JP2012175326A - ネットワークシステムおよびデータ通信方法、ゲートウェイ装置およびネームサーバ - Google Patents

ネットワークシステムおよびデータ通信方法、ゲートウェイ装置およびネームサーバ Download PDF

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太三 山本
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Abstract

【課題】ゲートウェイ装置の設置場所の変更により配下の端末のIPアドレスの変更が生じても、各端末に対して個別に設定変更を不要とする。
【解決手段】複数の端末が接続され、独自プロトコルで通信を行う第1のネットワークと、複数の端末を管理する複数の端末管理用サーバが接続され、所定のインターネットプロトコルで通信を行う第2のネットワークと、複数の端末に割り当てられた第2のネットワークで用いるIPアドレスと第1のネットワークで用いるローカル識別情報との関係を登録する対応テーブルを保持し、当該対応テーブルに基づいて、第1のネットワークに接続の複数の端末と第2のネットワークに接続の複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行うゲートウェイ装置とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、狭帯域ネットワークに存在する狭帯域かつ膨大な数のセンサ端末やアクチュエータ端末をインターネットに接続するネットワークシステムおよびデータ通信方法、さらに狭帯域ネットワークとインターネットとを中継するゲートウェイ装置およびアドレス管理を行うDNS(Domain Name System)などのネームサーバに関する。
なお、本明細書では、センサ端末やアクチュエータ端末を「端末」といい、センサ端末やアクチュエータ端末を管理するセンタ・アクチュエータ管理用サーバを「端末管理用サーバ」という。
ユビキタスネットワークの進展に伴い、またセンサやアクチュエータのモジュールや通信回路の小型化に伴い、例えば 128バイトの情報を1日に数回程度しか通信できないような極めて狭帯域の端末が増えていくことが想定される。今後、インフラとしてこのような端末を数億台の規模でインターネットに接続する技術が必要となる(非特許文献1)。
ここで想定されるネットワークシステムを図5に示す。ゲートウェイ装置11は、狭帯域ネットワーク12に存在する端末13と、インターネット14に存在するDNS装置15および端末管理用サーバ16との間の中継処理を行う。この端末13をインターネット14に接続する方法としては、IPv4またはIPv6を用いるのが一般的である。
本ネットワークシステムでは、端末(センタ端末)13が持つセンシング情報をインターネット上の端末管理用サーバ16に送信し、遠隔制御によりインターネット上の端末管理用サーバ16から端末(アクチュエータ端末)13に制御情報を送信する。
斎藤洋他、「広域ユビキタスネットワークインフラストラクチャに向けた考察」、電子情報通信学会論文誌B、vol.J88-B No.11 pp.2128-2136, 2005年 IETF RFC2131 Dynamic Host Configuration Protocol http://www.ietf.org/rfc/rfc2131.txt IETF RFC3315 Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6 (DHCPv6) http://www.ietf.org/rfc/rfc3315.txt IETF RFC2462 IPv6 Stateless Address Autoconfiguration http://www.ietf.org/rfc/rfc2462.txt IETF RFC1034 Domain Names - Concepts and Facilities http://www.ietf.org/rfc/rfc1034.txt IETF RFC1035 Domain Names - Implementation and Specification http://www.ietf.org/rfc/rfc1035.txt
図5に示すネットワークシステムにおいて、端末13をインターネット14に接続する場合は、各端末13がIPアドレスを保持する必要がある。ここで、インターネット14と狭帯域ネットワーク12を接続するゲートウェイ装置11の設置場所の変更に伴い、使用するIPアドレスが変わる場合には、ゲートウェイ装置11の配下のすべての端末13が保持するIPアドレスの設定変更が必要となる。しかし、さまざまな場所に置かれた膨大な数の端末13のIPアドレスを手動で変更することは現実的でない。
一方、端末13が保持するIPアドレスをネットワークを通じて変更するには、非特許文献2,3に示すDHCP(Dynamic Host Configuration Protocol )、非特許文献4に示すIPv6ステートレス・アドレス自動設定などの通信プロトコルを用いる方法がある。しかし、この方法では、IPアドレス変更のために狭帯域ネットワーク12では無視できない量の通信トラヒックが発生し、狭帯域ネットワーク12の通信帯域を圧迫し、データ通信に多大な影響を及ぼすことが懸念される。
また、端末13がIPアドレスを保持する場合、通常のインターネットシステムでは、直接IPアドレスを通信相手の識別子として保持するのではなく、FQDN(Fully Qualified Domain Name )形式のホスト名で通信相手を識別するのが一般的である。ホスト名で識別される通信相手との通信を開始する際には、当該ホスト名とIPアドレスの対応をDNS装置15から取得する(非特許文献5,6)。したがって、DNS装置15ではすべての端末13のホスト名とIPアドレスの対応を保持しておく必要がある。このように、端末13のIPアドレスとホスト名の対応をDNS装置15で管理しているインターネットシステムにおいて、各端末13のIPアドレスを変更する場合は、DNS装置15が保持する当該IPアドレスとホスト名の対応であるレコードを個別に変更する必要があり、DNS装置15に対する登録変更処理量が膨大となってしまう。
本発明は、ゲートウェイ装置の設置場所の変更により配下の端末のIPアドレスの変更が生じても、各端末に対して個別に設定変更を不要とし、またDNS装置などのネームサーバに対する登録変更処理量を軽減できるネットワークシステムおよびデータ通信方法、ネットワークシステムを構成するゲートウェイ装置およびネームサーバを提供することを目的とする。
第1の発明のネットワークシステムは、複数の端末が接続され、独自プロトコルで通信を行う第1のネットワークと、複数の端末を管理する複数の端末管理用サーバが接続され、所定のインターネットプロトコルで通信を行う第2のネットワークと、複数の端末に割り当てられた第2のネットワークで用いるIPアドレスと第1のネットワークで用いるローカル識別情報との関係を登録する対応テーブルを保持し、当該対応テーブルに基づいて、第1のネットワークに接続の複数の端末と第2のネットワークに接続の複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行うゲートウェイ装置とを備える。
第2の発明のネットワークシステムは、複数の端末が接続され、独自プロトコルで通信を行う第1のネットワークと、複数の端末を管理する複数の端末管理用サーバが接続され、所定のインターネットプロトコルで通信を行う第2のネットワークと、第2のネットワークで用いるIPアドレスを保持し、第1のネットワークに接続の複数の端末と第2のネットワークに接続の複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行うゲートウェイ装置と、第2のネットワークに接続され、複数の端末のホスト名と所属するゲートウェイ装置のホスト名の関係を登録する対応テーブル1と、ゲートウェイ装置のホスト名とIPアドレスの関係を登録する対応テーブル2とを保持し、複数の端末のホスト名と所属するゲートウェイ装置のIPアドレスとを対応付け、データ通信の中継処理に供するネームサーバとを備える。
第2の発明のネットワークシステムにおいて、ゲートウェイ装置は、複数の端末のホスト名と第1のネットワークで用いるローカル識別情報との関係を登録する対応テーブルを保持し、当該対応テーブルに基づいて、第1のネットワークに接続の複数の端末と第2のネットワークに接続の複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行う構成である。
第3の発明は、独自プロトコルで通信を行う第1のネットワークに接続の複数の端末と、所定のインターネットプロトコルで通信を行う第2のネットワークに接続の複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行うゲートウェイ装置において、複数の端末に割り当てられた第2のネットワークで用いるIPアドレスまたはホスト名と、第1のネットワークで用いるローカル識別情報との関係を登録する対応テーブルを保持し、当該対応テーブルに基づいて中継処理を行う構成である。
第4の発明のネームサーバは、独自プロトコルで通信を行う第1のネットワークに接続の複数の端末と、所定のインターネットプロトコルで通信を行う第2のネットワークに接続の複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行うゲートウェイ装置を含むネットワークシステムの第2のネットワークに配置され、ゲートウェイ装置に第2のネットワークで用いるIPアドレスを割り当て、複数の端末のホスト名と所属するゲートウェイ装置のホスト名の関係を登録する対応テーブル1と、ゲートウェイ装置のホスト名とIPアドレスの関係を登録する対応テーブル2とを保持し、複数の端末のホスト名と所属するゲートウェイ装置のIPアドレスとを対応付け、データ通信の中継処理に供する構成である。
第4の発明のネームサーバにおいて、対応テーブル1は、複数の端末のホスト名と所属するゲートウェイ装置のホスト名の関係をCNAMEレコードの形式で登録する構成である。また、対応テーブル1は、ゲートウェイ装置の配下に新しい端末が接続されたときに、当該端末のホスト名とゲートウェイ装置のホスト名の関係を示すCNAMEレコードをDDNS(Dynamic DNS)により動的に更新する構成である。
第5の発明は、独自プロトコルで通信を行う第1のネットワークに複数の端末が接続され、所定のインターネットプロトコルで通信を行う第2のネットワークに複数の端末を管理する複数の端末管理用サーバが接続され、複数の端末に割り当てられた第2のネットワークで用いるIPアドレスと第1のネットワークで用いるローカル識別情報との関係を登録する対応テーブルを保持するゲートウェイ装置で、当該対応テーブルに基づいて、第1のネットワークに接続の複数の端末と第2のネットワークに接続の複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行う。
第6の発明は、独自プロトコルで通信を行う第1のネットワークに複数の端末が接続され、所定のインターネットプロトコルで通信を行う第2のネットワークに複数の端末を管理する複数の端末管理用サーバが接続され、第1のネットワークに接続の複数の端末と第2のネットワークに接続の複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行うゲートウェイ装置が第2のネットワークで用いるIPアドレスを保持し、第2のネットワークに接続されたネームサーバが、複数の端末のホスト名と所属するゲートウェイ装置のホスト名の関係を登録する対応テーブル1と、ゲートウェイ装置のホスト名とIPアドレスの関係を登録する対応テーブル2とを保持し、複数の端末のホスト名と所属するゲートウェイ装置のIPアドレスとを対応付けてデータ通信の中継処理に供する。
第6の発明のデータ通信方法において、ゲートウェイ装置は、複数の端末のホスト名と第1のネットワークで用いるローカル識別情報との関係を登録する対応テーブルを保持し、当該対応テーブルに基づいて、第1のネットワークに接続の複数の端末と第2のネットワークに接続の複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行う。
本発明は、ゲートウェイ装置の設置場所の変更があっても、ゲートウェイ装置の対応テーブルのIPアドレスを書き換えるだけで、配下の端末のIPアドレスの変更が不要であるので、狭帯域ネットワークでIPアドレス変更のための通信トラヒックの圧迫によるデータ通信のスループット低下を回避できる。
また、本発明は、ゲートウェイ装置で配下の端末のIPアドレスを管理する必要がなく、各端末のホスト名とゲートウェイ装置のホスト名およびIPアドレスの関係をネームサーバ(DNS装置)に登録することにより、IPアドレス数の限界にとらわれることなく、数万台を超える端末をインターネットに接続することができる。
また、本発明は、ゲートウェイ装置の設置場所の変更に対して、配下の端末の数に関わりなく、ネームサーバ(DNS装置)の対応テーブル2のゲートウェイ装置のIPアドレスに対する1回のレコード変更で対応でき、登録変更処理量を軽減することができる。
本発明のネットワークシステムの実施例を示す図である。 ゲートウェイ装置11の対応テーブルの例を示す図である。 ゲートウェイ装置11の対応テーブルの例を示す図である。 DNS装置15の対応テーブルの例を示す図である。 想定されるネットワークシステムの構成を示す図である。
図1は、本発明のネットワークシステムの実施例を示す。
図1において、ゲートウェイ装置11は、狭帯域ネットワーク12に存在する端末13と、インターネット14に存在するDNS装置15および端末管理用サーバ16との間の中継処理を行う。本実施例では、ゲートウェイ装置11と端末管理用サーバ16との間は、インターネット14で用いられるIPv4またはIPv6で通信するが、ゲートウェイ装置11と端末13との間は、狭帯域ネットワーク12に適した独自プロトコルによる通信を行う構成である。したがって、端末13には、狭帯域ネットワーク12上のアドレスまたはケーブルなどのローカル識別情報が割り当てられ、狭帯域ネットワーク12ではIPアドレス等のヘッダオーバヘッドの大きいプロトコルを使用することなく通信を行う構成である。なお、端末13にはIPアドレスが割り当てられるが、端末13の本体にはIPアドレスは設定しない。
ゲートウェイ装置11は、図2に示すように、端末13のIPアドレスとローカル識別情報の対応テーブルを備え、インターネット14と狭帯域ネットワーク12との間でアドレス変換を行って通信データを中継する。また、対応テーブルには、必要に応じて、端末13に個別に対応する端末管理用サーバ16のIPアドレスまたはホスト名を記載してもよい。
これにより、ゲートウェイ装置11の設置場所の変更に伴い、配下の端末13のIPアドレスが変わる場合でも、各端末13に対してIPアドレスを変更する処理を行うことなく、ゲートウェイ装置11の対応テーブルのIPアドレスを書き換えるだけで対応することができる。すなわち、各端末13の本体の設定情報にはIPアドレスを格納していないため、端末13の設定を変更する必要がないので、狭帯域ネットワーク12でIPアドレス変更のための通信トラヒックの圧迫によるデータ通信のスループット低下を回避できる。
ただし、図2に示すゲートウェイ装置11の対応テーブルでは、ゲートウェイ装置11の配下のすべての端末13のIPアドレスを保持する必要があるが、通常のOSの実装ではIPアドレスの設定数に限界がある。また、ゲートウェイ装置11の設置場所の変更により、ゲートウェイ装置11の対応テーブルの各端末13のIPアドレスの書き換えは必要であり、IPアドレスの設定数に応じて書き換え処理の負荷が大きくなる。
そこで、ゲートウェイ装置11には、図3に示すように、端末13のホスト名とローカル識別情報の対応テーブルを備える。なお、本対応テーブルにも、必要に応じて、端末13に個別に対応する端末管理用サーバ16のIPアドレスまたはホスト名を記載してもよい。
さらに、DNS装置15には、図4に示すように、端末13のホスト名と所属するゲートウェイ装置11のホスト名の関係をCNAMEレコードの形式で、端末13の数だけ登録する対応テーブル1と、ゲートウェイ装置11のホスト名とIPアドレスの関係をAAAAレコードの形式で、ゲートウェイ装置11の数だけ登録する対応テーブル2を備える。
DNS装置15は事前に対応テーブル2を登録しておき、新しい端末13の認証時にゲートウェイ装置11がDNS装置15の対応テーブル1のCNAMEレコードをDDNS(Dynamic DNS)により動的に更新する。
端末管理用サーバ16が端末13にアクセスする場合は、DNS装置15の対応テーブル1のCNAMEレコードから端末13のホスト名に対応するゲートウェイ装置11のホスト名を取得し、対応テーブル2のAAAAレコードからゲートウェイ装置11のホスト名に対応するIPアドレスを取得する。そして、ゲートウェイ装置11では、図3に示す対応テーブルから端末13のホスト名に対応するローカル識別情報を取得する。
ゲートウェイ装置11の設置場所の変更時は、DNS装置15の対応テーブル2のゲートウェイ装置11に対応するAAAAレコードのIPアドレスを1箇所変更するだけで、ゲートウェイ装置11の配下の端末13ごとの登録情報の変更は不要である。
以上の構成により、ゲートウェイ装置11で配下の端末13のIPアドレスを管理する必要がなく、各端末13のホスト名とゲートウェイ装置11のホスト名およびIPアドレスの関係をDNS装置15に登録することで対応できるので、ゲートウェイ装置11が保持・管理するIPアドレスの情報量を削減でき、ゲートウェイ装置11の実装が容易になる。
また、ゲートウェイ装置11は、端末13のIPアドレスではなくFQDN形式のホスト名を保持することにより、OSとして同一インタフェース(NIC)に設定可能なIPアドレス数の限界にとらわれることなく、ソフトウェアの実装のみで数万台を超える端末13をインターネット14に接続することができる。
また、DNS装置15のCNAMEレコードは、本来は同一IPアドレスのサーバで複数のサービスの提供に用いられるが、本発明では、複数の端末13と対応するゲートウェイ装置11のIPアドレス情報を集約する目的で用いる。これにより、ゲートウェイ装置11の設置場所の変更時にIPアドレスが変更になる場合でも、ゲートウェイ装置11の配下の端末13の数に関わりなく、DNS装置15の対応テーブル2のゲートウェイ装置11のIPアドレスに対する1回のレコード変更で対応でき、登録変更処理量を軽減することができる。
また、DNS装置15では、対応テーブル1に端末13と所属するゲートウェイ装置11の対応関係をCNAMEレコードで登録し、対応テーブル2にゲートウェイ装置11のホスト名とIPアドレスの対応関係をAAAAレコードで登録するが、DNSの仕様上、端末13に対応するAAAAレコードを要求する単一のDNSクエリでこれら両方の情報を取得できるため、1回の情報取得の機能がそのまま維持でき、通常のインターネット通信が可能な装置を容易に接続することができる。
11 ゲートウェイ装置
12 狭帯域ネットワーク
13 端末
14 インターネット
15 DNS装置
16 端末管理用サーバ

Claims (10)

  1. 複数の端末が接続され、独自プロトコルで通信を行う第1のネットワークと、
    前記複数の端末を管理する複数の端末管理用サーバが接続され、所定のインターネットプロトコルで通信を行う第2のネットワークと、
    前記複数の端末に割り当てられた前記第2のネットワークで用いるIPアドレスと前記第1のネットワークで用いるローカル識別情報との関係を登録する対応テーブルを保持し、当該対応テーブルに基づいて、前記第1のネットワークに接続の前記複数の端末と前記第2のネットワークに接続の前記複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行うゲートウェイ装置と
    を備えたことを特徴とするネットワークシステム。
  2. 複数の端末が接続され、独自プロトコルで通信を行う第1のネットワークと、
    前記複数の端末を管理する複数の端末管理用サーバが接続され、所定のインターネットプロトコルで通信を行う第2のネットワークと、
    前記第2のネットワークで用いるIPアドレスを保持し、前記第1のネットワークに接続の前記複数の端末と前記第2のネットワークに接続の前記複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行うゲートウェイ装置と、
    前記第2のネットワークに接続され、前記複数の端末のホスト名と所属する前記ゲートウェイ装置のホスト名の関係を登録する対応テーブル1と、前記ゲートウェイ装置のホスト名と前記IPアドレスの関係を登録する対応テーブル2とを保持し、前記複数の端末のホスト名と所属する前記ゲートウェイ装置のIPアドレスとを対応付け、前記データ通信の中継処理に供するネームサーバと
    を備えたことを特徴とするネットワークシステム。
  3. 請求項2に記載のネットワークシステムにおいて、
    前記ゲートウェイ装置は、前記複数の端末のホスト名と前記第1のネットワークで用いるローカル識別情報との関係を登録する対応テーブルを保持し、当該対応テーブルに基づいて、前記第1のネットワークに接続の前記複数の端末と前記第2のネットワークに接続の前記複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行う構成である
    ことを特徴とするネットワークシステム。
  4. 独自プロトコルで通信を行う第1のネットワークに接続の複数の端末と、所定のインターネットプロトコルで通信を行う第2のネットワークに接続の複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行うゲートウェイ装置において、
    前記複数の端末に割り当てられた前記第2のネットワークで用いるIPアドレスまたはホスト名と、前記第1のネットワークで用いるローカル識別情報との関係を登録する対応テーブルを保持し、当該対応テーブルに基づいて前記中継処理を行う構成である
    ことを特徴とするゲートウェイ装置。
  5. 独自プロトコルで通信を行う第1のネットワークに接続の複数の端末と、所定のインターネットプロトコルで通信を行う第2のネットワークに接続の複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行うゲートウェイ装置を含むネットワークシステムの第2のネットワークに配置され、
    前記ゲートウェイ装置に前記第2のネットワークで用いるIPアドレスを割り当て、
    前記複数の端末のホスト名と所属する前記ゲートウェイ装置のホスト名の関係を登録する対応テーブル1と、前記ゲートウェイ装置のホスト名と前記IPアドレスの関係を登録する対応テーブル2とを保持し、前記複数の端末のホスト名と所属する前記ゲートウェイ装置のIPアドレスとを対応付け、前記データ通信の中継処理に供する構成である
    ことを特徴とするネームサーバ。
  6. 請求項5に記載のネームサーバにおいて、
    前記対応テーブル1は、前記複数の端末のホスト名と所属する前記ゲートウェイ装置のホスト名の関係をCNAMEレコードの形式で登録する構成である
    ことを特徴とするネームサーバ。
  7. 請求項6に記載のネームサーバにおいて、
    前記対応テーブル1は、前記ゲートウェイ装置の配下に新しい端末が接続されたときに、当該端末のホスト名と前記ゲートウェイ装置のホスト名の関係を示すCNAMEレコードをDDNS(Dynamic DNS)により動的に更新する構成である
    ことを特徴とするネームサーバ。
  8. 独自プロトコルで通信を行う第1のネットワークに複数の端末が接続され、
    所定のインターネットプロトコルで通信を行う第2のネットワークに前記複数の端末を管理する複数の端末管理用サーバが接続され、
    前記複数の端末に割り当てられた前記第2のネットワークで用いるIPアドレスと前記第1のネットワークで用いるローカル識別情報との関係を登録する対応テーブルを保持するゲートウェイ装置で、当該対応テーブルに基づいて、前記第1のネットワークに接続の前記複数の端末と前記第2のネットワークに接続の前記複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行う
    ことを特徴とするデータ通信方法。
  9. 独自プロトコルで通信を行う第1のネットワークに複数の端末が接続され、
    所定のインターネットプロトコルで通信を行う第2のネットワークに前記複数の端末を管理する複数の端末管理用サーバが接続され、
    前記第1のネットワークに接続の前記複数の端末と前記第2のネットワークに接続の前記複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行うゲートウェイ装置が前記第2のネットワークで用いるIPアドレスを保持し、
    前記第2のネットワークに接続されたネームサーバが、前記複数の端末のホスト名と所属する前記ゲートウェイ装置のホスト名の関係を登録する対応テーブル1と、前記ゲートウェイ装置のホスト名と前記IPアドレスの関係を登録する対応テーブル2とを保持し、前記複数の端末のホスト名と所属する前記ゲートウェイ装置のIPアドレスとを対応付けて前記データ通信の中継処理に供する
    ことを特徴とするデータ通信方法。
  10. 請求項9に記載のデータ通信方法において、
    前記ゲートウェイ装置は、前記複数の端末のホスト名と前記第1のネットワークで用いるローカル識別情報との関係を登録する対応テーブルを保持し、当該対応テーブルに基づいて、前記第1のネットワークに接続の前記複数の端末と前記第2のネットワークに接続の前記複数の端末管理用サーバとの間でデータ通信の中継処理を行う
    ことを特徴とするデータ通信方法。
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