JP2006270665A - 無線lanにおけるハンドオーバー方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 端末装置が通信の遮断を発生させずに基地局間を移動できるハンドオーバーを実現する。
【解決手段】 基地局AP1は、自局の無線ネットワークBSS1内に存在する端末装置STA毎に異なる識別コードBSSIDを付加して加入処理を行い、加入後は端末装置STA毎に異なる識別コードBSSIDを有するビーコンフレームを送信する。識別コードBSSIDは、無線LAN内の基地局AP1,AP2,…に、予め重複することがないように割り振られている。端末装置STAが隣接する基地局AP2へハンドオーバーしたときは、基地局AP2からその端末装置STAに対して対応する識別コードBSSIDを有するビーコンフレームを送信する。従って、端末装置STAは、無線ネットワークBSS1からBSS2への移動を認識せずに、通信を継続することができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、複数の基地局を有する無線LAN(Local Area Network)において、接続する端末装置が基地局間を移動する際のハンドオーバー処理に関するものである。
特開2003−259417号公報 ANSI/IEEE std802.11,1990 Edition Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications.
図2は、無線LANの概念図である。
無線LANは、基地局(Access Point)APを中心とした基本サービスセット(Basic Service Set)と呼ばれる無線ネットワークBSSで構成されている。基地局APは、無線ネットワークBSS内に存在する端末装置(Station)STAとの通信を行い、その通信フレームを同一無線ネットワークBSS内に存在する他の端末装置STAへ中継したり、他の無線ネットワークに存在する端末装置へ中継することができる。他の無線ネットワークに存在する端末装置へ中継する場合、端末装置から基地局へ送られた通信フレームは、基地局間を接続する固定回線FIX等を介して他の基地局へ転送され、転送先の無線ネットワーク内に存在する端末装置へ到達することになる。無線LANでは、無線ネットワークBSS同士を繋ぐ拡張無線ネットワークESSを拡張サービスセット(Extended Service Set)と呼んでいる。
拡張無線ネットワークESSは、基地局と基地局を接続して無線ネットワーク間を繋ぐサービスを行うが、無線LAN以外のネットワークとの接続サービスも行う。例えば、ルーターやスイッチを介してLANとの接続を行ったり、また、その先のインターネットとの接続を行うといった具合である。このように、無線LANでは、基地局を中心に幾つかの端末装置を収容する無線ネットワークBSSと、基地局間の通信や無線LAN以外のネットワークとの接続を行う拡張無線ネットワークESSとが存在している。
図3は、無線LANで送受信される通信フレームの形式の一例を示す図である。
通信フレームには、管理フレームとデータフレームとがある。管理フレームは、基地局から周期的に送信されるビーコンや、この基地局と端末装置との間でプローブ要求、プローブ応答、認証、参加、脱退等の管理情報を送受信するためのものである。データフレームは、無線ネットワークへの参加が認められた端末装置と基地局との間でデータを送受信するためのものである。
各無線ネットワークは、無線LAN内の他の無線ネットワークとの区別を行うために固有の識別コードBSSIDを有し、通信フレームのヘッダー内にその識別コードを格納するようにしている。なお、ビーコンフレームやデータフレームは、同一の周波数でCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)方式で送信され、無線LAN内どの端末装置でも受信できるようになっている。
次に、移動する端末装置が無線LANを介して相手側の端末装置と通信を行うときの手順を説明する。
(1) 無線ネットワークへの加入(Join)
図4は、従来の無線ネットワークへの加入手順を示す図である。
無線ネットワークBSSを構築する基地局APは、無線エリア内での統一された時刻情報や、この無線ネットワークBSSに参加する端末装置STに求める処理能力の要求(Capability Information)を広告するために、ネットワーク情報を示すビーコンフレームを、一定時間間隔で送信する。ビーコンフレームは、無線ネットワークBSSに接近して来る端末装置STAに対して、この無線ネットワークBSSの存在を知らせる役割を果たす。端末装置STAは、ビーコンフレームの受信を待つか、またはプローブ要求フレームを送信することで、積極的に基地局APからネットワーク情報を入手するかを選択する。端末装置STからプローブ要求フレームが送信された場合、基地局APはプローブ応答フレームを返すことになっている。プローブ応答フレームにはビーコンフレームと同様のネットワーク情報が格納されており、端末装置STAでは、ビーコンフレームを待たずにネットワーク情報を得ることができる。
ビーコンフレームまたはプローブ応答フレームを受信した端末装置STAは、そのフレーム内の情報から、無線ネットワークBSSが自分の希望する条件に合っているか、或いは端末装置STAがこの無線ネットワークBSSに適合できるかを判断し、加入の可否を決定する。そして、加入を希望するときには、自らが有するタイマーを所望の無線ネットワークBSSのビーコンフレームまたはプローブ応答フレームに含まれる時刻情報の値に同期させる。
(2) 無線ネットワークの認証(Authentication)
加入を行った端末装置STAは、次に基地局APに対して認証要求フレームを送信する。端末装置STからの認証要求フレームを受信した基地局APは、その端末装置STAを認証するかどうかを判断し、結果を認証応答フレームに格納して送信する。端末装置STAは、認証されれば加入のために次のステップへ進むことになるが、認証されない場合には、この無線ネットワークBSSへの加入を取り止め、脱退しなければならない。
(3) 無線ネットワークへの参加(Association)
認証された端末装置STAは、次に基地局APに対して参加要求フレームを送信する。参加要求フレームには、端末装置STAの処理能力を示す情報が格納されており、基地局APはこの端末装置STAの能力が、無線ネットワークBSSにとって必要十分であるかを判断する。加入時には、端末装置STAが無線ネットワークBSSの条件と、自らの条件とが合っているかを判断して加入するか否かを決めていたが、参加時には、基地局APが端末装置STAの処理能力を判断する。その結果は、参加応答フレームに格納されて送信される。端末装置STは、参加を認められたならば、無線ネットワークBSSへの加入手続きを完了することになるが、認められない場合には、この無線ネットワークBSSへの加入を取り止め、脱退しなければならない。無線ネットワークBSSへの加入手続きを完了した端末装置STAは、データフレームを送受信することができる。
(4) 無線ネットワーク参加中の動作
無線ネットワークBSSへの参加が認められた端末装置STAは、データフレームの送受信を行うことができるが、それ以外には基地局APから定期的に送信されるビーコンフレームを受信する。ビーコンフレームでは、発信元アドレスSAが基地局APのアドレス、識別コードBSSIDが無線ネットワークBSSの識別コード(通常は基地局APのアドレスと同一値)となっている。ビーコンフレームには、発信元アドレスSAや識別コードBSSIDの他、時刻情報や、無線ネットワークBSS内で必要な運用・管理情報が含まれている。端末装置STAは、ビーコンフレームを定期的に受信することでそれらの情報を入手すると共に、基地局APの存在や通信状態を把握するために利用する。
(5) 無線ネットワークからの脱退(Disassociation)
無線ネットワークBSSへの参加が認められた端末装置STAは、一連の通信を終了した後、今度はこの無線ネットワークBSSから脱退を希望する場合がある。この場合は、端末装置STAが、脱退(Disassociation)フレームと非認証(Deauthentication)フレームを基地局APへ送信することで、脱退を通知することができる。逆に、基地局APは、参加を認めた端末装置STAに対して、脱退フレームと非認証フレームを送信することにより、無線ネットワークBSSからの脱退を命じることができる。
(6) 無線ネットワークへの再参加(Reassociation)
一旦無線ネットワークBSSへの参加が認められ、その後無線ネットワークBSSから脱退した端末装置STAは、再び同一の無線ネットワークBSS、またはその無線ネットワークBSSが含まれる拡張無線ネットワークESS内の他の無線ネットワークBSSに再加入する場合、再参加要求フレームを利用することができる。再参加は、以前に加入していた無線ネットワークBSSの基地局APのアドレスを通知することで、再度同じ拡張無線ネットワークESSへ参加する手続きを簡略化する方法である。
(7) ハンドオーバー動作
図5は、従来のハンドオーバー動作を示す図である。
ハンドオーバーとは、端末装置STAの移動に伴って、他の基地局APの管理下へ移動することをいう。無線ネットワークBSSへの参加まで完了した端末装置STAは、異なる無線ネットワークBSSへハンドオーバーする場合、まず、参加中の基地局AP1の無線ネットワークBSS1から脱退し、次に、移動先の基地局AP2を見つけるためにプローブ要求フレームを送信する。そして、端末装置STAは新しい基地局AP2からのプローブ応答フレームを受信した後、その基地局AP2との間で加入、認証、再参加の手続きを行うことでハンドオーバーを完了する。
近年の無線LANは、データ通信だけでなく、VoIP(Voice over Internet Protocol)技術を用いた音声通信への要求が高まってきており、携帯電話として機能する端末装置が製品化されつつある。このような携帯電話機能を有する端末装置は、基地局との通信を行いながら移動するため、接続先の基地局を適宜切り替えながらの通信が要求される。
しかしながら、無線LANの無線ネットワークBSSに携帯電話を収容し、ハンドオーバーを実行しようとした場合、上述のような無線ネットワークBSSからの脱退、加入、認証、再参加といった一連のプロトコル処理が必要になり、数100msを越える通信の途切れが生じてしまう。データ通信のようにリアルタイム性が問題とならない場合は、そのまま適用することができるが、VoIPや動画通信といったアプリケーションの場合、通信の途切れは問題である。例えば、VoIPでは、50msの周期で音声フレームを送受信する必要があり、数100msの通信の遮断は、通話品質に大きな影響を与えることになる。
本発明は、無線LANにおいて、端末装置が通信の遮断を発生させずに基地局間を移動できるハンドオーバー方法を実現することを目的としている。
本発明は、第1の無線エリア内に存在する端末装置との間での無線通信を制御する第1の基地局と、該第1の無線エリアと一部のエリアが重複する第2の無線エリア内に存在する端末装置との間での無線通信を制御する第2の基地局を有する無線LANにおいて、次のようなハンドオーバー処理を行うことを特徴としている。
即ち、第1及び第2の基地局が、それぞれ自局の無線エリア内に存在する端末装置から無線LANへの参加が要求されたときに、該無線LANに既に参加している端末装置に付与した識別コードとは異なる識別コードを付与して参加を認める処理と、第1及び第2の基地局が、それぞれ参加が認められかつ自局の無線エリア内に存在する端末装置に対して、対応する識別コードを有するビーコンフレームを周期的に送信する処理と、第1の基地局が、第1の無線エリア内に存在する端末装置からの受信信号を監視して該受信信号が所定のレベルよりも低下したときに、第2の基地局に該当端末装置のハンドオーバーを要求する処理と、第2の基地局が、第1の基地局から前記ハンドオーバーの要求があった時に、該当端末装置からの受信信号に基づいてハンドオーバーの引き受けの可否を判定する処理と、第2の基地局が該当端末装置のハンドオーバーを引き受けた後、その該当端末装置に付与された識別コードを有するビーコンフレームを第1の基地局に代わって周期的に送信する処理とを行う。
本発明では、無線LANに参加する端末装置に対して、この無線LAN内で重複しないような識別コードを割り当て、参加した端末装置が存在する無線エリアの基地局から、この端末装置に対して割り当てた識別コードを有するビーコンフレームを送信する。そして、端末装置が他の無線エリアに移動したときには、移動先の無線エリアの基地局からその端末装置の識別コードを有するビーコンフレームを送信するようにしている。これにより、端末装置は無線LANのエリア内でどこに移動しても、常に参加時に割り当てられた識別コードを使用して通信を続けることができるので、通信の遮断を発生させずに基地局間を移動することができるという効果がある。
第1の無線エリア内に存在する端末装置との間で第1の識別コードを用いて無線通信を制御する第1の基地局と、該第1の無線エリアと一部のエリアが重複する第2の無線エリア内に存在する端末装置との間で第2の識別コードを用いて無線通信を制御する第2の基地局を有する無線LANでは、次のようなハンドオーバー処理を行う。
即ち、第1及び第2の基地局は、それぞれの無線エリア内に存在する端末装置に対し、各基地局が用いる識別コードを有するビーコンフレームを周期的に送信する。第1の基地局は、第1の無線エリア内に存在する端末装置からの受信信号を監視して該受信信号が所定のレベルよりも低下したときに、第2の基地局に該当端末装置のハンドオーバーを要求する。第2の基地局は、第1の基地局からハンドオーバーの要求があった時に、該当端末装置からの受信信号に基づいてハンドオーバーの引き受けの可否を判定する。更に、第2の基地局は、該当端末装置のハンドオーバーを引き受けた後、その該当端末装置に対して第1の識別コードを有するビーコンフレームを周期的に送信する。
図1は、本発明の実施例1を示す無線LANの概略の構成図である。
この無線LANは、それぞれ無線ネットワークBSS1,BSS2をカバーする基地局AP1,AP2を有しており、無線ネットワークBSS1内には端末装置STA1a,STA1b,…が存在し、無線ネットワークBSS2内には端末装置STA2a,STA2b,…が存在する。無線ネットワークBSS1,BBS2には、オーバーラップする重複エリアOVLが存在している。また、基地局AP1,AP2間には、局間通信のための固定回線FIXが設定され、拡張無線ネットワークESSが構成されている。
基地局AP1,AP2は、それぞれ無線ネットワークBSS内の端末装置を管理するために、識別コード管理テーブル11と識別コード割当許可テーブル12を備えている。識別コード管理テーブル11は、例えば、基地局AP1が管理する端末装置STA1a,STA1b,…毎に、これらの端末装置STA1a,STA1b,…に対して、異なる無線ネットワークBSSの識別コードBSSID(“A”,“B”,“C”等)を通知するために用いるテーブルである。なお、基地局AP2には、基地局AP1とは別の識別コードBSSIDが割り振られている。
また、識別コード割当許可テーブル12は、異なる端末装置STA1a,STA1b,…に対して同一の識別コードBSSIDを通知しないように、予め割り振られた“A”,“B”,“C”等の識別コードBSSIDの割当状況(“未割当”または“割当済”)を管理するためのテーブルである。
図6は、図1の無線LANにおける識別コードの割り当て管理動作を示す図である。
基地局AP1は、一定の時間間隔で、時刻1000,1100,1200,1300,…に、周期的にビーコンフレームを送信する。
時刻1000では、基地局AP1の無線ネットワークBSS1内に参加を認められた端末装置が存在しないとする。この場合、識別コード割当許可テーブル12の識別コードBSSID(“A”,“B”,…)の割当状況は、すべて“未割当”に設定されている。基地局AP1から送信するビーコンフレームの発信元アドレスSAと識別コードBSSIDには、共に“A”がセットされる。また、この期間内に端末装置STA1aから、発信元アドレスSAを“STA1a”とし、識別コードBSSIDを“ブロードキャスト(同報)”とするプローブ要求フレームが送信されると、基地局AP1は、発信元アドレスSAと識別コードBSSIDを共に“A”とするプローブ応答フレームを返送する。
時刻1100にも、無線エリアBSS1内に参加を認められた端末装置が存在しないので、基地局AP1から送信するビーコンフレームの発信元アドレスSAと識別コードBSSIDには、共に“A”がセットされる。この期間内に端末装置STA1aの参加が認められると、基地局AP1の識別コード管理テーブル11に、端末装置STA1aと識別コードBSSIDの“A”が対応付けられて登録され、識別コード割当許可テーブル12における識別コードBSSIDの“A”の割当状況は、“割当済”に変更される。
時刻1200では、識別コードBSSIDの“A”が“割当済”となっているので、基地局AP1から送信するビーコンフレームの発信元アドレスSAと識別コードBSSIDには、未割当の“B”が使用される。この期間内に端末装置STA1bから、発信元アドレスSAを“STA1b”とし、識別コードBSSIDを“ブロードキャスト”とするプローブ要求フレームが送信されると、基地局AP1は、発信元アドレスSAと識別コードBSSIDを共に“B”とするプローブ応答フレームを返送する。
時刻1300では、識別コードBSSIDの“A”が“割当済”、“B”が“未割当”であるので、基地局AP1から送信するビーコンフレームの発信元アドレスSAと識別コードBSSIDには、未割当の“B”が使用される。この期間内に端末装置STA1bの参加を認められると、基地局AP1の識別コード管理テーブル11には、端末装置STA1bと識別コードBSSIDの“B”が対応付けられて登録される。また、識別コード割当許可テーブル12における識別コードBSSIDの“B”の割当状況は、“割当済”に変更される。
更に、端末装置STA1bに“B”が割当られた後、端末装置STA1cからプローブ要求フレームが送信されると、基地局AP1は、発信元アドレスSAと識別コードBSSIDを未割当の“C”とするプローブ応答フレームを返送することになる。
時刻1400では、識別コードBSSIDの“A”,“B”が“割当済”となっているので、基地局AP1から送信するビーコンフレームの発信元アドレスSAと識別コードBSSIDには、未割当の“C”が使用される。このように、同一の基地局AP1に登録された端末装置STA1a,STA1b,…に対し、この基地局AP1は識別コードBSSIDとして異なる“A”,“B”,…を割り当てる。
図7は、図1における基地局のビーコンフレームの送信動作を示す図である。
基地局AP1は、未加入の端末装置に対して、未割当の発信元アドレスSAと識別コードBSSIDを有するビーコンフレームとプローブ応答フレームを送信するが、既に参加が認められた端末装置に対しては、割当済の発信元アドレスSAと識別コードBSSIDを有するビーコンフレームを定期的に送信する必要がある。即ち、この図7に示すように、既加入の端末装置を対象にして割当済の識別コードBSSIDを有するビーコンフレームと、新規加入を希望する未加入の端末装置を対象として未割当の識別コードBSSIDを有するビーコンフレームが送信される。
図7では、新規加入の端末装置に対してプローブ応答フレームを送信した時点から、新しい識別コードを有するビーコンフレームの周期的な送信を開始する動作を示している。図6では、参加が認められた時点から、新しい識別コードを有するビーコンフレームの周期的な送信を開始する動作を示している。つまり、新しい識別コードBSSIDを有するビーコンフレームの送信は、参加処理の完了や、プローブ応答フレームの送信等の時点で開始すれば良い。
図8は、図1におけるハンドオーバー動作を示す図である。
基地局AP1は、識別コードBSSIDとして“A”が割り当てられた端末装置STA1aからデータフレームを受信するが、受信信号強度等の劣化を検出することで、この端末装置STA1aが遠くに位置していることを知ることができる。また、基地局AP2は、端末装置STA1aから基地局AP1宛のデータフレームを受信し、受信信号強度等を計測する。基地局AP2が基地局AP1宛のデータフレームを受信できる状況は、端末装置STA1aが、基地局AP1,AP2の無線ネットワークBSS1,BSS2が重複エリアOVLに存在している場合である。
受信信号強度等の劣化を検出した基地局AP1は、固定回線FIXを介して、基地局AP2に対して端末装置STA1aのハンドオーバー要求を行う。尚、ハンドオーバー要求は、固定回線FIXによって隣接する基地局AP2のみに行う方法のほか、拡張無線ネットワークESSに含まれる各基地局にブロードキャスト形態で行い、ハンドオーバーが可能な基地局を探索する方法も可能である。
基地局AP2は、基地局AP1から端末装置STA1aのハンドオーバー要求を受信することで、基地局AP1が端末装置STA1aをハンドオーバーしたいことを認知し、自らがハンドオーバー先として受け入れ可能かどうかを判断する。この判断には、端末装置STA1aから受信したフレームの受信信号強度等の通信品質を利用することが可能である。例えば、基地局AP1は、ハンドオーバー要求時に受信信号強度等の情報を転送することで、基地局AP2は自らの受信信号強度等と比較し、ハンドオーバーの受け入れが可能かどうかを判断することができる。また、基地局AP1は、端末装置STA1aからのデータフレームの受信信号強度が、受信限界レベルまで悪化したときに初めてハンドオーバー要求を送信することで、基地局AP2は受信信号強度等を比較することなしに、ハンドオーバーを受け入れるようにすることもできる。
ハンドオーバーを受け入れる場合、基地局AP2は、基地局AP1へハンドオーバーの受け入れ情報(ハンドオーバーを受け入れるか否か、基地局AP2の受信信号強度情報等)を含むハンドオーバー応答を通知する。この時点では、端末装置STA1aから送信されたデータフレームの受信は、基地局AP1で行う。即ち、ハンドオーバー手続き中は、その時点で識別コード管理テーブル11に該当する端末装置を登録している基地局AP1が、データフレームの送受信を行わなければならない。
ハンドオーバー応答を受信した基地局AP1は、基地局AP2へ、端末装置STA1aのアドレスや、割り当てた識別コードBSSID、ビーコン送信に関する情報等を含むハンドオーバー依頼を通知する。そして、基地局AP2は、自らが有する識別コード管理テーブルにそのアドレスと識別コードBSSIDの値(即ち、“A”)を登録し、ハンドオーバー完了を基地局AP1へ通知する。
ハンドオーバー完了を通知された基地局AP1は、自らが有する識別コード管理テーブル11から該当する端末装置ST1aの情報を抹消する。しかし、この時、基地局AP1は、識別コード割当許可テーブル12における該当する識別コードBSSID(=“A”)を“未割当”に変更してはならない。端末装置STA1aは、他の無線ネットワークBSS2へハンドオーバーしただけであって、拡張無線ネットワークESSから脱退した訳ではないので、同一の識別コードBSSIDや基地局APのアドレスを、他の端末装置に割り当てることができないからである。
以上の手順によってハンドオーバー手続きは終了し、次のデータフレームから、基地局AP2が端末装置STA1aのデータフレームの送受信処理を行うことになる。基地局AP1は、基地局AP2へ引き渡した識別コードBSSIDのビーコンフレームの送信を終了し、基地局AP2は、基地局AP1から引き継いだ識別コードBSSIDのビーコンフレームの送信を開始する。
図9は、図1における端末装置の脱退時の動作を示す図である。
ハンドオーバー先の基地局AP2の無線ネットワークBSS2に属している端末装置STA1aが、この無線ネットワークBSS2を含む拡張無線ネットワークESSからの脱退を希望する場合、基地局AP2に対して、脱退フレームと非認証フレームを送信する。基地局AP2は、自らの識別コード管理テーブルから該当する端末装置STA1aのアドレスと識別コードBSSID(=“A”)の登録を抹消し、かつ、拡張無線ネットワークESSを通して、基地局AP1に脱退通知を送信する。この脱退通知には、脱退した端末装置STA1aに割り当てた識別コードBSSIDの情報が含まれている。なお、基地局AP2は、脱退フレームまたは非認証フレーム中の識別コードBSSIDを確認することで、脱退する端末装置STA1aに割り当てられていた識別コードBSSIDと割り当てた基地局(この場合は基地局AP1)のアドレスを知ることができる。
脱退通知を受信した基地局AP1は、この脱退通知に格納されている識別コードBSSIDと自らが有する識別コード割当許可テーブルを比べ、該当するものがある場合は、その識別コードBSSIDを“未割当”に変更する。これにより、その識別コードBSSIDを他の端末装置に割り当てることができるようになる。
以上のように、この実施例1の無線LANでは、基地局APが、無線ネットワークBSSに加入する端末装置に対して個別の識別コードBSSIDを割り当てて管理し、ハンドオーバーに際して移動先の基地局に、ビーコン送信情報等と共にこの識別コードBSSIDを引き渡すようにしている。これにより、端末装置は、無線ネットワークからの脱退と隣接する無線ネットワークへの再加入という手続きを行うこと無く、ハンドオーバーが行われるので、無瞬断のハンドオーバーを実現することができる。
なお、この実施例1の変形例としては、次のようなものがある。
(a) 各基地局APがそれぞれの識別コード割当許可テーブル12を有し、予め割り振られた範囲内で識別コードBSSIDを管理しているが、無線LAN全体で使用可能な識別コードを一元的に管理する統制管理局を設け、各基地局はこの統制管理局からの指定に基づいて端末装置に識別コードを割り当てるようにしても良い。
(b) (a)に述べたように統制管理局で識別コードを一元的に管理する場合、脱退通知は統制管理局へ送信して、“未割当”と“割当済”の管理を行うことも可能である。
(c) 1つの端末装置が無線ネットワークBSSへの参加を完了した時点で、発信元アドレスSAと識別コードBSSIDを切り替えているが、新たな端末装置からプローブ要求フレームを受信した時点で切り替え、その値を付したビーコンとプローブ応答フレームを送信開始するようにしても良い。
(d) ハンドオーバー元の基地局から、ハンドオーバー先の基地局にハンドオーバー要求を行っているが、これとは逆に、ハンドオーバー受け入れ側の基地局からハンドオーバー要求を行うこともできる。
(e) ハンドオーバー元の基地局AP1からハンドオーバー先の基地局AP2に、ビーコンフレームのネットワーク情報を通知し、基地局AP2では基地局AP1のネットワーク情報を有するビーコンフレームを送信するようにしているが、無線LAN内でのネットワーク情報を統一しておけば、ネットワーク情報を引き継ぐ必要はない。
図10は、本発明の実施例2の脱退時の動作を示す図である。
この動作シーケンスは、基地局APが保有する識別コード割当許可テーブル12を更新するために行う処理で、第1の実施例における図9の処理シーケンスに代えて実施されるものである。
図10において、端末装置STA1aは、基地局AP1の無線ネットワークBSS1に加入し、個別の識別コードBSSIDを割り当てられた後、ハンドオーバーによって基地局AP2の無線ネットワークBSS2へ移動したものである。
端末装置STA1aに識別コードBSSIDを割り当てた基地局AP1は、割り当てた時刻から一定時間が経過したときに、他の基地局AP2へハンドオーバーし、かつ、自局の識別コード割当許可テーブル12が“割当済”となっている識別コードBSSIDが存在する場合、拡張無線ネットワークESSに対してブロードキャスト形態で、この識別コードBSSIDに関する識別コード管理状態問い合わせフレームを送信する。
拡張無線ネットワークESS内の基地局で、該当する識別コードBSSIDを登録している基地局(例えば、基地局AP2)があれば、その基地局AP2は管理中であることを識別コード管理状態応答フレームによって応答する。しかし、どの基地局も管理していない場合は、応答が返されない。
基地局AP1は、問い合わせた識別コードBSSIDに関する識別コード管理状態応答フレームを基地局AP2から受信すると、該当する端末装置STA1aが基地局AP2の管理下で参加していることを確認できるので、識別コード割当許可テーブル12を“割当済”にしたままで、次の一定時間のタイマーを起動する。
次の一定時間が経過した時点で、基地局AP1は再び識別コード管理状態問い合わせフレームを送信する。
もしも、この間に、端末装置STA1aが拡張無線ネットワークESSから脱退していると、基地局AP2を含むどの基地局からも、識別コード管理状態応答フレームは送信されない。基地局AP1は、応答がなければ、拡張無線ネットワークESS内に該当する端末装置が存在しないと判断して、識別コード割当許可テーブル12の該当する識別コードBSSIDを“未割当”に設定する。
これは、端末装置STA1aが基地局AP2の無線ネットワークBSS2から脱退しているにも関わらず、基地局AP1の識別コード割当許可テーブル12では、この端末装置STA1aに割り当てた識別コードBSSIDが“割当済”に設定されたままであることを示している。即ち、拡張無線ネットワークESS内の端末装置STA1aの状況と、識別コード割当許可テーブル12の内容が一致していない状況である。このような状況になる可能性としては、実施例1で説明したように、基地局AP2が端末装置STA1aの脱退フレームと非認証フレームを受信して、拡張無線ネットワークESSにこの端末装置STA1aの脱退通知を行ったが、その脱退通知の情報が雑音等の影響で基地局AP1に受信されたかった場合が考えられる。
以上のように、この実施例2の脱退時の処理では、識別コードBSSIDの割り当て後、一定時間が経過する毎に、拡張無線ネットワークESSに対して、この識別コードBSSIDに関する識別コード管理状態を問い合わせるようにしている。これにより、識別コード割当許可テーブル12の内容が実際の状況と異なって、脱退済みの端末装置に割り当てられていた識別コードBSSIDが“割当済”になっていても、一定時間後には、正しい状況に訂正されるので、識別コード割当許可テーブル12が半永久的に誤った状態に放置されることがなくなり、限りある割り当て可能な識別コードBSSIDを有効に再利用することができる。
なお、この実施例2の変形例としては、次のようなものがある。
(a) 基地局AP1は、一定時間毎に端末装置STA1aの識別コード管理状態問い合わせを行い、応答がないときに識別コード割当許可テーブルを“未割当”に変更しているが、割り当て時から特定時間が経過した時点で、問い合わせを行うことなく“未割当”に変更することもできる。
図11は、本発明の実施例3のハンドオーバーとビーコン送信動作を示す図である。
この実施例3の無線LANは、図4に示す従来の無線ネットワークへの加入手順と、図11に示すハンドオーバー処理を組み合わせたものである。即ち、各無線ネットワークBSSは、1つの固有の識別コードBSSIDと発信元アドレスSA(即ち、基地局APのアドレス)を有し、端末装置が無線ネットワークBSSに加入するとき、その識別コードBSSIDが割り当てられる。また、端末装置が拡張無線ネットワークESS内で、1つの無線ネットワークBSS1から他の無線ネットワークBSS2へハンドオーバーする場合には、ハンドオーバーされる側の無線ネットワークBSS2で、その端末装置に割り当てられた識別コードBSSID等を引き継ぐようにしている。
以下、端末装置の無線ネットワークBSS1への加入と、その後の無線ネットワークBSS2へのハンドオーバーの動作を説明する。
図4に示すように、基地局AP1は、拡張無線ネットワークESS内で割り当てられた1つのアドレスを発信元アドレスSAと識別コードBSSIDにセットし、一定の周期でビーコンフレームを送信する。また、無線ネットワークBSS1への加入を希望する端末装置STAからプローブ要求フレームを受信したときには、基地局AP1はビーコンフレームと同様に、割り当てられた固有のアドレスを発信元アドレスSAと識別コードBSSIDにセットしてプローブ応答フレームを送信する。端末装置STAは、ビーコンフレームやプローブ応答フレームを受信することにより、基地局AP1のアドレスや識別コードBSSID等を認識し、無線ネットワークBSS1に加入する。
図11に示すように、基地局AP1は、発信元アドレスSAと識別コードBSSIDを“A”にセットしたビーコンフレームAを400ms間隔で送信し、基地局AP2は、発信元アドレスSAと識別コードBSSIDを“B”にセットしたビーコンフレームBを400ms間隔で送信している。端末装置STA1a,STA1bは、基地局AP1の無線ネットワークBSS1に加入することで、その加入した無線ネットワークの発信元アドレスSAと識別コードBSSIDは“A”と認識している。
端末装置STA1aは、無線ネットワークBSS1内を徐々に移動することで、基地局AP2の無線ネットワークBSS2に接近する。基地局AP1は、端末装置STA1aからの受信データの受信信号強度等の劣化を検出し、例えば、受信信号強度が予め設定された閾値レベル以下となった時に、この端末装置STA1aのハンドオーバー先の基地局の検索を開始する。ハンドオーバー動作のシーケンスは、図8と同様であり、ハンドオーバー(HO)要求、ハンドオーバー応答、ハンドオーバー依頼、及びハンドオーバー完了のフレームシーケンスによって行われる。端末装置STA1aのハンドオーバーを引き受けた基地局AP2は、基地局AP1から移動した端末装置STA1aが存在することを、管理テーブルに登録する。
端末装置STA1aのハンドオーバー引き受けを完了した基地局AP2は、時刻4400以降、それまでの発信元アドレスSAと識別コードBSSIDを“B”とするビーコンフレームBに加え、発信元アドレスSAと識別コードBSSIDを“A”とするビーコンフレームAを400ms間隔で送信する。端末装置STA1aは、基地局AP2から送信されるビーコンフレームAを受信することで、無線ネットワークBSS1から無線ネットワークBSS2へハンドオーバーしたことを知らずに、通信を継続することができる。
次に、端末装置STA1bが端末装置STA1aの後を追うように、基地局AP2の無線ネットワークBSS2へハンドオーバーした場合、この端末装置STA1bは、同様のハンドオーバー処理によって基地局AP2の管理テーブルに登録される。基地局AP2は、既に端末装置STA1aのためにビーコンフレームAを送信しているので、端末装置STA1bは、このビーコンフレームAを受信する。従って、基地局AP2は、端末装置STA1bのために新たなビーコンフレームを送信する必要はない。
基地局AP2の無線ネットワークBSS2に移動した端末装置STA1aが、この無線ネットワークBSS2を含む拡張無線ネットワークESSからの脱退を希望する場合、基地局AP2に対して、脱退フレームと非認証フレームを送信する。基地局AP2は、管理テーブルから該当する端末装置STA1aの登録を抹消する。但し、基地局AP1への脱退通知は送信しない。基地局AP1は、実施例1のような識別コード割当許可テーブルを有していないので、脱退通知を受けても無意味であるからである。
基地局AP2は、端末装置STA1bが脱退したり、更に他の無線ネットワークBSSへハンドオーバーして、ビーコンフレームAの送信が不要になった時点で、このビーコンフレームAの送信を終了する。
以上のように、この実施例3のハンドオーバー処理では、ある基地局AP1で加入した端末装置が、別の基地局AP2にハンドオーバーした場合、この端末装置のハンドオーバーを引き受けた基地局AP2から、ハンドオーバー前の基地局AP1と同じ発信元アドレスSAと識別コードBSSIDを有するビーコンフレームを送信するようにしている。これにより、端末装置は、無線ネットワークBSSからの脱退と隣接する無線ネットワークへの再加入という手続きを行うこと無く、ハンドオーバーが行われるので、無瞬断のハンドオーバーを実現することができる。
また、実施例1及び実施例2では、拡張無線ネットワークESSに参加している端末装置の数だけ、異なる識別コードBSSIDを準備し、これらの識別コードBSSIDと端末装置との対応を管理しなければならなかったが、この実施例3では、識別コードBSSIDの数は、基地局APの数と同数で良いので、識別コードの管理が容易になるという利点がある。
なお、この実施例3の変形例としては、次のようなものがある。
(a) ハンドオーバー元の基地局AP1からハンドオーバー先の基地局AP2に、ビーコンフレームのネットワーク情報を通知し、基地局AP2では基地局AP1のネットワーク情報を有するビーコンフレームを送信するようにしているが、無線LAN内でのネットワーク情報を統一しておけば、ネットワーク情報を引き継ぐ必要はない。
(b) 実施例3では、各基地局APが、自局の無線ネットワークBSSに参加している端末装置の受信信号強度の低下を検出してハンドオーバー要求を行うようにしている。これとは逆に、ハンドオーバーで他の無線ネットワークBSS2に移動した端末装置STA1からのデータフレームが、ハンドオーバー元の基地局AP1で受信されたときに基地局AP1がこの端末装置STA1をもとに戻すために、基地局AP2に対してハンドオーバー要求を行うようにしても良い。これにより、無線LAN内でハンドオーバー中の端末装置の数を少なくすることができ、不必要なビーコンフレームの送信が減少して安定した通信が可能になる。
(c) 基地局APは、端末装置からの受信信号強度が予め設定された閾値レベル以下となった時にハンドオーバー処理を開始しているが、正常な受信可能限界の第1の閾値レベルと、この第1の閾値レベルよりも高い第2の閾値レベルを設け、自局の識別コードBSSIDを有する端末装置の場合は第1の閾値レベル以下になった時点でハンドオーバー処理を開始し、他局の識別コードBSSIDを有する端末装置の場合は第2の閾値レベル以下になった時点でハンドオーバー処理を開始するようにしても良い。
このように、各基地局が自局の識別コードBSSIDを有する端末装置をなるべくハンドオーバーさせないようにし、他局の識別コードBSSIDを有する端末装置を早めにハンドオーバーさせることにより、無線LAN内でハンドオーバー中の端末装置の数を少なくすることができ、ハンドオーバー処理が減少するとともに、不必要なビーコンフレームの送信が減少して安定した通信が可能になる。
図12は、本発明の実施例4の脱退と再参加動作を示す図である。
この実施例4の動作は、実施例3で説明したハンドオーバーとビーコン送信動作の後、一定時間データフレームの送信が途絶えたときに行われる処理である。
端末装置STA1aは、“A”の識別コードBSSIDを有する基地局AP1へ参加した後、VoIP通信中に“B”の識別コードBSSIDを有する基地局AP2の無線ネットワークBSS2へ移動し、この基地局AP2へハンドオーバーを行ったとする。
基地局AP2は、“A”を参加無線ネットワークの識別コードBSSIDとして認識している端末装置STA1aを受け入れたため、識別コードBSSID=“B”のビーコンフレームに加えて、識別コードBSSID=“A”のビーコンフレームの送信を開始する。その後、端末装置STA1aは暫くVoIP通信を継続していたが、通話を終了したので基地局AP2とのデータフレームの交換は行われなくなる。基地局AP2は、通話終了後も暫く識別コードBSSID=“A”のビーコンフレームの送信を継続する。
端末装置STA1aとのデータフレームの交換が途絶え、無通信状態が一定時間に達した時点で、基地局AP2は、この端末装置STA1aに対して脱退フレームと非認証フレームを送信して、強制的に無線ネットワークBSS2から脱退させる。なお、端末装置STA1aに送信する脱退フレームと非認証フレームは、基地局AP1に代わって行うもので、発信元アドレスSAと識別コードBSSIDは“A”である。基地局AP2は、端末装置STA1aを脱退させることで、他に無線ネットワークBSS1からハンドオーバーした端末装置がなければ、“A”の識別コードBSSIDを付したビーコンフレームの送信を停止することができる。
一方、端末装置STA1aは、再び通信を行う状態になったときに、改めてプローブ要求フレームを送信する。この時、端末装置STA1aが無線ネットワークBSS2のエリアに存在していれば、基地局AP2は“B”の識別コードBSSIDを有するプローブ応答フレームを送信し、この端末装置STA1aは、基地局AP2の無線ネットワークBSS2に再参加することになる。
以上のように、この実施例4では、自局と異なる識別コードBSSIDを有する端末装置とのデータフレームの送受信を監視し、通信が一定時間途絶えて無通信状態となったときに、その端末装置に対して無線ネットワークBSSから強制的に脱退させるようにしている。また、一旦脱退した端末装置が再参加する場合には、その端末装置の現在位置に対応した無線ネットワークBSSに再参加することになる。これにより、不必要なビーコンフレームの送信が減少し、安定した通信が可能になる。
なお、実施例4では、VoIP通信について説明したが、これに限定されるものではない。本発明は、移動体(端末装置)が少なくとも2つの基地局間でハンドオーバーする際に通信を途絶えさせたくないすべての通信(例えば、ストリーミング等)に適用することが可能である。
本発明の実施例1を示す無線LANの概略の構成図である。 無線LANの概念図である。 無線LANで送受信される通信フレームの形式の一例を示す図である。 従来の無線ネットワークへの加入手順を示す図である。 従来のハンドオーバー動作を示す図である。 図1の無線LANにおける識別コードの割り当て管理動作を示す図である。 図1の基地局のビーコンフレームの送信動作を示す図である。 図1におけるハンドオーバー動作を示す図である。 図1における端末装置の脱退時の動作を示す図である。 本発明の実施例2の脱退時の動作を示す図である。 本発明の実施例3のハンドオーバーとビーコン送信動作を示す図である。 本発明の実施例4の脱退と再参加動作を示す図である。
符号の説明
AP1,AP2 基地局
STA1a,STA1b 端末装置
BSS1,BSS2 無線ネットワーク
ESS 拡張無線ネットワーク
11 識別コード管理テーブル
12 識別コード割当許可テーブル

Claims (11)

  1. 第1の無線エリア内に存在する端末装置との間での無線通信を制御する第1の基地局と、該第1の無線エリアと一部のエリアが重複する第2の無線エリア内に存在する端末装置との間での無線通信を制御する第2の基地局を有する無線LANにおけるハンドオーバー方法であって、
    前記第1及び第2の基地局が、それぞれ自局の無線エリア内に存在する端末装置から前記無線LANへの参加が要求されたときに、該無線LANに既に参加している端末装置に付与した識別コードとは異なる識別コードを付与して参加を認める処理と、
    前記第1及び第2の基地局が、それぞれ参加が認められかつ自局の無線エリア内に存在する端末装置に対して、対応する識別コードを有するビーコンフレームを周期的に送信する処理と、
    前記第1の基地局が、前記第1の無線エリア内に存在する端末装置からの受信信号を監視して該受信信号が所定のレベルよりも低下したときに、前記第2の基地局に該当端末装置のハンドオーバーを要求する処理と、
    前記第2の基地局が、前記第1の基地局から前記ハンドオーバーの要求があった時に、前記該当端末装置からの受信信号に基づいてハンドオーバーの引き受けの可否を判定する処理と、
    前記第2の基地局が前記該当端末装置のハンドオーバーを引き受けた後、その該当端末装置に付与された識別コードを有するビーコンフレームを前記第1の基地局に代わって周期的に送信する処理とを、
    行うことを特徴とする無線LANにおけるハンドオーバー方法。
  2. 第1の無線エリア内に存在する端末装置との間での無線通信を制御する第1の基地局と、該第1の無線エリアと一部のエリアが重複する第2の無線エリア内に存在する端末装置との間での無線通信を制御する第2の基地局を有する無線LANにおけるハンドオーバー方法であって、
    前記第1及び第2の基地局が、それぞれ自局の無線エリア内に存在する端末装置から前記無線LANへの参加が要求されたときに、該無線LANに既に参加している端末装置に付与した識別コードとは異なる識別コードを付与して参加を認める処理と、
    前記第1及び第2の基地局が、それぞれ参加が認められかつ自局の無線エリア内に存在する端末装置に対して、対応する識別コードを有するビーコンフレームを周期的に送信する処理と、
    前記第2の基地局が、前記第2の無線エリア内に存在し、かつ前記第1の基地局から参加が認められた端末装置からの受信信号を監視して該受信信号が所定のレベルよりも上昇したときに、前記第1の基地局に該当端末装置のハンドオーバーを要求する処理と、
    前記第2の基地局が、前記該当端末装置のハンドオーバーを引き受けた後、その該当端末装置に付与された識別コードを有するビーコンフレームを前記第1の基地局に代わって周期的に送信する処理とを、
    行うことを特徴とする無線LANにおけるハンドオーバー方法。
  3. 前記第1及び第2の基地局は、それぞれ自局の無線エリア内に存在する端末装置から前記無線LANへの参加が要求されたときに、該無線LANで前記識別コードを一元管理している管理手段に問い合わせて未割当の識別コードを取得し、該端末装置に付与することを特徴とする請求項1または2に記載の無線LANにおけるハンドオーバー方法。
  4. 前記第1及び第2の基地局は、前記端末装置の参加を認めたときに、予め各基地局に割り振られている前記識別コードを付与すると共に、該識別コードが未割り当てか割り当て済みかを管理する識別コード管理手段と、前記参加が認められた端末装置とその端末装置に割り当てられた前記識別コードの対応を管理する端末管理手段を有することを特徴とする請求項1または2に記載の無線LANにおけるハンドオーバー方法。
  5. 前記第1の基地局は、前記該当端末装置を前記第2の基地局にハンドオーバーした後、前記第2の基地局からその該当端末装置が前記無線LANから脱退した旨の通知を受けたときに、前記識別コード管理手段によって該当する識別コードを未割り当ての状態に変更することを特徴とする請求項4に記載の無線LANにおけるハンドオーバー方法。
  6. 前記第1の基地局は、前記該当端末装置を前記第2の基地局にハンドオーバーした後、前記第2の基地局に一定の周期でその該当端末装置の状況を問い合わせ、該第2の基地局からその該当端末装置が前記無線LANに参加中である旨の通知が得られないときに、前記識別コード管理手段によって該当する識別コードを未割り当ての状態に変更することを特徴とする請求項4に記載の無線LANにおけるハンドオーバー方法。
  7. 第1の無線エリア内に存在する端末装置との間で第1の識別コードを用いて無線通信を制御する第1の基地局と、該第1の無線エリアと一部のエリアが重複する第2の無線エリア内に存在する端末装置との間で第2の識別コードを用いて無線通信を制御する第2の基地局を有する無線LANにおけるハンドオーバー方法であって、
    前記第1及び第2の基地局が、それぞれ自局の無線エリア内に存在する端末装置から前記無線LANへの参加が要求されたときに、該基地局が用いる前記識別コードをその端末装置に付与して参加を認める処理と、
    前記第1及び第2の基地局が、それぞれの無線エリア内に存在する端末装置に対し、それぞれの基地局が用いる前記識別コードを有するビーコンフレームを周期的に送信する処理と、
    前記第1の基地局が、前記第1の無線エリア内に存在する端末装置からの受信信号を監視して該受信信号が所定のレベルよりも低下したときに、前記第2の基地局に該当端末装置のハンドオーバーを要求する処理と、
    前記第2の基地局が、前記第1の基地局から前記ハンドオーバーの要求があった時に、前記該当端末装置からの受信信号に基づいてハンドオーバーの引き受けの可否を判定する処理と、
    前記第2の基地局が前記該当端末装置のハンドオーバーを引き受けた後、その該当端末装置に対して前記第1の識別コードを有するビーコンフレームを周期的に送信する処理とを、
    行うことを特徴とする無線LANにおけるハンドオーバー方法。
  8. 前記ハンドオーバーを要求する処理において、前記第1の基地局は、
    前記第1の無線エリア内に存在して前記第1の識別コードを用いる端末装置からの受信信号が第1の閾値レベルよりも低下したときに、前記第2の基地局に該当端末装置のハンドオーバーを要求し、
    前記第1の無線エリア内に存在して前記第2の識別コードを用いる端末装置からの受信信号が前記第1の閾値レベルよりも高く設定された第2の閾値レベルよりも低下したときに、前記第2の基地局に該当端末装置のハンドオーバーを要求することを特徴とする請求項7に記載の無線LANにおけるハンドオーバー方法。
  9. 第1の無線エリア内に存在する端末装置との間で第1の識別コードを用いて無線通信を制御する第1の基地局と、該第1の無線エリアと一部のエリアが重複する第2の無線エリア内に存在する端末装置との間で第2の識別コードを用いて無線通信を制御する第2の基地局を有する無線LANにおけるハンドオーバー方法であって、
    前記第1及び第2の基地局が、それぞれ自局の無線エリア内に存在する端末装置から前記無線LANへの参加が要求されたときに、該基地局が用いる前記識別コードをその端末装置に付与して参加を認める処理と、
    前記第1及び第2の基地局が、それぞれの無線エリア内に存在する端末装置に対し、それぞれの基地局が用いる前記識別コードを有するビーコンフレームを周期的に送信する処理と、
    前記第2の基地局が、前記第2の無線エリア内に存在し、かつ前記第1の基地局から参加が認められた端末装置からの受信信号を監視して該受信信号が所定のレベルよりも上昇したときに、前記第1の基地局に該当端末装置のハンドオーバーを要求する処理と、
    前記第2の基地局が、前記該当端末装置のハンドオーバーを引き受けた後、その該当端末装置に対して前記第1の識別コードを有するビーコンフレームを周期的に送信する処理とを、
    行うことを特徴とする無線LANにおけるハンドオーバー方法。
  10. 前記第2の基地局は、前記該当端末装置のハンドオーバーを引き受けた後、その該当端末装置が一定時間無通信状態となったときに、その該当端末装置を前記無線LANから脱退させることを特徴とする請求項7、8または9に記載の無線LANにおけるハンドオーバー方法。
  11. 接続している第1の基地局から第2の基地局に切り替える無線LANのハンドオーバー方法において、
    前記第1の基地局が、該第1の基地局のエリア内に存在する端末装置との通信において受信信号強度の劣化を検出したとき、該第1の基地局は前記第2の基地局に対してハンドオーバーを要求し、
    前記ハンドオーバーの要求を受けた前記第2の基地局は、ハンドオーバーを受け入れるか否かの情報を送信し、
    前記ハンドオーバーの受け入れ情報を受けた前記第1の基地局は、前記端末装置のアドレス情報を送信し、
    前記アドレス情報を受けた前記第2の基地局は前記端末装置と通信を開始することを特徴とする無線LANにおけるハンドオーバー方法。
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