メディアに依存しないハンドオーバー

メディア独立ハンドオーバー( MIH ) は、エンド ユーザー デバイスのモビリティを実現するために、1 つのレイヤー 2 アクセス テクノロジから別のレイヤー 2 アクセス テクノロジへの IP セッションのハンドオーバーを可能にするために IEEE 802.21によって開発されている標準です (MIH)。

MIH の重要性は、 GSM、UMTS、CDMA2000、WiMAX 、 Mobile-Fi 、 WPANなど、さまざまなブロードバンド無線アクセス技術が利用可能であり、開発中であるという事実に由来しています。これらの無線インターフェイスを複数組み込んだマルチモード無線デバイスでは、 IP セッション中にそれらのインターフェイスを切り替える機能が必要であり、イーサネットおよび無線インターフェイスを備えたラップトップなどのデバイスでは、同様に有線アクセスと無線アクセスを切り替える必要があります。

たとえば、モバイル デバイスの無線信号が劣化したり、アクセス ポイントのトラフィック負荷が増大したりすると、ハンドオーバーが必要になることがあります。

MIH が提供する主要な機能は、さまざまなワイヤレス レイヤー間の通信、およびワイヤレス レイヤーと IP レイヤー間の通信です。必要なメッセージは、レイヤー 2 ワイヤレス テクノロジとレイヤー 3 の IP 間のプロトコル スタックにあるメディア独立ハンドオーバー機能 (MIHF) によって中継されます。MIH は、シグナリング用のセッション開始プロトコル(SIP)、モビリティ管理用のモバイル IP 、サービス品質(QoS)用のDiffServおよびIntServなど、さまざまな IP プロトコルと通信できます。

同じテクノロジーを使用して、あるアクセス ポイントから別のアクセス ポイントにセッションがハンドオーバーされる場合、ハンドオーバーは通常、MIHF または IP を介さずにそのワイヤレス テクノロジー自体内で実行できます。たとえば、 Wi-FiハンドセットからWi-Fi アクセス ポイントへのVoIP通話は、 802.11fや802.11rなどの Wi-Fi 標準を使用して、同じネットワーク (企業ネットワークなど) 内の別の Wi-Fi アクセス ポイントにハンドオーバーできます。ただし、企業ネットワーク内の Wi-Fi アクセス ポイントからパブリック Wi-Fi ホットスポットへのハンドオーバーの場合は、2 つのアクセス ポイントがリンク層で相互に通信できず、一般に異なる IP サブネット上にあるため、MIH が必要です。

セッションが 1 つのワイヤレス テクノロジから別のワイヤレス テクノロジにハンドオフされると、MIH はインターネット アクセス テクノロジと IP 間でメッセージを交換することにより、ハンドオーバー プロセスを支援します。メッセージには次の 3 つの種類があります。

• イベント通知は、プロトコル スタックの下位層から上位層へ、または 1 つのデバイスの MIHF から別のデバイスの MIHF へ渡されます。たとえば、「ワイヤレス リンクの品質が低下しています」は、ワイヤレス層から MIHF 層に渡されるイベント通知です。

• コマンドはプロトコル スタックを通じて、またはあるデバイスの MIHF から別のデバイスの MIHF に渡されます。たとえば、「ハンドオーバーの開始」は、アクセス ポイント MIHF がモバイル デバイスの MIHF に、使用できる代替アクセス ポイントのリストを提供するコマンドです。

• 情報サービスには 3 つのタイプがあります。上位層が下位層に情報を要求することがあります。たとえば、MIHF はワイヤレス層に遅延などのパフォーマンス情報を要求することがあります。下位層が上位層に情報を要求することがあります。たとえば、MIHF は IP 層に ISP 名を要求することがあります。ある MIHF は別の MIHF に情報を要求することがあります。たとえば、位置情報サービスの可用性などです。

MIH 機能 MIHF は次のように実装されます。

• 複数の無線/有線インターフェースを備えたモバイルデバイスの場合

• 少なくとも 1 つの無線インターフェイスを備えたアクセス ポイント内

• ワイヤレス インターフェイスがない可能性のあるコア ネットワーク機器内。

モバイル デバイスとアクセス ポイントは、相互間およびワイヤレス レイヤーと IP レイヤー間で標準的な方法で通信するために、MIHF を実装する必要があります。これにより、セッションをハンドオーバーするかどうか、またどのようにハンドオーバーするかについて、独自のローカル決定を行うことができます。ワイヤレス インターフェイスのないコア ネットワーク機器に MIHF が実装されている理由は、複数のアクセス ポイントと複数のアクセス テクノロジ間でのセッションのハンドオーバーについて集中的に決定できる「ハンドオーバー サーバー」の設計を可能にするためです。このようなサーバーにより、ワイヤレス ネットワーク オペレーターはトラフィック負荷を分散して、特定のアクセス ポイントの輻輳を緩和し、すべてのユーザーに十分な QoS を提供できます。

単一の Web ページにアクセスするなどの短時間のセッションでは、通常、ハンドオーバーや QoS は必要ありません。VoIP、オーディオ/ビデオ ストリーミング (ライブ TV や VoD を含む)、VPNなどのハンドオーバーが必要になる可能性のある長時間のセッションでは、通常、遅延、遅延変動、パケット損失などの QoS 要件があります。

QoS は、ハンドオーバーの前後だけでなく、ハンドオーバー中にも維持されることが重要です。これは、MIH を使用して事前に計画することで実現できます。ハンドオーバーが必要になる前に、MIHF は通信して、どのワイヤレス テクノロジを使用しているアクセス ポイントが範囲内にあり、そこからどのような QoS が利用できるかを特定します。MIH は、代替の可能性のあるアクセス ポイントでモバイル デバイスを事前認証し、ハンドオーバーの前に容量を予約するためにも使用できます。たとえば、WiMAX では、リソースが実際にセッションに割り当てられる前に、そのセッション用にリソースを予約できます。そのため、ハンドオーバーが必要になったときには、基礎作業の多くはすでに整っており、遅延とパケット損失を最小限に抑えてセッションを引き継ぐことができます。ハンドオーバー後に古いアクセス ポイントに配信されるモバイル デバイスへの着信パケットは、新しいアクセス ポイント経由で転送できるため、パケット損失がさらに削減されます。

QoS は、無線アクセス技術と IP の両方を含む各技術によって処理方法が異なります。IP には、DiffServとIntServ という2 つの QoS アプローチがあります。一部の技術では、トラフィックをストリーミングなどの「サービス クラス」に分割し、他の技術では、ユーザーが転送遅延などの定量的な「QoS パラメーター」を指定できます。WiFi 、Mobile-Fi、およびDiffServ はサービス クラス アプローチを使用しており、サービス クラスがまったく同じではありませんが、相互に対応させることができます。WiMAXとIntServ はQoSパラメーター アプローチを使用し、UMTS は両方のアプローチを使用します。この場合も、パラメーター間の対応が可能です。[1]

MIH は、サービス クラスと QoS パラメータの可用性に関する情報を、ある無線技術から別の無線技術、および IP 層に交換するために使用できます。このような情報のソースの 1 つは、無線層によって行われたパフォーマンス測定です (例: WiFiの場合は802.11k 、 WiMAXの場合は 802.16f) 。

MIH の動作を説明するために、IP 層でDiffServを使用し、Mobile-Fi からWiMAXに引き継がれるリアルタイム ゲーム アプリケーションの例を取り上げます。アプリケーションは現在、Assured Forwarding Class 1、AF1、DiffServサービスと、Class 2 Real-Time Interactive Mobile-Fi サービスを使用しています。

MIH 標準はまだ確定していないため、この例は、何が利用可能になるかを確実に保証するものではなく、提供される可能性のある機能の種類を示すものです。また、標準では MIH メッセージが指定されています。特定のアプリケーションでのこれらのメッセージの使用は、実装に依存します。以下の例は、説明のみを目的としています。

1. モバイル デバイスは、Mobile-Fi ワイヤレス信号強度の低下を検知し、MIH イベント通知サービスを使用してモバイル デバイスの MIHF 層に通知します。この情報は、アクセス ポイントの MIHF に渡されます。

2. アクセス ポイントは MIH コマンド サービスを使用して、モバイル デバイスにハンドオーバーを開始するように指示し、潜在的なアクセス ポイントのリストを含めます。

3. モバイル デバイスの MIHF は、このリストをさまざまな無線レイヤーに渡し、MIH 情報サービスを使用して、各アクセス ポイントの信号強度を判定し、MIHF に報告するよう要求します。

4. モバイル デバイスの MIHF は、最高の信号強度がWiMAXアクセス ポイントから来ていることを判断し、イベント通知サービスを使用してその情報を IP レイヤーに渡します。

5.モバイル デバイスの IP 層のDiffServ は、情報サービスを使用して、 WiMAXアクセス ポイントからパフォーマンス情報を要求します。この要求は、モバイル デバイスの MIHF からWiMAXアクセス ポイントの MIHF を経由して、 WiMAXアクセス ポイントのワイヤレス層に渡されます。

6.アクセス ポイントのWiMAX層は、IEEE 802.16f を使用してパフォーマンス情報を取得し、リンク遅延が 5 ミリ秒の Unsolicited Grant Service (UGS) またはリンク遅延が 18 ミリ秒の Real-Time Polling Service を使用してセッションをスケジュールできることを報告します。

7. DiffServ はWiMAX UGS を選択し、MIH コマンド サービスを使用してモバイル デバイスにハンドオーバーをコミットするように指示します。モバイル デバイスの IP アドレスの変更が必要な場合は、モバイル IP を使用することもできます。

ある無線技術から別の無線技術へのハンドオーバーに使用できるもう 1 つの標準は、 WiFiと GSM/GPRS/ UMTS間のハンドオーバーを提供するUMA (Unlicensed Mobile Access ) です。これはもともと独立した業界コンソーシアムによって開発され、2005 年に GAN (Generic Access Network) という名前で 3GPP 標準に組み込まれました。

もう一つの興味深い標準規格は802.11uです。これは 802.11 ネットワークと他のネットワーク間のローミングを提供し、ユーザーが別のネットワークのサービスに加入しているときに、あるネットワークのサービスにアクセスできるようにします。ただし、進行中の IP セッションのハンドオーバーは提供されません。

• 負荷分散（コンピューティング）
• マルチホーミング
• 垂直引き継ぎ
• アクセスネットワークの検出と選択機能

David J Wright、「複数のワイヤレス アクセス テクノロジ間のハンドオーバー中の QoS の維持」、国際モバイル コマース会議、トロント、2007 年 7 月。

Ok Sik Yang、Seong Gon Choi、Jun Kyun Choi、Jung Soo Park、Hyoung Jun Kim、「有線および無線ネットワーク間のシームレスなサービス サポートのためのハンドオーバー フレームワーク」、Advanced Communication Technology、2006 年。ICACT 2006。第 8 回国際会議、第 3 巻、2006 年 2 月 20 ～ 22 日、ページ数:6 ページ。

Al Mosawi, T.; Wisely, D.; Aghvami, H.; メディア独立ハンドオーバーと SIP に基づく新しいマイクロ モビリティ ソリューション、Vehicular Technology Conference、2006。VTC-2006 Fall.2006 IEEE 64th、2006 年 9 月 ページ:1 - 5

Yoon Young An、Byung Ho Yae、Kang Won Lee、You Ze Cho、Woo Young Jung、「MIPv6 での MIH サービスを使用したハンドオーバー遅延の削減」、Advanced Information Networking and Applications、2006 年。AINA 2006。第 20 回国際会議、第 2 巻、2006 年 4 月 18 ～ 20 日、ページ:229 - 234

• http://www.intel.com/technology/magazine/communications/mobility-on-wireless-0905.htm では、MIH に関する Intel の見解が紹介されています。
• http://tools.ietf.org/html/draft-hancock-mipshop-gist-for-mih-00 には関連するインターネット ドラフトが提供されています。
• http://www1.cs.columbia.edu/~dutta/research/wpmc-final.pdf では、MIH 機能の一部の有効性を示す実験について説明しています。