JP6937286B2 - 無線中継装置および無線中継方法 - Google Patents
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Description
実施形態によれば、無線中継装置は、第1MAC処理部と、第2MAC処理部と、処理部とを具備する。前記第1MAC処理部は、第1MACアドレスにより第1無線装置と接続可能である。前記第2MAC処理部は、前記第1MACアドレスとは異なる第2MACアドレスにより第2無線装置と接続可能である。前記処理部は、前記第1無線装置または前記第2無線装置の少なくとも一方を介した、IPパケットを中継するための経路が確立しているか否かを判定する。前記処理部は、前記経路が確立する前に、前記第1無線装置または前記第2無線装置の一方へ転送されるデータを有する第1IPパケットを受信した場合であって、かつ、前記第1IPパケットの宛先が前記第1無線装置または前記第2無線装置である場合には、前記第1IPパケットを前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送する。前記処理部は、前記経路が確立する前に、前記第1IPパケットを受信した場合であって、かつ、前記第1IPパケットの宛先が前記第1無線装置または前記第2無線装置のいずれでもなく、前記第1IPパケットが前記第1無線装置または前記第2無線装置によりさらに転送される場合には、前記第1IPパケットを前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送しない。
詳細については後述するが、本実施形態に係る無線中継装置10において、PHY層およびMAC層に関する処理は、IEEE 802.11規格およびその拡張規格(例えば、IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax等)に基づいて実行される。
第1PHY処理部102は、第1層物理層に関する処理を実行する。詳しくは、第1PHY処理部102は、受信処理の場合、第1アンテナ101から無線信号を受け取り、当該無線信号を第1PHY処理部102で処理可能なベースバンド信号に復調する。第1PHY処理部102は、ベースバンド信号に対して、物理パケット復号化処理や、PHYプリアンブルおよびPHYヘッダを除去する処理、等を実行する。第1PHY処理部102は、PHYペイロードをMACフレームとして抽出する。抽出されたMACフレームは第1MAC処理部103に受け渡される。
第1MAC処理部103および第2MAC処理部106は共に個別のMACアドレスを有している。第1MAC処理部103はアクセスポイント(AP: Access Point)として動作する。または、第1MAC処理部103はAPとして動作する機能を備えている。一方、第2MAC処理部106はステーション(STA: Station)として動作する、より詳しくは、非AP STAとして動作する。または、第2MAC処理部106は非AP STAとして動作する機能を備えている。
認証プロセスでは、第1MAC処理部103は、非AP STAからの認証要求を受信し、当該認証要求に対する認証応答を非AP STAに対して送信する。
例えば、新規中継ノードが非AP STAとして既存中継ノードに接続する場合、DISメッセージを含むIPパケットは、各既存中継ノードに順次ユニキャスト送信される。一方で、新規中継ノードがAPとして既存中継ノードに接続する場合、DISメッセージを含むIPパケットは、複数の既存中継ノードにまとめて送信される。さらに、ネットワークを構築するノード全てが非AP STAであるアドホックモード(インデペンデントモード)の場合、DISメッセージを含むIPパケットは、複数の既存中継ノードにまとめて送信される。
既存中継ノード10b,10cは、DISメッセージを含むIPパケットを受信すると、新規中継ノード10dに対して、DIOメッセージを含むIPパケットをそれぞれ送信する。
例えば、ルートとして機能し続ける限り中継ノード10aの非AP STAは使用されることがないので、この場合、中継ノード10aの非AP STAはその機能を停止しても良い。
また、図6では、多数の中継ノード10によって構築されるメッシュネットワークとして樹状のメッシュネットワークを例示したが、メッシュネットワークの構造はこれに限定されない。例えば、中継ノード10同士がN対Nの接続形態を有したメッシュネットワークを構築するとしても良い。この場合、メッシュネットワークを構築する各中継ノード10は、複数の中継ノード10を親として選択する。これによれば、最終宛先がある中継ノード10であるIPパケットを転送する際に、最終宛先までの経路として、複数種類の経路を有することができ、例えば、一つの経路が利用不能になったとしても、別の経路を利用してIPパケットの転送を行うことができる。
図7は、MACフレームのフレームフォーマットを示す。MACフレームはMPDU(MAC Protocol Data Unit)と称されても良い。MACフレームは、図7に示すように、MACヘッダ21と、フレームボディ22と、フレームチェックシーケンス(FCS: Frame Check Sequence)23とによって構成される。
LLCヘッダ31には、LLC層レベルでの宛先を示すDSAP(Destination Service Access Point)と、LLC層レベルでの送信元を示すSSAP(Source Service Access Point)とが設定される。また、LLCデータ33には、図8に示すように、IP層レベルでのアドレスを示すIPヘッダ41と、IPデータ42とによって構成されるIPパケットが設定される。
一方、ステップS11の結果、LLCフレームの宛先が自装置でないと判定された場合(ステップS11のNO)、AL処理部107aは、LLCフレームに含まれるLLCヘッダ31内のDSAPと、予め格納された経路情報とに基づいて、当該LLCフレームの宛先までの経路が確立しているか否かを判定する(ステップS12)。
一方、ステップS12の結果、LLCフレームの宛先までの経路が確立していないと判定された場合(ステップS12のNO)、AL処理部107aは、LLCフレームにLLCデータ33として含まれるIPパケットが経路確立用の制御パケットであるか否かを判定する(ステップS13)。
また、経路確立用の制御パケットであるか否かの判別は、IPヘッダのプロトコルサブフィールドの値による判別に限定されない。例えば、経路確立のためにARP(Address Resolution Protocol)フレームを利用する場合がある。ARPフレームは、IPパケットとしてはTCP/IPとして送られるため、IPヘッダのプロトコルサブフィールドではARPフレームであることを判別することができない。この場合、AL処理部107aは、イーサネット(登録商標)フレームに含まれるイーサネットヘッダ内のフレームタイプを参照し、当該フレームタイプがARPを示す0x0806である場合、当該イーサネットフレームにデータとして含まれるIPパケットを経路確立用の制御パケットと判別しても良い。この判別方法は、主に、有線LANから無線中継装置10にデータが送信されて来た場合に利用される。また、無線LANからデータが送信されて来た場合、AL処理部107aは、UDPフレームのペイロードを参照して、当該データが経路確立用の制御パケットであるか否かを判別しても良い。
一方、ステップS13の結果、IPパケットが経路確立用の制御パケットであると判定された場合(ステップS13のYES)、AL処理部107aは、LLCフレームに含まれるLLCヘッダ31内のDSAPと、予め格納された経路情報とに基づいて、当該LLCフレームの転送先を選択する(ステップS15)。
なお、LLCフレームの転送先は、基本的には、ステップS11においてLLCフレームを受け渡したMAC処理部と異なるMACアドレスを有していれば良い。
メモリ108に格納されたLLCフレームは、当該LLCフレームの宛先までの経路が確立した後に、AL処理部107aによって取得され、当該宛先までの転送が開始されても良い。MAC処理部がアクセス可能なワークメモリに格納されたLLCフレームは、当該LLCフレームの宛先までの経路が確立した後に、当該MAC処理部によって取得され、当該LLCフレームの宛先までの転送が開始されても良い。これによれば、アプリケーションレベルでの再送信を削減することができ、処理遅延を削減することができる。
図10は、中継ノード10a〜10cによって構築されるメッシュネットワークに、非中継ノード11が接続している場合を例示する。非中継ノード11とは、APとして動作する機能を備えていない、かつ、一つの非AP STAとして動作する機能を備えているノードである。図10では、中継ノード10aがルートに相当し、中継ノード10b,10cが順にその下流に位置している。非中継ノード11は最も下流に位置している中継ノード10cに接続している。また、図10では、親ノードと子ノードとは、MAC層レベルでは、APと非AP STAとの関係で接続している。さらに、図10では、中継ノード10aから非中継ノード11までの経路が確立している場合を想定する。なお、図10では、説明の便宜上、非AP STAを単にSTAと表記している。
非中継ノード11からのIPパケットがMAC層レベルでAPとして動作する第1MAC処理部103によって受信されると、中継ノード10cは、上記した図9に示す一連の処理を実行する。図10では、中継ノード10aから非中継ノード11までの経路が確立している場合を想定しているので、中継ノード10cは転送先として自ノードの非AP STA(第2MAC処理部106)を選択し、受信されたIPパケットは、中継ノード10cの非AP STAに転送される。IPパケットの転送時には、次の転送先が中継ノード10b(のAP)であることが通知される。中継ノード10cの非AP STAは、転送されて来たIPパケットを中継ノード10bにさらに転送する。
なお、図11では、説明の便宜上、非AP STAを単にSTAと表記している。以下では、非中継ノード11において、最終宛先が非中継ノード12であり、経路確立用の制御パケットでないIPパケット(データパケット)が発生した場合の中継について説明する。
非中継ノード11からのIPパケットがMAC層レベルでAPとして動作する第1MAC処理部103によって受信されると、中継ノード10cは、上記した図9に示す一連の処理を実行する。図11では、各ノード間において経路が確立されていない場合を想定しているので、通常であれば、非中継ノード11において発生した、経路確立用の制御パケットでないIPパケットは転送されないことになる。
なお、図12では、説明の便宜上、非AP STAを単にSTAと表記している。以下では、非中継ノード11において、最終宛先が中継ノード10cであり、経路確立用の制御パケットでないIPパケットが発生した場合の中継について説明する。
非中継ノード11からのIPパケットがMAC層レベルでAPとして動作する第1MAC処理部103によって受信されると、中継ノード10bは、上記した図9に示す一連の処理を実行する。図12では、各ノード間において経路が確立されていない場合を想定しているので、通常であれば、非中継ノード11において発生した、経路確立用の制御パケットでないIPパケットは転送されないことになる。
なお、図13では、説明の便宜上、非AP STAを単にSTAと表記している。以下では、最終宛先が非中継ノード11であり、経路確立用の制御パケットでないIPパケットが有線LAN13から送信されて来た場合の中継について説明する。図13では、最終宛先が非中継ノード11であり、経路確立用の制御パケットでないIPパケットが有線LAN13から送信されて来た場合の中継について説明するが、例えば、最終宛先が非中継ノード11であり、経路確立用の制御パケットでないIPパケットが中継ノード10aにおいて発生した場合の中継も同様となる。
なお、図14では、説明の便宜上、非AP STAを単にSTAと表記している。以下では、最終宛先が中継ノード10bであり、経路確立用の制御パケットでないIPパケットが有線LAN13から送信されて来た場合の中継について説明する。図14では、最終宛先が中継ノード10bであり、経路確立用の制御パケットでないIPパケットが有線LAN13から送信されて来た場合の中継について説明するが、例えば、最終宛先が中継ノード10bであり、経路確立用の制御パケットでないIPパケットが中継ノード10aにおいて発生した場合の中継も同様となる。
非中継ノード11からのIPパケットがMAC層レベルでAPとして動作する第1MAC処理部103によって受信されると、中継ノード10cは、上記した図9に示す一連の処理を実行する。図15では、各ノード間において経路が確立されている場合を想定しているので、受信されたIPパケットは他のMAC処理部に転送される。
なお、図15および図16では、各ノード間において経路が確立されている場合を想定したが、例えば図15において、各ノード間において経路が確立されていない場合を想定する。この場合に、最終宛先が中継ノード10bであり、経路確立用の制御パケットでないIPパケットが非中継ノード11から送信された場合、中継ノード10cは、当該中継ノード10cのAPから見れば、中継ノード10bのSTAとMAC層レベルで接続しているため、最終宛先が中継ノード10bであれば、経路確立用の制御パケットでないIPパケットが非中継ノード11から送信されて来た場合であっても、中継ノード10bへの転送を許容する。一方、最終宛先が中継ノード10b以外の中継ノードである場合、中継ノード10cは、非中継ノード11から送信されて来たIPパケットの転送を許容しない。
同様に、例えば図16において、各ノード間において経路が確立されていない場合を想定する。この場合に、最終宛先が非中継ノード11であり、経路確立用の制御パケットでないIPパケットが中継ノード10bから送信された(中継ノード10bにおいて発生した)場合、中継ノード10cは、当該中継ノード10cのAPから見れば、非中継ノード11とMAC層レベルで接続しているため、最終宛先が非中継ノード11であれば、経路確立用の制御パケットでないIPパケットが中継ノード10bから送信されて来た場合であっても、非中継ノード11への転送を許容する。さらに、もし、非中継ノード11と並列に中継ノード10d(図示せず)がMAC層レベルで接続されている場合、中継ノード10cは、この中継ノード10dが最終宛先のIPパケットの転送も許容する。一方、最終宛先が非中継ノード11(あるいは中継ノード10d)以外の中継ノードである場合、中継ノード10cは、中継ノード10bから送信されて来たIPパケットの転送を許容しない。
CSMA/CAを実施する場合、上記したCCAの他に、NAVも利用される。NAVとは、仮想的に無線媒体を占有していると解釈する状態であり、このNAVによれば、APおよび非AP STA間でMACフレームの交換を行う終了時点を予め決めておき、MACヘッダまたはPHYヘッダに、これらを運ぶ物理パケットの終わりから当該終了時点までの残りの期間を設定しておくことが可能である。これによれば、いずれかのMACフレームを受信したAPおよび非AP STAはその終了時点まで送信を延期することができる。
以上を考慮すると、無線媒体がビジー状態であると通知する具体的な方法としては、PHY処理部が、あるMAC処理部から送信されて来たMACフレームを他のMAC処理部に受信したように入力する方法、あるいは、他のMAC処理部に上記した終了時点まで送信を延期するよう通知する方法、等が一例として挙げられる。
Claims (20)
- 第1MACアドレスにより第1無線装置と接続可能な第1MAC処理部と、
前記第1MACアドレスとは異なる第2MACアドレスにより第2無線装置と接続可能な第2MAC処理部と、
前記第1無線装置または前記第2無線装置の少なくとも一方を介した、IPパケットを中継するための経路が確立しているか否かを判定し、
前記経路が確立する前に、前記第1無線装置または前記第2無線装置の一方へ転送されるデータを有する第1IPパケットを受信した場合であって、かつ、前記第1IPパケットの宛先が前記第1無線装置または前記第2無線装置である場合には、前記第1IPパケットを前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送し、
前記経路が確立する前に、前記第1IPパケットを受信した場合であって、かつ、前記第1IPパケットの宛先が前記第1無線装置または前記第2無線装置のいずれでもなく、前記第1IPパケットが前記第1無線装置または前記第2無線装置によりさらに転送される場合には、前記第1IPパケットを前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送しない処理部と
を具備する、無線中継装置。 - 前記処理部は、
前記経路が確立する前に、前記第1無線装置または前記第2無線装置の一方へ転送される、経路確立のための制御情報を有する第2IPパケットを受信した場合、前記第2IPパケットの宛先によらず、前記第2IPパケットを前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送する、請求項1に記載の無線中継装置。 - 前記処理部は、
前記経路が確立する前に、前記第1IPパケットまたは前記第2IPパケットを受信した場合であって、かつ、前記第1IPパケットまたは前記第2IPパケットの送信元が前記第1無線装置であり、前記第1IPパケットまたは前記第2IPパケットの宛先が前記第2無線装置である場合、前記第1IPパケットまたは前記第2IPパケットを前記第2無線装置へ転送する、請求項2に記載の無線中継装置。 - 前記処理部は、
前記経路が確立した後に、前記第1IPパケットまたは前記第2IPパケットを受信した場合、前記第1IPパケットまたは前記第2IPパケットを、前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送する、請求項2に記載の無線中継装置。 - 前記処理部は、
前記IPパケットのIPヘッダのプロトコルフィールドに基づいて、前記第1IPパケットか、前記第2IPパケットかを判別する、請求項2に記載の無線中継装置。 - 前記処理部は、
ルーティングプロトコルがRPLである場合、前記プロトコルフィールドの値が58の場合に前記第2IPパケットであると判別し、前記プロトコルフィールドの値が58でない場合に前記第1IPパケットであると判別する、請求項5に記載の無線中継装置。 - 前記処理部は、
ルーティングプロトコルがOSPFである場合、前記プロトコルフィールドの値が89の場合に前記第2IPパケットであると判別し、前記プロトコルフィールドの値が89でない場合に前記第1IPパケットであると判別する、請求項5に記載の無線中継装置。 - 前記処理部は、
前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送しない第1IPパケットを削除する、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の無線中継装置。 - 前記第1IPパケットを格納する格納部をさらに具備し、
前記処理部は、
前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送しない第1IPパケットを前記格納部に格納し、前記経路が確立した後に、前記格納部から前記第1IPパケットを取得し、前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送する、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の無線中継装置。 - 前記第1MAC処理部または前記第2MAC処理部の一方は、アクセスポイントとして動作し、前記第1MAC処理部または前記第2MAC処理部の他方は、非アクセスポイントとして動作する、請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の無線中継装置。
- 第1MACアドレスにより第1無線装置と接続することと、
前記第1MACアドレスとは異なる第2MACアドレスにより第2無線装置と接続することと、
前記第1無線装置または前記第2無線装置の少なくとも一方を介した、IPパケットを中継するための経路が確立しているか否かを判定することと、
前記経路が確立する前に、前記第1無線装置または前記第2無線装置の一方へ転送されるデータを有する第1IPパケットを受信した場合であって、かつ、前記第1IPパケットの宛先が前記第1無線装置または前記第2無線装置である場合には、前記第1IPパケットを前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送することと、
前記経路が確立する前に、前記第1IPパケットを受信した場合であって、かつ、前記第1IPパケットの宛先が前記第1無線装置または前記第2無線装置のいずれでもなく、前記第1IPパケットが前記第1無線装置または前記第2無線装置によりさらに転送される場合には、前記第1IPパケットを前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送しないことと
を具備する、無線中継方法。 - 前記経路が確立する前に、前記第1無線装置または前記第2無線装置の一方へ転送される、経路確立のための制御情報を有する第2IPパケットを受信した場合、前記第2IPパケットの宛先によらず、前記第2IPパケットを前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送することをさらに具備する、請求項11に記載の無線中継方法。
- 前記経路が確立する前に、前記第1IPパケットまたは前記第2IPパケットを受信した場合であって、かつ、前記第1IPパケットまたは前記第2IPパケットの送信元が前記第1無線装置であり、前記第1IPパケットまたは前記第2IPパケットの宛先が前記第2無線装置である場合、前記第1IPパケットまたは前記第2IPパケットを前記第2無線装置へ転送することをさらに具備する、請求項12に記載の無線中継方法。
- 前記経路が確立した後に、前記第1IPパケットまたは前記第2IPパケットを受信した場合、前記第1IPパケットまたは前記第2IPパケットを、前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送することをさらに具備する、請求項12に記載の無線中継方法。
- 前記IPパケットのIPヘッダのプロトコルフィールドに基づいて、前記第1IPパケットか、前記第2IPパケットかを判別することをさらに具備する、請求項12に記載の無線中継方法。
- ルーティングプロトコルがRPLである場合、前記プロトコルフィールドの値が58の場合に前記第2IPパケットであると判別し、前記プロトコルフィールドの値が58でない場合に前記第1IPパケットであると判別することをさらに具備する、請求項15に記載の無線中継方法。
- ルーティングプロトコルがOSPFである場合、前記プロトコルフィールドの値が89の場合に前記第2IPパケットであると判別し、前記プロトコルフィールドの値が89でない場合に前記第1IPパケットであると判別することをさらに具備する、請求項15に記載の無線中継方法。
- 前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送しない第1IPパケットを削除することをさらに具備する、請求項11乃至請求項17のいずれか1項に記載の無線中継方法。
- 前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送しない第1IPパケットをメモリに格納し、前記経路が確立した後に、前記メモリから前記第1IPパケットを取得し、前記第1無線装置または前記第2無線装置へ転送することをさらに具備する、請求項11乃至請求項17のいずれか1項に記載の無線中継方法。
- 前記第1MACアドレスまたは前記第2MACアドレスの一方は、アクセスポイントとして動作し、前記第1MACアドレスまたは前記第2MACアドレスの他方は、非アクセスポイントとして動作する、請求項11乃至請求項19のいずれか1項に記載の無線中継方法。
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