JP2002218524A - 無線端末及び無線基地局切り替え方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のネットワークでは、無線基地局の切り
替えをネットワークレイヤで実現しているために、長い
切り替え時間を要してしまうという問題点があった。 【解決手段】 無線ＩＰネットワーク１において、エッ
ジルーター４００の配下のＳＷ−ＨＵＢ３００に複数の
無線基地局２００Ａ、２００Ｂ、２００を直接接続し、
通信中の無線端末１００が、無線レベルの低下、受信品
質の劣化を検出し、切り替え候補の無線基地局を補足
し、切り替え候補先の無線基地局２００Ｂを介してＩＰ
パケットを送信し、ＳＷ−ＨＵＢ３００が保持するキャ
ッシュを書き替えることで、無線レベルおよび受信品質
の良い無線基地局を介した通信経路へ切り替える。 【効果】 リンクレイヤによる高速な無線基地局切り替
えサービスを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、無線基地局の切
り替えを行うために、切り替え先無線基地局を介してＩ
Ｐパケットを送信する無線端末、並びに無線端末からの
ＩＰパケットによりスイッチングハブ（ＳＷ−ＨＵＢ）
が保持するキャッシュを書き替えることで、無線レベ
ル、受信品質の良い無線基地局を介した通信経路へ切り
替える無線基地局切り替え方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のネットワークでは、無線基地局切
り替えをＭｏｂｉｌｅ−ＩＰ方式によるネットワークレ
イヤで実現していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
ネットワークでは、無線基地局の切り替えをネットワー
クレイヤで実現しているために、長い切り替え時間を要
してしまうという問題点があった。

【０００４】また、無線基地局がマイクロセルの場合、
頻繁に無線基地局の切り替えが生じるため、ネットワー
クレイヤでの切り替えでは時間がかかり、スループット
が上がらないという問題点があった。

【０００５】さらに、ＶｏＩＰ（Voice over IP）等、
音声サービスを提供する場合も、無線基地局の切り替え
に時間がかかるとＵＤＰ（User Datagram Protocol）パ
ケットの廃棄が起こり、通話品質が低下するという問題
点があった。

【０００６】一方、交換機に無線基地局を収容し、高速
な無線基地局切り替えを実現していたが、交換機が高価
なため、ネットワーク構築に関する費用が高額になると
いう問題点があった。

【０００７】この発明は、前述した問題点を解決するた
めになされたもので、高価な交換機機能に依存すること
なく汎用のＩＰ機器を用い、リンクレイヤによる高速な
無線基地局切り替えサービスを提供することができる無
線端末及び無線基地局切り替え方法を得ることを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る無線端末は、無線基地局、スイッチングハブ、及びル
ーターを経由して通信先と通信を行う無線端末におい
て、第１のチャネルを使用して切り替え元無線基地局と
通信中の電界強度を測定し、品質劣化を検出した場合に
は、第２のチャネルを使用して切り替え先無線基地局へ
リンクチャネル確立要求を送信し、前記切り替え先無線
基地局からリンクチャネル割当、及び認証結果ＯＫ通知
パケットを受信したときには、前記第２のチャネルを使
用して前記ルーターへ前記切り替え先無線基地局、及び
前記スイッチングハブを経由してＩＰパケットを送信す
る中央制御部を備えたものである。

【０００９】この発明の請求項２に係る無線基地局切り
替え方法は、無線基地局、スイッチングハブ、及びルー
ターを経由して、無線端末と通信先との間で通信を行う
ネットワークにおいて、前記無線端末が、第１のチャネ
ルを使用して切り替え元無線基地局と通信中の電界強度
を測定し、品質劣化を検出した場合は、第２のチャネル
を使用して切り替え先無線基地局へリンクチャネル確立
要求を送信するステップと、前記切り替え先無線基地局
が、前記第２のチャネルを使用して前記無線端末へリン
クチャネル割当、及び認証要求パケットを送信するステ
ップと、前記無線端末が、前記リンクチャネル割当を受
信した後、前記認証要求パケットを受信すると認証演算
を行い、前記第２のチャネルを使用して前記切り替え先
無線基地局へ前記認証演算結果を送信するステップと、
前記切り替え先無線基地局が、前記無線端末から得られ
た認証演算結果と、認証サーバーから得られた認証演算
結果とを照合し、一致した場合には、前記第２のチャネ
ルを使用して前記無線端末へ認証結果ＯＫ通知パケット
を送信するステップと、前記無線端末が、前記認証結果
ＯＫ通知パケットを受信した後、前記第２のチャネルを
使用して前記ルーターへ前記切り替え先無線基地局を経
由してＩＰパケットを送信するステップと、前記スイッ
チングハブが、前記ＩＰパケットを受信すると、前記無
線端末のリンクレイヤアドレスと前記切り替え元無線基
地局が収容されている第１のポートとの対応を、前記無
線端末のリンクレイヤアドレスと前記切り替え先無線基
地局が収容されている第２のポートとの対応に書き替え
るステップとを含むものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１に係る無線端末及び無線基地局切り替え方法につ
いて図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の
実施の形態１に係る無線ＩＰネットワークの全体構成を
示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当
部分を示す。

【００１１】図１において、１は無線ＩＰネットワー
ク、２はインターネット、３は公衆電話網、４は企業網
である。

【００１２】また、同図において、無線ＩＰネットワー
ク１は、相互に接続された複数のルーター（Ｒｏｕｔｅ
ｒ）４００から構成されている。また、１つのルーター
４００には、認証サーバー５００と、複数のスイッチン
グハブ（ＳＷ−ＨＵＢ）３００が接続されている。さら
に、１つのスイッチングハブ３００には、無線端末１０
０と交信する複数の無線基地局２００が接続されてい
る。

【００１３】図２は、この発明の実施の形態１に係る無
線端末の構成を示す図である。

【００１４】図２において、無線端末１００は、ＣＰ
Ｕ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成される中央制御部１０
と、パス切り替え部１１と、無線制御部１２、１４と、
送受信機１３、１５と、ハイブリッド（ＨＹＢ）１６
と、アンテナ１７と有する。

【００１５】つぎに、この実施の形態１に係る無線端
末、無線基地局、スイッチングハブ、ルーター、及び認
証サーバーの各動作について図面を参照しながら説明す
る。

【００１６】無線端末１００の基本的な動作は、次のと
おりである。周波数の異なる２つのチャネル（チャネル
１及び２）を使用して、時分割多重で２系統それぞれに
おいて送受信を行う。例えば、中央制御部１０は、パス
切り替え部１１、及び無線制御部１２を制御し、パス切
り替え部１１、無線制御部１２、送受信機１３、ハイブ
リッド（ＨＹＢ）１６、及びアンテナ１７を経由し、チ
ャネル１を使用して切り替え元無線基地局２００Ａと送
受信する。また、中央制御部１０は、パス切り替え部１
１、及び無線制御部１４を制御し、パス切り替え部１
１、無線制御部１４、送受信機１５、ハイブリッド（Ｈ
ＹＢ）１６、及びアンテナ１７を経由し、チャネル２を
使用して切り替え先無線基地局２００Ｂと送受信する。

【００１７】図３は、この発明の実施の形態１に係る無
線端末、無線基地局、及び認証サーバーの各動作シーケ
ンスを示す図である。

【００１８】図３において、無線端末１００の中央制御
部１０は、チャネル１で、切り替え元無線基地局２００
Ａと通信中の電界強度を測定し、レベル低下、受信品質
の劣化を検出する。

【００１９】次に、無線端末１００は、レベル低下、受
信品質の劣化を検出した場合には、チャネル２で、図１
に示す同じアクセスエリア内の切り替え先候補無線基地
局を検出し、切り替え先無線基地局２００Ｂに無線チャ
ネルの割当を受けるためにリンクチャネル確立要求を行
ない、通話チャネルを確保する。

【００２０】一方、切り替え先無線基地局２００Ｂは、
無線端末１００の正当性を確認するために、スイッチン
グハブ（ＳＷ−ＨＵＢ）３００、ルーター４００を経由
して認証サーバー５００へ認証情報要求パケットを送出
し、認証サーバー５００からの認証情報応答パケットに
より認証演算結果を得ると同時に、無線端末１００に対
して認証要求パケットを送出し、無線端末１００からの
認証応答パケットにより認証演算結果を得て、前述した
認証サーバー５００から得た演算結果と、無線端末１０
０から得た演算結果とを照合し、無線端末１００の正当
性を確認する。

【００２１】その後、無線端末１００は、同じアクセス
エリア内のルーター４００に対し、切り替え先無線基地
局２００Ｂ、スイッチングハブ３００を経由してＲｏｕ
ｔｅｒ要請パケットを送出し、スイッチングハブ３００
の持つ学習機能によりキャッシュを書き替える。この時
点で、通信先からの新たな到着パケットは、切り替え先
無線基地局２００Ｂにスイッチングハブ（ＳＷ−ＨＵ
Ｂ）内でスイッチングされることになる。

【００２２】次に、無線端末１００は、前述した同じア
クセスエリア内のルーター４００からＲｏｕｔｅｒ要請
応答パケットを受付た時点で、チャネル２をアクトに切
り替え、旧アクトであるチャネル１をスタンバイに切り
替え、切り替え元無線基地局２００Ａとの無線リソース
を解放することで無線基地局の切り替えを完了させる。

【００２３】また、無線端末１００のアクトスタンバイ
を切り替えるまでは、無線端末１００は、通信先からの
到着パケットを受信することで、データーパケットの廃
棄をできるだけ防ぐことになる。

【００２４】図４は、この発明の実施の形態１に係る無
線端末、無線基地局、スイッチングハブ、ルーター、及
び認証サーバーの各動作を示すフローチャートである。
この図４は、上記無線基地局切り替え方式を実現する上
での無線端末、及び無線基地局の制御アルゴリズムを示
すフローチャートである。

【００２５】まず、ステップ１０１〜１０３において、
通信元である無線端末１００は、切り替え元無線基地局
２００Ａと通信中に電界強度を測定する。受信品質を判
定し、問題なければ通信を継続する。

【００２６】次に、ステップ１０４において、品質劣化
を検出した場合は、スタンバイ側のチャネル２で切り替
え先基地局候補を検出する。

【００２７】次に、ステップ１０５において、無線端末
１００は、切り替え先無線基地局２００Ｂに対しリンク
チャネル確立要求を送信する。

【００２８】一方、ステップ２５１〜２５４において、
切り替え先無線基地局２００Ｂは、リンクチャネルを無
線端末１００へ割り当てるべく、リンクチャネル割当送
信を無線端末１００に対して行うと同時に、認証サーバ
ー５００へ無線端末１００の認証情報を要求するために
認証情報要求パケットを送信する。認証サーバー５００
は、認証情報応答パケットで演算結果を切り替え先無線
基地局２００Ｂへ返送する。

【００２９】次に、ステップ２５５において、切り替え
先無線基地局２００Ｂは、認証要求パケットを無線端末
１００へ送信する。

【００３０】通信元に戻って、ステップ１０７〜１０９
において、無線端末１００は、切り替え先無線基地局２
００Ｂからリンクチャネル割当を受信した後、認証要求
パケットを受信し、認証演算を行い、その結果を認証応
答パケットにより切り替え先無線基地局２００Ｂへ返送
する。

【００３１】一方、ステップ２５６〜２６０において、
切り替え先無線基地局２００Ｂは、無線端末１００から
の認証応答パケットで得られた無線端末１００の認証演
算結果と、先に述べた認証サーバー５００から返送され
た認証結果とを照合し、不一致（照合ＮＧ）の場合は、
先に割り当てた無線端末１００との無線リンクを開放
し、空き状態に遷移する。一致（照合ＯＫ）の場合に
は、認証結果ＯＫ通知パケットを無線端末１００へ送信
し、その後、無線端末１００との通話中状態に遷移す
る。

【００３２】通信元に戻って、ステップ１１０におい
て、無線端末１００は、認証演算結果を認証応答パケッ
トで切り替え先無線基地局２００Ｂへ送信し、認証結果
ＯＫ通知パケットを受信した後、チャネル１に制御を委
譲し、チャネル１側の発信パケットを停止し、受信パケ
ットのみを待ち受けることにより、切り替え元無線基地
局２００Ａがすでに受信した受信パケットの吐き出しを
行う。

【００３３】次に、ステップ１１１において、無線端末
１００は、チャネル２に制御を委譲し、スイッチングハ
ブ（ＳＷ−ＨＵＢ）３００のキャッシュを切り替え先無
線基地局２００Ｂへ書き替えるために、ルーター４００
に対し、Ｒｏｕｔｅｒ要請パケットを送信する。この時
点で、同じアクセスエリア内の無線基地局切り替えの場
合、通信相手からの到着パケットは、スイッチングハブ
３００内で、切り替え先無線基地局２００Ｂへスイッチ
ングされることになる。

【００３４】ここで、無線端末１００からのＲｏｕｔｅ
ｒ要請パケットを受けたルーター４００は、自分自身の
プレフィックスをＲｏｕｔｅｒ要請応答パケットにより
無線端末１００に返送する。

【００３５】通信元に戻って、ステップ１１２〜１１４
において、Ｒｏｕｔｅｒ要請応答パケットを受信した無
線端末１００は、受信したルーター４００のプレフィッ
クスと、自分自身のＩＰアドレス上のプレフィックスと
を照合し、同じアクセスエリア内の無線基地局切り替え
か、隣接するアクセスエリアを跨った無線基地局切り替
えかを判断する。同じアクセスエリア内無線基地局切り
替えの場合は、チャネル１に制御を委譲し、チャネル１
側の無線リソースを解放し、切り替え元無線基地局２０
０Ａの無線リソース解放を促した後、チャネル２に制御
を委譲する。

【００３６】次に、ステップ１１５〜１１６において、
無線基地局１００は、チャネルのアクトスタンバイ切り
替えを行い、チャネル２で切り替え先無線基地局２００
Ｂとの通信中状態に遷移し、無線基地局の切り替えを完
了する。

【００３７】なお、ステップ１１７において、隣接する
アクセスエリアを跨る無線基地局切り替えの場合には、
無線基地局１００は、例えばルーター４００を跨る切り
替えになるため、汎用のＭｏｂｉｌｅＩＰｖ６手順に準
拠した処理を行った後、前述したアクセスエリア内無線
基地局切り替えと同様の処理（ステップ１１４〜１１
６）を行い、無線基地局の切り替えを完了する。

【００３８】ここで、スイッチングハブ（ＳＷ−ＨＵ
Ｂ）３００のキャッシュ書き換え方法について図４及び
図５を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施
の形態１に係る無線基地局切り替え方法におけるスイッ
チングハブのキャッシュ書き換え方法を示す図である。

【００３９】無線端末１００が、図５に示すように、ネ
ットワークレイヤアドレスＣＯＡ１と、リンクレイヤア
ドレスＭＡＣ１とを持ち、通信中に移動した場合のスイ
ッチングハブ３００のキャッシュ書き換え方法を説明す
る。なお、スイッチングハブ３００は、ＳＷ−ＨＵＢキ
ャッシュを有する。

【００４０】無線端末１００は、チャネル１を使用して
通信中で、ＳＷ−ＨＵＢキャッシュは、無線端末１００
のリンクレイヤアドレスＭＡＣ１と切り替え元無線基地
局２００Ａが収容されているポート１との対応を保持
し、データパケットのスイッチングを行っている。な
お、図４のステップ３０１も参照して下さい。

【００４１】その後、図５に示すように、無線端末１０
０が移動すると、先に述べた無線基地局切り替え前処理
を行った後、無線端末１００は、チャネル２を使用し
て、エッジルーター４００に対し、Ｒｏｕｔｅｒ要請パ
ケットを送信する。

【００４２】このＲｏｕｔｅｒ要請パケットの送信者
は、ネットワークレイヤアドレスＣＯＡ１とリンクレイ
ヤアドレスＭＡＣ１を持つ無線端末１００であり、スイ
ッチングハブ３００は、無線端末１００が移動したこと
を認識し、先に述べたＳＷ−ＨＵＢキャッシュをリンク
レイヤアドレスＭＡＣ１と切り替え先無線基地局２００
Ｂが収容されているポート２との対応に書き替える。な
お、図４のステップ３０２〜３０４も参照して下さい。

【００４３】この時点で、通信先からの新たな到着パケ
ットは、スイッチングハブ３００のＳＷ−ＨＵＢキャッ
シュに従い、切り替え先無線基地局２００Ｂへスイッチ
ングされることになる。

【００４４】その後、無線端末１００は、チャネル２
で、エッジルーター４００からのＲｏｕｔｅｒ要請応答
パケットを受信し、切り替えが正常に行われたことを認
識し、先に述べた無線基地局後処理を行い、無線基地局
の切り替えを完了する。

【００４５】この実施の形態１によれば、交換機などの
高価な装置を使うことなく、汎用のスイッチングハブ
（ＳＷ−ＨＵＢ）３００に複数の無線基地局２００を収
容し、無線端末１００からルーター４００へ、切り替え
先の無線基地局経由でＩＰパケット（Ｒｏｕｔｅｒ要請
パケット）を送出し、スイッチングハブ３００のキャッ
シュを書き替えることで、その後の到着パケットをスイ
ッチングハブ３００のスイッチング機能、つまりリンク
レイヤによる経路変更が可能となり、高速な無線基地局
切り替えが実現できる。

【００４６】

【発明の効果】この発明の請求項１に係る無線端末は、
以上説明したとおり、無線基地局、スイッチングハブ、
及びルーターを経由して通信先と通信を行う無線端末に
おいて、第１のチャネルを使用して切り替え元無線基地
局と通信中の電界強度を測定し、品質劣化を検出した場
合には、第２のチャネルを使用して切り替え先無線基地
局へリンクチャネル確立要求を送信し、前記切り替え先
無線基地局からリンクチャネル割当、及び認証結果ＯＫ
通知パケットを受信したときには、前記第２のチャネル
を使用して前記ルーターへ前記切り替え先無線基地局、
及び前記スイッチングハブを経由してＩＰパケットを送
信する中央制御部を備えたので、先無線基地局の切り替
えを高速に実現することができるという効果を奏する。

【００４７】この発明の請求項２に係る無線基地局切り
替え方法は、以上説明したとおり、無線基地局、スイッ
チングハブ、及びルーターを経由して、無線端末と通信
先との間で通信を行うネットワークにおいて、前記無線
端末が、第１のチャネルを使用して切り替え元無線基地
局と通信中の電界強度を測定し、品質劣化を検出した場
合は、第２のチャネルを使用して切り替え先無線基地局
へリンクチャネル確立要求を送信するステップと、前記
切り替え先無線基地局が、前記第２のチャネルを使用し
て前記無線端末へリンクチャネル割当、及び認証要求パ
ケットを送信するステップと、前記無線端末が、前記リ
ンクチャネル割当を受信した後、前記認証要求パケット
を受信すると認証演算を行い、前記第２のチャネルを使
用して前記切り替え先無線基地局へ前記認証演算結果を
送信するステップと、前記切り替え先無線基地局が、前
記無線端末から得られた認証演算結果と、認証サーバー
から得られた認証演算結果とを照合し、一致した場合に
は、前記第２のチャネルを使用して前記無線端末へ認証
結果ＯＫ通知パケットを送信するステップと、前記無線
端末が、前記認証結果ＯＫ通知パケットを受信した後、
前記第２のチャネルを使用して前記ルーターへ前記切り
替え先無線基地局を経由してＩＰパケットを送信するス
テップと、前記スイッチングハブが、前記ＩＰパケット
を受信すると、前記無線端末のリンクレイヤアドレスと
前記切り替え元無線基地局が収容されている第１のポー
トとの対応を、前記無線端末のリンクレイヤアドレスと
前記切り替え先無線基地局が収容されている第２のポー
トとの対応に書き替えるステップとを含むので、先無線
基地局の切り替えを高速に実現することができるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る無線ＩＰネッ
トワークの全体構成を示す図である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係る無線端末の構
成を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態１に係る無線端末、無
線基地局、及び認証サーバーの各動作シーケンスを示す
図である。

【図４】 この発明の実施の形態１に係る無線端末、無
線基地局、スイッチングハブ、ルーター、及び認証サー
バーの各動作を示すフローチャートである。

【図５】 この発明の実施の形態１に係る無線基地局切
り替え方法におけるスイッチングハブのキャッシュ書き
換え方法を示す図である。

【符号の説明】

１ 無線ＩＰネットワーク、１００ 無線端末、２００
無線基地局、３００スイッチングハブ、４００ ルー
ター、５００ 認証サーバー。

フロントページの続き (72)発明者 菊田 和宏 東京都港区芝浦四丁目９番25号 東京通信 ネットワーク株式会社内 (72)発明者 宍戸 勝 東京都港区芝浦四丁目９番25号 東京通信 ネットワーク株式会社内 Ｆターム(参考） 5K014 AA01 EA01 FA01 GA01 HA05 5K033 CC01 DA15 DB12 DB17 DB18 EC04 5K067 AA15 DD44 EE02 EE10 EE16 FF16 GG01 GG11 HH05 HH11 HH31 JJ11 JJ37 JJ66 JJ70 JJ71

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無線基地局、スイッチングハブ、及びル
   ーターを経由して通信先と通信を行う無線端末におい
   て、 第１のチャネルを使用して切り替え元無線基地局と通信
   中の電界強度を測定し、品質劣化を検出した場合には、
   第２のチャネルを使用して切り替え先無線基地局へリン
   クチャネル確立要求を送信し、前記切り替え先無線基地
   局からリンクチャネル割当、及び認証結果ＯＫ通知パケ
   ットを受信したときには、前記第２のチャネルを使用し
   て前記ルーターへ前記切り替え先無線基地局、及び前記
   スイッチングハブを経由してＩＰパケットを送信する中
   央制御部を備えたことを特徴とする無線端末。
2. 【請求項２】 無線基地局、スイッチングハブ、及びル
   ーターを経由して、無線端末と通信先との間で通信を行
   うネットワークにおいて、 前記無線端末が、第１のチャネルを使用して切り替え元
   無線基地局と通信中の電界強度を測定し、品質劣化を検
   出した場合は、第２のチャネルを使用して切り替え先無
   線基地局へリンクチャネル確立要求を送信するステップ
   と、 前記切り替え先無線基地局が、前記第２のチャネルを使
   用して前記無線端末へリンクチャネル割当、及び認証要
   求パケットを送信するステップと、 前記無線端末が、前記リンクチャネル割当を受信した
   後、前記認証要求パケットを受信すると認証演算を行
   い、前記第２のチャネルを使用して前記切り替え先無線
   基地局へ前記認証演算結果を送信するステップと、 前記切り替え先無線基地局が、前記無線端末から得られ
   た認証演算結果と、認証サーバーから得られた認証演算
   結果とを照合し、一致した場合には、前記第２のチャネ
   ルを使用して前記無線端末へ認証結果ＯＫ通知パケット
   を送信するステップと、 前記無線端末が、前記認証結果ＯＫ通知パケットを受信
   した後、前記第２のチャネルを使用して前記ルーターへ
   前記切り替え先無線基地局を経由してＩＰパケットを送
   信するステップと、 前記スイッチングハブが、前記ＩＰパケットを受信する
   と、前記無線端末のリンクレイヤアドレスと前記切り替
   え元無線基地局が収容されている第１のポートとの対応
   を、前記無線端末のリンクレイヤアドレスと前記切り替
   え先無線基地局が収容されている第２のポートとの対応
   に書き替えるステップとを含むことを特徴とする無線基
   地局切り替え方法。