2014 年度 情報処理学会関西支部 支部大会

E-15

安全な携帯電話網で CCN を用いた緊急通信の実現性に関する一考察
A study on a CCN-based Emergency Telecommunication Service in celler networks
多良 康孝 †

小泉 佑揮 †長谷川 亨 †Yasutaka Tara

Yuki Koizumi

Toru Hasegawaに，119 番のような特番，すなわちウェルノウンな宛先に発呼1 はじめにすることを仮定している．電話網においては，例えば，119 番

119 番通報などの緊急通信は，社会インフラに欠くことがで通報の場合，端末を収容する回線交換機，あるいは基地局の位きない機能であり，現在は電話網のみが提供している．しかし置に最も近い消防本部に接続する．このため，これらの回線交ながら，電話網は回線交換に基づいており，通話中は回線を占換機や基地局に到達した呼の宛先を最寄りの消防本部の番号に有する．このため，多数の緊急通信が発生すると，呼が即座に変換する機能を持たせている．従って，CCN ネットワークも繋がることは難しくなる．これに対して，IP ネットワークな同様に，ウェルノウンな名前を最寄りの消防本部の名前に変更

どのパケット交換網では，メッセージ転送に回線を占有しないする必要がある．本稿では，携帯電話網を収容する CCN ルーため，多数の緊急通信を同時に提供する可能性がある．しかしタに変換機能を持たせることで対処する．

ながら，IP ネットワークでは災害時の輻輳や回線断で DNS

本稿の構成は以下のとおりである．2 章では，CCN におけ(Domain Name System) サーバへの通信が行えない際には，緊急通信の特番に相当する URI (Universal Resource Identifier)る緊急通信実現への要求条件を述べる．3 章では，アーキテクを IP アドレスに変換できず，通信できない可能性もある．

べる．最後に，5 章では，本稿のまとめを述べる．

チャの設計方針を述べる．4 章では，プロトコルの実装案を述

これに対して，コンテンツ指向のネットワークアーキテク

2 CCN における緊急通信実現への要求条件

チャの一つである CCN (Content-Centric Networking) [1] では，URI に相当する名前を用いてパケットを転送し，中央集権的な DNS サーバを必要としない．さらに，同じ名前を持つコ

2.1 電話における緊急通信
電話網において，119 番通報などの緊急通信は，以下の三つンテンツをキャッシュとして複数配置できるため，複数のサーの機能を持つことが総務省により義務付けられている [2]．

バが同じ名前のコンテンツを持つことで，そのコンテンツに対(1) 発信者の位置情報等を通知する機能する要求を分散させることができる．以上のことから，CCN(2) 管轄の消防本部へ接続する機能(3) 回線を保留または呼び出し等を行う機能

は輻輳への耐性があり，災害等で輻輳が発生した時にも緊急通信を提供することが期待される．
しかしながら，CCN を用いて緊急通信を提供するには，119(3) の要求条件は，電話網特有であり，パケット網では要求番通報を例にとると，電話における緊急通信への要求条件，(1)されないと考えられるため，(1) ，(2) の要求条件を扱う．図 1

管轄の消防本部への発信者の位置情報の通知，(2) 管轄の消防に電話網における緊急通信の実現法を示す．以下では，図 1 を本部への接続，を満足する必要がある [2]．さらに，CCN や IP構成する各要素を説明し，(1) ，(2) の要求条件の電話網での実ネットワークでは，全てのノードが信頼できる通信事業者が運現方法を説明する．

用する電話網と異なり，発信者の認証や，通信内容の完全性の回線交換機は，固定電話端末および携帯電話端末を収容して保証などのセキュリティ関連の要求条件 [3] も求められる．

いる．固定電話網の場合は，回線交換機の位置，一方，携帯電

これに対して本稿では，アクセス網として安全な携帯電話網

話網の場合は，基地局の位置を，電話網が通知する位置としてを用いて CCN ネットワークを構成することで，これらのセ用いる．これらの位置情報は，総務省が通信事業者へ設置を義キュリティ関連の要求条件を携帯電話網の機能を用いて，満務付けている位置情報通知サーバが管理している．緊急通信時足する方針をとる．従って，本稿では，電話における緊急通信には，発信者端末の位置情報が位置情報通知サーバを介して，に求められる二つの要求条件 (1)，(2) を満たすことが課題で自動的に消防本部へ通知される．

ある．

まず，(1) は，発信者の位置が位置情報通知サーバを介して，以下では，CCN を用いた緊急通信の実装方針を述べる．第自動的に通知されることで実現している．

一に，CCN を用いた緊急通信として，SNS (Social Network

次に，(2) に対しては，図 1 に示すように回線交換機のルーService) のようなメッセージ単位の通信を提供する．第二に，電話網でも要求される (1) は，CCN ネットワークには，電話ティングテーブルに，ウェルノウン番号と，発信者の位置を管網や携帯電話網と異なり，端末の位置を管理する機能を持た番号宛の呼を受けると登録されている電話番号に変換することない．すなわち，位置を管理するサーバは設置されていない．

で実現している．

このため，端末の位置情報については，携帯電話網内の HLR

2.2 CCN の概要(Home Location Register) が管理する携帯電話端末の位置情報を利用することとする．第三に，(2) の要求条件は，暗黙的CCN は，コンテンツに割り当てられた名前を宛先としてパケットを転送するネットワークアーキテクチャである．CCN† 大阪大学 大学院情報科学研究科, Graduate School ofInformation Science and Technology, Osaka University

轄する消防本部の電話番号が登録されてており，ウェルノウン

1

ウェルノウン
消防本部
番号
固有番号
11906-1234-5678

表1

位置情報通知用回線
電話回線
消防本部
位置情報通知サーバ

固定電話 回線交換機
端末

LTE に準拠した携帯電話網を構成するノードとその役割

ノード

役割

基地局

携帯端末と通信する無線局

eNB : eNodeB

EPC 側へパケットを転送する

S-GW : Serving-LTE と EPC を接続し，パケットGatewayを転送する

P-GW : PacketDataNetwork-

インターネットとの接続点の役割を担い，パケットを転送する

Gateway
携帯電話
端末

基地局 回線交換機 回線交換機
ウェルノウン
消防本部
番号
固有番号
11906-1234-5678
図1

HLR : HomeLocationResister

電話網における緊急通信携帯の加入者の位置情報等を保持するデータベース(1) の発信者の位置情報の通知に対しては，発信者の位置情報として，発信者の携帯電話端末を収容する基地局の位置情LTE網報を用いる．携帯電話端末からの緊急通信を転送する Interest

消防本部

EPC網

パケットを最初に受信する CCN ルータ，すなわち EPC 網からインターネットへの出口である P-GW に接続された CCNルータが，発信者の位置情報の取得と，消防本部への通知を行HLRう．具体的は，この CCN ルータは， HLR に Interest パケッ
携帯電話
基地局端末
図2

eNB

S-GW/P-GW

トを送信した携帯電話端末を収容する基地局の位置を問い合わ
1

サーバ

せ， Interest パケットの名前に取得した位置情報を追加して送CCNルータ信することで，消防本部に通知するという方針をとる．

(2) ウェルノウンな宛先への転送は，電話網の場合と同様に，想定する CCN ネットワーク

ウェルノウンな宛先の名前を，実際に転送する最寄りの消防本部の名前に変換する方針を取る．具体的には，位置情報から宛では，ユーザからの要求パケット (Interest パケット) が到着し先の名前に変換する， NRS (Name Resolution Server : 名前たコンテンツは，Data パケットとして，Interest パケットの解決サーバ) を導入する [6]．宛先の名前がウェルノウンな名

経路を逆に辿ることによってユーザに届けられる．

前である Interest パケットを受信した CCN ルータは，(1) に名前に基づくパケット転送は，CCN ルータの持つ，FIB(Forwarding Information Base) によって実現される．FIB

従って基地局の位置情報を取得後， NRS サーバへ転送する．

は，コンテンツ名のプレフィックスおよび宛先のフェイスのリ名前に変換して Interest パケットを転送する．

NRS サーバでは，ウェルノウンな名前を最寄りの消防本部の3ストから構成される．名前は，URI のように，可読で複数の要4 プロトコル実装案

素を / で区切った階層を持つ．CCN の経路制御プロトコル
は，名前のルートから複数個の要素列からなるプレフィックス

本章では，消防本部への 119 番通報を例として 3 章の設計を広報し，FIB にはプレフィックスと出力先のフェイスが登録方針に基づくプロトコルの実装案を述べる．本稿では，コンテされる．

2.3

ンツの名前として CCN が採用する階層的で可読な名前を対象想定する CCN ネットワーク及び端末とする．

本節では，緊急通信を提供する CCN ネットワーク（図 2）

4.1 パケットフォーマットの想定条件を述べる．

緊急通信を指定するウェルノウンな 119 番の番号を名前とまず，CCN ネットワークのアクセス網として，LTE に準拠する．例えば，/ CCN/ 119/ Japan を 119 番通報を表す名前した携帯電話網 [4, 5] を利用する．表 1 に，LTE に準拠した携とする．一方，携帯電話端末の緊急通信アプリケーションは発帯電話網を構成するノードとその役割を示す．

信者の氏名を，P-GW に接続した CCN ルータは基地局の位置

アクセス網としての携帯電話網は，発信者がアクセスネット

情報，具体的には緯度と経度を，それぞれ/ CCN/ 119/ Japan

ワークを利用する際に認証することで発信者が誰であるかを保に続く要素として追加する．ここで，CCN ルータ間の経路経証するとともに，悪意の第三者による通信内容の盗聴や改竄を路制御プロトコルでは，ウェルノウンな名前より詳細なプレ起こさせない．

フィクスを広報しないことにより，発信者の氏名と位置をルーティングに使用されないようにする [7–9]．

3 アーキテクチャの設計方針

4.2 HLR の利用
EPC 網に接続されている CCN ルータでは，緊急通信のInterest パケットを受信すると，図 3 に示す方法で，HLR か

本章では，2 章で挙げた緊急通信の二つの要求条件を満足するための，設計方針を述べる．

2

HLR の位置情報データベース
携帯電話
基地局の端末 IP
位置EPC網/34.49.05.6N
133.1.244.3/135.31.19.5E
HLR 送信元
IPアドレス

LTE網

基地局
携帯電話端末IP:133.1.244.3

LTE網

EPC網
NRS

HLR

携帯電話
基地局
端末

eNB

S-GW
/P-GW

eNB

S-GW 基地局の位置/P-GW
CCNルータ
IP:192.168.1.1
トンネルで接続

消防本部
CCNルータサーバ

図 4 NRS 設置後の CCN ネットワーク/CCN/119緊急通信の Interest パケット

図3

送信先IP

送信元IP

Interest パケットの名前

192.168.1.1

133.1.244.3/CCN/119/Japan/Tara/Japanを広報
Interest/CCN/119/Japan/Tara/34.49.05.6N/135.31.19.5E

EPC網Interest の
名前を変換

発信者の携帯電話端末を収容する基地局の位置の取得方法

NRS
Interest/CCN/119/Japan/Osaka/Server1/Tara/34.49.05.6N/135.31.19.5E

HLR

5

S-GW
/P-GW

ら発信者の端末が収容されている基地局の位置を取得する．まず，携帯電話端末は，EPC 網に接続されている CCN ルータ

消防本部
CCNルータと IP トンネルで接続されており，この CCN ルータまでは

7

サーバ/CCN/119/Japan/Osaka/Server1を広報

IP ネットワークとしてパケットを転送する．具体的には，図 3のように，端末が緊急通信の Interest パケット/ CCN/ 119/
図5

Japan/ Tara を送信する際には，トンネルで接続されている
CCN ルータの IP アドレス 192.168.1.1 でカプセル化して送NRS による Interest パケットの名前の変換信する．CCN ルータは，IP でカプセル化された Interest パ

位置情報データベース
携帯電話
基地局の端末 IP
位置/34.49.05.6N
133.1.244.3/135.31.19.5E

ケットの送信元 IP アドレスを確認することで，携帯電話端末の IP アドレスを得る．EPC 網の HLR には，端末の IP アドレスと現在収容している基地局の位置情報が登録されており，P-GW

カプセル化されたパケットの送信元 IP アドレスを問い合わせ

携帯電話端末IP : 133.1.244.3

ることで，携帯電話端末の位置情報を取得できる．

CCN ルータ
IP : 192.168.1.1

HLR

Interest/CCN/119/Japan/Tara
端末 IP 取得

4.3 NRS の機能
CCN ネットワークのバックボーンには，図 4 に示すように，携帯電話端末 IP : 133.1.244.3

NRS を設置する．ここで，NRS を複数配置することが可能であり，これにより，NRS に対する要求を分散させるととも位置情報データ
ベース参照に，NRS の障害に対する耐性を向上させている．また，NRS
は，緊急通信に用いるウェルノウンな名前/ CCN/ 119/ Japan

Interest の名前に位置を追加を広報することで，携帯電話端末から送信される緊急通信のInterest パケットは，全て NRS に到着する．
さらに，NRS は，図 5 のように，受信した Interest パケット

図6

基地局の位置情報/34.49.05.6N/135.31.19.5E

発信者の位置情報の通知のシーケンスの名前の要素として挿入された位置情報から，その位置を管轄する消防本部のサーバの名前を取得し，Interest パケットの宛タでは，送信元端末の IP アドレスを取得し，それをキーとし先の名前の要素の内，ウェルノウンな名前を，取得した消防本部て，HLR から送信元端末を収容する基地局の位置を取り出のサーバの名前に変換してから，転送する．図 5 では，大阪府

す．最後に，CCN ルータでこの位置を Interest パケットのの消防本部に相当する/ CCN/ 119/ Japan/ Osaka/ Server1

名前に追加し，転送する．図 6 では，基地局の位置情報としに変換している．消防本部のサーバからの返送により受信したて，/ 34.49.05.6N/ 135.31.19.5E を取得し，位置情報を追加しData パケットは，携帯電話網側から受信した Interest パケッ

た Interest パケット/ CCN/ 119/ Japan/ Tara/ 34.49.05.6N

トの名前に再度変換して端末に返送する．

/ 135.31.19.5E を転送している．この Interest パケットを消4.4 プロトコルシーケンス
4.4.1 発信者の位置情報の通知

防本部が受信することで位置情報が通知される．

4.4.2 ウェルノウンな名前を用いた消防本部への転送
ウェルノウンな名前を用いた消防本部への転送のシーケンス

発信者の位置情報の通知のシーケンスを図 6 に示す．発信者の携帯電話端末は，緊急通信の Interest パケット/ CCN/ 119/を図 7 に示す．まず， NRS はウェルノウンなプレフィック

Japan/ Tara を送信する．P-GW に接続されている CCN ルース/ CCN/ 119/ Japan ，及び，実際に緊急通信の Interest パ3

FIB
プレフィックス/CCN/119/Japan

携帯電話端末IP : 133.1.244.3

S-GW/P-GW

Interest/CCN/119/Japan/Tara

フェイスリスト#1/CCN/119/Japan/Osaka/Server1

CCN ルータ#2

は解決困難な二つの要求条件に対して，電話での実装方法を解

名前変換データベース

析し，CCN ネットワークでの実現法を示した．

位置
サーバ名/34.49.05.6N /CCN/119/Japan/135.31.19.5E /Osaka/Server1

NRS/CCN/119/Japan を広報
フェイス #1/CCN/119/Japan/Osaka/Server1 を広報
フェイス #2

消防本部

謝辞

サーバ

本研究は科学研究費 (B) (26280031) によるものである．

位置情報追加Interest/CCN/119/Japan/Tara/34.49.05.6N/135.31.19.5E
端末の位置を管轄するサーバの名前宛に変換

参考文献

Interest/CCN/119/Japan/Osaka/Server1/Tara/34.49.05.6N/135.31.19.5E
緊急通信受理Data: /CCN/119/Japan/Osaka/Server1/Tara/34.49.05.6N/135.31.19.5E
緊急通信完了変換前のメッセージ
Data : /CCN/119/Japan 名前に戻す[1] V. Jacobson, D. K. Smetters, J. D. Thornton, M. F.
Plass, N. H. Briggs, and R. L. Braynard, “Networkingnamed content,” in Proceedings of the fifth International
Conference on Emerging Networking EXperiments andTechnologies (CoNEXT ’09), pp. 1–12, Dec. 2009.

/Tara/34.49.05.6N/135.31.19.5E
位置情報追加前 緊急通信完了
メッセージの名前に戻す
Data : /CCN/119/Japan/Tara
緊急通信完了メッセージ[2] 総務省, “緊急通報の機能.” http://www.soumu.go.jp/
menu_seisaku/ictseisaku/net_anzen/hijyo/tuho.

図 7 ウェルノウンな名前を用いた消防本部への転送のシーケンス

FIB

携帯電話端末IP : 133.1.244.3

位置情報データベース

名前変換データベース
消防本部

S-GW/P-GW
CCN ルータInterest/CCN/119/Japan/Tara
位置情報追加html.
[3] K. Carlberg and R. Atkinson, “General requirements foremergency telecommunication service (ETS),” Request

HLR

for Comments (RFC) 3689, Feb. 2004. Also available at
http://tools.ietf.org/search/rfc3689.

サーバ

NRS

/CCN/119/Japan を広報
フェイス #1/CCN/119/Japan/Osaka/Server1 を広報
フェイス #2[4] 服部 武，藤岡 雅宣, HSPA+/LTE/SAE 教科書. インプレ
ス R&D, 1 ed., July 2009.
[5] 3GPP TS 36.300 v11.8.0, “Evolved universal terrestrial

位置情報データベース参照

Interest/CCN/119/Japan/Tara/34.49.05.6N/135.31.19.5E

名前変換Interest/CCN/119/Japan/Osaka/Server1/Tara/34.49.05.6N/135.31.19.5E

radio access (E-UTRA) and evolved universal terrestrial
radio access network (E-UTRAN); overall description;,”

Data : /CCN/119/Japan/Osaka/Server1/Tara/34.49.05.6N/135.31.19.5E
Data : /CCN/119/Japan/Tara/34.49.05.6N/135.31.19.5E
位置情報削除名前逆変換

緊急通信完了メッセージ

Jan. 2014.
[6] N. B. Melazzi, A. Detti, M. Arumaithurai, and K. K.
Ramakrishnan, “Internames: a name-to-name princi-

緊急通信完了メッセージ

Data : /CCN/119/Japan/Tara
緊急通信完了メッセージ

図 8 緊急通信のプロトコル全体のシーケンス

ple for the future internet,” June 2014. Also available
at http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1401/1401.
0114.pdf.

ケットが転送されるべき消防本部のサーバは固有のプレフィッ[7] V. Jacobson, D. K. Smetters, N. H. Briggs, M. F.
Plass, P. Stewart, J. D. Thornton, and R. L. Braynard,

クス/ CCN/ 119/ Japan/ Osaka/ Server1 の経路を広報する．

NRS は，位置情報を含む Interest パケット/ CCN/ 119/Japan/ Tara/ 34.49.05.6N/ 135.31.19.5E を受信すると，位“VoCCN: voice-over content-centric networks,” in Proceedings of the 2009 workshop on Re-architecting the internet, pp. 1–6, Dec. 2009.

置情報，図 7 では / 34.49.05.6N/ 135.31.19.5E を読み取り，Interest パケットの名前を，端末の位置を管轄する消防本部のサーバの名前/ CCN/ 119/ Japan/ Osaka/ Server1/ Tara/[8] J. Burke, P. Gasti, N. Nathan, and G. Tsudik, “Securing instrumented environments over content-centric net-

34.49.05.6N/ 135.31.19.5E に変換して転送する．この Interest パケットを受信した消防本部のサーバは，緊急通信の受

working: the case of lighting control and NDN,” in Proceedings of The 2nd IEEE International Workshop on
Emerging Design Choices in Name-Oriented Networking

理完了メッセージを Data パケットとして返送する．例では，NRS に Data パケット/ CCN/ 119/ Japan/ Osaka/ Server1/Tara/ 34.49.05.6N/ 135.31.19.5E を返送し，NRS では名前を(NOMEN 2013), Apr. 2013.
[9] J. Zhang, Q. Li, and E. M. Schooler, “iHEMS: An

変換する前のウェルノウンなプレフィックスに再度変換しinformation-centric approach to secure home energy
management,” in Proceedings of Third IEEE International Conference on Smart Grid Communications,

た Data パケット/ CCN/ 119/ Japan/ Tara/ 34.49.05.6N/

135.31.19.5E を転送する．
最後に，緊急通信のプロトコル全体のシーケンスを図 8 に

pp. 217–222, Nov. 2012.

示す．

5 おわりに本稿では，CCN を用いて，電話でしか提供される 119 番通報などの緊急通信を実現する手法を検討した．現状の電話やIP 電話を用いる場合の緊急通信への要求条件のうち，CCN で4