JP5147982B2 - 無線ネットワークのためのシームレス・ローミングの方法および装置 - Google Patents

無線ネットワークのためのシームレス・ローミングの方法および装置 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、一般に無線ネットワークに関し、詳細には、無線ネットワーク内の異なるＩＰサブネット内にあるアクセス・ポイント間のシームレス・ローミングに関する。
本発明に関する米国政府の権利
米国政府は本発明に一定の権利を有することができる。本明細書に記載の仕事の一部は、全米科学財団（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ）のＯＲＢＩＴ Ｇｒａｎｔ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｎｏ．ＮＳＦ ＡＮＩ−０３３５２４４の資金援助を受けた。
無線装置（本明細書では「モバイル・ユニット」とも言う）の使用は、そのような装置が、部分的には用途が広く移動しやすいので、ますます普及してきている。多くの実際の用途では、無線装置は相互に通信するために、無線ネットワークを使用する。有線ネットワーク（たとえばインターネット）上のホストと通信するためには、これらの無線装置は、たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１１標準プロトコル無線ネットワーク（以下では「８０２．１１無線ネットワーク」または「８０２．１１ＷＬＡＮ」と言う）およびアクセス・ポイント（ＡＰ）として知られる装置を使用して、無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）に接続する必要がある。
ＡＰまたは無線アクセス・ポイント（ＷＡＰ）には、無線装置を次にイーサネットのような有線ネットワークに接続するインターフェースが装備されている。ＡＰはまた、無線ネットワークを作成するために無線通信装置を接続する無線インターフェースを備えることもできる。モバイル・ユニットは、たとえば、モバイル・ユニットからＡＰを経由して有線ネットワーク上のホストにパケットを転送するアクセス・ルータ（ＡＲ）と呼ばれる装置を介して、インターネットにアクセスすることができる。
ＡＰのカバレッジ・エリアは限られている（たとえば、屋内でおよそ１００〜２００フィート）。したがって、大きなエリアをカバーするためには複数のＡＰが必要である。複数のＡＰを展開するには２つのアプローチがある。第１アプローチでは、ＡＰがリンク層（第２層）ブリッジとして機能する。第２アプローチでは、ＡＰがネットワーク層（第３層）ルータとして機能する。第１アプローチ（第２層アプローチ）では、ＡＲ、ＡＰおよび全てのモバイル・ユニットが同じＩＰサブネット上にある。展開の点から見てよりフレキシブルな第２アプローチ（第３層）では、ＡＰが異なるＩＰサブネット上にあり、モバイル・ユニットへのＩＰルータとして機能し、リンク層フレームの代わりにＩＰパケットを使用して、ＡＲと通信することができる。
８０２．１１ＷＬＡＮの展開における主な設計問題の１つは、無線ネットワーク内のモバイル・ユニットに対するシームレス・ローミング・サポートの問題である。移動性は、何の、あるいは少なくとも最小の、サービスの中断もなく、サポートされなければならない。たとえば、アプリケーション・レベル・セッションは、モバイル・ユニットにリンク層接続を提供するＡＰ間でのハンドオフ中に中断されてはならない。ＡＰが同じＩＰサブネット内にある場合、シームレスな移動性を処理するには、８０２．１１ＷＬＡＮ固有の第２層ハンドオフ機構で十分であろう。しかし、ＡＰが異なるＩＰサブネットに接続されている場合は、シームレスな移動性をサポートするには、第３層ハンドオフ機構を利用する必要があろう。
第２層の機構には制約がある。たとえば、あらゆるＡＰを１本のケーブルまたは１つのネットワークにリンクしている広域での展開は、問題を呈する。ＡＰを異なるＩＰサブネットに結びつけるためには、ＡＰをＩＰ（すなわちネットワーク）レベルに配置するほうが好ましく、そのほうが多用途性が大きくなる。１つのネットワークが別のネットワークと通信するためには、ハンドオフはＩＰレベル（すなわち第３層）でなければならない。
第３層の移動性に関しては周知の機構がある。たとえば、第３層移動性機構の１つに、モバイルＩＰと呼ばれるものがある。しかし、モバイルＩＰおよびその関連機構は、ノマディック接続に合わせて調整されているものであり、途切れのない移動性および８０２．１１ＷＬＡＮ環境で発生するＡＰ間の頻繁なハンドオフのために調整されているものではない。さらに、モバイルＩＰサポートは、現時点では広く利用できるものでもない。たとえば、ＭＳ ＷｉｎｄｏｗｓまたはＬｉｎｕｘオペレーション・システムを実行するモバイル・ユニットは、モバイルＩＰを使用するには追加のソフトウェアのインストールを必要とする。
したがって、当技術では、ＡＰ間の頻繁なハンドオフをサポートすることができ、かつモバイル・ユニット上への追加ソフトウェアのインストールを必ずしも必要としないレベル３ハンドオフ方式を使用した、８０２．１１ＷＬＡＮのためのシームレス・ローミング・サポートが必要である。
本発明の実施形態は、一般に、ルーティング更新方式が、パケットが各モバイル・ユニットのための正しいサービスＡＰに送達されることを保証し、かつしたがって、８０２．１１無線ネットワークのためのシームレス・ローミング・サポートを提供する方法および装置に関する。これらの方法および装置は、異なるＩＰサブネットに接続されたＡＰの間をローミングする８０２．１１無線モバイル・ユニットのための低待ち時間ハンドオフ方式を提供する。これらの方法および装置では、リンク・レベルのフレームを使用してモバイル・ユニットにルート更新を送る。モバイル・ユニットが新しいＡＰとリンク・レベルの連携を確立した後すぐ、モバイル・ユニットへの、およびそれからのＩＰパケット・ルーティングを開始することができる。
一実施形態によれば、無線ネットワーク上のモバイル・ユニットにシームレス・ローミング・サポートを提供するためのネットワーク通信システムであって、それぞれが有線インターフェース・ポートおよび無線インターフェース・ポートを有し、この無線インターフェース・ポートがモバイル・ユニットに結合されるように適応されている、少なくとも２つのアクセス・ポイント（ＡＰ）と、これらの少なくとも２つのＡＰのそれぞれの有線インターフェース・ポートに結合されるように適応されているアクセス・ルータ（ＡＲ）と、ＡＲにモバイル・ユニットのルーティング情報を提供するためのロケーション・テーブルとを含むネットワーク通信システムが提供される。本発明の他の実施形態によれば、ＩＰパケットをモバイル・ユニットに向けてルーティングする方法であって、ＡＲでＩＰパケットを受け取る工程と、サービスＡＰの宛先ＩＰアドレスを含むロケーション・テーブルを使用してモバイル・ユニットの位置を識別する工程と、サービスＡＰの宛先ＩＰアドレスをロケーション・テーブルから取り出す工程と、サービスＡＰのＩＰアドレスをＩＰパケットに関連付けて、ＩＰパケットがサービスＡＰを介してモバイル・ユニットに送信されるように適応される工程とを含む方法が提供される。
本発明の他の実施形態によれば、このシステムで最初に通信を開始するモバイル・ユニットのためにロケーション・テーブルで最初のルーティング・エントリを作成する方法であって、モバイル・ユニットによってすぐ近くのＡＰをサービスＡＰとして選ぶ工程と、モバイル・ユニットによって仮想デフォルト・ルータＩＰアドレス（ＩＰｖｄｒアドレス）を求めるＡＲＰメッセージをブロードキャストする工程と、サービスＡＰからモバイル・ユニットにＩＰｖｄｒアドレスを求めるＡＲＰに対する応答を送る工程と、モバイル・ユニットによってＡＲＰ応答を処理してＡＲＰキャッシュ・エントリを作成する工程と、サービスＡＰからＡＲにメッセージを送って、モバイル・ユニットのためのロケーション・テーブルで最初のルーティング・エントリを作成する工程とを含む方法が提供される。
本発明の他の実施形態によれば、モバイル・ユニットのためのロケーション・テーブルで既存のルーティング・エントリを更新する方法であって、モバイル・ユニットによって新しいサービスＡＰを選ぶ工程と、モバイル・ユニットによって新しいサービスＡＰと連携する工程と、新しいサービスＡＰからＡＲにルーティング更新メッセージを送る工程と、ＡＲによってルーティング更新メッセージを処理してロケーション・テーブルでモバイル・ユニットに対応するルーティング・エントリを更新する工程と、新しいサービスＡＰからモバイル・ユニットに無償ＡＲＰメッセージを送ってＩＰｖｄｒアドレスに対応するＡＲＰキャッシュ・エントリを更新する工程とを含む方法が提供される。
本発明の他の実施形態によれば、モバイル・ユニットとホストの間で通信する方法であって、すぐ近くのＡＰを探し出すためにモバイル・ユニットからプローブ信号を提供する工程と、すぐ近くのＡＰからの応答を処理する工程と、選ばれたサービスＡＰと連携する工程と、ＩＰｖｄｒアドレスを求めるＡＲＰメッセージをブロードキャストする工程であって、モバイル・ユニットのＩＰｖｄｒアドレスを求めるＡＲＰに応答が送られる工程と、最初のメッセージをＡＲに送る工程と、ＡＲＰ応答を処理しＡＲＰキャッシュ・エントリを作成する工程であって、最初のメッセージを使用してロケーション・テーブルで最初のルーティング・エントリを作成する工程とを含む方法が提供される。
したがって、上記の本発明の特徴が詳細に理解され得る方式、すなわち上記で簡単に要約された本発明のより詳細な説明は、そのうちのいくつかが添付の図面に示されている実施形態を参照することによって得ることができる。ただし、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示すだけであり、したがって、本発明の範囲を限定するとみなされるべきではないことに留意されたい。本発明は、同様に効果的な他の実施形態を許容することができるからである。
本発明の実施形態は、本明細書中では、例としていくつかの実施形態および例示的図面を使用して説明されているが、本発明はこれらの実施形態および図面に限定されるものではないことを当業者は理解するであろう。本発明に対する図面および詳細な説明は、本発明を、開示された特定の形態に限定するものではなく、それとは逆に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義されている本発明の主旨および範囲に入る全ての改変形態、同等物、および代替物を含むものであることを理解されたい。
本明細書中で使用されている見出しは、編成目的のためのみであり、本明細書または特許請求の範囲を限定するために使用されているものではない。本出願を通じて使用される語「し得る」、「してもよい」、「できる」など（ｍａｙ）は、義務的な意味（すなわち、「ねばならない（ｍｕｓｔ）」の意味）ではなく、許容の意味で（すなわち、可能性があることを意味して）使用される。同様に、語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、含むことを意味するが、限定されることを意味するものではない。
本発明の一実施形態による、シームレス・ローミングをサポートするために使用されるネットワーク・アーキテクチャを示すシステム構成図である。 本発明の一実施形態による、エリアＡＰ１からエリアＡＰ２にローミングするモバイル・ユニットを示すシステム構成図である。 本発明の一実施形態による、アクセス・ルータ（ＡＲ）にあるロケーション・テーブルである。 本発明の一実施形態による、Ｌ１メッセージを使用してロケーション・テーブルで新しいエントリを作成するＡＰを示すＡＲにあるロケーション・テーブルである。 本発明の一実施形態による、Ｌ２メッセージを使用してロケーション・テーブルでサービスＡＰのＩＰアドレスを変更するＡＰを示すＡＲにあるロケーション・テーブルである。 本発明の一実施形態による、有線ネットワークからモバイル・ユニットへのＩＰパケットの移動を示す流れ図である。 本発明の一実施形態による、ＡＲにあるロケーション・テーブルでの新しいエントリの作成を示す流れ図である。 本発明の一実施形態による、ＡＲにあるロケーション・テーブルでの既存のエントリの更新を示す流れ図である。
本発明の実施形態は、モバイル・ユニットに、少なくともＴＣＰ接続およびアプリケーション・セッション（たとえば、ＨＴＴＰセッション、ボイス・オーバＩＰセッションなど）を維持しながら、あるアクセス・ポイント（ＡＰ）から別のＡＰに（ＡＰが異なるＩＰサブネット上にある場合）ローミングする機能を提供する方法および装置を含む。本発明の実施形態によれば、この装置は、ＡＰ間で頻繁に発生するモバイル・ユニットの第３層ハンドオフを行うことができる。モバイル・ユニットは、周知のオペレーティング・システム（たとえば、Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰまたはＬｉｎｕｘ）を修正なしで使用して、８０２．１１無線ネットワーク内でローミングすることができる。本発明の実施形態は、移動性をサポートするためにモバイル・ユニット上でどんな特別のカーネル・モジュールをロードする必要も、アプリケーション処理を実行する必要もないように構成される。
本発明の実施形態は、全てのモバイル・ユニットで固定仮想デフォルト・ルータＩＰ（ＩＰｖｄｒ）アドレスを使用すること、各アクティブ・モバイル・ユニットで固定ＩＰアドレスを使用すること、およびアドレス解決プロトコル（ＡＲＰ）フレームおよびＩＥＥＥ８０２．１１管理フレームの到着に基づいてルータ更新を出すことを含む。
図１は、本発明の実施形態に関連して使用されるネットワーク・アーキテクチャ１００を示す。ネットワーク・アーキテクチャ１００は、アクセス・ルータ（ＡＲ）１０２をＡＰ１０４に接続するＡＰ−ＡＲネットワークと言われる有線ネットワーク１１０を含む。有線ネットワーク、たとえばインターネット、１１２も、ＡＲ１０２に接続されている。８０２．１１ＷＬＡＮネットワーク１０８、ならびに、モバイル・ユニット１０６１および１０６２は、ＡＰ−ＡＲネットワーク１１０に接続されている。
ここでは、ＡＰ−ＡＲネットワーク１１０（すなわち、ＡＲ１０２、ならびに、ＡＰ１０４１および１０４２）に接続されているホストは、同じＩＰサブネットにある必要はない。たとえば、ＡＰ１（１０４１）の有線インターフェースは、１３５．１８０．１４５．１５のＩＰアドレスに合わせて構成し、一方、有線インターフェースＡＰ２（１０４２）は、１３５．１０４．２０．９９のＩＰアドレスを有するように構成することができる。ＡＰはどのＩＰサブネットにも接続することができ、モバイル・ユニットはあるＡＰのエリアから別のＡＰのエリアにローミングすることができるので、本発明の一実施形態による、本明細書に記載のルーティング更新方式は、パケットが各モバイル・ユニットのための正しいサービスＡＰに送達されることを保証する。
図２は、ネットワーク・アーキテクチャ１００と同様のネットワーク・アーキテクチャ２００を示す。この図は、位置２０６１から２０６’１にローミングするモバイル・ユニット２０６を示す。詳細には、一実施形態では、モバイル・ユニット２０６１が、ＡＰ１（２０４１）およびＡＲ２０２を介してインターネット２１２にアクセスする。モバイル・ユニット２０６１がサービスＡＰ１（２０４１）のアクセス・エリアから離れてＡＰ２（２０４２）のエリアに入るとき、モバイル・ユニット２０６１が、ＡＰ２（２０４２）を検出し、ＡＰ２（２０４２）との連携を確立するために８０２．１１管理フレームを交換する。いったんこの連携が確立されると、ＡＰ２（２０４２）がモバイル・ユニット２０６’１からパケットを受け入れ始める。
本発明の実施形態によるネットワーク接続のシームレスな遷移をサポートするために、ＡＰ２（２０４２）はＡＲ２０２に、今ＡＰ２（２０４２）がモバイル・ユニット２０６’１のサービスＡＰになった、したがって、ＡＲ２０２はモバイル・ユニット２０６’１宛のパケットをＡＰ２（２０４２）に転送することができることを通知する。さらに、ＡＰ２（２０４２）はモバイル・ユニット２０６’１に、モバイル・ユニットは、したがって、インターネット２１２宛のパケットを現在のサービスＡＰ２（２０４２）に送達することができることを通知しなければならない。ＡＲ２０２とモバイル・ユニット２０６の間の、ＡＰ２０４を介したパケット転送の詳細は、本明細書に記載されている。
動作時には、ＡＲ２０２が、モバイル・ユニット２０６１宛のＩＰパケットが到着したとき、現在のサービスＡＰ２０４を判定する。一実施形態では、ＡＲ２０２は、パケットをサービスＡＰ２０４に送達するためにＩＰトンネリング２１４として知られる技法を使用する。ＩＰトンネリングは、一般に、ＡＲ、たとえばＡＲ２０２が、サービスＡＰ２０４のアドレスを宛先として使用して、インターネット２１２からの元のＩＰパケットに新しいＩＰヘッダを付加するところとして説明される。サービスＡＰ２０４がトンネリング・パケット２１４を受け取ると、このサービスＡＰはペイロードから元のＩＰパケットを抽出し、無線インターフェース１０８を使用して、それをモバイル・ユニット２０６に送達する。
インターネット２１２にアクセスするためには、モバイル・ユニット２０６１は、ＩＰアドレスおよびデフォルト・ルータＩＰアドレスを有するように構成されなければならない。このＩＰアドレスによって、モバイル・ユニット２０６１がインターネット２１２上の他のホストと通信できるようになる。デフォルト・ルータはインターネットへのファースト・ホップ・ルータである。モバイル・ユニット２０６１は、そのサービスＡＰ２０４をデフォルト・ルータとして使用することを理解されたい。ＩＰパケットをモバイル・ユニット２０６１からＡＲ２０２に送達するには、２つの順次段階が必要である。最初に、モバイル・ユニット２０６１がパケットを８０２．１１フレームにカプセル化し、その結果のフレームをサービスＡＰ２０４に送達する。次に、パケットがＡＰを介してＡＲからモバイル・ユニットに送達される前述の方法と同様に、サービスＡＰ２０４がＩＰトンネリング２１４を使用してパケットをＡＲ２０２に送達する。
この２段階送達は、２組の情報を必要とする。すなわち、ＡＰ２０４でのＡＲ２０２のＩＰアドレス、およびモバイル・ユニット２０６１でのサービスＡＰ２０４の物理アドレスである。ＡＲのＩＰアドレスは、ＡＰがブートストラップ中に取得する構成情報の一部分である。サービスＡＰの物理アドレスは、ＡＲＰプロトコルを使用することによって動的に取得することができる。いったんモバイル・ユニット２０６１がそのデフォルト・ルータの物理アドレスを取得すると、その情報は、ＡＲＰ要求トラフィックを低減するために、ある時間の間（たとえば２分ぐらい）モバイルのＡＲＰキャッシュに保持される。次いで、モバイル・ユニット２０６１は、サービスＡＰを交換するとき、各ＡＰが一意の物理アドレスを有しているので、そのＡＲＰキャッシュ内のサービスＡＰの物理アドレスを変更する。
本発明の実施形態による、このネットワーク・アーキテクチャ２００は、１つのモバイル・ユニットごとに１つのＩＰアドレスを使用し、このＩＰアドレスは、モバイル・ユニットがどのＡＰを使用していても、モバイル・ユニットがアクティブである間は同じままである。すなわち、モバイル・ユニットは、ＡＰを交換してもＩＰアドレスを変更する必要がない。この機能は、モバイル・ユニットが新しいサービスＡＰに交換した後もＴＣＰ接続がそのまま維持されることを保証する。一代替実施形態では、モバイル・ユニットがダイナミック・ホスト構成プロトコル（ＤＨＣＰ）を使用してＩＰアドレスを取得する場合、モバイル・ユニットはＩＰアドレス情報を求めて新しいＡＰに新しいＤＨＣＰ要求を出すことが可能である。
本発明の諸実施形態では、各ＡＰをＤＨＣＰリレイとして使用し、ＡＲをＤＨＣＰサーバとして使用する。このようにすると、全てのＤＨＣＰ要求は、処理のためにＡＲに転送される。ＡＲは全てのアクティブ・モバイル・ユニットのために（以下に論じる）グローバル・ロケーション・テーブルを維持しているので、ＡＲは、モバイル・ユニットによって使用されている無線インターフェースに埋め込まれた一意の物理アドレスに基づいて、同じモバイル・ユニットには同じＩＰアドレスを割り当てることができる。
図３は、本発明の一実施形態による、ＡＰアドレスを探し出すためのロケーション・テーブル３００の構造を示す。ロケーション・テーブル３００は、各アクティブ・モバイル・ユニットに関するルーティング情報をＡＲに提供する。モバイル・ユニット宛のＩＰパケットが与えられると、ＡＲは、宛先ＩＰアドレス３０２をキーとして使用して、そのモバイル・ユニットに対応するエントリを取り出す。次いで、ＡＲは、モバイル・ユニットのサービスＡＰにＩＰパケットを送達する。
ロケーション・テーブル３００は、以下の４つの基本セクションを含む。すなわち、モバイルＩＰアドレス・フィールド３０２、モバイル物理アドレス・フィールド３０６、サービスＩＰアドレス３０４、およびエントリ・アクセス時間フィールド３０５である。追加のフィールドは、本発明に基づいて熟考され、本発明の範囲から逸脱することなく、ロケーション・テーブル３００に含まれ得る。
モバイルＩＰアドレス・フィールド３０２は、モバイル・ユニットに割り当てられたＩＰアドレスを記憶する。モバイル・ユニットの物理アドレス・フィールド３０６は、モバイル・ユニットの８０２．１１ＷＬＡＮインターフェースの物理アドレスを記憶する。モバイルＩＰアドレス・フィールドとモバイル・ユニット物理アドレス・フィールドは両方とも、エントリを取り出すためのルックアップ・キーである。サービスＡＰアドレス・フィールド３０４は、モバイル・ユニットの現在のサービスＡＰのＩＰアドレスを記憶する。このフィールドは、ＡＲによって、前述のＩＰトンネリングを使用してモバイル・ユニット宛のパケットを送達するために使用される。エントリ・アクセス時間フィールド３０５は、エントリがアクセスされた時間を記憶する。このフィールドは、テーブル・スペースを節約するために非アクティブ・エントリを削除するのに使用され得る。前述のように、ＡＲで稼動しているＤＨＣＰサーバも、同じＩＰアドレス３０２が同じモバイルに割り当てられることを保証するために、ロケーション・テーブル３００を使用する。
各モバイル・ユニットはそのサービスＡＰをデフォルト・ルータとして使用し、各ＡＰはそれぞれ自分の一意のＩＰアドレスを有するが、本発明の諸実施形態では、一意の一定のＩＰアドレスを全てのモバイル・ユニットのためのデフォルト・ルータＩＰアドレスとして使用する。この一定のＩＰアドレスは、本明細書中では、仮想デフォルト・ルータＩＰアドレス（ＩＰｖｄｒ）と呼ばれる。その結果、モバイル・ユニットは、ＡＰを交換しても、そのデフォルト・ルータＩＰアドレスは変更しない。各ＡＰは、ＩＰｖｄｒを認識し、自分を求めるＡＲＰ要求に応答するようにプログラムされる。この技法は、プロキシＡＲＰとして知られている。
モバイル・ユニットがそのＩＰサブネットの外部のホストとの通信を開始しようとするときは、そのデフォルト・ルータの物理アドレス（たとえば、イーサネット・アドレス）を見つけなければならない。モバイル・ユニットは、ＩＰｖｄｒをデフォルト・ルータとして有するように構成されているので、ＩＰｖｄｒをターゲットＩＰアドレスとして有するＡＲＰ要求をブロードキャストする。サービスＡＰがこのＡＲＰ要求を受け取ると、要求元のモバイル・ユニットに応答を送る。この応答は、ＩＰｖｄｒのバインディングおよびサービスＡＰの物理アドレスを含み、モバイル・ユニットがサービスＡＰとの将来の通信のためのＡＲＰキャッシュ・エントリを作成することができるようにする。ＩＰｖｄｒをターゲットとしたＡＲＰ要求はまた、要求元のモバイル・ユニットのＩＰアドレスおよび物理アドレスも含む。これは、サービスＡＰが、その情報を使用して、本明細書に記載のＡＲで、最初のロケーション・テーブル・エントリを作成することができるので重要である。
本発明の一実施形態によれば、モバイル・ユニットが通信を開始するとき、そのＡＲＰキャッシュおよびＡＲで、モバイル・ユニットの最初のルーティング状態を作成するためのシステムが提供される。図４を参照すると、このシステムは、ロケーション・テーブル４００を使用すること、ＡＲＰ要求を受け取ること、サービスＡＰによってＡＲＰ要求からソースＩＰアドレスおよび物理アドレスを抽出すること、およびロケーション更新Ｌ１メッセージ４２０をＡＲに送ることを含む。Ｌ１メッセージ４２０は、モバイル・ユニットのＩＰアドレス４０８および物理アドレス４１６、ならびにサービスＡＰのＩＰアドレス４１０を含む。ＡＲは、Ｌ１メッセージを処理した後で、モバイル・ユニットに対応するロケーション・テーブル４００にロケーション・テーブル・エントリを作成する。ＡＲは、モバイル・ユニット宛のパケットをそのサービスＡＰに転送することができる。アクティブ・モバイル・ユニットは、このＡＲＰ要求を送って自分のＡＲＰキャッシュを定期的にリフレッシュするので、Ｌ１メッセージ４２０は、ロケーション・テーブル・エントリが除去されないようにするための定期更新としても機能する。
ＩＰｖｄｒをターゲットとするＡＲＰ要求は、２つの目的にかなう。第１に、この要求は、サービスＡＰがＬ１メッセージ４２０を送って、ＡＲでロケーション・テーブル・エントリを作成するきっかけとなる。第２に、この要求に対する応答は、モバイル・ユニットが、自分のサービスＡＰの物理アドレス４１０を知り、その情報を自分のＡＲＰキャッシュに記憶することができるようにする。
図５は、モバイル・ユニットが、あるＡＰのエリアから別のＡＰのエリアに移動するときのシームレス・ローミング・サポートに関する、本発明の一実施形態を例示するロケーション・テーブル５００を示す。モバイル・ユニットが新しいＡＰのエリアに移動し、その新しいＡＰとの連携を確立するとき、ＡＲにあるモバイル・ユニットに対応するロケーション・テーブル・エントリおよびモバイル・ユニットにあるＩＰｖｄｒに対応するＡＲＰキャッシュ・エントリは、シームレスな移動性をサポートするために変更されなければならない。新しいＡＰのＩＰアドレス５１４は、前のＡＰのＩＰアドレス５１０とは異なる。
動作時には、この２つのエントリは、新しいＡＰが新しいＡＰから連続して２つのメッセージを送ることによって連携を完成した後すぐに変更される。無償ＡＲＰメッセージがモバイル・ユニットに送られ、新しいロケーション更新Ｌ２メッセージ５２０がＡＲに送られる。この無償ＡＲＰは、ソースとしてＩＰｖｄｒおよび新しいＡＰの物理アドレスを含むＡＲＰ要求である。このＡＲＰ要求の目的は、モバイル・ユニットから応答を引き出すことではない。そうではなく、モバイル・ユニットにあるＡＲＰキャッシュを変更するために使用される。この無償ＡＲＰを処理する前は、モバイル・ユニットのＡＲＰキャッシュには、前のＡＰの物理アドレスへのＩＰｖｄｒのバインディングが入っている。モバイル・ユニットは、この無償ＡＲＰを処理した後で、このＡＲＰプロトコルの指定に従って、ＩＰｖｄｒのバインディングを新しいＡＰの物理アドレスに変更し、それによって、モバイル・ユニットが新しいＡＰと通信できるようにする。
ロケーション・テーブルで新しいエントリを作成するＬ１メッセージ４２０（図４参照）とは違って、図５のＬ２メッセージ５２０は、テーブルにある既存のエントリを更新する。さらに、Ｌ２メッセージ５２０は、モバイル・ユニットのＩＰアドレスを含まない。そうではなく、このメッセージは、モバイル・ユニットの物理アドレス５１６、および新しいＡＰ５１４のＩＰアドレスを含む。ＡＲがＬ２メッセージ５２０を受け取ると、ＡＲは物理アドレス５１６をルックアップ・キーとして使用して、モバイル・ユニットに対応するエントリを取り出し、サービスＡＰのＩＰアドレス・フィールドを新しいＡＰのＩＰアドレスと取り替える。セクション５０４、ならびにエントリ５１０および５１４は、この処理を示す。これによって、モバイル・ユニット宛のパケットは、新しいＡＰに到達し、次いでモバイル・ユニットに到達することができるようになる。
この無償ＡＲＰおよびＬ２メッセージは、できるだけ最適の時間に、すなわち、モバイル・ユニットが新しいサービスＡＰとの連携を確立した後すぐに、シームレス・ローミングをサポートするのに必要な更新を完了する。
Ｌ１メッセージもＬ２メッセージもＡＲからの確認通知を必要とする。特に、Ｌ２メッセージへの確認通知は、モバイル・ユニットのＩＰアドレスを含む。モバイル物理アドレスと共にモバイルＩＰアドレス情報を使用すれば、ＡＰは、獲得したばかりのモバイル・ユニットのために予めＡＲＰキャッシュ・エントリを作成しておくことができるようになる。したがって、モバイル・ユニット宛のパケットが到着すると、モバイルの物理アドレスを見つけてモバイルからのＡＲＰ返答を待つためにＡＲＰ要求をブロードキャストすることなく、このパケットをモバイル・ユニットに直ちに送達することができる。
図６は、本発明の実施形態による、インターネットなどのホストとモバイル・ユニットの間でＩＰパケットを送受信する方法を示す流れ図である。この方法は、モバイル・ユニットに送るパケットを有するホストの諸工程６０２を含む。工程６０４で、このシステムはモバイル・ユニット宛のパケットを受け取る。工程６０６で、本発明の実施形態によるロケーション・テーブルを使用して、前述のモバイル・ユニットのロケーション・エントリを識別する。工程６０８で、ロケーション・テーブルからサービスＡＰのＩＰアドレスを取り出す。工程６１０で、前述のＩＰトンネリング技法を使用して、パケットにヘッダを付加する。付加されたヘッダは、現在のサービスＡＰのＩＰアドレスを宛先として含む。工程６１２で、その結果としてのパケットをサービスＡＰに送る。工程６１４で、サービスＡＰは付加されたヘッダを除去し、その結果としてのパケットをモバイル・ユニットに送る。この方法は、別のパケットが同じまたは異なるホストによって送られるまで、工程６１６で終わる。
本発明の他の実施形態によれば、図７に示されているように、モバイル・ユニットが通信を始めるときの、ＡＲＰキャッシュおよびＡＲでのモバイル・ユニットのための最初のルーティング状態の作成を示す流れ図が提供される。この方法は、工程７０２から始まる。工程７０４で、モバイル・ユニットが、アクセスする許可を有するＡＰを探すために８０２．１１ＷＬＡＮ内でプローブ信号を送出する。ステップ７０６で、モバイル・ユニットが、すぐ近くの複数のＡＰからの応答を処理し、連携するＡＰを選ぶ。選ばれたＡＰが、そのモバイル・ユニットのサービスＡＰとなる。工程７０８で、モバイル・ユニットが、有線ネットワーク内のホストと通信を始めるとき、ＩＰｖｄｒアドレスを求めるブロードキャストＡＲＰメッセージを送出する。工程７１０で、サービスＡＰが、ＩＰｖｄｒを求めるＡＲＰに対する応答をモバイル・ユニットに送り、ＡＲにもＬ１メッセージを送る。工程７１２で、モバイル・ユニットが、サービスＡＰからのＡＲＰ応答を処理し、ＩＰｖｄｒＩＰアドレスをサービスＡＰに対応する物理アドレスに結びつけるＡＲＰキャッシュ・エントリを作成する。一実施形態では、工程７１２と並行して実施される工程７１４で、ＡＲがモバイル・ユニットからのＬ１メッセージを処理し、そのモバイル・ユニットのためのロケーション・テーブルでルーティング・エントリを作成する。モバイル・ユニットが依然として同じ位置にあり、しばらくの間新しいサービスＡＰを探さない場合は、この方法は工程７１８で終わる。そうではなく、モバイル・ユニットが移動する場合は、このシステムは工程Ａに進む（図８参照）。
図８は、モバイル・ユニットが移動し、新しいサービスＡＰが選ばれる場合を示す流れ図である。図８に示されたこれらの工程は、モバイル・ユニットにあるＩＰｖｄｒに対応するＡＲＰキャッシュ・エントリ、およびモバイル・ユニットに対応するロケーション・テーブルにあるルーティング・エントリを更新することを対象とする。特に、本発明の他の実施形態によれば、モバイル・ユニットが現在のサービスＡＰのエリアから新しいサービスＡＰのエリアに移動するときに、自分のＡＲＰキャッシュおよびＡＲにあるモバイル・ユニットのためのルーティング状態を更新する、諸工程が提供される。
工程８０２で、モバイル・ユニットが新しいサービスＡＰを選び、その新しいサービスＡＰとの８０２．１１連携を確立する。工程８０４で、新しいサービスＡＰが、Ｌ２メッセージをＡＲに送り、無償ＡＲＰメッセージをモバイル・ユニットに送る。工程８０６で、ＡＲがＬ２メッセージを処理し、モバイル・ユニットに対応するロケーション・テーブルでルーティング・エントリを更新し、新しいサービスＡＰに確認通知メッセージを送る。この更新によって、モバイル・ユニットの新しいサービスＡＰが現在のサービスＡＰになる。一実施形態では工程８０６と並行して進む工程８０８で、モバイル・ユニットは、新しいサービスＡＰからの無償ＡＲＰを処理し、自分のＡＲＰキャッシュを変更して新しいサービスＡＰの物理アドレスをＩＰｖｄｒアドレスに結びつける。工程８１０で、新しいサービスＡＰがＡＲからの確認通知を処理し、そのモバイル・ユニットのためのＡＲＰで新しいエントリを作成する。この方法は工程８１２で終わる。
以下の例は、本発明の諸実施形態に従って、ＡＲおよびＡＰがどのようにシームレスな移動性をサポートするかを説明する。この例を図２、４、および５〜８と併せて検討されたい。モバイル・ユニットが起動し、ＩＰアドレス１０．１．１．１００を有するように構成され、デフォルト・ルータＩＰアドレス（ＩＰｖｄｒ）が１０．１．１．１であると仮定する。モバイル・ユニット２０６がＡＰ１（２０４１）と連携を確立すると、ＡＰ１はＬ２メッセージ５２０をＡＲ２０２に送り、モバイル・ユニット２０６に無償ＡＲＰを送る。ＡＲ２０２はモバイル・ユニット２０６のエントリを有していないので、Ｌ２メッセージ５２０を無視する。同様に、モバイル・ユニット２０６は、そのＡＲＰキャッシュが空なので、無償ＡＲＰを無視する。
モバイル・ユニット２０６は、ホスト（たとえばインターネット）と初めて通信を開始するとき、ＩＰｖｄｒ（１０．１．１．１）を求めてＡＲＰブロードキャストを送出する。ＡＰ１（２０４１）がＡＲＰ要求に応答し、Ｌ１メッセージ４２０をＡＲ２０２に送り、ＡＲ２０２は、このＬ１メッセージ４２０を使用してモバイル・ユニットに対応するロケーション・テーブルで新しいエントリ４０８を作成する。ＡＲ２０２でロケーション・テーブル（図３参照）のエントリ３０８が作成され、モバイル・ユニット２０６でＩＰｖｄｒをＡＰ１（２０４１）の物理アドレスに結びつけるＡＲＰキャッシュ・エントリが作成されたら、モバイル・ユニット２０６とホスト２１２は相互に通信することができる。
モバイル・ユニット２０６は、ＡＰ２（２０４２）のエリアに移動したとき、ＡＰ２との連携を確立する。いったんこの連携が確立されたら、ＡＰ２がＬ２メッセージ５２０をＡＲ２０２に送り、モバイル・ユニット２０６に無償ＡＲＰを送る。ＡＲがＬ２メッセージ５２０に入れて運搬されてきた物理アドレスをルックアップ・キーとして使用して、モバイル・ユニット２０６に対応するエントリを取り出し、テーブル５１０中のサービスＡＰのＩＰアドレスをＡＰ２の（Ｌ２メッセージ５２０に入れて運搬されてきた）ＩＰアドレス５１４と取り替える。次いで、ＡＲ２０２がモバイル・ユニット２０６のＩＰアドレスを含む確認通知をＡＰ２（２０４２）に送る。ＡＰ２はこの確認通知を処理し、モバイル・ユニット２０６のための自分のＡＲＰキャッシュでエントリを作成する。
無償ＡＲＰを受け取ると、モバイル・ユニット２０６は、ＩＰｖｄｒがＡＰ２の物理アドレスに結びつくように、自分のＡＲＰキャッシュを変更する。Ｌ２メッセージ５２０は無償ＡＲＰと協働して、本発明の実施形態による、シームレス・ローミングをサポートするのに必要なルーティング更新を完了する。
本発明の実施形態は、有利なことに、モバイル・ユニットの改変を必要としない。各モバイル・ユニットは、あるＡＰから別のＡＰに移動するとき、固定ＩＰアドレスおよび固定デフォルト・ルータ・アドレスを維持する。アクセス・ポイントおよびＡＲは協働して各モバイル・ユニットをトラックし、ＩＰトンネリングを使用してパケットを転送する。
前記は本発明の諸実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の、かつさらなる実施形態が考案されてもよい。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (10)

  1. 無線ネットワーク上のモバイル・ユニットにシームレス・ローミング・サポートを提供するためのネットワーク通信システムであって、
    それぞれが有線インターフェース・ポートおよび無線インターフェース・ポートを有し、前記無線インターフェース・ポートが前記モバイル・ユニットに結合されるように適応された、少なくとも２つのアクセス・ポイント（ＡＰ）と、
    前記少なくとも２つのＡＰのそれぞれの前記有線インターフェース・ポートに結合されるように適応され、前記モバイル・ユニットのルーティング情報を含むロケーション・テーブルを備えるアクセス・ルータ（ＡＲ）と
    を含み、
    前記少なくとも２つのＡＰのそれぞれは、モバイル・ユニットから、仮想デフォルト・ルータＩＰ（ＩＰｖｄｒ）アドレスをターゲットＩＰアドレスとして有するアドレス解決プロトコル（ＡＲＰ）要求メッセージを受信するように適合され、
    前記少なくとも２つのＡＰのそれぞれは、モバイル・ユニットからのＡＲＰ要求メッセージの受信に応答して、第１のメッセージを前記ＡＲに送信し、ＡＲＰ応答メッセージを前記モバイル・ユニットに送信するように適合され、
    前記第１のメッセージは、前記ＡＲが前記ロケーション・テーブル内に前記モバイル・ユニットのエントリを作成するために使用されるように適合され、
    前記ＡＲＰ応答メッセージは、前記モバイル・ユニットがＡＲＰキャッシュ内にエントリを作成するために使用される前記ＡＰの物理アドレスを含む、
    ことを特徴とするネットワーク通信システム。
  2. 前記ロケーション・テーブルが、
    モバイル・ユニットＩＰアドレス・フィールドと、
    モバイル・ユニット物理アドレス・フィールドと、
    サービスＡＰのＩＰアドレス・フィールドと、
    エントリ・アクセス時間フィールドとを含む、請求項１に記載のネットワーク通信システム。
  3. 前記モバイル・ユニットのＩＰアドレス・フィールドが前記モバイル・ユニットのＩＰアドレスを記憶する、請求項２に記載のネットワーク通信システム。
  4. 前記モバイル・ユニットの物理アドレス・フィールドが前記モバイル・ユニットの無線ネットワーク・インターフェースの物理アドレスを記憶する、請求項２に記載のネットワーク通信システム。
  5. 前記サービスＡＰのＩＰアドレス・フィールドが前記モバイル・ユニットの現在のサービスＡＰのＩＰアドレスを記憶し、前記現在のサービスＡＰの前記ＩＰアドレスが、前記ＡＲが前記モバイル・ユニットへの送信パケットを配信するために使用されるように適合される、請求項２に記載のネットワーク通信システム。
  6. 前記エントリ・アクセス時間フィールドが、エントリがアクセスされた時間を記憶する、請求項２に記載のネットワーク通信システム。
  7. 前記各モバイル・ユニットが、前記モバイル・ユニットのそれぞれによって前記少なくとも２つのＡＰのそれぞれのデフォルトＩＰアドレスとして使用される一定の仮想デフォルト・ルータＩＰ（ＩＰｖｄｒ）アドレスを含む、請求項１に記載のネットワーク通信システム。
  8. 前記少なくとも２つのＡＰがネットワーク層ルータであり、ＩＰパケットを使用して前記ＡＲと通信する、請求項１に記載のネットワーク通信システム。
  9. アクセス・ルータ（ＡＲ）に関連するアクセス・ポイント（ＡＰ）において、モバイル・ユニットから提供され、仮想デフォルト・ルータＩＰ（ＩＰｖｄｒ）アドレスをターゲットＩＰアドレスとして有するアドレス解決プロトコル（ＡＲＰ）要求メッセージを受信する手段と、
    前記ＡＲＰ要求メッセージに応答して、前記ＡＰから前記ＡＲへ、前記ＡＲが前記ＡＲのロケーション・テーブル内に前記モバイル・ユニットのエントリを作成するために使用されるように適合されている第１のメッセージを送信する手段と、
    前記ＡＰから前記モバイル・ユニットへ、前記モバイル・ユニットがＡＲＰキャッシュ内にエントリを作成するために使用される前記ＡＰの物理アドレスを含むＡＲＰ応答メッセージを送信する手段と、
    を含む装置。
  10. モバイル・ユニットから、仮想デフォルト・ルータＩＰ（ＩＰｖｄｒ）アドレスをターゲットＩＰアドレスとして有するアドレス解決プロトコル（ＡＲＰ）要求メッセージをブロードキャストする手段であって、前記ＡＲＰ要求メッセージは、前記ＡＲＰ要求メッセージを受信するアクセス・ポイント（ＡＰ）が、ロケーション・テーブルを保持するアクセス・ルータ（ＡＲ）へ第１のメッセージを送信し、前記モバイル・ユニットへＡＲＰ応答メッセージを送信するきっかけとなるように適合されている、手段と、
    前記モバイル・ユニットにおいて、前記モバイル・ユニットがＡＲＰキャッシュ内にエントリを作成するために使用される前記ＡＰの物理アドレスを含む前記ＡＲＰ応答メッセージを受信する手段と、
    を含む装置。
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