JP5370368B2 - 中継装置、端末装置および通信システム - Google Patents

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Description

本発明は、中継装置、端末装置および通信システムに関する。
近年、屋外に基地局を配設し、当該基地局を介して広いサービスエリアを提供するモバイルアクセスシステムが実用化されている。モバイルアクセスシステムは、例えば、図１２に示すように、携帯電話機などの携帯端末だけでなく、無線Ｉ／Ｆ機能を有するＰＣ（Personal Computer）カードを装着したＰＣや車載端末など、様々な高速データ通信用途に適用されている。なお、図１２は、従来技術に係るモバイルアクセスシステムを説明するための図である。
そして、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅとして標準化が進められているモバイルＷｉＭＡＸ（「ＷｉＭＡＸ」は、登録商標）（Worldwide Interoperability for Microwave Access）では、無線通信方式にＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access）が採用され、６４ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）のような高い符号化速度で変調するサブキャリアが複数用いられることに加えて、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）技術の活用などにより、数十Ｍｂｐｓ（Megabit per second）の通信速度が実現されている。
ところが、上述したような無線システムでは、一般的に、基地局が屋外に配設されるため、当該無線システムを屋内で利用する場合に、電波環境が屋外よりも劣化する。また、ＷｉＭＡＸ（登録商標）などの無線通信技術では、電波環境に応じて通信方式を変更するため、電波環境の劣化に起因して通信速度も低下する。
一方、屋内においては、ＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber Line）や光ブロードバンドなどで接続された有線、または、無線ＬＡＮ（Local Area Network）を利用できる家庭が多い。さらに、端末においては、有線ＬＡＮ（Ethernet（登録商標）など）のインタフェースや無線ＬＡＮ（Ｗｉ−Ｆｉ（「Ｗｉ−Ｆｉ」は、登録商標）（Wireless Fidelity）など）が標準で備えられているため、上述した屋内での様々な通信が利用可能である。
このような様々な通信が利用可能な端末は、例えば、屋外では無線接続サービスを、屋内では屋内接続の通信手段を利用して通信を行うが、異なる接続方式に切り替える場合には、通信中のセッション（接続）が切れることとなる。そこで、通信中の接続を切らすことなく通信を継続するための技術として、モバイルＩＰ（Internet Protocol）技術がある。
モバイルＩＰ技術は、見かけ上は同一のＩＰアドレスを用いつつ、異なる接続方式に切り替えることができる。例えば、モバイルＩＰ技術は、図１３に示すように、屋外において無線接続サービス（ＷｉＭＡＸ（登録商標））で接続し、当該接続を維持したまま、屋内においてＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）での接続に切り替える。なお、図１３は、従来技術に係るモバイルＩＰ技術を説明するための図である。
また、ＩＥＥＥ８０２．１６ｊとして標準化が進められているＷｉＭＡＸ（登録商標）では、基地局「ＢＳ（Base Station）」からの電波を中継するリピータ「ＲＳ（Relay Station）」を用いた技術がある。例えば、ＲＳを用いた技術は、図１４に示すように、接続方式がＷｉＭＡＸ（登録商標）のままであり、端末においては屋外にあるＢＳから屋内にあるＲＳにハンドオーバすることとなる。そして、ＲＳは、屋外にあるＢＳに接続し、端末とＢＳとのデータ通信を中継する。なお、図１４は、従来技術に係るリピータを用いた技術を説明するための図である。
また、屋内であっても、公共施設や店舗などにおいては、屋内対応の基地局（小型基地局「ｆＢＳ（femto Base Station）」）が個別に配設されることもある。例えば、小型基地局を用いた技術は、図１５に示すように、接続方式がＷｉＭＡＸ（登録商標）のままであり、端末においては屋外にあるＢＳから屋内にあるｆＢＳにハンドオーバすることとなる。そして、ｆＢＳは、屋外にあるＢＳを介すことなく無線アクセス網のＧＷ（Gate Way）に接続する。なお、図１５は、従来技術に係る小型基地局を用いた技術を説明するための図である。
また、例えば、ある移動端末装置とは別の装置がローカル網から該移動端末装置を介して該移動端末装置の所属する通信事業者網内のリソースにアクセスする通信システムが開示されている。
特開２００６−１２１７２８号公報
しかしながら、上述した従来技術では、シームレスに接続を切り替えることができないという問題がある。
具体的には、図１３に示した従来技術では、無線アクセス網と有線アクセス網との異なるネットワークサービスに接続を切り替えるため、接続切り替えのための時間がかかる。この結果、図１３に示した従来技術では、すばやく（シームレスに）接続を切り替えることができない。さらに、図１３に示した従来技術では、異なるネットワークにおいて固有のサービスを提供している場合に、当該サービスを継続して利用することができないので、サービスの低下に繋がる。
また、図１４に示した従来技術では、ＷｉＭＡＸ（登録商標）からＷｉＭＡＸ（登録商標）への接続切り替えで、同一の周波数帯を利用するために、上流と下流とで電波干渉が発生してしまう。さらに、図１４に示した従来技術では、ＲＳを介した中継接続の際に、一旦、バッファリングをするので、ＴＤＤ（Time Division Duplex）フォーマットで利用する場合に、中継のタイミングがずれてしまうのを防ぐために、当該中継の遅延を吸収するプロトコルを拡充することとなる。
また、図１５に示した従来技術では、屋内にＢＳを引き込む接続回線の費用がかかるとともに、一般的に、ＢＳはモバイル接続網提供者の管理物であるため、当該ＢＳの管理や運用などが煩雑である。
そこで、本発明は、すばやく（シームレスに）接続を切り替えることが可能である中継装置、端末装置および通信システムを提供することを目的とする。
第１の側面では、端末装置と中継装置とを有する通信システムであって、前記端末装置は、前記中継装置と第一の通信方式で無線接続する第１の通信手段と、所定の基地局と第二の通信方式で無線接続する第２の通信手段と、前記所定の基地局と該端末装置との直接無線接続から、前記中継装置を経由した前記所定の基地局と該端末装置との接続に切り替える場合に、前記中継装置に対して接続要求を送信する接続要求送信手段と、を有し、前記中継装置は、前記端末装置から前記所定の基地局に対する接続要求を第一の通信方式で受信した場合に、前記所定の基地局と該中継装置とを第二の通信方式で無線接続する接続制御手段と、前記接続制御手段によって前記所定の基地局と該中継装置との間の無線接続が確立された場合に、前記端末装置と前記所定の基地局との間で送受信されるデータを、前記第一の通信方式と前記第二の通信方式との双方の通信方式を用いて中継処理する中継処理手段と、を有する通信システムを用いることとする。
本発明によれば、すばやく（シームレスに）接続を切り替えることが可能となる。
図１は、実施例１に係るシステム構成の例を説明するための図である。 図２は、実施例１に係る中継装置の構成例を示す図である。 図３は、実施例１に係る端末装置の構成例を示す図である。 図４は、実施例１に係る認証メッセージ処理を説明するための図である。 図５は、実施例１に係る切断要求処理を説明するための図である。 図６は、実施例１に係る中継停止処理を説明するための図である。 図７は、実施例１に係る通信接続開始時点から中継処理を行う場合について説明するための図である。 図８は、送受信されるフレーム構成の例を示す図である。 図９は、通信システムにおける接続構成の例を示す図である。 図１０は、中継プログラムを実行するコンピュータを示す図である。 図１１は、中継接続切替プログラムを実行するコンピュータを示す図である。 図１２は、従来技術に係るモバイルアクセスシステムを説明するための図である。 図１３は、従来技術に係るモバイルＩＰ技術を説明するための図である。 図１４は、従来技術に係るリピータを用いた技術を説明するための図である。 図１５は、従来技術に係る小型基地局を用いた技術を説明するための図である。
符号の説明
１００ 中継装置
１０１ 構内通信用Ｉ／Ｆ部
１０２ モバイル通信Ｉ／Ｆ部
１１０ 記憶部
１１１ コンテクスト保持部
１２０ 制御部
１２１ 接続制御部
１２２ データ中継処理部
２００ 端末装置
２０１ 構内通信用Ｉ／Ｆ部
２０２ モバイル通信Ｉ／Ｆ部
２１０ 記憶部
２２０ 制御部
２２１ 接続管理部
２２２ モバイル端末本体部
以下に添付図面を参照して、本発明に係る中継装置、端末装置および通信システムの実施例を説明する。
［システム構成］
最初に、図１を用いて、実施例１に係るシステム構成を説明する。図１は、実施例１に係るシステム構成の例を説明するための図である。本願の開示するシステムは、例えば、図１に示すように、屋外においては直接、屋内においては中継装置（ブリッジデバイス）経由で、基地局（ＢＳ）およびゲートウェイ装置（ＧＷ）などを介して、ＷｉＭＡＸ（登録商標）接続可能な端末装置と接続先コンピュータとを接続する。なお、接続先コンピュータとは、インターネットを介して提供される様々なサービスである。
上述した構成において、本実施例のシステムは、端末装置と中継装置とを有する通信システムであって、端末装置は、中継装置と第一の通信方式で無線接続する。また、端末装置は、所定の基地局と第二の通信方式で無線接続する。そして、端末装置は、所定の基地局と端末装置との直接無線接続から、中継装置を経由した所定の基地局と端末装置との無線接続に切り替える場合に、中継装置に対して接続要求を送信する。
具体的に説明すると、端末装置は、屋外において、ＷｉＭＡＸ（登録商標）接続により基地局と直接的に通信をしている。そして、端末装置は、当該端末装置のユーザなどにより屋内に移されて、基地局との直接通信から中継装置を経由して基地局と通信する中継通信に切り替える場合に、中継装置に対して接続要求を送信する。なお、屋内での中継装置と端末装置との間の接続は、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）接続などであり、中継通信への切り替えは、例えば、中継装置から定期的に送出されるブロードキャストによる通知を受信することに起因する。
続いて、中継装置は、端末装置から所定の基地局に対する接続要求を第一の通信方式で受信した場合に、所定の基地局と中継装置とを第二の通信方式で無線接続する。その後、中継装置は、所定の基地局と中継装置との間の無線接続が確立された場合に、端末装置と所定の基地局との間で送受信されるデータを、第一の通信方式と第二の通信方式との双方の通信方式を用いて中継処理する。
上述した例で具体的に説明すると、中継装置は、端末装置から基地局に対する接続要求を、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）接続などにより受信した場合に、当該端末装置と基地局との接続を、当該中継装置経由でのＷｉＭＡＸ（登録商標）接続に切り替える。
そして、中継装置は、端末装置と基地局とにおける中継通信が確立されると、当該端末装置と基地局とで送受信されるデータを、中継装置と端末装置との間をＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）接続で、中継装置と基地局との間をＷｉＭＡＸ（登録商標）接続で中継処理する。
つまり、屋内であっても中継装置と端末装置とを、見かけ上一つの端末装置として動作させるため、基地局側では、端末装置が屋外または屋内にあっても、接続形態の変化がないまま通信を継続することとなる。言い換えると、基地局側では、端末装置が屋外または屋内にあっても、ＷｉＭＡＸ（登録商標）接続による通信を継続することとなる。
上述したように、通信システムは、端末装置と基地局との接続において、端末装置が通信環境の良い屋外から悪い屋内に移動された場合に、当該端末装置と基地局との接続を、通信方式を変更することなく中継装置を経由した中継通信に切り替えるので、すばやく（シームレスに）接続を切り替えることが可能である。
［中継装置の構成］
次に、図２を用いて、実施例１に係る中継装置の構成例を説明する。図２は、実施例１に係る中継装置の構成例を示す図である。図２に示すように、中継装置１００は、構内通信用Ｉ／Ｆ部１０１と、モバイル通信Ｉ／Ｆ部１０２と、記憶部１１０と、制御部１２０とを有する。
構内通信用Ｉ／Ｆ部１０１は、無線通信を有する端末装置と接続して第一の通信方式で通信する。例えば、構内通信用Ｉ／Ｆ部１０１は、無線通信可能な所定の端末装置と接続して、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）接続などにより通信する。また、例えば、構内通信用Ｉ／Ｆ部１０１は、屋外よりも通信環境が悪い屋内において、所定の端末装置からの基地局に対する接続要求を受信する。
モバイル通信Ｉ／Ｆ部１０２は、所定の基地局と接続して第二の通信方式で通信する。例えば、モバイル通信Ｉ／Ｆ部１０２は、構内通信用Ｉ／Ｆ部１０１において、所定の端末装置からの基地局に対する接続要求を受信した後に、所定の基地局とＷｉＭＡＸ（登録商標）接続などにより通信する。なお、所定の端末装置による基地局とのＷｉＭＡＸ（登録商標）接続は、屋内においても利用可能であるが、屋外よりも通信環境が劣ることとなる。
記憶部１１０は、制御部１２０による各種処理に必要なデータや、制御部１２０による各種処理結果を記憶し、特に、コンテクスト保持部１１１を有する。例えば、記憶部１１０は、端末装置と基地局とを中継接続するために利用される様々な情報（接続にかかる情報）を記憶する。
コンテクスト保持部１１１は、端末装置の識別子、所定の基地局の中心周波数、所定の基地局の識別子、所定の基地局との接続コネクション識別子、認証キーおよび暗号キーのいずれかであるコンテクスト情報を記憶する。例えば、コンテクスト保持部１１１は、端末の識別子としてＭＡＣアドレス、基地局の中心周波数、基地局の識別子（ＢＳＩＤ）、基地局との接続コネクション識別子（ＣＩＤ）、認証手順で用いられる認証キーおよび暗号化して授受するコネクションに関する暗号キーのいずれか（全てでも良い）であるコンテクスト情報を記憶する。
制御部１２０は、制御プログラム、各種の処理手順などを規定したプログラムおよび所要データを格納するための内部メモリを有するとともに、特に、接続制御部１２１と、データ中継処理部１２２とを有し、これらによって種々の処理を実行する。
接続制御部１２１は、無線通信を有する端末装置から所定の基地局に対する接続要求を第一の通信方式で受信した場合に、所定の基地局と自装置とを第二の通信方式で無線接続する。例えば、接続制御部１２１は、端末装置から基地局に対する接続要求を、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）接続などにより受信した場合に、当該端末と基地局との接続を、当該中継装置１００経由でのＷｉＭＡＸ（登録商標）接続に切り替える。
なお、端末装置からの接続要求は、例えば、中継装置１００から定常的にブロードキャストしたり、端末装置からのブロードキャストに応答したりすることで、当該中継装置１００の存在が示されて端末装置から送信される。
また、接続要求は、上記コンテクスト情報を含むものであって、接続制御部１２１は、所定の基地局と第二の通信方式で接続する際に、コンテクスト情報をコンテクスト保持部１１１に格納する。
例えば、接続制御部１２１は、端末装置から送信される接続要求のうち、基地局の識別子（ＢＳＩＤ）やコネクション識別子（ＣＩＤ）やその他のコンテクスト情報を受領して、基地局との間の接続を試みるとともに、当該コンテクスト情報をコンテクスト保持部１１１に格納する。なお、コンテクスト情報としては、例えば、上記情報だけでなく、ＭＡＣ層における端末装置の状態にかかる情報であっても良い。
データ中継処理部１２２は、接続制御部１２１によって所定の基地局と自装置との間の無線接続が確立された場合に、端末装置と所定の基地局との間で送受信されるデータを、第一の通信方式と第二の通信方式との双方の通信方式を用いて中継処理する。
例えば、データ中継処理部１２２は、接続制御部１２１によって端末装置と基地局とにおける中継通信が確立されると、当該端末装置と基地局とで送受信されるデータを、中継装置１００と端末装置との間をＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）接続で、中継装置１００と基地局との間をＷｉＭＡＸ（登録商標）接続で中継処理する。
［端末装置の構成］
次に、図３を用いて、実施例１に係る端末装置の構成例を説明する。図３は、実施例１に係る端末装置の構成例を示す図である。図３に示すように、端末装置２００は、構内通信用Ｉ／Ｆ部２０１と、モバイル通信Ｉ／Ｆ部２０２と、記憶部２１０と、制御部２２０とを有する。
構内通信用Ｉ／Ｆ部２０１は、無線通信を有する中継装置と第一の通信方式で無線接続する。例えば、構内通信用Ｉ／Ｆ部２０１は、無線通信可能な中継装置１００と接続して、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）接続などにより通信する。また、例えば、構内通信用Ｉ／Ｆ部２０１は、屋外よりも通信環境が悪い屋内において、端末装置２００から基地局に対する接続要求を中継装置１００に送信する。
モバイル通信Ｉ／Ｆ部２０２は、所定の基地局と第二の通信方式で無線接続する。例えば、モバイル通信Ｉ／Ｆ部２０２は、屋内よりも通信環境の良い屋外において、基地局とＷｉＭＡＸ（登録商標）接続などにより通信する。なお、端末装置２００による基地局とのＷｉＭＡＸ（登録商標）接続は、屋内においても利用可能であるが、屋外よりも通信環境が劣ることとなる。
記憶部２１０は、制御部２２０による各種処理に必要なデータや、制御部２２０による各種処理結果を記憶する。
制御部２２０は、制御プログラム、各種の処理手順などを規定したプログラムおよび所要データを格納するための内部メモリを有するとともに、特に、接続管理部２２１と、モバイル端末本体部２２２とを有し、これらによって種々の処理を実行する。
接続管理部２２１は、所定の基地局と自装置との直接無線接続から、中継装置１００を経由した所定の基地局と自装置との無線接続に切り替える場合に、中継装置１００に対して接続要求を送信する。例えば、接続管理部２２１は、屋外でのＷｉＭＡＸ（登録商標）接続（モバイル通信Ｉ／Ｆ部２０２）による基地局との直接接続から中継装置１００を経由して基地局と通信する中継通信に切り替える場合に、中継装置１００に対して接続要求を送信する。
なお、屋内での中継装置１００と端末装置２００との間の接続は、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）接続などであり、中継通信への切り替えは、例えば、中継装置１００から定期的に送出されるブロードキャストによる通知を受信することにより起因する。
モバイル端末本体部２２２は、接続管理部２２１による端末装置２００と基地局との中継通信にかかる制御とは異なる処理を実施する。例えば、モバイル端末本体部２２２は、中継装置１００を経由しない基地局との接続にかかる制御などの端末装置２００の基本接続の制御を実施する。
［送信電力の決定］
また、中継装置１００は、端末装置２００と基地局との通信において、当該中継装置１００を介した中継通信が行われる場合に、端末装置２００と基地局との間における送信電力を制御する。送信電力の制御にかかるパラメタは、端末装置２００と中継装置１００との電波環境が同一であるとは限られないため、端末装置２００と基地局とでの接続時のパラメタをそのまま引き継ぐことができない。そこで、以下では、端末装置２００と基地局との間における送信電力について説明する。
具体的には、端末装置２００からの接続要求は、端末装置２００によって当該接続要求が送信される前に、端末装置２００が無線接続していた所定の基地局との間における送信電力制御情報を含むものである。そして、中継装置１００は、所定の基地局と自装置とを第二の通信方式で無線接続する際に、送信電力制御情報と所定の基地局から受信される電力とに基づいて、送信電力を決定する。
要するに、中継装置１００は、端末装置２００における送信電力制御にかかるパラメタと、当該端末装置２００の受信電波強度に関する情報とを取得し、取得された情報と当該中継装置１００が基地局から受信する電波強度との差から送信電力を算出して、適切な送信電力を決定する。
例えば、ＷｉＭＡＸ（登録商標）では、Ｃｌｏｓｅｄ Ｌｏｏｐのサブキャリアあたりで、
Ｐｎｅｗ＝Ｐｌａｓｔ＋（Ｃ／Ｎｎｅｗ−Ｃ／Ｎｌａｓｔ）−（１０ｌｏｇ１０（Ｒｎｅｗ）−１０ｌｏｇ１０（Ｒｌａｓｔ））＋Ｏｆｆｓｅｔ
で示される式により電力を制御する。
上記の式は、
Ｐｎｅｗ＝Ｐｌａｓｔ‐ｒｅｆ＋Ｃ／Ｎｎｅｗ−１０ｌｏｇ１０（Ｒｎｅｗ）＋Ｏｆｆｓｅｔ
と変形されて、バーストのパラメタ変動分を、例えば、「０」として仮想的なバーストのサブキャリア電力を基準に制御する。
そして、中継装置１００は、端末装置２００から、端末装置２００のＰｌａｓｔ‐ｒｅｆと当該端末装置２００が接続していた基地局に対するＲＳＳＩ（Receive Signal Strength Indication）を受信し、中継装置１００が基地局から電波を受信する際のＲＳＳＩとの差を相殺する電力分として、端末装置２００のＰｌａｓｔ‐ｒｅｆを調整したものを当該中継装置１００のＰｌａｓｔ‐ｒｅｆとする。
一方、Ｏｐｅｎ Ｌｏｏｐの電力制御について、中継装置１００は、送信電力制御にかかるパラメタを端末装置２００から受信して、中継装置１００自身が基地局から受信するＲＳＳＩをもとにサブキャリア電力を算出する。なお、Ｏｐｅｎ Ｌｏｏｐであっても、電力の段差をなくすように引き継ぐｒｅｔａｉｎ ｍｏｄｅでは、送信電力を引き継ぐ際に、端末装置２００と中継通信する基地局からのＲＳＳＩを受信し、中継装置１００のＲＳＳＩとの差を相殺する電力になるようにオフセット量を調整するようにしても良い。
以下、上記の式における定義を記述する。
Ｐｎｅｗ＝The power of the new UL burst in the current UL frame．
Ｃ／Ｎｎｅｗ＝Normalized C/N for the new UL burst in the current UL frame．
Ｒｎｅｗ＝Repetition factor R for the new UL burst in the current UL frame．
Ｐｌａｓｔ＝The power of the burst with the maximum value of （C/N 10log10（R）） in the most recently transmitted UL frame．
Ｃ／Ｎｌａｓｔ＝Normalized C/N associated with Plast （Thus， referring to the burst with the maximum value of （C/N-10log10（R）） in the most recently transmitted UL frame）．
Ｒｌａｓｔ＝Repetition factor R associated with Plast （thus， referring to the burst with the maximum value of （C/N-10log10（R）） in the most recently transmitted UL frame）．
Ｏｆｆｓｅｔ＝an accumulation of power correction terms sent by the BS since the last transmission．
また、無線接続される所定の基地局に対する送信電力制御情報は、記憶部に保持されるものであって、中継装置１００は、所定の基地局と自装置とを第二の通信方式で無線接続する際に、記憶部に保持される送信電力制御情報を送信電力の初期値とする。
例えば、中継装置１００は、接続する基地局ごとに過去の送信電力（または基準オフセット量）を記憶部２１０に保持しておく。記憶部２１０に保持される送信電力は、基地局との接続を終了する時点のものであっても良いし、所定の接続期間における送信電力の平均値であっても良い。そして、中継装置１００は、端末装置２００から基地局に対する接続要求を受信し、当該基地局の送信電力制御情報が記憶部２１０に保持されている場合に、当該基地局に対する送信電力を初期値として設定する。
なお、設定される送信電力は、記憶部２１０に保持される送信電力を初期値とするが、過去に設定された送信電力の情報であるため、若干の誤差（但し、過去に設定された送信電力であるため、信頼性が高く、許容される範囲の値である）が生じる場合もある。よって、詳細には、記憶部２１０に保持される送信電力制御情報に基づいて基準電力を算出して、送信電力を制御することとなる。
［認証メッセージ処理］
次に、図４を用いて、実施例１に係る認証メッセージ処理を説明する。図４は、実施例１に係る認証メッセージ処理を説明するための図である。
具体的には、中継装置１００は、所定の基地局と自装置とを第二の通信方式で無線接続する際に、所定の基地局からの無線接続の認証にかかる制御メッセージを端末装置２００に、端末装置２００からの無線接続の認証にかかる制御メッセージを所定の基地局に中継し、制御メッセージとは異なるメッセージを直接制御する。
また、端末装置２００は、中継装置１００を経由した所定の基地局と自装置との無線接続に切り替えられた場合に、認証に関する制御メッセージを中継装置１００から受信する。また、端末装置２００は、中継装置１００を経由した所定の基地局と自装置との無線接続に切り替えられた場合に、認証に関する制御メッセージを中継装置１００に送信する。
例えば、中継装置１００は、図４に示すように、端末装置２００にかかる認証処理を、当該端末装置２００と基地局との中継通信の開始以降も端末装置２００に委ね、端末装置２００と基地局との間のユーザパケットを中継するのと同様に、認証に関する制御メッセージを転送する。
但し、中継装置１００は、認証にかかる制御メッセージとは異なる通常のメッセージについては直接制御する。また、認証にかかる制御メッセージを受信した端末装置２００は、認証にかかる処理を実施するとともに、認証にかかる制御メッセージを中継装置１００経由で基地局に送信する。
つまり、中継装置１００は、端末装置２００が基地局と直接接続していた際に処理していた認証にかかる処理を、当該中継装置１００を経由した中継通信の開始後も端末装置２００に処理させるために、認証に関する制御メッセージを処理することなく転送する。
［切断要求処理］
次に、図５を用いて、実施例１に係る切断要求処理を説明する。図５は、実施例１に係る切断要求処理を説明するための図である。
具体的には、端末装置２００は、中継装置１００を経由した所定の基地局と自装置との無線接続に切り替えられた後に、所定の基地局からの信号を監視し、当該信号の受信感度が十分である場合に、中継装置１００に対して所定の基地局に対する接続の切り戻し要求を送信する。そして、中継装置１００は、端末装置２００から所定の基地局に対する無線接続の切り戻し要求を受信した場合に、所定の基地局と自装置との第二の通信方式による無線接続を途絶する。
例えば、端末装置２００は、図５に示すように、屋内での基地局との中継装置１００経由での中継接続に切り替えられた以降も、当該基地局に対する受信を継続する。そして、端末装置２００は、当該端末装置２００のユーザが屋外に移動するなどによって基地局に対する電波状態が改善した場合に、中継装置１００に対して中継接続を終了させるために、接続の切り戻し要求を送信する。
続いて、端末装置２００から切り戻し要求を受信した中継装置１００は、当該切り戻し要求に含まれる切り替えタイミング、または、当該切り戻し要求に応じて端末装置２００との間で調整する切り替えタイミング以降に、端末装置２００と基地局との中継接続を途絶する。
なお、ＷｉＭＡＸ（登録商標）のプロトコルでは、フレームは５ｍｓｅｃ周期においてＴＤＤで分割されてＤＬ（DownLink）とＵＬ（UpLink）とが繰り返され、当該フレームのフレーム番号に従ってデータが送受信される。よって、上記切り替えタイミングは、所定のフレーム番号での送受信のタイミングにおいて決定される。
つまり、中継装置１００は、端末装置２００において基地局との直接接続による通信環境が改善された場合に、当該端末装置２００から接続の切り戻し要求を受信し、受信された要求に含まれる切り替えタイミング以降に、基地局との中継接続を途絶する。このことにより、端末装置２００は、基地局と直接接続することができる。
［中継停止処理］
次に、図６を用いて、実施例１に係る中継停止処理を説明する。図６は、実施例１に係る中継停止処理を説明するための図である。
具体的には、中継装置１００は、端末装置２００と自装置との間の通信が途絶した場合に、所定の基地局と自装置との第二の通信方式による無線接続を途絶する。また、端末装置２００は、中継装置１００を経由した所定の基地局と自装置との無線接続に切り替えられた後に、中継装置１００と自装置との通信が途絶した場合に、所定の基地局と自装置との直接無線接続に切り替える。
例えば、中継装置１００は、図６に示すように、端末装置２００との間における定期的な生存確認（キープアライブ）や、データ送受信におけるタイムアウトの検出などをトリガとして、端末装置２００と基地局との中継接続を停止する。
また、例えば、端末装置２００は、中継装置１００との間における定期的な生存確認や、データ送受信におけるタイムアウトの検出などをトリガとして、中継装置１００を経由した中継接続から基地局との直接接続に切り替える。
なお、端末装置２００は、基地局との直接接続から中継装置１００経由の中継接続に切り替えた後も、引き続き基地局に対する受信を継続し、当該中継装置１００との通信が途絶した場合に、継続されている基地局との直接接続に切り替えることとしても良い。
また、端末装置２００は、中継装置１００経由の中継接続の際に当該中継装置１００との通信が途絶した場合に、基地局との直接接続に切り替えるだけでなく、中継装置１００経由での再接続を試みることとしても良い。要するに、端末装置２００による中継接続または直接接続による接続の確立は、通信の途絶理由に応じて決定する。
つまり、中継装置１００および／または端末装置２００は、相互における定期的な生存確認やデータ送受信におけるタイムアウトの検出などをトリガとして、中継接続を停止するので、通信が途絶している時間を短縮して迅速に接続を切り替えることができる。
［接続開始時から中継処理］
次に、図７を用いて、実施例１に係る通信接続開始時点から中継処理を行う場合について説明する。図７は、実施例１に係る通信接続開始時点から中継処理を行う場合について説明するための図である。
具体的には、端末装置２００は、所定の基地局と自装置とで直接無線接続することなく、中継装置１００に対して、所定の基地局に対する初期接続の接続要求を送信する。そして、中継装置１００は、端末装置２００から所定の基地局に対する初期接続の接続要求を第一の通信方式で受信した場合に、所定の基地局と自装置とを第二の通信方式で無線接続する。
例えば、端末装置２００は、図７に示すように、中継装置１００からの定期的なブロードキャストである無線局アナウンスを受信して、当該中継装置１００を検出すると、ＷｉＭＡＸ（登録商標）接続のＭＡＣアドレスおよび接続にかかるコンテクスト情報を中継装置１００に送信する。
そして、コンテクスト情報を受信した中継装置１００は、当該コンテクスト情報に基づいて、所定の基地局とＷｉＭＡＸ（登録商標）の通信方式で接続する。続いて、端末装置２００は、認証にかかる情報を中継装置１００経由で基地局（接続先）に送信する。その後、端末装置２００は、中継装置１００経由での中継接続により基地局とデータの送受信を行う。
なお、初期接続において中継装置１００経由での中継接続を利用するのは、端末装置２００によって接続先の所定の基地局が事前にスキャンされ、中継装置１００経由での接続の方がより安定した接続であると判定されたときである。また、端末装置２００は、中継装置１００経由での中継接続中に、一方で、当該中継装置１００との接続が途絶した場合に備えて、所定の基地局との直接接続を確立する。
つまり、端末装置２００は、基地局および端末装置２００との接続が確立されておらず、中継装置１００経由での中継接続の方がより安定して接続を確立することができる場合に、初期接続において中継装置１００経由での接続を確立するとともに、基地局との直接接続もさらに確立するので、より安定したサービスを継続して利用することができる。
［フレーム構成と接続構成］
次に、図８および図９を用いて、送受信されるフレーム構成と通信システムにおける接続構成とを説明する。図８は、送受信されるフレーム構成の例を示す図であり、図９は、通信システムにおける接続構成の例を示す図である。
例えば、ＷｉＭＡＸ（登録商標）では、図８に示すように、サブチャネルの使い分けと時間軸方向の分割とにより、異なる端末装置宛て、異なる端末装置からのデータを授受できるアクセス方式が採用されている。
従って、同一の基地局である場合には、図９に示すように、複数の端末装置のコンテクスト情報がわかれば、複数の端末装置宛てのメッセージを受信したり、複数の端末装置に成り代わって送信データを送出したりできる。
なお、端末装置が異なる基地局に対して接続の代行を要求した場合については、当該代行の拒絶をすることで矛盾を回避する、または、中継装置１００の接続先の基地局を一つに固定することで、固定される基地局とは異なる基地局への代行要求を拒否する。また、さらには、事前にハンドオーバしておき、同一の基地局に合わせるようにしてもよい。
具体的には、中継装置１００は、複数の端末装置から所定の基地局に対する接続要求を第一の通信方式で受信した場合に、所定の基地局と自装置とを第二の通信方式で無線接続する。そして、中継装置１００は、所定の基地局と自装置との間の無線接続が確立された場合に、複数の端末装置と所定の基地局とで多重して送受信されるデータを、第一の通信方式と第二の通信方式との双方の通信方式を用いて中継処理する。
例えば、中継装置１００は、図９に示すように、複数の端末装置から所定の基地局に対する接続要求を、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）接続などにより受信した場合に、当該複数の端末装置と基地局との接続を、当該中継装置１００経由でのＷｉＭＡＸ（登録商標）接続に切り替える。
そして、中継装置１００は、複数の端末装置と基地局とにおける中継接続が確立されると、当該複数の端末装置と基地局とで送受信されるデータを、中継装置１００と複数の端末装置との間についてはＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）接続で、中継装置１００と基地局との間についてはＷｉＭＡＸ（登録商標）接続で中継処理する。
［実施例１による効果］
上述したように、通信システムは、端末装置と基地局との接続において、端末装置における通信環境が悪く、中継装置経由での中継接続に切り替える場合に、当該端末装置と基地局との接続を、通信方式を変更することなく切り替えることができる結果、すばやく（シームレスに）接続を切り替えることが可能である。
例えば、端末装置は、屋外において、ＷｉＭＡＸ（登録商標）接続により基地局と直接的に通信をしている。そして、端末装置は、当該端末装置のユーザなどにより屋内に移されて、基地局との直接通信から中継装置を経由して基地局と通信する中継通信に切り替える場合に、中継装置に対して接続要求を送信する。続いて、中継装置は、端末装置から基地局に対する接続要求を、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）接続などにより受信した場合に、当該端末装置と基地局との接続を、当該中継装置経由でのＷｉＭＡＸ（登録商標）接続に切り替える。その後、中継装置は、端末装置と基地局とにおける中継通信が確立されると、当該端末装置と基地局とで送受信されるデータを、中継装置と端末装置との間についてはＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）接続で、中継装置と基地局との間についてはＷｉＭＡＸ（登録商標）接続で中継処理する。この結果、相互接続可能な中継装置と端末装置とを有する通信システムは、すばやく（シームレスに）接続を切り替えることができる。
さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、（１）暗号化、（２）切り替えタイミングの調整、（３）システム構成、（４）中継プログラム、（５）中継接続切替プログラム、に区分けして異なる実施例を説明する。
（１）暗号化
上記実施例１では、中継装置１００と端末装置２００との間のメッセージをそのまま授受する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、中継装置１００と端末装置２００との間のメッセージを暗号化されたセッションを用いて授受することもできる。
例えば、中継装置１００は、当該中継装置１００と端末装置２００との間のメッセージを暗号化して授受する場合に、一般的に暗号化処理や復号化処理などは処理負荷がかかるため、加入者情報や認証メッセージ、ＷｉＭＡＸ（登録商標）区間におけるユーザセッションなど、重要度が高いものに限定する。
また、暗号化の方法としては、ＤＥＳ（Data Encryption Standard）やＡＥＳ（Advanced Encryption Standard）などのような公知のアルゴリズムを利用して独自の手順を設けても良い。また、中継装置１００は、ＩＰＳＥＣ（Security Architecture for Internet Protocol）やＳＳＬ（Secure Socket Layer）などのようなネットワーク層以上の手法を利用して、端末装置２００と通信することとしても良い。
（２）切り替えタイミングの調整
また、上記実施例１では、接続の切り替えタイミングとして、所定のフレーム番号での送受信のタイミングにおいて決定される場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、所定の基地局と自装置とを第二の通信方式で無線接続する際に、レンジング信号が送信されるタイミングで無線接続することもできる。
例えば、中継装置１００は、端末装置２００から基地局に対する接続要求を受信した場合に、当該中継装置１００が送信を開始するタイミングを、定期的に送信するＰｅｒｉｏｄｉｃ Ｒａｎｇｉｎｇ信号の送信時からにする。なお、中継装置１００は、同様に、送信を開始するタイミングを、ＢＷ Ｒａｎｇｉｎｇ信号送信時からにしても良い。
つまり、ＷｉＭＡＸ（登録商標）においては、レンジング信号は受信マージンの大きい変調方式で送信されるものであるため、当該送信のタイミングを利用する。また、適正電力に対する補正指示を基地局によって送信されるタイミングでもあるため、当該送信のタイミングを利用する。
（３）システム構成
また、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメタを含む情報（例えば、図２に示したコンテクスト保持部１１１に保持される情報など）については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、例えば、接続制御部１２１を、認証に関する制御メッセージを処理する「認証処理部」と、接続に関する処理を行う「接続制御部」とに分散するなど、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行われる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
（４）中継プログラム
ところで、上記実施例では、ハードウェアロジックによって各種の処理を実現する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、あらかじめ用意されたプログラムをコンピュータで実行することによって実現するようにしてもよい。そこで、以下では、図１０を用いて、上記の実施例に示した中継装置１００と同様の機能を有する中継プログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。図１０は、中継プログラムを実行するコンピュータを示す図である。
図１０に示すように、中継装置としてのコンピュータ１１は、バス１８などで接続されるＨＤＤ１３、ＣＰＵ１４、ＲＯＭ１５およびＲＡＭ１６を有する。
ＲＯＭ１５あるいはＲＡＭ１６には、上記の実施例１に示した中継装置１００と同様の機能を発揮する中継プログラム、つまり、図１０に示すように、接続制御プログラム１５ａと、中継処理プログラム１５ｂとが、予め記憶されている。なお、これらのプログラム１５ａ〜プログラム１５ｂについては、図２に示した中継装置１００の各構成要素と同様、適宜統合または分散してもよい。
そして、ＣＰＵ１４がこれらのプログラム１５ａ〜プログラム１５ｂをＲＯＭ１５あるいはＲＡＭ１６から読み出して実行することで、図１０に示すように、プログラム１５ａ〜プログラム１５ｂは、接続制御プロセス１４ａと、中継処理プロセス１４ｂとして機能するようになる。なお、プロセス１４ａ〜プロセス１４ｂは、図２に示した、構内通信用Ｉ／Ｆ部１０１と、モバイル通信Ｉ／Ｆ部１０２と、接続制御部１２１と、データ中継処理部１２２とに対応する。
そして、ＣＰＵ１４は、ＲＡＭ１６あるいはＨＤＤ１３に記録されたデータに基づいて中継プログラムを実行する。
なお、上述した各プログラム１５ａ〜プログラム１５ｂについては、必ずしも最初からＲＯＭ１５に記憶させておく必要はなく、例えば、コンピュータ１１に挿入されるフレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカードなどの「可搬用の物理媒体」、またはコンピュータ１１の内外に備えられるＨＤＤなどの「固定用の物理媒体」、さらには公衆回線、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどを介してコンピュータ１１に接続される「他のコンピュータ（またはサーバ）」などに各プログラムを記憶させておき、コンピュータ１１がこれらから各プログラムを読み出して実行するようにしてもよい。
（５）中継接続切替プログラム
また、上記実施例では、ハードウェアロジックによって各種の処理を実現する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、あらかじめ用意されたプログラムをコンピュータで実行することによって実現するようにしてもよい。そこで、以下では、図１１を用いて、上記の実施例に示した端末装置２００と同様の機能を有する中継接続切替プログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。図１１は、中継接続切替プログラムを実行するコンピュータを示す図である。
図１１に示すように、端末装置としてのコンピュータ２２は、バス２８などで接続されるＨＤＤ２３、ＣＰＵ２４、ＲＯＭ２５およびＲＡＭ２６を有する。
ＲＯＭ２５あるいはＲＡＭ２６には、上記の実施例１に示した端末装置２００と同様の機能を発揮する中継接続切替プログラム、つまり、図１１に示すように、第１の通信プログラム２５ａと、第２の通信プログラム２５ｂと、接続要求送信プログラム２５ｃとが、予め記憶されている。なお、これらのプログラム２５ａ〜プログラム２５ｃについては、図３に示した端末装置２００の各構成要素と同様、適宜統合または分散してもよい。
そして、ＣＰＵ２４がこれらのプログラム２５ａ〜プログラム２５ｃをＲＯＭ２５あるいはＲＡＭ２６から読み出して実行することで、図１１に示すように、プログラム２５ａ〜プログラム２５ｃは、第１の通信プロセス２４ａと、第２の通信プロセス２４ｂと、接続要求送信プロセス２４ｃとして機能するようになる。なお、プロセス２４ａ〜プロセス２４ｃは、図３に示した、構内通信用Ｉ／Ｆ部２０１と、モバイル通信Ｉ／Ｆ部２０２と、接続管理部２２１とに対応する。
そして、ＣＰＵ２４は、ＲＡＭ２６あるいはＨＤＤ２３に記録されたデータに基づいて中継接続切替プログラムを実行する。
なお、上述した各プログラム２５ａ〜プログラム２５ｃについては、必ずしも最初からＲＯＭ２５に記憶させておく必要はなく、例えば、コンピュータ２２に挿入されるフレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカードなどの「可搬用の物理媒体」、またはコンピュータ２２の内外に備えられるＨＤＤなどの「固定用の物理媒体」、さらには公衆回線、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどを介してコンピュータ２２に接続される「他のコンピュータ（またはサーバ）」などに各プログラムを記憶させておき、コンピュータ２２がこれらから各プログラムを読み出して実行するようにしてもよい。

Claims (10)

  1. 端末装置と第二の通信方式で無線接続中の基地局の識別子を含む接続要求を第一の通信方式で前記端末装置から受信する受信手段と、
    前記接続要求に含まれる前記識別子に従って、前記基地局と自装置とを前記第二の通信方式で無線接続する接続制御手段と、
    を有することを特徴とする中継装置。
  2. 前記接続要求は、前記端末装置が無線接続していた前記基地局との間における送信電力制御情報をさらに含み、
    前記接続制御手段は、前記基地局と自装置とを前記第二の通信方式で無線接続する際に、前記送信電力制御情報と前記基地局から受信される電力とに基づいて、送信電力を決定することを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
  3. 前記接続制御手段は、前記基地局と自装置とを前記第二の通信方式で無線接続する際に、前記基地局からの無線接続の認証にかかる制御メッセージを前記端末装置に、前記端末装置からの無線接続の認証にかかる制御メッセージを前記基地局に中継し、前記制御メッセージとは異なるメッセージを直接制御することを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
  4. 前記接続制御手段によって無線接続される前記基地局に対する送信電力制御情報は、記憶部に保持されるものであって、
    前記接続制御手段は、前記基地局と自装置とを前記第二の通信方式で無線接続する際に、前記記憶部に保持される前記送信電力制御情報を送信電力の初期値とすることを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
  5. 前記接続要求は、前記端末装置の識別子、前記基地局の中心周波数、前記基地局との接続コネクション識別子、認証キーおよび暗号キーのいずれかの情報をさらに含み、
    前記接続制御手段は、前記基地局と自装置とを前記第二の通信方式で無線接続する際に、前記いずれかの情報を記憶部に格納することを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
  6. 中継装置と第一の通信方式で無線接続する第１の通信手段と、
    基地局と第二の通信方式で無線接続する第２の通信手段と、
    自装置と前記第二の通信方式で無線接続中の前記基地局の識別子を含む接続要求を前記第一の通信方式で前記中継装置に送信する接続要求送信手段と、
    を有することを特徴とする端末装置。
  7. 前記中継装置を経由した前記基地局と自装置との無線接続に切り替えられた場合に、認証に関する制御メッセージを前記中継装置から受信する認証メッセージ受信手段と、
    前記中継装置を経由した前記基地局と自装置との無線接続に切り替えられた場合に、認証に関する制御メッセージを前記中継装置に送信する認証メッセージ送信手段と、
    をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の端末装置。
  8. 端末装置と、基地局と、中継装置とを有する通信システムであって、
    前記端末装置は、
    前記中継装置と第一の通信方式で無線接続する第１の通信手段と、
    前記基地局と第二の通信方式で無線接続する第２の通信手段と、
    前記端末装置と前記第二の通信方式で無線接続中の前記基地局の識別子を含む接続要求を前記第一の通信方式で前記中継装置に送信する接続要求送信手段と、を有し、
    前記中継装置は、
    前記端末装置から前記接続要求を前記第一の通信方式で受信する受信手段と、
    前記接続要求に含まれる前記識別子に従って、前記基地局と前記中継装置とを前記第二の通信方式で無線接続する接続制御手段と、
    を有することを特徴とする通信システム。
  9. 端末装置と第二の通信方式で無線接続中の基地局の識別子を含む接続要求を第一の通信方式で前記端末装置から受信する受信手順と、
    前記接続要求に含まれる前記識別子に従って、前記基地局と中継装置とを前記第二の通信方式で無線接続する接続制御手順と、
    をコンピュータに実行させることを特徴とする中継プログラム。
  10. 中継装置と第一の通信方式で無線接続する第１の通信手順と、
    基地局と第二の通信方式で無線接続する第２の通信手順と、
    端末装置と前記第二の通信方式で無線接続中の前記基地局の識別子を含む接続要求を前記第一の通信方式で前記中継装置に送信する接続要求送信手順と、
    をコンピュータに実行させることを特徴とする中継接続切替プログラム。
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