(57)【要約】無線ネットワークにおけるモバイルデバイスのクラスタ化のためのシステムおよび方法が記述される。システムは、無線アクセスポイント（「ＡＰ」）と、複数のモバイルユニット（「ＭＵ」）とを含む。ＭＵのそれぞれは、無線トランスデューサを有する。ＭＵのうちの少なくとも２つのＭＵは、所定のパラメータに基づいて、クラスタにグループ分けされ、該クラスタは、ヘッドＭＵと少なくとも１つのメンバーＭＵとを含む。少なくとも１つのメンバーＭＵとＡＰとの間の通信は、ヘッドＭＵを介して実施される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線アクセスポイント（「ＡＰ」）と、
複数のモバイルユニット（「ＭＵ」）であって、該ＭＵのそれぞれは、無線トランスデューサを含む、複数のモバイルユニットと
を備えている、システムであって、
該ＭＵのうちの少なくとも２つのＭＵは、所定のパラメータに基づいて、クラスタ、つまりヘッドＭＵと少なくとも１つのメンバーＭＵとを含むクラスタにグループ分けされ、
該少なくとも１つのメンバーＭＵと該ＡＰとの間の通信は、該ヘッドＭＵを介して実施される、システム。
【請求項２】
前記所定のパラメータは、前記ＭＵの少なくとも１つの位置と、該ＭＵのバッテリーレベルと、該ＭＵのハードウェア構成と、該ＭＵの内部負荷とを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ヘッドＭＵは、さらなる所定のパラメータに基づいて、前記少なくとも２つのＭＵから選択され、該さらなるパラメータは、該少なくとも２つのＭＵの位置のうちの少なくとも１つと、該少なくとも２つのＭＵのバッテリーレベルと、該少なくとも２つのＭＵのハードウェア構成と、該少なくとも２つのＭＵの内部負荷とを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ヘッドＭＵの前記選択は、前記さらなるパラメータの所定の変更に従って変更される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記クラスタは、前記パラメータの所定の変更に従って変更される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記クラスタは、少なくとも２つのサブクラスタにさらに再分割され、各サブクラスタは、サブクラスタヘッドと、少なくとも１つのサブクラスタメンバーとを含み、該サブクラスタメンバーは、該サブクラスタヘッドを介して前記クラスタヘッドと通信する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ＭＵのうちの少なくとも２つのさらなるＭＵは、前記所定のパラメータに基づいて、さらなるクラスタにグループ分けされ、該さらなるクラスタは、さらなるヘッドＭＵと、少なくとも１つのさらなるメンバーＭＵとを含み、
該少なくとも１つのさらなるメンバーＭＵと前記ＡＰとの間の通信は、該さらなるヘッドＭＵを介して実施される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記ヘッドＭＵと前記メンバーＭＵとの間の第１の通信は、前記さらなるヘッドＭＵと前記さらなるメンバーＭＵとの間の第２の通信と同時に実施される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
所定のパラメータに基づいて、複数のモバイルユニット（「ＭＵ」）のうちの少なくとも２つのＭＵを、クラスタにグループ分けするステップであって、該クラスタは、ヘッドＭＵと少なくとも１つのメンバーＭＵとを含む、ステップと、
さらなる所定のパラメータに基づいて、該少なくとも２つのＭＵから該ヘッドＭＵを選択するステップと、
該ヘッドＭＵを介する該少なくとも１つのメンバーＭＵと無線アクセスポイントとの間の無線通信を実施するステップと
を包含する、方法。
【請求項１０】
前記所定のパラメータは、前記ＭＵの少なくとも１つの位置と、該ＭＵのバッテリーレベルと、該ＭＵのハードウェア構成と、該ＭＵの内部負荷とを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記さらなる所定のパラメータは、前記少なくとも２つのＭＵの少なくとも１つの位置と、該少なくとも２つのＭＵのバッテリーレベルと、該少なくとも２つのＭＵのハードウェア構成と、該少なくとも２つのＭＵの内部負荷とを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記さらなるパラメータの所定の変更があるときに、前記選択するステップを繰り返す、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記パラメータの所定の変更があるときに、前記グループ分けするステップを繰り返す、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記クラスタを少なくとも２つのサブクラスタに再分割するステップであって、各サブクラスタは、サブクラスタヘッドと少なくとも１つのサブクラスタメンバーとを含む、ステップをさらに包含し、
該サブクラスタメンバーは、該サブクラスタヘッドを介して該クラスタヘッドと通信する、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記所定のパラメータに基づいて、前記ＭＵの少なくともさらなるＭＵをさらなるクラスタにグループ分けするステップであって、該さらなるクラスタは、さらなるヘッドＭＵと少なくとも１つのさらなるクラスタメンバーＭＵとを含む、ステップと、
該さらなるパラメータに基づいて、該少なくとも２つのＭＵから該さらなるヘッドＭＵを選択するステップと、
該さらなるヘッドＭＵを介して、該少なくとも１つのさらなるメンバーＭＵと前記アクセスポイントとの間で通信するステップと
をさらに包含する、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記ヘッドＭＵと前記メンバーＭＵとの間の第１の通信は、前記さらなるヘッドＭＵと前記さらなるメンバーＭＵとの間の第２の通信と同時に実施される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
複数のコンピューティングデバイスのそれぞれの位置を決定するステップであって、該デバイスのそれぞれは、無線トランスデューサを含む、位置を決定するステップと、
該デバイスの該位置に基づいて、該デバイスのうちの少なくとも２つのデバイスを選択するステップと、
該少なくとも２つのデバイスのクラスタを作成するステップであって、該クラスタは、ヘッドデバイスと、少なくとも１つのメンバーデバイスとを含む、ステップと、
該少なくとも２つのデバイスのうちの１つを該ヘッドデバイスとして指定するステップと
を包含し、該少なくとも１つのメンバーデバイスの無線通信は、該クラスタヘッドを介して実施される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（背景情報）
公知の無線ネットワークシステム（例えば、８０２．１１無線ネットワーク）は、通常２つの異なるモードで動作し、それらは、インフラストラクチャとアドホック（例えばピアツーピア）とである。インフラストラクチャのモードにおいて、モバイルユニットは、無線ネットワーク内の他のモバイルユニットと、アクセスポイント（ＡＰ）を介して通信し得る。アドホックのモードにおいて、モバイルユニットは、互いと直接に通信し得る。
【背景技術】
【０００２】
公知の無線ネットワークシステムは、いくつかの欠点を有する。例えば、各モバイルユニットは、ＡＰに近接しているかどうかに関わらず、しばしば同一の高電力レベルで送信し、その結果として電力を浪費し、混信を引き起こす。さらに、同一の無線ネットワーク内に存在するモバイルユニット間の協調は、しばしば制限される。従って、改良された無線ネットワークアーキテクチャに対するニーズがある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
（本発明の概要）
本発明は、無線ネットワークにおいてモバイルデバイスをクラスタ化するシステムおよび方法に関する。システムは、無線アクセスポイント（「ＡＰ」）と複数のモバイルユニット（「ＭＵ」）とを含む。ＭＵのそれぞれは、無線トランスデューサを有する。ＭＵのうちの少なくとも２つのＭＵは、所定のパラメータに基づいて、ヘッドＭＵと少なくとも１つのメンバーＭＵとを含んだクラスタにグループ分けされる。少なくとも１つのメンバーＭＵとＡＰとの間の通信は、ヘッドＭＵを介して実施される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
（詳細な記述）
無線ネットワークにおいてモバイルデバイスをクラスタ化するためのシステムおよび方法が記述される。特に、本発明は、改良された無線ネットワークアーキテクチャに関し、該アーキテクチャは、例えばモバイルユニットの位置情報を用いてモバイルユニットのクラスタを形成する。
【０００５】
図１は、本発明に従ったシステム１００の例示的な実施形態を示す。システム１００は、無線通信ネットワーク１０（例えば、無線ローカルエリアネットワーク（「ＷＬＡＮ」））を含み得る。無線ネットワーク１０は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１の仕様書に記述されるような無線ネットワークであり得る。無線ネットワーク１０は、少なくとも１つのアクセスポイント（「ＡＰ」）、例えばＡＰ３０および／またはＡＰ３５を含み得る。システム１００はまた、無線ネットワーク１０と通信するサーバ２０を含む。
【０００６】
システム１００は、多数のモバイルユニット（「ＭＵ」）、例えばＭＵ４１〜４５および５１〜５４を含み得る。ＭＵは、任意のモバイルユニットおよび／または無線トランスデューサを含む当業者に公知のネットワーキングデバイス（例えばネットワークノード）であり得る。例えば、ＭＵは、ポータブルバーコードスキャナ、携帯電話、双方向ページャ、ＰＤＡなどであり得る。各ＭＵは、無線ネットワーク１０のＡＰ（例えばＡＰ３０）を介して無線ネットワーク１０と通信する。以下に記述されるように、各ＭＵはまた、別のＭＵを介して無線ネットワーク１０と通信し得る。
【０００７】
２つ以上のＭＵは、複数の要素、例えば互いの地理的な近接性、内部負荷のレベル、バッテリーレベル、ハードウェア構成などに基づいてクラスタにグループ分けされ得る。例えば、ＭＵ４１〜４５は、クラスタ４０にグループ分けされ得、ＭＵ５１〜５４は、クラスタ５０にグループ分けされ得る。本発明の好ましい実施形態において、各クラスタは、１つのクラスタヘッドＭＵと少なくとも１つのクラスタメンバーＭＵとを含む。例えば、クラスタ４０は、クラスタヘッドＭＵ４１とクラスタメンバーＭＵ４１〜４５とを含み得る。同様に、ＭＵ５１は、クラスタ５０のクラスタヘッドであり得、ＭＵ５１〜５４は、クラスタメンバーＭＵである。各クラスタにおいて、クラスタメンバーＭＵは、例えばＩＥＥＥ８０２．１１の技術を用いてクラスタヘッドＭＵと通信し、クラスタヘッドＭＵは、例えばＩＥＥＥ８０２．１１および／または８０２．１６（ＷｉＭＡＸ）の技術を用いてＡＰと通信する。本発明の代替的な例示の実施形態において、クラスタは、２つ以上のクラスタヘッドＭＵを含み得、またはクラスタは、複数のサブクラスタにさらに再分割され得、各サブクラスタは、クラスタの１つに似た構造を有する。
【０００８】
当業者が理解するように、クラスタは、そのメンバーシップを動的に変更し得る。例えば、特定のクラスタのメンバーシップは、そのＭＵの相対的な位置によって継続的に変わり得る。図１に示されるように、ＭＵ４５は、クラスタ４０のクラスタメンバーである。しかし、ＭＵ４５が、その位置を（例えばＭＵ５１〜５４の方向に）変更させる場合には、ＭＵ４５は、クラスタ５０のクラスタメンバーになり得る。さらに、特定のＭＵは、あるときはクラスタヘッドＭＵであり得、別のときにはクラスタメンバーＭＵであり得る（例えば、ＭＵの相対的な位置、内部負荷、バッテリーレベルなどに依存して）。１つ以上のＭＵはまた（例えば特定の時間／位置において）、どのクラスタとも関連付けられ得ず、ＡＰ３０と直接に通信し得る。
【０００９】
図２は、本発明に従った通信の例示的な方法２００を示す。方法２００は、図１のシステム１００に関連して記述される。様々な構成、例えば異なる数のＷＬＡＮ、ＡＰ、およびＭＵを有する他のシステムもまた、例示的な方法をインプリメントするために用いられ得るということを、当業者は理解できる。
【００１０】
ステップ２０１において、システム１００は、無線ネットワーク１０と通信するＭＵの位置および／または相対的な位置を決定し得る。システム１００は、任意のリアルタイム位置システム、または当業者に公知な任意の他の方法を用い得る。例えば、システム１００は、受信信号強度表示（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）（「ＲＳＳＩ」）方法を用い得る。サーバ２０は、１つ以上のＡＰ（例えばＡＰ３０および／またはＡＰ３５）を介して信号を生成および送信し得る。各ＭＵは、次いでＡＰ３０および／またはＡＰ３５に応答信号を送信し得る。ＡＰ３０／３５は、応答信号を受信し、それをサーバ２０に転送し得る。サーバ２０は、次いで応答信号の強さを利用して、所定の地理的にマークされた位置または地点（例えば無線ネットワーク１０のカバレージエリア内）と比較し得、ＭＵの相対的な位置を決定する（例えばＭＵ４１〜４５およびＭＵ５１〜５４）。
【００１１】
システム１００は、代替的に、または組み合わせて、到着の時間差（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ）（「ＴＤＯＡ」）方法を用いて、ＭＵの相対的な位置を決定し得る（ステップ２０１）。例えば、サーバ２０は信号を生成し、ＡＰ３０および／またはＡＰ３５のうちの少なくとも１つを介してＭＵに送信し得る。ＭＵはそれぞれ、少なくとも２つのＡＰ（例えばＡＰ３０／３５）を介して無線ネットワーク１０に応答信号を送信し得る。ＡＰ３０／３５は、次いで応答信号をサーバ２０に転送し得る。サーバ２０は、各ＡＰ３０／３５で応答信号を用いてＴＤＯＡ方法を利用し、各ＭＵの正確な位置を決定するために応答信号を比較し得る。
【００１２】
ステップ２０３において、サーバ２０は、上述の複数の要素に基づいてＭＵをクラスタにグループ分けし得る。好ましい実施形態において、サーバ２０は、位置（例えば無線ネットワーク１０の範囲内）に基づいてＭＵをクラスタ化し得、サーバ２０はまた、クラスタヘッドＭＵを決定／指定する。図１に示されるように、サーバ２０は、ＭＵ４１〜４５をクラスタ４０にクラスタ化し得、ＭＵ５１〜５４をクラスタ５０にクラスタ化し得る。クラスタヘッドＭＵは、次いで各クラスタにおいて決定され得、それはＭＵをクラスタにグループ分けするために用いられた要素と同様であり得る多くの要素、例えばＭＵの位置、内部負荷、ハードウェア構成および／またはバッテリーレベルなどに依存して決定される。例えば、ＭＵ４１は、クラスタ４０のクラスタヘッドＭＵ４１として指定され得、ＭＵ５１は、クラスタ５０のクラスタヘッド５１として指定され得る。クラスタヘッドとしてのＭＵ４１の指定は、クラスタメンバーＭＵ４２〜４５と関連する位置および／またはＡＰ３０と関連する位置に基づき得る。あるいは、そのような指定は、ＭＵ４１が他のクラスタメンバーＭＵにおいては利用が可能ではない特定のハードウェア（例えば特定の種類のトランスデューサ）を有するという事に基づき得る。
【００１３】
当業者が理解するように、ステップ２０１およびステップ２０３は、任意の時間間隔で、またはユーザによる要求があると繰り返され得る。従って、クラスタに含まれるＭＵおよび／またはクラスタヘッドＭＵは、時間の経過に伴って変わり得る。例えば、ＭＵが継続的に位置を変更している無線ネットワーク１０において、システム１００は、ＭＵの位置を決定し（ステップ２０１）、短い間隔（例えば数分ごと）にＭＵをクラスタ化し得る（ステップ２０３）。ＭＵが位置的に固定されているか、限定された移動性を有する無線ネットワーク１０において、システム１００は、ユーザの要求があるときのみに、または延長された間隔（例えば４８時間ごと）で、ステップ２０１〜２０３を繰り返し得る。
【００１４】
ステップ２０５において、１つ以上のクラスタメンバーＭＵは、送信のためのパケットを生成する。例えば、クラスタメンバーＭＵ４３は、無線ネットワーク１０への送信のためのパケットを生成する。クラスタメンバーＭＵ４３は、クラスタヘッドＭＵ４１にパケットを送信し（ステップ２０７）、クラスタヘッドＭＵ４１は、次いでＡＰ３０を介して無線ネットワーク１０にパケットを送信（例えば中継）し得る（ステップ２０９）。他のクラスタメンバーＭＵ（例えばＭＵ４２、４４、４５）もまた、同時または異なる時間に、さらなる送信のために、クラスタヘッド４１にパケットを送信し得る。例えば、クラスタヘッドＭＵ４１は、クラスタメンバーＭＵから複数のパケットを受信し得、該複数のパケットをより少ない数（例えば１つ）のパケットに統合して無線ネットワーク１０に送信し得る。当業者が理解するように、そのようなパケットの統合は、混雑の減少および／または無線ネットワーク１０における混信の減少、およびより少ないオーバーヘッドをもたらし得る。
【００１５】
ステップ２１１において、クラスタヘッドＭＵ４１は、ＡＰ３０を介して無線ネットワーク１０から応答信号を受信し得る。クラスタヘッドＭＵ４１は、クラスタ４０のクラスタメンバーＭＵ４２〜４５のうちのどれに該送信が意図されているかを決定し、対応するＭＵ（例えばＭＵ４３）に応答信号（例えばパケット）を送信し得る。
【００１６】
本発明は、公知の通信システムおよび無線ネットワークにおける通信の方法に勝るいくつかの利点を提供する。上述のように、クラスタの中のクラスタメンバーＭＵの間でのデータ送信は、クラスタヘッドＭＵを介して中継され得る。従って、クラスタメンバーＭＵは、弱い電力のレベルで動作し得る。
【００１７】
本発明のシステムおよび方法はまた、クラスタメンバーＭＵからのパケットの集合体を介した、複数の同時の送信を可能にする。例えば、ＭＵ４２はＭＵ４１と通信し得、同時に、すなわち同時に起こるように、ＭＵ５３はＭＵ５１と通信し得る。さらに、クラスタにおけるクラスタヘッドＭＵの交替（例えばステップ２０１〜２０３）は、ＭＵにおける情報処理量の増加およびより長いバッテリー寿命を結果として生じ得る。
【００１８】
本発明の実施形態はまた、距離の離れたＭＵからの「聞き取れない（ｕｎｈｅａｒｄ）」パケットを中継するという利益を含み、その結果としてより良いリソースの利用をもたらす。言い換えると、（例えば、ＡＰの範囲外の位置のせいで）ＡＰと通信ができないクラスタメンバーＭＵは、ここではクラスタヘッドＭＵを介してＡＰと通信し得る。
【００１９】
本発明は、ＭＵ４１〜４５およびＭＵ５１〜５４と、無線ネットワーク１０と、ＡＰ３０とＡＰ３５とを有する実施形態に関連して記述された。本発明はまた、例えば任意の数のＭＵ、ＡＰおよび／または複数の無線ネットワーク１０に対してうまくインプリメントされ得ることを、当業者は理解する。従って、本出願の請求項において明らかにされる本発明の最も幅広い真意および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更が実施形態になされ得る。従って、明細書および図面は、制限する意味ではなく例示的な意味として考慮されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明に従ったシステムの例示的な実施形態を示す。
【図２】図２は、本発明に従った方法の例示的な実施形態を示す。
【図１】
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【図２】
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