JP4981077B2 - ワイヤレスローカルエリアネットワークにおける近傍スキャン - Google Patents

Description

本発明は、一般に、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ：Wireless Local Area Network）に関し、より詳細には、近傍アクセスポイント（ＡＰ：Access Point）をスキャンするための方法に関する。

ＷＬＡＮは、その利便性および柔軟性を理由として、普及してきている。このようなネットワークに合わせた新たなアプリケーションが開発されているので、ＷＬＡＮの普及は、ますます進むものと予測される。有望分野の１つには、ＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）の使用が挙げられ、ユーザが移動している際の、連続するＷＬＡＮの展開エリアにおける、シームレスなサービスの継続性（すなわち、ハンドオーバ）のサポートに対する要求が高まっている。

ＩＥＥＥ ８０２．１１規格では、ステーション（ＳＴＡ：station）は、ＡＰを識別するために、２つの異なるモード、すなわち、アクティブスキャンモード、および、パッシブスキャンモードを使用することができる。ＳＴＡがアクティブスキャンモードとパッシブスキャンモードとのうちのどちらを使用するかは、通常、構成可能な設定により、決定される。実際、両方のモードが使用される。アクティブスキャンモードでは、ＳＴＡは、１つの周波数チャネルを選択して、プローブ要求フレームを送信し、次いで、プローブ応答フレームの形態をとる応答を受信するのに、所定の時間の間待つ。ベーシックサービスセット（ＢＳＳ：Basic Service Set）が、インフラストラクチャモードにおいて動作している場合、プローブ応答フレームは通常、ＡＰにより送信される。ＳＴＡが、所定の時間の間に、プローブ応答フレームを受信しなかった場合、ＳＴＡは、新たな周波数にチューニングし、このプロセスを繰り返す。

パッシブスキャンモードでは、ＳＴＡは、ＡＰによる一定の時間間隔でのビーコンフレームのブロードキャストを捕捉する（capture）ために、特定の周波数にチューニングして、所定の時間の間リスンすることにより、その周波数チャネル上でＢＳＳの存在を発見しようと試みる。ＳＴＡが、所定の時間の間にビーコンフレームを受信しなかった場合、ＳＴＡは、新たな周波数にチューニングし、このプロセスを繰り返す。

パッシブスキャンモードを使用する場合、ＳＴＡは、どの周波数チャネル上で、候補となるＡＰを見つけ出す可能性が高いかを知ることができるが、ビーコンフレームを近傍ＡＰがいつ送信するかについては、正確には分からない。通常、ビーコンフレームは、予め定められた固定の時間間隔で、例えば、１００ｍｓごとに送信される。最悪の場合、ＳＴＡは、対象となる周波数にチューニングしてから、ビーコンフレームが発生するまで、少なくとも１００ｍｓ待たなければならない。ＳＴＡが１つの受信機しか有さない場合、ＳＴＡが対象となる周波数に対してパッシブスキャンを実行している間に、前の周波数を介して進行しているサービスが中断される。

ＷＬＡＮにおいて効率的なハンドオーバを実行することには、いくつかの要件が含まれる。これらの要件として、例えば、ハンドオーバの候補となる適切なＡＰの識別および測定と、対象となるＡＰにおけるＳＴＡの認証およびセキュリティコンテキストの確立と、対象となるＡＰとの再アソシエーションと、対象となるＡＰへのデータリンクの転送とが挙げられる。

完全かつシームレスな移動性のサポートの提供を考慮することを目的としたＷＬＡＮは、これまでのところ開発されていない。現行のＷＬＡＮシステムに関する問題の１つは、ＳＴＡによる候補となる適切なＡＰの識別および測定が、時間を要するプロセスであるということである。このプロセスは、数百ミリ秒の間続くこともある。さらに、ＳＴＡの挙動はうまく特定されず、測定プロセスに要する時間は、製造メーカによって選択された様々な実装によって、大幅に異なる可能性がある。

ユーザによるサービスの顕著な中断を回避するために、例えば、ＶｏＩＰのコール中、ハンドオーバプロセスは、迅速に実行される必要がある（サービス中断時間は通常、数十ミリ秒から数百ミリ秒を超えてはならない）。さらに、ＳＴＡによる候補となる近傍ＡＰの測定および識別プロセスは、進行しているサービスのパフォーマンスに対して、著しい影響を与えてはならない。

したがって、パッシブスキャンモードを使用している間でも、特にＶｏＩＰに対して、サービスの継続性と、シームレスなハンドオーバとを確実にすることが可能となるように、パッシブスキャンモードの効率性を改善する必要がある。

本発明には、候補となる近傍ＡＰの送信間隔とスケジューリングとに関する方法、シグナリング機構、および、タイミング情報が含まれる。ＡＰは、候補となる近傍ＡＰに関するタイミング情報をＳＴＡに送信する。次いで、ＳＴＡは、そのタイミング情報を使用して、対象となる周波数へのチューニングをスケジューリングし、最小限の時間で、対象となるＡＰの識別および測定を行う。

候補となる近傍ＡＰに関するタイミング情報は、（例えば、ビーコンフレームに含まれる）ブロードキャスト／マルチキャストタイプのフレーム、または、ユニキャストタイプの媒体アクセス制御（ＭＡＣ：Medium Access Control）フレームを用いて、ＳＴＡに送信することができる。さらに、タイミング情報を含む情報エレメント（ＩＥ：Information Element）は、ＭＡＣ管理フレーム内に含めて送信することもできるし、または、ＭＡＣ制御フレームもしくはＭＡＣデータフレームにピギーバックすることもできる。

ＳＴＡと、ＳＴＡにアソシエートされている第１のＡＰと、第２のＡＰとを有するＷＬＡＮにおいて近傍スキャンする方法は、第２のＡＰから送信されるビーコン信号に関するタイミング情報を生成することにより開始する。ＳＴＡは、タイミング情報に基づいて、第２のＡＰから送信されるビーコン信号をリスンする時間をスケジューリングする。

ＷＬＡＮにおいて近傍スキャンするシステムは、ＳＴＡと、ＳＴＡにアソシエートされている第１のＡＰと、第２のＡＰとを備える。ＳＴＡは、第１のタイミング情報デバイスと、第１のタイミング情報デバイスからタイミング情報を受信するように構成されたスケジューリングデバイスと、通信信号を受信し、スケジューリングデバイスにより制御することができる受信機とを含む。第１のＡＰは、第２のタイミング情報デバイスを含む。第２のタイミング情報デバイスは、ＳＴＡ内の第１のタイミング情報デバイスに、タイミング情報を送信する。第２のＡＰは、ビーコン信号を送信するビーコン送信デバイスを含む。タイミング情報は、ビーコン信号に関連する。

ＳＴＡと、ＳＴＡとアソシエートされているＡＰと、候補となるＡＰとの間でタイミング情報を通信する方法を示すフロー図である。 候補となる１つのＡＰをスキャンするタイミングを示す図である。 Ｎ個のチャネルをスキャンするタイミングを示す図である。 ＳＴＡと、ＳＴＡとアソシエートされているＡＰと、候補となるＡＰとの間でタイミング情報を通信するシステムを示す図である。

添付図面とあわせて理解すべき例示する以下の好ましい実施形態の記載から、本発明をより詳細に理解することができよう。

以下において、用語「ステーション（ＳＴＡ）」には、ワイヤレス送受信ユニット（Wireless Transmit/Receive Unit）、ユーザ端末、移動ステーション、固定式もしくは移動式加入者ユニット、ページャ、または、ワイヤレス環境において動作することができるその他の任意の種類のデバイスが含まれるが、これらに限定されるものではない。また、以下において、「アクセスポイント（ＡＰ）」と呼ぶときは、この用語には、ベースステーション、ノードＢ、サイトコントローラ、または、ワイヤレス環境におけるその他の任意の種類のインタフェーシングデバイスが含まれるが、これらに限定されるものではない。

本発明には、候補となる近傍ＡＰの送信間隔に関するタイミング情報をＳＴＡに送信して、パッシブスキャンモードの効率性を改善する方法が含まれる。このタイミング情報は、通常はビーコンフレームの送信時間である。

ＡＰは、候補となる近傍ＡＰに関するタイミング情報をＳＴＡに送信する。次いで、ＳＴＡは、そのタイミング情報を使用して、対象となる周波数へのチューニングをスケジューリングし、最小限の時間で、対象となるＡＰの識別および測定を行うことができる。

図１は、ＳＴＡ１０２と、ＳＴＡ１０２とアソシエートされているＡＰ（ＡＰ１）１０４と、候補となるＡＰ（ＡＰ２）１０６との間でタイミング情報を通信する方法１００のフロー図である。任意的である第１ステップとして、ＳＴＡ１０２は、ＡＰ１ １０４に、候補となるＡＰ２ １０６に関するタイミング情報を要求し（ステップ１１０）、次いで、ＡＰ１ １０４は、ＡＰ２ １０６にタイミング情報を要求する（ステップ１１２）。ＡＰ２ １０６は、自身のタイミング情報をＡＰ１にレポートする（ステップ１１４）。このステップは、ＡＰ１が事前にＡＰ２のタイミング情報を得ていない場合にのみ必要となる。（以下で説明するように、）ＡＰ１がタイミング情報を得るための手段は他にもある。ＡＰ１は、ＡＰ２に関するタイミング情報をＳＴＡ１０２にレポートする（ステップ１１６）。次いで、ＳＴＡ１０２は、ＡＰ２のビーコンを受信する（hear）ために、ＡＰ２の周波数にチューニングする時間をスケジューリングする（ステップ１１８）。

候補となる近傍ＡＰのタイミング情報には、例えば、次のものが含まれ得る。すなわち、ビーコン間隔（ビーコンフレームが発生する周期）、対象となるビーコンフレームの送信時間、コンテンションフリー（contention-free）の期間およびコンテンションベース（contention-based）の期間である。候補となる近傍ＡＰに関するタイミング情報は、絶対的な時間基準（例えば、「近傍ビーコンフレームは、時間ｘｙｚに発生する」などのタイムスタンプ）、または、既知の基準に対する相対的な時間差（タイミング情報がＡＰ１からＳＴＡに送信されたフレーム、あるいは、以前または現在のＡＰ１のビーコンフレームとの時間ユニット数の差を示すものなど）の形態で、ＳＴＡに通信することができる。

デバイスが、ビーコンを送信する前に進行中の送信／受信の全てが終了するまで待機する必要があるために、次のビーコンフレームの送信のタイミングは、数ミリ秒以上の精度でしか分からないので、ＡＰは、予測される受信に対する時間の間隔（または、同等のものとして、目標時間に不確定の幅（margin）を加えた時間）をＳＴＡにシグナリングする。

ＳＴＡに提供されるタイミング情報は常に、不確定期間（uncertainty period）により、または、ＳＴＡがタイミング情報と不確定期間とのうちの少なくとも一方を導出できるようにする特定のルールにより、補完することができる。一般に、現在のＡＰは、候補となるＡＰのビーコンフレームが、現在のＡＰのビーコンフレームよりもＮ回の時間ユニット分だけ早く発生することを通知するのみならず、候補となるＡＰのビーコンフレームが、不確定要素（uncertainties）に起因して、指示された時間または時間間隔からＬ回の時間ユニット分の後であり、かつ、Ｍ回の時間ユニット分よりも前に発生することも通知する。不確定期間は、ＡＰがタイミング情報を提供するたびに特定される代わりに、（例えば、ビーコンにより）別個にシグナリングされてもよいし、または、特定の固定値であってもよい。これらの手法の両方ともが、シグナリング帯域幅を節約する。

候補となる近傍ＡＰに関するタイミング情報は、（例えば、ビーコンフレームに含まれる）応答型（solicited）および／または非応答型（unsolicited）ブロードキャスト／マルチキャストタイプのフレームか、または、（例えば、アソシエーション応答フレーム、再アソシエーション応答フレーム、または、プローブ応答フレーム内の）応答型および／または非応答型ユニキャストタイプのＭＡＣフレームを用いて、ＳＴＡに送信することができる。タイミング情報を含む情報エレメント（ＩＥ）は、ＭＡＣ管理フレーム内に含めて（すなわち、ＭＡＣ管理フレームの一部として）送信することもできるし、ＭＡＣ制御フレームまたはＭＡＣデータフレームにピギーバックすることもできる。ＳＴＡにタイミング情報を通信することには、（ＭＡＣ⇔物理レイヤ（ＰＨＹ）⇔ＳＴＡ管理エンティティ（ＳＭＥ）などの）レイヤ間サービスプリミティブ（inter-layer service primitive）を用いて、アクションを開始し、確認し（confirm）、レポートすることが含まれる。そのアクションには、ＭＡＣシグナリングフレームの送信や測定アクションなどがある。

候補となる近傍ＡＰのタイミング情報は、特定のＡＰにおいて、いくつかの方法により生成することができる。それらの方法には、その特定のＡＰが、ネットワークサイド・シグナリング（network side signaling）を使用して、近傍ＡＰのタイミング情報を得ること；その特定のＡＰが、自身で近傍ＡＰを測定すること；その特定のＡＰが、ＳＴＡによる測定値のレポートを使用すること；または、その特定のＡＰが、ネットワーク上の汎用タイミングデバイスを使用することがある。

ネットワークサイド・シグナリングでは、ＡＰ群は、ＡＰ群を相互に接続する分散システムを介して、それらのビーコンの送信時間に関する情報を交換する。ネットワークサイド・シグナリングについては、いくつかの実装が可能である。それらの実装には、例えば、１つのＡＰが、分散システムにおける全てのＡＰに、自身のビーコン送信のタイミングに関する情報をブロードキャストすることや、１つのＡＰが、分散システムを介して応答する別のＡＰに、ビーコンタイミング情報を要求することがある。代替として、ＡＰは、ネットワーク・タイミング・データベースをクエリすることもできる。例えば、このネットワーク・タイミング・データベースは、近傍ＡＰに関する現在のタイミング情報を得るための集中リモートネットワーク管理エンティティまたは集中ローカルネットワーク管理エンティティの一部として、効果的に実現される。

ＡＰが、自身で近傍ＡＰを測定するとき、その測定ＡＰ（measuring AP）は、他のＡＰのビーコンをリスンし、ビーコンの送信時間を測定する。ビーコン送信間隔に基づいて、測定ＡＰは、その後のおよその送信時間を推定することができる。近傍ＡＰが、測定ＡＰと同一の周波数チャネルを使用する場合に、この方法は有用である。そうでない場合、この方法では、測定ＡＰは、ビーコンをリスンできるよう、適宜、他の周波数チャネルにチューニングする必要があり、これは、それほど有用な解決策ではない。

ＡＰがＳＴＡによる測定値のレポートを使用する場合では、ＳＴＡは、ビーコン送信間隔、近傍ＡＰのＩＤ、および近傍ＡＰのタイムスタンプとともに、ＳＴＡが近傍ＡＰからビーコンを受信した時間を、調整ＡＰ（coordinating AP）にレポートする。調整ＡＰは、絶対的な時間基準および相対的な時間基準のこの組合せを使用して、タイミング情報を導出することができる。調整ＡＰは、この情報をメモリに記憶し、近傍ＡＰに関する、その後のおよその送信時間を推定する。

ＳＴＡがＢＳＳに参入するとき、ＳＴＡは、アソシエーション要求フレーム内、再アソシエーション要求フレーム内、またはプローブ要求フレーム内にフラグを設定することができる。ＳＴＡが、対応するアソシエーション応答フレーム内、再アソシエーション応答フレーム内、またはプローブ応答フレーム内の近傍レポートエレメント（neighbor report element）を受信することを望んでいることを指示するために、このフラグが使用される。このフラグは、様々な方法により実装することができる。例えば、このフラグは、単純なビットフラグとして実装することもできるし、ＳＴＡがＡＰから得ることを所望する情報のタイプを示す複数の値を含むＩＥとして実装することもできる。近傍レポートエレメントには、タイミング同期機能（ＴＳＦ：Timing Synchronization function）情報フィールドを含めることができる。ＴＳＦ情報フィールドには、ＴＳＦオフセット値と、近傍ＡＰに関するビーコン間隔値とが含まれる。ＴＳＦオフセット値は、タイミングユニット（ＴＵ：Timing Unit）を用いて表される。ＴＵは、例えば、一般性を喪失することなく、１マイクロ秒の長さである。ＴＳＦオフセット値は、調整ＡＰに対する、調整ＡＰと近傍ＡＰとの間の、ＴＵを用いて表されるタイミングオフセットである。有効な一実施形態において、ビーコン間隔値は、一般性を喪失することなく、目標ビーコン送信時間（ＴＢＴＴ：Target Beacon Transmission Time）として表すことができる。ＴＢＴＴは通常、１００ｍｓであるデフォルト値を有する。

候補となる近傍ＡＰに関するタイミング情報は、ＡＰの管理情報ベース（ＭＩＢ：Management Information Base）において、記憶することもできるし、アクセスすることもできるし、構成することもできる。ＭＩＢは、ＭＡＣレイヤＭＩＢまたはＰＨＹレイヤＭＩＢのいずれかとすることができる。

図２および図３は、２つのシナリオを示している。図２において、ＳＴＡが候補となる近傍ＡＰに関するビーコンフレームのおよその到達時間を識別したときに、ＳＴＡが、特定のＡＰを認識するための所与の周波数上に存在している必要があるスキャン時間は、タイミング情報が知られている場合、通常数ミリ秒程度であり、タイミング情報が知られていない場合、１回の完全なビーコン間隔（通常１００ｍｓ）よりも少々少ない時間である。

図３には、様々な周波数上で複数のＡＰをスキャンする際の、提案した方法の利点が示されている。通常、タイミング情報を使用する場合、ＳＴＡは、ビーコンフレームの発生に基づいてスケジュールを確立し、１回または２〜３（a few）回のビーコン間隔内で、全てのビーコンフレームを測定することができる。しかしながら、タイミング情報が使用されない場合、ＳＴＡは、７〜８（several）回のビーコン間隔を必要とする。図３に示した「不確定間隔（uncertainty interval）」は、他の送信を優先させる必要性に起因する、ビーコンの送信の正確な時間に関する不確定さを示している。

上述した方法は、ＩＥＥＥ ８０２．１１に準拠するＷＬＡＮに適用可能であり、特に、８０２．１１ｒ（高速ＢＳＳ送信（Fast BSS Transmission））、８０２．１１ｓ（拡張サービスセット（ＥＳＳ）メッシュ）、８０２．１１ｋ無線リソース測定、および、８０２．１１ｎ（高スループットＷＬＡＮ）に準拠するＷＬＡＮに適用可能である。

図４は、ＳＴＡ４０２と、ＳＴＡ４０２とアソシエートされているＡＰ（ＡＰ１）４０４と、候補となるＡＰ（ＡＰ２）４０６との間でタイミング情報を通信するシステム４００を示す図である。タイミング情報が、分散ネットワークを介して、ＡＰ２からＡＰ１に送信される場合に、システム４００を使用することができる。ＳＴＡ４０２は、タイミング情報デバイス４１０、スケジューリングデバイス４１２、受信機４１４、およびアンテナ４１６を含む。ＡＰ１ ４０４は、タイミング情報デバイス４２０を含む。ＡＰ２は、タイミング情報デバイス４３０、ビーコン送信デバイス４３２、およびアンテナ４３４を含む。

システム４００は次のように動作する。任意的なステップとして、ＳＴＡ４０２は、タイミング情報デバイス４１０から、ＡＰ１ ４０４におけるタイミング情報デバイス４２０に要求を送信することによって、ＡＰ２ ４０６に関するタイミング情報を要求する。ＡＰ１ ４０４は、タイミング情報デバイス４２０およびタイミング情報デバイス４３０をそれぞれ介して、ＡＰ２ ４０６に関するタイミング情報を受信する。図１と関連させて上述したように、ＡＰ１ ４０４は、様々な方法により、ＡＰ２ ４０６に関するタイミング情報を得ることができる。

ＡＰ２ ４０６では、ビーコン送信デバイス４３２が、アンテナ４３４を介してビーコンを送信し、タイミング情報デバイス４３０に、そのビーコンを送信するためのタイミング情報を通信する。タイミング情報は、タイミング情報デバイス４３０から、ＡＰ１ ４０４内のタイミング情報デバイス４２０に送信される。ＡＰ１ ４０４は、タイミング情報デバイス４２０から、ＳＴＡ４０２内のタイミング情報デバイス４１０に、ＡＰ２ ４０６に関するタイミング情報を送信する。

ＳＴＡ４０２がＡＰ２ ４０６に関するタイミング情報を受信すると、タイミング情報は、タイミング情報デバイス４１０からスケジューリングデバイス４１２に送信される。スケジューリングデバイス４１２は、ＳＴＡ４０２が受信機４１４を調整して、ＡＰ２ ４０６からのビーコン送信をスキャンして受信する時間を決定する。

本発明の特徴および要素を、好ましい実施形態における特定の組合せをもって、説明したが、各特徴または各要素は、（好ましい実施形態のその他の特徴および要素なしで、）単独で使用することもできるし、本発明のその他の特徴および要素の有無に関係なく、様々な組合せをもって、使用することもできる。

Claims (5)

1. ステーションと、前記ステーションにアソシエートされている第１のアクセスポイント（ＡＰ）と、第２のＡＰとを有するワイヤレスローカルエリアネットワークにおいて近傍スキャンする方法であって、
   前記方法は、
   前記ステーションから前記第１のＡＰにタイミング情報要求を送信するステップと、
   前記第１のＡＰからタイミング情報レポートを受信するステップであって、前記タイミング情報レポートは、前記第２のＡＰによって送信されるビーコン信号についてのタイミング情報を含み、前記タイミング情報は、前記ビーコン信号の送信についての既知の基準時間に対する時間差を含み、前記時間差は、タイミングユニットのオフセットであり、それによって、前記近傍スキャンが前記タイミング情報を受信する前記ステーションによって達成される、ステップと、
   前記第２のＡＰによって送信される前記ビーコン信号をリッスンするための前記ステーションの時間をスケジューリングするステップであって、前記スケジューリングは、前記タイミング情報レポートに基づくものである、ステップと
   を備えることを特徴とする方法。
2. 前記基準時間は、前記第２のＡＰからの第１のビーコン信号についてのターゲットビーコン送信時間であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記受信するステップは、媒体アクセス制御フレームの情報エレメントの前記タイミング情報レポートを受信することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. ステーションから第１のアクセスポイント（ＡＰ）にタイミング情報要求を送信し、タイミング情報レポートを前記第１のＡＰから受信するように構成されたタイミング情報デバイスであって、前記タイミング情報レポートは、第２のＡＰによって送信されるビーコン信号についてのタイミング情報を含み、前記タイミング情報は、前記ビーコン信号の送信についての既知の基準時間に対する時間差を含み、前記時間差は、タイミングユニットのオフセットである、タイミング情報デバイスと、
   前記タイミング情報デバイスと通信するスケジューリングデバイスであって、前記スケジューリングデバイスは、前記第２のＡＰによって送信される前記ビーコン信号をリッスンするための前記ステーションの時間をスケジューリングするように構成され、前記スケジューリングは、前記タイミング情報レポートに基づくものである、スケジューリングデバイスと
   を含むことを特徴とするステーション。
5. 前記タイミング情報デバイスは、媒体アクセス制御フレームの情報エレメントの前記タイミング情報レポートを受信するように構成されることを特徴とする請求項４に記載のステーション。

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