JP2009278436A - 通信システム及び冗長構成管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの上昇を招くことなく、障害発生時におけるサービスの中断時間を最小限に抑制できる通信システムを提供する。
【解決手段】常時動作する複数の現用系の装置と、少なくとも１台の冗長系の装置とを備える、ユーザ毎のセッションで発生するユーザデータを転送する複数のユーザデータ転送装置から構成される通信システムにおける冗長構成管理方法であって、冗長系の装置で、ユーザデータの転送に用いるＩＰアドレス及びルーティング情報を含む設定情報及び現用系の装置毎のセッション情報を保持しておき、現用系の装置のいずれかで障害が発生したとき、冗長系の装置は、保持している該障害が発生した現用系の装置に対応する設定情報及びセッション情報に基づき、該現用系の装置に代わってユーザデータの転送を継続する。
【選択図】図１

Description

本発明はＮ＋α冗長構成を備えた通信システム及びその冗長構成管理方法に関する。

モバイルＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）等を採用する次世代の高速無線通信では、ＩＥＴＦ（Internet Engineering Task Force）で標準化されているモバイルＩＰ（Internet Protocol）技術を用いて移動端末に対するモビリティの高いサービスが提供される。

モバイルＷｉＭＡＸは、広範囲な無線エリアと高速移動時における無線通信をサポートするため、多数の移動端末を保有する大規模ユーザへのサービスの提供も想定されている。そのため、移動端末毎の位置情報を管理すると共に移動端末とインターネット等のネットワーク間で送受信されるユーザデータを中継するモバイルＷｉＭＡＸに対応するＨｏｍｅ Ａｇｅｎｔには、大規模ユーザが利用する多数の移動端末毎の位置情報を管理し、かつ大容量のデータ転送を実現する装置構成が望まれている。

また、モバイルＷｉＭＡＸは上述したように高速移動中の移動端末に対してもインターネット等への接続サービスを提供するため、Ｈｏｍｅ Ａｇｅｎｔには常時安定したサービスを提供できる高信頼性が要求される。さらに、Ｈｏｍｅ Ａｇｅｎｔには、ユーザ数の増大やトラヒック量の増大に柔軟に対応できる、安価なシステム構成が望まれている。

そのため、モバイルＷｉＭＡＸに対応するＨｏｍｅ Ａｇｅｎｔは、Ｌｉｎｕｘ等の汎用ＯＳで動作するＰＣ（Personal Computer）ベースのユーザデータ転送装置を複数台組み合わせることで構築されることが多い。

一般に、障害が発生しても継続して運用できる信頼性の高いシステムは、Ｎ（Ｎは正の整数）台の現用（ＡＣＴ）系の装置とα（αは正の整数）台の冗長（ＳＢＹ）系の装置とを備えたＮ＋α冗長構成で実現できる。特に、より高い信頼性が要求される通信システムでは、１台のＡＣＴ系装置に対応して１台のＳＢＹ系装置を配備する１対１の冗長構成が採用される。

このようなＮ＋α冗長構成のシステムでは、常に稼動しているＮ台のＡＣＴ系の装置（以下、ＡＣＴ系装置と称す）のいずれかで障害が発生すると、ＳＢＹ系の装置（以下、ＳＢＹ系装置と称す）が障害の発生したＡＣＴ系装置に代わってサービスの提供を継続する。なお、上記１対１の冗長構成のシステムやα＝１であるＮ＋１冗長構成のシステムについては、例えば特許文献１にも記載されている。
特開２００５−３３３２４３号公報

モバイルＷｉＭＡＸに対応するＨｏｍｅ Ａｇｅｎｔを上述したＮ＋α冗長構成とする場合、ＡＣＴ系装置では運用時にモバイルＩＰネットワークにおけるセッションの登録・削除が動的に発生するため、セッションの状態が随時変動する。そのため、障害が発生したＡＣＴ系装置のセッションの状態をＳＢＹ系装置が高速に引き継ぐことは従来から不可能であると考えられている。

さらに、ＳＢＹ系装置は、ＡＣＴ系装置のいずれかで障害が発生すると、障害が発生したＡＣＴ系装置（以下、障害装置と称す）を特定し、該障害装置がサービスを提供するために用いていた、ＩＰアドレス、ルーティング情報、セッションの登録対象となる端末グループの情報等の設定情報を取得し、該設定情報を自装置に登録して障害装置に代わって動作するＡＣＴ系装置へ切り替わる。

したがって、障害装置の動作をＳＢＹ系装置が引き継ぐまでに長い時間を要し、ユーザに提供するインターネット等への接続サービスの中断時間が長くなってしまう問題がある。特に、Ｈｏｍｅ Ａｇｅｎｔ等の通信システムがＬｉｎｕｘのような汎用ＯＳで動作するＰＣベースからなる複数のユーザデータ転送装置で構成されている場合、ユーザデータ転送装置間の情報通信も汎用のＩＰプロトコルが利用されるため、ＳＢＹ系装置は障害装置で使用していた大量のＩＰアドレスやルーティング情報等を含む設定情報を取得するのに長い時間を要してしまう。ＡＣＴ系装置とＳＢＹ系装置とで設定情報やセッション情報等を共有するために専用のハードウェアを設ける構成も考えられるが、それでは通信システムのコストが上昇してしまう。

モバイルＷｉＭＡＸに対応するＨｏｍｅ Ａｇｅｎｔのように、ユーザに大容量のデータ転送サービスを提供しつつ、安価な構成が要求される通信システムでは、コストの上昇を招くことなく、障害発生時におけるサービスの中断時間を最小限に抑制する、セッションの引き継ぎを伴うＳＢＹ系装置からＡＣＴ系装置への高速な切り替え手法が要望される。

本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、コストの上昇を招くことなく、障害発生時におけるサービスの中断時間を最小限に抑制できる通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の通信システムは、常時動作する複数の現用系の装置と、障害が発生した前記現用系の装置の代替えとなる少なくとも１台の冗長系の装置とを備える、ユーザ毎のセッションで発生するユーザデータを転送する複数のユーザデータ転送装置と、
前記ユーザデータの転送に用いるＩＰアドレス及びルーティング情報を含む設定情報が前記ユーザデータ転送装置毎に保存されるデータベースと、
前記ユーザデータ転送装置毎の設定情報を管理する管理装置と、
を有し、
前記冗長系の装置は、
全ての前記現用系の装置の設定情報及びセッションの状態を示すセッション情報を保持する構成である。

一方、本発明の冗長構成管理方法は、常時動作する複数の現用系の装置と、障害が発生した前記現用系の装置の代替えとなる少なくとも１台の冗長系の装置とを備える、ユーザ毎のセッションで発生するユーザデータを転送する複数のユーザデータ転送装置から構成される通信システムにおける冗長構成管理方法であって、
前記冗長系の装置で、前記ユーザデータの転送に用いるＩＰアドレス及びルーティング情報を含む設定情報及び前記現用系の装置毎のセッションの状態を示すセッション情報を保持しておき、
前記現用系の装置のいずれかで障害が発生したとき、前記冗長系の装置は、自装置で保持している、該障害が発生した現用系の装置に対応する設定情報及びセッション情報に基づき、該障害が発生した現用系の装置に代わって前記ユーザデータの転送を継続する方法である。

本発明によれば、コストの上昇を招くことなく、障害発生時におけるサービスの中断時間を最小限に抑制できる。

次に本発明について図面を用いて説明する。

図１は本発明の通信システムの一構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の通信システム１は、例えばモバイルＷｉＭＡＸに対応するＨｏｍｅ Ａｇｅｎｔを実現するものであり、ユーザ毎のセッションで発生するユーザデータを転送するＮ＋１台のユーザデータ転送装置２₁〜２_N+1と、各ユーザデータ転送装置２₁〜２_N+1の状態を監視すると共に、ユーザデータ転送装置２₁〜２_N+1毎の設定情報を管理する管理装置３と、ユーザデータ転送装置２₁〜２_N+1毎の設定情報が保存されるデータベース４とを備えている。Ｎ＋１台のユーザデータ転送装置２₁〜２_N+1と管理装置３とは、レイヤ２スイッチ（Ｌ２ＳＷ）５を介して互いに接続される。また、ユーザデータ転送装置２₁〜２_N+1は、レイヤ２スイッチ５を介してモバイルＩＰネットワークと接続される。

管理装置３は、データベース４に保存された設定情報をシステム起動時に各ユーザデータ転送装置２₁〜２_N+1へ送信するシステム設定部３１と、ユーザデータ転送装置２₁〜２_N+1の状態を監視し、障害発生の有無を検出する装置管理部３２とを備えている。

管理装置３には、例えばワークステーションサーバ等のコンピュータが用いられ、通信システム１の構成情報や通信システム１内の情報通信に用いるＩＰアドレス等の情報が予め登録されている。なお、通信システム１の構成情報とは、ユーザデータ転送装置２₁〜２_N+1の台数、ＡＣＴ系装置として動作するユーザデータ転送装置及びＳＢＹ系装置として動作するユーザデータ転送装置の装置番号を示す情報を含んでいる。

管理装置３は、通信システム１内の各ユーザデータ転送装置が起動すると、それぞれに対応する設定情報をユーザデータ転送装置２₁〜２_N+1へ送信すると共に、全てのユーザデータ転送装置２₁〜２_N+1の動作を監視し、障害の発生有無を判定する。

ユーザデータ転送装置２₁〜２_N+1は、Ｌｉｎｕｘのような汎用ＯＳ（Operating System）で動作するＰＣベースの通信装置であり、Ｎ＋１台のユーザデータ転送装置のうち、Ｎ台のユーザデータ転送装置２₁〜２_NがＡＣＴ系装置として用いられ、１台のユーザデータ転送装置２_N+1がＳＢＹ系装置として用いられる。以下、ＡＣＴ系装置と称した場合はユーザデータ転送装置２₁〜２_Nを指し、ＳＢＹ系装置と称した場合はユーザデータ転送装置２_N+1を指すものとする。

ＡＣＴ系装置には、上述した装置固有の設定情報が、例えば通信システム１のオペレータによってそれぞれ割当てられる。ＡＣＴ系装置毎の設定情報は、管理装置３と接続されたデータベース４で保存され、システム起動時に管理装置３が備えるシステム設定部３１から各ＡＣＴ系装置へ送信される。

ＡＣＴ系装置は、装置起動後に管理装置３から設定情報を受信すると、該設定情報に基づいてユーザの移動端末に対する通信サービス（インターネットへの接続サービス等）を提供する。

ところで、ＳＢＹ系装置は、通常、どのＡＣＴ系装置と置き換わるか不明であるため、従来の通信システムが備えるＳＢＹ系装置は、装置起動後もサービスの提供に必要な設定情報を備えていない。本発明の通信システム１が備えるＳＢＹ系装置は、装置起動時にＮ台のＡＣＴ系装置の設定情報をそれぞれ管理装置３から取得して保持する。

図１に示す通信システム１によってユーザに対するサービスの提供が開始され、ユーザの移動端末から位置情報の登録が要求されると、ＡＣＴ系装置は、該位置情報の登録処理と同時に該移動端末によるユーザデータの転送に用いるセッションを作成する。このとき、各ＡＣＴ系装置は自装置のセッションの状態を示すセッション情報をＳＢＹ系装置へ送信する。

ＳＢＹ系装置は、Ｎ台のＡＣＴ系装置毎のセッション情報を格納するためのメモリエリアを備え、各ＡＣＴ系装置からそれぞれのセッションの状態に応じたセッション情報を受信し、ＡＣＴ系装置とそれに対応するセッション情報とを対応付けて保持する。これによりＳＢＹ系装置は、自装置が保持するＡＣＴ系装置毎のセッション情報を各ＡＣＴ系装置のセッションの状態と一致させる。

管理装置３は、ユーザデータ転送装置２₁〜２_N+1の動作状態を監視し、任意のＡＣＴ系装置で障害が発生すると、装置管理部３２により該障害発生を検出する。

管理装置３は、ＡＣＴ系装置で発生した障害を検出すると、ＳＢＹ系装置に対して、障害が発生したＡＣＴ系装置の装置番号の情報を含むＳＢＹ系からＡＣＴ系への切り替えを指示するための切り替え通知を送信すると共に、障害が発生したＡＣＴ系装置の動作をリセットして通信システムから切り離す。

ＳＢＹ系装置は、管理装置から切り替え通知を受信すると、障害が発生したＡＣＴ系装置の設定情報を自装置に登録すると共に、該ＡＣＴ装置に対応するセッション情報を有効化してユーザに対するサービスの提供を開始する。

ここで、ＳＢＹ系装置がＡＣＴ系装置へ切り替わる場合、ＳＢＹ系装置がＯＳで提供されるＡＰＩ（Application Program Interface）を使用して設定情報を自装置に登録していると、該設定情報に基づく動作が有効になるまでに時間を要してしまう。そこで、本発明では、ＳＢＹ系装置は、ＯＳ（Operating System）が利用するメモリ領域であるカーネルエリアに全てのＡＣＴ系装置の設定情報を保存する。このようにすると、例えば装置番号を指定する１つの命令だけで指定されたＡＣＴ系装置の設定情報を自装置に反映できる。そのため、該設定情報に基づく動作が有効になるまでの時間が短縮する。

本発明のＳＢＹ系装置は、ＡＣＴ系装置へ切り替え時、設定情報やセッション情報を他の装置から取得する必要がなく、自装置で保持している情報のみを用いて管理装置３から指定されたＡＣＴ系装置の動作を引き継ぐことができる。したがって、ＳＢＹ系装置は、管理装置３から指定されたＡＣＴ系装置の動作やセッションの状態を高速に引き継ぐことができるため、障害発生時におけるサービスの中断時間が最小限に抑制され、ユーザに障害の発生を意識させないサービスを提供できる。

なお、ＳＢＹ系装置がＡＣＴ系装置よりも後に起動した場合、ＳＢＹ系装置では、起動する前にＡＣＴ系装置で作成されたセッションに関連するセッション情報を取得できない。そのため、ＳＢＹ系装置で保持しているセッション情報とＡＣＴ系装置のセッションの状態とが一致しないことがある。

しかしながら、モバイルＩＰプロトコルでは、各移動端末からそれぞれの位置情報が周期的に送信され、ＳＢＹ系装置には該移動端末にサービスを提供しているＡＣＴ系装置からセッションの更新を示すセッション情報が周期的に送信される。したがって、起動直後にＳＢＹ系装置で保持しているセッション情報とＡＣＴ系装置のセッションの状態とが一致していなくても、ＳＢＹ系装置では、移動端末から位置情報が送信された段階で、当該移動端末に対してサービスを提供しているＡＣＴ系装置のセッションの状態と該ＡＣＴ系装置に対応するセッション情報とを一致させることができる。

次に本発明の通信システムの動作について図２を用いて説明する。

図２は図１に示した通信システムの動作例を示すシーケンス図である。

図２に示すように、まず通信システムが起動すると、管理装置３は状態管理部３２によりＮ＋１台の各ユーザデータ転送装置の状態監視を開始する。

続いて、管理装置３はシステム設定部３１により各ＡＣＴ系装置に対して、それぞれに対応する設定情報を順次送信する。このとき、管理装置３は、ＡＣＴ系装置毎の設定情報をＳＢＹ系装置にも送信し、ＳＢＹ系装置はＡＣＴ系装置とそれに対応する設定情報とを対応付けて自装置のメモリエリアに保存する。

設定情報を受信したＡＣＴ系装置は、該設定情報を自装置に登録し、ユーザに対するサービスを開始する。サービスを開始したＡＣＴ系装置は、ユーザからセッションの開始要求を受信すると、該ユーザ（移動端末）が利用するセッションを作成し、該ユーザのユーザデータを転送する。また、ユーザからセッションの更新信号（位置情報の更新信号）を受信すると、セッションの状態を更新する。ＡＣＴ系装置は、セッションの作成や更新が発生するたびに、該セッションの状態を示すセッション情報をＳＢＹ系装置へ送信する。

ＳＢＹ系装置は、ＡＣＴ系装置から受信したセッション情報を該ＡＣＴ系装置の装置番号に対応付けて保存する。

ＳＢＹ系装置は、ＡＣＴ系装置から送信されるセッション情報に基づいて、保持しているＡＣＴ系装置毎のセッション情報を更新する。これによりＳＢＹ系装置は、ＡＣＴ系装置毎に保持しているセッション情報を各ＡＣＴ系装置のセッションの状態と一致させる。

ＡＣＴ系装置は、セッションの削除がユーザから要求されると、該セッションを削除すると共に、ＳＢＹ系装置に対してセッションの削除を示すセッション情報を送信する。ＳＢＹ系装置は、セッションの削除を示すセッション情報を受信すると、該ＡＣＴ系装置に対応するセッション情報を削除する。

ここで、任意のＡＣＴ系装置（図２に示す例では、ユーザデータ転送装置＃１）で障害が発生すると、管理装置３は、装置管理部３２により該障害の発生を検出し、ＳＢＹ系装置に対して障害装置の装置番号を含むＳＢＹ系からＡＣＴ系への切り替えを指示する切り替え通知を送信する。また、管理装置３は、障害装置を通信システムから物理的に切り離すために、装置管理部３２により該障害装置の動作を強制的にリセットする。

管理装置３から切り替え通知を受信したＳＢＹ系装置は、切り替え通知に含まれる装置番号に基づき、カーネルエリアで保持している、管理装置３から指定されたＡＣＴ系装置の設定情報を自装置に取り込み、該ＡＣＴ系装置のセッション情報を有効にして、管理装置３へＳＢＹ系からＡＣＴ系への切り替え完了を示す切り替え完了通知を送信する。

以降、新しくＡＣＴ系へ切り替わった旧ＳＢＹ系装置は、ＡＣＴ系として動作していた障害装置と同一の設定情報（ＩＰアドレスやルーティング情報）及びセッション情報を用いてユーザに対するサービスを開始する。また、セッションの作成、更新、削除も、新しくＡＣＴ系へ遷移した旧ＳＢＹ系装置によって実行されるため、障害装置で作成していた既存のセッションを利用したユーザデータの転送処理も途切れることなく継続できる。

なお、本発明では、セッションの作成や更新を契機にＡＣＴ系装置からＳＢＹ系装置へセッション情報が送信されるため、多数のユーザを収容する大規模な通信システムでは、多数のＡＣＴ系装置からＳＢＹ系装置に対して同時にセッション情報が送信され、ＳＢＹ系装置にて輻輳が発生するおそれがある。

このような問題を回避する技術として、ＡＣＴ系装置からＳＢＹ系装置へセッション情報を、セッションの作成や更新の発生時に依存しない所定の周期毎に送信するレプリケーションがある。但し、全てのＡＣＴ系装置からＳＢＹ系装置へセッション情報を送信すると、上記と同様にＳＢＹ系装置にて輻輳が発生するため、セッション情報を同時に送信するＡＣＴ系装置の数を制限し、複数回に分散して全てのＡＣＴ系装置のセッション情報をＳＢＹ系装置へ送信するとよい。あるいは、各ＡＣＴ系装置のレプリケーション周期が重複しないように、管理装置により各ＡＣＴ系装置にセッション情報の送信タイミングを指示し、管理装置からの指示にしたがって各ＡＣＴ系装置がセッション情報を送信してもよい。

また、上記説明では、Ｎ＋１冗長構成の通信システムを例にして本発明の特徴を示しているが、本発明はＳＢＹ系装置を複数（α台）備えるＮ＋α冗長構成の通信システムに適用できる。但し、その場合は、ＡＣＴ系装置は複数のＳＢＹ系装置へセッション情報を送信する必要があるため、ＳＢＹ系装置の数だけＡＣＴ系装置の処理負荷が増大する可能性がある。

本発明によれば、ＳＢＹ系装置がカーネルエリアでＡＣＴ系装置毎の設定情報を保持しておくことで、ＳＢＹ系装置を障害装置の代替えとなるＡＣＴ系装置へ高速に切り替えることができる。また、ＳＢＹ系装置がＡＣＴ系装置毎のセッション情報を保持し、かつＡＣＴ系装置におけるセッションの作成や更新を契機にＡＣＴ系装置毎のセッション情報を更新することで、ＳＢＹ系装置は障害装置が作成していたセッションを高速に引き継ぐことができる。したがって、障害発生時におけるサービスの中断時間が最小限に抑制され、ユーザに障害の発生を意識させないサービスを提供できる。

また、本発明ではＰＣベースの通信装置からなる安価な通信システムを構築できると共に、複数のＡＣＴ系装置のいずれかで障害が発生しても１台のＳＢＹ系装置で通信サービスを継続できるため、通信サービスを提供する通信事業者は設備投資を抑制できる。

本発明の通信システムの一構成例を示すブロック図である。 図１に示した通信システムの動作例を示すシーケンス図である。

符号の説明

１ 通信システム
２₁〜２_N+1 ユーザデータ転送装置
３ 管理装置
４ データベース
５ レイヤ２スイッチ
３１ システム設定部
３２ 装置管理部

Claims (6)

1. 常時動作する複数の現用系の装置と、障害が発生した前記現用系の装置の代替えとなる少なくとも１台の冗長系の装置とを備える、ユーザ毎のセッションで発生するユーザデータを転送する複数のユーザデータ転送装置と、
   前記ユーザデータの転送に用いるＩＰアドレス及びルーティング情報を含む設定情報が前記ユーザデータ転送装置毎に保存されるデータベースと、
   前記ユーザデータ転送装置毎の設定情報を管理する管理装置と、
   を有し、
   前記冗長系の装置は、
   全ての前記現用系の装置の設定情報及びセッションの状態を示すセッション情報を保持する通信システム。
2. 前記管理装置は、
   前記ユーザデータ転送装置の起動時、前記現用系の装置に対して夫々の装置に対応する前記設定情報を送信すると共に、前記冗長系の装置に前記現用系の装置毎の前記設定情報を送信する請求項１記載の通信システム。
3. 前記現用系の装置は、
   自装置における前記セッションの作成や更新を契機に前記セッション情報を前記冗長系の装置へ送信し、
   前記冗長系の装置は、
   各現用系の装置から受信したセッション情報を、各現用系の装置に対応付けて保持する請求項１または２記載の通信システム。
4. 常時動作する複数の現用系の装置と、障害が発生した前記現用系の装置の代替えとなる少なくとも１台の冗長系の装置とを備える、ユーザ毎のセッションで発生するユーザデータを転送する複数のユーザデータ転送装置から構成される通信システムにおける冗長構成管理方法であって、
   前記冗長系の装置で、前記ユーザデータの転送に用いるＩＰアドレス及びルーティング情報を含む設定情報及び前記現用系の装置毎のセッションの状態を示すセッション情報を保持しておき、
   前記現用系の装置のいずれかで障害が発生したとき、前記冗長系の装置は、自装置で保持している、該障害が発生した現用系の装置に対応する設定情報及びセッション情報に基づき、該障害が発生した現用系の装置に代わって前記ユーザデータの転送を継続する冗長構成管理方法。
5. 前記ユーザデータ転送装置の起動時、前記現用系の装置に対して夫々の装置に対応する前記設定情報を送信すると共に、前記冗長系の装置に前記現用系の装置毎の前記設定情報を送信する請求項４記載の冗長構成管理方法。
6. 前記現用系の装置が、自装置における前記セッションの作成や更新を契機に前記セッション情報を前記冗長系の装置へ送信し、
   前記冗長系の装置が、各現用系の装置から受信したセッション情報を、各現用系の装置に対応付けて保持する請求項４または５記載の冗長構成管理方法。

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