NTMobile による無線メッシュネットワーク内通信方式の提案

NTMobile

110430089

渡邊研究室

1.

スマートフォンの普及により，ユーザがネットワークを 利用する場面が多様化している. 中でも災害時のような場 面ではスマートフォンを連絡手段として使用することが考 えられ，携帯電話網が繋がらなくなった場合でもIP^ネッ トワークで確実に通信を行える無線メッシュネットワーク は有用な手段である.

本稿では，通信接続性や移動透過性を実現できる技術とし て我々が提案しているNTMobile(Network Traversal with Mobility)を利用して，無線メッシュネットワークでスマー トフォンどうしの通信を行える手法について提案する.

2. NTMobile

NTMobile[1]^は，NTMobile^{を実装した}NTM^端末，NTM 端末の管理及びUDPトンネルの構築指示を行うDC(Direction Coordinator)^{で構成される}. NTM^{端末はネットワークか} ら取得する実IP^{アドレスと，}DC^{から割り当てられる仮} 想IP^{アドレスを保持する}. NTM端末のアプリケーション は仮想IPアドレスで自身および相手を認識する. ^実際の 通信はNTM端末のカーネルにて仮想IP^{アドレスを実}IP アドレスでカプセル化し，NTM端末間で構築したトンネ ルによって通信を行う.

3.

無線化したアクセスポイントをWAP(Wireless Access Point)^と呼び，WAPを被災地に適切に配置して無線メッ シュネットワークを構築する. NTMobile^{とルータの機能} を付加したWAP^をGWAP(Gateway WAP)^{と呼び，外} 部IPネットワークとの接続を行う. WAP^{はインフラスト} ラクチャモードで配下のNTM端末を収容し，アドホック モードでWAP^{どうしを結合する}. ^なお，NTM^端末1^は WAP1^の，NTM^端末2^はWAP2^{の配下にあり，}GWAP^， WAP1^，WAP2は互いに電波の届く範囲に設置されている ものとする. ^また，DCは外部ネットワーク上に設置され，

DC^{への通信は}GWAP^{を経由する}. 3. 1 起動時の処理

図1 に 各 機 器 が 起 動 し た 時 の 動 作 シ ー ケ ン ス を 示 す. GWAPは起動時に自身を管理するDC^{に対して実アドレ} ス登録処理を行う. DC^{は登録を行った後，}GWAP^に仮想 IP^{アドレスを割り当てる}. GWAP^はAutoIP^{によりアド} ホック通信用のIP^{アドレスを生成する}. ^一方WAP^は起動 時にAutoIPを行い，アドホック通信用のIP^{アドレスを生} 成する. WAPは半固定的に設置されることを想定し，ア ドホックルーティングプロトコルはProactive^型のOLSR を使用する.

NTM^{端末は起動時に，}DHCP^{の機能により直近の}WAP からプライベートIPアドレスとともに，名前解決用のIP アドレス，ゲートウェイのIP^{アドレス，および}E2E(End to End)^{フラグを取得する}. E2E^{フラグとは}NTM^端末ど うしが直接通信できることを示すフラグである. NTM^端 末は起動時に自身を管理するDC^{にアドレス登録を行う}. この時DCはグローバル上にあるため，NTM^{端末はゲー} トウェイであるGWAPのアドレス解決を行い，GWAP^に 向 け てARP Request^{を 送 信 す る}. ^{送 信 元 の}WAP^{は こ}

NTM端末 WAP1 WAP2 GWAP DC

AutoIP AutoIP

●

Registration Request/Response

AutoIP

●

DHCP

●

ARP Response

UDP Tunnel ARP

Request MNT

Request/Response Route Generation for OLSR Protocol

Registration Request/Response

図1: 起動時の処理

NTM端末1 WAP1 WAP2 GWAP DC

Direction Request

NTM端末2

Route Direction Adhoc Tunnel(AT)

Adhoc Tunnel

AT ARP Response

ARP Request MNT

Request/Response

Tunnel Request/Response

UDP Tunnel AT

Original IP Header Outer IP Header

VIPNTM1→VIPNTM2 RIP_NTM1→RIP_NTM2 VIPNTM1→

VIPNTM2 RIP_NTM1→

RIP_NTM2

RIP_WAP1→RIP_WAP2

VIP_NTM1→

VIPNTM2 RIP_NTM1→

RIP_NTM2 RIP_X：Xの実IPアドレス VIP_X：Xの仮想IPアドレス

図 2: 通信開始時の処理

れを受信すると，自身にMNT(Mesh Network Table)^を 生成するとともに，MNT Request^{をフラッディングする}. このメッセージを受信した各WAP^はMNT^{を生成する}. GWAP^はさらにMNT Response^を送信元WAP^に送信 する. ^送信元WAP^{がこれを受信すると}GWAP^のアドレ ス情報をMNT^{に追加し，送信元}NTM^端末にARP^応答 を返送する. ^以降，WAP配下の端末からの通信パケット はWAP^のIPアドレスでカプセル化される. ARP^応答受 信後，NTM^端末はDC^宛にRegistration Request^を送信 する. GWAP^はNATの機能を持ち，アドレス変換された 後DC^{に送られる}.

3. 2 通信開始時の処理

図2^にNTM^端末1^がNTM^端末2^{に通信を行う時の} 動作シーケンスを示す. NTM^端末1^はDirection Request のオプションにE2E^{フラグを付加して}DC^{宛に送信する}. DC^{はこれを受信すると}NTM^端末2^{の名前解決を行う}. この結果，NTM^端末1^およびNTM^端末2^{の位置関係は} 同一のGWAP^{内にいると判断できる}.^また，E2E^フラグ により直接通信が行えると判断できる. DC^はNTM^端末1 にNTM^端末2^の，NTM^端末2^にNTM^端末1^のアドレ ス情報を記載したRoute Direction^{を各々送信する}. NTM 端末1^{はこれを受信すると，}3.1^{と同様の方法で}NTM^端 末2^のMAC^{アドレス解決を行う}. MNT^{を生成した後，}

Tunnel Request/Responseを交換し，トンネル経路を生成 する. ^{以後は仮想}IPアドレスをプライベートIP^アドレ スでカプセル化したデータの送受信が行われる. WAP1^と WAP2^間はNTMobileのトンネルとメッシュネットワー クのトンネルが二重に生成される.

以上の方法により，NTM端末どうしの通信を確立でき る. さらに通信中に移動しても通信が継続される.

4.

NTMobileによる無線メッシュネットワークの実現に関 する検討を行った. 今後は実装，評価を行う予定である. 参考文献

[1] ^{鈴木．他：}NTMobileにおける通信接続性の確立手法と 実装，情報処理学会論文誌，Vol.54^，No.1^，pp.367-379^， 2013^．

渡邊研究室

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

◦



◦

◦



◦ TCP/IP

IP

◦

◦



◦



◦

◦ NTMobile

Internet

DC RS

NTM端末2 NTM端末3

NTM端末4

NAT NAT

NTM端末1 3G

Network NTM端末2

(移動前) ハンドオー

バー

・中継装置 ・端末の位置情報管理

・仮想IPアドレスの割り当て

・NTMobile を実装した端末

NAT

 NTMobile(Network Traversal with Mobility)

◦



◦

IP



IP



IP

◦ UDPトンネルによるデータの送受信



IP

IP



IP

IPヘッダ

(実IPアドレス)

^{(仮想IPアドレス)}



◦

◦

◦ AP間はアドホックモード⇒パケットはAP間を中継

◦

 WAPL(Wireless Access Point Link)

◦ APをWAP(Wireless AP)と呼称

◦



◦



◦ WAP間はカプセル化によるトンネル通信

 WAP

/

IPヘッダ

(WAPのIPアドレス)

(端末のIPアドレス)

 WAPL

NTMobile

◦ NTMobileとWAPLの特徴を生かしたシステム

 NTMobile

 WAPL

 WAPL

◦ GWAPにNTMobileを実装(NGWAP)

◦ E2E(End to End)フラグの導入(※後述)

 NTM

DC

IP

 WAP

AutoIP

IP

 NTM

1

DC

 DC



NGWAP DC NTM端末1 WAP1 WAP2

経路指示要求

NTM端末2

Adhoc Tunnel Adhoc Tunnel 経路指示

トンネル構築要求/応答 Adhoc Tunnel

Adhoc Tunnel

MNT生成処理

経路指示

 NTM端末は仮想IPアドレスを実IPアドレスでカプセル化/デカプセル化

 WAP

IP

/

 NTMobile

◦

◦

◦

⇒

RS



NAT

◦

 E2E(End to End)

◦

◦ DHCP

WAP

◦ Direction Request(

)

⇒RS



NAT

 DC

E2E

 RS

NGWAP DC NTM端末1 WAP1

WAP2

経路指示要求

NTM端末2

Adhoc Tunnel Adhoc Tunnel

トンネル構築要求/応答

Adhoc Tunnel

E2Eフラグ付加

直接通信 と判断

Adhoc Tunnel

 NTMobile

◦ NTMobileとWAPLを組み合わせることにより自由に移動可能



◦

◦ RSを一切経由しない経路を構築



◦

 ARP

MNT



WAP

MNT

 ARP

MNT



WAP

MNT



◦



◦

◦



 WAP



WAP



WAP



NTMobile

 NGWAP

NAT





NTMobile

 NGWAP

NAT



RS

 RS

 NGWAP

NTMobile



NGWAP

NTM

 NGWAP

IP

 DC

DNS

 TXT

(NTMobile

)

◦

◦

⇒

NTM