態に単独でまたは組み合わせて組み込むことができるが、Ｈａｎｄｏｆｆ Ｎｏｗ動作は、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６に、指定された無線ネットワークへの垂直ハンドオフを開始させる。Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ Ａｃｔｉｖｅ ＭＡＣ Ｓｅｎｓｅ（アクティブＭＡＣセンス構成）動作は、前に説明した、指定された無線ネットワークの残余帯域幅を推定するためにデータパケット衝突確率を使用するか否かを指定する。Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌａｒｍ Ｍａｒｇｉｎ（ネットワークアラームマージン構成）動作は、受信信号強度が減少していると判定された場合に、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が、無線ネットワークセル境界が近付いていると実際に判定し、ポリシマネージャコンポーネント１０１０にネットワークアラーム通知を生成する、実際の最小動作信号強度を超える受信信号強度マージン（例えば、６ｄＢ）を指定する。無線ネットワークアラームマージンおよびアラーム生成全般を、下で詳細に述べる。
上の表の例の動作をまだ参照すると、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ Ｆｏｒ Ｎｏｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ（通知について登録）動作は、ポリシマネージャ１０１０などの関心を持つコンポーネントが、ネットワークアラーム通知などの通知について登録できるようにする。本発明の実施形態でマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が生成する通知の例として、下の通知テーブルを参照されたい。Ｓｕｐｐｒｅｓｓ Ａｌａｒｍｓ（アラーム抑止）動作は、通知を受けるために登録されたコンポーネントが、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６からのネットワークアラームを一時的に抑止することを可能にする。Ｇｅｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｌｉｓｔ動作は、モバイルコンピューティングデバイス１０２に組み込まれた無線ネットワークインターフェースのリストが要求元に送られることをもたらす照会動作である。Ｇｅｔ ＭＮＭ Ｓｔａｔｅ（ＭＮＭ状態取得）動作は、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６の現在の状態、例えば図１１に示された状態の１つが要求元に送られることをもたらす照会動作である。
下の表に、本発明の実施形態でマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が各登録されたコンポーネントに送る通知の特定の組の例を示す。このテーブルには、各通知の名前および通知と共に送られる属性がリストされている。
Figure 0004402689
本発明の実施形態では、Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｖａｉｌａｂｌｅ（使用可能ネットワーク）通知は、前に使用不能であった無線ネットワークが使用可能になったとき、例えば、有効なＢＳＳＩＤ（ｂａｓｉｃ ｓｅｒｖｉｃｅ ｓｅｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）がＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ標準規格に従う無線ネットワークで入手されたときに、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６によって生成される。本発明の実施形態では、Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌａｒｍ（ネットワークアラーム）通知は、無線ネットワークがすぐに使用不能になる可能性が高いとき、例えば、モバイルコンピューティングデバイス１０２での受信信号強度が、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６によって減少していると判定され、受信信号強度が、関連する無線ネットワークインターフェースの実際の最小動作信号強度のマージン（例えば、６ｄＢ）内であるときに、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６によって生成される。本発明の実施形態では、Ｎｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ（サービスなし）通知は、前に使用可能であった無線ネットワークが使用不能になったすなわち、もはや無線ネットワークサービスを提供できないときに、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６によって生成される。
図１１に、本発明の実施形態でマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６（図１０の）によってインスタンス化される例の状態機械１１００を示す。例の状態機械がそれのために生成されたモバイルコンピューティングデバイス１０２に、２つの無線インターフェースすなわち、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）インターフェースおよび無線広域ネットワーク（ＷＷＡＮ）インターフェースが組み込まれている。この例では、無線ローカルエリアネットワークが、無線広域ネットワークより潜在的に高いサービス品質を提供するが、無線ローカルエリアネットワークセルサイズは、無線広域ネットワークセルサイズよりはるかに小さい（例えば、図２が、この例と調和した図である）。ポリシマネージャコンポーネント１０１０（図１０の）は、可能なときには必ず無線ネットワークサービスを入手し、最高のサービス品質を提供する無線ネットワークへの垂直ハンドオフを自動的にトリガするようにポリシマネージャコンポーネント１０１０に指示する垂直ハンドオフポリシを用いて構成されている。
サービスなし状態１１０２では、無線ネットワークサービスが、どちらの無線ネットワークインターフェースからも使用可能でない。無線ネットワークサービスが、ＷＷＡＮインターフェースから初めて使用可能になった場合に、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６は、Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｖａｉｌａｂｌｅ通知をポリシマネージャコンポーネント１０１０に送り、無線広域ネットワークが使用可能になったことと、その無線広域ネットワークのサービス品質統計を通知する。ポリシマネージャコンポーネント１０１０のポリシの１つが、可能なときにいつでも無線ネットワークサービスを入手するように指示し、したがって、ポリシマネージャコンポーネント１０１０は、Ｈａｎｄｏｆｆ Ｎｏｗコマンドをマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６に送って、無線広域ネットワークへの進入を開始する。マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６は、無線広域ネットワーク接続のセットアップを管理し（従来技術の技法を使用して）、接続が確立されたならば、状態機械は、ＷＷＡＮ安定状態１１０４に推移する。
同様に、無線ネットワークサービスが、ＷＬＡＮインターフェースから初めて使用可能になった場合に、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６は、Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｖａｉｌａｂｌｅ通知をポリシマネージャコンポーネント１０１０に送り、ＷＬＡＮが使用可能になったことと、その無線ローカルエリアネットワークのサービス品質統計を通知する。ポリシマネージャコンポーネント１０１０は、Ｈａｎｄｏｆｆ Ｎｏｗコマンドをマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６に送って、ＷＬＡＮへの進入を開始する。マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６は、ＷＬＡＮ接続のセットアップを管理し（従来技術の技法を使用して）、接続が確立されたならば、状態機械は、ＷＬＡＮ安定状態１１０６に推移する。
無線ネットワークサービスが、ＷＷＡＮインターフェースとＷＬＡＮインターフェースの両方から同時に使用可能になった場合には、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６は、２つのＮｅｔｗｏｒｋ Ａｖａｉｌａｂｌｅ通知をポリシマネージャコンポーネント１０１０に送り、ＷＷＡＮとＷＬＡＮの両方が使用可能になったことと、無線ネットワークのそれぞれのサービス品質統計を通知する。ポリシマネージャコンポーネント１０１０の構成されたポリシの１つが、最高のサービス品質を提供する無線ネットワークを自動的に選択するようにポリシマネージャコンポーネント１０１０に指示する。マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６によって供給されたサービス品質統計を比較することによって、ポリシマネージャコンポーネント１０１０は、現在最高のサービス品質を提供している無線ネットワークを判定し、その無線ネットワークへの進入を開始することができる。
ＷＷＡＮ安定状態１１０４では、無線ネットワークサービスが、無線広域ネットワークから使用可能である。このサービスが使用不能になった場合に、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６は、Ｎｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ通知をポリシマネージャコンポーネント１０１０に送り、ＷＷＡＮが使用不能になったことを通知し、状態機械は、サービスなし状態１１０２に推移する。しかし、使用可能なＷＷＡＮの他に、ＷＬＡＮが使用可能になる場合に、状態機械は、ＷＬＡＮ使用可能状態１１０８に推移する。
ＷＬＡＮ使用可能状態１１０８では、無線ネットワークサービスが、無線広域ネットワークと無線ローカルエリアネットワークの両方から使用可能であるが、無線広域ネットワークが、現在の無線ネットワークサービスプロバイダである。この状態にある間に、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６は、周期的に（例えば、１０秒ごとに）Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｖａｉｌａｂｌｅ通知をポリシマネージャコンポーネント１０１０に送り、ＷＬＡＮが使用可能であることと、無線ローカルエリアネットワークの現在のサービス品質統計を通知する。ポリシマネージャコンポーネント１０１０が、ＷＬＡＮがより高品質の無線ネットワークサービスを提供する、例えば、ＷＬＡＮの推定残余帯域幅がＷＷＡＮで現在経験されている通信帯域幅より広いと判定する場合に、ポリシマネージャコンポーネント１０１０は、Ｈａｎｄｏｆｆ Ｎｏｗコマンドをマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６に送って、ＷＬＡＮへの進入を開始する。マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６は、ＷＬＡＮ接続のセットアップを管理し、ＷＬＡＮは、好ましい無線ネットワークサービスプロバイダになり（すなわち、ＷＷＡＮからＷＬＡＮへの垂直ハンドオフが行われ）、状態機械は、ＷＬＡＮ安定状態１１０６に推移する。その代わりに、ＷＬＡＮが使用不能になった場合に、状態機械は、ＷＷＡＮ安定状態１１０４に推移する。
ＷＬＡＮ安定状態１１０６では、無線ネットワークサービスが、ＷＬＡＮから使用可能である。無線ネットワークサービスは、ＷＷＡＮからも使用可能である場合がある。マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が、ＷＬＡＮ周辺セル境界（すなわち、従来技術の水平ハンドオフによって処理されないＷＬＡＮセル境界）が近付いていることを検出した場合に、状態機械は、ＷＬＡＮアラーム状態１１１０に推移する。
ＷＬＡＮアラーム状態１１１０では、無線ネットワークサービスが、現在はＷＬＡＮから使用可能であるが、ＷＬＡＮインターフェースを組み込んだモバイルコンピューティングデバイス１０２がＷＬＡＮ周辺セル境界に近付いているすなわち、ＷＬＡＮがすぐに無線ネットワークサービスを提供できなくなる可能性が高いとマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が判定している。無線ネットワークサービスは、ＷＷＡＮからも使用可能である場合がある。この状態では、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６は、周期的に（例えば、毎秒１０回）Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌａｒｍ通知をポリシマネージャコンポーネント１０１０に送り、ＷＬＡＮが使用不能になる可能性が高いことと、無線ローカルエリアネットワークの現在のサービス品質統計を通知する。ポリシマネージャコンポーネント１０１０は、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６にＳｕｐｐｒｅｓｓ Ａｌａｒｍｓコマンドを送ることによって、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６からのＮｅｔｗｏｒｋ Ａｌａｒｍ通知を一時的に抑止することができる。当業者は、通知サブスクライバによってマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６に登録されたコールバック関数によるなど、代替機能を使用して、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６によって通知を送ることができることを諒解するであろう。
ＷＬＡＮインターフェースを組み込んだモバイルコンピューティングデバイス１０２がもはやＷＬＡＮ周辺セル境界に近付いていないとマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が判定する場合すなわち、モバイルコンピューティングデバイス１０２がＷＬＡＮ周辺セル境界に近付いているとマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６に判定させた条件がもはや成り立たない場合に、状態機械は、ＷＬＡＮ安定状態１１０６に推移する。ＷＬＡＮ周辺セル境界に達した、例えば、ＷＬＡＮインターフェースで受信された信号強度が、そのＷＬＡＮインターフェースの適応的に決定された最小動作信号強度まで下がったとマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が判定する場合に、本発明の実施形態では、無線ネットワークサービスがＷＷＡＮから使用可能であれば、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００は、ＷＷＡＮへの垂直ハンドオフを自動的に開始する。ハンドオフが完了したならば、状態機械は、ＷＷＡＮ安定状態１１０４に推移する。しかし、無線ネットワークサービスが、ＷＷＡＮから使用可能でなく、ＷＬＡＮ周辺セル境界をまたいだ場合に、無線ネットワークサービスは、どちらの無線ネットワークインターフェースからも使用可能でなく、状態機械は、サービスなし状態１１０２に推移する。
図１２に、本発明の実施形態による、無線ローカルエリアネットワークから無線広域ネットワークへの垂直ハンドオフを開始する判断を自動的に行うときにマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６（図１０の）によって使用される例のプロシージャを示す。このプロシージャの最初のステップは、待機ステップ１２０２である。待機ステップ１２０２は、無線ネットワーク測定の間の時間（例えば、０．１秒）を提供し、主に、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６がモバイルコンピューティングデバイス１０２の処理リソースに過負荷を与えないようにするために働く。待機ステップ１２０２から、このプロシージャは、閾値更新ステップ１２０４に進む。閾値更新ステップ１２０４は、各無線ネットワークインターフェースの実際の最小動作信号強度および関係する閾値を適応的に調整する。閾値更新ステップ１２０４を、下で図１３を参照して詳細に説明する。閾値更新ステップ１２０４に続いて、このプロシージャは、第１判断ステップ１２０６に進む。
第１判断ステップ１２０６では、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が、ＷＬＡＮ周辺セル境界が近付いているかどうか、すなわち、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６がＷＬＡＮ安定状態１１０６（図１１）に留まらなければならないかどうかを判定する。マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６がＷＬＡＮ安定状態１１０６に留まらなければならないと判定された場合に、このプロシージャは、待機ステップ１２０２に戻る。ＷＬＡＮ周辺セル境界が近付いていると判定された場合に、このプロシージャは、ＷＬＡＮアラームステップ１２０８に進む。第１判断ステップ１２０６を、下で図１４および図１５を参照して詳細に説明する。
ＷＬＡＮアラームステップ１２０８（図１１のＷＬＡＮアラーム状態１１１０に対応する）では、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が、ポリシマネージャ１０１０（図１０の）などの登録されたサブスクライバにＮｅｔｗｏｒｋ Ａｌａｒｍ通知を送る。ＷＬＡＮアラームステップ１２０８の次に、このプロシージャは、第２判断ステップ１２１０に進む。第２判断ステップ１２１０では、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が、ＷＬＡＮからＷＷＡＮへの垂直ハンドオフを自動的に開始しなければならないかどうかを判定する。マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が、垂直ハンドオフを自動的に開始してはならないと判定した場合に、このプロシージャは、待機ステップ１２０２に戻る。マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６が、垂直ハンドオフを自動的に開始しなければならないと判定した場合に、このプロシージャは、ＷＷＡＮへのハンドオフステップ１２１２に進む。第２判断ステップ１２１０を、下で図１６を参照して詳細に説明する。ＷＷＡＮへのハンドオフステップ１２１２で、ＷＬＡＮからＷＷＡＮへの垂直ハンドオフを開始する。成功裡の垂直ハンドオフは、図１１のＷＬＡＮアラーム状態１１１０からＷＷＡＮ安定状態１１０４への推移に対応する。
図１３に、図１２の閾値更新ステップ１２０４を詳細に示す。待機ステップ１２０２（図１２の）に続いて、このプロシージャは、信号サンプリングステップ１３０２に進む。信号サンプリングステップ１３０２では、モバイルコンピューティングデバイス１０２に組み込まれた各無線ネットワークインターフェースで受信された信号強度をサンプリングする。待機ステップ１２０２（図１２の）の長さが、サンプリングがどれほど頻繁に行われるかを決定する。信号サンプリングステップ１３０２に続いて、このプロシージャは、第１判断ステップ１３０４に進む。第１判断ステップ１３０４では、閾値更新に十分なデータ、例えば１秒分のデータが収集されたかどうかを判定する。これは、図９の期間分割に対応する。十分なデータがまだ収集されていない場合に、このプロシージャは、閾値更新ステップ１２０４を終了する。十分なデータが収集されている場合に、このプロシージャは、Ｓｍａｘ判定ステップ１３０６に進む。
Ｓｍａｘ判定ステップ１３０６では、サンプリング期間中の最大受信信号強度（Ｓｍａｘ）を、無線ネットワークインターフェースごとに判定する。次に、このプロシージャは、第２判定ステップ１３０８に進む。第２判定ステップ１３０８では、無線ネットワークインターフェースごとに、Ｓｍａｘを、その無線ネットワークインターフェースについて構成された現在の最小動作信号強度（Ｓ２）と比較する。無線ネットワークインターフェースのいずれかで、サンプリング期間中の最大受信信号強度Ｓｍａｘが、その無線ネットワークインターフェースについて構成された現在の最小動作信号強度Ｓ２未満であり、その無線ネットワークインターフェースが、無線ネットワークサービスを提供できる（例えば、図１０のネットワークデバイスインターフェース１００８によって示されるように）場合に、Ｓ２を下げることができ、このプロシージャは、ステップ１３１０に進む。そうでない場合に、このプロシージャは、閾値更新ステップ１２０４を終了する。
ステップ１３１０で、ＳｍａｘがＳ２未満である無線ネットワークインターフェースごとに、その無線ネットワークインターフェースについて構成された最小動作信号強度Ｓ２に、サンプリング期間中の最大受信信号強度Ｓｍａｘをセットする。次に、このプロシージャはステップ１３１２に進む。ステップ１３１２では、ステップ１３１０で変更された無線ネットワークインターフェースごとに、もう１つの垂直ハンドオフ閾値すなわち、無線ネットワークアラーム閾値（Ｓ１）に、無線ネットワークインターフェースの新しい最小動作信号強度と構成可能な信号強度マージンΔの合計をセットする。本発明の実施形態では、無線ネットワークアラーム閾値Ｓ１は、下で説明するように、ＷＬＡＮ周辺セル境界に近付いているかどうかを判定するために、このプロシージャの一部として使用される。本発明の実施形態では、信号強度マージンΔは、マルチネットワークマネージャコンポーネント１００６のＣｏｎｆｉｇｕｒｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌａｒｍ Ｍａｒｇｉｎ動作を用いて構成される。ステップ１３１２が完了したならば、このプロシージャは、図１２の第１判断ステップ１２０６に進む。
図１４に、図１２の第１判断ステップ１２０６を詳細に示す。閾値更新ステップ１２０４（図１２の）に続いて、このプロシージャは、セル境界検出トリガテスト１４０２に進む。テストステップ１４０２では、各無線ネットワークインターフェースの最新の受信信号強度サンプル（図１３のステップ１３０２から）を、その無線ネットワークインターフェースの無線ネットワークアラーム閾値Ｓ１と比較する。受信信号強度サンプルが、アラーム閾値Ｓ１より大きい場合に、このプロシージャは、図１２の待機ステップ１２０２に戻る。受信信号強度サンプルが、アラーム閾値Ｓ１より小さい場合に、このプロシージャは、集中的サンプリングステップ１４０４に進む。集中的サンプリングステップ１４０４では、そのアラーム閾値Ｓ１を超えた各無線ネットワークインターフェースの受信信号強度を集中的に（例えば、毎秒１０回の割合で）サンプリングし、そのデータを、次の２つのテストで使用可能にする。
集中的サンプリングステップ１４０４に続いて、このプロシージャは、無線ネットワークアラーム閾値テスト１４０６に進む。無線ネットワークアラーム閾値テストでは、集中的にサンプリングされた無線ネットワークインターフェースごとに、集中的にサンプリングされた信号強度の平均値を判定する。集中的にサンプリングされた信号強度の平均値が、その無線ネットワークインターフェースのアラーム閾値Ｓ１未満の場合に、このプロシージャは、フーリエベース減少信号テスト１４０８に進む。そうでない場合に、このプロシージャは、図１２の待機ステップ１２０２に戻る。
フーリエベース減少信号テスト１４０８では、無線ネットワークアラーム閾値テスト１４０６に合格した無線ネットワークインターフェースごとに、集中的にサンプリングされた信号強度の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を判定する。高速フーリエ変換は、当技術分野で周知であり、本明細書で詳述する必要はない。フーリエ変換の基本項の虚数部が負であり、フーリエ領域閾値未満の場合に、無線ネットワークインターフェースでの受信信号強度が減少していると判定され、このプロシージャは、水平ハンドオフステップ１４１０に進む。そうでない場合に、このプロシージャは、図１２の待機ステップ１２０２に戻る。
水平ハンドオフステップ１４１０で、無線ネットワークインターフェースの１つでの受信信号強度が、その無線ネットワークインターフェースの無線ネットワークアラーム閾値Ｓ１未満であり、減少しつつある、すなわち、無線ネットワークセル境界が近付きつつあると判定されている。同一のタイプの隣接する無線ネットワークセルへの伝統的な水平ハンドオフが行われる可能性がある。水平ハンドオフステップ１４１０では、これがそうである可能性が高いか否かを判定する。水平ハンドオフが行われる可能性が高いと判定された場合に、このプロシージャは、図１２の待機ステップ１２０２に戻る。水平ハンドオフが行われる可能性が低いと判定された場合に、垂直ハンドオフが必要である可能性があり、このプロシージャは、アラーム抑止ステップ１４１２に進む。水平ハンドオフステップ１４１０を、下で図１５を参照して詳細に説明する。
アラーム抑止ステップ１４１２では、このステップ１４１２が、最後にどれほど最近に実行されたかに関する検査を行う。このステップが最近に（例えば、０．５秒前より最近に）実行された場合に、最近のＮｅｔｗｏｒｋ Ａｌａｒｍ通知が生成され、もう１つの通知はまだ生成される必要がない。このプロシージャは、図１２の待機ステップ１２０２に戻る。そうでない場合に、新しいＮｅｔｗｏｒｋ Ａｌａｒｍ通知が必要であり、このプロシージャは、図１２のＷＬＡＮアラームステップ１２０８に進み、Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌａｒｍ通知を生成する。
図１５に、図１４の水平ハンドオフステップ１４１０を詳細に示す。フーリエベース減少信号テスト１４０８（図１４の）に続いて、このプロシージャは、最近水平スキャンテスト１５０２に進む。本発明の実施形態では、無線ネットワーク内の可能な水平ハンドオフ候補無線ネットワークアクセスポイントからの、モバイルコンピューティングデバイス１０２の無線ネットワークインターフェースでの受信信号強度が、周期的にのみ、例えば１０秒に１回だけ、サンプリング（スキャン）される。最近水平スキャンテストステップ１５０２では、最近（例えば、少なくとも最後の０．５秒以内に）アクセスポイントスキャンが行われたかどうかを判定する（例えば、図１０の共通ネットワークデバイスインターフェース１００８に照会することによって）。最近スキャンが行われた場合に、このプロシージャは、強アクセスポイントテスト１５０４に直接に進む。そうでない場合に、このプロシージャは、まず、ステップ１５０６に進まなければならず、そこで、そのようなスキャンサイクルを開始する。水平ハンドオフ候補アクセスポイントの最近のデータを入手したならば、このプロシージャは、強アクセスポイントテスト１５０４に進む。
強アクセスポイントテスト１５０４では、各水平ハンドオフ候補からの無線ネットワークインターフェースでの受信信号強度を、その無線ネットワークインターフェースの構成された最小動作信号強度Ｓ２と比較する。候補アクセスポイントのどれもが、最小動作信号強度Ｓ２を超える受信信号強度を引き起こしていない場合には、水平ハンドオフの可能性が低いと判定され、このプロシージャは、可能な垂直ハンドオフに進む。そうでない場合には、水平ハンドオフの可能性が高いと判定され、このプロシージャは、図１２の待機ステップ１２０２に戻る。
図１６に、図１２の第２判断ステップ１２１０を詳細に示す。ＷＬＡＮアラームステップ１２０８（図１２の）に続いて、このプロシージャは、自動ハンドオフライセンス検査１６０２に進む。本発明の実施形態では、このプロシージャは、図１０のマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６によって実行される。本発明の実施形態では、やはり図１０のポリシマネージャコンポーネント１０１０が、無線ネットワークセル境界に達した場合に自動垂直ハンドオフを実行するようにマルチネットワークマネージャコンポーネント１００６を構成する。この実施形態では、自動ハンドオフライセンス検査１６０２に合格し、このプロシージャは、自動垂直ハンドオフ待機ステップ１６０４に進む。本発明の代替実施形態では、無線ネットワークセル境界に達した場合であっても、ポリシマネージャコンポーネント１０１０が、垂直ハンドオフ判断を行う。この実施形態では、自動ハンドオフライセンス検査１６０２に合格せず、このプロシージャは、図１２の待機ステップ１２０２に戻る。
自動垂直ハンドオフ待機ステップ１６０４は、図１２の待機ステップ１２０２と同一の目的のために働くが、このプロシージャは、差し迫った垂直ハンドオフに厳しく焦点を合わせたものである。ステップ１６０４の待機時間（例えば、０．１秒）が経過した後に、このプロシージャは、ステップ１６０６に進み、無線ネットワークセル境界に達した無線ネットワークインターフェースでの受信信号強度をサンプリングする。次に、このプロシージャは、逆無線ネットワークアラーム閾値テスト１６０８に進む。ステップ１６０８では、サンプリングされた受信信号強度を、その無線ネットワークインターフェースについて構成された無線ネットワークアラーム閾値Ｓ１と比較する。サンプリングされた受信信号強度が、無線ネットワークアラーム閾値Ｓ１より大きい場合に、差し迫った垂直ハンドオフが、打ち切られ、このプロシージャは、図１２の待機ステップ１２０２に戻る。そうでない場合に、このプロシージャは、ハンドオフタイムアウト待機検査１６１０に進む。
ステップ１６１０では、ステップ１６０２が最後に実行されてからどれだけの時間が経過したかを判定する。自動垂直ハンドオフの開始を待って長すぎる時間（例えば、５秒）が経過した場合に、差し迫った垂直ハンドオフが、打ち切られ、このプロシージャは、図１２の待機ステップ１２０２に戻る。そうでない場合に、このプロシージャは、最小動作信号強度テスト１６１２に進む。ステップ１６１２で、サンプリングされた受信信号強度を、無線ネットワークインターフェースの構成された最小動作信号強度Ｓ２と比較する。受信信号強度が、最小動作信号強度Ｓ２未満に低下している場合には、このプロシージャは、図１２のステップ１２１２に進み、垂直ハンドオフを開始する。そうでない場合には、無線ネットワークインターフェースは、まだ、このレベルの受信信号強度でサービスを提供することができ、できる限り高サービス品質無線ネットワーク（すなわち、ＷＬＡＮ）に留まるために、このプロシージャは、自動垂直ハンドオフ待機ステップ１６０４に戻る。
刊行物、特許申請書、および特許を含む、本明細書に記載のすべての参考文献は、各参考文献が参照によって組み込まれると個別に具体的に示され、その全体を本明細書に示された場合と同一の範囲まで、参照によって本明細書に組み込まれている。
本発明を説明する文脈（特に、請求項の文脈）での単語「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および類似する指示物の使用は、本明細書でそうでないと示されたか文脈によって明瞭に否定される場合を除いて、単数と複数の両方を含むと解釈されなければならない。単語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｈａｖｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、および「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」は、そうでないと注記された場合を除いて、制限なしの単語（すなわち、「〜を含むがこれに解釈されない」）と解釈されなければならない。本明細書での値の範囲の詳説は、本明細書でそうでないと示された場合を除いて、単に、各別々の値がその範囲に含まれることを個別に指す略記の方法として働くことを意図されており、各別々の値は、本明細書で個別に記載されたかのように本明細書に組み込まれている。本明細書で説明したすべての方法を、本明細書でそうでないと示されたか文脈によって明瞭に否定された場合を除いて、任意の適当な順序で実行することができる。本明細書に記載のすべての例または例示的な言葉（例えば、「〜など」）は、そうでないと主張された場合を除いて、単に、本発明をより良く例示することを意図されたものであり、本発明の範囲に対する制限を主張するものではない。本明細書の言葉は、本発明の実践に必須の請求されない要素を示すものと解釈してはならない。
本発明の好ましい実施形態を、本発明を実行するための本発明人に既知の最良の態様を含めて本明細書で説明した。これらの好ましい実施形態の変形形態は、前述の説明を読んだときに当業者に明白になる可能性がある。本発明人は、当業者が、適当にそのような変形形態を使用することを期待し、本発明人は、本発明が、本明細書に具体的に記載されたもの以外の形で実践されることを意図している。したがって、本発明に、適用可能な法によって許容される、本明細書の請求項に記載の主題のすべての修正形態および同等物が含まれる。さらに、本発明のすべての可能な変形形態の上述の要素のすべての組合せが、本明細書でそうでないと示されたか文脈によって明瞭に否定された場合を除いて、本発明に含まれる。
本発明の態様を組み込むのに適する例示的なモバイルコンピューティングデバイスを示す概略図である。 本発明の態様を組み込むのに適する例示的な無線ネットワーキング環境を示す概略図である。 従来技術の水平ハンドオフ判断を行うときに考慮される通常の変数を示すグラフである。 垂直ハンドオフ判断を行うときに考慮できる変数を示すグラフである。 本発明の実施形態による、無線ネットワークの測定されたネットワークアロケーションベクトル占有と使用可能帯域幅の間の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態による、無線ネットワークの測定されたデータパケット衝突確率と使用可能帯域幅の間の関係を示すグラフである。 関連する無線ネットワーキングサービスによって提供されるサービス品質の大きい変化なしで変化する受信無線ネットワーク信号強度を示すグラフである。 経時的に増加する受信無線ネットワーク信号強度を示すグラフである。 本発明の実施形態による、複素平面でプロットされた、経時的に増加する受信無線ネットワーク信号強度のフーリエ変換の基本項を示すグラフである。 経時的に減少する受信無線ネットワーク信号強度を示すグラフである。 本発明の実施形態による、複素平面でプロットされた、経時的に減少する受信無線ネットワーク信号強度のフーリエ変換の基本項を示すグラフである。 関連する無線ネットワーキングサービスが使用不能にならずに変化する受信無線ネットワーク信号強度を示すグラフであり、各期間中の最大信号強度は、本発明の実施形態に従ってマークされている。 本発明の実施形態によるコンポーネントアーキテクチャを示す概略図である。 本発明の実施形態による状態機械の挙動を示す状態遷移図である。 本発明の実施形態による、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）から無線広域ネットワーク（ＷＷＡＮ）へのハンドオフの判断を行うときにマルチネットワークマネージャコンポーネントによって実行されるステップを示す流れ図である。 本発明の実施形態による、垂直ハンドオフ判断基準閾値を更新するときにマルチネットワークマネージャコンポーネントによって実行されるステップを示す流れ図である。 本発明の実施形態による、ネットワークアラーム通知を生成する判断を行うときにマルチネットワークマネージャコンポーネントによって実行されるステップを示す流れ図である。 本発明の実施形態による、水平ＷＬＡＮハンドオフが保留中であることを判定するときにマルチネットワークマネージャコンポーネントによって実行されるステップを示す流れ図である。 本発明の実施形態による、自動ＷＬＡＮ−ＷＷＡＮハンドオフ判断を行うときにマルチネットワークマネージャコンポーネントによって実行されるステップを示す流れ図である。

Claims (12)

  1. ある期間について無線ネットワークのネットワークアロケーションベクトルをサンプリングすることと、
    前記期間中の時間の全長に対する前記ネットワークアロケーションベクトルが前記期間中にビジーである時間の長さの比を計算することを含む、ネットワークアロケーションベクトル占有を計算することと、
    前記ネットワークアロケーションベクトル占有に関して無線ネットワークサービス品質尺度を計算することと、
    第２タイプの無線ネットワークでの前記計算された無線ネットワークサービス品質尺度が第１タイプの無線ネットワークでの観察された無線ネットワークサービス品質より高い場合に、前記第１タイプの無線ネットワークから前記第２タイプの無線ネットワークへの垂直ハンドオフを開始することとを備えることを特徴とするコンピュータ実施された方法。
  2. ネットワークアロケーションベクトル占有に関して前記無線ネットワークサービス品質尺度を計算することは、ネットワークアロケーションベクトル占有の線形関数として前記無線ネットワークサービス品質尺度を計算することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 低いネットワークアロケーションベクトル占有は、高い無線ネットワークサービス品質尺度に対応し、高いネットワークアロケーションベクトル占有は、低い無線ネットワークサービス品質尺度に対応することを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 前記無線ネットワークサービス品質尺度は、前記無線ネットワーク内の推定残余帯域幅を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 高いレベルのネットワークアロケーションベクトル占有は、前記無線ネットワーク内のゼロの推定残余帯域幅に対応することを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 前記無線ネットワークサービス品質尺度は、無線媒体アクセス制御伝送遅延を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
  7. ネットワークアロケーションベクトル占有に関して前記無線ネットワークサービス品質尺度を計算することは、ネットワークアロケーションベクトル占有対無線ネットワークサービス品質尺度ルックアップテーブル内で前記無線ネットワークサービス品質尺度をルックアップすること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タイプの無線ネットワークは、無線広域ネットワークであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  9. 前記第２タイプの無線ネットワークは、無線ローカルエリアネットワークであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 前記第２タイプの無線ネットワークは、無線ローカルエリアネットワークであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. 前記第２タイプの無線ネットワークへの無線ネットワークインターフェースで受信された信号強度が減少していると判定され、前記第２タイプの無線ネットワークへの無線ネットワークインターフェースで受信された信号強度のサンプルの算術平均が最小動作信号強度閾値未満である場合に、前記第２タイプの無線ネットワークから前記第１タイプの無線ネットワークへの垂直ハンドオフを開始することをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  12. 請求項１に記載の方法を実行するコンピュータ実行可能命令を記録したことを特徴とするコンピュータ可読媒体。
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