JP4044929B2 - 無線クライアントの移動が自由なローカルエリアネットワーク - Google Patents

Description

本発明の背景
本発明の技術分野
本発明は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）に関する。本発明はとりわけ、接続された無線装置を備えたＬＡＮに関する。

技術的背景の説明
電気電子学会（ＩＥＥＥ）の無線プロトコルの規定の８０２．１１ｂは、イーサネットローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）の変形形態である。イーサネット技術では、新たな要求に適合することができる素晴らしい機能が示されており、簡単な１０Ｍｂｐｓのバスからギガビットの全二重切り替え式のネットワークおよび無線ＬＡＮまで展開している。イーサネットはよく知られており、コストの低減およびイーサネットデバイスの統合性を伴って実績が豊富である。現在のイーサネットインタフェースカード（１０ＢａｓｅＴ）の中には、＄１０より低い値段で小売りされているものがある。８０２．１１ｂ無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）カード技術は、同じスケールの経済性を目的としており、比較的最近の原価の３０％より低い値段まで低減されている。実績が示されているように、イーサネットは、たとえば広域の移動性における挑戦に取り組むのに適した、ローリスクかつ発展性のある技術である。

その結果、ＷＬＡＮ技術は打破的な技術であると言われている。すなわちＷＬＡＮ技術では、パラダイムに挑戦して予期不可能かつ予測不可能な市場展開を引き起こすことがある。打破的な技術の過去の例は、電話、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）およびインターネットである。ＷＬＡＮは現在、家庭ネットワークおよびオフィスネットワーク双方に対して、ユビキタスを提供する低価格のソリューションとなっている。しかし現在は、ＷＬＡＮ技術において３つの主な制限が存在する。これらの制限は、速度、範囲およびセキュリティである。

８０２．１１ｂ標準方式は、１１Ｍｂｓまでの速度をサポートする。しかし、８０２．１１ａおよび８０２．１１ｇでは、格段に高い速度を提供することが保証されている。範囲は制限されており、典型的には屋外で約５０ｍに制限されているにもかかわらず、テストによって、指向性アンテナを使用して２０マイルまでの範囲特性が実証されている。作業は、無線基地局のカバレッジを拡大するために継続している。無線ネットワークのためのワイヤード・エクィヴァレント・プライバシー（ＷＥＰ）は、目標より大幅に安全性が低いことが判明している。現在、ＷＥＰの安全上の制限は広く知られており、このようなプロトコルを強化して無線インタフェースの安全性を改善するため、作業が進行中である。

ＩＥＥＥ８０２．１Ｑ仮想ＬＡＮ（ＶＬＡＮ）プロトコルは、ＶＬＡＮブリッジのインタオペラビリティ動作を定義する。８０２．１Ｑによって、ブリッジされたＬＡＮインフラストラクチャ内のＶＬＡＮのトポロジーの定義、動作および管理が実現され、すべての種類のＬＡＮをメディアアクセス制御（ＭＡＣ）ブリッジによって、一緒に接続することができる。

従来は、これらのイーサネットＬＡＮの変形形態は比較的厳格に設計されていた。取り付けまたは接続されると、デバイスは自由に、取り付けられた別のデバイスと通信できた。しかし、要求が送信された後、応答を受信する前に接続が消失されると、応答は消失してしまう。たとえ応答が到着する前に、同一または異なるポートに再接続されても、応答は消失してしまっており、要求を再び送信しなければならない。このことは未だに、現在の技術のＶＬＡＮ形式でも当てはまり、このようなＶＬＡＮに無線接続されたデバイスにさえ当てはまる。したがって、アクセスポイントを介してＶＬＡＮに接続された無線デバイスが、該アクセスポイントの受信領域を離れた場合、該無線デバイスは通信を再形成しなければならない。包括的なＬＡＮ受信領域、すなわち接続されたすべてのアクセスポイントによってカバーされた領域を離れなかった場合でも、通信を再形成しなければならず、接続された別のアクセスポイントの受信領域にとどまっていても、通信を再形成しなければならない。

したがって、無線接続されたデバイスが、広域ネットワークにわたって接続されたすべてのアクセスポイントの受信領域全体で自由に移動できる無線ＬＡＮが必要である。

本発明の要約
本発明の目的は、無線ネットワークにおけるユーザの移動性を改善することである。

本発明の別の目的は、無線デバイスネットワークの接続の可用性を拡大することである。

本発明の別の目的は、ネットワークに無線接続されたネットワーククライアントが、その時点で接続されたアクセスポイントの範囲を超えて自由に移動しつつ、ネットワーク接続を維持できるようにすることである。

本発明は、無線接続を伴うネットワーク、該ネットワークに接続された車両、該ネットワークを含む車両、およびネットワークデータフローを管理する方法に関する。該ネットワークは、複数の無線アクセスポイントを有し、各無線アクセスポイントはイーサネット集約スイッチに接続されている。各イーサネット集約スイッチは、仮想ローカルエリアネットワーク（ＶＬＡＮ）を認識し、接続されたアクセスポイントからのクライアントトラフィックとアクセスＶＬＡＮとをマッチさせる。仮想ネットワークスイッチは、アクセスＶＬＡＮとコアＶＬＡＮとの間の割り当てテーブルを保持する。仮想ネットワークスイッチはこの割り当てテーブルを使用して、接続されたイーサネット集約スイッチにおけるアクセスＶＬＡＮに存在する移動局と適切なコアＶＬＡＮとの間で、フリーフォームのクライアントトラフィックを管理する。ネットワークを有する車両は、線路近傍に位置付けられたアクセスポイントを有する列車とすることができる。このアクセスポイントは、列車乗客とインターネット等の公共ネットワークとを接続する。列車内の無線デバイスを、列車内のこのようなネットワークに接続することもできる。

図面の簡単な説明
前記および別の目的、側面および利点は、本発明の有利な実施形態の以下の詳細な説明に図面と関連して、詳細に記載されている。

図面
図１ 有利な実施形態であるフリーフォーム仮想ローカルエリアネットワーク（ＦＬＡＮ）の一例を示している。

図２Ａ〜Ｂ ＦＬＡＮスイッチのパケット処理、アクセスポートにおけるダウンストリームパケットおよびコアポートにおけるアップストリームパケットのフローチャートである。

図３ イーサネット集約スイッチのＶＬＡＮ構成の一例を示している。

図４ デフォルト関係によってプリプログラミングされた有利なＦＬＡＮスイッチがＶＬＡＮ／ポートを関連づける手法の一例を示している。

図５ コアＶＬＡＮを論理インタフェースにマッピングする手法の一例を示している。

図６ 列車乗客であるユーザに対して列車における移動性を提供する、列車に取り付けられたＦＬＡＮの一例を示している。

図７ 有利な線路側ネットワークの一例を示している。

図８ アクセスネットワークとＦＬＡＮスイッチとの間のトラフィックのトンネリングの一例を示している。

有利な実施形態の説明
図１は、無線アクセス機能を有するネットワークの有利な実施形態１００の一例を示している。前記ネットワークはすなわち、フリーフォーム仮想ローカルエリアネットワーク（ＦＬＡＮ）１００である。ここでは移動局のクライアントは、一度接続されると、無線サービスエリア内を自由に移動することができ、移動する際には１つのアクセスポイントから別のアクセスポイントへシームレスに切り替えられる。たとえば無線クライアントデバイス等の移動局（ＭＳ）１０２，１０４が無線データリンクによって、複数のアクセスポイント（ＡＰ）１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６のうち１つに接続されている。このような移動局１０２，１０４または無線クライアントデバイスの例は、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話機（とりわけインターネット可能な携帯電話機）、ノートブックコンピュータ／ワイヤレスタブレットコンピュータ、デスクトップコンピュータ等の既知のものであるか、または、無線通信機能を有するオンボードネットワークを備えた列車等の車両である。各ＡＰ１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６は、イーサネット集約スイッチ１１８に接続されている。各集約スイッチ１１８は、接続されたＡＰ１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６からのすべてのクライアントトラフィックを集約し、このクライアントトラフィックは、該集約スイッチ１１８を経由して、アップストリーム方向に有利なフリーフォーム仮想ネットワークスイッチまたはＦＬＡＮスイッチ１２０に到達する。この実施例では図示されていないが、有利な実施形態のネットワークでは、１つより多くのレイヤの集約スイッチ１１８および／またはＦＬＡＮスイッチ１２０を設けることができる。

ＦＬＡＮスイッチ１２０は典型的なルータ１２２を介して、典型的なダイナミックホストコンフィギュレーションプロトコル（ＤＨＣＰ）サーバ１２４および公共のネットワークに接続されている。前記公共のネットワークは、たとえばインターネット１２６である。オプションのセキュリティのためには、ルータ１２２は外部で、アクセス制御を行う典型的なゲートウェイ１２８と、ネットワークアドレストランスレーション（ＮＡＴ）と、ファイヤウォールとを介して接続するように構成されている。各ＦＬＡＮスイッチ１２０は、多重のトランクインタフェース１３０，１３２を有する。集約スイッチ１１８に接続されたＦＬＡＮスイッチインタフェース１３０は、ここではアクセスポートと称され、アクセスポート１３０に到着するパケットはダウンストリームパケットである。ルータ１２２に接続されたＦＬＡＮスイッチインタフェース１３２は、ここではコアポートと称され、コアポート１３２に到着するパケットはアップストリームパケットである。

ＶＬＡＮ認識型のスイッチはイーサネットスイッチと称され、各フレームにＶＬＡＮを１つずつだけ割り当てる。前記ＶＬＡＮは、たとえばイーサネット集約スイッチ１１８である。典型的なＶＬＡＮ認識型のスイッチは、各行がＭＡＣアドレスとＶＬＡＮ ＩＤとポートとを有する割り当てテーブルを備えている。したがってＶＬＡＮ認識型スイッチは各フレームを、割り当てられた前記唯一のＶＬＡＮに基づくＭＡＣアドレスへ転送する。それとは対照的に、有利なＦＬＡＮスイッチ１２０は各フレームを２つのＶＬＡＮに割り当てる。そのうち一方のＶＬＡＮはアクセスポート１３０に存在し、他方のＶＬＡＮはコアポート１３２に存在する。こうするため各ＦＬＡＮスイッチ１２０は、各行がＭＡＣアドレスと、アクセスポート／ＶＬＡＮ対とコアポート／ＶＬＡＮ対とを有するポート割り当てテーブルを保持している。さらに集約スイッチ１１８は、各アクセスポートをトランクポート上の異なるＶＬＡＮに静的にマッピングするように構成されている。オプションとして、それぞれ異なるポートに接続された各集約スイッチ１１８は、複数のＡＰ１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６間でＶＬＡＮを共用することができる。ＶＬＡＮの共用は、使用されるＶＬＡＮ ＩＤの数を最小にするのに適している。しかし使用可能なＶＬＡＮ ＩＤの数は、どの種類の集約スイッチ１１８の１つあたりのポートの数よりも多いので（４０９４）、ＦＬＡＮスイッチ１２０は通常、異なる集約スイッチ１１８上のＶＬＡＮ ＩＤを再利用する。したがって、ＶＬＡＮ ＩＤを共用する必要はない。

有利には各アクセスポイント１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６の送受信の範囲は、特定の各アクセスポイントに対するサービスエリアが、隣接する別のアクセスポイントとオーバラップするように設けられる。こうすることにより、指定されたサービスエリアに対するサービスが中断されなくなる。したがって、各アクセスポイント１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６を介してネットワークに接続された移動局１０２，１０４は、アクセスポイント受信領域間を通過し、ＦＬＡＮ１００の他の部分と一定の通信を継続することができる。さらにＦＬＡＮスイッチ１２０は、接続された移動局１０２，１０４から伝送されたデータを、特定のアクセスポイント１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６からシームレスに受信し、集約スイッチ１１８からデータを無線で受信し、受信したデータを所望の宛先へインターネットを介して転送する。それに相応して、データがインターネット１２６から受信されると、ＦＬＡＮスイッチ１２０は該データを適切な移動局１０２，１０４へ送出する。ＦＬＡＮスイッチ１２０は、移動局１０２，１０４とインターネット１２６とのシームレスな通信を管理する。移動局１０２，１０４が、１つのアクセスポイント受信領域たとえば１１０から、別のアクセスポイント受信領域たとえば１１６へ移動する場合、特定の移動局１０２，１０４へのデータ伝送／特定の移動局１０２，１０４からのデータ受信は、ＦＬＡＮ１００の他の部分全体にわたって正確に、手動の介入を全く行わずに自動的に搬送される。

図２Ａ〜Ｂは、本発明の有利な実施形態によるＦＬＡＮスイッチのパケット処理と、フローチャート１４０に示されたアクセスポートにおけるダウンストリームのパケットと、フローチャート１６０に示されたコアポートにおけるアップストリームパケットとのフローチャートである。図２Ａでは、ダウンストリームパケットがステップ１４２で、アクセスポートにて受信される。ダウンストリームパケットがＤＨＣＰ要求である場合、ルータ（図１では１２２）はＤＨＣＰリレーエージェントとして動作し、ＤＨＣＰサーバ１２４へ該パケットを送出する。ＤＨＣＰサーバ１２４は、通常のＤＨＣＰサーバとして機能する以外に、クライアントへアドレスを返送して該クライアント（たとえばＭＳ１０２，１０４）を構築し、トラフィックを送出するように切り替える。ＤＨＣＰサーバ１２４はクライアント１０２，１０４を、ＦＬＡＮスイッチによって割り当てられたデフォルトＶＬＡＮに一致しないサブネットワークに再割り当てする。ＭＳ１０２，１０４がデフォルト以外のサブネットワークに割り当てられている場合、ＤＨＣＰ応答は適切なＤＨＣＰリレーエージェントへ送出され、正確なＶＬＡＮへ送出される。

続いてステップ１４４では、ポート割り当てテーブルがチェックされ、該フレームが、その時点で接続されているＭＳ１０２，１０４のＭＡＣアドレスを含むか否かが検出される。パケットがその時点の接続に由来するものでない場合、ステップ１４６において新たな接続が、ソースＭＡＣアドレスの入力と、ポート割り当てテーブル中のアクセスポート／ＶＬＡＮ情報と、デフォルトのコアポート／ＶＬＡＮ情報とによって形成される。ステップ１４８では、ダウンストリームパケットに対して新たなデフォルトコアＶＬＡＮを考慮するため、相応するＶＬＡＮタグが変更される。次にステップ１５０では、パケットはデフォルトコアポートに切り替えられる。しかしステップ１４４でＭＡＣアドレスが、その時点で接続されているＭＳ１０２，１０４であると識別された場合、ステップ１５２でポート割り当てテーブルがチェックされ、アクセスポート／ＶＬＡＮが変更されたか否かが検出される。アクセスポート／ＶＬＡＮは、移動局（たとえば１０２）がＡＰ受信領域間を移動した場合、たとえば図１では、第１の無線アクセスポイント１１０から別の無線アクセスポイント１１６へ移動した場合、変更される。アクセスポート／ＶＬＡＮが変更されなかった場合、次にステップ１４８において、パケットは適切なＶＬＡＮタグによって更新され、ステップ１５０において、識別された適切なコアポートに切り替えられる。それ以外の場合、アクセスポート／ＶＬＡＮがステップ１５２で変更された場合、ステップ１５４にてポート割り当てテーブルが更新され、ステップ１４８においてＶＬＡＮタグが変更される。その後、ステップ１５０においてパケットは、識別された適切なコアポートに切り替えられる。

同様に図２Ｂのステップ１６２では、パケットがコアポートで受信されると、ステップ１６４にてパケットフレームが既知の宛先に関してチェックされる。アップストリームパケットが既知の宛先に対して指示されていない場合、このパケットは、その時点で接続されたＭＳ（たとえば１０２または１０４）のうちどのＭＳに対しても指定されておらず、ステップ１６６においてパケットは脱落される。しかしフレームが、接続されたＭＳ１０２または１０４に対する宛先ＭＡＣを含んでいる場合、パケットは既知の宛先に対するものである。したがって、ステップ１６８において割り当てテーブルがチェックされ、クライアントの割り当てが、該クライアントとの最近の通信から変更されたか否かが検出される。割り当てテーブルは、識別されたコアＶＬＡＮがＤＨＣＰ応答の際に変更されたために変更されているか、または、ＭＳ１０２，１０４が入力ポートのためのデフォルトと異なるＶＬＡＮに割り当てられたために変更されていることがある。また、バックアップルータへの切り替えが失敗して、ＶＬＡＮおよびポートが双方とも変更されることもある。クライアント割り当てが未変更である場合、ステップ１７０においてＶＬＡＮタグが変更され、パケットに対して正確なアクセスＶＬＡＮが考慮される。ポート割り当てが変更された場合、ステップ１７２においてポート割り当てテーブルが更新された後、ＶＬＡＮタグがステップ１７０において変更される。次に、ステップ１７４においてパケットがアクセスポートに切り替えられる。

したがって、図１に示されたＦＬＡＮスイッチのアクセス側におけるアクセスネットワークのレイヤ２で、パケットが移動局１０２，１０４から伝送される場合、パケットは、ネットワーク内における移動局の物理的な位置に基づいてＶＬＡＮに割り当てられる。すなわち、接続されたアクセスポイント１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６に対するポートに割り当てられる。ＦＬＡＮスイッチ１２０のコア側で移動局へ伝送されるパケットは、ネットワーク内の移動局の論理的な位置に基づいてＶＬＡＮに割り当てられるか、または等価的には、移動局のＩＰサブネットワークに割り当てられる。

図３は、本発明の有利な実施形態によるイーサネット集約スイッチ１１８のＶＬＡＮの構成の一例である。有利には、ＦＬＡＮスイッチはＶＬＡＮトランクインタフェース１３０を介して、イーサネット集約スイッチ１１８およびルータ１２２のＶＬＡＮ構成とマッチングされる。この実施例ではＡＰ１８０はグループ分けされ、各グループ１８２，１８４，１８６は、適切であればハブ１８２ｈ，１８４ｈを介して接続される。ハブ１８２ｈ，１８４ｈおよび個別のＡＰ（すなわち、単一のＡＰグループ１８６）は、イーサネット集約スイッチポート１８８，１９０，１９２に接続されている。各イーサネットスイッチポート１８８，１９０，１９２は、個別のＶＬＡＮ１９４，１９６，１９８にマッピングされる。これらのＶＬＡＮ１９４，１９６，１９８は、ＦＬＡＮアクセスポートに接続されたＶＬＡＮトランク２００上に設けられている。各ＡＰグループ１８２，１８４，１８６は個別にマッピングされ、イーサネット集約スイッチ１１８においてＡＰグループ１８２，１８４，１８６間にレイヤ２の接続は存在しない。

図４は、有利なＦＬＡＮスイッチ１２０が、該ＦＬＡＮスイッチ１２０のアクセスポート２１２およびコアポート２１４においてＶＬＡＮ１９４，１９６，１９８，２０２，２０４，２０６，２０８，２１０を関連づける手法の一例を示している。このＦＬＡＮスイッチ１２０は、デフォルト関係によってプリプログラミングされている。デフォルト割り当てテーブル２１６は、ＦＬＡＮスイッチ１２０に対するデフォルトＶＬＡＮ対と、固定的なコアＶＬＡＮ割り当てとを双方とも提供する。特別なネットワークにアクセスするデバイス、または固定的なＩＰアドレスを要求するデバイスにアクセスするデバイスは、割り当てテーブル２１８においてＭＡＣアドレスによって割り当てられている。このような関係は、平文の構成ファイルで記憶され、すべての適切なテキストエディタのうちどれを使用して変更してもよい。

この実施例では、ＦＬＡＮスイッチ１２０は、ＭＡＣアドレスＡＢＣ，ＸＹＺおよび４５６によって３つの移動局を認識する。これらはすべて、割り当てテーブル２１８にて示されているように、ポート６におけるものである。ＶＬＡＮ ＩＤ番号（たとえば１，２，３，４，２１，２２，２３，２４）は一義的であるが、ポート／ＶＬＡＮの組によってパケットのソースおよび宛先が識別される。したがってＶＬＡＮ ＩＤ番号は、すべてのインタフェースに対して自由に再使用することができる。この実施形態では、デバイスＡＢＣおよび４５６がデフォルトＶＬＡＮ関係にある。このことは、デフォルト割り当てテーブル２１６に示されている。それとは対照的に、デバイスＸＹＺはポート６において、デフォルトＶＬＡＮ関係にはない。その代わり、該デバイスＸＹＺの割り当てによってＶＬＡＮ２０４に接続される。したがって、この実施例においてデバイスＸＹＺは、１つのアクセスポイントのグループから別のアクセスポイントグループへ移動していることになる。

図５は、コアＶＬＡＮ（たとえば、図４の２０４，２０６，２０８，２１０）接続の一例を示している。このコアＶＬＡＮは、ルータ１２２における論理インタフェース２２０，２２２，２２４，２２６にマッピングされる。この実施例では、各論理インタフェース２２０，２２２，２２４，２２６はＤＨＣＰリレーとなるように構成されている。ＤＨＣＰサーバ１２４はリレーエージェントＩＰアドレス（すなわち、ＤＨＣＰメッセージ本体におけるgiaddrフィールド）を使用して、適切なＩＰサブネットワークを決定する。ルータ１２２内で、異なる入力ＶＬＡＮ２２０，２２２，２２４，２２６に相応して異なるサブインタフェースを、異なる規則によって、たとえばインターネットアクセスに関連して構成することができる。たとえば管理ユーザを、一般ユーザが使用できないサーバへのアクセス機能を備えた別個の管理ＶＬＡＮに割り当てることができる。ＤＨＣＰサーバは、異なるＶＬＡＮに応じて変更することができる。こうすることによってＤＨＣＰサーバが、ＦＬＡＮスイッチのコア側においてＶＬＡＮ割り当てを制御することができる。

図６は、列車に取り付けられたＬＡＮ２３０の一例を示している。このＬＡＮ２３０はＦＬＡＮとすることができ、これによって、列車乗客であるユーザに対して列車上の移動性が提供される。列車取り付けＬＡＮ２３０は、線路側のＡＰ（図１のＡＰ１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６に相応する）を介して、クライアントＷＬＡＮ／イーサネットブリッジ２３４を使用して市販の小さなイーサネットルータ２３２を介して、ホームステーションに接続されている。

有利にはクライアント無線ＬＡＮブリッジ２３４は、列車ルータポートと線路側のイーサネットインフラストラクチャとの間にブリッジ接続を形成する。クライアントＷＬＡＮブリッジ２３４は中間利得無指向性アンテナシステムに接続されており、この中間利得無指向性アンテナは、列車の外面に取り付けることができる。標準的な小型ルータ２３２は列車において、ＤＨＣＰおよび基本的な接続を非常に低いコストで提供する。さらに、列車が局の間を移動する間は、列車ルータのＭＡＣアドレスのみが、ＦＬＡＮスイッチ（この図には示されていない）のアップストリーム側にて検出される。したがって列車乗客ユーザは、列車がＡＰからＡＰへ移動する際に、移動性の事象によって影響を受けることはない。オプションとして、連続して中間利得指向性アンテナを、列車に全体的に整列して取り付けることができる。各車両には、標準的な８０２．１１のアクセスポイント２３６，２３８，２４０，２４２，２４４を、アンテナ位置とパワーと電気的なノイズとに依存して装備することができる。デイジーチェーン方式のイーサネットハブ２４６，２４８，２５０，２５２，２５４が、車両内のクライアントを接続する。またハブ２４６，２４８，２５０，２５２，２５４は、乗客席において有線のイーサネット接続も提供することができる。有利には、列車のすべてのネットワークハードウェアは市販のものである。しかしアンテナおよび電源のシステムは、列車におけるオンボードの使用に適合していなければならない。

鉄道における適用の１つの実施形態では、無線クライアントデバイス２５６，２５８は列車上のＦＬＡＮに接続されており、コアＦＬＡＮ ＡＰは線路側に設けられている。列車上のローカルＡＰ２３６，２３８，２４０，２４２，２４４は、移動局または「クライアントデバイス」ルータ２３２に隠されている。ルータ２３２は、列車上のすべての乗客ユーザに対するゲートウェイとして機能し、ルータＭＡＣアドレスは、出力されるすべてのパケットに付与される。有利には、列車ルータ２３２はレイヤ３アドレスを使用して、トラフィックを列車上のクライアントへ送出する。ここでも線路側のコアＦＬＡＮスイッチは、同一のＭＡＣアドレスとともに到着するすべての列車トラフィックを検出する。列車の移動によって移動性の事象が発生した場合は常に、単一のＭＡＣアドレスは常に単一のテーブル更新を意味している。

鉄道における適用の別の実施形態では、各鉄道車両は、有線接続のために有線イーサネットハブを備えた内部のネットワークを有しており、内部の無線アクセスポイントおよび外部の無線クライアントブリッジを有する。この外部の無線クライアントブリッジは、線路側の無線アクセスポイントに接続されている。したがって、各鉄道車両は独立したネットワークを有し、トラフィックは線路側ネットワークおよびＦＬＡＮスイッチへブリッジすることができる。このことは、以上で既述された通りである。有利にはこの実施形態によって、鉄道車両間の有線ネットワークのコストおよび複雑性を削減することができる。オプションとして、クライアントブリッジは鉄道車両間の通信を提供するように構成することもできる。

したがって有利な鉄道ＦＬＡＮでは、乗客のインターネットアクセスと、列車データサービスとセキュリティとに対して、２〜１０Ｍｂｐｓのインターネット接続が提供される。乗客は、標準的な無線ＬＡＮカードまたは有線イーサネット接続のいずれかを使用して、オンボードＦＬＡＮに接続することができる。別個の専用の無線ＦＬＡＮ接続によって、列車と線路側ＡＰとの間でデータが伝送される。線路側ＡＰ間の移動性は、ＦＬＡＮによって実現される。本発明を非常に大きな鉄道ネットワークに適用することにより、数百もの列車を数千キロメータもの線路にわたって、同一のネットワークに接続することができる。

図７は、有利な線路側またはＦＬＡＮ２６０の一例である。この実施例では、線路側８０２．１１ｂＡＰ２６２，２６４は通常、既存の線路側システムと同一場所に配置される。この実施例では、線路側に移動通信用の世界規模システムの鉄道ベース受信局（ＧＳＭ‐Ｒ ＢＴＳ）とともに配置される。ＡＰ２６２，２６４は指向性ＷＬＡＮアンテナ２６６，２６８を使用して、線路に沿って５〜１０ｋｍの範囲に達することを目指している。ＧＳＭ‐Ｒ ＢＴＳの位置が最大のサービス領域を満たすのに十分ではない場所には、付加的なＡＰ２６２，２６４を送受信位置間に導入することができる。また、線路側の電話銅線２７０および対称デジタル加入者線（ｓＤＳＬ）モデム２７２を設け、データがＧＳＭ‐Ｒ位置まで伝送されるようにすることもできる。

図８は、ＦＬＡＮスイッチ２８２とアクセスネットワーク２８４との間のトラフィックをトンネリングする有利なＦＬＡＮ２８０の一例である。ＦＬＡＮ２８０は標準的なイーサネットプロトコルに基づいているので、最も典型的な従来技術のネットワークにわたってイーサネットフレームがトンネリングされるように、ＦＬＡＮ２８０を容易に構成することができる。最も典型的な従来技術のネットワークは、たとえばＳＯＮＥＴ、ＡＴＭネットワークまたはＩＰネットワークである。この実施例では、アクセスネットワーク２８４はＡＰ２８６，２８８，２９０のグループを含んでおり、これらのＡＰはハブ２９２に接続されている。ハブ２９２はルータ２９４に接続されており、このルータ２９４はインターネットを介してルータ２９６に接続されている。ルータ２９６はイーサネット集約スイッチ２９８を介して、ＦＬＡＮスイッチ２８２に接続されている。ルータ２９４，２９６によって管理されるトンネリングは、たとえばＧＳＭ‐Ｒ ＢＴＳと帯域幅を共用するのが不可能である場合に使用される。択一的に、トンネリングされたトラフィックをＦＬＡＮスイッチ２８２へ、通常のインターネット接続を介して返送することもできる。その際にはたとえば、ケーブルモデム、ｘＤＳＬまたはＴＤＭが使用される。

有利には、本発明によって大規模なフリーフォーム無線データネットワークすなわちＦＬＡＮを構築し、エンドユーザの移動性を実現することができる。ＦＬＡＮはどこでも構成することができ、たとえば空港、コーヒーショップ、稠密な市街地、列車上およびバス上に構成することができる。さらに本発明では、たとえば８０２．１１ｂおよび８０２．１１ａ等の産業標準の無線データ技術を使用して、フリーフォーム無線アクセスが実現される。無線アクセスのために設けられた典型的な入手可能なデバイス、たとえば８０２．１１ｂカードを有するラップトップコンピュータによって、クライアントは位置に関係なく、オフィスでも、家庭でも、または列車によって国を超えて旅行している際でも、インターネットプロトコル（ＩＰ）を使用してＦＬＡＮに接続することができる。ＦＬＡＮは、ネットワークを管理する簡単かつ容易なＬＡＮであり、既存のクライアントデバイスがＡＰ受信領域間を、付加的なソフトウェアのロードまたは該クライアントデバイスの構築なしで自由な移動を「中断なしで」（turn on and go）することができる。有利な実施形態のＦＬＡＮでは、標準的な市販の装置が使用され、カスタマイズが必要である場合には、この種のカスタマイズをネットワーク内の唯一の場所に、ＦＬＡＮスイッチに制限することができる。さらに所望の場合には、認証およびアカウンティング（authorization and accounting, ＡＡＡ）も別の無線セキュリティ機能も設けることができ、従来技術の別のネットワークも設けることができる。この従来技術の別のネットワークは、いかなる種類のネットワークでもよい。

本発明では前記の利点はすべて、無線アクセスポイントを接続するためのレイヤ２イーサネットネットワークによって提供される。このようなネットワークの通常のスケーラビリティの問題は、ネットワークを比較的小さな多数のネットワークに効率的に分割するために、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑ仮想ＬＡＮ（ＶＬＡＮ）を有利に適用することによって回避され、ひいては、ブロードキャストトラフィックおよびスパニングツリーに伴う問題も回避される。

有利な実施形態であるフリーフォーム仮想ローカルエリアネットワーク（ＦＬＡＮ）の一例を示している。

ＦＬＡＮスイッチのパケット処理、アクセスポートにおけるダウンストリームパケットおよびコアポートにおけるアップストリームパケットのフローチャートである。

ＦＬＡＮスイッチのパケット処理、アクセスポートにおけるダウンストリームパケットおよびコアポートにおけるアップストリームパケットのフローチャートである。

イーサネット集約スイッチのＶＬＡＮ構成の一例を示している。

デフォルト関係によってプリプログラミングされた有利なＦＬＡＮスイッチがＶＬＡＮ／ポートを関連づける手法の一例を示している。

コアＶＬＡＮを論理インタフェースにマッピングする手法の一例を示している。

列車乗客であるユーザに対して列車における移動性を提供する、列車に取り付けられたＦＬＡＮの一例を示している。

有利な線路側ネットワークの一例を示している。

アクセスネットワークとＦＬＡＮスイッチとの間のトラフィックのトンネリングの一例を示している。

Claims (16)

1. 無線アクセス機能を有するネットワークにおいて、
   複数の無線アクセスポイントと、少なくとも１つのイーサネット集約スイッチと、フリーフォーム仮想ネットワークスイッチとが設けられており、
   前記複数の無線アクセスポイントのうち１つは、前記少なくとも１つのイーサネット集約スイッチそれぞれに接続されており、
   前記イーサネット集約スイッチは、仮想ＬＡＮ（ＶＬＡＮ）を認識し、接続されたアクセスポイントからのクライアントトラフィックをアクセスＶＬＡＮとマッチングし、
   前記フリーフォーム仮想ネットワークスイッチは、接続された各イーサネット集約スイッチに設けられＶＬＡＮのアクセスネットワークを構築しているアクセスＶＬＡＮと、ＶＬＡＮのコアネットワークを構築しているコアＶＬＡＮとの間で、クライアントトラフィックを伝送し、
   該フリーフォーム仮想ネットワークスイッチは、該アクセスＶＬＡＮと該コアＶＬＡＮとの間の割り当てテーブルを保持し、
   ａ）受信された各通信パケットを既知のアドレスに関してチェックし、
   ｂ）既知のアドレスを有する受信された通信パケットに対してそれぞれ、該アクセスＶＬＡＮと該コアＶＬＡＮとの相関関係が該既知のアドレスのデバイスに関して変更されたか否かを検出し、
   ｃ）該アクセスＶＬＡＮと該コアＶＬＡＮとの相関関係が変更されたと検出された場合、各通信パケットに対して割り当てテーブルを更新し、
   ｄ）該アクセスＶＬＡＮと該コアＶＬＡＮとの更新された割り当てを有する各通信パケットに対してＶＬＡＮタグを変更し、
   ｅ）各通信パケットを、識別されたコアＶＬＡＮに切り替える
   ように構成されていることを特徴とするネットワーク。
2. 少なくとも１つの移動局がアクセスポイント受信領域を通過して移動し、
   該少なくとも１つの移動局が受信領域間を移動する場合、該ネットワークとの無線接続は、該移動局との間で継続される、請求項１記載のネットワーク。
3. 該移動局が受信領域間を移動する際、該フリーフォーム仮想ネットワークスイッチは受信領域の各変更を識別し、該変更に対して前記割り当てテーブルを更新する、請求項２記載のネットワーク。
4. ルータと、ダイナミックホストコンフィギュレーションプロトコル（ＤＨＣＰ）サーバと、ゲートウェイが設けられており、
   前記ルータは、該フリーフォーム仮想ネットワークスイッチと公共のネットワークとの間で前記コアＶＬＡＮ上のトラフィックをルーティングし、
   前記ダイナミックホストコンフィギュレーションプロトコル（ＤＨＣＰ）サーバは、該フリーフォーム仮想ネットワークスイッチと公共のネットワークとの間の接続を管理し、
   前記ゲートウェイは、アクセス制御と、ネットワークアドレス翻訳と、ファイヤウォールセキュリティを公共のネットワークにおいて実施する、請求項１記載のネットワーク。
5. アクセスポイントのうち少なくとも２つがハブに接続されて、アクセスポイントグループが形成されており、
   前記ハブは、該アクセスポイントグループと該イーサネット集約スイッチとを接続する、請求項１記載のネットワーク。
6. アクセスポイントは、車両走行路に沿って配置されており、
   少なくとも１つの移動局は、車両内のオンボードデバイスであり、
   該車両はオンボードネットワークを有しており、
   オンボード無線デバイスが、前記オンボードネットワークを介して公共のネットワークに接続されている、請求項２記載のネットワーク。
7. オンボード無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）ブリッジを有し、
   前記オンボード無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）ブリッジは、走行路側のアクセスポイントに接続されており、
   前記オンボードネットワークは、該オンボードＷＬＡＮブリッジおよびオンボードデバイスに接続されており、
   前記オンボードデバイスは、前記オンボードネットワークを介して公共のネットワークに接続されており、
   前記車両は、前記走行路側のアクセスポイントの受信領域間を移動し、
   クライアントトラフィックは、公共のネットワークと前記オンボードデバイスとの間でシームレスにルーティングされる、請求項６記載のネットワーク。
8. アクセスポイントは、列車線路に沿って線路側に配置されており、
   少なくとも１つの移動局は、列車内のオンボードデバイスである、請求項６記載のネットワーク。
9. オンボードデバイスはクライアント無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）ブリッジであり、
   前記クライアント無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）ブリッジは、線路側のアクセスポイントに接続されている、請求項８記載のネットワーク。
10. オンボードネットワークは複数のオンボードアクセスポイントを有し、
    該列車上の乗客無線デバイスが、前記オンボードアクセスポイントのうち１つを介して該オンボードネットワークに接続されている、請求項９記載のネットワーク。
11. 前記オンボードネットワークは、少なくとも１つのオンボードイーサネット集約スイッチと、オンボードフリーフォーム仮想ネットワークスイッチとを有しており、
    オンボードアクセスポイントのうちのいくつかは、前記少なくとも１つのオンボードイーサネット集約スイッチに接続されており、
    前記オンボードイーサネット集約スイッチはそれぞれ、仮想ＬＡＮ（ＶＬＡＮ）を認識し、接続されたオンボードアクセスポイントからのクライアントトラフィックを、前記アクセスＶＬＡＮとマッチングし、
    オンボードフリーフォーム仮想ネットワークスイッチは、マッチングされたアクセスＶＬＡＮからクライアントトラフィックを、接続された各オンボードイーサネット集約スイッチにて受信し、該クライアントトラフィックをコアＶＬＡＮへ伝送する、請求項１０記載のネットワーク。
12. 前記オンボードネットワークは、少なくとも１つのオンボードイーサネット集約スイッチと、オンボードフリーフォーム仮想ネットワークスイッチとを有しており、
    オンボードアクセスポイントのうちいくつかは、前記少なくとも１つのオンボードイーサネット集約スイッチに接続されており、
    各オンボードイーサネット集約スイッチは、仮想ＬＡＮ（ＶＬＡＮ）を認識し、接続されたオンボードアクセスポイントからのクライアントトラフィックをアクセスＶＬＡＮとマッチングし、
    前記オンボードフリーフォーム仮想ネットワークスイッチは、接続されたオンボードイーサネット集約スイッチにおけるマッチングされたアクセスＶＬＡＮとコアＶＬＡＮとの間で、クライアントトラフィックを伝送する、請求項１１記載のネットワーク。
13. 無線通信ネットワークにおいて移動局と該移動局に接続された遠隔の宛先との間でデータフローを管理する方法において、
    ａ）受信された各通信パケットを既知のアドレスに関してチェックするステップと、
    ｂ）既知のアドレスを有する受信された通信パケットに対してそれぞれ、先行のポート／仮想ＬＡＮの相関関係が該既知のアドレスのデバイスに関して変更されたか否かを検出するステップと、
    ｃ）前記ポート／仮想ＬＡＮの相関関係が変更されたと検出された場合、各通信パケットに対してポート割り当てテーブルを更新するステップと、
    ｄ）更新されたポート／仮想ＬＡＮ割り当てを有する各通信パケットに対して仮想ＬＡＮタグを変更するステップと、
    ｅ）各通信パケットを、識別されたポートに切り替えるステップとを有することを特徴とする方法。
14. 受信された通信パケットが、コアポートから受信された移動局に対するパケットであり、かつステップａ）で前記アドレスが未知であると検出された場合、受信されたパケットを脱落させる、請求項１３記載の方法。
15. 受信された通信パケットが移動局からのパケットであり、かつステップａ）で前記パケットが既知のアドレスに対するものではないと検出した場合、ステップｃ）において、コア仮想ＬＡＮとアクセス仮想ＬＡＮとポートとの割り当てに関してポート割り当てテーブルにて入力項目を形成する、請求項１３記載の方法。
16. 前記アドレスは、移動局に対するＭＡＣアドレスである、請求項１３記載の方法。

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