JP2010514301A - フレキシブル無線ネットワーク - Google Patents

Abstract

遠隔通信ノード（１）が、隣接する無線端末で検出されるようにビーコン信号を放射することのできるローカル基地局（３）、ビーコン信号を検出して前記ローカル無線端末に隣接する基地局を検出する手段を有するローカル無線端末（４）、及び前記通信ノードと前記ローカル無線端末に隣接する基地局、及び前記ローカル基地局に隣接する無線端末隣接するからなるグループの中から選ばれた要素を少なくとも含む少なくともリモート通信ノードとの間での無線リンク（２）のセットアップを可能にする無線リンク管理手段を備える。無線受信機は、低速無線通信路上で、ローカル基地局に割り振られるべきエアサポートリソースを定義する構成データを受信することができる。

Description

本発明は無線遠隔通信ネットワークの分野に関し、詳細には高速ポイントツーマルチポイントネットワークに関する。

ポイントツーマルチポイント無線システムでは、基地局と呼ばれる中央エミッタがセルとも呼ばれるカバレッジゾーン内に位置する、無線端末と呼ばれる幾つかの受信機との無線リンクを確立することができる。リンクは１方向性又は２方向性でよい。エアサポート上でこうしたリンクを多重化するのに多重化方法が使用される。周知の多重化方法は、具体的にはＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＣＳＭＡ、ＣＤＭＡ、及びＯＦＤＭＡを含む。多重化方法は上り方向と下り方向で同じでよく、又は異なるものでよい。ポイントツーマルチポイント無線ネットワークに対して多くの開発が行われており、２Ｇ、ＥＤＧＥ、３Ｇ、ＨＳＤＰＡ、ＨＳＵＰＡ、ＷＩ−ＦＩ、ＷＩＭＡＸの各技術の開発によって示されるように、通信速度が増加する傾向にある。この変化は、音声ネットワーク、データネットワーク、及びビデオネットワークを統合させたいという要望（トリプルプレイ）を含む幾つかの理由によって動機付けられる。

ＵＳ−Ａ−２００２０１６７９５４は、統合ポイントツーマルチポイント・アクセス・ネットワークと統合コアネットワークのどちらも形成するように基地局及び無線端末が構成される、連続的ポイントツーマルチポイント型ネットワーク（ＣＰＭＰ）アーキテクチャを開示している。この文書は固定インフラストラクチャを有するセルラネットワークを説明している。

特定の応用例において、例えば遠隔通信インフラストラクチャのないゾーン上での、特に応急処置、防犯、又は防御に関する現場作業のために、配置及び再構成が容易なフレキシブルネットワークが求められている。現時点でのこうした応用例のために利用可能な無線技術の最大速度は前述の無線ネットワークのために利用可能なものよりも著しく低い。例えば、ＶＨＦ型の無線の有するデータスループットは、１０から１００ｋｂ／ｓ程度である。

ＵＳ−Ａ−２００２０１６７９５４

従って、何らかの機能的柔軟性を有する高速無線遠隔通信ネットワークが求められている。機能的柔軟性とは、ネットワーク内の新しい通信ノードを容易に受け入れる能力、ネットワークからのノードの非活動化又は消滅に適応する能力、基地局のモビリティを受け入れる能力、並びにより一般的にはネットワークの配置及び再配置を容易にする任意の特徴を含む１組の特徴を意味する。サービス品質レベルを保証することのできるフレキシブル高速ネットワークも求められている。本発明の目的はこうした必要の少なくとも一部を満たすことである。

これを達成するために、本発明は、多元接続方法を使用して、無線端末とのポイントツーマルチポイント無線リンクをセットアップすることのできる少なくとも１つのローカル基地局、前記多元接続方法を使用して、基地局との無線リンクをセットアップすることのできる少なくとも１つのローカル無線端末、及び前記ローカル無線端末と前記ローカル基地局との間でデータを転送する交換機を備える遠隔通信ノードを開示する。

好ましい実施形態によれば、ローカル基地局は、隣接する無線端末で検出されるビーコン信号を放射することができ、ローカル無線端末は、ビーコン信号を検出して、前記ローカル無線端末に隣接する基地局を検出する手段を備え、通信ノードは、無線リンクを管理して、前記少なくとも１つのローカル無線端末及び／又は前記少なくとも１つのローカル基地局を暗示する冗長無線リンクをセットアップすることを禁止する手段を備える。

「ローカル基地局」及び「ローカル無線端末」という用語は、特に交換機又はルータを備えるローカルネットワークを介する、それ自体の間でデータを交換するためのエアインターフェース以外のリンクを有する１つの（又は幾つかの）基地局及び１つの（又は幾つかの）無線端末を表す。「リモート通信ノード」という用語は、ローカル無線端末又はローカル基地局とデータを交換するためのエアインターフェース以外のリンクを有さないノードを意味する。この説明での「隣接する」という用語は、基地局と無線端末の無線インターフェースの特徴、及び無線リンクの範囲に対する影響を有する可能性のある環境パラメータを考慮して、基地局と無線端末の間の無線通信をセットアップするのに使用される物理的状況を表す。本発明によれば、無線リンクは、別の無線リンクに関して、又はノードのローカルネットワークに関して冗長でよい。

他の有利な実施形態によれば、通信ノードは以下の特徴のうちの１つ又は幾つかを有することができる。
・無線リンク管理手段は、前記ローカル無線端末又は各ローカル無線端末と、前記ローカル基地局又は各ローカル基地局との間の無線リンクセットアップを禁止することができる。この処置は２つの利点を有し、第１に、リモート無線端末とのリンクをセットアップするのにローカル基地局上で利用可能な通過帯域をより多く残し、ローカル無線端末がリモート基地局とのリンクをセットアップすることを可能にする。従って、ノードの接続性が促進される。
・無線リンク管理手段は、ローカル基地局がビーコン信号を放射する１つの周波数又は各周波数を除くスペクトルの部分を監視するように、ローカル無線端末を検出する手段を構成することができる。
・通信ノードは、複数のローカル無線端末を備え、前記無線リンク管理手段は、無線リンクが前記ローカル無線端末のうちの第１のものと基地局との間でセットアップされたことを検出し、前記検出に応答して、前記ローカル無線端末のうちの第２のものと前記基地局との間で無線リンクをセットアップすることを禁止することができる。
・無線リンク管理手段は、無線リンクが前記ローカル基地局とリモートノードの第１無線端末との間でセットアップされたことを検出し、前記検出に応答して、前記ローカル基地局と前記リモートノードの第２無線端末との間で無線リンクをセットアップすることを禁止することができる。
・通信ノードは、複数のローカル基地局を備え、無線リンク管理手段は、無線リンクが前記ローカル基地局のうちの第１のものとリモートノードとの間でセットアップされたことを検出し、前記検出に応答して、前記ローカル基地局のうちの第２のものと前記リモートノードとの間で無線リンクをセットアップすることを禁止することができる。
・こうしたリンクの禁止は、様々なレベルで行うことができ、例えば、無線端末で使用することのできる周波数の選択又は制限などの処置によって物理的レベルで行うことができ、又は無線端末若しくは基地局で受諾可能な論理識別子の選択又は制限などの処置によって論理レベルで行うことができる。
・ローカル基地局又は各ローカル基地局は、エアサポートリソースを予約し、求めた通信にそれを割り振ることができる。リソースの予約は、無線端末との通信の際の事前定義されたサービス品質を保証する手段を提供する。様々な実施形態に応じて、基地局は、様々な細分性レベル、例えば無線端末レベル、データフローレベル、（例えば「ベストエフォート」クラスに対する）サービスクラスレベルなどの、エアサポートリソースの予約及び割り振りを使用することができる。使用される多重化技法に応じて、複数の形態で、例えばＴＤＭＡ技法を使用する時間間隔、ＳＤＭＡ技法を使用する周波数間隔、ＣＤＭＡ技法でのスペクトル拡散コード、ＯＦＤＭＡ技法での時間間隔と周波数間隔の組合せ、及び他の組合せの形態で、エアサポートリソースを共有することができる。
・通信ノードは、低速無線通信路上で、ローカル基地局に割り振られるべきエアサポートリソースを定義する構成データを受信する無線受信機、及び前記割り振られるエアサポートリソースを尊重するように前記ローカル基地局を構成する構成モジュールを備える。従って、ネットワーク内の他の基地局との直交性条件又は非干渉条件を満たすように、例えばネットワーク管理システムから、ノードの基地局にエアサポートリソースをリモートに割り振ることができる。
・通信ノードは、低速無線通信路上で、ローカル基地局の活動状態を定義する構成データを受信する無線受信機、及び前記構成データに応じて前記ローカル基地局を活動化又は非活動化する構成モジュールを備える。従って、例えば、ネットワーク管理システムから、ノードの基地局をリモートに活動化又は非活動化することができ、それによって無線ネットワークの再構成が容易となる。

そのような遠隔通信ノードを、好ましくは移送作業及び設置作業を容易にする比較的コンパクトな、ユニット装置の形態で作成することができ、場合によっては、例えば電池及び太陽発電機又は熱燃焼エンジンを用いて、エネルギー生成システムをノードに一体化して、遠隔通信ノードを自給式にすることができる。特定の一実施形態によれば、遠隔通信ノードは地上車両又は船上に設置される。

本発明はまた、複数の遠隔通信ノードを備える無線ネットワークを開示する。前記遠隔通信ノードの基地局間のエアサポートリソースの共有を定義する中央管理システム又は分散管理システム、及び前記共有に応じて、前記基地局のそれぞれに割り振られるべきエアサポートリソースを定義する構成データを前記低速無線通信路上で送信することのできる無線送信機を備えることを特徴とする。

本発明はまた、無線遠隔通信ネットワーク内の無線リンクの管理のための方法であって、
基地局からビーコン信号を放射するステップ、無線端末でビーコン信号を検出するステップ、無線端末と基地局が前記ネットワーク内の同一のノードに属するかどうかを判定するステップ、及び無線端末と基地局が前記ネットワークの同一のノードに属するとき、無線端末と基地局の間の無線リンクのセットアップを禁止するステップからなるステップを備える方法を提供する。禁止するステップは、無線端末と基地局の間の無線接続手続きを中断する処置の形態でよい。そのような中断は、接続手続きの様々なレベルで行うことができる。

本発明はまた、遠隔通信ノードを構成する方法であって、
多元接続方法を使用して無線端末とのポイントツーマルチポイント無線リンクをセットアップすることのできる少なくとも１つのローカル基地局、又は前記多元接続方法を使用して基地局との無線リンクをセットアップすることのできる少なくとも１つのローカル無線端末、及び前記ローカル無線端末と前記ローカル基地局の間でデータを転送する交換機を備える少なくとも１つの無線遠隔通信ノードを配置するステップ、
少なくとも１つの低速遠距離無線通信路上で、前記ローカル基地局に割り振られるべきエアサポートリソースを定義する構成データを送信するステップ、
前記遠隔通信ノードで前記構成データを受信するステップ、及び前記割り振られるエアサポートリソースを尊重するように前記ローカル基地局を構成するステップ
からなるステップを備える方法を開示する。

好ましくは、この方法はまた、前記遠隔通信ノードの位置に応じて、又は基地局信号の品質測定値に応じて前記構成データを生成することからなるステップをも備える。例えば、相互干渉を生み出す２つの基地局のセルの重複ゾーン内に位置する無線端末によって、こうした測定値を提供することができる。従って、そのような状況は基地局の再構成をトリガするイベントでよい。

本発明はまた、遠隔通信ノードを構成する方法であって、多重化方法を使用して、無線端末とのポイントツーマルチポイント無線リンクをセットアップすることのできる少なくとも１つのローカル基地局、前記多重化方法を使用して、基地局との無線リンクを設定することのできる少なくとも１つのローカル無線端末、及び前記ローカル無線端末と前記ローカル基地局の間でデータを転送する交換機を備える少なくとも１つの無線遠隔通信ノードを配置するステップ、低速遠距離無線通信路上で構成データを送信するステップ、基地局を指定するステップ、前記遠隔通信ノードで前記構成データを受信するステップ、及び前記指定した基地局との無線リンクをセットアップすることを試みるように前記ローカル無線端末を構成するステップからなるステップを備える方法を提供する。

本発明はまた、こうした方法を使用して基地局又は無線端末を構成するのに使用することのできるネットワーク管理システムを提供する。

本発明が基づく１つの概念は、対間の無線リンクを作成して、メッシュネットワーク又はアドホックネットワークを形成することのできる高速ポイントツーマルチポイント技術を使用して遠隔通信ノードを形成することである。本発明が基づく別の概念は、特に市場で入手可能な低速無線システムを使用する、専用シグナリングチャネルを使用して、ネットワーク配置又は再配置を容易にするようにネットワークノードをリモートで構成又は再構成することである。本発明が基づく別の概念はネットワークのグローバル接続性及びネットワークの再構成可能性を最適化する、ノード間の自動無線接続手続きを生成することである。本発明が基づくさらに別の概念は、強メッシュネットワークを形成するように、前記ローカル無線端末に隣接する基地局、及び前記ローカル基地局に隣接する無線端末からなるグループから選ばれた少なくとも１つの要素を含む、通信ノードと少なくとも１つのリモート通信ノードの間の無線リンクをセットアップする優先順位を与えることである。

添付の図面を参照しながら、単に例示目的及び非限定的な目的で与えられる本発明の幾つかの特定の実施形態の以下の説明を読めば、本発明をより良く理解し、本発明の他の目的、詳細、特徴、及び利点が明らかとなるであろう。

本発明の第１実施形態によるフレキシブル無線ネットワークの機能図表現である。 図１のネットワーク内で使用することのできる基地局の機能図表現である。 図１のネットワーク内で使用することのできる無線端末の機能図表現である。 図１のネットワーク内で使用することのできる遠隔通信ノードの機能図表現である。 図１のネットワーク内で使用することのできる無線の接続のための手続きを表す図である。 図１のネットワーク内で使用することのできる無線リンクを管理する方法を表す図である。 図１のネットワーク内で使用することのできる無線リンクを管理する方法を表す図である。 本発明の別の実施形態による遠隔通信ノードの機能図表現である。 管理システムを備えるフレキシブル無線ネットワークの機能図表現である。 図９のネットワーク内で使用することのできるスペクトル共有を表す図である。 本発明の別の実施形態によるフレキシブル無線ネットワークの機能図表現である。 図１１のネットワーク内で使用することのできるＩＰ構成手続きを表す図である。

図１は、２方向性ポイントツーマルチポイントタイプ無線リンク２を介して互いに接続された幾つかのノード１を備える無線ネットワークを示す。それぞれ、ノード１は、１つ又は幾つかのローカル基地局３、及び１つ又は幾つかのローカル無線端末４と共に、こうした要素を互いに接続して、ローカル基地局３からローカル無線端末４に、かつローカル無線端末４からローカル基地局３にトラフィックを転送するＬＡＮ５を備える。それぞれ、無線リンク２は、ノード１の無線端末４と、別のノード１の基地局３との間でセットアップされる。図示されるネットワークはまた、ノード１の基地局３との２方向性無線リンク７を介してネットワークに接続された個々の無線端末６をも備える。従って、ネットワークは、２つのノード１の間、ノード１と個々の無線端末６の間、及び同一の基地局３又は異なる基地局に接続された２つの個々の無線端末６の間で通信をセットアップすることができる。

任意のポイントツーマルチポイント無線技術を使用することができる。ポイントツーマルチポイント無線技術の選択に関して考慮すべき特徴は、具体的には、リンクの範囲、無線端末と基地局の間の相対的モビリティをサポートするセル間転送手続きがあるか否か、及びリソースを予約して、サービス品質管理をサポートする手続きがあるか否かである。

尊重しなければならない別の要件はノードに一緒に配置された装置間の直交性条件を達成することである。具体的には、ノード基地局（複数可）によって放射される信号は、ノードの無線端末（複数可）の、他のノードの基地局との通信を妨害してはならない。逆に、ノードの無線端末からの上り通信は、一緒に配置された基地局（複数可）を隠してはならない。そのためにＯＦＤＭ型の技術が好ましい。

好ましい一実施形態によれば、基地局３並びに無線端末４及び６は、規格ＩＥＥＥ８０２．１６ｅに従って動作し、規格ＩＥＥＥ８０２．１６ｅは、大都市圏ネットワーク型無線に典型的な範囲、サービス品質管理手段、及びセル間転送管理手段を与える。基地局３と、基地局３に接続された無線端末４及び／又は６との間のアップリンク及びダウンリンクは、時間的に２重化される（ＴＤＤ方法）。エア媒体へのアクセスは、こうした無線端末間で、ＯＦＤＭＡ方法を使用して共有され、ＯＦＤＭＡ方法は各端末に割り振られた通過帯域を管理する微細かつ動的な方法を提供する。

ノード１で任意の切替技法を使用することができる。好ましくは、イーサネット／ＩＰプロトコルスタックが、具体的には無線端末用のモバイルＩＰプロトコルと共に使用される。

図２に示される特定の一実施形態によれば、８０２．１６ｅ準拠基地局３は、扇形又は全方向性又はその他でよい１つ又は幾つかのアンテナ３１、無線フロントエンドユニット３２、アナログ／デジタル変換器を含む上り方向のベースバンド処理モジュール３３、デジタル／アナログ変換器を含む下り方向のベースバンド処理モジュール３４、上り方向の（ＭＡＣ）をサポートするアクセス制御モジュール３５、下り方向の（ＭＡＣ）をサポートするアクセス制御モジュール３６、同期モジュール３７、ＩＰパケットを多重化／多重化解除するＩＰ処理モジュール３８、及びノードのＬＡＮに接続するためのイーサネットインターフェース３９を備える。ベースバンドでの処理モジュールは、符号化／復号化、暗号化／暗号解読、ＯＦＤＭシンボルの処理、形成／ビーム解析などの作業を行う。

図３に示される特定の一実施形態によれば、８０２．１６ｅ互換無線端末４は、扇形若しくは全方向性又はその他でよい１つ又は幾つかのアンテナ４１、無線フロントユニット４２、ベースバンド処理モジュール４３、ノードのＬＡＮに接続するためのＩＰインターフェース４４、並びにメモリ４６及び／又は他の記憶手段を伴う制御ユニット４５を備える。特定の一構成によれば、無線端末４はイーサネットインターフェース及びＷＩＭＡＸインターフェース（ＰＣＩ／ＰＣＭＣＩＡ）を備えるマイクロコンピュータから作成することができる。別の特定の実施形態によれば、無線端末４は本質的に、接続手続きを制御するマイクロコントローラを伴う無線モデムから構成される。

特定の一実施形態によれば、ノードは、幾つかの無線端末、例えば５個以上を備える。この場合、幾つかの端末について、幾つかの機能を統合的に行うことができ、例えば、すべての端末で共有される中央デジタル信号処理ユニットで行うことができる。

図４に示される特定の一実施形態によれば、ノード１は、ローカル基地局（複数可）３及びローカル無線端末（複数可）４を備え、交換機／ルータ１０、認証／許可サーバ１１、例えばＤＨＣＰ又は他のタイプのアドレスサーバ１２、及びノードの接続性を管理するノード制御ユニット１３をも備える。この説明では、ノード１のポイントツーマルチポイントインターフェース、及びこうしたインターフェースでサポートされるリンクに焦点を当てる。しかし、ノード１は、ローカルネットワーク５に接続された他のインターフェース（図示せず）、例えばサテライトネットワークに対する無線インターフェース、又は外部ワイヤネットワークに対するゲートウェイをも備えることができる。

好ましい一実施形態によれば、基地局３と無線端末４又は６との間の無線リンク２又は７が、図５に略図で示される無線接続手続きを使用してセットアップされる。図５では、参照番号３、１０、１１、及び１２は、同一のノード１に属し、ローカルネットワーク５を介して通信する要素を表す。基地局３と無線端末４又は６との間の通信は、エアインターフェース上を通過する。

基地局３は、隣接する無線端末で検出可能となるように、少なくとも、使用される物理層技術と互換の端末で検出可能となるように、所定のチャネル又は所定の１組のチャネル上でビーコン信号２０を周期的に放射する。

反復的又は継続的に、無線端末４又は６は、隣接する基地局からビーコン信号を検出するように、電磁スペクトルの一部をスキャンする。例えば、端末は、メモリ４６に格納されるデータブロック４７によって定義された、１組の許可周波数をスキャンする。端末がビーコン信号２０を検出したとき、無線端末４又は６は、例えば同一の周波数上でビーコン信号として送信される、接続要求２１で応答する。同期段階２２と呼ばれるこの段階は、セットアップすべきリンクの層パラメータ１及び２、例えば使用される周波数をネゴシエーションするのに使用される。変形形態として、この段階中に、図示されない幾つかの交換を行うことができる。

次の段階は認証及び許可段階２３であり、この段階中に、無線端末と認証／許可サーバ１１は、例えばＥＡＰ（Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）又は他のプロトコルを使用して、互いを認証する。サーバ１１は、無線端末によって通信された識別子を使用して、無線端末がノード１に接続する許可を受けているかどうかをチェックする。無線端末がノード１に接続する許可を受けている場合、サーバ１１は、無線端末に対する許可メッセージ、及び交換のシーケンスを保護する暗号鍵を送信する。無線端末がノード１に接続する許可を受けていない場合、サーバ１１は無線端末に認証拒絶メッセージを送信し、無線端末は接続手続きを終了する。

次の段階はネットワーク２４への進入段階であり、この段階中に、基地局３は新しく接続された無線端末を記録し、それを管理するためのコンテキストを作成する。

次の段階はＩＰ構成段階２５であり、その段階中に、無線端末はアドレスサーバ１２に要求を送信し、その無線インターフェースに対する戻りとしてＩＰアドレスを受信する。

次の段階はサービス生成段階であり、その段階中に、ルータ１０のシグナリングモジュールが、何らかのフローについて基地局３及び無線端末でのリソースを予約するシグナリングメッセージを送信し、事前定義されたサービス品質レベルを達成する。

特定の一実施形態によれば、無線端末４又は６は一度に単一の基地局との無線リンクをセットアップする。ネットワークに進入した後、無線端末４又は６は電磁スペクトルを引き続きスキャンし、更新された隣接する基地局を検出する。ノード１の制御ユニット１３はセル間転送手続きを管理して、あるセルから別のセルへの無線端末の移動性を可能にする。

基地局と無線端末の間で、複雑さの程度が異なる他の接続手続きを使用することができる。具体的には、認証サーバでの認証段階はネットワークへのアクセスを保護する任意選択の手段である。さらに、必要なら、ネットワークを保護する他の方式が当業者には周知である。同様に、アドレスサーバを使用するアドレス構成段階は、アドレスを動的に割り振る任意選択の手段である。さらに、アドレスを割り振る他の方式が当業者には周知である。従って、実施形態に応じて、通信ノードは、図４に示されるすべての要素を必ずしも備えるわけではなく、通信ノードはまた、他の要素、例えば、モバイルＩＰプロトコルを使用するためのホームエージェントをも備えることができる。

無線端末による基地局の検出に基づく自動手続きの使用により、複数のノード１を備える無線ネットワークの配置及び再配置が容易となる。しかし、無線端末４がそれ自体を同一のノード１上の基地局３に接続する可能性があり、それにより、ローカルネットワーク５と冗長となるために、ノードの接続性が低下し、無駄な接続が生成される。

第１の好ましい実施形態によれば、ノード１は無線リンクの管理のための方法を使用し、この方法では、この自己接続状況を回避するために、ノード１の無線端末４又は各無線端末４は同一のノードの基地局又は各基地局がビーコン信号を送信するスペクトルの部分を監視しない。これを達成するために、メモリ４６内のデータ４７が、ノードのローカル基地局３又は各ローカル基地局３に割り振られた周波数を除外するように系統的に構成される。これにより、同一のノードの無線端末４と基地局３の間で接続をセットアップすることが不可能となる。後で説明する一実施形態では、リモートに送信される構成メッセージを介して周波数が基地局３に動的に割り振られる。この場合、制御ユニット１３に受信した構成メッセージに応じてメモリ４６内のデータ４７を更新させることができる。

一代替実施形態では、ノード１は自己接続状況を防止するために、図６に示される無線リンクの管理のための方法を使用する。この方法を実行するための論理手段、ハードウェア手段、及び／又はソフトウェア手段を、制御ユニット１３、基地局３、又は無線端末４に配置することができ、あるいはこうした要素のうちの幾つかの間に分散させることができる。

ステップ５０で、無線端末４と基地局３の間の隣接状況が検出される。ステップ５１で、自己接続条件がテストされる。この条件は無線端末４と基地局３が同一のノード１に属する場合に真となり、そうでない場合に偽となる。条件が偽である場合、ステップ５２で、接続手続きが正常に続行される。条件が真である場合、ステップ５３で接続手続きが中断され、それによって無線端末はそれ自体を基地局に接続することができない。

この方法を様々な方式で使用することができる。第１実施例によれば、無線端末４が基地局３からビーコン信号２０を受信することによってステップ５０が行われる。ビーコン信号２０は基地局のＢＳＩＤ識別子を含む。ノードのローカル基地局のテーブル５４が制御ユニット１３のメモリ１７内、又は無線端末４のメモリ４６内に事前構成される。制御ユニット１３又は無線端末４により、検出された基地局のＢＳＩＤ識別子をテーブル５４の内容と比較することによってステップ５１が行われる。ＢＳＩＤ識別子がテーブル５４内にある場合、無線端末は要求２１を送信することを省略することによってステップ５３を実施する。ＢＳＩＤ識別子がテーブル５４内にない場合、無線端末は要求２１を送信することによってステップ５２を実施する。

第２実施例によれば、基地局３が無線端末４から接続要求２１を受信することによってステップ５０が実施される。要求２１は無線端末４のＳＳＩＤ識別子を含む。ローカル無線端末５５のテーブルが、制御ユニット１３のメモリ１７内、又は基地局３内に事前構成される。制御ユニット１３又は基地局３により、検出された無線端末のＳＳＩＤ識別子をテーブル５５の内容と比較することによってステップ５１が行われる。ＳＳＩＤ識別子がテーブル５５内にある場合、基地局により、無線端末からのメッセージに従うことを拒否することによって、又は無線端末に拒絶メッセージを送信することによってステップ５３が行われる。ＳＳＩＤ識別子がテーブル５５内にない場合、基地局はステップ５２を実施し、接続手続きを続行する。

上記の例では、ステップ５１は同期段階２２中に行われる。変形形態として、段階２３中に、認証／許可サーバ１１が、サーバ１１で事前構成された許可データから開始して、前述のテーブル５４及び５５と同一の機能を実施することによってステップ５１を行うことができる。サーバ１１は認証拒否メッセージを送信することによって接続手続きを中断する。他の実施形態は無線端末及び基地局を識別するのに使用される他のデータ、例えばＩＰアドレスに基づくことができる。

遠隔通信ノード１は少なくとも基地局３及び無線端末４を備える。幾つかのローカル無線端末及び／又は幾つかのローカル基地局を設けることにより、より高い接続性を有するノードを得ることができる。しかし、こうした無線端末及び／又は基地局が他のノードと冗長なリンクを生成する可能性があり、それによってノード転送容量は向上する可能性があるが、その接続性は向上しない可能性がある。

好ましい実施形態によれば、ノード１が図７に示される無線リンクの管理のための方法を使用することにより、この状況を回避することができる。この手続きを実行するための論理手段、ハードウェア手段、及び／又はソフトウェア手段を、制御ユニット１３、基地局３、又は無線端末４に配置することができ、あるいはこうした要素のうちの幾つかの間に分散させることができる。

ステップ６０で、第１ノードのローカル無線端末４と第２ノードのローカル基地局３との間の隣接状況が検出される。ステップ６１で、冗長性条件がテストされる。この条件は第１ノードのローカル無線端末と第２ノードのローカル基地局との間にセットアップされた無線リンクが既にある場合に真となり、そうでない場合に偽となる。条件が偽である場合、ステップ６２で、接続手続きが正常に続行される。条件が真である場合、ステップ６３で接続手続きが中断され、それによって無線端末４はそれ自体を基地局３に接続することができない。

この方法を様々な方式でセットアップすることができる。幾つかのローカル無線端末を有するノード１の場合である第１実施例では、無線端末４が基地局３からビーコン信号２０を受信することによってステップ６０が行われる。ビーコン信号２０は基地局識別子ＢＳＩＤを含む。ノードの他のローカル無線端末（複数可）が接続される基地局（複数可）のテーブル６４が、制御ユニット１３のメモリ１７内で最新に保たれる。制御ユニット１３により、検出された基地局識別子ＢＳＩＤをテーブル６４の内容と比較することによってステップ６１が実施される。ＢＳＩＤ識別子がテーブル６４内にある場合、無線端末はステップ６３を実施するが、要求２１を送信しない。ＢＳＩＤ識別子がテーブル６４内にない場合、無線端末は要求２１を送信することによってステップ６２を実施する。一変形形態によれば、制御ユニット１３はまた、図示されていないノード認識テーブルをも有し、幾つかの基地局が同一のノードに属することを認識し、冗長リンクが様々な基地局を介してセットアップされることも防止する。

ノード１が幾つかのローカル基地局を備える場合である第２実施例によれば、ローカル基地局３が無線端末４からの接続要求２１を受信することによってステップ６０が行われる。要求２１は無線端末４のＳＳＩＤ識別子を含む。ノードの他の基地局（複数可）に接続される無線端末（複数可）のテーブル６５が、制御ユニット１３のメモリ１７内で最新に保たれる。制御ユニット１３は検出された無線端末のＳＳＩＤ識別子をテーブル６５の内容と比較することによってステップ６１を実施する。ＳＳＩＤ識別子がテーブル６５内にある場合、基地局は無線端末からの後続のメッセージを拒否することによって、又は無線端末に拒絶メッセージを送信することによってステップ６３を実施する。ＳＳＩＤ識別子がテーブル６５内にない場合、ステップ６２が基地局によって実施され、接続手続きが続行される。一変形形態によれば、制御ユニット１３はまた、幾つかの無線端末が同一のノードに属することを認識し、従って冗長リンクが様々な無線端末を介してセットアップされることを防止するのに使用される不図示のノード認識テーブルをも有する。

管理方法の特定の一実施形態によれば、ステップ６３は検出ステップ６６に進み、無線端末４が、それ自体を接続することのできる別の隣接する基地局があるかどうかを確認するために探索する。他の基地局が検出されない場合、ステップ６２で、中断された接続手続きが再開される。

セルラネットワークの配置における１つの不可欠な段階は、異なる基地局間のエア媒体の共有を決定し、それを適用することである。この段階はこの共有が基地局に割り振られた周波数帯に基づく場合には周波数プランニングと呼ばれる。他の共有方法も存在する。

迅速に再構成することができ、かつ／又はモバイルノードを備えるネットワークを生成するように、この共有を動的に管理することが望ましいことがある。これを達成するために、図８に示される特定の一実施形態では、遠隔通信ノード１は適切な送信機を備えるネットワーク管理システムから構成データを受信する低速遠距離無線端末１６をも備える。遠距離とは、無線端末４と基地局３の間のポイントツーマルチポイントリンクの平均範囲よりも少なくとも遠い範囲を指し、好ましくは同じ場所から各ノードを構成することができるように、ノード１によって形成される無線ネットワークの直径よりも遠い範囲を指す。低速とは、無線端末４と基地局３の間のポイントツーマルチポイントリンクの平均通過帯域未満の通過帯域を意味する。幾つかの実施形態では、ネットワーク管理システムとノード１の間の構成データの転送は、１０ｋｂ／ｓ以下の程度の速度を有する周知の無線システム、例えば予約周波数を使用するＶＨＦ型無線機で容易に満足させることができる。

図９は図８のノード１を使用してアドホック無線ネットワークを形成する一例を示す略図である。この例では、ノード１が船７０上に設置され、集団全体をカバーする通信ネットワークを構築するのに使用される。ネットワーク管理システム１５が、船７０上に設置されるものとして表現されている。ネットワーク管理システム１５を１つ又は幾つかのノード１と一緒に配置することもできる。１組のノード１が地理的エリア内に集められた後、ネットワーク管理システム１５は、事前定義されたチャネル上で、そのローカル基地局（複数可）３に割り振られたエア媒体リソース（複数可）を各ノード１に送信する。制御ユニット１３は無線端末１６を介してこうしたデータを受信し、割り振られたリソースを尊重するように、こうしたデータに応じて基地局３を構成する。図９及び１０に示される例では、エア媒体が周波数共有によって基地局間で共有される。管理システム１５は、許可スペクトル７１を幾つかの周波数帯、この場合はｆ１、ｆ２、及びｆ３として共有し、周波数帯を各基地局に割り振り、対応する構成データをノード１に送信する。利用可能な周波数帯の数が基地局の数未満である場合、基地局の地理的位置を考慮に入れる、周波数の再利用のための技法を使用することができる。基地局の一部のみを活動化することを決定することもできる。これを達成するために、好ましくは、管理システム１５は、対応する構成データを事前定義された管理チャネル上で送信することにより、基地局の活動化／非活動化をリモートコントロールすることができる。

基地局が基地局に対応する周波数帯を受信し、活動化されると、無線端末との接続のための手続きを実行することができる。従って、船又は他の車両の集団全体をカバーする無線ネットワークを迅速に得ることができる。ノードの構成、及び提供される無線端末の数に応じて、メッシュトポロジ、部分メッシュトポロジ、又はその他を得ることができる。大域的には、ノード１の高程度の接続性は、リンク２又はノード１の消滅などのイベントに直面するネットワーク回復力を改善する。ノードの制御ユニット１３により、周知のハンドオーバ手続きに従って、互いの間のノードのモビリティを管理することができる。

上述のように、幾つかの実施形態では、通信ノード１は冗長リンクがセットアップされることを防止する無線リンク管理手続きを実行することができる。そのような機能は多くの状況で有用であるが、すべてのケースで、又はすべてのノードで不可欠であるわけではない。好ましい一実施形態によれば、そのような無線リンク管理機能を備える通信ノード１を管理システム１５から制御して、このノードが隣接するノードとの冗長リンクをセットアップする必要があるか否かに応じて、こうした手続きを選択的に活動化又は非活動化することができる。データフローを増大させるために、２つのノード間での幾つかのパラレル無線リンクのセットアップを可能にし、又は強制することが必要となることがある。

例示として、８０２．１６ｅ型ネットワークでは、基地局で使用される帯域又はチャネルの幅は１．７５から２０ＭＨｚである。３．５ＭＨｚ帯域を用いる基地局はサポートの伝播条件、及び無線端末間の分離距離に応じて、最高で約２５Ｍｂ／ｓを提供することができる。現使用条件下で、最大分離距離は使用されるアンテナシステムに応じて、約１５から４０ｋｍである。例示のために、２０ＭＨｚをカバーする規定に従う許可スペクトルを６個の３．５ＭＨｚ帯域として共有することができる。

図９に示されるようなネットワークは１つ又は幾つかの管理システムを含むことができる。管理システムはまた、基地局の構成以外の機能を実施することもできる。特定の一実施形態によれば、管理システム１５はネットワーク内の無線端末４による基地局３の選択を課し、又はそれを制限するのに使用される。これを達成するために、管理システム１５は、無線隣接関係が存在するときに端末がそれ自体を所定の基地局に接続することを強制するように、又は無線端末が幾つかの隣接する基地局の中から選ばなければならないときに無線端末が使用することのできる選択規則を課すように、事前定義された管理チャネル上のノード１の無線端末を構成するように意図された構成データを送信する。例えば、管理システム１５が、関係する基地局を指定することのできる一方式は、こうした基地局がビーコン信号を放射するのに使用している周波数を無線端末に通信することである。従って、ノード１で受信される構成データが、データブロック４７で定義されるすべての許可周波数を修正するのに使用され、又は禁止周波数を定義するのに使用され、又は異なる周波数間の好ましい階層順序を作成するのに使用される。例えば、そのような無線端末構成機能を使用して、求めた２つのノード間で直接的無線リンクをセットアップするように強制することができる。

基地局に周波数を動的に割り当てるのに、他の方法、特に動的周波数選択（ＤＦＳ）と呼ばれる自動技法を使用することもできる。

図示されるように、様々な通信プロトコルを使用して、図１又は９の無線ネットワークを作成することができる。次に、図１１及び１２を参照しながら、本発明による、無線ネットワーク内で使用することのできるＩＰ構成方法を説明する。図１１では、図４と同一又は同様の要素が同一の参照番号に１００及び２００を加えたもので指定される。図１１は無線リンク１０２及び２０２を介して接続された２つの遠隔通信ノード１００及び２００を示す。さらに、この場合、無線端末１０４及び２０４は対応するルータ１１４及び２１４を備える。

この実施形態によれば、ＩＰアドレスのバッチが各ノードに割り振られる。例えば、プレフィックスＰ１がノード１００に割り振られ、それに基づいてＩＰアドレスが基地局１０３について形成され、ＩＰアドレスが、ローカルネットワーク１０５に接続された無線端末１０４又は各無線端末１０４のインターフェース８０について形成される。後で説明するように、リモート無線端末が基地局１０３に接続されるとき、残りのアドレスをリモート無線端末に割り振ることができる。例えば、図１２に示されるように、無線端末２０４がその無線インターフェース８１についてのＩＰアドレスを基地局１０３から受信する。従って、ノード１００は、プレフィックスＰ１を有する第１アドレッシング空間の部分を形成する。同様に、ノード２００はプレフィックスＰ２を有する第２アドレッシング空間の部分を形成する。

図１２では、図５と同一又は同様のステップが同一の参照番号に１００を加えたもので指定される。ステップ１２５では、同期段階１２２及び認証／許可段階１２３に成功した後、無線端末２０４は、アドレスサーバ１１２にアドレス要求８５を送信し、例えばＤＨＣＰサーバにＤＨＣＰ要求を送信する。それに応答して、サーバ１１２は、ノード１００に割り振られたバッチの中からＩＰアドレスを選び、それを無線端末２０４に送信する。例えば、アドレスがプレフィックスＰ１に基づいて形成され、「＠Ｐ１：２０４」と表される。端末１０４の場合と同様に、無線端末２０４は、ローカルネットワーク２０５に接続された無線端末２０４のインターフェース８０を表すのに、ノード２００に割り振られたバッチの中から選ばれたＩＰアドレス、即ちプレフィックスＰ２を有するＩＰアドレスを有する。

その後で、無線端末２０４の無線インターフェース８１についてのＩＰアドレスを受信すると、ルータ２１４は基地局１０３がルータを接続するネットワークのアドレスを配布する。この目的で、任意のＩＧＰルーティングプロトコル、例えばＲＩＰ、ＯＳＰＦ、ＩＳ−ＩＳなどを使用することができる。有利には、ノードの追加又は撤去などのイベント中のネットワークの再構成及びルーティングテーブルの統合を容易にするために、アドホックネットワーク向けのルーティングプロトコル、例えばＯＬＳＲプロトコルが使用される。定常状態に達すると、無線端末のルータ１１４及び２１４並びにルータ１１０及び２１０は、ルーティングテーブルを完了する。

上述の方法はネットワークのＩＰ構成を自動化し、上述の方法を図１１に示されるトポロジ以外のトポロジに対して使用することができる。

好ましい一実施形態によれば、ルータ１１０のルーティングテーブル９１が基地局１０３を介してノード２００のネットワークに達するように構成される。これを達成するために、端末２０４のルータ２１４は端末２０４の無線インターフェース８１を通過してプレフィックスＰ２を有するネットワークまでの宛先を有する経路をネットワーク１０５に通知する。従って、図１１に示されるように、ルーティングテーブル９１はこの経路を記録する。逆に、基地局２０３を介してノード１００のネットワークに達するようにルータ２１０のルーティングテーブル９２を構成することができる。この実施形態は、より高い速度から恩恵を受けるように、無線端末から基地局へのアップリンクではなく、基地局から無線端末へのダウンリンクの使用に対して優先順位を与える。この実施形態を、一方がアップリンクを通過し、他方がダウンリンクを通過する、第１ノードから第２ノードへの少なくとも２つの可能なルーティングが存在する任意のトポロジで使用することができる。

図示される要素の一部、具体的には制御ユニット、サーバ、及び他のモジュールをハードウェア及び／又はソフトウェア構成要素を使用して様々な形態で、ユニットとして、又は分散させて作成することができる。使用されるハードウェア構成要素は特定用途向け集積回路ＡＳＩＣ、プログラマブル論理ネットワークＦＰＧＡ、又はマイクロプロセッサである。様々なプログラミング言語、例えばＣ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ、又はＶＨＤＬでソフトウェア構成要素を書くことができる。このリストは包括的なものではない。

ネットワーク管理システムは、ハードウェア装置、例えばマイクロコンピュータ、ワークステーション、インターネットに接続された装置、又は任意の他の専用若しくは汎用通信装置でよい。このシステム上で動作するソフトウェアプログラムは、ネットワーク管理機能を実行してネットワーク要素を制御する。

本発明を幾つかの特定の実施形態に関して説明したが、本発明が決して限定されないこと、並びに記載の手段のすべての技術的均等物及びその組合せが本発明の枠組みに入る場合、本発明はそれを含むことは極めて明白である。

動詞「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」、又は「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」及びその変化形の使用は、特許請求の範囲で言及されたもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素又はステップに対する不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」の使用は、別段の言及がない限り、複数のそのような要素又はステップの存在を除外しない。幾つかの手段又はモジュールを単一のハードウェア要素で表すことができる。

特許請求の範囲内の括弧内の任意の参照符号は、特許請求の範囲の限定として解釈されるものではないものとする。

Claims (15)

1. 多重化方法を使用して、無線端末とのポイントツーマルチポイント無線リンクをセットアップすることのできる少なくとも１つのローカル基地局（３）、前記多重化方法を使用して基地局との無線リンクをセットアップすることのできる少なくとも１つのローカル無線端末（４）、及び前記ローカル無線端末と前記ローカル基地局との間でデータを転送する交換機（１０）からなることを特徴とする遠隔通信ノード（１）であって、前記ローカル基地局が隣接する無線端末で検出されるビーコン信号（２０）を放射することができ、前記ローカル無線端末がビーコン信号を検出して前記ローカル無線端末に隣接する基地局を検出する手段を備え、前記通信ノードが、前記少なくとも１つのローカル無線端末及び／又は前記少なくとも１つのローカル基地局に関係する冗長無線リンクをセットアップすることを禁止する無線リンク管理手段（１３、４５）を備えたことを特徴とする遠隔通信ノード（１）。
2. 請求項１の遠隔通信ノードにおいて、無線リンク管理手段（４７、５４、５５）が、前記ローカル無線端末又は各ローカル無線端末と前記ローカル基地局又は各ローカル基地局との間で無線リンクをセットアップすることを禁止することができることを特徴とする遠隔通信ノード。
3. 請求項１の遠隔通信ノードにおいて、複数のローカル無線端末を備え、前記無線リンク管理手段（６４）が、無線リンクが前記ローカル無線端末のうちの第１のものと基地局との間でセットアップされたことを検出し、前記検出に応答して、前記ローカル無線端末のうちの第２のものと前記基地局との間で無線リンクをセットアップすることを禁止することができることを特徴とする遠隔通信ノード。
4. 請求項１の遠隔通信ノードにおいて、前記無線リンク管理手段（６５）が、無線リンクが前記ローカル基地局とリモートノードの第１無線端末との間でセットアップされたことを検出し、前記検出に応答して、前記ローカル基地局と前記リモートノードの第２無線端末との間で無線リンクをセットアップすることを禁止することができることを特徴とする遠隔通信ノード。
5. 請求項１の遠隔通信ノードにおいて、複数のローカル基地局を備え、前記無線リンク管理手段が、無線リンクが前記ローカル基地局のうちの第１のものとリモートノードとの間でセットアップされたことを検出し、前記検出に応答して、前記ローカル基地局のうちの第２のものと前記リモートノードとの間で無線リンクをセットアップすることを禁止することができることを特徴とする遠隔通信ノード。
6. 請求項１の遠隔通信ノードにおいて、前記ローカル基地局又は各ローカル基地局が、エア媒体リソースを予約し、求めた通信に前記エア媒体リソースを割り振ることができることを特徴とする遠隔通信ノード。
7. 請求項１の遠隔通信ノードにおいて、前記多重化方法がＯＦＤＭＡ型であることを特徴とする遠隔通信ノード。
8. 請求項１の遠隔通信ノードにおいて、事前定義された低速無線通信路上で、ローカル基地局に割り振られるべきエア媒体リソースを定義する構成データを受信する無線受信機（１６）、及び前記割り振られるエア媒体リソースを尊重するように前記ローカル基地局を構成する構成モジュール（１３）を備えることを特徴とする遠隔通信ノード。
9. 請求項１の遠隔通信ノードにおいて、低速無線通信路上で、ローカル基地局の活動状態を定義する構成データを受信する無線受信機（１６）、及び前記構成データに応じて前記ローカル基地局を動作可能又は動作不能にする構成モジュール（１３）を備えることを特徴とする遠隔通信ノード。
10. 請求項１の遠隔通信ノードにおいて、車両（７０）上に設置されることを特徴とする遠隔通信ノード。
11. 請求項２の遠隔通信ノードにおいて、前記無線リンク管理手段（４７）が、前記検出手段がローカル基地局（３）がビーコン信号（２０）を放射する１つの周波数又は各周波数を除くスペクトルの部分を監視するように、ローカル無線端末（４）の検出手段（４２）を構成することができることを特徴とする遠隔通信ノード。
12. 請求項８記載の複数の遠隔通信ノードを備える無線ネットワークにおいて、前記遠隔通信ノードの基地局間のエア媒体リソースの共有を定義する管理システム（１５）、及び前記共有に応じて前記基地局のそれぞれに割り振られるべきエア媒体リソースを定義する構成データを前記低速無線通信路上で送信することのできる無線送信機を備えたことを特徴とする無線ネットワーク。
13. 無線遠隔通信ネットワーク内の無線リンクの管理のための方法であって、
    基地局からビーコン信号を放射するステップ、
    無線端末でビーコン信号を検出するステップ、
    前記無線端末と前記基地局が前記ネットワーク内の同一のノードに属するかどうかを判定するステップ、及び
    前記無線端末と前記基地局が前記ネットワークの同一のノードに属するとき、前記無線端末と前記基地局の間の無線リンクのセットアップを禁止するステップ
    からなるステップを備える方法。
14. 遠隔通信ノードを構成する方法であって、
    多重化方法を使用して、無線端末とのポイントツーマルチポイント無線リンクをセットアップすることのできる少なくとも１つのローカル基地局、前記多重化方法を使用して、基地局との無線リンクをセットアップすることのできる少なくとも１つのローカル無線端末、及び前記ローカル無線端末と前記ローカル基地局の間でデータを転送する交換機を備える少なくとも１つの無線遠隔通信ノードを配置するステップ、
    少なくとも１つの低速遠距離無線通信路上で、前記ローカル基地局に割り振られるべきエア媒体リソースを定義する構成データを送信するステップ、
    前記遠隔通信ノードで前記構成データを受信するステップ、及び前記割り振られるエア媒体リソースを尊重するように前記ローカル基地局を構成するステップ
    からなるステップを備える方法。
15. 遠隔通信ノードを構成する方法であって、
    多重化方法を使用して、無線端末とのポイントツーマルチポイント無線リンクをセットアップすることのできる少なくとも１つのローカル基地局（３）、前記多重化方法を使用して、基地局との無線リンクを設定することのできる少なくとも１つのローカル無線端末（４）、及び前記ローカル無線端末と前記ローカル基地局の間でデータを転送する交換機を備える少なくとも１つの無線遠隔通信ノード（１）を配置するステップ、
    基地局に割り振られるチャネルを定義する構成データを低速遠距離無線通信路上で送信するステップ、
    前記遠隔通信ノードで前記構成データを受信するステップ、及び前記定義されるチャネルを監視してビーコン信号を検出するように前記ローカル無線端末（４）を構成するステップ
    からなるステップを備える方法。

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