JP4799263B2 - 無線通信端末 - Google Patents
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Description
より詳細には、無線LAN環境下において高速なハンドオーバーを行う無線通信端末に関する。
[目次]
本発明の実施の形態については、以下の順に説明を行う。
1.全体構成
2.第1の実施の形態
3.第2の実施の形態
4.第3及び第4の実施の形態
5.接続履歴データベース
図1〜図4にかけて、全実施形態の共通事項を概略的に説明する。
図1は、本実施形態にかかる装置が置かれる環境を概略的に図示するものである。
9階フロア103にはABCD日本支社のLAN104が敷設されている。LAN104には無線LANのアクセスポイント(以下「AP」と略す)第1AP105、第2AP106及び第3AP107が接続され、それぞれのAPは電波の到達距離を考慮して所定の間隔にて離れて設置されている。例えば、第1AP105は図示しない第1の会議室に、第2AP106は図示しない廊下に、第3AP107は図示しない所定の部門の部屋にそれぞれ設置されている。
10階フロア102にはABCD本社のLAN108が敷設されている。LAN108には無線LANのアクセスポイント第4AP109及び第5AP110が接続され、それぞれのAPは電波の到達距離を考慮して所定の間隔にて離れて設置されている。例えば、第4AP109は図示しない第2の会議室に、第5AP110は図示しない第3の会議室にそれぞれ設置されている。
A氏112はABCD日本支社の社員だが、ABCD本社に赴いて会議に参加することもある。そのため、ノートパソコン111は9階フロア103において無線LAN接続ができるだけでなく、10階フロア102においても無線LAN接続ができる。
このため、ノートパソコン111内にはABCD日本支社の接続プロファイル(所望のAPに接続するために必要な情報。ESSID、CH、また必要であればユーザIDとパスワード等。)だけでなく、ABCD本社の接続プロファイルも持っている。
A氏112は9階フロア103のみならず10階フロア102へも移動する。その際、ノートパソコン111は直近のAPである第4AP109或は第5AP110に接続するために、接続プロファイルをABCD日本支社のものからABCD本社のものに切り替える必要がある。
例えば、9階フロア103において、第1AP105からいきなり第3AP107へハンドオーバーすることはまずあり得ない。第1AP105が存在する第1の会議室から第3AP107が存在する所定の部門の部屋へ移動する際には、必ず第2AP106が存在する廊下を通らなければならないからである。また、オフィスビル101内に設けられている図示しない階段の位置関係によっては、9階フロア103にある第1AP105、第2AP106、第3AP107から10階フロア102にある第4AP109、第5AP110のいずれかへハンドオーバーするAPは限られることとなる。仮に第1AP105と第4AP109の近隣に階段があり、A氏112は9階フロア103と10階フロア102の移動にその階段以外の移動手段を利用しないのであれば、フロアを跨いだハンドオーバーは第1AP105と第4AP109との間でしか生じ得ない。
第1AP105
BSSID(Basic Service Set Identifier):FFFFFFFFFF10
ESSID(Extended Service Set Identifier):ABCDJP
CH(CHannel):2
第2AP106
BSSID:FFFFFFFFFF1A
ESSID:ABCDJP
CH:4
第4AP109
BSSID:FFFFFFFFFF00
ESSID:ABCDGL
CH:3
第5AP110
BSSID:FFFFFFFFFF0A
ESSID:ABCDGL
CH:5
BSSIDとは、IEEE802.11シリーズの無線LANにおけるネットワークの識別子の一つで、48ビットの数値よりなり、通常はAPのMACアドレス(Media Access Control address)と同じものである。BSSIDは第2の実施の形態以降において重要な役割を持つ。
CHは無線LANのチャンネルである。無線LANが占有する周波数帯域を所定の周波数幅で区切ったものである。
9階フロア103に設置されている第1AP105、第2AP106及び第3AP107にはABCD日本支社のLAN104に接続されているので、「ABCDJP」というESSIDが付与されている。
10階フロア102に設置されている第4AP109及び第5AP110にはABCD本社のLAN108に接続されているので、「ABCDGL」というESSIDが付与されている。
ノートパソコン111は周知の電子計算機を構成する。
CPU202とROM203とRAM204は共通のバス205に接続され、所定の演算処理を行う。
バス205には周知のハードディスクドライブやフラッシュメモリ等よりなる不揮発性ストレージ206が接続されている。不揮発性ストレージ206にはネットワークOSと所定のソフトウェアやデータが格納されている。
ネットワークOSは例えば周知のパソコン用OSである。WINDOWS(登録商標)、Macintosh(登録商標)OS、Linux(登録商標)等、多種多様のものが存在する。これらに共通する事項は、周知のインターネット接続に必要な、TCP/IPプロトコルスタックを有することである。
CPU202とROM203とRAM204と不揮発性ストレージ206は第1のマイクロコンピュータ(以下「第1マイクロコンピュータ」)207を構成する。
バス205には所定の文字や映像等を表示するLCD208を駆動するビデオインターフェース209が接続されている。
バス205には汎用シリアルバスであるUSBインターフェース210が接続され、その先にはキーボード211とポインティングデバイス212が接続されている。
バス205には無線LANインターフェース213も接続されている。
無線LANインターフェース213は、高周波信号処理部(以下「RF部」と略す。RFは"Radio Frequency"の略)214と第2のマイクロコンピュータ(以下「第2マイクロコンピュータ」)215よりなる。
無線LANインターフェース213はRF部214にてAPと高速時分割処理にて電波の送受信を行い、第2マイクロコンピュータ215による変復調処理を介してデータの送受信を実現する。
電波強度測定部302は、後述するAP接続制御部303の制御を受けて、AP接続制御部303が選択した無線LANのCHにおける、APが発するビーコンを、無線LANインターフェース213にて受信して、その信号レベルを見る。つまり、選択したCHにおけるAPの電波の強さを測る。
AP接続制御部303は無線LANインターフェース213による無線LANの接続を制御する。このために前述の電波強度測定部302と、後述するAP探索部306、AP認証部307そして履歴テーブル308を制御する。
比較部304は電波強度測定部302の測定結果と閾値305とを比較して、電波強度が閾値305以上であるか否かを判定する。なお、後述するフローチャートの説明において、閾値305は複数存在する。
比較部304による比較結果はAP接続制御部303に供され、無線LANインターフェース213を介した無線ネットワーク接続の制御に用いられる。
AP探索部306は無線LANインターフェース213から接続可能なAPを探索する。
履歴テーブル308は、接続したAPに関する情報、すなわちAPの接続履歴情報を記録し、再生する。履歴テーブル308は本実施形態において重要な役割を担うものであり、不揮発性ストレージ206に格納されるものである。詳細な構造は後述する。
本フローチャートは不揮発性ストレージ206に格納されるネットワークOSの一部である、無線LANインターフェース213のネットワーク接続処理プログラムを構成するものである。
ネットワークOSが無線LAN接続を選択すると(S401)、所定のAPに接続されているか否かを検証する(S402)。APの付近であれば使用者の選択操作或は自動にてAPにネットワーク接続される。
ネットワーク接続されると、履歴テーブル308に接続履歴情報が記録される(S403)。
ネットワーク接続中は常に電波強度測定部302にてAPが発するビーコンの信号強度(レベル)を監視し、APの電波強度が所定の閾値305を上回っているか否かを比較部304にて見る(S404)。
ビーコンレベルが閾値305を下回ったら、履歴テーブル308から現在のAPにおける履歴情報を取り出して(S405)、その優先順位から順番に新たなAPへの接続を試す(S406)。
接続ができたら、現在のAPを切断し、正式な接続等、所定の後処理を行い(S407)、再び接続履歴の記録(S403)から継続する。
リトライ回数が所定回数に達してもなお接続ができなかった場合は、従来技術と同様のAPスキャン等による接続処理を行う(S409)。すなわち、このステップにて行われることは、無線LAN接続のための「次善の策」である。接続できれば(S410)、接続履歴情報の記録(S403)から始まる一連の処理に戻る。接続できなければ、もはや万策は尽きたと判断し、LCD208にエラー表示して(S411)終了する(S412)。
履歴テーブル308に記録されている履歴情報は、無線通信端末がそれまで利用していたAPの情報が記録されているので、あるAPから次のAPに接続を切り替える(ハンドオーバー)際の情報を参照すれば、AP探索等にかかる手間と時間と電力が省略される。履歴がヒットすれば、極めて高速なハンドオーバー処理が実現する。これが本発明の基本的な技術思想である。
図5は本発明の第1の実施の形態にかかる、ノートパソコン111の中の第1マイクロコンピュータ207の動作を示すフローチャートである。本実施形態は図4のフローチャートに基づくものである。
ネットワークOSが無線LAN接続を選択すると(S501)、所定のAPに接続されているか否かを検証する(S502)。APの付近であれば使用者の選択操作或は自動にてAPにネットワーク接続される。
ネットワーク接続されると、履歴テーブル308に現在接続中のAPと、直前まで接続していたAPの情報を追加或は更新する(S503)。具体的な履歴情報の追加或は更新処理は後述する。
次に、ネットワークOSがRAM204内に設けた変数Nに’2’を代入する(S504)。これは後述する履歴情報を参照した接続リトライ処理のカウンタを構成する。
ネットワーク接続中は常に電波強度測定部302にてAPが発するビーコンの信号強度(レベル)を監視し、APの電波強度が所定の閾値305を上回っているか否かを比較部304にて見る(S505)。
ビーコンレベルが閾値305を下回ったら、接続履歴テーブル308から現在のAPにおける履歴レコードを取り出して、履歴リストにする(S506)。履歴リストの優先順位から順番にAPへの接続を試す。
履歴リスト中の履歴レコードには当該APのESSIDとCHが記録されているので、これを読み込み、当該CHにてプローブリクエストフレームを送信する、アクティブスキャンを行う(S507)。
アクティブスキャンを行ったら所定時間の間だけプローブレスポンス(プローブ応答ともいう)があったか否か見る(S508)。
APがプローブ応答に応えてくれたら、今度はそのビーコンレベルを見る(S509)。但し、ここで注意しなければならない点は、この時点で見るビーコンレベルは、前述のハンドオーバーのきっかけとなる(S505)ビーコンレベルの閾値以上である点である。折角ハンドオーバーしようとしても、ビーコンレベルが現在のAPよりも小さければハンドオーバーする意味はないからである。
ビーコンレベルが閾値以上であれば、現在接続中のAPを切断し(S510)、新たなAPとの認証(Authentication)及び接続処理(Association:アソシエーション、APに対して自分との接続を許可して貰う処理)を行う(S511)。接続処理が正常終了すれば、正常にハンドオーバーがなされたこととなる(S512)。ここで再び履歴テーブル308の更新処理へ向かう(S503)。
プローブ応答がなかった場合、ビーコンレベルが閾値305以下であった場合、接続処理が失敗した場合は、カウンタNを1減じる(S513)。次に、カウンタNが0より大きいか否かを見る(S514)。0より大きければ、先に作成した履歴リストの次のレコードによる(S515)リトライ処理を行う(S507)。
カウンタNが0と等しくなると、もはや履歴リストに基づくリトライ処理の制限回数を超えることとなるので、通常の接続処理を行う(S516、S517、S518及びS519)。
本実施形態においては、このためにESSIDを接続履歴テーブルに持たせている。
また、APとの認証及び接続の際には接続プロファイルも必要であり、接続プロファイルを区別するにはESSIDが手がかりとなる。
ネットワークOSがRAM204内に設けた、カウンタを構成する変数Mには、ノートパソコン111中の不揮発性ストレージ206に記憶されている接続プロファイルの全数に、現在接続中のAPのESSIDにおいて接続履歴のないCHの数を足した数を設定する(S601)。
次に、接続プロファイルの優先順位順か、或は現在のAPのESSIDにおいて接続履歴のないCHのレコードよりなる接続リストを作成する(S602)。この接続リストが本処理の基礎となる。
接続リストに基づき、当該CHにてESSIDを用いてアクティブスキャンを行う(S603)。
プローブ応答があれば(S604)ビーコンレベルを見て(S605)、閾値以上であれば現在のAPを切断し(S606)、新たなAPへの接続処理を試す(S607)。接続処理(アソシエーション)が完遂すれば(S608)図5のS503に処理を戻す。
プローブ応答がなかった場合、ビーコンレベルが閾値以下であった場合、接続処理が失敗した場合は、カウンタMを1減じる(S609)。次に、カウンタMが0より大きいか否かを見る(S610)。0より大きければ、先に作成した接続リストの次のレコードによるリトライ処理を行う(S611、S603)。
カウンタMが0と等しくなると、もはや接続リストのレコード全てに基づくリトライ処理を試して接続できなかったこととなるので、LCD208にエラー表示し(S612)、使用者のマニュアル操作による接続処理に移行するか、接続そのものを諦めることとなる(S613)。
図1において、A氏112がノートパソコン111を抱えて、第1AP105が存在する第1の会議室に居るとする。A氏が第1の会議室を出て廊下に赴くと、第1AP105との距離が離れ、第1AP105からの電波は弱くなる一方、第2AP106との距離が短くなり、第2AP106からの電波が強くなる。従来であればここで各CH毎にアクティブスキャンを行い、第2AP106を探索していた。本実施形態によれば、履歴テーブル308に第1AP105から隣接するAPは第2AP106及び第4AP109であることが過去のAP接続実績に基づいて記録されている。この履歴テーブル308に基づいてAP探索を行えば、アクティブスキャンを行う必要性は3CHにおいてESSIDがABCDGLに対するものと、4CHにおいてESSIDがABCDJPに対するもののみを行えば良いので、従来と比して極めて短時間にAPを探索し、見つけることが可能となる。
図7は本発明の第2の実施の形態にかかる、ノートパソコン111の中の第1マイクロコンピュータ207の動作を示すフローチャートである。本実施形態も第1の実施の形態と同様に図4のフローチャートに基づくものである。
図7のうち、履歴リストの作成処理までは図5と等しいので説明は省略する。すなわち、S701はS501と等しく、S702はS502と等しく、S703はS503と等しく、S704はS504と等しく、S705はS505と等しく、S706はS506と等しい。
第2の実施の形態の、第1の実施の形態との大きな違いは、履歴テーブル308にはESSIDとCHのみならず、APのBSSIDも記録されていることである。このため、ステップS706にて履歴テーブル308から作成された履歴リストにはBSSIDも含まれている。
履歴リストに基づき、履歴リストの最初のレコードのAPのビーコンレベルを閾値305と比較する(S707)。
比較の結果、ビーコンレベルが閾値以上であれば、当該APに対してESSIDとBSSIDを用いて認証要求(Authentication)を行う(S708)。
認証に成功したら(S709)、現在接続中のAPを切断し(S710)、新たなAPとの接続処理(Association)を行う(S711)。接続処理が正常終了すれば(S712)、正常にハンドオーバーがなされたこととなる。ここで再び履歴テーブル308の更新処理へ向かう(S703)。
カウンタNが0と等しくなると、もはや履歴リストに基づくリトライ処理の制限回数を超えることとなるので、通常の接続処理を行う(S716、S717、S718及びS719)。
ネットワークOSがRAM204内に設けた、カウンタを構成する変数Mには、ノートパソコン111中の不揮発性ストレージ206に記憶されている接続プロファイルの全数に、現在接続中のAPのESSIDにおいて接続履歴のないCHの数を足した数を設定する(S801)。
次に、接続プロファイルの優先順位順か、或は現在のAPのESSIDにおいて接続履歴のないCHのレコードよりなる接続リストを作成する(S802)。この接続リストが本処理の基礎となる。
接続リストに基づき、当該CHにてESSIDを用いてアクティブスキャンを行う(S803)。
プローブ応答があれば(S804)ビーコンレベルを見て(S805)、閾値以上であれば得られたBSSIDとESSIDを用いて、認証要求を行う(S806)。
認証に成功したら(S807)、現在接続中のAPを切断し(S808)、新たなAPとの接続処理を行う(S809)。接続処理が正常終了すれば(S810)、正常にハンドオーバーがなされたこととなる。ここで再び履歴テーブル308の更新処理へ向かう(S703)。
カウンタMが0と等しくなると、もはや接続リストのレコード全てに基づくリトライ処理を試して接続できなかったこととなるので、LCD208にエラー表示する(S814)。そして、これより使用者のマニュアル操作による接続処理を行うこととなる。
使用者のマニュアル操作による接続処理に先立ち、全CHのパッシブスキャンを行い、得られたESSIDを全て表示する(S901)。
使用者は表示されたESSIDの一覧を見て、接続可能と思われるAPへの接続を試みる(S902)。
認証に成功したら(S903)、現在接続中のAPを切断し(S904)、新たなAPとの接続処理を行う(S905)。接続処理が正常終了すれば(S906)、正常にハンドオーバーがなされたこととなる。ここで再び履歴テーブル308の更新処理へ向かう(S703)。
認証処理が失敗した場合、接続処理が失敗した場合は、ハンドオーバー処理そのものを中断するか継続するかを使用者に選択すべく、ダイアログボックスをLCD208に表示する(S907)。使用者はダイアログボックスにある「はい」「いいえ」のいずれかのボタンをポインティングデバイス212を用いてクリック操作する(S908)。すなわち、ハンドオーバー処理を継続するか(S902)諦めるかを選択する。諦めればそのまま終了となる(S909)。
図10はダイアログボックスの一例である。ダイアログボックス1001には、使用者に選択を促すメッセージ1002と「はい」ボタン1003と「いいえ」ボタン1004が存在する。
図11(a)及び(b)は、第3及び第4の実施の形態を示す処理のフローチャートである。これらは図7の点線で囲まれた部分の処理R721を置き換えるものである。
第3の実施の形態にかかる図11(a)では、新APとの認証に成功したら(S1101)、現APを切断せずにそのまま新APと接続処理を行う(S1102)。接続に成功したら(S1103)、その後現APを切断する(S1104)。このように処理の流れを構成することにより、無線通信端末がネットワークから接続が断たれる時間を短くすることができる。
TCP/IPネットワークの接続の切り替えを行った後に、現APとの接続を切断する(S1116)。このように処理の流れを構成することにより、無線通信端末がネットワークから接続が断たれる時間を極力短くすることができる。
第1の実施の形態においては、アクティブスキャンを行って、接続可能であれば現APの切断後、接続する。
第2の実施の形態においては、アクティブスキャンを省略し、いきなり新APとの認証を行って、接続可能であれば現APの切断後、接続する。
第3の実施の形態においては、アクティブスキャンを省略し、いきなり新APとの認証を行って、接続可能であれば接続した後、現APを切断する。
第4の実施の形態においては、アクティブスキャンを省略し、いきなり新APとの認証を行って、接続可能であれば接続し、TCP/IPネットワークの接続も切り替えた後、現APを切断する。
すなわち、第1の実施の形態から第4の実施の形態に至るまでには、如何にネットワーク接続が切断された状態を短くするか、という点において処理が工夫されている。
図12に、第1、第2、第3そして第4の実施の形態において利用可能な、接続履歴情報を格納する接続履歴テーブル308の具体的な形態を表す。これらは広義のデータベースを構成するものであり、いわば接続履歴データベースである。
例えば、現在AP番号1番のAPに接続している時にハンドオーバーをする必要性が生じたら、直後のAP番号である2番、4番、3番を、各々のフィールドから読み取り、利用回数で順位付けしてリトライ処理をすることとなる。
例えば、現在接続しているAPのAP番号が1番であれば、図13(f)の現在のAP番号の「1」でフィルタリングし、利用回数でソート(sort:並べ替え)する。得られたリストが履歴リストとなり、高速ハンドオーバー処理に供される。
(1)APによっては、ハンドオーバーが不可能なAPが存在する。例えば、自宅や極小規模のフリーAPのような場合である。このようなAPでは、本発明では接続履歴の回数を記録することができない。何故なら、履歴テーブル308の更新はハンドオーバーの際に生じるからである。
そこで、本発明の拡張として、ハンドオーバーされないAPについても履歴を取るようにする。
つまり、「次のAP」がNULL値であるAPの履歴レコードである。
一例としては、図13(f)において「直後のAP番号」がNULL(0x00)或はAP番号0又は−1とする。但し、AP番号0を用いる際には、図13(e)のAP番号は必ず1から始まるものとする必要がある。AP番号0は存在しないAPであることを示すためである。
このようなAPはハンドオーバーが不可能なAPであるものと認識し、接続したら次のAPの履歴が得られないのですぐに通常のハンドオーバーリトライ処理に移行するか、使用者に対してマニュアルの接続操作の要求に移行する等の処理が考えられる。
Claims (1)
- 無線ネットワークインターフェースと、
前記無線ネットワークインターフェースから接続可能な無線ネットワークのアクセスポイントを探索するアクセスポイント探索部と、
前記無線ネットワークインターフェースを通じて無線ネットワークのアクセスポイントと認証を行うアクセスポイント認証部と、
前記無線ネットワークインターフェースを通じて無線ネットワークのアクセスポイントとの接続の制御を行うアクセスポイント接続制御部と、
前記アクセスポイント接続制御部によって接続履歴と接続されなかった履歴とが記録され、また記録された接続履歴情報と接続されなかった履歴情報とを再生する履歴テーブルと、
前記アクセスポイント接続制御部によって選択された無線ネットワークのチャンネルにおけるアクセスポイントが発する電波の強度を測定する電波強度測定部と、
前記電波強度測定部によって得られる電波強度情報を所定の閾値と比較する比較部とよりなり、
前記アクセスポイント接続制御部は、ハンドオーバーの必要性を前記比較部にて検出した後、前記履歴テーブルに記録されている前記接続履歴情報と前記接続されなかった履歴情報とに基づいて、ハンドオーバーが可能であれば、前記履歴情報に優先順位が記されている場合は記されている前記優先順位から順番に新たな前記アクセスポイントへの接続を試みると共に、前記履歴情報に優先順位が記されていない場合は前記無線ネットワークに存在する全てのチャンネルを探索して新たな前記アクセスポイントへの接続を試みるべく、前記接続履歴情報に基づいて前記アクセスポイント探索部を制御し、ハンドオーバーが不可能であれば前記無線ネットワークに存在する全ての前記チャンネルを探索すべく、前記アクセスポイント探索部及び前記アクセスポイント認証部を制御する
ことを特徴とする、無線通信端末。
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