JP4351268B2

JP4351268B2 - パケット転送装置、ネットワーク管理ユニット並びに移動端末

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Publication number: JP4351268B2
Application number: JP2007179658A
Authority: JP
Inventors: 哲也川上; 良宏鈴木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2022-10-10
Also published as: JP2007267426A

Description

本発明は、移動体通信に関し、特に移動体通信ネットワークにおける移動端末とＩＳＰ（インターネット・サービス・プロバイダ）を接続する移動体通信用アクセスネットワークのパケット転送装置、ネットワーク管理ユニット並びにかかるアクセスネットワークに接続される移動端末に関する。

固定ＩＰ（インターネット・プロトコル）通信と同じように無線LANなどにおいても高速ＩＰ通信の普及が見込まれ、また将来的に音声通信もＩＰサポートによる通信になると考えられている。またホットスポットなどの公衆における無線ＩＰネットワーク通信が普及の兆しを見せているが、このような無線ＩＰネットワークにおける移動通信では、端末の移動による基地局の切り替えを高速に行うことが必須となっている。このような端末のモビリティ制御の１つとして、ＩＰレベルでの標準化を行う組織であるIETF（Internet Engineering Task Force）で、標準化に向けてMobile IP （モバイルＩＰ）の検討が進んでいる（下記の非特許文献１参照）。
Mobility Support in ＩＰv6 : draft-ietf-mobileＩＰ-ＩＰv6-18.txt

図２０はモバイルＩＰを用いた移動端末に対するモビリティ制御方式を簡単に示している。移動端末１０は、あるＩＳＰ＃２が提供するホットスポットの１つである基地局２１に接続して通信を行っているものとする。ホットスポットのネットワークは、複数の基地局ノード２０〜２ｎ（図では２０から２２のみを示す）と中継局３０〜３３で構成され、他のネットワークとの接続ポイントに置かれる接続局４０を通じてインターネットへ接続されているものとする。本例では、移動端末１０は基地局２１、接続局４０を通って、インターネット中のノード（ＣＮ）と通信を行っている。移動端末１０のＩＰアドレスを（A）、のＣＮのＩＰアドレスを（B）とし、モバイルＩＰにおけるホームエージェント（以下ＨＡ）は基地局２１とする。移動端末１０が基地局２１の配下にある場合は、通常のＩＰ通信を行っているものとする。

移動端末１０が移動する場合の処理について、図２０（ｂ）を用いて示す。基地局２１の配下から基地局２２の配下へ通信が切り替わったときに、移動端末１０は基地局２２よりＩＰアドレス（Care of Address）を取得する。さらに、基地局２２は基地局２１に、移動端末１０が基地局２２配下に移動したことを通知する。通知を受信した基地局２１は基地局２２との間にＩＰトンネルを生成する。

移動後の通信は、以下のようになる。ＣＮから移動端末１０宛てに送信されたパケットは、これまでどおりの経路を通って、移動端末１０のＨＡである基地局２１まで転送される。基地局２１は、移動端末１０が移動時に生成したＩＰトンネルを用いて、基地局２２を経由した移動端末１０へパケットを転送する。移動端末１０は、基地局２２を通して、ＣＮにパケットを転送する。このときにＣＮに対して、移動端末が現在基地局２２の配下にいることを通知する。

次の契機にはＣＮは、移動端末１０の位置が基地局２２配下にあると認識し、基地局２１を通さずに基地局２２を通して、携帯端末１０への通信を行う。

しかしながら、モバイルＩＰによるＩＰサポート方式は、上記のような複雑なシグナリング手順を踏む必要がある。またＣＮとＨＡと移動端末の間での三角経路が発生したり、この間でＩＰトンネルによるオーバーヘッドが生じるといった問題がある。また、通信相手に自分の位置を通知することで、直接移動先にパケットを送信するようにできるが、これは通信の相手に、自分の現在のＣｏＡを知らせる必要があり、位置情報が通信相手に知られる可能性があるといった問題がある。また、ＩＰアドレスを取得したり、ＩＰトンネルを構成するなど、レイヤ３レベルでの処理が発生し、手順が複雑なため、車で移動するなどの高速移動通信に必須となる高速なモビリティ制御が難しいという課題がある。具体的には、位置登録の変更時に数秒単位の瞬断が生じる場合がある。このため、小さなエリアを頻繁に移動するようなマイクロモビリティへの適用は難しい。

また、このホットスポットを提供するオペレータがＩＳＰとして直接ユーザを収容する形態をとらず、移動通信オペレータとしてＩＳＰにネットワークを貸し出すトランスポート型の形態をとった場合を考える。このネットワークを有する移動通信オペレータは、無線基地局を有し、加入者を収容するとともに、ＩＳＰに対して加入者との間のトランスポートサービスを提供する。ＩＳＰから見ると、このモバイルネットワークはアクセスネットワークとして機能することになる。このようなアクセスネットワークは複数の外部ネットワーク（例えば、ＩＳＰ#1、ＩＳＰ#2など）によって共有されることになる。ＩＳＰ#ｎのユーザの移動端末との間のパケット転送は、宛先アドレスによらずＩＳＰ#ｎ経由としなければならない。

このようなネットワークにおいて、モバイルＩＰを適用した場合に、移動端末が使用するアドレスはモバイルネットワークから与えられた気付けアドレスであり、パケットの宛先アドレスや送信元アドレスからパケットの属するＩＳＰを識別して制御することはできない。このため、マルチキャストの転送をアクセスネットワーク内で効率よく提供し、モビリティをサポートしたマルチキャストサービスを行うことは難しい。また、モバイルＩＰはＩＰ層での制御であるため、ＩＰのバージョンにも依存することになり、ネットワークを構成する場合に、ＩＰv4とＩＰv6に対応する必要がある。

したがって本発明は、移動端末のＩＰアドレスに全く影響を与えることなく、同じＩＰアドレスを使用したままネットワーク内を移動しながら通信することが可能であり、小さなエリアを頻繁に移動するようなマイクロモビリティへの適用が可能な移動体通信用アクセスネットワークのパケット転送装置、ネットワーク管理ユニット並びにかかるアクセスネットワークに接続される移動端末を提供することを目的とする。

また本発明は、中継装置に非常に安価なイーサネット(登録商標）スイッチを用いることも可能となり、低コストでモビリティをサポートすることが可能な移動体通信用アクセスネットワークのパケット転送装置、ネットワーク管理ユニット並びにかかるアクセスネットワークに接続される移動端末を提供することを目的とする。

また本発明は、移動端末の位置を通信相手に知られるという問題を解消可能な移動体通信用アクセスネットワークのパケット転送装置、ネットワーク管理ユニット並びにかかるアクセスネットワークに接続される移動端末を提供することを目的とする。

また本発明は、ＩＳＰからのマルチキャストパケットを効率よく配送することが可能であり、移動しながらマルチキャストサービスを受けることが可能な移動体通信用アクセスネットワークのパケット転送装置、ネットワーク管理ユニット並びにかかるアクセスネットワークに接続される移動端末を提供することを目的とする。

また本発明は、移動端末からの無駄なマルチキャストの配送をなくし、セキュリティーも確保したままＩＳＰからのマルチキャストに対応することができる移動体通信用アクセスネットワークのパケット転送装置、ネットワーク管理ユニット並びにかかるアクセスネットワークに接続される移動端末を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、移動端末と、前記移動端末のユーザが属する外部ＩＰネットワークの間をトンネルにより中継するアクセスネットワークのパケット転送装置において、
前記ＩＰネットワークとの接続点の装置として用いられ、前記外部ＩＰネットワーク側から受信するパケットのユーザＩＤよりユーザ別に設定されたトンネル識別子と出力ポートを検索するトンネル識別子出力ポート検索手段と、前記トンネル識別子をパケットに付加して前記出力ポートに転送する識別子付加手段と、さらにアクセスネットワーク側から受信したパケットのトンネル識別子より出力ポートを検索する外部ネットワーク出力ポート検索手段とを有することを特徴とするパケット転送装置が提供される。

また本発明によれば、前記トンネル識別子出力ポート検索手段が、パケットのユーザＩＤとして受信パケットの宛先ＭＡＣアドレスを使用することを特徴とするパケット転送装置が提供される。

また本発明によれば、前記トンネル識別子出力ポート検索手段が、前記外部ＩＰネットワークから受信したパケットがマルチキャストもしくはブロードキャストパケットの場合に、装置に接続される外部ＩＰネットワーク別に設定されたマルチキャスト用トンネル識別子と出力ポートを検索するマルチキャスト用トンネル識別子検索手段を有することを特徴とするパケット転送装置が提供される。

また本発明によれば、移動端末と、前記移動端末のユーザが属する外部ＩＰネットワークの間を中継するために、前記ユーザが属する外部ＩＰネットワークと接続する接続局と、前記移動端末が接続しえる複数の無線基地局と、前記接続局と前記複数の無線基地局とを結ぶ複数の中継局と、前記無線基地局と前記移動端末を管理するネットワーク管理ユニットで構成されるアクセスネットワークのトンネルにより中継するアクセスネットワークパケットの転送装置において、
前記移動端末を収容する装置として用いられ、前記移動端末から受信するパケットが移動制御用パケットＩＤを有する場合に、これを受信し処理する移動制御パケット処理手段と、それ以外のパケットを処理するユーザパケット処理手段とを有することを特徴とするパケット転送装置が提供される。

また本発明によれば、前記ユーザパケット処理手段は、前記移動端末から受信するパケットのユーザＩＤよりユーザ別に設定されたトンネル識別子を検索するトンネル識別子検索手段と、前記トンネル識別子を前記パケットに付加してネットワーク側ポートに転送する識別子付加手段と、前記アクセスネットワーク側から受信したパケットのトンネル識別子を削除して前記移動端末側に転送する識別子削除手段とを有することを特徴とするパケット転送装置が提供される。

また本発明によれば、前記トンネル識別子検索手段において、受信パケットのユーザＩＤとして受信パケットの送信元ＭＡＣアドレスを使用することを特徴とするパケット転送装置が提供される。

また本発明によれば、前記移動制御パケット処理手段は、新たに自装置と通信を行おうとする移動端末からの位置登録要求により、前記ネットワーク管理ユニットに対し前記移動端末のユーザＩＤにマッピングするトンネル識別子を要求し、前記ネットワーク管理ユニットからのマッピング応答により前記移動端末のユーザＩＤにトンネル識別子を設定するユーザＩＤマッピング設定手段を有することを特徴とするパケット転送装置が提供される。

また本発明によれば、前記ユーザパケット処理手段は、前記アクセスネットワーク側から受信したパケットのトンネル識別子のうちポイントツーマルチポイントのマルチキャスト用トンネル識別子を区別したテーブルを有し、前記ネットワーク管理ユニットにより廃棄と設定されたマルチキャスト用トンネル識別子をもつパケットを廃棄することを特徴とするパケット転送装置が提供される。

また本発明によれば、移動端末と、前記移動端末のユーザが属する外部ＩＰネットワークの間を中継するために、前記ユーザが属する外部ＩＰネットワークと接続する接続局と、前記移動端末が接続しえる複数の無線基地局と、前記接続局と前記複数の無線基地局とを結ぶ複数の中継局と、前記無線基地局と前記移動端末を管理するネットワーク管理ユニットで構成されるアクセスネットワークのトンネルにより中継するアクセスネットワークのネットワーク管理ユニットにおいて、
複数の無線基地局のいずれかの基地局からの前記移動端末に対するトンネル識別子の要求に対して、前記ユーザが属する外部ＩＰネットワークと該基地局を結ぶトンネル識別子を検索し、前記接続局と前記基地局に対し、前記移動端末のユーザＩＤに検索したトンネル識別子を設定するトンネル識別子設定手段を有することを特徴とするネットワーク管理ユニットが提供される。

また本発明によれば、移動端末と、前記移動端末のユーザが属する外部ＩＰネットワークの間を中継するために、前記ユーザが属する外部ＩＰネットワークと接続する接続局と、前記移動端末が接続しえる複数の無線基地局と、前記接続局と前記複数の無線基地局とを結ぶ複数の中継局と、前記無線基地局と前記移動端末を管理するネットワーク管理ユニットで構成されるアクセスネットワークを介して前記外部ＩＰネットワークと通信するよう構成された前記移動端末において、
前記基地局が送信するエリア情報広告を常に受信し、現在通信中の基地局とある基地局の受信強度の差があらかじめ設定された閾値を上回った場合に、位置登録要求を送信する位置登録要求手段を有することを特徴とする移動端末が提供される。

また本発明によれば、前記位置登録要求手段は送信する位置登録要求パケットの宛先アドレスをブロードキャストもしくはマルチキャストアドレスとすることを特徴とする移動端末が提供される。

本発明によれば、端末の移動をサポートするネットワークにおいて、ラベルを用いたトンネルを構成し、この中を移動端末のパケットをトンネルで転送し、端末がエリアを移動すると、このトンネルを前記エリアに対するトンネルに変更することで移動端末のＩＰアドレスに全く影響を与えることなく、同じＩＰアドレスを使用したままネットワーク内を移動しながら通信することが可能となる。

また、トンネルをＶＬＡＮを用いて構成することで、中継装置に非常に安価なイーサネット(登録商標）スイッチを用いることも可能となり、低コストでモビリティをサポートするアクセスネットワークを構築することが可能となる。

また本発明では、移動を通知するのはアクセスネットワーク内のネットワーク管理ユニットであるので、移動端末の位置を通信相手に知られるという問題も解消することができる。

さらに本発明の第2の形態によれば、接続局から全ての基地局をツリー上に結ぶマルチキャストツリーのＶＬＡＮセグメントを構成することで、ＩＳＰからのマルチキャストパケットを効率よく配送することが可能であり、移動しながらマルチキャストサービスを受けることが可能となる。また移動端末からのパケット全てと、ＩＳＰからのユニキャストパケットはマルチキャスト用ＶＬＡＮと異なり各基地局個別のＶＬＡＮによりトンネルされるため移動端末からの無駄なマルチキャストの配送をなくし、セキュリティーも確保したままＩＳＰからのマルチキャストに対応することができる。

本発明の実施の形態の一例として用いるアクセスネットワークの概要を図１に示す。本アクセスネットワークは、加入者の無線移動端末（単に移動端末とも言う）１０を収容する基地局２０〜２２とパケットを中継する中継局３０〜３３、さらに、加入者にインターネット接続サービスを提供するＩＳＰネットワークが接続される接続局４０から構成される。本実施の形態ではこのようなＩＳＰネットワークと、そのＩＳＰの加入者である移動端末１０との間での移動通信について説明する。

＜第１の実施の形態＞
本アクセスネットワークは加入者とそのＩＳＰを接続するネットワークで、加入者はそれぞれ個別に好きなＩＳＰに接続することが可能である。加入者のＩＰはＩＳＰより配布されるため、アクセスネットワーク内はそれぞれのＩＳＰによってＩＰアドレスが配布された各加入者のパケットを適切に前記するＩＳＰを経由するように転送する。このため、アクセスネットワークはレイヤ２のトンネルを構成する。本アクセスネットワークは詳しくは、論理的に２つのプレーンにより構成される。

１つは加入者端末からのデータパケットをＩＳＰまで転送する転送プレーン図１(b)であり、２つ目はネットワークの監視・管理を実行する制御プレーン図１(a)である。以下、２つのプレーンについて説明を行う。転送プレーンはＯＳＩモデルにおけるレイヤ２（データリンク層）ネットワークを透過的に伝送するために、トンネルの技術を利用したネットワークで構成されている。加入者とＩＳＰの接続するインタフェースとしてはイーサネット(登録商標）を提供する。一方、制御プレーンはＯＳＩモデルにおけるレイヤ３（ネットワーク層）で構成されており、アクセスネットワーク内部に閉じたＩＰネットワークを構成し、通常のＩＰルーティングにより各装置間の制御情報の伝達を実行する。またいずれかの無線基地局には、ネットワーク全体の管理を行う、ネットワーク管理ユニット５０が接続される。

次に図２を用いて本発明のモビリティ制御の概念を示す。本実施の形態ではトンネルの構成手法としてＶＬＡＮを用いる。この場合トンネル識別子であるラベルとしてＶＬＡＮタグ中のＶＩＤを用いる。移動端末１０は、基地局２１配下でＩＳＰ#1との間で通信を行っているものとする。このときアクセスネットワークでは基地局２１から中継局３３、３０を経由して接続局４０のＩＳＰ＃２が接続されるポートまでを１つの経路とするＶＬＡＮ（ＶＩＤ＝１０）を使用して、移動端末１０が送信、受信するパケットを、このＶＬＡＮを通じてレイヤ２によりＩＳＰとの間で転送している。このときＶＬＡＮの識別子としてIEEE802.1qで規定されるＶＬＡＮタグが基地局２１から接続局４０の間で付加されることになる。

アクセスネットワーク内部には、このような各ＩＳＰと基地局を接続するようなＶＬＡＮがあらかじめネットワーク管理ユニットにより制御プレーンを通じて設定されている。移動端末１０が新たな基地局２２に移動した場合、この基地局２２から中継局３２、３１を経由して接続局４０のＩＳＰ＃２が接続されるポートまでを１つの経路とするＶＬＡＮ（ＶＩＤ＝２０）を通じてレイヤ２によりＩＳＰまで転送される。このように移動端末１０は新たなエリアに移動するたびにアクセスネットワーク内に設定されている適切なＶＬＡＮトンネルを使用して通信を継続する。

ＶＬＡＮによるトンネルではレイヤ３の処理が全く発生しないため、ユーザはモバイルＩＰを使用した場合のように、新しいネットワークの気付けアドレスをもらう必要もなく、同じＩＰアドレスをそのまま使用して通信を継続することが可能である。ただし、この動作はアクセスネットワーク内での移動に限られ、アクセスネットワーク自体を移動する場合は、モバイルＩＰを用いて移動の制御を行う。このため加入者にＩＰアドレスを配布するＩＳＰにＨＡを置き、アクセスネットワークを移動するようなマクロモビリィに関してはＩＳＰがモバイルＩＰにより制御を行う。

移動時のラベルの変更方法に関して図３を用いて詳細に説明する。本アクセスネットワークにおいては、各基地局はエリアＩＤを含むエリア情報を定期的に広告している。移動端末は常にこのエリア情報を受信しており、受信するエリアＩＤに基づいて現在のエリアを把握している。移動により新しいエリアＩＤを受信した上で、通信する基地局を変更する場合、新基地局に対して自分を登録するために加入者位置登録要求パケットを送出する。このパケットはイーサネット(登録商標）のパケットであるが、アクセスネットワークでのモビリティを制御するための特殊パケットであり、ＩＰパケットではなく、レイヤ２におけるプロトコルパケットとなる。このためパケット中に、これを示すための移動制御用パケットＩＤを有する。

またこのイーサネット(登録商標）パケットの宛先アドレスは、基地局を特定しないブロードキャストもしくはマルチキャストアドレスとする。このため、移動端末は基地局のアドレスを個別に識別してパケットを出力する必要はない。加入者位置登録要求を受信した新基地局では、移動制御用パケットＩＤ及びユーザＩＤより、加入者の位置登録要求を認識し、ネットワーク管理ユニットに対し、制御プレーンを使用して加入者経路指示要求を送信する。加入者経路指示要求にはユーザを示すユーザＩＤとして受信した加入者のイーサネット(登録商標）パケットの送信元ＭＡＣアドレスと自装置のエリアＩＤを送付する。ネットワーク管理ユニットは加入者経路指示要求を受信すると、図５に示すテーブルのユーザＩＤより前記するＩＳＰを検索し、ＩＳＰとエリアＩＤよりすでに設定済みのＶＬＡＮテーブルより前記するＶＩＤを抽出する。

ユーザに新規に割り当てるＶＩＤが決定すると、ネットワーク管理ユニットは制御プレーンを使用して、新基地局に加入者経路指示応答としてユーザＩＤに対して割り当てたＶＩＤを通知する。またＩＳＰとの接続点である接続局に関しても加入者経路指示としてユーザＩＤと変更するＶＩＤを通知する。加入者経路指示応答を受信した新基地局は図６に示すテーブルに新たに前記ユーザＩＤとマッピングするＶＩＤのテーブルを付加して、それ以降前記ユーザからのパケットを受信した場合、指定されたＶＩＤを持つＶＬＡＮタグをパケットに挿入して、転送プレーンに送出するようになる。またアクセスネットワーク内からのパケットに関しては、ＶＬＡＮタグを削除して加入者に送信する。

一方、加入者経路指示を受信した接続局は図７に示すテーブルの前記ユーザＩＤにマッピングされているＶＩＤを加入者経路指示で指定されたＶＩＤに変更する。これ以降ＩＳＰ側から受信するパケットに関しては、イーサネット(登録商標）パケットの宛先ＭＡＣアドレスより、前記ユーザのテーブルを検索し、新しく変更したＶＩＤを持つＶＬＡＮタグをパケットに挿入して、転送プレーンに送出するようになる。またアクセスネットワーク内からのパケットに関しては、ＶＬＡＮタグを削除してＩＳＰに送信する。

次に図８を利用して移動端末における、エリア情報広告受信処理を詳細に示す。移動端末は常に電波の状態を把握するために各基地局をスキャンして各基地局が出力するエリア情報広告を受信している。あるエリア情報広告を受信すると（ステップＳ８１）、まず受信したエリアＩＤが自端末で登録済みかどうかのチェックを行う（ステップＳ８２）。エリアＩＤが登録済みでない場合、このエリアＩＤを自端末に登録する（ステップＳ８３）。次に受信強度に関しても新たに登録する（ステップＳ８４）。すでに登録済みのエリアＩＤのエリア情報広告を受信した場合、受信強度の更新のみを行う（ステップＳ８２からステップＳ８４へ）。更新したエリアＩＤの受信強度が現在通信に使用しているエリアＩＤの受信強度よりも、設定された閾値α以上大きい場合（ステップＳ８５でＹＥＳ）、移動端末は加入者位置登録要求を新たなエリアＩＤを持つ基地局に対して送信する（ステップＳ８６）。そうでない場合は処理を終了する（ステップＳ８５からエンドへ）。

このエリア情報広告はイーサネット(登録商標）パケットのようなレイヤ２のパケットである必要はなく、無線部で通信可能な形態をしていてもよい。このときの移動端末内に保持される基地局管理テーブルの例を図４に示す。基地局管理テーブルは受信しているエリアＩＤとその受信強度さらに各エリアＩＤ別のフラグより構成される。フラグの意味は０：エリア広告は受信しているが受信強度が低く、通信に使用していない状態。１：現在通信に使用している状態、２：現在前記エリアＩＤの受信強度が閾値を上回り、加入者位置登録要求を行っている途中の状態を示している。このテーブルにより移動端末は自身が通信する基地局を管理している。

次に基地局における加入者側無線装置からのパケット受信時の処理について図９を利用して詳細に示す。基地局は加入者側無線装置からパケットを受信すると（ステップＳ９１）、まずパケットが移動制御用パケットＩＤを有しているかをチェックする（ステップＳ９２）、移動制御用パケットＩＤを持っていない場合、図６に示すテーブルを送信元ＭＡＣアドレスをユーザＩＤとして検索し（ステップＳ９３）、テーブルに登録されていない場合パケットを廃棄する（ステップＳ９７）。またテーブルに登録されている場合、テーブルよりＶＩＤを得て（ステップＳ９４）、このＶＩＤを持つＶＬＡＮタグを作成し、パケットに挿入してアクセスネットワーク側の転送プレーンに送信する（ステップＳ９５）。移動制御用パケットＩＤを持っている場合（ステップＳ９２でＹＥＳ）、加入者位置登録要求処理を実行する（ステップＳ９６）。

次に図１０を用いて加入者位置登録要求処理を説明する。加入者位置登録を移動端末より受信したら（ステップＳ１０１）、図６のテーブルを用いて送信元ＭＡＣアドレスをユーザＩＤとして、登録済みのユーザＩＤかどうかのチェックを行う（ステップＳ１０２）、ユーザＩＤが登録済みの場合、移動端末に対して、加入者位置登録応答を送信する（ステップＳ１０５）。ユーザＩＤが未登録の場合、ユーザＩＤを仮登録して（ステップＳ１０３）、ユーザＩＤとエリアＩＤを含む加入者経路指示要求を制御プレーンを用いてネットワーク管理ユニットに送信する（ステップＳ１０４）。

次にネットワーク管理ユニットにおける処理を図１１を用いて詳細に説明する。ネットワーク管理ユニットは加入者経路指示要求を受信すると（ステップＳ１１１）、パケット中よりユーザＩＤを抽出し、ネットワーク管理用のデータベースよりユーザＩＤをキーとして検索を行う（ステップＳ１１２）。ユーザＩＤは、例えば該無線ＩＰネットワークサービスに対して加入者が申し込みをしたときにネットワーク管理用データベースに登録されるなど、このネットワークにアクセス可能なユーザがあらかじめ登録されているものとする。ユーザＩＤが未登録の場合、サービス登録のないユーザであるので、エラー処理を行う（ステップＳ１１８）。

ユーザＩＤが登録済みの場合、前記ユーザに対してＶＩＤが割り当てられていない場合、新しくユーザが、このアクセスネットワークに接続してきた場合であるので、図５のテーブルを用いて登録ユーザの接続先ＩＳＰと受信した加入者経路指示要求のエリアＩＤをキーとして、アクセスネットワーク中の転送プレーンに設定しているＶＬＡＮパスを検索し、前記のＶＩＤをユーザに割り当てる（ステップＳ１１３でＮＯ→ステップＳ１１５）。内部のテーブルに設定後、エリアＩＤに示される新基地局に対してユーザＩＤとＶＩＤを含む加入者経路指示応答を送信する（ステップＳ１１６）。

また、接続局に対してもユーザＩＤとＶＩＤを含む加入者経路指示を送信する（ステップＳ１１７）。またＶＩＤがすでに割り当て済みの場合（ステップＳ１１３でＹＥＳ）、図５のテーブルより登録ユーザが現在設定されているエリアＩＤと、加入者経路指示要求に含まれるエリアＩＤを比較し、エリアを移動したかどうかをチェックする（ステップＳ１１４）、エリアＩＤが同じ場合、エリアを移動していないにもかかわらず基地局が加入者経路指示要求を送信してきたことになるため、エラー処理を行う（ステップＳ１１８）、エリアＩＤが異なる場合（ステップＳ１１４でＹＥＳ）、図５のテーブルを用いて前記ユーザに割り当てるＶＩＤを導出し（ステップＳ１１５）、加入者経路指示要求応答及び加入者経路指示を送信する（ステップＳ１１６，ステップＳ１１７）。

次に接続局でのパケット受信動作を図１２、１３を用いて説明する。図１２はアクセスネットワーク側からパケットを受信したときの動作である。接続局はアクセスネットワーク側からパケットを受信すると（ステップＳ１２１）、転送プレーンのパケットかどうかをチェックする（ステップＳ１２２）、これは、制御プレーンと転送プレーンの、受信ポート（物理ポート番号、もしくは論理ポート番号）を分離することで簡単に実現できる。転送プレーンのパケットの場合、図７のテーブルを用いて、ＶＩＤの値に従って、ＶＩＤ設定テーブルより出力先のＩＳＰポートを検索し（ステップＳ１２６）、ＶＬＡＮタグを削除してパケットを転送する（ステップＳ１２７）。

制御プレーンのパケットの場合、宛先ＭＡＣアドレスにより、自装置宛のパケットかどうかを判断する（ステップＳ１２３）。自装置宛のパケットでない場合、パケットを廃棄する（ステップＳ１２８）。自装置宛のパケットの場合、加入者経路指示かどうかを判断する（ステップＳ１２４）、加入者経路指示の場合、加入者経路指示受信処理を実行する（ステップＳ１２５）、加入者経路指示でない場合、その他の受信パケットに従った処理を行う（ステップＳ１２９）。この部分は本発明に関係しないため処理の説明は行わない。

次に図１３を用いて加入者経路指示受信処理を説明する。加入者経路指示パケットを受信すると（ステップＳ１３１）、パケットに含まれるユーザＩＤをキーとして図７のユーザＩＤ登録テーブルを検索する（ステップＳ１３２）、ユーザＩＤが新規ＩＤの場合、ユーザＩＤとＶＩＤを新規に登録する（ステップＳ１３３）。ユーザＩＤが登録されている場合、テーブルにかかれているＶＩＤを受信した加入者経路指示に含まれるＶＩＤに変更して更新する（ステップＳ１３４）。

図１４は接続局がＩＳＰ側からパケットを受信したときの動作である。接続局はＩＳＰ側からのパケットを受信すると（Ｓ１４１）、その宛先ＭＡＣアドレスをユーザＩＤとして図７のユーザＩＤ登録テーブルを検索する（Ｓ１４２）。検索の結果ユーザＩＤがない場合、パケットを廃棄する（Ｓ１４５）。ユーザＩＤよりＶＩＤを得ると、ＶＩＤ設定テーブルより出力ポートを得て（Ｓ１４３）、ＶＩＤを含むＶＬＡＮタグをパケットに挿入して前記出力ポートへパケットを出力する（Ｓ１４４）。以上の各種装置の動作によって、アクセスネットワーク中に設定されたトンネル識別子を用いたトンネルをユーザの移動したエリアに対応して変更する処理により、移動端末は自身のＩＰアドレスを全く変更することなく、アクセスネットワーク内のエリアを移動しながら通信を継続することが可能である。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第2の実施の形態の概要を図１５を用いて示す。第２の実施の形態では、ＩＳＰからのマルチキャストパケットに対してアクセスネットワーク内で効率的なパケット配送を行うために、ＩＳＰ毎にアクセスネットワーク内にマルチキャストツリーを構成する。図１５(a) マルチキャストツリーはＩＳＰとの接続点となる接続局の外部接続ポートを頂点として、ツリー状に全ての基地局が接続されるよう構成される。このようなマルチキャストツリーはあらかじめネットワーク管理ユニットにより構成され、１つのＶＬＡＮセグメントとして各ノードに設定されている。また、ユニキャストパケット及び、移動端末からのマルチキャストパケットに関しては、第１の実施の形態と同様にＩＳＰと基地局をセットしたポイントツーポイントのＶＬＡＮで構成されたトンネルにマッピングされる。

次に接続局が持つ転送テーブルについて図１６を用いて説明する。ユーザＩＤ登録テーブル及びＶＬＡＮ設定テーブルは第１の実施の形態と同様である、第２の実施の形態ではマルチキャスト用に新たにマルチキャストテーブルが追加される。このテーブルは各ＩＳＰにマッピングされるＶＩＤとアクセスネットワーク側のポート番号で構成される。接続点を頂点として全ての基地局を接続するツリーを構成するのであるが、ＩＳＰ毎のツリー構成に関しては、ネットワーク管理ユニットにより集中管理されるため、ＩＳＰ毎に異なるツリー構成とすることも可能である。このためこのテーブルに設定されるアクセスネットワーク側のポート番号も全て同じになるとは限らない。

次に図１７を用いて接続局でＩＳＰ側からのパケットを受信したときの処理を示す。まずＩＳＰ側からパケットを受信すると（ステップＳ１７１）、パケットの宛先アドレスがマルチキャストもしくはブロードキャストであるかどうかをチェックする（ステップＳ１７２）、マルチキャストもしくはブロードキャストであった場合、受信ポートよりＩＳＰを特定し（ステップＳ１７３）、マルチキャストテーブルよりＶＩＤと出力すべきポートを特定し（ステップＳ１７４）、ＶＩＤを持つＶＬＡＮタグをパケットに挿入して前記ポートに出力する（ステップＳ１７７）。このとき出力ポートが複数であれば、パケットを複製して送信する。

宛先がユニキャストの場合、宛先ＭＡＣアドレスがユーザＩＤに登録されているかどうかをチェックし（ステップＳ１７５）登録されている場合、ＶＩＤと出力ポートを特定し（ステップＳ１７６）ＶＬＡＮタグを挿入して送信する（ステップＳ１７７）。宛先がユニキャストでユーザＩＤが未登録の場合パケットを廃棄する（ステップＳ１７８）。このような処理により、ユニキャストとマルチキャストでは異なるＶＬＡＮを用いてパケットを転送する。各中継局では通常のイーサネット(登録商標）スイッチでの転送と同様にマルチキャスト、ブロードキャストパケットは同一ＶＬＡＮの中でブロードキャスト転送されていく。このため全ての基地局が同一パケットを受信することが可能になる。

次に基地局での処理を説明する。まず図１８を用いて基地局のテーブルの説明をする。移動端末からのパケット転送テーブルは第１の実施の形態と同様である。第２の実施の形態ではこれに、アクセスネットワークからのマルチキャストパケット転送テーブルが追加される。これは各ＩＳＰからのマルチキャストツリーを示すＶＩＤとフラグから構成される。フラグは前記ＶＩＤを持つパケットを移動端末側に転送可（フラグ１）か廃棄（フラグ２）かを示している。各ＩＳＰからのマルチキャストツリーはあらかじめネットワーク管理ユニットにより設定されるので、ＶＩＤの要素はどの基地局も同様にアクセスネットワークに接続されるＩＳＰの数だけ保持している。最初の設定時のフラグのデフォルト値は２の廃棄である。

第２の実施の形態では、移動端末の加入者位置登録要求の処理のときに、図３のシーケンス中のネットワーク管理ユニットからの加入者経路指示応答中に、ユーザＩＤ、移動端末からＩＳＰへのパケット及びＩＳＰからのユニキャストパケット用を示すポイントツーポイントのトンネルを示すＶＩＤと共に、ＩＳＰからのマルチキャスト用のポイントツーマルチポイントのトンネルを示すＶＩＤが設定される。これを受信した基地局は移動端末からのパケット転送テーブルにＶＩＤを設定するとともに、マルチキャストパケット転送テーブルの前記するＶＩＤのフラグを１（転送可）に設定する。つまりこのマルチキャスト転送テーブルが１になっている場合、配下に前記マルチキャストのＩＳＰの移動端末が存在することを示している。また配下にまったく前記するＩＳＰの移動端末が存在しなくなった場合、ネットワーク管理ユニットにより、フラグを２にする指示が出される。

このテーブルを使用したパケットの転送処理について図１９を用いて説明する。中継局側からパケットを受信した（ステップＳ１９１）基地局は、まず、パケットの宛先アドレスがマルチキャストもしくはブロードキャストであるかどうかをチェックする（ステップＳ１９２）、マルチキャストもしくはブロードキャストであった場合、マルチキャストパケット転送テーブルより受信パケットが転送可であるかチェックする（ステップＳ１９３）、転送可である場合、ＶＬＡＮタグを削除してパケットを転送（送信）する（ステップＳ１９４）、受信したパケットのＶＩＤのフラグが廃棄である場合、パケットを廃棄する（ステップＳ１９５）、また受信パケットがユニキャストの場合、（ステップＳ１９２でＮＯの場合）そのままＶＬＡＮタグを削除してパケットを転送（送信）する（ステップＳ１９４）。

この様にＩＳＰ側からのマルチキャストのみ特別なポイントツーマルチポイントのＶＬＡＮセグメントをツリー状に構成したトンネルを用いて転送することで、ＩＳＰがサービスするマルチキャストサービスをアクセスネットワークを移動しながら受信することが可能になる。また、各基地局でのフィルタリングによって、基地局配下に前記移動端末が1台も存在しないＩＳＰのマルチキャストパケットは基地局単位で廃棄され、無駄なトラフィックを減らすことも可能である。したがって、本発明は移動体通信ネットワークにおける移動端末とＩＳＰ（インターネット・サービス・プロバイダ）を接続する移動体通信用アクセスネットワークのパケット転送装置、ネットワーク管理ユニット並びにかかるアクセスネットワークに接続される移動端末の分野で有用である。

（ａ）本発明の第１の実施の形態にかかるアクセスネットワークの構造を制御プレーンで示す図（ｂ）本発明の第１の実施の形態にかかるアクセスネットワークの構造を転送プレーンで示す図（ａ）本発明の第１の実施の形態におけるモビリティ制御の概念を示す図（移動前の状態）（ｂ）本発明の第１の実施の形態におけるモビリティ制御の概念を示す図（移動後の状態）本発明の第１の実施の形態におけるモビリティ制御での端末移動時のトンネル変更のシーケンスを示す図本発明の第１の実施の形態におけるモビリティ制御での移動端末の基地局管理テーブルの構成例を示す図本発明の第１の実施の形態におけるモビリティ制御でのネットワーク管理ユニットの管理テーブルの構成例を示す図本発明の第１の実施の形態におけるモビリティ制御での基地局の転送テーブルの構成例を示す図本発明の第１の実施の形態におけるモビリティ制御での接続局の転送テーブルの構成例を示す図本発明の第１の実施の形態におけるモビリティ制御でのエリア情報広告受信処理を示すフローチャート本発明の第１の実施の形態におけるモビリティ制御での基地局でのパケット受信処理を示すフローチャート本発明の第１の実施の形態におけるモビリティ制御での基地局での加入者位置登録要求受信処理を示すフローチャート本発明の第１の実施の形態におけるモビリティ制御でのネットワーク管理ユニットでのパケット受信処理を示すフローチャート本発明の第１の実施の形態におけるモビリティ制御での接続局でのアクセスネットワーク側からのパケット受信処理を示すフローチャート本発明の第１の実施の形態におけるアクセスネットワークの接続局での、加入者経路指示受信処理を示すフローチャート本発明の第１の実施の形態におけるモビリティ制御接続局でのＩＳＰ側からのパケット受信処理を示すフローチャート（ａ）本発明の第２の実施の形態におけるモビリティ制御でのマルチキャストに対応したアクセスネットワークの構造を示す図であって、ＩＳＰからのマルチキャストパケット用パスを示す図（ｂ）本発明の第２の実施の形態におけるモビリティ制御でのマルチキャストに対応したアクセスネットワークの構造を示す図であって、移動端末からのユニキャスト及びＩＳＰからのユニキャスト用パスを示す図本発明の第２の実施の形態におけるモビリティ制御でのマルチキャストに対応した接続局の転送テーブルの構成例を示す図本発明の第２の実施の形態におけるモビリティ制御でのマルチキャストに対応した接続局でのＩＳＰ側からのパケット受信処理を示すフローチャート本発明の第２の実施の形態におけるモビリティ制御でのマルチキャストに対応した基地局の転送テーブルの構成例を示す図本発明の第２の実施の形態におけるモビリティ制御でのマルチキャストに対応した基地局での中継局からのパケットの受信処理を示すフローチャート（ａ）従来例のモバイルＩＰを使用したアクセスネットワークの説明図（移動前の状態）（ｂ）従来例のモバイルＩＰを使用したアクセスネットワークの説明図（移動後の状態）

符号の説明

１０〜１１移動端末
２０〜２２基地局
３０〜３３中継局
４０接続局
５０ネットワーク管理ユニット

Claims

移動端末と、前記移動端末のユーザが属する外部ＩＰネットワークの間をトンネルにより中継するアクセスネットワークのパケット転送装置において、
前記ＩＰネットワークとの接続点の装置として用いられ、前記外部ＩＰネットワーク側から受信するパケットのユーザＩＤよりユーザ別に設定されたトンネル識別子と出力ポートを検索するトンネル識別子出力ポート検索手段と、前記トンネル識別子をパケットに付加して前記出力ポートに転送する識別子付加手段と、さらにアクセスネットワーク側から受信したパケットのトンネル識別子より出力ポートを検索する外部ネットワーク出力ポート検索手段とを有することを特徴とするパケット転送装置。
前記トンネル識別子出力ポート検索手段が、パケットのユーザＩＤとして受信パケットの宛先ＭＡＣアドレスを使用することを特徴とする請求項１に記載のパケット転送装置。
前記トンネル識別子出力ポート検索手段が、前記外部ＩＰネットワークから受信したパケットがマルチキャストもしくはブロードキャストパケットの場合に、装置に接続される外部ＩＰネットワーク別に設定されたマルチキャスト用トンネル識別子と出力ポートを検索するマルチキャスト用トンネル識別子検索手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のパケット転送装置。
移動端末と、前記移動端末のユーザが属する外部ＩＰネットワークの間を中継するために、前記ユーザが属する外部ＩＰネットワークと接続する接続局と、前記移動端末が接続しえる複数の無線基地局と、前記接続局と前記複数の無線基地局とを結ぶ複数の中継局と、前記無線基地局と前記移動端末を管理するネットワーク管理ユニットで構成されるアクセスネットワークのトンネルにより中継するアクセスネットワークパケットの転送装置において、
前記移動端末を収容する装置として用いられ、前記移動端末から受信するパケットが移動制御用パケットＩＤを有する場合に、これを受信し処理する移動制御パケット処理手段と、それ以外のパケットを処理するユーザパケット処理手段とを有することを特徴とするパケット転送装置。
前記ユーザパケット処理手段は、前記移動端末から受信するパケットのユーザＩＤよりユーザ別に設定されたトンネル識別子を検索するトンネル識別子検索手段と、前記トンネル識別子を前記パケットに付加してネットワーク側ポートに転送する識別子付加手段と、前記アクセスネットワーク側から受信したパケットのトンネル識別子を削除して前記移動端末側に転送する識別子削除手段とを有することを特徴とする請求項４に記載のパケット転送装置。
前記トンネル識別子検索手段において、受信パケットのユーザＩＤとして受信パケットの送信元ＭＡＣアドレスを使用することを特徴とする請求項５に記載のパケット転送装置。
前記移動制御パケット処理手段は、新たに自装置と通信を行おうとする移動端末からの位置登録要求により、前記ネットワーク管理ユニットに対し前記移動端末のユーザＩＤにマッピングするトンネル識別子を要求し、前記ネットワーク管理ユニットからのマッピング応答により前記移動端末のユーザＩＤにトンネル識別子を設定するユーザＩＤマッピング設定手段を有することを特徴とする請求項４から６のいずれか１つに記載のパケット転送装置。
前記ユーザパケット処理手段は、前記アクセスネットワーク側から受信したパケットのトンネル識別子のうちポイントツーマルチポイントのマルチキャスト用トンネル識別子を区別したテーブルを有し、前記ネットワーク管理ユニットにより廃棄と設定されたマルチキャスト用トンネル識別子をもつパケットを廃棄することを特徴とする請求項４から７のいずれか１つに記載のパケット転送装置。
移動端末と、前記移動端末のユーザが属する外部ＩＰネットワークの間を中継するために、前記ユーザが属する外部ＩＰネットワークと接続する接続局と、前記移動端末が接続しえる複数の無線基地局と、前記接続局と前記複数の無線基地局とを結ぶ複数の中継局と、前記無線基地局と前記移動端末を管理するネットワーク管理ユニットで構成されるアクセスネットワークのトンネルにより中継するアクセスネットワークのネットワーク管理ユニットにおいて、
複数の無線基地局のいずれかの基地局からの前記移動端末に対するトンネル識別子の要求に対して、前記ユーザが属する外部ＩＰネットワークと前記基地局を結ぶトンネル識別子を検索し、前記接続局と前記基地局に対し、前記移動端末のユーザＩＤに検索したトンネル識別子を設定するトンネル識別子設定手段を有することを特徴とするネットワーク管理ユニット。
移動端末と、前記移動端末のユーザが属する外部ＩＰネットワークの間を中継するために、前記ユーザが属する外部ＩＰネットワークと接続する接続局と、前記移動端末が接続しえる複数の無線基地局と、前記接続局と前記複数の無線基地局とを結ぶ複数の中継局と、前記無線基地局と前記移動端末を管理するネットワーク管理ユニットで構成されるアクセスネットワークを介して
前記外部ＩＰネットワークと通信するよう構成された前記移動端末において、
前記基地局が送信するエリア情報広告を常に受信し、現在通信中の基地局とある基地局の受信強度の差があらかじめ設定された閾値を上回った場合に、位置登録要求を送信する位置登録要求手段を有することを特徴とする移動端末。
前記位置登録要求手段は送信する位置登録要求パケットの宛先アドレスをブロードキャストもしくはマルチキャストアドレスとすることを特徴とする請求項１０に記載の移動端末。