JP2004080733A - 階層移動体パケット通信ネットワークおよびその通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トラヒックの増大やメモリ資源の消費を低減可能で拡張性の高い移動体通信ネットワークを形成する。
【解決手段】移動体端末３３３、アクセスルーター１１１、サブドメインルーター１１、ゲートウェイルーター１などで階層構造を有する移動体通信ネットワークが構成される。移動体端末３３３が別のサブネットに移動すると、移動前のサブネットのアクセスルーター１１１には「不在」が記録される。移動先のサブネットのアクセスルーター１１１には移動体端末３３３が「ビジター」として登録され、アクセスルーター１１１の上流側にある親ノードとしてのブランチノード１１には当該移動体端末３３３の位置決め情報を送る。ブランチノード１１に届いた移動体端末３３３宛のパケットは、移動先のアクセスルーター１１１を経由して移動体端末３３３に転送される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、移動体通信ネットワークに関し、特に、階層移動体パケット通信ネットワークおよび、ＩＰｖ６ベースでありうる、その通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の移動体／無線通信における傾向は、移動体通信への加入者の数が利用可能な技術によってのみ制限されるということを示している。インターネット・プロトコル（ＩＰ）は強固でかつ柔軟な特性を有しているため、今のところ将来の移動体通信の基準と目されている。ＩＰｖ４におけるアドレス消耗の懸念は、ＩＰｖ６によって既に抑制されている。リアルタイムアプリケーションへの要求、そして将来の無線ユーザが期待する有線回線ユーザが得られるのと同等のサービス・レベル品質に応えるために、ＩＥＴＦ（インターネット・エンジニアリング特別専門委員会）は、ＩＰモビリティプロトコルを現在特定しかつ検討している。多数のＩＰモビリティプロトコルの中で最も人気があるものは、ＭＩＰ（モバイルＩＰ）およびＭＩＰｖ６（モバイルＩＰｖ６）であり、それらは、それぞれＩＰバージョン４および６に対してＩＥＴＦによって策定されている。これらのプロトコル、そして特にモバイルＩＰｖ６は、性能およびスケーラビリティの面で問題を生じがちである。これらの問題を解決するために多くのマイクロモビリティに関する提案が文献にてなされているが、それらは、通常、性能をとるかスケーラビリティをとるかのトレードオフ関係にある。
【０００３】
無線通信におけるインターネット・プロトコル（ＩＰ）技術および移動体通信技術を全ＩＰコアと併合させる現在の努力は、研究界に深刻な課題を投げかけた。その結果、大学や企業に在籍する個人およびグループそして異なる種類の標準化団体は、ＩＰの基礎の上に構築される、移動体データ通信の新時代に向けて解決策を案出している。全てのＩＰ無線網は、話題となっているユビキタス移動体遠隔通信の始まりであるということが予想されている。ローミング・ユーザは、種々の無線ＩＰアドレス指定可能な端末を通してインターネットの統合されたデータ、音声、およびマルチメディア・サービスへのアクセスがついに可能となる。
【０００４】
この分野の研究活動における主な成果は、ＩＰｖ４で策定されたＩＥＴＦモバイルＩＰおよびモバイルＩＰｖ６である。それらは、それぞれ非特許文献１および非特許文献２で開示されている。これら二つの解決策は、ＩＰｖ６におけるあるモビリティ機能の統合を除いて原理は同じである。モバイルＩＰは、ＩＰ技術の強固性、費用有効性、アプリケーション柔軟性、および透明性の上に構築される。従って、それは、簡単で、強固な広域モビリティソリューションのきっかけとなったが、種々有する問題の中で、とりわけ拡張性に乏しいという問題を有している。将来の移動体通信ネットワークにおいて要求される一つの品質は、スケーラビリティ、即ち、移動体端末の数の増大に対応して性能を維持可能とすることである。モバイルＩＰおよびモバイルＩＰｖ６によるその他の問題は、それらが高速ハンド・オフをサポートしていない、それらがＱｏＳ（サービス品質）に対するサポートをほとんどしていないということである。更に、三角ルーティングの問題を解決するために、ＭＩＰｖ６は、宛先オプションの導入および移動体ホスト（ＭＨ）が場所情報に基づいて対応ホスト（ＣＨ）を更新することができるという事実を取る。ＣＨにバインディング・アップデート（ＢＵ）を送ることは、ルーティングを最適化できる利点を有するが、ネットワーク中で信号授受をすることに伴い、通信量の増大を招く。このように、ルーティングとバインディング・アップデートに伴う通信量との間でトレードオフが存在する。
【０００５】
上記した問題のあるものに取り組むために多くの研究が文献においてなされている。これらの研究は、ハンド・オフ待ち時間、インターネット・バックボーンにおけるスプリアス信号の問題に取り組むために同じ一般的な機構を使用することを試み、かつＱｏＳの実施に備えている。この一般的な考えは、マイクロモビリティ・マネージメントまたはローカル・モビリティ・マネジメント（ＬＭＭ）、即ち、ローカル・エリアにおける移動体を管理することである。このようにして在圏のＭＨに対するモビリティ関連信号は、ＭＨが現在ローミングしているローカル・エリアに制限され、それによって信号情報がインターネット中を行き交う頻度を低減する。また、信号伝送距離が短縮されることにより、ハンド・オフ関連動作による待ち時間が低減されてハンド・オフが速くなる。そして、少なくともローカル・モビリティ・エリアにおいては、ＱｏＳに関連するネットワークの資源確保が容易になる。
【０００６】
移動体通信の一般的な問題は、アドレス指定およびルーティング問題と考えることができる。これは、従来のＩＰネットワークでは、パケット・ルーティングは、アドレス依存性だからである。ホストＩＰアドレスは、二つの部分、すなわち、ネットワーク識別部分およびホスト識別部分から構成されている。インターネット・ホストに向けて送信されたパケットは、非特許文献３にあるように、ホストが接続されているネットワークに送られ、そしてホストに送られる。しかし、固定インターネットでは、全てのホストは、静止しており従ってホストが存するホーム・ネットワーク内で常に見出される。ホストが移動してそのホーム・ネットワークから離れて行った場合、移動体通信に関連する追加操作なしでホストにパケットを送ることは不可能である−それゆえに移動体通信の管理が必要となる。また、ＩＰアドレスは、二つの目的を有する識別子であり、それは、端末識別子および場所識別子の両方として機能し、更に、プロトコルにおける上位の層は、このフォーマットを認識し、その処理動作中にそれを用いる。これは、アドレスの非常に最適な使用であるが、これは移動体ホストではあまりよく動作しない。
【０００７】
その結果、研究界は、移動体端末に二つの識別子を割り当てる一般的な考えを採用した非特許文献４を参照して、一つは、上位の層のプロトコルによって認識される端末識別子として、そして他方は、ルーティングだけに用いられるロケーション識別子としてである。このソリューションは、ＭＨがそのホーム・ネットワークから離れて行く場合でも接続の維持が可能であるが、管理が面倒でありかつモビリティがシームレスではない。例えば、非特許文献５は、ＭＨに対するロケーション情報およびパケット・ルーティングを管理することを支援するためにホーム・エージェント（ＨＡ）および外部エージェント（ＦＡ）の形式のモビリティ・マネジメント・エンティティの考えを導入しかつ端末識別子およびロケーション識別子としてホーム・アドレスおよび気付アドレス（ＣＯＡ）をそれぞれ使用する。従って、ＭＨが外部ネットワークに移動するときに、接続性を維持するために、ＭＨは、新しいネットワークにおいてＣＯＡを取得しかつＭＨがこのネットワークでロームする間にそれに対するモビリティ問題を管理するＦＡで位置決めしなければならない。また、ＭＨは、ＨＡがそのホーム・ネットワークにおいてＨＡに対して到着するパケットをＣＯＡに再指向するようにＣＯＡをＭＨに報告するそのＨＡで位置決めする。このようにして、モビリティは、対応ノードおよび上位の層のプロトコルに対して透明性を有する。モビリティ関連信号が低くかつ上位のプロトコルを変更する必要がないので、このソリューションは優れている。しかしルーティング・コストが高くかつＭＨがホームから離れているので、同じサブネットのホストと通信する場合にはあまり適していない。このシナリオでは、全てのパケットは、パケットがＭＨによって受信することができる前にトンネリングされてサブネットに戻るように、ＭＨのホーム・ネットワークにまず送られる。そして、ＭＨがセッション（ハンド・オフ）の中間にある外部ネットワークに移動したならば、一般的にハンド・オフ待ち時間と呼ばれる、トラヒック・フローの適当な再指向に対してロケーション情報を取得しかつＨＡへ通信するために必要な時間は、不可避的にあまりにも長いので、通信が中断してしまい、それにより、ユーザが要求するサービス品質を低下させてしまう。
【０００８】
インターネットにおけるサービス品質（ＱｏＳ）を導入することにネットワーキングの世界には大いなる興味がいま存在するが、ＩＰｖ４およびモバイルＩＰｖ６で規定されたＩＥＴＦモバイルＩＰを用いることにより、ＭＨがかかるサービスから利益を受けることは難しい。これは、ＣＯＡの頻繁な変化がネットワーク資源の保存を難しくするからである。単一のＭＨに対する二つの識別子の使用は、ＩＰｖ４システムにおけるアドレスの消耗を招く。また、多くの端末が移動体になる、ということは十分にありうることであるが、そのような場合、その動作方法が原因で、モビリティ関連信号はかなり増大してインターネット・トラヒックの主要部分を形成するようになり、このソリューションは、スケーラビリティをサポートしない。
【０００９】
モバイルＩＰｖ６は、モバイルＩＰと基本的に同じであるが、ルーティングに伴う高いコストは、より多くのロケーション情報の分配によって低減される。ここでＣＨは、ＭＨのロケーション情報によって更新することもでき、そしてＣＨは、それが通信する全てのＭＨに対するバインディング・アップデート（ＢＵ）キャッシュを有し、従ってＭＨに直接パケットを送ることができる。ＣＨは、所与のＭＨに対するＢＵキャッシュを有していないときにだけＨＡを通してパケットを送る。この機能は、ＩＰｖ６に新しく策定された宛先オプションによってサポートされる。また、アドレスの消耗に関する問題は、モバイルＩＰｖ６で解決される。しかしながら、モバイルＩＰｖ６は、最適でないルーティングの問題を解決するが、ＭＨ毎に高い信号コストを招く。ＭＨが多くのＣＨを有する状況を考えると、サブネットの全ての変化に対してＭＨは、ＣＨの全てとそのＨＡにロケーション更新信号を送らなければならない。また、ネットワークに多くのかかるＭＨが存在するような状況を考えると、このプロトコルは、システムの成長を確実に制限する。
【００１０】
また、マイクロモビリティによるアプローチも用いられており、この分野には、主に２つの種類のアプローチが存在する。すなわちそれは、階層−ＭＩＰ−バリアントと階層−ホスト−ベース−ルーティング−バリアント（ＨＢＲ−バリアント）である。この２種類は、ＭＨがホームから離れて行くように移動したときに、信号経路を短くしようとする点で共通の努力が払われるが、アドレス管理およびルーティングの方法においては異なる。例えば、ＩＰｖ４システムでは、階層−ＨＢＲマイクロモビリティ・プロトコルの例は、非特許文献６および非特許文献７に示されている。ロケーション情報は、ドメイン内の選択されたノードのホスト−ベース・キャッシュに配置される。上流に向かうパケットは、ゲートウェイにホップ毎に送られる。そして下流に向かうパケットは、ホスト−特定キャッシュにより送られ、ホーム・ドメイン内にトンネリングが存在しない。ＭＨは、ドメイン中にある間一つのＩＰアドレスだけを維持する。ハンド・オフは、ローカル的に管理されかつトラヒック・リルーティングを行う点は、ハンド・オフに関与する二つの基地局間のクロスオーバー・ノードである。このスキームの種類は、より高速なハンド・オフ動作を達成する。ドメイン内のアドレスに変化があまりないことは、ＱｏＳの実施をサポートできることにつながる。しかし、これらのスキームは、二つの主な欠陥がある。つまり、ドメイン内ルーティングは、ドメイン内からの全てのパケットが、同じドメインのホストにバインディングされたパケットを含んでいるゲートウェイに伝搬されるので、最適ではない。次いで、ドメインのホストに向けられたパケットは、送り戻される。そして、それはスケーラブルではなく、ホスト−特定−ルート・キャッシュの考えがかなりメモリを消費しかつＭＨの増大によりシステムの成長を制限するからであり、これは、１２８ビットのホスト・アドレスを有するＩＰｖ６において更に悪くなる。
【００１１】
階層−ＭＩＰ−バリアントの種類は、ローカル化した方法で基本的なモバイルＩＰまたはモバイルＩＰｖ６の一般的な考えを採用する。ドメイン内で、ＭＨは少なくとも２つのＣＯＡを必要とする。そのうちの１つは、広域に送付可能なアドレス、通常はゲートウェイ・ルーターのアドレス、でなければならない（実際には、ＣＯＡの数は、適用される階層のレベルの数に依存する）。ドメイン内をローミングしている間、ＭＨは、そのＨＡに位置決めすることを必要としないが、ドメインのサブネット内でローミングしている間、ＭＨは新しいＣＯＡを獲得し、かつこの情報によりゲートウェイを更新しなければならない。ゲートウェイは、ＭＨに向けられたパケットを受信し、それらをＭＨが存在する特定のサブネットにトンネルする。この種のスキームは、インターネット・バックボーンに注入された信号負荷を低減しかつドメインのサイズに依存して基本的なモバイルＩＰｖ６よりもさらにハンド・オフ待ち時間を低減する。ドメイン内でパケットをカプセル化およびカプセル化解除することによって、従来のＩＰルーティング（このＩＰルーティングは、スケーラビリティをサポートする）を使用する。しかし、パケットのカプセル化およびカプセル化解除は、処理待ち時間を発生させる。さらに深刻なことには、カプセル化により、オリジナルのパケット・ヘッダーに配置されるパケットのＱｏＳ、すなわちパケット固有の取扱い処理方法がわからない状態で中間ノードによって処理される。また、資源確保は、所与のドメインにおけるＣＯＡの頻繁な変化が原因となって困難になる。この種の例は、非特許文献８および非特許文献９に示されている。
【００１２】
非特許文献８、非特許文献９および非特許文献１０に示されている、あるＩＰｖ６−ベースのマイクロモビリティ提案も階層の考えを採用している。しかし、ＩＰｖ４システムとは異なり、ＣＨがバインディング・アップデート・キャッシュを維持することができるので、ルーティングは比較的最適化されていると云える。ところが、ドメインの外側に位置するＣＨは、（広域に送付可能なＣＯＡにより）ゲートウェイまでパケットを送る。ドメイン内のＣＨがＭＨに直接パケットを送ることができるに対し、ドメイン外のＣＨから送られるこれらのパケットは、物理的ＣＯＡを用いて、各ＭＨにトンネルされる。そして、ＭＨは、それがドメインをロームする間新しいＣＯＡを常に獲得しかつゲートウェイおよびゲートウェイを有するＣＨを更新する。比較的改善されたルーティング・スキームとは別に、この種のスキームは、上に列挙したような同じ問題を共有する。更に、三角ルーティング問題は、全てのスキームにおいてドメインのゲートウェイに移行される。
【００１３】
これらの努力の全ては、正しい方向に向かう正しいステップであるが、しかし一つの問題を解くことを試みると、そこに別の問題が発生する。例えば、ローカル・モビリティ・マネジメントの考えは、三角ルーティングの問題をローカル・エリアにシフトした。これは、ローカル・エリアに入って行く全てのパケットがエリアへのゲートウェイを通過しなければならないからであり、ゲートウェイは次いで適宜のＭＨにパケットをトンネルする。また、ハンド・オフ待ち時間を低減または無くそうとすると、様々なレベルの複雑さがネットワークで生じ、これが解決策の実行や拡張性確保を困難なものにしている。
【００１４】
この複雑性の原因は、多少誤ったマネジメントの方向によるもの、すなわち基本的に固定通信を想定して設計されたネットワークにおいて移動体通信を管理しようとすることによるものと考える。移動体環境における通信がそれらの特有の特性により固定環境における通信とは異なるので、固定通信に対して設計されたネットワークにおけるモビリティを管理することは、当然面倒であり、それゆえインターネットにおけるモビリティによる現在の問題が存在する。異なる枠組みに基づき移動体ネットワークを設計することは、理想的なことであるということを主張する。この移動体に特化したネットワークは、グローバルなインターネットの一部である。更に、伝統的に、インターネットは、ネットワークのネットワークであり、モビリティに特化されたネットワークは、それを世界的なインターネットにリンクするゲートウェイを有するネットワークの１つを形成する。
【００１５】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｐｅｒｋｉｎｓ、“ＩＰ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｓｕｐｐｏｒｔ”、ＩＥＴＦ　ＲＦＣ　２００２、１９９６年１０月
【非特許文献２】
Ｄ．Ｂ．ＪｏｈｎｓｏｎおよびＣ．Ｐｅｒｋｉｎｓ、“Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｉｎ　Ｉｐｖ６”、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｄｒａｆｔ，ｄｒａｆｔ−ｉｅｔｆ−ｍｏｂｉｌｅｉｐ−ｉｐｖ６−１５．ｔｘｔ、２００１年７月
【非特許文献３】
Ｄ．Ｅ．Ｃｏｍｅｒ著、“Ｉｎｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ＴＣＰ／ＩＰ”、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．、１９９５年、ｐｐ．１１３−１１５
【非特許文献４】
Ｇ．ＣｈｏおよびＬ．Ｆ．Ｍａｒｓｈａｌｌ著、“Ａｎ　ＥｆｆｉｃｉｅｎｔＬｏｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒｏｕｔｉｎｇ　Ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ”、ＩＥＥＥ／ＡＣＭ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ、１９９５年７月、ｖｏｌ．１３、ｐｐ．８６８−８７９
【非特許文献５】
Ｃ．Ｐｅｒｋｉｎｓ、“ＩＰ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｓｕｐｐｏｒｔ”、ＩＥＴＦ　ＲＦＣ２００２、１９９６年１０月
【非特許文献６】
Ｒ．Ｒａｍｊｅｅほか、“ＩＰ　Ｍｉｃｒｏ−ｍｏｂｉｌｉｔｙ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｕｓｉｎｇ　ＨＡＷＡＩＩ”、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｄｒａｆｔ，ｄｒａｆｔ−ｉｅｔｆ−ｍｏｂｉｌｅｉｐ−ｈａｗａｉｉ−００．ｔｘｔ，１９９９年６月
【非特許文献７】
Ａ．Ｔ．Ｃａｍｐｂｅｌｌほか著、“Ｄｅｓｉｇｎ、Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ、ａｎｄ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｅｌｌｕｌａｒ　ＩＰ”、ＩＥＥＥ　Ｐｅｒｓ．Ｃｏｍｍ．、２０００年８月、ｐｐ．４２−４９
【非特許文献８】
Ｅ．Ｇｕｓｔａｆｓｓｏｎ，Ａ　Ｊｏｎｓｓｏｎ，およびＣ．Ｐｅｒｋｉｎｓ、“Ｍｏｂｉｌｅ　ＩＰ　Ｒｅｇｉｏｎａｌ　Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ”、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｄｒａｆｔ，ｄｒａｆｔ−ｉｅｔｆ−ｍｏｂｉｌｅｉｐ−ｒｅｇ−ｔｕｎｎｅｌ−０２．ｔｘｔ、２０００年３月
【非特許文献９】
Ｓ．Ｄａｓら著、“ＴｅｌｅＭＩＰ：　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ−ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｍｏｂｉｌｅ　ＩＰ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｇｔｕｒｅ　ｆｏｒ　Ｆａｓｔ　Ｉｎｔｒａｄｏｍａｉｎ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ”、ＩＥＥＥ　Ｐｅｒｓ．Ｃｏｍｍ．、２０００年８月、ｐｐ．５０−５８
【非特許文献１０】
Ｃ．Ｃａｓｔｅｌｌｕｃｃｉａ著、“Ａ　Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ　Ｍｏｂｉｌｅ　ＩＰｖ６　Ｐｒｏｐｏｓａｌ”、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｐｏｒｔ　Ｎｏ．０２２６ＩＮＲＩＡ、１９９８年１１月
【非特許文献１１】
Ａ．Ｔ．Ｃａｍｐｂｅｌｌら著“Ｄｅｓｉｇｎ、Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ、ａｎｄ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｅｌｌｕｌａｒ　ＩＰ”、ＩＥＥＥ　Ｐｅｒｓ．Ｃｏｍｍ．、Ａｕｇ．２０００年８月、ｐｐ．４２−４９
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、新規なモビリティ・マネジメント・アーキテクチャ、即ち、スケーラビリティ特性、移動体環境に適応されるＩＰのプレフィックス・ルーティングの変更された形式を有する、完全に階層的なアーキテクチャを利用する階層移動体パケット通信ネットワークを提供することにある。
【００１７】
本発明の別の目的は、階層移動体パケット通信ネットワークにおける通信方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による階層移動体パケット通信ネットワークは、階層アーキテクチャで構成された複数のネットワーク・ノードと複数の移動体端末とを備え；上部層のネットワーク・ノードは、上流をインターネットに接続しかつ下流を中間層のネットワーク・ノードに接続し；中間層のネットワーク・ノードは、上流を上部層のネットワーク・ノードまたは中間層よりも高位に位置する別の中間層のネットワーク・ノードに接続しかつ下流を下部層のネットワーク・ノードまたは中間層よりも低位に位置する別の中間層のネットワーク・ノードに接続し；下部層のネットワーク・ノードは、上流を中間層のネットワーク・ノードに接続しかつ下流で無線により移動体端末に接続し；各ネットワーク・ノードは、同じプレフィックスを有しかつその親ネットワーク・ノードのプレフィックスを継承する一ブロックの広域に送付可能なアドレスが割り当てられ；各移動体端末は、それが属するネットワーク・ノードのプレフィックスと、移動体端末が外部のサブネットでローミングしているときに変化しないインタフェースＩＤとを備えている移動体端末ごとに固有のアドレスを有し；各ネットワーク・ノードは、このサブネットでローミングしているネイティブ移動体端末およびビジット移動体端末の状況を記録するＭＨ状況テーブルを保持することを特徴とする。
【００１９】
上述した階層移動体パケット通信ネットワークでは、上部層のネットワーク・ノードは、ゲートウェイであることを更に特徴とする。
【００２０】
上述した階層移動体パケット通信ネットワークでは、中間層のネットワーク・ノードは、サブドメイン・ルーターであることを更に特徴とする。
【００２１】
上述した階層移動体パケット通信ネットワークでは、下部層のネットワーク・ノードは、アクセス・ルーターであることを更に特徴とする。
【００２２】
上述した階層移動体パケット通信ネットワークでは、下部層のネットワーク・ノードは、基地局であることを更に特徴とする。
【００２３】
上述した階層移動体パケット通信ネットワークでは、広域に送付可能なアドレスは、ＩＰｖ６アドレスであることを更に特徴とする。
【００２４】
上述した階層移動体パケット通信ネットワークでは、ＩＰｖ６アドレスのＳＬＡ　ＩＤ部分の一群の最上位のビット列（ＭＳＢ）は、上部層のネットワーク・ノードのプレフィックスとして用いられることを更に特徴とする。
【００２５】
上述した階層移動体パケット通信ネットワークでは、ＩＰｖ６アドレスのＳＬＡ　ＩＤ部分の次の一群の最上位のビット列（ＭＳＢ）は、中間層のネットワーク・ノードのプレフィックスとして用いられることを更に特徴とする。
【００２６】
上述した階層移動体パケット通信ネットワークでは、ＭＨ状況テーブルは、ネイティブ移動体端末の状況を記録するネイティブＭＨ状況テーブルと、ビジット移動体端末の状況を記録するビジットＭＨ状況テーブルとで構成されていることを更に特徴とする。
【００２７】
本発明による階層移動体パケット通信ネットワークにおける通信方法であって、階層移動体パケット通信ネットワークは、階層アーキテクチャで構成された複数のネットワーク・ノードと複数の移動体端末とを備え；上部層のネットワーク・ノードは、上流をインターネットに接続しかつ下流を中間層のネットワーク・ノードに接続し；中間層のネットワーク・ノードは、上流を上部層のネットワーク・ノードまたは中間層よりも高位に位置する別の中間層ネットワーク・ノードに接続しかつ下流を下部層のネットワーク・ノードまたは中間層よりも低位に位置する別の中間層のネットワーク・ノードに接続し；下部層のネットワーク・ノードは、上流を中間層のネットワーク・ノードに接続しかつ下流で無線により移動体端末に接続し；各ネットワーク・ノードは、同じプレフィックスを有しかつその親ネットワーク・ノードのプレフィックスを継承する一ブロックの広域に送付可能なアドレスが割り当てられ；各移動体端末は、それが属するネットワーク・ノードのプレフィックスと、移動体端末が外部のサブネットでローミングしているときに変化しないインタフェースＩＤとを備えている移動体端末ごとに固有のアドレスを有し；各ネットワーク・ノードは、このサブネットでローミングしているネイティブ移動体端末およびビジット移動体端末の状況を記録するＭＨ状況テーブルを保持し；移動体端末は、それがホーム・サブネットにあるかまたは外部サブネットでローミングしているかを決定するために下部層のネットワーク・ノードから送信されたビーコン信号を使用し；外部サブネットでローミングしている移動体端末は、対応する外部ネットワーク・ノードに位置決めメッセージを送り、かつ対応する外部ネットワーク・ノードから移動体端末が属するホーム・ネットワーク・ノードまでの階層ルーティング経路におけるネットワーク・ノードは、移動体のローミングに関する情報を追加し；ＭＨ状況テーブルで宛先端末がそのサブネットにおいてアクティブであるか、またはパケットをその親ネットワーク・ノードに送るということが示されるならば、ネットワーク・ノードは、そのサブネットでローミングしている移動体端末から受信したパケットを宛先端末に向けて送信し；送信されたパケットは、階層ルーティング経路を通って宛先端末に転送される。
【００２８】
上述した階層移動体パケット通信ネットワークにおける通信方法では、広域に送付可能なアドレスは、ＩＰｖ６アドレスであることを更に特徴とする。
【００２９】
上述した階層移動体パケット通信ネットワークにおける通信方法では、ＩＰｖ６アドレスのＳＬＡ　ＩＤ部分の一群の最上位のビット列（ＭＳＢ）は、上部層のネットワーク・ノードのプレフィックスとして用いられることを更に特徴とする。
【００３０】
上述した階層移動体パケット通信ネットワークにおける通信方法では、ＩＰｖ６アドレスのＳＬＡ　ＩＤ部分の次の一群の最上位のビット列（ＭＳＢ）は、中間層のネットワーク・ノードのプレフィックスとして用いられることを更に特徴とする。
【００３１】
上述した階層移動体パケット通信ネットワークにおける通信方法では、ＭＨ状況テーブルは、ネイティブ移動体端末の状況を記録するネイティブＭＨ状況テーブルと、ビジット移動体端末の状況を記録するビジットＭＨ状況テーブルとで構成されていることを更に特徴とする。
【００３２】
本発明の上記目的および利点は、添付した図面を参照してその好適な実施形態を詳細に説明することによってより明らかになるであろう。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は、階層ＩＰｖ６ベース移動体ネットワークである、本発明による階層移動体パケット通信ネットワークの好適な実施形態を示す。この通信ネットワークは、移動体プレーン上で設計されたドメイン−ベースＩＰｖ６アクセス・ネットワークであるが、スケーラブル・ルーティングのような、インターネット特性に適用するように構成されており、かつコアおよびエッジの両方におけるモビリティを取り扱う。
【００３４】
アーキテクチャには３つの層またはレベルが存在し、かつ各層は、１つのノードまたは複数のノードで構成されている。ネットワーク・ノードは、論理木階層に配列される。最上部層のネットワーク・ノード、即ち、トランク・ノードは、ゲートウェイ（１）であり、この最上部層のネットワーク・ノードは、上流をインターネットに接続しかつ下流を中間層のネットワーク・ノードに接続する。中間層のネットワーク・ノード、即ち、ブランチ・ノードは、サブドメイン・ルーター（１１）であり、中間層のネットワーク・ノードは、上流をトランク・ノードに接続しかつ下流を下部層またはリーフ層のネットワーク・ノードに接続する。下部層のネットワーク・ノード、即ち、リーフ・ノードは、アクセス・ルーター（ＡＲ）（１１１）であり、リード・ノードは、上流をブランチ・ノードに接続しかつ下流を移動体ホスト、即ち、移動体端末（３３３）に接続する。以下では移動体端末を単に「ＭＨ」（＝モバイル・ホスト）と称する。
【００３５】
一つのゲートウェイ（１）は、一つのドメインに対応し、一つのサブドメイン・ルーター（１１）は、一つのサブドメインに対応し、かつ一つのアクセス・ルーター（１１１）は、一つのサブネットにそれぞれ対応する。
【００３６】
各ドメインは、グローバルにルーティングが可能な１つのブロックのＩＰｖ６アドレス空間が割り当てられると仮定される。これらアドレスの階層フォーマットの利点が利用される。また、本発明による階層移動体パケット通信ネットワークにおける異なるレベルに対するプレフィックスを生成するためにアドレス・フィールド中の、マスキングに適する一群のビット列に柔軟性が存在すると仮定する。
【００３７】
例示されるネットワークには、３つのレベル（階層）が示されているが、これにも柔軟性があり、ドメインは、管理者の大きさおよび希望によりあらゆる数のレベルを有することができる。
【００３８】
アクセス・ネットワークのルーターは、階層におけるそれらの位置が分るように構成され、また、ルーターは、ＭＨアドレスにおけるレベル・プレフィックスを当然のことながら認識することができる。各ノードは、階層中の位置に応じてルーティングテーブルを維持管理する。
【００３９】
図２は、本発明による階層化ネットワークの構成例を示している。
【００４０】
図３は、広域に送付可能なＩＰｖ６アドレスの構造、および本発明による階層移動体パケット通信ネットワークにおけるアドレスを分配するためにこのアドレスのＳＬＡ　ＩＤ部分の分割を示す。
【００４１】
図３を参照すると、ノードは、ネットワーク階層におけるそれらの位置により番号付けされ、例えば、一群の最上位のビット列（ＭＳＢ）は、レベル−１のプレフィックス（上から下に）を形成することができ、かつＭＳＢの次の群は、レベル−２のプレフィックスを形成することができる、等。プレフィックスの階層における最後のレベルは、ドメインにおけるリーフ・ノードを形成するアクセス・ルーターに番号を付けるために用いられる。最下位のビット列（ＬＳＢ）のブロックは、所与のアクセス・ルーター（以下、アクセス・ルーターを単に「ＡＲ」と称する）のカバレッジ領域におけるＭＨに対するアドレスを構成する。従って、あらゆるＭＨアドレスを調べることにより、どのドメインにそれが属しかつこのドメインにおいてどのサブドメインにそれが属し次いでサブドメインにおいてどのセルにそれが属するかを見分けることができる。この番号付けアーキテクチャは、ＭＨがローミングしている間のルーティング・オーバーヘッドをかなり低減する。
【００４２】
全てのＭＨは、固定ＩＰｖ６アドレスを有し、ドメイン依存である。このアドレスは、サブネット・プレフィックス（ＡＲ）である、最も低いプレフィックスまでのプレフィックスの階層と、各ＭＨおよびノード・インタフェースを識別するインタフェースＩＤとで構成される。ドメイン・アドミニストレータは、レベル・プレフィックスを画定するためのマスクに対するビット長を自由に決定可能である。しかし、最高のプレフィックス・レベルは、ドメインを画定する。ルーターは、それぞれのレベルが分りかつホスト・アドレスにおけるレベル・プレフィックスを認識するようにプログラムされていることが必要である。実際、ＩＰｖ６アドレスにおけるサイト・レベル・アグリゲーターを画定する１６ビット・フィールドは、サブネットのこの階層を生成するために容易に操作することができる（また、ホスト識別子の６４ビットのあるものは、これを達成するためにマスクすることもできる）。例えば、ＳＬＡ　ＩＤフィールドにおける最初の４ビットをマスクすることは、１６のドメインをもたらす。各ドメインは、次の５ビットをマスキングすることによってさらに３２のサブドメインに分割することができ、各サブドメインは、１２８のサブネットに更に分割することができかつ各サブネットは、１．８×１０^１９のホストを収容することができる。これは明らかに非常にスケーラブルである。
【００４３】
全てのＡＲは、そのカバレッジ領域における全ての通信ＭＨに対する記録を保持する。記憶空間および処理時間を節約するために、オフにされたＭＨに対するものは、システムに記録されない。ＭＨは、以下に示す４つの異なる状態の一つでありうる。すなわち、（ｉ）ＡＣＴＩＶＥ（アクティブ・稼動中）（ｉｉ）ＲＥＳＴ（レスト・休止）、（ｉｉｉ）ＡＷＡＹ（アウェイ・不在）、（ｉｖ）ＯＦＦ（オフ）である。しかし、ＭＨの記録は、３つのフィールド、すなわち（ｉ）ＡＣＴＩＶＥ（アクティブ・稼動中）（ｉｉ）ＲＥＳＴ（レスト・休止）、（ｉｉｉ）ＡＷＡＹ（不在）を有する。ＭＨがホームから離れている（ホームに不在である）ときには、ＡＲは、その記録中のＡＷＡＹフィールドをアクティブにする。一定期間（この期間は、パケット・インター−アライバル時間に関して最適化されるべきである）パケットを送信または受信しない状態が続くと、バッテリ・パワーを節約するために、ＭＨは、受動モード（ＲＥＳＴ状態）になる。これが発生したとき、ＭＨは、ＡＲにこの状態を知らせるためにパケットを送信する。次いでＡＲは、ＭＨの記録のＲＥＳＴフィールドをアクティブにし、かつこの情報をサブドメイン・ルーターに送る。サブドメイン・ルーターは、ＭＨをそのページング・リストに入力する。ＭＨがオフにされたとき、ターン・オフ動作よって、ＡＲにＧＯＯＤ−ＮＩＧＴＨパケットが同時に送信される。次いでＡＲは、システムからその記録をクリアする。
【００４４】
図４は、本発明による階層移動体パケット通信ネットワークのネットワーク・ノードに記憶されたＭＨ状況テーブルの例を示す。このＭＨ状況テーブルは、ネイティブ移動体端末の状況を記録するネイティブＭＨ状況テーブルとビジット移動体端末の状況を記録するビジットＭＨ状況テーブルとで構成することができる。ネイティブＭＨ状況テーブル２２を図４（ａ）に示し、かつビジットＭＨ状況テーブル２２２を図４（ｂ）に示す。
【００４５】
ＭＨは、電源が投入されるとＡＲビーコンを聞きかつ獲得する。ビーコン信号は、ＡＲプレフィックスおよびパラメータ（例えば、利用可能な帯域幅）を含む。ＭＨは、ホームにあるかまたは外部サブネットでローミングしているかを決定するためにこの情報を用いる。次いでＭＨは、ＧＯＯＤ−ＭＯＲＮＩＮＧパケットをＡＲに送る（ＭＨが起動したときは、それがいつであっても「朝」である）。ＡＲは、当該のＭＨに対する記録を開き、かつ記録のＡＣＴＩＶＥフィールドをアクティブにする。ＭＨがそのホーム・セル以外のセルで電源投入された場合、ＧＯＯＤ−ＭＯＲＮＩＮＧパケットにおけるプレフィックス・ミスマッチを検出した各ＡＰは、ＭＨをそのビジティング−ＭＨ−リストに記録し、それに続いてその親ノードに上記パケットを転送する。このパケットは、ＭＨに対する記録を開きかつＡＷＡＹフィールドをアクティブにするホームＡＲに最終的に至る。また、ＭＨが外部セルでオフになったときには、ＧＯＯＤ−ＮＩＧＴＨパケットがホームＡＲに転送され、上記方法に従ってこのＭＨに対する全ての記録がシステムからクリアされる。しかし、ＭＨが外部セルでＲＥＳＴ（レスト・休止）状態になったときには、ＲＥＳＴパケットは、サブドメイン・ルーターを越えて転送される必要はない。
【００４６】
本発明による階層移動体パケット通信ネットワークにおけるモビリティ・マネジメントを以下に詳述する。
１．　ホーム・ドメインにおけるローミング
１．１　サブドメイン内でのローミング
ＭＨがホームにある場合、そのＭＨは、固定ホストのように、従来のインターネット方法に従い、ドメイン内からパケットを送信し、ドメイン外からパケットを受信する。ＭＨがそのサブドメイン内の別のサブネットに移動したときに、ＭＨは、ＣＯＡ（＝気付アドレス）を得る必要がない。ＭＨは、それがホームにいないということをそのホーム・アクセス・ルーター（ＡＲ）に知らせることだけが必要である（ＡＲはＨＡ［＝ホーム・エージェント］機能を有しているので、これらの用語を区別なく用いる）。ホームＡＲは、二つのリスト、すなわち（ｉ）ネイティブ−ＭＨ−リストおよび（ｉｉ）ビジティング−ＭＨ−リストを維持管理する。ＭＨがホーム・ドメイン内にあるときに、ＨＡは、ＭＨがどこにあるかを正確に知る必要がない、即ち、ＭＨが不在であるということを知るだけで十分である。ビジティングＭＨがエリア内に移動してくると、当該エリアのＡＲは、ビジティングＭＨのアドレスのＡＲ−プレフィックス部分をチェックし、それがビジティングＭＨであるかどうかを調べ（即ち、プレフィックス・ミスマッチを検出し）、ＡＲは検出結果をビジティング−ＭＨ−リストに入力する。続いて、階層（サブドメイン・ルーター）において当該ＡＲの親ノードにアドレス（位置決め情報）を送る。この親ノードは、ＭＨのアドレスのサブドメイン・マスクがそれ自身とマッチするかどうかを調べるために再びチェックする。次いで、この親ノードは、アドレス（位置決め情報）を受信したインターフェースまでをマッピングするためのエントリを当該ＭＨのために行う（プレフィックス・アイデアにより、単一エントリは、所与のセルからビジットしている全てのＭＨを表すことができる）。ドメインの全てのノードは、そのカバレッジ地域でローミングしているホストに対してキャッシュ・エントリを維持管理する。所与のサブドメイン内のこの移動体は、そのサブドメインで制御され、かつドメインのその他のノードに対して透明である。モビリティ関連信号は、サブドメインを越えて伝達されることはない。
【００４７】
図６は、ＭＨがサブドメイン内でローミングをしている場合におけるモビリティ関連信号の流れ処理を示す図である。
１．２　サブドメイン間でのローミング
ＭＨはまた、そのホーム・サブドメインから別のサブドメインにローミング（移動）することができる。この場合に位置決め情報は、サブドメイン・ルーターを越えて伝搬される。サブドメイン・ルーターがＭＨアドレスのプレフィックス情報を調べかつプレフィックス・ミスマッチを検出すると、このＭＨがそのカバレッジ領域内に属さないということをサブドメイン・ルーターは知り、従って、その親ノード、すなわち本例においてはゲートウェイであるネットワーク・ノードに位置決め情報を送らなければならない。しかし、サブドメイン・ルーターは、そのキャッシュにおいてＭＨに対するエントリをまず行い、サブネットの方向へのインタフェースにＭＨアドレスをマッピングする。
２．　ホーム・ドメイン内で行われるパケット・ルーティング
２．１　ＭＨからＭＨへ
パケットがドメイン内に存するＭＨからそのドメイン中をローミング中のＭＨに送られる場合に（ＭＨからＭＨへ）、パケットは当然に、ドメイン内の所与のＡＲから発信される。発信ＡＲは、パケットの宛先アドレスをチェックする。ＡＲ−プレフィックスがそれ自身とマッチしない場合、発信ＡＲは、そのビジティング−ＭＨ−リストをチェックする。ＭＨがそのドメイン内をビジットしていないと判定されると、発信ＡＲは、ＡＲ−プレフィックスをその親ノード（サブドメイン・ルーター）に送る。サブドメイン・ルーターは、宛先アドレスのサブドメイン・プレフィックスをチェックする。サブドメイン・プレフィックスがそれ自身にマッチする（即ち、パケットがそのドメインに送られる）と判定すると、サブドメイン・ルーターは、宛先のＭＨがローミングしているかまたは受動モードにあるかを見るためにそのキャッシュ・エントリをまずチェックし、そうでないならば、サブドメイン・ルーターは、宛先のＭＨのホームＡＲに対してプレフィックスに基づき、パケットを送る。サブドメイン・ルーターが宛先のＭＨに対するキャッシュ・エントリを見出した場合、サブドメイン・ルーターは、宛先のＭＨがマップされるインタフェースにキャッシュ・エントリを送る。パケットが宛先ＡＲに至ったときに、ＡＲは、宛先アドレスのＡＲ−プレフィックスをチェックする。ＡＲ−プレフィックスがそれ自身のものにマッチしないならば、ＡＲは、次いで、ＭＨがそのセルに存在しているということを確認するためにそのビジティング−ＭＨ−リストをチェックし、次いでＡＲは、宛先ＭＨへの無線リンクを通してパケットを送信する。ＡＲ−プレフィックスがそれ自身のものとマッチするならば、ＡＲは、ＭＨがホームから離れていないことを確認するためにそのネイティブ−ＭＨ−リストをまずチェックし、次いでＡＲは、ＭＨへの無線リンクを通してパケットを送信する。
【００４８】
ＭＨが同じサブネット内に存する別のＭＨにパケットを送る場合、送信元ＭＨは、このパケットをＡＲに送る。ＡＲは、宛先アドレスのＡＲ−プレフィックスをまずチェックする。ＡＲ−プレフィックスがそれ自身のものにマッチするならば、ＡＲは、次いでそのネイティブ−ＭＨ−リストをチェックし、宛先ＭＨがホームにいるならば、ＡＲは、パケットを宛先ＭＨに送る。しかし、ＭＨが不在（即ち、その記録の不在（アウェイ）フィールドがアクティブとなっている）ならば、ＡＲは、パケットをその親ノードに送る。
【００４９】
パケット・カプセル化またはカプセル化解除の必要がないし、ＨＡおよび対応ホストに対してバインディング・アップデートを送る必要もない。ルーティングは、ローカル化されかつ最適であるということが理解できる。サブドメイン間を転送されるパケットだけがゲートウェイ・ルーターを通過する必要があり、また、ＡＲ間を転送されるパケットだけがサブドメイン・ルーターを通過する必要がある。これは、ネットワークにおける負荷均衡を確保する。そしてさらに重要なことは、パケット・ヘッダーに示されるＱｏＳ関連処理のような、特別なパケット処理がカプセル化されて隠れてしまうことがない。また、カプセル化−カプセル化解除に伴うオーバーヘッドも存在しない。つまり、‘裸の’パケットが常に階層移動体パケット通信ネットワークのドメイン内で転送され、かつホーム・ドメイン内では、モビリティ関連オプションを必要としない。図６は、本発明による階層移動体パケット通信ネットワークにおける階層パケット・ルーティング処理手順を示す。
２．２　固定ホストからＭＨ／ＭＨから固定ホスト
固定ホストがパケットをＭＨに送るときに、このパケットは、ドメインのレベル−１ノード（ゲートウェイ・ルーター）を通って移動体アクセス・ネットワークに送られる。続いてプレフィックスに基づき、下流方向に向けてホップ・バイ・ホップでＭＨまで送られる。また、ＭＨがパケットを固定ホストに送る場合、パケットは、プレフィックスによって、上流方向に、ドメインのゲートウェイ・ルーターへ送られ、次いで固定インターネットの中に送られる。カプセル化は必要ない。
３．　外部ドメインにおけるローミング
ＭＨが階層移動体パケット通信ネットワーク外にある外部ドメインをビジットしたとき、ＭＨはＣＯＡを取得し、かつそのＣＯＡを取得したサブネットに所在するＡＲで位置登録する。このＡＲは、ＭＨのホーム・アドレスからＣＯＡまでをマッピングするためのキャッシュ・エントリをＭＨのために行う。次いで、ＡＲは、この位置決め情報をゲートウェイ・ルーターに伝送する。この処理は、ＭＨホーム・アドレスがこのドメインのプレフィックスにマッチしないので、このアーキテクチャにおいては当然のものである。従って、ゲートウェイ・ルーターへの経路に沿った全てのノードは、プレフィックス・ミスマッチを当然のことながら検出し、そこで位置決め情報をキャッシュし、かつゲートウェイ・ルーターへ向けて上流方向に送り、ゲートウェイ・ルーターは対応しているサブドメイン・プレフィックスを有するＭＨホーム・アドレスを最終的にキャッシュする。確認通知パケットは、ＡＲを介してＭＨに向け、下流方向に送られる。ＡＲは確認通知を受信し、この確認通知パケットをＭＨに送るとともにＭＨのために位置決めパケットをＭＨのホームＡＲに送る（これにより、十分でない無線帯域幅の使用を抑制する）。
【００５０】
このパケットを受信する、ＭＨのホームＡＲは、上記位置決めパケットに対するエントリを行い、そのホーム・アドレスをＣＯＡにマッピングする（ホームＡＲは、ＭＨが外部ドメインをビジットしているときにだけＭＨをＣＯＡにマップすることが必要である）。また、ＭＨは、ＢＵ（＝バインディング・アップデート）をドメインの外側に所在する一群のＣＮ（＝コレスポンデント・ノード）に送ることも必要である。ドメイン内のルーティングは、プレフィックス・ベースなので、現行ドメイン内のＣＮを更新する必要はない。この初期更新処理手順の後、ＭＨは、そのドメインでロームする間は、ＢＵを送る必要がない。ただし、定期的ＢＵリフレッシュ・パケットは除く。ＭＨは、１つの外部ドメインにいる間に、１を超す数のＣＯＡを必ずしも必要とはしない。ＭＨは外部ドメイン中の別のサブネットに移動すると、ＣＯＡからＭＨのホーム・アドレスまでをマップするＡＲに位置登録を行う。外部ドメインでローミングしているＭＨは、一対のアドレスを有するネイティブ・ホストのように見える。ＣＯＡは、ＭＨ宛のパケットをＭＨまでルーティングするために用いられ、ホーム・アドレスは、ＭＨを識別するために用いられる。
４．　外部ドメインにおけるパケット・ルーティング
外部ドメインをローミングしているＭＨに対するパケットが発生した場合、パケットに付与されたアドレスのプレフィックス部分をチェックし、そのビジティング−ＭＨ−リストをクロス・チェックし、そしてパケットを転送する各ノードによって通常は上流方向に向けてルーティングされる。ＭＨがキャッシュ・エントリを有するノードにパケットが到達した場合、このパケットは、宛先のＡＲに向けて下流方向にルーティングされる。次いでこのＡＲは、パケットをＭＨに向けて送る。カプセル化は必要ないし、従ってトンネリングも必要ない。
【００５１】
ドメインの外側からＭＨに対してパケットが発生した場合、このパケットは、ルーティング・ヘッダー宛先オプションを用いてＣＯＡに送られ、かつゲートウェイ・ルーターで受信される。ゲートウェイ・ルーターは、ＣＯＡをＭＨのホーム・アドレスとスワップし、かつＭＨに対するキャッシュ・エントリに従って、ＭＨが現在存在しているサブドメインにパケットを転送する。次いで、サブドメインから宛先ＡＲへ送る。再度、トンネリングが必要ない。ＣＯＡはドメイン・アドレスなので、そのプレフィックスは、その宛先アドレスがＣＯＡにマップされるパケットをどこに送るかをノードは把握可能である。
【００５２】
トンネリングは、現在のドメインの外側に存するＣＮがＭＨに対するバインディング・キャッシュを有していない場合にだけ必要であり、その場合ＣＮは、パケットをＨＡに送り、次いでＨＡは、このパケットをＭＨのＣＯＡに向けてカプセル化し、トンネルする。このパケットを受け取ったゲートウェイ・ルーターは、それをカプセル化解除しかつノーマル・ドメイン・プレフィックス・ルーティングによってＭＨに送る。よってトンネリングはゲートウェイ・ルーターで終わる。ＭＨがトンネリングを認識しないので、ＨＡは、ＭＨのためにＢＵをかかるＣＮに送ることができる。このような方法で、ＭＨに必要とされる機能は低減され、バッテリ・パワーの節約に寄与する。
【００５３】
この種のアーキテクチャは、簡単であるばかりでなく、ネットワーク・オーバーヘッドを最小限に低減する。実際、注意深く設計することにより、ＩＰモビリティ・マネジメントにおいてＣＯＡの使用を完全に無くせると確信している。これは、子ノードが全てのドメインのゲートウェイ・ルーターであるノードを含むように階層を拡張することによって達成することができる。これは、グローバルなモバイルＩＰネットワークを生み出すことになる。
５．　移動検出
ローミング中のＭＨは、ＡＲからアドバタイズされたビーコンを常に受け取りかつ処理する。ローミング中のＭＨが居留している在圏網に存するＡＲからのものとは異なるプレフィックスを含むビーコンを受け取った場合、ローミングＭＨは、必要なハンド・オフ操作を実行する。
【００５４】
以下、階層移動体パケット通信ネットワークの性能評価を、それをＩＰｖ４およびＩＰｖ６システムの既存の人気がある提案のあるものと比較することによってそれぞれ定性的に説明する。
【００５５】
当然、人間の動きには地域的な特性が存在し、この特性はまた移動体使用者の動きにも反映される。推定によれば、ＭＨは、概ね７０％の時間、そのホーム・ドメイン中でロームし、残りの時間は、そのホーム・ドメインの外側で使われる。本発明は、ＭＨがそのホーム・ドメインでロームする間はＣＯＡおよびバインディング・アップデートなしでルーティングを最適化することができる。これは、本発明による階層移動体パケット通信ネットワークにおいて７０％の時間は、ルーティングが最適であり、メモリ消費および信号負荷が最小になっているということを意味する。このレベルの改善は、いずれの提案においてもまだ達成されていない。
【００５６】
モバイルＩＰｖ６において、ルーティングの最適化は、ＣＨがＣＯＡで更新されるときに達成されるが、そのように直接的に送られるパケットの中には、余分な帯域幅を消費するルーティング・ヘッダー・オプションをキャリーしなければならない。また、かかるパケットを受け取るＭＨは、処理するために上位レイヤーのプロトコルにそれを転送する前に宛先アドレス（ＣＯＡ）をＭＨのホーム・アドレスに置き換えなければならない。これは、余分な処理を意味する。これに対し、本発明によって最適化されたルーティングでは、ネットワークに何ら余分な負担を与えない。
【００５７】
ＭＨが近隣のセルに移動したときに、そのロケーション情報がサブドメイン・ルーターによってそのアドレスのインタフェース・マッピングとして記録されるので、本発明によって遂行されるドメイン内モビリティ・マネジメントにおいては、ホスト特有のルーティングの構成要素が存在するように思えるかもしれない。しかし、このダイレクト・マッピングはローミングの程度により１つまたは２つのノードにおいてのみ発生するに過ぎず、最小のネットワーク負荷でモビリティ・マネジメントの最適化が達成できる巧みな方法である。そして、アドレスの上部層がマッピングされる必要がなく（ＭＨにパケットを送るのに必要な部分だけを記録する必要がある）、従ってほとんどメモリを消費しないようにプレフィックス・ルーティングを行うことの優位性は大きい。完全な一対一対応のマッピングがゲートウェイまでに通過する全てのノードにおける各ＭＨに対してなされなければならないような、非特許文献６および非特許文献１１に示されたもののようなリアル・ホスト−ベース−ルーティング・プロトコルと本発明のものと比較すると、本発明のものが費用対効果の面で優れる。また、ＨＢＲでは、上流に向かう全てのパケットは、ドメインに送り戻されるべきゲートウェイだけに至らなければならない。これは、ノードが最上部に近い程、より多くの負荷が掛かることを意味し、これは、スケーラビリティを損なう。本発明のものは、そのようなものではなく、セル内通信は、アクセス・ルーターを越えないし、また、サブドメイン内通信は、サブドメイン・ルーターを越えない。このような方法によりネットワーク・ノードに全体にわたって負荷分散され、スケーラビリティを達成する。
【００５８】
多くの既存の提案は、受動結合性に対する余地を作っていなかった。移動体アクセス・ネットワークは、本発明の特徴なしには完全であり得ない。なぜならば、本発明によればＭＨがアイドル状態にあるときに、移動体端末のパワー消費抑制とシステムにおける不要な信号伝送の抑制という２つの利点を有するからである。驚くべきことに、本発明を含めてもわずかな数の提案、例えば非特許文献５、非特許文献６のみがこの特徴を考慮していた。
【００５９】
本発明による階層移動体パケット通信ネットワークは、新規なモビリティ・マネジメント・アーキテクチャを有し、かつ固定インターネットの上の移動体プレーン上で開発された。本発明による階層移動体パケット通信ネットワークは、地域性、および階層のスケーラビリティ特性を利用するために開発された。本発明による階層移動体パケット通信ネットワークは、階層サブネッティングの考えを導入しかつインターネットのプレフィックス・ルーティングを準用した。この結果、最小のモビリティ関連信号でルーティング効率の向上が可能となる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明による階層移動体パケット通信ネットワークは、移動体プレーンで設計されたドメイン−ベースＩＰｖ６アクセス・ネットワークであるがそれはインターネット特性に適応される。これによって、ルーティングは、プレフィックス−ベースであり、かつネットワークのホーム・ドメインにおいて、ＭＨがそれらのホーム・ドメインでロームする間、気付アドレスまたはバインディング・アップデート信号に関する処理の必要がない。これは、コール・デリバリおよびユーザ・ローミングの両方にローカル化特質が存在するので機能上の好ましい特徴である。即ち、実際の場では、ユーザは通常、高い確率で同じかまたは付近のドメインでロームする。同じ事象は、コール・デリバリで観察することができる。多数のコールは、ローカル・コールである。推定によれば、この確率は、約７０％である。移動体ユーザの動きがローカル的であるという特質を、本発明はうまく利用する。すなわち、本発明による階層移動体パケット通信ネットワークにおける時間ルーティングの７０％は、カプセル化およびカプセル化解除の負担なし、およびモビリティ関連宛先オプションなしで最適であるということを意味する。また、個々のパケットに組込まれるＱｏＳ関連処理が、カプセル化によって隠れてしまう不具合も生じない。ＢＵは送られず、または処理もされないので、帯域幅、処理時間およびメモリ空間の節約をすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による階層移動体パケット通信ネットワークの実施形態を概略的に示す図である。
【図２】詳細な階層またはプレフィックス・アドレス分配を有する本発明による階層移動体パケット通信ネットワークの実施形態の略図である。
【図３】発明による階層移動体パケット通信ネットワークにおけるアドレスの分配を示す略図であり、ＩＰｖ６に基づく例を示す図である。
【図４】本発明による階層移動体パケット通信ネットワークのネットワーク・ノードに記憶されたＭＨ状況表の例を示し、図４（ａ）はネイティブＭＨ状況表であり、図４（ｂ）はビジットＭＨ状況表である。
【図５】本発明による階層移動体パケット通信ネットワークにおける階層パケット・ルーティング処理手順を示す図である。
【図６】本発明による階層移動体パケット通信ネットワークにおけるパケット・ルーティング処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　…　トランク・ノード（ゲートウェイ・ルーター）
１１　…　ブランチ・ノード（サブドメイン・ルーター）
２２　…　ネイティブ・モバイル・ホスト状況表（ネイティブＭＨ状況テーブル）
１１１　…　リーフ・ノード（アクセス・ルーター）
２２２　…　ビジット・モバイル・ホスト状況表（ビジットＭＨ状況テーブル）
３３３　…　移動体端末（モバイル・ホスト）

Claims (14)

1. 階層アーキテクチャで構成された複数のネットワーク・ノード（１、１１、１１１）と複数の移動体端末（３３３）とを備え、
   上部層の前記ネットワーク・ノード（１）は、上流をインターネットに接続しかつ下流を中間層のネットワーク・ノード（１１）に接続し；前記中間層の前記ネットワーク・ノード（１１）は、上流を前記上部層のネットワーク・ノード（１）または前記中間層よりも高位に位置する別の中間層のネットワーク・ノードに接続しかつ下流を下部層のネットワーク・ノード（１１１）または前記中間層よりも低位に位置する別の中間層のネットワーク・ノードに接続し；前記下部層のネットワーク・ノード（１１１）は、上流を前記中間層のネットワーク・ノード（１１）に接続しかつ下流で無線により前記移動体端末（３３３）に接続し；
   前記ネットワーク・ノード（１、１１、１１１）のそれぞれは、同じプレフィックスを有しかつその親ネットワーク・ノードのプレフィックスを継承する一ブロックの広域に送付可能なアドレスが割り当てられ；
   前記移動体端末（３３３）のそれぞれは、所属するネットワーク・ノードのプレフィックスと、前記移動体端末（３３３）が外部のサブネットでローミングしているときに変化しないインタフェースＩＤとを備えている前記移動体端末（３３３）ごとに固有のアドレスを有し；
   前記ネットワーク・ノード（１、１１、１１１）のそれぞれは、このサブネットでローミングしているネイティブ移動体端末およびビジット移動体端末の状況を記録するＭＨ状況テーブル（２２、２２２）を保持することを特徴とする、階層移動体パケット通信ネットワーク。
2. 前記上部層の前記ネットワーク・ノード（１）は、ゲートウェイであることを更に特徴とする、請求項１に記載の階層移動体パケット通信ネットワーク。
3. 前記中間層の前記ネットワーク・ノード（１１）は、サブドメイン・ルーターであることを更に特徴とする、請求項１に記載の階層移動体パケット通信ネットワーク。
4. 前記下部層の前記ネットワーク・ノード（１１１）は、アクセス・ルーターであることを更に特徴とする、請求項１に記載の階層移動体パケット通信ネットワーク。
5. 前記下部層の前記ネットワーク・ノード（１１１）は、基地局であることを更に特徴とする、請求項１に記載の階層移動体パケット通信ネットワーク。
6. 前記広域に送付可能なアドレスは、ＩＰｖ６アドレスであることを更に特徴とする、請求項１に記載の階層移動体パケット通信ネットワーク。
7. 前記ＩＰｖ６アドレスのＳＬＡ　ＩＤ部分の一群の最上位のビット列（ＭＳＢ）は、前記上部層の前記ネットワーク・ノードの前記プレフィックスとして用いられることを更に特徴とする、請求項６に記載の階層移動体パケット通信ネットワーク。
8. 前記ＩＰｖ６アドレスのＳＬＡ　ＩＤ部分の次の一群の最上位のビット列（ＭＳＢ）は、前記中間層の前記ネットワーク・ノードの前記プレフィックスとして用いられることを更に特徴とする、請求項６または７に記載の階層移動体パケット通信ネットワーク。
9. 前記ＭＨ状況テーブル（２２、２２２）は、前記ネイティブ移動体端末の状況を記録するネイティブＭＨ状況テーブル（２２）と、ビジット移動体端末の状況を記録するビジットＭＨ状況テーブル（２２２）とで構成されていることを更に特徴とする、請求項１に記載の階層移動体パケット通信ネットワーク。
10. 階層移動体パケット通信ネットワークにおける通信方法であって、前記階層移動体パケット通信ネットワークは、階層アーキテクチャで構成された複数のネットワーク・ノード（１、１１、１１１）と複数の移動体端末（３３３）とを備え、
    上部層の前記ネットワーク・ノード（１）は、上流をインターネットに接続しかつ下流を中間層のネットワーク・ノード（１１）に接続し；前記中間層の前記ネットワーク・ノード（１１）は、上流を前記上部層のネットワーク・ノード（１）または前記中間層よりも高位に位置する別の中間層ネットワーク・ノードに接続しかつ下流を下部層のネットワーク・ノード（１１１）または前記中間層よりも低位に位置する別の中間層のネットワーク・ノードに接続し；前記下部層のネットワーク・ノード（１１１）は、上流を前記中間層のネットワーク・ノード（１１）に接続しかつ下流で無線により前記移動体端末（３３３）に接続し；
    前記ネットワーク・ノード（１、１１、１１１）のそれぞれは、同じプレフィックスを有しかつその親ネットワーク・ノードのプレフィックスを継承する一ブロックの広域に送付可能なアドレスが割り当てられ；
    前記移動体端末（３３３）のそれぞれは、それが属するネットワーク・ノードのプレフィックスと、前記移動体端末（３３３）が外部のサブネットでローミングしているときに変化しないインタフェースＩＤとを備えている前記移動体端末（３３３）ごとに固有のアドレスを有し；
    前記ネットワーク・ノード（１、１１、１１１）のそれぞれは、このサブネットでローミングしているネイティブ移動体端末およびビジット移動体端末の状況を記録するＭＨ状況テーブル（２２、２２２）を保持し；
    前記移動体端末（３３３）は、それがホーム・サブネットにあるかまたは外部サブネットでローミングしているかを決定するために前記下部層のネットワーク・ノード（１１１）から送信されたビーコン信号を使用し；
    外部サブネットでローミングしている移動体端末（３３３）は、対応する外部ネットワーク・ノード（１１１）に位置決めメッセージを送り、かつ前記対応する外部ネットワーク・ノード（１１１）から前記移動体端末（３３３）が属するホーム・ネットワーク・ノード（１１１）までの階層ルーティング経路におけるネットワーク・ノード（１、１１、１１１）は、前記移動体（３３３）のローミングに関する情報を追加し；
    前記ＭＨ状況テーブル（２２、２２２）で宛先端末がそのサブネットにおいてアクティブであるか、または前記パケットをその親ネットワーク・ノードに送るということが示されるならば、前記ネットワーク・ノード（１１１）は、そのサブネットでローミングしている前記移動体端末（３３３）から受信したパケットを宛先端末に向けて送信し；
    送信された前記パケットは、階層ルーティング経路を通って前記宛先端末に転送されることを特徴とする、階層移動体パケット通信ネットワークにおける通信方法。
11. 前記広域に送付可能なアドレスは、ＩＰｖ６アドレスであることを更に特徴とする、請求項１０に記載の階層移動体パケット通信ネットワークにおける通信方法。
12. 前記ＩＰｖ６アドレスのＳＬＡ　ＩＤ部分の一群の最上位のビット列（ＭＳＢ）は、上部層の前記ネットワーク・ノードのプレフィックスとして用いられることを更に特徴とする、請求項１０に記載の階層移動体パケット通信ネットワークにおける通信方法。
13. 前記ＩＰｖ６アドレスのＳＬＡ　ＩＤ部分の次の一群の最上位のビット列（ＭＳＢ）は、中間層の前記ネットワーク・ノードのプレフィックスとして用いられることを更に特徴とする、請求項１０に記載の階層移動体パケット通信ネットワークにおける通信方法。
14. 前記ＭＨ状況テーブル（２２、２２２）は、ネイティブ移動体端末の状況を記録するネイティブＭＨ状況テーブル（２２）と、ビジット移動体端末の状況を記録するビジットＭＨ状況テーブル（２２２）とで構成されていることを更に特徴とする、請求項１０に記載の階層移動体パケット通信ネットワークにおける通信方法。

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