JP4430512B2 - 中継装置および中継方法 - Google Patents

Description

本発明は、中継装置および中継方法に関するものである。

近年、無線技術の発展に伴い、アクセスポイントを要しない無線ネットワークを構築する技術が注目されている。例えば、インターネット技術の標準化を推進する団体であるＩＥＴＦ（Internet Engineering Task Force）では、ＭＡＮＥＴ ＷＧ（Mobile Ad-hoc Networks Working Group）において、通信端末で自律的に構成される無線ネットワークを実現するルーティングプロトコルについて議論されている。
アドホックネットワーク（Ad-hoc Network）技術は、通信端末で自律的に構成される無線ネットワークを構築する技術であり、この技術では、すべての通信端末がルータとしての機能を持つ。そして、これらの通信端末が近隣のノードへ順次パケットを転送していく。例えば、このアドホックネットワーク技術の一つであるＯＬＳＲ（The Optimized Link State Routing）プロトコルを利用する場合、送信元の通信端末は、ネットワーク全体のトポロジを把握した上で、転送先を動的に変更して、相手方の通信端末と通信を行うことが可能になっている（例えば、非特許文献１）。
"ＯＬＳＲ（The Optimized Link State Routing Protocol）"、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１６年８月１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ： HYPERLINK "http://hipercom.inria.fr/olsr/" http://hipercom.inria.fr/olsr/＞

しかしながら、例えばＰＨＳ（Personal Handyphone System）やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などのモバイル端末を通信端末として用いた場合、メモリ容量などの制約を受けてその通信端末がルータとして機能せず、通信端末が無線ネットワークにアクセスできないケースがあった。

そこで、本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、通信端末がより確実に無線ネットワークに参加することができるネットワーク参加方法並びにこれに用いる中継装置および中継方法を提供することである。

前記課題を解決するために本発明は、サービス提供装置と無線端末との無線ネットワーク通信の中継を行う中継装置であって、
記憶装置とこれを制御する処理装置とを備え、前記記憶装置には、前記サービス提供装置および他の前記中継装置と通信するためのアドレスが格納されており、
前記処理装置は、
前記無線端末からデフォルトゲートウェイの代表アドレスを含むＡＲＰ（Address Resolution Protocol）要求パケットを受け付けた場合、前記記憶装置に格納されている前記中継装置のアドレスを、前記代表アドレスに対応づけてＡＲＰ応答パケットとして返信することで、前記無線端末にとってのデフォルトゲートウェイを自装置である中継装置として設定させ、
前記無線端末から、前記サービス提供装置との無線ネットワーク通信の要求を受け付けた場合、その無線端末に割り当てられているアドレスを当該無線端末から受信して前記記憶装置に登録し、
前記記憶装置から読み出した前記無線端末のアドレスを他の前記中継装置に通知して当該アドレスを登録させるとともに、その登録させた他の前記中継装置から、前記無線端末からの要求に対応する前記サービス提供装置の応答を受信して、前記記憶装置から読み出した前記無線端末のアドレス宛にその受信した応答を送信することを特徴とする。

本発明によると、通信端末がより確実に無線ネットワークに参加することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る中継装置を含む全体のシステムを示すブロック図である。ここでは、ある特設会場（例えばコンサート会場など）に３台の中継装置を設置して無線アドホックネットワークを構築する場合を例にして説明する。
図１において、サーバ装置（サービス提供装置）１は、インターネットなどの通信ネットワーク２および有線ＬＡＮ（Local Area Network）４に接続されている。そして、有線ＬＡＮ４には、１台の中継装置５ａが接続され、中継装置５ａは、サーバ装置１と通信が可能になっている。サーバ装置１は、例えばウェブサーバを用いることとするが、ＤＨＣＰ（Dynamic Host Configuration Protocol）サーバなどを用いてもよい。
中継装置５ａは、中継装置５ｂとの双方向の関係が確立しており、また、中継装置５ｂは、中継装置５ｃとの双方向の関係が確立している。なお、中継装置５ａ〜５ｃは、それぞれ定位置に設置されていることとする。

通信端末（無線端末）６は、前記したいずれかの中継装置５ａ〜５ｃにアクセスしてサーバ装置１と通信を行うものである。通信端末６は、例えば、ＰＨＳやＰＤＡ、携帯電話などのモバイル端末であり、ここでは、特設会場にいる利用者に提供することとする。このように構成することにより、無線アドホックネットワーク（無線ネットワーク）３が構築されることになる。
なお、図１に示した各装置１，５ａ〜５ｃ，６には、それぞれ、ＩＰアドレスおよびＭＡＣアドレスが割り当てられているが、詳細は後記する。以下、中継装置５ａ〜５ｃおよび通信端末６について順を追って説明する。

図２は、中継装置の構成を示すブロック図である。ここでは、中継装置５ｃについて説明するが、中継装置５ａ，５ｂもこれと同様の構成となっている。
図２において、中継装置５ｃは、例えばパーソナルコンピュータであり、通信インターフェース５１、記憶装置５２およびこれらを制御する処理装置５３を有している。通信インターフェース５１は、無線用のインターフェースなどであり、記憶装置５２は、メモリ、ハードディスクなどである。

記憶装置５２には、ルーティングテーブル５２１ＣとＡＲＰテーブル５２２Ｃが備えられている。なお、ＡＲＰは、Address Resolution Protocolの略であり、ＩＰアドレスからＭＡＣアドレスを取得するためのプロトコルである。
ルーティングテーブル５２１Ｃには、宛先ＩＰアドレスと転送先ＩＰアドレスとの対応付けが格納され、ＡＲＰテーブル５２２Ｃには、ＩＰアドレスとＭＡＣアドレスとの対応付けが格納されている。これらのテーブル５２１Ｃ，５２２Ｃは、通信端末６からのアクセス状況に応じて更新するようになっている。
処理装置５３は、ＣＰＵなどであり、中継装置５ｃに組み込まれている中継プログラムにしたがって動作するようになっている。前記した中継プログラムは、記憶装置５２の所定領域にあらかじめ格納されていてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体から読み込まれてもよい。

図３は、通信端末６の構成を示すブロック図である。図３において、通信端末６は、通信インターフェース６１、記憶装置６２、入力装置６３、表示装置６４およびこれらを制御する処理装置（ＣＰＵ）６５を有している。通信インターフェース６１は、無線用のインターフェースなどであり、記憶装置６２は、メモリ、ハードディスクなどである。また、入力装置６３は、操作ボタンなどであり、表示装置６４は、コンピュータディスプレイなどである。

記憶装置５２には、ルーティングテーブル６２１とＡＲＰテーブル６２２が備えられている。ルーティングテーブル６２１には、宛先ＩＰアドレスと転送先ＩＰアドレスとの対応付けが格納され、ＡＲＰテーブル６２２には、ＩＰアドレスとＭＡＣアドレスとの対応付けが格納されている。ルーティングテーブル６２１中の「Ｕ」は、通信端末６のＩＰアドレスを、「Ｒ」は、デフォルトゲートウェイの代表アドレスをそれぞれ表している。通信端末６は、この代表アドレスＲを用いて、任意の中継装置５ａ〜５ｃにアクセスできるようになっている。なお、ＡＲＰテーブル６２２には、前記した代表アドレスＲとＭＡＣアドレスｃとの対応付けが格納されているが、詳細は後述する。ＭＡＣアドレスｃは、中継装置５ｃのＭＡＣアドレスである。

［通信端末のネットワークへの参加処理］
次に、通信端末６が図１に示したアドホックネットワーク３に参加する処理について図４および図５に基づいて説明する。ここでは、特設会場にいる利用者が、通信端末６を操作して、サーバ装置１からのウェブページを確認する場合を例にして説明する。
図４は、通信端末６が無線アドホックネットワーク３に参加する処理手順を示す図である。
まず、利用者が、図３に示した通信端末６を操作して、ＡＲＰ要求パケットを送信する。ＡＲＰ要求パケットは、ＩＰアドレスからＭＡＣアドレスを取得するためのパケットであり、ここでは、ＩＰアドレスに前記した代表アドレスＲを用いる。そうすると、通信端末６と近接する中継装置、例えば、図２に示した中継装置５ｃの処理装置５３が、通信端末６からのＡＲＰ要求パケットを受信する（Ｓ１０）。
続いて、処理装置５３は、ＡＲＰ要求パケットに対応するＡＲＰ応答パケットを通信端末６に送信する（Ｓ１１）。送信したＡＲＰ応答パケットには、自己のＭＡＣアドレス、すなわち中継装置５ｃのＭＡＣアドレスｃが付加される。これにより、通信端末６が、ＡＲＰ応答パケットを受け取り、中継装置５ｃのＭＡＣアドレスｃと代表アドレスＲとの対応付けをＡＲＰテーブル６２２に設定することになる（図３参照）。
そして、通信端末６は、ＡＲＰテーブル６２２に設定した中継装置５ｃのＭＡＣアドレスｃを用いて、中継装置５ｃに対し、サーバ装置１のウェブリクエストを送信する。ウェブリクエストには、通信端末６のＩＰアドレスＵが付加されている。

そうすると、図２に示した中継装置５ｃの処理装置５３は、通信端末６からのウェブリクエストを受信する（Ｓ１２）。続いて、処理装置５３は、Ｓ１２で受信したウェブリクエストに付加されている通信端末６のＩＰアドレスＵを図２のルーティングテーブル６２１に登録するとともに、通信端末６のＭＡＣアドレスｕを図２のＡＲＰテーブル６２２に登録する（Ｓ１３）。そして、処理装置５３は、Ｓ１２で受信したウェブリクエストを他の中継装置５ｂに送信する（Ｓ１４）。送信したウェブリクエストには、通信端末６のＩＰアドレスＵが付加されている。このようにして、中継装置５ｃは、隣接する他の中継装置５ｂに対して、通信端末６のＩＰアドレスＵを通知するようになっている。そうすると、中継装置５ｂも、中継装置５ａに対し、通信端末６のＩＰアドレスＵを付加したウェブリクエストを送信することとなり、最終的に、中継装置５ａが、通信端末６からのウェブリクエストをサーバ装置１に送り届けることとなる。このときの通信端末６および各中継装置５ａ〜５ｃについてのルーティングテーブル５２１Ａ〜５２１Ｃ，６２１とＡＲＰテーブル５２２Ａ〜５２２Ｃ，６２２の設定状態を図５に示す。

図５によると、すべての中継装置５ａ〜５ｃのルーティングテーブル５２１Ａ〜５２１Ｃには、通信端末６のＩＰアドレス「Ｕ」が宛先ＩＰアドレスとして設定されている（太枠内を参照）。そして、各ルーティングテーブル５２１Ａ〜５２１Ｃの転送先ＩＰアドレスには、隣接する各装置５ｂ，５ｃ，６のＩＰアドレス「Ｂ」，「Ｃ」，「Ｕ」がそれぞれ設定されている（太枠内を参照）。つまり、転送アドレスは、前記した通信端末６とサーバ装置１との間の通信経路と合致している。これにより、通信端末６とサーバ装置１との間の通信経路を確立させることが可能となる。なお、図５に示した各テーブル５２１Ａ〜５２１Ｃ，５２２Ａ〜５２２Ｃ上において、通信端末６に関するもの以外の対応付け（すなわち図５の太枠内以外のもの）は予め設定されていることとする。

その後、サーバ装置１は、通信端末６からのウェブリクエストに対応するウェブレスポンスを中継装置５ａに送信する。そうすると、中継装置５ａは、図５に示したルーティングテーブル５２１ＡおよびＡＲＰテーブル５２２Ａを参照して、転送先の中継装置５ｂにウェブレスポンスを転送する。また、同様に、中継装置５ｂも転送先の中継装置５ｃにウェブレスポンスを転送する。そして、この転送により、中継装置５ｃは、他の中継装置５ｂからウェブレスポンスを受信し、その受信したウェブレスポンスを通信端末６に送信する（図４のＳ１５）。これにより、通信端末６には、ウェブレスポンスを示すウェブデータが表示され、利用者は、その内容を確認することとなる。したがって、利用者が、通信端末６を操作して、いずれかの中継装置５ａ〜５ｃにアクセスすることにより、通信端末６は、ルータとして機能することなく、無線アドホックネットワーク３に確実に参加することができる。しかも、通信端末６は、ルータとして機能する必要がないため、メモリ資源やバッテリ消費量を節約できる。よって、メモリ資源などに制限があるモバイル端末を通信端末６に用いることもでき、有益である。

［中継装置における通信端末の参加継続確認処理］
その後、図５に示した中継装置５ｃは、通信端末６との双方向の関係を確認するための処理を行う。ここでは、これを「通信端末の参加継続確認処理」という。
図６は、中継装置における通信端末の参加継続確認処理に関する手順を示す図である。
中継装置５ｃの処理装置５３は、図５の通信端末６に生存確認パケットを送信する（Ｓ２１）。この生存確認パケットは、通信端末６との双方向の関係を維持するためのパケットである。

この場合、例えば、図５の通信端末６が中継装置５ｃの通信エリア内に存在すれば、通信端末６は、生存確認パケットを受信して中継装置５ｃに返送することになる。返送した生存確認パケットには、通信端末６のＭＡＣアドレスｕが付加される。そうすると、中継装置５ｃの処理装置５３は、通信端末６から有効期間（例えば、予め設定された所定の時間）内に生存確認パケットを受信し（Ｓ２２の「Ｙｅｓ」の場合）、生存確認パケットに付加された通信端末６のＭＡＣアドレスｕを用いて、図５のＡＲＰテーブル５２２Ｃを更新し（Ｓ２３）、Ｓ２１に戻る。Ｓ２３の更新では、図５に示したＡＲＰテーブル５２２Ｃの設定状態のままである。なお、前記した有効期間は、図２に示した中継装置５ｃの記憶装置５２の所定領域に格納されている。
このようにして、中継装置５ｃは、一定の間隔で通信端末６に生存確認パケットを送信し続け、通信端末６との双方向の関係を維持するための確認を行う。これにより、通信端末６は、中継装置５ｃとの双方向の関係を維持することが可能となる。

これに対して、Ｓ２２において、例えば、図５の通信端末６を利用している利用者が移動したために、通信端末６が図５の中継装置５ｃと通信を行えなくなった場合、中継装置５ｃは、通信端末６から有効期間内に生存確認パケットを受信することができず（Ｓ２２の「Ｎｏ」の場合）、生存確認パケットの送信を停止する（Ｓ２４）。これにより、通信端末６は、中継装置５ｃとの双方向の関係を停止することが可能となる。

［中継装置における通信端末の参加継続・離脱処理］
次に、図５の中継装置５ｃとの双方向の関係を維持している図５の通信端末６が無線アドホックネットワーク３への参加を継続したり、あるいは離脱したりする処理について説明する。ここでは、図５の中継装置５ｃの処理を中心に説明する。なお、この処理を「通信端末の参加継続・離脱処理」という。
図７は、中継装置における通信端末の参加継続確認処理に関する手順を示す図である。
図２に示した中継装置５ｃの処理装置５３は、図５の通信端末６から、予め設定された有効期間内にウェブリクエストを受信した場合（Ｓ３１の「Ｙｅｓ」の場合）、図５のＳ１３からＳ１５までの処理と同様、ルーティングテーブル５２１Ｃを更新する（Ｓ３２）。ここでは、ルーティングテーブル５２１Ｃは図５に示した対応付けと同じである。そして、処理装置５３は、通信端末６からのウェブリクエストを他の中継装置５ｂに送信した（Ｓ３３）のち、その中継装置５ｂからのウェブレスポンスを通信端末６に送信する（Ｓ３４）。なお、前記した有効期間は、図２に示した記憶装置５２の所定の領域に格納されている。

これに対して、処理装置５３は、図５の通信端末６から、予め設定された有効期間内にウェブリクエストを受信しなかった場合（Ｓ３１の「Ｎｏ」の場合）、図５に示したルーティングテーブル５２１Ｃ（太枠内を参照）から通信端末６のＩＰアドレスを削除するとともに、図５に示したＡＲＰテーブル５２２Ｃ（太枠内を参照）から通信端末６のＩＰアドレスＵを削除する（Ｓ３５）。そして、処理装置５３は、Ｓ３５の削除により通信端末６との双方向の関係が切断された旨、すなわちリンクが切断された旨の情報を他の隣接する中継装置５ｂに通知する（Ｓ３６）。なお、通知した情報には、通信端末６のＩＰアドレスＵが含まれる。

そうすると、中継装置５ｂも、中継装置５ｃと同様に、図５に示したルーティングテーブル５２１Ｂ（太枠内を参照）から通信端末６のＩＰアドレスＵを削除するとともに、図５に示したＡＲＰテーブル５２２Ｂ（太枠内を参照）から通信端末６のＩＰアドレスＵを削除する。そして、中継装置５ｂも、通信端末６との双方向の関係が切断された旨の情報を他の隣接する中継装置５ａに通知する。これにより、中継装置５ａも、図５に示したルーティングテーブル５２１Ａ（太枠内を参照）から通信端末６のＩＰアドレスＵを削除するとともに、図５に示したＡＲＰテーブル５２２Ａ（太枠内を参照）から通信端末６のＩＰアドレスＵを削除する。これにより、通信端末６とサーバ装置１との間の通信経路が解放されることになる。このようにして、通信端末６は、無線アドホックネットワーク３への参加を継続したり、あるいは無線アドホックネットワーク３から離脱したりすることができる。

なお、本発明は、前記した実施の形態に限定されない。本実施の形態では、通信端末６が中継装置５ｃにアクセスした場合について説明したが、例えば、他の中継装置５ａ，５ｂにアクセスした場合も適用することができる。
また、通信端末６や中継装置５ａ〜５ｃ、サーバ装置１の台数は、変更するようにしてもよい。例えば、図１に示した通信ネットワーク２に別のサーバ装置を接続し、このサーバ装置と通信端末６との間で通信を行うようにしてもよい。
さらに、中継装置５ａ〜５ｃの構成（データ構造を含む。）およびプログラム処理の手順は、既知の技術により種々の変更が可能である。

本発明の実施の形態に係る中継装置を含む全体のシステムを示すブロック図である。 図１の中継装置の構成を示すブロック図である。 図１の通信端末の構成を示すブロック図である。 図１の中継装置の処理手順であって通信端末が無線アドホックネットワークに参加する処理に関する手順を示す図である。 図１の通信端末が無線アドホックネットワークに参加した場合における通信端末および各中継装置についてのルーティングテーブルとＡＲＰテーブルの設定状態を示す図である。 図１の中継装置における通信端末の参加継続確認処理に関する手順を示す図である。 図１の中継装置における通信端末の参加継続・離脱処理に関する手順を示す図である。

符号の説明

１ サーバ装置（サービス提供装置）
５ａ，５ｂ，５ｃ 中継装置
６ 通信端末（無線端末）

Claims (6)

1. サービス提供装置と無線端末との無線ネットワーク通信の中継を行う中継装置であって、
   記憶装置とこれを制御する処理装置とを備え、前記記憶装置には、前記サービス提供装置および他の前記中継装置と通信するためのアドレスが格納されており、
   前記処理装置は、
   前記無線端末からデフォルトゲートウェイの代表アドレスを含むＡＲＰ（Address Resolution Protocol）要求パケットを受け付けた場合、前記記憶装置に格納されている前記中継装置のアドレスを、前記代表アドレスに対応づけてＡＲＰ応答パケットとして返信することで、前記無線端末にとってのデフォルトゲートウェイを自装置である中継装置として設定させ、
   前記無線端末から、前記サービス提供装置との無線ネットワーク通信の要求を受け付けた場合、その無線端末に割り当てられているアドレスを当該無線端末から受信して前記記憶装置に登録し、
   前記記憶装置から読み出した前記無線端末のアドレスを他の前記中継装置に通知して当該アドレスを登録させるとともに、その登録させた他の前記中継装置から、前記無線端末からの要求に対応する前記サービス提供装置の応答を受信して、前記記憶装置から読み出した前記無線端末のアドレス宛にその受信した応答を送信する
   ことを特徴とする中継装置。
2. 前記処理装置は、
   前記記憶装置に前記無線端末のアドレスを登録した場合、当該無線端末との双方向の関係を維持するための生存確認パケットを一定の間隔でその無線端末に送信し続け、前記送信し続けた無線端末から前記生存確認パケットを所定の期間受け取らなかったときは、その無線端末に対する前記生存確認パケットの送信を停止する
   ことを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
3. 前記処理装置は、
   前記記憶装置に前記無線端末のアドレスを登録した場合、当該無線端末から、前記サービス提供装置に対する前記要求が予め設定された有効期間内になかったときは、その無線端末のアドレスを前記記憶装置から削除するとともに、
   前記削除により前記通信端末との双方向の関係が切断された旨の情報を他の隣接する前記中継装置に通知して、前記無線端末と前記サービス提供装置との間の通信経路を解放させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
4. サービス提供装置と無線端末との無線ネットワーク通信の中継を行う中継装置の中継方法であって、
   前記中継装置は、記憶装置とこれを制御する処理装置とを備え、前記記憶装置には、前記サービス提供装置および他の前記中継装置と通信するためのアドレスが格納されており、
   前記処理装置は、
   前記無線端末からデフォルトゲートウェイの代表アドレスを含むＡＲＰ（Address Resolution Protocol）要求パケットを受け付けた場合、前記記憶装置に格納されている前記中継装置のアドレスを、前記代表アドレスに対応づけてＡＲＰ応答パケットとして返信することで、前記無線端末にとってのデフォルトゲートウェイを自装置である中継装置として設定させ、
   前記無線端末から、前記サービス提供装置との無線ネットワーク通信の要求を受け付けた場合、その無線端末に割り当てられているアドレスを当該無線端末から受信して前記記憶装置に登録するステップと、
   前記記憶装置から読み出した前記無線端末のアドレスを他の前記中継装置に通知して当該アドレスを登録させるステップと
   前記登録させた他の前記中継装置から、前記無線端末からの要求に対応する前記サービス提供装置の応答を受信して、前記記憶装置から読み出した前記無線端末のアドレス宛にその受信した応答を送信するステップと
   を実行することを特徴とする中継方法。
5. 前記処理装置は、
   前記記憶装置に前記無線端末のアドレスを登録した場合、当該無線端末との双方向の関係を維持するための生存確認パケットを一定の間隔でその無線端末に送信し続けるステップと、
   前記送信し続けた無線端末から前記生存確認パケットを所定の期間受け取らなかったときは、その無線端末に対する前記生存確認パケットの送信を停止するステップと
   をさらに実行することを特徴とする請求項４に記載の中継方法。
6. 前記処理装置は、
   前記記憶装置に前記無線端末のアドレスを登録した場合、当該無線端末から、前記サービス提供装置に対する前記要求が予め設定された有効期間内になかったときは、その無線端末のアドレスを前記記憶装置から削除するステップと、
   前記削除により前記通信端末との双方向の関係が切断された旨の情報を他の隣接する前記中継装置に通知して、前記無線端末と前記サービス提供装置との間の通信経路を解放させるステップと
   をさらに実行することを特徴とする請求項４に記載の中継方法。
   

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