JP6109990B1 - Ｗｅｂ認証対応中継機 - Google Patents

Abstract

【課題】公衆無線ＬＡＮサービスを利用しようとする無線通信端末２０が、中継機１０を介してアクセスポイント３０に接続される際に、個別に認証可能であるようにする。【解決手段】中継機１０は、直接接続する上記無線通信端末から上記アクセスポイントへの通信を中継するにあたり、ヘッダ内における上記無線通信端末のＭＡＣアドレスの上位７ビット目を１として送信し、上記アクセスポイントから上記中継機自身が直接接続する上記無線通信端末への通信を中継送信するにあたり、ヘッダ内における上記ＭＡＣアドレスの上位７ビット目を０として送信する。【選択図】図１

Description

この発明は、ＷＥＢ認証に対応した無線ＬＡＮの中継機に関する。

現在、様々な場所に公衆無線ＬＡＮサービスを利用可能にするアクセスポイントが設置されている。飲食店を始めとする商業施設においては、訪問客に対するサービスとして提供され、集客向上効果が見込める。また、移動体通信網にかかる負荷を、アクセスポイント経由で光ケーブル回線に流すことで、ユーザが負担する通信費用の削減と、電波リソースの節約とが同時に見込める。

このような公衆無線ＬＡＮサービスを設置するには、非特許文献１の「店舗・施設のオーナー様へ」で記載されているように、無線ＬＡＮを構築するアクセスポイントまで光ケーブルを敷設するのが一般的である。こうして設置された公衆無線ＬＡＮは、完全に無制限で利用可能にする場合もあるが、過度の利用を防ぐために、認証を経た端末のみ通信可能にさせたり、あるいは認証後所定の時間や所定の容量までの利用を許可するように設定したりすることも行われている。

ただし、全てのアクセスポイントにまで光ケーブルを敷設するのは物理的に、あるいはコスト的に困難になることも多い。このような場合、アクセスポイントとの間で相互に通信できる箇所に中継機を設置して、この中継機と通信できる圏内にまで無線ＬＡＮのエリアを拡大させることが行われている。

"つながる＋にぎわう＝店舗向けWi-FiサービスDoSPOT"、[online]、2012年、NTTメディアサプライ株式会社、[２０１６年３月７日検索]、インターネット<URL: http://www.do-spot.net/>

しかしながら、中継機を用いる場合には、中継機を経由してアクセスポイントに接続する複数の端末を、アクセスポイント及び認証サーバが識別できないという問題があった。これは、中継機が端末からの信号を中継してアクセスポイント宛に送信する際に、送信元ＭＡＣアドレスを、個々の端末のＭＡＣアドレスから、中継機自身のＭＡＣアドレスに書き換えるために起きる問題である。アクセスポイント及びそれに繋がる認証サーバからは一つの中継機からの送信としてしか認識できないため、その中継機に接続される第一の端末でＭＡＣアドレス認証、又はその他の認証を実施すると、その中継機に接続される他の端末についても、認証無しに通信することができてしまう。

このため、公衆無線ＬＡＮの利用を会員限定のサービスとしたり、過度に長時間の利用を防ぐために容量制限や時間制限を設けようとすると、中継機を介しての無線ＬＡＮ圏内の拡張が出来ず、光ケーブルを敷設したアクセスポイントを個別に設置しなければならなかった。

中継機が中継の際に送信元である端末のＭＡＣアドレスを送信元ＭＡＣアドレスに指定して送信すると、上記の識別に関する問題は一応回避可能である。有線と有線とを繋げるコンバータが有するＭＡＣクローンモードがこれにあたる。ところが無線環境でこのようにＭＡＣアドレスを送信元のアドレスとして振る舞うと、別の問題が起こってしまう。中継機を経由してアクセスポイントと通信しようとする端末が、アクセスポイントの電波もある程度受信可能である位置にある場合、アクセスポイントから中継機を経由して端末に届くパケットと、アクセスポイントから端末に直接届くパケットとが混在してしまい、識別困難になって端末側でエラーを生じるおそれがあった。

そこでこの発明は、無線ＬＡＮのエリアを中継機で拡大させるにあたり、パケットの混在問題を起こさせることなく、個別の端末を識別して認証させることができるようにすることを目的とする。

この発明は、
無線通信端末とアクセスポイントとの間の無線通信をリピータ中継する無線ＬＡＮの中継機が、
直接接続する上記無線通信端末から上記アクセスポイントへの通信を中継するにあたり、ヘッダ内における上記無線通信端末のＭＡＣアドレスの上位７ビット目を１に変更したローカルＭＡＣアドレスにして送信するビット反転送信を行い、
上記アクセスポイントから上記中継機自身が直接接続する上記無線通信端末への通信を中継送信するにあたり、ヘッダ内における上位７ビット目が１であるローカルＭＡＣアドレスの上位７ビット目を０に変更して送信するビット再反転送信を行う
ことで、上記の課題を解決したのである。

ＭＡＣアドレスの上位７ビット目、すなわち第一オクテットの0x02のビットはG/L値と呼ばれる。一般に流通する機器ではこのビットは０となっており、グローバルアドレスとして扱われる。このビットが１になっていれば、ローカルアドレスとして普段は用いられないアドレスとなる。

一般のユニバーサルリピータ方式では中継の際に中継機自身のＭＡＣアドレスを送信元ＭＡＣアドレスとして設定してしまうが、この発明にかかるＷＥＢ認証対応中継機では、この送信元ＭＡＣアドレスとして、送信元である無線通信端末のＭＡＣアドレスの上位７ビット目を１にしたローカルアドレスとすることで、送信元である無線通信端末が複数存在する場合に、個々の端末を識別可能にする。これにより、個々の無線通信端末によるＷＥＢ認証の有無を識別して取り扱うことができる。また、中継後のパケットをＧ／Ｌ値を変更することで、無線通信端末自体が最初に送信した元のパケットと区別することができる。これにより、端末が中継機とアクセスポイントとの両方から受信できる位置にある場合でも、中継機とアクセスポイントとの間の通信は、端末にとっては自分を宛先として指定していないパケットのやり取りに変わるため、端末側で経路が異なるパケットを受信してエラーを起こすことを回避できる。

さらに、パケットのヘッダのうち、Ｅｔｈｅｒヘッダだけでなく、ＩＰヘッダやＤＨＣＰヘッダにも、送信元である無線通信端末のＭＡＣアドレスが含まれている場合があるが、これらＥｔｈｅｒヘッダ以外のヘッダに含まれる上記無線通信端末のＭＡＣアドレスについても、同様に、上位７ビット目を１としたアドレスに変更する。これにより、アクセスポイントからさらに先のＤＨＣＰサーバ、ＲＡＤＩＵＳサーバなどで認証を行うときに、認証側が判断、登録すべきアドレスの不一致が起こらずに済む。

この中継機はアクセスポイントとの間に別の中継機を介して通信してもよい。この場合、別の中継機を介さずに直接接続する無線通信端末とのやり取りにおいて、上記のビット反転送信及びビット再反転送信を行うことになる。直接接続するものであるか否かについて判断するため、上記中継機は、他の中継機を介さずに直接接続する無線通信端末のＭＡＣアドレスを登録する端末帰属テーブルを有していると好ましい。

上記中継機は、上記端末帰属テーブルを用いる場合、直接接続する無線通信端末に対しては次のような処理を行う。受信したパケットの送信元ＭＡＣアドレスが、上記端末帰属テーブルに登録されたＭＡＣアドレスである場合、そのパケットに対して、上記ビット反転送信を行う。受信したパケットの宛先ＭＡＣアドレスが、上位７ビット目を１とされたローカルＭＡＣアドレスであって、上記端末帰属テーブルに登録されたＭＡＣアドレスの中に上位７ビット目以外は一致するものがある場合、そのパケットに対して、上記ビット再反転送信を行う。

一方、直接接続しない、すなわち別の中継機を介して接続する無線通信端末に対しては、次のような処理を行う。受信したパケットの送信元ＭＡＣアドレスが、上位７ビット目を１とされたローカルＭＡＣアドレスである場合、そのパケットをそのまま送信し、受信したパケットの宛先ＭＡＣアドレスが、上記端末帰属テーブルに登録されたＭＡＣアドレスの上位７ビット目を１に変更したものの中に該当するものが無い場合、そのパケットをそのまま送信する。

この発明により、光ケーブルを敷設しなくても、中継機の設置によって拡大させた無線ＬＡＮにおいて、個々の無線通信端末が別個の端末として認証を受けることができ、あるいは接続時間や接続容量の識別を行うことができる。

この発明にかかる中継機を利用する公衆無線ＬＡＮサービスの概念図 この発明にかかる中継機を含む機能ブロック図 この発明にかかる中継機を介して公衆無線LANサービスを利用する例を示すシーケンス図 この発明にかかる中継機を用いた場合のパケットヘッダを示す図 端末からアクセスポイントへの通信を中継する際のフロー図 この発明にかかる中継機を複数直列で用いた場合のパケットヘッダを示す図 アクセスポイントから端末への通信を中継する際のフロー図 公衆無線LANサービスを利用する際の認証形態が異なる例のシーケンス図

以下、この発明について実施形態の例を示して詳細に説明する。
この発明は、無線ＬＡＮの範囲を拡大させるために用いる、リピータとして働く中継機である。この発明にかかる中継機１０（１０ａ，１０ｂ）と、これと通信する無線通信端末２０、アクセスポイント３０等を利用する公衆無線ＬＡＮサービスのシステム構成の例図を図１に、機能ブロック図を図２に示す。

中継機１０（１０ａ，１０ｂ）は、Ｗｉ−Ｆｉ規格に従って通信を中継することで無線ＬＡＮのエリアを拡大することができるリピータである。子ノード側との無線通信を行う子側無線信号送受信部１１と、親ノード側との無線通信を行う親側無線信号送受信部１２とを有する。それぞれが無線通信インターフェースであるが、アンテナは共通化していてもよい。これらを上下通信部１３が繋いで、一方の送受信部で受信した無線信号について、適切な形にパケットのヘッダを修正した上で、他方の送受信部で送信する。また、直接通信する無線通信端末２０ａ、２０ｂ、２０ｃ……のＭＡＣアドレスを登録する端末帰属テーブル１７を有する。この端末帰属テーブル１７への書き込み、呼び出し等やその他の機能の実行は、演算装置である制御部１４によって行う。制御部１４は上下通信部１３の通信を監視するとともに、必要に応じて上下通信部１３を通るパケットへの変更を命令する。

無線通信端末２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ……）は、Ｗｉ−Ｆｉ規格に従った無線通信により、アクセスポイント３０との間で、中継機１０を介して通信することができる端末である。例としては、スマートフォン、ノートパソコンなどが挙げられる。アクセスポイント３０及び中継機１０の設置場所を訪問する顧客が利用するスマートフォンなどに対して、アクセスポイント３０が公衆無線ＬＡＮサービスを提供する際に、この発明にかかる中継機１０は好適に利用できる。無線通信端末２０は中継機１０の子側無線信号送受信部１１又はアクセスポイント３０の無線信号送受信部３２と無線通信可能な無線信号送受信部２１を有する。また、その他通信についてＷＥＢ認証を行うためのブラウザや文字入力機能などその他の機能を実行する制御部２２を有する。

アクセスポイント３０は、Ｗｉ−Ｆｉ規格に従って無線ＬＡＮを構築できる親機である。ルータ機能やモデム機能を内蔵してもよいし、有線接続された別の装置がそれらの機能を有するものでもよい。以下の説明では例として、ルータ機能やモデム機能等を内蔵しているものとする。実際にはルータ機能のためのＮＡＰＴ変換テーブルやＩＤ管理テーブルなど、一般的なルータが有するテーブルや機能部を有するが、本発明とは直接の関係はないので記載を省略する。図２中では敷設された光ケーブルに繋がる光ケーブル終端部３１のみ形式的に記載する。一方、アクセスポイント３０はアンテナを含む無線インターフェースである無線信号送受信部３２も有する。省略された機能も含めたこれらの機能や信号の入出力を演算装置である制御部３３で制御して行う。

この発明にかかる中継機１０は、上記アクセスポイント３０による公衆無線ＬＡＮサービスが無制限に利用できるものではなく、ＷＥＢ認証を経た上で使用可能とする場合や、時間制限や容量制限のある場合に、好適に使用できる。

無線通信端末２０がアクセスポイント３０を利用する際には、光ケーブル終端部３１に繋がる光ケーブルを介して、インターネット４０をＩＰｓｅｃなどによるトンネル４１で経由して、認証サーバ４６、ＲＡＤＩＵＳサーバ４５、ＤＨＣＰサーバ４７などの認証用サーバ群にアクセスして認証を行う。

無線通信端末２０が一機の中継機１０を介してこの認証を行う際のシーケンス図を図３に示す。また、その際にやり取りされるパケットのヘッダの例を図４に示す。ここでは仮に、無線通信端末２０のＭＡＣアドレスを「6c：88：14：62：00：84」とする。第一オクテットは「6c」であり、ビット表示すると「01101100」となる。上位７ビット目、すなわち第一オクテットの0x02のビットは「0」である。最初に、無線通信端末２０は、中継機１０のビーコンを受信して、中継機１０との間でＳＳＩＤを含む認証のやり取り（Authentication＋Association）を行う（Ｓ１００）。中継機１０はこの処理を行うことになった無線通信端末２０のＭＡＣアドレスを端末帰属テーブル１７に記録する。（Ｓ１００ａ）。中継機１０が複数ある場合は、中継機１０ｂはそれと接続する別の中継機１０ａのＭＡＣアドレスを端末帰属テーブル１７に記録する。これら記録されたＭＡＣアドレスは、それぞれの中継機１０が直接に接続する機器を把握する際に用いることができる。

次に、無線通信端末２０はＤＨＣＰ−Ｄｉｓｃｏｖｅｒをブロードキャストする（Ｓ１０１ａ）。このパケットのＥｔｈｅｒヘッダにおける送信元ＭＡＣアドレスやＤＨＣＰヘッダのクライアントＭＡＣアドレスなどは、上記の「6c：88：14：62：00：84」となっている。このパケットを受信した中継機１０のフローを図５に示す（Ｓ２００）。Ｅｔｈｅｒヘッダの送信元ＭＡＣアドレスの上位７ビット目、すなわち第一オクテットの0x02のビットをチェックする（Ｓ２０１）。この上位７ビット目が「０」であった場合には（Ｓ２０１→Ｇｌｏｂａｌ）、制御部１４はヘッダ中における該当するＭＡＣアドレスの全てについてこの上位７ビット目を反転させて「１」にするパケットに変更する（Ｓ２０２）。すなわち、Ｅｔｈｅｒヘッダだけでなく、より上位のレイヤーであるＩＰヘッダ等に含まれる該当するＭＡＣアドレス全てについて上位７ビット目を反転させる。変更後のパケットでは、それらのＭＡＣアドレスが全て「6e：88：14：62：00：84」に変更される。第一オクテットは「6e」であり、ビット表示すると「01101110」となる。中継機１０はこのビット反転してローカルＭＡＣアドレスを含んだパケットを中継転送するビット反転送信を行う（Ｓ２０３、Ｓ１０１ｂ）。

なお、中継機１０が複数機分直列に接続されている場合には、処理を行わずに中継される場合がある。無線通信端末２０と直接接続せず、別の中継機１０ａを介したパケットを受け取り中継する中継機１０ｂはこのビット反転を行わない。この場合のシーケンス図を図６に示す。中継機１０ｂでは、受け取ったパケットの送信元ＭＡＣアドレスを調べ、これがローカルＭＡＣアドレスになっていれば（Ｓ２０１→Ｌｏｃａｌ）、既に他の中継機１０ａでビット反転されているパケットであると判断できるので、ビット反転せず、第一オクテットが「6e」のまま転送する（Ｓ２０５）。もちろん、中継機１０ｂが、中継機１０ｂに直接接続している別の無線通信端末２０からのパケットを受け取った場合は、中継機１０ｂでも上記のビット反転を行って中継転送することになる。

上記のビット反転を含む中継を経たローカルＭＡＣアドレスを含むパケットを受け取ったアクセスポイント３０は、通常のＤＨＣＰ−Ｄｉｓｃｏｖｅｒパケットと同じように、ＤＨＣＰサーバ４７に対して送信する（Ｓ１０１ｃ）。この処理はトンネル４１を通るため、ビット反転してローカルアドレスになったパケットがインターネット４０上に無制限に放流されるわけではない。

ＤＨＣＰサーバ４７は、無線通信端末２０に対して発行しようとするＩＰアドレスを含むＤＨＣＰ−Ｏｆｆｅｒを返送する（Ｓ１０２、Ｓ１０２ａ）。ただしこのパケットのＤＨＣＰヘッダに含まれるクライアントＭＡＣアドレスは、元の無線通信端末２０のＭＡＣアドレスではなく、中継機１０によって上位７ビット目を反転されたローカルＭＡＣアドレスとなっている。ＤＨＣＰ−Ｏｆｆｅｒを受け取ったアクセスポイント３０は通常の処理と同じように、そのパケットを、宛先ＭＡＣアドレスとして無線通信端末２０のビット反転後のアドレス「6e：88：14：62：00：84」を指定して送信する（Ｓ１０２ｂ）。

アクセスポイント３０側からのパケットを受け取った中継機１０（制御部１４）（Ｓ２１０）のフローを図７に示す。そのパケットのＥｔｈｅｒヘッダにおける宛先ＭＡＣアドレスが、端末帰属テーブル１７に記載のグローバルＭＡＣアドレスの上位７ビット目を反転させたローカルＭＡＣアドレスに対応するものであるか否かを判断する（Ｓ２１１）。宛先がローカルＭＡＣアドレスであっても、上位７ビット目以外は一致するＭＡＣアドレスが端末帰属テーブル１７に登録されていなければ（Ｓ２１１→無し）、図６における中継機１０ｂの状況にあたり、該当する無線通信端末２０とは直接接続していないので、パケットはそのまま転送する（Ｓ２１４）。一方、宛先がローカルＭＡＣアドレスであって、パケットのローカルＭＡＣアドレスの上位７ビット目以外は一致するＭＡＣアドレスが、端末帰属テーブル１７に登録されていれば（Ｓ２１１→有り）、それは図４における中継機１０や、図６における中継機１０ａのように、該当する無線通信端末２０と直接接続している状態にある。この場合は、受け取ったパケットのヘッダに含まれるローカルＭＡＣアドレスについて、反転された（すなわち、１であった）上位７ビット目を再反転させて（すなわち、０にして）グローバルＭＡＣアドレスに変更し（Ｓ２１２）、グローバルＭＡＣアドレスにて指定された宛先ＭＡＣアドレスへパケットを中継転送するビット再反転送信を行う（Ｓ２１３）。

この後の処理においても、中継機１０は同様にＭＡＣアドレスの判断と変更を行ってパケットを中継転送する。ＤＨＣＰ−Ｏｆｆｅｒに対してリダイレクトし（Ｓ１０３）、アクセスポイント３０から割り当てられるＩＰアドレス等を確定する（Ｓ１０４）際にも、中継機１０は無線通信端末２０のグローバルＭＡＣアドレスをローカルＭＡＣアドレスに変換して中継転送する。無線通信端末２０が認証サーバ４６に認証パケットを送信し（Ｓ１０５）、その応答を受けて（Ｓ１０６）、ＲＡＤＩＵＳサーバ４５にＲＡＤＩＵＳパケットを送信し（Ｓ１０７）、認証される工程においても、同様に判断し、同様にビット反転させてパケットを中継転送する。これにより、これらのサーバはビット反転されたローカルＭＡＣアドレスとして、それぞれの無線通信端末２０ａ，２０ｂ，２０ｃを区別して認証を行うことができる。ＲＡＤＩＵＳサーバ４５で認証されたら（Ｓ１０８）、アクセスポイント３０は、無線通信端末２０のビット反転させたローカルＭＡＣアドレスを自身が保有するアドレス管理テーブルに登録する（Ｓ１０９）。ＷＥＢ認証の場合、無線通信端末２０のブラウザ画面を、認証完了を告げるWelcome画面へリダイレクトさせる（Ｓ１１０)。

認証後も中継機１０は同様に、直接接続する無線通信端末２０のＭＡＣアドレスを反転して転送し、返答されてきたパケットについては、ＭＡＣアドレスを再反転して転送する。このような中継機１０の動作により、無線通信端末２０ａ，２０ｂ，２０ｃ……は、個々に認証され、個々の通信量や通信時間をアクセスポイント３０で確認されながら、インターネット４０に繋がる公衆無線ＬＡＮサービスを利用できる（Ｓ１１１，Ｓ１１２）。

この発明にかかる中継機１０は、特に認証方法を限定されるものではない。例えば、図８のシーケンス図に示すように認証方式が異なる（ＲＡＤＩＵＳサーバが４５ａ〜４５ｃの複合である）公衆無線ＬＡＮサービスに繋がるアクセスポイント３０ａであっても、中継機１０が行う処理は同様である。

なお、中継機１０は、上記のビット反転に関する機能以外は、通常の中継機として利用される機能をそのまま有していてよい。例えば、端末帰属テーブル１７は定期的にクリアして肥大化を防止してよい。

１０，１０ａ，１０ｂ 中継機
１１ 子側無線信号送受信部
１２ 親側無線信号送受信部
１３ 上下通信部
１４ 制御部
１７ 端末帰属テーブル
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 無線通信端末
２１ 無線信号送受信部
２２ 制御部
３０，３０ａ アクセスポイント
３１ 光ケーブル終端部
３２ 無線信号送受信部
３３ 制御部
４０ インターネット
４１ トンネル
４５ ＲＡＤＩＵＳサーバ
４６ 認証サーバ
４７ ＤＨＣＰサーバ

Claims (3)

1. 無線通信端末とアクセスポイントとの間の通信を無線中継する無線ＬＡＮの中継機であって、
   直接接続する上記無線通信端末から上記アクセスポイントへの通信を中継するにあたり、ヘッダ内における上記無線通信端末のＭＡＣアドレスの上位７ビット目を１に変更したローカルＭＡＣアドレスにして送信するビット反転送信を行い、
   上記アクセスポイントから上記中継機自身が直接接続する上記無線通信端末への通信を中継送信するにあたり、ヘッダ内における上位７ビット目が１であるローカルＭＡＣアドレスの上位７ビット目を０に変更して送信するビット再反転送信を行う
   ＷＥＢ認証対応中継機。
2. 上記中継機は、他の中継機を介さずに直接接続する無線通信端末のＭＡＣアドレスを登録する端末帰属テーブルを有し、
   受信したパケットの送信元ＭＡＣアドレスが、上記端末帰属テーブルに登録されたＭＡＣアドレスである場合、そのパケットに対して、上記ビット反転送信を行い、
   受信したパケットの宛先ＭＡＣアドレスが、上位７ビット目を１とされたローカルＭＡＣアドレスであって、上記端末帰属テーブルに登録されたＭＡＣアドレスの中に上位７ビット目以外は一致するものがある場合、そのパケットに対して、上記ビット再反転送信を行う、
   請求項１に記載のＷＥＢ認証対応中継機。
3. 受信したパケットの送信元ＭＡＣアドレスが、上位７ビット目を１とされたローカルＭＡＣアドレスである場合、そのパケットをそのまま送信し、
   受信したパケットの宛先ＭＡＣアドレスが、上位７ビット目を１とされたローカルＭＡＣアドレスであって、上記端末帰属テーブルに登録されたＭＡＣアドレスの中に上位７ビット目以外は一致するものが無い場合、そのパケットをそのまま送信する、
   請求項２に記載のＷＥＢ認証対応中継機。

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