アクセスポイント配下に無線メッシュネットワークを構築する検討

アクセスポイント配下に無線メッシュネットワークを構築する検討 谷口 勇樹

，渡邊 晃（名城大学）

A Study on the Construction of a Wireless Mesh Network under an Access Point Yuuki Taniguchi， Akira Watanabe(Meijo University)

1．

はじめに

無線LANが広く普及し，様々な場所にAccess Pointが設 置されている．しかし，イベント会場などでインターネット への接続環境が足りなくなる場合がある．このとき，APを新 たに設置しようとしても，AP間は有線接続なので容易に増設 することはできない．本稿では，一般に無線メッシュネット ワークを実現する一方式 WAPL（Wireless Access Point Link）を利用し，既存のAP配下に無線メッシュネットワー クを構築し，インターネットへの接続環境を提供する方法を 提案する．

2． WAPL

WAPLの原理を図1に示す．WAPLではAPをWAP

（Wireless Access Point）と呼称する．WAPは2つの無線イ ンターフェースを持ち，WAP間はアドホックネットワーク，

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（以下，マッピング情報）を交換する．マ ッピング情報はルーティングテーブルとは独立しており，LT

（Link Table）と呼ぶ．LTの内容を基に，端末からのパケッ トはWAPがカプセル化/デカプセル化をすることによって，

離れたWAPに所属する端末へパケットを転送することがで きる．

WAPLには以下のような特徴がある．マッピング情報をオ 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．

利用するアドホックルーティングプロトコルを自由に選択す ることが可能である．さらに，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を実現できる機能を有し ている．

W-A W-B

T-A Infrastructure mode Ad hoc network Infrastructure mode T-B src dst

カプセル化 デカプセル化

T-A T-B src dst

infomation T-A T-B infomation W-A W-B _{T-A T-B}^{カプセル化}

src dst

infomation

図1．WAPLの原理

3．

提案方式

提案方式では，既存のAP配下にWAPLによって無線メッ シュネットワークを構築し，インターネットへの接続環境を 構築する．

R-WAP AP

無線端末 WAP

Infrastructure mode

APとして 無線端末と通信

無線インター フェース１

Ad hoc network 無線インター

フェース３

無線インター フェース２

他のWAPと通信 無線端末として

APと通信

R-WAP：WAPに無線端末としてAPと 接続できる機能を新たに追加

図2．R-WAP概要

既存APとWAPLの接続は特定のWAPが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2のように，

WAPに無線端末としてAPと接続できる機能を新たに追加す る．このWAPをR-WAP(Relaying Wireless Access Point) と呼ぶ．R-WAPはAPから見ると1つの端末に見えるが，実 態はWAPと同様の中継装置である．R-WAPは電源投入時に，

一般端末と同様にチャネルスキャンにより近隣のAPを探索 し，最も電波強度の強いAPと接続する．それ以外の動作は，

LTの生成方法も含めてWAPの動作と同様である．R-WAP は以下に一般端末を収容することも可能である．

図3にR-WAPの構成を示す．R-WAPでは，WAPが持つ インターフェースに加えて新たに自身をインフラストラクチ ャモードの無線端末としてAPに接続するインターフェース を追加する．

上位層

IP層

MAC層

R-WAP

MANET

８０２．１１（AP） ８０２．１１

（Aｄ hoc）

802.11

（無線端末として AP配下接続）

T-A T-B Infomation T-A T-B Infomation

他のWAPへ

パケット中継

T-A AP

WAPに対す る追加部分

WAPL カプセル化/デカプセル化

LT

T-A T-B Infomation カプセル化 W-A W-B

src src src

dst dst

dst

図3．R-WAP構成

4

．

むすび

イベント会場などに一時的に通信網を構築するためWAP に無線端末としAPに接続できる機能を持たせた．これによ り，R-WAPを既存のAP配下に接続し，パケットを中継させ インターネットへ接続できる方法を提案した．今後は実装と 評価を行う．

文 献

[1] 永井 順也，伊藤 将志，渡邊 晃 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 情報処理学会第 70 回全国大会講演論文集，Mar．2008．

[2] 永井 順也，伊藤 将志，渡邊 晃 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

平成 19 年度電気関係学会東海支部連合大会論文集，Sep．2007．

アクセスポイント配下に

無線メッシュネットワークを構築する検討

A STUDY ON THE CONSTRUCTION OF A WIRELESS MESH NETWORK UNDER AN ACCESS POINT

名城大学 理工学部 情報工学科

谷口勇樹 渡邊晃

研究背景



無線環境の現状



無線

が広く普及し、様々な場所にアクセスポイ ント（

）が設置されている



無線

のアクセスポイント（

）はインターネットと 有線で接続されている



課題

 AP

のない場所に、一時的に外部ネットワークに接続 する通信インフラが必要になる場合がある

→AP

が無い場所に急遽通信インフラを構築すること は困難

1

提案

配下に無線メッシュネットワークを構築



通信インフラが必要な場所に、既存の

から 無線メッシュネットワークを介して外部ネットワー クへの接続環境を得る

→

配線によるコストの問題がなくなり、通信イン フラの拡張が容易になる

端末A

有線ネットワーク

既存AP 端末B

無線メッシュ ネットワーク

無線メッシュネットワークを 構築してデータを中継する

ルータ

アドホックネットワーク

AP AP

無線端末 無線端末

無線端末

無線端末

無線端末

AP AP

無線端末 無線端末

インフラストラクチャモード

メッシュネットワーク

Infrastructure mode Ad-hoc network

無線端末

AP

メッシュネットワークとは

3

端末はAPを 介して通信 一般の無線LAN

機器同士で通信 研究段階の技術

インフラストラクチャモード とアドホックネットワークの

両方の利点を持つ

無線メッシュネットワーク ＷＡＰＬ

WAPL(Wireless Access Point Link)

独自の無線メッシュネットワーク

 WAPL

独自の

を

と呼称

 WAP

間のパケットは、

の

アドレスでカプセル化



端末

間と

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択が可能

端末A 端末B

Infrastructure mode Ad-hoc network

カプセル化 デカプセル化

情報処理学会論文誌,Vol.49,No.6,pp.1859-1871,Jun.2008. 伊藤 将志

「無線メッシュネットワーク”WAPL ”の提案とシミュレーション評価」

WAP(W

A

P

)



インフラストラクチャモードとアドホックモードの２ つの無線インターフェースを持つ

 WAP/

端末マッピング情報として

と呼ぶ独自のテーブルで保持する

 LT

の生成は

フラッディングと呼ぶ独自のフ ラッディングにより行う

 LT

フラッディングは

のアプリケーション上 でブロードキャストを繰り返すことで成り立つ（通 信開始時のみのため、トラフィックの負荷は小さ い）

5

WAPL 動作シーケンス

6 送信元端末

IP

ARP Request

ARP Reply

LT Request

フラッディング

LT Reply

ユニキャスト

ARP Request

ARP Reply オリジナルパケット

英字 (ネットワーク部). 数字 (ホスト部)

A.1 A.2 W.1 W.2 A.3

カプセル 化

LTを 作成

デカプセ ル化

宛先端末 A.4

宛先

A.4

送信元

A.1

information

宛先

A.4

送信元

A.1

information

WAP1 WAP2

LTを 作成

LTの内容

W.1とA.1が対応

LTの内容

W.2とA.4が対応

Infrastructure mode Ad hoc network

WAPは無線アクセスポ イントとして端末と接続

APモード

宛先

W.2

送信元

W.1

^宛先 _A.4 ^送信元 _A.1

オリジナルパケット

information

提案方式 R-WAP の導入

 R-WAP(Relay-WAP)

 WAPと同等の機能を持つ

 AP接続モードのインターフェースを追加



チャネルスキャンでAPを発見し、APの配下端末として接続

 APに特別な変更を加える必要がない

7

端末

有線ネットワーク

AP 端末

R-WAPは無線端末として AP配下に入ることができる

WAPL

WAPLを構築して データを中継する

ルータ

R-WAP

R-WAP 動作シーケンス

8

送信元端末 AP

ARP Request

ARP Reply

LT Request フラッディング

LT Reply ユニキャスト

ARP Request

ARP Reply

オリジナルパケット

A.1 A.2 W.1 W.2 A.3

カプセル 化

LTを 作成

デカプセ ル化

宛先端末 A.5

ARP Request

ARP Reply APに配下端末と

して接続 端末モード

A.4

宛先 A.5

送信元

A.1 information WAP IP

英字 (ネットワーク部). 数字 (ホスト部)

Infrastructure mode Ad hoc network

R-WAP R-WAP パワーオン時に

チャネルスキャン をしてAPを発見

LTを 作成

LTの内容 W.1とA.1が対応

LTの内容 W.2とA.5が対応

※LTには探索端末 と、その探索端末を 配下に持つR-WAPの 関係が記述される

宛先 W.2

送信元

W.1 ^宛先 _A.5 ^送信元 _A.1 オリジナルパケット

information

宛先 A.5

送信元

A.1 information

R-WAP の実装

9

上位層

IP層

MAC層

R-WAP

MANET

802.11

（APモード）

802.11

（Aｄ hoc）

802.11

（端末モード）

T-A T-B Infomation T-A T-B Infomation

他のWAPへ

パケット中継

T-A AP

LT

T-A T-B Infomation

カプセル化

W-A W-B

送信元 宛先 送信元宛先 送信元 宛先

WAPに対す る追加部分

WAPL

LT

の処理

カプセリンング処理

パケットの解析/判断

むすび



本発表

 WAPL

を介して通信インフラの拡張

 R-WAP

により既存

に接続



提案システムの特徴



既存

を利用して通信インフラを容易に拡張可能



今後の課題

 R-WAP

へ機能を追加

AP

の検出とアソシエーションの確立



パケット中継経路の選択

 R-WAP

の実装と検討

11

補足１ WAP アーキテクチャ

12

·

カプセリング処理

·

LT管理

·

近隣通信テーブル管理 WAP

アドホック ルーティング

プロトコル

802.11 802.11

インターフェース１

（端末・AP間通信）

インターフェース2

（WAP間通信）