JP2008225570A - データ通信システム、クライアント機器およびサーバ - Google Patents
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Abstract
【課題】サーバのリソース消費量を少なく抑え、かつネットワーク構成によらずにNAT越え通信を可能とする双方向通信システムを実現する。
【解決手段】ネットワークを介して接続されたサーバ300と複数のクライアント機器200とから構成され、クライアント機器200は、自身に対する接続要求の有無をサーバに定期的に問い合わせるポーリングを行う呼制御部と、サーバ300とデータ通信を行うデータ通信部とを有し、サーバ300は、クライアント機器200からのポーリングを処理する呼制御部と、クライアント機器200からのデータ通信を中継するデータ通信部と、接続要求先および接続要求元のクライアント機器情報を管理するデータベースを有するデータ通信システムにより、解決できる。
【選択図】図6
【解決手段】ネットワークを介して接続されたサーバ300と複数のクライアント機器200とから構成され、クライアント機器200は、自身に対する接続要求の有無をサーバに定期的に問い合わせるポーリングを行う呼制御部と、サーバ300とデータ通信を行うデータ通信部とを有し、サーバ300は、クライアント機器200からのポーリングを処理する呼制御部と、クライアント機器200からのデータ通信を中継するデータ通信部と、接続要求先および接続要求元のクライアント機器情報を管理するデータベースを有するデータ通信システムにより、解決できる。
【選択図】図6
Description
本発明は、データ通信システム、クライアント機器およびサーバに関し、特にネットワーク構成によらず機器同士が双方向で通信可能なデータ通信システム、クライアント機器およびサーバに関する。
ブロードバンドの普及に伴い、インターネットを用いた様々な通信サービスが多く提供されている。さらにネットワーク対応の通信端末の普及も進み、近年の傾向として、ウェブサイトの閲覧や音楽・映像配信等の従来のサーバ−クライアント型サービスに対し、IP電話やファイル共有等のP2P型サービスが増加しつつある。
P2P型サービスを実現するための課題の一つに、NAT(Network Address Translator)越え問題がある。通常、企業内や家庭内のネットワーク機器は、セキュリティ対策やIPアドレスの枯渇回避のため、ルータ等のNAT機器を介してインターネットに接続されている。NAT機器は、外側(インターネット側)から機器が接続されている内側(プライベートネットワーク側)への通信を制限するため、NAT内の機器から他のNAT内の機器への直接的な通信は行えない。NAT越え問題の解決策として、NAT機器にポートフォワーディング設定を行うことが一般的である。しかし、ネットワークの専門知識が必要となるため、各家庭のユーザが自分のNATに対して設定するのは必ずしも容易ではない。そこで、ユーザが意識せずNAT越えを実現するための手法として、(1)サーバを経由させる中継方式、(2)UPnP(Universal Plug & Play)、(3)Hole Punchingの3つが知られている。ただし、(2)および(3)についてはNATの種類やネットワーク構成によってはNAT越えを実現できない場合が生じる。このため、確実にNAT越えを行いたい場合には(1)の中継方式が用いられることが多い。
中継方式では、まずクライアントがサーバにアクセスし、接続(セッション)を確立する。通常、サーバからクライアントへの通信を行う場合はNATにより通信が遮断されてしまうが、特許文献1のように、クライアントとサーバ間のセッションを維持し続けることにより、クライアントからサーバへの要求に対する返信として、サーバからクライアントへの通信を行うことが可能となる。このように、全クライアントがサーバとセッションを維持し続けることにより、任意のクライアント間の通信がサーバ経由で可能となる。
特許文献1の場合、自身への接続待ちで通信していないクライアントであっても、サーバとのセッションを維持し続ける必要がある。この結果、無駄にサーバのリソースを消費してしまう。すなわち、サーバの設備コストが、通信しているクライアント数ではなく待機しているクライアントも含めた全クライアント数に依存する。このため、全クライアント数に対する同時に通信するクライアント数の割合が小さい場合に、必要以上のシステムコストがかかるという問題がある。
本発明は、上記の問題を解決するために為されたものであり、サーバのリソース消費量を少なく抑え、かつネットワーク構成によらずにNAT越え通信を可能とする双方向通信システムを実現する事を目的とする。
上記課題は、ネットワークを介して接続されたサーバと複数のクライアント機器とから構成され、クライアント機器は、自身に対する接続要求の有無をサーバに定期的に問い合わせるポーリングを行う呼制御部と、サーバとデータ通信を行うデータ通信部とを有し、サーバは、クライアント機器からのポーリングを処理する呼制御部と、クライアント機器からのデータ通信を中継するデータ通信部と、接続要求先および接続要求元のクライアント機器情報を管理するデータベースを有するデータ通信システムにより、解決できる。
また、ネットワークを介してサーバと接続され、自身に対する接続要求の有無をサーバに定期的に問い合わせる処理を行う呼制御部と、サーバとデータ通信を行うデータ通信部とを有し、呼制御部は、ポーリング時において自身に対する接続要求が無い場合には、サーバとの接続を切断し、自身に対する接続要求がある場合には、データ通信部にデータ通信処理を命令し、データ通信部は、呼制御部から命令に応じてサーバとのデータ通信を開始するクライアント機器により、解決できる。
さらに、ネットワークを介して複数のクライアント機器と接続され、複数のクライアント機器からの定期的なポーリング処理を行う呼制御部と、クライアント機器からのデータ通信を中継するデータ通信部と、接続要求先および接続要求元のクライアント機器情報を管理するデータベースを有し、呼制御部は、クライアント機器からポーリング処理が行われた場合に該クライアント機器が接続要求先として登録されているかを該クライアント機器に返信し、データ通信部は、クライアント機器の認証およびクライアント機器からの通信データの中継を行うサーバにより、達成できる。
本発明によれば、サーバの負荷を抑えつつ、あらゆるネットワーク構成においても設定レスでクライアント機器同士の双方向通信を実現することができる。これにより、システムインテグレートの簡便性向上およびシステムコストの低減化が実現可能となる。
以下、本発明の実施形態について、実施例を用い図面を用いて説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。図1は双方向通信システムの構成を説明するブロック図である。図1において、双方向通信システム100は、サーバ300と、2台のルータ110と、ルータ110とそれぞれ接続された2台のクライアント機器200、サーバ300とルータ110とを接続するネットワーク101とから構成されている。また、サーバ300は、クライアント機器からのポーリングを処理する呼制御部310と、クライアント機器の認証および通信データの転送を行うデータ通信部320と、各種情報が格納されたテーブルを管理するデータベース(DB)330とから構成される。また、クライアント機器200は、サーバ300へのポーリングを行う呼制御部210と、サーバとのデータ通信を行うデータ通信部220とから構成される。ネットワーク101は、電波、光、電気信号等を用いて互いの装置間でメッセージやパケットを交換するためのネットワークである。
図2を参照して、クライアント機器のハードウェア構成を説明する。ここで、図2はクライアント装置のハードウェアブロック図である。なお、サーバ300のハードウェア構成は、クライアント機器200と同じであり、説明を省略する。
図2において、クライアント機器200は、EPROM201、CPU202、メインメモリ203、周辺制御装置204、不揮発性記憶装置205、LAN I/F206、リアルタイムクロック(RTC)207、バス208から構成されている。EPROM201、CPU202、メインメモリ203、周辺制御装置204は、バス208を介して相互に接続されている。不揮発性記憶装置205、LAN I/F206、リアルタイムクロック207は、それぞれ周辺制御装置204と接続されている。不揮発性記憶装置205は、磁気ディスク装置、フラッシュROM等から構成される。リアルタイムクロック207はクライアント機器が現在時刻を取得する際に利用する。EPROM201にはブートプログラムが保存されており、クライアント機器200が起動すると、このブートプログラムに応じてCPU202が動作する。ブートプログラムは、不揮発性記憶装置205からOSのカーネルをメインメモリ203へロードし、OSを起動する。OSが起動するとOSはクライアント機器200−1を制御するプログラムのロード・実行を行う。クライアント機器200を制御するプログラムは、周辺制御装置204を介して、LAN I/Fへの信号の送受信を行い、サーバ300と通信を行う。なおI/FはLANに限らず、必要に応じてBluetoothやPLC(Power Line Communications)等を追加してもよい。
次に、サーバ300内のDB330が管理しているテーブルおよびそのデータ構成について、図3および図4を用いて説明する。なお、テーブルの各項目は、必要に応じて項目数が増減してもよい。
図3は認証データ管理テーブルを説明する図である。認証データ管理テーブル350は、クライアント機器の識別子である機器IDとその認証に用いる認証データの組み合わせを管理するテーブルであり、機器IDと認証データが格納される領域によって構成される。機器ID301の列は、クライアント機器を一意に識別するための識別子である機器IDが格納される領域である。機器ID302の列は、クライアント機器の認証に用いる認証データが格納される領域である。図3において、最上レコードは、機器IDが「000001」であるクライアント機器の認証データが「jaowe4rjfewa」であることを示している。
図4は接続フラグ管理テーブルを説明する図である。接続フラグ管理テーブル400は、接続要求先および接続要求元のクライアント機器の機器IDを管理するテーブルであり、接続要求先機器IDと接続要求元機器IDが格納される領域によって構成される。接続要求先機器ID401の列は、接続要求先のクライアント機器の機器IDが格納される領域である。接続要求元機器ID402の列は、接続要求元のクライアント機器の機器IDが格納される領域である。図4において、最上レコードは、機器IDが「000002」であるクライアント機器から、機器IDが「000001」であるクライアント機器に対する接続要求が送信されていることを示す。なお、機器IDが接続要求先機器ID401にあることを、以下の説明では機器IDのフラグが立っていると記載する。
以下、図5および図6を用いて、ポーリング処理およびデータ通信処理の詳細を説明する。図5は双方向通信システムにおけるポーリングのシーケンス図である。最初に、クライアント機器200−1は、自身の機器IDをサーバ300へ送信する(S501)。続いて、サーバ300は、接続フラグ管理テーブル400を参照し、受信した機器IDが接続要求先機器IDに登録されているか(接続フラグが立っているか)をチェックする(S502)。このとき接続フラグが立っていないので、クライアント機器200−1に対し接続要求が無いことを通知する(S503)。続いて、クライアント機器200−1は、サーバ300との通信セッションを切断する(S504)。そして、一定時間待機後、再度ステップ501〜ステップ504を繰り返す。なお、ステップ505以降は、ステップ501〜ステップ504の繰り返しのため説明を省略する。
図6は、双方向通信システムにおける接続要求からデータ通信完了を行うまでの一連の処理を説明するシーケンス図である。最初に、クライアント機器200−1は、クライアント機器200−2と通信を開始する際に、接続要求メッセージ、クライアント機器200−2の機器ID、自身を認証するための認証データをサーバ300に送信する(S603)。続いて、サーバ300は、認証データ管理テーブル350を参照し、受信した認証データを用いてクライアント機器200−1の認証を行う(S604)。認証後、サーバ300は、接続フラグ管理テーブル400に、クライアント機器200−1の機器IDとクライアント機器200−2の機器IDを登録する(S605)。
続いて、クライアント機器200−2は、ポーリングを行うため自身の機器IDをサーバ300に送信する(S606)。サーバ300は、接続フラグ管理テーブル400を参照し、受信した機器IDが接続要求先機器IDとして登録されているかどうかを調べる(S607)。この場合、ステップ607で登録されているので、サーバ300は、クライアント機器200−2に対して接続要求があることを通知する(S608)。続いて、クライアント機器200−2は、自身を認証するための認証データをサーバ300に送信する(S609)。認証データを受信したサーバ300は、認証データ管理テーブル350を参照し、受信した認証データを用いてクライアント機器200−2の認証を行う(S610)。認証後、サーバ300は、クライアント機器200−1とクライアント機器200−2の間の通信データを転送する準備を行う(S611)。そして、サーバ300は、クライアント機器200−1に対し、データ通信準備が整ったことを通知する(S612)。続いて、クライアント機器200−1は、クライアント機器200−2に送信したいデータをサーバ300に送信する(S613)。サーバ300は、受信したデータをクライアント機器200−2に送信する(S614)。
同様に、クライアント機器200−2は、クライアント機器200−1に送信したいデータをサーバ300に送信する(S615)。サーバ300は、受信したデータをクライアント機器200−1に送信する(S616)。
データ通信が終了すると、クライアント機器200−1は通信終了要求をサーバ300に送信する(S617)。続いて、サーバ300は、通信終了要求をクライアント機器200−2に送信する(S618)。続いて、クライアント機器200−2は、サーバ300との通信セッションを切断する(S619)。サーバ300は、クライアント機器200−2との通信セッションが切断されると、接続フラグ管理テーブル400から、クライアント機器200−1とクライアント機器200−2のデータを削除し、クライアント機器200−1に対してクライアント機器200−2との通信セッションが切断されたことを通知する(S620)。続いて、クライアント機器200−1は、サーバ300との通信セッションを切断する(S621)。なお、通話終了要求はクライアント機器200−2が送信しても良い。
次に、双方向通信システムにおけるサーバの呼制御部およびデータ通信部の詳細な処理手順を図7ないし図9を用いて説明する。ここで、図7はサーバの呼制御部の処理手順を説明するフローチャートである。
図7において、サーバ300の呼制御部310は、クライアント機器からのポーリングの受信待ち状態にある(S701)。クライアント機器200から機器IDを受信すると、呼制御部310は、クライアント機器の機器IDを取得する(S702)。呼制御部310は、接続フラグ管理テーブル400を参照し、取得した機器IDが登録されているかを調べる(S703)。登録されていれば(YES)、機器IDを送信したクライアント機器200へ接続要求ありメッセージを送信し(S704)、ポーリング受信処理継続を判定する(S705)。通常は継続する(YES)なので、ステップ701に遷移する。なお、ステップ705でNOのとき、処理を終了する。ステップ703でNOのとき、機器IDを送信したクライアント機器200へ接続要求なしメッセージを送信し(S705)、ステップ706に遷移する。
図8はデータ通信部のデータ転送準備処理のフローチャートである。図8において、サーバ300のデータ通信部320は、クライアント機器からの認証データを受信を待ち(S801)、受信すると認証データ管理テーブル350を参照し、受信した認証データから、正当なクライアント機器であるか判定する(S802)。YESのとき、データ通信部320は、クライアント機器200からの受信データ中に、他のクライアント機器への接続要求メッセージが含まれるかを調べる(S803)。含まれていれば(YES)、データ通信部320は、受信データから接続要求元クライアント機器の機器IDを取得する(S804)。データ通信部320は、受信データから接続要求先クライアント機器の機器IDを取得する(S805)。データ通信部320は、取得した接続要求元機器IDおよび接続要求先機器IDを、接続フラグ管理テーブルに登録する(S806)。データ通信部320は、認証データ受信処理を継続するかどうかを調べる(S807)。通常はYESなので、データ通信部320は、ステップ801へ戻る。ステップ807で継続しない場合(NO)、データ通信部320は、処理を終了する。
ステップ802でNOならば、データ通信部320は、認証データを送信したクライアント機器に認証失敗メッセージを送信し(S808)、ステップ807に遷移する。また、ステップ803でNOならば、データ通信部320は、データ転送処理に遷移し(S809)、終了後、ステップ807に遷移する。なお、ステップ809のデータ転送処理は、図9を参照して以下に説明する。
図9はデータ通信部のデータ転送処理を説明するフローチャートである。図9において、サーバ300のデータ通信部320は、図8においてサーバ300に接続してきたクライアント機器(接続フラグ管理テーブルに接続要求先として登録されているクライアント機器)の機器IDを取得する(S901)。データ通信部320は、接続フラグ管理テーブル400を参照し、取得した機器IDに対応した接続要求元クライアント機器に対し、テータ転送準備完了メッセージを送信する(S902)。データ通信部320は、一方のクライアント機器から送信されてきたデータを他方のクライアント機器に転送する(S903)。データ通信部320は、クライアント機器から通信終了要求メッセージを受信したかどうかを調べる(S904)。通信終了要求メッセージを受信していない場合は、データ通信部320は、ステップ903へ戻り、受信した場合は、通信終了要求を送信していないクライアント機器に、通信終了要求メッセージを転送する(S905)。データ通信部320は、通信が終了したクライアント機器の機器IDを接続フラグ管理テーブルから削除する(S906)。データ通信部320は、通信終了要求元クライアント機器に通信切断許可メッセージを送信し(S907)、図8のステップ807に遷移する。
次に、双方向通信システムにおけるクライアント機器の呼制御部およびデータ通信部の詳細な処理手順を図10ないし図12を用いて説明する。ここで、図10は呼制御部の処理手順を説明するフローチャートである。図10において、クライアント機器200の呼制御部210は、ポーリング処理のためにサーバ300に自身の機器IDを送信する(S101)。呼制御部210は、サーバからメッセージを受信する(S102)。呼制御部210は、受信したメッセージが「接続要求あり」かどうかを判定する(S103)。接続要求ありの場合(YES)、呼制御部210は、データ通信部220に通信処理を開始するように命令する(S104)。呼制御部210は、サーバ300との通信を切断する(S105)。なお、ステップ105は、呼制御部210としての処理であり、データ通信部220とサーバ300との通信は継続している。
呼制御部210は、一定時間待機する(S106)。この一定時間待機は、ポーリング間隔の制御用であり、ポーリング間隔は、1回/秒〜1回/分程度である。呼制御部210は、ポーリング処理を継続するかどうかを判定する(S107)。通常は継続するので(YES)、呼制御部210は、ステップ1001へ遷移する。ステップ107で継続しない場合、呼制御部210は、処理を終了する。なお、ステップ103でNOのとき、呼制御部210は、ステップ104をジャンプして、ステップ105に遷移する。
図11は接続要求があった場合のデータ通信部の動作を説明するフローチャートである。データ通信部220は、呼制御部230から通信開始命令を受け取る(S111)。データ通信部220は、サーバに自身の認証データを送信する(S112)。データ通信部220は、認証が成功したかどうかを判定する(S113)。認証成功であれば、データ通信部220は、サーバ300とデータ通信を行う(S114)。データ通信部220は、通信切断要求の送受信が行われたかを判定する(S115)。送受信が行われなかった場合、データ通信部220は、ステップ114へ戻る。送受信が行われた場合は、データ通信部220は、通信切断要求を自身から送信したかどうか判定する(S116)。自身が送信した場合、データ通信部220は、サーバからの通信切断許可メッセージの受信待ちを行う(S117)。切断許可メッセージを受信したら、データ通信部220は、サーバとの通信を切断して(S118)、終了する。なお、ステップ116でNOのとき、ステップ117をジャンプして、ステップ118に遷移する。
図12は他のクライアント機器へ接続要求を行う場合のデータ通信部の動作を説明するフローチャートである。データ通信部220は、接続要求先クライアント機器の機器ID、自身の認証データ、接続要求メッセージを、サーバに送信する(S121)。データ通信部220は、認証が成功したかどうかを判定する(S122)。認証成功であれば(YES)、データ通信部220は、サーバからのデータ通信準備完了メッセージの受信待ちを行う(S123)。データ通信部220は、サーバ300とデータ通信を行う(S124)。データ通信部220は、通信切断要求の送受信が行われたかどうか判定する(S125)。送受信が行われた場合、データ通信部220は、通信切断要求を自身が送信したかどうかを判定する(S126)。自身が送信した場合、データ通信部220は、サーバからの通信切断許可メッセージの受信待ちを行う(S127)。通信切断許可メッセージを受信したら、データ通信部220は、サーバ300との通信を切断して(S128)、終了する。
ステップ122がNOのとき、データ通信部220は、ステップ128に遷移する。ステップ125がNOのとき、データ通信部220は、ステップ124に遷移する。ステップ126がNOのとき、データ通信部220は、ステップ127をジャンプして、ステップ128に遷移する。
100…双方向通信システム、101…ネットワーク、110…ルータ、200…クライアント機器、201…EPROM、202…CPU、203…メインメモリ、204…周辺制御装置、205…不揮発性記憶装置、206…LAN I/F、207…リアルタイムクロック、208…バス、210…呼制御部、220…データ通信部、300…サーバ、310…呼制御部、320…データ通信部、330…データベース、350…認証データ管理テーブル、400…接続フラグ管理テーブル。
Claims (6)
- ネットワークを介して接続されたサーバと複数のクライアント機器とから構成されたデータ通信システムにおいて、
前記クライアント機器は、自身に対する接続要求の有無を前記サーバに定期的に問い合わせるポーリングを行う呼制御部と、前記サーバとデータ通信を行うデータ通信部とを有し、
前記サーバは、前記クライアント機器からの前記ポーリングを処理する呼制御部と、前記クライアント機器からの前記データ通信を中継するデータ通信部と、接続要求先および接続要求元のクライアント機器情報を管理するデータベースを有することを特徴とするデータ通信システム。 - 請求項1に記載のデータ通信システムであって、
前記サーバは、前記クライアント機器からの前記ポーリング処理時において、該クライアント機器に対する接続要求が無い場合には該クライアントとサーバ間の接続を切断し、該クライアント機器に対する接続要求がある場合には該クライアントと前記データ通信を開始することを特徴とするデータ通信システム。 - ネットワークを介してサーバと接続されたクライアント機器において、
自身に対する接続要求の有無を前記サーバに定期的に問い合わせるポーリングを行う呼制御部と、前記サーバとデータ通信を行うデータ通信部とを有し、
前記呼制御部は、ポーリング時において自身に対する接続要求が無い場合には、前記サーバとの接続を切断し、自身に対する接続要求がある場合には、前記データ通信部にデータ通信処理を命令し、
前記データ通信部は、前記呼制御部から命令に応じて前記サーバとのデータ通信を開始することを特徴とするクライアント機器。 - 請求項3に記載のクライアント機器であって、
前記データ通信部は、他のクライアント機器と通信を開始する場合に、前記サーバに対して接続要求を通知することを特徴とするクライアント機器。 - ネットワークを介して複数のクライアント機器と接続されたサーバであって、
前記複数のクライアント機器からの定期的なポーリング処理を行う呼制御部と、クライアント機器からのデータ通信を中継するデータ通信部と、接続要求先および接続要求元のクライアント機器情報を管理するデータベースとを有し、
前記呼制御部は、クライアント機器から前記ポーリング処理が行われた場合に該クライアント機器が接続要求先として登録されているかを該クライアント機器に返信し、
前記データ通信部は、クライアント機器の認証およびクライアント機器からの通信データの中継を行うことを特徴とするサーバ。 - 請求項5に記載のサーバであって、
さらに、データベースを有し、
前記データ通信部は、クライアント機器から接続要求を受信した場合に、接続要求先クライアント機器および接続要求元クライアント機器を前記データベースに登録することを特徴とするサーバ。
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