JP2006005768A - Communication quality calculation method, communication quality calculation program, and radio node - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通信品質算出方法、通信品質算出プログラム、および、無線ノードに関する。 The present invention relates to a communication quality calculation method, a communication quality calculation program, and a radio node.
ネットワークシステムにおける通信媒体が無線である場合、有線伝送路に比べ信頼性が低いため、伝送中に通信データが度々失われる。従って、無線区間を含むネットワークでは、高速且つ信頼性の高いデータ伝送を実現するために、ネットワーク処理スタックを構成する各レイヤにおいて、無線リンクの通信品質を正確に推定する必要がある。そこで、無線通信システムにおいて無線リンクの品質および無線区間を含む経路の品質を推定する技術が、提案されている。 When the communication medium in the network system is wireless, communication data is often lost during transmission because the reliability is lower than that of a wired transmission path. Therefore, in a network including a wireless section, in order to realize high-speed and highly reliable data transmission, it is necessary to accurately estimate the communication quality of the wireless link in each layer constituting the network processing stack. Therefore, a technique for estimating the quality of a radio link and the quality of a route including a radio section in a radio communication system has been proposed.
これらの品質推定技術は、OSI参照モデル(Open Systems Interconnection reference model)によって、分類される。なお、OSI参照モデルは、通信相手との物理的な通信路を確保し、通信路を流れるデータのエラー検出などを行なうデータリンク層(第2層)と、相手までデータを届けるための通信経路の選択をするための各装置のアドレスを規定するネットワーク層(第3層)と、を含む7層のネットワーク階層モデルである。MAC(Media Access Control)層は、データリンク層の一部であり、フレームの送受信方法やフレームの形式、誤り検出方法などを規定する。 These quality estimation techniques are classified according to an OSI reference model (Open Systems Interconnection reference model). The OSI reference model has a data link layer (second layer) that secures a physical communication path with a communication partner and detects an error in data flowing through the communication path, and a communication path for delivering data to the partner. And a network layer (third layer) that defines the address of each device for making the selection, a seven-layer network hierarchy model. The MAC (Media Access Control) layer is a part of the data link layer, and defines a frame transmission / reception method, a frame format, an error detection method, and the like.
例えば、特許文献1は、データリンク層の無線品質情報をもとに、ネットワーク層において使用可能な無線帯域を推定する手法を提案している。 For example, Patent Document 1 proposes a method of estimating a wireless band that can be used in a network layer based on wireless quality information of a data link layer.
また、特許文献2は、データリンク層からの無線品質情報の取得を必要とせずに、ネットワーク層において無線リンクの品質を推測する方法を提案している。具体的には、通信効率を推定するために、tracerouteなどのネットワークコマンドを利用する方法、およびTCP(Transmission Control Protocol)のSyn(synchronize/start)メッセージを利用する方法に関するものである。なお、Synメッセージは、TCP接続を開始する際に接続相手から送信されるパケットである。これらの方法を実現するために、ネットワーク装置に、特定のネットワークコマンドやTCPが実装されていることを前提としている。
以上挙げた従来の技術は、通信品質の測定または推定を行う手段を、ルーティングプロトコルとは別に、独自に用意する必要があった。 In the conventional techniques mentioned above, it is necessary to independently prepare means for measuring or estimating communication quality separately from the routing protocol.
まず、特許文献1などの多くの既存技術において、無線リンクの品質の推定値はデータリンク層において算出される。そのため、データリンク層の通信方式ごとに品質の測定手段を実装する開発コストがかかってしまうとともに、測定手段によって取得された通信品質を、ネットワーク層のルーティングプロトコルが取得するインターフェースも、データリンク層の通信方式ごと用意する手間がかかってしまう。つまり、データリンク層を担う装置は多種多様であり、同一のデータリンクプロトコルまたはMACプロトコルを実現した装置であっても、製造方法および製造者によってプロトコルの実装方法が異なるため、ルーティングプロトコルがデータリンク層またはMAC層から無線リンク品質推定結果を取得する枠組み及び仕組みは、装置の種別ごとに個別に用意しなければならない。 First, in many existing technologies such as Patent Document 1, an estimated value of the quality of a radio link is calculated in a data link layer. As a result, the development cost of implementing quality measurement means for each data link layer communication method is increased, and the interface for the network layer routing protocol to acquire the communication quality acquired by the measurement means is also used in the data link layer. It takes time and effort to prepare each communication method. In other words, there are a wide variety of devices that carry the data link layer, and even if the devices implement the same data link protocol or MAC protocol, the routing protocol is the data link because the method of implementing the protocol differs depending on the manufacturing method and manufacturer. A framework and a mechanism for acquiring the radio link quality estimation result from the layer or the MAC layer must be prepared for each type of device.
一方、特許文献2などのネットワーク層において無線リンクの品質を推測する方法は、無線リンク品質を推定するために、特定のネットワークコマンドが実装されていること、あるいはトランスポート層プロトコルにおいてTCPを利用することを前提とする別の既存技術が存在するが、この前提は、方式実現化に当たって通信機器および通信方法に大きな制約を与える。 On the other hand, the method of estimating the quality of a radio link in the network layer such as Patent Document 2 uses a specific network command or TCP in the transport layer protocol in order to estimate the radio link quality. There are other existing technologies on the premise of this, but this premise greatly imposes restrictions on communication devices and communication methods in realizing the system.
以上挙げたように、従来の技術は、通信品質の測定または推定を行う手段を、ルーティングプロトコルとは別に、独自に用意する必要があったので、開発コストがかかるとともに、通信品質を測定するネットワークの普及が抑制されてしまっていた。 As mentioned above, the conventional technology requires a separate means for measuring or estimating the communication quality separately from the routing protocol, so that development costs are high and a network for measuring the communication quality is required. The spread of was suppressed.
そこで、本発明は、前記した問題を解決し、低コストで無線通信の通信品質を測定することを主な目的とする。 In view of the above, the main object of the present invention is to solve the above-described problems and to measure the communication quality of wireless communication at low cost.
前記目的を達成するために、本発明は、広告メッセージを互いに送受信するルーティングプロトコル処理部を有する無線ノードを含む無線ネットワークにおいて、前記無線ノード間の無線リンクの通信品質を算出する通信品質算出方法であって、
前記無線ノードの演算手段が、前記広告メッセージの通信履歴を記憶手段に記録する手順と、前記通信履歴から算出される値および所定の算出式に従って前記無線リンクの通信品質を算出する手順と、を実行することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a communication quality calculation method for calculating communication quality of a radio link between radio nodes in a radio network including a radio node having a routing protocol processing unit that transmits and receives advertisement messages to and from each other. There,
A procedure in which the calculation means of the wireless node records the communication history of the advertisement message in a storage means; and a procedure of calculating communication quality of the wireless link according to a value calculated from the communication history and a predetermined calculation formula. It is characterized by executing.
これにより、通信品質の測定または推定を行う手段を、ルーティングプロトコルとは別に独自に用意することなく、ルーティングプロトコルにおいて、時々刻々変化する無線リンクの品質および無線区間を含む経路の品質を推定することができる。よって、低コストで無線通信の通信品質を測定することが可能となる。 As a result, it is possible to estimate the quality of the radio link and the route including the radio section which change every moment in the routing protocol without preparing a means for measuring or estimating the communication quality independently from the routing protocol. Can do. Therefore, it is possible to measure the communication quality of wireless communication at a low cost.
本発明は、前記通信品質算出方法は、前記無線ノードの演算手段が、算出された前記通信品質をもとに、前記無線ネットワークにおいてデータを転送する際に使用される経路表を作成する手順を、さらに実行することを特徴とする。 The present invention provides the communication quality calculation method comprising the steps of creating a routing table used when the calculation means of the wireless node transfers data in the wireless network based on the calculated communication quality. , Further executing.
これにより、無線リンクの品質を示す値をメトリックとして用い経路制御に利用することで、あるいは無線区間を含む経路の品質を推定した値を利用することで、無線区間の多いネットワークにおいてエンドエンドでの高速高帯域な経路に沿った高品質な通信を提供することが可能となる。なお、メトリックは、リンクの有無を示す1または0の値、帯域、遅延などが用いられる。 As a result, a value indicating the quality of the radio link is used as a metric for route control, or a value obtained by estimating the quality of the route including the radio section is used. It is possible to provide high-quality communication along a high-speed and high-bandwidth route. The metric uses a value of 1 or 0 indicating the presence / absence of a link, a bandwidth, a delay, and the like.
本発明は、前記広告メッセージの通信履歴を記憶手段に記録する手順は、前記無線ノードの演算手段が、前記無線ネットワークの外部のノードに通信可能な無線ノードである無線ゲートウェイからブロードキャストされた前記広告メッセージを、前記通信履歴に記録することを特徴とする。 According to the present invention, the procedure for recording the communication history of the advertisement message in the storage means is the advertisement broadcast from a wireless gateway, which is a wireless node capable of communicating with a node outside the wireless network by the computing means of the wireless node. The message is recorded in the communication history.
これにより、無線ネットワークから外のネットワークに通信する際に、効率的な経路を選択することが可能となる。 This makes it possible to select an efficient route when communicating from the wireless network to an external network.
本発明は、前記無線リンクの通信品質を算出する手順は、前記無線ノードの演算手段が、前記広告メッセージのデータリンク層における伝送方式の種別から前記所定の算出式を選択することを特徴とする。 In the present invention, the procedure for calculating the communication quality of the radio link is characterized in that the calculation means of the radio node selects the predetermined calculation formula from the type of transmission method in the data link layer of the advertisement message. .
これにより、データリンク層の種別を考慮することにより、通信品質の計算結果の精度が向上する。 Thereby, the accuracy of the calculation result of the communication quality is improved by considering the type of the data link layer.
本発明は、前記無線リンクの通信品質を算出する手順は、前記無線ノードの演算手段が、前記広告メッセージの受信成功確率を、前記通信履歴から算出される値とすることを特徴とする。 The present invention is characterized in that the procedure for calculating the communication quality of the radio link is such that the calculation means of the radio node uses the success rate of reception of the advertisement message as a value calculated from the communication history.
これにより、通信品質の測定または推定を行う手段を、ルーティングプロトコルとは別に独自に用意することなく、ルーティングプロトコルにおいて、時々刻々変化する無線リンクの品質および無線区間を含む経路の品質を推定することができる。よって、低コストで無線通信の通信品質を測定することが可能となる。 As a result, it is possible to estimate the quality of the radio link and the route including the radio section which change every moment in the routing protocol without preparing a means for measuring or estimating the communication quality independently from the routing protocol. Can do. Therefore, it is possible to measure the communication quality of wireless communication at a low cost.
本発明は、前記無線リンクの通信品質を算出する手順は、前記無線ノードの演算手段が、前記広告メッセージの受信予定時刻と受信時刻との差分から算出される前記広告メッセージの受信遅延時間を、前記通信履歴から算出される値とすることを特徴とする。 According to the present invention, the procedure for calculating the communication quality of the radio link is such that the calculation means of the radio node calculates a reception delay time of the advertisement message calculated from a difference between a reception time and a reception time of the advertisement message. The value is calculated from the communication history.
これにより、通信品質の測定または推定を行う手段を、ルーティングプロトコルとは別に独自に用意することなく、ルーティングプロトコルにおいて、時々刻々変化する無線リンクの品質および無線区間を含む経路の品質を推定することができる。よって、低コストで無線通信の通信品質を測定することが可能となる。 As a result, it is possible to estimate the quality of the radio link and the route including the radio section which change every moment in the routing protocol without preparing a means for measuring or estimating the communication quality independently from the routing protocol. Can do. Therefore, it is possible to measure the communication quality of wireless communication at a low cost.
本発明は、前記通信品質算出方法を、コンピュータに実行させるための通信品質算出プログラムである。 The present invention is a communication quality calculation program for causing a computer to execute the communication quality calculation method.
これにより、通信品質の測定または推定を行う手段を、ルーティングプロトコルとは別に独自に用意することなく、ルーティングプロトコルにおいて、時々刻々変化する無線リンクの品質および無線区間を含む経路の品質を推定することができる。よって、低コストで無線通信の通信品質を測定することが可能となる。 As a result, it is possible to estimate the quality of the radio link and the route including the radio section which change every moment in the routing protocol without preparing a means for measuring or estimating the communication quality independently from the routing protocol. Can do. Therefore, it is possible to measure the communication quality of wireless communication at a low cost.
本発明は、広告メッセージを互いに送受信するルーティングプロトコル処理部を有する無線ノードを含む無線ネットワークにおいて、前記無線ノード間の無線リンクの通信品質を算出する前記無線ノードであって、
前記ルーティングプロトコル処理部は、前記広告メッセージの通信履歴を記録し、前記通信履歴から算出される値および所定の算出式に従って前記無線リンクの通信品質を算出するように構成されることを特徴とする。
The present invention provides a wireless network including a wireless node having a routing protocol processing unit that transmits and receives advertisement messages to and from each other, and calculates the communication quality of a wireless link between the wireless nodes,
The routing protocol processing unit is configured to record a communication history of the advertisement message and calculate communication quality of the wireless link according to a value calculated from the communication history and a predetermined calculation formula. .
これにより、通信品質の測定または推定を行う手段を、ルーティングプロトコルとは別に独自に用意することなく、ルーティングプロトコルにおいて、時々刻々変化する無線リンクの品質および無線区間を含む経路の品質を推定することができる。よって、低コストで無線通信の通信品質を測定することが可能となる。 As a result, it is possible to estimate the quality of the radio link and the route including the radio section which change every moment in the routing protocol without preparing a means for measuring or estimating the communication quality independently from the routing protocol. Can do. Therefore, it is possible to measure the communication quality of wireless communication at a low cost.
本発明は、前記無線ノードは、前記ルーティングプロトコル処理部が、算出された前記通信品質をもとに、前記無線ネットワークにおいてデータを転送する際に使用される経路表を作成するように構成されることを特徴とする。 In the present invention, the wireless node is configured such that the routing protocol processing unit creates a routing table used when transferring data in the wireless network based on the calculated communication quality. It is characterized by that.
これにより、無線リンクの品質を示す値をメトリックとして用い経路制御に利用することで、あるいは無線区間を含む経路の品質を推定した値を利用することで、無線区間の多いネットワークにおいてエンドエンドでの高速高帯域な経路に沿った高品質な通信を提供することが可能となる。なお、メトリックは、リンクの有無を示す1または0の値、帯域、遅延などが用いられる。 As a result, a value indicating the quality of the radio link is used as a metric for route control, or a value obtained by estimating the quality of the route including the radio section is used. It is possible to provide high-quality communication along a high-speed and high-bandwidth route. The metric uses a value of 1 or 0 indicating the presence / absence of a link, a bandwidth, a delay, and the like.
本発明は、前記無線ノードは、前記ルーティングプロトコル処理部が、前記無線ネットワークの外部のノードに通信可能な無線ノードである無線ゲートウェイからブロードキャストされた前記広告メッセージを、前記通信履歴に記録するように構成されることを特徴とする。 According to the present invention, the wireless node records the advertisement message broadcast from a wireless gateway, which is a wireless node capable of communicating with a node outside the wireless network, in the communication history. It is characterized by being configured.
これにより、無線ネットワークから外のネットワークに通信する際に、効率的な経路を選択することが可能となる。 This makes it possible to select an efficient route when communicating from the wireless network to an external network.
以上に述べた本発明により、通信品質の測定または推定を行う手段を、ルーティングプロトコルとは別に独自に用意することなく、ルーティングプロトコルにおいて、時々刻々変化する無線リンクの品質および無線区間を含む経路の品質を推定することができる。よって、低コストで無線通信の通信品質を測定することが可能となる。 According to the present invention described above, the means for measuring or estimating the communication quality is not provided independently from the routing protocol. Quality can be estimated. Therefore, it is possible to measure the communication quality of wireless communication at a low cost.
以下、請求項に記載の無線ネットワークを、アドホックネットワークに適用する一例について、アドホックネットワークの構成およびアドホックノード間の通信品質の算出処理を示す第1実施形態を説明する。なお、請求項に記載の無線ノードは、アドホックノードに、また、請求項に記載の無線ゲートウェイは、アドホックゲートウェイに、それぞれ対応する。 Hereinafter, a first embodiment illustrating a configuration of an ad hoc network and a communication quality calculation process between ad hoc nodes will be described as an example of applying the wireless network described in the claims to an ad hoc network. The wireless node recited in the claims corresponds to an ad hoc node, and the wireless gateway recited in the claims corresponds to an ad hoc gateway.
アドホックネットワークを構成する各アドホックノードは、演算処理を行う際に用いられる記憶手段としてのメモリと、前記演算処理を行う演算処理装置(演算手段)とを少なくとも備えるコンピュータとして構成される。なお、メモリは、RAM(Random Access Memory)などにより構成される。演算処理は、CPU(Central Processing Unit)によって構成される演算処理装置が、メモリ上のプログラムを実行することで、実現される。さらに、各アドホックノードは、802.11規格の無線LANや、Bluetooth(R)などの無線通信手段を有し、この無線通信手段を介してアドホックノード間の通信が行われる。 Each ad hoc node constituting the ad hoc network is configured as a computer including at least a memory serving as a storage unit used when performing arithmetic processing and an arithmetic processing device (calculating unit) that performs the arithmetic processing. The memory is constituted by a RAM (Random Access Memory) or the like. Arithmetic processing is realized by an arithmetic processing unit configured by a CPU (Central Processing Unit) executing a program on a memory. Furthermore, each ad hoc node has wireless communication means such as an 802.11 standard wireless LAN or Bluetooth (R), and communication between ad hoc nodes is performed via this wireless communication means.
図1に示す内部構成を有するアドホックノードAN1とアドホックノードAN2が、図2に示すように、互いの発する無線電波を受信することができる位置に存在するとき、アドホックノードAN1とアドホックノードAN2は互いに直接通信が可能な隣接関係の状態にあり、アドホックノードAN1とアドホックノードAN2の間に無線リンク112が存在する。そして、アドホックノードAN1が、単位時間当たりにアドホックノードAN2から受信することができるルーティングプロトコルの広告メッセージのデータ量またはパケット数、到着時刻の遅延などを、通信効率として無線リンク112の品質とみなすことによって、アドホックノードAN1がアドホックノードAN2との間の無線リンク112の通信品質を算出することが本発明の特徴である。なお、ルーティングプロトコルは、例えば、IETF(Internet Engineering Task Force)が規定するRFC(Request For Comment)3561のAODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector)が挙げられ、広告メッセージは、AODVのHello Messageが挙げられる。 When the ad hoc node AN1 and the ad hoc node AN2 having the internal configuration shown in FIG. 1 exist at positions where they can receive radio waves emitted from each other as shown in FIG. 2, the ad hoc node AN1 and the ad hoc node AN2 The wireless link 112 exists between the ad hoc node AN1 and the ad hoc node AN2 in a state of adjacency capable of direct communication. Then, the data amount or the number of packets of the routing protocol advertisement message that can be received from the ad hoc node AN2 per unit time by the ad hoc node AN1 is regarded as the quality of the wireless link 112 as the communication efficiency. Thus, it is a feature of the present invention that the ad hoc node AN1 calculates the communication quality of the radio link 112 with the ad hoc node AN2. The routing protocol includes, for example, an AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector) of RFC (Request For Comment) 3561 defined by the Internet Engineering Task Force (IETF), and the advertising message is an AODV Hello Message. It is done.
アドホックノードの演算手段は、プログラムを実行することで、以下の処理部を実現する。アドホックノードAN1およびアドホックノードAN2には、同一のMACプロトコルが、MACプロトコル処理部513およびMACプロトコル処理部523に実装されている。同様に、アドホックノードAN1およびアドホックノードAN2には、同一のルーティングプロトコルが、ルーティングプロトコル処理部512およびルーティングプロトコル処理部522に実装されている。さらに、アドホックノードAN1およびアドホックノードAN2には、同一のアプリケーションが、アプリケーション層処理部511およびアプリケーション層処理部521に実装されている。
The calculation means of the ad hoc node implements the following processing unit by executing a program. In the ad hoc node AN1 and the ad hoc node AN2, the same MAC protocol is implemented in the MAC
アドホックノードAN1およびアドホックノードAN2のルーティングプロトコル処理部512,522に実装されているルーティングプロトコルは、定期的に広告メッセージを隣接するアドホックノードに対してブロードキャスト送信するという仕様をあらかじめ含む。なお、定期的とは、時刻が予め定められている旨を示すものであり、同一の時間間隔(10秒ごとなど)でもよいし、異なった時間間隔としてもよい。本仕様は、アドホックノード同士が、隣接するアドホックノードが存在することを定期的に検知することを目的としており、多くのルーティングプロトコルに含まれる仕様である。換言すれば、アドホックノードAN1に着目すると、アドホックノードAN1はアドホックノードAN2から定期的に広告メッセージを受信する。
The routing protocol implemented in the routing
以下、図3を参照して、アドホックノード間の通信品質の算出処理の流れを説明する。 Hereinafter, a flow of processing for calculating communication quality between ad hoc nodes will be described with reference to FIG.
まず、無線リンク112(図2参照)は、隣接の関係にあるアドホックノード間に、存在する。なお、無線リンク112は、ルーティングプロトコルの接続を開始するメッセージの交換により、互いのアドホックノードが、相手のアドホックノードとの通信を許可する処理によって作成された論理的なデータの伝送路である。つまり、アドホックノードAN1およびアドホックノードAN2は該ルーティングプロトコルの効用によって互いの存在を知ることとなる。この無線リンク112の確立により、後記する無線リンク112の通信品質を算出する処理が、可能となる。 First, the wireless link 112 (see FIG. 2) exists between ad hoc nodes that are adjacent to each other. The wireless link 112 is a logical data transmission path created by a process in which each ad hoc node permits communication with the other ad hoc node by exchanging messages for starting routing protocol connection. That is, the ad hoc node AN1 and the ad hoc node AN2 know each other's existence by using the routing protocol. By establishing the wireless link 112, processing for calculating the communication quality of the wireless link 112 described later becomes possible.
アドホックノードAN2におけるルーティングプロトコル処理部512が広告メッセージを送信するとき、広告メッセージはアドホックノードAN2内部においてMACプロトコル処理部513に渡される。MACプロトコル処理部513は、他のアドホックノードによる送信電波が既に存在するか否か確認し、該広告メッセージにヘッダを付加して広告メッセージを作成し、該広告メッセージを無線で送信する。アドホックノードAN1とアドホックノードAN2の間の無線リンク112が十分安定していれば、アドホックノードAN2によって送信された該広告メッセージは、アドホックノードAN1におけるMACプロトコル処理部523において受信される(S300)。
When the routing
ルーティングプロトコル処理部512,522は、その下位層に存在するMACプロトコル処理部の種別を判定する(図3におけるS301)。このように判定するのは、通常、ノードがデータを通信する際、MACインタフェースを介してルーティングプロトコル処理部512,522とMACプロトコル処理部513,523の間で通信対象のデータが交換され、このときルーティングプロトコルはMACプロトコル処理部513,523の名称や種別を取得するためである。
The routing
そして、該広告メッセージはアドホックノードAN1においてルーティングプロトコル処理部522に渡され、該広告メッセージから広告メッセージのデータ内容が取り出される。なお、広告メッセージのデータ内容は、送信元の識別情報(IPアドレスなど)を含めて構成される。
ここで、広告メッセージは、アドホックノードが自装置の所在を知らせるための第1の広告メッセージ、または、アドホックゲートウェイが自装置の所在を知らせるため第2の広告メッセージがある。そして、アドホックネットワーク111の各アドホックノードに、アドホックネットワーク111の外部と通信させるために、第2の広告メッセージは、受信したアドホックノードから他のアドホックノードへと、次々に転送される。
このように、アドホックノードAN1は、アドホックノードAN2によって定期的にブロードキャスト送信される広告メッセージを受信する。
Then, the advertisement message is passed to the routing
Here, the advertisement message includes a first advertisement message for the ad hoc node to notify the location of the own device, or a second advertisement message for the ad hoc gateway to notify the location of the own device. Then, in order to cause each ad hoc node of the ad hoc network 111 to communicate with the outside of the ad hoc network 111, the second advertisement message is sequentially transferred from the received ad hoc node to another ad hoc node.
Thus, the ad hoc node AN1 receives the advertisement message that is periodically broadcast by the ad hoc node AN2.
次に、アドホックノードAN1におけるネットワーク層すなわちルーティングプロトコル処理部522が、無線リンクの通信品質を推定する流れと、無線リンク品質推定方法を実行することが可能である原理について述べる。
Next, the principle that the network layer in the ad hoc node AN1, that is, the routing
アドホックノードAN1とアドホックノードAN2の距離が近く無線伝搬環境が良好である場合、アドホックノードAN1は、アドホックノードAN2が定期的に送信するすべての広告メッセージを受信することができる。しかし、アドホックノードAN1とアドホックノードAN2の距離が離れている場合、広告メッセージが無線上で失われ、アドホックノードAN1が、アドホックノードAN2により送信された広告メッセージを受信できない場合がある。 When the distance between the ad hoc node AN1 and the ad hoc node AN2 is short and the radio propagation environment is good, the ad hoc node AN1 can receive all advertisement messages that the ad hoc node AN2 periodically transmits. However, if the distance between the ad hoc node AN1 and the ad hoc node AN2 is long, the advertisement message may be lost on the radio, and the ad hoc node AN1 may not receive the advertisement message transmitted by the ad hoc node AN2.
広告メッセージは定期的に送信されるため、アドホックノードAN1は、アドホックノードAN2からの広告メッセージの受信状況を監視する(S302)。そして、アドホックノードAN1は、アドホックノードAN2からの広告メッセージの受信履歴(通信履歴)を記憶手段に記録する。 Since the advertisement message is periodically transmitted, the ad hoc node AN1 monitors the reception status of the advertisement message from the ad hoc node AN2 (S302). Then, the ad hoc node AN1 records the reception history (communication history) of the advertisement message from the ad hoc node AN2 in the storage unit.
次に、アドホックノードAN1は、例えば、単位時間当たりに受信を予定している全広告メッセージ数と、単位時間当たりに実際に受信した広告メッセージ数との比率から、アドホックノードAN2からの広告メッセージ数を受信できない確率pを算出する(S303)。該確率pは、アドホックノードAN1におけるルーティングプロトコル処理部522において観測される。
Next, the ad hoc node AN1 determines, for example, the number of advertisement messages from the ad hoc node AN2 from the ratio of the total number of advertisement messages scheduled to be received per unit time and the number of advertisement messages actually received per unit time. The probability p that cannot be received is calculated (S303). The probability p is observed in the routing
次に、該確率pをもとに(換言すると、受信成功確率(1−p)をもとに)、ネットワーク層において無線リンク112の通信品質を推定する(S304)。アドホックノードAN2のアプリケーション層処理部511は、任意のデータを、アドホックノードAN1に対して、若しくは正確にはアドホックノードAN1におけるアプリケーション層処理部521に対して送信するとき、該データはルーティングプロトコル処理部512に渡され、さらにMACプロトコル処理部513に渡される。MACプロトコル処理部513は、他のアドホックノードによる送信電波が既に存在するか否か確認し、該データにヘッダを付加してデータフレームを作成し、該データフレームを無線で送信する。該データフレームの長さをLとすると、該データフレームが伝送中に失われる確率qは、(式1)で表すことが可能である。但し、広告メッセージの長さをMとする。
q=1−(1−p)L/M …(式1)
Next, based on the probability p (in other words, based on the reception success probability (1-p)), the communication quality of the wireless link 112 is estimated in the network layer (S304). When the application
q = 1- (1-p) L / M (Formula 1)
MACプロトコル処理部513において全くエラーが発生することなく該データフレームがMACプロトコル処理部523よって受信されるときの転送時間の期待値rは、該データフレームがMACプロトコル処理部513において再送されることなくMACプロトコル処理部523によって受信されるのに要する時間Taに対し、(1−q)を乗じた値である(式2参照)。MACプロトコル処理部513においてエラーが発生した場合に該データフレームがMACプロトコル処理部523によって受信されるときの転送時間の期待値sは、MACプロトコル処理部513において正しく再送されたたときに該データフレームがMACプロトコル処理部523によって受信されるのに要する時間Tbに対し、qを乗じた値である(式3参照)。rとsの和Tは、該データフレームがアドホックノードAN2からアドホックノードAN1まで伝送されるのに要する時間の期待値である。
r=Ta・(1−q) …(式2)
s=Tb・q …(式3)
The expected value r of the transfer time when the data frame is received by the MAC
r = Ta · (1-q) (Formula 2)
s = Tb · q (Formula 3)
ゆえに、無線リンク112の通信効率は、該データフレームの長さLをTで除算した値として得られる。以上のように推定された通信効率は、単位時間当たりにアドホックノードAN2から受信することができるデータ量であり、無線リンク112の帯域幅を示し、無線リンク112の通信品質を表している。 Therefore, the communication efficiency of the radio link 112 is obtained as a value obtained by dividing the length L of the data frame by T. The communication efficiency estimated as described above is the amount of data that can be received from the ad hoc node AN2 per unit time, indicates the bandwidth of the radio link 112, and indicates the communication quality of the radio link 112.
以下、アドホックノード間の通信品質を基にした経路の設定処理を示す第2実施形態を説明する。 Hereinafter, a second embodiment showing a route setting process based on communication quality between ad hoc nodes will be described.
図4は、アドホックノードAN1〜アドホックノードAN6およびアドホックゲートウェイAG1、AG2で構成されるアドホックネットワーク111である。なお、アドホックネットワーク111に属するアドホックノードのうち、アドホックネットワーク111とは別のネットワークに接続されるアドホックノードを、アドホックゲートウェイと呼ぶことにする。つまり、アドホックゲートウェイは、アドホックノードの一種である。 FIG. 4 shows an ad hoc network 111 including ad hoc nodes AN1 to AN6 and ad hoc gateways AG1 and AG2. Of the ad hoc nodes belonging to the ad hoc network 111, an ad hoc node connected to a network different from the ad hoc network 111 is referred to as an ad hoc gateway. That is, the ad hoc gateway is a kind of ad hoc node.
互いに結線されたアドホックノード同士は、互いの発する無線電波を受信可能な位置にあり、互いに無線電波による通信データを直接通信可能な状態にある。アドホックネットワークを構成するアドホックノードAN1〜アドホックノードAN6は、他のノードが送信したパケットを中継する機能(マルチホップ通信機能)を有しており、直接の無線到達範囲にないノード同士であっても、アドホックノードがデータを次々に中継することにより、通信を行うことが可能である。例えば、図4のアドホックネットワーク111において、アドホックノードAN1はアドホックノードAN5とは隣接関係になく直接電波を通信しあうことはできないが、アドホックノードAN1またはアドホックノードAN5が電波発信するデータをアドホックノードAN4が中継することによって、互いに通信を行うことが可能である。 Ad hoc nodes connected to each other are in a position where they can receive radio waves emitted from each other, and are in a state where they can directly communicate communication data using radio waves. The ad hoc nodes AN1 to AN6 constituting the ad hoc network have a function of relaying packets transmitted by other nodes (multi-hop communication function), and even nodes that are not in the direct wireless reachable range The ad hoc node can perform communication by relaying data one after another. For example, in the ad hoc network 111 of FIG. 4, the ad hoc node AN1 is not adjacent to the ad hoc node AN5 and cannot directly communicate radio waves, but the ad hoc node AN1 or the ad hoc node AN5 transmits data transmitted by radio waves. Can communicate with each other by relaying.
更に、アドホックネットワーク111に属するアドホックノードAN1が公衆網110に属するノードNに接続し通信を行うためには、アドホックノードAN1は、公衆網110との接続機能を有し且つアドホックネットワーク111に属するアドホックゲートウェイAG1またはアドホックゲートウェイAG2に対し、マルチホップ通信機能を利用して接続しなければならない。 Further, in order for the ad hoc node AN1 belonging to the ad hoc network 111 to connect to and communicate with the node N belonging to the public network 110, the ad hoc node AN1 has a function of connecting to the public network 110 and also belongs to the ad hoc network 111. The gateway AG1 or the ad hoc gateway AG2 must be connected using the multi-hop communication function.
ネットワーク層プロトコルの仕様として、アドホックゲートウェイAG1およびアドホックゲートウェイAG2は、明示的に自身の存在をアドホックノードAN1〜AN6に知らせるために、第2の広告メッセージをアドホックネットワーク111内に定期的にブロードキャストする。 As specifications of the network layer protocol, the ad hoc gateway AG1 and the ad hoc gateway AG2 periodically broadcast a second advertisement message in the ad hoc network 111 in order to explicitly notify the ad hoc nodes AN1 to AN6 of their own existence.
アドホックゲートウェイAG1によりブロードキャスト送信された広告メッセージは、アドホックノードAN6による中継を経てアドホックノードAN1によって受信される。アドホックゲートウェイAG1からアドホックノードAN6を経てアドホックノードAN1に至る無線を用いた経路の通信品質が良好であれば、アドホックノードAN1は、アドホックゲートウェイAG1が定期的に送信するすべての広告メッセージをほぼ一定間隔で受信することができる。しかし、アドホックゲートウェイAG1からアドホックノードAN6を経てアドホックノードAN1に至る無線を用いた経路の通信品質が良好でなければ、アドホックゲートウェイAG1により送信された広告メッセージをアドホックノードAN1が受信できない場合や、広告メッセージの受信間隔が一定でなくなる場合が生じる。 The advertisement message broadcasted by the ad hoc gateway AG1 is received by the ad hoc node AN1 via the relay by the ad hoc node AN6. If the communication quality of the route using the radio from the ad hoc gateway AG1 through the ad hoc node AN6 to the ad hoc node AN1 is good, the ad hoc node AN1 sends all advertisement messages periodically transmitted by the ad hoc gateway AG1 at substantially constant intervals. Can be received. However, if the communication quality of the route using the radio from the ad hoc gateway AG1 through the ad hoc node AN6 to the ad hoc node AN1 is not good, the ad hoc node AN1 cannot receive the advertisement message transmitted by the ad hoc gateway AG1, There are cases where the message reception interval is not constant.
以下、図5に沿ってアドホックノード間の通信品質を基にした経路の設定処理の流れを示す。なお、図5に示す処理は、アドホックノードにおいて、アドホックゲートウェイごとに行われる処理である。以下では、複数のアドホックゲートウェイのうち、アドホックゲートウェイAG1に着目して、処理を説明する。まず、アドホックノードAN1は、アドホックゲートウェイAG1からの広告メッセージの受信状況を監視し(S401)、アドホックゲートウェイAG1が定期的にブロードキャストする広告メッセージを受信した履歴を記録する 。 The flow of route setting processing based on the communication quality between ad hoc nodes will be described below with reference to FIG. The process shown in FIG. 5 is a process performed for each ad hoc gateway in the ad hoc node. Hereinafter, the processing will be described by focusing on the ad hoc gateway AG1 among the plurality of ad hoc gateways. First, the ad hoc node AN1 monitors the reception status of advertisement messages from the ad hoc gateway AG1 (S401), and records the history of receiving advertisement messages that the ad hoc gateway AG1 broadcasts periodically.
次に、アドホックノードAN1は、アドホックゲートウェイAG1からの広告メッセージを受信できない確率p1を算出する(S402)。 Next, the ad hoc node AN1 calculates a probability p1 that the advertisement message from the ad hoc gateway AG1 cannot be received (S402).
そして、アドホックノードAN1は、広告パケットを受信できない確率p1および確率p2をもとに、アドホックノードAN1とアドホックゲートウェイAG1の間のマルチホップ経路の品質を表す品質値を、計算する(S403)。計算方法は、データリンク層またはMAC層の種別(例えば、Bluetooth(R)、IEEE 802.11規格の無線LANなど)を判別した上で、ネットワーク層プロトコルにより決定される。経路上でパケットが失われる最大の原因は無線リンクが不安定であることによるため、該品質値はアドホックノードAN1と各アドホックゲートウェイとの間の経路の無線電波上の品質を表す。 Then, the ad hoc node AN1 calculates a quality value representing the quality of the multi-hop route between the ad hoc node AN1 and the ad hoc gateway AG1 based on the probability p1 and the probability p2 that the advertisement packet cannot be received (S403). The calculation method is determined by the network layer protocol after determining the type of data link layer or MAC layer (for example, Bluetooth (R), IEEE 802.11 standard wireless LAN, etc.). Since the largest cause of packet loss on the route is that the radio link is unstable, the quality value represents the quality of the radio wave on the route between the ad hoc node AN1 and each ad hoc gateway.
また、アドホックノードAN1は、アドホックゲートウェイAG1による広告メッセージは定期的に送信されるため、S404において、アドホックノードAN1は、該広告メッセージを受信した時刻を記録しておくことによって、広告メッセージが本来アドホックノードAN1に到着するべき時刻に対してどれほど遅れて受信されたかを検知することができる。この遅延時間をt1とする。 Also, since the ad hoc node AN1 periodically transmits the advertisement message by the ad hoc gateway AG1, in S404, the ad hoc node AN1 records the time when the advertisement message is received, so that the advertisement message is originally ad hoc. It is possible to detect how late it is received with respect to the time to arrive at the node AN1. This delay time is assumed to be t1.
そして、アドホックノードAN1は、広告メッセージの到着時刻の遅れ時間t1から、アドホックノードAN1とアドホックゲートウェイAG1の間のマルチホップ経路の品質を表す品質値を計算する(S405)。計算方法は、使用する装置やプロトコルに合わせてモデル化された任意の推定方法である。アドホックノードの内部処理や他の通信トラヒックによる輻輳の影響に起因して、該品質値はアドホックノードAN1とアドホックゲートウェイAG1との間の経路の遅延時間の程度を表す。 Then, the ad hoc node AN1 calculates a quality value indicating the quality of the multi-hop route between the ad hoc node AN1 and the ad hoc gateway AG1 from the delay time t1 of the advertisement message arrival time (S405). The calculation method is an arbitrary estimation method modeled in accordance with the device and protocol to be used. Due to the internal processing of the ad hoc node and the influence of congestion due to other communication traffic, the quality value represents the degree of delay time of the path between the ad hoc node AN1 and the ad hoc gateway AG1.
さらに、アドホックノードAN1は、アドホックゲートウェイAG1に対して、S403およびS405で計算された2種類のマルチホップ品質値を比較することによって、経路の品質を判断する(S406)。 Further, the ad hoc node AN1 determines the route quality by comparing the two types of multi-hop quality values calculated in S403 and S405 with respect to the ad hoc gateway AG1 (S406).
以上、図5に沿って、アドホックゲートウェイAG1に着目した経路の設定処理を説明した。この経路の設定処理は、アドホックゲートウェイAG2などの他のアドホックゲートウェイに対しても、同様に行われる。これにより、例えば、広告メッセージを受信できない確率が最も低く、且つ、広告メッセージの到着遅れ時間の値が最も短い方のアドホックゲートウェイに接続し、その上で公衆網110のノードNに接続することができる。 The route setting process focusing on the ad hoc gateway AG1 has been described above with reference to FIG. This route setting process is similarly performed for other ad hoc gateways such as the ad hoc gateway AG2. Thereby, for example, it is possible to connect to the ad hoc gateway with the lowest probability of not receiving the advertisement message and the shortest arrival delay time value of the advertisement message, and then connect to the node N of the public network 110. it can.
各アドホックノードは、片方が自装置となる無線リンク112の通信品質を測定した結果をもとに、自装置の経路表(ルーティングテーブル)を作成する。この際には、通信品質は、所定の経路に到達するためのコスト(メトリック)として、経路の属性情報に付加される。そして、各アドホックノードは、パケットを転送する際には、経路表によって複数の経路の候補が検索された場合、最もメトリックが小さい(換言すると、最も通信品質のよい)無線リンク112を選択して、その選択された無線リンク112に、パケットを転送する。 Each ad hoc node creates a route table (routing table) of its own device based on the result of measuring the communication quality of the wireless link 112 that is its own device. In this case, the communication quality is added to the attribute information of the route as a cost (metric) for reaching the predetermined route. Each ad hoc node selects a wireless link 112 having the smallest metric (in other words, the best communication quality) when a plurality of route candidates are searched by the route table when forwarding a packet. , Forward the packet to the selected wireless link 112.
以上、本発明の実施形態について、説明した。要約すると、アドホックネットワークを構成するアドホックノードは、ルーティングプロトコルの広告メッセージの送受信処理を、必須の処理として既に有している。そして、この広告メッセージを、従来の目的である隣接ノード間の無線リンクの確立だけでなく、前記無線リンクの通信品質の測定処理および測定された通信品質の経路表への活用処理が、本発明の特徴となる。これにより、既に実装されているルーティングプロトコルの広告メッセージを流用することにより、通信品質の測定処理のための開発コストおよび開発期間を抑えることが可能となり、通信品質の測定処理が可能なアドホックネットワークの普及を促進することができる。さらに、測定された通信品質の経路表への活用処理により、低遅延や広帯域などの高品質な通信品質を提供することが可能となる。 The embodiment of the present invention has been described above. In summary, an ad hoc node constituting an ad hoc network already has a routing protocol advertisement message transmission / reception process as an essential process. The advertisement message is used not only for establishing a wireless link between adjacent nodes, which is a conventional purpose, but also for measuring the communication quality of the wireless link and using the measured communication quality in a routing table. It becomes the feature. This makes it possible to reduce the development cost and development period for the communication quality measurement process by diverting the advertisement message of the routing protocol that has already been implemented, and the ad hoc network that can perform the communication quality measurement process. Promotion can be promoted. Furthermore, it is possible to provide high-quality communication quality such as low delay and wide bandwidth by utilizing the measured communication quality in the routing table.
以上説明した本発明は、以下のようにその趣旨を逸脱しない範囲で広く変形実施することができる。 The present invention described above can be widely modified without departing from the spirit thereof as follows.
例えば、アドホックノードは、携帯電話などの携帯端末によって実現してもよいし、デスクトップなどのパーソナルコンピュータによって実現してもよい。 For example, the ad hoc node may be realized by a mobile terminal such as a mobile phone, or may be realized by a personal computer such as a desktop.
AN2 アドホックノード
110 公衆網
111 アドホックネットワーク
112 無線リンク
522 ルーティングプロトコル処理部
AN2 Ad hoc node 110 Public network 111 Ad hoc network 112 Radio link 522 Routing protocol processing unit
Claims (10)
前記無線ノードの演算手段が、前記広告メッセージの通信履歴を記憶手段に記録する手順と、前記通信履歴から算出される値および所定の算出式に従って前記無線リンクの通信品質を算出する手順と、を実行することを特徴とする通信品質算出方法。 In a wireless network including a wireless node having a routing protocol processing unit that transmits and receives advertisement messages to and from each other, a communication quality calculation method for calculating communication quality of a wireless link between the wireless nodes,
A procedure in which the calculation means of the wireless node records the communication history of the advertisement message in a storage means; and a procedure of calculating communication quality of the wireless link according to a value calculated from the communication history and a predetermined calculation formula. A communication quality calculation method that is executed.
前記ルーティングプロトコル処理部は、前記広告メッセージの通信履歴を記憶手段に記録し、前記通信履歴から算出される値および所定の算出式に従って前記無線リンクの通信品質を算出するように構成されることを特徴とする無線ノード。 In a wireless network including a wireless node having a routing protocol processing unit that transmits and receives advertisement messages to and from each other, the wireless node calculates communication quality of a wireless link between the wireless nodes,
The routing protocol processing unit is configured to record a communication history of the advertisement message in a storage unit, and to calculate communication quality of the wireless link according to a value calculated from the communication history and a predetermined calculation formula. A featured wireless node.
The wireless node is configured such that the routing protocol processing unit records the advertisement message broadcast from a wireless gateway, which is a wireless node capable of communicating with a node outside the wireless network, in the communication history. The wireless node according to claim 8 or 9, wherein:
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