JP4549055B2 - 無線パーソナルエリアネットワークにおけるネットワークアドレスの設定方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばブルートゥースパーソナルエリアネットワーク等の無線パーソナルエリアネットワークのための自動アドレス設定メカニズムの応用について提案する。

イーサネット（Ethernet：登録商標）又はブルートゥース（Bluetooth：登録商標）等のネットワーク技術において、ネットワークインタフェースカードには、インタフェースメーカによって、予め固有のレイヤ２アドレスの設定がなされている。通信ネットワークに参加するためには、各ホストもまた、ネットワークインタフェースカードを使って、ＯＳＩモデル(Open Systems Interconnection reference model)に従った固有のレイヤ３アドレスの設定を行わなければならない。

管理されたネットワークにおいて、ホストは、中央のＤＨＣＰサーバに要求を送り、ＤＨＣＰサーバから受信した回答パケット中のＩＰアドレスを、そのＩＰスタックに対して設定を行う。

しかしながら、アドホックのネットワークでは、基幹ネットワークにアクセスすることができない場合もあり、ＤＨＣＰインフラストラクチャに接続することもできない。この場合、例えば、特許文献１に記載されている、いわゆるゼロコンフィグレーション（ZeroConf）メカニズムを使って、各ユーザは手動で、又はホストから自動的にＩＰアドレスの設定を行うことができる。

特許文献１は、物理アドレス決定プロトコルを用いたネットワークアドレスの初期設定に関する。ある装置がネットワークへの接続を試みると、アドレス決定パケット（ＡＲＰ）が生成される。その装置は、特定回数の間、未回答ＡＲＰパケットについて、ネットワーク上で通信を監視する。その後、その装置は、それらの未回答ＡＲＰパケット中のネットワークアドレスを採用する。

各ホストは、ゼロコンフィグレーションを用いて、予め定めたアドレス範囲からＩＰアドレスを無作為に選択し、選択されたアドレスについて複数回ＡＲＰ要求を送出する。ＡＲＰ要求が送付されると、ホストは特定の待ち時間、いわゆる「タイムアウト期間」、チェックを行う。ホストがこのタイムアウト期間中にＡＲＰ回答を受信しない場合は、選択されたアドレスが使用されていないと推定して、自己のＩＰスタックに対しその選択されたアドレスの設定を行う。従来技術によるメカニズムにあっては、リンクレイヤ技術に依存するタイムアウト期間として、２００ミリ秒乃至２秒を選択することを推奨している。

この様に、公知のゼロコンフィグレーション設定のメカニズムでは、例えば、小さなアドホックのネットワークにおいて、ＤＨＣＰサーバの様な外部インフラストラクチャによるサポートなしで、固有のＩＰｖ４リンクローカルＩＰアドレスの設定を自動的に行うメカニズムについて述べられている。ゼロコンフィグレーション仕様は、パケット消失の恐れは少ないが基幹ネットワーク内の中間ノードの転送遅延に起因して起こり得る遅延を伴う交換式有線ネットワークのための最適メッセージシーケンスを定義する。

このゼロコンフィグレーションは以下のステップを実行する。
１）169.254.1.0 乃至 169.254.254.255と定められたアドレス範囲から１つのＩＰアドレスを無作為に選択する。
２）０乃至２秒の任意の時間待機する。
３）選択されたアドレス用の４つのＡＲＰ要求を２秒ずつの間隔をおいて送出する。その処理中にＡＲＰ回答を受信した時はいつでも、ホストは、このアドレスが他のノードにより既に使われていると推定し、ステップ１のメカニズムを再開する。
４）ＡＲＰ回答がない場合は、更にＡＲＰ回答があるか２秒間回答を待ち、その後そのアドレスを新しいリンクローカルアドレスとして未使用のアドレスであると推定する。

特許文献２では、上記ステップ１で用いるＩＰアドレスをどのように選択するかについて教示する。特許文献２によれば、まず、ＩＰホストが利用できる情報に基づき、ホスト識別部分を確定的に生成しながら、ネットワーク識別部分（ＩＰネットワークプレフィックスとしても知られる）を選択することで、特許文献２に開示されているＩＰアドレスを生成する。例えば、ネットワークインタフェースカードで検出されるＩＥＥＥ８０２イーサネット（登録商標）アドレスを、確定的なハッシュ関数とともに使用してそのＩＰアドレスのホスト識別部分を生成する。次に、生成されたＩＰアドレスはネットワーク上でテストされ、既存のどのＩＰホストにおいてもその特定のＩＰアドレスを使用していないことを確認する。生成されたＩＰアドレスが既に存在する場合は、新たなＩＰアドレスが生成され、存在しない場合は、ＩＰホストは、生成されたＩＰアドレスを使用して、ネットワーク上で通信することになる。生成されたＩＰアドレスの使用中に、ＩＰアドレスサーバが後になって利用できるようになった場合は、ホストは、付与されるＩＰアドレスを受信するためのＩＰアドレスサーバプロトコルに従い、自動生成されたＩＰアドレスの使用を徐々に止めることになる。

よって、特許文献２は、本来のゼロコンフィグレーションメカニズムで提案されたような無作為的な選択に対し、選択されたアドレスの少なくとも一部分を確定的に生成することを教示する。

米国特許６，０６１，７３９ 米国特許６，１０１，４９９

ゼロコンフィグレーションメカニズムは、パケット消失の恐れは少ないものの実質的な遅延を伴い得る、交換式有線ネットワーク（例えば、イーサネット（登録商標））用に開発されたものである。起こり得る遅延を考慮して、長いタイムアウトや遅延時間（例えば、２秒）が設定されていたホストが固有のリンクローカルＩＰアドレスの設定を行うための処理は、全体で、例えば１２秒かかるからである。従って、公知のゼロコンフィグレーションメカニズムは、有線ベースのネットワーク用に仕様が定められたものである。

本発明の目的は、有線ベースのネットワークのために開発された設定処理を、無線リンクを有するネットワークのニーズに応じて適合化することである。このため、本発明の目的は、特に無線リンクの制約を考慮して、ゼロコンフィグレーションの処理を改善することにある。例えば、無線ブルートゥースネットワークにおいて、パケット消失の恐れは有線ネットワークと比べて高く、他方、起こり得る遅延は短い。

本発明の第１の側面によれば、無線ネットワークにおけるノードに対しネットワークアドレスの設定を行う方法が提案される。尚、「無線ネットワーク」は、ネットワークが、設定の実行対象であるノードから近接ノードへの、少なくとも１つの無線リンクを含んでいるものとして理解される。ネットワークに他のリンクがある場合は、それらのリンクは有線ベースのものであってよい。まず、利用可能なネットワークアドレスの範囲からネットワークアドレスが選択される。次いで、ネットワーク上で少なくとも１つのアドレス解決要求が送出される。更に続けて、他のユーザが選択されたアドレスを既に使用していることを示す、ネットワークからの回答が待たれる。予め定義された待ち時間内に、選択されたアドレスが既に同一ネットワークの他のユーザにより使用されていることを示す回答が受信されない場合は、選択されたネットワークアドレスが使用される。このため、本発明によれば、予め定義された複数のネットワーク形態の中からどのネットワーク形態を使用するかが前もって決定される。その後、解決要求を送付し、ネットワークから回答を待つ各パラメータが、決定されたネットワーク形態に従って適合化される。

予め定義されたネットワーク形態は、それぞれ、予め定義されたパラメータセットに関連づけられることができ、また、決定されたネットワーク形態に従って、対応するパラメータセットが使用される。

例えば、ネットワーク形態は、（例えば、サービスディスカバリ処理において）ネットワークから受信されたメッセージに基づいて決定されてよい。あるいは、ネットワーク形態は、設定の実行対象であるノードにより決定されてよい（例えば、ノードのユーザは、将来の通信に使用したいネットワーク形態を手動で選択することができる）。

適合化されるパラメータは、少なくとも遅延/待ち時間、及び送付される要求数の内の１つである。少なくとも１つのアドレス解決要求を送付し、ネットワークからの回答を待つ各ステップは、所定回数繰り返される。この繰り返しの回数は、決定されたネットワーク形態に従って適合化される。

本発明の他の側面によれば、予め定義されたネットワーク形態は以下の少なくとも１つを含む。
１）２つだけの無線ノードからなるネットワーク。
２）３以上の無線ノードからなるネットワークであって、ノードは、マスターノードにおける転送機能を用いることで通信することができるネットワーク。
３）ネットワークアクセスポイントを介して基幹ネットワークと通信することができる複数の無線ノードからなるネットワーク。

本発明の更なる側面によれば、設定方法を実施するにあたり、複数のアドレス解決要求が、２つの連続する要求の間で実質的に遅延なく送出される。選択されたネットワークアドレスは、利用可能なアドレスの範囲から無作為的又は擬似無作為的に選択される。ネットワークは、例えばブルートゥースリンクからなる。

最後に、本発明は、そのような方法を行うのに適したプロトコルスタック及びネットワークカードを備えたプロセッサを有する携帯端末を提供する。

本発明によれば、少なくとも部分的な無線ネットワークリンクを有するネットワーク形態のために、設定処理を加速することができる。他方、サイクル毎に複数のＡＲＰ要求を送出することで、処理の複数性を向上させることができる。

以下、ＩＰプロトコルを用いた、いわゆる「ブルートゥースパーソナルエリアネットワーク(ＰＡＮ)」を参照して、本発明を説明する。尚、本発明は、ＩＰネットワークに限られるものではなく、異なったネットワーク形態をサポートするために適合化されたあらゆるネットワークプロトコル及びリンクレイヤ技術に適用可能である。ただし、以下の説明では、例として、ＩＰベースのブルートゥースＰＡＮを用いる。

本発明は、例えば、設定処理の結果についての不確実性を招くことなくセットアップ時間を短縮するために、公知のゼロコンフィグレーションメカニズムを拡張して、このゼロコンフィグレーションメカニズムを下位（物理）リンクレイヤ技術のみならず、ネットワーク形態にも適合させるものである。従って、本発明によれば、ホストが使用しているリンクに関する短い情報が考慮されるだけでなく、ネットワークの構造に関する情報もまた考慮される。

以下、ブルートゥース無線システム及びパーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）プロファイルを例として参照し、本発明をより詳細に説明する。ただし、本発明は、各ノードが、使用されるネットワーク形態について初期推定又は決定をすることができる限り、他の無線技術と関連して用いることができる。

ブルートゥースＰＡＮプロファイルは、３つの異なった役割を規定し、リンクの確立を可能とする役割の組み合わせを特定する。各組み合わせは、図１に示すネットワーク形態の内の１つにマッピングを行う。

ネットワーク形態Ａ：ＰＡＮＵ（パーソナルエリアネットワークユニット）−ＰＡＮＵネットワーク。
ＰＡＮＵ―ＰＡＮＵネットワークは、無線リンク２により直接接続され、かつ、付加的なブルートゥースＰＡＮ接続をもたない、２つだけのＰＡＮＵ（ノード）１，３から構成される。従って、一方のホストは、他方のホストが、利用可能なゼロコンフィグレーションＩＰアドレス範囲から既に同一のＩＰアドレスを選択したかをチェックしさえすればよい。

ネットワーク形態Ｂ：グループネットワーク。
グループネットワークノードＧＮ４は、複数のＰＡＮＵ１，３を１つのネットワークに接続し、接続されたＰＡＮＵ１，３間でパケットを転送する。グループネットワークは、グループネットワークノードＧＮ４及び最大、例えば、７つの接続されたＰＡＮＵ（ブルートゥーススレーブ）から構成される。従って、新規に接続するホストは、グループネットワーク内のホスト数及び同ネットワークにおけるトラフィックパターンを把握しない。

ネットワーク形態Ｃ：ネットワークアクセスポイントネットワーク。
このタイプのネットワークは、ブルートゥースドメイン内のホスト（ネットワークアクセスポイント：ＮＡＰ）５及び基幹ネットワーク６（Ethernet）内のホスト７とホスト５を介して通信することができるＰＡＮＵ１，３グループから構成される。このネットワークは、ホスト５、最大７つの接続されたブルートゥーススレーブ及びネットワークアクセスポイントの、追加された基幹ネットワークセグメントに接続されたホスト７から構成される。新規に接続するホストは、基幹ネットワークの形態について推定することができない。

本発明によれば、例えば、３つの上記ネットワーク形態が定義されるとともに、同定義されたネットワーク形態毎にゼロコンフィグレーション処理用のパラメータが予め定義される。次いで、新規に接続するホストは、ゼロコンフィグレーション処理のために、設定された関連パラメータとともに、どのネットワーク形態を使用するかを、自分で、又は、例えば、サービスディスカバリプロファイル（ＳＤＰ）を介して利用可能な形態情報を検出した後に、決定する。

アドホックのネットワークにおいてＩＰホストが設定時間を最短化するために、本発明は、下位のリンクレイヤ技術及びネットワーク形態に従って用いられる、複数のゼロコンフィグレーションプロファイルを導入することを提案する。ゼロコンフィグレーションプロファイルは、関連するネットワーク形態及びリンクレイヤ技術のために用いられるゼロコンフィグレーション処理を規定するためのパラメータのセットを定義する。以下、対応するステップを、図２を参照して説明する。

第１のステップＳ１で、ローカル及びリモート装置の役割とその結果定まるネットワーク形態とが決定される。このステップは、例えば、装置問い合わせ及びサービスディスカバリ処理により行うことができる。第２のステップＳ２で、決定された形態及び/又はリンクレイヤ技術に従って、ゼロコンフィグレーションプロファイルが選択される。ステップＳ３で、選択されたゼロコンフィグレーションプロファイルが、拡張ゼロコンフィグレーションエンティティに移し替えられる。その後、図３のステップＳ４で、本発明に係る拡張ゼロコンフィグレーション処理が開始される。

図３は、本発明に係る拡張ゼロコンフィグレーションメカニズムをより詳細に示す。図３に示すように、この拡張ゼロコンフィグレーションメカニズムは、複数回数行うようになされている。各サイクルにおいて、ホストは、最初に選択されたＩＰアドレスのためのＩＰ名前解決回答のチェックを開始し、このアドレスに対する複数のＡＲＰ要求を遅滞なく送出する。ＡＲＰ要求が送出されると、ホストは、そのアドレスが未使用であると推定するか、又は、ＡＲＰ証明を更に何回か行う前に、定義されたタイムアウト期間待機する。

ここで、図３のメカニズムの各ステップをより詳細に説明する。ステップＳ４で、ゼロコンフィグレーションアドレス範囲から１つのＩＰアドレスが選択される。このため、ゼロコンフィグレーションアドレス範囲は予め定義されているものとする。この選択は、例えば、無作為的又は擬似無作為的な選択処理により行われる。あるいは、例えば、先に記載した特許文献２に示されるように、確定的な選択手順を用いてもよい。

ステップＳ５で、「回数」がゼロに設定される。ステップＳ６で、「回数」の「ＡＲＰ要求回数」が決定される。尚、「ＡＲＰ要求回数」は、決定したリンクレイヤ技術及びネットワーク形態に従って適合化されるパラメータセット中のパラメータの１つである。ステップＳ７で、「ＡＲＰ要求カウンタ」がゼロに設定される。

ステップＳ８で、ノードは、ステップＳ４で選択されたアドレスに対するＡＲＰ回答のチェックを開始する。ステップＳ９で、選択されたアドレスに対するＡＲＰ要求がネットワークに送出され、「ＡＲＰ要求カウンタ」が増加される。ステップＳ１０で、今回数分の全てのＡＲＰ要求が、遅滞なく送出されたかを判定する。ここで、否定された場合はステップ９に戻る。

全てのＡＲＰが送出された場合は、ステップＳ１１で、ノードは、「回数」回目のタイムアウト中、選択されたアドレスに対するＡＲＰ回答をチェックする。尚、ステップＳ１１でのチェックのためのタイムアウトの値は、選択されたリンクレイヤ技術及び決定されたネットワーク形態に従って適合化されるゼロコンフィグレーションプロファイルのパラメータセット中に特定される、もう１つのパラメータである。

ステップＳ１２で、ステップＳ１１の特定されたタイムアウト期間中にＡＲＰ回答をネットワークから受信した場合は、手順はステップＳ４へ戻り、ゼロコンフィグレーションアドレス範囲から新たなＩＰアドレスが選択される。

特定されたタイムアウト期間中に選択されたアドレスに対するＡＲＰ回答がネットワークから受信されない場合は、ステップＳ１３で、パラメータ「回数」が増加される。尚、「回数」の最大値は、下位のリンクレイヤ技術及びネットワーク形態に従って適合化されるゼロコンフィグレーションプロファイルのパラメータセット中に特定される、もう１つのパラメータである。

ステップＳ１４で、全てのプロファイルの処理が行われたかが判定される。判定が否定された場合は、手順はステップＳ６に戻る。

ステップＳ１４の判定が肯定された場合は、つまり、プロファイルの処理が全て実行された場合は、ステップＳ１５で、ホストに対し選択されたＩＰアドレスの設定を行う。

ゼロコンフィグレーションプロファイルは、ネットワーク形態及びリンクレイヤ技術に従って決定され、毎回、いくつのＡＲＰパケットが遅滞なく送付されるべきかを規定する。この数は、無線技術及びパケット消失の確率に依存して決定することができる。ブルートゥースは、通常、パケットを廃棄する前に、限定された時間だけパケットの送付を試みるよう構成されているＰＡＮプロファイルを使用するホストを実行可能な状態にすることから、各ＡＲＰメッセージは、複数回送付される。この構成は、信頼できる無線技術では不要であろう。

図２に示す３つの異なったＰＡＮ技術について、上記ゼロコンフィグレーションプロファイルに従い、以下の回数、タイムアウト期間及びＡＲＰパケット数が提案されている。

尚、無線リンク（例えば、ブルートゥース）が使用されており、パケットは無線リンク上で消失する場合があることから、毎回複数のＡＲＰ要求が送付される。この点が、ゼロコンフィグレーションが最初に実現された有線ネットワーク形態と大きく異なるところである。

ＧＮが接続ノードリストとそれらのＭＡＣアドレスを保持しており、アドレス指定されたノードに代わってその要求に対し回答する場合は、２回目の待ち時間は短縮することができる。ただし、アルゴリズムが正確に機能することを保証するには、ＰＡＮＵは、ＧＮがこの機能をサポートしていることを確認しておかなければならない。これについては、実際のＩＰ設定がなされる前に、付加的なレイヤ２メッセージ交換を用いて確認することができる。

上に示したように、本発明の利点は、少なくとも部分的な無線ネットワークリンクを有するネットワーク形態のために、設定処理を迅速に行うことができるということである。他方、回数毎に複数のＡＲＰ要求を送出することで、処理の複数回数性を向上させることができる。

異なったネットワーク形態の例を示す図である。 ゼロコンフィグレーション(ZeroConf)プロファイル選択処理のステップを示す図である。 本発明に係る拡張ゼロコンフィグレーション（ZeroConf）メカニズムを示す図である。

符号の説明

１、３ ノード（ＰＡＮＵ）、２ 無線リンク、４ グループネットワークノード（ＧＮ）、５ ホスト（ネットワークアクセスポイント：ＮＡＰ）、６ 基幹ネットワーク、７ ホスト

Claims (12)

1. 無線ネットワークにおけるノードに対するネットワークアドレスの設定方法において、
   a）利用可能なネットワークアドレスの範囲から１つのネットワークアドレスを選択するステップと、
   b)前記選択されたネットワークアドレスに対するアドレス決定回答のチェックを開始するステップと、
   c)前記ネットワーク上に複数のアドレス決定要求を送付するステップと、
   d)前記選択されたアドレスが既に他のユーザにより使用されていることを示す、前記ネットワークからの回答を待つステップと、
   e)定義された待ち時間内に、前記選択されたアドレスが既に前記のネットワークの他のユーザにより使用されていることを示す回答が受信されない場合は、前記ネットワークアドレスを使用するステップとを有し、
   前記ステップa)の前に、予め定義された複数のネットワーク形態の中からどのネットワーク形態を使用するかが決定され、少なくとも前記アドレス決定要求の回数を表す前記ステップc)及びd)の１つ又は複数のパラメータが前記決定されたネットワーク形態に従って適合化されることを特徴とする無線ネットワークにおけるノードに対するネットワークアドレスの設定方法。
2. 前記予め定義されたネットワーク形態のそれぞれは、パラメータセットに関連づけられており、前記決定されたネットワーク形態に従って、対応するパラメータセットが前記ステップc)及びd)において使用されることを特徴とする請求項１に記載のネットワークアドレスの設定方法。
3. 前記ネットワーク形態は、前記ネットワークから受信したメッセージに基づいて決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のネットワークアドレスの設定方法。
4. 使用される前記ネットワーク形態は、設定の実行対象である前記ノードにより決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のネットワークアドレスの設定方法。
5. 適合化された１つ又は複数の前記パラメータは、遅延/待ち時間を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のネットワークアドレスの設定方法。
6. 前記ステップc)及びd)は、所定回数繰り返されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のネットワークアドレスの設定方法。
7. 前記ステップc)及びd)の繰り返し回数は、前記決定されたネットワーク形態に従って適合化されることを特徴とする請求項６に記載のネットワークアドレスの設定方法。
8. 前記予め定義されたネットワーク形態は、２つだけの無線ノードからなるネットワーク、３以上の無線ノードからなるネットワークであって、前記ノードは、マスターノードにおける転送機能を用いることで通信することができるネットワーク、又は、ネットワークアクセスポイントを介して基幹ネットワークと通信することができる複数の無線ノードからなるネットワークの内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のネットワークアドレスの設定方法。
9. 前記ステップc)において、前記複数のアドレス決定要求が、２つの連続する要求間で遅延なく送出されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のネットワークアドレスの設定方法。
10. 前記ネットワークアドレスは、前記利用可能なアドレスの範囲から無作為的又は擬似無作為的に選択されることを特徴とする請求項９に記載のネットワークアドレスの設定方法。
11. 前記ネットワークは、ブルートゥースリンクを含むことを特徴とする請求項９または１０に記載のネットワークアドレスの設定方法。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のネットワークアドレスの設定方法を行うよう適合化されたことを特徴とする携帯端末。
    

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