JP4356543B2

JP4356543B2 - ネットワークシステム、サーバー及びホームエージェント

Info

Publication number: JP4356543B2
Application number: JP2004199998A
Authority: JP
Inventors: 淳二山本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2024-07-07
Also published as: US7453842B2; JP2006025068A; US20060018299A1; CN1719802B; CN1719802A

Description

本発明は、モバイル機器を含むネットワークにおける制御のための方式および装置に関する。

移動端末がIPネットワークを利用するための従来技術としてMobile IPv6がある(例えば、非特許文献１参照)。Mobile IPv6では、移動端末(以下、MN)と継続した通信を可能とするためホームエージェント(以下、HA)と呼ぶルータを用いる。MNは外部のネットワークにて気付けアドレス（MNがネットワークの場所ごとに借りるアドレス）の払い出しを受けると、その気付けアドレスとMN固有のアドレス(以下、ホームアドレス)を持つバインディング・リクエストをHAに送信する。HAは有効なバインディング・リクエストを受け取ると、内部のバインディング・キャッシュにMNの情報を登録する。

MNと通信するノード(以下CN)はMNと通信する際の宛先アドレスとしてホームアドレスを用いる。ホームアドレス宛のパケットはHAにより受信され、HAがそのパケットをMNの気付けアドレスに転送することで、CNからのパケットがMNに届けられる。さらに、CNがMobile IPv6をサポートしており、MNが送信するバインディング・リクエストを処理できる場合、CNはホームアドレスと気付けアドレスの対応を自ノード内のバインディング・キャッシュに登録、利用することで、CNはHAを介さずMNと直接通信する経路最適化が可能となる。

特開2004-007578号公報

「Mobility Support in IPv6」, draft-ietf-mobileip-ipv6-24, IETF(Internet Engineering Task Force) Internet draft

上記従来の技術では、CNがMobile IPv6をサポートしていない場合、この経路最適化機能は用いることが出来ず、CNとMNとの通信は全てHAを経由する必要があり、通信経路が長くなるという問題があった。
また、複数のHAを利用する従来技術として例えば特許文献１がある。この技術では、MNがHAとの距離(遅延、ホップ数)を計測し、基準値以上になった場合、使用するHAを変更することでより近いHAを利用し、通信経路の短縮を狙っている。しかし、Mobile IPをサポートしないCNはHAを選択する方法を持たないため、最も近いHAを選択できるとは限らず、CNからMNへの通信経路が最短経路になるとは限らない。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、移動体とモバイルIPをサポートしていない端末との通信において、通信経路が長くなる
という点である。

本発明の一つの特徴は、ネットワーク中に複数のホームエージェントを配置し、ホームアドレスとしてエニーキャストアドレスを使用することでその中から近接のホームエージェントを選択することである。ホームエージェントが複数あることで、CNやMNから最も近いホームエージェントを選択することができる。すなわち、一つしかホームエージェントが無い場合に比べ
経路を短くできる。経路の最適化のためには、端末(MN)は登録済みHAとは別のHAにアドレスを登録すればよい。

なお、エニーキャストアドレスは、表記上はユニキャストアドレス（普通のアドレス）と違いがなくてもよい。ここでは、ネットワーク中に同じアドレスが複数ある場合、それをエニーキャストアドレスと呼ぶことにする。端末自体は物理的には一つしかないが、ホームアドレスを管理するホームエージェントが異なるネットワーク上に複数あり、他のノード(CN)から見るとホームアドレスが複数あるように見えるからである。

本発明の他の態様であるネットワークシステムは、第１のノードと有線または無線にて接続され、第１のノードがホームアドレスと気付けアドレスの二つのアドレスを使うネットワークシステムにおいて、ホームアドレスと気付けアドレスの対応を管理する登録表を有する複数のホームエージェントと、第１のノードと、第１のノードが使う登録表を有するホームエージェントの対応を管理するマスターサーバーとを有する。

ここで、ネットワークシステムに接続される第２のノードが第１のノードにアクセスする際に、ホームアドレスとしてエニーキャストアドレスをつかうと、公知のルーティング方式によって、例えば一番近いホームエージェント（第１のホームエージェント）にパケットが転送される。第１のホームエージェントが送られたホームアドレスに対応した気付けアドレスを有していれば、そのまま通信先のノードとの交信が開始される。

一方、第１のホームエージェントが第１のノードが使う登録表を有さない場合、すなわち、対応する気付けアドレスを管理していない場合には、第１のホームエージェントがマスターサーバーに第１のノードが使う登録表を有するホームエージェントを問い合わせる。問い合わせた結果、登録表を有するホームエージェント（第２のホームエージェント）が分かると、発行されたパケットは、第１のホームエージェントから第２のホームエージェントを経由して、第１のノードに転送される。

このとき、パケットは上記第１のホームエージェントで第１のホームエージェントを経由したことを示すフラグを付加されてから、第２のホームエージェントを経由して、上記第１のノードに転送されることにしてもよい。第１のホームエージェントを経由したことを示すフラグを付加されたパケットを受信した第１のノードは、第１のホームエージェントに第１のノードが使う登録表を登録することにより、経路の最適化を行うことができる。本発明の範囲は、このようなノード（端末）を含む者である。

本発明の他の態様であるサーバーは、ホームアドレスと気付けアドレスの二つのアドレスを使うノードと、ホームアドレスと気付けアドレスの対応を管理する登録表を有する複数のホームエージェントとを有するネットワークシステムに接続されるサーバーであって、ノードと、ノードが使う登録表を有するホームエージェントの対応を管理することを特徴とする。このようなサーバはMN・HA対応表を有し、MN・HA対応表の各エントリは、ノードを特定する情報と、ノードの気付けアドレスを登録済みのホームエージェント群のリストから構成される。このサーバは、自己が管理していないノードからのパケットの送付を受けたホームエージェントからの問い合わせに応答して、当該ノードのホームアドレスと気付けアドレスの組を記憶しているホームエージェントのアドレスを回答する。

このための詳細な構成として、このサーバは、パケット処理部、問合せ処理部、およびメモリを有し、メモリにMN・HA対応表が記憶され、パケット処理部は、所定のノードの気付けアドレスを登録しているホームエージェントを問い合わせるパケットを受信すると、問合せ処理部に処理を移す機能を有し、問合せ処理部はMN・HA対応表から上記所定のノードの気付けアドレスを登録しているホームエージェントのリストを検索し、リストの情報を持つパケットを問い合わせ元に返す機能を有する。本発明全般に当てはまるが、これらの機能は、専用のハードウエアで構成しても良いし、ＣＰＵ上で動作するソフトウエアで構成しても良い。

なお、上記のサーバを用いない態様も可能である。この態様では、複数のホームエージェントを有するモバイルネットワーク制御方式において、モバイルノードのホームアドレス宛のパケットを第二のホームエージェントが受信するステップと、第二のホームエージェントがモバイルノードに対応する気付けアドレスを検索するステップと、気付けアドレスがない場合には、他のホームエージェントにモバイルノードを管理している第一のホームエージェントの存在を問い合わせるステップと、第二のホームエージェントが第一のホームエージェントにパケットを転送するステップと、第一のホームエージェントがモバイルノードの気付けアドレスにパケットを転送するステップとを含むことを特徴とする。

本発明の他の態様であるホームエージェントは、ノードと、マスターサーバーとを有するネットワークシステムに接続され、ノードのホームアドレスと気付けアドレスの対応を管理する登録表を有するホームエージェントであって、外部とのインタフェースとなるパケット処理部と、マスターサーバーへの問い合わせを行うマスターサーバー問合せ部と、ノードを特定する情報とマスターサーバーを特定する情報の組を管理するMN・MS対応表を有する。

このホームエージェントは、特定のノードから所定パケットが送られてきた際に、当該ノードのホームアドレスに対応する気付けアドレスがあるかどうか登録表を検索するMobile IP処理部と、登録表の検索の結果、気付けアドレスがない場合、MN・MS対応表から特定のノードに対応するマスターサーバーを検索し、検索されたマスターサーバーに、特定のノードの気付けアドレスが登録されているホームエージェントを問い合わせるMS問合せ部とを有する。

本発明によれば、通信経路を短縮でき、ネットワークトラフィックを低減できる。

本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１に、本実施例のシステムの構成例を示す。本システムは、Mobile IPv6対応端末(MN)である105、MNのホームアドレス(HoA)と気付けアドレス(CoA)の対応を管理するホームエージェント(HA)群である101a,101b、HA群を管理するマスタサーバ(MS)である103、MNと通信を行うノード(CN)である106から構成される。MSはMNとそのMNの気付けアドレス(CoA)を知るHA群からなる登録表104を持つ。図では便宜上、HAを101aと101bの二つだけを示したが、二つに限るものではない。また、MSも一つだけを示したが、複数、例えばMN毎にMSを用意してもよい。

図２にHAの構成例を示す。HA101は外部とのインタフェースとなるパケット処理部1100、Mobile IPのパケットを処理するMobile IP処理部1101、MNのHoAとCoAの対応を記憶するバインディング・キャッシュ1102、MSへの問い合わせを行うMS問合せ部1103、MNに対応するMSのアドレスを持つMN・MS対応表1104を持つ。
図３にMN・MS対応表1104の構成例を示す。MN・MS対応表1104の各エントリは各MNとそれに対応するMSのアドレスから構成される。例えば、エントリ1110aはMN105に対応するMSがMS103であることを示す。

HA101bではMobile IPのパケットを、パケット処理部1100を経由してMobile IP処理部1101に送る。Mobile IP処理部1101はバインディング・キャッシュ1102を検索し、MN105のHoAに対応するCoAが無い場合、MS問合せ部1103に処理を移す。MS問合せ部1103はMN・MS対応表1104からMN105に対応するMS105を検索し、MS103に、MN105のCoAが登録されているHAを問い合わせ、HA101aを得る。MS問合せ部1103は問い合わせ結果であるHA101aをMobile IP処理部1101に戻し、Mobile IP処理部1101はパケット処理部1100を経由し、パケット303にパケット301を乗せHA101aに転送する。HA101aはパケット304に、パケット303とHA101bのアドレスを乗せ、MN105へ送信する。ここで、HA101bのアドレスはパケット304とは別のパケットにてMN105へ送信することも可能である。

図４にMSの構成例を示す。MS103はパケット処理部1200、問合せ処理部1201とMN・HA対応表104を持つ。
図５にMN・HA対応表104の構成例を示す。MN・HA対応表104の各エントリはMN名と各MNのCoAを登録済みのHA群のリストから構成される。例えばエントリ1210aはMN105のCoAを登録しているHAがHA101aであることを示す。
MS103のパケット処理部1200にMN105のCoAを知るHAを問い合わせるパケットが到着すると、問合せ処理部1201に処理を移す。問合せ処理部1201はMN・HA対応表104からMN105のCoAを知るHAのリストを検索し、エントリ1210aを得る。問合せ処理部1201はエントリ1210aの情報を持つパケットを問い合わせ元に返す。

図６に、MNが自分の気付けアドレスをHAへ登録する動作を示す。MN105はバインディング・リクエスト201をHA101aに送信することで、HA101aにホームアドレスと気付けアドレスの対応を登録する。HA101aは、自ノード内のバインディング・キャッシュのリストを更新すると共に、登録パケット202を送信し、MS103のMN・HA対応表104にMN105とHA101aを登録する。

図７に、CNがMNと通信する際の動作を示す。CN106はMN105のホームアドレスに対してパケット301を送信することで、MN104への通信を開始する。ホームアドレスをエニーキャストアドレスとしてルーティング情報を登録することで、パケット301はネットワーク中に存在するここに記載していないルータにより近傍のHA101bに転送される。エニーキャストアドレスはノードやインターフェイスではなく、機能に対して割り当てられることになっている。そして、マルチキャストのように特定のグループに属するノード（インターフェイス）すべてに対して送信を行うのではなく、選ばれた、たとえば「最も近い」ノードにだけ送信することになっている。エニーキャストアドレスに関しては、例えば、「Internet Protocol Version 6 (IPv6) Addressing Architecture」, rfc3513, IETF(Internet Engineering Task Force) Request for Commentsにその定義が説明されている。

HA101b内のバインディング・キャッシュにMN105の気付けアドレスが無い場合、MS103に、MN105の気付けアドレスが登録されているHAを問い合わせ、HA101aを得る。HA101bはパケット303にパケット301を乗せHA101aに転送する。HA101aはパケット304に、パケット303とHA101bのアドレスを乗せ、MN105へ送信する。ここで、HA101bのアドレスはパケット304とは別のパケットにてMN105へ送信することも可能である。
HA101b内のバインディング・キャッシュにMN105の気付けアドレスが登録されている場合、HA101bはMN105の気付けアドレス宛にパケット404としてパケット301を転送する。

図８に、MNがHA101bに登録動作をすることで、CNからの通信経路の最適化を行う動作を示す。MN105は、自ノードが登録していないHA101bが通信を中継した場合、HA10aに対して登録したのと同様に、このHA101bにもバインディング・リクエスト401によりホームアドレスと気付けアドレスを登録する。バインディング・リクエスト401を受け取ったHA101bは、自ノードのバインディング・キャッシュにMN105のホームアドレスと気付けアドレスの対応を登録すると共に、登録パケット402にてMS103登録表104にMN105とHA101bを登録する。その後、HA101bは図中には書かれていないバインディング・アクノリッジをMN105に返し、MN105に登録完了を通知する。
HA101bがMN105を登録後にCN106からのパケット301を受信すると、HA101bは自ノード内のバインディング・キャッシュの情報に基づき、MN105に直接転送する(パケット404)。

図９のフロー図を用いて、HAがMSに登録する動作を説明する。
ステップ501でMNは自ノードのホームアドレスと気付けアドレスの対応を乗せたバインディング・リクエストをHAに送信する。
ステップ502で、HAがバインディング・リクエストを受信すると、ステップ503でバインディング・キャッシュに登録済みか否かを確認する。登録済みの場合はステップ504bへ制御を移し、未登録の場合はステップ504aに制御を移す。
ステップ504a及び504bでHA内のバインディング・キャッシュにMNのホームアドレスと気付けアドレスを登録し、ステップ505a及び505bでMNにバインディング・アクノリッジを送信し、MNに登録完了を伝える。
ステップ506でMSに登録パケットを送信し、MS内の登録表にMNのホームアドレスとHAのアドレスを登録する。
ここで、ステップ506はステップ504a、505aと順不同に実行することができる。

図１０のフロー図を用いて、HAにおけるCNからのパケットについての処理動作を説明する。グループ610がHAの処理動作範囲である。
ステップ601でCN106がMN105のホームアドレスであるエニーキャストアドレス宛にパケット301に送信すると、ステップ602ではIPv6ネットワークで一般に用いられるルーティングに従い、近傍のHA101bにパケットが届けられる。
ステップ603にてHA101bがCN106からのパケットを受信すると、ステップ604でHA101b内のバインディング・キャッシュからMN105の気付けアドレスを検索する。
ステップ605で、MN105の気付けアドレスが見つかる、すなわちMN105が登録済みであれば、ステップ608へ処理を移し、未登録であればステップ606へ処理を移す。
ステップ606で通信302によりMS103にMN105の気付けアドレスが登録されているHAを問合せ、例えばHA101aを得る。
ステップ607で、ステップ606で得たHA101aにパケット303を転送する。
ステップ605で、MN105の気付けアドレスが検索できた場合、ステップ608でパケット301を乗せたMN105の気付けアドレス宛パケット404を送信する。

図１１に、タイムアウトによりHA内のバインディング・キャッシュおよびMS内の対応表から、それぞれMNの登録を削除する際の動作フローを示す。
ステップ701で、あるバインディング・キャッシュのエントリの更新時間からあらかじめ設定された時間を経過しているか確認し、経過している場合はステップ702へ進む。経過していない場合は、処理を終了する。
ステップ702にて、該当エントリを消去し、MNのホームアドレスと気付けアドレスの対応を削除する。
ステップ703にて、MSに登録削除メッセージを送信し、MS内の登録表から、MNとこのHAの対応を削除する。

MNから気付けアドレスを指定しないバインディング・リクエストによる明示的な登録削除要求をHAが受信した合も、ステップ702とステップ703を実行し、登録を削除する。さらにこの場合は、MNに対してバインディング・アクノリッジを送信することで登録削除を受け付けたことを知らせる。

図１２にマスタサーバを用いないシステム構成例を示す。
一つ以上のホームエージェント(HA)群101a,102b,102cと、移動ノード(MN)105、一つ以上の通信相手ノード(CN)106から構成される。各HAは、他のHAのアドレスを保持するリスト(関係HAリスト)801を持つ。

図１３を用いて、CNからMNに通信を行う動作を説明する。
CN106はMN105のホームアドレス宛にパケット301を送信する。パケット301は図中には示していないルータ群により近傍のHAであるHA102bに転送される。HA102bはパケット301を受信すると、自ノード内のバインディング・キャッシュからMN105の気付けアドレスを検索する。検索の結果、気付けアドレスが登録されていない場合、関係HAリスト801に登録されているHA(例えば、101a,101c)に、MN105の気付けアドレスが登録されているかを問い合わせる(通信902a及び902c)。HA101aにMN105の気付けアドレスが登録されている場合、HA101bはHA101aにパケットを転送(パケット303)し、HA101aはそれをMN105の気付けアドレス宛に再転送する(パケット304)ことで、CN106からMN105へパケットが転送される。
HA101bにMN105の気付けアドレスが登録されている場合は、HA101bが直接MN105の気付けアドレス宛にパケット404として転送を行う。

図１４のフロー図を用いて、HAにおけるCNからのパケットについての処理動作を説明する。グループ1010がHAの処理動作範囲である。
ステップ1001でCN106がMN105のホームアドレスであるエニーキャストアドレス宛にパケット301に送信すると、ステップ1002ではIPv6ネットワークで一般に用いられるルーティングに従い、近傍のHA101bにパケットが届けられる。
ステップ1003にてHA101bがCN106からのパケットを受信すると、ステップ1004でHA101b内のバインディング・キャッシュからMN105の気付けアドレスを検索する。
ステップ1005で、MN105の気付けアドレスが見つかる、すなわちMN105が登録済みであれば、ステップ1008へ処理を移し、未登録であればステップ1006へ処理を移す。
ステップ1006で通信902a及び902cによりHA101a及びHA101cにMN105の気付けアドレスが登録されているか否かを問合せ、例えばHA101aから肯定の回答を受ける。

ここで、回答にMNまでのホップ数、遅延等の情報を付加し、どのHAを利用するかの判断基準にすることが可能である。
ステップ1007で、ステップ1006で肯定の回答を返したHA101aにパケット303を転送する。
ここで、回答に付加された情報や回答の到着時刻により、近傍のHAや負荷の軽いHAを選択することが可能である。
ステップ1005で、MN105の気付けアドレスが検索できた場合、ステップ1008でその気付けアドレス宛にパケット301を乗せたパケット304に送信する。

図１５にMSを用いないシステムにおけるHAの構成例を示す。HA101は、パケット処理部1100、Mobile IP 処理部1101、バインディング・キャッシュ1102と関係HAリスト801を持つ。
図１６に関係HAリスト801の構成例を示す。関係HAリスト801の各エントリ1220は、MNの名前(例えばMN105)とそのMNを収容する他のHA(例えばHA101a,HA101c)を持つ。

図１５、図１６を用いてHA101の動作を示す。HA101のパケット処理部1100がCN106からMN105宛のパケットを受信すると、Mobile IP処理部1101に処理を移す。Mobile IP処理部1101はバインディング・キャッシュ1102からMN105に対応するエントリを検索する。インディング・キャッシュ1102に対応するエントリが無い場合、関係HAリスト801を検索し、関係するHA(例えばHA101a,HA101c)を得る。各HAにMN105のCoAが登録されているかを問い合わせる。HA101aにMN105のCoAが登録されている場合、HA101aにパケットを転送(パケット303)する。

複数のホームエージェントに分散して通信の中継が行われるため、自動車等の多数の移動体との通信が不可欠なネットワークシステム構築に適用できる。

本発明の一実施例のシステム構成を示すブロック図。本発明の一実施例のホームエージェント(HA)のブロック図。 MN・MS対応表の構成例を示す表図。本発明の一実施例のマスタサーバ(MS)のブロック図。 MN・HA対応表の構成例を示す表図。 MNが自分の気付けアドレスをHAへ登録する動作を示すネットワーク図。 CNがMNと通信する際の動作を示すネットワーク図。、MNがHA101bに登録動作をすることで、CNからの通信経路の最適化を行う動作を示すネットワーク図。 HAがMSに登録する動作を説明するネットワーク図。 HAにおけるCNからのパケットについての処理動作のフロー図。タイムアウトによりHA内のバインディング・キャッシュおよびMS内の対応表から、それぞれMNの登録を削除する際の動作フロー図。本発明の他の実施例を示すネットワーク図。ノードからモバイルノードに通信を行う動作を説明するネットワーク図。ホームエージェントにおけるノードからのパケットについての処理動作フロー図。ホームエージェントの構成例を示すブロック図。関係ホームエージェントリストの構成を示す表図。

符号の説明

101a,b,c ホームエージェント(HA)
103 マスタサーバ(MS)
104 モバイルノード・ホームエージェント対応表
105 モバイルノード(MN)
106 通信相手ノード(CN)
801 関係HAリスト。

Claims

第１のノードと有線または無線にて接続され、該第１のノードがホームアドレスと気付けアドレスの二つのアドレスを使うネットワークシステムにおいて、
上記ホームアドレスと気付けアドレスの対応を管理する登録表を有する複数のホームエージェントと、
上記第１のノードと、該第１のノードが使う登録表を有するホームエージェントの対応を管理するマスターサーバーとを有し、
上記ホームアドレスがエニーキャストアドレスであり、
上記ネットワークシステムに接続される第２のノードが上記第１のノードにアクセスする際に、
上記第２のノードが上記エニーキャストアドレスによりパケットを発行し、
該発行されたパケットは上記エニーキャストアドレスに基づいたルーティングにより上記ホームエージェントの一つである第１のホームエージェントに転送され、
上記ホームエージェントが上記第１のノードが使う登録表を有さない場合には、上記第１のホームエージェントが上記マスターサーバーに上記第１のノードが使う登録表を有するホームエージェントを問い合わせるネットワークシステム。
上記発行されたパケットは、上記第１のホームエージェントから、上記第１のノードが
使う登録表を有するホームエージェントである第２のホームエージェントを経由して、上
記第１のノードに転送される請求項１記載のネットワークシステム。
上記発行されたパケットは、上記第１のホームエージェントで該第１のホームエージェ
ントを経由したことを示すフラグを付加されてから、上記第１のノードが使う登録表を有
するホームエージェントである第２のホームエージェントを経由して、上記第１のノード
に転送される請求項１記載のネットワークシステム。
上記第１のホームエージェントを経由したことを示すフラグを付加されたパケットを受
信した上記第１のノードは、上記第１のホームエージェントに上記第１のノードが使う登
録表を登録する請求項３記載のネットワークシステム。
ホームアドレスと気付けアドレスの二つのアドレスを使うノードと、上記ホームアドレスと気付けアドレスの対応を管理する登録表を有する複数のホームエージェントとを有するネットワークシステムに接続されるサーバーであって、
上記ノードと、該ノードが使う登録表を有するホームエージェントの対応を管理し、
さらに、MN・HA対応表を有し、該MN・HA対応表の各エントリは上記ノードを特定する情報と、該ノードの気付けアドレスを登録済みのホームエージェント群のリストから構成されるサーバー。
パケット処理部、問合せ処理部、およびメモリを有し、
上記メモリに上記MN・HA対応表が記憶され、
上記パケット処理部は、所定のノードの気付けアドレスを登録しているホームエージェン
トを問い合わせるパケットを受信すると、問合せ処理部に処理を移す機能を有し、
上記問合せ処理部は上記MN・HA対応表から上記所定のノードの気付けアドレスを登録して
いるホームエージェントのリストを検索し、該リストの情報を持つパケットを問い合わせ
元に返す機能を有する請求項５記載のサーバー。