JP7307617B2 - モバイルｉｐシステムおよびホームエージェント冗長制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動端末の位置登録情報を更新管理するホームエージェントを具備するモバイルＩＰシステムおよびそのホームエージェント冗長制御方法に関する。

モバイルＩＰ（Internet Protocol）とは、移動端末（モバイルノード）が接続先のネットワークを次々と遷移するように移動したとしてもＩＰアドレスを変更せずに継続したＩＰ通信を可能とするレイヤ３（ネットワーク層）のプロトコルである。モバイルＩＰでは、ホームエージェント（ＨＡ：Home Agent）が、移動端末のＩＰアドレスとして、ホームネットワーク上で割り当てた固定のホームアドレス（ＨｏＡ：Home Address）と、移動先のネットワーク上で一時的に割り当てた気付アドレス（ＣｏＡ：Care of Address）とを対応付けて管理する（「バインディング」と呼ばれる）。移動端末は、ネットワークを移動すると、移動先のネットワークで割り当てられた気付アドレスをホームエージェントに通知する（「位置登録」と呼ばれる）。これにより、移動端末がどのネットワークに移動しても、ホームエージェントを介して、ホームアドレス宛のパケットが気付アドレスを宛先として移動端末に転送されることになる（「経路制御」と呼ばれる）。

特開２０１５－１３９１６８号公報

モバイルＩＰは広域の移動体通信に適していることから、鉄道分野では、モバイルＩＰを適用した地上・車上間の無線伝送システムの検討・開発が進められている。鉄道では、安全性の観点から高い信頼性が要求されるが、移動端末のＩＰアドレスの管理や、パケットの転送といった経路制御を行うホームエージェントは、特に高い信頼性が求められる。勿論、鉄道分野のみならず、バス運行管理システムなどにモバイルＩＰを適用する場合にも同様の要望が考えられる。

信頼性を高める代表的な手法として、同一の装置を複数設置して冗長系（多重系）とする構成がよく採用されるが、冗長系の構成では、故障時の対応も含めてこれら複数の装置をどのように運用するかが重要である。また、ホームエージェントは、移動体通信システムにおける一つの構成要素であり、システム全体としての信頼性を損なわないよう、他の構成要素に影響を与えない運用が求められる。

本発明が解決しようとする課題は、モバイルＩＰを適用した移動体通信システムにおいて、ホームエージェントの信頼性を高めること、である。

上記課題を解決するための第１の発明は、
移動端末からの代表通信アドレス宛の位置登録要求に応じて位置登録情報を更新管理する位置登録管理処理を行うホームエージェント（以下「ＨＡ」と略称する。）を具備するモバイルＩＰシステムであって、
前記代表通信アドレスと当該ＨＡのユニーク通信アドレスとを有効な通信アドレスとして前記位置登録管理処理を実行するサービスＨＡと、
前記代表通信アドレスと当該ＨＡのユニーク通信アドレスとのうち、当該ＨＡのユニーク通信アドレスのみを有効な通信アドレスとしたスタンバイＨＡと、
を具備し、
前記サービスＨＡは、
前記位置登録要求の受信に応じた前記位置登録情報の更新情報を前記スタンバイＨＡに送信し、
前記スタンバイＨＡは、
前記サービスＨＡから受信した前記更新情報に基づいて、前記移動端末の位置登録情報を当該スタンバイＨＡ内で更新管理するスタンバイ処理と、
前記代表通信アドレス宛の位置登録要求を取得することと、
前記取得した位置登録要求に基づいて、当該スタンバイＨＡ内で更新管理する位置登録情報の整合性を判定することと、
を行う、
モバイルＩＰシステムである。

また、他の発明として、
移動端末からの代表通信アドレス宛の位置登録要求に応じて位置登録情報を更新管理する位置登録管理処理を行うＨＡを具備するモバイルＩＰシステムにおけるホームエージェント冗長制御方法であって、
前記モバイルＩＰシステムは、
前記代表通信アドレスと当該ＨＡのユニーク通信アドレスとを有効な通信アドレスとして前記位置登録管理処理を実行するサービスＨＡと、
前記代表通信アドレスと当該ＨＡのユニーク通信アドレスとのうち、当該ＨＡのユニーク通信アドレスのみを有効な通信アドレスとしたスタンバイＨＡと、
を具備し、
前記サービスＨＡが、
前記位置登録要求の受信に応じた前記位置登録情報の更新情報を前記スタンバイＨＡに送信し、
前記スタンバイＨＡが、
前記サービスＨＡから受信した前記更新情報に基づいて、前記移動端末の位置登録情報を当該スタンバイＨＡ内で更新管理するスタンバイ処理と、
前記代表通信アドレス宛の位置登録要求を取得することと、
前記取得した位置登録要求に基づいて、当該スタンバイＨＡ内で更新管理する位置登録情報の整合性を判定することと、
を行う、
ホームエージェント冗長制御方法を構成してもよい。

第１の発明等によれば、移動端末の位置登録要求に応じて位置登録管理処理を行うサービスＨＡと、スタンバイＨＡとを具備する冗長系のホームエージェントとすることで、その信頼性を高めることができる。

移動端末の位置登録要求は代表通信アドレス宛であり、サービスＨＡが受信するが、スタンバイＨＡにおいて、サービスＨＡから受信した更新情報に基づいて当該スタンバイＨＡ内で位置登録情報を更新管理するとともに、代表通信アドレス宛の位置登録要求を取得し、取得した位置登録要求に基づいて、当該スタンバイＨＡ内で更新管理している位置登録情報の整合性を判定することで、当該スタンバイＨＡ内で管理更新している位置登録情報の信頼性を高めることができる。整合性の判定は、例えば、スタンバイＨＡが取得した位置登録要求に応じて位置登録管理処理を行った場合の位置登録情報の更新内容が、サービスＨＡから受信した更新情報と一致するかによって行う。

第２の発明は、第１の発明において、
前記スタンバイＨＡは、
前記更新情報と、前記取得した位置登録情報とに基づいて、前記サービスＨＡの故障の発生を検出することと、
前記サービスＨＡの故障を検出した場合に、前記サービスＨＡに対して前記サービスＨＡとしての動作を停止させる停止信号の送信、および、当該スタンバイＨＡの通信アドレスとして前記代表通信アドレスを有効とすることで新たなサービスＨＡに状態遷移するサービス遷移処理と、
を行う、
モバイルＩＰシステムである。

第２の発明によれば、スタンバイＨＡが、サービスＨＡの障害の発生を検出すると、サービスＨＡに停止信号を送信して動作を停止させ、スタンバイＨＡからサービスＨＡに状態遷移することで、サービスＨＡが切り替えられる。サービスＨＡの障害の発生の検出は、例えば、スタンバイＨＡが取得した位置登録要求に応じて位置登録管理処理を行った場合の位置登録情報の更新内容が、サービスＨＡから受信した更新情報と一致するかによって行う。サービスＨＡに障害が発生していないならば、両者は一致するはずである。つまり、位置登録管理処理を行うホームエージェントの機能を担うサービスＨＡに障害が発生したとしても、速やかに、他のＨＡであるスタンバイＨＡが新たなサービスＨＡに切り替わるので、ホームエージェントの信頼性を高めることができる。また、新たなサービスＨＡに切り替わったとしても、更新管理している位置登録情報の信頼性が確保されているので、ホームエージェントとしての高い信頼性が確保されているといえる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記スタンバイＨＡは、
前記代表通信アドレス宛の位置登録要求を、プロミスキャスモードによって取得する、
モバイルＩＰシステムである。

第３の発明によれば、スタンバイＨＡは、代表通信アドレス宛の位置登録要求を、プロミスキャスモードに設定することによって取得することができる。

通信システムの構成例。 ホームエージェントグループの説明図。 位置登録情報の更新の説明図。 サービスＨＡに対する第１の監視通信の説明図。 サービスＨＡに対する第２の監視通信の説明図。 サービスＨＡの切り替えの説明図。 サービスＨＡの重複回避の説明図。 サービスＨＡの定期切り替えの説明図。 位置登録情報の適正化の説明図。 位置登録情報の送付依頼の送信の説明図。 スタンバイＨＡによる位置登録要求の取得の説明図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一要素には同一符号を付す。

［システム構成］
図１は、本実施形態における通信システムの構成例である。本実施形態の通信システム１は、鉄道で用いられる、地上装置４０と列車８０に搭載される移動端末７０との間で通信を行うための地上・車上間無線伝送システムであり、モバイルＩＰを利用したモバイルＩＰシステムとして実現される。通信システム１は、機器室内に構築されるコア網Ｎ１と、沿線に沿って構築される複数の無線アクセス網Ｎ２とが、ルータ５０によって接続されて構成される。

コア網Ｎ１は、ホームエージェントグループ２０、移動端末７０の認証サーバ３０、地上装置４０といった各種の装置を、専用回線で接続して構成されている。また、不図示であるが、コア網Ｎ１は、更に、ルータを介してインターネットを含む他のネットワークに接続される。

無線アクセス網Ｎ２は、沿線に設置されて移動端末７０が無線通信接続する無線ＬＡＮ（Local Area Network）等のアクセスポイントである地上基地局６０を有する。沿線を走行する列車８０に搭載される移動端末７０が、常時、少なくとも１つの地上基地局６０に接続できるよう、複数の地上基地局６０は、その通信エリア同士が一部重複するようにして構築されている。

なお、移動端末７０を移動ルータとし、この移動ルータを介して列車８０に搭載した情報端末と無線通信を行う構成としてもよい。

ホームエージェントグループ２０は、移動端末７０からの代表通信アドレス宛の位置登録要求に応じて位置登録情報ＴＬを更新管理する位置登録管理処理を行う。すなわち、ホームエージェントグループ２０は、移動端末７０毎に、固定のＩＰアドレスであるホームアドレス（ＨｏＡ：Home Address）と、移動先のネットワーク（無線アクセス網Ｎ２）で用いられるＩＰアドレスである気付アドレス（ＣｏＡ：Care of Address）とを対応付けて、位置登録情報ＴＬとして管理している。ＩＰアドレスは、ＩＰネットワークにおける通信アドレスである。

移動端末７０は、移動先の地上基地局６０で気付アドレスを取得すると、ＨＡ代表アドレスを宛先とする位置登録要求を行うことで、当該気付アドレスがホームエージェントグループ２０に登録される。ＨＡ代表アドレスは、ホームエージェントグループ２０に割り当てられたＩＰアドレスに相当する。これにより、移動端末７０が地上基地局６０（無線アクセス網Ｎ２）を移動しても、移動端末７０のホームアドレスを宛先とするパケットが、ホームエージェントグループ２０を介して気付アドレス宛に転送されることになる。

［ＨＡの冗長構成］
図２は、ホームエージェントグループ２０の説明図である。図２に示すように、ホームエージェントグループ２０は、Ｍ台（Ｍ≧２）のホームエージェント（以下、「ＨＡ」と略称する。）１０を具備する冗長系のシステムである。Ｍ台のＨＡ１０のうちの１台が、移動端末７０からの位置登録要求に応じて位置登録管理処理を行うサービスＨＡ１２となり、サービスＨＡを除く残余のＮ台（Ｎ＝Ｍ－１≧１）のＨＡ１０がスタンバイＨＡ１４となる。各ＨＡ１０は個別のコンピュータシステムとして構成される。

サービスＨＡ１２は、ＨＡ代表アドレスと、当該ＨＡに割り当てられたユニーク通信アドレスである固有アドレスとの両方を有効なＩＰアドレスとして設定したＨＡである。ＩＰアドレスとしてＨＡ代表アドレスを設定することで、移動端末７０からのＨＡ代表アドレスを宛先とする位置登録要求を受信することができる。スタンバイＨＡ１４は、ＨＡ代表アドレスと、当該ＨＡに割り当てられたユニーク通信アドレスである固有アドレスとのうち、固有アドレスのみを有効なＩＰアドレスとして設定したＨＡである。

ＨＡ１０は、ＨＡ代表アドレスを有効なＩＰアドレスとして設定することで、サービスＨＡ１２とスタンバイＨＡ１４との状態遷移が可能である。すなわち、サービスＨＡ１２は、ＩＰアドレスの設定としてＨＡ代表アドレスを無効とすることで、スタンバイＨＡ１４への状態遷移が可能である。また、スタンバイＨＡ１４は、ＩＰアドレスの設定としてＨＡ代表アドレスを有効とすることで、サービスＨＡ１２への状態遷移が可能である。

［位置登録情報の更新管理］
図３は、サービスＨＡ１２が行う位置登録情報ＴＬの更新管理を説明する図である。ホームエージェントグループ２０では、各ＨＡ１０が個別に位置登録情報ＴＬを管理している。サービスＨＡ１２は、移動端末７０から受信した、ＨＡ代表アドレス宛の位置登録要求に応じて、位置登録情報ＴＬを更新する位置登録管理処理を行う。つまり、移動端末７０は、現在接続している地上基地局６０（無線アクセス網Ｎ２）で割り当てられた気付アドレスＣｏＡを含む位置登録要求を送信し、サービスＨＡ１２は、当該移動端末７０についてのホームアドレスＨｏＡと気付アドレスＣｏＡとの対応付けを変更することになる。

サービスＨＡ１２は、位置登録情報ＴＬの更新を完了すると、その位置登録情報ＴＬの更新情報を、スタンバイＨＡ１４それぞれに送信する。スタンバイＨＡ１４は、サービスＨＡ１２から受信した更新情報に基づいて、移動端末７０の位置登録情報ＴＬと当該スタンバイＨＡ１４内で更新管理するスタンバイ処理を行う。これにより、全てのＨＡ１０（サービスＨＡ１２およびスタンバイＨＡ１４）それぞれが同じ位置登録情報ＴＬを個別に更新管理する情報管理の多重化となる。

［サービスＨＡの監視］
スタンバイＨＡ１４は、ＨＡ代表アドレスを宛先とする所定の監視通信を行うことでサービスＨＡ１２を監視し、サービスＨＡ１２の停止や故障といった障害の発生を検出する。このサービスＨＡ１２の監視は、各スタンバイＨＡ１４が個別に独立して行う。本実施形態では、監視通信として次の２種類の監視通信を行う。

図４は、第１の監視通信を説明する図である。図４に示すように、スタンバイＨＡ１４は、第１の監視通信として、代表通信アドレスを宛先として通信機器アドレスを問い合わせる照会通信を行う。本実施形態では、代表通信アドレスであるＨＡ代表アドレスを宛先として、対応する通信機器アドレスであるＭＡＣアドレス（Media Access Control address）を問い合わせるＡＲＰ（Address Resolution Protocol）を照会通信として行う。サービスＨＡ１２が正常動作しているならば、ＡＲＰに対する応答として、サービスＨＡ１２の通信機器アドレスであるＭＡＣアドレスが取得される。スタンバイＨＡ１４は、ＡＲＰに対する応答が得られないならば、サービスＨＡ１２に障害が発生したと判断する。また、スタンバイＨＡ１４は、ＡＲＰに対する応答として取得されたＭＡＣアドレスから、何れのＨＡ１０がサービスＨＡ１２であるかを把握することができる。更に、ＡＲＰに対する応答として取得されたＭＡＣアドレスが、予め把握している何れのＨＡ１０のＭＡＣアドレスにも該当しないならば、サービスＨＡ１２に障害が発生したと判断することにしてもよい。

なお、この第１の監視通信は、サービスＨＡ１２が行うこともできる。つまり、サービスＨＡ１２は、ＨＡ代表アドレスを宛先とするＡＲＰを行う。ＡＲＰに対する応答が取得されたか否かによって、他のサービスＨＡ１２の有無（重複）を判定することができる。なお、サービスＨＡ１２は、ＡＲＰに替えてＧＡＲＰ（Gratuitous ARP）を行うようにしてもよい。ＧＡＲＰによれば、ＨＡ代表アドレスが重複していないかを判定するとともに、他のＨＡ１０のＡＲＰテーブルを更新させることができる。

更に、サービスＨＡ１２であるかスタンバイＨＡ１４であるかに関わらず、全てのＨＡ１０が他のＨＡ１０に対するＡＲＰを相互に行うこともできる。他のＨＡ１０に対するＡＲＰは、当該他のＨＡ１０の固有アドレスを宛先として行う。ＡＲＰに対する応答が取得されたか否かによって、当該他のＨＡ１０に障害が発生していないか否かを判断するといった、ＨＡ１０の相互監視を行うことができる。

図５は、第２の監視通信を説明する図である。図５に示すように、スタンバイＨＡ１４は、第２の監視通信として、代表通信アドレスを宛先として位置登録要求を試行する位置登録試行通信を行う。具体的には、スタンバイＨＡ１４は、自身が模擬的な移動端末であるとして、代表通信アドレスであるＨＡ代表アドレス宛に位置登録要求を送信する。サービスＨＡ１２は、サービス用およびテスト用の２種類のホームネットワークを有するように構成しておき、スタンバイＨＡ１４からの位置登録要求に対して、当該スタンバイＨＡ１４をテスト用のホームネットワークに登録する。次いで、スタンバイＨＡ１４は、位置登録要求によってサービスＨＡ１２のテスト用のホームネットワークに登録されたホームアドレスを送信元として、テストホスト９０に対する通信を試行する。試行通信として、例えば、ｐｉｎｇを行う。

サービスＨＡ１２が正常動作しているならば、位置登録要求に対する応答が取得され、且つ、テストホスト９０への試行通信に対する応答（ｐｉｎｇに対する応答）が取得される。スタンバイＨＡ１４は、位置登録要求に対する応答が取得されない、或いは、位置登録要求に対する応答は取得されるがテストホスト９０への試行通信に対する応答が取得されないならば、サービスＨＡ１２に障害が発生したと判断する。なお、テストホスト９０は、故障に対応するために２台設けるようにしても良い。

なお、この第２の監視通信は、サービスＨＡ１２がスタンバイＨＡ１４に対して、或いは、スタンバイＨＡ１４が他のスタンバイＨＡ１４に対してといったように、ＨＡ１０同士で相互に行うこともできる。つまり、ＨＡ１０は、自身が模擬的な移動端末であるとして、相手のＨＡ１０の通信アドレス（スタンバイＨＡ１４ならば、当該ＨＡ１０に割り振られた固有アドレスである）を宛先として位置登録要求を送信し、自ＨＡ１０を相手のＨＡ１０のテスト用のホームネットワークに登録する。次いで、登録した自ＨＡ１０のホームアドレスを送信元として、テストホスト９０に対する通信（例えば、ｐｉｎｇ）を試行する。位置登録要求に対する応答が取得されない、或いは、位置登録要求に対する応答は取得されるがテストホスト９０への試行通信に対する応答が取得されないならば、相手のＨＡ１０に障害が発生したと判断することができる。

これらの第１の監視通信および第２の監視通信は、例えば０．５秒程度の所定の時間間隔で繰り返し行う。なお、１回の判断で“障害の発生”を確定することとしてもよいが、本実施形態では、“障害の発生”と判断した連続回数が所定の保護回数に達した場合に“障害の発生”を確定する。この保護回数は、障害の発生を検出する検出条件ということができる。

［サービスＨＡの切り替え］
スタンバイＨＡ１４は、サービスＨＡ１２の故障の発生を検出（確定）すると、自身が新たなサービスＨＡ１２に状態遷移する。つまり、サービスＨＡ１２が切り替わる。

図６は、サービスＨＡ１２の切り替えを説明する図である。図６に示すように、スタンバイＨＡ１４は、先ず、サービスＨＡ１２に対して、サービスＨＡ１２としての動作を停止させる停止信号を送信する（１）。次いで、ＩＰアドレスの設定として、ＨＡ代表アドレスを有効とすることで、新たなサービスＨＡ１２に状態遷移するサービス遷移処理を行う（２）。なお、（１）停止信号の送信と（２）サービス遷移処理とは一連の処理として実行すればよいため、逆順で実行することとしてもよいし、並行して実行することとしてもよい。

一方、サービスＨＡ１２は、停止信号を受信すると、ＩＰアドレスの設定として、ＨＡ代表アドレスを無効とし、当該ＨＡ１０に割り当てられた固有アドレスのみを有効とすることで、新たなスタンバイＨＡ１４に状態遷移するスタンバイ遷移処理を行う（３）。具体的には、停止信号を受信したサービスＨＡ１２は、サービスＨＡ１２としての動作を停止した後、ＩＰアドレスの設定を当該ＨＡ１０に割り当てられた固有アドレスにリセットすることで、新たなスタンバイＨＡ１４に状態遷移する。或いは、停止信号を受信したサービスＨＡ１２は、スタンバイＨＡ１４に状態遷移せずに、動作を停止して電源を遮断する（シャットダウン）としてもよい。

［サービスＨＡの重複回避］
スタンバイＨＡ１４は、それぞれ個別に独立してサービスＨＡ１２を監視している。このため、サービスＨＡ１２に障害が発生すると、複数のスタンバイＨＡ１４が、ほぼ同じタイミングでサービスＨＡ１２の故障の発生を検出してサービスＨＡ１２に状態遷移し、サービスＨＡ１２が重複して存在してしまう事態が生じ得る。つまり、同じＨＡ代表アドレスをＩＰアドレスとして設定した機器が複数存在する、いわゆるＩＰアドレスのコンフリクト（衝突）が生じ得る。

図７は、サービスＨＡ１２の重複の回避を説明する図である。図７に示すように、スタンバイＨＡ１４は、サービスＨＡ１２の故障を検出すると、ＩＰアドレスの設定として、ＨＡ代表アドレスを有効として、新たなサービスＨＡ１２に切り替える。新たなサービスＨＡ１２となると、続いて、代表通信アドレスを宛先とする重複サービスＨＡ存否確認通信を行って、他のサービスＨＡ１２の有無を判定する。重複サービスＨＡ存否確認通信は、代表通信アドレスを宛先として当該代表通信アドレスが設定されているＨＡの通信機器アドレスを問い合わせる照会通信である。本実施形態では、代表通信アドレスであるＨＡ代表アドレスを宛先としたＡＲＰを行うこととする。他のサービスＨＡ１２が存在する場合、ＨＡ代表アドレス宛のＡＲＰに対する応答として、そのサービスＨＡ１２のＭＡＣアドレスが取得される。このため、新たなサービスＨＡ１２は、ＡＲＰに対する応答が取得されたならば、他のサービスＨＡ１２が有ると判断し、応答が取得されないならば、他のサービスＨＡ１２が無いと判断する。

他のサービスＨＡ１２が有ると判定した場合には、続いて、所定の優劣判定を行い、自身が元のスタンバイＨＡ１４に戻るか、或いは、新たなサービスＨＡ１２のままとするかを決定する。優劣判定は、自ＨＡの通信機器アドレスと、重複サービスＨＡ存否確認通信によって取得した通信機器アドレスとを比較して行う。本実施形態では、自ＨＡの通信機器アドレスであるＭＡＣアドレスと、重複サービスＨＡ存否確認通信であるＡＲＰに対する応答として取得された他のサービスＨＡ１２のＭＡＣアドレスとの大小を比較することとする。ＭＡＣアドレスは機器毎にユニークな数列であるから、例えば、ＭＡＣアドレスが大きいほうの機器を優先的にサービスＨＡとする場合、自ＨＡのＭＡＣアドレスのほうが小さいならば、元のスタンバイＨＡ１４に戻り、自ＨＡのＭＡＣアドレスのほうが大きいならば、新たなサービスＨＡ１２のままとする、と決定することができる。

なお、重複サービスＨＡ存否確認通信は、スタンバイＨＡ１４が新たなサービスＨＡ１２に切り替わったときのみではなく、任意のＨＡ１０が電源遮断状態からサービスＨＡ１２として起動したときに行うようにしても良いし、サービスＨＡ１２が定期的に行うようにしても良い。そして、他のサービスＨＡ１２が有ると判定した場合には続いて優劣判定を行う。これにより、スタンバイＨＡ１４がサービスＨＡ１２の故障を検出したときに限らず、常時、サービスＨＡ１２が重複して存在することを回避できる。

［サービスＨＡの定期切り替え］
また、ホームエージェントグループ２０では、当該ホームエージェントグループ２０が具備するＨＡ１０の潜在的障害の検出のため、定期的にサービスＨＡ１２を切り替える定期切り替えを行う。

図８は、サービスＨＡ１２の定期切り替えを説明する図である。図８では、ホームエージェントグループ２０が４台（Ｍ＝４）のＨＡ１０（第１ＨＡ～第４ＨＡ）を具備する場合を例示している。４台のＨＡ１０（第１ＨＡ～第４ＨＡ）のうち、第１ＨＡがサービスＨＡ１２であり、それ以外の第２ＨＡ～第４ＨＡがスタンバイＨＡ１４である。また、定期切替タイミングを１日毎としている。サービスＨＡ１２の定期切り替えの実行時刻は、例えば、列車の走行しない時間帯（例えば、深夜２時）に設定しておくとよい。

図８に示すように、先ず、各スタンバイＨＡ１４は、現在日時情報と自ＨＡに定められた識別番号とに基づいた所定の算術演算を行って、次の定期切替タイミングが自ＨＡを新たなサービスＨＡに状態遷移するタイミングか否かを判定する。

識別番号とは、０、１、２、・・、Ｍ－１、といったように、０（ゼロ）から始まって各ＨＡ１０に連番で定められる通し番号である。現在日時情報は、本日の日付であり、１月１日を１日目として数えて何日目かを表す、１、２、・・、３６５、の通し番号として表現される。現在日時情報を本日の日付とするのは、定期切替タイミングが１日毎であるからである。そして、算術演算として、現在日時情報である本日の日付を、ホームエージェントグループ２０が具備するＨＡ１０の台数Ｍで割り算した余りＲを求める。各スタンバイＨＡ１４は、求めた余りＲが自ＨＡに定められた識別番号と一致するならば、次の定期切替タイミングが新たなサービスＨＡ１２に状態遷移するタイミングであり、自ＨＡは新たなサービスＨＡ１２に切り替えるべき優先ＨＡであると判定する。一方、求めた余りＲが自ＨＡに定められた識別番号と一致しないならば、次の定期切替タイミングが新たなサービスＨＡ１２に状態遷移するタイミングではなく、自ＨＡは優先ＨＡでないと判定する。次いで、この判定結果に応じて、自ＨＡが行う監視通信（第１の監視通信或いは第２の監視通信）における“障害の発生”を確定する保護回数を変更する。具体的には、自ＨＡが優先ＨＡであるスタンバイＨＡ１４は、保護回数を所定の初期値（例えば、３回）に戻すように変更し、優先ＨＡでないスタンバイＨＡ１４は、保護回数を、初期値より多い回数（例えば、５回）に変更する。保護回数を変更することは、障害の発生を検出する検出条件を変更することを意味し、保護回数を増やすことは検出条件を厳しくするともいえる。

そして、次の定期切替タイミングが到来すると、優先ＨＡであるスタンバイＨＡ１４は、サービスＨＡ１２に対して、サービスＨＡ１２としての動作を停止させる停止信号を送信する。次いで、ＩＰアドレスの設定として、当該ＨＡ１０に割り当てられた固有アドレスに加えてＨＡ代表アドレスを有効とすることで、新たなサービスＨＡ１２に状態遷移するサービス遷移処理を行う。

また、停止信号を受信したサービスＨＡ１２は、ＩＰアドレスの設定として、ＨＡ代表アドレスを無効として当該ＨＡ１０に割り当てられた固有アドレスのみを有効とすることで、新たなスタンバイＨＡ１４に状態遷移するスタンバイ遷移処理を行う。具体的には、サービスＨＡ１２としての動作を停止した後、ＩＰアドレスの設定を当該ＨＡ１０に割り当てられた固有アドレスにリセットすることで、新たなスタンバイＨＡ１４に状態遷移する。

このように、定期切替タイミングの到来毎に、スタンバイＨＡ１４が順にサービスＨＡ１２へ切り替わってゆくが、優先ＨＡであるスタンバイＨＡ１４に潜在的障害が発生している場合、サービスＨＡ１２への切り替わりがなされない。このことから、定期切替タイミングにおけるサービスＨＡ１２の切り替わりの有無によって、優先ＨＡであるスタンバイＨＡ１４に潜在的故障が発生していることを検出できる。なお、優先ＨＡであるスタンバイＨＡ１４に潜在的障害が発生しており、定期切替タイミングにおいてサービスＨＡ１２に切り替わらなくとも、元のサービスＨＡ１２がサービスＨＡ１２のままであるから、ホームエージェントグループ２０としての機能を損なうことはない。

また、定期切替タイミングの到来毎にサービスＨＡ１２が切り替わるため、特定のＨＡ１０がサービスＨＡ１２として継続的に機能することを回避できる。これにより、ホームエージェントグループ２０の信頼性を高めることができる。

また、優先ＨＡであるスタンバイＨＡ１４がサービスＨＡに切り替わるときに、サービスＨＡ１２に停止信号を送信して動作を停止させることから、一時的にサービスＨＡ１２が存在しない状態が生じ、意図せず、他のスタンバイＨＡ１４がサービスＨＡ１２の障害と判断して新たなサービスＨＡ１２に切り替わってしまう可能性もある。しかし、優先ＨＡでないスタンバイＨＡ１４の監視通信における保護回数を多く変更してあることから、この意図しないサービスＨＡ１２の切り替わりの可能性を低減することができる。

［位置登録情報の適正化］
上述のように、ホームエージェントグループ２０において、サービスＨＡ１２は、移動端末７０から受信したＨＡ代表アドレス宛の位置登録要求に応じて位置登録情報ＴＬを更新する位置登録管理処理を行い、その位置登録情報ＴＬの更新情報を、スタンバイＨＡ１４それぞれに送信する。スタンバイＨＡ１４は、受信した更新情報に従って、自身が管理する位置登録情報ＴＬを更新する。これにより、全てのＨＡ１０（サービスＨＡ１２およびスタンバイＨＡ１４）それぞれが位置登録情報ＴＬを個別に更新管理する情報管理の多重化を実現する（図３参照）。

しかしながら、スタンバイＨＡ１４において更新管理される位置登録情報ＴＬには、一部が最新の情報に更新されていない“不具合”が生じている可能性がある。つまり、サービスＨＡ１２からスタンバイＨＡ１４への位置登録情報ＴＬの更新情報の送信の失敗等により、スタンバイＨＡ１４において位置登録情報ＴＬが正しく更新されていない可能性がある。また、サービスＨＡ１２に障害が発生してから、スタンバイＨＡ１４がこの障害の発生を検出して新たなサービスＨＡ１２に切り替わるまでの僅かな時間ではあるが、一時的にサービスＨＡ１２が存在しない状態が生じ、その僅かな間になされた移動端末７０からの位置登録要求に応じた位置登録情報ＴＬの更新がなされていない可能性もある。

サービスＨＡ１２は、位置登録情報ＴＬに従って、移動端末７０の位置（通信接続している地上基地局６０）を判断して、当該移動端末７０宛てのパケットを転送する経路制御を行うため、位置登録情報ＴＬが最新の情報に更新されていない場合、移動端末７０の位置（通信接続している地上基地局６０）を判断できず、その移動端末７０との通信の途絶が起こり得る。鉄道では高い信頼性が要求されるため、列車８０に搭載される移動端末７０との通信途絶は可能な限り回避したい。このため、スタンバイＨＡ１４から新たなサービスＨＡ１２への状態遷移後に、位置登録情報ＴＬの不具合を修正する適正化を行う。

図９は、位置登録情報ＴＬの適正化を説明する図である。図９に示すように、ＨＡ１０内で更新管理している位置登録情報ＴＬは、移動端末７０毎に、ホームアドレスや気付アドレスのほか、現在接続している無線アクセス網Ｎ２の地上基地局６０、有効時間、要求フラグ等のデータを対応付けて管理している。有効時間は、当該移動端末７０についての情報が更新されてからの経過時間を示し、更新時点を最大値としてカウントダウン形式で減少してゆく。要求フラグは、当該移動端末７０についての情報の更新が、当該移動端末７０から受信した位置登録要求に応じたものであるのか、サービスＨＡ１２から受信した更新情報に従ったものであるのかを示すフラグである。

スタンバイＨＡ１４は、サービス遷移処理を実行した後に、スタンバイ処理で更新管理していた位置登録情報ＴＬに登録されている移動端末７０に対して、位置登録要求の送付依頼を送信する登録要求依頼処理を行う。なおここで、スタンバイＨＡ１４からサービスＨＡ１２に状態遷移するサービス遷移処理は、所定の状態遷移条件を満たした場合に行われる。状態遷移条件は、例えば、サービスＨＡ１２の障害の発生を検出したこと（図４，図５参照）、新たなサービスＨＡ１２に状態遷移する定期切替タイミングが到来したこと（図８参照）、である。

サービス遷移処理によって状態遷移した新たなサービスＨＡ１２は、位置登録情報ＴＬに登録されている移動端末７０のうちから、スタンバイ処理としてサービスＨＡ１２から受信した更新情報によって情報を更新した移動端末７０であって（要求フラグから判断できる）、その更新時刻からの経過時間（有効時間から判断できる）が所定の長時間経過条件を満たす移動端末７０を、位置登録要求の送付依頼を送信する移動端末７０として選択する。該当する移動端末７０が複数有る場合には、更新時刻からの経過時間が長い順（つまり、有効時間が短い順）に選択する、これは、位置登録情報ＴＬにおいて最新の情報に更新されていない可能性が高い移動端末７０を選択するためである。長時間経過条件は、更新時刻からの経過時間が長いとみなす条件であり、具体的には、移動端末７０の位置登録要求の実行間隔より長い時間（例えば、１分程度）に定められる。

そして、選択した移動端末７０に対して、位置登録要求の送付依頼を送信し、この送付依頼に応じて移動端末７０から送信される位置登録要求に応じて、位置登録情報ＴＬにおける当該移動端末７０についての情報を最新の情報に更新することができる。位置登録要求の送付依頼は、当該移動端末７０の予測移動範囲を算出し、当該予測移動範囲に係る地上基地局６０から送信させるように制御する。具体的には、図１０に示すように、位置登録情報ＴＬに登録されている地上基地局６０のほか、位置登録情報ＴＬに登録されている有効時間から当該移動端末７０が搭載されている列車の走行経路をもとに予測走行距離を算出し、位置登録情報ＴＬに登録されている地上基地局６０から線路に沿った予測走行距離の範囲を予測移動範囲とし、この予測移動範囲内の地上基地局６０から一斉に送信させることとして選択する。このとき、列車の進行方向を判別可能な場合には、列車の進行方向の情報を更に加味して予測移動範囲を予測すると好適である。各ＨＡ１０は、地上基地局６０毎に当該地上基地局６０の設置位置に対応する線路のキロ程を記憶しておき、移動端末７０からの最後の通信が行われて中継を担った地上基地局６０（位置登録情報ＴＬに含まれる地上基地局６０）の設置位置に対応するキロ程から、予測移動範囲を予測する。

このように、スタンバイＨＡ１４から状態遷移した新たなサービスＨＡ１２が、移動端末７０に位置登録要求の送付依頼を送信することで、受信失敗等によって位置登録情報ＴＬの一部が最新の情報に更新されていないといった不具合が生じていたとしても、速やかに最新の情報に更新して位置登録情報ＴＬの適正化を図ることができる。また、移動端末７０に対する位置登録要求の送付依頼を、当該移動端末７０が通信接続している可能性のある地上基地局６０から送信させることで、通信システム１に係る通信負荷を最小限に抑制することができる。

［位置登録情報の高信頼化］
上述のように、ホームエージェントグループ２０において、サービスＨＡ１２は、移動端末７０から受信したＨＡ代表アドレス宛の位置登録要求に応じて位置登録情報ＴＬを更新する位置登録管理処理を行い、その位置登録情報ＴＬの更新情報を、スタンバイＨＡ１４それぞれに送信する。スタンバイＨＡ１４は、受信した更新情報に基づいて、自身が管理する位置登録情報ＴＬを更新する。これにより、全てのＨＡ１０（サービスＨＡ１２およびスタンバイＨＡ１４）それぞれが個別に管理する位置登録情報ＴＬを同期して更新させることができる（図３参照）。

しかしながら、スタンバイＨＡ１４において更新管理される位置登録情報ＴＬには、一部が最新の情報に更新されていない“不具合”が生じている可能性がある。つまり、サービスＨＡ１２からスタンバイＨＡ１４への位置登録情報ＴＬの更新情報の送信の失敗や、サービスＨＡ１２の故障によって更新情報が送信されない等により、スタンバイＨＡ１４において位置登録情報ＴＬが正しく更新されていない可能性がある。

サービスＨＡ１２は、位置登録情報ＴＬに従って、移動端末７０の位置（通信接続している地上基地局６０）を判断して、当該移動端末７０宛てのパケットを転送する経路制御を行う。このため、スタンバイＨＡ１４内で更新管理している位置登録情報ＴＬに“不具合”があると、当該スタンバイＨＡ１４がサービスＨＡ１２に状態遷移したときに、移動端末７０の位置（通信接続している地上基地局６０）を判断できず、その移動端末７０との通信の途絶が起こり得る。鉄道では高い信頼性が要求されるため、列車８０に搭載される移動端末７０との通信途絶は可能な限り回避したい。

そこで、スタンバイＨＡ１４は、代表ＨＡアドレス宛の位置登録要求を取得し、取得した位置登録情報ＴＬに基づいて、自ＨＡ１０内で更新管理している位置登録情報ＴＬの整合性を判定することで、位置登録情報ＴＬの高信頼化を図る。スタンバイＨＡ１４によるＨＡ代表アドレス宛の位置登録要求は、プロミスキャスモード設定によって取得する。

図１１は、位置登録要求の取得を説明する図である。図１１に示すように、ホームエージェントグループ２０は、複数（図１１では、３台）のＨＡ１０が、ハブ１６を介してコア網Ｎ１に接続されている。ハブ１６は、ポートミラーリング機能を有するスイッチングハブである。ハブ１６のポートミラーリングの設定をオフとした場合、移動端末７０による位置登録要求は、代表ＨＡアドレスを宛先として送信されるので、ＩＰアドレスとして代表ＨＡアドレスが設定されているサービスＨＡ１２のみで受信され、ＩＰアドレスとして固有アドレスが設定されているスタンバイＨＡ１４では受信されない。

本実施形態では、ハブ１６のポートミラーリングの設定をオンとし、ＨＡ代表アドレス宛のパケットのコピーが、各スタンバイＨＡ１４が接続されたポートに転送されるように設定する。また、スタンバイＨＡ１４において、ネットワークインターフェースのモードを、宛先に関わらず全てのパケットを受信するプロミスキャスモードに設定する。これにより、代表ＨＡアドレス宛の位置登録要求が、ＩＰアドレスとして固有アドレスが設定されている各スタンバイＨＡでも受信されるようになる。

そして、スタンバイＨＡ１４は、取得した位置登録要求に基づいて、自ＨＡ１０内で更新管理している位置登録情報ＴＬの整合性を判定する。具体的には、取得した位置登録要求に応じた位置登録管理処理を行ったと仮定した場合の、自ＨＡ１０内での位置登録情報ＴＬの更新内容を求め、この更新内容を、スタンバイＨＡ１４から受信した更新情報と比較する。スタンバイＨＡ１４が取得する位置登録要求は、サービスＨＡ１２で受信される位置登録要求と同じであるから、更新内容と更新情報とは一致するはずである。従って、スタンバイＨＡ１４は、自身で求めた更新内容とサービスＨＡ１２から受信した更新内容とが一致するならば、受信された更新情報の信頼性は高いと判定し、この更新情報に基づいて更新した位置登録情報ＴＬは、最新の情報に正しく更新されて信頼性は高いと判定する。

一方、更新内容と更新情報とが一致しない、或いは、更新情報そのものが受信されないならば、サービスＨＡ１２に障害が発生している、或いは、サービスＨＡ１２との通信経路に障害が発生している、と判定する。この場合、スタンバイＨＡ１４は、自身で求めた更新内容のほうが信頼性が高いとみなせるので、当該更新内容に基づいて位置登録情報ＴＬを更新する。

このように、スタンバイＨＡ１４が、ＨＡ代表アドレス宛の位置登録要求を取得し、取得した位置登録要求に基づいて、自ＨＡ１０内で更新管理している位置登録情報ＴＬの整合性を判定することで、サービスＨＡ１２から受信した更新情報のみに基づく場合と比較して、位置登録情報ＴＬの信頼性を高めることができる。

また、スタンバイＨＡ１４は、サービスＨＡ１２に障害が発生している、或いは、サービスＨＡ１２との通信経路に障害が発生している、と判定した場合には、新たなサービスＨＡに状態遷移するサービス状態遷移処理を行って、サービスＨＡ１２を切り替えるようにしてもよい（図６参照）。

また、スタンバイＨＡ１４は、取得した位置登録要求に基づいて求めた更新内容を、サービスＨＡ１２や他のスタンバイＨＡ１４に送信するようにしてもよい。これにより、サービスＨＡ１２が、受信した位置登録情報ＴＬに基づく更新情報と、スタンバイＨＡ１４から受信した更新内容とを比較し、スタンバイＨＡ１４の障害の発生を検出することが可能となる。また、スタンバイＨＡ１４が互いの更新内容を比較することで、他のスタンバイＨＡ１４の障害の発生を検出することが可能となる。

［作用効果］
このように、本実施形態によれば、移動端末７０の位置登録要求に応じて位置登録管理処理を行うサービスＨＡ１２と、スタンバイＨＡ１４とを具備する冗長系のホームエージェントグループ２０とすることで、その信頼性を高めることができる。ホームエージェントグループ２０では、スタンバイＨＡ１４が、サービスＨＡ１２の障害の発生を検出すると、自身がスタンバイＨＡ１４から新たなサービスＨＡ１２に状態遷移する。また、障害の発生を検出したスタンバイＨＡは、サービスＨＡ１２に停止信号を送信してサービスＨＡ１２からスタンバイＨＡ１４に状態遷移させる。こうしてサービスＨＡ１２が切り替えられる。つまり、位置登録管理処理を行うホームエージェントの機能を担うサービスＨＡ１２に障害が発生したとしても、速やかに、他のＨＡ１０であるスタンバイＨＡ１４が新たなサービスＨＡ１２に切り替わるので、ホームエージェントグループ２０全体としての機能を損なうことがない。

また、サービスＨＡ１２は代表通信アドレスを通信アドレスとし、スタンバイＨＡ１４は当該ＨＡのユニーク通信アドレスを通信アドレスとしているから、障害の発生によってサービスＨＡ１２が切り替わったとしても、移動端末７０は代表通信アドレス宛に位置登録要求を送信すれば良いので、移動端末７０の動作に影響がない。

また、定期切替タイミングの到来毎にスタンバイＨＡ１４が新たなサービスＨＡ１２に切り替わるかによって、スタンバイＨＡ１４に潜在的障害が発生していることを検出できる。また、定期切替タイミングの到来毎にサービスＨＡ１２が切り替わるため、特定のＨＡ１０がサービスＨＡ１２として継続的に機能することを回避できる。定期切替タイミングでのサービスＨＡ１２への切り替わりは、各ＨＡ１０が、現在日時情報と自ＨＡ１０に定められた識別番号とに基づく所定の算術演算を行うことで、個別に独立して判定することができる。また、判定に現在日時情報を用いることで、日時の経過に応じて、各ＨＡ１０が順番にサービスＨＡ１２に切り替わるようにできる。

また、スタンバイＨＡ１４から状態遷移した新たなサービスＨＡ１２が、当該ＨＡ内で更新管理している位置登録情報ＴＬに登録されている移動端末７０に対して位置登録要求の送付依頼を送信することで、位置登録情報ＴＬの信頼性を高めることができる。

また、スタンバイＨＡ１４が、サービスＨＡ１２から受信した更新情報に基づいて当該スタンバイＨＡ１４内で位置登録情報ＴＬを更新管理するとともに、代表通信アドレス宛の位置登録要求を取得し、取得した位置登録要求に基づいて、当該スタンバイＨＡ１４内で更新管理している位置登録情報ＴＬの整合性を判定することで、当該スタンバイＨＡ１４内で管理更新している位置登録情報ＴＬの信頼性を高めることができる。これらにより、ホームエージェントグループ２０の信頼性を更に高めることができる。

なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

１…通信システム
Ｎ１…コア網
２０…ホームエージェントグループ
１０…ホームエージェント（ＨＡ）
１２…サービスＨＡ、１４…スタンバイＨＡ
ＴＬ…位置登録情報
３０…認証サーバ
４０…地上装置
５０…ルータ
Ｎ２…無線アクセス網、６０…地上基地局
７０…移動端末、８０…列車

Claims (4)

1. 移動端末からの代表通信アドレス宛の位置登録要求に応じて位置登録情報を更新管理する位置登録管理処理を行うホームエージェント（以下「ＨＡ」と略称する。）を具備するモバイルＩＰシステムであって、
   前記代表通信アドレスと当該ＨＡのユニーク通信アドレスとを有効な通信アドレスとして前記位置登録管理処理を実行するサービスＨＡと、
   前記代表通信アドレスと当該ＨＡのユニーク通信アドレスとのうち、当該ＨＡのユニーク通信アドレスのみを有効な通信アドレスとしたスタンバイＨＡと、
   を具備し、
   前記サービスＨＡは、
   前記位置登録要求の受信に応じた前記位置登録情報の更新情報を前記スタンバイＨＡに送信し、
   前記スタンバイＨＡは、
   前記移動端末の位置登録情報を当該スタンバイＨＡ内で管理することと、
   前記代表通信アドレス宛の位置登録要求を取得することと、
   当該スタンバイＨＡ内で管理する位置登録情報を前記取得した位置登録要求に基づいて更新すると仮定した場合の更新内容を求めることと、
   前記更新内容と前記サービスＨＡから受信した前記更新情報とが一致する場合には、当該スタンバイＨＡ内で管理する位置登録情報を当該受信した前記更新情報で更新し、一致しない場合には、当該スタンバイＨＡ内で管理する位置登録情報を前記更新内容で更新することと、
   を行う、
   モバイルＩＰシステム。
2. 前記スタンバイＨＡは、
   前記更新情報と、前記取得した位置登録要求とに基づいて、前記サービスＨＡの故障の発生を検出することと、
   前記サービスＨＡの故障を検出した場合に、前記サービスＨＡに対して前記サービスＨＡとしての動作を停止させる停止信号の送信、および、当該スタンバイＨＡの通信アドレスとして前記代表通信アドレスを有効とすることで新たなサービスＨＡに状態遷移するサービス遷移処理と、
   を行う、
   請求項１に記載のモバイルＩＰシステム。
3. 前記スタンバイＨＡは、
   前記代表通信アドレス宛の位置登録要求を、プロミスキャスモードによって取得する、
   請求項１又は２に記載のモバイルＩＰシステム。
4. 移動端末からの代表通信アドレス宛の位置登録要求に応じて位置登録情報を更新管理する位置登録管理処理を行うホームエージェント（以下「ＨＡ」と略称する。）を具備するモバイルＩＰシステムにおけるホームエージェント冗長制御方法であって、
   前記モバイルＩＰシステムは、
   前記代表通信アドレスと当該ＨＡのユニーク通信アドレスとを有効な通信アドレスとして前記位置登録管理処理を実行するサービスＨＡと、
   前記代表通信アドレスと当該ＨＡのユニーク通信アドレスとのうち、当該ＨＡのユニーク通信アドレスのみを有効な通信アドレスとしたスタンバイＨＡと、
   を具備し、
   前記サービスＨＡが、
   前記位置登録要求の受信に応じた前記位置登録情報の更新情報を前記スタンバイＨＡに送信し、
   前記スタンバイＨＡが、
   前記移動端末の位置登録情報を当該スタンバイＨＡ内で管理することと、
   前記代表通信アドレス宛の位置登録要求を取得することと、
   当該スタンバイＨＡ内で管理する位置登録情報を前記取得した位置登録要求に基づいて更新すると仮定した場合の更新内容を求めることと、
   前記更新内容と前記サービスＨＡから受信した前記更新情報とが一致する場合には、当該スタンバイＨＡ内で管理する位置登録情報を当該受信した前記更新情報で更新し、一致しない場合には、当該スタンバイＨＡ内で管理する位置登録情報を前記更新内容で更新することと、
   を行う、
   ホームエージェント冗長制御方法。

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