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無線アクセスポイントリンク

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Academic year: 2021

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無線アクセスポイントリンク”WAPL”を利用した 孤立ネットワーク復旧方式についての検討

永井 順也,伊藤 将志,渡邊 晃(名城大学)

Researches on the recovery of isolated networks using Wireless Access Point Link "WAPL"

Junya Nagai, Masashi Ito Akira Watanabe (Meijo University)

1.はじめに

災害などでネットワークが切断された場合,原因の特定 と復旧には多大な労力と時間必要である.また,無線ネッ トワークが切断されると無線クライアントは孤立したアク セスポイント(AP)に接続し続けてしまう問題がある.本稿 では,我々が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)を拡張し て,インターネットから孤立した無線ネットワークを簡単 に元のネットワークに接続する方法を提案する.

2. WAPL

WAPL の原理を Fig.1 に示す. WAPL では WAP(Wireless Access Point)という装置が 2 つのインタフェースを持つ.

WAP 間はアドホックネットワークで接続し, WAP/端末間は インフラストラクチャモードで接続する. WAPL は端末の 通信開始時に,WAP 間で WAP と配下端末の対応関係の情 報を交換する.ここで作成した対応情報をもとに,端末か らのパケットは WAP がカプセル化/デカプセル化し,離れ た WAP に所属する端末へパケットを転送できる.

Fig.1. Principle of WAPL

3.提案方式

本提案方式では,切断したネットワークの無線 AP 同士を WAP が提供するメッシュネットワークによって接続する.

WAP に無線クライアント機能を追加し,無線 AP に接続で きるようにした装置を R-WAP と呼ぶこととする.R-WAP は任意のネットワークの無線 AP に端末として接続した後,

DHCP により IP アドレスを取得し,インターネット接続チ ェックを行う.このチェックに成功すれば,接続先は健全 なネットワーク(上流ネットワーク),失敗すれば孤立した ネットワーク(下流ネットワーク)と認識する.R-WAP は WAPL が提供するメッシュネットワークを介して上流と下 流のネットワークを接続する. Fig.2 に本方式により回復 したネットワークの構成例を示す. 次に, Fig.2 の状態から,

下流の端末 T-A がインターネットに接続する時のシーケン スを Fig.3 に示す.R-WAP は T-A による DHCP シーケンス を中継し上流の DHCP サーバーと接続する(図中では DHCP シーケンスを 1 往復に省略).これにより,端末は IP アド レス,デフォルトゲートウェイまでの経路などの情報を取 得できる. T-A とインターネットとの通信は R-WAP が通 信パケットをカプセル化/デカプセル化することにより実現 される.

Fig.2. Principle of the recovery mechanism of isolated networks using WAPL

Fig.3. Isolation network connection sequence

4.むすび

孤立ネットワークの復旧を実現するために WAP にクラ イアント機能を持たせ,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.今後は提案システムの実 装と評価を行う.

文 献

伊藤将志,鹿間敏弘,渡邊晃 :シームレスハンドオーバを実現す る無線メッシュネットワークの提案とシミュレーション評価,

DICOMO2007,情報処理学会,Vol.2007,No.1,pp.1-8,2007.

Default Gateway DHCP

WAP

The Internet Lower

network

Upper network

WAP WAPL

network AP2

AP1

T-A R-WAP R-WAP T-B

Broken

Ad hoc network Infrastructure mode

Encapsulation Decapsulation

Packet:

W-A W-B

T-A T-B

W-A W-B T-B T-A

dst src T-B

T-A dst src

T-B T-A

dst src Infrastructure mode

Infrastructure mode

Terminal AP1 R-WAP1 R-WAP2 AP2 DHCP Router

The Internet

Connection

Lower network Upper network

Connection

Ad hoc network Infrastructure

mode

Ad hoc network with WAPL

Encapsulation

Encapsulation Decapsulation

Decapsulation

Data

Data

Data Data DHCP DHCP

DHCP DISCOVER(Broadcast)

DHCP DISCOVER(Broadcast)

(2)

無線アクセスポイントリンク ”WAPL” を利用した 孤立ネットワーク復旧方式についての検討

名城大学理工学部

永井順也 伊藤将志 渡邊晃

Researches on the recovery of isolated networks using Wireless Access Point Link "WAPL"

(3)

• ネットワークの現状

– 無線 LAN を利用したネットワークの増加

• 無線 LAN を利用したネットワークの現状

– 無線 LAN のアクセスポイント (AP) はインターネットと有線で 接続

– 障害が発生し, AP とインターネットとを繋ぐ線が切れて AP が孤立してしまった場合

無線クライアントが孤立した AP に接続し続けてしまう問題

研究背景

近くに正常な AP があって も切り替わらない

障害発生

(4)

• 無線ネットワークの種類

研究背景 - メッシュネットワーク -

Infrastructure mode Ad-hoc network

インフラストラクチャモード アドホックネットワーク

メッシュネットワーク 端末は

AP

を介して通信

AP

と端末の上下関係 最も普及

端末同士が 直接通信

無線でパケットをバケツ リレー方式で伝送

(5)

• WAPL( Wireless Access Point Link)

我々が提案してきた無線メッシュネットワークシステム – WAP 間のパケットは WAP の IP でカプセル化 – 端末 /WAP 間と WAP 間のネットワークが独立

– アドホックルーティングプロトコルの自由な選定が可能 – シームレスハンドオーバを実現

提案システムの概要 -WAPL-

Infrastructure mode Ad-hoc network

本研究では WAPL を ネットワークの復旧に利用

カプセル化 デカプセル化

(6)

• R-WAP(Relay - Wireless Access Point) – WAP と同等の機能を持つ

– インフラストラクチャ側に AP 接続機能を搭載

– 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

クライアント マスター

提案システムの概要 -R-WAP-

Infrastructure mode Ad-hoc network

問題解決のための新機器

無線クライアントが孤立した

APに接続し続けてしまう問題

R-WAP

WAPL

で解決

(7)

障害発生前のネットワーク

Infrastructure mode Ad-hoc network

複数の無線 AP で構成された 単一の無線 LAN ネットワーク

DHCP

があれば,自分の

IP

, デフォルトゲートウェイのIP

などネットワーク設定が 自動で取得可能

(8)

障害発生後のネットワーク

Infrastructure mode Ad-hoc network

障害発生

元のネットワーク から孤立してしまう

無事

インターネットに つながっている

下流ネットワーク 上流ネットワーク

(9)

提案システムによる復旧

Infrastructure mode Ad-hoc network

WAPL が提供する

メッシュネットワークによっ て壊れた経路を修復

AP1 の配下 AP2 の配下

(10)

提案システムによる復旧

Infrastructure mode Ad-hoc network

WAPL はデータを中継 するだけなので以後は

省略

(11)

R-WAP は接続先のネットワークが 健康かどうかを調べる

R-WAP の初回動作 - 概要 -

インターネットに接続できれば上流ネットワーク 出来なければ下流ネットワーク

Infrastructure mode Ad-hoc network

DHCPが多重化してある場合

を考慮して

AP

WAP

側両方に送信

DHCP

は どこにあるか

デフォルトゲートウェイ はどこにあるか

(12)

R-WAP の初回動作例

上流ネットワーク

Infrastructure mode Ad-hoc network

OFFER

が返ってきた側 に

DHCP

があると判断

REPLY

が返ってきた側 にデフォルトゲートウェイ

があると判断

下流ネットワーク

(13)

提案システム動作 - 経路生成とパケット中継 -

新 経 路 生 成

カプセル化 デカプセル化

(14)

• 本発表

– R-WAP により孤立 AP と接続

– WAPL を介してネットワークの復旧

• 提案システムの特徴

複数の無線 LAN を使ったネットワークの局所的な障害に 簡単に対応できる

• 今後の課題 – 実装と検討

むすび

(15)
(16)

補足 1 WAPL 通信開始時

通信開始時

ARP

要求 代理

ARP ARP

応答

ARP

要求

REQ

REP A

への

経路確立

B

への 経路確立

A B

WAP

WAP WAP

WAP

 WAP は ARP 要求を受けると,

その情報をフラッディングする

 フラッディングを受けた WAP は A への経路表を作り,端末 側へ ARP 要求を流す

 ARP 応答を受けると WAP は ユニキャストで応答を返す

 A の WAP は B への経路表を作

り端末側へ代理 ARP を流す

(17)

補足 2 WAPL ハンドオーバ

バッファリング 離脱

再参入

端末参入 の通知 通信を 監視

ユニキャスト

新 旧

送信元

WAP WAP

WAP

WAP

• WAP は周りの通信をプロミ

スキャスで監視し通信中の

端末と WAP の情報を把握

• 端末が新 WAP に再参入す ると,新 WAP は先に得た情 報から旧 WAP

と送信元

WAP

を特定

• それぞれにユニキャストでハ

ンドオーバを通知

(18)

補足 3 WAPL アーキテクチャ

• アドホックルーティングと完 全に独立した構造

MANET のプロトコルが自由 に選択可能

端末 /AP と AP 間の接続状態 の性質を分けてメッシュを構 築できる

IP

カプセリング 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

/WAP

間通信

)

IF2

(WAP

間通信

)

参照

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