JP5712085B2 - ローカルルーティングノード - Google Patents
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Description
図23は、WiMAXシステムの概略を説明する図である。
WiMAXシステムは、移動体端末(MS:Mobile Station)400、MS401、MS402、基地局(BS:Base Station)300、BS310、BSを管理するアクセスサービスネットワーク−ゲートウェイ(ASN−GW:Access Service Network − Gateway)200、コネクティビティサービスネットワーク(CSN:Connectivity Service Network)500、仮想移動体サービス事業者(MVNO:Mobile Virtual Network Operator)のCSN501から構成される。CSN500、CSN501には、課金、認証に関わるトリプルエー(AAA:Authentication、Authorization、and Accounting)が存在する。またCSN501には、モバイルIPをサポートするシステムではホームエージェント(HA:Home Agent)が存在する。CSN500、CSN501は、インターネットサービスを提供している場合には、インターネット510と接続されている。
MS402、BS310、ASN−GW200、CSN500は、規定に従ったメッセージのやり取りを行い、MS402とBS310間に無線パス822、BS310とASN−GW200の間にGREカプセリングパス823、ASN−GW200とCSN500の間にモバイルIPパス825を確立する。MS402がインターネットにアクセスする場合、MS402は、ユーザデータを、無線データ7111としてBS310に送信する。BS310は、受信したユーザデータをASN−GW200へGREカプセリングデータ7112として転送する。さらに、ASN−GW200はユーザデータをCSN500へ、モバイルIPカプセリングデータ7113として転送する。CSN500はインターネット510へ、MS402が送信したユーザデータのフォーマットでユーザデータを転送する。
図25は、BSとASN−GW間のGREカプセリングデータのGREパケットフォーマットを示す図である。GREパケットは、IPヘッダ7050、GREヘッダ7051、ユーザデータ7052から成る。ユーザデータ7052はMS402が送信したIPパケットである。IPヘッダ7050には、BS310とASN−GW200のIPアドレスが格納され、GREトンネルを終端するBS310とASN−GW200の通信用アドレスとして使われる。GREヘッダ7051には、RFC2784およびRFC1701に規定されているGRE KEYが入っており、MS402の特定に使われる。
本実施例のWiMAXシステムは、MS400、MS401、MS402、BS300、BS310、ローカルルーティングノード(LRN:Local Routing Node)100、ASN−GW200、CSN500、MVNO CSN501を有する。LRN100が、本発明の特徴的な構成である。LRN100とASN−GW200間は、ネットワーク520によって接続される。CSN500、MVNO CSN501は、インターネット510に接続されている。LRN100は、複数のBS300、BS310を収容し、ASN−GW200と接続されている。
LRN100は、BS300、BS310およびネットワーク520と接続する物理インタフェースを備えるI/Oポート107、I/Oポート107から受信したデータを送信先および送信元によって適したI/Oポート107に送信するルータ/L3スイッチ部103、受信データをエンカプセリングするエンカプセレーション部104、エンカプセリングされた受信データをデカプセリングするデカプセレーション部105、受信データがIPsec対応の場合にIPsec処理を行うIPsec部106、受信データ量を収集する統計収集部102、ASN−GW200との通信及び各部の制御を行う制御部101、各部を接続する装置内バス108からなる。制御部101は、受信データがローカルルーティング対象か否かを判断するために用いられるテーブルを持つ。次に、このテーブルについて説明する。
この判断テーブルは、MS IPアドレス、MSが通信を行なっているBSのBS IPアドレス、MSがBSを介して接続されているASN−GWのASN−GW IPアドレス、Down Link GRE KEY、Up Link GRE KEY、Indexから成る。Down Linkとは、ユーザデータがASN−GW200からBS300、310へと転送される方向で、Up Linkとは、ユーザデータがBS300、310からASN−GW200へと転送される方向である。各項目に設定される値は、ASN−GW200から制御信号を介して通知される。
統計収集部102は、ローカルルーティング対象の受信データの統計情報を収集したテーブルを持つ。統計情報テーブルは、Indexに対応させて、Down Linkバイト数、Up Linkバイト数、Down Linkパケット数、Up Linkパケット数を持つ。統計情報テーブルのIndexは、図3のローカルルーティング判断テーブルのIndexと対応している。
図5は、本発明の一実施例におけるASN−GWの構成を説明する図である。
ASN−GW200は、図5のように2つの機能に分かれている。ASN−GW部210は、従来のASN−GWの処理を行い、LRN制御部212は、LRN100の制御およびローカルルーティング判定を行う。LRN制御部212には、MS情報テーブル、LRN特定処理に使用されるテーブル、ローカルルーティング判定に使用されるテーブルの3つののテーブルを保持している。これらのテーブルについて、図6ないし図8を用いて説明する。
MS情報テーブルは、図3のテーブルの要素にドメインが追加されているテーブルである。ドメインには、通信事業者やMVNO、サービスプロバイダのドメイン名を格納する。ドメインは、MSが契約した事業者を示すものでもある。
LRN特定処理テーブルは、BS IPアドレスとLRN IPアドレスの対応テーブルであり、BSがどのLRNに収容されているかを示すものである。
ローカルルーティング判定テーブルは、ドメインとLRNモードの対応テーブルである。LRNモードは、ローカルルーティング対象とする場合をON、ローカルルーティング非対象とする場合をOFFとする。例えば、Index1は、ドメインがhitachi.comで対応するLRNモードがONである。これは、hitachi.comのドメインを持つMSのユーザデータをローカルルーティング対象にするという意味である。一方、Index2に設定されているmobile.comのドメインを持つMSのユーザデータは、LRNモードがOFFであり、ローカルルーティング非対象となる。各ドメインのLRNモードをONにするか、OFFにするかは、ドメイン名に対応する通信事業者や、MVNO、サービスプロバイダによって決めることができる。
図9は、接続シーケンスにおけるローカルルーティングの設定手順の一例を説明する図である。
MS402は、接続要求時に、接続要求にあたるSBC−REQ800をBS310に送信する。SBC−REQ800を受信したBS310は、ASN−GW200に接続要求に当るMS_PreAttachment_Req.801を送信する。このMS_PreAttachment_Req801がLRN100を経由した場合は、LRN100はスイッチとしてルーティングを行い受信データの宛先に従いASN−GW200に転送する。ASN−GW200は、MS_PreAttachment_Req801を受信すると、図7で説明したLRN特定処理テーブルを使ってMS_PreAttachment_Req801を送信したBS310がどのLRNに収容されているかを特定する。
MS_PreAttachment_Req801を受信することで図10のステップが開始され、ステップ2012に進む。ステップ2012では、BSのIPアドレスを特定する。MS_PreAttachment_Req801には、送信元BSを特定するBS識別子があり、そのBS識別子によりBSのIPアドレスが特定できる。また、別の方法として、受信データのIPヘッダに含まれる送信元IPアドレスを見ることでもBSのIPアドレスを特定できる。BS IPアドレスを特定するとステップ2013に進む。ステップ2013では、図7のテーブルを使ってLRN100のIPアドレスを検索する。
図11に、ローカルルーティング判定処理のフローチャートを示す。
ローカルルーティング判定処理は、EAP−Response808の受信を契機に開始される。まず、ステップ2022に進みドメインを抽出する。EAP−Response808は、RFC3748で規定されているメッセージであり、その中には、ドメイン情報を含むIdentityが格納されている。Identitiyを見ることでMSのドメインが解る。ドメインの抽出後、ステップ2023に進み、該当MS402がローカルルーティングの対象か否かの判定を行う。この判定には、図8のローカルルーティング判定テーブルを使う。ローカルルーティング判定処置では、まずステップ2022で抽出したドメインが図8のテーブルに存在するか検索する。検索した結果、抽出したドメインが存在した場合は、そのドメインに対応するIndexを取得して、そのIndexに対応するLRNモードがONであれば、ステップ2024に進み、ローカルルーティング対象と判定してステップ2025に進み終了する。LRNモードがOFFであれば、ローカルルーティング非対象としてステップ2025に進み終了である。また、ステップ2023で検索した結果、一致するドメインが無い場合にもローカルルーティング非対象と判定してステップ2025に進む。
LRN設定要求は、IPヘッダ8271、UDPヘッダ8272、Type8273、情報要素8270を含む。Type8273は、LRN設定要求826とLRN設定応答827の区別に使う。情報要素8270には、ASN−GW200からLRN100に設定する情報をいれる。実施例1では、LRN設定要求826の情報要素8270として、MS IPアドレス、BS IPアドレス、ASN−GW200 IPアドレス、Down Link GRE KEY、Up Link GRE KEYの5要素を含ませる。IPsec対応の場合には、前述の5要素に加えてIPsec処理に必要な情報を入れることもできる。
LRNは、ルータ/L3スイッチ部103がユーザデータを受信したことを契機にフローを開始1031する。ステップ1032では、受信データのIPヘッダにあるProtocol TypeがGREであるか否かを判定する。GREである場合には、ステップ1033に進み、GREでない場合には、ステップ1038に進む。ステップ1038では、受信データの送信先IPアドレスがMS IPアドレスであるかの判定を行う。この受信データは、インターネットへのアクセスデータであるため、一致することはなく、NO判定でステップ1037に進みIPヘッダの宛先に従ったルーティング処理を行う。BS310とASN−GW200の間でやり取りされる接続シーケンスもステップ1032とステップ1038でNOと判定されてローカルルーティングされることなくASN−GW200へと転送される。
デカプセレーション処理では、図14の上段に示す、受信データであるGREカプセリングデータから、IPヘッダ7066とGREヘッダ7067を取り除き、ユーザデータ7068を抽出して、ステップ1036に進む。ステップ1036では、ユーザデータ7068のバイト数を計測して、ステップ1033で取得したIndexとバイト数を統計収集部102に通知する。統計収集部102は、通知されたバイト数を通知されたIndexに対応する図4の統計情報テーブルのUp Linkバイト数に加算するとともに、Up Linkパケット数を+1加算する。ステップ1036が終わると、ユーザデータ7068をルータ/L3スイッチ部103に転送してステップ1037に進む。ステップ1037では、ルーティング情報に従って、ユーザデータ7068を転送する。ユーザデータ7068の宛先IPアドレスは、インターネットの接続先のIPアドレスであるため、ネットワーク520がインターネット511と接続されている場合には、ネットワーク520からインターネット511に転送される。ステップ1034のGRE KEYによるローカルルーティング対象であるか否かの判定で、GRE KEYが不一致と判断した場合は、ローカルルーティング非対象の受信データと判断してステップ1037に進み、ルーティング情報に従って転送する。
ステップ1040のエンカプセレーション処理では、図15に示すように受信したユーザデータ7078にGREヘッダ7077とIPヘッダ7076を付与する。GREヘッダ7077のGRE KEYは、ステップ1038で取得したIndexに対応するDown Link GRE KEY1015を付与する。更に宛先IPアドレスとして、同じIndexのBS IPアドレス1013、送信元IPアドレスとして、ASN−GW IPアドレス1014を付与する。エンカプセレーション処理1040が終わるとGREカプセリングデータをルータ/L3スイッチ部103に転送してステップ1037に進む。ステップ1037では、ルーティング情報に従ってBS310に転送する。BS310は、LRN100から受信するデータは、ASN−GW200から受信したデータとみなし、無線データ7011としてMS402へと転送する。
図16は、切断シーケンスの一例を説明する図である。
MS402は、接続を切断したい場合、切断要求であるDRG−REQ840をBS310に送信する。BS310は、DRE−REQ840の受信を契機にBS310とASN−GW200の間で切断シーケンス(Path_Dereg_Req.842、Path_Dereg_Rsp.843、Path_Dereg_Ack844)を実行する。ASN−GW200は、BS310との切断シーケンスと同時にCSN500とのモバイルIPパス846を切断する。ASN−GW200は、LRN100に対してLRN設定解除要求847を送信する。このLRN設定解除要求847のフォーマットは、図12に示したLRN設定要求のフォーマットと同じであり、LRN設定要求かLRN設定解除要求であるかは、Type8273の内容で区別する。LRN設定解除要求の情報要素8270には、MS IPアドレス、Up Link GRE KEY、Down Link GRE KEYが含まれており、LRN設定解除要求847を受信したLRN100の制御部101は、図3のテーブルを検索して、一致したIndexの情報をクリアする。クリア後は、LRN100の統計収集部102から、このIndexに対応する図4のDown Linkバイト数、Up Linkバイト数、Down Linkパケット数、Up Linkパケット数を取得して、LRN設定解除応答848の情報要素8270に入れてASN−GW200に送信する。
図17は、同一LRNに接続された2台のMS間で通信を行う場合の接続シーケンスを説明する図である。
図17において、接続確立860および接続確立861と、接続確立865および接続確立866は、図9の800ないし825に対応する。図17のシーケンスに示すように、MS400とMS401が独立に図9の接続シーケンス800ないし825を実行することでBS300とLRN100の間にGREカプセリングパス864と869が確立できる。MS400からMS401へ送信したデータは、無線データ7700としてBS300に転送され、GREカプセリングデータ7701としてASN−GW200に転送するが、LRN100がGREカプセリングデータ7701から図13のフローチャートに従いユーザデータを抽出し、LRN100のルータ/L3スイッチ部103が宛先にルーティングする。同一LRN100が宛先を収容している場合には、I/Oポート107からユーザデータを受信したと判断され、再度、図13のフローチャートを実行する。その結果、GREカプセリングにエンカプセリングし、BS300へGREカプセリングデータ7702として転送する。BS300は、無線データ7703としてMS401に転送する。
このようにローカルルーティングノード内での折り返し通信により、通信遅延時間も削減もできる。
図18は、ローカルルーティング非対象であるMSを、ローカルルーティング対象に変更する処理を説明するシーケンス図である。 MS402は図9の接続シーケンスに従い接続を確立する。その過程でASN−GWは、LRN特定201とローカルルーティング判定202を行い、MS402はローカルルーティング非対象と判定し、MS402がインターネットと通信する際には、ASN−GW200とCSN500を介してインターネット510へ繋ぐ。
LRNによるローカルルーティングは、常時実施する場合の他、必要な時のみ実施する場合が考えられる。図19ないし図21に示したローカルルーティングモードの変更処理フローは、LRNまたはASN−GWが行う。
図19は、トラフィック量に基づいて、ローカルルーティングモードの設定を変更する場合のフローである。
ローカルルーティング判定203の判断フローチャートである。図19は、ステップ7032でASN−GW200を通るトラフィック量が予め決めていた閾値より多く、通信サービスの低下に繋がると判断した場合には、ステップ7033でローカルルーティング対象と変更する。逆にステップ7032で、トラフィック量が閾値より小さいと判断した場合には、ステップ7034にてローカルルーティング非対象へと変更ができる。
ASN−GW200を通るユーザデータの種類が特定アプリケーション(例えば、P2P)であった場合にその特定アプリケーションのデータのみローカルルーティング対象とすることができる。特定アプリケーションの特定は、ASN−GWにDPI(Deep Packet Inspection)機能を備え、DPIによって抽出したユーザデータパターンと予めローカルルーティング対象アプリケーションと決めたパターンと一致するかを判定することで実現する。また、外部装置(例えば、ファイアーウォール)によって特定アプリケーションを検出し、ASN−GWにアプリケーションを使用ているMSのIPアドレスを通知することでも実現可能である。
ネットワーク機器のメンテナンスをするため、保守者によりメンテナンス中との情報与えることにより、ローカルルーティング対象へと変更する。
図22は、実施例3におけるLRNの構成を説明する図である。
実施例3のLRNは、一般的なルータ/L3スイッチとLRN制御装置120の組み合わせでLRN100を構成する。実施例3のLRNは、図22に示すように、GREカプセリング機能を備えた一般的なルータ/L3スイッチ127と、LRN制御装置120から成り、LRN制御装置120は、I/Oポート125、ルータ/L3スイッチ127と接続されているルータインタフェース121、制御部122、L3スイッチ部124、各機能部を接続する接続バス123から構成される。
101 制御部
102 統計収集部
103 ルータ/L3スイッチ部
104 エンカプセレーション部
105 デカプセレーション部
106 IPsec部
107 I/Oポート
108 装置内バス
120 LRN制御装置
121 ルータインタフェース
122 制御部
123 装置内バス
124 L3スイッチ部
125 I/Oポート
127 ルータ/L3スイッチ
128 I/Oポート
200 ASN−GW
210 ASN−GW部
211 装置内バス
212 LRN制御部
Claims (8)
- 複数の基地局が少なくとも一つのルータ経由でネットワークを介してゲートウェイと接続され、さらにそれら複数の基地局のそれぞれが複数の移動体端末と通信を行うような階層構造を有する移動体通信システムにおいて、
前記複数の基地局のうちのいくつかの基地局を収容するとともに前記ゲートウェイ装置と前記ネットワークを介して接続するルータにローカルルーティング情報を格納する第1のテーブルを設け、
前記ゲートウェイに、前記第1のテーブルを設けたルータを制御するローカルルーティング制御部を設け、
前記ゲートウェイのローカルルーティング制御部は、前記第1のテーブルを設けたルータのアドレスと、該ルータに接続された基地局のアドレスを対応づけて記憶した第2のテーブルを有し、移動体端末から基地局経由で呼接続要求を受信すると、前記第2のテーブルを参照して経由している基地局が前記第1のテーブルを設けたルータに接続されているか否か判定し、接続されている場合には、前記経由している基地局とゲートウェイ間のカプセリング情報を前記第1のテーブルを設けたルータに通知し、
前記第1のテーブルを設けたルータは、ゲートウェイから通知されたカプセリング情報を前記第1のテーブルに格納し、前記移動体端末から受信した前記ゲートウェイ宛てのユーザデータのカプセリング情報が、前記第1のテーブルに格納したカプセリング情報と一致するか否かを判断し、一致している場合には、前記ゲートウェイに前記ユーザデータを送信せずに、ローカルルーティングを行うことを特徴とする移動体通信システム。 - 請求項1に記載の移動体通信システムであって、前記第1のテーブルを設けたルータは、前記ローカルルーティングにより通信を行なった場合の統計情報を記憶するための統計情報テーブルを有し、
前記第1のテーブルを設けたルータは、ローカルルーティングをおこなった通信の切断処理時に、前記統計情報テーブルから統計情報を取得し、前記ゲートウェイに送信することを特徴とする移動体通信システム。 - 請求項1に記載の移動体通信システムであって、前記第1のテーブルを設けたルータは、エンカプセリング部およびデカプセリング部を有し、
前記基地局とゲートウェイ間のカプセリング情報は、前記呼接続要求を送信した移動体端末のアドレス、前記経由している基地局のアドレス、前記ゲートウェイのアドレス、ダウンリンクのカプセリングキーおよびアップリンクのカプセリングキーであることを特徴とする移動体通信システム。 - 複数の基地局が少なくとも一つのルータ経由でネットワークを介してゲートウェイと接続され、さらにそれら複数の基地局のそれぞれが複数の移動体端末と通信を行うような階層構造を有する移動体通信システムにおいて、前記複数の基地局のうちのいくつかの基地局を収容するとともに前記ゲートウェイ装置と前記ネットワークを介して接続するルータであって、
前記ゲートウェイから、収容している基地局と前記ゲートウェイ間のカプセリング情報を受け取って格納するための第1のテーブルと、
前記移動体端末から受信した前記ゲートウェイ宛てのユーザデータのカプセリング情報と前記第1のテーブルに格納したカプセリング情報の一致を判定する手段と、
前記移動体端末から受信した前記ゲートウェイ宛てのユーザデータのカプセリング情報と前記第1のテーブルに格納したカプセリング情報が一致している場合には、前記ゲートウェイに前記ユーザデータを送信せずに、ローカルルーティングを行う手段を有することを特徴とするルータ。 - 請求項4に記載のルータであって、
前記ローカルルーティングを行ったユーザデータのパケット数およびデータ量を測定する手段と、測定したパケット数およびデータ量を統計情報として記憶する手段を備え、
前記移動体端末の通信の切断時に、
前記記憶した統計情報を前記ゲートウェイに通知することを特徴とするルータ。 - 複数の基地局が少なくとも一つのルータ経由でネットワークを介してゲートウェイと接続され、さらにそれら複数の基地局のそれぞれが複数の移動体端末と通信を行うような階層構造を有する移動体通信システムにおける前記ゲートウェイであって、
ゲートウェイ機能を有するゲートウェイ部と、ローカルルーティング制御部とを有し、
前記ローカルルーティング制御部に、前記ルータのうちローカルルーティング情報を格納する第1のテーブルを有するルータのアドレスと該ローカルルーティング情報を格納する第1のテーブルを有するルータに接続されている基地局のアドレスを対応づけた第2のテーブルを備え、
前記ローカルルーティング制御部は、移動体端末から基地局経由で呼接続要求を受信すると、前記第2のテーブルを参照して経由している基地局が前記第1のテーブルを有するルータに接続されているか否か判定し、接続されている場合には、前記経由している基地局とゲートウェイ間のカプセリング情報をローカルルーティング情報として前記第1のテーブルを有するルータに通知することを特徴とするゲートウェイ。 - 請求項6に記載のゲートウェイであって、
移動体端末毎にローカルルーティング対象か非対象であるかの判断を行うための判断テーブルをさらに有し、
前記判断テーブルは、移動体端末が契約している通信事業者を示すドメイン名によってローカルルーティング対象か非対象であるかのフラグが設定されていることを特徴とするゲートウェイ。 - 請求項6に記載のゲートウェイであって、
前記ローカルルーティング対象の移動体端末について、前記経由している基地局とゲートウェイ間のカプセリング情報を前記第1のテーブルを有するルータに通知するか否かの判断は、前記ゲートウェイを通過するトラフィック量によって決めることを特徴とするゲートウェイ。
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