Distributed infrastructure for wireless data communications

技術分野 この発明は、無線通信システムに関し、特に無線パケットデータネットワークに関する。

背景技術図１
図１は一般的な単一ルータ無線パケットデータネットワーク１００を示す。 パケットルータ１０２は、ネットワーク１０４のパケットルータ以外のものからデータパケットを受信し、それらを１つ以上のネットワークアクセスポイント１０６−１１０に送る。 ネットワークアクセスポイント１０６−１１０は、パケットを、順方向無線リンク１１４−１１６を介してユーザ端末１１２に送る。 ユーザ端末１１２は逆方向無線リンク１１８−１２０を介して、ネットワークアクセスポイント１０６−１１０にパケットを送信し戻す。 ユーザ端末１１２は人により携行される携帯電話、ポータブルコンピュータ、自動車電話、または移動している間であっても接続性を供給し続けなければならない他のモバイル装置である。

制御ポイント１２２がパケットルータ１０２に接続される。 制御ポイント１２２は、無線リンク１１４−１２０を管理する。 管理は多くの機能を含む。 例えば、ユーザ端末は動き回るので、ユーザ端末とネットワークアクセスポイント１０６−１１０間の経路損失は、変化する。 図１に示す情況において、制御ポイント１２２は、ネットワークアクセスポイント１０６−１１０の少なくとも１つにより受信するのに必要な最小の電力量でユーザ端末１１２を送信させなければならない。 移動局の送信電力は、他の移動局からの送信に干渉を生じるので、最小化される。 ユーザ端末が、ネットワークアクセスポイント１０６によりサービスされるエリアからネットワークアクセスポイント１０８によりサービスされるエリアに移動すると、ネットワークアクセスポイント１０６からネットワークアクセスポイント１０８へのユーザ端末のハンドオフがあるであろう。 制御ポイント１２２はハンドオフを管理しなければならない。 他の管理機能は当業者に知られている。

図２
図２は、インターネットエンジニアリングタスクフォース(Internet Engineering Task Force)ＲＦＣ２００２に記載されたモバイルＩＰのような移動性プロトコルをサポートする一般的な複数ルーター無線パケットデータネットワーク２００を示す。 第２パケットルーター２０２は、第１パケットルーターに、ネットワークの残りの部分に、または（図示するように）その両方に接続される。 第２パケットルーター２０２はネットワークアクセスポイント２０４−２０６に接続される。 図２において、ユーザー端末１１２は、（順方向リンク２０８によりサービスされる）ネットワークアクセスポイント２０４によりサービスされるエリアから（順方向リンク２１０によりサービスされる）ネットワークアクセスポイント２０４によりサービスされるエリアに移動中である。 制御ポイント１２２は、図１に示すハンドオフの期間と同様に、（逆方向リンク２１２−２１４の管理を含む）このハンドオフの期間に無線リンクを管理する。 所望であれば、制御を、第１制御ポイント１２２から第２制御ポイント２２２に渡すことができる。 これらの制御ポイントは、それぞれ第１および第２のパケットルーター１０２および２０２に接続される。

図２はまたホームエージェント(home agent)および外国エージェント(foreign agent)を示す。 ホームエージェント２２４は第１パケットルーター１０２に接続され、外国エージェント２２６は、第２パケットルーター２０２に接続される。

ユーザー端末１１２は、パケットルーター１０２が到達可能性を広告するネットワークアドレスを有する。 それゆえ、ユーザー端末１１２に向けられたパケットは第１パケットルーター１０２に送信される。 ユーザー端末１１２がパケットルーター１０２（１０６−１１０）に関連するネットワークアクセスポイントのカバー領域内であるとき、パケットルーター１０２は、パケットを制御ポイント１２２に送るであろう。 制御ポイント１２２は、現在順方向無線リンクをユーザー端末１１２に供給するネットワークアクセスポイントに送信のためにパケットを送信するであろう。

ユーザー端末１１２は、第１パケットルーター１０２によりサービスされるエリアを離れ、第２パケットルーター２０２によりサービスされるエリアに入ることができる。 ネット１０４は、ユーザー端末１１２に向けられているパケットをパケットルーター１０２に送信する。 パケットルーター１０２はそれらを「ケアオブ(care-of)アドレスの形態でユーザ端末１１２の現在の位置の追跡を維持するホームエージェント２２４に送る。ホームエージェントは、これらのパケットをユーザ端末（例えば、外国エージェント２２６）のケアオブアドレスに向けられたパケットにカプセル化するであろう。そして、これらのパケットをパケットルーター１０２および２０２を介して送信する。これらのパケットを受信すると、外国エージェント２２６はパケットを逆カプセル化し、ユーザ端末１１２に送信するために向けられたパケットを制御ポイント２２２に送る。次に、制御ポイント２２２は、現在ユーザ端末１１２に順方向無線リンクを供給するネットワークアクセスポイントに、送信のためのパケットを送る。

この方法において、データ接続のためのネットワークアクセスポイントの制御は、制御ポイント１２２から制御ポイント２２２に移動した。 他の一般的方法において、制御は２つの制御ポイント間を移動しない。 この場合、パケットルーター１１２は、ユーザ端末１１２への送信のためのパケットを、制御ポイントに送りつづける。 制御ポイント１２２は、そのパケットを、これらのネットワークアクセスポイントが位置するシステムに関係無く、ネットワークアクセスポイントが順方向無線リンクをユーザー端末に供給するものに対して直接送信する。 例えば、制御ポイント１２２は、送信のためのパケットをネットワークアクセスポイント１０６−１１０並びに２０４−２０６に送ることができる。

このアーキテクチャはいくつかの基本的な問題に悩む。 ネットワークの各部の制御ポイントはシングルポイント障害である、これは高度に信頼性がなければならず、コストを上昇させる。 さらに制御ポイントは各ネットワークに対して固有であるので、アーキテクチャは、ネットワークアクセスポイントが増加するにつれ縮小せず、サービスできる移動端末の数、従って、制御ポイントに提供される負荷が増大する。 最後に、高速無線プロトコルの出現は、制御ポイントとネットワークアクセスポイントとの間の送信および待ち行列遅延により不可能な制御ポイントにより低い待ち時間制御を必要とする。

さらに、ルーターは１つ以上のネットワークアクセスポイントに接続されているので、ルーターの障害、このルーターの障害に接続された１つ以上のネットワークアクセスポイントによりサービスされる領域におけるユーザのサービスの障害を生じる。

出願人は、制御ポイントの機能性を分配し、すべてのネットワークアクセスポイントと制御ポイントの同一場所への配置を可能にすることにより、上述したアーキテクチャの欠点に対する解決を供給する。 出願人により提供されるアーキテクチャは、外国エージェントをネットワークアクセスポイントと制御ポイントと同一場所に配置することにより、さらに最適化される。

さらに、特定のアーキテクチャが複数のルーターを採用するなら、各アクセスポイントは、１つ以上のルーターに接続することができる。

発明を実施するためのモード図３
図３はこの発明に従う、単一ルーターパケットデータネットワーク３００を示す。

ユーザー端末３０２は、無線データパケットを送信および受信するように構成されている。 複数のネットワークアクセスポイント３０４−３０８があり、各々は無線データパケットをユーザ端末３０２送信するように構成され、およびユーザ端末３０２からデータパケットを受信するように構成される。 ルーター３１０は、ネットワークアクセスポイント３０４−３０８にデータパケットを送信することができ、およびネットワークアクセスポイント３０４−３０８からデータパケットを受信することができる。 図３は、ユーザ端末が第１ネットワークアクセスポイント３０４によりサービスされるエリアから離れ、第２ネットワークアクセスポイント３０６によりサービスされるエリアに入る情況を示している。

複数の制御ポイント３１２−３１６がある。 従来技術の場合のように、各制御ポイントは、ユーザ端末３０２と選択されたネットワークアクセスポイント３０４−３０８との間の無線リンク３１８−３２４を管理するように構成される。 しかしながら、単一の制御ポイント１２２の代わりに、複数の制御ポイント３１２−３１６がある。 この発明において、ユーザ端末は、ユーザ端末が特定のデータ交換のために通信を確立した第１アクセスネットワークと同一場所に配置される制御ポイントによりサービスされる。 図３の例において、ユーザ端末３０２は現在ネットワークアクセスポイント３０４および３０６の両方に接続されている。 ユーザ端末をサービスする第１ネットワークアクセスポイントがネットワークアクセスポイント３０４であったなら、制御ポイントは、制御ポイント３１２であろう。 そうでなければ、制御ポイントは、制御ポイント３１４であろう。 この仕様の複数のユーザ端末を用いて、ネットワークをアクセスすることは、複数の制御ポイントにより制御されるであろう、従って、制御ポイント間の負荷を共有する。 さらに、制御ポイントの障害は、ユーザ端末の全体の個体数よりもむしろ、制御ポイントによりサービスされるユーザ端末のみに影響を与えるであろう。

各制御ポイント３１２−３１６は、ユーザ端末３０２と通信するために、ネットワークアクセスポイント３０４−３０８を選択するように構成される。 図３において、第１制御ポイント３１２は、ユーザ端末３０２と通信するネットワークアクセスポイント３０４を選択した。 しかしながら、ユーザ端末３０２は第１ネットワークアクセスポイントによりサービスされるエリアを離れ、第２ネットワークアクセスポイント３０６によりサービスされるエリアに入るので、第１制御ポイント３１２は、ユーザ端末３０２と通信するために、ネットワークアクセスポイント３０４および３０６の両方を選択する。 次に、第１制御ポイント３１２は、ユーザ端末３０２と通信するために第２ネットワークアクセスポイント３０６のみを選択する。 従ってソフトハンドオフを実行する。 第１制御ポイント３１２は、プロセスが終了した後でも、制御を維持する、または第１制御ポイント３１２は第２制御ポイント３１４に制御を渡すことができる。 第３制御ポイント３１６は、上述したプロセスの期間使用されなかったが、ユーザ端末３０２が第３ネットワークアクセスポイント３０８によりサービスされるエリアに移動する場合に引き続き利用可能である。 オペレータは、いつ制御を現在の制御ポイントに維持するかおよびいつ制御を別の制御ポイントに移すかを決定するための何らかの便宜的な方法を確立することができる。

ソフトハンドオフは、制御を現在の制御ポイントに維持するかまたは他の制御ポイントに制御を移すかどうかの決定の引き金となる唯一の可能なイベントではない。 いつ判断の引き金を引くかを決定するために、負荷共有、制御ポイントの障害、および同様の考慮をオペレータにより使用することができる。

インターネットタスクエンジニアリングＲＦＣ２００２のような移動プロトコルを用いて、ユーザ端末３０２に向けられたパケットは、ルーター３１０から、ユーザ端末３０２との通信を現在制御している制御ポイントに送られる。

ユーザ端末と通信するために使用される実際のネットワークアクセスポイントは、制御ポイントの関連するネットワークアクセスポイントと異なってもよいし、同じでもよい。

所望であれば、各制御ポイントは、ユーザ端末と同時に通信する複数のネットワークアクセスポイントを選択するように構成してもよい。 この場合、すべての選択されたネットワークアクセスポイントは、制御ポイントの関連するネットワークアクセスポイントと異なっても良いし、または選択されたネットワークアクセスポイントの１つが制御ポイントの関連するネットワークアクセスポイントと同じであってもよい。

各制御ポイントは、所望であれば、ユーザ端末にトラヒックチャネルが割当てられていない期間にユーザ端末のデータリンクプロトコル情報を取得するように構成することができる。 これが成されると、取得する制御ポイントは、ユーザ端末により最初に使用されるネットワークアクセスポイント、ユーザ端末により最後に使用されるネットワークアクセスポイントまたはその他のポイントと関連することができる。

図４
図４はこの発明の一実施の形態に従う複数のルーターのパケットデータネットワーク４００を示す。

ユーザ端末４０２は、無線データパケットを送信し、受信するように構成される。 複数のネットワークアクセスポイント４０４−４１２があり、各々は、ユーザ端末に無線データパケットを送信し、ユーザ端末４０２からデータパケットを受信するように構成される。 データパケットをネットワークアクセスポイント４０４−４１２に送信することができ、ネットワークアクセスポイント４０４−４１２からデータパケットを受信することができる１つ以上のルータ４１４−４１６がある。 各ネットワークアクセスポイント４０４−４１２は１つのルータ４１４−４１６のみに接続される。 １つ以上のホームエージェント４１８−４２０がある。 各ホームエージェント４１８−４２０はルータ４１４−４１６に関連する。 ホームエージェントは、ホームエージェントに登録されるユーザ端末に向けられたパケットを、ユーザ端末の現在のケアオブアドレスに向けられたパケットにカプセル化する。 このアドレスは、ユーザ端末との通信を制御している制御ポイントと同一場所に配置される外国エージェントのアドレスである。 外国エージェントはホームエージェントと同じルータに接続してもよいし、異なるルータに接続してもよい。 ホームエージェントと外国エージェントの使用は当業者に良く知られており、インターネットエンジニアリングタスクフォースＲＦＣ２００２としてそのような移動プロトコルに記載される。

複数の外国エージェント４２２−４３０がある。 各外国エージェント４２２−４３０はまたネットワークアクセスポイント４０４−４１２および制御ポイント４３２−４４０と関連する。 各外国エージェントは、外国エージェントと同一場所に配置される制御ポイントにより現在サービスされているユーザ端末のためのパケットを受信するように構成される。 外国エージェントは外国エージェントに向けられたパケットを受信する。 これれのパケットがそのようなユーザ端末に向けられたパケットを含むなら、ユーザ端末はこれらのパケットを非カプセル化し、それらを制御ポイントに送る。

複数の制御ポイント４３２−４４０がある。 図４に示すように、各制御ポイント４３２−４４０はネットワークアクセスポイント４０４−４１２と関連する。 各制御ポイント４３２−４４０は、ユーザ端末４０２と通信するために１つ以上のネットワークアクセスポイント４０４−４１２を選択するように構成される。 各制御ポイント４３２−４４０はさらに、ユーザ端末と選択されたネットワークアクセスポイントまたはポイント群４０８−４１０との間の無線リンク４４２−４４８を管理するように構成される。 従って、ユーザ端末４０２は、動いているときでも、ネットワーク４５０の残りの部分と通信している状態のままでいる。

選択されたネットワークアクセスポイントは、制御ポイントの関連するネットワークアクセスポイントと異なっても良いし、または同じでもよい。

各制御ポイントは、ユーザ端末と同時に通信するために複数のネットワークアクセスポイントを選択するように構成してもよい。 そうであれば、選択されたネットワークアクセスポイントのすべてが制御ポイントの関連するネットワークアクセスポイントと異なっても良いし、それらの１つが同じであってもよい。

ハンドオフに続いて、制御は元々の制御ポイントに留まっても良いし、新しいネットワークアクセスポイントに関連する制御ポイントに転送するようにしてもよい。 図３の装置の場合のように、オペレータは、いつ制御を現在の制御ポイントに維持し、いつ制御を別の制御ポイントに転送するかを決定するための便利な方法を確立してもよい。 また、図３の装置にあるように、ソフトハンドオフは、制御を現在の制御ポイントに維持するかあるいは制御を他の制御ポイントに転送するかどうかの判断のきっかけを作る唯一の可能なイベントではない。 負荷の共有、制御ポイントの障害、および同様の考察はオペレータにより使用され、いつ判断のきっかけを作るかを決定することができる。

いずれにしても、各制御ポイントはさらに、ユーザ端末にトラヒックチャネルが割当てられていない期間、ユーザ端末のためのデータリンクプロトコル情報をキャッシュに格納するように構成してもよい。 これは、ユーザ端末により最初に使用されたネットワークアクセスポイントに関連する制御ポイント、ユーザ端末により最後に使用されたネットワークアクセスポイントに関連する制御ポイント、またはその他の制御ポイントで行なってもよい。

図５
図５は、この発明の他の実施の形態に従う、複数ルータパケットデータネットワーク５００を示す。

無線パケットデータネットワーク５００の無線サービスエリアは、複数のネットワークアクセスポイント５０２によりカバーされる。 それらのうちの５つ５０２（１）、５０２（２）、５０２（３）、５０２（４）、および５０２（５）が例示目的のために示される。 ネットワークアクセスポイント５０２は、順方向無線リンク５１８を介して、信号を複数のユーザ端末５１６に送信し、逆方向無線リンク５２０を介して複数のユーザ端末５１６から信号を受信するように構成される。 各ネットワークアクセスポイント５０２は複数のパケットルータ５０６に接続される。 いずれかのパケットルータ５０６といずれかのネットワークアクセスポイント５０２との間の各接続はデータパケットの双方向交換を供給するように構成される。 パケットルータ５０６は、ネットワーク５０８の残りの部分に接続される。 さらに、パケットルータ５０６を互いに接続してもよい。

ネットワーク５０６を介してユーザ５１６に向けられたパケットはルータ５０６の１つ、例えば、ルータ５０６（１）に供給される。 どのルータ５０６を使うかの判断は、オープンショーテストパスファースト(Open Shortest Path First)（ＯＳＰＦ）、ブロードゲートウエイプロトコル(Broad Gateway Protocol)（ＢＧＰ）、および当業者に知られている他のプロトコルに従って行なわれる。 パケットルータ５０６（１）は、ルータ５０６（１）に関連するホームエージェント５１０（１）にパケットを送る。 ホームエージェント５１０（１）は、ケアオブアドレスの形態でユーザ端末５１６の現在の位置の追跡を維持するように構成される。 ケアオブアドレスは、ユーザ端末５１６にサービスするアクセスポイントと同一場所に配置された外国エージェント５１２のアドレスである。 ホームエージェントと外国エージェントの使用は、当業者に良く知られており、インターネットタスクフォースＲＦＣ２００２のような移動プロトコルに記載されている。 次に、ホームエージェント５１０（１）はパケットをユーザ端末（例えば、外国エージェント５１２（３））のケアオブアドレスに向けられたパケットにカプセル化し、パケットルータ５０６（１）とネットワークアクセスポイント５０２（３）との間の接続を介してカプセル化されたパケットを送信する。

カプセル化されたパケットを受信すると、外国エージェント５１２（３）は、カプセル化されたパケットを非カプセル化し、ユーザ端末５１６への送信のために向けられたパケットを、ネットワークアクセスポイント５０２（３）に関連する制御ポイント５１４（３）に送る。 制御ポイント５１４（３）は無線リンク５１８（３）および５２０（３）を管理する。 管理は、電力制御、ハンドオフ、および当業者に知られる他の管理機能を含む。 制御ポイント５１４（３）は、現在無線リンクをユーザ端末５１６に供給するネットワークアクセスポイント（ポイント群）５０２への送信のためにパケットを送る。

上述したように、ユーザ端末５１６は、制御ポイント５１４（３）によりサービスされる。 制御ポイント５１４（３）は、ユーザ端末５１６が通信を確立したネットワークアクセスポイント５０２（３）と同一場所に配置される。 しかしながら、図５に示すように、ユーザ端末５１６は、ネットワークアクセスポイント５０２（３）によりサービスされるエリアからネットワークアクセスポイント５０２（４）によりサービスされるエリアに移動しつつある。 制御ポイント５１４（３）は、現在両方のネットワークアクセスポイント５０２（３）および５０２（４）のための無線リンク５１８および５２０を管理する。 一実施の形態において、ユーザ端末５１６が、ネットワークアクセスポイント５０２（４）によりサービスされるエリアに向けてネットワークアクセスポイントによりサービスされるエリアを離れると、制御ポイント５１４（４）は第２ネットワークアクセスポイント５０２（４）を管理し続ける。 他の実施の形態において、ユーザ端末５１６がネットワークアクセスポイント５０２（４）に向けて、ネットワークアクセスポイント５０２（３）によりサービスされるエリアを離れると、制御ポイント５１４（３）は管理を制御ポイント５１４（４）に転送する。 さらに、２つのアクセスポイント５０２ハンドオフを記載したけれども、各制御ポイント５１４は、ユーザ端末５１６と同時に通信する複数のネットワークアクセスポイント５０２を管理するように構成してもよい。

２つの特定の実施の形態を記載したけれども、ネットワーク５００の分散型性質および完全な相互接続性により、ネットワークオペレータは、いつ制御を現在の制御ポイント５１４に維持し、いつ制御を別の制御ポイント５１４に転送するかを決定するための何らかの便利な方法を確立してもよい。 従って、ユーザ端末５１６と通信する実際のアクセスネットワークアクセスポイント５０２は、ネットワークアクセスポイント５０２に関連する制御ポイント５１４と異なっても良いし、または同じであってもよい。

ソフトハンドオフは、制御を現在の制御ポイント５１４内に維持するかまたは制御を別の制御ポイント５１４に転送するかの判断のきっかけとなる唯一の可能なイベントではない。 負荷共有、制御ポイント５１４の障害、および同様の考察はオペレータにより使用され、いつ判断のきっかけを作るかを決定してもよい。

所望であれば、各制御ポイント５１４は、ユーザ端末５１４にトラヒックチャネルが割当てられていない期間、ユーザ端末５１６のためのデータリンクプロトコル情報をキャッシュに格納するように構成してもよい。 これが行なわれたなら、キャッシング制御ポイント５１４は、ユーザ端末５１６により最初に使用されるネットワークアクセスポイント５０２、ユーザ端末５１６により最後に使用されるネットワークアクセスポイント５１６、またはその他のネットワークアクセスポイント５０２に関連させてもよい。

産業上の利用性 この発明は産業上利用することができ、移動性を供給する分散型パケットデータネットワークが所望のときはいつでも製作し、使用することができる。

この記述を実施するためのいくつかの例とモードをここに記載した。 しかしながら、この発明の真の精神と範囲はそれらに限定されるものではなく、添付されたクレームおよびそれらの均等物によってのみ制限される。

図１は、一般的な単一ルーター無線パケットデータネットワークを示す。

図２は一般的な複数ルーターの無線パケットデータネットワークを示す。

図３は、この発明に従う、単一ルーター無線パケットデータネットワークを示す。

図４はこの発明の一実施の形態に従う複数ルーター無線パケットデータネットワークを示す。

図５は、この発明の他の実施の形態に従う、複数ルーター無線パケットデータネットワークを示す。