KR20050027090A - 무선 클라이언트의 이동이 자유로운 근거리 통신 네트워크 - Google Patents

무선 클라이언트의 이동이 자유로운 근거리 통신 네트워크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 접속되는 네트워크, 상기 네트워크를 포함하고 상기 네트워크에 접속되는 차량 및 네트워크 데이터 흐름을 관리하는 방법에 관한 것이다. 네트워크는 각각의 이더넷 집합 스위치에 접속된 다수의 무선 액세스 포인트들을 포함한다. 각각의 이더넷 집합 스위치는 가상 근거리 통신 네트워크(VLAN)를 인식하고 접속된 액세스 포인트들로부터의 클라이언트 트래픽을 액세스 VLAN들과 매칭시킨다. 가상 네트워크 스위치는 액세스 VLAN들과 코어 VLAN들사이의 조합 테이블을 유지한다. 가상 네트워크 스위치는 접속된 이더넷 집합 스위치들에서 액세스 VLAN들의 이동국들과 적절한 코어 VLAN들에서의 이동국들 사이의 자유형태 클라이언트 트래픽을 관리하기 위해 조합 테이블을 사용한다. 네트워크를 포함하는 차량은 예를 들면, 인터넷과 같은 공중 네트워크에 열차 승객들을 접속하는 선로측에 위치된 액세스 포인트를 가지는 열차가 될 수 있다. 열차위의 무선 디바이스들은 상기 탑재형 네트워크에 접속된다.

Description

무선 클라이언트의 이동이 자유로운 근거리 통신 네트워크{LOCAL AREA NETWORK WITH WIRELESS CLIENT FREEDOM OF MOVEMENT}
본 발명은 근거리 통신 네트워크(LAN), 특히 무선 디바이스들이 접속된 LAN에 관한 것이다.
802.11b라 지정된 미국 전기 전자 학회(IEEE) 무선 프로토콜은 이더넷 근거리 통신 네트워크(LAN)의 변형이다. 이더넷 기술은 간단한 10Mbps 버스로부터 기가비트(gigabit)의 전이중 스위칭 네트워크들 및 무선 LAN들로 전개시 새로운 필요조건들에 적응하는데 있어 놀라운 능력을 보여주었다. 이더넷은 공지되어 있으며, 비용 감소 및 이더넷 디바이스들의 통합에 있어 풍부한 경험을 가지고 있다. 임의의 현재의 이더넷 인터페이스 카드들(10BaseT)은 $10미만으로 소매되고 있다. 802.11b 무선 LAN(WLAN) 카드 기술은 동일한 경제 등급을 필요로 하며 가격들은 상대적으로 최근 원가의 30%미만으로 떨어진다. 트랙 기록이 제공되면, 이더넷은 예를 들어 원거리 이동시 어려움을 처리하기에 적합한 낮은 위험부담의 확대가능한 기술이다.
따라서, WLAN 기술은 분산(disruptive)된 기술로서 특징지어진다. 다시 말해서, WLAN 기술은 패러다임들을 변화시키고 예측하지못한 시장의 개선을 유도할 수 있다. 분산된 기술의 지난 예들은 전화기, 개인용 컴퓨터(PC) 및 이더넷이다. 오늘날, WLAN들은 홈 및 오피스 네트워크들 모두에 대하여 저렴한 솔루션들을 제공하는 편재하는 기술이다. 그러나, 현재 WLAN 기술에서 3가지 큰 제약들이 존재하며, 이는 속도, 범위 및 보안이다.
802.11b 표준은 11Mbs까지의 속도를 지원한다. 그러나, 802.11a 및 802.11g는 더 높은 속도로 전송할 것을 보장한다. 일반적으로 범위는 야외에서 약 50m로 제한되어 있지만, 지향성 안테나들을 사용하면 테스트들은 20마일까지 가능한 범위를 입증한다. 무선 기지국들의 커버리지를 확장하는 일은 계속되고 있다. 무선 네트워크들에 대한 유선급 프라이버시(WEP)는 보안이 의도되는 것보다 훨씬 취약한 것으로 증명되었다. WEP의 보안상의 제약들은 현재 공지되어 있으며, 상기 프로토콜이 무선 인터페이스들의 보안을 개선하도록 강화시키는 것이 진행중이다.
IEEE 802.1Q 가상 LAN(VLAN) 프로토콜은 VLAN 브리지들의 공동이용 동작을 정의한다. 802.1Q는 매체 액세스 제어(MAC) 브리지들에 의해 상호접속될 수 있는 모든 형태의 LAN들과 같이 브리지 LAN 인프라 구조내의 VLAN 토폴로지들의 한정, 동작 및 운영을 허가한다.
지금까지, 상기 이더넷 LAN 변형안들은 상대적으로 엄격하게 구성되었다. 디바이스가 추가 또는 접속되면, 디바이스는 다른 추가된 디바이스들과 자유롭게 통신할 수 있다. 그러나, 만약 요청을 전송한 후에, 접속이 응답을 수신하기 이전에 해제되면, 응답은 손실된다. 동일한 포트 또는 다른 포트로 및 심지어는 응답의 도착 이전에 재접속이 이루어지면 응답은 손실되고 요청은 다시한번 전송되어야만 한다. 이는 최신 VLAN들의 경우이며, 심지어는 상기 VLAN에 무선으로 접속된 디바이스들의 경우이다. 따라서, 만약 액세스 포인트를 통해 VLAN에 접속된 무선 디바이스가 액세스 포인트의 수신 지역을 벗어나면, 무선 디바이스는 통신을 재형성해야 한다. 심지어 전체 LAN 수신 지역, 즉 모든 접속된 액세스 포인트들에 의해 커버되는 영역을 결코 떠날수 없는 경우 및 또다른 접속된 액세스 포인트의 수신 영역에서 유지되어야 하는 경우에도 통신은 재형성되어야 한다.
따라서, 무선으로 접속된 디바이스가 광대역 네트워크의 모든 접속된 액세스 포인트들의 수신 영역에 걸쳐 자유롭게 로밍할 수 있다.
도 1은 자유 형태의 가상 근거리 통신 네트워크(FLAN)의 바람직한 실시예의 일 예를 도시한다.
도 2A-B는 FLAN 스위치 패킷 핸들링, 즉, 액세스 포트들에서의 다운스트림 패킷들 및 코어 포트들에서의 업스트림 패킷들의 흐름도를 도시한다.
도 3은 이더넷 집합 스위치의 VLAN 구성의 일 예를 도시한다.
도 4는 디폴트 관계식들로 미리 프로그래밍된 바람직한 FLAN 스위치가 VLAN/포트들과 연관되는 방법의 일 예를 도시한다.
도 5는 코어 VLAN들이 로직 인터페이스와 맵핑되는 방법의 일 예를 도시한다.
도 6은 열차 승객 사용자들을 위해 열차상 이동성을 제공하는 열차 탑재용 FLAN의 일 예를 도시한다.
도 7은 바람직한 선로측 네트워크의 일 예이다.
도 8은 액세스 네트워크와 FLAN 스위치 사이의 트래픽 터널링의 일예이다.
본 발명의 목적은 무선 네트워크들을 통해 사용자의 이동성을 개선하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 무선 디바이스의 네트워크 상호접속 이동가능성을 확대시키는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 네트워크에 무선 접속된 네트워크 클라이언트들이 네트워크 접속을 유지하는 동안 현재 접속된 액세스 포인트의 범위를 넘어서 로밍하는 것을 자유롭게 허용하는 것이다.
본 발명은 무선 상호접속되는 네트워크, 상기 네트워크에 접속되고 상기 네트워크를 포함하는 차량, 및 네트워크 데이터 흐름을 관리하는 방법에 관한 것이다. 네트워크는 다수의 무선 액세스 포인트들을 포함하며, 그 각각은 이더넷 집합 스위치에 접속된다. 각각의 이더넷 집합 스위치는 가상 근거리 통신 네트워크(VLAN)를 인식하며, 접속된 액세스 포인트들로부터의 클라이언트 트래픽과 액세스 VLAN들을 매칭시킨다. 가상 네트워크 스위치는 액세스 VLAN들 및 코어 VLAN들 사이의 조합 테이블을 유지한다. 가상 네트워크 스위치는 이더넷 집합 스위치들에 접속된 액세스 VLAN들에서의 이동국들과 적절한 코어 VLAN들 사이에서의 자유형태의 클라이언트 트래픽을 관리하기 위해 조합 테이블을 사용한다. 네트워크를 포함하는 차량은 예를 들면 인터넷과 같은 공중 네트워크에 열차 승객들을 접속하는 선로측에 위치된 액세스 포인트들을 가지는 열차가 될 수 있다. 열차위의 무선 디바이스들은 열차내에 적재된 네트워크에 접속할 수 있다.
본원 발명은 하기의 도면을 참조로 하여 더 상세히 설명된다.
도 1은 무선 액세스 능력을 가지는 네트워크(100), 즉 자유형태의 가상 근거리 통신 네트워크(FLAN:100)의 일예를 도시하며, 이동국들에서 접속된 클라이언트들은 무선 커버리지 영역내에서 자유롭게 로밍하고 그들이 로밍하는 것처럼 하나의 액세스 포인트로부터 또다른 액세스 포인트로 연결부분 없이(seamlessly) 교환된다. 무선 클라이언트 디바이스들이 될 수 있는 이동국들(MS:102,104)은 무선 데이터 링크들에 의해 다수의 액세스 포인트들(AP들:106, 108, 110, 112, 114, 116)중 하나에 접속된다. 상기 이동국들(102, 104) 또는 무선 클라이언트 디바이스들의 예들은 개인 디지털 보조장치(PDA), 셀룰러 전화기(특히, 인터넷이 가능한 셀룰러 전화기), 노트북 컴퓨터/무선 타블렛, 데스크톱 컴퓨터, 또는 하기에서 추가 설명되는 것과 같이 무선 통신 능력을 가지는 탑재형 네트워크를 가지는 열차와 같은 차량으로 공지된 것들을 포함할 수 있다. 각각의 AP(106, 108, 110, 112, 114, 116)는 이더넷 집합 스위치(118)에 접속된다. 각각의 집합 스위치(118)는 접속된 AP들(106, 108, 110, 112, 114, 116)로부터 모든 클라이언트 트래픽을 수집하여 바람직한 자유형태 가상 네트워크 스위치 또는 FLAN 스위치(120)로 전달한다. 상기 예에서 도시되지는 않았지만, 바람직한 실시예에서 네트워크는 집합 스위치들(118) 및/또는 FLAN 스위치들(120)의 하나 이상의 계층을 포함할 수 있다.
FLAN 스위치(120)는 일반적인 라우터(122)를 통해 일반적인 다이내믹 호스트 형성 프로토콜(DHCP) 서버(124) 및 예를 들면 인터넷(126)과 같은 공중 네트워크에 접속될 수 있다. 선택적인 보안을 위해, 라우터(122)는 또한 액세스 제어, 네트워크 어드레스 변환(NAT) 및 방화벽을 제공하는 일반적인 게이트웨이(128)를 통해 외부로 접속된다. 각각의 FLAN 스위치(120)는 다수의 VLAN 트렁크 인터페이스들(130, 132)을 포함할 수 있다. 집합 스위치들(118)에 접속된 FLAN 스위치 네트워크들(130)은 여기에서 액세스 포트들이라 참조되고 액세스 포트들(130)에 도달하는 패킷들은 다운스트림 패킷들이다. 라우터들(122)에 접속된 FLAN 스위치 인터페이스들(132)은 여기에서 코어 포트들이라 참조되고 코어 포트들(132)에 도달하는 패킷들은 업스트림 패킷들이다.
VLAN-인식 스위치는 예를 들면 이더넷 집합 스위치(118)와 같이 각각의 프레임을 단일 VLAN과 연관시키는 이더넷 스위치라 참조된다. 일반적인 VLAN-인식 스위치는 각각의 열이 MAC 어드레스, VLAN ID 및 하나의 포트를 포함하는 조합 테이블을 포함한다. 따라서, VLAN 인식 스위치는 단일 연관된 VLAN에 기초하여 각각의 프레임을 MAC 어드레스에 전송한다. 대조적으로, 바람직한 FLAN 스위치(120)는 각각의 프레임을 두개의 VLAN들과 연관시키며, 그중 하나는 액세스 포트(130)에 존재하고, 다른 하나는 코어 포트(132)에 존재한다. 종단에서, 각각의 FLAN 스위치(120)는 각각의 열이 MAC 어드레스, 액세스 포트/VLAN쌍, 및 코어 포트/VLAN쌍을 포함하는 포트 조합 테이블을 유지한다. 또한, 집합 스위치들(118)은 어드레스 포트들의 각각을 트렁크 포트를 통해 서로다른 VLAN에 정적으로 맵핑하도록 구성된다. 선택적으로, 각각의 집합 스위치(118)는 각각이 서로다른 포트에 접속된 다수의 AP들(106, 108, 110, 112, 114, 116)에서 VLAN을 공유할 수 있다. VLAN 공유는 사용되는 VLAN ID들의 갯수를 최소화시키는데 적절할 수 있다. 그러나, 임의의 하나의 집합 스위치(118)에서의 포트들보다 더 사용가능한 VLAN ID들(4094)이 존재하기 때문에, 정상적으로 FLAN 스위치(120)는 서로다른 집합 스위치들(118)에서 VLAN ID들을 재사용하여 VLAN ID들을 공유하는 것이 불필요하도록 할 수 있다.
바람직하게, 각각의 액세스 포인트(106, 108, 110, 112, 114, 116)의 전송/수신 범위는 각각의 특정 액세스 포인트에 대한 커버리지 영역이 의도된 커버리지 영역을 위해 연속적인 서비스를 제공하는 다른 인접 액세스 포인트들을 오버래핑하도록 한다. 따라서, 액세스 포인트들(106, 108, 110, 112, 114, 116) 중 하나를 통해 네트워크에 접속된 이동국(102, 104)은 액세스 포인트 수신 영역들 사이를 통과하여 FLAN(100)의 휴지부와의 통신을 일정하게 유지시킨다. 또한, FLAN 스위치(120)는 접속된 이동국(102, 104)으로부터 전송된 데이터를 연결부분 없이 수신하여, 특정 액세스 포인트(106, 108, 110, 112, 114, 116)로부터 무선으로 데이터를 수신하고, 집합 스위치(118)로부터 수신된 데이터를 인터넷(126)을 통해 원하는 목적지에 전송한다. 따라서, 데이터가 인터넷(126)으로부터 수신되면, FLAN 스위치(120)는 상기 데이터를 적절한 이동국(102, 104)에 전송한다. FLAN 스위치(120)는 이동국들(102, 104)과 인터넷(126)간의 연결부분없는 통신을 관리한다. 이동국(102, 104)이 하나의 액세스 포인트 수신 영역(110)으로부터 또다른 액세스 포인트 수신 영역(116)으로 이동하면, 특정 이동국(102, 104)으로/으로부터의 전송은 자동적으로 임의의 상호 간섭 없이 FLAN(100)의 휴지부를 통해 정확히 전달된다.
도 2A-B는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FLAN 스위치 패킷 핸들링, 즉, 흐름도(140)의 액세스 포트들에서 다운스트림 패킷들과 흐름도(160)에서 코어 포트들에서 업스트림 패킷들에 대한 흐름도를 도시한다. 도 2A에서 다운스트림 패킷은 단계(142)에서 액세스 포인트에서 수신된다. 만약 다운스트림 패킷이 DHCP 요청이면, 라우터(도 1의 122)는 DHCP 중계 대리자로서 동작하고 패킷을 DHCP 서버(124)로 전송한다. 다른 방법으로 정규 DHCP 서버로서 기능하는데 부가하여 DHCP 서버(124)는 클라이언트에게 어드레스를 복귀시킴으로써 클라이언트(예를 들면 MS(102, 104))를 확인하고 트래픽을 전송하도록 스위칭한다. DHCP 서버(124)는 FLAN 스위치에 의해 할당된 디폴트 VLAN을 매칭시키지 않는 서브넷에 클라이언트(102, 104)를 재할당할 수 있다. MS(102, 104)가 디폴트와 다른 서브넷에 할당되면, DHCP 응답은 적절한 DHCP 중계 대리자 및 정확한 VLAN으로 전송된다.
따라서, 단계(144)에서, 포트 조합 테이블은 프레임이 현재 접속된 MS(102, 104)의 MAC 어드레스를 포함하는지의 여부를 결정하도록 검사된다. 단계(146)에서 만약 패킷이 현재의 접속으로부터 발신하지 않으면, 포트 조합 테이블내의 소스 MAC 어드레스, 액세스 포트/VLAN 및 디폴트 코어 포트/VLAN 정보를 입력함으로써 새로운 접속이 형성된다. 디폴트 코어 포트/VLAN은 인입되는 액세스 포트/VLAN과 관련된다. 단계(148)에서 적절한 VLAN 태그는 다운스트림 패킷에 대한 새로운 디폴트 코어 VLAN을 거절하기 위해 변경된다. 그후에 단계(150)에서 패킷은 디폴트 코어 포트로 스위칭된다. 그러나, 만약 단계(144)에서 MAC 어드레스가 현재 접속된 MS(102, 104)를 위한 것으로 확인되면, 단계(152)에서 포트 조합 테이블은 액세스 포트/VLAN이 변경되는지의 여부를 결정하도록 검사된다. 액세스 포트/VLAN은 이동국(예를 들면, 102)이 예를 들면 도 1의 제 1 무선 액세스 포인트(110)로부터 또다른 무선 액세스 포인트(116)까지의 지역과 같은 AP 수신 지역들 사이에서 로밍할 때 변호할 수 있다. 만약 액세스 포트/VLAN이 변경되지 않으면, 단계(148)에서 패킷은 적절한 VLAN 태그를 사용하여 업데이트되고 단계(150)에서 적절한 확인된 코어 포트로 스위칭된다. 그렇지 않으면, 단계(152)에서 만약 액세스 포트/VLAN이 변경되지 않으면, 단계(154)에서 포트 조합 테이블은 업데이트되고 단계(148)에서 VLAN 태그가 변경된다. 그후에 단계(150)에서 패킷은 적절한 확인된 코어 포트로 스위칭된다.
유사하게, 도 2B의 단계(162)에서, 패킷이 코어 포트에서 수신되면, 단계(164)에서 패킷 프레임은 공지된 목적지에 대하여 검사된다. 만약 업스트림 패킷이 공지된 목적지로 전송되지 않으면, 임의의 현재 접속된 MS(예를 들어, 102 또는 104)에 대하여 지정되지 못하고 단계(166)에서 패킷은 탈락된다. 그러나, 만약 프레임이 접속된 MS(102 또는 104)에 대한 목적지 MAC를 포함하면, 패킷은 공지된 목적지를 위한 것이다. 그후에, 단계(168)에서, 조합 테이블은 클라이언트 조합이 클라이언트와의 가장 최근의 통신으로부터 변경되었는지의 여부를 결정하도록 검사된다. 조합 테이블은 확인된 코어 VLAN이 DHCP 응답에서 변경될 수 있거나 MS(102, 104)가 인입하는 포트에 대한 디폴트와는 다른 VLAN에 할당되기 때문에 변경될 수 있다. 또한, VLAN 및 포트는 백업 라우터에 대한 장애 극복이 존재하면 변화할 수 있다. 만약 클라이언트 조합이 변경되지 않으면, 단계(170)에서 VLAN 태그는 패킷에 대한 정확한 액세스 VLAN을 거절하도록 변경된다. 만약 포트 조합이 변경되면, 단계(172)에서 포트 조합 테이블은 단계(170)에서 VLAN 태그가 변경되기 이전에 업데이트된다. 그후에, 단계(174)에서 패킷은 액세스 포트로 스위칭된다.
따라서, 도 1에서 FLAN 스위치(120)의 액세스측에서 액세스 네트워크의 계층 2를 통해 이동국(102, 104)으로부터 이동하는 패킷에 대하여, 패킷은 네트워크내의 이동국의 물리적인 위치, 즉, 접속된 액세스 포인트(106, 108, 110, 112, 114, 116)에 대한 포트에 기초하여 VLAN에 할당된다. FLAN 스위치(120)의 코어측에서 이동국으로 이동하는 패킷은 네트워크내의 이동국의 논리적인 위치 또는 등가적으로 이동국의 IP 서브넷에 기초하여 VLAN에 할당된다.
도 3은 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 이더넷 집합 스위치(118)의 VLAN 구성의 일예이다. 바람직하게, FLAN 스위치는 VLAN 트렁크 인터페이스(130)를 통해 이더넷 집합 스위치들(118) 및 라우터(122)의 VLAN 구성과 연결된다. 상기 예에서, AP들(180)는 그룹화되어 각각의 그룹(182, 184, 186)은 적절한 경우에 허브(182h, 184h)와 접속된다. 허브(182h, 184h) 및 개별 AP들(즉, 단일 AP 그룹:186)은 이더넷 집합 스위치 포트들(188, 190, 192)과 접속된다. 상기 이더넷 스위치 포트들(188, 190, 192)의 각각은 FLAN 액세스 포트에 접속된 VLAN 트렁크(200)를 통해 개별 VLAN(194, 196, 198)과 맵핑된다. 각각의 AP 그룹(182, 184, 186)은 개별적으로 맵핑되고, 이더넷 집합 스위치(118)내의 AP 그룹들(182, 184, 186)사이에는 어떤 계층 2 접속들도 존재하지 않는다.
도 4는 디폴트 관계식들로 미리프로그래밍된 바람직한 FLAN 스위치(120)가 FLAN 스위치(120)의 액세스 포트(212) 및 코어 포트(214)상의 VLANs(194, 196, 198, 202, 204, 206, 208, 210)과 얼마나 관련되는지를 나타낸 일 예를 도시한다. 디폴트 조합 테이블(216)은 디폴트 VLAN쌍들 뿐만 아니라 FLAN 스위치(120)에 대한 고정된 코어 VLAN 할당을 제공한다. 특별한 네트워크들에 액세스하는 디바이스들 또는 고정된 IP 어드레스들을 요구하는 디바이스들은 조합 테이블(218)내의 MAC 어드레스에 의해 할당된다. 상기 관계식들은 명확한 텍스트 구성 파일들에 저장될 수 있고 임의의 적절한 텍스트 에디터를 사용하여 수정될 수 있다.
상기 예에서, FLAN 스위치(120)는 조합 테이블(218)에 표시된 것과 같이 모두 포트 6에서 MAC 어드레스들 ABC, XYZ, 및 456을 가지는 3개의 이동국들을 인식한다. VLAN ID 번호들(예를 들면, 1, 2, 3, 4, 21, 22, 23, 24)은 유일하지만, 포트/VLAN 집합은 패킷의 소스와 목적지를 확인한다. 따라서, VLAN ID 번호들은 모든 인터페이스들에 대하여 자유롭게 재사용할 수 있다. 상기 예에서, 디바이스들 ABC 및 456은 디폴트 조합 테이블(216)에 표시된 것과 같이 그들의 디폴트 VLAN 조합들내에 있다. 대조적으로, 디바이스 XYZ는 포트 6에 대한 디폴트 VLAN 조합내에 있지 않다. 대신에, 조합은 VLAN(204)과 접속된다. 따라서, 상기 예에 대하여, 디바이스 XYZ는 하나의 액세스 포인트 그룹으로부터 또다른 액세스 포인트 그룹으로 이동될 수 있다.
도 5는 코어 VLAN들(예를 들면, 도 4의 204, 206, 208, 210)이 라우터(122)상의 논리적인 인터페이스들(220, 222, 224, 226)로 맵핑되도록 접속하는 일 예를 도시한다. 상기 예에서, 각각의 논리적인 인터페이스(220, 222, 224, 226)는 DHCP 중계를 제공하도록 구성되고, DHCP 서버(124)는 적절한 IP 서브넷을 결정하기 위해 중계 대리자 IP 어드레스(즉, DHCP 메세지 바디내의 giaddr 필드)를 사용한다. 라우터(122)내의 서로다른 서브-인터페이스들은 각각 서로다른 인입하는 VLAN(220, 222, 224, 226)에 상응하고 예를 들면 인터넷 액세스에 대하여 서로다른 규칙들을 가지고 구성될 수 있다. 예를 들면, 관리 사용자들은 일반적인 사용자들에게 사용할 수 없는 서버들로 액세스하여 개별 관리 VLAN에 할당될 수 있다. DHCP 서버는 DHCP 서버가 FLAN 스위치의 코어측에서 VLAN 할당을 제어하도록 인에이블할때 서로다른 VLAN에 응답하도록 변경될 수 있다.
도 6은 열차 승객 사용자들을 위한 열차상 이동성을 제공하며, FLAN이 될 수 있는 열차 탑재용 LAN(230)의 일 예를 도시한다. 열차 탑재용 LAN(230)은 기존의 소형 이더넷 라우터(232)를 통해 클라이언트 WLAN/이더넷 브리지(234)를 사용하여 선로측 AP들(도 1의 AP들:106, 108, 110, 112, 114, 및 116에 상응하는)을 통해 홈스테이션에 접속할 수 있다.
바람직하게, 클라이언트 무선 LAN 브리지(234)는 열차의 라우터 포트와 선로측 이더넷 인프라구조 사이에 브리지된 접속을 제공한다. 클라이언트 WLAN 브리지(234)는 열차 외부에 장착될 수 있는 중간 이득 전방향성 안테나 시스템에 접속된다. 표준 소형 라우터(232)는 매우 낮은 비용으로 열차의 DHCP 및 기본 접속을 제공할 수 있다. 또한, 기차가 역들사이에서 이동하는 동안 열차 라우터 MAC 어드레스는 FLAN 스위치(비도시)의 업스트림측에 명백하다. 따라서, 열차 승객 사용자들은 열차가 AP로부터 AP로 이동함에 따라 이동 결과에 영향받지 않는다. 선택적으로, 전면과 후면에 정렬된 잇따른 중간 이득 방향성 안테나들은 열차에 장착될 수 있다. 각각의 차량은 안테나 위치, 전력 및 전기 잡음에 따라 표준 802.11b 액세스 포인트들(236, 238, 240, 242, 244)을 구비할 수 있다. 데이지-체인형(daisy-chained) 이더넷 허브들(246, 248, 250, 252, 254)은 차량 내부의 클라이언트들을 상호접속한다. 허브들(246, 248, 250, 252, 254)은 또한 승객들의 시트들에서 유선 이더넷 접속들을 제공할 수 있다. 바람직하게, 모든 열차 네트워킹 하드웨어는 기존 제품이지만, 안테나와 전력 시스템들은 필요하면 열차 탑재용으로 적용된다.
레일 애플리케이션 실시예에서, 무선 클라이언트 디바이스들(256, 258)은 열차상의 FLAN에 접속되고 코어 FLAN AP들은 선로측에 존재한다. 열차상의 로컬 AP들(236, 238, 240, 244)는 이동국 또는 "클라이언트 디바이스" 라우터(232) 후방으로 감춰진다. 라우터(232)는 열차상의 모든 승객 사용자들에 대하여 게이트웨어로서 동작하고 라우터 MAC 어드레스는 모든 인출되는 패킷들에 추가된다. 바람직하게, 열차 라우터(232)는 열차상의 클라이언트들로의 트래픽을 처리하기 위해 계층 3 어드레스들을 사용한다. 다시, 트랙측 코어 FLAN 스위치는 동일한 MAC 어드레스를 가지고 도달하는 모든 열차 트래픽을 살펴본다. 단일 MAC 어드레스는 열차의 이동으로 인해 이동 결과가 발생할 때마다 단일 테이블을 업데이트 하는 것을 의미한다.
또다른 레일 애플리케이션 실시예에서, 각각의 철도 차량은 유선 접속들을 위한 유선 이더넷 허브들을 가지는 내부 네트워크, 초기 무선 액세스 포인트, 및 선로측 무선 액세스 포인트들에 접속하는 외부 무선 클라이언트 브리지를 포함한다. 따라서, 각각의 철도 차량은 독립적인 네트워크를 가지며, 트래픽은 전술된 바와 같이 선로측 네트워크와 FLAN 스위치에 브리지될 수 있다. 유리하게, 상기 실시예는 철도 차량들간의 유선 네트워크의 비용과 복잡성에 대해서는 회피하고 있다. 선택적으로, 클라이언트 브리지들은 철도 차량들 사이에 통신을 제공할 수 있다.
따라서, 바람직한 철도 FLAN은 승객 인터넷 액세스, 즉, 열차 데이터 서비스 및 보안을 위해 2-10 Mbps 인터넷 접속들을 제공한다. 승객들은 표준 무선 LAN 카드 또는 유선 이더넷 접속을 사용하여 탑재형 FLAN에 접속할 수 있다. 개별 전용 무선 FLAN 접속은 데이터를 열차와 선로측 AP들사이에서 이동시킨다. 선로측 AP들간의 이동은 FLAN에 의해 제공된다. 본 발명을 대형의 선로 네트워크에 적용하는 것은 수백만대의 열차들이 수천 킬로미터의 트랙들을 통해 동일한 네트워크에 접속하도록 한다.
도 7은 바람직한 선로측 또는 FLAN(260)의 일 예이다. 상기 예에서, 선로측 802.1b AP들(262, 264)는 정상적으로 현존하는 선로측 시스템, 상기 예에서 선로측에서 이동 통신-선로 기지국 수신기를 위한 범용 시스템(GSM-R BTS들)과 함께 위치한다. AP들(262, 264)는 트랙을 가리키는 지향성 안테나들(266, 268)사용하여 5-10km 범위를 달성한다. GSM-R BTS 위치들은 전체 커버리지를 제공하지 않으며, 추가의 AP들(262, 264)는 트랜시버 위치들 사이에 설치될 수 있다. 또한, 선로측 구리 전화선들(270) 및 대칭적인 디지털 가입자선(sDSL) 모뎀들(272)이 포함되어 GSM-R 위치에 데이터를 다시 전달할 수 있다.
도 8은 FLAN 스위치(282) 및 액세스 네트워크(284) 사이의 트래픽을 터널링하는 바람직한 FLAN(280)의 일 예이다. FLAN(280)은 표준 이더넷 프로토콜에 기초하기 때문에, 예를 들면, SONET, ATM 또는 IP 네트워크들과 같은 가장 최신의 네트워크들을 통해 이더넷 프레임들을 터널링하도록 용이하게 구성될 수 있다. 상기 예에서, 액세스 네트워크(284)는 허브(292)에 접속된 AP들(286, 288, 290)의 그룹을 포함한다. 허브(292)는 라우터(294)에 접속되고 인터넷을 통해 라우터(296)에 접속된다. 라우터(296)는 이더넷 집합 스위치(298)를 통해 FLAN 스위치(282)에 접속된다. 라우터들(294, 296)에 의해 관리되는 터널링은 예를 들면 GSM-R BTS로 대역폭을 공유하는 것이 불가능한 경우에 사용될 수 있다. 선택적으로, 터널링된 트래픽은 예를 들면 케이블 모뎀, xDSL 또는 TDM을 사용하여 정규 인터넷 접속을 통해 FLAN 스위치(282)에 다시 전달될 수 있다.
유리하게, 본 발명은 대형의 자유형태 무선 데이터 네트워크들, 즉, 최종 사용자 이동성을 허가하는 FLAN들을 생성하는 것이 용이하다. FLAN들은 예를 들면, 공항, 커피숍, 대도시 지역 및 열차 및 버스위와 같은 어느곳에서도 형성될 수 있다. 또한, 본 발명은 예를 들면, 802.11b 및 802.11a와 같은 산업-표준 무선 데이터 기술을 사용하는 자유혀애 무선 액세스를 제공한다. 예를 들면, 802.11b 카드를 가지는 랩탑 컴퓨터와 같은 무선 액세스가 구비된 일반적으로 사용가능한 디바이스들은 클라이언트들이 위치에 관계없이, 즉 오피스, 홈 또는 철도로 여행중에 인터넷 프로토코(IP)을 사용하여 FLAN에 접속될 수 있도록 한다. FLAN은 현존하는 클라이언트 디바이스들이 추가의 소프트웨어를 로딩하지 않거나 클라이언트 디바이스를 형성하여 AP 수신 지역들을 자유롭게 "턴-온 및 이동"할 수 있는 네트워크를 간단하고 용이하게 관리할 수 있다. 바람직한 실시예에서, FLAN은 표준의 기존 장치들을 사용할 수 있으며, 주문이 요구되는 경우에, 주문은 네트워크내의 단일 위치, 즉 FLAN 스위치에 한정될 수 있다. 또한, 원한다면, 인가 및 과금(AAA) 뿐만 아니라 다른 무선 보안 특성들의 임의의 다른 기술의 네트워크와 함께 포함될 수 있다.
본 발명은 무선 액세스 포인트들을 상호 접속하기 위한 1계층-2이더넷 네트워크에 상기 모든 장점들을 제공한다. 상기 네트워크의 일상적인 범위는 네트워크를 다수의 더 작은 네트워크들에 효율적으로 분할하기 위해 IEEE 802.1Q 가상 LAN들(VLAN들)의 바람직한 애플리케이션에는 사용되지 않으며, 따라서 방송 트래픽 및 스패닝 트리(spanning tree)들과 같은 문제들을 피할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예들과 관련하여 설명되지만, 당업자는 본 발명이 부가된 청구항들을 사상 및 영역내에서 변경이 가능하다는 것을 인식할 것이다.

Claims (17)

  1. 무선 액세스 능력을 가지는 네트워크로서,
    다수의 무선 액세스 포인트들;
    적어도 하나의 이더넷 집합 스위치 - 상기 다수의 액세스 포인트들 중 하나는 상기 적어도 하나의 이더넷 집합 스위치의 각각에 접속되고, 상기 이더넷 집합 스위치의 각각은 가상 LAN(VLAN)을 인식하고 상기 접속된 액세스 포인트들로부터의 클라이언트 트래픽을 액세스 VLAN들과 매칭시킴 - ; 및
    상기 접속된 이더넷 집합 스위치의 각각에서의 상기 액세스 VALN들과 적절한 코어 VLAN들 사이에 상기 클라이언트 트래픽을 전송하는 자유형태 가상 네트워크 스위치를 포함하는 네트워크.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 자유형태 가상 네트워크 스위치는 상기 액세스 VLAN들과 상기 코어 VLAN들 사이의 조합 테이블을 유지하는 것을 특징으로 하는 네트워크.
  3. 제 1항에 있어서, 액세스 포인트 수신 지역들을 이동하는 적어도 하나의 이동국을 더 포함하며, 상기 네트워크와의 무선 접속은 상기 적어도 하나의 이동국이 수신 지역들 사이에서 이동할 때 상기 적어도 하나의 이동국과 함께 지속되는 것을 특징으로 하는 네트워크.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이동국이 수신 지역들 사이에서 이동하면, 상기 자유형태 가상 네트워크 스위치는 상기 수신 지역의 각각의 변경을 확인하여 상기 각각의 변경에 대하여 상기 조합 테이블을 업데이트시키는 것을 특징으로 하는 네트워크.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 자유형태 가상 네트워크 스위치와 공중 네트워크 사이의 상기 코어 VLAN들을 통해 트래픽을 라우팅하는 라우터;
    상기 자유형태 가상 네트워크 스위치와 상기 공중 네트워크 사이의 접속을 관리하는 다이내믹 호스트 형성 프로토콜(DHCP) 서버; 및
    상기 공중 네트워크에서 액세스 제어, 네트워크 어드레스 변환 및 방화벽 보안을 제공하는 게이트웨이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 액세스 포인트들 중 적어도 두개의 액세스 포인트들은 액세스 포인트 그룹을 형성하는 허브에 접속되고, 상기 허브는 상기 액세스 포인트 그룹을 상기 이더넷 집합 스위치에 접속하는 것을 특징으로 하는 네트워크.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 액세스 포인트들은 열차 선로들을 따라 선로측에 위치되고, 상기 적어도 하나의 이동국은 열차내의 탑재형 디바이스이며, 상기 열차는 상기 탑재형 디바이스에 접속된 탑재형 네트워크를 더 포함하며, 이로인해 탑재형 무선 디바이스들이 상기 탑재형 네트워크를 통해 상기 공중 네트워크에 접속하는 것을 특징으로 하는 네트워크.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 탑재형 디바이스는 상기 액세스 포인트들의 선로측에 접속하는 클라이언트 무선 LAN(WLAN) 브리지인 것을 특징으로 하는 네트워크.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 탑재형 네트워크는 다수의 탑재형 액세스 포인트들을 포함하며, 상기 열차위의 승객의 무선 디바이스들은 상기 탑재형 액세스 포인트들 중 하나를 통해 상기 탑재형 네트워크에 접속하는 것을 특징으로 하는 네트워크.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 탑재형 네트워크는,
    적어도 하나의 탑재형 이더넷 집합 스위치 - 상기 탑재형 액세스 포인트들 중 하나는 상기 적어도 하나의 탑재형 이더넷 집합 스위치에 접속되고, 상기 탑재형 이더넷 집합 스위치의 각각은 가상 LAN(VLAN)을 인식하고 상기 접속된 탑재형 액세스 포인트들로부터의 클라이언트 트래픽을 상기 액세스 VLAN들 중 하나와 매칭시킴 - ; 및
    상기 접속된 탑재형 이더넷 집합 스위치의 각각에서 상기 매칭된 액세스 VLAN들로부터의 클라이언트 트래픽을 수신하여 상기 클라이언트 트래픽을 상기 적절한 코어 VLAN들에 전송하는 탑재형 자유형태 가상 네트워크 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크.
  11. 무선 통신 네트워크에서, 이동국들과 상기 이동국들에 접속된 원격 목적지들간의 데이터 흐름을 관리하는 방법으로서,
    a) 공지된 어드레스에 대하여 각각의 수신된 통신 패킷을 검사하는 단계;
    b) 상기 공지된 어드레스를 가지는 상기 각각의 수신된 통신 패킷에 대하여 이전 포트/가상 LAN 대응이 상기 공지된 어드레스에서의 디바이스에 대하여 변경되는지의 여부를 결정하는 단계;
    c) 상기 포트/가상 LAN 대응이 변경된 것으로 결정되면, 상기 각각의 통신 패킷에 대한 포트 조합 테이블을 업데이트하는 단계;
    d) 업데이트된 포트/가상 LAN 조합을 가지는 상기 각각의 통신 패킷에 대하여 가상 LAN 태그를 변경시키는 단계; 및
    e) 상기 각각의 통신 패킷을 확인된 포트로 스위칭 하는 단계를 포함하는 데이터 흐름 관리 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 만약 상기 수신된 통신 패킷이 코어 포트로부터 수신된 이동국에 대한 패킷이고 상기 단계 a)에서 상기 어드레스가 공지되지 않은 것으로 결정되면, 상기 수신된 통신 패킷은 탈락되는 것을 특징으로 하는 데이터 흐름 관리 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 만약 상기 수신된 통신 패킷이 이동국으로부터의 패킷이고 상기 단계 a)에서 상기 패킷이 공지된 어드레스를 위한 것이 아닌 것으로 결정되면, 상기 단계 c)에서 상응하는 코어 및 액세스에 대하여 가상 LAN 및 포트 할당들이 상기 포트 조합 테이블에 입력되는 것을 특징으로 하는 데이터 흐름 관리 방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 어드레스는 이동국에 대한 MAC 어드레스인 것을 특징으로 하는 데이터 흐름 관리 방법.
  15. 차량 이동 경로를 따라 위치된 액세스 포인트들을 통해 무선 네트워크와 무선 통신하는 차량으로서,
    상기 액세스 포인트의 경로측에 접속하는 탑재형 무선 LAN(WLAN) 브리지; 및
    상기 탑재형 WLAN 브리지와 탑재형 디바이스들에 접속된 탑재형 네트워크를 포함하며, 상기 탑재형 디바이스들은 상기 탑재형 네트워크를 통해 공중 네트워크에 접속하고, 상기 차량은 상기 경로측 액세스 포인트들의 수신 지역들 사이에서 이동하며, 클라이언트 트래픽은 상기 공중 네트워크와 상기 탑재형 디바이스들 사이에 연결부분없이(seamlessly) 라우팅되는 차량.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 차량은 여객 열차이고, 상기 경로는 열차 루트이며, 상기 탑재형 네트워크는 다수의 탑재형 액세스 포인트들을 포함하고, 상기 열차상의 승객 무선 디바이스들은 상기 탑재형 액세스 포인트들 중 하나를 통해 상기 탑재형 네트워크에 접속하는 것을 특징으로 하는 차량.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 탑재형 네트워크는,
    적어도 하나의 탑재형 이더넷 집합 스위치 - 상기 탑재형 액세스 포인트들 중 하나는 상기 적어도 하나의 탑재형 이더넷 집합 스위치에 접속되고, 상기 탐재형 이더넷 집합 스위치의 각각은 가상 LAN(VLAN)을 인식하고 상기 접속된 탑재형 액세스 포인트들로부터의 클라이언트 트래픽을 액세스 VLAN들과 매칭시킴 - ; 및
    상기 접속된 탑재형 이더넷 집합 스위치의 각각에서 상기 매칭된 액세스 VLAN들과 적절한 코어 VLAN들사이에 클라이언트 트래픽을 전송하는 탑재형 자유형태 가상 네트워크 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
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