アドホックで高速
IEEE 802.11sメッシュネットワークとは
現在策定中のIEEE 802.11s規格は、マルチベンダー対応のワイヤレスメッシュネットワークを可能にする。
ワイヤレスメッシュ技術を利用すれば、IEEE 802.11ワイヤレスネットワークで従来の無線LAN技術の制限をはるかに超えた広いエリアをカバーできる。各種のプロプライエタリなソリューションは何年も前から提供されてきたが、現在策定中のIEEE 802.11s規格は、マルチベンダー対応のメッシュネットワークを可能にする。
既存のIEEE 802.11ネットワークの多くは、インフラストラクチャモードで動作する。これは、すべての通信トラフィックが、アクセスポイント（AP）を経由して最終的なあて先に転送されるということだ。IEEE 802.11規格にはアドホックモードも規定されている。アドホックネットワークはAPを使用しない。機器同士が直接通信を行うのだ。
IEEE 802.11sはアドホックモードのコンセプトを拡張したものだ。各パケットは、最終的なあて先に到達する途中で「中間ステーション（無線局）」を経由することができる。このため、IEEE 802.11メッシュネットワークは、非メッシュ型のIEEE 802.11ネットワークよりも広いエリアに拡大することができる。2台のステーション同士が直接通信できない距離でも通信が可能になるのだ。パケットは中間ステーションを次々とホップしながら、最終的にあて先に到達する。
IEEE 802.11sネットワークは、IEEE 802.11a／b／g／nの規格のどれを使っても運用できる。MAC（Media Access Control）層とパケットフォーマットは、非メッシュネットワークとの干渉を避けるようにデザインされているので、メッシュネットワークと非メッシュネットワークを混在させることも可能だ。両ネットワークを混在させる場合でも、従来のIEEE 802.11機器を変更する必要はない。
IEEE 802.11sの機能は、MAC層とリンク層のどちらでも動作する。それよりも上のIPネットワークスタックの各層は修正されないため、アプリケーションも修正する必要はない。
メッシュ関連用語
ここで、メッシュに関連する用語を整理しておこう。
- メッシュポイント（MP）：ほかのIEEE 802.11sステーションとのノード・ツー・ノード通信をサポートするIEEE 802.11sステーション
- メッシュポータル（MPP）：IEEE 802.11sの機能に加え、有線ネットワークインタフェースを備えたIEEE 802.11sステーション
- メッシュアクセスポイント（MAP）：MAPは非メッシュノード用のAPとして機能する。有線ネットワークに接続することにより、MPPとして機能することもできる
メッシュ構成
メッシュネットワークは、有線ネットワークと接続せずにMPだけで構成できる。これらのMP間で通信が行われるが、MPPを含めた構成ではさらに有用性が高い。MPは広いエリアに分散でき、屋外や大規模施設（倉庫など）でも利用可能だ。従来の非メッシュステーションの場合は、通信エリア全体にAPを配置し、各APまで有線ネットワークを延長する必要がある。IEEE 802.11sでは、有線で接続するのは1台のMPPだけでよい。離れた場所にあるメッシュ構成のステーションは、中間ステーションを介してMPPと通信する。
もう1つの構成は、非メッシュ型IEEE 802.11ステーションへのアクセスを提供するためにMAPを利用するというものだ。各非メッシュステーションは、最も近くにあるMAPに関連付けられる。パケットは途中に配置されたMPを次々とホップしながら、ネットワークの終端にあるMPPに到達する。1台のMPPが有線接続されているだけで、標準のAPを有線接続できないような離れた場所にある非メッシュステーションをサポートすることができる。
経路の探索
IPスタックの上層（第3層以上）では、メッシュは1つのスイッチドネットワークのように見える。IEEE 802.11sは、従来のスイッチドネットワークで用いられるスパニングツリープロトコルの代わりにHWMP（Hybrid Wireless Mesh Protocol）を使用する。HWMPは、メッシュ内の経路を作成するのに、「プロアクティブルーティング」と「オンデマンドルーティング」という2つの手法を使用する。
プロアクティブルーティングは、効率的なルーティング手段を提供する。この手法は、大抵のメッシュネットワークには少なくとも1つのメッシュポータル（MP）が含まれており、多くのパケットはポータルを通じてルーティングされるという事実を利用したものだ。MPはネットワークルートになるように構成できる。ルートとして構成されたMPは、ポータルアナウンスメントを定期的に送信し、ほかのMPからのアナウンスメントを待ち受ける。複数のMPがルートとして構成されている場合は、MP間でネゴシエーションを行い、そのうちの1つがネットワークルートに指定される。
ネットワークルートに選ばれたルートポータルは、ルートアナウンスメントを送信する。このアナウンスメントは、次々とホップしてネットワーク全体に転送される。各MPは、隣接するMPから受け取ったルートアナウンスメントに基づいて、ツリー構造のルーティングテーブルを作成する。異なる経路を通った複数のアナウンスメントをMPが受信することも多い。MPはアナウンスメントに含まれる指標に基づいてルーティングテーブルを作成する。これらの指標は経路上の各MPによって更新される。
IEEE 802.11sノードは、あて先へのプロアクティブルートが存在しない場合には、オンデマンドルーティング手法を用いてあて先を探す。送信元ノードはあて先に対するリクエストを隣接するノードに送信する。このリクエストは順次転送されて、あて先に到達する。あて先ノードから送信された応答は、送信元まで転送される。
リクエストがすべての隣接ノードに送信され、多くの経路を通ってあて先に届く場合もある。つまり、複数コピーのリクエストがあて先ノードに到達する可能性があるのだ。同様に、複数コピーの応答を送信元ノードが受信する可能性もある。複数の通信可能な経路から1つを選択する手段には、RM-AODV（Radio Metric Ad Hoc On Demand Distance Vector）ルーティングが使用される。RM-AODVはAODVの改良版で、エアタイム（計測された転送速度、トラフィック量、経路上の干渉に基づく指標）が含まれる。AODVはRFC 3561に規定されている。
IEEE 802.11sのセキュリティ
メッシュネットワークは、セキュアなアクセスを実現するプロセスをさらに複雑化するものでもある。各ノードが1台のAPに接続しているのではなく、多数の隣接ノードへの経路を保持しているからだ。IEEE 802.11sはIEEE 802.11iとIEEE 802.1X規格を利用する。各ノードがパラメータおよびキーペアのネゴシエーションを各隣接ノードと行う際には、IEEE 802.11iを使用する。
IEEE 802.11s規格はまだ最終的なものではないが、既にインプリメンテーションは進んでいる。ドラフト版IEEE 802.11sに規定された低電力仕様は、One Laptop Per Child（OLPC）プロジェクトが供給しようとしているノートPCの運用環境には理想的だ。OLPCはIEEE 802.11sドラフトをベースとして、ノートPC間通信のインプリメンテーションを開発した。一方、open80211s Consortiumでは、オープンソースのインプリメンテーションを開発中だ。
本稿筆者のデビッド・B・ジェイコブズ氏はJacobs Groupを経営し、ネットワーキング業界で20年以上の経験を持つ。フォーチュン500企業や新興ソフトウェア企業を顧客として、最先端のソフトウェア開発プロジェクト管理やコンサルティングを手掛けてきた。
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