JP4248542B2 - 無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送システム及びコンテクスト転送方法 - Google Patents

無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送システム及びコンテクスト転送方法 Download PDF

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Description

本発明は、無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送システム及びその方法に関し、より具体的には、無線メッシュネットワーク環境において分析された無線フロートラフィックの特性に基づき、アクセスポイントの資源利用を最小化しながら、移動する無線移動端末に対するサービス遅延を最小にするために、増加的プロアクティブコンテクスト転送（incremental proactive context transfer）を行うようにした無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送システム及びその方法に関する。
これまでの典型的な大部分のインターネット接続は、イーサネットあるいはＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber Line）のような有線網を介してなされてきた。しかしながら、無線技術の発達に伴い、無線接続方式によるインターネット接続サービスを利用することができ、転送速度も有線網と同等の速度で提供可能な技術が開発されている。
このような無線通信には、無線ＬＡＮ（Wireless ＬＡＮ）、モバイルＩＰ（Mobile ＩＰ）、ＭＡＮＥＴなどの方式が最近活発に研究されている。これらのうち、代表的な接続方法は、ＩＥＥＥ８０２.１１の無線ＬＡＮを介してのインターネット接続である。そして無線ＬＡＮ技術の中で、ユーザが無線ＬＡＮを介してインターネットに接続した後、初期接続位置と関係なく、移動中にも継続的にインターネット接続を可能にするための移動性を提供する技術が研究されている。
無線ＬＡＮは、一定水準のサービスを支援するという長所を有するが、一定の範囲内でだけで使用可能であるという短所も有する。すなわち、無線移動端末は、アクセスポイントのサービス適用範囲内にあるときにだけサービスを受けることができ、アクセスポイントのサービス適用範囲から外れるとサービスを受けることができない。すなわち、無線移動端末が他のアクセスポイントに移動する場合には、継続的なサービスを支援しない。
近年、中小都市や特定地域全体を対象にして超高速無線アクセスを提供するための自家（own）ネットワークアーキテクチャである無線メッシュネットワーク（Wireless Mesh Network）技術が注目されている。メトロ無線ＬＡＮ（Metro Wireless LAN）とも呼ばれるこの技術は、既存の無線ＬＡＮに比べて少なくとも２倍以上の適用範囲（coverage）を提供し、半径１〜２ｋｍ以上でも接続することができ、無線インターネット電話（ＶｏＷＬＡＮ）などのデータ通信を可能にする。この技術は、既存のホットスポットを越えるソリューションとして注目されている。
無線メッシュネットワークは、無線ＬＡＮの技術が支援する適用範囲を拡張するために、近年新しく強化された無線ＬＡＮアーキテクチャであって、既存の無線ＬＡＮにおけるＩＥＥＥ８０２.１１の周波数（２.４ＧＨｚ／５ＧＨｚ、韓国内の法的最高１００ｍＷ限界出力の非許可帯域周波数）により無線でＬＡＮとＬＡＮ（LAN-to-LAN）を接続するのに用いられる。すなわち、既存の無線ＬＡＮが多数ユーザとの接続用に用いられるなら、無線メッシュネットワークは、主にネットワーク間の接続用に用いられる。
特に、既存の無線ＬＡＮは、各アクセスポイント（Access Point）毎に有線接続が必要であるが、無線メッシュネットワークは、アクセスポイントとアクセスポイント間を無線で通信できる。そのため１つの有線接続区間を用いて広い地域を無線ＬＡＮで構築することができるので、イーサネット（登録商標）（Ethernet（登録商標））ケーブルリングが無いか、又は設置が困難な地域で有用に適用することができるという長所がある。しかしながら、未だ無線メッシュネットワークのための標準化は進行中にあり、安定性、互換性、信頼性などについて市場検証が必要な段階であると指摘されている。さらには、韓国内の無線ＬＡＮ出力に対する法的限界、ＩＳＭ（Industrial Scientific and Medical）バンドによるインタフェース、そして定められた周波数でネットワークを構成しなければならないため、ネットワークの増設に限界があるなど本格的な市場形成のためには、解決しなければならない問題が多い。
このような未だ解決されていない問題があるにもかかわらず、ＩＥＥＥ８０２.１１無線メッシュネットワークは、既存のＤＳＬ（Digital Subscriber Line）やケーブル（Cable）方式のネットワークに比べて設置費用が安価であると共に高い帯域幅支援を理由にその使用量が増加している。
無線メッシュネットワークは、無線移動端末の移動性を支援するために、無線移動端末が新しいアクセスポイントに移動する際、物理階層連結性（physical layer connectivity）、状態（state）、ＱｏＳ（Quality of Service）及びＡＡＡ（Authentication、Authorization、Accounting）などのサービスコンテクスト（service context）の転送（Transfer）を必要とする。
図１は、ＩＥＥＥ８０２．１１無線メッシュネットワークにおける、無線移動端末のアクセスポイント間のハンドオーバー時における既存方法に従う処理流れを示している。
無線移動端末が、あるアクセスポイントから別のアクセスポイントに接続が切り替わることをアクセスポイント間ハンドオーバー（Inter AP Handover）と言う。この過程をＩＥＥＥ８０２.１１標準では、再結合（re-association）と呼んでおり、さらに、このときのコンテクスト転送をＬ２コンテクスト転送（Context Transfer）と呼んでいる。また、無線移動端末の移動が、互いに異なるアクセスルータに連結されたアクセスポイント間で行われる場合には、アクセスルータ間ハンドオーバー（Inter AR Handover）が行われる。
図１のハンドオーバー処理手順は、無線移動端末が接続するアクセスポイントを変更すべきことを判定（Detect）する段階（ステップＳ１１０）と、新しく接続するアクセスポイントを探す検索（Search）段階（ステップＳ１２０）と、認証（Authentication）及び再結合（Re-association）を行う実行（Execution）段階（ステップＳ１３０）とに分けられる。
判定段階（ステップＳ１１０）では、無線移動端末１２０が、現在接続しているアクセスポイント（original AP）１１０−１とのデータ交換を通じて、現在接続しているアクセスポイント１１０−１との接続を維持すべきか、又は別のアクセスポイントとの接続に移行すべきかを判定する。
検索段階（ステップＳ１２０）では、無線移動端末１２０が新しいアクセスポイントを探すために、周囲に位置する少なくとも１つのアクセスポイントにプローブ信号（probe signal）を送信し、これを受信したアクセスポイントが、前記無線移動端末が送信したプローブ信号に対して応答する処理過程を経る。
実行段階（ステップＳ１３０）は、無線移動端末１２０が新しく接続を設定するアクセスポイント（new AP）１１０−２に対し、接続をするための認証を要請すると、アクセスポイント１１０−２がこの無線移動端末１２０の認証要請に対して認証結果を伝送し、さらに無線移動端末１２０がアクセスポイント１１０−２に再結合を要請する処理過程を含む。
システムの種類によっては、実行段階（ステップＳ１３０）で、前記した処理過程に代えてＩＡＰＰ（Inter Access Point Protocol）コンテクスト転送を行うことがある。ＩＡＰＰコンテクスト転送処理は、アクセスポイント（new AP）１１０−２がアクセスポイント（original AP）１１０−１に対し、無線移動端末１２０の認証に必要な情報を要請するために、無線移動端末１２０から提供されるアクセスポイント１１０−１のＭＡＣアドレスからアクセスポイント１１０−１のＩＰアドレスを検出し、アクセスポイント１１０−１に対して無線移動端末１２０の認証に必要な情報を要請する。アクセスポイント１１０−１は、前記要請に応答し、アクセスポイント１１０−２に対して無線移動端末１２０の認証に必要な情報を伝送する。そしてアクセスポイント１１０−２は、無線移動端末１２０との接続を、周辺のアクセスポイントに通知し、周囲のアクセスポイントがこれに応答する処理段階を経る。
前記無線移動端末１２０に対する認証が成功すれば、無線移動端末１２０がアクセスポイント１１０−２に再結合を要請し、そしてこの要請にアクセスポイント１１０−２が応答することにより、上位プロトコルに対する認証段階に処理が進む。
このような、図１を参照しながら説明したＩＡＰＰ（Inter Access Point Protocol）のコンテクスト転送段階において、無線移動端末１２０が新しく接続されるアクセスポイント１１０−２は、ＩＡＰＰ ＭＯＶＥ動作を通じて、前のアクセスポイント１１０−１から再結合及び認証に必要なコンテクスト情報の提供を受ける。このようなリアクティブ（Reactive）方式のコンテクスト転送は、無線移動端末１２０がリアルタイムでマルチメディアサービスを利用する場合に、サービス遅延を誘発させるという問題点がある。
すなわち、ＩＥＥＥ８０２.１１ｘを支援するＬＡＮカードは、セルラー（Cellular）通信とは異なり未だソフトハンドオーバーの支援をすることができない。このため、無線移動端末１２０がＶｏＩＰ（Voiceover Internet Protocol）やビデオストリームのようなリアルタイムマルチメディアサービスを利用しようとする場合、既存の方式であるリアクティブコンテクスト転送（Reactive Context Transfer）方式では、サービス遅延時間が１秒以上であるため、１００ｍｓ以下の遅延を要求するこのようなサービスには適用することが難しいという問題がある。
本発明は、前述の従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、無線移動端末の移動に応答した情報転送の前に、無線移動端末のコンテクストをアクセスポイントに転送しながらも、アクセスポイントの不必要な資源利用を低減することのできる無線ネットワークにおける無線移動端末のハンドオーバー時のコンテクスト転送システム及びコンテクスト転送方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明の一態様に係る無線ネットワークにおける無線移動端末のハンドオーバーするときのコンテクスト転送方法は、無線移動端末が初めて接続した開始アクセスポイントからの位置に基づいて転送境界を設定し、設定された転送境界を基準として周辺のアクセスポイントの種類を決定するステップと、前記無線移動端末が移動することによる前記無線移動端末のハンドオーバーを実行する前に、その移動方向に位置する周辺のアクセスポイントのうち前記決定されたアクセスポイントの種類に従ってサービスコンテクスト転送政策（policy）を互いに異ならしめてサービスコンテクストを転送するステップと、を備え、前記サービスコンテクストを転送するステップは、無線移動端末が初めて任意のアクセスポイントに接続する場合に、このアクセスポイントがクライアントリストテーブルで前記無線移動端末の情報を検索するステップと、前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含んでいないと判定した場合、自己から１ホップ離れた距離に位置するアクセスポイントに対してコンテクストを転送し、前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含むと判定した場合、前記アクセスポイントの種類に従って前記無線移動端末の移動方向に位置する少なくとも１つのアクセスポイントにサービスコンテクストを転送する差別的なコンテクストの転送を行うステップと、を備えることを特徴とする。
前記開始アクセスポイントからの任意のアクセスポイントの位置判定を、ホップ（hop）単位で行われ、一例を挙げると、前記転送境界は、前記開始アクセスポイントから１ホップ、３ホップ、６ホップの距離に位置することができる。
前記アクセスポイントの種類は、前記開始アクセスポイント及び前記転送境界に位置するアクセスポイントを含む増加的境界アクセスポイントと、前記増加的境界アクセスポイントから１ホップ前に位置するプロアクティブ転送アクセスポイントとに区分される。
各アクセスポイントは、自己に接続する無線移動端末に関する情報をリスト形態で管理するクライアントリストテーブルを有し、前記クライアントリストテーブルは、無線移動端末のＭＡＣアドレス、コンテクスト転送の一連番号、無線移動端末とアクセスポイントとの接続可否、ホップカウント、アクセスポイントの状態、有効性（Validity）、コンテクスト情報に対するポインタを含む。
前記転送境界は、前記開始アクセスポイントから１ホップ、３ホップ、６ホップ単位で離れた距離に位置するアクセスポイントの３段階に設定される。
また、前記差別的なコンテクストの転送を行うステップは、前記アクセスポイントがプロアクティブ転送アクセスポイントであり、無線移動端末からプローブ要請フレームを重複して受信している場合には、前記プロアクティブ転送アクセスポイントの位置（ｎ）の自乗（ｎ２）に該当する値（ホップ数）の距離内に位置する周囲のアクセスポイントにサービスコンテクストを転送し、前記アクセスポイントが増加的境界アクセスである場合には、前記プロアクティブ転送アクセスポイントからサービスコンテクストを受信しているか否かを確認し、受信していない場合にのみ、前記増加的境界アクセスポイントの位置（ｎ）より１ホップをさらに追加（ｎ＋１）した値（ホップ数）の距離内に位置する少なくとも１つのアクセスポイントにサービスコンテクストを転送することを特徴とする。
前記無線移動端末からのプローブ要請フレームは、新しいアクセスポイントを探すスキャン間隔周期で無線移動端末から伝送される。
前記サービスコンテクストの転送は、前記転送境界が３段階に設定される場合、２段階以下の転送境界に対してのみ適用される。
前記無線ネットワークにおいて無線移動端末のハンドオーバーするときのサービスコンテクスト転送方法は、ワイブロ（Wi-bro）ネットワークにも適用可能であるところ、本発明の他の態様に係る無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送方法は、無線移動端末が初めて接続した開始アクセスポイントからの位置に基づいてホップ単位で増加する転送境界を設定し、設定された転送境界を基準として周辺のアクセスポイントの種類を決定するステップと、前記無線移動端末が移動することによる前記無線移動端末のハンドオーバーを実行する前に、前記決定されたアクセスポイントの種類に従って互いに異ならしめて設定されたサービスコンテクスト転送政策（policy）に基づいて選択された少なくとも１つの転送対象アクセスポイントにサービスコンテクストを転送するステップと、を備え、前記サービスコンテクストを転送するステップは、無線移動端末が初めて任意のアクセスポイントに接続する場合に、このアクセスポイントがクライアントリストテーブルで前記無線移動端末の情報を検索するステップと、前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含んでいないと判定した場合、自己から１ホップ離れた距離に位置するアクセスポイントに対してコンテクストを転送し、前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含むと判定した場合、前記アクセスポイントの種類に従って前記無線移動端末の移動方向に位置する少なくとも１つの転送対象アクセスポイントにサービスコンテクストを転送する差別的なコンテクストの転送を行うステップと、を備えることを特徴とする。
本発明のさらに他の態様に係る無線ネットワークにおけるアクセスポイントは、無線移動端末が初めて接続した開始アクセスポイントからの位置に基づいて増加的に単位が増加するように設定された転送境界によって区分されるアクセスポイントの種類に従ってサービスコンテクスト転送政策（policy）を異ならしめ、前記移動する無線移動端末がハンドオーバーを実行する前に、前記無線移動端末の移動方向に位置する周辺アクセスポイントに対し、予め前記コンテクスト転送政策に基づいてサービスコンテクストを転送するアクセスポイントであり、さらに、前記アクセスポイントは、無線移動端末が初めて自己に接続する場合に、クライアントリストテーブルで前記無線移動端末の情報を検索し、前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含んでいないと判定した場合、自己から１ホップ離れた距離に位置するアクセスポイントに対してコンテクストを転送し、前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含むと判定した場合、前記アクセスポイントの種類に従って前記無線移動端末の移動方向に位置する少なくとも１つのアクセスポイントにサービスコンテクストを転送する差別的なコンテクストの転送を行うことを特徴とする。
本発明のさらに他の態様に係る無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送システムは、前記無線移動端末が初めて接続した開始アクセスポイントからの位置に基づいて増加的に単位が増加するように設定された転送境界によって区分されるアクセスポイントの種類に従ってサービスコンテクスト転送政策（policy）を異ならしめ、前記移動する無線移動端末がハンドオーバーを実行する前に、前記無線移動端末の移動方向に位置する周辺アクセスポイントに対し、予め前記コンテクスト転送政策に基づいてサービスコンテクストを転送する無線ネットワークにおける少なくとも１つのアクセスポイントと、前記少なくとも１つのアクセスポイントと連動すると共に、インターネットに接続されるアクセスルータと、前記無線メッシュネットワーク内において、接続するアクセスポイントを変更しながら移動する無線移動端末と、を備え、前記アクセスポイントは、無線移動端末が自己に接続する場合に、クライアントリストテーブルで前記無線移動端末の情報を検索し、前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含んでいないと判定した場合、自己から１ホップ離れた距離に位置するアクセスポイントに対してコンテクストを転送し、前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含むと判定した場合、前記アクセスポイントの種類に従って前記無線移動端末の移動方向に位置する少なくとも１つのアクセスポイントにサービスコンテクストを転送する差別的なコンテクストの転送を行うことを特徴とする。
本発明によれば、無線移動端末のハンドオーバーを実行する前に、無線移動端末が初めて接続した開始アクセスポイントからの位置に基づいて設定した転送境界を基準として、周辺のアクセスポイントの種類を決定し、前記決定されたアクセスポイントの種類に従ってサービスコンテクスト転送を互いに異なる方式で行うことにより、アクセスポイントの資源利用を最小化しながら、移動する無線移動端末に対するサービス遅延を最小にすることが可能になる。
本発明によれば、無線移動端末の選択的なコンテクスト転送を通じてアクセスポイントのオーバーロードを最小化しながらも、高速で移動する無線移動端末を支援するリアルタイムアプリケーションを具現することによって、適用されるＬＡＮカードの修正無しに、既存の無線移動端末を収容し、現在進行されているＩＥＥＥ８０２．１１の標準化作業に修正を加えない独自的なルータのアクセスポイントのソリューションを提供する効果を有する。
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る好ましい実施形態を具体的に説明する。
図２は、本発明の実施形態が適用されるＩＥＥＥ８０２.１１無線メッシュ（Wireless Mesh）ネットワークの概略構造を示す。図２に示すように、ＩＥＥＥ８０２.１１無線メッシュネットワークは、バックホール（back-haul）と呼ばれる既存の有線インターネットに接続される各アクセスポイント１１０間、またはアクセスポイント１１０とアクセスルータ（Access Router）１００間の無線メッシュ接続により、ＩＥＥＥ８０２.１１装置を備えた無線移動端末にネットワークサービスを提供する技術である。
図２に示すように、一のアクセスルータ１００には、多数のアクセスポイント１１０が接続されており、さらに、一のアクセスポイント１１０には、多数の移動端末（Mobile Node）である無線移動端末１２０が接続されている。このような構造は、上述したメッシュネットワークの特徴の一つであるアクセスポイント間において無線通信がなされることを確認することができる。無線移動端末１２０としては、ノートブック型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ＰＤＡ（Personal Data Access）、または移動する車両に装着されたＩＥＥＥ８０２.１１装置など、種々の形態を適用することができる。
このような無線メッシュネットワークを構成するためには、アクセスポイント間のルーティングにより、インターネットバックホールとの接続を設定したり、無線移動端末間の通信を可能にし、経路設定プロトコルが動作されなければならない。
図３は、図２に示すＩＥＥＥの８０２.１１無線メッシュネットワークにおいて、無線移動端末が移動する場合の動作の流れを示している。
図３は、図２のような構成の無線メッシュネットワークにおいて、無線移動端末１２０が実際に移動する場合におけるハンドオーバーの発生状況を示している。
図３の場合、無線移動端末１２０は元々（最初に）第１のアクセスポイント１１０−１に接続していたが、その後に図の右方向に移動し、第２のアクセスポイント１１０−２、第３のアクセスポイント１１０−３、第４のアクセスポイント１１０−４の順にハンドオーバーされている。ここで、第１のアクセスポイント１１０−１及び第２のアクセスポイント１１０−２は、第１のアクセスルータ１００−１に接続されているが、第３のアクセスポイント１１０−３及び第４のアクセスポイント１１０−４は、第２のアクセスルータ１００−２に接続されているので、無線移動端末１２０が第２のアクセスポイント１１０−２の適用範囲（coverage）から外れて第３のアクセスポイント１１０−３の適用範囲（coverage）に入る際には、第１と第２のアクセスルータ１００−１，１００−２の間でハンドオフ（hand-off）が行われるようになる。
本発明で提案する増加的プロアクティブコンテクスト転送（Incremental Proactive Context Transfer）プロトコルは、無線空間領域で移動するトラフィック（wireless flow traffic）の特性を分析し、その結果に着目してなされたものである。
すなわち、各種研究及び調査において明らかになった無線トラフィックの流れを見れば、無線移動端末が移動する際、ローミング流れ（Roaming Flow）の９７.７％が５回以下のハンドオーバー回数を示すことを把握している。そこで本発明では、無線トラフィックのこの特性を用いて、プロアクティブコンテクスト転送をする周辺アクセスポイントのホップカウント（Hop Count)を１ホップ、２ホップ、３ホップに順次増加させながらアップデートすることで具現される。このような理由により、本発明に係るプロトコルを、増加的プロアクティブコンテクスト転送プロトコルと呼ぶことにする。
図４及び図５を参照しながら、本発明に係る実施形態による増加的プロアクティブコンテクスト転送プロトコルについて説明する。
図４は、本発明の実施形態に従う、アクセスポイント間のハンドオーバー過程における無線移動端末及びアクセスポイントの動作の流れを示しており、図５は、無線移動端末の移動過程で現れる信号と雑音（noise）の比率の変化を模式的に示してある。
本発明の実施形態に従う増加的プロアクティブコンテクスト転送プロトコルは、図４に示すように、無線メッシュネットワークを構成するアクセスポイントに対し、無線移動端末との相対的な位置関係によって異なる名称を付与する。つまり、詳しくは後述するが、無線移動端末との相対的な位置関係に従い、アクセスポントのコンテクスト転送の動作、すなわち転送政策（ポリシー）が異なる。
ここで、無線移動端末１２０が図４の（１）→（２）→（３）の順に経路を移動しながら接続アクセスポイントを変えて通信すると仮定する。
無線移動端末１２０が第１のアクセスポイント１１１に接続する際、第１のアクセスポイント１１１は、自己の保有するクライアントリストテーブル（Client List Table）を検索し、該当無線移動端末がリストに存在するか否かを確認する。
ここで、前記クライアントリストテーブルは、各々のアクセスポイントがメモリ等の記憶手段に格納して保有するものであって、各アクセスポイントが自己に接続する無線移動端末に関する情報などをリスト形態で管理するデータベース形式のテーブルを意味する。このようなクライアントリストテーブルには、表１に示すような項目が含まれている。
Figure 0004248542
表１において、クライアントＩＤは、無線移動端末のＭＡＣアドレスを意味し、アクセスポイントは、ＭＡＣアドレスから該当無線移動端末のＩＰアドレスを検出できる。Seq.numberは、コンテクスト転送の一連番号を示している。接続可否は、前記クライアントＩＤの無線移動端末がアクセスポイントに接続した状態であるか否かを示す項目である。また、ＩＰＣＴカウントは、ｎの変数で示されるＩＰＣＴ（Incremental Proactive Context Transfer）ホップカウントである。アクセスポイントの状態は、このクライアントリストテーブルを保有するアクセスポイントが増加的境界アクセスポイントであるか、又はプロアクティブ転送アクセスポントであるか、それともこのような特別な名前が付与されない一般のアクセスポイントであるかといったように、アクセスポントの種類を示す項目である。
また、有効性（Validity）は、アクセスポイント自身が備えたタイマーによるコンテクスト情報の時間的有効性を示す項目であり、時間が長く経過した情報は無用なので、予め決められた一定の基準時間をもって管理するものである。コンテクスト（Context）項目は、無線移動端末のコンテクスト情報を格納しているメモリアドレスに対するポインタを含んでいる。
無線移動端末１２０が第１のアクセスポイント１１１に初めて接続する場合には、第１のアクセスポイント１１１は該当無線移動端末１２０についての情報を有していない。そこで第１のアクセスポイント１１１は、自己の保有するクライアントリストテーブルに初めて接続するこの無線移動端末１２０についての情報を追加する。
このとき、第１のアクセスポイント１１１は、増加的境界アクセスポントとなる。増加的境界アクセスポイントになる条件は、この第１のアクセスポイント１１１のように無線移動端末が初めて接続したアクセスポイントであるか、あるいは初めて接続したアクセスポイントから１ホップ、３ホップ、６ホップの単位で離れている周辺アクセスポイントである必要がある。ここで、境界の単位をＮとすると、１ホップの場合はＮ＝１、１ホップから３ホップ内に位置する区域はＮ＝２、３ホップから６ホップ内に位置する区域はＮ＝３と設定することができる。ここで、初めてアクセスポイントに接続するとは、当該無線メッシュネットワークを通じて通信を行うために無線移動端末が任意のアクセスポイントにアクセスすることを言う。
７ホップ以上の周辺アクセスポイントに対しては、前記した無線トラフィックの特性によってさらに１ホップ、３ホップ、６ホップの単位で離れている周辺アクセスポイントとして動作するようになるので、ホップカウントをリセットし、ホップカウントの無限増加を防止する。
図４では、第１のアクセスポイント１１１、第２のアクセスポイント１１２、第３のアクセスポイント１１３、第４のアクセスポイント１１４が増加的境界アクセスポイントになる。すなわち、第１のアクセスポイント１１１は、無線移動端末１２０が初めて接続したアクセスポイントであり、また、第２のアクセスポイント１１２は、第１のアクセスポイント１１１から１ホップの距離にあり、第３のアクセスポイント１１３及び第４のアクセスポイント１１４は、第１のアクセスポイント１１１から３ホップの距離にあるため、増加的境界アクセスポイントに設定される。なお、図示は省略するが、第１のアクセスポイント１１１から６ホップの距離にあるアクセスポイントも増加的境界アクセスポイントに設定される。
本発明の実施形態に従うプロトコルによれば、増加的境界アクセスポイントの他に、プロアクティブ転送アクセスポイントも設定される。具体的には、増加的境界アクセスポイントが開始アクセスポイント（この例では第１のアクセスポイント１１１）からＮホップの境界に位置するアクセスポイントであるなら、Ｎ−１ホップの距離のアクセスポイントがプロアクティブ転送アクセスポイントとなる。すなわち、図４の例では、第５のアクセスポイント１１５がプロアクティブ転送アクセスポイントとなる。
このように増加的境界アクセスポイントとプロアクティブ転送アクセスポイントとが設定された無線移動端末１２０の周辺のアクセスポイントは、設定されたアクセスポイントの種類によって無線移動端末１２０のハンドオーバー時のコンテクスト転送政策（policy）が変わる。
まず、増加的境界アクセスポイントの動作から具体的に説明する。
図４の例で、無線移動端末１２０が（３）の位置で第５のアクセスポイント１１５に接続している状況にある場合、第５のアクセスポイント１１５は、プロアクティブ転送アクセスポイントＡＰであるので、信号と雑音の比率であるＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio）の変化に基づいて無線移動端末１２０の移動性（移動可能性）を予測してコンテクスト転送を行う。どのような方法で無線移動端末１２０の移動性を予測するかについて、図５を参照しながら説明する。
図５は、本発明の実施形態に従うハンドオーバー時のアクセスポイント間の信号と雑音の比率の変化を示すグラフである。
図５において、ＳＮＲ１は、図４の第５のアクセスポイント１１５との通信品質（Communication Quality）の経時変化を示し、ＳＮＲ２は、図４の第３のアクセスポイント１１３との通信品質の経時変化を示している。すなわち、無線移動端末１２０が（３）の位置から（４）の位置に移動することに従って、ＳＮＲ１が探索開始基準値ＳＮＲｃｓｔ以下になって通信品質が低下すると、無線移動端末１２０は、新しいアクセスポイントを探すために、当該無線移動端末１２０の周囲に位置するアクセスポイントの全てのチャンネルに対してプローブ要請フレーム（Probe Request Frame)を転送する。このようなプローブ要請フレームの転送は、スキャン間隔Ｔｓｌ周期で行われ、ＳＮＲ２がＳＮＲ１よりもハンドオーバー実行基準値ＳＮＲｃｏｍｐ以上に大きくなる瞬間まで続けられる。
ＳＮＲ２がＳＮＲ１よりもハンドオーバー実行基準値ＳＮＲｃｏｍｐ以上に大きくなると、無線移動端末１２０は、第５のアクセスポイント１１５との接続を解除し、第３のアクセスポイント１１３との間に新しい接続を設定する。この過程で、プロアクティブ転送アクセスポイントである第５のアクセスポイント１１５は、無線移動端末１２０からプローブ要請フレームを２回以上受信すると、無線移動端末１２０が移動しようとしていると判断し、ｎ２ホップの距離内に位置する周辺アクセスポイントに対しコンテクスト転送を行う。
このようなコンテクスト転送は、全ての無線移動端末について行われるものでなく、移動性（移動可能性）を示す無線移動端末ついてだけ選択的に行うことによって、周辺アクセスポイントの資源浪費を低減することができる。
次に、増加的境界アクセスポイントの動作について説明する。
図４で、無線移動端末１２０が（１）の位置から（２）の位置に移動し、第２のアクセスポイント１１２に接続している状況であると仮定する。この場合、第２のアクセスポイント１１２は、増加的境界アクセスポイントである。
増加的境界アクセスポイントは、無線移動端末が接続されたとき、直ぐ前のホップ（ｎ−１）に位置するプロアクティブ転送アクセスポイントからＩＰＣＴを受け取らなければ、ｎ＋１ホップの距離内に位置する周辺アクセスポイントにＩＰＣＴを転送する。ここで、ｎは、自己のホップ数を意味する。図４では、第２のアクセスポイント１１２のｎ値は１であるから、２ホップの移動方向にある周辺アクセスポイントにＩＰＣＴを転送する。
増加的境界アクセスポイントがプロアクティブ転送アクセスポイントにＩＰＣＴを転送する場合とは、これは、無線移動端末１２０の移動速度が、プロアクティブ転送アクセスポイントが無線移動端末１２０の移動性を判断するのに用いるスキャン間隔Ｔｓｌ（図５参照）よりも速い場合である。
プロアクティブ転送アクセスポイントは、無線移動端末１２０が移動しようとすることを検知するメカニズム（つまり２回以上のプローブ要請フレームを受信したときに移動しようとしていると判断する）によりコンテクストを転送する。一方、増加的境界アクセスポイントは、無線移動端末１２０が接続されるとすぐに、周囲のアクセスポイントにコンテクストを転送する。これは、無線移動端末１２０の移動速度が高速である場合に（約１００Ｋｍ／ｈ以上）、プロアクティブ転送アクセスポイントとの接続なしに（すなわち、プロアクティブ転送アクセスポイントが無線移動端末１２０から２回目のプローブ要請フレームを受信しない程度の高速で無線移動端末１２０が移動する場合）、増加的境界アクセスポイントに接続したときに、増加的境界アクセスポイントはコンテクストを転送することを意味する。これは、無線移動端末１２０の移動速度が、コンテクスト転送の決定因子として作用することを意味する。
本発明は、上述のような方法を採用することにより、ＧＰＳ（Global Positioning System）のような特別なハードウェアの助けがなくても、移動速度の大きい無線移動端末のためのＩＰＣＴ転送効果を得ることができる。
図６は、本発明の実施形態に従う増加的プロアクティブコンテクスト転送方法の処理の流れを示すフローチャートである。
まず、無線移動端末が初めて任意のアクセスポイントに接続すると連結すれば（ステップＳ６０１）、接続された該当アクセスポイントは、自己が保有するクライアントリストテーブルに前記無線移動端末の情報があるかを検索する（ステップＳ６０２）。
前記ステップＳ６０２の検索の結果、当該アクセスポイントが前記無線移動端末の情報を格納していないと判定した場合には、自己の保有するクライアントリストテーブルに前記無線移動端末の情報を追加し（ステップＳ６０３）、そして自己から１ホップ離れたアクセスポイントに対してＩＰＣＴの転送を行う（ステップＳ６０４）。すなわち、接続端末の物理階層連結性（physical layer connectivity）、状態（state）、ＱｏＳ（Quality of Service）やＡＡＡ（Authentication、Authorization、Accounting）などを含むコンテクストを１ホップ離れた周囲のアクセスポイントにＩＰＣＴを予め転送する。
他方、前記ステップＳ６０２の検索の結果、前記アクセスポイントが保有するクライアントリストテーブルに前記無線移動端末の情報が存在すると判定した場合には、このクライアントリストテーブルの情報項目のうちアクセスポイントの状態（status）項目を参照し（ステップＳ６０５）、前記無線移動端末に対して該当アクセスポイントがどんな種類のアクセスポイントとして機能しているかを判断する（ステップＳ６０６）。
前記ステップＳ６０６の判断の結果、該当アクセスポイントがプロアクティブ転送アクセスポイントであると判断した場合には、前記無線移動端末から重複したプローブ要請フレームを受信しているか否かを確認し（ステップＳ６０７）、ｎ２ホップの距離内に位置するアクセスポイントに対して前記無線移動端末のコンテクストを転送する（ステップＳ６０８）。他方、前記ステップＳ６０６の判断の結果、該当アクセスポイントが増加的境界アクセスポイントであると判断した場合には、プロアクティブ転送アクセスポイントからのコンテクスト転送があったか否かを確認し（ステップＳ６０９）、プロアクティブ転送アクセスポイントからのコンテクスト転送がなかった場合に限って、ｎ＋１ホップの距離内に位置するアクセスポイントに対して無線移動端末のコンテクストを転送する（ステップＳ６１０）。
コンテクストの転送は、転送境界が３段階に設定される場合には２段階以下の転送境界に対してのみ適用（動作）され、３以上である場合には、境界の範囲を定める値Ｎがリセット（reset）される。これは、上述した通り、開始アクセスポイントから１ホップ、３ホップ、６ホップ単位までだけを考慮して転送政策を建てたためであり、このような政策は、ローミング流れの大部分が５ホップ以内にハンドオーバー回数を示す特性を利用したものである。
上述したような増加的プロアクティブコンテクスト転送プロトコルによってリアルタイムサービスを提供した結果、実際ネットワークにおいて発生する無線移動端末へのサービス遅延時間が既存の１.１秒以上から２５ミリ秒以下と急激に減少したことを確認することができた。
一方、本発明は、これまで例に挙げて説明したメッシュネットワークにおいて大きい効果を発揮し、その役目を果たすが、メッシュネットワークに限定されることはなく、他の種類の通信網にも適用可能であり、ホップ単位通信がなされるいずれの種類の網にも適用可能である。
一例として、ワイブロ（Wireless-Broadband ；Wi-bro）が挙げられるが、ワイブロは、無線ＬＡＮのようにインターネットに接続したデータ通信が可能であると共に、携帯電話のような長距離通信が可能なサービスである。携帯インターネットとも呼ばれるこのサービスは、周波数帯域が２.３ＧＨｚに割り当てられており、サービス帯域幅は、約１Ｍｂｐｓ程度のＡＤＳＬ級の通信になる。
ワイブロは、１ホップ単位の通信だけが可能であり、２ホップ以上の単位でコンテクスト転送がなされない特徴を有しているので、本発明をワイブロに適用する際には、無線メッシュネットワークに適用した（１ホップ、２ホップ、３ホップ）式の転送方法は使用することができず、（１ホップ、１ホップ、１ホップ、…）式の転送方法を適用することが可能である。
以上において説明した本発明は、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態及び添付図面の記載に限定されるものではない。
ＩＥＥＥ８０２.１１無線メッシュネットワークにおいて無線移動端末のアクセスポイント間ハンドオーバー時の既存方法による処理流れを示す図である。 本発明が適用されるＩＥＥＥ８０２.１１無線メッシュネットワークの概略構造を示す図である。 ＩＥＥＥ８０２.１１無線メッシュネットワークにおいて無線移動端末が移動する場合の動作の流れを示す図である。 本発明の実施形態に従うアクセスポイント間のハンドオーバー過程における無線移動端末及びアクセスポイントの動作の流れを示す図である。 本発明の実施形態に従うハンドオーバー時のアクセスポイント間の信号と雑音の比率の経時変化を示す図である。 本発明の実施形態に従う増加的プロアクティブコンテクスト転送方法の処理の流れを示すフローチャートである。
符号の説明
１００ アクセスルータ
１１０ アクセスポイント
１１０−１ アクセスポイント（new ＡＰ）
１１０−２ アクセスポイント（original ＡＰ）
１２０ 無線移動端末

Claims (17)

  1. 無線メッシュネットワーク内に位置する無線移動端末がハンドオーバーするときのサービスコンテクスト転送方法であって、
    無線移動端末が初めて接続した開始アクセスポイントからの位置に基づいて転送境界を設定し、設定された転送境界を基準として周辺のアクセスポイントの種類を決定するステップと、
    前記無線移動端末が移動することによる前記無線移動端末のハンドオーバーを実行する前に、その移動方向に位置する周辺のアクセスポイントのうち前記決定されたアクセスポイントの種類に従ってサービスコンテクスト転送政策（policy）を互いに異ならしめてサービスコンテクストを転送するステップと、を備え、
    前記サービスコンテクストを転送するステップは、
    無線移動端末が初めて任意のアクセスポイントに接続する場合に、このアクセスポイントがクライアントリストテーブルで前記無線移動端末の情報を検索するステップと、
    前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含んでいないと判定した場合、自己から１ホップ離れた距離に位置するアクセスポイントに対してコンテクストを転送し、前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含むと判定した場合、前記アクセスポイントの種類に従って前記無線移動端末の移動方向に位置する少なくとも１つのアクセスポイントにサービスコンテクストを転送する差別的なコンテクストの転送を行うステップと、を備えることを特徴とする無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送方法。
  2. 前記開始アクセスポイントからの任意のアクセスポイントの位置判定を、ホップ（hop）単位で行うことを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送方法。
  3. 前記転送境界は、
    前記開始アクセスポイントから１ホップ、３ホップ、６ホップの距離に位置することを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送方法。
  4. 前記アクセスポイントの種類は、
    前記開始アクセスポイント及び前記転送境界に位置するアクセスポイントを含む増加的境界アクセスポイントと、前記増加的境界アクセスポイントから１ホップ前に位置するプロアクティブ転送アクセスポイントとに区分されることを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送方法。
  5. 各アクセスポイントは、
    自己に接続する無線移動端末に関する情報をリスト形態で管理する前記クライアントリストテーブルを有することを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送方法。
  6. 前記クライアントリストテーブルは、
    無線移動端末のＭＡＣアドレス、コンテクスト転送の一連番号、無線移動端末とアクセスポイントとの接続可否、ホップカウント、アクセスポイントの状態、有効性（Validity）、コンテクスト情報に対するポインタを含むことを特徴とする請求項５に記載の無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送方法。
  7. 前記転送境界は、
    前記開始アクセスポイントから１ホップ、３ホップ、６ホップ単位で離れた距離に位置するアクセスポイントの３段階に設定されることを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送方法。
  8. 前記差別的なコンテクストの転送を行うステップは、
    前記アクセスポイントがプロアクティブ転送アクセスポイントであり、無線移動端末からプローブ要請フレームを重複して受信している場合には、前記プロアクティブ転送アクセスポイントの位置（ｎ）の自乗（ｎ２）に該当する値（ホップ数）の距離内に位置する周囲のアクセスポイントにサービスコンテクストを転送し、
    前記アクセスポイントが増加的境界アクセスである場合には、前記プロアクティブ転送アクセスポイントからサービスコンテクストを受信しているか否かを確認し、受信していない場合にのみ、前記増加的境界アクセスポイントの位置（ｎ）より１ホップをさらに追加（ｎ＋１）した値（ホップ数）の距離内に位置する少なくとも１つのアクセスポイントにサービスコンテクストを転送することを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送方法。
  9. 前記サービスコンテクストの転送は、
    前記転送境界が３段階に設定される場合、２段階以下の転送境界に対してのみ適用されることを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送方法。
  10. 前記無線移動端末からのプローブ要請フレームは、
    新しいアクセスポイントを探すスキャン間隔周期で無線移動端末から伝送されることを特徴とする請求項８に記載の無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送方法。
  11. ワイブロ（Wi-bro）ネットワーク内に位置する無線移動端末がハンドオーバーするときのサービスコンテクスト転送方法であって、
    無線移動端末が初めて接続した開始アクセスポイントからの位置に基づいてホップ単位で増加する転送境界を設定し、設定された転送境界を基準として周辺のアクセスポイントの種類を決定するステップと、
    前記無線移動端末が移動することによる前記無線移動端末のハンドオーバーを実行する前に、前記決定されたアクセスポイントの種類に従って互いに異ならしめて設定されたサービスコンテクスト転送政策（policy）に基づいて選択された少なくとも１つの転送対象アクセスポイントにサービスコンテクストを転送するステップと、を備え、
    前記サービスコンテクストを転送するステップは、
    無線移動端末が初めて任意のアクセスポイントに接続する場合に、このアクセスポイントがクライアントリストテーブルで前記無線移動端末の情報を検索するステップと、
    前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含んでいないと判定した場合、自己から１ホップ離れた距離に位置するアクセスポイントに対してコンテクストを転送し、前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含むと判定した場合、前記アクセスポイントの種類に従って前記無線移動端末の移動方向に位置する少なくとも１つの転送対象アクセスポイントにサービスコンテクストを転送する差別的なコンテクストの転送を行うステップと、を備えることを特徴とする無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送方法。
  12. 無線ネットワーク上においてハンドオーバーを行う無線移動端末が接続されるアクセスポイントであって、
    前記無線移動端末が初めて接続した開始アクセスポイントからの位置に基づいて増加的に単位が増加するように設定された転送境界によって区分されるアクセスポイントの種類に従ってサービスコンテクスト転送政策（policy）を異ならしめ、
    前記移動する無線移動端末がハンドオーバーを実行する前に、前記無線移動端末の移動方向に位置する周辺アクセスポイントに対し、予め前記コンテクスト転送政策に基づいてサービスコンテクストを転送するアクセスポイントであり、さらに、
    前記アクセスポイントは、無線移動端末が初めて自己に接続する場合に、クライアントリストテーブルで前記無線移動端末の情報を検索し、前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含んでいないと判定した場合、自己から１ホップ離れた距離に位置するアクセスポイントに対してコンテクストを転送し、前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含むと判定した場合、前記アクセスポイントの種類に従って前記無線移動端末の移動方向に位置する少なくとも１つのアクセスポイントにサービスコンテクストを転送する差別的なコンテクストの転送を行うことを特徴とする無線ネットワークにおけるアクセスポイント。
  13. 前記開始アクセスポイントからの任意のアクセスポイントの位置判定を、ホップ単位で行うことを特徴とする請求項１２に記載の無線ネットワークにおけるアクセスポイント。
  14. 前記アクセスポイントの種類は、
    前記開始アクセスポイント及び前記転送境界に位置するアクセスポイントを含む増加的境界アクセスポイントと、前記増加的境界アクセスポイントから１ホップ前に位置するプロアクティブ転送アクセスポイントとに区分されることを特徴とする請求項１２に記載の無線ネットワークにおけるアクセスポイント。
  15. 前記転送境界は、
    前記開始アクセスポイントから１ホップ、３ホップ、６ホップ単位で離れた距離に位置するアクセスポイントの３段階に設定されることを特徴とする請求項１２に記載の無線ネットワークにおけるアクセスポイント。
  16. 前記アクセスポイントがプロアクティブ転送アクセスポイントであり、無線移動端末からプローブ要請フレームを重複して受信している場合には、前記プロアクティブ転送アクセスポイントの位置（ｎ）の自乗（ｎ２）に該当する値（ホップ数）の距離内に位置する周囲のアクセスポイントにサービスコンテクストを転送し、
    前記アクセスポイントが増加的境界アクセスである場合には、前記プロアクティブ転送アクセスポイントからサービスコンテクストを受信しているか否かを確認し、受信していない場合にのみ、前記増加的境界アクセスポイントの位置（ｎ）より１ホップをさらに追加（ｎ＋１）した値（ホップ数）の距離内に位置する少なくとも１つのアクセスポイントにサービスコンテクストを転送することを特徴とする請求項１４に記載の無線ネットワークにおけるアクセスポイント。
  17. 無線メッシュネットワーク内に位置する無線移動端末がハンドオーバーするときのサービスコンテクスト転送システムであって、
    前記無線移動端末が初めて接続した開始アクセスポイントからの位置に基づいて増加的に単位が増加するように設定された転送境界によって区分されるアクセスポイントの種類に従ってサービスコンテクスト転送政策（policy）を異ならしめ、前記移動する無線移動端末がハンドオーバーを実行する前に、前記無線移動端末の移動方向に位置する周辺アクセスポイントに対し、予め前記コンテクスト転送政策に基づいてサービスコンテクストを転送する無線ネットワークにおける少なくとも１つのアクセスポイントと、
    前記少なくとも１つのアクセスポイントと連動すると共に、インターネットに接続されるアクセスルータと、
    前記無線メッシュネットワーク内において、接続するアクセスポイントを変更しながら移動する無線移動端末と、を備え、
    前記アクセスポイントは、無線移動端末が自己に接続する場合に、クライアントリストテーブルで前記無線移動端末の情報を検索し、前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含んでいないと判定した場合、自己から１ホップ離れた距離に位置するアクセスポイントに対してコンテクストを転送し、前記検索結果、前記無線移動端末に関する情報を前記クライアントリストテーブルが含むと判定した場合、前記アクセスポイントの種類に従って前記無線移動端末の移動方向に位置する少なくとも１つのアクセスポイントにサービスコンテクストを転送する差別的なコンテクストの転送を行うことを特徴とする無線ネットワークにおける無線移動端末がハンドオーバーするときのコンテクスト転送システム。
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