ワイヤレスメッシュネットワークの仕組み

ワイヤレスメッシュネットワークは、安価な既存のテクノロジーを使用して、大規模エリアを簡単かつ効果的にワイヤレスで接続できます。ワイヤレスメッシュネットワークでは、ネットワーク接続が数十、さらには数百のワイヤレスメッシュノードに分散され、相互に「通信」して広いエリアにわたってネットワーク接続を共有します。

従来のネットワークルーターは、ネットワークに接続されているデバイスのハブとして機能します。従来のほとんどの「ワイヤレス」アクセスポイントは、依然として信号をブロードキャストするためにインターネットに配線する必要があります。大規模なワイヤレスネットワークの場合、イーサネットケーブルを天井や壁、公共エリア全体に埋め込む必要があります。

ワイヤレスメッシュネットワークでは、1 つのノードのみがインターネット接続を持つ必要があります。ネットワークに追加された各ノードは、いくつかのプロトコルのいずれかを使用して、その近くにある他のすべてのノードとワイヤレスで接続を共有します。ノードの数が増えるほど、接続はさらに広がり、大規模なオフィスや数百万の都市にサービスを提供できるワイヤレスの「接続のクラウド」が作成されます。

狭いエリアにインターネットアクセスを提供するだけであれば、単一のメッシュネットワークノードと従来のワイヤレスルーターとの間に大きな違いは見られないでしょう。ただし、大規模なネットワークの場合、メッシュネットワークには次のような利点があります。

ワイヤレスメッシュネットワークの利点は次のとおりです。

使用するワイヤの数が少ないということは、大規模なネットワークのセットアップにかかるコストが安くなるということを意味します。

この記事では、ワイヤレスメッシュネットワークがどのように機能するか、さまざまな業界のネットワークアクセスをどのように増加させるか、シームレスに接続された世界という夢を実現する方法について説明します。

インターネットは世界最大のメッシュネットワークです。情報は、目的地に到達するまで、ルーターからルーターへと自動的にバウンスされ、インターネット上を移動します。インターネットは、データが通過できる潜在的なパスが数十億あるため、接続の「クラウド」または「ウェブ」として描かれることがよくあります。

以下の図は、ローカルエリアネットワーク (LAN) 経由でインターネット接続を共有するときに、ワイヤレスメッシュネットワークがどのように機能するかを示しています。ご覧のとおり、インターネットに直接配線する必要があるのは、ワイヤレスメッシュネットワーク内の 1 つのノードだけです。その有線ノードは、最も近いノードのクラスターと無線でインターネット接続を共有し、さらにそのノードのクラスターが最も近いノードのクラスターとインターネット接続を共有します。

つまり、個々のノードには、屋外の場合は従来の AC プラグ、バッテリー、またはソーラーパネルなどの電源だけが必要です。屋外ノードは耐候性の保護シールドに包まれており、電柱や屋根など、どこにでも取り付けることができます。

ワイヤレスメッシュネットワークは、設置されるノードの数が増えるほど信号がより遠くまで伝わるため、インターネット接続の共有に効果的です。また、ノードが増えれば増えるほど、ユーザーにとってのインターネット接続はより強力かつ高速になります。

インターネット接続はどのようにしてより強力かつ高速になるのでしょうか?

次に、ワイヤレスメッシュネットワークの実際の潜在的なアプリケーションをいくつか見てみましょう。

ワイヤレスメッシュ LAN であっても、より広範囲のインターネットに到達するために、情報がアクセスポイントに返される必要がある場合があります。その情報をアクセスポイントに戻すことをバックホールと呼びます。小規模なワイヤレスメッシュネットワークは、特別な構成を必要とせずにバックホールを処理します。都市や大企業向けのような大規模なメッシュネットワークでは、特定のノードをバックホールノードとして専用にする必要があります。他のノードはすべての送信情報をバックホールノードの 1 つに直接送信し、バックホールノードは不要なホップなしで情報を有線アクセスポイントに送信します。

都市と地方自治体: ワイヤレスメッシュネットワークを使用すると、都市は広範囲にわたる高速ワイヤレス接続を介して市民と公共サービスを接続できます。

公衆 WiFi ホットスポットを設置するダウンタウンが増えています。メッシュネットワークを使用すると、都市はすべてのホットスポットを安価かつ簡単にリンクして自治体全体をカバーできるようになります。地方自治体のネットワークは、必ずしも都市やコミュニティ自体によって作成および維持されるわけではありません。地域住民によって作成されたアドホックネットワークもあります。非営利プロジェクトや政府プロジェクトからの資金提供を受けて立ち上げる会社もあります。米国国務省は、反体制派に自国政府の監視を受けずに通信する方法を提供するために、海外の一部の場所にあるメッシュネットワークに資金を提供した。

オープン自治体メッシュ WiFi ネットワークには次のような利点があります。

非営利団体、Institute for Local Self-Reliance のプロジェクトである MuniNetworks.org は、自治体ネットワークを持つ米国の数百のコミュニティを示す地図を管理しています。その多くはブロードバンドアクセスを分散するためにメッシュネットワークを使用しています。自治体メッシュネットワークは米国だけで利用できるわけではなく、ベルリン、シンガポール、ブエノスアイレス、メルボルンなど世界中で普及しつつあります。

メッシュネットワークは、企業チャネルを通じて近隣地域にも導入されています。小売大手の Amazon は、Ring ブランドのスマートホームデバイスを使用して、近くの住宅間にメッシュネットワークを構築しています。 2019 年に発表された Amazon Sidewalk は、2021 年の夏にアクティブになりました。Amazon が表明したこのサービスの目的は、顧客のスマートホームデバイスをサポートすることであり、自治体の WiFi ネットワークとは異なり、Amazon Sidewalk のメッシュネットワークは通信に 900 MHz スペクトルを使用します。

ただし、すべての自治体のワイヤレスネットワークがメッシュテクノロジを使用しているわけではありません。強力なマイクロ波伝送を使用して信号を長距離にブロードキャストする機能を備えた WiMAX と呼ばれるテクノロジーを使用するものもあります。他の地方自治体のネットワークでは、メッシュ、WiMAX などを組み合わせて使用します。

発展途上国: ワイヤレスメッシュネットワークは、電話サービスや電気などの有線インフラが普及していない国で役立ちます。太陽光発電のノードは 1 つの携帯電話または衛星インターネット接続に接続でき、村全体をオンラインに保つことができます。

孤立した場所、険しい地形: 先進国であっても、従来の高速インターネットサービスプロバイダーが利用できないほど遠く離れた険しい場所があります。これらの分野では、ワイヤレスメッシュネットワークが検討されています。一連のノードは、最も近い利用可能な有線アクセスポイントから到達しにくいエリアまでマウントされます。

教育: 多くの大学、大学、高校がキャンパス全体をワイヤレスメッシュネットワークに変換しています。このソリューションにより、古い建物内やキャンパス全体にケーブルを埋める必要がなくなります。屋内外に数十のノードが適切に配置されているため、誰もが常に接続されています。

メッシュネットワークには、大きなファイルをダウンロードする必要がある学生が必要とする高帯域幅のニーズを処理する能力もあります。

学校は、公共安全システム全体をネットワークに組み込んで、セキュリティカメラを監視し、緊急事態においてすべての職員が常に通信できるようにすることもできます。

ヘルスケア: 多くの病院は、コンピューターネットワークを考慮して建設されていない、密集して建設された建物の集合体に分散しています。ワイヤレスメッシュノードは、角を迂回して厚いガラスやその他の素材を介して短距離に信号を送信し、すべての手術室、研究室、オフィスでのアクセスを確保できます。

より多くの医師や介護者が、検査結果、病歴、さらには保険情報などの患者情報を、部屋から部屋に持ち運ぶポータブル電子機器で管理し、更新するようになっているため、ネットワークに接続する機能は非常に重要です。

ホスピタリティ: ホテルやリゾートでの高速インターネット接続は例外ではなく、一般的になっています。ワイヤレスメッシュネットワークは、既存の構造物を改造したりビジネスを中断したりすることなく、屋内と屋外にすばやく簡単にセットアップできます。

仮設会場: 建設現場では、ワイヤレスメッシュネットワークの簡単なセットアップと撤去を活用できます。建築家やエンジニアはオフィスに有線接続を続けることができ、イーサネット経由の監視カメラにより盗難や破壊行為を減らすことができます。建設プロジェクトの進行に合わせて、メッシュノードを移動したり、追加したりできます。

ワイヤレスメッシュネットワークは、ストリートフェア、屋外コンサート、政治集会などの他の一時的な会場でも、すぐにセットアップしたり撤去したりできます。そして香港では、抗議活動参加者らが監視を避け、インターネットの遮断を回避するためにスマートフォンのアプリで構築されたピアツーピアのメッシュネットワークを利用している。

倉庫: 最新の倉庫で使用されているハンドヘルドスキャナーなしには、在庫と出荷物流を追跡する効果的な方法はありません。ワイヤレスメッシュネットワークにより、ほとんど手間をかけずに巨大な倉庫構造全体の接続が確保されます。

将来の応用: 無線メッシュ技術の開発を支援した米軍は、何千ものマイクロチップサイズのメッシュノードを戦場に投下して、即座に偵察および監視ネットワークを構築できる日が来ることを予見しています。情報は地上部隊と本部職員の両方に送信されます。

自動車メーカーや通信会社は、道路や高速道路をベースとした無線メッシュネットワークなどの技術を利用した高度道路交通システム (ITS) の開発に取り組んでいます。公安当局は、監視カメラと車内センサーの自動ネットワークを使用して、交通事故や危険な道路状況を厳重に監視できます。

ワイヤレスメッシュネットワークは、一般的になるにつれて、セキュリティ、スマート農業、製造、公共事業、環境監視装置など、あらゆる種類のアプリケーションを備えたモノのインターネット (IoT) デバイスに電力を供給するのに価値のあるものになっています。 Bluetooth ワイヤレスメッシュネットワークなどの新しいテクノロジーも、大規模な IoT ネットワークをサポートしています。ワイヤレスメッシュネットワークの将来のアプリケーションは、私たちの想像力によってのみ制限されます。

初版発行日: 2007 年 6 月 20 日

コンテンツ

ワイヤレス メッシュ ネットワークの仕組み