JP2006033671A - 無線ｌａｎシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 移動端末が新たなアクセスポイントのサービスエリアに移動した場合は、移動基のアクセスポイントとの接続を解除し新たなアクセスポイントとの通信路を確立する。
【解決手段】 情報端末１５は、アンテナ利得情報を発信させる発信部５５と、中継器１３と所定の無線利得で受発信できる利得送受信部５１と、からなり、１の中継器１３は、情報端末１５から送信されるアンテナ利得及び無線電力の伝送損失に基づいて、情報端末１５との間の距離を計算する距離計算部６４と、距離計算部６４で計算された距離が所定値以上であった場合に、情報端末１５との送受信を中止し、情報端末１５との送受信で用いられた周波数と異なる周波数で他の中継器２３と送受信させる信号を出力する中継器変更操作部６５とを用いる無線システムを実現した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モバイルＩＰ（Internet Protocol）技術を利用した無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムに係り、特に移動端末がネットワーク間を移動するときに生じる隣接アクセスポイントへの干渉を少なくし、且つ速やかに移動後の通信ができる無線ＬＡＮシステム及びそのシステムに用いられるアクセスポイントに関する。

無線ＬＡＮへの接続機能を有する移動端末は容易にインターネットやグループのサーバに接続することが出来るなど、企業内ＬＡＮを実現するために便利な機能である。反面、無線ＬＡＮに利用できる周波数帯域は限られており、限られた周波数チャンネルを用いて多数の移動端末を無線接続しなければならない。従来の無線ＬＡＮシステムでは、ネットワーク間を移動する移動端末の接続を、モバイルＩＰを用いて行っている。

そのモバイルＩＰは、ＩＰアドレスを付与された移動端末が、一時的に移動した外部のネットワークでも同様に通信を継続できるよう、ＩＥＴＦ（Internet Engineering Task Force インターネット技術標準委員会）で規定したモバイルＩＰを使用している（RFC3344他）。即ち、移動端末がネットワーク間を移動した時、移動後のネットワークにおいても、移動前と同様に通信を行えるようにするプロトコルが決められている。移動端末が所属するホームネットワークでＩＰパケットの通信動作を担うホームエージェントと、一時的に移動した外部ネットワークにおける通信動作を担う外部エージェントとが定義されており、これらホームエージェントと外部エージェントとの間で、ＩＰアドレスの対応づけ等を行うことにより、移動端末は、移動後も移動前のネットワークを用いると同様に通信を行えるようにしようとするものである。

しかし、モバイルＩＰを用いる無線ＬＡＮシステムでは、このホームエージェントと外部エージェントの登録を行うために所定の時間を要するため、ネットワークの切り替え時にはサービスが不能となる時間が存在し、そのためパケット損失が発生する。これを解決する手法として、ＩＥＴＦではdraft-ietf-mobileip-lowlatencyhandoffs-v4-08として、予め移動端末の移動先が予測される場合に行う、高速な切り替え方法を提案している。
また、特許文献１には、基地局装置相互間を移動する移動端末から固有の移動情報を統計的に得、その得られた情報を用いてアクセスポイントの切り替えを行う無線ＬＡＮシステムを、移動端末が他のアクセスポイントのサービスエリアに移動する統計的情報を基に、最も移動する確率の高い順に順位づけを行い、その順位にあるアクセスポイントに切替情報を通知するようにする。通知されたアクセスポイントはその通知を基に移動端末との通信周波数を選択するようにした無線ＬＡＮシステムが開示されている。
特開２００１−１０３５３１号公報

しかしながら、従来のモバイルＩＰを用いた無線ＬＡＮシステムでは、上記のように、ネットワークの切り替えに時間を要し、サービス不能時間やパケット損失が発生する課題があった。draft-ietf-mobileip-lowlatencyhandoffs-v4-08で提案されている高速な切り替え方法を用いる場合でも、予め移動する先の外部エージェントを登録する方法を提案しているが、実際にどのタイミングで切り替え処理を開始するかが特定できなく、スムーズな切り替え動作を行うことが出来ない。また特許文献１に開示されている移動予測方法は統計情報を基に次に移動するエージェントを予測しているものの、予測が外れる場合もある。予測が外れた場合ではスムーズな切り替え動作を行うことが出来ない。スムーズなネットワークの切り替え動作が出来ない場合は、移動端末が外部アクセスポイントのサービスエリアに移動してホームアクセスポイントと通信することもあり、その場合では無線環境を悪化させ外部ネットワークの通信に対してデータ誤りを生じさせることもあるなど、双方のアクセスポイントでスムーズな通信を行うことが出来ない。特に、移動端末の受信感度が高いときには、移動端末が外部アクセスポイントのサービスエリアに移動した場合であってもホームアクセスポイントと良好な通信が行えている限りサービスエリアから外れたことが検出されなく、外部アクセスポイントのサービスエリア内でホームアクセスポイントとの間の通信がなされるなど外部ネットワークのサービスエリアに対して妨害を与えてしまう。

そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、通信中のアクセスポイントから移動端末までの距離を計測する手段を備え、その計測された距離を基に移動端末が適性なサービスエリアにいるかを検出する。その検出結果を基に適切なアクセスポイントの切り替えを行う。更に、移動端末が新たなアクセスポイントのサービスエリアと以前のアクセスポイントのサービスエリアがオーバーラップしている場合は、登録の必要のない方の外部エージェントの登録を解除し、ホームエージェントが複数の外部エージェントに送信することにより生じるネットワークの負担軽減をすると共に、不要な無線通信を行わないようにして無線環境を良好に保ち、他方のエージェントに対して妨害を与えることなく双方のアクセスポイントでスムーズな通信を行う無線ＬＡＮシステムを提供することを目的とする。

本願発明は、ネットワークを介して伝送されてくる情報を中継する複数の中継器と、前記複数の中継器が固有に有する周波数を用いて、前記情報の送受信を行う情報端末と、からなり、前記複数の中継器のうちの１の中継器と送受信をしている前記情報端末が移動して、前記１の中継器とは異なる他の中継器と送受信を行う際に、前記情報端末が前記他の中継器と前記情報端末以外の他の情報端末と行っている送受信に影響を与えることなく、前記他の中継器に切り替えて前記情報の送受信を行う無線ＬＡＮシステムにおいて、前記情報端末は、アンテナ利得を発信させる発信部と、前記中継器と所定の無線利得で受発信できる利得送受信部と、からなり、前記１の中継器は、前記情報端末から送信される前記アンテナ利得及び無線電力の伝送損失に基づいて、前記情報端末との間の距離を計算する距離計算部と、前記距離計算部で計算された距離が所定値以上であった場合に、前記情報端末との送受信を中止し、前記情報端末との送受信で用いられた周波数と異なる周波数で前記他の中継器と送受信させる信号を出力する中継器変更操作部と、を有することを特徴とする無線ＬＡＮシステムを提供する。

本発明によれば、ネットワークを介して伝送されてくる情報を中継する複数の中継器と、前記複数の中継器が固有に有する周波数を用いて、前記情報の送受信を行う情報端末と、からなり、前記複数の中継器のうちの１の中継器と送受信をしている前記情報端末が移動して、前記１の中継器とは異なる他の中継器と送受信を行う際に、前記情報端末が前記他の中継器と前記情報端末以外の他の情報端末と行っている送受信に影響を与えることなく、前記他の中継器に切り替えて前記情報の送受信を行う無線ＬＡＮシステムにおいて、前記情報端末は、アンテナ利得を発信させる発信部と、前記中継器と所定の無線利得で受発信できる利得送受信部と、からなり、前記１の中継器は、前記情報端末から送信される前記アンテナ利得及び無線電力の伝送損失に基づいて、前記情報端末との間の距離を計算する距離計算部と、前記距離計算部で計算された距離が所定値以上であった場合に、前記情報端末との送受信を中止し、前記情報端末との送受信で用いられた周波数と異なる周波数で前記他の中継器と送受信させる信号を出力する中継器変更操作部と、を有する格別な構成であるので、移動端末が外部ネットワークのサービスエリアに移動して行うホームアクセスポイントとの通信を防止するため、ホームエージェントが複数の外部エージェントに送信することにより生じるネットワークの負担軽減をすると共に、不要な無線通信を行わないようにして無線環境を良好に保ち、他方のエージェントに対して妨害を与えることなく双方のアクセスポイントでスムーズな通信を行う好適な無線ＬＡＮシステムを提供することができる。

以下に本発明の各実施例に係る無線ＬＡＮシステムについて図１〜図６を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例の形態に係る無線ＬＡＮシステムのネットワーク構成の図である。
図２は、本発明の実施例の形態に係る移動端末の構成ブロック図である。
図３は、本発明の実施例の形態に係るアクセスポイントの構成ブロック図である。
図４は、アンテナ利得情報パケットの構造の図である。
図５は、本発明の実施例の形態に係る移動端末の要部のブロック図である。
図６は、外部エージェント通知手段の処理内容を表すフローチャート図である。

本実施例の形態に係る無線ＬＡＮシステムは、モバイルＩＰを用いて無線ＬＡＮシステムを構成し、移動端末がネットワーク間を移動するときに、アクセスポイントは移動端末から送信される端末のアンテナ利得と伝播損失を基に両者の距離を算出し、その距離が所定以上になったときに必要な外部エージェントに適切なリンク状態信号を伝送し、移動端末を次に移動する外部エージェントに予め登録することを可能にし、速やかなネットワーク切り替えを行うようにして実現したものである。

無線ＬＡＮシステムの構成について述べる。
図１に示す無線ＬＡＮシステムは、１階ネットワークをルータ１１、ホームエージェント１２、ホームアクセスポイント１３、及び移動端末１５により構成する。２階及び３階のそれぞれのネットワークをルータ２１、３１、外部エージェント２２、３２、外部アクセスポイント２３、３３、移動端末２５、及び３５により構成する。破線で示すそれぞれの楕円はそれぞれのアクセスポイントが有するサービスエリア１４、２４、及び３４である。移動端末１５は１階のネットワークから２階、３階へと移動し外部アクセスポイント２３のサービスエリアに移動可能である。
図２に示す移動端末１５は、ＩＥＥＥ ８０２．１１（Institute of Electrical and Electronics Engineers 802.11 activities）で規定するＭＡＣ（Media Access Control）に従って動作する無線アクセス制御部５１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５２、モバイルＩＰ（Internet Protocol）モバイルノード５３、アプリケーション部５４、及びアンテナ利得情報部５５から構成される。
図３に示すアクセスポイント１３は、無線アクセス制御部６１、ＣＰＵ６２、伝送損失取得部６３、距離計算部６４、外部エージェントへの通知部６５、及び通信アクセス制御部６６より構成される。
図５に示す移動端末１５の要部である無線アクセス制御部６１は受信ＲＦ（Radio Frequency）／ＩＦ（Intermediate frequency）部６１ａ及びベースバンド処理部／ＭＡＣ６１ｂよりなり、ＣＰＵ６２にはＡＰＩ（Application Program Interface）６２１ａを含むネットワークドライバ６２１及びアプリケーション６２２を含むＯＳ（Operating System）６２ａがインストールされている。

無線ＬＡＮシステムの動作について述べる。
まず、移動端末１５はホームアクセスポイント１３と、そのサービスエリア１４内で通信路を確立し、ホームエージェント１２やルータ１２を介してネットワーク接続する。移動端末１５は、必要に応じて無線アンテナの利得情報をホームアクセスポイント１３に送信する。ホームアクセスポイント１３は、移動端末１５から伝播損失を伴って受信される信号の強度と無線アンテナの利得情報を基に移動端末１５までの距離を計算する。計算された距離がサービスエリア１４を超えたとして判断されるときに、ホームアクセスポイント１３は外部アクセスポイント２３及び３３に移動端末１５がサービスエリア１４より外れつつあることを連絡する。外部アクセスポイント２３及び３３は移動端末１５と通信し、自分のサービスエリアに移動しているときには移動端末１５との通信を確立する。通信を確立したことをホームアクセスポイント１３に通知する。ホームアクセスポイント１３は、移動端末１５との間で確立している通信路を遮断する。移動端末１５は、通信路の確立された外部アクセスポイント２３又は３３と通信を継続する。以下、同様にして通信路の確立及び遮断を行う。

次に、詳細に説明する。
移動端末１５に搭載されるアンテナ利得はそのアンテナの性能によって決まる。移動端末１５は、予め搭載するアンテナの利得を図２に示すアンテナ利得情報部５５に書き込み、記憶する。アンテナ利得の送信は示すアンテナ利得情報部５５から読み出した情報をＣＰＵ５２でパケット化し、無線アクセス制御部５１を介してホームアクセスポイント１３に送信する。送信は定期的（200ms〜500ms）な間隔でリンク層のブロードキャストデータとして行う。
送信されたアンテナ利得に係る情報は、図３に示すホームアクセスポイント１３の無線アクセス制御部６１で受信され、ＣＰＵ５２でパケット化が解かれ、伝送損失取得部６３に入力される。伝送損失取得部６３では、移動端末１５から受信される電力から、空間伝送路で生じる伝送損失を求める。

距離計算部６４では、入力されるアンテナ利得情報と伝送損失を基に移動端末１５までの距離を求める。距離の計算は自由空間伝播損失を用いて概略の距離を求められる。本システムではその距離がサービスエリア１４を超えるか否かの判定を目的とするため、概略求められる距離で実際上問題はない。電波の伝播損失は、例えば文献（無線電信の電波伝搬、電子情報通信学会、1992）によると自由伝播損失L[dB]は 距離d [m], 波長λ[m],移動端末のアンテナ利得Gt[dB], 及びアクセスポイントのアンテナ利得Gr[dB]により図３の右側に示した式（１）で算出される。式（１）を距離ｄで展開すると式（２）が得られる。
外部エージェントへの通知部６５は、距離計算部６４で算出された移動端末１５の距離から移動端末１５が遠ざかっているのか、近づいているのかを判断し、外部エージェント２２、３２を介して外部アクセスポイント２３、３３に得られた距離情報を通知する。

図４に示す通信パケット９の構成は、移動端末１５がホームアクセスポイント１３に対して送信するアンテナ利得情報送信時に用いるパケットの構造である。ＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣフレームである通信パケット９のデータ部分に、アンテナ利得情報を送信することを示す情報のタイプ９１と、それに続けてアンテナ利得に係る情報９２を送信する。

図５はホームアクセスポイント１３の要部を示したものである。移動端末１５から送信され、受信された信号は受信ＲＦ／ＩＦ部６１ａで増幅される。増幅された信号のレベルはＣＰＵ６２のＯＳ６２ａのネットワークドライバ６２１に含まれるＡＰＩ６２１ａにより取得される。その取得された信号レベルを基に上記の伝播損失を得る。伝播損失の取得は、受信ＲＦ／ＩＦ部６１ａがＮＤＩＳ（Network Driver Interface Specification）準拠している場合では、WLAN_OIDs(Object Identifiers)により伝播損失を取得することができる。

図６に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、端末ＩＤ（MACアドレス）を有する移動端末１５からの要求に応じて通信路を確立して通信を開始する。移動端末１５から送信される信号を基に、上記の方法で移動端末１５との距離を求める。求められる距離が変化したときに移動端末１５は新しくサービスエリアに移動してきた端末かの判断を行い（S1：ステップ１）、そうでなければ、前回計測された移動端末１５の距離と比較し遠ざかったかを判断する（S2）。遠ざかったとして判断される場合は、アクセスポイントのサービスエリアの大きさに応じて予め決められている（１０ｍ〜７０ｍ）距離を越えたかどうかが判断される（S5）。サービスエリアの距離を越えたのであれば移動端末１５は他のサービスエリアに近づいていると判断し、外部エージェントにdraft-ietf-mobileip-lowlatencyhandoffs-v4-08で規定されている、L2 Source Triggerを送信する（S7）。前回より近づいた場合は、設定された距離（１０ｍから７０ｍ）より近いかを判断する（S４）。近づいた場合は、リンクアップしているかを判断し（S６）、リンクアップしていなければdraft-ietf-mobileip-lowlatencyhandoffs-v4-08で規定されているL2 Link Upを外部エージェントに送信する（S８）。最後にすべての場合で端末ＩＤ、距離、及びリンクアップしているかを保存して終了する（S９）。

新しく移動端末がサービスエリアに入った場合、外部エージェントは近接の外部エージェントに移動端末のＭＡＣアドレスを含むルーター広告を送信する。そのルーター広告を現在端末がリンクしている外部エージェントが受け取った場合、そのルーター広告を送った外部エージェントと現在リンクしている外部エージェント以外の近接外部エージェントの登録を削除するように、移動端末に代理エージェント広告を送信する。代理エージェント広告を受けた移動端末は、削除すべき外部エージェントでの登録を削除する削除要請をホームエージェントに送信することにより、削除される。

本実施例で示した無線ＬＡＮシステムによれば、ネットワークを介して伝送されてくる情報を中継する複数の中継器１３、２３、３３と、前記複数の中継器が固有に有する周波数を用いて、前記情報の送受信を行う情報端末１５と、からなり、前記複数の中継器のうちの１の中継器１３と送受信をしている前記情報端末が移動して、前記１の中継器とは異なる他の中継器２３、３３と送受信を行う際に、前記情報端末が前記他の中継器と前記情報端末以外の他の情報端末２５、３５と行っている送受信に影響を与えることなく、前記他の中継器２３、３３に切り替えて前記情報の送受信を行う無線ＬＡＮシステムにおいて、前記情報端末は、アンテナ利得を発信させる発信部５５と、前記中継器と所定の無線利得で受発信できる利得送受信部５１と、からなり、前記１の中継器１３は、前記情報端末１５から送信される前記アンテナ利得及び無線電力の伝送損失に基づいて、前記情報端末との間の距離を計算する距離計算部６４と、前記距離計算部で計算された距離が所定値以上であった場合に、前記情報端末との送受信を中止し、前記情報端末との送受信で用いられた周波数と異なる周波数で前記他の中継器と送受信させる信号を出力する中継器変更操作部６５と、を有する格別な構成を有しているので、移動端末１５が外部アクセスポイントのサービスエリア２４、３４に移動して行うホームアクセスポイント１３との通信を防止するため、ホームエージェント１２が複数の外部エージェント２２、３２の両者に送信することにより生じるネットワークの負担軽減をすると共に、不要な無線通信を行わないようにして無線環境を良好に保ち、他方のアクセスポイント２３、３３に対して妨害を与えることなく双方のアクセスポイントでスムーズな通信を行う好適な無線ＬＡＮシステムを提供することができる。

複数の無線ＬＡＮを隣接して配置する無線ＬＡＮシステムに適用できる。

本発明の実施例の形態に係る無線ＬＡＮシステムのネットワーク構成の図である。 本発明の実施例の形態に係る移動端末の構成ブロック図である。 本発明の実施例の形態に係るアクセスポイントの構成ブロック図である。 アンテナ利得情報パケットの構造の図である。 本発明の実施例の形態に係る移動端末の要部のブロック図である。 外部エージェント通知手段の処理内容を表すフローチャート図である。

符号の説明

１１、２１、３１ ルータ
１２ ホームエージェント
１３ ホームアクセスポイント
１４、２４、３４ サービスエリア
１５ 移動端末
２２、３２ 外部エージェント
２３、３３ 外部アクセスポイント
２５、３５ 移動端末
５１ 無線アクセス制御部
５２ ＣＰＵ
５３ モバイルＩＰモバイルノード
５４ アプリケーション部
５５ アンテナ利得情報部
６１ 無線アクセス制御部
６１ａ 受信ＲＦ／ＩＦ部
６１ｂ ベースバンド処理部／ＭＡＣ
６２ ＣＰＵ
６２ａ ＯＳ
６３ 伝送損失取得部
６４ 距離計算部
６５ 外部エージェントへの通知部
６６ 通信アクセス制御部
６２１ ネットワークドライバ
６２１ａ ＡＰＩ
６２２ アプリケーション

Claims (1)

1. ネットワークを介して伝送されてくる情報を中継する複数の中継器と、前記複数の中継器が固有に有する周波数を用いて、前記情報の送受信を行う情報端末と、からなり、前記複数の中継器のうちの１の中継器と送受信をしている前記情報端末が移動して、前記１の中継器とは異なる他の中継器と送受信を行う際に、前記情報端末が前記他の中継器と前記情報端末以外の他の情報端末と行っている送受信に影響を与えることなく、前記他の中継器に切り替えて前記情報の送受信を行う無線ＬＡＮシステムにおいて、
   前記情報端末は、
   アンテナ利得を発信させる発信部と、前記中継器と所定の無線利得で受発信できる利得送受信部と、からなり、
   前記１の中継器は、
   前記情報端末から送信される前記アンテナ利得及び無線電力の伝送損失に基づいて、前記情報端末との間の距離を計算する距離計算部と、
   前記距離計算部で計算された距離が所定値以上であった場合に、前記情報端末との送受信を中止し、前記情報端末との送受信で用いられた周波数と異なる周波数で前記他の中継器と送受信させる信号を出力する中継器変更操作部と、
   を有することを特徴とする無線ＬＡＮシステム。
   
   

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