携帯無線機が通信範囲外に移動すると、ネットワークはトラフィックが再び無線機に到達する方法を迅速に決定する必要があります。カメラ、センサー、車両、コマンド システムが、通信時間が限られた変化するマルチホップ ワイヤレス トポロジを共有する場合、その決定はさらに複雑になります。の レイヤ 2 とレイヤ 3 の MANET の 選択により、メッシュが 1 つの拡張イーサネット セグメントのように動作するか、それともルーティングされた IP ネットワークのように動作するかが決まります。違いを理解することは、プランナーがモビリティの回復、ブロードキャスト オーバーヘッド、アドレス指定、ゲートウェイ制御、トラブルシューティングを評価するのに役立ち、実際の運用要求に適合するブリッジング、ルーティング、またはハイブリッド アーキテクチャを選択できるようになります。
レイヤ 2 では、メッシュは分散イーサネット ファブリックのように動作します。無線ネットワークがフレームが宛先 MAC アドレスに到達する方法を決定する間、接続されたカメラ、コンピュータ、センサー、またはコントローラは同じサブネット内に留まることができます。上位層のプロトコルは、変化する無線パスを理解する必要がないため、エンドポイントが MANET ルーティング プロトコルを実行できない場合や、ローカル検出に依存できない場合に役立ちます。メッシュは、内部トポロジの変更をレイヤ 2 より上のプロトコルに対して透過的に保ちながら、イーサネット フレームを伝送する仮想スイッチとして機能できます。
エンドポイントの簡素化によってメッシュから制御作業が削除されるわけではありません。ノードは引き続き、エンドポイントの位置を学習し、未知のユニキャストを処理し、マルチキャスト トラフィックを配信し、ループを防止し、移動後に転送状態を更新する必要があります。小規模なブリッジ展開は簡単に思えるかもしれませんが、大規模なモバイル ブロードキャスト ドメインでは、より厳密なトラフィック制御とより慎重な監視が必要になります。
ルーティングされた MANET は、移動を IP 到達可能性の変化として扱います。各ノードは、使用可能な隣接ノードを検出し、関連するトポロジ情報を維持し、リンク品質、安定性、ホップ コスト、または利用可能な容量などのメトリックを使用してネクスト ホップを選択します。サブネット、外部ゲートウェイ、およびポリシー境界は、1 つの広範なイーサネット セグメントの背後に隠されるのではなく、表示されたままになります。通常、近隣情報には現在の接続と最近失われたリンクの両方が含まれているため、ルーティングの決定はトポロジの変更に対応できます。
このモデルでは、意図的なアドレス指定と、ルーティング状態を理解するオペレーターが必要です。その代わり、トラブルシューティングは、ネイバー、メトリック、ルート、ネクストホップ、ゲートウェイといった明示的なチェーンに従うことができます。レイヤ 3 は、エンドポイントの透明性と引き換えに、より明確な転送決定、より強力なトラフィック境界、およびより制御された成長を実現します。
デザインに関する質問 |
レイヤ 2 MANET |
レイヤ 3 MANET |
転送基準 |
イーサネットフレームとMAC到達可能性 |
IPパケットとルーティング情報 |
エンドポイントビュー |
1 つの論理ローカル ネットワーク |
ルーティングされたネットワーク境界 |
ブロードキャストリーチ |
メッシュを越えて広がる可能性があります |
通常はサブネット内に含まれます |
主な強み |
透過的なデバイス接続 |
セグメンテーション、ゲートウェイ、スケール |
したがって、実際的なレイヤ 2 とレイヤ 3 の MANET の違いは、どちらかのレイヤが普遍的に速いかどうかではありません。ネットワークの変更をエンドポイントから隠すことと、それらの変更を明示的に制御できる IP ルーティング システムに公開することのどちらが、展開に大きなメリットをもたらすかによって決まります。
カメラが携帯無線機に接続され、オペレーターが建物の後ろに移動する場合を考えてみましょう。古いパスが消えると、レイヤー 2 メッシュは、カメラの MAC アドレスが別の近隣経由で到達可能になったことを学習する必要があります。フレームは、リダイレクトされたり、一時的にフラッディングされたり、転送情報が更新されるまで保持されたりすることがあります。多くの場合、カメラはその IP アドレスを保持できます。これは、モビリティがレイヤ 3 の下に隠蔽され、1 つの論理ローカル ネットワーク上に留まるエクスペリエンスが維持されるためです。
アドレスの継続性は、トラフィックが中断されないことを保証するものではありません。到達可能性が古いと、元の接続ポイントにフレームが送信される可能性があり、移動が繰り返されると、追加のフラッディングや再送信が引き起こされる可能性があります。アプリケーションは、その IP ID を保持していても、ブリッジ パスの変更中に短い一時停止、パケット損失、またはジッターが発生する場合があります。エンドポイント構成がまったく変更されない場合でも、急速に移動すると、その違いが目に見えるようになります。
レイヤ 3 の回復は、近隣状態の変化から始まります。ノードは、リンクが劣化したか、一方向になったか、または消滅したことを検出します。その後、ルーティング状態が変化し、代替ネクストホップが選択され、トラフィックが再開されます。近隣探索では、使用可能な双方向の関係を、一方向のみで受信される信号から区別する必要があります。信頼できる対称リンクでは、受信したすべての送信を信頼できる双方向接続の証拠として扱うのではなく、両方の MANET インターフェイスが相互に受信する必要があります。
メトリクスは、出現と消滅を繰り返すより強力なリンクよりも安定したパスを優先することができます。リンク品質には、信号対雑音比、パケット確認応答、パケット損失、または制御メッセージの受信が組み込まれる場合があります。受け入れしきい値と拒否しきい値を個別に設定すると、ヒステリシスが導入され、リンク ステータスの急激な変化が防止されます。これは、マージナル無線パスが使用可能なトポロジに繰り返し出入りするのを防ぐのに役立ちます。
プロアクティブ ルーティングにより、アプリケーションがルートを要求する前にルートの準備が整い、継続的な制御通信時間を消費しながら最初のパケットの遅延が軽減されます。オンデマンド ルーティングでは、考えられるすべてのパスを維持する必要はありませんが、休憩後または新しいフローの開始時に検出遅延が追加される可能性があります。より良い動作は、ミッションがアイドル制御トラフィックを最小限に抑えることよりも即時の可用性を重視するかどうかによって異なります。使用可能なパスが確立されるまでアプリケーションは送信できないため、デマンドベースのルーティングではルート取得時間が特に重要です。
高速コンバージェンスでも、容量の少ないルートや存続期間が短いルートが選択される可能性があります。ルートのフラッピングによりパケットの順序が変更され、キューに入れられたデータの到着がリアルタイムで使用するには遅すぎる可能性があり、再送信により代替パスが保護するはずだった通信時間が消費される可能性があります。物理的に存在しないパスを計算するルーティング プロセスやブリッジング プロセスは存在しないため、ネットワーク パーティションの拡大は通常のリンク障害とは異なります。
テストでは、固定無線の切断のみに依存するのではなく、現実的な歩行、車両、空中、および障害物の動きを再現する必要があります。有用な測定には、スループット、エンドツーエンド遅延、ルート取得、順序外配信、パケット損失、制御効率などが含まれます。ネットワーク サイズ、平均隣接数、トポロジ変更率、および実効リンク容量もテスト中に変化する必要があります。
これらの結果は、レイヤー 2 とレイヤー 3 の MANET 設計が、アプリケーションが実際に使用できる方法で回復するかどうかを示しています。中断が直後に不安定なパス、ビデオの継続性の低下、または過剰な制御トラフィックを生成する場合、最短の中断が常に最良の結果であるとは限りません。
イーサネットの透過性は、アプリケーションのペイロード以上のものを運びます。 ARP、IPv6 近隣探索、サービス探索、マルチキャスト、および未知のユニキャスト フレームは複数の無線を通過する可能性があり、すべてのリレーが同じ無線メディアをめぐって競合します。したがって、エンドポイントが有用なデータを受信する前に、1 つの小規模なブロードキャストが複数のホップで通信時間を消費する可能性があります。 IPv4 ARP は、そのブロードキャストが共有リンク モデルのすべての参加ノードに表示される可能性があるため、特に関連性があります。
音声、ビデオ、コマンド トラフィック、テレメトリがチャネルを共有する場合、その効果は重要です。静かなブリッジ メッシュは効率的に実行できますが、検出が多いネットワークでは、エンドポイントが異常にビジー状態にならずに容量が失われる可能性があります。懸念されるのは、すべてのレイヤ 2 MANET がブロードキャスト ストームに見舞われるということではありません。むしろ、トラフィックの増加は、ノード数、転送の実装、ホップの深さ、接続されたアプリケーションの動作に依存します。
複数の基礎となるリンクにまたがるサブネットも、テストが必要な前提条件を作成します。リンク スコープのマルチキャスト、近隣探索、重複アドレス検出、および 1 サブネット対 1 リンク モデルを中心に設計されたアプリケーションは、そのサブネットがモバイル マルチホップ トポロジにまたがる場合、動作が異なる場合があります。プロトコル固有のプロキシは特定の問題を解決できますが、サポートするリンクローカル アプリケーションの数が増えると複雑さが増し、きれいに拡張することが難しくなります。
ルーティングには、ローカル サブネット内のほとんどのエンドポイント ブロードキャストが含まれますが、近隣メッセージ、トポロジ更新、ルート要求、およびゲートウェイ アドバタイズメントも通信時間を消費します。したがって、レイヤ 2 とレイヤ 3 の MANET 効率では、同じトラフィック、モビリティ、および無線条件の下で、フラッディング オーバーヘッドとルーティング制御を比較する必要があります。レイヤ 2 をオーバーヘッドフリーと説明することは、すべてのレイヤ 3 制御パケットを無駄な容量として扱うのと同じくらい誤解を招きます。
主な変数には、ノード数、アクティブなルート、ホップの深さ、トポロジ変更率、更新頻度、トラフィック混合、パケット損失、再送信が含まれます。主にユニキャスト フローを伝送する安定したネットワークでは、ルーティング オーバーヘッドが適度に発生する可能性があります。急速な移動により更新のコストが高くなる可能性がありますが、フルメッシュ全体にすべてのエンドポイント ブロードキャストを配信するよりも通信時間の消費が少なくなる可能性があります。
配信されたスループットと遅延は、配信を成功させるために必要な制御およびデータ送信の数と並行して評価する必要があります。制御トラフィックとアプリケーション ペイロードは、容量が制限された同じ無線チャネルを共有することが多いため、これは重要です。したがって、公称無線データ レートが変わらない場合でも、過剰な内部オーバーヘッドにより外部アプリケーションのパフォーマンスが低下する可能性があります。
アプリケーション ペイロード + 再送信 + レイヤ 2 フラッディングまたはレイヤ 3 制御トラフィック = 占有メッシュ通信時間
より強力なアーキテクチャとは、トポロジやリンクの品質が変化しても、ミッション トラフィックに十分な使用可能な通信時間を残すアーキテクチャです。その結論は、単純なレイヤ 2 とレイヤ 3 の機能比較から推測するのではなく、代表的な負荷の下で測定する必要があります。
デバイスが本当に 1 つのイーサネット ドメインを必要とする場合、非 IP トラフィックがメッシュを通過する必要がある場合、ローカル検出が不可欠であり、ブロードキャストの制御を維持できる場合は、レイヤ 2 を選択してください。エンドポイントの最小限の変更は、詳細なパスの可視性を上回る場合があります。ノード数が少ないと、アプリケーションが継続的なマルチキャスト、ディスカバリー、または未知のユニキャスト トラフィックを生成する場合の簡素性は保証されません。
ミッションに複数のサブネット、チーム、ゲートウェイ、またはセキュリティ ゾーンが含まれる場合は、レイヤー 3 を選択します。モビリティに明示的なルート制御が必要な場合。または、オペレーターが宛先へのパスを特定する必要がある場合。構造化アドレッシングとブロードキャスト封じ込めは、展開が拡大するにつれて価値を高めます。トラフィックの動作、ホップの深さ、ゲートウェイ数、障害境界も同様に重要であるため、サイズだけでは不完全な基準のままです。
多くの導入では、全か無かの答えは必要ありません。小さなレイヤ 2 アイランドはカメラ、コントローラ、または従来のエンドポイントを接続でき、レイヤ 3 MANET はモバイル グループ間のトラフィックを伝送します。別のパターンは、メッシュを介してルーティングしますが、各無線の背後でローカル イーサネット デバイスをブリッジします。どちらのアプローチでも、すべてのエンドポイント ブロードキャストをトポロジ全体に拡張することなく、必要に応じて隣接関係を維持します。
WDS MIMOmesh ハンドヘルド シリーズは、 ポータブルなレイヤー 2 とレイヤー 3 の MANET 導入。 ダイナミック ルーティング、マルチホップ リレー、複数のトポロジ モード、イーサネットとシリアル接続、およびネットワーク管理の可視性による、バックパック シリーズは、パブリック ネットワーク、ファイバー、および衛星拡張機能を使用して構成することもでき、どちらのシリーズもトポロジとリンク ステータスのモニタリングをサポートしています。これらのオプションにより、転送アーキテクチャを物理無線フォーマットとは独立して選択できます。
これらの機能により、あらかじめ決められた答えではなく、設計上の選択肢が生まれます。動作モードを選択する前に、次のことを確認してください。
● エンドポイントは 1 つのサブネット内に維持する必要がありますか?また、非 IP イーサネットは必要ですか?
● アプリケーションが生成するブロードキャスト、マルチキャスト、ディスカバリ、およびリアルタイム トラフィックの量はどれくらいですか?
● 近隣ノードはどれくらいの速さで変化しますか? また、通常のホップ数はどれくらいですか?
● 導入では 1 つのゲートウェイを使用しますか、それとも複数のモバイル出口を使用しますか?
● 個別のチーム、トラフィック ポリシー、またはセキュリティ ゾーンは必要ですか?
● オペレーターは動的ルートを診断できますか? それとも透過的なエンドポイントの動作の方が安全ですか?
通常、その答えは、無線電力、公称スループット、またはノード数だけよりも、ブリッジング、ルーティング、またはハイブリッドをより確実に示します。レイヤ 2 とレイヤ 3 の MANET に関する有益な決定は、転送モデルをミッションのアプリケーション、モビリティ パターン、ゲートウェイ プラン、および運用機能に結び付けます。
MANET のレイヤ 2 とレイヤ 3 のどちらを選択するかは、最終的にはネットワークの動作をミッションに適合させることになります。レイヤ 2 は透過的なイーサネット接続に依存する展開に適しており、レイヤ 3 はより明確なルーティング、トラフィック境界、およびゲートウェイ制御を提供します。ハイブリッド設計により、両方のニーズのバランスをとることができます。 Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. は、レイヤー 2 またはレイヤー 3 のダイナミック ルーティングとマルチホップ リレー機能を備えた MIMOmesh ハンドヘルドおよびバックパック無線を通じてこれらの選択肢をサポートしています。動作モードをモビリティ、通信時間、アドレス指定、およびトラブルシューティングの要件に合わせることで、チームは状況が変化しても管理しやすいメッシュを構築できます。
A: レイヤ 2 は MAC 到達可能性を使用してイーサネット フレームをブリッジし、レイヤ 3 はサブネット間で IP パケットをルーティングします。この違いは、ブロードキャスト、アドレス指定、ゲートウェイ制御、およびトラブルシューティングに影響します。
A: どちらが常に良いというわけではありません。レイヤ 2 はエンドポイントの透過性を維持し、レイヤ 3 は明示的なルート制御を提供します。パフォーマンスは、コンバージェンス速度、リンクの安定性、トラフィック パターン、ホップ数によって決まります。
A: はい。ブリッジされた MANET は、IP 層の下にパスの変更を隠すことができ、メッシュが MAC 到達可能性を再学習している間、接続されたデバイスがアドレスを保持できるようにします。
A: ブロードキャスト、マルチキャスト、および未知のユニキャスト フレームは、複数のワイヤレス ホップを介して再送信される可能性があります。これにより、共有通信時間が消費され、音声、ビデオ、テレメトリ、および制御トラフィックの容量が減少する可能性があります。
A: ハイブリッド設計は、ローカル デバイスがレイヤ 2 隣接関係を必要とする場合にうまく機能しますが、より広いメッシュにはレイヤ 3 セグメンテーション、制御されたゲートウェイ、構造化されたアドレス指定、およびより明確なルート診断が必要です。