(57)【要約】  上記方法は、少なくとも１つの無線クライアント装置と、対応する専属のアクセスポイントとの通信を接続能力を介して提供する工程と、複数の隣接アクセスポイントの位置を特定しかつ認識する工程とを含み、上記専属のアクセスポイントが、規定の不在期間を、上記専属のアクセスポイントが通信を提供する少なくとも１つの無線クライアント装置に通知する工程ａ）と、上記規定の不在期間の間、上記専属のアクセスポイントが、少なくとも第２のアクセスポイントに対するクライアントになる工程ｂ）と、クライアントとしての上記専属のアクセスポイントが、上記少なくとも第２のアクセスポイントのバックホール帯域に相当するデータを受信し、かつ、上記少なくとも第２のアクセスポイントから受信した上記バックホールデータを、自身のバックホールデータに集約する工程ｃ）と、上記専属のアクセスポイントが、上記規定の不在期間が過ぎた後、上記集約されたバックホール帯域データを上記少なくとも１つの無線クライアント装置に送信する工程ｄ）とをさらに含む。上記システムは、本発明の上記方法を実行するように構成されている。
2014526182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセスポイントにおける帯域集約のための方法であって、
少なくとも１つの無線クライアント装置と、対応する専属のアクセスポイントとの通信を接続能力を介して提供する工程と、複数の隣接アクセスポイントの位置を特定しかつ認識する工程とを含み、
上記専属のアクセスポイントが、規定の不在期間を、上記専属のアクセスポイントが通信を提供する少なくとも１つの無線クライアント装置に通知する工程ａ）と、
上記規定の不在期間の間、上記専属のアクセスポイントが、少なくとも第２のアクセスポイントに対するクライアントになる工程ｂ）と、
クライアントとしての上記専属のアクセスポイントが、上記少なくとも第２のアクセスポイントのバックホール帯域に相当するデータを受信し、かつ、上記少なくとも第２のアクセスポイントから受信した上記バックホールデータを、自身のバックホールデータに集約する工程ｃ）と、
上記専属のアクセスポイントが、上記規定の不在期間が過ぎた後、上記集約されたバックホール帯域データを上記少なくとも１つの無線クライアント装置に送信する工程ｄ）とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
上記専属のアクセスポイントが、シングルラジオアクセスポイントのソリューションを用いることによって、上記接続能力および上記帯域集約を行う工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記専属のアクセスポイントによって行われる上記帯域集約が、上記少なくとも第２のアクセスポイントにおける余分な帯域を集約することを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
上記帯域の集約が、関与する上記アクセスポイントのチャネルの動作に関わらず行われる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
上記工程ｄ）は、上記規定の不在期間が過ぎた直後に行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記アクセスポイント間の上記接続能力は、上記アクセスポイントが互いの通信圏にあれば行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
上記規定の不在期間は、上記少なくとも１つの無線クライアント装置と上記専属のアクセスポイントとの対応付けが持続される値を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記不在期間の値はネットワーク割り当てベクトル（ＮＡＶ）を用いて算出されることを特徴とする請求項１または７に記載の方法。
【請求項９】
上記不在期間の値は最大で３２ミリ秒間であることを特徴とする請求項１、７または８に記載の方法。
【請求項１０】
上記工程ｂ）は、上記専属のアクセスポイントのバックホール帯域の利用がその８０％を超えたときに行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
適切な時分割多元接続（ＴＤＭＡ）のスケジュールの編成を実現するために、上記専属のアクセスポイントが、上記少なくとも第２のアクセスポイントへ、上記バックホールの帯域の容量と、集約に利用可能なそれらのスロープットとを、ビーコンフレームを通して通知する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記バックホール帯域における余分な容量が補助に用いられることを保証するために、上記専属のアクセスポイントにおける上記少なくとも１つの無線クライアント装置から出来ているトラフィックを優先させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記バックホールの帯域集が、上記アクセスポイント間における均等かつ公平な共有を保証することによって行われることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
アクセスポイントにおける帯域集約を行うためのシステムであって、
少なくとも１つの無線クライアント装置と、上記無線クライアント装置が通信を確立する専属のアクセスポイントとを備え、
上記少なくとも１つの専属のアクセスポイントは、隣接アクセスポイントの位置を特定しかつ認識する接続能力を有し、
上記専属のアクセスポイントが、さらに、上記少なくとも１つの無線クライアント装置に上記通信を提供する通常のアクセスポイントとして動作し、かつ、上記複数のアクセスポイントのうちの少なくとも第２のアクセスポイントの帯域集約を行うために、上記第２のアクセスポイントのクライアントとしても動作するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
アクセスポイント間の通信、および、アクセスポイントと無線クライアント装置との間の通信が、シングルラジオアクセスポイントによるソリューションによって確立されることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
上記シングルラジオアクセスポイントのソリューションは、上記専属のアクセスポイントに位置されることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
上記シングルラジオアクセスポイントのソリューションにおいて、各アクセスポイントは、それぞれ異なる通信チャネルに位置することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
上記シングルラジオアクセスポイントのソリューションにおいて、各アクセスポイントは、同一の通信チャネルに位置することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
上記シングルラジオアクセスポイントのソリューションにおいて、上記少なくとも１つの無線クライアント装置は上記通信中に改造されないままであることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は一般的に、第１の局面において、クライアントの接続速度を上げるために、シングルラジオのアクセスポイントを活用したソリューションを用いることによってアクセスポイントにおいて行われる、当該アクセスポイントにおける帯域集約のための方法に関する。
【０００２】
本発明の第２の局面は、クライアントの接続速度を向上させるための、帯域集約のためのシングルラジオアクセスポイント実装システムに関する。このシステムは、第１の局面に係る方法を実行するように構成されている。
【０００３】
〔背景技術〕
ここ十年間、ｘＤＳＬ、ファイバートゥザホーム（ＦＴＴＨ）、またはケーブルなどの新規なネットワークのおかげで、インターネットへのアクセス速度が著しく向上している。これらの技術の中で最も普及しているのは、電話線が正常に動作していればＤＳＬＡＭ（デジタル加入者線アクセス多重化装置）の近くにいる利用者が最大で５０Ｍｂｐｓもの速度を得ることができるｘＤＳＬである。しかし、実際には、インターネットへのアクセス速度は多くの地域において依然として低い（たとえば５Ｍｂｐｓ未満）。
【０００４】
無線バックホールの帯域を集約させる工程は、GiustinianoらによるFair WLAN Backhaul Aggregation（In Proc. of MobiCom’10 (2010)）において、またはKandulaらによるFatVAP: Aggregating AP Backhaul Capacity to Maximize Throughput.（In Proc. of NSDI’08 (2008)）において詳述されているように、既存のネットワーク構成を極力変えずに利用者の接続速度を向上させるための技術として提案されている。加えて、ＦＯＮなどの商業的な事業は、利用者が自身の家から離れた場所にいても、共同体のアクセスポイント（ＡＰ）の近くにいればインターネットに接続できるようになるような、全国規模のＷｉＦｉ共有共同体を形成しようとしている。有線またはセルラ方式の無線ネットワークを運営しているインターネット接続サービス業者（ＩＳＰ）は、ＷｉＦｉの共有化を、セルラ方式の無線ネットワーク上のデータ通信量が軽減される機会であると見ており、
バックホールの帯域集約は、これらのインターネット接続サービス業者にとって、自らが提供するサービスの質を向上させながら自らのバックホールネットワークを改良するための手段である。
【０００５】
しかし、学問上で案出された概念を商業展開しても、多数の考慮すべき事項が生じる。第１に、全体的なソリューション費用を低く抑えなければならない。それゆえ、高価なハードウェアを追加したり、高度に専門的な装置を必要としたりすることは選択肢に入らない。第２に、ソリューションの実装は複雑過ぎてはならない。したがってソリューションは、最小限の数の装置を改造するものである必要がある。
【０００６】
先に詳述した現在のバックホール帯域集約ソリューションでは、そのような手法を有効化するために、無線クライアントのドライバを改造する必要がある。各無線クライアントは、仮想化無線カードを備えている必要がある。これは、商業化のためにはスマートフォン、タブレット、ノートパソコンなどのあらゆるＷｉＦｉのクライアント候補のオペレーティングシステムおよび無線ドライバを改造しなければならないことを意味する。誰しも分かることだが、このような改造作業には法外な費用がかかる。
【０００７】
改造しなければならない装置の種類が多すぎる問題は、通常はＩＳＰによって提供されるＡＰなどの一部の種類の装置だけを集約する手法の実装によって解決できる。ところが、シングルラジオ装置を用いて集約を行うための現在の方法は、ＡＰにおいて用いられることを想定していない。ＡＰに二次的なＷｉＦｉラジオを導入すれば、技術的な解決策が得られる可能性があるが、しかしインターネット接続サービス業者が支払う装置のコストが高くなってしまうので、ソリューションを非現実的なものとしてしまう。
【０００８】
これらのクライアント型の最先端の集約手法もまた、ＡＰの動作周波数に関わらず近くにあるすべてのＡＰにシングルラジオのクライアントが接続できるようにＴＤＭＡ（時分割多元接続）を用いることを提案する。１００ミリ秒の周期で、無線クライアントは、近くにある選択されたすべてのＡＰに総当たり方式で次々に接続する（図１に示す）。８０２．１１の節電形態を用いて、クライアントは、自身が不在であるのでＡＰがクライアント宛てのパケットをバッファリングするように、自身が接続しているＡＰに伝えることができる。このようにして、総当たり方式で現在順番が回ってきているＡＰ以外のすべてのＡＰには、集約中のクライアントがあたかも休止中であるかのように見える。
【０００９】
クライアントは、１つのＡＰに割り当てられた時間を用い終わると、そのＡＰに対し、節電モードになりかつ自身宛てのパケットを必ずバッファリングしなければならないことを通知するためのパケットを送信する。次に、クライアントは、次の順番のＡＰの周波数にＷｉＦｉカードをＴＤＭＡ周期でチューニングし、自身の存在を知らせるためのパケットを送信し、ＡＰがバッファリングしたすべてのパケットを受信する。周波数を切り替えている間、クライアントはデータを送受信できない。この時間は切り替え時間と呼ばれており、最先端のシステムでは１．５ミリ秒である。
【００１０】
クライアントから各ＡＰへのバックホール容量および無線リンク容量は、それぞれ異なる可能性があるので、クライアント型のソリューションでは、各ＡＰに割り当てる時間の割合を最適化する必要がある。Kandula, Sらは、個々のクライアントのスループットを最大化することを提案している。これに対して、Giustinianoらは、個別のスループットを最大化すると、スループットの配分が甚だしく不公平になる結果となることを示し、かつ、ネットワーク資源の利用と公平性との間の良好な妥協を達成するために、重み付けされた均等な公平性を最大化することを提案している。どちらのシステムでも、各ＡＰから得られるスループットは、ＴＤＭＡ周期においてＡＰに割り当てられる時間によって制御される。なお、クライアントは、隣接ＡＰのバックホール容量をすべて集めることができ、かつ、ＷｉＦｉカードが節電モードになってシステムのエネルギー消費量を減らすことができる余力時間を有することができる可能性がある。
【００１１】
唯一の打開策は、クライアントに一切頼らずに、単純にソフトウェアでＡＰを改造するだけで所望の性能が得られるようなソリューションを開発することである。本発明は、ＡＧＧＲＡＰ、すなわち無線バックホールの集約を商業化できるシングルラジオＡＰを提示する。ＡＧＧＲＡＰは、隣接ＡＰの無線チャネルに関わらず当該ＡＰにおける未使用の容量を集約し、当該集約した容量を既製のクライアントに振り分けることができる。
【００１２】
本発明の貢献は次のように要約できる：１）本発明は、バックホールの帯域を集約する、実用的で費用対効果の高いソリューションを提案する。２）本発明は、自身のクライアントに対してはＡＰとして動作し、隣接ＡＰに対してはクライアントとして動作するシングルラジオＡＰを通じた無線バックホール帯域集約の問題を定式化し、そして、当該問題を、同様の最適化目標を可能とするクライアント型のソリューションに対応させることができることを示す。３）本発明は、ＡＰ型のソリューションおよびクライアント型のソリューションのそれぞれの性能トレードオフを、解析的かつ実験的に評価する。４）本発明はＡＧＧＲＡＰを実装し、ＡＧＧＲＡＰが、隣接バックホール帯域を集約できかつノートパソコンまたはスマートフォンなどの異なるタイプの既製のクライアントのスループットを増やすことができることを示す。
【００１３】
〔発明の説明〕
本発明の目的は、ＡＰを改造するのみでＷｉＦｉバックホール集約を可能とし、かつ、参加中のＡＰの近くにクライアントが位置していれば、無線ハードウェアを追加しなくてもアップロードおよびダウンロードのスループットを増やすことができるソリューションを提供することである。
【００１４】
この目的のため、本発明は、第１の局面では、アクセスポイントにおける帯域集約のための方法であって、この分野において共通するように、少なくとも１つの無線クライアント装置と、対応する専属のアクセスポイントとの通信を接続能力を介して提供する工程と、複数の隣接アクセスポイントの位置を特定しかつ認識する工程とを含む。
【００１５】
既知の提案とは逆に、かつ、特徴的な様式において、上記方法は、
上記専属のアクセスポイントが、規定の不在期間を、上記専属のアクセスポイントが通信を提供する少なくとも１つの無線クライアント装置に通知する工程ａ）と、
上記規定の不在期間の間、上記専属のアクセスポイントが、少なくとも第２のアクセスポイントに対するクライアントになる工程ｂ）と、
クライアントとしての上記専属のアクセスポイントが、上記少なくとも第２のアクセスポイントのバックホール帯域に相当するデータを受信し、かつ、上記少なくとも第２のアクセスポイントから受信した上記バックホールデータを、自身のバックホールデータに集約する工程ｃ）と、
上記専属のアクセスポイントが、上記規定の不在期間が過ぎた後、上記集約されたバックホール帯域データを上記少なくとも１つの無線クライアント装置に送信する工程ｄ）とを含む。
【００１６】
好ましい実施形態では、上記専属のアクセスポイントが、通信範囲内の上記少なくとも第２のアクセスポイントの動作チャネルに関わらず当該少なくとも第２のアクセスポイントの余分な帯域を集約する、シングルラジオアクセスポイントのソリューションを用いることによって、接続および上記帯域集約を行う。
【００１７】
その他の実施形態では、上記専属のアクセスポイントは、上記規定の不在期間が過ぎた直後に、上記１つの無線クライアント装置に上記集約バックホール帯域データを送信するのみである。
【００１８】
上記規定の不在期間は、上記少なくとも１つの無線クライアント装置が上記専属のアクセスポイントとの対応付けを維持するような、ネットワーク割り当てベクトル（ＮＡＶ）を用いることによって算出される値を有する。一実施形態によれば、上記不在期間の値は最大で３２ミリ秒間である。
【００１９】
その他の実施形態では、上記専属のアクセスポイントは、上記専属のアクセスポイントのバックホール帯域の利用がその８０％を超えたときにのみ、上記少なくとも第２のアクセスポイントのクライアントとして動作する。
【００２０】
それから、上記専属のアクセスポイントは、適切な時分割多元接続（ＴＤＭＡ）のスケジュールの編成を実現するために、上記専属のアクセスポイントが、上記少なくとも第２のアクセスポイントに上記バックホールの帯域の容量と集約に利用可能なそれらのスループットとをビーコンフレームを通して通知する。
【００２１】
上記専属のアクセスポイントにおける上記少なくとも１つの無線クライアント装置から出来ているトラフィックが、上記バックホール帯域における余分な容量が補助に用いられることを保証するために優先される。
【００２２】
最後に、上記バックホールの帯域集が、上記アクセスポイント間における均等かつ公平な共有を保証することによって行われる。
【００２３】
本発明の第２の局面は、アクセスポイントにおける帯域集約を行うためのシステムであって、この分野において共通するように、
少なくとも１つの無線クライアント装置と、上記無線クライアント装置が通信を確立する専属のアクセスポイントとを備え、
上記少なくとも１つの専属のアクセスポイントは、隣接アクセスポイントの位置を特定しかつ認識する接続能力を有する。
【００２４】
このシステムにおける特徴的な様式では、上記専属のアクセスポイントが、さらに、上記少なくとも１つの無線クライアント装置に上記通信を提供する通常のアクセスポイントとして動作し、かつ、上記複数のアクセスポイントのうちの少なくとも第２のアクセスポイントの帯域集約を行うために、上記第２のアクセスポイントのクライアントとしても動作するように構成されている。
【００２５】
一実施形態によれば、アクセスポイント間の通信、および、アクセスポイントと無線クライアント装置との間の通信は、シングルラジオアクセスポイントによるソリューションによって確立される。
【００２６】
その他の実施形態よれば、上記シングルラジオアクセスポイントのソリューションは、上記専属のアクセスポイントに位置し、かつ、上記少なくとも第２のアクセスポイントの異なる通信チャネルまたは同一の通信チャネルに位置することができる。
【００２７】
最後に、上記シングルラジオアクセスポイントのソリューションにおいて、上記少なくとも１つの無線クライアント装置は上記通信中に改造されないままである。
【００２８】
〔図面の簡単な説明〕
前述した利点ならびに他の利点および特徴は、例示でありかつ非限定的であると解釈されるべき以下の添付図面を参照して、実施形態に関する次の詳しい説明によって、より理解される。
【００２９】
図１は、無線のクライアントのＴＤＭＡ集約周期の例である。
【００３０】
図２は、無線ＡＰのＴＤＭＡ集約周期の例である。
【００３１】
図３は、本発明に係る帯域の集約方法の態様である。第２のクライアントがＡＰに接続してネットワークの接続形態が変わるとき、１つのクライアントが３つのＡＰから集約帯域を取得する。
【００３２】
図４は、３つのＡＰおよび１つのクライアントがある場合の帯域集約方法の実施形態である。
【００３３】
図５は、各バックホールリンクに対応する重畳無線チャネルの実施形態を示す。
【００３４】
図６は、中継容量と単一ホップリンク容量との比較である。
【００３５】
図７は、本発明に係る公平性実験のネットワーク構成の実施形態である。
【００３６】
図８は、クライアント型のソリューションおよびＡＰ型のソリューションのネットワーク構成の実施形態である。
【００３７】
図９は、一実施形態に基づく、６Ｍｂｐｓのホームバックホールおよび隣接バックホールにおけるクライアント型のソリューションおよびＡＰ型のソリューションの集約容量の例を示す。
【００３８】
図１０は、一実施形態に基づく、１Ｍｂｐｓのホームバックホールかつ１０Ｍｂｐｓの隣接バックホールにおけるクライアント型のソリューションおよびＡＰ型のソリューションの集約容量の例を示す。
【００３９】
〔いくつかの実施形態の詳細な説明〕
本発明の目的は、ＷｉＦｉバックホール集約が可能なソリューションを提供することである。この目的のため、ソリューションは次の４つの要件を満たす：
シングルラジオＡＰ：ソリューションは、既存ハードウェアのコストを上昇させてはならない。
【００４０】
未改造のＷｉＦｉクライアント：すべての種類の装置に対して集約できるように、既存のＷｉＦｉクライアントを改造する必要がないようにする。
【００４１】
一定水準のオーバーヘッド：ＷｉＦｉ集約の対象は第１のＡＰのすぐの隣接物に限る。すなわち、２つ以上の無線ホップを通過する接続は導入しない。
【００４２】
所有者の装置に主に貢献するバックホール接続：ＡＧＧＲＡＰは隣接ＡＰから未使用帯域のみを集約する。
【００４３】
高次元の設計は、加入者が、共有方式に参加している如何なるＡＰにも接続できる共同体のそれである。ＦＯＮなどの従来のＷｉＦｉ共有方式を超えて、本発明の設計では、参加中のＡＰに、利用者のみならず、追加のバックホール容量を利用するために、他のＡＰも接続できる。したがって、ＡＧＧＲＡＰは、二つのモードを切り替えられるように設計されている：ｉ）クライアントにサービスするモードと、ｉｉ）クライアントへの上り回線および下り回線のスループットを増やすために、参加中の他のＡＰのクライアントとして動作するモードとである。後者の機能は、第１のＡＰのバックホールリンクの利用率が８０％を超える場合、すなわち補助が必要になる場合にのみ、始動される。
【００４４】
バックホール帯域集約の全能力を引き出すために、ＡＧＧＲＡＰは、異なるチャネルにおいて動作するＡＰのクライアントとして機能できなければならない。要件の１つがシングルラジオＡＰを有することであるため、ＡＧＧＲＡＰを異なる周波数においてＡＰに接続させることは、以下に言及するように挑戦的なものである。
【００４５】
隣接ＡＰのチャネルに関わらずシングルラジオＡＰを用いて帯域を集約するには、クライアント型のソリューションで用いられるＴＤＭＡ周期を、ＡＰの機能に対応するように調整しなければならない（図２に示す）。このため、スケジューリングの決定はより複雑である。さらに本発明は、もう１つの課題、すなわちもしＡＧＧＲＡＰが他のＡＰのバックホールリンクを利用するために自身の周波数から離れれば、クライアントから発信されたパケットを紛失する上に、クライアントとの接続を切断しかねない課題を、解決する必要がある。従来のクライアント型のシステムでは、クライアントは、節電モードに切り替わる等の理由でしばらく不在になり、ＡＰはパケットをバッファリングして後で自身に送信できるようにすべきであることを、ＡＰに対して通知できるので、後者の問題は従来のクライアント型のシステムには存在しない。しかし、対応するクライアントが存在する場合には常に起動された状態になっていることが前提のＡＰには、そのような機能はない。本発明は、ネットワーク割り当てベクトル（ＮＡＶ）を用いてこの問題点を解決する。
【００４６】
ＮＡＶは、各８０２．１１装置が有するカウンタであり、前の送信が完了するために必要な時間を示す。如何なる８０２．１１装置も、パケットの送信前に、パケットの送信にどれだけの時間を要するかを伝送速度とパケット長に基づいて予測し、その値をパケットのＭＡＣヘッダの期間フィールドに書き込む。近くにある他の装置は、受信パケットの期間フィールドに基づき各自のＮＡＶを更新する。こうすれば、如何なる８０２．１１装置も、送信が完了するまで媒体にアクセスしようとしない。ＡＧＧＲＡＰは、自身が自身のＡＰのチャネルから不在である時間量のチャネルを確保するために、ＮＡＶを用いる。そして、主要な動作チャネルから離れる前に、パケットを、ＡＧＧＲＡＰが他のすべてのＡＰのクライアントとして動作する時間と同じ期間フィールドを有するダミーＭＡＣアドレスに送信する（もし、チャネル確保パケットがＡＧＧＲＡＰのクライアントの１つに送信されたら、クライアントはパケットの受信終了時に送信を開始する可能性がある）。期間フィールドの最大値は約３２ミリ秒である（期間をマイクロ秒で示すと１５ビット）。
【００４７】
本発明は、現時点で、前述した最初の３つの要件を満たしている。４つ目の要件を満たすために、本発明は、ＡＧＧＲＡＰが、自身のバックホールリンクを８０％よりも多くを用いるときにのみ隣接ＡＰに接続することを保証する。
【００４８】
適切なＴＤＭＡスケジュールが得られるように、ＡＧＧＲＡＰは、ビーコンフレームを通して、自身のバックホールリンクの容量、および、集約可能スループット、すなわち自身の容量のうち自身のクライアントに用いられない部分を通知する。これらの値は、両方ともＭｂｐｓで報告され、加重移動平均を用いて算出され、１秒ごとに更新される。さらに、バックホールリンクの容量のうち余り容量だけが補助に用いられるように、ＡＰにおいてクライアントのトラフィックが優先される。このような優遇は、ＭＡＣアドレスがＡＰを示しているか、クライアントも示しているか、に基づいて行われる。一定時間内に二つの役割を果たすＭＡＣアドレス（たとえばＡＧＧＲＡＰ）は、優先度の低い「クライアント」として分類され、これに対するトラフィックは、集約可能スループットを算出する際に考慮されない。
【００４９】
ＮＡＶを用いてチャネルを確保することは、すべてのクライアントをサイレント状態にさせ、かつ、ＡＧＧＲＡＰのＳＳＩＤにおけるパケットの紛失を防ぐことに効果的な手法である。しかし、この効果はＡＧＧＲＡＰのＷＬＡＮに限らず、同じチャネルを用いている近くの如何なるネットワークをもサイレント状態にしてしまう。したがって、集約中のＡＧＧＲＡＰは、隣接ＷＬＡＮの利用可能な通信時間を減らしてしまう可能性がある。
【００５０】
ＡＰ型の集約が他のネットワークに及ぼす影響は、たとえば、重複ネットワークの数、異なるユーザの高帯域要求タイミング、または、ＡＧＧＲＡＰが他のＡＰから帯域を集める際の時間の割合などの、複数の要素に依存する。全競合ドメインのサイレント状態による潜在的なリソース消失に対する解決策は、ＡＰが一定時間使用不可能になることをＳＳＩＤ内のすべてのクライアントに伝える機能を標準化することである。実際、ＷｉＦｉダイレクトは、ＡＰの節電を可能にするために、この機能を既に規定している。これは、ＷｉＦｉダイレクトにおいて不在通知と呼ばれ、この不在通知によって、８０２．１１装置は、予定された節電期間を通知し合うことができる。なお、この機能は、上り回線のトラフィックを調整することにも役立つ。
【００５１】
図３は、実施形態に基づき、３つの家庭がある場合の高レベル設計を示す。この特定の場合、３つのすべてのＡＧＧＲＡＰが互いの無線通信圏にある。初めに、このネットワークは、自身のホームＡＰ（ＡＰ１）に接続する１つのクライアントを特徴とする。トラフィック要求がバックホールリンク容量を超えると、ＡＰ１は、より多くの容量にアクセスするために、ＡＰ２およびＡＰ３に接続する。ＡＰ１のクライアントは、３つのバックホールリンクの各３Ｍｂｐｓの容量をすべて集約できる。３００秒の時点において、ネットワークに第２のクライアントが登場し、自身のホームＡＰ（ＡＰ３）に接続する。両方のクライアントが、各自のバックホールリンクが提供できるスループットよりも多いスループットを必要とする場合、これらのクライアントはＡＰ２を補助として用いる。このシステムによって、各クライアントはが利用可能な容量を４．５Ｍｂｐｓずつ取得することを可能とする、ＡＰ２のバックホール容量の公平な配分が提供される。
【００５２】
定式化：
【００５３】
【表１】
2014526182.tif 000003
【００５４】
【表２】
2014526182.tif 000004
【００５５】
表１および表２は、本発明に係るＡＰ型の集約システムを定式化する際に用いられる異なる定義を示す。
【００５６】
ＡＧＧＲＡＰは、自身のクライアントがバックホール容量を飽和させるまで、通常のＡＰとして動作する。ＡＧＧＲＡＰの主要なクライアントが自身のバックホール容量を飽和させるとき、すなわちこのクライアントがバックホール容量の８０％よりも多くの容量を用いるとき、ＡＧＧＲＡＰは、追加の容量を提供できる隣接ＡＰをスキャンする。典型的な住宅環境ではクライアントは５Ｍｂｐｓよりも高い無線チャネルを提供する４つあるいは５つのＡＰの近くにいることが［１，７］に示されているので、ＡＧＧＲＡＰは、利用可能なバックホール容量を有するすべての隣接ＡＰのうち、信号対ノイズの比率（ＳＮＲ）が最も高い４つのＡＰを選択する。ＡＧＧＲＡＰは、自身が７０％未満用いられる時に、隣接ＡＰを補助する。我々は、ＡＧＧＲＡＰが二つのモードの間を行ったり来たりしないように、１０％の余裕を残す。その時点で、各ＡＧＧＲＡＰは、自身のクライアントにサービスすることにどれだけの時間を費やすかを計算し、さらに、いくつのＡＰに追加で接続しかつそれらのＡＰにどれだけの時間接続するのか、計算する必要がある。本発明の手法は、公平性とネットワーク資源の効率的な利用との良い妥協案を提供する、重み付け均等公平性を最適化することを狙ったそのようなスケジュールを考案する。
【００５７】
図４は、３つのＡＰの１つのＡＰのみが、最大速度での接続が必要なクライアントを有する実施形態を示す。各ＡＰはバックホールリンクｂｉに接続し、クライアントは、実行スループットω１１の無線チャネルを有する自身のホームＡＰに接続する。ＡＧＧＲＡＰ１は、隣接する二つのＡＰから容量を取得しようと試み、集約を自身のクライアントに送信する。ＡＧＧＲＡＰ１が、すべてのバックホール容量を自身のクライアントに送信できるようにするためのＡＰとして動作するために必要な時間の割合は次の通りである。
【００５８】
【数１】
2014526182.tif 000005
【００５９】
ここで、ｂｉは、ＡＧＧＲＡＰｉのバックホールの帯域であり、ωｉｊは、ＡＰｉがＡＰｊからデータを受信する際の無線速度であり、ωｉｉは、ＡＰｉが自身のクライアントにデータを送信する際の無線速度を表す。ωｉｊの値は、Giustinianoらと同じ以下の処理によって見積もられ、一方、各ＡＰは自身のｂｉを知っている。なお、我々は、無線容量を、１００％の時間ＡＰに接続されるクライアントが８０２．１１を用いて取得するＴＣＰスループットであると考える。
【００６０】
隣接ＡＰから帯域を取得するために必要な時間の割合は、次の通りである。
【００６１】
【数２】
2014526182.tif 000006
【００６２】
ここで、ω１ｊは、ＡＧＧＲＡＰ１がＡＰｊと通信できる無線速度であり、ｆ１ｊは、ＡＧＧＲＡＰ１がＡＰｊのクライアントとして動作する時間の割合である。もし
【００６３】
【数３】
2014526182.tif 000007
【００６４】
であれば、ＡＧＧＲＡＰ１は、すべてのバックホールの帯域を集約して自身のクライアントに送信するために充分な時間を有する。
【００６５】
しかし、無線チャネルの品質およびバックホールリンクの容量によっては、ＡＧＧＲＡＰが、利用可能なすべての容量を必ずしも集約できないこともある。このような場合ＡＰ間における重み付け均等公平スループット配分を実現するための時間割り当てを最適化する必要がある。そこで、ｆｉｊの割り当てに関する問題を定式化すると、ｆｉｉ（ＡＧＧＲＡＰｉが自身のクライアントのＡＰとして動作する時間）が、
【００６６】
【数４】
2014526182.tif 000008
【００６７】
より小さくてはならず、かつ、ｆｉｉには、他のＡＰから収集されたデータを送信するために必要な時間（すなわちＡＰ２についての
【００６８】
【数５】
2014526182.tif 000009
【００６９】
）を加味しなければならないことが分かる。するとｆｉｉは次を満たす：
【００７０】
【数６】
2014526182.tif 000010
【００７１】
ここで、 
【００７２】
【数７】
2014526182.tif 000011
【００７３】
は、ＡＰｊから取得できるデータを送信するために必要な時間の割合をモデル化する。
【００７４】
【数８】
2014526182.tif 000012
【００７５】
によって課される制限は、ＡＧＧＲＡＰｉがすべてのバックホールデータを集約して送信するために充分な時間がある場合にのみ適用される。他のすべての場合、ＡＰｊから取得できる帯域量は、リンクとその容量（
【００７６】
【数９】
2014526182.tif 000013
【００７７】
）との掛け合わせを用いて、時間の割合によって与えられる。さらに次の通りである。
【００７８】
【数１０】
2014526182.tif 000014
【００７９】
上述した問題には閉じた解はない。しかし、ＡＧＧＲＡＰにおける
【００８０】
【数１１】
2014526182.tif 000015
【００８１】
割り当ての問題を、Giustinianoらによって解決されたクライアントによる無線のバックホールの集約についての問題に置き換えることができる。
【００８２】
図５は、３つの帯域供給源が利用可能なときに如何にして送信時間データフローを割り当てるかを示す。この場合、本発明は、バックホールリンクごとの重畳無線チャネルを規定し、ある重畳チャネルを通じてデータを送信するために必要な時間の割合は、次の比率で表される。
【００８３】
【数１２】
2014526182.tif 000016
【００８４】
ここで、ｂｉは利用可能なバックホールの帯域であり、ω’ｉは重畳チャネルの無線容量である。図４および図５を比較すると、
【００８５】
【数１３】
2014526182.tif 000017
【００８６】
であり、ω’Ｉ＝ω１１であることが分かる。それにも関わらず、
【００８７】
【数１４】
2014526182.tif 000018
【００８８】
を算出するには、ω’２を求める必要がある。ここで、ω’２は、容量ｂ２のバックホールリンクを無線クライアントに繋ぐチャネルの無線容量をモデル化する必要がある。それから、ω’２は、両ホップを介してサイズＰのパケットを送信するために必要な時間を用いて求めることができる：
【００８９】
【数１５】
2014526182.tif 000019
【００９０】
すると、
【００９１】
【数１６】
2014526182.tif 000020
【００９２】
である。
【００９３】
同じ工程をω’３についても行うと、バックホール帯域集約の問題を、すべてのクライアントにスループットを公平に分配するための、Giustinianoらと同じ制約を有するｆ’１、ｆ’２、およびｆ’３の割り当てに軽減することができる。
【００９４】
各帯域供給源の時間の割合がいったん計算されると、これらの値を、ＡＧＧＲＡＰが実際に用いる時間の割合（ｆ１１，ｆ１２，ｆ１３）に置き換える必要がある。
【００９５】
前に行われた表記の変更から、ｆ’１は、ＡＧＧＲＡＰ１が自身のクライアントにｂｉを送信するために必要な時間に相当するが、ＡＧＧＲＡＰ１が隣接ＡＰから集約できるデータを送信するために必要な時間は含まないことが明らかになりうる。そして、ｆ’２は、帯域をｂ２からＡＧＧＲＡＰ１に送信し、さらにＡＧＧＲＡＰ１からＡＧＧＲＡＰ１のクライアントに送信するために必要な、ｆ１２をｆ１１の一部と足し合わせて得られる時間の割合に相当する。データをＡＰ２からＡＰ１に送信するために必要な時間の割合に注目すると、ｆ１２およびｆ’２間の置き換えは、ω１１およびω１２が与えられた二つのリンクのそれぞれにおいてサイズＰのパケットが過ごす時間の割合から判明し得る。
【００９６】
【数１７】
2014526182.tif 000021
【００９７】
すると 
【００９８】
【数１８】
2014526182.tif 000022
【００９９】
であり、かつ、
【０１００】
【数１９】
2014526182.tif 000023
【０１０１】
である。
【０１０２】
表３は、３つのバックホールリンクの容量がすべてｂｉ＝１Ｍｂｐｓであることを考慮した、図４に示す実施形態のためのｆ’Ｉおよびω’Ｉの値を示す。重畳チャネルから実際の無線チャネルに変換すると、ｆｉｊの値は、数式（１）および（２）から算出できる値と同じであることが分かる。
【０１０３】
ＡＧＧＲＡＰがすべてのバックホールの帯域を集約できるので、この実施形態を解決するために変数変換を用いる必要はない。しかし、ＡＧＧＲＡＰが、バックホール容量を均等かつ公平に配分するために、隣接ＡＰの中から最適な時間割り当てを選択する必要がある場合には、重畳無線チャネルを用いれば、変数の再帰的定義に関する問題を、既知の解決策［３，１］に置き換えることができる。ＡＧＧＲＡＰは、Giustinianoらに記述された解決策を用いて、巻末に要約される、重み付け均等公平スループット配分を選択する。
【０１０４】
【表３】
2014526182.tif 000024
【０１０５】
実験的評価：
本章には、既製のハードウェアにおけるＡＧＧＲＡＰの実装、および、小規模な試験設備におけるＡＧＧＲＡＰの性能について手短に説明する。この評価は、ｉ）クライアントにサービスを提供し、かつ、クライアント自身としても動作するＡＰを用いた性能の意味、ｉｉ）前述したように問題を再構築する際の正確性の検証、およびｉｉｉ）現実環境におけるＡＧＧＲＡＰの性能利得に焦点を合わせる。本実験は、事務所環境においてノートパソコンおよびアンドロイドフォンなどの既成のハードウェアを用いて行われた。
【０１０６】
実装：
ＡＧＧＲＡＰを、リナックス（登録商標）カーネル２．６．３２、および、ａｔｈ９ｋリナックスドライバによって制御されるアセロス８０２．１１  ＰＣＩ  Ｅｘｐｒｅｓｓカードを備えたデスクトップコンピュータに実装した。ｃｏｍｐａｔ−ｗｉｒｅｌｅｓｓ−２．６．３２のａｔｈ９ｋコードには、マルチチャネル仮想化が初期設定されている。このコードを、ＴＤＭＡスケジュール編成を行いつつ、それに伴う性能の低下を極力避けるように改造した。
【０１０７】
・切り替えを行う直前に送信されたパケットが、ＡＧＧＲＡＰが節電モードに移行しようとすることを示すものであったことを制御するために、ｉ）まず上層の待ち行列を停止し、次に切り替え工程を開始し、ｉｉ）そして、ハードウェア待ち行列の数を「４」から「１」に減らした。待ち行列の数が「４」であることは、無線のマルチメディア拡張機能（ＷＭＥ）を用いるようにすることである。
【０１０８】
・切り替えイベントの正確性を向上させるために、ハードウェアの待ち行列長を減らした。
【０１０９】
さらに、動作チャネルから消えることをクライアントから隠すためにＡＧＧＲＡＰが自身の競合ドメインをサイレント状態にするサイレント化機構を実装した。元の設計が必要であることから、クライアントは全く改造しなかったので、ノートパソコンおよびスマートフォンを用いて実験できる。
【０１１０】
実験の設定：
本発明に係る実験設備は、二つのＡＧＧＲＡＰ、１つのＬｉｎｋｓｙｓ  ＷＲＴ５４ＧＬ  ＡＰ、有線ネットワークにおいてサーバとして機能する３つの機械からなる。ＡＧＧＲＡＰの性能に対する異なるバックホール容量の影響を研究するため、ＡＰｓの伝送率を変えた。主要なスループット実験を行うために、ｕｂｕｎｔｕ  ８．０４（リナックスカーネル２．６．２４）を搭載したＤｅｌｌノートパソコン（ｌａｔｉｔｕｄｅ  Ｄ６２０）を、ＡＧＧＲＡＰに接続させるために用いた。さらに、アンドロイドフォン（たとえば、ＨＴＣ  Ｎｅｘｕｓ  Ｏｎｅおよびサムスン  Ｇａｌａｘｙ  ＳＩＩを用いて実験した）を、ＡＧＧＲＡＰに接続させることに試し、ノートパソコンを用いた実験で得られた性能と同じ性能を得た。各手法において達成されるスループットを測定するために、下りリンクＩｐｅｒｆ  ＴＣＰ接続を用いた。実験設備に属しないネットワークからの干渉を防ぐために、すべての実験を夜間に行った。
【０１１１】
シングルラジオの多重チャネル仮想化：
ＡＧＧＲＡＰに関する包括的な評価の前に、仮想インタフェースの１つがＡＰとして動作するときに、シングルラジオ多重チャネル仮想化が何らかのオーバーヘッドを引き起こすか否かを評価する必要がある。この目的のために、１つのＡＧＧＲＡＰがＡＰとして動作し、かつ、このＡＧＧＲＡＰが隣接ＡＰのクライアントとしても動作する、図８（ｂ）に示すネットワークを構築した。ＡＧＧＲＡＰは、チャネル１（２．４１２ＧＨｚ）においてＡＰとして動作し、一方、隣接ＡＰは、チャネル５（２．４３２ＧＨｚ）に設定した。このネットワーク形態を用いて、インタフェースに割り当てられた時間の割合に依存して各インタフェースにおいて得られるスループットの評価を示すために、１つ目の実験を行った。この実験では、二つのＴＣＰ接続、ｉ）１つは、ＡＧＧＲＡＰからそのクライアントへの接続、および、ｉｉ）１つは、隣接ＡＰのバックホールからのＡＧＧＲＡＰへの接続、を同時に開始させた。ＡＰのバックホール容量には何の制限も加えず、それゆえＷｉＦｉネットワークのみを検証することができた。すべてのＡＰは、８０２．１１ｇにおいて可能な最大物理層通信速度（すなわち５４Ｍｂｐｓ）で通信する。
【０１１２】
図６は、実験結果を示す。「ホームスループット」は、ＡＧＧＲＡＰとそのクライアントとの間のリンクにおいて帯域であり、「借りたスループット」は、ＡＧＧＲＡＰが隣接ＡＰを用いることによって得られる帯域である。図６において「集約されたスループット」と表記されている線は、「ホームスループット」および「借りたスループット」の合計であり、これは無線カードの全体的な使用を示す。
【０１１３】
図６は、ＡＰが自身のクライアントへのトラフィックに費やす時間の割合に応じてホームスループットが直線的に増加することを示す。ＡＰのバックホール容量には制限が加えられていないので、これは予想されることである。同様に、ＡＰモードにおける時間の割合が増えるにつれて、本発明は、ＡＰが隣接ＡＰから受信するトラフィックを効果的に減少させる。さらに重要なのは、二つの計量を足し合わせると、異なるどの実験においても集約スループットが常にほぼ一定であることであり、このことは、ＡＰからクライアントへの切り替えに伴って生じるオーバーヘッド負荷が一定であり、全体の集約スループットに３．２Ｍｂｐｓだけ影響するにすぎないことを示す。本発明の実装では、１つの仮想インタフェースから、異なる周波数で動作する他のインタフェースに切り替えるのに必要な時間は、１．５ミリ秒である。しかし、周波数を切り替えて、自身が節電モードから復帰したことを隣接ＡＰに伝えるパケットを送信した後、カードがデータを全く送信しない期間がある、ことが見られる。この期間は平均して６ミリ秒間であり、ドライバ（ａｔｈ９ｋ）待ち行列と、より上位の層（ｍａｃ８０２１１）との間の相互作用の仕組みが原因で生じる。見られるように、ＴＤＭＡ周期が１００ミリ秒の場合、切り替えの影響は、切り替えない場合の８０２．１１容量の１５％である。
【０１１４】
隣接ＡＰからクライアントまでの２ホップ通信の存在下では、ホームスループットと「借りたスループット」の最小値出るスループットを観察することが期待できる。本発明は、そのような接続をネットワーク越しに（今回は分離して）インスタンス化し、ホームＡＰが自身のクライアントにサービスを提供するために費やす時間を変化させた。結果は、中継スループットとしてプロットされた。実際、線は、ホームスループットと借りたスループットとの最小値をよく描く。
【０１１５】
最後に、チャネル切り替えを行っているときの無線カードの合計使用量は、最大で１９Ｍｂｐｓに達することが観察される。この値は、実際は、ω１−切り替え＝０：８６×ω１１−切り替えなしである。これは、チャネル切り替えオーバーヘッドの影響を示す。
【０１１６】
したがって、異なる周波数でＡＰとしてもクライアントとしても動作するＷｉＦｉカードの仮想化は、本発明の実装において規定される振る舞いに繋がる。
【０１１７】
定式化の妥当性：
先の段落には、変数を変換すれば、ＡＰ型の集約の問題をクライアント型の集約の問題に置き換えることができ、そして、先行文献において提案されている解決策のうち最適なものを適用することができることが示されている。
【０１１８】
変数変換：
最適化に関する未知の問題を既知の問題に置き換えることを手助けする変数変換は、隣接ＡＰとＡＧＧＲＡＰのクライアントとの間の２ホップリンクの容量（ω’２）を、通信における各ホップの無線容量（ω１１とω１２）に基づいて予測することからなる。すると、
【０１１９】
【数２０】
2014526182.tif 000025
【０１２０】
である。
【０１２１】
各リンクに渡るパケットの伝送時間を測定し、２つのリンクにおける平均容量を求めるためにこれらの時間を加えることによって、変数を変換する。この仮定は理論上は完全に有効だが、我々は、これが我々のプロトタイプであり、クライアントに対するパケットの再送信の前にＡＧＧＲＡＰにおいて行われるパケットの処理時間またはバッファリングが、ω２に影響しないことを確かめる必要がある。
【０１２２】
この目的のため、８０２．１１ｇのＡＰのすべての通信速度について、ω１２を測定した。これは、より低い容量を有しかつより離れた場所にある隣接ＡＰを有することの影響をシミュレートする。ω１２を測定するために、クライアントモードの仮想化インタフェースを１つだけ用いることによって、隣接ＡＰとＡＧＧＲＡＰとの間における５０秒のｉｐｅｒｆ試験を５回行った。
【０１２３】
ＡＰインタフェースに費やされる時間の割合を変化させ、ＡＧＧＡＰの中継容量もまた測定した。これらの各試験における中継容量の最大値は、実験的なω’２に相当する。加えて、ω１１＝２２．２Ｍｂｐｓを測定し、各実験に対する予測ω’２を計算する。
【０１２４】
切り替え無し時に推測された値は、チャネル切り替え時に実際に減少する。そして今、
【０１２５】
【数２１】
2014526182.tif 000026
【０１２６】
である。ここで、γ＝０：８は、実験的なω’２と予測ω’２との比率を考慮した定数である。それから、変数の変換によって、ＡＧＧＲＡＰの定式化を、クライアント型のバックホール集約システムに置き換えることが分かる。
【０１２７】
公平性：
ＡＰ型の集約の問題を、クライアント型の集約の問題に置き換えれば、文献［１，３］において既に追究された同一の目標を最適化する可能性が提供される。しかし、ネットワークの異なる点において最適化計算を行うと、最終結果も若干変わってくる。クライアント型のソリューションは、Kandulaらにおける個々の最大スループット、または、Giustinianoらにおけるクライアントごとの公平性を、最適化した。しかし、ＡＰ型のソリューションでは、ＡＰのクライアントに対して届くＡＰの最大スループット、または、ＡＰごとの公平性、を最適化することができる。
【０１２８】
ノートパソコン１がＡＧＧＲＡＰ１に接続し、ノートパソコン２およびアンドロイドフォンがＡＧＧＲＡＰ３に接続し、各バックホールの容量が３Ｍｂｐｓである図７に示すネットワーク構成を想定する。すべてのＡＰは最大無線容量が２０Ｍｂｐｓの状態で互いの通信圏にあり、クライアントは同じ無線容量で自身のＡＰと通信する。次に、ノートパソコン１とアンドロイドフォンは、自身が用いているバックホールごとに５つのＴＣＰ下りフローをオープンし、一方、ノートパソコン２は、バックホールごとに１つのみのＴＣＰ下りフローをオープンした実験を行う。ＡＧＧＲＡＰ１およびＡＧＧＲＡＰ３は、それぞれのクライアントの合計に対して同じ帯域を提供するが、アンドロイドフォンは、ＡＧＧＲＡＰ３が提供する４．５Ｍｂｐｓという多くの分け前を取得することが観察される。なぜなら、各無線リンクにおいて得られるスループットが、クライアントの代わりにＡＰによって制御されるからである。さらに、ＡＧＧＲＡＰ３の集約容量の共有は、フローごとの公平性を提供するＴＣＰ混雑制御によって制御される。
【０１２９】
集約容量：
ＡＧＧＲＡＰの最大集約容量を調べるために、図８（ｂ）に示すネットワーク網を用いた。ホームバックホールの容量を３Ｍｂｐｓに設定し、そして、５４Ｍｂｐｓで送信している完璧な状態のチャネルを有する隣接ＡＰから集約できる最大の帯域がいくらであるかを探求した。この例では、ＡＧＧＲＡＰは、合計９．９Ｍｂｐｓのスループットを自身のクライアントに提供する：このうちの３Ｍｂｐｓはホームバックホールからのスループットであり、残りの６．９Ｍｂｐｓは隣接ＡＰから集めたスループットである。ＡＧＧＲＡＰの動作点は、隣接ＡＰから帯域を集めるために時間の４０％を費やし、かつ、集約されたスループットを自身のクライアントに与えるための残りの６０％を費やすことである。
【０１３０】
クライアント型の帯域集約対ＡＰ型の帯域集約：
いくつかの実施形態では、シングルラジオのＡＰを用いて帯域を集約することは技術的に可能であり。これが各種のＷｉＦｉのクライアントにとって有益であることが分かる。マルチホップの無線リンクが現れると、その結果としてネットワークの構造が複雑になってしまう。このため、ＡＧＧＲＡＰを用いるべきか判断するには、ＡＧＧＲＡＰを用いるときに何が欠点であるのかを解析し、その有効性を検証するためにその潜在的な利益を定量化することが必要である。
【０１３１】
両者のシステムを分かりやすく比較するために、近似計算によって解決できる場合に各システムが集約できる最大の帯域を解析的に算出する。選択されるその場合とは、ホームＡＰと同じ品質（ω２＝ω１２）で隣接ＡＰを感知できる１つのクライアントである。図８は、比較のために選択される、クライアント型のソリューションおよびＡＰ型のソリューションのネットワーク構成の別の実施形態を示す。
【０１３２】
すべてのバックホールが同じ：
各ＡＰが６Ｍｂｐｓの有線バックホールに接続されることを考慮して、クライアント型のソリューションが異なる無線容量に提供できるスループットを図９（ａ）に示す。図９（ａ）および図９（ｂ）を比較すると、クライアント型のソリューションは、より広範囲の無線チャネルの容量のために、利用可能な１２Ｍｂｐｓのバックホールリンクを完全に集約することができることが観察できる。
【０１３３】
両システム間におけるもう１つの相違は、これらの図に、クライアント型はより良い品質のＡＰは好まず、一方、ＡＰ型のソリューションは、選択されるＡＰの賢明な決定に結びつくこととして示す。このことは、図９（ａ）が線対称であるのに対して図９（ｂ）はそうではないことから分かる。したがって、ホームＡＰの無線容量が非常に低ければ、クライアントは、隣接ＡＰへのリンクのチャネルの品質に関わらず、その容量を最大限取得する。
【０１３４】
異なるバックホール：
次に、前述したものと同じ筋書きに注目すると、ホームバックホールのためのバックホールリンク容量は１Ｍｂｐｓであり、隣接バックホールリンクのそれは１０Ｍｂｐｓである。
【０１３５】
図１０（ａ）は、クライアント型のソリューションの結果を示し、一方、図１０（ｂ）は、ＡＧＧＲＡＰが自身のクライアントに提供するスループットを示す。二つのシステムの結果を比較すると、次のことが分かる：
・クライアント型のソリューションでは、０．５Ｍｂｐｓだけ高いスループットが得られる。
【０１３６】
・ＡＧＧＲＡＰは、二つの無線リンクのうち１つに欠陥がある場合、集約できない。
【０１３７】
・クライアント型のソリューションは、帯域を集めるために隣接ＡＰを選択する。
【０１３８】
・無集約に対して、ω１２＞５Ｍｂｐｓの場合、ＡＧＧＲＡＰは、少なくとも４倍以上のスループットを自身のクライアントに提供する。
【０１３９】
この筋書きでは、ホームバックホールは、全体の容量の９％に貢献する。すると、この容量を取得する利点は、隣接容量に比べて最小である。この状況の結果は、隣接ＡＰへのリンクが、ホームバックホールよりも高い容量を提供するとき、隣接ＡＰに接続することによって最大のスループットが得られることである。利用者は家にいる時、ホームＡＰを用い、容量の不均衡にかかわらず可能な限り集約する。それにも関わらずこの筋書きは、利用者が家にいないときにおけるＡＰ選択アルゴリズムの重要性を示す。
【０１４０】
ホームバックホールの容量をさらに減らすと、ＡＧＧＲＡＰは、隣接ＡＰとの中継点として動作する状況が生じる。ホームＡＰが、隣接ＡＰとクライアントとの間にある場合、このクライアントは、隣接ＡＰに直接接続しようとするよりも、ホームＡＰを中継機器として用いることによって、より高いスループットを得ることができる。
【０１４１】
本発明は、従来のＷｉＦｉ帯域集約ソリューションの根本的な問題：クライアントを改造する必要があるため設備費用が法外に高くなることを指摘する。これらのソリューションの潜在能力を解き放つため、本発明は、ＡＰのみに改造が必要なクライアント型のソリューションの利点が得られるシステムを提供しかつ実装する。そのようなシステムの定式化が、元の問題の定義の変形であり、それを実現するための機構（ＡＧＧＲＡＰ）を提案するために示される。クライアント型のソリューションの性能を有するＡＧＧＲＡＰの性能が比較され、より効率の低い集約帯域ではあるが、前者では依然として実質的なスループットの向上があることが示される。ＡＧＧＲＡＰによって、さらに、様々な未改造のＷｉＦｉ装置（たとえばノートパソコンおよび異なるアンドロイドフォン）に対するスループットが増加する。
【０１４２】
当業者は、添付する請求項に定義されている発明の趣旨から逸脱しない範囲で、前述した実施形態を変更したり改造したりすることが可能である。
【０１４３】
頭文字
ＡＤＳＬ  非対称型デジタル加入者回線
ＡＰ  アクセスポイント
ＮＡＶ  ネットワーク割り当てベクトル
ＴＤＭＡ  時分割多元接続
ＷＩＦＩ  ワイアレスフィディリティー
ＷＬＡＮ  無線ローカルエリアネットワーク
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】無線のクライアントのＴＤＭＡ集約周期の例である。
【図２】無線のＡＰのＴＤＭＡ集約周期の例である。
【図３】本発明に係る帯域の集約方法の態様である。第２のクライアントがＡＰに接続してネットワークの接続形態が変わるとき、１つのクライアントが３つのＡＰから集約帯域を取得する。
【図４】３つのＡＰおよび１つのクライアントがある場合の帯域集約方法の実施形態である。
【図５】各バックホールリンクに対応する重畳無線チャネルの実施形態を示す。
【図６】中継容量と単一ホップリンク容量との比較である。
【図７】本発明に係る公平性実験のネットワーク構成の実施形態である。
【図８】クライアント型のソリューションおよびＡＰ型のソリューションのネットワーク構成の実施形態である。
【図９】一実施形態に基づく、６Ｍｂｐｓのホームバックホールおよび隣接バックホールにおけるクライアント型のソリューションおよびＡＰ型のソリューションの集約容量の例を示す。
【図１０】一実施形態に基づく、１Ｍｂｐｓのホームバックホールかつ１０Ｍｂｐｓの隣接バックホールにおけるクライアント型のソリューションおよびＡＰ型のソリューションの集約容量の例を示す。
【図１】
2014526182.tif 000027
【図２】
2014526182.tif 000028
【図３】
2014526182.tif 000029
【図４】
2014526182.tif 000030
【図５】
2014526182.tif 000031
【図６】
2014526182.tif 000032
【図７】
2014526182.tif 000033
【図８】
2014526182.tif 000034
【図９】
2014526182.tif 000035
【図１０】
2014526182.tif 000036
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月24日(2014.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセスポイントにおける帯域集約のための方法であって、
少なくとも１つの無線クライアント装置と、対応する専属のアクセスポイントとの通信を接続能力を介して提供する工程と、複数の隣接アクセスポイントの位置を特定しかつ認識する工程とを含み、
上記専属のアクセスポイントによって、規定の不在期間を、上記専属のアクセスポイントが通信を提供する少なくとも１つの無線クライアント装置に通知する工程ａ）と、
上記規定の不在期間の間、上記専属のアクセスポイントが、前記複数の隣接アクセスポイントのうちの少なくとも第２のアクセスポイントに対するクライアントになる工程ｂ）と、
クライアントとしての上記専属のアクセスポイントによって、上記少なくとも第２のアクセスポイントのバックホール帯域に相当するバックホールデータを受信し、かつ、上記少なくとも第２のアクセスポイントから受信した上記バックホールデータを、自身のバックホールデータに集約する工程ｃ）と、
上記専属のアクセスポイントによって、上記規定の不在期間が過ぎた後、上記集約されたバックホールデータを上記少なくとも１つの無線クライアント装置に送信する工程ｄ）とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
上記専属のアクセスポイントが、シングルラジオアクセスポイントのソリューションを用いることによって、上記接続能力および上記帯域集約を行う工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記専属のアクセスポイントによって行われる上記帯域集約が、上記少なくとも第２のアクセスポイントにおける余分な帯域を集約することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
上記帯域の集約が、関与する上記アクセスポイントのチャネルの動作に関わらず行われる工程をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
上記工程ｄ）は、上記規定の不在期間が過ぎた直後に行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記アクセスポイント間の上記接続能力は、上記アクセスポイントが互いの通信圏にあれば行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
上記規定の不在期間は、上記少なくとも１つの無線クライアント装置と上記専属のアクセスポイントとの対応付けが持続される値を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記不在期間の値はネットワーク割り当てベクトル（ＮＡＶ）を用いて算出され、かつ、上記不在期間の値は最大で３２ミリ秒間であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
上記工程ｂ）は、上記専属のアクセスポイントのバックホール帯域の利用がその８０％を超えたときに行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
適切な時分割多元接続（ＴＤＭＡ）のスケジュールの編成を実現するために、上記専属のアクセスポイントが、上記少なくとも第２のアクセスポイントへ、上記バックホールの帯域の容量と、集約に利用可能なそれらのスロープットとを、ビーコンフレームを通して通知する工程をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
上記バックホール帯域における余分な容量が補助に用いられることを保証するために、上記専属のアクセスポイントにおける上記少なくとも１つの無線クライアント装置から出来ているトラフィックを優先させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記バックホールの帯域集が、上記アクセスポイント間における均等かつ公平な共有を保証することによって行われることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
アクセスポイントにおける帯域集約を行うためのシステムであって、
少なくとも１つの無線クライアント装置と、上記無線クライアント装置が通信を確立する専属のアクセスポイントとを備え、
上記少なくとも１つの専属のアクセスポイントは、隣接アクセスポイントの位置を特定しかつ認識する接続能力を有し、
上記専属のアクセスポイントが、
上記少なくとも１つの無線クライアント装置に上記通信を提供する通常のアクセスポイントとして動作し、
上記複数のアクセスポイントのうちの少なくとも第２のアクセスポイントのクライアントとして動作するとき、規定の不在期間を、自身が通信を提供する少なくとも１つの無線クライアント装置に通知し、
上記少なくとも第２のアクセスポイントのバックホール帯域に相当するバックホールデータを受信し、かつ、上記少なくとも第２のアクセスポイントから受信した上記バックホールデータを、自身のバックホールデータに集約し、かつ、
上記規定の不在期間が過ぎた後、上記集約されたバックホールデータを上記少なくとも１つの無線クライアント装置に送信するように構成されている手段を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
アクセスポイント間の通信、および、アクセスポイントと無線クライアント装置との間の通信が、シングルラジオアクセスポイントによるソリューションによって確立され、
上記シングルラジオアクセスポイントのソリューションは、上記専属のアクセスポイントに位置し、
上記シングルラジオアクセスポイントのソリューションにおいて、各アクセスポイントは、それぞれ異なる通信チャネルまたは同一の通信チャネルに位置することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
上記シングルラジオアクセスポイントのソリューションにおいて、上記少なくとも１つの無線クライアント装置は上記通信中に改造されないままであることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は一般的に、第１の局面において、クライアントの接続速度を上げるために、シングルラジオのアクセスポイントを活用したソリューションを用いることによってアクセスポイントにおいて行われる、当該アクセスポイントにおける帯域集約のための方法に関する。
【０００２】
本発明の第２の局面は、クライアントの接続速度を向上させるための、帯域集約のためのシングルラジオアクセスポイント実装システムに関する。このシステムは、第１の局面に係る方法を実行するように構成されている。
【０００３】
〔背景技術〕
ここ十年間、ｘＤＳＬ、ファイバートゥザホーム（ＦＴＴＨ）、またはケーブルなどの新規なネットワークのおかげで、インターネットへのアクセス速度が著しく向上している。これらの技術の中で最も普及しているのは、電話線が正常に動作していればＤＳＬＡＭ（デジタル加入者線アクセス多重化装置）の近くにいる利用者が最大で５０Ｍｂｐｓもの速度を得ることができるｘＤＳＬである。しかし、実際には、インターネットへのアクセス速度は多くの地域において依然として低い（たとえば５Ｍｂｐｓ未満）。
【０００４】
無線バックホールの帯域を集約させる工程が、既存のネットワーク構成を極力変えずに利用者の接続速度を向上させるための技術として提案されている［３，１］。加えて、ＦＯＮなどの商業的な事業は、利用者が自身の家から離れた場所にいても、共同体のアクセスポイント（ＡＰ）の近くにいればインターネットに接続できるようになるような、全国規模のＷｉＦｉ共有共同体を形成しようとしている。有線またはセルラ方式の無線ネットワークを運営しているインターネット接続サービス業者（ＩＳＰ）は、ＷｉＦｉの共有化を、セルラ方式の無線ネットワーク上のデータ通信量が軽減される機会であると見ており、
バックホールの帯域集約は、これらのインターネット接続サービス業者にとって、自らが提供するサービスの質を向上させながら自らのバックホールネットワークを改良するための手段である。
【０００５】
しかし、学問上で案出された概念を商業展開しても、多数の考慮すべき事項が生じる。第１に、全体的なソリューション費用を低く抑えなければならない。それゆえ、高価なハードウェアを追加したり、高度に専門的な装置を必要としたりすることは選択肢に入らない。第２に、ソリューションの実装は複雑過ぎてはならない。したがってソリューションは、最小限の数の装置を改造するものである必要がある。
【０００６】
現在のバックホール帯域集約ソリューション［３，１］では、そのような手法を有効化するために、無線クライアントのドライバを改造する必要がある。各無線クライアントは、仮想化無線カードを備えている必要がある。これは、商業化のためにはスマートフォン、タブレット、ノートパソコンなどのあらゆるＷｉＦｉのクライアント候補のオペレーティングシステムおよび無線ドライバを改造しなければならないことを意味する。誰しも分かることだが、このような改造作業には法外な費用がかかる。
【０００７】
改造しなければならない装置の種類が多すぎる問題は、通常はＩＳＰによって提供されるＡＰなどの一部の種類の装置だけを集約する手法の実装によって解決できる。ところが、シングルラジオ装置を用いて集約を行うための現在の方法は、ＡＰにおいて用いられることを想定していない。ＡＰに二次的なＷｉＦｉラジオを導入すれば、技術的な解決策が得られる可能性があるが、しかしインターネット接続サービス業者が支払う装置のコストが高くなってしまうので、ソリューションを非現実的なものとしてしまう。
【０００８】
これらのクライアント型の最先端の集約手法［１，２，３］もまた、ＡＰの動作周波数に関わらず近くにあるすべてのＡＰにシングルラジオのクライアントが接続できるようにＴＤＭＡ（時分割多元接続）を用いることを提案する。１００ミリ秒の周期で、無線クライアントは、近くにある選択されたすべてのＡＰに総当たり方式で次々に接続する（図１に示す）。８０２．１１の節電形態を用いて、クライアントは、自身が不在であるのでＡＰがクライアント宛てのパケットをバッファリングするように、自身が接続しているＡＰに伝えることができる。このようにして、総当たり方式で現在順番が回ってきているＡＰ以外のすべてのＡＰには、集約中のクライアントがあたかも休止中であるかのように見える。
【０００９】
クライアントは、１つのＡＰに割り当てられた時間を用い終わると、そのＡＰに対し、節電モードになりかつ自身宛てのパケットを必ずバッファリングしなければならないことを通知するためのパケットを送信する。次に、クライアントは、次の順番のＡＰの周波数にＷｉＦｉカードをＴＤＭＡ周期でチューニングし、自身の存在を知らせるためのパケットを送信し、ＡＰがバッファリングしたすべてのパケットを受信する。周波数を切り替えている間、クライアントはデータを送受信できない。この時間は切り替え時間と呼ばれており、最先端のシステムでは１．５ミリ秒である。
【００１０】
クライアントから各ＡＰへのバックホール容量および無線リンク容量は、それぞれ異なる可能性があるので、クライアント型のソリューションでは、各ＡＰに割り当てる時間の割合を最適化する必要がある。［３］では、著者らは、個々のクライアントのスループットを最大化することを提案している。これに対して、［１］では、著者らは、個別のスループットを最大化すると、スループットの配分が甚だしく不公平になる結果となることを示し、かつ、ネットワーク資源の利用と公平性との間の良好な妥協を達成するために、重み付けされた均等な公平性を最大化することを提案している。どちらのシステムでも、各ＡＰから得られるスループットは、ＴＤＭＡ周期においてＡＰに割り当てられる時間によって制御される。なお、クライアントは、隣接ＡＰのバックホール容量をすべて集めることができ、かつ、ＷｉＦｉカードが節電モードになってシステムのエネルギー消費量を減らすことができる余力時間を有することができる可能性がある。
【００１１】
他の既知のバックホール集約ソリューションは、たとえば、米国特許出願公開公報第２００７／０２１７３７３Ａ１号やおよび／または米国特許出願公開公報第２００５／１３５４２２Ａ１号に開示されている。
【００１２】
米国特許出願公開公報第２００７／０２１７３７３Ａ１号は、それぞれが特定のアクセス・ポイントと無線で通信するように構成されている複数のバックホールサイトから第１のバックホールサイトを動的に選択することを含むデータ通信を行うための方法とシステムに関する。アクセスポイントと第１のバックホール・サイトとの間において第１のバックホールのデータストリームを通信する際に用いられる少なくとも１つの送信パラメータは、動的に構成されていてもよい。本発明とは異なり、前述した特許出願に開示されているソリューションは、無線装置に通信を提供する専属のアクセスポイントが、前記無線装置に不在期間について通知することができ、かつ、バックホールデータを集約するために、不在期間の間、少なくとも第二のアクセスポイントのクライアントとして作動することを提供しない。
【００１３】
米国特許出願公開公報第２００５／１３５４２２Ａ１号には、あるアクセスポイントが本発明のように他の複数のアクセスポイントに対するクライアントとして動作することができるネットワーク環境において無線媒体を介して通信を中継するための機構が開示されているが、しかし、本発明とは違い、この動作は各クライアント装置に対する如何なる不在期間通知中にも行われない。
【００１４】
唯一の打開策は、クライアントに一切頼らずに、単純にソフトウェアでＡＰを改造するだけで所望の性能が得られるようなソリューションを開発することである。本発明は、ＡＧＧＲＡＰ、すなわち無線バックホールの集約を商業化できるシングルラジオＡＰを提示する。ＡＧＧＲＡＰは、隣接ＡＰの無線チャネルに関わらず当該ＡＰにおける未使用の容量を集約し、当該集約した容量を既製のクライアントに振り分けることができる。
【００１５】
本発明の貢献は次のように要約できる：１）本発明は、バックホールの帯域を集約する、実用的で費用対効果の高いソリューションを提案する。２）本発明は、自身のクライアントに対してはＡＰとして動作し、隣接ＡＰに対してはクライアントとして動作するシングルラジオＡＰを通じた無線バックホール帯域集約の問題を定式化し、そして、当該問題を、同様の最適化目標を可能とするクライアント型のソリューションに対応させることができることを示す。３）本発明は、ＡＰ型のソリューションおよびクライアント型のソリューションのそれぞれの性能トレードオフを、解析的かつ実験的に評価する。４）本発明はＡＧＧＲＡＰを実装し、ＡＧＧＲＡＰが、隣接バックホール帯域を集約できかつノートパソコンまたはスマートフォンなどの異なるタイプの既製のクライアントのスループットを増やすことができることを示す。
【００１６】
〔発明の説明〕
本発明の目的は、ＡＰを改造するのみでＷｉＦｉバックホール集約を可能とし、かつ、参加中のＡＰの近くにクライアントが位置していれば、無線ハードウェアを追加しなくてもアップロードおよびダウンロードのスループットを増やすことができるソリューションを提供することである。
【００１７】
この目的のため、本発明は、第１の局面では、アクセスポイントにおける帯域集約のための方法であって、この分野において共通するように、少なくとも１つの無線クライアント装置と、対応する専属のアクセスポイントとの通信を接続能力を介して提供する工程と、複数の隣接アクセスポイントの位置を特定しかつ認識する工程とを含む。
【００１８】
既知の提案とは逆に、かつ、特徴的な様式において、上記方法は、
上記専属のアクセスポイントが、規定の不在期間を、上記専属のアクセスポイントが通信を提供する少なくとも１つの無線クライアント装置に通知する工程ａ）と、
上記規定の不在期間の間、上記専属のアクセスポイントが、少なくとも第２のアクセスポイントに対するクライアントになる工程ｂ）と、
クライアントとしての上記専属のアクセスポイントが、上記少なくとも第２のアクセスポイントのバックホール帯域に相当するデータを受信し、かつ、上記少なくとも第２のアクセスポイントから受信した上記バックホールデータを、自身のバックホールデータに集約する工程ｃ）と、
上記専属のアクセスポイントが、上記規定の不在期間が過ぎた後、上記集約されたバックホール帯域データを上記少なくとも１つの無線クライアント装置に送信する工程ｄ）とを含む。
【００１９】
好ましい実施形態では、上記専属のアクセスポイントが、通信範囲内の上記少なくとも第２のアクセスポイントの動作チャネルに関わらず当該少なくとも第２のアクセスポイントの余分な帯域を集約する、シングルラジオアクセスポイントのソリューションを用いることによって、接続および上記帯域集約を行う。
【００２０】
その他の実施形態では、上記専属のアクセスポイントは、上記規定の不在期間が過ぎた直後に、上記１つの無線クライアント装置に上記集約バックホール帯域データを送信するのみである。
【００２１】
上記規定の不在期間は、上記少なくとも１つの無線クライアント装置が上記専属のアクセスポイントとの対応付けを維持するような、ネットワーク割り当てベクトル（ＮＡＶ）を用いることによって算出される値を有する。一実施形態によれば、上記不在期間の値は最大で３２ミリ秒間である。
【００２２】
その他の実施形態では、上記専属のアクセスポイントは、上記専属のアクセスポイントのバックホール帯域の利用がその８０％を超えたときにのみ、上記少なくとも第２のアクセスポイントのクライアントとして動作する。
【００２３】
それから、上記専属のアクセスポイントは、適切な時分割多元接続（ＴＤＭＡ）のスケジュールの編成を実現するために、上記専属のアクセスポイントが、上記少なくとも第２のアクセスポイントに上記バックホールの帯域の容量と集約に利用可能なそれらのスループットとをビーコンフレームを通して通知する。
【００２４】
上記専属のアクセスポイントにおける上記少なくとも１つの無線クライアント装置から出来ているトラフィックが、上記バックホール帯域における余分な容量が補助に用いられることを保証するために優先される。
【００２５】
最後に、上記バックホールの帯域集が、上記アクセスポイント間における均等かつ公平な共有を保証することによって行われる。
【００２６】
本発明の第２の局面は、アクセスポイントにおける帯域集約を行うためのシステムであって、この分野において共通するように、
少なくとも１つの無線クライアント装置と、上記無線クライアント装置が通信を確立する専属のアクセスポイントとを備え、
上記少なくとも１つの専属のアクセスポイントは、隣接アクセスポイントの位置を特定しかつ認識する接続能力を有する。
【００２７】
このシステムにおける特徴的な様式では、上記専属のアクセスポイントが、さらに、上記少なくとも１つの無線クライアント装置に上記通信を提供する通常のアクセスポイントとして動作し、かつ、上記複数のアクセスポイントのうちの少なくとも第２のアクセスポイントの帯域集約を行うために、上記第２のアクセスポイントのクライアントとしても動作するように構成されている。
【００２８】
一実施形態によれば、アクセスポイント間の通信、および、アクセスポイントと無線クライアント装置との間の通信は、シングルラジオアクセスポイントによるソリューションによって確立される。
【００２９】
その他の実施形態よれば、上記シングルラジオアクセスポイントのソリューションは、上記専属のアクセスポイントに位置し、かつ、上記少なくとも第２のアクセスポイントの異なる通信チャネルまたは同一の通信チャネルに位置することができる。
【００３０】
最後に、上記シングルラジオアクセスポイントのソリューションにおいて、上記少なくとも１つの無線クライアント装置は上記通信中に改造されないままである。
【００３１】
〔図面の簡単な説明〕
前述した利点ならびに他の利点および特徴は、例示でありかつ非限定的であると解釈されるべき以下の添付図面を参照して、実施形態に関する次の詳しい説明によって、より理解される。
【００３２】
図１は、無線のクライアントのＴＤＭＡ集約周期の例である。
【００３３】
図２は、無線ＡＰのＴＤＭＡ集約周期の例である。
【００３４】
図３は、本発明に係る帯域の集約方法の態様である。第２のクライアントがＡＰに接続してネットワークの接続形態が変わるとき、１つのクライアントが３つのＡＰから集約帯域を取得する。
【００３５】
図４は、３つのＡＰおよび１つのクライアントがある場合の帯域集約方法の実施形態である。
【００３６】
図５は、各バックホールリンクに対応する重畳無線チャネルの実施形態を示す。
【００３７】
図６は、中継容量と単一ホップリンク容量との比較である。
【００３８】
図７は、本発明に係る公平性実験のネットワーク構成の実施形態である。
【００３９】
図８は、クライアント型のソリューションおよびＡＰ型のソリューションのネットワーク構成の実施形態である。
【００４０】
図９は、一実施形態に基づく、６Ｍｂｐｓのホームバックホールおよび隣接バックホールにおけるクライアント型のソリューションおよびＡＰ型のソリューションの集約容量の例を示す。
【００４１】
図１０は、一実施形態に基づく、１Ｍｂｐｓのホームバックホールかつ１０Ｍｂｐｓの隣接バックホールにおけるクライアント型のソリューションおよびＡＰ型のソリューションの集約容量の例を示す。
【００４２】
〔いくつかの実施形態の詳細な説明〕
本発明の目的は、ＷｉＦｉバックホール集約が可能なソリューションを提供することである。この目的のため、ソリューションは次の４つの要件を満たす：
シングルラジオＡＰ：ソリューションは、既存ハードウェアのコストを上昇させてはならない。
【００４３】
未改造のＷｉＦｉクライアント：すべての種類の装置に対して集約できるように、既存のＷｉＦｉクライアントを改造する必要がないようにする。
【００４４】
一定水準のオーバーヘッド：ＷｉＦｉ集約の対象は第１のＡＰのすぐの隣接物に限る。すなわち、２つ以上の無線ホップを通過する接続は導入しない。
【００４５】
所有者の装置に主に貢献するバックホール接続：ＡＧＧＲＡＰは隣接ＡＰから未使用帯域のみを集約する。
【００４６】
高次元の設計は、加入者が、共有方式に参加している如何なるＡＰにも接続できる共同体のそれである。ＦＯＮ［６］などの従来のＷｉＦｉ共有方式を超えて、本発明の設計では、参加中のＡＰに、利用者のみならず、追加のバックホール容量を利用するために、他のＡＰも接続できる。したがって、ＡＧＧＲＡＰは、二つのモードを切り替えられるように設計されている：ｉ）クライアントにサービスするモードと、ｉｉ）クライアントへの上り回線および下り回線のスループットを増やすために、参加中の他のＡＰのクライアントとして動作するモードとである。後者の機能は、第１のＡＰのバックホールリンクの利用率が８０％を超える場合、すなわち補助が必要になる場合にのみ、始動される。
【００４７】
バックホール帯域集約の全能力を引き出すために、ＡＧＧＲＡＰは、異なるチャネルにおいて動作するＡＰのクライアントとして機能できなければならない。要件の１つがシングルラジオＡＰを有することであるため、ＡＧＧＲＡＰを異なる周波数においてＡＰに接続させることは、以下に言及するように挑戦的なものである。
【００４８】
隣接ＡＰのチャネルに関わらずシングルラジオＡＰを用いて帯域を集約するには、クライアント型のソリューションで用いられるＴＤＭＡ周期を、ＡＰの機能に対応するように調整しなければならない（図２に示す）。このため、スケジューリングの決定はより複雑である。さらに本発明は、もう１つの課題、すなわちもしＡＧＧＲＡＰが他のＡＰのバックホールリンクを利用するために自身の周波数から離れれば、クライアントから発信されたパケットを紛失する上に、クライアントとの接続を切断しかねない課題を、解決する必要がある。従来のクライアント型のシステムでは、クライアントは、節電モードに切り替わる等の理由でしばらく不在になり、ＡＰはパケットをバッファリングして後で自身に送信できるようにすべきであることを、ＡＰに対して通知できるので、後者の問題は従来のクライアント型のシステムには存在しない。しかし、対応するクライアントが存在する場合には常に起動された状態になっていることが前提のＡＰには、そのような機能はない。本発明は、ネットワーク割り当てベクトル（ＮＡＶ）を用いてこの問題点を解決する。
【００４９】
ＮＡＶは、各８０２．１１装置が有するカウンタであり、前の送信が完了するために必要な時間を示す。如何なる８０２．１１装置も、パケットの送信前に、パケットの送信にどれだけの時間を要するかを伝送速度とパケット長に基づいて予測し、その値をパケットのＭＡＣヘッダの期間フィールドに書き込む。近くにある他の装置は、受信パケットの期間フィールドに基づき各自のＮＡＶを更新する。こうすれば、如何なる８０２．１１装置も、送信が完了するまで媒体にアクセスしようとしない。ＡＧＧＲＡＰは、自身が自身のＡＰのチャネルから不在である時間量のチャネルを確保するために、ＮＡＶを用いる。そして、主要な動作チャネルから離れる前に、パケットを、ＡＧＧＲＡＰが他のすべてのＡＰのクライアントとして動作する時間と同じ期間フィールドを有するダミーＭＡＣアドレスに送信する（もし、チャネル確保パケットがＡＧＧＲＡＰのクライアントの１つに送信されたら、クライアントはパケットの受信終了時に送信を開始する可能性がある）。期間フィールドの最大値は約３２ミリ秒である（期間をマイクロ秒で示すと１５ビット）。
【００５０】
本発明は、現時点で、前述した最初の３つの要件を満たしている。４つ目の要件を満たすために、本発明は、ＡＧＧＲＡＰが、自身のバックホールリンクを８０％よりも多くを用いるときにのみ隣接ＡＰに接続することを保証する。
【００５１】
適切なＴＤＭＡスケジュールが得られるように、ＡＧＧＲＡＰは、ビーコンフレームを通して、自身のバックホールリンクの容量、および、集約可能スループット、すなわち自身の容量のうち自身のクライアントに用いられない部分を通知する。これらの値は、両方ともＭｂｐｓで報告され、加重移動平均を用いて算出され、１秒ごとに更新される。さらに、バックホールリンクの容量のうち余り容量だけが補助に用いられるように、ＡＰにおいてクライアントのトラフィックが優先される。このような優遇は、ＭＡＣアドレスがＡＰを示しているか、クライアントも示しているか、に基づいて行われる。一定時間内に二つの役割を果たすＭＡＣアドレス（たとえばＡＧＧＲＡＰ）は、優先度の低い「クライアント」として分類され、これに対するトラフィックは、集約可能スループットを算出する際に考慮されない。
【００５２】
ＮＡＶを用いてチャネルを確保することは、すべてのクライアントをサイレント状態にさせ、かつ、ＡＧＧＲＡＰのＳＳＩＤにおけるパケットの紛失を防ぐことに効果的な手法である。しかし、この効果はＡＧＧＲＡＰのＷＬＡＮに限らず、同じチャネルを用いている近くの如何なるネットワークをもサイレント状態にしてしまう。したがって、集約中のＡＧＧＲＡＰは、隣接ＷＬＡＮの利用可能な通信時間を減らしてしまう可能性がある。
【００５３】
ＡＰ型の集約が他のネットワークに及ぼす影響は、たとえば、重複ネットワークの数、異なるユーザの高帯域要求タイミング、または、ＡＧＧＲＡＰが他のＡＰから帯域を集める際の時間の割合などの、複数の要素に依存する。全競合ドメインのサイレント状態による潜在的なリソース消失に対する解決策は、ＡＰが一定時間使用不可能になることをＳＳＩＤ内のすべてのクライアントに伝える機能を標準化することである。実際、ＷｉＦｉダイレクトは、ＡＰの節電を可能にするために、この機能を既に規定している。これは、ＷｉＦｉダイレクトにおいて不在通知と呼ばれ、この不在通知によって、８０２．１１装置は、予定された節電期間を通知し合うことができる。なお、この機能は、上り回線のトラフィックを調整することにも役立つ。
【００５４】
図３は、実施形態に基づき、３つの家庭がある場合の高レベル設計を示す。この特定の場合、３つのすべてのＡＧＧＲＡＰが互いの無線通信圏にある。初めに、このネットワークは、自身のホームＡＰ（ＡＰ１）に接続する１つのクライアントを特徴とする。トラフィック要求がバックホールリンク容量を超えると、ＡＰ１は、より多くの容量にアクセスするために、ＡＰ２およびＡＰ３に接続する。ＡＰ１のクライアントは、３つのバックホールリンクの各３Ｍｂｐｓの容量をすべて集約できる。３００秒の時点において、ネットワークに第２のクライアントが登場し、自身のホームＡＰ（ＡＰ３）に接続する。両方のクライアントが、各自のバックホールリンクが提供できるスループットよりも多いスループットを必要とする場合、これらのクライアントはＡＰ２を補助として用いる。このシステムによって、各クライアントはが利用可能な容量を４．５Ｍｂｐｓずつ取得することを可能とする、ＡＰ２のバックホール容量の公平な配分が提供される。
【００５５】
定式化：
【００５６】
【表１】
2014526182.tif 000037
【００５７】
【表２】
2014526182.tif 000038
【００５８】
表１および表２は、本発明に係るＡＰ型の集約システムを定式化する際に用いられる異なる定義を示す。
【００５９】
ＡＧＧＲＡＰは、自身のクライアントがバックホール容量を飽和させるまで、通常のＡＰとして動作する。ＡＧＧＲＡＰの主要なクライアントが自身のバックホール容量を飽和させるとき、すなわちこのクライアントがバックホール容量の８０％よりも多くの容量を用いるとき、ＡＧＧＲＡＰは、追加の容量を提供できる隣接ＡＰをスキャンする。典型的な住宅環境ではクライアントは５Ｍｂｐｓよりも高い無線チャネルを提供する４つあるいは５つのＡＰの近くにいることが［１，１８］に示されているので、ＡＧＧＲＡＰは、利用可能なバックホール容量を有するすべての隣接ＡＰのうち、信号対ノイズの比率（ＳＮＲ）が最も高い４つのＡＰを選択する。ＡＧＧＲＡＰは、自身が７０％未満用いられる時に、隣接ＡＰを補助する。我々は、ＡＧＧＲＡＰが二つのモードの間を行ったり来たりしないように、１０％の余裕を残す。その時点で、各ＡＧＧＲＡＰは、自身のクライアントにサービスすることにどれだけの時間を費やすかを計算し、さらに、いくつのＡＰに追加で接続しかつそれらのＡＰにどれだけの時間接続するのか、計算する必要がある。本発明の手法は、公平性とネットワーク資源の効率的な利用との良い妥協案を提供する、重み付け均等公平性を最適化することを狙ったそのようなスケジュールを考案する。
【００６０】
図４は、３つのＡＰの１つのＡＰのみが、最大速度での接続が必要なクライアントを有する実施形態を示す。各ＡＰはバックホールリンクｂｉに接続し、クライアントは、実行スループットω１１の無線チャネルを有する自身のホームＡＰに接続する。ＡＧＧＲＡＰ１は、隣接する二つのＡＰから容量を取得しようと試み、集約を自身のクライアントに送信する。ＡＧＧＲＡＰ１が、すべてのバックホール容量を自身のクライアントに送信できるようにするためのＡＰとして動作するために必要な時間の割合は次の通りである。
【００６１】
【数１】
2014526182.tif 000039
【００６２】
ここで、ｂｉは、ＡＧＧＲＡＰｉのバックホールの帯域であり、ωｉｊは、ＡＰｉがＡＰｊからデータを受信する際の無線速度であり、ωｉｉは、ＡＰｉが自身のクライアントにデータを送信する際の無線速度を表す。ωｉｊの値は、［１］と同じ以下の処理によって見積もられ、一方、各ＡＰは自身のｂｉを知っている。なお、我々は、無線容量を、１００％の時間ＡＰに接続されるクライアントが８０２．１１を用いて取得するＴＣＰスループットであると考える。
【００６３】
隣接ＡＰから帯域を取得するために必要な時間の割合は、次の通りである。
【００６４】
【数２】
2014526182.tif 000040
【００６５】
ここで、ω１ｊは、ＡＧＧＲＡＰ１がＡＰｊと通信できる無線速度であり、ｆ１ｊは、ＡＧＧＲＡＰ１がＡＰｊのクライアントとして動作する時間の割合である。もし
【００６６】
【数３】
2014526182.tif 000041
【００６７】
であれば、ＡＧＧＲＡＰ１は、すべてのバックホールの帯域を集約して自身のクライアントに送信するために充分な時間を有する。
【００６８】
しかし、無線チャネルの品質およびバックホールリンクの容量によっては、ＡＧＧＲＡＰが、利用可能なすべての容量を必ずしも集約できないこともある。このような場合ＡＰ間における重み付け均等公平スループット配分を実現するための時間割り当てを最適化する必要がある。そこで、ｆｉｊの割り当てに関する問題を定式化すると、ｆｉｉ（ＡＧＧＲＡＰｉが自身のクライアントのＡＰとして動作する時間）が、
【００６９】
【数４】
2014526182.tif 000042
【００７０】
より小さくてはならず、かつ、ｆｉｉには、他のＡＰから収集されたデータを送信するために必要な時間（すなわちＡＰ２についての
【００７１】
【数５】
2014526182.tif 000043
【００７２】
）を加味しなければならないことが分かる。するとｆｉｉは次を満たす：
【００７３】
【数６】
2014526182.tif 000044
【００７４】
ここで、 
【００７５】
【数７】
2014526182.tif 000045
【００７６】
は、ＡＰｊから取得できるデータを送信するために必要な時間の割合をモデル化する。
【００７７】
【数８】
2014526182.tif 000046
【００７８】
によって課される制限は、ＡＧＧＲＡＰｉがすべてのバックホールデータを集約して送信するために充分な時間がある場合にのみ適用される。他のすべての場合、ＡＰｊから取得できる帯域量は、リンクとその容量（
【００７９】
【数９】
2014526182.tif 000047
【００８０】
）との掛け合わせを用いて、時間の割合によって与えられる。さらに次の通りである。
【００８１】
【数１０】
2014526182.tif 000048
【００８２】
上述した問題には閉じた解はない。しかし、ＡＧＧＲＡＰにおける
【００８３】
【数１１】
2014526182.tif 000049
【００８４】
割り当ての問題を、［１］において解決されたクライアントによる無線のバックホールの集約についての問題に置き換えることができる。
【００８５】
図５は、３つの帯域供給源が利用可能なときに如何にして送信時間データフローを割り当てるかを示す。この場合、本発明は、バックホールリンクごとの重畳無線チャネルを規定し、ある重畳チャネルを通じてデータを送信するために必要な時間の割合は、次の比率で表される。
【００８６】
【数１２】
2014526182.tif 000050
【００８７】
ここで、ｂｉは利用可能なバックホールの帯域であり、ω’ｉは重畳チャネルの無線容量である。図４および図５を比較すると、
【００８８】
【数１３】
2014526182.tif 000051
【００８９】
であり、ω’Ｉ＝ω１１であることが分かる。それにも関わらず、
【００９０】
【数１４】
2014526182.tif 000052
【００９１】
を算出するには、ω’２を求める必要がある。ここで、ω’２は、容量ｂ２のバックホールリンクを無線クライアントに繋ぐチャネルの無線容量をモデル化する必要がある。それから、ω’２は、両ホップを介してサイズＰのパケットを送信するために必要な時間を用いて求めることができる：
【００９２】
【数１５】
2014526182.tif 000053
【００９３】
すると、
【００９４】
【数１６】
2014526182.tif 000054
【００９５】
である。
【００９６】
同じ工程をω’３についても行うと、バックホール帯域集約の問題を、すべてのクライアントにスループットを公平に分配するための、［１］と同じ制約を有するｆ’１、ｆ’２、およびｆ’３の割り当てに軽減することができる。
【００９７】
各帯域供給源の時間の割合がいったん計算されると、これらの値を、ＡＧＧＲＡＰが実際に用いる時間の割合（ｆ１１，ｆ１２，ｆ１３）に置き換える必要がある。
【００９８】
前に行われた表記の変更から、ｆ’１は、ＡＧＧＲＡＰ１が自身のクライアントにｂｉを送信するために必要な時間に相当するが、ＡＧＧＲＡＰ１が隣接ＡＰから集約できるデータを送信するために必要な時間は含まないことが明らかになりうる。そして、ｆ’２は、帯域をｂ２からＡＧＧＲＡＰ１に送信し、さらにＡＧＧＲＡＰ１からＡＧＧＲＡＰ１のクライアントに送信するために必要な、ｆ１２をｆ１１の一部と足し合わせて得られる時間の割合に相当する。データをＡＰ２からＡＰ１に送信するために必要な時間の割合に注目すると、ｆ１２およびｆ’２間の置き換えは、ω１１およびω１２が与えられた二つのリンクのそれぞれにおいてサイズＰのパケットが過ごす時間の割合から判明し得る。
【００９９】
【数１７】
2014526182.tif 000055
【０１００】
すると 
【０１０１】
【数１８】
2014526182.tif 000056
【０１０２】
であり、かつ、
【０１０３】
【数１９】
2014526182.tif 000057
【０１０４】
である。
【０１０５】
表３は、３つのバックホールリンクの容量がすべてｂｉ＝１Ｍｂｐｓであることを考慮した、図４に示す実施形態のためのｆ’Ｉおよびω’Ｉの値を示す。重畳チャネルから実際の無線チャネルに変換すると、ｆｉｊの値は、数式（１）および（２）から算出できる値と同じであることが分かる。
【０１０６】
ＡＧＧＲＡＰがすべてのバックホールの帯域を集約できるので、この実施形態を解決するために変数変換を用いる必要はない。しかし、ＡＧＧＲＡＰが、バックホール容量を均等かつ公平に配分するために、隣接ＡＰの中から最適な時間割り当てを選択する必要がある場合には、重畳無線チャネルを用いれば、変数の再帰的定義に関する問題を、既知の解決策［３，１］に置き換えることができる。ＡＧＧＲＡＰは、［１］に記述された解決策を用いて、巻末に要約される、重み付け均等公平スループット配分を選択する。
【０１０７】
【表３】
2014526182.tif 000058
【０１０８】
実験的評価：
本章には、既製のハードウェアにおけるＡＧＧＲＡＰの実装、および、小規模な試験設備におけるＡＧＧＲＡＰの性能について手短に説明する。この評価は、ｉ）クライアントにサービスを提供し、かつ、クライアント自身としても動作するＡＰを用いた性能の意味、ｉｉ）前述したように問題を再構築する際の正確性の検証、およびｉｉｉ）現実環境におけるＡＧＧＲＡＰの性能利得に焦点を合わせる。本実験は、事務所環境においてノートパソコンおよびアンドロイドフォンなどの既成のハードウェアを用いて行われた。
【０１０９】
実装：
ＡＧＧＲＡＰを、リナックスカーネル２．６．３２、および、ａｔｈ９ｋリナックスドライバによって制御されるアセロス８０２．１１  ＰＣＩ  Ｅｘｐｒｅｓｓカードを備えたデスクトップコンピュータに実装した。ｃｏｍｐａｔ−ｗｉｒｅｌｅｓｓ−２．６．３２のａｔｈ９ｋコードには、マルチチャネル仮想化が初期設定されている。このコードを、ＴＤＭＡスケジュール編成を行いつつ、それに伴う性能の低下を極力避けるように改造した。
【０１１０】
・切り替えを行う直前に送信されたパケットが、ＡＧＧＲＡＰが節電モードに移行しようとすることを示すものであったことを制御するために、ｉ）まず上層の待ち行列を停止し、次に切り替え工程を開始し、ｉｉ）そして、ハードウェア待ち行列の数を「４」から「１」に減らした。待ち行列の数が「４」であることは、無線のマルチメディア拡張機能（ＷＭＥ）を用いるようにすることである。
【０１１１】
・切り替えイベントの正確性を向上させるために、ハードウェアの待ち行列長を減らした。
【０１１２】
さらに、動作チャネルから消えることをクライアントから隠すためにＡＧＧＲＡＰが自身の競合ドメインをサイレント状態にするサイレント化機構を実装した。元の設計が必要であることから、クライアントは全く改造しなかったので、ノートパソコンおよびスマートフォンを用いて実験できる。
【０１１３】
実験の設定：
本発明に係る実験設備は、二つのＡＧＧＲＡＰ、１つのＬｉｎｋｓｙｓ  ＷＲＴ５４ＧＬ  ＡＰ、有線ネットワークにおいてサーバとして機能する３つの機械からなる。ＡＧＧＲＡＰの性能に対する異なるバックホール容量の影響を研究するため、ＡＰｓの伝送率を変えた。主要なスループット実験を行うために、ｕｂｕｎｔｕ  ８．０４（リナックスカーネル２．６．２４）を搭載したＤｅｌｌノートパソコン（ｌａｔｉｔｕｄｅ  Ｄ６２０）を、ＡＧＧＲＡＰに接続させるために用いた。さらに、アンドロイドフォン（たとえば、ＨＴＣ  Ｎｅｘｕｓ  Ｏｎｅおよびサムスン  Ｇａｌａｘｙ  ＳＩＩを用いて実験した）を、ＡＧＧＲＡＰに接続させることに試し、ノートパソコンを用いた実験で得られた性能と同じ性能を得た。各手法において達成されるスループットを測定するために、下りリンクＩｐｅｒｆ［５］  ＴＣＰ接続を用いた。実験設備に属しないネットワークからの干渉を防ぐために、すべての実験を夜間に行った。
【０１１４】
シングルラジオの多重チャネル仮想化：
ＡＧＧＲＡＰに関する包括的な評価の前に、仮想インタフェースの１つがＡＰとして動作するときに、シングルラジオ多重チャネル仮想化が何らかのオーバーヘッドを引き起こすか否かを評価する必要がある。この目的のために、１つのＡＧＧＲＡＰがＡＰとして動作し、かつ、このＡＧＧＲＡＰが隣接ＡＰのクライアントとしても動作する、図８（ｂ）に示すネットワークを構築した。ＡＧＧＲＡＰは、チャネル１（２．４１２ＧＨｚ）においてＡＰとして動作し、一方、隣接ＡＰは、チャネル５（２．４３２ＧＨｚ）に設定した。このネットワーク形態を用いて、インタフェースに割り当てられた時間の割合に依存して各インタフェースにおいて得られるスループットの評価を示すために、１つ目の実験を行った。この実験では、二つのＴＣＰ接続、ｉ）１つは、ＡＧＧＲＡＰからそのクライアントへの接続、および、ｉｉ）１つは、隣接ＡＰのバックホールからのＡＧＧＲＡＰへの接続、を同時に開始させた。ＡＰのバックホール容量には何の制限も加えず、それゆえＷｉＦｉネットワークのみを検証することができた。すべてのＡＰは、８０２．１１ｇにおいて可能な最大物理層通信速度（すなわち５４Ｍｂｐｓ）で通信する。
【０１１５】
図６は、実験結果を示す。「ホームスループット」は、ＡＧＧＲＡＰとそのクライアントとの間のリンクにおいて帯域であり、「借りたスループット」は、ＡＧＧＲＡＰが隣接ＡＰを用いることによって得られる帯域である。図６において「集約されたスループット」と表記されている線は、「ホームスループット」および「借りたスループット」の合計であり、これは無線カードの全体的な使用を示す。
【０１１６】
図６は、ＡＰが自身のクライアントへのトラフィックに費やす時間の割合に応じてホームスループットが直線的に増加することを示す。ＡＰのバックホール容量には制限が加えられていないので、これは予想されることである。同様に、ＡＰモードにおける時間の割合が増えるにつれて、本発明は、ＡＰが隣接ＡＰから受信するトラフィックを効果的に減少させる。さらに重要なのは、二つの計量を足し合わせると、異なるどの実験においても集約スループットが常にほぼ一定であることであり、このことは、ＡＰからクライアントへの切り替えに伴って生じるオーバーヘッド負荷が一定であり、全体の集約スループットに３．２Ｍｂｐｓだけ影響するにすぎないことを示す。本発明の実装では、１つの仮想インタフェースから、異なる周波数で動作する他のインタフェースに切り替えるのに必要な時間は、１．５ミリ秒である。しかし、周波数を切り替えて、自身が節電モードから復帰したことを隣接ＡＰに伝えるパケットを送信した後、カードがデータを全く送信しない期間がある、ことが見られる。この期間は平均して６ミリ秒間であり、ドライバ（ａｔｈ９ｋ）待ち行列と、より上位の層（ｍａｃ８０２１１）との間の相互作用の仕組みが原因で生じる。見られるように、ＴＤＭＡ周期が１００ミリ秒の場合、切り替えの影響は、切り替えない場合の８０２．１１容量の１５％である。
【０１１７】
隣接ＡＰからクライアントまでの２ホップ通信の存在下では、ホームスループットと「借りたスループット」の最小値出るスループットを観察することが期待できる。本発明は、そのような接続をネットワーク越しに（今回は分離して）インスタンス化し、ホームＡＰが自身のクライアントにサービスを提供するために費やす時間を変化させた。結果は、中継スループットとしてプロットされた。実際、線は、ホームスループットと借りたスループットとの最小値をよく描く。
【０１１８】
最後に、チャネル切り替えを行っているときの無線カードの合計使用量は、最大で１９Ｍｂｐｓに達することが観察される。この値は、実際は、ω１−切り替え＝０：８６×ω１１−切り替えなしである。これは、チャネル切り替えオーバーヘッドの影響を示す。
【０１１９】
したがって、異なる周波数でＡＰとしてもクライアントとしても動作するＷｉＦｉカードの仮想化は、本発明の実装において規定される振る舞いに繋がる。
【０１２０】
定式化の妥当性：
先の段落には、変数を変換すれば、ＡＰ型の集約の問題をクライアント型の集約の問題に置き換えることができ、そして、先行文献において提案されている解決策のうち最適なものを適用することができることが示されている。
【０１２１】
変数変換：
最適化に関する未知の問題を既知の問題に置き換えることを手助けする変数変換は、隣接ＡＰとＡＧＧＲＡＰのクライアントとの間の２ホップリンクの容量（ω’２）を、通信における各ホップの無線容量（ω１１とω１２）に基づいて予測することからなる。すると、
【０１２２】
【数２０】
2014526182.tif 000059
【０１２３】
である。
【０１２４】
各リンクに渡るパケットの伝送時間を測定し、２つのリンクにおける平均容量を求めるためにこれらの時間を加えることによって、変数を変換する。この仮定は理論上は完全に有効だが、我々は、これが我々のプロトタイプであり、クライアントに対するパケットの再送信の前にＡＧＧＲＡＰにおいて行われるパケットの処理時間またはバッファリングが、ω２に影響しないことを確かめる必要がある。
【０１２５】
この目的のため、８０２．１１ｇのＡＰのすべての通信速度について、ω１２を測定した。これは、より低い容量を有しかつより離れた場所にある隣接ＡＰを有することの影響をシミュレートする。ω１２を測定するために、クライアントモードの仮想化インタフェースを１つだけ用いることによって、隣接ＡＰとＡＧＧＲＡＰとの間における５０秒のｉｐｅｒｆ試験を５回行った。
【０１２６】
ＡＰインタフェースに費やされる時間の割合を変化させ、ＡＧＧＡＰの中継容量もまた測定した。これらの各試験における中継容量の最大値は、実験的なω’２に相当する。加えて、ω１１＝２２．２Ｍｂｐｓを測定し、各実験に対する予測ω’２を計算する。
【０１２７】
切り替え無し時に推測された値は、チャネル切り替え時に実際に減少する。そして今、
【０１２８】
【数２１】
2014526182.tif 000060
【０１２９】
である。ここで、γ＝０：８は、実験的なω’２と予測ω’２との比率を考慮した定数である。それから、変数の変換によって、ＡＧＧＲＡＰの定式化を、クライアント型のバックホール集約システムに置き換えることが分かる。
【０１３０】
公平性：
ＡＰ型の集約の問題を、クライアント型の集約の問題に置き換えれば、文献［１，３］において既に追究された同一の目標を最適化する可能性が提供される。しかし、ネットワークの異なる点において最適化計算を行うと、最終結果も若干変わってくる。クライアント型のソリューションは、個々の最大スループット［３］、または、クライアントごとの公平性［１］を、最適化した。しかし、ＡＰ型のソリューションでは、ＡＰのクライアントに対して届くＡＰの最大スループット、または、ＡＰごとの公平性、を最適化することができる。
【０１３１】
ノートパソコン１がＡＧＧＲＡＰ１に接続し、ノートパソコン２およびアンドロイドフォンがＡＧＧＲＡＰ３に接続し、各バックホールの容量が３Ｍｂｐｓである図７に示すネットワーク構成を想定する。すべてのＡＰは最大無線容量が２０Ｍｂｐｓの状態で互いの通信圏にあり、クライアントは同じ無線容量で自身のＡＰと通信する。次に、ノートパソコン１とアンドロイドフォンは、自身が用いているバックホールごとに５つのＴＣＰ下りフローをオープンし、一方、ノートパソコン２は、バックホールごとに１つのみのＴＣＰ下りフローをオープンした実験を行う。ＡＧＧＲＡＰ１およびＡＧＧＲＡＰ３は、それぞれのクライアントの合計に対して同じ帯域を提供するが、アンドロイドフォンは、ＡＧＧＲＡＰ３が提供する４．５Ｍｂｐｓという多くの分け前を取得することが観察される。なぜなら、各無線リンクにおいて得られるスループットが、クライアントの代わりにＡＰによって制御されるからである。さらに、ＡＧＧＲＡＰ３の集約容量の共有は、フローごとの公平性を提供するＴＣＰ混雑制御によって制御される。
【０１３２】
集約容量：
ＡＧＧＲＡＰの最大集約容量を調べるために、図８（ｂ）に示すネットワーク網を用いた。ホームバックホールの容量を３Ｍｂｐｓに設定し、そして、５４Ｍｂｐｓで送信している完璧な状態のチャネルを有する隣接ＡＰから集約できる最大の帯域がいくらであるかを探求した。この例では、ＡＧＧＲＡＰは、合計９．９Ｍｂｐｓのスループットを自身のクライアントに提供する：このうちの３Ｍｂｐｓはホームバックホールからのスループットであり、残りの６．９Ｍｂｐｓは隣接ＡＰから集めたスループットである。ＡＧＧＲＡＰの動作点は、隣接ＡＰから帯域を集めるために時間の４０％を費やし、かつ、集約されたスループットを自身のクライアントに与えるための残りの６０％を費やすことである。
【０１３３】
クライアント型の帯域集約対ＡＰ型の帯域集約：
いくつかの実施形態では、シングルラジオのＡＰを用いて帯域を集約することは技術的に可能であり。これが各種のＷｉＦｉのクライアントにとって有益であることが分かる。マルチホップの無線リンクが現れると、その結果としてネットワークの構造が複雑になってしまう。このため、ＡＧＧＲＡＰを用いるべきか判断するには、ＡＧＧＲＡＰを用いるときに何が欠点であるのかを解析し、その有効性を検証するためにその潜在的な利益を定量化することが必要である。
【０１３４】
両者のシステムを分かりやすく比較するために、近似計算によって解決できる場合に各システムが集約できる最大の帯域を解析的に算出する。選択されるその場合とは、ホームＡＰと同じ品質（ω２＝ω１２）で隣接ＡＰを感知できる１つのクライアントである。図８は、比較のために選択される、クライアント型のソリューションおよびＡＰ型のソリューションのネットワーク構成の別の実施形態を示す。
【０１３５】
すべてのバックホールが同じ：
各ＡＰが６Ｍｂｐｓの有線バックホールに接続されることを考慮して、クライアント型のソリューションが異なる無線容量に提供できるスループットを図９（ａ）に示す。図９（ａ）および図９（ｂ）を比較すると、クライアント型のソリューションは、より広範囲の無線チャネルの容量のために、利用可能な１２Ｍｂｐｓのバックホールリンクを完全に集約することができることが観察できる。
【０１３６】
両システム間におけるもう１つの相違は、これらの図に、クライアント型はより良い品質のＡＰは好まず、一方、ＡＰ型のソリューションは、選択されるＡＰの賢明な決定に結びつくこととして示す。このことは、図９（ａ）が線対称であるのに対して図９（ｂ）はそうではないことから分かる。したがって、ホームＡＰの無線容量が非常に低ければ、クライアントは、隣接ＡＰへのリンクのチャネルの品質に関わらず、その容量を最大限取得する。
【０１３７】
異なるバックホール：
次に、前述したものと同じ筋書きに注目すると、ホームバックホールのためのバックホールリンク容量は１Ｍｂｐｓであり、隣接バックホールリンクのそれは１０Ｍｂｐｓである。
【０１３８】
図１０（ａ）は、クライアント型のソリューションの結果を示し、一方、図１０（ｂ）は、ＡＧＧＲＡＰが自身のクライアントに提供するスループットを示す。二つのシステムの結果を比較すると、次のことが分かる：
・クライアント型のソリューションでは、０．５Ｍｂｐｓだけ高いスループットが得られる。
【０１３９】
・ＡＧＧＲＡＰは、二つの無線リンクのうち１つに欠陥がある場合、集約できない。
【０１４０】
・クライアント型のソリューションは、帯域を集めるために隣接ＡＰを選択する。
【０１４１】
・無集約に対して、ω１２＞５Ｍｂｐｓの場合、ＡＧＧＲＡＰは、少なくとも４倍以上のスループットを自身のクライアントに提供する。
【０１４２】
この筋書きでは、ホームバックホールは、全体の容量の９％に貢献する。すると、この容量を取得する利点は、隣接容量に比べて最小である。この状況の結果は、隣接ＡＰへのリンクが、ホームバックホールよりも高い容量を提供するとき、隣接ＡＰに接続することによって最大のスループットが得られることである。利用者は家にいる時、ホームＡＰを用い、容量の不均衡にかかわらず可能な限り集約する。それにも関わらずこの筋書きは、利用者が家にいないときにおけるＡＰ選択アルゴリズムの重要性を示す。
【０１４３】
ホームバックホールの容量をさらに減らすと、ＡＧＧＲＡＰは、隣接ＡＰとの中継点として動作する状況が生じる。ホームＡＰが、隣接ＡＰとクライアントとの間にある場合、このクライアントは、隣接ＡＰに直接接続しようとするよりも、ホームＡＰを中継機器として用いることによって、より高いスループットを得ることができる。
【０１４４】
本発明は、従来のＷｉＦｉ帯域集約ソリューションの根本的な問題：クライアントを改造する必要があるため設備費用が法外に高くなることを指摘する。これらのソリューションの潜在能力を解き放つため、本発明は、ＡＰのみに改造が必要なクライアント型のソリューションの利点が得られるシステムを提供しかつ実装する。そのようなシステムの定式化が、元の問題の定義の変形であり、それを実現するための機構（ＡＧＧＲＡＰ）を提案するために示される。クライアント型のソリューションの性能を有するＡＧＧＲＡＰの性能が比較され、より効率の低い集約帯域ではあるが、前者では依然として実質的なスループットの向上があることが示される。ＡＧＧＲＡＰによって、さらに、様々な未改造のＷｉＦｉ装置（たとえばノートパソコンおよび異なるアンドロイドフォン）に対するスループットが増加する。
【０１４５】
当業者は、添付する請求項に定義されている発明の趣旨から逸脱しない範囲で、前述した実施形態を変更したり改造したりすることが可能である。
【０１４６】
頭文字
ＡＤＳＬ  非対称型デジタル加入者回線
ＡＰ  アクセスポイント
ＮＡＶ  ネットワーク割り当てベクトル
ＴＤＭＡ  時分割多元接続
ＷＩＦＩ  ワイアレスフィディリティー
ＷＬＡＮ  無線ローカルエリアネットワーク
文献
［１］  Giustiniano, D., Goma, E., Lopez Toledo, A., Dangerfield, I., Morillo, J., and Rodriguez, P. Fair WLAN Backhaul Aggregation. In Proc. of MobiCom’10 (2010).
［２］  Giustiniano, D., Goma, E., Toledo, A. L., and Rodriguez, P. WiSwitcher: An Efficient Client for Managing Multiple APs. In Proc. of PRESTO’09 (2009).
［３］  Kandula, S., Lin, K. C.-J., Badirkhanli, T., and Katabi, D. FatVAP: Aggregating AP Backhaul Capacity to Maximize Throughput. In Proc. of NSDI’08 (2008).
［４］  Linux Wireless. ath9k linux driver. http://linuxwireless.org/en/users/Drivers/ath9k.
［５］  University of Illinois. Iperf. http://iperf.fr/.
［６］  FON. http://www.fon.com/.。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】無線のクライアントのＴＤＭＡ集約周期の例である。
【図２】無線のＡＰのＴＤＭＡ集約周期の例である。
【図３】本発明に係る帯域の集約方法の態様である。第２のクライアントがＡＰに接続してネットワークの接続形態が変わるとき、１つのクライアントが３つのＡＰから集約帯域を取得する。
【図４】３つのＡＰおよび１つのクライアントがある場合の帯域集約方法の実施形態である。
【図５】各バックホールリンクに対応する重畳無線チャネルの実施形態を示す。
【図６】中継容量と単一ホップリンク容量との比較である。
【図７】本発明に係る公平性実験のネットワーク構成の実施形態である。
【図８】クライアント型のソリューションおよびＡＰ型のソリューションのネットワーク構成の実施形態である。
【図９】一実施形態に基づく、６Ｍｂｐｓのホームバックホールおよび隣接バックホールにおけるクライアント型のソリューションおよびＡＰ型のソリューションの集約容量の例を示す。
【図１０】一実施形態に基づく、１Ｍｂｐｓのホームバックホールかつ１０Ｍｂｐｓの隣接バックホールにおけるクライアント型のソリューションおよびＡＰ型のソリューションの集約容量の例を示す。
【国際調査報告】
2014526182.tif 000061
2014526182.tif 000062