JP2015065506A - Ｌａｎ通信とｉｅｅｅ８０２．１５．４規格通信との中継システム - Google Patents

Ｌａｎ通信とｉｅｅｅ８０２．１５．４規格通信との中継システム Download PDF

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岸田智明
Tomoaki Kishida
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    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
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Abstract

【課題】社会に広く普及した有線または無線LAN通信と、より低消費電力で通信距離の長い特定小電力無線通信と、の間のデータ通信を中継するシステムを提供する。
【解決手段】IEEE802.3またはIEEE802.11諸規格により通信するLAN通信機器１１〜１３と、IEEE802.15.4諸規格により通信するセンサ等の通信機器１〜５と、の間のデータ通信を中継する。TCP/IPなどのプロトコル機能を実装しないセンサ等の通信機器１〜５と、無線LAN通信機器１１〜１３との間のTCP/IP通信やUDP/IP通信等を可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、IEEE802.3またはIEEE802.11諸規格とIEEE802.15.4諸規格とを利用してデータ通信を行う通信システム、通信装置、通信方法、及びプログラムに関する。
IEEE802.11諸規格には、IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n、等の規格が含まれ、規定された通信規格によるデータ通信が行なわれる。
IEEE802.11諸規格に準拠した無線通信では、子局の通信装置（ステーション）から親局の通信装置（アクセスポイント）へと（インフラストラクチャモード）、または、子局の通信装置から子局の通信装置へと（アドホックモード）、接続を開始し、接続の確立後に双方からのデータ通信が可能となる。
IEEE802.15.4諸規格には、IEEE802.15.4g、IEEE802.15.4e、等の規格が含まれ、規定された通信規格によるデータ通信が行なわれる。
IEEE802.15.4諸規格に準拠した無線通信では、子局の通信装置（デバイス）から、親局の通信装置（コーディネータ）へと接続を開始し、接続の確立後に双方からのデータ通信が可能となる。
特許文献１（特開第２００９−４９５４４公報）では、異種無線方式間において、IPアドレスに対応して中継する、データリンク層より上位の発明について説明されている。
特開第２００９−４９５４４公報
IEEE802.15.4 IEEE802.11
IEEE802.3やIEEE802.11諸規格は、一般的にLANとも呼ばれ社会に広く普及した反面、消費電力が大きく実用的な通信距離は短い。
一方、IEEE802.15.4諸規格はIEEE802.3やIEEE802.11諸規格に比べ、消費電力が小さく通信距離は長いが、普及度は低い。
また、IEEE802.15.4諸規格通信機器には、処理能力が低いためにTCP/IPまたはUDP/IPネットワーク機能を有することのできないものがある。
本発明は、２つの通信規格がもつ異なる特徴に鑑みてなされたものであり、TCP/IPまたはUDP/IPネットワーク機能を有しないIEEE802.15.4諸規格通信機器と、TCP/IPまたはUDP/IPネットワーク機能を有するIEEE802.3やIEEE802.11諸規格通信機器と、の間のデータ通信を中継することにより、広く普及した規格による長距離且つ低消費電力なデータ通信ネットワークを提供する。
本発明は、 IEEE802.3またはIEEE802.11諸規格通信部と、IEEE802.15.4諸規格通信部と、を有し、接続するIEEE802.15.4諸規格通信機それぞれにつき仮想ネットワークインターフェイスを作成し、異なる通信規格通信機器間のデータ通信を中継することを特徴とする。
本発明は、接続するIEEE802.15.4諸規格通信機器の仮想ネットワークインターフェイスをもち、中継システム内部のTCP/IPまたはUDP/IPネットワークスタックが、IEEE802.3またはIEEE802.11諸規格通信機からのARP、TCP/IP、UDP/IPプロトコルに応答する。
本発明は、接続する通信機器のIPアドレスまたはMACアドレスを、代理MACアドレスに変換し、IPアドレスとMACアドレスとを括り付けて保持するテーブルを持つことにより、二つの異なる通信規格通信機器間におけるデータ通信を可能とする。
本発明により、IEEE802.15.4諸規格通信機器への、LAN通信機器とTCP/IPやUDP/IPなどのデータ通信を行うためのプロトコル機能の実装が不要となる。
本発明に係る中継システムの実施形態例を示す概略的な全体構成図である。 本発明の実施の形態に係る中継システムの模式図である。 中継システム内部構成の一例を示すブロック図である。 接続、ARPプロトコルの代理応答の一例を示すフローチャートである。 データ中継の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。
（第１の実施形態）
図２は、本発明の実施の形態に係る中継システムの模式図である。
無線中継システム１００は、IEEE802.3またはIEEE802.11諸規格通信機器と、IEEE802.15.4諸規格通信機器と、の間に設けられ、IEEE802.3またはIEEE802.11諸規格による通信を行う無線または有線LAN通信機器１１〜１３と、IEEE802.15.4諸規格による通信を行うセンサ等の通信機器１〜５と、の間のデータ通信を中継する。
無線または有線LAN通信機器１１〜１３は、IEEE802.3またはIEEE802.11諸規格によるデータ通信を行う。
センサ等の通信機器１〜５は、IEEE802.15.4諸規格のデバイスとして動作する。
図３は、中継システム１００の内部構成の一例を示すブロック図である。
中継システム１００には、IEEE802.3またはIEEE802.11諸規格通信部１０１とドライバ１１１、IEEE802.15.4諸規格無線通信部１０２とドライバ１１２、を設ける。
中継システム１００内部のネットワークインターフェイス（図中I/Fとする）１２１は、IPデータを、IEEE802.3またはIEEE802.11諸規格通信部から、TCP/IPまたはUDP/IPネットワークスタック１３１を介して、上位アプリケーション１４０へと、受け渡す役割を担う。
中継システム１００は、接続を受け付けるIEEE802.15.4諸規格通信機器毎に仮想ネットワークインターフェイス１２２、１２３、１２４を生成する。
中継システム１００内部の仮想ネットワークインターフェイス１２２、１２３、１２４は、非IPデータを、IEEE802.15.4諸規格の通信部から、TCP/IP、UDP/IPネットワークスタックを介さずに、上位アプリケーションをへと受け渡す（Rawソケットを使用してRAWネットワークスタック１３２を経由する）役割を担う。
中継システム１００のアプリケーション１４０は、接続するLAN通信機器の、IPアドレス、生成したIEEE802.15.4諸規格代理MACアドレス、を括り付けて保持するテーブルを備え、データ通信の中継に際しては、必要なアドレス変換を行い、また、IEEE802.3またはIEEE802.11諸規格通信部とのデータのやり取りについては、通常のソケットプログラムにより処理し、IEEE802.15.4諸規格通信部とのデータのやり取りについては、通常のRAWソケットプログラムにより処理する。
中継システム１００は、プログラムにより図４，５に示す接続、通信の中継を実現する。
図４は、接続、ARPプロトコルの代理応答の一例を示すフローチャートである。
IEEE802.15.4通信機器１は、コーディネータとして機能する中継システム１００に接続(S1)する。
中継システム１００は、IEEE802.15.4通信機器１からの接続を受けるとLAN通信用の代理MACを作成し、仮想ネットワークインターフェイスを作成、IPアドレスを割り当てる。
中継システム１００が、有線または無線LAN通信機器１１から仮想ネットワークインターフェイスのIPアドレス宛ARP要求を受け付けると(S2)、中継システム内部のネットワークスタックが、LAN通信用の代理MACをARP応答する(S3)。
同様に、中継システム１００は、IEEE802.15.4通信機器２からの接続(S4)、IEEE802.15.4通信機器３からの接続(S5)を受け付けると、機器ごとに、LAN通信用の代理MACを作成して仮想ネットワークインターフェイスを作成、IPアドレスを割り当てる。
中継システム１００が、有線または無線LAN通信機器１２からARP要求を受け付けたとき(S6)、(S8)、その対象が仮想ネットワークインターフェイスのIPアドレスであれば、中継システム内部のネットワークスタックが、LAN通信用の代理MACをARP応答する(S7)、(S9)。
図５は、データ中継の一例を示すフローチャートである。
中継システム１００が、有線または無線LAN通信機器１１からTCP接続要求を受け付けると(S10)、中継システム内部のネットワークスタックがTCP接続完了を応答する(S11)。
中継システム１００が、TCPサーバーポートを作成し、TCPコネクション受付状態にあるとき、有線または無線LAN通信機器１１からIEEE802.15.4通信機器宛てのTCPデータを受け付けると(S12)、中継システム内部のネットワークスタックがTCP送信応答を行う(S13)。
送信元IPアドレスからIEEE802.15.4通信用の代理MACを作成、ソケットIDと括り付けて保持した上、仮想ネットワークインターフェイス “eth1”から“eth1”自身の代理MACアドレスと対応するMACアドレスをもつIEEE802.15.4通信機器１へとTCPのペイロードデータのみを送信する(S14)。
中継システム１００は、IEEE802.15.4通信機器１から有線、無線LAN通信機器１へのTCPのペイロードとなるデータを受け付けると(S15)、送信先MACアドレスから送信先IPアドレスとソケットIDを特定し、中継システム内部のネットワークスタックを介さずに、有線または無線LAN通信機器１へとTCPデータを送信する(S16)。
中継システム１００のテーブルに、あらかじめ、通信機器のIPアドレスとMACアドレスをソケットID（例、UDP）と共に括り付けて設定しておくこともできる。
中継システム１００が、IEEE802.15.4通信機器２からのデータ通信を受け付ける(S17)と、データ通信に含まれる送信先代理MACアドレスから、対応する有線または無線LAN通信機器１２のIPアドレスとソケットIDとを、テーブルを参照、特定し、UDPデータを送信する(S18)。
図１に示すように本発明は、ＩＰ通信を行うパソコンやスマートフォン等と、IP通信機能を持たない測定器や家電製品に付随するセンサ等と、が通信を行うサービスに適用可能である。

Claims (3)

  1. 第１通信規格通信機器と接続し、第１通信規格によるデータ通信を行う第１通信規格通信部と、
    前記第１通信規格とは別の通信規格である第２通信規格通信機器と接続し、第２通信規格によるデータ通信を行う第２通信規格通信部と、
    を、備え、
    前記第２通信規格通信部が、複数の第２通信規格通信機器からの接続を受け付けると、
    前記第２通信規格通信機器それぞれにつき、第２通信規格MACアドレスを第１通信規格代理MACアドレスに変換し、
    さらに、前記第２通信規格通信機器それぞれにつき、固有のIPアドレスを持つ仮想ネットワークインターフェイスを作成することにより、
    第１通信規格通信機器からのARP、TCP/IP、UDP/IPプロトコルに対し、接続する前記第２通信規格通信機器の代理として応答する、中継システム。
  2. 請求項１に記載の中継システムにおいて、さらに、
    接続する第２通信規格通信機器のMACアドレスから、第１通信規格代理MACアドレスを生成し、両アドレスを括り付けて保持し、
    また、接続する第１通信規格通信機器のIPアドレスと、前記IPアドレスから生成した第２通信規格代理MACアドレスと、を括り付けて保持する、
    テーブルを備え、
    前記接続する第１通信規格通信機器との通信においては、
    前記接続する第２通信規格通信機器毎に作成した固有のIPアドレスをもつ仮想ネットワークインターフェイスを用いてIPデータ通信を行い、
    前記接続する第２通信規格通信機器との間の通信においては、
    前記接続する第１通信規格通信機器毎にIPアドレスから生成した第２通信規格代理MACアドレスと、
    仮想ネットワークインターフェイスに対応した前記接続する第２通信規格通信機器固有のMACアドレスと、
    を用いて、非IPデータ通信を行う、
    異なる通信規格による二つの通信機器間のデータ通信中継において、一方の機器との間ではIPデータ通信を行い、他方の機器との間ではプロトコルに依存しない自由なデータ形式による非IPデータ通信を行う、中継システム。
  3. 請求項１または請求項２に記載の中継システムにおいて、
    第１通信規格と第２通信規格とが、
    IEEE802.3またはIEEE802.11諸規格と、IEEE802.15.4諸規格またはその他の特定小電力無線規格と、であることを特徴とする中継システム。
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