JP4584234B2

JP4584234B2 - 無線ｌａｎハンドオーバ・システム及び方法

Info

Publication number: JP4584234B2
Application number: JP2006324090A
Authority: JP
Inventors: 真祐塩田
Original assignee: NEC Platforms Ltd
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JP2008141362A

Description

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ヘッダのフレーム・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（ＡＰＡ）２１，無線ＬＡＮアクセスポイント（ＡＰＢ）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

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ヘッダのフレーム・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。
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。
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。
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ヘッダのフレーム・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。
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。
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。