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メッシュネットワークビルダー

すべてのノードがリレーとなる自己修復ネットワークを構築する

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メッシュネットワークとは？

メッシュネットワークは、中央のルーターやタワーなしにデバイスを直接接続します。すべてのノードが隣接ノードのデータを中継でき、障害時に自動的に再経路設定する自己修復型のウェブを形成します。

なぜ重要なのか？ ハリケーンで携帯基地局が破壊されたり地震で光ファイバーが切断されたりした時、メッシュネットワークは人々の接続を維持します。

📖 詳細分析

例え 1

教師が 1 人の生徒にメッセージをささやき、そのメッセージが部屋の向こうの生徒に届く必要がある教室を想像してください。従来のネットワークでは、全員が教師 (中央ハブ) を介してメッセージを渡します。メッシュ ネットワークでは、生徒は誰でも近くの生徒にささやいてメッセージを伝えることができます。生徒が 1 人退席しても、メッセージはクラス内で別の経路をたどるだけです。

例え 2

メッシュ ネットワークは、中世の消防ビーコン システムのようなものだと考えてください。丘の上の各タワーは隣接するタワーを認識し、信号を中継できます。 1 つのタワーが破壊された場合、ビーコンのオペレーターは単に他のタワーを通じて警告を送信します。チェーン全体に接続されたパスが少なくとも 1 つある限り、メッセージは常に通過します。

🎯 シミュレーターのヒント

初心者

中継ノードを追加し、メッセージがメッシュを経由して宛先に到達する様子を監視します。

中級者

ノードを削除して復元力をテストします。再ルーティングによってメッシュがどのように自己修復するかを観察します。

上級者

ルーティング プロトコルを最適化し、フラッディングとダイレクト フォワーディングの効率を比較します。

📚 用語集

Mesh Topology
各ノードが他の複数のノードに接続し、冗長パスを作成するネットワーク アーキテクチャ。スター トポロジやツリー トポロジとは異なり、メッシュ ネットワークには単一障害点がありません。
AODV
アドホック オンデマンド ディスタンス ベクトル — 必要な場合にのみルートを検出するリアクティブ ルーティング プロトコル。送信元ノードはルート要求 (RREQ) をブロードキャストし、宛先ノードは逆方向のパスに沿ってルート応答 (RREP) で応答します。
OLSR
最適化されたリンク ステート ルーティング — すべてのノードが完全なルーティング テーブルを維持するプロアクティブなプロトコル。マルチポイント リレー (MPR) を使用して、制御メッセージを転送するネイバーのサブセットを選択することにより、フラッディング オーバーヘッドを最小限に抑えます。
Flooding
最も単純なルーティング アプローチ: すべてのノードが、受信したすべてのパケットをすべての近隣ノードに再ブロードキャストします。パスが存在する場合は配信が保証されますが、指数関数的なトラフィックが生成され、帯域幅が浪費されます。
Multi-Hop Routing
直接の無線到達範囲を超えて宛先に到達するために、中間中継ノードを介してデータを送信します。各ホップにより遅延が増加し、実効スループットが低下します。
Self-Healing
ノードまたはリンクの障害を自動的に検出し、手動介入なしに代替パスを介してトラフィックを再ルーティングするメッシュ ネットワークの機能。回復時間はルーティング プロトコルによって異なります。
Signal Strength
受信ノードにおける無線信号のパワー。距離、障害物、干渉の影響を受けます。信号が弱いと、パケット損失率が高くなり、スループットが低下します。
Network Diameter
ネットワーク内の接続された 2 つのノード間の最長の最短パス (ホップ単位で測定)。最悪の場合の配線距離を示します。
TTL
Time to Live — パケットが破棄されるまでに通過できるホップ数を制限するカウンタ。パケットが無限にループして循環するのを防ぎます。
CSMA/CA
衝突回避機能を備えたキャリアセンス多重アクセス - ノードが送信前にリッスンする MAC プロトコル。チャネルがビジーの場合、ノードはランダムなバックオフ期間待機します。 WiFi (802.11) で使用されます。
TDMA
時分割多重アクセス — 各ノードに送信用の特定のタイムスロットを割り当てる MAC プロトコル。衝突は排除されますが、ネットワーク全体での同期が必要です。
MAC Protocol
媒体アクセス制御 — ノードが無線媒体を共有する方法を管理するレイヤー 2 プロトコル。衝突を避けるために各ノードがいつ送信を許可されるかを決定します。

🏆 主要人物

Charles Perkins (1999)

モバイル アドホックおよびメッシュ ネットワーク用に最も広く研究されているリアクティブ ルーティング プロトコルである AODV (Ad hoc On-demand Distance Vector) を共同発明

Robert Metcalfe (1973)

イーサネットを発明し、メトカーフの法則を定式化 - ネットワークの価値はノードの二乗に比例して増加する - メッシュ ネットワークの価値を直接説明する原理

Philippe Jacquet (2001)

INRIA で OLSR (Optimized Link State Routing) を開発。これは、世界中のコミュニティ メッシュ ネットワークで使用されている主要なプロアクティブ ルーティング プロトコルです。

Guifi.net Community (2004)

スペインのカタルーニャに世界最大のコミュニティ メッシュ ネットワークを構築し、35,000 を超えるアクティブ ノードで無料のインターネット アクセスを提供

Vint Cerf (1983)

TCP/IP を共同発明し、惑星間インターネットおよび災害通信用の遅延耐性ネットワーキングおよびメッシュ アーキテクチャを擁護

MIT Roofnet Team (2004)

実験的なマルチホップ WiFi メッシュをケンブリッジの屋上に展開し、現実世界のメッシュ スループットとルーティング パフォーマンスに関する基礎研究を実施

🎓 学習リソース

💬 学習者へ

メッシュ ネットワークは、これまでに作成された中で最も民主的なテクノロジーの 1 つです。これにより、コミュニティが独自のインターネットを構築し、災害生存者が接続を維持し、何十億もの IoT デバイスが中央当局なしで相互に通信できるようになります。このシミュレーターでノードを強制終了すると、戦場のネットワークが存続し、スマート ホームが稼働し、都市全体でコミュニティ メッシュ ネットワークが稼働し続けるのと同じ自己修復原理が表示されます。ルーティングの背後にある計算は美しいです。各ノードの単純なルール (最良の隣接ノードに転送) によって、緊急のグローバル接続が作成されます。おそらく、いつか、近所、学校、さらには災害救助区域のためのメッシュ ネットワークを構築することになるでしょう。

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