(57)【要約】【課題】  転送時にバッファされたパケットを効率的に転送できることで、無瞬断のハンドオーバを実現することが可能となり、品質劣化のない通信を実現する。【解決手段】本発明は、無線基地局に接続可能な無線インターフェイスを有する無線端末において、ハンドオーバを行う際に、ハンドオーバ後に接続した無線基地局を経由してハンドオーバ前に接続していた無線基地局へ移動通知パケットを送信する移動通知手段を具備することを特徴とする無線端末である。【選択図】      図１
2005236555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線基地局に接続可能な無線インターフェイスを有する無線端末において、
ハンドオーバを行う際に、ハンドオーバ後に接続した無線基地局を経由して、ハンドオーバ前に接続していた無線基地局へ移動通知パケットを送信する移動通知手段を具備することを特徴とする無線端末。
【請求項２】
無線基地局に接続可能な無線インターフェイスを有する無線端末において、
当該無線端末の接続基地局からの送信信号の受信電力強度を測定する装置と、
当該受信電力値の記憶装置と、
当該記憶装置によって記憶された複数の受信電力値を用いて閾値判定を行い、ハンドオーバを決定する機能を具備することを特徴とする無線端末。
【請求項３】
無線基地局に接続可能な無線インターフェイスを有する無線端末において、
当該無線端末の過去のハンドオーバ履歴の記憶装置と、
ハンドオーバ履歴からハンドオーバの実行を決める受信電力閾値を決定するハンドオーバ閾値判定手段を具備することを特徴とする無線端末。
【請求項４】
請求項１及び２の機能を同時に有する特徴を持つ無線端末。
【請求項５】
請求項１及び３の機能を同時に有する特徴を持つ無線端末。
【請求項６】
請求項１，２及び３の機能を同時に有する特徴を持つ無線端末。
【請求項７】
１個以上の無線インターフェイスと１個以上の有線インターフェイスの少なくともいずれかによる合計２個以上のインターフェイスと、
各インターフェイスとそのインターフェイスを経由して通信可能な端末や基地局のＭＡＣアドレスとの関係を記憶したレイヤ２アドレステーブルと、
前記アドレステーブルを用いて、ＭＡＣアドレスによる経路制御を行うことができるレイヤ２スイッチ機能を有する無線基地局において、
移動通知パケットを受信し、その情報を元にアドレステーブルの変更を行う機能と、その後に受信した移動通知パケットが当該基地局宛の場合には、移動通知パケットによって更新されたアドレステーブルに従って当該端末宛のパケットを転送する機能と、受信した移動通知パケットが当該基地局宛以外の場合には、更新されたアドレステーブルに従って受信した移動通知パケットを転送する機能と、を有することを特徴とする無線基地局。
【請求項８】
請求項７の機能を有する無線基地局を含む無線基地局と、
他のネットワークに接続するためのゲートウェイと、
情報を端末に送信するサーバが、
有線又は無線で接続されツリー構造で配置され、請求項１，４，５若しくは６のいずれかの特徴を有する無線端末を含む端末と、基地局が無線回線によって接続し、当該端末がネットワーク内の他の端末やサーバ、若しくはゲートウェイを経由して他のネットワークのコンピュータとの通信を行うことを可能とするネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の無線ＬＡＮ基地局（アクセスポイント）を用いた移動通信ネットワークにおける無瞬断のハンドオーバを実現するための無線端末、無線基地局及びそれらを用いたネットワークシステム。
【背景技術】
【０００２】
従来、無線通信ネットワークの経路選択方式にパケットをレイヤ２アドレス（ＭＡＣアドレス）によって転送するレイヤ２転送が用いられている。レイヤ２転送では、パケットの宛て先ＭＡＣアドレスによりパケットが転送される為、ハンドオーバ時にもＩＰ（internet protocol）等のレイヤ３以上の上位層のコネクションが切断されることなくハンドオーバを行うことが可能である（非特許文献１及び２参照）。
【０００３】
図８には、複数の無線ＬＡＮ基地局を用いたレイヤ２転送ネットワークの構成例を示し説明する。ＧＷ（ゲートウェイ）はインターネットなど他のネットワークに接続するためのコンピュータである。ＳＶ（サーバ）は情報を蓄積し、ネットワーク内の端末へ情報を送るためのコンピュータである。ＢＳ０，ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３，ＢＳ４，ＢＳ５はそれぞれ有線もしくは無線で互いに接続された無線基地局（アクセスポイント）である。当該基地局はレイヤ２スイッチ機能を有し、その自基地局上のアドレステーブルに従ってネットワーク上のパケットの転送を行う。ＭＴ０，ＭＴ１は無線端末である。レイヤ２転送ネットワークは、ＧＷを頂点とするツリー構造をしており、経路内にループが存在しないためパケットが経路上で無限ループに陥ることがない。無線端末 ＭＴ０，ＭＴ１は接続基地局からの受信信号強度を測定し、当該受信電力強度がある一定の閾値以下になった場合は、回線を切断し、他の基地局を検索し、再接続を行うことでハンドオーバを行う。
【０００４】
図９には、レイヤ２転送ネットワークにおいて、無線ＬＡＮ端末のハンドオーバ時におけるパケットの流れの概念図を示し説明する。図９において、ＳＶはサーバであり、ＢＳ０，ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３，ＢＳ４はそれぞれレイヤ２スイッチ機能を有する無線基地局（アクセスポイント）であり、ＭＴは端末である。この図９は、サーバＳＶから端末ＭＴへパケットが転送されている状態を示しており、より詳細には、図９（ａ）が端末移動前、図９（ｂ）が端末移動直後を示している（非特許文献２参照）。端末ＭＴは移動後に基地局ＢＳ１経由で、ネットワーク内の全ての基地局・端末へ移動通知パケットをブロードキャスト送信する。これにより、移動通知パケットが通過した基地局上のアドレステーブルが更新されるため、これ以降にサーバＳＶから送信されるパケットは新しい経路情報を元に転送される（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】金沢 学志、鈴木 聡、亀田 卓、上田 真司、中瀬 博之、坪内 和夫、"ワイヤレスネットワークに適したレイヤ２転送"、インターネットコンファレンス 2001（IC2001）論文集、pp.67-75、2001
【非特許文献２】亀田 卓、 金沢 学志、 駒場 大輔、 金 成權、 中瀬 博之、 坪内 和夫、 "移動通信用レイヤ２転送ネットワーク" 、信学技報、 IA2003-4、 pp.19-24、 May 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＴＣＰ（transmission control protocol）で用いられているスライディング・ウィンドウ・プロトコルを用いた場合、定常的な通信状態では 図９（ａ）に示すように、受信側である端末ＭＴが通知するＴＣＰウィンドウ・サイズに従って、サーバＳＶからネットワークに大量のパケットが一度に流れ込む。サーバＳＶ・無線基地局ＢＳ０間回線と無線基地局ＢＳ０・無線端末ＭＴ間回線の伝送速度に差があり、かつ、無線基地局ＢＳ０・無線端末ＭＴ間回線の伝送速度が小さい場合には、無線基地局ＢＳ０にパケットが溜まる。そして、このように溜まったパケットが端末ＭＴへ送信される前にハンドオーバが発生し、基地局ＢＳ０・端末ＭＴ間回線が切断されると、図９（ｂ）のように溜まったパケットが端末ＭＴに到達せず、基地局ＢＳ０に溜まったままになる。
【０００６】
また、ネットワークの経路上、例えば基地局ＢＳ４に輻輳がある場合には、基地局ＢＳ０へのパケット到達がハンドオーバ時刻より遅れた場合にも、無線基地局ＢＳ０にパケットが溜まり、図９（ｂ）のように溜まったパケットが端末ＭＴに到達せず、基地局ＢＳ０に溜まったままになる。図９（ｂ）のようにパケットが基地局ＢＳ０に溜まっている状態では、溜まっているパケットを端末ＭＴが受信した際に送信されるべきＡＣＫ（応答）パケットがサーバＳＶに送信されないため、移動通知パケットによって、各基地局のアドレステーブルが正しい経路情報の状態に書き換わったとしても、ＴＣＰの再転送タイムアウト時間が経過するまで、未到達パケットのサーバＳＶからの再転送が起こらない。以上より、端末が移動するとスループットが大幅に劣化する。
【０００７】
これと同様に、ＵＤＰ（user datagram protocol）ではパケットが端末に到着する前に回線が切り替わることにより未到達パケットは再転送されず、その結果パケットロスが発生する。以上より、端末が移動するとスループットが劣化する。
【０００８】
また、端末ＭＴの移動速度が比較的高速の場合、受信電力値の変動が大きくなり、一回の受信電力測定のみで、誤ったタイミングでハンドオーバが発生する。この無駄なハンドオーバによって、スループットを低下させる。
【０００９】
本発明は、上記事情に着目してなされたもので、その第１の目的は、基地局に溜まったパケットの効率の良い転送を実現し、ハンドオーバ時にもスループットの劣化の問題を解決する手段を与えることにある。また、第２の目的は、端末の移動状態に対応してハンドオーバを制御することにより、無駄なハンドオーバを少なくしてスループットの劣化の問題を解決する手段を与えることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様では、無線基地局に接続可能な無線インターフェイスを有する無線端末において、ハンドオーバを行う際に、ハンドオーバ後に接続した無線基地局を経由して、ハンドオーバ前に接続していた無線基地局へ移動通知パケットを送信する移動通知手段を具備することを特徴とする無線端末が提供される。
【００１１】
そして、本発明の第２の態様では、無線基地局に接続可能な無線インターフェイスを有する無線端末において、当該無線端末の接続基地局からの送信信号の受信電力強度を測定する装置と、当該受信電力値の記憶装置と、当該記憶装置によって記憶された複数の受信電力値を用いて閾値判定を行い、ハンドオーバを決定する機能を具備することを特徴とする無線端末が提供される。
【００１２】
さらに、本発明の第３の態様では、無線基地局に接続可能な無線インターフェイスを有する無線端末において、当該無線端末の過去のハンドオーバ履歴の記憶装置と、ハンドオーバ履歴からハンドオーバの実行を決める受信電力閾値を決定するハンドオーバ閾値判定手段を具備することを特徴とする無線端末が提供される。
【００１３】
また、本発明の第４の態様では、上記第１及び第２の機能を同時に有する特徴を持つ無線端末が提供される。
【００１４】
そして、本発明の第５の態様では、上記第１及び第３の機能を同時に有する特徴を持つ無線端末が提供される。
【００１５】
さらに、本発明の第６の態様では、上記第１乃至３の機能を同時に有する特徴を持つ無線端末が提供される。
【００１６】
また、本発明の第７の態様では、１個以上の無線インターフェイスと１個以上の有線インターフェイスの少なくともいずれかによる合計２個以上のインターフェイスと、各インターフェイスとそのインターフェイスを経由して通信可能な端末や基地局のＭＡＣアドレスとの関係を記憶したレイヤ２アドレステーブルと、前記アドレステーブルを用いて、ＭＡＣアドレスによる経路制御を行うことができるレイヤ２スイッチ機能を有する無線基地局において、移動通知パケットを受信し、その情報を元にアドレステーブルの変更を行う機能と、その後に受信した移動通知パケットが当該基地局宛の場合には、移動通知パケットによって更新されたアドレステーブルに従って当該端末宛のパケットを転送する機能と、受信した移動通知パケットが当該基地局宛以外の場合には、更新されたアドレステーブルに従って受信した移動通知パケットを転送する機能と、を有することを特徴とする無線基地局が提供される。
【００１７】
更に、本発明の第８の態様では、第７の態様の機能を有する無線基地局を含む無線基地局と、他のネットワークに接続するためのゲートウェイと、情報を端末に送信するサーバが、有線又は無線で接続されツリー構造で配置され、請求項１，４，５若しくは６のいずれかの特徴を有する無線端末を含む端末と、基地局が無線回線によって接続し、当該端末がネットワーク内の他の端末やサーバ、若しくはゲートウェイを経由して他のネットワークのコンピュータとの通信を行うことを可能とするネットワークシステムが提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、転送時にバッファされたパケットを効率的に転送できることで、無瞬断のハンドオーバを実現することが可能となり、品質劣化のない通信を実現する無線端末、無線基地局及びそれらを用いたネットワークシステムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１には本発明の第１の実施の形態に係る無線端末の構成を示し説明する。
【００２１】
この図１に示されるように、無線端末は、送受信器部１と信号処理部・入力部・表示部２と、移動通知パケット発生装置３を有する。移動通知パケット発生装置３は、ハンドオーバ完了検知部３ａ、移動通知パケット生成部３ｂと移動履歴記憶部３ｃを有する。
【００２２】
即ち、無線端末は、不図示の無線基地局に接続可能な無線インターフェイスとしての送受信器部１を有する無線端末であって、ハンドオーバを行う際にハンドオーバ後に接続した無線基地局を経由して、ハンドオーバ前に接続していた無線基地局へ移動通知パケットを送信する移動通知パケット発生装置３を具備することを特徴とする。
【００２３】
以下、図２のフローチャートを参照して、移動通知パケット発生装置３の動作を詳細に説明する。無線端末の移動通知パケット発生装置３は、送受信器部１からの信号からハンドオーバが完了したことを検知すると（ステップＳ１）、移動通知パケット生成部３ｂにて、移動前に接続していた無線基地局のＭＡＣアドレスを宛先とする移動通知パケットを生成し、送受信器部１へ送ることになる（ステップＳ２）。
【００２４】
尚、無線端末は、無線基地局に接続可能な無線インターフェイスを有する無線端末において、当該無線端末の接続基地局からの送信信号の受信電力強度を測定する装置と、当該受信電力値の記憶装置と、当該記憶装置によって記憶された複数の受信電力値を用いて閾値判定を行い、ハンドオーバを決定する機能を具備する構成としてもよい。或いは、無線基地局に接続可能な無線インターフェイスを有する無線端末において、当該無線端末の過去のハンドオーバ履歴の記憶装置と、ハンドオーバ履歴からハンドオーバの実行を決める受信電力閾値を決定するハンドオーバ閾値判定手段を具備する構成としてもよい。
【００２５】
次に図３には本発明の第２の実施の形態に係る無線基地局の構成を示し説明する。
【００２６】
図３に示されるように、無線基地局は、送受信器部５と信号処理部・入力部・表示部６と、移動通知パケット制御装置４を有する。移動通知パケット制御装置４は、移動通知パケット処理部４ａとアドレステーブル４ｂを有する。
【００２７】
この無線基地局では、移動通知パケットを受信し、その情報を元にアドレステーブルの変更を行う機能と、その後に受信した移動通知パケットが当該基地局宛の場合には移動通知パケットによって更新されたアドレステーブルに従って当該端末宛のパケットを転送する機能と、受信した移動通知パケットが当該基地局宛以外の場合には、更新されたアドレステーブルに従って受信した移動通知パケットを転送する機能とを有する。
【００２８】
以下、図４のフローチャートを参照して、移動通知パケット制御装置４の動作を詳細に説明する。送受信器部５が移動通知パケットを受信したことを検知すると（ステップＳ１１）、移動通知パケット処理部４ａは、発信元ＭＡＣアドレスに従いアドレステーブル４ｂを更新する（ステップＳ１２）。次に、宛て先ＭＡＣアドレスが自基地局宛の場合には（ステップＳ１３）、更新されたアドレステーブルの経路情報を元に、溜まっているパケットを当該端末へ転送する（ステップＳ１５）。宛て先ＭＡＣアドレスが自基地局宛以外の場合には、アドレステーブル４ａに従い、受信した移動通知パケットを宛て先ＭＡＣアドレスが接続されているインターフェイスへ転送する（ステップＳ１４）。
【００２９】
次に図５（ａ）乃至（ｄ）には本発明の第３の実施の形態に係るネットワークシステムの概念図を示しその動作を説明する。
【００３０】
図５（ａ）乃至（ｄ）において、ＳＶはサーバである。ＭＴ０は前述した第１の実施の形態の特徴を有する無線端末である。ＢＳ０，ＢＳ１，ＢＳ２はそれぞれレイヤ２スイッチ機能と前述した第２の実施の形態の特徴を有する無線基地局（アクセスポイント）である。基地局ＢＳ０は端末ＭＴ０の移動前に接続していた無線基地局、基地局ＢＳ１は移動後に接続していた無線基地局である。図５（ａ）乃至（ｄ）では、サーバＳＶから端末ＭＴ０へパケットが転送されている状態を示している。以下、動作を詳述する。
【００３１】
図５（ａ）では、まず始めに無線端末ＭＴ０は無線基地局ＢＳ０と無線回線で接続されており、定常状態にあるものとする。このとき無線端末ＭＴ０から通知されるＴＣＰウィンドウ・サイズに基づき、サーバＳＶから大量のパケットが移動局に送信される。図５（ｂ）では、無線端末ＭＴ０が無線基地局ＢＳ０から離れつつあり、受信電力が受信電力閾値を下回った場合、無線端末ＭＴ０は無線基地局ＢＳ０との接続をやめ、より強い受信電力を持つ基地局を検索する。無線端末ＭＴ０が無線基地局ＢＳ０との接続をやめることにより、無線端末ＭＴ０へ送られる大量のパケットが無線基地局ＢＳ０に残る。
【００３２】
そして、図５（ｃ）では、無線端末ＭＴ０が新しい接続先である無線基地局ＢＳ１に接続後、移動前に接続していた無線基地局ＢＳ０へ移動通知パケットが転送される。その間ＢＳ１→ＢＳ２→ＢＳ０の順に転送されるため、無線基地局ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ０上のアドレステーブルが書き換えられ、無線端末ＭＴ０の新しい経路情報が各基地局に認識される。図５（ｄ）では、この移動通知パケットをトリガーに、更新されたアドレステーブルの経路情報に従って、無線基地局ＢＳ０にバッファされているパケットを無線基地局ＢＳ１経由で無線端末ＭＴ０へ転送する。サーバＳＶからのパケットも更新されたアドレステーブルの経路情報に従って無線基地局ＢＳ１経由で無線端末ＭＴ０へ到達する。
【００３３】
次に、図６には本発明の第４の実施の形態に係る無線端末の構成を示し説明する。
【００３４】
図６に示されるように、無線端末は、送受信器部１と信号処理部・入力部・表示部２とハンドオーバ制御部７を有する。ハンドオーバ制御装置７は、受信電力測定部７ａ、ハンドオーバ制御部７ｂ、移動履歴記憶部７ｃ、受信電力履歴記憶部７ｄを有する。
【００３５】
このような構成において、無線端末は、送られた受信信号を元に、受信電力測定部７ａによって受信信号強度を測定する。ハンドオーバ制御部７ｂでは、現在の受信信号強度と受信電力履歴記憶部７ｄからの過去の受信電力情報、移動履歴記憶部７ｃからの移動頻度情報により、ハンドオーバの時期を決定する。
【００３６】
以下、図７のフローチャートを参照して、ハンドオーバ制御装置７の動作を説明する。
【００３７】
初期状態下で（ステップＳ２１）、受信電力測定部７ａで現在時刻の受信電力Pinを測定し、受信電力履歴記憶部７ｄに記憶する（ステップＳ２２）。
【００３８】
ハンドオーバ制御部７ｂでは、まず、受信電力履歴よりある演算を行った受信電力値変数Pin’ を導出する（ステップＳ２３）。例えばPin’ は、現在時刻より n 単位時刻前の受信電力 Pin(n) と忘却係数α（0＜α＜＝1）用いて、式（１）のように計算される。
【００３９】
Pin’ = Pin(0) + Σn αn {Pin(n)−Pin(0)}      （１）
次に、ハンドオーバ制御部７ｂでは、ある単位時間当たりの移動回数Fを移動履歴記憶部７ｃの情報を元に求める（ステップＳ２４）。ハンドオーバの電力閾値 Pth は移動回数 F と基準閾値 Pdef，変動閾値幅Pf と係数β（β＞＝1），係数γ（０＜＝γ＜＝１）によって、例えば次の式（２）もしくは式（３）のいずれかのように計算される。
【００４０】
Pth = Pdef + βF  Pf                 （２）
Pth = Pdef + γF×Pf                 （３）
上記 Pin’ と Pdef の値が
Pin’ ＜ Pth                          （４）
の関係を満たす場合には（ステップＳ２６）、ハンドオーバ指示が送受信器部１へ送られ、ハンドオーバが実行される（ステップＳ２７）。上記関係を満たさない場合には、上記ステップＳ２２に戻り、上記動作を繰り返すことになる。
【００４１】
このような機能を無線端末、無線基地局に付加することで、データロスのないセル間ハンドオーバが可能になる。
【００４２】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、転送時にバッファされたパケットを効率的に転送することで、無瞬断のハンドオーバを実現することが可能とし、品質劣化のない通信を実現する無瞬断ハンドーバ無線端末、無線基地局及びそれらを用いたネットワークシステムを提供することができる。
【００４３】
即ち、本発明の実施の形態によれば、先に図５に示したように移動前に端末が接続していた基地局ＢＳ０に溜まったパケットを移動後の接続基地局ＢＳ１経由で端末ＭＴへ転送する基地局間パケット転送を行う機能を有する無線基地局を提供することができる。
【００４４】
さらに、端末の移動状態に対応してハンドオーバを制御することにより、無駄なハンドオーバを少なくしてスループットの劣化の問題を解決する手段を与えるとの目的を達成するために、受信電力履歴と、ハンドオーバ頻度履歴を用いたハンドオーバ決定機能を具備する無瞬断ハンドオーバ無線端末が提供される。
【００４５】
また、この発明の上記実施の形態によれば、無線ＬＡＮ端末が当該端末の移動状態に対応してハンドオーバのタイミングを制御することを実現し、無駄なハンドオーバを少なくしてスループットの向上を図ることが可能である。
【００４６】
そして、基地局に溜まったパケットの効率の良い転送を実現し、ハンドオーバ時にもスループットの劣化の問題を解決する手段を与えるとの目的に鑑みて、基地局に溜まったパケットの効率の良い転送を実現し、ハンドオーバ時にもスループットの劣化なく、無瞬断でハンドオーバを行うことが可能となる。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変更が可能であることは勿論である。例えば、前述した特徴を有する無線端末、無線基地局及びそれらを用いたネットワークシステムを用いたネットワーク制御方法としての技術的思想も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る無線端末の構成図。
【図２】移動通知パケット発生装置３の動作を詳細に説明するフローチャート。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る無線基地局の構成図。
【図４】移動通知パケット制御装置４の動作を詳細に説明するフローチャート。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るネットワークシステムの概念図。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る無線端末の構成図。
【図７】ハンドオーバ制御装置７の動作を詳細に説明するフローチャート。
【図８】複数の無線ＬＡＮ基地局を用いた従来技術に係るレイヤ２転送ネットワークの構成例を示す図。
【図９】従来技術に係るレイヤ２転送ネットワークにおいて、無線ＬＡＮ端末のハンドオーバ時におけるパケットの流れの概念図。
【符号の説明】
【００４９】
１・・・送受信器部、２・・・信号処理部・入力部・表示部、３・・・移動通知パケット発生装置、４・・・移動通知パケット発生装置、５・・・ハンドオーバ制御装置。
【図１】
2005236555.tif 000003
【図２】
2005236555.tif 000004
【図３】
2005236555.tif 000005
【図４】
2005236555.tif 000006
【図５】
2005236555.tif 000007
【図６】
2005236555.tif 000008
【図７】
2005236555.tif 000009
【図８】
2005236555.tif 000010
【図９】
2005236555.tif 000011