JP6595962B2 - エッジサーバ、セッション共有システム、方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、端末とのセッションデータを共有するエッジサーバ、システム、方法及びプログラムに関する。

ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）の普及により、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）及びスマートフォンなどの人が利用する端末だけでなく、監視カメラの画像センサ及び人感センサなどの多数のＭ２Ｍ（Ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏ Ｍａｃｈｉｎｅ）デバイスがクライアント端末としてインターネットに設置されたサーバに接続されることが予想される。

このような状況において、集中配備されたデータセンタなどに設置されたクラウドサーバによりサービスを提供する従来のクラウドコンピューティング環境では、トラフィック負荷の増大が問題となる。例えば、リアルタイム性を要件とするサービスにおいて許容される遅延時間を満足できない、あるいは、クライアント端末から大量のデータが流れることでネットワークが混雑し、結果としてデータが破棄されてしまうなどの問題が生じる。
そこで、多数のクライアント端末が配備される現場の近く、例えば携帯端末の基地局の近くに分散配備されたエッジサーバでクライアント端末から生じるデータの処理を行い、トラフィック及びクライアント端末への応答時間を削減させるモバイルエッジコンピューティングが提案されている。

モバイルエッジコンピューティングでは、エッジサーバ側でセッションデータ（例えば、セッションＩＤ）を管理することが求められる。エッジサーバが基地局毎に分散配備された場合、クライアント端末のハンドオーバ時に、エッジサーバが一定時間以上応答せず、ログイン状態が維持できなくなる、いわゆるセッション切れを起こすことなく接続するエッジサーバを切り替えるためには、エッジサーバ同士でセッションデータを共有することが求められる。

セッション切れを抑制する技術には、例えば、特許文献１に示されている以下の手法１〜３がある。
手法１は、スティッキーセッション手法と呼ばれ、クライアント端末が初回接続したエッジサーバＡのＩＰアドレス及びセッションデータをモバイルネットワーク内に配置されたセッションデータ共有サーバが管理する。この手法では、クライアント端末のハンドオーバにより最寄りのサーバがエッジサーバＢへ変わっても、初回接続したエッジサーバＡが処理を継続する。セッションＩＤを発行した特定の単一サーバで処理を継続することにより、セッション切れが抑制される。

手法２は、セッション複製手法と呼ばれ、エッジサーバＡ及びエッジサーバＢがセッションデータ共有サーバを介さずにセッションデータを共有する。この手法では、クライアント端末のハンドオーバにより最寄りのエッジサーバが変わると、セッションデータがエッジサーバＡから最寄りのエッジサーバＢへコピーされ、エッジサーバＢが処理を継続する。セッションＩＤ及びクライアント端末のＩＰアドレスを、一定時間以内にエッジサーバＡからエッジサーバＢへコピーし、エッジサーバＢで処理を継続することにより、ログイン状態が維持され、セッション切れが抑制される。

手法３は、セッション共有手法と呼ばれ、エッジサーバＡ及びエッジサーバＢがセッション共有サーバを介してセッションデータを共有する。この手法では、クライアント端末のハンドオーバにより最寄りのエッジサーバが変わると、セッションデータをセッションデータ共有サーバから最寄りのエッジサーバＢへコピーし、エッジサーバＢが処理を継続する。セッションＩＤ及びクライアント端末のＩＰアドレスがセッション共有サーバからエッジサーバＢへコピーされ、エッジサーバＢで処理を継続することにより、セッション切れが抑制される。

特表２０１３−５３２３３３号公報

ところで、クライアント端末は、例えばゲーム動画などの動画データをエッジサーバからダウンロードしながら同時に再生するストリーミングを行う場合がある。ストリーミングでは、単位時間あたりに指定されたフレーム数の静止画（フレーム）を描画しており、例えば、フレームレートが６０ｆｐｓの場合、フレームは１６．６７ｍｓｅｃ（＝１，０００ｍｓｅｃ／６０ｆｒａｍｅ）毎に描画される。

ここで、クライアント端末が６０ｆｐｓの動画データ（ユーザデータ）をストリーミング再生している際にハンドオーバし、接続するエッジサーバが切り替わった場合、エッジサーバ同士のセッション共有に１６．６７ｍｓｅｃ以上掛かると、動画データのダウンロード及び再生が一時的に中断され、映像が途切れたり、操作遅延したりするなどの問題が生じる。
前述の手法１〜３では、エッジサーバ間のセッションデータ共有に時間が掛かり、ハンドオーバの度にクライアント端末の応答性が一時的に低くなる場合があった。
なお、エッジサーバを基地局毎へ配置する場合、基地局間の距離は５００ｍ（例：都市部）〜数ｋｍ（例：都市部以外）であるため、特に都市部を移動中に頻繁に同問題が発生する可能性があった。

本発明は、クライアント端末がハンドオーバにより別のエッジサーバへ接続する際に、セッション切れを抑制し、かつ、クライアント端末の応答性を改善できるエッジサーバ、セッション共有システム、方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係るエッジサーバは、クライアント端末との間で確立されたセッション情報を記憶する記憶部と、基地局間のハンドオーバの開始及び終了を監視し、ハンドオーバ元の基地局からハンドオーバ先の基地局へ転送されたデータを取得する監視部と、ハンドオーバが終了するまでに、前記ハンドオーバ元の基地局を介してリクエストされた送信データにおけるパケットの空き領域に、前記セッション情報を付加する付加部と、前記ハンドオーバ先の基地局に転送された前記送信データから、前記セッション情報を取得し、前記記憶部に記憶させる取得部と、を備える。

前記付加部は、前記送信データのプロトコルに応じて、複数の通信レイヤのうち、パケットヘッダに空き領域のある通信レイヤを選択してもよい。

前記付加部は、前記複数の通信レイヤのうち、より低いレイヤを優先して選択してもよい。

本発明に係るセッション共有システムは、複数の基地局、及び当該基地局それぞれに配置されたエッジサーバを有するセッション共有システムであって、前記基地局は、クライアント端末のハンドオーバに応じて、当該クライアント端末へ未達のデータをハンドオーバ先の基地局へ転送するインタフェースを備え、前記エッジサーバは、クライアント端末との間で確立されたセッション情報を記憶する記憶部と、基地局間のハンドオーバの開始及び終了を監視し、ハンドオーバ元の基地局からハンドオーバ先の基地局へ転送されたデータを取得する監視部と、ハンドオーバが終了するまでに、前記ハンドオーバ元の基地局を介してリクエストされた送信データにおけるパケットの空き領域に、前記セッション情報を付加する付加部と、前記ハンドオーバ先の基地局に転送された前記送信データから、前記セッション情報を取得し、前記記憶部に記憶させる取得部と、を備える。

本発明に係るセッション共有方法は、複数の基地局、及び当該基地局それぞれに配置されたエッジサーバを有するセッション共有システムにおいて、前記エッジサーバが、クライアント端末との間で確立されたセッション情報を記憶する記憶ステップと、基地局間のハンドオーバが終了するまでに、ハンドオーバ元の基地局を介してリクエストされた送信データにおけるパケットの空き領域に、前記セッション情報を付加する付加ステップと、前記ハンドオーバ元の基地局からハンドオーバ先の基地局へ転送された前記送信データから、前記セッション情報を取得する取得ステップと、を実行する。

本発明に係るセッション共有プログラムは、複数の基地局、及び当該基地局それぞれに配置されたエッジサーバを有するセッション共有システムにおいて、前記エッジサーバに、クライアント端末との間で確立されたセッション情報を記憶する記憶ステップと、基地局間のハンドオーバが終了するまでに、ハンドオーバ元の基地局を介してリクエストされた送信データにおけるパケットの空き領域に、前記セッション情報を付加する付加ステップと、前記ハンドオーバ元の基地局からハンドオーバ先の基地局へ転送された前記送信データから、前記セッション情報を取得する取得ステップと、を実行させる。

本発明によれば、クライアント端末がハンドオーバにより別のエッジサーバへ接続する際に、セッション切れが抑制され、かつ、クライアント端末の応答性が改善される。

実施形態に係るセッション共有システムの全体構成を示す図である。 実施形態に係るセッションテーブルに記憶されるセッションデータを例示する図である。 実施形態に係るセッション共有方法を示すシーケンス図である。

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
図１は、本実施形態に係るセッション共有システム１の全体構成を示す図である。
セッション共有システム１は複数のエッジサーバ１０（１０ａ及び１０ｂ）と、基地局２０（２０ａ及び２０ｂ）と、クライアント端末３０とを含んで構成される。

クライアント端末３０がハンドオーバする際に、エッジサーバ１０ａから送信されたユーザデータを基地局２０ａから受信しないうちに、基地局２０ｂに接続が切り替わると、このユーザデータ（未達データ）は、基地局２０ａから直接クライアント端末３０へは送信されない。そこで、モバイルネットワークの３ＧＰＰ標準仕様（３ＧＰＰ ＴＳ ３６．４２３ Ｖ８．０．０ （２００７−１２））により、各基地局２０にはＸ２ＡＰインタフェース２１が具備されている。
Ｘ２ハンドオーバに伴って、基地局２０ａは、Ｘ２ＡＰインタフェース２１により、未達データを無線で基地局２０ｂへ転送し、基地局２０ｂは、未達データをクライアント端末３０へ転送することで、ハンドオーバ中にも通信を継続される。

クライアント端末３０は、移動に伴って最寄りの基地局２０のいずれかに接続し、基地局２０それぞれに対応して設けられたエッジサーバ１０とデータをやり取りする。クライアント端末３０は、例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末などの情報処理装置である。

エッジサーバ１０は、セッションテーブル１１（記憶部）と、監視部１２と、付加部１３と、取得部１４とを備える。
セッションテーブル１１は、クライアント端末３０との間で確立されたセッションデータを記憶する。

図２は、本実施形態に係るセッションテーブル１１に記憶されるセッションデータを例示する図である。
セッションテーブル１１には、例えば図のように、エッジサーバ１０により発行されるセッションＩＤ「３３３」と、クライアント端末３０のＩＰアドレス「９．９．９．９」とが対応付けられて格納される。

監視部１２は、基地局２０におけるＸ２ハンドオーバの開始及び終了を監視するＲＮＩＳ（Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）機能を有し、Ｘ２ＡＰインタフェース２１によりハンドオーバ元の基地局２０ａからハンドオーバ先の基地局２０ｂへ転送されたパケットデータを取得部１４へ提供する。

付加部１３は、ハンドオーバが終了するまでに、ハンドオーバ元の基地局２０ａを介してリクエストされ、ハンドオーバ先の基地局２０ｂへ転送される未達データにおけるパケットヘッダの空き領域（オプション領域）に、セッションデータ（例えば、セッションＩＤ）を付加する。
具体的には、付加部１３は、未達データのパケット構成の解析によりヘッダの空き領域であるオプション領域を特定し、このオプション領域（例えば、ＨＴＴＰヘッダのオプション領域）にセッションデータを追記し、未達データのパケットとして生成する。この機能には、既存のパケット編集・加工ツールが利用されてよい。

また、付加部１３は、基地局２０間で転送される未達データのプロトコルに応じて、複数の通信レイヤのうち、パケットヘッダにセッションデータの容量以上の空き領域がある通信レイヤを選択する。
このとき、付加部１３は、複数の通信レイヤのうち、より低いレイヤを優先して選択する。

取得部１４は、ハンドオーバ先の基地局２０ｂに転送された未達データのパケットヘッダから、セッションデータを取得し、セッションテーブル１１に記憶させる。
具体的には、取得部１４は、未達データのパケット構成の解析によりヘッダのオプション領域を特定し、このオプション領域のデータを読み取る。この機能は、例えばＨＴＴＰなどの特定プロトコルで送受信する既存の機能のうち、受信機能にオプション領域の読み取り方法をソフトウェアプログラムとして追加することで実現される。

図３は、本実施形態に係るセッション共有システム１におけるセッション共有方法を示すシーケンス図である。
ステップＳ１において、クライアント端末３０は、最寄りの基地局２０ａとの接続を確立し、エッジサーバ１０ａがセッションデータ（例えば、セッションＩＤ：３３３）を発行する。

ステップＳ２において、エッジサーバ１０ａは、発行済みのセッションデータ（セッションＩＤ：３３３、クライアント端末ＩＰアドレス：９．９．９．９）をセッションテーブル１１へ保存する。

ステップＳ３において、クライアント端末３０は、エッジサーバ１０ａへユーザデータ＃（Ｎ−１）のリクエストを送信する。なお、＃（Ｎ−１）は、例えば、クラウドゲームなどの動画データの１フレームに対して割り当てた番号であり、＃１、＃２、・・・、＃（Ｎ−１）、＃（Ｎ）（Ｎは自然数）の昇順で送信されるものとする。

ステップＳ４において、クライアント端末３０は、基地局２０ａから離れ、基地局２０ｂの近くへ移動する。

ステップＳ５において、基地局２０ｂがクライアント端末３０の基地局２０ａへの電波強度よりクライアント端末３０の基地局２０ｂへの電波強度の方が大きいことを検知したことを契機に、基地局２０ａと基地局２０ｂとのＸ２ハンドオーバが開始される。

ステップＳ６において、エッジサーバ１０ａ及びエッジサーバ１０ｂがそれぞれ監視部１２により、Ｘ２ハンドオーバの開始を検知する。

ステップＳ７において、エッジサーバ１０ａの付加部１３は、基地局２０ａでハンドオーバが開始されているため、クライアント端末３０へ応答するユーザデータ＃（Ｎ−１）のヘッダのオプション領域に、セッションデータを付加する。

ステップＳ８において、エッジサーバ１０ａは、応答するユーザデータ＃（Ｎ−１）の宛先をクライアント端末３０として基地局２０ａへ送信する。

ステップＳ９において、基地局２０ａは、クライアント端末３０の接続がなく、かつ基地局２０ｂへ移動したことを検知すると、クライアント端末３０に応答するユーザデータ＃（Ｎ−１）を、基地局２０ｂへＸ２ＡＰインタフェース２１によって転送する。

ステップＳ１０において、エッジサーバ１０ｂの取得部１４は、Ｘ２ハンドオーバにより基地局２０ａから基地局２０ｂへ転送されたユーザデータ＃（Ｎ−１）のヘッダのオプション領域から、セッションデータを取得する。

ステップＳ１１において、エッジサーバ１０ｂの取得部１４は、ステップＳ１０で取得したセッションデータ（セッションＩＤ：３３３、クライアント端末ＩＰアドレス：９．９．９．９）を、セッションテーブル１１へ保存する。

ステップＳ１２において、基地局２０ａからクライアント端末３０へ直接転送できない未達データとなったユーザデータ＃（Ｎ−１）は、基地局２０ｂを経由し、クライアント端末３０へ転送される。

ステップＳ１３において、基地局２０ａと基地局２０ｂとのＸ２ハンドオーバが終了する。

ステップＳ１４において、エッジサーバ１０ａ及びエッジサーバ１０ｂがそれぞれ監視部１２により、Ｘ２ハンドオーバの終了を検知する。

ステップＳ１５において、クライアント端末３０は、ユーザデータ＃（Ｎ）のリクエストをエッジサーバ１０ｂへ送信する。このとき、セッションデータ（Ｃｏｏｋｉｅなどに保存されたセッションＩＤ）もエッジサーバ１０ｂへ送信される。

ステップＳ１６において、エッジサーバ１０ｂは、クライアント端末３０から送信されたセッションデータと、エッジサーバ１０ｂがセッションテーブル１１に保存しているレコード（セッションＩＤ：３３３、クライアント端末ＩＰアドレス：９．９．９．９）とが一致することを確認する。

ステップＳ１７において、エッジサーバ１０ｂは、ユーザデータ＃（Ｎ）をクライアント端末３０へ送信する。

本実施形態によれば、エッジサーバ１０ａがクライアント端末３０に発行し、記憶したセッションデータを、クライアント端末３０がハンドオーバする際に、エッジサーバ１０ａが未達データのヘッダに付加する。ハンドオーバ先のエッジサーバ１０ｂがこのセッションデータを取得して記憶することにより、クライアント端末３０は、エッジサーバ１０ｂとセッション切れすることなく通信を継続できる。

また、基地局２０ａ及び基地局２０ｂをマクロセル基地局とすると、基地局間距離は数百〜数ｋｍのため、例えば基地局間距離を９ｋｍとすると、ステップＳ９においてセッションデータを共有する時間は、基地局間距離／電波の速度＝９ｋｍ／（３００，０００ｋｍ／ｓｅｃ）＝０．００００３ｓｅｃ＝０．０３ｍｓｅｃとなる。
したがって、エッジサーバ間のセッションデータの共有時間は、例えば６０ｆｐｓの動画フレームの描画間隔１６．６７ｍｓｅｃ未満となる。これにより、ハンドオーバ毎に動画の再生がカクついたり、一時的に中断されたりする課題が解消され、クライアント端末３０の応答性が改善される。

このように、エッジサーバ１０間のセッションデータの共有時間が削減されるので、高フレームレートの動画の他、セッションデータを扱うユースケースにおいて、クライアント端末３０における応答性が改善される。

さらに、エッジサーバ１０は、基地局２０間で転送される未達データのプロトコルに応じて、複数の通信レイヤのうち、パケットヘッダに空き領域のある通信レイヤを選択するので、通信方式を限定せずに、適切な通信レイヤを用いてセッションデータを短時間で共有できる。

また、このとき、エッジサーバ１０は、複数の通信レイヤのうち、より低いレイヤを優先して選択するので、より少ない通信データ量（パケット数）でセッションデータを通知し共有時間を短縮できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

セッション共有システム１によるセッション共有方法は、ソフトウェアにより実現される。ソフトウェアによって実現される場合には、このソフトウェアを構成するプログラムが、情報処理装置（コンピュータ）にインストールされる。また、これらのプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭのようなリムーバブルメディアに記録されてユーザに配布されてもよいし、ネットワークを介してユーザのコンピュータにダウンロードされることにより配布されてもよい。さらに、これらのプログラムは、ダウンロードされることなくネットワークを介したＷｅｂサービスとしてユーザのコンピュータに提供されてもよい。

１ セッション共有システム
１０、１０ａ、１０ｂ エッジサーバ
１１ セッションテーブル（記憶部）
１２ 監視部
１３ 付加部
１４ 取得部
２０、２０ａ、２０ｂ 基地局
２１ Ｘ２ＡＰインタフェース
３０ クライアント端末

Claims (6)

1. 基地局それぞれに配置されたエッジサーバであって、
   クライアント端末との間で確立されたセッション情報を記憶する記憶部と、
   基地局間のハンドオーバの開始及び終了を監視し、自身が配置された基地局がハンドオーバ先である場合に、ハンドオーバ元の基地局から前記ハンドオーバ先の基地局へ転送された前記クライアント端末への未達データを取得する監視部と、
   自身が配置された基地局が前記ハンドオーバ元である場合に、ハンドオーバが終了するまでに、前記ハンドオーバ元の基地局を介してリクエストされ前記ハンドオーバ先の基地局へ転送される前の前記未達データにおけるパケットの空き領域に、前記セッション情報を付加する付加部と、
   自身が配置された基地局が前記ハンドオーバ先である場合に、前記ハンドオーバ先の基地局に転送された前記未達データから、前記セッション情報を取得し、前記記憶部に記憶させる取得部と、を備えるエッジサーバ。
2. 前記付加部は、前記未達データのプロトコルに応じて、複数の通信レイヤのうち、パケットヘッダに空き領域のある通信レイヤを選択する請求項１に記載のエッジサーバ。
3. 前記付加部は、前記複数の通信レイヤのうち、より低いレイヤを優先して選択する請求項２に記載のエッジサーバ。
4. 複数の基地局、及び当該基地局それぞれに配置されたエッジサーバを有するセッション共有システムであって、
   前記基地局は、
   クライアント端末のハンドオーバに応じて、当該クライアント端末への未達データをハンドオーバ先の基地局へ転送するインタフェースを備え、
   前記エッジサーバは、
   クライアント端末との間で確立されたセッション情報を記憶する記憶部と、
   基地局間のハンドオーバの開始及び終了を監視し、自身が配置された基地局が前記ハンドオーバ先である場合に、ハンドオーバ元の基地局から前記ハンドオーバ先の基地局へ転送された前記未達データを取得する監視部と、
   自身が配置された基地局が前記ハンドオーバ元である場合に、ハンドオーバが終了するまでに、前記ハンドオーバ元の基地局を介してリクエストされ前記ハンドオーバ先の基地局へ転送される前の前記未達データにおけるパケットの空き領域に、前記セッション情報を付加する付加部と、
   自身が配置された基地局が前記ハンドオーバ先である場合に、前記ハンドオーバ先の基地局に転送された前記未達データから、前記セッション情報を取得し、前記記憶部に記憶させる取得部と、を備えるセッション共有システム。
5. 複数の基地局、及び当該基地局それぞれに配置されたエッジサーバを有するセッション共有システムにおいて、基地局間のハンドオーバの際に、
   ハンドオーバ元の基地局に配置されたエッジサーバが、クライアント端末との間で確立されたセッション情報を記憶する記憶ステップと、
   前記ハンドオーバ元の基地局に配置されたエッジサーバが、ハンドオーバが終了するまでに、前記ハンドオーバ元の基地局を介してリクエストされた送信データにおけるパケットの空き領域に、前記セッション情報を付加する付加ステップと、
   ハンドオーバ先の基地局に配置されたエッジサーバが、前記ハンドオーバ元の基地局から前記ハンドオーバ先の基地局へ転送された前記送信データから、前記セッション情報を取得する取得ステップと、を実行するセッション共有方法。
6. 複数の基地局、及び当該基地局それぞれに配置されたエッジサーバを有するセッション共有システムにおいて、基地局間のハンドオーバの際に、
   ハンドオーバ元の基地局に配置されたエッジサーバが、クライアント端末との間で確立されたセッション情報を記憶する記憶ステップと、
   前記ハンドオーバ元の基地局に配置されたエッジサーバが、ハンドオーバが終了するまでに、前記ハンドオーバ元の基地局を介してリクエストされた送信データにおけるパケットの空き領域に、前記セッション情報を付加する付加ステップと、
   ハンドオーバ先の基地局に配置されたエッジサーバが、前記ハンドオーバ元の基地局から前記ハンドオーバ先の基地局へ転送された前記送信データから、前記セッション情報を取得する取得ステップと、を実行させるためのセッション共有プログラム。
   

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