JP4862648B2

JP4862648B2 - モバイルｉｐシステム

Info

Publication number: JP4862648B2
Application number: JP2006346929A
Authority: JP
Inventors: 小林淳; 波多江健一郎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2026-12-25
Also published as: JP2008160495A

Description

本発明は、モバイルＩＰシステムに依り、特に、モバイルノード(Mobile Node、以下ＭＮ)がネットワーク間を移動しても通信を継続することが可能なモバイルＩＰシステムに関する。

インターネットの普及に伴い、データ通信はＩＰ(Internet Protocol)ネットワークを用いて行うことが一般的になっている。また、ＩＰネットワークの通信プロトコルとして、アドレス空間を１２８ビットへ拡張したＩＰｖ６(IP Version 6)が普及しつつある。

ＩＰネットワークにおいては、各ネットワークの端末やノード毎にＩＰアドレスを割り当て、ＩＰアドレスを宛先としたパケット通信によりネットワーク間の通信を行う。その為、端末やノードが異なるネットワークに移動した場合には、新たにＩＰアドレスが割り当てられ、端末あるいはノードにＩＰアドレスを再設定する必要があり、継続して通信を行うことができない場合があった。

ネットワーク間を端末が移動しても継続して通信を行う為に、モバイルＩＰ技術がインターネット標準化委員会ＩＥＴＦ(Internet Engineering Task Force)により標準化され(非特許文献1参照)、モバイルＩＰ技術を用いたモバイルＩＰシステムの普及が見込まれている。

モバイルＩＰ技術では、端末であるモバイルノード(MN)が本来所属するネットワークのＩＰアドレスであるホームアドレス(Home Address、以下HoA)を固定的に持つと共に、移動先ネットワークで割り当てられるＩＰアドレスである気付アドレス(Care-of Address、以下ＣｏＡ)を持つ。また、ＨｏＡアドレス宛のパケットを、ＭＮがその時に所属しているネットワークのＣｏＡによりカプセル化して送信(転送)すると共に、MNは届いたＣｏＡ宛のパケットをデカプセル化してＨｏＡアドレス宛のパケットを受け取ることにより通信を行う。

ＲＦＣ３７７５ "Mobility Support in IPv6" 、ＩＥＴＦ，２００４

従来のモバイルＩＰシステムにおけるＭＮはＨｏＡ、ＣｏＡが各1個づつ割り当てられる。外部ネットワークが複数ある場合、ＭＮの移動に伴い各外部ネットワークからＣｏＡを取得するが、エリアが重複する場合でもＣｏＡは1個しか割り当てられない。その為、ＭＮが別エリアの外部ネットワークへ移動する場合はＣｏＡが変更となり、新たなＣｏＡが割り当てられてＨＡ装置に登録するまでは古いＣｏＡでカプセル化したパケットが消失する。その間、通信が中断されるという課題がある。

なお、ＣＮ→ＭＮについての冗長ネットワークを取ることで、ネットワーク品質をあげることを考慮する場合もあるが、同様にＭＮ→ＣＮ宛についても検討した場合、ＭＮの全ネットワークインタフェースから一斉にパケットが送信されると途中の制御を行うＨＡ装置で輻輳が発生することがあり、これによりパフォーマンスが低下するという課題がある。

本発明は、以上の点に鑑み、ＭＮが通信中に移動する場合には通信断せず、通信を継続させることを可能とするモバイルＩＰシステムを提供することを目的とする。

更に、本発明は、ＭＮが移動しない場合でも、特定のＣｏＡに関するネットワークに障害が発生して通信が行えなくなった際に他のＣｏＡを用いて通信を行うネットワーク冗長構成をとることを目的とする。

また、本発明は、例えば、災害等のネットワーク障害にも対応可能とすることを目的のひとつとする。

ＭＮが複数のＣｏＡを所有する手段を持つと共に、ＭＮはＣＮへパケットを送信する際、送信するＩＰパケットを複数コピー・カプセル化し、複数のネットワークインタフェースからＨＡ装置に向けてＩＰパケット送信する。

また、外部ネットワークのエリアを重複するように配置し、常時複数のＣｏＡをＭＮに割り当てる。

ＨＡ装置の輻輳制御については、輻輳状態の確認機能やＣｏＡ毎に優先順位を設け、一定時間優先順位の低いパケットを破棄する等の機能を実現する。

本発明によると、ＭＮが通信中に移動する場合に通信断せず、通信を継続することが可能である。更に、本発明によると、ＭＮが移動しない場合でも、特定のＣｏＡに関するネットワークに障害が発生して通信が行えなくなった際に他のＣｏＡを用いて通信を行うネットワーク冗長構成をとることが可能である。

図1は、本実施の形態によるモバイルＩＰシステムの一実施例の構成図である。

本モバイルＩＰシステムは、ＭＮ４００と、ＨＡ３００と、ＣＮ２１０と、ルータ装置又はＤＨＣＰサーバ８００，８０１，８０２とを備える。

ＨＡ装置３００は、ホームネットワーク３０に備えられる。ＭＮ４００は、複数のネットワーク間を移動可能であり、ホームネットワーク３０以外の外部ネットワーク４０，４１，４２に移動しても、各ネットワークのルータ装置又はＤＨＣＰサーバ８００，８０１，８０２から割り当てられるＣｏＡを用いて通信可能である。例えば、ＭＮは、無線により外部ネットワーク、ホームネットワークと通信する。

ＭＮ４００は、ノード部４０１とモバイル部４０２とを有する。ＭＮＭＮ４００には、ＨｏＡ５１０を1個、ＣｏＡ５２０，５２１，５２２を２個以上割り当てられる。ＣＮ２１０から送信されたＨｏＡ５１０宛てのパケットは、それぞれのＣｏＡに対してＨＡ装置３００から各ＣｏＡを用いてカプセル化して配信される。

但し、ホームネットワーク３０に存在する場合にはＣｏＡは割り当てられない。なお、図中、ホームネットワーク３０内のＭＮ４００には、モバイル部の記載を省略している。

外部ネットワーク４０，４１，４２は、それぞれのエリアが重複するように配置され、ＭＮ４００はそれぞれの外部ネットワーク(例えば、各ネットワークのルータ装置８００など)からＣｏＡを取得する。ここで、エリアとは、例えば、外部ネットワークと通信可能な領域をいう。例えば、外部ネットワーク１（４０）からはＣｏＡ１（５２０）、外部ネットワーク２（４１）からはＣｏＡ２（５２１）、外部ネットワーク３（４２）からはＣｏＡ３（５２２）を割り当てられるとする。ＭＮ４００が外部ネットワーク１（４０）と外部ネットワーク２（４１）の重複したエリアに存在する場合(図中のＭＮ４００’の位置に存在する場合)ＣｏＡ１(５２０)とＣｏＡ２(５２１)を取得し、一方、外部ネットワーク２（４１）と外部ネットワーク３（４２）の重複したエリアに存在する場合は(図中のＭＮ４００’’の位置に存在する場合)、ＣｏＡ２（５２１）とＣｏＡ３（５２２）を取得する。

各ＣｏＡは外部ネットワークに設置されるルータ装置またはＤＨＣＰサーバ８００，８０１，８０２より、ＲＡ(Router Advertisement)やＤＨＣＰ(Dynamic Host Configuration Protocol)等を用いて割り当てられる。なお、アドレスの割当は、適宜の装置、プロトコルによることができる。

ＭＮ４００が、外部ネットワーク１（４０）と外部ネットワーク２（４１）の重複したエリアから、外部ネットワーク２（４１）と外部ネットワーク３（４２）の重複するエリアへ移動する場合、外部ネットワーク1のエリアから出る為、ＣｏＡ１（５２０）は削除される。例えば、後述する第1のインタフェース又はアドレス処理部により削除される。

しかし、外部ネットワーク２のエリアからは出ていない為、ＣｏＡ２(５２１)はそのまま所有し、使用することが可能である。このとき、ＣｏＡ１でカプセル化したパケットはＭＮ(４００’’)に届かず消失するが、ＣｏＡ２でカプセル化した通信を継続することが可能である為、通信は中断されない。移動後は外部ネットワーク３から新たにＣｏＡ３を取得してＨＡ装置３００に登録する。

ＩＰネットワーク１０は、ホームネットワーク３０、外部ネットワーク４０,４１,４２、通信相手ネットワーク２０を互いに接続するインターネット等のネットワークである。

図２はモバイルＩＰシステムの動作の説明図である。まず、モバイルＩＰシステムの概略を説明する。

モバイルＩＰシステムにおけるＭＮ４１０はノード部４１１とモバイル部４１２を備える。ＭＮ４１０には、ＭＮが本来所属するホームネットワーク３０のＩＰアドレスであるＨｏＡ５１０が割り当てられる。ＭＮが移動した場合、移動先の各外部ネットワーク４３，４４において、当該外部ネットワークのＩＰアドレスであるＣｏＡ５００，５０１が各々割り当てられる。例えば、外部ネットワーク４３に存在する場合はＣｏＡ５００を取得し、外部ネットワーク４４に存在する場合はＣｏＡ５０１を取得する。但し、従来の構成では、エリアが重複していた場合でもＣｏＡは1個しか割り当てられない。

また、ホームネットワーク３０にはモバイルＩＰ通信を行う為のホームエージェント装置(Home Agent、以下ＨＡ装置)３１０を配備する。ＨＡ装置３１０は、ＭＮ４１０が外部ネットワーク４３に移動した際はＣｏＡ５００を、外部ネットワーク４４に移動した際はＣｏＡ５０１を、ＭＮのＨｏＡに対応させて登録する。各ＣｏＡは、例えば、外部ネットワークに設置されるルータ装置またはＤＨＣＰサーバ８０３，８０４より、ＲＡ(Router Advertisement)やＤＨＣＰ(Dynamic Host Configuration Protocol)等を用いて割り当てられる。

ＭＮ４１０と通信を行う通信相手ノード(Corresponding Node、以下ＣＮ)２１０は、ＨｏＡ５１０宛のパケットを、ＭＮ４１０が本来所属するホームネットワーク３０に存在するＨＡ装置３１０に送信する。ＨＡ装置３１０では、当該パケットを現在登録されているＨｏＡに対応したＣｏＡ５００，５０１でカプセル化してＩＰネットワーク１０に送信する。ＣｏＡ５００，５０１でカプセル化されたパケットは、外部ネットワーク４３に移動したＭＮ４１０'や外部ネットワーク４４に移動したＭＮ４１０''にルーティングされる。

ＭＮ４１０’，４１０’’では、モバイル部４１２，４１２'で到着したパケットをデカプセル化して、ＣＮ２１０から送信されたＮＭ４１０’,４１０''に固定して割り当てられているＨｏＡ５１０’，５１０’’宛のパケットを取り出してノード部４１１’，４１１’’に送出することでＣＮ２１０)とＭＮ４１０’，４１０’’間の通信を行う。

このようなモバイルＩＰ技術を用いた通信を行うことで、ＭＮ(４１０，４１０’，４１０’’)がネットワーク間を移動してもＣＮ２１０が送出するパケットの宛先のＨｏＡ５１０，５１０’，５１０’’は変わらず、ＩＰアドレスの再設定やコネクションの再接続を行わなくても通信を行うことができる。

本実施の形態では、モバイルＩＰネットワークの本来の機能を損なわずに、常時複数のＣｏＡをMNに割り当てると共にHA装置から各々のＣｏＡでカプセル化する、及びＭＮはＣｏＡ毎にＩＰパケットをカプセル化して複数のネットワークインタフェースから送信することにより、機能の変更や追加を極力最低限としつつ移動中の通信断が発生しないモバイルＩＰシステムを構成する。以下、本実施の形態におけるモバイルＩＰシステムについて説明する。

図３はＨＡ装置の機能ブロック図（ＭＮ→ＣＮ宛）の一例である。

ＨＡ装置３００は、例えば、輻輳状態確認部７０、デカプセル化６５、受信パケット選択部６６、アドレス管理部６３、アドレス登録削除制御部とを有する。

ＭＮからＩＰパケットを受信すると、輻輳状態確認部７０でＨＡ装置３００の輻輳状態を確認する。輻輳していない場合、全ＩＰパケットをデカプセル化部へ転送する。輻輳時には、アドレス管理部６３に問い合わせを行い、ＩＰパケットの宛先ＣｏＡから、優先順位を確認する。問い合わせた結果、優先順位が高いものはデカプセル化部へ転送され、優先順位が低いＣｏＡ宛のパケットは一定時間破棄される。

デカプセル化部６５ではＩＰパケットのヘッダ部(宛先にＨＡ装置のＩＰアドレスを含む)を削除して、デカプセル化を行い、受信パケット選択部６６へ転送する。受信パケット選択部６６では、各ＩＰパケットのシーケンス番号及び到着時刻を確認し、遅く到着した重複パケットを廃棄、最初に到着したパケットをCNへ転送する。

ＨＡ装置３００はＭＮからのＢＵ(バインディングアップデート)６０１を受信すると、アドレス登録削除制御部６４を経由して、アドレス管理部６３へ転送され、収容するＭＮのＣｏＡの登録/削除を実施する。登録/削除を実施するＨＡ装置３００のアドレス管理テーブル例は図４となる。また、アドレス管理テープルにて各ＣｏＡの優先順位を設定することが可能である。設定手段は図４で説明する。

図４はＨＡ装置のアドレス管理テーブルの一例である。本例では各ＣｏＡに優先順位を設定することが可能である。優先順位は高・低等を設定可能であり、ＨＡ装置の輻輳状態時のパケット処理に使用する値となる。設定方法は下記２例を挙げる。
（１）ＣｏＡ登録が一番初めまたは最後のものを基準とする。
（２）ＭＮから受信されるＢＵ（バインディングアップデート）内に優先順位に関する情報を埋め込み、それを参照して設定する。

なお、各ＨｏＡに割り当てらたＣｏＡの登録数には上限値がある。

図５はＨＡ装置におけるＩＰパケットデカプセル化の概念図である。

ＨＡ装置はＭＮからカプセル化されたＩＰパケットを受信しＣＮへ転送する際、ＩＰパケットをデカプセル化する必要がある。本例では、ＩＰパケット７１２はＨＡ装置が受信するまで、宛先にＨＡ装置のＩＰアドレスを含むヘッダＢ７０４と、宛先にＣＮのＩＰアドレスを含むヘッダＡ７０３と、データ７００で構成される。ＨＡ装置はヘッダＢ７０４を削除することにより、デカプセル化を行う。

図６はＨＡ装置の受信パケット選択部の構成例である。ＨＡ装置はＭＮからＣＮ宛のＩＰパケットをデカプセル化後、受信パケット選択部６６へ送られる。その後、到着時刻測定部６７でシーケンス番号及び到着時刻を確認し、比較部６８で比較される。比較された結果をゲート６９へ伝え、重複のないパケットを通し、遅く到着した重複パケットは破棄される。通したパケットはＣＮへ転送される。

図７はＨＡ装置のＩＰパケット処理フロー（ＭＮ→ＣＮ）の一例である。

ＨＡ装置はＭＮからＩＰパケットを受信すると、輻輳状態のチェックを実施する（Ｓ１００）。

輻輳状態でない場（Ｎｏ）はデカプセル化（Ｓ１０２）され、輻輳状態の場合（Ｙｅｓ）はパケットの優先順位を確認する(Ｓ１０１)。

優先順位が低い場合は破棄され（Ｓ１０３）、高い場合はデカプセル化される（Ｓ１０２）。

デカプセル化後、パケットの到着日時、シーケンス番号の確認を行い（Ｓ１０４）、既に到着済みかどうかを確認する（Ｓ１０５）。

到着済みの場合（Ｙｅｓ）は破棄され（Ｓ１０３）、未到着の場合（Ｎｏ）は当該シーケンス番号を到着済みとして登録する（Ｓ１０６）。その後、ＣＮへ送信される（Ｓ１０７）。

図８はＭＮにおける機能ブロック図（送信時）の一例である。

ＭＮ４００はモバイル部４０２とノード部４０１とを有する。モバイル部は、例えば、複数のネットワークインタフェース部４２０，４２０’と、カプセル化部４２５，４２５’と、アドレス処理部４２２と、パケットコピー部４２６とを有する。ノード部４０１にはＨｏＡ５１０が割り当てられる。

ＭＮ４００は、まずノード部５１０からモバイル部４０２へＩＰパケット送信する。モバイル部４０２がＣＮ宛のＩＰパケットを受信すると、パケットコピー部４２６はアドレス処理部４２２へネットワークインタフェースに設定されているＣｏＡの登録状況を確認する。ＩＰパケットをコピーして設定されているネットワークインタフェース部に接続されているカプセル化部４２５，４２５’に転送する。ネットワークインタフェース部４２０のみにＣｏＡ５２０が割り当てられている場合、カプセル化部１（４２５）のみにパケットを転送する。ネットワークインタフェース部１（４２０）及びネットワークインタフェース部２(４２０’)にそれぞれＣｏＡ（５２０）とＣｏＡ（５２１）が割り当てられている場合、カプセル化部1（４２５）とカプセル化部２（４２５’）へパケットを転送する。

なお、本例では２個のカプセル化部で構成するが、３個以上のカプセル化部を具備してもよいし、ひとつのカプセル化部が複数回カプセル化するようにしてもよい。

カプセル化部４２５，４２５’はアドレス処理部４２２に対し、接続されているネットワークインタフェース部に設定されているＣｏＡ及びＨＡ装置のＩＰアドレスの問合せを行う。アドレス処理部４２２は問い合わせ結果をカプセル化部４２５、４２５’へ返答する。カプセル化部はアドレス処理部から問い合わせた結果を受信後、宛先にＨＡ装置のＩＰアドレス、送信元にネットワークインタフェース部に設定されているＣｏＡを付加してカプセル化を行う。

ネットワークインタフェース部は受信したＩＰパケットをＨＡ装置へ転送する。また、アドレス処理部とやりといを行い、各ネットワークインタフェースに割り当てられているＣｏＡを設定する。

アドレス処理部４２２はアドレス記憶部４２４を具備しており、ネットワークインタフェース部４２０、４２０’に設定されているＣｏＡ、ＨＡ装置のＩＰアドレス、当該ＭＮのＨｏＡを記憶している。

図９はＭＮにおけるＩＰパケットカプセル化の概念図である。

ＭＮはＣＮへＩＰパケットを送信する際、宛先にＨＡ装置のＩＰアドレスを設定してカプセル化する必要がある。本例では、ＭＮのノード部から送信されたＩＰパケットは、宛先にＣＮのＩＰアドレスを含むヘッダＣ（７０５）とデータ７００で構成される。ＭＮのモバイル部では宛先にＨＡ装置のＩＰアドレスを含むヘッダＤ（７０６）を付加することにより、カプセル化を行う。

本発明の実施例によると、例えば、災害等のネットワーク障害時にも対応可能である。また、ＨＡ装置での輻輳制御を行うことで、パフォーマンスの低下を防ぐことが可能となる。

移動中の通信断が発生しないことが利点であり、既存のモバイルＩＰシステムの欠点を補えるシステムである。また、ネットワークの冗長経路を持つことができ、ネットワーク障害・災害等にも強い為、信頼性の高いシステムへ適用できる。

本発明によるモバイルＩＰシステムの一実施例の構成図である。従来のモバイルＩＰシステムの構成図である。ＨＡ装置の機能ブロック図（ＭＮ→ＣＮ宛）の一例である。ＨＡ装置のアドレス管理テーブルの一例である。ＨＡ装置におけるＩＰパケットデカプセル化の概念図である。ＨＡ装置の受信パケット選択部の構成例である。ＨＡ装置のＩＰパケット処理フロー（ＭＮ→ＣＮ宛）の一例である。ＭＮにおける機能ブロック図（送信時）の一例である。ＭＮにおけるＩＰパケットカプセル化の概念図である。

符号の説明

１０：ＩＰネットワーク
２０：通信相手ネットワーク
３０：ホームネットワーク
４０，４１，４２，４３，４４：外部ネットワーク
６３：アドレス管理部、アドレス登録削除制御部
６５：デカプセル化部
６６：受信パケット選択部
６７：到着時刻測定部
６８：比較部
６９：ゲート
７０：輻輳状態確認部
２１０：通信相手ノード(ＣＮ)
３００，３１０：ＨＡ装置
４００，４１０：モバイルノード(ＭＮ)
４０１、４１１：ノード部
４０２，４１２：モバイル部、ネットワークインタフェース部
４２２：アドレス処理部
４２４：アドレス記憶部
４２５：カプセル化部
４２６：パケットコピー部
５１０：ホームアドレス(ＨｏＡ)
５００，５０１，５２０，５２１，５２２：気付アドレス(ＣｏＡ)、バインディングアップデート(ＢＵ)
６３１：ホームアドレス(ＨｏＡ)アドレス一覧
６３２，６３３，６３４：気付アドレス(ＣｏＡ) 優先順位一覧、データ部
７０３：ヘッダＡ
７０４：ヘッダＢ、ヘッダＣ
７０６：ヘッダＤ
７１２，７１３：ＩＰパケット
８００，８０１，８０２，８０３，８０４：ルータ装置またはＤＨＣＰサーバ

Claims

複数のネットワーク間を移動可能なモバイルノードと、
前記モバイルノードと通信する通信ノードと、
前記通信ノードから前記モバイルノード宛てのパケットを受信し、該モバイルノードに転送するホームエージェント装置と
を備え、
前記モバイルノードは、
第1のネットワーク内に位置したとき、第1のネットワークにおける第1の気付ＩＰアドレスが割り当てられ、該第1の気付ＩＰアドレスで通信するための第1のインタフェースと、
前記第1のネットワークと通信エリアの一部が重複する第２のネットワーク内に位置したとき、第２のネットワークにおける第２の気付ＩＰアドレスが割り当てられ、該第２の気付ＩＰアドレスで通信するための第２のインタフェースと、
第１及び第２の気付ＩＰアドレスが前記第1のインタフェース及び第２のインタフェースにそれぞれ割り当てられると、予め定められたホームＩＰアドレスと、割り当てられた第１及び第２の気付ＩＰアドレスとを、前記ホームエージェント装置に送信するアドレス処理部と、
前記通信ノードを宛先とするパケットを複製し、前記第1のインタフェースを介して前記ホームエージェント装置のＩＰアドレスＡを宛先として送信されるパケット、及び、前記第２のインタフェースを介して前記ホームエージェント装置の前記ＩＰアドレスＡを宛先として送信されるパケットとする複製部と、
前記複製部で複製されたパケットを、前記ホームエージェント装置のＩＰアドレスＡを宛先に付加してカプセル化するカプセル化部と
を有し、
前記ホームエージェント装置は、
前記モバイルノードのホームＩＰアドレスに対応して、前記第１及び第２の気付ＩＰアドレスが記憶されるアドレス管理部と、
前記モバイルノードから、ホームＩＰアドレスと第１及び第２の気付ＩＰアドレスとを受信し、該ホームＩＰアドレスに対応して、受信された第1及び第２の気付ＩＰアドレスを前記アドレス管理部に記憶する登録制御部と、
前記モバイルノードから前記通信ノード宛てのパケットを受信し、受信されたパケットをデカプセル化するデカプセル化部と、
前記デカプセル化部でデカプセル化された重複するパケットのひとつを選択する選択部
と
を有するモバイルＩＰシステム。