特表2022-550033Ｗｉ－ＦｉネットワークにおけるＯＦＤＭＡ最適化ステアリング
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-11-30
(54)【発明の名称】Ｗｉ－ＦｉネットワークにおけるＯＦＤＭＡ最適化ステアリング
(51)【国際特許分類】
H04W 76/10 20180101AFI20221122BHJP
H04W 84/12 20090101ALI20221122BHJP
H04W 72/04 20090101ALI20221122BHJP
H04W 8/22 20090101ALI20221122BHJP
H04W 16/28 20090101ALI20221122BHJP
【ＦＩ】
H04W76/10
H04W84/12
H04W72/04 133
H04W8/22
H04W16/28 130
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022518674
(86)(22)【出願日】2020-09-14
(85)【翻訳文提出日】2022-05-23
(86)【国際出願番号】 US2020050633
(87)【国際公開番号】W WO2021067025
(87)【国際公開日】2021-04-08
(31)【優先権主張番号】62/909,338
(32)【優先日】2019-10-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/010,957
(32)【優先日】2020-09-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518329826
【氏名又は名称】プリューム デザイン インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＰＬＵＭＥ ＤＥＳＩＧＮ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】３２５ Ｌｙｔｔｏｎ Ａｖｅ， Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ， ＣＡ ９４３０１ ＵＳＡ
(74)【代理人】
【識別番号】100145713
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 竜太
(74)【代理人】
【識別番号】100165157
【弁理士】
【氏名又は名称】芝 哲央
(74)【代理人】
【識別番号】100120684
【弁理士】
【氏名又は名称】宮城 三次
(72)【発明者】
【氏名】マクファーランド ウィリアム ジェイ．
【テーマコード（参考）】
5K067
【Ｆターム（参考）】
5K067EE02
5K067EE10
5K067KK02
5K067KK03
(57)【要約】
本開示は、Ｗｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）における直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）最適化ステアリングのためのシステム及び方法に関する。本開示は、ＯＦＤＭＡ技術、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘを利用する複数のアクセスポイントネットワーク（１４、３６）における動作を企図し、クライアントが接続される場所に応じてＯＦＤＭＡ動作への影響を考慮してアクセスポイントにクライアントが接続される。すなわち、本開示は、分散又は複数のアクセスポイントネットワーク（１４、３６）における最適化の文脈でＯＦＤＭＡ動作を考慮する。最適化決定は、クライアントデバイス及び／又はアクセスポイントの能力に基づいて行われる。最適化決定は、クライアントデバイスが接続すべき場所を選択するために使用され、最適化要因には、個々のデバイススループット、共同負荷スループット（システム容量）、公平性等を含んでもよい。
【選択図】図５
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）を形成するように構成された複数のアクセスポイント（１４、３６）に通信するステップであって、前記複数のアクセスポイント（１４、３６）の少なくとも一部のアクセスポイント（１４、３６）は直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）を利用する、ステップと、前記複数のアクセスポイント（１４、３６）のうちのどれが前記結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）のＯＦＤＭＡ動作に部分的に基づいて前記複数のクライアントデバイス（１６）のうちのいくつかに接続するかを決定するステップと、
を含む、方法。
【請求項2】
前記複数のアクセスポイント（１４、３６）のうちアクセスポイント（１４、３６）は、複数の家および複数の企業のうちの少なくとも１つを含む複数の場所に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記複数のアクセスポイント（１４、３６）のうちのどれが前記複数のクライアントデバイス（１６）のうちのいくつかに接続するかを決定するステップは、前記複数のクライアントデバイス（１６）のＯＦＤＭＡ能力、多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）能力およびチャネル能力のうちの少なくとも１つを含むクライアント情報に基づいている、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記クライアント情報は、前記複数のクライアントデバイス（１６）、及び前記複数のアクセスポイント（１４、３６）によって収集されたデータのうちの少なくとも１つから取得される、請求項４に記載の方法。
【請求項5】
前記複数のアクセスポイント（１４、３６）のうちのどれが前記複数のクライアントデバイス（１６）のうちのいくつかに接続するかを決定するステップは、前記複数のクライアントデバイス（１６）の前記複数のアクセスポイント（１４、３６）に対するトラフィック負荷、パケット長、及び信号強度の少なくとも１つを含む前記結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）のＯＦＤＭＡ動作に関するクライアントの特性に基づいている、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記複数のアクセスポイント（１４、３６）のうちのどれが前記複数のクライアントデバイス（１６）のうちのいくつかに接続するかを決定するステップは、動的であり、時間ベースの再計算と、前記結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）の状態の変化に基づく再計算との少なくとも一方に基づいて変化する、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記複数のアクセスポイント（１４、３６）のうちのどれが前記複数のクライアントデバイス（１６）のうちのいくつかに接続するかを決定するとき、前記結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）が最適化され、最適化要因は、前記複数のアクセスポイントのそれぞれの個々のデバイススループット、前記結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）の共同負荷スループット、前記複数のクライアントデバイス（１６）に対するスループットの公平性、及び前記結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）の条件の安定性を含む、請求項１～６いずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記複数のクライアントデバイス（１６）は、接続先を示すクライアントデバイス（１６）へのメッセージング、プローブ応答ブロック、関連付け又は認証ブロック、ビーコン隠し、及び混乱を最小限に抑えるためのプロトコルのうちの１つ又は複数を使用して、前記複数のアクセスポイント（１４、３６）に接続するように誘導される、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
プロセッサ（２０２）と、命令を記憶するメモリ（２１０）と、を備えるＷｉ－Ｆｉコントローラ（２００）であって、前記命令は、実行されると、前記プロセッサ（２０２）に請求項１～８のいずれか一項に記載の方法を実施させる、Ｗｉ－Ｆｉコントローラ（２００）。
【請求項10】
前記Ｗｉ－Ｆｉコントローラ（２００）は、ローカルコントローラと、クラウドベースコントローラとの一方である、請求項９に記載のＷｉ－Ｆｉコントローラ（２００）。
【請求項11】
前記結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）を形成するように構成された前記複数のアクセスポイント（１４、３６）を備える、Ｗｉ－Ｆｉシステムであって、前記複数のアクセスポイント（１４、３６）の少なくとも１つのアクセスポイント（１４、３６）が請求項９又は１０に記載のＷｉ－Ｆｉコントローラ（２００）に接続される、Ｗｉ－Ｆｉシステム。
【請求項12】
命令を含むコンピュータプログラムであって、前記命令は、少なくとも１つのプロセッサ上で実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサ（２０２）に請求項１～８のいずれか一項に記載の方法を実施させる、コンピュータプログラム。
【請求項13】
請求項１２に記載のコンピュータプログラムを含むキャリアであって、前記キャリアは、電子信号、光信号、無線信号、又はコンピュータ可読ストレージ媒体のうちの１つである、キャリア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、無線ネットワーキングのシステム及び方法に関する。より詳細には、本開示は、Ｗｉ－Ｆｉネットワークにおける直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）最適化ステアリングのためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
Ｗｉ－Ｆｉネットワーク（すなわち、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に基づく無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ））が広く普及している。実際、Ｗｉ－Ｆｉは、ユーザデバイス接続の最も一般的な手法であり、Ｗｉ－Ｆｉ上での実行に使用されるアプリケーションは、拡大を続けている。例えば、Ｗｉ－Ｆｉは、あらゆる種類のメディアで、ビデオトラフィック、オーディオトラフィック、電話での通話、ビデオ会議、オンラインゲーム、及び防犯カメラビデオ等で伝送に使用されている。ウェブ閲覧、ファイルのアップロード／ダウンロード、ディスクドライブのバックアップ、及びいくつかのモバイルデバイス用アプリケーション等の従来のデータサービスも同時に使用されることが多い。すなわち、Ｗｉ－Ｆｉは、家又は他の場所で、ユーザデバイスとインターネットとの主接続となっている。接続されたデバイスの大半が、その主ネットワーク接続のためにＷｉ－Ｆｉを使用している。そのため、Ｗｉ－Ｆｉ上でアプリケーションが円滑に動作するようにする必要がある。ネットワーク動作パラメータを調整するための様々な最適化技法がある。例えば、２０１８年７月１１日に出願され、「Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｗｉ－Ｆｉ ｎｅｔｗｏｒｋｓ」と題され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願（特許文献１）に記載されており、その内容は参照により本書に組み込まれるものとする。
【0003】
Ｗｉ－Ｆｉが人気を博し、広く普及しているにもかかわらず、消費者の多くは、今もＷｉ－Ｆｉで苦労している。上述のようなリアルタイムのメディアアプリケーションを提供するという課題によって、Ｗｉ－Ｆｉのスループット、遅延、ジッター、及び堅牢性に対する要求が高まっている。調査によると、サービスプロバイダを介するインターネットへのブロードバンドアクセスは、９９．９％を越える確率で高速データレートである。しかしながら、インターネットが消費者の家の隅まで確実に高速で到達しているにもかかわらず、Ｗｉ－Ｆｉを介して家全体に接続を分散するだけでは、信頼性が大幅に低下し、ユーザ体験が低下する。
【0004】
従来のＷｉ－Ｆｉシステムは、ｉ）干渉、ｉｉ）輻輳、及びｉｉｉ）カバレッジを含むいくつかの問題により、良好な動作が妨げられる。干渉については、Ｗｉ－Ｆｉの拡大に伴い、重複する異なるＷｉ－Ｆｉネットワーク間の干渉も拡大している。互いの範囲内にある２つのネットワークが高レベルのトラフィックを伝送する場合、互いに干渉して、いずれかのネットワークで実現可能なスループットが低下する。輻輳については、単一のＷｉ－Ｆｉネットワーク内で、いくつかの通信セッションが実行されていることがある。高解像度のビデオストリーム等、いくつかの厳しい要求のアプリケーションを実行すると、ネットワークは飽和状態に達し、ビデオストリームをサポートする十分な容量がなくなることがある。
【0005】
カバレッジについては、Ｗｉ－Ｆｉ信号は距離とともに減衰し、また壁及び他の物体を通過する際に減衰する。多くの環境、例えば、住居で、確実なＷｉ－Ｆｉサービスが全ての部屋で得られるとは限らない。基本的な接続が全ての部屋で得られる場合であっても、Ｗｉ－Ｆｉ信号が弱いために、そのような場所の多くで、性能が悪くなる。住居内の様々な物体、例えば、壁、ドア、鏡、人間、及びその辺にあるような物は、全てＷｉ－Ｆｉ信号に干渉して減衰させ、データレートを低下させる。
【0006】
従来のＷｉ－Ｆｉシステムの性能を改善するために、２つの一般的手法が試されてきた。第一の手法は、単純に、より強力な単一アクセスポイントを確立して、ある場所をより高い信号強度でカバーしようというものであり、そうすることで、所与の場所でカバレッジをより完全なものにし、データレートをより高くするものである。しかしながら、この手法は、許容送信電力（ｔｒａｎｓｍｉｔ ｐｏｗｅｒ）の規制上の限界と、基本的な自然法則との双方で制限される。そのような強力なアクセスポイントを作成するには、電力を増強するにしても、送受信アンテナの数を増やすにしても、実現される改善とともに指数関数的に、その難易度が上昇する。こうした技法を用いた現実的な改善は、６～１２ｄＢの範囲である。しかしながら、壁を１枚追加するだけで、１２ｄＢ減衰することもある。したがって、１２ｄＢのリンクバジェットを得るための相当な難易度及び費用にも関わらず、結果としてのシステムは、追加された壁が１枚であっても、通過して送信できない可能性がある。元から存在していた可能性もあるカバレッジの穴は、今も全て存在し、低スループットのデバイスは、今も比較的低いスループットしか実現できず、全体的なシステム容量はわずかしか改善されないことになる。それに加えて、この手法は、干渉及び輻輳に関する状況を何ら改善しない。実際、送信電力を増強することにより、ネットワーク間の干渉量は、現実に増えてしまう。
【0007】
第二の手法は、リピータ又はＷｉ－Ｆｉデバイスのメッシュを用いて、ある場所全体でＷｉ－Ｆｉデータをリピートすることである。この手法は、基本的に、より良いカバレッジを実現するのに、より良い手法である。家の中心に１つのリピータノードを配置するだけでも、１つのＷｉ－Ｆｉ送信波が移動しなければならない距離を半分に減らすことができ、Ｗｉ－Ｆｉ信号の各ホップが横断しなければならない壁の数も半分になる。こうすることで、リンクバジェットの変化を４０ｄＢ以上とすることができ、これは上述した単一アクセスポイントを拡張することにより得られる６～１２ｄＢのタイプの改善と比べて大きな変化である。メッシュネットワークは、Ｗｉ－Ｆｉリピータを用いるシステムと同様の特性を有する。完全に相互接続されたメッシュでは、全てのリピータが互いに通信できるようになり、パケットがネットワーク中の任意の経路をたどって複数のホップを介して送達される可能性を開く。
【0008】
最先端のメッシュ又はリピータシステムにも多くの限界はある。このようなシステムはローカル制御に依存するので、リピータ又はメッシュノード間で全バックホール通信に同じ周波数を用いるように自己構成する。このため、深刻なシステム容量の問題が生じる。パケットを目的地に届けるのに、ネットワーク内で３ホップを要求するシステムがあるとする。３ホップは全て同じ周波数チャネル上にあるので、また、範囲（範囲は、サポートされる最も低いデータレートの長いレンジによって決定される）内にある複数のデバイスの中の所与のチャネルで一度に１つのＷｉ－Ｆｉ電波しか送信できないので、一度に１つのホップしか有効にできない。したがって、この例では、３ホップを介してパケットを送達することは、当該１つのチャネルでパケットを直接送達する場合の３倍の通信時間がかかることになる。第一のホップでは、パケットがＷｉ－Ｆｉゲートウェイから第一のメッシュノードへと移動しているとき、この家の他の全てのリンクはサイレントでなければならない。同様に、後にパケットが第一のメッシュノードから第二のメッシュノードへと送られるとき、その家の他のどのＷｉ－Ｆｉデバイスも送信することができない。最後に、パケットが第二のメッシュノードから最終目的地へと移動するときも同じである。結局、３ホップのリピートを使用することで、ネットワーク容量が３分の１に減ったことになる。また、単一アクセスポイントの場合と同様に、リピータ又はメッシュの手法は、干渉又は輻輳の問題については役に立たない。前述のように、この技法は、単一のパケット送信が３つの別個の送信となり、全部で３倍の通信時間がかかり、近隣のＷｉ－Ｆｉネットワークに対し３倍の干渉を生じるので、実は干渉を増加させるものである。
【0009】
さらに、Ｗｉ－Ｆｉは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、８０２．１１ｂ、８０２．１１ｇ、８０２．１１ｎ、８０２．１１ａｃ、及び８０２．１１ａｘ等、より新しい世代の技術で進化し続けている。各世代の技術は、Ｗｉ－Ｆｉメディアアクセス制御（ＭＡＣ）層と物理（ＰＨＹ）層を進化させ、より多くの機能を追加している。ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘの場合、複数のクライアントデバイスとの間で多数の小さなパケットを送信する際のＷｉ－Ｆｉ通信の効率改善を目的とした技術として、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）が追加された。ＯＦＤＭＡは、ダウンリンク（１つのアクセスポイントから複数のクライアントに対して同時に通信を行う）、あるいはアップリンク（１つのアクセスポイントに対して複数のクライアントが同時に通信を行う）の両方で動作させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】米国特許出願第１６／０３２，５８４号
【発明の概要】
【0011】
本開示は、Ｗｉ－Ｆｉネットワークにおける直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）最適化ステアリングのためのシステム及び方法に関するものである。本開示は、ＯＦＤＭＡ技術、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘ（Ｗｉ－Ｆｉ６とも呼ばれる）を利用する複数のアクセスポイントネットワークにおける動作を企図し、クライアントが接続される場所に応じてＯＦＤＭＡ動作への影響を考慮してアクセスポイントにクライアントが接続される。すなわち、本開示は、分散又は複数のアクセスポイントネットワークにおける最適化の文脈でＯＦＤＭＡ動作を考慮する。最適化決定は、各アクセスポイントでローカルに、クラウドベースのコントローラ等のネットワーク外で、複数のアクセスポイント等（異なる家、企業等のアクセスポイントを含む）にわたる分散決定として、行われ得る。最適化決定は、ＯＦＤＭＡ能力、多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）能力、チャネル能力等を含む、クライアントデバイス及び／又はアクセスポイントの能力に基づいて行うことができる。最適化決定は、トラフィック負荷、パケット長、アクセスポイントへの信号強度等、ＯＦＤＭＡに関連するクライアントデバイスの特性に基づいて行うことができる。最適化決定は、動的であり、時間ベース及び／又は条件変更ベース等、ネットワークの条件に応じて変化させることができる。最適化決定は、クライアントデバイスが接続すべき場所を選択するために使用され、最適化要因には、個々のデバイススループット、共同負荷スループット（システム容量）、公平性等を含んでもよい。最適化要因は、改善量だけでなく、条件の安定性に基づいて測定することができる。クライアントデバイスは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｋ、又は８０２．１１ｖメッセージ、プローブ応答ブロック、関連付け又は認証ブロック、ビーコン隠し、混乱を最小限に抑えるためのＩＥＥＥ８０２．１１ｒ技術等、接続先を示すメッセージングを含む様々な技術を使用して、アクセスポイント間でステアリングされることが可能である。
【0012】
本開示は、本明細書において様々な図面を参照して例示され説明され、図面の中で、適宜、類似の参照番号が類似のシステムの構成要素／方法ステップを表示するのに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】クラウドベースの制御を有するＷｉ－Ｆｉシステムのネットワーク図である。
【図6】ダウンリンクＯＦＤＭＡを従来の単一ユーザ通信、すなわち、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）と比較するための周波数対時間のグラフである。
【図7】アクセスポイントがクライアントデバイスとの送信において行うことができる様々な時間／周波数割り当てのグラフである。
【図8】４つのアクセスポイント及びＯＦＤＭＡをサポートする様々な（例えば、１２の）クライアントデバイスを備えた例示的なＷｉ－Ｆｉシステムのネットワーク図である。
【図9】４つのアクセスポイント及びＯＦＤＭＡをサポートする様々な（例えば、１２の）クライアントデバイスを備えた例示的なＷｉ－Ｆｉシステムのネットワーク図である。
【図10】４つのアクセスポイント及びＯＦＤＭＡをサポートする様々な（例えば、１２の）クライアントデバイスを備えた例示的なＷｉ－Ｆｉシステムのネットワーク図である。
【図11】最適化への入力及び出力のブロック図である。
【図13】まとめて最適化される家の数を減らし、それによって演算の複雑性を管理可能なものにするためのクラスタ化の一例の図である。
【図14】任意の分散Ｗｉ－Ｆｉネットワークでクライアント関連付けを遠隔で制御するために使用されるクライアントステアリング処理のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
再び、本開示は、Ｗｉ－Ｆｉネットワークにおける直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）最適化ステアリングのためのシステム及び方法に関するものである。本開示は、ＯＦＤＭＡ技術、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘ（Ｗｉ－Ｆｉ６とも呼ばれる）を利用する複数のアクセスポイントネットワークにおける動作を企図し、クライアントが接続される場所に応じてＯＦＤＭＡ動作への影響を考慮してアクセスポイントにクライアントが接続される。すなわち、本開示は、分散又は複数のアクセスポイントネットワークにおける最適化の文脈でＯＦＤＭＡ動作を考慮する。最適化決定は、各アクセスポイントでローカルに、クラウドベースのコントローラ等のネットワーク外で、複数のアクセスポイント等（異なる家、企業等のアクセスポイントを含む）にわたる分散決定として、行われ得る。最適化決定は、ＯＦＤＭＡ能力、多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）能力、チャネル能力等を含む、クライアントデバイス及び／又はアクセスポイントの能力に基づいて行われる。最適化決定は、トラフィック負荷、パケット長、アクセスポイントへの信号強度等、ＯＦＤＭＡに関連するクライアントデバイスの特性に基づいて行うことができる。最適化決定は、動的であり、時間ベース及び／又は条件変更ベース等、ネットワークの条件に応じて変化させることができる。最適化決定は、クライアントデバイスが接続すべき場所を選択するために使用され、最適化要因には、個々のデバイススループット、共同負荷スループット（システム容量）、公平性等を含んでもよい。最適化要因は、改善量だけでなく、条件の安定性に基づいて測定することができる。クライアントデバイスは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｋ、又は８０２．１１ｖメッセージ、プローブ応答ブロック、関連付け又は認証ブロック、ビーコン隠し、混乱を最小限に抑えるためのＩＥＥＥ８０２．１１ｒ技術等、接続先を示すメッセージングを含む様々な技術を使用して、アクセスポイント間でステアリングされることが可能である。
【0015】
（Ｗｉ－Ｆｉシステム）
図１は、クラウド１２ベースの制御を有するＷｉ－Ｆｉシステム１０のネットワーク図である。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、ＩＥＥＥ８０２．１１プロトコル及びその変更された形態に従って動作することができる。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、ある場所、例えば住居、職場その他等の全体に分散させることができる複数のアクセスポイント１４（アクセスポイント１４Ａ～１４Ｈとラベル付け）を含む。すなわち、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、単一アクセスポイント、リピータ、又はメッシュシステムによるサービスが非効率又は非実用的な任意の物理的な場所での動作を意図している。本明細書で説明するように、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、ネットワーク、システム、Ｗｉ－Ｆｉネットワーク、Ｗｉ－Ｆｉシステム、クラウドベースのシステム等と呼ばれることもある。アクセスポイント１４は、ノード、アクセスポイント、Ｗｉ－Ｆｉノード、Ｗｉ－Ｆｉアクセスポイント等と呼ばれることもある。アクセスポイント１４の目的は、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６（Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６Ａ～１６Ｅとラベル付け）へのネットワーク接続性を提供することである。Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６は、クライアントデバイス、ユーザデバイス、クライアント、Ｗｉ－Ｆｉクライアント、Ｗｉ－Ｆｉデバイス等と呼ばれることもある。
図１は、クラウド１２ベースの制御を有するＷｉ－Ｆｉシステム１０のネットワーク図である。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、ＩＥＥＥ８０２．１１プロトコル及びその変更された形態に従って動作することができる。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、ある場所、例えば住居、職場その他等の全体に分散させることができる複数のアクセスポイント１４（アクセスポイント１４Ａ～１４Ｈとラベル付け）を含む。すなわち、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、単一アクセスポイント、リピータ、又はメッシュシステムによるサービスが非効率又は非実用的な任意の物理的な場所での動作を意図している。本明細書で説明するように、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、ネットワーク、システム、Ｗｉ－Ｆｉネットワーク、Ｗｉ－Ｆｉシステム、クラウドベースのシステム等と呼ばれることもある。アクセスポイント１４は、ノード、アクセスポイント、Ｗｉ－Ｆｉノード、Ｗｉ－Ｆｉアクセスポイント等と呼ばれることもある。アクセスポイント１４の目的は、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６（Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６Ａ～１６Ｅとラベル付け）へのネットワーク接続性を提供することである。Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６は、クライアントデバイス、ユーザデバイス、クライアント、Ｗｉ－Ｆｉクライアント、Ｗｉ－Ｆｉデバイス等と呼ばれることもある。
【0016】
典型的な住居展開では、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、１軒の家の中に２～１２、又はそれ以上のアクセスポイントを含むことができる。多数のアクセスポイント１４（Ｗｉ－Ｆｉシステム１０内のノードと呼ばれることもある）によって、任意のアクセスポイント１４間の距離が、Ｗｉ－Ｆｉサービスを必要とする任意のＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６までの距離と同様、常に短いことが保証される。すなわち、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０の目的は、アクセスポイント１４間の距離が各Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６と関連付けられたアクセスポイント１４との間の距離と同様のサイズとなることである。このような短距離によって、消費者の家の隅々まで良好にＷｉ－Ｆｉ信号にカバーされることが保証される。また、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０内の任意の所与のホップが短くなり、ほとんど壁を貫通しないことも保証される。その結果、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０内の各ホップの信号強度は非常に強くなり、より高いデータレートの使用が可能になり、堅牢な動作が提供される。なお、当業者であれば、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６が、モバイルデバイス、タブレット、コンピュータ、家電、家庭用エンターテメントデバイス、テレビ、モノのインターネット（ＩｏＴ）デバイス、又は任意のネットワーク可能デバイスであり得ることを認識しよう。外部ネットワーク接続性のために、１つ又は複数のアクセスポイント１４がモデム／ルータ１８に接続されていてもよく、このモデム／ルータ１８はケーブルモデム、デジタル加入者ループ（ＤＳＬ）モデム、又はＷｉ－Ｆｉシステム１０と関連付けられた物理的な場所への外部ネットワーク接続性を提供する任意のデバイスであってもよい。
【0017】
優れたカバレッジを提供する一方で、多数のアクセスポイント１４（ノード）には同調の問題がある。全てのアクセスポイント１４を正しく構成させ高効率で通信させるには、中央制御が必要である。この制御は、好ましくはサーバ２０で実行され、このサーバ２０にはインターネット（クラウド１２）経由で到達でき、ユーザデバイス２２で稼動するアプリケーション（「アプリ」）を通じる等して遠隔アクセスが可能である。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０を稼働させることは、したがって、「クラウドサービス」として一般的に知られているものとなる。サーバ２０は、クラウド１２を通じて、測定データを受信し、この測定データを分析し、それに基づきＷｉ－Ｆｉシステム１０内のアクセスポイント１４を構成するように、構成されタクラウドベースのコントローラであってもよい。サーバ２０は、また、どのアクセスポイント１４が各Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６と接続（関連）するかを決定するように構成されることができる。すなわち、例示的な態様では、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、アクセスポイント１４及びＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６の動作を最適化し、構成し、監視する、（クラウドベースのコントローラ又はクラウドサービスによる）クラウドベースの制御を含む。このクラウドベースの制御は、アクセスポイントにローカルでログインするような、ローカル構成に依存する従来の動作とは対照的である。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０では、制御及び最適化はアクセスポイント１４へのローカルなログインを必要とせず、ユーザデバイス２２（又はローカルＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６）が、別個のネットワーク（Ｗｉ－Ｆｉシステム１０とは異なるネットワーク）（例えば、ＬＴＥ（登録商標）、別のＷｉ－Ｆｉネットワーク等）を介する等して、クラウド１２内のサーバ２０と通信する。
【0018】
アクセスポイント１４は、接続性のために無線リンク及び有線リンクの両方を含むことができる。図１の例では、アクセスポイント１４Ａは、モデム／ルータ１８への例示的なギガビットイーサネット（登録商標）（ＧｂＥ）の有線接続を有する。任意選択により、アクセスポイント１４Ｂもまた、重複又は負荷のバランスをとるため等に、モデム／ルータ１８への有線接続を有している。アクセスポイント１４Ａ、１４Ｂはまた、モデム／ルータ１８への無線接続を有することができる。アクセスポイント１４は、クライアント接続性のための無線リンク（クライアントリンクと呼ばれる）、及びバックホールのための無線リンク（バックホールリンクと呼ばれる）を有することができる。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０が従来のＷｉ－Ｆｉメッシュネットワークと異なる点は、クライアントリンクとバックホールリンクとが必ずしも同じＷｉ－Ｆｉチャネルを共有しないので、干渉が低下することである。すなわち、アクセスポイント１４は少なくとも２つのＷｉ－Ｆｉ無線チャネルをサポートすることができ、これらのチャネルはクライアントリンク又はバックホールリンクのいずれかに対応できるように柔軟に使用することができ、また、モデム／ルータ１８への接続性のために、又は他のデバイスに接続するために、少なくとも１つの有線ポートを有していてもよい。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０では、小サブセットのアクセスポイント１４だけがモデム／ルータ１８への直接的な接続性を必要とし、接続されていないアクセスポイント１４は接続しているアクセスポイント１４へのバックホールリンクを通じてモデム／ルータ１８と通信している。
【0019】
（Ｗｉ－Ｆｉシステムの従来のＷｉ－Ｆｉシステムと比較）
図２は、従来の単一アクセスポイントシステム３０、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２、及びＷｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３に対するＷｉ－Ｆｉシステム１０の動作の違いを示すネットワーク図である。単一アクセスポイントシステム３０は、ある場所（例えば家）における全てのＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６に対応するように中心部に配置され得る単一の強力なアクセスポイント３４に依存する。ここでも、本明細書で上述したように、典型的な住居では、単一アクセスポイントシステム３０は、アクセスポイント３４とＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６との間に、いくつかの壁、床等を有し得る。それに加えて、単一アクセスポイントシステム３０は単一チャネルで動作するので、近隣システムからの干渉が生じることがある。Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２は、Ｗｉ－Ｆｉカバレッジを分散する複数のメッシュノード３６を有することにより、単一アクセスポイントシステム３０の問題の一部を解決する。具体的には、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２は、完全に相互接続されているメッシュノード３６に基づき動作し、チャネルＸ等のチャネルを各メッシュノード３６とＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６との間で共有している。すなわち、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２は、完全に相互接続されたグリッドであり、同じチャネルを共有し、メッシュノード３６とＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６との間で複数の異なる経路を可能にしている。しかしながら、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２は同一のバックホールチャネルを用いるので、ソースポイント間の各ホップは、データ送達に必要なホップ数によってネットワーク容量を分割する。例えば、ビデオをＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６にストリーミングするのに３ホップを要する場合、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２には１／３の容量しか残らない。Ｗｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３は、Ｗｉ－Ｆｉリピータ３８に無線接続されたアクセスポイント３４を含む。Ｗｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３は、アクセスポイント１４とＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６との間に最大で１つのＷｉ－Ｆｉリピータ３８が存在しているスター状トポロジである。チャネルの観点からは、アクセスポイント３４は第一のチャネルＣｈ．ＸでＷｉ－Ｆｉリピータ３８と通信でき、Ｗｉ－Ｆｉリピータ３８は第二のチャネルＣｈ．ＹでＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６と通信できる。
図２は、従来の単一アクセスポイントシステム３０、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２、及びＷｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３に対するＷｉ－Ｆｉシステム１０の動作の違いを示すネットワーク図である。単一アクセスポイントシステム３０は、ある場所（例えば家）における全てのＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６に対応するように中心部に配置され得る単一の強力なアクセスポイント３４に依存する。ここでも、本明細書で上述したように、典型的な住居では、単一アクセスポイントシステム３０は、アクセスポイント３４とＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６との間に、いくつかの壁、床等を有し得る。それに加えて、単一アクセスポイントシステム３０は単一チャネルで動作するので、近隣システムからの干渉が生じることがある。Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２は、Ｗｉ－Ｆｉカバレッジを分散する複数のメッシュノード３６を有することにより、単一アクセスポイントシステム３０の問題の一部を解決する。具体的には、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２は、完全に相互接続されているメッシュノード３６に基づき動作し、チャネルＸ等のチャネルを各メッシュノード３６とＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６との間で共有している。すなわち、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２は、完全に相互接続されたグリッドであり、同じチャネルを共有し、メッシュノード３６とＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６との間で複数の異なる経路を可能にしている。しかしながら、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２は同一のバックホールチャネルを用いるので、ソースポイント間の各ホップは、データ送達に必要なホップ数によってネットワーク容量を分割する。例えば、ビデオをＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６にストリーミングするのに３ホップを要する場合、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２には１／３の容量しか残らない。Ｗｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３は、Ｗｉ－Ｆｉリピータ３８に無線接続されたアクセスポイント３４を含む。Ｗｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３は、アクセスポイント１４とＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６との間に最大で１つのＷｉ－Ｆｉリピータ３８が存在しているスター状トポロジである。チャネルの観点からは、アクセスポイント３４は第一のチャネルＣｈ．ＸでＷｉ－Ｆｉリピータ３８と通信でき、Ｗｉ－Ｆｉリピータ３８は第二のチャネルＣｈ．ＹでＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６と通信できる。
【0020】
Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、全接続に同一チャネルを要するＷｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２の問題を、様々なホップに異なるチャネル又は帯域を用いることにより解決し（なお、一部のホップが同じチャネル／帯域を使用してもよいが、必須ではない）、Ｗｉ－Ｆｉ速度の低下を防止する。例えば、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、アクセスポイント１４間で、及びＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６との間で異なるチャネル／帯域（例えば、Ｃｈ．Ｘ、Ｃｈ．Ｙ、Ｃｈ．Ｚ、Ｃｈ．Ａ）を使用することができ、また、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、クラウド１２による構成及び最適化に基づき、必ずしも全てのアクセスポイント１４を使用しなくてよい。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、複数のアクセスポイント１４を提供することにより、単一アクセスポイントシステム３０の問題を解決する。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６とゲートウェイとの間に最大でも２つの無線ホップしか許可しないＷｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３のようなスター状トポロジに縛られない。また、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６とゲートウェイとの間に１つの経路があるツリートポロジを形成するが、Ｗｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３とは違って複数の無線ホップを可能とする。
【0021】
Ｗｉ－Ｆｉは、共有型単信プロトコル、すなわち、ネットワーク内ではいかなるときも２つのデバイス間の１つの会話だけが生じることが可能であり、１つのデバイスが発信している間、その他のデバイスは聴取していなくてはならない。異なるＷｉ－Ｆｉチャネルを用いることにより、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０内で複数の同時の会話が同時に生じることが可能になる。アクセスポイント１４間で異なるＷｉ－Ｆｉチャネルを選択することにより、干渉及び輻輳が回避できる。サーバ２０は、クラウド１２を通じて、最適化されたチャネルホップソリューションのアクセスポイント１４を自動的に構成する。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、消費者及び彼らのＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６の常に変化し続けるニーズをサポートするように、経路及びチャネルを選択することができる。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０の手法は、Ｗｉ－Ｆｉ信号がバックホール接続性でもクライアント接続性でも遠方まで移動する必要がないことを保証するものである。したがって、Ｗｉ－Ｆｉ信号は強いままであり、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２又はＷｉ－Ｆｉリピータのように同じチャネルで通信することによる干渉を回避できる。一実施形態では、クラウド１２内のサーバ２０は、最高のユーザ体験のためにチャネル選択を最適化するように構成されている。
【0022】
注目すべきは、本明細書に記載されたシステム及び方法は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０、単一アクセスポイントシステム３０、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２、及びＷｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３のいずれかを通じた動作を企図している。システム及び方法には、特定の局面が存在し、それらの局面では、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２、及びＷｉ－Ｆｉリピータネットワーク等の複数のデバイスＷｉ－Ｆｉネットワークを必要とする。
【0023】
（アクセスポイント）
図３は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０、単一アクセスポイントシステム１０、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２、及びＷｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３内のアクセスポイント１４の機能的構成要素のブロック図である。アクセスポイント１４は、プロセッサ１０２、複数の無線機１０４、ローカルインターフェース１０６、データストア１０８、ネットワークインターフェース１１０、及び電源１１２を収容する物理的なフォームファクタ１００を含む。当業者であれば、図３は、アクセスポイント１４を簡略化して示したものであり、実際の実施形態は、追加の構成要素及び好ましく構成された処理論理（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｌｏｇｉｃ）を含んで、本明細書で説明する特徴、又は本明細書では詳述されない既知の従来の動作特徴をサポートすることができることを理解すべきである。
図３は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０、単一アクセスポイントシステム１０、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２、及びＷｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３内のアクセスポイント１４の機能的構成要素のブロック図である。アクセスポイント１４は、プロセッサ１０２、複数の無線機１０４、ローカルインターフェース１０６、データストア１０８、ネットワークインターフェース１１０、及び電源１１２を収容する物理的なフォームファクタ１００を含む。当業者であれば、図３は、アクセスポイント１４を簡略化して示したものであり、実際の実施形態は、追加の構成要素及び好ましく構成された処理論理（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｌｏｇｉｃ）を含んで、本明細書で説明する特徴、又は本明細書では詳述されない既知の従来の動作特徴をサポートすることができることを理解すべきである。
【0024】
例示的な実施形態では、フォームファクタ１００は、小型の物理的実装体であり、アクセスポイント１４は電気ソケットに直接挿し込まれ、この電気ソケットとの電気プラグ接続により物理的にサポートされる。この小型の物理的実装体は、住居全体に分散する多数のアクセスポイント１４には理想的である。プロセッサ１０２は、ソフトウェア命令を実行するハードウェアデバイスである。プロセッサ１０２は、あらゆる特別仕様の、又は市販されているプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、モバイルデバイス３００と関連付けられたいくつかのプロセッサのうちの補助プロセッサ、（マイクロチップ又はチップセットの形態の）半導体ベースのマイクロプロセッサ、又は一般にソフトウェア命令を実行するあらゆるデバイスであってよい。アクセスポイント１４の動作中、プロセッサ１０２は、メモリ又はデータストア１０８内に記憶されたソフトウェアを実行し、メモリ又はデータストア１０８と互いにデータを送受信し、ソフトウェア命令に従ってアクセスポイント１４の動作を広く制御するように構成されている。例示的な実施形態では、プロセッサ１０２には、モバイル用に最適化されたプロセッサ、例えば、消費電力及びモバイルアプリケーション用に最適化されたプロセッサを含んでもよい。
【0025】
無線機１０４によって、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０内の無線通信が可能になる。無線機１０４は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に従って動作することができる。無線機１０４は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０での適切な通信を可能にするアドレス、制御部、及び／又はデータ接続を含む。本明細書で説明するように、アクセスポイント１４は、異なるリンク、すなわち、バックホールリンク及びクライアントリンクをサポートする複数の無線機を含む。無線機１０４は、また、ＩＥＥＥ８０２．１１動作を実行するように構成されたＷｉ－Ｆｉチップセットを含むことができる。一実施形態では、最適化は、帯域幅、チャネル、トポロジ等の無線機１０４の構成を決定することができる。一実施形態では、アクセスポイント１４は、２．４ＧＨｚについては２０／４０ＭＨｚ、５ＧＨｚについては２０／４０／８０ＭＨｚの動作帯域幅を有する２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚの２ｘ２ ＭＩＭＯ ８０２．１１ｂ／ｇ／ｎ／ａｃの電波を同時に操作するデュアルバンドの動作をサポートする。例えば、アクセスポイント１４は、ＩＥＥＥ８０２．１１ＡＣ１２００ギガビットＷｉ－Ｆｉ（３００＋８６７Ｍｂｐｓ）をサポートすることができる。
【0026】
ローカルインターフェース１０６は、アクセスポイント１４へのローカル通信用に構成され、有線接続にすることも、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）その他等の無線接続にすることもできる。クセスポイント１４はクラウド１２を介して構成されるので、新たにオンになったアクセスポイント１４の接続性を最初に確立するために、オンボード化処理が必要である。例示的な実施形態では、アクセスポイント１４は、また、ユーザデバイス２２上のアプリを通じる等してＷｉ－Ｆｉシステム１０にオンボードするために、ユーザデバイス２２（又はＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６）への接続性を可能にするローカルインターフェース１０６を含むこともできる。データストア１０８は、データを記憶するために用いられる。データストア１０８は、揮発性メモリ素子（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ等））、不揮発性メモリ素子（例えば、ＲＯＭ、ハードドライブ、テープ、ＣＤＲＯＭ等）、及びそれらの組合せのいずれをも含むことができる。さらに、データストア１０８は、電子、磁気、光学、及び／又は他のタイプのストレージ媒体を組み込んでもよい。
【0027】
ネットワークインターフェース１１０は、アクセスポイント１４に有線接続性を提供する。ネットワークインターフェース１０４は、アクセスポイント１４がモデム／ルータ１８と通信可能にするために用いることができる。また、ネットワークインターフェース１０４は、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６又はユーザデバイス２２にローカル接続性を提供するために用いることができる。例えば、デバイスにおけるアクセスポイント１４への有線接続は、Ｗｉ－Ｆｉをサポートしていないデバイスにネットワークアクセスを提供することができる。一実施形態では、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０内の全てのアクセスポイント１４は、ネットワークインターフェース１１０を含む。別の実施形態では、モデム／ルータ１８に接続するか又はローカル有線接続を要求する選択アクセスポイント１４は、ネットワークインターフェース１１０を有する。ネットワークインターフェース１１０は、例えば、イーサネットカード又はアダプタ（例えば、１０ＢａｓｅＴ、ファーストイーサネット、ギガビットイーサネット、１０ＧｂＥ）を含んでもよい。ネットワークインターフェース１１０は、ネットワーク上での適切な通信を可能にするアドレス、制御部、及び／又はデータ接続を含むことができる。
【0028】
プロセッサ１０２及びデータストア１０８は、アクセスポイント１４の動作を基本的に制御するソフトウェア及び／又はファームウェア、データ収集及び測定の制御、データ管理、メモリ管理、及びクラウドを介してのサーバ２０との通信及び制御インターフェースを含むことができる。プロセッサ１０２及びデータストア１０８は、本明細書で説明する様々な処理、アルゴリズム、方法、技法等を実施するように構成されてもよい。
【0029】
（クラウドサーバ及びユーザデバイス）
図４は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０で使用され得るサーバ２０、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６、又はユーザデバイス２２の機能的構成要素のブロック図である。図４は、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６、サーバ２０、ユーザデバイス２２、又は任意の汎用処理デバイスのいずれをも形成することができる機能的構成要素を示す。サーバ２０は、デジタルコンピュータであってもよく、そのデジタルコンピュータは、ハードウェアアーキテクチャとして、一般にプロセッサ２０２、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース２０４、ネットワークインターフェース２０６、データストア２０８、及びメモリ２１０を含む。当業者であれば、図４は、サーバ２０を非常に簡略化して示したものであり、実際の実施形態は、追加の構成要素及び適切に構成された処理論理を含んで、本明細書で説明する特徴、又は本明細書では詳述していない既知又は従来の動作特徴をサポートすることができることを理解すべきである。
図４は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０で使用され得るサーバ２０、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６、又はユーザデバイス２２の機能的構成要素のブロック図である。図４は、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６、サーバ２０、ユーザデバイス２２、又は任意の汎用処理デバイスのいずれをも形成することができる機能的構成要素を示す。サーバ２０は、デジタルコンピュータであってもよく、そのデジタルコンピュータは、ハードウェアアーキテクチャとして、一般にプロセッサ２０２、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース２０４、ネットワークインターフェース２０６、データストア２０８、及びメモリ２１０を含む。当業者であれば、図４は、サーバ２０を非常に簡略化して示したものであり、実際の実施形態は、追加の構成要素及び適切に構成された処理論理を含んで、本明細書で説明する特徴、又は本明細書では詳述していない既知又は従来の動作特徴をサポートすることができることを理解すべきである。
【0030】
構成要素（２０２、２０４、２０６、２０８、及び２１０）は、ローカルインターフェース２１２を介して通信可能に接続されている。ローカルインターフェース２１２は、例えば、限定ではないが、当業界で知られているように、１つ又は複数のバス又は他の有線接続もしくは無線接続であってもよい。ローカルインターフェース２１２は、簡潔にするために省略されているが、通信を可能にする追加の素子、とりわけ、コントローラ、バッファー（キャッシュ）、ドライバ、リピータ、及びレシーバを有していてもよい。さらに、ローカルインターフェース２１２は、前述の構成要素間の適切な通信を可能にするアドレス、制御部、及び／又はデータ接続を含んでもよい。
【0031】
プロセッサ２０２は、ソフトウェア命令を実行するハードウェアデバイスである。プロセッサ２０２は、あらゆる特別仕様の、又は市販されているプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、サーバ２０と関連付けられたいくつかのプロセッサのうちの補助プロセッサ、（マイクロチップ又はチップセットの形態の）半導体ベースのマイクロプロセッサ、又は一般にソフトウェア命令を実行する任意のデバイスであってもよい。サーバ２０の動作中、プロセッサ２０２は、メモリ２１０内に記憶されたソフトウェアを実行し、メモリ２１０と互いにデータを送受信し、ソフトウェア命令に従ってサーバ２０の動作を広く制御するように構成されている。Ｉ／Ｏインターフェース２０４は、１つ又は複数のデバイス又は構成要素からユーザ入力を受信するために、及び／又は１つ又は複数のデバイス又は構成要素にシステム出力を提供するために用いることができる。ユーザ入力は、例えば、キーボード、タッチパッド、及び／又はマウスを介して提供されてもよい。システム出力は、ディスプレイデバイス及びプリンタ（図示せず）を介して提供されてもよい。Ｉ／Ｏインターフェース２０４には、例えば、シリアルポート、パラレルポート、ｓｍａｌｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＳＣＳＩ）、シリアルＡＴＡ（ＳＡＴＡ）、ファイバーチャネル、Ｉｎｆｉｎｉｂａｎｄ、ｉＳＣＳＩ、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＰＣＩ－ｘ）、赤外線（ＩＲ）インターフェース、高周波（ＲＦ）インターフェース、及び／又はユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インターフェースを含んでもよい。
【0032】
ネットワークインターフェース２０６は、サーバ２０がクラウド１２等のネットワーク上で通信可能とするために用いることができる。ネットワークインターフェース２０６は、例えば、イーサネットカード又はアダプタ（例えば、１０ＢａｓｅＴ、ファーストイーサネット、ギガビットイーサネット、１０ＧｂＥ）、あるいは無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）カード又はアダプタ（例えば、８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ／ａｃ）を含むことができる。ネットワークインターフェース２０６は、ネットワーク上の適切な通信を可能にするアドレス、制御部、及び／又はデータ接続を含むことができる。データストア２０８は、データを記憶するのに用いることができる。データストア２０８は、揮発性メモリ素子（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ等））、不揮発性メモリ素子（例えば、ＲＯＭ、ハードドライブ、テープ、ＣＤＲＯＭ等）、及びそれらの組合せのいずれをも含むことができる。さらに、データストア２０８は、電子、磁気、光学、及び／又は他のタイプのストレージ媒体を組み込んでもよい。一例では、データストア２０８は、サーバ２０の内部に、例えば、サーバ２０内でローカルインターフェース２１２に接続されている内部ハードドライブ等に配置されてもよい。それに加えて、別の実施形態では、データストア２０８は、サーバ２０の外部に、例えば、Ｉ／Ｏインターフェース２０４に接続（例えば、ＳＣＳＩ又はＵＳＢ接続）された外部ハードドライブ等に配置されてもよい。さらなる実施形態では、データストア２０８は、ネットワークを通じてサーバ２０に、例えば、ネットワークに接続したファイルサーバ等に接続されてもよい。
【0033】
メモリ２１０は、揮発性メモリ素子（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ等））、不揮発性メモリ素子（例えば、ＲＯＭ、ハードドライブ、テープ、ＣＤＲＯＭ等）、及びそれらの組合せのいずれをも含むことができる。さらに、メモリ２１０は、電子、磁気、光学、及び／又は他のタイプのストレージ媒体を組み込んでもよい。なお、メモリ２１０は、分散アーキテクチャを有してもよく、その場合、様々な構成要素は互いに離れて配置されているが、プロセッサ２０２によってアクセス可能である。メモリ２１０内のソフトウェアは、１つ又は複数のソフトウェアプログラムを含むことができ、そのそれぞれが論理関数を実施するための順序付き実行命令リストを含む。メモリ２１０内のソフトウェアは、適切なオペレーティングシステム（Ｏ／Ｓ）２１４及び１つ又は複数のプログラム２１６を含む。オペレーティングシステム２１４は、他のコンピュータプログラム、例えば１つ又は複数のプログラム２１６の実行を基本的に制御し、スケジューリング、入出力制御、ファイル及びデータ管理、メモリ管理、並びに通信制御及び関連サービスを提供する。１つ又は複数のプログラム２１６は、本明細書で説明され、例えば、最適化７０に関する様々な処理、アルゴリズム、方法、技法等、を実施するように構成されていてもよい。
【0034】
（分散Ｗｉ－Ｆｉシステムの構成及び最適化処理）
図５は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０の構成及び最適化処理３００のフローチャートである。具体的には、構成及び最適化処理３００は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０の効率的な動作を可能にする様々なステップ３０１～３０８を含む。これらのステップ３０１～３０８は、異なる順序で、全てのステップが実行されずに、継続的に繰り返され得るサブセットで実行されてもよく、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０が状況の変化に適応することを可能にする。第一に、各アクセスポイント１４がプラグに挿し込まれ、オンボード化される（ステップ３０１）。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０では、サブセットのアクセスポイント１４だけがモデム／ルータ１８に有線接続され（又は任意選択によりモデム／ルータ１８に無線接続され）、有線接続性のないアクセスポイント１４は、クラウド１２に接続するためにオンボード化されなくてはならない。オンボード化ステップ３０１は、新たにインストールされたアクセスポイント１４がＷｉ－Ｆｉシステム１０に確実に接続して、このアクセスポイントがコマンドを受信でき、データをサーバ２０に提供できるようにする。オンボード化ステップ３０１は、正しいサービスセット識別子（ＳＳＩＤ）（ネットワークＩＤ）及び関連付けられたセキュリティ鍵を有するアクセスポイントを構成することを含むことができる。一実施形態では、オンボード化ステップ３０１は、アクセスポイント１４とユーザデバイス２２との間で、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ又は同等の接続性により実行されて、ユーザがＳＳＩＤ、セキュリティ鍵等を提供することを可能にする。オンボード化されると、アクセスポイント１４は、構成のために、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０経由でサーバ２０との通信を開始することができる。
図５は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０の構成及び最適化処理３００のフローチャートである。具体的には、構成及び最適化処理３００は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０の効率的な動作を可能にする様々なステップ３０１～３０８を含む。これらのステップ３０１～３０８は、異なる順序で、全てのステップが実行されずに、継続的に繰り返され得るサブセットで実行されてもよく、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０が状況の変化に適応することを可能にする。第一に、各アクセスポイント１４がプラグに挿し込まれ、オンボード化される（ステップ３０１）。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０では、サブセットのアクセスポイント１４だけがモデム／ルータ１８に有線接続され（又は任意選択によりモデム／ルータ１８に無線接続され）、有線接続性のないアクセスポイント１４は、クラウド１２に接続するためにオンボード化されなくてはならない。オンボード化ステップ３０１は、新たにインストールされたアクセスポイント１４がＷｉ－Ｆｉシステム１０に確実に接続して、このアクセスポイントがコマンドを受信でき、データをサーバ２０に提供できるようにする。オンボード化ステップ３０１は、正しいサービスセット識別子（ＳＳＩＤ）（ネットワークＩＤ）及び関連付けられたセキュリティ鍵を有するアクセスポイントを構成することを含むことができる。一実施形態では、オンボード化ステップ３０１は、アクセスポイント１４とユーザデバイス２２との間で、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ又は同等の接続性により実行されて、ユーザがＳＳＩＤ、セキュリティ鍵等を提供することを可能にする。オンボード化されると、アクセスポイント１４は、構成のために、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０経由でサーバ２０との通信を開始することができる。
【0035】
第二に、アクセスポイント１４は、測定値を取得し、情報を収集して、ネットワーキング設定の最適化を可能にする（ステップ３０２）。収集された情報は、全ノード間の、並びに全ノードと全Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６との間の、信号強度及びサポート可能なデータレートを含むことができる。具体的には、測定ステップ３０２は、各アクセスポイント１４がデータを収集することにより実行される。干渉量の測定、分散Ｗｉ－Ｆｉシステム１０上で動作する異なるアプリケーションにより要求される負荷（スループット）の測定等、様々な追加の測定を実行することができる。第三に、測定ステップ３０２からの測定値及び収集された情報は、クラウド１２内のサーバ２０に提供される（ステップ３０３）。ステップ３０１～３０３は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０の場所で実行される。注目すべきことに、本明細書で説明するＱｏＥ測定は、これらのステップで想定される。
【0036】
ステップ３０２、３０３のこれらの測定値は、各クライアントにより要求されるトラフィック負荷、各ノード間でも、各ノードから各クライアントまでの間でも維持され得るデータレート、ノード間及びノードとクライアントとの間のリンクにおけるパケットエラーレート等を含むことができる。それに加えて、ノードは、ネットワークに影響する干渉レベルの測定を行う。これは、他のクラウド制御の分散Ｗｉ－Ｆｉシステム（「ネットワーク内インターフェアラ」）からの干渉、及び制御可能なネットワークの一部ではないデバイスからの干渉（「ネットワーク外インターフェアラ」）を含む。これらのタイプのインターフェアラを区別することは重要である。ネットワーク内インターフェアラは、クラウドシステムにより制御可能なので、ネットワーク内システム全体の大きな最適化に含まれ得る。ネットワーク外インターフェアラは、クラウドから制御できないので、これらの干渉を別のチャネルに移動させたり、別途変更したりすることはできない。システムは、これらの干渉を変更するのではなく、これらに適合しなければならない。これらのネットワーク外インターフェアラは、クラウド制御されないＷｉ－Ｆｉネットワークと、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈデバイス、ベビーモニタ、コードレス電話等、Ｗｉ－Ｆｉによって使用される周波数で送信する非Ｗｉ－Ｆｉデバイスとを含む。
【0037】
別の重要な入力は、ネットワークを移動するパケットの遅延である。これらの遅延は、直接の測定値から、Ｗｉ－Ｆｉネットワークのゲートウェイに到着したパケットをタイムスタンプし、それらが最後のノードを離れるまでの経過時間を測定することによって導出することができる。しかしながら、そのような測定は、ノード間のある程度の時刻同期を要することになる。別の手法は、各ノードを通過する遅延の統計値を個々に測定するものである。次に、ネットワーク全体の総遅延の平均及び何らかの仮定を与えられた遅延の分布を各ノードの個々の遅延統計値に基づいて、計算することができる。こうして、遅延は、最適化において最小化されるべきパラメータとなることができる。また、最適化にとって、各ノードが送信及び受信に費やす時間を知ることも有用である。これは、送信又は受信された情報の量とともに、様々なリンクが維持している平均データレートを判定するために用いることができる。
【0038】
第四に、クラウド１２内のサーバ２０は、これらの測定値を用いて、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０の最適化アルゴリズムを実行する（ステップ３０４）。最適化アルゴリズムは、ネットワーク動作にとって最良のパラメータを出力する。これらには、各ノードがクライアントリンク及びバックホールリンク用に動作すべきチャネルの選択、ノードが使用すべきこれら各チャネルの帯域幅、ノード間の接続のトポロジ及びそのトポロジによるネットワーク内の任意のソースから任意の目的地へのパケットの経路、各クライアントが接続すべき適切なノード、各クライアントが接続すべき帯域等が含まれる。
【0039】
具体的には、最適化は、ノードからの測定値を、最大化される目的関数への入力として用いる。各リンクの容量は、移動したデータの量（負荷）、及び干渉によってメディアがビジーになっている時間の量を検証することによって導出することができる。これも、送信キューがビジーだった時間の割合に対して、リンクを介して移動したデータの比をとることによって導出することもできる。この容量は、リンクが飽和状態になるまで負荷を受け、可能な限りのデータ量を移動させした場合に、実現され得る仮想スループットを表す。
【0040】
第五に、最適化の出力が、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０を構成するのに用いられる（ステップ３０５）。ノード及びクライアントデバイスは、最適化の出力に基づきクラウドから構成される必要がある。特定の技法が用いられて速やかに構成がなされ、既に動作しているネットワークの中断が最小化される。最適化の出力は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０の動作パラメータである。これには、各ノードが動作する周波数チャネル、及び使用されるチャネルの帯域幅が含まれる。８０２．１１ａｃ規格によって、チャネル帯域幅２０、４０、８０、及び１６０ＭＨｚが可能になる。使用する帯域幅の選択は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０において、より高いデータレート（広いチャネル帯域幅）をサポートすることと、使用する様々な非干渉チャネルの数が多いこととの間のトレードオフである。最適化は、様々なユーザのアプリケーションによって要求される負荷をサポートする可能な限り低いチャネル帯域幅を各リンクで使用させようとする。必要十分な最も狭いスループットチャネルを用いることによって、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０内の他のリンク用に最大数の非干渉チャネルが残される。
【0041】
最適化は、上述したように目的関数を最大化することにより、入力から出力を生成する。多くの異なる可能な目的関数がある。１つの目的は、全てのクライアントに提供される総スループットを最大化することであり得る。このゴールには、すでに良好に機能しているクライアントの性能を向上させるために、一部のクライアントを完全に枯渇させることによって、最大の合計スループットが達成され得るという欠点がある。別の目的は、最悪の状況にあるネットワーク内のクライアントの性能をできる限り高めることであり得る（クライアントへの最小のスループットの最大化）。このゴールは、公平性を高めるのには役立つが、最悪のクライアントで漸増的な改善を得るために多大な総容量を引き換えにする場合がある。好ましい手法は、ネットワーク内の各クライアントの所望の負荷を考慮し、その負荷比の余剰容量を最大化することである。最適化は、容量を改善できるとともに、２つのＡＰ間で容量を変えることもできる。望ましい最適化は、負荷比の方向に余剰容量を最大化するものである。このことは、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０に望ましい負荷を伝送する最大のマージンを与えて、それらの性能をより堅牢にし、より少ない待機時間及びより少ないジッターとすることを表す。この厳格な最適化は、可変スケールで容量割当に重み付けするよりソフトな最適化関数を提供することにより、さらに強化することができる。要求された負荷よりも高いスループットとすることには、高い利用価値が置かれることになる。要求された負荷を上回るスループットをクライアント又はノードに提供することは、今も利点とみなされようが、全てのクライアント／ノードにその要求している負荷を与えることよりは、重み付けは相当低くなる。そのようなソフトな重み付けの最適化関数によって、デバイス間の余剰性能のトレードオフをより有利に行うことができる。
【0042】
別のセットの最適化の出力は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０のトポロジ、つまり、どのノードが他のどのノードと接続するかを定める。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０を通る２つのクライアント間又はクライアントとインターネットゲートウェイ（モデム／ルータ１８）との間の実際の経路もまた、最適化の出力である。ここでまた、最適化は、経路内の最良のトレードオフを選択しようとする。一般に、より多くのホップを移動するほど、各ホップの範囲は短くなり、データレートが高くなり、より堅牢になる。しかしながら、ホップが多いと、待機時間及びジッターが増え、チャネル周波数割り当てによっては、システムの残りからより多くの容量が奪われる。
【0043】
第六に、学習アルゴリズムをクラウドに記憶されたデータに適用して、傾向及びパターンを判定することができる（ステップ３０６）。なお、サーバ２０は、ノードからの測定値、最適化の結果、及び関連のある最適化後の後続の測定値を記憶することができる。このデータを用いて、様々な目的のために傾向及びパターンを決定し分析することができる。ネットワークの再構成には時間がかかり、有効な通信を少なくとも部分的には必ず中断するので、ピーク負荷に達する前に、ピーク負荷のためのネットワークを構成することが有益である。既に取り込まれている履歴のデータから学習することにより、将来起こる使用及び干渉を予測することが可能になる。取り込みデータの学習のその他の用途は、バグを特定し、クライアントデバイスの挙動におけるバグを発見することを含む。クライアントデバイスの挙動にバグが発見されると、ネットワークのインフラストラクチャ側からのツール及びコマンドを用いてそれらのバグを回避することが可能であり得る。
【0044】
第七に、ネットワークの性能を評価し、ユーザ又はＷｉ－Ｆｉ上でサービスを稼働させているサービスプロバイダに報告することができる（ステップ３０７）。第八に、アプリケーション（例えば、ユーザデバイス２２で動作するモバイルアプリ）がネットワーク動作の可視性をユーザに提供することができる（ステップ３０８）。これは、ネットワーク活動及び性能メトリクスの表示を含む。モバイルアプリは、ユーザに情報を送り、測定を行い、ユーザがＷｉ－Ｆｉネットワークの動作の特定の側面を制御可能にするために用いることができる。モバイルアプリは、また、セルラーシステム経由でインターネットと通信して、ノードが最初に設定される際のオンボード化を支援する。モバイル電話アプリは、セルラーシステムを使用して、またユーザの正常なインターネット接続が機能していないときに、Ｗｉ－Ｆｉネットワークがインターネット及びクラウドと通信する方法を提供する。このセルラーベースの接続は、状況を知らせ、サービスプロバイダ及び他のユーザに通知するために用いることができ、また、ユーザの正常なインターネット接続が不調の際、データを家からインターネットへと伝送するのに用いることもできる。
【0045】
構成及び最適化処理３００は、本明細書では例示的な実施形態としてのＷｉ－Ｆｉシステム１０を参照して説明されている。当業者であれば、構成及び最適化処理３００は、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２、Ｗｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３等を含むあらゆるタイプの複数ノードＷｉ－Ｆｉシステムで動作可能であることを認識しよう。例えば、クラウドベースの制御をＷｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２、Ｗｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３等で実施することもでき、ここでも本明細書で説明する様々なシステム及び方法は、クラウドベースの制御及び最適化のために動作することができる。
【0046】
（ＯＦＤＭＡ）
本開示の焦点は、ステップ３０５の一部であり、具体的には、分散Ｗｉ－Ｆｉネットワーク１０内のクライアントデバイス１６を構成及び制御する技法に関することである。これは、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２にもＷｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３にも、すなわち、任意の複数のアクセスポイントシステムにも適用され得る。
本開示の焦点は、ステップ３０５の一部であり、具体的には、分散Ｗｉ－Ｆｉネットワーク１０内のクライアントデバイス１６を構成及び制御する技法に関することである。これは、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２にもＷｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３にも、すなわち、任意の複数のアクセスポイントシステムにも適用され得る。
【0047】
図６は、ダウンリンクＯＦＤＭＡを従来の単一ユーザ通信、すなわち、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）と比較するための周波数対時間のグラフである。この例では、短いパケットを３つの異なるクライアントデバイスに配信している。単一ユーザの場合、送信は独立しており、各送信に関連付けられた付随時間オーバーヘッドを伴う。ＯＦＤＭＡの場合、３つの送信は１つの送信にまとめられる。時間スケールから分かるように、ＯＦＤＭＡを使用すると、３つのクライアントデバイスと通信するための完全な交換にかかる総時間が短くなり、効率が向上し、他のトラフィックのためにネットワークの容量をより多く確保することができる。アップリンクＯＦＤＭＡは、図６のＯＦＤＭＡと同様に動作するが、アップリンク（ＵＬ）期間とダウンリンク（ＤＬ）期間が逆になっているだけであり、ＯＦＤＭＡの場合、ＵＬ期間には複数のクライアントデバイスから同時に発信される伝送がある。
【0048】
単一アクセスポイントシステム３０では、全てのクライアントデバイス１６がアクセスポイント３４に接続する。アクセスポイント３４のジョブは、クライアントデバイス１６にダウンリンクトラフィックをどのように送信する方法と、クライアントデバイス１６がアップリンクトラフィックをアクセスポイント３４に順番に送信する方法を決定することである。アクセスポイント３４は、１回のＯＦＤＭＡ送信内でどのクライアントデバイス１６に送信するかを決定しなければならないので、これは「グループ化」と呼ばれることもある。グループ化には、ＯＦＤＭＡ交換において一緒に動作するクライアントデバイス１６を選択することが必要である。考慮する必要がある要因は、以下の通りである。
・デバイスがＯＦＤＭＡパケットを受信及び／又は送信することができるかどうか、
・アクセスポイントからクライアントデバイス１６までの、及びクライアントデバイス１６からアクセスポイントまでの相対的な信号強度、
・クライアントデバイス１６がダウンリンク方向及びアップリンク方向で必要とするパケットの長さ、並びに
・各クライアントデバイス１６が必要とするトラフィック量。
・デバイスがＯＦＤＭＡパケットを受信及び／又は送信することができるかどうか、
・アクセスポイントからクライアントデバイス１６までの、及びクライアントデバイス１６からアクセスポイントまでの相対的な信号強度、
・クライアントデバイス１６がダウンリンク方向及びアップリンク方向で必要とするパケットの長さ、並びに
・各クライアントデバイス１６が必要とするトラフィック量。
【0049】
アクセスポイントは、どのクライアントデバイス１６がＯＦＤＭＡ送信に一緒に含まれるかを決定すると、ＯＦＤＭＡ波形内の周波数と時間を割り当てなければならない。
【0050】
図７は、アクセスポイントがクライアントデバイス１６との送信において行うことができる様々な時間／周波数割り当てのグラフである。図中に異なる網掛けで示されたキャリアの各グループは、ＯＦＤＭＡグループ内のクライアントのいずれかに割り当てられ得る。
【0051】
Ｗｉ－Ｆｉネットワークが複数のアクセスポイント１４、３４、３６、３８を有する場合、分散Ｗｉ－Ｆｉネットワーク１０、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２、及びＷｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３において前述したように、状況は、さらに複雑となる。この場合、ＯＦＤＭＡ対応のクライアントデバイス１６は、アクセスポイント１４，３４，３６，３８の間に分散されてもよい。本明細書で前述したように、クライアントデバイス１６は、ＯＦＤＭＡを利用できる場合、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘに準拠している場合、ＯＦＤＭＡ互換クライアントデバイス１６（又は単にＯＦＤＭＡクライアントデバイス１６と呼ばれる）であり、全てのクライアントデバイス１６がＯＦＤＭＡ互換であるとは限らない。
【0052】
問題は、ＯＦＤＭＡ互換のクライアントデバイス１６の自然な分散が、ＯＦＤＭＡによって提供される効率改善を達成するために理想的でない場合があるということである。前述のように、全てのクライアントデバイス１６がＯＦＤＭＡになるための「互換性のあるパートナー」ではないので、各アクセスポイントで少数のＯＦＤＭＡクライアントデバイス１６が接続されている場合、ＯＦＤＭＡはあまり効果的でない可能性がある。確かに、各アクセスポイントにＯＦＤＭＡクライアントが１つしか接続されていない場合は、ＯＦＤＭＡを全く利用することができない。これは、クライアントデバイス１６の分散が、いくつかの異なる、潜在的に「インテリジェント」な方法で、すなわち、ランダムに、最も近いアクセスポイントの選択で、及びコントローラの選択で行われる場合であっても同様である。
【0053】
ランダムなアプローチの場合、ＯＦＤＭＡクライアントデバイス１６がアクセスポイントにランダムに接続する場合、それらは全て同一のアクセスポイントに接続することも（ＯＦＤＭＡにとって良い）、あるいはアクセスポイント間で散在し、各アクセスポイントが有効なＯＦＤＭＡグループを形成する能力を低下させることもある。クライアントデバイス１６が、信号強度に基づく等して、最も近いアクセスポイントを選択する場合、ＯＦＤＭＡクライアントデバイス１６は、家全体に分散され、アクセスポイント１４は、家全体に分散され、これは、当然、ＯＦＤＭＡクライアントデバイス１６が全てのアクセスポイント１４にわたって分散され、性能を向上させるのにＯＦＤＭＡが有効でなくなる可能性があることを意味する。
【0054】
コントローラは、単一クライアントのスループットを最適化するために、クライアントデバイス１６の位置を選択することができる。本明細書で前述したように、いくつかの洗練されたシステムは、ネットワークを管理する、家もしくは企業へのローカルの、又はクラウド１２内のいずれかの、集中型コントローラを有する。これらのコントローラは、クライアントデバイス１６の最適な場所を、そのそれぞれのスループットを個々に最大化することを考慮して、決定してもよい。しかしながら、各クライアントデバイス１６のスループットを個別に最大化すると、ＯＦＤＭＡの有効利用、ひいてはネットワーク全体の容量の有効利用ができない場合がある。例えば、アクセスポイント１４間の非常に高速なバックホールリンク（無線又は有線のいずれか）を有する環境では、通常、最も近いアクセスポイント１４に接続させるために、各クライアントデバイス１６のスループットを個々に最大化させることになる。この場合も当然、家内のアクセスポイント１４にクライアントが分散されることになり、ＯＦＤＭＡを使用する能力が低下する。
【0055】
図８、図９、及び図１０は、４つのアクセスポイント１４－１、１４－２、１４－３、１４－４、及びＯＦＤＭＡをサポートする様々な（例えば、１２の）クライアントデバイス１６を備えた例示的なＷｉ－Ｆｉシステム１０Ａのネットワーク図である。図８は、ＯＦＤＭＡクライアントデバイス１６が、アクセスポイント１４－１、１４－２、１４－３、１４－４にわたって分散されて終わることができる場所を示しており、例えば、前述の手法、ランダムに、最も近いアクセスポイントの選択で、及びコントローラのいずれかが選択された当然の結果であるとする。例えば、各アクセスポイント１４－１、１４－２、１４－３、１４－４は、２つのクライアントデバイス１６が接続された状態で終わる。この配置は、アクセスポイント１４－１、１４－２、１４－３、１４－４がＯＦＤＭＡを利用する能力を制限することになる。
【0056】
ＯＦＤＭＡを利用する能力を最大化するためには、図９に示すように、全てのクライアントがアクセスポイント１４－１のうちの１つだけに接続されることが望ましいであろう。しかしながら、図９の配置も最適とは言えないこともある。ここでは、いくつかのＯＦＤＭＡクライアントデバイス１６は、家全体にわたって送受信しなければならず、その結果、データレートが低くなり、ＯＦＤＭＡの利点があっても、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０Ａは非常に非効率となるであろう。実際、ＯＦＤＭＡ能力を最大化するためにネットワークが単純な方法で配置された場合、ＯＦＤＭＡクライアントデバイス１６が家全体にわたって送信することさえ不可能であり、接続されないままとなる可能性がある。
【0057】
好ましい手法は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０Ａにおいて性能を最大化するものに基づいて、各ＯＦＤＭＡクライアントデバイス１６がどのアクセスポイント１４－１、１４－２、１４－３、１４に接続すべきかを決定する。議論されている例では、これは、図１０に示す配置をもたらすことがある。この例では、この配置は、アクセスポイント１４－１、１４－３に十分なＯＦＤＭＡクライアントデバイス１６を有して、ＯＦＤＭＡの効果的な使用を可能にする一方で、いずれかのＯＦＤＭＡクライアントデバイス１６への接続の品質及び速度を著しく低下させないというバランスをとることになる。
【0058】
（Ｗｉ－ＦｉネットワークにおけるＯＦＤＭＡクライアントステアリング）
本開示は、複数のアクセスポイントを有するＷｉ－Ｆｉネットワーク（例えば、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２、及びＷｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３）における動作を企図し、ＯＦＤＭＡを利用するものである。具体的には、本開示は、ＯＦＤＭＡの動作に与える影響を考慮して、アクセスポイント１４に接続するＯＦＤＭＡクライアントデバイス１６を企図した。
本開示は、複数のアクセスポイントを有するＷｉ－Ｆｉネットワーク（例えば、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０、Ｗｉ－Ｆｉメッシュネットワーク３２、及びＷｉ－Ｆｉリピータネットワーク３３）における動作を企図し、ＯＦＤＭＡを利用するものである。具体的には、本開示は、ＯＦＤＭＡの動作に与える影響を考慮して、アクセスポイント１４に接続するＯＦＤＭＡクライアントデバイス１６を企図した。
【0059】
一実施形態において、これは、図１に示すように、アクセスポイント１４のそれぞれと通信する集中型コントローラを有することによって達成され得る。このコントローラは、クラウド１２に位置することができ、あるいはＷｉ－Ｆｉシステム１０が配置されている家又は企業内に位置してもよい。実際、コントローラは、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０内のアクセスポイント１４のうちの１つに実装されるかもしれない。管理されるアクセスポイント１４のセットは、単一の家又は企業内にあってもよいし、あるいは公共ネットワーク、又はホットスポットのネットワークとして複数の家又は企業にわたって広がっていてもよい。
【0060】
任意のコントローラが、クライアントデバイス１６をどこに接続すべきかを適切に判断するためには、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０、クライアントデバイス１６、アクセスポイント１４、及びＷｉ－Ｆｉシステム１０内を流れているトラフィックに関する情報が必要である。特に、コントローラは、どのデバイス（クライアントデバイス１６及びアクセスポイント１４）がＯＦＤＭＡを使用することができるかを知る必要がある。また、コントローラは、これらのデバイスの他の無線能力も理解しなければならない。これには、ＭＩＭＯ次元と、各デバイスが使用できる周波数チャネルとが含まれるであろう。例えば、高いＭＩＭＯ能力を有するデバイスは、低いＭＩＭＯ次元のデバイスよりはるかに速くデータを送信する。これにより、より高いトラフィック負荷をより短時間で伝送することができる。したがって、トラフィック負荷が高くてもＭＩＭＯ能力の高いデバイスは、パケットが非常に短いがＭＩＭＯ次元が低いデバイスとＯＦＤＭＡ送信に組み合わされる可能性がある。その結果、送信がほぼ同じ時間続くため、効率的にグループ化することができる。他の例としては、グループ化された全てのデバイスは同じ周波数チャネルで動作しなければならないので、コントローラは、特定の周波数チャネルで動作できないデバイスを、そのチャネルで動作しているアクセスポイント１４の上に決してグループ化すべきではない。
【0061】
デバイスの能力とともに、デバイスをどのように接続し、グループ化するかの決定は、所与の時点にネットワークで発生している条件に依存する。これらの条件を、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０内のアクセスポイント１４によって収集し、コントローラに通信することができる。適切な動作のために重要なＷｉ－Ｆｉシステム１０における動的条件には、各クライアントデバイス１６が送信又は受信するために必要とするトラフィック負荷、各クライアントデバイス１６から、又は各クライアントデバイス１６へデータがストリーミングするパケットの長さ、及びクライアントデバイス１６のそれぞれからＷｉ－Ｆｉシステム１０におけるアクセスポイント１４のそれぞれへの信号強度が含まれる。信号強度の重要性は、クライアントデバイス１６をどのようにグループ化すべきかの例で前述したとおりである。また、パケット長の例についても説明した。ＯＦＤＭＡ送信は、各クライアントデバイス１６の同じ時点に始まり、終わるので、各クライアントデバイス１６への送信が同じ長さであれば、最も効率的に使用される。同様の理由で、トラフィック負荷も重要である。あるクライアントデバイス１６が非常に頻繁に送信を必要とするが、別のクライアントデバイス１６が時々しか送信を必要としない場合、それらを１セットのＯＦＤＭＡ送信にグループ化することは、効率的でない。実際、トラフィック負荷が大きいクライアントデバイス１６は、それらをＯＦＤＭＡグループに全く含めない方がよく、それらの送信のために、可能な限り高速な単一ユーザデータレートを使用することが可能になる。
【0062】
デバイスの能力とは異なり、これらの条件は動的である。トラフィック負荷は、ユーザが様々なアプリケーション又は活動を開始して、終了することによって変化する。パケット長は、ＶｏＩＰ電話（短いパケット）からビデオ通話（長いパケット）、ストリーミングビデオ（長いパケット）等、ユーザがアプリケーションを切り替えると、変化する。クライアントデバイス１６とアクセスポイント１４の間の信号強度は、その所有者が家の中でデバイスを移動させるのに伴って変化する。したがって、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０及びクライアントデバイス１６の所望の構成が定期的に再計算され、大きなメリットを享受できる場合にデバイス接続が変更されることが有益である。この定期的な再計算は、経過時間（例えば、毎分）に基づくことも、あるいは条件の変化の検出に基づくこともある。このように変化した条件の検出は、各アクセスポイント１４で局所的に、あるいは測定値が収集されているコントローラで行われ得る。クライアントデバイス１６を１つのアクセスポイント１４から別のアクセスポイントに移動させると、トラフィックに短時間の乱れが生じることがあるので、得られる改善度が大きく、条件が一定期間その新しい状態で安定したままである可能性が高いことを確認することが重要である。したがって、優れたコントローラは、クライアントデバイス１６の新しい配置を展開するか否かを決定する際に、改善の量、及び条件の安定性を考慮する。
【0063】
理想的には、コントローラは、クライアントが接続される場所に応じて達成されるスループットを評価して、選択を行う。選択を行うための１つの実装は、最適化を実行することである。
【0064】
（最適化）
図１１は、最適化３７０への入力３６０及び出力３６２のブロック図である。入力３６０は、例えば、各クライアントにより要求されるトラフィック負荷、ノード間及びアクセスポイント１４（ノード）とＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６との間の信号強度、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０内の各可能なリンクのデータレート、各リンクのパケットエラーレート、ネットワーク内インターフェアラの強度及び負荷、並びにネットワーク外インターフェアラの強度及び負荷を含むことができる。ここでまた、これらの入力は、複数のアクセスポイント１４により収集された測定値及びデータに基づき、クラウド１２内のサーバ２０に通信される。サーバ２０は、最適化３７０を実施するように構成されている。最適化３７０の出力は、例えば、チャネル及び帯域幅（ＢＷ）の選択、経路及びトポロジ、送信要求／送信許可（ＲＴＳ／ＣＴＳ）の設定、送信機（ＴＸ）電力、クリアチャネル評価閾値、クライアント関連付けステアリング、並びに帯域ステアリングを含む。
図１１は、最適化３７０への入力３６０及び出力３６２のブロック図である。入力３６０は、例えば、各クライアントにより要求されるトラフィック負荷、ノード間及びアクセスポイント１４（ノード）とＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６との間の信号強度、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０内の各可能なリンクのデータレート、各リンクのパケットエラーレート、ネットワーク内インターフェアラの強度及び負荷、並びにネットワーク外インターフェアラの強度及び負荷を含むことができる。ここでまた、これらの入力は、複数のアクセスポイント１４により収集された測定値及びデータに基づき、クラウド１２内のサーバ２０に通信される。サーバ２０は、最適化３７０を実施するように構成されている。最適化３７０の出力は、例えば、チャネル及び帯域幅（ＢＷ）の選択、経路及びトポロジ、送信要求／送信許可（ＲＴＳ／ＣＴＳ）の設定、送信機（ＴＸ）電力、クリアチャネル評価閾値、クライアント関連付けステアリング、並びに帯域ステアリングを含む。
【0065】
ノードは、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０に影響する干渉レベルの測定を行うことができる。これは、他のクラウド制御の分散Ｗｉ－Ｆｉシステム（「ネットワーク内インターフェアラ」）からの干渉、及び制御可能なネットワークの一部ではないデバイスからの干渉（「ネットワーク外インターフェアラ」）を含む。これらのタイプのインターフェアラを区別することは重要である。ネットワーク内インターフェアラは、コントローラにより制御可能なので、ネットワーク内システム全体の大きな最適化に含むことができる。ネットワーク外インターフェアラは、クラウドから制御できないので、これらの干渉を別のチャネルに移動させたり、別途変更したりすることはできない。システムは、これらの干渉を変更するのではなく、これらに適合しなければならない。これらのネットワーク外インターフェアラは、クラウド制御されないＷｉ－Ｆｉネットワークと、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈデバイス、ベビーモニタ、コードレス電話等、Ｗｉ－Ｆｉによって使用される周波数で送信する非Ｗｉ－Ｆｉデバイスとを含む。各リンクの容量は、移動したデータの量（負荷）、及び干渉によってメディアがビジーになっている時間の量を検証することによって導出することができる。これも、送信キューがビジーだった時間の割合に対して、リンクを介して移動したデータの比をとることによって導出することもできる。この容量は、リンクが飽和状態になるまで負荷を受け、可能な限りのデータ量を移動させした場合に、実現され得る仮想スループットを表す。
【0066】
別の重要な入力は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０を移動するパケットの遅延である。これらの遅延は、直接の測定値から、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０のゲートウェイに到着したパケットをタイムスタンプし、それらが最後のノードを離れるまでの経過時間を測定することによって導出することができる。しかしながら、そのような測定は、ノード間のある程度の時刻同期を要することになる。別の手法は、各ノードを通過する遅延の統計値を個々に測定するものである。次に、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０全体の総遅延の平均及び何らかの仮定を与えられた遅延の分布を各ノードの個々の遅延統計値に基づいて、計算することができる。こうして、遅延は、最適化３７０において最小化されるべきパラメータとなることができる。
【0067】
また、最適化３７０にとって、各ノードが送信及び受信に費やす時間を知ることも有用である。これは、送信又は受信された情報の量とともに、様々なリンクが維持している平均データレートを判定するために用いることができる。
【0068】
最適化の出力３７０は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０の動作パラメータである。これには、各ノードが動作する周波数チャネル、及び使用されるチャネルの帯域幅が含まれる。８０２．１１ａｃ規格によって、チャネル帯域幅２０、４０、８０、及び１６０ＭＨｚが可能になる。使用する帯域幅の選択は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０において、より高いデータレート（広いチャネル帯域幅）をサポートすることと、使用する様々な非干渉チャネルの数が多いこととの間のトレードオフである。最適化３７０は、様々なユーザのアプリケーションによって要求される負荷をサポートする可能な限り低いチャネル帯域幅を各リンクで使用させようとする。必要十分な最も狭いスループットチャネルを用いることによって、家内の他のリンク用に最大数の非干渉チャネルが残される。
【0069】
別のセットの最適化３７０の出力３６２は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０のトポロジ、つまり、どのノードが他のどのノードと接続するかを定める。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０を通る２つのクライアントデバイス１６間又はクライアントデバイス１６とインターネットゲートウェイとの間の実際の経路もまた、最適化３７０の出力３６２である。ここでまた、最適化３７０は、経路内の最良のトレードオフを選択しようとする。一般に、より多くのホップを移動するほど、各ホップの範囲は短くなり、データレートが高くなり、より堅牢になる。しかしながら、ホップが多いと、待機時間及びジッターが増え、チャネル周波数割り当てによっては、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０の残りからより多くの容量が奪われる。最適化３７０は、この全てを考慮に入れて、真に最適な配置を考え出す。
【0070】
最適化３７０は、各クライアントデバイス１６がＷｉ－Ｆｉシステム１０内のどのノードに接続するかを選択することを許可される場合、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０の性能における大きなメリットを得ることが可能である。この能力は、いくつかの問題に役立つ。第一に、クライアントデバイス１６は、自らが接続されたアクセスポイント１４から、自らが近くに移動した可能性のあるアクセスポイント１４へのローミングをうまく行えないことが多い。これらの「粘着性」クライアントデバイス１６は、遠すぎるアクセスポイント１４と通信しようとするために、不必要に低いスループットを経験することになる。クライアントデバイス１６の関連付けを制御する別の利点は、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０内の特定のノードにおける輻輳を回避することである。例えば、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０内の全てのクライアントデバイス１６は、１つの特定のノードに最も近い場所に位置している可能性がある。それらのスループットは、その１つのノードの総容量を共有することによって制限されることになる。この場合、クライアントデバイス１６のいくつかを、それらのノードが多少離れていたとしても、異なるノードと関連付けるように強制する方がうまく機能することになる。各ノードにおける容量は、今や、より少ないクライアント間で共有され、それぞれにより高いスループットを可能にする。クライアントデバイス１６を移動させるさらに別の理由は、バックホールリンクの輻輳を緩和することである。クライアントデバイス１６がノード間でうまく広がったとしても、それらのノードの全てが、今度は、バックホール内の１つのノードに接続する可能性がある。この場合、輻輳はバックホールで発生することになる。この場合も、クライアントデバイス１６を、バックホールを通じて異なる経路を有する他のノードに移動させると、輻輳を緩和することができる。
【0071】
最後に、そして本開示の焦点は、各クライアントデバイス１６がどのアクセスポイント１４に接続すべきかをオプティマイザが選択することによるＯＦＤＭＡ動作に対する利点である。
【0072】
クライアントがどこに関連付けるかのステアリングと密接に関連するのは、どの周波数帯域で接続するかのステアリングである。Ｗｉ－Ｆｉシステム１０において、アクセスポイント１４は、複数の周波数帯域で同時に動作することができる。例えば、いくつかのアクセスポイント１４は、２．４ＧＨｚ帯域及び５ＧＨｚ帯域で同時に動作することができる。
【0073】
最適化３７０は、上述したように目的関数を最大化することにより、入力３６０から出力３６２を生成する。多くの異なる可能な目的関数がある。１つの目的は、各クライアントデバイス１６に達成可能なスループットを個別に最大化することであり得る。これは、１つのデバイスのみが動作しているときのユーザの体験に一致する。しかしながら、多くの場合、典型的なＷｉ－Ｆｉシステム１０では、複数のデバイスが同時に動作している。このシナリオを考慮するために、同時に動作しているときに、全てのクライアントデバイス１６に提供される総スループットは、目的関数を形成し得る。このゴールには、すでに良好に機能しているクライアントの性能を向上させるために、一部のクライアントを完全に枯渇させることによって、最大の合計スループットが達成され得るという欠点がある。別の目的は、最悪の状況にあるネットワーク内のクライアントの性能をできる限り高めることであり得る（クライアントへの最小のスループットの最大化）。このゴールは、公平性を高めるのには役立つが、最悪のクライアントデバイス１６で漸増的な改善を得るために多大な総容量を引き換えにする場合がある。好ましい手法は、単一ユーザスループット、共同スループット、及びスループットの公平性の３つを全て重み付けすることができる。
【0074】
入力３６０があって、目的関数がわかっていれば、目的関数を最大化する出力３６２のセットを見出すことは数学的な問題となる。本明細書では、多数の異なる最適化技法が知られており、企図されている。これを行う効率的な方法は、混合整数線形計画（ＭＩＬＰ）として問題を公式化することである。この公式には、いくつかの利点がある。第一に、連続変数と離散変数との両方が関与するので、問題の性質に合う。例えば、チャネル選択は整数の変数である。第二に、ＭＩＬＰの問題を解く効率的な方法が公知である。第三に、公式はかなり包括的であり、多様な目的関数及び解の制約に対応する。図１２は、最適化３７０のための例示的な混合整数線形計画（ＭＩＬＰ）の式である。
【0075】
理想的には、この最適化３７０は、１軒の家だけでなく、互いにＷｉ－Ｆｉ範囲内にある全ての家で行われ、したがって、互いに干渉が生じる。当然、第一の家に干渉する家にも、さらに遠く離れたインターフェアラが存在する。このように進行していくと、１回の最適化だけで非常に多数の家を、例えば、市内の全ての家を最適化しようとすることになる。ＭＩＬＰの解の演算時間は、最適化の対象のパラメータの数とともに幾何級数的に増加し、また、１回の最適化を実行する家の数とともに幾何級数的に増加する。この解決策は、クラスタ化を行うことである。図１３は、一緒に最適化される家の数を減らし、それによって演算の複雑性を管理可能なものにするためのクラスタ化の一例の図である。クラスタ化技法は、本明細書でよく知られており、企図されており、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０内の各アクセスポイント１４によって見られる他のアクセスポイント１４の信号強度に基づくことができる。
【0076】
（ステアリング技法）
最適化３７０が完了し、クライアントデバイス１６の所望の位置を決定したら、次のステップは、クライアントデバイス１６が正しいアクセスポイント１４に接続するように誘導することである。これが、本明細書で「クライアントステアリング」と呼ぶものである。クライアントステアリング処理の主な信条は、クライアントデバイス１６のＷｉ－Ｆｉ接続への中断を最小限に抑え、クライアントデバイス１６の大部分で機能するようにすることである。
最適化３７０が完了し、クライアントデバイス１６の所望の位置を決定したら、次のステップは、クライアントデバイス１６が正しいアクセスポイント１４に接続するように誘導することである。これが、本明細書で「クライアントステアリング」と呼ぶものである。クライアントステアリング処理の主な信条は、クライアントデバイス１６のＷｉ－Ｆｉ接続への中断を最小限に抑え、クライアントデバイス１６の大部分で機能するようにすることである。
【0077】
一実施形態では、本明細書で説明するクライアントステアリング処理は堅牢であり、実質的に全てのタイプのクライアントデバイス１６で動作する。第一に、クラウド１２上のコントローラは、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０内の様々なアクセスポイント１４に、使用するステアリング技法のタイプとともにステアリングする必要があるクライアントデバイス１６の詳細を含むメッセージを送信する。このメッセージを受信すると、クライアントデバイス１６が現在関連付けられているアクセスポイント１４は、以下、１）クライアントデバイス１６に関連付け解除要求を送信すること、２）そのクライアントデバイス１６からのプローブ要求への応答を停止すること、及び３）クライアントデバイス１６がまだ関連付けを試みている場合、理由コード３４で認証失敗を送信することを行う。クライアントデバイス１６が関連付けられていないアクセスポイント１４は、そのクライアントからのプローブ要求への応答を停止する。最後に、クライアントデバイス１６がステアリングされているアクセスポイント１４は、そのクライアントデバイス１６からのプローブ要求に応答する。
【0078】
クライアントデバイス１６を１つのアクセスポイント１４から別のアクセスポイント１４へとステアリングするのに使用できる技法は他にもある。これらの手法はさほど一般的ではないかもしれないが、はるかに高速に動作することもあり、クライアントデバイス１６がその関連付けを１つのアクセスポイント１４から別のアクセスポイント１４へと移動している際のネットワークの中断時間を減らすことができる。そのような機構の１つは、Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｗｉｔｃｈ Ａｎｎｏｕｎｃｅｍｅｎｔ（ＣＳＡ）を使用することである。ＩＥＥＥ８０２．１１標準化チャネル切替えアナウンスメントを理解するクライアントデバイス１６は、その命令に従い、同意された時間で非常に迅速にチャネル移動する。しかしながら、ＣＳＡは高速チャネル切替えを誘導しはするが、それ自体ではデバイス１６を新アクセスポイント１４へローミングさせない。ＣＳＡによってデバイスを速やかにチャネル移動させたら、クライアントデバイス１６に関連付け解除メッセージを送信することによって、実際にローミングさせることができる。このメッセージは、新チャネル上の新アクセスポイント１４によって送信されることができ、旧チャネル上の旧アクセスポイント１４としてのアクセスポイント１４が、旧アクセスポイント１４の基本サービスセット識別子（ＢＳＳＩＤ）を妨害することによって自己妨害している、というものである。明確な関連付け解除がなくでも、一部のクライアントデバイス１６はそれらの旧接続を時間切れとして、ＣＳＡが送信されないときよりも手早く新アクセスポイント１４を発見する。一部のクライアントデバイス１６は、スキャンして、関連付け解除メッセージに従って新チャネル上の新アクセスポイント１４を発見するのは非常に遅い。
【0079】
ＩＥＥＥ８０２．１１ｋ規格及びＩＥＥＥ８０２．１１ｖ規格内に、クライアントデバイス１６を１つのアクセスポイント１４から別のアクセスポイント１４へとローミングさせる機構もある。これらの機構は、サービスの中断がより少なく、より迅速にクライアントデバイス１６を新アクセスポイント１４へと移動させることができるので、有利である。しかしながら、全てのデバイスがこれらの動作モードをサポートするわけではない。
【0080】
同様に、高速ローミングプロトコルであるＩＥＥＥ８０２．１１ｒの使用も、１つのアクセスポイント１４から別のアクセスポイント１４への移動を加速するのに用いることができる。しかしながら、ＩＥＥＥ８０２．１１ｋ及びＩＥＥＥ８０２．１１ｖと同様に、この手法も全てのデバイスにサポートされるわけではない。
【0081】
全ての手法が全てのデバイスにサポートされるわけではなく、また、一部の手法では一部のデバイスで高速だがそれ以外のデバイスでは高速ではないので、どのクライアントデバイス１６がどの手法をサポートし、どの手法が所与のクライアントデバイス１６でのネットワーク中断を最短とするかを、コントローラが学習することが重要になる。クラウドをベースとする学習システムは、このことを実施するには良い方法である。そのようなシステムは、多数のクライアントデバイス１６の挙動の可視性を有し、どのデバイスがどの手法で最良に動作するかを理解するのに必要な統計値を抽出することが可能になる。
【0082】
これを行うための一手法は、アクセスポイント１４に、異なるステアリングアルゴリズムに対する様々なクライアントデバイス１６の挙動をクライアントＭＡＣアドレス及びクライアント名を用いて把握させておき、それらをクラウド１２上のコントローラに報告させることである。このことは、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０がクライアントステアリングアルゴリズムの変更形態を異なるクライアントデバイスのステアリングに用いることができるように、クライアントの挙動を学習するのに役立つ。どの手法が最良に機能するかを学習することと合わせて、Ｗｉ－Ｆｉシステム１０は、各手法をある特定のクライアントデバイス１６に関していかにして最適化できるかについて具体的な詳細を学習することができる。例えば、関連付け解除要求を送ること、及びプローブ要求に応答しないことは、ほとんどのクライアントデバイス１６をステアリングするのに十分な場合もあるが、ステアリングの認証失敗の送信を要求し得るクライアントデバイス１６の特定のセットがあってもよい。
【0083】
図１４は、任意の分散Ｗｉ－Ｆｉネットワークでクライアント関連付けを遠隔で制御するために使用されるクライアントステアリング処理４００のフロー図である。クライアントステアリング処理４００は、クラウド１２内のクラウドコントローラ４１０、Ｏｐｅｎ ｖＳｗｉｔｃｈ Ｄａｔａｂａｓｅ（ＯＶＳＤＢ）４１２、アクセスポイント１４と関連付けられたＷｉ－Ｆｉマネージャ４１４、及び同じくアクセスポイント１４と関連付けられたＷｉ－Ｆｉドライバ４１６を参照して説明される。クラウドコントローラ４１０は、クラウド１２内のサーバ２０であってもよい。ＯＶＳＤＢ４１２は、Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｄｅｆｉｎｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ（ＳＤＮ）環境における管理プロトコルである。ほとんどのネットワークデバイスは、シンプルネットワーク管理プロトコル（ＳＮＭＰ）等のレガシープロトコルによる遠隔構成が可能である。ＯＶＳＤＢ４１２の重点は、現代的な、プログラムに基づく管理プロトコルインターフェースを作成することであった。ＯＶＳＤＢ４１２は、ＲＦＣ７０４７「Ｔｈｅ Ｏｐｅｎ ｖＳｗｉｔｃｈ Ｄａｔａｂａｓｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ」（１２／２０１３）に基づくことができ、その内容は参照により本明細書に援用する。アクセスポイント１４は、プロセッサ１０２を介する等してＷｉ－Ｆｉマネージャ４１４を実行することができ、Ｗｉ－Ｆｉドライバ４１６は、無線機１０４のＷｉ－Ｆｉインターフェースを制御するために使用することができる。クライアントステアリング処理４００は、堅牢で、ほぼ全てのＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６で機能する。
【0084】
例示の目的で、クライアントステアリング処理４００を、ノード１からノード２（すなわち、アクセスポイント１４）へと誘導されている１つのクライアントを参照して説明する。なお、アクセスポイント１４は、Ｗｉ－Ｆｉマネージャ４１４と関連付けられており、Ｗｉ－Ｆｉドライバ４１６は現在Ｗｉ－Ｆｉクライアント１６、すなわちノード１と関連付けられており、クラウドコントローラ４１０はクライアントステアリング処理４００によってクライアントを別のアクセスポイント１４、すなわちノード２（図４２には図示せず）へと誘導している。しかしながら、ノード２は、同様のＷｉ－Ｆｉマネージャ４１４及びＷｉ－Ｆｉドライバ４１６を有する。当業者であれば、クライアントステアリング処理４００を複数のＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６及び複数のＷｉ－Ｆｉネットワークで用いることができることを認識しよう。クラウドコントローラ４１０は、構成及び最適化処理５０に基づいて、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６を誘導する必要性を判定することができる。しかしながら、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６は、負荷バランシング、最適化、メンテナンス、オフチャネルスキャニング等を含む何らかの理由により誘導されることがある。
【0085】
クラウドコントローラ４１０は、クライアント（すなわち、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６）をノード１からノード２へと誘導する必要があると判定する。具体的には、クラウドコントローラ４１０は、その制御下にある各アクセスノード１４のＡｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｃｌｉｅｎｔ Ｌｉｓｔ（ＡＣＬ）テーブルを維持することができる。クライアントステアリング処理４００では、クラウドコントローラ４１０は、特定のＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６を、関連付けられたアクセスポイント１４のＡＣＬテーブルに追加する／そこから削除することができる（ステップ４２０、４２１）。例えば、クライアントＡをノード１から離れてノード２へと誘導するには、クラウドコントローラ４１０はクライアントＡをノード１のＡＣＬテーブルから削除し、当該クライアントをノード２のＡＣＬテーブルに追加する。
【0086】
クライアントステアリング処理４００では、クラウドコントローラ４１０は、Ｗｉ－Ｆｉネットワーク内の様々なノードに、使用されるステアリング技法のタイプとともに、ステアリングが必要なクライアントの詳細を含むメッセージを送信する。例示的な実施形態では、クラウドコントローラ４１０は、そのようなメッセージをノードに送信するのにＯＶＳＤＢ４１２を使用することができる。例えば、クラウドコントローラ４１０は、ＯＶＳＤＢ４１２を介して、各ノードにＡＣＬテーブルのアップデートを提供することができる。アクセスポイント１４（ノード）は、アップデートされると、動作することができ、すなわち、削除されたクライアントから関連付けを解除し、追加されたクライアントから関連付けられようとする。
【0087】
クラウドコントローラ４１０がＡＣＬテーブルにノードＡの追加／削除を実行するとき（ステップ４２０、４２１）、アップデート通知メッセージをノード１及びノード２の両方のＷｉ－Ｆｉマネージャ４１４に送信することができる（ステップ４２２）。ノード１は、そのＡＣＬリストをクリアして（ステップ４２３）、ブラックリストモードを有効にし（ステップ４２４）、クライアントＡのＭｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ）アドレス（又は何らかの他の一意識別子）をＡＣＬリストのブラックリストに追加することができる（ステップ４２５）。次に、ノード１のＷｉ－Ｆｉマネージャ４１４は、ＯＶＳＤＢ３１２からの変更があるまで待機する状態に進むことができる（ステップ４２６）。ノード１のＷｉ－Ｆｉマネージャ４１４は、Ｗｉ－Ｆｉドライバ４１６（例えばＩｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＩＯＣＴＬ））にコールすることができる。
【0088】
このコールを受信すると、クライアントＡが現在関連付けられているノード１は、以下、クライアントＡに関連付け解除要求を送信すること（ステップ４２７）、当該クライアントＡからのプローブ要求への応答を停止すること（ステップ４２８）、及びクライアントが今も関連しようとした場合は理由コード３４とともに認証失敗を送信すること（ステップ４２９）を行う。また、ＡＣＬリストにクライアントＡが載っていないＷｉ－Ｆｉネットワーク内の他のノード及びノード１は、クライアントＡからのプローブ要求に応答しない。反対に、クライアントＡが誘導されているノード２は、当該クライアントＡからのプローブ要求に応答する。
【0089】
Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６を１つのアクセスポイント１４から別のアクセスポイント１４へとステアリングするのに使用できる手法は他にもある。これらの手法はさほど一般的ではないかもしれないが、はるかに高速に動作することもあり、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６がその関連付けを１つのアクセスポイント１４から別のアクセスポイント１４へと移動している際のネットワークの中断時間を減らすことができる。そのような機構の１つは、Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｗｉｔｃｈ Ａｎｎｏｕｎｃｅｍｅｎｔ、すなわち、ＣＳＡを使用することである。ＩＥＥＥ８０２．１１標準化チャネル切替えアナウンスメントを理解するクライアントは、その命令に従い、同意された時間で非常に迅速にチャネル移動する。しかしながら、ＣＳＡは高速チャネル切替えを誘導しはするが、それ自体ではデバイスを新アクセスポイント１４へローミングさせない。ＣＳＡによってＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６を速やかにチャネル移動させたら、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６に関連付け解除メッセージを送信することによって、実際にローミングさせることができる。このメッセージは、新チャネル上の新アクセスポイント１４によって送信されることができ、旧チャネル上の旧アクセスポイント１４としてのアクセスポイント１４が、旧アクセスポイント１４の基本サービスセット識別子（ＢＳＳＩＤ）を妨害することによって自己妨害している、というものである。明確な関連付け解除メッセージなしでも、一部のＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６はそれらの旧接続を時間切れとして、ＣＳＡが送信されないときよりも迅速に、新アクセスポイント１４を発見する。一部のＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６は、スキャンして関連付け解除メッセージに従って新チャネル上の新アクセスポイント１４を発見するのは非常に遅い。
【0090】
ＩＥＥＥ８０２．１１ｋ規格のローミング支援及びＩＥＥＥ８０２．１１ｖ規格のマルチキャスト指定内に、Ｗｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６を１つのアクセスポイント１４から別のアクセスポイント１４へとローミングさせる機構もある。これらの機構は、サービスの中断がより少なく、より迅速にＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６を新アクセスポイント１４へと移動させることができるので、有利である。しかしながら、全てのＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６がこれらの動作モードをサポートするわけではない。同様に、高速ローミングプロトコルであるＩＥＥＥ８０２．１１ｒの使用も、１つのアクセスポイント１４から別のアクセスポイント１４への移動を加速するのに用いることができる。しかしながら、ＩＥＥＥ８０２．１１ｋ及びＩＥＥＥ８０２．１１ｖと同様に、この手法も全てのＷｉ－Ｆｉクライアントデバイス１６にサポートされるわけではない。
【0091】
なお、クラウドコントローラ４１０は、クライアントステアリング処理４００、ＣＳＡアナウンスメント、ＩＥＥＥ８０２．１１ｒ規格の高速ローミング、ＩＥＥＥ８０２．１１ｋ規格のローミング支援、及びＩＥＥＥ８０２．１１ｖ規格のマルチキャスト指定等を使用することができる。本明細書で説明したように、クラウドコントローラ４１０は、クライアントステアリング処理４００、ＣＳＡを含む複数のステアリング手法を利用することができ、アクセスポイント１４に関連付けを解除させ、アクセスポイントのＡＣＬリスト中のクライアントをブラックリスト化させる。
【0092】
本明細書で説明されたいくつかの例示的な実施形態は、マイクロプロセッサのような１つ又は複数の一般又は専用プロセッサ（「１つ又は複数のプロセッサ」）、中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサ（ＮＰ）又はネットワーク処理装置（ＮＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）等のようなカスタム化プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等を、それらを制御するための一意の記憶されたプログラム命令（ソフトウェア及びファームウェアの両方を含む）とともに含んで、特定の非プロセッサ回路と関連して、本明細書で説明された方法及び／又はシステムの一部、ほとんど、又は全部の機能を実装することができることを理解されよう。あるいは、一部又は全部の機能は、プログラム命令が記憶されていない状態のマシンによって実装されるか、又は１つ又は複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に実装されてもよく、各機能又は特定の機能の何らかの組合せがカスタム論理又は回路として実装される。当然、前述の手法の組合せを使用してもよい。本明細書で説明された例示的な実施形態の一部では、ハードウェア内の対応するデバイスは、任意選択でソフトウェア、ファームウェア、及びそれらの組合せを備えて、１セットの動作、ステップ、方法、処理、アルゴリズム、機能、技法等を、デジタル及び／又はアナログ信号で、様々な例示的な実施形態について本明細書で説明されたように、実行する「ように構成又は適合されている回路」、「ように構成又は適合されている論理」等と呼ばれることがある。
【0093】
さらに、いくつかの例示的な実施形態は、コンピュータ、サーバ、アプライアンス、デバイス、プロセッサ、回路等をプログラムするためのコンピュータ可読コードを有する非一過性コンピュータ可読ストレージ媒体を含むことができ、そのコンピュータ、サーバ等のそれぞれは、本明細書に記載され、特許請求される機能を実行するプロセッサを含むことができる。そのようなコンピュータ可読ストレージ媒体の例としては、限定ではないが、ハードディスク、光学ストレージデバイス、磁気ストレージデバイス、ＲＯＭ（読出し専用メモリ）、ＰＲＯＭ（プログラム可能読出し専用メモリ）、ＥＰＲＯＭ（消去可能プログラム可能読出し専用メモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能プログラム可能読出し専用メモリ）、フラッシュメモリ等が挙げられる。非一過性コンピュータ可読媒体に記憶される場合、ソフトウェアは、プロセッサ又はデバイス（例えば、任意のタイプのプログラム可能回路又は論理）によって実行可能な命令を含むことができ、当該命令は、そのような実行に応答して、様々な例示的実施形態について本明細書で説明したような１セットの動作、ステップ、方法、処理、アルゴリズム、機能、技法等をプロセッサ又はデバイスに実行させる。
【0094】
本開示を好ましい実施形態及びそれらの具体的な例を参照して、本明細書の中で例示し説明してきたが、当業者であれば、他の実施形態及び例も同様に機能し得ること、及び／又は同様の結果を実現し得ることは容易に理解できる。そのような均等の実施形態及び例は全て、本開示の趣旨及び範囲内であり、それによって企図され、以下の特許請求の範囲によってカバーされることを意図している。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【手続補正書】
【提出日】2022-05-23
【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】
結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）を形成するように構成された複数のアクセスポイント（１４、３６）に通信するステップであって、前記複数のアクセスポイント（１４、３６）の少なくとも一部のアクセスポイント（１４、３６）は直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）を利用する、ステップと、前記複数のアクセスポイント（１４、３６）のうちのどれが前記結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）のＯＦＤＭＡ動作に部分的に基づいて前記複数のクライアントデバイス（１６）のうちのいくつかに接続するかを決定するステップと、
ＯＦＤＭＡをサポートするクライアントデバイス（１６）の一部又は全部を、ＯＦＤＭＡをサポートする同一のアクセスポイント（１４、３６）に接続させるステップと、
を含む、方法。
【請求項2】
前記複数のアクセスポイント（１４、３６）のうちアクセスポイント（１４、３６）は、複数の家及び複数の企業のうちの少なくとも１つを含む複数の場所に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記複数のアクセスポイント（１４、３６）のうちのどれが前記複数のクライアントデバイス（１６）のうちのいくつかに接続するかを決定するステップは、前記複数のクライアントデバイス（１６）のＯＦＤＭＡ能力、多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）能力及びチャネル能力のうちの少なくとも１つを含むクライアント情報に基づいている、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記クライアント情報は、前記複数のクライアントデバイス（１６）、及び前記複数のアクセスポイント（１４、３６）によって収集されたデータのうちの少なくとも１つから取得される、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記複数のアクセスポイント（１４、３６）のうちのどれが前記複数のクライアントデバイス（１６）のうちのいくつかに接続するかを決定するステップは、前記複数のクライアントデバイス（１６）の前記複数のアクセスポイント（１４、３６）に対するトラフィック負荷、パケット長、及び信号強度のうちの少なくとも１つを含む、前記結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）のＯＦＤＭＡ動作に関するクライアントの特性に基づいている、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記複数のアクセスポイント（１４、３６）のうちのどれが前記複数のクライアントデバイス（１６）のうちのいくつかに接続するかを決定するステップは、動的であり、時間ベースの再計算と、前記結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）の状態の変化に基づく再計算との少なくとも一方に基づいて変化する、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記複数のアクセスポイント（１４、３６）のうちのどれが前記複数のクライアントデバイス（１６）のうちのいくつかに接続するかを決定するとき、前記結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）が最適化され、最適化要因は、前記複数のアクセスポイントのそれぞれの個々のデバイススループット、前記結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）の共同負荷スループット、前記複数のクライアントデバイス（１６）に対するスループットの公平性、及び前記結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）の条件の安定性を含む、請求項１～６いずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記複数のクライアントデバイス（１６）は、接続先を示すクライアントデバイス（１６）へのメッセージング、プローブ応答ブロック、関連付け又は認証ブロック、ビーコン隠し、及び混乱を最小限に抑えるためのプロトコルのうちの１つ又は複数を使用して、前記複数のアクセスポイント（１４、３６）に接続するように誘導される、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
プロセッサ（２０２）と、命令を記憶するメモリ（２１０）と、を備えるＷｉ－Ｆｉコントローラ（２００）であって、前記命令は、実行されると、前記プロセッサ（２０２）に請求項１～８のいずれか一項に記載の方法を実施させる、Ｗｉ－Ｆｉコントローラ（２００）。
【請求項10】
前記Ｗｉ－Ｆｉコントローラ（２００）は、ローカルコントローラと、クラウドベースコントローラとの一方である、請求項９に記載のＷｉ－Ｆｉコントローラ（２００）。
【請求項11】
前記結合されたＷｉ－Ｆｉネットワーク（１０、１０Ａ、３２）を形成するように構成された前記複数のアクセスポイント（１４、３６）を備える、Ｗｉ－Ｆｉシステムであって、前記複数のアクセスポイント（１４、３６）の少なくとも１つのアクセスポイント（１４、３６）が請求項９又は１０に記載のＷｉ－Ｆｉコントローラ（２００）に接続される、Ｗｉ－Ｆｉシステム。
【請求項12】
命令を含むコンピュータプログラムであって、前記命令は、少なくとも１つのプロセッサ上で実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサ（２０２）に請求項１～８のいずれか一項に記載の方法を実施させる、コンピュータプログラム。
【請求項13】
請求項１２に記載のコンピュータプログラムを含むキャリアであって、前記キャリアは、電子信号、光信号、無線信号、又はコンピュータ可読ストレージ媒体のうちの１つである、キャリア。
【国際調査報告】