(57)【要約】無線ネットワーク内で使用される物理層周波数変換式中継器（６００、７００）は、信号処理バス（７１１）を用いてプロセッサ（６２７）およびメモリ（６５０）に結合された信号プロセッサ（７１０〜７１４）を含む。物理層中継器は、物理層中継を行い、ネットワーク条件および他の要因に依存して、レイヤ２機能およびおそらくはレイヤ３機能を選択的に行う。復調器（６２３）は、必要な場合に、ネットワーク条件に基づいて、パケットをリダイレクトし、打切り、蓄積し、転送することを可能にするために、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレッシングなどのアドレス情報を抽出することができる。
2009524981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ネットワークに関連する環境内で物理層中継動作を行う物理層中継器であって、前記物理層中継動作は、パケットに関連する信号を受信することと、前記パケットに含まれるソースアドレスおよび宛先アドレスのうちの１つまたは複数の変更を伴わずに前記パケットを送信することとを含み、前記物理層中継器は、
少なくとも第１および第２の信号プロセッサおよび復調器を含むディジタルベースバンドセクションと、
前記ベースバンドセクションに結合され前記ベースバンドセクションを制御できるプロセッサであって、
前記物理層中継動作に加えて動作中に上位層機能を選択的に行う
ように構成され、前記上位層機能は、
少なくとも前記パケットの復調された部分からの第１情報を処理することと、
前記第１情報に基づいて、前記中継動作中に前記パケットが処理される形を決定することと
を含む、プロセッサ
を備える、物理層中継器。
【請求項２】
前記物理層中継動作は、周波数変換式物理層中継動作を含む、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記上位層機能を選択的に行う際に、前記パケットの肯定応答（ＡＣＫ）の責任を引き受けるようにさらに構成される、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記パケットの前記ＡＣＫの責任を引き受ける際に、８０２．１１媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコルを含むＭＡＣプロトコルに従って前記ＡＣＫを提供するようにさらに構成される、請求項３に記載の物理層中継器。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記パケットの受信を完了する前にパケット再送信を開始するようにさらに構成される、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記パケットが前記中継動作中に処理される形を決定する際に、前記パケットの少なくとも一部を再生成するようにさらに構成される、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項７】
前記ディジタルベースバンドセクションは、ディジタル遅延線をさらに含み、
前記ディジタル遅延線は、前記パケットに関連する前記ソースアドレスおよび前記宛先アドレスのうちの１つの復調を実行するのに十分な時間を与えるために所定の量の遅延をセットされる
請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記ソースアドレスおよび前記宛先アドレスのうちの前記復調された１つに基づいて前記パケットを再送信するかどうかを判断するようにさらに構成される、請求項７に記載の物理層中継器。
【請求項９】
前記ディジタル遅延線は、フィルタリング機能を実行するのに十分な時間を与えるために追加遅延をセットされる、請求項７に記載の物理層中継器。
【請求項１０】
前記プロセッサおよび前記ディジタルベースバンドセクションに結合されたメモリをさらに備え、前記プロセッサは、ルーティングテーブルおよびフィルタリングテーブルのうちの１つまたは複数を含むテーブルを前記メモリ内に作成し、維持するようにさらに構成され、前記テーブルは、前記プロセッサが第２情報に基づいて前記パケットに関連する再送信手順を決定できるように前記第２情報を提供する、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項１１】
前記第２情報は、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレスと、インターネットプロトコル（ＩＰ）アドレスと、レイヤ３アドレスと、サービス品質（ＱｏＳ）レベルパラメータと、前記パケット内に含まれるペイロードに関連するペイロードタイプとのうちの１つまたは複数を含む、請求項１０に記載の物理層中継器。
【請求項１２】
前記第２情報に基づく前記再送信手順は、第１および第２の周波数チャネルのうちの１つの選択と、前記パケットの打切りと、前記パケットの打切りと、前記パケット内に含まれるペイロード内に含まれるデータの使用とのうちの１つまたは複数を含む、請求項１１に記載の物理層中継器。
【請求項１３】
前記第２情報に基づく前記再送信手順は、第１および第２の周波数チャネルのうちの１つの選択と、前記パケットの打切りと、前記パケットの打切りおよび前記パケット内に含まれるペイロード内に含まれるデータの使用とのうちの１つまたは複数を含む、請求項１０に記載の物理層中継器。
【請求項１４】
フィルタリングテーブルが含まれる場合に、ＡＣＫは、前記パケットがフィルタリングされる場合に前記パケットについて生成されない、請求項１０に記載の物理層中継器。
【請求項１５】
前記プロセッサおよび前記ディジタルベースバンドセクションに結合されたメモリをさらに備え、前記プロセッサは、少なくとも前記パケットのアドレスおよびペイロードを前記メモリに蓄積することを可能にするために、前記パケットに対する物理層再送信動作を実行している間に前記パケットを復調するように構成される、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項１６】
前記プロセッサは、前記パケットの所期の受信者が前記パケットの肯定応答（ＡＣＫ）を提供できない場合に、前記蓄積されたアドレスおよび前記蓄積されたペイロードが再送信されるようにさらに構成される、請求項１５に記載の物理層中継器。
【請求項１７】
前記プロセッサおよび前記ディジタルベースバンドセクションに結合されたメモリをさらに備え、前記プロセッサは、標本化されたパケットを前記メモリに蓄積するために、前記パケットに対する物理層再送信動作を実行している間に、復調なしで前記パケットを標本化するように構成される、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項１８】
前記プロセッサは、
前記メモリ内でテーブルを作成し、維持し、前記テーブルは、ルーティングテーブルおよびフィルタリングテーブルのうちの１つまたは複数を含み、
前記テーブルに基づいて前記標本化されたパケットを蓄積し、転送する
ようにさらに構成される、請求項１７に記載の物理層中継器。
【請求項１９】
メモリをさらに備え、前記プロセッサは、前記メモリ内でテーブルを作成し、維持するようにさらに構成され、前記テーブルは、ルーティングテーブルおよびフィルタリングテーブルのうちの１つまたは複数を含み、前記プロセッサは、前記物理層中継器と１つまたは複数の他のネットワークエレメントとの間のメッセージ交換に基づいて前記テーブルを維持するように構成される、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項２０】
メモリをさらに備え、前記プロセッサは、フィルタリングテーブルを作成し、維持するようにさらに構成され、前記プロセッサは、前記フィルタリングテーブルに基づいて衝突ドメインを選択的に分解し、マージするように構成される、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項２１】
前記上位層機能は、レイヤ２機能およびレイヤ３機能のうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項２２】
前記上位層機能は、レイヤ２機能とレイヤ３機能との間の可変個数の上位層機能を含み、前記可変個数は、前記無線ネットワークに関連する条件に基づいて決定される、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項２３】
前記上位層機能は、レイヤ２機能とレイヤ３機能との間の可変個数の上位層機能を含み、前記可変個数は、前記無線ネットワーク内の別のノードから受信された命令に基づいて決定される、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項２４】
前記上位層機能は、前記物理層中継動作を実行することに加えて、前記物理層中継器を前記無線ネットワーク内のクライアントとして動作させることを含む、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項２５】
前記プロセッサおよび前記ディジタルベースバンドセクションに結合されたデータポートをさらに備え、前記上位層機能は、前記物理層中継動作を実行することに加えて、前記無線ネットワーク内のクライアントデバイスとして前記物理層中継器を動作させることを含み、前記クライアントデバイスは、オーディオデバイスと、ビデオデバイスと、データ通信デバイスと、マルチメディアデバイスとのうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項２６】
前記プロセッサは、動作中に前記上位層機能を選択的に行う際に、タイムアウトパラメータと独立になるようにさらに構成される、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項２７】
前記プロセッサは、前記物理層中継動作に加えて、８０２．１１（ｓ）ＭＥＳＨプロトコルを含むプロトコルの下での動作の外見を前記無線ネットワークに提示するために動作するようにさらに構成される、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項２８】
前記プロセッサおよび前記ディジタルベースバンドセクションに結合されたメモリをさらに備え、前記プロセッサは、ルーティングテーブルを作成し、維持するようにさらに構成され、前記ルーティングテーブルは、前記無線ネットワーク上の伝送に関連するＭＡＣアドレッシングを観察することによって作成され、維持される、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項２９】
前記プロセッサおよび前記ディジタルベースバンドセクションに結合されたメモリをさらに備え、前記プロセッサは、ルーティングテーブルを作成し、維持するようにさらに構成され、前記ルーティングテーブルは、前記無線ネットワーク内の他のノードから受信されたメッセージを処理することによって作成される、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項３０】
前記プロセッサに結合され、構造内のユーティリティワイヤリング（utility wiring）に結合されたインターフェースユニットをさらに備え、前記プロセッサは、ルーティングテーブルを作成し、維持するようにさらに構成され、前記ルーティングテーブルは、前記無線ネットワーク内の他のノードから受信されたメッセージを処理することによって作成される、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項３１】
前記無線ネットワーク内の他のノードから受信された前記メッセージは、８０２．１１（ｓ）ＭＥＳＨプロトコルによるルーティング更新メッセージを含む、請求項３０に記載の物理層中継器。
【請求項３２】
前記プロセッサは、動作中に上位層機能を選択的に行う際に、前記ネットワークの条件に基づいて可変個数の上位層機能を行うようにさらに構成される、請求項１に記載の物理層中継器。
【請求項３３】
無線ネットワークに関連する環境内で物理層中継動作を行う物理層中継器であって、前記物理層中継動作は、パケットに関連する信号を受信することと、前記パケットに含まれるソースアドレスおよび宛先アドレスのうちの１つまたは複数の変更を伴わずに前記パケットに関連する前記信号を送信することとを含み、前記物理層中継器は、
少なくとも第１および第２の信号プロセッサおよび復調器を含むディジタルベースバンドセクションと、
前記ベースバンドセクションに結合され前記ベースバンドセクションを制御できるプロセッサであって、
処理された記号を形成するために記号ごとの基礎で前記パケットに関連する前記信号を処理し、
再生成された記号を形成するために少なくとも記号インターバルの後に前記パケットに関連する前記処理された記号を再生成する
ように構成された、プロセッサと
を備える、物理層中継器。
【請求項３４】
前記プロセッサは、前記パケットの時間持続期間を超えない周期を含む所定の遅延インターバルの後に前記再生成された記号を再送信するようにさらに構成される、請求項３３に記載の物理層中継器。
【請求項３５】
前記プロセッサおよび前記ディジタルベースバンドセクションに結合されたメモリをさらに備え、前記ディジタルベースバンドセクションは、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ブロックを含み、プロセッサは、
前記パケットに関連する複数の前記処理された記号を前記メモリに蓄積し、
所定の遅延インターバルの後に前記複数の処理された記号を再生成し、再送信する
ようにさらに構成され、所定の遅延周期は、前記ＭＡＣブロック内で生成され、肯定応答タイムアウト周期を含む
請求項３３に記載の物理層中継器。
【請求項３６】
前記プロセッサは、前記物理層中継動作に加えて動作中に上位層機能を選択的に行うようにさらに構成され、前記上位層機能は、
前記パケットの少なくとも一部からの第１情報に関連する複数の前記処理された信号を処理することと、
前記第１情報に基づいて前記中継動作中に前記パケットが処理される形を決定することと
を含む、請求項３３に記載の物理層中継器。
【請求項３７】
無線ネットワークに関連する環境内で物理層中継動作を行う物理層中継器であって、前記物理層中継動作は、パケットに関連する信号を受信することと、前記パケットに含まれるソースアドレスおよび宛先アドレスのうちの１つまたは複数の変更を伴わずに前記パケットに関連する前記信号を送信することとを含み、前記物理層中継器は、
少なくとも第１および第２の信号プロセッサおよび復調器を含むディジタルベースバンドセクションと、
前記ベースバンドセクションに結合され前記ベースバンドセクションを制御できるプロセッサであって、
信号標本を生成するために標本ごとの基礎で前記パケットに関連する前記信号を処理し、
前記信号標本を送信する
ように構成された、プロセッサ
を備える、物理層中継器。
【請求項３８】
前記プロセッサおよび前記ディジタルベースバンドセクションに結合されたメモリをさらに備え、プロセッサは、
前記パケットに関連する複数の前記信号標本を前記メモリに蓄積し、
所定の遅延インターバルの後に前記複数の信号標本を再送信する
ようにさらに構成される、請求項３７に記載の物理層中継器。
【請求項３９】
ネットワーククライアントを含む無線ネットワーク環境内で中継器動作を行うシステムであって、
前記無線ネットワーク環境内で第１物理層中継動作を行う第１物理層中継器であって、前記第１物理層中継動作は、パケットに関連する信号を第１周波数チャネル上で受信することと、前記パケットに含まれるソースアドレスおよび宛先アドレスのうちの１つまたは複数の変更を伴わずに前記パケットに関連する前記信号を第２周波数チャネル上で送信することとを含み、第１物理層中継器は、前記第１物理層中継動作に関連して上位層動作を実行することができる、第１物理層中継器と、
前記無線ネットワーク環境内で第２物理層中継動作を行う第２物理層中継器であって、前記第２物理層中継動作は、前記パケットに関連する前記信号を前記第１周波数チャネル上で受信することと、前記パケットに含まれるソースアドレスおよび宛先アドレスのうちの１つまたは複数の変更を伴わずに前記パケットに関連する前記信号を前記第２周波数チャネル上で送信することとを含み、前記第２物理層中継器は、前記第２物理層中継動作に関連して上位層動作を実行することができる、第２物理層中継器と
を備え、前記第１物理層中継器および前記第２物理層中継器は、前記第１物理層中継器および前記第２物理層中継器のうちのどれが前記第１周波数チャネル上での前記パケットに関連する前記信号の前記受信および前記第２周波数チャネル上での前記パケットに関連する前記信号の前記送信を行うかを判断するための１つまたは複数のパラメータを確立するために中継器間プロトコルを使用して通信するように構成される
システム。
【請求項４０】
前記第１物理層中継器および前記第２物理層中継器は、メモリを含み、前記第１物理層中継器および前記第２物理層中継器のうちの１つまたは複数は、テーブルを前記メモリ内に作成し、維持するように構成され、前記テーブルは、ルーティングテーブルおよびフィルタリングテーブルのうちの１つまたは複数を含み、前記テーブルは、前記第１物理層中継器および前記第２物理層中継器のうちの前記１つまたは複数が情報に基づいて前記上位層動作に関連する手順を決定できるように前記情報を提供する、請求項３９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）に関する。具体的には、本発明は、動作条件に基づいて、クライアントをアクセスポイント（ＡＰ）に接続する周波数変換式物理層中継器の上位層動作の選択に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえばポータブルコンピューティングデバイスによるブロードバンドサービスへの制限されないアクセスの高まる人気のゆえに、８０２．１１標準規格、８０２．１６標準規格、および８０２．２０標準規格に記載され、指定されたＷＬＡＮおよび無線メトロポリタンエリアネットワークＷＭＡＮを含むがこれらに限定はされない無線ネットワークに関連するアクセスポイントなどのノードの範囲を広げることの、高まる必要がある。無線ネットワークの実際の増殖は、ユーザ需要が高まる時の性能レベルの維持および向上に大きく依存する。
【０００３】
実際の性能レベルと指定された性能レベルとの間の性能の不足は、室内環境などの動作環境で通常は２．４ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚの周波数で伝送されるＲＦ信号の放射経路の減衰によって引き起こされる可能性がある。ベースまたはＡＰから受信機またはクライアントまでの範囲は、一般に、通常の家庭内で必要なカバレッジ範囲より短く、１０ｍから１５ｍほどの短さである場合がある。さらに、牧場風の家もしくは２階建の家などの分割された間取り図を有する構造、またはＲＦ信号を減衰させることができる材料で作られた構造では、無線カバレッジが必要な区域が、たとえば８０２．１１プロトコルベースのシステムの範囲の外の距離だけ物理的に分離される場合がある。減衰の問題は、他の２．４ＧＨｚデバイスからの干渉または帯域内エネルギを有する広帯域干渉など、動作帯域内に干渉が存在する場合に悪化する場合がある。さらに、上記の標準無線プロトコルを使用して動作するデバイスのデータレートは、信号強度に依存する。カバレッジの区域内で距離が増えるにつれて、無線システム性能は、通常は低下する。最後に、プロトコル自体の構造が、動作範囲に影響する場合がある。
【０００４】
無線システムの範囲を広げるための移動体無線産業での１つの一般的な実践は、中継器の使用を介するものである。他の手法に、カバレッジ区域を広げるための分散基地局または類似物を含めることができる。しかし、多くの手法は、極端に高価な出費である。たとえばＷｉ−Ｍｅｓｈ  Ａｌｌｉａｎｃｅ  ＩＥＥＥ  ８０２．１１  Ｔａｓｋ  Ｇｒｏｕｐ  Ｓでの、より最近の議論では、近接が確立された時に複数のＡＰがお互いへの接続を形成できるアドホックネットワークまたは網状網の使用が、ネットワークの範囲を広げる形として奨励されている。網状網に関する８０２．１１（ｓ）標準規格の提案された進歩では、メッシュノードは、８０２．１１（ｎ）に関連するｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｉｎｐｕｔ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）仕様および高データレート（５４０Ｍｂｐｓ）仕様と互換になることが意図されている。
【０００５】
そのようなシステムは、既に、地方政府サービスによって使用され得るものなど、両方向無線網で展開されている。そのようなシステムでは、主ＡＰすなわち基地局、ソースプロバイダ、または類似物への直接接続を有するＡＰの範囲外になる前に、複数のホップをトラバースする可能性がある。そのようなシステムの主な不利益は、独占的ネットワークの外部で互換である可能性が低い、通常は開放型システム相互接続（ＯＳＩ）階層化アーキテクチャのレイヤ２またはその上位に従って動作するように構成される、高価な独占的中継器の必要である。
【０００６】
一般に物理層（ＰＨＹ）と称するレイヤ１より上の層での中継器の動作は、時間に敏感なデータまたは高帯域幅応用ソフトに関連するデータがネットワークによって搬送されつつある時に、重大な性能問題を引き起こし得ることを、当業者は了解するであろう。たとえば、いわゆるｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ（ＷＤＳ）中継器は、レイヤ２で、後詳細に述べるように、遅延およびスループット性能への影響を引き起こす、単一のトランシーバを用いて動作する。ＷＤＳ中継器は、同一チャネルでパケットを受信し、送信するので、輻輳および少なくとも５０％のスループット低下などの問題が生じる。さらに、パケットの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレスが、従来のレイヤ２またはその上位での動作で変更されるので、全体的な使い易さの低下と一緒に、セキュリティ機能が危険にさらされる可能性がある。
【０００７】
しかし、純物理層中継器について、通常のＷＬＡＮプロトコルのランダムなパケットの性質が、定義された受信周期および送信周期を提供しないという点で、問題および複雑化が生じる可能性がある。さらに、一連の中継器が、あるクライアントのために働くために一緒に結合される時に、カスケード接続された中継に起因する遅延が、パケット肯定応答（ＡＣＫ）を遅延させる可能性がある。遅延されたＡＣＫのゆえに、また、各無線ネットワークノードからのパケットが即座に生成され、伝送され、時間的に予測可能ではないので、パケット衝突などの望ましくない結果が生じる場合がある。たとえば、複数のノードが同時にパケットを送信するのを防ぐのに使用される衝突回避プロトコルおよびランダムバックオフプロトコルなど、そのような問題に対処するいくつかの対応策が存在する。たとえば、８０２．１１標準プロトコルの下では、ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＤＣＦ）または他の方式を、衝突回避に使用することができる。しかし、たとえば「ホップ」数によって測定される、網状網または他のネットワークのサイズが大きくなるにつれて、各ホップに関連する遅延の量およびＡＣＫもしくは類似物を返す際の少なくとも多少の遅延の可能性は、中継されるネットワーク経路に沿って上位層プロトコルメッセージを往復して伝達できる前にタイムアウトが発生する場合があるので、個々の中継器の純物理層処理を、可能な誤りをこうむりやすいものにする。
【０００８】
ＷＬＡＮでの中継器の提供、具体的にはより広い区域にまたがるように設計された８０２．１１準拠中継器の提供の既知の手法は、２つのアクセスポイント（ＡＰ）の間のＡＰ間ルーティング機能性を伴う、同一ボックス内の２つのＡＰとして構成された中継器を提供することと、蓄積転送中継器（ＳＦ中継器）を提供することとを含む。両方の手法が、市販製品に反映されている。１ボックス内の２ＡＰとして構成された中継器は、高価な屋外無線ネットワークに適切である場合があるが、そのような中継器は、一般に消費者製品応用に関連する低コストおよび小フォームファクタという要件を満足しない。さらに、そのような中継器は、設置および運営が複雑であり、危険にさらされたセキュリティにつながる可能性がある。
【０００９】
従来の消費者指向ＳＦ中継器は、通常、設定ソフトウェアを設けられる。消費者指向中継器は、一般に、上で注記した２ＡＰ手法とは異なって、単一の無線周波数（ＲＦ）セクションを有するＷＤＳ中継器である。そのような中継器は、ＡＰによって使用されるチャネルを決定するソフトウェアによりロードされる。次に、同種の中継器を設定するために、チャネル情報が、最初の設定中に消費者によってＳＦ中継器に通信される。しかし、そのようなシステムは、ある基本的な知識を必要とし、あるいは、少なくともＷＬＡＮパラメータに関連するデータ値を解釈する能力を必要とするので、平均的な消費者が実施するのが難しいという点で、問題が生じる。
【００１０】
国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／１６２０８号に基づく米国国内段階出願第１０／５１６３２７号に記載された１つのシステムは、周波数検出および変換方法を使用して受信チャネルと送信チャネルとを分離する中継器を提供することによって、局所化された送信および受信の問題の多くを解決する。同出願に記載されたＷＬＡＮ中継器は、第１周波数チャネルで一方のデバイスに関連するパケットを第２周波数チャネルを使用して第２デバイスに運ぶことによって、２つのＷＬＡＮユニットが通信することを可能にする。この中継器は、物理層デバイスとして動作するので、パケットのＭＡＣアドレスは、レイヤ２デバイスまたは上位デバイスとして構成された中継器の場合と異なって、変更されない。第１デバイスに関連する第１周波数チャネルから第２デバイスに関連する第２周波数チャネルへまたは第２周波数チャネルから第１周波数チャネルへなど、中継または変換に関連する方向は、中継器およびＷＬＡＮ環境の実時間構成に依存する。たとえば、ＷＬＡＮ中継器を、伝送について両方の周波数チャネルを監視し、伝送が検出される時に、第１周波数チャネルで受信された信号を他方の周波数チャネルに変換し、この他方の周波数チャネルでその伝送が宛先に伝送されるように構成することができる。米国特許出願第１０／５１６３２７号に記載の周波数変換式中継器が、ほぼ実時間でパケットを受信し、増幅し、再送信するように働くことに留意することが重要である。当技術分野の問題の多くに対処はするが、米国特許出願第１０／５１６３２７号に記載の周波数変換式中継器は、蓄積転送あるいはネットワーク動作状態の知識に基づくトラヒックのフィルタリングを含む上位層のインテリジェンスまたは処理機能などの機能を欠いている。そのような中継器は、たとえば無線ＬＡＮ用のハブの同等物である。
【００１１】
一般に、中継器は、イーサネット（登録商標）ＬＡＮ接続など、ＬＡＮへの有線接続の配置が望ましくない場合に使用されることに留意されたい。複数の中継器を使用してＬＡＮ範囲を拡張できる場合には、極端に高価な出費にならずに上で説明した遅延および類似物の結果に対処できる物理層（ＰＨＹ）中継器が望ましい。ＰＨＹ中継器が、パケットおよびネットワークのセキュリティ機構を保ちながら、ソースアドレスもしくは宛先アドレスまたはパケットに関連する優先順位などのパケットの特性に基づいてパケットを異なって処理できることが、さらに有利である。
【特許文献１】国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／１６２０８号
【特許文献２】米国国内段階出願第１０／５１６３２７号
【特許文献３】米国特許出願第１０／４６５８１７号
【特許文献４】米国特許出願第１１／１２７３２０号
【特許文献５】国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／２８５５８号
【特許文献６】米国国内段階特許出願第１０／５２９０３７号
【発明の開示】
【発明の概要】
【００１２】
本発明の物理層周波数変換式中継器は、以下では「物理層中継器」または「中継器」と称するが、動作中の時間の少なくとも一部に、基本的な物理層機能性を選択的なまたは適応式の上位層機能性と共に使用することによって、遅延の問題を解決する。上位層機能性を提供することによって、中継器は、強化された機能を提供し、たとえばＡＣＫおよび類似物などのプロトコルメッセージの処理における遅延を除去することと追加のインテリジェンスを提供することとによって、問題を軽減する。複数のＡＰ、中継器、またはクライアントが、ＷＬＡＮ環境内の異なるチャネルに存在する場合には、下でより詳細に説明するように、中継器を、複数の形で所望のＡＰに無線で接続することができる。上位層動作の正確な度合は、セッティング、動作環境の分析、物理的なスイッチもしくはソフトウェアスライドバースイッチ、または同等物を介してプロセッサによって決定される構成によって提供することができる。
【００１３】
上で注記した問題を軽減するために、本発明の中継器は、通常はレイヤ２機能である送信者への物理層パケットの肯定応答の責任を引き受けるように構成される。しかし、パケット再伝送を開始することができるが、パケット伝送は、速度などの物理層動作の利益を保つために、パケットの完全な受信の前に開始されることを要求されない。さらに、パケットを、高いネットワーク性能を保証するために再生成することができ、レイヤ２機能性を、中継器を含むノードごとに含めることができる。再生成は、再送信の前に信号対雑音比（ＳＮＲ）におけるすべての信号劣化を除去することを可能にし、より高い受信機感度を達成することを可能にする。中継器が再生成用に構成される場合に、パケットの少なくとも１つの記号に関連する復調時間に対応する、通常は約４μ秒の遅延をこうむらなければならないことに留意されたい。そのような持続期間は、パケット肯定応答（ＡＣＫ）タイムアウトインターバルを超えるので、中継器は、タイムアウトに「反応を示さない」ように構成されなければならず、プロトコル衝突を防ぐために送信者にＡＣＫを供給できなければならない。
【００１４】
ある種の中継器実施形態によれば、所定の量の遅延が、パケット内のアドレス情報の復調を実行し、復調された情報に基づいて任意の特定のパケットを再送信すべきかどうかを判断するのに十分な時間を与えるために、物理層中継器によってセットされる。追加の時間は、フィルタリング機能または類異物を許容するか否かに基づいて確立することができる。
【００１５】
フィルタリング機能を使用可能にするために、フィルタリングテーブルまたはルーティングテーブルが、物理層中継器に含まれる。ルーティングテーブルは、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレッシング情報の内容、ＩＰまたは他のレイヤ３アドレッシング情報の内容、パケット情報内で示されるサービス品質（ＱｏＳ）レベル、および／またはパケットに含まれるペイロードのタイプのうちの１つに基づいて、パケットの再送を異なって処理する方法に関する情報を中継器に提供する。受信されたパケットのさまざまな部分の内容に基づいて、物理層中継器による対応する処理に、たとえば、上の判断基準に基づく異なる周波数チャネルの選択を含めることができる。さらに、物理層中継器の他の実施形態によれば、パケットを、打ち切るか中継させなくすることができ、あるいは、パケットを受信し、復調し、ペイロードに含まれるデータを局所的に使用でき、無線で再送信されないようにすることができる。したがって、中継器を、無線クライアントデバイスの追加機能性を伴って構成することができる。
【００１６】
上位層機能または準上位層機能を実行する際に、物理層中継器は、たとえば８０２．１１のＭＡＣプロトコルに従うパケットの肯定ＡＣＫの責任を負うことができる。アドレスフィルタリングが使用される場合に、ＡＣＫ生成は、再生成に関連する中継されるパケットの記号ごとの復調および再変調が実行される、上で注記した場合のように、必須である。パケットの復調は、パケット内のアドレス情報およびペイロード情報の蓄積を可能にするために、物理層中継と並列に実行することができる。ＡＣＫが所期のクライアントから受信されない場合には、蓄積されたパケット情報を再送信することができる。純物理層中継がＡＣＫタイムアウトパラメータに関連するタイミング要件の中で要求される場合には、肯定応答されていないパケットの標本を、復調なしで蓄積し、転送することができる。
【００１７】
上で注記したように、フィルタテーブルまたはルーティングテーブルは、たとえばハイブリッドレイヤ１／レイヤ２動作中に、パケットのルーティングを制御するのに使用することができる。いくつかの実施形態で、蓄積されたルーティングテーブルまたはフィルタテーブルの維持は、中継器／無線ノードと他のネットワークエレメントとの間のメッセージングに基づいて行うことができる。代替案では、ルーティングテーブルまたはフィルタリングテーブルの維持を、中継器の両側でのネットワーク内のパケットアドレスの観察に基づいて行うことができる。観察は、ノードの間のさまざまなルートの対応するリストと比較した、ネットワークデータトラヒックの両方の中継する周波数チャネルでの継続的観察を含む、下でより詳細に説明する複数の形で実行することができる。ネットワーク内のルートのリストを、伝送に伴うＭＡＣアドレッシングを観察することによって構築することができる。
【００１８】
上で注記したように、物理層中継器を、アドレスフィルタリングが使用される場合にＡＣＫ生成の責任を負うように構成しなければならない。たとえば、軽い負荷を有するネットワークまたは疎なネットワーク内の中継器ユニットは、純物理層中継を使用することができるが、複数入居者住居などの密なネットワーク内のユニットは、純物理層中継動作で発生する衝突ドメインの「マージ」に起因するネットワーク内の全体的な輻輳を減らすために、パケットをフィルタリングする必要がある場合がある。
【００１９】
物理層中継器は、純物理層中継を実行でき、レイヤ２中継を実行でき、いくつかの場合にレイヤ３中継を実行することができる。機能性の度合は、中継動作のモードが、ネットワーク条件に基づいてまたは他の無線ノードから受信された命令に基づいてセットされるように、スライディングスケールに沿って確立することができる。ハイブリッド中継デバイスとして動作することに加えて、「関連する」クライアントとして動作する能力など、追加の上層機能を追加することもできる。たとえば、データポートを中継デバイスに追加することができ、中継器ユニットが、他のデバイスに中継するネットワークノードとして働くと同時に、中継器に個別にアドレッシングされたパケットを受信することもできるようになる。そのようなパケットには、マルチメディアデバイス宛、ステレオデバイス宛、またはコンピュータもしくは類似物などの別のタイプのデータデバイス宛のデータを含めることができる。そのようなデバイスの例には、無線スピーカ、テレビジョン、ステレオ、ビデオ監視カメラ、または冷蔵庫内もしくは台所内で使用されるタッチスクリーンコンピュータを含めることができる。
【００２０】
他の中継器実施形態によれば、中継器は、ＡＣＫを生成するが、ＡＣＫ＿Ｔｉｍｅｏｕｔの結果と独立になるように構成される。さらに、中継器は、追加の機能性を可能にするために、より完全なＭＡＣおよびＰＨＹ層を有するように構成される。より一般的に、完全なＰＨＹおよびＭＡＣを伴う中継器は、局所的にクライアントとして働くことができ、他のデバイスへのネットワークインターフェース制御（ＮＩＣ）動作を実行することもできる。そのような機能を有する中継器チップを、独立型中継器に含めることに加えて、上でリストしたものなどの他のデバイスに組み込むことができる。中継器は、さらに、ネットワークの残りにはたとえば８０２．１１（ｓ）の下のＭＥＳＨノードとして見えるが、ＰＨＹレベル中継機能を有するものとして動作することができる。理想的には、中継器は、記号ごとの基礎でのパケットの復調および再生成を実行することができる。中継器にタイムアウトに対する免疫を与えることによって、中継器を、遅延の懸念なしにカスケード接続することができる。さらに、中継器の、レイヤ２アドレスフィルタリングを実行する能力は、中継器が衝突ドメインを分解し、これらを動的にマージすることを可能にする。したがって、中継器は、異なるＭＡＣアドレスを有するパケットを異なって扱うことができる。ネットワーク性能を最適化するために、レイヤ２中継機能を、レイヤ１中継機能に加えてまたはその代わりに動的に組み込むことができる。
【００２１】
中継器がＡＣＫを生成するように構成される時に、中継器は、クライアントがＡＰチャネルの範囲内にあり、同一周波数上にあるときなど、ＡＣＫを生成するＡＰと同一のチャネルにクライアントがある場合に、ＡＣＫを生成してはならないことに留意されたい。そのようなシナリオへの対処は、クライアントがＡＰに対して相対的に移動する時に、ＡＰに対するクライアントの近接が変化するのでクライアントがチャネルを変更する場合があるので、問題がある可能性がある。したがって、そのようなクライアント移動に対処するために、トラヒックの継続的な監視が、テーブルが常に最新であることを保証するために必要になる場合がある。クライアントが中継チャネルからＡＰチャネルに移動した場合に、中継器は、ＡＣＫの生成を止める必要がある。どのチャネルが割り当てられているかを追跡するために、ルーティングテーブルを、複数の異なる手段によって継続的に更新することができる。この更新に含まれる情報は、たとえば、中継する周波数チャネルとノード間のさまざまなルートの対応するリストとの両方に関するネットワーク上のデータトラヒックの継続的観察から入手することができる。当業者は、有線ネットワークのレイヤ２ブリッジで使用されるスパニングツリーアルゴリズムに類似するものとして、そのようなルートの観察およびリスティングを認識するであろう。ネットワーク内のルートのリストは、伝送と共にＭＡＣアドレッシングを観察することによって構築することができる。
【００２２】
したがって、プロセッサもしくはプロセッサの制御の下のモジュールまたは類似物などの中継器に関連するコントローラは、ＡＰ周波数チャネル上のいずれかのパケットのソースアドレッシングが特定のノードのＭＡＣアドレスを含む場合に、中継器がそのノードに関するパケットをＡＣＫするのを禁止する。したがって、コントローラは、有効なテーブル枝刈り機構として働くことができる。逆に、ＡＰチャネルに関連するＭＡＣアドレスを含む宛先ＭＡＣフィールドまたは受信機ＭＡＣフィールドを有する、中継チャネル上で受信されたパケットに関して、中継器がアドレスフィルタリング用に構成されている場合に、これらのパケットをフィルタリングし、中継しないものとすることができる。どの場合でも、パケットが中継チャネルからＡＰチャネルに中継される時に、ソースアドレッシング情報および／または送信機アドレッシング情報は、テーブル内に置かれ、中継チャネル上にあるものとしてマークされなければならない。より包含的な手法では、ＡＰチャネル上のすべてのソースＭＡＣアドレスおよび中継チャネル宛先テーブルで見られるすべてのソースＭＡＣを、大域テーブルに追加することができる。その後、中継器は、そのパケットを渡し、ＡＣＫを供給するかどうか、あるいは、ＡＣＫを留めておくかどうかを、これらのテーブルの内容に基づいて判断することができる。周波数においてオーバーラップする複数の中継器が使用される場合に、中継器のうちのどの１つまたは複数がパケットを中継すべきかを決定するために、中継器の間でダイアログを確立することができる。
【００２３】
ルーティングテーブルの更新に使用できるもう１つの上位層機構は、他のネットワークノードからのメッセージングを介するものである。具体的に言うと、ノードは、たとえば８０２．１１（ｓ）ＭＥＳＨ標準タイプネットワークで使用できるルーティング更新メッセージを介して、互いに対してそれ自体を識別することができる。
【００２４】
添付図面では、類似する符号が、別々の図面を通じて同一のまたは機能的に類似するエレメントを指し、添付図面は、下の詳細な説明と一緒に、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成するが、本発明に関連するさまざまな実施形態をさらに示し、本発明に関連するさまざまな原理および利益を説明するように働く。
【詳細な説明】
【００２５】
ここで図１を参照すると、無線ローカルエリアネットワークＷＬＡＮ  １００が示されている。ＷＬＡＮ  １００は、たとえば、ケーブル会社、電話会社、または類似物などのブロードバンドサービスプロバイダからの外部ブロードバンド接続１０１を有する住居１１０内で構成された家庭内ネットワークとすることができる。ブロードバンド接続１０１を、ケーブルモデム、ルータ、または類似物などのモデム１１１などの変換デバイスに結合することができ、ブロードバンド接続１０１は、たとえば無線アクセスポイント（ＡＰ）１１２への有線または無線のイーサネット接続を提供する。通常の中継シナリオでは、たとえば第２リンク１１４を介してＷｉＦｉインターフェースまたは類似物などの８０２．１１インターフェースを用いて使用可能にされたＰＣなどのクライアントデバイス１１５への中継を行えるようにするために、第１リンク１１３を、ＡＰ  １１２と住居１１０の適切な区域に配置された物理層中継器１２０との間で確立することができる。
【００２６】
第１リンク１１３および第２リンク１１４が、スタートアップ、初期化手順中などにさまざまな形で確立できる異なる周波数で動作することを了解されたい。動作の純物理層モードで、中継器１２０は、第１リンク１１３でパケットを受信し、第２リンク１１４でのパケットの中継を即座に開始する。中継器１２０が、再生成するように構成されている場合には、着信パケットの少なくとも１つの記号が受信されたならば、たとえば約４ミリ秒の通常の記号インターバルの後に、パケットを中継し始めることができる。いくつかの実施形態で、中継器１２１などの１つまたは複数の追加の中継器が、クライアント１１５への第１追加リンク１１６および第２追加リンク１１７と共に存在することができる。後で説明するように、そのような情況で、中継器１２０および１２１は、どの中継器がクライアント１１５への生成（ＡＣＫの）などの上位層機能を実行するために割り当てられているのかを追跡しなければならないことを了解されたい。ルーティングテーブルまたはフィルタリングテーブルを使用することによって、どの中継器が肯定応答を生成し、どのクライアントに中継する責任を負うかなどの情報を、クライアントアドレス、ＡＰアドレス、および類似物に基づいて追跡することが可能である。さらに、複数の中継器が、信号対雑音比、受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）、および類似物などのしきい値ならびにその下で中継器が特定のクライアントに関する責任を引き受ける条件を確立するために、中継器間通信プロトコルを使用して通信することができる。
【００２７】
レイヤ２機能またはレイヤ３機能を伴って動作する時であっても、中継器は、通常、ペイロード内容を復号せずにアドレッシング情報を抽出することができ、したがって、物理層中継器１２０は、特に、後で説明する純物理モードで動作する時に、暗号化または類似物を危険にさらすことなく、セキュアネットワーク環境で使用することができる。さらに、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレッシング情報は、動作の純物理層モード内で変更されず、たとえばパケット真正性を保証することを対象とするＡＰ  １１２とクライアントデバイス１１５との間のセキュリティプロトコルに関するサポートを提供する。
【００２８】
代替実施形態では、非周波数変換手法を、同時係属の米国特許出願第１０／４６５８１７号、名称「ＷＩＲＥＬＥＳＳ  ＬＯＣＡＬ  ＡＲＥＡ  ＮＥＴＷＯＲＫ  ＵＳＩＮＧ  ＥＸＩＳＴＩＮＧ  ＷＩＲＩＮＧ  ＡＮＤ  ＷＩＲＥＬＥＳＳ  ＲＥＰＥＡＴＥＲ  ＭＯＤＵＬＥＳ」に記載の家庭用配線の使用に関連して、たとえば同時係属の米国特許出願第１１／１２７３２０号、名称「ＮＯＮ−ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＴＲＡＮＳＬＡＴＩＮＧ  ＲＥＰＥＡＴＥＲ  ＷＩＴＨ  ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＭＥＤＩＡ  ＡＣＣＥＳＳ  ＣＯＮＴＲＯＬ」に記載されているように８０２．１６などのプロトコルの下で、物理層／ハイブリッド中継器と共に使用することができる。
【００２９】
本願は、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／２８５５８号、名称「ＷＩＲＥＬＥＳＳ  ＬＯＣＡＬ  ＡＲＥＡ  ＮＥＴＷＯＲＫ  ＷＩＴＨ  ＲＥＰＥＡＴＥＲ  ＦＯＲ  ＥＮＨＡＮＣＩＮＧ  ＮＥＴＷＯＲＫ  ＣＯＶＥＲＡＧＥ」に基づく米国国内段階特許出願第１０／５２９０３７号にも関係する。米国特許出願第１０／５２９０３７号に記載の中継技法を、たとえばＭＡＣアドレッシングを対象とする非周波数変換手法で適用することができる。米国特許出願第１０／５２９０３７号に記載の他の技法は、受信機から送信機への分離および類似のものなどの非周波数変換手法により少なく関係する可能性がある。しかし、周波数変換手法と非周波数変換手法との両方で、ソースおよび宛先のＭＡＣアドレスが、変更されず、これによって、純物理層中継に関するより高い適合性がもたらされることに留意されたい。
【００３０】
物理層中継器２００の動作を了解するために、２つのシナリオ２１０および２２０を、図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、および２Ｄに示す。シナリオ２１０に示されている、動作の純ＰＨＹ層モードでは、構成２１１は、図２Ａに示されており、信号が、第１周波数Ｆ１で受信され、第２周波数Ｆ２で中継される。図２Ｂの流れ図２１２は、パケットが、本質的に同時に受信され、送信されることを示す。中継器が「即座に」中継するために純物理層モードで構成されるので、パケットは、１μ秒未満の遅延で伝達される。同時の受信および送信は、ＰＨＹ層中継器の絶対要件ではないが、かなりの利益を提供する。
【００３１】
シナリオ２２０に示されたわずかに異なる例では、レイヤ２機能性が含まれ、可能な複数のワーストケースシナリオのうちの１つが示されている。同一の周波数Ｆ１で送信し、受信する中継器セクションを含む非物理層中継器構成２２１が、図２Ｃに示されている。受信側では、ベースバンド処理およびＭＡＣ処理が行われ、たとえば、アドレス情報が、抽出され、蓄積される。したがって、この中継器は、パケットを蓄積し、ネットワーク上に他のトラヒックが存在しない時に限って中継する。この中継器は、同一周波数で受信し、送信するので、また、他のトラヒックの可能な存在によって引き起こされる潜在的にランダムな遅延に起因して、遅延は、少なくとも５０％であり、おそらくはそれを超える。このシナリオでは、中継器は、パケットを蓄積でき、ネットワークが空いた時に再送信できるようにするために、ＭＡＣアドレッシング情報を復調することができる。この中継器は、さらに、上で説明したシナリオ２１０とは正反対に、ＭＡＣアドレッシング情報を変更することができる。図２Ｃに示された流れ図２２２からわかるように、中継器は、パケットを受信し、肯定応答し、処理およびバッファ遅延の後にこれらのパケットを再送信する。
【００３２】
レイヤ２タイプ機能性の必要は、かなりのネットワークトラヒックがある環境または１つの無線周波数（ＲＦ）チャネルだけが使用可能であり、上で説明した送信／受信分離技法が非実用的である環境で、簡単に生じる可能性があることを了解されたい。上で注記したように、図３のシナリオ３００に示されているように同一の中継器パッケージ３３０内にＡＰ  ３３１およびＡＰ  ３３２を設けることによって、そのようなシナリオに対処することができる。中継器３３０は、たとえば、ＡＰ  ３３１でＡＰ  ３１０からパケット１  ３１１の全体を受信する。ＡＰ  ３３１は、ＡＰ  ３１０に関してプロトコルを満足するためにＡＰ  ３１０にＡＣＫ  ３１２を供給した後に、このパケットを、パケット１  ３１３として転送する。ＡＰ  ３３１は、パケットを伝送し、おそらくはパケットをフィルタリングするか他の動作を行うためにレイヤ２プロトコルを確立するために、リンク３３３を介してＡＰ  ３３２と通信する。
【００３３】
次に、中継器３３０は、３１３でパケット１  ３１１を処理し、このパケットをＡＰ  ３３２を介してパケット３１６としてクライアントステーション３４０に送信する。それと同時に、中継器３３０は、ＡＰ  ３３１でパケット２  ３１４を受信する。パケット２  ３１４の全体を受信し、ＡＰ  ３１０に関してプロトコルを満足するためにＡＣＫ  ３１５を供給した後に、中継器３３０は、３１７でパケット２  ３１４およびクライアントステーション３４０からの生成されたすべてのＡＣＫ  ３１８を処理することができる。次に、中継器は、パケット２  ３１９をクライアントステーション３４０に送信し、ＡＣＫ  ３２０を受信する。上で注記した流れが、クライアント３４０から発するパケットについて逆に動作することができることを了解されたい。
【００３４】
単一のボックス内の２つのＡＰ  ３３１および３３２の配置は、基本的に、改善された中継器を提供するのではなく、代替の新しいシステムを提供する。中継器３３０は、不利なことに、機能が縮小されている複数のアクセスポイントを提供するために実質的なハードウェアおよびファームウェアを必要とする。さらに、市販ＡＰを用いると、チャネルの直線性および選択性は、あるチャネル上の送信機が、重大な性能の影響なしに別のチャネル上の受信機の物理的に近くにあることを妨げる。最後に、非常に重要なことに、二重ＡＰ構成では、パケット内のＭＡＣアドレス情報の変更が必要であり、これによって、ＷｉＦｉ  ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ  ａｃｃｅｓｓ（ＷＰＡ）もしくは８０２．１１（ｉ）（ＷＰＡ２）または類似物などの一部のセキュリティプロトコルが無効化されるという点で、実質的なセキュリティおよび構成の複雑化が生じる。
【００３５】
対照的に、図４に示されているように、純物理層中継器シナリオ４００は、パケットを即座に送信すると同時に、既存の物理的な中継器構成要素よりわずかに多くを用いて、下で説明するように上位層機能を提供するのに使用することができる。ＡＰ  ４１０が、クライアント４３０宛のパケット１  ４１１を送信することができる。純物理層中継器として構成された中継器４２０は、パケット１  ４１１に関連する信号を受信するや否や、パケット１  ４１２のクライアント４３０への送信を開始する。そのようなシナリオでは、ＡＣＫは、中継器４２０によって生成されない。そうではなく、パケット１  ４１２全体がクライアント４３０によって受信された後に、ＡＣＫ  ４１３が、クライアント４３０によって生成され、このＡＣＫ  ４１３は、中継器４２０によってＡＰ  ４１０に向けて即座に中継され得る。パケット２  ４１４を、類似する形で送信し、中継器４２０によってパケット２  ４１５としてクライアント４３０に向かって即座に送信することができる。クライアント４３０は、パケット２  ４１５全体を受信する時に、ＡＰ  ４１０に向けてＡＣＫ  ４１６を生成し、このＡＣＫ  ４１６は、中継器４２０によってＡＰ  ４１０に向かって即座に中継され得る。上で注記した流れが、クライアント４３０から発するパケットについて逆に動作することができることを了解されたい。上で注記した流れを、非周波数変換構成の物理層中継器に関連する代替実施形態に適用できることに留意されたい。
【００３６】
上のシナリオが、信号が復調および復号を伴わず、ＭＡＣアドレス変更を伴わずに再送信される場合など、純物理層中継を対象とすることに留意されたい。速度以外のそのような中継の１つの主要な利益は、中継動作を実行しながらネットワークセキュリティを維持する能力である。パケットが、送信者側のベースバンド受信機から純物理層中継器としての宛先側のベースバンド送信機に中継される場合に、レイヤ２情報は、復号されず、変更されない。したがって、速度およびセキュリティが維持される。レイヤ２機能性が高められる時には、全体的なネットワーク性能を高める高められたインテリジェンスおよび再生成機能のために、多少の遅延をこうむる。これは、ＭＡＣアドレッシング情報を再生成のためにベースバンドに復号できるが、ＭＡＣアドレッシング情報は変更されないので、ネットワークセキュリティを保つために下で概要を示す物理層＋レイヤ２シナリオにおいても可能である。さらに、ペイロード内容は、復調することができるが、復号されず、妨げられず、他の形で再カプセル化されず、これは、暗号化の完全性を保つ。さらに、８０２．１１（ｉ）セキュリティの場合に、パケット全体を、変更なしで復調し、再生成することができ、プロトコルの完全性が維持される。具体的に言うと、ＭＡＣアドレッシング情報のどれもが、変更されない。したがって、上位層機能を有する物理層中継器は、セキュアネットワークでの使用に適する。
【００３７】
図５に示されているように、物理層中継器に、レイヤ２および一部のレイヤ３の機能性を選択的に設けることができ、本明細書で説明するように、物理層中継器は、セキュリティまたは暗号化を妨害せずに、これらの上位層機能を実施することができる。図５では、ＡＰ  ５１０が、パケット１  ５１１をクライアント５４０に送信する。レイヤ２機能およびオプションでレイヤ３機能のサブセットを備える物理層中継器５３０は、５１２で、受信時に処理を開始するように構成される。処理には、再生成およびおそらくはさらなる目的のためにプリアンブルおよびＭＡＣアドレッシング情報を抽出するためのベースバンド復調を含めることができる。再生成シナリオでは、中継器５３０は、たとえばクライアント５４０に向かって生成されるパケット１  ５１４の再生成を開始する前に、少なくとも１記号持続期間だけ待つことができる。パケット１  ５１１全体が受信されたならば、中継器５３０は、ＡＰ  ５１０のプロトコル要件を満足するために、ＡＰ  ５１０に向けてＡＣＫ  ５１３を生成する。ＡＣＫ  ５１３が生成されず、かなりの遅延に出会った場合に、パケットタイムアウトが発生する可能性があり、ＡＰ  ５１０内のプロトコルコントローラが、パケットが受信されなかったか、誤りを伴って受信されたと仮定するはずであることを了解されたい。
【００３８】
クライアント５４０が、パケット１  ５１４全体を受信する時に、ＡＣＫ  ５１５が、中継器５３０に向かって生成される。クライアント５４０が、中継器チャネル上にあると判定される場合に、ＡＣＫを盲目的に生成することは、クライアント５４０が、ＡＰ  ５１０と同一チャネル上にもある場合に、２つのデバイスがＡＣＫを生成していることになるので、問題を引き起こす。その結果は、おそらくは衝突であり、ＡＣＫはＡＰ  ５１０によって受信されない。ここで、ａが、ＭＡＣアドレスおよび中継方向に基づいてＡＣＫを生成しなければならないか否かを判定するのに使用される。テーブルは、ネットワーク上のパケットのＭＡＣアドレッシングを観察することによってデータを読み込むことができる。具体的に言うと、中継器５３０が、送信側へのＡＣＫを生成するパケットを中継するが、複数の再試行の後であっても所期の受信者から一度もＡＣＫを受信しない場合に、クライアントがもはや中継されるチャネル上に存在しないと判定することができる。その場合に、中継器５３０は、クライアントがまだ存在するかどうかを判定するために、ＮＵＬＬパケットなどのプロトコルメッセージをクライアントに送信する。クライアントが存在しない場合には、そのクライアントは、テーブルから削除され、さらなるＡＣＫは、そのクライアントの代わりに中継器によって生成されなくなる。このテーブルは、そのような形で周期的に更新し、検証することができる。
【００３９】
第２のパケット２  ５１６が、ＡＰ  ５１０によって送信され、中継器５３０は、上で処理５１２に関連して説明したように、５１７で即座に処理を開始する。中継器は、少なくとも第１の記号を受信した時に、即座にパケット２  ５１９を再生成し、送信することができる。中継器５３０が、パケット２  ５１６全体を受信した時に、ＡＣＫ  ５１８が、ＡＰ  ５１０に向かって生成される。クライアント５４０がパケット２  ５１９全体を受信した時に、ＡＣＫ  ５２０が、中継器５３０に向かって生成される。
【００４０】
レイヤ２動作の主な利益が、パケットに関連するハンドリングを抽出し、潜在的に操作するか、選択されたＭＡＣアドレスに関するパケットの伝送をフィルタリングする能力であることを了解されたい。そのような能力は、複数のクライアントおよびおそらくは複数のＡＰノードが存在する、競合のある環境で有用である。さらに、いくつかの実施形態で、クライアントノードは、中継器を備えることができ、レイヤ２機能性があれば、ネットワークインターフェースコントローラ（ＮＩＣ）として働くことができる。
【００４１】
図６を参照すると、２つの周波数チャネルで受信する物理層中継器回路６００が示されている。局所発振器ＬＯ  １  ６０１は、受信側のインプットミキサ６１０および送信側のアウトプットミキサ６３５を介するダウンコンバージョンおよびアップコンバージョンのために受信チャネルおよび送信チャネルの一方の組を駆動するのに使用される。ダウンコンバージョンに関して、インプットミキサ６１０は、了解されるであろうとおり、たとえばアンテナから受け取った信号を混合し、混合された信号を増幅器６１２にインプットする。増幅器６１２のアウトプットは、帯域フィルタエレメント６１４を通過し、帯域フィルタエレメント６１４のアウトプットは、たとえば５９４ＭＨｚの中間周波数で増幅器６１６に伝達される。ＩＦ段増幅器６１６のアウトプットは、好ましくは１４ビット変換器であるアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）６１８に伝達される。受信チャネルおよび送信チャネルの他方の組は、ＬＯ  ２  ６０２に結合され、ＬＯ  ２  ６０２は、受信側のインプットミキサ６１１および送信側のアウトプットミキサ６３６を介するダウンダウンコンバージョンおよびアップコンバージョンに使用される。ダウンコンバージョンに関して、インプットミキサ６１１は、たとえばアンテナから受け取った信号を混合し、混合された信号を増幅器６１３にインプットする。増幅器６１３のアウトプットは、帯域フィルタエレメント６１５を通過し、帯域フィルタエレメント６１５のアウトプットは、たとえば４６２ＭＨｚの中間周波数で増幅器６１７に伝達される。ＩＦ段増幅器６１７のアウトプットは、やはり好ましくは１４ビット変換器であるＡＤＣ変換器６１９に伝達される。好ましくは、自動利得制御（ＡＧＣ）は、変換の前に実行されない。ＡＤＣ変換器６１８および６１９が、たとえば、ＬＯ  ３  ６０３に結合された除算器６０５から生成されるクロックによる１３２ＭＨｚサンプリングで駆動されることに留意されたい。ＬＯ  １  ６０１、ＬＯ  ２  ６０２、およびＬＯ  ３  ６０３は、すべてが、たとえば２１１２ＭＨｚクロック基準を生成する基準ソース６０４に結合される。その形で、すべての処理エレメントが、より正確な処理のために共通のクロック基準に同期化される。
【００４２】
受信された信号の追加のベースバンドディジタル処理を実行するために、ＡＤＣ  ６１８およびＡＤＣ  ６１９のアウトプットが、信号処理ブロックＡ（ＳＰＢＡ）６２０および信号処理ブロックＢ（ＳＰＢＢ）６２１などの専用信号処理ブロックに結合される。ＳＰＢＡ  ６２０およびＳＰＢＢ  ６２１は、信号処理バス６２２を用いて結合される。ＳＰＢＡ  ６２０およびＳＰＢＢ  ６２１は、さらに、ベースバンド信号を復調器ＤＥＭＯＤ  ６２３に結合するディジタルアウトプットを有することができ、ＤＥＭＯＤ  ６２３は、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ブロック６２４に結合され、最終的に変調器ＭＯＤ  ６２５に結合され、ＭＯＤ  ６２５は、アウトプットのためまたは必要な場合にさらなる処理のために、ＳＰＢＡ  ６２０およびＳＰＢＢ  ６２１に戻って結合される。ＤＥＭＯＤ  ６２３のアウトプットは、ＭＡＣアドレスおよび類似物などの情報を実際に復号するのに使用することができ、その結果、ＭＡＣ  ブロック６２４は、たとえば、プロセッサ６２７の制御の下でパケットのＭＡＣ処理を実行することができ、プロセッサ６２７は、ａｄｖａｎｃｅｄ  ｒｅｄｕｃｅｄ  ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｓｅｔ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ（ＲＩＳＣ）ｍａｃｈｉｎｅ（ＡＲＭ）もしくはｍｉｌｌｉｏｎ  ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ  ｐｅｒ  ｓｅｃｏｎｄ（ＭＩＰＳ）タイプのプロセッサまたは類似物などの高性能プロセッサとすることができる。プロセッサ６２７は、コントローラとして働き、ＡＰ周波数チャネル上のいずれかのパケット上のソースアドレッシングがノードのＭＡＣアドレスを含む場合に中継器が特定のノードのパケットをＡＣＫするのを禁じ、効果的にテーブル枝刈り機構として働く。ＡＰチャネルに関連するＭＡＣアドレスを含む宛先ＭＡＣフィールドまたは受信機ＭＡＣフィールドを伴って中継チャネル上で受信されたパケットは、中継器がアドレスフィルタリング用に構成されている場合には、フィルタリングされ、中継されない。パケットが、中継チャネルからＡＰチャネルに中継される時に、ソースアドレッシング情報および／または送信機アドレッシング情報は、テーブル内、たとえばメモリ６５０内に置かれ、中継チャネル上にあるものとしてマークされなければならない。代替案では、ＡＰチャネル上のすべてのソースＭＡＣアドレスおよび中継チャネル宛先テーブル上で見られるすべてのソースＭＡＣアドレスを、大域テーブルに追加することができる。中継器は、これらのテーブルの内容に基づいて、パケットを渡し、ＡＣＫを提供するかどうか、あるいは、ＡＣＫを留めておくかどうかを判断することができる。周波数においてオーバーラップする複数の中継器が使用される場合には、中継器のうちのどの１つまたは複数がたとえばＸｔｅｎｄｅｒ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＸＯＳ）または同等のメッセージングプロトコルを使用してパケットを中継すべきかを決定するために、中継器の間でダイアログを確立することができる。
【００４３】
代替案では、ブロック６２０および６２１ではなく、プロセッサ６２７または状態機械６４０と組み合わされたＭＡＣ  ブロック６２４が、記号ごとの遅延線として働くことができる。したがって、各記号が復調され、情報が、再送信される記号の操作なしで、その記号の再生成のみで、変調器に渡される。そのような形での処理は、ネットワーク条件に基づいて確立することができ、受信機の部分での受信信号に対する高められた感度を可能にし、中継される信号のより高い品質ならびに改善された性能および範囲につながる。オプションで、状態機械６４０を、当業者によって了解されるように以前の状態または状態ベクトルＳｉ  ６４１に基づいてアウトプット状態または状態ベクトルＳｉ＋１  ６４２を生成することによって、中継器の動作を制御するのを助けるのに使用することができる。
【００４４】
標本レベルの中継または記号ごとの再生成的中継と並列に、ＭＡＣ  ブロック６２４、状態機械６４０、およびプロセッサ６２７は、パケットのアドレッシングを観察し、ＡＣＫの生成を含めて構成されたとおりにレイヤ２処理を実行することができる。ベースバンド情報を復調することによって、物理層中継器は、今や、アドレッシング情報にアクセスすることができ、プロセッサ６２７および付随する高速メモリ６５０の動作を介して、パケットをフィルタリングし、パケットをリダイレクトし、サービス品質（ＱｏＳ）パラメータに基づいてパケットを宛先に向け、または類似のものを行うことができる。パケットが再送信の準備ができた時に、標本ごとまたは記号ごとの中継を使用して、ＳＰＢＡ  ６２０およびＳＰＢＢ  ６２１は、多重化装置６２８にデータ標本をアウトプットし、多重化装置６２８は、信号がどのチャネルで検出され、その後にどのチャネルで処理されたかに基づいて、アウトプットのためにＳＰＢＡ  ６２０およびＳＰＢ  ６２１のうちの適切な１つを選択する。記号ごとの中継が使用される場合に、変調器６２５は、再送信されるパケットのソースとして使用するために、データ標本をＳＰＢＡ  ６２０またはＳＰＢ  ６２１に渡す。多重化装置６２８のアウトプットは、通常は１４ビットから１６ビットのディジタル値であり、アナログ信号をアウトプットするディジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）６２９に結合される。ＤＡＣ  ６２９のアナログアウトプットは、すべての量子化雑音を除去するために低域フィルタ（ＬＰＦ）エレメント６３０に結合され、ＬＰＦエレメント６３０のアウトプットは、アップコンバージョンを開始するためにたとえば５２８ＭＨｚのディジタルＩＦ周波数信号としてベクトル変調器（ＶＭ）６３１に変調インプットとして結合される。ＶＭ  ６３１のアウトプットは、増幅器６３２にインプットされ、増幅器６３２のアウトプットは、帯域フィルタ（ＢＰＦ）エレメント６３３に結合される。ＢＰＦエレメント６３３のアウトプットは、ＲＦスイッチ６３４に結合され、情報が中継されるチャネルに依存して、ＲＦスイッチ６３４は、その信号をアウトプットミキサ６３５またはアウトプットミキサ６３６に向け、これらのミキサで、変調されたＩＦ信号が、それぞれ５．８ＭＨｚオフセットを有する、ＬＯ  １  ６０１からの３００６〜３０７８ＭＨｚ信号または１９６０〜２０２２ＭＨｚ信号と混合される。
【００４５】
当業者が了解するとおり、物理層中継器は、２つの異なる周波数を同時に受信し、たとえばパケットの伝送に関連する信号をどのチャネルが搬送しているかを判定し、オリジナル周波数チャネルから代替周波数チャネルに変換し、受信信号の周波数変換されたバージョンを代替チャネルで再送信することができる。さまざまな実施形態による基本的な内部中継器動作の詳細は、たとえば、同時係属のＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／１６２０８号に見出すことができる。
【００４６】
物理層中継器は、異なる周波数チャネルで同時にパケットを受信し、送信することができ、これによって、ＡＰとクライアントとの間ならびにあるクライアントユニットから別のクライアントユニットへなどのピアツーピア接続の間の接続のカバレッジおよび性能を拡張し、ネットワーク衝突ドメインまたはネットワークセグメントのマージを可能にする。そのようなマージは、中継器でのパケットのキューイングがほとんどまたは全く発生せず、より高い性能をもたらすので、遅延に敏感なアプリケーションがチャネルを使用している時に有利である。多数のユニットが互いに分離される時に、中継器は、さらに、無線ブリッジとして働き、最適ＲＦ伝搬およびカバレッジが以前には可能ではなかった場合、または多くの事例でＲＦ伝搬およびカバレッジが以前には全く可能ではなかった場合に、ユニットの２つの異なるグループが通信することを可能にする。
【００４７】
物理層中継器の動作を容易にし、いくつかの場合に、表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタなどのある種の高価な構成要素を置換するために、一連のディジタル信号処理ブロックを、一連の機能を実行するのに使用することができる。図７に示されているように、さまざまなディジタルフィルタ構成要素がフィルタリング機能を提供するために接続される、物理層中継器シナリオ７００が示されている。たとえばＡＤＣから受け取られるディジタルデータ７０１を、１３２ＭＨｚのクロッキングレートのデータクロック７０２に従ってディジタルインターフェース７０３でインプットすることができる。ディジタル信号の諸部分を、補助ディジタルフィルタ７０４にインプットすることができ、補助ディジタルフィルタ７０４のアウトプットは、なかんずく、出力検出器および比較器７０５の出力検出に使用することができる。信号レベルは、相関しきい値に対応するしきい値レベルＴＨＲＥＳＨ＿Ｃ  ７０６および出力しきい値に対応するしきい値レベルＴＨＲＥＳＨ＿Ｐ  ７０７を用いて確立することができる。出力検出器および比較器７０５のアウトプットは、しきい値検出信号ＤＥＴＥＣＴ＿Ｐ  ７０８および粗出力判定に基づいてパケット帯域幅の初期表示を提供するチャネル幅検出器信号２０／４０ＭＨｚ  ７０９である。相関器検出器および比較器７２０は、やはり補助ディジタルフィルタ７０４からフィルタリングされたアウトプット信号を受け取るが、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）の存在およびｄｉｒｅｃｔ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ（ＤＳ）スペクトル拡散変調の使用を示すバーカー符号またはバーカー信号の存在を判定するのに使用することができる。したがって、相関しきい値に対応するＴＨＲＥＳＨ＿Ｃ  ７０６インプットを相関器検出器および比較器７２０にインプットすることができ、相関器検出器および比較器７２０は、ＯＦＤＭとの高いレベルの相関を示すＯＦＤＭ  ＤＥＴＥＣＴ信号７２２と、現在の伝送内のバーカー符号との高いレベルの相関を示すＢＡＲＫＥＲ＿Ｃ  ＤＥＴＥＣＴ信号７２３と、位相推定値７２１とをアウトプットする。より正確なチャネル幅検出器信号２０／４０ＭＨｚ  ７２４をアウトプットすることができ、ディジタルフィルタ７０４のアウトプットを７２５で８０２．１１復調器に転送することができる。
【００４８】
ディジタル信号７０１を、ディジタル遅延パイプライン７１０に転送することもでき、ディジタル遅延パイプライン７１０では、了解される通り、ある種の処理が行われ終わるまで、ディジタル信号７０１を遅延させることができる。２０ＭＨｚディジタルフィルタ７１２を、２０ＭＨｚチャネル上で伝送される信号を処理するのに使用することができ、４０ＭＨｚディジタルフィルタ７１３を、４０ＭＨｚチャネル上で伝送される信号を処理するのに使用することができる。追加のディジタルフィルタ７１４を、追加のフィルタリングを行うのに使用することができる。ディジタルフィルタを、お互いにおよび、図６ではバス６２２として示される信号処理ブロック間（ＩＳＰＢ）バス７１１を介してやはり図６に示された信号処理ブロックＡ  ６２０およびＢ  ６２１などの追加の信号処理ブロックに結合することができる。中継について、ディジタルフィルタのうちの適当な１つまたは複数のアウトプットを、多重化装置および自動利得制御（ＡＧＣ）ユニット７１５にインプットすることができ、多重化装置および自動利得制御（ＡＧＣ）ユニット７１５では、４０ＭＨｚ  ７１８および２０ＭＨｚ  ７１９の制御インプットを、フィルタアウトプットのうちのどれが送信されるかを選択するのに使用することができる。変調器のアウトプットを、適当な場合に信号から復調された情報を送信するために多重化装置およびＡＧＣユニット７１５に結合することもできる。多重化装置およびＡＧＣユニット７１５のＡＧＣ部分を、ディジタル−アナログ変換の前に逆量子化用のゼロしきい値および利得しきい値を確立するのに使用することができる。多重化装置およびＡＧＣユニット７１５のアウトプットは、アップコンバージョンのために周波数変換器および補間器７１６にインプットされ、７３０でＲＦ送信機セクション（図示せず）にアウトプットされる。
【００４９】
選択的なレイヤ２機能および上位層機能を有する物理層中継器について複数の実施形態を本明細書で示したが、この複数の実施形態は、例示のためであって、網羅的ではない可能性がある。特定の構成要素およびその相互接続に対する変更および改変を、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の所期の範囲から逸脱せずに当業者が行えることを了解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】さまざまな例示的実施形態による中継器を含む基本的なＷＬＡＮを示すブロック図。
【図２Ａ】全二重物理層中継器内の中継経路を示すブロック図。
【図２Ｂ】図２Ａに示された全二重物理層中継器に関連する比較上の待ち時間を示すパケット流れ図。
【図２Ｃ】半二重レイヤ２蓄積転送中継器内の中継経路を示すブロック図。
【図２Ｄ】図２Ｃに示された半二重レイヤ２蓄積転送中継器に関連する比較上の待ち時間を示すパケット流れ図。
【図３】２つのアクセスポイント（ＡＰ）を有する中継器構成に関連する例示的なパケットの流れおよび処理を示すブロック図。
【図４】純物理層中継器として実施された中継器構成に関連する例示的なパケットの流れおよび処理を示すブロック図。
【図５】上位層処理機能を含む物理層中継器として実施された中継器構成に関連する例示的なパケットの流れおよび処理を示すブロック図。
【図６】上位層処理機能を含む物理層中継器として実施された中継器構成に関連するさまざまなハードウェア構成要素を示す回路図。
【図７】上位層処理機能を含む物理層中継器として実施された中継器構成内の信号処理に関連するさまざまなハードウェア構成要素をさらに示す回路図。
【図１】
2009524981.tif 000003
【図２Ａ】
2009524981.tif 000004
【図２Ｂ】
2009524981.tif 000005
【図２Ｃ】
2009524981.tif 000006
【図２Ｄ】
2009524981.tif 000007
【図３】
2009524981.tif 000008
【図４】
2009524981.tif 000009
【図５】
2009524981.tif 000010
【図６】
2009524981.tif 000011
【図７】
2009524981.tif 000012
【国際調査報告】
2009524981.tif 000013