JP6089249B2 - 中継システム、共用中継装置及び中継方法 - Google Patents
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Description
さらに、WDSの技術では、インターネットに接続している一つのAPを共用APとして、自装置(共用AP)に帰属する通信端末(以下、「直接通信端末」という。)又は共用AP以外のAP(以下、「被共用AP」という。)に帰属する通信端末(以下、「間接通信端末」という。)をインターネットに接続できる。
図1は、本実施形態における中継システムのシステム構成を示す図である。
本実施形態の中継システムは、共用AP10、通信端末(直接通信端末)11、被共用AP20、通信端末(間接通信端末)21、被共用AP30、通信端末(間接通信端末)31及びネットワーク40(外部ネットワーク)を備える。共用AP10、被共用AP20及び被共用AP30は、それぞれ異なるセグメント(セグメント1、セグメント2、セグメント3)に存在する。
被共用AP20は、無線LANのアクセスポイントであり、自装置(被共用AP20)に帰属する通信端末21との間で通信を行う。被共用AP20は、自装置に帰属する通信端末21と共用AP10との間で、WDS接続によって通信の中継処理を行う。
被共用AP30は、無線LANのアクセスポイントであり、自装置(被共用AP30)に帰属する通信端末31との間で通信を行う。被共用AP30は、自装置に帰属する通信端末31と共用AP10との間で、WDS接続によって通信の中継処理を行う。
ネットワーク40は、どのように構成されたネットワークでも良い。例えば、ネットワーク40はインターネットを用いて構成されても良い。
なお、以下の説明では、被共用AP20及び被共用AP30について特に区別しない場合には、被共用APと記載する。また、以下の説明では、通信端末11、通信端末21及び通信端末31について特に区別しない場合には、通信端末(STA)と記載する。
共用AP10は、バスで接続されたCPU(Central Processing Unit)やメモリや補助記憶装置などを備え、中継プログラムを実行する。中継プログラムの実行によって、共用AP10は、無線通信部101、制御部102、集約APデータベース103、帯域計算部104、ビーコン生成部105、WDSフレーム読込部106、ポート番号割当部107、NATテーブル記憶部108、IPパケット生成部109、上り送信優先権データベース110、上り送信タイミング制御部111、有線通信部112、IPパケット読込部113、WDSフレーム生成部114、下り送信優先権データベース115、下り送信タイミング制御部116を備える装置として機能する。なお、共用AP10の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されても良い。また、中継プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、中継プログラムは、電気通信回線を介して送受信されても良い。
制御部102は、共用AP10の各機能部を制御する。
帯域計算部104は、集約APデータベース103に記憶されている被共用APのMACアドレスを用いて通信帯域を計算する。具体的には、帯域計算部104は、集約APデータベース103に記憶されている被共用APのMACアドレスの数に基づいて、自装置に新たに接続する被共用APに確保可能な通信帯域(以下、「確保帯域」という。)を計算する。
WDSフレーム読込部106は、無線通信部101が被共用APから受信したWDSフレーム信号を読み込む。具体的には、WDSフレーム読込部106は、WDSフレーム信号に格納されているタイプ値及び宛先グローバルIPアドレスの各値を取得する。タイプ値とは、被共用AP又は直接通信端末に伝送されるWDSフレーム信号であるか、自装置を中継器としてネットワーク40に伝送されるWDSフレーム信号であるかを表す値である。
上り送信優先権データベース110は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。上り送信優先権データベース110には、例えば、自装置(共用AP10)のMACアドレス又は自装置に接続している被共用APのMACアドレス(以下、まとめて「MAC_AP」という。)毎に、優先権の値が格納されている。有線区間及び無線区間において、優先権を有していないMAC_APからの送信に比べて、優先権を有しているMAC_APの送信が優先される。
次に、送信バッファに蓄積されたIPパケットに対する処理について説明する。上り送信タイミング制御部111は、定期的に上り送信優先権データベース110を参照し、蓄積されたIPパケットの送信元であるMAC_APに対応する優先権の値が“1”であるか否か確認する。“1”である場合、上り送信タイミング制御部111は、MAC_APに対応するIPパケットを有線通信部112に出力する。その後、出力したMAC_APに対応する優先権の値をデクリメントする。このように
IPパケット読込部113は、有線通信部112によって受信されたIPパケットを読み込む。具体的には、IPパケット読込部113は、IPパケットに格納されているポート番号の値を取得する。IPパケット読込部113は、NATテーブルを参照し、取得されたポート番号の値に対応する被共用AP_MACの値が存在するか否か判定する。被共用AP_MACの値が存在する場合、IPパケット読込部113はNATテーブルに記録されている被共用AP_MAC及び被共用STA_MACの各値を取得する。被共用AP_MACの値が存在しない場合、IPパケット読込部113は受信されたIPパケットを制御部102に転送する。
下り送信優先権データベース115は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。下り送信優先権データベース115には、例えば、MAC_AP毎に、優先権の値が格納されている。
次に、送信バッファに蓄積されたIPパケットに対する処理について説明する。下り送信タイミング制御部116は、定期的に下り送信優先権データベース115を参照し、蓄積されたWDSフレーム信号の送信先であるMAC_APに対応する優先権の値が“1”であるか否か確認する。“1”である場合、下り送信タイミング制御部116は、MAC_APに対応するWDSフレーム信号を無線通信部101に出力する。その後、出力したMAC_APに対応する優先権の値をデクリメントする。
被共用AP20は、バスで接続されたCPUやメモリや補助記憶装置などを備え、中継プログラムを実行する。中継プログラムの実行によって、被共用AP20は、第一通信部201、第二通信部202、アドレス読込部203、キャリアセンス実施部204、ビーコン読込部205、共用APデータベース206、選定部207、WDSフレーム生成部208、WDSフレーム読込部209を備える装置として機能する。なお、被共用AP20の各機能の全て又は一部は、ASICやPLDやFPGA等のハードウェアを用いて実現されても良い。また、中継プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、中継プログラムは、電気通信回線を介して送受信されても良い。
第二通信部202は、共用AP10との間でWDS接続することによって信号の送受信を行う。
なお、本実施形態では無線通信を行う機能として二つの機能(第一通信部201及び第二通信部202)を記載しているが、実際にはこの二つの機能は同一の無線通信回路上に実装されても良い。
アドレス読込部203は、第一通信部201が通信端末21から受信した信号に格納されている宛先MACアドレス、送信元MACアドレス、送信元プライベートIPアドレス、宛先グローバルIPアドレスの各値を取得する。
選定部207は、自装置が接続する共用APを、共用APデータベース206に記憶されている共用AP関連情報に基づいて選定する。例えば、選定部207は、共用APデータベース206に記憶されているWANリンク速度の値が一番高い共用APを、自装置が接続する共用APに選定する。
WDSフレームは、フレーム制御、デュレーション、第一アドレス、第二アドレス、第三アドレス、シーケンス制御、第四アドレス、ペイロードの各値を格納するフィールドを有する。また、第一アドレス〜第四アドレスの4つの値を格納するフィールドには、WDSやインフラストラクチャモードなどの使用状況に応じて異なる値が格納される。4つのフィールドに格納される値は、例えば、RA(Receiver Address)、TA(Transmitter Address)、DA(Destination Address)、SA(Source Address)、BSSID(Basic Service Set Identifier)の各値である。RAの値は、次転送先基地局のMACアドレスを表す。TAの値は、転送元基地局のMACアドレスを表す。DAの値は、宛先MACアドレスを表す。SAの値は、送信元MACアドレスを表す。BSSIDの値は、BSSを識別する番号を表す。
FromDSのフィールドには、送信局が基地局であるか通信端末であるかを示す値が格納される。例えば、送信局が基地局である場合、FromDSのフィールドには“1”が格納される。また、例えば、送信局が通信端末である場合、FromDSのフィールドには“0”が格納される。
シーケンス制御のフィールドには、送信するデータのシーケンス番号、またはフラグメント化した場合のフラグメント番号の情報が格納される。ペイロードのフィールドには、通信端末を操作するユーザが送信したいデータが主に格納される。
図5(A)は、本発明のWDSフレームの構成図である。本発明のWDSフレームは、ペイロードのフィールドにタイプ値及びDst_GlobalIPアドレスの各フィールドを備える。タイプ値のフィールドには、タイプ値が格納される。Dst_GlobalIPアドレスのフィールドには、宛先グローバルIPアドレスの値が格納される。
バージョンのフィールドには、IPのバージョンを表す値が格納される。Src_GlobalIPアドレスのフィールドには、IPパケットの送信元である共用AP10のグローバルIPアドレスの値が格納される。Dst_GlobalIPアドレスのフィールドには、IPパケットの宛先のグローバルIPアドレスの値が格納される。
送信元ポート番号のフィールドには、ポート番号割当部107によって割り当てられたポート番号の値が格納される。宛先ポート番号のフィールドには、IPパケットを送信する宛先のポート番号の値が格納される。
図6(A)は、NATテーブルの構成図である。NATテーブルは、レコード30を複数有する。レコード30は、ポート番号、被共用AP_MAC、被共用STA_MACの各値を有する。ポート番号の値は、被共用AP_MAC及び被共用STA_MACの各値に割り当てられたポート番号を表す。例えば、ポート番号の項目には、“49152”以上の値が記録される。被共用AP_MACの値は、被共用APのMACアドレスを表す。
帯域計算部104は、集約APデータベース103に記憶されているMACアドレスの数を用いて共用APの確保帯域を計算する。
第一パターンにおける上り送信優先権データベース110は、共用AP10又は被共用APに関する情報を表すレコード40を複数有する。レコード40は、MAC_AP、優先権の各値を有する。MAC_APの値は、レコード40によって表される共用AP10又は被共用APのMACアドレスを表す。優先権の値は、レコード40によって表される共用AP10又は被共用APに与えられた優先権を表す。
上り送信優先権データベース110の最上段の行は、MAC_APの値が“XX−XX−XX−XX−XX−X4”、優先権の値が“1”である。また、上り送信優先権データベース110の2段目の行は、MAC_APの値が“XX−XX−XX−XX−XX−X5”、優先権の値が“1”である。
また、上り送信優先権データベース110に記憶されているMAC_APの一つ(例えば、図7(A)では、MAC_AP“XX−XX−XX−XX−XX−X4”)に対応する優先権の値が“0”である場合、共用AP10がMAC_AP“XX−XX−XX−XX−XX−X4”のAPからWDSフレーム信号を受信すると、優先権の値が“0”であるためIPパケットの送信は行われない。この場合、共用AP10は、IPパケットを不図示の送信バッファに蓄積する。その後、MAC_AP“XX−XX−XX−XX−XX−X4”)に対応する優先権の値が“1”に初期化されると、共用AP10は不図示の送信バッファに蓄積されているIPパケットを有線区間に送信する。
以上で、公平制御について詳細な説明を終了する。
ビーコンフレームは、Element ID、Length、Organization Identifier、Vendor-Specific-contentの各値を格納するフィールドを有する。
Vendor-Specific-contentのフィールドには、AP間通信で送受信される情報が格納されている。具体的には、Vendor-Specific-contentのフィールドには、Share AP、WANSpeed、WLANSpeed、STAsの各値が格納されている。
共用APデータベースは、共用APに関する情報を表すレコード70を複数有する。レコード70は、共用AP_MAC、WANリンク速度、WLANリンク速度、STA数、RSSIの各値を有する。共用AP_MACの値は、レコード70によって表される共用APのMACアドレスを表す。WANリンク速度の値は、レコード70によって表される共用APの有線区間でのリンク速度を表す。WLANリンク速度の値は、レコード70によって表される共用APの無線区間での通信速度を表す。STA数の値は、レコード70によって表される共用AP及び共用APに接続している被共用APに帰属する通信端末の数を表す。RSSIの値は、レコード70によって表される共用APから受信した電波の強さを表す。
選定部207は、図10に示すような第一基準から第五基準までの5つの選定基準に基づいて新たに接続する共用APを選定する。まず、選定部207は、共用APのビーコンに格納されているWANSpeed帯域を参照し、最も高帯域な共用APを自装置(被共用AP20)が接続する共用APに選定する。
第二基準において、WLANSpeed帯域が同じである共用APが複数存在する場合、選定部207は共用APデータベース206を参照し、STA数が最も少ない共用APを自装置が接続する共用APに選定する。
第四基準において、RSSIの値が最も大きい共用APが複数存在する場合、選定部207は上記第一基準〜第四基準以外の方法で自装置が接続する共用APを選定する。選定部207は、例えば、MACアドレスが大きな共用APを自装置が接続する共用APに選定しても良い。
選定部207は、上記第一基準〜第五基準の5つの選定基準によって自装置が接続する共用APを選定する。なお、第一基準から第四基準までの処理の順番は、どのような順番であっても良い。
共用AP10及び被共用AP20は、自装置に共用APに設定されているか否かを判定する(ステップS101)。共用APに設定されている場合(ステップS101−YES)、ビーコン生成部105はビーコンを生成する。この際、ビーコン生成部105はビーコンフレームのVendor-Specific-contentのフィールドにビーコンフレームに共用AP関連情報を格納することによってビーコンを生成する。無線通信部101は、ビーコン生成部105が生成したビーコンを定期的にブロードキャストする(ステップS102)。
共用APに設定されていない場合(ステップS101−NO)、被共用APはビーコンを生成する。無線通信部101は、被共用APが生成したビーコンを定期的にブロードキャストする(ステップS103)。
共用AP10の無線通信部101は、被共用AP20から送信されたWDSフレーム信号を受信し、制御部102を介してWDSフレーム読込部106に転送する。WDSフレーム読込部106は、WDSフレーム信号を読み込む(ステップS201)。具体的には、WDSフレーム読込部106は、WDSフレーム信号に格納されているタイプ値、グローバルIPアドレス被共用AP_MAC及び被共用STA_MACを取得する。
WDSフレーム読込部106は、取得したタイプ値を参照し、ネットワーク40への送信を表す値であるか否かを判定する(ステップS202)。
また、ステップS205の処理において、優先権の値が“1”未満である場合(ステップS205−NO)、上り送信タイミング制御部111はIPパケットを不図示の送信バッファに格納する(ステップS212)。
また、ステップS208の処理において、優先権の値が全て“0”になっていない場合(ステップS208−NO)、処理を終了する。
共用AP10の有線通信部112は、有線区間から送信されたIPパケットを受信し、IPパケット読込部113に転送する。IPパケット読込部113は、IPパケットを読み込む(ステップS301)。具体的には、IPパケット読込部113は、IPパケットに格納されているポート番号を取得する。
また、ステップS304の処理において、優先権の値が“1”未満である場合(ステップS304−NO)、下り送信タイミング制御部116はWDSフレーム信号を不図示の送信バッファに格納する(ステップS311)。
また、ステップS307の処理において、優先権の値が全て“0”になっていない場合(ステップS307−NO)、処理を終了する。
まず、被共用AP20のキャリアセンス実施部204は、全てのチャネルに対してキャリアセンスを実施する(ステップS401)。キャリアセンスの実行において、キャリアセンス実施部204は、共用APから送信されたビーコンを受信する。次に、ビーコン読込部205は、キャリアセンス実施部204が受信したビーコンを読み込む(ステップS402)。具体的には、ビーコン読込部205は、ビーコンに格納されている共用AP関連情報を取得し、共用AP関連情報を共用APデータベース206に記録する。選定部207は、共用APデータベース206を参照し、自装置が接続する共用APを選定する(ステップS403)。
被共用AP20の第一通信部201は、インフラストラクチャモードで通信端末との間で通信を行う。第一通信部201は、通信端末21から送信された信号を受信する(ステップS501)。WDSフレーム生成部208は、第一通信部201が受信した信号に格納されているグローバルIPアドレスを用いてWDSフレーム信号を生成する(ステップS502)。具体的には、WDSフレーム生成部208は、グローバルIPアドレス及びタイプ値の各値をペイロードに格納することによってWDSフレーム信号を生成する。第二通信部202は、選定部207が選定した共有APにWDS接続することによってWDSフレーム信号を送信する(ステップS503)。
以下の説明における中継システムでは、通信端末の台数は1台、被共用AP20の台数は1台、共用APの台数は2台(共用AP10及び共用AP50)である。また、被共用AP20のMACアドレスは“B”であり、被共用AP20に帰属する通信端末のMACアドレスは“A”であり、共用AP10のMACアドレスは“C”である。
被共用AP20の第一通信部201は、通信端末から送信されたフレーム信号を受信する。アドレス読込部203は、第一通信部201が受信したフレーム信号から送信元MACアドレス“A”、宛先グローバルIPアドレス“D”の各値を取得する。WDSフレーム生成部208は、アドレス読込部203が取得した送信元MACアドレス“A”、宛先グローバルIPアドレス“D”と、次転送先MACアドレス“C”、転送元MACアドレス“B”の各値を用いてWDSフレーム信号を生成する(ステップS606)。この際、WDSフレーム生成部208は、WDSフレーム信号のペイロードに宛先グローバルIPアドレス“D”及びタイプ値の値を格納する。
また、本発明の中継システムによれば、共用AP10は、上り方向の通信において、IPパケットを送信するタイミングを制御する。具体的には、共用AP10は、優先権を有している(優先権の値が“1”)各AP(自装置又は自装置に接続する被共用AP)のIPパケットを有線区間に送信する。また、共用AP10は、下り方向の通信において、WDSフレーム信号を送信するタイミングを制御する。具体的には、共用AP10は、優先権を有している各APに対してWDSフレーム信号を送信する。したがって、有線区間及び無線区間において、特定のAPの送信が優先されることが無い。そのため、共用AP10に複数の被共用APが接続した場合であっても、各APに帰属する通信端末が公平に帯域を利用することができる。
また、本発明の中継システムによれば、被共用AP20は、自装置(被共用AP20)が接続する共用AP10を、複数の共用AP10から送信されるビーコンに基づいて選定する。具体的には、被共用AP20は、受信したビーコンに格納されている共用AP関連情報を複数記憶し、記憶している共用AP関連情報を参照することによって共用AP10を選定する。この際、被共用AP20は、選定基準に基づいて、接続後に高帯域が確保される共用AP10を選定する。そのため、被共用AP20は、共用AP10に接続後、高帯域での通信が可能となる。
本実施例では、共用AP10に帰属する通信端末11が単数の構成を示したが、これに限定される必要はなく、通信端末11が複数存在しても良い。また、被共用AP(被共用AP20及び被共用AP30)に帰属する通信端末(通信端末21及び通信端末31)が単数の構成を示したが、これに限定される必要はなく、通信端末(通信端末21及び通信端末31)が複数存在しても良い。
タイプ値及びグローバルIPアドレスの値は、WDSフレームフォーマットのWDSヘッダに格納されても良い。
上り送信優先権データベース110及び下り送信優先権データベース115の優先権の値は、“2”以上の値であっても良い。また、上り送信優先権データベース110と下り送信優先権データベース115とで優先権の値が異なるように構成されても良い。また、上り送信優先権データベース110が有するレコードごとに優先権の値が異なるように構成されても良い。また、下り送信優先権データベース115が有するレコードごとに優先権の値が異なるように構成されても良い。
Claims (5)
- 共用中継装置と、前記共用中継装置及び通信端末の間で通信の中継を行う被共用中継装置とを備える中継システムであって、
前記共用中継装置は、
前記被共用中継装置から送信されたデータの送信元情報と、前記データに対して割り当てる識別番号とを対応付けて記憶する記憶部と、
前記送信元情報と前記識別番号とを用いてパケットを生成するパケット生成部と、
前記パケット生成部が生成した前記パケットを外部ネットワークに送信し、前記外部ネットワークからパケットを受信する有線通信部と、
前記外部ネットワークから受信されたパケットから前記識別番号を取得する取得部と、
前記取得部によって取得された識別番号に対応付けて前記記憶部に記憶されている前記送信元情報に基づいて送信用データを生成する送信用データ生成部と、
送信用データを送信する無線通信部と、
を備え、
前記被共用中継装置は、
前記共用中継装置との間で通信し、前記送信用データを、自装置に帰属する前記通信端末に送信する通信部と、
を備える中継システム。 - 前記共用中継装置は、
前記被共用中継装置ごと又は前記被共用中継装置に帰属する通信端末ごとの送信タイミングを制御するタイミング制御部をさらに備え、
前記有線通信部は、前記タイミング制御部による制御に応じて、前記被共用中継装置又は前記被共用中継装置に帰属する通信端末を送信元又は送信先とするデータを中継する請求項1に記載の中継システム。 - 前記共用中継装置は、
自装置に帰属する前記被共用中継装置の数を記憶する集約APデータベースと、
前記集約APデータベースに記憶されている前記被共用中継装置の数に基づいて前記被共用中継装置に対して与える通信帯域を算出する帯域算出部と、
前記帯域算出部が算出した前記通信帯域を用いて制御信号を生成する制御信号生成部と、をさらに備え、
前記無線通信部は、前記制御信号生成部が生成した制御信号を前記被共用中継装置に送信し、
前記被共用中継装置は、
前記共用中継装置から送信された制御信号に基づいて共用中継装置を選択する選定部と、をさらに備え、
前記通信部は、前記選定部が選択した前記共用中継装置に前記通信端末のフレームを送信する請求項1または2に記載の中継システム。 - 被共用中継装置との間でフレームの中継を行う共用中継装置であって、
前記被共用中継装置から送信されたフレームに格納されている識別情報と、前記フレームを受信した識別番号とを記憶する記憶部と、
前記識別情報と前記識別番号とを用いてパケットを生成するパケット生成部と、
前記パケット生成部が生成した前記パケットを送信する有線通信部と、
送信されたパケットから前記識別番号を取得する取得部と、
前記記憶部に記憶されている前記識別情報を用いてフレームを生成するフレーム生成部と、
前記取得部が取得した前記識別番号に基づいて前記フレーム生成部が生成したフレームを前記被共用中継装置に送信する無線通信部と、
を備える共用中継装置。 - 共用中継装置と、前記共用中継装置及び通信端末の間で通信の中継を行う被共用中継装置とを備える中継システムにおける中継方法であって、
前記共用中継装置は、
前記被共用中継装置から送信されたデータの送信元情報と、前記データに対して割り当てる識別番号とを対応付けて記憶部に記憶する記憶ステップと、
前記送信元情報と前記識別番号とを用いてパケットを生成するパケット生成ステップと、
前記パケット生成ステップによって生成された前記パケットを外部ネットワークに送信し、前記外部ネットワークからパケットを受信する有線通信ステップと、
前記外部ネットワークから受信されたパケットから前記識別番号を取得する取得ステップと、
前記取得ステップによって取得された識別番号に対応付けて前記記憶部に記憶されている前記送信元情報に基づいて送信用データを生成する送信用データ生成ステップと、
送信用データを送信する無線通信ステップと、
を備え、
前記被共用中継装置は、
前記共用中継装置との間で通信し、前記送信用データを、自装置に帰属する前記通信端末に送信する通信ステップと、
を有する中継方法。
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