JP6820954B2 - Wi−Fiネットワークのクラウドベース制御 - Google Patents
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Description
本特許出願は、以下の米国特許仮出願(いずれも2016年3月18日に出願)の優先権を主張するものであり、これらを各々参照により援用する。
図1を参照すると、一例示的実施形態では、ネットワーク図が、クラウド12ベースの制御を有する分散Wi−Fiシステム10を説明する。分散Wi−Fiシステム10は、IEEE802.11プロトコル及びその変更された形態にしたがって動作することができる。分散Wi−Fiシステム10は、ある場所、例えば住居、職場その他などの全体に分散させることができる複数のアクセスポイント14(アクセスポイント14A〜14Hと表示する)を含む。つまり、分散Wi−Fiシステム10は、単一アクセスポイント、リピーター、又はメッシュシステムによるサービスが非効率又は非実用的なあらゆる物理的な場所での動作を意図している。本明細書で説明するように、分散Wi−Fiシステム10は、ネットワーク、システム、Wi−Fiネットワーク、Wi−Fiシステム、クラウドベースのシステム等と呼ばれることもある。アクセスポイント14は、ノード、アクセスポイント、Wi−Fiノード、Wi−Fiアクセスポイント等と呼ばれることもある。アクセスポイント14の目的は、Wi−Fiクライアントデバイス16(Wi−Fiクライアントデバイス16A〜16Eと表示する)へのネットワーク接続性を提供することである。Wi−Fiクライアントデバイス16は、クライアントデバイス、ユーザーデバイス、クライアント、Wi−Fiクライアント、Wi−Fiデバイス等と呼ばれることもある。
図2を参照すると、一例示的実施形態では、ネットワーク図が、一般的な単一アクセスポイントシステム30、Wi−Fiメッシュネットワーク32、及びWi−Fiリピーターネットワーク33に対する分散Wi−Fiシステム10の動作の違いを説明している。単一アクセスポイントシステム30は、ある場所(例えば家)にある全てのWi−Fiクライアントデバイス16に対応するように中心部に配置され得る単一の強力なアクセスポイント34に依存する。また、本明細書で先に説明したように、典型的な住居では、単一アクセスポイントシステム30は、アクセスポイント34とWi−Fiクライアントデバイス16との間に、いくつかの壁、床等を有し得る。それに加えて、単一アクセスポイントシステム30は単一チャンネルで動作するので、近隣システムからの干渉が生じ得る。Wi−Fiメッシュネットワーク32は、Wi−Fiカバレッジを分散する複数メッシュノード36を有することにより、単一アクセスポイントシステム30の問題の一部を解決する。具体的には、Wi−Fiメッシュネットワーク32は、完全に相互接続されているメッシュノード36に基づき動作し、チャンネルXなどのチャンネルを各メッシュノード36とWi−Fiクライアントデバイス16との間で共有している。つまり、Wi−Fiメッシュネットワーク32は、完全に相互接続されたグリッドであり、同じチャンネルを共有し、メッシュノード36とWi−Fiクライアントデバイス16との間で複数の異なる経路を可能にしている。しかし、Wi−Fiメッシュネットワーク32は同一のバックホールチャンネルを用いるので、ソースポイント間で全てのホップが、データ送達に必要なホップ数によってネットワーク容量を分割する。例えば、ビデオをWi−Fiクライアントデバイス16にストリーミングするのに3ホップを要する場合、Wi−Fiメッシュネットワーク32には1/3の容量しか残らない。Wi−Fiリピーターネットワーク33は、Wi−Fiリピーター38に無線接続されたアクセスポイント34を含む。Wi−Fiリピーターネットワーク33は、アクセスポイント14とWi−Fiクライアントデバイス16との間に最大で1つのWi−Fiリピーター38が存在しているスター状トポロジーである。チャンネルの観点からは、アクセスポイント34は第1のチャンネル、Ch.XでWi−Fiリピーター38と通信でき、Wi−Fiリピーター38は第2のチャンネル、Ch.YでWi−Fiクライアントデバイス16と通信できる。
図3を参照すると、一例示的実施形態では、フローチャートが分散Wi−Fiシステム10の構成及び最適化処理50を説明する。具体的には、構成及び最適化処理50は、分散Wi−Fiシステム10の高効率な動作を可能にする様々なステップ51〜58を含む。これらのステップ51〜58は、適宜、異なる順で、場合によっては繰り返し実行して、変化する条件に分散Wi−Fiシステム10を適合させることができる。第1に、各アクセスポイント14が電気ソケットに挿し込まれ、オンボード化される(ステップ51)。分散Wi−Fiシステム10では、サブセットのアクセスポイント14だけがモデム/ルーター18に有線接続され(又は任意選択によりモデム/ルーター18に無線接続され)、有線接続性のないアクセスポイント14は、クラウド12に接続するためにオンボード化されなくてはならない。オンボード化ステップ51は、新たにインストールされたアクセスポイント14が分散Wi−Fiシステム10に確実に接続して、このアクセスポイントがコマンドを受信でき、データをサーバー20に提供できるようにする。オンボード化ステップ51は、正しいサービスセット識別子(SSID)(ネットワークID)及び関連付けられたセキュリティ鍵を有するアクセスポイントを構成することを含むことができる。一例示的実施形態では、オンボード化ステップ51は、アクセスポイント14とユーザーデバイス22との間で、Bluetooth又は同等の接続性により実行されて、ユーザーがSSID、セキュリティ鍵等を提供することを可能にする。オンボード化されると、アクセスポイント14は、構成のために、分散Wi−Fiシステム10経由でサーバー20との通信を開始することができる。
図4を参照すると、一例示的実施形態では、ブロック図が、最適化70への入力60及び出力62を説明する。入力60は、例えば、各クライアントにより要求されるトラフィック負荷、ノード間及びアクセスポイント14(ノード)とWi−fiクライアントデバイス16との間の信号強度、ネットワーク内の各可能なリンクのデータレート、各リンクのパケットエラーレート、ネットワーク内インターフェアラーの強度及び負荷、並びにネットワーク外インターフェアラーの強度及び負荷を含むことができる。ここでまた、これらの入力は、複数のアクセスポイント14により収集された測定値及びデータに基づき、クラウド12内のサーバー20に通信される。サーバー20は、最適化70を実施するように構成されている。最適化70の出力は、例えば、チャンネル及び帯域幅(BW)の選択、経路及びトポロジー、送信要求/送信可(RTS/CTS)の設定、送信機(TX)電力、クリアチャンネル評価閾値、クライアント関連付けステアリング、並びに帯域ステアリングを含む。
図5を参照すると、一例示的実施形態では、ブロック図が、分散Wi−Fiシステム10内のアクセスポイント14の機能的構成要素を説明する。アクセスポイント14は、プロセッサー102、複数の無線機104、ローカルインターフェース106、データ記憶領域108、ネットワークインターフェース110、及び電源112を収容する物理的なフォームファクター100を含む。当業者であれば、図5は、アクセスポイント14を簡略化して示したものであり、実際の実施形態は、追加の構成要素及び好ましく構成された処理論理(processing logic)を含んで、本明細書で説明する特徴、又は既知の若しくは本明細書では詳述していない一般的な動作特徴をサポートすることができることを理解すべきである。
図6を参照すると、一例示的実施形態では、ブロック図が、サーバー20、Wi−Fiクライアントデバイス16、又は分散Wi−Fiシステム10で使用され得るユーザーデバイス22の機能的構成要素を説明する。図6は、Wi−Fiクライアントデバイス16、サーバー20、ユーザーデバイス22、又は任意の汎用処理デバイスのどれでも形成することができる機能的構成要素を説明する。サーバー20は、ハードウェアアーキテクチャとして、一般にプロセッサー202、入力/出力(I/O)インターフェース204、ネットワークインターフェース206、データ記憶領域208、及びメモリー210を含む、デジタルコンピューターであってもよい。当業者であれば、図6は、サーバー20を簡略化して示したものであり、実際の実施形態は、追加の構成要素及び好ましく構成された処理論理を含んで、本明細書で説明する特徴、又は既知の若しくは本明細書では詳述していない一般的な動作特徴をサポートすることができることを理解すべきである。
ここでまた、様々な例示的実施形態では、システム及び方法が、構成及び最適化処理50で最適化70に用いるために、分散Wi−Fiシステム10内でデータ及び測定値を収集する技法を提供する。本明細書で説明するように、アクセスポイント14からの測定値及び収集データは、まとめて測定値又はデータと呼ばれることがある。このデータは、限定ではないが、異なるクライアントからの/異なるクライアントへのトラフィック、異なるクライアントから/異なるクライアントへと用いられる信号強度及びデータレート、Wi−Fiチャンネルの条件、異なるトラフィックフローによりもたらされる性能、アクセスポイント14の輻輳レベル等を含むことができる。このデータは、クラウド12へ、そしてサーバー20へと定期的及びイベント駆動式の両方で報告される。イベント駆動型の報告は、絶対閾値又は相対閾値を超えることに基づくことができる。さらに、報告の頻度は、測定されているパラメーターの閾値又はレベルに基づき動的に調節されることができる。アクセスポイント14は、データを生データとして報告することができ、又はデータが大容量の場合は、平均値、中央値、偏差その他などの統計的測定値によって圧縮して報告することもできる。データ収集の1つの目的は、アクセスポイント14によって伝送されている有効なトラフィックフローの性能への影響を最小化しながら、収集及び報告を実行することである。
図9を参照すると、一例示的実施形態では、ネットワーク図が、クラウド12内の構成サービス402及び統計サービス404と通信している分散Wi−Fiシステム10内のアクセスポイント14を有するネットワーク400を説明する。分散Wi−Fiシステム10内のアクセスポイント14によって上述したようにして収集されたデータは、クラウド12内に移動させなくてはならない。このことは、アクセスポイント14を構成し制御するのに用いられるチャンネルとは別のチャンネル経由で行うのが有益である。それは、クラウド12からのアクセスポイント14の管理は、データ収集とは別個のトラフィックパターンを有するからである。アクセスポイント14の構成は、頻繁には行われず、信頼性が高くトランザクション可能でなくてはならないが、アクセスポイント14からサービス402、404への統計値報告は大容量なので高効率でなくてはならず、多少のデータ消失に適応可能である。したがって、アクセスポイント14は、構成と統計とに異なる通信チャンネル及び手法を、すなわち構成サービス402への構成チャンネル406と、統計サービス404への統計チャンネル408とを実装できる。
ここでまた、より具体的には、分散Wi−Fiシステム及び方法は、分散Wi−Fiシステム10内のWi−Fiクライアントのアクセスサービスを提供する全アクセスポイント14が、Wi−Fiネットワークを通して、クラウド12に接続しているゲートウェイ18を通過する安全で信頼性の高い1つのデータ経路をもつことを保証する。メッシュ、リピーター、又は一般的な分散Wi−Fi手法の問題の一つは、初期ネットワーク設定である。典型的には、Wi−Fiネットワークの設定は、何らかの種類の手動のユーザーとのやり取りを必要とし、それは典型的には、ノード間接続に用いられるWi−FiネットワークSSID及びパスワードを入力することである。この手順は煩雑であり、間違いやすい。メッシュ、リピーター、又は分散Wi−Fi手法のように複数ノードを設定しなければならない場合、問題は増大する。それに加えて、Wi−Fi可能な標準クライアントで各ノードに接続することが厄介な場合もあるが、それは基本サービスセット識別子(BSSID、特定のノード又はアクセスポイントのMACアドレスに相当)に基づき接続するデバイスの選択の機会を全てのWi−Fiクライアントがユーザーに提供するわけではないからである。具体的には、Microsoft Windows(登録商標)は、BSSID又は他の手段を介し接続する特定のAPの選択を許可しない。こうした制限は、限られた技術的スキルしかないユーザーにとってさらなる重荷となり、初期ネットワーク設定を完了するのに要する時間を増やすだけである。
図14を参照すると、一例示的実施形態では、ネットワーク図が、中央管理されるレジストリ565に接続している様々な分散Wi−Fiシステム10を説明する。本明細書で説明するように、アクセスポイント14は、それらが接続しなければならないクラウドサービス502、504のアドレスを把握しているものと仮定する。このことは概念的には簡単であるが、実際には、全てのタイプ及び世代のアクセスポイント14が必要なサービス502、504を得るために接続可能な常在の場所を維持することは困難であり得る。この問題は、サービス502、504の場所の中央管理されるレジストリ565によって克服することができる。例えば、消費者の複数の住居572の多数のアクセスポイント14が複数の異なるネットワーク574で展開されており、これらのアクセスポイント14はそれらのライフサイクルにわたってパブリッククラウド内でホストされている異なるサービス502、504に接続しなくてはならない。本明細書で説明するように、これらのサービスは、認証サービス502、クラウド構成サービス504、統計サービス576、ログ収集サービス578等を含むことができる。さらに、異なる場所で稼動する異なる環境570A、570B、570C(例えば開発、品質保証(QA)、及び製造、又は特定のISPの異なるオペレーター系列)がある。アクセスポイント14のファームウェア内にサービス場所を固定的に構成することは、不便(各環境570A、570B、570C用に特別構築される時間構成を要する)且つ融通が利かない(サービス場所をファームウェアに焼き込んでしまうと変更不可、又は、異なる場所に接続するにはファームウェアの再フラッシュが必要)。
図15を参照すると、一例示的実施形態では、ネットワーク図が、分散Wi−Fiシステム10が中に各々構成された隣接する2軒の住居572A、572Bを説明する。分散Wi−Fiシステム10は、H1.N1、H1.N2.、…、H2.N1、H2.N2、…と表示される様々なアクセスポイント14を含み、ここでHIは住居502A、H2は住居572B、Nxはその中のアクセスポイントx(x=1、2、3、…)である。どの分散Wi−Fiシステム10でも、起動時の主な関心事は、アクセスポイント14を正しいネットワークに接続することである。無線信号は隣の住居572A、572Bまで飛ぶことがあるので、アクセスポイント14が隣家のネットワークに接続する危険がある。したがって、アクセスポイント14が隣家のネットワークに接続しないように制限するシステムを確立することは有益である。図15では、アクセスポイント14を制限するための、クラウド12(インターネット)に接続されたバックホールネットワーク構成サービス595を説明する。
ここでまた、分散Wi−Fiシステム10は、ゲートウェイ動作モードでもブリッジ動作モードでも動作可能な複数のアクセスポイント14を含む。ゲートウェイノードは、モデム/ルーター18に接続されたアクセスポイント14を含むが、分散Wi−Fiシステム10内の残りのアクセスポイント14は、ブリッジノードである。分散Wi−Fiシステム10内のアクセスポイント14と、関連付けられたWi−Fiクライアントデバイス16とが一緒に「ホームネットワーク」を構成している。つまり、アクセスポイント14、及び関連付けられたWi−Fiクライアントデバイス16は、典型的には1軒の家又はマンションの部屋に属し、各アクセスポイント14はデータ及び管理プレーン内で、互いに又は当該ホームネットワークに属するWi−Fiクライアントデバイス16と通信可能である。アクセスポイント14間又はWi−Fiクライアントデバイス16との通信は、無線技術又は有線技術のどちらを使用してもよい。有線技術は、典型的には、物理的な性質上ホームネットワーク内に限られるが、無線通信は、壁、床、屋根等を通過して他の隣家にまで拡散する無線通信能力によって、ホームネットワークと他のネットワーク/場所との間の送信が可能である。したがって、ホームネットワーク、及びそのホームネットワークに属するアクセスポイント14又はWi−Fiクライアントデバイス16の境界を定める機構が必要である。
Bluetooth Low Energyは、無線パーソナルエリアネットワーキングプロトコルであり、送信デバイスについての特定の情報を含む一方向のビーコンを送信して、受信デバイスに送信デバイスの状況、識別子その他などの情報を伝えることができる。Bluetoothビーコンは、デバイスから送信される、一意識別子(UUID)マーカー(例えば、シリアルナンバー)及び送信デバイスの製品分類(例えば、UUID)が状況表示とともに含まれるデータパケット又は一連のデータパケットである。状況表示は、送信デバイスの動作状態、通信ポートの性能及び状況、並びにトラブルシューティング又は不良の状態に関する情報を提供することができる。iBeacon(Apple社)及びEddystone(Google社)などの規格は、そのようなビーコンを送信する標準化されたフレームフォーマットであるが、諸特許にある手法も、同等の機能性を有して使用できることもある。
図16を参照すると、一例示的実施形態では、ネットワーク図が、分散Wi−Fiシステム10又は他の分散Wi−Fiネットワークの無線デバイス14、16を要求する設定600を説明する。設定600は、アクセスポイント14又はWi−Fiクライアントデバイス16及びインターネット620経由のクラウドコントローラー610の両方と通信しているユーザーデバイス22(これはWi−Fiクライアントデバイス16の1つであってもよい)を含む。クラウドコントローラー610は、分散Wi−Fiシステム10内のクラウド12及びサーバー20であってもよい。ユーザーデバイス22は、図6に示すものと同様のアーキテクチャを含む。ユーザーデバイス22は、モバイルアプリケーション(「アプリ」)630、第1のインターフェース640、及び第2のインターフェース650を含む。図6では、アプリ630はプログラム216の1つであってもよく、インターフェース640、650はネットワークインターフェース206の一部であってもよい。第1のインターフェース640は、Bluetoothなどの無線パーソナルエリアネットワーク(PAN)インターフェースであってもよい。第2のインターフェース650は、LTE、3G、Wi−Fiその他などのワイドエリアネットワーク(WAN)又はローカルエリアネットワーク(LAN)インターフェースであってもよい。第2のインターフェース650がWi−Fiである場合、分散Wi−Fiシステム10以外の異なるWi−Fiネットワークでも動作可能であるが、それは、ここではユーザーデバイス22が、分散Wi−Fiシステム10を設定するためノードを要求するのに用いられるからである。アプリ630は、(クラウドコントローラー610により)分散Wi−Fiシステム10内のデバイスを発見し、要求し、分割する、本明細書で説明する様々な機能を実行するように構成されている。
Wi−Fiアクセスポイント、又はホームネットワーク内の他のネットワーキングデバイスは、デバイスの「パック」として構成されて、ホームネットワークに属するグループを形成することができる。このグループは、一意識別子で結ばれた2つ以上のデバイスを含むことができる。このパックのデバイスは、事前構成された同パックの他のデバイスとだけ通信するように制限することができ、このことは、通信を制限する、及び、クラウドコントローラー610への通信を可能にする、という2つの主要な機能において役立つことができる。例えば、構成されたパックは、ホームネットワークの通信をパック内のデバイスのみに制限することができるので、ホームネットワーク外の他のデバイスの参加を防止できる。これにより、望ましくないデバイスがホームネットワークに意図的に又は偶然参加することが防止されるレベルの安全性が提供される。構成されたパックはまた、ホームネットワークのパックに属するデバイスだけに関連するパラメーター及び統計値を適用するか又は読み取る、クラウドコントローラー610によるクラウドベース又はローカルベースの用意及び監視を可能にする。
新デバイスの事前構成は、最終管理者/所有者が注文する際、又は最終ホームネットワークが判明している電子商取引、商取引若しくはロジスティクス処理のどこかの段階で、決定することができる。ここでまた、この新デバイスは、クラウドコントローラー610のアカウントを介するなどして管理者/所有者とつながることができる。事前構成がなされ得る適時としては、デバイス製造時、梱包出荷施設(pack-out facility)に輸送する準備中のデバイスの梱包時、梱包出荷施設における最終的な顧客用の包装前等が挙げられる。事前構成はさらに、販売業者又は小売パートナーに輸送される前になされることもあるが、それは最終顧客用包装として包装した後である。このことは、包装内容物の一意識別子を把握し、クラウドコントローラー610又はホームネットワークのローカルベースの管理サーバーでデバイスを事前構成することにより、実現可能である。事前構成はさらに、小売店で清算処理の際になされることもあり、この場合、包装内容物の一意識別子を、クラウドコントローラー610又はホームネットワークのローカルベースの管理サーバーでのデバイスの事前構成に結びつけることができる。
本明細書で説明するシステム及び方法は、複数の分散アクセスポイント14を含むWi−Fiネットワークの初期トポロジーからの目標トポロジーの実現を調整する技法を提供する。例えば、システム及び方法は、分散Wi−Fiシステム10、並びにWi−Fiメッシュネットワーク32、Wi−Fiリピーターネットワーク33その他などの他の分散Wi−Fiネットワークでの操作を意図している。本明細書で説明するように、Wi−Fiネットワークのトポロジーは、1セットのノードすなわちアクセスポイント14の互いの親機−子機の関係により説明することができる。トポロジーはまた、任意選択により、アクセスポイント14とWi−Fiクライアントデバイス16との親機−子機の関係を含むことができる。親機−子機の関係は、バックホールリンクであってもよく、例えば、各リンクの周波数帯域、チャンネル、及びチャンネル幅を含むことができる。トポロジーの変更は、クラウド12、クラウドコントローラー、クラウドベースのサービスその他などによって1セットのコマンドをノードに対して発行し、望ましい状態が実現されるように無線機104を構成するようアクセスポイント14に指令することにより実現可能である。また、コマンドをWi−Fiクライアントデバイス16に送信して、チャンネルの変更又は異なるアクセスポイント14への接続を誘導することもできる。
図24を参照すると、一例示的実施形態では、ネットワーク図が、第1のトポロジー状態752及び第2のトポロジー状態754にある6ノードのWi−Fiネットワーク750を説明する。Wi−Fiネットワーク750は、A〜Fの6ノードを含む。図25を参照すると、一例示的実施形態では、フローチャートが、Wi−Fiネットワーク750におけるトポロジーを変更するための、操作を順次実行する第1の処理780を説明する。図26を参照すると、一例示的実施形態では、フローチャートが、Wi−Fiネットワーク750におけるトポロジーを変更するための、並列の変更を実行する第2の処理790を説明する。図27を参照すると、一例示的実施形態では、ネットワーク図が、Wi−Fiネットワーク750及び第1の処理780の例示的操作を説明する。図28を参照すると、一例示的実施形態では、ネットワーク図が、Wi−Fiネットワーク750及び第2の処理790の例示的操作を説明する。
図29を参照すると、一例示的実施形態では、ネットワーク図が、1つ又は複数の分散Wi−Fiシステム10に接続されたクラウド構成サービス504を介してのファームウェアアップデートを説明する。トポロジー変更についての問題と密接に関連する問題は、いかにしてネットワーク(例えば、分散Wi−Fiシステム10又は任意の他の分散Wi−Fiネットワーク)内の全デバイスのファームウェア/ソフトウェアをアップデートするか、ということである。トポロジー変更についての問題と同様に、決して手順の途中でネットワークに割り込まれないように、又は一部のノードがアップデート処理から漏れないように、デバイスのファームウェア/ソフトウェアを順次アップデートすることが重要である。
図31を参照すると、一例示的実施形態では、フローチャートが、複数の時間スケールで実行される分散Wi−Fiネットワークの最適化方法900を説明する。図32を参照すると、一例示的実施形態では、ブロック図が、最適化900と関連する低速及び高速制御ループを実施するクラウドシステム1000を説明する。最適化方法900は、あらゆる分散Wi−Fiネットワークを最適化するためのクラウドシステム1000(すなわち、クラウドサービス、クラウドコントローラー等)による操作を意図している。ここでまた、分散Wi−Fiネットワークは、分散Wi−Fiシステム10、Wi−Fiメッシュネットワーク32、Wi−Fiリピーターネットワーク33等を含むことができる。本明細書で説明するように、分散Wi−Fiネットワークは、最適化70に基づき調節可能なトポロジーで相互接続されている複数のノードを含む。トポロジーは、アクセスポイント14を互いに無線接続する複数のバックホールリンクにより形成される。最適化70は、ノード接続性、無線波(2.4G/5G)、チャンネル、チャンネル幅等の点で最適なトポロジーを決定するため、定期的に実行することができる。
ここでまた、図4を参照すると、最適化70は、ある場所に展開しているアクセスポイント14の各々によってなされる測定を入力60として取る。このような測定値には、限定ではないが、各クライアント16により要求されるトラフィック負荷、各アクセスポイント14間で、及び各アクセスポイント14から各クライアント16までの間で維持され得る信号強度及びデータレート、アクセスポイント14間、及びアクセスポイント14とクライアント16との間のリンクにおけるパケットエラーレート等が含まれることがある。それに加えて、アクセスポイント14は、分散Wi−Fiシステム10に影響する干渉レベルの測定をする。これには、他のクラウド制御の分散Wi−Fiシステム10からの干渉(「ネットワーク内インターフェアラー」)、及び制御可能なネットワークの一部ではないデバイスからの干渉(「ネットワーク外インターフェアラー」)が含まれる。これらのタイプのインターフェアラーを区別することは重要である。ネットワーク内インターフェアラーは、クラウドシステムにより制御可能なので、ネットワーク内システム全体の大きな最適化に含まれ得る。ネットワーク外インターフェアラーは、クラウドからは制御できないので、これらの干渉を別のチャンネルに移動させたり別途変更したりすることはできない。分散Wi−Fiシステム10はこれらを変更するのではなく、これらに適合しなければならない。これらのネットワーク外インターフェアラーは、クラウド制御されないWi−Fiネットワーク、及びWi−Fiにより使用される周波数で送信するBluetoothデバイス、ベビーモニター、コードレス電話その他などの非Wi−Fiデバイスを含む。各リンクの容量は、移動したデータの量(負荷)、及び干渉のせいでメディアがビジーである時間の量を検証することによって導出することができる。これはまた、リンクを通過して移動したデータと送信キューがビジーだった時間割合との比をとることによって導出することもできる。この容量は、リンクに飽和状態になるまで負荷がかかり、可能な限りのデータ量を移動させると仮定した場合に実現され得る仮想スループットを表す。
一般的なIEEE802.11では、分散Wi−Fiネットワーキングには限界があり、規格の非標準的手法への修正、又はネットワークルーティングプロトコルの使用のどちらかを必要とする。様々な例示的実施形態では、分散Wi−Fiネットワーキングをサポートして、全既存のWi−Fiクライアントが分散Wi−Fiネットワークに接続できることを保証できるように、システム及び方法は、Layer 2(L2)ネットワークトンネル、及びソフトウェアブリッジインターフェースを用いる。これらのインターフェースは、分散Wi−Fiネットワークの一部となるアクセスポイントの各々に存在する。全クライアントに十分なネットワークサービスを保証するために、システム及び方法は、Wi−Fiで稼働するL2ネットワークトンネルによってWi−Fiアクセスポイント同士を互いに接続し、L2インターフェースを、各アクセスポイントで稼動するブリッジインターフェースに接続する。この手法は、分散Wi−Fiネットワークに接続する全クライアントが、L2又は高次ネットワークプロトコルを用いて、互いに通信できることを保証する。また、全てのクライアントがゲートウェイノードを介してあらゆるパブリックネットワークサービスに到達できることを保証する。論理的には、システム及び方法は、分散Wi−Fiソリューションを単一Wi−Fiアクセスポイントソリューションと完全に等価とする。具体的には、システム及び方法は、Wi−FiクライアントとWi−Fiアクセスポイントとの接続を、当該ブリッジデバイスを通じて確立する際に、中間Wi−Fiクライアントをネットワークブリッジとして用いるという問題を解決する。システム及び方法は、あらゆるIEEE802.11ネットワークに適用可能であるが、特に、分散Wi−Fiネットワークソリューション(複数のアクセスポイント)にとって有用である。システム及び方法は、それに接続された全クライアントについて、これらのクライアントのトラフィックが中間Wi−Fiデバイスを通じて複数のホップを介して移動する場合でも、十分なネットワーク接続性を保証する。
図40を参照すると、一例示的実施形態では、ネットワーク図が、L2トンネルでブリッジインターフェースを接続するWi−Fiネットワーク500を説明する。ネットワークデバイスをターゲットとする現代のほとんどのオペレーティングシステムは、L2学習Media MACブリッジ(以後、ブリッジインターフェース1260と呼ぶ)のソフトウェアの実装を有する。分散Wi−Fiネットワーク(すなわち、Wi−Fiネットワーク500、分散Wi−Fiシステム10等)に接続される全Wi−Fiクライアントデバイス16に対する十分なネットワークサービスを可能にするためには、全インフラストラクチャーモードインターフェースが「ブリッジ」とならなくてはならず、すなわち、同じブリッジインターフェース1260に接続されるか、又は透過的に相互接続される一連のブリッジインターフェースに接続されなくてはならない。
ここでまた、構成及び最適化処理50の出力の1つは、分散Wi−Fiシステム10(又は任意の他のWi−Fiネットワーク)と関連付けられたWi−Fiクライアントデバイス16を構成することである。本明細書ではそれを「クライアントステアリング」と呼ぶことがある。一般的なシステムでは、Wi−Fiクライアントデバイス16は、どのアクセスポイントと関連するかをローカルで決定する。したがって、一般的なクライアント関連付けは分散される。本明細書で説明するシステム及び方法では、クライアントの関連付けは、構成及び最適化処理50の一部であってクラウドコントローラーによって制御されることができる。つまり、分散Wi−Fiシステム10又は任意の他のWi−Fiネットワークは、クライアント関連付けの決定を、クラウド12において遠隔的になされることができる。クライアントステアリングの主な原則は、結果としてWi−Fiクライアントデバイス16のWi−Fi接続性の中断量が最低となり、大半のWi−Fiクライアントデバイス16で有効であるべき、ということである。
図43を参照すると、一例示的実施形態では、フローチャートが、クラウドコントローラーによる、分散Wi−Fiシステム10などのWi−Fiネットワークの推定及び学習処理1400を説明する。ここでまた、本明細書で説明するように、アクセスポイント14(ノード)は、測定区間におけるWi−Fiシステムの様々なパラメーターについて、平均値、分散、及びヒストグラムなどの統計的データを収集し報告する(ステップ1401)。これらのパラメーターは、限定ではないが、スループット、アプリケーションのタイプ、ネットワーク内の全てのノードから/へのクライアントへのトラフィックを消費する信号の強度、空間ストリームの数、チャンネル幅、MCSその他などのクライアントの能力を含む。
ここでまた、Wi−Fiネットワーク、又は他の同様の無線技術は、広く普及している。人々は、自宅、職場、及び公共の場で、例えば学校やカフェ、更には公園でもそれらを使用している。Wi−Fiは、ケーブルを排除し移動性を可能にすることによって、高い利便性を提供する。消費者がWi−Fiで実行する各種アプリケーションは拡大の一途を辿っている。今日、人々は、ビデオトラフィック、オーディオトラフィック、電話での通話、ビデオ会議、オンラインゲーム、及び防犯カメラの映像など、あらゆる種類のメディアの伝送にWi−Fiを使用している。ウェブ閲覧、ファイルのアップロード/ダウンロード、ディスクドライブのバックアップ、及びいくつかのモバイルデバイス用アプリケーションなどの従来のデータサービスも同時に使用されることが多い。
ヒートマップは、ゲートウェイ、ノード、又はクライアントの周りの色又は透明度の階調によって表示され、所与の時間のデバイスの性能又は可能な性能を表示するために用いることができる。ヒートマップは、Wi−Fiネットワーク1500内のデバイスを他のデバイスと比較して相対的な性能を知らせる手早い方法である。比較される性能特徴は、信号強度、信号の質、速度、遅延、パケット消失、ジッター、又は他の類似の統計値に関連し得る。
Wi−Fiネットワーク1500の一部分が低性能である場合、Wi−Fiネットワーク1500の被影響領域を空白又は対照的な色で示すイラストレーションにより視覚化することができる。Wi−Fiネットワーク1500の被影響領域は、空間における物理的場所又は論理的場所に関連し得る。被影響領域は、信号強度、信号の質、速度、遅延、パケット消失、ジッター、又は他の類似の統計値で相対的に低い性能に関連し得る。
ゲートウェイ、ノード、クライアント、及びユーザーのデータの視覚化は、ネットワークの活動とともに変化する動的な環境である。Wi−Fiネットワーク1500内の変化は、定められた制限時間に基づき、又はイベントに基づき記録され再生されることができる。開始時間及び終止時間を有する制限時間が定められている場合、Wi−Fiネットワーク1500の変化は、異なる再生速度で視覚的に示すことができる。同様に、Wi−Fiネットワーク1500内のイベント又は大きな変化を隔離し再生して、ユーザー又は管理者のためにネットワークの変化及び活動を視覚化することができる。
携帯電話及び他の類似のクライアントなどのユーザーデバイス22は、Wi−Fi及びセルラーなどの複数の通信インターフェースを有する。各インターフェースはインターネット接続を同時にサポートすることができるが、クライアントのオペレーティングシステム(OS)は典型的には、コスト、電源、性能、又は他の類似の理由のため、ある接続をその他の接続よりも選好する。Wi−Fiネットワークでは、Wi−Fiへの接続は、必ずしもインターネット620への接続を意味しない。多くの場合、携帯電話のOSは上流のインターネット不良の場合にWi−Fi接続を切断するツールを備えておらず、Wi−Fiクライアントデバイス16は、Wi−Fiネットワーク1500には成功裏に接続しているのにインターネット620に接続できないままになる。ゲートウェイを監視する制御を有するネットワークの場合、インターネットの停止が監視される。
Wi−Fiネットワーク1500内の障害は、多数の監視拠点を通じて測定することができる。次の事項を監視して、GUI1600、モバイルアプリケーション、プッシュ通知等を通じるなどして管理者又はユーザーに報告することができる。例えば、ブロードバンドISP接続の速度及び遅延を提供することができる。速度が低速であるか、又は遅延が長い場合、結果としてエンドクライアント及びユーザーにとって低性能となる。DNS情報を提供することができる。DNS情報は、Uniform Resource Locator(URL)をインターネット620での通信のためにインターネットプロトコル(IP)アドレスに変換するのに用いられる。DNSが正しく動作しなければ、エンドユーザーはほとんどのインターネットサービスを利用できない。特定されたDNSが動作しない場合、DNSサーバーのアドレスは、システムによって自律的に、URLからIPアドレスへの変換処理のための既知の有効なDNSに切り換えられることがある。これはDNSフェイルオーバー機構である。
図46を参照すると、一例示的実施形態では、フローチャートが、Wi−Fiネットワーク1500のゲストアクセス処理1700を説明する。ゲストは、Wi−Fiネットワーク1500の所有者又は管理者によって提供される必要な許可を得て、Wi−Fiネットワーク1500にアクセスすることができる。ゲストアクセスのために、Wi−Fiネットワーク1500は、オープンサービスセット識別子(オープンSSID)を含むことができ、ゲストはこのオープンSSIDに加わることができる(ステップ1701)。クライアントデバイスは、ゲストに、自らがウェブページを介するなどしてWi−Fiネットワーク1500にアクセスしようとしているゲストであることを知らせることができる。Wi−Fiネットワーク1500へのアクセス要求は管理者に送信される。所望により又は必要に応じて、要求しているゲストは、ゲストの名前及びWi−Fiネットワーク1500へのアクセス要件などの、要求についての詳細を追加することができる。
図47を参照すると、一例示的実施形態では、フローチャートが、管理者によって開始されるWi−Fiネットワーク1500のゲストアクセス処理1800を説明する。また、管理者は、テキスト、電子メール、アプリ内メッセージを送信すること、又は他の類似の通信技法によって、ゲストがWi−Fiネットワーク1500にアクセスするように招待することがある。管理者は、ゲストデバイスのアクセスを要求し、ゲストにプロファイルを適用する(ステップ1801)。このプロファイルは、許可されるゲストクライアントの数、制限時間、他のクライアントへのアクセスレベル、帯域幅の限界及び速度、暗号化の要件、許可されるアプリケーション、並びに他の類似のネットワークアクセスの限界についての情報を提供する。ゲストへの招待状が、URLリンク、ユーザーネーム、及びパスワード、又はアクセス証明書のいずれかと一緒にユーザーに送信される。
様々な制御レベルのWi−Fiネットワーク1500へのアクセスを取得するために、証明書をクライアントデバイスにインストールすることができる。証明書には、Wi−Fiネットワーク1500に加わるための認証要件が含まれ、クラウド12内などの中央サーバーによって制御される。証明書からのプロファイルは、制限時間、他のクライアントへのアクセスレベル、帯域幅の限界及び速度、暗号化の要件、並びに他の類似のネットワークアクセスの限界についての情報を提供する。証明書は、クライアントの製造又は販売の際も含め、いつでもクライアントデバイスにインストールしてよい。クライアントが目的のWi−Fiネットワーク1500の範囲内にあるとき、安全に自動接続することができ、中央サーバーによって管理されるプロファイルに従うことができる。プロファイルはいつでも変更又は破棄され得る。
Wi−Fiネットワーク1500内の各クライアントに適合性ファイヤーウォール設定を適用することができる。ラップトップコンピューター又は携帯電話などの一部のクライアントは、無数のアプリケーションを実行するために多数のポート及びIPアドレスへのアクセスを要求する。Internet of Things(IoT)センサーなどの他のデバイスがそれらの情報を外部サーバーに渡すためには、狭小な通常は固定されているポート範囲及びIPアドレス接続性しか必要としない。Wi−Fiネットワーク1500は、クライアントがゲートウェイを通じて通信することが許可されるポート及びURL又はIPアドレスを制限することによって、これらのセキュリティ設定を適合的に変更することができる。これらのセキュリティ設定は、経時的に学習されることもあるし、各クライアント接続につき初期接続の際に適用されることもある。クライアントが規定のファイヤーウォール設定から逸脱しようとすると、管理者に警告を送って危険を評価することができる。それに加えて、管理者は、いつでも中央サーバーからファイヤーウォール設定を変更することができる。
Claims (20)
- クラウドベースのコントローラーによって実行される、複数のアクセスポイントを含むWi−Fiネットワークを制御する方法であって、
前記Wi−Fiネットワークから受信した、前記複数のアクセスポイントの受信信号インジケーター(RSSI)、実現可能なデータレート、容量、負荷、エラーレート、遅延、及び送受信にかかった時間割合を含む各測定値のうち1又はそれ以上を取得して解析し、
無線リンクであるバックホールリンクを介した前記複数のアクセスポイント間、及び、前記バックホールリンクとは異なる無線リンクであるクライアントリンクを介したクライアントデバイスと前記複数のアクセスポイントとの間、の相互接続を選択する前記コントローラーを含んで構成される前記Wi−Fiネットワークに適用されるトポロジーを決定する、前記コントローラーを含む前記Wi−Fiネットワークの構成を、前記測定値に基づいて決定し、
前記Wi−Fiネットワークを実現するために、前記Wi−Fiネットワークに、所定のトポロジーを含む前記構成を提供するものであり、
前記バックホールリンクは、前記インターネットと前記インターネットを介した前記クラウドベースのコントローラーとに接続されているゲートウェイである、前記複数のアクセスポイントのうち少なくとも1つのアクセスポイントを有するツリー型トポロジーを形成する、
方法。 - 前記複数のバックホールリンクは、それぞれ1つのチャンネルと1つのチャンネル幅との1つ又は複数を含み、前記構成は、前記測定値に基づいて前記1つのチャンネルと前記1つのチャンネル幅との1つ又は複数を前記バックホールリンクごとに決定することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 相互接続された前記複数のアクセスポイントは、直接相互に接続されていない少なくとも2つのアクセスポイントが、1つのチャンネルと1つのチャンネル幅との1つ又は複数を含む少なくとも2つのバックホールリンクを介して接続されてなり、前記少なくとも2つのバックホールリンクは、それぞれ異なる動作パラメーターを有している、請求項1に記載の方法。
- 前記構成は、前記クラウドベースのコントローラーが実行する最適化処理に基づいて決定されている、請求項1に記載の方法。
- 複数のWi−Fiネットワークから追加の測定値を取得することと、前記測定値及び前記追加の測定値を分析し又は学習することと、前記分析又は学習を前記決定することに利用することとを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記クラウドベースのコントローラーを通じたオンボード化処理によって前記複数のアクセスポイントを最初に構成することを更に含み、前記オンボード化処理は、前記Wi−Fiネットワークと異なる第2のネットワークの前記クラウドベースのコントローラーへの接続を部分的に利用する、請求項1に記載の方法。
- 1つのウェブページと1つのモバイルアプリケーションとの1つ又は複数を介して関連する動作状態を伝達するために、前記Wi−Fiネットワークの前記トポロジーの視覚化処理を提供することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 複数のアクセスポイントを含むWi−Fiネットワークを制御するように構成されているクラウドベースのコントローラーであって、
前記Wi−Fiネットワークに通信可能に接続されているネットワークインターフェースと、
前記ネットワークインターフェースに通信可能に接続されている1つ又は複数のプロセッサーと、
命令が格納されているメモリーと、を備え、
前記命令は、実行されると、前記1つ又は複数のプロセッサーに、
前記Wi−Fiネットワークから受信した、前記複数のアクセスポイントの受信信号インジケーター(RSSI)、実現可能なデータレート、容量、負荷、エラーレート、遅延、及び送受信にかかった時間割合を含む各測定値のうち1又はそれ以上を取得して解析させ、
無線リンクであるバックホールリンクを介した前記複数のアクセスポイント間、及び、前記バックホールリンクとは異なる無線リンクであるクライアントリンクを介したクライアントデバイスと前記複数のアクセスポイントとの間、の相互接続を選択する前記コントローラーを含んで構成される前記Wi−Fiネットワークに適用されるトポロジーを決定する、前記コントローラーを含む前記Wi−Fiネットワークの構成を、前記測定値に基づいて決定させ、
前記Wi−Fiネットワークを実現するために、前記Wi−Fiネットワークに、所定のトポロジーを含む前記構成を提供させるものであり、
前記バックホールリンクは、前記インターネットと前記インターネットを介した前記クラウドベースのコントローラーとに接続されているゲートウェイである、前記複数のアクセスポイントのうち少なくとも1つのアクセスポイントを有するツリー型トポロジーを形成する、
クラウドベースのコントローラー。 - 前記バックホールリンクは、それぞれ1つのチャンネルと1つのチャンネル幅と1つの帯域幅との1つ又は複数を含み、前記構成は、前記測定値に基づいて前記1つのチャンネルと1つのチャンネル幅と1つの帯域幅との1つ又は複数をバックホールリンクごとに決定することを更に含む、請求項8に記載のクラウドベースのコントローラー。
- 相互接続された前記複数のアクセスポイントは、直接相互に接続されていない少なくとも2つのアクセスポイントが、1つのパラメーターと1つのチャンネル幅と1つの帯域幅との1つ又は複数を含む少なくとも2つのバックホールリンクを介して接続されてなり、前記少なくとも2つのバックホールリンクは、それぞれ異なる動作パラメーターを有している、請求項8に記載のクラウドベースのコントローラー。
- 前記構成は、前記クラウドベースのコントローラーによって実行される最適化処理に基づいて決定されている、請求項8に記載のクラウドベースのコントローラー。
- 前記メモリーが命令を格納しており、前記命令は、実行されると、前記1つ又は複数のプロセッサーに対して、複数のWi−Fiネットワークから追加の測定値を取得させる処理と、前記測定値及び前記追加の測定値の分析又は学習をさせる処理と、前記決定することに前記分析又は学習の結果を利用させる処理と、を更に実行させる、請求項8に記載のクラウドベースのコントローラー。
- 前記メモリーが命令を格納しており、前記命令は、実行されると、前記1つ又は複数のプロセッサーに対して、前記クラウドベースのコントローラーを通じたオンボード化処理によって前記複数のアクセスポイントを最初に構成させる処理を更に実行させ、前記オンボード化処理は、前記Wi−Fiネットワークと異なる第2のネットワークの前記クラウドベースのコントローラーへの接続を部分的に利用する、請求項8に記載のクラウドベースのコントローラー。
- 前記メモリーが命令を格納しており、前記命令は、実行されると、1つのウェブページと1つのモバイルアプリケーションとの1つ又は複数を介して関連する動作状態を伝達するために、前記1つ又は複数のプロセッサーに対して、前記Wi−Fiネットワークの前記トポロジーの視覚化を提供する処理を更に実行させる、請求項8に記載のクラウドベースのコントローラー。
- クラウドベースのコントローラーによって制御されるWi−Fiネットワークであって、
モデム又はルーターに接続される少なくとも1つのゲートウェイノードと、
前記少なくとも1つのゲートウェイノードを通じて前記モデム又はルーターに接続される1つ又は複数のWi−Fiノードと、を含む複数のアクセスポイントを備え、
前記複数のアクセスポイントは、それぞれプロセッサーと、命令を格納しているメモリーと、を含み、
前記命令は、実行されると、前記プロセッサーに、前記Wi−Fiネットワークから受信した、前記複数のアクセスポイントの受信信号インジケーター(RSSI)、実現可能なデータレート、容量、負荷、エラーレート、遅延、及び送受信にかかった時間割合を含む各測定値のうち1又はそれ以上を取得して解析させ、前記測定値を前記クラウドベースのコントローラーに送信させ、前記クラウドベースのコントローラーから前記測定値に基づく、前記Wi−Fiネットワークに適用されるトポロジーと前記複数のアクセスポイントの相互接続を含む動作パラメーターを受信して実行させ、
前記クラウドベースのコントローラーは、
無線リンクであるバックホールリンクを介した前記複数のアクセスポイント間、及び、前記バックホールリンクとは異なる無線リンクであるクライアントリンクを介したクライアントデバイスと前記複数のアクセスポイントとの間、の相互接続を選択する前記コントローラーを含んで構成される前記Wi−Fiネットワークに適用されるトポロジーを決定する、前記コントローラーを含む前記Wi−Fiネットワークの構成を、前記測定値に基づいて決定し、
前記Wi−Fiネットワークを実現するために、前記Wi−Fiネットワークに、所定のトポロジーを含む前記構成を提供するものであり、
前記バックホールリンクは、前記インターネットと前記インターネットを介した前記クラウドベースのコントローラーとに接続されているゲートウェイである、前記複数のアクセスポイントのうち少なくとも1つのアクセスポイントを有するツリー型トポロジーを形成する、
Wi−Fiネットワーク。 - 前記複数のバックホールリンクは、それぞれ1つのチャンネルと1つのチャンネル幅と1つの帯域幅との1つ又は複数を含み、前記構成は、前記測定値に基づいて、前記1つのチャンネルと1つのチャンネル幅と1つの帯域幅との1つ又は複数をバックホールリンクごとに決定することを更に含む、請求項15に記載のWi−Fiネットワーク。
- 相互接続された前記複数のアクセスポイントは、直接相互に接続されていない少なくとも2つのアクセスポイントが、1つのチャンネルと1つのチャンネル幅と1つの帯域幅との1つ又は複数を含む少なくとも2つのバックホールリンクを介して接続されてなり、前記少なくとも2つのバックホールリンクは、それぞれ異なる動作パラメーターを有している、請求項15に記載のWi−Fiネットワーク。
- 前記構成は、前記クラウドベースのコントローラーが実行する最適化処理に基づいて決定される、請求項15に記載のWi−Fiネットワーク。
- 前記複数のアクセスポイントは、前記クラウドベースのコントローラーを通じたオンボード化処理によって最初に構成され、前記オンボード化処理は、前記Wi−Fiネットワークと異なる第2のネットワークの前記クラウドベースのコントローラーへの接続を部分的に利用する、請求項15に記載のWi−Fiネットワーク。
- ウェブページとモバイルアプリケーションとの1つ又は複数を介して関連する動作状態を伝達するために、前記Wi−Fiネットワークの前記トポロジーの視覚化処理が提供されている、請求項15に記載のWi−Fiネットワーク。
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