JP4947430B2 - 無線マルチホップネットワークにおける通信経路制御方法および通信端末 - Google Patents

Description

本発明は、無線マルチホップネットワークにおける通信経路制御方法および通信端末に関し、特にネットワーク上に通信端末（以下、単に「端末」または「ノード」と呼ぶ）が多数存在する状況に適応した通信経路制御方法および通信端末に関する。

従来、無線ネットワークでは、端末同士が無線により直接通信するだけでなく、自らの無線信号が届く通信範囲内に存在する他の端末を中継ノードとして経由することで、その無線通信範囲を超えて端末間でデータを送受信することを可能とする無線マルチホップネットワークが知られている。

この無線マルチホップネットワークは、複数の端末で構成されており、各端末は自分宛でないパケットを転送するためのルータ機能を持っている。このルータ機能により各端末は、直接無線の届かない端末に対してパケットを他の端末を介することにより目的の端末へ届けることができる。このパケット転送経路を自律分散的に制御するルーティングプロトコルとしては、通信開始時に経路を探索するリアクティブ（Reactive）型プロトコルや、定期的に他の端末とメッセージを交換して常時最新経路を維持するプロアクティブ（Proactive）型プロトコル等が採用されている。以下、プロアクティブ型ルーティングプロトコルを用いた無線マルチホップネットワークの経路制御について説明する。

従来のプロアクティブ型ルーティングプロトコル（以下、単にプロトコルと呼ぶ）では、定期的な隣接発見メッセージ（「Ｈｅｌｌｏメッセージ」と呼ぶ）を送受信することにより、無線通信範囲内に存在する端末（「隣接端末」又は「隣接ノード」と呼ぶ）を把握する。次いで、その隣接端末との間のリンク情報を含むトポロジーメッセージを定期的にネットワーク全体へ広告することにより、各端末がネットワークトポロジー（どの通信端末同士が繋がっているかの形状）を把握する。そして、そのトポロジー情報から各端末までの最短経路を計算することで、無線マルチホップネットワークの経路制御が実現されている。こうした方式は、下記の非特許文献１、非特許文献２等で開示されている。

ここで、非特許文献１で開示されているＯＬＳＲ（Optimized Link State Routing Protocol）について説明する。

ＯＬＳＲでは、端末は、その起動後に、あらかじめ設定された送信間隔でＨｅｌｌｏメッセージを送信する。このＨｅｌｌｏメッセージは、無線到達範囲内に存在する隣接端末のみが受信することができ、隣接端末を介して他の端末への転送は行われない。また、端末は、隣接端末からＨｅｌｌｏメッセージを受信した場合、そのＨｅｌｌｏメッセージに含まれる有効期間（後述）の間、そのＨｅｌｌｏメッセージに含まれる隣接ノードのＩＰアドレス（隣接ノード情報）を含む情報を隣接ノードテーブルにリスト形式で記録する。次いで、端末が、次回Ｈｅｌｌｏメッセージを送信する場合は、隣接ノードテーブルに記録されている全隣接ノードのＩＰアドレスのリストをＨｅｌｌｏメッセージの隣接ノード情報に含めて送信する。隣接ノード情報の入ったＨｅｌｌｏメッセージを受信した端末は、その隣接ノード情報を元にして、隣接ノードの中からＭＰＲ（Multipoint Relay）を選択し、選択されたＭＰＲを利用してＴＣ（Topology Control）メッセージを送信および転送する。

ＭＰＲとは、ある端末が送信したメッセージを、ネットワーク内の全端末が受信できるように転送するための転送ノードの集合である。ある通信端末から見た場合、ＭＰＲの選択は自分の２ホップ先に存在する端末全てをカバーするような隣接ノードの組を計算することで行われる。自分が選択したＭＰＲは、Ｈｅｌｌｏメッセージによって隣接ノードに通知される。これにより隣接ノードは、その端末からＴＣメッセージなどのネットワーク内の全端末に通知が必要な制御メッセージを受信した場合、自分がそのメッセージを転送する必要があることを認識することができる。Ｈｅｌｌｏメッセージ以外の全ての制御メッセージは、ＭＰＲによってネットワーク内の全ノードに転送される。Ｈｅｌｌｏメッセージは転送されず、無線到達範囲内に存在するノードのみが受信する。

ＴＣメッセージとは、自分の持つリンク情報（通常は、選択したＭＰＲノードとの間のリンク）をネットワーク内の全ノードに通知するためのメッセージである。このＴＣメッセージは、あらかじめ設定された送信間隔で作成され、上述のＭＰＲによって転送され、ネットワーク内の全端末に通知される。他の端末から受信したＴＣメッセージのリンク情報は、トポロジーテーブルに保存される。各端末は、トポロジーテーブルに記録されたリンク情報からネットワークトポロジーグラフを作成し、各端末までの最短経路を計算し、その計算結果に従って通信転送経路を設定する。
T. Clausen，他１名，"Optimized Link State Routing Protocol (OLSR)"，IETF RFC3626，2003年10月 R. Ogier，他２名，"Topology Dissemination Based on Reverse-Path Forwarding (TBRPF)"，IETF RFC3684，2004年2月

しかしながら、上述した従来のプロアクティブ型ルーティング方式では、定期的なＨｅｌｌｏメッセージの交換を前提とするため、帯域の狭い無線ネットワークにおいては、輻輳を防ぐために非常に長いＨｅｌｌｏインターバル（Ｈｅｌｌｏメッセージを送信する間隔）でＨｅｌｌｏメッセージを送信しなければならない。

例えば、２８．８Ｋｂｉｔ／ｓｅｃの帯域しか持たない無線ネットワークにおいて１００台の端末がすべて隣接状態にあるような状況を考える。こういった状況では、データリンク層におけるオーバーヘッドやパケット衝突を無視したとしても、経路制御メッセージ負荷を１０％以下に抑えるためには、約４６０秒（約７分）程度のＨｅｌｌｏインターバルを設定する必要がある。とくに、データリンク層でのオーバーヘッドやパケット衝突を考慮すれば、実際にはその倍程度のＨｅｌｌｏインターバルが必要である。この条件下で一斉に全端末が起動した場合、全端末間で通信可能な状態になるまでには、少なくともＨｅｌｌｏインターバルと同等以上の時間が必要となるため、起動後すぐに通信を開始することができない。この点は、端末がネットワークに新たに参加した場合も同様である。

本発明の目的は、帯域の狭い無線ネットワークにおいて、多数の通信端末が隣接状態にあり、無線通信範囲内に存在する環境で通信端末が一斉起動した場合または通信端末がネットワークに新たに参加した場合の通信端末間の経路収束時間を短縮することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る無線マルチホップネットワークの通信経路制御方法は、複数の通信端末間で無線により隣接ノード発見用の制御メッセージであるＨｅｌｌｏメッセージを含む制御パケットを交換して該複数の通信端末をノードとするマルチホップネットワークを形成し、そのマルチホップネットワークのトポロジー情報を保持し、そのトポロジー情報に基づいて前記複数の通信端末間で送受信されるパケットの通信経路を制御する無線マルチホップネットワークの通信経路制御方法において、前記Ｈｅｌｌｏメッセージを所定の送信インターバルで送信する際、該Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量を抑制するステップと、前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量が抑制される間、前記送信インターバルを、定常状態のＨｅｌｌｏメッセージの送信インターバルより短い送信インターバルに設定するステップとを有することを特徴とする。

本発明において、前記Ｈｅｌｌｏメッセージにより発見される隣接ノード数に応じて、前記送信インターバルを調整するステップをさらに有してもよい。

本発明において、前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量抑制中に発見された隣接ノード数の状態を監視し、その状態値があらかじめ設定された閾値以下になった場合に前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量抑制を解除するステップと、前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量抑制の解除後に前記送信インターバルを調整するステップとをさらに有してもよい。

本発明において、前記マルチホップネットワークに新しく参加したノードから前記Ｈｅｌｌｏメッセージを受信した場合、該Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量を抑制するステップと、前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量が抑制される間、前記送信インターバルを、定常状態の送信インターバルより短い送信インターバルに再設定するステップとをさらに有してもよい。

本発明によれば、通信端末が多数存在し一斉に起動する場合、もしくは、新たな通信端末がネットワークに参加した場合などに、Ｈｅｌｌｏメッセージの交換のためのネットワーク負荷を抑え、経路の収束を早くすることができる。これにより、端末が通信可能となるまでの時間を短縮することができる。

本発明の実施例１に係る無線マルチホップネットワークの全体構成例を示す図である。 図１に示す通信端末の機能構成例を示す図である。 図１に示す通信端末のＨｅｌｌｏメッセージ構成例を示す図である。 図１に示す通信端末の動作シーケンスを示すフローチャートである。 図１に示す通信端末によるＨｅｌｌｏインターバルの移行を説明する図である。

符号の説明

１１〜１４ 無線端末
２０ 無線通信装置
２１ Ｈｅｌｌｏ情報抑制機能
２２ Ｈｅｌｌｏインターバル調整機能
２３ 隣接ノード発見機能
２４ トポロジー発見機能
２５ 経路計算機能
２６ 隣接ノードテーブル
２７ トポロジーテーブル
２８ パケット転送機能
２９ 経路制御機能
３０ 通信アプリケーションプログラム

以下、本発明に係る無線マルチホップネットワークにおける通信経路制御方法および通信端末を実施するための最良の形態について、添付図面を参照して説明する。

本実施の形態による無線マルチホップネットワーク（モバイルアドホックネットワーク）は、前述の非特許文献１のプロアクティブ型プロトコル（ＯＬＳＲプロトコル：Optimized Link State Routing Protocol）を用いた方式を適用したものである。

図１は、本実施の形態の無線マルチホップネットワークにおけるネットワーク構成例を示す。

図１の例では、複数の通信端末１１〜１４がそれぞれ無線ネットワーク上のノードを構成し、これら各ノード間で無線により自律的に制御パケットを交換することで無線マルチホップネットワークが形成されている（図中のＡ１１〜Ａ１４は各通信端末１１〜１４の無線到達範囲を示す）。通信端末１１〜１４は、携帯電話やノートＰＣ（Personal Computer）、車両に搭載される車載器など、いずれでも適用可能である。

各通信端末１１〜１４は、それぞれ固有のノードＩＤとＩＰ（Internet Protocol）アドレスを持っている。各通信端末１１〜１４に割り当てられるＩＰアドレスは、重複しないため、ＩＰアドレスをノードＩＤとして利用することも可能である。

図２は、通信端末１１の内部機能構成を示している。なお、他の通信端末１２〜１４についても、通信端末１１と同様の構成であるため、その説明を省略する。

通信端末１１は、その内部機能として、無線通信装置２０、隣接ノードテーブル２６、トポロジーテーブル２７、パケット転送機能２８、経路制御機能２９、および通信アプリケーションプログラム３０を有する。

無線通信装置２０は、他の通信端末との間で、ＨｅｌｌｏメッセージやＴＣメッセージなどの全ての経路制御メッセージと、データパケットとを無線によりやり取りする。経路制御メッセージは、経路制御機能２９を介して授受される。データパケットは、通信アプリケーションプログラム３０によりパケット転送機能２８を介して送受信される。パケット転送機能２８には、経路制御機能２９により計算される他の通信端末までの最短経路に基づく通信経路情報が入力され、これにより通信アプリケーションプログラム３０からのデータパケットの通信経路が制御される。

隣接ノードテーブル２６には、隣接ノードから無線通信装置２０を介して受信したＨｅｌｌｏメッセージに従って隣接ノードに関する情報が記録される。トポロジーテーブル２７には、ネットワーク内の他の通信端末から、或いは場合によっては他の通信端末の転送を経て、無線通信装置２０を介して受信したＴＣメッセージに含まれるリンク情報に従ってネットワークトポロジーに関する情報が記録される。これらの両テーブル２６、２７の内容は、非特許文献１などの公知文献に記されているものと同様である。

経路制御機能２９は、受信されたＨｅｌｌｏメッセージから隣接ノードを発見しその情報を隣接ノードテーブル２６に記録する隣接ノード発見機能２３と、受信されたＴＣメッセージからネットワークトポロジーに関するリンク情報を発見しその情報をトポロジーテーブル２７に記録するトポロジー発見機能２４と、トポロジーテーブル２７に記録されたリンク情報からネットワークトポロジーグラフを作成し、各端末までの最短経路を計算する経路計算機能２５とを有する。

その他、経路制御機能２９は、本実施の形態では、Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量を抑制するＨｅｌｌｏ情報抑制機能２１と、Ｈｅｌｌｏインターバル（Ｈｅｌｌｏメッセージを送信する間隔）を調整するＨｅｌｌｏインターバル調整機能２２とを有する。

各通信端末は、起動すると前述のＯＬＳＲと同様にＨｅｌｌｏメッセージを無線到達範囲内にブロードキャストして、その存在を他の通信端末に知らせる。

図３は、Ｈｅｌｌｏメッセージのパケットフォーマットを示す。このＨｅｌｌｏメッセージのパケットは、「メッセージタイプ」、「有効期間」、「メッセージサイズ」、「作成ノードＩＤ」、「ＴＴＬ」、「ホップカウント」、「シーケンス番号」、「Ｓビット」、「広告間隔」、「Ｗｉｌｌｉｎｇｎｅｓｓ」、および「隣接ノード ＩＰアドレス」で構成される。

「メッセージタイプ」は、そのメッセージの種類（この場合は、Ｈｅｌｌｏメッセージ）を示す。「有効期間」は、そのメッセージが送信されてから有効である時間を示す。「メッセージサイズ」はメッセージの長さ、「作成ノードＩＤ」は、そのメッセージを作成した端末のノードＩＤを示す。「ＴＴＬ（Time To Live）」は、メッセージを転送する最大ホップ数を示し、Ｈｅｌｌｏメッセージでは１（つまり、転送しない）が入る。「ホップカウント」は、メッセージが転送される毎に１ずつ増やされる。「シーケンス番号」は、各メッセージを一意に識別するために割り当てられる識別番号であり、メッセージが作成されるたびに１ずつ増やされる。「Ｓビット」は、後述する「隣接ノード発見段階」において、隣接ノード情報を省略していることを示すフラグである。「広告間隔」は、メッセージを広告する時間間隔を示す。「Ｗｉｌｌｉｎｇｎｅｓｓ」は、メッセージやデータパケットの転送への積極性を示し、０〜７の値を持ち、値が高いほどパケットの転送ノードとして他のノードから選ばれやすい。「隣接ノード ＩＰアドレス」は、自分が有効なＨｅｌｌｏメッセージを受信した相手端末のＩＰアドレスである。

上記のパケットフォーマットで非特許文献１と異なる点は、「Ｓビット」フラグを追加したことである。

次に、図４および図５を参照して、本実施の形態の動作を説明する。

図４は、通信端末１１の動作シーケンスを示す概略フローチャートである。図４において、通信端末１１は、（１）隣接ノード発見段階（ステップＳｔ１）、（２）その終了判定（ステップＳｔ２）を経て、（３）経路確立段階（ステップＳｔ４）へと移行すると共に、（４）その終了判定（ステップＳｔ４）を経て、（５）定常状態（ステップＳｔ５）へと移行する。以下、その詳細を順次説明する。

（１）隣接ノード発見段階（ステップＳｔ１）
通信端末１１は、この段階では、Ｈｅｌｌｏメッセージを、Ｈｅｌｌｏインターバル調整機能２２により、あらかじめ決められた第１のＨｅｌｌｏインターバルＩｓ＃１毎に送信する。この段階を「隣接ノード発見段階」と呼ぶ。通常のＯＬＳＲでは、他の端末のＨｅｌｌｏメッセージを受信した端末は、隣接ノードの情報を隣接ノードテーブル２６に保存し、次回送信するＨｅｌｌｏメッセージに記録された隣接ノードのＩＰアドレスのリスト（隣接ノード ＩＰアドレス）を入れて送信する。

しかし、本実施例では、通信端末１１は、隣接ノード発見段階においては、Ｈｅｌｌｏ情報抑制機能２１により、「Ｓビット」フラグを立てて隣接ノードのＩＰアドレス情報を省略したＨｅｌｌｏメッセージを送信する。これにより、通常のＯＬＳＲに比べ、非常に短いＨｅｌｌｏメッセージの交換で済むため、通常より早いＨｅｌｌｏインターバル（第１のＨｅｌｌｏインターバル）Ｉｓ＃１で、全隣接ノードとのＨｅｌｌｏメッセージの交換を終えることが可能となる。

（２）隣接ノード発見段階の終了判定（ステップＳｔ２）
通信端末１１は、前回のＨｅｌｌｏインターバルまでに発見した隣接ノード数と、前回のＨｅｌｌｏインターバルから今回のＨｅｌｌｏインターバルまでの間に発見した隣接ノード数に変化が見られなかった、もしくは事前に設定された閾値以下であった場合に、ほぼ全ての隣接ノードを発見し終えたと判断し、次の経路確立段階へ移行する。または、あらかじめ決められた回数の第１のＨｅｌｌｏインターバルが終了した場合に移行することも可能である。

（３）経路確立段階（ステップＳｔ３）
通信端末１１は、隣接ノード発見段階を終えた後、発見した（Ｈｅｌｌｏを受信した）隣接ノード数から、Ｈｅｌｌｏインターバル調整機能２２により、第２のＨｅｌｌｏインターバルを計算する。計算式は、例えば以下のようになる。

Ｉｓ＃２＝Ｓ×Ｎ／（Ｂ×Ｐｒ）
Ｉｓ＃２：第２のＨｅｌｌｏインターバル［秒］
Ｓ：隣接ノード情報を全て含むＨｅｌｌｏメッセージのサイズ［ｂｉｔ］
Ｎ：発見された隣接ノード数
Ｂ：無線帯域［ｂｉｔ／ｓｅｃ］
Ｐｒ：経路確立段階で経路制御に利用可能な帯域の割合（０＜Ｐｒ＜１）

経路確立段階で経路制御に利用可能な帯域の割合Ｐｒは、一例として、０．３（３０％）に設定される。

第２のＨｅｌｌｏインターバルは、あらかじめ設定された値に設定することも可能である。この場合の設定値は、第１のＨｅｌｌｏインターバルＩｓ＃１より長く、通常のＨｅｌｌｏインターバルよりも短い範囲内で設定される。

各端末は、「Ｓビット」フラグを立てないで、隣接ノード発見段階で発見した隣接ノード情報をＨｅｌｌｏメッセージに入れ、第２のＨｅｌｌｏインターバルＩｓ＃２に従って送信を行う。隣接ノード情報の入ったＨｅｌｌｏメッセージ（フルＨｅｌｌｏ）を受信した端末は、ＭＰＲの選択を行い、ＴＣメッセージの送信などを行う。他の端末から受信したＴＣメッセージのリンク情報は、トポロジーテーブル２７に保存される。

（４）経路確立段階の終了判定（ステップＳｔ４）
通信端末１１は、経路確立段階において、あらかじめ設定された回数の第２のＨｅｌｌｏインターバルが終了した時点で、次の定常状態へ移行する。

（５）定常状態への移行（ステップＳｔ５）
経路確立段階を終了した通信端末１１は、あらかじめ設定された定常状態のＨｅｌｌｏインターバル、もしくは隣接ノード数などから計算されたインターバルで、Ｈｅｌｌｏメッセージの送信を行う。計算式は、例えば以下のようになる。

Ｉｎ＝Ｓ×Ｎ／（Ｂ×Ｐｎ）
Ｉｎ：定常状態のＨｅｌｌｏインターバル［秒］
Ｓ：隣接ノード情報を全て含むＨｅｌｌｏメッセージのサイズ［ｂｉｔ］
Ｎ：発見された隣接ノード数
Ｂ：無線帯域［ｂｉｔ／ｓｅｃ］
Ｐｎ：定常状態で経路制御に利用可能な帯域の割合（０＜Ｐｎ＜Ｐｒ）

定常状態で経路制御に利用可能な帯域の割合Ｐｎは、通常、前述した経路確立段階で経路制御に利用可能な帯域の割合Ｐｒよりも小さく設定される。一例として、Ｐｒ＝０．３（３０％）の場合、Ｐｎ＝０．１（１０％）に設定される。

上記のように、通信端末１１は、Ｈｅｌｌｏ情報抑制機能２１により、起動後のある期間または新しい隣接端末が発見された場合などにＨｅｌｌｏメッセージに含まれる情報の一部を抑制してメッセージ長を短く抑える。また、この通信端末１１は、Ｈｅｌｌｏインターバル調整機能２２により、Ｈｅｌｌｏメッセージ長が抑制される間、Ｈｅｌｌｏインターバルを短く調整し、Ｈｅｌｌｏメッセージ長の抑制解除後に通常より短い第２のＨｅｌｌｏインターバルを計算し、第２のＨｅｌｌｏインターバルの解除後、定常状態のＨｅｌｌｏインターバルに再設定する。

図５は、上記のＨｅｌｌｏインターバルと各段階の移行の様子を示す。図中のＩｓ＃１、Ｉｓ＃２、Ｉｎはそれぞれ第１のＨｅｌｌｏインターバル、第２のＨｅｌｌｏインターバル、定常状態のＨｅｌｌｏインターバルをあらわしている。

非特許文献１に示される通常のＯＬＳＲでは、こうしたＨｅｌｌｏインターバルの調整は行われず、固定されたＨｅｌｌｏインターバルでＨｅｌｌｏメッセージが送信される。また、通常のＯＳＬＲでは、Ｈｅｌｌｏメッセージ中の隣接ノード情報が抑制されないため、送信されるＨｅｌｌｏメッセージの情報量が多くなり、結果的に隣接ノード発見のために長いＨｅｌｌｏインターバルが必要となる。

これに対し、本実施の形態では、前述のように調整されたＨｅｌｌｏインターバルでＨｅｌｌｏメッセージが送信される。

すなわち、隣接ノード発見段階では、「Ｓビット」フラグを立てて、隣接ノード情報（隣接ノードＩＰアドレス）が省略された短いメッセージ長のＨｅｌｌｏメッセージ（短いＨｅｌｌｏ）が、例えば帯域５０％を使用して第１のＨｅｌｌｏインターバルＩｓ＃１で送信される。これにより隣接ノードが発見される。

次いで、隣接ノード発見段階の終了判定を経て経路確立段階に移行すると、「Ｓビット」フラグを立てないで、隣接ノード発見段階で発見された隣接ノード情報を全て入れたＨｅｌｌｏメッセージ（フルＨｅｌｌｏ）が、例えば帯域３０％を使用して第２のＨｅｌｌｏインターバルＩｓ＃２で送信される。この段階では、さらに選択したＭＰＲの情報を全て含めたＨｅｌｌｏメッセージ（フルＨｅｌｌｏ）も、例えば帯域３０％を使用して第２のＨｅｌｌｏインターバルＩｓ＃２で送信される。これにより、経路が確立（収束）される。

次いで、経路確立段階が終了して収束後の定常状態に移行すると、定常状態のＨｅｌｌｏメッセージが、例えば帯域１０％を使用して定常状態のＨｅｌｌｏインターバルＩｎで送信される。

また、本実施の形態では、経路が確立され定常状態になっているネットワークに、新たな通信端末が現れた場合、その通信端末が他の端末への経路をすみやかに確立し、かつ、他の端末がその新端末への経路を速やかに確立するため、上記と同様の動作を行う。つまり、ネットワークに新たに参加した通信端末は、「Ｓビット」フラグを立てて第１のＨｅｌｌｏインターバルＩｓ＃１でＨｅｌｌｏメッセージを送信する。「Ｓビット」フラグが立ったＨｅｌｌｏメッセージを受信した他の端末は、自身も隣接ノード発見段階に入り、「Ｓビット」フラグを立てて隣接ノード情報を抑制したＨｅｌｌｏメッセージを、第１のＨｅｌｌｏインターバルＩｓ＃１で送信する。この場合の移行も、上記の説明と同様に経路確立段階を経て定常状態まで動作が行われる。これにより、新たにネットワークに参加した端末との通信経路確立が速やかに行われる。

従って、本実施の形態によれば、従来例と比べ、次のような効果が得られる。

従来の無線マルチホップネットワークにおけるプロアクティブ型ルーティング方式では定期的なＨｅｌｌｏメッセージ交換を前提とするため、帯域の狭い無線ネットワークに多数の端末が存在する場合などにおいては、輻輳を避けるため非常に長いＨｅｌｌｏインターバルでＨｅｌｌｏメッセージを送信しなければならない。一斉に全通信端末が起動した場合や新たな端末がネットワークに参加した場合など、全通信端末間で通信可能な状態になるまでには少なくともＨｅｌｌｏインターバルと同等以上の時間が必要となるため、起動後もしくは参加後すぐに通信を開始することができない。

これに対し、本実施の形態による無線マルチホップネットワークの通信経路制御方法では、起動後のある期間または新しい隣接端末が発見された場合などにＨｅｌｌｏメッセージに含まれる情報の一部を抑制してＨｅｌｌｏメッセージ長を短く抑え、Ｈｅｌｌｏインターバルを通常のＨｅｌｌｏインターバルよりも短くして送信するステップ（隣接ノード発見段階）と、Ｈｅｌｌｏメッセージ長の抑制解除タイミングを決定するステップと、Ｈｅｌｌｏメッセージ長の抑制解除後に第２のＨｅｌｌｏインターバルを計算し、第２のＨｅｌｌｏインターバルでＨｅｌｌｏメッセージを送信するステップ（経路確立段階）と、第２のＨｅｌｌｏインターバルを解除し、定常状態のＨｅｌｌｏインターバルに再設定するステップ（定常状態への移行）とを有している。

これによれば、起動後のある期間または新しい隣接端末が発見された場合などにＨｅｌｌｏメッセージに含まれる情報の一部を抑制してメッセージ長を短く抑え、代わりにＨｅｌｌｏインターバルを短くして送信することにより、隣接端末の発見を優先する。更に、Ｈｅｌｌｏメッセージ長の抑制解除後に通常より短い第２のＨｅｌｌｏインターバルを計算し、第２のＨｅｌｌｏインターバルでＨｅｌｌｏメッセージを送信することにより隣接端末情報の交換を速やかに行う。最後に、隣接端末情報の交換のための第２のＨｅｌｌｏインターバルを解除し、定常状態のＨｅｌｌｏインターバルに再設定する。

その結果、通信端末が多数存在し一斉に起動する場合、もしくは、新たな通信端末がネットワークに参加した場合などにおいて、Ｈｅｌｌｏメッセージの交換のためのネットワーク負荷を抑え、経路の収束を早くすることにより、端末が通信可能となるまでの時間を短縮することができる。

以上、本発明の実施の形態を詳細に説明したが、本発明は、代表的に例示した上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者であれば、特許請求の範囲の記載内容に基づき、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の態様に変形、変更することができる。これらの変形例や変更例も本発明の権利範囲に属するものである。

例えば、前述した本発明の実施の形態による通信端末１１が有している各機能の少なくとも一部を、記録媒体上のプログラムコードを用いて通信端末１１に内蔵されるプロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）に実現させてもよい。この場合、かかるプログラムコードと、これを記録する記録媒体とは、本発明の範疇に含まれる。この場合のプログラムコードは、オペレーティングシステムや通信プログラム或いはその他のアプリケーションプログラム等と共同して上記機能が実現される場合は、それらのプログラムコードも含まれる。また、記録媒体としては、プロセッサに内蔵又は接続されたＲＯＭ（Read Only Memory）等の半導体メモリで構成してよく、その他、プロセッサにバスを介して通信可能に接続されたディスク型記録媒体（磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等）、テープ型記録媒体（磁気テープ等）、カード型記録媒体等、いずれのタイプでも用いることができる。また、プログラムコードは、通信端末に通信可能に接続された無線マルチホップネットワーク上の他の通信端末やサーバ装置等のコンピュータ機からそのネットワークを介してダウンロードして使用するタイプのものでも適用可能である。

本発明は、複数の通信端末で構成される無線マルチホップネットワーク、通信端末、これらで用いる通信経路制御方法、通信経路制御装置、通信経路制御プログラムおよびこれを記録した記録媒体等の用途に利用可能である。

Claims (15)

1. 複数の通信端末間で無線により隣接ノード発見用の制御メッセージであるＨｅｌｌｏメッセージを含む制御パケットを交換して該複数の通信端末をノードとするマルチホップネットワークを形成し、そのマルチホップネットワークのトポロジー情報を保持し、そのトポロジー情報に基づいて前記複数の通信端末間で送受信されるパケットの通信経路を制御する無線マルチホップネットワークの通信経路制御方法において、
   前記Ｈｅｌｌｏメッセージを所定の送信インターバルで送信する際、該Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量を抑制するステップと、
   前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量が抑制される間、前記送信インターバルを、定常状態のＨｅｌｌｏメッセージの送信インターバルより短い送信インターバルに設定するステップとを有することを特徴とする無線マルチホップネットワークの通信経路制御方法。
2. 前記Ｈｅｌｌｏメッセージにより発見される隣接ノード数に応じて、前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量抑制解除後の送信インターバルを調整するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方法。
3. 前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量抑制中に発見された隣接ノード数の状態を監視し、その状態値があらかじめ設定された閾値以下になった場合に前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量抑制を解除するステップと、
   前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量抑制の解除後に前記送信インターバルを調整するステップとをさらに有することを特徴とする請求項１記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方法。
4. 前記マルチホップネットワークに新しく参加したノードから前記Ｈｅｌｌｏメッセージを受信した場合、該Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量を抑制するステップと、
   前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量が抑制される間、前記送信インターバルを、定常状態の送信インターバルより短い送信インターバルに再設定するステップとをさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方法。
5. 複数の通信端末間で無線により隣接ノード発見用の制御メッセージであるＨｅｌｌｏメッセージを含む制御パケットを交換して該複数の通信端末をノードとするマルチホップネットワークを形成し、そのマルチホップネットワークのトポロジー情報を保持し、そのトポロジー情報に基づいて前記複数の通信端末間で送受信されるパケットの通信経路を制御する無線マルチホップネットワークの通信経路制御方法において、
   前記Ｈｅｌｌｏメッセージを所定の送信インターバルで送信する際、前記Ｈｅｌｌｏメッセージに含まれる情報の一部を抑制してＨｅｌｌｏメッセージ長を短く抑制するステップと、
   前記Ｈｅｌｌｏメッセージ長が抑制される間、前記送信インターバルを定常状態の送信インターバルより短い第１の送信インターバルに設定するステップと、
   前記第１の送信インターバルで前記Ｈｅｌｌｏメッセージ長が短く抑制されたＨｅｌｌｏメッセージを送信するステップと、
   前記Ｈｅｌｌｏメッセージ長の抑制を解除するステップと、
   前記Ｈｅｌｌｏメッセージ長の抑制解除後に、前記送信インターバルを第２の送信インターバルに設定するステップと、
   前記第２の送信インターバルで前記Ｈｅｌｌｏメッセージを送信するステップと、
   前記第２の送信インターバルを解除するステップと、
   前記第２の送信インターバル解除後に、前記送信インターバルを定常状態の送信インターバルに設定するステップとを有することを特徴とする無線マルチホップネットワークの通信経路制御方法。
6. 前記第２の送信インターバルをＩｓ＃２［秒］とし、前記Ｈｅｌｌｏメッセージにより発見された隣接ノード数をＮとし、隣接ノード情報を全て含む前記ＨｅｌｌｏメッセージのサイズをＳ［ビット］とし、前記Ｈｅｌｌｏメッセージの無線帯域をＢ［ｂｉｔ／ｓｅｃ］とし、経路制御に利用可能な帯域の割合をＰｒ（０＜Ｐｒ＜１）としたとき、
   前記第２の送信インターバルは、
   Ｉｓ＃２＝Ｓ×Ｎ／（Ｂ×Ｐｒ）
   の式で計算されることを特徴とする請求項５記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方法。
7. 前記定常状態の送信インターバルをＩｎ［秒］とし、前記Ｈｅｌｌｏメッセージにより発見された隣接ノード数をＮとし、隣接ノード情報を全て含む前記ＨｅｌｌｏメッセージのサイズをＳ［ビット］とし、前記Ｈｅｌｌｏメッセージの無線帯域をＢ［ｂｉｔ／ｓｅｃ］とし、経路制御に利用可能な帯域の割合をＰｎ（０＜Ｐｎ＜Ｐｒ）としたとき、
   前記定常状態の送信インターバルは、
   Ｉｎ＝Ｓ×Ｎ／（Ｂ×Ｐｎ）
   の式で計算されることを特徴とする請求項６記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方法。
8. 前記Ｈｅｌｌｏメッセージに含まれる情報の一部は、隣接ノードのＩＰアドレス情報であることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方法。
9. 複数の通信端末間で無線により隣接ノード発見用の制御メッセージであるＨｅｌｌｏメッセージを含む制御パケットを交換して該複数の通信端末をノードとするマルチホップネットワークを形成し、そのマルチホップネットワークのトポロジー情報を保持し、そのトポロジー情報に基づいて前記複数の通信端末間で送受信されるパケットの通信経路を制御する無線マルチホップネットワークで用いる通信端末において、
   前記Ｈｅｌｌｏメッセージを所定の送信インターバルで送信する際、該Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量を抑制するＨｅｌｌｏ情報抑制手段と、
   前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量が抑制される間、前記送信インターバルを、定常状態のＨｅｌｌｏメッセージの送信インターバルより短い送信インターバルに設定するＨｅｌｌｏインターバル設定手段とを有することを特徴とする無線マルチホップネットワークで用いる通信端末。
10. 前記Ｈｅｌｌｏインターバル設定手段は、前記Ｈｅｌｌｏメッセージにより発見される隣接ノード数に応じて、前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量抑制解除後の送信インターバルを調整することを特徴とする請求項９記載の無線マルチホップネットワークで用いる通信端末。
11. 前記Ｈｅｌｌｏ情報抑制手段は、前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量抑制中に発見された隣接ノード数の状態を監視し、監視された隣接ノード数の状態値があらかじめ設定された閾値以下になった場合に前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量抑制を解除し、
    前記Ｈｅｌｌｏインターバル設定手段は、前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量抑制の解除後に前記送信インターバルを調整することを特徴とする請求項９記載の無線マルチホップネットワークで用いる通信端末。
12. 前記Ｈｅｌｌｏ情報抑制手段は、前記マルチホップネットワークに新しく参加したノードから前記Ｈｅｌｌｏメッセージを受信した場合、該Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量を抑制し、
    前記Ｈｅｌｌｏインターバル設定手段は、前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量が抑制される間、前記送信インターバルを、定常状態の送信インターバルより短い送信インターバルに再設定することを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の無線マルチホップネットワークで用いる通信端末。
13. 複数の通信端末間で無線により隣接ノード発見用の制御メッセージであるＨｅｌｌｏメッセージを含む制御パケットを交換して該複数の通信端末をノードとするマルチホップネットワークを形成し、そのマルチホップネットワークのトポロジー情報を保持し、そのトポロジー情報に基づいて前記複数の通信端末間で送受信されるパケットの通信経路を制御する無線マルチホップネットワークにおいて、
    前記複数の通信端末は、
    前記Ｈｅｌｌｏメッセージを所定の送信インターバルで送信する際、該Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量を抑制するＨｅｌｌｏ情報抑制手段と、
    前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量が抑制される間、前記送信インターバルを、定常状態のＨｅｌｌｏメッセージの送信インターバルより短い送信インターバルに設定するＨｅｌｌｏインターバル設定手段とを有することを特徴とする無線マルチホップネットワーク。
14. 複数の通信端末間で無線により隣接ノード発見用の制御メッセージであるＨｅｌｌｏメッセージを含む制御パケットを交換して該複数の通信端末をノードとするマルチホップネットワークを形成し、そのマルチホップネットワークのトポロジー情報を保持し、そのトポロジー情報に基づいて前記複数の通信端末間で送受信されるパケットの通信経路を制御する無線マルチホップネットワークの通信経路制御装置において、
    前記Ｈｅｌｌｏメッセージを所定の送信インターバルで送信する際、該Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量を抑制するＨｅｌｌｏ情報抑制手段と、
    前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量が抑制される間、前記送信インターバルを、定常状態のＨｅｌｌｏメッセージの送信インターバルより短い送信インターバルに設定するＨｅｌｌｏインターバル設定手段とを有することを特徴とする無線マルチホップネットワークの通信経路制御装置。
15. 複数の通信端末間で無線により隣接ノード発見用の制御メッセージであるＨｅｌｌｏメッセージを含む制御パケットを交換して該複数の通信端末をノードとするマルチホップネットワークを形成し、そのマルチホップネットワークのトポロジー情報を保持し、そのトポロジー情報に基づいて前記複数の通信端末間で送受信されるパケットの通信経路を制御する無線マルチホップネットワークの通信経路制御プログラムにおいて、
    コンピュータに、
    前記Ｈｅｌｌｏメッセージを所定の送信インターバルで送信する際、該Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量を抑制する手順と、
    前記Ｈｅｌｌｏメッセージの情報量が抑制される間、前記送信インターバルを、定常状態のＨｅｌｌｏメッセージの送信インターバルより短い送信インターバルに設定する手順とを実行させることを特徴とする無線マルチホップネットワークの通信経路制御プログラム。

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