JP2006050366A - ハンドオーバ方法、移動通信システムおよびアクセスポイント - Google Patents

Abstract

【課題】無線ＬＡＮを電車等に応用しようとすると、電車の移動に伴い、通信中のＳＴＡがＡＰ間を移動することなり、短時間でのハンドオーバ処理が必要となる。従来の無線ＬＡＮ装置ではこのハンドオーバ処理に時間がかかり、高速移動時に瞬断時間が長くなる、適切にハンドオーバできない、等の問題があった。
【解決手段】所定の順番で無線端末装置（１３０）を収容する複数のアクセスポイント（１２０）を含む移動通信システムにおいて、１のアクセスポイント（１２０ａ）が、隣接アクセスポイント情報を無線端末装置（１３０）に通知し、無線端末装置（１３０）がこの隣接アクセスポイント情報と自分の移動方向情報とに基づいて、上記アクセスポイント（１２０ａ）から隣接アクセスポイント（１２０ｂ）へハンドオーバする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複数のアクセスポイントと、アクセスポイントを跨って移動する１以上のステーションとを含む移動通信システムに関するものであり、特に、ステーションのハンドオーバに関するものである。

従来の無線ＬＡＮ装置はＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠した動作を行っている。８０２．１１ではＡＰ−ＳＴＡ間の接続に必要な信号を規定しており、複数のセル間をまたがる再接ハンドオーバもこの規定範囲で行われる（例えば非特許文献１）。
ここでＡＰはアクセスポイント（Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ）、ＳＴＡはステーション（Ｓｔａｔｉｏｎ：無線端末装置）を表す。
また一般的な従来の無線ＬＡＮ装置のハンドオーバ処理は下記のように動作する。
ＳＴＡはハンドオーバ元ＡＰとの通信中に他ＡＰの探索を行う。同一チャネル周波数の他ＡＰであれば、ビーコン受信、プローブ送信により検索できる。別のチャネルを使用する他ＡＰであれば、通信中の信号をバッファリングするか廃棄し無線部を他チャンネルに切り替え、ビーコン受信、プローブ送信により検索し、またもとのチャネルに切り替え通信を再開する。これを複数のチャネル分繰り返し他ＡＰの検索を完了する。
ＳＴＡはハンドオーバ元ＡＰとハンドオーバ先候補となる他ＡＰのビーコン／プローブＡＣＫ受信強度情報よりハンドオーバする必要があるか判断する。
ハンドオーバする必要があると決定されると、ハンドオーバ元ＡＰとの通信を切断し、選択したハンドオーバ先ＡＰのチャネルに無線部を切り替え、認証、接続処理を実行し、ハンドオーバ先ＡＰと再接続する（例えば非特許文献２）。

IEEE 802.11 Wireless LAN Medium Access ControlMAC and Physical Layer PHY Specifications 1999 Edition 松江英明、守倉正博 監修「802.11高速無線LAN教科書」IDCジャパン,2003年3月29日、p．４８−６４

従来の無線ＬＡＮ装置は、事務所で使用していたノートＰＣを出張先の駅のホットスポットサービスで使用する等の準静止環境で使用していたため上記動作でも特に問題は無かった。
しかし、無線ＬＡＮを電車等に応用しようとすると、電車の移動に伴い、通信中のＳＴＡがＡＰ間を移動することなり、短時間でのハンドオーバ処理が必要となる。
従来の無線ＬＡＮ装置ではこのハンドオーバ処理に時間がかかり、高速移動時に瞬断時間が長くなる、適切にハンドオーバできない、等の問題があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、高速移動環境に無線ＬＡＮを適用した場合でも、短時間でハンドオーバ処理が実行でき、ユーザデータの瞬断時間を短くすることを目的とする。

この発明に係るハンドオーバ方法は、所定の線状経路上を移動する無線端末装置と、該無線端末装置の上記線状経路上における移動方向に応じて所定の順番で上記無線端末装置を収容する複数のアクセスポイント、とからなる移動通信システムにおけるハンドオーバ方法であって、１のアクセスポイントが、上記所定の順番において該１のアクセスポイントの順番に隣接する順番で上記無線端末装置を収容する隣接アクセスポイントに関する隣接アクセスポイント情報を該１のアクセスポイントが収容している無線端末装置に通知する隣接アクセスポイント情報通知ステップと上記無線端末装置が、上記１のアクセスポイントが通知した隣接アクセスポイント情報を受信する隣接アクセスポイント情報受信ステップと、上記無線端末装置が、上記受信した隣接アクセスポイント情報と、上記所定の線状経路上での該無線端末装置の移動方向情報とに基づいて、上記１のアクセスポイントから上記隣接アクセスポイントのいずれかへハンドオーバするハンドオーバステップとを備えるものである。

この発明によれば、短時間でハンドオーバ元からハンドオーバ先への切替を行うことができるという効果が得られる。

実施の形態１．
図1はこの発明のハンドオーバ方法を適用する場合のシステム図であり、以後すべての実施の形態で共通である。
図１において、１００は各ネットワーク接続機器を相互接続するネットワーク、１２０は無線ＬＡＮの基地局であるアクセスポイント（以後ＡＰ）、ＳＴＡ１３０は無線ＬＡＮの移動無線端末装置であるステーション（以後ＳＴＡ）、１１０ａはＩＰネットワーク１００上の端末、１１０ｂはＳＴＡ配下に接続される端末である。
上記ＳＴＡ１３０は線状の経路１４０上を一方向に移動するものとする。便宜上経路１４０は直線で示してあるが、曲線であっても構わない。ＡＰａ１２０ａ、ＡＰｂ１２０ｂ、ＡＰｃ１２０ｃは例えばＳＴＡ１３０が図中右方向に移動しハンドオーバを行うことにより、この順番で順次ＳＴＡ１３０を収容する。

図２はＡＰ１２０の内部機能を示す図である。
図２において、無線ＬＡＮＰＨＹ３００は無線ＬＡＮの物理レイヤ処理部、ネットワークインタフェース（ＩＦ）３１０はネットワークとのインタフェース処理部、ＭＡＣフレーム受信部３２０は受信の無線ＬＡＮＭＡＣ処理を行い主信号と制御信号の分離を行う処理部、ＭＡＣフレーム生成部３３０は制御信号と主信号を受取り送信の無線ＬＡＮＭＡＣ処理を行う処理部、隣ＡＰ登録部３４０は隣接するＡＰの登録を行う記憶部、ビーコン送出部３５０は自ＡＰ情報および隣ＡＰ登録部からの隣接ＡＰ情報よりビーコン内容を生成する処理部、接続制御部３６０はＳＴＡと制御情報の送受を行いＳＴＡの接続処理およびハンドオーバ処理を行う処理部である。

図３はＳＴＡの内部機能を示す図である。図中図２と同一番号のものは、同等の機能または相当する機能をもつものである。
図３において、ビーコン処理部３９０は受信したビーコン信号内容を接続制御に通知する処理部、移動方向登録部４００はＳＴＡの移動方向を登録する記憶部、チャネル制御部４１０はＳＴＡのチャネル周波数を制御する機能部である。

次に動作について説明する。
各ＡＰには自ＡＰからハンドオーバする可能性のある隣接するＡＰをあらかじめ隣ＡＰ登録部３４０に登録しておく。
経路１４０に添う形で線的にＡＰを配置する場合、始発点方向、終着点方向の２つのＡＰを移動方向情報とともに登録する。登録方法は保守端末等を使用しＡＰ装置への直接書き込みまたはネットワーク管理装置等からの遠隔書き込みが考えられる。書き込み内容としては、隣ＡＰの使用周波数、ＭＡＣアドレス、ビーコン情報の一部が考えられる。隣ＡＰ登録部に登録されたこれらの情報は、ビーコン送出部に伝えられ、自局のビーコン情報とマージされ、ＭＡＣフレーム生成部によりＭＡＣフレーム化され、無線ＬＡＮＰＨＹ部により無線信号としてのビーコン信号として報知される。図４に本発明におけるビーコン信号の例を示す。

ＳＴＡでは、電源ＯＮ後初めてのＡＰとの接続では、周りにどのようなＡＰが存在するかのＡＰ探索を実施する。
ＡＰ探索ではチャネル制御部４１０に許可されているチャネル周波数に従い順次切り替え、そのチャネル内で検出できるビーコン信号を待つかまたはプローブ信号を送出しプローブＡＣＫ信号としてビーコン受信と同様の内容を入手する。ビーコン信号は無線ＬＡＮＰＨＹ、ＭＡＣフレーム受信、ビーコン処理部と転送され接続制御部に通知される。
接続制御部３６０では探索できた複数のＡＰから、最適なＡＰ例えば、受信電力が一番大きいＡＰを選択し無線ＬＡＮ接続制御を行う。ここでの接続制御は標準通りの動作を行う。接続制御部３６０により、ＡＰとＳＴＡ間の接続が完了すると、ＳＴＡ配下の端末とネットワークＩＦ部、ＭＡＣフレーム生成部、ＭＡＣフレーム受信部、無線ＬＮＡＰＨＹ部３００経由でユーザデータの通信を開始する。ここで接続したＡＰをハンドオーバ元ＡＰとする（収容ステップ）。

ユーザデータの通信と並行し、ＳＴＡ１３０には一定周期（所定時間間隔）でハンドオーバ元ＡＰからのビーコン信号により始発点方向と終着点方向の２つのハンドオーバ先候補のＡＰの情報（隣接アクセスポイント情報）が送られてくる（隣接アクセスポイント情報通知ステップ）ので、ＳＴＡ１３０はこの隣接アクセスポイント情報を受信する（隣接アクセスポイント情報受信ステップ）。また、ＳＴＡは移動方向登録部により自分が始発点方向、終着点方向のどちらに移動しているかの情報（移動方向情報）が登録されている。ＳＴＡ１３０はハンドオーバ元ＡＰより受信したビーコン信号と自分の移動方向情報により、これから移動する先のＡＰを特定し、ハンドオーバ先ＡＰの使用周波数、ＭＡＣアドレス、ビーコン情報を入手することができる。

すなわち隣接アクセスポイント情報通知ステップにおいては、現在ＳＴＡ１３０を収容しているＡＰａ１２０ａの次にＳＴＡ１３０を収容する隣接ＡＰであるＡＰｂ１２０ｂに関する隣接アクセスポイント情報を、ＡＰａ１２０ａがＳＴＡ１３０に通知するので、隣接アクセスポイント情報受信ステップにおいてＳＴＡ１３０がこの隣接アクセスポイント情報を受信する。

ＳＴＡ１３０がハンドオーバ元ＡＰからハンドオーバ先ＡＰにハンドオーバしようとすると、始めのＡＰ接続で行ったような、ＡＰ探索処理、ハンドオーバ先ＡＰからのビーコン受信またはプローブ信号送受の処理、最適ＡＰ選択処理を行うことなく、ハンドオーバを実行できる（ハンドオーバステップ）。
ハンドオーバ先のＡＰの使用周波数が事前にわかっているので、接続制御部がハンドオーバすると決定したら使用チャネルをチャネル制御部に通知しハンドオーバ先の周波数に設定を変更する。また、接続制御部はハンドオーバ先のＭＡＣアドレス、ＳＳＩＤも事前にわかっているので、ビーコンまたはプローブＡＣＫ信号を待つことなくＳＴＡからすぐにＡＰへ接続要求を出すことができる。
ハンドオーバ先のＡＰへの接続が完了すると、ハンドオーバ先ＡＰをハンドオーバ元ＡＰとし、次のハンドオーバに備える。以後、同様の動作を繰り返し高速ハンドオーバを実現する。

また、上記では１本線の例を説明したが、３方向に分岐するような場合でも、ＡＰのビーコンに例えば、大阪方向、東京方向、長野方向というように３つの隣接ＡＰ情報を載せ、ＳＴＡでこの３つのどの方向に動いているかの設定ができていれば、同様な高速ハンドオーバが実現できる。
なお上記接続制御部３６０がハンドオーバすると決定するための判断基準については後述の実施の形態６において説明する。

上記ＡＰ１２０においては、隣ＡＰ登録部３４０、ビーコン送出部３５０、ＭＡＣフレーム生成部３３０、無線ＬＡＮＰＨＹ部３００によりこの発明における隣接アクセスポイント情報通知手段が構成される。
またＳＴＡ１３０においては、無線ＬＡＮＰＨＹ部３００、ＭＡＣフレーム受信部３４０、より、この発明における隣接アクセス情報受信手段が形成され、接続制御部３６０、チャネル制御部４１０、無線ＬＡＮＰＨＹ部３００によりこの発明におけるハンドオーバ手段が形成される。

以上のように、この実施の形態によれば、ＳＴＡがハンドオーバ元との通信中にハンドオーバ先ＡＰへの接続の為に必要な情報を事前入手できるので、ハンドオーバ先候補のＡＰ探索、ハンドオーバ先ＡＰからのビーコン受信の時間のかかる処理を行う必要が無く、短時間でハンドオーバ元からハンドオーバ先への切替を行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態２を図５を用いて説明する。
実施の形態１においては、移動方向登録部４００にＳＴＡの移動方向が登録されている例を示したが、この実施の形態においては、予め移動方向が登録されていない例を示す。
図５は実施の形態２におけるＳＴＡ１３０の内部構成を示す図である。
図５において、移動方向検出部４１０は接続制御部３６０からの移動結果情報をもとに自ＳＴＡの移動方向を特定する処理部である。
実施の形態２ではＡＰの構成は実施の形態１と同様である。

次に動作について説明する。
実施の形態２のＳＴＡでは移動方向登録部４００に予め移動方向は登録されていない。
電源ＯＮ後、初めのＡＰとの接続までの動作は実施の形態１と同様である。
初めのＡＰとの接続が完了すると接続制御部３６０は接続したＡＰから受信したビーコンまたはプローブＡＣＫよりの接続しているＡＰのＭＡＣアドレス、始発点方向のＡＰのＭＡＣアドレス、および終点方向のＡＰのＭＡＣアドレスを移動方向検出部４１０に通知する。

ここまでの動作では、ＳＴＡ１３０はハンドオーバ先のＡＰを特定することができない。接続制御部３６０はハンドオーバ元ＡＰより受信した実施の形態１と同様のビーコン情報により２つのハンドオーバ先ＡＰ候補を把握できるので、ユーザデータの通信を一旦停止し、チャネル制御部で２つの候補ＡＰの使用するチャネルを順次切り替えＡＰ探索動作を行う。
ＳＴＡ１３０は例えば列車に搭載されている場合は線路上を一方向に移動しているので、候補２つのＡＰのうちどちらかのビーコンが受信できるかまたは２つ受信できたとしてもどちらかの受信強度が小さくなっている。これを元に接続制御部３６０はＡＰ選択処理をおこない、ハンドオーバ先ＡＰを特定し、接続処理をおこなう。ハンドオーバ先ＡＰとの接続が完了すると、接続制御部は移動方向検出部に接続した（受信した）ＡＰのＭＡＣアドレス（所定の信号である接続アクセスポイント情報）を通知する（接続アクセスポイント情報受信ステップ）。
すなわち接続アクセスポイント情報受信ステップにおいては、ＳＴＡ１３０はそのＳＴＡ１３０を収容しているＡＰのＭＡＣアドレスを受信する。
移動方向検出部４１０ではハンドオーバ元のＡＰより入手した始発点方向のＡＰのＭＡＣアドレス、および終点方向のＡＰのＭＡＣアドレスとハンドオーバ先ＡＰより入手したハンドオーバ先ＡＰのＭＡＣアドレスを比較し、自ＳＴＡの移動方向を特定する。特定した移動方向（移動方向情報）は移動方向登録部４００に登録する（移動方向情報生成ステップ）。
すなわち、移動方向情報生成ステップにおいては、ＳＴＡ１３０はビーコンまたはプローブＡＣＫ情報とＭＡＣアドレスの遷移から移動方向情報を生成する。
移動方向登録部に移動方向が登録された後の動作は実施の形態１と同様である。

移動方向検出部４１０による移動方向の特定処理は、上記のように２回のＡＰ接続だけで移動方向登録部に登録する場合と、Ｎ回の移動が同様の移動方向だったことを確認してから移動方向登録部に登録する場合が考えられる。
また、移動方向登録部に移動方向を登録完了した後も移動方向を確認し続け、移動方向に変化があった場合は、移動方向登録を変更することも可能である。

以上のようにこの実施の形態２では、上記のように構成するので短時間でハンドオーバ元からハンドオーバ先への切替を行うことができ、予め移動方向を登録すること無しに、列車の移動方向に応じて自動設定することが可能となる。また、列車の移動方向が変化した場合も自動で柔軟に更新が可能となる。

実施の形態３．
図６、８を用いて実施の形態３を説明する。
この実施の形態におけるシステムは実施の形態１で説明した図１に、図示しない認証サーバを設けたものである。
図６は実施の形態３におけるＡＰ１２０の内部機能を示す図である。
図６において、ＡＰ間情報送信部３７０はハンドオーバに先立ち隣ＡＰにＳＴＡ情報等を送出する処理部、ＡＰ間情報受信部３８０はハンドオーバに先立ち隣ＡＰからＳＴＡ情報等を受信する処理部である。
この実施の形態３ではＳＴＡの構成は実施の形態１と同様とする。
図８は実施の形態３におけるシーケンス例の概要を示す図である。図８は動作概要を説明するシーケンス例で詳細な信号内容等は省略している。

次に動作について説明する。
実施の形態１，２に記載した動作はここでも同様の動作とする。ＳＴＡ１３０は初めて接続するＡＰもしくは適当な間隔でＡＰと認証、接続アソシエーションを行い、これを例えばハンドオーバ元ＡＰａとする。 ここでの接続は、ＳＴＡ１３０はビーコンの受信を待つか、プローブ要求しプローブＡＣＫを受信しＡＰａ１２０ａの情報を入手する。ＳＴＡはＡＰａに接続要求を送出しＡＰａ１２０ａとの接続処理を行う。ここでは複数の信号が受け渡しされ（接続要求／応答）、ＳＴＡ−ＡＰａ間の接続が確立する。ＳＴＡ１３０はこの接続処理時に移動方向登録部４００から移動方向情報を読み出し、ＡＰａ１２０ａへ自分の移動方向を通知しておく。
ＳＴＡ１３０は次に認証サーバとの間で認証処理を行う。認証関連信号はＡＰａ１２０ａ経由で認証サーバに転送される。ここでも複数の信号が認証サーバとの間で受け渡しされ（認証要求／応答）、認証サーバによるＳＴＡ１３０の認証が完了する。ＳＴＡ１３０の認証が完了すると、認証サーバはＡＰａ１２０ａとＳＴＡ１３０に鍵生成の元となる事前鍵情報を渡す。
事前鍵情報が通知されると、ＡＰａ１２０ａはＡＰａ情報をＳＴＡ１３０に通知し、ＳＴＡ１３０はＳＴＡ情報をＡＰａ１２０ａに通知し鍵の生成を行う。その後、生成された鍵を通信に使用するために鍵の導入処理を実施し暗号通信が開始される。

ここまでの処理で一定の時間がかかってしまう。通常のハンドオーバではハンドオーバする毎にこの動作を繰すため、ハンドオーバ時間が長くなる。

この実施の形態では、ハンドオーバ元ＡＰａ１２０ａ経由でＳＴＡ１３０の認証が完了したら、ＳＴＡ１３０がＡＰｂ１２０ｂにハンドオーバしてもそこでは認証処理、鍵の生成は行わないようにし、ハンドオーバ時間を短縮する。これを実現するため、事前にＡＰａ１２０ａからＡＰｂ１２０ｂにＳＴＡ１３０の接続情報および認証情報を渡しておく（接続ステップ）。接続情報としてはＳＴＡのＭＡＣアドレス、ＡＩＤ、認証情報としては、ＰＭＫ（Pairwise Master Key）、乱数、ＡＰのＭＡＣアドレス等が考えられる。
上記接続情報と認証情報の総称がこの発明における接続用情報であるが、接続用情報はここに挙げたものに限定されるものではない。

前記のように、ＳＴＡ１３０は接続処理時にＡＰａ１２０ａへ自分の移動方向を通知しておくので、ＡＰａ１２０ａはＳＴＡ１３０との接続処理時にＳＴＡ１３０の移動方向情報を入手している。また、ＡＰａ１２０ａは予め始発点方向、終着点方向の２つの隣接ＡＰが隣ＡＰ登録部３４０に登録されている。ＡＰａ１２０ａはこのＳＴＡ１３０の移動方向情報と隣接ＡＰ情報を照らし合わせ、ＳＴＡ１３０のハンドオーバ先のＡＰを特定し特定されたＡＰをハンドオーバ先アクセスポイントＡＰｂとする。
ＡＰａ１２０ａはＳＴＡ１３０とユーザデータ通信が開始されるとその通信中に有線回線経由でＡＰｂ１２０ｂに上記のようなＳＴＡの接続情報および認証情報を事前に通知する。ＡＰｂ１２０ｂではＡＰａ１２０ａがＳＴＡ１３０とのユーザデータ通信開始前に行った、鍵生成までの処理を事前に行っておく。鍵生成の処理とはＰＭＫの登録まで、ＰＴＫ（Pairwise Transient Key）の生成まで、等ということが考えられる。
上記接続情報と認証情報がこの発明における「接続用情報」である。またこの「接続用情報」は接続情報と認証情報以外の一方であってもよいし、他の情報であっても構わない。

その後、ＳＴＡ１３０の移動に伴いＳＴＡ１３０がＡＰａ１２０ａとの接続が続けられない状況となり、ＡＰｂ１２０ｂにハンドオーバすると判断する。実施の形態１の動作と同様にＳＴＡはＡＰｂの情報を事前に知っているので、自分の使用チャネル周波数をＡＰｂ１２０ｂの使用するチャネルに切替える。切替が完了すると、やはり予め知っているＡＰｂ情報を元に、ビーコン等を待つことなくＡＰｂ１２０ｂに接続要求信号を送出する。ＡＰｂ１２０ｂも事前にＳＴＡ情報を有線回線経由で入手しているため時間のかかる処理無くＳＴＡ１３０に接続完了の応答を送出できる。 次にＡＰｂが事前に生成していた鍵とＳＴＡ１３０がＡＰａとの通信で使用していた鍵で、ＳＴＡとＡＰｂ間で鍵導入処理を行う。この後はＳＴＡ１３０−ＡＰｂ１２０ｂ間でユーザデータの通信が開始される。
ＳＴＡ１３０−ＡＰｂ１２０ｂ間のユーザデータ通信が開始された後、ユーザデータ通信と並行して、有線回線経由でＡＰｂからＡＰａへ対応するＳＴＡ１３０の切断指示を出す。ＡＰａ１２０ａはＡＰｂ１２０ｂからの切断指示受信により対応するＳＴＡ１３０との接続を解放する。
また、ハンドオーバ元のＡＰのＳＴＡ切断処理は、対応するＳＴＡとの通信トラヒックがなくなったことを監視するタイマ等で切断しても同様の効果となる。
ここまでの処理が完了したら、ＡＰｂ１２０ｂをハンドオーバ元ＡＰとしさらに次のＡＰに同様の方式で繰り返しハンドオーバする。

この実施の形態３では、上記のように構成するので、通常のハンドオーバではユーザデータの瞬断時間はチャネル切替、接続制御、認証制御、鍵制御と長い時間が必要だったところが、チャネル切り替と接続制御の一部、鍵制御の一部の時間ですみ、ユーザデータの瞬断時間を短縮することができる。

また上記の例では、はじめの認証情報を最後まで使用することになるが、例えばＡＰｘと通常通信中にＡＰｘと認証込みの再接続を実行しある間隔例えば１０分毎で認証情報を更新することも可能である。
さらに以上の説明ではＳＴＡ１３０の構成を実施の形態１と同様としたが、実施の形態２と同様に移動方向検出部４１０により移動方向を検出して移動方向登録部４００に登録するようにしてもよい。

また上記実施の形態では移動元ＡＰであるＡＰａ１２０ａはＳＴＡ１３０の移動方向を獲得しておき、その移動方向のＡＰに認証情報、接続情報を予め通知しておく例を示したが、移動元ＡＰはＳＴＡの移動情報を獲得せずに、両隣のＡＰに予め認証情報、接続情報を通知しておくようにしてもよい。

実施の形態４．
実施の形態４を図５、６、９を用いて説明する。
図９は実施の形態４におけるシーケンス例の概要を示す図である。図９は動作概要を説明するシーケンス例で詳細な信号内容等は省略している。

次に動作について説明する。
この実施の形態４において、ＳＴＡ１３０がはじめのＡＰａ１２０ａと接続してから、ＡＰａ１２０ａがＡＰｂ１２０ｂに有線回線経由でＳＴＡ情報、認証情報を通知するまでの動作は実施の形態３と同様である。
実施の形態４では、ＳＴＡ情報、認証情報を受取ったＡＰｂ１２０ｂはこの時点で対応するＳＴＡ１３０の接続処理を完了させる。ＳＴＡ１３０に接続完了信号は送出しないが、ＳＴＡ１３０がＡＰｂ１２０ｂ配下に接続されている状態と同様の状態まで処理を進める。鍵の処理に関しても、ＡＰｂ１２０ｂではこの時点で鍵の生成、鍵の導入までの処理を完了させる。
その後、移動に伴いＳＴＡ１３０がＡＰａ１２０ａとの接続が続けられない状況となり、ＡＰｂ１２０ｂにハンドオーバすると判断する。ＳＴＡ１３０はＡＰｂ１２０ｂの情報を事前に知っているので、自分の使用チャネル周波数をＡＰｂの使用するチャネルに切替える。切替が完了すると、ＳＴＡ１３０は自分の信号の送出先をＡＰｂ１２０ｂに切替えて、ＡＰｂ１２０ｂとの接続処理、鍵導入処理無しで、直接ユーザデータの通信に入る。
その後の、ハンドオーバ元ＡＰａ１２０ａの切断処理は実施の形態３と同様である。
この実施の形態４では、上記のように構成するので、実施の形態３よりもさらにユーザデータの瞬断時間を短縮することができる。

また、上記では、ハンドオーバ先ＡＰにて鍵の生成、鍵の導入までの処理を予め行う例を説明したが、ハンドオーバ元ＡＰの生成した鍵そのものをハンドオーバ先ＡＰに事前送付することも考えられる。

実施の形態５.
実施の形態５を図７を用いて説明する。
実施の形態１においては、隣ＡＰ登録部３４０に隣接するＡＰ情報が登録されている例を示したが、この実施の形態においては、予め隣ＡＰ情報が登録されていない例を示す。
図７は実施の形態５におけるＡＰ１２０の内部構成を示す図である。
図７において、隣ＡＰ登録部３４０は接続制御部３６０からのＳＴＡ移動結果情報をもとにＳＴＡの移動方向に対応する隣ＡＰ情報を保存する記憶部である。
実施の形態５ではＳＴＡの構成は実施の形態１と同様である。

次に動作について説明する。
実施の形態５のＡＰでは隣ＡＰ登録部３４０に予め隣ＡＰ情報は登録されていない。
電源ＯＮ後、ＳＴＡの初めのＡＰ１２０ａとの接続までの動作は実施の形態１と同様である。この時点ではＡＰ１２０ａの隣ＡＰ登録部３４０には隣ＡＰ情報が登録されていない。その後、ＳＴＡ１３０が移動し次のハンドオーバ先ＡＰ１２０ｂと接続しようとする場合は、ハンドオーバ元ＡＰ１２０ａから受信したビーコンまたはプローブＡＣＫには隣ＡＰ情報が載っていないで、通常のハンドオーバ処理を行う。ハンドオーバ先ＡＰ１２０ｂとの接続が完了すると、ＳＴＡ１３０はハンドオーバ先ＡＰ１２０ｂに、移動方向登録部４００に登録されている移動方向情報とハンドオーバ元ＡＰ１２０ａのＭＡＣアドレス等のＡＰ情報を通知する。ハンドオーバ先ＡＰ１２０ｂでは接続制御部３６０より情報の通知を受け、隣ＡＰ登録部３４０にＳＴＡ１３０の移動方向と反対方向の隣ＡＰ情報を登録する。さらに、ＡＰ間情報送信部３７０を介して、ハンドオーバ元ＡＰ１２０ａに有線回線経由でＳＴＡ１３０のＭＡＣアドレス、移動方向情報、ＡＰ１２０ｂのＭＡＣアドレス等を通知する。通知を受けたハンドオーバ元ＡＰ１２０ａは、ＳＴＡとの接続を解除すると共に、隣ＡＰ登録部３４０にＳＴＡ１３０の移動方向の隣ＡＰ情報を登録する。隣ＡＰ登録部３４０に内容が登録されたＡＰは、自局の送出するビーコンまたはプローブＡＣＫ信号に隣ＡＰ情報を追加して送出する。
以降、ハンドオーバ元ＡＰとハンドオーバ先ＡＰが順次更新されていく。隣ＡＰ登録部３４０に内容が登録され、ビーコンまたはプローブＡＣＫ信号に隣ＡＰ情報が追加された後の動作は実施の形態１と同様である。

上記では、１回のハンドオーバで隣ＡＰ情報を更新する例を説明したが、複数回のハンドオーバ実績をもって隣ＡＰ情報を更新することも考えられる。
また、隣ＡＰ登録部３４０に隣ＡＰ情報を登録完了した後もハンドオーバ状況を確認し続け、内容に変化があった場合は、移動方向登録を変更することも可能である。

以上のようにこの実施の形態５では、上記のように構成するので短時間でハンドオーバ元からハンドオーバ先への切替を行うことができ、予め隣ＡＰ情報を登録すること無しに、列車の移動方向に応じて自動設定することが可能となる。また、列車の移動方向が変化した場合も自動で柔軟に更新が可能となる。

実施の形態６．
実施の形態６の動作について説明する。
実施の形態１〜５において、ハンドオーバ元ＡＰと接続中のＳＴＡは何らかの方法によりＡＰｂ１２０ｂにハンドオーバをする決定をする処理が必要となる。この実施の形態６ではハンドオーバをすることを決定する方法を示す。このハンドオーバ決定の動作は実施の形態１〜４におけるＳＴＡ１３０の接続制御部３６０により行われる。

通常のハンドオーバ方式では、ＳＴＡ１３０はＡＰａ１２０ａとの通信を一旦止めて、他のＡＰの使用周波数に切り替えビーコンを待つか、プローブによりＡＰ信号を受信する。ＳＴＡ１３０はこの動作を繰り返し、ビーコンの受信強度を集め、受信強度から最適なハンドオーバ先ＡＰを決定する。しかし、この方法ではハンドオーバ候補のビーコンを受信している間ユーザデータの通信ができない。
この実施の形態６では、下記のような判断をすることによりハンドオーバ開始の決定をする。
・ハンドオーバ元のＡＰのビーコン信号の受信レベルが一定レベルより低くなることが規定回数発生した時。
・通信中の主信号の受信レベルが一定レベルより低くなることが規定回数発生した時。
・通信中の主信号の伝送速度が一定レベルより低くなることが規定回数発生した時。
上記条件のＡＮＤまたはＯＲ条件にてハンドオーバ先ＡＰｂにハンドオーバすることを決定する。またＡＮＤとＯＲを組み合わせてもよく、例えば
条件Ａ ＡＮＤ 条件Ｂ ＯＲ 条件Ｃ
のようにしてもよい。条件Ａ、Ｂ、Ｃを上記条件のいずれとするかは任意であり、さらに２つの条件のＡＮＤと他の１条件のＯＲをとるなど、ＡＮＤとＯＲの組み合わせも任意である。
言い換えると、この実施の形態において、ＳＴＡ１３０はハンドオーバステップにおいて、ＡＰから受信する信号の品質（ビーコン信号の受信レベル、主信号の受信レベル、主信号の伝送速度等）を参酌してハンドオーバのタイミングを決定していることになる。

このように実施の形態６によるハンドオーバ方式では、線的にＡＰが配置されている無線ＬＡＮシステムにおいて、ハンドオーバ先ＡＰのビーコン情報を受信することなくハンドオーバ開始決定ができ、ハンドオーバ先ＡＰのビーコン情報収集のための時間のユーザデータの瞬断を起こすことなく、ハンドオーバが行える。

実施の形態７．
図１０は実施の形態７におけるＳＴＡの構成図である。
図において、データコピー部４２０は必要に応じて送信信号をコピーし２つの無線ＬＡＮＰＨＹ部３００ａ、３００ｂに送出する処理部、データ合成部４３０は必要に応じて２つの無線ＬＡＮＰＨＹからの受信信号の両方をＭＡＣフレーム受信部３４０に送出する処理部である。

次に動作について説明する。
実施の形態７では図１０のＳＴＡ１３０と図６のＡＰ１２０と図８のシーケンスを参照し動作を説明する。
ＳＴＡ１３０がハンドオーバを行うことを決定するまでの動作は上記実施の形態１〜５と同様である。ＳＴＡ１３０がハンドオーバをしようとし、ハンドオーバ先ＡＰｂ１２０ｂに接続処理またはデータ通信しようとする。ハンドオーバ先ＡＰｂ１２０ｂと通信が可能であれば、ＳＴＡ１３０からの無線信号に対して、ＡＰｂ１２０ｂから無線ＡＣＫ信号が返ってくる。しかし、ＡＰｂ１２０ｂと正常に接続ができず無線ＡＣＫ信号が受信できなかった場合は、ＳＴＡ１３０はハンドオーバ元ＡＰとの接続を維持しながらハンドオーバ先ＡＰへの接続処理またはデータ通信を行うように動作する。このＳＴＡ１３０は２つの無線ＬＡＮＰＨＹをもつのでこの動作が可能となる。

２重接続時は、ＳＴＡからＡＰ方向では、ＳＴＡ配下の端末からＳＴＡに入力された上りデータはデータコピー部にてコピーされ、ハンドオーバ元ＡＰａとハンドオーバ先ＡＰｂへそれぞれの無線ＬＡＮＰＨＹを経由し送出される。ハンドオーバ先ＡＰｂが接続処理中の場合は、ハンドオーバ元ＡＰａのみにデータを送出する。 ＡＰからＳＴＡ方向では、２つの無線ＬＡＮＰＨＹからの信号がデータ合成部に入力される。データ合成部では２つの無線ＬＡＮＰＨＹからの受信信号の両方をＭＡＣフレーム受信部に送出する。
ハンドオーバ先のＡＰｂから無線ＡＣＫ信号が返ってきたら、２重接続動作を停止する。データコピー部はハンドオーバ先ＡＰｂ対応の無線ＬＡＮＰＨＹのみにデータを転送する。データ合成部はハンドオーバ先ＡＰｂ対応の無線ＬＡＮＰＨＹからの信号のみをＭＡＣフレーム受信部に送出する。

実施の形態７によるハンドオーバ方式では、上記のように構成するので、ハンドオーバ動作時に新たなＡＰとすぐにはつながらなかった場合でもデータ瞬断時間を少なくすることができる。また、新たなＡＰとすぐにつながった場合でも、データ瞬断時間を少なくすることができる。

実施の形態８．
実施の形態８の動作について説明する。図５のＳＴＡと図６のＡＰと図８のシーケンスを参照し動作を説明する。
実施の形態８ではハンドオーバ元ＡＰａからハンドーバ先ＡＰｂへのシーケンスは実施の形態１〜７のいずれかと同様である。実施の形態８では、ＡＰから送出するビーコン（報知情報）の送出間隔を制御するものである。

この実施の形態においても実施の形態１と同様に、ＳＴＡは電源ＯＮ後初めてのＡＰ接続では、周りにどのようなＡＰが存在するかのＡＰ探索を実施する。
ＡＰはビーコンを送出しており、このビーコン信号をＳＴＡが受信する（アクセスポイント情報通知ステップ）。
ＡＰ探索ではチャネル制御部４１０を許可されているチャネル周波数に従い順次切り替え、そのチャネル内で検出できるビーコン信号を待つかまたはプローブ信号を送出しプローブＡＣＫ信号としてビーコン受信と同様の内容を入手する。ビーコン信号は無線ＬＡＮＰＨＹ、ＭＡＣフレーム受信、ビーコン処理部と転送され接続制御部に通知される。
接続制御部３６０では探索できた複数のＡＰから、最適なＡＰ例えば、受信電力が一番大きいＡＰを選択し無線ＬＡＮ接続制御を行う。ここでの接続制御は標準通りの動作を行う。接続制御部３６０により、ＡＰとＳＴＡ間の接続が完了すると、ＳＴＡ配下の端末とネットワークＩＦ部、ＭＡＣフレーム生成部、ＭＡＣフレーム受信部、無線ＬＮＡＰＨＹ部３００経由でユーザデータの通信を開始する。ここで接続したＡＰをハンドオーバ元ＡＰとする（収容ステップ）。

線的にＡＰが連続配置されていて隣り合うＡＰが同一チャネル周波数を使用している場合、実施の形態１のようにハンドオーバ元ＡＰａのビーコン信号でハンドオーバ先ＡＰｂの使用チャネルを教えなくてもよい場合も考えられる。この場合、ＳＴＡはハンドオーバ元ＡＰａと通信中に同一周波数でハンドオーバ先ＡＰｂのビーコンを検出できる。
ビーコンは一定周期で発信されているが、ユーザデータの使用帯域を圧迫しないように周期が長めに設定されている（例えば１００ｍＳ周期）。ＳＴＡがハンドオーバ先ＡＰｂの配下に入ってビーコンを発見するのは最悪１００ｍＳの時間がかかってしまう。

一方、列車等に無線ＬＡＮを応用した場合、隣のＡＰにＳＴＡ（列車）がある可能性が少ない。このような状況では、ハンドオーバ先ＡＰｂではユーザデータの帯域を圧迫することを考えなくてもよい。
よって、実施の形態８ではハンドオーバ先ＡＰｂにＳＴＡが接続されていない場合はビーコンの送出周期を短く例えば１０ｍＳし、ＳＴＡのハンドオーバ先ＡＰｂのビーコン検出時間を短くする。
ハンドオーバ先ＡＰｂにＳＴＡが接続したら（ハンドオーバステップ）、ハンドオーバ先ＡＰｂはビーコン送出周期をもとの長い周期に戻す。

この実施の形態８では、上記のように構成するので、ユーザデータの帯域を圧迫することなくハンドオーバ処理におけるビーコン検出時間を短縮できる。

実施の形態９．
実施の形態９の動作について説明する。図５のＳＴＡと図６のＡＰと図８のシーケンスを参照し動作を説明する。
実施の形態９ではハンドオーバ元ＡＰａからハンドーバ先ＡＰｂへのシーケンスは実施の形態３と同様である。実施の形態９では、ハンドオーバ時のＳＴＡ−ＡＰ間の無線通信の信頼度を上げるように制御する。
ハンドオーバを実施するときは、ハンドオーバ元ＡＰａ、ハンドオーバ先ＡＰｂともセルの周辺部での動作となり、ＡＰ−ＳＴＡ間の無線伝送は厳しい状況にあることが多い（図１参照）。このような状況では無線伝送エラーが発生し、再送処理が動作し、ハンドオーバ時間が長時間化してしまう。
一方、無線ＬＡＮは複数の物理速度をサポートしている。例えば８０２．１１ａでは５４Ｍｂｐｓ、４８Ｍｂｐｓ、３６Ｍｂｐｓ、・・・・１２Ｍｂｐｓ、９Ｍｂｐｓ，６Ｍｂｐｓ。一般的には物理速度が遅いほど無線劣化に対して耐性が高い。

このため、実施の形態９では、ハンドオーバに関する無線信号送受は無線劣化に対して耐性の高い低い物理速度を使用する。例えば、ハンドオーバ元との最後の通信は２４Ｍｂｐｓで通信していたとしても、ＡＰｂと接続するための接続要求信号、接続応答信号、鍵導入信号は６Ｍｂｐｓで通信する。

別の実施方法として、実施の形態４の図９のシーケンスのように、ハンドオーバ先ＡＰｂとは接続信号のやり取りをせず、直接ユーザデータ送信から行う場合は、ハンドオーバ先ＡＰｂにはじめて送信するデータは低レートで送信し、エラー無く通信が可能であれば、順次伝送速度を上げていく方法が考えられる。

実施の形態９では、上記のように構成するので、ハンドオーバ時の無線環境劣化した状態でも、データエラーによる再送処理などハンドオーバ時間の長時間化する可能性を低くすることができる。

以上のように、この発明に係るハンドオーバ方法および移動通信システムは、複数のアクセスポイントと、アクセスポイントを跨って移動する１以上のステーションとを含む移動通信システムにおけるステーションのハンドオーバに関して有効であり、特にアクセスポイントが所定の順番でステーションを収容する移動通信システムに適している。

この発明におけるハンドオーバ方法を適用するシステムの１例を示す図。 この発明におけるアクセスポイントの内部機構の１例を示す図。 この発明におけるステーションの内部機構の１例を示す図。 この発明におけるビーコン信号の１例を示す図。 この発明におけるステーションの内部構成の１例を示す図。 この発明におけるアクセスポイントの内部機構の１例を示す図。 この発明におけるアクセスポイントの内部機構の１例を示す図。 この発明におけるシーケンス例の概要を示す図。 この発明におけるシーケンス例の概要を示す図。 この発明におけるステーションの内部機構の１例を示す図。

符号の説明

１００ ネットワーク、 １１０ 端末、 １２０ アクセスポイント、 １３０ ステーション、 １４０ 経路、 ３００ 無線ＬＡＮＰＨＹ部、 ３１０ ネットワークインタフェース、 ３２０ ＭＡＣフレーム受信部、 ３３０ ＭＡＣフレーム生成部、 ３４０ 隣ＡＰ登録部、３５０ ビーコン送出部、 ３６０ 接続制御部、 ３７０ ＡＰ間情報送信部、 ３８０ ＡＰ間情報受信部、 ３９０ ビーコン処理部、 ４００ 移動方向登録部、 ４１０ チャネル制御部、 ４１０ 移動方向検出部、 ４２０ データコピー部、 データ合成部。

Claims (12)

1. 所定の線状経路上を移動する無線端末装置と、該無線端末装置の上記線状経路上における移動方向に応じて所定の順番で上記無線端末装置を収容する複数のアクセスポイント、とからなる移動通信システムにおけるハンドオーバ方法であって、
   １のアクセスポイントが、
   上記所定の順番において該１のアクセスポイントの順番に隣接する順番で上記無線端末装置を収容する隣接アクセスポイントに関する隣接アクセスポイント情報を該１のアクセスポイントが収容している無線端末装置に通知する隣接アクセスポイント情報通知ステップと
   上記無線端末装置が、
   上記１のアクセスポイントが通知した隣接アクセスポイント情報を受信する隣接アクセスポイント情報受信ステップと、
   上記無線端末装置が、
   上記受信した隣接アクセスポイント情報と、上記所定の線状経路上での該無線端末装置の移動方向情報とに基づいて、上記１のアクセスポイントから上記隣接アクセスポイントのいずれかへハンドオーバするハンドオーバステップ
   とを備えることを特徴とするハンドオーバ方法。
2. 上記隣接アクセスポイント情報通知ステップにおいて、上記１のアクセスポイントは、上記隣接アクセスポイント情報を所定時間間隔で該１のアクセスポイントが収容している無線端末装置に通知する
   ことを特徴とする請求項１に記載のハンドオーバ方法。
3. 上記無線端末装置が、
   該無線端末装置を収容しているアクセスポイントの所定の信号である接続アクセスポイント情報を受信する接続アクセスポイント情報受信ステップと、
   上記無線端末装置が、上記受信した接続アクセスポイント情報と、その遷移とから上記移動方向情報を生成する移動方向情報生成ステップ
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のハンドオーバ方法。
4. 上記アクセスポイントが、該アクセスポイントが収容する無線端末装置と接続するための所定の接続用情報を該無線端末装置と交換して接続処理を行う接続ステップと、
   上記アクセスポイントが、上記接続ステップにおいて上記無線端末装置から獲得した上記接続用情報を上記移動方向情報に基づいて上記隣接アクセスポイントのいずれかに通知する接続情報通知ステップ
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のハンドオーバ方法。
5. 上記接続用情報は、接続情報と認証情報であり、上記隣接アクセスポイントは、上記無線端末装置を収容するアクセスポイントから該接続情報と認証情報とを通知されると、上記無線端末装置と接続処理を開始する前から上記通知された接続情報と認証情報により暗号鍵を生成する
   ことを特徴とする請求項４に記載のハンドオーバ方法。
6. 上記無線端末装置が、ハンドオーバを実施した時、アクセスポイントにハンドオーバ元ＡＰ情報と移動方向を通知するステップと、
   上記アクセスポイントが、該無線端末装置から通知された情報を元に、隣接ＡＰ情報を更新するステップと、
   上記アクセスポイントが、更新された隣接ＡＰ情報を元に隣接アクセスポイント情報を通知するステップと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のハンドオーバ方法。
7. 上記ハンドオーバステップにおいて、
   上記無線端末装置は、上記１のアクセスポイントから受信する信号の品質を参酌してハンドオーバするタイミングを決定する
   ことを特徴とする
   請求項１に記載のハンドオーバ方法。
8. 上記ハンドオーバステップにおいて、上記無線端末装置は同時に複数のアクセスポイントと通信可能であることを特徴とする請求項1に記載のハンドオーバ方法。
9. 所定の線状経路上を移動する無線端末装置と、該無線端末装置の上記線状経路上における移動方向に応じて所定の順番で上記無線端末装置を収容する複数のアクセスポイント、とからなる移動通信システムにおけるハンドオーバ方法であって、
   各アクセスポイントが無線端末装置に該アクセスポイントの存在を報知情報を報知するアクセスポイント情報報知ステップと
   上記無線端末装置が、
   １の上記アクセスポイントからの報知情報を受信し該報知情報を発信したアクセスポイントに収容される収容ステップと、
   上記無線端末装置が、
   上記１のアクセスポイントに隣接するアクセスポイントからの報知情報を受信し、該隣接するアクセスポイントへハンドオーバするハンドオーバステップ
   とを備えるハンドオーバ方法において、
   上記アクセスポイント情報報知ステップにおいて、各アクセスポイントが上記報知情報を報知する時間間隔は、該アクセスポイントが無線端末装置を収容しているか否かにより変化することを特徴とするハンドオーバ方法。
10. 上記ハンドオーバステップにおいて、無線端末装置とハンドオーバ元である上記１のアクセスポイントとの通信速度より、該無線端末装置とハンドオーバ先である上記１のアクセスポイントに隣接するアクセスポイントとの通信速度を遅くすることを特徴とする請求項１または請求項９に記載のハンドオーバ方法。
11. 所定の線状経路上を移動する無線端末装置と、該無線端末装置の上記線状経路上における移動方向に応じて所定の順番で上記無線端末装置を収容する複数のアクセスポイント、とからなる移動通信システムにおいて、
    上記アクセスポイントは、
    上記所定の順番において当該アクセスポイントの順番に隣接する順番で上記無線端末装置を収容する隣接アクセスポイントに関する隣接アクセスポイント情報を当該アクセスポイントが収容している無線端末装置に通知する隣接アクセスポイント情報通知手段を備え、
    上記無線端末装置は、
    上記アクセスポイントが通知した隣接アクセスポイント情報を受信する隣接アクセスポイント情報受信手段と、
    上記受信した隣接アクセスポイント情報と、上記所定の線状経路上での該無線端末装置の移動方向情報とに基づいて、上記１のアクセスポイントから上記隣接アクセスポイントのいずれかへハンドオーバするハンドオーバ手段
    とを備える
    ことを特徴とする移動通信システム。
12. 所定の線状経路上を移動する無線端末装置と、該無線端末装置の上記線状経路上における移動方向に応じて所定の順番で上記無線端末装置を収容する複数のアクセスポイント、とからなる移動通信システムにおけるアクセスポイントであって、
    上記所定の順番において当該アクセスポイントの順番に隣接する順番で上記無線端末装置を収容する隣接アクセスポイントに関する隣接アクセスポイント情報を当該アクセスポイントが収容している無線端末装置に通知する隣接アクセスポイント情報通知手段を備える
    ことを特徴とする移動通信システム。

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