JP5421392B2 - 宅内ネットワーク内におけるプロキシモバイルＩＰｖ６のサポート - Google Patents

Description

本発明は、宅内ネットワークにおいてプロキシモバイルＩＰｖ６をサポートする方法及び装置に関し、特に、宅内ゲートウェイの背後にいるプロキシモバイルＩＰｖ６クライアントに対してこのようなサポートを提供する方法及び装置に関する。

「固定移動融合（Fixed Mobile Convergence）」（ＦＭＣ）として知られている技術を提供するために固定通信ネットワーク及び移動通信ネットワークを融合する必要性が出現している。ＩＰベースの技術を導入するようにネットワークを進化させる処理は、固定ネットワーク及び移動ネットワークに対して共通であり、このことにより融合がさらに簡単になっている。ＦＭＣを利用すれば、移動ネットワーク及び固定ネットワークの通信事業者は、自分のネットワークリソースをさらに効率良く利用して、彼らの資本及び営業経費の双方の低減が可能となる。例えば、ユーザが自分の住居内でマルチメディア電話（ＭＭＴｅｌ）のようなＩＰベースのアプリケーションを実行中のとき、固定アクセスネットワークのブロードバンド接続を利用した方が、セルラ電話ネットワークの場合よりもさらに効率が良くなる。

ユーザのモビリティはＦＭＣネットワークの設計時における重要な考慮事項である。特に、モバイル加入者のホームネットワーク（すなわち加入者の住居内のＬＡＮではなく、加入者が加入している加入先ネットワーク）は、（例えばホームネットワークが加入者への音声通話のルート指定をすることができるようにするためには）加入者の現在のロケーションを常時認知することが重要となる。いわゆるプロキシモバイルＩＰｖ６（ＰＭＩＰｖ６）は、モビリティに対するネットワークベースの解決方法を提供して、例えばエア・インタフェースを介したモビリティ・シグナリングの回避やロケーションプライバシのためのサポートといったように、モバイル通信事業者に利益をもたらしている。３ＧＰＰ進化型パケットコア（ＥＰＣ）において、ＰＭＩＰｖ６は、ネットワークエンティティ間におけるいくつかのインタフェース（Ｓ２及びＳ５インタフェースなど）用モビリティプロトコルとして選択されている。

宅内ネットワークはＦＭＣの成功を導く鍵となるものである。なぜなら、宅内ネットワークは普通のユーザ用として最も一般に使用されている固定ネットワークアクセスであるからである。宅内ネットワークを通じてモバイル電話機（以下、本願では「３ＧＰＰユーザ機器（ＵＥ）」という用語を用いる）をＥＰＣに接続する必要がある。宅内ネットワーク（ローカルエリアネットワーク）と広域ネットワークとの間での接続性、従って、ＥＰＣとの接続性は、いわゆる「宅内ゲートウェイ」（ＲＧＷ）により可能になる。この「宅内ゲートウェイ」は、比較的低コストのネットワーキングデバイスである。挑戦すべき課題として、宅内ネットワークにアタッチされた３ＧＰＰ ＵＥのためにネットワークベースのＩＰモビリティ管理を提供するという課題がある。

宅内ネットワークを通じて３ＧＰＰ ＵＥをＥＰＣに「接続する」ための種々の代替メカニズムが存在する。例えば、３ＧＰＰ ＵＥはＥＰＣ内部に在るｅＰＤＧへのＩＰＳｅｃトンネルを確立することも可能である。この場合、ｅＰＤＧは、３ＧＰＰ ＵＥのためにＩＰモビリティサポートを提供するモバイルアクセスゲートウェイ（ＭＡＧ）として機能する。この一方で、非トンネル化メカニズムの一例として、ネットワークベースの態様で３ＧＰＰ ＵＥのためにＩＰモビリティを提供するプロキシＭＩＰｖ６（ＰＭＩＰｖ６）ＭＡＧの機能性を実現するブロードバンドネットワークゲートウェイ（ＢＮＧ）が関与するメカニズムがある。

図１はＦＭＣネットワークシナリオの概観を示す概略図である。図示のように、３ＧＰＰ ＵＥはＷＬＡＮインタフェースに関して３ＧＰＰ ＵＥに割り当てられたＥＰＣ ＩＰアドレスを有している。ここで、ＥＰＣアドレスはＥＰＣ通信事業者が所有しているＩＰアドレスプールから導き出されるという点に留意されたい。その一方で、非３ＧＰＰ端末のためのＩＰアドレス割当てはＲＧＷにより実行されると共に、プライベートＩＰアドレス（ＲＮ ＩＰアドレス）が割り当てられる。ＲＧＷは、非３ＧＰＰ ＵＥから送信されるか、あるいは、非３ＧＰＰ ＵＥへ送信されるＩＰフローのためにＮＡＴ／ＮＡＰＴを実行する。

非トンネル化シナリオにおいて、ＰＭＩＰｖ６は宅内ネットワークにアタッチされた３ＧＰＰ ＵＥのためにＩＰモビリティ管理を提供するように要求される。ＰＭＩＰｖ６の仕様［ＩＥＴＦ ｄｒａｆｔ−ｉｅｔｆ−ｎｅｔｌｍｍ−ｐｒｏｘｙｍｉｐ６−１８， ２００８−０３−３０； ＩＥＴＦ ｄｒａｆｔ−ｉｅｔｆ−ｎｅｔｌｍｍ−ｍｎ−ａｒ−ｉｆ−０３， ２００８−０２−１３］によれば、ＡＲ（ＭＡＧ）とＭＮ間のインタフェース用リンクモデルはポイント・ツー・ポイント・リンクと想定されている。この想定の意図は以下の問題点を解決することである。
●ＩＰｖ６近隣探索 − リンクが複数のＰＭＩＰｖ６クライアントにより共有されている場合、リンク上のノードが近隣広告メッセージを聞くことが可能であると共に、その結果、近隣キャッシュエントリが作成されることになる。このキャッシュエントリの作成は、ピアのうちのいずれかがハンドオーバを行って、異なるリンクへ移動したとき、２つの通信ピア間において通信の瞬断を引き起こす場合がある。
●ＩＰｖ６自動構成 − ＭＮが自己のＩＰアドレス（ホームアドレス）をステートレスの態様で設定できるようにするためには、ＡＲ（ＭＡＧ）は、マルチキャストアドレス（ＩＰｖ６の全てのノードリンク−ローカルマルチキャストＩＰアドレス（ｆｆ０２：：１））へルータ広告メッセージを送信する必要がある。しかし、この送信はＰＭＩＰｖ６ネットワークモデルでは厄介な問題を引き起こすこととなる。なぜなら、異なるプレフィックスが個々のＭＮに割り当てられているからである。

ＰＭＩＰｖ６の仕様ではポイント・ツー・ポイント・リンクモデルが要件とされていて、宅内ネットワークの場合この要件に該当してはいないが、ＭＮ（３ＧＰＰ ＵＥ）は、ＭＮのそれぞれのＩＰユニキャストアドレス（ホームアドレス）へ及び該ＩＰユニキャストアドレスからＩＰパケットの送受信を行うことができると考えられている。また、ステートフルのアドレス設定（ＤＨＣＰなど）のための何らかのメカニズムが配備されている場合には、ＩＰｖ６の自動設定に関する問題を回避できるという点にも留意されたい。ＩＰｖ６近隣探索に関する問題は未解決のまま残ってはいるが、この問題は決定的に重要な問題とは考えられていない。なぜなら、近隣キャッシュエントリは、適切なタイマが時間切れになると削除されることになっているからである。

上述したように、一般に、３ＧＰＰ ＵＥのためのＩＰユニキャストルーティングに関する問題が非トンネル化シナリオにおいて生じることはない。しかし、ＩＰマルチキャストルーティングに関する問題が存在する。また、プライベートＩＰプレフィックス／アドレスが３ＧＰＰ ＵＥに割り当てられている場合、ＩＰユニキャストルーティングにおいても難点が生じることになるという点にも留意すべきである。

ＩＰマルチキャストルーティングの結果として生じる問題についてさらに考慮すると、この問題は、どのＩＰセッションの下で、所定のダウンストリーム／アップストリームＩＰパケットを処理すべきであるかをＢＮＧ及びＲＧＷが決定できないということに起因して生じる問題である。ダウンストリームのＩＰルーティングの一例を挙げると、特定のＰＭＩＰｖ６クライアント（３ＧＰＰ ＵＥ）のために実際に意図されるＩＰマルチキャストアドレス（例えばｆｆ０２：：１など）へ向けてＢＮＧ（ＭＡＧ）がダウンストリームＩＰパケットを送信するものと仮定する。ＢＮＧがメッセージの送信者であるので、ＢＮＧはＰＭＩＰｖ６クライアントに関連付けられたＩＰセッションを認知することになる。従って、パケットは問題なくＲＧＷへ配信される。しかし、ＩＰパケットをどのノードへ配信すべきかを決定するための情報をＲＧＷは全く有していない。ＩＰヘッダの中に含まれている宛先ＩＰアドレスはマルチキャストＩＰアドレスであるという点に留意されたい。アップストリームでのＩＰパケット処理についても、全く同じ問題がＢＮＧ側において生じる。

ＩＰユニキャストルーティングに関する問題は、「プライベート」ＩＰプレフィックス／アドレスが３ＧＰＰ ＵＥに割り当てられている場合に生じる。例えば、異なる移動通信ネットワークプロバイダ（ＭＮＰ）から得られる２つの３ＧＰＰ ＵＥ（ＭＮ１とＭＮ２）が同じ宅内ネットワークと接続されていると仮定する。移動通信ネットワークプロバイダの双方がプライベートＩＰアドレス／プレフィックスを自分の３ＧＰＰ ＵＥに別々に割り当てた場合、同じＩＰアドレス／プレフィックスが３ＧＰＰ ＵＥに割り当てられるという可能性が生じることになる。これが当てはまる場合、上述のＩＰマルチキャストパケットの処理時に、ＢＮＧ及びＲＧＷは（上述したような）全く同じ問題に直面することになる。図２は、複数の３ＧＰＰ ＵＥが宅内ネットワークにアタッチされるネットワーク構成を概略的に示す図であり、ここでは各ＵＥにはプライベートＥＰＣアドレスが割り当てられている。

上述した問題点を解決することが本発明の目的である。この目的は、ＲＧＷとＢＮＧとの間においてＩＰパケットトンネルを確立することにより、かつ、このトンネルの中を通って、宅内ネットワークとセルラ通信ネットワークのパケットコアネットワークとの間においてパケットのルーティングを行うことにより、少なくとも部分的に達成される。

本発明の第１の側面によれば、宅内ネットワークと、セルラ通信システムのパケットコアネットワークを含む広域ネットワークとの間にゲートウェイを提供するための装置が提供される。この装置は、上記宅内ネットワークにアタッチされたユーザ機器と前記広域ネットワークとの間でＩＰパケットのルーティングを行うためのＩＰルータを備える。前記パケットコアネットワークに対するユーザ機器のアタッチメントを検出するために検出器が採用されているのに対して、トンネル確立ユニットは、前記検出器による前記パケットコアネットワークに対するユーザ機器のアタッチメントが検出されると、このユニット自体と前記パケットコアネットワークのブロードバンドネットワークゲートウェイとの間にＩＰパケットトンネルを確立するように構成される。その後、前記ＩＰルータは、上記アタッチ済みユーザ機器へ及び該ユーザ機器から、前記ＩＰトンネルを介してＩＰパケットのルーティングを行うように構成される。

上記装置は、前記ブロードバンドネットワークゲートウェイから前記パケットコアネットワークのホームプレフィックスを受信するための受信機と、前記ホームプレフィックスを含むルータ広告メッセージを上記アタッチ済みユーザ機器へ送信するための送信機とを備えることができる。この送信機は、ソースリンクアドレスとして上記装置の媒体アクセス制御アドレスを前記ルータ広告メッセージ内に含むように構成されることができるのに対して、上記受信機は、前記ブロードバンドネットワークゲートウェイから前記アタッチ済みユーザ機器へと送信される動的ホスト制御プロトコル・オファー・メッセージからホームプレフィックスを取り出すように構成される。

前記トンネル確立ユニットは、汎用ルーティングカプセル化と、ＩＰＳｅｃと、ＩＰ−ｉｎ−ＩＰとのうちの１つを用いてトンネルを確立するように構成されてもよい。前記トンネル確立ユニットは、前記パケットコアネットワークに対する前記ユーザ機器のアタッチメントの最中に、当該ユーザ機器と前記ブロードバンドネットワークゲートウェイとの間で交換される動的ホスト制御プロトコル・メッセージを用いて前記トンネルを確立するように構成されてもよい。

前記検出器は、前記ブロードバンドネットワークゲートウェイから前記アタッチ済みユーザ機器へと送信される動的ホスト制御プロトコル・オファー・メッセージを傍受すること、及び、当該メッセージの中に認証承認が含まれていることを観察することによって、アタッチメントを検出するように構成されてもよい。認証承認は、拡張認証プロトコルの成功メッセージであってもよい。

前記検出器は、アタッチ済みユーザ機器の前記パケットコアネットワークからのデタッチメントを検出するように構成されてもよい。前記トンネル確立ユニットは、このようなデタッチメントの検出時に、前記確立されたトンネルをティアダウンする（取り壊す）ように構成される。上記装置は、前記ユーザ機器のデタッチメントの検出時に、当該デタッチされたユーザ機器のＩＰアドレスをターゲットＩＰアドレスとして含むと共に、上記装置自体の媒体アクセス制御アドレスをリンク層アドレスとして含む近隣広告メッセージを送信するように構成される送信機を備えてもよい。

本発明の実施形態において、前記検出器は、前記アタッチ済みユーザ機器によって前記ブロードバンドネットワークゲートウェイへと送信される動的ホスト制御プロトコル・リリース・メッセージ（解除メッセージ）を傍受することと、前記ブロードバンドネットワークゲートウェイによって前記アタッチ済みユーザ機器へと送信される動的ホスト制御プロトコルＮＡＣＫメッセージを傍受することとのうちの一方によって、前記アタッチ済みユーザ機器のデタッチメントを検出するように構成される。

本発明の第２の側面によれば、セルラ通信システムのパケットコアネットワークと広域ネットワークとの間でブロードバンドネットワークゲートウェイ機能を提供するための装置が提供される。この装置は、宅内ネットワークにアタッチされたユーザ機器と前記パケットコアネットワークとの間においてＩＰパケットのルーティングを行うＩＰルータを備え、該宅内ネットワークは、宅内ゲートウェイを介して広域ネットワークと結合される。トンネル確立ユニットが提供され、かつ、該トンネル確立ユニットは、前記パケットコアネットワークに対するユーザ機器のアタッチメントの際に、該ユニット自体と前記宅内ゲートウェイとの間にＩＰパケットトンネルを確立するように構成される。その後、前記ＩＰルータは、前記アタッチ済みユーザ機器へ及び該ユーザ機器から前記ＩＰパケットトンネルを介してＩＰパケットのルーティングを行う。

上記装置は、動的ホスト制御プロトコル・オファー・メッセージ内に含まれているホームプレフィックスを、前記宅内ゲートウェイを介して前記ユーザ機器へ送信するための送信機を備えてもよい。前記トンネル確立ユニットは、汎用ルーティングカプセル化と、ＩＰＳｅｃと、ＩＰ−ｉｎ−ＩＰとのうちの１つを用いてトンネルを確立するように構成されてもよい。

或る実施形態によれば、前記トンネル確立ユニットは、前記パケットコアネットワークに対する前記ユーザ機器のアタッチメントの最中にユーザ機器と前記装置との間で交換される動的ホスト制御プロトコル・メッセージを用いて前記トンネルを確立するように構成されてもよい。

本発明の第３の側面によれば、宅内ゲートウェイを備えた宅内ネットワーク内のユーザ機器と、セルラ通信システムのパケットコアネットワークとの間においてＩＰパケットのルーティングを処理する方法が提供され、前記宅内ゲートウェイは前記宅内ネットワークを広域ネットワーク及びブロードバンドネットワークゲートウェイに結合し、当該ブロードバンドネットワークゲートウェイは、当該広域ネットワークを前記パケットコアネットワークに結合する。本方法は、前記ユーザ機器による前記パケットコアネットワークに対するアタッチメントを検出するステップと、このような検出時に、前記宅内ゲートウェイと前記ブロードバンドネットワークゲートウェイとの間でパケットトンネルを確立するステップとを有する。その後、前記ユーザ機器と前記パケットコアネットワークとの間で前記トンネルを介してパケットのルーティングが行われる。

本方法は、動的ホスト制御プロトコル−認証プロトコルを用いて前記ユーザ機器を前記パケットコアネットワークにアタッチさせるステップを有してもよい。この場合、前記アタッチメントを検出する前記ステップは、前記ブロードバンドネットワークゲートウェイから前記アタッチ済みユーザ機器へと送信される動的ホスト制御プロトコル・オファー・メッセージを傍受するステップと、当該メッセージ内に認証承認が含まれていることを観察するステップとを含んでもよい。次いで、前記宅内ゲートウェイと前記ブロードバンドネットワークゲートウェイとの間においてパケットトンネルを確立する前記ステップは、動的ホスト制御プロトコル・メッセージの中で伝達される情報を利用する。

前記パケットコアネットワークのホームプレフィックスが、前記宅内ゲートウェイを介して前記ブロードバンドネットワークゲートウェイから前記ユーザ機器へと送信される動的ホスト制御プロトコル・メッセージ内に含まれてもよい。この場合、本方法は、動的ホスト制御プロトコル・メッセージから前記ホームプレフィックスを抽出するステップと、前記宅内ゲートウェイから前記ユーザ機器へと送信されるルータ広告メッセージ内に該プレフィックスを含めるステップとを有する。

上記に列挙した検出ステップは前記宅内ゲートウェイにより実行されてもよい。

宅内ネットワークを含むＦＭＣネットワークシナリオの概観を示す概略図である。 複数の３ＧＰＰ ＵＥが宅内ネットワークにアタッチされているネットワーク構成例を示す概略図である。 ＲＧＷ−ＢＮＧ Ｌ３トンネルを具現化するＦＭＣネットワーク構成を提示する概観図である。 図３のＦＭＣネットワークアーキテクチャにおける３ＧＰＰ ＵＥのためのアタッチ手順を示す。 ３ＧＰＰ ＵＥのためのアタッチ手順をさらに詳細に示す。 図３のＦＭＣネットワークアーキテクチャにおける３ＧＰＰ ＵＥのためのデタッチ手順を詳細に示す。 ３ＧＰＰ ＵＥがアクセス技術を跨ぐハンドオーバ（垂直ハンドオーバ）を実行する際に、クライアント開始型のケースに対応するデタッチ手順を示す。 ネットワーク開始型の態様における３ＧＰＰ ＵＥのためのデタッチ手順を示す。 宅内ゲートウェイ機能を実装する装置を示す概略図である。 ブロードバンドネットワークゲートウェイ機能を実装する装置を示す概略図である。

宅内ネットワークの文脈において、３ＧＰＰユーザ機器（ＵＥ）のモビリティの効率的な管理を行うための要件について図１及び図２を参照しながら上述した。以下の説明におけるネットワークシナリオは或る一定の条件を仮定するものである：
●３ＧＰＰ ＵＥは、自装置の側のためには何らのトンネルも確立しない。すなわち、このネットワークシナリオはＵＥの見地からみて非トンネル化されたシナリオである。
●ブロードバンドネットワークゲートウェイ（ＢＮＧ）はＰＭＩＰｖ６モバイルアクセスゲートウェイ（ＭＡＧ）機能をサポートする。このサポートは、モバイル通信事業者と固定通信事業者間において業務契約が存在することを意味する。
●宅内ゲートウェイ（ＲＧＷ）はＬ３デバイス（ＩＰルータ）である。
●無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）は宅内ネットワーク内において使用される。
●３ＧＰＰ ＵＥはロングタームエボリューション（ＬＴＥ）インタフェースとＷＬＡＮインタフェースの双方を備えている。上記ＷＬＡＮインタフェースはローカルなＩＰ接続とグローバルなＩＰ接続の双方のために使用される。

ＲＧＷ内に追加機能を実装し、それによって、ＲＧＷが、宅内ネットワークにアタッチされた所定の３ＧＰＰ ＵＥのために、ＭＡＧ（すなわち、ＢＮＧ）のプロキシとして機能できるようにすることが本願において提案されている。上記ＲＧＷは、上述のＩＰルーティング問題を処理するために、個々の３ＧＰＰ ＵＥ用トンネルを確立する能力を有している。特に、ＲＧＷは、３ＧＰＰ ＵＥが宅内ネットワークに正常にアタッチされたことをＲＧＷが検出したとき、ＲＧＷ自身とＢＮＧとの間にトンネルを確立する。３ＧＰＰ ＵＥが宅内ネットワークから出て、異なるＭＡＧにアタッチしたことをＲＧＷが検出したとき、ＲＧＷが上記トンネルをティアダウンできる（取り壊せる）ようにする処理手順が定義される。

図３は、上記提案された解決方法が適用されたネットワーク構成の概観を提示する図である。本例では、宅内ネットワークのインターネットアクセスがＤＳＬにより行われると共に、宅内ネットワーク内のＬＡＮ接続が無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１）によって提供されるものと仮定する。図３に図示のように、複数の３ＧＰＰ ＵＥ及び複数の非３ＧＰＰ ＵＥが宅内ネットワーク内に共存している。非３ＧＰＰ ＵＥは、パーソナルコンピュータ及び家庭用電気製品（マルチメディアＴＶ、ビデオカメラ等）のようなデバイスであってもよい。宅内ネットワーク内のリンクは共有リンクであるという点に留意されたい。進化型パケットコア（ＥＰＣ）ネットワーク（図１を参照のこと）内において、ＰＤＮ−ＧＷは、ＥＰＣがホームネットワークである加入者に代って、ローカルモビリティアンカ（ＬＭＡ）機能を実装する。宅内ネットワークの外側に位置するネットワークは宅内ネットワークの視点からみるとＷＡＮであると考えることができ、このＷＡＮにはＥＰＣネットワークが含まれる。言うまでもなく、ＥＰＣから外側へ目を向けると、このＷＡＮにはＥＰＣの外部に存在する複数のネットワークが含まれる。

図３にも図示のように、ＲＧＷは、「ＭＡＧプロキシ」と呼ばれる新たな機能性を有し、この機能性によってＲＧＷは、宅内ネットワークにアタッチされたＰＭＩＰｖ６クライアント（すなわち、３ＧＰＰ ＵＥ）とインタフェースで接続する。従って、上記ＲＧＷは３ＧＰＰ ＵＥの視点から見るとＭＡＧであるように見えることになる。すなわち、上記ＲＧＷは３ＧＰＰ ＵＥのための第１のホップルータであると考えられ、従って、３ＧＰＰ ＵＥに割り当てられたホームプレフィックスを運ぶルータ広告（ＲＡ）メッセージ（図３の黄色の矢印）はＲＧＷにより送信される。上記プレフィックスの情報オプションには、３ＧＰＰ ＵＥのホームプレフィックスに関するデータ、すなわち、ＩＰｖ６プレフィックス、有効存続期間、推奨存続期間、フラグ（オンリンクフラグ（Ｌ−ｆｌａｇ）及び自動構成フラグ（Ａ−ｆｌａｇ））が含まれる。ソースリンクアドレスオプションはＲＧＷのＭＡＣアドレスを含む。ＭＡＧプロキシの主な機能は以下の通りである：
１）３ＧＰＰ ＵＥのアタッチメント及びデタッチメントの検出
２）Ｌ３トンネルの管理
３）ＭＡＧのプロキシとして働く機能
ＬＭＡと双方向トンネルを確立するような他のＭＡＧ機能は、ＭＡＧ（ＢＮＧ）によって実行され続ける。

図４には、３ＧＰＰ ＵＥのためのアタッチ手順が示されており、丸囲み数字によりステップ番号が示されている。図示のように、３ＧＰＰ ＵＥがＥＰＣのＡＡＡサーバ（図示せず）により成功裏に認証された後、ＲＧＷは３ＧＰＰ ＵＥのアタッチメントを何らかの手段によって検出する（この処理のさらなる詳細については以下に示す）。次いで、上記ＲＧＷ及びＢＮＧは、３ＧＰＰ ＵＥのユーザトラフィックの転送を行うためのＬ３トンネルを確立するためのネゴシエーションを行う。このネゴシエーション中に、ＲＧＷは、３ＧＰＰ ＵＥのホームプレフィックスに関する情報を受信して、ＭＡＧ（ＢＮＧ）のプロキシとしてＲＧＷが機能できるようにする。すなわち、上記ＲＧＷは３ＧＰＰ ＵＥ用の第１のホップルータになり、次いで、ホームプレフィックスを広告するルータ広告（ＲＡ）メッセージを３ＧＰＰ ＵＥへ送信する。

ＲＧＷが３ＧＰＰ ＵＥのアタッチメントを検出できるようにするには以下の２つの方法がある：
●ＵＥとＲＧＷ間におけるＬ２のアップリンク又はダウンリンクの検出による方法
●ＵＥとＢＮＧ間で実行される、認証と許可の少なくともいずれかのメッセージ交換の監視による方法
第１の方法では、ＲＧＷは、リンク層情報に基づいて３ＧＰＰ ＵＥのアタッチメントを検出する。このアプローチは、ＭＡＣアドレスのような３ＧＰＰ ＵＥの情報のスタティックな構成を必要とする。第２の方法では、ＲＧＷは認証メッセージ又は許可メッセージ交換を「監視する」ことにより３ＧＰＰ ＵＥのアタッチメントを検出する。上記認証は３ＧＰＰ ＵＥとＥＰＣ内のＡＡＡサーバとの間で行われるという点に留意されたい。

図５は３ＧＰＰ ＵＥのためのアタッチメント手順を示す。本例では、３ＧＰＰ ＵＥの認証はＤＨＣＰ認証（以後「ＤＨＣＰ−ａｕｔｈ」と呼ぶ）によって実行されることが仮定されている。アタッチメントの検出は、以下のステップから明白となるような認証手順と連携して実行されるという点に留意されたい：
１．上記認証手順はＤＨＣＰディスカバリメッセージを送信する３ＧＰＰ ＵＥにより開始される。
２．上記ＲＧＷはＤＨＣＰリレーエージェントとして機能すると共に、ＤＨＣＰディスカバリメッセージを転送する。上記ＲＧＷは、ＤＨＣＰ／ＤＨＣＰｖ６オプションとしてフォーマットされた汎用ルーティングカプセル化（ＧＲＥ）キーオプションを挿入する。上記ＧＲＥキーを使用して、所定のＧＲＥトンネルに属しているアップストリームＩＰパケットを特定する。
３．３ＧＰＰ ＵＥがＡＡＡサーバによって成功裏に認証されるとすぐに、ＢＮＧ上で実行中のＤＨＣＰサーバは、ＧＲＥキーオプションを挿入してＤＨＣＰオファー・メッセージを３ＧＰＰ ＵＥへ送信する。
４．上記ＲＧＷは、ＤＨＣＰオファー・メッセージからＧＲＥキーを抽出し、次いで、このメッセージを３ＧＰＰ ＵＥへ転送する。ＤＨＣＰオファー・メッセージには、認証の正常な完了を示すＥＡＰ成功メッセージも含まれるという点に留意されたい。
５．上記ＲＧＷは３ＧＰＰ ＵＥのために以下の情報を含む状態（ステート）をつくりだす：
●３ＧＰＰ ＵＥのＥＰＣ ＩＰアドレス
●３ＧＰＰ ＵＥのＭＡＣアドレス
●アップストリーム及びダウンストリームのＩＰパケット処理用のＧＲＥキー
Ｌ３トンネル（ＧＲＥトンネル）がＲＧＷとＢＮＧとの間で確立される。

図６は３ＧＰＰ ＵＥためのデタッチメント手順を示す図である。上記ＢＮＧがＬＭＡ（すなわちＥＰＣ内のＰＤＮ−ＧＷ）からＰＭＩＰｖ６失効メッセージを受信するとき、ＢＮＧは３ＧＰＰ ＵＥ用のＬ３トンネルをティアダウンする（取り壊す）ために信号をＲＧＷへ送信する。３ＧＰＰ ＵＥのデタッチメントを検出する３つの可能なメカニズムは以下のとおりである：
１．３ＧＰＰ ＵＥのＬ２リンクダウンの検出による場合
２．ＤＨＣＰサーバ（ＢＮＧ）又はＤＨＣＰクライアント（３ＧＰＰ ＵＥ）からのＤＨＣＰメッセージの受信による場合
３．ＲＧＷとＢＮＧとの間における帯域外シグナリングによる場合

第１の方法では、ＲＧＷはリンク層情報に基づいて３ＧＰＰ ＵＥのデタッチメントを検出する。このアプローチは、３ＧＰＰ ＵＥのＭＡＣアドレスのような３ＧＰＰ ＵＥの情報のスタティックな構成を必要とする。第２の方法では、ＲＧＷはＤＨＣＰメッセージに基づいて３ＧＰＰ ＵＥのデタッチメントを検出する。ＤＨＣＰサーバ（ＢＮＧ）からＤＨＣＰクライアントへのＤＨＣＰ−ＮＡＣＫメッセージが受信されると、ＲＧＷは３ＧＰＰ ＵＥがリンクからデタッチされた旨を検出する。別の可能性として、ＤＨＣＰリリース・メッセージがＤＨＣＰクライアント（３ＧＰＰ ＵＥ）から受信された場合に、３ＧＰ ＰＵＥがリンクからデタッチされることになる旨が上記ＲＧＷにより検出される可能性が挙げられる。前者のケースはネットワーク開始型のケースであり、後者のケースはクライアント開始型のケースである。第３の方法では、ＲＧＷ及びＢＮＧは帯域外シグナリングメカニズムの何らかの形式を用いることによって互いに信号の交信を行う。

上記クライアント開始型のケースは、例えば無線ＬＡＮからＬＴＥへハンドオーバを行うような垂直ハンドオーバを３ＧＰＰ ＵＥが実行する場合に可能である。そのような場合、図７に図示のように、３ＧＰＰ ＵＥはＤＨＣＰリリース・メッセージをＤＨＣＰサーバ（ＢＮＧ）へ送信してもよい。この場合、ＲＧＷはＤＨＣＰリリース・メッセージを監視すると共に、ＧＲＥキーオプションをメッセージ内へ挿入する。

図８は、ネットワーク開始型の態様での３ＧＰＰ ＵＥのためのデタッチメント手順を示す。図示のように、ＬＭＡ（ＰＤＮ−ＧＷ）は、プロキシバインド登録を新たなＭＡＧから受信した後、ＰＭＩＰｖ６失効メッセージを古いＭＡＧ（ＢＮＧ）へ送信する。次いで、古いＭＡＧ（ＢＮＧ）は、ＲＧＷへ向けてＤＨＣＰ−ＮＡＣＫメッセージを送信してＧＲＥトンネルのティアダウン（取り壊し）を要求する。

上記の説明から理解されるように、ＲＧＷとＢＮＧはＬ３トンネルを確立して、異なるＰＭＩＰｖ６クライアント（複数の３ＧＰＰ ＵＥ）のＩＰフローの識別を図る。ＲＧＷ又はＢＮＧが３ＧＰＰ ＵＥのダウンストリーム又はアップストリームのＩＰフローを転送するとき、上記トンネルは重要な役割を果たす。ＲＧＷ又はＢＮＧが、ａ）マルチキャストアドレス、又は、ｂ）ＩＰプライベートアドレスのいずれかのアドレスに宛先が指定されたＩＰパケットを処理する場合、特に上記トンネルは有用なものとなる。上記Ｌ３トンネルは所定の３ＧＰＰ ＵＥのための一種の「専用チャネル」と考えることができる。このことは、上記トンネルが３ＧＰＰ ＵＥから送信されるか、３ＧＰＰ ＵＥへ送信されるトラフィックの転送用として専ら使用されることを意味する。ＩＰユニキャストトラフィックとＩＰマルチキャストトラフィックの双方がＬ３トンネルの中を通って転送されるという点に留意されたい。

Ｌ３トンネルの形態は変動し得るものであり、かつ、トンネリング方式が或る一定の要件を満たす限り、任意のトンネリング方式を利用することが可能である。この一定の要件として、１）上記トンネルのエンドポイント（すなわち、ＢＮＧとＲＧＷ）は、ＩＰパケットのカプセル化を解除した場合に、ＩＰフローの識別が可能でなければならない、２）上記トンネルはＩＰアドレスのような希少なリソースを消費してはならない、という要件が挙げられる。利用可能なトンネリング技術には以下の技術が含まれる（但しこれらのみに限定されるわけではない）。
●ＧＲＥ（Ｄ．Ｆａｒｉｎａｃｃｉ、Ｔ．Ｌｉ，Ｓ．Ｈａｎｋｓ、Ｄ．Ｍｅｙｅｒ、Ｐ．Ｔｒａｉｎａ、「汎用ルーティングカプセル化（ＧＲＥ）」ＲＦＣ２７８４、２０００年３月）。ＧＲＥは上で提示した解決方法である。
●ＩＰＳｅｃ（Ｒ．Ａｔｋｉｎｓｏｎ、「インターネットプロトコルのためのセキュリティ・アーキテクチャ」ＲＦＣ１８２５、１９９５年８月）
●ＩＰ-ｉｎ-ＩＰ（Ｗ．Ｓｉｍｐｓｏｎ、「ＩＰ−ｉｎ−ＩＰトンネリング」ＲＦＣ１８５３、１９９５年１０月）

ＧＲＥトンネルを用いる場合、個々のトンネルの識別のためにＧＲＥキーが使用可能である。ＩＰＳｅｃトンネルを用いる場合、個々のトンネルの識別のためにＳＰＩが使用可能である。ＩＰ−ｉｎ−ＩＰトンネルを用いる場合、外側のＩＰヘッダ内に追加情報（例えば、フローラベル）が必要とされ、その結果、個々のＩＰトンネルの識別が可能になる。一般にＩＰアドレスは希少なリソースであるため、外側のヘッダ内に在るＩＰアドレスペア（すなわちトンネルのエンドポイントのＩＰアドレス）によって個々のＩＰトンネルの識別を行うことは望ましくないという点に留意されたい。

プロキシＭＡＧとしてのＲＧＷの役割についてはすでに説明した。この役割には、実際のＭＡＧ（ＢＮＧ）に代ってＲＧＷがＲＡメッセージを３ＧＰＰ ＵＥへ送信することが含まれる。ＢＮＧ（ＤＨＣＰサーバ）とＲＧＷ（ＤＨＣＰリレーエージェント）との間で所定の３ＧＰＰ ＵＥのホームプレフィックスが担持できるようにするために、ＤＨＣＰに対する拡張が提案される。特に、「ＰＭＩＰｖ６ホームプレフィックスオプション」と呼ばれる新たなＤＨＣＰオプションが定義され、このオプションはＤＨＣＰオファー・メッセージの中で運ばれる。

複数の３ＧＰＰ ＵＥが所定の宅内ネットワークにアタッチされている場合、ＲＧＷは異なる３ＧＰＰ ＵＥのうちの各々のＵＥ用の異なるＩＰｖ６プレフィックスを運ぶルータ広告メッセージを送信することが可能であることは理解されよう。通常のケースでは、ＲＧＷは、宅内ネットワーク内のノードにより用いられるＩＰｖ６プレフィックスを運ぶルータ広告メッセージをＬ３マルチキャストアドレス（ｆｆ０２：：１）へ向けて送信することになる。無関係のＩＰｖ６プレフィックスの配信を防止するために、ＭＡＧプロキシ（ＲＧＷ）はＬ２宛先アドレスを慎重に指定することが望ましい。下記の表１は、ＲＧＷが宅内ネットワーク内へ送信可能な様々なＲＡメッセージのタイプを要約するものである。通常のケースでは、タイプ−１（「１．非３ＧＰＰ ＵＥ用ＲＡ」）のＲＡメッセージが送信される。任意の３ＧＰＰ ＵＥの場合、タイプ−２（「２．３ＧＰＰ ＵＥ用ＲＡ」）のＲＡメッセージが送信される。

３ＧＰＰ ＵＥが発信元である一方的に送られてくる近隣広告によって作成される近隣キャッシュエントリが通信障害を引き起こす場合があることがすでに知られている（Ｊ．Ｌａｇａｎｉｅｒ、Ｓ．Ｎａｒａｙａｎａｎ、Ｐ．ＭｃＣａｎｎ、「プロキシＭＩＰｖ６モビリティアクセスゲートウェイと移動ノードとの間におけるインタフェース」、ＩＥＴＦ ｄｒａｆｔ−ｉｅｔｆ−ｎｅｔｌｍｍ−ｍｎ−ａｒ−ｉｆ−０３、２００８-０２-１３）。例えば、３ＧＰＰ ＵＥが宅内ネットワークから出た後であっても宅内ネットワーク内のいくつかのデバイスが所定の３ＧＰＰ ＵＥ用の近隣キャッシュエントリを保持していれば、上記デバイスはこの宅内ネットワークから出た３ＧＰＰ ＵＥに対してパケットを直接送信するように試みることができる。この問題を軽減するために、（ＭＡＧプロキシとして機能する）ＲＧＷは、３ＧＰＰ ＵＥのデタッチメントを検出した際に、一方的な近隣広告（ＮＡ）メッセージを送信する（Ｄ．Ｔｈａｌｅｒ、Ｍ．Ｔａｌｗａｒ、Ｃ．Ｐａｔｅｌ、「近隣探索プロキシ」、ＩＥＴＦ ｒｆｃ４３８９、２００６−０４を参照のこと）。上記ＮＡメッセージには、ターゲットＩＰアドレスとして３ＧＰＰ ＵＥのＩＰアドレス（ホームアドレス）が含まれると共に、リンク層アドレスとしてＲＧＷのＭＡＣアドレスが含まれるという点に留意されたい。ＭＡＧプロキシのこの動きは、Ｔｈａｌｅｒにより定義されたプロキシ近隣探索のコンセプトと一致するものである。また、ＲＧＷは、プロキシＡＲＰメッセージの送信を行うことにより３ＧＰＰ ＵＥのＩＰｖ４ホームアドレスのためにプロキシアドレス解決プロトコル（ＡＲＰ）を実行することができる（Ｓ．Ｃａｒｌ−Ｍｉｔｃｈｅｌｌ、Ｊ．Ｓ．Ｑｕａｒｔｅｒｍａｎによる「透過サブネットゲートウェイを実現するためのＡＲＰの利用」、ＩＥＴＦ ｒｆｃ１０２７、１９８７年１０月）。

図９は宅内ゲートウェイ（ＲＧＷ）機能を提供する装置１を示す概略図である。上記装置は、宅内ネットワークにアタッチされたユーザ機器（ＵＥ）とＷＡＮとの間でＩＰパケットのルーティングを行うためのＩＰパケットルータ２を備える。検出器３がＵＥによるセルラ通信システムのパケットコアネットワークへのアタッチメントを検出し、次いで、ＲＧＷと、パケットコアネットワークのブロードバンドネットワークゲートウェイとの間においてＩＰパケットトンネルを確立するように構成されたトンネル確立ユニット４へこの検出を伝える。ＩＰルータ２は、上記アタッチ済みユーザ機器へ及び該ユーザ機器から、前記ＩＰトンネルを介してＩＰパケットのルーティングを行うように構成される。また、上記装置は、パケットコアネットワークのホームプレフィックスをＢＮＧから受信する受信機５と、ルータ広告メッセージ内の上記ホームプレフィックスをＵＥへ送信する送信機６とを備える。

図１０はブロードバンドネットワークゲートウェイ（ＢＮＧ）機能を提供するように構成された装置７を示す概略図である。装置７は宅内ネットワークにアタッチされたユーザ機器と、セルラ通信システムのパケットコアネットワークとの間でＩＰパケットのルーティングを行うＩＰルータ８を備える。装置７は、ユーザ機器が前記パケットコアネットワークにアタッチされた際に、ＢＮＧと、宅内ネットワークの宅内ゲートウェイとの間でＩＰパケットトンネルを確立するように構成されたトンネル確立ユニット９をさらに備える。ＩＰルータ８は、上記アタッチ済みユーザ機器へ及び該ユーザ機器から、前記ＩＰパケットトンネルを介してＩＰパケットのルーティングを行うように構成される。また、上記装置は、前記宅内ゲートウェイを介して、動的ホスト制御プロトコル・オファー・メッセージ内に含まれているホームプレフィックスをユーザ機器へ送信する送信機１０も備える。

上述したメカニズムによって、（ＰＭＩＰｖ６クライアントである）３ＧＰＰ ＵＥは、プライベートＩＰアドレスを用いたＩＰマルチキャストルーティングとＩＰユニキャストルーティングとを含めて、ＩＰサービスの利点を最大にすることが可能となる。上記メカニズムは、必ずしも３ＧＰＰ ＵＥに対する何らかの新たな要件を生み出す必要はなく、従って、３ＧＰＰ技術仕様に定義された標準的な３ＧＰＰ ＵＥは、上述のＲＧＷに接続することが可能である。

本発明の範囲から逸脱することなく以上説明した実施形態に対して種々の変更を加えることが可能であることは、当業者に理解されるであろう。

Claims (19)

1. 宅内ネットワークと、セルラ通信システムのパケットコアネットワークを含む広域ネットワークと、の間にゲートウェイを提供するための装置であって、
   前記宅内ネットワークにアタッチしているユーザ機器と前記広域ネットワークとの間でＩＰパケットをルーティングするＩＰルータと、
   前記パケットコアネットワークに対する前記ユーザ機器のアタッチメントを検出する検出器と、
   前記パケットコアネットワークに対するユーザ機器のアタッチメントが前記検出器によって検出されると、自ユニットと前記パケットコアネットワークのブロードバンドネットワークゲートウェイとの間にパケットトンネルを確立するトンネル確立ユニットと、
   を備え、
   前記ＩＰルータは、前記パケットトンネル経由で、前記アタッチしているユーザ機器へ、かつ当該ユーザ機器から、ＩＰパケットをルーティングするように構成され、
   前記トンネル確立ユニットは、前記パケットコアネットワークに対する前記ユーザ機器のアタッチメントの間に前記ユーザ機器と前記ブロードバンドネットワークゲートウェイとの間で交換される動的ホスト制御プロトコル・メッセージを用いて、前記トンネルを確立するように構成される
   ことを特徴とする装置。
2. 前記パケットコアネットワークのホームプレフィックスを前記ブロードバンドネットワークゲートウェイから受信する受信機と、
   前記ホームプレフィックスを含むルータ広告メッセージを前記アタッチしているユーザ機器へ送信する送信機と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記送信機は、前記ルータ広告メッセージ中に、ソースリンクアドレスとして前記装置の媒体アクセス制御アドレスを含めるように構成される
   ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記受信機は、前記ブロードバンドネットワークゲートウェイから前記アタッチされたユーザ機器へと送信される動的ホスト制御プロトコル・オファー・メッセージから、ホームプレフィックスを抽出するように構成される
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の装置。
5. 前記トンネル確立ユニットは、レイヤ３トンネルを確立するように構成される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記トンネル確立ユニットは、
   ・汎用ルーティングカプセル化と、
   ・ＩＰＳｅｃと、
   ・ＩＰ−ｉｎ−ＩＰと、
   のうちの１つを用いて前記トンネルを確立するように構成される
   ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記検出器は、前記ブロードバンドネットワークゲートウェイから前記アタッチされたユーザ機器へと送信される動的ホスト制御プロトコル・オファー・メッセージを傍受し、当該メッセージ中に認証承認が含まれていることを観察することにより、アタッチメントを検出する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記認証承認は、拡張認証プロトコルの成功メッセージである
   ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記検出器は、アタッチされたユーザ機器による前記パケットコアネットワークからのデタッチメントを検出するように構成され、
   前記トンネル確立ユニットは、当該デタッチメントが検出されると、前記確立したトンネルを取り壊すように構成される
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記ユーザ機器のデタッチメントが検出されると、ターゲットＩＰアドレスとして当該デタッチされたユーザ機器のＩＰアドレスを含むと共にリンク層アドレスとして前記装置自身の媒体アクセス制御アドレスを含む近隣広告メッセージを送信するように構成された送信機を更に備える
    ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記検出器は、
    ・前記アタッチされたユーザ機器によって前記ブロードバンドネットワークゲートウェイへと送信される動的ホスト制御プロトコル・リリース・メッセージを傍受することと、
    ・前記ブロードバンドネットワークゲートウェイによって前記アタッチされたユーザ機器へと送信される動的ホスト制御プロトコルＮＡＣＫメッセージを傍受することと、
    のうちの一方によって、前記アタッチされたユーザ機器のデタッチメントを検出するように構成される
    ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
12. セルラ通信システムのパケットコアネットワークと広域ネットワークとの間にブロードバンドネットワークゲートウェイ機能を提供するための装置であって、
    宅内ゲートウェイ経由で前記広域ネットワークに結合されている宅内ネットワークにアタッチされたユーザ機器と、前記パケットコアネットワークと、の間でＩＰパケットをルーティングするＩＰルータと、
    前記パケットコアネットワークに前記ユーザ機器がアタッチされると、自ユニットと前記宅内ゲートウェイとの間にパケットトンネルを確立するトンネル確立ユニットと、
    を備え、
    前記ＩＰルータは、前記パケットトンネル経由で、前記アタッチしているユーザ機器へ、かつ当該ユーザ機器から、ＩＰパケットをルーティングするように構成され、
    前記トンネル確立ユニットは、前記パケットコアネットワークに対する前記ユーザ機器のアタッチメントの間に前記ユーザ機器と前記装置との間で交換される動的ホスト制御プロトコル・メッセージを用いて、前記トンネルを確立するように構成される
    ことを特徴とする装置。
13. 動的ホスト制御プロトコル・オファー・メッセージの中に含まれるホームプレフィックスを、前記宅内ゲートウェイ経由で前記ユーザ機器へ送信する送信機を更に備える
    ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 前記トンネル確立ユニットは、レイヤ３トンネルを確立するように構成される
    ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の装置。
15. 前記トンネル確立ユニットは、
    ・汎用ルーティングカプセル化と、
    ・ＩＰＳｅｃと、
    ・ＩＰ−ｉｎ−ＩＰと、
    のうちの１つを用いて前記トンネルを確立するように構成される
    ことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 宅内ゲートウェイを含む宅内ネットワーク中のユーザ機器と、セルラ通信システムのパケットコアネットワークと、の間でのＩＰパケットのルーティングを処理する方法であって、前記宅内ゲートウェイは、前記宅内ネットワークを、広域ネットワークと、当該広域ネットワークを前記パケットコアネットワークに結合させるブロードバンドネットワークゲートウェイと、に結合させ、前記方法は、
    動的ホスト制御プロトコル−認証プロトコルを用いて前記パケットコアネットワークに対して前記ユーザ機器をアタッチさせるステップと、
    前記宅内ゲートウェイにおいて、前記パケットコアネットワークに対する前記ユーザ機器のアタッチメントを検出するステップと、
    当該検出が行われると、前記宅内ゲートウェイと前記ブロードバンドネットワークゲートウェイとの間にパケットトンネルを確立するステップと、
    引き続いて前記パケットトンネル経由で前記ユーザ機器と前記パケットコアネットワークとの間でパケットをルーティングするステップと、
    を備え、
    前記宅内ゲートウェイと前記ブロードバンドネットワークゲートウェイとの間にパケットトンネルを確立する前記ステップは、動的ホスト制御プロトコル・メッセージ中で伝達される情報を利用するステップを含む
    ことを特徴とする方法。
17. 前記アタッチメントを検出するステップは、
    前記ブロードバンドネットワークゲートウェイから前記アタッチされたユーザ機器へと送信される動的ホスト制御プロトコル・オファー・メッセージを傍受するステップと、
    当該メッセージ中に認証承認が含まれていることを観察するステップと、
    を含む
    ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記宅内ゲートウェイ経由で前記ブロードバンドネットワークゲートウェイから前記ユーザ機器へと送信される動的ホスト制御プロトコル・メッセージの中に、前記パケットコアネットワークのホームプレフィックスを含めるステップを更に備える
    ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 前記動的ホスト制御プロトコル・メッセージから前記ホームプレフィックスを抽出するステップと、
    前記宅内ゲートウェイから前記ユーザ機器へと送信されるルータ広告メッセージの中に当該プレフィックスを含めるステップと、
    を更に備えることを特徴とする請求項１８に記載の方法。

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