(57)【要約】      （修正有）【課題】  無線通信端末が圏外になった場合においても通信を維持する。【解決手段】  基地局ＡＰ１を介して無線通信端末ＭＮ１、無線通信端末ＭＮ２が、基地局ＡＰ１の通信範囲５０内において通信を行っている状況において、無線通信端末ＭＮ１は基地局ＡＰ１からの受信電波強度ＲＳＳＩを測定することにより、基地局ＡＰ１の通信圏外に移動しようとしていることを検知し、無線通信端末ＭＮ１はハンドオーバーの動作に入る。通常、周囲に通信が可能な別の基地局を見つけてハンドオーバーするが、別の基地局が全く存在しない場合に、自端末ＭＮ１が通信していた無線端末ＭＮ２であって基地局ＡＰ１の通信エリア５０内にいる無線通信端末ＭＮ２に対して、基地局ＡＰ１に対するデータの中継を依頼する救援信号を発信する。この救済信号を無線通信端末ＭＮ２が受信すると、無線通信端末ＭＮ２は、無線通信端末ＭＮ１と基地局ＡＰ１との間の中継局になる。【選択図】  図１
2005341300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と、
該基地局と通信可能な状態にある第１の移動局と、
該第１の移動局を介して前記基地局と通信可能な状態にある第２の移動局と
を有する無線通信システム。
【請求項２】
基地局と、
該基地局の通信エリア内において前記基地局と通信可能な状態にある第１の移動局と、
前記基地局の通信エリア外において前記第１の移動局を介して前記基地局との通信が可能な状態にある第２の移動局と
を有する無線通信システム。
【請求項３】
前記基地局の通信エリア外に出る際に、周囲の端末に対して前記基地局との間の中継局になってもらうための処理を含むハンドオーバー処理を行うことを特徴とする第１の移動局。
【請求項４】
前記ハンドオーバー処理は、前記周囲の端末に対して救済プロトコルを発行する処理を含むことを特徴とする請求項３に記載の第１の移動局。
【請求項５】
前記ハンドオーバー処理により、前記周囲の端末が前記第１の移動局に成りすます処理を行うことを特徴とする請求項３に記載の第１の移動局。
【請求項６】
前記成りすます処理は、前記第１の移動局が前記第２の移動局の代わりに前記基地局とデータの送受信をするために必要な情報を送信する処理を含むことを特徴とする請求項５に記載の第１の移動局。
【請求項７】
前記成りすます処理は、前記基地局のエリア外に出た後に再び戻る動作を行った後に、前記第１の移動局が前記第２の移動局の代わりに前記基地局とデータの送受信をするために必要な情報を送信する処理を含むことを特徴とする請求項５に記載の第１の移動局。
【請求項８】
基地局と通信可能な移動局であって、
受信信号の検知する受信信号検知部と、
該受信信号検知部による信号強度の低下に応じて周囲の端末に対して前記基地局との間の中継局になってもらうための報知信号を送受信する報知部と
を有することを特徴とする移動局。
【請求項９】
前記報知部からの報知信号に応答する中継局候補に関する第１のデータを格納するデータベースを有することを特徴とする請求項８に記載の移動局。
【請求項１０】
前記報知部は、前記中継局候補に対して中継局決定通知を送信し、該中継局決定通知には、通信に関する情報を付帯させることにより、前記中継局となる端末に前記基地局とのアソシエーションを行わずに前記移動局に代わって基地局とのデータの送受信を可能とすることを特徴とする請求項８又は９に記載の移動局。
【請求項１１】
前記第１の移動局と中継局との間及び前記基地局と前記中継局との間は、異なる周波数又はチャネルで通信を行うことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項１２】
基地局と、該基地局と通信可能な状態にある第１の移動局と、第２の移動局と、を含む無線通信システムにおけるハンドオーバー方法であって、
前記第２の移動局と前記基地局との間の信号強度が弱くなった場合に、前記第２の移動局が、前記基地局と通信を行うように前記第１の移動局に対して仲介を依頼することを特徴とするハンドオーバー方法。
【請求項１３】
基地局と、該基地局と通信可能な状態にある第１の移動局と、第２の移動局と、を含む無線通信システムにおけるハンドオーバー方法であって、
前記第２の移動局と前記基地局との間の信号強度を検知する第１ステップと、
該第１ステップにおいて前記信号強度が弱くなった場合に、前記第２の移動局が、周囲に向かって中継局となってくれるように依頼をする第２ステップと、
周囲の第２の移動局からの応答に応じて中継局を決定する第３ステップと、
決定された前記中継局である第１の移動局との間で利用する周波数帯又はチャネルを調整する第４ステップと
を有する方法。
【請求項１４】
前記第１の移動局が前記第２の移動局の代わりに前記基地局とデータの送受信するために必要な情報を送信する第５ステップを有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の移動局が前記第１の移動局に対してハンドオーバーに必要な前記基地局との接続時の旧端末情報を送信する第５ステップを有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線を利用したネットワーク通信技術に関し、特に、無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等で用いた移動体通信におけるハンドオーバー技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２．４ＧＨｚ帯又は５ＧＨｚ帯等の高周波数帯を用いた無線ＬＡＮシステムが普及し、無線ネットワークを手軽に利用することが可能になった。それに伴い、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）又はＰＤＡ（携帯情報端末）等の情報機器においても、無線通信を行うための通信端末機能を備えるものが多くなってきた。さらに、携帯電話やＰＨＳなどの携帯型無線通信端末を利用して、遠隔地まで通話やデータ通信などを行う機会も多くなってきている。
【０００３】
無線通信と有線通信との違いは、無線通信は配線という概念がなくなるという点においてその優位性がある。ところが、配線がないが故に、電波を送受信できる機器であればどの機器であっても無線通信を送信および受信できてしまう。そのため無線通信技術においては、暗号化技術、周波数の設定、周波数変調技術、時分割技術、通信管理番号を使用することにより妨害や混線を受けるようなことがなく、また、秘密を守った状態で安全に送受信できるようになっています。
【０００４】
一般的な無線通信が、セルラーネットワークと呼ばれる基地局を中心としたセル（特定のゾーン）のみで通信を行う理由は、このような構成により、基地局が責任をもってセル内に存在する端末の秘密性と通信の確実性を確保することが比較的容易である。
【０００５】
各種無線通信端末においては、基地局ＡＰにアクセスすることにより、基地局を介して他の無線通信端末とデータ通信を行うことができる。つまり、データ通信を行う無線通信端末は、直接的に又は何らかの通信機器を介して間接的に基地局との接続を維持する必要がある。ところで、移動式の無線通信端末は、通信場所が移動するために、ある基地局の通信可能エリアから外れてしまうことがしばしば起こる。基地局の多くは固定式であり、容易に通信エリアを変更することができないため、１つの基地局の通信可能エリアは限られている。従って、移動式の無線通信端末の通信エリアを広範囲にするためには、複数の異なるエリアをそれぞれがカバーする複数の基地局を配置しておき、移動する無線通信端末の位置に応じてアクセスする基地局を近くの基地局に変更する必要がある。
【０００６】
無線通信端末の移動に伴ってアクセスする基地局を変更するための代表的な技術として、ハンドオーバー技術が挙げられる。ハンドオーバー技術とは、基地局がカバーする通信可能エリア（セル）を複数設けたネットワークにより形成し、通信を行う端末が移動して隣接するセルに移った場合に、通信が途絶えることなく継続できるような自動切換え技術のことである。具体的には、現在通信中の基地局からの電波が弱くなっている場合に、自端末の周囲から次に自分の基地局となってくれる別の基地局を探し、基地局が探索できた場合に、通信を継続させるための調停を行い、途切れることなく通信を継続させる技術である。
【０００７】
図７から図９までは、従来のハンドオーバー技術における処理の流れを示す図である。従来のハンドオーバー技術においては、図７においては、セル２０１のエリア内において、移動局１０８は、基地局１０６とルータ１０２とを介して、ルータ１０１から対向端末１００と通信を行っている。但し、セル２０１と隣接するセル２００内をカバーしルータ１０３を有する基地局１０７が存在する。基地局及び端末は、インターネットなどのＷＡＮ１０４に接続可能になっているのが一般的である。図７の状態から、図８に示すようにアクセスする基地局を移動する動作を行うことを想定する。図８に示すように、受信端末１０８でハンドオーバーを行うと、ハンドオーバーした基地局１０７と接続するルータ１０５が新しいルータとして機能し、相手（対向端末１００）からのデータの経路（ルート）を確保して貰えるようルータ１０３に依頼する。ルータ１０３は、その先のＷＡＮ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）１０４と交渉し、データをルータ１０２から新しいルータ１０３の存在するネットワークの方に転送してもらう動作を行うことにより。
【０００８】
図７及び図８を参照して説明した方法では、データ通信のルート変更作業が大掛かりになり、ルート変更に伴って生じるデータが途切れる時間が長くなりがちである。また、基地局同士は例えば有線で接続されたネットワークを形成している必要がある。
【０００９】
これらの問題を解決するために、図９に示す方式では、基地局１０６と基地局１０７とが無線通信でデータ転送を行う機能を有する。通常、基地局１０６から基地局１０７にハンドオーバーを行うためには、移動局１０８は基地局１０７につながったルータ１０３にルーティング経路を作成してもらう必要がある。そこで、基地局１０６と基地局１０７とがデータの転送を行える転送機能を備えることにより、ルータ１０３にルーティング経路を作成させることなく、基地局１０６から基地局１０７にハンドオーバーすることが可能になる。この場合には、対向端末１００から送信されたデータは、ルータ１０１、ＷＡＮ１０４を経由し、ルータ１０２に届く。ルータ１０２に届いたデータは、基地局１０６に送られる。その後、データは基地局１０７に無線通信により転送され移動局１０８に届く（特許文献１参照）。この方法によれば、ハンドオーバーを簡単に行うことができる。
【特許文献１】特開２００３−３３３０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に記載のハンドオーバー技術（図９）には、以下のような問題点が存在する。すなわち、図９に示す技術は、あくまでも基地局を中心にした機構になっているために、周りにハンドオーバー可能な基地局が存在しない場合には、通信できない状態（一般的には圏外と呼ばれる状態）となり、通信が遮断されてしまう。また、あまり多くの基地局を設けるとコスト面でも高くつくという問題がある。このような、基地局からの電波が受信できない圏外という状況は、同じビル内の同じフロア間の通信で発生したり、家庭内の異なる部屋同士の通信で発生したりするために、無線通信システムを利用する上で解決すべき問題の一つになっている。
【００１１】
本発明は、既存の技術を基本的には維持したままで、無線通信端末が圏外になった場合においても通信を維持することができる新しい無線通信技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る無線通信技術は、以下の構成を特徴としている。
１）秘密性、確実性を備えたまま、無線通信端末が無線の転送（中継）を行う。この際、基地局にとっては、特にデータの経路が変わった旨の設定がされない。尚、有線であれば、流れているデータをそのまま解析し、宛先の端末の物理アドレスに該当するデータ線にデータを転送することは可能である。しかしながら、無線においては、受信したデータを復調し、該当するデータであるか否かを確認する必要があり、転送の際には、再び、変調、送信する必要があるため単純に転送することができない。そこで、上記のような状況にする必要がある。尚、中継局は通信中でも待機中でも良い。
２）基地局側にはデータが中継されているにもかかわらず、端末側にはあたかもそのまま送信されていると思わせるため、中継端末が転送先の端末の端末ＩＤや暗号鍵の情報を得て転送する。この場合には、セキュリティの関係上、通常は成り代わることはしない。
３）端末はエリア外に出るときに、特別な救済プロトコル発行をするという新規のハンドオーバーを行う。この新規のハンドオーバーの対象は、基地局へのハンドオーバーではなく、端末に対して行う点にも特徴がある。
４）中継局が中継を行う際に、以下の２つの動作が可能である。第１の動作は、そのまま端末に成りすまして基地局からデータを受け取り続ける動作であり、これは、データの取りこぼしが無いことを前提としている。第２の動作は、中継局になってもらうための作業をしている最中に送信された基地局からのデータが取りこぼされている可能性があることを想定し、中継局が端末に成り代わってから一旦基地局の圏外に出て再び戻ってきたというハンドオーバー処理を行ってから、データを受け取るような成りすましをすること動作である。この第２の動作であるハンドオーバー処理をすることにより、基地局からハンドオーバー中に抜け落ちたデータを再度転送してもらうことができる（高いデータレートで転送されたデータなどはこれをすることによりデータの保証をさせる。）。
【００１３】
本発明は、無線通信端末が必要に応じて、他の端末と基地局との間の中継局となりうる。そのための機構として、“無線Ｈａｒｄｗａｒｅ機構”を有している。すなわち、自端末が圏外に出るものと判断すると、自端末とは別の周囲の端末に中継局になって貰うために必要な救済プロトコルを実現する“Ｈａｒｄｗａｒｅ”及び“Ｆｉｒｍｗａｒｅ”を備えるとともに、データの受け渡しを実現するための“ＩＰフレームのカプセル化機能“を備えるドライバを有し、さらに、無線通信機器を使用する機器でＯｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（以下「ＯＳ」と称し、代表的なＯＳには例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ、Ｌｉｎｕｘなどが挙げられる。）上で動作する“通信管理用アプリケーション”を使用し、これらＨａｒｄｗａｒｅ、Ｆｉｒｍｗａｒｅ、ドライバ、ＯＳ上のアプリケーションの連携によって、圏外又は電場状態の悪い状況に陥った端末に対し、中継局がデータの転送を実現する。
【００１４】
尚、中継局は、ルータと呼んでも良い。本明細書において、ルータとは、ネットワーク上に流れているデータを他のネットワークに流すための機器を指す。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、通信を行っている無線通信端末が圏外になった場合に、通信を維持することが可能な無線通信システムを提供することが可能になる。例えば、基地局の整備が不完全であるが、基地局以外の携帯電話やパーソナルコンピュータ等の移動可能な無線通信機能を備える端末が存在する状況下においては、通信可能エリアの拡大が可能になり、結果として、通信を行う無線通信端末にとって圏外の状態を少なくすることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に実施の形態による無線通信システムについて図面を参照しつつ説明を行う。
【００１７】
図３は、本発明の一実施の形態による無線通信システムの構成例を示す図である。無線通信を行うそれぞれの端末は、ネットワーク通信用のインターフェース部を有している。本実施の形態では、インターフェース部としてネットワークカードを有しているものとする。ネットワークカードは、例えば、図３のシステム機能分割図に示す構成を有している。図３のプロトコル階層図は、システム機能分割図のそれぞれの機能に対応したプロトコル階層を示す図である。
【００１８】
図３に示すように、システム機能分割図とプロトコル階層構造図とを対比させてみると、Ｃａｒｄ側においては、無線通信機器ＲＦ８とモデムＰＨＹ９とが、物理層１４に対応する。ＭＡＣ７がＭＡＣ層１３に対応する。Ｆｉｒｍｗａｒｅ６とＣａｒｄ  Ｉ／Ｆ５とがＬＬＣ層１２に対応する。また、ＨＯＳＴ側においては、Ｄｒｉｖｅｒ４とＯＳ３とがＴＣＰ／ＩＰ層１１に、アプロケーション１と接続用アプリケーション２とが、アプリケーション層１０に対応する。
【００１９】
ネットワークカードのＨＯＳＴをＰＣとした場合に、ネットワークカードのＣａｒｄ  Ｉ／Ｆ  ５により、ＣａｒｄとＨＯＳＴとの物理的な接続がなされ、開始データは接続部を介してＨＯＳＴ側に転送される。Ｃａｒｄの内部の動作は、組み込みソフトウェアＦｉｒｍｗａｒｅ６が、ＭＡＣ層の機能を果たす機器ＭＡＣ７と、無線の送受信を行う機器ＲＦ８と、モデムの機能を実現する機器ＰＨＹ９と、を制御し、Ｃａｒｄ  Ｉ／Ｆ５を介してデータの送受信の実現をする。
【００２０】
ＨＯＳＴ側のＤｒｉｖｅｒ（ドライバ）４は、データをＣａｒｄ側から吸い上げ、データの解析をした後にヘッダー情報等のデータを省き、上位のＯＳ３にこのデータを送る。ＯＳ３は、ＩＰフレームとして渡されるデータの送信元アドレス、宛先アドレスを解析しデータをアプリケーション１側に割り振る。接続用アプリケーション２は、通常のアプリケーション１と異なり、ネットワーク・インターフェースの通信開始及び通信終了を、Ｄｒｉｖｅｒ４を通してＣａｒｄに伝え、Ｃａｒｄを制御することができる機能を有するとともに、Ｄｒｉｖｅｒ４自身にＩＰフレームデータを加工する命令を出すことができる機能を有している。データの受け渡しをすることができる中継局となることができる端末は、図３のネットワークのインターフェースを２つ以上備えている。すなわち、中継局では、図３のプロトコル階層図のＴＣＰ／ＩＰ層１１にまでデータが上がり、ＴＣＰ／ＩＰ層１１で折り返して別のインターフェースのＤｒｉｖｅｒ４にデータが流れる形で中継を行うものとする。
【００２１】
図１０は、本実施の形態による無線通信システムを構成する基地局ＡＰ１又は移動局ＭＮ１，ＭＮ２のより具体的な構成例を示す機能ブロック図である。図１０に示すように、基地局又は端末局は、アンテナ２１と、アンテナ共用器２２と、ＲＦ／ＩＦ受信器２３と、Ａ／Ｄ変換器２４と、復調器２５と、バス制御部２７（例えばＰＣと関連付け可能になっている）、変調器２８と、Ｄ／Ａ変換器２９と、ＲＦ／ＩＦ送信器３０と、システム制御部３１とを有している。システム制御部３１は、データベース部（記憶部）３１ａと、報知部３１ｂと、を有している。尚、基地局ＡＰ１と端末局ＭＮ１、ＭＮ２とのブロック構成は、ほぼ同じ構成を有している。但し、基地局ＡＰ１と端末局ＭＮ１、２との送受信に関する機能の違いにより、システム制御部３１の一部の機能が異なっている。また、報知部３１ｂとデータベース部（記憶部）３１ａにデータを保存する機能を有していても良い。
【００２２】
次に、本実施の形態による無線通信システムの動作について適宜図３も参照しつつ説明を行う。図１（ａ）は、基地局ＡＰ１を介して無線通信端末ＭＮ１、無線通信端末ＭＮ２が、基地局ＡＰ１の通信範囲５０内において通信を行っている状況を示す図である。通常の通信状態では、基地局ＡＰ１と無線通信端末ＭＮ１とが電波強度（ＲＳＳＩ）が良好な状態で通信を行っていると仮定する。図１（ｂ）は、無線通信端末ＭＮ１が基地局ＡＰ１の通信範囲５０外に出かかっている様子を示す図である。図１（ｂ）に示す状態では、無線通信端末ＭＮ１に設けられているＲＦ回路は、測定している基地局ＡＰ１からの受信電波強度ＲＳＳＩの値が弱くなっていくため、基地局ＡＰ１から通信圏外に移動しようとしていることを知ることができる（例えば、図１０の受信器２３による受信信号に基づいて判断する）。受信電波強度ＲＳＳＩの値が弱くなってゆく旨の情報を上位のＭＡＣ７及びＦｉｒｍｗａｒｅ６に通知することにより、無線通信端末ＭＮ１は、ハンドオーバーの動作に入る。この状況で、周囲に通信が可能な別の基地局を見つけハンドオーバーするが、別の基地局が全く存在しなかい場合には、通信切断を余儀なくされていたが、本実施の形態による無線通信システムでは、図１（ｃ）に示すように、今まで、自端末ＭＮ１が通信していた無線端末ＭＮ２であって基地局ＡＰ１の通信エリア５０内にいる無線通信端末ＭＮ２に対して、基地局ＡＰ１に対するデータの転送（中継）を行って自端末ＭＮ１の救済を行ってくれるように依頼する救援信号を発信する。この際、自己の条件を合わせて送っても良い。救済信号は、例えば全方位に向けて発信される報知メッセージであっても良く、この救済信号を無線通信端末ＭＮ２が受信すると、無線通信端末ＭＮ２は、１対１通信機構を利用して、自端末ＭＮ２が無線通信端末ＭＮ１と基地局ＡＰ１との間のいわゆる中継局になることが可能であれば、その旨の応答メッセージを無線通信端末ＭＮ１に対して返す。
【００２３】
無線通信端末ＭＮ１は、全方位から返信されるこの応答メッセージを自己のデータベースなどの記憶部（図１０の３１ａ）に保存し、その中で自己の条件に合う端末（図１（ｃ）では、通信端末ＭＮ２）と通信のコネクションを結ぶ。その後、図１（ｄ）に示すように、中継局として機能している無線通信端末ＭＮ２を介して無線通信端末ＭＮ１が基地局ＡＰ１を介して他の端末などとの間でデータ通信を継続できる。
【００２４】
以下において、上記の無線通信システムにおける各端末の動きを端末毎に説明する。端末としては、「受信端末」である無線通信端末ＭＮ１と、「中継局」として機能することができる無線通信端末ＭＮ２と、を含む。加えて、以下においてはユーザーデータを流すためのデータパケットの構成に関しても説明する。
【００２５】
まず、移動局の動作について説明する。無線通信端末ＭＮ１のハンドオーバーの動作について、図５を参照しつつ説明を行う。適宜、図１、図１０及び図２を参照する。図５は、本実施の形態による無線通信システムにおいて、無線通信端末ＭＮ１を主体としたハンドオーバー動作の処理の流れを示すフローチャート図である。
【００２６】
図５に示すように、無線通信端末ＭＮ１は、最初はステップＳ１に示すように通常の通信状態にある。この状態から、無線通信端末ＭＮ１が移動するなどして基地局ＡＰ１との間における電波強度ＲＳＳＩの値が小さくなった旨を検出する（図１０の受信器２３に基づく）と（ステップＳ２）、より確かな通信を行うために、まず、無線通信端末ＭＮ１の周囲の基地局が発する報知メッセージの受信（ステップＳ３）を試みる（図１０の報知部３１ｂ）。この報知メッセージを受信できた場合、周囲にハンドオーバー可能な基地局が存在すると判断し通常のハンドオーバー処理を開始する（ステップＳ４）。
【００２７】
ステップＳ３において、報知メッセージを受信できなかった場合には、周囲の端末に向かって、端末が保有している中継局機能の発動を促す報知メッセージ（発動要請メッセージ）を送信する（Ｓ５）。図１（ｃ）は、中継局機能の発動を促す報知メッセージを送信する様子を記載したものである。
【００２８】
報知メッセージを送信した後に、無線通信端末ＭＮ１は応答メッセージの返答を特定の時間だけ待つ（ステップＳ７）。その後、ステップＳ７に戻ることにより、この待ち時間内に返信されてきたメッセージを、全て無線通信端末ＭＮ１内のデータベース（記憶部）３１ａ（図１０）に蓄えることができる（ステップＳ６）。データには、応答する端末における、基地局との電波強度と、基地局のＩＤと、送信能力と、受信能力と、ＭＡＣアドレスと、を表す情報が含まれる。ＭＡＣアドレスの情報を利用することにより、中継局となる端末が不正に盗聴しようとしている端末か否かの判断を下すことができる。
【００２９】
次に、タイムアウトになった場合には、ステップＳ８に進み、データベース３１ａ（図１０）内に何らかのデータが存在するか否かの判定を行う。データが存在しない場合には、中継局も存在しないと判断されるため、ステップＳ９に進み通信切断処理を行う。ステップＳ８でデータが存在する場合には、ステップＳ１０に進み、データベース３１ａ（図１０）に格納されたデータの中から無線通信端末ＭＮ１が、自分の中継局として機能してくれる端末を選定する（Ｓ１０）。この際、選定基準として、例えば、「電波強度ＲＳＳＩ」と「空き帯域」値とから、中継局として適した端末を選択する。例えば、上位３つの中継局候補の端末を選択する。中継局候補の中から実際の中継局を選定をした後に、無線通信端末ＭＮ１は自分の中継局として機能してくれる端末に中継局決定通知を送信する（ステップＳ１１）。このメッセージのパラメタとして、基地局の識別子、コネクションを結んでいたサービス識別子、端末識別子ＩＤ、ＩＰアドレス、ネットマスクの情報を付帯して渡すのが好ましい。ステップＳ１２において、決定メッセージに対する返答を待ち、返答が無いままタイムアウトした場合（選定した端末がアソシエーションを拒んだ場合など）には、ステップＳ１３に進み、中継局候補中の他の端末があるか否かを判定し、存在する場合にはステップＳ１２に戻る。存在しない場合には、ステップＳ１５に進み、通信切断処理を行う。決定メッセージに対する応答があった場合には、ステップＳ１４に進み、利用する周波数帯域を決定する。この際、今まで使用していた周波数帯域（又はチャネル）とはかち合わないように選定を行う。
【００３０】
ステップＳ１１で渡されるメッセージのパラメタは、基地局の識別子、コネクションを結んでいたサービス識別子、端末識別子ＩＤの情報であり、中継局と成る端末が基地局ＡＰ１との通信において無線通信端末ＭＮ１に成り代わり、無線通信端末ＭＮ２がアソシエーションするために必要なパラメタである。ＩＰアドレス、ネットマスクの情報はＩＰ層のコネクションである、ユニキャストやブロードキャストの情報を正しく受信する際に必要となる。これらの情報を得ることで、中継局となる端末は基地局とアソシエーション手順を踏まずに無線通信端末ＭＮ１に成り代わりデータの送受信を行うことが可能となる。ステップＳ１６において、ＩＰアドレス、ネットマスクの一時変更を行う。パラメタを決定した後に、１対１の端末間通信を行うためにアソシエーションを選定した端末と行う（ステップＳ１７）。アソシエーションを行った状態において、中継局と成った無線通信端末ＭＮ２からデータを受信することにより無線通信端末ＭＮ１は継続して無線通信を行うことができる（ステップＳ１８）。図１（ｄ）は、無線通信端末ＭＮ１が無線通信端末ＭＮ２を中継局として機能させ、基地局ＡＰ１からデータを受信している様子を記載したものである。この際、基地局ＡＰ１と中継局ＭＮ２との間はＡ  Ｈｚの周波数で、中継局ＭＮ２と端末局ＭＮ１との間は、Ａとは異なるＢ  Ｈｚの周波数で通信を行う。以上のような処理により、中継局を介して端末局と基地局との通信を継続することができる。
【００３１】
次に、中継局として機能する端末を主体とした動作について説明する。無線通信端末ＭＮ１の中継局として機能する無線通信端末ＭＮ２は次のように動作する。
【００３２】
図６は、無線通信端末ＭＮ２が無線通信端末ＭＮ１の中継局として機能するための処理の流れを示すフローチャート図である。図６に示すように、無線通信端末ＭＮ２は、定常待機状態にある（ステップＴ１）。定常待機状態とは通信をしていない状態であるが基地局ＡＰ１からの電波の受信を行っている状態を示す。また、この状態において、無線通信端末ＭＮ２は、基地局ＡＰ１と通信状態にあっても良い。但し、並行して中継局として機能するだけに十分な通信能力を有していることが条件となる。
【００３３】
上記の定常待機状態において、無線通信端末ＭＮ２は無線通信端末ＭＮ１からの中継局機能発動要求メッセージ（図１０の報知部３１ｂより発せられる）を受け取ると（ステップＴ２）、自端末ＭＮ２と現在捕捉している基地局ＡＰ１との電波強度ＲＳＳＩの値と送信側と受信側との使用できる通信帯域（空き帯域）とを算出する（ステップＴ３）。
【００３４】
また、この際、中継局として機能する機器に、ネットワーク・インターフェースが２つ以上備わっているか否かを無線通信端末ＭＮ２が判断する（ステップＴ４）。２つ以上備わっていない場合には、ステップＴ１に戻る。２つ以上備わっている場合には、２つのインターフェースのうちのいずれを基地局とし、いずれを中継局として使用するかに関する判定を行う（ステップＴ５）。
【００３５】
その後、無線通信端末ＭＮ２は、中継局機能発動要請メッセージの応答メッセージを返信する（ステップＴ６）。但し、このメッセージのパラメタには上記の電波強度ＲＳＳＩや、送受信の能力を示す通信帯域、更には自端末が捕捉している基地局のＩＤを付帯して送信する。上記応答メッセージを送信した後、無線通信端末ＭＮ２は、一定時間、中継局の決定を通知するメッセージの受信の待ちを行う（ステップＴ７）。もしメッセージ受信待ちのタイムアウトが発生した場合、定常待機状態（ステップＴ１）に戻る。タイムアウト前に中継局決定の通知が来た場合はＩＰレイヤーで中継局機能を発動させて（ステップＴ９）、中継局として機能できる状態にする。Ｍｏｂｉｌｅ  ＩＰｖ６ではＨｏｍｅ  Ａｇｅｎｔの機能を発動させることになる。物理層に近い部分では、２つのネットワークのインターフェースを違う周波数でスタンバイ状態にすることになる（ステップＴ８）。
【００３６】
次に無線通信端末ＭＮ２は、基地局ＡＰ１側のネットワークのインターフェース側を使用してコネクションを確立する。コネクションを確立する方法は、２つある。１つは、無線通信端末ＭＮ２が完全に無線通信端末ＭＮ１に成り代わる状態、すなわち図２に示す場合である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、中継局ＭＮ２となる端末に、自端末ＭＮ１の物理アドレス、端末識別ＩＤ、ＡＲＱ各種設定値、暗号化鍵（ＩＰ層以下で使用するＤＥＳ）等、通信の継続に必要な情報を提供する。すなわち、中継局決定メッセージの中に存在する情報、無線通信端末ＭＮ１の端末識別子ＩＤや、基地局の識別子、基地局サービス情報、物理アドレス、ＡＲＱ用各種設定値の値を反映させ、物理レベルでデータを拾い上げる（ステップＴ１１）。尚、データの取りこぼしについては、ＡＲＱの設定によりデータを拾い上げることができるため、基地局ＡＰ１側としては、通信が継続して行われているように動作する。
【００３７】
データの受信を確認できるか否かを判断し（ステップＴ１３）、データ受信ができていれば基地局ＡＰ１とのコネクションが確立されたものとして、無線通信端末ＭＮ２は無線通信端末ＭＮ１に中継局決定メッセージの応答メッセージを送信する（ステップＴ１５）。この応答メッセージを受け取った無線通信端末ＭＮ１が、無線通信端末ＭＮ２と１対１通信を行うためのアソシエーション作業（ステップＴ１７）を行い、データの受信ができなかった場合には、ハンドオーバー手順に入る（ステップＴ１２）。アソシエーションができた時点で、実際のデータの転送する（ステップＴ１８）。
【００３８】
別の方法について、同じく図２を参照しつつ説明を行う。図２に示す構成は、中継局となる端末が一旦ハンドオーバー作業を行う場合であって、まず、中継局となる端末がハンドオーバーを使用する場合にも、中継局となる端末に、自端末の物理アドレス、端末識別ＩＤ、ＡＲＱ各種設定値、暗号化鍵（ＩＰ層以下で使用するＤＥＳ）等、通信の継続に必要な情報を提供する。ハンドオーバーを実施する際、ハンドオーバーに必要な旧端末識別子等の情報を与えることで、ハンドオーバープロトコル動作により、ARQの設定をする必要がなくなる。無線通信端末ＭＮ２が無線通信端末ＭＮ１に成り代わるが、ハンドオーバー処理を行う場合（ステップＴ１２）に、上記のＡＲＱ用設定値が必要でなくハンドオーバー処理を行うことで、基地局側と端末側とでＡＲＱ処理が一旦リセットされてしまうため、重複データの送受信が起こり、リアルタイム性や無駄なデータの送受信処理にはつながってしまうが、確実に基地局とのコネクションを張ることができる。無線通信端末ＭＮ２は、通常のハンドオーバー手順、すなわち、端末ＩＤ、物理アドレス、ＡＲＱ用設定値、ＩＰアドレス、ネットマスクの設定を行い（ステップＴ１２）、ステップＴ１３において、基地局とのコネクションが確立されているか否かを判定する。コネクションが確立されていなければ、ステップＴ１２のハンドオーバー手順を行い、次いで、基地局とのコネクションが確立されているか否かを判断する（ステップＴ１４）。基地局ＡＰ１とハンドオーバー処理によりコネクションが確立できると無線通信端末ＭＮ２は無線通信端末ＭＮ１に中継局決定メッセージの応答メッセージを送信する（ステップＴ１５）。
【００３９】
その後、の動作は上記無線通信端末ＭＮ１に成り代わる場合の処理と同様である。コネクションの確立に失敗すると、ステップＴ１６に進みコネクション確立失敗メッセージを無線通信端末ＭＮ１に通知し動作を終了する。以上の処理により、いずれかの形態でコネクションを確立させることができる。
【００４０】
次に、データパケットについて説明する。上記の処理により圏外の端末に対してデータを転送する機構は整ったが、無線通信端末ＭＮ１が中継局である無線通信端末ＭＮ２を介してデータをアプリケーションにより受け取るためには、ネットワークの向こう側にいる「対向端末」と無線通信の発信源である「基地局」とにデータの転送によるアドレスや経路の変更のための処理を強いることなく、データの受信を行う必要がある。ここでの障害となるのがＩＰアドレスである。ＩＰ層に割り振られたアドレスが、流れてくるデータのＩＰデータフレームのアドレスと違う場合、ＯＳでパケットを廃棄してしまう。この問題の解決をするためにＩＰデータフレームをカプセル化してデータ経路の変更を隠蔽する。
【００４１】
データの流れは図４で示すようにして流れてゆく。図４の上図は、対向端末ＣＮ１と、基地局ＡＰ１と、中継局ＭＮ２と、受信端末ＭＮ１とのそれぞれの階層と、これらの階層をデータが実際に流れていく様子を示す図である。図に示すように、対向端末ＣＮ１においては、アプリケーション層、ＴＣＰ／ＩＰ層、ＬＬＣ層、ＭＡＣ層、物理層とデータが流れていく。アプリケーション層からＴＣＰ／ＩＰ層に流れる過程で、「データ」は図４（ｄ）に示すように「ＴＣＰ／ＩＰ層ヘッダー」を付けられる。また、ＴＣＰ／ＩＰ層からＬＬＣ層を経由してＭＡＣ層に渡される時点で「ＭＡＣヘッダー層」が付加され、図４（ｃ）に示す状態になる。さらに、ＭＡＣ層から物理層に渡される時点で図４（ｂ）の状態になり、優先ネットワークと想定される対向端末ＣＮ１と基地局ＡＰ１の間は図４（ｂ）の状態でデータが流れる。基地局ＡＰ１の中を流れる際は上記の逆にヘッダー部が除去され、ＩＰアドレスやＭＡＣアドレスを解析し、その後基地局ＡＰは、ヘッダーを付け直してデータを無線区間に送信する。
【００４２】
次に、対向端末ＣＮ１から基地局ＡＰ１を経て、中継局ＭＮ２に流れるデータ受信の動作を説明する。
１）対向端末ＣＮ１
（ｄ）→（ｃ）→（ｂ）→有線ネットワークに送信
２）基地局ＡＰ１
受信→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｃ）→（ｂ）→（ａ）→無線区間に送信
３）中継局ＭＮ２
受信→（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）→（ａ）’
尚、図示しない、（ａ）’は（ａ）と異なり、カプセル化ヘッダーが付属する。
３）受信端末ＭＮ１
受信→（ａ）’→（ｆ）→（ｅ）→（ｄ）→データ受信
尚、上記の反対の受信端末ＭＮ１の動作は、送信の逆の動作になります。通常カプセル化ヘッダーを付帯することはないが、本実施の形態ではカプセル化ヘッダーを付帯する。
４）受信端末ＭＮ１
送信→（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）→（ａ）’→無線区間に送信
５）中継局ＭＮ２
受信→（ａ）’→（ｆ）→（ｅ）→（ｄ）→（ｃ）→（ｂ）→（ａ）→送信
６）基地局  ＡＰ１
受信→（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｃ）→（ｂ）→有線ネットに送信
７）対向端末ＣＮ１
受信→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→データ受信
【００４３】
その後、基地局ＡＰ１において、物理層、ＭＡＣ層、ＬＬＣ層、ＴＣＰ／ＩＰ層、ＬＬＣ層、ＭＡＣ層、物理層と流れていく。その後、中継局ＭＮ２において、基地局ＡＰ１と同様にデータが流れていく。さらに、受信端末ＭＮ１において、物理層、ＭＡＣ層、ＬＬＣ層、ＴＣＰ／ＩＰ層、アプリケーション層とデータが流れる。
【００４４】
図４の下図である図４（ａ）〜（ｆ）までのそれぞれは、データの実際の流れに伴い、データの形が変わる様子を示す図であり、データの流れにおけるデータフレーム構成例を示している。対向端末ＣＮ１から移動局ＭＮ１へのデータの流れにより説明する。対向端末ＣＮ１から送信されたデータは、基地局ＡＰ１、中継局ＭＮ２を経由して移動局ＭＮ１まで届く。その際、Ｎｅｔｗｏｒｋケーブルを流れるデータは図４（ｂ）のようなフレーム構成で流れる。図４に示すように、対向端末ＣＮ１のアドレスを送信元アドレスと呼び、その値がＡであるとする。一方、移動局ＭＮ１側のアドレスをＢとする。データは、移動局ＭＮ１が中継局ＭＮ２にデータの中継をしてもらう前の状態と同じ経路、同じデータのフレーム構成で基地局までネットワークを流れる。基地局ＡＰ１もまた、そのままのデータフレーム構成で無線通信の送信を行う。ここでデータを受信する端末が、移動局ＭＮ１から中継局ＭＮ２に代わる。中継局ＭＮ２は中継局になるための手順の中でアドレスＢというネットワーク・インターフェースを持ち合わせており、このネットワーク・インターフェースを用いてＴＣＰ／ＩＰ層まで受信し、折り返し、アドレスＤのネットワーク・インターフェースにデータを転送する。この折り返しの時点で、アドレスＤからアドレスＣにデータ送信するようにヘッダーを付け、カプセル化する。尚、カプセル化とは、フレーム構成を図４（ｅ）に示すように、元のフレーム構成である図４（ｄ）のフレームに対して、新たなヘッダーと終端情報とを付け加えることに対応し、新しいパラメタを持ったデータフレームを作ることを指す。新しいフレームとなったデータフレーム（ｅ）は、ＭＡＣ層、物理層により各ヘッダを付けられ無線区間に送信される。
【００４５】
データを受信した移動局ＭＮ１は、ヘッダー部を取り除き、ＴＣＰ／ＩＰ層では図４の（ｅ）のフレーム状態で受け取ることになる。この構成のままで、ＯＳに向けてデータを渡すと、ＯＳがアドレスＣのネットワーク・インターフェースを使用しているアプリケーションにデータを渡そうとして廃棄される。そこで、ＴＣＰ／ＩＰ層では、このカプセル化のヘッダー及び終端情報部分を取り除いてＯＳにデータを渡すことになる。
【００４６】
以上の一連の操作を行うことにより、移動局ＭＮ１が基地局ＡＰ１の通信エリアの圏外に出てしまう状況においても、継続して通信を行えるようになる。また、送信については、この逆方向でカプセル化を行うことにより、送受信機能を動作させることができる。
【００４７】
以上、本実施の形態による無線通信システムにおいては、基地局の通信エリアから圏外に移動された端末に関して、上記手順により、他の端末を中継局として基地局との通信を維持することができるため、ハンドオーバーが簡単かつ確実にできるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、無線ＬＡＮなどの他、携帯電話などの通信ネットワークに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１（ａ）から（ｄ）までは、本発明の一実施の形態による無線通信システムにおける通信コネクション確保に関する動作の様子を示す概略図である。
【図２】本実施の形態による中継局の動作の第１例であって、中継局となる端末が単純に成りすます場合の動作又は中継局となる端末が一旦ハンドオーバー作業を行う場合の動作を示す図である。
【図３】本実施の形態による端末のシステム構成例を示す図である。
【図４】ネットワークを流れるデータの状態を、各種端末、基地局、中継局に関して示す図である。
【図５】本実施の形態による圏外に出そうになる端末の動作を示すフローチャート図である。
【図６】本実施の形態による基地局エリア内の中継局となる端末の動作フローチャートである。
【図７】ハンドオーバーの第１の従来例を示す図である。
【図８】ハンドオーバーの第２の従来例を示す図である。
【図９】ハンドオーバーの第３の従来例を示す図であり、基地局同士が無線通信でデータ転送を行う機能を有する場合の例を示す図である。
【図１０】本実施の形態による移動局の構成例を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
Ａ…無線通信システム、ＡＰ１…基地局、ＭＮ１、ＭＮ２…端末局、１…アプリケーション、２…接続要アプリケーション、３…ＯＳ、４…Ｄｒｉｖｅｒ、５…Ｃａｒｄ  Ｉ／Ｆ、６…Ｆｉｒｍｗａｒｅ、７…ＭＡＣ、８…ＲＦ、９…ＰＨＹ、１０…アプリケーション層、１１…ＴＣＰ／ＩＰ層、１２…ＬＬＣ層、１３…ＭＡＣ層、１４…物理層、５０…通信エリア。
【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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