JP2019146131A - 通信システム及び転送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】端末の移動に伴うパケットロスを低減する。【解決手段】第１のルータと、当該第１のルータに地理的に近隣の第２のルータとを含む通信システムにおいて、前記第１のルータは、前記第１のルータに端末が接続されたときに、当該端末が自身に接続されたことを前記第２のルータに通知する通知部を有し、前記第２のルータは、前記通知を受け取ったときに、前記端末及び前記第１のルータをテンポラリ転送エントリとして登録する登録部と、前記端末宛のパケットを受信したときに、前記テンポラリ転送エントリに従い当該パケットを前記第１のルータに転送する転送部とを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、通信システム及び転送方法に関する。

現在のIP（Internet Protocol）ネットワークでは、IPアドレスがロケータ情報と端末識別子（端末ID）の二つの意味を有している。そのため、移動体網における端末の移動や、移動体網からWiFi（Wireless Fidelity）（登録商標）への変更により、端末が別のエッジルータの配下へ移動する場合、端末のIPアドレスの変更、あるいは、ネットワーク内の再ルーティングが必要となる。IPアドレスの変更は、TCP（Transmission Control Protocol）等の通信セッションの切断を伴うため、使用中のサービスへの再接続を必要とする。なお、電話等のように、サービスによっては移動前後でセッションを保持可能なものもあるが、IPアドレス変更前後でパケットロスが発生する。移動体網のように接続する端末数が多いネットワークでは、端末が移動する度にルーティングを行うのは非効率である。

そこで、端末IDとロケータ情報を分離し運用する方式が提案されている。その一例としてLISP（Locator ID Separation Protocol）がある（非特許文献１参照）。

図１は、LISPの動作概要を示す図である。LISPでは、端末に対してEID（Endpoint Identifier）と呼ばれるユニークなIDを付与し、マッピングサーバが各端末が接続するxTR（Ingress/Egress Tunnel Router）情報を管理する。

例えば、xTR#1は、配下の端末X（EID=a::1）から端末Y（EID=c::1）宛のパケット（Src=a::1、Dst=c::1）を受け取ると（Ｓ１１）、マッピングサーバからEIDとxTRとのマッピング情報を取得する（Ｓ１２）。取得したマッピング情報により、宛先の端末Y（EID=c::1）のRLOC（Routing Locator）がxTR#nであると判別し、トンネルを用いて当該パケットを対向xTRのxTR#nへ転送する（Ｓ１３）。xTR#nは、xTR#1から転送されたパケットを受信すると、自身が有する転送エントリに従い、パケットを端末Yへ転送する（Ｓ１４）。

IETF RFC 6830, "The Locator/ID Separation Protocol (LISP)", インターネット, ＵＲＬ＜https://tools.ietf.org/html/rfc6830＞, ２０１８年１月２９日検索 Network Working Group, Internet-Draft, "LISP for the Mobile Network", draft-farinacci-lisp-mobile-network-02, インターネット, ＵＲＬ＜https://tools.ietf.org/pdf/draft-farinacci-lisp-mobile-network-02.pdf＞, ２０１８年１月２９日検索 Network Working Group, Internet-Draft, "LISP Predictive RLOCs", draft-ietf-lisp-predictive-rlocs-01, インターネット, ＵＲＬ＜https://www.ietf.org/id/draft-ietf-lisp-predictive-rlocs-01.txt＞, ２０１８年１月２９日検索

近年、LISP等の端末IDとロケータ情報を分離し運用する方式を移動体網へ適用することが提案されている（非特許文献２参照）。移動体網では端末の移動に伴い、ローミングが発生する。LISPでは、xTR間の端末の移動に伴いマッピング情報の更新が必要であり、既存の仕組みではパケットロスが発生する。

図２は、LISPの移動体網への適用例を示す図である。例えば、端末Y（EID=c::1）がxTR#n配下からxTR#2配下へ移動すると（Ｓ２１）、マッピングサーバは、EIDとxTRとのマッピング情報を更新し（Ｓ２２）、対向xTRを切り替える（Ｓ２３）。しかし、マッピングサーバにおけるマッピング情報の更新には、RTT（Round Trip Time）及びRLOC検索のため、数十〜数百ms程度かかる場合があり、切り替え時にパケットロスが発生する。

より高品質なサービスへの適用を可能とするため、xTRに地理的属性を付与し、ローミングする端末の移動速度や方向を取得し、次の接続先となるxTR（１つ又は複数）を予測し、当該xTRへパケットを転送する方式が提案されている（非特許文献３参照）。

しかし、予測精度が低いとパケットロスが生じる可能性が高くなる。また、パケットロスの確率を減らすためには、候補となるxTRを増やすことが考えられるが、候補を増やすほど、無駄なトラフィックが発生する。無駄なトラフィックは、転送距離が長いほど、ネットワーク内のリソース浪費につながる。加えて、移動速度や方向を取得するためには、AP（Access Point）にセンサ等の追加機能を必要とするため、設備コストが増大する。

本発明は、例えば、移動速度や方向を取得するための追加機能を必要とすることなく、端末の移動に伴うパケットロスを低減することを目的とする。

本発明の一形態に係る通信システムは、
第１のルータと、当該第１のルータに地理的に近隣の第２のルータとを含む通信システムであって、
前記第１のルータは、
前記第１のルータに端末が接続されたときに、当該端末が自身に接続されたことを前記第２のルータに通知する通知部を有し、
前記第２のルータは、
前記通知を受け取ったときに、前記端末及び前記第１のルータをテンポラリ転送エントリとして登録する登録部と、
前記端末宛のパケットを受信したときに、前記テンポラリ転送エントリに従い当該パケットを前記第１のルータに転送する転送部と、
を有することを特徴とする。

また、本発明の一形態に係る通信システムは、
第１のルータと、当該第１のルータに地理的に近隣の第２のルータとを含む通信システムであって、
前記第１のルータは、
前記第１のルータの配下の端末宛のパケットを受信したときに、当該パケットを当該端末に加えて前記第２のルータにマルチキャストする転送部を有し、
前記第２のルータは、
前記第２のルータに前記端末が接続されている場合、前記パケットを前記端末に転送する転送部を有することを特徴とする。

また、本発明の一形態に係る転送方法は、
第１のルータと、当該第１のルータに地理的に近隣の第２のルータとを含む通信システムにおける転送方法であって、
前記第１のルータが、前記第１のルータに端末が接続されたときに、当該端末が自身に接続されたことを前記第２のルータに通知するステップと、
前記第２のルータが、前記通知を受け取ったときに、前記端末及び前記第１のルータをテンポラリ転送エントリとして登録するステップと、
前記第２のルータが、前記端末宛のパケットを受信したときに、前記テンポラリ転送エントリに従い当該パケットを前記第１のルータに転送するステップと、
を有することを特徴とする。

また、本発明の一形態に係る転送方法は、
第１のルータと、当該第１のルータに地理的に近隣の第２のルータとを含む通信システムにおける転送方法であって、
前記第１のルータが、前記第１のルータの配下の端末宛のパケットを受信したときに、当該パケットを当該端末に加えて前記第２のルータにマルチキャストするステップと、
前記第２のルータが、前記第２のルータに前記端末が接続されている場合、前記パケットを前記端末に転送するステップと、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、端末の移動に伴うパケットロスを低減することが可能になる。

LISPの動作概要を示す図である。 LISPの移動体網への適用例を示す図である。 本発明の実施例に係る通信システムの全体構成を示す図である。 実施例１の動作原理を示す図である。 実施例１に係るxTR及びN-xTRの機能構成を示す図である。 実施例２の動作原理を示す図である。 実施例２に係るxTR及びN-xTRの機能構成を示す図である。 本発明の実施例に係るxTRのハードウェア構成例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

＜システム構成＞
本発明の実施例について、LISPの移動体網への適用例を参考に説明する。しかし、本発明は、LISP以外に、端末IDとロケータ情報を分離し運用する他の方式にも適用可能であり、移動体網以外に、ロケータ情報に基づき転送を行う装置／機能部を有する他のネットワークにも適用可能である。

図３は、本発明の実施例に係る通信システムの全体構成を示す図である。本発明の実施例に係る通信システムは、エッジルータの役目をするxTR#1〜xTR#n（１０−１〜１０−ｎ）と、端末ID（EID）とロケータ情報（RLOC）とのマッピング情報を管理するマッピングサーバ（２０）とを有する。移動体網では、xTR#1〜xTR#n（１０−１〜１０−ｎ）のそれぞれが端末を収容するAP（又は基地局）に接続されている。したがって、マッピングサーバ（２０）は、各xTR#1〜xTR#nのID（本実施例では、それぞれxTR#1〜xTR#nとする）をロケータ情報として管理することができる。

図２を参照して説明したように、端末がxTR間で移動したときにマッピングサーバ（２０）におけるマッピング情報の更新に起因するパケットロスが発生する。このパケットロスを低減するために、本発明の実施例では、xTR間の地理的な近隣関係を用いて、マッピングサーバ（２０）を経由せずにパケットを転送する。すなわち、端末の移動に伴い発生するローミングでは、移動先のxTRの候補は地理的に限定され、移動速度や方向の高精度な予測は必要ない。また、移動先のxTRは移動元のxTRの近傍であり、伝送距離は小さい。したがって、このような地理的に近隣のxTR間のパケット転送によって、パケットロスの少ないローミング手法（厳密にはパケットロスを０に出来るとは限らないが、以下では、０パケットロス・ローミング手法と呼ぶ）を実現する。

以下に説明する実施例１及び実施例２において、０パケットロス・ローミング手法を実現するための２つの方式について説明する。

（１）xTRに特定の端末Aが接続されたときに、当該xTRは、端末Aが自身に接続されたことを予め設定された地理的に近隣のxTRにマッピングサーバを経由せずに通知する方式
（２）配下の特定の端末A宛のパケットを受信したxTRが、当該パケットを予め設定された地理的に近隣のxTRにマルチキャストする方式
実施例１及び実施例２の説明において、対象xTRに対して予め設定された地理的に近隣のxTRをN-xTR（Neighbor-xTR）と呼ぶ。

なお、０パケットロス・ローミング手法を適用する必要があるサービスを限定することで（例えば、緊急電話のハンドオーバ等の場合に限定することで）、xTRとN-xTRとの間で転送されるパケットの影響を抑制することができる。

＜実施例１＞
実施例１では、０パケットロス・ローミング手法を実現するための（１）xTRに特定の端末Aが接続されたときに、当該xTRは、端末Aが自身に接続されたことをN-xTRにマッピングサーバを経由せずに通知する方式について説明する。

図４は、実施例１の動作原理を示す図である。まず、xTR#1に対し、地理的に近隣のxTR#2〜xTR#5を移動先候補となるN-xTRとして設定する。地理的に近隣ではないxTR#6〜xTR#9は、N-xTRとして設定しない（すなわち、非N-xTRである）。ここでは、xTR#1に対してN-xTRを設定するが、他のxTRに対しても、地理的に近隣のxTRを移動先候補となるN-xTRとして設定する。

まず、０パケットロス・ローミング手法の対象である端末AがxTR#2に接続されている場合、xTR#2は、自身が有する転送エントリに従い、当該パケットを端末Aに転送する。

その後、xTR#1に端末Aが接続されたときに（Ｓ１０１）、xTR#1は、端末Aが自身に接続されたことをxTR#2〜xTR#5に通知する（Ｓ１０２）。xTR#2〜xTR#5は、当該通知を受け取ったときに、端末A及びxTR#1を一時的な転送エントリ（以下では、テンポラリ転送エントリと呼ぶ）として登録する（Ｓ１０３）。xTR#2は、端末A宛のパケットを受信したときに、登録したテンポラリ転送エントリに従い当該パケットをxTR#1に転送する（Ｓ１０４）。

その後、xTR#2〜xTR#5は、マッピングサーバから正式なマッピング情報を取得した場合、すなわち、マッピングサーバから端末AがxTR#1配下にあることを示すマッピング情報を取得した場合、テンポラリ転送エントリとして登録された端末A及びxTR#1を削除する（Ｓ１０５）。また、テンポラリ転送エントリは、一定時間経過後に削除される。マッピングサーバのマッピング情報に従い端末A宛のパケットはxTR#1に転送され、xTR#1から端末Aに転送される。

なお、０パケットロス・ローミング手法を適用する必要があるサービスが特定のサービスに限定されている場合、上記のＳ１０１〜Ｓ１０５は特定のサービスの場合にのみ実行される。

図５は、実施例１に係るxTR及びN-xTRの機能構成を示す図である。図５のxTRは図４のxTR#1に対応し、図５のN-xTRは図４のxTR#2〜xTR#5に対応する。各xTRはN-xTRにもなり得るが、便宜上、xTRの機能とN-xTRの機能に分けて説明する。

xTRは、N-xTR設定部１０１と、接続管理部１０２と、通知部１０３と、転送部１０４とを含む。

N-xTR設定部１０１は、自身に地理的に近隣のxTR（N-xTR）を設定する。

接続管理部１０２は、自身に接続されている端末を管理する。

通知部１０３は、自身に端末Aが接続されたときに、当該端末Aが自身に接続されたことをN-xTRに通知する。

転送部１０４は、マッピングサーバから取得したマッピング情報に従い、パケットを転送する。転送部１０４は、他のxTR配下の端末宛のパケットを受信すると、当該パケットを他のxTRに転送する。また、転送部１０４は、自身の配下の端末宛のパケットを受信すると、当該パケットを配下の端末に転送する。

N-xTRは、接続管理部１１２と、登録部１１３と、転送部１１４とを含む。

接続管理部１１２は、自身に接続されている端末を管理する。

登録部１１３は、端末Aが新たに接続するxTR#n（n=1,2,…）から、端末AがxTR#nに接続されたという通知を受け取ったときに、端末A及びxTR#nをテンポラリ転送エントリとして登録する。また、登録部１１３は、マッピングサーバから、端末AとxTR#nとのマッピング情報を取得した場合、テンポラリ転送エントリとして登録された端末A及びxTR#nを削除する。

転送部１１４は、マッピングサーバから取得したマッピング情報に従い、パケットを転送する。転送部１１４は、他のxTR配下の端末宛のパケットを受信すると、当該パケットを他のxTRに転送する。また、転送部１１４は、自身の配下の端末宛のパケットを受信すると、当該パケットを配下の端末に転送する。ただし、転送部１１４は、端末A及びxTR#nのテンポラリ転送エントリが登録されている場合、端末A宛のパケットを受信したときに上記のマッピングサーバから取得したマッピング情報の代わりに、テンポラリ転送エントリに従い、当該パケットをxTR#nに転送する。

実施例１では、主に端末単位でテンポラリ転送エントリを作成することにより０パケットロス・ローミング手法を実現する例を示しているが、通信種別単位で（例えば、TCPであるかUDPであるか、あるいは、利用アプリケーションに依存して）テンポラリ転送エントリを作成することにより０パケットロス・ローミング手法を実現することも可能である。このように、実施例１の０パケットロス・ローミング手法は、端末、特定の通信種別、あるいはそれらの組み合わせの情報に基づき適用することが可能である。

＜実施例２＞
実施例２では、０パケットロス・ローミング手法を実現するための（２）配下の特定の端末A宛のパケットを受信したxTRが、当該パケットをN-xTRにマルチキャストする方式について説明する。

図６は、実施例２の動作原理を示す図である。まず、xTR#1に対し、地理的に近隣のxTR#2〜xTR#5を移動先候補となるN-xTRとして設定する。地理的に近隣ではないxTR#6〜xTR#9は、N-xTRとして設定しない（すなわち、非N-xTRである）。ここでは、xTR#1に対してN-xTRを設定するが、他のxTRに対しても、地理的に近隣のxTRを移動先候補となるN-xTRとして設定する。

まず、０パケットロス・ローミング手法の対象である端末AがxTR#1に接続されているものとする。

xTR#1は、xTR#1配下の端末A宛のパケットを受信したときに（Ｓ２０１）、当該パケットを端末Aに加えてxTR#2〜xTR#5にマルチキャストする（Ｓ２０２）。xTR#2〜xTR#5は、端末Aが接続されている場合には、パケットを端末Aに転送する（Ｓ２０３）。xTR#2〜xTR#5は、端末Aが接続されていない場合には、パケットを破棄する（Ｓ２０４）。例えば、図６のように端末AがxTR#1配下からxTR#2配下に移動した場合、xTR#2はパケットを端末Aに転送し、xTR#3〜xTR5は端末A宛のパケットを破棄する。

なお、０パケットロス・ローミング手法を適用する必要があるサービスが特定のサービスに限定されている場合、上記のＳ２０１〜Ｓ２０４は特定のサービスの場合にのみ実行される。

図７は、実施例２に係るxTR及びN-xTRの機能構成を示す図である。図７のxTRは図６のxTR#1に対応し、図７のN-xTRは図６のxTR#2〜xTR#5に対応する。各xTRはN-xTRにもなり得るが、便宜上、xTRの機能とN-xTRの機能に分けて説明する。

xTRは、N-xTR設定部２０１と、接続管理部２０２と、転送部２０４とを含む。

N-xTR設定部２０１は、自身に地理的に近隣のxTR（N-xTR）を設定する。

接続管理部２０２は、自身に接続されている端末を管理する。

転送部２０４は、マッピングサーバから取得したマッピング情報に従い、パケットを転送する。転送部２０４は、他のxTR配下の端末宛のパケットを受信すると、当該パケットを他のxTRに転送する。また、転送部２０４は、自身の配下の端末宛のパケットを受信すると、当該パケットを配下の端末に加えてN-xTRにマルチキャストする。

N-xTRは、接続管理部２１２と、転送部２１４とを含む。

接続管理部２１２は、自身に接続されている端末を管理する。

転送部２１４は、マッピングサーバから取得したマッピング情報に従い、パケットを転送する。転送部２１４は、他のxTR配下の端末宛のパケットを受信すると、当該パケットを他のxTRに転送する。また、転送部２１４は、自身に接続されている端末宛のパケットを受信すると、当該パケットを配下の端末に転送する。なお、N-xTR自身に地理的に近隣のxTRからマルチキャストされたパケットを受信したが、当該パケットが自身に接続されていない端末宛のパケットである場合、当該パケットを破棄する。

実施例２では、主に端末単位の０パケットロス・ローミング実現を適用する例を示しているが、通信種別単位で（例えば、TCPであるかUDPであるか、あるいは利用アプリケーションに依存して）０パケットロス・ローミング手法を実現することも可能である。このように、実施例２の０パケットロス・ローミング手法は、端末、特定の通信種別、あるいはそれらの組み合わせの情報に基づき適用することが可能である。

＜本発明の実施例の効果＞
LISPアーキテクチャでは、マッピングサーバが、各EIDの接続するxTR情報を一元的に管理しており、xTRが勝手にエントリを書き換えていくことは、データの不整合を引き起こす可能性がある。

実施例１のように、テンポラリ転送エントリを登録し、マッピングサーバから正式なエントリの更新情報を受信するまで、或いは一定時間が経過するまで、テンポラリ転送エントリを使用することにより、マッピングサーバによるEIDとxTR情報との管理を実現しつつ、マッピングサーバにおける情報更新に起因するパケットロスを低減することが可能になる。

また、実施例２のように、配下の端末宛のパケットを受信したxTRが近隣のxTRに当該パケットをマルチキャストすることにより、端末が近隣のxTRに移動した直後でもパケットを端末に転送することが可能になる。その結果、マッピングサーバによるEIDとxTR情報との管理を実現しつつ、マッピングサーバにおける情報更新に起因するパケットロスを低減することが可能になる。

また、移動先のxTRを地理的に限定することで、移動速度や方向の予測のための機能をAPに追加する必要なく、過度なネットワークリソースの浪費を抑制することができる。さらに、０パケットロス・ローミング手法を適用する必要があるサービスを限定することで、ネットワークリソースの浪費を更に抑制することができる。

＜ハードウェア構成例＞
図８に、本発明の実施例に係るxTR（１０−１〜１０−ｎ）のハードウェア構成例を示す。xTR（１０−１〜１０−ｎ）は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１５１等のプロセッサ、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリ装置１５２、ハードディスク等の記憶装置１５３等から構成されたコンピュータでもよい。例えば、xTR（１０−１〜１０−ｎ）の機能および処理は、記憶装置１５３又はメモリ装置１５２に格納されているデータやプログラムをＣＰＵ１５１が実行することによって実現される。また、xTR（１０−１〜１０−ｎ）に必要な情報は、入出力インタフェース装置１５４から入力され、xTR（１０−１〜１０−ｎ）において求められた結果は、入出力インタフェース装置１５４から出力されてもよい。なお、マッピングサーバ（２０）も同様のハードウェア構成によって実現可能である。

＜補足＞
説明の便宜上、本発明の実施例に係るxTR及びN-xTRは機能的なブロック図を用いて説明しているが、本発明の実施例に係るxTR及びN-xTRは、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。例えば、本発明の実施例は、コンピュータに対して本発明の実施例に係るxTR及びN-xTRの機能を実現させるプログラム、コンピュータに対して本発明の実施例に係る方法の各手順を実行させるプログラム等により、実現されてもよい。また、各機能部が必要に応じて組み合わせて使用されてもよい。また、本発明の実施例に係る方法は、実施例に示す順序と異なる順序で実施されてもよい。

以上、端末の移動に伴うパケットロスを低減するための手法について説明したが、本発明は、上記の実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々の変更・応用が可能である。

１０１ N-xTR設定部
１０２ 接続管理部
１０３ 通知部
１０４ 転送部
１１２ 接続管理部
１１３ 登録部
１１４ 転送部
２０１ N-xTR設定部
２０２ 接続管理部
２０４ 転送部
２１２ 接続管理部
２１４ 転送部

Claims (6)

1. 第１のルータと、当該第１のルータに地理的に近隣の第２のルータとを含む通信システムであって、
   前記第１のルータは、
   前記第１のルータに端末が接続されたときに、当該端末が自身に接続されたことを前記第２のルータに通知する通知部を有し、
   前記第２のルータは、
   前記通知を受け取ったときに、前記端末及び前記第１のルータをテンポラリ転送エントリとして登録する登録部と、
   前記端末宛のパケットを受信したときに、前記テンポラリ転送エントリに従い当該パケットを前記第１のルータに転送する転送部と、
   を有する、
   通信システム。
2. 前記第２のルータの前記登録部は、
   端末とルータとのマッピング情報を管理するマッピングサーバから、前記端末と前記第１のルータとのマッピング情報を取得した場合、前記テンポラリ転送エントリとして登録された前記端末及び前記第１のルータを削除する、請求項１に記載の通信システム。
3. 第１のルータと、当該第１のルータに地理的に近隣の第２のルータとを含む通信システムであって、
   前記第１のルータは、
   前記第１のルータの配下の端末宛のパケットを受信したときに、当該パケットを当該端末に加えて前記第２のルータにマルチキャストする転送部を有し、
   前記第２のルータは、
   前記第２のルータに前記端末が接続されている場合、前記パケットを前記端末に転送する転送部を有する、
   通信システム。
4. 前記第２のルータの前記転送部は、
   前記第２のルータに前記端末が接続されていない場合、前記パケットを破棄する、請求項３に記載の通信システム。
5. 第１のルータと、当該第１のルータに地理的に近隣の第２のルータとを含む通信システムにおける転送方法であって、
   前記第１のルータが、前記第１のルータに端末が接続されたときに、当該端末が自身に接続されたことを前記第２のルータに通知するステップと、
   前記第２のルータが、前記通知を受け取ったときに、前記端末及び前記第１のルータをテンポラリ転送エントリとして登録するステップと、
   前記第２のルータが、前記端末宛のパケットを受信したときに、前記テンポラリ転送エントリに従い当該パケットを前記第１のルータに転送するステップと、
   を有する転送方法。
6. 第１のルータと、当該第１のルータに地理的に近隣の第２のルータとを含む通信システムにおける転送方法であって、
   前記第１のルータが、前記第１のルータの配下の端末宛のパケットを受信したときに、当該パケットを当該端末に加えて前記第２のルータにマルチキャストするステップと、
   前記第２のルータが、前記第２のルータに前記端末が接続されている場合、前記パケットを前記端末に転送するステップと、
   を有する転送方法。

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