JP4690633B2

JP4690633B2 - 双方向無線通信システム

Info

Publication number: JP4690633B2
Application number: JP2002514493A
Authority: JP
Inventors: ガードナー、ラリー; ヴィジュ、ヴィクラム; ジェラルド、カール、エー; リー、ビン; チャンダー、シバサンカール; クンチャカーラ、マーシー; マッコイ、ティモシー、ジェー; スワン、リチャード、アーサー
Original assignee: ケイデンスデザインシステムズインコーポレイテッド
Priority date: 2000-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2021-07-20
Also published as: EP1314261A2; JP2004512706A; US7095748B2; EP1314261A4; US20020196771A1; AU2001280683A1; US6452910B1; WO2002008857A3; WO2002008857A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信の分野に関し、詳しくは、複数の無線パーソナルエリアネットワーク（personal area network：ＰＡＮ）と、インターネットに接続されたサーバと通信できる無線ローカルエリアネットワーク（local area network：ＬＡＮ）との間のシームレスな双方向通信を実現する通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のパーソナルエリアネットワーク（personal area network：以下、ＰＡＮという。）機器によって、インターネットに接続されたリモートのバックエンドサーバと双方向通信を行うことが望まれる様々なアプリケーションがある。例えば、複数の売店が並ぶ「ドライブイン」における取引において、自動車の乗員が売店と無線で通信しローカルの取引ができれば便利である。更に、売店がインターネットに接続されたリモートのサーバと通信を行うことができれば、中央制御システムは、無線リンクを用いることなく、実時間でローカルの取引を監視し、評価し、記録することができる。ドライブイン売店型の環境の主な具体例としては、一般的な自動車のサービスステーションがあり、ここでは、車載機器又はハンドヘルド機器（hand-held device）を用いた無線ＰＡＮ／ＬＡＮ双方向無線通信システムを実現することは有益である。車載機器は、自動的に動作するモジュールであってもよい。ハンドヘルド機器は、例えば携帯情報端末(Personal Digital Assistant：以下、ＰＤＡという。)であってもよい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
取引を行う売店からリモートサーバへの双方向通信を実現するために利用できる技術として、様々な通信システムがある。しかしながら、現在利用可能なシステムは、通常、売店との直接的なインタラクション、若しくは売店間又は売店とローカル送受信機との間の有線接続を必要とする。ガソリンスタンドにおける適用例では、防爆型定格ケーブル（explosion-proof rated cable）、例えばＥＸゾーン１エリア１規格（EX zone 1 area 1 rated）のケーブルをリモートサーバとガソリンポンプとの間に設置する必要がある。ここで、ケーブルを追加するための導管は、既に一杯であるか、そのような導管がない場合も多い。米国及びカナダだけでも登録されているガソリンスタンドは、２４５００店もあり、これらのガソリンスタンドにおいて既存のリソースを用いてアップグレードを行った場合、そのコストは膨大なものとなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく無線ブリッジは、ブルートゥース対応機器（例えば、携帯情報端末、インターネット対応携帯電話機、自動車用車載モジュール等）と、インターネットに接続されたサーバ（以下、インターネット接続サーバという。）との間のエンドトゥエンドの無線通信パスを実現する。無線ブリッジは、２つの競合する技術を単一の機器に組込み、各技術の強みを生かしている。すなわち、無線ブリッジは、ブルートゥースに基づくパーソナルエリアネットワーク技術と、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ又は他の無線ローカルエリアネットワーク規格に基づく無線ローカルエリアネットワーク技術の両方を採用することにより、周辺機器による無線システムレベルのインターネットサービスインタラクションを実現する。ここで、本発明では、これらの無線技術が互いに干渉せず又は動作が混乱せず、ブルートゥース接続から無線ローカルエリアネットワーク／インターネット接続へのシームレスな移行を提供できるようにこれらの無線技術を適切に実装した単一の装置を実現する。
【０００５】
本発明に基づく好ましい無線ブリッジの設計は、異なる無線技術に適合するよう十分な柔軟性を有する。無線インタフェースは、ブリッジの両端にそれぞれを配設することにより、離間距離を最大にしたモジュラプラグイン通信カード（例えば、ＰＣカード、ＵＳＢ又はＩＳＡに基づく通信カード）として定義される。これらの通信カード用のドライバは、カードとともに変更又は更新できるダウンロードされたソフトウェアモジュールである。ソフトウェア通信ドライバは、選択されたオペレーティングシステムの標準通信ＡＰＩとのインタフェースを司る。このような好ましい設計により、将来的な通信技術及び要求の変化に応じて、無線ブリッジの構成を柔軟に変更することができる。ブルートゥース無線通信は、２．４ＧＨｚの周波数帯域を使用する。一方、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格は、無線伝送に５．８ＧＨｚの周波数帯域を用いる。
【０００６】
本発明では、近年開発されたブルートゥース無線技術を用いて、自動車（又はこの他の移動又はハンドヘルド機器）と、ガソリン給油ポンプ又は他のサービス売店との間の安全な高速接続（１Ｍｂｐｓ）を実現する。ここではこの接続を無線自動車接続と呼ぶ。ブルートゥースは、パーソナルエリアネットワーク技術であり、ブルートゥース対応機器間の通信可能範囲は約１０ｍ（３０ｆｔ）である。ガソリンスタンドの標準的なレイアウト（ここでは、給油場（forecourt）と呼ぶ。）では、給油場を効率的にカバーするために、複数のブルートゥースネットワークを構築する必要がある。ブルートゥースネットワークと遠隔のインターネット接続サーバとの間の接続を確立するために、第２の無線サイトリンクが採用される。この第２の無線サイトリンクは、より広い通信可能範囲を有し、複数のブルートゥースネットワークを接続し、ブルートゥース接続全体に対してバックボーン帯域幅（少なくとも１０Ｍｂｐｓ）を提供する。この第２の無線サイトリンクの要求に適合する好ましい技術としては、無線ローカルエリアネットワーク又はＩＥＥＥ８０２．１１ａ無線ローカルエリアネットワーク規格に定められている技術がある。２つの無線リンクをシームレスに結合し、自動車からインターネット接続バックエンドサーバへのトランスペアレントなデータの転送を実現するために、本発明では無線ブリッジを採用する。
【０００７】
本発明は、他の様々な分野に応用できる。例えば、本発明に基づく無線システムは、洗車場やファーストフード店舗等において、自動車に地図情報、気象及び交通情報等を提供し、又は音楽をダウンロードさせるために利用することもできる。したがって、以下に説明する本発明をガソリンスタンドに適用した具体例は、本発明の様々な適用範囲を制限するものではない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に基づく無線ブリッジは、ブルートゥース対応機器（例えば、携帯情報端末、インターネット対応携帯電話機、自動車用車載モジュール等）と、インターネットに接続されたサーバ（以下、インターネット接続サーバという。）との間のエンドトゥエンドの無線通信パスを実現する。好ましい具体例においては、ブルートゥース対応無線ブリッジを用いて、最大７個までのブルートゥース対応機器がインターネット接続サーバとの接続を同時に確立及び維持することができる。各接続は、ユーザが無線ＬＡＮエリアの通信可能範囲（通常半径１００ｍ）内の異なるブルートゥースエリアの通信可能範囲（半径１０ｍ）間を移動する際、ＬＡＮによって維持される。ブルートゥース対応機器は、新たなブルートゥース通信可能範囲において、新たなブルートゥース接続を確立するが、無線ＬＡＮローミング機能により、以前に接続していたブルートゥースＩＤが記憶されており、このブルートゥースＩＤが再び使用される。第１のブルートゥース接続の終了から第２のブルートゥース接続の再確立までには、時間的な制限がある。なお、ここで用いる「無線」という用語は、ケーブルに代えてアンテナを用いた空間的に自由な通信形態を指すものとする。
【０００９】
本発明に基づくブルートゥース対応無線ブリッジを用いることにより、複数のブルートゥース対応機器は、インターネット接続サーバとの接続を同時に確立し、維持することができる。これらの接続は、様々なデータ及び／又は音声パケット通信をサポートする。また、音声及びデータの転送をサポートするパケットもある。本発明は、ブルートゥース及びＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格の通信メカニズムを組み合わせることにより、ブルートゥースＰＡＮとインターネット接続サーバとの間の信頼性が高く安定したエンドトゥエンドの無線通信を実現する。この通信リンクは、双方向で最高４３６．２Ｋｂｐｓで動作し、或いは単一のブルートゥース非同期データチャンネルの送り方向で最高７２１Ｋｂｐｓと戻り方向で最高５７．６Ｋｂｐｓで動作する。ブルートゥース音声チャンネルは、全て６４Ｋｂｐｓで動作する。
【００１０】
無線ブリッジの動作は、無線ＬＡＮ（wireless LAN：以下、ＷＬＡＮという。）通信カード又はブルートゥース通信カードから到達キュー（arrival queue）に通信パケットが到達する割込駆動型イベントに基づいている。受信された各パススルーパケットの到達により、相手側の通信カード／ポートへの送信のための対応する送信割込が生成される。ＷＬＡＮ受信パケットストリームは、ブルートゥースデータストリームより最高１４倍の速さで転送できるため、ＷＬＡＮの到達キュー全体の大きさは、ブルートゥース到達キューの１４倍程度とすることが好ましい。
【００１１】
ブルートゥースデータプロトコルでは、ベースバンドレベルにおいて、１つのパケットをあるスロットで送信すると、次のスロットで確認が直ちに帰ってくると仮定している。単一のパケットは、使用されるブルートゥースＡＣＬパケットタイプに応じて、１〜５スロット分の長さを有する。無線ブリッジのブルートゥース側のフロー制御には、プロファイルレベルのフロー制御を用いることができる。無線ブリッジのＷＬＡＮ側のフロー制御の１つのレベルとしては、各仮想回線（virtual circuit）毎のＴＣＰスライディングウィンドウフロー制御がある。
【００１２】
既存のブルートゥース／ＬＡＮ無線ブリッジの装置ハードウェアの具体例を図１に示す。この装置ハードウェアは、次のような要素を備える。
・電磁波妨害（electromagnetic interference：ＥＭＩ）を遮蔽するために必要な筐体
・世界的な電圧要求を満たす電力ケーブル及び電源
・外部ＬＡＮアンテナをサポートするシールドされた延長ケーブル
・ブルートゥース及びＩＥＥＥ８０２．１１ａ通信カード用の２つのモジュラプラグイン通信カードスロットと、ここに説明するソフトウェアをサポートする中央演算処理装置（Central Processing Unit）と、ソフトウェアルーティング機能、他のオペレーティングシステム及びサポート機能の実行をサポートし、及び通信カード間で交換されるデータをバッファリングするダイナミックランダムアクセスメモリと、実行プログラム、ブートプログラム、診断テストプログラムに必要な静的コード及び変数をサポートする読出専用メモリと、ボード状態及び診断のためのテストポイント及びインジケータＬＥＤとを備えるプリント基板（Printed Circuit Board：ＰＣＢ）
【００１３】
ブルートゥース／８０２．１１無線ブリッジを実現するソフトウェアは、次のようなソフトウェアコンポーネントを有する。
・実時間オペレーティングシステム（Real Time Operating System）
・ＴＣＰ／ＩＰネットワークスタック
・組込みウェブサーバ
・組込みシンプルネットワーク管理プロトコル（Simple Network Management Protocol：ＳＮＭＰ）エージェント
・ブルートゥースインタフェースドライバ及びサポートソフトウェア
・ＩＥＥＥ８０２．１１インタフェースドライバ及びサポートソフトウェア
・ルーティング及びイベント管理ソフトウェア（複数のブルートゥース接続を多重化する）
・エラー及び例外処理ソフトウェア
・診断ソフトウェア
・保守ソフトウェア
・外部モジュール（例えば、外部車載モジュール）へのインタフェースを司るソフトウェア
・バッファリング（buffering）、フロー制御、入出力（Ｉ／Ｏ）、キュー（queuing）、割込処理のために無線ブリッジによって使用される他のＯＳタイプソフトウェア
【００１４】
図２に示す無線ブリッジ用の内部及び外部アンテナ構成は、無線ブリッジを特定の設置条件に適合させたものである。２つの内部アンテナの構成は、十分な遮蔽性とアンテナ間の分離を実現するブリッジ筐体が必要である。この構成は、ブルートゥースピコネット及び無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ）アクセスポイントの両方への見通し内通信が可能な環境で使用される。
【００１５】
図３に示すように、筐体は、２つの部品から構成された金属の箱であり、両端にモジュラプラグイン通信カード（modular plug-in communication cards）用のスロットが設けられている。外部の押圧式トグルスイッチは、電源のオン／オフ及びユニットのリセットのために用いられる。スイッチに隣接する小型ＬＥＤは、電源インジケータ及び状態／動作インジケータとして機能する。全てのＰＣＢ部品及びコネクタは表面実装（surface mounted）されている。一方のモジュラプラグイン通信カードスロットは、ＰＣＢの一端部に実装されており、他方のモジュラプラグイン通信カードは、ＰＣＢの反対側の端部に実装されている。ＰＣＢの中央には、接地面（ground plane）が設けられている。ここで、２つのモジュラプラグイン通信カードスロットを適切に分離することができれば、この接地面を設ける必要はない。無線ブリッジは、電源投入時に自己検査を実行し、この検査の結果をＬＥＤインジケータに表示する。また、インターネット接続サーバは、ブリッジの遠隔検査をサポートしている。全ての診断及び自己検査は、ＲＳ−２３２診断ポートを介して、サイトＬＡＮ（site LAN）に亘って実行できる。遠隔サーバは、インターネットに接続されたバックエンドサーバ（以下、インターネット接続バックエンドサーバという。）に接続されたＷＡＮを介した制御を可能にするサイトＬＡＮに亘る診断を実行することができる。
【００１６】
無線ブリッジを介した通信に携帯情報端末(ＰＤＡ)又は正式のＴＣＰ／ＩＰスタックを備える他の機器が使用される場合、ブルートゥースＬＡＮアクセスプロファイルが要求される。図４に示すように、ＬＡＮアクセスフローでは、情報は、ハンドヘルドブラウザアプリケーションから、下位の正式なＴＣＰ／ＩＰ及びブルートゥースプロトコルスタックを通ってブルートゥース無線リンクに渡され、このブルートゥース無線リンクを介して転送され、上位のブルートゥース及びピアトゥピアプロトコルを通るとともに、下位の無線ＬＡＮスタックを通って無線リンクに渡され、この無線リンクを介して転送され、上位の正式な無線及びＴＣＰ／ＩＰプロトコルを通ってプロキシサーバに渡される。ブルートゥースパラメータに関する詳細な説明については、ブルートゥース仕様書バージョン１．０Ｂに開示されており、この文献は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａとともに、参照により本願に援用されるものとする。
【００１７】
図５は、本発明に基づく特有のローミング動作を説明する図である。ここでは、２つの無線ブリッジを示しているが、本発明は、更に多数の無線ブリッジに適用することもできる。ブルートゥーススレーブ機器の１つが第１の無線ブリッジの通信可能範囲から十分離れると、このブルートゥーススレーブ機器は、第２の無線ブリッジの通信可能範囲に入る。各ブルートゥースＰＡＮ機器又はノードは、固有のアドレスを有しており、バックエンドサーバがこの固有のアドレスを記憶しているので、ブルートゥース機器が移動してもブルートゥース機器とインターネット接続バックエンドサーバとの間のブルートゥース接続は、シームレスに切り換えられる。ブルートゥース機器が第１の無線ブリッジの通信可能範囲から離れると、第２の無線ブリッジは、一時的に中断された通信を再開（resumes）する。
【００１８】
ブルートゥースピコネット間のローミングは、ブルートゥース機器が１つのピコネットから他のピコネットに移動する際、ブルートゥース機器とインターネット接続バックエンドサーバとの間の接続を安定して維持できるという点で有用である。ＷＬＡＮの観点から言えば、ローミングがサポートされている場合、無線ブリッジにより、ブルートゥース対応機器は、ある無線ブリッジ（ＷＬＡＮクライアント）から他の無線ブリッジにバックエンド接続を切断することなく移動することができる。
【００１９】
ローミングをサポートするためには、ユーザがＷＬＡＮの通信可能範囲（通常半径１００ｍ）内の異なるブルートゥースの通信可能範囲（半径１０ｍ）間で移動する際、各接続をＷＬＡＮによって維持する必要がある。ブルートゥース対応機器は、新たなブルートゥース通信可能範囲内において新たなブルートゥース接続を確立する必要があり、無線ＬＡＮのローミング回路は、以前の接続のブルートゥースＩＤを記憶し、このブルートゥースＩＤを新たな接続で再び使用する必要がある。
【００２０】
一方、現在ＷＬＡＮによりサポートされているローミング機能では、ローミングはＷＬＡＮアクセスポイント間ではなく、ＷＬＡＮクライアント間で行われている。例えば、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルが用いられている場合、ＷＬＡＮのローミングでは、ＩＰアドレスを有する移動端末機器が自らのＩＰアドレスを維持し、またインターネット接続バックエンドサーバとのＩＰ接続とを維持しながら、ＷＬＡＮアクセスポイント間を移動できる。一方、無線ブリッジでは、移動端末機器は、ＩＰアドレスを有していない。したがって、移動端末機器が１つの無線ブリッジから他の無線ブリッジに移動すると、先の接続においてバックエンドサーバとの接続に使用されていたＩＰアドレスは維持されない。すなわち、移動ブルートゥース機器とバックエンドサーバとの間の接続は、各無線ブリッジ毎に固有であり、したがって異なる接続である。
【００２１】
標準的なＬＡＮローミング技術は、２つのセルの重複領域を必要とし、このためローミング範囲は、重複するセルの通信可能範囲に物理的に制限される。一方、本発明に基づくローミング処理では、ブルートゥースＰＡＮ機器又はノードは、少なくとも８０２．１１アクセスポイントの通信可能範囲と同様の範囲で移動でき、更に複数の８０２．１１アクセスポイントの通信可能範囲に対応するより広い範囲内で移動できる。ブルートゥース機器が先の無線ブリッジの通信可能範囲を離れた後、特定の期間内に他の無線ブリッジの通信可能範囲に入れば、バックエンド制御ソフトウェアは、シームレスなローミングを行うことができる。ローミングの際、先のピコネットにおいてクライアントに送信されていたパケットは、バッファリングされ、新たなピコネットのクライアントに再送信される。無線ブリッジ間のバックグラウンド接続の切換には、バックエンドサーバとの連携が必要である。従来のＷＬＡＮのローミング処理では、ＷＬＡＮクライアントは、アクセスポイント間を移動する。本発明では、２つの個別の技術であるＰＡＮ及びＷＬＡＮを採用する。本発明に基づくローミング処理では、移動ＰＡＮクライアントは、異なる無線ブリッジ、すなわちＷＬＡＮクライアントによって提供されるサービスエリア間を移動できる。本発明に基づくローミング処理と、従来のＷＬＡＮにおいて採用されていたローミング処理の違いは、従来のＷＬＡＮでは、ＷＬＡＮクライアントがＷＬＡＮアクセスポイント間を移動していたのに対し、本発明では、ＰＡＮクライアントがＷＬＡＮクライアント間を移動できるという点である。表１は、ガソリンスタンドの環境で機能するローミング処理の具体例を示している。
【００２２】
本発明の自動車サービスステーションへの適用例
図６は、一般的なフルサービスの自動車サービスステーションに適用された本発明に基づく通信システムの構成を示し、ここでは、少なくとも１つの車載機器（又はＰＤＡ）無線リンクと、ブルートゥース対応の自動車又はＰＤＡモジュールとインターネット接続サーバとの間の無線通信のための無線サイトリンク無線サイトリンクが実現されている。
【００２３】
無線ブリッジとサーバの間のデータの転送は、無線ＬＡＮを介して行われる。全ての自動車通信を実現するために、無線ブリッジとサーバとの間には、ＴＣＰを介して相手先固定接続（permanent virtual circuit）が確立される。自動車への給油中に、データ取得システム（Data Acquisition System：ＤＡＳ）を介して取得された関連する自動車データは、運転手による操作によらず自動的に、ブルートゥースリンクを介して、自動車からダウンロードされる。無線ブリッジは、拡張ＩＰプロトコル（IP protocol extensions）を介して、音声を用いて、ブルートゥース対応自動車とインターネット接続バックエンドサーバとの間の音声リンクを確立する。
【００２４】
各無線ブリッジは、１以上のＲＳ−２３２インタフェースを用いる。これらのシリアルインタフェースは、このシリアルインタフェースに適合するタグ（ローカリゼーションリーダ（Localization Reader））に基づいて、自動車の位置を判定するための他の設備からのシリアルパススルー接続をサポートするために用いられ、或いはローカルＲＳ−２３２診断ポートとして用いられる。
【００２５】
ローカリゼーションタグリーダ（Localization Tag Reader）をサポートするために、このインタフェースは、無線ブリッジを介して、インターネット接続バックエンドサーバ上のインターネット接続バックエンドサーバアプリケーションへのシリアル通信を提供する。無線ブリッジは、このシリアルトラフィックをＴＣＰ相手先固定接続（TCP permanent virtual circuit）に多重化し、ＷＬＡＮを介してインターネット接続バックエンドサーバに送信する。
【００２６】
データ取得システム（ＤＡＳ）は、システムリソースが制限されているため、インターネット接続バックエンドサーバとのＴＣＰ／ＩＰネットワーク接続を構築するための全ての通信スタックを備えていないことがある。データ取得システムは、ブルートゥース無線接続を介して無線ブリッジと通信を行う。インターネット接続バックエンドサーバと通信を行うための既存の車載モジュールの無線モジュールは、ＲＳ−２３２シリアルインタフェースである。同じメッセージフォーマット及びデータフローを維持するために、無線ブリッジは、車載モジュールとインターネット接続バックエンドサーバとの間のインタフェースを司る仮想ＲＳ−２３２インタフェースを備えていてもよい。図７は、車載モジュール及びインターネット接続バックエンドサーバの通信に用いられるインタフェース及びモジュールを示している。
【００２７】
無線ブリッジは、車載モジュールから供給されたデータを再フォーマットし、このデータをＴＣＰ／ＩＰネットワーク接続上のインターネット接続バックエンドサーバに送信する。無線ブリッジ内のアプリケーションソフトウェアは、車載モジュールからのＲＳ−２３２データストリーム及びインターネット接続バックエンドサーバからのＴＣＰ／ＩＰデータストリームを中継する。インターネット接続バックエンドサーバ内のアプリケーションソフトウェアは、ＴＣＰ／ＩＰデータストリームをＲＳ−２３２データストリームに変換する。
【００２８】
無線ブリッジは、給油場の前の柱や壁に設置及び／又は洗車場又は十分な通信可能範囲を実現できる他の場所に設置してもよい。給油場全体を効率的にカバーするためには、複数の無線ブリッジを設けた方がよい場合もある。図８は、一般的な給油場のレイアウトと２つのタイプの無線通信の通信可能範囲を示している。ここでは、「給油場」とは、ガソリン、商品又は他のサービスを享受するためのドライブインエリアを指すものとする。
【００２９】
図９に示すように、無線ブリッジを給油場の張り出し屋根の下又は上に設置する必要がある場合、いかなる組合せのアンテナ構成を用いてもよい。ここで、張り出し屋根及び／又は柱の部材中の金属がアンテナ性能に干渉する虞があるため、アンテナの構成、設置及び設計はこの点を考慮して行う必要がある。
【００３０】
無線ブリッジは、無線ネットワークを介して、インターネット接続バックエンドサーバへの最大７個までのブルートゥースＬＡＮアクセス接続を処理することができる。これは、自動車内のブルートゥース対応機器又はハンドヘルド機器が正式のＴＣＰ／ＩＰプロトコルスタックをサポートし、したがってエンドトゥエンド接続が無線ブリッジを介してサポートされることを前提としている。
【００３１】
無線ブリッジは、ＤＡＳから供給されたデータを再フォーマットし、このデータをＴＣＰ／ＩＰネットワーク接続上のサーバに送信する。アプリケーションソフトウェアは、無線ブリッジにおいてＤＡＳからのＲＳ−２３２データストリームとサーバからのＴＣＰ／ＩＰデータストリームとを中継する必要がある。更に、アプリケーションソフトウェアは、サーバにおいてＴＣＰ／ＩＰデータストリームをＲＳ−２３２データストリームに変換する必要がある。
【００３２】
この具体例では、最大７台までの自動車が同時に無線ブリッジに接続できる。無線ブリッジは、ＴＣＰ／ＩＰ接続内のデータストリームを多重化する機能を有している。データ多重化の一手法として、無線ブリッジの電源が投入された際、無線ブリッジとサーバとの間のＴＣＰ／ＩＰ接続に確保されているポート数の範囲内で、システム制御用に１つのポートを開き、データ接続用に７つのポートを開くようにしてもよい（図１０参照）。サーバは、システム制御ポート及び７つのデータ接続ポートから供給されるデータを受信する。自動車がブルートゥース接続を介して無線接続に接続すると、自動車からのデータは、未使用のポートの１つを介してサーバに中継される。自動車が給油場を出ると、ブルートゥース接続は閉じられ、使用されていたポートには、再び未使用のマークが付される。
【００３３】
異なるイベントのイベント仕様（event specification）を表１に示す。この表には、電源投入（Power On）、ゾーンに自動車が入る（Vehicle entering Zone）、ゾーン内に自動車が停車（Vehicle in Zone）、重複ゾーンに自動車が入る（Vehicle entering, overlapping Zone）、インターネット接続バックエンドサーバが接続を切断（Internet-connected backend server closing connection）、インターネット接続バックエンドサーバがパークモードの車載モジュールをパークモードから回復する（Internet-connected backend server waking Parked Vehicle）、自動車がゾーンから出る（Vehicle leaving Zone）及び自動車がゾーンに再び入る（Vehicle Reentering Zone）等のイベントが示されている。なお、これらは例示的に示されているにすぎない。実際の設計はこれと異なるものであってもよい。
【００３４】
無線ブリッジは、常にマスタとして作動する。無線ブリッジは、ブルートゥース対応自動車又はハンドヘルド機器との接続を確立しようとする。この接続を確立する前に、無線ブリッジは、問い合わせモード（Inquiry Mode）になり、自動車内のブルートゥースモジュール又はハンドヘルド機器は、問い合わせスキャンモード（Inquiry Scan Mode）になる。そして、ブルートゥース仕様書バージョン１．０Ｂにおいて定められているように、問い合わせフェーズに続いてページング（呼び出し）フェーズ及び接続フェーズが実行される。ピコネットにおいてアクティブにできるブルートゥース接続の最大数は７であるため、インターネット接続バックエンドサーバは、アクティブ状態ではないブルートゥース接続を切断し、ブルートゥース接続の数を最小にする。ブリッジはサーバからの制御コマンドに応答する。
この目的で、サーバへの排他的ポートが確立される。
【００３５】
各ブリッジは、車載モジュールが接続をセットアップできるブリッジの通信可能範囲として定義されるゾーンを有している。
【００３６】
ブリッジの電源を投入すると、ブリッジは自己検査を実行し、ブルートゥース、ＬＡＮ及びシリアルポートインタフェースを初期化する。次にブリッジは、インターネット接続バックエンドサーバ上で実行されているＤＨＣＰサーバとの接続を確立する。ブリッジは、ブルートゥースピコネットノード及びＩＰアドレステーブルを初期化し、ブルートゥース問い合わせ（Bluetooth inquiry）を開始する。ブリッジは、サーバとの接続及びこの他のスレーブとの７つの接続を確立する。ブリッジとサーバ間の接続は、ＴＣＰ／ＩＰを用いて確立される。
【００３７】
自動車がゾーンに入ると、ブリッジは、車載モジュールから、問い合わせに対する応答を受け取る。この応答により、インターネット接続バックエンドサーバには、車載モジュールのブルートゥースアドレスと、このアドレスがマッピングされたポート番号が知らされる。続いて、ブリッジは、車載モジュールとの通信を確立し、サーバに対し、リンクが確立したことを知らせる。
【００３８】
自動車が重複ゾーンに入っても、接続が確立している限り車載モジュールはページスキャン処理を停止しているので、新たなゾーンのブリッジは自動車を検出しない。したがって、信号パワーが低下し、先の接続が切断された場合のみ、車載モジュールは新たなゾーンのブリッジとの接続を確立する。
【００３９】
上述のように、アクティブな接続は最大７つまでなので、システムは、アイドル状態の接続を切断しようとする。この処理は、インターネット接続バックエンドサーバによってトリガされる。オプションとして、サーバは、車載モジュールに対し、車載モジュール側でブルートゥース接続を切断するよう指示する。ブリッジは、この切断を検出し、自らのポートマップを更新し、サーバにこの切断を知らせる。接続が残っている限り、ブリッジは、バックグラウンドで問い合わせスキャン処理を継続する。このオプションにおいては、車載モジュールは、所定の時間が経過するまで、ページ（呼び出し）スキャンモードに入らない。この所定の時間は、サーバによってプログラミングできる。第２のオプションでは、サーバは、ブリッジに対し、車載モジュールをパークモード（Park mode）にするよう指示する。ブリッジは、車載モジュールをパークモードにし、ポートマップを更新し、処理の完了をサーバに知らせる。この第２のオプションにより、ブリッジは、サーバによる指示によって、パークモードの車載モジュールをパークモードから回復させることができる。
【００４０】
自動車がゾーンを出ると、ブリッジ及び車載モジュールは、いずれも信号の強度が弱くなったことを検出し、接続を切断する。これにより、車載モジュールは、ページスキャンモードに戻り、ブリッジは自らのポートマップを更新し、このイベントをサーバに知らせる。サーバは、ゾーンから出た自動車のブルートゥース識別情報を記憶し、その自動車がブリッジゾーンに再び入るまでの制限時間の計測を開始する。この場合、自動車とブリッジの間の物理的なブルートゥース接続は修了するが、自動車とサーバの間の仮想バックグラウンド接続は、制限時間内は有効なままである。これにより、自動車は、サーバとの接続関係を失うことなく、他のブリッジゾーンに移動できる。
【００４１】
自動車がゾーンに再び入ると、その自動車の車載モジュールは、以前に自動車がゾーンに入ったときと同様に、ブリッジへのリンクを確立する。ブリッジは、ゾーンから出た自動車に関するいかなる状態情報も維持していないため、接続のセットアップは最初からやり直す必要がある。ここで、自動車がサーバによって測定されている制限時間内にブリッジゾーンに再び入った場合、サーバは、記憶しているブルートゥース識別情報とこの自動車の識別情報の一致を検出し、この自動車とサーバとの間の直前の接続を維持し、再びイネーブルする。このようにして、自動車とサーバとの間のバックエンド接続を失わないローミングが実現する。
【００４２】
【表１】

【００４３】
ブルートゥースの予期される性質から、無線ブリッジ内に設けられていないブルートゥースモジュールが車載ブルートゥースモジュールとの接続を確立しようとする可能性がある。この問題を解決するブルートゥース機能として、固有のリンクキーを用いた相互認証がある。リンクキーは、接続フェーズの間に全てのブルートゥース機器に配信される共通キーである。更に、接続フェーズにおいて、無線ブリッジは、ボーレートと、データフォーマットと、この他の転送プロトコル折衝設定情報とをブルートゥース対応自動車又はハンドヘルド機器に送信する。これらの設定情報には、あらゆる（ＣＲＣ−ＣＣＩＴＴ又はこの他の）エラー検出設定、同期モード、エラー訂正設定及び機器設定のクラスが含まれる。
【００４４】
ブルートゥース機器と本発明に基づく無線ブリッジとの間でサポートされる暗号化のセキュリティレベルは、最大で１２８ビットのキーサイズの範囲で設定される。実際のキーのサイズは、ブリッジが設置される各国の政府が規定するセキュリティに関する制約に基づいて決定される。
【００４５】
このように、上述した本発明の好ましい具体例では、ブルートゥース及びＩＥＥＥ８０２．１１ａの通信メカニズムを組み合わせ、自動車と、インターネット接続サーバとの間の信頼性が高く、安定したエンドトゥエンド無線接続を実現する。
【００４６】
本発明の好ましい具体例に関する以上の説明により、当業者は、様々な変形例及び追加例を想到することができるが、これらは本発明の範囲内にある。例えば、上述の説明では、特定のプロトコルを用いているが、本発明は他の無線プロトコルを用いても同様に実施できることは明らかである。更に、好ましい具体例においては、本発明に基づく無線ブリッジ装置は、単一の筐体を備える構成を有しているが、変形例においては、筐体を分離し、相互に連結することにより、各無線モジュラプラグイン通信カード間の分離を確実なものとしてもよい。したがって、本発明の範囲は、添付の請求の範囲及びその等価物によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づくブリッジ装置の構成を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は様々なブリッジ装置のアンテナ構成を示す斜視図である。
【図３】本発明に基づくブリッジ装置の具体例の斜視図である。
【図４】ＰＤＡを用いた具体例におけるプロトコルフローを示す図である。
【図５】本発明に基づくローミング機能を説明する図である。
【図６】サービスステーションにおいて用いられるＰＡＮ／ＬＡＮシステムの具体例を示す図である。
【図７】ガソリンスタンドの具体例における車載モジュールとインターネット接続バックエンドサーバとの間の通信のためのインタフェース及びモジュールを示すブロック図である。
【図８】通常のサービスステーションにおける通信可能範囲のレイアウトを示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、張り出し屋根へのアンテナの設置位置の様々な具体例を示す図である。
【図１０】好ましい具体例におけるデータ多重化機能を説明する図である。

Claims

複数の無線パーソナルエリアネットワーク機器と、
無線ローカルエリアネットワーク機器と、
上記無線パーソナルエリアネットワーク機器に対する双方向データ通信を行う第１の送受信モジュールと、上記無線ローカルエリアネットワーク機器に対する双方向データ通信を行う第２の送受信モジュールとを有する無線ブリッジ装置とを備え、
上記無線ブリッジ装置は、上記無線パーソナルエリアネットワーク機器との通信に関する第１の通信可能範囲と、上記無線ローカルエリアネットワーク機器との通信に関する第２の通信可能範囲とを有し、該第１の通信可能範囲は、該第２の通信可能範囲より狭く、該第１の通信可能範囲全体が該第２の通信可能範囲内に含まれることを特徴とする、双方向無線通信システム。
上記無線ローカルエリアネットワーク機器と通信し、及び上記無線ブリッジを介して上記無線パーソナルエリアネットワーク機器と通信するインターネットに接続されたリモートのバックエンドサーバを備える請求項１記載の双方向無線通信システム。
上記第１の送受信モジュール及び第２の送受信モジュールは、それぞれ異なる周波数で動作することを特徴とする請求項１記載の双方無線通信システム。
上記第２の送受信モジュールは、最大７個の無線パーソナルエリアネットワーク機器と同時に通信を行うのに必要な広さの動作帯域幅を有することを特徴とする請求項１記載の双方無線通信システム。
上記各パーソナルエリアネットワーク機器は、固有のアドレスを有し、当該双方向無線通信システムは、互いに近接するそれぞれ異なる複数の第１の通信可能範囲に亘る双方向無線通信のための複数の無線ブリッジ装置を備え、
上記無線ローカルエリアネットワーク機器は、上記通信可能範囲の１つから他の通信可能範囲へのローミングの際、上記各パーソナルエリアネットワーク機器と実質的に均一の双方向データ通信を維持することを特徴とする請求項１記載の双方向無線通信システム。
上記各無線ブリッジ装置は、上記パーソナルエリアネットワーク機器との通信のための第１の通信可能範囲と、上記ローカルエリアネットワーク機器との通信のための第２の通信可能範囲とを有し、該各第１の通信可能範囲は、該各第２の通信可能範囲より狭く、該第１の通信可能範囲全体が対応する第２の通信可能範囲内に含まれることを特徴とする請求項５記載の双方向無線通信システム。
上記第１の送受信モジュールは、５ＧＨｚ以下の周波数で動作し、上記第２の送受信モジュールモジュールは、５ＧＨｚ以上の周波数で動作することを特徴とする請求項３記載の双方向無線通信システム。
上記第２の送受信モジュールの帯域幅は、上記第１の送受信モジュールの帯域幅の少なくとも１０倍であることを特徴とする請求項４記載の双方向無線通信システム。
上記インターネットに接続されたリモートのバックエンドサーバは、上記パーソナルエリアネットワーク機器の通信可能範囲が限られているために、該パーソナルエリアネットワーク機器とは直接通信を行うことができないことを特徴とする請求項２記載の双方向無線通信システム。
少なくとも１つのパーソナルエリアネットワーク機器と、該パーソナルエリアネットワーク機器の動作範囲外に配設されたリモートサーバとを有する双方向無線通信システムにおいて、
上記リモートサーバと通信する無線ローカルエリアネットワーク機器と、
上記無線パーソナルエリアネットワーク機器に対する双方向データ通信を行う第１の送受信モジュールと、上記無線ローカルエリアネットワーク機器に対する双方向データ通信を行う第２の送受信モジュールとを有する無線ブリッジ装置とを備え、
上記無線ブリッジ装置は、上記無線パーソナルエリアネットワーク機器との通信に関する第１の通信可能範囲と、上記無線ローカルエリアネットワーク機器との通信に関する第２の通信可能範囲とを有し、該第１の通信可能範囲は、該第２の通信可能範囲より狭く、該第１の通信可能範囲全体が該第２の通信可能範囲内に含まれることを特徴とする、双方向無線通信システム。
上記リモートサーバと通信し、及び上記無線ブリッジ装置を介してパーソナルエリアネットワーク機器と通信するインターネット接続を備える請求項１０記載の双方向無線通信システム。
上記第１の送受信モジュール及び第２の送受信モジュールは、それぞれ異なる周波数で動作することを特徴とする請求項１０記載の双方無線通信システム。
上記第２の送受信モジュールは、最大７個の無線パーソナルエリアネットワーク機器と同時に通信を行うのに必要な広さの動作帯域幅を有することを特徴とする請求項１０記載の双方無線通信システム。
上記各パーソナルエリアネットワーク機器は、固有のアドレスを有し、当該双方向無線通信システムは、互いに近接するそれぞれ異なる複数の第１の通信可能範囲に亘る双方向無線通信のための複数の無線ブリッジ装置を備え、
上記無線ローカルエリアネットワーク機器は、上記通信可能範囲の１つから他の通信可能範囲へのローミングの際、上記各パーソナルエリアネットワーク機器と実質的に均一の双方向データ通信を維持することを特徴とする請求項１０記載の双方向無線通信システム。
上記各無線ブリッジ装置は、上記パーソナルエリアネットワーク機器との通信のための第１の通信可能範囲と、上記ローカルエリアネットワーク機器との通信のための第２の通信可能範囲とを有し、該各第１の通信可能範囲は、該各第２の通信可能範囲より狭く、該第１の通信可能範囲全体が対応する第２の通信可能範囲内に含まれることを特徴とする請求項１４記載の双方向無線通信システム。
上記第１の送受信モジュールは、５ＧＨｚ以下の周波数で動作し、上記第２の送受信モジュールモジュールは、５ＧＨｚ以上の周波数で動作することを特徴とする請求項１２記載の双方向無線通信システム。
上記第２の送受信モジュールの帯域幅は、上記第１の送受信モジュールの帯域幅の少なくとも１０倍であることを特徴とする請求項１３記載の双方向無線通信システム。
上記インターネットに接続されたリモートのバックエンドサーバは、上記パーソナルエリアネットワーク機器の通信可能範囲が限られているために、該パーソナルエリアネットワーク機器とは直接通信を行うことができないことを特徴とする請求項１１記載の双方向無線通信システム。
ユーザが無線パーソナルエリアネットワーク機器を用いて商品又はサービスの取引を行う少なくとも１つの売店と、該売店から遠隔にあり、上記無線パーソナルエリアネットワーク機器とは直接通信を行えない距離にあるデータサーバとを有する商用サイトにおいて使用され、該パーソナルエリアネットワーク機器とリモートサーバとの間の双方向実時間データ転送を実現する双方向無線通信システムにおいて、
上記リモートサーバに接続された無線ローカルエリアネットワーク機器と、
上記無線パーソナルエリアネットワーク機器に対する双方向データ通信を行う第１の送受信モジュールと、上記無線ローカルエリアネットワーク機器に対する双方向データ通信を行う第２の送受信モジュールとを有する無線ブリッジ装置とを備え、
上記無線ブリッジ装置は、上記無線パーソナルエリアネットワーク機器との通信に関する第１の通信可能範囲と、上記無線ローカルエリアネットワーク機器との通信に関する第２の通信可能範囲とを有し、該第１の通信可能範囲は、該第２の通信可能範囲より狭く、該第１の通信可能範囲全体が該第２の通信可能範囲内に含まれることを特徴とする、双方向無線通信システム。
上記第１の送受信モジュール及び第２の送受信モジュールは、それぞれ異なる周波数で動作することを特徴とする請求項１９記載の双方無線通信システム。
上記第２の送受信モジュールは、最大７個の無線パーソナルエリアネットワーク機器と同時に通信を行うために十分な広さの動作帯域幅を有することを特徴とする請求項１９記載の双方無線通信システム。
上記各パーソナルエリアネットワーク機器は、固有のアドレスを有し、当該双方向無線通信システムは、互いに近接するそれぞれ異なる複数の第１の通信可能範囲に亘る双方向無線通信のための複数の無線ブリッジ装置を備え、
上記無線ローカルエリアネットワーク機器は、上記通信可能範囲の１つから他の通信可能範囲へのローミングの際、上記各パーソナルエリアネットワーク機器と実質的に均一の双方向データ通信を維持することを特徴とする請求項１９記載の双方向無線通信システム。
上記各無線ブリッジ装置は、上記パーソナルエリアネットワーク機器との通信のための第１の通信可能範囲と、上記ローカルエリアネットワーク機器との通信のための第２の通信可能範囲とを有し、該各第１の通信可能範囲は、該各第２の通信可能範囲より狭く、該第１の通信可能範囲全体が対応する第２の通信可能範囲内に含まれることを特徴とする請求項２２記載の双方向無線通信システム。
上記第１の送受信モジュールは、５ＧＨｚ以下の周波数で動作し、上記第２の送受信モジュールモジュールは、５ＧＨｚ以上の周波数で動作することを特徴とする請求項２０記載の双方向無線通信システム。
上記第２の送受信モジュールの帯域幅は、上記第１の送受信モジュールの帯域幅の少なくとも１０倍であることを特徴とする請求項２１記載の双方向無線通信システム。
上記インターネットに接続されたリモートのバックエンドサーバは、上記パーソナルエリアネットワーク機器の通信可能範囲が限られているために、該パーソナルエリアネットワーク機器とは信頼性が高い通信を直接行うことができないことを特徴とする請求項１９記載の双方向無線通信システム。
ユーザが無線パーソナルエリアネットワーク機器を用いて商品又はサービスの取引を行う少なくとも１つの売店と、該売店から遠隔にあり、上記無線パーソナルエリアネットワーク機器とは直接通信を行えない距離にあるデータサーバとを有する商用サイトにおいて使用され、該パーソナルエリアネットワーク機器とリモートサーバとの間の双方向実時間データ転送を実現する双方向無線通信システムにおいて、
上記リモートサーバに接続された無線ローカルエリアネットワーク機器と、
上記無線パーソナルエリアネットワーク機器に対する双方向データ通信を行う第１の送受信モジュールと、上記無線ローカルエリアネットワーク機器に対する双方向データ通信を行う第２の送受信モジュールとを有する無線ブリッジ装置とを備え、
上記商用サイトは、自動車サービスステーションであり、上記売店は、少なくとも１つのガソリン給油ポンプを備える双方向無線通信システム。
上記パーソナルエリアネットワーク機器は、上記自動車サービスステーションにおける自動車に搭載されている通信モジュールであることを特徴とする請求項２７記載の双方向無線通信システム。
上記パーソナルエリアネットワーク機器は、ハンドヘルド型個人携帯情報端末装置であることを特徴とする請求項２７記載の双方向無線通信システム。
上記パーソナルエリアネットワーク機器は、ブルートゥース無線通信プロトコルに準拠していることを特徴とする請求項１９記載の双方向無線通信システム。
上記ローカルエリアネットワーク機器は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａプロトコルに準拠していることを特徴とする請求項１９記載の双方向無線通信システム。
上記無線ブリッジ装置は、上記ガソリン給油ポンプの近傍に配設されていることを特徴とする請求項２７記載の双方向無線通信システム。
インターネットに接続されたバックエンドサーバから遠隔にある複数のガソリン給油ポンプを有する自動車サービスステーションにおいて、少なくとも１つのパーソナルエリアネットワーク機器と、上記バックエンドサーバとの間のデータ通信インタフェースを実現するインタフェース方法において、データ転送ブリッジ内に無線ローカルエリアネットワーク送受信機と無線パーソナルエリアネットワーク送受信機を配設するステップと、
上記データ転送ブリッジを上記ガソリン給油ポンプから、上記無線パーソナルエリアネットワーク送受信機の最大通信可能距離より短い第１の距離離間させて配設するステップと、
上記インターネットに接続されたバックエンドサーバをローカルエリアネットワーク機器に接続するステップと、
上記ローカルエリアネットワーク機器を上記データ転送ブリッジから、上記無線ローカルエリアネットワーク送受信機の通信可能距離より短い第２の距離離間させて配設するステップと、
上記無線ローカルエリアネットワーク送受信機と無線パーソナルエリアネットワーク送受信機との間の干渉が生じないように、該無線ローカルエリアネットワーク送受信機と無線パーソナルエリアネットワーク送受信機とを異なる転送周波数で動作させるステップとを有するインタフェース方法。
インターネットプロトコルアドレスを有さない移動機器と、遠隔に配設され、インターネットに接続されたバックエンドサーバとの間の通信リンクを実現する通信システムにおいて、
空間的に離れた位置に配設され、個別の通信可能範囲を形成し、該通信可能範囲内に入った上記移動機器と双方向通信を行い、それぞれ固有のインターネットプロトコルアドレスを有し、上記バックエンドサーバとの独立した接続を有する少なくとも２つの通信多重化装置と、
上記移動機器が１つの通信可能範囲を出て、他の通信可能範囲に入ったとき、代替となる通信多重化装置のインターネットプロトコルアドレスと、上記バックエンドサーバと対応する多重化装置との間の個別の接続とを選択するバッファリング及びスイッチング手段とを備え、
上記多重化装置とバックエンドサーバとの間の独立した接続は無線接続であり、
上記通信可能範囲は、互いに隣接し、上記移動装置は、１つの通信可能範囲を出て、直ちに他の通信可能範囲に入り、上記移動装置と上記バックエンドサーバとの通信が実質的に継続され、
上記各多重化装置は、それぞれ上記移動装置及び上記バックエンドサーバと通信を行う個別の送受信機を有する無線ブリッジ装置を備える、
ことを特徴とする通信システム。