災害時における無線メッシュネットワークを用いた

災害時における無線メッシュネットワークを用いた 孤立無線ネットワーク復旧手法の提案

040430703 永井  順也 渡邊研究室

1. はじめに

災害等の被害により，無線ネットワークの無線 アクセスポイント（AP）を接続する有線ケーブル が切断されるという状況が考えられる．このとき，

無線端末が孤立したAP に接続し続け，外部ネッ トワークとの通信機会を失ってしまうことが懸 念される．本研究では，我々が無線メッシュネッ トワークの一実現方式として研究を行っている WAPL(Wireless Access Point Link)[1][2]を拡張して，

AP の孤立した状態を素早く復旧させ，無線端末 を元のネットワークに接続する方法を提案する．

2. WAPL

WAPLではWAPL独自のAPをWAP(Wireless Access Point)と呼称する．WAPはインフラストラ クチャモードとアドホックモードの無線インタ フェースを持つ．インフラストラクチャモードの インタフェースは一般のAPと同様に無線端末と 接続する．アドホックモードのインタフェースは WAP同士でアドホックネットワークを形成する．

無線端末は離れた通信相手に対して，WAPを中継 して通信する．無線端末が通信を開始する前に，

WAPと無線端末の対応関係がわかっている必要 があるが，WAPLでは対応関係をオンデマンドで 生成するため，制御パケットの負担が少ないとい う特徴がある．WAPLでは，利用するアドホック ネットワークをMANETのルーティングプロトコ ルから自由に選択できる．また端末が移動しても パケットロスのないシームレスなハンドオーバ ーを実現できる．

3. 提案方式

提案方式では，インターネットから孤立したAP の孤立ネットワークを WAPL が提供するネット ワークを介して元のネットワークに復旧させる．

孤立ネットワークとWAPLの接続はWAPが孤立

APの配下端末となることで確立する．

これを実現するため，図.1のように，WAPにAP 配下端末として接続できる機能を新たに追加し た ． こ の AP の 配 下 端 末 と な る WAP を R-WAP(Relaying Wireless Access Point) と呼称す る．R-WAPを孤立ネットワークと元の無線ネット ワークにそれぞれ無線 LAN クライアントとして AP の配下に設置する．経路生成とパケットの中 継方法を図.2に示す．経路生成は端末からのARP をトリガにして，相手端末と WAP の関係テーブ ルLT(Link Table)を生成することで実現する．図.2 のように ARP 内の情報を用いることにより互い のR-WAPに相手端末へのLTが生成され，以後の データパケットはR-WAPのIPアドレスによりカ プセリングされて中継される．

宛先 送信元

端末1

孤立無線ネットワーク

AP2 元の無線ネットワーク

A.2

A.1 W.1 W.2 A.5 A.3 A.4

IPパケット

宛先 送信元 宛先^{カプセル化}送信元

W.2 W.1 A.4 A.1 A.4 A.1

A.6R-WAP R-WAP

ARP Reqest LT Reqest 代理

ARP Reqest ARP Reply LT Reply

代理 ARP Reply ネットワーク部 ホスト部

英字.数字 IP

LT ARP←

ARP LT←

デカプ セル化 Infrastructure mode

adhoc network

宛先 送信元

A.4 A.1 AP1

カプ セル化

端末2

LT

→ARP ARP

→LT

図.2 経路生成とパケット中継シーケンス

4. むすび

孤立した無線ネットワークの復旧を実現する ためにAPとWAPLを介して，切断されたネット ワーク間のパケットを中継する方法を提案した．

今後は実装と評価を行う.

参考文献   

[1] 加藤 佳之,伊藤将志,渡邊晃 無線アクセスポイント リンク ”WAPL” の提案と評価（DICOMO2007 シンポジウム 論文集， Vol.2007，No.1，pp.9-15）

図.1 R-WAP概要

災害時における無線メッシュネットワークを用いた 孤立無線ネットワーク復旧手法の提案

Proposal of method of restoring wireless isolation network at the disaster where wireless mesh network was used

渡邊研究室

永井順也

はじめに

The Internet

AP

無線端末 端末 端末

サーバ 端末

ルータ

ネットワークが破壊され外部との通信 が不能になるという状況が考えられる

近年，無線

LAN

災害等の被害によりネットワーク が破壊されると全壊，半壊，健全 のネットワークが混在する

ネットワークに無線アクセスポイント (AP)が存在することが考えられる

半壊のネットワークに限定

課題 孤立無線ネットワーク

孤立無線ネットワークの AP 自体は正常

孤立無線ネットワークが 発生

無線ネットワークとインターネットとの間に 障害が発生した場合

無線端末

端末 端末

サーバ 端末

ルータ

孤立無線 ネットワーク

孤立無線ネットワーク内 に存在する AP を使って ネットワークの復旧がで

きないか

孤立無線ネットワーク内 に存在する AP を使って ネットワークの復旧がで

きないか

接続 復旧

孤立無線ネットワークの発生例

端末 端末

ルータ(デフォルト ゲートウェイ)

無線ネットワーク

ネットワ ーク部

ホスト 部

英字.数字

A.3 IP

A.5

A.1

A.4 A.2

孤立無線ネットワークの発生例

端末 端末

ルータ(デフォルト ゲートウェイ)

無線ネットワーク

ネットワ ーク部

ホスト 部

英字.数字

A.3 IP

A.5

A.1

A.4 A.2

孤立無線ネットワークの発生例 障害発生

孤立AP

外部ネットワークに接続 できる

外部ネットワークに接続 できない

復旧概要

端末 端末

孤立無線ネットワーク

ルータ(デフォルト ゲートウェイ)

元の無線ネットワーク

英字.数字

IP

A.3

A.5

A.1

A.4 A.2

ネットワ ーク部

ホスト 部

無線メッシュネットワークを使って 新たな経路を形成

無線メッシュネットワークを使って 新たな経路を形成

新たな 経路

具体的な説明の前に 無線 LAN の種類

インフラストラクチャモード アドホックネットワーク

⇒一般的な無線

LAN

⇒無線端末は無線アクセスポ イント

(AP)

⇒

AP

⇒研究段階のネットワーク

⇒無線端末同士が直接通信

⇒遠くの端末とはバケツリレー 方式で通信

無線 ^AP間は

有線

具体的な説明の前に 無線メッシュネットワーク

インフラストラクチャモード

＋ ＝

AP間が

有線 AP間が

無線

無線メッシュネットワーク

⇒研究段階のネットワーク

⇒

AP

無線メッシュネットワークシステム WAPL

WAPL(Wireless Access Point Link)

¾

¾WAPL

AP

WAP

¾WAP

2

¾WAP-

WAP

無線メッシュネットワークシステム WAPL

WAPL(Wireless Access Point Link)

¾

(

ITS

)

¾

¾WAP

WAP

アプリケーションレベル

ネットワークスタック

カプセル化処理 テーブル管理 メッセージ制御 近隣通信の監視

アドホック ルーティング プロトコル

802.11

802.11

WAP

IF1

端末 間通信

IF2

間通信

自由に選ぶ ことができる

WAPL を用いた無線メッシュネットワーク

無線端末2 宛のパケット

WAP2宛に カプセル化した

パケット

無線端末1 無線端末2

WAP1 WAP2

端末

1 データ

送信元 端末

2 データ

送信元

WAP1

カプセル化

各

WAP

WAP

端末 2

宛先

端末

1 データ

送信元

端末 2

宛先 宛先

WAP2 端末2に接続 しているWAP

端末 1

カプセル化

MACアドレスまで含めてカプセル化

デカプセル化

追加

R-WAP(Relay - Wireless Access Point)

¾ 孤立した AP に対してクライアントとして AP の配下に 入り，パケットを中継する

WAP の拡張 -R-WAP-

WAP

AP

WAP

AP

追加

今までと逆の 立場で接続 今までと逆の 立場で接続

復旧方法

端末 端末

孤立無線ネットワーク

ルータ(デフォルト ゲートウェイ)

元の無線ネットワーク

ネットワ ーク部

ホスト 部

英字.数字

A.3 IP

A.5

A.1

A.4 A.2

復旧方法

AP1の配下端末 として接続

AP2の配下端末 として接続

APに変更を 加える必要

はない

復旧方法

R-WAP間の経路はア ドホックネットワークの ルーティングプロトコル

複雑なネット ワーク設定は

復旧方法

以後，R-WAPはブリッジ としてパケットを中継

復旧方法

以前の 経路

APは受け取っ たパケットをブ ロードキャスト

R-WAPはMACレベルで パケットを変えることなく

中継

送信元MACアドレス は端末1

端末2へ通信

時間が経過する とブリッジ経路

表がリセット ブリッジ経路表

が更新

復旧方法

以前の 経路

ブリッジ経路表 が更新

以後，パケットはR-WAP を通るようになる

復旧方法

以後，パケットはR-WAP を通るようになる

固定端末 も同様

実装

IEEE802.11

infrastructure Ethernet 変換

Ethernet IEEE802.11

adhoc

無線端末側 WAP側

MANET IP層

データリンク層 トランスポート層 アプリケーション層

ノートPC

パケット解析・

判断

無線AP SOCKET

パケット解 析・判断 カプセル化

デカプセル化 LT

処理 Link Table

LT message ARP

IP

Capsuled  IP

IP Capsuled 

IP

SOCKET WAP

パケット解析・

判断

パケット解 析・判断 SOCKET

IEEE802.11

infrastructure 無線クライアン

トカード

追 加

シンプルに提案方式を実現可能 実装済の

WAP

検討の結果，WAP に無線クライアント カードを追加し，プ ログラムを改造する ことで実現できる

今後

The Internet

無線端末1 無線端末2

完全孤立無線ネットワークA

デフォルト ゲートウェイ

AP

The Internet

AP

デフォルト ゲートウェイ

Network C

無線ネットワークB

The Internet GWAP(Gateway WAP)

を利用してインターネット と接続

R-WAPを発展させて 異なるネットワークと

接続

R-WAPを発展させて 異なるネットワークと

接続

固定端末

まとめ

• 本発表

無線メッシュネットワークシステムを用いてネットワー クを復旧するための方法

– WAP に AP 接続機能を追加→ R-WAP – R-WAP により孤立 AP と接続

– クライアントとして AP の配下に入り，パケットを中 継

• 今後の課題 – 実装と検討

– 異なるネットワーク間の接続