JP2007243932A - 無線データ通信システム - Google Patents

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Abstract

【課題】
従来は、通信媒体が複数存在するネットワーク(例えば、無線LANと携帯電話網)における経路切替を考慮していないため、例えば、無線LAN内の無線リンク品質が悪化した場合、携帯電話網に速やかに接続することができない、という課題がある。
【解決手段】
第一のネットワークに属する第一乃至第三の端末を供え、第一及び第三の端末が第二のネットワークに属する、通信システムにおいて、第一の端末は、第一の端末が生成した第一のパケットを、第一のネットワークを介して、第二の端末に送信し、第二の端末は、第一のパケットを受信すると、第一及び第二の端末間の経路を監視し、第二の端末は、経路を監視した結果、所定の条件を満たした場合、第二のパケットを第三の端末に送信し、第三の端末は、第二のパケットを受信すると、第三の端末が前記第二のネットワークに接続できることを示す第三のパケットを、第二の端末に送信する。
【選択図】図1

Description

本発明は、無線通信を行う技術に関する。
昨今、既存のネットワークインフラを必要とせず、各端末が自動的に周辺の端末と通信する技術(アドホックネットワーク)の研究開発が進められている。
ここで、無線LANに接続するためのインタフェース(以下、無線LAN I/Fと称する)を備えた端末間の経路(無線リンク)の品質が悪化した場合、代替経路を発見して経路切替を実現する技術がある(特許文献1参照)。
特開2004−282270
特許文献1では、無線LAN内の経路切替しか言及しておらず、通信媒体が複数存在するネットワーク(例えば、無線LANと携帯電話網)における経路切替を考慮していない。従って、上記ネットワークにおいて、例えば、無線LAN内の無線リンク品質が悪化した場合、携帯電話網に速やかに接続することができない、という課題がある。そこで、本発明の目的は、通信媒体が複数存在するネットワークにおいて、無線リンク品質が悪化した場合、端末が無線LANに代わって速やかに携帯電話接続を行うことができるシステムを提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。
第一のネットワークに属する第一乃至第三の端末を備え、第一及び第三の端末が第二のネットワークに属する、通信システムにおいて、第一の端末は、第一の端末が生成した第一のパケットを、第一のネットワークを介して、第二の端末に送信し、第二の端末は、第一のパケットを受信すると、第一及び第二の端末間の経路を監視し、第二の端末は、経路を監視した結果、所定の条件を満たした場合、第二のパケットを第三の端末に送信し、第三の端末は、第二のパケットを受信すると、第三の端末が前記第二のネットワークに接続できることを示す第三のパケットを、第二の端末に送信する。又、第二の端末は、第三のパケットを受信すると、第三の端末を介して、第一の端末と通信を行う。
本発明によれば、無線リンク品質が悪化した場合、端末が無線LANに代わって速やかに携帯電話接続を行うことができるシステムを提供することができる。
以下、本実施例について、図面を用いて説明する。
図1は、本実施例のシステム構成図である。
本システムは、複数の端末(サーバ、クライアント)から構成され、これらは、無線LANや携帯電話網4を介して接続される。
サーバ1及びクライアント2(2−1、2−1)は、無線LAN I/F及び携帯電話を備える。クライアント3(3−1〜3−6)は、無線LAN I/Fを備え、携帯電話を備えていない。各端末は、無線LANを介して隣接する端末と無線リンク(細い破線)を張り、アドホックネットワークを構築している。また、サーバ1及びクライアント2は、無線LANを介する他、携帯電話にて携帯電話網4へ接続することができる(太い破線)。携帯電話網4の使用可能エリアは無線LANの通信範囲よりも大きいものとする。尚、図1に示す無線リンクは、状況によって変わる。従って、例えば、ここでは不図示の、3−4と2−2間に無線リンクが形成されることもありうる。
図2は、端末のハードウェア構成図である。
端末は、メモリ22のプログラムを実行して端末全体の動作を制御するCPU21、プログラムなどのデータを格納するメモリ22、コンソール24を制御するコンソールコントローラ23、ユーザが入出力を行うためのコンソール24、無線LAN I/F26を制御するネットワークコントローラA25、無線LAN I/F26、携帯電話28を制御するネットワークコントローラB27、及び携帯電話28とから構成される。尚、クライアント3には、ネットワークコントローラB27及び携帯電話28は存在しない。
図3は、パケットのフォーマットを示す図である。本実施例では、通知パケット、警告パケット、及び警告解除パケットを扱う。
パケットは、該パケットを生成した端末のアドレスを示す送信元アドレス31、該パケットの種別を示すパケット種別32、新しいパケットが生成される度に1ずつ加算されていく数を示すシーケンス番号33、パケットを生成した端末が携帯電話接続しているか否かを示す携帯電話ステータス34、及びパケットを中継した端末のアドレスを示す中継アドレス35とから構成される。
尚、携帯電話ステータス34の欄は、通常は何の情報も格納されないが、該パケットが通知パケットで、パケットを生成した端末がクライアント2で、クライアント2が携帯電話を介してサーバ1に接続中の場合には、「サーバ1に接続中」という情報(クライアント2又は3がサーバ1へ接続可能であるか否かを判断するための情報)が格納される。又、端末がパケットを中継する際、自身のアドレスを中継アドレス35に追加する。パケットが複数回中継される場合、中継した端末のアドレスが順次格納されていく。パケットが警告パケット又は警告解除パケットの場合には、34及び35の欄は不要である。
図4は、サーバ1が通知パケットを送信した様子を示す図である。通知パケットとは、各端末が、各端末間の無線リンクが使用できるか否かを確認できるようにするために送られるパケットである。
サーバ1は、通知パケットを、定期的に、無線LANを介してクライアント2及び3に送信する。通知パケットは、まず、サーバ1に隣接するクライアント3−1、3−2及び3−3に届く。これらの端末は、通知パケットを受信すると、各端末が持つ隣接端末情報テーブル(後述)を更新し、該通知パケットを、無線LANを介して転送する。これを繰り返すことによって、無線LANに接続している全ての端末に通知パケットが届けられる。各端末は同じ通知パケットを複数回送信することを避けるため、以前受信した通知パケットを破棄する機能を備えている。通知パケットを受信した端末は、無線LAN経由でサーバ1に接続できると判断する。
図5は、隣接端末情報テーブルを示す図である。
隣接端末情報テーブルは、通知パケットを生成した端末のアドレスを示す送信元アドレス51、該パケットを送信した隣接する端末のアドレスを示す隣接端末アドレス52、最後に受信した通知パケットに記録されていたシーケンス番号を示すシーケンス番号53、最後に通知パケットを受信した時刻を示すパケット受信時刻54、及びサーバ1への通信経路の状態を示すステータス55とから構成され、クライアント2及び3が保持する。
隣接端末情報テーブルに新しいエントリが登録されると、クライアントは、該当する隣接端末との間の無線リンク品質を定期的に測定する。無線リンク品質は、無線LANドライバへ問い合わせることで情報を得られる。例えば、LINUX(登録商標)では、Wireless Extension Supportのiwconfigコマンドやiwspyコマンドを使って実現できる。
測定した無線リンク品質が良好であれば、該当する隣接端末情報テーブルのステータス55に「正常」、悪化していれば「直接リンク注意」、という情報を格納する。ここで「直接リンク」とは、自身の端末と隣接端末の間の無線リンクを、「間接リンク」とは、自身の端末から2ホップ以上先の無線リンクを指すものとする。無線リンク品質が良好であるか否かの判断基準は、様々な条件を考慮して使用者が決定することができる。その他、無線リンクが切断された状態であれば「切断」が、携帯電話接続中であれば「携帯電話接続中」が、間接リンク品質が悪化している場合は「間接リンク注意」が、格納される。
図6は、クライアント3−3及び2−2が、サーバ1が生成した通知パケットを受信する様子を示す図である。本図におけるネットワークトポロジでは、クライアント3−3は、通知パケットをサーバ1から直接受信する他、クライアント3−2経由、クライアント3−1、2−1、3−4経由で受信する。クライアント2−2は、クライアント3−3経由で受信する。
図5(A)は、図6のクライアント3−3が保持する隣接端末情報テーブルを示しており、3つのエントリ511〜513が存在する。511は、サーバ1から直接通知パケットを受信したことを示している。即ち、サーバ1(51)が生成した通知パケットを、隣接端末であるサーバ1(52)から受信し、該通知パケットが通過した経路は正常である(55)ことを示している。同様に、512は、クライアント3−2経由で受信したことを、513は、クライアント3−4経由で受信したことを示している。
図5(B)は、図6のクライアント2−2が保持する隣接端末情報テーブルを示しており、1つのエントリ514が存在する。514は、クライアント3−3経由で通知パケットを受信したことを示している。
図7は、クライアント3−3が警告パケットを送信する様子を示す図である。警告パケットとは、もうすぐサーバ1と通信できなくなる可能性があることを隣接端末に警告するためのパケットである。
クライアント2又は3は、隣接端末情報テーブルにおいて、無線LAN経由でサーバ1と通信できる経路のうちステータス55が「正常」のものがない場合、隣接端末に対して警告を発するために警告パケットを送信する。図7では、クライアント3−2と3―3の間、及び3−3と3−4の間の無線リンクが切断状態で、サーバ1とクライアント3−3の無線リンク品質が悪化した状態となっている。このとき、クライアント3−3は隣接端末に警告パケットをブロードキャストする。
図5(C)は、図7におけるクライアント3−3の隣接端末情報テーブルを示しており、4つのエントリ515〜518が存在する。515のステータス55は「直接リンク注意」と、516及び517のステータス55は「切断」となっている。518は自身の端末が警告パケットを送信したことを示しており、ステータス55は「警告パケット送信」という情報が格納され、それ以外のフィールドは「空」となっている。このように、該テーブルの中に、ステータス55が「正常」のものが1つもない場合、クライアントは隣接端末情報テーブルに「警告パケット送信」のエントリを追加し、警告パケットを、通信できる隣接端末に送信する。尚、警告パケットを送信するタイミングは、「正常」のものが1つもない場合に限定するものではない。
図8は、クライアント2−2が通知パケットを送信する様子を示す図である。
クライアント2−2は、クライアント3−3から警告パケットを受信すると、隣接端末情報テーブルを更新する。該隣接端末情報テーブルは、ステータス55が「正常」のものが1つもない状態になる。このとき、クライアント2−2は、携帯電話経由でサーバ1と通信できるため、携帯電話による接続を開始する。それに併せて、クライアント2−2は、通知パケットの定期的な生成、送信を開始する。クライアント2−2が送信する通知パケットの携帯電話ステータス34には、「サーバ1に接続中」という情報が格納される。クライアント2−2に無線LANを介して接続している端末は、この通知パケットを受信すると、クライアント2−2経由でサーバ1と通信できる、と知ることができる。
尚、クライアント2−2が携帯電話を備えていない場合、警告パケットを受信した際、ステータス55が「正常」のものが1つもない状態になるが、携帯電話接続を行うことができないため、通知パケットではなく、警告パケットを送信することになる。即ち、クライアントが通知パケットを生成、送信するのは、クライアントが携帯電話を備えており、かつ、自身の端末が該携帯電話を使わないとサーバと通信できない状況の時である。
図5(D)は、図8におけるクライアント2−2の隣接端末情報テーブルを示しており、2つのエントリ519、5110が存在する。519のステータス55は「間接リンク注意」となっている。即ち、2ホップ以上先にある、3−2と3−3間などの無線リンク品質が悪化していることを示す。又、5110は、自身の端末がサーバ1へ携帯電話接続中であることを示しており、ステータス55は「サーバ1へ携帯電話接続中」という情報が格納され、それ以外のフィールドは「空」となっている。
図9は、クライアント3−3が警告解除パケットを送信する様子を示す図である。警告解除パケットとは、過去に警告パケットを送信した情報を解除するためのパケットである。
ここでは、サーバ1とクライアント3−3間の無線リンク品質が回復している。そこで、クライアント3−3は、警告解除パケットを生成して隣接端末へ送信する。これを受信したクライアント2−2は、隣接端末情報テーブルの対応するエントリについて、ステータス55が「間接リンク注意」であったものを「正常」に更新し、携帯電話接続を終了し、通知パケットの生成及び送信を停止する。
図10は、クライアント2−2が携帯電話接続中に、クライアント3−1と2−1の無線リンク品質が悪化した状態を示す図である。
クライアント2−1は、クライアント3−1経由でサーバ1と通信できなくなる可能性があることを知るが、クライアント2−2が生成した通知パケットを受信することによって、サーバ1と通信できる別の経路が存在することが分かるため、クライアント2−1は携帯電話による接続を開始しない。そして、クライアント2−2を介して、サーバ1と通信を行う。このように、携帯電話接続中の端末が通知パケットを送信することによって、無線LAN内の端末は、クライアント2−2の携帯電話のみを使用するだけで足りる。
図5(E)は、図10におけるクライアント2−1の隣接端末情報テーブルを示しており、2つのエントリ5111、5112が存在する。5111のステータス55は「直接リンク注意」となっている。また、5112のステータス55は、クライアント3−4との無線リンク品質が「正常」であり、サーバ1へ携帯電話経由で通信できるという情報が格納されている。
図11は、クライアント3がパケットを受信した際のフロー図である。クライアントのCPU21がメモリ22に格納されているプログラムを実行することにより処理を行う。
クライアントは、該パケットが通知パケットであるか否かをパケット種別32により調べる(ステップ111)。通知パケットの場合、その中継アドレス35に自身の端末のアドレスが存在するか否かを調べる(ステップ112)。存在する場合、この通知パケットは過去に受信したものであると判断して破棄し(ステップ113)、処理を終了する。存在しない場合、受信した通知パケットの情報に従い隣接端末情報テーブルを更新又は追加する(ステップ114)。
次に、パケット内のシーケンス番号33が、隣接端末情報テーブルのシーケンス番号53よりも大きいか否かを調べる(ステップ115)。大きい場合、該通知パケットの中継アドレス35に自分のアドレスを追加し、隣接端末に対して通知パケットをブロードキャストし(ステップ116)、隣接端末情報テーブルチェック処理を行い(ステップ117)(図12にて詳述)、処理を終了する。ステップ115において、小さい場合、ステップ117に進む。
ステップ111において、通知パケットでない場合、該パケットが警告パケット又は警告解除パケットであるか否かを調べる(ステップ118)。警告パケット又は警告解除パケットの場合、隣接端末情報テーブルに、対応するエントリがある場合に限り、情報を更新し(ステップ119)、ステップ117を経て、処理を終了する。
ステップ118において、警告パケット又は警告解除パケットでない場合、該パケットに応じた処理をする(ステップ120)が、本実施例には関係ないため、詳細は省略する。
図12は、隣接端末情報テーブルチェック処理のフロー図である。隣接端末情報テーブルチェック処理は、期限切れエントリの削除、隣接端末との無線リンク品質の測定、携帯電話接続の制御などの処理である。該処理は、一定時間毎に行ってもよいし、パケットを受信した際に行ってもよい。
クライアントは、まず、隣接端末情報テーブルの各エントリのパケット受信時刻54を参照し、ある一定時間の間通知パケットを受信していないエントリのステータス55を「切断」の状態にする。又、「切断」の状態になってからある一定時間の間通知パケットを受信していないエントリについては、情報保持の必要がないと判断してエントリを削除する。更に、隣接端末情報テーブルに登録されている各隣接端末について、無線リンク品質を測定して、良好であればステータス55を「正常」に、悪化していればステータス55を「直接リンク注意」に更新する(ステップ121)。
次に、隣接端末情報テーブルにステータス55が「正常」又は「携帯電話接続中」のエントリが存在するか否かを確認する(ステップ122)。存在する場合、隣接端末情報テーブルにステータス55が「警告パケット送信」のエントリが存在するか否かを調べる(ステップ123)。存在する場合、その「警告パケット送信」のエントリを削除し、警告解除パケットを隣接端末に対して送信する(ステップ124)。そして、隣接端末情報テーブルに、自身の端末が携帯電話接続中であることを示すエントリ、及び「正常」のエントリが存在するか否かを確認する(ステップ125)。存在する場合、携帯電話接続を切断し、それと併せて通知パケット30の送信を停止し(ステップ126)、処理を終了する。
ステップ123において、存在しない場合、ステップ125に進む。また、ステップ125において、存在しない場合、処理を終了する。
ステップ122において、存在しない場合、自身の端末が携帯電話を持っているか否かを確認する(ステップ127)。持っている場合、携帯電話経由でサーバ1への接続を開始し、通知パケットを生成して定期的な送信を開始する(ステップ128)。持っていない場合、隣接端末情報テーブルに「警告パケット送信」のエントリを追加し、警告パケットを生成して隣接端末へ送信する(ステップ129)。
次に、VPN(VIRTUAL PRIVATE NETWORK)を用いて、携帯電話網と無線LANを接続する実施形態について説明する。
図13は、二つのアドホックネットワークに分割されたシステムを示す図である。
図13では、クライアント3−2と3―3の間、クライアント3−3とサーバ1の間、クライアント3−4と2−2の間、及び3−3と3−4の間の無線リンクは切断状態となっている。即ち、サーバ1、クライアント3−1、3−2、2−1、3−4、3−6が属する第一のアドホックネットワークと、クライアント3−3、2−2、3−5が属する第二のアドホックネットワークに分割されている。
サーバ1、クライアント2(2−1、2−1)及びクライアント3(3−1〜3−6)は、経路制御パケット143を送受信し、他端末との通信経路を決定する。
図14は、サーバ1とクライアント2−2が携帯電話網上にVPNを構築した場合の端末内のソフトウェア構成図である。
VPNを構築するためのソフトウェアとして、例えば、VTUN(http://vtun.sourceforge.net/)がある。
サーバ1及びクライアント2内の記憶装置には、VPNを構築し、仮想ネットワークデバイス142の生成や削除を行うVPN部147、仮想ネットワークデバイス142が生成されるか否かを監視する監視部144、及び、無線LAN I/F26を介して経路制御パケット143を送受信するアドホックルーティングプロトコル部141等のプログラムが格納される。以下、簡単のため、これらプログラムが主体であるかのように記載するが、実際には、プログラムを実行するCPUが主体であることはいうまでもない。尚、記憶装置内のプログラムやデータは、予め記憶装置に格納しておいてもよいし、CD−ROM等の記憶媒体から入力してもよいし、ネットワーク経由で他の装置からダウンロードしてもよい。又、該プログラムにより実現される機能を、専用のハードウェアにより実現してもよい。
まず、サーバ1及びクライアント2−2内の、それぞれのVPN部147は、それぞれの間にVPNを構築し、それぞれの端末内に仮想ネットワークデバイス142を形成する。尚、仮想ネットワークデバイス142は、ハードウェアとは関係なく作成できる。
仮想ネットワークデバイス142が形成されると、監視部144は、アドホックルーティングプロトコル部141に対して、仮想ネットワークデバイス生成通知145を送信する。これを受けたアドホックルーティングプロトコル部141は、無線LAN I/F26に加えて、仮想ネットワークデバイス142に対しても経路制御パケット143の送受信を開始する。これにより、サーバ1及びクライアント2−2はVPNを介して経路制御パケット143のやりとりを行うことができ、その結果、サーバ1が属する第一のアドホックネットワークとクライアント2−2が属する第二のアドホックネットワークが接続可能となる。即ち、第一のアドホックネットワークと第二のアドホックネットワークがVPNを介して結合し、全体で一つのアドホックネットワークが形成される。
携帯電話接続が切断するなどの原因でVPN接続が切断すると、サーバ1及びクライアント2−2のVPN部147は、それぞれの仮想ネットワークデバイス142を削除する。この時、監視部144は、アドホックルーティングプロトコル部141に対して仮想ネットワークデバイス削除通知146を送信する。これを受けたアドホックルーティングプロトコル部141は、仮想ネットワークデバイス142が削除されたことを知り、経路制御パケット143の送受信を無線LAN I/F26のみに戻す。
図14では、サーバ1とクライアント2−2が直接VPNを構築しているが、携帯電話網上、又は、携帯電話網から接続可能な他のネットワーク上にVPN構築用サーバを準備し、サーバ1及びクライアント2−2が、それぞれ、VPN構築用サーバとの間にVPNを構築し、VPN構築用サーバを介して通信を行ってもよい(特開2006−13734ご参照)。この方法と比較して、図14に示した方法では、VPN構築用サーバを新たに準備することなく、簡易にVPN接続することができる。
システム構成図。 端末のハードウェア構成図。 パケットのフォーマットを示す図。 サーバが通知パケットを送信した様子を示す図。 隣接端末情報テーブルを示す図。 クライアントがサーバの通知パケットを受信する様子を示す図。 クライアントが警告パケットを送信する様子を示す図。 クライアントが通知パケットを送信する様子を示す図。 クライアントが警告解除パケットを送信する様子を示す図。 無線リンク品質が悪化した状態を示す図。 クライアントがパケットを受信した際のフロー図。 隣接端末情報テーブルチェック処理のフロー図。 二つのアドホックネットワークに分割されたシステムを示す図。 サーバとクライアントが携帯電話網上にVPNを構築した場合の端末内のソフトウェア構成図。
符号の説明
1…サーバ、2、3…クライアント、4…携帯電話網。

Claims (14)

  1. 第一のネットワークに属する第一乃至第三の端末を備え、第一及び第三の端末が第二のネットワークに属する、通信システムにおいて、
    前記第一の端末は、前記第一の端末が生成した第一のパケットを、前記第一のネットワークを介して、前記第二の端末に送信し、
    前記第二の端末は、前記第一のパケットを受信すると、前記第一及び第二の端末間の経路を監視し、
    前記第二の端末は、前記経路を監視した結果、所定の条件を満たした場合、第二のパケットを前記第三の端末に送信し、
    前記第三の端末は、前記第二のパケットを受信すると、前記第三の端末が前記第二のネットワークに接続できることを示す第三のパケットを、前記第二の端末に送信する、通信システム。
  2. 前記第二の端末は、前記第三のパケットを受信すると、前記第三の端末を介して、前記第一の端末と通信を行う、請求項1記載の通信システム。
  3. 前記第一のパケットは、前記第一の端末のアドレス、前記第一のパケットの種別、及び前記第一の端末が前記第二のネットワークに接続できることを示す情報を格納する、請求項1記載の通信システム。
  4. 前記第二のパケットは、前記経路の品質が悪化したことを示す情報である、請求項1記載の通信システム。
  5. 前記第二の端末は、前記経路を監視した結果、所定の条件を満たさない場合、前記第一のパケットに、前記第二の端末のアドレスを付与して、前記第三の端末に送信する、請求項1記載の通信システム。
  6. 前記第二の端末は、前記第二のパケットを送信した後、前記経路の品質が回復した場合、前記経路の品質が回復したことを示す第四のパケットを、前記第三の端末に送信する、請求項1記載の通信システム。
  7. 前記第二の端末は、前記第一のパケットを一度受信している場合、前記第一のパケットを破棄する、請求項1記載の通信システム。
  8. 前記第一のネットワークは無線LANであり、前記第二のネットワークは携帯電話網である、請求項1記載の通信システム。
  9. 前記第一の端末と前記第三の端末が、前記第二のネットワーク上で仮想ネットワークを構築することにより、前記第一のネットワークと前記第二のネットワークを接続する、請求項1記載の通信システム。
  10. 第二のネットワークに属する第一及び第二の端末と、第一のネットワークを介して接続される端末において、
    前記第一の端末が生成した第一のパケットを受信すると、前記第一の端末との間の経路を監視し、
    前記経路を監視した結果、所定の条件を満たした場合、第二のパケットを前記第二の端末に送信し、
    前記第二の端末から、前記第二の端末が前記第二のネットワークに接続できることを示す第三のパケットを受信すると、前記第二の端末を介して、前記第一の端末と通信を行う、端末。
  11. 前記経路を監視した結果、所定の条件を満たさない場合、前記第一のパケットに、自身のアドレスを付与して、前記第二の端末に送信する、請求項10記載の端末。
  12. 前記第二のパケットを送信した後、前記経路の品質が回復した場合、前記経路の品質が回復したことを示す第四のパケットを、前記第二の端末に送信する、請求項10記載の端末。
  13. 前記第一のパケットを一度受信している場合、前記第一のパケットを破棄する、請求項10記載の端末。
  14. 前記第二のネットワーク上で仮想ネットワークを構築することにより、前記第一のネットワークと前記第二のネットワークを接続する、請求項10記載の端末。
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