NICT、"メッシュ接続対応コグニティブ無線ルータ"で無線通信インフラを構築

情報通信研究機構(NICT)は5月28日、コグニティブ無線技術と無線メッシュネットワーク技術を用いて、新たに"メッシュ接続対応コグニティブ無線ルータ"を開発したと発表した。

東日本大震災の被災地では、地震や津波の影響により通信インフラが破壊されたため、発生直後から音声通話やインターネット通信が断絶し、最低限の音声通話だけでなく、情報の検索や発信もできない状態になった。この状態は数週間も続いたため、被災状況の収集や復旧活動の妨げとなっただけでなく、被災者が家族や知人と長期間連絡が取れない原因になった。

NICTは、震災直後から、それまでに開発していた"コグニティブ無線ルータ"を被災地に90個以上設置し、無線でのインターネット接続を提供してきたが、この支援活動を通して、商用無線ネットワークの利用が困難な場所でも、技術者に頼らず迅速かつ容易に通信を中継する方法や、被災地の内外をつなぐ最低限の音声通話を確保するためのシステムの開発が必要不可欠であることを実感したという。

そこで今回、従来の"コグニティブ無線ルータ"が持つ、通信速度や通信安定性から最適な無線システムを自動選択してインターネット接続を行う機能に加え、メッシュネットワーク技術を用いてルータ同士が相互に接続(メッシュ接続)して通信を中継する、新たな"メッシュ接続対応コグニティブ無線ルータ"を開発した。

開発した"メッシュ接続対応コグニティブ無線ルータ"(コグニティブ無線ルータ)は、3つの無線接続機能(インターネット接続、相互接続、無線LAN接続)を持ち、最適なインターネット接続を広域に提供することを可能にする。全ての接続は自動的に行われるので、電源を入れる以外に操作は必要ない。

インターネット接続では、内蔵するLTEおよびWiMAXのうち、通信速度や安定性の観点からコグニティブ無線機能により最適なシステムを自動選択する。各コグニティブ無線ルータのトラフィック量、使用されているインターネット回線などは、遠隔のクラウドサーバから監視でき、手動あるいは自動化したアルゴリズムにより無線ルータを制御できる。

また、相互接続では、複数の無線ルータが通信エリア内で動作中の場合、メッシュネットワーク技術により、相互に接続して通信経路を設定し、広域な無線通信のバックボーンを自動構成する(図3)。これにより、複数のコグニティブ無線ルータのうち、いずれかのコグニティブ無線ルータがインターネットに接続していれば、すべての無線ルータがインターネットにアクセスすることが可能になる。メッシュ接続の構成には、メッシュネットワークプロトコルの1つであるOLSRを使用する一方で、メッシュ接続の状態は独自に開発したメッシュマネージャにより管理しており、OLSRの制御パラメータをメッシュマネージャが動的に変更することにより、利用負荷や電波干渉などによる無線通信品質にも適応したメッシュ接続を可能にしている。各コグニティブ無線ルータは、それぞれ無線LANのアクセスポイントとして無線LAN接続を端末に提供する。IEEE 802.11a/b/g/nに対応しており、市販の端末をそのまま接続できる。

今回開発したコグニティブ無線ルータは、無線LAN(IEEE802.11a/b/g/n)によりメッシュ接続を行う可搬型のものだが、高速移動通信にも対応したIEEE802.11pやUHF帯のテレビホワイトスペースを利用するIEEE802.11afを用いてメッシュ接続を行う車載型も開発している。複数の無線システムを異なる周波数帯で扱うことができれば、コグニティブ無線技術により地形の特徴や必要な通信速度に応じて無線システムを使い分けることができ、より広域で安定した無線ネットワークインフラの構築が可能になる。

図4の無線ネットワークシステムは、災害時に上記の可搬型および車載型のコグニティブ無線ルータを被災地に配置し、迅速にインターネットに接続可能な広域メッシュ無線LANインフラを展開できる様子を示すもの。統制プラットフォームにより、インターネット上ですでに展開したコグニティブ無線ルータの位置情報や収集されるメッシュ接続の構成情報などに基づいて電波伝搬のシミュレーションを行い、新たにコグニティブ無線ルータを配置していく位置を指令するための情報を計算することが可能となっている。

さらに、同じくインターネット上に設置されたIP-PBXゲートウェイにより、被災地で利用されている無線LAN対応端末と一般加入者電話(家庭・会社の電話や携帯電話)との間で相互に音声通話が可能(図5)。また、被災地内の無線LAN対応端末間で内線電話として音声通話を行うこともできる。被災地に展開された無線LANインフラは、音声通話を行うためだけではなく、情報検索や掲示板、SNSによる情報発信にも使用することができるという。

なおNICTでは、通常時にも非常時にも利用可能な無線通信ネットワークの研究開発および国際標準化活動を推進していくとともに、機器の小型化や省電力化にも取り組み、商用化に向けた技術開発と民間企業への技術移転を積極的に進めていく方針としている。また、今後は、東日本大震災の被災地である東北地方において、同システムを使った災害に強い情報通信ネットワークの構築を目指した実証実験を行う予定だという。