JP5947763B2 - 通信システム、通信方法、および、通信プログラム - Google Patents
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例えば、非特許文献1には、標準化団体である3GPP(3rd Generation Partnership Project)が規定する機能要素が記載されている。
一方、非特許文献2には、標準化団体であるBroadband Forumが規定する機能要素が記載されている。
しかし、非特許文献1,2では、単に機能要素が記載されているだけであり、具体的な方式は決定されていない。
Wi-Fiアクセスポイントは、ユーザの端末として、自宅PCと、UE(User Equipment)とを収容している。自宅PCは、Wi-Fiアクセスポイントから固定網事業者網を経由して、インターネットにPCパケットを通信する装置である。
UEは、Wi-Fiアクセスポイントから固定網事業者網→移動体事業者網を経由して、移動体網独自サービスの網にUEパケットを通信する装置である。
自宅PC8(下流)からインターネット7d(上流)へ流れるパケット(図1の破線矢印で示すパケット)を、以下では「上りPCパケット(上り固定網パケット)」と呼ぶ。一方、「上りPCパケット」とは逆方向に流れる(つまり、上流から下流に流れる)パケットを、以下では「下りPCパケット(下り固定網パケット)」と呼ぶ。上りPCパケットと下りPCパケットとを合わせて、「PCパケット」と呼ぶ。
Wi-Fiアクセスポイント3に収容されるUE4(下流)から移動体事業者網7bやその先の移動体網独自サービス(上流)へ流れるパケット(図6の破線矢印で示すパケット)を、以下では「上りUEパケット」と呼ぶ。一方、「上りUEパケット(上り移動網パケット)」とは逆方向に流れる(つまり、上流から下流に流れる)パケットを、以下では「下りUEパケット(下り移動網パケット)」と呼ぶ。上りUEパケットと下りUEパケットとを合わせて、「UEパケット」と呼ぶ。
しかし、図1(a)の通信システムは、図6の通信システムとは異なり、VLANトンネル(固定網トンネル)の数は、UE4の数に関係なく、1台のWi-Fiアクセスポイント3あたり1つ用意される。そして、図1のVLANトンネルは、PCパケットを通過させるとともに、UE用トンネル(移動網トンネル)が貫通(カプセリング)している。UE用トンネルも、UE4の数に関係なく1台のWi-Fiアクセスポイント3あたり1つだけ用意される。UE用トンネルは、UEパケットを通過させるためのトンネルである。
VLANトンネルを流れるPCパケットには、パケットの外側(先頭側)から順に、Ethernet(登録商標)のヘッダ、Wi-Fi AP/UE 共用VLANの情報(レイヤ2の回線識別子であり、適宜「VLAN」と略す)、パケットのデータ内容を示すペイロードが順に連結されている。なお、Ethernetは、図2で示すネットワーク別パケット振分装置2aとWi-Fiアクセスポイント3との間のネットワークであり、そのEthernet上にVLANが構築されている。
UE用トンネルを流れるUEパケットには、パケットの外側から順に、Ethernetのヘッダ、Wi-Fi AP/UE 共用VLANの情報、UE用ヘッダ(移動網用ヘッダ)、パケットのデータ内容を示すペイロードが順に連結されている。UEパケットの構成要素として、UE用ヘッダ以外は、PCパケットの構成要素と同じである。なお、UE用ヘッダは、例えば、RFC(Request for Comments)2784に規定されるGRE(Generic Routing Encapsulation)の形式で記述される。
移動体事業者網7bには、インターネット7dへのゲートウェイであるネットワーク中継装置9bに加え、ネットワーク別パケット振分装置2aとS2a I/F(Interface)で接続されるパケット転送装置2bと、回線認証サーバ1aとSWd I/Fで接続されるUE管理サーバ1bとが備えられている。
一方、固定網事業者網7a配下のWi-Fiアクセスポイント3に収容されるUE4が、固定網事業者網7aとは別の移動体事業者網7bにアクセス(UE4→Wi-Fiアクセスポイント3→ネットワーク別パケット振分装置2a→パケット転送装置2bのルート)するためには、UE管理サーバ1bの認証が必要である(各認証処理の詳細は、図4,図5で後記)。
ネットワーク別パケット振分装置2aは、ネットワーク中継装置9aなどを介して受信した下りPCパケットを、VLANトンネルを介してWi-Fiアクセスポイント3へ振り分ける。
ネットワーク別パケット振分装置2aは、パケット転送装置2bなどを介して受信した下りUEパケットを、UE用トンネルを介してWi-Fiアクセスポイント3へ振り分ける。
回線認証サーバ1aは、回線情報管理部11aと、ネットワーク間認証部12aと、アドレス払出許可部13aとを有する。
UE管理サーバ1bは、UE認証情報管理部11bと、ネットワーク間認証部12bとを有する。
ネットワーク別パケット振分装置2aは、UE用ヘッダ終端部21aと、アドレス払出機能部22aと、UEアドレス払出中継部23aと、UE認証処理中継部24aと、Wi-Fi AP発着パケット中継部25aと、Wi-Fi AP/UE振分機能部26aと、ネットワーク振分機能部27aと、VLAN終端部28aとを有する。
パケット転送装置2bは、UE発着パケット中継部21bと、UEアドレス払出機能部22bとを有する。
VLANトンネルのためのIPアドレスは、固定網事業者網7aによって払い出され、UE用トンネルのためのIPアドレスは、移動体事業者網7bによって払い出される。つまり、2つのIPアドレスが、異なる事業者網によって独立して払い出される。
アドレス払出機能部22aは、アドレス払出許可部13aからの許可を得て、DHCP requestの送信元であるWi-Fiアクセスポイント3に対して、VLANトンネルのためのIPアドレスを払い出す。このIPアドレスは、固定網事業者網7aが管理している。
VLAN終端部28aおよびVLAN終端部34は、払い出されたIPアドレスを用いて、VLANトンネルを確立する。また、払い出されたIPアドレスが使用できなくなったときには、VLAN終端部28aおよびVLAN終端部34は、確立したVLANトンネルを除去する。
上りPCパケットは、VLANトンネル(VLAN終端部34→VLAN終端部28a)→Wi-Fi AP/UE振分機能部26a→Wi-Fi AP発着パケット中継部25a→ネットワーク中継装置9a→インターネット7dのルートで伝送される。上りPCパケットや上りUEパケット内のVLAN(図1の「Wi-Fi AP/UE共用VLAN」)は、VLAN終端部28aによって除去される。
下りPCパケットは、インターネット7d→ネットワーク中継装置9a→Wi-Fi AP発着パケット中継部25a→Wi-Fi AP/UE振分機能部26a→VLANトンネル(VLAN終端部28a→VLAN終端部34)のルートで伝送される。下りPCパケットや下りUEパケット内のVLAN(図1の「Wi-Fi AP/UE共用VLAN」)は、VLAN終端部28aによって付加される。
なお、Wi-Fi AP/UE振分機能部26aは、パケット内のUE用ヘッダの有無により、PCパケットかUEパケットかを区別することができる。
下りUEパケットは、UE発着パケット中継部21b→ネットワーク振分機能部27a→UE用ヘッダ終端部21a→Wi-Fi AP/UE振分機能部26a→VLAN終端部28aのルートで伝送される。ここで、下りUEパケット内のUE用ヘッダは、UE用ヘッダ終端部21aによって付加される。
Wi-Fiアクセスポイント3は、UE用ヘッダ終端部31と、UE認証処理中継部32と、Wi-Fi AP/UE振分機能部33と、VLAN終端部34と、NAT変換部35とを有する。NAT変換部35は、図2で説明した宅内LANを構築するための処理部である。
UE4は、UEパケット終端部41と、UE認証処理部42とを有する。
なお、図4の構成要素のうちの認証処理に関する処理部(UE認証処理中継部32、UE認証処理部42)は、後記する図5の説明で明らかにし、以下では認証処理に関する処理部以外の処理部を説明する。
上りPCパケットは、自宅PC8→NAT変換部35→Wi-Fi AP/UE振分機能部33→VLAN終端部34→VLAN終端部28aのルートで伝送される。上りPCパケットや上りUEパケット内のVLAN(図1の「Wi-Fi AP/UE共用VLAN」)は、VLAN終端部34によって付加される。
下りPCパケットは、VLAN終端部28a→VLAN終端部34→Wi-Fi AP/UE振分機能部33→NAT変換部35→自宅PC8のルートで伝送される。下りPCパケットや下りUEパケット内のVLAN(図1の「Wi-Fi AP/UE共用VLAN」)は、VLAN終端部34によって除去される。
なお、Wi-Fi AP/UE振分機能部33は、パケット内のUE用ヘッダの有無により、PCパケットかUEパケットかを区別することができる。
下りUEパケットは、VLAN終端部28a→VLAN終端部34→Wi-Fi AP/UE振分機能部33→UE用ヘッダ終端部31→UEパケット終端部41のルートで伝送される。ここで、下りUEパケット内のUE用ヘッダは、UE用ヘッダ終端部31によって除去される。
S10(UE登録処理)について、説明する。
自宅PC8は、Wi-Fiアクセスポイント3経由の接続を許可したい、または、許可を取り消したいUE4のMAC(Media Access Control)アドレスの申請を、ユーザから受け付ける。自宅PC8は、受け付けた申請を、NAT変換部35→Wi-Fi AP/UE振分機能部33→VLAN終端部34→VLAN終端部28a→Wi-Fi AP/UE振分機能部26a→UE認証処理中継部24a→回線情報管理部11aのルートで、送信する。
回線情報管理部11aは、受信した申請(UE4のMACアドレス)を、Wi-Fiアクセスポイント3の回線情報(VLAN、ポート番号)に対応付けて自身が管理する回線情報に反映(作成・削除・更新)する。
なお、回線情報管理部11aは、自宅PC8から申請を受け付ける代わりに、事前に、固定網事業者網7a内のSO(Service Order)投入サーバ(図示省略)から申請内容が記載されたサービス定義ファイルを受信して、自身が管理する回線情報に反映してもよい。
UE認証処理中継部32は、S11の802.1xパケットをRADIUSパケットに変換し、UE4のMACアドレス、回線情報、および、EAP-SIM/AKA(Extensible Authentication Protocol−Subscriber Identity Module/Authentication and Key Agreement)識別子を、変換したRADIUSパケットに含める。
そして、UE認証処理中継部32は、RADIUSパケットを、UE認証処理中継部32→Wi-Fi AP/UE振分機能部33→VLAN終端部34→VLAN終端部28a→Wi-Fi AP/UE振分機能部26a→UE認証処理中継部24a→回線情報管理部11a→ネットワーク間認証部12aのルートで送信する。
これにより、S14の応答で認証許可されたMACアドレスが、詐称されていないMACアドレスであることが保証されるので、適切なUE4だけを接続許可することができる。
S22(アドレス要求処理)について、説明する。
UE認証処理中継部32は、S21で受け付けたUE4について、DHCP Requestによりアドレス払い出しをネットワークへ要求する。DHCP Requestは、UE認証処理中継部32→Wi-Fi AP/UE振分機能部33→VLAN終端部34→VLAN終端部28a→Wi-Fi AP/UE振分機能部26a→UE用ヘッダ終端部21a→UEアドレス払出中継部23a→UEアドレス払出機能部22bのルートでリレー(転送)される。
S30(通信処理)について、説明する。UE4は、S23で払い出されたアドレスのUE用トンネルを用いて、通信相手(他のUE4など)とデータ通信を開始することができる。
本実施形態では、固定網事業者網7aの認証により利用できるVLANトンネルと、移動体事業者網7bの認証により利用できるUE用トンネルとを併用することにより、Wi-Fiアクセスポイント3が1台あたり1つのVLANを構築するだけで、インターネットサービスとWi-Fiオフロードサービスとを、Wi-Fiアクセスポイント3のユーザに利用させることができる。
一方、図6に示した従来の場合では、VLANトンネルが複数本必要であり、その本数の増加に伴ってWi-Fiアクセスポイント3の性能や管理コストに負担をかけてしまっていた。
さらに、固定網事業者網7aが、移動体網で管理するユーザ情報(EAP-SIM/AKA)を直接保持せずに、その情報を保持するUE管理サーバ1bへの問い合わせを行う本実施形態の構成は、移動体網事業者にとってのセキュリティ観点から望ましい。
一方、移動体網で管理するユーザ情報を使用せずに、MACアドレスだけでUE4の認証を行ってしまうと、MACアドレスを詐称したUE4まで不正にWi-Fiアクセスポイント3に接続されてしまう。
1b UE管理サーバ(移動網認証サーバ)
2a ネットワーク別パケット振分装置(振分装置)
2b パケット転送装置(転送装置)
3 Wi-Fiアクセスポイント(アクセスポイント)
4 UE(移動網端末)
7a 固定網事業者網(固定網)
7b 移動体事業者網(移動網)
7d インターネット
8 自宅PC(固定網端末)
11a 回線情報管理部
12a ネットワーク間認証部
13a アドレス払出許可部
11b UE認証情報管理部
12b ネットワーク間認証部
21a UE用ヘッダ終端部
21b UE発着パケット中継部
22a アドレス払出機能部
22b UEアドレス払出機能部
23a UEアドレス払出中継部
24a UE認証処理中継部
25a Wi-Fi AP発着パケット中継部
26a Wi-Fi AP/UE振分機能部
27a ネットワーク振分機能部
28a VLAN終端部
31 UE用ヘッダ終端部
32 UE認証処理中継部
33 Wi-Fi AP/UE振分機能部
34 VLAN終端部
35 NAT変換部
41 UEパケット終端部
42 UE認証処理部
Claims (6)
- 固定網によって端末情報が管理される固定網端末、および、移動網によって端末情報が管理される移動網端末がそれぞれ収容されるアクセスポイントと、
前記固定網内に配置され、前記アクセスポイントを収容する振分装置と、
前記移動網内に配置され、前記振分装置と接続される転送装置と、がネットワークで接続されて構成され、
前記振分装置は、
前記アクセスポイントとの間のレイヤ2ネットワーク上に、固定網トンネルをトンネリングするとともに、前記固定網トンネル上に移動網トンネルをトンネリングし、
前記固定網端末を送信元とする上り固定網パケットを、前記固定網トンネルを介して受信したときは、前記固定網内の他装置に転送し、前記固定網端末を送信先とする下り固定網パケットを、前記固定網トンネルを介して前記アクセスポイントへ送信し、
前記移動網端末を送信元とする上り移動網パケットを、前記移動網トンネルを介して受信したときは、前記転送装置に転送し、前記移動網端末を送信先とする下り移動網パケットを、前記移動網トンネルを介して前記アクセスポイントへ送信することを特徴とする
通信システム。 - 前記アクセスポイントは、前記移動網トンネルを介して送信する前記上り移動網パケットには、移動網用ヘッダを付加し、
前記振分装置は、受信したパケット内に前記移動網用ヘッダが付加されているときには、受信したパケットを前記上り移動網パケットと判断し、受信したパケット内に前記移動網用ヘッダが付加されていないときには、受信したパケットを前記上り固定網パケットと判断することを特徴とする
請求項1に記載の通信システム。 - 前記振分装置は、受信した前記上り移動網パケット内の前記移動網用ヘッダから読み取った、前記移動網端末のIMSI(International Mobile Subscriber Identity)をもとに、受信した前記上り移動網パケットの送信先の前記転送装置を1台に特定することを特徴とする
請求項2に記載の通信システム。 - 前記固定網には、さらに、前記アクセスポイントの装置情報を移動網端末のアドレスと対応付けて管理する固定網認証サーバが配置され、
前記移動網には、さらに、移動網端末の端末情報を前記移動網端末のアドレスと対応付けて管理する管理する移動網認証サーバが配置され、
前記固定網認証サーバは、前記移動網端末から認証要求を受信し、その認証要求に含まれる前記移動網端末のアドレスと、前記移動網端末の端末情報との組み合わせを前記移動網認証サーバに問い合わせ、
前記移動網認証サーバは、問い合わせを受けた組み合わせ情報を自身で管理しているときには、認証を許可する旨を前記固定網認証サーバに応答し、
前記固定網認証サーバは、認証を許可され、かつ、前記移動網端末のアドレスを自身で管理しているときに、前記認証要求を受けた前記移動網端末に対して前記移動網トンネルを使用させることを許可することを特徴とする
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の通信システム。 - 固定網によって端末情報が管理される固定網端末、および、移動網によって端末情報が管理される移動網端末がそれぞれ収容されるアクセスポイントと、
前記固定網内に配置され、前記アクセスポイントを収容する振分装置と、
前記移動網内に配置され、前記振分装置と接続される転送装置と、がネットワークで接続されて構成される通信システムによる通信方法であって、
前記振分装置は、
前記アクセスポイントとの間のレイヤ2ネットワーク上に、固定網トンネルをトンネリングするとともに、前記固定網トンネル上に移動網トンネルをトンネリングし、
前記固定網端末を送信元とする上り固定網パケットを、前記固定網トンネルを介して受信したときは、前記固定網内の他装置に転送し、前記固定網端末を送信先とする下り固定網パケットを、前記固定網トンネルを介して前記アクセスポイントへ送信し、
前記移動網端末を送信元とする上り移動網パケットを、前記移動網トンネルを介して受信したときは、前記転送装置に転送し、前記移動網端末を送信先とする下り移動網パケットを、前記移動網トンネルを介して前記アクセスポイントへ送信することを特徴とする
通信方法。 - 請求項5に記載の通信方法を、コンピュータである前記振分装置に実行させるための通信プログラム。
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