JP3836318B2 - 移動通信システム - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、TCP/IPプロトコルを利用した通信に好適な移動通信システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、移動通信システムの開発が進められている。既存の移動通信システムでは音声通信が主流であったが、情報通信にも利用可能な新たな移動通信システムの研究も進められている。例えば、携帯電話においては、インターネットアクセスが可能であり、インターネットメール(e−mail)だけでなく、WEBアクセスも日常的に行われている。
【0003】
このようなインターネットアクセスは、携帯電話にIPプロトコルで動作するメールプログラムやWEBプログラムを組込むことで可能となる。TCP/IPプロトコル群におけるネットワーク・インターフェース層(OSI(Open System Interconnection )参照モデルの物理層及びデータリンク層に相当)は、機械的、電気的機能及び伝送制御手順等について規定しており、各種の通信回線を用いたデータの伝送を可能にする。
【0004】
現在広く利用されている携帯電話及びPHSは、OSI参照モデルの物理層及びデータリンク層のプロトコルとして電話系プロトコルを採用している。これらの電話系プロトコルは、携帯端末との通信を行う無線基地局の他に複数の無線基地局間の交換管理を行う移動交換局を有する。この移動交換局が各無線基地局のサービス領域及び使用周波数等を管理することで、携帯端末が異なるサービス領域間を移動する場合におけるハンドオフを可能にしている。
【0005】
このように、携帯電話及びPHS等においては、携帯端末の移動をサポートするために、移動交換局が必要であり、移動をサポートするための投資は巨額となる。基地局コストが高いことだけでなく移動のサポートを行っていることが、携帯電話の料金の高さの要因となっている。
【0006】
一方、現在、有線ネットワークの世界では、IPプロトコルに特化したネットワークの構築が叫ばれている。データ通信系では、殆どの通信にIPプロトコルが採用されており、IPプロトコルを用いたデータ通信のトラフィックが音声通信のトラフィックを越えることは時間の問題であるからである。
【0007】
同様に、無線(携帯)端末を利用した移動通信システムにおいても、IPプロトコルを用いたデータ通信のトラフィックが増大することは略々確実視されている。このため、IPプロトコルを考慮した無線ネットワークの構築のための技術開発が急務となっている。
【0008】
しかしながら、従来、TCP/IPプロトコル群は、インターネット層(OSI参照モデルにおけるネットワーク層)以上の層において固有の特徴を有し、リンク層以下の層においてハンドオフを可能にする規定はない。
【0009】
そこで、近年、無線LAN等の移動可能な携帯端末によるハンドオフを可能にするために、Mobile IP(モバイルIP)プロトコルが規定された。モバイルIPは、IPアドレスを保持する中継装置を備えることにより、端末が移動して他のネットワークに接続されることになった場合でも、中継装置に保持されているアドレスを他のネットワーク用に変換してルーティング機能を有するエージェントに与え、エージェントにおいて移動先の端末にIPアドレスを割り当てることにより、端末の移動後のネットワーク接続を可能にしている。
【0010】
しかしながら、モバイルIPプロトコルは、端末の移動後のネットワーク接続を可能にしているが、異なるサービスエリア内に端末が移動する移動途中においては、接続が切れてしまいサービスを連続的に継続することはできない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来、モバイルIPプロトコルを用いた移動通信システムにおいては、異なるサービスエリアへの移動中におけるサービスの継続を可能にするハンドオフ機能を有していないという問題点があった。
【0012】
本発明は、移動交換局が存在しない場合でも、サービスを継続的に受けながら、データの欠損を生じることなくハンドオフを行うことができる移動通信システムを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る移動通信システムは、自局のサービス領域内に位置する移動自在な無線端末に対してサービスを夫々提供する第1及び第2の無線基地局と、前記第1及び第2の無線基地局に対して無線端末宛データの中継を夫々行う第1及び第2の中継装置と、前記第1の無線基地局が提供するサービス領域内の前記無線端末から、前記第2の無線基地局に対する前記無線端末宛データの送信を要求するデータ送信信号を受信すると、前記第1及び第2の中継装置の両方に前記無線端末宛データを送信すると共に、前記無線端末へパケットを転送するよう要求する転送登録要求内にある登録生存時間を前記第1の無線基地局が提供するサービス領域内に前記無線端末が滞在する時間に設定するルーター装置とを具備したことを特徴とする
【0016】
本発明の請求項1において、無線基地局の無線リンク確立手段は、自局のサービス領域内に位置する移動自在な無線端末に対してサービスを提供すると共に、自局のサービス領域内の無線端末から、自局のサービス領域に隣接するサービス領域を提供する移動先無線基地局に対する無線リンク確立要求を受信すると、受信した無線リンク確立要求をルーター装置を介して移動先無線基地局に送信し、移動先無線基地局からルーター装置を介して送信された無線リンク確立応答を自局のサービス領域内の無線端末に送信する。
【0017】
本発明の請求項2において、現対応無線基地局のサービス領域内の移動自在な無線端末が発した無線リンク確立要求が現対応無線基地局からルーター装置を介して受信されると、無線リンク確立手段は、受信した無線リンク確立要求に対する無線リンク確立応答を、ルーター装置を介して現対応無線基地局に送信する。
【0018】
本発明の請求項4において、ルーター装置は、第1の無線基地局が提供するサービス領域内の無線端末から、第2の無線基地局に対する無線端末宛データの送信を要求するデータ送信信号を受信すると、第1及び第2の無線基地局への無線端末宛データを中継する第1及び第2の中継装置の両方に無線端末宛データを送信する。
【0019】
本発明の請求項8において、第1の無線基地局のサービス領域内に位置する無線端末は、第1の無線基地局が使用する無線信号の特性に基づいて、隣接したサービス領域を提供する第2の無線基地局が使用する無線信号の特性を算出する。
【0020】
本発明の請求項9において、第2の無線基地局のサービス領域内に位置する無線端末は、以前に通信していた第1の無線基地局が使用する無線信号の特性及び現在通信している第2の無線基地局が使用する無線信号の特性に基づいて、第3の無線基地局が使用する無線信号の特性を算出する。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は本発明に係る移動通信システムの一実施の形態を示す説明図である。
【0022】
本実施の形態は、移動自在な無線端末が、現在属するサービス領域を提供している無線基地局(以下、現対応無線基地局という)のサービス領域(以下、現対応サービス領域という)内に存在する状態で、ハンドオフする隣接のサービス領域(以下、移動先サービス領域という)を提供する無線基地局(以下、移動先無線基地局という)との無線リンクを確立するための情報を取得し、現対応無線基地局を利用して移動先無線基地局との無線リンクを確立することによって、サービスの受信を途切れなく継続する高速なハンドオフを可能にしている。
【0023】
有線網1はTCP/IPプロトコルを採用したネットワークであり、所定のサーバ3が接続されている。サーバ3は、有線網1を介してTCP/IPプロトコルを利用したサービスの提供が可能である。ルーター装置2はTCP/IPプロトコルに従って有線網1と通信可能である。
【0024】
ルーター装置2には、所定の通信回線C1 ,C2 ,…を夫々介して無線基地局B1 ,B2 ,…が接続されている。通信回線C1 ,C2 ,…は、一般的には有線で構成されることが多いが、無線で構成されるものであってもよい。通信回線C1 ,C2 ,…上には夫々中継装置T1 ,T2 ,…が接続されている。中継装置T1 ,T2 ,…は、夫々通信回線C1 ,C2 ,…を経由するデータの中継機能を有する。
【0025】
無線基地局B1 ,B2 ,…は、夫々サービス領域S1 ,S2 ,…に対してサービスの提供が可能である。無線基地局B1 ,B2 ,…は、自局のサービス領域S1 ,S2 ,…内のみにおいて、無線端末との間で無線を用いた通信が可能である。無線端末M1 ,M2 ,…は、移動自在であり、いずれのサービス領域内に位置することも可能である。無線端末M1 ,M2 ,…は、TCP/IPプロトコルに従って、夫々属するサービス領域を提供している無線基地局B1 ,B2 ,…との間で通信が可能である。無線端末M1 ,M2 ,…は、TCP/IPプロトコルを用いて、現対応無線基地局B1 ,B2 ,…、各中継装置T1 ,T2 ,…、ルーター装置2及び有線網1を介してサーバ3との間で情報の授受が可能である。
【0026】
また、無線端末M1 ,M2 ,…が無線基地局B1 ,B2 ,…間を自在に動く際に、サーバ3等と通信を行うためにIPレベルでのモビリティを達成する必要がある。そのための仕組みはMobile−IPとよばれるプロトコルに則るものとする。
【0027】
本実施の形態においては、無線基地局B1 ,B2 ,…は、夫々自局のサービス領域内の無線端末との無線リンクの確立に必要なビーコン情報については、自局のサービス領域S1 ,S2 ,…だけでなく、夫々通信回線C1 ,C2 ,…、ルーター装置2及び各通信回線を介して、隣接する各無線基地局にも送信するようになっている。なお、各無線基地局B1 ,B2 ,…は、隣接する無線基地局のビーコン情報を予め記憶しておき、自局のビーコン情報だけでなく記憶している隣接した無線基地局のビーコン情報も、自局のサービス領域内に送信するようにしてもよい。
【0028】
更に、可能であれば、無線基地局B1 ,B2 ,…は、無線端末との無線リンクの確立に必要なビーコン情報については、自局のサービス領域S1 ,S2 ,…だけでなく、隣接する無線基地局のサービス領域に直接送信するようにしてもよい。
【0029】
これにより、各無線端末M1 ,M2 ,…は現対応無線基地局のビーコン情報だけでなく隣接する無線基地局のビーコン情報についても受信可能である。
【0030】
無線端末M1 ,M2 ,…は、現対応サービス領域内で隣接する無線基地局のビーコン情報を取得することができることになる。無線端末M1 ,M2 ,…は、ハンドオフする場合には、隣接する無線基地局、即ち、自機の移動に伴ってハンドオフすることになる無線基地局(移動先無線基地局)のビーコン情報を用いて、移動先無線基地局との無線リンクを確立するためのリンク確立要求を、現対応無線基地局に対して送信する。
【0031】
無線基地局B1 ,B2 ,…は、自局以外の無線リンク確立要求を受信すると、無線リンク確立要求の宛先の無線基地局を確認し、その無線基地局に対して、通信回線C1 ,C2 ,…、ルーター装置2及び各通信回線を介して無線リンク確立要求を送信する。
【0032】
一方、無線基地局B1 ,B2 ,…は、通信回線C1 ,C2 ,…を介して無線リンク確立要求を受信すると、無線リンクの確立に必要な処理を行った後、無線リンク確立要求の回答となる無線リンク確立応答を、無線リンク確立要求を転送してきた無線基地局宛に送信する。この無線リンク確立応答も、通信回線C1 ,C2 ,…、ルーター装置2及び各通信回線を介して送信される。
【0033】
無線リンク確立応答が転送された無線基地局B1 ,B2 ,…は、自局のサービス領域S1 ,S2 ,…内に位置する無線端末に対して、転送されてきた無線リンク確立応答を送信する。無線端末M1 ,M2 ,…は、無線リンク確立応答を受信することで、移動先無線局との間で無線リンクを確立させるために必要な処理を行うことができる。
【0034】
本実施の形態においては、無線端末M1 ,M2 ,…は隣接するサービス領域に移動する前に、データのルーティング処理を行っているルーター装置2に対して自機宛の無線端末宛データを移動先無線基地局にパケットを中継する中継装置にも送信するように要求するためのデータ送信信号を、現対応無線基地局に送信する。即ち、無線端末M1 ,M2 ,…は、サービス領域の移動前には、現対応無線基地局及び移動先無線基地局のいずれに対しても、自機の無線端末宛データの中継を要求する。
【0035】
ルーター装置2は、データ送信信号を受信すると、要求元の無線端末宛データについては、データ送信信号を中継したパケット中継装置と指定されたパケット中継装置との2つのパケット中継装置に向けて送信を行う。また、ルーター装置2は、2つの中継装置に同時にパケットを送信する場合には、同時送信していることを表す同時送信信号を要求元の無線端末に対して、中継したパケット中継装置を介して送信する。
【0036】
無線端末は、同時送信信号を受信することによって、隣接するサービス領域にハンドオフする準備が整ったことを確認することができる。
【0037】
次に、このように構成された実施の形態の動作について図2乃至図5を参照して説明する。図2乃至図5はハンドオフのための無線リンクの確立処理に際した信号の流れを示す説明図である。
【0038】
無線端末M1 のハンドオフについて説明する。いま、サービス領域S2 内の無線端末M1 が、例えば自動車が道路を走行することによる移動等によって図1の移動方向に移動し、サービス領域S3 の領域内に入ろうとするものとする。
【0039】
各無線基地局B1 ,B2 ,…は、自局のサービス領域S1 ,S2 ,…内の各無線端末に対して、自局のビーコン情報だけでなく、隣接した無線基地局のビーコン情報も送信している。例えば、図2に示すように、無線基地局B3 は無線端末M1 と無線リンクを確立するのに必要なビーコン情報を無線端末M1 が現在存在しているサービス領域S2 の無線基地局B2 に送信する。無線基地局B2 は受信した無線基地局B3 のビーコン情報をサービス領域S2 に向けて送信する。これにより、サービス領域S2 内の無線端末M1 は、無線基地局B2 のビーコン情報だけでなく隣接する無線基地局B3 や無線基地局B1 等のビーコン情報を受信することができる。
【0040】
無線端末M1 は、サービス領域S2 内に位置する状態で、サービス領域S3 内での通信を可能にするための無線リンクの確立のための処理を開始する。即ち、無線端末M1 は、無線基地局B3 のビーコン情報を受信すると、無線基地局B3 との無線リンク確立要求を無線基地局B2 に向けて送信する(図3参照)。この無線リンク確立要求を受信した無線基地局B2 は、無線リンク確立要求が無線基地局B3 宛であることを確認すると、この無線リンク確立要求を、通信回線C2 、ルーター装置2及び通信回線C3 を介して無線基地局B3 に送信する。
【0041】
無線基地局B3 は無線端末M1 からの無線リンク確立要求を受信すると、必要な処理を行った後、この無線リンク確立要求の回答となる無線リンク確立応答を無線基地局B2 を経由して無線端末M1 に送信する。即ち、無線リンク確立応答は、無線基地局B3 から通信回線C3 、ルーター装置2、通信回線C2 を介して無線基地局B2 に送信される。更に、無線端末M1 に対する無線リンク確立応答を受信した無線基地局B2 は、この無線リンク確立応答を自局のサービス領域S2 に向けて送信する。こうして、無線端末M1 は、無線リンク確立応答を受信して、無線基地局B3 との無線リンクを確立されたことを確認する。
【0042】
また、いずれの場合も無線リンク確立後には、Mobile−IPによるIPレベルのハンドオフを行うために「登録」という作業を行う。この登録は単純に言ってしまえば、無線端末が現在どこのサービスエリアにいるかをネットワーク側に明示するためのものである。
【0043】
このように、現対応サービス領域内に位置する状態で、次に移動する無線サービス領域の無線基地局と無線リンクの確立を行うことができる。つまり、サービス領域が切換るときに新たな無線リンクの確立を行っているのではなく、また、次に他のサービス領域への移動後にリンク確立のための作業を行う必要がないので、サービスの提供を受ける無線基地局の切換えに伴って現在受けているサ−ビスが中断されてしまうことを防止することができる。
【0044】
更に、無線端末M1 は、サービス領域S3 に移動する前に、自機の無線端末宛データについては中継装置T2 だけでなく中継装置T3 にも送信することを要求するためのデータ送信信号を無線基地局B2 からルーター装置2に送信する(図4参照)。このデータ送信信号は、無線基地局B2 及び中継装置T2 を介してルーター装置2に送信される。
【0045】
データ送信信号を受信したルーター装置2は、図4に示すように、無線端末M1 宛データ(ユーザーデータ)をパケット中継装置T2 とパケット中継装置T3 に向けて送信する。また、ルーター装置2は、無線端末M1 宛データを中継装置T2 ,T3 の両方に送信していることを表す同時送信信号を無線端末M1 に送信する。この同時送信信号は、ルーター装置2から中継装置T2 を介して無線基地局B2 に送信され、無線基地局B2 は自局のサービス領域S2 内の無線端末M1 に対して同時送信信号を送信する。
【0046】
こうして、サービス領域S2 内の無線端末M1 は、同時送信信号を受信する。同時送信信号を受信した無線端末M1 は、自機宛のユーザーデータが中継装置T2 だけでなく中継装置T3 にも送信されていることを確認して、無線サービス領域S3 にハンドオフする準備が整ったことを知る。
【0047】
このように、現対応サービス領域内に位置する状態で、次に移動する無線サービス領域においてユーザーデータを送受信するための準備を行うことができる。ユーザーデータの送受信のための準備を移動先無線基地局のサービス領域内に入った後に行う必要がなく、現在受けているサ−ビスが中断されてしまうことを防止することができる。
【0048】
また、データ送信信号には、無線端末がデータの送信等のサービスを受けられる生存時間の情報が含まれることがある。生存時間は、Mobile−IPの登録の際の登録時間を指している。仮に、端末がMobile−IPの正規のコネクション切断処理を行わずに、例えばいきなり端末の電源をオフにした場合には、ルーター等の登録先に端末のリストが残ってしまい、転送が継続されてしまう。そこで、生存時間を設定し、正規のコネクション切断処理が行われない場合でも、自動的にコネクションを切断するまでの生存時間を設定するのである。
【0049】
生存時間が設定されているので、生存時間の終了前に再度端末の登録作業を行う必要がある。1回の登録で自機のサービス領域にいる時間分を設定することができる場合には問題はないが、一般的にはサービス領域に滞在する時間は不明であり、生存時間が切れそうになる度に登録作業が必要である。そこで、生存時間の情報としてデータ送信信号を送信した後にその無線端末が現対応サービス領域内に存在している時間を設定することも考えられる。この場合には、一定速度で移動している場合等には登録が1回で済み、不必要な制御情報を送受信する必要がなくなる。
【0050】
ところで、図4に示すように、ルーター装置2は、無線端末からのデータ送信信号に応答して、ユーザーデータを2つの中継装置に送信し、更に、一方の中継装置は現対応無線基地局にユーザーデータを送信しているが、他方の中継装置は移動先無線基地局に対してユーザーデータ送信していない。他方の中継装置がデータ送信信号に応答して移動先無線基地局にユーザーデータを送信するようにしてもよいことは明らかであるが、本実施の形態においては、移動先無線基地局がユーザーデータを無駄に送信することを防止するために、ハンドオフする無線端末の要求を待って、ユーザーデータを移動先無線基地局に送信するようにしている。
【0051】
例えば、サービス領域S3 にハンドオフしようとする無線端末M1 は、現対応サービス領域S2 内に位置する状態で、無線基地局B3 からの電波の強度が所定値以上になると、無線基地局B2 、中継装置T2 及びルータ装置2を介して中継装置T3 に無線端末M1 宛データの送信要求を送信する(図5参照)。無線端末M1 は、その後ある一定時間後に無線サービス領域S3 に移動する。
【0052】
無線端末M1 宛データ送信要求を受信した中継装置T3 は、図5に示すように、無線端末M1 宛データを無線基地局B3 に送信してサービス領域S3 にユーザーデータを送信させる。これにより、無線端末M1 が情報を受けられない時間帯には、その無線リソースを他で利用することができるようになる。
【0053】
無線サービス領域S3 にハンドオフした無線端末M1 は、ルーター装置2に向けて無線基地局B2 への無線端末M1 宛データの送信を中止する信号を送信する。これにより、ルーター装置2は無線基地局B2 への無線端末M1 宛データの送信を停止する。
【0054】
このように、本実施の形態においては、現対応サービス領域内に位置する状態で、現対応無線基地局を介して移動先無線基地局のビーコン情報を取得し、更に、現対応無線基地局、ルーター装置を介して無線リンク確立要求を移動先無線基地局に送信して無線リンク確立応答を受けることにより、現対応サービス領域内に位置する状態で移動先無線基地局との無線リンク確立の準備をすることができる。このため、サービスを継続的に受けながら高速にハンドオフすることができ、無線端末がハンドオフを行った瞬間のデータの欠損をなくすことができる。また、移動先無線基地局からのユーザーデータの送信は、無線端末が移動先サービス領域に入る直前に発したデータ送信要求を待って行われるので、無線リソースの有効利用を図ることができる。
【0055】
ところで、各無線端末は、無線基地局との通信を行うために、無線基地局の無線信号の送信周波数等を周波数サーチよって取得する。また、無線端末が現対応サービス領域から移動先サービス領域に移動してハンドオフする場合には、周波数サーチによって移動先無線基地局の送信周波数等を知る必要がある。
【0056】
しかし、例えば、道路上を走行中の自動車のように、進行方向が事前にある程度予測可能であることがある。この場合には、移動する無線端末は、移動先無線基地局の送信周波数等を、現対応無線基地局で使用されている周波数に基づいて、所定の計算式又は所定の順序に基づいて算出することが可能である。これにより、無線端末は、移動先サービス領域内において周波数サーチする手間を省くことができる。
【0057】
この場合には、無線端末は、移動先無線基地局で利用されている周波数を算出するに当たり、現対応無線基地局で使用していた周波数に加え、現対応無線サービス領域の直前にサービスを受けていた他のサービス領域で利用されている周波数を用いて算出してもよい。
【0058】
また、スペクトラム拡散方式においては、隣接する無線基地局同士が同一周波数を用いることがある。この場合には、送信周波数を算出するのではなく、コードや周波数のホッピングパターン等を算出することになる。
【0059】
このように、次に移動すると推測されるサービス領域の使用周波数等を事前に算出することによって、周波数サーチを不要にすることができる。
【0060】
なお、上記実施の形態においては、TCP/IPプロトコルを採用するネットワークについて説明したが、他のいずれの方式のネットワークにも適用可能であることは明らかである。
【0061】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、移動交換局が存在しない場合でも、サービスを継続的に受けながら、データの欠損を生じることなくハンドオフを行うことができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る移動通信システムの一実施の形態を示す説明図。
【図2】ハンドオフのための無線リンクの確立処理に際した信号の流れを示す説明図。
【図3】ハンドオフのための無線リンクの確立処理に際した信号の流れを示す説明図。
【図4】ハンドオフのための無線リンクの確立処理に際した信号の流れを示す説明図。
【図5】ハンドオフのための無線リンクの確立処理に際した信号の流れを示す説明図。
【符号の説明】
1…有線網、2…ルーター装置、3…サーバ、B1 ,B2 ,…無線基地局、C1 ,C2 ,…通信回線、M1 ,M2 ,…無線端末、S1 ,S2 ,…サービス領域、T1 ,T2 ,…中継装置。

Claims (1)

  1. 自局のサービス領域内に位置する移動自在な無線端末に対してサービスを夫々提供する第1及び第2の無線基地局と、
    前記第1及び第2の無線基地局に対して無線端末宛データの中継を夫々行う第1及び第2の中継装置と、
    前記第1の無線基地局が提供するサービス領域内の前記無線端末から、前記第2の無線基地局に対する前記無線端末宛データの送信を要求するデータ送信信号を受信すると、前記第1及び第2の中継装置の両方に前記無線端末宛データを送信すると共に、前記無線端末へパケットを転送するよう要求する転送登録要求内にある登録生存時間を前記第1の無線基地局が提供するサービス領域内に前記無線端末が滞在する時間に設定するルーター装置とを具備したことを特徴とする移動通信システム。
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