Wi-SUN FAN

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Wi-SUN FAN

科学技術振興機構は2016年11月14日のプレスリリースで「新国際無線通信規格Wi-SUN FANに対応した無線機の基礎開発に成功 ~手軽にIoTが実現できるマルチホップ対応 無線通信ソリューションを提供~」と発表しました。
内閣府 総合科学技術・イノベーション会議(CSTI)が主導する革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)の一環として、京都大学、ローム、日新システムズが共同で開発したもので、発表によれば、数kmに存在する数百のセンサーからの情報をIPv6によるマルチホップを利用して、低消費電力で伝送可能なWi-SUN FANに対応した無線機の基礎開発、つまりはWi-SUN FAN(Wi-SUN Field Area Network)に対応した基礎無線機を複数台用いてマルチホップを利用したIP通信の基礎実験に成功したということのようです。

wi-sunfan_001_r(国立研究開発法人 科学技術振興機構 http://www.jst.go.jp/pr/announce/20161114/index.html より)

発表では、この無線機は、日本での運用上必要となるIEEE802.15.4/4g/4eに対応した物理層およびMAC層、6LowPANIPv6に代表されるIETF制定のアダプテーション層・ネットワーク層・トランスポート層、RPL(IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks)を用いたマルチホップ通信方式を搭載するとのことです。

wi-sunfan_002_r(国立研究開発法人 科学技術振興機構 http://www.jst.go.jp/pr/announce/20161114/index.html より)

マルチホップ・アドホック・メッシュ

下図のように送信元のノードと宛先となるノードが近在し、ノード間での直接通信が可能な場合は1ホップ通信といいます。ノードの移動やチャネルの状況で直接通信ができない場合、中間に存在する他のノードを中継して通信する形態をマルチホップ通信といいます。

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(出典:小牧省三, 間瀬憲一, 松江英明, 守倉正博「無線 LAN とユビキタスネットワーク」丸善,2004 電子情報通信学会「知識ベース」 © 電子情報通信学会 2010 より)

マルチホップは,アクセスポイント等を使用せず、端末同士が無線伝送により通信するだけでなく、直接無線伝送できない場合も、途中の端末が中継して通信端末同士が直接通信を可能にするとともに、無線電波変動や電波障害に対して迂回経路を探索して、安定的な通信を可能にする通信形態です。

マルチホップ通信の技術を用いて、専用の基地局を用いず、端末装置自体が持つ中継機能を利用することで相互接続される端末群で一時的に構成されるネットワークがアドホックネットワークです。アドホックとは「その場限り」という意味があります。マルチホップネットワークと呼ばれることもあるようです。

メッシュネットワークとアドホックネットワークは似ていますが、アドホックネットワークは臨時的に構築されるネットワークであり、端末のみで構成される移動性の高いマルチホップ環境を想定していますが、メッシュネットワークは集中管理を行う特別な制御局が存在しなくても構築できる無線ネットワークで、移動が制限された環境を想定していることが多いようです。従って、プロトコルやアーキテクチャ、最適設計基準には違いがあります。

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(http://lenss.cse.tamu.edu/project_security.html より)

RPL(IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks)

RPL はIPv6でマルチホップルーティングを実現する技術です。ルーティングとは、宛先となるホストまでパケットを送信する時に最適な経路を選択して転送することです。
マルチポップ通信では、ノードが中継機能も実現することになるので、マルチホップ通信の経路を探して選択するルーティングプロトコルが必要になります。RPL は 6LowPAN 上で動作することを目的として策定されたルーティング プロトコルです。

アダプテーション層

OSI参照モデルは、第7層「アプリケーション層」、第6層「プレゼンテーション層」、第5層「セッション層」、第4層「トランスポート層」、第3層「ネットワーク層」、第2層「データリンク層」、第1層「物理層」の7階層に分けています。
下図を見るとアダプテーション層というのは、OSI参照モデルでは第3層に当たるようです。MAC層は第2層で、IPv6ネットワーク層は第3層ですので、アダプテーション層としての6LoWPANは、この2つの層の間に位置しています。
6LoWPANはRFC 4944(RFC: Request For Comments)に規定されています。後から RFC6282(ヘッダ圧縮拡張) とRFC6775(近隣探索拡張) という2つのRFCが追加されています。規定される主な事項は次のようなものです。
(1) IPv6 ステートレスアドレス割当
(2) IPv6 ヘッダ圧縮・伸張方法
(3) UDP ヘッダ圧縮・伸張方法
(4) IPv6 パケット分割・再構成方法
(5) メッシュヘッダ定義

wi-sunfan_003_r(https://www.nict.go.jp/out-promotion/other/case-studies/research-results-case/4otfsk00000vov5u-att/Wi-SUN.pdf より)

IETF

IETFは、インターネット技術の標準化を推進する任意団体です。IETFへの参加は企業等の代表としてではなく、研究や技術者が個人として参加することになっています。IETFにおける技術仕様は、 RFC(Request For Comments)という文書で公開されます。
IETFの技術仕様は詳細な部分までは規定しないのが一般的です。ITU-TやISOなどは、先に仕様を決め、仕様は変わらないものという立場ですが、IETFは、先に実装を決め、仕様は変えるものというスタンスです。

IEEE 802.15.4g

IEEE 802.15はWPAN(Wireless Personal Area Networks)の標準化を行っているワーキンググループ(WG)で、IEEE802.15.4gはSUN(Smart metering Utility Network)実現のために,既存のIEEE 802.15.4の物理層仕様の変更を策定しているタスク・グループ(TG)でWi-SUNは「802.15.4」の拡張規格「802.15.4g」として定められています。いなみに、Bluetoothは「802.15.1」、ZigBeeは「802.15.4」として無線通信の資格仕様が定められています。
802.15.4gは通信速度よりも小型・低価格・低消費電力が重視されており、発表のプレスリリースでは、「1ホップ最大1km程度の伝送が都市部でも実現でき、低消費電力にIPv6等の情報を伝送できる特長を有する屋外で利用可能なセンサー、メーター等に搭載し、エネルギーマネージメント等を行うために必要となる無線通信伝送部 (物理層) の国際標準規格」と説明されています。

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