PowerPoint プレゼンテーション

無線

LAN とモバイルIPによる

路車間通信の現状

2003/09/24 電子情報通信学会ソサイエティ大会

真野 浩 ルート株式会社

hmano

@root-hq.com

http://www.root-hq.com/

PA-3. 次世代ITS通信 -

標準化に向けて-内容

Mobile IPを使用した、走行中の車両へのネットワーク接続

無線

LINKとして、IEEE802.11b 2.4GHz無線LANを利用

道路沿いに基地局を設置し、セル間をモバイル

IPによりハン

ドオーバーさせる。

認証および高速ハンドオーバーを考慮したプロトコル

(MISP)

を利用

車両内は、モバイルルーターにより終端し、独立したネット

ワークが構築される

(MNET)

システム

„

Authentication Server、Home Agent Server、MIS Manager、

Access Controller-W、移動モバイルルータで構成されたシステ

ムによって高速移動体通信を実現。

高速移動体通信の機能

„

高速移動中でも切れることなくスムーズに

IPネットワークへのア

クセスを実現

ターゲット市場

„

路車間通信、移動車両通信市場

„

プラント、コンテナヤード、バスターミナルなど

„

テレマティックス

Mobile IP Solution(1)

移動体通信系

IP携帯電話、テレマティックス、列車IP通信

※Authentication Server

※Mobile IP Solution

PC 移動車 IPカメラ VoIP ※移動モバイル ルータ ※Home Agent

Server ※MIS Manager

管理事務所 ※移動モバイル ルータ ※Access Controller-W 移動 ※移動モバイル ルータ ※Access Controller-W ※移動モバイル ルータ ※Access Controller-W 移動

IP Network

Road to Vehicle

260km/h程度の高速移動中でも途切れることなく

無線によるIPネットワークへのアクセスを実現

Authentication

Server PC UNIXOS: Free BSD Authentication_{Server S/W}

Home Agent Server

Hardware

Software

Home Agent Server S/W

MIS Manager OS： ①Linux RedHat+ORACLE ②PostgｒeSQL MIS Manager S/W PC UNIX OS: Free BSD Access Controller-W SIS専用 ファームウェア （BRD） 移動モバイルルータからのネットワーク接続 要求に対し、Access Controllerと連動して 認証、暗号鍵の解読、接続制御を行う 移動モバイルルータの位置情報（気付けアド レス）を管理し、IPモビリティの確保、制御を 行う 各種項目の設定、移動モバイルルータの接 続権限、接続状況、接続履歴など集中管理 を行うまた外部へLDAPでのI/Fを提供 配下に無線接続された各移動モバイルルー タが正式な、ユーザーかAuthentication サーバへ認証の解読依頼や、通信パケット の暗号化を行う

システム動作内容

システム構成

無線IPルータ 移動モバイル ルータ SIS専用 ファームウェア （MHD）

無線IPルータ 移動車両に搭載。Access Controller-Wと無線接続され、車両内に設置されるネット ワーク機器とイーサネット接続される

Access Controller-W

（

RGW2400/APF-BRD）

光ファイバーインターフェイス

２芯でマルチドロップが可能

ATM等の高価な集線設備が不要

ループ構成による

2重化が可能

RGW2400/APF 無線機規格 RCR STD-33 およびARIB STD-T66 変調方式 DSSS（スペクトラム直接拡散方式） 周波数 2.4GHｚ帯（2400∼2497MHz） チャンネル 2412∼2472MHz(5MHzSTEP) 2484MHz 空中線電力 10ｍW/MHz（最大) 伝送速度 1・2・5.5・11Mbps 実行速度 最大4.5Mbps ※使用環境により異なる ベース変調 PSK 1・2  CCK 5.5・11Mｂｐｓ 伝送距離 最大3km ※使用環境により異なる MACプロトコル IEEE802.11bに準拠

規格 IEEE802.3 Clause 25 100BASE-TXに準拠 ポート数 2 適合光ファイバ 石英系シングルモードファイバ  コア/クラッド径：10/125μm 適合光コネクタ SC型光コネクタ 発光素子 LD 波長 1300nm帯 ファイバ内入射レベル -15∼-8dBm 受光レベル -30∼-8dBm スイッチング方式 ストアアンドフォワード アドレステーブル 1023/2ポート フォワーディングレート 148,000pps（100BASE-TX 64byte） フィルタリングレート 148,000pps（100BASE-TX 64byte） 電源 AC100V（ACパワーケーブル） 消費電力 15W 30VA サイズ（突起物含まず） 310(W)×200(D)×135（H） 重量 約6kg 表示機能 LED表示 Power、OptLink、起動インジケータ 仕様 SW-HUB部 一般 光部 無線部

移動モバイルルータ

（

RGW2400/ID-MHD）

RGW2400/ID 無線機規格 RCR STD-33およびARIB STD-T66 変調方式 DSSS（スペクトラム直接拡散方式） 周波数 2.4GHｚ帯 チャンネル 2412∼2472MHz（5MHzSTEP）2484MHz 空中線電力 10ｍW/MHz（ 伝送速度 1・2・5.5・11Mbps ベース変調 PSK 1･2  CCK 5.5・11Mｂｐｓ 伝送距離 最大3km ※使用環境により異なる 伝送速度 最大4.5Mbps ※使用環境により異なる MACプロトコル IEEE802.11b準拠 10BASE-T(RJ45) 1Port 通信プロトコル Ethernet/IEEE802.3 ルーティングプロトコル RIPv2 電源 AC100V（ACアダプタ） サイズ（突起物含まず） 220(W)×209(D)×50（H） 重量 約600g インターフェイス LAN部 一般 仕様 無線部

除雪車用振動対策仕様の例

高速版

(Celeron 400MHz搭載)

Access Controller-W使用タイプ

カージオイドアンテナ（

KA-00）

□指向特性(例)

＜中心周波数＞

dB=20Log

₁₀

(電界強度比)

E面

■アンテナ標準仕様 仕様項目 仕様内容 1 アンテナ形式 反射素子付コリニアアンテナ 2 型名 KA-00 3 用途 固定局用 4 仕様周波数 2400∼2500MHz 5 入力インピーダンス 公称 50Ω 6 VSWR 対域内 1.5 以下 7 利得 公称 6dBi（コネクタ端末にて） 8 指向性 E 面半値角：約 23° H 面半値角：約 140° 9 絶縁抵抗 給電点にて乾燥時、DC500V にて 500MΩ以上 10 耐電圧 給電点にて乾燥時、AC1000V1 分間加え異常ないこと 11 給電部接栓座 N-P 型 12 給電ケーブル 3D-LEF、5m（ケーブルロス：約 4dB） 13 アンテナ重量 約 1.5kg（取付金具含む） 14 最大受風荷重 約 3.9kg（60m/sec の時、取付金具含まず） 15 取付 取付金具組込済み 16 耐温湿度 -10∼+50℃、20∼95％ 備考 ９０ﾟ ６０ﾟ ３０ﾟ ０ﾟ ３３０ﾟ ３００ﾟ ２４０ﾟ ２１０ﾟ １８０ﾟ １５０ﾟ １２０ﾟ ₁ 2 5

移動モバイルルータ使用タイプ

3段コリニアアンテナ（SA-00）

□指向特性(例)

＜中心周波数＞

dB=20Log

₁₀

(電界強度比)

E面

■アンテナ標準仕様 仕様項目 仕様内容 1 アンテナ形式 コーリニアアンテナ 2 型名 SA-00 3 用途 固定局用 4 仕様周波数 2400∼2500MHz 5 入力インピーダンス _{公称 50Ω} 6 VSWR 対域内 1.7 以下 7 利得 公称 3dBi（コネクタ端末にて） 8 指向性 E 面半値角：約 23° H 面：公称無指向性 9 絶縁抵抗 給電点にて乾燥時、DC500V にて 500MΩ以上 10 耐電圧 給電点にて乾燥時、AC1000V1 分間加え異常ないこと 11 給電部接栓座 N-P 型 12 給電ケーブル 5D-2V、5m（ケーブルロス：約 3dB） 13 アンテナ重量 約 1.3kg（取付金具含む） 14 最大受風荷重 約 2.3kg（60m/sec の時、取付金具含まず） 15 取付 取付金具組込済み 16 耐温湿度 -10∼+50℃、20∼95％ 備考

MIS Manager

管理者向け

WEB IF

＜ユーザー管理＞

ユーザー情報、

ID、

パスワード、

アドレス管理を行います

＜利用状況管理＞

いつ、どこで、どの車両がネット

ワークへアクセスしているかの

確認ができます

＜施設管理＞

Access Controller-W

サーバーなどイベント管理

の各施設情報を設定します

Mobile IP Solution

MIS

MIS

＜サーバ管理＞

Authenticationサーバ

Home Agentサーバ

Access Controller-W

の登録、変更、削除が

できます

<イベント管理＞

誰が、どこに、何時から

何時までアクセスできるか

設定できます

機能概要

接続

„

ネットワーク接続のための専用ソフトを提供

„

クライアントはネットワークに接続する際に、専用ソフトによる認証を行い、許可

されたユーザーのみ接続することが可能

„

2層〈データリンク層）での接続認証

„

Mobile IP使用によりスムーズな基地局移動を実現（無線使用の場合）

通信路を暗号化

„

強固な暗号化技術（

AES）により通信中のデータは全て保護

„

セッション管理を行い、通信中のセッションジャック、なりすましを防止

„

アプリケーションにとらわれない通信路（他暗号化も使用も可能）

接続日時、場所を設定可能

„

決められた日時、場所のみ接続といった設定が可能

„

接続場所毎に異なるコンテンツを提供することが可能

管理

„

MIP Manager WEB IFでのユーザー管理

MISP

„

無線区間に使用。

„

L２で認証、IPアドレス割当、暗号化を行う。

„

認証が高速

„

高セキュリティ

MobileIP

„

RFC2002準拠。

„

ネットワークをまたいだハンドオーバーを

L3で実現。

MISPとMobileIP

セキュリティ問題と対策

The Internet

アカウント パスワード SSID WEP （例）○△.net （例）100 SSID WEP

LAN

《偽基地局》

Ａ

Ｂ

Ｃ

2.なりすましによる不正アクセス

3.偽基地局による搾取

A,B,C・・・は相互につながっている 他の人のデータが丸見え。

Login

Ａ

Ｂ

Ｃ

認証局 MIS

MBA方式

○１人一人個別のkeyで暗号化

○認証は、認証局で行われる

《偽基地局》

×

_×

×

認証局と接続していない

基地局は接続不可能

MIS基地局

1.通信の傍受

正規利用者

Authentication Server Access Controller-W

Handover

Home Agent Server Mobile Manager Access Controller-W

①

②

ＩP Nｅｔwork

③

④

⑤

Comparing strength

of radio signal

PC IP camera VoIP Mobile Router PC IP camera VoIP Mobile Router

Mobile IP Solution(3)

サーバ

①各鍵の登録 KEY3 ①各鍵の登録 KEY1 ①各鍵の登録 KEY3 KEY1 ③セッション鍵KEY2を生成 ②MHDがビーコンを受信し、 AC-Wを認知 Home Agentサーバ

（HA) Authenticationサーバ（Auth) Access Controller-W（AC-W)

移動モバイルルータ （MHD） ビーコン KEY2 KEY2 ⑦-a 以降、AC-Wと MHDは、共通鍵KEY2 を用いた暗号化通信 ④KEY2を共通KEY1で暗号化 接続要求を送出 ⑤AUTHに鍵の解読依頼 ⑥-a 共通鍵KEY1によりKEY2を解読 ⑦COAアドレスの付与 _COA ⑧HAに対し、KEY3を用いてCOAを登録 ⑩これ以降、COAが 登録できた場合、ホー ムアドレス、出来ない 場合はCOAをソース アドレスとして通信 以降③∼⑩の動作を1分毎に繰り返し ⑥-b KE1による解読が不可能な場合、 基地局に対し接続拒否を通知 ⑦-b 接続断

セキュリティイメージ（認証・接続手順）

⑨KEY3が一致すれば、COAを登録 登録結果をClientへ通知 KEY1 KEY2 KEY1 KEY2 KEY3 COA

Mobile IP Solution

高速ハンドオーバ

の優位性

最新の高速ハンドオーバー技術・認証技術

連続した無線区間で、ハンドオーバーが可能。

„

端末（移動モバイルルータ）認証、鍵交換、

IPアドレスの取得までを、

Authenticationサーバと端末の間で１往復のパケット交換で実現。

„

Home Agentサーバへの気付けアドレス(COA)の登録も、Home Agen

サーバ

tと端末（移動モバイルルータ）の間で１往復のパケット交換で実

Authentication Server Access Controller-W

Handover

Home Agent Server Mobile Manager Access Controller-W

Comparing strength

of radio signal

PC IP camera VoIP Mobile Router PC IP camera VoIP Mobile Router

サーバ

ハンドオーバープロセス

IP Nｅｔwork

HA

AUTH

AC

Internet

MR

MISP Authentication

Request

Authentication

Request

Authentication OK

Beacon

Channel Scan

MISP Authentication

OK

MobileIP Binding

Update Request

MobileIP Binding

Update OK

MISP Session

Established

通信開始までの流れ

LAN

HA

AUTH

AC

MR

CN

Internet

通信中のパケット

LAN

無線ＬＡＮの干渉問題

ＦＨ ｖｓ ＤＳ

„

いずれの方法も、拡散率が低く、干渉除去特

性は十分ではない。

„

干渉問題に対する優劣を異なる方式間で比

較することは、無意味である。

ＩＥＥＥ

802.11ｂでの周波数再利用性

„

ＩＥＥＥ

802.11ｂの占有帯域幅は、22ＭＨｚでは

なく、所要Ｄ

/Ｕが得られる周波数離隔を保持

すれば周波数の再利用が可能。

ＩＥＥＥ

802.11ｂ(ＤＳ)

Ch間干渉時の所要D/U測定例

下図に示す構成で、ＤＳパケット波に対する所

要

D/U比を測定した。

無線局

1

無線局

2

無線局

3

ATT

+

ATT

PC1

PC1

所要

D/U測定結果

同一周波数での所要Ｄ

/Ｕ＝11ｄＢ

5ＭＨｚ（１ｃｈ）離隔での所要Ｄ/Ｕ=7ｄＢ

10ＭＨｚ（2ｃｈ）離隔での所要Ｄ/Ｕ=0.45ｄＢ

15ＭＨｚ（３ｃｈ）離隔での所要Ｄ/Ｕ=-9.3ｄＢ

D/U比（妨害=パケット） -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 0 10 20 30 40 50 60 70 周波数差（MHｚ） D/ U 比 （ｄ B ) D/U(get1M) D/U(get3M) D/U(put3M)

IEEE802.11ｂ(ＤＳ)

9chによるセル面的置局運用例

図のように

9chによるセル

配置を行うことで容易な展

開が可能となる。

障害対策や干渉地域への

対応用に５Ｃｈの予備Ｃｈ

を確保できる。

このケースは、全ての基

地局が相互に見渡せる自

由空間を想定した場合で

あり、このような環境は非

現実的であることから、よ

り置局設計は容易である。

11

3

7

2

8

12

13

1

6

11

3

7

2

8

12

13

1

6

3

7

12

1

6

11

3

7

2

8

12

13

1

6

11

3

7

2

8

12

13

1

6

11

3

7

2

8

12

13

1

6

11

2

8

13

4

5

9

10

14

セルサイズ設計

リンクマージン

[dB]=送信電力-受信感度

アンテナ利得

[dB]=送信アンテナ利得+受信アンテナ利得

自由空間損失

=PLoss[dB]

„

f:周波数［ＭＨｚ］

„

d：距離［ｍ］

リンクマージン+アンテナ利得>>自由空間損失

典型的な無線ＬＡＮの場合の計算例

„

リンクマージン ９４ｄＢ

„

アンテナ利得 ６ｄＢ（送受各３ｄＢの場合）

„

自由空間損失が１００ｄＢ＝９７２ｍがセルの最大半径となる。

⎟

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎜

⎝

⎛

•

+

=

]

[

300

]

[

log

20

22

10

f

MHz

m

d

PLoss

導入事例

導入事例 車両からの画像伝送

高速移動体通信 実証実験例

時速260kmで移動中の車両とIP通信を実現

時速260kmで移動中のオートバイのライダーが装着したPDAと無線基地局を介して

センター局の間でIP通信を実現

直線1.2kmに400m毎に設置した4台の無線基地局間の高速ハンドオーバーを実現

時速260kmで移動中の車両からの画像伝送を実現（Motion JPEG, Mpeg-4）

無線基地局（AC-W） コース風景 移動モバイルルータ MPEG4エンコーダ Mobile IP Solution サーバ 移動車両 _{車載カメラ} アンテナ 移動中の車内画像

実験イメージ図

移動局 _{無線移動局}

400m毎に無線基地局設置

LANで接続（間にはHUBを使用） Auth Home Agent

Mobile Manager センター局 MPEG4 Encoder カメラ（ NTSC) Motion JPEG 画像サーバ MPEG-4 画像サーバ 最高時速260kmで移動・ハンドオーバ 無線基地局② 無線基地局① 無線基地局③ 無線基地局④ PDA 移動局

ハンドオーバ

1. 接続状態

2. 切断処理

3. 基地局スキャン処理

4. 接続処理

1. 接続状態

切断処理

クライアントは

300[ms]以内に一つもビー

基地局スキャン

無線基地局

(Access Controller)からビーコ

ンを一定時間毎

(33[ms])に発信

クライアントは切断後、

100[ms]毎に

1~14chの各チャンネルで基地局をスキャ

ンする。

切断処理時間

+100[ms] x 14+接続処理

時間

ハンドオーバには

1.4Sec以上必要

高速移動とセルの関係

無線基地局間の距離：

400m

速度による基地局間を通過する時間

„

150km/h --- 9.6 Sec

„

200km/h --- 7.2 Sec

„

250km/h --- 5.8 Sec

高速移動時の諸条件

通信は、パケット交換である。

MTU1500

1500bytesのパケットを１１Ｍｂｐｓで送出する場

合、空間での送出時間は、

1mSec程度である。

1mSecの間に260km/hの移動体が移動する距

離は、

7.8cm程度である。

パケットロス

チャネルスキャンに起因するパケットロス

MobileIP Binding Updateに起因する

２台実装時のハンドオーバー

（１）

２台実装時のハンドオーバー

（２）

２台実装時のハンドオーバー

（３）

利用例

構内移動通信

„

プラント、工場、コンテナヤード、バスターミナル、での利用

テレマティックス

„

コンシューマ向け

Š

鉄道、バス、ガソリンスタンドの情報サービスプラットホーム

„

プライベートテレマティックス

Š

自販機管理、警備会社、ロジスティックスの業務システム

„

公共テレマティックス

Š

国土交通省、道路公団の路車間通信システム

„

無人化施工

Š

災害復旧現場などでの無人化施工工事

構内移動通信

コンテナヤード使用例

コンテナ船

※Access Controller-W IP Network IP NETWORK 接岸時に作業状況を 画像、音声で作業連絡 ゲートで移動車両の入構 手続きや進入経路の 業務連絡 センターにて作業状況 入構、業務連絡など ネットワークで集中管理 ※移動モバイル ルータ ※移動モバイル ルータ ※Access Controller-W ※移動モバイル ルータ ※Access Controller-W センター

無人化施工システム

工事現場において、画像伝送やデータ通信を利用して作業指示や作業 報

告を行うことにより、作業の効率化と精度向上

無人遠隔工事等

移動 工事現場 ※Access Controller-W 画像による 業態監視

モバイル端末利用イメージ

モバイル端末（PDA・PC・デジカメ）＋IEEE802.11b無線LANを利用し社

内、工場内の構内IPネットワークにアクセスを実現

Aブロック

構内移動

Bブロック ※Access Controller-W ※Home Agent サーバ ※Authentication サーバ ※MIS Manager センター、事務所

IP Network

IP Network

※Mobile IP Solution

※Access Controller-W 様々なIP携帯端末を利 用し構内を移動しての 業務連絡、音声通話 画像伝送を行う

テレマティックス

ガソリンスタンド等の

情報サービス

バス、鉄道などの

高速移動車両の接続

接続場所に依存した

コンテンツ提供が可能

At Bus Stop At Gus Stations At Train ST ＆ Railroad

プロトコルの普及に向けて

http://www.mbassoc.org

モバイルブロードバンド協会

学術会員は、会費無料

プロトコルを無償公開

実装コードも、オープンソース化

国土交通省 中部・近畿整備局

無線情報コンセント標準仕様にて採択し、近畿、

中部地区にて整備中

正しいディジタル化とは

サービスや機能の拡張が無い単なるディジタル化

は無意味

„

アナログコードレス電話→ディジタルコードレス電話は、

利用者メリットが希薄

ディジタル化に伴い、周波数利用全般での効率化

と共有化が可能であること

„

アナログ電話→ディジタル電話は、携帯電話事業者の

帯域のみ効率化を実現

他用途との共存、共有の可能性を常に検討する

„

ＥＴＣは、

ETC Over IP であれば、より効率的である。

周波数の効率化とは

多重化方式

„

空間多重

„

周波数多重

„

時間多重

すべての多重化が十分になされている状況こそが

効率的である。

現状は、１ないし２方式の多重化しかされていない。

ディジタル通信の特長をとらえたディジタル化

蓄積＆再送（

Store & Forward）が可能である

„

伝送路だけで、品質確保する必要はない。

„

上位層での再送は、物理層コストを低減する。

Š

必要降雨マージンの低減→ダイナミックレンジの縮小等

有限長のパケット伝送である（パケット交換）

„

時間率やＢＥＲを伝送路だけで追求することは無意味

Š

システムとしてのトレードオフを考慮すべきである。

離散的情報の伝達が目的であることを重視

同期保持を簡易化することが可能である。

„

トラフィックがない時は、空間（周波数）は開放される

同一周波数の複数用途での共有

物理層における異なる方式での周波数共有は困難

„

最終的には、用途毎に異なる周波数帯域を用意すること

になる。

ディジタル通信では、すべてのアプリケーションが、

ひとつの中間層で共存できる。

電話

NFM

放送

WFM

データ

QPSK

異なる変復調方式、電力、トポロジー間

での周波数共有は困難

異なる変復調方式、電力、トポロジー間

での周波数共有は困難

電話

放送 データ

ディジタル変復調

IP層

物理層を統一することで、異なるアプ

リケーションでの周波数共有が可能

物理層を統一することで、異なるアプ

リケーションでの周波数共有が可能

複数周波数、有線も含めた共有も可能

IP技術により異なる周波数を多目的に利用可能。

有線ネットワーク網との融合により電波利用の効率

化が可能。（必要なところだけ電波を利用）

ディジタル通信では、階層化された仕組みにより

柔軟性、拡張性を維持できる。

縦割りバインディングは、非効率、柔軟性、拡張性が無い。

電話

放送

データ

VHF

IP層

UHF SHF FTTH xDSL CATV

①次世代

ITS通信に期待するサービス

（上位

3項目）

安全性を向上するサービス

„

運行

/運転を補助するもの

„

車間調節、居眠り防止、障害

通知

etc

利便性を向上するサービス

„

観光情報、渋滞情報

„

課金

(ETC)

„

通信サービス

生産性を向上するサービス

„

トラッキングサービス

„

道路管理への利用

②技術的発展プロセスの予想及び

関連する技術課題等

（

LANとDSRC、モバイルIPサービス、アドホックネットワークの役割等）

_{最大の課題は、システムデザイン}

ディジタルパケット交換を前提とした通信

„

遅延時間のみが通信品質とトレードオフとなる

„

遅延時間は、アプリケーション依存である

周波数政策との協調

既設通信網との融合による効率化を図るべき

自律分散網による拡散性は重要

③次世代

ITS通信のビジネスイニシャティブの展望

（含：通信コスト低減への方策等）

既設通信網との融合システム

„

移動体は、最寄の既設網と接続すれば良い

Š

専用網の構築は不要

„

汎用網とすることで、特定用途へのコスト負担

を軽減する

„

パケット交換を前提とした各層の設計最適化

④必要な標準化事項、そのあり方

階層を明確とした標準化が必須

特定の物理層、アクセス技術に強くバインドしな

い標準化が不可欠