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無線 LAN システムの各モードでの装置の働き

無線 LAN システムの各モードでの装置の働き. 情報工学専攻 中村 遼. 無線 LAN システムのモード. 本研究での無線 LAN システムの 2 つの モード N モード ( Nonlocation Mode) 一般的な接続手順 L モード （ Location Mode ） 位置推定⇒ AP 起動. 課題. BQ ， C3 及び L モード時の AP の仕様を決定 N モード時の AP は 一般的な AP を前提とする BQ では必要最低限の機能を設定 C3 ではデータベース及びテーブルに格納する情報（フォーマット）を決める. 参考文献.

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無線 LAN システムの各モードでの装置の働き

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Presentation Transcript

  1. 無線LANシステムの各モードでの装置の働き 情報工学専攻 中村 遼

  2. 無線LANシステムのモード • 本研究での無線LANシステムの2つのモード • Nモード (Nonlocation Mode) • 一般的な接続手順 • Lモード （Location Mode） • 位置推定⇒AP起動

  3. 課題 • BQ，C3及びLモード時のAPの仕様を決定 • Nモード時のAPは一般的なAPを前提とする • BQでは必要最低限の機能を設定 • C3ではデータベース及びテーブルに格納する情報（フォーマット）を決める

  4. 参考文献 • Matthew Gast著、渡辺 尚、小野 良司　監訳、林 秀幸　訳　「802.11無線ネットワーク管理　第2版」　オライリージャパン．

  5. Nモード

  6. Access Point • アクセスポイントの持つ機能 • ファームウェアをアップグレード可能 • 新しいセキュリティ機能を追加できる • PoE(802.3af)をサポートしている • 外部アンテナを接続 • 複数のSSIDを設定 • 動的VLAN割り当て • スクリプトの記述

  7. NモードにおけるAP • APの仕様（アライドテレシスAT-TQ2403） • サポート規格 • 無線部：802.11a/b/g • 有線部：802.3u(100BASE-TX), 802.3af (PoE) • 無線部 • 周波数帯域：2400～2497MHz (b/g), 5150～5350MHz (a) • 変復調方式：DS-SS (b), OFDM (a/g) • データ通信速度：54/48/36/24/18/12/9/6Mbps (a/g)11/5.5/2/1Mbps (b) • セキュリティ • 暗号化：WEP，WPA/WPA2 • (認証方式：EAP)

  8. Lモード

  9. LモードにおけるAP • APの仕様 • サポート規格 • 無線部：802.11a/b/g • 有線部：802.3u(100BASE-TX), 802.3af (PoE) • 無線部 • 周波数帯域：2400～2497MHz (b/g), 5150～5350MHz (a) • 変復調方式：DS-SS (b), OFDM (a/g) • データ通信速度：54/48/36/24/18/12/9/6Mbps (a/g) 11/5.5/2/1Mbps (b) • セキュリティ • 暗号化：WEP，WPA/WPA2 • (認証方式：EAP) • (MACアドレスフィルタリング)

  10. Base Quaker (BQ)の仕様 • サポート規格 • 無線部：802.11b/g • 有線部：802.3u(100BASE-TX), 802.3af (PoE) • 無線部 • 周波数帯域：2400～2497MHz • 変復調方式：DS-SS • データ通信速度：1Mbps • セキュリティ • Association Responseを不可に • 機能 • ビーコン，Probe Response, Authentication Response • C3への端末情報伝送 • プロトコルにUDP • フォーマット：要求フレーム＋RSSI値

  11. C3の機能 端末情報格納 C3データベース フレーム収集・ [time, STA, BQ, RSSI値] ↓ 並び替え ・ [STA1,BQ1,RSSI値a] ・ [STA1,BQ1,RSSI値b] ・ [STA1,BQ2,RSSI値c] ・ [STA1,BQ3,RSSI値d] ・ [STA1,BQ3,RSSI値e] ・ [STA1,BQ3,RSSI値f] AP, BQ, STAの情報・ [AP,位置，状態] ・ [BQ,位置，状態] ・ [STA,位置] BQごとのRSSI-距離特性方程式 ・ BQ1:P(d) = α1log10(d)+β1 ・ BQ2:P(d) = α2log10(d)+β2 ・ BQ3:P(d) = α3log10(d)+β3 AP, BQの制御 認証機能 Nモード時 ・ 最適なAPを起動 ・ 未使用のAPを停止 Lモード時 ・ APを全て起動 ・ BQを全て停止 ・ MACフィルタリング等の　 コンピュータ認証 ・ EAP等のユーザ認証 端末位置推定 RSSI値⇒BQ端末間距離・ P(d) = αlog10(d)+β ↓ 端末位置計算 ・ 三点測量

  12. C3の仕様 • 機能 • BQからの端末情報収集及び格納 • 到達時刻，STAのMACアドレス，BQのIPアドレス，RSSI値（，channel，Request Type，retry） • RSSI値がある閾値 (例えば、－60[dBm])未満なら廃棄 • 格納されたフレームからSTAの位置を計算 • フレームをまずSTAのMACごとに分類 • さらにBQごとに分類 • 3以上のBQで検知されていれば計算開始 • それぞれのBQでのRSSI値の平均値を計算 • BQごとに用意されたRSSI-距離特性方程式からBQ-STA間距離を算出 • BQの位置及びSTAまでの距離からSTAの位置を三点（多点）測量により求める

  13. 推定したSTAのMACと位置を対応させて格納 • APの無線インターフェースを起動/停止させる • 認証 • STAのフィルタリング • 接続要求してきたSTAに接続応答可能かどうか • EAP等のユーザ認証 • C3に格納（保存）する内容 • AP, BQの情報（IPアドレス、MACアドレス、位置、状態） • 端末の電波情報 <一時的> • BQごとのRSSI-距離特性方程式 • 端末の位置情報（MACアドレス、位置） • 端末の状態(active又はsleep)に関しては，ここの接続されているAPが管理

  14. 動作:位置推定まで（Location Phase） C3 C3テーブル [time,STA,BQ,RSSI] [1,STA1,BQ1,-20] [2,STA1,BQ2,-30] [3,STA1,BQ3,-60] BQ2 フレーム+RSSI値 フレーム+RSSI値 フレーム+RSSI値 プローブ要求 プローブ応答 STA1 BQ1 BQ3

  15. C3 C3テーブル [time,STA,BQ,RSSI] [1,STA1,BQ1,-20] [2,STA1,BQ2,-30] [3,STA1,BQ3,-60] [4,STA1,BQ1,-25] [5,STA1,BQ2,-34] [6,STA1,BQ3,-54] BQ2 フレーム+RSSI値 フレーム+RSSI値 フレーム+RSSI値 オーセンティケーション要求（BQ1宛） オーセンティケーション応答 STA1 BQ1 BQ3

  16. C3テーブル [time,STA,BQ,RSSI] [1,STA1,BQ1,-20] [2,STA1,BQ2,-30] [3,STA1,BQ3,-60] [4,STA1,BQ1,-25] [5,STA1,BQ2,-34] [6,STA1,BQ3,-54] [7,STA1,BQ1,-22] [8,STA1,BQ2,-29] [9,STA1,BQ3,-58] BQ2 フレーム+RSSI値 フレーム+RSSI値 フレーム+RSSI値 アソシエーション要求（BQ1宛） STA1 BQ1 BQ3

  17. C3テーブル [time,STA,BQ,RSSI] [1,STA1,BQ1,-20] [2,STA1,BQ2,-30] [3,STA1,BQ3,-60] [4,STA1,BQ1,-25] [5,STA1,BQ2,-34] [6,STA1,BQ3,-54] [7,STA1,BQ1,-22] [8,STA1,BQ2,-29] [9,STA1,BQ3,-58] STA1 [BQ1,-20] [BQ1,-25] [BQ1,-22] [BQ2,-30] [BQ2,-34] [BQ2,-29] [BQ3,-60] [BQ3,-54] [BQ3,-58] STA1 [BQ1,-22.3] [BQ2,-31] [BQ3,-57.3] 並べ替え 平均化

  18. STA1 [BQ1,-22.3] [BQ2,-31] [BQ3,-57.3] STA1-BQ1: d1[m] STA1-BQ2: d2[m] STA1-BQ3: d3[m] RSSI-距離変換 三点測量 STA1(X,Y) BQの位置座標 BQごとのRSSI-距離特性方程式 C3データベース に格納

  19. 動作:接続まで（Association Phase） アクセスポイントの起動 AP1 STA1

  20. 現在考えていること • 起動するアクセスポイントは？ • 端末に最も近いもの • データベースから距離を比較するだけなので簡単 • 距離が近いほど良いものとは限らない（間に壁がある等） • 端末からの信号強度が最も強いもの • 事前に信号強度についてマッピング（地図を色分け）しなければならない • 接続してきた端末が意図した端末かどうかの確認 • AP側でMACフィルタリング • クライアント側のローミングに対応可能か？ • C3側でMACフィルタリング • 端末が接続してくるたびにAPからC3に確認を取らなければならない • ある信号強度以上であれば接続してしまう • せっかく起動したAPが使われないかもしれない

  21. メモ

  22. 異なる変調速度に対する自由空間到達距離

  23. 異なる変調速度に対する自由空間到達距離 • 自由空間伝搬 • P(d) = P(0) - 20log10(4πd/λ) • P(0):出力信号強度[dBm] = 20[dBm](2.4GHz帯), 14[dBm](5GHz帯) • P(d):距離d離れた地点での信号強度[dBm] • λ：電波の波長 • P(d)=(感度)としたときのdの値が自由空間到達距離 • 広範囲に電波の流す必要があるBQでは、1Mbps DSSSを用いるのが適切

  24. 実システムの測定は難しい • シミュレーションが良い • モバイル性 • コンピュータ上での問題点 • モードについて • こちらもシミュレーションを用いて • トリガーを人数にするか、APにするか • 認証時間などもきちんとした値を用いる

  25. Lモードにおける接続手順 • ある端末Aがプローブ要求をブロードキャストに送信 • 3つのBQ(BQ1,2,3)でこれを受信 • その後，このフレーム及び電波強度をC3に送信 • それと同時に端末A宛にプローブ応答を送信 • 端末Aは3つのBQのうち最も信号強度の強いBQ（BQ2）にオーセンティケーション要求を送信 • 3つのBQ全てで要求を受信（なぜなら，チャンネルが固定されているため） • BQ2は端末A宛にオーセンティケーション応答を返答 • 更に，端末AはBQ2宛にアソシエーション要求を送信 • BQではそれまでの端末Aからのフレーム及び信号強度をC3に送信し，しばらく動作を停止 • C3ではまず端末ごとにフレームを格納 • その後BQごとに並び替える • これを元に位置推定を行う

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