WO2015178139A1

WO2015178139A1 - 無線通信システム、ユーザ局、及び通信制御方法

Info

Publication number: WO2015178139A1
Application number: PCT/JP2015/061908
Authority: WO
Inventors: 康史森岡; 芳文森広; 浩人安田
Original assignee: 株式会社Ｎｔｔドコモ
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2015-11-26
Also published as: JP2017126808A

Abstract

　ユーザ局は、第１通信規格に適合する第１インタフェースと第２通信規格に適合する第２インタフェースとのいずれかを用いてデータパケットを送受信する。ユーザ局の接続先が第２ノードに切り替えられる際、新たな第２アドレスがユーザ局に払い出される。ユーザ局は、新たな第２アドレスを含む切替メッセージを第１ノードに送信する。データパケットが第２インタフェースを介して送信されるように経路制御テーブルが更新される。第１ノードは、切替メッセージを受信した後、受信したユーザ局宛ての受信パケットを、新たな第２アドレス宛てにリダイレクトする。

Description

無線通信システム、ユーザ局、及び通信制御方法

　本発明は、情報提示システム、ユーザ局、及び通信制御方法に関する。

　近年、インターネット上のウェブコンテンツ（web content）の大容量化及びスマートフォンを始めとする携帯端末の高性能化に伴い、携帯電話ネットワーク（セルラーネットワーク）におけるトラフィックが増大している。以上のトラフィック増大は、携帯電話ネットワークにおける通信容量の逼迫を引き起こしている。

　以上の通信容量の逼迫に対応するため、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ／Ｗｉ－Ｆｉ）を併用して携帯電話ネットワークのトラフィックをオフロードさせる構成が採用されている（例えば、特許文献１）。以上のような無線ＬＡＮサービスは、携帯電話事業者の経営施策に基づき、しばしば無料で提供される。また、以上の無線ＬＡＮサービスの伝送速度（例えば、IEEE 802.11acの伝送速度433Mbps）は、携帯電話ネットワークの伝送速度（例えば、LTE UE Category 4の伝送速度150Mbps）を上回る。

特許第４２８４２７５号

　無線ＬＡＮを使用した以上のオフロード技術においては、携帯電話ネットワーク用と無線ＬＡＮ用との２つのインタフェースを備えるユーザ局が利用される。一般的に、ユーザデータの送受信に関するユーザプレーンについては、アクティブな複数のインタフェースが存在する場合であっても、１つのユーザ局において１つのインタフェースのみが排他的に利用される。そのため、ある１つのインタフェースを用いてパケットを送信した後にユーザ局の接続先が切り替えられると、そのインタフェースに対して返信された戻りパケットの損失が発生する、という課題がある。以上の課題は、複数のネットワークが頻繁に切り替えられる場合、例えば、ユーザ局のユーザが電車等の乗り物に乗っている場合に、より顕著となる。

　以上の課題は、携帯電話ネットワーク及び無線ＬＡＮの組合せに限定して存在するものではなく、異なるインタフェースを介してユーザ局と接続される複数のネットワークの組合せにおいて普遍的に存在することは、当然に理解される。

　以上の事情を考慮して、本発明は、ユーザ局の接続先の切替えに伴うパケット損失を抑制することを目的とする。

　本発明の無線通信システムは、第１通信規格に従って通信可能な第１ノードを含む第１ネットワークと、第２通信規格に従って通信可能な第２ノードを含み、前記第１ネットワークとは独立した第２ネットワークと、前記第１ネットワークおよび前記第２ネットワークと通信可能なユーザ局とを備え、前記ユーザ局は、前記第１通信規格に適合する第１インタフェースと、前記第２通信規格に適合する第２インタフェースと、前記第１インタフェースと前記第２インタフェースとのいずれかを用いてデータパケットの送受信を実行するユーザ通信部と、前記第１インタフェースと前記第２インタフェースとの少なくともいずれかを用いて制御メッセージの送受信を実行する制御通信部と、前記ユーザ通信部の通信経路を規定する経路制御テーブルを更新するユーザ経路制御部とを備え、前記第１ノードは、前記第１インタフェースに割り当てられるべき第１アドレスを払い出す第１アドレス払出部を備え、前記第２ノードは、前記第２インタフェースに割り当てられるべき第２アドレスを払い出す第２アドレス払出部を備え、前記ユーザ局の接続先が前記第１ノードから前記第２ノードに切り替えられる際、前記第２アドレス払出部は、前記ユーザ局が使用すべき新たな第２アドレスを前記ユーザ局に払い出し、前記制御通信部は、前記第２アドレス払出部から前記新たな第２アドレスが払い出された後、前記新たな第２アドレスを含む切替メッセージを前記第１ノードに送信し、前記ユーザ経路制御部は、前記制御通信部が前記切替メッセージを送信した後、前記ユーザ通信部が前記第２インタフェースを介して前記データパケットを送信するように前記経路制御テーブルを更新し、前記第１ノードは、さらに前記制御通信部から前記切替メッセージを受信した後、前記第１ノードが受信した前記ユーザ局宛ての受信パケットを前記新たな第２アドレス宛てにリダイレクトするリダイレクト部を備える。

　本発明のユーザ局は、第１通信規格に従う第１ネットワーク内の第１ノードと無線通信可能な第１インタフェースと、第２通信規格に従い、前記第１ネットワークとは独立した第２ネットワーク内の第２ノードと無線通信可能な第２インタフェースと、前記第１インタフェースと前記第２インタフェースとのいずれかを用いてデータパケットを送受信するユーザ通信部と、前記第１インタフェースと前記第２インタフェースとの少なくともいずれかを用いて制御メッセージの送受信を実行する制御通信部と、前記ユーザ通信部の通信経路を規定する経路制御テーブルを更新するユーザ経路制御部とを備えるユーザ局であって、前記制御通信部は、前記ユーザ局の接続先が前記第１ノードから前記第２ノードに切り替えられる際に当該第２ノードから払い出される新たな第２アドレスを、切替メッセージに含めて前記第１ノードに送信し、前記ユーザ経路制御部は、前記制御通信部が前記切替メッセージを送信した後、前記ユーザ通信部が前記第２インタフェースを介して前記データパケットを送信するように前記経路制御テーブルを更新し、前記ユーザ通信部は、前記新たな第２アドレスに基づいて前記第１ノードからリダイレクトされた当該ユーザ局宛ての受信パケットを受信する。

　本発明の通信制御方法は、第１通信規格に従って通信可能な第１ノードを含む第１ネットワークと、第２通信規格に従って通信可能な第２ノードを含み、前記第１ネットワークとは独立した第２ネットワークと、前記第１ネットワークおよび前記第２ネットワークと通信可能なユーザ局とを備える無線通信システムにおける通信制御方法であって、前記ユーザ局において、前記第１通信規格に適合する第１インタフェースと前記第２通信規格に適合する第２インタフェースとのいずれかを用いてデータパケットを送受信することと、前記第１インタフェースと前記第２インタフェースとの少なくともいずれかを用いて制御メッセージを送受信することと、前記ユーザ局の接続先が前記第１ノードから前記第２ノードに切り替えられる際、前記第２ノードにおいて、前記ユーザ局が使用すべき新たな第２アドレスを前記ユーザ局に払い出すことと、前記新たな第２アドレスが払い出された後、前記ユーザ局において、前記新たな第２アドレスを含む切替メッセージを前記第１ノードに送信することと、前記切替メッセージが送信された後、前記データパケットが前記第２インタフェースを介して送信されるように、前記ユーザ局の通信経路を規定する経路制御テーブルを更新することと、前記第１ノードにて前記切替メッセージが受信された後、前記第１ノードにて受信された前記ユーザ局宛ての受信パケットを、前記新たな第２アドレス宛てにリダイレクトすることとを備える。

　本発明によれば、ユーザ局の接続先の切替えに伴うパケット損失が抑制される。

第１実施形態に係る無線通信システムを示す図である。インタフェースとサービスの関係性を示す説明図である。ユーザ局によるパケット送受信の様子を示す動作フローである。第１実施形態のユーザ局の構成ブロック図である。経路制御テーブルの一例を示す図である第１実施形態に係る無線基地局の構成ブロック図である。第１実施形態に係るゲートウェイ装置の構成ブロック図である。第１実施形態に係るアクセスポイントの構成ブロック図である。接続先切替え及びリダイレクトの動作フローの一例である。接続先切替え及びリダイレクトの動作フローの一例である。接続先切替え及びリダイレクトの動作フローの一例である。ＤＨＣＰメッセージの構成の一例を示す図である。カプセル化後の受信パケットの模式図である。アドレス変換テーブルの一例を示す図である。カプセル化解除要否の判定フローである。

１．　第１実施形態
　以下、図面を参照しながら本発明の第１実施形態を説明する。概略的には、切替え先でユーザ局ＵＳに払い出された新たなＩＰアドレスが切替え元に通知されることにより、切替え元に対して返信されたパケットが切替え先にリダイレクトされる。

１（１）．　無線通信システムの概略
　図１は、本発明の第１実施形態に係る無線通信システムＣＳを示す図である。無線通信システムＣＳは、ユーザ局ＵＳと無線基地局ｅＮＢとアクセスポイントＡＰと管理ノードＭＭＥとゲートウェイ装置ＧＷとを備える。本実施形態において、以上の各ノードには１以上のグローバルＩＰアドレスが割り当てられる。無線基地局ｅＮＢと管理ノードＭＭＥとゲートウェイ装置ＧＷは第１ネットワークＮＷ１（携帯電話ネットワーク）に属し、アクセスポイントＡＰは第２ネットワークＮＷ２（無線ＬＡＮ）に属する。セルラー通信規格に従う第１ネットワークＮＷ１と非セルラー通信規格に従う第２ネットワークとは、互いに独立している。

　第１ネットワークＮＷ１内の要素及びユーザ局ＵＳは、セルラー通信規格（例えば、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）規格に含まれるＬＴＥ／ＳＡＥ（Long Term Evolution / System Architecture Evolution）規格に従って通信を実行する。３ＧＰＰ規格に規定された用語に従うと、ユーザ局ＵＳはUser Equipmentであり、無線基地局ｅＮＢはevolved Node Bであり、管理ノードＭＭＥはMobility Management Entityであり、ゲートウェイ装置ＧＷはPDN/Serving Gatewayである。

　第２ネットワークＮＷ２内の要素及びユーザ局ＵＳは、非セルラー通信規格（例えば、IEEE 802.11系の無線ＬＡＮ規格）に従って通信を実行する。無線ＬＡＮ規格に規定された用語に従うと、ユーザ局ＵＳはStation（STA）であり、アクセスポイントＡＰはAccess Pointである。

　無線通信システムＣＳにおいては、データ信号用の論理インタフェース（ユーザプレーン経路）と制御信号用の論理インタフェース（制御プレーン経路）とが独立して設定される。図１において、要素間の破線はセルラー通信規格に従う制御プレーン経路を示し、要素間の一点鎖線は非セルラー通信規格に従う制御プレーン経路を示す。要素間の実線は、通信規格を問わずユーザプレーン経路を示す。図示されるように、無線基地局ｅＮＢとアクセスポイントＡＰとの間には制御プレーン経路もユーザプレーン経路も存在しない。

　本実施形態のユーザ局ＵＳは、セルラー通信規格と非セルラー通信規格との双方に適合するモバイル端末である。ユーザ局ＵＳは、セルラー通信規格に従う無線基地局ｅＮＢに対応する第１インタフェース１１０と、非セルラー通信規格に従うアクセスポイントＡＰに対応する第２インタフェース１２０とを備える。

　以上２つのインタフェースは同時にアクティブ化され得る。例えば、ユーザ局ＵＳは、セルラー通信規格において待ち受け（制御プレーン通信）を行いつつ非セルラー通信規格でデータの送受信を行うことが可能であるし、セルラー通信規格においてＶｏＬＴＥ（Voice over LTE）通話を行いつつ非セルラー通信規格でデータの送受信を行うことも可能である。以上２つのインタフェースの各々にはユニークなＩＰアドレスが割り当てられる。

　しかしながら、特殊サービス（ＶｏＬＴＥサービス及び制御プレーンサービスなど）以外の通常のユーザプレーンサービス（一般アプリケーション）に関しては、２つのインタフェースのいずれかが排他的に使用される。図２に示されるように、一般アプリケーションが第２インタフェース１２０を介して通信する場合、アプリケーション層とインタフェース層との間に介在するフレームワークＦＷ内の機能ブロックである接続サービス（Connectivity Service）が、第１インタフェース１１０からの接続を遮断する。

　一般的なＴＣＰ／ＩＰにおいては、端末が複数のインタフェース（複数のＩＰアドレス）を有していても、これらのインタフェースを並列的に使用した一連の通信を実行することができない。これは、異なる複数のインタフェースを経由して受信された複数のパケットを順序付ける手法が規定されていない等の理由による。そのため、ユーザ局ＵＳにおけるユーザプレーン経路に関しては、通常、１つのインタフェース（１つのＩＰアドレス）に対応する１つの通信経路のみが使用可能である。

　図３は、２つのインタフェースを有するユーザ局ＵＳによるパケット送受信の様子を示す図である。図３には、パターン（Ａ）からパターン（Ｃ）までの３つの送受信パターンが示されている。パターン（Ａ）では、第１インタフェース（Ｉ／Ｆ）１１０から送信されたＨＴＴＰ要求パケットが外部サーバに到達した後、そのＨＴＴＰ要求パケットに対応するＨＴＴＰ応答パケットが外部サーバから返信されて第１インタフェース１１０に成功裏に受信される。パターン（Ｃ）では、同様にして、第２インタフェース（Ｉ／Ｆ）１２０がパケットを成功裏に送受信する。

　パターン（Ｂ）では、第１インタフェース１１０が送信パケットを送信してから対応する受信パケットを受信するまでの間に、ユーザ局ＵＳの接続先（使用する通信経路）が変更される。外部サーバは、ＨＴＴＰ要求パケットの送信元アドレスが示す第１インタフェース１１０宛てにＨＴＴＰ応答パケットを送信する。しかし、ユーザ局ＵＳの使用インタフェースは第２インタフェース１２０に既に切り替えられているので、第１インタフェース１１０宛てのＨＴＴＰ応答パケットは喪失する。以下では、パターン（Ｂ）で生じるようなパケットロスを抑制する構成が説明される。

１（２）．　各ノードの構成
１（２）－１．　ユーザ局の構成
　図４は、第１実施形態に係るユーザ局ＵＳの構成ブロック図である。ユーザ局ＵＳは、第１インタフェース１１０と第２インタフェース１２０と記憶部１３０と制御部１４０とを備える。音声・映像等を出力する出力装置およびユーザからの指示を受け付ける入力装置等の図示は便宜的に省略されている。

　第１インタフェース１１０はセルラー通信規格に従って無線基地局ｅＮＢと通信するための要素であり、第２インタフェース１２０は非セルラー通信規格に従ってアクセスポイントＡＰと通信するための要素である。以上の各インタフェースは対応する通信規格に適合しており、送受信アンテナと、無線信号（電波）を受信して電気信号に変換する受信回路と、制御信号・ユーザ信号等の電気信号を無線信号（電波）に変換して送信する送信回路とを含む。

　制御部１４０は、ユーザ通信部１４２と制御通信部１４４とユーザ経路制御部１４６とを備える。ユーザ通信部１４２は、第１インタフェース１１０と第２インタフェース１２０とのいずれかを用いて、インターネットＩＮ内のサーバ等とデータパケットを送受信する。制御通信部１４４は、第１インタフェース１１０と第２インタフェース１２０との少なくともいずれかを用いて、制御メッセージを送受信する。ユーザ経路制御部１４６は、ユーザ通信部１４２の通信経路を規定する経路制御テーブル１３２（ルーティングテーブル）を更新する。経路制御テーブル１３２は、記憶部１３０に記憶される。

　図５は、経路制御テーブル１３２の一例を示す図である。経路制御テーブル１３２は、１以上の経路情報エントリＲＩＥを含む。各経路情報エントリＲＩＥは、宛先ネットワークＤとネットマスクＭとゲートウェイＧとインタフェースＩとを情報項目として含む。各情報項目は所定長（例えば、３２ビットまたは１２８ビット）のビット列に相当する値である。

　ユーザ通信部１４２は、ある宛先ＩＰアドレスに対してパケットを送信する場合、経路制御テーブル１３２を参照して使用すべきインタフェースを確定する。より具体的には、宛先ＩＰアドレスと各ネットマスクＭとの論理積（ＡＮＤ演算）に基づいて宛先ネットワークＤを特定し、その宛先ネットワークＤに対応するインタフェースＩを用いて、その宛先ネットワークＤに対応するゲートウェイＧに対してパケットを送信する。

１（２）－２．　無線基地局の構成
　図６は、第１実施形態に係る無線基地局ｅＮＢの構成ブロック図である。無線基地局ｅＮＢは、無線インタフェース２１０とネットワークインタフェース２２０と記憶部２３０と制御部２４０とを備える。無線インタフェース２１０はセルラー通信規格に従ってユーザ局ＵＳと通信するための要素であり、第１インタフェース１１０と同様に構成される。ネットワークインタフェース２２０は第１ネットワークＮＷ１内の他ノード（管理ノードＭＭＥ，ゲートウェイ装置ＧＷ等）と通信するための要素であり、電気信号を有線で送受信する。

　制御部２４０は、ユーザ通信部２４２と制御通信部２４４とを備える。ユーザ通信部２４２は、ユーザ局ＵＳとゲートウェイ装置ＧＷとの間のユーザ信号の送受信を中継する。制御通信部２４４は、第１通信規格に従う制御メッセージをユーザ局ＵＳおよび管理ノードＭＭＥと送受信する。

１（２）－３．　ゲートウェイ装置の構成
　図７は、第１実施形態に係るゲートウェイ装置ＧＷの構成ブロック図である。ゲートウェイ装置ＧＷは、ネットワークインタフェース３１０と外部インタフェース３２０と記憶部３３０と制御部３４０とを備える。ネットワークインタフェース３１０は第１ネットワークＮＷ１内の他ノードと通信するための要素であり、電気信号を有線で送受信する。外部インタフェース３２０はインターネットＩＮ内の他ノードと通信するための要素であり、電気信号を有線で送受信する。

　制御部３４０は、パケット中継部３４２とアドレス払出部３４４とリダイレクト部３４６とを備える。パケット中継部３４２は、ユーザ局ＵＳとインターネットＩＮとの間のユーザ信号の送受信を中継する。アドレス払出部３４４は、ユーザ局ＵＳの第１インタフェース１１０に割り当てられるべき第１ＩＰアドレスを払い出す。換言すると、アドレス払出部３４４はＤＨＣＰサーバ機能を有する。リダイレクト部３４６は、パケットをリダイレクトする（詳細は後述される）。

１（２）－４．　アクセスポイントの構成
　図８は、第１実施形態に係るアクセスポイントＡＰの構成ブロック図である。アクセスポイントＡＰは、無線インタフェース４１０とネットワークインタフェース４２０と記憶部４３０と制御部４４０とを備える。無線インタフェース４１０は非セルラー通信規格に従ってユーザ局ＵＳと通信するための要素であり、第２インタフェース１２０と同様に構成される。ネットワークインタフェース４２０は第２ネットワークＮＷ２およびインターネットＩＮ内の他ノードと通信するための要素であり、電気信号を有線で送受信する。

　制御部４４０は、パケット中継部４４２と制御通信部４４４とアドレス払出部４４６とリダイレクト部４４８とを備える。パケット中継部４４２は、ユーザ局ＵＳとインターネットＩＮとの間のユーザ信号の送受信を中継する。制御通信部４４４は、第２通信規格に従う制御メッセージをユーザ局ＵＳと送受信する。アドレス払出部４４６は、ユーザ局ＵＳの第２インタフェース１２０に割り当てられるべき第２ＩＰアドレスを払い出す。換言すると、アドレス払出部４４６はＤＨＣＰサーバ機能を有する。リダイレクト部４４８は、パケットをリダイレクトする（詳細は後述される）。

１（２）－５．　共通事項
　以上の各制御部（１４０，２４０，３４０，４４０）及び各制御部に含まれる要素は、各ノード（ＵＳ，ｅＮＢ，ＡＰ）内の不図示のＣＰＵが各記憶部（１３０，２３０，３３０，４３０）に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。

１（３）．　リダイレクト動作
１（３）－１．　第１ネットワークから第２ネットワークへのリダイレクト
　第１実施形態におけるリダイレクト動作の例を以下に説明する。図９は、第１ネットワークＮＷ１に接続しているユーザ局ＵＳが第２ネットワークＮＷ２に接続先を切り替えた後に、第１ネットワークＮＷ１（ゲートウェイ装置ＧＷ）から第２ネットワークＮＷ２（アクセスポイントＡＰ）へパケットがリダイレクトされる動作フローを示す。図９の動作フローにおいて、ユーザ局ＵＳは当初、第１ＩＰアドレスが割り当てられた第１インタフェース１１０を用いて、接続中の第１ネットワークＮＷ１（無線基地局ｅＮＢおよびゲートウェイ装置ＧＷ）を介してインターネットＩＮと通信している。

　まず、ユーザ局ＵＳの接続先をアクセスポイントＡＰに切り替える動作を説明する。無線接続可能なアクセスポイントＡＰを発見すると、ユーザ局ＵＳの制御通信部１４４は、そのアクセスポイントＡＰに対してアソシエーション動作を実行する（S100）。ユーザ局ＵＳとアクセスポイントＡＰとのアソシエーションが確立されると、アクセスポイントＡＰのアドレス払出部４４６は、ユーザ局ＵＳの第２インタフェース１２０が使用すべき新たな第２ＩＰアドレスを払い出す（S102）。

　ステップS102の後、制御通信部１４４は、払い出された第２ＩＰアドレスを切替メッセージに格納してゲートウェイ装置ＧＷに送信する（S104）。切替メッセージの種別は任意である。例えば、3GPP TS 36.413に規定されるUPLINK NAS TRANSPORTメッセージやHTTPメソッドの一種であるPOSTメソッドが、切替メッセージとして採用され得る。

　ステップS104の後、ユーザ経路制御部１４６は、ユーザ通信部１４２が第２インタフェース１２０を介してデータパケットを送信するように経路制御テーブル１３２を更新する（S106）。すなわち、ユーザ経路制御部１４６は、ユーザ局ＵＳが他ノードに対してパケットを送信する際に第２インタフェース１２０を使用するように、経路情報エントリＲＩＥに含まれるインタフェースＩの欄を書き換える。結果として、データパケットの伝送ルートが切り替えられ、第２インタフェース１２０及びアクセスポイントＡＰ経由でユーザパケットの伝送が実行される。

　次いで、伝送ルートが切り替えられた後に実行されるリダイレクト動作について説明する。図９のステップS110では、経路制御テーブル１３２の更新前（ステップS106前）にユーザ局ＵＳから送信されたパケットに関して、インターネットＩＮ内のサーバが、ユーザ局ＵＳに対応する送信元アドレス（第１ＩＰアドレス）に対してパケットを返信する。以上のパケットは、まず第１ネットワークＮＷ１内のゲートウェイ装置ＧＷに到達する。

　ゲートウェイ装置ＧＷのリダイレクト部３４６は、接続先切替え前のユーザ局ＵＳ宛て（すなわち、第１ＩＰアドレス宛て）のパケットを受信すると、接続先切替え後のユーザ局ＵＳ宛て（第２ＩＰアドレス宛て）にリダイレクトする（S112）。リダイレクトされたパケットは、インターネットＩＮおよびアクセスポイントＡＰを経由して、ユーザ局ＵＳの第２インタフェース１２０に到達する。なお、切替メッセージの受信後（ステップS104の後）であれば、リダイレクト部３４６は以上のリダイレクト動作を開始してよい。

　以上のように、本実施形態の構成によれば、パケットを送信してから受信するまでの間にユーザ局ＵＳが接続先を変更しても、変更前の接続先宛てに返信されたパケットが変更後の接続先へリダイレクトされてユーザ局ＵＳに到達する。

１（３）－２．　アクセスポイント間のリダイレクト
　図１０は、第２ネットワークＮＷ２内のアクセスポイントＡＰ１に接続しているユーザ局ＵＳが、他のアクセスポイントＡＰ２に接続先を切り替えた後に、アクセスポイントＡＰ１からアクセスポイントＡＰ２へパケットがリダイレクトされる動作フローを示す。図１０は、図９に後続する動作フローである。図９のアクセスポイントＡＰが、図１０のアクセスポイントＡＰ１に相当する。

　図１０では、まず、ユーザ局ＵＳがアクセスポイントＡＰ１からアクセスポイントＡＰ２にハンドオーバする。図９と同様、ユーザ局ＵＳと切替先であるアクセスポイントＡＰ２とのアソシエーションが確立された後（S120）、アクセスポイントＡＰ２から第３ＩＰアドレスが払い出される（S122）。その後、第３ＩＰアドレスを含む切替メッセージがユーザ局ＵＳから切替元のアクセスポイントＡＰ１に送信され（S124）、経路制御テーブル１３２が更新される（S126）。ステップS126においては、第２インタフェース１２０に相当する各インタフェースＩ欄内の第２ＩＰアドレスが、払い出された第３ＩＰアドレスに書き換えられる。

　ステップS130では、前述のステップS110と同様、切替え前の送信元アドレス（第２ＩＰアドレス）に対してインターネットＩＮ内のサーバがパケットを返信する。アクセスポイントＡＰ１のリダイレクト部４４８は、以上の第２ＩＰアドレス宛てのパケットを受信すると、接続先切替え後のユーザ局ＵＳ宛て（第３ＩＰアドレス宛て）にリダイレクトする（S132）。リダイレクトされたパケットは、インターネットＩＮ及びアクセスポイントＡＰ２を経由してユーザ局ＵＳの第２インタフェース１２０に到達する。なお、切替メッセージの受信後（ステップS124の後）であれば、リダイレクト部４４８は以上のリダイレクト動作を開始してよい。

　以上から理解されるように、本実施形態においては、アクセスポイントＡＰ間でもリダイレクトが可能である。また、図９及び図１０の一連の動作を考慮すると、ユーザ局ＵＳの接続先が変更される度に、リダイレクトを行うノードも変更されることが理解される。

１（４）．　本実施形態の効果
　以上の本実施形態の構成によれば、接続先の切替え後に払い出された新たなＩＰアドレスがユーザ局ＵＳから切替え前の接続先に通知されるので、切替え前の接続先に対して返信されたパケットが切替え後の接続先にリダイレクトされる。そのため、ユーザ局ＵＳの接続先の切替えに伴うパケット損失が抑制され、ユーザが体感する品質が向上する。

　本実施形態ではユーザ局ＵＳを介してＩＰアドレスが通知されるので、リダイレクトのためにネットワーク同士を接続する構成と比較して、ネットワークの独立性が維持される。また、ユーザ局ＵＳが同時に使用するインタフェースは１つであるから、一般的なＴＣＰ／ＩＰを改変したプロトコルを使用しなくても本構成が実現可能である。そのため、無線通信システムＣＳは簡易に構築され得る。

２．　第２実施形態
　本発明の第２実施形態を以下に説明する。以下に例示する各実施形態において、作用、機能が第１実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の説明を適宜に省略する。

　第２実施形態においては各ネットワーク（ＮＷ１，ＮＷ２，…）がプライベートネットワークを形成する。各ネットワークに接続するユーザ局ＵＳに対しては、そのネットワーク内のみで使用されるローカルＩＰアドレス（プライベートＩＰアドレス）が払い出され、割り当てられる。したがって、接続先の切替え後に払い出されるローカルＩＰアドレスを切替え前のネットワークに単に通知するだけでは、前述のリダイレクトが実現されない。そこで、本実施形態では、新たに払い出されたローカルＩＰアドレスに加え、切替え後の接続先に割り当てられているグローバルＩＰアドレスを切替え前の接続先に通知する。

　図１１は、第２実施形態におけるリダイレクト動作を例示する動作フローである。図１１では、図９と同様、第１ネットワークＮＷ１から第２ネットワークＮＷ２へとユーザ局ＵＳの接続先が切り替えられた後、リダイレクトが実行される。

　ステップS200のアソシエーション動作は、ステップS100と同様に実行される。アソシエーションの確立後、アクセスポイントＡＰのアドレス払出部４４６は、ユーザ局ＵＳの第２インタフェース１２０が使用すべき新たな第２ローカルＩＰアドレスと、そのアクセスポイントＡＰに割り当てられているグローバルＩＰアドレス（第２グローバルＩＰアドレス）とを払い出す（S202）。図１２は、ステップS202にて送信される制御メッセージであるＤＨＣＰメッセージＤＭの構成を示す。ＤＨＣＰメッセージＤＭは、払い出された第２ローカルＩＰアドレスを含むボディ部ＢとアクセスポイントＡＰの第２グローバルＩＰアドレスを含むオプション部Ｏとを含む。

　ステップS202の後、制御通信部１４４は、払い出された第２ローカルＩＰアドレスおよび第２グローバルＩＰアドレスを切替メッセージに格納し、ゲートウェイ装置ＧＷに送信する（S204）。ステップS206の経路制御テーブル１３２の更新動作は、前述のステップS106と同様に実行される。

　図１１のステップS210では、ステップS206前にユーザ局ＵＳから送信されたパケットに関して、インターネットＩＮ内のサーバが、ユーザ局ＵＳが切替え前に属していた第１ネットワークＮＷ１に対応するアドレス（第１グローバルＩＰアドレス）に対してパケットを返信する。

　ゲートウェイ装置ＧＷのリダイレクト部３４６は、接続先切替え前のユーザ局ＵＳ宛てのパケットを受信すると、その受信パケットが第２ローカルＩＰアドレスを含むようにカプセル化し、接続先の第２ネットワークＮＷ２宛て（第２グローバルＩＰアドレス宛て）にリダイレクトする（S212）。

　図１３は、カプセル化後の受信パケットを模式的に示す。本例のカプセル化は、ＩＰパケットをネットワーク層でカプセル化するIP over IP構成によるものである。より具体的には、第１ＩＰヘッダの第１ＩＰペイロード内に、第２ＩＰヘッダと第２ＩＰペイロードを含むパケットがカプセル化されている。第１ＩＰヘッダには宛先として第２グローバルＩＰアドレスが含まれ、第２ＩＰヘッダには宛先として第２ローカルＩＰアドレスが含まれる。したがって、カプセル化後の受信パケットは第２グローバルＩＰアドレス（すなわち、アクセスポイントＡＰ）に向けて送信される。

　アクセスポイントＡＰのパケット中継部４４２は、リダイレクトされた受信パケットのカプセル化を解除して、その受信パケットに含まれる第２ローカルＩＰアドレス宛てに送信する（S214）。本例において、カプセル化の解除とは、受信パケットが含む第１ＩＰヘッダを削除し、第１ＩＰペイロードを解除後パケットとして取得することである。

　その後、解除後パケットは、ユーザ局ＵＳの第２インタフェース１２０に到達する。なお、切替メッセージの受信後（ステップS204の後）であれば、リダイレクト部３４６は以上のリダイレクト動作を開始してよい。

　以下、ステップS214に関連する動作を詳細に説明する。アクセスポイントＡＰには様々なパケットが到来する。実際には、前述のようにカプセル化されたパケットだけではなく、カプセル化されていない通常のパケットも到来する。本例において、アクセスポイントＡＰのパケット中継部４４２は、記憶部４３０に記憶されるアドレス変換テーブルＡＴに基づいてパケット転送を実行する。

　図１４は、アドレス変換テーブルＡＴの一例を示す。アドレス変換テーブルＡＴは、第２ネットワークＮＷ２内で使用されるローカルＩＰアドレスと、インターネットＩＮで使用されるグローバルＩＰアドレスとを対応付けて記憶している。以下、アドレス変換テーブルＡＴに含まれる各行を変換エントリＴＥと称する。

　図１５は、カプセル化解除要否の判定フローである。パケット中継部４４２は、受信パケットに対応する変換エントリＴＥ（受信パケットの宛先であるグローバルＩＰアドレスを含む変換エントリＴＥ）が、アドレス変換テーブルＡＴに登録されているか否かを判定する（S2142）。登録されている場合（S2142；YES）、パケット中継部４４２は、アドレス変換テーブルＡＴに従ってグローバルＩＰアドレスをローカルＩＰアドレスに変換して送信する（S2144）。登録されていない場合（S2142；NO）、パケット中継部４４２は、受信パケットのカプセル化を解除して解除後パケットを取得する（S2146）。

　次いで、パケット中継部４４２は、カプセル内（解除後パケット内）にローカルＩＰアドレスが含まれるか否かを判定する（S2148）。ローカルＩＰアドレスが含まれる場合（S2148；YES）、パケット中継部４４２はその解除後パケットをそのローカルＩＰアドレス宛てに転送する（S2150）。ローカルＩＰアドレスが含まれない場合、パケット中継部４４２はその解除後パケットを破棄する（S2152）。

　以上の構成によれば、プライベートネットワークに接続するユーザ局ＵＳに対しても、パケットをリダイレクトすることが可能である。

３．　変形例　
　以上の実施形態は多様に変形される。具体的な変形の態様を以下に例示する。以上の実施の形態および以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない限り適宜に併合され得る。

３（１）．　変形例１
　以上の実施形態（特に図９及び図１１に関連する箇所）では、第１ネットワークＮＷ１（ゲートウェイ装置ＧＷ）から第２ネットワークＮＷ２（アクセスポイントＡＰ）へユーザ局ＵＳの接続先が切り替えられる構成が説明される。以上に説明される構成は、適切な設計変更（例えば、ステップS100, S200のアソシエーションを、セルラー接続の確立に変更）を施した上で、第２ネットワークＮＷ２から第１ネットワークＮＷ１へ接続先が切り替えられる構成にも適用可能である。なお、セルラー接続の確立においては、ユーザ局ＵＳと無線基地局ｅＮＢとの無線接続（RRC接続）が確立された上で、ゲートウェイ装置ＧＷがユーザ局ＵＳの接続先として設定される。

３（２）．　変形例２
　図９及び図１０に関する箇所では、ユーザ局ＵＳの接続先が第１ネットワークＮＷ１から第２ネットワークＮＷ２に変更された後、第２ネットワークＮＷ２におけるユーザ局ＵＳの接続先がアクセスポイントＡＰ１からアクセスポイントＡＰ２に変更される構成が説明される。以上に説明される構成は、変形例１と同様、適切な設計変更を施した上で、接続先が第２ネットワークＮＷ２から第１ネットワークＮＷ１に変更された後、第１ネットワークＮＷ１におけるユーザ局ＵＳの接続先が１つのゲートウェイ装置ＧＷから他のゲートウェイ装置ＧＷに変更される構成にも適用可能である。他のゲートウェイ装置ＧＷの構成は、図７を参照して説明したゲートウェイ装置ＧＷの構成と同等である。

　本変形例においても、前述と同様、ユーザ局ＵＳの接続先が変更される度に、リダイレクトを行うノードも変更される。

３（３）．　変形例３
　上述された態様を組み合わせることにより、当然に、ユーザ局ＵＳの接続先が第１ネットワークＮＷ１から第２ネットワークＮＷ２に変更された後、再び第１ネットワークＮＷ１に変更される構成や、接続先が第２ネットワークＮＷ２から第１ネットワークＮＷ１に変更された後、再び第２ネットワークＮＷ２に変更される構成も採用可能である。本変形例においても、前述と同様、ユーザ局ＵＳの接続先が変更される度に、リダイレクトを行うノードも変更される。

３（４）．　変形例４
　第２実施形態では、いわゆるＮＡＴ（ネットワークアドレス変換）が採用されるが、ＮＡＰＴ（ネットワークアドレスポート変換）が採用されてもよい。その場合、アドレス変換テーブルＡＴは、各変換エントリＴＥについて、ネットワーク内で使用されるローカルＩＰアドレスとポート番号との組合せと、インターネットＩＮで使用されるグローバルＩＰアドレスとポート番号との組合せとを対応付けて記憶する。

３（５）．　変形例５
　ユーザ局ＵＳは、無線基地局ｅＮＢおよびアクセスポイントＡＰと無線通信が可能な任意の装置である。ユーザ局ＵＳは、例えば、フィーチャーフォンまたはスマートフォン等の携帯電話端末でもよく、タブレット端末でもよく、デスクトップ型パーソナルコンピュータでもよく、ノート型パーソナルコンピュータでもよく、ＵＭＰＣ（Ultra-Mobile Personal Computer）でもよく、携帯用ゲーム機でもよく、その他の無線端末でもよい。

３（６）．　変形例６
　無線通信システムＣＳ内の各要素（ユーザ局ＵＳ、無線基地局ｅＮＢ、ゲートウェイ装置ＧＷ、アクセスポイントＡＰ）においてＣＰＵが実行する各機能は、ＣＰＵの代わりに、ハードウェアで実行してもよいし、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプログラマブルロジックデバイスで実行してもよい。

　　ＵＳ……ユーザ局、１１０……第１インタフェース、１２０……第２インタフェース、１３０……記憶部、１３２……経路制御テーブル、１４０……制御部、１４２……ユーザ通信部、１４４……制御通信部、１４６……ユーザ経路制御部、ｅＮＢ……無線基地局、２１０……無線インタフェース、２２０……ネットワークインタフェース、２３０……記憶部、２４０……制御部、２４２……ユーザ通信部、２４４……制御通信部、ＧＷ……ゲートウェイ装置、３１０……ネットワークインタフェース、３２０……外部インタフェース、３３０……記憶部、３４０……制御部、３４２……パケット中継部、３４４……アドレス払出部、３４６……リダイレクト部、ＡＰ（ＡＰ１，ＡＰ２）……アクセスポイント、４１０……無線インタフェース、４２０……ネットワークインタフェース、４３０……記憶部、４４０……制御部、４４２……パケット中継部、４４４……制御通信部、４４６……アドレス払出部、４４８……リダイレクト部、ＡＴ……アドレス変換テーブル、ＣＳ……無線通信システム、ＩＮ……インターネット、ＭＭＥ……管理ノード、ＮＷ１……第１ネットワーク、ＮＷ２……第２ネットワーク、ＲＩＥ……経路情報エントリ、ＴＥ……変換エントリ。

Claims

　第１通信規格に従って通信可能な第１ノードを含む第１ネットワークと、
　第２通信規格に従って通信可能な第２ノードを含み、前記第１ネットワークとは独立した第２ネットワークと、
　前記第１ネットワークおよび前記第２ネットワークと通信可能なユーザ局とを備え、
　前記ユーザ局は、
　　前記第１通信規格に適合する第１インタフェースと、
　　前記第２通信規格に適合する第２インタフェースと、
　　前記第１インタフェースと前記第２インタフェースとのいずれかを用いてデータパケットの送受信を実行するユーザ通信部と、
　　前記第１インタフェースと前記第２インタフェースとの少なくともいずれかを用いて制御メッセージの送受信を実行する制御通信部と、
　　前記ユーザ通信部の通信経路を規定する経路制御テーブルを更新するユーザ経路制御部とを備え、
　前記第１ノードは、
　　前記第１インタフェースに割り当てられるべき第１アドレスを払い出す第１アドレス払出部を備え、
　前記第２ノードは、
　　前記第２インタフェースに割り当てられるべき第２アドレスを払い出す第２アドレス払出部を備え、
　前記ユーザ局の接続先が前記第１ノードから前記第２ノードに切り替えられる際、前記第２アドレス払出部は、前記ユーザ局が使用すべき新たな第２アドレスを前記ユーザ局に払い出し、
　前記制御通信部は、前記第２アドレス払出部から前記新たな第２アドレスが払い出された後、前記新たな第２アドレスを含む切替メッセージを前記第１ノードに送信し、
　前記ユーザ経路制御部は、前記制御通信部が前記切替メッセージを送信した後、前記ユーザ通信部が前記第２インタフェースを介して前記データパケットを送信するように前記経路制御テーブルを更新し、
　前記第１ノードは、さらに
　　前記制御通信部から前記切替メッセージを受信した後、前記第１ノードが受信した前記ユーザ局宛ての受信パケットを前記新たな第２アドレス宛てにリダイレクトするリダイレクト部を備える
　無線通信システム。
　前記第２ネットワークは、前記第２通信規格に従って通信する第３ノードを含み、
　前記第３ノードは、
　　前記第２インタフェースに割り当てられるべき第３アドレスを払い出す第３アドレス払出部を備え、
　前記ユーザ局の接続先が前記第２ノードから前記第３ノードに切り替えられる際、前記第３アドレス払出部は、前記ユーザ局が使用すべき新たな第３アドレスを前記ユーザ局に払い出し、
　前記制御通信部は、前記第３アドレス払出部から前記新たな第３アドレスが払い出された後、前記新たな第３アドレスを含む切替メッセージを前記第２ノードに送信し、
　前記ユーザ経路制御部は、前記制御通信部が前記切替メッセージを送信した後、前記新たな第３アドレスが割り当てられた前記第２インタフェースを介して前記ユーザ通信部が前記データパケットを送信するように前記経路制御テーブルを更新し、
　前記第２ノードは、さらに
　　前記制御通信部から前記切替メッセージを受信した後、前記第２ノードが受信した前記ユーザ局宛ての受信パケットを前記新たな第３アドレス宛てにリダイレクトするリダイレクト部を備える
　請求項１の無線通信システム。
　前記第１ネットワークは、前記第１通信規格に従って通信する第３ノードを含み、
　前記第３ノードは、
　　前記第１インタフェースに割り当てられるべき第３アドレスを払い出す第３アドレス払出部を備え、
　前記ユーザ局の接続先が前記第２ノードから前記第３ノードに切り替えられる際、前記第３アドレス払出部は、前記ユーザ局が使用すべき新たな第３アドレスを前記ユーザ局に払い出し、
　前記制御通信部は、前記第３アドレス払出部から前記新たな第３アドレスが払い出された後、前記新たな第３アドレスを含む切替メッセージを前記第２ノードに送信し、
　前記ユーザ経路制御部は、前記制御通信部が前記切替メッセージを送信した後、前記ユーザ通信部が前記第１インタフェースを介して前記データパケットを送信するように前記経路制御テーブルを更新し、
　前記第２ノードは、さらに
　　前記制御通信部から前記切替メッセージを受信した後、前記第２ノードが受信した前記ユーザ局宛ての受信パケットを前記新たな第３アドレス宛てにリダイレクトするリダイレクト部を備える
　請求項１の無線通信システム。
　前記ユーザ局の接続先が前記第１ノードから前記第２ノードに切り替えられる際、前記第２アドレス払出部は、前記第２ネットワークにおけるローカルアドレスである前記新たな第２アドレスと、当該第２ノードに割り当てられている第２グローバルアドレスとを払い出し、
　前記制御通信部は、前記第２アドレス払出部から払い出された前記新たな第２アドレスと前記第２グローバルアドレスとを含む前記切替メッセージを前記第１ノードに送信し、
　前記リダイレクト部は、前記制御通信部から前記切替メッセージを受信した後、前記受信パケットが前記新たな第２アドレスを含むようにカプセル化して前記第２グローバルアドレス宛てにリダイレクトし、
　前記第２ノードは、さらに
　　リダイレクトされた前記受信パケットのカプセル化を解除して、当該受信パケットに含まれる前記新たな第２アドレス宛てに送信するパケット中継部を備える
　請求項１から３のいずれかに記載の無線通信システム。
　アドレス変換テーブルに基づいてパケット転送を実行する前記パケット中継部は、
　　前記受信パケットに対応する変換エントリが前記アドレス変換テーブルに登録されている場合は、前記アドレス変換テーブルに従ってアドレス変換を実行し、
　　前記受信パケットに対応する前記変換エントリが前記アドレス変換テーブルに登録されていない場合は、当該受信パケットのカプセル化を解除して解除後パケットを取得し、
　　　前記解除後パケットがローカルアドレスを含むときは、前記解除後パケットを前記ローカルアドレス宛てに転送し、
　　　前記解除後パケットがローカルアドレスを含まないときは、前記解除後パケットを破棄する
　請求項４に記載の無線通信システム。
　第１通信規格に従う第１ネットワーク内の第１ノードと無線通信可能な第１インタフェースと、
　第２通信規格に従い、前記第１ネットワークとは独立した第２ネットワーク内の第２ノードと無線通信可能な第２インタフェースと、
　前記第１インタフェースと前記第２インタフェースとのいずれかを用いてデータパケットを送受信するユーザ通信部と、
　前記第１インタフェースと前記第２インタフェースとの少なくともいずれかを用いて制御メッセージの送受信を実行する制御通信部と、
　前記ユーザ通信部の通信経路を規定する経路制御テーブルを更新するユーザ経路制御部とを備えるユーザ局であって、
　前記制御通信部は、前記ユーザ局の接続先が前記第１ノードから前記第２ノードに切り替えられる際に当該第２ノードから払い出される新たな第２アドレスを、切替メッセージに含めて前記第１ノードに送信し、
　前記ユーザ経路制御部は、前記制御通信部が前記切替メッセージを送信した後、前記ユーザ通信部が前記第２インタフェースを介して前記データパケットを送信するように前記経路制御テーブルを更新し、
　前記ユーザ通信部は、前記新たな第２アドレスに基づいて前記第１ノードからリダイレクトされた当該ユーザ局宛ての受信パケットを受信する
　ユーザ局。
　第１通信規格に従って通信可能な第１ノードを含む第１ネットワークと、
　第２通信規格に従って通信可能な第２ノードを含み、前記第１ネットワークとは独立した第２ネットワークと、
　前記第１ネットワークおよび前記第２ネットワークと通信可能なユーザ局と
　を備える無線通信システムにおける通信制御方法であって、
　前記ユーザ局において、前記第１通信規格に適合する第１インタフェースと前記第２通信規格に適合する第２インタフェースとのいずれかを用いてデータパケットを送受信することと、前記第１インタフェースと前記第２インタフェースとの少なくともいずれかを用いて制御メッセージを送受信することと、
　前記ユーザ局の接続先が前記第１ノードから前記第２ノードに切り替えられる際、前記第２ノードにおいて、前記ユーザ局が使用すべき新たな第２アドレスを前記ユーザ局に払い出すことと、
　前記新たな第２アドレスが払い出された後、前記ユーザ局において、前記新たな第２アドレスを含む切替メッセージを前記第１ノードに送信することと、
　前記切替メッセージが送信された後、前記データパケットが前記第２インタフェースを介して送信されるように、前記ユーザ局の通信経路を規定する経路制御テーブルを更新することと、
　前記第１ノードにて前記切替メッセージが受信された後、前記第１ノードにて受信された前記ユーザ局宛ての受信パケットを、前記新たな第２アドレス宛てにリダイレクトすることとを備える
　通信制御方法。