JP4741401B2

JP4741401B2 - 情報転送装置

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Publication number: JP4741401B2
Application number: JP2006116174A
Authority: JP
Inventors: 克彦佐藤; 憲史吉田; 孝一柳下; 建夫木村
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2026-04-19
Also published as: JP2007288695A

Description

本発明は、基幹通信網と無線端末装置との間の情報転送及び無線端末装置間の情報転送を行う情報転送装置に関し、特に、無線端末装置の移動に伴う円滑な情報転送を実現する情報転送装置に関する。

近年、ＡＤＳＬ、ＦＴＴＨ、ケーブルテレビ回線等を利用した高速なインターネット回線の利用が拡大し、これに伴い、デジタルデータの送受信に限らず、映像や音声などの送受信やインターネット電話サービス（ＩＰ電話）なども提供されるようになった。

特許文献１には、高速なインターネット回線を用いたＩＰ電話システムと、無線ＬＡＮを実現する無線アクセスポイント装置と、ＶｏＩＰワイヤレス電話子機などの無線端末と、を組み合わせてＶｏＩＰワイヤレス電話システムを提供する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示されているＶｏＩＰワイヤレス電話システムは、一般の携帯電話のような電話サービスではなく、無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１）の規格によりサービスエリアは、例えば無線アクセスポイント装置から数十メートル程度という限られた場所での利用となり、携帯電話に比べて利便性に欠けるという問題があった。

また、無線アクセスポイント装置に同時に接続する無線端末の台数や無線アクセスポイント装置が処理する通信データ量（以下、トラヒックという。）に応じて特定の回線における通信容量の低下や通話品質などが悪化する場合があった。

このような問題を解決するために特許文献２には、インターネット回線に接続されたルータと、複数の無線アクセスポイント装置と、を制御して無線アクセス区間における通信帯域を有効に使用する技術が開示されている。

特開２００５−２３６５３７号公報特開２００４−１５４３５号公報

特許文献２は、複数の無線アクセスポイント装置を用いて、無線ＬＡＮのサービスエリアを拡大し、無線区間における通信帯域を有効利用することを可能とした。しかし、通信途中で無線アクセスポイントを変更することができず、再接続が必要であり、その間無線端末装置は大量のデータを受信できない。

以上のような問題を解決するために、本発明に係る情報転送装置は、基幹通信網と、無線端末装置が通信を行う基地局と、の間で情報の授受を行い、基地局と接続するために基幹通信網で識別されるためのネットワークアドレスが割り当てられた通信ポートを有する情報転送装置において、基地局と接続された通信ポートのポート識別符号を基地局との通信により取得するポート識別符号取得手段と、基地局を介して無線端末装置に予め割り当てられた固有符号を取得する固有符号取得手段と、を有し、固有符号取得手段から取得した固有符号と、通信ポートのネットワークドレスと、に応じて無線端末装置が基幹通信網で識別されるための端末アドレスを生成する端末アドレス生成部と、無線端末装置への情報を一時記憶する情報記憶部と、ポート識別符号取得手段から取得したポート識別符号と、固有符号取得手段から取得した無線端末装置の固有符号と、端末アドレス生成部で生成された端末アドレスと、予め割り当てられた情報記憶部の領域と、を対応付けた対応情報を生成する対応情報生成部と、対応情報生成部で生成された対応情報に基づいて無線端末装置へ情報を転送し、無線端末装置からの要求に応じてポート識別符号と異なる基地局と通信を行う場合は、無線端末装置に割り当てられた情報記憶部の領域に一時記憶し、対応情報のポート識別符号を変更した後に情報を送信するポート情報制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る情報転送装置において、無線端末装置が基幹通信網で識別されるための端末アドレスを、基地局を介して無線端末装置より取得した固有符号に基づいて生成するアドレス生成サーバから取得し、対応情報生成部は、アドレス生成サーバから取得した端末アドレスと、ポート識別符号取得手段から取得したポート識別符号と、固有符号取得手段から取得した無線端末装置の固有符号と、を対応付けた対応情報を生成することを特徴とする。

さらにまた、本発明に係る情報転送装置において、ポート情報制御部は、無線端末装置からの要求に応じて異なる基地局と通信を行う場合、無線端末装置に送信されなかった情報を移動前の基地局から回収し、回収された情報と情報記憶部に一時記憶された情報とを無線端末装置に送信することを特徴とする。

本発明によれば、通信途中で無線アクセスポイントを変更することができ、かつ、データの損失をなくすことが可能な情報転送装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１には、基幹通信網１２と無線端末装置（３１〜３４）間のパケットを転送する通信システム１００の構成が示されている。通信システム１００は、大きく分けて三つから構成されている。第１はレイヤ３スイッチと同様な役割を果たす情報転送装置１０、第２は基地局装置（２１〜２３）、第３は無線端末装置（３１〜３４）である。

さらに、情報転送装置１０は、無線端末装置（３１〜３４）と接続するための経路情報を制御するポート情報制御部１９と、ＩＰアドレスによる経路の制御やルーティング制御を管理するためのテーブル記憶部１３と、ＩＰアドレスを割り当てるＤＨＣＰ（ＤｙｎａｍｉｃＨｏｓｔＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ）サーバ部１４と、有している。

情報転送装置１０は、通信ポート０（１５）を介してインターネットなどの基幹通信網１２と、通信ポート（１６〜１８）を介して基地局装置（２１〜２３）と、を接続する。通信ポート（１５〜１８）は、ハードウエアに固有の識別符号であるマックアドレスをそれぞれ有する。なお、マックアドレスは変更されることがない恒久的な識別符号である。

さらに、通信ポート（１５〜１８）は、マックアドレスの他、ポート番号によって識別されており、情報転送装置１０において固有に割り当てられた番号である。

基地局装置（２１〜２３）は、マックアドレスを適用した所定の無線通信プロトコルに従い、無線端末装置（３１〜３４）のうち特定の無線端末装置との無線通信によりパケット情報の送受信を行う。当該無線プロトコルとしては、ＩＥＥＥ８０２．１６等を適用することが好適である。

無線端末装置（３１〜３４）は、基地局装置（２１〜２３）のうち少なくとも一つとの間では、無線通信が確立される前に当該所定の無線通信プロトコルに従い次のような処理が実行される。

無線端末装置（３１〜３４）は、基地局装置（２１〜２３）との間で予備的な無線通信を行い、基地局装置（２１〜２３）が無線端末装置（３１〜３４）とは異なる無線端末装置（図示せず）との間で行う通信の頻度と、基地局装置（２１〜２３）との間で送受信する電磁波の伝搬状況の良好度と、基地局装置（２１〜２３）までの距離などによって定義される通信良好度と、を測定する。

無線端末装置（３１〜３４）は、通信良好度に基づいて基地局装置（２１〜２３）のうち無線通信を行うものを選択する。次に、無線端末装置（３１〜３４）は、選択した基地局装置（２１〜２３）にマックアドレスを含む情報を転送する。当該情報を受信した基地局装置（２１〜２３）は、マックアドレスを認識する。

このような処理によって、基地局装置（２１〜２３）は、基地局装置（２１〜２３）が通信を行う無線端末装置（３１〜３４）のマックアドレスを認識する。例えば、図１の通信システム１００では、基地局装置１（２１）は、マックアドレスＭａｃ１とＭａｃ２を認識し、基地局装置２（２２）は、マックアドレスＭａｃ３を認識する。同様に、基地局装置３（２３）は、マックアドレスＭａｃ４を認識する。

基地局装置（２１〜２３）は、情報転送装置１０に認識したマックアドレスを送信する。情報転送装置１０は、取得したマックアドレスに基づいて、後述する経路テーブルを更新する。次に、基地局装置（２１〜２３）は認識したマックアドレスにて特定される無線端末装置（３１〜３４）とパケット情報の送受信を無線通信（図１中の白抜き矢印）を用いて行う。

通信ポート０〜３（１５〜１８）には、基幹通信網１２において定義されるそれぞれ固有のＩＰアドレスが割り当てられる。通信ポート１〜３（１６〜１８）には、共通のネットワークアドレスと、それぞれ互いに異なるホストアドレスとが割り当てられる。図１の情報転送装置１０では、通信ポート０（１５）にＩＰアドレスとして「１０．１．３．１」が、通信ポート１（１６）から通信ポート３（１８）にＩＰアドレスとしてそれぞれ「１０．１．２．１」〜「１０．１．２．３」が割り当てられている。ただし、ＩＰアドレスの上位２４ビットをネットワークアドレスとし、下位８ビットをホストアドレスとしている。

無線端末登録処理について、図１と、図９のシーケンス図と、テーブル記憶部１３に記憶されている表１に示す経路テーブルの一例と、を用いて説明する。なお、経路テーブルには、ＩＰアドレスと、ポート識別符号と、バッファスイッチのＯｎ／Ｏｆｆと、マックアドレスと、が記憶されている。

通信ポート（１５〜１８）のＩＰアドレスが、情報転送装置１０および基地局装置（２１〜２３）を設置する際に予め割り当てられるのに対し、無線端末装置（３１〜３４）のＩＰアドレスは、情報転送装置１０によって割り当てられる。ここでは、基地局装置（２１〜２３）が無線端末装置４（３４）のマックアドレスＭａｃ４を新たに認識した際に、無線端末装置４（３４）のＩＰアドレスを新たに割り当てる具体例と共に説明する。

この例では、無線端末装置（３１〜３３）にはＩＰアドレス「１０．１．２．ｎ＋１］〜「１０．１．２．ｎ＋３」がそれぞれ割り当てられており、無線端末装置４（３４）にはＩＰアドレスの割り当てが完了していないものとする。

基地局装置３（２３）は、新たにマックアドレスＭａｃ４を認識すると、ヘッダ部に接続通知パケット識別子を含ませ、データ部に新たなマックアドレスＭａｃ４を含ませた接続通知パケット情報を通信ポート３（１８）を介して情報転送装置１０に送信する（Ｓ２１）。情報転送装置１０は、通信ポート３（１８）から受信したパケット情報のヘッダ部に接続通知パケット識別子が含まれていると判定すると、データ部から抽出されるマックアドレスＭａｃ４を抽出する（Ｓ２２）。

情報転送装置１０は、抽出したマックアドレスＭａｃ４に対応するＩＰアドレスを決定する（Ｓ２３）。決定するＩＰアドレスのネットワークアドレスは、「１０．１．２．ｎ＋４」とする。次に、情報転送装置１０は、決定したＩＰアドレスに基づいてテーブル記憶部１３に記憶している経路テーブルの内容を追加する（Ｓ２４）。

情報転送装置１０は、経路テーブルを更新して、ヘッダ部にアドレス付与パケット識別子を含ませ、データ部にマックアドレスＭａｃ４、マックアドレスに対応するＩＰアドレス「１０．１．２．ｎ＋４」と、さらに情報転送装置１０の通信ポート３（１８）のマックアドレスを含めたアドレス付与パケット情報を通信ポート３（１８）を介して基地局装置３（２３）に送信する（Ｓ２５）。

基地局装置３（２３）は、受信したパケット情報のヘッダ部にアドレス付与パケット識別子が含まれていると判定すると、データ部からマックアドレスＭａｃ４、マックアドレスに対応するＩＰアドレス「１０．１．２．ｎ＋４」と、さらに情報転送装置１０の通信ポート３（１８）のマックアドレスを取り出して無線端末装置４（３４）に送信する（Ｓ２６）。無線端末装置４（３４）は、受信したパケット情報からＩＰアドレス及び通信ポートのマックアドレスを抽出して記憶する（Ｓ２７）。

なお、無線端末装置（３１〜３４）が情報転送装置１０の通信ポート（１６〜１８）のマックアドレスを取得する処理は、広く知られているＡＲＰ（ＡｄｄｒｅｓｓＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ）によっても行うことができる。また、本実施形態では、情報転送装置１０がＤＨＣＰサーバ部１４を有する構成としたが、これに限定するものではなく、外部のＤＨＣＰサーバと交信してもよい。

図２には、基幹通信網側と基地局装置側でパケット交換を実行する情報転送装置１０の構成が示されている。情報転送装置１０は、プロトコル制御処理を司るＣＰＵ５１と、第１のメモリ５２とを有している。また、第１のメモリ５２には、処理を実行させるプログラムと、基地局装置（２１〜２３）とやり取りするための制御情報が格納されている。

さらに、情報転送装置１０は、システムバスとＰＣＩバスを介してパケット転送処理を司るＮＰＵ５５（ネットワークプロセッサユニット）と、パケット入出力を実行するイーサネット（登録商標）等の有線通信ポート（５４，６１〜６３）と、第２のメモリ５６と、第３のメモリ５７とを有している。また、第２のメモリ５６には、経路テーブルの内容が格納され、第３のメモリ５７には、バッファリングパケットと、ＦＩＦＯ等が格納される。

ＣＰＵ５１は、基地局装置からの制御メッセージの解析と対応処理（ポート情報制御など）を実行する。その結果、経路テーブルの設定をパケット転送処理を司るＮＰＵ５５に指示する。その他、基地局装置への制御メッセージ生成などもこのＣＰＵ５１が実行する。

ＮＰＵ５５は、入力パケットが通常のパケットの場合は、経路テーブルを参照して該当する出力ポートに転送する。また、入力パケットが基地局装置との制御メッセージパケットの場合は、プロトコル制御処理を司るＣＰＵ５１に転送する。

図６には、パケット情報データ（以下、パケットと略す。）のデータ構造が示されている。やり取りされるパケットは、図のように、第１ヘッダ部Ｈ１（７１）、第２ヘッダ部Ｈ２（７２）、及びデータ部（７３）を含んで構成される。さらに、第１ヘッダ部Ｈ１（７１）は、宛先アドレスＤ１（７４）と送信元アドレスＳ１（７５）とを含んで構成され、第２ヘッダ部Ｈ２（７２）は宛先アドレスＤ２（７６）と送信元アドレスＳ２（７７）を含んで構成される。

宛先アドレスＤ１（７４）には、パケットの宛先とする装置のマックアドレスが設定される。宛先アドレスＤ２（７６）には、パケットの宛先とする端末のＩＰアドレスが設定される。送信元アドレスＳ１（７５）には、パケット送信元の装置のマックアドレスが設定され、送信元アドレスＳ２（７７）には、パケット送信元端末のＩＰアドレスが設定される。データ部（７３）は、パケットの伝送対象とするデータを含む。

図３から図５には、無線端末装置２（３２）が現在接続している基地局装置１（２１）から基地局装置２（２２）に接続を変更する状況が示されており、図７には、情報転送装置１０が実行する処理の流れを示す構成が示されている。以下、図３〜５と図７を用いて無線端末が移動するとき、情報転送装置１０がパケットを送信する基地局装置を切り替え、パケットをバッファリングする処理の流れを示す。

図３のステップＳ０に示すように、最初は、情報転送装置１０のポート１と、基地局装置１（２１）と、を介して、無線端末装置２（３２）へパケットが送信されている。次に、図７のステップＳ１に示すように、無線端末装置２（３２）は、電波状況から基地局装置の切り替えのために移動元の基地局装置１（２１）へハンドオーバ要求を送信する。ハンドオーバ要求を受信した移動元の基地局装置１（２１）は、情報転送装置１０へハンドオーバ要求を送信する（Ｓ２）。

情報転送装置１０は、移動先の基地局装置２（２２）へハンドオーバ要求を送信する（Ｓ３）。移動先の基地局装置２（２２）がそのハンドオーバを受け付けた場合は、受付通知が情報転送装置１０に送信される（Ｓ４）。

受付通知を受信した情報転送装置１０は、無線端末装置２（３２）宛のパケットを送信せずに情報転送装置１０の第３のメモリ５７に保持する（Ｓ５）。次に、情報転送装置１０は、ハンドオーバ応答を移動元の基地局装置１（２１）に送信する（Ｓ６）。

上述の処理により表２には、ＩＰアドレス「１０．１．２．ｎ＋２」、ポート識別符号「Ｐ２」、ＭＡＣアドレス「Ｍａｃ２」におけるバッファスイッチに「Ｏｎ」が設定される。

情報転送装置１０からハンドオーバ応答を受け付けた移動元の基地局装置１（２１）は、ハンドオーバ応答を無線端末装置２（３２）に送信する（Ｓ７）。無線端末装置２（３２）は、無線通信切断を移動元の基地局装置１（２１）に送信し（Ｓ８）、移動元の基地局装置１（２１）は情報転送装置１０に無線通信切断通知を送信する（Ｓ９）。次に、情報転送装置１０は、移動先の基地局装置２（２２）に移動通知を送信する（Ｓ１０）。

無線端末装置２（３２）は、ＩＥＥＥ８０２．１６の規定による手順で移動先基地局装置２（２２）と無線通信を確立し（Ｓ１１）、移動先の基地局装置２（２２）は情報転送装置１０へハンドオーバ通知を送信する（Ｓ１２）。ハンドオーバ通知を受信した情報転送装置１０は、バッファリングパケットを送信する（Ｓ１３）。この間、基幹網から受信するパケットは、バッファリングパケットが送信された後に送信される（Ｓ１４）。

すると、図４の矢印と、図７の矢印に示すように、ポート２から無線端末装置２（３２）にパケットの送信が始まる。

表３に一連の処理が終了した時の経路テーブルを示す。表３に示されているように、ＩＰアドレス「１０．１．２．ｎ＋２」、ポート識別符号「Ｐ２」、ＭＡＣアドレス「Ｍａｃ２」に対してバッファスイッチに「Ｏｆｆ」が設定される。このような処理により、無線端末装置が、通信中に基地局装置を切り替える場合であっても、パケットの損失を防ぐことができる。ただし、切断通知の代わりにハンドオーバ中止通知を受けた場合には、バッファリングしたパケットを移動元の基地局装置１（２１）に送信して表１の状態に戻ることになる。

上述した例は、情報転送装置１０のバッファリングを行うことによる基地局装置の切り替え処理を示したが、これに限定するものではなく、図８に示すような情報転送装置１０と移動元の基地局装置１（２１）の双方でバッファリングを行ってもよい。

図８には、移動元の基地局装置１（２１）のバッファに保持する例が示されている。なお、ステップＳ４までは同じ処理なので省略し、ステップＳ４以降の処理（Ｓ３０）について説明する。

移動先の基地局装置２（２２）から受付通知（Ｓ４）を受信した情報転送装置１０は、ハンドオーバ応答を移動元の基地局装置１（２１）に送信し（Ｓ３０）、移動元の基地局装置１（２１）は、ハンドオーバ応答を無線端末装置２（３２）に送信する。無線端末装置２（３２）は、無線通信切断を移動元の基地局装置１（２１）に送信（Ｓ３２）するので、移動元の基地局装置１（２１）は、以降、受信される無線端末装置２（３２）宛のパケットを自身のバッファに保持すると同時に、移動元の基地局装置１（２１）は情報転送装置１０に無線通信切断通知を送信する（Ｓ３３）。

情報転送装置１０は、無線端末装置２（３２）宛のパケットを送信せずに情報転送装置１０の第３のメモリ５７に保持する（Ｓ３４）。次に、情報転送装置１０は移動元の基地局装置１（２１）に保持されているパケットを回収する。回収したパケットはメモリ５７に保持する。この時、回収したパケットはすでにメモリ５７に保持されているパケットの先頭におかれる（Ｓ３５）。

情報転送装置１０は、移動先の基地局装置２（２２）に移動通知を送信（Ｓ３６）し、移動先の基地局装置２（２２）と無線端末装置２（３２）の無線通信確立（Ｓ３７）が実行される。無線通信が確立されると、移動先の基地局装置２（２２）は情報転送装置１０へハンドオーバ通知を送信する（Ｓ３８）。ハンドオーバ通知を受信した情報転送装置１０は、バッファに保持したパケットを送信する（Ｓ３９）。この間、基幹網から受信するパケットは、バッファリングパケットが送信された後に送信される（Ｓ４０）。

以上、上述したように本実施形態に用いた情報転送装置１０を用いることで、通信途中で無線アクセスポイントを変更しても、パケット損失を防ぐことができるようになる。とりわけ映像データを通信している場合では、無線端末装置における映像が中断することなく再生が可能である。

なお、本実施形態では回収したパケットを情報転送装置に一時記憶したが、これに限定するものではなく、情報転送装置は回収したパケットをダイレクトに移動先基地局に送信しても良い。

また、本実施形態におけるトラフィック制御は、バッファリングする対象となっているトラフィックが一定レートで通信されるような映像データなどの場合は、バッファリングパケットの送信の際、そのレートより少し速い速度で送信することにより基地局側でパケットが輻輳しないようにしている。

本発明の実施形態に係る通信システムの全体構成を示す構成図である。本発明の実施形態に係る情報転送装置のハードウエア構成図である。本発明の実施形態に係る無線端末装置が基地局装置を切り替える場合の状況を示す模式図である。本発明の実施形態に係る無線端末装置が基地局装置を切り替える場合の状況を示す模式図である。本発明の実施形態に係る無線端末装置が基地局装置を切り替える場合の状況を示す模式図である。本発明の実施形態に係るパケットのデータ構造図である。本発明の実施形態に係る基地局装置切替処理の流れを説明する説明図である。本発明の実施形態に係る別の基地局装置切替処理の流れを説明する説明図である。本発明の実施形態に係る無線端末登録処理のシーケンス図である。

符号の説明

１０情報転送装置、１２基幹通信網、１３テーブル記憶部、１４ＤＨＣＰサーバ部、１５，１６，１７，１８通信ポート、１９ポート情報制御部、２１，２２，２３基地局装置、３１，３２，３３，３４無線端末装置、５１ＣＰＵ、５２，５６，５７メモリ、５４，６１，６２，６３有線通信ポート、５５ＮＰＵ、１００通信システム。

Claims

基幹通信網と、無線端末装置が通信を行う基地局と、の間で情報の授受を行い、基地局と接続するために基幹通信網で識別されるためのネットワークアドレスが割り当てられた通信ポートを有する情報転送装置において、
基地局と接続された通信ポートのポート識別符号を基地局との通信により取得するポート識別符号取得手段と、
基地局を介して無線端末装置に予め割り当てられた固有符号を取得する固有符号取得手段と、を有し、
固有符号取得手段から取得した固有符号と、通信ポートのネットワークドレスと、に応じて無線端末装置が基幹通信網で識別されるための端末アドレスを生成する端末アドレス生成部と、
無線端末装置への情報を一時記憶する情報記憶部と、
ポート識別符号取得手段から取得したポート識別符号と、固有符号取得手段から取得した無線端末装置の固有符号と、端末アドレス生成部で生成された端末アドレスと、予め割り当てられた情報記憶部の領域と、を対応付けた対応情報を生成する対応情報生成部と、
対応情報生成部で生成された対応情報に基づいて無線端末装置へ情報を転送し、無線端末装置からの要求に応じてポート識別符号と異なる基地局と通信を行う場合は、無線端末装置に割り当てられた情報記憶部の領域に一時記憶し、対応情報のポート識別符号を変更した後に情報を送信するポート情報制御部と、
を備えることを特徴とする情報転送装置。
請求項１に記載の情報転送装置において、
無線端末装置が基幹通信網で識別されるための端末アドレスを、基地局を介して無線端末装置より取得した固有符号に基づいて生成するアドレス生成サーバから取得し、
対応情報生成部は、
アドレス生成サーバから取得した端末アドレスと、ポート識別符号取得手段から取得したポート識別符号と、固有符号取得手段から取得した無線端末装置の固有符号と、を対応付けた対応情報を生成することを特徴とする情報転送装置。
請求項１に記載の情報転送装置において、
ポート情報制御部は、無線端末装置からの要求に応じて異なる基地局と通信を行う場合、無線端末装置に送信されなかった情報を移動前の基地局から回収し、回収された情報と情報記憶部に一時記憶された情報とを無線端末装置に送信することを特徴とする情報転送装置。