(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表の地形を変更するための地形変更機械による土木工事作業を受けている区域における通信信号の伝播モデルを動的に更新する方法であって、
前記地形変更機械による地形変更が行われる前における前記区域の地形を表す地表地図を記憶する段階と、
前記区域の地表地図を、前記土木工事作業の関数としてコンピュータによりリアルタイムで動的に更新する段階と、
コンピュータによるリアルタイムでの前記地表地図の更新に応じて前記伝播モデルを動的に更新する段階と、
前記伝播モデルに基づいて、将来の時点での前記地形変更機械の位置における通信信号の質を予測する段階と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記区域の構造物を含む、前記区域の環境地図を動的に更新する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記構造物は静止構造物であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記構造物が移動構造物であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記地表地図を操作手に表示する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
地表の地形を変更可能な移動式地形変更機械による土木工事作業が行われている区域において通信信号の伝播モデルを動的に更新する装置であって、
前記移動式地形変更機械による変更が行われる前における前記地表の地形を表す地表地図を記憶する手段と、
前記地表が前記移動式土地改良機械による変更を受けている時に、コンピュータによりリアルタイムで前記地表地図を動的に更新する手段と、
コンピュータによるリアルタイムでの前記地表地図の更新に応じて前記伝播モデルを動的に更新する手段と、
前記伝播モデルの更新に基づき将来の時点での前記移動式地形変更機械の位置における前記通信信号の品質を予測する手段と
を含むことを特徴とする装置。
【請求項７】
第２の移動式地形変更機械と、
前記地表が前記第２の移動式地形変更機械による変更を受けている時に前記地表地図を動的に更新する手段と
を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記地表地図が前記第２の移動式地形変更機械による変更を受けている時に、前記地表地図の更新に応答して前記伝播モデルを動的に更新する手段を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記移動式地形変更機械の速度及び移動方向の関数として得られた前記移動式地形変更機械の予測位置に基づき、将来の時点における前記通信信号の品質を予測する手段を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
地表の地形を変更する第１及び第２の土木工事機械による地形変更が行われている区域において通信信号の伝播モデルを動的に更新する方法であって、
前記第１及び第２の土木工事機械による地形変更が行われる前の地形を表す地表地図を記憶する段階と、
コンピュータを用いて、前記区域の前記地表地図を前記第１及び第２の土木工事機械による地形変更の関数としてリアルタイムで動的に更新する段階と、
コンピュータを用いるリアルタイムでの前記地表地図の更新に応じて前記伝播モデルを動的に更新する段階と、
前記伝播モデルの更新に基づき将来の時点での前記第１及び第２の土木工事機械の少なくとも一方の位置における前記通信信号の品質を予測する段階と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
地表の地形を変更する第１および第２の土木工事機械による地形変更が行われている区域において通信信号の伝播モデルを動的に更新する装置であって、
前記第１及び第２の土木工事機械による地形変更が行われる前の地形を表す地表地図を記憶する手段と、
前記区域の地表地図を前記第１および第２の土木工事機械による地形変更の関数として動的に更新する手段と、
前記地表地図の更新に応じて前記伝播モデルを動的に更新する手段と、
前記伝播モデルの更新に基づき将来の時点での前記第１及び第２の土木工事機械の少なくとも一方の位置における前記通信信号の品質を予測する段階と
を含むことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に作業現場の地形を変更する方法および装置に関し、更に詳細には、地表の地形を変更するような土木作業を受けている作業現場の表示を動的に更新し、作業現場の表示の更新に応答して通信信号の伝播モデルを動的に更新するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
作業現場における、部分的または完全に自立的に、又は、手動で作動する移動機械が開発される時、特定の作業を統括し、機械がその動きを計画するための適度な時間を準備するには多量の更新情報が必要である。ある状況において、多くの機器は、互いに共同して作業する必要があり、各機器の活動や動き、作業環境における他の対象物、及び、作業環境や現場の地形に加えられた変更に関する情報は、交信されなければならない。作業現場がより複雑になり、より多くの機械が使用される時、データを機械間で送受信する効率的な手段が必要とされる。更に、通信されるべき情報は、本質的に多様である。例えばシステムは、優先権のあるデータを支持し、サービスに不可欠の作動に属するデータに対して優先権を与えるものでなけらばならない。作動のあるものは、非常に相互作用的で、非常に少ないシステム待ち時間しか必要としない場合がある。また、必要な周波数帯に毎秒数バイトから毎秒数百数千バイト、またはそれ以上の大きな変動がある。
【０００３】
現在、無線移動通信システムは、信号品質の損失検知に応答して経路またはネットワーク間で切り換えるよう構成される。例えば、セルラー・システムは、移動ノードが一方の基地局領域から他方へ移動する時など、信号レベルが特定のレベルより降下する時、基地局を切り換える。ある場合において、信号レベルの降下は、他の基地局への受け渡しが完了する前に接続が失われる位早く起こる。例えば、部分的または完全自律的に作動する移動重量機械の通信システムは、この過渡期の間に貴重なデータを失うわけにはいかず、高品質な通信がいつでも維持される必要がある。従って、通信信号の劣化を補償し、情報損失を防止する手段を伴う移動通信システムを持つことが必要である。
【０００４】
利用可能な周波数帯を最も効果的に使用するためには、通信システムは、幾つかの重複する無線ネットワークから、特定の適用例に最も適切なネットワークを選択できる能力を持つことが理想的である。通信信号の損失を防止するため、移動ノードが一方のネットワークから他方へ移動する前に、ネットワークを即座に切り換えることもまた好ましい。これは、受け渡しをされる以前にそれを予測し、受け渡しが差し迫っていることを発見した時にネットワークに知らせる能力が必要である。受け渡しを予測する能力は、丘、草木の葉群、深い溝、穴、トンネル、及び、建物を含む複雑な地表による大量の相互干渉があり、機械が長距離に亘って散在しているような作業環境において信頼できるものである必要がある。深い峡谷、険しい丘、及び、高い壁などの不規則な地表や建物がある領域におけるラジオ周波数（ＲＦ）波の伝播は、反射、回折、多重経路、及び、散乱効果などの要素を考慮することが要求される。ＲＦ信号の信号強度は、そのような領域での小さな動きにより大きく揺らぐことがある。一般に無線ネットワークは、低い処理能力や長い待ち時間を顧みずにエラー検知および訂正機能を付加することにより高い信頼性を持つようにされるので、システムの信頼性は、早さと釣り合う必要がある。
【０００５】
インターネットなどの従来の階層データ・ネットワークにおいて、経路指定プロトコルは、ネットワークのノードの論理位置に結びついている。パケットが送られる時、それは、目的地ホストコンピュータのアドレスをそのヘッダに包含する。供給源と目的地との間の経路にある中間ノードは、目的地のアドレスを検査し、この目的地アドレスのネットワーク構成要素に基づいて、どのようにパケットを経路指定するか決定する。これは、中間ノードが目的地ホストの正確な位置を知ることなく、目的地ホストが乗っているネットワークにパケットを転送すること可能にする。パケットが経路に沿って移動する時、目的地に近い中間ノードは、目的地の正確な位置についての情報を持っており、パケットをそれに従って転送する。この種のスキームの１つの利点は、ホストは、ネットワーク内の全ノード位置の代わりに、ノードを持つ幾つかのネットワークの位置を知ればよいという点である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この従来のネットワークは、ホストがずっと静止していると仮定する。無線技術を使用する軽量でバッテリ電源の移動コンピュータを用いて、ユーザは、接続を保持したまま動き回ることが可能である。しかしながら、ノードがそれらの「ホーム」ネットワークから離れるように移動する時、スキームは壊れる。例えば、ネットワークＡに属するアドレスを持つ移動コンピュータがネットワークＢへ移動する時、移動コンピュータ行きのパケットは未だにそのアドレスのネットワーク構成要素によって示されたネットワークＡに送られることになる。移動コンピュータ行きであった全てのパケットは、移動コンピュータがホーム・ネットワークから離れている間に失われる。従来の経路指定方法の限界は、これらのコンピュータの移動性を、それらを単一ネットワークに閉じ込めることによって制限することにある。
【０００７】
更に、作業現場が変更される時、多くの地形改造機械をそれらが作業現場内で作動する際に統括することもまた必要である。特に地表地図を更新し、その更新情報を各機械に準備できることは有利である。情報が更新される時、通信の伝播モデルを更新することもまた必要であろう。
故に本発明は、上記の１つまたはそれ以上の問題を解決することに関する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの態様は、地表の地形を変更する土木工事作業を受けている区域における通信信号の伝播モデルを動的に更新する方法であり、その方法は、区域の地表地図を土木工事作業の関数として動的に更新する段階と、地表地図の更新に応答して伝播モデルを動的に更新する段階とを含む。
本発明の別の態様は、地表の地形を変更可能な移動式地形変更機械の作動を受ける区域において通信信号の伝播モデルを動的に更新する装置であり、その装置は、移動式地形変更機械による変更を受けている地表の以前の地表を表す地表地図を記憶する手段と、地表が移動式地形変更機械による変更を受ける時に地表地図を動的に更新する手段と、地表地図の更新に応答して伝播モデルを動的に更新する手段とを含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（大要）
本発明の無線移動通信システムは、複数の通信ノードおよび１つまたはそれ以上の通信ネットワーク技術を持つ区域において、２つまたはそれ以上の通信ノードの間で通信する方法および装置を提供する。通信ノードは、移動または静止が可能である。賢い切換システムは、位置情報および選択された通信ネットワークに対するＲＦ波伝播の計算を取り入れている。区域の地表と構造物との地形を含む環境地図は、電磁気干渉の潜在的発生源の位置および特性と同様、区域で選択された通信ノードおよびネットワークによって発生された信号に対する、ＲＦ伝播および通信モデルを作るために、選択された時間間隔で使われる。ＲＦ伝播および通信モデルは、信号品質の予測をどこでも与えられた場所で与える。これらの入力を用いて、本発明のネットワークの各通信ノードは、それが将来どこにあるか、その位置が特定の無線ネットワークを介して到達可能か、及び、その場所における信号品質はどうか、について予測することができる。次にネットワークは、目標とする信号品質を持つ基地局間またはネットワーク間で受渡しの用意をすることができ、従って、遅延および発生する経費を最小にする。移動ノードをサポートするため、モバイルＩＰで知られる標準インターネット・プロトコルなどの通信プロトコルが使用され、ノードがネットワーク内でそれらのアドレスを変えることなくそれらの位置を変えることを可能にする。移動ノードが一方のネットワークから他方のネットワークへ移動する時、ホームエージェントは、移動ノードの場所の記録を保持してパケットをこの場所に経路指定する、ネットワークで唯一のノードである。本発明のシステムはまた、直接、仲間同士の通信を可能にする。２つのノードが各々、相手の受信可能範囲内にある時、ユーザは直接、如何なる中央ルータからの助けなしで通信できる。２つのノードが各々、相手の受信可能範囲を超えている時、ユーザは、彼らの間の他の移動ノードを彼らのパケットを転送するために用いることによって通信することができ、すなわち、これらの中間ノードをルータとして動的に使用して臨時のネットワークを形成する。この能力を準備することにより、本システムは、非常に多くの移動ノードをサポートすることができる。本システムは更に、データ集中型ファイル伝送、時間最優先緊急データ、実時間音声データ、一定周波数帯データ、及び、定期位置データを含む種々のネットワーク通信量の種類に対してサポートを準備する。その通信量に必要とされるサービスの種類はまた、様々な通信ノードの特別な要求を満たすために考慮され、異なるユーザ適用例の相互作用を容易にする。
【００１０】
（モバイルＩＰ）
モバイルＩＰ（インターネット・プロトコル）標準は、インターネット上でホストの移動性を準備するために開発された。ここで説明されるように、モバイルＩＰの実行は、ＩＰバージョン４（ＩＰｖ４）プロトコル標準に基づく。モバイルＩＰｖ４は、ＩＰｖ４パケットがインターネットの移動ノードへ透明経路指定されることを可能にしている。またＩＰバージョン６（ＩＰｖ６）で知られるＩＰの新たなバージョンもあり、それに対して、モバイルＩＰｖ６で知られるモバイルＩＰ拡張もある。モバイルＩＰｖ４およびモバイルＩＰｖ６の両方とも本装置に使用できる。
従来のＩＰ経路指定において、もしノードが他のネットワークへ移動した場合、それ行きのパケットは、もはや伝達可能でなくなる。ノードが新たなネットワーク上で通信できるためには、それはそのＩＰアドレスを変える必要がある。これは、ノードが場所を変える時、接続を保持することを不可能にする。モバイルＩＰは、移動ノードが移動する時、そのＩＰアドレスを変えることを要求しない経路指定スキームである。代わりに各々の移動ノードは、ネットワークに属している現持点の位置に関係なく、単一のＩＰアドレスにより識別される。
【００１１】
モバイルＩＰの理解は、以下の概念に精通することを必要とする。
移動ノード：一方のネットワークから他方へ移動するノード。移動ノードは、他のノードとの通信を維持するためにモバイルＩＰを実行する。
通信ノード：移動ノードが通信しているノード。通信ノードは、静止ノードまたは他の移動ノードの何れかであり得る。
ホームアドレス：移動ノードに割り当てられ、ノードがネットワークに属しているかどうかには無関係に不変であるＩＰアドレス。
ホームネットワーク：移動ノードの各々は、ホームネットワークを持つ。これは、移動ノードがそのホームネットワークに属していた時のホームアドレスに宛てられたパケットを従来のＩＰ経路指定が送るであろう先のネットワークである。従来のＩＰ経路指定は、パケットを移動ノードにそのホームアドレスを使って送ることができる。
外部ネットワーク：移動ノードのホームネットワーク以外の任意のネットワーク。
ホームエージェント：移動ノードのホームネットワーク上に位置するエージェント。ホームエージェントは、移動ノードの場所を把握し、移動ノードがホームから離れている時パケットを移動ノードに転送する。
外部エージェント：外部ネットワーク上に位置するエージェント。外部エージェントは、移動ノードがそのホームエージェントに登録するのを助け、また、転送されたパケットを移動ノードに送るのを助ける。
【００１２】
気付アドレス：ホームエージェントがパケットを転送する先の、外部ネットワーク上のＩＰアドレス。気付アドレスは、外部エージェントのＩＰアドレスまたは外部ネットワーク上で得られるローカルアドレスの何れかであり得る。動的ホスト構成プロトコル（ＤＨＣＰ）のようなプロトコルがこのために使用できる。前者の気付アドレスの型は、外部エージェント気付アドレスと呼ばれ、後者は、同位置気付アドレスと呼ばれる。
パケット傍受：これは、ホームエージェントがその移動ノードの１つに宛てられたパケットを受取る処理である。これは、ホームエージェントにおいて「代理」アドレス分解プロトコル（ＡＲＦ）の使用によりモバイルＩＰで実行される。ホームエージェントは、代理ＡＲＦを用いてホームネットワーク上の他のノードからの移動ノードのＩＰアドレスに対するアドレス分解要求に答え、ホームエージェントの連結層アドレスをそれがあたかも移動ノードのアドレスであるかのように与える。アドレスを要求しているノードは次に、パケットを移動ノードに送るためホームエージェントの連結層アドレスを使用し、ホームエージェントがパケットを受信し、それらを移動ノードの現在位置へ転送することを可能にする。
結合保管所：通信ノードは、移動ノードに宛てられたパケットをどこに送るかを決めるために、移動ノードのための気付アドレスの保管所を維持できる。
結合更新：通信ノードの結合保管所を更新するために使用されるメッセージ。
登録寿命：外部ネットワーク上の移動ノードの登録が有効である期間。結合更新が有効な期間でもある。
【００１３】
図１は、上記で定められた用語を図示する。Ｍは移動ノードである。ノードＳはＭと通信しており、従ってＳは通信ノードである。Ｒ２はＭのホームエージェントである。Ｍが外部ネットワークへ移動する時、Ｒ４は外部エージェントの役をする。この場合Ｒ４のアドレスは、Ｍの気付アドレスとして使用される。
モバイルＩＰは、ノードに移動性を与えるサービス一式を準備する。ここではこれらのサービスの各々を説明する。
エージェント発見：ホームエージェントおよび外部エージェントは、それらがサービスを提供する各リンク上でそれらを利用できることを公示できる。更に、新しく接続された移動ノードは、可能なエージェントがあるかどうかを知るために、明示的な懇請をリンク上に送信できる。外部エージェントは、それらの位置を公示することにより懇請に返答する。モバイルＩＰのエージェント発見は、ＩＣＭＰ（インターネット制御メッセージ・プロトコル）ルータ発見プロトコルへの延長として実行される。エージェント発見プロトコルは、ルータ発見プロトコルで使用されるメッセージ（ルータ公示およびルータ懇請）を拡張する。エージェント発見で使用されるメッセージは、従って、エージェント公示およびエージェント懇請と呼ばれる。
【００１４】
登録：移動ノードがホームから離れている時、それは登録と呼ばれる処理を使用してそのホームエージェントにその現在位置を知らせる。ネットワークに属する方法により左右されるが、ノードはホームエージェントに直接か、または登録をホームエージェントへ転送する外部エージェントを介するかの何れかにより登録する。登録は、ある決まった時間、または登録寿命の間で有効である。移動ノードが同位置気付アドレス使用している時には外部エージェントの存在は必要なく、移動ノードは直接登録できる。移動ノードがそのホームネットワークに戻る時、移動ノードは、パケットの転送を中止するためにそのホームエージェントに「再登録」する。
【００１５】
トンネリング：パケットを移動ノードに転送するホームエージェントによってもたらされるサービスは、「トンネリング」と呼ばれる。パケットをトンネリングする時、ホームエージェントは、別のＩＰヘッダを現存パケットの前面に置くことによってオリジナル・パケットをカプセルに入れる。この「外部」のＩＰヘッダは、カプセルに入っているホストのＩＰアドレスである供給源アドレスを持ち、また、移動ホストの気付アドレスである目的地アドレスを持つ。もし気付アドレスが外部エージェントである時、外部エージェントはパケットを受信し、そのカプセルを外し、局所的にそれを移動ノードへ送る。もし同位置気付アドレスが使用される時、移動ノードは、パケットを受信してこのパケットのカプセルをそれ自身で外す。
【００１６】
図２は、外部エージェントが使用される時のカプセル化の処理を図示する。作動中、ホームエージェントＲ２および外部エージェントＲ４は、エージェント公示メッセージを使用して彼らの存在を公示する。移動ノードＭは、本来そのホームネットワークと接続され、従ってそれは、この時点では移動性のサービスなしで作動する。移動ノードＭは、外部ネットワークへ移動する。移動ノードは、それが外部ネットワーク上にいることを検出する時（それが外部エージェントの公示を受信するから）、それは気付アドレスを取得する。気付アドレスは、Ｒ４より送られる外部エージェント公示メッセージから得られる。もし外部エージェントのサービスを提供するＲ４のようなノードが利用できない時、そして、もし移動ノードがその能力を持つ時、移動ノードは、ＤＨＣＰのようなサービスを使用して同位置気付アドレスを得ようと試みることができる。
【００１７】
移動モードＭは、その新たな気付アドレスを、登録要求および返答メッセージの交換を通して、ホームエージェントＲ２に登録する。もしＲ４のアドレスが気付アドレスとして使用されている時、登録要求および返答は外部エージェントＲ４に送られ、次に外部エージェントＲ４は、パケットを適切に転送する。同位置気付アドレスが使用される時、外部エージェントは関わってこない。通信ノードがパケットをＭへ送る時、パケットは、Ｍのホームネットワークに経路指定される。ホームエージェントＲ２は、これらのパケットを傍受し、それらをＭの気付アドレスへトンネルする。もしＲ４アドレスが気付アドレスの場合、Ｒ４はパケットのカプセルを外し、局所的にそれらをＭへ送る。もし同位置アドレスが使用されれば、トンネルされたパケットは、Ｍ自身により受けとられ、カプセルを外されるであろう。逆の方向において、ＭによりＳへ送られるパケットは、従来のＩＰ経路指定機構を使用して、Ｍの位置とは無関係に、それらの目的地へ送られる。
【００１８】
モバイルＩＰの保安は、送るべき任意のホストに宛てられたパケットの経路指定をインターネット上の他のどこへでも変更する能力に関係するが故に不可欠である。登録要求や応答への攻撃は、移動ノード宛てのパケットが配達不能になる、または正しくない目的地に送られることを引き起こす。例えば別のホストは、移動ノードのふりをすることを試み、ホームエージェントにパケットをそれに送るよう確信させる。従って、全ての登録要求および返答メッセージについて移動ノードおよびホームエージェントにより確認が実行される。移動ノードは、そのホームエージェントを確認するため、保安パラメータ・インデックス（ＳＰＩ）および秘密の鍵をそのホームエージェントと共有する。１６バイトの鍵サイズによる「鍵のかかったメッセージ要録バージョン５」（ＭＤ５）など、幾つかの利用可能なアルゴリズムの１つが確認のため使用できる。如何なる登録メッセージの再生をも防ぐため、時間刻印や当座の印は、登録要求および返答の各々を１つ１つ識別するために使用される。
【００１９】
（経路最適化を持つモバイルＩＰ）
基本モバイルＩＰは、移動ノードのホームアドレス宛てのパケットを傍受するホームエージェントを準備することにより、移動ノードがそのホームネットワークから離れて移動することを可能にする。図３に示される一般的な状況において、ここで示される移動ノードＭは、そのホームネットワークから離れており、移動ノードが現在のところ接続されている外部ネットワーク上に位置する通信ノードＳと交信している。移動ノードＭがパケットを通信ノードＳに送る時、パケットは、従来のＩＰ経路指定を使用して直接移動ノードＭに経路指定される。しかしながら、通信ノードＳがパケットを移動ノードＭに送る時、パケットは最初に移動ノードＭのホームネットワークに戻るように経路指定される。移動ノードＭのホームエージェントＲ２は、このパケットを傍受し、それを移動ノードの現在の外部エージェントＲ１にトンネルする。外部エージェントＲ１がカプセルに入ったパケットを受け取る時、そのカプセルが外され、次に移動ノードＭに送られる。
【００２０】
代わりに、図４に示されるように、パケットを互いに直接、ローカルネットワークを越えて送ることにより、より最適化されて経路指定することができる。モバイルＩＰに対する経路の最適化は、パケットが通信ノードＳから移動ノードＭへ移動する経路を最適化する。通信ノードＳから移動ノードＭへのパケットの経路指定最適化の何れの型も、通信ノードＳが移動ノードＭの現在位置についての情報を保持することを必要とする。経路最適化をサポートする各通信ノードＳは、結合保管所と呼ばれる気付アドレスの保管所を保持しなければならない。通信ノードＳがパケットを送る時、それはパケットの目的地アドレスに対応する見出しを探すためにその結合保管所を確認する。もし合致する見出しが見つかれば、通信ノードＳはそれ自身で、結合保管所見出しで指定された気付アドレスによってパケットをカプセルに入れ、それを移動ノードＭのホームネットワークへ送る代わりに、直接、気付アドレスにトンネルする。
【００２１】
もし結合保管所見出しが見つからない場合、従来のＩＰ経路指定を使用してパケットは送られ、それは、前と同様にパケットを移動ノードＭのホームネットワークに送り戻す。ホームエージェントＲ２がパケットを傍受する時、それは、供給源ホストが移動ノードＭに対する結合保管所見出しを持っていないことを仮定する。ホームエージェントＲ２は、通信ノードＳがパケットを移動ノードＭの現在位置にトンネルする前に移動ノードＭの現在気付アドレスを知らせるため、通信ノードＳへ確認された結合更新を送ることによって返答する。ホームエージェントＲ２は、結合更新の寿命をその特定の移動ノードＭの登録に残っている時間に設定する。オリジナルの供給源が結合更新を受け取って確認する時、それは、将来使うために結合更新を結合保管所に付け加える。結合更新は、ホームエージェントＲ２により指定された時間の後、期限切れとなる。
【００２２】
通信ノードＳが経路最適化を使用できるためには、ソフトウェア処理は、結合更新を受信および処理するために作動している必要がある。もしホストが経路最適化ソフトウェアを使用しない場合、パケットは、基本モバイルＩＰと同じ方法で経路指定される。幾つかの通信ノードＳは、この経路最適化ソフトウェアを持たないであろうから、ホームエージェントＲ２は、それらが結合更新を各通信ホストＳに送り出す速度を制限するアルゴリズムを持つ必要があり、そうでなければ、ホームエージェントＲ２は、通信ノードＳへの結合更新でネットワークを氾濫させ、通信ノードＳがそれらを無視することになる。
【００２３】
（賢い切換システム）
本発明のネットワークシステムは、図５に示すように、ある場所と、１つまたはそれ以上の、各々が前記場所の一部に亘る高速受信可能範囲を準備するような、ローカルエリア無線ネットワークとに亘って低速受信可能範囲を準備する広域無線ネットワークを含むネットワークの各々から最高品質をもたらす多くの技術を取り入れている。移動ノードがネットワークを通って移動する時、それらは、連続して広域ネットワークの範囲内にあり、ローカル受信可能区域に出入りしながら移動する。特定の状況で使用するネットワーク技術は、特定の適用例の各々の要求に基づき選択される。異なる技術を使用しるサブネットワークから作られる単一の複合ネットワークは、従って総合的解決法を準備する。このネットワーク内のデータの流れは、特定のサブネットワークの技術特性によって、供給源から目的地までの最も効率的な経路を取る。例えば、もし高速ローカルエリア通信リンクが交信を欲する２つのノード間で利用可能であれば、同じく利用可能なより遅い広域リンクに対抗して、その通信経路が使用できる。もし２つのノード間の通信の他の手段がない時、広域ネットワークが既定手段として利用される。
【００２４】
好ましい実施形態において、モバイルＩＰは、上記の通りネットワーク間の切換えをするために使用される。モバイルＩＰスキームは、ネットワークにおいてルータの変更、又は、移動ノードを必要としないという利点を持つ。しかしながら、プロトコルは、サブネットワーク接続を変える時を指定しない。
本システムは、標準モバイルＩＰプロトコルに対し最小限の変化のみを要求しつつ、どのネットワーク接続を確立するかについての命令を持つ基本モバイルＩＰプロトコルを準備する。本システムにおいて、幾つかの移動ノードは、操作手を運ぶことができず、できたとしても、操作手は、ネットワーク受渡しが起こるべきか決めようとするのではなく、機器を操作することに注意を集中させる必要があるので、操作手からの入力は必要とされない。加えて、ネットワークを切り換える時を決定する処理への入力の１つは、ローカルエリア・ネットワーク上の通信者からの無線通信信号の品質の評価である。信号強度および雑音、又は、干渉の現在レベルは、将来の値を予測するために使用できるし、後の使用のために記録することもできる。この信号品質レベルを評価できることに加え、特定のローカルエリア・ネットワーク技術に対しては閾値が設定される。この値は、ハードウェアに対する最小満足度の信号品質値であり、直接ハードウェアから、またはハードウェアの仕様書からの何れかにより得られる。決定処理への別の有用な入力は、移動ノードの現在位置の知識である。この型の入力は、信号品質の値を評価するために、無線ローカルエリア・ネットワーク送信機の位置の知識と結合される。
【００２５】
ＲＦ伝播の現実的モデルを準備するため、本システムは、移動ノードを取り巻く実際の地表の記述を含む。ＲＦ伝播モデルを使用して、切換システムは、移動ノードがネットワークから切り離される時間を最小にするために、受渡しが何時必要とされるか予測を試みる。切換システムは、ローカルエリア・ネットワーク接続上の通信に対する信号品質の将来の値を予測する。次にこの信号品質の値は、特定の閾値と比較される。もし予測値が閾値を超える場合、切換システムは、モバイルＩＰに対してそのローカルエリア・ネットワーク・インタフェースを使用して通信を試みるように命令し、そうでなければ、切換システムは、モバイルＩＰに広域ネットワーク接続を使用して通信するように命令する。
【００２６】
（切換システム構造）
本システムの好ましい実施形態の構成要素を図６に示す。モデル中心部２０は、切換システムの中心機能を準備するような例えば、モデルデーモン２２、位置に基づく予測機構２８、環境／地表地図３２、ＲＦ伝播および通信モデル３４、位置に基づかない予測機構３８、及び、移動モデル５６など、１組の構成要素を包含する。切換システムは標準寸法設計を持っているので、基本となっている技術が改良されればそれを取り込むことが可能である。モデルデーモン２２は、移動ノードの現在の状態を把握し、この状態と、位置に基づく予測機構２８および位置に基づかない予測機構である２つの他の供給源からの入力とに基づいて切換の決定を下すステートマシンである。モデルデーモン２２はまた、命令をモバイルＩＰソフトウェア２４に送り、モバイルＩＰの構成要素は、移動ノードがそれらのホームエージェントＲ２にそれらの現在位置を知らせることを可能にする。
【００２７】
図７は、モデルデーモン２２がその切換決定を下すために使用するステートマシンを示す。モデルデーモン２２が実行を開始する時、ＷＡＮ状態から開始する（ここで「ＷＡＮ」は、モバイルＩＰが使用するように命じられたネットワーク・インタフェースを意味し、この場合、広域ネットワーク・インタフェースである）。広域ネットワークは、それが常に利用可能であると仮定される理由により、本システムの初期状態のために選択された。この状態から多くのことが起こり得る。第１に、もし他に何も起こらない場合、モデルデーモン２２は、「更新」命令をこのノード上のモバイルＩＰソフトウェアに送る。更新命令は、モデルデーモン２２と移動ノードＭとが同期を保っていることを確実にするために定期的に送られる。
【００２８】
モデルデーモン２２がＷＡＮ状態を離れる唯一の場合は、もしモデルデーモン２２が、経験的に収集された信号強度（すなわち、ローカルエリア・ネットワーク・インタフェースのハードウェアから直接読まれたもの）がローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）への安定接続可能を示唆していると決定する時である。好ましい実施形態において、これは、モデルデーモン２２が信号強度、又は、ＬＡＮ信号強度閾値より上にあるＬＡＮハードウェアからのハードウェア信号品質入力２６の幾つかの連続する値を読む時に起こる。
一旦モデルデーモン２２がＬＡＮ状態に入れば、それは、以下の予測システムの１つがＬＡＮ閾値より下の信号強度将来値を予測した場合にのみ離れることができる。もしそれが起これば、ＷＡＮインタフェースへ切り換える命令がこのノード上のモバイルＩＰソフトウェアに送られ、モデルデーモン２２は、ＷＡＮ状態に再び入る。モデルデーモン２２は、ＬＡＮ状態にある間、モデルデーモン２２およびモバイルＩＰソフトウェアが同期を保っていることを確実にするために「更新」命令を送る。
【００２９】
ＬＡＮインタフェースからＷＡＮインタフェースに切り換える決定は、予測情報に基づいてなされ、それに対しＷＡＮからＬＡＮへの切換の決定は、経験的な測定データに基づいてなされる。この区別は、移動ノードがローカルエリア・ネットワーク・インタフェースをそのネットワークが実際は利用できない時に使うように命令される可能性を最小にするためになされる。この結果、広域ネットワーク接続が常に利用できると仮定されるために、状態変更の規則はＷＡＮ状態に入り易くする。
別の重要な点は、モデルデーモン２２は、ホームや外部といった概念を持たないことである。それは、ネットワーク・インタフェースのみについて知っている。移動ノードＭがホームまたは外部であるべきかの決定は、モバイルＩＰソフトウェアまたは経路指定プロトコル２４（図６）に任され、モデルデーモン２２の存在には影響されない。
【００３０】
再び図６に関し、位置に基づく予測機構２８は、位置取得システム３０からの移動ノードの現在位置を入力として受け入れ、この情報を環境／地表地図３２上の座標内に移し、新たな点への移動ノードＭの動きを予測する。位置に基づく予測機構２８はまた、ＲＦ波伝播に関する方程式を用い、その場所での１つまたはそれ以上の位置における将来の信号強度を計算するＲＦ伝播および通信モデル３４に座標を入力として準備する。
微分全地球位置発見システム（ＤＧＰＳ）のような位置情報を確実に取得するハードウェアは、市販されており容易に入手可能である。本発明の切換システムは、位置情報が入手可能でない場合でさえ正しく作動する環境／地表更新システム３６のような既定の位置予測システムを持つ。このために本システムは、経験的に収集された信号強度の記録を保持し、将来値を作り出すために一組のデータ点を補間する、位置に基づかない予測機構３８を含む。
【００３１】
位置に基づかない予測機構３８により実行される補間は、多くの過去の値または僅か数個の値を考慮し、それらを多項式の形に結合する、つまりそれらを曲線にはめ込むことにより、必要に応じて幾らでも複雑にすることができる。簡単な実施例は、２つの、最も最近に収集された信号強度を使用して直線を定めることを含む。第３の点はこの線に沿って補間され、予測信号強度になる。より有用な機能は、その時に、ただ次の時間点だけでなく更に将来を予測できるであろう。この意味では、システムの過去の振舞いを考慮するような、一連の点を介して曲線当てはめをする更に複雑なモデルが使用できる。
【００３２】
位置に基づく予測機構２８は、モデル中心部２０の一部であり、将来の信号強度予測値をモデルデーモン２２に準備するため、環境／地表地図３２、位置取得システム３０、ＲＦ伝播および通信モデル３４、環境／地表更新システム３６、及び、移動モデル５６を含む多くの供給源からの情報を使用する。図８は、信号強度を予測するための決定処理の流れ図を示す。位置に基づく予測機構２８がブロック４０において呼び出される時、それは最初に、移動ノードの現状に関する入力を収集することを試みる。ローカルエリア・ネットワーク通信の現在の強度は、以前にローカルエリア・ネットワーク・ハードウェアからデータを読み取ったモデルデーモン２２から取得される。移動ノードの現在位置は、ブロック４２で示されるように、利用できるどの位置発見システムからも集められる。一旦これらの入力が収集されれば、本システムは、移動ノードの現在位置に関する環境／地表地図３２がブロック４４において利用可能であるか知るために調べる。もし環境／地表地図３２がこの地点において利用できない時、復帰エラーがブロック４６において発生し、位置に基づく予測機構２８は使用不可能である。モデルデーモン２２は、位置に基づかない予測機構３８からの値の使用を既定手段として行うことになる。
【００３３】
この地点における環境／地表地図３２が利用できる時、本切換システムは、ブロック４８において移動ノードの将来位置を予測することを試みる。移動ノードの将来位置は、環境／地表地図３２の特定の見出しに対して決定される。その位置に記憶されたデータ、特に過去の信号強度およびそれが収集された時間は回収される。一旦過去の値が回収されれば、システムは、現在位置により指定された場所において、環境／地表地図３２に現在の収集時間と共に現在信号強度を記憶する。収集時刻以後経過した時間が計算され、現在地表地図に付随する年齢閾値に対し、決定ブロック５０において比較される。もし経過時間が閾値より少ない場合、過去の値はブロック５２において予測値として使用される。そうでない場合は、ブロック５４において将来の信号強度を予測するために、ＲＦ伝播および通信モデル３４を使用して計算を実行する必要がある。予測信号強度は次に、上記の通り、その閾値比較への入力として使用されるためにモデルデーモン２２に戻すことができる。
モデルデーモン２２は、過去の信号強度を使用して、以前訪れたことのある場所からその環境について知ることができる。移動ノードがそのローカルエリア・ネットワーク接続を使用している時、それは、信号強度の収集をその環境／地表地図３２に過去の値として記録できる。移動ノードがタスクを実行するため区域から離れ、後に以前居たほぼ同じ場所に戻る時、移動ノードは、過去の信号強度を予測信号強度として使用でき、ＲＦ伝播計算を不要にする。
【００３４】
過去の値は、ローカルエリア・ネットワーク受信可能範囲のある区域の地表が他の区域よりも早く変化する状況において古くなり得る。モデルは、ローカルエリア・ネットワーク受信可能範囲の各区域がそれ自身の年齢閾値を持つことを可能にする。ただ例として挙げるが、現場作業センタ近傍の地表は、作動は一般的に現場作業センタの近傍で行わないため、大抵かなり静的である。もしこれが当てはまる場合、現場作業センタに対する年齢閾値は、例えば１週間やそこら程度のように、比較的長くなる。作業区域の年齢閾値は、地表がより速く変化するので、比較的短い時間でのみ有効であるかもしれない。もし移動ノードが、以前居た位置に年齢閾値により設定された時間制限内に戻る時、モデルデーモン２２は、過去の値を予測値として使用できる。そうでなければ、モデルデーモン２２は、全く新たに値を計算する必要がある。より複雑な加齢システムは、半減期的にゆっくり過去の値を加齢し、できればＲＦ伝播および通信モデル３４により予測された値とそれらの値を重み多項式において結合させるように考案することができる。
【００３５】
本システムの好ましい実施形態において、位置取得システム３０は、微分全地球位置発見システム（ＤＧＰＳ）であるが、別の技術で置き換えることも可能である。環境／地表地図３２の目標とする解像度（各格子のメートル単位サイズ）は、本発明の切換システムに対するパラメータである。この解像度についての１つの限界は、それがＤＧＰＳ機器の精度より精密化できないことである。より小さな格子の解像度はまた、環境／地表地図３２のためにより大きな記憶容量、及び、計算能力的により高度なＲＦ伝播モデル計算を必要とする。より大きな格子サイズは、より速い計算、及び、より少ない記憶容量を可能にするが、地表をより低い精度で表示し、一般に、より低い精度のＲＦ伝播計算をもたらす。地表地図の「格子」の解像度は、位置情報の解像度を越えるべきではない。位置情報は、緯度および経度の度数単位で、又は、空間に固定された基準座標系を持つデカルト座標で表示できる。更にモデルは、固定された格子を持つ地図上での使用に制限されないことに注意する必要がある。例えば、地表の不規則な網目表示を持つ地図は可能である。
【００３６】
環境／地表地図３２は、ローカルエリア・ネットワーク受信可能範囲が存在する、又は、広域ネットワーク受信可能範囲が存在する区域に亘る地面上に配置された１つの格子として考えることができるし、又は一般に、環境／地表地図３２は、ネットワーク受信可能範囲に無関係に全ての区域に対しても存在できる。格子の各正方形は記憶場所であり、３つの値を保持する。第１の値は、その地点の地表の海水面（または、ある他の基準点）上の海抜に相当する高度値である。第２の値は、信号強度である。移動ノードが実際の地表を横切る時、モデルデーモン２２は、環境／地表地図３２を横切ってその位置を追跡し、信号強度の経験的な取得値をこれらの記憶場所内に記録する。記憶される第３の値は、最も最近の信号強度が収集された時刻である。
【００３７】
初期地表データファイルまたは移動モデル５６（図６における）は、問題のローカルエリア・ネットワークの地表に関する高度情報を包含する。ファイルはまた、前述のように、ｘおよびｙを固定基準位置からの好ましい測定単位で表された水平および垂直距離とした時の環境／地表地図３２の中心のデカルト座標、メートル表示の範囲および解像度で表された地表地図の「サイズ」、及び、年齢閾値  を特定する。図９は、これらの概念の幾つかを描写する。位置５８は、デカルト座標システムの原点である。ローカルエリア・ネットワークの範囲を表す輪郭６０に重なっているのは、地表地図３２を表す仮想格子６２である。無線ローカルエリア・ネットワークの中心は、位置５８である地表地図の格子６２の中心に位置し、格子は、輪郭６０で表される無線ローカルエリア・ネットワークの受信可能範囲の端を越えて延長する。このローカルエリア・ネットワーク受信可能範囲領域の高度情報を包含する初期地表データファイル５６は、固定基準点６４に対して位置５８または地表地図３２の中心を特定する。固定基準点６４に対するその現在位置の知識を用い、移動ノードは、利用可能な地表地図３２のうちのどれが、もしあるとして、特定な位置における使用に適切であるか求めることができる。
【００３８】
移動ノードの数秒先の将来の位置を計算するための環境／地表更新システム３６は、モデルデーモン２２に対して、ネットワーク接続が完全に失われる前に切換命令を送るように十分な警告を準備する。本発明のシステムにおいては、移動ノードの２つの最も最近収集された位置を使用し、移動ノードの経路をこれら２つの点を通る直線に沿って投影する方法から、１連の最近収集された位置を通るようなベジエ曲線などのパラメータ曲線に当てはめる更に複雑な位置予測システムに及ぶ、様々な位置予測方法を用いることができる。より複雑な予測システムは、地表を通る一般に続く経路（すなわち、道路）およびユニットの動的特性に関する知識、又は、周辺地表に基づいて、動きの知的な予測をする。
【００３９】
現システムにおいてＲＦ伝播および通信モデル３４は、移動ノードの予測位置、送信機（通常、ローカルエリア・ネットワーク・アクセスポイントまたは基地局）の位置、両者間の地表、及び、送信機器で使用されるラジオ周波数に基づき、移動ノードが受信するであろうローカルエリア通信の信号強度の推定値を作成する。ＲＦ伝播および通信モデル３４の好ましい実施形態は、電磁波伝播に対する自然地表の効果を実時間でモデル化する。このモデルは、環境／地表地図３２内に記憶されている情報に基づく２次元経路損失モデルを利用する。２次元モデルは、地表をそれがあたかもＲＦ送信機と受信機との間の垂直平面内にあるかのように取り扱う。ＲＦ送信は地表を越えて、または下をくぐって進行できるが、地表の形態を迂回して進むために平面から離れることはできない。２次元モデルを構築するために、環境／地表地図３２の送信および受信アンテナのｘ、ｙ、及び、ｚ座標間に垂直平面が交差される。次に２つの計算がこの地表スライスに対して実行される。最初に、送信機から受信機へのＲＦ波伝播の自由空間推定値は、次式を使って計算される。
Ｐr＝ＰtＧtＧrλ2／（（４λ）2ｄ2Ｌ）
ここで、
Ｐt＝送信電力
Ｇt＝送信アンテナの利得
Ｇr＝受信アンテナの利得
λ＝送信波長
ｄ＝アンテナ間の距離
Ｌ＝システム損失係数。
【００４０】
この計算は、２つのアンテナがどのような種類の妨害もない自由空間にあると仮定される場合の受信される送信電力を推算する。次に平面大地計算が実行される。ＲＦ伝播の平面大地推算においては、次式を使用して送信機から受信機への別の経路、すなわち送信機から地面、地面から受信機への反射経路が考慮される。
Ｐr＝ＰtＧtＧrｈt2ｈr2／ｄ4
ここで、
Ｐt＝送信電力
Ｇt＝送信アンテナの利得
Ｇr＝受信アンテナの利得
ｈt＝送信機高さ
ｈr＝受信機高さ
ｄ＝アンテナ間の距離。
【００４１】
一旦両計算が実行されると、両者のうちの少ない方（「最悪の場合」の受信電力を表す）は、モデル計算の次の段階の基準として使用される。ＲＦ波の電力のあるものは、送信機から受信機への直接経路上を伝播しない２次波によって搬送される。これらの２次波は、送信機と受信機との間にある点源で回折した後受信機に到達し、全送信電力の重要成分を搬送する。たとえ直接目視線が送信機と受信機との間にあったとしてもこれらの２次波は遮られ、全受信電力を減少させる。フレネル帯は、波が伝播する経路に基づくこれらの２次波の種類を意味する。適切なフレネル帯の隙間は、これらの２次波の十分な量が受信機へ到達可能なため重大な電力損失がないことを意味する。フレネル帯の隙間は、次の条件のどれに合致するかにより従来技術に従って計算される。
１．目視線が送信機と受信機との間に存在し、適切なフレネル帯隙間がある。この場合、以前に計算された基本値が受信電力として使用される。
２．目視線が送信機と受信機との間に存在するが、適切なフレネル帯隙間がない。受信電力は、２次波の損失により基本電力から更に減少する。
３．目視線が送信機と受信機との間に存在しない。この場合、２次波の一部だけが受信機に到達できる。
次にこれらの計算結果は、位置に基づく予測機構２８に転送して戻される。３次元ＲＦ伝播モデルを計算する方法は、２次元モデルの代わりとして使用できる。３次元モデルは、一般により大きなデータ処理用機器を必要とすることになる。当業者は、他の如何なるＲＦ伝播モデルも上記モデル同様に使用できることがわかるであろう。
【００４２】
（サービス特性の品質）
本発明のネットワークは、一般にビット毎秒またはパケット毎秒で測定される単位時間に送られるデータの平均量である「スループット」、及び、パケットが供給源から目的地へ移動するのに要する平均時間である「遅れ」の２つの主要なサービス品質（ＱＯＳ）パラメータに主に関する。本ネットワークは、経路最適化および賢い切換システムを使用して、供給源から目的地まで最も高い周波数帯の経路を利用する。高速の無線ローカルエリア・ネットワーク・リンクが利用できる時、一般にそれは、広域リンクの代わりに使用されることになる。
【００４３】
図１０は、本切換システムの状態図６８を示し、移動ノードは、そのローカルエリア・ネットワーク・インタフェースを使用している時、そのホームネットワークにのみ属することができる。本システムは、幾つかの内部変数を消去し、ローカルエリア・ネットワーク・インタフェースを不能にし、及び、広域ネットワーク・インタフェースを可能にする接続喪失状態で始まる。次に制御は、移動ノードにより記憶された経路指定情報を消去する経路抹消状態に移る。取得状態において移動ノードは、全ての利用可能なネットワーク・インタフェースに関する登録要求を送ることにより、そのホームエージェントに登録しようと試みる。制御は次に、移動ノードがその登録要求からの返答を待つ気付待機状態に自動的に移される。もし登録する試みが失敗したら、移動ノードは、登録要求を再度送り、気付待機状態に残る。再送信が許可されない場合、移動ノードは、取得状態に戻り、新たな登録要求を発生させる。登録要求が成功した場合、移動ノードは、外部ネットワークに属されたというモバイルＩＰ的概念に対応する気付登録状態に入る。移動ノードは、以前使われた同じインタフェースの再登録の試みが成功している間は、この状態に無期限にとどまることができる。登録の試みは、可能にされたインタフェースを使用してのみ行うことができ、移動ノードは次に、特定のインタフェースと通信するように命令される。もしこれらの登録の試みが失敗すれば、移動ノードは接続喪失状態に戻り、処理は再度始まる。
【００４４】
失敗した登録の試みに加え、移動ノードは、もし移動ノードに対してそのローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）インタフェースからその広域ネットワーク（ＷＡＮ）インタフェースに切り換えるように命令する切換命令をモデルデーモン２２から受け取れば、気付登録状態から離れることができる。この場合、移動ノードは、接続喪失状態に入る。もし切換命令が広域ネットワーク・インタフェースからローカルエリア・ネットワーク・インタフェースへ切り換えることであれば、システムは、最初にローカルエリア・ネットワーク・インタフェースを可能にし、広域ネットワーク・インタフェースを不能にしなければならない。この時点でシステムは、接続喪失状態に入ることはできない、なぜならそれは、ネットワーク・インタフェースの可能／不能状態を再び変更するからである。その代わりに接続喪失状態は飛び越され、経路抹消状態が直接入れられる。次に、一旦ローカルエリア・ネットワーク・インタフェースを使用して取得状態になれば、システムは、在宅状態（移動ノードがホームネットワークに属している場合）または最終的に気付登録状態（移動ノードが外部ネットワークに属している場合）の何れかに入ることになる。
【００４５】
状態図６８の多くの異なる場所において、移動ノードは、そのホームエージェントが直接に接続されたサブネットワーク上にいるかどうか検出しようと試みる。もしホームエージェントが検出される時（移動ノードがホームエージェントの公示メッセージを受け取るため）、移動ノードは、即座に在宅状態に入る。一旦在宅状態になると、移動ノードは、広域ネットワーク・インタフェースに切り換える命令を受け取るまでそこに留まり、受け取るとその時点で接続喪失状態に入ることになる。
【００４６】
図１１に示すように、移動ノードの状態を監視するためのグラフィック・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）が本システムと共に準備される。切換システムＧＵＩは、地表地図３２の描写および状態情報の表示から成る。地表地図３２は、地表地図に対してローカルエリア・ネットワークの中心を定め格子中心に黒で明示されるようなローカルエリア・ネットワーク送信機と共に、必要な寸法を持つ格子内に表示される。地表の高さは、地図上に色で、または地形高度線のような他の手段で指示できる。例えば図１１に描かれる地表地図は、高度コードを使用して示されるが、そのコードは例えばメートルで明示される。どのようなコード化システムおよび高度測定単位も、地表地図を表示するために利用できることが認識されており、また予測される。固定された基準に対する移動ノード、この場合は保守点検トラック、の現在の座標は、地図の右側に表示され、移動ノードの場所は、地図上に斜影線の正方形により示される。ＧＵＩはまた、移動ノードがどのインタフェースを現在使用しているのか（ＬＡＮまたはＷＡＮインタフェース）、及び、ＤＧＰＳ情報の品質（オンまたはオフ）についての情報を表示する。ＧＵＩ上の更なる情報は、移動ノード（すなわち保守点検トラック）が（−６８、２４８、０）の座標を持つ作業区域にあることを示す。更に移動ノードは、そのＬＡＮインタフェースを使用しており、そのＤＧＰＳ機器は、正しく機能している。
【００４７】
（無線ローカルエリア・ネットワーク）
本システムは、移動ノードに対して、近くの固定されたコンピュータまたは近くの他の移動ノードに高速で通信する能力を準備するために、ローカルエリア・ネットワークを必要とする。そのようなローカルエリア・ネットワークの１つは、ルーセント・テクノロジーズにより開発された製品であるウェーブＬＡＮである。しかしながら、本システムの標準寸法設計構造は、好ましい如何なるローカルエリア・ネットワーク技術も収容できる。本発明と共に使用されるローカルエリア・ネットワークの周波数帯は、等時性音声データなどの通信、バースト、及び、ファイル転送および画像データなどの大容量通信をサポートするのに十分なほど高くなければならない。ローカルエリア・ネットワークはまた、切換システムにおける使用のため信号強度測定へのアクセスを準備しなければならない。この信号強度データは、別の無線ホストから発信されるパケットの受信電力の尺度である。
ローカルエリア・ネットワークはまた、仲間同士の通信を可能にする必要がある。
【００４８】
（無線広域ネットワーク）
本発明のネットワーク構造の別の重要な点は、無線広域ネットワーク技術であり、それは全域作動を通じて通信の受信可能範囲を準備し、システムの異なる構成要素に対する既定の通信経路から成っている。本ネットワーク構造と共に使用される如何なる広域ネットワーク技術も、本ネットワーク構造の通信特性を効果的にサポートするために、ある特定の能力を準備しなければならない。１つの能力は、無線広域ネットワークが作業現場全体に亘る受信可能範囲を準備するように選択される必要があることである。この受信可能範囲は、好ましくはネットワークを送信機の目視線配置に制限すべきではない。ネットワークはまた、１点から多重点能力、つまり放送能力を準備しなければならない。更に、パケット化データのサポートは、ネットワークのインターネット・プロトコル通信を搬送するために必要である。それに加えて、広域受信可能範囲を保証することは、しばしば高周波数帯をもたらす能力を犠牲にするが、この特性は全システム性能に大いに影響するので、公正な交換条件が考慮されるべきである。適切な広域ネットワークの一例は、パシフィック・クレスト社で製造されるＲＦＭ９６ラジオモデムである。前記パシフィック・クレスト社製品は、２ワットの電力で送信するように構成され、それらに、アンテナを目視線配置することなく、広い区域を完全に網羅するのに十分な範囲を与えている。広域ネットワークの別の代替として、現在開発中である低地球周回軌道人工衛星の使用がある。
【００４９】
（臨時ネットワークを伴う使用）
モバイルＩＰを伴う予測およびＲＦ伝播モデルの使用に加え、本発明はまた、臨時ネットワークにおいて同様に使用可能である。臨時ネットワークは、如何なる既存の設備基盤または中央集権行政の助けなしに一時的ネットワークを形成する無線移動ホストの集まりである。そのような環境においては、各々の移動ホストの無線送信の限られた範囲のために、１つの移動ポストがパッケットをその目的地に転送してもらうために他のホストの助けを得ることが必要である。
【００５０】
（産業上の応用可能性）
本発明は、自律的または半自律的な機械など、幾つかの構成要素および操作手が、できるだけ効率良く仕事を達成するために行動を統括する必要があるような状況において適用できる。例えば１つの現場作業センタは、機械の労力を現場全体に向け、機械の状況、現場にもたらされた変更地形の状況、及び、達成すべき仕事の状況に関する情報を収集することができる。更に、機械と操作手との間の通信の必要性があり、それは、それらの間の緊密な協力を可能にし、また現場内で行われる様々な作動を統括する。情報はまた、修理および保守人員にも通信され、機械の作動を減速するまたは停止させる可能性がある問題を彼らに警告する必要がある。本発明は、警告メッセージ、ノード間の通信を可能にするネットワーク管理メッセージ、作業現場の地形に関する詳細情報、全ての機械の位置および現在実行されている１つ又はそれ以上の仕事の現在の状態、音声伝送、診断および保守点検情報、及び、機械が互いに協働することを可能にし、制御基点（操作手）が作業中断の場合に診断を下すのを助けるための画像データを含む広い範囲の異なる型のメッセージを収容する。本発明は、機械が異なる無線ネットワーク技術の間を、経路最適化を持つモバイルＩＰプロトコル、仲間同士の通信、及び、賢い切換システムを使用して移動する能力を準備する。
【００５１】
図１２は、作業現場７０での位置に示されるフロントショベル８０のような土地改良機械を示す。フロントショベル８０は、作業現場７０で様々な土木作業を実行するキャタピラ式機械である。しかしながら、本発明の原理および適用は、作業現場上または地中を移動し、ある方法で作業現場の地形を変更する能力を持つ、実質的に如何なる移動道具または機械に対して役立つことが明白になるであろう。フロントショベル８０は、その作動を制御するために使用される利用可能な油圧または電気油圧式道具制御装置を装備している。
【００５２】
フロントショベル８０は、高精度でその位置を求めることができる位置発見システム（図示しない）を装備している。特にフロントショベル８０は、フロントショベル８０に置かれたＤＧＰＳ受信機（図示しない）を装備することができる。ＧＰＳ／レーザの組み合わせ、又は、レーダのような他の位置発見システムも利用できる。作業現場７０内のフロントショベル８０の位置座標は、フロントショベル８０が作業現場７０上を移動する時に得られる。これらの座標は、フロントショベル８０の位置と経路とを実時間で計算し、又は、作業現場７０の地表地図３２を動的に更新できるように１連の離散点として供給することが可能である。更にフロントショベル８０はまた、変更前の作業現場７０のデジタル化モデルと、変更完了後の作業現場７０の目標とする地形とを記憶する表示器（図示しない）を持つローカル・デジタルコンピュータ（これも図示しない）を装備できる。デジタル化モデルはまた、地表地図３２の、又は、変更されるべき作業現場の全区域に相当する環境地図の表現である。例えば、環境地図は区域の構造物を含む。動的な更新情報または地表地図３２は、実時間で表示可能であり、フロントショベル８０の操作手が表示上で利用することができる。表示器からの情報を使用して操作手は、効率的に監視でき、フロントショベル８０の手動制御と作動とを命令する。位置発見システム、及び／又は、ローカル・デジタルコンピュータは、地表がフロントショベル８０または他の移動式地形変更機械によって改良を受けている時、地表地図を動的に更新する手段の一例である。
【００５３】
それに加えて、または代わりとして、動的更新情報は、様々なポンプ、バルブ、油圧シリンダ、モータ／操縦機構、及び、土地改良機械に付随する他の制御装置を持つ電気油圧制御システムのような自動機械制御システムに対して準備できる。電気油圧制御は、機械作業を最小化し、性能を最大化し、そして、操作手による動作が例えば機械に過負荷を与えた場合に手動制御を制限するような操作手補助を準備することができる。代替として現場更新情報は、完全に一体化された自動機械／道具制御を準備するために使用できる。
【００５４】
作業現場７０に含まれる本発明の他の幾つかの構成要素は、作業現場７０で機械の保守点検をする保守点検トラック７２と現場事務所７４とである。この実施例において、保守点検技術者は、現場事務所７４におけるネットワークから保守点検ラップトップ７６を取り、それを保守点検トラック７２のネットワークに取り付ける能力を持ち、ラップトップはそこで移動ルータ７８に登録する。フロントショベル８０のような移動ノードが保守点検を必要とする時、それは、状況メッセージを包含するパケットを現場事務所７４に送る。パケットは、フロントショベル８０から発せられ、無線ローカルエリア・ネットワーク８２を通って作業現場７０のルータ８４に送られる。ルータ８４は、データ入出力能力を持ち、且つ、ソフトウェアを実行するコンピュータ・システム上で実行されるが、そのソフトウェアは、ＩＰデータパケットを取り扱い、目的地アドレスを求め、パケットを無線広域ネットワーク８６を通ってフロントショベル８０の既定のホームエージェントであるルータ８８に転送する。現場事務所７４におけるルータ８８は、パケットを受け取り、その目的地アドレスを求め、パケットをローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）９０へ転送する。パケットがＬＡＮ９０に送り出される前、ルータ８８はパケットを、目的地アドレスとして保守点検ラップトップ７６の気付アドレス・ルータ７８によってカプセルに入れ、パッケットをローカルエリア・ネットワーク９０に転送する。
【００５５】
ホームエージェント・ルータ８８は、オリジナル・パケットの供給源（フロントショベル８０）を求め、結合更新をフロントショベル８０に送り、フロントショベル８０に、移動ルータ７８のアドレスである保守点検ラップトップ７６の現在の気付アドレスを知らせる。カプセル化されたパケットがローカルエリア・ネットワーク９０を通って保守点検ラップトップ７６の外部エージェント７８へ送られる前に、ホームエージェント・ルータ８８は、パケットを再度傍受する。ホームエージェントは、今度はパケットを、目的地アドレスとして移動ルータ７８の気付アドレスでカプセルに入れ、パケットを広域ネットワーク８６に転送する。ホームエージェントは、再度フロントショベル８０がパケットの最初の供給源であることを求め、結合更新をフロントショベルに送り、また、移動ルータ７８の現在気付アドレスを教える。作業現場７０のルータ８４は、パケットを広域ネットワーク８６から受け取り、パケットを無線ローカルエリア・ネットワーク８２に転送する。移動ルータ７８は、パケットを無線ローカルエリア・ネットワーク８２から受け取り、第１カプセルを取り外す。移動ルータ７８は、この内部パケットを正しい位置へ転送することを試みる。この内部パケットの目的地アドレスは、移動ルータ７８自身のアドレスであり、そのためルータ７８は、代わりに、内部カプセルを取り除くことによりそれ自身で内部パケットを処理し、パケットを保守点検ラップトップ７６に転送する。
保守点検ラップトップ７６はパケットを受け取り、フロントショベル８０に返答する。パケットは、最初に保守点検ラップトップ７６の既定ルータである移動ルータ７８に送られる。無線ローカルエリア・ネットワーク８２の仲間同士の通信能力を使用して移動ルータ７８は、パケットを直接フロントショベル８０に、無線ローカルエリア・ネットワーク８２を使用して転送する。
【００５６】
フロントショベル８０は、パケットを受け取り、また２つの結合更新をホームエージェント８８から受け取る。フロントショベル８０は、結合更新をその結合保管所に見出しを加えるため使用する。一旦フロントショベル８０が保守点検ラップトップ７６および移動ルータ７８に対する結合保管所見出しを持つと、フロントショベルは、結合保管所見出しが期限切れになるまで、経路最適化を使ってパケットを送ることができる。フロントショベル８０は、最初にその結合保管所を調べ、次にパケットは、移動ルータ７８のアドレスである保守点検ラップトップ７６の気付アドレスを目的地アドレスとして使用することによりカプセルに入れられる。フロントショベル８０は、再度その結合保管所に、今度は移動ルータ７８に対する見出しを見つける。パケットは、移動ルータ７８の気付アドレスを目的地アドレスとして使い、２度目のカプセルに入れられる。パケットは次に、無線ローカルエリア・ネットワーク８２に送られる。ローカルエリア・ネットワーク８２の仲間同士の能力を使用して、パケットは、直接移動ルータ７８へ送られる。移動ルータ７８は、無線ローカルエリア・ネットワーク８２を使用してパケットを受け取り、第１カプセルを取り除く。移動ルータ７８は、この内部パケットを正しい位置へ転送することを試みる。この内部パケットの目的地アドレスは、移動ルータ７８自身のアドレスであり、そのためルータ７８は、代わりに、内部カプセルを取り除くことによりそれ自身で内部パケットを処理し、パケットを保守点検ラップトップ７６に転送する。保守点検ラップトップ７６はパケットを受け取り、フロントショベル８０に返答する。パケットは、最初に保守点検ラップトップの既定ルータである移動ルータ７８に送られる。ローカルエリア・ネットワーク８２の仲間同士の能力を使用して移動ルータ７８は、パケットを直接フロントショベル８０に、無線ローカルエリア・ネットワーク８２を使用して転送する。フロントショベル８０は、パケットを受け取る。
【００５７】
フロントショベル８０が保守点検ラップトップ７６および移動ルータ７８に対する結合更新を持っているので、パケットは、もはや広域ネットワーク８６に経路指定されない。これは、ネットワークの施設機器を効率的に利用し、低速広域ネットワークの使用を最小限にする。前記の実施例において、フロントショベル８０の経路最適化ソフトウェアは、パケットを直接保守点検ラップトップ７６に送るために、２回のカプセル化を実行する必要があることに注意すべきである。
【００５８】
上記で説明された実施例は、１つの作業現場７０のみを含んでいたが、しかし、本発明は、多数の作業現場および各作業現場において多数の機械を網羅するように実行されることが可能である。更に、多数の機械が用いられる時、各々の機械に付随する個々の表示器に更新情報を表示させることも可能である。表示器は、機械の何れか、又は、両方から見れるような地表地図３２を動的に更新する能力を持つ。それに加えて、多数の機械が使用される時、地表地図３２の更新に応答して通信信号の伝播モデルを動的に更新することも更に可能である。
本発明の他の態様、対象、及び、利点は、図面、開示、及び、別記請求項を参照することによって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】モバイルＩＰの基本構成を示す機能ブロック図である。
【図２】パケットのトンネリングを持つモバイルＩＰの基本構成を示す機能ブロック図である。
【図３】経路最適化をしないパケット経路指定を示す機能ブロック図である。
【図４】経路最適化をするパケット経路指定を示す機能ブロック図である。
【図５】ローカルおよび広域無線ネットワークの受信可能範囲の一例を示す概観図である。
【図６】本発明の切換システム構造の機能ブロック図である。
【図７】モデル・デーモンが切換決定をするために用いるステートマシンの図である。
【図８】位置に基づく予測の一例を示す流れ図である。
【図９】地表地図の概観図である。
【図１０】本発明の切換システム用のステートマシンの図である。
【図１１】本発明の切換システム用のグラフィック・ユーザ・インタフェースの図である。
【図１２】本発明を利用できるような作業現場の図である。
【符号の説明】
Ｒ１  外部エージェント
Ｒ２  Ｍのホームエージェント
Ｓ  通信ノード
Ｍ  移動ノード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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