JP2012532574A - セルラー方式無線通信におけるハンドオーバーの改善 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 セルラー方式無線ネットワークにおけるハンドオーバープロセスの改善について説明する。一例を挙げると、第１の基地局および第１のゲートウェイに移動局を登録する段階と、第１のゲートウェイに結合されている第２の基地局に移動局をハンドオーバーする段階と、移動局に結合されている第２のゲートウェイを選択する段階と、第２のゲートウェイに移動局を登録する段階と、第１のゲートウェイから移動局の登録を解除する段階と、第２のゲートウェイに結合されているが第１のゲートウェイに結合されていない、第３の基地局に移動局をハンドオーバーする段階とを備える方法を説明する。
【選択図】 図１

Description

本明細書は、無線通信のハンドオーバーに関する。特に、クラスタ間または制御グループ間で通信をハンドオーバーすることに関する。

セルラー方式通信システムでは、基地局を用いて、移動可能なユーザが持つデバイスにデータ、音声等のサービスを提供する。各基地局は、範囲が限られているので、ユーザがある基地局から遠く離れた場所まで移動すると、当該基地局との接続を、ユーザにより近い位置にある別の基地局にハンドオーバーまたはハンドオフする必要がある。この結果、基地局およびユーザのデバイスは使用電力を低減することができる。ハンドオーバーを行うべく、接続を移行させる複雑なプロセスが開発されている。

各基地局は通常、電話回線、インターネットおよびその他のデータソースに接続されているアップストリーム機器にも接続されている。このアップストリーム機器は、サービスを提供する対象の基地局に対して高速データ経路を持ち、所定数の基地局に限定されているのが普通である。移動可能なユーザがこの基地局群の範囲外に移動すると、接続は失われるか、または、より複雑な一連のデータ接続を利用しなければならない。

ＷｉＭＡＸネットワークまたは３ＧＰＰ ＬＴＥ（第三世代パートナーシップ・プロジェクト・ロング・ターム・エボリューション）ネットワーク等のブロードバンド無線ネットワークでは、各基地局はゲートウェイに結合されており、ゲートウェイは全て特定のクラスタに割り当てられている。移動可能なユーザが、あるクラスタの外部にある基地局、または、同じゲートウェイに直接接続されていない基地局に移動すると、移動可能なユーザのためのデータは、ユーザに到達させるためには、ゲートウェイ間で転送する必要がある。数多くのゲートウェイ間で移動する数多くのユーザをサポートするには、ゲートウェイ間の接続は、ユーザからの大量のデータトラフィックを実行するように構築しなければならない。この結果、データがユーザに届くのが遅れてしまう可能性がある。ゲートウェイ間で全てのユーザデータを短時間で移行させようとすると、ゲートウェイおよびその接続のコストが増加してしまう。

本発明の実施形態は、一例として図示されており、本発明を限定するものではない。添付図面では、複数の図面にわたって同様の構成要素について同様の参照番号を用いる。添付図面は以下の通りである。
本発明の実施形態が適用可能なゲートウェイを備える無線ネットワークアーキテクチャを示すブロック図である。 本発明の実施形態が適用可能なアクセスサービスネットワーククラスタを備える無線ネットワークアーキテクチャを示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る基地局を共有する複数のアクセスサービスネットワーククラスタを備える無線ネットワークアーキテクチャを示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る、クラスタ間での移動局の移行を説明する信号図である。 本発明の実施形態に係るゲートウェイを共有する複数のアクセスサービスネットワーククラスタを備える無線ネットワークアーキテクチャを示すブロック図である。 本発明の別の実施形態に係るクラスタ間の移動局の移行を示す信号図である。 本発明の実施形態に係る無線端末または無線局を示すブロック図である。

ＷｉＭＡＸアクセスネットワーク等のセルラー方式無線通信システムでは、クラスタを重複させて、アンカーリングの影響を少なくして、ハンドオーバーのエンド・ツー・エンド（Ｅ２Ｅ）処理およびその他のネットワーク処理を大幅に簡略化させることができる。クラスタを重複させることでさらに、セルラー方式ネットワークアーキテクチャが簡略化され、その結果としてハンドオーバーも簡略化することができる。

ＷｉＭＡＸネットワークの例では、Ｒ４インターフェースでの「アンカーリング」を無くすことができる。アンカーリングは、ネットワーク配備に悪影響を与えてしまう。アンカーリングは、複雑性が増す原因となり、相互運用性が不安定になるので、移動の様相によっては性能が劣化してしまう。以下で説明するように、コスト削減および性能改善を実現することができる。

図１は、セルラー方式無線システム１０の例を示す図である。移動局（ＭＳ）１２、１４は、携帯可能でも固定されているとしてもよく、携帯電話、ネットブック、パーソナルコンピュータ、メディアプレーヤ、機器、または、さまざまな他の無線接続デバイスのいずれとして実現されるとしてもよい。ＭＳはさらに、加入局、遠隔局、または、その他の表現で呼ぶとしてもよい。

当該システムには、ＭＳとの間で接続を確立するべく複数の基地局（ＢＳ）１６−２４が設けられている。ＢＳは、用途に応じて、さまざまな異なる形態で実現することができ、カバーする領域は大きくても小さくてもよく、電力を送信するとしてよい。複数のＢＳは、互いに同様のものとして図１に図示されているが、互いに接続方法および構成が異なるとしてもよい。一部の用途では、ネットワークアクセスポイントまたはＭＳピアが、ＢＳして動作または機能するとしてよい。図示した例によると、第１のＭＳはＢＳ１９に登録されており、第２のＭＳは別のＢＳ２３に登録されている。このように登録を行うことによって、各ＭＳはＢＳと通信して、ＭＳおよびシステムがサポートする全サービスをサポートすることができる。

ＢＳ１６−２４はそれぞれ、ゲートウェイ（ＧＷ）または基地局コントローラに接続されている。ＷｉＭＡＸの場合、基地局コントローラは、ＡＳＮ−ＧＷ（アクセスサービスネットワークゲートウェイ）と呼ばれる。３つのゲートウェイ２５、２６、２７がある。各ゲートウェイが、複数のＢＳをサポートしている。ゲートウェイは、互いに接続されていてもいなくてもよく、全てが携帯電話交換センター（ＭＴＳＣ）（不図示）に直接または間接的に接続されている。任意の一のシステムには１以上のＭＴＳＣが設けられているとしてよい。ＭＴＳＣは、他の電話システム、データサーバ、および、サービス等へのアクセスを提供する電話バックボーンに結合されている。一部の例では、ＢＳは、ゲートウェイを介すのではなく、バックボーンを介して直接ＭＴＳＣに接続されているとしてよい。

図示した例では、システムの運営および管理は、さまざまな方法でＢＳ、ＧＷおよびＭＴＳＣに分散して行うことができる。通信を実行する場合、第１のＭＳ１２は、それぞれ接続されているＢＳおよびＧＷを介して、第２のＭＳとの間で通信を行うことができる。両方のＭＳが同じＢＳに登録されている場合、このＢＳは、ＧＷを介したルーティングを実行することなく通信をサポートすることができるとしてよい。同様に、第２のＭＳが別のシステム、ＭＴＳＣまたはＩＳＰ（インターネットサービスプロバイダ）に接続されている場合、２つのＭＳはバックボーンを介して通信を行うことができる。

図１は、ネットワークの一例を図示しているが、本発明は、多岐にわたるさまざまなネットワーク構成に適用が可能であり、状況および用途に応じて適宜異なる方法で通信のルーティングを行うことができる。図１では、一のアクセスサービスネットワーク（ＡＳＮ）を示している。ＡＳＮ毎に、複数の、時には数百のＢＳおよびＧＷが設けられているとしてよい。ＢＳは、Ｒ６インターフェースを用いて固定ＧＷに接続されている。

図１は、一例として、ＢＳ１９に接続されているＭＳ１２を示す図である。ＭＳ１２は、図中で右に移動して次のＢＳ２０に向かっている。第２のＢＳ２０は、ＧＷ２ ２６に接続されている。ＭＳが、ＧＷ１に接続されている第１のＢＳから、ＧＷ２に接続されている第２のＢＳに移動すると、第１のＢＳから第２のＢＳへのＭＳのハンドオーバーが発生する。ハンドオーバー中には、このＭＳのデータ経路は、第１のＢＳを介してＧＷ１にアンカーリングされている。ハンドオーバー中のＭＳへの接続を保持するべく、ＧＷ１およびＧＷ２の２つのＧＷ間のＲ４インターフェース２８を介して、ＧＷ１への接続は、ＧＷ２へと移る。その後、ＧＷ２とＢＳとの間のＲ６インターフェース３０を介して、第２のＢＳ２０へと続く。

ＭＳのデータ経路は、ＭＳが第１のゲートウェイＧＷ１にアンカーリングされ続けている限り、ＧＷ２からＧＷ３へとＲ４インターフェースを介して維持される。ＭＳがＧＷ１から離れていくにしたがって、データ経路は、より複雑に、より長く、そして、より遅くなる。ネットワーク内に多くのＭＳが存在する場合、Ｒ４接続の性能は、離れたゲートウェイにアンカーリングされている全てのＭＳに対してサービスを提供できるように構成されていなければならない。この結果、アンカーリングのために、ネットワークが複雑になってしまい、ネットワーク内で相互運用性試験（ＩＯＴ）の問題が発生してしまう可能性がある。

このデータ経路を簡略化するべく、ＭＳのアンカーＧＷを、ＧＷ１ ６８に変更しなければならない。この変更は、コネクティビティ・サービス・ネットワーク（ＣＳＮ：不図示）のホームエージェント（ＨＡ）９４によって行われる。この変更は、通常ＨＡによって開始される、別個の高レイテンシ処理である。ＨＡは、ＧＷの全てに接続されており、図１、２、３および４のネットワーク、および、外部のネットワークの間のトラフィックを管理する。

図２は、セルラー方式無線システムの別の例を示す図である。本例では、ＡＳＮは、２つの異なるＡＳＮクラスタ４０、４２に分割されている。第１のクラスタ４０に含まれるＭＳ６０は、ＢＳ４９に接続されている。複数の基地局（ＢＳ）４６−５４は、２つのＡＳＮクラスタ内に設けられており、このＭＳに対する接続を実現する。第１のグループのＢＳ４６−５１が第１のＡＳＮクラスタ４０に設けられており、第２のグループのＢＳ５２−５４が第２のＡＳＮクラスタ４２に設けられている。

第１のグループのＢＳ４６−５１はそれぞれ、複数のＧＷに接続されている。図示した例では、３つのＧＷ６５、６６、６７がそれぞれ、Ｒ６−Ｆｌｅｘインターフェースを介して、２つのＢＳのそれぞれに結合されている。ＧＷ２は、複数のＢＳへの接続４３、４４を持ち、ＧＷ３も同様に、同じ複数のＢＳに対する接続６３、６４を持つ。他のＢＳについても同様の接続が設けられ得るが、簡略化のため図示は省略している。ゲートウェイは、互いに接続されていてもいなくてもよく、この接続は簡略化のため図示を省略している。図１に示すように、ＧＷは全て、１以上のＭＴＳＣまたは同様の制御局（不図示）に直接または間接的に接続されている。図１と同様に、各ＡＳＮには、複数の、時には数百ものＢＳおよびＧＷが設けられているとしてよい。各ＧＷには、複数または数百のＢＳが対応付けられているとしてよい。簡略化するべく数個のみを図示している。同様に、一のＡＳＮには多くのＡＳＮクラスタが設けられているとしてよい。

図示した例では、各ＡＳＮは、複数のクラスタから構成されている。各クラスタには、複数のＧＷおよびＢＳが含まれている。一のクラスタ内の任意のＢＳは、Ｒ６−Ｆｌｅｘインターフェースを用いて、当該クラスタ内の任意のＧＷと直接接続することが可能である。このアーキテクチャを用いれば、ＭＳは、同じクラスタのＢＳ間で移動する限り、一のＧＷに対する直接接続を維持することができる。

この直接接続によって、図１のＲ４接続を介してＧＷ間でデータを送信する必要はない。ハンドオーバーの際のターゲットＢＳは、このＭＳにサービスを提供しているＢＳが接続されているのと同じＧＷに接続し直すことができる。図２において、ＭＳは最初、ＧＷ、例えば、ＧＷ１ ６５に接続されているサービス提供ＢＳ４９に接続されている。ハンドオーバー後、ＭＳは、同様にＧＷ１に接続されているターゲットＢＳ５０に接続される。ＭＳが同じクラスタ内にいる限り、ゲートウェイ間でデータトラフィックをやり取りする必要はない。

しかし、ＭＳが図中で右に移動し続けると、次のクラスタ４２に入る。この場合、第２のクラスタ４２のＢＳ５２、５３、５４にハンドオーバーされる。これらのＢＳは、同じクラスタ内のＧＷ６８、６９にＲ６−Ｆｌｅｘで接続されている。Ｒ６−ＦｌｅｘはＡＳＮ内のクラスタ境界をまたがないので、ＭＳは、他のクラスタにハンドオーバーされる最中には、もはやアンカーＧＷに直接接続することはできない。これは、ＢＳとＧＷとの間で実現され得る接続の全ての複雑性を管理する上でのＲ６−Ｆｌｅｘの限界である。

第１のクラスタ内のＧＷにアンカーされていつつも第２のクラスタ内に存在するＭＳをサポートするべく、２つのＧＷ６５、６８の間のＲ４接続６１を利用することができる。このＭＳ６０のデータ経路は、前のクラスタ４０のＧＷ６５にアンカーされており、データはＲ４インターフェース６１を用いて現在のクラスタ４２内の現在のＧＷ６８に転送される。結果として、図１に示すＲ４接続と同様になる。したがって、クラスタ分割によって、システムは、一のクラスタ内にＢＳが留まる限りにおいて、ＧＷ間のＲ４リンクを用いなくてよくなる。尚、より多くのＲ４リンクを設けることができる。図示内容を簡略化するべく図示しているのは１つのみである。ＢＳが別のクラスタに移動すると、図１と同様の結果となるが、Ｒ６−Ｆｌｅｘの分だけ複雑になっている。

クラスタ同士をある程度まで重複させることによって、ＧＷ間の接続の利用を減らすことができる。２つのクラスタは、１以上の共通のＢＳ、ＧＷを持つことによって、重複させることができる。言い換えると、１以上のＢＳまたはＧＷを両方のクラスタに存在させることによって、効率が改善される。

図３は、一のＢＳ８１が２つの異なるＡＳＮクラスタ７０、７２に存在する例を示している。第１のクラスタ７０内のＭＳ９０は、第１のＢＳ８１に接続されている。複数の基地局（ＢＳ）７６−８４が２つのＡＳＮクラスタに設けられており、当該ＭＳに対して接続を実現する。第１のグループのＢＳ７６−８１は、第１のＡＳＮクラスタ７０内にあり、第２のグループのＢＳ８１−８４は、第２のＡＳＮクラスタ７２にある。上述したように、ＢＳ８１は両方のクラスタに含まれている。

第１のグループ７６−８１の各ＢＳは、複数のＧＷに接続されている。図示した例では、３つのＧＷ９５、９６、９７はそれぞれ、共有ＢＳ８１にＲ６−Ｆｌｅｘインターフェースで結合されている。同様の接続は他のＢＳとの間でも構築できるが、簡略化するべく図示は省略している。ゲートウェイは、互いに接続されていてもいなくてもよく、簡略化するべくこの接続の図示は省略している。

同様に、第２のクラスタ７２には４つのＢＳ８１、８２、８３、８４があり、Ｒ６−Ｆｌｅｘ接続によってＧＷ９８、９９のそれぞれに結合されている。同図から分かるように、共通ＢＳ８１は、両方のクラスタにおいてＧＷに対して直接Ｒ６−Ｆｌｅｘ接続を構築している。図示した例では、共通ＢＳから各クラスタ内それぞれのＧＷに対して直接接続が構築されている。しかし、他のＢＳは、同じクラスタ内のＧＷに対しての接続のみに限定されている。

このアーキテクチャを用いて、ＭＳは、第１のクラスタに含まれている複数のＢＳ間を移動して、アンカーＧＷに対する直接接続を維持することができる。本例では、ＭＳは、第１のクラスタ７０の右側に移動して、第１のクラスタ内の最も右にあるＢＳ８１に接続されている。アンカーＧＷは、最も右にあるＧＷ９７であるが、クラスタ内の任意の他のＧＷであってよい。

直接接続があるので、共通ＢＳ８１からＭＳに対してサービスを提供する際に、Ｒ４接続または任意のその他の種類の接続を介してＧＷ間でデータを送信する必要はない。ハンドオーバーのターゲットＢＳは、このＭＳのためにサービス提供ＢＳが接続されていたのと同じＧＷに接続し直すことができる。

ＭＳが共通ＢＳ８１に移動すると、ＢＳは、このＭＳの関連付け相手を、このＭＳがアンカーされている第１のクラスタ７０内のＧＷ１ ９７から別のゲートウェイ、例えば、第２のクラスタ７２内のＧＷ２ ９８に切り替える。この切り替えは、このＢＳへのハンドオーバーが完了した後で、且つ、第２のクラスタにのみ含まれているＢＳへのハンドオーバーの前に行うことができる。ＭＳは一定期間にわたって共通ＢＳを利用するので、ＧＷ間の切り替えは、バックグラウンドプロセスとしてより低速で行うことが出来る。

ＧＷを変更した後、ＭＳが共通ＢＳ８１から別のＢＳ、例えば、第２のクラスタ７２内のＢＳ８２へと移動すると、新しいターゲットＢＳも新しいアンカーＧＷ９８に接続している。ターゲットＢＳおよび新しいアンカーＧＷは共に同じクラスタ内にあるので、Ｒ６−Ｆｌｅｘを利用した直接接続を構築することができる。この後第２のクラスタ内で行われる他のＢＳへのハンドオーバーは、図１と同様に処理することができる。このプロセスでは、ＧＷのいずれに対しても厳密なアンカーリングは行われない。ＧＷとの間では、アンカーリングに代えて、より柔軟性の高い、変更可能な対応付けを行う。

図４は、図３を参照しつつ説明したようにハンドオーバーを行うためのメッセージのやり取りを示す図である。移動局、基地局または端末はそれぞれ、図の最上部に特定しており、メッセージは、図中の上から下に示されている順序にしたがって端末間で送られている。このプロセスは、ＭＳをＢＳ８０からＢＳ８１へとハンドオーバーすることから開始される。このハンドオーバーは、ブロック１００として示している。このハンドオーバーは、さまざまな方法のうちどの方法で実行するとしてもよい。ＷｉＭＡＸ規格およびその他の無線プロトコルは、このようなハンドオーバーを実行する際に利用し得る特定のプロトコルの仕様を定めている。このハンドオーバーの後、ＭＳは、Ｒ６−Ｆｌｅｘを介して両方のクラスタのＧＷに接続されている共通ＢＳに接続される。

最初のハンドオーバーを実行した後、まずは新しいターゲットＧＷを選択して通知する。この後、ＭＳへのデータ経路を、元のＧＷからターゲットＧＷへと変更する。最後に、元のＧＷからターゲットＧＷへのコンテクスト転送を行う。これで、ＷｉＭＡＸコンテクストの転送が完了する。その他の種類の通信システムについては、ＧＷ間で接続を転送するためには別の処理が利用されたり、必要であるとしてもよい。

ＢＳからＧＷへの接続はこの時点において、ＭＳの出発点である第１のクラスタ７０から、ＭＳが向かう先である第２のクラスタ７２へと切り替えることができる。最初に、ＢＳ８１は、Ｒ６接続を介してターゲットＧＷ９８に選択要求１０２を送る。このメッセージは、ＧＷ選択要求（ＲＥＱ）メッセージであってよい。このメッセージは、ターゲットＧＷおよび、おそらく、元のＧＷを示す。ターゲットＧＷは、同じＲ６接続を介して、ＧＷ選択応答（ＲＳＰ）メッセージ１０４でＢＳ８１に応答する。ＭＳがターゲットＧＷとの間に通信を構築すると、元のＧＷはコンテクスト１１０をターゲットＧＷ９８に直接転送することができる。

この時点において、または、この後のタイミングにおいて、ＨＡ９４は、ＧＷとサービス提供ＢＳとの間の接続を、元のゲートウェイからターゲットゲートウェイに移動（１１１）させることができる。これによって、ＨＡとＧＷとの間のＲ３接続も、元のＧＷからターゲットＧＷへと移動する。このため、本例では、Ｒ３移動と呼ぶ。このように接続を移動させると、ＧＷ間のＲ４接続を利用する必要はない。

ＢＳとターゲットＧＷとの間の通信を構築した後、データ経路登録１０６を実行することができる。ＷｉＭＡＸでは、これはＲ６ ＤＰ Ｒｅｇプロセスであってよい。このプロセスによって、データ通信のためにＢＳはターゲットＧＷに接続される。実際には、ターゲットＧＷをＭＳのアンカーＧＷとする。同時または直後に、ＢＳは、元のＧＷ９７に対するデータ経路登録を取り消す。この処理は、図４において、Ｒ６ ＤＰ Ｄｅ−Ｒｅｇ１０８と示している。

このプロセスの結果として、コンテクストのみがＲ４接続を介して転送される。その他の通信およびデータ転送は全て、Ｒ６インターフェースを介して行われる。コンテクストが転送され、登録がターゲットＧＷに移った後、ＭＳは、ターゲットゲートウェイを介して直接Ｒ６−Ｆｌｅｘ接続を用いて通信を行うことができる。ＢＳは常にＧＷの一方または両方に登録されているので、ＭＳは常に、ＧＷの一方または両方を介して通信を行うことが可能である。クラスタ間の移動はＭＳに影響を及ぼさない。

ＭＳは、完全に第２のクラスタに移行した後、第２のクラスタにおける任意の他のＢＳにハンドオーバーすることができる。図示した例では、この後、共通ＢＳ８１から、第２のクラスタ７２のみに属するＢＳへのハンドオーバー１１２が行われている。

登録および登録解除は通常、ハンドオーバーの対象であるＭＳにのみ適用可能である。ＢＳは、ＧＷまたはクラスタを変更することなく、両方のクラスタにあるＧＷを介してＭＳに対するサービス提供を継続するとしてよい。ＧＷ選択ＲＥＱメッセージ１０２、ＲＳＰメッセージ１０４、ＤＰ Ｒｅｇ１０６およびＤＰ Ｄｅ−Ｒｅｇ１０８は、データ経路を変更するＭＳ９０の識別情報を含むとしてよい。データ経路の変更および登録をサポートするべく、第２のクラスタでの動作が認められているか、または、許可されているかを確かめるために、アカウント情報、加入情報およびその他のＭＳの属性を確認することができる。

図４のプロトコルが実行される前に、共通ＢＳへのハンドオーバーの後に第２のクラスタへのハンドオーバーをＭＳが要求しているか否かを判断することができる。ＭＳが第１のクラスタの範囲内に留まる可能性が高い場合は、データ経路登録の変更を回避することができる。この判断は、ＭＳ、ＢＳ、ＧＷ、または、当該システムに接続されているが図示されていない管理システムあるいは制御システムによって行うことができる。この判断を行う最良の方法は、任意の具体的用途に応じて適宜定めることができる。

ＭＳについて次に発生する可能性が高いハンドオーバーを予測する方法の１つとして、ＭＳの移動速度および移動方向を推定して、推定結果を近隣の基地局の無線範囲と比較する方法がある。この推定は、ＭＳに設けられている位置決定システムを利用して直接的に、または、例えば、ＭＳあるいは複数のＢＳにおいてＲＳＳＩ（受信信号強度指標）等の受信信号強度を測定することによって間接的に、実行することができる。これに代えて、別の位置および移動を予測するシステムを利用して、ＭＳを監視し、ハンドオーバーを必要とするか否かを予測することができ、必要であればハンドオーバーのタイミングおよび箇所を予測する。

図５の例では、２つのクラスタが、少なくとも１つのＧＷを共有することによって、重複している。ＭＳがサービス提供クラスタの境界に向けて移動すると、データ経路が、サービス提供クラスタおよびターゲットクラスタを重複させているＧＷに移動する。クラスタ間でハンドオーバーが発生する場合、両クラスタに共通のＧＷにデータ経路が既にアンカーされているので、アンカーリングは必要ない。さらにロードバランシングのために、この後でＧＷ移動を行うことができる。

より詳細に説明すると、第１のクラスタ１１０および第２のクラスタ１１２がある。第１のクラスタ１１０内にあるＭＳ１３０は、第１のＢＳ１２０に接続されている。２つのＡＳＮクラスタには、ＭＳへの接続を実現するべく、複数の基地局（ＢＳ）１１６−１２４が設けられている。第１のグループのＢＳ１１６−１２０は、第１のＡＳＮクラスタ１１０内にあり、第２のグループのＢＳ１２１−１２４は、第２のＡＳＮクラスタ１１２内にある。図３と対照的に、共通ＢＳは無い。各ＢＳは、一の特定のクラスタに制限されている。

第１のグループのＢＳ１１６−１２０はそれぞれ、複数のＧＷに接続されている。図示した例では、３つのＧＷ１２５、１２６、１２７はそれぞれ、Ｒ６−Ｆｌｅｘインターフェースによってクラスタの周縁にあるＢＳ１２０に結合されている。同様の接続は、他のＢＳとの間でも構築可能であるが、簡略化のために図示は省略している。ゲートウェイは、互いに接続されていてもいなくてもよく、この接続は簡略化のために図示を省略している。

同様に、第２のクラスタ１１２は、３つのＢＳ１２１、１２２、１２３、１２４を含んでおり、これらのＢＳは、Ｒ６−Ｆｌｅｘ接続によってＧＷ１２７、１２８、１２９のそれぞれに結合されている。図から分かるように、共通ＧＷ１２７は、どちらのクラスタに含まれるＢＳに対しても直接Ｒ６−Ｆｌｅｘ接続を持つ。図示した例では、共通ＧＷからクラスタ毎に１つのＢＳのみについて、直接接続１１３、１１４が設けられている。しかし、ＧＷは、クラスタ毎に複数のＢＳに接続されるとしてもよく、または、全てのＢＳに接続されるとしてもよい。

このアーキテクチャを用いることで、ＭＳは、第１のクラスタに含まれる複数の異なるＢＳ間を移動することができ、アンカーＧＷに対して直接接続を維持することができる。本例によると、ＭＳは、第１のクラスタ１１０の右側に移動しており、第１のクラスタにおいて最も右側にあるＢＳ１２０に接続されている。アンカーＧＷは、最も右側のＧＷ１２７であるが、クラスタ内の他の任意のＧＷであってよい。

ＭＳは、隣接するクラスタ１１２内のＢＳ１２１に移動するべく、ターゲットＢＳに対するハンドオーバーを実行し得る。このＢＳもアンカーＧＷ１２７に直接結合されているので、アンカーゲートウェイに対するＲ６−Ｆｌｅｘ接続を維持することができる。ＭＳは、第２のクラスタ内にさらに進入するべく、第２のクラスタのＧＷ１２８に移行し得る。サービス提供ＢＳ１２１とターゲットＧＷとの間の直接接続１１５を用いることで、ＭＳに対するサービスに影響を与えることなく、変更を行うことができる。第２のクラスタ内のＧＷに移行すると、このクラスタ内のＢＳのいずれに対しても、通信に影響を与えることなく、且つ、ＧＷ間のＲ４接続を利用することなく、ハンドオーバーを行うことが可能となる。

図６は、図５を参照しつつ上述したハンドオーバープロセスをサポートするコールフロー手順を示す図である。最初に、ＭＳは、クラスタの周縁にあるＢＳ、例えば、図５のＢＳ１２０に到達するべくハンドオーバーされる。これは、ブロック１３２として簡潔に示されている。この処理は通常、多くの段階および多くの信号を利用するが、簡略化するべく図示を省略する。ＭＳ１３０に対してサービスを提供しているＢＳ１２０は、本例では、元のクラスタである第１のクラスタ１１０内のＧＷ１２６を介したデータ経路で結合されている。ＢＳは、ＭＳが第２のクラスタ１１２に向かって移動すると判断すると、ＭＳに対するサービスを第２のクラスタに移行させるためのプロセスまたはプロトコルを開始することができる。

最初に、ＢＳは、共通ＧＷ１２７に選択要求１３４を送る。共通ＧＷはこの後、応答１３６をＢＳに送り返す。この送信が完了すると、元のＧＷからターゲットＧＷへとコンテクスト移行１４２が実行される。この時点または別の時点において、ＨＡ９４はさらに、Ｒ３接続を元のＧＷからターゲットＧＷへと移動させることができる（１３７）。

ＢＳおよび共通ＧＷはこの後、ＭＳを共通ＧＷに登録するための登録１３８を実行することができる。この登録は、例えば、ＤＰ Ｒｅｇプロセスで行うことができる。この登録が完了した後、ＢＳは、例えば、ＤＰ Ｄｅ−Ｒｅｇ１４０を利用して、元のＧＷ１２６からＭＳの登録を解除することができる。ＭＳは、この時点において、次のクラスタ内のＧＷに登録される。

ＭＳがさらに第２のクラスタ１１２内に進入して第１のクラスタ１１０から離れると、ＭＳは第２のクラスタ内の別のＢＳにハンドオーバーされる（１４４）。これらのＢＳがターゲットＧＷに接続されていれば、さらにＧＷ移行を行う必要はない。第２のクラスタのＧＷから共通ＧＷへのコンテクスト移行１４２の後の任意のタイミングで、当該システムは、ＭＳを別のＧＷに割り当てることができる。これは、第２のクラスタ内でより多くのＢＳをサポートするために、または、ロードバランシングのために実行され得る。ＭＳを別のＧＷに移行させるプロセスは、図６にメッセージ１３４、１３６、１３８、１４０および１４２で説明したプロセスと同様であってよい。

さらに柔軟性を高めるべく、２つの隣接するクラスタを、ＧＷおよびＢＳの両方を共有するように構成することができる。このような例では、少なくとも１つのＢＳおよびＧＷが２つのクラスタ間で共有される。ＭＳをクラスタ間で移動させる処理は、上記と同様である。状況に応じて、図４および図６に示す処理の一方、または、両方を利用することができる。

図７は、上記の通信を実行するべく基地局および移動局の両方に利用可能なハードウェア構成の一例を示す図である。図７では、ステーション１５０は、プロセッサ１５２によって駆動される。プロセッサ１５２は、ＭＳの場合は小型で低出力のプロセッサであってよく、ＢＳの場合には高出力で高速のプロセッサであってよい。

プロセッサは、メモリ１５６に結合されているメモリバスを有する。メモリ１５６は、例えば、磁気メモリ、光メモリ、または、ソリッドステートメモリ、または、これらの組み合わせであってよい。メモリは、ステーション間で送受信可能なユーザデータおよびプログラミング命令を含む。アカウントデータ１５８も、バスに接続され得る。ＭＳの場合、ＳＩＭ（加入者識別モジュール）および格納されているその他の個人情報パラメータを含み得る。ＢＳの場合、アカウント認可データベースまたは当該データベースへの接続を含み得る。

一連のセンサ１５４、例えば、位置決めセンサ、電池センサまたは電力センサ、カメラおよびマイクロフォン、および、送受信機用信号センサは、さらにデータをプロセッサに供給するべくプロセッサに結合されている。

プロセッサは、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）接続または別の種類のユーザインターフェース接続等のユーザインターフェースバスによって、キーボード、タッチスクリーン、マウス、トラックボールまたはその他のインターフェース等のユーザインターフェース１６０、ディスプレイ１６２、および、他のデバイスを接続するためのその他のコネクタ１６４に接続されている。特定のユーザインターフェースを、特定の用途に適するように構成することが可能である。ユーザは、ユーザインターフェースを介してテキストメッセージまたはその他のショートメッセージを入力または添付することができ、システムのメンテナンスおよび制御にユーザインターフェースを利用可能である。ＭＳの場合、ユーザは、インターフェースを用いて、マイクロフォンおよびカメラを用いて録音および録画を行い、キーボードまたはタッチスクリーンを利用して特定のユーザまたはユーザ群に送るように命令されるショートメッセージに添付することが可能である。

プロセッサ１５２は、別のデバイスとの間で通信を行うべく別の通信バスに結合されている。有線インターフェース１６６によって、ＢＳは、他のＢＳ、ゲートウェイ、基地局コントローラ、処理センターおよびメンテナンスセンター等との間で通信を行うことが可能となる。有線インターフェースは、ＢＳの場合、ネットワーク接続を可能とし、携帯可能デバイスの場合は、更新およびメンテナンスの目的でパーソナルコンピュータへの結合を可能とする。通信バスはさらに、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等のパーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）１６８、Ｗｉ−Ｆｉ等のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１７０、ワイドエリアネットワーク１７２、または、８０２．１６ｍ等のメトロポリタンエリアネットワークに対する有線接続または無線接続を実現する。用途に応じて、設けられているネットワークアダプタの数を増減させるとしてよい。一部のネットワーク機能は、統合または分離するとしてよく、さまざまな異なる通信プロトコルおよび通信設定を利用するとしてよい。

ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）アダプタ１７２は、ＷＡＮを介して送信すべきパケットを生成、アセンブル、エンコード、暗号化および待ち行列に入れるためにロジック１７４を有している。このロジックは、ＷＡＮを介してアンテナ１７８から送信すべくロジックから受信するパケットを変調、エンコードおよび増幅させるための送受信機１７６に結合されている。アンテナは、性能、コストおよび構成に関する制約に応じて、１以上の構成要素を含むとしてよい。同じ送信チェーンを受信チェーンとしても機能させるか、または、別の受信チェーン（不図示）を利用するとしてよい。受信チェーンは、通信バスを介してプロセッサに送り返すべきデータを取得するべく、受信、復調、増幅、構文解析、デコード等の逆の機能を実行する。

制御メッセージを含むパケットを受信する場合、当該メッセージは、プロセッサに送られた後、処理パラメータを調整するべく、または登録、コール開始等のためのルーチンを呼び出すべく用いられる。ユーザメッセージを含むパケットを受信する場合、当該メッセージは、プロセッサに送られた後、ディスプレイ上でユーザに通知される。いずれの場合も、メッセージはメモリに格納され得る。

図７に示す構成は、無線アダプタを備えた携帯可能コンピュータまたはデスクトップコンピュータにも適用可能である。ＷＡＮアダプタ１７２は、ＵＳＢバス、ＰＣＩ（ペリフェラル・コンポーネント・インターコネクト）バス、または、任意のその他の適切なバス上の別の構成要素として提供され得るか、または、内部システム構成要素として提供され得る。

特定の実施例によっては、上述した例よりも少ないまたは多い構成要素を持つ通信局１５０が所望されるとしてよい。このため、システムの構成は、価格上の制約、性能上の要件、技術の改善、および／またはその他の状況等、多くの要因に応じて実施例毎に異なる。

本発明の実施形態は、ＷｉＭＡＸおよびその通信プロトコルおよび規格で定義されている特定のメッセージに関連付けて説明しているが、本発明はこれに限定されない。本発明の実施形態は、ＷｉＭＡＸおよび他のプロトコルで定義されている他の通信プロトコルおよび他の種類の制御メッセージ、例えば、３ＧＰＰ ＬＴＥにも、さまざまな境界にまたがって移動局または加入局をハンドオーバーさせる際に適用可能である。

また、本発明の実施形態は、ＷｉＭＡＸのアーキテクチャおよびプロトコルで利用される用語を用いて説明している。しかし、本明細書は、別の名称を用いる同様および均等なデバイスおよび信号にも適用可能であると理解され得る。例えば、本明細書で用いた「移動局」という用語は、本明細書の内容に代えて、または、加えて、高度な移動局、加入局、ユーザ局、リモートデバイス、加入者ユニット、モバイルユニット、または同様のデバイスに適用され得る。「基地局」という用語は、基地局送受信機、アクセスポイント、無線ネットワークノード、中継局、または同様のデバイスに適用され得る。「ゲートウェイ」という用語は、基地局コントローラ、交換センター、無線ルータ、および同様のデバイスに適用され得る。また、本明細書に記載した説明は、Ｒ４、Ｒ６およびＲ６−Ｆｌｅｘ等、特定の信号伝達プロトコルに適用されているが、基地局と、ゲートウェイと、同様のデバイスとの間の他の信号伝達プロトコルにも適用可能である。本発明は、これらのプロトコルおよび他の種類のシステムで利用される他のプロトコルの変更例および変形例と共に実施されるように構成され得る。

本明細書で説明した段階は、プロセッサ１５２等のプログラミングされたプロセッサの制御下で実施され得るが、別の実施形態では、全段階または一部の段階を、任意のプログラム可能ロジックまたはハードコードロジック、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ＴＴＬロジック、または、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）で実施することができる。また、本発明に係る方法は、プログラミングされた汎用コンピュータ構成要素、または、カスタムメイドのハードウェア構成要素を任意に組み合わせることで実施され得る。このため、本明細書に開示した内容はいずれも、ハードウェア構成要素の特定の組み合わせによって本明細書に記載した段階が実行される特定の実施形態に本発明を限定するものと解釈されるべきではない。

本発明は、命令が格納されている機械可読媒体を含むコンピュータプログラム製品として提供され得る。当該命令は、本発明に係るプロセスを実行するようにコンピュータ（または他の機械）をプログラミングするために用いられ得る。機械可読媒体は、これらに限定されないが、フロッピー（登録商標）ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、および、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気カードあるいは光カード、フラッシュメモリ、または、電子命令を格納するのに適した任意のその他の種類の媒体を含むとしてよい。

本明細書では、説明を目的として、本発明を完全に理解していただくべく数多く具体的且つ詳細な内容を記載している。しかし、本発明は、記載した具体的且つ詳細な内容の一部を採用することなく実施することができる。また、公知の構造およびデバイスをブロック図で図示している。具体的且つ詳細な内容は、任意の特定の実施例に適切なように、当業者によって提供され得る。

本開示は本発明の実施形態例を詳細に説明しているが、本発明は記載された通りの実施形態に限定されるものではないと理解されたい。明細書および図面は、このため、本発明を限定するものではなく説明するためのものとみなされる。さまざまな適応例、変形例、および変更例が、請求項で定義される本発明の範囲内で実施され得る。

Claims (20)

1. 第１の基地局および第１のゲートウェイに移動局を登録する段階と、
   前記第１のゲートウェイに結合されている第２の基地局に前記移動局をハンドオーバーする段階と、
   前記移動局に結合されている第２のゲートウェイを選択する段階と、
   前記第２のゲートウェイに前記移動局を登録する段階と、
   前記第１のゲートウェイから前記移動局の登録を解除する段階と、
   前記第２のゲートウェイに結合されているが、前記第１のゲートウェイに結合されていない第３の基地局に前記移動局をハンドオーバーする段階と
   を備える方法。
2. 前記第２のゲートウェイを選択する段階は、前記第２のゲートウェイに選択要求メッセージを送る段階、および、前記第２のゲートウェイから選択応答を受信する段階を有する請求項１に記載の方法。
3. 選択要求メッセージを送る段階は、前記基地局と前記第２のゲートウェイとの間の直接接続によって、前記基地局から前記第２のゲートウェイに前記選択要求メッセージを送る段階を含む請求項１に記載の方法。
4. 前記第２のゲートウェイを選択する段階は、前記第１のゲートウェイのアクセスサービスネットワーククラスタとは別のアクセスサービスネットワーククラスタの第２のゲートウェイを選択する段階を有する請求項１に記載の方法。
5. 前記第２のゲートウェイを選択する段階は、前記第１のゲートウェイのアクセスサービスネットワーククラスタとは別のアクセスサービスネットワーククラスタに含まれ、前記第１のゲートウェイのアクセスサービスネットワーククラスタに含まれる第２のゲートウェイを選択する段階を有する請求項１に記載の方法。
6. 前記第１のゲートウェイから前記第２のゲートウェイへとコンテクストを移行させる段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
7. 前記第１のゲートウェイと、ホームエージェントとの間の接続を、前記第２のゲートウェイに移動させる段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
8. 前記ホームエージェントは、前記第１のゲートウェイおよび前記第２のゲートウェイの両方に共通のコネクティビティサービスネットワークのホームエージェントである請求項７に記載の方法。
9. 前記第１のゲートウェイから前記移動局の登録を解除する段階、および、前記第２のゲートウェイに前記移動局を登録する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
10. 前記第２の基地局から前記第２のゲートウェイへのデータ経路を登録する段階、および、前記第２の基地局から前記第１のゲートウェイへのデータ経路の登録を解除する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
11. 複数のゲートウェイを有するクラスタと、
    前記複数のゲートウェイに結合されている複数の基地局と、
    別のクラスタのゲートウェイに結合されている少なくとも１つの基地局と
    を備える装置。
12. 前記複数のゲートウェイのうち少なくとも１つは、別のクラスタにも含まれている請求項１１に記載の装置。
13. 前記少なくとも１つの基地局と、前記複数のゲートウェイのそれぞれとの間の直接データ経路接続、および、前記少なくとも１つの基地局と、前記別のクラスタのゲートウェイとの間の直接データ経路をさらに備える請求項１１に記載の装置。
14. 前記複数の基地局のそれぞれと、前記複数のゲートウェイのそれぞれとの間の直接データ経路接続をさらに備える請求項１３に記載の装置。
15. 前記直接データ経路接続は、ＷｉＭＡＸ Ｒ６−Ｆｌｅｘ接続である請求項１３に記載の装置。
16. 複数のゲートウェイを有するクラスタと、
    前記複数のゲートウェイに結合されている複数の基地局と、
    別のクラスタの基地局に結合されている少なくとも１つのゲートウェイと
    を備える装置。
17. 前記複数の基地局のうち少なくとも１つは、別のクラスタにも含まれている請求項１６に記載の装置。
18. 前記少なくとも１つのゲートウェイと、前記複数の基地局のそれぞれとの間の直接データ経路接続、および、前記少なくとも１つのゲートウェイと、前記別のクラスタの基地局との間の直接データ経路をさらに備える請求項１６に記載の装置。
19. 前記複数のゲートウェイは、ネットワークの外部のデータ通信のために共通のホームエージェントに結合されている請求項１６に記載の装置。
20. 前記複数のゲートウェイおよび前記少なくとも１つのゲートウェイは、データ通信のために互いに結合されている請求項１６に記載の装置。

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