JP4668097B2 - 移動端末装置及びハンドオーバ方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信システム間でハンドオーバを行う移動端末装置及びそのハンドオーバ方法に関する。

近年、モバイルインターネットの発展に伴い、移動端末装置が接続ポイントを切り替える所謂ハンドオーバと呼ばれる処理によって引き起こされる通信品質の劣化が問題となっている。移動端末装置の移動を管理するプロトコルとして、例えば、Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰｖ６（以下ではＭｏｂｉｌｅ ＩＰと呼ぶ）と呼ばれるプロトコルが知られており、Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰを用いたネットワークでは、移動端末装置は２つのＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アドレスを有している。

そして、その１つはホームアドレスと呼ばれ、移動端末装置のホームネットワークにおけるＩＰアドレスであり、不変なアドレスである。他方は気付けアドレスと呼ばれ、移動端末装置の移動先のネットワークに置けるアドレスであり、ネットワークを移動する度に変化する。

この気付けアドレスは、ＩＰｖ６のＲＡ（Ｒｏｕｔｅｒ Ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ）と呼ばれるメッセージによって移動端末装置内で一時的に作成される。このＲＡはＡＲ（Ａｃｃｅｓｓ Ｒｏｕｔｅｒ）によって定期的にブロードキャストされ、近隣ノードに対して、そのネットワークにおけるプレフィクスを通知するために用いられる。移動端末装置は異なる種別の通信システム（ネットワーク）へ移動すると、上記の気付けアドレスを更新して、更新済み気付けアドレスをホームネットワークに位置するホームエージェントと呼ばれるサーバに登録する。

別の移動端末装置がこの移動端末装置宛てにデータを送信する際には、移動端末装置のホームアドレスを送信先として送信する。このデータは移動端末装置の代わりにホームネットワーク内のホームエージェントによって受信され、ホームエージェントに登録されている移動端末装置の気付けアドレス宛てに転送される。

移動端末装置はデータを受信すると、送信元端末装置に対して、自装置の気付けアドレスを通知する。これによって、それ以降、ホームエージェントを介することなく、所謂エンドツーエンドで直接通信が行なわれる。そして、このようにして、移動端末装置がネットワーク間を移動しても、そのパケット到達性が保証されることになる。
ところが、Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰでは、移動端末装置のネットワーク間移動に伴って生じる位置登録処理に要する遅延量に起因して、高速でパケットロスの少ないハンドオーバを提供することが難しい。

ところで、従来は、例えばセルラーネットワーク内のような、同一の無線システム（通信システム）におけるハンドオーバが大部分であったが、今後は、無線ＭＡＮ（Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）からセルラーネットワークへのハンドオーバのように、異なる種別の無線システム間でのハンドオーバが行われるようになると予想される。

こうした異種システム間のハンドオーバに上述したＭｏｂｉｌｅ ＩＰを適用し、複数の通信デバイス（無線インタフェース）を有する移動端末装置においてハンドオーバを行う際に、ハンドオーバに伴う位置登録処理をハンドオーバ先の無線システム及び対応する通信デバイスによって行い、一方その位置登録処理の間に、移動端末装置宛に送られるデータをハンドオーバ前の無線システム及び対応する通信デバイスによって受信するようにすれば、パケットロスの発生しないハンドオーバを行うことが可能であると考えられる。

しかし、上記の手法では、現状のＭｏｂｉｌｅ ＩＰが複数の通信デバイスを有する移動端末装置を想定していないため、図６で説明する問題が生じることになる。図６において、移動端末装置（ＭＮ）１１がＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ ８０２．１６による高速無線ネットワークの規格）ネットワーク１２とセルラーネットワーク１３間、つまり、種別の異なる通信システム間でハンドオーバを行うものとする。

図示の例では、ＷｉＭＡＸネットワーク１２にはアクセスルータ（ＡＲ：図示せず）及びアクセスポイント（ＡＰ）１４が属し、セルラーネットワーク１３にはアクセスルータ（図示せず）及び基地局（ＢＳ）１５が属している。

いま、ＭＮ１１がＷｉＭＡＸネットワーク１２によって、コンテンツサーバ１６からコンテンツデータをダウンロードしているとする。また、ＭＮ１１の気付けアドレスは、ＷｉＭＡＸネットワーク１２に属するＡＲ（以下ＷｉＭＡＸＡＲと呼ぶ）から送信されたＲＡによって構成される。これをＣｏＡ１とする。すなわち、ホームエージェント１７及びコンテンツサーバ１６に登録されているＭＮ１１の気付けアドレスはＣｏＡ１である。

ここで、移動によって、ＭＮ１１がセルラーネットワーク１３へハンドオーバを行うとすると、ハンドオーバが行なわれる際、ＭＮ１１はセルラーネットワーク１３に属するＡＲ（以下セルラーＡＲと呼ぶ）から送信されたＲＡを受信し、このＲＡによりセルラーＡＲのネットワークにおける気付けアドレスＣｏＡ２を構成して、ホームエージェント１７及びコンテンツサーバ１６に位置登録（更新）を行う。この処理によって、これ以降のＭＮ１１宛てのデータはＣｏＡ２宛て、つまり、セルラーネットワーク１３を介して行われることになる。

ところが、ＲＡはＷｉＭＡＸＡＲ及びセルラーＡＲから定期的に送出されるので、ＭＮ１１ではＷｉＭＡＸＡＲから再度ＲＡを受信すると、気付けアドレスをＣｏＡ１として再構成して位置登録（更新）を行うことになる。このように、複数の通信デバイスを起動してハンドオーバ処理を行うと、ハンドオーバ処理中に頻繁に気付けアドレスが変更されることになってしまい、スムーズにハンドオーバを実行することが難しい。

そこで、このような不具合を防止するため、Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰ層（第３層）と第２層との間に、ＤＣＬ（Ｄｅｖｉｃｅ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ Ｌａｙｅｒ）を導入するようにしたものがある（非特許文献１参照：以下従来例と呼ぶ）。そして、このＤＣＬにおいて、一方の通信デバイスを終了させるまで他方の通信デバイスを起動させないようにすることで、互いに異なるＲＡの受信を防ぐようにしている（以下第１の従来手法と呼ぶ）。

一方、従来例では、ＤＣＬをＭｏｂｉｌｅ ＩＰ層と連携させて、ＤＣＬが指示を出すまでＭｏｂｉｌｅ ＩＰ層は受信したＲＡを無視するようにすることも行われている（以下第２の従来手法と呼ぶ）。

Ａ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｈａｎｄｏｆｆ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ４Ｇ ｎｅｔｗｏｒｋｓ，" ＷＰＭＣ２００５， ｐｐ．１６−２０，２００５年９月

しかしながら、上述の第１の従来手法では、ハンドオーバ先のネットワークに対応する通信デバイスを起動できるのは、ハンドオーバ前に使用されていた通信デバイスを終了してからとなるため、その結果、通常のＭｏｂｉｌｅ ＩＰと同様に位置登録処理に時間を要することとなり、高速でしかもパケットロスの少ないハンドオーバを実現することが難しいという課題がある。

、
一方、第２の従来手法では、ＤＣＬをＭｏｂｉｌｅ ＩＰ層と連携させるためＭｏｂｉｌｅ ＩＰ層に変更を加える必要があり、その結果、スケーラビリティに乏しくなってしまうという課題がある。

本発明はこれらの課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高速でしかもパケットロスの少ないハンドオーバを実現できスケーラビリティも良好であるハンドオーバ方法、及びそのハンドオーバ方法を利用可能な移動端末装置を提供することにある。

本発明は、アドレスの変更若しくはルーティングの制御に用いられる所定のメッセージを定期的に送信する複数の通信システムのいずれかに選択的に接続される移動端末装置において、前記所定のメッセージを含む受信したデータを処理する処理手段と、前記通信システム毎に前記データのうち前記所定のメッセージをバッファリングし、前記所定のメッセージ以外のデータをバッファリングせずに前記処理手段に転送するバッファリング手段と、前記通信システムの各々を前記バッファリング手段又は前記処理手段に選択的に接続する切り替え手段と、前記切り替え手段を制御して前記処理手段に接続する通信システムを選択する制御手段と、を有し、ハンドオーバの前は、第１の通信システムを前記処理手段に接続して通信を行うとともに第２の通信システムを前記バッファリング手段に接続して前記所定のメッセージをバッファリングし、ハンドオーバの際は、前記第２の通信システムを前記処理手段に接続して前記バッファリングされた前記所定のメッセージを該処理手段に送るとともに前記第１の通信システムを前記バッファリング手段に接続して該バッファリング手段を介して該第１の通信システムと通信を行うことを特徴とする移動端末装置を提供する。

また、本発明において、前記バッファリング手段は、前記所定のメッセージがバッファリングされてから所定の時間が経過すると該メッセージを削除することを特徴とする。

また、本発明において、前記バッファリング手段は、新たに前記所定のメッセージを受信した際、バッファリング済みのメッセージを削除するとともに、該新たに受信した所定のメッセージをバッファリングして前記所定の時間の計時を開始することを特徴とする。

また、本発明において、前記所定の時間は、前記所定のメッセージに規定されたメッセージ保持時間であることを特徴とする。

さらに、本発明は、アドレスの変更若しくはルーティングの制御に用いられる所定のメッセージを定期的に送信する複数の通信システムのいずれかに選択的に接続される移動端末装置が前記通信システム間でハンドオーバする際に用いられるハンドオーバ方法であって、前記移動端末装置が、第１の通信システムと接続して前記所定のメッセージを含むデータを受信している際、第２の通信システムからの前記所定のメッセージをバッファリングする第１のステップと、前記第１の通信システムから前記第２の通信システムにハンドオーバする際、前記バッファリングされた第２の通信システムからの所定のメッセージを処理するとともに前記第１の通信システムから受信したデータをバッファリングする第２のステップと、前記ハンドオーバの終了後、前記第２の通信システムと接続してデータを受信するとともに、前記第１の通信システムからの前記所定のメッセージをバッファリングする第３のステップと、を有することを特徴とするハンドオーバ方法を提供する。

以上のように、本発明では、第１の通信システムと通信を行っている間は第２の通信システムからの所定のメッセージ（例えば、ルータ広告（ＲＡ））をバッファリングし、第１の通信システムから第２の通信システムにハンドオーバする際、バッファリングしたＲＡを処理手段（例えば、上位層）に渡すとともに通信を第２の通信システムに切り替え、その切り替えが完了するまでは第１の通信システムから受信する所定のメッセージのバッファリングを行うので、複数の通信システム間において高速でしかもデータロスのないハンドオーバを行うことができるという効果がある。

本発明では、ハンドオーバ先の通信システムからのＲＡを一時バッファリングしているので、複数の通信システムに対して不要な位置登録を煩雑に繰り返すという弊害を防止できるという効果があり、その結果、移動端末装置における処理負荷を低減できる。

次に図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態による移動端末装置の一例について説明する。図示の移動端末装置２１では、Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰ層（第３層：処理手段）２２と第２層（図示せず）との間に新たに第２．５層２３が設けられており、この第２．５層２３は、Ｌ２．５＿接続点（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ）２４、ＭＡＣ＿接続点２５−１乃至２５−Ｎ（Ｎは２以上の整数）、バッファ２６−１乃至２６−Ｎ（バッファリング手段）、切り替えスイッチ２７−１乃至２７−Ｎ（切り替え手段）、及びハンドオーバ（ＨＯ）判断部（制御手段）２８を有している。

Ｌ２．５＿接続点２４はＭｏｂｉｌｅ ＩＰ層２２と第２．５層２３との接続ポイントであり、ＭＡＣ＿接続点２５−１乃至２５−Ｎはそれぞれ種別の異なる通信システム３０−１乃至３０−Ｎと第２．５層２３との接続ポイントとして用いられる。バッファ２６−１乃至２６−ＮはそれぞれＭＡＣ＿接続点２５−１乃至２５−Ｎに対応して準備され、Ｌ２．５＿接続点２４及び対応する切り替えスイッチ２７−１乃至２７−Ｎに接続されている。切り替えスイッチ２７−１乃至２７−Ｎは、Ｌ２．５＿接続点２４と各ＭＡＣ＿接続点２５−１乃至２５−Ｎとの間を、バッファ２６−１乃至２６−Ｎを経由して接続するか否かを選択的に切り替える。そして、ＨＯ判断部２８は、後述するようにしてハンドオーバ判断を行い、切り替えスイッチ２７−１乃至２７−Ｎの切り替えを制御する。

バッファ２６−１乃至２６−Ｎは、ＲＡを受信するとバッファリングし、ＲＡ以外のデータを受信するとそのままＬ２．５＿接続点２４に転送する機能を有している。なお、図１には示されていないが各種の通信インタフェース（例えば、ＷｉＭＡＸインタフェース及びセルラーインタフェース）は常時起動していてもよいし、ハンドオーバ直前に起動してもよいが、本実施の形態では常時起動しているものとする。

続いて、図１とともに図２を参照して、図６に示すネットワークにおける移動端末装置２１の動作について説明する。なお、ここでは、図６中のＭＮ１１は移動端末装置２１であるとして説明する。また、図２においては、ＷｉＭＡＸＡＲをＡＲ１８、セルラーＡＲをＡＲ１９として示している。そして、ＡＲ１８及びＡＲ１９はＲＡ（予め規定されたメッセージ）を定期的に送信している。つまり、ＷｉＭＡＸネットワーク１２及びセルラーネットワーク１３は定期的にＲＡを送信していることになる。

いま、移動端末装置２１がＷｉＭＡＸネットワーク１２を用いて（すなわちＡＲ１８を介して）、コンテンツサーバ１６からコンテンツデータをダウンロードしているものとする（図２の符号Ｓ１）。この時、図３に示すように、ＨＯ判断部２８の切り替え制御によって切り替えスイッチ２７−１が切り替えポイントＷ１側に切り替えられて、ＷｉＭＡＸインタフェース３１に対応するＭＡＣ＿接続点２５−１は直接Ｌ２．５＿接続点２４に接続される。つまり、ＭＡＣ＿接続点２５−１はバッファ２６−１を介することなくＬ２．５＿接続点２４に接続され、ＷｉＭＡＸインタフェース３１で受信されたＲＡ及びデータともに直接Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰ層２２に渡される。

一方、ＨＯ判断部２８の切り替え制御によって切り替えスイッチ２７−２が切り替えポイントＣ２側に切り替えられて、セルラーインタフェース１３に対応するＭＡＣ＿接続点２５−２はバッファ２６−２に接続される。つまり、ＭＡＣ＿接続点２５−２はバッファ２６−２を介してＬ２．５＿接続点２４に接続され、この結果、セルラーインタフェース３２で受信されたＲＡはバッファ２６−２でバッファリングされることになる（図２の符号Ｓ２）。

バッファ２６−２では、ＲＡを受信するとタイマーを起動し、予め設定された所定の時間が経過するとバッファリングしたＲＡを削除する。また、バッファ２６−２では、新たにＲＡを受信すると古いＲＡを削除し、新たに受信したＲＡをバッファリングする。その際、バッファ２６−２はタイマーをリセットして、新たに予め設定された所定の時間の計時を開始する。なお、上記タイマーの代わりに、ＲＡ中に含まれるライフタイム（Ｌｉｆｅ ｔｉｍｅ）フィールドの値を用いるようにしてもよい（つまり、ライフタイムを所定の時間とする）。

上述の状態において、移動端末装置２１が移動することでＷｉＭＡＸシステムからの受信電波強度が低下する等し、ＨＯ判断部２８がセルラーネットワーク１３へのハンドオーバを決定すると（図２の符号Ｓ３：ＨＯ開始）、ＨＯ判断部２８は、切り替えスイッチ２７−１を切り替え制御して、ＭＡＣ＿接続点２５−１を切り替えポイントＷ１から切り替えポイントＷ２に切り替えるとともに、切り替えスイッチ２７−２を切り替え制御して、ＭＡＣ＿接続点２５−２を切り替えポイントＣ２から切り替えポイントＣ１に切り替える。図４はこの時の状態を示したものである。

これによって、ＭＡＣ＿接続点２５−１はバッファ２６−１を介してＬ２．５＿接続点２４に接続され、ＭＡＣ＿接続点２５−２は直接Ｌ２．５＿接続点２４に接続されることになる。またこの時、バッファ２６−２にバッファリングされているＲＡがあれば、ＨＯ判断部２８は当該ＲＡをＭｏｂｉｌｅ ＩＰ層２２に送信するよう、バッファ２６−２に指示する（図２の符号Ｓ４）。

なお、この時点では、まだ移動端末装置２１宛のデータはＷｉＭＡＸインタフェース３１を介して送られてきており、移動端末装置２１はＷｉＭＡＸインタフェース３１を経由して当該データを受信する（図２の符号Ｓ５）。

Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰ層２２はバッファ２６−２にバッファリングされていたＲＡを受信すると、ＨＡ１７及びコンテンツサーバ１６に対して位置登録（更新）処理を行う（図２の符号Ｓ６）。なおこの際、ＡＲ１８から送信されたＲＡはバッファ２６−１でバッファリングされて（図２の符号Ｓ７）、Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰ層２２には渡されない。位置登録（更新）処理が終了（すなわちハンドオーバが完了）すると、図５に示すように、移動端末装置２１宛のデータはセルラーインタフェース３２を経由して受信されることになる（図２の符号Ｓ８）。

このように本実施形態によれば、現在データを受信している通信システムについてはＲＡのバッファリングを行うことなく直接Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰ層２２に接続し、現在データを受信していない通信システムについてはＲＡのバッファリングを行うようにしている。そして、通信システム間でハンドオーバを行う際には、ハンドオーバ先の通信システムではＲＡのバッファリングを行うことなく直接Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰ層２２に接続し、ハンドオーバ元の通信システムについてＲＡのバッファリングを行う。これにより、高速にしかもパケットロスの少ないハンドオーバを実現することができる。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述の例ではバッファリング対象としてＲＡを挙げて説明したが、ＲＡの他にも、ＤＨＣＰ ＡＣＫやＭＩＰｖ４時のＡｇｅｎｔ Ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ等のアドレス又はルーティングを変化させる可能性のあるパケット全般をバッファリングするようにしてもよい。なお、その際には、ＤＨＣＰにおけるシーケンスをＨＯ判断部２８で駆動させることで整合をとる必要がある。

また、上述の説明では、新たにＭｏｂｉｌｅ ＩＰ層２２と第２層の間に第２．５層２３を導入したが、ＩＥＥＥ ８０２．２１で検討されているＭＩＨＦに上述の機能を取り入れることもできる。また、Ｌ２．５＿接続点２４と各ＭＡＣ＿接続点２５−１乃至２５−Ｎとの間に常にバッファを介在させて、ＨＯ判断部２８の指示に応じてＲＡをバッファリングするか又はそのまま転送するようにしてもよい。

本発明の実施の形態による移動端末装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す移動端末装置の動作を説明するためのシーケンス図である。 図１に示す移動端末装置において、ＷｉＭＡＸ通信時の動作を説明するための図である。 図１に示す移動端末装置において、ハンドオーバ時の動作を説明するための図である。 図１に示す移動端末装置において、ハンドオーバ終了後の動作を説明するための図である。 種別の異なる通信システム間におけるハンドオーバを説明するための図である。

符号の説明

１１，２１ 移動端末装置（ＭＮ）
１７ ホームエージェント（ＨＡ）
１８，１９ アクセスルータ（ＡＲ）
２２ Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰ層
２３ 第２．５層
２４ Ｌ２．５＿接続点
２５−１〜２５−Ｎ ＭＡＣ＿接続点
２６−１〜２６−Ｎ バッファ
２７−１〜２７−Ｎ 切り替えスイッチ
２８ ハンドオーバ（ＨＯ）判断部
３１ ＷｉＭＡＸインタフェース
３２ セルラーインタフェース

Claims (5)

1. アドレスの変更若しくはルーティングの制御に用いられる所定のメッセージを定期的に送信する複数の通信システムのいずれかに選択的に接続される移動端末装置において、
   前記所定のメッセージを含む受信したデータを処理する処理手段と、
   前記通信システム毎に前記データのうち前記所定のメッセージをバッファリングし、前記所定のメッセージ以外のデータをバッファリングせずに前記処理手段に転送するバッファリング手段と、
   前記通信システムの各々を前記バッファリング手段又は前記処理手段に選択的に接続する切り替え手段と、
   前記切り替え手段を制御して前記処理手段に接続する通信システムを選択する制御手段と、
   を有し、
   ハンドオーバの前は、第１の通信システムを前記処理手段に接続して通信を行うとともに第２の通信システムを前記バッファリング手段に接続して前記所定のメッセージをバッファリングし、ハンドオーバの際は、前記第２の通信システムを前記処理手段に接続して前記バッファリングされた前記所定のメッセージを該処理手段に送るとともに前記第１の通信システムを前記バッファリング手段に接続して該バッファリング手段を介して該第１の通信システムと通信を行う
   ことを特徴とする移動端末装置。
2. 前記バッファリング手段は、前記所定のメッセージがバッファリングされてから所定の時間が経過すると該メッセージを削除する
   ことを特徴とする請求項１に記載の移動端末装置。
3. 前記バッファリング手段は、新たに前記所定のメッセージを受信した際、バッファリング済みのメッセージを削除するとともに、該新たに受信した所定のメッセージをバッファリングして前記所定の時間の計時を開始する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動端末装置。
4. 前記所定の時間は、前記所定のメッセージに規定されたメッセージ保持時間である
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の移動端末装置。
5. アドレスの変更若しくはルーティングの制御に用いられる所定のメッセージを定期的に送信する複数の通信システムのいずれかに選択的に接続される移動端末装置が前記通信システム間でハンドオーバする際に用いられるハンドオーバ方法であって、
   前記移動端末装置が、
   第１の通信システムと接続して前記所定のメッセージを含むデータを受信している際、第２の通信システムからの前記所定のメッセージをバッファリングする第１のステップと、
   前記第１の通信システムから前記第２の通信システムにハンドオーバする際、前記バッファリングされた第２の通信システムからの所定のメッセージを処理するとともに前記第１の通信システムから受信したデータをバッファリングする第２のステップと、
   前記ハンドオーバの終了後、前記第２の通信システムと接続してデータを受信するとともに、前記第１の通信システムからの前記所定のメッセージをバッファリングする第３のステップと、
   を有することを特徴とするハンドオーバ方法。

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