JP5034124B2 - 無線通信システム、無線基地局及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、チャネル切り替えを行う無線通信システム、無線基地局及び無線通信方法に関する。

近年、外部からのノイズや他の無線基地局との干渉により通信品質が劣化した場合には、無線基地局が通信品質の悪いチャネルから比較的通信品質の良いチャネルを検索し、通信品質の良いチャネルへ切り替える技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

また、携帯電話機等の無線端末からチャネル確立再要求があった場合に、同一の無線端末に同一のチャネルを割り当てないようにする技術も開示されている（例えば、特許文献２）。つまり、上記特許文献２の技術では、まず、チャネル確立要求を受けて無線基地局が割り当てたチャネルを無線端末に通知する。そして、上記通知後に無線端末からチャネル確立要求が再度あった場合には、無線基地局は前回通知したチャネルと他の無線端末に割り当てたチャネル以外のチャネルを割り当てる。

上述したような技術を適用することで、無線基地局は、エリア内に存在する携帯電話機等の無線端末の通信品質を確保している。図５は、上記したような無線基地局がチャネルを変更した際の無線端末との通信のシーケンス図である。以下に、無線基地局が無線端末と通信時にチャネルを変更した際の接続先の切り替え動作（ハンドオーバ）を行ったときの動作ついて、図５に示すシーケンス図を用いて説明する。

図５に示すように、無線基地局１１０と無線端末２００が通信を行っている際（ステップＳ５１）に、無線基地局１１０が使用しているチャネルに対して外来波やトラフィックが多いために輻輳が起きている場合には、無線基地局１１０はチャネルの切り替え（Ａ）を行う。ここで、無線基地局１１０がチャネルを変更する際に無線端末２００と通信を行っていた場合には、それまでの通信を継続することができないので、無線端末２００は無線基地局１１０のチャネルが変更された後に、各チャネルをスキャンし、無線基地局を再度検索する（ステップＳ５２）。尚、切り替え接続先チャネルは、無線基地局１１０が受信する各チャネルの無線通信品質により、無線基地局が決定する。

特開２００３−３４８００７号公報 特開平１１−２２５３７３号公報

しかし、上記特許文献１や特許文献２の技術では、無線基地局が通信に使用するチャネルの判断は無線基地局に委ねられ、無線基地局が最適と判断するチャネルへ強制的に切り替えていた。しかしながら、音声や動画を扱うリアルタイム通信においては、無線基地局が強制的にチャネルを切り替えることによって無線端末が通信を継続することができない状態となってしまい、接続する無線基地局を再度検索する必要があるため、通信が数秒間途切れることや通信が切断してしまうという課題があった。また、待ち受け時であっても、無線端末が無線基地局のチャネルの変更を察知し、新しいチャネルを検索するまでの間は、無線端末は通信を行うことができないという課題もあった。

本発明はこのような実情を鑑みてなされたものであり、上記課題を解決し、チャネル又は帰属する無線基地局の切り替えの際に無線端末の通信が途切れることを防止する無線通信システム、無線基地局及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の無線通信システムは、少なくとも１以上の無線基地局と、無線端末と、サーバと、を備える無線通信システムであって、サーバは、少なくとも１以上の無線基地局の情報を記録及び管理する管理手段を有し、無線基地局は、通信に使用しているチャネルの通信品質を監視する監視手段と、監視手段の監視結果に基づいて、周辺のチャネルから良好な電波通信品質のチャネルを検索する検索手段と、検索手段により検索された良好な電波通信品質のチャネルの情報と、管理手段に管理された他の無線基地局の情報と、を無線端末に通知する通信手段と、を有し、無線端末は、通信手段により通知された情報に基づいて、チャネル及び帰属する無線基地局の何れを切り替えるかを判断する判断手段を有することを特徴とする。

本発明の無線基地局は、無線端末との通信に使用しているチャネルの通信品質を監視する監視手段と、監視手段の監視結果に基づいて、周辺のチャネルから良好な電波通信品質のチャネルを検索する検索手段と、検索手段により検索された良好な電波通信品質のチャネルの情報と、ネットワークを介して接続されているサーバの管理手段に管理された他の無線基地局の情報と、を無線端末に通知する通信手段と、を有することを特徴とする。

本発明の無線通信方法は、少なくとも１以上の無線基地局と、無線端末と、サーバと、を備える無線通信システムの無線通信方法であって、少なくとも１以上の無線基地局の情報を記録及び管理する管理ステップと、無線基地局が通信に使用しているチャネルの通信品質を監視する監視ステップと、監視ステップの監視結果に基づいて、周辺のチャネルから良好な電波通信品質のチャネルを検索する検索ステップと、検索ステップにより検索された良好な電波通信品質のチャネルの情報と、管理ステップにより管理された他の無線基地局の情報と、を無線端末に通知する通信ステップと、通信ステップにより通知された情報に基づいて、無線端末がチャネル及び帰属する無線基地局の何れを切り替えるかを判断する判断ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、チャネル又は帰属する無線基地局の切り替えを行っても、無線端末の通信が途切れることを防止することが可能となる。

本実施形態係る無線通信システムの概略構成例を示す図である。 本実施形態に係る無線通信システムの概略機能構成例を示すブロック図である。 本実施形態に係る無線通信システムの動作例を示すシーケンス図である。 本実施形態に係る無線通信システムの動作例を示すシーケンス図である。 本発明の関連する無線通信システムの動作例を示すシーケンス図である。

以下に本発明の実施形態の例について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る無線通信システムの概略構成例を示す。図１に示すように、本実施形態に係る無線通信システムは、呼接続サーバ１００と、少なくとも１以上の無線基地局１１０、１２０と、少なくとも１以上の無線端末２００と、を備えている。尚、図１では、伝送媒体に無線を利用した無線端末２００と、有線ＬＡＮ（Local Area Network）回線に接続された無線基地局とを配置し、音声や動画などのリアルタイム通信を提供としたマルチメディア無線ネットワークのシステム構成を例に挙げて示しているが、これに限定されるものではない。また、無線基地局を２つ備える例を示しているが、これに限定されるものではなく、１以上であればよい。

本実施形態に係る無線通信システムの呼接続サーバ１００は、複数の無線基地局の制御を行う。無線端末２００は、呼接続サーバ１００配下の無線基地局１１０に帰属している。無線基地局１１０は、チャネルを切り替える際に無線端末２００に対して通知を行い、通信が途切れないように制御する。

図２は、本実施形態に係る無線通信システムの概略機能構成例を示す。図２に示すように、本実施形態に係る無線通信システムの呼接続サーバ１００は、管理部１０１を備えており、管理部１０１は、接続された無線基地局の情報を管理、保存している。尚、ネットワークを介して無線基地局の情報を取得することにより、有線ＬＡＮ回線に接続されていない無線基地局の情報も管理することももちろん可能である。

無線基地局１１０は、監視部１１１、検索部１１２、通信部１１３を備えている。監視部１１１は、通信に使用しているチャネルの通信品質を常時監視する。検索部１１２は、通信品質のよいチャネルを検索する。通信部１１３は、呼接続サーバ１００や無線端末２００と情報の送受信を行う。尚、無線基地局１２０も同様の構成を備えている。無線端末２００は、判断部２０１を備えており、判断部２０１は、無線基地局１１０からの通知に基づいてチャネルを切り替えるか、あるいは他の無線基地局に帰属するかを判断する。

無線端末２００は、無線基地局１１０、１２０とインターネットプロトコル（ＩＰ）を用いて通信が可能である。尚、本実施形態では、以下音声通信を例に挙げて説明するが、動画や常時データ通信を行うデータ端末等のリアルタイム性が要求されるマルチメディア通信においても適用が可能である。

図１中に示す符号（Ａ）は、無線基地局１１０が無線端末２００との通信中に、チャネルを１チャネルから６チャネルに切り替えること示している。ここで、無線基地局１１０は、無線端末２００に対して、現在使用している１チャネルから６チャネルに切り替える旨の情報を通知する。また、無線基地局１１０に接続された呼接続サーバ１００の情報に基づいて、周辺に無線端末２００と通信の可能な無線基地局１２０が確認できる場合は、無線基地局１１０は、上記情報と同時に呼接続サーバ１００から取得した無線基地局１２０の情報も通知する。

無線端末２００は、無線基地局１１０から通知された情報に基づいて最適な無線基地局を判断して選択する。最適な無線基地局が現在接続している無線基地局１１０である場合には、無線端末２００は新しいチャネル６で通信を継続する。他方、最適な無線基地局が現在接続している無線基地局１１０ではなく、他の無線基地局である場合には、接続先の切り替え動作（以下、ハンドオーバ）を行い、通信を継続させる。

図３は、本実施形態に係る無線通信システムのハンドオーバ動作の例を示す。以下、本実施形態に係る無線通信システムのハンドオーバ動作の例について、図３に示すシーケンス図を用いて説明する。

無線基地局１１０と無線端末２００とは接続されており、通信をしている状態である（ステップＳ３１）。無線基地局１１０の監視部１１１は、通信に使用しているチャネルの通信品質を常に監視している。監視部１１１が、無線基地局１１０が使用しているチャネルに対して外来波やトラフィックが多いために輻輳が起きていること等を関知し、通信品質が悪いと判断すると、検索部１１２は、他のチャネルをスキャンし、より通信品質のよいチャネルを検索する。

ここで監視部１１１は、ある一定の閾値を下回った場合に、通信に使用しているチャネルの通信品質が悪いと判断する。具体的には、監視部１１１は現在接続している無線端末２００からの報知情報やデータフレームと、無線端末２００から送信されたデータフレームに対する応答確認パケットの受信レベル及び受信レベルとノイズフロアとの比率（以下ＳＮ比と示す）を計測し、予め設定された閾値との比較を行う。

ここで、受信レベル又はＳＮ比が予め設定された閾値を下回ると、検索部１１２は、周辺の他のチャネルを検索する。尚、検索部１１２が受信レベルの高いまたはＳＮ比の大きいチャネルを検索するようにするとよい。検索部１１２による検索の結果、現在使用しているチャネルよりも通信品質のよいチャネルが見つかった場合、無線基地局１１０は、通信している無線端末２００に、新しく使用するチャネルと呼接続サーバ１００の管理部１０１に記録されている他の無線基地局１２０等の情報を通知する（ステップＳ３２）。

上記ステップＳ３２における通知を受信した無線端末２００は、無線端末２００に保存されている管理テーブルの情報と比較し、最適な無線基地局に帰属する。その際にすでに帰属している無線基地局１１０との通信を継続する場合は、継続してデータ通信を行う（ステップＳ３３）。

上述したような動作を行うことにより、例えば音声通信中にチャネル切り替えを行う場合であっても、無線端末において音声通信が途切れることを防止し、良好な通信を継続することができる。

他方、すでに帰属している無線基地局１１０との通信を継続せず、他の無線基地局１２０に帰属する場合には、図４に示すような無線基地局との接続切り替え（ハンドオーバ）を行う（ステップＳ４４、Ｓ４５）。ここで、他の無線基地局１２０へ接続切り替え（ハンドオーバ）を行う際には、より最適な無線基地局への斡旋や接続先の切り替えにかかる時間を短くし円滑に行うため、例えば特開２００５−１０９８２３号公報に記載された技術を適用するとよい。

具体的には、本実施形態に係る無線通信システムにレイヤ２スイッチ装置、認証サーバをさらに備えることで、無線基地局を用いた無線通信システムで無線端末が無線基地局を切り替える際の再認証処理において、無線基地局で管理されていた無線端末のアソシエーション情報と、認証結果情報と、暗号鍵情報とをレイヤ２スイッチ装置で管理する。そして、切り替え先の無線基地局からの無線端末の再認証要求に対して、レイヤ２スイッチ装置は自己の記憶部内の認証管理テーブルを参照し、既に認証されている場合には接続許可の認証応答を行い、認証されていない場合には接続不許可の認証応答を返す。尚、認証管理テーブルに認証結果が記録されていない場合には、無線基地局からレイヤ２スイッチ装置を介して認証サーバと無線端末との間で認証を行うように制御する。

また、無線基地局は、無線端末からの再接続時の再認証要求に対して、レイヤ２スイッチ装置に認証結果情報の問い合わせを行い、その結果に応じて、接続管理を行う。これにより、複数の無線基地局間でローミングした場合であっても、再認証を不要とし、接続切り替え時間を短縮することが可能となる。

ここで、接続を許可／拒否する認証機能を一元管理するレイヤ２スイッチ装置には、複数の無線基地局が接続されおり、各無線基地局は、レイヤ２スイッチ装置の何れかを介してＬＡＮに接続されている。レイヤ２スイッチ装置は、例えば、アソシエーションＩＤ（ＡＩＤ）と、認証ステータス（ＡＵＴＨ Ｓｔａｔｕｓ）と、認証結果情報有効期限（Ｅｘｐｉｒｅ ＴＩＭＥ）と、無線端末がアソシエートしている無線基地局のＢＳＳＩＤ（基本サービス識別子）と、無線端末と無線基地局が利用する無線ネットワークのＥＳＳＩＤ（拡張サービス識別子）と、認証サーバｉｎｄｅｘ（ＳＥＲＶＥＲ ｉｎｄｅｘ）と、暗号鍵情報（Ｋｅｙ）とが、無線端末を特定する情報に関連づけられて格納されている認証管理テーブルを有している。

アソシエーションＩＤ（ＡＩＤ）は、無線基地局に無線端末が関連付けられたときに認証サーバから与えられたユニークな番号である。認証ステータス（ＡＵＴＨ Ｓｔａｔｕｓ）は、認証サーバによる認証結果を示すものである。暗号鍵情報（Ｋｅｙ）は、無線端末と無線基地局との間での無線通信における暗号化に用いられるものであり、その無線端末が利用する秘匿鍵情報である。ここで、認証結果情報は、認証ステータスとアソシエーションＩＤとである。また、無線端末が認証サーバと認証を行った際のアソシエーション情報は、無線端末を特定する情報とアソシエーションＩＤとに関連づけられたＢＳＳＩＤと認証サーバｉｎｄｅｘとである。すなわち、無線端末を特定する情報とアソシエーションＩＤとが無線端末を識別する情報となり、その無線端末がどの無線基地局に帰属しているかをＢＳＳＩＤが示し、その認証がどの認証サーバにより行われたかを認証サーバｉｎｄｅｘが示す。尚、呼接続サーバ１００が、上記認証サーバの機能を兼ねるようにすることも可能である。

以上説明したように、無線基地局がチャネル切り替え前に切り替えチャネル及び他の通信可能な無線基地局の情報を無線端末に通知することにより、無線端末が音声や動画などのマルチメディアデータを扱うデータ通信を行っている場合であっても、音声や動画が途切れることなく通信を継続したまま、帰属する無線基地局を切り替えることができる。さらに、弱電界や急激に電波環境が変化する特定の環境下であっても、無線端末が接続先の無線基地局の切り替えを継続して補足することができる。

本実施形態により、無線基地局がチャネルの切り替えの動作を行う際に接続中の無線端末にその旨を通知することによって、無線端末が新たにチャネルを検索する必要が無くなり、チャネルの切り替えの動作時にも通信を確実に行うことが可能となる。また、チャネルを切り替える無線基地局が接続候補として他の無線基地局を示すことで、無線端末が更に接続可能な無線基地局を検索する時間を短縮し、音声通話品質を確保することが可能となる。

尚、各図のシーケンス図に示す処理を、ＣＰＵが実行するためのプログラムは本発明によるプログラムを構成する。このプログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、半導体記憶部や光学的及び／又は磁気的な記憶部等を用いることができる。このようなプログラム及び記録媒体を、前述した各実施形態とは異なる構成のシステム等で用い、そこのＣＰＵで上記プログラムを実行させることにより、本発明と実質的に同じ効果を得ることができる。

以上好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上述した無線通信システム、無線基地局及び無線通信方法に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であるということは言うまでもない。

１００ 呼接続サーバ
１０１ 管理部
１１０ 無線基地局
１１１ 監視部
１１２ 検索部
１１３ 通信部
１２０ 無線基地局
２００ 無線端末
２０１ 判断部

Claims (6)

1. 少なくとも１以上の無線基地局と、無線端末と、サーバと、を備える無線通信システムであって、
   前記サーバは、
   前記少なくとも１以上の無線基地局の情報を記録及び管理する管理手段を有し、
   前記無線基地局は、
   通信に使用しているチャネルの通信品質を監視する監視手段と、
   前記監視手段の監視結果に基づいて、周辺のチャネルから良好な電波通信品質のチャネルを検索する検索手段と、
   前記検索手段により検索された良好な電波通信品質のチャネルの情報と、前記管理手段に管理された他の無線基地局の情報と、を前記無線端末に通知する通信手段と、を有し、
   前記無線端末は、前記通信手段により通知された情報に基づいて、前記チャネル及び帰属する前記無線基地局の何れを切り替えるかを判断する判断手段を有することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記無線通信システムは、レイヤ２スイッチ装置をさらに備え、
   前記サーバは、
   前記無線基地局と前記無線端末との接続を認証する認証手段を有し、
   前記レイヤ２スイッチ装置は、
   前記無線端末に対する接続認証結果を記録する認証管理手段と、
   前記認証管理手段により記録された前記サーバによる前記無線端末に対する接続認証結果に基づいて、前記無線基地局に認証応答を送信する認証応答手段と、を有し、
   前記無線基地局は、
   前記無線端末からの再接続時の再認証要求に基づいてレイヤ２スイッチ装置に認証結果情報の問い合わせを行い、前記認証応答手段による認証応答に基づいて接続管理を行うことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記監視手段は、接続している前記無線端末から送信されたデータフレームと、前記無線端末から送信されたデータフレームに対する応答の受信レベル及び受信レベルとノイズフロアとの比率と、に基づいて通信品質を監視することを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信システム。
4. 無線端末との通信に使用しているチャネルの通信品質を監視する監視手段と、
   前記監視手段の監視結果に基づいて、周辺のチャネルから良好な電波通信品質のチャネルを検索する検索手段と、
   前記検索手段により検索された良好な電波通信品質のチャネルの情報と、ネットワークを介して接続されているサーバの管理手段に管理された他の無線基地局の情報と、を前記無線端末に通知する通信手段と、を有することを特徴とする無線基地局。
5. 少なくとも１以上の無線基地局と、無線端末と、サーバと、を備える無線通信システムの無線通信方法であって、
   前記少なくとも１以上の無線基地局の情報を記録及び管理する管理ステップと、
   前記無線基地局が通信に使用しているチャネルの通信品質を監視する監視ステップと、
   前記監視ステップの監視結果に基づいて、周辺のチャネルから良好な電波通信品質のチャネルを検索する検索ステップと、
   前記検索ステップにより検索された良好な電波通信品質のチャネルの情報と、前記管理ステップにより管理された他の無線基地局の情報と、を前記無線端末に通知する通信ステップと、
   前記通信ステップにより通知された情報に基づいて、前記無線端末が前記チャネル及び帰属する前記無線基地局の何れを切り替えるかを判断する判断ステップと、を有することを特徴とする無線通信方法。
6. 前記サーバが前記無線基地局と前記無線端末との接続を認証する認証ステップと、
   レイヤ２スイッチ装置により、前記無線端末に対する接続認証結果を記録する認証管理ステップと、
   前記認証管理ステップにより記録された前記無線端末に対する接続認証結果に基づいて、前記無線基地局に認証応答を送信する認証応答ステップと、
   前記認証応答ステップによる認証応答に基づいて接続管理を行うステップと、を有することを特徴とする請求項５記載の無線通信方法。

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