JP2019016849A - 無線通信システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに異なる特性や性能を有するいわゆるマルチＲＡＮ無線通信リンク環境下において一つのＴＣＰセッションを確立する際における初期化時間の短縮化を図る。【解決手段】ＴＣＰコネクションを確立する際には、無線通信端末２においてサーバ３に対する接続要求を行うＳＹＮパケットを複製した上で、複数の通信回線６、７毎に割り当てられた複数のアドレスを介して通信回線６、７へそれぞれ送信するＳＹＮパケット送信ステップと、サーバ３において、送信されてくる前記複数のＳＹＮパケットをそれぞれ受信し、接続を許可するＳＹＮ-ＡＣＫを通信回線６、７を介してそれぞれ無線通信端末２に返信するＳＹＮ-ＡＣＫパケット返信ステップと、無線通信端末２において、ＳＹＮ-ＡＣＫを受信した通信回線６、７を選択し、これを介してサーバ３に対し接続開始する為のＡＣＫを送信し、更に当該通信回線を介して通信を開始する通信開始ステップとを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、ＴＣＰ又はＭＰＴＣＰを利用して無線通信を行う無線通信システム及び方法に関し、特に無線通信開始時の初期化時間を短縮化する上で好適な無線通信システム及び方法に関する。

従来より、携帯通信端末から、互いに異なる特性や性能を有する複数の無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）にアクセスしてこれらを利用するための各種研究が進められている。特にこのようなＲＡＮ及びインターネットでは、信頼性の高い通信を実現するために使用されるプロトコルとしてＴＣＰを利用する場合が多い。しかしながら、この通常のＴＣＰでは、通信回線の送信側と受信側に、それぞれ１つのＴＣＰ機能を実現する手段（以下、ＴＣＰ手段と称する。）を有している。このため、通常のＴＣＰであれば、一度に一つの通信回線しか利用することができない。

このため、近年においては、ＭＰＴＣＰ（Multipath TCP）という手法が提案されている。ＭＰＴＣＰは、インターネットを用いて、端末間や端末−サーバ間で通信する際に、１つのＴＣＰセッションを複数の通信回線やインタフェースを用いて行う技術であり、複数の通信回線（通信経路）を同時に利用することができる。このため、従来のＴＣＰに比べて、通信を高速化したり、無線など不安定な伝送媒体での信頼性を向上させたりすることができる。従って、ＭＰＴＣＰは、スループットを飛躍的に向上させることが可能となる。

このようなＴＣＰやＭＰＴＣＰに基づいて無線通信を行うシステムは、無線通信端末と、この無線通信端末とＴＣＰやＭＰＴＣＰを利用して無線通信を行う基地局と、基地局から接続されているサーバとを備えている。そして、無線通信端末とサーバとの間で通信リンクを確立する前に、これらの間でデータを送受信することで初期化の処理を行うことになるが、この初期化時間は極力短時間とされていることが望ましい。

この通信リンク確立前の初期化時間を短縮化する技術として、例えば非特許文献１に示す開示技術が提案されている。この非特許文献１に示す開示技術は、通信速度は高速化することで初期化時間を短縮化するコンセプトであるが、例えば互いに異なる特性や性能を有するいわゆるマルチＲＡＮには適用が困難になる。

Ford, C. Raiciu, M. Handley, O. Bonaventure, RFC 6824: TCP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses

いわゆるマルチＲＡＮにおいて、初期化時間が長くなる根本的な問題は、接続要求を行うための初期化情報を送信する際においてトランスポートプロトコル自体が柔軟性を持っていないところにある。無線通信端末は、デフォルトゲートウェイとして指定された通信回線を介して初期化情報を送信する必要がある。これはＴＣＰのみならずＭＰＴＣＰを含む全てのトランスポートプロトコルにおいても同様である。

図６は、かかるトランスポートプロトコルの柔軟性の欠如について説明するための図である。この図６は、トランスポートプロトコルとしてＴＣＰを利用する場合の例である。

無線通信端末７１は、複数の通信回線（ネットワークＰ１、ネットワークＰ２）毎に割り当てられた複数のアドレス（アドレスＱ１、アドレスＱ２）を保有している。無線通信端末７１は、アドレスＱ１、アドレスＱ２の何れかを介してネットワークＰ１、ネットワークＰ２の何れかにアクセスすることができる。このとき、デフォルトゲートウェイとして指定されているのがネットワークＰ１である場合は、仮にネットワークＰ２からの方が初期化情報を高速に送受信できるとしても、あくまでこのネットワークＰ１を介して初期化情報を送受信しなければならない。即ち、このトランスポートプロトコルは、デフォルトゲートウェイを介して初期化を行うことが必須となり柔軟性に欠くものとなっている。

図６に示す例では、無線通信端末７１からサーバ７２のアドレスＲに向けて、初期化情報としてのＳＹＮパケットをデフォルトゲートウェイとしてのネットワークＰ１を介して送信する。サーバ７２は、かかるＳＹＮパケットを受信し、同じく初期化情報としての接続を許可するためのＳＹＮ-ＡＣＫパケットをネットワークＰ１を介して無線通信端末７１へ送信する。無線通信端末７１は、ＳＹＮ-ＡＣＫパケットを受けてサーバ７２対し接続開始するためのＡＣＫパケットを送信する。このＡＣＫパケットがサーバ７２により受信された後に通信が開始されることとなる。

図７は、トランスポートプロトコルとしてＭＰＴＣＰを利用する場合の例である。ＭＰＴＣＰを利用する場合も同様に、デフォルトゲートウェイとして指定されているのがネットワークＰ１である場合は、無線通信端末７１は、当該ネットワークＰ１を介してＳＹＮパケットを送信する。このＳＹＮ＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥパケット内には認証識別子Ａ（Ｋｅｙ−Ａ）が含まれている。

サーバ７２は、送信されてくるＳＹＮ＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥパケットを受信し、認証識別子Ｂ（Ｋｅｙ−Ｂ）を含むと共に接続を許可するためのＳＹＮ-ＡＣＫ＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥパケットを無線通信端末７１に返信する。無線通信端末７１は、ＳＹＮ-ＡＣＫ＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥパケットを受けてサーバ７２対し、認証識別子Ａと認証識別子Ｂとを含むとともに、接続開始するためのＡＣＫ＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥパケットを送信する。このＡＣＫ＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥパケットがサーバ７２により受信された後に通信が開始されることとなる。

その後、追加パスが発生する都度、この通信回線に参加するための処理動作を実行する。即ち、アドレスＱ２に基づくネットワークＰ２を利用して、ＳＹＮ＋ＭＰ＿ＪＯＩＮパケット、ＳＹＮ-ＡＣＫ＋ＭＰ＿ＪＯＩＮパケット、ＡＣＫ＋ＭＰ＿ＪＯＩＮパケットを無線通信端末７１とサーバ７２との間で送受信する。サーバ７２はＡＣＫ＋ＭＰ＿ＪＯＩＮパケットを受領した後、更にサーバ７２から無線通信端末７１に対してＡＣＫを送ることにより、当該無線通信端末７１自身が参加可能であることを判別することが可能となる。即ち、このネットワークＰ２は、あくまでネットワークＰ１による通信リンク確立後に始めて参加可能となる。このため、ネットワークＰ１がネットワークＰ２よりもレイテンシが高い場合、ＭＰＴＣＰのパフォーマンスは悪化してしまう。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、互いに異なる特性や性能を有するいわゆるマルチＲＡＮにおいて無線通信リンクを確立する際における初期化時間の短縮化を図ることが可能な無線通信システム及び方法を提供することにある。

第１発明に係る無線通信システムは、無線通信端末と、上記無線通信端末とＴＣＰ（Transmission Control Protocol）を利用して無線通信を行う複数の基地局と、上記基地局から接続されているサーバとを有する無線通信システムにおいて、上記無線通信端末は、当該無線通信端末と各基地局との間に形成される複数の通信回線毎に割り当てられた複数のアドレスを保有し、ＴＣＰコネクションを確立する際には、上記サーバに対する接続要求を行うためのＳＹＮパケットを複製した上で、これらを上記各アドレスを介して上記各通信回線へそれぞれ送信し、上記サーバは、上記各通信回線から送信されてくるＳＹＮパケットをそれぞれ受信し、接続を許可するためのＳＹＮ-ＡＣＫパケットを上記各通信回線を介してそれぞれ上記無線通信端末に返信し、上記無線通信端末は、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケットが伝送された通信回線を選択し、これを介して上記サーバに対し接続開始するためのＡＣＫパケットを送信し、更に当該通信回線を介して通信を開始することを特徴とする。

第２発明に係る無線通信システムは、第１発明において、上記無線通信端末は、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケットを除くＳＹＮ-ＡＣＫパケットを受信した場合には、当該ＳＹＮ-ＡＣＫパケットが伝送された通信回線へのＡＣＫパケットの送信を停止することを特徴とする。

第３発明に係る無線通信システムは、無線通信端末と、上記無線通信端末とＭＰＴＣＰ（Multi Path Transmission Control Protocol）を利用して無線通信を行う複数の基地局と、上記基地局から接続されているサーバとを有する無線通信システムにおいて、上記無線通信端末は、当該無線通信端末と各基地局との間に形成される複数の通信回線毎に割り当てられた複数のアドレスを保有し、ＭＰＴＣＰコネクションを確立する際には、認証識別子Ａを含むと共に上記サーバに対する接続要求を行うためのＳＹＮパケットを複製した上で、これらを上記各アドレスを介して上記各通信回線へそれぞれ送信し、上記サーバは、上記各通信回線から送信されてくるＳＹＮパケットをそれぞれ受信し、これに含まれる認証識別子Ａに基づいて認証可能か否かを判別し、この認証可能である旨を判別した場合には、認証識別子Ｂを含むと共に接続を許可するためのＳＹＮ-ＡＣＫパケットを上記各通信回線を介してそれぞれ上記無線通信端末に返信し、上記無線通信端末は、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケットが伝送された通信回線を選択し、これを介して上記サーバに対し、認証識別子Ａと認証識別子Ｂとを含むとともに、接続開始するためのＡＣＫパケットを送信し、更に当該通信回線を介して通信を開始することを特徴とする。

第４発明に係る無線通信システムは、第３発明において、上記無線通信端末は、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケットを除くＳＹＮ-ＡＣＫパケットを受信した場合には、これが伝送された通信回線について、上記選択した通信回線を介して通信が開始された後に使用開始することを特徴とする。

第５発明に係る無線通信方法は、無線通信端末と、上記無線通信端末とＴＣＰ（Transmission Control Protocol）を利用して無線通信を行う複数の基地局と、上記基地局から接続されているサーバとの間で無線通信を行う無線通信方法において、上記無線通信端末において、当該無線通信端末と各基地局との間に形成される複数の通信回線毎に割り当てられた複数のアドレスを保有し、ＴＣＰコネクションを確立する際には、上記サーバに対する接続要求を行うためのＳＹＮパケットを複製した上で、これらを上記各アドレスを介して上記各通信回線へそれぞれ送信するＳＹＮパケット送信ステップと、上記サーバにおいて、上記各通信回線から送信されてくるＳＹＮパケットをそれぞれ受信し、接続を許可するためのＳＹＮ-ＡＣＫパケットを上記各通信回線を介してそれぞれ上記無線通信端末に返信するＳＹＮ-ＡＣＫパケット返信ステップと、上記無線通信端末において、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケットが伝送された通信回線を選択し、これを介して上記サーバに対し接続開始するためのＡＣＫパケットを送信し、更に当該通信回線を介して通信を開始する通信開始ステップとを有することを特徴とする。

第６発明に係る無線通信方法は、無線通信端末と、上記無線通信端末とＭＰＴＣＰ（Multi Path Transmission Control Protocol）を利用して無線通信を行う複数の基地局と、上記基地局から接続されているサーバとの間で無線通信を行う無線通信方法において、上記無線通信端末において、当該無線通信端末と各基地局との間に形成される複数の通信回線毎に割り当てられた複数のアドレスを保有し、ＭＰＴＣＰコネクションを確立する際には、認証識別子Ａを含むと共に上記サーバに対する接続要求を行うためのＳＹＮパケットを複製した上で、これらを上記各アドレスを介して上記各通信回線へそれぞれ送信するＳＹＮパケット送信ステップと、上記サーバは、上記各通信回線から送信されてくるＳＹＮパケットをそれぞれ受信し、これに含まれる認証識別子Ａに基づいて認証可能か否かを判別し、この認証可能である旨を判別した場合には、認証識別子Ｂを含むと共に接続を許可するためのＳＹＮ-ＡＣＫパケットを上記各通信回線を介してそれぞれ上記無線通信端末に返信するＳＹＮ-ＡＣＫパケット返信ステップと、上記無線通信端末は、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケットが伝送された通信回線を選択し、これを介して上記サーバに対し、認証識別子Ａと認証識別子Ｂとを含むとともに、接続開始するためのＡＣＫパケットを送信し、更に当該通信回線を介して通信を開始する通信開始ステップとを有することを特徴とする。

上述の如き処理動作方法に基づいて３ウェイ・ハンドシェイクに基づいてＴＣＰコネクションやＭＰＴＣＰコネクションを確立する本発明によれば、デフォルトゲートウェイの指定を行うことなく、最も通信遅延の短い通信回線を介して初期化処理を行う。換言すれば、本発明によれば、最良の利用可能なパスを介してＴＣＰコネクションやＭＰＴＣＰコネクションを確立することができる。これにより、仮にデフォルトゲートウェイの通信遅延が長い場合において初期化処理が長時間化してしまうことを防止でき、最も通信遅延の短い通信回線を介して初期化処理が実現できるため、初期化処理を大幅に短縮化することが可能となる。

実施形態に係る無線通信システムの構成図である。 実施形態に係る無線通信端末の機能ブロック図である。 実施形態に係る無線通信システムによるＴＣＰを利用した無線通信の動作を示すフローチャートである。 実施形態に係る無線通信システムによるＭＰＴＣＰを利用した無線通信の動作を示すフローチャートである。 実施形態に係る無線通信端末による実験結果を示す図である。 トランスポートプロトコルの柔軟性の欠如について説明するための図である。 トランスポートプロトコルとしてＭＰＴＣＰを利用する場合の例を示す図である。

以下、本実施形態に係る無線通信システム及び無線通信方法について実施形態を用いて説明するが、本実施形態では、ＴＣＰに加え、複数の通信回線で通信を行い、それらを(アプリケーションから見ると)一つのＴＣＰコネクションであるかのように見せる技術であるＭＰＣＴＰ（MultiPath TCP）を利用する。このＭＰＣＴＰでは、同一宛先に対してＴＣＰコネクション（物理リンクとも称する）を複数の通信回線に対して確立することができ、複数のＴＣＰコネクションを１つに束ねて（アグリゲーション）上位層とのインタフェースを提供する（ＭＰＴＣＰは、トランスポート層の技術）。すなわちＭＴＣＴＰでは、複数の通信回線を利用してデータ通信しているため、全ての通信回線が切断されない限りＴＣＰのコネクションは維持されるという利点がある。

例えば、ＷｉＦｉで通信中にエリア外に移動した場合、ネットワーク層での接続が一旦失われることになるが、この際に都度、ＴＣＰセッションが切断されると、アプリケーションの処理などに支障が生じる虞があるが、ＭＰＴＣＰは、複数の通信回路を同時に利用することで、マルチホーミング（通信経路の冗長性確保や負荷分散）を実現しているため、このような問題が生じにくい。さらに、ＭＰＴＣＰは、既存のＴＣＰを拡張する（ヘッダ内のオプションを利用する）ものであるため、既存のファイヤウォールやＮＡＴの変更なしに用いることが可能である。

ＭＰＴＣＰは、ＴＣＰと同様の方法で接続を初期化する（ＳＹＮ、ＳＵＮ／ＡＣＫ、ＡＣＫを使用する）。ただし、ＳＹＮパケットは、ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥオプションを含んでいる。また、パケットには、チェックサムと暗号の使用のためのいくつかの追加のフラグや、ＭＰＴＣＰ接続に後で追加されたサブフローを認証するための認証識別子が含まれている。

無線通信端末が、ＭＰＴＣＰ対応である場合、それはＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ信号（すなわち、認証キーおよびフラグを有する）を送信する。信号が正常に受信されると、初期化処理が完了する。受信側のサーバがＭＰＴＣＰ対応でない場合、次の進捗状況はＴＣＰと同じである。ＭＰＴＣＰ対応のデバイスは、ＴＣＰに比べて余分なインタフェースがある場合、ＭＰＴＣＰは、ＪＯＩＮオプション付きの新しいＳＹＮパケットを送信する。フロー確立が成功した場合、データ伝送のために新たなＴＣＰフローが作成され、その結果、デバイスは２つのリンク（例えば、ＬＴＥとＷｉＦｉ）を介して同時にデータを送信する。

しかしながら、初期化時間が長くなる根本的な問題は、接続要求を行うための初期化情報を送信する際においてトランスポートプロトコル自体が柔軟性を持っていないところにある。つまり、デフォルトゲートウェイとして指定された通信回線を介して初期化情報を送信する必要があり、その指定されたデフォルトゲートウェイが、他のゲートウェイよりもレイテンシが高い場合、ＴＣＰやＭＰＴＣＰのパフォーマンスは悪化してしまう。

本発明者らは、上述した問題点を解決するために、デフォルトゲートウェイの指定を行うことなく、最も通信遅延の短い通信回線を介して初期化処理を行うことで、無線通信開始に至るまでの時間を大幅に短縮することができることを突き止めた。実際には、無線通信端末と各基地局との間に形成される複数の通信回線毎に割り当てられた複数のアドレスを保有し、ＴＣＰコネクションを確立する際には、ＳＹＮパケットを複製した上で、これらを上記各アドレスを介して各通信回線へそれぞれ送信する。そして、この無線通信端末に最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケットが伝送された通信回線を選択し、これを介してＴＣＰ又はＭＰＴＣＰの通信リンクを確立する。

図１は、実施形態に係る無線通信システム１の構成図である。図１に示すように、無線通信システム１は、無線通信端末２と、サーバ３とを備え、無線通信端末２及びサーバ３間は、異なる第１，第２の通信回線６，７（物理リンク）を利用して同時接続可能に構成されている。即ち、無線通信システム１は、互いに異なる特性や性能を有する複数の無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）を構成するものである。無線通信端末２は、例えば、スマートフォンやタブレット端末、モバイルＰＣ等である。

第１の通信回線６は、例えば、３Ｇ、４Ｇ、ＬＴＥ（long Term Evolution）等の通信回線である。無線通信端末２とサーバ３とが第１の通信回線６を利用する場合、基地局４を介してデータが送受信される。また、第２の通信回線７は、例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）等を利用した通信回線である。無線通信端末２とサーバ３とが第２の通信回線７を利用する場合、基地局５を介してデータが送受信される。即ち、この無線通信端末２は、各基地局４、５との間に形成される複数の通信回線６、７毎に割り当てられた複数のアドレスＡ１、Ａ２を保有し、当該アドレスＡ１、Ａ２を介してデータを送受信する。

なお、基地局４、５は、いわゆるアンテナを有する局で構成される以外に、アクセスポイント等も含まれる。また、通信回線６、７は、上述した３Ｇ、４Ｇ、ＬＴＥ、ＷｉＦｉ（登録商標）等を利用する場合以外にいかなる無線通信が行われるものであってもよい。また以下に説明する例では、この通信回線６、７の２回線が形成される場合を例にとり説明をするが、これに限定されるものではなく、複数の回線が形成されるものであればいかなるものであってもよい。

図２は、実施形態に係る無線通信端末２の機能ブロック図である。なお、図２に示す無線通信端末２の機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro processing Unit）等のプロセッサが、ＨＤＤや不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ）等の記憶媒体に格納されているプログラムを読み込むことにより実現される。

図２に示すように、無線通信端末２は、第１の通信ＩＦ（Inter face）２１と、第２の通信ＩＦ（Inter face）２２と、複製処理部２４と、記憶部２５と、制御部２６とを少なくとも備えている。第１の通信ＩＦ２１は、第１の通信回線６を利用する際に使用されるインタフェースであり、例えば、３Ｇ、４Ｇ、ＬＴＥ（long Term Evolution）等の通信方式に対応している。第２の通信ＩＦ２２は、第２の通信回線７を利用する際に使用されるインタフェースであり、例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）等の無線ＬＡＮの通信方式に対応している。

複製処理部２４は、当該無線通信端末２から送信すべきＳＹＮパケットの複製等を行う。この複製処理部２４において複製されたＳＹＮパケットは、それぞれ第１の通信ＩＦ２１、第２の通信ＩＦ２２に対してそれぞれ送られる。

記憶部２５には、本発明に係る無線通信を実行する上で必要なプログラムが予め記憶されている。制御部２６は、記憶部２５に記憶されているプログラムを読み出してこれを実行し、また無線通信端末２全体を制御する。

図３は、実施形態に係る無線通信端末２によりＴＣＰを利用した無線通信の動作を示すフローチャートである。以下、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る無線通信端末２の動作（無線通信方法）について説明する。

先ず通信の要求者としての無線通信端末２は、ＴＣＰコネクションを確立する際において、基地局４、５を介してサーバ３に対してＳＹＮパケットを送信する。このとき無線通信端末２は、自身の複製処理部２４においてＳＹＮパケットを複製する。無線通信端末２は、複製することで２つのＳＹＮ（Ａ１）パケットと、ＳＹＮ（Ａ２）パケットを得る。無線通信端末２は、ＳＹＮ（Ａ１）パケットをアドレスＡ１を介して通信回線６を通じてアドレスＢのサーバ３へと送信する。同様に無線通信端末２は、ＳＹＮ（Ａ２）パケットをアドレスＡ２を介して通信回線７を通じてアドレスＢのサーバ３へと送信する。このとき、従来技術のようにデフォルトゲートウェイの概念を採用することなく、通信回線６、７の両方を利用してそれぞれＳＹＮ（Ａ１）パケット、ＳＹＮ（Ａ２）パケットを送信する。

このとき、各通信回線６、７間において通信遅延特性が全く同一である場合よりもむしろ両者間において微差がある場合が殆どである。仮に通信回線７の方が通信回線６よりも通信遅延が短い場合には、通信回線７から送信されるＳＹＮ（Ａ２）パケットの方が、ＳＹＮ（Ａ１）パケットよりも早くサーバ３に到達することになる。そして、ＳＹＮ（Ａ１）パケットはＳＹＮ（Ａ２）パケットに遅れてサーバ３に到着することとなる。

サーバ３は、これらＳＹＮパケットを受信した場合には、接続を許可するためのＳＹＮ-ＡＣＫパケットを生成する。ＳＹＮ-ＡＣＫパケットは、通信要求者としての無線通信端末２に対してその接続を許可するためのパケットである。また、サーバ３は、無線通信端末２との間で無線通信リンクの確立を準備するために、接続用の情報を記憶する領域を割り当てる。

サーバ３は、ＳＹＮ（Ａ１）パケットを受信した場合には、ＳＹＮ-ＡＣＫ（Ａ１）パケットを生成し、これを通信回線６を介して無線通信端末２へ返信する。サーバ３は、ＳＹＮ（Ａ２）パケットを受信した場合には、ＳＹＮ-ＡＣＫ（Ａ２）パケットを生成し、これを通信回線６を介して無線通信端末２へ返信する。このとき、ＳＹＮ（Ａ２）パケットの方が、ＳＹＮ（Ａ１）パケットよりも早くサーバ３に到達することになるため、ＳＹＮ-ＡＣＫ（Ａ２）パケットの方が先にサーバ３から返信され、その後にＳＹＮ-ＡＣＫ（Ａ１）パケットが続くことになる。

無線通信端末２は、サーバ３から送信されてきたＳＹＮ-ＡＣＫ（Ａ２）パケットの方を先に受信し、その後にＳＹＮ-ＡＣＫ（Ａ１）パケットを受信することになる。無線通信端末２は、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケット（Ａ２）が伝送された通信回線７を選択し、これを介してサーバ３に対し接続開始するためのＡＣＫ（Ａ２）パケットを送信する。その後、当該通信回線７を介して無線通信端末２とサーバ３との間でＴＣＰコネクションを確立し、無線通信を開始する。

一方、無線通信端末２は、後からＳＹＮ-ＡＣＫ（Ａ１）パケットの受信を受けて特段制御を行うことなく、これが送信されてくる通信回線６を利用してＴＣＰコネクションを確立することは行わない。即ち、無線通信端末２は、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケット（Ａ２）を除くＳＹＮ-ＡＣＫパケット（Ａ１）を受信した場合には、当該ＳＹＮ-ＡＣＫパケット（Ａ１）が伝送された通信回線６へのＡＣＫパケットの送信を停止するように制御することになる。

上述の如き処理動作方法に基づいて３ウェイ・ハンドシェイクに基づいてＴＣＰコネクションを確立する本発明によれば、デフォルトゲートウェイの指定を行うことなく、最も通信遅延の短い通信回線を介して初期化処理を行う。換言すれば、本発明によれば、最良の利用可能なパスを介してＴＣＰコネクションを確立することができる。これにより、仮にデフォルトゲートウェイの通信遅延が長い場合において初期化処理が長時間化してしまうことを防止でき、最も通信遅延の短い通信回線を介して初期化処理が実現できるため、初期化処理を大幅に短縮化することが可能となる。

図４は、実施形態に係る無線通信端末２によりＭＰＴＣＰを利用した無線通信の動作を示すフローチャートである。以下、図１〜図２、図４を参照して、本実施形態に係る無線通信端末２の動作（無線通信方法）について説明する。

先ず通信の要求者としての無線通信端末２は、ＴＣＰコネクションを確立する際において、基地局４、５を介してサーバ３に対してＳＹＮ＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケットを送信する。このとき無線通信端末２は、自身の複製処理部２４においてＳＹＮ＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）を複製する。無線通信端末２は、複製することで２つのＳＹＮ（Ａ１）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケットと、ＳＹＮ（Ａ２）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケットを得る。ここでＫｅｙ−Ａは、ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ信号における認証キーおよびフラグであり、いわゆる認証識別子Ａである。無線通信端末２は、ＳＹＮ（Ａ１）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケットをアドレスＡ１を介して通信回線６を通じてアドレスＢのサーバ３へと送信する。同様に無線通信端末２は、ＳＹＮ（Ａ２）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケットをアドレスＡ２を介して通信回線７を通じてアドレスＢのサーバ３へと送信する。このとき、従来技術のようにデフォルトゲートウェイの概念を採用することなく、通信回線６、７の両方を利用してそれぞれＳＹＮ（Ａ１）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケット、ＳＹＮ（Ａ２）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケットを送信する。

このとき、各通信回線６、７間において通信遅延特性が全く同一である場合よりもむしろ両者間において微差がある場合が殆どである。仮に通信回線７の方が通信回線６よりも通信遅延が短い場合には、通信回線７から送信されるＳＹＮ（Ａ２）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケットの方が、ＳＹＮ（Ａ１）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケットよりも早くサーバ３に到達することになる。そして、ＳＹＮ（Ａ１）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケットはＳＹＮ（Ａ２）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケットに遅れてサーバ３に到着することとなる。

サーバ３は、これらＳＹＮ＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケットを受信した場合には、認証識別子Ａに基づいて認証可能か否かを判別し、この認証可能である旨を判別した場合には、認証識別子Ｂを含むと共に接続を許可するためのＳＹＮ-ＡＣＫ＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ｂ）パケットを生成する。ＳＹＮ-ＡＣＫ＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ｂ）パケットは、通信要求者としての無線通信端末２に対してその接続を許可するためのパケットである。ここでＫｅｙ−Ｂは、ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ信号における認証キーおよびフラグであり、いわゆる認証識別子Ｂである。また、サーバ３は、無線通信端末２との間で無線通信リンクの確立を準備するために、接続用の情報を記憶する領域を割り当てる。

サーバ３は、ＳＹＮ（Ａ１）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケットを受信した場合には、ＳＹＮ-ＡＣＫ（Ａ１）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ｂ）パケットを生成し、これを通信回線６を介して無線通信端末２へ返信する。サーバ３は、ＳＹＮ（Ａ２）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケットを受信した場合には、ＳＹＮ-ＡＣＫ（Ａ２）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ｂ）パケットを生成し、これを通信回線６を介して無線通信端末２へ返信する。このとき、ＳＹＮ（Ａ２）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケットの方が、ＳＹＮ（Ａ１）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ）パケットよりも早くサーバ３に到達することになるため、ＳＹＮ-ＡＣＫ（Ａ２）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ｂ）パケットの方が先にサーバ３から返信され、その後にＳＹＮ-ＡＣＫ（Ａ１）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ｂ）パケットが続くことになる。

無線通信端末２は、サーバ３から送信されてきたＳＹＮ-ＡＣＫ（Ａ２）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ｂ）パケットの方を先に受信し、その後にＳＹＮ-ＡＣＫ（Ａ１）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ｂ）パケットを受信することになる。無線通信端末２は、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケット（Ａ２）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ｂ）が伝送された通信回線７を選択し、これを介してサーバ３に対し接続開始するためのＡＣＫ（Ａ２）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ，Ｋｅｙ−Ｂ）パケットを送信する。ＡＣＫ（Ａ２）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ，Ｋｅｙ−Ｂ）パケットは、認証識別子Ａと認証識別子Ｂの双方を含む。その後、当該通信回線７を介して無線通信端末２とサーバ３との間でＴＣＰコネクションを確立し、無線通信を開始する。

一方、無線通信端末２は、後からＳＹＮ-ＡＣＫ（Ａ１）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ｂ）パケットの受信を受け、ＡＣＫ（Ａ１）＋ＭＰ＿ＣＡＰＡＢＬＥ（Ｋｅｙ−Ａ，Ｋｅｙ−Ｂ）パケットをサーバ３に対して送信し、更にサーバ３から無線通信端末２に対してＡＣＫ（Ａ１）を送ることにより、通信回線６もＭＰＴＣＰコネクション参加可能であることを判別することが可能となる。この通信回線６は、選択された通信回線７を介して通信が開始された後に使用開始可能となる。

即ち、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケットを除くＳＹＮ-ＡＣＫパケットを受信した場合には、これが伝送された通信回線について、上記選択した通信回線を介して通信が開始された後に使用開始することになる。

上述の如き処理動作方法に基づいて３ウェイ・ハンドシェイクに基づいてＭＰＴＣＰコネクションを確立する本発明によれば、デフォルトゲートウェイの指定を行うことなく、最も通信遅延の短い通信回線を介して初期化処理を行う。これにより、仮にデフォルトゲートウェイの通信遅延が長い場合において初期化処理が長時間化してしまうことを防止でき、最も通信遅延の短い通信回線を介して初期化処理が実現できるため、初期化処理を大幅に短縮化することが可能となる。

図５は、実施形態に係る無線通信端末による実験結果を示す図である。以下、図５を参照して、本実施形態に係る無線通信端末の実験結果について説明する。なお、本実施例では、図１を参照して説明した無線通信端末２及びサーバ３に相当するモバイルデバイスとサーバを用意し、通信回線として通信回線６及び通信回線７を同時利用する場合を想定する。通信回線６の短時間当たりのデータ通信量であるスループット（Ｍｂｐｓ：Megabyte per second）は１００Ｍｂｐｓであり、一方向遅延は１０〜５００ｍｓまで変化する。また通信回線７は、１０ｍｓの遅延で同じ帯域幅を有する。各処理動作では、各通信回線６、７に片道遅延として１０％のジッタを追加する。

本実施例では、上述した図４に示すＭＰＴＣＰの処理化フローに従って処理動作を実行する本発明例と、従来における図７に示すように、デフォルトゲートウェイとして指定された通信回線６を介して初期化処理を実行する比較例についてそれぞれ性能比較を行う。性能比較では、本発明例、比較例それぞれについて３ＭＢのファイルをダウンロードした場合におけるダウンロード時間をそれぞれ計測した。

ダウンロード時間の計測結果を図５に示す。この図５では、横軸を通信回線６における片道遅延時間（ｍｓ）とし、縦軸はダウンロード時間（ｍｓ）としている。この図５に示すように本発明例は、比較例と比べてダウンロード時間が大幅に短縮されていることが示されている。このため、本発明に基づいて初期化処理を実行することにより初期化時間を短縮化させることができることを実験的に裏付けることができた。

１ 無線通信システム
２ 無線通信端末
３ サーバ
４、５ 基地局
６、７ 通信回線
２４ 複製処理部
２５ 記憶部
２６ 制御部

Claims (6)

1. 無線通信端末と、上記無線通信端末とＴＣＰ（Transmission Control Protocol）を利用して無線通信を行う複数の基地局と、上記基地局から接続されているサーバとを有する無線通信システムにおいて、
   上記無線通信端末は、当該無線通信端末と各基地局との間に形成される複数の通信回線毎に割り当てられた複数のアドレスを保有し、ＴＣＰコネクションを確立する際には、上記サーバに対する接続要求を行うためのＳＹＮパケットを複製した上で、これらを上記各
   アドレスを介して上記各通信回線へそれぞれ送信し、
   上記サーバは、上記各通信回線から送信されてくるＳＹＮパケットをそれぞれ受信し、接続を許可するためのＳＹＮ-ＡＣＫパケットを上記各通信回線を介してそれぞれ上記無線通信端末に返信し、
   上記無線通信端末は、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケットが伝送された通信回線を選択し、これを介して上記サーバに対し接続開始するためのＡＣＫパケットを送信し、更に当該通信回線を介して通信を開始すること
   を特徴とする無線通信システム。
2. 上記無線通信端末は、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケットを除くＳＹＮ-ＡＣＫパケットを受信した場合には、当該ＳＹＮ-ＡＣＫパケットが伝送された通信回線へのＡＣＫパケットの送信を停止すること
   を特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 無線通信端末と、上記無線通信端末とＭＰＴＣＰ（Multi Path Transmission Control Protocol）を利用して無線通信を行う複数の基地局と、上記基地局から接続されているサーバとを有する無線通信システムにおいて、
   上記無線通信端末は、当該無線通信端末と各基地局との間に形成される複数の通信回線毎に割り当てられた複数のアドレスを保有し、ＭＰＴＣＰコネクションを確立する際には、認証識別子Ａを含むと共に上記サーバに対する接続要求を行うためのＳＹＮパケットを複製した上で、これらを上記各アドレスを介して上記各通信回線へそれぞれ送信し、
   上記サーバは、上記各通信回線から送信されてくるＳＹＮパケットをそれぞれ受信し、これに含まれる認証識別子Ａに基づいて認証可能か否かを判別し、この認証可能である旨を判別した場合には、認証識別子Ｂを含むと共に接続を許可するためのＳＹＮ-ＡＣＫパケットを上記各通信回線を介してそれぞれ上記無線通信端末に返信し、
   上記無線通信端末は、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケットが伝送された通信回線を選択し、これを介して上記サーバに対し、認証識別子Ａと認証識別子Ｂとを含むとともに、接続開始するためのＡＣＫパケットを送信し、更に当該通信回線を介して通信を開始すること
   を特徴とする無線通信システム。
4. 上記無線通信端末は、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケットを除くＳＹＮ-ＡＣＫパケットを受信した場合には、これが伝送された通信回線について、上記選択した通信回線を介して通信が開始された後に使用開始すること
   を特徴とする請求項３記載の無線通信システム。
5. 無線通信端末と、上記無線通信端末とＴＣＰ（Transmission Control Protocol）を利用して無線通信を行う複数の基地局と、上記基地局から接続されているサーバとの間で無線通信を行う無線通信方法において、
   上記無線通信端末において、当該無線通信端末と各基地局との間に形成される複数の通信回線毎に割り当てられた複数のアドレスを保有し、ＴＣＰコネクションを確立する際には、上記サーバに対する接続要求を行うためのＳＹＮパケットを複製した上で、これらを上記各アドレスを介して上記各通信回線へそれぞれ送信するＳＹＮパケット送信ステップと、
   上記サーバにおいて、上記各通信回線から送信されてくるＳＹＮパケットをそれぞれ受信し、接続を許可するためのＳＹＮ-ＡＣＫパケットを上記各通信回線を介してそれぞれ上記無線通信端末に返信するＳＹＮ-ＡＣＫパケット返信ステップと、
   上記無線通信端末において、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケットが伝送された通信回線を選択し、これを介して上記サーバに対し接続開始するためのＡＣＫパケットを送信し、更に当該通信回線を介して通信を開始する通信開始ステップとを有すること
   を特徴とする無線通信方法。
6. 無線通信端末と、上記無線通信端末とＭＰＴＣＰ（Multi Path Transmission Control Protocol）を利用して無線通信を行う複数の基地局と、上記基地局から接続されているサーバとの間で無線通信を行う無線通信方法において、
   上記無線通信端末において、当該無線通信端末と各基地局との間に形成される複数の通信回線毎に割り当てられた複数のアドレスを保有し、ＭＰＴＣＰコネクションを確立する際には、認証識別子Ａを含むと共に上記サーバに対する接続要求を行うためのＳＹＮパケットを複製した上で、これらを上記各アドレスを介して上記各通信回線へそれぞれ送信するＳＹＮパケット送信ステップと、
   上記サーバは、上記各通信回線から送信されてくるＳＹＮパケットをそれぞれ受信し、これに含まれる認証識別子Ａに基づいて認証可能か否かを判別し、この認証可能である旨を判別した場合には、認証識別子Ｂを含むと共に接続を許可するためのＳＹＮ-ＡＣＫパケットを上記各通信回線を介してそれぞれ上記無線通信端末に返信するＳＹＮ-ＡＣＫパケット返信ステップと、
   上記無線通信端末は、最先に受信したＳＹＮ-ＡＣＫパケットが伝送された通信回線を選択し、これを介して上記サーバに対し、認証識別子Ａと認証識別子Ｂとを含むとともに、接続開始するためのＡＣＫパケットを送信し、更に当該通信回線を介して通信を開始する通信開始ステップとを有すること
   を特徴とする無線通信方法。

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