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技術 マルチキャスト通信システム、及びマルチキャスト通信方法

出願人 日本電信電話株式会社
発明者 石川貴彦大内宏之岩井隆典濱野貴文並木雅俊
出願日 2013年2月5日 (6年9ヶ月経過) 出願番号 2013-020914
公開日 2014年8月25日 (5年2ヶ月経過) 公開番号 2014-154945
状態 特許登録済
技術分野 広域データ交換 小規模ネットワーク(3)ループ,バス以外
主要キーワード 上流スイッチ 配信グループ トンネル接続 隣接関係 経路広告 マルチキャスト配信サーバ 上流ルータ ユニキャスト転送
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年8月25日)のものです。
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図面 (9)

課題

片方向のP2MP型トンネルを利用して、視聴要求に応じた動的な配信動作を可能とするマルチキャスト技術を提供する。

解決手段

上流スイッチと複数の下流スイッチとを含む複数のスイッチと、上流スイッチに接続される上流ルータと、下流スイッチに接続される下流ルータとを有するマルチキャスト通信システムにおいて、前記上流スイッチから前記複数の下流スイッチへの片方向P2MP型トンネルが設定され、各下流スイッチから前記上流スイッチへの片方向P2P型トンネルが設定され、前記上流スイッチは、前記上流ルータから受信したパケットを前記片方向P2MP型トンネルに送信し、前記片方向P2P型トンネルから受信したパケットを前記上流ルータに送信するように構成され、前記各下流スイッチは、前記片方向P2MP型トンネルから受信したパケットを下流ルータに送信し、当該下流ルータから受信したパケットを前記片方向P2P型トンネルに送信するように構成される。

概要

背景

IPアドレスをもとにパケット転送する機能を持った装置であるルータ、及び、予め各装置に設定されたトンネルに従ってパケットを転送できる機能を持つスイッチにより構築されたネットワークにおいて、マルチキャスト配信を行う技術が知られている。このようなネットワークにおけるマルチキャスト配信に係る従来技術を図1を参照して説明する。

なお、トンネルの設定では、複数の装置に対して、パケットの特定の情報を参照する経路テーブルを作り、決められた経路に従ってパケットが転送されるように設定を行う。その経路のことをトンネルという。トンネルを設定するためのパケットの情報には、例えば、IPアドレス、MPLSラベル、Ethernet(登録商標VLANタグ等がある。

図1は、ルータR1、R2、R3が、スイッチP1、P2、P3、P4で接続されているネットワーク(マルチキャスト通信システム)を示す。上流ルータであるルータR1には、マルチキャスト配信サーバが接続されている。当該ネットワークでは、スイッチP1(上流スイッチ)を起点とした片方ポイント・ツー・マルチポイント(P2MP)型のトンネルT1を用いて、ルータR1がルータR2、R3へマルチキャスト配信を行う。片方向P2MP型のトンネルとは、トンネルの上流が一つのスイッチであり、下流が複数のスイッチであるようなトンネルのことである。

図1に示すとおり、トンネルT1は、スイッチP1を起点としてスイッチP4で分岐し、スイッチP2、P3へ到達するトンネルである。

図2は、スイッチP1の機能概要を示している。図2に示すように、スイッチP1はルータインタフェーストンネル接続機能部A1を持ち、当該ルータインタフェース−トンネル接続機能部A1において、ルータR1から受信したトラフィックをトンネルT1へ流入させる設定を行う。また、図3に示すように、スイッチP2はルータインタフェース−トンネル接続機能部A2を持ち、トンネルT1からのトラフィックをルータR2へ送信する設定を行う。スイッチP3に関してもスイッチP2と同様に、トンネルT1からのトラフィックをルータR3へ送信する設定を行う。

そして、図1に「送信チャネルの設定」として示すように、ルータR1において、スイッチP1向けのインタフェースへ、特定のチャネルマルチキャストパケットを送信する静的設定を行う。また、「受信チャネルの設定」として示されているように、ルータR2において、特定のチャネル(ルータR1で設定したチャネル)のマルチキャストパケットを、スイッチP2向きのインタフェースから受信する設定を行う。ルータR3に関してもルータR2と同様に、ルータR1で設定したチャネルのマルチキャストパケットを、スイッチP3向きのインタフェースから受信する設定を行う。

一例として、マルチキャストルーティングプロトコルとしてPIM-SSM(Protocol Independent Multicast - Surce-Secific Multicast)(非特許文献1参照)を使う場合を示す。この場合、チャネルはマルチキャスト配信元のアドレスマルチキャストソースアドレス:S)と配信グループを表すアドレス(マルチキャストグループアドレス:G)のセット(S, G)で識別される。設定としては、ルータR1においてスイッチP1向けインタフェースに(S, G)を特定した静的な設定を行い静的な送信設定を行う。またルータR2においてスイッチP2向きのインタフェースにマルチキャストソースアドレスのStatic Route設定を行い、RPF(Reverse Path Forwarding)としてP2向きのインタフェースが選ばれるようにする。ルータR3についても同様に、スイッチP3向きのインタフェースにマルチキャストソースアドレスのStatic Route設定を行い、RPFとしてP3向きのインタフェースが選ばれるようにする。

概要

片方向のP2MP型のトンネルを利用して、視聴要求に応じた動的な配信動作を可能とするマルチキャスト技術を提供する。上流スイッチと複数の下流スイッチとを含む複数のスイッチと、上流スイッチに接続される上流ルータと、下流スイッチに接続される下流ルータとを有するマルチキャスト通信システムにおいて、前記上流スイッチから前記複数の下流スイッチへの片方向P2MP型トンネルが設定され、各下流スイッチから前記上流スイッチへの片方向P2P型トンネルが設定され、前記上流スイッチは、前記上流ルータから受信したパケットを前記片方向P2MP型トンネルに送信し、前記片方向P2P型トンネルから受信したパケットを前記上流ルータに送信するように構成され、前記各下流スイッチは、前記片方向P2MP型トンネルから受信したパケットを下流ルータに送信し、当該下流ルータから受信したパケットを前記片方向P2P型トンネルに送信するように構成される。

目的

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、片方向のP2MP型のトンネルを利用して、視聴要求に応じた動的な配信動作を可能とするマルチキャスト技術を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

上流スイッチと複数の下流スイッチとを含む複数のスイッチと、上流スイッチに接続される上流ルータと、下流スイッチに接続される下流ルータとを有するマルチキャスト通信システムであって、前記上流スイッチから前記複数の下流スイッチへの片方向P2MP型トンネルが設定されるとともに、各下流スイッチから前記上流スイッチへの片方向P2P型トンネルが設定され、前記上流スイッチは、前記上流ルータから受信したパケットを前記片方向P2MP型トンネルに送信し、前記片方向P2P型トンネルから受信したパケットを前記上流ルータに送信するように構成され、前記各下流スイッチは、前記片方向P2MP型トンネルから受信したパケットを下流ルータに送信し、当該下流ルータから受信したパケットを前記片方向P2P型トンネルに送信するように構成されていることを特徴とするマルチキャスト通信システム。

請求項2

前記上流ルータにおける前記上流スイッチ側のインタフェースと、各下流ルータにおける下流スイッチ側のインタフェースとの間でPIM隣接関係確立され、各下流ルータにおける下流スイッチ側のインタフェースが、マルチキャストソースアドレスへのネクストホップとなるように経路情報広告がなされていることを特徴とする請求項1に記載のマルチキャスト通信システム。

請求項3

上流スイッチと複数の下流スイッチとを含む複数のスイッチと、上流スイッチに接続される上流ルータと、下流スイッチに接続される下流ルータとを有するマルチキャスト通信システムにおけるマルチキャスト通信方法であって、前記マルチキャスト通信システムにおいて、前記上流スイッチから前記複数の下流スイッチへの片方向P2MP型トンネルが設定されるとともに、各下流スイッチから前記上流スイッチへの片方向P2P型トンネルが設定されており、下流スイッチが、下流ルータから視聴要求受け取り、片方向P2P型トンネルに当該視聴要求を送信するステップと、前記上流スイッチが、前記片方向P2P型トンネルから前記視聴要求を受信し、当該視聴要求を前記上流ルータに送信するステップと、前記上流ルータが、前記視聴要求に応じてマルチキャストパケットを前記上流スイッチに送信するステップと、前記上流スイッチが、前記片方向P2MP型トンネルに前記マルチキャストパケットを送信するステップと、前記視聴要求を送信した下流スイッチが、前記片方向P2MP型トンネルから受信した前記マルチキャストパケットを前記視聴要求を送信した下流ルータに送信するステップとを備えることを特徴とするマルチキャスト通信方法。

技術分野

0001

本発明は、ネットワークにおいてパケットマルチキャスト転送する技術に関するものである。

背景技術

0002

IPアドレスをもとにパケットを転送する機能を持った装置であるルータ、及び、予め各装置に設定されたトンネルに従ってパケットを転送できる機能を持つスイッチにより構築されたネットワークにおいて、マルチキャスト配信を行う技術が知られている。このようなネットワークにおけるマルチキャスト配信に係る従来技術を図1を参照して説明する。

0003

なお、トンネルの設定では、複数の装置に対して、パケットの特定の情報を参照する経路テーブルを作り、決められた経路に従ってパケットが転送されるように設定を行う。その経路のことをトンネルという。トンネルを設定するためのパケットの情報には、例えば、IPアドレス、MPLSラベル、Ethernet(登録商標VLANタグ等がある。

0004

図1は、ルータR1、R2、R3が、スイッチP1、P2、P3、P4で接続されているネットワーク(マルチキャスト通信システム)を示す。上流ルータであるルータR1には、マルチキャスト配信サーバが接続されている。当該ネットワークでは、スイッチP1(上流スイッチ)を起点とした片方ポイント・ツー・マルチポイント(P2MP)型のトンネルT1を用いて、ルータR1がルータR2、R3へマルチキャスト配信を行う。片方向P2MP型のトンネルとは、トンネルの上流が一つのスイッチであり、下流が複数のスイッチであるようなトンネルのことである。

0005

図1に示すとおり、トンネルT1は、スイッチP1を起点としてスイッチP4で分岐し、スイッチP2、P3へ到達するトンネルである。

0006

図2は、スイッチP1の機能概要を示している。図2に示すように、スイッチP1はルータインタフェーストンネル接続機能部A1を持ち、当該ルータインタフェース−トンネル接続機能部A1において、ルータR1から受信したトラフィックをトンネルT1へ流入させる設定を行う。また、図3に示すように、スイッチP2はルータインタフェース−トンネル接続機能部A2を持ち、トンネルT1からのトラフィックをルータR2へ送信する設定を行う。スイッチP3に関してもスイッチP2と同様に、トンネルT1からのトラフィックをルータR3へ送信する設定を行う。

0007

そして、図1に「送信チャネルの設定」として示すように、ルータR1において、スイッチP1向けのインタフェースへ、特定のチャネルマルチキャストパケットを送信する静的設定を行う。また、「受信チャネルの設定」として示されているように、ルータR2において、特定のチャネル(ルータR1で設定したチャネル)のマルチキャストパケットを、スイッチP2向きのインタフェースから受信する設定を行う。ルータR3に関してもルータR2と同様に、ルータR1で設定したチャネルのマルチキャストパケットを、スイッチP3向きのインタフェースから受信する設定を行う。

0008

一例として、マルチキャストルーティングプロトコルとしてPIM-SSM(Protocol Independent Multicast - Surce-Secific Multicast)(非特許文献1参照)を使う場合を示す。この場合、チャネルはマルチキャスト配信元のアドレスマルチキャストソースアドレス:S)と配信グループを表すアドレス(マルチキャストグループアドレス:G)のセット(S, G)で識別される。設定としては、ルータR1においてスイッチP1向けインタフェースに(S, G)を特定した静的な設定を行い静的な送信設定を行う。またルータR2においてスイッチP2向きのインタフェースにマルチキャストソースアドレスのStatic Route設定を行い、RPF(Reverse Path Forwarding)としてP2向きのインタフェースが選ばれるようにする。ルータR3についても同様に、スイッチP3向きのインタフェースにマルチキャストソースアドレスのStatic Route設定を行い、RPFとしてP3向きのインタフェースが選ばれるようにする。

先行技術

0009

RFC3569; An Overview of Source-Specific Multicast (SSM)

発明が解決しようとする課題

0010

上記従来技術を用いるとマルチキャスト配信が可能となるが、片方向のP2MPトンネルを利用しているため、下流ルータから上流ルータへ視聴要求パケットを伝える手段がないという課題がある。

0011

すなわち、下流ルータから上流ルータへ視聴要求パケットを伝える手段がないため、新しく配信するチャネルを追加したい場合には、再度、ルータR1、R2、R3において、新しいチャネルを送信・受信するための設定が必要となる。

0012

新しいチャネル追加が必要な場合、ルータでの設定追加が発生するため、即時のチャネル追加対応が困難となる。特に、マルチキャスト配信に関わる全てのルータで設定追加が必要となるため、ルータ数が膨大となる場合には、よりチャネル追加対応に時間が掛かるという問題がある。

0013

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、片方向のP2MP型のトンネルを利用して、視聴要求に応じた動的な配信動作を可能とするマルチキャスト技術を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0014

上記の課題を解決するために、本発明は、上流スイッチと複数の下流スイッチとを含む複数のスイッチと、上流スイッチに接続される上流ルータと、下流スイッチに接続される下流ルータとを有するマルチキャスト通信システムであって、
前記上流スイッチから前記複数の下流スイッチへの片方向P2MP型トンネルが設定されるとともに、各下流スイッチから前記上流スイッチへの片方向P2P型トンネルが設定され、
前記上流スイッチは、前記上流ルータから受信したパケットを前記片方向P2MP型トンネルに送信し、前記片方向P2P型トンネルから受信したパケットを前記上流ルータに送信するように構成され、
前記各下流スイッチは、前記片方向P2MP型トンネルから受信したパケットを下流ルータに送信し、当該下流ルータから受信したパケットを前記片方向P2P型トンネルに送信するように構成されていることを特徴とするマルチキャスト通信システムにより構成される。

0015

前記マルチキャスト通信システムでは、例えば、前記上流ルータにおける前記上流スイッチ側のインタフェースと、各下流ルータにおける下流スイッチ側のインタフェースとの間でPIMの隣接関係確立され、各下流ルータにおける下流スイッチ側のインタフェースが、マルチキャストソースアドレスへのネクストホップとなるように経路情報広告がなされる。

0016

また、本発明は、上流スイッチと複数の下流スイッチとを含む複数のスイッチと、上流スイッチに接続される上流ルータと、下流スイッチに接続される下流ルータとを有するマルチキャスト通信システムにおけるマルチキャスト通信方法であって、
前記マルチキャスト通信システムにおいて、前記上流スイッチから前記複数の下流スイッチへの片方向P2MP型トンネルが設定されるとともに、各下流スイッチから前記上流スイッチへの片方向P2P型トンネルが設定されており、
下流スイッチが、下流ルータから視聴要求を受け取り、片方向P2P型トンネルに当該視聴要求を送信するステップと、
前記上流スイッチが、前記片方向P2P型トンネルから前記視聴要求を受信し、当該視聴要求を前記上流ルータに送信するステップと、
前記上流ルータが、前記視聴要求に応じてマルチキャストパケットを前記上流スイッチに送信するステップと、
前記上流スイッチが、前記片方向P2MP型トンネルに前記マルチキャストパケットを送信するステップと、
前記視聴要求を送信した下流スイッチが、前記片方向P2MP型トンネルから受信した前記マルチキャストパケットを前記視聴要求を送信した下流ルータに送信するステップとを備えることを特徴とするマルチキャスト通信方法として構成することもできる。

発明の効果

0017

本発明によれば、片方向のP2MP型のトンネルを利用して、視聴要求に応じた動的な配信動作を可能とするマルチキャスト技術を提供することが可能となる。

図面の簡単な説明

0018

従来のマルチキャスト通信システムを示す図である。
図1におけるスイッチP1の機能構成を示す図である。
図1におけるスイッチP2の機能構成を示す図である。
本発明の実施の形態に係るマルチキャスト通信システムを示す図である。
図4におけるスイッチP1の機能構成を示す図である。
図4におけるスイッチP2の機能構成を示す図である。
図4におけるスイッチP3の機能構成を示す図である。
本発明の実施の形態に係るマルチキャスト通信システムにおけるルータの機能を説明するための図である。

実施例

0019

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。

0020

(実施の形態の概要)
本実施の形態では、従来技術の片方向のP2MPトンネルに加えて、下流ルータから上流ルータへ視聴要求パケットを伝えるため、上流方向へのポイント・ツー・ポイント(P2P)トンネルを設定、確立する。下流方向へのP2MPトンネルと上流方向へのP2Pトンネルを紐付け、上流から下流へのパケットはマルチキャスト転送、下流から上流へのパケットはユニキャスト転送させる。

0021

更に、ルータでダイナミックなマルチキャストルーティングプロトコルを動作させ、視聴要求に応じた配信動作を行う。

0022

システム構成、及びシステムの動作について)
図4に、本実施の形態に係るマルチキャスト通信システムの構成例を示す。図4に示すとおり、このマルチキャスト通信システムの全体装置構成は図1に示したものと同じであり、ルータR1、R2、R3が、スイッチP1、P2、P3、P4で接続され、上流ルータであるルータR1には、マルチキャスト配信サーバが接続されている。

0023

本実施の形態に係るマルチキャスト通信システムでは、スイッチP1(上流スイッチ)を起点とし、スイッチP2、P3(下流スイッチ)を終点とする片方向P2MPトンネルT1に加えて、片方向P2MPトンネルの下流のスイッチから上流に向かう片方向P2PトンネルT2、T3を設定する。図4の例では下流ルータ数が2台のため片方向P2Pトンネルも2本であるが、下流ルータ数と同数だけトンネルを構成する。

0024

このような構成を有するマルチキャスト通信システムの動作例を図4を参照して説明する。

0025

ステップS1)下流ルータR2が視聴要求を受け取ると、下流スイッチP2へとその視聴要求を送信する。

0026

ステップS2)下流スイッチP2では、上流へのP2PトンネルT2を用いてその視聴要求を送信する。

0027

ステップS3)視聴要求を受け取った上流スイッチP1は、上流ルータR1へ視聴要求を送信する。

0028

ステップS4)上流のルータR1は視聴要求に応じてマルチキャストパケットをスイッチP1へと送信する。このとき、ステップS3で視聴要求を受けとったインタフェースと同じインタフェースにて送信する。

0029

ステップS5)上流スイッチP1はP2MPトンネルT1を用いて、下流スイッチP2、P3へマルチキャストパケットを転送する。

0030

ステップS6)下流スイッチP2はP2MPトンネルT1で受信したパケットを下流のルータR2へと転送する。このとき、ステップS1で視聴要求を受け取ったインタフェースと同じインタフェースにて送信する。

0031

ステップS7)下流のルータR2はマルチキャストパケットを受信し、下流へと送信する。

0032

(スイッチの機能について)
図5に、上流ルータR1と接続されるスイッチP1の機能構成を示す。図5に示すように、スイッチP1は、ルータインタフェース−トンネル接続機能部A1、ルータインタフェース−トンネル接続機能部B1を有する。また、スイッチP1は、インタフェースP1-IFによりルータR1と接続される。

0033

図5に示すとおり、ルータインタフェース−トンネル接続機能部A1は、ルータR1からのパケットをトンネルT1へ送信する。すなわち、ルータR1に接続されたインタフェースP1-IFで受信したパケットをトンネルT1へ送信する。ルータインタフェース−トンネル接続機能部B1は、トンネルT2、T3からのパケットをルータR1へ送信する。

0034

すなわち、スイッチP1において、下流向きのP2MPトンネルであるトンネルT1と、逆方向のP2PトンネルであるトンネルT2、T3とが紐付けられ、トンネルT2、T3から受信したパケットをルータR1に送信し、ルータR1から受信したパケットをトンネルT1に送信するように構成される。

0035

図6に、下流ルータR2と接続されるスイッチP2の機能構成を示す。図6に示すように、スイッチP2は、ルータインタフェース−トンネル接続機能部A2、ルータインタフェース−トンネル接続機能部B2を有する。また、スイッチP2は、インタフェースP2-IFによりルータR2と接続される。

0036

図6に示すとおり、ルータインタフェース−トンネル接続機能部A2は、トンネルT1からのパケットをルータR2へと送信する。また、ルータインタフェース−トンネル接続機能部B2は、ルータR2からのパケットをトンネルT2へ送信する。

0037

すなわち、スイッチP2において、下流向きのP2MPトンネルであるトンネルT1と、逆方向のP2PトンネルであるトンネルT2とが紐付けられ、ルータR2から受信したパケットをトンネルT2に送信し、トンネルT1から受信したパケットをルータR2に送信するように構成される。

0038

図7に、下流ルータR3と接続されるスイッチP3の機能構成を示す。図7に示すように、スイッチP3は、ルータインタフェース−トンネル接続機能部A3、ルータインタフェース−トンネル接続機能部B3を有する。また、スイッチP3は、インタフェースP3-IFによりルータR3と接続される。

0039

図7に示すとおり、ルータインタフェース−トンネル接続機能部A3は、トンネルT1からのパケットをルータR3へと送信する。また、ルータインタフェース−トンネル接続機能部B3は、ルータR3からのパケットをトンネルT3へ送信する。

0040

すなわち、スイッチP3において、下流向きのP2MPトンネルであるトンネルT1と、逆方向のP2PトンネルであるトンネルT3とが紐付けられ、ルータR3から受信したパケットをトンネルT3に送信し、トンネルT1から受信したパケットをルータR3に送信するように構成される。

0041

上記構成により、ルータR1からトンネルT1へ送信されたパケットは、トンネルT1によってルータR2、R3へとマルチキャスト転送され、逆にルータR2、R3からスイッチP2、P3へ送信されたパケットは、トンネルT2、T3によってルータR1へとユニキャスト転送される機能を実現できる。

0042

なお、各スイッチにおける上述した各機能部は、例えば、当該スイッチにおいて実行されるプログラムにより実現することが可能である。すなわち、各スイッチにおける上述した各機能部は、スイッチが備えるCPUやメモリなどのハードウェア資源を用いて、当該機能部に対応するプログラムを実行することによって実現することが可能である。なお、各機能部をプログラムにより実現することは一例に過ぎず、各機能部をハードウェア回路を用いて実現することもできる。

0043

(ルータの機能について)
トンネルによって視聴要求を伝え、トンネルによってマルチキャストパケットを送受信する機能について図8を参照して説明する。

0044

図8に示すとおり、各ルータでは、スイッチ向かいのインタフェースIF1、IF2、IF3でPIMを有効にし、インタフェースIF1とIF2間、及びインタフェースIF1とIF3間でPIM隣接関係を確立させる。更に、IF1からIF2、IF3へ、マルチキャストソースアドレスの経路情報を広告し、結果としてルータR2においてIF2が、ルータR3においてIF3がマルチキャストソースアドレスへのネクストホップとなるようにする。経路情報交換の方法は任意であり、例えばOSPFやBGP等が用いられる。

0045

PIMの動作としては、マルチキャストソースアドレスへのネクストホップとなっているインタフェースに対して視聴要求パケットを送信する。また、そのインタフェースからのみマルチキャストトラフィックを受信する。

0046

従って、上記のIF1、IF2、IF3へのPIM設定および経路広告を実施すると、IF2、IF3によって視聴要求パケットを送信するようになり、またIF2、IF3においてマルチキャストパケットを受信するようになる。

0047

(まとめ、効果)
上記のように、上流からのパケットをマルチキャスト転送、下流からのパケットをユニキャスト転送するために、P2MPトンネルに対して、逆方向のP2Pトンネルを紐付ける構成を用いることにより、片方向にしかトラフィックを流せないP2MP型のトンネルを用いて、視聴要求に応じた動的なマルチキャストを実現することが可能となる。

0048

本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。

0049

R1〜R3ルータ
P1〜P4 スイッチ
T1片方向P2MP型トンネル
T2、T3 片方向P2P型トンネル

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