JP5592887B2 - メッシュ型ネットワークのプロキシ構造 - Google Patents

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Description

本発明は一般的に、メッシュ型ネットワークをアクセス装置を介して他のネットワークに接続するための装置、方法、コンピュータプログラムプロダクト及びシステムに関する。
メッシュサービスの無いWLAN(wireless LAN)配置において、クライアント局又は端局(STA)は、ネットワークにアクセスするために、アクセスポイント(AP)と結び付かなければならない。STAは、これらSTAが通信するために結び付けられるAPに依存している。
IEEE標準802.11sは、WLANのメッシュ標準を展開している。ワイヤレスのメッシュ型ネットワーク(WMN)の場合、装置は簡単に相互接続することができる。各装置は、フレームを他の装置に転送するワイヤレスルーターとして働く。それ故に、ネットワークは、追加の固定インフラを無しに簡単に配置されることができる。
いわゆるメッシュ型ネットワークは、他のネットワーク及び上位層プロトコルの観点からすると、放送イーサーネット(broadcast Ethernet(登録商標))と機能的に同等のようである。例として、このメッシュ型ネットワークは、IEEE802.11規格に従うLANでもよく、ここでリンク及び制御要素がこのネットワーク要素間においてフレームを転送する。それ故に、それはメッシュ内にある全てのメッシュ点(MP)がリンク層で直接接続されているように通常は見える。この機能性は、上位層プロトコルに対してトランスペアレント(透過的)である。
標準的な"インフラ"のWLANは、STAが"主局(master station)"として働くAPに結合している集中型ネットワークである。この集中型の形態がネットワーク形成及び初期チャンネル選択を容易にさせる。APは、ある周波数チャンネルで送信を始めるように構成され、STAは単にこのチャンネルを、例えば利用可能な周波数のリストを走査することにより見つけるだけでよい。これらは、各々が訪れたチャンネルにプローブ要求を送信することにより能動的に、又は各々が訪れたチャンネルの広告(advertisement)又はビーコンに耳を傾けることにより受動的に行うことができる。全ての利用可能なチャンネルを訪問した後、STAは近くにある全てのAPを見つけ、結び付くための1つを選択することができる。
多くの家庭において、デジタル加入者回線(DSL)は、高速のインターネットアクセスを提供している。規模の経済性及び激しい競合によって、DSLモデムはしばしば、豊富な特徴のセットを手ごろな値段で提供する。これら特徴は単にインターネットプロトコル(IP)ルーターを組み込むだけでなく、さらにプリント及びファイルサーバとして働き、802.11リンクを介してワイヤレスクライアントを接続する。従って、802.11ネットワークは、家庭内において高い普及率である。さらに、APは必需品となり、どこにでも近くに見つけられる。
現在の802.11の設計により、中央のAPは、WLAN全体を管理している。しかしながら、APは通例、相互接続しない。APにより確立される各WLANは、独立したネットワークである。広範囲の有効範囲のために、APはこれらAPを相互接続する有線のバックボーン(backbone)を必要とする。WMN技術の場合、装置は無線で相互接続することができる。各装置は、他の装置にサービスを転送するフレームを供給するワイヤレスルーターとなる。ワイヤレスルーターとして働くことを可能にするために、装置は、特別な機能又はソフトウェアモジュールを必要とする。しかしながら、多くの既存のAPは、アップグレードされることができない。装置の製造業者が製品は寿命であるとみなし、それ故に製品の保守を終了するか、装置のハードウェアが可能な実施を制限するかのどちらか一方である。それ故に、WMNを1つ以上の既存のAPと接続し、それ故にWMNにAPのインターネットの接続性を提供する一般的解決法が必要である。
図1は、IEEEIEEE02.11規格に従うメッシュ型のデータフレーム構造を示す。フレーム制御(FC)部は、他の制御情報の間にメッシュ型のデータフレーム並びに2つのフラッグ"To DS"及び"From DS"に対するタイプ及びサブタイプを含む。これら2つのフラッグは、前記データフレームがWDS(wireless distribution system)にある、故にメッシュ型ネットワークにあることを示すために、"1"に設定されている。加えて、アドレス部A1からA4は、宛先、送信元、送信機及び受信機アドレスを伝達及び示すために設けられる。これら4つのアドレス部は、48ビット長のMAC(Media Access Control)アドレスを含む。第1のアドレス部A1は、ワイヤレス伝送を受信しなければならないメッシュ点を規定する受信機アドレスを示す。第2のアドレス部A2は、このワイヤレスデータフレームを送るメッシュ点を規定する送信機アドレスを示す。第3のアドレス部A3は、このデータフレームの最終(層2又はリンク層)の宛先を規定する宛先アドレスを示す。第4のアドレス部A4は、このデータフレームの送信元(層2又はリンク層)を規定する送信元アドレスを示す。
さらに、時間/アイデンティティ(D/ID)、シーケンス制御(SC)及びフレームチェックシーケンス(SCS)部が設けられ、これらは簡潔さ及び簡略化を理由にここでは論じない。他の詳細は、IEEE802.11規格から集められる。本体(B)部分は、2304オクテット(octet)の長さまで所望するペイロードされたデータを伝達するために設けられる。
上記アドレスの各々は、6オクテットの長さを持ち、FC部の"To DS"及び"From DS"情報に依存して、アドレス部A1からA4にマッピングする。IEEE802.11標準は、アドレス部が省略される"部の中身が利用できない(N/A)と示される"ことをはっきりと述べている。単に、両方のビット"To DS"及び"From DS"が"1"に設定されるとき、4つのアドレス部は802.11フレームに現れる。
図2は、概略的なネットワークアーキテクチャを示し、前記4つのアドレス部A1からA4は、装置G及びHからなるワイヤレスネットワーク(例えばIEEE802.11 WLAN)を利用して、異なる802.3ネットワークセグメントに相互接続するのに用いられる。ここで、ワイヤレスネットワークは、装置AからCからなる第1の独立した有線LANと装置DからFからなる第2の独立した有線LANとの間にブリッジを供給するために用いられる。
APは、インフラストラクチャBSS(infrastructure basic service set)を形成する。BSSにおいて、前記APは全てのトラフィックを中継する。IEEE802.11標準が4つのアドレス部を設けたとしても、3つのアドレス部A1からA3だけが通例、インフラストラクチャBSSに必要とされる。
図3は、図3のネットワークアーキテクチャに基づく信号伝達の例を示し、ここで装置Bは、装置Fを宛先とするフレームを送る。この場合、4つのアドレス部は、装置Gと装置Hとの間のワイヤレスリンクに必要である。第4のアドレス部A4は、装置Bのアドレスを保有する送信元アドレス(SA)に対応する。第3のアドレス部A3は、装置Gのアドレスを保有する送信機アドレス(TA)に対応する。第1のアドレス部A1は、装置Hのアドレスを保有する受信機アドレス(RA)に対応する。第2のアドレス部A2は、装置Fのアドレスを保有する宛先アドレス(DA)に対応する。装置Hが一旦、装置Gから802.11のフレームを上手く受信したら、装置Hは、この802.11の本体にあるデータ部分を取り除き、単に送信元アドレスとして装置Bのアドレス及び宛先アドレスとして装置Fのアドレスを含む、802.3のフレームのデータ部分を送出する。
しかしながら、現在の802.11のAPの大部分は、上述したこのブリッジモードでは動作できない。これらAPはその局所的なインフラストラクチャBSSのAPとして単に勤める。
図4は、例示的な従来のネットワークアーキテクチャを示し、ここで、単一装置Cは、WLANを外部ネットワーク、例えばインターネット100と接続するAP、ルーター及びモデムとして働く。クライアント装置A及びBは、アクセスポイント(AP)Cと結び付けられている。装置A及びBは、アクセスポイントCを介してデータを交換するか又は外部ネットワーク100にアクセスするかである。何れの場合においても、装置A、B及びCは、3つのアドレス部だけを使用する。クライアント装置A及びBは、フレームをアクセスポイントCに送るとき、"To DS"ビットを"1"に、"From DS"ビットを"0"に設定する。装置Bが装置Aにフレームを送る場合、第1のアドレス部A1は、APのアドレスを受信機アドレス(RA)として含む。第2のアドレス部A2は、送信元のアドレスを含む。ここで、送信元アドレスは、装置Bのアドレスである。第3のアドレス部A3は、最終宛先のアドレスを含む。ここで、宛先アドレス(DA)は、装置Aのアドレスに等しい。装置Bがインターネット局との通信を望む場合、装置CがIPルーター又はデフォルトのゲートウェイとして働くので、DAのアドレスは、APのアドレスを保有する。
アクセスポイントCが装置Bのフレームを一旦受信すると、アクセスポイントCは宛先アドレスのために第3のアドレス部を分析する。アクセスポイントCが宛先である場合、フレームは、IPルーターが動作する上位層に送られる。装置Aが宛先である場合、アクセスポイントCはフレームを中継する。それ故に、アクセスポイントCは、1に設定した"From DS"ビット及び0に設定した"To DS"ビットを持つフレームを装置Aに送る。フレームのアドレス部1は、受信機アドレス(RA)を含む。この場合、それは装置Aのアドレスを含む。第2のアドレス部は、アクセスポイントCのアドレスである送信機アドレス(TA)を含む。第3のアドレス部は、送信元アドレス(SA)を含み、これは装置Bのアドレスに等しい。
図5は、3つのアドレス部だけを使用するインフラストラクチャBSSにおいて上述したフレームの全てに十分である、3つのアドレス部A1からA3だけを用いた、対応して減少した802.11のメッシュ型のデータフレーム構造を示す。
3つのアドレスだけを取り扱うことができるAPの場合、ローカルBSSは、単一のワイヤレスホップ(wireless hop)に限定される。図6は、例示的な従来のネットワーク構造を示し、ここで装置AはアクセスポイントC及びWMNと接続している。装置Aは、アクセスポイントCのインフラストラクチャBSSの如何なるサービスも使用することができる。しかしながら、装置Aは、それのネットワーク接続性をWMNに供給することができない。装置A及び他の装置DからGが単一のWMNを形成したとしても、アクセスポイントCでのアドレッシング制限が、装置にその接続性を共有させない。
アクセスポイントCが3つのアドレスだけを使用可能にするので、WMNに伝達される全てのフレームは、装置Aが宛先とならなければならない。しかしながら、他の情報が無いと、装置Aはフレームの最終宛先に関する決定ができない。それ故に、前記装置Aは、WMNにある他の宛先にフレームを転送することができない。
本発明の目的は、遺産的なネットワークの相互接続及び範囲の拡張を可能にする、さらに順応性のある方法を提供することである。本目的は、請求項1に記載の装置、請求項6に記載の方法、及び請求項9に記載のコンピュータプログラムプロダクトにより達成される。
それに従って、遺産的なネットワークをWMNと統合することを可能にする、ある種のプロキシ構造が供給される。それにより、遺産的なAPベースのWLAN又は同様のネットワーク形式の相互接続及び範囲の拡張が達成される。その上、提案するプロキシ構造は、アクセス装置(例えばAP)に如何なる変更又は修正も要求しない。それは如何なる形式のアクセス装置を使っても働く。
提案される装置は、ネットワークノード若しくは局に設けられるプロセッサ装置、モジュール、チップ、チップセット又は回路として実施されてもよい。プロセッサは、コンピュータ又はプロセッサ装置上で実行するとき、請求項に記載の方法のステップを行うためのコード手段を有するコンピュータプログラムプロダクトにより制御される。
第1の態様によれば、少なくとも1つの仮想無線局が設けられ、ここで無線アクセス制御器は、前記アクセス装置から受信した信号をアドレッシングした仮想装置に搬送するのに適している。仮想局との通信が確立されるので、正しい宛先アドレスが簡単に検出されることができる。
上記第1の態様と組み合わせられる第2の態様によれば、無線アクセス制御器は、複数のエンティティが同時に送信を試みる場合、送信要求に通し番号を振るのに適している。これにより、複数のエンティティが同時に送信することができる。
上記第1及び第2の態様の何れか1つ又は両方と組み合わせられる第3の態様によれば、前記アクセス装置との接続を供給するための、少なくとも1つのワイヤレスアクセスネットワークのインタフェースカードが構成され、ここで前記無線アクセス制御器は、個別の接続を確立するために、前記ワイヤレスネットワークのインタフェースと前記装置の論理エンティティとを相互接続するのに適している。この方法は、幾つかの独立した接続を同時に維持することを可能にする。
前記第3の態様と組み合わせられる第4の態様によれば、少なくとも1つのワイヤレスアクセスネットワークのインタフェースカードは、物理層及びリンク層のチャンネルの少なくとも1つを共有している。この方法はリソースを処理しなくて済む。
他の有利な展開は、従属請求項に規定されている。
4つのアドレス部を備えるメッシュ型のデータフレーム構造を示す。 4つのアドレス部が相互接続するために用いられる概略的なネットワークアーキテクチャを示す。 図2のネットワークアーキテクチャに基づく信号伝達の例を示す。 単一装置がAP、ルーター及びモデムとして働いている、例示的な従来のネットワークアーキテクチャを示す。 減少したメッシュ型のデータフレーム構造を示す。 単一装置がAP及びメッシュ型ネットワークと接続している例示的なネットワーク構造を示す。 本発明の実施例に従って単一装置がプロキシとして動作している例示的なネットワーク構造を示す。 第1の実施例による装置の概略的なブロック図を示す。 第2の実施例によるプロキシ構造の流れ図を示す。 図8のブロック図に基づく信号伝達の例を示す。
以下において、本発明の実施例は、図7に示されるような例示的なワイヤレスのメッシュ型ネットワーク形態に基づいて説明される。
エンドユーザ装置(例えば端局(STA))A、B及びDからGは、メッシュ型ネットワークにおいて、隣接するエンドユーザとアクセスポイントCとの相互利用可能なピアツーピア(peer-to-peer)のワイヤレスリンクを確立する能力の恩恵を受けることができる。メッシュ点(MP)は、メッシュサービスに対応するSTAのサービスの品質(QoS)である、すなわちこれらメッシュ点は、メッシュ型ネットワークの相互利用可能な形成及び動作に関わる。MPは、1つ以上の他のエンティティ(例えばAP、ポータル等)と一緒に用いられてもよい。端局(STA)A及びBは、外部ネットワーク、例えばインターネットTにアクセスするために、アクセスポイントCと結び付けられることができる。
第1の実施例によれば、プロキシ構造又は機能が設けられ、WMN並びに遺産的なアクセス装置、AP又はBSSの両方と接続する装置は、このWMNに存在する全ての装置に代わって動作する。
図7は、例示的なネットワーク構造を示し、単一装置が本発明の実施例に従って、プロキシとして動作する。より明確には、装置Aが装置DからGに対しプロキシとして動作する。アクセスポイントCにとって、全てのフレーム交換は、局所的に起こるようにみえる。装置AがWMNの要素の各々に対し、アクセスポイントCとの個別の接続を維持するように構成されるので、このアクセスポイントCは装置DからGが1ホップ離れている(one hop away)とみなす。それ故に、装置Aは同様に装置EからGを事実上実施する。アクセスポイントCにとって、全てのトラフィックは局所的であるようにみえる。それ故に、アクセスポイントCは、装置EからGをそのBSSの一部として扱う。
図8は、第1の実施例による装置(例えば図7の装置A)の概略的なブロック図を示す。無線アクセス制御器又は管理エンティティ20は、相互接続性装置、ユニット又は層30を介してワイヤレスネットワークのインタフェースカード10及び各々の論理エンティティを相互接続している。無線アクセス管理エンティティ20は、複数の仮想エンティティ(端局(STA)DからF)の選択した1つに受信したフレームを搬送し、複数の論理エンティティが同時に送信を試みる場合、フレーム送信要求に通し番号を振ってよい。提案するプロキシ構造又は機能を備える装置Aはこれにより、2つ以上の無線装置を実装してもよい。各無線装置は、自分自身の物理層(PHY)及びリンク層(例えばMAC)のチャンネルを持ってもよい。代わりに、2つ以上の無線装置がPHY及び又はリンク層(例えばMAC)のチャンネルを共有してもよい。
加えて、図2のブロック図は、メッシュ点の機能MP及び装置Aの局機能(STA)Aを示し、これらは共に、例えば装置Aの機能に依存して、無線アクセス管理ユニット20によりアドレッシングされることができる。
図9は、メッシュ型ネットワークにおける第2の実施例によるプロキシ構造の流れ図を示す。この手順は、図8の無線アクセス管理ユニット20に設けられるプロセッサ又は制御器を制御するソフトウェアのルーチンとして実施されてもよい。
前記手順は、WMN(例えば図7の装置DからGの1つ)からフレームが受信されるとすぐに開始される。この受信したフレームは、相互接続性層30に転送される(ステップS101)。次いで、この受信したフレームの送信元アドレスに基づいて、仮想局STA DからSTA Fの対応する1つが選択され、前記フレームが選択した内部仮想局に搬送される(ステップS102)。最後に、前記フレームは、前記APを介して外部ネットワーク100に送られる(ステップS103)。
フレームがAPを介して前記外部ネットワーク100から受信されるとき、同じ手順がその逆で利用される。ここで、前記仮想局は、受信したフレームに設けられる宛先アドレスに基づいて選択されることができる。そこから、前記フレームは前記宛先アドレスに基づいて、WANの夫々の装置に転送されることができる。
図10は、図8のブロック図に基づく信号伝達の例を示す。装置Aは、その内部のメッシュ点の機能性MPを用いることにより、メッシュ点としてWMNと接続する。代わりに、前記装置は、その内部の局の機能性STA Aを用いることにより、局としてアクセスポイントCと接続する。装置AがプロキシするWMNの全ての装置又はメッシュ点に対し、仮想局が確立される。これら仮想局STA DからSTA Gは、アクセスポイントCと接続し、それ故にこのアクセスポイントCのインフラストラクチャBSSにおいて局所的にあるように見える。従って、装置Aは、アクセスポイントCと接続する論理エンティティとして、その局の機能性STA Aを有する。アクセスポイントCを介して、前記局の機能性STA Aは、外部ネットワーク100、例えばインターネットにアクセスする。
さらに、装置Aは、WMNに接続するメッシュ点の機能性MPを有する。装置Aは、装置AがプロキシするWMNの各装置に対し仮想局を例示することができる。相互接続性層30は、全ての論理及び物理局、メッシュ点、並びに他の機能性を相互接続し、これにより、異なるエンティティ間のフレーム転送を可能にし、正しいエンティティへのフレーム搬送を保証する。
図10の例において、装置Fは、外部ネットワーク(例えばインターネット)にアクセスする必要がある。装置Fは、WMNを使用してプロキシ装置Aに到達する。WMNにおいて、中間装置(例えば装置G)は、前記プロキシ装置Aにフレームを転送する。装置Fのフレームを受信すると、プロキシ装置Aは、フレームをその相互接続性層30に転送する。相互接続性層30は、このフレームを装置Fに代わって装置Aが実装する対応する仮想局STA Fに搬送する。局FとしてアクセスポイントCにみられる場合、前記フレームは外部ネットワークに送られることができる。逆方向で受信したフレームは簡単にプロキシ装置AからWMNにある最終宛先に転送されることができる。アクセスポイントCは、装置Aにおいて仮想局STA DからSTA Fと通信するので、装置Aは簡単に正しい宛先アドレスを検出することができる。それ故に、アクセスポイントCのインフラストラクチャBSSに用いられる3つのアドレス形式の場合であっても、アクセスポイントCの外部ネットワークへのネットワーク接続性は、プロキシ装置Aを介してWMN全体に供給されることができる。
要約すれば、メッシュ型ネットワークをアクセス装置を介して他のネットワークに接続するための装置及び方法が開示され、ここでメッシュ型ネットワークに基づいて、遺産的なアクセスポイントの相互接続及び範囲の拡張を可能にするプロキシ構造がメッシュ型ネットワークに設けられる。
本発明は上記実施例に制限されず、接続したネットワークに伝達又はネットワークから受信するための少なくとも1つの中央アクセスポイント又はアクセス装置を有する如何なるネットワーク環境にも使用され得ると特筆する。その上、提案するプロキシ構造を供給する機能又はエンティティの設計は、それらが同様の機能を果たす限り、異なってもよい。転送装置又はプロキシ装置として働く装置の他に、他のメッシュ装置が1つしかなくても、本発明は動作する。それ故に、単一のワイヤレスアクセスネットワークのインタフェースカード及び単一の無線装置さえも、図8及び図10の例示的なプロキシに設けられることができる。
開示される実施例の変更例は、図面、明細書及び特許請求の範囲の検討により当業者により理解及び実行されることができる。請求項において、"有する"という用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、複数あることを述べないことが、それら要素又はステップが複数あることを排除するものでもない。単一プロセッサ又は他のユニットは、請求項に挙げられる幾つかの項目の機能を果たしてもよい。ある方法が互いに異なる従属請求項に挙げられているという単なる事実は、これら方法の組み合わせが有利に用いられないことを示しているのではない。請求項にある特徴を行うためにプロセッサを制御するのに用いられるコンピュータプログラムは、適切な媒体、例えば他のハードウェアと一緒に若しくはその一部として供給される光学記憶媒体又はソリッドステート媒体に記憶/配布されているが、他の形式、例えばインターネット又は他の有線若しくはワイヤレスの電話通信システムを介して配布されてもよい。請求項における如何なる参照符号も本発明の範囲を制限するとはみなすべきではない。

Claims (7)

  1. メッシュ型ネットワークをアクセス装置を介して他のネットワークに接続するための装置であって、前記メッシュ型ネットワーク中に存在する少なくとも1つの現実装置のためのプロキシ装置として動作する装置において、当該装置は、
    a)当該装置内に設けられる少なくとも1つの仮想装置、
    b)相互接続性層、及び
    無線アクセス制御器、
    を有し、
    前記相互接続性層は、前記メッシュ型ネットワークの現実装置から前記無線アクセス制御器を介してフレームを受信し、受信された前記フレームを送信した前記現実装置に対応する仮想装置に前記フレームを転送し、
    前記無線アクセス制御器は、当該装置と前記アクセス装置との間の個々の接続を維持し、
    各々の個々の接続は、前記相互接続性層を介して前記メッシュ型ネットワークの前記少なくとも1つの現実装置のために維持され、
    前記無線アクセス制御器は、前記アクセス装置から受信された信号を、当該装置内のアドレス指定された仮想装置に搬送する、装置。
  2. 前記無線アクセス制御器は、複数の仮想装置が同時に送信を試みる場合、送信要求に通し番号を付けるのに適している請求項1に記載の装置。
  3. 前記アクセス装置との接続を提供するためのワイヤレスアクセスネットワークのインタフェースカードをさらに有し、前記無線アクセス制御器は、前記個々の接続を確立するために、前記ワイヤレスアクセスネットワークのインタフェースカード及び前記装置の仮想装置を相互接続するのに適している請求項1に記載の装置。
  4. 前記ワイヤレスアクセスネットワークのインタフェースカードの少なくとも2つは、少なくとも1つの物理層及びリンク層のチャンネルを共有している請求項に記載の装置。
  5. メッシュ型ネットワークをアクセス装置を介して他のネットワークに接続する方法において、
    前記メッシュ型ネットワークの少なくとも1つの装置に対する前記アクセス装置との個々の接続を維持するために、前記メッシュ型ネットワークの少なくとも1つのプロキシ装置における相互接続性層を使用するステップを有する方法であって、当該方法は、
    a)前記メッシュ型ネットワーク中に存在する他の装置から前記プロキシ装置においてフレームを受信するステップ、
    b)受信された前記フレームを、前記相互接続性層を介して、前記プロキシ装置内に設けられた仮想装置であって前記他の装置に対応する仮想装置に転送するステップ、
    c)前記フレームを前記仮想装置から前記アクセス装置に送信するステップ、
    を有する方法
  6. メッシュ型ネットワークをアクセス装置を介して他のネットワークに接続するためのシステムにおいて、
    請求項1に記載の装置を持つ少なくとも1つのネットワークノード及び前記アクセス装置を有するシステム。
  7. コンピュータ装置上で実行するとき、請求項に記載のステップを前記コンピュータ装置に実行させるためのコードを有するコンピュータプログラム。
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