JP2005333648A - Ieee802.11網に最適化した高速ハンドオーバー方法 - Google Patents

Ieee802.11網に最適化した高速ハンドオーバー方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 IEEE 802.11網に最適化した高速ハンドオーバー方法を提供する。
【解決手段】 移動端末と現在通信中のサービングAP及び移動端末に隣接している周辺APよりビーコンフレーム信号を受信する段階と、周辺APより受信したビーコンフレーム信号に基づいて周辺APの状態を決めるためのSNR値を生成する段階と、SNR値と予め設定された所定の閾値とを比較し、比較結果に基づいて周辺APを検出AP、候補APまたはターゲットAPに分類し、分類した結果を周辺APリスト上に格納する段階と、周辺APリストに基づいてハンドオーバーを行うAPを決める段階と、を含む
【選択図】 図11

Description

本発明は、IEEE 802.11網に最適化した高速ハンドオーバー方法に関し、より詳しくは、高速の事前ハンドオーバー処理過程を通じて高速でハンドオーバーするノードを支援することができるIEEE 802.11網に最適化した高速ハンドオーバー方法に関する。
近年、インターネットの急速な普及、無線通信技術の発達、及び携帯用コンピュータ、PDA(Personal Digital Assistant)などの移動端末の性能の向上により無線インターネットのユーザーが増加しつつある。無線インターネット環境下において移動端末は随時その位置を移し、自分のネットワークへの接続位置を替えるようになる。
移動端末の無線インターネット通信を可能にするためには、移動端末が自分のホームネットワークを離れて外部ネットワークへ移動する場合にもホームネットワークと同様な高品質のインターネットサービスの保障が何より重要である。移動端末がネットワークの接続位置を替える場合にも安定した無線インターネットサービスを提供するために各種の技術が提示されてきた。特に、IETF(Internet Engineering Task Force)のモバイルIPウォーキンググループ(Mobile IP Working Group)では、ネットワークの接続位置に関係なくすべての移動端末がIPアドレスという特定の識別子を継続して使用する方法を提示し、モバイルIPのためのプロトコルを規定し短所を補完する作業を続けている。また、既存のIPv4アドレス体系によっては増加するアドレス要求量を賄うことが不可能であるといった問題点を解決するために、IPv6を用いて無線インターネットサービスを提供しようとするモバイルIPv6技術の導入が進められつつある。現在、モバイルIPv6は、最初に提案されて以来、IETF Internet−Draftバージョン24まで改正された状態であり、近いうちにRFC(Request For Comments)になる予定である。
モバイルIPv6技術によれば、移動端末は、外部ネットワークへ移動した場合にも自分の登録情報をもっているルーターのホームエージェントを通じて、自分のホームアドレスを用いて通信対象ノードと通信を行う。移動端末が外部ネットワークにリンクすれば、移動端末は、外部ネットワークのルーターから仮アドレスのCoA(Care of Address)を割り当てられ、割り当てられたCoAをバインディング、即ち、ホームアドレスと共にホームエージェントに登録する。
従って、通信対象ノードから移動端末へ送るパケットは、ホームエージェントがインターセプトし、移動端末の現在のCoAを用いて外部ネットワークに位置した移動端末に転送する。
CoAを割り当てられるために、移動端末は、外部ネットワークにリンク層連結が行われてから、ルーター広告メッセージをネットワークの任意のルーターから受信する。このために移動端末は、ルーター要請メッセージをネットワークの全体にマルチキャストすることができる。
ルーター広告メッセージは、ネットワークのプレフィックス(prefix)情報を提供する。従って、移動端末は、ネットワークのプレフィックス情報及び自分のリンク層アドレス(Link−Layer Address、LLA)を用いて新規のCoAを生成する。移動端末は、生成したCoAを仮アドレスとして設定する。
生成したCoAが移動端末のネットワークの移動によって生成されたものであるか、または移動端末のネットワークインターフェイスの再設定によるものであるかが判断できないときは、0から1秒の間の任意の時間遅延させる必要がある。
次いで、移動端末は、自分のリンク層アドレスを含む近隣ノード要請(Neighbor Solicitation)メッセージを新たにリンクされたネットワークにマルチキャストし、重複アドレス検出(Duplicate Address Detection、以下、‘DAD’という)を開始する。
所定の制限時間内にアドレス重複を知らせる近隣ノード広告(Neighbor Advertisement)を受けなければ、当該CoAが唯一のCoAと認められ、移動端末は、これを用いて通信を行うようになる。前記所定の制限時間は、デフォルトによれば1000msである。
一方、移動IPv6標準において移動端末が新しいリンク、即ち新しいIPサブネットワークへ移動するとき、ハンドオーバーの遅延及びパケット損失を最小化するためのプロトコルとして移動IPv6での高速ハンドオーバー(Fast Handover inmobile IPv6:以下、‘FMIPv6’という)が提案された。
しかし、FMIPv6では、多くのハンドオーバー関連シグナリングを用いながらも各種の問題点が存在し、特に、IEEE 802.11ネットワークに最適化していないまま標準化されつつある。以下、従来の高速IPv6ハンドオーバー方法における問題点を説明する。
第1に、従来の高速IPv6ハンドオーバー方法では‘移動状況予測’が基本として展開される‘プレアクティブ(preactive)モード’にて行われることを基本仮定として記述する。しかし、移動する前のリンクにおいて‘移動状況予測’が精度よく行われた場合にも移動端末がレイヤー2のハンドオーバーを行う正確な時点に関する記述がない。従って、レイヤー3へパケットトンネリング要請メッセージを送ってから、レイヤー2のハンドオーバーを直ぐ行うことができない場合、パケット損失が生じる可能性がある。
第2に、‘移動状況予測’過程は、移動性検知(Movement Detection)過程と新しい仮アドレス生成(New CoA Configuration & Confirmation)過程とに大別されるが、従来では、この二つの過程を分けて行うことによりハンドオーバーの事前作業に多くの時間がかかり、予測基盤のハンドオーバーの成功確立が下がるという問題点がある。
第3に、移動端末が新しく移動するリンクにおいて使う仮アドレスを予め作る過程に当たってそのアドレスの重複性をチェックするのに時間が約1000ms程度かかり、これが高速ハンドオーバーを行うに際し最も大きな問題点になっている。
そこで、本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、IPv6をネットワーク層の基本スタックとして採用する移動端末への高速ハンドオーバーサービスを提供可能にするIEEE 802.11網に最適化した高速ハンドオーバー方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係るIEEE 802.11網に最適化した高速ハンドオーバー方法は、移動端末と固有の無線チャンネルを用いて前記移動端末と通信を行う少なくとも2つの無線アクセスポイント(AP)とからなる無線近距離システムにおいて前記移動端末がハンドオーバーを行う方法であって、前記移動端末と現在通信中のサービングAP及び前記移動端末に隣接している周辺APよりビーコンフレーム信号を受信する段階と、前記周辺APより受信したビーコンフレーム信号に基づいて周辺APの状態を決めるための所定の第1の信号を生成する段階と、前記第1の信号と予め設定された所定の閾値とを比較し、比較結果に基づいて前記周辺APを検出AP、候補AP、及びターゲットAPのいずれかに分類し、分類された結果を周辺APリスト上に格納する段階、及び前記周辺APリストに基づいてハンドオーバーを行うAPを決める段階と、を含むことが好ましい。
ここで、前記サービングAPから検知される所定の第1の信号の大きさが予め設定された所定の第1の閾値THR_1より小さくなれば、ハンドオーバーを行うための予備段階が開始されることが好ましい。
ここで、前記ハンドオーバーを行うための予備段階は、i)前記移動端末と通信中のサービングAP及び前記移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺APが別のサブネットワークに属する場合、及びii)前記移動端末と通信中のサービングAP及び前記移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺APが同じサブネットワークに属する場合とに分けられることが好ましい。
ここで、前記ハンドオーバーを行うための予備段階は、
(a)LQCT(Link_Quality_Crosses_Threshold)トリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される段階と、(b)周辺APリストから前記移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺APの候補AP及びターゲットAPが決められ、決められた前記候補AP及びターゲットAPに関する各種の情報検索が行われる段階と、(c)情報検索の結果、前記移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺APが前記移動端末と通信中のサービングAPとは別のサブネットワークに属する場合、前記移動端末のMACアドレスと、前記候補AP及びターゲットAPのBSSID(Basic Service Set Identifier)及びFBU(Fast Binding Update)メッセージが前記移動端末から前記移動端末が現在属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターへ伝送される段階と、(d)前記移動端末が現在属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターから前記候補AP及びターゲットAPにそれぞれ接続されたルーターへHI(Handover Initiation)メッセージ及び前記移動端末のMACアドレスを伝送する段階と、(e)前記候補AP及びターゲットAPにそれぞれ接続されたルーターから前記移動端末が現在属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターへ前記HIメッセージに対する応答メッセージのHAckメッセージとRA(Router Advertisement)メッセージ及び唯一性が保障される仮アドレスを含むメッセージのΩが伝送される段階、及び(f)前記候補AP及びターゲットAPに接続されたルーターから伝送されたそれぞれのRAメッセージ及びΩが取り集められ、FBAckメッセージと共に移動端末へ伝送される段階と、を含むことが好ましい。
ここで、前記(f)段階が完了すれば、前記ハンドオーバーを行うための予備段階が終わったことを意味し、この時点から予め設定された所定の時間タイマーが動作することが好ましい。
ここで、前記予め設定された所定の時間内に前記サービングAPから検知される第1の信号の大きさが第2の閾値THR_2より小さくなれば、前記移動端末はハンドオーバーの実行段階に進入することが好ましい。
ここで、前記ハンドオーバーの実行段階は、(a)LGD(Link_Going Down)トリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される段階と、(b)移動端末から前記移動端末の属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターへMVN(Movement Notification)メッセージと唯一性が保障される仮アドレスを含むメッセージのΩが伝送される段階、及び(c)前記移動端末の属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターによりトンネリングが行われ、前記MVNメッセージに対する応答メッセージのMVAckメッセージが前記アクセスルーターから前記移動端末へ伝送される段階と、を含むことが好ましい。
ここで、前記(c)段階において、前記MVAckメッセージが前記移動端末へ伝送されれば、LS(Link_Switch)トリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送されることが好ましい。
ここで、前記LSトリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送されれば、周辺APリスト上の候補APから決められたターゲットAPに再連結が試みられる段階と、再連結が完了すれば、LU(Link_Up)トリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される段階と、前サブネットワークから伝送され保有しているルーター広告(RA)メッセージ及びΩに乗せられた新しい仮アドレスを用いて移動端末を構成する段階と、前記移動端末から前記ターゲットAPに接続されたアクセスルーターへFNA(Fast Neighbor Advertisement)メッセージが伝送される段階、及び前記FNAメッセージを伝送された前記アクセスルーターのルーティング作業によりトンネリングされるパケットが移動端末へ伝送される段階と、を更に含むことが好ましい。
また、ハンドオーバーを行うための予備段階は、(a)LQCTトリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される段階と、(b)周辺APリストから前記移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺APの候補AP及びターゲットAPが決められ、決められた前記候補AP及びターゲットAPに関する各種の情報検索が行われる段階と、(c)情報検索の結果、前記移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺APが前記移動端末と同じサブネットワークに属する場合、前記移動端末のMACアドレスと、前記候補AP及びターゲットAPのBSSID(Basic Service Set Identifier)並びにFBU(Fast Binding Update)メッセージが前記移動端末から前記移動端末が現在属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターへ伝送される段階、及び(d)前記移動端末が現在属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターから前記移動端末へ前記FBUメッセージに対する応答メッセージのFBAckメッセージが伝送される段階と、を含むことが好ましい。
ここで、前記(d)段階が完了すれば、前記ハンドオーバーを行うための予備段階が終わったことを意味し、この時点から予め設定された所定の時間タイマーが動作することが好ましい。
ここで、前記予め設定された所定の時間内に前記サービングAPから検知される第1の信号の大きさが第2の閾値THR_2より小さくなれば、前記移動端末はハンドオーバーの実行段階に進入することが好ましい。
ここで、前記ハンドオーバーの実行段階は、(a)LGD(Link_Going Down)トリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される段階と、(b)移動端末から前記移動端末の属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターへMVNメッセージが伝送される段階、及び(c)前記移動端末の属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターによりバッファリングが行われ、前記MVNメッセージに対する応答メッセージのMVAckメッセージが前記アクセスルーターから前記移動端末へ伝送される段階と、を含むことが好ましい。
ここで、前記(c)段階において、前記MVAckメッセージが前記移動端末へ伝送されれば、LS(Link_Switch)トリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送されることが好ましい。
ここで、前記LSトリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送されれば、候補APから決められたターゲットAPに再連結が試みられる段階と、再連結が完了すれば、LU(Link_Up)トリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される段階と、前記移動端末から前記ターゲットAPに接続されたアクセスルーターへFNAメッセージが伝送される段階、及び前記ターゲットAPに接続されたアクセスルーターから前記移動端末へバッファリングされたパケットが伝送される段階と、を更に含むことが好ましい。
本発明によれば、移動性検知過程と重複アドレス検出過程とが1つのプロセスで行われることにより一層迅速にハンドオーバーを行うことができるという長所がある。
また、本発明によれば、レイヤー2においてハンドオーバーが行われる時点とパケットをトンネリングする時点とを一致させることにより、従来のようなパケットの損失を防止することができるという長所がある。
さらに、本発明によれば、候補AP及びターゲットAPへのFBUメッセージの伝送時点から所定の時間ロック動作を行い、移動端末が移動進路を急変することにより見付かる新しい候補APを考慮しないことから、ハンドオーバーのエラーの発生を防ぐことができるという長所がある。
以下、添付の図面に基づいて本発明について説明する。
図1は、本発明に係るIEE 802.11網に最適化した高速ハンドオーバー方法を行うための移動端末の構造を示す図である。図1に示すように、前記移動端末100は、第1の送受信部10、第2の受信部20、第1の信号処理部30、第2の信号処理部35、比較部40、タイマー部50、周辺APリスト管理部60、メモリ70、及び制御部80を含む。前記構成要素の他に別の構成要素が移動端末100に含まれ得ることは言うまでもない。
第1の送受信部10は、移動端末100と現在通信中のアクセスポイント(以下、‘サービングアクセスポイントまたはサービングAP:Serving Access Point’という)よりデータチャンネルを通じてデータを受信して第1の信号処理部30へ伝送し、サービングAPへ伝送すべきデータを無線上で伝送する。このとき、第1の送受信部10は、サービングAPとIEEE 802.11通信を行う。なお、以下、アクセスポイントをAPと称する場合がある。
第2の受信部20は、制御チャンネルを通じて移動端末100に隣接している周辺APから伝送されるビーコンフレーム(beacon frame)信号を受信し、受信したビーコンフレーム信号を第2の信号処理部35へ伝送する。移動端末100はAPから所定の周期、すなわち100ms毎にビーコンフレーム信号を受信する。また、移動端末100自ら周辺APにビーコンフレーム信号を要請する場合においても、移動端末100はビーコンフレーム信号を受信することができる。第2の受信部20は、スカウターモジュール(scooter module)で実現することが望ましい。前記第2の受信部20は、周辺APをスキャンニングする活性モードとスキャンニングを止める休止モードの2通りのモードを有する。
第1の信号処理部30は、第1の送受信部10から送られたデータを信号処理し、信号処理したデータを制御部80及び比較部40へ送る。特に、第1の信号処理部30は、第1の送受信部10から送られたビーコンフレーム信号内に含まれる所定のパラメーターを信号処理し、移動端末100と現在通信中のサービングAPの無線チャンネル状態を判断することができるデータを比較部40に伝送する。
これと同様に、第2の信号処理部35は、第2の受信部20から送られたビーコンフレーム信号内に含まれる所定のパラメーターを信号処理し、移動端末100に隣接している周辺APの無線チャンネル状態を判断することができるデータを比較部40に提供する。ここで、所定のパラメーターとしては、SNR(Signal to Noise Ratio)、RSSI(Received Signal Strength Indication)、BER(Bit Error Rate)、PER(Packet Error Rate)などを用いてもよいが、本発明の好適な実施形態では、SNRを用いて移動端末100と現在通信中のサービングAP及び移動端末100に隣接している周辺APの無線チャンネル状態を把握する。一方、第1の信号処理部30及び第2の信号処理部35は、ビーコンフレーム信号内に含まれたSNRを信号処理して次式(1)のような方式でSmoothed SNRを求めることができ、求められたSmoothed SNRをSNRの代わりに使用することもできる。
Figure 2005333648
式(1)において、KSは変数を、SNRcは現在時間で測定したSNR値を、SNRpは現在時間の1周期前の時間で測定したSNR値をそれぞれ意味する。
図2Aは、移動端末が移動端末に隣接している周辺APより受信したSNR値の変化を示すグラフであり、図2B乃至図2Eは、第1の信号処理部または第2の信号処理部の信号処理を通じて算出されるSmoothed SNR値の変化を示すグラフである。図2B乃至図2Eを参照すれば、図2Aに比べてSNR値の変化幅がより安定して変化していることが分かる。従って、SNR値の変化を基準にして移動端末100に隣接している周辺APの無線チャンネル状態をより容易に判断することができるようになる。
比較部40は、第1の信号処理部30及び第2の信号処理部35から伝送されたSNR(またはSmoothed SNR)値とメモリ70に予め格納された所定の閾値とを比較し、その結果を周辺APリスト管理部60及び制御部80に伝送する。
周辺APリスト管理部60は、比較部40から伝送された比較結果に基づき、周辺APを検出AP(Detected AP)、候補AP(Candidate AP)、ターゲットAP(Target AP)の3種に分類し、この分類結果に基づいてメモリ70に格納された周辺APリストを更新する。また、検出APが候補APに変更されるか、または候補APがターゲットAPに変更されるといったように周辺APの状態が変更される場合、周辺APリスト管理部60は、メモリ70に格納された周辺APリストをアップデートする。検出APは、無線チャンネルの品質が保障されず、単に信号だけが検知されたAPを意味し、候補APは、無線チャンネルの品質がある程度保障されるAPを意味し、ターゲットAPは、周辺APから検知される信号、即ちSNR値が最も大きな数値を示すAPを意味する。後でより詳述するが、候補AP及びターゲットAPは、移動端末100と新たに通信を行う可能性のあるAPである。
タイマー部50は、移動端末100に隣接している周辺APにそれぞれ対応する複数のタイマーを備え、各タイマーは、対応する周辺APからビーコンフレーム信号を受信する時点から100msの周期でカウントを行う。所定の周辺APから100msの周期でビーコンフレーム信号が届かない場合、タイマー部50は、かかる事実を周辺APリスト管理部60に知らせ、これにより周辺APリスト管理部60は、メモリ70に格納されている周辺APリストを更新する。これに関するより詳細な説明は後述することにする。また、所定の周辺APから300msの間ビーコンフレーム信号が1度も届かない場合、タイマー部50は、かかる事実を周辺APリスト管理部60に知らせ、この場合、周辺APリスト管理部60は、前記周辺APを周辺APリストから消去する。
制御部80は、第1の信号処理部30から送られたデータを用いて移動端末100と現在通信中のサービングAPの無線チャンネルの状態を分析する。分析の結果、サービングAPの無線チャンネル状態が良好である場合、制御部80は、サービングAPから継続してデータを受信する。一方、無線チャンネルの状態が不良である場合、制御部80は、ハンドオーバーを行うための動作を開始する。
より詳述すれば、移動端末100と現在通信中のサービングAPから検知されるSNR値が予め設定された所定の第1の閾値THR_1より小さくなれば、制御部80は、移動端末100がハンドオーバーを行うための予備段階に進入するように制御し、サービングAPから検知されるSNR値が予め設定された所定の第2の閾値THR_2より小さくなれば、制御部80は、移動端末100が実際にハンドオーバーを行うように制御する。また、サービングAPから検知されるSNR値が予め設定された所定の第3の閾値THR_3より小さくなれば、制御部80は、移動端末100とサービングAPとの通信が断たれるように制御するか、サービングAPとの再連結を試みる。
図3は、SNR値の変化によって移動端末に隣接している所定の周辺APの状態が変化する一例を示す図である。図3において、第1の閾値THR_1は、第2の閾値THR_2より大きい値を有する。
図3を参照すれば、周辺APから最初に検知されるSNR値は、予め設定された第2の閾値THR_2より小さい状態で検出され、このような場合、周辺APを検出APであると仮定する(S300)。検出AP状態で100ms内に周辺APからビーコンフレーム信号が届かなければ(S310)、周辺APリスト管理部60は、周辺APが検出AP状態を保持し続けるようにする(S300)。一方、300ms内に周辺APからビーコンフレーム信号が1度も届かなければ、周辺APリスト管理部60は、メモリ70に格納されている周辺APリストから当該周辺APを消去する。
検出AP状態(S300)で、周辺APのチャンネル状態を示す数値であるSNR値が予め設定された所定の第2の閾値THR_2より大きくなれば、周辺APリスト管理部60は、検出APの状態を第1の候補AP状態に変更する(S320)。また、検出APのチャンネル状態を示す数値が予め設定された所定の第1の閾値THR_1より大きくなれば、周辺APリスト管理部60は、検出APの状態を第2の候補AP状態に変更する(S330)。
まず、第1の候補AP状態(S320)を基準にして説明する。第1の候補AP状態(S320)は、周辺APから検知されるSNR値が第2の閾値THR_2より大きくなる場合をいう。この状態で、周辺APから検知されるSNR値が再び第2の閾値THR_2より小さくなれば、周辺APの状態は、第1の候補AP状態(S320)から検出AP状態(S300)に再変更され、従って、メモリ70に格納されている周辺APリストにおける周辺APの現在状態が第1の候補APから検出APに再変更される。
一方、第1の候補AP状態(S320)で、移動端末100に隣接している周辺APから検知されるSNR値が増加し続け、他の周辺APのうち最も高い数値を示すと、周辺APリスト管理部60は、周辺APの状態を第1の候補AP状態(S320)からターゲットAP状態(S340)に変更し、メモリ70に格納されている周辺APリストをアップデートする。
また、ターゲットAP(S340)のチャンネル状態を示す数値であるSNR値が漸次下がり、他の周辺APから検知されるSNR値より小さくなるか(S350a)、移動端末100の第2の受信部20がターゲットAPよりビーコンフレーム信号を100ms間隔毎に少なくとも1回受信できない場合(S350b)、ターゲットAP(S340)は、第2の候補AP状態に変更される(S330)。
次いで、第2の候補AP状態(S330)を中心に説明する。第2の候補AP状態(S330)になる場合は、上述したようにターゲットAP状態(S340)から変更される場合のみならず、検出APのチャンネル状態を示す数値のSNR値が第1の閾値THR_1より大きくなる場合をも含む。
このような第2の候補AP状態(S330)では、第2の候補APから検知されるSNR値が他の周辺APから検知されるSNR値より大きくなれば、第2の候補APの状態(S330)は、ターゲットAPの状態(S340)に再変更される。
一方、第2の候補AP状態(S330)でSNR値が第1の閾値THR_1より小さくなるか(S360a)、移動端末100の第2の受信部20が前記候補APよりビーコンフレーム信号を少なくとも1回受信できない場合(S360b)、周辺APの状態は、第2の候補AP状態(S330)から検出AP状態(S300)に変更される。
図4は、経時的な周辺APのSNRの変化を示すグラフである。図4におけるAP1、AP2、AP3は、移動端末に隣接している周辺APを示す。
図4を参照すれば、AP1から検知されるSNR値が予め設定された所定の第1の閾値THR_1より大きい値を有し、時間T1で他の周辺APから検知されるSNR値のうち最も大きいSNR値を有するため、AP1はターゲットAP状態になる。このとき、AP2及びAP3から検知されるSNR値が予め設定された所定の第2の閾値THR_2より小さいため、AP2及びAP3ともに検出AP状態を保持する。
時間T2で、AP2から検出されるSNR値が予め設定された所定の第2の閾値THR_2より大きくなるため、AP2の状態は、検出AP状態から候補AP状態に変更される。時間T3では、移動端末100がAP1より所定の時間、即ち100ms内にビーコンフレーム信号を受信できなかった場合を示し、このとき、AP1は、ターゲットAP状態から候補AP状態に変更され、これに伴い、AP2の状態が反射的に候補AP状態からターゲットAP状態に変更される。
時間T4では、移動端末100が再びAP1よりビーコンフレーム信号を受信し、AP1から検知されるSNR値のうち最も高い数値を示すため、AP1の状態が候補AP状態からターゲットAP状態に再変更され、これに伴い、AP2の状態がターゲットAP状態から候補AP状態に再変更される。
時間T5では、AP2から検知されるSNR値がAP1から検知されるSNR値を超えて最も高い数値を示すため、AP2がターゲットAPになり、AP1は候補APになる。また、時間T6では、AP1から検知されるSNR値が第2の閾値THR_2より小さくなるため、AP1は検出APになる。
前述したそれぞれの時間T1乃至T6での周辺APの状態を表にてまとめてみれば、次の表1の通りである。
Figure 2005333648
前述したような方式によりメモリ70に格納されている周辺APリストが管理される。
一方、本発明に係るIEEE 802.11網に最適化したハンドオーバー方法は、ハンドオーバーの予備段階とハンドオーバーの実行段階とに大別される。移動端末100と現在通信中のサービングAPのチャンネル状態を示す数値、即ち、SNR値が予め設定された所定の第1の閾値THR_1より小さくなれば、ハンドオーバーの予備段階が行われ、移動端末100と現在通信中のサービングAPのチャンネル状態を示す数値、即ち、SNR値が予め設定された所定の第2の閾値THR_2より小さくなれば、実際のハンドオーバーが行われる。ここで、所定の第1の閾値THR_1の大きさが所定の第2の閾値THR_2より大きいのは上述した通りである。
以下、ハンドオーバーの予備段階について先に説明し、次いでハンドオーバーの実行段階について説明することにする。
ハンドオーバーの予備段階が開始すれば、まず、移動端末100は自分が管理している周辺APリストから候補AP及びターゲットAPを決め、決められた候補AP及びターゲットAPに関する各種の情報検索を行い、これらに関する情報を獲得するプロセスが行われる。次いで、移動端末は、FBU(Fast Binding Update)メッセージ、ターゲットAP及び候補APに対するBSSID(Basic Service Set Identifier)並びに自分のMACアドレスを現在自分の属しているアクセスルーターへ伝送するようになる。
図5は、本発明の一実施形態によってハンドオーバーの予備段階が行われる時点を示すグラフである。図5において、移動端末100と現在通信中のサービングAPのチャンネル状態を示す数値であるSNR値が予め設定された所定の第1の閾値THR_1より小さくなれば、LQCT(Link_Quality_Crosses_Threshold)トリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送され、これにより実際の予備段階を行うための予備動作が行われる。
このとき、移動端末100と通信中のサービングAP及び移動端末100と新たに通信を行う可能性のある周辺AP(候補APまたはターゲットAP)が別のサブネットワークに属する場合と、移動端末100と通信中のサービングAP及び移動端末100と新たに通信を行う可能性のある周辺AP(候補AP及びターゲットAP)が同じサブネットワークに属する場合、ハンドオーバーの予備段階がそれぞれ異なって行われる。
図6は、移動端末と通信中のサービングAP及び移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺APがそれぞれ別のサブネットワークに属する場合における、ハンドオーバーの予備段階の動作過程を示すフローチャートである。なお、図6、図7のBSSIDsには、候補APのBSSID及びターゲットAPのBSSIDが含まれている。
図6を参照すれば、まず、移動端末100と現在通信中のサービングAPのチャンネル状態を示す数値であるSNR値が予め設定された所定の第1の閾値THR_1より小さくなれば、LQCTトリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される(S610)。次いで、移動端末100は、FBU(Fast Binding Update)メッセージと自分のMACアドレス及びターゲットAPと候補APのBSSIDを自分の属しているサブネットワークを管理するアクセスルーター(以下、明細書の記述上の便宜のために‘PAR’という)へ伝送する(S620)。ここで、APのBSSIDは、APのMACアドレス情報を含んでいる。
一方、移動端末100がFBUメッセージと自分のMACアドレス(MN MAC)及びターゲットAPと候補APのBSSIDをPARへ伝送する時点からはロック動作が開始する。かかるロック動作が行われる間は、移動端末100に隣接している周辺APから候補APが新たに見付かっても、周辺APリスト管理部60は新たに見付かった候補APをメモリ70に格納されている周辺APリストに追加することができず、新たに見付かった候補APは、‘待ちキュー’に追加される。単に、移動端末100は、周辺APリストに格納されているAPから所定のAPを消去することができ、候補APから新しいターゲットAPを決めることができるだけである。このようなロック動作は、ターゲットAPが決められ、前記APターゲットへMVN(Movement notification)メッセージを伝送するか、または、移動端末100がFBAckメッセージを伝送されてから、予め設定された所定の時間が経過すれば終了するようになる。これについては、後述する該当部分でより詳しく説明することにする。
移動端末100から前記情報を伝送されたPARは、CAR(Candidate Access Router)テーブルを用いて移動端末100と通信を行う可能性のあるターゲットAP及び候補APにそれぞれ接続されたアクセスルーター(以下、明細書の記述上の便宜のために‘NAR’という)のアドレスを確認する。このとき、NARとPARとが互いに別のサブネットワークに属することは当然である。
次の表2は、CARテーブルの一例を表すものである。
Figure 2005333648
前記表2を参照すれば、PARは、CARテーブル上でそれぞれの周辺APのBSSIDに基づき、それぞれの周辺AP(ここでは、周辺APのうち移動端末と通信する可能性のあるターゲットAP及び候補APを意味する)にそれぞれ接続されるルーター(NAR)のアドレスが確認できるようになる。
次いで、PARは、前記ターゲットAP及び候補APにそれぞれ接続されたルーター(NAR)のアドレスへそれぞれHI(Handover Initiation)メッセージと移動端末100のMACアドレスを伝送する(S630)。
即ち、PARよりHI(Handover Initiation)メッセージと移動端末100のMACアドレスが伝送されれば、前記ターゲットAP及び候補APにそれぞれ接続されたアクセスルーター(NAR)は、HIメッセージに対する応答メッセージのHAckメッセージとRA(Router Advertisement)メッセージ及び唯一性が保障される仮アドレスを含むメッセージの‘Ω’をPARへ伝送する(S640)。このとき、他の移動端末がそれぞれのNARが属するサブネットワークに進入すれば、これらにより唯一性が保障される仮アドレスを含むメッセージの‘Ω’を用いる可能性があるため、これを防止するためにそれぞれのNARは、RFC 2642に明示されているプロキシ近隣キャッシュエントリー(proxy Neighbor Cache Entry)技法を用いて‘Ω’を保護する。
一般に、それぞれのルーターは、RFC 3041に記載された方法を用いて自分が管理するネットワークのプレフィックス(Prefix)と符合する新規な仮アドレスを所定の個数だけ生成するか、またはDHCPv6サーバーからアドレスを借りる。このように、生成したか、または借りたアドレスは、RFC 2641の標準重複アドレス検出(Duplication Address Detection:DAD)過程を通じて重複性の検査が行われ、重複性検査を通って唯一性を認められたアドレスは、ルーター自らが管理するアドレスプール(address pool)に格納される。このようにアドレスプールに格納され、唯一性が保障される所定の個数の仮アドレスのいずれかを含むメッセージを‘Ω’と定義する。上述した説明からPARがNARよりRAメッセージと‘Ω’を伝送されれば、移動性検知(Movement Detection)及び重複アドレス検出過程が完了したことが分かる。
移動端末100の属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターPARは、前記ターゲットAP及び候補APにそれぞれ接続されたアクセスルーター(NAR)より伝送されたRAメッセージと‘Ω’を取り集め、これらの取り集めたRAメッセージ及び‘Ω’をFBAckメッセージと共に移動端末へ伝送する(S650)。このような方式で移動端末100がFBAckメッセージと取り集められたRAメッセージ及び‘Ω’を伝送されれば、ハンドオーバーを行うための予備段階が終了し、このとき、移動端末100は、タイマー部50を動作させ、予め設定された所定の時間(略3秒間程度)カウントを行う。予め設定された所定の時間が経過すれば、前述したロック動作が止まる。
図7は、移動端末と通信中のサービングAP及び移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺APとが同じサブネットワークに属する場合における、ハンドオーバーの予備段階の動作過程を示すフローチャートである。
図7を参照すれば、まず、移動端末100と現在通信中のサービングAPのチャンネル状態を示す数値であるSNR値が予め設定された所定の第1の閾値THR_1より小さくなれば、LQCTトリガーが発生する(S710)。次いで、移動端末100は、FBU(Fast Binding Update)メッセージと自分のMACアドレス及び移動端末100と通信中のサービングAPと同じサブネットワークに属しているターゲットAP及び候補APのBSSIDを移動端末100に接続されたアクセスルーターARへ伝送する(S720)。
このとき、移動端末100と新たに通信を行う可能性のある周辺APと移動端末100とが同じサブネットワークに属するため、IPハンドオーバーを不要とし、IEEE 802.11の標準スペックによるハンドオーバーを行えばよい。従って、アクセスルーター(AR)は、FBAckメッセージを移動端末100へ伝送し(S730)、これをもってハンドオーバーを行うための予備段階が終了する。このとき、移動端末100は、タイマー部50を動作させ、予め設定された所定の時間(略3秒間程度)カウントを行う。予め設定された所定の時間が経過すれば、前述したロック動作が止まる。
図8A及び図8Bは、ハンドオーバーの予備段階の動作過程に関する具体的な一例を説明するための図である。図8A及び図8Bにおいて、AP1、AP4は候補APであり、AP3は検出APであり、AP2はターゲットAPであると仮定する。移動端末100と現在通信中のサービング(Serving)APと候補APのAP1とは同じサブネットワークに属し、同じルーターの第2のルーターR2に共通して接続されている。同様に、検出APのAP3と候補APのAP4とは同じサブネットワークに属し、同じルーターの第3のルーターR3にそれぞれ接続されており、AP2は第4のルーターR4に接続されている。
移動端末100と現在通信中のサービングAPから検知されるSNR値が予め設定された所定の第1の閾値THR_1より小さくなり、LQCTトリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送されれば、移動端末100は、FBUメッセージと自分のMACアドレス及びターゲットAPのAP2のBSSIDと候補APのAP1、AP4のBSSIDを自分の属するサブネットワークを管理するルーターの第2のルーターR2へ伝送する。ここで、AP1は、移動端末100と通信中のサービングAPと同じサブネットワークに属し、同じルーターの第2のルーターR2を共有するのに対し、AP2とAP4は、移動端末100と通信中のサービングAPとは別のネットワークに属し、それぞれ第4のルーターR4及び第3のルーターR3に接続される。
AP2とAP4は、移動端末100とは別のサブネットワークに属するため、第2のルーターR2は、ターゲットAPのAP2に接続されたルーターの第4のルーターR4及び候補APのAP4に接続されたルーターの第3のルーターR3へそれぞれHIメッセージと移動端末100のMACアドレスを伝送する。一方、AP1の場合、移動端末100と同じサブネットワークに属する第2のルーターR2に接続されているため、この場合、第2のルーターR2は、HIメッセージ及び移動端末100のMACアドレスを伝送する必要はない。その代わりに、これに対する応答として第2のルーターR2は、FBAckメッセージを移動端末100へ伝送する。
第2のルーターR2よりHIメッセージと移動端末100のMACアドレスが伝送されれば、前記ターゲットAPのAP2に接続された第4のルーターR4は、HIメッセージに対する応答メッセージのHAckメッセージとRA´メッセージ及び唯一性が保障される仮アドレスを含むメッセージのΩ´を第2のルーターR2へ伝送する。これと同様に、候補APのAP4に接続された第3のルーターR3は、HIメッセージに対する応答メッセージのHAckメッセージとRA´´メッセージ及び唯一性が保障される仮アドレスを含むメッセージのΩ´´を第2のルーターR2へ伝送する。
第2のルーターR2は、前記ターゲットAPのAP2に接続された第4のルーターR4より伝送されたHAckメッセージとRA´メッセージ及び唯一性が保障される仮アドレスを含むメッセージのΩ´と候補APのAP4に接続された第3のルーターR3より伝送されるHAckメッセージとRA´´メッセージとΩ´´を取り集め、これらの取り集めたメッセージをFBAckメッセージと共に移動端末100へ伝送する。
図9A乃至図9Cは、ハンドオーバーを行う際の移動端末の移動経路に関する3通りの類型を示す図である。まず、図9Aは、ハンドオーバーの予備段階が終了してからタイマー部50が動作する予め設定された所定の時間(略3秒)内にハンドオーバーの実行段階に進入する場合を示す。即ち、ハンドオーバーの予備段階が終了してからタイマー部50が動作する予め設定された所定の時間内にサービングAPから検知されるSNR値が第2の閾値THR_2より低くなる場合を示し、この場合、移動端末100は、正常的にハンドオーバーの実行段階に進入する。このとき、移動端末100は、候補APに対するロック動作を止め、候補APからターゲットAPを決める。
図9Bは、移動端末がハンドオーバーの予備段階が終了してからタイマー部50が動作する予め設定された所定の時間(略3秒間)内にハンドオーバーの実行段階に進入できない場合を示す。即ち、ハンドオーバーの予備段階が終了してからタイマー部50が動作する予め設定された所定の時間内にサービングAPから検知されるSNR値が第2の閾値THR_2より低くならず、第1の閾値THR_1と第2の閾値THR_2との間に存在すれば、予め設定された所定の時間が経過してから再びハンドオーバーの予備段階が行われる。このとき、移動端末100は、待ちキューに格納されているAPリストに基づき、周辺APリスト上の候補APをアップデートし、アップデートされた候補APからターゲットAPを決める。次いで、移動端末100は、アップデートされた前記候補AP及びターゲットAPのBSSIDと移動端末100のMACアドレス及びFBUメッセージを現在自分の属しているアクセスルーターへ再送するようになる。
図9Cは、移動端末のハンドオーバーの過程が初期化する場合を示す。即ち、ハンドオーバーの予備段階が終了してからタイマー部50が動作する予め設定された所定の時間(略3秒間)内にサービングAPから検知されるSNR値が第1の閾値THR_1より大きくなれば、初期化動作が行われる。初期化の際、周辺APリスト管理部60によりメモリ70に格納されていた周辺APリスト上の候補AP及びターゲットAPのすべてが消去される。次いで、再び手動スキャンニング方式にて周辺APから検知されるSNR値と所定の閾値との比較により周辺APリストが再作成される。
図10は、ハンドオーバーの実行段階が開始する時点を示すグラフである。図10を参照すれば、移動端末100と現在通信中のAPであるサービングAPから検知されるSNR値が予め設定された所定の第2の閾値THR_2より小さくなれば、LGD(Link Going Down)トリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送され、レイヤー3において実際にハンドオーバーが行われる。
一方、ハンドオーバーの実行段階は、ハンドオーバーの予備段階と同様に移動端末100が通信を行うターゲットAPが移動端末と同じサブネットワークに属するか否かによって異なって行われる。
図11は、移動端末が別のサブネットワークに属しているターゲットAPと通信を行う場合における、ハンドオーバーの実行段階の動作過程を示すフローチャートである。なお、図11において、S610段階乃至S650段階は、ハンドオーバーの予備段階において行われる手続きであるので、繰り返しの説明は省くことにする。また、図11、図12のBSSIDsには、候補APのBSSID及びターゲットAPのBSSIDが含まれている。
図11を参照すれば、まず、移動端末100と現在通信中のAPであるサービングAPから検知されるSNR値が予め設定された所定の第2の閾値THR_2より小さくなれば、LGDトリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される(S1110)。このとき、移動端末100は、MVNメッセージ及び唯一性が保障される仮アドレスを含むメッセージの‘Ω’を現在自分の属しているサブネットワークを管理するアクセスルーター(PAR)へ伝送する(S1120)。MVNメッセージは、移動端末100自らが、自分が移動する旨の情報をアクセスルーター(PAR)へ知らせるメッセージである。
MVNメッセージ及び唯一性が保障される仮アドレスを含むメッセージの‘Ω’を送られる瞬間(S1120)、アクセスルーター(PAR)は、移動端末100の前仮アドレスに向かうパケットをインターセプトし、‘Ω’に乗せられている新しい仮アドレスにトンネリング(tunneling)を行う(S1130)。また、アクセスルーター(PAR)は、トンネリングの開始後(S1130)、MVNメッセージに対する応答メッセージのMVAckメッセージを移動端末へ伝送する(S1140)。
MVAckメッセージを伝送された移動端末100は、即座にLS(Link Switch)トリガー情報をレイヤー3からレイヤー2へ伝送する(S1150)。
一方、前記S1120段階において、移動端末100がMVNメッセージを自分の属しているサブネットワークを管理するアクセスルーター(PAR)へ伝送してから10ms内にMVAckメッセージを受信できない場合、移動端末100は、MVNメッセージをアクセスルーター(PAR)へ再送するようになる。このとき、再送してから10ms内にMVAckメッセージを受信できない場合にも、移動端末100は、LS(Link Switch)トリガー情報をレイヤー3からレイヤー2へ伝送する(S1150)。その他、移動端末100と現在通信中のサービングAPから検知されるSNR値が予め設定された所定の第3の閾値THR_3より低く(小さく)なる場合も、これと同様にLSトリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送される(S1150)。ここで、所定の第3の閾値THR_3は、所定の第1の閾値THR_1及び所定の第2の閾値THR_2より小さい値を有する。
このように、LSトリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送されれば(S1150)、移動端末は、選択されたターゲットAPへ再連結を試みる(S1160)。
再連結が完了すれば、リンクアップトリガー(Link_Up Trigger)情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される(S1170)。次いで、移動端末100は、前サブネットワークより伝送され保有しているルーター広告(RA)メッセージ及び‘Ω’に乗せられている新しい仮アドレスを用いて移動端末100を構成する(S1180)。より詳述すれば、移動端末100は、前ネットワークより伝送され保有しているルーター広告(RA)をターゲットAPに接続された新規アクセスルーター(NAR)より正常的に送られたように処理する。また、移動端末100は、前ネットワークより伝送され保有している‘Ω’に乗せられている新規仮アドレスを自分のインターフェイスに割り当てる。
その後、移動端末100は、自分が新しいネットワークに着いたことを知らせるためにターゲットAPに接続された新規アクセスルーター(NAR)へFNAメッセージを伝送する(S1190)。
FNAメッセージを伝送されたNARは、正常的なルーティング作業によりトンネリングされたパケットを移動端末100へ伝送する(S1195)。一方、新規アクセスルーター(NAR)が前アクセスルーター(PAR)によりトンネリングされるパケットを先に受け、‘Ω’に乗せられている新しい仮アドレスに向かうパケットに対しバッファリングを行っている最中に移動端末100よりFNAメッセージを受けた場合、バッファリングされたパケットをすべて移動端末100へ伝送する(S1195)。また、NARは、プロキシ近隣キャッシュ(proxy neighbor cache)をノーマル近隣キャッシュ(normal neighbor cache)に変更し、‘Ω’に対する保護を終了する。
図12は、移動端末が自分と同じサブネットワークに属しているターゲットAPと通信を行う場合における、ハンドオーバーの実行段階の動作過程を示すフローチャートである。図12におけるS710乃至S730段階は、ハンドオーバーの予備段階で行われる手続きであるため、重複説明は省く。
図12を参照すれば、まず、移動端末100と現在通信中のAPであるサービングAPから検知されるSNR値が予め設定された所定の第2の閾値THR_2より小さくなれば、LGDトリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される(S1210)。このとき、移動端末100は、MVNメッセージを自分の属しているアクセスルーター(AR)へ伝送する(S1220)。
MVNメッセージを送られたアクセスルーター(AR)は、バッファリングを開始し(S1230)、MVNメッセージに対する応答メッセージのMVAckメッセージを移動端末100へ伝送する(S1240)。
MVAckメッセージを伝送された移動端末100は、即座にLSトリガー情報をレイヤー3からレイヤー2へ伝送する(S1250)。
一方、前記S1220段階において、移動端末100がMVNメッセージを自分の属しているサブネットワークを管理するアクセスルーター(AR)へ伝送してから10ms内にMVAckメッセージを受信できない場合、移動端末100は、MVNメッセージをアクセスルーター(AR)へ再送するようになる。このとき、再送してから10ms内にMVAckメッセージを受信できない場合にも、移動端末100は、LSトリガー情報をレイヤー3からレイヤー2へ伝送する(S1250)。その他、移動端末100と現在通信中のサービングAPから検知されるSNR値が予め設定された所定の第3の閾値THR_3より低くなる場合も、これと同様にLSトリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送される(S1250)。ここで、所定の第3の閾値THR_3は、所定の第1の閾値THR_1及び所定の第2の閾値THR_2より小さい値を有する。
このように、LSトリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送されれば(S1250)、移動端末は、選択されたターゲットAPへ再連結を試みる(S1260)。
再連結が完了すれば、リンクアップトリガー(Link_Up Trigger)情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される(S1270)。次いで、移動端末100は、アクセスルーター(AR)へFNAメッセージを伝送する(S1280)。FNAメッセージを伝送されたアクセスルーター(AR)は、バッファリングされたパケットを移動端末100へ伝送する(S1290)。
なお、周辺APが検出AP状態である場合において、周辺APから検知されるSNR値が、予め設定された第1の閾値THR_1より大きくなれば、周辺APは、検出AP状態から第2の候補AP状態に変更されることもある。
このような過程によりIEEE 802.11網に最適化した高速ハンドオーバー方法が行われる。一方、本実施形態では、IEEE 802.11網を対象にした高速ハンドオーバー方法について説明したが、これに限定されるものではなく、他のIEEE 802.1x網にも本発明に係る高速ハンドオーバー方法を適用することができる。
以上、本発明の好適な実施形態について図示し説明したが、本発明は、上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも種々の変形実施が可能であることはもとより、そのような変更は、請求の範囲の記載の範囲に属することは自明である。
本発明に係るIEEE 802.11網に最適化した高速ハンドオーバー方法を行うための移動端末の構造を示す図である。 移動端末が、移動端末に隣接している周辺APより受信したSNR値の変化を示すグラフである。 第1の信号処理部または第2の信号処理部での信号処理を通じて算出されるSmoothed SNR値の変化を示すグラフである。 第1の信号処理部または第2の信号処理部での信号処理を通じて算出されるSmoothed SNR値の変化を示すグラフである。 第1の信号処理部または第2の信号処理部での信号処理を通じて算出されるSmoothed SNR値の変化を示すグラフである。 第1の信号処理部または第2の信号処理部での信号処理を通じて算出されるSmoothed SNR値の変化を示すグラフである。 SNRの変化によって移動端末に隣接している所定の周辺APの状態が変化する一例を示す図である。 経時的な周辺APのSNRの変化を示すグラフである。 本発明の一実施例によりハンドオーバーの予備段階が行われる時点を示すグラフである。 移動端末と現在通信中のサービングAP及び移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺APがそれぞれ別のサブネットワークに属する場合における、ハンドオーバーの予備段階の動作過程を示すフローチャートである。 移動端末と現在通信中のサービングAP及び移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺APが同じサブネットワークに属する場合における、ハンドオーバーの予備段階の動作過程を示すフローチャートである。 ハンドオーバーの予備段階の動作過程に関する具体的な一例を説明するための図である。 ハンドオーバーの予備段階の動作過程に関する具体的な一例を説明するための図である。 ハンドオーバーを行う際の移動端末の移動経路に関する3通りの類型を示す図である。 ハンドオーバーを行う際の移動端末の移動経路に関する3通りの類型を示す図である。 ハンドオーバーを行う際の移動端末の移動経路に関する3通りの類型を示す図である。 ハンドオーバーの実行段階が開始する時点を示すグラフである。 移動端末が別のサブネットワークに属しているターゲットAPと通信を行う場合にハンドオーバーの実行段階の動作過程を示すフローチャートである。 移動端末が自分と同じサブネットワークに属しているターゲットAPと通信を行う場合における、ハンドオーバーの実行段階の動作過程を示すフローチャートである。
符号の説明
10 第1の送受信部
20 第2の受信部
30 第1の信号処理部
35 第2の信号処理部
40 比較部
50 タイマー部
60 周辺APリスト管理部
70 メモリ
82 制御部
100 移動端末

Claims (58)

  1. 移動端末と固有の無線チャンネルを用いて前記移動端末と通信を行う少なくとも2つの無線のアクセスポイントとからなる無線近距離システムにおいて前記移動端末がハンドオーバーを行う高速ハンドオーバー方法であって、
    前記移動端末と現在通信中のサービングアクセスポイント及び前記移動端末に隣接している周辺アクセスポイントよりビーコンフレーム信号を受信する段階と、
    前記周辺アクセスポイントより受信したビーコンフレーム信号に基づいて周辺アクセスポイントの状態を決めるための所定の第1の信号を生成する段階と、
    前記第1の信号と予め設定された所定の閾値とを比較し、比較結果に基づいて前記周辺アクセスポイントを検出アクセスポイント、候補アクセスポイントまたはターゲットアクセスポイントに分類し、分類した結果を周辺アクセスポイントリスト上に格納する段階と、
    前記周辺アクセスポイントリストに基づいてハンドオーバーを行うアクセスポイントを決める段階と、
    を含むことを特徴とする高速ハンドオーバー方法。
  2. 前記ビーコンフレーム信号は、所定の周期で前記アクセスポイントから前記移動端末に受信されることを特徴とする請求項1に記載の高速ハンドオーバー方法。
  3. 前記ビーコンフレーム信号は、前記移動端末の要請がある場合に、前記アクセスポイントから前記移動端末に送信されることを特徴とする請求項1に記載の高速ハンドオーバー方法。
  4. 前記第1の信号は、SNR、RSSI、BERまたはPERであることを特徴とする請求項1に記載の高速ハンドオーバー方法。
  5. 前記第1の信号がSNRである場合、前記SNRを信号処理してSmoothed SNRを計算し、このSmoothed SNRと予め設定された所定の閾値を比較した後、比較結果に応じて前記周辺アクセスポイントを検出アクセスポイント、候補アクセスポイントまたはターゲットアクセスポイントに分類し、分類した結果を周辺アクセスポイントリスト上に格納することを特徴とする請求項4に記載の高速ハンドオーバー方法。
  6. 前記Smoothed SNRは式(1)により算出されることを特徴とする請求項5に記載の高速ハンドオーバー方法。
    Figure 2005333648
    ここで、式(1)において、KSは変数を、SNRcは現在時間で測定したSNR値を、SNRpは現在時間の1周期前の時間で測定したSNR値をそれぞれ表す。
  7. 前記所定の閾値は、予め設定された所定の第1の閾値、第2の閾値、及び第3の閾値を含み、前記第1の閾値の大きさは、前記第2の閾値より大きく、前記第2の閾値の大きさは、前記第3の閾値より大きいことを特徴とする請求項1に記載の高速ハンドオーバー方法。
  8. 前記候補アクセスポイント及び前記ターゲットアクセスポイントは、前記移動端末と新たに通信を行う可能性のあるアクセスポイントであることを特徴とする請求項1に記載の高速ハンドオーバー方法。
  9. 前記周辺アクセスポイントから、前記予め設定された所定の第2の閾値より小さい大きさの第1の信号が最初に検出される場合、前記周辺アクセスポイントは検出アクセスポイント状態と判断されることを特徴とする請求項1に記載の高速ハンドオーバー方法。
  10. 前記周辺アクセスポイントが前記検出アクセスポイント状態である場合において、前記移動端末が前記周辺アクセスポイントより前記ビーコンフレーム信号を100ms周期毎に少なくとも1回受信できない場合、前記周辺アクセスポイントは、前記検出アクセスポイント状態を保つことを特徴とする請求項9に記載の高速ハンドオーバー方法。
  11. 前記周辺アクセスポイントが前記検出アクセスポイント状態である場合において、前記移動端末が前記周辺アクセスポイントより前記ビーコンフレーム信号を300msの間少なくとも1回受信できない場合、前記周辺アクセスポイントは、前記周辺アクセスポイントリストから消去されることを特徴とする請求項9に記載の高速ハンドオーバー方法。
  12. 前記周辺アクセスポイントが前記検出アクセスポイント状態である場合において、前記周辺アクセスポイントから検知される前記第1の信号の大きさが前記予め設定された所定の第2の閾値より大きくなれば、前記周辺アクセスポイントは、検出アクセスポイント状態から第1の候補アクセスポイント状態に変更されることを特徴とする請求項9に記載の高速ハンドオーバー方法。
  13. 前記周辺アクセスポイントが前記第1の候補アクセスポイント状態である場合において、前記周辺アクセスポイントから検知される前記第1の信号の大きさが前記移動端末に隣接している他の周辺アクセスポイントから検知される前記第1の信号の大きさより大きくなれば、前記周辺アクセスポイントは、前記第1の候補アクセスポイント状態からターゲットアクセスポイント状態に変更されることを特徴とする請求項12に記載の高速ハンドオーバー方法。
  14. 前記周辺アクセスポイントが前記第1の候補アクセスポイント状態である場合において、前記周辺アクセスポイントから検知される前記第1の信号の大きさが前記予め設定された所定の第2の閾値より小さくなれば、前記周辺アクセスポイントは、前記第1の候補アクセスポイント状態から前記検出アクセスポイント状態に変更されることを特徴とする請求項12に記載の高速ハンドオーバー方法。
  15. 前記周辺アクセスポイントが前記ターゲットアクセスポイント状態である場合において、前記周辺アクセスポイントから検知される前記第1の信号の大きさが前記移動端末に隣接している他の周辺アクセスポイントから検知される第1の信号の大きさより小さくなれば、前記周辺アクセスポイントは、前記ターゲットアクセスポイント状態から第2の候補アクセスポイント状態に変更されることを特徴とする請求項13に記載の高速ハンドオーバー方法。
  16. 前記周辺アクセスポイントが前記ターゲットアクセスポイント状態である場合において、前記移動端末が前記周辺アクセスポイントより前記ビーコンフレーム信号を100ms周期毎に少なくとも1回受信できない場合、前記周辺アクセスポイントは、前記ターゲットアクセスポイント状態から第2の候補アクセスポイント状態に変更されることを特徴とする請求項13に記載の高速ハンドオーバー方法。
  17. 前記周辺アクセスポイントが前記第2の候補アクセスポイント状態である場合において、前記周辺アクセスポイントから検知される前記第1の信号の大きさが前記予め設定された所定の第1の閾値より小さくなれば、前記周辺アクセスポイントは、前記第2の候補アクセスポイント状態から前記検出アクセスポイント状態に変更されることを特徴とする請求項15に記載の高速ハンドオーバー方法。
  18. 前記周辺アクセスポイントが前記第2の候補アクセスポイント状態である場合において、前記移動端末が前記周辺アクセスポイントより前記ビーコンフレーム信号を100ms間隔毎に少なくとも1回受信できない場合、前記周辺アクセスポイントは、前記第2の候補アクセスポイント状態から前記検出アクセスポイント状態に変更されることを特徴とする請求項15に記載の高速ハンドオーバー方法。
  19. 前記周辺アクセスポイントが前記検出アクセスポイント状態である場合において、前記周辺アクセスポイントから検知される前記第1の信号の大きさが前記予め設定された所定の第1の閾値より大きくなれば、前記周辺アクセスポイントは、前記検出アクセスポイント状態から前記第2の候補アクセスポイント状態に変更されることを特徴とする請求項18に記載の高速ハンドオーバー方法。
  20. 前記サービングアクセスポイントから検知される所定の第1の信号の大きさが予め設定された前記所定の第1の閾値より小さくなれば、ハンドオーバーを行うための予備段階が開始することを特徴とする請求項7に記載の高速ハンドオーバー方法。
  21. 前記ハンドオーバーを行うための予備段階は、
    前記移動端末と通信中のサービングアクセスポイント及び前記移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺アクセスポイントが別のサブネットワークに属する場合と、前記移動端末と通信中のサービングアクセスポイント及び前記移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺アクセスポイントが同じサブネットワークに属する場合とに分けられることを特徴とする請求項20に記載の高速ハンドオーバー方法。
  22. 前記ハンドオーバーを行うための予備段階は、
    (a)LQCTトリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される段階と、
    (b)前記周辺アクセスポイントリストから前記移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺アクセスポイントの候補アクセスポイント及びターゲットアクセスポイントが決められ、決められた前記候補アクセスポイント及び前記ターゲットアクセスポイントに関する各種の情報検索が行われる段階と、
    (c)この情報検索の結果、前記移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺アクセスポイントが前記移動端末と通信中のサービンアクセスポイントとは別のサブネットワークに属する場合、前記移動端末のMACアドレスと、前記候補アクセスポイント及び前記ターゲットアクセスポイントのBSSID及びFBUメッセージが前記移動端末から前記移動端末が現在属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターへ伝送される段階と、
    (d)前記移動端末が現在属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターから前記候補アクセスポイント及び前記ターゲットアクセスポイントにそれぞれ接続されたルーターへHIメッセージ及び前記移動端末のMACアドレスを伝送する段階と、
    (e)前記候補アクセスポイント及び前記ターゲットアクセスポイントにそれぞれ接続されたルーターから前記移動端末が現在属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターへ前記HIメッセージに対する応答メッセージのHAckメッセージとRAメッセージ及び唯一性が保障される仮アドレスを含むメッセージが伝送される段階と、
    (f)前記候補アクセスポイント及び前記ターゲットアクセスポイントに接続されたルーターより伝送されたそれぞれのRAメッセージ及び唯一性が保障される仮アドレスを含むメッセージが取り集められ、FBAckメッセージと共に前記移動端末へ伝送される段階と、
    を含むことを特徴とする請求項20に記載の高速ハンドオーバー方法。
  23. 前記(c)段階の後、
    前記移動端末に隣接している周辺アクセスポイントから候補アクセスポイントが新たに見付かっても、前記候補アクセスポイントの周辺アクセスポイントリストへの追加が不可能なロック動作を開始することを特徴とする請求項22に記載の高速ハンドオーバー方法。
  24. 前記ロック動作が行われる間、新たに見付かった前記候補アクセスポイントは待ちキューに格納されることを特徴とする請求項23に記載の高速ハンドオーバー方法。
  25. 前記(d)段階において、CARテーブルから確認される前記候補アクセスポイント及び前記ターゲットアクセスポイントのBSSIDに基づいて前記ターゲットアクセスポイント及び前記候補アクセスポイントにそれぞれ接続されるルーターが確認されることを特徴とする請求項22に記載の高速ハンドオーバー方法。
  26. 前記候補アクセスポイント及び前記ターゲットアクセスポイントのBSSIDは、前記候補アクセスポイント及び前記ターゲットアクセスポイントのMACアドレス情報を含むことを特徴とする請求項22に記載の高速ハンドオーバー方法。
  27. 前記(f)段階が完了すれば、前記ハンドオーバーを行うための前記予備段階が終わったことを意味し、この時点から予め設定された所定の時間タイマーが動作することを特徴とする請求項22に記載の高速ハンドオーバー方法。
  28. 前記予め設定された所定の時間は、3秒間であることを特徴とする請求項27に記載の高速ハンドオーバー方法。
  29. 前記予め設定された所定の時間内に前記サービングアクセスポイントから検知される第1の信号の大きさが第2の閾値より小さくなれば、前記移動端末はハンドオーバーの実行段階に進入することを特徴とする請求項27に記載の高速ハンドオーバー方法。
  30. 前記移動端末のハンドオーバーの実行段階への進入時、前記候補アクセスポイントに対するロック動作が解除し、候補アクセスポイントからターゲットアクセスポイントが再び決められることを特徴とする請求項29に記載の高速ハンドオーバー方法。
  31. 前記予め設定された所定の時間内に前記サービングアクセスポイントから検知される第1の信号の大きさが第1の閾値と第2の閾値との間に存在すれば、前記予め設定された所定の時間の経過後に再びハンドオーバーを行うための予備段階が再度行われることを特徴とする請求項27に記載の高速ハンドオーバー方法。
  32. 前記ハンドオーバーを行うための予備段階を再度行うとき、待ちキューに格納された候補アクセスポイントを周辺アクセスポイントリスト上にアップデートし、アップデートされた周辺アクセスポイントリスト上の候補アクセスポイントからターゲットアクセスポイントが決められることを特徴とする請求項31に記載の高速ハンドオーバー方法。
  33. 前記予め設定された所定の時間内に前記サービングアクセスポイントから検知される第1の信号の大きさが予め設定された所定の第1の閾値より大きくなれば、前記周辺アクセスポイントリスト上の候補アクセスポイント及びターゲットアクセスポイントがすべて消去される初期化動作が行われることを特徴とする請求項27に記載の高速ハンドオーバー方法。
  34. 前記ハンドオーバーの実行段階は、
    (a)LGDトリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される段階と、
    (b)前記移動端末から前記移動端末の属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターへMVNメッセージと唯一性が保障される仮アドレスを含むメッセージが伝送される段階と、
    (c)前記移動端末の属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターによりトンネリングが行われ、前記MVNメッセージに対する応答メッセージのMVAckメッセージが前記アクセスルーターから前記移動端末へ伝送される段階と、
    を含むことを特徴とする請求項29に記載の高速ハンドオーバー方法。
  35. 前記MVNメッセージは、前記移動端末自らが自分が移動する旨の情報を前記アクセスルーターへ知らせるものであることを特徴とする請求項34に記載の高速ハンドオーバー方法。
  36. 前記(c)段階において、
    前記アクセスルーターは、前記移動端末の前仮アドレスに向かうパケットをインターセプトし、唯一性が保障される仮アドレスを含むメッセージに乗せられている新しい仮アドレスにトンネリングすることを特徴とする請求項34に記載の高速ハンドオーバー方法。
  37. 前記(c)段階において、
    前記MVAckメッセージが前記移動端末へ伝送されれば、LSトリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送されることを特徴とする請求項34に記載の高速ハンドオーバー方法。
  38. 前記サービングアクセスポイントから検知される第1の信号の大きさが予め設定された所定の第3の閾値THR_3より小さくなれば、LSトリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送されることを特徴とする請求項34に記載の高速ハンドオーバー方法。
  39. 前記(b)段階において前記MVNメッセージを伝送してから、
    前記移動端末が10ms内に前記アクセスルーターよりMVAckメッセージを受信できない場合、前記MVNメッセージを再送する段階と、
    前記MVNメッセージを再送してから10ms内にまたMVAckメッセージを受信できない場合、LSトリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送される段階と、
    を更に含むことを特徴とする請求項34に記載の高速ハンドオーバー方法。
  40. 前記LSトリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送されれば、
    前記周辺アクセスポイントリスト上の候補アクセスポイントから決められたターゲットアクセスポイントに再連結が試みられる段階と、
    再連結が完了すれば、LUトリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される段階と、
    前サブネットワークから伝送され保有しているルーター広告メッセージ及び唯一性が保障される仮アドレスを含むメッセージに乗せられた新しい仮アドレスを用いて移動端末を構成する段階と、
    前記移動端末から前記ターゲットアクセスポイントに接続されたアクセスルーターへFNAメッセージが伝送される段階と、
    前記FNAメッセージを伝送された前記アクセスルーターのルーティング作業によりトンネリングされるパケットが前記移動端末へ伝送される段階と、
    を更に含むことを特徴とする請求項37に記載の高速ハンドオーバー方法。
  41. 前記ターゲットアクセスポイントに接続されたアクセスルーターが前アクセスルーターによりトンネリングされるパケットを先に受け、唯一性が保障される仮アドレスを含むメッセージに乗せられている新しい仮アドレスに向かうパケットに対しバッファリングを行っている最中に前記移動端末から前記FNAメッセージを受けた場合、バッファリングされたパケットのすべてが移動端末へ伝送されることを特徴とする請求項40に記載の高速ハンドオーバー方法。
  42. 前記ハンドオーバーを行うための予備段階は、
    (a)LQCTトリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される段階と、
    (b)周辺アクセスポイントリストから前記移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺アクセスポイントの候補アクセスポイント及びターゲットアクセスポイントが決められ、決められた前記候補アクセスポイント及び前記ターゲットアクセスポイントに関する各種の情報検索が行われる段階と、
    (c)この情報検索の結果、前記移動端末と新たに通信を行う可能性のある周辺アクセスポイントが前記移動端末と同じサブネットワークに属する場合、前記移動端末のMACアドレスと、前記候補アクセスポイント及び前記ターゲットアクセスポイントのBSSID並びにFBUメッセージが前記移動端末から前記移動端末が現在属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターへ伝送される段階と、
    (d)前記移動端末が現在属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターから前記移動端末へ前記FBUメッセージに対する応答メッセージのFBAckメッセージが伝送される段階と、
    を含むことを特徴とする請求項20に記載の高速ハンドオーバー方法。
  43. 前記(c)段階の後、
    前記移動端末に隣接している周辺アクセスポイントから候補アクセスポイントが新たに見付かっても、前記候補アクセスポイントの周辺アクセスポイントリストへの追加が不可能なロック動作が開始することを特徴とする請求項42に記載の高速ハンドオーバー方法。
  44. 前記ロック動作が行われる間、新たに見付かった前記候補アクセスポイントは待ちキューに格納されることを特徴とする請求項43に記載の高速ハンドオーバー方法。
  45. 前記候補アクセスポイント及び前記ターゲットアクセスポイントのBSSIDは、前記候補アクセスポイント及び前記ターゲットアクセスポイントのMACアドレス情報を含むことを特徴とする請求項42に記載の高速ハンドオーバー方法。
  46. 前記(d)段階が完了すれば、前記ハンドオーバーを行うための予備段階が終わったことを意味し、この時点から予め設定された所定の時間タイマーが動作することを特徴とする請求項42に記載の高速ハンドオーバー方法。
  47. 前記予め設定された所定の時間は、3秒間であることを特徴とする請求項46に記載の高速ハンドオーバー方法。
  48. 前記予め設定された所定の時間内に前記サービングアクセスポイントから検知される第1の信号の大きさが第2の閾値より小さくなれば、前記移動端末はハンドオーバーの実行段階に進入することを特徴とする請求項46に記載の高速ハンドオーバー方法。
  49. 前記移動端末のハンドオーバーの実行段階への進入時、前記候補アクセスポイントに対するロック動作が解除し、前記候補アクセスポイントから前記ターゲットアクセスポイントが再び決められることを特徴とする請求項48に記載の高速ハンドオーバー方法。
  50. 前記予め設定された所定の時間内に前記サービングアクセスポイントから検知される第1の信号の大きさが第1の閾値と第2の閾値との間に存在すれば、前記予め設定された所定の時間の経過後に再びハンドオーバーを行うための予備段階が再度行われることを特徴とする請求項46に記載の高速ハンドオーバー方法。
  51. 前記ハンドオーバーを行うための予備段階を再度行うとき、待ちキューに格納された候補アクセスポイントを前記周辺アクセスポイントリスト上にアップデートし、アップデートされた周辺アクセスポイントリスト上の候補アクセスポイントからターゲットアクセスポイントが決められることを特徴とする請求項50に記載の高速ハンドオーバー方法。
  52. 前記予め設定された所定の時間内に前記サービングアクセスポイントから検知される第1の信号の大きさが予め設定された所定の第1の閾値より大きくなれば、前記周辺アクセスポイントリスト上の候補アクセスポイント及びターゲットアクセスポイントがすべて消去される初期化動作が行われることを特徴とする請求項46に記載の高速ハンドオーバー方法。
  53. 前記ハンドオーバーの実行段階は、
    (a)LGDトリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される段階と、
    (b)移動端末から前記移動端末の属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターへMVNメッセージが伝送される段階と、
    (c)前記移動端末の属しているサブネットワークを管理するアクセスルーターによりバッファリングが行われ、前記MVNメッセージに対する応答メッセージのMVAckメッセージが前記アクセスルーターから前記移動端末へ伝送される段階と、
    を含むことを特徴とする請求項48に記載の高速ハンドオーバー方法。
  54. 前記MVNメッセージは、前記移動端末自らが自分が移動する旨の情報を前記アクセスルーターへ知らせるものであることを特徴とする請求項53に記載の高速ハンドオーバー方法。
  55. 前記(c)段階において、
    前記MVAckメッセージが前記移動端末へ伝送されれば、LSトリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送されることを特徴とする請求項53に記載の高速ハンドオーバー方法。
  56. 前記サービングアクセスポイントから検知される第1の信号の大きさが予め設定された所定の第3の閾値THR_3より小さくなれば、LSトリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送されることを特徴とする請求項53に記載の高速ハンドオーバー方法。
  57. 前記(b)段階において前記MVNメッセージを伝送してから、
    前記移動端末が10ms内に前記アクセスルーターよりMVAckメッセージを受信できない場合、前記MVNメッセージを再送する段階と、
    前記MVNメッセージを再送してから10ms内にまたMVAckメッセージを受信できない場合、LSトリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送される段階と、
    を更に含むことを特徴とする請求項53に記載の高速ハンドオーバー方法。
  58. 前記LSトリガー情報がレイヤー3からレイヤー2へ伝送されれば、前記候補アクセスポイントから決められたターゲットアクセスポイントに再連結が試みられる段階と、
    再連結が完了すれば、LUトリガー情報がレイヤー2からレイヤー3へ伝送される段階と、
    前記移動端末から前記ターゲットアクセスポイントに接続されたアクセスルーターへFNAメッセージが伝送される段階と、
    前記ターゲットアクセスポイントに接続されたアクセスルーターから前記移動端末へバッファリングされたパケットが伝送される段階と、
    を更に含むことを特徴とする請求項55に記載の高速ハンドオーバー方法。
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