JP4246062B2 - 無線データ・ネットワーク内でソフト・ハンドオフを実行するためのシステム並びに方法 - Google Patents

Description

本発明は無線通信ネットワークのアクセス・ポイント間で、ソフト・ハンドオフを実行するための改良されたシステム並びに方法に関する。更に詳細には、本発明は一時的な（ad-hoc）ルーティングおよびパケット交換通信ネットワークの多重アクセス・ポイントを使用したソフト・ハンドオフを実行するためのシステム並びに方法に関する。関連する内容は、チャールズ・アール・バーカー（Charles R. Barker）およびロビン・ユー・ロバート（Robin U. Robert）による米国特許出願、名称「通信ネットワークのコア・ネットワーク上の、有線アクセス・ポイント間の無線ノードの移動性を促進するためのアドレス指定およびエイジェント手法を提供するためのシステム並びに方法」、シリアル番号第０９／９２９，０３２号、２００１年８月１５日出願に開示されており、その全ての内容はここに参照することで組み込まれている。

移動体無線電話ネットワークのような、無線通信ネットワークは過去１０年間の間にますます普及してきている。これらの無線通信ネットワークは一般的に「セルラ・ネットワーク」と呼ばれているが、それはネットワーク基盤構造がサービス領域を「セル」と呼ばれる複数の地域に分割して構成されているからである。

特に、陸上セルラ・ネットワークは複数の相互接続された基地局を含み、それらはサービス領域全体に渡って指定された場所に、地理的に分散されている。各基地局は１つまたは複数のトランシーバを含み、それらは例えば無線周波数（ＲＦ）通信信号のような電磁信号を、その通信可能領域内に配置されている無線電話機のようなユーザー端末との間で送受信することが可能である。通信信号は例えば、所望の変調技術に基づいて変調され、データ・パケットとして送信された音声データを含む。当業者には理解されるように、トランシーバおよびユーザー端末はデータ・パケットをマルチプレクス形式、例えば時分割多元接続（ＴＤＭＡ）形式、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）形式、または周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）形式で送受信し、これは基地局の単一トランシーバがその通信可能領域内の複数のユーザー端末との同時通信可を能としている。

各基地局はその時々で、ユーザー端末からの限定された通信信号トラヒックしか取り扱えないので、１つの基地局の通信可能領域はその基地局が直面すると予測されるトラヒックの量に依存して変化しうる。例えば、基地局の通信可能領域は人口過疎地域、例えば無線トラヒックが軽度の田園地帯では直径１０キロメートル程度に設定することが可能であり、人口過密地域、例えば無線トラヒックが重たい大都市地域では直径１キロメートル程度に設定することが可能である。従って、無線通信ネットワークは人口が過密な都市領域では、ネットワークがその地域内のユーザー端末に十分なサービスを行えるように多数の基地局を採用しなければならない。

各基地局はまた、１つまたは複数のゲート・ウェイに接続されており、これは基地局と他のネットワーク、例えばインターネットおよび公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）との間の通信を可能とする。従って、ネットワーク内の基地局はユーザー端末が相互に、また同様に他の通信相手、例えばＰＳＴＮ内の電話機と通信出来るようにしている。

無線ユーザー端末は通常移動体であるため、ユーザー端末が使用中に異なる基地局の通信可能領域の間を移動することが一般的である。これが発生するとき、その通信可能領域からユーザー端末が離れていこうとしている基地局は、そのユーザー端末をそのユーザー端末が入っていこうとしている基地局に転送または「ハンド・オフ」して、後者の基地局がそこを介してユーザー端末とネットワークが通信を継続出来るようにしなければならない。通信可能利用域が小さな多数の基地局を有する人口過密領域では、ユーザー端末が複数の異なる通信可能領域の間を移動するため、このハンド・オフ処理が短時間の間に数回行われる必要がある。

ハンド・オフ中にデータ・パケット損失を最少にする一方でこのハンド・オフを成功裏に実行するために必要な諸経費を最少とするための、回線交換セルラ基盤構造を使用して、多くの技術が開発されてきている。例えば、「ハード・ハンド・オフ」として知られている技術は、ブレーク・ビフォー・メイク（break before make）技術を採用しており、ここでは新たな接続が確立される前に、元の接続が落とされる。一方、「ソフト・ハンド・オフ」はメーク・ビフォー・ブレーク（make before break）技術であり、これはハンド・オフ中にユーザー端末に対する複数の同時接続を維持し、新たな接続が確立された後でのみ元の接続を落とす。ソフト・ハンド・オフ技術のいくつかの例が、ウォン（Wong）その他による出版物、名称「ＣＤＭＡ移動体システムにおけるハンド・オフ」、ＩＥＥＥパーソナル通信、１９９７年１２月号、６−１７ページ、ウォン（Wong）その他による出版物、名称「ハンド・オフ・アルゴリズム用パターン認識システム」、ＩＥＥＥ通信における精選分野ジャーナル」第８巻Ｎｏ．７、２０００年７月、１３０１−１３１２ページ、およびＴＩＡ文書ＴＩＡ／ＥＩＡ−９５−Ｂ、名称「広帯域スペクトル拡散セルラ・システム用、移動局−基地局互換性基準」１９９９年２月１日、に記述されており、これらの各文書の全ての内容はここに参照することにより組み込まれている。

近年インターネットの到来にともない、無線通信ネットワークの中には音声通信サービスを改善するために、従来型セルラ・ネットワークおよびそれらに関連する回線交換ルーティング技術から離れ始めているものもある。各移動体ユーザー端末、電話機、および通信ネットワークと通信する事の可能なその他の任意の機器は、ユニークなインターネット・プロトコル（ＩＰ）アドレスを有し、これは全ての他の機器からユニークに識別する。ＩＰを採用している通信ネットワークは宛先ポイントの間でデータを、従来型ＰＳＴＮの回線拘束プロトコルではなく、デジタル形式の離散パケットとして送信する。各々のデータ・パケットは送信者のＩＰアドレスと同様に目的とする受信者のＩＰアドレスを有している。

無線ユーザー端末が、例えば音声データをそのユーザー端末のアクセス・ポイントとして機能している通信ネットワークの基地局に送信するとき、その基地局に関連するルータはそのデータ・パケット内の受信者ＩＰアドレスを読み取る。各々のルータはルーティング情報、例えばそのルータにローカルな機器のＩＰアドレス、利用可能な経路等のテーブルを含んでいる。しかしながらルータがそのＩＰアドレスをその様な電話機に属するものと認識しない場合、そのルータはそのデータ・パケットを適切な隣接する、例えばインターネット内のゲートウェイに転送する。続いてそのゲートウェイのルータはそのデータ・パケット内の受信者ＩＰアドレスを読み取り、そのデータ・パケットを自己のドメイン内の適切な電話機に配信するか、またはそのデータ・パケットを別のゲートウェイに回送する。あるゲートウェイ内のルータが受信者ＩＰアドレスを自己のドメイン内の電話機に属するものと認識すると、そのゲートウェイ内のルータはそのデータ・パケットを当該電話機に配信する。

通信ネットワーク内でデータ・パケットを回送するためにＩＰを用いることで、そのネットワークは音声データ以外のデータも取り扱えることに注目すべきである。例えば、その様なＩＰ技術はネットワークの汎用性を、オーディオ、ビデオまたはマルチメディア・データをユーザー端末間で通信するように拡張するために使用できる。

従来型セルラ通信ネットワークと同様、ＩＰを採用している無線通信ネットワーク内の無線ユーザー端末は移動体であり、ネットワークへの自己のアクセス・ポイントを定期的に変更しうる。また、無線ユーザー端末は自己の「ホーム」ネットワークの外側に移動可能であり、暫定的に外部ネットワークに加盟し、従ってその外部ネットワーク上のアクセス・ポイント経由で通信する。

ＩＰ技術を使用した移動体データ通信ネットワークは、先に説明した従来の回線切り換えセルラの設備全般に基礎を置いており、従って自己自身のネットワーク内部のパケット・ルーティングの問題は隠される。すなわち、ユーザー端末が自己の所属を１つのアクセス・ポイントまたは基地局からそのネットワーク内の別のものへ移動する際、このネットワークは従来の無線セルラ・ネットワークで実行されるのと類似のハンド・オフ技術を実行できる。

しかしながら、ユーザー端末が自己のホーム・ネットワーク外に移動し、外部ネットワークに所属するようになると、その様なトポロジー変更はホームおよび外部ネットワーク内のルータ間で、ルータが自己のそれぞれのルーティング表を必要に応じて更新できるように通信されなければならず、これは結果として大幅な帯域幅消費のオーバヘッドを招く。従って、この解決方法は絶え間なくネットワークの間を移動可能なユーザー端末を取り扱うには余りにも遅すぎると、一般的に同意されるが、それはルーティング変更が接続されているネットワークの全体に伝搬されなければならないからである。

ユーザー端末のネットワーク間での移動性を取り扱うための別の技術は、移動体ＩＰと呼ばれている。移動体ＩＰの詳細な説明は、ＩＥＴＦ文書ＲＦＣ２００２、名称「ＩＰ移動性サポート」１９９６年１０月に記載されており、その全内容はここに挙げることで組み込まれている。移動体ＩＰ技術によれば、移動体ユーザー端末のホーム・ネットワーク上の固定アクセス・ポイント、（これは固定ネットワーク・ノードと呼び得る）、は移動体ユーザー端末（移動体ノード）がそのホーム・ネットワークの外に移動し、外部ネットワーク上のアクセス・ポイント（外部ノード）に属するようになった際に、その移動体ユーザー端末のプロキシ・エイジェント（ＭＩＰホームエイジェント）として機能する。移動体ＩＰ技術の中で理解されるように、ホーム・ネットワークはその移動体ノードが、その移動体ノードに指定されたＩＰアドレス（ホーム・アドレス）によって他のインターネットまたは他のネットワークに接続可能と見なされるネットワークであり、外部ネットワークとは移動ノードが自己のホーム・ネットワークに接続されていない時に接続されるネットワークである。

従って、データ・パケットが他の機器からその移動ノードへ送信されるとき、移動体ＩＰホームエイジェントはそのデータ・パケットをコア・ホーム・ネットワーク上でその移動ノードに代わって受信し、これらのデータ・パケットをカプセルに包み込む。すなわち、移動体ＩＰホームエイジェントは受信した各ＩＰデータ・パケットを、全ての先行フィールド、例えば媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ヘッダを差し引いて、別のＩＰデータ・パケットの中に組み込み、これによってＩＰデータ・パケットの元のＩＰヘッダ内のフィールドは一時的にその効果を失う。次に移動体ＩＰホームエイジェントは、これらのカプセル化されたデータ・パケットを、その移動体ノードが現在接続されている外部ネットワーク上のエイジェント（移動体ＩＰ外部エイジェント）に通過させる。移動体ＩＰ外部エイジェントは、そのカプセルを開梱しそのパケットを、現在その外部エイジェントに属している移動体ノードに送信する。

移動体ＩＰ技術はユーザー端末のネットワーク間での移動性を合理的に取り扱えるが、移動体ＩＰ技術はネットワーク内のオーバーヘッドを増やしてしまう、それは各データ・パケットがホーム・ネットワークへ回送され、カプセル化され、そして続いて外部ネットワークへ再回送されなければならないからである。また、移動体ＩＰで解決される問題は、ノード（ユーザー端末）がコア・ネットワークの間を移動する際の移動性のマクロな事例に関するものと見ることができる。移動体ＩＰはユーザー端末が単一コア・ネットワーク内の固定アクセス・ポイントの間を移動する際の移動性のミクロな事例を取り扱うのには適していない。

回線交換セルラ・ネットワーク内の移動性を取り扱うための１つの解決方法が提案されており、それはセルラＩＰと呼ばれている。セルラＩＰの説明がアンドラス・ジー・ファルコ（Andras G. Valko）による出版物、名称「セルラＩＰ：インターネット・ホスト移動性への新たなアプローチ」、ＡＣＭコンピュータ通信レビュー、１９９９年１月に記載されており、その全内容はここに挙げることで組み込まれている。この解決策は回線交換セルラ・ネットワーク内の移動性を取り扱うにはいくらか適しているが、この技術はネットワークの回線交換インフラに限定されたものである。

当業者には更に理解されるであろうが、移動体ＩＰはネットワーク間でのユーザー端末の移動性を取り扱う場合には適しているが、移動体ＩＰはパケット交換コア・ネットワーク内で移動体ノードが移動し、１つの基地局から他へハンド・オフされた場合に生じる、パケット・ルーティングに関する問題を取り扱うのには不十分である。パケット交換コア・ネットワークを採用した通信ネットワークは、例えば米国特許出願シリアル番号第０９／８９７，７９０号、名称「ＰＳＴＮおよびセルラ・ネットワークとインタフェースされた、特定ピア・ツー・ピア移動体無線アクセス・システム」２００１年６月２９日出願に記述されており、その全内容はここに挙げることで組み込まれている。移動性を有する無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）の１例が、ＩＥＥＥ基準８０２．１１、１９９９年８月２０日に提示されており、この全内容はここに挙げることで組み込まれている。特に、移動体ＩＰは有線アクセス・ポイント・ノードを有するパケット交換コア・ネットワークに課される追加制約の下で効果的に動作することが出来ず、それは有線アクセス・ポイント・ノードが典型的に帯域が制限された専用回線で接続され、２度回送される移動体ＩＰパケットの付加的オーバーヘッドに耐えられないからである。更に低価格アクセス・ポイント・ノードもまた典型的に、移動体ＩＰ中に実行されるプロセッサ集約的なカプセル化されたパケットの分解に耐えることができない。

先の欠陥に加えて、ハンド・オフを実行する方法を含む別の問題が生じうる。先に説明したように、ユーザー端末が１つのアクセス・ポイントから他へハンド・オフされた時に、有線ネットワークはダイナミックに自己を再構成して、パケットを新たな接続ポイントを通して回送しなければならない。有線ネットワークにとって、ユーザー端末に送られたパケットの損失無しに自己を再構成することはしばしば困難であり、それは有線ネットワークの再構成が瞬時に行われるものではないからである。従って、再構成の間パケットは旧および新接続ポイントの両方を経由して送信されうる。従って、既設の無線データ・ネットワーク内でこれらのパケットの１つの組はよく失われる。

更に、移動速度が増加するに伴い、ハンド・オフが生じる頻度も増加する。ハンド・オフの発生が増加すると、ハンド・オフ中にパケットの損失の発生がしばしば生じるためユーザーにとって更に目立つようになる。従って、ハンド・オフ中のパケット損失を最少にすることは、移動速度が増すにつれて更に重要となる。

従って、パケット交換ネットワークのアクセス・ポイント間で、オーバーヘッドおよびパケット損失を最少として、無線ユーザー端末の移動性を効果的かつ効率的に取り扱うことのできるシステムおよび方法に対する必要性が存在する。

本発明の目的は、通信ネットワーク、特にパケット交換ネットワークのアクセス・ポイント間で、オーバーヘッドおよびパケットの損失を最少として、無線ユーザー端末の移動性を効果的かつ効率的に取り扱うことのできるシステムおよび方法を提供することである。

本発明の別の目的は、パケット交換通信ネットワークのアクセス・ポイント・ノード間で無線ユーザー端末をハンド・オフするための一時的なルーチングの送技術を採用したシステムおよび方法を提供し、ハンド・オフ中のパケット損失をほぼ無くするように、ハンド・オフ中にユーザー端末にデータ・パケットが提供される複数の経路を、ネットワークが維持できるようにすることである。

これらの目的およびその他の目的は、移動体無線ユーザー端末で使用するのに適した通信ネットワークおよび、ユーザー端末のネットワーク上のアクセス・ポイント間でのハンド・オフを実行するためのネットワークの制御方法を提供することにより、実質的に実現される。ネットワークはパケット交換コア・ネットワーク、およびそのコア・ネットワークに結合された複数のアクセス・ポイントとを含む。各々のアクセス・ポイントは、ユーザー端末がそのアクセス・ポイントに属するようになった際に、そのアクセス・ポイントにコア・ネットワークへの通信アクセスを提供するように適合され、ユーザー端末とアクセス・ポイント間の所属関係を表す情報を格納するように適合されているアドレス解釈キャッシュを含む。各アクセス・ポイントはまた一時的な（ad-hoc）ネットワーク内で動作している任意のユーザー端末への通信アクセスを提供できる。

ユーザー端末が自己の所属を第１アクセス・ポイントから第２アクセス・ポイントへ変更した際、第１および第２アクセス・ポイント以外のコア・ネットワーク上のノード、例えば別のアクセス・ポイント、メディア・サーバ、ＤＮＳサーバ、またはＩＰゲートウェイ・ルータは、ユーザー端末で受信されるように意図されたデータ・パケットを、自己のそれぞれのアドレス解釈キャッシュが、ユーザー端末がその所属を第１アクセス・ポイントから第２アクセス・ポイントへ変更したことを示すメッセージに基づいて更新されるまで、第１アクセス・ポイントへ送信し続けるように適合されている。第１アクセス・ポイントは他のノードから受信されたデータ・パケットを、第２アクセス・ポイントへ送信することなく、ユーザー端末に無線接続経由で送信し続けるように適合されている。また、第１および第２アクセス・ポイントおよびその他のノード以外の付加ノードは、ユーザー端末で受信されるように意図されたデータ・パケットを、自己のそれぞれのアドレス解釈キャッシュが先のメッセージに基づいて更新された後に、第２アクセス・ポイントへ送信するように適合されており、一方他のノードはユーザー端末向けに意図されているデータ・パケットを、第１アクセス・ポイントへ送信し続けており、この第１アクセス・ポイントは他のノードから受信されたデータ・パケットを、第２アクセス・ポイントへ送信することなく、ユーザー端末に対して送信し続けている。更に、第２アクセス・ポイントは前記メッセージを前記コアネットワーク上に、自己の所属を変更したユーザー端末のアドレス、例えばＩＰプロトコル・アドレスに対する、アドレス解釈要求、例えばアドレス解釈プロトコル（ＡＲＰ）要求に応じて発行するように適合されている。

本発明のこれらおよびその他の目的、特長並びに新奇な機能は、添付図と一緒に以下の詳細な説明を読むことにより更に容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の１つの実施例に基づき、ネットワーク内のユーザー端末の移動性を取り扱うためのシステム並びに方法を採用している無線通信ネットワーク１００の１例を図示するブロック図である。図示されているように、「コア・ネットワーク」と呼ぶことのできるネットワーク１００は、コア・ローカル・アクセス・ネットワーク（ＬＡＮ）１０２を含み、これはネットワーク１００に対する有線のインフラを提供する。複数の高度アクセス・ポイント（ＩＡＰ）１０４，１０６および１０８が結合されていてコアＬＡＮ１０２と通信する。この例に図示されているように、ＩＡＰ１０４はコアＬＡＮ１０２に直接接続されており、一方ＩＡＰ１０６はコアＬＡＮ１０２に迂回中継インタフェース１１０と１１２およびＴ１接続を介して結合され、またＩＡＰ１０８はコアＬＡＮ１０２に迂回中継インタフェース１１４と１１６およびＴ１接続を介して結合されている。しかしながら、任意の好適な迂回中継技術、例えばＴ３、ファイバーおよびマイクロ波を使用できる。従って、ＩＡＰ１０４，１０６および１０８は固定されている必要はなく、むしろ移動するように構成し、コアＬＡＮ１０２と無線迂回中継、例えばマイクロ波迂回中継経由で通信することが可能である。

各ＩＡＰ１０４，１０６および１０８は少なくとも１つのトランシーバと、少なくとも１つの組み込みプロセッサとを含む、インフラ機器である。この例において、各ＩＡＰ１０４，１０６および１０８は更に、１０／１００Base-T Ethernet（Ｒ）接続を含む。しかしながら、ＩＡＰ１０４，１０６および１０８はコアＬＡＮ１０２に結合するのに適した任意の型式の拘束接続を含むことが可能である。１つのＩＡＰ１０４，１０６および１０８は固定場所、例えば建物の屋上または建物の天井に固定して構成され、恒久的な電源、例えば交流電源または任意のその他の好適な電源が具備されている。

以下に詳細に説明されるように、ＩＡＰ１０４，１０６および１０８は加入者機器、例えば移動体ユーザー端末１１８に対して、ネットワーク１００で提供される有線サービスへのアクセスを提供するように動作する。各ＩＡＰ１０４，１０６および１０８はまた、その通信可能領域内のユーザー端末１１８に対して、対応する固定で既知の位置および場所の基準、中継および無線ルーチングと、無線ルータ内のトランシーバ、および例えばユーザー端末１１８のような加入者機器との基本的なネットワーク管理インタフェースとを提供する。各有線ＩＡＰ１０４，１０６および１０８は一般的にネットワーク１００上の「固定ノード」と呼ばれ、一方移動体ユーザー端末１１８は「移動体ノード」と呼ばれる。有線ＩＡＰ１０４，１０６および１０８はまた、ユーザー端末１１８に対するネットワーク１００へのアクセス・ポイントとしても機能し、例えば先に挙げた米国特許出願シリアル番号第０９／８９７，７９０号、およびメイヤーに付与された米国特許第５，９４３，３２２号に記載された特定ネットワークを形成し、これらの全内容はここに挙げることで組み込まれている。

ネットワーク１００は更に、例えばビデオおよびマルチメディア・データのようなメディアの型式をコアＬＡＮ１０２に配信するためのメディア・サーバ１２０と、インターネット・ドメイン名を当業分野で知られている方法でインターネット・プロトコル（ＩＰ）アドレスに翻訳するためのドメイン名サーバ（ＤＮＳ）１２２を含む。ネットワーク１００はまた、ネットワーク１００とＰＳＴＮ１２６との間のデータ・アクセスを提供するＰＳＴＮゲートウェイ１２４と、ネットワーク１００とインターネット１３０との間のデータ・アクセスを提供するＩＰゲートウェイ・ルータ１２８を含む。

次にネットワーク１００の詳細とその動作とを説明する。この説明の目的で、用語「ＩＡＰ」および「ノード」または「固定ノード」は互換的に使用されており、同様に用語「ユーザー端末」も「移動体ノード」も同様である。コアＬＡＮ１０２上の有線ＩＡＰ１０４，１０６および１０８は全て単一の仮想セグメントに完全に接続されている。当業者には理解されるように、仮想セグメント上の全てのＩＡＰ１０４，１０６および１０８（固定ノード）は、論理リンク層の任意の他のノードから直接アクセス可能である。ＩＰルーティングは仮想セグメント上の任意の他のノードへ接続するためには使用されない。この仮想セグメントに対するＩＰサブネットは十分大きく、全てのＩＡＰ１０４，１０６および１０８と、単一の放送（ブロードキャスト）ドメイン内の全てのユーザーノード１１８を包含する。仮想セグメントはメディア・アクセス制御層（ＭＡＣ層）ブリッジとＩＡＰ１０４，１０６および１０８間の交換機（図示せず）を必要であれば有し、不要リンク上での帯域幅の使用から単一指定（ユニキャスト）のフレームをフィルタ除去する。

有線ＩＡＰ１０４，１０６および１０８は、定義により２つのネットワーク・インタフェースを有し、その１つは有線リンクを介してネットワークに接続され、もう一方は無線トランシーバである。これらのインタフェースの両方は、コア・ネットワークのＩＰサブネットからＩＰアドレスを有する。１つのＩＡＰ１０４，１０６および１０８は１つのＩＰルーティング表を保持し、これは無線トランシーバ・インタフェースのＩＰがそのインタフェース上で接続可能でり、一方そのサブネット上の全ての他のＩＰアドレスが有線インタフェース上で直接接続可能であることを示している。コア・ネットワークのサブネット外のＩＰは、コア・ネットワークの直接接続可能なＩＰゲートウェイ・ルータ１２８を経由して接続可能である。

次に図１−３を参照して、１つの移動体ノードが１つのＩＡＰに所属する過程を説明する。移動体ノード（ユーザー端末）１１８が有線ＩＡＰ１０４に属すると、その有線ＩＡＰ１０４はその移動体ノードのＩＰアドレスをそのルーティング表に加え、この移動体ノードがその無線トランシーバを経由して直接アクセス可能であることを示す。これはこの特定移動体ノードに対してのみ、ディフォルトのサブネット入力を無効にする。移動体ノード１１８は直接通信リンクを介して、または既にＩＡＰ１０４に所属している一時的な（ad-hoc）ネットワーク内の他の移動体ノードを経由して、ＩＡＰ１０４に属することが可能である。図１および図２並びに図３のステップ１０００に示されるように、移動体ノード１１８は最初ＩＡＰ１０４に属しており、これは図２ではＩＡＰ１と識別されている。従って、ステップ１０１０において、ＩＡＰ１０４は移動体ノード１１８のＩＰアドレスを自己のルーティング表に追加し、この移動体ノード１１８がＩＡＰ１０４の無線トランシーバを経由して直接アクセス可能であることを示している。これを行うに際して、有線ＩＡＰ１０４はステップ１０２０で、コア・ネットワーク１００上で移動体ノードのプロキシとして動作し始めなければならない。これはＩＡＰ１０４が、ネットワーク１００上でのその移動体ノードのＩＰアドレスに対するアドレス解釈要求、例えばアドレス解釈プロトコル（ＡＲＰ）要求に対して、あたかも移動体ノード１１８のごとく返答することを意味する。ネットワーク１００上の他のノード、例えばＩＡＰ１０６および１０８、同様にメディア・サーバ１２０（図２内のルータＲ１）、ＤＮＳサーバ１２２（図２内のルータＲ２）およびＩＰゲートウェイ・ルータ１２４（図２には図示せず）は、続いて移動体ノード１１８のＩＰアドレスを、有線ＩＡＰ１０４の有線インタフェースのＭＡＣアドレスに関連付けるが、これはステップ１０３０内のそれぞれのＡＲＰキャッシング機構を経由して行われる。

更に、ステップ１０４０に示されるように、移動体ノード１１８へ向けられたパケットがＩＡＰ１０４で受信されると、このＩＡＰ１０４は自己のＩＰルーティング表に問い合わせて、そのパケットを適切なインタフェース、これはＩＡＰ１０４の無線トランシーバへ、ステップ１０５０に示されているように転送しなければならない。これにより有線ＩＡＰ１０４がネットワーク１００上で「存在点」となり、移動体ノード１１８をプロキシと表示する。

またネットワーク１００はノードの有線ＩＡＰ間での移動を取り扱う必要もあり、これを次に説明する。図４および図５に図示され、また図６のステップ１１００で示されるように、移動体ノード１１８が新たなＩＡＰ、例えばＩＡＰ１０６に、元のＩＡＰ１０４でトラヒックを受信した後に所属しなければならない場合、ネットワーク上のその他のノード（例えば、ＩＡＰ１０８、メディア・サーバ１２０、ＤＮＳサーバ１２２およびＩＰゲートウェイ・ルータ１２４）は、ある種の対策が取られるまでその変化に気づかないはずである。従って、それらのアドレス解釈プロトコル（ＡＲＰ）キャッシュは、移動体ノード１１８のＩＰを元のＩＡＰ１０４のＭＡＣアドレスに関連づけて、非通知ノード（例えばＩＡＰ１０８、メディア・サーバ１２０、ＤＮＳサーバ１２２またはＩＰゲートウェイ・ルータ１２４）は決して新たなＩＡＰ１０６に接続することはできない。

この問題を回避するために、「無償（gratuitous）ＡＲＰ」として知られている手順が、本発明の１つの実施例に基づいて実行できる。図５および図６のステップ１１１０に示されるように、「無償ＡＲＰ」手順が実行される前に、ネットワーク１００上のノード、例えばメディア・サーバ１２０およびＤＮＳサーバ１２２は、移動ノード１１８に向けられたパケットをＩＡＰ１０４へ送信し続ける。図７のステップ１１２０で示されるように、移動体ノード１１８が新たに属するようになったＩＡＰ（すなわちＩＡＰ１０６）は、移動体ノードの自己のＩＰアドレスに対するＡＲＰ要求をネットワーク１００上に発行する。これはネットワーク１００上の他のノード（例えばＩＡＰ１０４および１０８、メディア・サーバ１２０、ＤＮＳサーバ１２２およびＩＰゲートウェイ・ルータ１２４）のＡＲＰキャッシュを、ステップ１１３０に示されるように、新たな存在点ノードに強制的に更新させる。更に詳細なＡＲＰキャッシュおよび無償ＡＲＰの説明は、先に参照したＩＥＴＦ文書ＲＦＣ２００２の６２ページ、同様にＩＥＴＦ文書ＲＦＣ１００９、名称「インターネット・ゲートウェイに対する要求」１９８７年６月、およびＩＥＴＦ文書ＲＦＣ８２６、名称「イーサネット（Ｒ）・アドレス解釈プロトコル」１９８２年１１月に提示されており、これらの各文書の全内容はここに挙げることで組み込まれている。また、他の型式のＡＲＰ類似機構を用いて他のノード（ＩＡＰ１０４および１０８、メディア・サーバ１２０、ＤＮＳサーバ１２２およびＩＰゲートウェイ・ルータ１２４）のアドレス解釈キャッシュを更新することも可能であり、その様な機構はＩＥＴＦ文書ＲＦＣ２４６１、名称「ＩＰバージョン６（Ｉｐｖ６）用隣人発見」１９９８年１２月、およびＩＥＴＦ文書ＲＦＣ２３３２，名称「ＮＢＭＡ次ホップ先解釈プロトコル」１９９８年４月に記述されており、これらの各文書の全内容はここに挙げることで組み込まれている。

従って、他のノード（ＩＡＰ１０４および１０８、メディア・サーバ１２０、ＤＮＳサーバ１２２およびＩＰゲートウェイ・ルータ１２４）は次に、移動体ノード１１８のＩＰアドレスを新たなＩＡＰ１０６のＭＡＣアドレスに関連付ける。しかしながら、パケットの従来ルート（すなわち、移動ノード１１８へのＩＡＰ１０４経由のルート）は、構成可能な期間維持されて、有線ネットワーク・ルーティングが更新される間、パケットが移動体ノード１１８へ届けられ続けるように保証している。これはパケットの流れが中断されることなく維持されることを保証している。更に、重要な注意すべきことは、この移動体ノードに向けられたパケットが再構成の間は決してＩＡＰ１０４からＩＡＰ１０６へ転送されることは無いということである。

更にステップ１１４０に指示され図８に示されるように、新ＩＡＰ１０６は移動体ノード１１８が先に所属していたＩＡＰ１０４との間で、移動体ノード１１８に対する明示的な経路をこの元のＩＡＰのＩＰルーティング表から削除させるよう交渉を開始する。例えば、無償ＡＲＰがその交渉を取り仕切るか、または別のメッセージが使用される。

更に注意すべきは再構成通知の放送（ブロードキャスト）、すなわち無償ＡＲＰは時には信頼性に欠けていたり、またはネットワーク１００上の１つまたは複数のノードで直ちに処理される訳では無いことである。例えば、図９に示されるように、メディア・サーバ１２０（ルータＲ１）は無償ＡＲＰを受信し処理しており、従って移動体ノード１１８向けのパケットを、移動体ノード１１８が所属するようになった新ＩＡＰ１０６に向けて送信している。しかしながら、ＤＮＳサーバ１２２（ルータＲ２）は無償ＡＲＰを受信していないかまたはその無償ＡＲＰの処理を未だ終わっていない。従って、ＤＮＳサーバ１２２、および無償ＡＲＰを受信していないかまたはその処理を終えていないその他の全てのノードは、移動体ノード１１８へ向けられたパケットを、図６のステップ１１５０に示すように旧ＩＡＰ１０４へ送信し続けるはずである。ひとたびＤＮＳサーバ１２２が無償ＡＲＰの処理を終えると、ＤＮＳサーバ１２２は図１１に示されるように、移動体ノード１１８へ向けられたパケットを新ＩＡＰ１０６へ送信し始めるはずである。

これもまた注意すべきことは、ＩＡＰ１０４が１つまたは複数のネットワーク・ノードから構成可能期間、例えば無償ＡＲＰがＩＡＰ１０６で発行された後予め定められた時間（例えば数秒）、の後もパケットを受信し続ける場合、ステップ１１６０において１つまたは複数のネットワーク・ノードがその無償ＡＲＰの放送を受け損ねたものと判断する。この信頼性の欠如に対処するために、図１０に示すようにＩＡＰ１０４は１つまたは複数のネットワーク・ノードに対して通知を送ることができる。この通知は例えば無償ＡＲＰのような放送通知であったり、移動体ノード１１８へ向けられたパケットをＩＡＰ１０４へ送り続けている１つまたは複数のネットワーク・ノードへ対するユニキャスト・メッセージである。この再試行は有線ネットワーク再構成が完了するまで、指定可能な回数実行される。ステップ１１６０において、構成可能時間の後、ＩＡＰ１０４が移動体ノード１１８向けのパケットを受け取らない場合、ステップ１１８０および図１１に示されるように、コア・ネットワーク１００上の全てのパケットが最初からＩＡＰ１０６へ送られるようになったものと判断される。次に新ＩＡＰ１０６は、移動体ノード１１８が先に所属していたＩＡＰ１０４との、移動体ノード１１８に対する明示的な経路をこの元のＩＡＰのＩＰルーティング表から削除させるよう交渉を完了する。

移動体ノード１１８が別のＩＡＰ（例えばＩＡＰ１０８）に所属すると、図４−１１を参照して図示され説明された先の処理過程が繰り返される。

更に注意すべきことは、先に説明した解決方法がコア・ネットワーク１００上の移動体ノード１１８の仮想的な存在および、これらのノードのネットワーク上のアクセス・ポイント間での完全な移動性とを提供することである。背景技術の章で説明した移動体ＩＰ技術と組み合わされると、ノード１１８は任意のＩＡＰを通行することが可能であり、これはそれらがホーム・ネットワークであるか外部ネットワークであるかに係わらず、ホーム・ネットワークと外部ネットワークとの間を通行する際に移動体ＩＰ技術のみを使用して行われる。

これまで本発明の極僅かな実施例のみを詳細に説明してきたが、当業者には容易に理解されるように、例として示した実施例に対して多くの修正変更が、本発明の新奇な教えおよび特長から実質的に離れることなく、可能であることが理解されよう。従って、その様な全ての修正変更は添付の特許請求の範囲で定義された、本発明の範囲に含まれるものと意図する。

図１は、本発明の１つの実施例に基づき、ネットワーク内のユーザー端末の移動性を取り扱うためのシステム並びに方法を採用している無線通信ネットワークの１例のブロック図である。 図２は、図１に示すネットワークのアクセス・ポイントへの移動体ユーザー端末の所属を図示する概念的ブロック図である。 図３は、移動体ユーザー端末が図１および図２に示されるアクセス・ポイントに所属した際に、図１に示されるネットワークで実行される動作の１例を図示する流れ図である。 図４は、図１に示されるネットワークのブロック図であり、その中で移動体ユーザー端末が自己の所属を１つのアクセス・ポイントから他へ変更している。 図５は、ユーザー端末が図４に示すネットワークのアクセス・ポイントの自己の所属を変更する方法を図示する、概念的ブロック図である。 図６は、移動体ユーザー端末が自己のアクセス・ポイントの所属を図４および図５に示すように変更した際に、図１および図４に示されるネットワークで実行される動作の１例を図示する流れ図である。 図７は、ユーザー端末が所属しているアクセス・ポイントが、この所属をネットワークへ通信する方法の１例を図示する、概念的ブロック図である。 図８は、ハンド・オフ中にパケットが回送される方法の１例と、そのハンド・オフに関与するアクセス・ポイントが互いに交渉する事例的方法とを図示する、概念的ブロック図である。 図９は、ネットワーク内のルータが、ユーザー端末が所属することになったアクセス・ポイントからの再所属通信を処理する一方で、再所属したユーザーに対してパケットを転送するように動作する方法の１例を図示する、概念的ブロック図である。 図１０は、ユーザー端末がそこから自己の所属を変更したアクセス・ポイントが、この変更をネットワークへ通信する方法を図示する、概念的ブロック図である。 図１１は、ルータが再所属通信を処理した後に、ユーザー端末が所属するようになったアクセス・ポイントへ、ルータがパケットを転送する方法の１例を図示する、概念的ブロック図である。

Claims (23)

1. 携帯無線ユーザー端末で使用するのに適合された通信ネットワークであって：
   複数のパケット交換コア・ネットワークと；
   該コア・ネットワークに結合された複数のアクセス・ポイントであって、該アクセス・ポイントの各々が、前記任意のユーザー端末が前記アクセス・ポイントに所属するようになった際に、前記任意のユーザー端末に対して前記コア・ネットワークへの通信アクセスを提供するように適合され、前記ユーザー端末と前記アクセス・ポイントとの間の所属を表す情報を格納するように適合されたアドレス解釈キャッシュを含み、前記ユーザー端末が自己の所属を第１の前記アクセス・ポイントから第２のアクセス・ポイントに変更した際に、前記第１および第２アクセス・ポイント以外の前記コア・ネットワーク上の他のノードが、前記ユーザー端末が自己の所属を前記第１のアクセス・ポイントから前記第２のアクセス・ポイントへ変更したことを示すメッセージに基づいて自己のそれぞれのアドレス解釈キャッシュを更新するまで、前記ユーザー端末向けに送信されたデータ・パケットを前記第１のアクセス・ポイントへ送信し続けるように適合され、前記第１のアクセス・ポイントが前記他のノードで受信された前記データ・パケットを前記第２のアクセス・ポイントへ送信することなく前記ユーザー端末へ送り続けるように適合された、前記複数のアクセス・ポイントとを含み、
   前記ユーザー端末が自己の所属を前記第１のアクセス・ポイントから前記第２のアクセス・ポイントへ変更した際に、前記第１および第２のアクセス・ポイントおよび前記その他のノード以外の付加ノードが、前記ユーザー端末向けに送られたデータ・パケットを、前記メッセージに基づいて自己のそれぞれのアドレス解釈キャッシュを更新した後に前記第２のアクセス・ポイントへ送信するように適合され、一方前記他のノードは前記ユーザー端末向けのデータ・パケットを、前記他のノードから送られた前記データ・パケットを前記第２のアクセス・ポイントへ送ることなく前記ユーザー端末に送り続けている前記第１のアクセス・ポイントへ送信し続けている、前記通信ネットワーク。
2. 請求項１記載の通信ネットワークにおいて：
   前記付加ノードが前記アクセス・ポイントを含む、前記通信ネットワーク。
3. 請求項１記載の通信ネットワークにおいて：
   前記その他のノードが前記アクセス・ポイントを含む、前記通信ネットワーク。
4. 請求項１記載の通信ネットワークにおいて：
   前記第２のアクセス・ポイントが、前記メッセージを全コア・ネットワーク上に、自己の所属を変更した前記ユーザー端末のアドレスに対するアドレス解釈要求として発行するように適合された、前記通信ネットワーク。
5. 請求項４記載の通信ネットワークにおいて：
   前記アドレス解釈要求がアドレス解釈プロトコル要求を含む、前記通信ネットワーク。
6. 請求項４記載の通信ネットワークにおいて：
   前記ユーザー端末の前記アドレスが、前記ユーザー端末に割り当てられたインターネット・プロトコル・アドレスを含む、前記通信ネットワーク。
7. 請求項１記載の通信ネットワークにおいて：
   前記ユーザー端末が所属している前記アクセス・ポイントが、受信したデータ・パケットを前記ユーザー端末へ無線通信リンクを経由して送信するように適合されている、前記通信ネットワーク。
8. 請求項１記載の通信ネットワークにおいて：
   各々の前記アクセス・ポイントがそこに所属している前記ユーザー端末との間で、無線通信リンクを経由してデータ・パケットの送受信を行うように適合されている、前記通信ネットワーク。
9. 請求項１記載の通信ネットワークにおいて：
   前記各々のアドレス解釈キャッシュが、アドレス解釈プロトコル・キャッシュを含む、前記通信ネットワーク。
10. 請求項１記載の通信ネットワークが更に：
    各々が前記ユーザー端末と前記アクセス・ポイントとの間の所属関係を表し、前記メッセージに基づいて更新可能な情報を格納するのに適合された、それぞれのアドレス解釈キャッシュを含む、少なくとも１つのメディア・サーバ、ＤＮＳサーバおよびＩＰゲートウェイ・ルータを含む、前記通信ネットワーク。
11. 請求項１０記載の通信ネットワークにおいて：
    前記他のノードが、前記メディア・サーバ、ＤＮＳサーバまたはＩＰゲートウェイ・ルータを含む、前記通信ネットワーク。
12. 請求項１０記載の通信ネットワークにおいて：
    前記アドレス解釈キャッシュが、アドレス解釈プロトコル・キャッシュを含む、前記通信ネットワーク。
13. 請求項１記載の通信ネットワークにおいて：
    各々の前記アクセス・ポイントが、前記コア・ネットワークに対するアクセスを提供するように適合され、前記ユーザー端末は、アドホックネットワーク内で動作する、前記通信ネットワーク。
14. 通信ネットワーク内のパケット交換コア・ネットワーク上のアクセス・ポイント間で、携帯無線ユーザー端末のハンド・オフを実行するための方法であって、各々の前記アクセス・ポイントは任意の前記ユーザー端末に対して、前記ユーザー端末が前記アクセス・ポイントに所属するようになった際に、前記コア・ネットワークに対する通信アクセスを提供するように適合され、前記ユーザー端末と前記アクセス・ポイントとの間の所属を表す情報を格納するように適合された、アドレス解釈キャッシュを含む、前記方法が：
    前記ユーザー端末が自己の所属を第１の前記アクセス・ポイントから第２の前記アクセス・ポイントへ変更した際に、前記第１および第２アクセス・ポイント以外の前記コア・ネットワーク上の他のノードを制御して、前記ユーザー端末向けのデータ・パケットを前記第１のアクセス・ポイントへ、前記ユーザー端末が自己の所属を前記第１のアクセス・ポイントから前記第２のアクセス・ポイントへ変更したことを示すメッセージに基づいて、自己のそれぞれのアドレス解釈キャッシュを変更するまで送信し続けさせ；
    一方、前記他のノードは前記データ・パケットを前記第１のアクセス・ポイントへ送り続け、前記第１のアクセス・ポイントを制御して、前記他のノードから受信した前記データ・パケットを前記第２のアクセス・ポイントへ送信することなく、前記ユーザー端末へ送り続けさせ、
    前記ユーザー端末が自己の所属を第１の前記アクセス・ポイントから第２の前記アクセス・ポイントへ変更した際に、前記第１および第２のアクセス・ポイント並びに前記他のノード以外の付加ノードを制御して、前記ユーザー端末向けのデータ・パケットを、前記メッセージに基づいて自己のそれぞれのアドレス解釈キャッシュを更新した後に、前記第２のアクセス・ポイントへ送信させ、一方前記他のノードは前記ユーザー端末向けの前記データ・パケットを、前記他のノードから受信した前記データ・パケットを前記第２のアクセス・ポイントへ送信することなく前記ユーザー端末へ送信し続けている前記第１のアクセス・ポイントへ送信し続ける、前記方法。
15. 請求項１４記載の方法において：
    前記付加ノードが前記アクセス・ポイントを含む、前記方法。
16. 請求項１４記載の方法において：
    前記他のノードが前記アクセス・ポイントを含む、前記方法。
17. 請求項１４記載の方法が更に：
    前記第２のアクセス・ポイントを制御して、前記メッセージを自己の所属をそこに変更した前記ユーザー端末のアドレスに対するアドレス解釈要求として、前記コア・ネットワーク上に発行させることを含む、前記方法。
18. 請求項１７記載の方法において：
    前記アドレス解釈要求がアドレス解釈プロトコル要求を含む、前記方法。
19. 請求項１７記載の方法において：
    前記ユーザー端末の前記アドレスが、前記ユーザー端末に割り当てられたインターネット・プロトコル・アドレスを含む、前記方法。
20. 請求項１４記載の方法が更に：
    前記ユーザー端末が所属している前記アクセス・ポイントを制御して、受信したデータ・パケットを前記ユーザー端末に対して無線通信リンクを経由して送信するように適合させることを含む、前記方法。
21. 請求項１４記載の方法において：
    各々の前記アドレス解釈キャッシュがアドレス解釈プロトコル・キャッシュを含む、前記方法。
22. 請求項１４記載の方法において：
    前記他のノードが、前記メディア・サーバ、ＤＮＳサーバまたはＩＰゲートウェイ・ルータを含む、前記方法。
23. 請求項１４記載の方法が更に：
    各々の前記アクセス・ポイントが、前記コア・ネットワークに対するアクセスを提供するように適合され、前記ユーザー端末は、アドホックネットワーク内で動作する、前記方法。

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