JP5178368B2 - ゲートウェイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、パケット通信装置に関し、特に、複数の異なるネットワークを相互接続するゲートウェイ装置に関する。

例えば、電波資源が限られていることから、周波数免許を持つことが可能な通信事業者の数には制限がある。周波数免許を持たない事業者は、無線基地局などの装置を借り受けることにより、移動体通信サービスを提供することが可能になる。このように、無線基地局やネットワークなどの装置を自分たちでは保有せずに、これらの装置を実際に保有して携帯電話などの移動体通信サービスを行う事業者（移動体通信事業者（ＭＮＯ：Ｍｏｂｉｌｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｏｐｅｒａｔｏｒ））から借り受けて、移動体通信サービスを提供する事業者を、仮想移動体通信事業者（ＭＶＮＯ：Ｍｏｂｉｌｅ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｏｐｅｒａｔｏｒ）と呼ぶ。

ＩＥＥＥ８０２．１６標準をベースとした無線システムの共通仕様の策定を行う業界標準団体であるＷｉＭＡＸ Ｆｏｒｕｍは、ネットワーク参照モデルを既定している（ＷｉＭＡＸ Ｆｏｒｕｍ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）。
ＷｉＭＡＸ Ｆｏｒｕｍのネットワーク参照モデルでは、端末に対して無線アクセスを提供する事業者であるネットワークアクセスプロバイダと、端末に対してＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）接続を提供するネットワークサービスプロバイダに、ネットワークを分類している。

仮想移動体通信事業者の実現形態の一つの例として、移動体通信事業者（ＭＮＯ）を、前記のＷｉＭＡＸ Ｆｏｒｕｍのネットワーク参照モデルにおけるネットワークアクセスプロバイダに対応付け、また、仮想移動体通信事業者（ＭＶＮＯ）を、前記のＷｉＭＡＸ Ｆｏｒｕｍのネットワーク参照モデルにおけるネットワークサービスプロバイダに対応付ける構成と位置付けることができる。

特開２００８−０３５０３７号公報 特開２００４−１８７２８２号公報

しかしながら、移動体通信事業者のネットワークと仮想移動体通信事業者のネットワークとを相互に接続するネットワーク装置（以下、ゲートウェイ装置と言う）においては、ネットワーク接続を行うユーザの装置（以下、端末と言う）に関して、前記ユーザが契約する仮想移動体通信事業者との間で閉域性のある通信を行うことが必要である。すなわち、端末の初期接続時には、前記ユーザが契約する仮想移動体通信事業者が管理する認証サーバとの間でユーザ認証を行うことが必要である。また、前記端末がネットワークとの間で通信を行う際には、端末が送信したパケットを、前記端末が契約する仮想移動体通信事業者のネットワークに対してのみ、転送することが必要である。

本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、移動体通信事業者と仮想移動体通信事業者とを相互に接続する場合に、ユーザが契約する仮想移動体通信事業者との間で閉域性のある通信を行うことができるゲートウェイ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、互いに異なるネットワークを相互接続するゲートウェイ装置において、次のような構成（直接方式の構成）とした。
すなわち、ネットワーク接続手段が、端末に対して無線アクセス機能を提供する第１のネットワークと、端末に対してネットワーク接続機能を提供する第２のネットワークを相互に接続する。第１のトンネル設定手段が、前記第１のネットワークについて、１つ以上の端末が無線通信により接続する基地局との間に、端末毎に互いに異なるパケット転送用の第１のトンネルを設定する。第２のトンネル設定手段が、前記第２のネットワークとの間に、パケット転送用の第２のトンネルを設定する。トンネル端末対応付け手段が、前記第１のトンネルと端末とを対応付ける。トンネル間対応付け手段が、前記第２のトンネルと前記第１のトンネルとを対応付ける。

従って、例えば、移動体通信事業者と仮想移動体通信事業者とを相互に接続する場合に、ユーザが契約する仮想移動体通信事業者との間で閉域性のある通信を行うことができるゲートウェイ装置を実現することができる。

ここで、端末、基地局、第１のネットワーク、第２のネットワーク、第１のトンネル、第２のトンネルとしては、それぞれ、種々なものが用いられてもよい。
また、トンネル端末対応付け手段や、トンネル間対応付け手段としては、それぞれ、一例として、記憶手段に記憶されるテーブルにより構成することが可能である。

本発明に係るゲートウェイ装置では、一構成例として、次のような構成（間接方式の構成）とした。
すなわち、前記ネットワーク接続手段は、前記第１のネットワークと前記第２のネットワークを、第３のネットワークを経由して、相互に接続する。前記第２のトンネル設定手段は、前記第２のネットワークとの間に、前記第３のネットワークを経由する前記第２のトンネルを設定する。前記第３のネットワークは、互いに異なる１つ以上の前記第２のネットワークと相互に接続する。

従って、直接方式ばかりでなく、間接方式に対応することも可能である。
ここで、第３のネットワークとしては、種々なものが用いられてもよい。

本発明に係るゲートウェイ装置では、一構成例として、次のような構成とした。
すなわち、転送制御手段が、前記トンネル間対応付け手段の対応付けを参照して前記第１のトンネルと前記第２のトンネルとをそれぞれ１対１で対応付け、前記第１のトンネルを用いて送信されるパケットを当該第１のトンネルと対応付けられている第２のトンネルを用いて対応した第２のネットワークへ転送し、前記第２のネットワークから前記第２のトンネルを用いて送信されるパケットを当該第２のトンネルと対応付けられている第１のトンネルを用いて対応した第１のネットワークへ転送する。

従って、第１のトンネルと第２のトンネルとの対応付けに基づいて、第１のネットワーク側（第１のトンネル側）からのパケットを第２のネットワーク側（第２のトンネル側）へ転送（伝送）することや、第２のネットワーク側（第２のトンネル側）からのパケットを第１のネットワーク側（第１のトンネル側）へ転送（伝送）することができる。
なお、このようなパケット転送処理は、直接方式ばかりでなく、間接方式に適用することも可能である。

以上説明したように、本発明に係るゲートウェイ装置によると、例えば、移動体通信事業者と仮想移動体通信事業者とを相互に接続する場合に、ユーザが契約する仮想移動体通信事業者との間で閉域性のある通信を行うことができる。

本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
図１には、本発明の適用対象となるネットワークシステムの一構成例を示してある。
ゲートウェイ（ＧＷ）装置１は、移動体通信事業者（ＭＮＯ）６と、インターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）７−１、７−４を相互に接続するパケット通信装置である。また、インターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）７−２、７−３は、インターネットサービスプロバイダ７−１を経由して、移動体通信事業者６と接続している。

移動体通信事業者６には、複数の端末３−１〜３−５に対して無線により接続する基地局（ＢＳ）２−１、２−２、２−３及びゲートウェイ装置１が設置される。
基地局２−１、２−２、２−３とゲートウェイ装置１との間には、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）パケットを転送するためのトンネルを設定する。図１の例では、トンネルとして、複数のＧＲＥ（Ｇｅｎｅｒｉｃ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）トンネル６０−１〜６０−７が設定されている。

それぞれのインターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）７−１〜７−４には、認証サーバ（ＡＡＡ）７１−１〜７１−４、ゲートウェイ装置１との間に設定されるトンネルの端点の装置であるホームエージェント（ＨＡ）７２−１〜７２−４が設けられる。図１の例では、ゲートウェイ装置１とホームエージェント７２−１〜７２−４との間に設定するトンネルとして、ＩＰ ｉｎ ＩＰトンネル７０−１〜７０−４が設定されている。
また、ホームエージェント７２−１〜７２−４には、インターネット８が接続される。

本例では、インターネットサービスプロバイダ７−１を、移動体通信事業者６と同一の事業者が運用するものとする。また、本例では、インターネットサービスプロバイダ７−２、７−３、７−４を、仮想移動体通信事業者が運用するものとする。

図２には、本例のゲートウェイ装置１の構成例を示してある。
本例のゲートウェイ装置１は、複数のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）ボード１１−１〜１１−（Ｎ＋１）と、スイッチボード１２と、制御部１３から構成されている。

各ＣＰＵボード１１−１〜１１−（Ｎ＋１）は、パケット転送処理、ユーザセッション確立のための処理、及び、ユーザセッション情報を管理するための処理を行う。
スイッチボード１２は、物理回線との入出力処理。及び、ＣＰＵボード１１−１〜１１−（Ｎ＋１）への振り分け処理を行う。
制御部１３は、ＣＰＵボード１１−１〜１１−（Ｎ＋１）やスイッチボード１２を制御するための処理を行う。
ここで、本例のように、ＣＰＵボード１１−１〜１１−（Ｎ＋１）を複数枚搭載することにより、ＣＰＵボードにおける処理の負荷分散、及び、障害発生時にＣＰＵボード間で処理を切り替えるための冗長化を実現することができる。

図３には、ゲートウェイ装置１に搭載するＣＰＵボード１１−１〜１１−（Ｎ＋１）の構成例を示してある。なお、複数のＣＰＵボード１１−１〜１１−（Ｎ＋１）は同様な構成を有しており、これらをまとめて説明するために、ＣＰＵボード１１と示す。
ＣＰＵボード１１は、受信側のスイッチインタフェース（スイッチＩ／Ｆ）１１１−１と、送信側のスイッチインタフェース（スイッチＩ／Ｆ）１１１−２と、受信側のパケットバッファ１１２−１と、送信側のパケットバッファ１１２−２と、ＣＰＵ１１３と、メモリ１１４と、制御部インタフェース（制御部Ｉ／Ｆ）１１５から構成されている。

スイッチインタフェース１１１−１、１１１−２は、スイッチボード１２との入出力インタフェースである。スイッチインタフェース１１１−１はスイッチボード１２から受信し、スイッチインタフェース１１１−２はスイッチボード１２へ送信する。
パケットバッファ１１２−１、１１２−２は、ＣＰＵボード１１が処理する送受信パケットを蓄積する。パケットバッファ１１２−１は受信パケットを蓄積し、パケットバッファ１１２−２は送信パケットを蓄積する。

ＣＰＵ１１３は、送受信パケットに対する転送処理、ユーザセッション確立のための処理、ユーザセッション管理のための処理を行う。
メモリ１１４は、ＣＰＵ１１３の作業領域であり、また、ユーザセッションに関する情報を管理するセッション管理テーブルを保持する。
制御部インタフェース１１５は、制御部１３とのインタフェースである。

図４には、ゲートウェイ装置１のＣＰＵボード１１に搭載するソフトウェア５００の機能ブロックの一例を示してある。
本例のソフトウェア５００は、制御機能ブロック５１０と、ネットワーク機能ブロック５２０と、保守管理機能ブロック５３０から構成されている。
制御機能ブロック５１０は、ユーザ認証やトンネル設定等、主として制御プレーンの処理を行う。
ネットワーク機能ブロック５２０は、パケット転送処理等、主としてユーザプレーンの処理を行う。
保守管理機能ブロック５３０は、制御部１３との間の通信により、外部からの設定等、主として保守管理に関わる処理を行う。

図５には、ＧＲＥトンネルパケット６００のフォーマットの一例を示してある。これは、カプセル化ヘッダの情報を用いて、カプセル化を行ったものである。
ＧＲＥトンネルパケット６００では、パケットの先頭に、トンネルを設定した区間においてパケット転送のために用いるＩＰヘッダ６１０が付与される。このパケット転送のために用いるＩＰヘッダ６１０に続いて、ＧＲＥヘッダ６２０が付与される。ＧＲＥヘッダ６２０には、ＧＲＥキー６２１が設定される。ＧＲＥキー６２１は、トンネルを識別するために用いる情報である。このＧＲＥヘッダ６２０に続いて、エンド−エンドでパケットを転送するためのＩＰヘッダ６３０及びペイロード６４０が設定される。

図６には、ＩＰ ｉｎ ＩＰトンネルパケット７００のフォーマットの一例を示してある。これは、カプセル化ヘッダの情報を用いて、カプセル化を行ったものである。
ＩＰ ｉｎ ＩＰトンネルパケット７００では、パケットの先頭に、トンネルを設定した区間においてパケット転送のために用いる外部ＩＰヘッダ７１０が付与される。この外部ＩＰヘッダ７１０に続いて、エンド−エンドでパケットを転送するための内部ＩＰヘッダ７２０及びペイロード７３０が設定される。
このフォーマットでは、外部ＩＰヘッダ７１０がカプセル化ヘッダに相当する。

図７には、ソフトウェア５００の機能ブロックのうち、特に、移動体通信事業者６からインターネットサービスプロバイダ７−１〜７−４（まとめて、インターネットサービスプロバイダ７と示す）への通信を行うための処理を行う部分の詳細を示してある。
制御機能ブロック５１０は、ＡＡＡクライアント５１１、データパス管理部５１２、トンネル制御部５１３、テーブル管理部５１４、接続受付部５１５、ＩＳＰ管理テーブル５１６から構成されている。

ＡＡＡクライアント５１１は、認証サーバ７１−１〜７１−４（まとめて、認証サーバ７１と示す）との間で、ユーザ認証のための通信を行う。
インターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）管理テーブル５１６は、ＡＡＡクライアント５１１がユーザ認証のための通信を行う認証サーバ（ＡＡＡ）７１のアドレス情報を管理する。
データパス管理部５１２は、移動体通信事業者６のネットワークにおけるパケット転送のために、基地局２−１〜２−３（まとめて、基地局２と示す）とゲートウェイ装置１との間に設定するトンネルを管理する。例えば、パスＩＤの割り当てを行う。

トンネル制御部５１３は、ゲートウェイ装置１とインターネットサービスプロバイダ７のネットワークとの間のパケット転送のために、ゲートウェイ装置１とホームエージェント７２−１〜７２−４（まとめて、ホームエージェント７２と示す）との間に設定するトンネルを管理する。なお、ＡＡＡクライアント５１１からトンネル制御部５１３へホームエージェント７２のアドレス（ＨＡアドレス）が通知される。
テーブル管理部５１４は、ネットワーク機能ブロック５２０に設けられる検索テーブル５２２の内容の生成、及び、検索テーブル５２２に対する設定を行う。
接続受付部５１５は、ユーザの接続受付を行う。

ネットワーク機能ブロック５２０は、ヘッダ解析部５２１、検索テーブル５２２、カプセル化部５２３から構成されている。
ヘッダ解析部５２１は、移動体通信事業者６のネットワークにおけるパケット転送のために、基地局２とゲートウェイ装置１との間に設定するトンネルを終端し、前記トンネルを用いて転送されたパケットのヘッダを解析し、トンネルの識別子を抽出する。

検索テーブル５２２は、ヘッダ解析部５２１により抽出されたトンネルの識別子と、前記トンネルの識別子が付与されたパケットの転送先との関係を設定する。そして、入力された前記トンネルの識別子を検索キーとして、対応する前記パケットの転送先の情報を検索結果として出力する。
カプセル化部５２３は、検索テーブル５２２を検索した結果に基づいて、ゲートウェイ装置１とホームエージェント７２との間のパケット転送に用いるトンネル用のカプセル化を行う。

次に、ユーザの初期接続時の処理について説明する。
図８には、ユーザの初期接続時のシーケンスの一例を示してある。
ユーザにより操作される端末３−１〜３−５（まとめて、端末３と示す）は、基地局２を経由して、ゲートウェイ装置１に対してユーザ認証信号１１０００を送信する。ゲートウェイ装置１は、認証サーバ（ＡＡＡ）７１との間で、制御信号１１０１０及び制御信号１１０２０を送受信することにより、端末３に関するユーザ認証処理を行う。このとき、認証サーバ７１は、端末３に関して、ゲートウェイ装置１との間に設定するトンネルの終端点となるホームエージェント７２のアドレスを、制御信号１１０２０を用いてゲートウェイ装置１に通知する。ゲートウェイ装置１は、ユーザ認証信号１１０３０を端末３に対して送信する。

端末３は、端末３に設定するアドレスを要求する信号１１０４０をゲートウェイ装置１に対して送信する。ゲートウェイ装置１は、前記したユーザ認証の制御信号１１０２０によって通知されたアドレスのホームエージェント７２との間にトンネル設定を行う制御信号１１０５０を送信する。ホームエージェント７２は、端末３に割り当てるアドレスを設定した制御信号１１０６０をゲートウェイ装置１へ送信する。これにより、ゲートウェイ装置１とホームエージェント７２との間にパケット転送用のトンネルが設定される。

ゲートウェイ装置１は、制御信号１１０６０によってゲートウェイ装置１に通知された端末３に割り当てるアドレスを、制御信号１１０７０を用いて端末３に通知する。
ゲートウェイ装置１は、ゲートウェイ装置１と基地局２との間で、制御信号１１０８０及び制御信号１１０９０を送受信することにより、ゲートウェイ装置１と基地局２との間にパケット転送用のトンネルを設定する。

図７を参照して、ユーザ初期接続時におけるソフトウェア処理の流れの一例を説明する。
ユーザ初期接続時において、端末３が送信したユーザ認証信号１１０００を、制御機能ブロック５１０の接続受付部５１５が受け付ける。接続受付部５１５は、この制御信号（ユーザ認証信号）１１０００をＡＡＡクライアント５１１へ転送する。ＡＡＡクライアント５１１は、ユーザ認証信号１１０００に設定された識別子情報により、端末３を使用するユーザ、及び、当該ユーザが属するインターネットサービスプロバイダを識別する。

なお、前記した識別子情報は、ＮＡＩ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｃｃｅｓｓ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）と呼ばれ、ａｂｃ＠ｘｙｚの形式で表されるものである。ここで、ａｂｃは認証を受けようとするユーザを識別する情報であり、ｘｙｚは前記ユーザであるａｂｃが属するインターネットサービスプロバイダを識別する情報である。

図９には、インターネットサービスプロバイダ管理テーブル５１６の構成例（ここで、符号を５１６ａと示す）の一例を示してある。
本例のインターネットサービスプロバイダ管理テーブル５１６ａは、前記したＮＡＩによって識別されるインターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）の名称５１６ａ−１と、当該インターネットサービスプロバイダが保有する認証サーバ（ＡＡＡサーバ）７１のアドレス５１６ａ−２とを対応付けて記憶している。

ＡＡＡクライアント５１１は、インターネットサービスプロバイダ管理テーブル５１６を検索することにより、識別された情報に対応する認証サーバ７１のアドレス５１６ａ−２を取得し、当該認証サーバ７１との間でユーザ認証のための通信を行う。
端末３に関するユーザ認証の処理が完了した後、ゲートウェイ装置１と該当するホームエージェント７２との間、及び、ゲートウェイ装置１と該当する基地局２との間に、トンネルを設定する処理を行う。この場合、前記した識別された情報に対応するホームエージェント７２のアドレスをトンネル制御部５１３に通知する。

ここで、ゲートウェイ装置１とホームエージェント７２との間のトンネルの設定方法について説明する。
図８に示されるシーケンスにおける制御信号１１０３０を端末３が受信した後、端末３は、アドレス要求の信号１１０４０を送信する。制御機能ブロック５１０の接続受付部５１５は、前記した端末３のアドレス要求の信号を受信すると、トンネル制御部５１３に対して、トンネル設定制御の起動を指示する。トンネル制御部５１３は、ホームエージェント７２との間で、トンネルを設定するための制御信号１１０５０及び制御信号１１０６０を送受信する。このとき、ホームエージェント７２は、端末３に対して割り当てるアドレスを、制御信号１１０６０に設定する。トンネル制御部５１３は、ゲートウェイ装置１とホームエージェント７２との間にトンネルが設定されると、端末３に対して割り当てるアドレスを設定した信号１１０７０を送信する。

また、ゲートウェイ装置１と基地局２との間のトンネルの設定方法について説明する。
接続受付部５１５は、データパス管理部５１２に対して、ゲートウェイ装置１と基地局２との間におけるＧＲＥトンネルの設定制御の起動を指示する。データパス管理部５１２は、基地局２との間で、ＧＲＥトンネルを設定するための制御信号１１０８０及び制御信号１１０９０を送受信する。このとき、データパス管理部５１２は、ＧＲＥトンネル毎に割り当てるパスＩＤを決定して、制御信号１１０８０によって基地局２に対して通知する。ここで、パスＩＤは、図５に示されるＧＲＥトンネルパケット（ＧＲＥカプセル化パケット）６００のＧＲＥヘッダ６２０に設定されるＧＲＥキー６２１に対応付けられる。

接続受付部５１５は、データパス管理部５１２から、ゲートウェイ装置１と基地局２との間に設定されるトンネルを識別するパスＩＤの情報を取得する。また、接続受付部５１５は、トンネル制御部５１３から、ゲートウェイ装置１とホームエージェント７２との間に設定するトンネルの情報を取得する。

接続受付部５１５は、ユーザ認証、ゲートウェイ装置１とホームエージェント７２との間のトンネルの設定、及び、ゲートウェイ装置１と基地局２との間のトンネルの設定が完了した後、テーブル管理部５１４に対して、ネットワーク機能ブロック５２０がデータパケットを送信するために用いる検索テーブル５２２を生成するように指示する。このとき、接続受付部５１５は、前記した、ゲートウェイ装置１と基地局２との間に設定されるトンネルを識別するパスＩＤの情報、及び、ゲートウェイ装置１とホームエージェント７２との間に設定するトンネルの情報を、テーブル管理部５１４に通知する。

次に、端末３がデータ通信する際のゲートウェイ装置１における処理について説明する。ここでは、端末３から基地局２側への上り通信について説明する。
上り通信で用いられる検索テーブル５２２は、本例では、図１０、図１１、図１２に示されるように、論理的に分割されている。
図１０に示されるテーブル５２２ａ（検索テーブル５２２の一部）では、パスＩＤ５２２ａ−１、該当するパケットを送信したユーザが属するインターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）の識別情報５２２ａ−２、及び、該当するパケットの転送先となるトンネルの識別子情報（本例では、トンネル番号）５２２ａ−３を対応付けて記憶している。

ヘッダ解析部５２１は、ゲートウェイ装置１と基地局２との間に設定されたトンネルを識別する情報であるパスＩＤ５２２ａ−１を検索キーとして、テーブル５２２ａを検索する。ここで、本例では、パスＩＤ５２２ａ−１として、図５に示されるＧＲＥトンネルパケット（ＧＲＥカプセル化パケット）６００のＧＲＥヘッダ６２０に設定されているＧＲＥキー６２１が用いられている。この結果として、ヘッダ解析部５２１は、インターネットサービスプロバイダの識別情報５２２ａ−２、及び、トンネル番号５２２ａ−３を取得する。

図１１に示されるテーブル５２２ｂ（検索テーブル５２２の一部）では、パケットの転送先となるトンネルの識別子情報（本例では、トンネル番号）５２２ｂ−１、アドレスポインタ５２２ｂ−２、及び、該当するパケットを出力する物理回線の情報５２２ｂ−３を対応付けて記憶している。

ヘッダ解析部５２１は、テーブル５２２ａの検索結果として得られたトンネル番号５２２ｂ−１（図１０における５２２ａ−３に相当）を検索キーとして、テーブル５２２ｂを検索する。この結果として、ヘッダ解析部５２１は、カプセル化ヘッダの情報を設定するテーブル（図１２に示される５２２ｃ）におけるアドレスポインタ５２２ｂ−２、及び、該当するパケットを出力するゲートウェイ装置１の物理回線の情報５２２ｂ−３を取得する。

図１２に示されるテーブル５２２ｃ（検索テーブル５２２の一部）では、図１１に示されるテーブル５２２ｂの検索結果として得られるアドレスポインタの値５２２ｃ−１で示されるアドレスと、ゲートウェイ装置１とホームエージェント７２との間に設定されるトンネルにおいてパケットに付与されるカプセル化ヘッダの情報５２２ｃ−２とを対応付けて記憶している。

ヘッダ解析部５２１は、テーブル５２２ｂの検索結果として得られたアドレスポインタの値５２２ｂ−２を検索キーとしてテーブル５２２ｃを検索する。ここで、テーブル５２２ｂにおけるアドレスポインタの値５２２ｂ−２は、テーブル５２２ｃにおけるアドレス５２２ｃ−１と一対一に対応付けられている。
ヘッダ解析部５２１は、テーブル５２２ｃの検索結果として、ゲートウェイ装置１とホームエージェント７２との間に設定されるトンネルにおいてパケットに付与されるカプセル化ヘッダの情報５２ｃ−２を取得する。

カプセル化部５２３は、ヘッダ解析部５２１が検索テーブル５２２を検索した結果として得られた、ゲートウェイ装置１とホームエージェント７２との間に設定されるトンネルにおいてパケットに付与されるカプセル化ヘッダの情報５２２ｃ−２を、パケットに付与して、該当するホームエージェント７２に対してそのパケットを送信する。

ここで、以上では、上り通信、すなわち、端末３、ゲートウェイ装置１、ホームエージェント７２の方向に対してパケットを送信する際のゲートウェイ装置１における処理について説明した。そして、下り通信、すなわち、ホームエージェント７２、ゲートウェイ装置１、端末３の方向に対してパケットを送信する際のゲートウェイ装置１における処理についても、同様に行うことが可能である。

具体的に、基地局２側から端末３への下り通信について、端末３がデータ通信する際のゲートウェイ装置１における処理について説明する。
下り通信で用いられる検索テーブル５２２は、本例では、図１３、図１４、図１５に示されるように、論理的に分割されている。
図１３に示されるテーブル５２２ｄ（検索テーブル５２２の一部）では、宛先ＩＰアドレス５２２ｄ−１、及び、トンネル番号５２２ｄ−２を対応付けて記憶している。
図１４に示されるテーブル５２２ｅ（検索テーブル５２２の一部）では、トンネル番号５２２ｅ−１と、アドレスのポインタ５２２ｅ−２と、出力物理回線５２２ｅ−３とを対応付けて記憶している。
図１５に示されるテーブル５２２ｆ（検索テーブル５２２の一部）では、アドレス５２２ｆ−１、及び、カプセル化ヘッダ５２２ｆ−２を対応付けて記憶している。

上り通信では、図１０に示される検索テーブル５２２ａの検索において、パスＩＤ５２２ａ−１を検索キーとして用いた。
一方、下り通信では、インターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）７からＩＰ ｉｎ ＩＰトンネル７０−１〜７０−４を経由してパケットを受信したゲートウェイ装置１は、図６に示されるＩＰ ｉｎ ＩＰトンネルパケット７００の外部ＩＰヘッダ７１０を終端した後に、内部ＩＰヘッダ７２０に設定されている宛先ＩＰアドレスを検索キーとして用いる。

まず、図１３に示される検索テーブル５２２ｄにおいて、宛先ＩＰアドレス５２２ｄ−１を検索キーとして、対応するトンネル番号５２２ｄ−２を取得する。
次に、図１４に示される検索テーブル５２２ｅを検索する。検索テーブル５２２ｅにおける検索キーはトンネル番号５２２ｅ−１（ここでは、取得されたトンネル番号５２２ｄ−２）であり、出力物理回線（の番号）５２２ｅ−３、及び、図１５に示される検索テーブル５２２ｆに対するアドレスポインタ５２２ｅ−２を取得する。

そして、最後に、図１５に示される検索テーブル５２２ｆを検索し、図１４に示される検索テーブル５２２ｅで取得したアドレスポインタ５２２ｅ−２で示されるアドレスの値５２２ｆ−１に対応するカプセル化ヘッダのフィールドから、ゲートウェイ装置１と基地局２との間に設定された、対応するＧＲＥトンネル６０−１〜６０−７で用いるカプセル化ヘッダ５２２ｆ−２を取得する。

以上のように、本例のネットワークシステムでは、（１）無線の端末３と接続するために、無線アクセスネットワーク側で端末３毎に個別のトンネル設定を行う。また、（２）ゲートウェイ装置１とインターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）７との間（コアネットワーク側）の接続においても、各ＩＳＰに対応した個別のトンネル設定を行う。また、（３）ゲートウェイ装置１内のテーブルにより、無線アクセスネットワーク側のトンネルとコアネットワーク側のトンネルとを対応付けること（トンネルのインタワーク）を行う。

ここで、前記した（１）及び（２）の機能としては、例えば、ＷｉＭＡＸフォーラムで制定されたネットワーク参照モデルの規格に基づいて実現することができる。また、例えば、図１２に示される初期接続時のシーケンスや、トンネリングによるパケットの処理の流れなどのように、ゲートウェイ装置１におけるトンネルのインタワーク機能以外の部分についても、同様な規格に基づいて実現することができる。
一方、前記した（３）に係るゲートウェイ装置１におけるトンネルのインタワーク機能、具体例として、アクセス側とコア側のトンネル同士をゲートウェイ装置１において対応付けてパケットを振り分けることや、その対応付けを行うためのテーブルの内容については、本例に特徴的なものである。

このように、本例では、特徴的な幾つかの構成として、無線アクセスネットワーク側でトンネリング処理を行い、ゲートウェイ装置１におけるテーブルによりトンネル同士のインタワークを行い、ＩＳＰ側のトンネリングを考慮しており、他のＩＳＰを経由しての間接的なＩＳＰ接続を行うことも可能であり、アクセスネットワーク側とコアネットワーク側とでトンネルの対応付けを考慮する。

一構成例として、直接方式の構成例を示す。直接方式では、ゲートウェイ装置１から目的のＩＳＰまで直接パケット伝送を行う。
具体的には、本例では、互いに異なるネットワークを相互接続するゲートウェイ装置１において、次のような構成とした。
ゲートウェイ装置１は、端末３に対して無線アクセス機能を提供する第１のネットワーク（本例では、基地局２によるネットワーク）と、端末３に対してネットワーク接続機能を提供する第２のネットワーク（本例では、インターネットサービスプロバイダ７−１、７−４によるネットワーク）を相互に接続する機能を有する。
ゲートウェイ装置１は、第１のネットワークでは、１つ以上の端末３が無線通信により接続する基地局２（１つ以上の端末３との間で無線通信を行う基地局２）との間に、端末３毎に互いに異なるパケット転送用の第１のトンネル（本例では、２つ以上の異なるＧＲＥトンネル６０−１〜６０−７）を設定する。
ゲートウェイ装置１は、第２のネットワークとの間にパケット転送用の第２のトンネル（本例では、直接パケット伝送が行われるＩＰ ｉｎ ＩＰトンネル７０−１、７０−４）を設定する。
ゲートウェイ装置１は、第１のトンネルと端末３とを対応付ける機能（例えば、各端末３と第１のトンネルのパスＩＤとを対応付けるテーブル）を有する。
ゲートウェイ装置１は、第２のトンネルと第１のトンネルとを対応付ける機能（本例では、これらを対応付ける検索テーブル５２２）を有する。

更に、間接方式の構成例を示す。間接方式では、ゲートウェイ装置１から目的のＩＳＰまでパケット伝送するにあたり、他のＩＳＰのネットワークを経由（通過）して目的のＩＳＰと接続する。
具体的には、本例では、互いに異なるネットワークを相互接続するゲートウェイ装置１において、次のような構成とした。
ゲートウェイ装置１は、端末３に対して無線アクセス機能を提供する第１のネットワーク（本例では、基地局２によるネットワーク）と、端末３に対してネットワーク接続機能を提供する第２のネットワーク（本例では、前記目的のＩＳＰに相当するインターネットサービスプロバイダ７−２、７−３によるネットワーク）を、第３のネットワーク（本例では、前記他のＩＳＰに相当するインターネットサービスプロバイダ７−１によるネットワーク）を経由して、相互に接続する機能を有する。
第３のネットワークは、互いに異なる１つ以上の第２のネットワークと相互に接続する。
ゲートウェイ装置１は、第１のネットワークでは、１つ以上の端末３が無線通信により接続する基地局２（１つ以上の端末３との間で無線通信を行う基地局２）との間に、端末３毎に互いに異なるパケット転送用の第１のトンネル（本例では、２つ以上の異なるＧＲＥトンネル６０−１〜６０−７）を設定する。
ゲートウェイ装置１は、第２のネットワークとの間に、第３のネットワークを経由するパケット転送用の第２のトンネル（本例では、間接的にパケット伝送が行われるＩＰ ｉｎ ＩＰトンネル７０−２、７０−３）を設定する。
ゲートウェイ装置１は、第１のトンネルと端末３とを対応付ける機能（例えば、各端末３と第１のトンネルのパスＩＤとを対応付けるテーブル）を有する。
ゲートウェイ装置１は、第２のトンネルと第１のトンネルとを対応付ける機能（本例では、これらを対応付ける検索テーブル５２２）を有する。

ここで、上記した直接方式と間接方式では、例えば、実際のテーブルの内容などに関するゲートウェイ装置１における構成としては、同様な構成を用いることができる。
本例では、目的のＩＳＰとの間でのみトンネルを張ることによって、例えば通信パケットが他のＩＳＰネットワークでの特別な処理を経ることなく、単にネットワークを通過して目的のＩＳＰと接続することが可能となる。
また、本例では、ゲートウェイ装置１は、第２のネットワークでは、第２のネットワークに設けられるネットワーク装置との間に、２つ以上の異なるトンネルを設定することが可能である。

また、上り方向及び下り方向でのパケット伝送において、ゲートウェイ装置１内のテーブルを参照して、対応付けられたトンネルによって伝送を行うゲートウェイ装置１の動作を表す構成例を示す。
ゲートウェイ装置１では、第２のトンネルと第１のトンネルとを対応付けるテーブルを参照することにより、第１のトンネルと第２のトンネルとをそれぞれ１対１で対応付ける。また、第１のトンネルを用いて送信されるパケットを、当該第１のトンネルと対応付けられている第２のトンネルを用いて第２のネットワークへ転送する。また、第２のネットワークから第２のトンネルを用いて送信されるパケットを、当該第２のトンネルと対応付けられている第１のトンネルを用いて第１のネットワークへ転送する。

以上のように、本例では、移動体通信事業者と仮想移動体通信事業者とを相互に接続するゲートウェイ装置１において、ユーザが契約して属している仮想移動体通信事業者が設ける認証サーバ７１との間で適切なユーザ認証を行うことが可能である。また、パケット転送時には、ゲートウェイ装置１と、仮想移動体通信事業者毎に設けるホームエージェント７２との間にパケット転送用のトンネルを設定するため、当該パケットを送信するユーザが属する仮想移動体通信事業者のネットワークに対して、適切にパケットを転送することが可能である。例えば、移動体通信事業者から受信したパケットを、当該パケットを送信したユーザが属する仮想移動体通信事業者に対して適切に振り分けることが可能である。

なお、本例のゲートウェイ装置１は、第１のネットワークと第２のネットワークを相互接続するネットワーク接続手段の機能や、第１のトンネルを設定する第１のトンネル設定手段の機能や、第２のトンネルを設定する第２のトンネル設定手段の機能や、第１のトンネルと端末とを対応付けるトンネル端末対応付け手段の機能や、第２のトンネルと第１のトンネルとを対応付けるトンネル間対応付け手段の機能や、第１のネットワーク側（第１のトンネル側）から第２のネットワーク側（第２のトンネル側）へのパケット転送処理や第２のネットワーク側（第２のトンネル側）から第１のネットワーク側（第１のトンネル側）へのパケット転送処理を行う転送制御手段の機能を備えている。

ここで、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々なシステムや装置として提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るシステムや装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム（自体）として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。

本発明の一実施例に係るネットワークシステムの構成例を示す図である。 ゲートウェイ装置の構成例を示す図である。 ＣＰＵボードの構成例を示す図である。 ソフトウェアの機能ブロックの一例を示す図である。 ＧＲＥトンネル（カプセル化）パケットのフォーマットの一例を示す図である。 ＩＰ ｉｎ ＩＰトンネル（カプセル化）パケットのフォーマットの一例を示す図である。 ソフトウェアの機能ブロックの詳細な一例を示す図である。 ユーザ初期接続時のシーケンスの一例を示す図である。 インターネットサービスプロバイダ管理テーブルの一例を示す図である。 ゲートウェイ装置において上り通信で用いられる検索テーブルの構成例を示す図である。 ゲートウェイ装置において上り通信で用いられる検索テーブルの構成例を示す図である。 ゲートウェイ装置において上り通信で用いられる検索テーブルの構成例を示す図である。 ゲートウェイ装置において下り通信で用いられる検索テーブルの構成例を示す図である。 ゲートウェイ装置において下り通信で用いられる検索テーブルの構成例を示す図である。 ゲートウェイ装置において下り通信で用いられる検索テーブルの構成例を示す図である。

符号の説明

１・・ゲートウェイ装置（ゲートウェイ）、 ２−１〜２−３・・基地局（ＢＳ）、 ３−１〜３−５・・端末、 ６・・移動体通信事業者（ＭＮＯ）、 ７−１〜７−４・・インターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）、 ８・・インターネット、 ６０−１〜６０−７・・ＧＲＥトンネル、 ７０−１〜７０−４・・ＩＰ ｉｎ ＩＰトンネル、 ７１−１〜７１−４・・認証サーバ（ＡＡＡ）、 ７２−１〜７２−４・・ホームエージェント（ＨＡ）、
１１−１〜１１−（Ｎ＋１）・・ＣＰＵボード、 １２・・スイッチ、 １３・・制御部、
１１１−１、１１１−２・・スイッチＩ／Ｆ、 １１２−１、１１２−２・・パケットバッファ、 １１３・・ＣＰＵ、 １１４・・メモリ、 １１５・・制御部Ｉ／Ｆ、
５００・・（ＣＰＵボードに搭載される）ソフトウェア、 ５１０・・制御機能、 ５２０・・ネットワーク機能、 ５３０・・保守管理機能、
６００・・ＧＲＥトンネルパケット、 ６１０・・ＩＰヘッダ（ＧＲＥトンネル用）、 ６２０・・ＧＲＥヘッダ、 ６２１・・ＧＲＥキー、 ６３０・・ＩＰヘッダ（エンド−エンド転送用）、 ６４０・・ペイロード、
７００・・ＩＰ ｉｎ ＩＰトンネルパケット、 ７１０・・ＩＰヘッダ（外部）、 ７２０・・ＩＰヘッダ（内部）、 ７３０・・ペイロード、
５１１・・ＡＡＡクライアント、 ５１２・・データパス管理部、 ５１３・・トンネル制御部、 ５１４・・テーブル管理部、 ５１５・・接続受付部、 ５１６・・ＩＳＰ管理テーブル、 ５２１・・ヘッダ解析部、 ５２２・・検索テーブル、 ５２３・・カプセル化部、
１１０００、１１０１０、１１０２０、１１０３０、１１０４０、１１０５０、１１０６０、１１０７０、１１０８０、１１０９０・・信号、
５１６ａ・・ＩＳＰ管理テーブル、 ５１６ａ−１・・ＩＳＰの名称、 ５１６ａ−２・・認証サーバのアドレス、
５２２ａ・・検索テーブル、 ５２２ａ−１・・パスＩＤ、 ５２２ａ−１・・ＩＳＰの識別情報、 ５２２ａ−３・・トンネル番号、
５２２ｂ・・検索テーブル、 ５２２ｂ−１・・トンネル番号、 ５２２ｂ−２・・アドレスのポインタ、 ５２２ｂ−３・・出力物理回線、
５２２ｃ・・検索テーブル、 ５２２ｃ−１・・アドレス、 ５２２ｃ−２・・カプセル化ヘッダ、
５２２ｄ・・検索テーブル、 ５２２ｄ−１・・宛先ＩＰアドレス、 ５２２ｄ−２・・トンネル番号、
５２２ｅ・・検索テーブル、 ５２２ｅ−１・・トンネル番号、 ５２２ｅ−２・・アドレスのポインタ、 ５２２ｅ−３・・出力物理回線、
５２２ｆ・・検索テーブル、 ５２２ｆ−１・・アドレス、 ５２２ｆ−２・・カプセル化ヘッダ、

Claims (3)

1. 端末に対して無線アクセス機能を提供する第１のネットワークと、前記端末に対してインターネットへの接続機能を提供する複数の第２のネットワークを相互接続するゲートウェイ装置において、
   前記複数の第２のネットワークのうちの少なくとも一つは、当該ゲートウェイ装置により、他のネットワークを経由せずに前記第１のネットワークと直接接続するものであって、
   前記第１のネットワークと前記複数の第２のネットワークの各々との間を、相互に接続するネットワーク接続手段と、
   前記第１のネットワークについて、１つ以上の前記端末が無線通信により接続する基地局と当該ゲートウェイ装置との間に、前記端末毎に互いに異なるパケット転送用の第１のトンネルを設定する第１のトンネル設定手段と、
   前記複数の前記第２のネットワークそれぞれに設置されているインターネットが接続されるネットワーク装置と当該ゲートウェイ装置との間に、パケット転送用の第２のトンネルを設定する第２のトンネル設定手段と、
   前記第１のトンネルと端末とを対応付けるトンネル端末対応付け手段と、
   前記複数の第２のネットワークそれぞれに設定された第２のトンネルの一つと前記第１のトンネルとを対応付けるトンネル間対応付け手段と、
   を備え、
   前記トンネル間対応付け手段は、少なくとも、前記第１のトンネルの識別情報と、前記第１のトンネルに対応付ける前記第２のトンネルの識別情報と、前記第１のトンネルに対応付けられた前記端末に対してインターネット接続機能を提供する前記第２のネットワークの識別情報と、前記第２のトンネルで転送するパケットを出力する物理回線の識別情報と、を記憶するテーブルを備える、
   ことを特徴とするゲートウェイ装置。
2. 請求項１に記載のゲートウェイ装置において、
   前記複数の第２のネットワークのうちの１以上は、当該ゲートウェイ装置により、前記端末に対してインターネットへの接続機能を提供する第３のネットワークを経由して前記第１のネットワークと接続するものである、
   ことを特徴とするゲートウェイ装置。
3. 請求項１に記載のゲートウェイ装置において、
   前記トンネル間対応付け手段の対応付けを参照して前記第１のトンネルと前記第２のトンネルとをそれぞれ１対１で対応付け、前記第１のトンネルを用いて送信されるパケットを当該第１のトンネルと対応付けられている第２のトンネルを用いて対応した第２のネットワークへ転送し、前記第２のネットワークから前記第２のトンネルを用いて送信されるパケットを当該第２のトンネルと対応付けられている第１のトンネルを用いて対応した第１のネットワークへ転送する転送制御手段を備えた、
   ことを特徴とするゲートウェイ装置。
   

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