JP3642780B2 - パケット送信方法及び通信システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信システム及びパケット送信方法に係り、より詳しくは、移動端末と、無線ゾーンを形成し当該無線ゾーンに在圏する移動端末と無線通信を行う複数のアクセスルータと、アクセスルータの上位の階層構造に接続された複数の中継ルータとを含んで構成された通信システム、及び当該通信システムにてパケット送信元からのパケットを当該通信システムの上位階層から目的の移動端末へ向けて送信する際のパケット送信方法に関する。
【０００２】
なお、移動端末は、携帯電話、ＰＨＳ、ＰＤＡ、携帯用パーソナルコンピュータ等の携帯可能な端末全般を意味し、アクセスルータは、無線インターフェース等の基地局機能を備えたルータである。
【０００３】
【従来の技術】
移動通信においては、移動端末がアクセスルータ間を移動するハンドオーバ時にパケットロスが発生することが知られている。インターネットドラフトとなっているセルラーＩＰでは、ハンドオーバ時に一時的に移動先のアクセスルータと移動元のアクセスルータの両方へパケットを中継ルータ（例えば、クロスオーバルータ（Cross Over Router：ＣＯＲ））においてマルチキャストすることで、ハンドオーバ中のパケットロスの軽減を図っている。
【０００４】
ここで、図１を用いてセルラーＩＰにおけるマルチキャストハンドオーバを説明する。マルチキャストハンドオーバでは、まず図１（ａ）に示すように移動端末ＭＴは、移動元のアクセスルータＡＲ１と通信中に、リンクレイヤ（Link Layer）情報によって、移動先となるアクセスルータＡＲ２に関する情報を取得する。次に、図１（ｂ）に示すように、移動端末ＭＴは、上記で情報を得た移動先アクセスルータＡＲ２に対し、移動元アクセスルータＡＲ１経由でマルチキャストハンドオーバ用のルート更新パケットを送信する。この後、中継ルータＲ１は、マルチキャストハンドオーバ用のルート更新メッセージを受け取る。
【０００５】
そして、図１（ｃ）に示すようにマルチキャストハンドオーバ用のルート更新メッセージを受け取った中継ルータＲ１は、アクセスルータＡＲ１、ＡＲ２に対してパケットをマルチキャストする。さらに、図１（ｄ）に示すように移動端末ＭＴは、アクセスルータＡＲ２配下へ移動した後、ゲートウェイＧＷに対してルート更新パケットを送出する。これにより、通信相手３０から移動端末ＭＴへのパスのうちアクセスルータＡＲ２経由のパス以外のパスが消去される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、セルラーＩＰでは、中継ルータから移動元アクセスルータと移動先アクセスルータへマルチキャストを行う場合、中継ルータが各方路に対してパケットを送出するタイミングについては考慮されていないため、次のような問題が発生する。
【０００７】
図２のネットワークにおいて、リンク１の伝送遅延がリンク２の伝送遅延よりも大きい場合、移動端末ＭＴはハンドオーバ後に既に受信済のパケットより数個先のパケットを受け取る可能性があり、この間のパケットが受信できないためＴＣＰにおける再送が必要となり、ＴＣＰスループットが低下してしまう。
【０００８】
一方、リンク１の伝送遅延がリンク２の伝送遅延以下の場合、移動端末ＭＴはハンドオーバ後に、既に受信済のパケットを受信する。ＴＣＰではパケットには全てのパケットに一連のシーケンス番号が付与されていて、順序通りのシーケンス番号のパケットを受信できなかった場合、そのシーケンス番号を返すのではなく、受信側は送信側に対してシーケンス番号が順序通り受け取られていた時に最後に受け取ったパケットに対するＡＣＫを送信する。このパケットに対するＡＣＫは、当該パケット受信時に既にＡＣＫが送られているはずなので、ここで送られるパケットは重複ＡＣＫ（即ち、Duplicate ＡＣＫ（D−ＡＣＫ））となる。
【０００９】
そして、重複して受信されたパケットによって生成された重複ＡＣＫが３つ以上に達した場合、現在一般的に用いられているＴＣＰアルゴリズムであるTCP Reno、TCP New-Reno、TCP SACK等においては、Fast Retransmit and Fast Recoveryと呼ばれるCongestion Avoidance（輻輳回避）フェーズに突入しＴＣＰのスループットが低下する場合がある。但し、セルラーＩＰのドラフト中でも述べられている通り、こちらの場合はパケットロスは生じていないため、スループットの低下は前述のリンク１の伝送遅延がリンク２の伝送遅延よりも大きい場合より小さくなる可能性が高い。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、中継ルータからマルチキャストされるパケットが移動端末において受信される際の同期のズレを算出し、各中継ルータに対して移動端末で算出された同期のズレを補正する遅延をマルチキャストを行う各方路に加えることでパケットロスの発生を防止することを第１の目的とする。
【００１１】
また、移動端末のＴＣＰ側で本ハンドオーバ方法に即した制御を行うことで、パケットの重複によるＴＣＰスループットの低下を防止することを第２の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明に係るパケット送信方法は、請求項１に記載したように、移動端末と、無線ゾーンを形成し当該無線ゾーンに在圏する移動端末と無線通信を行う複数のアクセスルータと、前記アクセスルータの上位の階層構造に接続された複数の中継ルータとを含んで構成された通信システムにて、パケット送信元からのパケットを当該通信システムの上位階層から目的の移動端末へ向けて送信する際のパケット送信方法であって、前記中継ルータが、前記パケット送信元からのパケットを中継する際、前記目的の移動端末が移動する可能性のある無線ゾーンを形成するアクセスルータの全てに、前記パケットとともにルータ広告をマルチキャストし、前記移動端末が、マルチキャストされたルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから受信し、当該移動端末が、当該複数のアクセスルータからの受信に関する情報に基づいて、各アクセスルータからのパケットの受信時刻の差を算出して、マルチキャストするべき中継ルータを特定し、当該移動端末が、前記特定された中継ルータに対し、当該中継ルータがマルチキャストの各方路に対し加えるべき遅延情報を含んだマルチキャストメッセージを送信し、前記中継ルータが、当該移動端末からのマルチキャストメッセージを受信し、前記遅延情報に基づいてマルチキャストの各方路に対し遅延を加えることを特徴とする。
【００１３】
また、上記パケット送信方法に係る発明は、以下の通信システムに係る発明として記述することもできる。即ち、第１の目的を達成するために、本発明に係る通信システムは、請求項４に記載したように、移動端末と、無線ゾーンを形成し当該無線ゾーンに在圏する移動端末と無線通信を行う複数のアクセスルータと、前記アクセスルータの上位の階層構造に接続された複数の中継ルータとを含んで構成された通信システムであって、前記中継ルータは、パケット送信元からのパケットを当該通信システムの上位階層から目的の移動端末へ向けて送信する際の中継時に、前記目的の移動端末が移動する可能性のある無線ゾーンを形成するアクセスルータの全てに、前記パケットとともにルータ広告をマルチキャストするマルチキャスト手段と、当該中継ルータがマルチキャストの各方路に対し加えるべき遅延情報を含んだマルチキャストメッセージを前記移動端末から受信し、当該遅延情報に基づいてマルチキャストの各方路に対し遅延を加える遅延付加手段とを備え、前記移動端末は、前記マルチキャストされたルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから受信する受信手段と、当該複数のアクセスルータからの受信に関する情報に基づいて、各アクセスルータからのパケットの受信時刻の差を算出して、マルチキャストするべき中継ルータを特定する算出特定手段と、前記特定された中継ルータに対し、当該中継ルータがマルチキャストの各方路に対し加えるべき遅延情報を含んだマルチキャストメッセージを送信するメッセージ送信手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る通信システムは、移動端末と、無線ゾーンを形成し当該無線ゾーンに在圏する移動端末と無線通信を行う複数のアクセスルータと、アクセスルータの上位の階層構造に接続された複数の中継ルータとを含んで構成されている。本発明は、この通信システムにて、パケット送信元からのパケットを当該通信システムの上位階層から目的の移動端末へ向けて送信する際のパケット送信に関するものである。
【００１５】
即ち、中継ルータが、パケット送信元からのパケットを中継する際、目的の移動端末が移動する可能性のある無線ゾーンを形成するアクセスルータの全てに、パケットとともにルータ広告をマルチキャストする。そして、移動端末が、移動すると（例えば複数の無線ゾーンの境界を跨ぐように移動すると）、上記のマルチキャストされたルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから受信することとなる。
【００１６】
ここで、当該移動端末が、当該複数のアクセスルータからの受信に関する情報（例えば、受信した時刻を表すタイムスタンプ等）に基づいて、各アクセスルータからのパケットの受信時刻の差（マルチキャストの各方路に対し加えるべき遅延に相当）を算出して、マルチキャストするべき中継ルータを特定する。このように本発明では、移動端末が、マルチキャストするべき中継ルータを特定することを大きな特徴とする。
【００１７】
そこで、当該移動端末が、当該特定された中継ルータに対し、当該中継ルータがマルチキャストの各方路に対し加えるべき遅延情報を含んだマルチキャストメッセージを送信する。そして中継ルータは、当該移動端末からのマルチキャストメッセージを受信し、遅延情報に基づいてマルチキャストの各方路に対し遅延を加える。
【００１８】
これにより、中継ルータが各方路に対してパケットを送出するタイミングの同期をとることができ、従来のようなパケットロスの発生を未然に防止することができる。
【００１９】
上記第２の目的を達成するために、本発明に係るパケット送信方法は、請求項２に記載したように、移動端末が、受信したパケットのタイムスタンプ情報及び当該パケットのシーケンス番号に基づいて、所定の条件で、受信済パケットに対する応答確認の返答を回避するよう制御することが望ましい。
【００２０】
また、上記第２の目的を達成するために、本発明に係る通信システムでは、請求項５に記載したように、移動端末が、受信したパケットのタイムスタンプ情報及び当該パケットのシーケンス番号に基づいて、所定の条件で、受信済パケットに対する応答確認の返答を回避するよう制御する返答回避制御手段をさらに備えた構成とすることが望ましい。
【００２１】
即ち、移動端末が、受信したパケットのタイムスタンプ情報及び当該パケットのシーケンス番号より、所定の条件下で当該パケットが受信済か否かを判断することができる。例えば、受信したパケットのタイムスタンプがタイムスタンプ閾値以上の場合においても、受信したパケットのシーケンス番号が既に受信済のパケットの最新のシーケンス番号以下であれば、当該受信したパケットが受信済と判断できる。
【００２２】
このような条件下で、受信済パケットに対する応答確認の返答を回避するよう制御することにより、パケットの重複によるＴＣＰスループットの低下を未然に防止することができる。
【００２３】
なお、上記のように移動端末が応答確認の返答を回避するような制御は、あくまでも、マルチキャストハンドオーバ時にのみ実行するものであり、それ以外の時にはＴＣＰに基づいた通信制御を行うことは言うまでもない。
【００２４】
ところで、移動端末がルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから同時に受信することができない場合もある。このような場合、本発明に係るパケット送信方法では、請求項３に記載したように、当該移動端末により受信可能なルータ広告の送信元のアクセスルータは、移動端末が受信できないルータ広告を、代理広告として当該移動端末へ送信することが望ましい。
【００２５】
また、本発明に係る通信システムでは、請求項６に記載したように、アクセスルータが、移動端末がルータ広告を、自機を含む周辺の複数のアクセスルータから同時に受信することができないが、自機からのルータ広告は当該移動端末により受信可能である場合、移動端末が受信できないルータ広告を、代理広告として当該移動端末へ送信するよう制御する代理広告制御手段を備えた構成とすることが望ましい。
【００２６】
このように移動端末がルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから同時に受信することができない場合であっても、当該移動端末により受信可能なルータ広告の送信元のアクセスルータが、移動端末が受信できないルータ広告を、代理広告として当該移動端末へ送信することにより、間接的ではあるが移動端末はルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから受信することができ、本発明の有用性をより高めることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一実施の形態について説明する。
【００２８】
まず、本発明に係る動作を行う中継ルータの構成を説明する。なお、ここでの中継ルータとは、パケットをアクセスルータへ中継するルータ（例えば、クロスオーバルータ（Cross Over Router：ＣＯＲ））を意味し、図５では例えば、中継ルータＲ０、Ｒ１、Ｒ２（これらは「中継ルータＲ」と総称する）が該当する。
【００２９】
図３に示すように、中継ルータＲは、受信したパケットを判定し各処理モジュールへ転送するパケット受信部１１と、ユーザパケットを受信しマルチキャスト指示の有無に応じて受信したパケットを処理するユーザパケット受信部１７と、移動端末からのマルチキャスト指示を受信するマルチキャスト指示受信部１４と、受信したマルチキャスト指示を基にパケットのマルチキャストと各方路に対して適切な遅延を付加するマルチキャスト遅延導入部１５と、ルータ広告（Router Advertisement：ＲＡ）を生成するルータ広告生成部１３と、タイムスタンプの管理を行うタイムスタンプ管理部１６と、タイムスタンプ管理部１６において管理されているタイムスタンプと自分のＩＤを、ルータ広告生成部１３により生成されたルータ広告に付加するルータ広告処理部１２と、パケットを次ノードに転送するパケット転送部１８とを含んで構成されている。
【００３０】
なお、上記のタイムスタンプとしては、例えば、ＣＰＵクロック、ネットワークタイムプロトコル（ＮＴＰ）、ＧＰＳ（Global Positioning System）、内蔵された時計等を採用することができる。
【００３１】
以下、図５を用いて本実施形態における基本動作を説明する。
【００３２】
（１）中継ルータ０が自分の下位のルータに対して、通信相手３０からのパケットとともにルータ広告（Router Advertisement：ＲＡ）を送信する。ルータ広告中には、送信したノードのＩＤと送信時刻を表すタイムスタンプとを付加する。ここでのノードのＩＤとしては、例えば、IP AddressやFQDN（Fully Qualified Domain Name）等を採用することができる。
【００３３】
（２）ルータ広告を受信した中継ルータＲ１、Ｒ２は、受信したルータ広告に対して自分のＩＤと受信時刻を表すタイムスタンプとを付加する。
【００３４】
（３）最下位の中継ノードとなるアクセスルータにおいても同様の処理を行う。
【００３５】
（４）ルータ広告を受信した移動端末ＭＴは、ルータ広告中のエントリを参照して最初の同一エントリからマルチキャストされたパケット伝搬遅延を算出する。
【００３６】
図５において「R1、T2」のエントリが最初に一致する部分であり、このタイムスタンプとアクセスルータＡＲ１から当該ルータ広告を受信した時刻との差（diff1-1）、及び上記タイムスタンプとアクセスルータＡＲ２から当該ルータ広告を受信した時刻との差（diff1-2）が、各方路を経由した場合のパケットの伝搬遅延となる。
【００３７】
（５）上記で算出された伝搬遅延を利用してマルチキャストした場合に移動端末ＭＴへ到着するパケットの同期を取る。具体的には、（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）とdiff1-2との大小比較をし、その結果に応じて以下のように処理する。
【００３８】
即ち、（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）がdiff1-2よりも小さい場合は、（diff1-2−（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延））分の遅延を、中継ルータＲ１においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ１を経由する方路へ付加する。
【００３９】
一方、（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）がdiff1-2よりも大きい場合は、（（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）−diff1-2）分の遅延を、中継ルータＲ１においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ２を経由する方路へ付加する。
【００４０】
（６）そして、「R0、T1」のエントリが次に一致するエントリになる。しかし、アクセスルータＡＲ１、ＡＲ２経由のルータ広告を基に、中継ルータＲ１において既に遅延が付加されているため、アクセスルータＡＲ３経由のルータ広告と、アクセスルータＡＲ１又はＡＲ２経由のルータ広告とを比較する場合、上記で付加した遅延を考慮する必要がある。以下の例では、中継ルータＲ１でアクセスルータＡＲ２を経由する方路に加えた遅延をdelay0として説明する。
【００４１】
（７）先程と同様に、ルータ広告を受信する時刻と各ルータ広告中のタイムスタンプから、中継ルータＲ０から各アクセスルータを経由した場合の伝搬遅延 diff0-2、diff0-3を算出する。ここでdiff0-2に対しては、delay0を加える必要がある。以下では、diff0-2にdelay0を加えた場合について、新たな伝搬遅延をdiff0-2（delay0）として説明する。
【００４２】
（８）上記で算出された伝搬遅延を利用してマルチキャストした場合に移動端末ＭＴへ到着するパケットの同期を取る。具体的には、diff0-2（delay0）とdiff0-3との大小比較をし、その結果に応じて以下のように処理する。
【００４３】
即ち、diff0-2（delay0）がdiff0-3よりも小さい場合は、（diff0-3−diff0-2（delay0））分の遅延を、中継ルータＲ０においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ１、ＡＲ２を経由する方路へ付加する。
【００４４】
一方、diff0-2（delay0）がdiff0-3よりも大きい場合は、（diff0-2（delay0）−diff0-3）分の遅延を、中継ルータＲ０においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ３を経由する方路へ付加する。
【００４５】
以上のような処理の結果、図６に示される各マルチキャストポイントで適切な方路に対して適切な遅延が加えられることによって、移動端末において受信されるパケットの受信間隔を操作することが可能になる。なお、図６に示されるトポロジの段数が増えた場合も同様の作業を繰り返す事で対応することができる。
【００４６】
また、上記で述べたハンドオーバ処理遅延は、パケットロスを防ぐという観点で見た場合、計測されたハンドオーバ処理遅延の中で最大のものを用いるのが適当である。
【００４７】
以下、図３の中継ルータＲの動作を図９に示すフローチャートに従って説明する。
【００４８】
まず、パケット受信部１１によってパケットを受信するか又は当該中継ルータＲが中継ルータ０であれば、ルータ広告生成部１３によってルータ広告を生成する（Ｓ１１）。そして、パケット受信部１１又はルータ広告生成部１３において、受信された又は生成されたパケットの種別が、ルータ広告であるか否かを判定する（Ｓ１２）。
【００４９】
ここでパケットの種別がルータ広告であった場合、ルータ広告処理部１２が、タイムスタンプ管理部１６により管理されているタイムスタンプと自己のＩＤとをルータ広告パケットに付加し、付加後のパケットをパケット転送部１８へ送る（Ｓ１３）。
【００５０】
一方、パケットの種別がルータ広告でなくユーザパケットであった場合、ユーザパケット受信部１７はマルチキャスト指示が有ったか否かを判定する（Ｓ１４）。ここで、マルチキャスト指示が有ったと判定された場合、当該パケットはマルチキャスト遅延導入部１５へ送られ、マルチキャスト遅延導入部１５は、移動端末によって算出された伝送遅延に基づいて、各方路へ転送されるパケットに伝送遅延を加えてから当該パケットをパケット転送部１８へ送る（Ｓ１５）。
【００５１】
また、Ｓ１４にてマルチキャスト指示が無かったと判定された場合（Ｓ１４で否定判定の場合）は、パケットはそのままパケット転送部１８へ送られる。
【００５２】
そして、Ｓ１６にてパケット転送部１８は、受け取ったパケットを直ちに次の宛先へと転送する。
【００５３】
ところで、上記の場合、移動端末において既に受信済のパケットを重複して受信する可能性がある。そこで、この問題については、以下のように端末側に新たな機能を付加することで、パケットを重複して受信した際に発生するＴＣＰスループットが低下するといった問題を解決する。
【００５４】
即ち、本実施形態では、移動端末の機能として、パケットを受信した際に移動端末において最初に閾値と比較させることで重複パケットを排除する事を可能にした。閾値としては、タイムスタンプとシーケンス番号を用いる。
【００５５】
まず、移動端末ＭＴの構成を図４により説明する。図４に示すように、移動端末ＭＴは、送信側から送られてきたパケットを受信するパケット受信部２１と、後述の判定の基準となるタイムスタンプに関する閾値（タイムスタンプ閾値）及びシーケンス番号に関する閾値（シーケンス番号閾値）を管理するとともに後述の所定条件の場合にタイムスタンプ閾値及びシーケンス番号閾値を更新する判定条件管理部２７と、受信されたパケットのタイムスタンプ、シーケンス番号を判定条件管理部２７で管理されている閾値と比較する受信パケット判定部２４と、受信されたパケットのタイムスタンプが閾値以上で且つシーケンス番号が閾値より大きい場合に、ＡＣＫを送信側へ返す応答確認返信部２５と、受信されたパケットのタイムスタンプが閾値より小さい場合及びシーケンス番号が閾値以下である場合に当該受信したパケットを廃棄するパケット廃棄部２６と、継続して計測したハンドオーバ処理遅延と各アクセスルータから受信したルータ広告を基に各マルチキャストを行うルータでの遅延を算出するルータ広告処理部２２と、各マルチキャストを行うルータに対してマルチキャスト指示を作成するマルチキャスト指示作成部２３と、パケットを目的のノードへ転送するパケット転送部２８とを含んで構成されている。
【００５６】
なお、上記のうち、ルータ広告処理部２２、マルチキャスト指示作成部２３及びパケット転送部２８は、マルチキャスト指示を生成する目的を果たすが、これらの構成は、移動端末ＭＴに限らず、移動端末ＭＴと対向するアクセスルータ側にも付加することができる。
【００５７】
以下、図４の移動端末ＭＴの動作を図７に示すフローチャートに従って説明する。
【００５８】
まず、パケット受信部２１により送信側から送られてきたパケットを受信し（Ｓ１）、受信パケット判定部２４において、受信したパケットのタイムスタンプが判定条件管理部２７で管理されているタイムスタンプ閾値以上である（大きい又は等しい）か否かを判定する（Ｓ２）。
【００５９】
受信したパケットのタイムスタンプが閾値以上である場合、判定条件管理部２７が当該受信パケットのタイムスタンプをもってタイムスタンプ閾値を更新し（Ｓ３）、受信パケット判定部２４において、受信したパケットのシーケンス番号が判定条件管理部２７で管理されているシーケンス番号閾値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ４）。
【００６０】
受信したパケットのシーケンス番号が閾値よりも大きい場合、判定条件管理部２７が送信元へ返すＡＣＫのシーケンス番号をもってシーケンス番号閾値を更新し（Ｓ５）、ＴＣＰの通常の動作に従って当該受信パケットを処理し、応答確認返信部２５がＡＣＫを送信側へ返す（Ｓ６）。
【００６１】
一方、Ｓ２にて受信パケットのタイムスタンプが閾値より小さい場合、及びＳ４にて受信パケットのシーケンス番号が閾値以下（等しい又は小さい）場合、当該受信パケットは重複パケットであるため、パケット廃棄部２６が当該受信パケットを廃棄する（Ｓ７）。
【００６２】
また、移動端末ＭＴでは、上記の動作とともに、マルチキャスト指示を生成する目的で以下の動作が行われる。即ち、ルータ広告処理部２２は、継続して計測したハンドオーバ処理遅延と各アクセスルータから受信したルータ広告を基に各マルチキャストを行うルータでの遅延を算出し、マルチキャスト指示作成部２３は、各マルチキャストを行うルータに対するマルチキャスト指示を作成する。パケット転送部２８はパケットを目的のノードへ転送する。
【００６３】
なお、上記処理を実行する場合、移動端末ＭＴはルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから受信する必要があるため、無線方式が限定される。ただし、現在の移動通信では信号用の周波数が用意されていて、この周波数を利用することで、複数のアクセスルータからの報知情報を受信することが出来る。
【００６４】
ところで、移動端末ＭＴが周辺のアクセスルータから同時にルータ広告を受信することができない場合には、周辺のアクセスルータのルータ広告を、現在通信中のアクセスルータから代理広告（Proxy RA（PRA））させることで、本発明に係る処理方式を実現することができる。
【００６５】
以下、図８を用いて、移動端末ＭＴが周辺のアクセスルータから同時にルータ広告を受信することができない場合の処理方式を説明する。
【００６６】
（１）中継ルータ０が自分の下位のルータに対して、通信相手３０からのパケットとともにルータ広告（Router Advertisement：ＲＡ）を送信する。ルータ広告中には、送信したノードのＩＤと送信時刻を表すタイムスタンプとを付加する。ここでのノードのＩＤとしては、例えば、IP AddressやFQDN（Fully Qualified Domain Name）等を採用することができる。
【００６７】
（２）ルータ広告を受信した中継ルータＲ１、Ｒ２は、受信したルータ広告に対して自分のＩＤと受信時刻を表すタイムスタンプとを付加する。
【００６８】
（３）最下位の中継ノードとなるアクセスルータにおいても同様の処理を行い、配下のアクセスルータへ転送する共に、周辺のアクセスルータに対してもルータ広告をマルチキャストする。
【００６９】
（４）移動端末ＭＴと通信可能なアクセスルータＡＲ２は、周辺のアクセスルータＡＲ１、ＡＲ３から送られて来たルータ広告を、代理広告として移動端末ＭＴへ転送する。その際に代理広告の元となるルータ広告を送信したアクセスルータＡＲ１、ＡＲ３と、代理広告を送信したアクセスルータＡＲ２との間のＲＴＴ（Round Trip Time:ラウンドトリップタイム）を付加する。ここで付加されるＲＴＴは、例えば以下の様に決定される。
【００７０】
各アクセスルータ間のタイムスタンプに同期が取れている場合は、ルータ広告をマルチキャストする際に添付されたタイムスタンプと受信した時刻との差分をＲＴＴとする。
【００７１】
また、各アクセスルータ間の同期が取れていない場合は、定期的に各アクセスルータ間でＲＴＴを計測するメッセージ（例えばＩＣＭＰのＰＩＮＧ）等を利用して計測した値を付加する。
【００７２】
図８において「R1、T2」のエントリが最初に一致する部分であり、このタイムスタンプ とアクセスルータＡＲ１から当該ルータ広告を受信した時刻との差から、アクセスルータＡＲ１からアクセスルータＡＲ２までのＲＴＴを差し引いた値（diff1-1）、及び上記のタイムスタンプとアクセスルータＡＲ２から当該ルータ広告を受信した時刻との差（diff1-2）が、各方路を経由した場合のパケットの伝搬遅延となる。
【００７３】
なお、アクセスルータＡＲ２により送信されるアクセスルータＡＲ１の代理広告やアクセスルータＡＲ３の代理広告には、アクセスルータＡＲ１、ＡＲ３の各々からアクセスルータＡＲ２へフォワードされて来る時間が含まれる。このため、代理広告（ＰＲＡ）については、代理広告リクエストと代理広告との交換時に別途計測されるＲＴＴを考慮する必要が有る。
【００７４】
（５）上記で算出された伝搬遅延を利用してマルチキャストした場合に移動端末ＭＴへ到着するパケットの同期を取る。具体的には、（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）とdiff1-2との大小比較をし、その結果に応じて以下のように処理する。
【００７５】
即ち、（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）がdiff1-2よりも小さい場合は、（diff1-2−（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延））分の遅延を、中継ルータＲ１においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ１を経由する方路へ付加する。
【００７６】
一方、（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）がdiff1-2よりも大きい場合は、（（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）−diff1-2）分の遅延を、中継ルータＲ１においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ２を経由する方路へ付加する。
【００７７】
（６）そして、「R0、T1」のエントリが次に一致するエントリになる。しかし、アクセスルータＡＲ１、ＡＲ２経由のルータ広告を基に、中継ルータＲ１において既に遅延が付加されているため、アクセスルータＡＲ３経由のルータ広告と、アクセスルータＡＲ１又はＡＲ２経由のルータ広告とを比較する場合、上記で付加した遅延を考慮する必要がある。以下の例では、中継ルータＲ１でアクセスルータＡＲ２を経由する方路に加えた遅延をdelay0として説明する。
【００７８】
（７）先程と同様に、ルータ広告を受信する時刻と各ルータ広告中のタイムスタンプから、中継ルータＲ０から各アクセスルータを経由した場合の伝搬遅延 diff0-2、diff0-3を算出する。ここでdiff0-2に対しては、delay0を加える必要がある。以下では、diff0-2にdelay0を加えた場合について、新たな伝搬遅延をdiff0-2（delay0）として説明する。
【００７９】
（８）上記で算出された伝搬遅延を利用してマルチキャストした場合に移動端末ＭＴへ到着するパケットの同期を取る。具体的には、diff0-2（delay0）とdiff0-3との大小比較をし、その結果に応じて以下のように処理する。
【００８０】
即ち、diff0-2（delay0）がdiff0-3よりも小さい場合は、（diff0-3−diff0-2（delay0））分の遅延を、中継ルータＲ０においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ１、ＡＲ２を経由する方路へ付加する。
【００８１】
一方、diff0-2（delay0）がdiff0-3よりも大きい場合は、（diff0-2（delay0）−diff0-3）分の遅延を、中継ルータＲ０においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ３を経由する方路へ付加する。
【００８２】
以上説明した処理方式を実行することによって、ハンドオーバ中のパケットロスによってＴＣＰのスループットが低下するという問題を解消することができる。
【００８３】
また、本方式では、既存のＷＷＷに代表されるサーバ類に変更を加えることなく実現することも出来るため、導入が容易であるという点でも大きなメリットがある。
【００８４】
なお、上記の説明で用いた図５、図８では、中継ルータＲ０より下位の層に対してマルチキャストする実施形態を説明するため、中継ルータＲ０から中継ルータＲ１へのパケットとして「R0、T1」のみ記載している。ただし、実際にパケットには、通信相手３０により付加されたデータ「CN、T0」も付加することが可能であり、通信相手３０から通信ルートが分岐している場合は、当該通信相手３０により付加されたデータ「CN、T0」も参照されることとなる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パケットロスの発生を防止することができるとともに、移動端末のＴＣＰ側で本ハンドオーバ方法に即した制御を行うことで、パケットの重複によるＴＣＰスループットの低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セルラーＩＰにおけるマルチキャストハンドオーバを説明するための図であり、（ａ）は移動端末がリンクレイヤ情報によって移動先アクセスルータＡＲ２に関する情報を取得する動作を表す図を、（ｂ）は移動端末が移動先アクセスルータＡＲ２にマルチキャストハンドオーバ用のルート更新パケットを送信する動作を表す図を、（ｃ）は中継ルータＲ０がアクセスルータＡＲ１、ＡＲ２にパケットをマルチキャストする動作を表す図を、（ｄ）は移動端末がゲートウェイにルート更新パケットを送出する動作を表す図を、それぞれ示す。
【図２】セルラーＩＰにおける問題点を説明するための図である。
【図３】中継ルータの構成図である。
【図４】移動端末の構成図である。
【図５】発明の実施形態における基本動作を説明するための図である。
【図６】発明の実施形態における基本動作により各マルチキャストポイントで適切な方路に対し遅延が加えられることを示す図である。
【図７】移動端末の動作を示すフローチャートである。
【図８】移動端末が周辺のアクセスルータから同時にルータ広告を受信することができない場合の処理方式を説明するための図である。
【図９】中継ルータの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１…パケット受信部、１２…ルータ広告処理部、１３…ルータ広告生成部、１４…マルチキャスト指示受信部、１５…マルチキャスト遅延導入部、１６…タイムスタンプ管理部、１７…ユーザパケット受信部、１８…パケット転送部、２１…パケット受信部、２２…ルータ広告処理部、２３…マルチキャスト指示作成部、２４…受信パケット判定部、２５…応答確認返信部、２６…パケット廃棄部、２７…判定条件管理部、２８…パケット転送部、３０…通信相手、ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３…アクセスルータ、ＧＷ…ゲートウェイ、ＭＴ…移動端末、Ｒ、Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２…中継ルータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信システム及びパケット送信方法に係り、より詳しくは、移動端末と、無線ゾーンを形成し当該無線ゾーンに在圏する移動端末と無線通信を行う複数のアクセスルータと、アクセスルータの上位の階層構造に接続された複数の中継ルータとを含んで構成された通信システム、及び当該通信システムにてパケット送信元からのパケットを当該通信システムの上位階層から目的の移動端末へ向けて送信する際のパケット送信方法に関する。
【０００２】
なお、移動端末は、携帯電話、ＰＨＳ、ＰＤＡ、携帯用パーソナルコンピュータ等の携帯可能な端末全般を意味し、アクセスルータは、無線インターフェース等の基地局機能を備えたルータである。
【０００３】
【従来の技術】
移動通信においては、移動端末がアクセスルータ間を移動するハンドオーバ時にパケットロスが発生することが知られている。インターネットドラフトとなっているセルラーＩＰでは、ハンドオーバ時に一時的に移動先のアクセスルータと移動元のアクセスルータの両方へパケットを中継ルータ（例えば、クロスオーバルータ（Cross Over Router：ＣＯＲ））においてマルチキャストすることで、ハンドオーバ中のパケットロスの軽減を図っている。
【０００４】
ここで、図１を用いてセルラーＩＰにおけるマルチキャストハンドオーバを説明する。マルチキャストハンドオーバでは、まず図１（ａ）に示すように移動端末ＭＴは、移動元のアクセスルータＡＲ１と通信中に、リンクレイヤ（Link Layer）情報によって、移動先となるアクセスルータＡＲ２に関する情報を取得する。次に、図１（ｂ）に示すように、移動端末ＭＴは、上記で情報を得た移動先アクセスルータＡＲ２に対し、移動元アクセスルータＡＲ１経由でマルチキャストハンドオーバ用のルート更新パケットを送信する。この後、中継ルータＲ１は、マルチキャストハンドオーバ用のルート更新メッセージを受け取る。
【０００５】
そして、図１（ｃ）に示すようにマルチキャストハンドオーバ用のルート更新メッセージを受け取った中継ルータＲ１は、アクセスルータＡＲ１、ＡＲ２に対してパケットをマルチキャストする。さらに、図１（ｄ）に示すように移動端末ＭＴは、アクセスルータＡＲ２配下へ移動した後、ゲートウェイＧＷに対してルート更新パケットを送出する。これにより、通信相手３０から移動端末ＭＴへのパスのうちアクセスルータＡＲ２経由のパス以外のパスが消去される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、セルラーＩＰでは、中継ルータから移動元アクセスルータと移動先アクセスルータへマルチキャストを行う場合、中継ルータが各方路に対してパケットを送出するタイミングについては考慮されていないため、次のような問題が発生する。
【０００７】
図２のネットワークにおいて、リンク１の伝送遅延がリンク２の伝送遅延よりも大きい場合、移動端末ＭＴはハンドオーバ後に既に受信済のパケットより数個先のパケットを受け取る可能性があり、この間のパケットが受信できないためＴＣＰにおける再送が必要となり、ＴＣＰスループットが低下してしまう。
【０００８】
一方、リンク１の伝送遅延がリンク２の伝送遅延以下の場合、移動端末ＭＴはハンドオーバ後に、既に受信済のパケットを受信する。ＴＣＰではパケットには全てのパケットに一連のシーケンス番号が付与されていて、順序通りのシーケンス番号のパケットを受信できなかった場合、そのシーケンス番号を返すのではなく、受信側は送信側に対してシーケンス番号が順序通り受け取られていた時に最後に受け取ったパケットに対するＡＣＫを送信する。このパケットに対するＡＣＫは、当該パケット受信時に既にＡＣＫが送られているはずなので、ここで送られるパケットは重複ＡＣＫ（即ち、Duplicate ＡＣＫ（D−ＡＣＫ））となる。
【０００９】
そして、重複して受信されたパケットによって生成された重複ＡＣＫが３つ以上に達した場合、現在一般的に用いられているＴＣＰアルゴリズムであるTCP Reno、TCP New-Reno、TCP SACK等においては、Fast Retransmit and Fast Recoveryと呼ばれるCongestion Avoidance（輻輳回避）フェーズに突入しＴＣＰのスループットが低下する場合がある。但し、セルラーＩＰのドラフト中でも述べられている通り、こちらの場合はパケットロスは生じていないため、スループットの低下は前述のリンク１の伝送遅延がリンク２の伝送遅延よりも大きい場合より小さくなる可能性が高い。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、中継ルータからマルチキャストされるパケットが移動端末において受信される際の同期のズレを算出し、各中継ルータに対して移動端末で算出された同期のズレを補正する遅延をマルチキャストを行う各方路に加えることでパケットロスの発生を防止することを第１の目的とする。
【００１１】
また、移動端末のＴＣＰ側で本ハンドオーバ方法に即した制御を行うことで、パケットの重複によるＴＣＰスループットの低下を防止することを第２の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明に係るパケット送信方法は、請求項１に記載したように、移動端末と、無線ゾーンを形成し当該無線ゾーンに在圏する移動端末と無線通信を行う複数のアクセスルータと、前記アクセスルータの上位の階層構造に接続された複数の中継ルータとを含んで構成された通信システムにて、パケット送信元からのパケットを当該通信システムの上位階層から目的の移動端末へ向けて送信する際のパケット送信方法であって、前記中継ルータが、前記パケット送信元からのパケットを中継する際、前記目的の移動端末が移動する可能性のある無線ゾーンを形成するアクセスルータの全てに、前記パケットとともにルータ広告をマルチキャストし、前記移動端末が、マルチキャストされたルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから受信し、当該移動端末が、当該複数のアクセスルータからの受信に関する情報に基づいて、各アクセスルータからのパケットの受信時刻の差を算出して、マルチキャストするべき中継ルータを特定し、当該移動端末が、前記特定された中継ルータに対し、当該中継ルータがマルチキャストの各方路に対し加えるべき遅延情報を含んだマルチキャストメッセージを送信し、前記中継ルータが、当該移動端末からのマルチキャストメッセージを受信し、前記遅延情報に基づいてマルチキャストの各方路に対し遅延を加えることを特徴とする。
【００１３】
また、上記パケット送信方法に係る発明は、以下の通信システムに係る発明として記述することもできる。即ち、第１の目的を達成するために、本発明に係る通信システムは、請求項４に記載したように、移動端末と、無線ゾーンを形成し当該無線ゾーンに在圏する移動端末と無線通信を行う複数のアクセスルータと、前記アクセスルータの上位の階層構造に接続された複数の中継ルータとを含んで構成された通信システムであって、前記中継ルータは、パケット送信元からのパケットを当該通信システムの上位階層から目的の移動端末へ向けて送信する際の中継時に、前記目的の移動端末が移動する可能性のある無線ゾーンを形成するアクセスルータの全てに、前記パケットとともにルータ広告をマルチキャストするマルチキャスト手段と、当該中継ルータがマルチキャストの各方路に対し加えるべき遅延情報を含んだマルチキャストメッセージを前記移動端末から受信し、当該遅延情報に基づいてマルチキャストの各方路に対し遅延を加える遅延付加手段とを備え、前記移動端末は、前記マルチキャストされたルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから受信する受信手段と、当該複数のアクセスルータからの受信に関する情報に基づいて、各アクセスルータからのパケットの受信時刻の差を算出して、マルチキャストするべき中継ルータを特定する算出特定手段と、前記特定された中継ルータに対し、当該中継ルータがマルチキャストの各方路に対し加えるべき遅延情報を含んだマルチキャストメッセージを送信するメッセージ送信手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る通信システムは、移動端末と、無線ゾーンを形成し当該無線ゾーンに在圏する移動端末と無線通信を行う複数のアクセスルータと、アクセスルータの上位の階層構造に接続された複数の中継ルータとを含んで構成されている。本発明は、この通信システムにて、パケット送信元からのパケットを当該通信システムの上位階層から目的の移動端末へ向けて送信する際のパケット送信に関するものである。
【００１５】
即ち、中継ルータが、パケット送信元からのパケットを中継する際、目的の移動端末が移動する可能性のある無線ゾーンを形成するアクセスルータの全てに、パケットとともにルータ広告をマルチキャストする。そして、移動端末が、移動すると（例えば複数の無線ゾーンの境界を跨ぐように移動すると）、上記のマルチキャストされたルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから受信することとなる。
【００１６】
ここで、当該移動端末が、当該複数のアクセスルータからの受信に関する情報（例えば、受信した時刻を表すタイムスタンプ等）に基づいて、各アクセスルータからのパケットの受信時刻の差（マルチキャストの各方路に対し加えるべき遅延に相当）を算出して、マルチキャストするべき中継ルータを特定する。このように本発明では、移動端末が、マルチキャストするべき中継ルータを特定することを大きな特徴とする。
【００１７】
そこで、当該移動端末が、当該特定された中継ルータに対し、当該中継ルータがマルチキャストの各方路に対し加えるべき遅延情報を含んだマルチキャストメッセージを送信する。そして中継ルータは、当該移動端末からのマルチキャストメッセージを受信し、遅延情報に基づいてマルチキャストの各方路に対し遅延を加える。
【００１８】
これにより、中継ルータが各方路に対してパケットを送出するタイミングの同期をとることができ、従来のようなパケットロスの発生を未然に防止することができる。
【００１９】
上記第２の目的を達成するために、本発明に係るパケット送信方法は、請求項２に記載したように、移動端末が、受信したパケットのタイムスタンプ情報及び当該パケットのシーケンス番号に基づいて、所定の条件で、受信済パケットに対する応答確認の返答を回避するよう制御することが望ましい。
【００２０】
また、上記第２の目的を達成するために、本発明に係る通信システムでは、請求項５に記載したように、移動端末が、受信したパケットのタイムスタンプ情報及び当該パケットのシーケンス番号に基づいて、所定の条件で、受信済パケットに対する応答確認の返答を回避するよう制御する返答回避制御手段をさらに備えた構成とすることが望ましい。
【００２１】
即ち、移動端末が、受信したパケットのタイムスタンプ情報及び当該パケットのシーケンス番号より、所定の条件下で当該パケットが受信済か否かを判断することができる。例えば、受信したパケットのタイムスタンプがタイムスタンプ閾値以上の場合においても、受信したパケットのシーケンス番号が既に受信済のパケットの最新のシーケンス番号以下であれば、当該受信したパケットが受信済と判断できる。
【００２２】
このような条件下で、受信済パケットに対する応答確認の返答を回避するよう制御することにより、パケットの重複によるＴＣＰスループットの低下を未然に防止することができる。
【００２３】
なお、上記のように移動端末が応答確認の返答を回避するような制御は、あくまでも、マルチキャストハンドオーバ時にのみ実行するものであり、それ以外の時にはＴＣＰに基づいた通信制御を行うことは言うまでもない。
【００２４】
ところで、移動端末がルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから同時に受信することができない場合もある。このような場合、本発明に係るパケット送信方法では、請求項３に記載したように、当該移動端末により受信可能なルータ広告の送信元のアクセスルータは、移動端末が受信できないルータ広告を、代理広告として当該移動端末へ送信することが望ましい。
【００２５】
また、本発明に係る通信システムでは、請求項６に記載したように、アクセスルータが、移動端末がルータ広告を、自機を含む周辺の複数のアクセスルータから同時に受信することができないが、自機からのルータ広告は当該移動端末により受信可能である場合、移動端末が受信できないルータ広告を、代理広告として当該移動端末へ送信するよう制御する代理広告制御手段を備えた構成とすることが望ましい。
【００２６】
このように移動端末がルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから同時に受信することができない場合であっても、当該移動端末により受信可能なルータ広告の送信元のアクセスルータが、移動端末が受信できないルータ広告を、代理広告として当該移動端末へ送信することにより、間接的ではあるが移動端末はルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから受信することができ、本発明の有用性をより高めることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一実施の形態について説明する。
【００２８】
まず、本発明に係る動作を行う中継ルータの構成を説明する。なお、ここでの中継ルータとは、パケットをアクセスルータへ中継するルータ（例えば、クロスオーバルータ（Cross Over Router：ＣＯＲ））を意味し、図５では例えば、中継ルータＲ０、Ｒ１、Ｒ２（これらは「中継ルータＲ」と総称する）が該当する。
【００２９】
図３に示すように、中継ルータＲは、受信したパケットを判定し各処理モジュールへ転送するパケット受信部１１と、ユーザパケットを受信しマルチキャスト指示の有無に応じて受信したパケットを処理するユーザパケット受信部１７と、移動端末からのマルチキャスト指示を受信するマルチキャスト指示受信部１４と、受信したマルチキャスト指示を基にパケットのマルチキャストと各方路に対して適切な遅延を付加するマルチキャスト遅延導入部１５と、ルータ広告（Router Advertisement：ＲＡ）を生成するルータ広告生成部１３と、タイムスタンプの管理を行うタイムスタンプ管理部１６と、タイムスタンプ管理部１６において管理されているタイムスタンプと自分のＩＤを、ルータ広告生成部１３により生成されたルータ広告に付加するルータ広告処理部１２と、パケットを次ノードに転送するパケット転送部１８とを含んで構成されている。
【００３０】
なお、上記のタイムスタンプとしては、例えば、ＣＰＵクロック、ネットワークタイムプロトコル（ＮＴＰ）、ＧＰＳ（Global Positioning System）、内蔵された時計等を採用することができる。
【００３１】
以下、図５を用いて本実施形態における基本動作を説明する。
【００３２】
（１）中継ルータ０が自分の下位のルータに対して、通信相手３０からのパケットとともにルータ広告（Router Advertisement：ＲＡ）を送信する。ルータ広告中には、送信したノードのＩＤと送信時刻を表すタイムスタンプとを付加する。ここでのノードのＩＤとしては、例えば、IP AddressやFQDN（Fully Qualified Domain Name）等を採用することができる。
【００３３】
（２）ルータ広告を受信した中継ルータＲ１、Ｒ２は、受信したルータ広告に対して自分のＩＤと受信時刻を表すタイムスタンプとを付加する。
【００３４】
（３）最下位の中継ノードとなるアクセスルータにおいても同様の処理を行う。
【００３５】
（４）ルータ広告を受信した移動端末ＭＴは、ルータ広告中のエントリを参照して最初の同一エントリからマルチキャストされたパケット伝搬遅延を算出する。
【００３６】
図５において「R1、T2」のエントリが最初に一致する部分であり、このタイムスタンプとアクセスルータＡＲ１から当該ルータ広告を受信した時刻との差（diff1-1）、及び上記タイムスタンプとアクセスルータＡＲ２から当該ルータ広告を受信した時刻との差（diff1-2）が、各方路を経由した場合のパケットの伝搬遅延となる。
【００３７】
（５）上記で算出された伝搬遅延を利用してマルチキャストした場合に移動端末ＭＴへ到着するパケットの同期を取る。具体的には、（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）とdiff1-2との大小比較をし、その結果に応じて以下のように処理する。
【００３８】
即ち、（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）がdiff1-2よりも小さい場合は、（diff1-2−（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延））分の遅延を、中継ルータＲ１においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ１を経由する方路へ付加する。
【００３９】
一方、（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）がdiff1-2よりも大きい場合は、（（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）−diff1-2）分の遅延を、中継ルータＲ１においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ２を経由する方路へ付加する。
【００４０】
（６）そして、「R0、T1」のエントリが次に一致するエントリになる。しかし、アクセスルータＡＲ１、ＡＲ２経由のルータ広告を基に、中継ルータＲ１において既に遅延が付加されているため、アクセスルータＡＲ３経由のルータ広告と、アクセスルータＡＲ１又はＡＲ２経由のルータ広告とを比較する場合、上記で付加した遅延を考慮する必要がある。以下の例では、中継ルータＲ１でアクセスルータＡＲ２を経由する方路に加えた遅延をdelay0として説明する。
【００４１】
（７）先程と同様に、ルータ広告を受信する時刻と各ルータ広告中のタイムスタンプから、中継ルータＲ０から各アクセスルータを経由した場合の伝搬遅延 diff0-2、diff0-3を算出する。ここでdiff0-2に対しては、delay0を加える必要がある。以下では、diff0-2にdelay0を加えた場合について、新たな伝搬遅延をdiff0-2（delay0）として説明する。
【００４２】
（８）上記で算出された伝搬遅延を利用してマルチキャストした場合に移動端末ＭＴへ到着するパケットの同期を取る。具体的には、diff0-2（delay0）とdiff0-3との大小比較をし、その結果に応じて以下のように処理する。
【００４３】
即ち、diff0-2（delay0）がdiff0-3よりも小さい場合は、（diff0-3−diff0-2（delay0））分の遅延を、中継ルータＲ０においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ１、ＡＲ２を経由する方路へ付加する。
【００４４】
一方、diff0-2（delay0）がdiff0-3よりも大きい場合は、（diff0-2（delay0）−diff0-3）分の遅延を、中継ルータＲ０においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ３を経由する方路へ付加する。
【００４５】
以上のような処理の結果、図６に示される各マルチキャストポイントで適切な方路に対して適切な遅延が加えられることによって、移動端末において受信されるパケットの受信間隔を操作することが可能になる。なお、図６に示されるトポロジの段数が増えた場合も同様の作業を繰り返す事で対応することができる。
【００４６】
また、上記で述べたハンドオーバ処理遅延は、パケットロスを防ぐという観点で見た場合、計測されたハンドオーバ処理遅延の中で最大のものを用いるのが適当である。
【００４７】
以下、図３の中継ルータＲの動作を図９に示すフローチャートに従って説明する。
【００４８】
まず、パケット受信部１１によってパケットを受信するか又は当該中継ルータＲが中継ルータ０であれば、ルータ広告生成部１３によってルータ広告を生成する（Ｓ１１）。そして、パケット受信部１１又はルータ広告生成部１３において、受信された又は生成されたパケットの種別が、ルータ広告であるか否かを判定する（Ｓ１２）。
【００４９】
ここでパケットの種別がルータ広告であった場合、ルータ広告処理部１２が、タイムスタンプ管理部１６により管理されているタイムスタンプと自己のＩＤとをルータ広告パケットに付加し、付加後のパケットをパケット転送部１８へ送る（Ｓ１３）。
【００５０】
一方、パケットの種別がルータ広告でなくユーザパケットであった場合、ユーザパケット受信部１７はマルチキャスト指示が有ったか否かを判定する（Ｓ１４）。ここで、マルチキャスト指示が有ったと判定された場合、当該パケットはマルチキャスト遅延導入部１５へ送られ、マルチキャスト遅延導入部１５は、移動端末によって算出された伝送遅延に基づいて、各方路へ転送されるパケットに伝送遅延を加えてから当該パケットをパケット転送部１８へ送る（Ｓ１５）。
【００５１】
また、Ｓ１４にてマルチキャスト指示が無かったと判定された場合（Ｓ１４で否定判定の場合）は、パケットはそのままパケット転送部１８へ送られる。
【００５２】
そして、Ｓ１６にてパケット転送部１８は、受け取ったパケットを直ちに次の宛先へと転送する。
【００５３】
ところで、上記の場合、移動端末において既に受信済のパケットを重複して受信する可能性がある。そこで、この問題については、以下のように端末側に新たな機能を付加することで、パケットを重複して受信した際に発生するＴＣＰスループットが低下するといった問題を解決する。
【００５４】
即ち、本実施形態では、移動端末の機能として、パケットを受信した際に移動端末において最初に閾値と比較させることで重複パケットを排除する事を可能にした。閾値としては、タイムスタンプとシーケンス番号を用いる。
【００５５】
まず、移動端末ＭＴの構成を図４により説明する。図４に示すように、移動端末ＭＴは、送信側から送られてきたパケットを受信するパケット受信部２１と、後述の判定の基準となるタイムスタンプに関する閾値（タイムスタンプ閾値）及びシーケンス番号に関する閾値（シーケンス番号閾値）を管理するとともに後述の所定条件の場合にタイムスタンプ閾値及びシーケンス番号閾値を更新する判定条件管理部２７と、受信されたパケットのタイムスタンプ、シーケンス番号を判定条件管理部２７で管理されている閾値と比較する受信パケット判定部２４と、受信されたパケットのタイムスタンプが閾値以上で且つシーケンス番号が閾値より大きい場合に、ＡＣＫを送信側へ返す応答確認返信部２５と、受信されたパケットのタイムスタンプが閾値より小さい場合及びシーケンス番号が閾値以下である場合に当該受信したパケットを廃棄するパケット廃棄部２６と、継続して計測したハンドオーバ処理遅延と各アクセスルータから受信したルータ広告を基に各マルチキャストを行うルータでの遅延を算出するルータ広告処理部２２と、各マルチキャストを行うルータに対してマルチキャスト指示を作成するマルチキャスト指示作成部２３と、パケットを目的のノードへ転送するパケット転送部２８とを含んで構成されている。
【００５６】
なお、上記のうち、ルータ広告処理部２２、マルチキャスト指示作成部２３及びパケット転送部２８は、マルチキャスト指示を生成する目的を果たすが、これらの構成は、移動端末ＭＴに限らず、移動端末ＭＴと対向するアクセスルータ側にも付加することができる。
【００５７】
以下、図４の移動端末ＭＴの動作を図７に示すフローチャートに従って説明する。
【００５８】
まず、パケット受信部２１により送信側から送られてきたパケットを受信し（Ｓ１）、受信パケット判定部２４において、受信したパケットのタイムスタンプが判定条件管理部２７で管理されているタイムスタンプ閾値以上である（大きい又は等しい）か否かを判定する（Ｓ２）。
【００５９】
受信したパケットのタイムスタンプが閾値以上である場合、判定条件管理部２７が当該受信パケットのタイムスタンプをもってタイムスタンプ閾値を更新し（Ｓ３）、受信パケット判定部２４において、受信したパケットのシーケンス番号が判定条件管理部２７で管理されているシーケンス番号閾値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ４）。
【００６０】
受信したパケットのシーケンス番号が閾値よりも大きい場合、判定条件管理部２７が送信元へ返すＡＣＫのシーケンス番号をもってシーケンス番号閾値を更新し（Ｓ５）、ＴＣＰの通常の動作に従って当該受信パケットを処理し、応答確認返信部２５がＡＣＫを送信側へ返す（Ｓ６）。
【００６１】
一方、Ｓ２にて受信パケットのタイムスタンプが閾値より小さい場合、及びＳ４にて受信パケットのシーケンス番号が閾値以下（等しい又は小さい）場合、当該受信パケットは重複パケットであるため、パケット廃棄部２６が当該受信パケットを廃棄する（Ｓ７）。
【００６２】
また、移動端末ＭＴでは、上記の動作とともに、マルチキャスト指示を生成する目的で以下の動作が行われる。即ち、ルータ広告処理部２２は、継続して計測したハンドオーバ処理遅延と各アクセスルータから受信したルータ広告を基に各マルチキャストを行うルータでの遅延を算出し、マルチキャスト指示作成部２３は、各マルチキャストを行うルータに対するマルチキャスト指示を作成する。パケット転送部２８はパケットを目的のノードへ転送する。
【００６３】
なお、上記処理を実行する場合、移動端末ＭＴはルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから受信する必要があるため、無線方式が限定される。ただし、現在の移動通信では信号用の周波数が用意されていて、この周波数を利用することで、複数のアクセスルータからの報知情報を受信することが出来る。
【００６４】
ところで、移動端末ＭＴが周辺のアクセスルータから同時にルータ広告を受信することができない場合には、周辺のアクセスルータのルータ広告を、現在通信中のアクセスルータから代理広告（Proxy RA（PRA））させることで、本発明に係る処理方式を実現することができる。
【００６５】
以下、図８を用いて、移動端末ＭＴが周辺のアクセスルータから同時にルータ広告を受信することができない場合の処理方式を説明する。
【００６６】
（１）中継ルータ０が自分の下位のルータに対して、通信相手３０からのパケットとともにルータ広告（Router Advertisement：ＲＡ）を送信する。ルータ広告中には、送信したノードのＩＤと送信時刻を表すタイムスタンプとを付加する。ここでのノードのＩＤとしては、例えば、IP AddressやFQDN（Fully Qualified Domain Name）等を採用することができる。
【００６７】
（２）ルータ広告を受信した中継ルータＲ１、Ｒ２は、受信したルータ広告に対して自分のＩＤと受信時刻を表すタイムスタンプとを付加する。
【００６８】
（３）最下位の中継ノードとなるアクセスルータにおいても同様の処理を行い、配下のアクセスルータへ転送する共に、周辺のアクセスルータに対してもルータ広告をマルチキャストする。
【００６９】
（４）移動端末ＭＴと通信可能なアクセスルータＡＲ２は、周辺のアクセスルータＡＲ１、ＡＲ３から送られて来たルータ広告を、代理広告として移動端末ＭＴへ転送する。その際に代理広告の元となるルータ広告を送信したアクセスルータＡＲ１、ＡＲ３と、代理広告を送信したアクセスルータＡＲ２との間のＲＴＴ（Round Trip Time:ラウンドトリップタイム）を付加する。ここで付加されるＲＴＴは、例えば以下の様に決定される。
【００７０】
各アクセスルータ間のタイムスタンプに同期が取れている場合は、ルータ広告をマルチキャストする際に添付されたタイムスタンプと受信した時刻との差分をＲＴＴとする。
【００７１】
また、各アクセスルータ間の同期が取れていない場合は、定期的に各アクセスルータ間でＲＴＴを計測するメッセージ（例えばＩＣＭＰのＰＩＮＧ）等を利用して計測した値を付加する。
【００７２】
図８において「R1、T2」のエントリが最初に一致する部分であり、このタイムスタンプ とアクセスルータＡＲ１から当該ルータ広告を受信した時刻との差から、アクセスルータＡＲ１からアクセスルータＡＲ２までのＲＴＴを差し引いた値（diff1-1）、及び上記のタイムスタンプとアクセスルータＡＲ２から当該ルータ広告を受信した時刻との差（diff1-2）が、各方路を経由した場合のパケットの伝搬遅延となる。
【００７３】
なお、アクセスルータＡＲ２により送信されるアクセスルータＡＲ１の代理広告やアクセスルータＡＲ３の代理広告には、アクセスルータＡＲ１、ＡＲ３の各々からアクセスルータＡＲ２へフォワードされて来る時間が含まれる。このため、代理広告（ＰＲＡ）については、代理広告リクエストと代理広告との交換時に別途計測されるＲＴＴを考慮する必要が有る。
【００７４】
（５）上記で算出された伝搬遅延を利用してマルチキャストした場合に移動端末ＭＴへ到着するパケットの同期を取る。具体的には、（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）とdiff1-2との大小比較をし、その結果に応じて以下のように処理する。
【００７５】
即ち、（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）がdiff1-2よりも小さい場合は、（diff1-2−（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延））分の遅延を、中継ルータＲ１においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ１を経由する方路へ付加する。
【００７６】
一方、（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）がdiff1-2よりも大きい場合は、（（diff1-1＋ハンドオーバ処理遅延）−diff1-2）分の遅延を、中継ルータＲ１においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ２を経由する方路へ付加する。
【００７７】
（６）そして、「R0、T1」のエントリが次に一致するエントリになる。しかし、アクセスルータＡＲ１、ＡＲ２経由のルータ広告を基に、中継ルータＲ１において既に遅延が付加されているため、アクセスルータＡＲ３経由のルータ広告と、アクセスルータＡＲ１又はＡＲ２経由のルータ広告とを比較する場合、上記で付加した遅延を考慮する必要がある。以下の例では、中継ルータＲ１でアクセスルータＡＲ２を経由する方路に加えた遅延をdelay0として説明する。
【００７８】
（７）先程と同様に、ルータ広告を受信する時刻と各ルータ広告中のタイムスタンプから、中継ルータＲ０から各アクセスルータを経由した場合の伝搬遅延 diff0-2、diff0-3を算出する。ここでdiff0-2に対しては、delay0を加える必要がある。以下では、diff0-2にdelay0を加えた場合について、新たな伝搬遅延をdiff0-2（delay0）として説明する。
【００７９】
（８）上記で算出された伝搬遅延を利用してマルチキャストした場合に移動端末ＭＴへ到着するパケットの同期を取る。具体的には、diff0-2（delay0）とdiff0-3との大小比較をし、その結果に応じて以下のように処理する。
【００８０】
即ち、diff0-2（delay0）がdiff0-3よりも小さい場合は、（diff0-3−diff0-2（delay0））分の遅延を、中継ルータＲ０においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ１、ＡＲ２を経由する方路へ付加する。
【００８１】
一方、diff0-2（delay0）がdiff0-3よりも大きい場合は、（diff0-2（delay0）−diff0-3）分の遅延を、中継ルータＲ０においてマルチキャストする場合に、アクセスルータＡＲ３を経由する方路へ付加する。
【００８２】
以上説明した処理方式を実行することによって、ハンドオーバ中のパケットロスによってＴＣＰのスループットが低下するという問題を解消することができる。
【００８３】
また、本方式では、既存のＷＷＷに代表されるサーバ類に変更を加えることなく実現することも出来るため、導入が容易であるという点でも大きなメリットがある。
【００８４】
なお、上記の説明で用いた図５、図８では、中継ルータＲ０より下位の層に対してマルチキャストする実施形態を説明するため、中継ルータＲ０から中継ルータＲ１へのパケットとして「R0、T1」のみ記載している。ただし、実際にパケットには、通信相手３０により付加されたデータ「CN、T0」も付加することが可能であり、通信相手３０から通信ルートが分岐している場合は、当該通信相手３０により付加されたデータ「CN、T0」も参照されることとなる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パケットロスの発生を防止することができるとともに、移動端末のＴＣＰ側で本ハンドオーバ方法に即した制御を行うことで、パケットの重複によるＴＣＰスループットの低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セルラーＩＰにおけるマルチキャストハンドオーバを説明するための図であり、（ａ）は移動端末がリンクレイヤ情報によって移動先アクセスルータＡＲ２に関する情報を取得する動作を表す図を、（ｂ）は移動端末が移動先アクセスルータＡＲ２にマルチキャストハンドオーバ用のルート更新パケットを送信する動作を表す図を、（ｃ）は中継ルータＲ０がアクセスルータＡＲ１、ＡＲ２にパケットをマルチキャストする動作を表す図を、（ｄ）は移動端末がゲートウェイにルート更新パケットを送出する動作を表す図を、それぞれ示す。
【図２】セルラーＩＰにおける問題点を説明するための図である。
【図３】中継ルータの構成図である。
【図４】移動端末の構成図である。
【図５】発明の実施形態における基本動作を説明するための図である。
【図６】発明の実施形態における基本動作により各マルチキャストポイントで適切な方路に対し遅延が加えられることを示す図である。
【図７】移動端末の動作を示すフローチャートである。
【図８】移動端末が周辺のアクセスルータから同時にルータ広告を受信することができない場合の処理方式を説明するための図である。
【図９】中継ルータの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１…パケット受信部、１２…ルータ広告処理部、１３…ルータ広告生成部、１４…マルチキャスト指示受信部、１５…マルチキャスト遅延導入部、１６…タイムスタンプ管理部、１７…ユーザパケット受信部、１８…パケット転送部、２１…パケット受信部、２２…ルータ広告処理部、２３…マルチキャスト指示作成部、２４…受信パケット判定部、２５…応答確認返信部、２６…パケット廃棄部、２７…判定条件管理部、２８…パケット転送部、３０…通信相手、ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３…アクセスルータ、ＧＷ…ゲートウェイ、ＭＴ…移動端末、Ｒ、Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２…中継ルータ。
Claims (6)
- 移動端末と、無線ゾーンを形成し当該無線ゾーンに在圏する移動端末と無線通信を行う複数のアクセスルータと、前記アクセスルータの上位の階層構造に接続された複数の中継ルータとを含んで構成された通信システムにて、パケット送信元からのパケットを当該通信システムの上位階層から目的の移動端末へ向けて送信する際のパケット送信方法であって、
前記中継ルータが、前記パケット送信元からのパケットを中継する際、前記目的の移動端末が移動する可能性のある無線ゾーンを形成するアクセスルータの全てに、前記パケットとともにルータ広告をマルチキャストし、
前記移動端末が、マルチキャストされたルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから受信し、
当該移動端末が、当該複数のアクセスルータからの受信に関する情報に基づいて、各アクセスルータからのパケットの受信時刻の差を算出して、マルチキャストするべき中継ルータを特定し、
当該移動端末が、前記特定された中継ルータに対し、当該中継ルータがマルチキャストの各方路に対し加えるべき遅延情報を含んだマルチキャストメッセージを送信し、
前記中継ルータが、当該移動端末からのマルチキャストメッセージを受信し、前記遅延情報に基づいてマルチキャストの各方路に対し遅延を加える、
ことを特徴とするパケット送信方法。 - 前記移動端末は、受信したパケットのタイムスタンプ情報及び当該パケットのシーケンス番号に基づいて、所定の条件で、受信済パケットに対する応答確認の返答を回避するよう制御することを特徴とする請求項１記載のパケット送信方法。
- 前記移動端末が前記ルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから同時に受信することができない場合、当該移動端末により受信可能なルータ広告の送信元のアクセスルータは、前記移動端末が受信できないルータ広告を、代理広告として当該移動端末へ送信することを特徴とする請求項１又は２に記載のパケット送信方法。
- 移動端末と、無線ゾーンを形成し当該無線ゾーンに在圏する移動端末と無線通信を行う複数のアクセスルータと、前記アクセスルータの上位の階層構造に接続された複数の中継ルータとを含んで構成された通信システムであって、
前記中継ルータは、
パケット送信元からのパケットを当該通信システムの上位階層から目的の移動端末へ向けて送信する際の中継時に、前記目的の移動端末が移動する可能性のある無線ゾーンを形成するアクセスルータの全てに、前記パケットとともにルータ広告をマルチキャストするマルチキャスト手段と、
当該中継ルータがマルチキャストの各方路に対し加えるべき遅延情報を含んだマルチキャストメッセージを前記移動端末から受信し、当該遅延情報に基づいてマルチキャストの各方路に対し遅延を加える遅延付加手段とを備え、
前記移動端末は、
前記マルチキャストされたルータ広告を周辺の複数のアクセスルータから受信する受信手段と、
当該複数のアクセスルータからの受信に関する情報に基づいて、各アクセスルータからのパケットの受信時刻の差を算出して、マルチキャストするべき中継ルータを特定する算出特定手段と、
前記特定された中継ルータに対し、当該中継ルータがマルチキャストの各方路に対し加えるべき遅延情報を含んだマルチキャストメッセージを送信するメッセージ送信手段とを備えた、
ことを特徴とする通信システム。 - 前記移動端末は、
受信したパケットのタイムスタンプ情報及び当該パケットのシーケンス番号に基づいて、所定の条件で、受信済パケットに対する応答確認の返答を回避するよう制御する返答回避制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載の通信システム。 - 前記アクセスルータは、
前記移動端末が前記ルータ広告を、自機を含む周辺の複数のアクセスルータから同時に受信することができないが、自機からのルータ広告は当該移動端末により受信可能である場合、前記移動端末が受信できないルータ広告を、代理広告として当該移動端末へ送信するよう制御する代理広告制御手段を備えたことを特徴とする請求項４又は５に記載の通信システム。
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