JP2007288695A - 情報転送装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】通信途中で無線アクセスポイントを変更することができず、一度通信を終了してから再度接続する必要があった。
【解決手段】通信システム100は、三つから構成されている。第1はレイヤ3スイッチである情報転送装置10、第2は基地局装置(21〜23)、第3は無線端末装置(31〜34)である。さらに、情報転送装置10は、ポート情報や経路情報などを変更するポート情報制御部19と、IPアドレスによる経路制御やルーティング制御を管理するテーブル記憶部13と、IPアドレスを割り当てるDHCPサーバ部14と、を有している。
【選択図】図1

Description

本発明は、基幹通信網と無線端末装置との間の情報転送及び無線端末装置間の情報転送を行う情報転送装置に関し、特に、無線端末装置の移動に伴う円滑な情報転送を実現する情報転送装置に関する。
近年、ADSL、FTTH、ケーブルテレビ回線等を利用した高速なインターネット回線の利用が拡大し、これに伴い、デジタルデータの送受信に限らず、映像や音声などの送受信やインターネット電話サービス(IP電話)なども提供されるようになった。
特許文献1には、高速なインターネット回線を用いたIP電話システムと、無線LANを実現する無線アクセスポイント装置と、VoIPワイヤレス電話子機などの無線端末と、を組み合わせてVoIPワイヤレス電話システムを提供する技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示されているVoIPワイヤレス電話システムは、一般の携帯電話のような電話サービスではなく、無線LAN(IEEE802.11)の規格によりサービスエリアは、例えば無線アクセスポイント装置から数十メートル程度という限られた場所での利用となり、携帯電話に比べて利便性に欠けるという問題があった。
また、無線アクセスポイント装置に同時に接続する無線端末の台数や無線アクセスポイント装置が処理する通信データ量(以下、トラヒックという。)に応じて特定の回線における通信容量の低下や通話品質などが悪化する場合があった。
このような問題を解決するために特許文献2には、インターネット回線に接続されたルータと、複数の無線アクセスポイント装置と、を制御して無線アクセス区間における通信帯域を有効に使用する技術が開示されている。
特開2005−236537号公報 特開2004−15435号公報
特許文献2は、複数の無線アクセスポイント装置を用いて、無線LANのサービスエリアを拡大し、無線区間における通信帯域を有効利用することを可能とした。しかし、通信途中で無線アクセスポイントを変更することができず、再接続が必要であり、その間無線端末装置は大量のデータを受信できない。
以上のような問題を解決するために、本発明に係る情報転送装置は、基幹通信網と、無線端末装置が通信を行う基地局と、の間で情報の授受を行い、基地局と接続するために基幹通信網で識別されるためのネットワークアドレスが割り当てられた通信ポートを有する情報転送装置において、基地局と接続された通信ポートのポート識別符号を基地局との通信により取得するポート識別符号取得手段と、基地局を介して無線端末装置に予め割り当てられた固有符号を取得する固有符号取得手段と、を有し、固有符号取得手段から取得した固有符号と、通信ポートのネットワークドレスと、に応じて無線端末装置が基幹通信網で識別されるための端末アドレスを生成する端末アドレス生成部と、無線端末装置への情報を一時記憶する情報記憶部と、ポート識別符号取得手段から取得したポート識別符号と、固有符号取得手段から取得した無線端末装置の固有符号と、端末アドレス生成部で生成された端末アドレスと、予め割り当てられた情報記憶部の領域と、を対応付けた対応情報を生成する対応情報生成部と、対応情報生成部で生成された対応情報に基づいて無線端末装置へ情報を転送し、無線端末装置からの要求に応じてポート識別符号と異なる基地局と通信を行う場合は、無線端末装置に割り当てられた情報記憶部の領域に一時記憶し、対応情報のポート識別符号を変更した後に情報を送信するポート情報制御部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る情報転送装置において、無線端末装置が基幹通信網で識別されるための端末アドレスを、基地局を介して無線端末装置より取得した固有符号に基づいて生成するアドレス生成サーバから取得し、対応情報生成部は、アドレス生成サーバから取得した端末アドレスと、ポート識別符号取得手段から取得したポート識別符号と、固有符号取得手段から取得した無線端末装置の固有符号と、を対応付けた対応情報を生成することを特徴とする。
さらにまた、本発明に係る情報転送装置において、ポート情報制御部は、無線端末装置からの要求に応じて異なる基地局と通信を行う場合、無線端末装置に送信されなかった情報を移動前の基地局から回収し、回収された情報と情報記憶部に一時記憶された情報とを無線端末装置に送信することを特徴とする。
本発明によれば、通信途中で無線アクセスポイントを変更することができ、かつ、データの損失をなくすことが可能な情報転送装置を実現することができる。
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。
図1には、基幹通信網12と無線端末装置(31〜34)間のパケットを転送する通信システム100の構成が示されている。通信システム100は、大きく分けて三つから構成されている。第1はレイヤ3スイッチと同様な役割を果たす情報転送装置10、第2は基地局装置(21〜23)、第3は無線端末装置(31〜34)である。
さらに、情報転送装置10は、無線端末装置(31〜34)と接続するための経路情報を制御するポート情報制御部19と、IPアドレスによる経路の制御やルーティング制御を管理するためのテーブル記憶部13と、IPアドレスを割り当てるDHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)サーバ部14と、有している。
情報転送装置10は、通信ポート0(15)を介してインターネットなどの基幹通信網12と、通信ポート(16〜18)を介して基地局装置(21〜23)と、を接続する。通信ポート(15〜18)は、ハードウエアに固有の識別符号であるマックアドレスをそれぞれ有する。なお、マックアドレスは変更されることがない恒久的な識別符号である。
さらに、通信ポート(15〜18)は、マックアドレスの他、ポート番号によって識別されており、情報転送装置10において固有に割り当てられた番号である。
基地局装置(21〜23)は、マックアドレスを適用した所定の無線通信プロトコルに従い、無線端末装置(31〜34)のうち特定の無線端末装置との無線通信によりパケット情報の送受信を行う。当該無線プロトコルとしては、IEEE802.16等を適用することが好適である。
無線端末装置(31〜34)は、基地局装置(21〜23)のうち少なくとも一つとの間では、無線通信が確立される前に当該所定の無線通信プロトコルに従い次のような処理が実行される。
無線端末装置(31〜34)は、基地局装置(21〜23)との間で予備的な無線通信を行い、基地局装置(21〜23)が無線端末装置(31〜34)とは異なる無線端末装置(図示せず)との間で行う通信の頻度と、基地局装置(21〜23)との間で送受信する電磁波の伝搬状況の良好度と、基地局装置(21〜23)までの距離などによって定義される通信良好度と、を測定する。
無線端末装置(31〜34)は、通信良好度に基づいて基地局装置(21〜23)のうち無線通信を行うものを選択する。次に、無線端末装置(31〜34)は、選択した基地局装置(21〜23)にマックアドレスを含む情報を転送する。当該情報を受信した基地局装置(21〜23)は、マックアドレスを認識する。
このような処理によって、基地局装置(21〜23)は、基地局装置(21〜23)が通信を行う無線端末装置(31〜34)のマックアドレスを認識する。例えば、図1の通信システム100では、基地局装置1(21)は、マックアドレスMac1とMac2を認識し、基地局装置2(22)は、マックアドレスMac3を認識する。同様に、基地局装置3(23)は、マックアドレスMac4を認識する。
基地局装置(21〜23)は、情報転送装置10に認識したマックアドレスを送信する。情報転送装置10は、取得したマックアドレスに基づいて、後述する経路テーブルを更新する。次に、基地局装置(21〜23)は認識したマックアドレスにて特定される無線端末装置(31〜34)とパケット情報の送受信を無線通信(図1中の白抜き矢印)を用いて行う。
通信ポート0〜3(15〜18)には、基幹通信網12において定義されるそれぞれ固有のIPアドレスが割り当てられる。通信ポート1〜3(16〜18)には、共通のネットワークアドレスと、それぞれ互いに異なるホストアドレスとが割り当てられる。図1の情報転送装置10では、通信ポート0(15)にIPアドレスとして「10.1.3.1」が、通信ポート1(16)から通信ポート3(18)にIPアドレスとしてそれぞれ「10.1.2.1」〜「10.1.2.3」が割り当てられている。ただし、IPアドレスの上位24ビットをネットワークアドレスとし、下位8ビットをホストアドレスとしている。
無線端末登録処理について、図1と、図9のシーケンス図と、テーブル記憶部13に記憶されている表1に示す経路テーブルの一例と、を用いて説明する。なお、経路テーブルには、IPアドレスと、ポート識別符号と、バッファスイッチのOn/Offと、マックアドレスと、が記憶されている。
通信ポート(15〜18)のIPアドレスが、情報転送装置10および基地局装置(21〜23)を設置する際に予め割り当てられるのに対し、無線端末装置(31〜34)のIPアドレスは、情報転送装置10によって割り当てられる。ここでは、基地局装置(21〜23)が無線端末装置4(34)のマックアドレスMac4を新たに認識した際に、無線端末装置4(34)のIPアドレスを新たに割り当てる具体例と共に説明する。
この例では、無線端末装置(31〜33)にはIPアドレス「10.1.2.n+1]〜「10.1.2.n+3」がそれぞれ割り当てられており、無線端末装置4(34)にはIPアドレスの割り当てが完了していないものとする。
基地局装置3(23)は、新たにマックアドレスMac4を認識すると、ヘッダ部に接続通知パケット識別子を含ませ、データ部に新たなマックアドレスMac4を含ませた接続通知パケット情報を通信ポート3(18)を介して情報転送装置10に送信する(S21)。情報転送装置10は、通信ポート3(18)から受信したパケット情報のヘッダ部に接続通知パケット識別子が含まれていると判定すると、データ部から抽出されるマックアドレスMac4を抽出する(S22)。
情報転送装置10は、抽出したマックアドレスMac4に対応するIPアドレスを決定する(S23)。決定するIPアドレスのネットワークアドレスは、「10.1.2.n+4」とする。次に、情報転送装置10は、決定したIPアドレスに基づいてテーブル記憶部13に記憶している経路テーブルの内容を追加する(S24)。
情報転送装置10は、経路テーブルを更新して、ヘッダ部にアドレス付与パケット識別子を含ませ、データ部にマックアドレスMac4、マックアドレスに対応するIPアドレス「10.1.2.n+4」と、さらに情報転送装置10の通信ポート3(18)のマックアドレスを含めたアドレス付与パケット情報を通信ポート3(18)を介して基地局装置3(23)に送信する(S25)。
基地局装置3(23)は、受信したパケット情報のヘッダ部にアドレス付与パケット識別子が含まれていると判定すると、データ部からマックアドレスMac4、マックアドレスに対応するIPアドレス「10.1.2.n+4」と、さらに情報転送装置10の通信ポート3(18)のマックアドレスを取り出して無線端末装置4(34)に送信する(S26)。無線端末装置4(34)は、受信したパケット情報からIPアドレス及び通信ポートのマックアドレスを抽出して記憶する(S27)。
Figure 2007288695
なお、無線端末装置(31〜34)が情報転送装置10の通信ポート(16〜18)のマックアドレスを取得する処理は、広く知られているARP(Address Resolution Protocol)によっても行うことができる。また、本実施形態では、情報転送装置10がDHCPサーバ部14を有する構成としたが、これに限定するものではなく、外部のDHCPサーバと交信してもよい。
図2には、基幹通信網側と基地局装置側でパケット交換を実行する情報転送装置10の構成が示されている。情報転送装置10は、プロトコル制御処理を司るCPU51と、第1のメモリ52とを有している。また、第1のメモリ52には、処理を実行させるプログラムと、基地局装置(21〜23)とやり取りするための制御情報が格納されている。
さらに、情報転送装置10は、システムバスとPCIバスを介してパケット転送処理を司るNPU55(ネットワークプロセッサユニット)と、パケット入出力を実行するイーサネット(登録商標)等の有線通信ポート(54,61〜63)と、第2のメモリ56と、第3のメモリ57とを有している。また、第2のメモリ56には、経路テーブルの内容が格納され、第3のメモリ57には、バッファリングパケットと、FIFO等が格納される。
CPU51は、基地局装置からの制御メッセージの解析と対応処理(ポート情報制御など)を実行する。その結果、経路テーブルの設定をパケット転送処理を司るNPU55に指示する。その他、基地局装置への制御メッセージ生成などもこのCPU51が実行する。
NPU55は、入力パケットが通常のパケットの場合は、経路テーブルを参照して該当する出力ポートに転送する。また、入力パケットが基地局装置との制御メッセージパケットの場合は、プロトコル制御処理を司るCPU51に転送する。
図6には、パケット情報データ(以下、パケットと略す。)のデータ構造が示されている。やり取りされるパケットは、図のように、第1ヘッダ部H1(71)、第2ヘッダ部H2(72)、及びデータ部(73)を含んで構成される。さらに、第1ヘッダ部H1(71)は、宛先アドレスD1(74)と送信元アドレスS1(75)とを含んで構成され、第2ヘッダ部H2(72)は宛先アドレスD2(76)と送信元アドレスS2(77)を含んで構成される。
宛先アドレスD1(74)には、パケットの宛先とする装置のマックアドレスが設定される。宛先アドレスD2(76)には、パケットの宛先とする端末のIPアドレスが設定される。送信元アドレスS1(75)には、パケット送信元の装置のマックアドレスが設定され、送信元アドレスS2(77)には、パケット送信元端末のIPアドレスが設定される。データ部(73)は、パケットの伝送対象とするデータを含む。
図3から図5には、無線端末装置2(32)が現在接続している基地局装置1(21)から基地局装置2(22)に接続を変更する状況が示されており、図7には、情報転送装置10が実行する処理の流れを示す構成が示されている。以下、図3〜5と図7を用いて無線端末が移動するとき、情報転送装置10がパケットを送信する基地局装置を切り替え、パケットをバッファリングする処理の流れを示す。
図3のステップS0に示すように、最初は、情報転送装置10のポート1と、基地局装置1(21)と、を介して、無線端末装置2(32)へパケットが送信されている。次に、図7のステップS1に示すように、無線端末装置2(32)は、電波状況から基地局装置の切り替えのために移動元の基地局装置1(21)へハンドオーバ要求を送信する。ハンドオーバ要求を受信した移動元の基地局装置1(21)は、情報転送装置10へハンドオーバ要求を送信する(S2)。
情報転送装置10は、移動先の基地局装置2(22)へハンドオーバ要求を送信する(S3)。移動先の基地局装置2(22)がそのハンドオーバを受け付けた場合は、受付通知が情報転送装置10に送信される(S4)。
受付通知を受信した情報転送装置10は、無線端末装置2(32)宛のパケットを送信せずに情報転送装置10の第3のメモリ57に保持する(S5)。次に、情報転送装置10は、ハンドオーバ応答を移動元の基地局装置1(21)に送信する(S6)。
上述の処理により表2には、IPアドレス「10.1.2.n+2」、ポート識別符号「P2」、MACアドレス「Mac2」におけるバッファスイッチに「On」が設定される。
Figure 2007288695
情報転送装置10からハンドオーバ応答を受け付けた移動元の基地局装置1(21)は、ハンドオーバ応答を無線端末装置2(32)に送信する(S7)。無線端末装置2(32)は、無線通信切断を移動元の基地局装置1(21)に送信し(S8)、移動元の基地局装置1(21)は情報転送装置10に無線通信切断通知を送信する(S9)。次に、情報転送装置10は、移動先の基地局装置2(22)に移動通知を送信する(S10)。
無線端末装置2(32)は、IEEE802.16の規定による手順で移動先基地局装置2(22)と無線通信を確立し(S11)、移動先の基地局装置2(22)は情報転送装置10へハンドオーバ通知を送信する(S12)。ハンドオーバ通知を受信した情報転送装置10は、バッファリングパケットを送信する(S13)。この間、基幹網から受信するパケットは、バッファリングパケットが送信された後に送信される(S14)。
すると、図4の矢印と、図7の矢印に示すように、ポート2から無線端末装置2(32)にパケットの送信が始まる。
表3に一連の処理が終了した時の経路テーブルを示す。表3に示されているように、IPアドレス「10.1.2.n+2」、ポート識別符号「P2」、MACアドレス「Mac2」に対してバッファスイッチに「Off」が設定される。このような処理により、無線端末装置が、通信中に基地局装置を切り替える場合であっても、パケットの損失を防ぐことができる。ただし、切断通知の代わりにハンドオーバ中止通知を受けた場合には、バッファリングしたパケットを移動元の基地局装置1(21)に送信して表1の状態に戻ることになる。
Figure 2007288695
上述した例は、情報転送装置10のバッファリングを行うことによる基地局装置の切り替え処理を示したが、これに限定するものではなく、図8に示すような情報転送装置10と移動元の基地局装置1(21)の双方でバッファリングを行ってもよい。
図8には、移動元の基地局装置1(21)のバッファに保持する例が示されている。なお、ステップS4までは同じ処理なので省略し、ステップS4以降の処理(S30)について説明する。
移動先の基地局装置2(22)から受付通知(S4)を受信した情報転送装置10は、ハンドオーバ応答を移動元の基地局装置1(21)に送信し(S30)、移動元の基地局装置1(21)は、ハンドオーバ応答を無線端末装置2(32)に送信する。無線端末装置2(32)は、無線通信切断を移動元の基地局装置1(21)に送信(S32)するので、移動元の基地局装置1(21)は、以降、受信される無線端末装置2(32)宛のパケットを自身のバッファに保持すると同時に、移動元の基地局装置1(21)は情報転送装置10に無線通信切断通知を送信する(S33)。
情報転送装置10は、無線端末装置2(32)宛のパケットを送信せずに情報転送装置10の第3のメモリ57に保持する(S34)。次に、情報転送装置10は移動元の基地局装置1(21)に保持されているパケットを回収する。回収したパケットはメモリ57に保持する。この時、回収したパケットはすでにメモリ57に保持されているパケットの先頭におかれる(S35)。
情報転送装置10は、移動先の基地局装置2(22)に移動通知を送信(S36)し、移動先の基地局装置2(22)と無線端末装置2(32)の無線通信確立(S37)が実行される。無線通信が確立されると、移動先の基地局装置2(22)は情報転送装置10へハンドオーバ通知を送信する(S38)。ハンドオーバ通知を受信した情報転送装置10は、バッファに保持したパケットを送信する(S39)。この間、基幹網から受信するパケットは、バッファリングパケットが送信された後に送信される(S40)。
以上、上述したように本実施形態に用いた情報転送装置10を用いることで、通信途中で無線アクセスポイントを変更しても、パケット損失を防ぐことができるようになる。とりわけ映像データを通信している場合では、無線端末装置における映像が中断することなく再生が可能である。
なお、本実施形態では回収したパケットを情報転送装置に一時記憶したが、これに限定するものではなく、情報転送装置は回収したパケットをダイレクトに移動先基地局に送信しても良い。
また、本実施形態におけるトラフィック制御は、バッファリングする対象となっているトラフィックが一定レートで通信されるような映像データなどの場合は、バッファリングパケットの送信の際、そのレートより少し速い速度で送信することにより基地局側でパケットが輻輳しないようにしている。
本発明の実施形態に係る通信システムの全体構成を示す構成図である。 本発明の実施形態に係る情報転送装置のハードウエア構成図である。 本発明の実施形態に係る無線端末装置が基地局装置を切り替える場合の状況を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る無線端末装置が基地局装置を切り替える場合の状況を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る無線端末装置が基地局装置を切り替える場合の状況を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るパケットのデータ構造図である。 本発明の実施形態に係る基地局装置切替処理の流れを説明する説明図である。 本発明の実施形態に係る別の基地局装置切替処理の流れを説明する説明図である。 本発明の実施形態に係る無線端末登録処理のシーケンス図である。
符号の説明
10 情報転送装置、12 基幹通信網、13 テーブル記憶部、14 DHCPサーバ部、15,16,17,18 通信ポート、19 ポート情報制御部、21,22,23 基地局装置、31,32,33,34 無線端末装置、51 CPU、52,56,57 メモリ、54,61,62,63 有線通信ポート、55 NPU、100 通信システム。

Claims (3)

  1. 基幹通信網と、無線端末装置が通信を行う基地局と、の間で情報の授受を行い、基地局と接続するために基幹通信網で識別されるためのネットワークアドレスが割り当てられた通信ポートを有する情報転送装置において、
    基地局と接続された通信ポートのポート識別符号を基地局との通信により取得するポート識別符号取得手段と、
    基地局を介して無線端末装置に予め割り当てられた固有符号を取得する固有符号取得手段と、を有し、
    固有符号取得手段から取得した固有符号と、通信ポートのネットワークドレスと、に応じて無線端末装置が基幹通信網で識別されるための端末アドレスを生成する端末アドレス生成部と、
    無線端末装置への情報を一時記憶する情報記憶部と、
    ポート識別符号取得手段から取得したポート識別符号と、固有符号取得手段から取得した無線端末装置の固有符号と、端末アドレス生成部で生成された端末アドレスと、予め割り当てられた情報記憶部の領域と、を対応付けた対応情報を生成する対応情報生成部と、
    対応情報生成部で生成された対応情報に基づいて無線端末装置へ情報を転送し、無線端末装置からの要求に応じてポート識別符号と異なる基地局と通信を行う場合は、無線端末装置に割り当てられた情報記憶部の領域に一時記憶し、対応情報のポート識別符号を変更した後に情報を送信するポート情報制御部と、
    を備えることを特徴とする情報転送装置。
  2. 請求項1に記載の情報転送装置において、
    無線端末装置が基幹通信網で識別されるための端末アドレスを、基地局を介して無線端末装置より取得した固有符号に基づいて生成するアドレス生成サーバから取得し、
    対応情報生成部は、
    アドレス生成サーバから取得した端末アドレスと、ポート識別符号取得手段から取得したポート識別符号と、固有符号取得手段から取得した無線端末装置の固有符号と、を対応付けた対応情報を生成することを特徴とする情報転送装置。
  3. 請求項1に記載の情報転送装置において、
    ポート情報制御部は、無線端末装置からの要求に応じて異なる基地局と通信を行う場合、無線端末装置に送信されなかった情報を移動前の基地局から回収し、回収された情報と情報記憶部に一時記憶された情報とを無線端末装置に送信することを特徴とする情報転送装置。
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