JP2005269185A - 無線中継装置および中継方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
ループを構成するネットワークにおいて、経路の負荷を正確に反映した経路選択を行う。
【解決手段】
中継装置に、当該中継装置と無線データリンクを確立している端末数を監視する機能を設け、端末数が予め定めた台数を超えた場合、その中継装置のパスコストを変更するとともに、当該中継装置から、再度、スパニングツリープロトコルによる経路選択を要求する。
【選択図】 図2
ループを構成するネットワークにおいて、経路の負荷を正確に反映した経路選択を行う。
【解決手段】
中継装置に、当該中継装置と無線データリンクを確立している端末数を監視する機能を設け、端末数が予め定めた台数を超えた場合、その中継装置のパスコストを変更するとともに、当該中継装置から、再度、スパニングツリープロトコルによる経路選択を要求する。
【選択図】 図2
Description
本発明は、無線中継装置における経路選択技術に関する。特に、スパニングツリープロトコルにより、ループを回避する経路選択技術に関する。
ブリッジにより構成されたネットワークが物理的にループを構成する場合、送出されたパケットがネットワーク上で無限ループに陥ることがある。これを防ぐために、優先度の低いいくつかのリンクを未使用にすることでループを解消し、ツリー構造のネットワークを論理的に構築するスパニングツリープロトコルがある。
スパニングツリープロトコルでは、ツリー構造の根にあたるブリッジをルートブリッジと呼び、その他の各ブリッジにおいて、ツリーの枝方向への通信を行うポートを指定ポート、ルートブリッジ方向への通信を行うポートをルートポートと呼ぶ。
スパニングツリープロトコルでは、ツリー構造を決定するために、各ブリッジの優先度を示すブリッジID、各ブリッジのポートがそれぞれ有するパスコスト、各ポートの優先度を示すポートID等の値を用いる。ブリッジID、パスコスト、ポートIDは、予め管理者によって設定されるものであるが、パスコストは、それぞれのポートがリンクされる通信経路の速度に応じて予め推奨値が与えられ、通常その値が設定される。例えば、リンク速度が10Mbpsの場合「100」、100Mbpsの場合「19」、無線中継機において伝送速度が54Mbpsの場合「50」、などである。
ルートブリッジから特定のブリッジまでの各通信経路において、経由する各ブリッジの入口のパスコストの合計の値(ルートパスコスト)が最も小さい通信経路が採用され、それに従って、当該ブリッジのルートポート、指定ポートが決定される。当該ブリッジにおいて、2つ以上のポートが同じルートパスコストを持つ場合は、送信元のブリッジのブリッジIDの小さい方が優先され、そのブリッジIDが同じ場合は、送信元のポートのポートIDの小さい方が優先され、ツリー構造が決定される。このように、スパニングツリープロトコルによる経路選択時には、値が小さい方が優先度が高いと判断される。
スパニングツリープロトコルによれば、ループを防ぐことができるだけでなく、論理的に経路を設定するため、ネットワーク機器や回線に障害が生じた場合に、ネットワークを組み直すことなく迂回路に切り替えることができ、ネットワーク全体の信頼性を高めることができる。
しかし、スパニングツリープロトコルによる経路設定は、ネットワークの経路ループの抑止を効率的に行うことを目的としているため、各ブリッジと無線データリンクを確立している無線端末間のパケットの送受信の効率については、考慮されない。
例えば、ツリー構造の、異なる枝の末端の2つのブリッジとそれぞれ無線データリンクを確立している無線端末間でパケットの送受信を行う場合、ルートブリッジを介する経路で送受信が行われるため、伝送遅延が発生し、適切な経路が選択されているとはいえない。特に帯域幅の制約の大きい、無線通信システムにおいて、伝送遅延による効率の低下は著しい。
そこで、ブリッジにスパニングツリープロトコルによる経路選択機能と端末間のブリッジの段数による経路選択機能とを併せ持たせ、ループを抑止しつつ、各ブリッジと無線データリンクを確立している無線端末間のデータの送受信の効率を低下させないよう、パケット送受信の経路を選択する技術がある(例えば、特許文献1参照。)
前述のように、スパニングツリープロトコルによれば、管理者が予めネットワーク設計時に各ブリッジに設定した、ブリッジID、ポートID、パスコストに従って、ブリッジ間の経路選択がなされる。また、上記特許文献1の技術を用いても、ブリッジの段数が変化した場合、経路の変更はありえるが、それぞれのブリッジと無線データリンクを確立する無線端末数が変化しても、設定された経路は固定されている。
例えば、無線端末数が増大し、それに伴ってトラフィックが増大した場合など、スパニングツリープロトコルや特許文献1に開示された技術によって選択された経路は、パスコストやブリッジの段数から見れば、最適であっても、データ転送速度の面からは、最適なものとはいえない。
このため、各ブリッジと無線データリンクを確立している無線端末数も考慮し、最適な経路選択を行う技術が望まれている。
本発明は、無線端末からの無線データリンクの確立要求を監視し、予め設定されている端末数の上限を超えた場合、無線データリンクを確立している無線端末の数が多くなった経路の優先度を下げるために、スパニングツリープロトコルに用いるデータを変更する。その後、改めてスパニングツリープロトコルによる経路選択を実行し、経路を変える。
具体的には、ブリッジ機能と、経路選択機能とを備えた無線中継装置において、自身とデータリンクを確立している端末数が予め定めた数を超えたか否か判別する端末数監視手段と、端末数監視手段において予め定めた台数を超えたと判別した場合、前記経路選択機能による経路選択に用いるために保持している優先値を、優先度を下げるように変更するとともに、前記経路選択機能を再度実施するよう要求する指示を送出する経路再設定指示手段と、を備えることを特徴とする無線中継装置を提供する。
本発明によれば、無線ネットワークにおいて、各中継機器と無線データリンクを確立している無線端末数に応じて、最適な経路選択を行うことができる。
以下、本発明の実施形態を図を用いて説明する。
図1は、本実施形態の無線中継装置を適用したシステムのイメージ図である。複数の無線中継装置310A〜310Eにより構成されたネットワーク300は、LANなどのIP網100に無線アクセスポイントゲートウェイ200を介して接続される。パソコンなどの無線端末320A〜320Dは、最寄りの無線中継装置310A〜310Eを経由してIP網100とデータ通信を行う。
以後、無線中継装置310A〜310Eおよび無線端末320A〜320Dは、それぞれ区別する必要がない場合、無線中継装置310および無線端末32で代表する。また、本実施形態における、無線中継装置310および無線端末320の台数には特に制限はない。
本実施形態においては、無線中継装置310間での経路選択にスパニングツリープロトコルを使用する。
まず、本実施形態における経路選択の概要を説明する。
初期の経路選択時において、既に自身と無線データリンクを確立している無線端末320数が上限を超えたと判断した無線中継装置310は、スパニングツリー用に設定するパスコストの値を大きくし、自無線中継装置310を経由する経路の優先度を下げる。
また、一旦経路選択がなされた後は、無線中継装置310は無線端末320からの無線データリンク確立要求を監視する。すなわち、無線中継装置310は、無線データリンク確立要求を受ける毎に、予め定めた端末数の上限を越えたかの判断を行い、超えた場合には、再度スパニングツリーを実行するようルートブリッジである無線中継装置310へ要求する。そのとき、当該無線中継装置310は、自身が保持するスパニングツリーのパスコストの値を大きくして、自身を経由する経路、すなわち、無線データリンクを確立している無線端末数が多くなった経路の優先度を下げる。
次に、本実施形態の無線中継装置310の機能構成を説明する。本実施形態の無線中継装置310は、IEEE802.11規格の無線LANにおいて、データリンク層のMACレイヤでのデータの中継を行うブリッジである。
図2は、本実施形態の無線中継装置310の機能構成図である。
本図に示すように、本実施形態の無線中継装置310は、無線端末320および他の無線中継装置310との無線通信のインタフェース制御を行う無線制御部14および19と、MACフレームの送受信制御を行うMACフレーム送受信制御部13と、MACアドレスの学習制御およびデータの送受信判断制御を行うMAC学習制御部12と、無線データリンクの確立を要求する無線端末の認証および無線リンク確立数の管理を行う端末管理制御部11と、スパニングツリープロトコルのアルゴリズム制御を行うスパニングツリープロトコル制御部18と、ポート毎の、スパニングツリープロトコルのパスコストおよびポートIDを保持するパスコスト保持部16と、スパニングツリープロトコルのブリッジIDを保持するブリッジID保持部17と、スパニングツリープロトコルに用いるパスコスト、ブリッジID、ポートIDのユーザからの設定を受け付けるユーザ設定制御部15と、を備える。
以下、本実施形態では、スパニングツリープロトコルをSTPと記載する。
MACフレーム送受信制御部13は、無線制御部14を介して受信したMACフレームから、イーサデータ形式のフレーム(Etherフレーム)を取り出す。イーサデータは、ヘッダとデータフレームとを備え、ヘッダには、送信元の端末のハードウエアアドレス(MACアドレス)と送信先の端末のMACアドレスとが格納される。データフレームには、送信するデータが格納される。
MACアドレス学習制御部12は、ブリッジの学習機能を実行する制御部である。MACアドレス学習制御部12では、MACフレーム送受信制御部13を介して受信したMACフレームの中の送信元MACアドレスを自動的に収集し、自身が保持するアドレステーブルに管理する。また、このアドレステーブルの登録に従って、受信フレームの中継を行う。本処理は、ブリッジの一般的な機能であるため、ここでは、詳細には説明しない。
端末管理制御部11は、自無線中継装置310に無線データリンク確立要求を送信してきた無線端末の認証を行うとともに、その台数を管理する。また、端末管理制御部11は、伝送速度などを考慮して無線端末の台数について、予め定められた閾値αを保持する。そして、自無線中継装置310と無線データリンクを確立する無線端末の数がα台を超えた場合、STP制御部18に、経路設定を再度行うよう指示する。同時に、パスコスト保持部16に保持されているパスコストの値を増加させ、自無線中継装置310のSTPにおける経路選択時の優先度を低下させる。
なお、増加させるパスコストの値は、予め定めた定数であってもよいし、また、無線データリンクを確立する無線端末数が増えるに従って、値を増加させるよう計算式を保持し、それに従って算出された値であってもよい。
ここで、端末管理制御部11は、自無線中継装置310に対して無線端末320から行われる無線データリンクの確立の要求、あるいは、無線データリンク確立を解除する要求を監視することにより、上記台数を把握する。具体的には、本実施形態の無線中継装置310は、無線端末320から無線データリンクの確立の要求あるいは解除の要求を、無線制御部14を介して受信すると、MACフレーム送受信制御部13を介して端末管理制御部11に通知する。端末管理制御部11は、この通知により、上記台数を把握する。
STP制御部18は、パスコスト保持部16、ID保持部17に保持されている各値を用い、STPに従って、BPDU(Bridge Protocol Data Unit)120を各無線中継装置310間で送受信することにより、ツリー構造を決定し、経路選択を行う。また、経路選択後の各ポートの状態を格納するポート状態テーブル181を備える。
ここで、BPDU120について説明する。
図3は、BPDU120を格納するEtherフレームを説明するための図である。本図に示すように、Etherフレームは、送信先MACアドレス111a、送信元MACアドレス111b、および、プロトコル識別タイプ111cを格納する14byteのEtherヘッダ110aと、データを格納する35byteのデータ格納部110bと、4byteのフレームチェックシーケンス(FSC)110cとを備える。BPDU120はEtherフレームのデータ格納部110dに格納される。
次に、BPDU120のフォーマットを図4に示す。本図に示すように、BPDU120は、プロトコル番号120aと、プロトコルバーション120bと、データタイプ120cと、フラグ120dと、ルートID120eと、ルートパスコスト120fと、ブリッジID120gと、ポートID120hと、メッセージ時間120iと、MAX時間120jと、ハロータイム120kと、送信遅延時間120lとを備える。
ルートパスコスト120fには、このBPDUを送信する無線中継装置310からルートブリッジまでのパスコストの合計が格納される。また、ブリッジID120gには、このBPDUを送信する無線中継装置310のIDが、そして、ポートID120hには、このBPDUを送信するポートのIDがそれぞれ格納される。
次に、このBPDU120を用いて、STPによりツリー構造を決定する場合の、無線中継装置310の処理について、説明する。なお、以下の処理における無線中継装置310は、ルートブリッジ以外のものとする。
本実施形態の無線中継装置310において、MACフレーム送受信制御部13が、データ格納部にBPDU120が格納されたEtherフレームを受信した場合、受け取ったポートの情報とともに、それを、STP制御部18に受け渡す。STP制御部18は、複数のポートからBPDU120を受け取ると、そのBPDU120を、ルートパスコスト、ブリッジID、ポートIDの順で評価する。それぞれ値が小さい方が優先される。
その結果、最も評価の高い(値の小さい)BPDU120を受信したポートをルートポートに設定し、ルートポートからその後のBPDUの送信を停止する。
このとき、BPDU120を受信していないポートがあれば、そのポートを指定ポートとし、ルートポート、指定ポートのいずれでもないポートをブロックする。以後、ブロックするポートをブロックポートと呼ぶ。
そして、パスコスト保持部16およびブリッジID保持部17を参照し、ルートポートから受信したBPDU120のルートパスコストにルートポートのパスコストを加えたものをルートパスコストとし、ポートIDをルートポートのポートIDとし、さらに、ブリッジIDを自身のブリッジIDとしたBPDU120を新たに作成し、指定ポートから送出する。
なお、BPDU120を受信していないポートがない場合は、ルートポートから受信したBPDU120のルートパスコストに、ルートポートのパスコストを加えたものを新たにルートパスコストとしたBPDU120を生成し、生成したBPDU120と他のポートから受信したBPDU120とを比較し、受信したBPDU120の評価の方が低ければ(値が大きければ)、当該BPDU120を受信したポートから新たに生成したBPDU120を送出するとともに、当該ポートを指定ポートとする。受信したBPDU120の方が評価が高い場合、そのポートをブロックし、BPDU120およびデータの送信を停止する。
すべてのポートの状態が定まった後、STP制御部18は、ポート状態テーブル181に、それぞれのポートの状態、すなわち、ルートポート、指定ポート、ブロックポートのいずれであるか、を格納し、管理する。
なお、BPDU120のフォーマット、および、構成する各要素は既存のものであるため、その他の要素については、ここでは説明しない。
次に、STPにより、各ポートを、それぞれ、ルートポート、指定ポート、ブロックポートに決定した後の、無線中継装置310におけるデータ中継処理について説明する。
図5に、中継動作の処理フローを示す。
上述のようにSTP制御部18により経路が確定した時点で、それぞれのポートの状態は、ポート情報としてポート状態テーブル181に格納されている(ステップ801)。
無線制御部14を介してデータを受信すると、MACフレーム送受信制御部13は、ポート状態テーブル181を参照し、データを受信したポートが、ルートポートまたは指定ポートであるか、あるいは、ブロックポートであるかを判別する(ステップ802)。
ルートポートまたは指定ポートからの受信と判断した場合は、MACフレーム送受信制御部13は、通常どおり、MAC学習制御部12により当該データを中継する(ステップ804)。
一方、ブロックポートからの受信と判断した場合は、MACフレーム送受信制御部13は、当該データを破棄する(ステップ803)。
次に、本実施形態の無線中継装置310のうち、ルートブリッジと定められたもの以外の無線中継装置310において、STPによる初期経路選択時の内部処理を説明する。図6に処理フローを示す。
無線制御部14を介してBPDU120を受信すると、MACフレーム送受信制御部13は、STP制御部18に、抽出したBPDU120を受け渡すとともに、端末管理制御部11にBPDU120を受信したことを通知する(ステップ901)。
BPDU120を受信し、STPが行われることを知った端末管理制御部11は、自無線中継装置310と無線データリンクを確立している無線端末数を検出し、予め定めた閾値αと比較する(ステップ902)。
ステップ902における比較の結果、無線端末数がα台を超えていた場合(ステップ903)、パスコスト保持部16のパスコストを、無線端末の台数が閾値αを超えていた場合に設定するものとして予め定めておいた値に変更する(ステップ904)。
ステップ902において、無線端末の台数が、閾値以内であった場合は、ステップ905に進む。
その後、STP制御部18は、パスコスト保持部16に格納されているパスコスト、ポートID、ブリッジID保持部17に格納されているブリッジIDを用いて、STPに従った処理を継続する(ステップ905)。
次に、図5の処理フローに従って、データ中継を行っている無線中継装置310において、端末管理制御部11が、α台を超える無線端末が自身と無線データリンクを確立したことを検出した場合の処理について、説明する。
上述したように、本実施形態では、無線中継装置310において、無線端末からの無線データリンクの確立要求または解除要求を監視している。無線端末から無線データリンクの確立要求を受けるなどし、無線データリンクを確立している無線端末数が閾値であるα台を越えた場合の処理について、以下に説明する。
図7は、無線データリンクを確立している無線端末が予め設定された閾値であるα台数以上となった場合の無線中継装置310の内部処理フローである。
無線中継装置310の端末管理制御部11は、無線端末がα台を超えたことを検出すると(ステップ1301)、パスコスト保持部16のパスコストを、予め定められた値に変更するとともに、STP制御部18にその旨通知する(ステップ1302)。
STP制御部18は、端末管理制御部11から当該通知を受け取ると、経路の再設定を要求するBPDU120を生成し、ルートブリッジに向けてMACフレーム送受信制御部13、無線制御部19を介して、送出する(ステップ1303)。
経路の再設定を要求するBPDU120を受信したルートブリッジは、それを契機に通常の手順でSTPを実行し、経路を選択し、設定する。このとき、経路の再設定を要求した無線中継装置310においては、変更後のパスコストが使用される。
次に、図8に示すネットワークを例に、本実施形態におけるSTPによる経路選択、および、その後の、無線端末間のデータ送受信経路について説明する。
図8、図9、図10は、本実施形態における経路選択、データ送受信の一例を説明するための図である。
これらの図に示すように、本ネットワークは、無線中継装置310a〜310e(310で代表する)と、無線中継装置310aと無線データリンクを確立している無線端末320aおよび無線中継装置310dと無線データリンクを確立している無線端末320dを備える。また、上述のように無線中継装置310aを、ルートブリッジとする。また、無線中継装置310の各ポートのパスコストを50とする。
以下においては、無線端末320aと無線端末320dとの間でのデータ送受信経路を説明する。
STPによれば、ルートブリッジから、特定のブリッジまでの各通信経路において、ルートポートのルートパスコストが最も小さい通信経路が採用される。
この場合、無線中継装置310dにおいて、無線中継装置310cとデータを送受信するポート(ポートcと呼ぶ)は、無線中継装置310aから無線中継装置310b、無線中継装置310cを経由したBPDU120を受信する。従って、ポートcのルートパスコストは150である。
一方、無線中継装置310gとデータを送受信するポート(ポートgと呼ぶ)は、無線中継装置310aから無線中継装置310e、無線中継装置310f、無線中継装置310gを経由したBPDU120を受信する。従って、ポートgのルートパスコストは200である。
従って、初期の経路選択時のSTPによれば、無線端末320aと無線端末320dとの間のデータの送受信は、パスコストが150のポートc側の経路を用いて行われることとなる(図9参照)。
ここで、無線中継装置310bにおいて、α台以上の無線端末320との無線データリンクが確立されたとする。従来の無線中継装置であれば、例えば、無線中継装置310bにα台以上の無線端末320との無線データリンクが確立された場合であっても、一旦選択された経路のツリー構造は変更されない。
しかしながら、本実施形態の無線中継装置310によれば、無線中継装置310bにα台以上の無線端末320の無線データリンクが確立された時点で、無線中継装置310bは、例えば自身のポートのパスコスト値を130に変更する。そして、ルートブリッジである無線中継装置310aに経路の再設定を要求する。
この場合、無線中継装置310dにおいて、ポートcのルートパスコストは230であり、一方、ポートgのルートパスコストは200である。。
従って、この場合、無線端末320aと無線端末320dとの間のデータの送受信は、パスコスト180の経路ではなく、パスコスト150の経路、すなわち、無線中継装置310e、無線中継装置310f、無線中継装置310gを介した経路で行われることとなる(図10参照)。
以上説明したように、本実施形態によれば、無線中継装置310と無線データリンクを確立した無線端末320の台数によって、STPにより選択される経路が異なる。すなわち、今までのように、予め固定的に定められた経路の負荷だけでなく、動的に変化する経路の負荷が、より正確に経路選択に反映される。
なお、上記の実施形態においては、無線端末320が増加した場合を例にあげて説明したが、これに限られない。例えば、α台以上の無線端末320が無線データリンクを確立していた無線中継装置310において、無線端末数が、α台以下となったことを検知した場合は、パスコスト値を逆に下げる処理を行うよう構成してもよい。
100:IP網、200:無線アクセスポイントゲートウェイ、310A、310B、310C、310D、310E,310a、310b、310c、310d、310e、310f、310g:無線中継装置、320A、320B、320C、320D、320a、320d:無線端末、11:端末管理制御部、12:MAC学習制御部、13:MACフレーム送受信制御部、14:無線制御部、15:ユーザ設定制御部、16:パスコスト保持部、17:ブリッジID保持部、18:STP制御部、19:無線制御部
Claims (4)
- ブリッジ機能と、経路選択機能とを備えた無線中継装置において、
自身とデータリンクを確立している端末数が予め定めた数を超えたか否か判別する端末数監視手段と、
端末数監視手段において予め定めた台数を超えたと判別した場合、前記経路選択機能による経路選択に用いるために保持している優先値を、優先度を下げるように変更するとともに、前記経路選択機能を再度実施するよう要求する指示を送出する経路再設定指示手段と、
を備えることを特徴とする無線中継装置。 - 請求項1記載の無線中継装置であって、
前記端末数監視手段は、自身に対して端末から送信されるデータリンク確立要求を検出することにより、前記自身とデータリンクを確立している端末数を取得すること
を特徴とする無線中継装置。 - スパニングツリープロトコルによって、複数の無線中継装置間の経路を選択する経路選択方法であって、
前記無線中継装置各々において、自身とデータリンクを確立している端末数が予め定めた数を超えたか否か判別する端末数監視ステップと、
端末数監視ステップにおいて予め定めた台数を超えたと判別した無線中継装置があった場合、当該無線中継装置において、前記スパニングツリープロトコルによる経路選択に用いるために保持している優先値を、優先度を下げるように変更するとともに、当該無線中継装置から、前記スパニングツリープロトコルを再度実施するよう要求するパケットを生成して送出する経路再設定指示ステップと、
を備えることを特徴とする経路選択方法。 - 複数の無線中継装置間でデータを中継する中継方法であって、
請求項3記載の経路選択方法で選択された経路で、データを中継することを特徴とする中継方法。
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