JP2006129450A - ネットワーク内の移動局との通信を制御する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ネットワーク内、好ましくはＩＥＥＥ８０２．１１標準によるＷＬＡＮ（無線ローカルエリアネットワーク）内の移動局との通信を制御する方法を提供する。
【解決手段】 ネットワークは少なくとも１つのアクセスポイントを備え、アクセスポイントにより移動局がネットワークとアソシエートされ、移動局は省電力モードに入ることができる。少なくとも１つの機能エンティティがネットワーク内に実装されることにより、省電力モードに必要な機能の少なくとも一部が制御される。これにより、特に大規模なネットワークにおいて利用のフレキシビリティが高まり、ネットワークのアクセスポイントに必要な複雑さが低減される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ネットワーク内、好ましくはＩＥＥＥ８０２．１１標準によるＷＬＡＮ（無線ローカルエリアネットワーク）内の移動局との通信を制御する方法に関する。ここでネットワークは少なくとも１つのアクセスポイントを備え、アクセスポイントにより移動局がネットワークとアソシエートされ省電力モードに入ることができる。

ＩＥＥＥ８０２．１１標準は、無線ローカルエリアネットワーク（Ｗ−ＬＡＮ）のための広く受け入れられたアクセス技術であるだけでなく、携帯電話３ＧＰＰシステム内のインターネットのためのホットスポットアクセス技術として、あるいはＩＰマルチメディアサブシステム（ＩＭＳ）のためのアクセス技術としても考慮されている。ＩＥＥＥ８０２．１１標準に基づいて、より大規模なネットワークに対応したインフラストラクチャへのアクセスを保証するためには、一方で、移動端末の消費電力を低減するための効率的メカニズムが必要であり、他方で、移動端末の到達可能性をサポートするためにルーティング状態をネットワーク内で効率的に維持しなければならない。

ＩＥＥＥ８０２．１１標準は、移動局が省電力モード（ＰＳＭ）に入った場合に移動局のネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）をサポートするための基本的メカニズムを規定している。また、ＩＥＥＥ８０２．１１標準によれば、データトラフィックに関する指示（通知）をすることと、ＩＥＥＥ８０２．１１アクセスポイント（ＡＰ）に到着したＩＰデータパケットをＰＳＭに入った移動端末へ転送すること、とが可能となる。関連する必要な設定は、移動端末とＩＥＥＥ８０２．１１アクセスポイントの間のアソシエーションプロセス中に行われる。この場合、移動端末がアクセスポイントに対して自己のリスン間隔（ＬＩ）に関するパラメータを通知し、これに対してアクセスポイントが移動端末にアソシエーション識別子（ＡＩＤ）を割り当てる。このように、ＰＳＭにある移動機の完全な制御がアクセスポイントに集中する。すなわち、アクセスポイントは移動端末の状態を維持管理し、省電力モードにある移動端末宛のＩＰデータパケットをバッファリングし、いわゆるトラフィック指示ビットマップ（ＴＩＭ）によって、パケットが利用可能でありアクセスポイントに対してポーリング可能（すなわち、アクセスポイントから取り出し可能）であることを移動端末に通知する。最後に、移動局がパケットごとにＩＥＥＥ８０２．１１固有のシグナリングメッセージ（いわゆる省電力ポーリング、ＰＳＰ）によってパケットを要求すると、アクセスポイントは、バッファリングされているデータパケットをそれぞれの移動局に転送する。

図１に示すように、移動局の認証およびアクセスポイントとのアソシエーションの標準的手続きと、移動局が省電力モードに入る時の移動局とアクセスポイントの間の通信とについて説明する。

図１において、認証の終了後、移動局はアクセスポイントへアソシエーション要求メッセージを送信する。この要求メッセージとともに、移動局が省電力モードのためビーコンを受信できないビーコン間隔（ＢＩ）の数を示すリスン間隔パラメータ（ＬＩ）がアクセスポイントへ送信される。ＩＥＥＥ８０２．１１標準による省電力モードの基本的メカニズムは、移動局がエネルギー資源を節減するためにリスン間隔中はインタフェース動作を低減させるというものである。２つのリスン間隔の間に、移動局は短期間アクティブモードに入り、その間にビーコンを受信し処理することができる。

移動局は、アソシエーション要求メッセージを送信した後、アクセスポイントからのＩＥＥＥ８０２．１１アソシエーション応答メッセージを待機する。アソシエーション応答メッセージは、省電力モードにあるときに移動局を識別する個々のアソシエーションＩＤ（ＡＩＤ）を含む。ＡＩＤは、トラフィック指示マップ（ＴＩＭ）内の特別のビットであり、それにより移動局には、自分宛のデータパケットが利用可能であることが通知される。ＴＩＭは、周期的に送出されるビーコンとともに送信されるビットマップである。

省電力モードにある移動局宛のＩＰデータパケットがアクセスポイントにバッファリングされている場合、アクセスポイントは、送出するビーコンにおいて、ＴＩＭ内のその移動局のＡＩＤに対応するビットを０から１にセットする。ここで、移動局は、遅くともＬＩビーコン間隔の後にビーコンを受信できる。ＴＩＭ内の対応するビットが１にセットされているため、移動局は、アクセスポイントに対してポーリングすべき自分宛のＩＰパケットがあることを知る。いわゆる省電力ポーリング（ＰＳポーリング）という特定の制御メッセージにより、移動局は、アクセスポイントに対してパケットごとにＩＰデータパケットをポーリングする。

ＰＳＭにある特定の移動局宛のＩＰパケットを正しく検出し転送するために、アクセスポイントは、移動局のＩＰアドレスを知らなければならない。アクセスポイントにアソシエートされた移動局が省電力モードに入ろうとするとすぐに、移動局は、ＭＡＣヘッダのＩＥＥＥ８０２．１１フレーム制御フィールド内のいわゆるパワーマネージメントフラグをセットしたメッセージをアクセスポイントへ送信する。このフレーム制御メッセージにより、アクセスポイントは、移動局のＰＳＭを通知されるだけでなく、フレーム制御メッセージとともに送信されたＩＰパケットをもとに移動局のＩＰアドレスも同時に知る。

上記で説明したことによれば、省電力モードにある移動局との通信を制御する既知の方法は２つの点で不利であることが分かる。省電力モードにある移動端末の完全な制御は、その移動局がアソシエートされるアクセスポイントに引き継がれることから、上記の設定、すなわち特に、アクセスポイントによって移動局に割り当てられるＡＩＤは、移動局がそのアクセスポイントにアソシエートされている限りでしか有効でない。複数のアクセスポイントがある大規模なネットワークでは、移動局が新たなアクセスポイントとアソシエートされる時にはいつも設定を更新しなければならない。この再設定はデータトラフィックを増大させ、移動局の消費電力には特に悪影響を及ぼす。

もう１つの基本的欠点として、ＰＳＭにある移動局の完全な制御を引き継ぐことができるためには、アクセスポイントは非常に複雑にならざるを得ない、ということを考慮しなければならない。この複雑さは、ＬＡＮにおける機能配備が、無線技術に固有の特定の機能を残りのネットワーク全体にとって透過的にするためには適切かもしれない。しかし、特に、大規模な（移動）通信ネットワークでは、移動局とアクセスポイントの間の厳密な一対一アソシエーションは、フレキシビリティに関する重大な制限を意味する。

本発明は、上記の種類のネットワーク内で移動局との通信を制御する方法を実現するという課題を解決しようとするものであって、特に、大規模なネットワークにおいて高いフレキシビリティで適用可能であり、一般的な種類の既知の方法と比較した場合にネットワークのアクセスポイントに必要な複雑さが低減される。

本発明によれば、上記の課題は請求項１に記載の構成によって解決される。これによれば、本方法は、少なくとも１つの機能エンティティがネットワーク内に実装されることにより、省電力モードに必要な機能の少なくとも一部が制御されるように、構成される。

本発明によれば、ネットワーク内に実装された機能エンティティであって、それによって省電力モードに必要な機能の少なくとも一部が制御される機能エンティティにより、ネットワーク内のアクセスポイントの負荷が大幅に軽減される。本発明による方法は、アクセスポイントとは別個の１つまたは複数の機能エンティティに個別の機能を再配置することにより、省電力モードにある移動局に対するネットワークから制御されたトラフィック指示を可能にする。こうして、ネットワーク内のアクセスポイントは、移動局宛のＩＰユーザデータパケットの処理に関する複雑さおよび関連する状態の維持管理に関する複雑さをはるかに低減することができる。

本発明による方法のもう１つの利点として、ローミング、すなわち、あるアクセスポイントから別のアクセスポイントへの移動局の切替を行う際に、その移動局の動作を少なくすることができる。ネットワーク内の１つまたは複数の機能エンティティに機能を割り当てることにより、移動局がどのアクセスポイントにアソシエートされるかにかかわらず、特定のパラメータをネットワーク全体で不変に保持できる。アクセスポイントを変更する際に、一般に非常に制限された移動局のエネルギー資源に悪影響を及ぼす複雑な再設定をなくすことができる。

具体的実施形態において、機能エンティティにより、それぞれの移動局には、ネットワークの一部またはネットワーク全体における対応するアクセスポイントとは無関係に有効な識別子が割り当てられる。ネットワークの一部は、例えば、ページングエリアまたはロケーションエリアから形成され得る。基本的に、識別子は、上記のＩＥＥＥ８０２．１１標準におけるＡＩＤと同様に用いられるが、より広い適用範囲を有し、単一のアクセスポイントによってではなく、ネットワーク内に実装された機能エンティティの１つによって制御される。識別子が単一のアクセスポイントに制限されないことを示すために、以下では、この識別子をネットワークアソシエーションＩＤと呼び、ＮＡＩＤと略記する。

ＮＡＩＤは、移動局が省電力モードに入る前にその移動局に割り当てられる。この割当ては、例えば、移動局と機能エンティティの間のインターネットプロトコルに基づくシグナリングによって行うことができる。上記の標準的なＡＩＤは、アソシエーション手続き中に特定のアクセスポイントによって移動局に割り当てられ、移動局が別のアクセスポイントにアソシエートされるとすぐに変更されるのに対して、ＮＡＩＤは、移動局が省電力モードにありアクセスポイントを変更した場合でも保持できるという大きな利点がある。

有利には、機能エンティティに移転される機能は、移動局宛のＩＰパケットの検出および／またはバッファリングを含み得る。これにより、アクセスポイントの複雑さを低減する可能性が増大する。

また、有利には、機能エンティティは、いわゆるマッピング、すなわち、移動局宛のＩＰデータパケットのＩＰ宛先アドレスからそれぞれのネットワークアソシエーションＩＤへのマッピングを引き継ぐことができる。すなわち、機能エンティティは、ＩＰアドレスに関する情報と、移動局に割り当てられたＮＡＩＤに関する情報とを含む、移動局に対するエントリを管理することができる。

ＰＳＭにある移動局宛のＩＰデータパケットがネットワークにバッファリングされており、その移動局がＩＰデータトラフィックを受信可能になればすぐにその移動局へ転送可能であることをその移動局に通知するため、移動局のそれぞれのＮＡＩＤは、機能エンティティによって、あるプロトコル、好ましくはＩＰベースのシグナリングを用いて、ネットワーク内の１つまたは複数のアクセスポイントへ送信されることが可能である。具体的には、ネットワークアソシエーションＩＤは、例えばネットワーク内のすべてのアクセスポイントへ送信できる。別法として、ネットワークのある特定の部分（例えば、ページングエリア、ロケーションエリア等）のアクセスポイントにのみネットワークアソシエーションＩＤを送信することも考えられる。

具体的実施態様において、移動局のＮＡＩＤを受信する個々のアクセスポイントは、ＮＡＩＤを、トラフィック指示マップ（ＴＩＭ）内の対応するビットにマッピングする。すなわち、データトラフィックを指示するために、受信したＮＡＩＤをＩＥＥＥ８０２．１１固有の方式にマッピングするマッピング機能は、機能的には個々のアクセスポイントに残る。ＴＩＭは、ＩＥＥＥ８０２．１１標準で提供されるのと同様に、後続のビーコンとともに送信することができる。

移動局の省電力機能のさらなる最適化について、移動局の完全な認証およびアクセスポイントとのアソシエーションは、自局宛の利用可能なデータトラフィックが存在することを移動局が通知されて初めて、そしてその時にのみ、実行される。これにより、認証およびアソシエーションに関わる余分なシグナリングを効率的に低減することができる。

有利には、機能エンティティは、密接に関連する機能の連携を行うネットワーク内の制御エンティティに割り当てることができる。特に、アクセスルータ上に機能エンティティを実装すると明らかに有益である。また、実装は、ネットワーク内での移動局のルーティング状態の管理および再設定を実行するモビリティエージェント上で、あるいは、ネットワーク内で、省電力モードによりシグナリング動作を低減した移動局のローカリゼーションおよび再アクティベーションを通常引き継ぐページングエージェント上で行うことも考えられる。なお、機能エンティティによって引き継がれる個々の機能が、異なるネットワークコンポーネント上に実装され得ることに留意されたい。

ＩＥＥＥ８０２．１１標準において識別のためにアクセスポイントによって移動局に割り当てられるアソシエーションＩＤのフォーマットは、デフォルトでは、ＡＩＤが１から２００７までの範囲内の値をとり得るように定義される。ＩＥＥＥ８０２．１１標準との衝突を避けるため、本発明においては、ネットワークアソシエーションＩＤがＩＥＥＥ８０２．１１標準によるＡＩＤと同じフォーマットを示すようにすれば有利である。これにより、ＰＳＭにある２００７個の移動局の一義的識別が可能である。

制御すべきロケーションエリア内に多数のアクセスポイントがある大規模なネットワークにおいて、ＰＳＭにある移動局が２００７個よりも多く存在する場合、有利には、特定のネットワークアソシエーションＩＤを複数の移動局に割り当ててもよい。こうしても、複数の移動局にデータトラフィックが通知されるだけである。この多義性は、例えば、移動局のＩＰアドレスあるいはその他の一義的識別子を利用して、移動局と機能エンティティの間のプロトコルシグナリングによって容易に解決でき、データトラフィックが誤って通知された移動局は、機能エンティティが多義性を解決した直後に再び省電力モードに入ることができる。

本発明によれば、少なくとも１つの機能エンティティがネットワーク内に実装され、省電力モードに必要な機能の少なくとも一部が制御されることで、ネットワーク内のアクセスポイントの負荷が大幅に軽減される。本発明による方法は、アクセスポイントとは別個の１つまたは複数の機能エンティティに個別の機能を再配置することにより、省電力モードにある移動局に対するネットワークから制御されたトラフィック指示を可能にする。こうして、ネットワーク内のアクセスポイントは、移動局宛のＩＰユーザデータパケットの処理に関する複雑さおよび関連する状態の維持管理に関する複雑さをはるかに低減することができる。

本発明の教示を有利に実施し改良するためのいくつかの選択肢がある。この目的のためには、一方で請求項１に従属する請求項を参照し、他方で図面に例示される本発明の好ましい実施例に関する以下の説明を参照されたい。図面による本発明の好ましい実施例の説明においては、教示の一般的に好ましい実施形態および改良形態が説明される。

図２は、本発明による方法の実施例の概略図である。ネットワークは、移動局がアソシエートされた１つ（または複数）のアクセスポイントに加えて、例えばアクセスルータと同じ位置に配置された機能エンティティを備える。機能エンティティとアクセスポイントの間の通信は、明確にするためにただ１つのみ表されているが、ＩＰレイヤ（レイヤ３）またはその上位のプロトコルレイヤおよびトランスポートメカニズムで行われるのに対して、移動局は無線リンク（レイヤ２）でアクセスポイントに接続される。

登録段階において、移動局は、機能エンティティへ自己のＩＰアドレスと、任意選択で自己のリスン間隔とを送信する。登録応答において、機能エンティティは、割り当てられた識別子を移動局に通知する。この識別子は、対応するアクセスポイントとは無関係にネットワーク全体で有効である。以下で、この識別子を、ＩＥＥＥ８０２．１１標準によるアソシエーションＩＤ（ＡＩＤ）と区別するために、ネットワークアソシエーションＩＤ（ＮＡＩＤ）と呼ぶ。

こうして移動局は、特定のアクセスポイントとではなく、機能エンティティとアソシエートされる。個々のアクセスポイントについて、機能エンティティは、ネットワーク全体またはネットワークの広い部分（例えばロケーションエリア）におけるＰＳＭ関連のすべての情報を維持管理する。したがって、ＩＥＥＥ８０２．１１アクセスポイントにとっては、アソシエートされた移動局のＰＳＭ関連状態およびＩＰアドレスを知る必要がない。

登録段階の後、移動局は省電力モードに入る。これは、具体的には、移動局がネットワーク内でＩＰルーティング状態を維持しないことを意味する。すなわち、移動局はいわゆるドーマント（休眠）状態に入り、自己のネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）を送受信モード（Ｒｘ，Ｔｘ）からいわゆるドーズモードにセットすることにより、帯域幅およびエネルギー資源を節減する。

省電力モードにある登録された移動局へＩＰデータパケットを転送しなければならない場合、移動局のＩＰアドレスと対応するＮＡＩＤとを関連づける役割を果たす機能エンティティは、ネットワークの全アクセスポイントまたは対応するロケーションエリアへ制御メッセージを送信する。制御メッセージは、移動局のＮＡＩＤと、任意選択で移動局のＬＩパラメータとを含む。ネットワーク内の個々のアクセスポイントは、ＮＡＩＤと、該当する場合には任意選択のＬＩパラメータとを受信し、ＮＡＩＤに従って、ＴＩＭ内の対応するビットをセットし、周期的に送出するビーコンとともに送信する。

リセットメカニズムが働くまでにＴＩＭ内のビットがセットされたまま保持されるビーコン数は、管理者が自由に設定できる。移動局に対するＩＰデータパケットがアクセスポイントにバッファリングされないので、ＬＩパラメータの重要性は、ＩＥＥＥ８０２．１１標準による方法に比べて低くなる。それでも、このパラメータは、ＴＩＭにセットされた特定のビットが何回要求されたかをアクセスポイントに通知するために依然として使用可能である。移動局が例えばＮ個のリスン間隔（Ｎ＝［１，２，３，］...）の間ビーコンを受信できない場合、機能エンティティが、タイムアウトメカニズムを用いて、更新および再送を図ることができる。

移動局のＮＩＣが、ＴＩＭによって、自局に対するデータトラフィックがあることを通知された後、移動局は再びアクティブになり、それにより、自己のＮＩＣ状態を「ドーズ」から「Ｒｘ，Ｔｘ」にセットする。そして移動局は、登録解除手続きにより自己の現在位置を機能エンティティに通知する。

この情報により、ＩＰルーティング状態の再設定と、その結果として、バッファリングされているＩＰデータパケットを当該移動局へ転送することが可能となる。

次に、図３は、図１の標準的方法と、図２で説明した本発明による方法の実施例との相違点の概略図である。図の左側に示されている標準的方法では、ＰＳＭ関連機能全体がアクセスポイント（複数可）に集中している。アクセスポイントは、ＰＳＭにある移動局にＡＩＤを割り当て、移動局のＩＰアドレスと、割り当てられているＡＩＤとの間のマッピングを引き継ぐ。移動局に対するＩＰデータパケットがアクセスポイントにバッファリングされている場合、アクセスポイントは、ＴＩＭ内のそれぞれのＡＩＤに対応するビットをセットする。ＴＩＭは、ビーコンとともに周期的にアクセスポイントによって送出される。

図３の右側には、本発明による方法の実施例が、標準的手法と対比して示されている。理解されるように、ＰＳＭ関連機能の一部がアクセスポイントから取り去られ、アクセスポイントとは別個の機能エンティティに割り当てられる。実際には、機能エンティティによって引き継がれる機能は、物理的には、複数の異なるネットワークコンポーネント上に実装され得る。機能エンティティは、個々のアクセスポイントとは独立に、ネットワーク全体またはネットワークの少なくとも大部分で有効なＮＡＩＤを、ＰＳＭにある移動局に割り当てる。さらに、機能エンティティは、移動局のＩＰアドレスと、割り当てられたＮＡＩＤとの間のマッピングを受け持つ。ネットワーク内の移動局に対するＩＰデータパケットが利用可能である場合、機能エンティティは、対応するＮＡＩＤを１つまたは複数のアクセスポイントへ送信する。これらは、受信されるＮＡＩＤと、ＴＩＭ指示によるトラフィック指示のＩＥＥＥ８０２．１１固有の方式との間のマッピングを引き継ぎ、ＴＩＭはビーコンとともに周期的に送出される。

最後に、特に指摘しておくが、上記の実施例は任意に選択されたものであり、本発明による教示を説明するためのものに過ぎず、本発明を上記実施例に限定するものでは全くない。

標準的アソシエーションプロセスおよびＩＥＥＥ８０２．１１標準によるデータトラフィックの通知の概略図である。 ネットワーク内で移動局との通信を制御するための、本発明による方法の実施例の概略図である。 図１に示した標準的手続きと、図２に示した本発明による方法の実施例との相違点の概略図である。

Claims (12)

1. ネットワークに設けられた少なくとも１つのアクセスポイントにより移動局が前記ネットワークとアソシエートされ、前記移動局は省電力モードに入ることができる前記ネットワークにおいて、
   少なくとも１つの機能エンティティが前記ネットワーク内に実装されることにより、省電力モードに必要な機能の少なくとも一部が制御される、
   ことを特徴とする移動局との通信を制御する方法。
2. 前記移動局にはそれぞれ、前記機能エンティティによって、対応するアクセスポイントとは無関係に、前記ネットワークの一部または前記ネットワーク全体で有効な識別子であるネットワークアソシエーションＩＤが割り当てられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記機能エンティティに割り当てられる機能が、前記移動局宛のＩＰパケットの検出および／またはバッファリングを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記機能エンティティが、前記移動局宛のＩＰデータパケットのＩＰ宛先アドレスを、対応するネットワークアソシエーションＩＤにマッピングすることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
5. 前記機能エンティティは、前記移動局に対するＩＰデータパケットが存在する場合に、前記ネットワーク内の１つまたは複数のアクセスポイントへそれぞれ前記ネットワークアソシエーションＩＤを送信することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. アクセスポイントが、受信したネットワークアソシエーションＩＤをトラフィック指示マップ（ＴＩＭ）内の対応するビットにマッピングすることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記ＴＩＭが後続のビーコンとともに送出されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 移動局の完全な認証およびアクセスポイントとのアソシエーションが、当該移動局宛のデータトラフィックの存在が指示された後に実行されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記機能エンティティがアクセスルータ、モビリティエージェント、ページングエージェントおよび／または１つまたは複数の他のネットワークコンポーネント上に実装されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記ネットワークアソシエーションＩＤが、ＩＥＥＥ８０２．１１標準に従って使用される識別子と同じフォーマットを有することを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 特定のネットワークアソシエーションＩＤが複数の移動局に割り当てられることを特徴とする請求項２〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記ネットワークはＩＥＥＥ８０２．１１標準によるＷＬＡＮ（無線ローカルエリアネットワーク）であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。

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