MobileIPにおける経路最適化選択の検討

澤井新, 小川清*, 飯田登**, 渡辺尚***
静岡大学情報学研究科 *名古屋市工業研究所 **浜松大学 ***静岡大学情報学部
近年の急速な移動計算機技術の向上に伴い,移動端末よりデータを送受信する機会が増加してきた
しかし,移動をサポートするためのM。bileIPプロトコルには問題点が存在する.問題解消のために経路最適化拡張が提案されているが,非効率になることがある.我々は登録を利用した最適経路選択方式を提案している.最適経路選択方式により,より高速なデータ転送が行える経路を選択し,そして,登録方式により,効率的な選択の実行を目指している.本稿では,提案方式の移動環境での登録項目について考察し,選択方式の処理手順を決定する

StudyonSelectionofRouteOptimizationinMobileIP

SAWAIArata, OGAWA Kiyoshi*, IIDA Noboru, **WATANABETakashiⅱ
1 Graduate School Of Information,Shizuoka University *Nagoya Mumcipal lndustrlal Research lnstitute **Umversity of Hamamatsu, Faculty of Information, Sh1zuoka University
As a result Of the rapid advancement Of computer technology, it becomes more popular to us emobile computers to communicate wit hothers. Nevertheless MobileIP which supports mobility has some problems,and Route Opumization MobileIP which has been proposed tO solve the problems still causes inefficiency. Our proposal, Selection Of Route Optimization MobilelP with Pre/Post Registration has possibility Of improvement. Our protocol aims tO select the optimum route by Selection Method and reduce their costs by Pre/Post registration on The lnternet. ln this paper, we define, vhat imformatlon tO register in mobile environment and clarify the process Of the selection methoad in our protocols.

1.はじめに

近年の計算機の小型化,高性能化に伴い持ち運び相手から送信されたバケットが,一度HA(Home
可能な言十算機の普及が進み,自宅,仕事場,外出先など様々な移動先での移動計算機の使用の機会が増加し
Agent)を経由する三角経路問題があり,データが転送される経路は冗長化するそのため,冗長経路解消を
ている.しかしインターネットにおける標準的なプロトコルであるインターネットプロトコル(Ⅳ)は,コンピュータの動的な位置移動を考慮していない.そこで,端末の移動をサポートするために,MobileIPがIETFにより提案されている[1]. MobileIPは,移動端末
ることを考慮し移動ノードと通信相手の間の透過的な通信を可能にする.しかし,MobiIeIPには,通信

目指しMobiIeⅣ経路最適化拡張プロトコノレが提案されている囘.しかし,MobiIeIP経路最適化においても問題点が存在しデータ転送速度や効率が悪化することがある.そこで我々は,事前事後登録によるMobileIP経路選択方式を提案し,より高速で効率のよいデータ転送
本稿では,主な提案である事前事後登録方式と経路選択方式について説明し,登録方式を利用できる環境が想定できるか考察する.その後,登録項目の設定を行い,それぞれの項目による選択結果について説明する.さらに,経路選択方式の手頂とメッセージフローを明らかにし,経路選択方式の動作を決定する.最後に,提案方式における課題点について述べる.

2.関連研究と提案方式

本章では,MobileIP基本プロトコルとMobileIP経路最適化の動作について説明してから,提案方式で考慮すべき問題点を指摘する.その後,我々の提案方式の目的について述べる.

2.I MobⅱeIP基本プロトコルの動作

MobileⅣの動作を図1に示す.移動ノード(MN)が移動を行うと,MNはForeignAgent(FA)から,現在
のMBIの位置を示す気付アドレスを取得する.MBIはその気付アドレスを・へ登録する.lv1Nとデータの
転送を行う通信相手()は,ホームアドレスへ向けて通常の手頂でIPデータグラムを送信するははMN宛のバケットを代理受イ言し,カプセル化したのち,気付アドレス宛にトンネリングする[3] FAはそれをデカプセル化し,MNへ転送する.MNからへのパケットは通常通り配送される.
本稿では,FAは移動先で移動のサポートをするルータ,HAはホームネットワークで移動をサポートする

2.2 MobileIP経路商化の動作

MobiIeIP経路最適化の動作を図2に示す.経路最適化では,MNの気付アドレスを・だけでなくCNにも登録し,CNがFAー、ヨ耐甬信することを可能にする.データを送信したい宛先に対応する気付アドレスが,キャッシュに存在するならば,CNは・を経由させず,気付アドレスへ自分でトンネリングする.もし,キャッシュに存在しないのならば,MobiIeIPの動作と同様に,ホームアドレス宛に,データグラムを送信する.それを受信したI・ⅨはCNが気付アドレスを知らないと判断し,MNの現在の気付アドレスをCNに知らせるために,登録更新(BⅲdⅲgU図ate)を送る.
登録更新によりMNの気付アドレスをキャッシュしたCNは,その後は,FAへ直接データをトンネリングす
る.
ロ
3
4
2
1
5
経路最適化の動作順序
①MNの移動
②HAへの位置登録
③CNからの通信
④CNへの登録更新
⑤FAへトンネリング
FA⑥デカプセル化して配送
6
ルータと定義する.
CN
ロ
3
4
MN
1
2
MobileIPの動作順序
①MNの移動
②HAへの位置登録
③MNへの送信開始
④FAへトンネリング
⑤デカプセル化して配送

図1:MobiIeⅣのj作
図2:経路最適化の期乍

2.3MobiIeIP基本プロトコルの問題点

MobiIeIP基本プロトコルでは,通信相手からのデータがすべて}を経由し,}からの移動先へトンネリングされるため,経路が冗長になる.また,HAに各移動ノード宛のトラフィックが集中し,さらにカプセル化の処理を行う必要があるため,・Ⅸの負荷が大きくなり,通信速度が低下する.

2.4.MobiIeIP経路最適化の問題点

第一の問題は,プロトコルオーバーヘッドにより生じる.経路最適化では,・ⅨだけでなくCNへも位置登録を行う.位置登録は定期的な更新を必要とするため,CNへの通信が発生する.また,頻繁な移動の際には登録更新をその都度CN宛に送る必要がある.また,経路最適化を行うためには,CNと認証を行う必要がある.しかし,すべてのCNとHA,CNとMNがすでに鍵を共有しているとは仮定しにくい.共有鍵がないときには,公開鍵を用いた認証方式も利用可能だが,鍵交換の処理によりオーバーヘッドが発生する.
このように,経路最適化を行うと,MobiIeIP基本プロトコルと比較して,上記のオーバーヘッドが増加する.MNとCNとの通信回数,通信量が少ない場合や経路冗長度が低い場合には,制御バケットのやりとりによるオーバーヘッドが,三角経路問題解消の効果を打ち消し,基本プロトコルより非効率的になってしまう可能性がある.
次に,最適化経路のイ云送速度が,HA経由の経路よりも常に高速ではない点が挙げられる.回線の混雑具合,中間ルータの処理速度,ISPの経路選択方金十,契約上の制約等の理由により,最適化経路の転選吏度が}経由より遅い場合がある
最後に,プライバシーの問題をあげる.経路最適化では,通信相手に気付アドレスを伝えるため,現在の
MNの移動先を知られることになるプライバシーの面から見てこれは好ましくない.

2.5提案方式:登録を利用した経路選択方式

我々は,問題点で述べた点について考慮し,登録方式と最適化経路選択方式の2つの方式を提案している.経路i尺方式では,込経由の経路と最適化経路におけるデータ転送速度,転送効率の比較,選択を行い,より高速で効率的な転送を目指す.加えて,登録方式により,経路選択に有用な情報を登録し,より効率的に,的確な経路で通信を行うことを目指している.

3.登録方式

登録方式では,経路選択に有用な情報をHAや移動先FAに通知し効率的で的確な経路尺をサポートする.登録方式には,FAに移動する前に清報を登録する事前登録方式と,FAに到着後登録する事後登録方式
がある

3.1 想定環境

人の日々の行動について考察してみる.多くの人が,毎日家から仕事場や学校に行く.そして,曜日ごとに決定された,授業,会議,出張など,我々は移動先がある程度決定された行動をとることが多い.旅行や,学会などは,不定期な用事だが,予定は決定していることが多い.
また,移動計算機を用いてインターネットアクセスを行う場合,どこにでも接続可能であることが理想的であるが,現在はそのような理想的な状況にはない.
将来移動環境がより普及しても,提供者との契約や個々のネットワークのセキュリティポリシー等により,全ての移動先に4売できるような環境は望めない.そのため各人が主に接続するネットワークは,ある程度固定されることが予想される.
また,利用可能なネットワークにおいても,通信速度,料金などの問題により,通信量を予測できる.た
とえば,通イ言速度が遅い外出先の環境ではメーソレを受け取るだけで,逆に,高速な会社でファイルをダウンロード,自宅では動画を再生するといった例がある
以上に考察したように,移動前に,移動先,移動時間,その場所での通信量などは予め決定していることがある.また,移動後には,自分が通信したいデータ量はよりはっきりする.よって,インターネットにアクセスする場所,時間,通信量が,予めある程度登録可能だという想定は,十分妥当であると判断する

3.2 事前磴録

事前登録では,
と,移動予定FAに対し,到着予定時間,離脱予定時間,通信量,経路を固定する相手を登録する.予定時間は,ある特定の日時を指定するだけでなく,時間,曜日,週で指定できる.例えば,毎月第2,第4土曜の午後1時から午後5時まで,といったように繰り返しの利用も可能である
図3に,登録手順を示す.最初に移動予定FAに登録許可を求め,許可されたならば,
を経由して登録を行う.
事前登録の動作順序
①FAへの登録要求
②登録許可
③HAへの登録
④FAへの登録
⑤HAへの確認応答
FA⑥MNへの確認応答
フーータ量
フーータ量
H
1
2
3
6

3.3事後登録

図3
4
5
事後登録の動作
事後登録では,移動先に到着した時,または滞在中
に登録を行う.新たに予定が決定した場合は,その都
度登録する.登録項目は,到着時間,離脱予定時間,
通信量,経路を固定する相手である登録手順を図4
に示す事後登録では,まずFAへ登録後,HAへ通
知する
CN
3
4
1
MN
事後登録の動作順序
①MNの移動
②FAへの登録
③HAへの登録
④FAへの確認応答
⑤MNへの確認応答
2
5
・HAの設定
優先的に最適イ択を行いたいNⅨを設定し高速な転送環境を与える場合や,・Ⅸの負荷が大きくなったときに,閾値を設定して,その値を超過したら通信を経路最適個択に変更したい場合などにHAの管理者が設定する.
・通信相手
プライバシーの問題により特定のCNあるいは全てのCNと接通信を拒否する場合,認証を行えないため・Ⅸ経由の経路を指定したい場合,が移動ノードでないとき既知の最適な経路を指定して登録することが可能である場合に伀↓,HAが登録する.
・滞在時間
通常はが予定を登録した離脱予定時刻から到着時刻予定時刻,もしくは到着時刻を減算した値であるすぐにその移動先から離脱するという情報も登録可能とする.もし滞在時間が短期ならば,最適化の利点が少なくなるので,・経由になる.MNが登録する.
・通信量
通信回数データ量が少なく最適化の利点が低い場合や,多量にデータを送信するので経路選択を行いた
い場合に登録する.表1にデータ量,通信回数を組み合わせた判定を示す値はが登録する.

図4:事後登録の動作

4.経路鉗尺方式

経路選択項目の指標により,HA経由の経路と最適化経路のうち,より効率的な経路の選択を行うのが経路選択方式である.経路選択方式には,通信確立時にのみ選択を行い,通信中は固定された経路を保っ通信察する経路選択項目を以下に示し.登録する場合について考

4.1 経路〕尺項目

経路j尺がある
確立日喆斈路選択と,通信中にも動的に選択を行う動的
フーータ量小
通信回数
HA経由
FA経由
通信回数通信回数
中
HA経由
選択
多
中
大

表1:データ量と通信回数

・CN,HA,FAの位置関係
ころ各測定区間のRTTであり,1回から数回の測定を
れを基に選択する.ネットワーク足隹とは,現在のと
それぞれ2地点間のネットワーク呂隹を言十測し,そ
・経路冗長度
予定しているが,より正確な言十測方法を検討中である.
FAからI・Ⅸへのネットワーク足隹(FA-HA)は,
HA経由の経路と最適化経路のネットワーク足隹を
定期的に登録更新バケットを利用して言測し,HAか
比較し判定する.HA経由の経路は・IA-CNのネット
ワーク足隹とHA-FAのネットワーク呂隹を合計した
らCNへの足隹(HA-CN)とFAからCNへの足隹
(FA-CN)は,要求がある度に言十測する.以下に,選
ものである.3辺のネットワーク足隹は,位置関係を求
択の根拠を考察する.
める手頂により計測される.現時点では,最適化経路
が経由の経路よりも遅い場合は,HA経由を選択
①HA-FAが近傍
するという選択になっている.
最初の選択指標はHA-FAのネットワーク足隹であ

4.2 通信確立時経躅尺

り,・とFAが近傍なときは,・経由お尺する.
これはMNが,自分のI・Ⅸが存在する近辺を移動して

4.2.1経路選択手順

いる場合に多い.例えば,会社の会議室や学校の講義室に移動した時に通信するような環境であり,このような環境が発生する頻度は多いと思われる.この場合の最適化経路に対するHA経由の経路の冗長度は低いと推定される
通信の確立にあたり,CNからの通信要求からデータ転送が開始する場合とからの通信要求によりデータ転送が開始する場合があり,選択手順は異なる両方の手川頁とも各〕尺段階select1からselect5により経路選択の判定を行っている.各選択段階で用いる〕尺項目を表2に示す.

②HA-FAが遠く,HA-CNが近傍
HAとFAカ嗣していて,かっHAとが近傍な
②う謝目手
場合であり,i尺結果は}Ⅸ経由である.これは、Ⅸ
③滞在時間
が,HAから寓財Lている時に,}の近儚にある
④うコ尤兄
と通信している場合にあたる.例えば,出張や学会,
とFAが近傍
Select2
旅行先で,自宅や仕事場が存在する場所)の近くの人やサーバと通信するような環境である.このよ
Select3
とCNが近傍
うな環境では,最適化経路に対するHA経由の経路の
FAと07が遠い
巵ct4
冗長度は低いと推定される.
Select5
2辺と1辺を交
表2:selectごと窈尺項目
③HA-FAが遠く,FA-CNが近傍
HAとFAが寓していて,かっFAとが近傍な
422CNからの通信要求時
場合は,選択結果は最適化経路である.これは,
が移動先FAの近辺に作在する(、と通信を行う場合である.例えば,出張学会,旅行のため移動した先で,移動先の近くの人やサーバと通信するような環境である.このような環境の下でのCNからの通信は,すぐそばにハ-が存在するにもかかわらず遠くに存在

CNからの通信要求時の経路選択におけるフローチャートを図5に示す.そして,各判定までのメッセージフローをシーケンス図で示しそれぞれの動作を説明する.

判定1
する}を経由するため,経路冗長度が高いと推定さ
ヘデータグラムが到着しそのデータCNからグラムが仆↓宛であるとき,}はc、が気付アドレ
れる
の
①
CNから送信
HAへバケット到着
登録内容参照
登録内容
Select1
終了
NO
的経路選
選択結果6:HA経由
Select5
Select4
FA-CNが近傍
FAがFA-CNを;コ
HA、らFAヘロ
Select3
HACNが近傍
がHA-CNを計測
Select2
HA-FAが近傍
HAからFAの距離参照
選択結果1
経路最適化
orHA経由
選択結果2
HA経由
選択結果3
HA経由
選択結果4
最適化経路
選択結果5
最適化経路
動的経路選択
図5:からの通信要求時のフローチャートスを知らないと判断する.そこで,経路最適化を行うか,それともそのまま・経由でデータを送信するか決定するために経路選択を行う.まず〕尺段階select1により}Ⅸが判定を行う.selectlの中窈尺段階を順にたどりi尺結果が決定するカ斗リ断をする.select 1により}Ⅸ経由お尺した場合のメッセージフローを説明する(図6)
SeIect1のあと,
Data
経由の経路の場合は,そのまま
Data
Data
Selectl,2
Data
Data

図6:SeIectI,2

Data
HA経由
・を通してデータ転送を続ける.select1で判定に使用した〕尺項目は,・Ⅸ,FA,MNが共有している項目なのでFA,MNへの判定結果の通知は必要ない次に,最適化経路を選択した場合のメッセージデータフローを説明する(図7).経路最適化と判断されるとCNへBindingUpdateが送られる.そして,認証が成功したら,CNはBindingUpdateにより得た気付アドレスをキャッシュし,FAへ向けて直接トンネリングを行う.メッセージフローの太い線は,データグラムがカプセル化されて転送されていることを示している.また,SeIect2では最適化と判定されることはなし、.
Data
Data
Data
Select1
・判定2
Update
Bindin
判定2のメッセージフローは判定1の}Ⅸ経由のと

図7.selectl経路最適化

Data
Data
ー84-
の判定を行う.}とCNが遍旁ならば,仕経由がれた}とのネットワーク足隹を用い,Select3業を意味している(図8).続いて,言十測により得ら化のため一往複しかしていなし、が,1セットの計測作する(Measurement.メッセージフローでは,簡略判定を行うため,判定の前にHAとの足隹を測定
Select3では,仕と(、のネットワーク足隹により
・判定3
定1のHA経由のメッセージフローと同し赧1になるる.判定2で決定される結果は必ず}Ⅸ経由なので判着したときから,定期的に測定しているので既知である.HAとFAのネットワーク足隹はMNがFNに到2の〕尺項目は,}とFAのネットワーク足隹であきと同じになる(図6).判定2の〕尺を行うselect

Data
Selectl,2
Data
Select3
Data
Data
Data

図8:Select3}経由

〕尺され判定結果を,FAに通知する(Notification).
FAはさらにMNに通知する.その通知には,HAとCNのネットワーク呂隹を記人する.Select3により,}経由の経路が〕尺されたので,}は}へ到着したMN宛のデータグラムをカプセル化し気付アドレスへトンネリングする.
・判定4
判定3において}Ⅸ経由が選択された場合に,FA,MNに通知を行った.FAはその通知を受け取ると,SeIect4の判定を行うために,FAととのネットワーク足隹を言-ト測し始める(図9).FAととのネットワーク足隹が求まると,Select4により判定を行う.
FAとが近傍であるとき,最適化経路が尺され,FAはBindingUpdateをに送信する.認証が成功したら,CNはBindingUpdateにより得た気付アドレスをキャッシュし,FAへ向けて直接トンネリングを行つ.
Select3
Data
Select1,2
Data
Data
Select4,5
・判定5
判定4によりFAとCNのネットワーク呂隹を言十測したので,FAは三辺(HA-FA,HA-CN,FA-CN)のネットワーク呂隹を得たことになる.その値を用いSeIect5の判定を行う.最適化経路が〕尺されると,その後も,判定4と同じメッセージフローになり,最適化経路を通してデータ輔去される(図9)
・判定6
SeIect5によって,・経由の経路が〕尺されたので・に通知する.・は・ー、、到着したMN宛のデータグラムをカプセル化し,気付アドレスへトンネリングする.

42.3からの通信要求時

からの通信要求時の経路選択のフローチャートを図10に示す.発信時の経路選択手川頁では,HA-CNのネットワーク距離を測るのより先にFA-CNのネットワーク足隹を測ることになる.
MNから送信
Aへバケット到着
登録内容参照
elect1
AからFAの距離参照
HA・FAが近傍
elect2
FAがFA-CNを計測
FA-CNが近傍
Select4
FA、らHAへ通
をご
HA-CNが近
Select3
Select5
選択結果6HA経由
登録内容
YES
選択結果1
経路最適化
orHA経由
選択結果2
HA経由
選択結果3
最適化経路
選択結果4
HA経由
選択結果5
冖適化経路(図引
動的経路選択
Bindin
Update
的経路選
NO
Data
Data
図9:Select4,5最適化
図10:MNからの通信要求時のフローチャート
43動的経路〕尺動的経路選択では,通信確立時だけでなく,通信中においても動的に経路選択を選択する.一度最適な経路を選択できたとしても,最適な経路は変動する.そこで,通信中に事後登録した選択項目を利用した選択や,三辺のネットワーク足隹の測定による選択を行い,経路が最適になるよう変更し,より高速なデータ転送を行う.

5 提案方式の課題

提案方式の課題として,最初にMobiIeIPや経路最適化と比較したときの実装の困難さが挙げられる.提案方式での実装対象は,HA,FA,N'INの3っすべてであるのに加えて,本提案を利用するためにはM。bile Ⅳと経路最適化を実装し,さらに提案方式の実装を施さなければならない.
提案方式だけの実装の複雑さも問題である.今回決定した動作手川頁とデータフローについて見てみると,制御データの数が多いことが分かる.効果をなるべく落とさず制御バケットを削減すべきである.そのためには,i尺手順を簡略化することも考える.
次の課題は,選択結果の的確さである.たとえ,選択を行っても,選択結果が間違っていたら,効率が非常に悪くなる.効率を向上させるためには,各選択項目の指標が大切である比較対象となる閾値や指標を的確に決定するためにシミュレーションや実測実験を行うべきである.選択結果の的確さとして,言-ト測の正確さも重要である.効果の低い測定は極力さける測定するときは,測定バケットの数と大きさも問題になる.たとえ,正確に言十測できたとしても,オーバーへッドが大きくなりすぎたら意味がない.測定バケット量が少なく,かっ正確に測定できる方法をとるべきである.そのために,登録バケットを利用して測定を行

ける一方式''情報処理学会L研究会,sep2(Ⅷ
同ノト川清,澤井新,、、場合分けによるMobile1P経路最適化にお
MobilityUsingSIP,从10M99
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AppmachtoHostMobility,、OBICOM2000
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国'IPEncapsulationwithinIP,RFC2003,正4耳1996
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参考文献

今後角韓夬すべき問題を提示した
そして,最後に,提案方式の訝纈について考察し,
フローを求めた.
した.そして,選択方式の手川頁を決定し必要なデータ
次に,引・測結果の意味を考察し,判断指標の一部を示
判断項目として利用可能である場合について述べた
環境であると判断した.さらに,各〕尺項目を設定し
て,登録方式の)想定環境が適当か考察し十分妥当な
本稿では,登録を用いた経路最適化選択方式におい

6.おわりに

が最も大きな課題である.
まり,経路の選択の的確性と,登録方式の有効な利用
択手順で選択できたとき,最大の効果が得られる.っ
提案方式では,本当に最適な経路を,最も少ない選
るため,登録内容を無駄にしないようにする.
のとき,登録内容の利用の仕方によっても効率が異な
が多く登録してあれば,的確な選択を行いやすい.そ
登録件数と登録内容の質も重要である.重要な情報
うことも検詞する.