特許 7567941 通信システム、通信方法、通信装置及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】通信システム、通信方法、通信装置及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04L 45/247 20220101AFI20241008BHJP

【ＦＩ】

H04L45/247

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022576266

(86)(22)【出願日】2021-01-20

(86)【国際出願番号】 JP2021001780

(87)【国際公開番号】W WO2022157846

(87)【国際公開日】2022-07-28

【審査請求日】2023-06-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】池田 智彦

(72)【発明者】

【氏名】成川 聖

(72)【発明者】

【氏名】阿部 拓也

【審査官】安藤 一道

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２７３８０９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】LIU, Shaowei et al.，MPUDP: Multipath Multimedia Transport Protocol over Overlay Network，Proceedings, 5th International Conference on Machinery, Materials and Computing Technology (ICMMCT 2017)，Atlantis Press，2017年04月，pp.731-737，Advances in Engineering Research, volume 126

【文献】栗原 公紀 他，OpenFlowを利用したIPレイヤのマルチパスによる通信の高信頼化，電子情報通信学会技術研究報告，一般社団法人電子情報通信学会，2013年09月05日，第113巻, 第207号，第37-42頁，CS2013-36

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｌ ４５／２４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の通信装置が複数のネットワークを介して接続されている通信システムであって、
前記複数の通信装置の一方は、
ＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータのアプリケーションプロトコルに対応するＡＰＩライブラリを保有し、
前記ＡＰＩライブラリに基づいて、ＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータを読み込み、
前記ＡＰＩライブラリに基づいて、当該アプリケーションデータの一部としてマルチパスオプションの情報を格納し、
前記複数の通信装置の他方は、
前記ＡＰＩライブラリを保有し、
前記ＡＰＩライブラリに基づいて、ＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータを読み込み、
前記ＡＰＩライブラリに基づいて、当該アプリケーションデータからマルチパスオプションの情報を取得し、
取得したマルチパスオプションの情報に基づき、前記複数のネットワークを介した通信を実行する、
通信システム。

【請求項2】

前記マルチパスオプションの情報は、前記複数のネットワークで一元化されたシーケンス番号を含み、
前記複数の通信装置の他方は、ＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータの一部として格納されているシーケンス番号を前記ＡＰＩライブラリに基づいて取得し、当該シーケンス番号に基づいて、前記複数のネットワークを介して受信したデータの並べ替えを行う、
請求項１に記載の通信システム。

【請求項3】

複数の通信装置が複数のネットワークを介して接続されている通信システムが実行する方法であって、
前記複数の通信装置の一方は、
ＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータのアプリケーションプロトコルに対応するＡＰＩライブラリを保有し、
前記ＡＰＩライブラリに基づいて、ＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータを読み込み、
前記ＡＰＩライブラリに基づいて、当該アプリケーションデータの一部としてマルチパスオプションの情報を格納し、
前記複数の通信装置の他方は、
前記ＡＰＩライブラリを保有し、
前記ＡＰＩライブラリに基づいて、ＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータを読み込み、
前記ＡＰＩライブラリに基づいて、当該アプリケーションデータからマルチパスオプションの情報を取得し、
取得したマルチパスオプションの情報に基づき、前記複数のネットワークを介した通信を実行する、
通信方法。

【請求項4】

複数のインタフェースを異なるネットワークに接続し、
ＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータのアプリケーションプロトコルに対応するＡＰＩライブラリを保有し、
前記複数のインタフェースのいずれかがＵＤＰパケットを送信する場合、
前記ＡＰＩライブラリに基づいて、前記ＵＤＰパケットのＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータを読み込み、
前記ＡＰＩライブラリに基づいて、当該アプリケーションデータの一部としてマルチパスオプションの情報を格納する、
通信装置。

【請求項5】

複数のインタフェースを異なるネットワークに接続し、
ＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータのアプリケーションプロトコルに対応するＡＰＩライブラリを保有し、
前記複数のインタフェースのいずれかがＵＤＰパケットを受信する場合、
前記ＡＰＩライブラリに基づいて、前記ＵＤＰパケットのＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータを読み込み、
前記ＡＰＩライブラリに基づいて、当該アプリケーションデータからマルチパスオプションの情報を取得し、
取得したマルチパスオプションの情報に基づき、前記異なるネットワークを介した通信を実行する、
通信装置。

【請求項6】

請求項４又は５に記載の通信装置に備わる各機能部としてコンピュータを実現させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ネットワークにおけるＵＤＰマルチパスのシームレスな切り替えに関する。

【背景技術】

【0002】

従来技術のＭＰＴＣＰ（ＭｕｌｔｉＰａｔｈ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）においては、Ｌ４の共通ＭＰＴＣＰソケットが、複数インタフェースのＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アドレス、ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）セッション（マルチパス）を束ねることで、アプリケーションに対しては同一のソケットとして見せていた。これにより、例えば障害等によりマルチパスの内の１つが切断し、ＩＰアドレス、ＴＣＰセッションの変更が発生しても、共通のＭＰＴＣＰソケットによりアプリケーション側からは変更がないように見せることができるため、セッション断の回避、シームレスなパス切り替えを可能としていた。しかし、ＭＰＴＣＰはＴＣＰのみにしか適用できず、ＵＤＰ（Ｕｓｅｒ Ｄａｔａｇｒａｍ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）には適用できないといった課題があった。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】ＲＦＣ８６８４－ＴＣＰ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｄｄｒｅｓｓｅｓ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、マルチパス技術をＵＤＰに適用可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明では、ＵＤＰのペイロード部分にマルチパスオプションを格納し、マルチパスオプションを読み込むことで、セッション確立、パケット並べ替えを行う。

【0006】

本開示の通信システムは、
複数の通信装置が複数のネットワークを介して接続されている通信システムであって、
前記複数の通信装置の一方は、
ＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータを読み込み、
当該アプリケーションデータの一部としてマルチパスオプションの情報を格納し、
前記複数の通信装置の他方は、
ＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータを読み込み、
当該アプリケーションデータからマルチパスオプションの情報を取得し、
取得したマルチパスオプションの情報に基づき、前記複数のネットワークを介した通信を実行する。

【0007】

本開示の通信方法は、
複数のネットワークを介して接続されている通信システムが実行する方法であって、
前記複数の通信装置の一方は、
ＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータを読み込み、
当該アプリケーションデータの一部としてマルチパスオプションの情報を格納し、
前記複数の通信装置の他方は、
ＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータを読み込み、
当該アプリケーションデータからマルチパスオプションの情報を取得し、
取得したマルチパスオプションの情報に基づき、前記複数のネットワークを介した通信を実行する。

【0008】

本開示の通信装置は、
複数のインタフェースを異なるネットワークに接続し、
前記複数のインタフェースのいずれかがＵＤＰパケットを送信する場合、
前記ＵＤＰパケットのＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータを読み込み、
当該アプリケーションデータの一部としてマルチパスオプションの情報を格納する。

【0009】

本開示の通信装置は、
複数のインタフェースを異なるネットワークに接続し、
前記複数のインタフェースのいずれかがＵＤＰパケットを受信する場合、
前記ＵＤＰパケットのＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータを読み込み、
当該アプリケーションデータからマルチパスオプションの情報を取得し、
取得したマルチパスオプションの情報に基づき、前記異なるネットワークを介した通信を実行する。

【0010】

具体的には、本開示のプログラムは、本開示に係る通信装置に備わる各機能部としてコンピュータを実現させるためのプログラムであり、本開示に係る通信装置が実行する通信方法に備わる各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムである。

【発明の効果】

【0011】

本開示は、マルチパス技術をＵＤＰに適用可能にすることができる。これにより、本開示は、障害発生時にもシームレスにパス切り替えが可能となるため、安定した通信、サービス提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示のシステム構成の一例を示す。

【図2】本開示のレイヤー構造の一例を示す。

【図3】本開示におけるマルチパスオプションの一例を示す。

【図4】本開示におけるマルチパスオプションの一例を示す。

【図5】利用者端末及びサービスサーバの構成例を示す。

【図6】パス確立シーケンスの一例を示す。

【図7】シーケンス番号の一例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

【0014】

図１に、本開示のシステム構成の一例を示す。本開示の通信システムは、利用者端末９１とインターネットのサービスサーバ９２が複数のネットワークで接続されている。例えば、利用者端末９１がキャリアネットワーク８１及び８２に接続され、キャリアネットワーク８１及び８２がキャリアネットワーク８３を介してサービスサーバ９２に接続されている。利用者端末９１及びサービスサーバ９２は、ＴＣＰによるメインセッション及びサブセッションを確立することができる。これに加え、本開示では、利用者端末９１とサービスサーバ９２は、本開示の通信装置として機能し、ＵＤＰによるメインセッション及びサブセッションの確立も可能である。

【0015】

（実現のポイント）
従来ＭＰＴＣＰ技術はＴＣＰヘッダのオプション領域によりマルチパスを確立後、パケットスケジューラを利用し、各インタフェースのＲＴＴ（Ｒｏｕｎｄ－Ｔｒｉｐ Ｔｉｍｅ）を比較し、インタフェース（以下、ＩＦと表記する場合がある。）ごとに優先送信順位を決定する。これに基づいて、ＴＣＰオプション領域にシーケンス番号を配置し、パケットを送信する。受信側はパケットを受け取り、シーケンス番号の順序の整合を取り、受信する。これらの処理のうち、パケットスケジューラはＭＰＴＣＰ対応カーネルにより実現している。マルチパス確立とシーケンス番号配置・統合はＴＣＰオプションにより実現している。

【0016】

従来ＭＰＴＣＰがＴＣＰを利用して実現していた機能である、
（１）マルチパスの確立と、
（２）シーケンス番号の配置、整合を、
ＵＤＰで、ＵＤＰペイロード領域を利用して実現する。

【0017】

図２に、本開示のレイヤー構造の一例を示す。本開示は、ＴＣＰオプション領域に格納していたデータをＵＤＰペイロードに格納することでデータ送受信を実現する。これにより、本開示は、マルチパスをＬ４の共通ソケットに束ね、アプリケーションに対しては同一のソケットとして見せる。

【0018】

ＵＤＰヘッダのオプション領域には空きがないため、この領域にはマルチパスオプションを格納できない。また、ペイロード領域にもＡＰＩ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ライブラリなしにはマルチパスオプションを実装できない。そこで、送受信側にＡＰＩライブラリを実装し、ＵＤＰでのマルチパスオプションを実現する。

【0019】

（１）、（２）のマルチパス技術を実現することで、ＴＣＰプロトコルに依存することなく、ＵＤＰでもシームレスハンドーオーバーを実現できる。これにより、多くのアプリケーションサービスにマルチパス技術を適用でき、ハンドオーバー時にもシームレスなパスの切り替えが可能になり、安定した通信ができるようになる。

【0020】

図３に、本実施形態のＵＤＰパケット構造の一例を示す。ＵＤＰペイロードのアプリケーションデータ部にマルチパスオプションを格納する。ＵＤＰに関しては、アプリケーションデータの末尾を読む込むことでセッション確立、パケット並べ替えを行う。そのため、本開示の通信装置は、各種アプリケーションプロトコルに対応したＡＰＩライブラリ、読み込み部、書き込み部を備える。

【0021】

マルチパスオプションは、オプション番号格納領域（１Ｂｙｔｅ）、長さＮの格納領域（１Ｂｙｔｅ）、オプション値の格納領域（１Ｂｙｔｅ）を含む。
オプション番号格納領域には、オプション番号３０が格納される。この番号は、ＭＰＴＣＰに割り当てられた固有の番号であり、例えばＩＡＮＡ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ａｓｓｉｇｎｅｄ Ｎｕｍｂｅｒｓ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ）により規定される。
長さＮの格納領域には、オプションの他にデータを付加させる場合の、データ付加時のデータ長の定義が格納される。例えば、シーケンス番号を付加する場合、シーケンス番号の長さが格納される。
オプション値の格納領域には、例えば以下が格納される。
０ｘ０：マルチパス実装確認
０ｘ１：サブフロー確認
０ｘ２：シーケンス番号確認
０ｘ３：アドレス追加
０ｘ４：アドレス削除
０ｘ５：マルチパス優先度
０ｘ６：フォールバック
０ｘ７：クローズ
シーケンス番号はオプション値の後続に格納される。

【0022】

図４に、本実施形態のＴＣＰパケット構造の一例を示す。マルチパスオプションは、ＴＣＰパケットにおけるＴＣＰヘッダに格納してもよい。例えば、１２～６０ＢｙｔｅのＴＣＰヘッダに、オプション番号格納領域（１Ｂｙｔｅ）、長さＮの格納領域（１Ｂｙｔｅ）、オプション値の格納領域（１Ｂｙｔｅ）を含む。

【0023】

図５に、本実施形態の利用者端末９１及びサービスサーバ９２の構成例を示す。利用者端末９１は、ＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部１１、ＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部１２、フロー管理部１３、アプリケーション制御部１４、スケジューラ１５、ＴＣＰオプション領域設定部１６、ＵＤＰペイロード設定部１７を備える。サービスサーバ９２は、ＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部２１、ＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部２２、フロー管理部２３、アプリケーション制御部２４、スケジューラ２５、ＴＣＰオプション領域設定部２６、ＵＤＰペイロード設定部２７を備える。本開示の通信装置、すなわちサービスサーバ９２及び利用者端末９１は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

【0024】

ＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部１１、１２、２１、２２は、インタフェースごとにＴＣＰ通信又はＵＤＰ通信を行う。例えば、ＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部１１及び２１がＵＤＰを用いて接続を確立し、ＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部１２及び２２がＵＤＰを用いて接続を確立する。ＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部１１及び２１がＴＣＰを用いて接続を確立し、ＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部１２及び２２がＵＤＰを用いて接続を確立してもよい。

【0025】

フロー管理部１３、２３は、メインフロー及びサブフローを管理する。メインフローで端末９１－サービスサーバ９２間の対応確認後、サブフロー構築を開始する。メインフローとサブフローの紐づけを行っている。例えば、ＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部１１及び２１の通信とＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部１２及び２２の通信とではＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部１１及び２１の優先順位が高い場合、ＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部１１及び２１の通信をメインフローとし、ＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部１２及び２２の通信をサブフローとして扱う。

【0026】

スケジューラ１５、２５は、データの分離、再統合を行う。
送信側の場合、インタフェースごとの優先順位を決定し、各パケットの送信インタフェースを決定する。これに合わせてパケットのシーケンス番号を決定し、ＴＣＰオプション領域設定部１６、２６及びＵＤＰペイロード設定部１７、２７へ指示する。
受信側の場合、ＴＣＰオプション領域設定部１６、２６及びＵＤＰペイロード設定部１７、２７で読み取ったシーケンス番号を基に、ＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部の受信したデータを再統合する。

【0027】

ＴＣＰオプション領域設定部１６、２６は、ＴＣＰオプション領域への書き込み及び読み出しを行う。
送信側の場合、ＴＣＰオプション領域設定部１６、２６は、スケジューラ１５、２５、フロー管理部１３、２３の指示を基に、各オプションをＴＣＰオプション領域に格納する。
受信側の場合、ＴＣＰオプション領域設定部１６、２６は、ＴＣＰオプション領域から読み出した情報をフロー管理部１３、２３へ伝送する。それ以外はスケジューラ１５、２５へ伝送する。

【0028】

ＵＤＰペイロード設定部１７、２７は、各種アプリケーションに対応するＡＰＩライブラリを保有しており、それによりＵＤＰペイロードの読み込み及び書き込みを行う。
送信側の場合、ＵＤＰペイロード設定部１７、２７は、スケジューラ１５、２５、フロー管理部１３、２３の指示を基に、ＵＤＰペイロードのアプリケーションデータの一部として、マルチパスオプションを格納する。
受信側の場合、ＵＤＰペイロード設定部１７、２７は、マルチパスオプションから読み出した情報をフロー管理部１３、２３へ伝送する。それ以外はスケジューラ１５、２５へ伝送する。

【0029】

このように、本実施形態では、ＵＤＰはＵＤＰペイロード設定部１７、２７、ＴＣＰはＴＣＰオプション領域設定部１６、２６でそれぞれマルチパスを実現する。

【0030】

図６に、フロー管理部１３、２３の実行するパス確立シーケンスの一例を示す。利用者端末ＡのＩＦ１での認証キー（Ｋｅｙ－Ａ）を通知するやり取りの後（Ｓ１１１及びＳ１１２）、利用者端末ＡのＩＦ２でのサブフロープロセスを開始する。このとき、ＵＤＰ通信を用いて送受信する場合、認証キー（Ｋｅｙ－Ａ）をＵＤＰペイロードに格納し（Ｓ１２１）、受信側でこれを読み取ることによって（Ｓ１２２）、サブフロープロセスを開始する。

【0031】

図７に、シーケンス番号の一例を示す。ＵＤＰ通信を用いて送信する際、データ送信前に、ＵＤＰペイロード設定部１７、２７は、ＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータを読み込み、シーケンス番号を当該アプリケーションデータの一部として格納する。これはマルチパス間で一元化されたシーケンス番号であり、受信側はこれを確認することでマルチパス間でのパケットを統合することができる。

【0032】

ＵＤＰ通信を用いて受信する際、ＵＤＰペイロード設定部１７、２７は、ＵＤＰペイロードに格納されているアプリケーションデータを読み込み、マルチパス間で一元化されたシーケンス番号を当該アプリケーションデータから取得する。そして、スケジューラ１５、２５は、ＴＣＰ通信及びＵＤＰ通信を用いて取得したシーケンス番号に基づき、パケットの並べ替えを行う。

【0033】

なお、ＴＣＰ通信を用いて送信する際、ＴＣＰオプション領域設定部１６、２６は、シーケンス番号をＴＣＰオプション領域に格納する。ＴＣＰ通信を用いて受信する際、ＴＣＰオプション領域設定部１６、２６は、マルチパス間で一元化されたシーケンス番号を、ＴＣＰオプション領域から取得する。

【0034】

これにより、本実施形態は、キャリアネットワーク８１及び８２の両方を束ね、アプリケーションに対しては同一のソケットとして見せることができる。ここで、本開示では、ネットワーク８１及び８２を介して送受信されるパケットは、ＵＤＰパケットのみであってもよいし、ＴＣＰパケット及びＵＤＰパケットの両方であってもよい。

【0035】

（音声、動画トラフィック）
この技術により、ＵＤＰで利用される動画、音声サービスをマルチパスで利用することができる。これにより、複数のセッションをＭＰＴＣＰの１つのソケットにより束ねることができるので、異種ネットワークでの切替の際、ＩＰアドレスの変動を吸収することができる。これによりシームレスな切替を行うことができる。

【0036】

また、マルチパス接続により、１つのパスが途切れたとしても、もう一方のパスでも通信を行っているので、冗長系として機能する。例えば、一定のパケロスが発生し、一方のネットワークの品質の低下がみられた場合は、、マルチパスのうちのいずれかのネットワーク接続を切断しても良い。

【産業上の利用可能性】

【0037】

本開示は情報通信産業に適用することができる。

【符号の説明】

【0038】

１１、１２、２１、２２：ＴＣＰ＆ＵＤＰ通信部
１３、２３：フロー管理部
１４、２４：アプリケーション制御部
１５、２５：スケジューラ
１６、２６：ＴＣＰオプション領域設定部
１７、２７：ＵＤＰペイロード設定部
８１、８２、８３：キャリアネットワーク
９１：利用者端末
９２：サービスサーバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】