JP4630343B2 - 複数のネットワーク・インターフェースを有するノードの異種ネットワーク・インターワーキング方法 - Google Patents

複数のネットワーク・インターフェースを有するノードの異種ネットワーク・インターワーキング方法 Download PDF

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Description

本発明は、複数のネットワーク・インターフェースを有するノードが、様々なIP(Internet Protocol)ベースのネットワーク(例えば、IPv4およびIPv6など)間を移動しながらも、インターネットに接続できるように適合した異種ネットワーク・インターワーキングメカニズムに関する。
ユビキタスネットワーク環境では、多くのサービスと多様なアクセス技術とが、相互に組み合わされたり、統合されたりして、より良いシームレスなサービスが提供される。有線通信と無線通信との組合せ、放送と通信との組合せなどの多様なサービスおよび技術が、新たな概念のサービスのために融合されることになろう。このような新たな概念のサービスには、現在から将来に至る全てのサービスが含まれる。このようなサービスは、IPパケットを中心としたネットワーク基盤を使用するであろう。ユビキタスネットワークは、ユーザにとって有用、かつ経済的な通信サービスおよび放送サービスを提供するようになる。
多様なサービスを融合するためには、多種多様な通信技術を組み合わせることが必要となる。例えば、802.3イーサネット(登録商標)通信技術と802.11WLAN(Wireless Local Area Network)通信技術との組合せ、WLAN通信とCDMA通信との組合せ、WLAN通信技術とCDMA通信技術とWibro(または、HPi(High-speed Portable internet))通信技術との組合せなどが必要とされる。現在まで、802.11a、802.11b、および802.11gなどのWLAN技術が広く利用され、無線データサービスが提供されているが、CDMA2000 1x、CDMA2000 EV DO、およびCDMA2000 EV DVなどの3G通信技術が無線データ通信の重要な技術として確立されつつある。WLAN通信技術とCDMA通信技術とは、相互に補完するものとして使用することができる。WLAN通信技術は、WLANサービスが可能であるホットスポット(hot spot)領域内では、高速通信速度と広帯域幅とを保証することができるが、ホットスポット領域外では、サービスを全く提供することができない。ホットスポット領域外では、より低速なインターネット速度と相対的に狭い帯域幅とを有するCDMA通信技術が、インターネット接続サービスをユーザに提供することができる。したがって、WLAN通信技術とCDMA通信技術とを組み合わせることにより、ユーザは、どこにいても、インターネットにアクセスすることが可能になる。
現行のネットワーク移動性技術では、単一のネットワーク・インターフェースを有するノードは、モバイルIP(mobile IP)などの移動性サポート技術を使用して、ネットワーク間を移動している間、常にインターネットに接続して、単一のリンク層技術のサービスを受けることができる。
図1は、単一のネットワーク・インターフェースを有するノードが、モバイルIPを使用することによって、1つのネットワークから別のネットワークに移動するときの、既存のインターワーキングプロセスを示している。モバイルIPは、2つのIPアドレスを使用する。1つは、永久的に変わらない固有アドレスであるホームアドレス(home address)であり、他の1つは、接続位置に応じて変わり得るCoA(Care-of-Address)である。モバイルノード(MN:Mobile Node)がどのネットワークに移動しても、MNは、常に一定のホームアドレスを有し、MNが新たなネットワークに移動するときはいつでも、新たなCoAがMNに割り当てられる。MNは、新たなCoAを得るといつでも、そのCoAをMN自身のホームエージェント(HA:Home Agent)に通知する必要がある。HAは、ホームアドレスに転送されるパケットを、トンネルを介して新たなCoAに該当する位置に転送する役割を担う。図1は、単一のネットワーク・インターフェースを有するMNが、モバイルIPを使用することによって、1つのネットワークから別のネットワークに移動するときのインターワーキングプロセスを示している。図示するように、MN110は、ネットワーク1からネットワーク2に移動するとき、同一のネットワーク・インターフェースeth0を使用することによって、相手方ノード(CN:Correspondent Node)130との1つのネットワーク接続を維持する。
しかしながら、新たな概念のサービスと、シームレスなインターネットサービスとを提供するために、複数のネットワーク・インターフェースを有して、多様なリンク副層(link sub-layer)技術を使用するノードが出現しつつある。そのことに伴い、単一のインターフェースを有するノードにおいて使用する現行の技術を、複数のインターフェースを有するノードにそのまま適用するには多くの問題が生じ得る。特に、現行の移動性サポート技術では、様々なリンク層技術に基づく異種ネットワーク間(例えば、WLANネットワークとCDMAネットワークとの間)を移動する複数のネットワーク・インターフェースを有するノードの移動性をサポートすることができない。したがって、異種ネットワーク間を移動する、複数のネットワーク・インターフェースを有するノードの移動性をサポートすることができる新たなメカニズムが必要とされる。
本発明は、複数のネットワーク・インターフェースを有するノードが、リンク副層技術を使用して、異種ネットワーク間を移動するときのインターワーキングを可能にする方法に関する。
本発明の一態様は、複数のネットワーク・インターフェースを有するモバイルノードが、第1のネットワークから第2のネットワークへ移動するときの、そのモバイルノードの異種ネットワーク・インターワーキング方法を提供することである。この方法は、モバイルノードが第2のネットワークに移動する前に、第1のネットワークにて、パケットの内部ヘッダ(inner header)内の送信元アドレスとして、モバイルノードの固定アドレスであるシンプルIPアドレスを設定し、かつ、外部ヘッダ(external header)内の送信元アドレスとして、第1のネットワーク・インターフェースに実際に割り当てられたIPアドレスを設定することによって、第1のネットワーク・インターフェースを介してパケットを送信するステップと、モバイルノードが第2のネットワークに移動した後に、第2のネットワークにて、パケットの内部ヘッダ内の送信元アドレスとして、前記シンプルIPアドレスを設定し、かつ、外部ヘッダ内の送信元アドレスとして、第2のネットワーク・インターフェースに実際に割り当てられたIPアドレスを設定することによって、第2のネットワーク・インターフェースを介してパケットを送信するステップとを備える。
本発明の別の態様は、複数のネットワーク・インターフェースを有するモバイルノードが、異種ネットワーク間を移動するときに、モバイルIPを使用することによる異種ネットワーク・インターワーキング方法を提供することである。この方法は、仮想のネットワーク・インターフェースを生成するステップと、複数のネットワーク・インターフェースを通過するパケットが、仮想のネットワーク・インターフェースを介してモバイルIP層に転送されるように、リンク層でパケットフローを調整するステップとを備える。
本発明のさらに別の態様は、複数のネットワーク・インターフェースを有するモバイルノードが、異種ネットワーク間を移動するときに、モバイルIPを使用することによる異種ネットワーク・インターワーキング方法を提供することである。この方法は、複数のネットワーク・インターフェースから1つのネットワーク・インターフェースを選択するステップと、複数のネットワーク・インターフェースを通過するパケットが、選択したネットワーク・インターフェースを介してモバイルIP層に転送されるように、リンク層でパケットフローを調整するステップとを備える。
本発明によれば、複数のネットワーク・インターフェースを有するノードが異種ネットワーク間を移動するときに、ネットワークを移動しながらも常にインターネット接続を提供することが可能となる。様々な無線接続技術が出現するにつれて、複数のネットワーク・インターフェースを有するモバイルノードは、異種ネットワーク間の移動時およびIPバージョンが異なるネットワーク間の移動時にも、常にシームレスな通信サービスを受けることが可能となる。
添付の図面を参照しながら、図面に示された例示的な実施形態を詳細に説明することにより、本発明の上記およびそれら以外の特徴と利点とが、当業者にはより明らかになるであろう。
以下において、本発明の例示的な実施形態が示された添付の図面を参照しながら、本発明について、より詳細に説明する。しかしながら、本発明は、別の形態でも具現化することができ、本明細書で説明する実施形態に限定されるものとして解されるべきではない。本開示は、詳細かつ完全なものであり、本開示を通して、本発明の範囲が当業者に十分に示されるように、これらの実施形態は提供されるものである。
本発明は、複数のネットワーク・インターフェースを有するノードが、1つのネットワークから別のネットワークに移動するときのインターネット接続性(Internet connectivity)を提供するための方法に関する。この目的のために、本発明により、2つの方式、すなわち、(1)シンプルIPアドレスと動的トンネリング(dynamic tunneling)とを使用するインターワーキング方式と、(2)モバイルIPを使用するインターワーキング方式とが提案される。さらに、複数のネットワーク・インターフェースを有するノードが、1つのネットワークから別のネットワークに移動するとき、それらネットワークのIPバージョンは異なる可能性がある。例えば、IPv4(IPバージョン4)ネットワークからIPv6(IPバージョン6)ネットワークへの移動や、反対にIPv6ネットワークからIPv4ネットワークへの移動が生じ得る。また、移動前と移動後のIPバージョンが同一である場合もある。以下において、各々の場合を考慮して、本発明にしたがう異種ネットワーク間のインターワーキングプロセスを詳細に説明する。
図2は、本発明の第1の実施形態にしたがう、モバイルノード(MN)が異なるネットワークに移動するときに(ここでは、移動前と移動後のネットワークのIPバージョンは同一であるとする)、シンプルIPと動的トンネリングとを使用するネットワーク・インターワーキングプロセスを示している。本明細書では、「シンプルIPアドレス」とは、モバイルIPと区別するために使用する用語であって、最初からノードに割り当てられていて、ノードがネットワークを移動する間も変わらない固定アドレスを意味する。すなわち、シンプルIPアドレスは、アプリケーションプログラムによって通信が開始されるときに割り当てられるIPアドレスであって、最初に通信が開始するネットワークにおいて、ステートレスアドレス自動設定メカニズム(stateless address auto-configuration mechanism)にしたがって割り当てられたIPアドレスであってもよいし、予め定められたIPアドレスであってもよい。
図2では、MN210は、ネットワーク1において、ネットワーク・インターフェース1(eth1)を介してインターネット接続を行う。ここで、MN210から相手方ノード(CN)220に送信されるパケットのヘッダ構造PH1に示されるように、CN220に送信されるパケットの内部ヘッダには、送信元アドレスとしてのシンプルIPアドレスと、送信先アドレスとしてのCN220のIPアドレスとが含まれる。パケットがネットワーク層を通過するときに、内部ヘッダの前に外部ヘッダを付加するカプセル化プロセスが実行される。外部ヘッダには、送信元アドレスとしてインターフェース1に実際に割り当てられたIPアドレスと、送信先アドレスとしてのCN220のIPアドレスとが含まれる。このように生成されたパケットがCN220に送信されると、CN220は、外部ヘッダを脱カプセル化して(decapsulate)、脱カプセル化したパケットをアプリケーションプログラムに送信する。これにより、CN220のアプリケーションプログラム(不図示)は、MNのシンプルIPアドレスを認識し、パケットをMNに送信するときに、そのシンプルIPアドレスを送信先アドレスとして使用するようになる。CN220のアプリケーションプログラムが、そのシンプルIPアドレスを使用することによって、MN210にパケットを送信しようとするときには、ネットワーク層においてMN210のインターフェース1に実際に割り当てられたIPアドレスを送信先アドレスとして含めた外部ヘッダがパケットにカプセル化される。カプセル化されたパケットがMN210に送信される。CN220からMN210に送信されるパケットのヘッダ構造は、図2において、PH2により示されている。このようなインターワーキングプロセスを通じて、ネットワーク1に位置するMN210と、CN220との間で、インターネットベースの通信が行われる。
その後、MN210がネットワーク2に移動するとき、移動中に、CN220のIPアドレスが、インターフェース1からインターフェース2に伝達される。
移動後に、MN210には、ネットワーク2における、インターフェース2(eth2)のIPアドレスが割り当てられる。インターフェース2(eth2)に割り当てられたIPアドレスは、CN220に送信される。MN210がCN220に送信するパケットのヘッダ構造PH3に関してみると、PH3の内部ヘッダは、PH1の内部ヘッダと同一の送信元アドレスおよび送信先アドレスを有しているのに対し、外部ヘッダは、インターフェース1に割り当てられたIPアドレスからインターフェース2に割り当てられたIPアドレスに変更された送信元アドレスを有していることが分かる。すなわち、MN210が新たなネットワーク(例えば、ネットワーク2)に移動しても、内部ヘッダのシンプルIPアドレスは変更されず、外部ヘッダの実際のネットワーク・インターフェースに割り当てられたIPアドレスのみが変更される。これにより、パケットがCN220までルーティングされる場合、実際のネットワーク・インターフェースに割り当てられたIPアドレスを使用することによって、パケットをCNに送信することができる。さらに、パケットがアプリケーションプログラムに送信される場合、シンプルIPアドレスを使用することによって、パケットをアプリケーションプログラムに送信することができる。
上述したように、図2は、MNの移動前と移動後のネットワークのIPバージョンが同一である場合(例えば、IPv4−IPv4またはIPv6−IPv6)を示しているのに対し、図3は、MNの移動前と移動後のネットワークのIPバージョンが異なる場合を示している。MNの移動前と移動後のネットワークのIPバージョンが異なる場合でも、移動前および移動後のIPパケットがカプセル化されるときの外部ヘッダのIPバージョンが異なる点を除いて、MNの移動前と移動後のネットワークのIPバージョンが同一である場合のパケット処理と実質的に同様のパケット処理を行う。
図3は、MNがIPv4ベースのネットワークからIPv6ベースのネットワークに移動する場合を示している。図示するように、MN310がネットワーク1内に位置するときには、CN320に送信されるパケットの外部ヘッダ(PH1)の送信元アドレスには、インターフェース1(eth1)に割り当てられたIPv4アドレスが含まれることが分かる。また、MN310がネットワーク2内に位置するときには、CN320に送信されるパケットの外部ヘッダ(PH3)の送信元アドレスには、インターフェース2(eth2)に割り当てられたIPv6アドレスが含まれることが分かる。
次に、本発明の第2の実施形態にしたがうネットワーク・インターワーキングプロセスについて説明する。本発明の第2の実施形態にしたがうと、モバイルIPを使用することにより、複数のネットワーク・インターフェースを通過する内部パケットフローがリンク層レベルで管理されるので、パケットは、常に、固定されたネットワーク・インターフェースを介してIP層に送信することができる。
既存のアプリケーションプログラムや通信プログラムでは、複数のネットワーク・インターフェースは、モバイルIPプロトコルを使用するために、単一のインターフェースとして動作するように適合されている。したがって、複数のネットワーク・インターフェースを単一のインターフェースとして動作させるために、複数のネットワーク・インターフェースが実際に使用されていても、仮想のインターフェースが確立される。次いで、複数のネットワーク・インターフェースを通過するパケットは、リンク層レベルで内部パケットフローを調整することによって、仮想のインターフェースに転送することできる。複数のネットワーク・インターフェースを単一のインターフェースとして動作させる別の方法としては、複数のネットワーク・インターフェースから1つのネットワーク・インターフェースを選択して、選択したネットワーク・インターフェース以外のネットワーク・インターフェースを通過するパケットは、リンク層レベルで内部パケットフローを調整することによって、選択したネットワーク・インターフェースに転送されるようにするものがある。
図4中の(a)および(b)は、本発明の第2の実施形態にしたがう、MNが異なるネットワークに移動するときに(ここでは、移動前と移動後のネットワークのIPバージョンは同一であるとする)、モバイルIPを使用するネットワーク・インターワーキングプロセスを示している。
図4中の(a)を参照すると、仮想のインターフェースを使用するネットワーク・インターワーキングプロセスが示されている。図示するように、MN410の2つのネットワーク・インターフェースeth1およびeth2が単一のインターフェースとして動作することができるように、別の仮想のインターフェースeth3が確立される。これにより、ネットワーク・インターフェースeth1およびeth2を通過するパケットは、リンク層レベルで内部パケットフローを調整することによって、仮想のインターフェースeth3に転送されるように適合される。
図4中の(b)を参照すると、複数のネットワーク・インターフェースから選択された特定のネットワーク・インターフェースを使用するネットワーク・インターワーキングプロセスが示されている。図4中の(b)に示した実施形態は、ネットワーク・インターフェース1(eth1)が選択された場合を示している。複数のネットワーク・インターフェースを通過するパケットをモバイルIP層に転送するにあたって、図4中の(b)のプロセスは、図4中の(a)のプロセスと比較すると、仮想のインターフェースを別に確立する代わりに、複数のネットワーク・インターフェースのうち任意の1つのインターフェースが選択されるという点において差異があるだけで、詳細な動作については、図4中の(a)のプロセスと実質的に同様である。
図5は、本発明の第2の実施形態にしたがう、MNが、移動前のネットワークと異なるIPバージョンのネットワークに移動するときの、モバイルIPを使用するネットワーク・インターワーキングプロセスを示している。移動前と移動後のネットワークのIPバージョンが異なる場合に、モバイルIPを使用する技術では、モバイルIPv4とモバイルIPv6とが異なるプロトコルであるので、一方のモバイルIPからのパケットが他方のモバイルIPを使用するネットワークを通過することができるように、トンネリングが、IPv4とIPv6との間に生成される。
図5に示した実施形態は、MN510がIPv6ネットワークからIPv4ネットワークに移動する場合に該当する。図示するように、MN510がIPv6ネットワークからIPv4ネットワークに移動した後、モバイルIPv6パケットをIPv4ネットワークにルーティングすることができるように、IPv6−in−IPv4トンネリングが、ホームエージェント(HA)530とネットワーク・インターフェース2(eth2)との間に生成される。
移動前のネットワーク・インターフェースeth1と、トンネリングされたインターフェースeth2との間のパケット処理は、図4中の(a)および(b)と関連させて説明したものと同様の処理である。具体的には、複数のインターフェースを単一のインターフェースとして動作させるために、別の仮想のインターフェースを確立して、複数のネットワーク・インターフェースを仮想のインターフェースに接続させたり、複数のネットワーク・インターフェースのうち任意の1つのネットワーク・インターフェースを選択したりする。選択したインターフェース以外のネットワーク・インターフェースを通過するパケットを、選択したネットワーク・インターフェースを介して、新たに生成されたトンネリング・インターフェースに転送することができるように、内部パケットフローが、リンク層レベルで調整される。
図6は、本発明にしたがう、WLANインターフェースおよびCDMAインターフェースの両方を有するMNに関する、異種ネットワーク間のインターワーキングの実装例を示している。この例は、リナックス(登録商標)に基づいて実装されている。インターワーキングプロセスを実行するためのプログラムコードは、アプリケーションプログラム層610とカーネル620とに分けられる。ネットワーク・インターフェースを扱う(handle)リンク層と、モバイルIPおよびトンネリングプロセスを扱うIP層とは、カーネル620において動作することができ、ユーザのアプリケーションプログラムは、アプリケーションプログラム層610において動作することができる。アプリケーションプログラム層610とカーネル620との間の通信は、リナックス(登録商標)により提供されるioctlを用いて行うことができる。図示するように、(図6の左側に示した)CDMAインターフェースおよびWLANインターフェースなどのネットワーク・インターフェースを扱うリンク層のプログラムコードと、(図6の右側に示した)モバイルIPおよびトンネリングを扱うIP層のプログラムコードとは、別々に実装することができる。
添付の図面を参照しながら本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更形態や変形形態が可能であることが理解されよう。
単一のネットワーク・インターフェースを有するノードが、モバイルIPを使用することによって、1つのネットワークから別のネットワークに移動するときの既存のインターワーキングプロセスを示す図である。 本発明の第1の実施形態にしたがう、モバイルノードが1つのネットワークから別のネットワークに移動するときに(ここでは、移動前と移動後のネットワークのIPバージョンは同一であるとする)、シンプルIPと動的トンネリングとを使用するネットワーク・インターワーキングプロセスを示す図である。 本発明の第1の実施形態にしたがう、モバイルノードが1つのネットワークから別のネットワークに移動するときに(ここでは、移動前と移動後のネットワークのIPバージョンは異なるとする)、シンプルIPと動的トンネリングとを使用するネットワーク・インターワーキングプロセスを示す図である。 (a)および(b)は、本発明の第2の実施形態にしたがう、モバイルノードが1つのネットワークから別のネットワークに移動するときに(ここでは、移動前と移動後のネットワークのIPバージョンは同一であるとする)、モバイルIPを使用するネットワーク・インターワーキングプロセスを示す図である。 本発明の第2の実施形態にしたがう、モバイルノードが、移動前のネットワークと異なるIPバージョンのネットワークに移動するときの、モバイルIPを使用するネットワーク・インターワーキングプロセスを示す図である。 本発明にしたがう、WLANインターフェースおよびCDMAインターフェースの両方を有するモバイルノードに関する、異種ネットワーク間のインターワーキングの実装例を示す図である。

Claims (4)

  1. 第1のネットワークと接続するための第1のネットワーク・インターフェースと、前記第1のネットワークとは異なるIPアドレスを用いる第2のネットワークと接続するための第2のネットワーク・インターフェースとを有するモバイルノードが、前記第1のネットワークから前記第2のネットワークに移動するときの、異種ネットワーク・インターワーキング方法であって、
    前記モバイルノードが前記第2のネットワークに移動する前に、前記第1のネットワークにて、パケットの内部ヘッダ内の送信元アドレスとして、前記モバイルノードの固定アドレスであるシンプルIPアドレスを設定し、かつ、受信者のアドレスに相手方ノードのIPアドレスを設定し、外部ヘッダ内の送信元アドレスとして、第1のネットワーク・インターフェースに実際に割り当てられたIPアドレスを設定し、受信者のアドレスに相手方のノードのIPアドレスを設定した後、前記第1のネットワーク・インターフェースを介して前記パケットを送信するステップと、
    前記モバイルノードが前記第2のネットワークに移動するときに、相手方ノードのIPアドレスを前記1のネットワーク・インターフェースから第2のネットワーク・インターフェースに伝達するステップと、
    前記モバイルノードが前記第2のネットワークに移動した後に、前記第2のネットワークにて、パケットの前記内部ヘッダ内の送信元アドレスとして、前記シンプルIPアドレスを設定し、かつ、受信者のアドレスに相手方ノードのIPアドレスを設定し、前記外部ヘッダ内の送信元アドレスとして、第2のネットワーク・インターフェースに実際に割り当てられたIPアドレスを設定し、受信者のアドレスに相手方のノードのIPアドレスを設定した後、前記第2のネットワーク・インターフェースを介して前記パケットを前記相手方ノードに送信するステップと
    を備えることを特徴とする異種ネットワーク・インターワーキング方法。
  2. 前記外部ヘッダ内の前記送信元アドレスとして設定される前記IPアドレスは、前記モバイルノードが現在位置するネットワークのIPバージョンに基づくことを特徴とする請求項1に記載の異種ネットワーク・インターワーキング方法。
  3. 前記モバイルノードから前記パケットを受信した相手方ノードは、前記パケットの前記外部ヘッダを脱カプセル化した後に、前記パケットをアプリケーションプログラムに送信することを特徴とする請求項1に記載の異種ネットワーク・インターワーキング方法。
  4. 前記相手方ノードは、前記モバイルノードにパケットを送信するときに、
    前記モバイルノードが前記第2のネットワークに移動する前には、前記パケットの前記内部ヘッダ内の送信先アドレスとして、前記モバイルノードの前記シンプルIPアドレスを設定し、かつ、前記パケットの前記外部ヘッダ内の送信先アドレスとして、前記第1のネットワーク・インターフェースに実際に割り当てられた前記IPアドレスを設定し、
    前記モバイルノードが前記第2のネットワークに移動した後には、前記パケットの前記内部ヘッダ内の前記送信先アドレスとして、前記モバイルノードの前記シンプルIPアドレスを設定し、かつ、前記外部ヘッダ内の前記送信先アドレスとして、前記モバイルノードの前記第2のネットワーク・インターフェースに実際に割り当てられた前記IPアドレスを設定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の異種ネットワーク・インターワーキング方法。
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