JP2005027334A - パーソナルアクセス通信システム（ｐａｃｓ）のインターネット増補無線ポート制御装置（ｒｐｃｕ） - Google Patents

Abstract

【課題】パーソナルアクセス通信システム（ＰＡＣＳ）のインターネット増補無線ポート制御装置（ＲＰＣＵ）。
【解決手段】装置はルータ(532)とスタブ(530)とを含む無線ポート制御ユニット(106)を含んでいる。ルータ(532)は、インターネットホストとメッセージを送受信する通信を行うように結合され、ＵＳソースメッセージを受取り、第１のデータ転送プロトコルでＳＵアドレスメッセージをパケット転送モジュール(402)に提供するためにパケット転送モジュール(402)に通信するように結合される。スタブ(530)は、第１のデータ転送プロトコルから第２のデータ転送プロトコルにメッセージを変換し、第２のデータ転送プロトコルから第１のデータ転送プロトコルにメッセージを変換するようにルータ(532)とパケット転送モジュール(402)との間に結合されている。
【選択図】 図７

Description

本発明は、移動セルラー通信を行うシステムおよび方法に関し、とくに、移動セルラー通信ネットワークにおけるインターネットサービスのための方法およびシステムに関する。

これまで、セルラー移動および無線通信システムは音声サービス用に設計および構成されてきた。インターネットアプリケーションおよびユーザの急激な増加により、既存のセルラーシステムに基づいてインターネットサービスを移動ユーザに提供するという要求が増えている。音声通信は、接続指向、回線交換、一定のビット速度および損失とジッタに対する低い許容誤差として特徴付けられる。それとは対照的に、インターネットサービスは、無接続通信、パケット交換、バースト（ｂｕｒｓｔｙ）トラフィックパターン、マルチキャスト、多数のサービスのクラスの区別、ならびにしばしば最善努力式および損失許容通信を特徴とする。さらに、いくつかのインターネットアプリケーションは、可変ビット速度符号化を使用するビデオ会議のような、はるかに高いオン・デマンド帯域幅をしばしば所望する。これまで、音声指向セルラーネットワークの現存するインフラストラクチャに加えて、経済的なネットワークアーキテクチャ、ならびにインターネットサービスのこれらの異なった要求を満足させるために必要なシステムコンポーネントの開発は、まだ達成することのできない目標である。

図１は、ＰＡＣＳ（パーソナルアクセス通信システム）100 を示している。ＰＡＣＳは、人口密度の高いエリアにおけるセルラー無線サービスに対する新生の低階層、低コストのＰＣＳ規格である。ＰＡＣＳ規格は、２つのデータ通信モード（回線モードおよびパケットモード）を規定している。

ＰＡＣＳネットワークにおいて、ユーザは、加入者ユニット（ＳＵ）装置102によってサービスを得る。ＳＵ102 は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）アップリンクおよび時分割多重化（ＴＤＭ）ダウンリンクを介して無線ポート（ＲＰ）と通信している。それらの送信および受信範囲によって決定されるＲＰ104 の影響範囲とＳＵ102 の影響範囲とがセル112 を規定する。

その付近のＲＰ104 は、ＲＰ104 からの全てのトラフィックを集めてバックボーン音声またはデータネットワークにそれを接続する無線ポート制御装置（ＲＰＣＵ）106 によって制御される。ユーザ認証およびその他の関連した機能は、アクセスマネジャ（ＡＭ）108 およびシグナリングネットワーク110 によって行われる。

ＰＡＣＳ規格のパケットモードデータサービスは、本発明のインターネットサービスアーキテクチャにおいてＩＰサービスを実施し、管理するための基本的な構成ブロックとして機能する。

ＰＡＣＳパケットチャンネル（ＰＰＣ）として知られているＰＡＣＳのパケットモードデータサービスは、可変的な帯域幅、非同期的、オンデマンドの帯域幅および非対称的なデータサービスを２５６０００バイト／秒（Ｋｂｐｓ）までのデータ速度でユーザに提供する。それは、周波数分割多重化に基づいている。ＴＤＭＡアップリンクおよびＴＤＭダウンリンクのＰＡＣＳ物理インターフェースは、回線モードおよびパケットモードの両サービスに共通している。アップリンクは、ＳＵ102 からＲＰＣＵ106 に対する方向であり、ダウンリンクは、ＲＰＣＵ106 からＳＵ102 に対する方向である。ＰＰＣの高いデータ速度および可変帯域幅という性質は、インターネットトラフィックのマルチメディアおよびバースト（ｂｕｒｓｔｙ）性質によく適している。ＰＰＣは、ＰＡＣＳ回線モードサービス（音声、回線モードデータ等）との帯域幅の動的な共用をサポートし、そうでなければアイドル状態の帯域幅をＰＰＣが使用することを可能にする。

図２のＡは、ＰＰＣの階層を表す概略図である。このＰＰＣは、ＰＡＣＳ物理層202 、データリンク層（ＤＬ）204 およびセキュリティ層（ＳＬ）206 の３つの層から構成されている。ＰＡＣＳ物理層は、ＴＤＭＡアップリンクおよびＴＤＭダウンリンクの符号化を行う。アップリンクＴＤＭＡおよびダウンリンクＴＤＭの両フレームの長さは２．５秒である。各フレームは８つのスロットから構成され、各スロットの長さは１０バイトである。ＰＰＣ ＤＬ層204 のタスクは信頼できる無接続通信サービスをＳＬ層206 に提供することであり、このＰＰＣ ＤＬ層204 は媒体アクセス制御（ＭＡＣ）、フラグメント化およびセグメント化、ならびにエラー検出および補正を含んでいる。ＳＬ層206 の主な機能は、ハンドセット登録、ユーザ認承およびデータ暗号化を含んでいる。

図２のＢは、ＰＡＣＳ規格のカプセル化およびフレーム指示手順を示す。最初に、ＰＰＣは、電波による盗聴を防止するためのオプションのペイロード暗号化を行いながら、ヘッダ214およびチェックサム216を有するＳＬパケット212において各ネットワーク層パケット210を複写する。その後、それは適当なヘッダ220およびチェックサム222を有するＤＬパケット218中に各ＳＬパケット212をカプセル化する。各ＤＬパケット218は１以上のＤＬフラグメント224に分割され、最後に各ＤＬフラグメント224はＤＬセグメント226に細分される。フラグメント化は高レベルの媒体アクセス機能に対するものであり、ＰＰＣは各ＤＬフラグメント224 に対してスロット番号を（８つのスロットから）割当てなければならず。あるフラグメント224の全てのセグメントは同じスロットで送信されなければならない。セグメント化はＴＤＭ／ＴＤＭＡ無線リンク構造に適合するためのものであり、これは図２のＣに示されている。

ダウンリンクフラグメント化のために、最大フラグメント寸法は５７６バイトのデータである。さらに大きいパケットはフラグメントにされなければならないが、各フラグメントは異なったスロットで並列に送信されることができる。アップリンクフラグメントは２５６セグメント長であってもよく、したがって全てのアップリンクＤＬのパケット218 は、単一のフラグメントで送られる。

図３および４は、カプセル化アップリンクおよびダウンリンクメッセージをさらに詳細に示す概略図である。

図５は、ＰＰＣの機能的アーキテクチャの概略図である。コンテンション機能（ＣＦ）302 は、非常に時間が臨界的であるＤＬ媒体アクセスおよび承諾手順の小さいサブセットを行う。パケットデータ制御装置（ＰＤＣＵ） 304はＤＬおよびＳＬ機能の残りのものを処理する。ＣＦ302 はＲＰ104 中に存在し、ＰＤＣＵ304 は一般にＲＰＣＵ304 中に構成されている。

各パケットモードＳＵ102 は加入者アイデンティティ（ＳｕｂＩＤ）を有している。このサブＩＤは登録中にユーザを認証するために使用される。さらに、各アクティブなＳＵ102 はまた、ＬＰＴＩＤ（ローカルパケットターミナル識別子）と呼ばれるトランジェント識別子を有する。ＬＰＴＩＤは、無線リンクによるあらゆるアップリンク／ダウンリンクスロット中のソース／デスティネーションＳＵ102 を特定する１バイトの整数である。ＳＵ102 は、それがセル112 に入る（コールドスタートまたはローミングによって）たびに、それがそのセル112 中にとどまっている限り特有のＬＰＴＩＤを割当てられる。ＬＰＴＩＤは、現在のセル112 においてのみ有効であり、ＳＵ102 は異なったセル112 中において異なったＬＰＴＩＤ値を有することができる。ＬＰＴＩＤは、登録の成功後にＰＡＣＳネットワーク100 によって割当てられ、各ハンドオフ後に再度割当てられる。ＳＵ102 が隣接したセルに移動したとき、古いＬＰＴＩＤはもはや使用されず、新しいＬＰＴＩＤが新しいセル112 において割当てられなければならない。したがって、ＬＰＴＩＤは実際に過渡的である。以下の表Ｉは、標準規格に定められているＬＰＴＩＤに対する現在の割当方式を示す。

表 Ｉ

ＬＰＴＩＤ値 目 的
０×００ ヌル

０×０１ 登録メッセージ（ＳＵ102 がＬＰＴＩＤを割当てられる
前に使用された）

０×０２−０×ＥＦ 登録およびハンドオフ時にＳＵ102 に割当てられる。

これによって各セル112 において 238個までのＳＵ102
が可能である。

０×Ｆ０−０×ＦＤ 将来的な使用のためにリザーブされる

０×ＦＥ システム情報（データリンク層、ネットワーク層および
“システム情報チャンネル”パラメータを放送するために
使用された）

０×ＦＦ 全てのＳＵ102 （全てのＳＵ102 に放送されなければ
ならないメッセージに対して使用された）

登録を成功した後、各アクティブなＳＵ102 は、現在のセル112 で使用するためのデータリンク層アドレスを割当てられる。このデータリンク層アドレスは、ＬＰＴＩＤ（ローカルパケットターミナルＩＤ）と呼ばれる１バイトの整数である。

ＳＩ102は、ネットワークに入ると常にＰＰＣ登録を行う。ＰＰＣ登録の２つの主なタスクは、認証およびＬＰＴＩＤ割当てである。登録のはじめに、ＳＵ102は、サブＩＤ（ユーザ匿名なしと仮定する）を含む登録リクエストメッセージ（ＰＡＣＫＥＴ ＲＥＧ ＲＥＱ）を送る。その後、ＡＭ108はこのサブＩＤを使用して、ＳＵ102を認証する。認証が成功すると、ＰＤＣＵ304は新しいＬＰＴＩＤを割当て、このＬＰＴＩＤと共に登録承諾メッセージ（ＰＡＣＫＥＴ ＲＥＧ ＡＣＫ）をＳＵ102に送り返す。その時からずっと、ＳＵ102は、それがネットワークから登録を取り消されるか、あるいは異なったセル112に移動するまでＬＰＴＩＤによってこれに送ることを予定されたデータを識別する。

セルのハンドオフは、自動リンク転送（ＡＬＴ）として知られている。ＡＬＴは、ＳＵ102が無線セル112の境界を横切っているときに行われる。それは、ＳＵ102が現在の物理的チャンネルの劣化を検出し、かつ十分に高い品質を有する別の物理的チャンネルを見出したときに始まる。その後、ＳＵ102は、ＡＬＴリクエストメッセージを新しいＲＰ102 に送る。このリクエストが受取られると、ＳＵ102はＡＬＴ実行メッセージを取り戻し、新しいセル112に対する新しいＬＰＴＩＤを獲得する。２つのチャンネルが同じＲＰＣＵ106を割当てられるか否かに応じて、ＡＬＴは、ＳＵ102が同じＲＰＣＵ106中の隣接したセルに移動した場合はＲＰＣＵ内ＡＬＴ、およびＳＵ102が異なったＲＰＣＵ106に移動した場合にはＲＰＣＵ間ＡＬＴという２つのカテゴリーに分けられる。

これまで、ＰＡＣＳ100 は主に音声ネットワークとして開発されてきた。標準規格では２つのデータ通信モード（回線モードおよびパケットモード）が規定されているが、ＰＡＣＳ100 におけるインターネットサービスサポートの問題は扱われていない。インターネットアクセスは、ユーザが専用のＰＡＣＳチャンネルによってインターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）へのポイントツーポイントプロトコル（ＰＰＰ）接続を設定した場合、回線モードデータサービスによって行われることが可能である。しかし、固定された帯域幅のために、このタイプのアクセスはスケールを定めることはできず、インターネット適用に対して非効率的である。

セルラーネットワークにおける移動およびマルチキャストＩＰサービスをサポートすることによってセルラーネットワークを世界的なインターネットとシームレスに統合するネットワークアーキテクチャおよび１組の設計ガイドラインが必要とされている。本発明は、このニーズを満たすものである。

上述したニーズおよび要求の問題を解決するために、本発明はＰＡＣＳネットワークに対する新しいシステムおよびネットワークアーキテクチャを開示している。それによって、インターネットまたはイントラネットに接続するためのＩＰルータおよびバックボーンリンクによってＰＡＣＳ音声ネットワークを増大する。さらに、ＰＡＣＳネットワーク内におけるローミング、ならびＰＡＣＳネットワークとインターネット／イントラネットの残りのものとの間における世界規模の移動性をサポートするために移動体ＩＰがハンドオフ機構に含まれている。本発明はまた、動的ＩＰマルチキャストおよびマルチキャストバックボーン（ＭＢｏｎｅ）接続性をサポートするための固有のＰＡＣＳマルチキャストおよびグループ管理方式の使用を開示している。

これらの特徴は、既存のＰＡＣＳネットワークを世界的なインターネットにシームレスに統合し、世界規模の移動性がサポートされた標準規格適合ＩＰサービスを提供する。このシステムにより、ＰＡＣＳユーザは、移動体上のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）に接続されたプロトタイプのパケットモードＳＵを使用して無線インターネットアクセスを行うことが可能になる。大部分のＩＰアプリケーションは、あたかも移動体のパーソナルコンピュータが固定されたインターネットホストであるかのように動作することができる。

ユーザおよび移動体のＰＣは、ＰＡＣＳ無線ネットワーク内でローム（放浪）するか、あるいはＰＡＣＳネットワークと外部インターネットとの間を移動ＩＰを使用して移動することができる。ＩＰマルチキャストおよびＭＢｏｎｅアプリケーションはまた、固有のＰＡＣＳマルチキャストを使用してシームレスにかつ効率的にサポートされる。

また、本発明は、ＲＰＣＵ中に構成されたパケット転送モジュールと呼ばれるデバイスおよびそれに関連した素子の機能を拡張して、ＰＡＣＳ無線ネットワーク内のＰＡＣＳユーザ間において効率的な１対多（マルチキャスト）通信を達成する方法および装置が開示している。マルチキャストをサポートするためのＳＵのためのシステム設計およびアーキテクチャもまた開示されている。パケット転送モジュールおよびＳＵに追加された機構によって、（１）グローバルマルチキャストアドレスとローカルＰＡＣＳグループアドレスとの間における動的マッピングと、（２）少なくとも１つのグループ会員を有するセルだけにマルチキャストパケットを転送するための選択的なマルチキャストと、および（３）効率的なグループ会員管理が実現される。

マルチキャスト拡張によって、現在のシステムより優れたいくつかの利点が得られる。第１に、それはＰＡＣＳグループ会員にマルチキャストパケットの単一のコピーだけを配信する。第２に、グループ会員を持たないセルに対しては、マルチキャストパケットが送信されず、したがって放送時間が節約される。ＰＡＣＳマルチキャストを実施することにより、セル当たり１つのデータのコピーがグループの会員であるＰＡＣＳユーザだけに正確に配信されるため、ＰＡＣＳ帯域幅の使用が最適であり、グループの会員でないＰＡＣＳユーザの電力が無駄に消費されることがない（彼等はマルチキャストデータを処理しないからである）。第３に、任意のネットワーク層のマルチキャスト方式（ＩＰマルチキャストおよびＣＤＰＤマルチキャスト）がシームレスにサポートされることができる。最後に、拡張することによって、グループ会員が効率的かつ正確に維持される。

また、本発明は、情報を通信する方法および装置、とくにインターネットホスト間で転送される情報を通信する方法および装置を開示している。装置は、ルータおよびスタブを含む無線ポート制御ユニットを含んでいる。ルータは、インターネットホストとメッセージを送受信するために通信するように結合され、ＳＵソースメッセージを受取り、第１のデータ転送プロトコルでＳＵアドレスメッセージをパケット転送モジュールに提供するためにパケット転送モジュールと通信するように結合されている。スタブは、第１のデータ転送プロトコルから第２のデータ転送プロトコルにメッセージを変換し、第２のデータ転送プロトコルから第１のデータ転送プロトコルにメッセージを変換するようにルータとパケット転送モジュールとの間に結合されている。

この方法は、データペイロードを有するデータパケットを受信し、データペイロードが損失感応メッセージであるか、あるいは遅延感応メッセージであるかを決定し、データペイロードが損失感応メッセージである場合は、承諾メッセージが要求されていることを示すためのデータパケットを構成し、データペイロードが遅延感応メッセージである場合には、承諾メッセージが要求されないことを示すためのデータパケットを構成し、データパケットを送信するステップを含んでいる。

本発明によって、結果的に（１）インターネットに接続するためのＩＰルータおよびバックボーンリンクによって音声ネットワークを増大することによって無線インターネットおよびインターネットアクセスを行うＰＡＣＳシステムアーキテクチャと、（２）容易なサービスメインテナンスおよびＩＰｖ６のような将来のＩＰ規格への移行のために簡単化されたＲＰＣＵ設計と、（３）固有のＰＡＣＳマルチキャストの使用による動的なＩＰマルチキャストおよびマルチキャストバックボーン（ＭＢｏｎｅ）接続性の効率的なサポートとが実現され、かつ（４）移動ＩＰを最適化してそれをＰＡＣＳハンドオフ機構の中に含み、ＰＡＣＳネットワーク内におけるローミングおよびＰＡＣＳネットワークとインターネットとの間における世界規模の移動性が効率的にサポートされる。

以下の説明において、本発明のいくつかの実施形態の一部をなし、例示によって示される添付図面が参照されている。その他の実施形態の使用および構造上の変更は、本発明の技術的範囲を逸脱することなく行うことができることを理解すべきである。
［ＰＡＣＳインターネットサービスアーキテクチャ］
図６は、ＰＡＣＳインターネットサービスアーキテクチャ（ＰＩＳＡ）を示す概略図である。ＰＡＣＳインターネットサービスアーキテクチャ400は、ＰＰＮ（ＰＡＣＳパケットネットワーク）416と呼ばれる新しいデータネットワークを増補された現存するＰＡＣＳ音声ネットワーク100を含んでいる。サブネット418は、無線パケットデータをＳＵ102に供給する基本的なサブネットワークユニットである。ＩＰサブネット418は１以上のセル112と、セル112当たり１個の基地局またはＲＰ104と、セル112の全てを無線バックボーン相互接続ネットワークに接続するＲＰＣＵ106とを含んでいる。ＲＰＣＵ106はまた、サブネット418に対するネットワークゲートウェイおよびマルチキャストサーバとして動作する。

各ＲＰＣＵ106は、インターネットプロトロル（ＩＰ）ルータ410と通信している。ＰＰＮ416は、ＩＰルータ410およびバックボーンリンク420によって全てのＩＰサブネット418を接続するインターネットワークである。ボーダゲートウェイ（ＧＷ）412は、異なったＰＰＮ416（異なったＰＡＣＳネットワークオペレータからの）およびグローバルネットワーク414を接続する。各ＧＷ412はまた、ＰＡＣＳネットワーク構内およびＰＡＣＳユーザを保護するためにファイアウォールおよびその他のセキュリティ機能を含んでいる。ＰＩＳＡ400において、パケットモードＳＵ102を備えたモバイル（移動）パーソナルコンピュータ（ＰＣ）は、特有のＩＰアドレスを有するインターネット／イントラネットにおける合法的なホストを構成する。ＳＵ102は、ＰＡＣＳネットワークによるインターネットへの無線ネットワークインターフェースを移動ホストに提供するネットワークデバイスである。ＰＰＮ416は、大型のＩＰネットワークになる。

ユーザがネットワークオペレータからＰＡＣＳ ＩＰサービスに加入したとき、ＳＵ102は“ホーム”ネットワークからパーマネントＩＰアドレスを割当てられる。ユーザがパーソナルコンピュータＰＣをＳＵ102に接続したとき、そのＰＣはこのＩＰアドレスをインターネットにアクセスする時のホストアドレスとして使用する。これに関して、ホームネットワークは、ユーザがおそらくその大部分を使用するＲＰＣＵ106によってサービスされるＩＰサブネット418である。ネットワークオペレータは、ＡＭ108によって後に検索されることのできるそのデータべース中にそのパーマネントＩＰアドレスを記録する。このＩＰアドレスに送られた各ＳＵアドレスＩＰデータグラムに対して、ＰＰＮ416は、“ホーム”サブネット418にそのパケットを転送することができる。その後、対応したＲＰＣＵ106は、ユーザがその時点でホームＩＰサブネット418内にいるときに、それをターゲットのＳＵ102に送信する。ＳＵ102から出ていく（ＳＵソース）ＩＰデータグラムは、ＲＰＣＵ106によってＩＰルータに転送される。ＰＰＮ416におけるユニキャストルーティングにより、ＰＰＮ416およびインターネットを横切るその正しい配信が確実にされる。以下、ＳＵ102がホームＩＰサブネット418外に移動した場合の処理については後述する。

ＩＰネットワークの観点から、ＲＰＣＵ106およびそのＲＰ104は、ＩＰルータ410と全ての移動ＩＰホスト（ＳＵ102）との間におけるインテリジェントリンク層ルータ／ブリッジのように動作する。このアーキテクチャは、それが任意の“市販されすぐに入手できる”（ＣＯＴＳ）製品を使用することができるように、ＩＰルータ410 からＰＡＣＳ特有ディテールを隠す。ＲＰＣＵ106とＩＰルータ410との間の接続は、イーサネット（登録商標）またはフレームリレーのような任意のタイプのデータネットワークであることができる。多数のルータは多数のＩＰサブネット418をサポートするため、ルータのポート当たり１個のＲＰＣＵ106により１個のＩＰルータ410に多数のＲＰＣＵ106を接続させることができる。

このネットワークアーキテクチャは、従来の通信ネットワークとは著しく異なっている。一般に、自律転送モード（ＡＴＭ）通信が第３世代無線通信ネットワークのバックボーンであると考えられているが、ＩＰネットワークはさらに良好な選択をする。ＡＴＭは、伝送制御プロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）アプリケーションをサポートするのに非効率的であることが立証されており、また余分な層が不要である。ＩＰベースのインターネットは、インストールおよび管理費が少なくなる。さらに、モバイル管理はＩＰおよびＡＴＭの両層において行われることになる。ＡＴＭ移動度は研究中であるが、移動ＩＰはインターネット業界によって標準化されており、いくつかの商品においてサポートされている。移動ＩＰにおけるマルチキャスト機構もまた優れている。

ＰＩＳＡ400におけるＲＰＣＵ106の主な機能は、ＳＵ102との間でＩＰデータグラムを送受信することである。ＲＰＣＵ106は、基本的なネットワーク層からデータリンク層へのインターフェース機能であるアドレス解明(resolution)、フレーミングおよび媒体アクセスをサービスする。

図７および８は、ＲＰＣＵ106 および関連したシステム素子の１実施形態のブロック図である。ＲＰＣＵの重要なコンポーネントは、ネットワーク層からデータリンク層へのアドレス変換を行うパケット転送モジュール（ＰＦＭ）402 である。ＩＰルーティング機能モジュール532 のようなネットワーク層モジュールは、ＰＡＣＳユーザとバックボーンネットワークとの間におけるルート設定を処理する。

ＰＩＳＡ400は、データリンク層アドレスとしてＬＰＴＩＤを使用する。ダウンリンク方向においてＩＰデータグラムのようなＳＵアドレスデータを送信するために、ＰＦＭ402は１以上のパケットデータ制御ユニットＰＤＣＵ304と調和して動作し、ＬＰＴＩＤを管理する。これは、セル112（および関連したＲＰ104）がＳＵ102受信機を有していることと、使用すべきＬＰＴＩＤとをＰＦＭ402が知っていなければならないためである。したがって、ＰＦＭ402は各ＳＵ102に対してＩＰアドレスと組(tuple) （ＲＰ識別子、ＬＰＴＩＤ）間のマッピングを維持する。１実施形態において、このマッピングは、（ユニキャスト）アドレス解明テーブル（ＡＲＴ404）と呼ばれるテーブルとして記憶される（以下にマルチキャストの場合を説明する）。ＡＲＴ404は、ユーザ登録、ＡＬＴおよび登録抹消中に更新される。エントリが見出されると、ＰＦＭ402は、ＩＰデータグラムと共にＲＰ識別子およびＬＰＴＩＤ情報を対応したＰＤＣＵ304に送り、このＰＤＣＵ304は、ＳＵ102が配置されているセル112にサービスしているＲＰ104と関連している。

アップリンク方向における（ＳＵ102からＲＰＣＵ106への）ＳＵソースデータのＩＰ転送は、次のように行われる。ＰＤＣＵ304がＳＵ102が配置されているセル112にサービスしているＲＰ104からセグメントを受取り、データリンクぺイロードをアセンブルする。ＰＤＣＵ304は、完全なＩＰデータグラムを受信した場合、そのデータグラムをＰＦＭ402に送る。ＰＦＭ402は、そのデータグラムが同じサブネット418における別のＳＵ102に対するターゲットにされているかどうかをチェックする。そのデータグラムが同じサブネット418における別のＳＵ102に対するターゲットにされている場合、ＲＦＭ402は上述のものと同じ手順を使用してメッセージを転送する。そうでない場合は、ＲＦＭ402はデータリンクデバイス518によってＰＰＮバックボーンに配布(dissemination) するためにＩＰデータグラムをルーティングモジュール532に転送する。

ＲＰＣＵ106におけるＩＰルーティングモジュール532は、ＰＰＮネットワーク416 に対するデータリンクデバイス518を介してインターネットホストとの間でメッセージを送受信する。ＩＰルーティングモジュール532は、異なったタイプのデータリンクデバイス518とインターフェースし、ＰＰＮバックボーンにおいて使用されているリンク技術に基づいて適切なデータリンクデバイス518 を選択してもよい。ＩＰルーティングモジュール532は、データリンクデバイス518を通って受信されたメッセージをＩＰルータポート534を介してＰＡＣＳデバイス536に通信する。

図８は、ＲＰＣＵ106 の別の実施形態を示すブロック図である。この実施形態では、ＲＰＣＵ106 は、２個の物理的に異なったハードウェアユニットであるコマーシャルオフザシェルフ（ＣＯＴＳ）、すなわち入手の容易なＩＰルータ538 とＰＡＣＳデバイス536 とを含むモジュラー方法を使用する。

多数のＣＯＴＳ ＩＰルータ538は、異なったデータ転送プロトコル（たとえば、イーサネット（登録商標）またはフレームリレー）の多数の接続をサポートし、ＩＰルータポート534を介してＰＡＣＳデバイス536に利用できるようにされたデータはこれらのプロトコルの任意の１つに従うことができる。同時に、ＰＡＣＳテバイス536は一般に共通したデータ転送プロトコルに従わない。したがって、スタブ530がＩＰルータポート534とパケット転送モジュール402との間に設けられる。これらのスタブ530は、ＩＰルータポート534で提供されたデータ転送プロトコルおよびＰＡＣＳデバイス536によって要求されるプロトコルからのメッセージを変換するために必要な変換を行う。スタブ530は、共通のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）によって構成されていてもよい。さらにスタブ530は、ＰＡＣＳデバイス536中に一方を含んだ形態で２個のスタブ素子を含んでいてもよい。いずれの場合も、スタブ530のＬＡＮデバイスは、パケット転送モジュール402との間でデータパケットを転送し、任意のプロトコルおよび必要とされる言語変換の少なくとも一方を行う。

このモジュラ方法の１つの利点は、１つのテバイスに対する変更が他方に影響を与えず、容易で迅速なアップグレードを可能にすることである。たとえば、移動ＩＰプロトコルの改善の影響を受けるのはＣＯＴＳ ＩＰルータ538だけであり、一方ＰＡＣＳデバイス536に対する変更はＣＯＴＳ ＩＰルータ538に影響を及ぼさない。その結果、新しいサービスおよび機能がさらに容易に生成されることができる。また、ＣＯＴＳ ＩＰルータ538を使用することによりデータリンクデバイス518が不要になる。

ＳＵ102はセキュリティ層に加えて、フレーミングおよび媒体アクセスを含むＰＤＣＵ304およびＣＦ302と同じ基本的なネットワーク層とデータリンク層との間のインターフェース機能をサービスするＰＰＣモジュール506を含んでいる。しかしながら、任意の他のホストとの通信が常にＲＰＣＵ106を介しているため、アドレス解明は不要である。

ＳＵ102はまた、ＲＰ104との間でデータパケットを送受信するＰＡＣＳ物理層機能（ＰＬＦ）504と、受信されたデータパケットをメッセージにアセンブルするＰＡＣＳパケットチャンネル（ＰＰＣ）506と、インターネットプロトコルのメッセージを変換するインターネットプロトコルモジュール508とを含んでいる。

図９および１０は、上記の動作を示すフローチャートである。はじめに、ＳＵ102と関連したＩＰアドレスを有するＳＵアドレスデータパケットは、ブロック602に示されているように受信される。その後、ＳＵアドレスデータパケットは、ブロック604に示されているようにルータポート534に与えられたルータ532のプロトコルからＰＦＭ402によって使用されるプロトコルに変換される。その後、ＳＵアドレスデータパケットはＡＲＱメッセージが必要とされているかどうかを決定するために解析される（ブロック606）。メッセージが損失感応性ならば、ＡＲＱメッセージが必要とされ、メッセージが遅延感応性ならば、ＡＲＱメッセージは必要とされない。次に、ＳＵ102にサービスしているＲＰ104がＳＵアドレスデータパケットのＩＰアドレスとこのＳＵにサービスしているＲＰ104との間のマッピングから識別され、そのマッピングがＡＲＴ404に記憶される。その後、ＰＤＣＵ304は、ブロック614に示されているようにＳＵアドレスデータパケットをカプセル化およびフレーム化し、データセグメント226を生成する。その後、ブロック616および618に示されているように、これらのデータセグメント226はＳＵ102にサービスしているＲＰ104 に転送され、そこにおいてそれらはＳＵ102に送信される。

図１１および１２は、登録、ＲＰＣＵ106内ハンドオフ、ＲＰＣＵ106間ハンドオフおよび登録取消しを示す概略図である。

ＳＵ102は、それがＰＩＳＡ400に入った場合は常にパケットデータサービス登録を行う。それは、物理的チャンネルを獲得した直後に登録メッセージをＲＰＣＵ106に送ることによってこれを行う。登録メッセージには、ＳＵ102のパーマネント識別子サブＩＤが含まれている。その後、ＲＰＣＵ106はユーザ認証および許可のためにそれをＡＭ108に送る。登録の終わりにおいて、ＡＭ108は、サービス委任中に記録されたＳＵ102のパーマネントＩＰアドレスを検索し、それをＰＦＭ402に戻す。その後、ＰＤＣＵ304はＲＰ104からＬＰＴＩＤを割当て、ＰＦＭ402がＩＰアドレスをＡＲＴ404中のＲＰ識別子およびＬＰＴＩＤマッピングに入力する。

図１１のＡは、ＳＵ102登録を示す概略図である。ＳＵ102は、それがネットワーク100に入った場合は常にＰＰＣ登録を行う。それは、物理的チャンネルを獲得した直後に登録メッセージをＲＰＣＵに送ることによってこれを行う。ＰＰＣ登録の２つの主なタスクは、認証、許可およびＬＰＴＩＤ割当てである。

登録のはじめに、ＳＵ102は、そのサブＩＤを含む（正体不明ユーザなしを示す）登録リクエストメッセージ（ＰＡＣＫＥＴ ＲＥＧ ＲＥＱ）702をＲＰＣＵ106中のＰＤＣＵ304に送り、このＰＤＣＵ304がサブＩＤをＡＭ108に転送する。その後、ＡＭ108はサブＩＤを使用してＳＵ102を認証する。認証が成功すると、ＡＭ108は、サービス委任中に記録されたＳＵ102のパーマネントＩＰアドレスを検索し、それをＰＤＣＵ304に戻す。ＰＤＣＵ304は新しいＬＰＴＩＤを割当て、このＬＰＴＩＤと共に登録承諾メッセージ（ＰＡＣＫＥＴ ＲＥＧ ＡＣＫ）704をＳＵ102に送り返す。その後、ＳＵ102は、それがネットワーク100から登録を取り消されるか、あるいは異なったセル112に移動するまでＬＰＴＩＤによってこれに予定されたデータを識別する。
［ハンドオフおよび移動性管理］
図１１のＢおよび図１２のＡはＳＵ 102のハンドオフを示した図である。ＰＡＣＳシステム100では、ハンドオフは自動リンク転送（ＡＬＴ）と呼ばれている。ＡＬＴはＳＵ102が無線セル112の境界を横断したときに生じる。ＳＵ 102が現在の物理的チャンネルの劣化を検出し、十分な高品質を有する別の物理的チャンネルを発見したときにＡＬＴは開始する。ＳＵ 102はその後、新しいＰＤＣＵ 304Ｂ（新しいセル112に関連するＰＤＣＵ 304）に関連する新しいＲＰ 104へメッセージ406をリクエストする。

一度リクエストが受けられると、新しいＰＤＣＵ 304は新しいＬＰＴＩＤを割当て、ＳＵ 102はＡＬＴ実行メッセージ408 と、新しいセル112に対する新しいＬＰＴＩＤを獲得する。

２つのチャンネルが同一のＲＰＣＵ 106と関連するか否かに基づいて、ＡＬＴは２つのカテゴリ、即ちＳＵ 102が同一のＲＰＣＵ 106の隣接セル112へ移動する図１１のＢで示されているイントラＲＰＣＵ ＡＬＴと、ＳＵ 102が異なるＲＰＣＵ 106へ移動する図１２のＡで示されているインターＲＰＣＵ ＡＬＴとに分割されることができる。新しいＰＤＣＵ 304は、ＲＰ 104とＲＰＣＵ １06のアドレスを含んでいるＰＡＣＫＥＴ ＲＥＧ ＲＥＱの完全なポートＩＤ（古いＲＰ）フィールドを検査することによって、これがイントラＲＰＣＵであるかインターＲＰＣＵであるかを決定する。

図１１のＢで示されているイントラＲＰＣＵのケースでは、新しいＰＤＣＵ 304ＢはＰＦＭ 420に対してＰＦＭ 402にアクセス可能なＡＲＴ 404中の適切なエントリを変更するように命令し、それによってＳＵ 102が新しいＬＰＴＩＤを割当てられたことを示す。ＰＦＭ 420はその後、古いＰＤＣＵ 304Ａに先に割当てられたＬＰＴＩＤを解除するように命令する。

図１２のＡで示されているインターＲＰＣＵのケースでは、新しいＲＰＣＵの新しいＡＭ 108ＢはインターＲＰＣＵ ＡＬＴの古いＡＭ 108Ａに通知する。古いＡＭ 108Ａはその後、古いＰＦＭ 420ＡにＩＰエントリを消去するように命令し、古いＰＤＣＵ 304Ａに先のセルに割当てられたＬＰＴＩＤを解除するように命令する。

図１２のＢは、ＳＵ 102の登録抹消プロセスを示した図である。ＳＵ 102から送信された登録抹消メッセージ（ＰＡＣＫＥＴ ＲＥＧ ＲＥＱ）710 がＰＤＣＵ 304により受信された後、認証リクエストがＰＤＣＵ 304からＡＭ 108へ送信される。ＡＭ 108はＳＵ 102のＩＰアドレスをＰＤＣＵ 304へ戻す。ＰＤＣＵ 304はその後、ＬＰＴＩＤを解除し、ＰＦＭ 402にＩＰアドレスを消去するように命令する。

前述の物理的チャンネル転送とＡＬＴ処理に加えて、ＳＵ102がＡＬＴを実行するとき、ＰＰＭ 416はＳＵ 102を目的地とする後続するＩＰデータグラムのバックボーンの適切な伝送を確実にしなければならない。イントラＲＰＣＵ ＡＬＴ中に、ＳＵ 102は同一のＲＰＣＵ 106を有して同一のＩＰサブネット 418中に残留しなければならないので、ＰＰＮ 416の伝送には影響はない。ＲＰＣＵ 106内では、ＰＦＭ 402はＡＲＴ 404を更新し、対応するエントリを新しいＲＰ 104番号と新しいＬＰＴＩＤを含んだ新しいものに置換する。しかしながら、インターＲＰＣＵ ＡＬＴに対しては、古いおよび新しいＲＰＣＵ 106の両者のＡＲＴテーブル404 が更新されなければならないだけでなく、後続のＩＰデータグラムが代わりに新しいＲＰＣＵ 106に到着するようにＰＰＮ 416の伝送も変更されなければならないので、プロセスはさらに複雑である。これはモバイルＩＰをＰＩＳＡ 400中に含ませることによって本発明で実現される。

モバイルＩＰは、インターネットへのモバイルホストの現在の取付け点を考慮せずに、モバイルホストへのＩＰデータグラムの伝送を可能にする標準的なインターネット機構である。モバイルＩＰを使用するため、ホームエージェント（ＨＡ）と、転送エージェント（ＦＡ）はＲＰＣＵ 106に関連するＩＰ伝送モジュール532 に構成され、モバイルＩＰクライアントソフトウェアはモバイルＰＣで動作される。好ましくはモバイルＩＰに組込まれたＣＯＴＳ ＩＰルータ538 はＩＰ伝送モジュール532 に置換されることができる。

本発明はまたＰＡＣＳでモバイルＩＰを使用するときに無線リンク効率を改良するための機構を含んでいる。通常、モバイルＩＰクライアントソフトウェアは“エージェントの広告”、即ち各ＦＡによる周期的な放送メッセージに依存し、ハンドオフ中にＩＰサブネット418 の変化を検出する。

図１３のＡは通常のモバイルＩＰ登録中のメッセージ交換を示している。ＰＡＣＳの同じ機構を使用することは２つの問題を有する。第１に広告メッセージはハンドオフまたは登録アクティビティが存在しないときに貴重な無線リンク帯域幅を浪費する。第２に、これは次の広告メッセージが到着するまでＳＵ 102に待機を強制させ、不必要に長い登録時間またはハンドオフ待ち時間を生じる。これを直し、同時にモバイルＩＰ標準を保護するため、ＰＩＳＡ 400はＲＰＣＵ 106にモバイルＩＰアシスタントエージェント（ＭＩＡＡ）512 を含んでいる。

図１３のＢはＰＩＳＡ 400でモバイル ＩＰ登録中に交換されたメッセージを示している。ＲＰＣＵ 106がインターＲＰＣＵ ＡＬＴまたは新鮮な登録手順を完了した後、ＭＩＡＡ 512はすぐにエージェントの広告メッセージを新しいＳＵ 102へ送信する（需要のある広告）。ＰＤＣＵ 304はこのメッセージを登録応答メッセージ（ＰＡＣＫＥＴ ＲＥＧ ＡＣＫ）にピギーバックする。この“ピギーバック”はＰＡＣＳ標準への延長であり、ここではＰＡＣＫＥＴ ＲＥＧ ＲＥＱメッセージはネットワーク層パケットをピギーバックできる。

結果としてＳＵ 102とＲＰＣＵ 106との間で１往復の節約がされる。さらにそれぞれのＰＡＣＳのモバイルＩＰハンドオフアクティビティはＰＡＣＳ登録またはインターＲＰＣＵ ＡＬＴが先行するので、周期的なエージェント広告は必要ではなくなる。各ＦＡの周期的なモバイルＩＰエージェント広告は安全にディスエーブルされることができる。
［マルチキャスティング］
アクセスネットワークはマルチキャスティングと呼ばれている１対多または多対多のグループ通信をサポートしなければならない。ＩＰマルチキャストでは、各グループはグローバルにＩＰマルチキャストアドレスと呼ばれる特有のインターネットアドレスを有し、全てのグループメンバに到達するため、マルチキャストダイヤグラムは個人のホストアドレスの代わりにＩＰマルチキャストアドレスへ送信される。

マルチキャストまたは放送はＳＵ 102がセル間を移動することを許容しない各セルのみに限定され、ＰＡＣＳアーキテクチャは非常に限定された範囲のリンクレベルアドレスを有するので、伝統的なサブネットワイドリンクレベルのグループ化／アドレス化構造はＰＡＣＳアーキテクチャには適用可能ではない。

この問題を解決するため、本発明は、各セル112 がその固有のグループを管理し、他のセル112 から独立してアドレスするセルワイドグループ化／アドレス化構造を限定する。ローカルグループアドレスへのグローバルなマルチキャストアドレスのマッピングはグループアドレスのベクトルへのグローバルなマルチキャストアドレスのダイナミックマッピングにより実行され、それぞれＩＰサブネット418 のセルに対応する。これは、ＲＰＣＵ 106がパケットを、全てのセル112 に無差別に転送するのではなく、メンバを有するセルにのみ転送する選択的なマルチキャスト能力を実行する。これはインターネットの任意のマルチキャストグループに結合し、任意のソースからマルチキャストトラフィックを受信する能力を各ＰＡＣＳユーザに提供する。

ＰＩＳＡ 400中のＩＰマルチキャストサポートはＰＰＮ 416のマルチキャスト伝送と、各ＲＰＣＵサブネット418 内のローカルマルチキャスト転送を含んでいる。ＰＰＮ 416のマルチキャストルート設定はインターネット／Ｍボーンで使用されるマルチキャストルート設定プロトコルを採択することによって実効的に実現される。ＭボーンはＩＰマルチキャスト転送をサポートし、生のオーディオおよびビデオ通信会議等を可能にするインターネット上のサイトの集合である。ローカルマルチキャスト転送は以下説明するようにＲＰＣＵ 106に付加的な機能を必要とする。

ＰＡＣＳマルチキャストの基本的な要求はリンクレベルマルチキャストアドレス構造である。ＰＡＣＳはクラスＤ ＩＰアドレスと比較して限定されたリンク層アドレススペース（ＬＰＴＩＤ）を有し、ＰＡＣＳサブネット418 はそれぞれ独立してＬＰＴＩＤを管理する多数のセル112 に区画されるので、伝統的なサブネットワイドリンク層アドレス構造（例えばイーサネット（登録商標））はＰＡＣＳで応用可能ではない。マルチキャストパケットがグループメンバをサービスするＲＰＣＵ 106に到達するとき、ＰＡＣＳ特定マルチキャスト機構はマルチキャストグループに関心を有するメンバにのみそれらを送らなければならない。これはセルワイドマルチキャストグループを結合し、セルワイドグループに割当てられたセルワイドグループアドレスを使用して受信する能力をローカルモバイルホストに対して必要とする。

ＰＩＳＡ 400は、各セルがセル特定グループを独立して管理するセルワイド構造によりこれらの要件を満足する。ＩＰマルチキャストグループに対するリンク層アドレス（ＬＰＴＩＤ）はサブネット418 の各セル112 に関するＰＡＣＳ“グループ”アドレスである。さらに、ＰＡＣＳのマルチキャストは、ＲＰＣＵ 106が無差別に全てのセルに転送するのではなく、メンバを有する各セルにのみ１つのコピーを転送する意味で選択的でなければならない。

異なる方法が無線インターフェイスによってマルチキャストを送るために各セル112 で使用されることができる。１つの方法は、パケットが複製され、別々のメッセージとしてグループのメンバである各個人のＳＵ 102へ送られる“マルチユニキャスト”である。別の方法は（ＬＰＴＩＤにより）マルチキャストデータが放送スロットでセルのそれぞれのＳＵ 102へ伝送される“ＰＡＣＳ放送”であり、各ＳＵ 102はこれらを処理し、関心をもたないグループからパケットを取り除かなければならない。残念ながら、マルチユニキャスト方法は簡単な方法であるが、マルチキャストは多数のユニキャストを劣化するので、典型的に最も非効率的である。これはマルチキャストの利点を無効にし、貴重な無線リンクリソースを浪費する。放送方法は中央処理装置（ＣＰＵ）と、特定のグループのメンバではないＳＵ 102のバッテリ電力を浪費する。ＳＵ 102の電力消費は大きな問題であるので、これを代用とすることは魅力的ではない。

前述の欠点なしにマルチキャスト通信の必要性を解決するため、本発明は無線リンクスロット割当でマルチキャスト能力を可能にする拡張されたＰＰＣ（ＰＡＣＳ パケットチャンネル）を使用する。通常、（制御メッセージを除く）各ダウンリンクスロットは特有のターゲットＳＵ 102を特定するＬＰＴＩＤと関連される。ＰＩＳＡ 400はＰＰＣを変更し、それによって、ある無線リンクスロットはマルチキャストグループに対してマークされることができ、ＳＵ 102に割当てられたスロットだけではなく、あるグループにマークされた他のスロットを受信する能力によってＳＵ 102を強化する。このように、グループの全てのメンバと、メンバだけが、複製の必要がなくまたは放送を使用せずにスロットのプロセスを走査し、マルチキャストデータを受信できる。

これを実行するために、ＰＩＳＡ 400はＰＡＣＳセルワイドマルチキャストグループを含むためにＬＰＴＩＤの意図（notion）を拡張する。このアドレス方式は、これが特定のＳＵ 102の代わりにＰＡＣＳマルチキャストグループに割当てられるならば、“マルチキャスト”ＬＰＴＩＤ，（ｍ−ＬＰＴＩＤ）のようなローカルマルチキャスト識別子を使用する。ＲＰＣＵ 106が、無線によってエアにわたりマルチキャストデータグラムを送るとき、これはダウンリンクで対応するｍ−ＬＰＴＩＤを使用する。ＳＵ 102はＬＰＴＩＤのリスト、即ちＳＵがセルに入り登録するときに割当てられた特有のＬＰＴＩＤおよび任意選択的に１以上のｍ−ＬＰＴＩＤのリストとの受信インターフェイス（またはＰＬＦ 504）を設定することができる。ｍ−ＬＰＴＩＤは同一のアドレススペースを通常またはユニキャストＬＰＴＩＤと共有するので、ｍ−ＬＰＴＩＤ割当はダイナミックである。割当は２つの方法で（ユニキャスト）ＬＰＴＩＤと異なる。第１に、ｍ−ＬＰＴＩＤは同一グループの多数のＳＵ 102により共有され、それによってセルの第１のグループメンバがグループを結合するようにリクエストしたときにのみ割当てられる。他のＳＵ 102からのそれに後続するリクエストは同一のｍ−ＬＰＴＩＤを割当てられる。同様に、ｍ−ＬＰＴＩＤは全てのメンバがこのセル112 のグループを離れた後にのみ解放される。第２に、ｍ−ＬＰＴＩＤは同時に１よりも多数のマルチキャストグループで再使用されることができる。これは、有効なｍ−ＬＰＴＩＤの数が全ての可能なＩＰマルチキャストアドレスよりも通常は非常に少数であるためである。各セルはユニキャストとマルチキャストの両者に対してせいぜい２３８のＬＰＴＩＤを有することができるが、クラスＤ ＩＰマルチキャストアドレススペースは全体で２²⁸アドレスを含んでいる。ＰＡＣＳマイクロセルで数ダースよりも多数のアクティブＰＡＣＳユーザを有する可能性はないが、各ユーザは所望の数のマルチキャストグループを結合できる。これはＰＰＣに各セル中で２３８よりも多数の異なるマルチキャストグループを処理させるようにする。これらの状況では、ｍ−ＬＰＴＩＤは再使用されなければならず、幾つかのマルチキャストアドレスは１つのｍ−ＬＰＴＩＤにマップされてもよい。これが実情であるならば、ＳＵ 102はこのｍ−ＬＰＴＩＤにわたって受信されたデータグラムを再構成し、ＳＵ 102が加入するグループに属さないならばデータグラムを廃棄する。

セル当たり１つの１以上のＰＡＣＳセルワイドグループアドレスへのＩＰマルチキャストアドレスのマッピングは、ＰＦＭ 402のマルチキャストアドレスマッピングテーブル（ＭＡＭＴ）514 中に記憶され、これはＰＦＭ 402によりアクセスされ管理される。マルチキャストエントリは代わりにＡＲＴ 404のユニキャストアドレスマッピング情報と共に記憶される。ＭＡＭＴ 514エントリは（グローバルなマルチキャストアドレスＧ、ＲＰセル番号、ｍ−ＬＰＴＩＤ、Ｍ ＬＩＳＴ）のリストを含んでいる。各マルチキャストエントリは、セル112 でＲＰ 104を割当てられたｍ−ＬＰＴＩＤを有する対応するＰＡＣＳグループをＩＰマルチキャストアドレスＧが有することを意味する。Ｍ ＬＩＳＴはこのグループの全てのメンバの（ＩＰアドレスのような）ネットワーク層アドレスを含んでいる。セル番号１で、ｍ−ＬＰＴＩＤ＝Ａで、グローバルアドレスＧを有するエントリの存在は、グローバルマルチキャストＧに加入し、ＧのセルワイドグループアドレスがＡであるセルＩ中に少なくとも１つのＳＵ 102が存在することを意味する。

アドレスＧを有するマルチキャストパケットがＰＰＮ 416とＩＰルータ 410からＰＦＭ 402により受信されるとき、ＰＦＭ 402はＧを有するエントリについてＭＡＭＴ 514をサーチする。これはグループＧおよび対応するｍ−ＬＰＴＩＤに加入しているメンバを有する全てのＲＰ 104のセル識別子を提供する。１つのエントリが発見されたならば、ＰＦＭ 402はエントリから発見されたｍ−ＬＰＴＩＤパケットを対応するセル112 とＰＤＣＵ 304へ転送する。多数のエントリが発見されたならば（Ｇのメンバを有するセルが１よりも多数存在することを示す）、ＰＦＭ 402は受信されたパケットを複製し、ＭＡＭＴ 514におけるマッピングから発見されたセル122 と関連するＰＤＣＵ 304を介して各セル122 へ１つのコピーを転送する。エントリが発見されないならば、ＰＦＭ 402は単にパケットをドロップする。この転送処理はパケットがネットワークバックボーンから来る時（ＳＵにアドレスされたパケット）と、パケットがＳＵ（ＳＵソースパケット）から来る時との両者に適用される。ＳＵ 102がマルチキャストＳＵソースパケットを送信したとき、ＲＰ 104はそれを受信し、ＰＤＣＵ 304を介してＰＦＭ 402へパケットを転送する。ＰＦＭ 402はその後、必要ならばパケットを複製し、それをＭＡＭＴ 514にしたがって、パケットが発生したセル112 を含んでいるメンバを有する全てのセルへ転送する。

図１４のＡと１４のＢはマルチキャスト登録処理を示した図である。ＰＡＣＳ方式は“マルチキャスト登録”と呼ばれる新しいタイプのＰＡＣＳ登録メッセージ（ＰＡＣＫＥＴ ＲＥＧ ＲＥＱ）で修正される。モバイルＰＣが最初に、またはＡＬＴ動作のために、ＩＰマルチキャストグループＧと結合するようにリクエストしたとき、ＳＵは最初にＳＵ ＭＡＭＴ 516を検査し、ＩＰマルチキャストグループＧを有するエントリが存在しないことを確認する。存在しないならば、ＳＵ 102は、リクエストされたＩＰマルチキャストアドレスＧとＳＵ 102の端末識別子とを含んでいる登録リクエストメッセージ（ＰＡＣＫＥＴ ＲＥＧ ＲＥＱ）を発生し送信する。

ＰＤＣＵ 304はその後、そのリクエストを認証し、マルチキャストサービスをオーサライズするためにＡＭ 108と対話する。一度、認証されると、ＡＭ 108は加入者ユニットインターネットプロトコル（ＩＰ）アドレスを有する回答に返答する。ＰＤＣＵ 304はＧのＰＦＭ 402のグループ照合モジュール522 に質問し、リクエストされたグループＧは既にＳＵ 102のセル112 に存在するか否かを決定する。これはリクエストされたグループＧがこのセルの新しいグループであるか、またはリクエストされたグループＧが既に別のメンバにより結合されて、異なる登録動作が各これらのケースで必要とされるためである。

リクエストされたグループが存在しないならば、新しいｍ−ＬＰＴＩＤはＰＤＣＵ 304割当モジュール520 により割当られる。その後、新しいｍ−ＬＰＴＩＤがＰＦＭ 402に送信され、そこでこれは割当モジュール524 により新しいマルチキャストグループに割当てられ、割当モジュール520 によりＩＰマルチキャストアドレスＧにマップされる。前述の情報の対応するエントリはその後ＭＡＭＴ 514に記憶される。ここで説明するように、各セル112 の選択に利用できるＬＰＴＩＤの数は限定されている。割当てられたｍ−ＬＰＴＩＤはマルチキャスト使用のために保留されたＬＰＴＩＤのグループから選択されることができる。代わりに、ｍ−ＬＰＴＩＤは先着順に利用可能なＬＰＴＩＤから選択されることができる。ＬＰＴＩＤはまた再使用（グループ間で共有）されることができるが、これはＳＵ 102がこの不所望なメッセージを除去することを必要とする。

リクエストされたグループが現在存在するならば、Ｇは割当てられたｍ−ＬＰＴＩＤを有し、対応するエントリが存在する。この場合ＰＦＭ 402はＡＲＴ 404からｍ−ＬＰＴＩＤを検索し、ＳＵ 102のＩＰアドレスをＡＲＴ 404に付加する。両者の場合、ＲＰＣＵ 106は（ＰＡＣＫＥＴ ＲＥＧ ＡＣＫ）メッセージのｍ−ＬＰＴＩＤ番号をＳＵ 102へ戻す。

前述したように、ＳＵ 102がマルチキャストグループのメンバになったとき、関心のあるグループのｍ−ＬＰＴＩＤを割当てられる。グループに対するｍ−ＬＰＴＩＤを受信した後、ｍ−ＬＰＴＩＤをＳＵ 102のＳＵマルチキャストアドレスマッピングテーブル（ＭＡＭＴ）516 に付加しなければならない。ＳＵ 102はそれが結合しているグループを追跡する必要があるだけなので、ＳＵ ＭＡＭＴ516 はＲＰＣＵ 106でＭＡＭＴ514 の複製である必要はない。

ＰＡＣＳマルチキャストハンドオフはＡＬＴ中に２つのプロセスを含んでいる。第１に、ＳＵ102がＡＬＴを実行した後、これはそれが先のセルから結合する全てのＩＰマルチキャストグループを再度結合しなければならない。それはＰＡＣＳマルチキャストがセルで特定であるからである。第２に、これがインターＲＰＣＵ ＡＬＴであるならば、古いＲＰＣＵ106はこのユーザをそれが結合している全てのグループから除去することによってそのＭＡＭＴ 514を更新する。

無線リンク帯域幅を実効的に使用するために、明白なマルチキャストの登録抹消が採択される。現在のＰＡＣＳ標準方式が１つのタイプの登録抹消だけを限定するので、新しいタイプの登録抹消、即ち“マルチキャスト登録抹消”がマルチキャストのために作成される。それが同一セル内で結合されている（即ちＡＬＴの結果としてではなく）がネットワークに依然として取付けられているマルチキャストから出た場合にのみ、ＰＡＣＳユーザはマルチキャスト登録抹消を実行する。このユーザがネットワークを永久に出ているならば、ＳＵ 102は規則的な登録抹消を行い、その期間中、ＲＰＣＵ 106はＳＵ 102をＭＡＭＴ 514の全てのグループから除去する。

モバイルＰＣがＩＰマルチキャストグループを出るようにリクエストするとき、ＳＵ 102はＲＰＣＵ 106に通知するためのマルチキャスト登録抹消メッセージを送信する。マルチキャスト登録抹消メッセージは、ＳＵ 102ＩＰアドレスと、グループアドレスと、このグループアドレスにマップされたｍ−ＬＰＴＩＤを含んでいる。マルチキャスト登録抹消中に、ＲＰＣＵ 106はＳＵ 102がマルチキャストグループの唯一のメンバであるか否かをチェックする。これは対応するｍ−ＬＰＴＩＤとグループアドレスＧに対してＭＡＭＴ 514をサーチするＰＦＭ 402により実現される。そうであるならば、ＲＰＣＵ 106はｍ−ＬＰＴＩＤを解放し、ＭＡＭＴ 514中の対応するエントリから対応する組を除去する。そうでなければ、ＰＦＭ 402はＳＵ 102のＩＰアドレスだけをＭＡＭＴ 514から除去する。

異なるセル112 へ移動するとき、ＳＵ 102は登録抹消を実行する必要はない。ｍ−ＬＰＴＩＤの数が限定されるので、これがマルチキャストグループのメンバであったならば、先のセル112 のグループユーザからＳＵ 102を除去する問題が生じる。これはＳＵ 102のインアクティビティを検出するＰＡＣＳ機構を使用することにより処理される。ＳＵ 102が特定された期間中（最大のインアクティビティ間隔パラメータ）にセル112 として動作するＲＰ 104へメッセージを送信していないとき、ＳＵ 102はデータをもたないパケット（ＰＡＣＫＥＴ ＮＵＬＬ）を発生し送信する。これはＳＵ 102またはＲＰ 104から送信された命令によって内部で実行されることができる。最大のインアクティビティ期間中にＳＵ 102から到着するデータがないならば、ＳＵ 102はオフラインになり、またはＡＬＴを実行することが想定される。この場合、ＲＰＣＵ 106のハンドオフモジュールはＰＦＭ 402にユーザをＡＲＴ 404（またはＭＡＭＴ 514）の対応するエントリからユーザを除去するように指令する。

ＩＰマルチキャストはサブネット418に特定のグループに対するメンバが存在するか否かを決定するためにグループメンバーシッププロトコル（ＩＧＭＰ）を使用する。インターネットルータはマルチキャストグループに対するトラフィックがサブネット418へ送られるべきであるか否かを決定するためにこの情報を使用する。ＰＩＳＡ400では、ＩＰルータ410は周期的なＩＧＭＰメンバーシップ問合わせメッセージを、ＲＰＣＵ106に対する接続するリンクへ送信し、少なくとも１人のメンバがＩＧＭＰ報告メッセージと応答することを期待する。

通常、ＩＧＭＰ問合わせメッセージはサブネット418 の全てのマルチキャスト可能ホストへマルチキャストされる。１人のメンバーが応答するとき、回答メッセージはまたグループへマルチキャストされ、（１つのグループ当り１人の応答が十分であるので）その他のメンバの応答を抑制する。しかしながら、ＲＰＣＵ 106は既にＭＡＭＴ 514でマルチキャストマッピング情報を維持しているので、ＰＩＳＡ 400で同一の構造を使用することは、不必要なオーバーヘッドを生じる。ＭＡＭＴ 514で１つのエントリを有する各マルチキャストアドレスに対して、このＲＰＣＵ 106サブネット418 中に少なくとも１人のメンバが存在しなければならない。それ故、ＲＰＣＵ 106は、ＩＰルータ410 から全てのＩＧＭＰ問合わせを受取り、ＭＡＭＴ514 から発生されたＩＧＭＰ報告に応答するようにＩＧＭＰサポートモジュール（図示せず）を構成する。このＰＩＳＡ400 グループメンバーシップ方式はＩＧＭＰバージョン２を継ぎ目なくサポートする。新しいマルチキャストグループがＭＡＭＴ 514に付加されるとき、ＲＰＣＵは求めていないメンバーシップ報告をＩＰルータ410 に送信し、マルチキャストグループがＭＡＭＴ 514から除去されるとき、ＲＰＣＵ 106は明白な伝言メッセージを送出す。
［サービス品質のサポート］
無線ネットワークのサービス品質（ＱｏＳ）のサポートは重要であるが実現が困難である。これは主として無線リンク品質の予測不能な性質のためである。しかしながら、異なるフラグメント方式、パケットスケジュール化（クラスベースのキューまたは加重されたフェアキューイング）およびＡＲＱを使用することにより異なるレベルのサービスがＰＡＣＳで実現されることができる。この目的はダウンリンクによって幾つかのパケットドロップと好みの遅延を実行することによって多数のレベルのサービスおよび公正さを各サービスクラス内でサポートすることである。

ＰＰＣ機能は各ＩＰデータグラムで規定されたサービスタイプ（ＴＯＳ）フィールドを与えられる。フィールドはこのデータグラムを送る時に最適化されるパラメータタイプ、例えば最小の遅延、最大のスループット、または最大の信頼性を規定する。ＰＤＣＵ 304はＴＯＳフィールドの各ＩＰデータグラムヘッダを検出する。ＴＯＳ値に基づいてＰＤＣＵ 304はＩＰ転送で適切な選択を行う。

最初の選択はダウンリンクのフラグメンテーションである。ダウンリンクＤＬパケットはＤＬフラグメントに分割されなければならず、これを実行するために幾つかの方法が使用されることができる。通常のケースは“最小のフラグメンテーション”であり、それにおいてはフラグメンテーションは常に５７６バイトの倍数（最大のフラグメントサイズ）である。最小のフラグメンテーションは最小数のフラグメントを生成し、それによってオーバーヘッド（フラグメンテーションヘッダ等）が低いので、最大の処理能力をもたらす。別の方法は“最大のフラグメンテーション”である。各ＤＬフラグメントは別々のスロットで送信されることができるので、ＤＬパケットは並列伝送では８つの小さいフラグメントに分割されてもよい。フラグメントが小さい程、パケット全体は速く到着でき、遅延は最小にされる。

図１５および１６は、異なるフラグメント方法が性能に影響する態様を示した図である。データは理想的な状況下で数値解析により得られ、全てのスロットは先の送信からクリアされ、無線リンクにエラーはなく、再送信はなく、媒体アクセス遅延はない。制御メッセージ、システム情報、確認、ＭＡＣ、およびスーパーフレームヘッダのようなその他のＰＡＣＳプロトコルオーバーヘッドも無視される。

図１５は、無線リンク伝播遅延が最小の遅延を構成するＩＰパケットサイズの関数であることを示している。最大のフラグメンテーションのケースでは、パケットは２、４または８スロット間でほぼ同等に分割される（ＰＡＣＳフラグメンテーションルールを受ける）。

図１６は、パケットを送るために使用される正規化されたスループット（全体の粗帯域幅により分割されたＩＰデータグラムのサイズ）を示している。オーバーヘッドはフレーミングオーバーヘッドであり、これは最小のフラグメントサイズを満たすため、フラグメントとセグメントヘッダと、ＤＬおよびＳＬチェックサムと、パッディングを含んでいる。

これらのグラフは遅延が１０フレーミングオーバーヘッドよりも少ない増加で非常に減少されることができることを示している。それ故、各サービスでフラグメントの数を操作し、これらを並列に多数のスロットで送信することによりサービスの異なるレベルを実現することが実行可能である。それにもかかわらず、実際の遅延とパケットの損失は負荷変動により影響を受け、即ち幾つかのスロットはそれ以外のスロットよりも列に多数のセグメントを有する。それ故、フラグメンテーションアルゴリズムは列の長さを考慮しなければならず、それによって整列遅延とパケット損失はサービスの端末間の品質に影響しない。

異なるレベルのサービスをダウンリンク上で実現するために使用されることができる別の構造はＡＲＱである。ＰＡＣＳ標準方式はＰＤＣＵ 304が選択的に各ＤＬパケット218 のＡＣＫをエネーブルまたはディスエーブルすることを可能にする。例えば低いドロップ優先順位のＩＰデータグラムに対しては、ＰＤＣＵ 304はＤＬパケットヘッダ220 に“ＡＣＫで必要な”ビットを設定する。これにより、ＳＵ 102は全ての適切に受信されたセグメントを承認し、ＰＤＣＵ 304がミスまたはエラーのセグメントを選択的に再送信することを可能にする。この方式をさらに以下説明する。

現在のＰＡＣＳパケットモードサービスは、ＰＡＣＳレベルでエラーを回復するために２つの自動反復リクエスト（ＡＲＱ）方式を規定する。これらの方式の一方はアップリンク（ＳＵ 102からＲＰ 104）で使用され、他方はダウンリンク（ＲＰ 104からＳＵ 102）で使用される。現在規定されるように、アップリンクＡＲＱは絶対的であり、ダウンリンクＡＲＱはパケット対パケットベースで選択的である。

ＰＩＳＡ 400はこのアーキテクチャを２つの方法で変更する。第１に、ＰＩＳＡ 400では、アップリンクＡＲＱは絶対的ではないが、パケット対パケットベースで選択的である。第２に、ＡＲＱは（ウェブトラフィックのような）損失感知トラフィックのためアップリンクとダウンリンクとの両者で付勢され、（インターネットビデオおよびオーディオのような）遅延感度トラフィックでオフに切換えられる。これはＰＡＣＳ無線リンクによるエラーのない送信を必要としないパケットを再送信することによって無線帯域幅が浪費されることを防止し、実効的な容量を増加する。

前述の説明にしたがって、ＰＦＭ 402はデータペイロード解析モジュール526 を具備する。データペイロード解析モジュール526 は、ＳＵアドレスされたデータペイロードが損失感知メッセージであるか、または遅延感知メッセージであるかを決定する。１実施形態では、これはＳＵアドレスされたデータペイロードが転送制御プロトコル（ＴＣＰ）に従うか否か、またはこれがユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）に従うかを決定することによって行われる。

ダウンリンクのケースでは、ＰＦＭ 402がデータパケットの目的地ＩＰアドレスを検査したとき、これはＩＰパケットヘッダを注目することによってパケットのデータペイロードがＴＣＰに従うかまたはＵＤＰに従うかも決定する。ＴＣＰおよび一致するエントリがＡＲＴ 404で発見されたならば、ＰＦＭ−ＰＤＣＵインターフェイスモジュール528 は、ＤＬヘッダ220 のＡＣＫの必要なビットを１に設定するように対応するＰＤＣＵ304 に通知し、ＡＲＱはＳＵ 102から必要とされることを示す。データパケットがＵＤＰに従うならば、ＰＦＭ−ＰＤＣＵインターフェイスモジュール528 は、ＤＬヘッダ220 のＡＣＫの必要なビットを０に設定するように対応するＰＤＣＵ 304に通知し、ＡＲＱが必要とされないことを示す。

アップリンクのケースでは、ＳＵ 102の高い層510 の秘密安全（セキュリティ）層は、パケットがＴＣＰであるかＵＤＰであるかに基づいて、ＡＣＫの必要なビットを０または１に設定する。０に設定されたＡＣＫの必要なビットを有するデータパケットを受信したとき、ＲＰＣＵ 106のＰＤＣＵ 304はダウンリンクのパケットの送信状態を放送しない（そうでなければ現在のＰＡＣＳ標準にしたがって必要とされる）。
［結論］
この記載は本発明の好ましい実施形態の説明で完結する。要約すると、本発明はセルラー通信システムによってサービスされている加入者ユニットにインターネットホストから情報を通信する方法および装置を説明している。

この装置は、ルータとスタブとを含む無線ポート制御ユニットを含んでいる。ルータは、インターネットホストとメッセージを送受信する通信を行うように結合され、ＳＵソースメッセージを受取り、第１のデータ転送プロトコルでＳＵアドレスメッセージをパケット転送モジュールに提供するためにパケット転送モジュールに通信するように結合される。スタブは、第１のデータ転送プロトコルから第２のデータ転送プロトコルにメッセージを変換し、第２のデータ転送プロトコルから第１のデータ転送プロトコルにメッセージを変換するようにルータとパケット転送モジュールとの間に結合されている。

この方法は、データペイロードを有するデータパケットを受信し、データペイロードが損失感応メッセージであるか、あるいは遅延感応メッセージであるかを決定し、データペイロードが損失感応メッセージである場合は、承諾メッセージが要求されていることを示すためのデータパケットを構成し、データペイロードが遅延感応メッセージである場合、承諾メッセージが要求されていないことを示すためのデータパケットを構成し、データパケットを送信するステップを含んでいる。

本発明の好ましい実施形態の前述の説明は例示と説明の目的で行われた。本発明は開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。多数の変形および変更が前述の考察を考慮して可能である。

例えば前述の説明は主として例示的な目的でＴＤＭＡマルチセルネットワークに焦点を当てているが、本発明の原理は符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）およびＧＳＭシステム（モバイル通信用のグローバルシステム）、ならびに将来の第３世代のモバイル無線ネットワークにも応用されることができる。

本発明の技術的範囲はこの詳細な説明によって限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載により限定されることを意図する。前述の詳細な説明、実施例、データは製造および構成の使用は完全な説明を提供する。本発明の多数の実施形態は本発明の技術的範囲を逸脱せずに行われることができ、本発明は特許請求の範囲の記載によって規定される。

パーソナルアクセス通信システム（ＰＡＣＳ）の概略図。 ＰＡＣＳパケットチャンネル層と、ＰＡＣＳ標準のカプセル化およびフレーミングと、ＰＡＣＳのＴＤＭ／ＴＤＭＡ無線リンクの構造図。 カプセル化されたアップリンクおよびダウンリンクメッセージの詳細図。 カプセル化されたアップリンクおよびダウンリンクメッセージの詳細図。 ＰＰＣの機能アーキテクチャのブロック図。 ＰＡＣＳインターネットサービスアーキテクチャ（ＡＩＳＡ）の概略図。 無線ポート制御装置（ＲＰＣＵ）の１実施形態のブロック図。 商用の既製のＩＰルータを使用したＲＰＣＵの別の実施形態のブロック図。 本発明の実施で使用される例示的な動作を示したフローチャート。 本発明の実施で使用される例示的な動作を示したフローチャート。 登録およびイントラＲＰＣＵハンドオフを示した動作の説明図。 インターＲＰＣＵハンドオフ、登録抹消動作の説明図。 通常のモバイルＩＰ登録中のメッセージ交換と、ＰＩＳＡのモバイルＩＰ登録の動作の説明図。 ＰＩＳＡにおけるマルチキャスト登録の動作の説明図。 異なるフラグメンテーション方法の性能に影響する態様を示す特性図。 異なるフラグメンテーション方法の性能に影響する態様を示す特性図。

Claims (5)

1. 複数のデータプロトコルをそれぞれサポートする複数のパケットネットワークインターネットプロトコルルータを含むパケットネットワークと通信する無線ポート制御装置ＲＰＣＵ(106)であって、
   複数のパケットネットワークインターネットプロトコルルータの１つとメッセージを送受信するために通信するように結合され、そして、パケット転送モジュール(402)からの加入者ユニット（ＳＵ）ソースメッセージを受取り、そして第１のデータ転送プロトコルで加入者ユニットアドレスメッセージをパケット転送モジュール(402)に提供するために前記パケット転送モジュールと通信するように結合されたＲＰＣＵインターネットプロトコルルータ（538）と、
   前記第１のデータ転送プロトコルから第２のデータ転送プロトコルにメッセージを変換し、そして前記第２のデータ転送プロトコルから前記第１のデータ転送プロトコルにメッセージを変換するために、ＲＰＣＵインターネットプロトコルルータ（538）と前記パケット転送モジュール（402）との間に結合されたスタブ(530)と、
   を含む装置。
2. 前記第１のデータ転送プロトコルは、イーサネット（登録商標）プロトコルである請求項１記載の装置。
3. 前記ルータは、ローカルエリアネットワークを介して前記パケット転送モジュール（402）に通信するように結合されている請求項１記載の装置。
4. 前記ルータ（532）は、パケット転送モジュール（402）と物理的に異なっている請求項３記載の装置。
5. 請求項１に記載の無線ポート制御装置を含むＰＡＣＳインターネットサービスアーキテクチャ(400)を有するシステム。
   
   

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