CN1658586A - 分组传送系统、无线基站以及分组传送路径最佳化方法 - Google Patents

分组传送系统、无线基站以及分组传送路径最佳化方法 Download PDF

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Abstract

本发明实现可在保持路径最佳化的同时，避免网络局部负荷集中的分组传送。在由多个无线网桥构成的分组传送自组系统中，使用把上述多个无线网桥中的2个或2个以上无线网桥作为根(Root)站的树形传送路径，无线网桥的各方具有使各根站和与该根站对应的树形传送路径的识别信息相关联的树表，当接收到分组时，判别在该分组的传送中使用的树形传送路径，把上述分组传送到在所判别的树形传送路径上成为下一节点的无线网桥。

Description

分组传送系统、无线基站以及分组传送路径最佳化方法
技术领域
本发明涉及实现多个网络分段间的无线分组通信的分组传送技术，具体涉及可在网络内构筑把多个无线基站作为根(Root)站的树形传送路径来保持路径最佳化的同时，防止局部负荷集中的分组传送系统和无线基站以及分组传送时的路径最佳化。
背景技术
有一种通过由无线信道连接多个终端、并使终端自身具有分组传送功能来在终端之间建立相互连接的网络，这样的网络被称为无线自组网或无线多跳网。在这种网络中，无需特定控制站，终端自身自主分散地构成局域网。在无线自组网中，即使在不能直接通信的终端之间，也可以通过使位于其间的第3终端进行分组中继，在不提高各无线通信终端的发送功率的条件下，扩大通信范围。作为无线自组网的互联网标准，制定了对分组传送时的路径进行控制的若干协议(例如，参照非发明专利文献1)。
另一方面，在有线网络中，使用网桥进行分组传送。公知有一种分组传送方式(例如，参照非发明专利文献2)，该方式通过把特定的一个网桥或基站设定成根(Root)站，利用树连接协议来形成树形传送路径，这样，不仅可避免环路的形成，而且可提高承受故障的能力。该方法如图1所示，从成为根站的网桥1生成非环路的树形传送路径，把多个接口和分组的传送目的地相互对应地登录到学习表内。
为了把使用上述有线网桥的分组传送应用于无线分组网的分组传送，需要具有每个传送目的地地址的无线接口。然而，如果使其具有多个接口，则分别需要天线和调制解调电路，由此会增加成本。
因此，(例如，参照发明专利文献1)，提出了一种通过把通信对方地址视为假想接口，而假设具有多个无线接口，以实质上为一个的无线接口，把有线网络的扩展树传送方法应用于无线分组网的分组传送的方法。在该方法中，各无线基站具有把对方目的地地址和传送目的地构成相互对应的地址表，接收到分组的无线基站，参照地址表，向对应对方目的地地址的传送目的地传送分组。
并且，为了消除无效的传送路径，(例如，参照发明专利文献2)，提出了这样一种方法，该方法利用即使在自身不是通信对方的情况下，只要在通信范围内，也能够接收到分组的这样一种无线的特征，对在树状传送路径上朝接近本站的方向所传送的分组进行监视，生成把由该分组的发送源地址所表示的无线终端和由发送站地址所表示的无线基站构成相互对应的表，由此来缩短途中的路径。
而且，(例如，参照发明专利文献3)，还提出了一种在形成树形传送路径时，判断来自无线基站的信号的接收电平是否大于等于阈值，在信号的接收电平低的情况下，通过不扩展信道来实现通信质量的提高。
另外，在无线自组网中，在进行分组传送时，以及在使用树形传送路径的情况下形成树时，需要在短时间内检索出最佳路径。与有线通信路径相比较，使用无线的通信路径其网络状况容易发生变化，为了考虑无线状况的变化来选择最佳路径，(例如，参照发明专利文献4)，公知有一种把邻近的无线终端(无线基站)间的误码率和传送速度设定为加权值。这种方法在进行路径检索时，通过将对应无线终端间的链路而设定的加权值依次相加，来决定最佳路径。
[非发明专利文献1]S.Corson，J.Macker，“Mobile Ad hocNetworking(MANET)：Routing Protocol Performance Issues andEvaluation Considerations”Internet标准RFC2501，January 1999
[非发明专利文献2]ISO/IEC 10038，ANSI/IEEE Std802.ID，“Information technology-Telecommunications and informationexchange between systems-Local area networks-Media accesscontrol(MAC)bridges”，1993
[发明专利文献1]特开2000-69046号公报
[发明专利文献2]特开2000-78147号公报
[发明专利文献3]特开2003-188811号公报
[发明专利文献4]特开2003-152786号公报
在非发明专利文献1公开的通信方式中，加入网络的所有终端必须具备分组传送功能。反而言之，功能差的终端不能加入网络，因此，为了增加功能，将会导致设备的增大和成本的增加。
把非发明专利文献2的有线分组传送方法应用于无线分组网的发明专利文献1的方法，在一个网络中只能具有一个树形传送路径。因此，如图2所示，在把分组从无线终端(Station)S向无线终端(Station)D传送的情况下，沿着把Bridge(网桥)a作为根站的虚线的路径，按照网桥x7、网桥x8、网桥a、网桥x3、网桥x4的顺序传送分组。这样，不仅产生无效的传送路径，而且负荷集中在树的根(Root)的部分。
发明专利文献2公开的分组传送方法虽然可以通过对向本站接近的分组进行监视，来简化途中路径，然而该方法也同样存在着负荷集中在成为根(Root)的单一无线基站上，网络整体的效率低下的问题。
在发明专利文献3公开的分组传送方法中，是以来自该无线基站的接收功率为基准，来判断在无线基站间是否进行信道扩展，然而无线环境容易变化，并且也需要具备根据环境而自动改变通信速度的无线接口。另外，还存在着不能算出将通信速度都考虑在内的链路成本、网络整体的传输效率低、网络的连接性低下的问题。
发明专利文献4公开的路径检索方法虽然考虑了无线环境，然而未考虑到对应分组的有效负载的长度而变化的对数据传送时间的额外消耗。
这样，在利用第3层的以往的传送方法中，不具备传送功能的终端装置不能加入网络，另一方面，利用MAC(Media Access Control：媒体接入控制)层网桥的传送方法，在无线中的应用还未成熟，不能避免由使用单一的树形传送路径而引起的对局部的负荷集中。
发明内容
因此，本发明的目的是，在自主分散的无线网络中，不管无线终端的功能高低，通过以最佳路径进行分组传送来分散负荷，提高网络整体的效率。
为了达到上述目的，避免在无线自组网中的负荷集中，实现分组传送的最佳化，在分组传送系统中，构筑和使用2个或2个以上树形传送路径。并且，在进行路径检索时，除了考虑网络的无线环境以外，还考虑分组的有效负载长度来实现分组传送路径的最佳化。
在前者的方法中，把无线网络内的2个或2个以上无线网桥作为根(Root)站，同时构成多个树形传送路径，在各节点，对所传送的各分组，可判别出应使用哪个树进行传送。由此来实现路径的最佳化和负荷分散。
在此情况下，通过使作为无线网桥行使功能的无线基站具有分组传送功能，并使功能低的终端与最近的无线基站连接，不管无线终端的功能如何，都能加入网络。也可以使具有分组传送功能的无线终端加入网络，使其自身作为无线网桥而行使功能。
在后者的方法中，不管树形传送路径的有无和数量，在分组传送时和/或树形传送路径形成时，通过使分组的有效负载长度反映在通信链路的成本上，决定与现实的分组传送对应的最佳路径。
具体地说，在本发明的第1侧面，提供一种分组传送系统，该分组传送系统由多个无线基站和1个或1个以上无线终端构成。在该分组传送系统中，使用把多个无线基站中的2个或2个以上无线基站作为根站的树形传送路径；各个无线基站具有把各根站与对应该根站的树形传送路径的识别信息建立关联的树表；当接收到分组时，判别传送该分组所使用的树形传送路径，把上述分组传送到在所判别出的树形传送路径上的成为下一中继站的无线基站。
作为在分组传送中使用的树形传送路径的判别方法，
(1)使各个无线基站具有使1个或1个以上无线终端和该无线终端所属的无线基站建立关联的定位表；当接收到分组时，参照定位表，根据接收到的分组内所包含的发送源地址或目的地地址，指定发送源或目的地的无线终端所属的无线基站，导出把所指定的无线基站作为根站的树形传送路径，传送上述分组。或者，
(2)使分组包含有在分组传送中使用的树形传送路径的ID信息或者成为该树形传送路径的根站的无线基站的地址信息；各个无线基站当接收到分组时，根据分组内所包含的上述树形传送路径的ID信息或者成为根站的无线基站的地址信息来判别传送分组所使用的树形传送路径。
在分组传送系统中使用的树形传送路径是根据反映了接收信号的功率水平、误码率、延迟等无线信道状况的链路成本而生成的。
在本发明的第2侧面，提供一种构成利用无线分组网的分组通信系统的无线基站。无线基站具有：
(a)树表，将与在分组通信系统中使用的2个或2个以上树形传送路径相关的信息与成为该树形传送路径的根站的无线基站建立关联，进行存储；
(b)接收任意分组的分组接收部；
(c)树判别单元，根据接收到的分组，判别传送该分组所使用的树形传送路径；以及
(d)分组发送部，参照上述树表，把上述分组传送到所判别出的树形传送路径上的下一中继目的地。
在本发明的第3侧面，提供一种在由多个无线基站构成的无线网络中使分组传送路径最佳化的方法。该方法：
(a)对应与分组长度有关的多个不同基准，在上述各无线基站中，设定把目的地地址与传送路径各自对应进行记录的多个树形传送路径；
(b)在上述多个无线基站中的任意无线基站，当接收到本站以外的分组时，判断该分组的分组长度；
(c)根据上述判断结果，参照上述多个路由选择表中的任何一个来指定下一传送地址，把上述分组传送到上述下一传送地址。
根据该方法，在总是变化的无线环境中，由于不仅考虑链路的传送速度，而且还考虑分组长度来决定路径，因而能够以降低了额外消耗的最佳路径进行分组传送。
并且，可在使用把多个站作为根(Root)站的树形传送路径来保持路径的最佳性的同时，防止负荷集中在网络的局部，可构筑自主分散的网络。
而且，由于在链路成本的计算中，考虑了无线信道的状态和分组的有效负载长度，所以可实现考虑到了网络环境和分组大小的路径的最佳化。
在本文中，术语“树形传送路径”(transmission tree)包括路由选择表、生成树(spanning tree)、和任何适当的路由选择手段。
附图说明
图1是表示使用以往的有线网络中的非环路树形传送路径的分组传送的图。
图2是表示使用以往的无线网络中的单一根站的树形传送路径的分组传送的图。
图3是表示本发明第1实施方式的分组传送系统的概要的图，是用于对把多个无线基站作为根站、使用多个树形传送路径的分组传送进行说明的图。
图4是表示网络上的各无线基站保持的树表的构成例的图。
图5是表示在图3的网络中使用的分组的地址部分的格式例的图。
图6是表示在第1实施方式中把多个站作为根站的树形传送路径的构成例的图。
图7是用于对判别在分组传送中使用的树形传送路径的第1方法进行说明的图，是表示各无线基站具有的定位表的构成例的图。
图8是表示各无线基站中的学习表的生成例的图。
图9是用于对判别在分组传送中使用的树形传送路径的第2方法进行说明的图，是表示分组的报头部分的追加字段的构成例的图。
图10是表示在树形传送路径的生成中使用的链路的成本明细的图。
图11是表示树形传送路径形成步骤的一例的图。
图12是表示第1实施方式的无线基站的构成例的图。
图13是用于对本发明第2实施方式的分组传送路径最佳化方法进行说明的图，是表示无线帧的构成例的图。
图14是用于对有效负载长度和最佳路径的关系进行说明的图。
图15是表示第2实施方式的无线基站的构成例的图。
图16是表示第2实施方式的与分组长度对应的路径控制的流程图。
图17是表示应用于第2实施方式的网络构成例的图。
图18(a)是表示短分组的传送路径一例的图，图18(b)是表示长分组的传送路径一例的图。
图19是记录了所有中继节点的路由选择表的一例，图19(a)是表示短分组表的图，图19(b)是表示长分组表的图。
图20是仅记录了下一跳的路由选择表的一例，图20(a)是表示短分组表的图，图20(b)是表示长分组表的图。
图21是表示第2实施方式的成本计算例的图。
图中：10A、10B、50…无线基站；11、51…信号接收发送部；12…树表；13A、13B…树判别部；16…定位表；20、60…成本计算部；56…分组长度判别部；57…短分组表(路由选择表)；58…长分组表(路由选择表)
具体实施方式
参照图3～图11，对本发明第1实施方式的分组传送系统进行说明。在第1实施方式中，为了实现分组传送的最佳化，在系统内构筑2个或2个以上树形传送路径。
图3是用于对本发明第1实施方式的分组传送系统的概要进行说明的图。在第1实施方式中，通过使网络具有把多个无线基站作为根站的树形传送路径，来提高网络整体的传输效率，实现传送路径的缩短。另外，作为实施方式，以把本发明应用于IEEE802.11标准的无线LAN的情况为例进行说明。
在图3中，Bridge(网桥)a～f表示无线基站，在各网桥间相互传送无线分组。Station A～E表示无线终端。无线网桥(基站)无论是移动式还是固定式均可。各无线基站可以在其下面具有一个或多个无线终端，下面的无线终端和无线网桥之间的连接无论是有线还是无线均可。在第1实施方式中，把构成网络的无线基站中的2个或2个以上无线基站作为根站，形成多个树形传送路径，然而在图3的例中，所有无线基站生成把本站作为根站的非环路树形传送路径。不过，考虑网络的大小和额外消耗，也可消除无用的树形传送路径。
网络上的各无线基站(网桥)具有：成为根站的无线基站；以及树表，使把该无线基站作为根站的树形传送路径的ID和树上的邻接网桥对应来进行存储。
图4表示图3的网桥d保持的树表作为树表的一例。对网络上的各根站，记录对应的树形传送路径的ID、以及在该树上邻接的无线基站(前站和下站)的地址。
在网络上使用多个树形传送路径的情况下，在各无线基站接收到分组时，需要判别使用哪个树形传送路径进行分组的中继。其中，例如考虑了以下2种方法。
(1)第1方法是使各无线基站具有定位表的方法，该定位表使网络上的无线基站和位于各自下属的无线终端相对应。各无线基站(网桥)根据在分组内写入的发送源终端的地址或者成为目的地的终端的地址，参照定位表，指定发送源的无线终端或目的地的无线终端所属的无线基站。然后，从树表中指定把所指定的无线基站作为根站的树，按照该树，把分组传送到下一无线基站。
(2)第2方法是，使发送源的无线终端或者第一个从发送源的无线终端接收到分组的无线基站，在分组内写入使用把哪个无线基站作为根站的树形传送路径的信息。在分组内可以写入树形传送路径ID，也可以写入成为该树形传送路径的根站的无线基站的地址。
这些方法的详细内容将在后面说明，根据第1或第2方法，当在各无线基站判别应使用的树形传送路径时，按照树表，可把分组传送到下一中继地址。通过在网络上使用多个树形传送路径，可更有效地进行路径的优化，实现路径的缩短。并且，可避免负荷集中到特定无线基站的周边，可提高网络整体的效率。
图5是表示在图3的网络上收发的分组的地址部分的格式一例的图。图5的上段是从无线终端(Station)发送到无线基站(Bridge)的分组的格式例，中段是在无线基站(Bridge)间传送的分组的格式例，下段是从无线基站(Bridge)发送到无线终端(Station)的分组的格式例。
发送源地址是表示最初生成和发送了分组的无线通信设备的地址的ID。目的地地址是表示成为分组的最终目的地的无线通信设备的地址的ID。发送站地址是为了在树上将分组进行中继而发送该分组的无线通信设备的地址ID。接收站地址是在树上将分组进行中继时，接收该分组的无线通信设备的地址ID。
“DS”表示无线通信设备，“To”表示接收侧，“From”表示发送侧。当“To DS”的值是0时，表示无线终端是接收侧，当是1时，表示无线基站是接收侧。当“From DS”的值是O时，表示无线终端是发送侧，当是1时，表示无线基站是发送侧。当“To DS”是1并且“From DS”是1时，表示分组在无线基站间被传送。通过把“To DS”字段和“From DS”字段插入到分组内，可判别分组是否在无线基站间进行中继中。
例如，在根据图3的构成发送从无线终端(Station)A发往无线终端(Station)E的分组的情况下，从无线终端(Station)A发送的分组，如图4的上段所示，包含以下作为地址信息，即：作为发送源地址的无线终端A的地址，作为目的地地址的无线终端E的地址，以及作为接收站地址的无线终端A当前所属的网桥a的地址。
将该分组从网桥a进行中继的网桥b，如图4的中段所示，传送除了发送源地址和目的地地址以外，还插入有作为发送站地址的自己地址、以及作为接收站地址的下一中继地址的网桥c的地址的分组。
图6是表示把本发明应用于与根据以往技术生成的图2的树形传送路径相同的网络拓扑的例的图。在传送从无线终端(Station)S到无线终端(Station)D的分组的情况下，如虚线箭头所示，由于可使用把网桥b作为根站的树形传送路径来传送分组，因而与图2所示，仅把一站作为根站的情况相比较，路径大幅缩短。在图6的例中，为了便于说明，把网桥a和网桥b这2个无线基站作为根站来生成树形传送路径，然而根据网络大小，可使用3个以上树形传送路径，更高密度地布置树。
下面，以图6的网络为例，对判别在分组传送中使用的树形传送路径的2例进行说明，即：(1)使各无线基站具有定位表的方法，该定位表使网络上的无线基站和下属的无线终端相对应；以及(2)把与树形传送路径有关的信息写入到分组内的第2方法。
图7是表示为实现上述第1方法而设定在各无线基站内的定位表的构成例的图。网络上的各无线基站将当前本站下属存在的无线终端的信息进行交换，生成定位表。在图7的例中，在各无线基站，网桥a的地址A和其下属存在的无线终端P相对应，网桥b的地址B和其下属存在的无线终端S和O相对应，网桥c的地址C和其下属存在的无线终端D相对应。尽管图示省略，然而对于其他无线基站，也可使其下属存在的无线终端相对应来记录。通过具有这种定位表，所有无线基站可把握当前哪个无线终端位于哪个无线基站的下属。
考虑了在图6的网络上把分组从无线终端S发送到无线终端D的情况。无线终端S把自己地址设定成发送源地址，把无线终端D的地址设定成对方地址，把所属的网桥b的地址B设定成接收站地址，发送分组。
网桥b在接收分组时，按照把本站作为根站的树形传送路径，把分组发送到下一中继地址。中继途中的任意网桥查看分组的地址部分，识别出该分组的发送源是无线终端S。然后，根据定位表，把握发送源的无线终端S当前所属的是网桥b。因此，从树表中导出把网桥b作为根站的树形传送路径，按照该树形传送路径把分组传送到下一节点(中继地址)。
网桥b在从下属的无线终端S接收分组时，按照树形传送路径把分组传送到网桥x7、x8、x9。网桥x7根据定位表和分组的地址信息，导出把网桥b作为根站的树形传送路径，把分组传送到后面的中继地址x4、x6。同样，网桥x8也判别树形传送路径，然而识别出在所判别的树形传送路径上没有下一中继地址，废弃该分组。在网桥x9进行与网桥x7相同的处理。通过按照树顺次进行该处理，分组到达网桥c，最终到达无线终端D。
当使用把发送侧的无线基站作为根站的树形传送路径时，在树的分支点，分组被传送到2个或2个以上网桥。在未指定目的地的广播发送的情况下，这也可以，然而在把特定无线终端作为目的地的单播的情况下，分组被发送到与最终目的地的无线终端没有关系的网桥，发生浪费。为了减少这种浪费，期望的是采用以下提出的构成中的至少一项。
(a)在指定有对方地址的单播的情况下，使用把目的地的无线终端所属的无线基站作为根站的树形传送路径。
(2)生成学习表，对于第2次以后的分组传送，将学习表并用来传送分组。
在(a)的采用把对方的无线基站作为根站的树形传送路径的构成中，在图6的例中，为了传送从无线终端(Station)S发往无线终端(Station)P的分组，使用目的地的无线终端P所属的网桥a的树形传送路径。中继途中的各无线基站根据接收到的分组的目的地地址以及定位表，判别把无线终端P所属的无线基站(网桥a)作为根站的树形传送路径。通过使用把对方侧的无线基站作为根站的树形传送路径，各无线基站可以倒着追溯树，把分组仅传送到单一的中继地址。在该例中，网桥b节省了在网桥x7和x8将分组进行中继的浪费，把分组仅传送到网桥x9。
这样，通过把目的地的无线终端所属的无线基站作为根站，可减轻网络负荷。另一方面，在未指定目的地的广播的情况下，或者在目的地的无线终端的所属地址不明的情况下，通过使用把发送源的无线终端所属的无线基站作为根站的树形传送路径，可使分组到达最终发送地址。
另外，对于位于网络末端的网桥，还考虑了不具有把本站作为根站的树形传送路径的情况。例如，图6的网桥c就是这样。在此情况下，各无线基站首先优先参照目的地地址(Station D)，在没有把目的地的无线终端所属的无线基站作为根站的树形传送路径的情况下，可以采用使用发送侧的无线基站的树形传送路径的构成。
然后，对于将学习表并用的构成(b)，在各无线基站，把从发送源地址表示的无线终端发送的分组从哪个无线基站发送来的情况记录在学习表内。对于学习表的生成，可采用公知方法。
图8是表示学习表一例的图。在图6的网络上，在发送从无线终端S发往无线终端D的分组的情况下，分组首先从无线终端S被发送到网桥b(箭头(1))，按照把网桥b作为根站的树形传送路径，经由网桥x7被传送到网桥x4(箭头(2))。在网桥x4，根据分组的发送源地址，知道是从无线终端S发送的分组，并且根据发送站地址，知道该分组是从网桥x7发送来的。因此，把该信息写入到学习表内(符号(3))。即，在学习表的Station栏内记入发送源的无线终端S的地址或ID，在Bridge栏内记入前一个网桥x7的地址或ID。分组从网桥x4经由网桥c到达目的地的无线终端D。
无线终端D响应于接收到的分组向无线终端S回复(箭头(4))。回复分组从网桥c被发送到网桥x4(箭头(5))。网桥x4根据分组的地址信息，识别出发送源是无线终端D，并且该分组是从网桥c传送来的，并将该情况记入到学习表内(符号(6))。
分组进一步从网桥x4经由网桥x7被传送到网桥b(箭头(7))。在网桥b，把网桥x7接收到从无线终端D发送的分组这一情况记录到学习表内(符号(8))，把该分组传送到无线终端S。
尽管省略说明，然而在上例中，在网桥x7和网桥c，每当接收分组时，都记录到学习表内。并且，在学习前最初传送分组的情况下，由于在分支地点，分组被传送到各自的分支地址，因而在分支地址的网桥(x3、x8等)，也同样记录到学习表内。
网桥b在接收到随后发往无线终端D的分组的情况下，从学习表的记录中知道无线终端D在网桥x7的方向。因此，把该分组仅传送到网桥x7，而不传送到网桥x8及其他分支地址。同样，在网桥x4，在接收到随后发往无线基站D的分组的情况下，把分组仅传送到网桥c，而不传送到其他分支地址。这样，即使在使用把发送侧的无线基站作为根站的树形传送路径的情况下，也能削减无用的分组。
另外，在根据第1方法使用定位表的情况下，当新的无线终端所属于各无线基站时，或者当无线终端移动而所属于别的无线基站时，无线基站按照树形传送路径，把通知无线终端所属于本站的分组进行广播发送。接收到通知分组的各无线基站把新的所属关系登录到定位表内。此时，各无线基站可以采用以下构成，即：使通知分组的发送源的无线基站和传送来该通知分组的前一个无线基站的地址相对应来写入到学习表内。
每当无线终端所属于任意无线基站时，与定位表的更新同时，通过也登录到学习表内，可更有效地进行树形传送路径上的路径选择。
下面，参照图9对判别树形传送路径的第2方法进行说明。在第2方法中，使所传送的分组包含使用把哪个无线基站作为根站的树形传送路径的信息。
图9(a)是在使用发送侧的根站的树形传送路径的情况下的分组的构成例，图9(b)是在使用目的地侧的根站的树形传送路径的情况下的分组的构成例。图9(a)的分组构成在单独采用第2方法的情况下使用，图9(b)的分组构成在与第1方法(定位表)组合起来使用的情况下是有效的。
在图6的网络中，考虑了把分组从位于网桥b的下属的无线终端S发送到位于网桥c的下属的无线终端D的情况。在此情况下，与第1方法不同，网络上的各无线基站不会知道哪个终端所属于哪个无线基站。因此，在发送侧嵌入在分组内使用的树形传送路径的ID或者成为根站的无线基站的地址信息。中继途中的各无线基站(网桥)根据分组内所包含的信息来判别应使用的树形传送路径，参照树表把分组传送到下一中继地址。
在图9(a)的例中，从无线终端S最初接收到分组的网桥b指定把本站作为根站的树形传送路径。在分组的追加字段内写入本站地址作为根站信息，或者写入把本站作为根站的树形传送路径ID作为树ID信息。另外，向追加字段的写入可以在无线终端S发送分组时进行。在此情况下，在追加字段内写入自身所属的无线基站(网桥b)的地址作为根站信息。
途中路径的网桥x7根据在分组的追加字段内写入的根站信息(或者树形传送路径信息)，识别出使用把网桥b作为根站的树形传送路径。然后，把作为树形传送路径上的下一中继地址的网桥x4的地址作为接收站地址写入到地址字段1内，把本站地址作为发送站地址写入到地址字段2内。
在无线基站位于树的分支点的情况下，根据树表把分组传送到各分支地址。因此，在第2方法中，将图8所示的学习表并用。使按照分组的发送源地址所指定的发送源的无线终端和按照接收站地址所指定的前一个网桥相对应，存储到学习表内。如上所述，在无线通信中，由于一般从目的地的无线终端接收接收确认响应和回复数据，因而当随后发往相同目的地的分组到来时，可以不从分支点进行组播，而是仅朝目的地的无线终端所在的方向传送分组。
在图9(b)的例中，在分组的追加字段内写入目的地的无线终端所属的无线基站的地址作为根站信息。在此情况下，前提是各无线基站具有定位表。从无线终端最初接收到分组的无线基站参照定位表，指定目的地的无线终端所属的无线基站。把所指定的无线基站的地址或者对应的树形传送路径的ID写入到分组的追加字段内，在倒着追溯所指定的树形传送路径的路径上，把分组传送到下一中继地址。中继途中的无线基站不参照定位表，而是可根据分组的地址信息，参照树表把分组传送到下一中继地址。
下面，参照图10和图11对树形传送路径的生成方法进行说明。在本发明的实施方式中，根据考虑了无线环境的成本计算来生成树形传送路径。
图10(a)表示在树形传送路径形成时使用的各网桥的成本一览例，图10(b)表示在IEEE802.1t规定的通信速度和链路成本的框架。以往，在有线网络中，在生成树形传送路径时，按照仅基于跳数或者图8(b)所示的固定通信速度的链路成本来生成树形传送路径。然而，在无线分组网中，由于调制方式根据无线信道的状况而改变，分组差错的发生也多，因而实际通信速度不是恒定值。并且，与没有干扰的有线网桥不同，对于无线，可不一定仅按照跳数来决定成本。
因此，在生成树形传送路径时，通过根据无线接口间的无线信道的状况和网络业务量的拥挤情况来变更链路成本，生成适合于状况的树形传送路径。
作为第1实施方式中的一例，在成本计算中使用从接近网桥接收的信号的功率水平和误码率。在图10(a)的成本一览中，“Bridge”栏是在要着眼的网桥的接近位置的网桥的ID。“Signal”栏表示来自接近网桥的接收功率水平。“Queue size”栏表示在树生成时通知给树生成分组的发送队列的大小，“Error Rate”栏表示分组的接收失败率(误码率)。根据分组的接收功率，判断在该接口间的链路上使用的调制方式，从而可求出通信速度来反映在链路成本上。
在使用这些参数进行要着眼的网桥和接近网桥之间的成本计算时，可使用将各参数在成本计算用方面规范化的值α、β、γ，按下式表示。
cost＝α×(Signal)+β×(Queue size)+γ×(Error Rate)
图11是表示树形传送路径形成一例的图。在图11中，虚线部分表示可物理通信的网桥之间的链路。例如，在网桥a成为根站而生成树的情况下，网桥a把树生成分组广播发送到接近基站(箭头(1))。在分组中具有记入成本的字段，从根站发送的分组的成本是零。
接收到分组的网桥b根据图10(a)作为一例表示的成本一览，算出网桥a和网桥b之间的成本“ab”，将其写入到树生成分组的成本记入字段内，发送到接近网桥(或者节点)(箭头(2))。
同样，接收到来自网桥a的分组的网桥c也算出网桥a和网桥c之间的成本“ac”，将其写入到树生成分组的成本记入字段内，发送到接近节点(箭头(3))。
接收到来自网桥b的树生成分组的网桥c把自己具有的根站(在此情况下是网桥a)之前的成本“ac”和接收到的分组的成本“ab+bc”进行比较，舍去成本高的路径。例如，在ac＜ab+bc的情况下，不使用在把网桥a作为根站的情况下的从网桥b到网桥c的路径。通过使网桥b(箭头(4))、网桥d(箭头(5))、网桥f(箭头(6))连接起来进行上述动作，可生成图11的实线所示的没有环路的树。
这种树形传送路径的生成，每隔一定时间，或者在具有传送功能的无线移动终端加入网络而作为无线网桥行使功能的情况等下，根据状况进行动态更新和生成。与所更新或生成的树形传送路径有关的信息被供给网络上的各无线基站，各无线基站更新树表。通过使无线信道的状态反映在通信链路的成本上，可构成适应于网络拓扑、通信业务量等的现状的树形传送路径。
图12是根据第1实施方式的无线基站的概略构成图。图12(a)是使用定位表的情况的构成例，图12(b)是利用分组内所包含的树形传送路径ID信息的情况的构成例。在任何例中，无线基站10A、10B具有：树表12，使与2个或2个以上树形传送路径有关的信息与各自树的根站相关联来进行存储；收发部11，进行分组的收发；以及树判别部13A、13B，根据接收到的分组判别所使用的树形传送路径。收发部11参照树表12，把分组传送到所判别的树形传送路径上的下一节点。
在图12(a)的例中，树判别部13A具有分组分析部15和定位表16，根据分组的发送源地址或目的地地址以及定位表16，决定应成为根站的无线基站，判别与该根站对应的树形传送路径。在此情况下，收发部11通过正向或反向追溯树形传送路径来指定下一传送地址，传送分组。
在图12(b)的例中，树判别部13B具有分组分析部15，取出分组内所包含的树形传送路径ID，判别应使用的树形传送路径。
无线基站10A、10B还具有成本计算部20。信道监视部22监视信道状况，根据信道状况来更新成本表21的成本值。在收发部11接收到树生成分组的情况下，参照成本表21，写入从前一跳到本站的成本，把树生成分组发送到邻近节点。在本站成为根站的情况下，收发部11抛弃最初的树生成分组。
另外，在图12中，为了简化图示，描绘成单一的接口和单一的收发部11，然而可以单独具有在无线网桥(无线基站)间进行收发的骨干系统、以及与下属的终端(Station)进行收发的接入系统的接口。
以上，以全面进行无线连接的无线网络为例对第1实施方式作了说明，然而可以采用有线进行无线基站(网桥)和终端装置的连接等、使局部包含有线的无线网络构成。并且，也可把具有传送功能的移动终端合适作为无线基站(网桥)来装入。在移动终端作为无线网桥加入了网络的情况下，由于动态生成反映了该时刻的无线信道状况的树形传送路径，因而可使用2个或2个以上树形传送路径更有效地实现路径的最佳化和防止负荷集中。
并且，以IEEE802.11标准的无线LAN为例作了说明，然而不限于此，也可以应用于WCDMA和下一代无线通信方式的无线网络。而且，通过使各无线基站具有接口和协议转换功能，即使是混有不同通信方式的网络的无线分组网，也能应用第1实施方式的方法。
也可将网络中使用的多个树形传送路径的一部分或全部集中成一个，减轻树保持的负荷。在此情况下，作为写入到分组的追加字段和树表内的信息，可使用所集中的树ID。
下面，参照图13～图21对本发明第2实施方式的分组传送路径最佳化方法进行说明。在第2实施方式中，为了在无线网络中决定最佳路径，在链路成本计算时，除了传送速度的值以外，还加进分组长度(更具体地说，分组的有效负载长度)。
图13是表示IEEE802.11a中的无线帧构成的图。在许多无线系统中，分组由固定长度的头和可变长度的有效负载构成。分组发送时的协商时间和头部分的发送时间成为针对实际数据传送时间的额外消耗。该额外消耗根据传送速度和有效负载长度而变化，理想的是，在分组传送时额外消耗少。
在图13的例中，每当发送一帧时，在被称为SIFS(Short Inter FrameSpacing：短帧间间隔)的短等待时间之后，接收作为确认响应的Ack帧，经过用于选择补偿时间的CW(Contention Window：)期间，发送下一帧。现在，令有效负载为x字节，数据速率为kMbps，则帧中的报头传送时间约20μs，有效负载的传送时间为8x/k[μs]，SIFS约16μs，Ack传送时间为(16+134/k)μs左右，CW期间为101.5μs左右。即，1帧所需要的传送时间约为[(20+16+16+101.5)+(8x+134)/k]μs。
表示数据传送速度的k(兆位)的值根据按照无线基站(接入点)间的电波环境所采用的调制方式和编码率而不同。例如，在电波强的情况下，位速率高，当电波弱时，位速率低。在图13的例中，根据无线环境来设定6Mbps和27Mbps的传送速度。为便于说明，仅使用2种传送速度，然而当然也可设定3种以上传送速度。
在分组的有效负载是1000字节的情况下(x＝1000)，按照上述计算式，在6M模式时的分组传送所需时间约1510μs，在27M模式时约454μs。
在分组的有效负载是100字节的情况下(x＝100)，在6M模式时的分组传送时间约310μs，在27M模式时约189μs。
如图14所示，根据无线基站(接入点)间的无线状况，考虑了以6Mbps的数据速率进行单跳传送的情况，以及以27Mbps的数据速率进行两跳传送的情况。
当有效负载是1000字节时，当在6Mbps的传送路径上进行单跳传送时，1帧传送所花时间约1510μs×单跳＝1510μs。将其换算成数据速率，约5.3Mbps。
当在27Mbps的传送路径上将相同1000字节的有效负载进行两跳传送时，1帧传送所需时间约454μs×两跳＝908μs，换算成数据速率，约8.6Mbps。即，有效负载长度大的分组(长分组)，即使跳数多，选择发送位速率高的路径也是有利的。
另一方面，当有效负载是100字节时，当在6M模式进行单跳传送时，1帧传送所花时间约310μs×单跳＝310μs，换算成数据速率，约2.6Mbps。当在27M模式进行两跳传送时，1帧传送所需时间约189μs×两跳＝378μs，换算成数据速率，约1.9Mbps。
即，有效负载长度小的分组(短分组)，由于头等的传送所需额外消耗的比率高，因而即使是低位速率，跳数少的路径也是有利的。
这样，在无线网络中进行自适应调制和编码的情况下，最佳路径根据所传送的分组的有效负载长度而不同。因此，在第2实施方式中，使构成无线网络的无线基站具有分组长度判别部、以及描述了与分组长度对应的最佳路径的多个路由选择表，作为路径选择基准，除了传送速度以外，还加进分组长度。
图15是根据第2实施方式的无线基站的概略方框图。无线基站50具有：收发部51，收发分组；分组长度判断部56，当接收到中继分组时，判断分组长度或者有效负载长度；短分组表57，把在分组长度小于等于规定基准的情况下的路径与目的地建立关联，进行存储；以及长分组表58，把在分组长度大于规定基准的情况下的路径与目的地建立关联，进行存储。收发部51根据分组长度判断部判断的分组长度，参照短分组表57或长分组表58中的任何一方，把中继分组传送到下一节点。
在图15中，作为多个路由选择表的例，表示了短分组表57和长分组表58，然而可以根据按分组长度区分具有2个或2个以上的表。另外，这些路由选择表是分组传送系统中使用的多种树形传送路径的示例或一部分。
成本计算部60在接收到路径检索分组和树生成分组等的链路成本请求分组的情况下，使用短分组用和长分组用这2种计算与本站和前一站的节点之间的传送速度对应的链路成本。然后，把所计算的2种链路成本写入到路径检索分组和树生成分组内，发送到接近节点。无线基站50根据从系统的最终成本信息中选择的路径，合适更新短分组表57和长分组表58。
这种无线基站50与第1实施方式相同，无论是移动站还是固定站都可以。
图16是表示第2实施方式的无线基站的动作的流程图。无线基站当接收分组时(步骤S1001)，在分组分析部55判断接收到的分组是否是本节点地址(步骤S1002)。在是发往本节点的分组的情况下(在步骤S1002为“是”)，由于没有传送的必要，因而在该无线基站进行处理(步骤S1004)。在分组的目的地是另一节点的情况下(在步骤S1002为“否”)，分组判断部56判断分组长度或者有效负载长度是否小于等于规定基准值，例如100字节(步骤S1003)。在小于等于规定基准值的情况下(在步骤S1003为“是”)，无线基站参照短分组表57，选择与目的地相关联的路径，把分组传送到下一节点(步骤S1005)。在分组长度或者有效负载长度超过规定基准值的情况下(在步骤S1003为“否”)，无线基站参照长分组表58，选择与目的地相关联的路径，把分组传送到下一节点(步骤S1006)。
图17表示采用第2实施方式的分组传送路径最佳化方法的网络构成例。网络包含无线基站A～F，可在由虚线连接的2个节点间进行通信。无线基站A～F作为无线网桥，具有进行分组中继和传送的功能。另外，尽管未作图示，然而可以在各无线基站的下属使不具有中继功能的终端装置连接。
图18(b)是表示在图17的网络中，把无线基站E作为目的地的短分组的传送路径例的图。如上所述，短分组的传送，由于头等的传送所花额外消耗的比率高，因而发送次数(跳数)少的路径是有利的。在传送从无线基站A到E的分组的情况下，可在A→F→E的路径上把跳数抑制得较小。在传送从无线基站B到E的分组的情况下，采用B→C→E，减少跳数来传送。从D到作为接近节点的E直接传送。
图18(b)是表示在图17的网络中，把无线基站E作为目的地的长分组的传送路径例的图。在长分组的情况下，由于针对数据发送时间的额外消耗比率小，因而即使跳数增加，选择发送位速率高的路径也是有利的。在把分组从无线基站A传送到E的情况下，选择发送位速率高的区间，选择总发送时间最小的A→B→C→D→E的路径。在从无线基站F传送到E的情况下，在图18(b)的例中，选择F→E的路径。不过，根据无线状况，例如F→D→E的路径的传送时间短(即位速率高)的情况下，选择后者的路径。
图19是无线基站A具有的路由选择表的一例。图19(a)表示短分组表的例，图19(b)表示长分组表的例。各自与目的地地址对应，描述了目的地之前的所有中继节点。
图20是无线基站A具有的路由选择表的另一例。图20(a)表示短分组表，图20(b)表示长分组表，各自与目的地地址对应，描述了应传送的下一节点。
图21是表示用于生成图19和图20所示的路由选择表的链路成本计算例的图。根据当前的无线状况，针对各节点间的链路设定有6Mbps或27Mbps的传送速度。
在把分组从无线基站A传送到E的情况下，无线基站A把例如路径检索分组发送到接近节点。节点F和节点B接收路径检索分组，各自针对短分组和长分组的双方的情况计算从前一节点A到本站的成本，把计算结果写入到分组内。在节点F，根据AF间的当前传送速度，对于短分组，成本计算为310μs，对于长分组，成本计算为1510μs，把该值写入到路径检索分组内。同样，在节点B，根据AB间的传送速度，对于短分组，计算为189μs，对于长分组，计算为454μs，把这些值写入到路径检索分组内。
接收到来自节点F的路径检索分组的节点E针对短分组和长分组这2种计算FE间的成本，并与AF间的成本相加。同样，接收到来自节点B的路径检索分组的节点C针对短分组和长分组这2种计算BC间的成本，并与AB间的成本相加。顺次重复该过程，为了把分组从A传送到E，例如可取以下路径：路径1：A→F→E；路径2：A→B→C→E；路径3：A→B→C→D→E。在路径检索分组到达E的时刻，针对上述各路径，算出短分组时的总成本和长分组时的总成本。在短分组的情况下，成本1最低廉，为620μs，传送速度低而跳数少的路径1被选择为最佳路径。在长分组的情况下，成本3最低廉，为1816μs，跳数多而传送速度高的路径3被选择为最佳路径。
对短分组和长分组的各方所选择的最佳路径被通知给所有节点，在各节点更新短分组表和长分组表。之后，当无线基站A发送数据分组时，在发送短分组的情况下，参照短分组表，传送到在表中被描述为下一节点的节点F。在发送长分组的情况下，参照长分组表，传送到被描述为下一节点的节点B。
在图21中，对针对路径检索分组计算最佳路径用的链路成本的例作了说明，然而如第1实施方式那样，在网络内使用1个或2个或2个以上树形传送路径的构成也可采用第2实施方式的最佳路径的决定方法。在此情况下，把短分组用的链路成本和长分组用的链路成本的双方写入到来自根站的树生成分组内，把树生成分组传送到接近节点，把最终所选择的非环路树形传送路径通知给各节点。各节点(无线基站)具有针对短分组的树形传送路径表和针对长分组的树形传送路径表。
以IEEE802.11a标准为例对第2实施方式的分组传送路径最佳化方法作了说明，然而不限于此，在任意方式的系统中，也可采用相同方法计算链路成本，可决定考虑了传送速度和分组长度的最佳分组传送路径。并且，可以把分组长度(有效负载长度)分类成3阶段以上来进行链路计算。
根据第2实施方式，在网络拓扑和无线状况根据位置和时间而变化的无线自组网中，根据所收发的分组长度来选择最佳分组传送路径。

Claims (18)

1.一种分组传送系统，由多个无线基站和1个或1个以上无线终端构成，其特征在于，
所述系统使用多个树形传送路径；
上述无线基站的各方具有树表，该树表相关联地记录各根站和关于树形传送路径的识别信息；
当接收到分组时，上述各无线基站判别在该分组的传送中使用的树形传送路径，把上述分组传送到在所判别的树形传送路径上成为下一节点的另一个无线基站。
2.根据权利要求1所述的分组传送系统，其特征在于，
上述无线基站的各方还具有定位表，该定位表相关联地记录上述1个或1个以上无线终端和对应的无线基站；
当接收到上述分组时，上述各无线基站根据接收到的分组内所包含的发送源地址或目的地地址，识别发送源或目的地的无线终端所对应的无线基站，确定把该识别的无线基站作为根站的树形传送路径，沿着所确定的树形传送路径把上述分组传送到上述下一个节点。
3.根据权利要求2所述的分组传送系统，其特征在于，
当新的无线终端连接到上述无线基站之一时，上述一个无线基站沿着上述树形传送路径广播一个用于向其它无线基站报告上述连接的消息分组；
每个上述其它无线基站在接收到上述消息分组时更新上述定位表。
4.根据权利要求1所述的分组传送系统，其特征在于，
上述分组包含有在该分组的传送中当前使用的树形传送路径的ID信息或者根站的地址信息；
上述无线基站的各方当接收到上述分组时，根据该分组内所包含的上述ID信息或者地址信息来判别当前使用的树形传送路径。
5.根据权利要求1所述的分组传送系统，其特征在于，上述树形传送路径是根据反映了无线信道状况的链路成本而生成的。
6.一种无线基站，在无线分组传送网络中使用，其特征在于，该无线基站具有：
树表，相关联地记录与在上述分组传送网络中使用的多个树形传送路径有关的信息和对应的根信息；
分组接收部，接收任意分组；
树判别单元，根据上述接收到的分组内包含的信息，选择在该分组的传送中使用的一个树形传送路径；以及
分组发送部，参照上述树表，把上述分组传送到上述所选择的树形传送路径上的下一个节点。
7.根据权利要求6所述的无线基站，其特征在于，还具有定位表，该定位表相关联地记录上述分组传送网络内的多个无线基站和当前所属于各无线基站的无线终端；
上述树判别单元识别上述接收到的分组内所包含的发送源或目的地地址表示的无线终端，参照上述定位表，决定无线终端当前所属的对应无线基站，并确定把所决定的无线基站作为根信息的树形传送路径。
8.根据权利要求7所述的无线基站，其特征在于，在新的无线终端连接到上述无线基站的情况下，上述分组发送部把通知该连接的消息分组沿着上述树形传送路径进行广播。
9.根据权利要求6所述的无线基站，其特征在于，还包括：分组检查单元，提取在上述接收到的分组内所包含的树形传送路径的ID信息或者根站信息，
上述树判别单元根据所提取的信息判别在上述分组的传送中使用的树形传送路径。
10.根据权利要求9所述的无线基站，其特征在于，在上述无线基站从当前所属于本站的无线终端接收到分组的情况下，上述分组发送部将把本站作为根站的树形传送路径的ID信息写入到上述分组内，按照该树形传送路径发送上述分组。
11.根据权利要求6所述的无线基站，其特征在于，还具有成本表，该成本表描述了反映无线信道状况的链路成本；
上述分组发送部在生成把本站作为根站的树形传送路径时，发送第1树生成分组，以及
在上述分组接收部接收到从无线分组传送网络中的另一无线基站发送来的第2树生成分组的情况下，上述发送部根据上述成本表，把在该无线基站估计的链路成本写入到上述第2树生成分组内进行发送。
12.一种在无线分组传送网络中使用的分组传送方法，该无线分组传送网络包括多个无线基站和属于各无线基站的一个或多个无线终端，其特征在于，包含以下步骤：
生成分别把上述多个无线基站中的一个无线基站作为根站的两个或更多个树形传送路径；
把各根站和与该根站对应的树形传送路径的信息对提供给上述无线基站的各方；
当在上述无线基站中的任意无线基站接收到分组时，判别在上述分组的传送中使用的树形传送路径，以及
把上述分组传送到在所判别的树形传送路径上的下一节点。
13.一种在无线通信网络中使用的无线基站，其特征在于，该无线基站具有：
收发部，用于发送和接收分组；
分组大小判断部，判断上述接收到的分组的分组大小；
多个树形传送路径，与跟分组大小有关的多个不同基准对应，每个树形传送路径相关联地描述目的地信息和分组传送路径；
上述收发部根据上述分组大小，参照上述多个树形传送路径中的一个，把上述接收到的分组传送到下一节点。
14.根据权利要求13所述的无线基站，其特征在于，
上述树形传送路径包含：
短分组路由选择装置，针对具有规定基准以下的分组大小的短分组，相关联地描述目的地信息和分组传送路径；
长分组路由选择装置，针对具有超过规定基准的分组大小的长分组，相关联地描述目的地信息和分组传送路径；
上述收发部参照上述短分组路由选择装置和长分组路由选择装置中的任何一个，把上述接收到的分组传送到下一节点。
15.根据权利要求13所述的无线基站，其特征在于，还具有成本计算部，该成本计算部针对上述每个分组大小基准，考虑信道的传送速度来计算链路成本。
16.根据权利要求15所述的无线基站，其特征在于，上述成本计算部当接收到成本计算请求分组时，针对基于上述每个分组大小基准，计算前一个节点和上述无线基站之间的信道的链路成本，把计算结果写入到上述成本计算请求分组内；
上述收发部把写入有上述计算结果的成本计算请求分组发送到邻近节点。
17.一种无线网络中的分组传送路径最佳化方法，该无线网络包括多个无线基站，其特征在于，上述方法包括以下步骤：
与跟分组大小有关的多个不同基准对应，设置多个树形传送路径，每个树形传送路径相关联地记录目的地信息和传送路径；
在上述多个无线基站中的一个无线基站，当接收到分组时，判断该分组的分组大小；
根据上述判断结果，根据上述多个树形传送路径中的一个，把上述分组传送到下一节点。
18.根据权利要求17所述的分组传送路径最佳化方法，其特征在于，还包括以下步骤：
当在上述无线基站之一接收到成本计算请求分组时，针对上述每个分组大小基准，考虑链路的传送速度来计算前一节点和上述一个无线基站之间的链路成本；
把上述计算结果写入到上述成本计算请求分组内，并将其发送到邻近无线基站；
针对上述每个分组大小基准，选择链路成本最低的到达目的地的路径；以及
根据上述所选择的路径，更新上述各无线基站的各树形传送路径。
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