JP2010521847A - 移動体ネットワークにおけるインタフェース選択 - Google Patents

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Abstract

移動体ルータにアタッチされた移動体ネットワークノードのためのトラヒックルートを確立する方法であって、前記移動体ルータは、自身が利用可能な複数のアップストリームインタフェースを有する。方法は、移動体ルータから、移動体ネットワークノードへ、IPv6トラヒック・クラス又はIPv4サービス・タイプにマッピングされる、インタフェースの識別子と該インタフェースの特性とを送信する工程を含む。IPv6の場合、識別子は、移動体ルータがブロードキャストするルータ通知メッセージ内に含まれてもよい。移動体ネットワークノードでは、識別されたインタフェースの特性に基づいてインタフェースが選択される。少なくとも所定の送出パケットのトラヒッククラス又はサービス・タイプのフィールドは、選択されたインタフェースの識別子を含む。移動体ルータでは、トラヒッククラス又はサービス・タイプのフィールドに含まれる識別子に対応するインタフェースを介して、典型的には、パケットヘッダ内のトラヒック・クラス値の検出に応じて生成されたルールを利用して、パケットがルーティングされる。
【選択図】図1

Description

本発明は、移動体ネットワークにおけるインタフェースの選択に関する。特には、移動体ルータのダウンストリームに配置された移動体ネットワークノードによる、移動体ルータのアップストリームのインタフェースの選択に関する。
電車、バス、飛行機およびパーソナル・エリア・ネットワーク(PANs)は、移動体ネットワーク技術が適用可能ないくつかの利用例である。移動体無線ネットワークは、複数の移動体ネットワークノード(MNNs)と複数の移動体ルータ(MRs)からなるクラスタである。移動体ルータは、MNNとインターネット(あるいは、他のIPネットワーク)との間でIPトラヒックをルーティングする。移動体ルータは、MNNのためのアクセスポイントとして機能する。移動体ルータは、別の移動体ネットワークに接続されていても良いし、あるいは、アクセスポイント(AP)を介して直接にインターネットに接続されていても良い。前者の場合、ネスト状の移動体ネットワークのセットが形成される。IETF RFC 3963は、この構造に従ったネットワーク・モビリティ(NEMO)プロトコルを提案する。
IETF RFC2461によれば、移動体ルータは、その存在を告知して、自身が移動体ルーティングサービスを提供することを複数のMNNに通知するために、ルーティング通知(RA)メッセージをブロードキャストする。RAsは、たとえばユーザによる適切なネットワーク選択を補助するために、オペレータ識別子を含んでいても良い。MNNが適切な移動体ルータを発見すると、MNNは移動体ルータに対してアタッチメント交換をトリガーする。
移動体ルータが、インターネットに対するアタッチメント点を変更すると、あるいは、別の移動体ルータにハンドオフされると、ダウンストリームのMNNsのすべての位置(すなわち、IPアドレス)が変わることは理解されよう。移動体ルータのハンドオフの間およびその後にサービスの連続性を維持するためには、MNNとの通信セッションに含まれるピア(あるいは対応する)ノードから送信されるデータが、ノードの新しい位置におけるMNNに確実に送信されるようにするために、いくつかのメカニズムが必要とされる。NEMOが採用するアプローチは、移動体ルータと、固定ネットワーク内のいくつかのホームルータ(あるいは、"ホーム・エージェント")との間のトンネルの生成を含む。ピアノードからMNNへのすべてのトラヒック(と、可能ならば逆方向に送信されるトラヒック)は、当該トンネルを解してルーティングされる。移動体ルータがその位置を変更すると、ホームルータへ更新を送信する。MNNが、アップストリーム移動体ルータへの位置更新シグナリングに関する責任を委譲することも可能かもしれない。しかしながら、キーポイントは、MNNにより利用されるネットワーク・プレフィックスは、移動体ルータが移動しても変更されないということである。
移動体ルータは、MIPv6仕様に記述されるように、インタフェースのインターネットに対するアタッチメント点の変更を可能とするために、移動体ルータのアップストリームあるいは、"出力(egress)"インタフェースのホーム登録を行う。移動体ルータが複数出力インタフェースを利用する場合、移動体ルータは2つ以上のホーム登録を同時に行うことができる。このことは、MCoA(multiple care-of-addresses)IETF monami6ワーキンググループ仕様に記述されている。
複数出力インタフェースを有するのとともに、MRは複数ダウンストリームあるいは、入力(ingress)インタフェースを提供してもよい。MRは異なるネットワークプレフィックスを、さまざまな入力インタフェースのそれぞれに割り当てなければならない。これらの複数のネットワークプレフィックスは、通常のMIPv6ホーム登録に加えて、HAに登録されていなければならない。MNNあるいは移動体ルータの入力インタフェースにアタッチされているホストは、選択されたインタフェースにあったプレフィックスを利用してIPv6アドレスを構成する。移動体ルータは、すべてのトラヒックを入力インタフェースにアタッチされたMNNから移動体ルータのホームエージェント(HA)へトンネルする。そして、HAはこのトラヒックをインターネットへ送信する。移動体ルータの入力インタフェースに委譲されたネットワークプレフィックスにアドレスされたすべてのトラヒックは、HAに到達し、HAはトラヒックをインターセプトして、移動体ルータへ転送する。移動体ルータは、それらを順に正しい入力インタフェースへルーティングする。
移動体ルータが2以上のホーム登録を有する(すなわち、複数の出力インタフェースを有する)場合、HAとそれ自体との間にも2以上のルートを有する。HAと移動体ルータとの間の異なるこれらのパスのトラヒック特性は、まったく異なるものとすることができる。しかしながら、移動体ルータの入力インタフェースにアタッチされたMNNは、移動体ルータの出力インタフェースについて、および、これらを介して移動体ルータがどんなサービスを提供できるのかについて何も知らない。さらに、移動体ルータの入力インタフェースにアタッチされたMNNが、送出パケットのルーティングに利用される出力インタフェースの選択に影響を与えるとしても、パケットのHAから移動体ルータへのダウンリンクパスにMNNがどの程度の影響を与えるのかを把握するのは簡単ではない。
本発明は、複数の出力インタフェースを有する移動体ルータが、ダウンストリーム移動体ネットワークノードに、移動体ルータのアップストリームインタフェースとその特徴を通知するための方法を提供する。IPv6の場合、識別子および特性記述子を含む新ルータ通知(RA)オプションを利用して通知を行うことができる。移動体ネットワークノードがそのようなRAオプションを受信すると、次にホップするルータ、即ち移動体ルータの性能を把握し、それに従ってIPv6ヘッダ内にトラヒック・クラス(Traffic Class:TC)フィールドを設定してもよい。識別子は、整数8ビットの形式を有していてもよく、IPv6ヘッダ内のTCフィールドに直接にマッピングできる。これにより、移動体ルータは、送出するパケットを所望のインタフェースを介してルーティングすることができる。IPv4の場合、サービス・タイプ(ToS)フィールドを、TCフィールドの代わりに採用してもよい。
トラヒック・クラスおよびサービス・タイプの用語は、既存のIPv4やIPv6標準との関連で、特定の意味を有する。しかしながら、将来的な標準では異なる用語が採用されるかもしれないことは理解されるであろうし、そのような用語も本発明の範囲に含まれることが意図されている。特に、異なるクラスあるいは特性のパケット同士を識別し、区別することを目的としてインタフェース識別子がフィールドにマッピングされるすべてのケースに本発明が適用されることが意図されている。
本発明の第1の側面によれば、移動体ルータにアタッチされた移動体ネットワーク・ノードのためのトラヒック・ルートを確立する方法が提供され、移動体ルータは、自身が利用可能な複数のアップストリーム・インタフェースを有する。当該方法は、移動体ルータから移動体ネットワーク・ノードへ、IPv6トラヒック・クラス又はIPv4サービス・タイプにマッピングする、インタフェースの識別子と該インタフェースの特性の識別子とを送信する工程を備える。IPv6の場合、識別子が、移動体ルータがブロードキャストするルータ通知メッセージ内に包含されてもよい。移動体ネットワーク・ノードでは、識別されたインタフェースの特性に基づいてインタフェースが選択される。少なくとも所定の送出パケットのトラヒック・クラス又はサービス・タイプのフィールドは、選択されたインタフェースの識別子を含む。移動体ルータでは、トラヒック・クラス又はサービス・タイプのフィールドに含まれる識別子に対応するインタフェースを介し、典型的にはパケットヘッダのトラヒック・クラス値の検出に応じて生成されるルールを利用して、パケットがルーティングされる。
本発明は、移動体ネットワークノードが、移動体ルータで利用されるべき送出インタフェースを選択することを可能とする。この種のメカニズム無しでは、データは当該トラヒックに(ビットレートやコスト等の面で)相応しくないインタフェース上に送出されるかも知れない。
本発明の第2の側面によれば、複数のアップストリーム・インタフェースを提供する手段を有する移動体ルータが提供される。これらは、例えば、WLANインタフェースや3Gインタフェースとすることができる。第1の送信器は、移動体ネットワークノードに、IPv6トラヒック・クラス又はIPv4サービス・タイプにマッピングする、インタフェースの識別子とインタフェースの特性の識別子とを送信するために提供される。受信器は、ダウンストリーム移動体ネットワークノードからパケットを受信する。当該ルータは、少なくとも所定の受信パケット内のトラヒック・クラス又はサービス・タイプのフィールドを、アップストリーム・インタフェースにマッピングする手段と、トラヒック・クラス又はサービス・タイプのフィールドに含まれる識別子に対応するインタフェースを介して、パケットがルーティングされるようにする第2の送信器とを備える。
本発明の第3の側面によれば、移動体ルータから、IPv6トラヒック・クラス又はIPv4サービス・タイプにマッピングする、該移動体ルータが利用可能なアップストリームインタフェースの識別子と、該インタフェースの特性の識別子とを受信する受信器と、識別されたインタフェースの特性に基づいて、インタフェースを選択する手段と、選択されたインタフェースの識別子を、少なくとも所定の送出パケットのトラヒック・クラス、又は、サービス・タイプのフィールドに包含させる手段とを備える移動体ネットワークノードが提供される。
移動体ルータにアタッチされた移動体ネットワークノードを含む移動無線ネットワークを示す図である。 インタフェース識別子と関連する特性を収容するためのルータ通知メッセージの新しいオプションフィールドの構造を示す図である。 ルート選択メカニズムの全体的な動作を示すフローチャートである。
図1は、移動体ルータ(MR)2と、MRにアタッチされている1以上の移動体ネットワークノード(MNN)とを含む移動体ネットワーク1を示す。図では、単一のMNN3のみを示している。MR2には、(それぞれ参照番号4及び5で識別される)無線アクセス・ネットワークAN1及びAN2とそれぞれ関連づけられる2つのアップストリーム又は出力インタフェースが利用可能になることが仮定される。AN1及びAN2は、MRがインターネット7(或いは、他のIPネットワーク)に接続することを許容する。典型的なシナリオでは、AN1及びAN2はそれぞれWiFiネットワーク、Wi−Max、携帯電話網などになり得る。ケースによっては、アクセス・ネットワークが同一アクセス・ネットワーク内で異なるアクセス技術に対応していてもよいし、或いは、異なるリンク品質に対応するが、実際には同一アクセス・ネットワーク内では同一のアクセス技術を利用していてもよい。
MR2は、出力インタフェースのそれぞれについて、MIPv6の拡張MCoAを利用してCoA(care-of-address)をホームエージェント(HA)に登録することが要求される。HAはMRのホームネットワーク内、典型的には、携帯電話網のオペレータのコアネットワーク内に位置し、そこではMRのオペレータが加入者となる。良く知られているように、HAはMRと対応するノードとの間で行き来するデータのアンカー点として機能する。各出力インタフェースについてCoAを登録するのと同様に、MRはそのアクセス・ネットワークの機能を把握し、この情報を周期的にブロードキャストするルーティング通知(Routing Advertisement : RA)メッセージに追加する。RAメッセージを受信するMNNは、どの出力インタフェースが送出するトラヒックに好ましいかどうかをMRに知らせるために、この情報を利用することができる。MRは、インタフェースと関連するHA内にルールを設定したり、それを変更したりすることができる。HA内でのルールの利用は、以下で更に説明する。(この構造は、MNN自体がモビリティプロトコルを採用し、更なるHAをトラヒックパスに追加することを排除するものではない。)
IPv6は、RAメッセージが"オプション"フィールドを含んでいてもよいことを規定する(RFC2461 チャプタ4.2)。この場合、MRは、インタフェースの識別子を含み、当該インタフェースの特徴を記述する1つのRAオプションを、各出力インタフェースについて追加する。新しいRAオプションの構造は、図2に示す通りである。タイプ及び長さのフィールドは、関連RFCに記述される通りである。IDフィールドは、アクセス・ネットワーク特性フィールド内で特性が規定されているアクセス・ネットワークを利用する場合にMNNが使用しなければならない識別子を規定する。アクセス・ネットワーク特性フィールドの長さは、長さフィールドから決定することができる。アクセス・ネットワーク特性フィールドは、MNNが、どの出力インタフェースを送出トラヒック用に使用するかを決定するために利用する情報を搬送する。このフィールドのフォーマットは、必要に応じて設定することができる。
IPv6に適用された場合、IDフィールドは、IETF RFC2460で規定されるIPv6ヘッダーのトラヒッククラスフィールドに直接にマッピングされる。これにより、MNNは、IPv6ヘッダを修正するだけで、MR上の特定の出力インタフェースを利用してルーティングされるべき送出パケットにタグ付けすることができる。この結果、MNNとMRとの間では他のシグナリングが必要とされることはない。もしトラヒッククラスフィールドが既に、いくつかのアッパーレイヤプロトコルにより使用されていた場合は、MNNはパケットを、例えばリンクローカルアドレスを利用してMRへトンネルする。この場合、IDフィールドは、アウターIPv6ヘッダのトラヒッククラスフィールドに含まれる。
MRは、ソース及び目的地のアドレスをアップストリームインタフェースにマッピングするルールが確立されているかどうかを判定するために、入来パケットを検査する。もし、ルールが確立されておらず、かつ、パケットがトラヒック・クラス・フィールドの値を含む場合、トラヒック・クラス値に対応するインタフェースにソース及び目的地のアドレスをマッピングする新しいルールを、MRは生成する。同一ストリームに属する後続の送出パケットについては、MRはトラヒック・クラス・フィールドを確認する必要がなく、単にソース及び目的地のIPアドレスを事前に確立されたルールに適合させて、それに従ってインタフェースを選択すればよい。
MRにおいて確立されたルールを、固定長のタイマーに従って維持することができる。このタイマーは、所定のストリームについてパケットが受信される度にリセットされる。もし、タイマーが切れた場合、関連ルールは削除される。もし、MNNが同一ストリームについてさらにパケットを続けて送信した場合、MRはトラヒック・クラス値に基づいてルールを再生成しなければならない。全てのパケットにトラヒック・クラス値が含めることで、MNNが所定のストリームについてアップストリームインタフェースを変更したい場合に、MRがそれを検出することができる。これにより、移動性が向上し、MNNが新しいMRに移動することが可能となる。その一方で、新しいMRは適切なルールを確立することができる。
MRの入力インタフェースにアタッチされたMNNに対する入来トラヒックは、MRのホームリンク(MNNが使用するネットワークプレフィックス)に到達し、MRのHAによりインターセプトされるであろう。もしMRが2つ以上のCoAを登録していた場合、HAは、このトラヒックをMRに転送する場合に2以上の選択の可能性のあるルートを有する。しかしながら、このトラヒックを、MNNから見える"サービス"が両方向で同一となるように、送出トラヒックが使用したのと同一のルートを介して転送することが一般的には望ましい。どのルートを使用するかを決定するために、HAは、特定のトラヒックフローについてHAからMRへのトラヒックパスを定義するルール(ルーティングテーブルエントリ、ルール、フロー・ビンディング等)を調査する。
HAとMRとの間のパスの1つは、デフォルトパスに特定される。もし、MNNからの送出トラヒックがデフォルトパスを使用する場合、MRは特定ルールを、このトラヒックについてHAで追加する必要はなく、むしろデフォルトルールが適用される。(この場合、"ルール"は、所定の基準を満たすパケット、或いは、そうでないものが、どのようにルーティングされるべきかを定義する。)しかしながら、もしMNNが、デフォルトパス以外のパスをそのトラヒックのために利用すべきであると要求した場合、MRは、(MNN宛の)入来トラヒックをこのパス経由でルーティングするためにHAに新しいルールを追加しなければならない。よって、MRが送出パケット用のルールを生成するのと同時に、MRは入来パケットをルーティングするための対応ルールをHAにインストールする。
新しいルールは、HAとMRとの間で交渉されなければならない。MRは新しいルールをHAに送信し、HAはこのルールを自身のルールデータベースに追加する。HAはルール受信の確認応答を行い、その受領或いは拒否を示す。新しいルールが追加される前に、HAは、委譲されたプレフィックスに到達する全てのトラヒックは、デフォルトパスを介してMRに送信されるべきことを指示するルーティングエントリを保持したであろう。MRが、MNNのための新しいルールを投入すると、MRルータは、HAへのフローを一意に識別するためにIPヘッダ(ソース及び目的地のアドレス等)とアッパーレイヤヘッダ(TCP/UDPポート等)の両方から結合された情報の集合を特定する。入来パケット内の情報がこの情報と一致すると、HAはこのトラヒックをMRに特定されたルートを介して転送しなければならない。ここで、選択インタフェースを定義する識別子は、MRがHAと通信する必要はない点に注意すべきである。この識別子は、単にMNNとMRとの間で使用される。
図3は、上述の実施形態を実現するためのMR及びMNNで採用されるプロセスの流れを説明する図である。
MNNが非デフォルトルートの利用を要求していることをトラヒック・クラス・フィールドから決定するのにもかかわらず、MRは、MNNのために新しいルールを設定しないことを当然に選択することができる。その場合、MNNの入来トラヒックと送出トラヒックは、異なるパスを介してルーティングされるであろう。さらに、もし、MRとHAとの間でルールを設定するメカニズムが存在しない場合、入来トラヒックは常にデフォルトパスを介してルーティングされることになろう。
当業者であれば、発明の範囲から逸脱することなく、上述の実施形態に対して様々な修正を行ってもよいことを理解するであろう。特に、本発明は、ToS値にマッピングされるインタフェース識別子を有し、選択識別子が送出パケットのToSフィールド内に包含されるIPv4に適用されてもよい。上述の実施形態の詳細は、HIP、MIPv6、MIPv4、DSMIPv6、DSMIPv4といったモビリティ・プロトコルでの利用に応じて修正されてもよい。

Claims (18)

  1. 移動体ルータにアタッチされた移動体ネットワーク・ノードのためのトラヒック・ルートを確立する方法であって、前記移動体ルータは、自身が利用可能な複数のアップストリーム・インタフェースを有し、前記方法は、
    前記移動体ルータから前記移動体ネットワーク・ノードへ、IPv6トラヒック・クラス又はIPv4サービス・タイプにマッピングする、前記インタフェースの識別子と該インタフェースの特性の識別子とを送信する工程と、
    識別された前記インタフェースの特性に基づいて、前記移動体ネットワーク・ノードにおいてインタフェースを選択する工程と、
    選択されたインタフェースの前記識別子を、少なくとも所定の送出パケットのトラヒック・クラス又はサービス・タイプのフィールドに含める工程と、
    前記移動体ルータにおいて、前記トラヒック・クラス又はサービス・タイプのフィールドに含まれる前記識別子に対応するインタフェースを介して、パケットがルーティングされるようにする工程と
    を備えることを特徴とする方法。
  2. 前記移動体ルータは、前記移動体ルータがそのプレゼンスを通知するためにブロードキャストするビーコン内で前記識別子を送信することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記ビーコンは、IPv6ルータ通知メッセージであることを特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. 各識別子及び関連する特性は、前記ルータ通知メッセージのオプション・フィールド内に含まれることを特徴とする請求項3に記載の方法。
  5. 各ルータ通知メッセージは、各インタフェースについてオプション・フィールドを含むことを特徴とする請求項4に記載の方法。
  6. 前記パケットヘッダに含まれる前記識別子に対応するインタフェースを介して、パケットがルーティングされるようにする工程は、
    前記移動体ルータにおいて、ダウンストリーム移動体ネットワークノードからパケットを受信する工程と、
    前記パケットヘッダの前記トラヒック・クラス、又は、サービス・タイプのフィールドを識別する工程と、
    前記移動体ルータにおいて、前記トラヒック・クラス、又は、サービス・タイプに対応するインタフェースを介して送出パケットをルーティングするためのルールを確立する工程と、
    前記移動体ネットワークノードから受信したパケットを、前記ルールに従ってルーティングする工程と
    を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記ルールは、パケットのソース及び目的地のアドレスを、前記選択されたインタフェースにマッピングすることを特徴とする請求項6に記載の方法。
  8. 前記移動体ルータから前記移動体ルータのホーム・エージェントへ、入来パケットをルーティングするためのルールを送信する工程と、
    前記ルールを前記ホーム・エージェントにおいて適用する工程と
    を備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記ルールは、パケットのソース及び目的地のアドレスを前記選択されたインタフェースにマッピングすることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  10. 前記移動体ネットワーク・ノードは、前記選択されたインタフェースの識別子を、所定のセッションに属する全パケットの前記トラヒック・クラス、又は、サービス・タイプのフィールドに含むことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 移動体ルータであって、
    複数のアップストリーム・インタフェースを提供する手段と、
    移動体ネットワークノードに、IPv6トラヒック・クラス又はIPv4サービス・タイプにマッピングする、前記インタフェースの識別子と前記インタフェースの特性の識別子とを送信する第1の送信器と、
    ダウンストリーム移動体ネットワークノードからパケットを受信する受信器と、
    少なくとも所定の受信パケット内のトラヒック・クラス又はサービス・タイプのフィールドを、アップストリーム・インタフェースにマッピングする手段と、
    前記トラヒック・クラス又はサービス・タイプのフィールドに含まれる前記識別子に対応するインタフェースを介して、パケットがルーティングされるようにする第2の送信器と
    を備えることを特徴とする移動体ルータ。
  12. 前記第1の送信器は、前記識別子をIPv6ルータ通知メッセージ内で送信することを特徴とする請求項11に記載の移動体ルータ。
  13. 前記第1の送信器は、ルータ通知メッセージの各オプションフィールド内に前記識別子を包含させるように構成されていることを特徴とする請求項12に記載の移動体ルータ。
  14. パケット・セッションのために、IPソース及び目的地のアドレスを選択されたインタフェースへマッピングするルーティング・ルールを確立し、当該ルールに従って送出パケットをルーティングするように構成されたことを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項に記載の移動体ルータ。
  15. 前記セッションの第1のパケットが前記移動体ルータによって受信されると前記ルールを確立し、前記セッションの後続パケットに当該ルールを適用するように構成されたことを特徴とする請求項14に記載の移動体ルータ。
  16. 対応する送出パケットセッションに利用されたインタフェースと同一のインタフェースを介して入来パケットセッションが前記移動体ルータにルーティングされるようにするために、ホーム・エージェントにルールを通知する手段を備えることを特徴とする請求項10乃至15のいずれか1項に記載の移動体ルータ。
  17. 移動体ネットワーク・ノードであって、
    移動体ルータから、IPv6トラヒック・クラス又はIPv4サービス・タイプにマッピングする、該移動体ルータが利用可能なアップストリームインタフェースの識別子と、該インタフェースの特性の識別子とを受信する受信器と、
    識別された前記インタフェースの特性に基づいて、インタフェースを選択する手段と、
    前記選択されたインタフェースの識別子を、少なくとも所定の送出パケットの前記トラヒック・クラス、又は、サービス・タイプのフィールドに包含させる手段と
    を備えることを特徴とする移動体ネットワークノード。
  18. 前記包含させる手段が、前記選択されたインタフェースの識別子を、所定のセッションに属する全パケットの前記トラヒック・クラス、又は、サービス・タイプのフィールドに包含させることを特徴とする請求項17に記載の移動体ネットワークノード。
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