JP2009272803A - 通信方法および通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】アクセスネットワークにおける配信情報の数を減らし、伝送負荷を抑制可能とする通信方法を得ること。
【解決手段】オーバレイネットワーク１と、複数のアクセスネットワーク２ａ，２ｂとを有するネットワークシステムにおいて、送信端末２からマルチキャストグループＧへのマルチキャストメッセージを受信した配信ノード１２が、マルチキャストグループＧを管理しかつアクセスネットワーク２ａ，２ｂの網内配信装置２１ａ，２１ｂに対応付けられたノード装置（１１ａ，１１ｂ，１３ａ，１３ｂ）に向けてマルチキャストメッセージを配信し、各ノード装置が、対応する網内配信装置２１ａ，２１ｂに向けてマルチキャストメッセージを転送し、網内配信装置２１ａ，２１ｂが、マルチキャストグループＧに参加するすべての端末に対してマルチキャストメッセージを配信する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オーバレイネットワークにおいてマルチキャスト通信を行う場合の通信方法および通信システムに関する。

オーバレイネットワークは、物理的なネットワーク上に形成される論理的リンクによって構成されるネットワークである。オーバレイネットワーク上のデータ検索は、構成ノードでルーティングを行い、検索対象のデータを保持する構成ノードにたどり着くまで論理リンクを辿ることによって行われる。

データ検索は、そのデータを保持するノードの決定、論理リンクの形成および検索時のルーティングを一貫した規則にしたがって行うことにより効率化できる。構造型オーバレイに用いられるデータ構造として、分散ハッシュテーブル（ＤＨＴ：Distributed Hash Table）が知られている。ＤＨＴでは、オーバレイを構成するノードおよびデータを示すそれぞれの識別子をハッシュ関数により一定ビットのキー値として１次元上にマッピングし、データを管理するノードを、この１次元上の距離を基に決定する。ＤＨＴを使用した構造型オーバレイネットワーク方法の一例として、Ｃｈｏｒｄ等（下記、非特許文献１参照）が知られている。

Ｃｈｏｒｄは、ＤＨＴ上に配置されたノードおよびデータを効率的に検索する手段を提供する。具体的には、キー値“ｋ”を持つデータは、“ｋ”からみて、キー空間上のキー値が増える方向で、最も近い位置にあるノードによって管理される。ノードは、キー空間において最も近いノードおよび遠隔にあるノードとの間に論理的リンクを設定し、データ検索時にはキー値の大小関係を基に転送先の論理的リンクを決定する。ここで、ノードとの間の論理的リンクは、キー空間における距離が遠いほど疎らに設定される。

このような、ＤＨＴを利用したオーバレイネットワークにおいて、マルチキャスト通信を行う場合、パケットの複製配信処理をマルチキャストグループごとに何れか１つのノード（配信ノード）が担当する方法がある。配信ノードは、全受信端末がそれぞれ接続するノードへの配信情報を管理しており、送信元から受信したパケットを複製・配信して、全受信端末にマルチキャストパケットを行き渡らせる。

"Ｃｈｏｒｄ：Ａ ｓｃａｌａｂｌｅ ｐｅｅｒ−ｔｏ−ｐｅｅｒ ｌｏｏｋｕｐ ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ" ＡＣＭ ＳＩＧＣＯＭＭ，２００１年

しかしながら、上記従来の技術によれば、マルチキャスト通信は全区間においてオーバレイネットワークの論理リンクを経由して配信されるため、同一のアクセスネットワークに同一のマルチキャストグループに参加する受信端末が多数存在する場合であっても、各受信端末は、それぞれが接続するノードとの間で１対１通信を行うことで配信情報を受信する。したがって、アクセスネットワークにおいては、配信情報の複製が受信端末の数だけ伝送され、伝送効率が悪い、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アクセスネットワークにおける配信情報の数を減らし、伝送負荷を抑制可能とする通信方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、オーバレイネットワークと複数のアクセスネットワークとを有し、各アクセスネットワーク内にマルチキャスト転送を実行可能な網内配信装置を備えるネットワークシステムにおいて、前記アクセスネットワークを介して前記オーバレイネットワークに接続する端末に対して、マルチキャスト転送を行う場合の通信方法であって、外部の送信端末から特定のマルチキャストグループへのマルチキャストメッセージを受信した第１のノード装置が、当該マルチキャストグループを管理しかつ前記アクセスネットワーク内の網内配信装置に対応付けられた全ての第２のノード装置に向けて、当該マルチキャストメッセージを配信する第１の転送ステップと、前記第２のノード装置が、それぞれ対応するアクセスネットワーク内の網内配信装置に向けて、前記第１のノード装置から受信したマルチキャストメッセージを転送する第２の転送ステップと、前記網内配信装置が、自身が存在するアクセスネットワーク内で、前記特定のマルチキャストグループに参加するすべての端末に対して、前記第２のノード装置から受信したマルチキャストメッセージを配信する第３の転送ステップと、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、アクセスネットワーク内における配信情報の数を減らすことができるので、アクセスネットワークの伝送負荷を抑制することが可能となる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる通信方法および通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明にかかる通信方法を適用した通信システムの構成例を示す図である。図１のオーバレイネットワーク１は、接続ノード１１ａと、接続ノード１１ａ−ｍ（ｍ＝１，２，…）と、接続ノード１１ｂと、接続ノード１１ｂ−ｎ（ｎ＝１，２，…）と、接続ノード１１ｃと、配信ノード１２と、同報ノード１３ａおよび１３ｂとを備えている。また、アクセスネットワーク２ａは、受信端末２ａ−ｍ（ｍ＝１，２，…）と網内配信装置２１ａとを備え、アクセスネットワーク２ｂは、受信端末２ｂ−ｎ（ｎ＝１，２，…）と網内配信装置２１ｂとを備えている。各受信端末は、アクセスネットワークを介してオーバレイネットワークに接続している。

オーバレイネットワーク１の各接続ノードは、オーバレイネットワーク１内において、各受信端末のＩＤから求められるキー値を管理する。さらに、接続ノードは、自身に接続する受信端末のＩＤ、その受信端末が接続しているアクセスネットワークのＩＤ、およびその受信端末が参加する全てのマルチキャストグループのＩＤといった情報を保持する。以下、これらの情報を、接続端末情報と呼び、たとえば「受信端末ＩＤ：Ａ」に関する接続端末情報を、接続端末情報（Ａ）と記す。

配信ノード１２は、オーバレイネットワーク１内において、マルチキャストグループのＩＤから求まるキー値を管理する。さらに、配信ノード１２は、自身が管理するマルチキャストグループのＩＤ、およびそのマルチキャストグループ宛のマルチキャストメッセージの転送先となるノードＩＤのリストの情報を保持する。以下、これらの情報をマルチキャスト配信情報と呼び、たとえば「マルチキャストグループＩＤ：Ｇ」に関するマルチキャスト配信情報を、マルチキャスト配信情報（Ｇ）と記す。配信ノード１２はこの情報に基づいてマルチキャスト転送を行う。

同報ノード１３ａおよび１３ｂは、オーバレイネットワーク１内において、アクセスネットワークのＩＤとマルチキャストグループのＩＤとを組み合わせたＩＤから求まるキー値を管理する。さらに、同報ノード１３ａおよび１３ｂは、自身が管理するアクセスネットワークのＩＤとマルチキャストグループのＩＤ、当該アクセスネットワークに接続中であって当該マルチキャストグループに参加している端末のＩＤのリスト、および当該アクセスネットワーク内の同報通信に使用される共通鍵、を保持する。以下、これらの情報をマルチキャスト同報情報と呼び、たとえば「マルチキャストグループＩＤ：Ｇ」、「アクセスネットワークＩＤ：Ｎ」に対するマルチキャスト同報情報を、マルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）と記す。同報ノード１３ａおよび１３ｂは、この情報に基づいて暗号化およびマルチキャスト転送を行う。

なお、これらの接続ノード，配信ノード，同報ノードは、管理するキー値の範囲によってその役割が定まるが、オーバレイネットワーク１を構成するノードとしては同じ機能を有する装置である。

網内配信装置は、各アクセスネットワークに一つ存在し、アクセスネットワーク内に同報通信を行うことができる。同報通信の方法は、一般的にはＩＰマルチキャストであるが、アクセスネットワークによって異なっていてもよい。網内配信装置は、マルチキャストグループのＩＤと同報通信ＩＤの対応関係を保持する。ここで、同報通信ＩＤとは、アクセスネットワーク内部における同報通信で使用するＩＤであり、たとえば、ＩＰネットワークにおいては、ＩＰマルチキャストアドレスである。以下、この情報を、アクセス網内同報情報と呼び、たとえば「マルチキャストグループＩＤ：Ｇ」に関するアクセス網内同報情報を、アクセス網内同報情報（Ｇ）と記す。網内配信装置は、この情報に基づいて同報通信を行う。また、網内配信装置２１ａおよび２１ｂは、接続ノード１１ａを介してオーバレイネットワーク１に接続している。

なお、各受信端末または網内配信装置と、それぞれの接続ノードの間では、一般的な方法による暗号化通信（たとえば、ＴＣＰ／ＩＰネットワークにおいてはＩＰｓｅｃやＴＬＳ）を行う。オーバレイネットワーク１内のノード間通信において、暗号化通信を行うか否かは任意であるが、オーバレイネットワーク１内のノード間通信においても、同様の一般的な方法による暗号化通信を行うことができる。

つづいて、上記図１のように構成されたオーバレイネットワークにおけるマルチキャスト通信に関する動作を、場合を分けて説明する。

（１）受信端末がマルチキャストグループに新たに参加する場合
図２は、受信端末がマルチキャストグループに新たに参加する場合の処理を示すシーケンス図である。一例として、参加するマルチキャストグループをマルチキャストグループＧとする（ＩＤが“Ｇ”）。また、アクセスネットワーク２ａ（ＩＤが“Ｎ”）に接続する受信端末２ａ−２（ＩＤが“Ｂ”）が、新たにマルチキャストグループＧに参加することとし、アクセスネットワーク２ａに接続する受信端末２ａ−１（ＩＤが“Ａ”）が、既に参加していることとする。

ところで、オーバレイネットワーク１上では、アクセスネットワークの受信端末および網内配信装置のＩＤのキー値によって、それらを管理するノード（接続先となるノード）が決まる。たとえば、ＩＤが“Ａ”の受信端末２ａ−１は、そのキー値を管理する接続ノード１１ａ−１に接続する。図２では、接続ノード，同報ノード，配信ノードについて、それぞれが管理するＩＤをカッコ内に付記している。

また、図２において、マルチキャストグループＧに参加しようとする受信端末２ａ−２は、アクセスネットワーク２ａを介してオーバレイネットワーク１に接続している。

この状態で、まず、受信端末２ａ−２は、マルチキャストグループＧに参加するために、端末参加要求を、自身の接続ノードである接続ノード１１ａ−２に送信する（ステップＳ１）。端末参加要求には、参加を要求している受信端末２ａ−２のＩＤ（ここでは“Ｂ”）と、参加しようとするマルチキャストグループのＩＤ（ここでは“Ｇ”）が含まれる。

接続ノード１１ａ−２は、受信した端末参加要求から、マルチキャストグループのＩＤ“Ｇ”を得る。また、自身内に保持する受信端末２ａ−２の接続端末情報（Ｂ）から、アクセスネットワーク２ａのＩＤ“Ｎ”を得る。そして、これらのＩＤの組合せを“ＧＮ”とし、これに基づいて、受信端末２ａ−２の同報ノードを“ＧＮ”のキー値を管理する同報ノード１３ａと判定する。つぎに、接続ノード１１ａ−２は、同報ノード１３ａに対して、アクセスネットワークのＩＤ“Ｎ”をさらに含めた端末参加要求を転送する（ステップＳ２）。また、接続ノード１１ａ−２は、自身が保持する接続端末情報（Ｂ）において、受信端末２ａ−２が参加するマルチキャストグループに“Ｇ”を追加する。

同報ノード１３ａは、接続ノード１１ａ−２から受信した端末参加要求に基づいて、マルチキャストグループのＩＤ“Ｇ”およびアクセスネットワークのＩＤ“Ｎ”を得る。そして、配信ノードをＩＤ“Ｇ”のキー値を管理する配信ノード１２と判定する。

また、同報ノード１３ａは、自身がマルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）を保持しているか否かを判定する（ステップＳ３）。図２においては、動作の始めから、受信端末２ａ−１がマルチキャストグループＧに参加していることを前提としているため、同報ノード１２は、端末参加要求を受信した時点で、マルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）を保持していると判定する（ステップＳ３：Ｙｅｓ）。したがって、ステップＳ４〜Ｓ８の処理を行わず、ステップＳ９へ進む。

なお、同報ノード１３ａがマルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）を保持していない場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、同報ノード１３ａは、受信端末２ａ−２をマルチキャストグループＧに参加させるために自身が参加することが必要なので、自身の管理するＩＤ“ＧＮ”を含めたノード参加要求を、配信ノード１２に対して送信する（ステップＳ４）。つぎに、受信端末２ａ−２がマルチキャストグループＧに参加するにあたって必要な認証手順である端末参加認証手順が実行される（ステップＳ５）。つぎに、ノード参加要求を受信した配信ノード１２は、自身内のマルチキャスト配信情報（Ｇ）に、同報ノードの管理するＩＤ“ＧＮ”を追加するとともに、ノード参加結果通知を同報ノード１３ａに返信する（ステップＳ６）。つぎに、ノード参加結果通知を受信した同報ノード１３ａは、先に取得したアクセスネットワークのＩＤ“Ｎ”から、接続ノード１１ａを判定し、マルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）を得るため、接続ノード１１ａを介して網内配信装置２１ａに同報情報要求を送信する（ステップＳ７）。ここで、同報情報要求には、配信ノード１２および同報ノード１３ａのＩＤが含まれる。接続ノード１１ａを介して同報情報取得要求を受信した網内配信装置２１ａは、自身内のアクセスネットワーク内同報情報（Ｇ）を参照し、マルチキャストグループＧに対応する同報通信ＩＤを保持しているか否かを判定する。そして、保持している場合は、その同報通信ＩＤをセットした同報情報通知を、保持していない場合は、新たにマルチキャストグループＧに使用するために決定した同報通信ＩＤをセットした同報情報通知を、接続ノード１１ａを介して同報ノード１３ａに送信する（ステップＳ８）。ここでは、同報通信ＩＤを“Ｘ”とする。

また、上記同報通信ＩＤは、予めマルチキャストグループＩＤに対して設定した対応関係によって決定することとしてもよく、網内配信装置が使用可能な同報通信ＩＤのプールの中から動的に割り当てることとしてもよい。

また、上述では、認証手順（ステップＳ５）はステップＳ４の後に実行しているが、ステップＳ１〜Ｓ８の間またはステップＳ８の後に実行してもよい。

つぎに、上述したように、マルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）を既に保持している場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、同報ノード１３ａは、自身内のマルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）に、受信端末２ａ−２のＩＤである“Ｂ”を追加するとともに、同情報に含まれるマルチキャストグループＧに用いる共通鍵を更新する（ステップＳ９）。ここでは、更新後の共通鍵を、共通鍵Ｋとする。

なお、マルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）を保持しておらず（ステップＳ３：Ｎｏ）、上記ステップＳ４〜Ｓ８を実行した場合、同報ノード１３ａは、受信端末２ａ−２のＩＤ（“Ｂ”）を含んだマルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）を生成する。そして、同マルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）に含まれる共通鍵を、アクセスネットワーク２ａにおけるマルチキャストグループＧに用いる共通鍵として決定する（ステップＳ９）。

そして、同報ノード１３ａは、マルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）に含まれる全ての受信端末に、新たに共通鍵Ｋを送信する。共通鍵Ｋの送信は、マルチキャストグループＧに新たに参加した受信端末２ａ−２に対しては、端末参加要求に対する端末参加結果通知により行う（ステップＳ１０，Ｓ１１）。一方、既に参加している受信端末２ａ−１に対しては、鍵更新通知により行う（ステップＳ１２）。これらの通知は、それぞれの受信端末の接続ノードを介して送信される。また、端末参加結果通知および鍵更新通知には、共通鍵の他に、新たな鍵を使用するタイミングを示すタイミング情報（ここでは、タイミング情報Ｔとする）が含まれる。タイミング情報は、時刻情報であってもよいし、マルチキャストメッセージにおけるシーケンス番号であってもよい。また、端末参加結果通知には、同報ノード１３ａが網内配信装置２１ａから受信した、同報通信ＩＤ“Ｘ”が含まれる。

鍵更新通知を受信した受信端末２ａ−１は、タイミング情報Ｔが示すタイミングで、共通鍵Ｋを適用し、これを用いてマルチキャストメッセージの復号化を行う。

一方、端末参加結果通知を受信した受信端末２ａ−２は、まず、アクセスネットワーク２ａにおいて、同報通信ＩＤ“Ｘ”を受信するための同報受信手順を実施する（ステップＳ１３）。同報受信手順とは、具体的には、ＩＰネットワークの場合、端末からのＩＧＭＰ（Internet Group Management Protocol） Ｊｏｉｎ送信をトリガとして行われるマルチキャストルーティングツリーの作成手順である。その後、受信端末２ａ−２は、受信端末２ａ−１と同様、タイミング情報Ｔが示すタイミングで、共通鍵Ｋを適用し、これを用いてマルチキャストメッセージの復号化を行う。

ここまでの処理で、新たに参加した受信端末２ａ−２を含めたマルチキャスト通信を行う準備が完了する。

つぎに、受信端末２ａ−２の参加後に、マルチキャストグループＧ内にマルチキャストメッセージを送信する動作について説明する。

たとえば、送信端末２が、配信ノード１２に向けてマルチキャストメッセージを送信する場合、このマルチキャストメッセージは、送信端末２の接続ノードである接続ノード１１ｃとの間の通常の暗号化処理により暗号化され、送信される（ステップＳ１４）。

暗号化されたマルチキャストメッセージを受信した接続ノード１１ｃは、復号化処理を行ってマルチキャストメッセージを得る。そして、宛先がマルチキャストグループＧであることから配信ノードをＩＤ“Ｇ”のキー値を管理する配信ノード１２と判定し、配信ノード１２に、得られたマルチキャストメッセージを転送する（ステップＳ１５）。マルチキャストメッセージを受信した配信ノード１２は、そのマルチキャストメッセージの宛先（マルチキャストグループ）がＧであるので、マルチキャスト配信情報（Ｇ）を参照する。そして、配信ノード１２は、同報ノード１３ａを含むマルチキャストグループＧの配信先全てに対し、マルチキャストメッセージを転送する（ステップＳ１６）。

マルチキャストメッセージを受信した同報ノード１３ａは、自身内のマルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）を参照し、共通鍵Ｋおよびタイミング情報Ｔを得る。さらに、タイミング情報Ｔが示すタイミングで共通鍵Ｋを適用し、受信したマルチキャストメッセージを、共通鍵Ｋで暗号化する。そして、同報ノード１３ａは、暗号化したマルチキャストメッセージを、接続ノード１１ａを介して網内配信装置２１ａに対して送信する（ステップＳ１７）。

マルチキャストメッセージを受信した網内配信装置２１ａは、そのマルチキャストメッセージの宛先（マルチキャストグループ）がＧであるので、アクセスネットワーク内同報情報（Ｇ）を参照する。そして、網内配信装置２１ａは、同情報が示す同報通信ＩＤ“Ｘ”を用いて、マルチキャストメッセージを、アクセスネットワーク２ａ内に、同報通信により配信する（ステップＳ１８）。

マルチキャストメッセージを受信した受信端末２ａ−１は、タイミング情報Ｔが示すタイミングで共通鍵Ｋを適用することにより、共通鍵Ｋにより暗号化されたマルチキャストメッセージを正しく復号することができる。

同じくマルチキャストメッセージを受信した受信端末２ａ−２は、タイミング情報Ｔが示すタイミングで共通鍵Ｋを適用することにより、暗号化されたマルチキャストメッセージを正しく復号することができる。また、受信端末２ａ−２は、マルチキャストグループＧへの参加前から同報通信ＩＤ“Ｘ”で配信されるマルチキャストメッセージを受信していたとしても、共通鍵Ｋが適用される以前のマルチキャストメッセージを正しく復号することはできない。

（２）受信端末がマルチキャストグループから離脱する場合
つぎに、マルチキャストグループに参加していた受信端末が、離脱する場合の動作について説明する。図３は、受信端末がマルチキャストグループから離脱する場合の処理を示すシーケンス図である。上述の例から引き続き、一例として、参加しているマルチキャストグループをマルチキャストグループＧとする。また、図３では、アクセスネットワーク２ａに接続する受信端末２ａ−２が、マルチキャストグループＧから離脱し、アクセスネットワーク２ａに接続する受信端末２ａ−１が、参加を継続する場合を想定する。

まず、受信端末２ａ−２は、マルチキャストグループＧから離脱する場合、端末離脱要求を、自身の接続ノードである接続ノード１１ａ−２に送信する（ステップＳ２１）。端末離脱要求には、離脱を要求している受信端末のＩＤ（ここでは“Ｂ”）と、この受信端末が離脱しようとするマルチキャストグループのＩＤ（ここでは“Ｇ”）が含まれる。

接続ノード１１ａ−２は、受信した端末離脱要求から、マルチキャストグループのＩＤ“Ｇ”を得る。また、自身内の接続端末情報（Ｂ）を参照し、受信端末２ａ−２の接続するアクセスネットワークのＩＤ“Ｎ”を得る。そして、これらに基づいて、受信端末２ａ−２の同報ノードを同報ノード１３ａと判定し、同報ノード１３ａに対して端末離脱要求を送信する（ステップＳ２２）。ここでの端末離脱要求には、受信端末のＩＤ“Ｂ”，マルチキャストグループＩＤの“Ｇ”，アクセスネットワークＩＤの“Ｎ”が含まれる。また、接続ノード２ａ−２は、自身が保持する接続端末情報（Ｂ）の参加マルチキャストグループから、ＩＤ“Ｇ”を削除する。

つぎに、同報ノード１３ａは、受信した端末離脱要求からマルチキャストグループのＩＤ“Ｇ”を抽出し、これに基づいて、配信ノードを配信ノード１２と判定する。また、同報ノード１３ａは、端末離脱要求に含まれる情報に基づき、マルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）から受信端末２ａ−２のＩＤ“Ｂ”を削除する。

ここで、同報ノード１３ａは、受信端末のＩＤ“Ｂ”を削除した結果、自身内のマルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）に含まれる受信端末が空となったか否かを判定する（ステップＳ２３）。図３では、受信端末２ａ−１が継続してマルチキャストグループＧに参加しているため、同報ノード１３ａは、端末離脱要求を受信した時点で、マルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）は空でないと判定する（ステップＳ２３：Ｎｏ）。したがって、ステップＳ２４〜Ｓ２８の処理を行わず、ステップＳ２９へ進む。

なお、同報ノード１３ａがマルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）に含まれる受信端末が空であると判定した場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、自身がマルチキャストグループＧに参加している必要がないので、同報ノード１３ａは、配信ノード１２に対して、自身のグループ離脱を求めるためのノード離脱要求を送信する（ステップＳ２４）。ノード離脱要求には、同報ノードＧＮ自身のＩＤが含まれる。つぎに、受信端末２ａ−２がマルチキャストグループＧから離脱するにあたって必要な認証手順を実行する（ステップＳ２５）。つぎに、同報ノード１３ａのＩＤを含むノード離脱要求を受信した配信ノード１２は、自身内のマルチキャスト配信情報（Ｇ）において、マルチキャストグループＧでの転送先ノードから同報ノード１３ａのＩＤを削除するとともに、ノード離脱結果通知を同報ノード１３ａに返信する（ステップＳ２６）。同報ノード１３ａは、ノード離脱結果通知を受信すると、自身内からマルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）を削除する。また、同報ノード１３ａは、網内配信装置２１ａとの間で、同報情報解放手順を実施する（ステップＳ２７）。詳細には、同報ノード１３ａが、接続ノード１１ａを介して網内配信装置２１ａに同報情報解放要求を送信し、網内配信装置２１ａにおいてマルチキャストグループＧに対応付けられていた同報通信ＩＤ（ここでは“Ｘ”）が、不要になった旨を通知する。この通知を受信した網内配信装置２１ａは、自身内からアクセスネットワーク内同報情報（Ｇ）を削除する。また、網内配信装置２１ａは、自身が使用可能なプールの中から同報通信ＩＤを動的に割り当てている場合は、“Ｘ”をプールに戻す。そして、網内配信装置２１ａは、同報ノード１３ａに、指定の同報通信ＩＤを開放した旨を通知する開放結果通知を送信する。以上の処理後は、新たに受信端末が参加するまで、マルチキャストグループＧに対する配信は行なわれない。

つぎに、同報ノード１３ａは、上述のように、受信端末２ａ−１が継続してマルチキャストグループＧに参加しているため、同報ノード１３ａのマルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）から受信端末２ａ−２のＩＤ“Ｂ”を削除した後、接続ノード１１ａ−２を介して受信端末２ａ−２に対して、端末離脱要求に対する応答としての端末離脱結果通知を送信する（ステップＳ２８）。端末離脱結果通知を受信した受信端末２ａ−２は、アクセスネットワーク２ａにおいて、同報通信ＩＤ“Ｘ”の受信を停止するための同報受信停止手順を実施する（ステップＳ２９）。同報受信停止手順は、具体的には、ＩＰネットワークの場合、端末からのＩＧＭＰ Ｌｅａｖｅ送信をトリガとして行われるマルチキャストルーティングツリーの作成手順である。

また、同報ノード１３ａは、新たな共通鍵（ここでは、“Ｋ２”とする）を生成し、マルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）に含まれる、アクセスネットワーク２ａにおけるマルチキャストグループＧに用いる共通鍵を更新する（ステップＳ３０）。

そして、同報ノード１３ａは、マルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）にＩＤが残っている受信端末２ａ−１に対して、鍵更新通知により共通鍵Ｋ２を通知する（ステップＳ３１）。ここでの鍵更新通知には、共通鍵Ｋ２の情報の他に、新たな鍵を使用するタイミングを示すタイミング情報（ここでは、タイミング情報Ｔ２とする）が含まれる。

接続ノード１１ａ−１を介して鍵更新通知を受信した受信端末２ａ−１は、タイミング情報Ｔ２が示すタイミングで、共通鍵Ｋ２を適用し、これを用いてマルチキャストメッセージを復号する。

つぎに、受信端末２ａ−２の離脱後に、マルチキャストグループＧ内にマルチキャストメッセージを送信する動作について説明する。

送信端末２から同報ノード１３ａへのマルチキャストメッセージは、前述した図２と同様に転送される（ステップＳ１４，Ｓ１５，Ｓ１６）。なお、上述した離脱の動作において、マルチキャスト配信情報（Ｇ）から同報ノード１３ａのＩＤが削除された場合、同報ノード１３ａへの転送は行われない。

同報ノード１３ａは、自身内のマルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）を参照し、共通鍵Ｋ２およびタイミング情報Ｔ２を得る。つづいて、タイミング情報Ｔ２が示すタイミングで共通鍵Ｋ２を適用して暗号化を行い、受信したマルチキャストメッセージを暗号化する。そして、同報ノード１３ａは、暗号化したマルチキャストメッセージを、接続ノード１１ａを介して網内配信装置２１ａに転送する（ステップＳ３２）。

マルチキャストメッセージを受信した網内配信装置２１ａは、そのマルチキャストメッセージの宛先（マルチキャストグループ）がＧであるので、アクセスネットワーク内同報情報（Ｇ）を参照する。そして、同情報が示す同報通信ＩＤ“Ｘ”を用いて、マルチキャストメッセージを、アクセスネットワーク２ａ内に同報通信により配信する（ステップＳ３３）。

マルチキャストメッセージを受信した受信端末２ａ−１は、タイミング情報Ｔ２が示すタイミングで共通鍵Ｋ２を適用することにより、共通鍵Ｋ２により暗号化されたマルチキャストメッセージを正しく復号することができる。一方、受信端末２ａ−２は、マルチキャストグループＧ離脱後に同報通信ＩＤ“Ｘ”を受信しても、共通鍵Ｋ２を得ていないため、共通鍵Ｋ２により暗号化されたマルチキャストメッセージを復号することはできない。

以上説明したように、本実施の形態の通信方法によれば、上記のように、マルチキャストグループ参加および離脱を行うこととした。また、オーバレイネットワーク上でマルチキャスト配信を行う場合、同一のマルチキャストグループに属する同一アクセスネットワークに接続された受信端末に対しては、アクセスネットワーク内の同報通信を使用することとした。これにより、アクセスネットワーク内における配信情報の数を減らすことができるので、アクセスネットワークの伝送負荷を抑制することが可能となる。

また、同一のマルチキャストグループに属する同一アクセスネットワークごとに共通鍵を管理し、この共有鍵を用いて同報通信を暗号化することとした。これにより、アクセスネットワーク内で同報通信を使用した場合であっても、配信情報の不正な受信を防止することが可能となる。

また、上記のようにマルチキャストグループ参加および離脱を行う場合は、受信ノードがマルチキャストグループ参加前の通信を復号化できないこと（Backward Data Confidentiality）、およびマルチキャストグループ離脱後の通信を復号化できないこと（Forward Data Confidentiality）、が必要である。このため、共有鍵は、マルチキャストグループへの参加ノードの変化（参加／離脱）にあわせて、新たに生成また更新される必要がある。したがって、一般的には、１つの受信ノードの参加／離脱により、同一グループに参加しているすべての受信ノードに対し個別に鍵更新を行うこととなるため（“１ affect all”問題）、参加ノードの変化に伴う共通鍵更新の処理が煩雑となる。そこで、本実施の形態においては、すべての受信ノードに対し個別に鍵更新を行うことなく、マルチキャストグループおよびアクセスネットワークの組み合わせの単位で共通鍵を更新することとした。これにより、受信端末の参加または離脱に伴って発生していた共通鍵更新の頻度を抑制することが可能となる。

なお、オーバレイネットワークでは、ハッシュ関数を用いて、マルチキャストグループ，受信端末，アクセスネットワークに対する配信ノード，同報ノード，接続ノードがランダムに決定されるので、特定のノードに負荷が集中せずに配信が可能である。

（３）受信端末がアクセスネットワークを移動する場合
つぎに、マルチキャストグループに参加している受信端末が、アクセスネットワークを移動する場合の動作について説明する。図４は、受信端末がマルチキャストグループに参加した状態で、アクセスネットワークを移動する場合の処理を示すシーケンス図である。上述から引き続き、一例として、参加するマルチキャストグループをマルチキャストグループＧとする。また、図４では、アクセスネットワーク２ａに接続している受信端末２ａ−１が、アクセスネットワーク２ｂに移動し、受信端末２ｂ−１として継続して参加する場合を想定する。

まず、アクセスネットワーク２ａに接続し、マルチキャストグループＧに参加している受信端末２ａ−１が、自身の物理的な移動などの要因により、アクセスネットワーク２ｂ（ＩＤは“Ｎ２”とする）に移動する（ステップＳ４１）。移動後は、受信端末２ｂ−（ｎ＋１）としてアクセスネットワーク２ｂに接続する。なお、接続ノードは受信端末ＩＤのキー値に基づいて決定されるため、アクセスネットワーク２ｂへの移動によっては変化せず、受信端末２ｂ−（ｎ＋１）の接続ノードは、引き続き、接続ノード１１ａ−１である。この場合、受信端末２ｂ−（ｎ＋１）は、接続ノード１１ａ−１に対して端末移動通知を送信する（ステップＳ４２）。端末移動通知には、移動先のアクセスネットワーク２ｂのＩＤ“Ｎ２”が含まれる。

端末移動通知を受信した接続ノード１１ａ−１は、自身内の接続端末情報（Ａ）に含まれる全ての参加マルチキャストグループについて、移動元のアクセスネットワークＮに関連する全ての同報ノードに対して、端末移動離脱通知を送信する（ステップＳ４３）。なお、ここでは、受信端末２ｂ−（ｎ＋１）は、マルチキャストグループＧのみに参加しているので、端末移動離脱通知の送信先は同報ノード１３ａのみである。

端末移動離脱通知を受信した同報ノード１３ａは、マルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）から受信端末２ａ−（ｎ＋１）のＩＤ“Ａ”を削除する。そして、受信端末がマルチキャストグループから離脱する場合の処理における、端末離脱要求受信時と同等の動作を行う。すなわち、ステップＳ２３の判定を行い、マルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）が空であると判定した場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）のみ、ノード離脱要求（ステップＳ４４）および同報情報開放手順（ステップＳ４５）を行う。ここで、ステップＳ４４の処理はステップＳ２４およびＳ２６と、ステップＳ４６の処理はステップＳ２７と同じである。

そして、同報ノード１３ａは、端末移動結果通知を、接続ノード１１ａ−１を介して受信端末２ｂ−（ｎ＋１）に送信する（ステップＳ４６）。

つぎに、受信端末２ｂ−（ｎ＋１）は、マルチキャストグループから離脱する場合の動作と同様、同報受信停止手順を行う（ステップＳ２９）。ただし、移動による離脱の場合には、上述したマルチキャストグループ離脱の場合と異なり、共通鍵の更新が不要である。このため、既存の共通鍵の更新、および、継続して参加している受信端末に対する更新された共通鍵の通知に関する手順は行わない。

また、端末移動結果通知を受信（ステップＳ４６）した接続ノード１１ａ−１は、自身内の接続端末情報（Ａ）を参照し、参加しているマルチキャストグループのＩＤ“Ｇ”と、受信端末２ｂ−１の接続先のアクセスネットワーク２ｂのＩＤ“Ｎ２”に基づいて、関連する同報ノード全てに対し、移動参加通知を送信する（ステップＳ４７）。なお、ここでは、マルチキャストグループＧのみに参加しているので、移動参加通知の送信先は同報ノード１３ｂのみである。

移動参加通知を受信した同報ノード１３ｂは、受信端末がマルチキャストグループに参加する場合の処理における、端末参加要求受信時と同等の動作を行う。すなわち、ステップＳ３の判定を行い、マルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ）を保持していないと判定した場合（ステップＳ３：Ｎｏ）にのみ、ステップＳ４８およびＳ４９の手順を行う。ただし、移動による参加の場合には、上述したマルチキャストグループ参加の場合と異なり、共通鍵の更新が不要である。このため、既存の共通鍵の更新、および、既に参加している受信端末に対する更新された共通鍵の通知に関する手順は行わない。

つぎに、同報ノード１３ｂは、マルチキャスト同報情報（Ｇ，Ｎ２）に含まれる共通鍵およびタイミング情報を、移動してきた受信端末にのみ送信する。ここでは、同報ノード１３ｂは、接続ノード１１ａ−１を介して受信端末２ｂ−（ｎ＋１）に対し、移動参加通知に対する応答である移動参加結果通知により、現在使用中である共通鍵およびタイミング情報を送信する（ステップＳ５０）。移動参加結果通知を受信した受信端末２ｂ−（ｎ＋１）は、通知されたタイミング情報に示されるタイミングで共通鍵を適用するとともに、同報受信手順（ステップＳ１３）を行う。

なお、以降のマルチキャストメッセージの転送手順については、受信端末参加の動作で示した手順と同様である。

以上説明したように、本実施の形態の通信方法では、受信端末の移動によるマルチキャストグループからの離脱および参加については、共通鍵の更新を行わないこととした。これにより、鍵更新の頻度を抑制することが可能となる。

以上のように、本発明にかかる通信方法は、オーバレイネットワーク構築技術に有用であり、特に、オーバレイネットワークにおいてマルチキャスト通信を行う場合に適している。

本発明にかかる通信方法を適用した通信システムの構成例を示す図である。 受信端末がマルチキャストグループに新たに参加する場合の処理を示すシーケンス図である。 受信端末がマルチキャストグループから離脱する場合の処理を示すシーケンス図である。 受信端末がマルチキャストグループに参加した状態でアクセスネットワークを移動する場合の処理を示すシーケンス図である。

符号の説明

１ オーバレイネットワーク
２ａ，２ｂ アクセスネットワーク
２ 送信端末
２ａ−ｍ，２ｂ−ｎ，２ｂ−（ｎ＋１） 受信端末
１１ａ，１１ａ−ｍ，１１ｂ，１１ｂ−ｎ，１１ｃ 接続ノード
１２ 配信ノード
１３ａ，１３ｂ 同報ノード
２１ａ，２１ｂ 網内配信装置

Claims (6)

1. オーバレイネットワークと複数のアクセスネットワークとを有し、各アクセスネットワーク内にマルチキャスト転送を実行可能な網内配信装置を備えるネットワークシステムにおいて、前記アクセスネットワークを介して前記オーバレイネットワークに接続する端末に対して、マルチキャスト転送を行う場合の通信方法であって、
   外部の送信端末から特定のマルチキャストグループへのマルチキャストメッセージを受信した第１のノード装置が、当該マルチキャストグループを管理しかつ前記アクセスネットワーク内の網内配信装置に対応付けられた全ての第２のノード装置に向けて、当該マルチキャストメッセージを配信する第１の転送ステップと、
   前記第２のノード装置が、それぞれ対応するアクセスネットワーク内の網内配信装置に向けて、前記第１のノード装置から受信したマルチキャストメッセージを転送する第２の転送ステップと、
   前記網内配信装置が、自身が存在するアクセスネットワーク内で、前記特定のマルチキャストグループに参加するすべての端末に対して、前記第２のノード装置から受信したマルチキャストメッセージを配信する第３の転送ステップと、
   を含むことを特徴とする通信方法。
2. 前記第２のノード装置が、前記特定のマルチキャストグループに参加する端末の数が変動する毎に、前記アクセスネットワーク単位に、自装置から前記端末までの経路で使用する共通鍵を生成し、配布する鍵生成ステップ、
   をさらに含み、
   前記第２の転送ステップと前記第３の転送ステップでは、前記共通鍵を用いた暗号化通信を行うことを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
3. 前記鍵生成ステップでは、前記特定のマルチキャストグループに参加する端末がアクセスネットワーク間を移動する場合、新たな共通鍵の生成を行わないことを特徴とする請求項２に記載の通信方法。
4. オーバレイネットワークと複数のアクセスネットワークとを有し、各アクセスネットワーク内にマルチキャスト転送を実行可能な網内配信装置を備え、前記アクセスネットワークを介して前記オーバレイネットワークに接続する端末に対して、マルチキャスト転送を行う通信システムであって、
   外部の送信端末から特定のマルチキャストグループへのマルチキャストメッセージを受信した第１のノード装置が、当該マルチキャストグループを管理しかつ前記アクセスネットワーク内の網内配信装置に対応付けられた全ての第２のノード装置に向けて、当該マルチキャストメッセージを配信し、
   前記第２のノード装置が、それぞれ対応するアクセスネットワーク内の網内配信装置に向けて、前記第１のノード装置から受信したマルチキャストメッセージを転送し、
   前記網内配信装置が、自身が存在するアクセスネットワーク内で、前記特定のマルチキャストグループに参加するすべての端末に対して、前記第２のノード装置から受信したマルチキャストメッセージを配信することを特徴とする通信システム。
5. 前記第２のノード装置は、前記特定のマルチキャストグループに参加する端末の数が変動する毎に、前記アクセスネットワーク単位に、自装置から前記端末までの経路で使用する共通鍵を生成および配布し、
   前記第２のノード装置および前記網内配信装置は、マルチキャストメッセージを送信する場合に、前記共通鍵を用いた暗号化通信を行うことを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
6. 前記第２のノード装置は、前記特定のマルチキャストグループに参加する端末がアクセスネットワーク間を移動する場合、新たな共通鍵の生成を行わないことを特徴とする請求項５に記載の通信システム。

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