JP2001274815A - アドホックネットワークにおいてメッセージを経路指定する方法 - Google Patents

アドホックネットワークにおいてメッセージを経路指定する方法

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JP2001274815A JP2001017052A JP2001017052A JP2001274815A JP 2001274815 A JP2001274815 A JP 2001274815A JP 2001017052 A JP2001017052 A JP 2001017052A JP 2001017052 A JP2001017052 A JP 2001017052A JP 2001274815 A JP2001274815 A JP 2001274815A
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ブノワ・フアブル
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ネットワークにおいてアドホックネットワー
クにおいてメッセージを経路指定する方法を提供するこ
と。 【解決手段】 中間ノードの集合を介してメッセージを
第１のノードから第２のノードに経路指定する方法であ
って、各ノードが、その近傍にあるノードのみを認識
し、第１のノードと各中間ノードが、第２のノードが近
傍の一部であるかどうかをテストするステップと、そう
でない場合には、隣接するノードのセットを介して近傍
の境界にあるノードの集合にメッセージを送るステップ
とを実施し、隣接するノードの集合がメッセージ中のノ
ード識別子のリストにより決定され、メッセージを送信
する前に、中間ノードが、隣接するノードの集合のノー
ド識別子をリストに追加する方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ノードにトポロジ
が知られていないネットワークにおいてメッセージを経
路指定する方法に関する。本発明は、特にアドホックネ
ットワークと呼ばれるネットワークに関する。
【０００２】
【従来の技術】アドホックネットワークとは、そのトポ
ロジ（すなわちその要素間の接続の構成）が時間ととも
に変化しうるネットワークである。一般に要素（または
ノード）が可動式で無線リンクによって接続されている
ネットワークの場合がそうである。可動式であるために
ネットワークのトポロジは固定されず、したがって常に
は知ることができるわけではない。その結果、ネットワ
ークにおけるメッセージの経路指定が問題となり、この
問題は標準的な経路指定アルゴリズムでは解決すること
ができない。
【０００３】第１の例は通常の遠隔通信ネットワークを
サービス不能にしうる災害（火災、洪水など）後の緊急
時操作において使用されるような、迅速な展開のネット
ワークの例である。そのような事態により、トランシー
バ基地局が例えば乗物上にあり、したがってもう一方と
相対的に動く、新しい移動無線ネットワークの迅速な展
開が必要となることがある。
【０００４】別の例は、ＧＳＭネットワークなどの新世
代移動体無線ネットワークの例である。現存のネットワ
ークではトランシーバ基地局は固定されている。これに
より「シャドーエリア」、すなわち無線電波を伝播する
際に例えば建物または丘陵が障害となるためにトランシ
ーバ基地局によってカバーされない地理上の地域という
問題が生じる。こうしたシャドーエリアをカバーするた
めに固定のトランシーバ基地局と他の移動端末の間で、
いくらかの移動端末またはすべての移動端末を、移動体
トランシーバ基地局としてまたは少なくとも中継局とし
て機能させることを考察できるだろう。
【０００５】第３の例は衛星ネットワークの例であり、
例えば衛星間にリンクを有する非静止衛星の配列（トラ
ンシーバ基地局とみなすこともできる）である。しか
し、この場合ネットワークのトポロジは時間とともに変
化するものの、展開は予測可能であり問題はそれほど複
雑ではない。
【０００６】明らかに、この種のネットワークにおいて
は時間ｔに２つのノード（端末、トランシーバ基地局な
ど）間でセットアップされた経路は、時間ｔ＋Δｔには
もはや有効ではないか、または少なくとももはや最適で
はなくなることがある。
【０００７】したがって例えばＩＰ（インターネットプ
ロトコル）タイプのプロトコルで使用されるような経路
指定テーブルを用いた解決策は使用することができな
い。サンディエゴのジグムント・Ｊ・ハース（Zygmunt.
J.Haas）による１９９７年１０月のＩＣＵＰＣ‘９７の
論文A New Routing Protcol for the Reconfigurable W
ireless Network(再構成可能無線ネットワーク用の新し
い経路指定プロトコル」は、上記の種類のアドホックネ
ットワークにおいてメッセージを経路指定するためのプ
ロトコルについて述べており、これは普通ゾーン経路指
定プロトコル（ＺＲＰ）と呼ばれる。同一のプロトコル
は１ヵ月後の１９９７年１１月にThe ZoneRouting Prot
ocol(ZRP)for Ad Hoc Network(アドホックネットワーク
用のゾーン経路指定プロトコル（ＺＲＰ）)の題で「イ
ンターネットドラフト」の形で開示された。この著者は
ジグムント・Ｊ・ハースおよびマーク・Ｒ・パールマン
（Mark R.Pearlman)である。
【０００８】ノードから見ると、ネットワークは２つの
ドメインに分割されている。すなわち近傍とその近傍の
外側のすべてである。近傍はメッセージの経路指定の方
法が分かっているすべてのノードで構成されている。近
傍の外側のすべてから構成されるドメインは無論、近傍
にはないすべてのノード（該当するノード以外）で組み
立てられている。
【０００９】ネットワークにおける距離は２つのノード
間の接続の最少数と定義される。
【００１０】近傍の半径は、関連するノード（近傍の中
心に位置する）と近傍の境界にあるノード間の接続の数
として表される最大距離である。
【００１１】近傍の境界と呼ばれる範囲は、関係するノ
ードから近傍の半径と等しい距離に位置するノードによ
り画定される。
【００１２】図１はこうした概念を図示し、相互接続さ
れたノードＮ１からＮ３４の集合を含むネットワークを
表す。この例はノードＮ１７の視点から説明するもので
ある。
【００１３】ノードは曲線Ｖが定める半径２の近傍を有
すると考えられる。
【００１４】近傍は、境界に位置するノードＮ６、
Ｎ７、Ｎ８、Ｎ１９、Ｎ２０、Ｎ３０、Ｎ２４、
Ｎ１５、Ｎ１２の集合を範囲とする。
【００１５】前述の定義によれば、ノードＮ１７は曲線
Ｖ内にあるノードだけの存在を認識している。
【００１６】メッセージを第１のノード（Ｎ１７）から
第２のノード（例えばＮ２１）に経路指定するには、Ｚ
ＲＰはまず第２のノードが第１のノードの近傍にあるか
どうかを判断する。そうでない場合、経路指定されるメ
ッセージは第１のノードの近傍の境界にあるノードに送
信される。
【００１７】これらのノードは、それぞれ独自の近傍を
持つ。上で説明した方法は各近傍について反復される。
したがってメッセージはネットワーク中を伝播し、通常
やがて第２のノードに達する。
【００１８】例えばメッセージは初めにノードＮ１７の
近傍の境界にあるノードに送信される。メッセージが到
達するノードはノードＮ１９を含み、ノードＮ１９はノ
ードＮ２１を含むそれ自体の近傍を持つ。つまり必要と
される経路は、ノードＮ１７からノードＮ１９およびノ
ードＮ１９からノードＮ２１への経路の連結である。
【００１９】１つのノードからその近傍にあるノードへ
の経路を発見するために使用される方法はより一般的な
もので、従来技術の方法であってもよい。しかし、方法
が使用される一般的コンテキストの故に、他の方法より
も適切な方法がいくつかある。
【００２０】選択された方法は、メッセージが中間ノー
ドの近傍にある場合はメッセージを宛先ノードへ経路指
定するために、および中間ノードからその近接範囲の境
界にあるノードへ経路指定するためにも使用される。
【００２１】メッセージは経路検索メッセージであって
もよい。すなわち第１のノードと第２のノードの間に経
路を確立するために使用されるメッセージである。この
種の経路検索メッセージを受信すると、第２のノード
（メッセージの行先）は第１のノードに応答を送信し、
したがって第１のノードは、そのメッセージについて使
用された経路を知る。この目的でメッセージは、それが
通ってきたノードのリストを含んでいる。
【００２２】したがって第１のノードは、接続モードで
の呼を可能にする通信プロトコルを使用して新しいメッ
セージを第２のノードに送信するための位置にあり、こ
れは同一の呼に属するすべてのメッセージはこうして決
定される同一の経路を使用するということを意味する。
【００２３】例えば経路はメッセージのヘッダ内に示す
ことができ、または経路上の各ノードは、その経路を使
用する必要のあるメッセージを正しく経路指定するため
の経路を記憶することができる。
【００２４】メッセージはまた、経路をセットアップす
ること以外の目的で第２のノードに宛てられた情報を搬
送するメッセージでもよい。例えば非接続モードでの呼
でもよく、すなわち送信される各メッセージは、再決定
される受信側に送信元を接続する経路を必要とする。
【００２５】前述の文書に開示されるＺＲＰによれば、
メッセージの数は同一の中間のノードに１回以上同一の
メッセージを送信させないことにより最小限になる。
【００２６】図１はこのメカニズムを明らかにする。初
めにメッセージはノードＮ１７の近傍の境界にあるノー
ドＮ８およびＮ１９を含むノードに送信される。このメ
ッセージを受信すると（例えば）ノードＮ８もそれ自体
の近傍をも考慮しメッセージをその境界にあるノード
に、つまりノードＮ１９に転送する（ノードＮ８および
Ｎ１９は距離２離れていると示すことができる）。その
結果ノードＮ８はメッセージをＮ１９に送信し、したが
ってＮ１９はメッセージを２度受信することになる。
【００２７】同様の理論を使用して同一のノードが実際
に同じメッセージを数回受信することを示すことがで
き、それがアドホックネットワークの過負荷およびその
性能の壊滅的な低下を招くことになる。
【００２８】この問題を解決するために、送信および受
信されるメッセージについての情報が各ノード内で記憶
される。メッセージが受信されると、ノードはこの情報
を調べ、同一のメッセージ（同一の内容、同一の行先な
ど）がすでに受信されているかどうかを判断することが
できる。受信されているなら、受信されたメッセージは
再び転送されない。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、送信されるメ
ッセージの数を最小限にするという問題に対して提案さ
れた解決策では、なお多くのことが要求される。したが
って、本発明の目的は、ネットワークにおいて送信され
るメッセージの数をさらに減らすことである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明は、中間ノードの集合を介して第１のノードから第２
のノードにメッセージを経路指定する方法を提供する。
各ノードは、その近傍にあるノードだけを認識する。第
１のノードおよび各中間ノードは、第２のノードが近傍
の一部であるかどうかを判定するステップと、そうでな
い場合には、隣接するノードの集合を介して近傍の境界
にあるノードの集合にメッセージを送信するステップと
を実施する。
【００３１】この方法では、隣接するノードの集合はメ
ッセージ中のノード識別子のリストにより決定され、中
間ノードは、メッセージを送信する前に、隣接するノー
ドの集合のノード識別子をリストに追加する。
【００３２】したがってメッセージの送信先のノードの
集合は、メッセージの送信先ノードのこの識別子のリス
トを使用することにより減少される。この減少により間
接的にネットワークにおけるメッセージの数が減少し、
ネットワークの性能が向上する。
【００３３】本発明はまた、宛先ノードに宛てられたメ
ッセージを受信するための手段と、宛先ノードが、その
近傍にあるかどうかをテストするための手段と、隣接す
るノードの集合を介して近傍の境界にあるノードの集合
にメッセージを送信するための手段とを含む遠隔通信ネ
ットワークノードも提供する。
【００３４】ノードはさらに、メッセージが送信される
前に、隣接するノードの集合のノード識別子をメッセー
ジ中のリストに追加するための手段を含む。
【００３５】本発明および本発明の他の利点は、添付の
図面を参照しながら以下の説明を読むことでさらに理解
されよう。
【００３６】
【発明の実施の形態】ノードが経路指定すべきメッセー
ジを受信し、そのノードが、そのメッセージの最終的な
目的地ではない場合、ノードはまず最終的な目的地が、
その近傍にあるかどうかを判断する。
【００３７】近傍であれば、メッセージを最終的な目的
地に転送することで十分である。近傍でない場合、本発
明の方法ではメッセージをノードの近傍の境界にあるノ
ードの集合に送信する。この目的のためにおよび従来技
術におけるように、ノードはまず隣接するノードの集合
にメッセージを送信し、メッセージ中でそれが到達すべ
きノードを指定する。
【００３８】ノードを接続しているネットワークが知ら
れている場合に、メッセージを第１のノードから第２の
ノードに経路指定する方法は従来技術に多くある。
【００３９】本発明は、こうした従来技術によるいずれ
の方法をも使用することができる。
【００４０】標準的な方法は先に引用したジグムント・
Ｊ・ハースによる「再構成可能な無線ネットワークのた
めの新しい経路指定プロトコル」に説明される。
【００４１】この方法は、ホップ数（すなわちメッセー
ジが使用しなければならないノード間の接続の数）とし
て表される最短経路を検索することに基づくものであ
る。
【００４２】この方法の動作は、以下のような経路指定
判定基準を使用することにより大幅に向上させることが
できる。
【００４３】キューのサイズ。先に引用したジグムント
・Ｊ・ハースによる文献内で説明されるように、近傍に
あるノードのキューサイズを決定するために、ノード
は、そのノードに更新メッセージを送信することができ
る。
【００４４】ノードのエネルギー。アドホックネットワ
ークにおいてはノードの自律性という問題がたびたび生
じる。使用可能な最大のエネルギーを有するノードに優
先順位を与えることは有益である。
【００４５】ノードの安定度。ノードが地理的に動き回
ることが少ないほど、それを他のノードにリンクするト
ポロジは短期間の変化が少なくなる。また制御メッセー
ジ過負荷を最小限に抑えるために、リンクがダウンした
場合には速く移動するノードよりも最も安定したノード
に優先順位を与えることが好ましい。
【００４６】上記の判定基準および他の基準は、送信元
ノードの近傍におけるメッセージの経路指定を最適化す
るために別々に使用することも、あるいは組み合わせて
使用することもできる。
【００４７】図２は本発明によるメカニズムのトリビア
ルな応用例を図示するが、これはメッセージに含まれる
リストにそのメッセージが送信されるべきノードの識別
子を追加するものである。
【００４８】この例は３つのノードＤ、Ｃ、Ａを使用す
る。単純ではあるが、例は本発明のメカニズムおよび従
来技術に対するその利点を図示する。
【００４９】ノードＤがメッセージｍＤＡをノードＡ
に、メッセージｍＤＣをノードＣに送信すると仮定す
る。
【００５０】本発明によれば、メッセージが送信される
前にノードＣおよびＡの識別子がメッセージ中のノード
識別子のリストに追加される。したがって２つの目的ノ
ードＡおよびＣはそれぞれこうした識別子を含むメッセ
ージを受信する。
【００５１】ノードＡおよびＣは相互に接続され、隣接
するノードを構成する。従来技術のアルゴリズムを使用
することにより、各ノードにメッセージを他方に送信さ
せることができる。ノードＡはメッセージｍＡＣをノー
ドＣに送信することができ、逆にノードＣはメッセージ
ｍＣＡをノードＡに送信することができる。
【００５２】しかし、本発明では、メッセージの送信先
のノードの集合を決定するために、受信されたメッセー
ジ中のリストにそれらのノードが含まれているかどうか
をテストする。含まれている場合ノードＡとＣの間でメ
ッセージは交換されない。
【００５３】従来技術の解決策と比較すると、この方法
では２つのメッセージ（ｍＡＣおよびｍＣＡ）を送らず
に済む。
【００５４】図３は非常に小さなネットワークにおいて
実施した本発明による方法を示し、本発明のメカニズム
を図示する。すでに指摘したように図２は実際は図３か
らの抽出である。
【００５５】ノードＧがメッセージをノードＫに経路指
定しようとしており、ノードが半径２の近傍を有すると
仮定する。
【００５６】ノードＧの近傍はノードＤ、Ｉ、Ｃ、Ａ、
Ｈを含む。この近傍の境界にあるノードはノードＣ、
Ａ、Ｈである。
【００５７】この３つのノードＣ、Ａ、ＨにはノードＤ
またはノードＩを介して到達することができ、これらの
ノードのうちどれを使用するかは重要ではない。
【００５８】メッセージ中のノード識別子のリストはこ
の時点で空である。
【００５９】先に説明したように、近傍において経路指
定を選択するためには様々な方法がある。この例ではメ
ッセージがノードＤに送信されると仮定する。
【００６０】したがって本発明では、その識別子をメッ
セージ中の識別子リストに追加した後でメッセージをノ
ードＤに送信する。
【００６１】ノードＤの近傍の境界にあるノードはノー
ドＦ、Ｂ、Ｈである。
【００６２】ノードＥが、その近傍にないので、ノード
ＤはノードＦとＢがノードＥを介して接続されているこ
とを認識していない。メッセージを送信できる隣接のノ
ードはノードＣおよびＡである。ノードＣだけがノード
Ｆに到達することができ、ノードＡだけがノードＨに到
達することができる。
【００６３】ノードＤが受信したメッセージ中のリスト
にノードＣの識別子もノードＡの識別子もない場合、ノ
ードＤは、ノードＣおよびＡの識別子を当該リストに追
加し、修正されたリストを含むメッセージをノードＣお
よびＡに送信する。
【００６４】したがってノードＣはノードＤからメッセ
ージを受信する。ノードＣの近傍の境界にあるノードは
ノードＧ、Ｉ、Ｈ、Ｅである。これらのノードに到達す
るために、ノードＣは隣接するノードＦ、Ａ、Ｄを介し
てメッセージを送信しなければならない。ノードＡおよ
びＤはノードＤから受信したメッセージ中のリストにあ
る。したがってノードＣはノードＦの識別子をリストに
追加し、修正されたリストを含むメッセージをノードＦ
に送信する。
【００６５】これと並行してノードＡはノードＤからメ
ッセージを受信する。ノードＡの近傍の境界にあるノー
ドはノードＧ、Ｉ、Ｆ、Ｅである。これらのノードに到
達するために、ノードＡは隣接するノードＤ、Ｈ、Ｂ、
Ｃを介してメッセージを送信しなければならない。ノー
ドＤはノードＤから受信したメッセージに含まれるリス
トにある。したがってノードＡはノードＢの識別子を追
加し、修正されたリストを含むメッセージをノードＢお
よびＨに送信する。
【００６６】次いでノードＦはノードＣからメッセージ
を受信する。メッセージの最終的な目的地であるノード
ＫはノードＦの近傍にある。
【００６７】このステップで、前述の近傍における経路
指定の方法を使用してメッセージをその最終的な目的地
に経路指定することができる。
【００６８】本発明のさらなる特徴は、誤った方向で送
信されたメッセージが伝播し続けるのを防ぐことであ
り、特定の判定基準に達すると、メッセージの送信は停
止される。この判定基準は例えば時間の制限（分の数）
または「ホップ」の回数、すなわちメッセージが送信さ
れた回数にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を使用することのできるネットワ
ークを表す図である。
【図２】本発明の方法のトリビアルな応用例を示し、そ
の一利点を例証する図である。
【図３】本発明の方法の一ステップの概略図である。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｎ１、
Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ ５、Ｎ６、Ｎ７、Ｎ８、Ｎ９、Ｎ
１０、Ｎ１１、Ｎ１２、Ｎ１３、Ｎ１４、Ｎ１ ５、Ｎ
１６、Ｎ１７、Ｎ１８、Ｎ１９、Ｎ２０、Ｎ２１、Ｎ
２２、Ｎ２３、Ｎ２ ４、Ｎ２５、Ｎ２６、Ｎ２７、Ｎ
２８、Ｎ２９、Ｎ３０、Ｎ３１、Ｎ３２、Ｎ３ ３、Ｎ
３４ ノード Ｖ ノードＮ１７の近傍 ｍＤＡ、ｍＤＣ、ｍＡＣ、ｍＣＡ メッセージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｑ 7/24 7/26 7/30

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 中間ノードの集合を介して第１のノード
    から第２のノードにメッセージを経路指定する方法であ
    って、各ノードが、その近傍にあるノードのみを認識
    し、前記第１のノードおよび前記中間ノードの各々が、 前記第２のノードが前記近傍の一部であるかどうかをテ
    ストするステップと、そうでない場合には、 隣接するノードの集合を介して、前記近傍の境界にある
    ノードの集合に前記メッセージを送信するステップとを
    実施し、 前記隣接するノードの集合が前記メッセージ中のノード
    識別子のリストにより決定され、前記メッセージを送信
    する前に、前記中間ノードが、前記隣接するノードの集
    合のノードの識別子を前記リストに追加する方法。
  2. 【請求項２】 前記メッセージが、前記第１ノードと前
    記第２ノードの間に経路を生成するのに使用される経路
    検索メッセージである、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 特定の判定基準に達した場合には、メッ
    セージが送信されない、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 宛先ノードに宛てられたメッセージを受
    信するための手段と、 前記宛先ノードが、その近傍にあるかどうかをテストす
    るための手段と、 隣接するノードの集合を介して、前記近傍の境界にある
    ノードの集合に前記メッセージを送信するための手段と
    を含む遠隔通信ネットワークノードであって、 前記ノードはさらに、前記メッセージが送信される前
    に、前記隣接するノードの集合のノード識別子を前記メ
    ッセージ中のリストに追加するための手段を含む、遠隔
    通信ネットワークノード。
  5. 【請求項５】 コンピュータ上で実行されるときに、請
    求項１に記載の方法を実施するようになされた命令を含
    むコンピュータプログラム。
  6. 【請求項６】 コンピュータ上で実行されるときに、請
    求項１に記載の方法を実施するようになされた命令を含
    んでいる記憶媒体。
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