JP4584234B2 - 無線lanハンドオーバ・システム及び方法 - Google Patents

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本発明は、端末の移動に伴う音切れや画像切れを解消する無線LANハンドオーバ・システムに関する。
無線LANシステムにおいて、端末が基本サービスセットに参加するためには、スキャニング、認証、アソシエーションという3段階のステップを行う。その端末がある基本サービスセットから別の基本サービスセットに通信を継続したまま移動する場合、ある基地局から別の基地局に接続し直す。端末が現在接続している基地局と通信を継続できないと判断すると、スキャニングを行って新しい基地局を探し、リアソシエーションを行う。
このため、パソコンやPDA等の情報端末で無線LANと接続しながら移動すると、無線LANアクセスポイントを切り替えるためのハンドオーバに伴い、ハンドシェークのための再認証が必要であった。
また、子機が、周辺の通信可能なアクセスポイントと直接アクセスしてそのアクセスポイント情報を取込み、通信可能なアクセスポイントの最新情報をデータベースに保持し、ハンドオーバ開始時期にこのデータベースの最新情報を利用して、通信可能なアクセスポイントから取込むことにより、選択されたハンドオーバ先アクセスポイントのハンドオーバ完了率を高くすることができる高速ハンドオーバ方式がある(例えば、特許文献1参照)。
また、無線端末が無線ネットワーク間を移動する際に行われる認証に要する時間の短縮を図るための無線端末認証方法がある(例えば、特許文献2参照)。
特開2004−88592号公報 特開2004−266331号公報
しかしながら、無線LANシステムにおいて、無線LAN端末が、例えば音声通話中等のパケット送信を行っている途中にハンドオーバを行う際、無線LANの認証シーケンスが行われることで、パケットロスが発生し、データの送信が中断されることがあった。
例えば、パソコンでTV電話をしていると、無線LANアクセスポイントの切替時に音切れや画像切れが数百ms以上発生することがあった。このため、端末の移動に伴う音切れや画像切れを解消し、IP電話、IPTV会議をしたいとするニーズがあった。
そこで本発明は、端末の移動に伴う音切れや画像切れを解消する無線LANハンドオーバ・システム及び方法を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、本発明は、同一ESSIDを有する複数の無線LANアクセスポイントと、無線LAN端末とを備え、前記複数の無線LANアクセスポイントは、事前に認証済みの無線LAN端末情報を共有し、前記無線LAN端末は、通信中の無線LANアクセスポイントから別の無線LANアクセスポイントにハンドオーバする際、データ送信フレームのMACヘッダの無線LANアクセスポイントのMACアドレスを書き換え、該MACヘッダフレーム・コントロールをそのまま引き継ぐことによって、ハンドオーバ先の無線LANアクセスポイントにパケットを送信し、ハンドオーバ先の無線LANアクセスポイントは、予め共有している無線LAN端末情報とパケットの送信元が一致した場合、再度認証することなく、パケットを通過させることを特徴とする。
また本発明は、無線LANアクセスポイントと通信を行う無線LAN端末であって、予め無線LANアクセスポイント毎のBSSIDと通信フレームのMACヘッダ内のフレームコントロールを記憶する手段と、通信する無線LANアクセスポイントを切り替える場合、通信フレームの無線LANアクセスポイントのBSSIDを差し替えて通信を継続する手段とを備えることを特徴とする。
前記無線LAN端末は、無線LANアクセスポイントからのビーコンを収集して、そのビーコン情報から無線LANアクセスポイントのBSSIDを登録したテーブルを作成する手段と、無線LANアクセスポイントの1つを介して認証を完了し、認証を完了したフレームコントロールを記憶する手段とを更に備えることを特徴とする。
前記無線LAN端末は、前記無線LANアクセスポイント毎のBSSIDと通信フレームのフレームコントロールとを含むMACヘッダを、その無線LANドライバに記憶することを特徴とする。
また本発明は、無線LANアクセスポイントと通信を行う無線LAN端末のハンドオーバ方法であって、前記無線LAN端末が、予め無線LANアクセスポイント毎のBSSIDと通信フレームのMACヘッダ内のフレームコントロールを記憶し、通信する無線LANアクセスポイントを切り替える場合、通信フレームの無線LANアクセスポイントのBSSIDを差し替えて通信を継続する各ステップを含むことを特徴とする。
前記無線LAN端末が、無線LANアクセスポイントからのビーコンを収集して、そのビーコン情報から無線LANアクセスポイントのBSSIDを登録したテーブルを作成するステップと、無線LANアクセスポイントの1つを介して認証を完了し、認証を完了したフレームコントロールを記憶するステップとを更に含むことを特徴とする。
前記無線LAN端末が、前記無線LANアクセスポイント毎のBSSIDと通信フレームのフレームコントロールとを含むMACヘッダを、その無線LANドライバに記憶することを特徴とする。
すなわち本発明は、複数の無線LANアクセスポイントの間を通信しながら移動する無線LAN端末におけるハンドオーバの際に、予め定めた無線LANアクセスポイントのMACアドレスを自動選択して、ハンドシェークの時間を割愛し、通信を途切れなく継続しながら異なるアクセスポイント間でも通信を継続できることを特徴とする。
以上の構成によって、無線LAN端末で、移動しながらのストリーム再生、TV会議、IP電話の瞬断を解消して通信できる。
本発明によれば、無線LAN端末が、複数の無線LANアクセスポイント間で移動する際、データを送信中にハンドオーバを行うことで発生するパケットロスを抑制することができる。
さらに、無線LANアクセスポイントを切り替えても、有線LAN上の通信フレームが変わらないことを利用して、センター認証、有線LAN上での無線LANアクセスポイント切り替え制御や無線LANアクセスポイント毎の個別認証の手間を省くことで通信の瞬断を低減し、快適な環境でIP電話、TV会議等を実現することができる。
また、通信の瞬断によるストリーミングコンテンツ用のバッファが空に近づくことによる再生途切れ等の視聴クオリテイ劣化を低減できる。
次に、本発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明のシステム構成を示す。IEEE802.11に準拠する無線LANシステム100は、無線LANアクセスポイント(AP A)21,無線LANアクセスポイント(AP B)22および無線LAN端末11を含んで構成される。無線LANアクセスポイント21,22は、イーサネット(富士ゼロックス株式会社の登録商標)を介して通信相手と接続されている。この時、無線LAN端末11は、無線LANアクセスポイント21を経由し、無線LANシステム100に属さない、イーサネットの先の通信相手と通信を行っている。
無線LANアクセスポイントは、起動中に同一ESSID(Extended Service Set IDentifier)を有し、かつ隣接している無線LANアクセスポイント同士で、無線LANアクセスポイント情報テーブル20aを共有する。図2は、無線LANアクセスポイント情報テーブル20aの一例を示す。無線LANアクセスポイント情報には、そのアクセスポイントのBSSID(Basic Service Set IDentifier)とタイムスタンプが含まれる。タイムスタンプは、そのアクセスポイントが無線LANアクセスポイント情報テーブルに登録された時刻を示す。
また、各無線LANアクセスポイントは、事前に認証済みの無線LAN端末情報テーブル20bを共有する。図3は、無線LAN端末情報20bの一例を示す。無線LAN端末情報には、その端末のMACアドレスとセキュリティ情報およびタイムスタンプが含まれる。タイムスタンプは、その端末が無線LAN端末情報テーブルに登録された時刻を示す。
無線LAN端末11は、ハンドオーバ先アクセスポイント候補情報テーブル10を有する。図4は、ハンドオーバ先の無線LANアクセスポイント情報テーブル10の一例を示す。無線LANアクセスポイント情報には、そのアクセスポイントのBSSIDとRSSI(Receive Signal Strength Indicator)が含まれる。
図5は、本発明の第1の実施例の説明図である。無線LAN通信フレームは、MACヘッダとデータとFCS(Frame Check Sequence)から構成される。MACヘッダは、フレーム・コントロール、時間ID、アドレス1、アドレス2、アドレス3、シーケンスコントロール、アドレス4から構成される。
フレーム・コントロールは、プロトコルバージョン、タイプ/サブタイプ、ToDS / FromDS (To Distribution System / From Distribution System)、モアフラグメント、リトライ、電力管理、モアデータ、WEP(Wired Equivalent Privacy)、順序から構成される。
時間IDは、自端末の送信予定時間を記述する。シーケンスコントロールは、シーケンス番号とフラグメント番号からなる。アドレスフィールドは、伝送モードによって使用される内容が異なり、例えば端末→アクセスポイントのインフラストラクチャモードでは、アドレス1はアクセスポイントのMACアドレス(BSSID)、アドレス2は送信元MACアドレス、アドレス3は宛先MACアドレスである。アドレス4は、アクセスポイント同士の通信に用いられる。
無線LAN端末11は、認証を省略して通信できる予め定めた無線LANアクセスポイント(以下アクセスポイント)毎のBSSIDと通信フレームのフレームコントロールとを含むMACヘッダを無線LANドライバに記憶する。このため、通信するアクセスポイントが切り替わっても、無線LAN通信フレームのMACヘッダのBSSID(アクセスポイントのMACアドレス)を差し替えるだけで、通信を継続できる。
なお、アクセスポイント毎のMACヘッダは、無線LANドライバに含む構成に限定するものではなく、マネージメント・アプリケーション等に含ませても良い。
また、予め定めたMACヘッダは、WEPキー等の予め整合した暗号化キーを合わせて記憶しても良い。
これにより、暗号化を含めた事前認証を終えた形のMACヘッダを最初から生成することができ、アクセスポイント認証だけでなく、暗号化の認証や、上位認証サーバとの認証フェーズも削除して通信することができる。
次に図6を参照して、アクセスポイントの切り替えを、さらに具体的に説明する。
予め登録されたアクセスポイント毎のMACヘッダのどれを使うかは、ここではビーコンの強さで判別している(S11)。
最初アクセスポイントAのビーコンが強いため(S12)、アクセスポイントAのMACヘッダを用いて通信を開始する(S13)。
再び、ビーコンの強さを判別し(S14)、アクセスポイントAより、アクセスポイントBのビーコンが強くなった場合(S15)、アクセスポイントBのMACヘッダに切り替えて(S16)、通信を継続する。
アクセスポイント間のビーコンの強さは、一定値による比較に限定するものでなく、
・ヒステリスを持たせた閾値
でもよい。すなわち、ビーコンの強さを比較して、アクセスポイントA→アクセスポイントBに切り替えるための閾値と、アクセスポイントB→アクセスポイントAに切り替えるための閾値とを異なる値として、ヒステリシスを持たせ、アクセスポイントAのビーコンの値とアクセスポイントBのビーコンの値とが近い場合に、頻繁に切替が生じないようにする。
さらに、比較はビーコンだけでなく
・同期通信速度
・実通信密度
・パケット廃棄率
を加味しても良い。
第2の実施例では、実施例1に対して、予め定めたフレームの登録が不要になっている。
図7は、無線LAN端末の基本サービスセットへの参加シーケンスを示す。無線LAN端末は、アクセスポイントに収容されている場合と、収容されていない場合にかかわらず、任意のアクセスポイントから送信されたBeaconメッセージでRSSIと、無線LAN端末から送信されたProbe Requestメッセージに対するアクセスポイントが送信したProbe Responseメッセージとを収集し、ハンドオーバ先アクセスポイント候補情報テーブルに記憶することで、ハンドオーバ先のアクセスポイントの情報を収集する。
無線LAN端末は、Authentication Requestを送信し、アクセスポイントAが、Authentication Responseを返信することによって、無線LAN端末がアクセスポイントAに収容され、アクセスポイントAは、その無線LAN端末情報を生成する。さらに無線LAN端末は、Association Requestを送信し、アクセスポイントAは、Association Responseを返信すると共にその無線LAN端末の情報をIEEE802.11fのIAPP(Inter-Access Point Protocol) Add-notifyによってMulticastする。
アクセスポイントBは、受信した無線LAN端末の情報を保存する。無線LAN端末とアクセスポイントAは、データの送受信を開始する。
アクセスポイントAは、無線LAN端末が収容されている間、無線LANアクセスポイント情報テーブルに格納されている同一ESSIDのアクセスポイント宛に、無線LAN端末の情報を定期的に送信する。
アクセスポイントBは、アクセスポイントAから無線LAN端末情報を受信した際、自身の記憶装置に未だ同一の無線LAN端末情報が無ければ、受信した無線LAN端末情報を記録する。
図8は、本実施例のハンドオーバのフローチャートである。
無線LAN端末は、最初に、各アクセスポイントからのビーコンを収集し、その強度を比較する(S21)。そのビーコン情報からアクセスポイントの存在とそのアクセスポイントのBSSIDを登録したテーブルを作成する(S22)。
次に、ビーコンの一番強かったアクセスポイントを介して認証を完了する(S23)。そして、認証を完了したフレームコントロールを記憶する(S24)。このフレームコントロールは、複数アクセスポイントに対してそのまま使える登録をする。
さらにビーコンを収集して、その強度を比較し(S25)、変化がなければ、通信中のアクセスポイントと通信を続ける。別のビーコンを検出すれば、新しいビーコンのアクセスポイントのBSSIDを記憶する(S28)。
ビーコンの強度を比較して、通信相手のアクセスポイントを変えるべきと判断したら、そのアクセスポイントのBSSIDをMACヘッダのアドレス1に差し替え、認証情報を含むフレームコントロールはそのまま使う(S26)。これにより、アクセスポイント毎に認証する手間を省く。
有線LAN上の通信では、この無線LANのフレームコントロールも、アクセスポイントのBSSIDも削除されるため、アクセスポイントに繋がる有線LAN上の端末は、アクセスポイントAからもアクセスポイントBからも同じLANフレームを受領することになる。そのため有線LAN上の端末は、アクセスポイント切り替えを意識せず通信を継続でき、認証等での瞬断は発生しない。
アクセスポイントの切り替えは、ビーコンに限定するものでなく、前述のように実無線通信状態を比較しても良い。
有線LAN上の認証サーバは、無線LAN上のMACヘッダを起点にすることで、アクセスポイントが変わっても認証をそのまま引き継ぐことができる。
WEPキーを最初の認証アクセスポイントにラディウスサーバ等が配信する場合は、移動先のアクセスポイントが最初のアクセスポイントから代理転送をうけて、通信を継続しても良い。
アクセスポイントBは、Reassociationすることなく、無線LAN端末から送信されたデータパケットのMACアドレスを無線LAN端末情報テーブルと照合し、一致した無線LAN端末情報のタイムスタンプが所定の経過時間より古くなく、そのセキュリティ情報がアクセスポイントBの情報と一致した場合に、無線LAN端末の通信相手へのパケットの通過を許可する。
アクセスポイントBが、Reassociationすることなく、無線LAN端末から送信されたデータパケットのMACアドレスを無線LAN端末情報テーブルと照合し、タイムスタンプが所定の経過時間より古いと判断した場合、無線LAN端末にDisassociationパケットを送出し、切断する。
あるいはアクセスポイントBが、Reassociationすることなく、無線LAN端末から送信されたデータパケットのMACアドレスを無線LAN端末情報テーブルと照合し、セキュリティ情報が異常であると判断した場合、無線LAN端末にDisassociationパケットを送出し、切断する。
無線LAN端末は、アクセスポイントBからDisassociationパケットを受信した際、アクセスポイントBを経由して通信相手と通信を行うことが出来なかったと見なし、アクセスポイントBと再度Association処理を行い、接続を行うことができる。
無線LAN端末がアクセスポイントBへのハンドオーバに失敗した場合、再度Associationを行うと、ここでもパケットロスが発生するため、アクセスポイントBと再度Associationを行うことなく、アクセスポイントAを経由した通信を継続してもよい。
アクセスポイントBは、無線LAN端末からハンドオーバに成功した旨を検出し、IAPPのMove-notifyメッセージを同一ESSIDのアクセスポイントに送信し、ハンドオーバが完了した旨を通知することもできる。
アクセスポイントは、無線LANアクセスポイント情報テーブルに格納されているアクセスポイントが、ネットワークから切断される等して応答しなくなった場合、その応答しなくなったアクセスポイントのMACアドレスを照合し、記憶装置から破棄する。
アクセスポイントは、既に収容している無線LAN端末情報テーブルに含まれるタイムスタンプが所定の閾値より経過した際に、その無線LAN端末情報を記憶装置から破棄する。
無線LAN端末は、収集したハンドオーバ先アクセスポイント候補テーブルに含まれるアクセスポイントが、アクセスポイントのサーチに応答しなくなった場合、そのアクセスポイント情報を記憶装置から破棄する。
本発明のシステム構成図である。 無線LANアクセスポイント情報の一例を示す図である。 無線LAN端末情報の一例を示す図である。 ハンドオーバ先アクセスポイント候補情報の一例を示す図である。 第1の実施例の説明図である。 第1の実施例のフローチャートである。 無線LAN端末の基本サービスセットへの参加シーケンスを示す図である。 第2の実施例のフローチャートである。
符号の説明
11 無線LAN端末
21,22 無線LANアクセスポイント
100 無線LANシステム

Claims (6)

  1. 同一ESSIDを有する複数の無線LANアクセスポイントと、無線LAN端末とを備え、
    前記複数の無線LANアクセスポイントは、事前に認証済みの無線LAN端末情報を共有し、
    前記無線LAN端末は、通信中の無線LANアクセスポイントから別の無線LANアクセスポイントにハンドオーバする際、データ送信フレームのMACヘッダの無線LANアクセスポイントのMACアドレスを書き換え、該MACヘッダフレーム・コントロールをそのまま引き継ぐことによって、ハンドオーバ先の無線LANアクセスポイントにパケットを送信し、
    ハンドオーバ先の無線LANアクセスポイントは、予め共有している無線LAN端末情報とパケットの送信元が一致した場合、再度認証することなく、パケットを通過させることを特徴とする無線LANハンドオーバ・システム。
  2. 前記無線LANアクセスポイントは、無線LAN端末から送信された通信フレームのMACヘッダ内の無線LAN端末のMACアドレス及びセキュリティ情報と、事前に共有している無線LAN端末情報を比較し、一致していればパケットを通過させることを特徴とする請求項1に記載の無線LANハンドオーバ・システム。
  3. 前記無線LANアクセスポイントは、既に収容している無線LAN端末情報に含まれるタイムスタンプが所定の閾値より経過した際に、その無線LAN端末情報を記憶装置から破棄することを特徴とする請求項1に記載の無線LANハンドオーバ・システム。
  4. 同一ESSIDを有する複数の無線LANアクセスポイント間で無線LAN端末がハンドオーバする方法であって、
    前記複数の無線LANアクセスポイントは、事前に認証済みの無線LAN端末情報を共有し、
    前記無線LAN端末は、通信中の無線LANアクセスポイントから別の無線LANアクセスポイントにハンドオーバする際、データ送信フレームのMACヘッダの無線LANアクセスポイントのMACアドレスを書き換え、該MACヘッダフレーム・コントロールをそのまま引き継ぐことによって、ハンドオーバ先の無線LANアクセスポイントにパケットを送信し、
    ハンドオーバ先の無線LANアクセスポイントは、予め共有している無線LAN端末情報とパケットの送信元が一致した場合、再度認証することなく、パケットを通過させることを特徴とする無線LANハンドオーバ方法。
  5. 前記無線LANアクセスポイントは、無線LAN端末から送信された通信フレームのMACヘッダ内の無線LAN端末のMACアドレス及びセキュリティ情報と、事前に共有している無線LAN端末情報を比較し、一致していればパケットを通過させることを特徴とする請求項4に記載の無線LANハンドオーバ方法。
  6. 前記無線LANアクセスポイントは、既に収容している無線LAN端末情報に含まれるタイムスタンプが所定の閾値より経過した際に、その無線LAN端末情報を記憶装置から破棄することを特徴とする請求項4に記載の無線LANハンドオーバ方法。
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