JP2009533889A - パケット複製転送を用いるハンドオフ中のパケット損失防止 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
多様なコンピュータネットワークがあり、インターネットは最も有名である。インターネットは、コンピュータネットワークの世界規模のネットワークである。今日、インターネットは、何百万人ものユーザが利用可能な、公衆の自律的ネットワークである。インターネットは、TCP/IP(すなわち、伝送制御プロトコル/インターネットプロトコル)と呼ばれる1組の通信プロトコルを使って各ホストを接続する。インターネットは、インターネットバックボーンとして知られる通信インフラストラクチャを有する。インターネットバックボーンへのアクセスは大部分企業および個人へのアクセスを再販するインターネットサービスプロバイダ(ISP)によって制御される。
無線ネットワークは、例えば、セルラおよび無線電話機、PC(パーソナルコンピュータ)、ラップトップコンピュータ、装着型コンピュータ、コードレス電話機、ポケットベル、ヘッドセット、プリンタ、PDAなど、多種多様なモバイルデバイスを組み込むことができる。例えば、モバイルデバイスは、音声および/またはデータの高速無線伝送を確保するデジタルシステムを含むことができる。典型的なモバイルデバイスは、トランシーバ(すなわち、例えば送信機、受信機、および望しくは他の機能が統合されたシングルチップトランシーバを含む、送信機および受信機)、アンテナ、プロセッサ、1つまたは複数のオーディオトランスデューサー(例えば、オーディオ通信用デバイスにおいて見られるようなスピーカまたはマイクロホン)、(例えばROM、RAM、デジタルデータ記憶装置等、データ処理をするデバイスにおいて見られるような)電磁気データ記憶装置、メモリ、フラッシュメモリ、完全なチップセットまたは集積回路、(例えばUSB、CODEC、UART、PCMなどのような)インターフェース等の構成要素のうちのいくつかまたはすべてを含んでいる。
例えば、(IEEE 802.11または802.16インターフェース等の)IPベースの無線ネットワークインターフェースを持つモバイルデバイスが、あるネットワークから別のネットワークへ移動する場合、該モバイルデバイスはローミングまたはハンドオフを行なう必要がある。既存のハンドオフ方法において、ハンドオフは、典型的には、以下のプロトコル層特有のハンドオフシーケンスによりに行われる。
ここでは以下の略語が使用される:モバイルノード(MN);対応ノード(CN);アクセスルータ(AR);現在の接続点(CPA);複製転送(CPFW);新しい接続点(NPA);複製転送(CPFW);閾値(THOLD);ファーストイン、ファーストアウト(FIFO);新しい接続点(NPA);複製要求(CPR);分散型システム(DS);リアルタイムトランスポートプロトコル(RTP);最後の受信パケットのシーケンス番号(LSEQ);LSEQ未満のシーケンス番号を持った欠落パケット(MissingSEQ);−CPAまたはNPAにおけるMNの現在のコンタクトアドレスのリスト(ADDRS);STPのような層プロトコル(Mnlink);スパニングツリープロトコル(STP);およびインターネット・サービス・プロバイダー(ISP)。
MN−ある接続点から別の接続点まで移り、さらに、各移動の後にIP到達可能性を維持することが要求されるモバイルノード。一例としては、モビリティ管理にIPモビリティ(モバイルIPv4/IPv6)を用いる802.11の非AP STAである。
好ましい実施形態は、下記および/または他の背景知識を改良する。以下の文献の各々はその全体が本明細書に参照導入される。
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モビリティをサポートする必要のあるIPネットワークにおいて、モバイルが現在の接続点(CPA)から新しい接続点(NPA)に移る時、MNへのアクセスネットワークを通過するIPトラヒックが失われることが予想される。ここで、複製転送(CPFW)バッファを現在の接続点内のどこかに用いることにより、パケット損失を防止することが可能であることが分かった。CPFWは、MNがハンドオフの最中にある間、MNに向かうパケットをバッファする責任を持つ。
CPFWサービスの一般的な構成上の概要はこの項に記載される。
CPFWの基本使用は、ハンドオフに先立ってMN宛のパケットを複製し、次いで、ハンドオーバが完了しMNがNPAネットワークにおいて到達可能になったら、モバイルノードに対し複製されたパケットを転送することである。CPFWがARに存在する場合の基本的な配置シナリオは図1に示される。
CPFWサービスを提供するアクセスネットワークにはMNトラヒックを分類することが可能である1つまたは複数のノードを持ち得る。パケット分類の実装の一般的な方法は、CPAネットワークを通過するパケットの宛先IPまたはマックアドレスをMNのそれに一致させることである。この方法は、CPFWノードAR、アクセスポイント、基地局、ブリッジなどの所在位置に依存する。またこの方法はアプリケーションポート番号またはソースIPアドレスに依拠できる。したがって、これらのクラシファイヤはアプリケーションを知って、CPFWサービスをアプリケーションデータの集合に一致させることができる。これらのシステムは管理上依存するが、複製要求(項3.2.1)の間にMNによって提供することが可能である。クラシファイヤの位置は、CPAネットワークにおいて注意深く考慮され、少なくとも、MNに関してトラヒックが渡るネットワークノードになければならない。通常は、これらは、モバイルノードを宛先とするトラヒックを検査することが可能なCPAネットワーク内のアクセスルータである。したがって、クラシファイヤはどのパケットを複製し、格納するべきかに関してCPFWノードに影響を及ぼす場合がある。
分類を渡すパケットはCPFWノードのパケットバッファ内に複製されなければならない。パケットバッファは1つのMNにつき割り当てられ、THOLDパケットに等しいか、それよりも大きなサイズ制限を有する。THOLDはバッファに格納することが可能なパケットの最大数である。該バッファは、それが一杯(THOLDパケットが既にある)の場合、新しいパケットに場所を空けるため最も古いパケットが廃棄されて、複製される必要がある任意の新しいパケットがもたらされるように、FIFO(ファーストイン、ファーストアウト)バッファとする。これは、パケットバッファがMNに関してパケットの最新の集合をTHOLD量まで常に格納するということを意味する。
MNがNPAに到着できるとすぐに、CPAネットワークのCPFWサービスに格納されたパケットはMNに転送される必要がある。MNは、転送要求を用いることにより、このイベントをCPFWノードに明示的に信号で伝える。一般に、CPFWにMNの現在の新しいコンタクトアドレス、すなわちNPAネットワークにおけるMNのIPアドレスを伝えるためには明示的なシグナリングを必要とする。これは、ハンドオーバが完了した後のみ、MNの新しいIPアドレスを知るIPモビリティ管理プロトコルを用いる場合には一般的である。
転送要求の受信の後にパケットを転送する一方、CPFWノードは、MNのパケットを受信し続けることが可能である。そのような場合において、CPFWノードは、どの新しく分類されたパケットよりも高い優先度のバッファに格納されたパケットを転送することができなければならない。これはMNがパケット順序を維持するためになされる。パケットの優先をどのように行うかは実装に委ねられる。
ピンポン影響は、NPAにハンドオフするMNの失敗または不安定なアテンプトであり、その結果、NPAおよびCPA間前後でリアソシエーションする羽目になる。詳細は本明細書の範囲外ではあるが、この影響は、リンク層媒体の不安定性を原因とする場合がある。CFPWは、ハンドオフ中にCPAおよびNPAネットワークの両方に対してMNトラヒックをバイキャストすることにより、この問題への救済を行うことが可能である。適切なバイキャスティグスキームを提供するためには以下を要する。
ハンドオフ期間と比較してTHOLDが比較的大きい場合に、パケット重複がMNに生じる可能性がある。この場合、バッファに格納された最も古いパケットが既にハンドオフの開始に先立ってMNにより受信されている可能性が高い。転送が起こると、バッファにおけるパケットがすべて転送されるのであれば、以前に受信されたパケットをMNが受信する。
そのようなシナリオでは、パケット自体がシーケンス情報を含んでいない限り、CPFWでの重複パケットの送信を回避し、または重複パケットの受信をMNで検出するための解決策を提供することは通常では困難である。シーケンス情報すなわちRTPおよびIPsecシーケンス番号、場合によってはIPヘッダーの識別フィールドが存在する場合、CPFWサービスはそのような情報を利用することが可能である。CPAネットワークにいる間に、MNは、最後の受信パケット(LSEQ)のシーケンス番号を判定し、転送要求においてCPFWノードにこの情報を提供することが可能である。その結果CPFWノードは、LSEQ+1から始まるパケットを転送し始めることが可能である。このことは、MNにおけるパケット重複を防止に役立ち、また転送される必要のあるパケット量を減少させる。LSEQ未満のパケットは、これらは重複であると考えられるので、CPFWで廃棄してもよい。
2.4.3.1の同一シーケンス番号情報はMNの重複のパケットを発見するために使用することが可能である。MNにおける付加的な実体は、おそらく、この検出方法を実現し、かつあらゆる重複パケットをも廃棄するように定義される。シーケンス情報を判定することが可能でない場合において、MNは重複の検出を提供するために既存のプロトコルに依存することが可能である。通常、この機能は、TCPのような普及しているプロトコルにおいて既に存在する。場合によっては、この機能は、RTP(リアルタイムトランスポートプロトコル)を使用するようなアプリケーション自体によって提供される。したがって、重複パケットの受信は、CPFWサービスと無関係の複数の方法によって解決することが可能である。
シーケンス情報を使用する付加的な利点は、パケット損失がLSEQシーケンス番号まで生じたかどうか、MNが検知できるということである。1つまたは複数のパケットがCPFWからMNへのパスに沿って失われており、それらのパケットの複製がさらにバッファにある場合、MNは転送要求においてLSEQ(MissingSEQ)未満のシーケンス番号を持った欠落パケットのリストを送ることが可能である。その結果CPFWノードは、転送期間においてLSEQよりも大きなシーケンス番号を持ったパケットに加えて欠落パケットの集合を送ることが可能である。MNすなわちそのアプリケーションのみがMissingSEQ数を判定し、LSEQ−THOLD(項3.2.2)と同じくらい後方に遡ることが可能であることに注意されたい。MissingSEQパラメータはオプションであり、MNおよびCPFWノードの両方がパケットのシーケンス番号を判定し合致させることができる場合にのみ可能である。
CPFWは、アクセスポイント、ブリッジ、基地局などのようなアクセス・デバイスにリンク層サービスとして配置されることが可能である。CPAの到達可能性がアクセスメディアおよび管理上の領域さえ横断する場合があるIPベースCPFWとは異なり、リンク層CPFWは、通常は、アクセスメディア(すなわちブリッジドネットワーク領域)領域に制限される。したがって、リンク層におけるCPFWサービスは、通常、アクセス・デバイスがLAN内で相互接続されるイントラ−LANモビリティに当てはまる。CPFWがアクセスポイントに存在する場合の配置シナリオの一例を図3に示す。クラシファイヤおよびバッファは802.11アクセスポイント内にホストされ、シグナリングおよび転送は分散型システム(DS)内でなされる。複製転送要求は、インターアクセスポイントプロトコル(IAPP、802.11f)または他の何らかの手段のような機構にピギーバックしてもよい。
3.1. ステートマシン
図4に示されるようなCPFWステートマシンは簡単であり、CPFWノードにおいてのみ実装され、MN(項3.2)によって送られた信号にのみ受動的に反応する。MNそれ自身は、Id(項3.2.2)を除いては状態を維持せず、一定のハンドオフ条件に基づいて信号を送るのみである。
パケットバッファおよびステートマシンを含むMNにCPFWサービスを提供するためのリソースを解放し、さらなる動作を行わない。この状態に影響を与える有効なイベントは次のとおりである。
パケットバッファおよびスタートパケットにクラシファイヤを割り付ける。分類を渡すパケットは直ちにすべてバッファに複製される。この状態に影響を与える有効なイベントは次のとおりである。
パケット複製を一時的に停止し、バッファに格納されたすべてのパケットをMNのコンタクトアドレスに転送する。これらの状態に影響を与える有効なイベントは次のとおりである。
CPFWサービスによって使用されるのは「3」つの要求信号のみである。要求にはそれぞれ対応する応答信号がある。要求信号はMNによって生成され、CPFWステートマシンによって処理される。レスポンス信号は先の要求の送達確認を尋ねるCPFWノードによって送られる。通常、これらの信号はCPFWノードへのリンク層フレームとして送るか、UDPパケットにカプセル化し、CPFWノードによって使用される周知ポートに送ることができる。しかしながら、これらのメッセージも、不明なデータのピギーバッキングを許可する既存のプロトコルにおいてカプセル化することが可能である。例えばCPFWがHAに存在する場合は、これらの信号を伝えるのは恐らくモビリティ管理プロトコルそれ自身である。あるいはARに信号を転送することが可能な、PANA[13]のような認証プロトコルであるかも知れない。信号の単純性のために、後者のアプローチが使用されること(既存のプロトコルの中への編入)が推奨される。
CPFWサービスを得たいMNは、以下のフォーマットで複製要求信号を送る。
ただし、CPRは少なくとも以下のパラメータを伴う。
この信号は複製要求に応じてCPFWノードによって送られる。
ただし、CPAは少なくとも以下のパラメータを伴う。
ハンドオーバの成功をCPFWノードに通知したいMNは転送要求を送ることが可能である。TSVCが終了する前に、CPFWノードが転送要求を受信しなければ、それはハンドオフが失敗したと見なし、サービスに関するリソースをすべて解放する。
ただしFWDRは少なくとも以下のパラメータを伴う。
この信号は転送要求に応じてCPFWノードによって送られる。
ただしFWDAは少なくとも以下のパラメータを伴う。
どのような状態でもCPFWサービスを終了したいMNは、CPFWノードに終了要求信号を送るものとする。この信号を受信したCPFWノードは、直ちにアイドル状態に移行し、サービスに関係するリソースおよび状態を解放する。
Id−この値は、初期の複製応答において送られた値と一致しなければならない。
この信号は転送要求に応じてCPFWノードによって送られる。
ただしTERMAは少なくとも以下のパラメータを伴う。
本明細書では、本発明の例示的実施形態を説明しているが、本発明は、本明細書で説明した様々な好ましい実施形態だけに限定されず、本開示に基づけば当分野の技術者によって理解されるはずの、等価の要素、改変、省略、(様々な実施形態にまたがる態様などの)組合せ、適合および/または変更を有するありとあらゆる実施形態を含むものである。特許請求の範囲における限定は、特許請求の範囲で用いられる言葉に基づいて幅広く解釈されるべきであり、本明細書において、または本出願の出願中において記述される例だけに限定されず、これらの例は、非排他的であると解釈されるべきである。例えば、本開示において、「好ましくは」という用語は、非排他的であり、「それだけに限らないが、好ましくは」を意味する。
Claims (21)
- モバイルデバイスが現在の接続点から新しい接続点に移動する、パケット損失のないハンドオフの方法であって、モバイルノードが前記現在の接続点から前記新しい接続点に遷移するまでの間に、複製転送モジュールが、前記モバイルノードに送信されているパケットの複製および格納を行う方法。
- 前記複製転送モジュールが複製されたパケットをハンドオーバ中に転送する請求項1の方法。
- 転送要求を受信した後、パケットを転送する間に、前記複製転送モジュールが前記モバイルノードに関するパケットの受信を継続し、前記複製転送モジュールが、新たに分類されたパケットについて決められた優先度よりも高い優先度でバッファに格納されたパケットを転送する請求項1の方法。
- 前記複製転送モジュールは、ハンドオフに先立って前記モバイルノード宛のパケットを複製し、ハンドオーバが完了して前記モバイルノードが新しい接続点ネットワークに到着すると、前記モバイルノードに複製パケットを転送する請求項1の方法。
- 複製パケットの宛先IPアドレスが前記モバイルノードの新しい接続点のIPアドレスである請求項2の方法。
- 前記複製転送モジュールは、前記モバイルノードの最後の既知コンタクトアドレスとしてアドレスのリストを維持し、前記モバイルノードの初期複製要求が、前記モバイルノードの初期コンタクトアドレスを含んでおり、続く複製要求が前記リストにアドレスを追加するか削除するために使用され、前記続く複製要求は、アドレスが追加されることになっているか前記リストから削除されることになっているかどうかを示すアドレスごとのフラグを伴っており、新たに到来したパケットを前記モバイルノードの最後の既知コンタクトアドレスにバイキャストする請求項5の方法。
- 前記複製転送モジュールが、前記モバイルノードの前記現在の接続点と新しい接続点との両方に対してパケットをバイキャストするステップをさらに具備する請求項5の方法。
- 前記モバイルノードは前記現在の接続点に複製転送サービスを要求し、
前記複製転送モジュールは前記複製転送に複製要求信号を送り、これによりハンドオフに先立って複製転送サービスを利用する意図を信号で送り、
前記複製要求を受信すると、前記複製転送モジュールは、前記モバイルノードの要求に応じるかどうかを判定し、
前記複製転送モジュールが前記複製要求を応じることが可能であるならば、前記複製転送モジュールは、前記現在の接続点上の前記モバイルノードを宛先とするパケットの分類および複製を開始し、
前記複製転送モジュールは前記モバイルノードにサービスを提供するか提供しないかの前記複製転送モジュールの意図を前記モバイルノードに通知する複製応答を前記モバイルノードに送り、
前記複製転送モジュールが前記複製要求に応じることが可能であるかどうかに関係なく、前記現在の接続点は最初のパケットを前記モバイルノードに転送する請求項4の方法。 - 前記モバイルノードは、前記現在の接続点に複数の複製要求を送り、前記複製転送モジュールは、複数の接続点にパケットをバイキャストする請求項1の方法。
- 前記複製転送サービスは前記複製転送モジュールによって応じることが可能である場合、前記複製応答信号は、複製転送モジュールによって生成され、前記複製転送モジュールがサービスを提供している各モバイルノードを一意に識別するIdパラメータを含む請求項8の方法。
- 前記モバイルノードは、続く要求メッセージにおいて前記複製転送モジュール自体を識別するため、前記Idを使用する請求項10の方法。
- ハンドオーバが完了すると、前記モバイルノードのステップは、前記複製転送モジュールに転送要求信号を送り、前記複製転送モジュールは、信号により、前記モバイルノードの新しい接続点に複製パケットを転送する請求項1の方法。
- 前記複製転送モジュールは前記モバイルノードに転送応答信号を送ることにより転送要求を受信したことを前記モバイルノードに通知し、前記複製転送モジュールは転送要求信号を受信すると複製パケットを転送し、複製転送サービスが終了する時まで、残存する前記モバイルノード宛のパケットを前記新しい接続点に転送するための猶予期間が与えられる請求項12の方法。
- 前記モバイルノードは、複製転送サービスを終了するサービス終了要求信号を送り、前記終了要求信号がフラッシュおよび転送の間に使用され、前記複製転送モジュールに対し、前記モバイルノードが十分なパケットを受信したこと、および複製転送モジュールが複製転送サービスを終了することを通知する請求項13の方法。
- 前記モバイルノードは複製転送サービスを終了するサービス終了要求信号を送らず、サービス満了タイマーが前記複製転送サービスを終了させ、前記サービス満了は、前記モバイルノード内のアプリケーションが未到達可能性を許容可能な最大の継続時間である請求項13の方法。
- 前記現在の接続点ネットワークはハンドオーバに成功した後、前記モバイルノードに関してパケットの受信を継続し、前記モバイルノードにより転送要求が前記複製転送モジュールに送られ、前記複製転送モジュールはパケットを分類し、複製することを継続し、あらゆる新着パケットのみならずすべての複製パケットが前記転送要求において前記モバイルノードにより提供される新しいコンタクトアドレスに転送され、前記複製転送モジュールが終了要求を受信するか所定サービス満了期間が満了するまで前記分類し、複製し、および転送することを継続する請求項1の方法。
- 前記モバイルノードは現在の接続点から新しい接続点、そして前記現在の接続点の可能性がある代替接続点に移動し、新たに確立した現在の接続点における新たなコンタクトアドレスを通知するため、前記複製転送モジュールにさらなる複製要求を送り、現在の接続点、新たな接続点、または代替の接続点において前記モバイルノードの接続が安定すると、前記モバイルノードは、前記複製転送モジュールに転送要求を送り、前記複製転送モジュールは、前記モバイルノードによって送られた接続点アドレスに対するすべての複製パケットを、前記転送要求とともに前記複製転送モジュールにフラッシュする請求項1の方法。
- 前記複製転送モジュールにおいてパケットバッファに格納可能なパケットの最大数は、新しい接続点への前記現在の接続点からの移動に続く前記モバイルノードの複数回の移動に適応できる程度に十分に大きく、前記バッファはファーストインとファーストアウトバッファであって、複製を要する新たなパケットの受信で一杯になると、新たなパケットに場所を空けるため最も古いパケットが廃棄され、前記パケットバッファは、前記パケット最大数まで、前記モバイルノードに関するパケットの最新の集合を常に格納する請求項17の方法。
- 前記格納されたパケットはシーケンス情報を含み、前記モバイルノードは、現在の接続点ネットワークにいる間に最後に受信したパケットのシーケンス番号を判定し、転送要求においてこの情報を前記複製転送モジュールに提供し、前記複製転送モジュールは、最後の受信パケットプラス1から始まるパケットを転送し、最後に受信したパケットのシーケンス番号未満であるパケットを廃棄する請求項18の方法。
- 前記モバイルノードが、最後に受信したパケットのシーケンス番号に至るまでパケット損失が生じたかどうかを検出し、前記モバイルノードが、転送要求において最後に受信したパケットのシーケンス番号未満のシーケンス番号を持った欠落パケットの転送要求を含むリストを前記複製転送モジュールに送り、前記複製転送モジュールが、転送の間に最後に受信したパケットのシーケンス番号よりも大きなシーケンス番号を持つパケットに加えて欠落パケットの集合を送ることをさらに具備する請求項19の方法。
- 前記複製転送モジュールが、最後に受信したパケットのシーケンス番号までパケット重複が生じたかどうか検出し、前記複製転送モジュールが、最後に受信したパケットのシーケンス番号を伴った転送要求を受信し、前記複製転送モジュールが、転送の間に最後に受信したパケットのシーケンス番号よりも大きなシーケンス番号を持つパケットを送ることをさらに具備する請求項19の方法。
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