JP2007531356A - モバイルネットワークノードにおける経路最適化マルチキャストトラフィック - Google Patents
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Abstract
Description
・パーソナルエリアネットワーク(Personal Area Network)(PAN、即ち、個人に装着された幾つかのパーソナルデバイスからなるネットワーク)。PANでは、ユーザがショッピングモール内を歩行中、インターネットトポロジへの接続点が変化する。
・バス、電車又は飛行機などの乗物に埋め込まれているネットワーク。このネットワークは、搭乗中、乗員にインターネット接続を提供する。乗員が単一のデバイス(ラップトップコンピュータなど)を用いる場合や、モバイルネットワーク(PANなど)を所有する場合(モバイルネットワークを訪問するモバイルネットワーク(即ち、ネストされたモビリティ)の場合)がある。
・ローカル固定ノード(LFN;Local Fixed Node):モバイルネットワーク内に常に位置し、接続点を変更しないノード。LFNはLFH(ローカル固定ホスト;Local Fixed Host)又はLFR(ローカル固定ルータ;Local Fixed Router)である。
・ローカルモバイルノード(LMN;Local Mobile Node):モバイルネットワークに属しており、モバイルネットワーク内のリンクから、モバイルネットワーク内又はモバイルネットワーク外の別のリンクへ接続点を変更するモバイルノード(LMNのホームリンクはモバイルネットワーク内のリンクである)。LMNはLMH(ローカルモバイルホスト;Local Mobile Host)又はLMR(ローカルモバイルルータ;Local Mobile Router)である。
・訪問モバイルノード(VMN;Visiting Mobile Node):モバイルネットワークに属しておらず、モバイルネットワーク外のリンクからモバイルネットワーク内のリンクへ接続点を変更するモバイルノード(VMNのホームリンクはモバイルネットワーク内のリンクではない)。モバイルネットワーク内のリンクに接続しているVMNはそのリンクに対するアドレスを取得する。VMNはVMH(訪問モバイルホスト;Visiting Mobile Host)又はVMR(訪問モバイルルータ;Visiting Mobile Router)である。
・モバイルネットワークプレフィックス(Mobile Network Prefix):インターネットトポロジ内のモバイルネットワークを識別するIPアドレスの最初の数ビットからなるビット文字列。モバイルネットワークに属しているノード(即ち、少なくともMR、LFN及びLMN)は、同じIPv6「ネットワーク識別子」を共有する。単一のモバイルIPサブネットでは、モバイルネットワークプレフィックスは、そのサブネットの「ネットワーク識別子」である。
・MRの出口インタフェース(Egress Interface):モバイルネットワークがホームにある場合には、ホームリンクに接続されているインタフェース。モバイルネットワークが余所のネットワークにある場合には、余所のリンクに接続されているインタフェース。
・MRの入口インタフェース(Ingress Interface):モバイルネットワーク内のリンクに接続されているインタフェース。
・添付の図面の図1に示すように、MNNのインバウンドマルチキャストパケット(即ち、MNNがサブスクライブしたマルチキャストグループG宛のマルチキャストパケット−MNNはマルチキャストレシーバ)は、バックボーンのマルチキャストツリー(tree)に沿ってモバイルルータのホームリンクに向けてルーティングされ、それらのマルチキャストパケットをMRへのユニキャストトンネルを通じてトンネルさせるMRのホームエージェントHAによりインターセプトされ、MRにより脱トンネル(detunnel)され、モバイルネットワーク内のマルチキャストツリーに沿って転送され、最終的にMNNにより受信される。
・図2に示すように、アウトバウンドパケット(即ち、MNNによりマルチキャストグループGへ送信されるマルチキャストパケット−MNNはマルチキャストソース)はモバイルルータに向けてルーティングされ、MRによりホームエージェントHAへ逆トンネル(reverse−tunnel)され、そこからマルチキャスト配信ツリーに向けてルーティングされる。
・インターネットにおけるモバイルネットワークの位置にかかわらない。
・モバイルネットワークの内外で用いられるマルチキャストルーティングプロトコルの種類にかかわらない。
・モバイルルータのみを伴う拡張による。即ち、モバイルネットワークにおいてもインターネットにおいてもノードには変化がない。
・パケットが最短パスにより送信されるため、遅延時間は極小である。多くのマルチキャストアプリケーションは遅延時間に関して厳密な要件を有するため、このことは重要である(例えば、音声/映像ストリーミング、音声/映像コンファレンシング)。
・パケットが最短パスに沿って送信されるため、輻輳によるパケット損失の確率は低下する。リアルタイムマルチキャストアプリケーションにおいても、このことによりレシーバ側でのストリーム品質が向上する。
・スケーラビリティ及びロバスト性の向上。モバイルルータのホームエージェントHAはマルチキャストトラフィックが集中するために過負荷となり易いが、この点をバイパスすることにより、経路最適化によって故障の確率が低下する。
・パケットがトンネルされないため、帯域幅オーバヘッドは低下する。これにより、ネットワーク資源の最適化が補助される。
・MNN−CNパスにおけるPMTU(パス最大伝送単位)の極大化により、ペイロード断片化は極小となることが保証される。
・明示的シグナリングを用いてマルチキャストツリーを構築するプロトコル:これらのプロトコルでは、レシーバのマルチキャストルータが自身に向かうマルチキャスト配信ブランチの確立をトリガするために用いる、特定のメッセージが定義される。PIM−SMはそうしたプロトコルの一例である。これらのメッセージは2つの主なカテゴリに分けられる:
「グループ参加(Join group)」:マルチキャスト配信ツリーに参加するためにマルチキャストルータが用いるメッセージ。PIM−SM参加(PIM−SM Join)は、こうしたメッセージの一例である。
「グループ離脱(Leave group)」:マルチキャスト配信ツリーを離脱するためにマルチキャストルータが用いるメッセージ。PIM−SM剪定(PIM−SM Prune)は、こうしたメッセージの一例である。
・フラッディングを用いるプロトコル:これらのプロトコルでは、レシーバのマルチキャストルータがマルチキャスト配信ツリーに参加するために用いる特定のメッセージが必ずしも定義されない。反対に、マルチキャストソースにより送信されるパケットはネットワーク全体にフラッディングされ、任意の対象のノードにリッスン(listen)される。しかしながら、このカテゴリの既存のプロトコルのうちのほとんどは明示的シグナリングを備えており、ブランチを「剪定(prune)」して、対象のレシーバが存在しないネットワークの領域を通じるマルチキャストトラフィックの配信を停止することが可能である。また、それらのプロトコルでは、新たなレシーバが登場した場合にブランチを「接木する(grafting)」こともサポートされている。PIM−DMはこうしたプロトコルの一例である。
インタフェースifc_iがMSG可能である場合、MRPメッセージは次のことを判定するために解析される:
・MRPメッセージのクラス:このクラスはMRPメッセージの種類(又は、マルチキャスト配信ツリーに対するその影響)に応じて、次の3つの値{JOIN,LEAVE,NONE}のうちの1つを取る。MRPのいずれのメッセージにも、これらの3つの値のうちの1つが割り当てられる。この情報は、所与のマルチキャストルーティングプロトコルのメッセージをクラス分類する目的でMSGにより用いられる、クラステーブルと呼ぶテーブルに格納される。
・MRPメッセージのターゲット:ターゲットはメッセージの参照するマルチキャストグループGと、おそらくはソースSのアドレスとから構成される。ソースアドレスが存在しない場合、パケットが任意のソースを表し得ることを意味している。この場合、S=*、のように、ワイルドカード記号「*」を用いて全てのソースを表す。ターゲットは、カップル(S,G)や、ソース特定の情報が伝達されない場合には(*,G)のように表現される。
・ソースはリストに一度しか登場しない:S+S=S,S−S=φ
・全ソース(*)をリストに追加すると、そのリストは全ソースを含む:srclist+*=*(当然のことながら、*+*=*)
・全ソース(*)をリストから除去すると、そのリストは空(φ)になる:srclist−*=φ(特に、*−*=φ)
・全ソース(*)を含むリストから既定のソースSを除去しても、そのリストは変化しない:*−S=*。
a)MSGソフトウェアは所与のマルチキャストグループ(MSG_srclist(ifc_i,G))のソースの集合を処理し、単一のソケット識別子(sid)を用いて全リストを渡す:
MulticastListen(sid,ifc_i,G,INCLUDE,MSG_srclist(ifc_i,G))、又は、
MSG_srclist(ifc_i,G)==*の場合、MulticastListen(sid,ifc_i,G,EXCLUDE,{})
b)MSGソフトウェアは幾つかのソケットid((S,G)ターゲット毎に1つ)を用い、所与のマルチキャストグループのソースの集合を担うMLDモジュールへ、それぞれのターゲット(S,G)と、MRPメッセージから導出される関連するクラスとを渡す。所与のターゲット(S,G)において:
・クラスがJOINの場合:
MulticastListen(target_sid,ifc_i,G,INCLUDE,S)、又は、
S==*の場合、MulticastListen(target_sid,ifc_i,G,EXCLUDE,{})
・クラスがLEAVEの場合:
MulticastListen(target_sid,ifc_i,G,EXCLUDE,S)、又は、
S==*の場合、MulticastListen(target_sid,ifc_i,G,INCLUDE,{})
この第2のアプローチには、MSGソフトウェアがターゲット毎にユニークなtarget_sidを生成し、それをMSGグループリストに格納する必要がある。
・アプローチ1):独立のソフトウェアモジュールであるMSGは、インタフェースifc_iを通じて送信されるパケットを監視することにより、MRPメッセージを検出することが可能である。
・アプローチ2):MSG動作はMRPプロトコル実装により直接的にトリガされることが可能である。例えば、MSG可能インタフェースifc_iを通じてMRPメッセージを送信する代わりに、MSGパッチされたMRP実装により、正しいクラス及びターゲット情報によるMSG手続が呼び出される。
・高速マルチキャストドメイン相互接続用MSG:例えば、相互接続マルチキャストバックボーンの故障の場合、2つの固定リーフ(leaf)マルチキャストドメインの間の一時的な相互作用点としてMSGが用いられる。したがってMSGにより、ネットワーク管理者の配備用の高速かつ容易である、一時的な故障回復法が提供される。
・IPv4/IPv6遷移用MSG:MSGにより、IPv4及びIPv6マルチキャストクラウド(cloud)を相互接続する非常に簡便なアプローチが提供される。IPv6レシーバはIPv4ソースからマルチキャストトラフィックを受信することが可能であり、反対に、IPv4レシーバはIPv6ソースからマルチキャストトラフィックを受信することが可能である。IPv4及びIPv6プロトコルは、全IPv4から全IPv6への遷移段階が完了するまでの比較的長期に渡り共存すると予示されることを考慮すると、この事例は非常に重要な使用例である。この目的のため、MSGはマルチキャストパケット(マルチキャストパケットのユニキャスト送信元アドレス及びマルチキャスト宛先アドレスと共に)をIPv4からIPv6へと、また反対に、IPv6からIPv4へと翻訳する必要がある。IPv4/IPv6翻訳用の既知の機構のほとんどは、ユニキャストトラフィックにしか適用されない。IPv4及びIPv6ドメインの間のマルチキャストパケット転送(及びその反対)を実現するためのIPv4−IPv6プロトコルトランスレータ及びアドレスマッパを特徴とする、マルチキャストトラフィック用の機構に関する提案がなされている[ケイ.ツチヤ(K.Tsuchiya)ら、「IGMP/MLDプロクシ(mtp)に基づくIPv6/IPv4マルチキャストトランスレータ(An IPv6/IPv4 Multicast Translator based on IGMP/MLD Proxying(mtp))」、draft−tsichiya−mtp−01.txt、2003年2月、作成中]。しかしながら、この提案では、所与のIPv4(それぞれにIPv6)マルチキャストアドレスの組のトラフィックを転送するために、トランスレータが手動で予め設定される(ネットワーク管理者により)必要がある。この設定中、関連するトラフィックを受信することを可能とするために、トランスレータはそれらの予め設定されたグループの全てに参加する。この機構は、新たなマルチキャストグループの翻訳が必要となる毎に人の介入が要求されるため、明らかに効率的でない。MSG(IPv4−IPv6ヘッダトランスレータ及びアドレスマッパにより拡張されている)は、IPv6(それぞれにIPv4)ドメインにより必要とされる場合にのみMSGにてIPv4(それぞれにIPv6)マルチキャストトラフィックの受信を動的にトリガすることにより、この問題を解決する。
・インターネットにおけるモバイルネットワークの位置にかかわらず、最適パスに沿ってMNNへのマルチキャストトラフィックの配信を可能とする手段。
・MNNに対して透明性であるマルチキャストトラフィックの経路最適化:MNNにおける変更は不要であり、基本的な非モビリティ認知LFNも経路最適化から利益を得る(例えば、車中の基本的な電子デバイス)。単独のMRにより経路最適化が達成される。
・ネストされたモバイルネットワーク(即ち、別のモバイルネットワークを訪問するモバイルネットワーク)の集合におけるレベルの数にかかわらない、ネストされたモバイルネットワークのマルチキャストトラフィックの経路最適化配信。
・モバイルネットワークの場合に適用可能なリモートサブスクリプションアプローチに基づくモバイルマルチキャストホストのシームレスモビリティの機構。
・IPv4/IPv6トランスレータなど他のシナリオに適用可能である。
・実装が非常に簡単である。
・ネットワークの他のノードにおける既存のプロトコルに対しても拡張に対しても変更が不要である。
Claims (22)
- 1つ以上のマルチキャストプロトコルを用い、かつ、ネットワークとインターネットとの間でトラフィックを転送するためのルータ(MR)を含むネットワークにおいて、ソースから、ネットワークノード(MNN)を含むノードのグループ(G)へとトラフィックを通信する方法であって、
マルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)はルータ(MR)と同じ位置に存在することと、インタフェースにおいてマルチキャストルーティングプロトコル(MRP)のシグナリングメッセージをグループメンバシッププロトコル(GMP)のメッセージへ翻訳することとを特徴とする方法。 - 1つ以上のマルチキャストプロトコルを用い、かつ、モバイルネットワークとインターネットとの間でトラフィックを転送するためのモバイルルータ(MR)を含むモバイルネットワークにおいて、ソースから、モバイルネットワークノード(MNN)を含むノードのグループ(G)へとトラフィックを通信する方法であって、
マルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)はモバイルルータ(MR)と同じ位置に存在することと、インタフェースにおいてマルチキャストルーティングプロトコル(MRP)のシグナリングメッセージをグループメンバシッププロトコル(GMP)のメッセージへ翻訳することとを特徴とする方法。 - インタフェースはモバイルルータ(MR)の出口インタフェースである請求項2に記載の方法。
- インタフェースにおいて動作しているマルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)はシグナリングメッセージがグループ参加クラス({JOIN})及びグループ離脱クラス({LEAVE})のうちのいずれに関連するかを判定することと、該クラスをグループメンバシッププロトコル(GMP)へ翻訳することとを含む請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
- シグナリングメッセージの種類に応じてクラスを提供するクラステーブルを用いてクラスの判定が行われる請求項4に記載の方法。
- インタフェースにおいて動作しているマルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)はシグナリングメッセージがターゲットマルチキャストグループ(G)の識別子を含むか否かを判定することと、ターゲットマルチキャストグループの識別子をグループメンバシッププロトコル(GMP)へ翻訳することとを含む請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
- インタフェースにおいて動作しているマルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)はシグナリングメッセージがターゲットマルチキャストグループソース(S)のアドレスを含むか否かを判定することと、該ターゲットマルチキャストグループソースのアドレスをグループメンバシッププロトコル(GMP)へ翻訳することとを含む請求項6に記載の方法。
- マルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)は各MSG可能インタフェースに対してシグナリングメッセージにより識別されるそれぞれのマルチキャストグループソースアドレスに関連するグループ(G)の識別子を含むソースリストを保持することを含む請求項7に記載の方法。
- マルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)はそれぞれのソースリストの変化に応答して前記グループ(G)のGMPサブスクリプションを更新することを含む請求項8に記載の方法。
- マルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)は、インタフェースのトポロジ接続点の変化に応答してグループのGMPサブスクリプションと、インタフェースに保持されている関連するソースリストとを更新することを含む請求項1乃至9のいずれか一項に記載の方法。
- MSG可能インタフェースを通じてサブスクライブされるネットワークの外のソースからのマルチキャストパケットは、ルータ(MR)のローカルマルチキャスト転送テーブルに従って、ネットワーク内のMSG可能インタフェースからマルチキャストルーティングされることを含む請求項1乃至10のいずれか一項に記載の方法。
- マルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)はGMPプロトコルにより提供される「サービスインタフェース」を用いてGMPメッセージを生成することにより、特定のソースにより特定のIPマルチキャストアドレスへ送信されるパケットの受信を可能また不能とすることを含む請求項1乃至11のいずれか一項に記載の方法。
- マルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)は所与のマルチキャストグループ(G)のソースを集合させ、単一のソケット識別子(sid)を用いて全集合を渡すことを含む請求項12に記載の方法。
- マルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)はシグナリングメッセージから導出されるそれぞれのターゲット(ソースS,マルチキャストグループG)に対して異なるソケット識別子(target_sid)を用いることを含む請求項12又は13に記載の方法。
- マルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)はMSG可能インタフェースを通じて送信されるパケットを監視することによりマルチキャストルーティングプロトコル(MRP)メッセージを検出することを含む請求項1乃至14のいずれか一項に記載の方法。
- マルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)はマルチキャストルーティングプロトコル(MRP)実装の拡張に埋め込まれることを含む請求項1乃至15のいずれか一項に記載の方法。
- マルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)はマルチキャストパケットに加えて、IPv4とIPv6との間のマルチキャストパケットのユニキャストソースアドレス及びマルチキャスト宛先アドレスを翻訳することを含む請求項1乃至16のいずれか一項に記載の方法。
- マルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)はIPv4 MRPメッセージをIPv4 GMPメッセージ(即ち、IGMPメッセージ)へ翻訳することを含む請求項1乃至17のいずれか一項に記載の方法。
- マルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)はIPv6 MRPメッセージをIPv6 GMPメッセージ(即ち、MLDメッセージ)へ翻訳することを含む請求項1乃至18のいずれか一項に記載の方法。
- マルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)はIPv4 MRPメッセージをIPv6 GMPメッセージへ翻訳して、IPv4ノードがIPv6マルチキャストグループ及びソースからマルチキャストパケットを受信することを可能とすることを含む請求項1乃至19のいずれか一項に記載の方法。
- マルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)はIPv6 MRPメッセージをIPv4 GMPメッセージへ翻訳して、IPv6ノードがIPv4マルチキャストグループ及びソースからマルチキャストパケットを受信することを可能とすることを含む請求項1乃至20のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1乃至21のいずれか一項に記載の方法を実行する際に使用するための装置であって、ルータ(MR)と同じ位置に存在し、かつ、マルチキャストルーティングプロトコル(MRP)のシグナリングメッセージをグループメンバシッププロトコル(GMP)のメッセージへ翻訳するマルチキャストシグナリングゲートウェイ(MSG)からなる装置。
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