JP2010503327A - マルチホップメッシュネットワークを介する管理トラフィックの送信 - Google Patents

Abstract

本発明は、マルチホップメッシュネットワークにおいて、複数のホップ又は「メッシュリンク」を通してメッシュノードの間で管理情報を効率的に伝送する技術を開示する。当該技術は、汎用のものであり、メッシュネットワークを通して管理トラフィックを伝送する拡張可能なメカニズムを提供し、さらに、セキュリティ、ルーティング、無線測定、メッシュノード管理などに関する様々な用途への適用も可能である。

Description

本発明は無線通信に関し、詳細にはマルチホップメッシュネットワークに関する。

無線ネットワークの種類として、インフラ基盤無線ネットワークや、アドホック無線ネットワークなどがある。
アドホックネットワークは自己形成機能を有するネットワークであり、固定インフラがなくとも運用可能である。場合によっては、アドホックネットワークは、完全に移動ノードのみで構成されることもある。アドホックネットワークは、通常、地理的に分散された、場合によっては移動体である複数の装置（「ノード」とも呼ばれる）を含み、それらの装置は１つ以上のリンク（例えば、無線周波数通信チャネル）によって互いに無線接続されている。各ノードは、インフラ基盤ネットワーク又は有線ネットワークの補助がなくとも、無線媒体を通して互いに通信できる。ノード間のリンク又は接続は、既存ノードがアドホックネットワーク内で移動したり、新規ノードがアドホックネットワークに加わったり、或いは既存ノードがアドホックネットワークから抜け出るのにつれて、任意の方式で動的に変化できる。アドホックネットワークのトポロジーが著しく変化するため、そのような変化に応じてアドホックネットワークが動的に順応することを可能にする技術が要求される。中央制御装置が欠けているため、ノードが自らトポロジーの変化に合わせて自己組織化及び再設定ができるように、多くのネットワーク制御機能はノード間に分散されている。

ノードの特徴の一つは、各ノードは、１「ホップ」だけ離れているノードと短距離直接通信が可能であるということである。そのようなノードを、「隣接ノード」ともいう。ノードが１ホップよりも離れている宛先ノードへパケットを伝送する場合（例えば、２つのノード間の距離がノードの無線伝送可能範囲を超えているか、若しくはノード間に物的障壁がある場合）、パケットは、宛先ノードに到達するまで、仲介ノードを介してリレーされる（「マルチホップ」）。その場合、各仲介ノードはパケット（例えば、データや制御情報）が最終目的地に到達するまで、パケットをルートに沿って次のノードへとルーティングする。「マルチホップ通信ネットワーク」において、ノード間の通信は、複数のホップを通して行われる。本明細書において、「マルチホップ通信ネットワーク」とは、ネットワークの構成要素である複数のノード間でのルーティングプロトコルを採用する全ての無線ネットワークを指す。

そうしたマルチホップネットワークにおいて、ノード間をマルチホップして管理情報を伝送する技術が提案されている。本明細書において、「管理情報」とは、ノード又はシステムを管理、制御、運用、及び監視するのに必要な機能に関するトラフィックを意味する。管理情報の伝送では、管理情報が１ホップ隣のノード間で渡されることが必要な場合もあり、非隣接ノード間で転送されることが必要な場合もある。現在の管理情報伝送技術では、固定のフィールドや情報要素により管理情報を運ぶのが通常である。

例えば、既存の一技術によると、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｓドラフト標準によるメッシュデータフレームは、メッシュ管理トラフィックの伝送に再利用できる。しかしながら、メッシュデータフレームには、ユーザトラフィックと管理トラフィックを区別するノードによって使用可能なフィールドは含まれていない。さらに、この解決策では、管理フレームのコンテンツは何らかの新たな種類のフレームによりカプセル化されており、メッシュデータフレームを用いてこの新たな種類のフレームを送信する必要があるがあるため、管理トラフィックをより複雑なものとし、オーバヘッドを増大させる。

ＩＥＥＥ ８０２．１１ｓドラフト標準による他の技術では、ＩＥＥＥ ８０２．１１のアクションフレームで用いられる新規の情報要素（ＩＥ）が提案されている。当該新規ＩＥは、メッシュネットワークを通じて管理トラフィックを１回に１ホップ伝送する、すなわち、「トンネル」させることに用いられ得るが、ＩＥＥＥ ８０２．１１のアクションフレームは、複数のホップを通じたデータの伝送に必要なアドレスフィールドやメッシュ制御フィールドを備えていない（例えば、１ホップ隣との間で使用するようにしか設計されていない）。従って、この手法では、管理情報はアクションフレームのボディ内にパックされ、伝送中に読み出される必要がある。この場合、アクションフレームにカプセル化された管理トラフィックを受信する転送メッシュノードは、トラフィック新しいホップを経るごとに、フレームのコンテンツを処理し、アクションフレームを再構成しなければならないため、非効率的である。さらに、ＩＥＥＥ ８０２．１１アクションフレームには、メッシュ管理トラフィックのプライバシーを保証する他の機能（ホップバイホップ暗号化など）を実装するのに必要なフィールドも含まれていない。

通信ネットワークの一例のブロック図。 本発明の幾つかの実施形態の動作で用いられるノードの一例のブロック図。 本発明の幾つかの実施形態によるメッシュ管理フレームのフォーマットを示すデータ構造の図。 本発明の幾つかの実施形態によるメッシュアクションフレームのフォーマットを示すデータ構造の図。 本発明の幾つかの実施形態によるマルチホップネットワークにおける、受信側ノードへのメッシュアクションフレームの送信処理の一例を示すフローチャート。 本発明の幾つかの実施形態によるマルチホップネットワークにおける、送信側ノードからフレーム（メッシュアクションフレームなど）を受信する処理の一例を示すフローチャート。

略語
以下の説明では、次の略語のうちの少なくとも一部を用いる。
ＥＡＰＩＥ： ＥＡＰカプセル化情報要素
ＥＭＳＡ： 高効率メッシュセキュリティアソシエーション
ＥＭＳＡＩＥ： ＥＭＳＡハンドシェーク情報要素
ＫＣＫ−ＫＤ： 鍵配布用の鍵確認鍵
ＫＤＫ： 鍵配布鍵
ＫＥＫ−ＫＤ： 鍵配布用の鍵暗号化鍵
ＭＡ： メッシュオーセンティケータ
ＭＡ−ＩＤ： メッシュオーセンティケータ識別子
ＭＥＫＩＥ： メッシュ暗号化鍵情報要素
ＭＫＤ： メッシュ鍵配布者
ＭＫＤ−ＩＤ： メッシュ鍵配布者識別子
ＭＫＨＳＩＥ： メッシュ鍵ホルダセキュリティ情報要素
ＭＳＤ−ＩＤ： メッシュセキュリティドメイン識別子
ＭＳＤＩＥ： メッシュセキュリティドメイン情報要素
ＰＭＫ： ペアマスタ鍵
ＰＭＫ−ＭＡ： メッシュオーセンティケータＰＭＫ
ＰＭＫ−ＭＫＤ： メッシュ鍵配布者ＰＭＫ
ＰＴＫ−ＫＤ： 鍵配布用のペア一時鍵。

アドホックマルチホップネットワークの一例
図１は、アドホックマルチホップ通信ネットワーク１００の一例のブロック図である。本明細書において、「マルチホップ通信ネットワーク」とは、ネットワークの構成要素である複数のノードを経由するルーティングプロトコルを採用している全ての無線ネットワークを指す。ネットワーク１００は、複数のノード又は「メッシュポイント（ＭＰ）」１１０、１３２、１３４、１３６と、メッシュオーセンティケータ（ＭＡ）ノード１３０と、メッシュ鍵配布者（ＭＫＤ）１４０（例えば、メッシュポイントポータル（ＭＰＰ）１４１にて実装される）と、認証／認可／アカウンティングクライアント（ＡＡＡクライアント）１４２（例えば、同じくＭＰＰ１４１にて実装される）と、認証サーバ（ＡＳ）１５０（認証／認可／アカウンティングサーバ（ＡＡＡサーバ）などにて実装される）と、からなる。図１に示された特定のネットワーク構成において、ノード１１０は、「サプリカントノード又はサプリカントメッシュノード」ともいう。

サプリカントメッシュポイント１１０の近傍の範囲内に存在するノードの数が多く、また、ノードが隣接ノードにルーティングメッセージを送信する前にセキュリティアソシエーションが要求されるため、メッシュネットワークとの第１接続及び認証の間、メッシュオーセンティケータ１３０がメッシュ鍵配布者１４０と通信してサプリカントメッシュポイント１１０によって作成された鍵材料に基づき導出鍵を取得できるようにし、又、メッシュオーセンティケータ１３０が、鍵材料の識別に必要な情報をサプリカントメッシュポイント１１０に提供し、効率的なセキュリティアソシエーション交換を完了させるためにその情報を用いるようサプリカントメッシュポイント１１０に要求できるようにするメカニズムを各メッシュオーセンティケータ１３０に設置することが重要である。

図１に示されたアドホックマルチホップ通信ネットワーク１００の一例において、ネットワークのインフラ若しくは「有線」部分は、セキュアな有線チャネルによってＡＳ１５０と接続しているメッシュポイントポータル（ＭＰＰ）１４１を含む。図１には図示されていないが、メッシュポイントポータル１４１は、ルータ又は他のエンティティ（図示せず）を介してＡＳ１５０と接続していてもよい。当該ネットワークの一例において、メッシュ鍵配布者（ＭＫＤ）１４０とＡＡＡクライアント１４２とは、メッシュポイントポータル（ＭＰＰ）１４１にて実装され、また、処理間メッセージにより連結されている。当該ネットワーク構成の一例において、ノード１３６はＭＰＰ１４１から１ホップ離れ、ノード１３２，１３４はＭＰＰ１４１から２ホップ離れ、ノード１３０はＭＰＰ１４１から３ホップ離れ、ノード１１０はＭＰＰ１４１から４ホップ離れている。本発明の幾つかの実施例において、ＭＫＤエンティティを実装するメッシュポイントポータル１４１は、同じくＭＡエンティティも実装する。

メッシュ鍵配布者１４０は、レイヤ２プロトコル及び所定のデータフレームを用いてメッシュオーセンティケータ１３０と通信する。メッシュ鍵配布者１４０がメッシュオーセンティケータとの通信にレイヤ２プロトコルを採用したため、効率的なメッシュセキュリティアソシエーションの実行においてセキュリティプロトコルが必要となる。本発明の実施例によると、メッシュセキュリティドメインにおける複数のメッシュオーセンティケータ１３０に対するメッシュ鍵配布者（ＭＫＤ）１４０は、有線ネットワークに位置する中央制御装置により実装されてもよく、メッシュポータルサービスを提供する複数のメッシュポイントを介して複数のメッシュオーセンティケータと通信可能であってもよい。

ノード１１０、１３０、１３２、１３４、１３６は、主に非インフラモードとインフラモードとの両方における同時動作をサポートし、インフラ基盤ネットワーク（例えばメッシュポイントポータル１４１などを含む）とインフラを全く持たないクライアント基盤ピアツーピアネットワークとの間をシームレスに移動できる。例えば、アドホックマルチホップ通信ネットワーク１００は、複数のノード１１０、１３０、１３２、１３４、１３６（それぞれ、無線リピータ及び／又はルーティング機能を有する）からなり、有線メッシュポイントポータル（ＭＰＰ）１４１を含んでいてもよい。図１のアドホックネットワーク１００はインフラモード（例えば、メッシュポイントポータル（ＭＰＰ）１４１を含む）で運用されているが、図１のアドホックネットワーク１００がネットワークインフラを全く必要としないことは、当業者にとって明白である。

アドホックマルチホップネットワーク１００において、ノード１１０、１３０、１３２、１３４、１３６との間の通信は、互いを通じて「ホップ」し、ネットワーク上の他のノード１１０、１３０、１３２、１３４、１３６へ到達する。ノード１１０、１３０、１３２、１３４、１３６は、通常、パケット化した音声、映像及び／又はデータ情報を受信できる無線装置である。ノードの一例の幾つかの構成要素、例えばプロセッサ、送信機、受信機、及びアンテナなどは、下記の図２に示されている。ノード１１０、１３０、１３２、１３４、１３６は、それぞれ１つ以上の無線通信チャネルを含むキャリア周波数により送信されたデータパケットの形で情報を交換できる。

インフラモードにおいて、ＭＰＰ１４１は通常有線ネットワーク（図示せず）と連結されており、１つ以上の音声、映像及び／又はデータ情報のソースを提供する。ＭＰＰ１４１は、例えばセルラー基地局か、他の無線アクセスポイントであってもよい。

図１には示されていないが、ノード１１０、１３０、１３２、１３４、１３６が、セルラー基盤ネットワークに用いられる多重接続スキームに応じてそれぞれ１つ以上の無線通信チャネルを備える無線通信媒体を通して、セルラー基盤ネットワーク（図示せず）と情報パケットの通信を行うことが可能であるとことは、当業者にとっては明白である。

ノードの一例の構成要素に関しては、図２を参照しながら説明する。
ノードの一例
図２は、ノード２００の一例に関するブロック図である。ノード２００は、プロセッサ２０１と、送信回路２０３及び受信回路２０５を含むトランシーバー２０２と、アンテナ２０６と、ディスプレイ２０７と、入力装置２０８と、プロセッサ２０１により実行される動作命令を記憶するプログラムメモリ２０９と、バッファメモリ２１１と、１つ以上の通信インタフェース２１３と、着脱可能な記憶装置２１５とからなる。図示されてはいないが、ノード２００は、好適には、アンテナスイッチ、デュプレクサ、サーキュレータ、情報パケットを送信回路２０３からアンテナ２０６へ、又はアンテナ２０６から受信回路２０５へ断続的に提供するその他の高度隔離手段（図示せず）をさらに備える。またノード２００は、少なくとも図２に示されている全ての要素、並びにノード２００が本来の機能を実行するために必須である他の要素を含む一体化ユニットである方が好ましい。代わりに、ノード２００は、適切に相互接続したユニット又は装置からなっていてもよく、該ユニット又は装置は、ノード２００の構成要素による機能と同等の機能を実行するものであればよい。例えば、ノード２００は、ノートパソコンと無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）カードとからなっていてもよい。

プロセッサ２０１は、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）、状態機械、論理回路、作業命令又はプログラム命令に基づいて情報を処理するその他の装置などを含む。当該作業命令やプログラム命令は、プログラムメモリ２０９に保存されるのが好ましい。プログラムメモリ２０９は、ＲАＭ（ｒａｎｄｏｍ−ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）又はＲＯＭ（ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）を搭載するＩＣ（集積回路）メモリチップ、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｃ ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスクドライブ、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）、フラッシュメモリカード、又はデジタル情報を保存する他の媒体のいずれであってもよい。当業者にとっては明白であるように、プロセッサ２０１が状態機械や論理回路により実行される１つ以上の機能を有している場合、それに応じる作業命令を含むメモリ２０９は、状態機械や論理回路に組み込まれていてもよい。プロセッサ２０１及び残りのノード２００により実行される作業に関しては、下記で説明する。

送信回路２０３及び受信回路２０５により、ノード２００は他のノードと情報パケットの通信を行ったり、情報パケットを取得したりできる。この点において、送信回路２０３及び受信回路２０５は、無線通信チャネルを通してデジタル又はアナログ通信ができるように、従来の電気回路を備えている。送信回路２０３及び受信回路２０５は、セルラー無線インタフェース（例えば、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、ＣＤＭＡ（符号分割多重接続）、ＷＣＤＭＡ（広帯域ＣＤＭＡ）、ＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）など）や、アドホックネットワーク無線インタフェース（例えば、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、８０２．１１ ＷＬＡＮ（無線ローカルエリアネットワーク）、８０２．１６ ＷｉＭａｘなど）の両方で動作が可能であるように設計されている。

送信回路２０３及び受信回路２０５の実装は、ノード２００の実装に左右される。例えば、送信回路２０３及び受信回路２０５は、適当な無線モデムであっても、従来の双方向無線装置の送受信要素であってもよい。送信回路２０３及び受信回路２０５が無線モデムである場合、該モデムは、ノード２００の内部に位置してもよく、又はノード２００に差し込めるように構成されていてもよい（例えば、ＰＣＭＣＩＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｍｅｍｏｒｙ Ｃａｒｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）カード上の無線ＲＦ（ラジオ周波数）モデム）。無線通信装置の場合、送信回路２０３及び受信回路２０５は、従来の技術に基づき、無線装置のハードウェア／ソフトウェアアーキテクチャの一部として実現されるのが好ましい。送信回路２０３及び／又は受信回路２０５の機能のほとんどはプロセッサ、例えばプロセッサ２０１などにより実装される。しかしながら、本書において、プロセッサ２０１、送信回路２０３、受信回路２０５は、より理解しやすいように人為的に分けられている。

受信回路２０５は、少なくとも１つの帯域幅で、随意にはより多くの帯域幅（隣接する装置との通信がネットワーク通信に用いられる周波数帯以外の周波数帯で行われる場合）でＲＦ信号を受信できる。受信回路２０５は、第１受信機と第２受信機からなっていても、２つ以上の帯域幅で受信可能な１つの受信機からなっていてもよい。トランシーバー２０２は、送信回路２０３のセットを少なくとも１つ備える。少なくとも１つの送信機２０３は、複数の周波数帯上の複数の機器へ送信できるように設計されていてもよい。受信機２０５と同様に、デュアル送信機２０３は、一方の送信機が隣接したノードへの送信又はＷＬＡＮとの直接リンク確立に用いられ、他方の送信機がセルラー基地局への送信に用いられるように構成されていてもよい。

アンテナ２０６は、無線キャリア周波数を含む周波数帯域の電磁エネルギーを放射及び受信する、既存又は先進の構造を備える。
バッファメモリ２１１は、ＲＡＭなどの揮発性メモリであってもよく、本発明による受信情報パケットの一時的な保存に用いられる。

ノード２００が映像ソースから映像情報を受信できるように構成されている場合、ノード２００は、現在のＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）標準又は他の映像復号標準の復号を可能とする映像デコーダをさらに備えるのが好ましい。また、ノード２００が映像情報の送信も可能であるならば、ノード２００は、映像データを映像標準の少なくとも１つに符号化できる映像エンコーダをさらに備えるのが好ましい。映像デコーダ及びエンコーダは、プロセッサ２０１の一部として実装されるのが望ましい。

概説
ノード間の通信が複数のホップを通して行われるマルチホップネットワークでは、ノード間の管理トラフィックを伝送する技術を改善する必要がある。

マルチホップメッシュネットワークにおける、複数のホップ又は「メッシュリンク」を通したメッシュノード間の管理情報伝送を効率的に行うための技術は数多い。このような技術は、汎用のものであり、メッシュネットワークを通して管理トラフィックを伝送する拡張可能なメカニズムを提供し、さらに、セキュリティ、ルーティング、無線測定、メッシュノード管理などに関する様々な用途への適用も可能である。

本明細書において、「管理情報」とは、ノード又はシステムを管理、制御、運用、及び監視する機能に関するトラフィックを意味する。メッシュネットワーク上の管理機能の例として、セキュリティ管理、ルーティング管理、帯域幅管理、性能管理、システム監視、構成管理などが挙げられる。管理トラフィックは、ノード又はシステムの働きや動作などを制御するために、或いはノードの状態や動きを報告するために送られるメッセージなどを含む。

メッシュネットワーク上の管理トラフィック伝送を可能とする目的で設けられた「メッシュアクション」フレームと呼ばれる新規のフレームは、１つ以上のメッシュリンクを通した管理トラフィックの伝送に用いられる。メッシュアクションフレームのタイプによってデータフレームからのメッセージが区別され、適切なプロセッサ又は内部機能によりコンテンツを処理することが可能となる。メッシュアクションフレームによって、メッシュノードがユーザトラフィックと管理トラフィックとを区別することが可能となり、ノードは転送されるフレームのコンテンツを検査せずにトラフィックを転送するので、メッシュを通じて効率的に転送することが可能となる。メッシュアクションフレームを、その宛先ノードへ転送する仲介ノードは、フレームをメッシュデータフレームと同様の方式で処理できる。宛先ノードは「メッシュアクション」フレームタイプを用いて、より容易にフレームの受信を処理する。

これに加えて、発信者ノード又は発信元ノードにて管理メッセージをこの新たなメッシュアクションフレームタイプのボディへパックし、受信先ノードにてこの新たなメッシュアクションフレームタイプのボディから管理メッセージをアンパックする技術も存在する。

実施例の１つにおいて（ただし、それに限られる訳ではない）、開示された技術は、ＩＥＥＥ ８０２．１１基準、例えばＩＥＥＥ ８０２．１１ｓに従う装置及びネットワークと関連して適用されるものである。

図３は、本発明の実施例によるメッシュ管理フレーム３００のフォーマットを示すデータ構造図である。メッシュ管理フレーム３００は、フレーム制御フィールド３０２、継続時間フィールド３０４、受信者アドレスフィールド３０６、送信者アドレスフィールド３０８、宛先アドレスフィールド３１０、シーケンス制御フィールド３１２、発信元アドレスフィールド３１２、メッシュ転送制御フィールド３１６、ボディフィールド３１８、ＦＣＳフィールド３２０からなる。

フレーム制御フィールド３０２は、フレームをメッシュ管理フレームとして識別するのに必要な情報を含んでいる。さらに、フレーム制御フィールドは、メッセージボディ３１８が暗号化されていることを示す保護フレーム（Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ Ｆｒａｍｅ）サブフィールドを含む。

継続時間フィールド３０４は、ビット単位でのフレームの長さに比例する継続時間値を含む。メッシュ管理フレームに対する継続時間値の算出は、フレーム交換シーケンスにおいて制御フレームが送信される際のデータ転送率を判定する規則に基づいて行われる。

メッシュ管理フレーム３００は、受信者アドレスフィールド３０６、送信者アドレスフィールド３０８、宛先アドレスフィールド３１０、発信元アドレスフィールド３１４の、４つのアドレスフィールドからなる。受信者アドレスフィールド３０６は、フレームの仲介指定受信機であるノード（又は「メッシュポイント」）のユニキャストアドレス、又はフレームの仲介指定受信機である複数のノード（又は「複数のメッシュポイント」）のマルチキャスト若しくはブロードキャストアドレスを示す。送信者アドレスフィールド３０８は、フレームを送信するノード（又は「メッシュポイント」）のアドレスである。宛先アドレスフィールド３１０は、フレームボディフィールドのメッシュアクションデータユニットの宛先を指す。発信元アドレスフィールド３１４は、フレームボディフィールドのメッシュアクションデータユニットを開始させたノード（又は「メッシュポイント」）のアドレスをいう。ノード（又は「メッシュポイント」）は、ＲＡフィールド３０６のコンテンツを用いて受信決定に対するアドレスマッチングを行う。ＲＡフィールド３０６がグループアドレスを含んでいる場合、ＳＡフィールド３１４もまた、ブロードキャスト又はマルチキャストが受信側ノード（又は「メッシュポイント」）との間で確立されたリンクを有するノード（又は「メッシュポイント」）から発せられたことを保証するように有効化される。ノード（又は「メッシュポイント」）は、肯定応答が必要な場合、ＴＡフィールド３０８のコンテンツを用いて肯定応答を指示する。

シーケンス制御フィールド３１２の値は、受信者メッシュポイントが、受信したフレームを送られてきた順番で配置することによってそれらのフレームを正確に処理し、重複したフレームを除去することができるように、送信側メッシュポイントによって設定される。

メッシュ転送制御フィールド３１６は、数字によるエンドツーエンドシーケンス番号の値と、有効期間の値とを含む。エンドツーエンドシーケンス番号の値によって、宛先ノードが、発信元ノードから受信したメッシュアクションデータユニットを適切な順序に並べることができる。有効期間フィールドは、メッシュネットワークにおいてある種のルーティングエラーの生じる可能性を軽減する。

ボディフィールド３１８は、メッシュアクションデータユニット、セキュリティヘッダ、及びセキュリティトレイラ（フレーム制御フィールドにおける保護フレームサブフィールドが１に設定されている場合かつその場合にのみ存在する）からなる。メッシュアクションデータユニットは、図５を参照して下記でより詳しく説明されるメッシュアクションフィールドを含む。メッシュアクションフィールドは、カテゴリフィールド及びアクション値フィールドを備え、各メッシュアクションに対して定義された情報要素がその後に続く。

ＦＣＳフィールド３２０は、送信中に発生した可能性のあるフレーム内の誤りを検出する巡回冗長検査を含む。
図４は、本発明の幾つかの実施形態によるメッシュアクションフレーム４００のフォーマットを示すデータ構造の図である。メッシュアクションフレーム４００は、４重アドレスＭＡＣヘッダ４２０と、メッシュアクションボディフィールド４３０と、ＦＣＳ（フレーム検査シーケンス）４４０とからなる。メッシュアクションフレーム４００によって、４重アドレスＭＡＣヘッダ４２０をメッシュアクションボディフィールド４３０中の管理情報と共に用いることが可能となる。

４重アドレスＭＡＣヘッダ４２０によって、仲介ノードがメッセージのペイロードを検査することなく管理トラフィックを転送できるようになる。メッシュアクションフレーム４００を転送できるように、４重アドレスＭＡＣヘッダ４２０には、発信者（又は発信元）ノード（例えば発信元アドレス（ＳＡ））、受信先ノード（例えば宛先アドレス（ＤＡ））、送信者ノード（例えば送信者アドレス（ＴＡ））、及び受信者ノード（例えば受信者アドレス（ＲＡ））を識別するために必要なアドレスフィールドが含まれる。４重アドレスＭＡＣヘッダ４２０とそのアドレスフィールド（例えば、ＲＡ３０６、ＴＡ３０８、ＤＡ３１０、ＳＡ３１４）に関しては、図３を参照して詳しく上述されている。

ＦＣＳフィールド４４０は、送信中に発生し得るフレームにおける誤りを検出するために用いられる。ＦＣＳフィールド４４０は、フレーム４００の他のフィールド（ＭＡＣヘッダ４２０及びメッシュアクションボディフィールド４３０を含む）を通じて算出される３２ビットの巡回冗長検査（ＣＲＣ）からなる。

メッシュアクションボディフィールド４３０は、セキュリティフィールド４３２と、メッシュアクションデータユニット４３４、及びメッセージ完全性チェック（ＭＩＣ）フィールド４３８からなる。

メッシュアクションフレーム４００のメッシュアクションボディフィールド４３０におけるセキュリティフィールド４３２によって、メッシュアクションボディフィールド４３０の管理情報コンテンツを、データフレームと同様の方式で暗号化することが可能となる。セキュリティフィールド４３２によって、ホップバイホップセキュリティ（例えば、プライバシー及び完全性の保護）を提供しつつ、管理トラフィックが１つ以上のメッシュリンクを通して伝送されることが可能となる。セキュリティフィールド４３２は、トラフィックを暗号化及び復号してプライバシーを保護するために送信側ノード及び受信側ノードによって用いられる情報を含んでいてもよい。セキュリティフィールド４３２は、ＴＫＩＰ（Ｔｅｍｐｏｒａｌ Ｋｅｙ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）が暗号スイートとして選ばれた場合、メッシュアクションデータユニット４３４のコンテンツの暗号化及び復号に用いられるＴＫＩＰシーケンスカウンタを含んでいてもよい。またその代わりに、セキュリティフィールド４３２は、メッセージ認証コードプロトコル付きの暗号ブロック連鎖によるカウンタモード（ＣＣＭＰ）が暗号スイートとして選ばれた場合、メッシュアクションデータユニット４３４のコンテンツの暗号化及び復号に用いられるパケット番号を含んでいてもよい。

メッシュアクションフレーム４００のメッシュアクションボディフィールド４３０におけるＭＩＣ（メッセージ完全性チェック）フィールド４３８は、メッシュアクションボディフィールド４３０の管理情報コンテンツの完全性を、データフレームと同様の方式で保護する。ＭＩＣ（メッセージ完全性チェック）フィールド４３８は、例えば、ＭＡＣヘッダ４２０とメッシュアクションボディフィールド４３０の部分を通じて算出された値を含み、メッセージの当該部分が送信中に改ざん又は変更されないようにペアとなる鍵を用いる。ＭＩＣフィールド４３８はさらに、ＴＫＩＰが暗号スイートとして選ばれた場合、メッシュアクションボディフィールド４３０の部分を用いて算出した完全性チェック値（ＩＣＶ）などを備えていてもよい。

メッシュアクションデータユニット４３４は、カテゴリフィールド４３５、アクションフィールド４３６、及びコンテンツフィールド４３７からなる。カテゴリフィールド４３５に挿入されたカテゴリ値と、アクションフィールド４３６に挿入されたアクション値は、コンテンツフィールド４３７を一意に特定する。メッシュアクションフレームに対するカテゴリ値及びアクション値は、既存アクションフレームに対するカテゴリ値及びアクション値からそれぞれ個別に規定される。例えば、単一の無線リンクを通じて通信を行うための既存アクションフレームは、「スペクトル管理測定要求」など特定のコンテンツを示すカテゴリ値＝０、アクション値＝０を含んでいてもよい。一方、メッシュアクションフレーム４００は、例えば、「効率的メッシュセキュリティアソシエーションのメッシュ鍵ホルダセキュリティ確立」など異なるコンテンツを示すためにカテゴリ値＝０、アクション値＝０（それぞれカテゴリフィールド４３５とアクションフィールド４３６に存在する）を含んでいてもよい。メッシュアクションデータユニット４３４はホップごとに、メッシュデータフレームと同様のメカニズムを用いて暗号化される。

カテゴリフィールド４３５は、管理トラフィックを異なるクラスに分類する。少なくとも１つ、場合によっては幾つかの異なるカテゴリ値（例えばカテゴリ＝０）は、カテゴリフィールド４３５において、管理カテゴリを特定する（例えば、セキュリティ、ルーティング、測定など）。

アクションフィールド４３６は、各カテゴリフィールド４３５ごとに個別の管理アクション値を指定する。要するに、各カテゴリ値に対して、特定のメッセージタイプ又はアクションフィールド４３６で用いられる少なくとも１つ（複数も可）の異なるアクション値が指定される。カテゴリフィールド４３５は、メッシュアクションフレーム４００の受信者が、受信した管理フレーム４００の出力先を、正しい処理エンジン（例えば、セキュリティエンジン、ルーティングエンジンなど）に再び向けるようにする。該処理エンジンは、メッシュアクションフレーム４００のメッセージタイプフィールド４３６によって指定されたアクションに基づき、メッシュアクションフレーム４００のコンテンツフィールド４３７を解析する。

メッシュアクションフレーム４００のコンテンツフィールド４３７は、アクションフィールド４３６において用いられ得る異なるアクション値のそれぞれに対応する、１つ以上の情報要素（ＩＥ）又は固定フィールドからなる。

メッシュアクションフレーム４００をどのように実用化するのかに関してより詳しく説明するために、下記のテーブル１を参照しながら実例の１つを検討する。開示された技術の実用例は、メッシュネットワークのノードがメッシュ鍵配布者から得た鍵材料を用いてメッシュネットワーク上の他のノードに対して認証を行えるようにする効率的なセキュリティメカニズムに関するものである。メッシュオーセンティケータノードとメッシュ鍵配布者は、セキュリティメッセージと鍵材料を相互間に伝送して、構成ノード間の効率的なセキュリティアソシエーションをサポートする。例えば、サプリカントノードがメッシュオーセンティケータノードとの間でセキュリティアソシエーションを確立しようとするマルチホップネットワークにおいて、サプリカントノードに関するセキュリティメッセージや鍵材料は、メッシュオーセンティケータノードを含む複数の仲介ノード、又は複数の「ホップ」を通して伝送される。サプリカントノードに属する鍵材料と、鍵配布者に位置する鍵材料は、メッシュオーセンティケータノードに伝送され、メッシュオーセンティケータノードとサプリカントノードとの間でセキュリティアソシエーションを確立する。

下記のテーブル１は、実施例の１つ（ただし、それに限られる訳ではない）による、カテゴリフィールド４３５及びアクションフィールド４３６にて用いられる値の異なる組み合わせを示している。

テーブル１に示された特定の事例において、カテゴリフィールド４３５のカテゴリ値は０に設定されている。０のカテゴリ値は、ＥＭＳＡ（高効率メッシュセキュリティアソシエーション）機能を示す。異なるＥＭＳＡアクションは、テーブル１の第２列に示された特定のアクション値によって指定されてもよい。例えば、アクション値０は、メッシュ鍵ホルダセキュリティ確立機能に対応する。メッシュ鍵ホルダセキュリティ確立機能は、両ノード間のセキュリティアソシエーションを確立してメッシュ鍵ヒエラルキーを有効にする。アクション値１は、ＰＭＫ−ＭＡ配信プッシュ機能を意味する。ＰＭＫ−ＭＡ配信プッシュ機能は、メッシュ鍵ヒエラルキーの鍵をメッシュオーセンティケータへ配信する機能である。アクション値２は、ＰＭＫ−ＭＡ確認機能を指す。ＰＭＫ−ＭＡ確認機能は、メッシュオーセンティケータノード１３０から送られ、鍵の配信を確認する。アクション値３は、ＰＭＫ−ＭＡ要求機能である。ＰＭＫ−ＭＡ要求機能はメッシュオーセンティケータから送られ、鍵の配信を要求する。アクション値４は、ＰＭＫ−ＭＡ配信プル機能を指す。ＰＭＫ−ＭＡ配信プル機能とは、ＰＭＫ−ＭＡ要求機能を発したメッシュオーセンティケータへメッシュ鍵ヒエラルキーの鍵を配信する機能である。アクション値５は、ＰＭＫ−ＭＡ削除機能に対応する。ＰＭＫ−ＭＡ削除機能はメッシュ鍵配布者１４０から送られ、鍵の削除を要求する。アクション値６は、メッシュＥＡＰカプセル化機能に関する。メッシュＥＡＰカプセル化機能は、メッシュオーセンティケータノード１３０とメッシュ鍵配布者１４０との間でＥＡＰ認証メッセージの伝送を許可する。

送信側ノード（例えば発信者ノード又は発信元ノード）にて管理メッセージを新たな種類のメッシュアクションフレームタイプのボディへパックし、受信側ノード（例えば受信先ノード又は宛先ノード）にて新たなメッシュアクションフレームタイプのボディから管理メッセージをアンパックする技術に関して説明する。

図５は、本発明の実施例によるマルチホップネットワークにおいて、送信側ノードが受信側ノードへメッシュアクションフレーム４００を送信する処理５００の一例に関するフローチャートである。

送信側ノードのプロセッサが管理情報伝送命令（例えば管理フレーム）を受信すると、処理５００はステップ５０２から開始される。ステップ５０４にて、送信側ノードのプロセッサは、メッシュアクションフレーム４００を用いて情報を送れるか否かを判定する。例えば、管理情報が必ずメッシュネットワークにおいて複数のホップを越えて送られなければならない場合、該送られるべき管理情報のタイプに応じたメッシュアクションフレームに対するカテゴリ値及びアクション値が定義され、該情報をメッシュアクションフレームを用いて送信することが可能になる。若しくは、管理情報が送信者ノードから１ホップ離れている受信者ノードへ送られなければならない場合、又は該送られるべき管理情報のタイプに応じるメッシュアクションフレームに対するカテゴリ値及びアクション値を規定できなかった場合は、該情報をメッシュアクションフレームを用いて送信することができない。

情報をメッシュアクションフレームを用いて送信できない場合は、ステップ５０６にて、送信側ノードのプロセッサが標準の８０２．１１アクション又は管理フレームを用いて要求を処理し、処理５００はステップ５１８にて終了される。

情報をメッシュアクションフレーム４００を用いて送信できる場合は、ステップ５０８にて、送信側ノードのプロセッサは要求処理により指定された適切なタイプのメッシュアクションデータユニット４３４を作成する。メッシュアクションデータユニット４３４は、例えば、送られるべき特定の情報に基づき選んだカテゴリ値をカテゴリフィールド４３５に挿入し、送られるべき情報の種類に基づき選んだアクション値をアクションフィールド４３６に挿入し、最後に送られるべき情報をコンテンツフィールド４３７に挿入することによって作成される。

ステップ５１０にて、送信側ノードのプロセッサは、宛先アドレスへのルート上に位置する次ホップのアドレスを判定する。
ステップ５１２にて、送信側ノードのプロセッサは、メッシュアクションデータユニット４３４をメッシュアクションフレーム４００の中にカプセル化し、ＭＡＣヘッダフィールドに、発信者（又は発信元）ノード（例えば発信元アドレス（ＳＡ））、受信先ノード（例えば宛先アドレス（ＤＡ））、送信者ノード（例えば送信者アドレス（ＴＡ））、受信者ノード（例えば受信者アドレス（ＲＡ））など、それぞれを識別するために必要なアドレスや、その他ＭＡＣヘッダフィールドが必要とする情報を充填する。

ステップ５１４にて、送信側ノードはメッシュアクションフレーム４００を暗号化する。メッシュアクションフレーム４００の暗号化過程には、例えば、暗号スイートに従ってセキュリティフィールド４３２を構築し、メッシュアクションデータユニットフィールド４３４のコンテンツを暗号化し、ＭＩＣフィールド４３８にＭＩＣ値を挿入するステップなどが含まれる。ステップ５１６にて、送信側ノードの送信機は、宛先アドレスへのルート上に位置する次ホップのアドレスへメッシュアクションフレーム４００を送信する。ステップ５１８にて、処理５００は終了される。

図６は、本発明の実施例によるマルチホップネットワークにおいて、受信側ノードが送信側ノードからフレーム（例えば、メッシュアクションフレーム４００）を受信する処理６００の一例に関するフローチャートである。

受信側ノードの受信機が送信側ノードからフレームを受け取ると、処理６００がステップ６０２にて開始される。
ステップ６０４にて、受信側ノードのプロセッサはフレームを復号し、及び／又は管理フレームに対して完全性チェックを行う。プロセッサはまず、受信したフレームが復号されなければならないか、又は検証用の完全性チェック値を含んでいるか否かを判定する。一般の受信フレームは、復号処理や完全性チェックを必要としない場合もある。必要な場合は、プロセッサは復号処理又は完全性チェックの何れか、或いは両方を実行する。図６には、ステップ６０４がステップ６０６に先立って行われるように示されているが、図６に示されている順序に限らず、ステップ６０４は、ステップ６０６の後に実行されても構わない。

ステップ６０６にて、受信側ノードのプロセッサは、管理フレーム上のＭＡＣヘッダが４重アドレスＭＡＣヘッダであるか否かを判定する。
管理フレーム上のヘッダが４重アドレスＭＡＣヘッダでない場合（例えば２重アドレスＭＡＣヘッダや３重アドレスＭＡＣヘッダ）、受信側ノードのプロセッサはステップ６０８にて、２重又は３重アドレスＭＡＣヘッダを含むフレームに適合する方式で管理フレームを処理する。例えば、受信したフレームが２重アドレスＭＡＣヘッダフレームである場合、該フレームが従来のアクションフレームであるか否かをさらに判定し、フレームのコンテンツを従来のアクションフレームに適合する方式で処理する。ステップ６２８にて、処理６００は終了される。

受信したフレーム上のＭＡＣヘッダが４重アドレスＭＡＣヘッダ（例えば、ＭＡＣヘッダ４２０）である場合、受信側ノードのプロセッサはステップ６１０にて、受信したフレームのＭＡＣヘッダに含まれる宛先アドレスをチェックし、受信側ノードが受信したフレームの宛先ノードであるか否かを判定する。

受信側ノードが受信したフレームの宛先ノードではない場合、受信側ノードのプロセッサは、ステップ６１２にて宛先アドレスへの次ホップのノードを判定し、受信者ノードの送信機はステップ６１４にて次ホップのノードへ受信したフレームを送信する。ステップ６２８にて、処理６００は終了される。

受信側ノードが受信したフレームの宛先ノードである場合、受信側ノードのプロセッサはステップ６１６にて、該フレームによって示されたサブタイプがメッシュアクションサブタイプであるか否かを判定する。

受信したフレームによって示されたサブタイプがメッシュアクションサブタイプでない場合、受信側ノードのプロセッサはステップ６１８にて、それに適合するフレームサブタイプ（例えば、メッシュデータ）を処理するプロセッサへ該フレームを送信する。フレームサブタイプとしては、該フレームのコンテンツがメッシュデータプロセッサにより処理されるべきデータであることを示すメッシュデータサブタイプなどが挙げられる。ステップ６２８にて、処理６００は終了される。

受信したフレームによって示されたサブタイプがメッシュアクションサブタイプであり、受信したフレームが管理フレーム、特にメッシュアクションフレームであることが判定された場合、受信側ノードのプロセッサはステップ６２０にて、メッシュアクションフレーム４００によって示されたカテゴリが、有効カテゴリ値であるか否かを判定する（例えば、カテゴリ０は、非限定の一例でのみ有効なカテゴリである）。

受信したメッシュアクションフレーム４００により示されたカテゴリが有効なカテゴリ値でない場合、受信側ノードのプロセッサはステップ６２２にて、フレームが「無効」カテゴリに属すると見なして破棄し、ステップ６２４にて、メッシュアクションフレーム４００のＭＡＣヘッダ４２０に含まれていた発信元アドレス（ＳＡ）情報に基づいてメッシュアクションフレームの発信元アドレスへ送るべき誤り応答を生成する。ステップ６２８にて、処理６００は終了される。

メッシュアクションフレーム４００により示されたカテゴリが有効なカテゴリ値であった場合、受信側ノードのプロセッサはステップ６２６にて、メッシュアクションフレーム４００のコンテンツを、カテゴリ値に従って選ばれた適合するアプリケーションプロセッサ又は他の内部機能へ送信する。

例えば、メッシュアクションフレーム４００のコンテンツがセキュリティ管理アプリケーションにおける鍵配信や認証メッセージ伝送などの機能に関するものであった場合、メッシュアクションフレーム４００はセキュリティアプリケーションプロセッサへ送られる。メッシュアクションフレーム４００のコンテンツがルート管理アプリケーションにおけるルート確保、ルート発見、ルート誤り表示などの機能に関するものであった場合、メッシュアクションフレーム４００はルーティングプロセッサへ送られる。メッシュアクションフレーム４００のコンテンツが帯域幅管理アプリケーションにおける帯域幅要求、帯域幅応答、帯域幅取り消しなどの機能に関するものであった場合、メッシュアクションフレーム４００は帯域幅管理プロセッサへ送られる。メッシュアクションフレーム４００のコンテンツがシステム監視アプリケーションにおけるルート状態報告、ルート利用、ネットワーク渋滞報告などの機能に関するものであった場合、メッシュアクションフレーム４００は適合するシステム監視プロセッサへ送られる。メッシュアクションフレーム４００のコンテンツがシステム設定管理におけるトポロジー発見などの機能に関するものであった場合、メッシュアクションフレーム４００は適合する設定管理プロセッサへ送られる。

ステップ６２８にて、処理６００は終了される。
従って、１つ以上のメッシュリンクを通した管理トラフィックの伝送に用いられる「メッシュアクション」フレームと呼ばれる新規のフレームを設けて、メッシュネットワーク上の管理トラフィック伝送を促進する。メッシュアクションフレームのその宛先ノードへ転送する仲介ノードは、メッシュデータフレームと同様の方式でフレームを処理する。宛先ノードは「メッシュアクション」フレームタイプを、フレームを受信する際の処理をより円滑にするために活用する。メッシュアクションフレームタイプは、メッセージとデータフレームとを区別し、コンテンツが適合する内部機能により処理されるようにする。メッシュアクションフレームによって、メッシュノードはユーザトラフィックと管理トラフィックを区別し、従って、転送に先立ってフレームのコンテンツを検査する必要がなく、メッシュを越えて効率的に転送することが可能になる。

Claims (8)

1. マルチホップ通信ネットワークにおける送信者ノードと受信者ノードとの間の通信方法であって、
   情報にフォーマットを適用してデータ構造とし、メッシュアクションフレームを生成することと、
   送信者ノードからメッシュアクションフレームを送信することとからなり、
   メッシュアクションフレームは、
   発信元ノードを特定する発信元アドレス（ＳＡ）と、受信先ノードを特定する宛先アドレス（ＤＡ）と、送信者ノードを特定する送信者アドレス（ＴＡ）と、受信者ノードを特定する受信者アドレス（ＲＡ）とを含むヘッダと、
   メッシュアクションデータユニットを含むボディフィールドとを含み、
   メッシュアクションデータユニットは、
   特定の管理カテゴリに各々対応する複数のカテゴリ値のうちの１つ以上を指定するカテゴリフィールドと、
   各カテゴリフィールドに対して複数の管理アクション値のうちの１つ以上を指定するアクションフィールドと、
   アクションフィールドにより指定されるアクション値に対応する情報を含み、カテゴリ値及びアクション値によって一意に特定されるコンテンツフィールドとを含む方法。
2. カテゴリフィールドは管理トラフィックを異なるクラスに分類する管理カテゴリを特定するために用いられる請求項１に記載の方法。
3. ボディフィールドは、
   ホップバイホップセキュリティを提供するようにコンテンツフィールドを暗号化するためのセキュリティフィールドと、
   送信中の変更に対するメッシュアクションデータユニットの完全性を保護するようにセキュリティフィールド及びメッシュアクションデータユニットを通じて算出されるメッセージ完全性チェック（ＭＩＣ）フィールドとをさらに含む請求項１に記載の方法。
4. メッシュアクションフレームは、
   送信中にメッシュアクションフレームにおいて発生する誤りを検出するようにヘッダ及びボディフィールドを通じて算出されるフレーム検査シーケンス（ＦＣＳ）フィールドをさらに含む請求項１に記載の方法。
5. １つ以上のメッシュリンクを通じて管理トラフィックの通信を行う方法であって、
   符号化されたデータ構造を有する変調済みデータ信号にフォーマットを適用することと、
   前記１つ以上のメッシュリンクを通じて変調済みデータ信号の通信を行うこととからなり、
   前記データ構造は、
   発信元ノードを特定する発信元アドレス（ＳＡ）と、受信先ノードを特定する宛先アドレス（ＤＡ）と、送信者ノードを特定する送信者アドレス（ＴＡ）と、受信者ノードを特定する受信者アドレス（ＲＡ）とを含むヘッダと、
   メッシュアクションデータユニットを含むボディフィールドとを含み、
   メッシュアクションデータユニットは、
   特定の管理カテゴリに各々対応する複数のカテゴリ値のうちの１つ以上を指定するカテゴリフィールドと、
   各カテゴリフィールドに対して複数の管理アクション値のうちの１つ以上を指定するアクションフィールドと、
   アクションフィールドにより指定されるアクション値に対応する情報を含み、カテゴリ値及びアクション値によって一意に特定されるコンテンツフィールドとを含む方法。
6. ボディフィールドは、
   ホップバイホップセキュリティを提供するようにコンテンツフィールドを暗号化するためのセキュリティフィールド、をさらに含む請求項５に記載の方法。
7. ボディフィールドは、
   送信中の変更に対するメッシュアクションデータユニットの完全性を保護するようにセキュリティフィールド及びメッシュアクションデータユニットを通じて算出されるメッセージ完全性チェック（ＭＩＣ）フィールド、をさらに含む請求項５に記載の方法。
8. データ構造は、
   送信中にデータ構造において発生する誤りを検出するようにヘッダ及びボディフィールドを通じて算出されるフレーム検査シーケンス（ＦＣＳ）フィールド、をさらに含む請求項５に記載の方法。

Images