JP5230824B2 - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動体において構築されるローカルネットワークと外部ネットワークとを接続する無線通信装置に関する。

従来のインターネット／イントラネットは、ベストエフォート型のサービスがほとんどであり、プロトコルとしてＴＣＰ（Transmission Control Protocol）が主に用いられている。ＴＣＰを利用して通信を行う端末は、相手端末との間で３Ｗａｙハンドシェイクと呼ばれるシーケンス処理によりＴＣＰコネクションを確立してから、ＴＣＰデータパケットの送受信を行う。ＴＣＰでは、帯域や遅延時間が未知のネットワークにおいて信頼性のある通信を実現するため、確認応答（ＡＣＫ）とシーケンス番号を利用した輻輳制御機構を有しており、ＴＣＰを利用して通信を行う端末が自律的に単位時間あたりのＴＣＰパケットの送信量を制御する。このような技術が下記非特許文献１において開示されている。

また、ローカルネットワークをインターネット等の外部ネットワークへ接続するブロードバンドルータは、外部ネットワークからの不正なパケットを遮断するフィルタリング機構を備える。高機能なフィルタリング方法として、通信が始まってから真に必要なもののみを通すように自動的にフィルタ条件を動的に設定するＳＰＩ（ステートフル・パケット・インスペクション）機能がある。ルータは、ＳＰＩ機能を用いてＴＣＰの状態遷移をフォローすることにより、ＴＣＰパケットに偽装した不正パケットの内部ネットワークへの侵入を防ぐことができる。このような技術が下記非特許文献２において開示されている。

近年、車や列車、航空機、船等の移動体においても、各種の無線通信システムを用いて移動体内部のローカルネットワークをインターネットのような外部ネットワークへ接続する要求があり、上記非特許文献１、２の技術を利用することによって、バスや列車、航空機内においてインターネットサービスが一部実現している。また、従来はネットワークと無縁であった様々な機器が、ネットワークを利用可能な環境で使用することを想定した機能を具備し始めており、インターネット接続を利用した通信アプリケーションが増加している。そのため、通信アプリケーションには、業務用や制御用のものから娯楽用のものまで混在し、さまざまな重要度や優先度を持つと考えられる通信が、移動体内部のローカルネットワークと外部のインターネットとの間で実施されている。

このような移動体におけるネットワークの利用形態としては、移動体内ローカルネットワークから外部ネットワークへのデータ転送となる上りトラヒックよりも、地図情報コンテンツ等のダウンロードなど、外部ネットワークから移動体内ローカルネットワークへのデータ転送となる下りトラヒックの方が多くなる。これらの通信のほとんどでＴＣＰ／ＩＰが通信プロトコルとして利用されており、端末は、通信パケットの紛失を検出すると、ネットワークの異常が発生したと自律的に判断して通信可能となるように、単位時間あたりのパケット送信量を制限する制御を行う。

ＩＥＴＦ ＲＦＣ７９３ "ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ ＣＯＮＴＲＯＬ ＰＲＯＴＯＣＯＬ"， １９８１年９月 "第２回：ＳＰＩと動的パケットフィルタリングの違い"、（２００３年５月１６日 ２１：２０：００更新）「平成２１年０７月２７日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：http://plusd.itmedia.co.jp/broadband/0305/16/lp13.html＞

しかしながら、上記従来の技術によれば、車のように比較的自由に移動可能な移動体の内部のローカルネットワークを外部ネットワークへ接続する場合は、携帯電話網等に容易に接続可能であるが、サービスエリアの境界などの地理的条件またはユーザの行動時間帯や交通集中時間帯など時間的条件によっては、無線帯域や遅延時間などの品質が変動する不安定な無線通信システムを利用せざるを得ない。このような不安定な無線通信システムを利用した場合、ローカルネットワークに接続する端末装置は、上記品質変動に従って自律的にパケット送信量を減少させることになる。また、上記のような不安定な無線通信システムにおいて複数の端末装置が同一の無線通信回線を利用している場合には、上記同様、各端末装置が自律的にパケット送信量を減少させることになり、その結果として、各端末装置が確立しているコネクションごとに帯域が公平に分割された状態で収束する。そのため、複数の端末装置が確立しているコネクションごとに、優先度に応じた帯域を配分することができない、という問題があった。

また、利用可能な携帯電話網等の無線通信システムを移動体のインターネット接続回線として利用する場合は、下りトラヒックの送信量制御機能を無線通信システムに追加することや、各種コンテンツのサーバ装置に下りトラヒック送信量制御機能を新たに追加することが困難である、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車等の移動体において構築されるローカルネットワークをその他のネットワークである外部ネットワークに接続する場合に、優先度の高いトラヒックのコネクションを優先して確立することが可能な無線通信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の端末によりローカルネットワークを構築する移動体に搭載され、かつ、当該ローカルネットワークに接続する所定の端末とその他のネットワークである外部ネットワークに接続するサーバとの間で送受信されるパケットを中継する無線通信装置であって、前記サーバおよび前記端末から受信したパケットから、ヘッダ情報を抽出するトラヒック監視手段と、前記サーバおよび前記端末の組み合わせごとの通信コネクション確立可否、および当該通信コネクションの優先度、を示すポリシー情報を登録するためのポリシー登録手段と、前記サーバまたは前記端末からパケットを受信した場合に、前記ヘッダ情報および前記ポリシー情報に基づいて、当該パケットの中継処理を行うかどうかを判断する優先度判定手段と、前記優先度判定手段により中継処理を行わない旨の判断をした場合に、受信したパケットを破棄するトラヒック制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる無線通信装置は、優先度の高いトラヒックのコネクションを優先して確立することができる、という効果を奏する。

図１は、無線通信装置の接続例を示す図である。 図２は、優先制御部の構成例を示す図である。 図３は、ポリシーテーブルの構成例を示す図である。 図４は、コネクションテーブルの構成例を示す図である。 図５は、ＴＣＰコネクションを確立する動作を示すシーケンス図である。 図６は、ＴＣＰコネクションを確立する動作を示すシーケンス図である。 図７は、ＴＣＰコネクションを確立する動作を示すシーケンス図である。 図８は、ＴＣＰコネクションを確立する動作を示すシーケンス図である。 図９は、無通信検出時のＴＣＰのキープアライブ処理を示すシーケンス図である。 図１０は、無通信検出時のＴＣＰのキープアライブ処理を示すシーケンス図である。 図１１は、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションリセット処理およびＳＹＮパケット破棄処理を示すシーケンス図である。 図１２は、低優先トラヒックのＴＣＰコネクション確立の再許可の動作を示すシーケンス図である。

以下に、本発明にかかる無線通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態にかかる無線通信装置の接続例を示す図である。サーバ１−１、１−２、１−３（以下、特定のサーバを示さない場合はサーバ１とする）はネットワーク２と接続し、ネットワーク２と移動体３は、所定の無線回線を介して接続している。移動体３は無線通信装置４を備えており、移動体３が構築する内部ネットワークに接続する端末５−１、５−２、５−３（以下、特定の端末を示さない場合は端末５とする）は、無線通信装置４、所定の無線回線、およびネットワーク２を介して、サーバ１との間で通信を行う。無線通信装置４は、サーバ１と端末５との間で送受信されるパケットを中継する装置である。無線通信装置４は、優先制御部４０を備えており、優先制御部４０が、端末５から送信された上りトラヒック、およびサーバ１から送信された下りトラヒックを監視し、パケットの転送や破棄、通信コネクションの確立許可等の処理を行う。以下、一例として、サーバ１と端末５との間で、プロトコルとしてＴＣＰ（Transmission Control Protocol）を用いた通信を行う場合について説明する。

つぎに、優先制御部４０について説明する。図２は、優先制御部４０の構成例を示す図である。優先制御部４０は、上りトラヒック監視部４１と、優先度判定部４２と、ポリシーテーブル４３と、上りトラヒック制御部４４と、コネクションテーブル４５と、下りトラヒック監視部４６と、下りトラヒック制御部４７と、を備える。

上りトラヒック監視部４１は、端末５から送信されたパケットを受信し、受信したパケットからコネクション情報（ＩＰヘッダ情報，ＴＣＰヘッダ情報）を抽出し、優先度判定部４２へ通知する。パケット本体は、上りトラヒック制御部４４へ転送する。

優先度判定部４２は、受信パケットのコネクション情報とポリシーテーブル４３に登録されているポリシー情報とに基づいて、受信パケットの転送や破棄等を判定する。また、ポリシーテーブル４３およびコネクションテーブル４５の記録の更新や変更を行う。

ポリシーテーブル４３は、優先度判定のポリシー情報を格納するためのテーブルである。ポリシー情報は、サーバ１と端末５との組み合わせや、宛先となるサーバ１の種別等によって、ＴＣＰコネクションの確立可否と、確立した場合のコネクションの優先度を示すものである。

図３は、ポリシーテーブル４３の構成例を示す図である。ポリシーテーブル４３は、サーバと、端末と、ＴＣＰコネクション確立可否と、方向と、優先度と、から構成される。サーバおよび端末は、ＩＰアドレスおよびポート番号を用いて対象を特定する。隣り合った欄に記載されているサーバおよび端末間において方向の欄に示す通信方向においてＴＣＰコネクションの確立を許可するかどうかを示すものである。また、ＴＣＰコネクションを確立した場合に、その確立されたコネクションの優先度を示す。例えば、サーバ（ＩＰアドレス「１２３．２１０．０．１」，ポート番号「１０２２５」）から端末（ＩＰアドレス「１０．２．０．５」，ポート番号「２０００１」）への下り方向の通信では、ＴＣＰコネクションの確立が許可され、そのＴＣＰコネクションの優先度が高いことを示す。

なお、初期設定については、移動体３の内部ネットワークの管理者等が設定する。また、ＴＣＰコネクション確立可否については、優先度の高いＴＣＰコネクションの通信状態等に基づいて、優先度判定部４２が変更可能とする。例えば、優先度判定部４２は、優先度の高いＴＣＰコネクションの通信品質が劣化している場合には、ポリシーテーブル４３に登録されている優先度の低いＴＣＰコネクションのＴＣＰコネクション確立可否の欄を「否」にし、優先度の高いＴＣＰコネクションの通信品質が劣化していない場合には、「可」にする。

上りトラヒック制御部４４は、優先度判定部４２の判定に基づいてＴＣＰ（ＳＹＮ）パケット等の転送や破棄を行い、また、優先度判定部４２から通知を受けたパケットの送信を行う。

コネクションテーブル４５は、サーバ１と端末５との間で確立されたコネクションの状態情報を格納するためのテーブルである。各装置（サーバ１，端末５）からの送信スループットや無通信の状態にあるかどうかを示すものである。

図４は、コネクションテーブル４５の構成例を示す図である。コネクションテーブル４５は、サーバと、端末と、ＴＣＰコネクション状態と、無通信時間と、抑止と、優先度と、から構成される。サーバおよび端末は、ＩＰアドレスおよびポート番号によって対象を特定し、また、端末については上りトラヒック監視部４１から、サーバについては下りトラヒック監視部４６からの通知によりシーケンス番号を記録し、送信スループットを記録する。ＴＣＰコネクション状態は、現在のＴＣＰコネクションの状態を示す。無通信時間は、上記情報で特定される対象のサーバおよび端末との間で無通信を検出した場合に記録する。抑止は、確立されているＴＣＰコネクションの帯域を制限している（抑止中）かどうかを示すものである。優先度は、確立されているＴＣＰコネクションの優先度を示す。なお、コネクションテーブル４５の記録、更新、送信スループットの算出等は優先度判定部４２が行う。

例えば、サーバ（ＩＰアドレス「１２３．２１０．０．１」，ポート番号「１０２２５」）と端末（ＩＰアドレス「１０．２．０．５」，ポート番号「１００２５」）との間では、ＴＣＰコネクション状態は「ＥＳＴＡＢＬＩＳＨＥＤ（確立）」であって、無通信は検出されておらず、また、抑止もされておらず、高優先度のコネクションであることを示す。また、サーバから受信したパケットのシーケンス番号は前回が「３９６０」、現在が「１１４２００」であり、サーバからのパケットの送信スループットは「８８１９２０ｂｐｓ」であることを示す。同様に、端末から受信したパケットのシーケンス番号は前回が「２１０６」、現在が「３３６０」であり、端末からのパケットの送信スループットは「１００３２ｂｐｓ」であることを示す。

下りトラヒック監視部４６は、サーバ１から送信されたパケットを受信し、受信したパケットからコネクション情報（ＩＰヘッダ情報，ＴＣＰヘッダ情報）を抽出し、優先度判定部４２へ通知する。パケット本体は、下りトラヒック制御部４７へ転送する。

下りトラヒック制御部４７は、優先度判定部４２の判定に基づいてＴＣＰ（ＳＹＮ）パケット等の転送や破棄を行い、また、優先度判定部４２から通知を受けたパケットの送信を行う。

つづいて、無線通信装置４の動作について説明する。まず、端末５からのＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットにより、ＴＣＰコネクションを確立する動作について説明する。

図５は、端末５からＴＣＰコネクションを確立する場合の動作を示すシーケンス図である。まず、端末５が、ＴＣＰヘッダ内のＳＹＮフラグがセットされ、ＡＣＫフラグがセットされていないＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを送信すると、無線通信装置４がこれを受信する（ステップＳ１）。

無線通信装置４では、優先制御部４０の上りトラヒック監視部４１が、当該パケットのコネクション情報（ＴＣＰヘッダ情報，ＩＰヘッダ情報）を抽出し、優先度判定部４２へ通知する。優先度判定部４２は、優先度判定のポリシー情報を格納したポリシーテーブル４３を参照し、当該コネクション情報が、優先度判定処理を行うトラヒックかどうか、ＴＣＰコネクション確立が認められたＴＣＰトラヒックかどうか、また、正当な送信元／宛先ポート番号かどうかを判定する。

優先度判定部４２は、ＴＣＰコネクション確立開始を許可すると判定した場合は、ＴＣＰ（ＳＹＮ）パケット転送許可を上りトラヒック制御部４４へ通知し、上りトラヒック制御部４４がサーバ１へＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを転送する（ステップＳ２）。このとき、優先度判定部４２は、コネクションテーブル４５へＴＣＰコネクションの情報を追加し、以後のＴＣＰ状態遷移の検査を開始する。

ＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを受信したサーバ１が、これに対する応答としてＴＣＰ（ＳＹＮ，ＡＣＫ）パケットを送信し、無線通信装置４がこれを受信する（ステップＳ３）。

無線通信装置４では、優先制御部４０の下りトラヒック監視部４６が、当該パケットのコネクション情報（ＴＣＰヘッダ情報，ＩＰヘッダ情報）を抽出し、優先度判定部４２へ通知する。優先度判定部４２は、正常なＴＣＰ状態遷移動作であるかどうかを検査し、正常である場合は、ＴＣＰ（ＳＹＮ，ＡＣＫ）パケット転送許可を下りトラヒック制御部４７へ通知し、下りトラヒック制御部４７が端末５へＴＣＰ（ＳＹＮ，ＡＣＫ）パケットを転送する（ステップＳ４）。

ＴＣＰ（ＳＹＮ，ＡＣＫ）パケットを受信した端末５が、これに対する応答としてＴＣＰ（ＡＣＫ）パケットを送信し、無線通信装置４がこれを受信する（ステップＳ５）。

無線通信装置４では、優先制御部４０の上りトラヒック監視部４１が、当該パケットのコネクション情報（ＴＣＰヘッダ情報，ＩＰヘッダ情報）を抽出し、優先度判定部４２へ通知する。優先度判定部４２は、正常なＴＣＰ状態遷移動作であるかどうかを検査し、正常である場合は、ＴＣＰ（ＡＣＫ）パケットの転送を許可し、上りトラヒック制御部４４がサーバ１へＴＣＰ（ＡＣＫ）パケットを転送する（ステップＳ６）。

その後、サーバ１と端末５との間でＴＣＰコネクションが確立し、両者の間でＴＣＰデータパケットが送受信される。優先度判定部４２は、ＴＣＰコネクションのシーケンスの確立を許可した後は、ＴＣＰコネクションの両端（サーバ１，端末５）のＩＰアドレスおよびポート番号をコネクションテーブル４５に保持し、当該ＴＣＰコネクションのＴＣＰ状態遷移を認識して管理する。

具体的には、下りトラヒック監視部４６は、ＴＣＰコネクションにおいて転送されるＴＣＰデータパケットのシーケンス番号を検出し、優先度判定部４２へ通知する。優先度判定部４２は、下りトラヒック監視部４６からの通知に基づいて、コネクションテーブル４５の登録内容を更新し、単位時間あたりの更新数（シーケンス番号の検出数）から、おおよそのＴＣＰトラヒック量を推定する。また、優先度判定部４２は、推定したＴＣＰトラヒック量を、コネクションテーブル４５のサーバの送信スループットとして記録する。

同様に、上りトラヒック監視部４１は、ＴＣＰコネクションにおいて転送されるＴＣＰデータパケットのシーケンス番号を検出し、優先度判定部４２へ通知する。優先度判定部４２は、上りトラヒック監視部４１からの通知に基づいて、コネクションテーブル４５の登録内容を更新し、単位時間あたりの更新数（シーケンス番号の検出数）から、おおよそのＴＣＰ再送要求率（単位時間あたりのＴＣＰトラヒックに対する再送要求数の割合）を推定する。また、優先度判定部４２は、推定したＴＣＰ再送要求率を、コネクションテーブル４５の端末の送信スループットとして記録する。

一方、端末５からのＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットに対して、ＴＣＰコネクションを確立しない場合について説明する。図６は、端末５からＴＣＰコネクションを確立する場合の動作を示すシーケンス図である。

まず、端末５が、ＴＣＰヘッダ内のＳＹＮフラグがセットされ、ＡＣＫフラグがセットされていないＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを送信すると、無線通信装置４がこれを受信する（ステップＳ１１）。

無線通信装置４では、優先制御部４０の上りトラヒック監視部４１が、当該パケットのコネクション情報（ＴＣＰヘッダ情報，ＩＰヘッダ情報）を抽出し、優先度判定部４２へ通知する。優先度判定部４２は、優先度判定のポリシー情報を格納したポリシーテーブル４３を参照し、当該コネクション情報が、優先度判定処理を行うトラヒックかどうか、ＴＣＰコネクション確立が認められたＴＣＰトラヒックかどうか、また、正当な送信元／宛先ポート番号かどうかを判定する。

優先度判定部４２は、ＴＣＰコネクション確立不許可と判定した場合は、ＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットの転送を許可せず、ＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットの破棄を上りトラヒック制御部４４へ通知し、上りトラヒック制御部４４がＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを破棄する。

このように、優先度判定部４２が判定を行うことにより、例えば、ＴＣＰコネクション確立が認められたＴＣＰトラヒックや正当な送信元／宛先ポート番号であっても、低優先度のＴＣＰコネクションについては、優先度判定処理によってＴＣＰコネクションの確立を不許可とすることで、既に確立されている高優先トラヒックのＴＣＰコネクションのスループット（通信品質）の低下を回避し、維持することができる。この場合、低優先度のＴＣＰコネクションについては、ポリシーテーブル４３のＴＣＰコネクション確立可否は「否」とする。

以上説明したように、本実施の形態では、無線通信装置４が、端末５からＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを受信した場合に、優先制御部４０において、受信パケットからコネクション情報を抽出し、ポリシーテーブル４３に登録されているポリシー情報に基づいてＴＣＰコネクションの確立可否を判定することとした。これにより、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションについては確立不許可とすることができるため、既に確立されている高優先トラヒックのＴＣＰコネクションのスループット（通信品質）の低下を回避することができる。

実施の形態２．
本実施の形態では、サーバ１からのＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットにより、ＴＣＰコネクションを確立する場合について説明する。なお、各装置の接続関係や構成は実施の形態１と同様である。実施の形態１と異なる部分について説明する。

図７は、サーバ１からＴＣＰコネクションを確立する場合の動作を示すシーケンス図である。まず、サーバ１が、ＴＣＰヘッダ内のＳＹＮフラグがセットされ、ＡＣＫフラグがセットされていないＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを送信すると、無線通信装置４がこれを受信する（ステップＳ２１）。

無線通信装置４では、優先制御部４０の下りトラヒック監視部４６が、当該パケットのコネクション情報（ＴＣＰヘッダ情報，ＩＰヘッダ情報）を抽出し、優先度判定部４２へ通知する。優先度判定部４２は、優先度判定のポリシー情報を格納したポリシーテーブル４３を参照し、当該コネクション情報が、優先度判定処理を行うトラヒックかどうか、ＴＣＰコネクション確立が認められたＴＣＰトラヒックかどうか、また、正当な送信元／宛先ポート番号かどうかを判定する。

優先度判定部４２は、ＴＣＰコネクション確立開始を許可すると判定した場合は、ＴＣＰ（ＳＹＮ）パケット転送許可を下りトラヒック制御部４７へ通知し、下りトラヒック制御部４７が端末５へＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを転送する（ステップＳ２２）。このとき、優先度判定部４２は、コネクションテーブル４５へＴＣＰコネクションの情報を追加し、以後のＴＣＰ状態遷移の検査を開始する。

ＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを受信した端末５が、これに対する応答としてＴＣＰ（ＳＹＮ，ＡＣＫ）パケットを送信し、無線通信装置４がこれを受信する（ステップＳ２３）。

無線通信装置４では、優先制御部４０の上りトラヒック監視部４１が、当該パケットのコネクション情報（ＴＣＰヘッダ情報，ＩＰヘッダ情報）を抽出し、優先度判定部４２へ通知する。優先度判定部４２は、正常なＴＣＰ状態遷移動作であるかどうかを検査し、正常である場合は、ＴＣＰ（ＳＹＮ，ＡＣＫ）パケット転送許可を上りトラヒック制御部４４へ通知し、上りトラヒック制御部４４がサーバ１へＴＣＰ（ＳＹＮ，ＡＣＫ）パケットを転送する（ステップＳ２４）。

ＴＣＰ（ＳＹＮ，ＡＣＫ）パケットを受信したサーバ１が、これに対する応答としてＴＣＰ（ＡＣＫ）パケットを送信し、無線通信装置４がこれを受信する（ステップＳ２５）。

無線通信装置４では、優先制御部４０の下りトラヒック監視部４６が、当該パケットのコネクション情報（ＴＣＰヘッダ情報，ＩＰヘッダ情報）を抽出し、優先度判定部４２へ通知する。優先度判定部４２は、正常なＴＣＰ状態遷移動作であるかどうかを検査し、正常である場合は、ＴＣＰ（ＡＣＫ）パケットの転送を許可し、下りトラヒック制御部４７が端末５へＴＣＰ（ＡＣＫ）パケットを転送する（ステップＳ２６）。

その後、サーバ１と端末５との間でＴＣＰコネクションが確立し、両者の間でＴＣＰデータパケットが送受信される。優先度判定部４２は、ＴＣＰコネクションのシーケンスの確立を許可した後は、ＴＣＰコネクションの両端（サーバ１，端末５）のＩＰアドレスおよびポート番号をコネクションテーブル４５に保持し、当該ＴＣＰコネクションのＴＣＰ状態遷移を認識して管理する。具体的な処理については、実施の形態１と同様である。

一方、端末からのＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットに対して、ＴＣＰコネクションを確立しない場合について説明する。図８は、サーバ１からＴＣＰコネクションを確立する場合の動作を示すシーケンス図である。

まず、サーバ１が、ＴＣＰヘッダ内のＳＹＮフラグがセットされ、ＡＣＫフラグがセットされていないＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを送信すると、無線通信装置４がこれを受信する（ステップＳ３１）。

無線通信装置４では、優先制御部４０の下りトラヒック監視部４６が、当該パケットのコネクション情報（ＴＣＰヘッダ情報，ＩＰヘッダ情報）を抽出し、優先度判定部４２へ通知する。優先度判定部４２は、優先度判定のポリシー情報を格納したポリシーテーブル４３を参照し、当該コネクション情報が、優先度判定処理を行うトラヒックかどうか、ＴＣＰコネクション確立が認められたＴＣＰトラヒックかどうか、また、正当な送信元／宛先ポート番号かどうかを判定する。

優先度判定部４２は、ＴＣＰコネクション確立不許可と判定した場合は、ＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットの転送を許可せず、ＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットの破棄を下りトラヒック制御部４６へ通知し、下りトラヒック制御部４６がＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを破棄する。

以上説明したように、本実施の形態では、無線通信装置４が、サーバ１からＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを受信した場合に、優先制御部４０において、受信パケットからコネクション情報を抽出し、ポリシーテーブル４３に登録されているポリシー情報に基づいてＴＣＰコネクションの確立可否を判定することとした。これにより、実施の形態１と同様、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションについては確立不許可とすることができるため、既に確立されている高優先トラヒックのＴＣＰコネクションのスループット（通信品質）の低下を回避することができる。

なお、実施の形態１および本実施の形態で説明した内容を踏まえて、無線通信装置４は、無通信を検出した場合に、キープアライブ処理を行うことができる。

無線通信装置４では、優先度判定部４２が、単位時間あたりのＴＣＰトラヒック量およびＴＣＰ再送要求率を推定していることから、例えば、ＴＣＰコネクションが確立されたものの、シーケンス番号の更新が行われないことにより通信が行われていない（パケットを受信していない）と推定することができる。この場合、サーバ１および端末５に対して、ＴＣＰのＫｅｅｐＡｌｉｖｅパケットを送信し、それに対する応答の有無でＴＣＰコネクションの生存を確認する。図９は、無通信検出時のＴＣＰのキープアライブ処理を示すシーケンス図である。

図５や図７に示す動作によってサーバ１と端末５との間でＴＣＰコネクションが確立している場合に、例えば、サーバ１がＴＣＰデータパケットを送信し（ステップＳ４１）、無線通信装置４がこれを端末５へ転送する（ステップＳ４２）。端末５は、受信したＴＣＰデータパケットの応答として、ＴＣＰ（ＡＣＫ，ＲＷＩＮ）パケットを送信し（ステップＳ４３）、無線通信装置４がこれをサーバ１へ転送する（ステップＳ４４）。

その後、無線通信装置４では、優先度判定部４２が、上りトラヒック監視部４１および下りトラヒック監視部４６からの通知により、所定の期間、サーバ１と端末５との間で通信が行われていないとして無通信を検出する。この場合、優先度判定部４２が、キープアライブ処理として、ＴＣＰ（ＫｅｅｐＡｌｉｖｅ）パケットを送信する判定を行い、上りトラヒック制御部４４からサーバ１へＴＣＰ（ＫｅｅｐＡｌｉｖｅ）パケットを送信し（ステップＳ４５−１）、下りトラヒック制御部４７から端末５へＴＣＰ（ＫｅｅｐＡｌｉｖｅ）パケットを送信する（ステップＳ４５−２）。

無線通信装置４では、優先度判定部４２が、予め規定した期間内に、端末５からのＴＣＰ（ＫｅｅｐＡｌｉｖｅ）パケットを受信した旨の通知を上りトラヒック監視部４１から受けた場合（ステップＳ４６）、および、サーバ１からのＴＣＰ（ＫｅｅｐＡｌｉｖｅ）パケットを受信した旨の通知を下りトラヒック監視部４６から受けた場合（ステップＳ４７）、キープアライブ対象のＴＣＰコネクションの確立を継続する。

一方、予め規定した期間内に、端末５およびサーバ１からＴＣＰ（ＫｅｅｐＡｌｉｖｅ）パケットに対する応答を受信しなかった場合を図１０に示す。図１０は、無通信検出時のＴＣＰのキープアライブ処理を示すシーケンス図である。ステップＳ４１からステップＳ４５−１、Ｓ４５−２までの処理は図９と同様である。無線通信装置４では、優先度判定部４２が、予め規定した期間内に、端末５およびサーバ１の両方からＴＣＰ（ＫｅｅｐＡｌｉｖｅ）パケットに対する応答を受信しなかった場合、無応答を検出し、キープアライブ対象のＴＣＰコネクションは消滅していると判定し、コネクションテーブル４５から当該ＴＣＰコネクションを削除し、上りトラヒック制御部４４からサーバ１へＴＣＰ（ＲＳＴ）パケットを送信し（ステップＳ５１−１）、下りトラヒック制御部４７から端末５へＴＣＰ（ＲＳＴ）パケットを送信する（ステップＳ５１−２）。

なお、無線通信装置４の優先度判定部４２がキープアライブ対象のＴＣＰコネクションが消滅していると判定する場合を、端末５およびサーバ１の両方から応答を受信しなかった場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、ＴＣＰ（ＫｅｅｐＡｌｉｖｅ）パケットを再送しても端末５およびサーバ１の両方から応答を受信しなかった場合や、端末５またはサーバ１からＴＣＰヘッダのＲＳＴフラグがセットされたＴＣＰ（ＲＳＴ）パケットが返送されてきた場合に、キープアライブ対象のＴＣＰコネクションが消滅していると判定してもよい。

このように、無線通信装置４が、サーバ１と端末５との間で無通信を検出した場合に、キープアライブ処理を行うことにより、無通信状態のＴＣＰコネクションを消滅させることができる。

実施の形態３．
本実施の形態では、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションで劣化を検出した場合に、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションを切断し、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションの通信品質を向上させる方法について説明する。実施の形態１、２と異なる部分について説明する。

無線通信装置４では、優先制御部４０の優先度判定部４２が、コネクションテーブル４５に登録されているＴＣＰコネクションのシーケンス番号を更新して状態を管理している。そのため、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションで送受信されるシーケンス番号の観測結果から、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションにおいてパケット損失と再送が予め規定したしきい値を超えて多発し、通信品質が劣化していることを検出する場合がある。この際、優先度判定部４２では、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションの通信品質を向上させるため、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションの帯域を制限（抑止）し、更に高優先トラヒックのＴＣＰコネクションにおいて劣化を検出した場合には、ＴＣＰヘッダのＲＳＴフラグをセットしたＴＣＰ（ＲＳＴ）パケットをサーバ１および端末５に対して送信し、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションを強制的に切断する。

図１１は、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションで劣化を検出した時の低優先トラヒックのＴＣＰコネクションリセット処理およびＳＹＮパケット破棄処理を示すシーケンス図である。まず、サーバ１が低優先のＴＣＰデータパケットを送信し（ステップＳ６１）、無線通信装置４がこれを端末５へ転送する（ステップＳ６２）。端末５は、受信した低優先のＴＣＰデータパケットの応答として、ＴＣＰ（ＡＣＫ，ＲＷＩＮ）パケットを送信し（ステップＳ６３）、無線通信装置４がこれをサーバ１へ転送する（ステップＳ６４）。このとき無線通信装置４では、優先制御部４０の優先度判定部４２が、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションの通信品質が劣化していることを検出しており、ＴＣＰ（ＡＣＫ）制御により、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションの帯域を制限する（抑止する）判定を行う。実際に帯域制限を行うのは、上りトラヒック制御部４４および下りトラヒック制御部４７とする。

ここで、無線通信装置４では、優先度判定部４２が、上りトラヒック監視部４１または下りトラヒック監視部４６からの通知により、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションにおいて、更なる通信品質の劣化を検出する。この場合、優先度判定部４２では、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションの劣化を改善して通信品質を向上するために、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションを強制的にリセットする処理を行う。優先度判定部４２は、まず、コネクションテーブル４５から、リセット処理を行う対象の低優先トラヒックのＴＣＰコネクションを削除する。つぎに、ＴＣＰ（ＲＳＴ）パケットを送信する判定をし、上りトラヒック制御部４４からサーバ１へＴＣＰ（ＲＳＴ）パケットを送信し（ステップＳ６５−１）、下りトラヒック制御部４７から端末５へＴＣＰ（ＲＳＴ）パケットを送信する（ステップＳ６５−２）。

なお、このときに強制切断対象となる低優先トラヒックのＴＣＰコネクションを利用していたサーバ１および端末５は、ＴＣＰコネクションの再確立を開始する可能性がある。この再確立処理を遮断するため、優先度判定部４２は、ポリシーテーブル４３に登録されている当該ＴＣＰコネクションに関するポリシー情報を一時的に変更し、再確立に伴うＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを破棄する。一時的に変更する方法としては、例えば、ポリシーテーブル４３（図３参照）のＴＣＰコネクション確立可否の欄を「可」から「否」にする方法があるが、これに限定するものではない。また、優先度判定部４２が、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションを強制的にリセットすると判定した劣化の状態と、実施の形態１で説明したＴＣＰコネクションの確立不許可とする劣化の状態を同一としてもよい。

図１１において、無線通信装置４が、端末５から送信されたＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを受信した場合（ステップＳ６６）、優先度判定部４２は、上りトラヒック監視部４１からトラヒック情報の通知を受け、ポリシーテーブル４３に登録されている一時的に変更されたポリシー情報に基づいて、ＴＣＰコネクションの確立を抑止する判定を行う。すなわち、上りトラヒック制御部４４に対してＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットの破棄を通知し、上りトラヒック制御部４４がＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを破棄する。

同様に、無線通信装置４が、サーバ１から送信されたＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを受信した場合（ステップＳ６７）、優先度判定部４２は、下りトラヒック監視部４６からトラヒック情報の通知を受け、ポリシーテーブル４３に登録されている一時的に変更されたポリシー情報に基づいて、ＴＣＰコネクションの確立を抑止する判定を行う。すなわち、下りトラヒック制御部４７に対してＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットの破棄を通知し、下りトラヒック制御部４７がＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを破棄する。

このように、無線通信装置４は、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションで通信品質の劣化を検出した場合に、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションを強制的に切断することにより、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションの通信品質を向上させることができる。

なお、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションを強制的に切断して再確立を遮断している状態において、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションにおけるパケット損失が回復して通信品質が向上し、優先度判定部４２が低優先トラヒックのＴＣＰコネクションの通信が可能と判定した場合には、優先度判定部４２がポリシー情報を再度変更し、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションの確立を許可する。

図１２は、低優先トラヒックのＴＣＰコネクション確立の再許可の動作を示すシーケンス図である。なお、ステップＳ６５−１、Ｓ６５−２からステップＳ６７までの処理は図１１と同様のため説明を省略する。

無線通信装置４では、優先度判定部４２が、一時的に変更されたポリシー情報に基づいて低優先トラヒックのＴＣＰコネクションの確立を遮断しているときに、高優先トラヒックが減少したことを検出する。すなわち、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションにおいて通信品質が向上したことを検出する。この場合、優先度判定部４２が、ポリシーテーブル４３に登録されている一時的に変更されたポリシー情報を再度変更する。その後、端末５からＴＣＰ（ＳＹＮ）パケットを受信した場合の無線通信装置４内の処理（ステップＳ７１〜Ｓ７６）については、実施の形態１で説明した図５に示す処理（ステップＳ１〜Ｓ６）と同様である。ここで、ＴＣＰコネクションの確立が許可された場合に、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションにおいて通信が再開される。

このように、無線通信装置４が、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションを強制的に切断した場合であっても、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションにおいて通信品質の向上が検出された場合には、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションの通信を再開することができる。なお、ポリシー情報を再度変更する方法としては、変更前の元の状態に戻す方法があるが、これに限定するものではない。

以上説明したように、本実施の形態では、無線通信装置４が、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションで通信品質の劣化を検出した場合に、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションを切断することとした。これにより、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションで使用していた帯域を確保でき、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションの通信品質を向上することができる。

また、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションを切断した後に、高優先トラヒックの減少を検出した場合には、再度低優先トラヒックのＴＣＰコネクションの確立を許可できることとした。これにより、高優先トラヒックのＴＣＰコネクションを優先しつつ、低優先トラヒックのＴＣＰコネクションの再確立に適応的に対応することができる。

なお、実施の形態１〜３において、優先度の種別が高低の２つの場合について説明したが、これに限定するものでは無く、３つ以上の場合にも適用可能である。

以上のように、本発明にかかる無線通信装置は、ネットワーク同士を接続する装置として有用であり、特に、ローカルネットワークを外部ネットワークに接続する場合に適している。

１−１，１−２，１−３ サーバ
２ ネットワーク
３ 移動体
４ 無線通信装置
５−１，５−２，５−３ 端末
４０ 優先制御部
４１ 上りトラヒック監視部
４２ 優先度判定部
４３ ポリシーテーブル
４４ 上りトラヒック制御部
４５ コネクションテーブル
４６ 下りトラヒック監視部
４７ 下りトラヒック制御部

Claims (18)

1. 複数の端末によりローカルネットワークを構築する移動体に搭載され、かつ、当該ローカルネットワークに接続する所定の端末とその他のネットワークである外部ネットワークに接続するサーバとの間で送受信されるパケットを中継する無線通信装置であって、
   前記サーバおよび前記端末から受信したパケットから、ヘッダ情報を抽出するトラヒック監視手段と、
   前記サーバおよび前記端末の組み合わせごとの通信コネクション確立可否、および当該通信コネクションの優先度、を示すポリシー情報を登録するためのポリシー登録手段と、
   前記サーバまたは前記端末からパケットを受信した場合に、前記ヘッダ情報および前記ポリシー情報に基づいて、当該パケットの中継処理を行うかどうかを判断する優先度判定手段と、
   前記優先度判定手段により中継処理を行わない旨の判断をした場合に、受信したパケットを破棄するトラヒック制御手段と、
   確立された通信コネクションの通信品質を記録するための品質記録手段と、
   を備え、
   前記優先度判定手段は、
   所定の優先度を持つ通信コネクションの通信品質が、当該所定の優先度よりも低い優先度を持つ通信コネクションの確立を不許可とするための閾値である低優先度不許可閾値以下の場合に、当該所定の優先度よりも低い優先度を持つ通信コネクションの確立要求パケットを破棄するように、前記ポリシー情報を設定する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
2. 前記トラヒック監視手段は、前記サーバから前記端末へ送信される下りパケットを受信した場合、前記ヘッダ情報からシーケンス番号を検出し、
   前記優先度判定手段は、前記シーケンス番号の単位時間あたりの検出数から算出したトラヒック量を前記通信品質とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. さらに、
   前記トラヒック監視手段は、前記端末から前記サーバへ送信される上りパケットを受信した場合、前記ヘッダ情報からシーケンス番号を検出し、
   前記優先度判定手段は、前記シーケンス番号の単位時間あたりの検出数から算出したＴＣＰ再送要求率を前記通信品質とする、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記優先度判定手段は、
   第１の期間内にシーケンス番号を検出しなかった通信コネクションを確立しているサーバおよび端末へ、キープアライブパケットを送信する旨を決定し、
   また、第２の期間内に前記サーバおよび前記端末の両方から前記キープアライブパケットに対する応答を受信しなかった場合に、前記品質記録手段から当該通信コネクションの記録を削除し、当該通信コネクションを確立しているサーバおよび端末へリセットパケットを送信する旨を決定し、
   前記トラヒック制御手段は、前記優先度判定手段の決定に従い、前記サーバおよび前記端末へキープアライブパケットおよびリセットパケットを送信する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
5. 前記優先度判定手段は、所定の優先度を持つ通信コネクションの通信品質が、当該所定の優先度よりも低い優先度を持つ通信コネクションの帯域を制限するための閾値である低優先度帯域制限閾値以下の場合に、当該所定の優先度よりも低い優先度を持つ通信コネクションの帯域を、当該所定の優先度を持つ通信コネクションの帯域よりも小さくする旨を決定し、
   前記トラヒック制御手段は、前記優先度判定手段の決定に従い、当該所定の優先度よりも低い優先度を持つ通信コネクションの帯域を、当該所定の優先度を持つ通信コネクションの帯域よりも小さくしてパケットの送信を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
6. 前記優先度判定手段は、所定の優先度を持つ通信コネクションの通信品質が、当該所定の優先度よりも低い優先度を持つ通信コネクションを切断するための閾値である低優先度切断閾値（低優先度切断閾値＜低優先度帯域制限閾値）以下の場合に、前記品質記録手段から当該低い優先度を持つ通信コネクションの記録を削除し、当該通信コネクションを確立しているサーバおよび端末へリセットパケットを送信する旨を決定し、
   前記トラヒック制御手段は、前記優先度判定手段の決定に従い、前記サーバおよび前記端末へリセットパケットを送信する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
7. 前記優先度判定手段は、さらに、前記低い優先度を持つ通信コネクションを確立していたサーバまたは端末から通信コネクションの確立要求パケットを受信した場合に、当該確立要求パケットを破棄するようにポリシー情報を変更する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
8. 前記優先度判定手段は、前記所定の優先度を持つ通信コネクションの通信品質が、前記低優先度切断閾値よりも大きくなった場合に、変更したポリシー情報を変更前の状態に戻す、
   ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
9. 前記低優先度不許可閾値と前記低優先度切断閾値を同一値とする、
   ことを特徴とする請求項６、７または８に記載の無線通信装置。
10. 複数の端末によりローカルネットワークを構築する移動体に搭載され、かつ、当該ローカルネットワークに接続する所定の端末とその他のネットワークである外部ネットワークに接続するサーバとの間で送受信されるパケットを中継する無線通信装置、の無線通信方法であって、
    前記無線通信装置が、前記サーバおよび前記端末の組み合わせごとの通信コネクション確立可否、および当該通信コネクションの優先度、を示すポリシー情報を登録するためのポリシー登録手段、を備える場合において、
    前記サーバまたは前記端末から受信したパケットから、ヘッダ情報を抽出するヘッダ抽出ステップと、
    前記ヘッダ抽出ステップにより抽出されたヘッダ情報および前記ポリシー登録手段に登録されたポリシー情報に基づいて、受信したパケットの中継処理を行うかどうかを判断する優先度判定ステップと、
    前記優先度判定ステップにて中継処理を行わない旨の判断をした場合に、受信したパケットを破棄するトラヒック制御ステップと、
    を含み、
    前記無線通信装置が、さらに、確立された通信コネクションの通信品質を記録するための品質記録手段、を備える場合において、
    前記優先度判定ステップでは、
    所定の優先度を持つ通信コネクションの通信品質が、当該所定の優先度よりも低い優先度を持つ通信コネクションの確立を不許可とするための閾値である低優先度不許可閾値以下の場合に、当該所定の優先度よりも低い優先度を持つ通信コネクションの確立要求パケットを破棄するように、前記ポリシー情報を設定する、
    ことを特徴とする無線通信方法。
11. 前記ヘッダ抽出ステップでは、前記サーバから前記端末へ送信される下りパケットを受信した場合に、前記ヘッダ情報からシーケンス番号を検出し、
    前記優先度判定ステップでは、前記シーケンス番号の単位時間あたりの検出数から算出したトラヒック量を前記通信品質とする、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信方法。
12. 前記ヘッダ抽出ステップでは、前記端末から前記サーバへ送信される上りパケットを受信した場合に、前記ヘッダ情報からシーケンス番号を検出し、
    前記優先度判定ステップでは、前記シーケンス番号の単位時間あたりの検出数から算出したＴＣＰ再送要求率を前記通信品質とする、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の無線通信方法。
13. 前記優先度判定ステップでは、
    第１の期間内にシーケンス番号を検出しなかった通信コネクションを確立しているサーバおよび端末へ、キープアライブパケットを送信する旨を決定し、
    また、第２の期間内に前記サーバおよび前記端末の両方から前記キープアライブパケットに対する応答を受信しなかった場合に、前記品質記録手段から前記通信コネクションの記録を削除し、前記通信コネクションを確立しているサーバおよび端末へリセットパケットを送信する旨を決定し、
    前記トラヒック制御ステップでは、前記優先度判定ステップにおける決定に従い、前記サーバおよび前記端末へキープアライブパケットおよびリセットパケットを送信する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の無線通信方法。
14. 前記優先度判定ステップでは、所定の優先度を持つ通信コネクションの通信品質が、当該所定の優先度よりも低い優先度を持つ通信コネクションの帯域を制限するための閾値である低優先度帯域制限閾値以下の場合に、当該所定の優先度よりも低い優先度を持つ通信コネクションの帯域を、当該所定の優先度を持つ通信コネクションの帯域よりも小さくする旨を決定し、
    前記トラヒック制御ステップでは、前記優先度判定ステップにおける決定に従い、当該所定の優先度よりも低い優先度を持つ通信コネクションの帯域を、当該所定の優先度を持つ通信コネクションの帯域よりも小さくしてパケットの送信を行う、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信方法。
15. 前記優先度判定ステップでは、所定の優先度を持つ通信コネクションの通信品質が、当該所定の優先度よりも低い優先度を持つ通信コネクションを切断するための閾値である低優先度切断閾値（低優先度切断閾値＜低優先度帯域制限閾値）以下の場合に、前記品質記録手段から当該低い優先度を持つ通信コネクションの記録を削除し、当該通信コネクションを確立しているサーバおよび端末へリセットパケットを送信する旨を決定し、
    前記トラヒック制御ステップでは、前記優先度判定ステップにおける決定に従い、前記サーバおよび前記端末へリセットパケットを送信する、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の無線通信方法。
16. 前記優先度判定ステップでは、さらに、前記低い優先度を持つ通信コネクションを確立していたサーバまたは端末から通信コネクションの確立要求パケットを受信した場合に、当該確立要求パケットを破棄するようにポリシー情報を変更する、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の無線通信方法。
17. 前記優先度判定ステップでは、前記所定の優先度を持つ通信コネクションの通信品質が、前記低優先度切断閾値よりも大きくなった場合に、変更したポリシー情報を変更前の状態に戻す、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の無線通信方法。
18. 前記低優先度不許可閾値と前記低優先度切断閾値を同一値とする、
    ことを特徴とする請求項１５、１６または１７に記載の無線通信方法。

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