JP5621622B2 - 通信システム、通信端末、ゲートウェイ、通信方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、通信システムに関し、特に、複数の通信方式をシームレスに切り替えることができる通信システムに関する。

近年、異なる特性を持つ複数の通信方式に対応している通信端末が普及している。通信方式の特性の例として、サービスの入手性には優れるが、通信速度、通信コストに劣る通信方式と、サービスの入手性には劣るが、通信速度、通信コストは優れる通信方式がある。

例えば、スマートフォンは、第３世代携帯電話の無線通信方式である３Ｇ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）と、無線ＬＡＮの通信方式に対応している。３Ｇと無線ＬＡＮを比較すると、３Ｇは基地局からの電波が遠距離まで到達するため、無線ＬＡＮよりもサービスの入手性が優れている。一方、無線ＬＡＮはアクセスポイントからの電波が近距離までしか到達しないが、３Ｇよりも、通信速度や通信コストが優れている。また、他の例としては、将来的には、３ＧとモバイルＷｉＭＡＸ、あるいは、３Ｇと、３Ｇの次世代規格であるＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）等の組み合わせに対応した通信端末も考えられる。このような例では、３Ｇは、既に普及し、基地局が密に設置されているため、サービスの入手性に優れる。一方、次世代規格の通信方式は、普及途上では、基地局が疎に設置されるため、サービスの入手性に劣るが、通信速度や通信コストが３Ｇより優れている。

このような背景から、利用できる限りは、サービスの入手性には劣るが、通信速度、通信コストに優れる通信方式を利用し、何らかの理由で、このような通信方式が利用できないときは、サービスの入手性には優れるが、通信速度、通信コストは劣る通信方式に切り替えたいというニーズがある。このようなニーズは、高速で快適な通信をしたいというサービス利用者、及び、通信コストの高い回線の使用量を減らしたいという通信事業者の双方に共通する。３Ｇと無線ＬＡＮに対応したスマートフォンでは、公衆の無線ＬＡＮスポットがある場合には、無線ＬＡＮスポットが利用される場合が多い。

しかし、一般に、複数の通信方式を切り替えながら通信すると、切り替えの際にコネクションが切断されてしまう問題が発生する。例えば、無線ＬＡＮの圏外へ出た場合、切り替え前に無線ＬＡＮで割り当てられていたＩＰアドレスが使用不能になる。そのため、通信相手が、そのＩＰアドレス宛てにパケットを送信しても、通信端末側ではパケットを受信できない。

これらの問題の対処する従来技術に、Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰとＳＣＴＰ（Ｓｔｒｅａｍ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）が挙げられる。

Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰは、通信端末に一意のＩＰアドレスを割り振る技術で、通信端末が別のネットワークに移動しても同じＩＰアドレスを使い続けられる。しかし、Ｍｏｂｉｌｅ ＩＰを使用するには、通信端末に固定のＩＰアドレスを割り振らなければならず、アドレスが枯渇しているＩＰｖ４で広く使うことは困難である。また、切り替わりの際、一時的にパケットが届かなくなるという問題がある。

ＳＣＴＰは、ネットワーク階層においてＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）やＵＤＰ（Ｕｓｅｒ Ｄａｔａｇｒａｍ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）と同じトランスポート層の通信プロトコルである。ＳＣＴＰで通信すると、複数の通信路を同時に使い、一部が通信不能になってもコネクションを維持するマルチホーミング機能を利用できる。しかし、広く普及しているＴＣＰやＵＤＰと互換性が無いので、ＳＣＴＰに未対応の既存のサービスと接続できないという問題がある。

特許第４３７７８１４号（特許文献１）には、シームレスなハンドオフを達成するために、通信端末と通信事業者のゲートウェイとの間はＳＣＴＰで接続し、ＳＣＴＰトンネリングを使用して、ＴＣＰやＵＤＰの通信を行う発明が開示されている。しかし、この方式には、次に挙げる２点の問題があると考えられる。第１に、通信端末とゲートウェイがＳＣＴＰに対応する必要があり、既存の機器への適用が困難である。この発明をＳＣＴＰに未対応の機器へ適用するには、当然ながら、ＳＣＴＰの機能を追加しなければならない。しかし、ＳＣＴＰは高度なトランスポート層の通信プロトコルであり、そのような機能を追加することは、一般に、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）のネットワーク処理を大きく変更する必要が生じる。第２に、ＳＣＴＰを利用することによる性能上のオーバーヘッドが考えられる。ＳＣＴＰの機能の一部には、既存のプロトコルで行う制御を考慮すると、重複、あるいは、過剰になってしまうものがある。例えば、ＵＤＰは、再送や輻輳制御を行わないため、ＳＣＴＰでトンネリングしない通常のＵＤＰを前提に作成されたアプリケーションでは、既に独自にそれらの処理を行っているか、再送による遅延が発生しないことを前提にしていると考えられる。そのため、ＳＣＴＰが、これらの処理を行うことはオーバーヘッドになり得る。

特許第４３７７８１４号

本発明の目的は、通信システムに大きな負荷をかけることなく、通信方式をシームレスに切り替えることができる通信システムを提供することにある。

本発明の通信システムは、通信端末と、サーバ端末と、前記通信端末と前記サーバ端末との通信を制御するゲートウェイとを備える通信システムにおいて、前記通信端末は、第１のネットワークに接続するために利用される第１のＩＰアドレスが割り当てられた第１のネットワークＩ／Ｆと、前記第１のＩＰアドレスが割り当てられたトンネルＩ／Ｆと、前記第１のＩＰアドレスが割り当てられたプロキシＩ／Ｆと、第２のネットワークに接続するために利用される第２のＩＰアドレスが割り当てられた第２のネットワークＩ／Ｆと、クライアントトンネリング通信処理を行うトンネリングクライアントと、前記第１のネットワークを利用するか、前記クライアントトンネリング処理を用いて前記第２のネットワークを利用するかを切り替える切り替えクライアントと、前記サーバを利用したサービスを利用するためのサービスクライアントとを備え、前記ゲートウェイは、サーバトンネリング通信処理を行うトンネリングサーバと、前記切り替えクライアントからの指示に応答して、前記第１のネットワークを利用するか、前記サーバトンネリング通信処理を用いて前記第２のネットワークを利用するかを切り替える切り替えサーバとを備える。

本発明の通信方法は、通信端末と、サーバ端末と、前記通信端末と前記サーバ端末との通信を制御するゲートウェイとを備える通信システムにおいて実施される通信方法である。前記通信端末は、第１のネットワークに接続するために利用される第１のＩＰアドレスが割り当てられた第１のネットワークＩ／Ｆと、前記第１のＩＰアドレスが割り当てられたトンネルＩ／Ｆと、前記第１のＩＰアドレスが割り当てられたプロキシＩ／Ｆと、第２のネットワークに接続するために利用される第２のＩＰアドレスが割り当てられた第２のネットワークＩ／Ｆとを備え、前記通信端末の切り替えクライアントが、前記第２のネットワークＩ／Ｆの利用可否の監視を行うステップと、前記通信端末の切り替えクライアントが、前記第２のネットワークＩ／Ｆが利用可能になった場合には、前記第１のネットワークＩ／Ｆを利用した通信を、前記トンネルＩ／Ｆ及び前記第２のネットワークＩ／Ｆを利用した通信に切り替えるステップと、前記通信端末の切り替えクライアントが、前記第２のネットワークＩ／Ｆが利用不可能になった場合には、前記トンネルＩ／Ｆ及び前記第２のネットワークＩ／Ｆを利用した通信を、前記第１のネットワークＩ／Ｆを利用した通信に切り替えるステップとを含む。

本発明によれば、通信システムに大きな負荷をかけることなく、通信方式をシームレスに切り替えることができる通信システムを提供することができる。

図１は、本実施形態における通信システム１００の構成図である。 図２は、本実施形態における通信システム１００において、通信端末１が、無線ＬＡＮＡＰ４０の圏外にあり、通信端末１が、３Ｇ回線の通信路１０１を利用してゲートウェイ２０と通信する定常状態を説明するための図である。 図３は、本実施形態における通信システム１００において、図２の定常状態で通信しているときの通信端末１のルーティングテーブル８の状態を示す図である。 図４は、本実施形態における通信システム１００において、図２の定常状態で通信しているときのゲートウェイ２０のフローテーブル２２の状態を示す図である。 図５は、本実施形態における通信システム１００において、通信端末１が、無線ＬＡＮＡＰ４０の圏内にあり、通信端末１が、無線ＬＡＮ回線を利用した通信路１０２、及びトンネリング回線として無線ＬＡＮ回線を利用した通信路１０３でゲートウェイ２０と通信する定常状態を説明するための図である。 図６は、本実施形態における通信システム１００において、図５の定常状態で通信しているときの通信端末１のルーティングテーブル８の状態を示す図である。 図７は、本実施形態における通信システム１００において、図５の定常状態で通信しているときのゲートウェイ２０のフローテーブル２２の状態を示す図である。 図８は、本実施形態における通信システム１００において、図５の定常状態で、通信端末１からサーバ端末３０へパケットを送信する際のＩＰヘッダのＤｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ＩＰアドレス、Ｓｏｕｒｃｅ ＩＰアドレスの状態を示す概略図である。 図９は、本実施形態における通信システム１００において、図５の定常状態で、サーバ端末３０から通信端末１へパケットを送信する際のＩＰヘッダのＤｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ＩＰアドレス、Ｓｏｕｒｃｅ ＩＰアドレスの状態を示す概略図である。 図１０は、本実施形態における通信システム１００において、通信端末１の切り替えクライアント１１のブロック図である。 図１１は、本実施形態における通信システム１００において、通信端末１の無線ＬＡＮ監視部１４による処理のフローチャートである。 図１２は、本実施形態における通信システム１００において、通信端末１の３Ｇ→トンネル切り替え部１５による処理のフローチャートである。 図１３は、本実施形態における通信システム１００において、通信端末１のトンネル→３Ｇ切り替え部１６による処理のフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の実施形態による通信システム１００を以下に説明する。

［構成の説明］
はじめに、本実施形態における通信システム１００の構成の説明を行う。図１は、本実施形態における通信システム１００の構成図である。

本実施形態の通信システム１００は、通信端末１と、サーバ端末３０と、通信端末１とサーバ端末３０との通信を制御するゲートウェイ２０とを備える。通信端末１は、３Ｇ基地局５０からの電波が届く場所では、３Ｇネットワーク６０を介して、ゲートウェイ２０との通信が可能である。また、インターネット７０と接続された無線ＬＡＮＡＰ４０からの電波が届く場所では、インターネット７０を介して、ゲートウェイ２０との通信が可能である。また、サーバ装置３０とゲートウェイ２０は、インターネット７０を介して接続されている。

通信端末１は、３ＧＩ／Ｆ２、無線ＬＡＮＩ／Ｆ３、トンネルＩ／Ｆ４、プロキシＩ／Ｆ５、送信Ｉ／Ｆ記憶部６、ＩＰ層処理部７、ルーティングテーブル８、ＴＣＰ層処理部９、ＵＤＰ層処理部１０、切り替えクライアント１１、トンネリングクライアント１２及びサービスクライアント１３を備える。

３ＧＩ／Ｆ２は、３Ｇネットワーク６０を利用してゲートウェイ２０と通信を行うためのネットワークＩ／Ｆである。３ＧＩ／Ｆ２には、３Ｇネットワーク６０を利用するためのＩＰアドレス１−１が割り当てられる。ＩＰアドレス１−１は、通信事業者から割り当てられる。

無線ＬＡＮＩ／Ｆ３は、無線ＬＡＮＡＰ４０を介してインターネット７０を利用してゲートウェイ２０と通信を行うためのネットワークＩ／Ｆである。無線ＬＡＮＩ／Ｆ３には、無線ＬＡＮＡＰ４０を介してインターネット７０を利用するためのＩＰアドレス１−２が割り当てられる。ＩＰアドレス１−２は、接続した無線ＬＡＮ内のＤＨＣＰサーバから動的に割り当てられるものであっても、事前に、接続環境に合わせて静的に割り当てられたものであってもよい。

トンネルＩ／Ｆ４は、通信端末１が、トンネリング接続を行う際に使用するネットワークＩ／Ｆである。トンネルＩ／Ｆ４には、３ＧＩ／Ｆ２と同じＩＰアドレスであるＩＰアドレス１−１が割り当てられる。

プロキシＩ／Ｆ５は、３ＧＩ／Ｆ２とトンネルＩ／Ｆ４の上位になるネットワークＩ／Ｆであり、３ＧＩ／Ｆ２とトンネルＩ／Ｆ４を、より上位の処理部であるＩＰ層処理部７から隠蔽する。プロキシＩ／Ｆ５には、３ＧＩ／Ｆ２及びトンネルＩ／Ｆ４と同じＩＰアドレスであるＩＰアドレス１−１が割り当てられる。

また、プロキシＩ／Ｆ５は、送信Ｉ／Ｆ記憶部６を備える。送信Ｉ／Ｆ記憶部６は、通信端末１からゲートウェイ２０へパケットを送信する際に使用するネットワークＩ／Ｆを示す送信Ｉ／Ｆ変数を記憶する。送信Ｉ／Ｆ変数は、３ＧＩ／Ｆ３、又はトンネルＩ／Ｆ４のいずれかを示す。プロキシＩ／Ｆ５は、パケットを送信する際の、ネットワークＩ／Ｆの切り替え器と捉えることができる。

プロキシＩ／Ｆ５は、３ＧＩ／Ｆ２とトンネルＩ／Ｆ４が受信したパケットを、ＩＰ層処理部７に渡す。プロキシＩ／Ｆ５は、受信については、送信Ｉ／Ｆ記憶部６の送信Ｉ／Ｆ変数によらずに、常に、３ＧＩ／Ｆ２とトンネルＩ／Ｆ４のどちらからもパケットを受信する。

３ＧＩ／Ｆ２、トンネルＩ／Ｆ４及びプロキシＩ／Ｆ５は、同一のＩＰアドレス１−１となるが、３ＧＩ／Ｆ２とトンネルＩ／Ｆ４はＩＰ層処理部７から隠蔽されており、ＩＰ層処理部７が、このＩＰアドレス１−１を認識するのはプロキシＩ／Ｆ４のみである。

ＩＰ層処理部７は、ルーティングテーブル８を備える。ＩＰ層処理部７は、送信するパケットの宛先ＩＰアドレスとルーティングテーブル８を参照して、パケットを送信するために使用するネットワークＩ／Ｆを決定する。

ＴＣＰ層処理部９は、ＴＣＰを利用してパケットを送信するために必要な処理を行う処理部である。

ＵＤＰ層処理部１０は、ＵＤＰを利用してパケットを送信するために必要な処理を行う処理部である。

切り替えクライアント１１は、ゲートウェイ２０の切り替えサーバ２４と連携して、通信方式及び通信路の切り替えを制御するアプリケーションである。図１０は、本実施形態における通信システム１００において、通信端末１の切り替えクライアント１１のブロック図である。切り替えクライアント１１は、無線ＬＡＮ監視部１４、３Ｇ→トンネル切り替え部１５及びトンネル→３Ｇ切り替え部１６を備える。無線ＬＡＮ監視部１４は、通信端末１と無線ＬＡＮとの接続状態を監視する。３Ｇ→トンネル切り替え部１５は、通信端末１の通信方式を、３Ｇ回線による接続から、トンネル回線による接続に切り替える。トンネル→３Ｇ切り替え部１６は、通信端末１の通信方式を、トンネル回線による接続から、３Ｇ回線による接続に切り替える。

トンネリングクライアント１２は、ゲートウェイ２０のトンネリングサーバ２５と連携して、通信端末１とゲートウェイ２０との間でトンネリング接続を行うアプリケーションである。

サービスクライアント１３は、サーバ装置３０と、ＴＣＰ又はＵＤＰを用いて通信し、通信端末１のユーザに、サービスを提供するためのアプリケーションである。

ゲートウェイ２０は、プログラマブルスイッチ２１、フローテーブル２２、スイッチコントローラ２３、切り替えサーバ２４及びトンネリングサーバ２５を備える。

プログラマブルスイッチ２１は、ゲートウェイ２０が受信するパケット、及びゲートウェイ２０が送信するパケットに対して、フローテーブル２２を用いて、経路制御を行うネットワークスイッチである。プログラマブルスイッチ２１は、スイッチコントローラ２３からの指示に従って、フローテーブル２２で保持している経路情報を更新する。

切り替えサーバ２４は、通信端末１の切り替えクライアント１１からの指示を受けるサーバである。切り替えサーバ２４は、通信端末１の切り替えクライアント１１からの指示に応じて、スイッチコントローラ２３に対して経路情報の更新を指示する。また、トンネリングサーバ２５に対して、通信路１０３を利用したトンネリング回線への接続開始指示及び接続停止指示を行う。

トンネリングサーバ２５は、通信端末１のトンネリングクライアント１２と連携して、ゲートウェイ２０と通信端末１との間で、トンネリング接続を行うためのパケットの処理を行う処理部である。

スイッチコントローラ２３、切り替えサーバ２４及びトンネリングサーバ２５には、それぞれ、ＩＰアドレス２−４、ＩＰアドレス２−３及びＩＰアドレス２−２が割り当てられているとする。また、図１中のゲートウェイ２０におけるＬｉｎｋ２−１は、データリンク層レベルでのプログラマブルスイッチ２１と３Ｇネットワーク６０との接続を表す。Ｌｉｎｋ２−２は、データリンク層レベルでのプログラマブルスイッチ２１とトンネリングサーバ２５との接続を表す。Ｌｉｎｋ２−３は、データリンク層レベルでのプログラマブルスイッチ２１と切り替えサーバ２４との接続を表す。Ｌｉｎｋ２−４は、データリンク層レベルでのプログラマブルスイッチ２１とスイッチコントローラ２３との接続を表す。Ｌｉｎｋ２−５は、データリンク層レベルでのプログラマブルスイッチ２１とインターネット７０との接続を表す。

サーバ端末３０は、通信端末１のユーザが、サービスクライアント１３によってサービスを受けるための、データを通信端末１へ提供する。サーバ端末３０には、ＩＰアドレス３−１が割り当てられているとする。

通信路１０１は、通信端末１とゲートウェイ２０が、３Ｇネットワーク６０を介して接続される場合の通信路を示す。通信路１０２は、通信端末１とゲートウェイ２０が、無線ＬＡＮＡＰ４０とインターネット７０を介して接続される場合の通信路を示す。通信路１０３は、通信端末１とゲートウェイ２０が、トンネリング回線として、無線ＬＡＮＡＰ４０とインターネット７０を利用する場合の通信路を示す。通信路１０４は、ゲートウェイ２０とサーバ端末３０が、インターネット７０を介して接続される場合の通信路を示す。

［動作方法の説明］
次に、本実施形態における通信システム１００において、通信方法の説明を行う。

まず、通信端末１とサーバ端末３０が、定常状態で、どのように通信するかを説明する。ここで、定常状態とは、本実施形態において、通信方式、通信路の切り替えを完了した後に、いずれか一方の通信方式、通信路を利用して、通信端末１とサーバ端末３０が通信している状態をいう。

（３Ｇ回線を利用した定常状態での動作）
図２は、本実施形態における通信システム１００において、通信端末１が、無線ＬＡＮＡＰ４０の圏外にあり、通信端末１が、３Ｇ回線の通信路１０１を利用してゲートウェイ２０と通信する定常状態を説明するための図である。このとき、図１で示した無線ＬＡＮを利用した通信路１０２、及び、無線ＬＡＮをトンネリング回線として利用した通信路１０３は、利用することができない。図２中の矢印は、通信端末１のサービスクライアント１３と、サーバ装置３０との間で送受信されるデータの経路を図示したものである。

図２の通信状態であるとき、通信端末１の送信Ｉ／Ｆ記憶部６に記憶されている送信Ｉ／Ｆ変数は、３ＧＩ／Ｆ２を示している。また、通信端末１のルーティングテーブル８の状態は、図３のようになっている。図３は、本実施形態における通信システム１００において、図２の定常状態で通信しているときの通信端末１のルーティングテーブル８の状態を示す図である。図３で示されているルーティングテーブル８の状態は、宛先ＩＰアドレスに既定値（０．０．０．０等）、リンク層Ｉ／ＦにプロキシＩ／Ｆ５が設定されているのみである。すなわち、特定のＩＰアドレス、及び、ネットワークに関するエントリが無いため、通信端末１から送信されるすべてのパケットは、プロキシＩ／Ｆ５を経由して、３Ｇ回線の通信路１０１に向けて送信される。

図２の通信状態であるとき、ゲートウェイ２０のフローテーブル２２の状態は、図４のようになっている。図４は、本実施形態における通信システム１００において、図２の定常状態で通信しているときのゲートウェイ２０のフローテーブル２２の状態を示す図である。図４のフローテーブル２２の１行目に示されているように、ゲートウェイ２０と通信端末１との通信は、３Ｇネットワーク６０を介した通信路１０１を利用するように設定されている。

３Ｇ回線を利用した定常状態での動作は、プロキシＩ／Ｆ５が介在する以外は、一般的な、従来の通信システムの動作と同様であると考えられるため、詳細な動作の説明を省略する。

（トンネル回線を利用した定常状態での動作）
図５は、本実施形態における通信システム１００において、通信端末１が、無線ＬＡＮＡＰ４０の圏内にあり、通信端末１が、無線ＬＡＮ回線を利用した通信路１０２、及びトンネリング回線として無線ＬＡＮ回線を利用した通信路１０３でゲートウェイ２０と通信する定常状態を説明するための図である。図５中の１０２の矢印は、通信端末１のサービスクライアント１３と、サーバ装置３０との間で送受信されるデータの経路において、トンネリングしていない経路を図示したものである。図５中の１０３の矢印は、通信端末１のサービスクライアント１３と、サーバ装置３０との間で送受信されるデータの経路において、トンネリングしている経路を図示したものである。

図５の通信状態であるとき、通信端末１の送信Ｉ／Ｆ記憶部６に記憶されている送信Ｉ／Ｆ変数は、トンネルＩ／Ｆ４を示している。また、通信端末１のルーティングテーブル８の状態は、図６のようになっている。図６は、本実施形態における通信システム１００において、図５の定常状態で通信しているときの通信端末１のルーティングテーブル８の状態を示す図である。図６で示されているルーティングテーブル８は、図３のルーティングテーブル８の状態に、宛先ＩＰアドレスが、ゲートウェイ２０のネットワークＩＰアドレスであるＩＰ２−＊の場合には、無線ＬＡＮＩ／Ｆ３を使用する設定が１行目に追加されている。

図５の通信状態であるとき、ゲートウェイ２０のフローテーブル２２の状態は、図７のようになっている。図７は、本実施形態における通信システム１００において、図７の定常状態で通信しているときのゲートウェイ２０のフローテーブル２２の状態を示す図である。図７で示されているルーティングテーブル８は、図４のルーティングテーブル８の状態に、宛先ＩＰアドレスが、通信端末１のＩＰアドレス１−１の場合には、Ｌｉｎｋ２−２を使用するように設定が変更されている。

次に、ルーティングテーブル８が、図６の状態であり、フローテーブル２２が図７の状態である場合に、通信端末１から、サーバ端末３０にパケットを送信する場合についての動作について説明する。

通信端末１は、ゲートウェイ２０内のサーバに向けたパケットに対しては、図６のルーティングテーブルの１行目のエントリに従って、直ちに無線ＬＡＮＩ／Ｆ３へ送り、通信端末１の外部へと送出する。

通信端末１は、ゲートウェイ２０内の宛先以外のパケットに対しては、図６のルーティングテーブルの２行目のエントリに従って、プロキシＩ／Ｆ５を介して、トンネルＩ／Ｆ４へ送る。通信端末１は、トンネルＩ／Ｆ４へ送られたパケットを、トンネリングクライアント１２により、カプセル化し、再び送信を試みる。カプセル化されたパケットは、宛先がゲートウェイ２０内のトンネリングサーバ２５のＩＰアドレス２−２になるため、無線ＬＡＮＩ／Ｆ３へ送られ、通信端末１の外へと送出される。

ゲートウェイ２０では、プログラマブルスイッチ２１が、カプセル化されたパケットを受信すると、図７のフローテーブル２２の２行目に従って、カプセル化されたパケットをトンネリングサーバ２５に送信する。トンネリングサーバ２５は、カプセル化されたパケットを、通常のパケットに戻し、プログラマプルスイッチ２１に、パケットを送信する。プログラマブルスイッチ２１は、図７のフローテーブル２２の５行目に従って、パケットをサーバ端末３０に送信する。

このようにして、通信端末１からサーバ端末３０へ送信するパケットが、トンネリングした通信路１０３により適切に届けられる。このときの、パケットの送信先ＩＰアドレスと送信元アドレスの状態をまとめると、図８のようになる。図８は、本実施形態における通信システム１００において、図５の定常状態で、通信端末１からサーバ端末３０へパケットを送信する際のＩＰヘッダのＤｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ＩＰアドレス、Ｓｏｕｒｃｅ ＩＰアドレスの状態を示す概略図である。

次に、ルーティングテーブル８が、図６の状態であり、フローテーブル２２が図７の状態である場合に、サーバ端末３０から、通信端末１にパケットを送信する場合についての動作について説明する。

ゲートウェイ３０のプログラマブルスイッチ２１は、サーバ端末３０から通信端末１へと送信されるパケットの宛先ＩＰアドレスがＩＰアドレス１−１であるため、フローテーブル２２の１行目に従って、パケットをトンネリングサーバ２５に送る。トンネリングサーバ２５が、パケットをカプセル化すると、宛先ＩＰアドレスは通信端末１の無線ＬＡＮ Ｉ／Ｆ３のＩＰアドレス１−２となる。トンネリングサーバ２５は、カプセル化されたパケットを、プログラマブルスイッチ２１に送信する。プログラマブルスイッチ２１は、フローテーブル２２の５行目の既定値に従って、インターネット７０、及び、無線ＬＡＮＡＰ４０を介して、通信端末１の無線ＬＡＮＩ／Ｆ３宛てに、カプセル化されたパケットを送信する。

通信端末１がカプセル化されたパケットを無線ＬＡＮＩ／Ｆ３で受信すると、カプセル化されたパケットは、トンネリングクライアント１２に届けられる。トンネリングクライアント１２が、パケットのカプセル化を解除すると、宛先がＩＰアドレス１−１であるオリジナルのパケットが復元される。オリジナルのパケットのデータは、トンネルＩ／Ｆ４、プロキシＩ／Ｆ５及びＩＰ層処理部７と、ＴＣＰ層処理部９又はＵＤＰ層処理部１０を介して、サービスクライアント１３に届けられる。

このようにして、サーバ端末３０から通信端末１へ送信するパケットが、トンネリングした通信路１０３により適切に届けられる。このときの、パケットの送信先ＩＰアドレスと送信元アドレスの状態をまとめると、図９のようになる。図９は、本実施形態における通信システム１００において、図５の定常状態で、サーバ端末３０から通信端末１へパケットを送信する際のＩＰヘッダのＤｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ ＩＰアドレス、Ｓｏｕｒｃｅ ＩＰアドレスの状態を示す概略図である。

図８及び図９で示されているように、通信端末１のサービスクライアント１３、及び、サーバ端末３０からは、ＩＰアドレス１−２は見えておらず、ＩＰアドレス１−１のみが見えている。そのため、通信端末１のサービスクライアント１３、及び、サーバ端末３０では、トンネリング回線を利用して通信していることが意識されることなく、３Ｇ回線で通信しているかのように見えている。

次に、本実施形態の通信端末１が切り替え動作を行う契機について説明する。図１１は、本実施形態における通信システム１００において、通信端末１の無線ＬＡＮ監視部１４による処理のフローチャートである。

（ステップＳ１）
無線ＬＡＮ監視部１４は、無線ＬＡＮの接続状態を取得する。

（ステップＳ２）
無線ＬＡＮ監視部１４は、無線ＬＡＮの接続状態が変化した場合には、ステップＳ３の処理に進む。無線ＬＡＮの接続状態が変化していない場合には、ステップＳ１の処理に進み、無線ＬＡＮとの接続状態の監視を続ける。

（ステップＳ３）
無線ＬＡＮ監視部１４は、新しい無線ＬＡＮ接続を検出した場合には、ステップＳ４の処理に進み、新しい無線ＬＡＮ接続の検出でない場合には、ステップＳ５の処理へ進む。

（ステップＳ４）
無線ＬＡＮ監視部１４は、３Ｇ→トンネル切り替え部１５の処理を呼び出す。

（ステップＳ５）
無線ＬＡＮ監視部１４は、接続中の無線ＬＡＮ接続を維持できない程の電波強度の低下を検出した場合には、ステップＳ６の処理に進み、接続中の無線ＬＡＮ接続を維持できない程の電波強度の低下でない場合には、ステップＳ１の処理へ進む。

（ステップＳ６）
無線ＬＡＮ監視部１４は、トンネル→３Ｇ切り替え部１６の処理を呼び出す。

次に、３Ｇ回線→トンネル回線への切り替え動作について説明する。図１２は、本実施形態における通信システム１００において、通信端末１の３Ｇ→トンネル切り替え部１５による処理のフローチャートである。

（ステップＳ１１）
３Ｇ→トンネル切り替え部１５は、ＩＰ処理部７のルーティングテーブル８に、無線ＬＡＮ接続のエントリを追加する。追加するエントリの例は、図６のルーティングテーブル８の１行目のエントリが該当する。この例では、ゲートウェイ２０への通信は、無線ＬＡＮＩ／Ｆ３を使用する設定が追加されている。

（ステップＳ１２）
３Ｇ→トンネル切り替え部１５は、トンネリングクライアント１２に、トンネル回線の接続処理の準備を行うように指示する。

トンネリングクライアント１２は、トンネル回線の接続処理として、送信元ＩＰアドレスが、ＩＰアドレス１−１であるパケットを、送信元ＩＰアドレスを無線ＬＡＮＩ／Ｆ３のＩＰアドレス１−２、送信先ＩＰアドレスをトンネリングサーバ２５のＩＰアドレス２−２のパケットとしてカプセル化する。また、ゲートウェイのトンネリングサーバ２５により、送信先ＩＰアドレスが、無線ＬＡＮＩ／Ｆ３のＩＰアドレス１−２にカプセル化されているパケットのカプセル化を解除する処理を行う。

３Ｇ→トンネル切り替え部１５は、トンネルクライアント１２が、上述のトンネル回線の接続処理の準備が完了するまで、３Ｇ→トンネル切り替え処理を停止する。例えば、処理を待ち合わせる方法は、トンネリングクライアント１２から、３Ｇ→トンネル切り替え部１５へ、準備完了通知が届くまで、３Ｇ→トンネル切り替え処理を停止する。

（ステップＳ１３）
３Ｇ→トンネル切り替え部１５は、切り替えサーバ２５に、トンネル回線への切り替えを行うように指示する。

切り替えサーバ２５は、スイッチコントローラ２３にプログラマブルスイッチ２１の設定を変更するように指示し、トンネリングサーバ２５にトンネル回線の接続処理の準備を行うように指示する。

スイッチコントローラ２３は、フローテーブル２２に対して、宛先ＩＰアドレスが、通信端末１のＩＰアドレス１−１の場合には、Ｌｉｎｋ２−２を使用するように設定を変更する。

トンネリングサーバ２５は、トンネル回線の接続処理として、送信先ＩＰアドレスが、ＩＰアドレス１−１であるパケットを、送信先ＩＰアドレスを無線ＬＡＮＩ／Ｆ３のＩＰアドレス１−２のパケットとしてカプセル化する。また、トンネリングクライアント１２により、送信先ＩＰアドレスが、トンネリングサーバ２５のＩＰアドレス２−２にカプセル化されたパケットのカプセル化を解除する処理を行う。

３Ｇ→トンネル切り替え部１５は、切り替えサーバ２４からの指示を契機とした、上述のゲートウェイ２０側のトンネル回線の接続処理の準備が完了するまで、３Ｇ→トンネル切り替え処理を停止する。例えば、処理を待ち合わせる方法は、切り替えサーバ２４から、３Ｇ→トンネル切り替え部１５へ、準備完了通知が届くまで、３Ｇ→トンネル切り替え処理を停止する。

（ステップＳ１４）
３Ｇ→トンネル切り替え部１５は、プロキシＩ／Ｆ５に、送信Ｉ／Ｆ記憶部６に格納された送信Ｉ／Ｆ変数を、トンネルＩ／Ｆ４を使用する設定に変更するように指示する。

３Ｇ→トンネル切り替え部１５は、プロキシＩ／Ｆ５が、送信Ｉ／Ｆ変数の更新を完了するまで、３Ｇ→トンネル切り替え処理を停止する。例えば、処理を待ち合わせる方法は、プロキシＩ／Ｆ５から、３Ｇ→トンネル切り替え部１５へ、準備完了通知が届くまで、３Ｇ→トンネル切り替え処理を停止する。

次に、トンネル回線→３Ｇ回線への切り替え動作について説明する。図１３は、本実施形態における通信システム１００において、通信端末１のトンネル→３Ｇ切り替え部１６による処理のフローチャートである。

（ステップＳ２１）
トンネル→３Ｇ切り替え部１６は、切り替えサーバ２５に、３Ｇ回線への切り替えを行うように指示する。

切り替えサーバ２５は、スイッチコントローラ２３にプログラマブルスイッチ２１の設定を変更するように指示し、トンネリングサーバ２５にトンネル回線の接続処理を停止するように指示する。

スイッチコントローラ２３は、フローテーブル２２に対して、宛先ＩＰアドレスが、通信端末１のＩＰアドレス１−１の場合には、Ｌｉｎｋ２−１を使用するように設定を変更する。

トンネリングサーバ２５は、トンネル回線の接続処理を停止する。

トンネル→３Ｇ切り替え部１６は、切り替えサーバ２４からの指示を契機とした、上述のゲートウェイ２０側のトンネル回線の接続処理の停止が完了するまで、トンネル→３Ｇ切り替え処理を停止する。例えば、処理を待ち合わせる方法は、切り替えサーバ２４から、トンネル→３Ｇ切り替え部１６へ、停止完了通知が届くまで、トンネル→３Ｇ切り替え処理を停止する。

（ステップＳ２２）
トンネル→３Ｇ切り替え部１６は、プロキシＩ／Ｆ５に、送信Ｉ／Ｆ記憶部６に格納された送信Ｉ／Ｆ変数を、３ＧＩ／Ｆ３を使用する設定に変更するように指示する。

トンネル→３Ｇ切り替え部１６は、プロキシＩ／Ｆ５が、送信Ｉ／Ｆ変数の更新を完了するまで、トンネル→３Ｇ切り替え処理を停止する。例えば、処理を待ち合わせる方法は、プロキシＩ／Ｆ５から、トンネル→３Ｇ切り替え部１６へ、準備完了通知が届くまで、トンネル→３Ｇ切り替え処理を停止する。

（ステップＳ２３）
トンネル→３Ｇ切り替え部１６は、トンネリングクライアント１２に、トンネル回線の接続処理の停止を行うように指示する。

トンネリングクライアント１２は、トンネル回線の接続処理を停止する。

トンネル→３Ｇ切り替え部１６は、トンネルクライアント１２が、上述のトンネル回線の接続処理の停止が完了するまで、トンネル→３Ｇ切り替え処理を停止する。例えば、処理を待ち合わせる方法は、トンネリングクライアント１２から、トンネル→３Ｇ切り替え部１６へ、停止完了通知が届くまで、トンネル→３Ｇ切り替え処理を停止する。

（ステップＳ２４）
トンネル→３Ｇ切り替え部１６は、ＩＰ処理部７のルーティングテーブル８から、無線ＬＡＮ接続のエントリを削除する。削除するエントリの例は、図６のルーティングテーブル８の１行目のエントリが該当する。

本実施形態の通信システム１００は、通信状況の変化に応じて適切な通信方式に切り替えているが、通信の切り替え時に、Ｅｎｄ−ｔｏ−ＥｎｄではＩＰアドレスが変化していない。また、本実施形態のプロキシＩ／Ｆ５は、受信パケットについては、常に、３ＧＩ／Ｆ３及びトンネルＩ／Ｆ４の両方からパケットを受信して、ＩＰ層処理部７へ渡している。そのため、通信コネクションの切断によるパケットのロス、再送、遅延等が生じない。

また、本実施形態の通信システム１００を実現するための性能上の影響は、トンネリング処理において、独自に再送や輻輳制御等の不要な処理を行わないため、パケットのカプセル化に関する軽量なトンネリング処理によるオーバーヘッドに留まる。

また、本実施形態の通信システム１００は、既に広く普及しているＩＰｖ４のＴＣＰ／ＩＰ上で実現しており、従来の通信端末に対しても、ＯＳのネットワーク処理の変更は、プロキシＩ／Ｆ５に対応させるための僅かな変更で導入が可能である。

本実施形態の通信システム１００は、携帯型の通信端末において、大容量のデータの取得、ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、音声・映像のストリーミング等のサービスを受ける場合等に適用すると効果的である。

以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。

１ 通信端末
２ ３ＧＩ／Ｆ
３ 無線ＬＡＮＩ／Ｆ
４ トンネルＩ／Ｆ
５ プロキシＩ／Ｆ
６ 送信Ｉ／Ｆ記憶部
７ ＩＰ層処理部
８ ルーティングテーブル
９ ＴＣＰ層処理部
１０ ＵＤＰ層処理部
１１ 切り替えクライアント
１２ トンネリングクライアント
１３ サービスクライアント
１４ 無線ＬＡＮ監視部
１５ ３Ｇ→トンネル切り替え部
１６ トンネル→３Ｇ切り替え部
２０ ゲートウェイ
２１ プログラマブルスイッチ
２２ フローテーブル
２３ スイッチコントローラ
２４ 切り替えサーバ
２５ トンネリングサーバ
３０ サーバ装置
４０ 無線ＬＡＮＡＰ
５０ ３Ｇ基地局
６０ ３Ｇネットワーク
７０ インターネット
１００ 通信システム
１０１ 通信路
１０２ 通信路
１０３ 通信路
１０４ 通信路

Claims (8)

1. 通信端末と、サーバ端末と、前記通信端末と前記サーバ端末との通信を制御するゲートウェイとを備える通信システムにおいて、ここで、前記ゲートウェイと前記通信端末は、第１のネットワークと第２のネットワークで接続され、いずれか一方のネットワークが利用可能であれば通信することができ、
   前記通信端末は、
   前記第１のネットワークに接続するために利用される第１のＩＰアドレスが割り当てられた第１のネットワークＩ／Ｆと、
   前記第１のＩＰアドレスが割り当てられたトンネルＩ／Ｆと、
   前記第１のＩＰアドレスが割り当てられたプロキシＩ／Ｆと、ここで、前記プロキシＩ／Ｆは、前記第１のネットワークＩ／Ｆと、前記トンネルＩ／Ｆを隠蔽するために設けられ、
   前記第２のネットワークに接続するために利用される第２のＩＰアドレスが割り当てられた第２のネットワークＩ／Ｆと、
   クライアントトンネリング通信処理を行うトンネリングクライアントと、ここで、前記クライアントトンネリング通信処理は、送信元ＩＰアドレスが、前記第１のＩＰアドレスであるパケットを、送信元ＩＰアドレスを前記第２のＩＰアドレス、送信先ＩＰアドレスを前記ゲートウェイのトンネリングサーバのＩＰアドレスのパケットとしてカプセル化し、前記ゲートウェイのトンネリングサーバにより、送信先ＩＰアドレスが、前記第２のＩＰアドレスにカプセル化されているパケットのカプセル化を解除する処理であり、
   前記第１のネットワークを利用するか、前記クライアントトンネリング処理を用いて前記第２のネットワークを利用するかを切り替える切り替えクライアントと、
   前記サーバを利用したサービスを利用するためのサービスクライアントと
   を備え、
   前記ゲートウェイは、
   サーバトンネリング通信処理を行うトンネリングサーバと、ここで、前記サーバトンネリング通信処理は、送信先ＩＰアドレスが、前記第１のＩＰアドレスであるパケットを、送信先ＩＰアドレスを第２のＩＰアドレスのパケットとしてカプセル化し、前記トンネリングクライアントにより、送信先ＩＰアドレスが、前記トンネリングサーバのＩＰアドレスにカプセル化されたパケットのカプセル化を解除する処理であり、
   前記切り替えクライアントからの指示に応答して、前記第１のネットワークを利用するか、前記サーバトンネリング通信処理を用いて前記第２のネットワークを利用するかを切り替える切り替えサーバと
   を備え、
   前記プロキシＩ／Ｆは、送信Ｉ／Ｆ変数を記憶する送信Ｉ／Ｆ記憶部を更に備え、ここで、前記送信Ｉ／Ｆ変数は、前記プロキシＩ／Ｆからパケットを送信する際に使用するネットワークＩ／Ｆを、前記第１のネットワークＩ／Ｆ、又は前記トンネルＩ／Ｆのどちらを使用するかを示す変数であり、
   前記プロキシＩ／Ｆは、送信するパケットに対しては、前記送信Ｉ／Ｆ変数を参照することにより、前記第１のネットワークＩ／Ｆ、又は前記トンネルＩ／Ｆを切り替えて送信し、受信するパケットに対しては、前記第１のネットワークＩ／Ｆ及び前記トンネルＩ／Ｆの両方から受信する
   通信システム。
2. 前記ゲートウェイは、
   パケットの送信先を、フローテーブルを参照して切り替えるプログラマブルスイッチと、
   前記フローテーブルの書き換えを行うことにより、前記プログラマブルスイッチを制御するスイッチコントローラと
   を更に備え、
   前記切り替えサーバは、
   前記スイッチコントローラに、前記第１のネットワークを利用するか、前記サーバトンネリング通信処理を用いて前記第２のネットワークを利用するかの指示を行う
   請求項１に記載の通信システム。
3. 前記第１のネットワークＩ／Ｆは、携帯電話網に接続するためのインタフェースであり、前記第２のネットワークＩ／Ｆは、無線ＬＡＮアクセスポイントへ接続するためのインタフェースである
   請求項１又は２に記載の通信システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の通信端末。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のゲートウェイ。
6. 通信端末と、サーバ端末と、前記通信端末と前記サーバ端末との通信を制御するゲートウェイとを備える通信システムにおいて、ここで、前記ゲートウェイと前記通信端末は、第１のネットワークと第２のネットワークで接続され、いずれか一方のネットワークが利用可能であれば通信することができ、
   前記通信端末は、
   前記第１のネットワークに接続するために利用される第１のＩＰアドレスが割り当てられた第１のネットワークＩ／Ｆと、
   前記第１のＩＰアドレスが割り当てられたトンネルＩ／Ｆと、
   前記第１のＩＰアドレスが割り当てられたプロキシＩ／Ｆと、ここで、前記プロキシＩ／Ｆは、前記第１のネットワークＩ／Ｆと、前記トンネルＩ／Ｆを隠蔽するために設けられ、
   前記第２のネットワークに接続するために利用される第２のＩＰアドレスが割り当てられた第２のネットワークＩ／Ｆと
   を備え、
   前記通信端末の切り替えクライアントが、前記第２のネットワークＩ／Ｆの利用可否の監視を行うステップと、
   前記通信端末の切り替えクライアントが、前記第２のネットワークＩ／Ｆが利用可能になった場合には、前記第１のネットワークＩ／Ｆを利用した通信を、前記トンネルＩ／Ｆ及び前記第２のネットワークＩ／Ｆを利用した通信に切り替えるステップと、
   前記通信端末の切り替えクライアントが、前記第２のネットワークＩ／Ｆが利用不可能になった場合には、前記トンネルＩ／Ｆ及び前記第２のネットワークＩ／Ｆを利用した通信を、前記第１のネットワークＩ／Ｆを利用した通信に切り替えるステップと
   を含み、
   前記トンネルＩ／Ｆ及び前記第２のネットワークＩ／Ｆを利用した通信に切り替えるステップは、
   前記通信端末の切り替えクライアントが、送信先ＩＰアドレスが前記ゲートウェイのネットワークＩＰアドレスに属する場合に、前記第２のネットワークＩ／Ｆを利用するように切り替えるステップと、
   前記通信端末の切り替えクライアントが、前記通信端末のトンネリングクライアントに、送信元ＩＰアドレスが、前記第１のＩＰアドレスであるパケットを、送信元ＩＰアドレスを前記第２のＩＰアドレス、送信先ＩＰアドレスを前記ゲートウェイのトンネリングサーバのＩＰアドレスのパケットとしてカプセル化する処理を行うように指示するステップと、
   前記通信端末の切り替えクライアントが、前記通信端末のトンネリングクライアントに、送信先ＩＰアドレスが、前記第２のＩＰアドレスとしてカプセル化されているパケットのカプセル化を解除する処理を行うように指示するステップと、
   前記通信端末の切り替えクライアントが、前記ゲートウェイの切り替えサーバに、前記カプセル化されたパケットの通信に切り替えるように指示するステップと、
   前記通信端末の切り替えクライアントが、前記通信端末のプロキシＩ／Ｆの設定を、前記トンネルＩ／Ｆを使用するように設定するステップと
   を含む通信方法。
7. 前記第１のネットワークＩ／Ｆを利用した通信に切り替えるステップは、
   前記通信端末の切り替えクライアントが、前記ゲートウェイの切り替えサーバに、前記第１のネットワークＩ／Ｆを利用した通信に切り替えるように指示するステップと、
   前記通信端末の切り替えクライアントが、前記通信端末のプロキシＩ／Ｆの設定を、前記第１のネットワークＩ／Ｆを使用するように設定するステップと、
   前記通信端末の切り替えクライアントが、前記通信端末のトンネリングクライアントに、前記カプセル化する処理、及び前記カプセル化を解除する処理を行わないように指示するステップと、
   前記通信端末の切り替えクライアントが、前記第２のネットワークＩ／Ｆを利用しないように設定するステップと
   を含む請求項６に記載の通信方法。
8. 請求項６又は７に記載の通信方法を通信端末に実行させるためのプログラム。
   

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