ワイヤレスメッシュとは

ワイヤレスメッシュとは

ワイヤレスメッシュは、IoT(モノのインターネット)アプリケーションを成功させるための重要な要素になります。しかし、ワイヤレスメッシュとはいったい何でしょうか、そもそもワイヤレスメッシュネットワークの利点はどこにあるのか、そして自社の製品はどのように恩恵を受けることができるか? ここでは、あなたが知っておくべきワイヤレスメッシュ技術についてご紹介します。

無線ネットワークは、無線で相互に接続されたデバイスからなる通信インフラです。

接続されたデバイスは、ユーザーが専用のインフラを設定することを考える必要がなく、ネットワークがより広いエリアをカバーできるようにパケットを転送するのに役立ちます。

それはワイヤレスメッシュネットワークがIoT (モノのインターネット)の展開のための足がかりになると言っても過言ではありません。ワイヤレスメッシュネットワークがなければ、建物全体に大規模なネットワークを展開するにはコストがかかりすぎてしまいます。

ここで改めてメッシュネットワークの定義に触れます。メッシュネットワークの特徴は、通信を行うデバイス(ここではノードと呼びます)が、相互に接続された状態で、故障などで使えなくなった経路が発生しても継続的に接続・再構成を繰り返し、各ノードがトラフィックを転送する「ホップ」 (hop)という動作をします。これにより、パケットは送信先へ向けてノードからノードへ転送され、確実に目的地に届きます。さらに、メッシュネットワークには自己修復性があります。1つのノードがダウンしたり、1つの接続が不良となっても、新しい経路を見つけて、ネットワーク全体は常に通信経路を失うことなく運用されます。この特徴を見事に再現したワイヤレスメッシュネットワークはメッシュネットワークの典型的応用例と言えます。

メッシュネットワークにおける3つのノードタイプ

通常、メッシュネットワークには、次の3種類のノードが存在します

  • ゲートウェイまたはボーダールーター
  • メッシュノードまたはルーター
  • リーフノード

ボーダールーター、またはゲートウェイは、外の世界とのインターフェイスであり、このノードデバイスはその設備に存在するイーサネットにワイヤレスメッシュネットワークを接続するか、または直接インターネットを介して、例えばLTEや3Gを介してクラウドサービスに接続することができます。

メッシュデバイスは、実際のメッシュを構築するために機能するデバイスです。これらデバイスは他のノードとの間でデータを転送、またはルーティングし、メッシュのバックボーンとなります。

リーフノードは、メッシュネットワークの一部であるノードですが、インフラストラクチャ構築には役立ちません。このノードはトラフィックを転送しませんが、メッシュノードを介して通信することができます。リーフノードは、多くの場合、バッテリーの制約により、エネルギーを節約する必要があるノードです。

自己修復(セルフヒーリング)とは?

ワイヤレスメッシュは、環境が変化したときに、それがリペア可能であれば、自動的に問題を修復し、通信経路を自己回復します。例えば、1時間前には完璧に機能していた2つのノード間のリンクが、ある時点で、本棚や、スチール製のドアによってブロックされてしまった時など、メッシュネットワークはユーザーの関与なしに自動的にトポロジーを変更し、トラフィックを別のパスにルーティングできるようになります。

IPv6と6LoWPAN とは

低消費電力のセンサーネットワークにおいては、IEEE 802.15.4に準拠した通信プロトコル6LoWPAN が多く利用されます。(IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks

このプロトコルが開発された理由は、IPv6を無線のPAN上で利用するのが目的でした。

IPv6(Internet Protocol version 6)は、インターネットプロトコルの最新バージョンです。1998年にドラフト標準となり、一般的に使用されているIPv4プロトコルに取って代わることを目的としています。IPv6は、約3.4×1038個のユニークなアドレスを持ち、より大きなアドレス空間を可能にしています。

6LoWPAN(IPv6 over Low-power Personal Area Networks)は、イーサネットやWiFiよりも制約の多いワイヤレスメッシュネットワークやその他のタイプのネットワークでIPv6を使用できるようにするアダプテーションレイヤーです。IPv6を使用するワイヤレスメッシュネットワークを選択することで、セキュリティシステムやセンサー用のメッセージングプロトコルなど、多くの異なるアプリケーションに標準的なインターネットプロトコル使用の可能性を得ることができます。

ワイヤレス・メッシュ・ネットワークのバッテリー駆動

ワイヤレスメッシュネットワークのノードをバッテリーで運用できるかどうか?それは、もちろん可能です。MiraOSは前例のないエネルギー効率を提供します。完全に接続されたメッシュデバイスを1つのバッテリーで何年も何十年も動作させることができます。

しかし、すべてのワイヤレスメッシュネットワークがバッテリー駆動に適しているわけではなく、一部のノードでバッテリー駆動が可能なものがあるということです。

ワイヤレスメッシュの安全性

ほとんどのワイヤレスメッシュネットワークは確かに安全です。Miraネットワークは、盗聴、再生攻撃などのための保護を備えたデバイス間のリンク層で強力なAES暗号化を使用しています。MiraのようなIPv6ベースのワイヤレス・メッシュ・ネットワークは、銀行クラスの暗号を使用したエンド・ツー・エンドのセキュリティ・メカニズムもサポートしています。しかしながら、新しい脆弱性や攻撃は随時発見されていますので、選択したメッシュテクノロジーで、セキュリティーアップデートが必要なときにアップデートを展開するための無線ソフトウェアアップデートをサポートしていることが重要です。

スタンダードはありますか?

IPv6と6LoWPANを使用したワイヤレスメッシュ技術を使用する場合は、インターネットプロトコルに基づいた標準規格に対応しているので安心してご利用いただけます。

ただし注意点としては、いくつかのプロトコルは軽量なので、ワイヤレスメッシュネットワークに適していますが、そのような標準の一つ、特にインターネットを介して最も小さなデバイスから必要に応じてクラウドに動作するように設計されたLWM2Mです。その他、使用することができるIPベースのプロトコルは、CoAP、MQTT-SNなどです。

インストールは簡単ですか

ワイヤレス・メッシュ・スタックを選択した場合、これが重要な設計基準になります。

LumenRadioのMiraOSを使用することで、リモートコミッショニングにBluetoothを使用したり、NFCを使用したりして、アプリから標準的なスマートフォンを使用して簡単に展開することができます。