JP2010524320A - 大規模なモバイルネットワークアドレス変換 - Google Patents

Abstract

移動機(MS)をあるネットワークアドレス変換(NAT)ドメインから別のNATドメインへ転送することを可能にする方法及び装置である。第１のNATドメインで生成された動的規則は、メディアポリシルーティング機能を通じて第２のNATドメインへ転送される。MSセッションを転送するために、第２のNATドメインと第１のMPRとの間でトンネルが生成される。MSからの新たなセッションはトンネルの外に生成され、MSセッションがタイムアウトすると、MSセッションと、第１のMPR及び、第２のNATドメインで生成された動的NAT規則の新たなセットを用いている第２のNATドメインに存在するステートは全て除去される。そして、トンネルが除去され、第２のMPR及び第２のNATドメインを通じた通信が利用可能になる。

Description

本発明はネットワークアドレス変換ドメイン間のアドレス変換に関する。特に本発明は、NATドメイン間でアクティブセッションを転送するシステム及び方法に関するが、それに限定されない。

既存のアクセス技術は、ネットワークアドレス変換(NAT)と移動性との組み合わせ及び、専用のクライアントソフトウェアを用いないセッション継続性をサポートしない。 非3GPPアクセス方法の数、特にはWiFI及びWiMAX方式による無線ベースの方法が増加するにつれ、移動性機能に制限が生じている。

これら制限に対する既存の対処方法は、モバイルIPクライアントのような、移動端末に対してなにがしかの要求を行う特別なクライアントソフトウェアを必要とするのが通常である。多種多様な端末をサポートするため、端末に対する要求は最小限に保つ必要がある。既存の方法を用いると、端末から必要とされるトンネルによる比較的大きなオーバヘッドが存在し、また、既存の方法は通常ネットワーク内のトンネル終端ポイントへのトラフィックフローに関する問題を生じさせる。既存の方法はまた、ルータにおけるスプーフィングフィルタに関する問題も引き起こしうる。

従来技術の課題を解決する、モバイルクライアントに完全な移動性を提供するシステム及び方法を実現することは有利であろう。本発明はそのようなシステム及び方法を提供する。

NAT及びIPv4の利点を維持しながら、クライアントには特段の要求を行わずに移動性及びセッション継続性が生成される。移動機（例えばラップトップコンピュータ）が第１のネットワークアドレス変換(NAT)ドメインでセッションを開始する際にNAT規則変換及びトンネリング技術の組み合わせが用いられ、そのMSセッションに対して動的NAT規則が生成される。MSは第１のNATから第２のNATドメインへ移動し、第１のNATドメインで生成された動的NAT規則が、メディアポリシルーティング機能(MPR)を含んだ第１の対応ノードを介して第２のNATドメインへ転送される。

第１のMPRで生成されるセッションステートルートが、第１のNATドメインで生成された動的NAT規則を第２のNATドメインにおいて有効化する。第１のNATドメインは転送された動的NAT規則を解除し、第２のNATドメインと第１のMPRとの間でMSセッショントラフィックを転送するため、第２のNATドメインと第１のMPRとの間にトンネルを生成する。MSから新しいセッションが生成される度に、第２のNATドメインで生成される動的NAT規則の新しいセットを用いて、その新しいセッションがトンネルの外で生成される。アクティブセッションは、第２のNATドメインと第１のMPRとの間でトンネルを介して引き続き転送される。トンネル内のセッションがタイムアウトするか又は切断されると、第２のNATドメインと第１のMPRとの間のトンネルが除去される。

従って、本発明はその一見地において、移動機(MS)が第１のネットワークアドレス変換(NAT)ドメインにおいてセッションを開始し、そのセッションに対して動的NAT規則が生成される通信ネットワークにおける方法に関する。MSは第１のNATドメインから第２のNATドメインへ移動し、第１のNATドメインで生成された動的NAT規則は第１のメディアポリシルーティング(MPR)機能を通じて第２のNATドメインへ転送される。

第１のNATドメインで生成された動的NAT規則は、第２のNATドメインで有効化され、第２のNATドメインと第１のMPRとの間でMSセッショントラフィックを転送するため、第２のNATドメインと第１のMPRとの間にトンネルが生成される。MSが第２のNATドメインで動作を開始する際、第２のNATドメインで開始されたアクティブセッションに対し、動的NAT規則の新たなセットが第２のNATドメインで生成される。同時に、第１のNATドメインで開始されたアクティブセッションは、第２のNATドメインと第１のMPRとの間でトンネルを介して引き続き転送されつづける。

トンネルを使用していたセッションの全てが切断されると、第２のNATドメインと第１のMPRとの間のトンネルは除去される。

本発明は別の見地において、第１及び第２のネットワークアドレス変換ドメイン間でアクティブセッションを転送するシステムに関する。システムは、第１のノードに関連付けられた第１のNATドメイン内の移動機(MS)とアクティブセッションを生成する手段を有し、第１のノードにおいてそのセッションに対する動的NAT規則が生成される。第１のノード並びに第２のNATドメインと通信中の第２のノードは、メディアポリシルーティング機能を有している。

MSが第２のNATドメインへ移動するので、第１のNATドメインにおけるセッションに対して生成された動的NAT規則を第２のNATドメインへ転送する手段が存在する。転送された動的NAT規則は第２のNATドメインで有効化され、MSセッショントラフィックを転送するために第２のNATドメインと第２のノード内のMPRとの間でトンネルが生成される。

第２のNATドメインで生成されたアクティブセッションに対して動的NAT規則の新たなセットが生成される。ここで、第１のNATドメインで生成されたアクティブセッションは引き続きトンネルを介して第２のNATドメインと第１のMPRとの間で転送され続け、転送されるセッションの全てが切断されるとトンネルが除去される。

２つのネットワークアドレス変換エリア間を移動する移動機が示される、ネットワークの高レベルブロック図である。 本発明の一実施形態に係る処理の高レベルフローチャートである。 本発明の一実施形態に従って第１のNATと第２のNATとの間で遷移中のMSの高レベルブロック図の一連の構成の最初のものを示す図である。 本発明の一実施形態に従って第１のNATと第２のNATとの間で遷移中のMSの高レベルブロック図の一連の構成の２番目のものを示す図である。 本発明の一実施形態に従って第１のNATと第２のNATとの間で遷移中のMSの高レベルブロック図の一連の構成の３番目のものを示す図である。 本発明の一実施形態に従って第１のNATと第２のNATとの間で遷移中のMSの高レベルブロック図の一連の構成の４番目のものを示す図である。 は本発明の一実施形態に従って第１のNATから第２のNATへ移動機がハンドオーバする際の信号図である。

以下のセクションにおいて、図面に示した例示的な実施形態に関して本発明を説明する。
以下の詳細な説明において、本発明の完全な理解を提供するため、特定の具体例が数多く説明される。しかし、本技術分野に属する当業者は、本発明がそれら特定の具体例を用いずに実現されてよいことを理解するであろう。本発明を曖昧にしないよう、他の例においては、周知の方法、手順、部品並びに回路については詳細に説明しない

本発明において、アクセスネットワークの各々は、動的NAT規則がセッション毎に生成される従前のネットワークアドレス変換(NAT)を用いる。アクティブセッションを維持しながら、アクセスドメイン間でモバイルIP NAT規則を移動させるための方法を説明する。また、分散NAT機能とともに用いるルーティング及びトンネリング技術のセットも説明する。

図１は、ネットワークアドレス変換ドメイン内でセッションを開始している移動機（例えばラップトップコンピュータ）の、高レベルな、単純化されたブロック図である。ゲートウェイ１(GW1)は、動的ホスト構成プロトコル(DHCP)を通じてMSにプライベートインターネットプロトコル(IP)アドレスを割り当てる。MSがセッションを確立すると動的NATステートが生成される。MS間の通信は、ゲートウェイ(GW1)、ルータ１及びルータ３を介してMSとターゲットアドレスとの間で確立される。

GW1は、TCP又はUDPポートyを用いるMSの内部IPアドレス(IP-Y)、TCP又はUDPポート（ポートA）を用いる外部パブリックアドレスIP-A、IP-YのMSが通信しようとしているデバイス及びポート（IP-K，ポートk）を結びつける。

現在、MSが第１のNATドメインから別のNATドメインへ移動する場合、全てのアクティブセッションは切断され、MSは新たなローカルGWからDHCPを通じて新たなプライベートIPアドレスの割り当てを受ける必要がある（そして、この処理は通常、ユーザの作業を必要とする）。図示するように、通信経路は破棄され、MSは第２のNATドメインに入った後にコネクションを再確立しなければならない。

図２は、本発明の一実施形態に係る、第１のネットワークアドレス変換（NAT）ドメインと第２のNATドメインとの間における移動機転送の高レベルフローチャートを示す。処理は、ラップトップコンピュータ(MS)が、IPアドレスを要求することによりセッションを開始することにより始まる（ステップ２０２）。第１のNATに関連付けられたゲートウェイはアドレス要求をDHCP（動的ホスト構成プロトコル）サーバへ中継する（ステップ２０４）。DHCPサーバは割り当てたIPアドレスとデフォルトゲートウェイを応答する（ステップ２０６）。MSはセッションを開始する（ステップ２０８）。

そして、ゲートウェイにおいてMS用の動的NAT規則が生成され（ステップ２１０）、MSが第２のNATドメインへ移動する（ステップ２１２）。第２のNATドメインに関連付けられたゲートウェイがMSを検出し（ステップ２１４）、第１のゲートウェイからのNAT規則の転送を要求する（ステップ２１６）。

古いゲートウェイはMSへのアクティブセッション及びポートを一時的にロックし（ステップ２１８）、その後CN2が古いゲートウェイと新しいゲートウェイの両方に関連付けられたルータ内のMPR機能を起動し、新しいゲートウェイとルータの間のトンネルの生成及びポリシルーティングの起動を行う（ステップ２２０）。その後、アクティブセッションはトンネルを通じて送信される（ステップ２２２）。

MSが新しいNATドメインで動作を開始するので、新しいセッションもあるだろう。新しいセッションが新しいNATドメイン内のMSから開始されたかどうかの判定を行う（ステップ２２４）。新たなセッションが開始されていれば、この新たなセッションはトンネル外に生成される（ステップ２２６）。新たなセッションに係るパケットは、どのセッションに係るパケットであっても、新しいNATドメインとルータとの間のトンネルの外部でルーティングされる（ステップ２２８）。

１つ以上のアクティブなセッションがあれば、アクティブセッションのパケットは確立されたトンネルを通じて引き続き送信される（ステップ２２２及び２３０）。古いセッションが既にアクティブでなければ、CN2はステート又はサービスを打ち切り（ステップ２３２）、そのセッションがトンネルを用いていた最後のセッションかどうか判別する（ステップ２３４）。セッションが終了されると、CN2はCN1に一時的なロックの解除するよう通知し、さらにCN2はMPRにそのセッションに関連付けられたポリシルートを除去するよう通知する。また、そのセッションがトンネル内の最後のセッションであれば、CN2はルータ内のMPR機能にトンネルを終了するよう通知する（ステップ２３６）。

この時点でトンネルはもはや第２のNATドメインに接続されておらず、全てのパケット通信は第２のNATドメインとルータの間で流れている。

図３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、本発明の実施形態に従って通信設定が渡される各段階を示している。図３ａは、第１のNAT(NAT1)内でIPセッションを開始しているラップトップ(MS) (302)を示している。MS (302)が対応ノード１ CN1及びMPR1を介してセッションを確立すると、CN1自身の内部割り当てIPアドレス（IP-Y ポートY）とターゲットIPアドレス（IP-K ポートK）との間で動的NATステートが生成される。CN1は、TCP又はUDPポートYを用いる内部IPアドレス(IP-Y)と、TCP又はUDPポート（ポートA）を用いる外部パブリックアドレスIP-Aと、IP-Yが通信しようとしている装置及びポート（IP-K, ポートk）とを結びつける。これはTCP及びUDPに限定されず、他の同様のプロトコルを用いてもよい。

MPR1はルータ１内のトンネリング及びポリシルーティング機能であり、ルータがトラフィックを転送する対応ノード、又はCNノードに対するトラフィックが通過する任意のノードに実装されてよい。

図３ｂに示されるように、対応ノード２(CN2)は、MS 302がNAT2に存在することを検出し、DHCPクライアント及び以前のドメインについての情報を要求する（DHCPサーバとCN2との通信は図示していない）。MS 302の以前のドメインがNAT1ドメインであることが判別された後、MS 302に適用されるアクティブなNAT1規則がCN1からCN2へ転送される。

MPR2は、MPR1の制御が及ばないクライアントがNAT2ドメインに移動してきた際に関与する。MPRは、各ネットワークに対する必要性に応じて論理的にはいかなるサイズであってもよい階層構造の一部として機能する。DHCPは単なる一例として用いられており、同様の結果を達成可能な他のプロトコルや仕組みを用いてもよいことを認識することが重要である。

CN2は、MS 302に付随するアクティブセッションのために、NAT1からNAT2へ（IP-y ポート-yからIP-K ポートKへ）トンネル３０４を確立する。セッションステートポリシルートがMSにおけるアクティブセッションのためにMPR1で生成される。この時点において、NAT1からNAT2へ転送されたMSアクティブセッションは、このセッションの往復するトラフィックのためにNAT2とMPR1との間で双方向にトンネリングされ始める。CN2により、DHCPサーバ又は対応する位置データベース（経路は図示せず）においてMS 302の位置が更新される。

図３ｃに示すように、NAT2において、MSは、転送されかつ継続中のアクティブセッションの他に、１つ以上の新たなアクティブセッション３０６を開始することができる。MS 302は新たなアクティブセッション３０６をトンネル３０４の外で生成する。トンネルを用いていた、転送されたセッションの全てがタイムアウトするか切断されると、トンネルは終了する。図３ｄは、IPトラフィックフロー（新たなアクティブセッション３０６）がトンネルを用いずに、CN2を介してMS 302と双方向に流れるようになったことを示している。

図４は本発明の一実施形態に従って第１のNATから第２のNATへ移動機がハンドオーバする際の信号図である。MS追跡メカニズムの一例としてDHCPリースを用いる。MSの追跡は、現実の実装ではどのような位置データベースプロトコルにおいても可能であり、DHCPのみに限定されない。DHCPサーバは、位置追跡する任意のサーバーであって良く、規格に準拠したものであっても、専用のものであってもよい。

本技術分野に属する当業者が理解するように、本出願において説明した革新的な概念は、広範囲の用途にわたって修正又は変更可能である。従って、特許の対象となる範囲は上述の具体的な例示のいずれにも限定されるべきでなく、以下の特許請求の範囲によって規定される。

Claims (12)

1. 電気通信ネットワークにおける方法であって、
   第１のネットワークアドレス変換(NAT)ドメインで移動機(MS)がセッションを開始するステップ、ここで動的NAT規則が前記セッションのために生成され、
   前記MSが前記第１のNATドメインから第２のNATドメインへ移動するステップと、
   前記第１のNATドメインで生成された前記動的NAT規則を、第１のメディアポリシルーティング(MPR)機能を通じて前記第２のNATドメインへ転送するステップと、
   前記第１のNATドメインで生成された前記動的NAT規則を、前記第２のNATドメインで有効化するステップと、
   前記第２のNATドメインと前記第１のMPRとの間で前記MSセッショントラフィックを転送するためのトンネルを、前記第２のNATドメインと前記第１のMPRとの間で生成するステップと、
   前記第２のNATドメインで生成された動的NAT規則の新たなセットを用いるステップ、ここで前記第２のNATドメインと前記第１のMPRとの間の前記アクティブセッションは前記トンネルを介して引き続き転送され、
   前記転送されたセッションの全てが終了すると前記第２のNATドメインと前記第１のMPRとの間の前記トンネルを除去するステップ、
   とを有することを特徴とする方法。
2. 前記セッションのためのセッションステートルートを前記第１のMPRで生成するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記第１のNATドメインが前記第２のNATドメインへ転送された前記動的NAT規則を解除するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記第２のNATドメインにおいて、前記MSからの新たなセッションを前記トンネルの外に生成するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記転送されたセッションがタイムアウトしたか切断されたかことを判別するステップと、
   前記転送されたセッションを前記トンネリングされるトラフィックから除去するステップとをさらに有し、前記第１のMPR及び前記第２のNATドメインに存在する前記ステートもまた削除されることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記移動機がモバイルコンピュータ装置を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 電気通信ネットワークにおいて、ノード間でアクティブセッションを転送するシステムであって、
   第１のノードに関連付けられている第１のネットワークアドレス変換(NAT)ドメイン内の移動機(MS)とアクティブセッションを生成する手段、前記第１のノードにおいて前記セッションのための動的ＮＡＴ規則が生成され、
   第２のノードと通信する手段、ここで前記第２のノードは第２のNATドメインと通信中であり、前記第２のノードは第１のメディアポリシルーティング(MPR)機能を有し、また、前記MSは前記第２のNATドメインへ移動しており、
   前記セッション用に前記第１のNATドメインで生成された前記動的NAT規則を、前記第２のNATドメインへ転送する手段と、
   前記転送された動的NAT規則を前記第２のNATドメインで有効化する手段と、
   前記第２のNATドメインと第２のノードの前記第１のMPRとの間で前記MSセッショントラフィックを転送するためのトンネルを、前記第２のNATドメインと前記第１のMPRとの間で生成する手段と、
   前記第２のNATドメインで生成された動的NAT規則の新たなセットを用いる手段、ここで前記第１のNATドメインで生成された前記アクティブセッションは前記第２のNATドメインと前記第１のMPRとの間で前記トンネルを介して引き続き転送され、
   前記転送されたセッションの全てが終了すると前記第２のNATドメインと前記第１のMPRとの間の前記トンネルを除去する手段と、
   を有することを特徴とするシステム。
8. 前記第１のMPRが、前記第１のノードにおける前記アクティブセッションのためのセッションステートルートを生成する手段を有することを特徴とする請求項７記載のシステム。
9. 前記第１のNATドメインで生成されて前記第２のNATドメインへ転送された前記動的NAT規則を前記第１のNATドメインが解除することを可能にする手段をさらに有することを特徴とする請求項７記載のシステム。
10. 前記第２のNATドメインにおいて、前記MSからの新たなセッションを前記トンネルの外に生成する手段をさらに有することを特徴とする請求項７記載のシステム。
11. 前記転送されたセッションがタイムアウトしたか切断されたことを判別する手段と、
    前記転送されたセッションを前記トンネリングされるトラフィックから除去する手段とをさらに有し、前記第１のMPR及び前記第２のNATドメインに存在する前記ステートもまた削除されることを特徴とする請求項７記載のシステム。
12. 前記MSがモバイルコンピュータ装置を有することを特徴とする請求項７記載のシステム。

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