JP2002171283A

JP2002171283A - パケットネットワークのノードで使用される方法と装置

Info

Publication number: JP2002171283A
Application number: JP2000346177A
Authority: JP
Inventors: Hong Zhang; ジャンホン; Walid Ahmed; アーメッドワリッド; Muralidharan Sampath Kodialam; サンパスコジアラムムラリドハラン; Pantelis Monogioudis; モノギアディスパンテリス; Kiran M Rege; エム．レジキラン
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2002-06-14

Abstract

(57)【要約】【課題】アドホックネットワークにおいて、地形ベー
スのルーティングプロトコルＧＲＰを用いて、ソースノ
ードから宛先ノードにトラフィックをルーティングする
方法を提供する。【解決手段】本発明によれば、ＧＲＰにおいて各ノー
ドは、位置リストを維持し、この位置リストは、ネット
ワークの複数のノードに対する位置情報を含む。周期的
に各ノードは、その隣接するノードに、その位置とその
位置リストとを送信する。隣接するノードから位置リス
トを受領した各ノードは、受領した位置リストをそれ自
身の位置リストに組み合わせることにより既存のノード
の位置情報を更新する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は通信に関し、特に、
ワイヤレス通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】「アドホック」移動ネットワーク（アド
ホックネットワーク）は、その位置が連続的に変化する
ようなノードの集合体を含むネットワークである。通常
のワイヤレスネットワークとは異なり、アドホックネッ
トワークは固定したインフラを有さないネットワークと
みることができる。例えば、すべてのノードはルータと
して機能し、あるいは時には、基地局として機能し、ノ
ードが移動することによりネットワークトポロジーが頻
繁に変化する。

【０００３】従来のワイヤレスネットワークで用いてい
るルーティング技術を適用する際の困難の原因は、アド
ホックネットワークではネットワークトポロジーが変化
する点である。従来のネットワークにおいては、ネット
ワーク内のノードは固定しており、ノードをつなぐリン
クはまれにしか故障しない。かくして、トポロジー関連
情報をネットワーク内のすべてのノードに、「リンク状
態（link-state）更新」（メッセージ）を介して送るこ
とにより、各ノードでネットワークトポロジー全体を維
持することが可能となる。ノードはまれにしか故障しな
い為、すなわちリンク状態更新はまれにしか発生しない
為、このアプローチは従来のワイヤレスネットワークで
は十分機能していた。しかし、アドホックネットワーク
においては、リンク状態変化（更新）は頻繁に発生す
る。その理由は、トポロジーが変化しアドホックネット
ワークを介してリンク状態更新メッセージをより多く生
成するからである。そしてそのプロセスで貴重な帯域
（バンド幅）を消費してしまう。また、首尾一貫したル
ーティングテーブルを構築することは、リンク状態情報
を伝搬させる際に遅延が発生するために困難である。

【０００４】これらのファクタを考慮に入れると、アド
ホックネットワークのルーティングプロトコルは、２つ
のカテゴリー、すなわちテーブル駆動（table-driven）
と、ソース初期化オンディマンド（source initiated o
n-demand）に大きく分類することができる。テーブル駆
動ルーティングプロトコルは、前述した従来のワイヤレ
スルーティングアプローチ、すなわち各ノードがネット
ワーク内の他のすべてのノードに対し一貫した最新のル
ーティング情報を維持するようにするアプローチと類似
している。テーブル駆動ルーティングプロトコルの例
は、“Destination-Sequenced-Distance-Vector”（Ｄ
ＳＤＶ）プロトコルと、“Clusterhead Geteway Switch
Routing”（ＣＧＳＲ）プロトコルと、“Wireless Rou
ting Protocol”（ＷＲＰ）プロトコルである。これに
対し、ソース初期化オンディマンドルーティングプロト
コルは、ソースノードがある目的地へのルートを必要と
する場合にのみ、ルーティング情報を作り出す。このソ
ース開始オンディマンドルーティングプロトコルの例
は、“Ad-Hoc On-Demand Distance Vector”（ＡＯＤ
Ｖ）プロトコルと、“Dynamic Source Routing”（ＤＳ
Ｒ）プロトコルと、“Temporally Ordered Routing Alg
orithm”（ＴＯＲＡ）プロトコルと、“Zone RoutingPr
otocol”（ＺＲＰ）プロトコルである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ソース初期化オンディ
マンドプロトコルの例は、ＺＲＰを考慮にいれている。
このＺＲＰにおいては、各ノードはその周囲のローカル
エリア、すなわちゾーンに対しネットワークトポロジー
全体を維持している。かくしてノード（すなわちソース
ノード）は、ゾーン内の宛先アドレスにパケットを送信
しなければならないときには、そのルーティング情報は
すでに利用可能である。しかしソースノードは、自分の
ゾーン外の宛先アドレスにパケットを送信しなければな
らないときには、その時点でノードは、そのゾーンのエ
ッジ（端）にあるすべてのノード（エッジノード）に問
い合わせを発する。これらのエッジノードの１つが、宛
先アドレスに対するルーティング情報を有している場合
には、そのルーティング情報は、ソースノードに戻させ
る。

【０００６】アドホックネットワークのルーティングプ
ロトコルの上記の方式は、ノードは、そのノードからは
るかに離れた領域にある他のノードにいかにルーティン
グするかの正確な情報を何らかの形式で維持する必要が
ある。かくしてノードの数が大きくなりノードの移動度
が大きくなると、この情報を得ることは困難あるいは実
際的ではなくなる。そのため、本発明の方法では、ソー
スノードはローカルノードトポロジー（本明細書ではロ
ーカルトポロジーを称する）の外にある宛先ノードへ、
パケットをルーティングする地理ベースのルーティング
プロトコル（geometry-based routing protocol：ＧＲ
Ｐ）を、宛先ノードの位置までの距離の関数として変更
した。本発明によれば、各ノードは、アドホックネット
ワークのノードに対する位置情報を記録し、この一情報
を隣接するノードと交換している。かくして、位置情報
は、アドホックネットワーク内を徐々に伝搬する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一実施例におい
ては、アドホックネットワークの各ノードは、ロケーシ
ョン（位置）リストを有し、このリストはアドホックネ
ットワークの複数のノードに対する位置情報を含む。周
期的に各ノードは、その隣接者（すなわち、そのノード
にポイント間リンクを有するノード）に、（ａ）その位
置（ｂ）その位置リストを送信する。別法として、各ノ
ードは、周期的にその位置をローカルトポロジー内のす
べてのノードに送り、そしてその位置リストをその全て
の隣接ノードに送る。隣接したノードから位置リストを
受領した各ノードは、受領した位置リストを、それ自身
の位置リストに併合して、既存のノードに対する位置情
報および／または新たな識別した位置情報が、現在の状
態を表したものであるようにする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明によるアドホックネットワ
ークの一部を図１に示す。本発明が関連っしない図１に
示した要素は公知であるため詳述しない。例えば、ノー
ド１０５は蓄積プログラム制御プロセッサと、メモリ
と、ワイヤレス通信用のインタフェースカードとを有す
る。（使用されるワイヤレス通信の方式、例えばＣＤＭ
Ａは、本発明には関連しないのでここでは詳述しな
い。）この実施例においては、アドホックネットワーク
の各ノードは移動デバイスであり、この移動デバイスに
よりユーザ（移動端末ユーザ等）は、アドホックネット
ワークにアクセスして、ネットワーク内を流れるパケッ
ト／データ用にルーティング機能を提供する。

【０００９】各ノードは、全方向のパイロット信号を送
信し、ノード間で情報、例えば前述したリンク状態情報
を通信するために、信号処理プログラムを用いて他のノ
ードと通信することができる。（パイロットプロトコル
と信号処理プロトコルは従来公知のものである。）全方
向アンテナとパイロット信号は、トポロジー検出スキー
ム（topology sensing scheme ）の一部であり、ノード
は他のノードの存在を検出でき、同時にまた、リンク設
定の決定を行うために有益な情報を交換する。一般的
に、以下に述べるような本発明以外でも、ノードはこの
情報を用いて、どの近隣のノードが自分と直接（ポイン
ト間）リンク接続をすべきか、そしてこのリンクを維持
すべきかを決定する。ポイント間リンクは好ましくは方
向性アンテナによりサポートされる。

【００１０】説明を簡単にするためにすべてのノード
は、伝送半径ｒを有し、ノード１０５と通信できる。こ
の点で次の定義を用いる。Ｖ−アドホックネットワーク
内のすべてのノードの組を表す。ｖ、ｗ、ｕ、ｉ、ｊ−
アドホックネットワークの様々なノードを表す。ｒ−ノ
ードの伝送半径、すなわち伝送半径内のすべてのノード
はそのノードと通信することができる。Ｎ（ｖ）−ノー
ドｖのローカルトポロジーを表す。Ｓ^k（ｖ）−ノード
ｖのｋ−近傍、すなわちすべてのノードがノードｖのｋ
回のホップ内にあるようなノードｖのローカルトポロジ
ー。Ｈ_vw−ノードｖとノードｗとの間のホップの最小
数。ここでｗ∈Ｎ（ｖ）。Ｎ_vw−ノードｖからノードｗ
へ至る次のホップノード。ここでｗ∈Ｎ（ｖ）。ｌ
（ｖ）−ノードｖの位置を表す。Ｄ_vw−２つのノードｖ
とｗの間の距離を表す。Ｄ_vw ＝||ｌ（ｖ）−ｌ（ｗ）|| （ただしベクトル表示）（１）

【００１１】各ノードはさらに、地球上の自分自身の位
置（二次元の）を決定するために、従来公知のグローバ
ルポジショニングシステム（global positioning syste
m：ＧＰＳ）装置（図１には図示せず）を有するとす
る。本発明によれば、アドホックネットワークの各ノー
ドは、地理ベースのルーティングプロトコル（ＧＲＰ）
（地理ベースのルーティングアルゴリズムあるいは位置
ベースのルーティングとも称する）を実行して、（ａ）各ノードは、自分自身が規定したローカルトポロ
ジー（ローカルネットワーク、あるいはローカル近傍と
も称する）を有し、これは、他のノードのローカルトポ
ロジーと同一あるいは異なる場合がありうる。（ｂ）各ノードは、アドホックネットワークのノード
（ローカルトポロジー内にあるノードあるいはローカル
トポロジー外のノード）の暫定的なあるいは正確な位置
情報を記憶する。

【００１２】言い換えると、ＧＲＰにおいては各ノード
は、アドホックネットワークのノードのサブセットに対
するローカルトポロジー（接続性と位置）と、アドホッ
クネットワーク内の遠方ノードのローカル情報（その遠
方ノードに対する接続性は不明である）のみを知ってい
る。以下の説明から明らかなようにＧＲＰは、従来のプ
ログラム技術を用いて実行することができる。

【００１３】図１は、ノード１０５に対するローカルト
ポロジー１００を示す。同図においてローカルトポロジ
ー１００は、ローカルトポロジー１００の一部であるノ
ードについてのみだけでなく、ノード１０５が他のノー
ドに接続される状況を示す（すなわちネットワークグラ
フ単にグラフとも称する）。すべての通信は双方向のた
めグラフには方向性がなく、ローカルトポロジー１００
は階層状態ではない。同図においてノード１０５はメモ
リ内に（図示せず）、ローカルトポロジー１００に対応
するローカルトポロジーテーブル（図２）と、ノード
（ローカルトポロジー外のノードも含む）に対する位置
情報を記憶する位置テーブル（図３）を記憶する。上記
したようにローカルトポロジー１００は、ノード１０５
に対する２回近傍（２回のホップで到達するノード）を
表す。すなわちＳ²（ノード１０５）である。ローカル
トポロジー１００のすべてのノードは、ノード１０５に
２回以下のホップで到達することができるからである。
本明細書においてはノード１０５は、ローカルトポロジ
ー１００の基準ノードである。

【００１４】図２のローカルトポロジーテーブルは、ノ
ード１０５に対するローカルトポロジー内にある現在の
すべてのノードのリストとノード間の接続を表す。例え
ばノード１０５がノード１１５に送信すべきパケットを
有している場合には、ノード１０５はこのパケットを次
のホップノードに送信する。このホップノードは、ロー
カルトポロジーテーブルからノード１１０で特定され
る。このテーブルから１１５へ到達するホップの回数は
ｋ＝２である。これは図１で矢印１０１で示している。
ローカルトポロジーテーブルの形成方法を次に述べる。

【００１５】ノード１０５は伝送半径ｒ内のすべてのノ
ードと通信することができるが、ノード１０５は、ポイ
ント間リンクを確立した（隣接する）ノードとのみ通信
する。同様に、他のノードがノード１０５がその隣接ノ
ードの場合のみ、ノード１０５と通信する。言い換える
とノードはそのノードに対するｋ回近傍を生じさせるよ
うなポイント間のワイヤレスリンクとして接続されるの
が好ましい。これは、そのノードに対するローカルトポ
ロジーと称する。（グラフ内の隣接ノード間で通信する
ために、方向性アンテナおよび方向性ビームを用いるの
が好ましく、これによりシステムの容量を上げることが
できる。）

【００１６】各ノードはそれ自身のローカルトポロジー
と、ノード（ローカルトポロジー外のノードも含む）に
対する位置情報を有するために、ＧＲＡは以下のように
して規定される。ｔをノードｖに到着するパケットの宛
先アドレス（宛先ノードの宛先アドレス）とし、ノード
ｖはローカルトポロジーＮ（ｖ）を有するとする。ＧＲ
Ａによれば、ｔがｖでない場合には、ノードｖは次式を
決定する。

【数２】ここでノードｖは、ｗ＝ｖ（すなわち基準ノードそのも
のが最近接のノードでありこの場合パケットはドロップ
されるが）でない場合、ノードＮ_vwへのパケットを転送
する。

【００１７】ＧＲＡを用いて、パケットは、宛先ノード
が存在するローカルトポロジー内に到達するまで、ある
ローカルトポロジーから別のローカルトポロジーに移動
する。

【００１８】図１においてＧＲＡを、図４のフローチャ
ートを参照しながら説明する。ノード１０５（式２のソ
ースノードｖ）が、ノード２０５（式２の宛先ノード
ｔ）へ伝送するためのパケット（図示せず）をパケット
を受領する（ステップ４０５）。ノード１０５は、ノー
ド２０５がローカルトポロジーの一部であるか否かをみ
るために、ローカルトポロジーテーブルを検索する（ス
テップ４１０）。ノード２０５がローカルトポロジーの
一部である場合には、ノード１０５はローカルトポロジ
ーテーブルで特定された次のホップノードにパケットを
送る（ステップ４１５）。一方、ノード２０５がノード
１０５のローカルトポロジーの一部でない場合には、ノ
ード１０５は、地理ベースのルーティングプロトコルを
実行して（ステップ４２０）、そのローカルトポロジー
内でノード２０５に最も近いノードを特定する。特にノ
ード１０５はローカルトポロジー１００の一部であるす
べてのノードに対し、式（２）の計算を実行する。ノー
ド１０５は、ノード２０５からローカルトポロジー１０
０内の各ノードまでの距離を評価する（式（１）と図３
の位置テーブルからの位置情報を用いて）。これを図１
の３本の点線の矢印、Ｄ_140,205、Ｄ_105,205、Ｄ
_150,205で示す。これは、ノード１４０と２０５、ノー
ド１０５と２０５、ノード１５０と２０５との間の式
（１）を計算した距離に対応する（ローカルトポロジー
１００の残りのノードに対する他の距離計算は示してい
ない）。

【００１９】最も近いノードが特定されると、ノード１
０５はノード２０５までの最短距離を有するローカルト
ポロジー１００のノード（例えばノード１４０）にパケ
ットを送る。ノード１０５がパケットをノード１４０に
ローカルトポロジーテーブルを用いてルーティングする
（ステップ４１５）（すなわちパケットは図２のローカ
ルトポロジーテーブルで特定された次のホップノード１
３０に送られる）。次のホップノードがその後、ＧＲＡ
をそのローカルトポロジーテーブルを用いて実行する。
（図４のフローチャートには示していないが、ある状況
ではパケットを処理するために適宜のエラー監視条件が
付加される。例えば、位置テーブルにノード２０５の位
置情報が存在しない場合にはパケットはドロップされ
る。）

【００２０】ローカルトポロジー内のＧＲＡのアプリケ
ーションにおいては、ルーティング内に「ループ」が存
在しないようにすることが重要である。ＧＲＡルーティ
ング内のループの原因は、２つのノードが宛先ノードか
ら同一距離にあるような状況である。かくして式（２）
に対する別の式は、式（３）である。

【数３】ここでεは非常に小さな数であると仮定する。εは、宛
先ノードまでの距離が同一の２つのノードが存在する場
合には、ホップの回数からノードｕに最も近いノードが
選択されるようにループ（結合）が解除される。

【００２１】図４に示すように、パケットがノードに到
達するのと同時に、ルーティングの計算を行う代わり
に、ルーティングテーブルを前述した計算に基づいてあ
らかじめ作成しておき、パケットルーティングの決定を
ルーティングテーブル内のエントリーをベースにして決
定することができる。このようなルーティングテーブル
を図５に示す。このルーティングテーブルは、図２に示
したローカルトポロジーテーブルと、図３に示した位置
テーブルの両方からの情報、および上記のルーティング
計算（例、式（３））を用いる。図５に示すような同一
の実施例を用いると、ノード１０５で受領したパケット
とノード２０５に向けられたパケットは、ルーティング
テーブルエントリーによりノード１３０にルーティング
される。

【００２２】上記したように、各ノードはそれ自身のロ
ーカルトポロジーを有する。このローカルトポロジーを
構成する方法を次に説明する。

【００２３】Ｓ^k（ｖ）は、ノードのｋ回近傍である。
すなわちそのノードからｋ回のホップ内にあるノードの
組である。次にさらに定義を追加する。Ｒ^k（ｖ）−ノ
ードのｋ−領域。これはＳ^k（ｖ）内の他のノードのい
ずれよりもノードｖに近い二次元の面内の点の組であ
る。

【００２４】Ｒ^k（ｖ）は次のようにして得られる。す
べてのノードが、面上のそれぞれの位置にあると仮定す
る。ノードｖとあるノードｕ∈Ｓ^k（ｖ）を接続する直
線を引く。この線に対する直交二等分線を引く。この直
交二等分線がノードｖが半分のスペース内にある半分の
面を表す。この半分のスペースをＰ_vuで表すことにす
る。ノードｗ∈Ｐ_vu内にある場合には、ノードｗはノー
ドｕよりもノードｖに近い。Ｐ_vuを得るプロセスを、各
ｕ∈Ｓ^k（ｖ）に対し繰り返し、そしてＲ^k（ｖ）は、こ
の半分のスペースの交差点である。ｗ∈Ｒ^k（ｖ）とな
るように、ｗ∈Ｖが存在し、そしてノードｖがｗの中に
ない場合のみＧＲＡを用いてパケットのループレスの分
配が存在することが示される。図１のノード１０５に対
するｋ−領域の例を図６に示し、同図においては２−領
域Ｒ²（ノード１０５）である。この状態のもとで、ロ
ーカルトポロジーを計算するために、ノード内で用いら
れる方法のフローチャートを図７に示す。

【００２５】アドホックネットワークの各ノードは、図
７の方法を秒ごとに実行して、ローカルトポロジーを連
続的に更新あるいは作り出すものとする。（レートの速
さは、アドホックネットワークのノードの移動度に依存
する。）高速時は、各ノードはまず位置情報を用いて、
可聴距離内のノードのサブセットへのポイント間リンク
を創設して、かくして隣接ノードを決定する（ステップ
６０５と６１０）。その後各ノードは、その隣接情報を
限られた情報流出（limited flooding）を介して伝搬さ
せて、所定のｋの値に対するｋ回近傍Ｓ^k（ｖ）を得
る。（ただし各ノードは同一の値ｋを用いるものとす
る。）（ステップ６１５）かくして、ローカルトポロジ
ーは、基準ノードに対して形成される。

【００２６】特に各ノードはステップ６０５でトポロジ
ー検知スキームを用いる。このトポロジー検知スキーム
においては、各ノードは位置情報をさらに、その伝送半
径ｒ内にある全てのノードにも送信できるよう修正され
た全方向パイロット信号を周期的あるいは連続的に放送
する。（ＧＰＳ二次元座標軸が各送信ノードにより与え
られ、パイロット信号内でこれらのＧＰＳ二次元座標軸
が送信される。）ステップ６０５において、各ノード
は、可聴距離内の他のノードから送信されたパイロット
信号を聞き、各受信したパイロット信号に対しＧＰＳ情
報を再生して、それを図３の位置テーブルに記憶する。
かくしてステップ６０５においては、各ノードは、潜在
的に近傍にあるノードに対するＧＰＳ情報を収集する。
（全方向パイロット信号の特定の形式は、本発明には必
ずしも必要なものではなく、これに関しては米国特許出
願（発明者： Ahmed et al.発明の名称“A Topolory Se
nsing Scheme for Networks with Mobile Nodes”を参
照のこと。）

【００２７】ステップ６１０において、各ノードは、計
算された位置情報を収集したＧＰＳ情報に適用して、地
理上（geometry）のルーティングを容易にし、選択され
たノードとのポイント間リンクを設定し、周囲ノードを
選択して隣接テーブルを形成する。（隣接テーブルの例
は図１のノード１０５に対する図８として示す。）収集
したＧＰＳ情報を用いて、ノードが隣接テーブルを構成
するには少なくとも３種類の方法がある。（第１形式の構成）ノードｕ∈Ｖとｖ∈Ｖがリンクを構
成する。ただし、他のいかなるノードｗ∈Ｖを含まない
ような周囲にノードｕとｖがあるサークルが存在する場
合に限る。（第２形式の構成）ノードｕ∈Ｖとｖ∈Ｖがエッジを形
成する。ただし、他のノードｗ∈Ｖを含まない直径上に
ノードｕとｖがあるサークルが存在する場合に限る。（第３形式の構成）ノードｕ∈Ｖとｖ∈Ｖがエッジを構
成する。ただし、ノードｕを中心とし、ノードｖを中心
とする半径Ｄ_uvの円の交点が他のノードｗ∈Ｖを含まな
い場合に限る。

【００２８】これら３つの構成が形成されない場合に
は、接続されるネットワークは存在しないことになる。
第１形式の構成は、Ｉ−回転可能の接続となる。言い換
えると、第１形式の接続により構成されたネットワーク
は、いずれかのノードのローカル近傍は、それに直接接
続されるノードの組であるネットワークとなる。ＧＲＡ
を用いてローカル近傍が、Ｉ−近傍となるようなネット
ワーク上でルーティングされる場合には、いかなるノー
ドもパケットを他のいかなるノードにも接続することが
できる。第２形式、第３形式の接続は、よりまばらなネ
ットワークとなる（リンクの数は第１形成期の接続より
も少なくなる）。シミュレーションの実験結果から、こ
れらのネットワークはほとんどｋ−回転可能となること
が分かった。ｋ＝２、ｋ＝４である。

【００２９】可聴距離内で上記の基準の１つを満たすノ
ードとの接続を形成した後、各ノードは、制約された情
報供給（limited flooding）を介して、そのリンク情報
を伝搬して、すべてのノードがｋ回近傍を構成できるよ
うにする（ステップ６１５）。（ただし、すべてのノー
ドは同一の値ｋを用いるものとする。）例えば、図１に
戻って、２回近傍に対しては、ノード１０５は、ノード
１１０、１３０、１５０から隣接リストを受領して、図
２のローカルトポロジーテーブルを構成する。（ノード
１２５は、ノード１３０に隣接しているために、ノード
１０５で受領し、ノード１２５に向けられたパケット
は、ノード１０５によりノード１３０にルーティングさ
れることが分かる。）同様に、ｋが３に等しい場合に
は、隣接情報はさらに、制約された情報供給を介して伝
搬される（ノード１０５は、ノード１１５、１２０、１
２５、１３５、１４０、１５０の隣接テーブルを受領す
る）。

【００３０】例えばノード１０５は、その隣接テーブル
をタイムトゥライブ（time-to-live）フィールドでもっ
て送信する。タイムトゥライブフィールドの値を用い
て、ノード１０５の隣接テーブル情報を、限られた近傍
のノードに供給（伝搬）する。タイムトゥライブフィー
ルドとノード１０５の隣接テーブルを受領した各ノード
は、タイムトゥライブのフィールドの値を減算する。タ
イムトゥライブフィールドの値が０を越えている限り、
その受信中のノードはさらに、ノード１０５の隣接テー
ブルを、その隣接ノードに送信する（タイムトゥライブ
フィールドの減算した値でもって）。しかしタイムトゥ
ライブフィールドの値が０になると、その受信中のノー
ドはもはやノード１０５の隣接テーブルを伝搬しない。
本明細書には記載していないが、ローカルトポロジーを
生成する上記の方法は、ルーティングに際しループを形
成しないことが数学的に証明されている。

【００３１】上記したように各ノードは、伝送半径ｒ内
にある他の全てのノード（正確に、または概算として）
位置を知っていることが前提である。しかしノードが、
遠方のノードの伝送範囲外にある場合があり、そのため
ノードは、遠方ノードから位置情報を受信することがで
きない場合がある。他の方法として、遠方ノードの位置
が見いだされなかった場合には、パケットをドロップす
るだけであるが、別法の位置更新メカニズムを用いるこ
ともできる。例えば、位置情報が周期的に更新されるよ
うな、レイジー更新（lazy update）メカニズムを用い
ることもできる。

【００３２】このレイジー更新メカニズムにおいては、
各ノードは、すべての既知のノードの位置のリストを、
その情報がこれらのノードによりいつ生成されたかにつ
いてのタイムスタンプとともに維持（保持）する。ｐ
（ｉ、ｋ）をノードｉから見たノードｋの位置とする
と、そしてｓ（ｉ、ｋ）が位置情報がノードｋで生成さ
れたタイムスタンプであるとする。このタイムスタンプ
は、位置情報の古さを決定する手段を与える。（上記の
議論から分かるように、ｐ（ｉ、ｋ）は、ｌ（ｖ）の変
形であり、二次元のＧＰＳ情報である。例をあげて説明
すると、ｓ（ｉ、ｋ）は、月、日、年（２４時間で、例
えば３：００ＰＭは１５００である）の関数として決定
された整数値である。）図３の位置テーブルを修正し
て、図９に示すタイムスタンプのフィールドを含めるよ
うにすることができる。ここで基準ノードｉは、図１の
ノード１５０である。図９のテーブルは、ノードｉのエ
ントリーそのものを含む（ここではノード１５０で示さ
れる）。ノードｉにおける位置とタイムスタンプのリス
トは、ノードｉにおけるロケーションリスト、あるいは
ロケーションテーブルＬ（ｉ）とも称する。

【００３３】レイジー更新方法によれば、各ノードは周
期的にその位置をｔ₁秒間に一度、隣接ノード（あるい
はローカルトポロジーのすべてのノードに）に送る。さ
らにまたｔ₂秒ごとに、各ノードはその位置リストＬ
（ｉ）をその隣接ノード（１ホップ内のノード）に送
る。レイジー更新方法のフローチャートを受領ノードｊ
で使用する場合を例に図１０に示す。受信ノードｊがノ
ードｉに隣接しているとする。ステップ９０５において
受信ノードｊは、それに隣接するすべてのノードから位
置情報ｐ（ｉ、ｋ）を受領する。ステップ９１０におい
て、受信ノードｊは、その位置リストＬ（ｊ）を更新し
て、その隣接ノードに現在の位置とタイムスタンプを反
映する。（この時点においては、タイムスタンプ情報
は、Ｌ（ｊ）内に記憶された、前のローカルトポロジー
位置伝送よりもより新しいものであると仮定する。）ス
テップ９１５においてノードｊは、隣接ノードから位置
リストＬ（ｉ）を受領する。ステップ９２０においてノ
ードｊは、その位置リストＬ（ｊ）内のエントリーを追
加および／または修正するが、これは受信した位置リス
トのおのおのの上のリストの各ノードｋ∈Ｖに対する以
下の計算を行うことにより行われる（様々な位置リスト
を合成（merging）する）。ｓ（ｉ、ｋ）＞ｓ（ｊ、
ｋ）の場合には、ｓ（ｊ、ｋ）＝ｓ（ｉ、ｋ）かつｐ（ｊ、ｋ）＝ｐ
（ｉ、ｋ）あるいは何もしない。

【００３４】ノードｊが、位置リスト上にはないノード
ｋに関連するタイムスタンプをノードから受領すると、
ｓ（ｉ、ｋ）＞ｓ（ｊ、ｋ）の定義により、ノードｊは
この新たなノードｋをその位置リストに追加する。同様
に、受信した特定の位置リストから受信したタイムスタ
ンプが、現在のタイムスタンプよりもより新しい場合、
すなわちｓ（ｉ、ｋ）＞ｓ（ｊ、ｋ）の場合には、その
位置リスト上にすでにあるノードｉに対する位置情報を
更新する。一方ノードｊが、特定のノードｋに対しより
新しい情報を有する場合には、すなわちｓ（ｉ、ｋ）＜
ｓ（ｊ、ｋ）の場合には、位置リストへの変化は生じな
い。かくして位置情報は、あるノードからその隣接する
ノードに位置リストを伝送することにより、アドホック
ネットワークを介して徐々に伝搬する。このレイジー更
新手順は、位置情報が大幅に変化する場合には、ネット
ワーク全体に位置情報を与えるよりもルーティングのオ
ーバーヘッドが大幅に少なくなる。

【００３５】上記のことから、あるノードが遠方ノード
に関する情報を受け取らない間は、レイジー更新メカニ
ズムを用いると、アドホックネットワークに対するある
ウォームアップ時間が存在することが分かる。上記した
ように、ＧＲＰルーティング方法の１つのオプション
は、遠方ノードの位置が分からないときには、パケット
を単に廃棄するだけである。

【００３６】レイジー更新メカニズムを用いると、ルー
プが発生する可能性があることが分かる。例えば、ある
パケットに対しｔを宛先ノードとし、ノードｖがノード
ｕからこのパケットを受領したとする。ノードｖがその
パケットに対する次のホップノードｕであると、これは
ループとなる。このような状態を回避するために、この
ような状況が発生した場合にはノードｕとｖは、ｐ
（ｕ、ｔ）、ｐ（ｖ、ｔ）、ｓ（ｕ、ｔ）、ｓ（ｖ、
ｔ）を交換する。ノードｔの位置は、ノードがより新し
い情報を有するよう決定される。両方のノードがこの情
報の一部を利用する。この変形例を用いて、ルート内に
無限のループが存在しないことが示される。

【００３７】図１１に、図１のアドホックネットワーク
で使用される代表的なノード９０５のハイレベルのブロ
ック図を示す。ノード９０５は、蓄積プログラム制御ベ
ースのプロセッサアーキテクチャーであり、プロセッサ
９５０と、メモリ９６０と、パス９６６により表される
通信設備を介して、アドホックネットワークの他のノー
ドと通信する通信インタフェース９６５と、ＧＰＳ位置
情報を受領するＧＰＳ９７０とを有する。（メモリ９６
０は、プログラム指示とデータを記憶し、上記の地理ベ
ースのルーティングプロトコルにしたがって通信し、位
置テーブルを記憶する）ノード９０５はルータとも称す
る。

【００３８】本発明は、アドホックネットワーク（大小
に関わらず）内で、パケットをルーティングする簡単な
ルーティングプログラムを提供する。ＧＲＰは、遠方ノ
ードに対し最も近いノードを特定するが、このＧＲＰ
は、基準ノードよりも遠方のノードにより近いすべての
ノードを特定するよう修正することもできる。本発明
は、ワイヤレスのアプリケーションを例に説明したが、
ＧＲＰは有線ネットワーク、あるいは有線または無線の
リンクの組合せを有するネットワークのようなパケット
ネットワークの他の形態でも用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアドホックネットワークの一部を表す
図。

【図２】ローカルトポロジーテーブルを表す図。

【図３】位置テーブルを表す図。

【図４】アドホックネットワーク内でパケットをルーテ
ィングする際に使用されるフローチャート図。

【図５】ルーティングテーブルを表す図。

【図６】図１のノード１０５に対する２つの領域を表す
図。

【図７】ローカルトポロジーを構成する際に用いられる
フローチャート図。

【図８】隣接テーブルを表す図。

【図９】別の位置テーブルを表す図。

【図１０】遅延した更新手順で使用されるフローチャー
ト図を表す図。

【図１１】図１のアドホックネットワークで使用される
ノードのブロック図。

【符号の説明】

１００ローカルトポロジー１０５ノード９０５ノード９５０プロセッサ９６０メモリ９６２通信インタフェース９６６パス９７０ＧＰＳ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 ＭｏｕｎｔａｉｎＡｖｅｎｕｅ, ＭｕｒｒａｙＨｉｌｌ，ＮｅｗＪｅｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者ホンジャンアメリカ合衆国、07090 ニュージャージー、ウェストフィールド、オースチンストリート 746 (72)発明者ワリッドアーメッドアメリカ合衆国、07724 ニュージャージー、イートンタウン、カントリーロード 20、アパートメント 50 (72)発明者ムラリドハランサンパスコジアラムアメリカ合衆国、07746 ニュージャージー、マルボロ、アリエドライブ 17 (72)発明者パンテリスモノギアディスアメリカ合衆国、08817 ニュージャージー、エディソン、リベンデルウェイ 1102 (72)発明者キランエム．レジアメリカ合衆国、07746 ニュージャージー、マルボロ、フルコート１Ｆターム(参考） 5K030 HA08 JL01 JT09 KA05 LA08 LB05 5K033 CB08 CB14 CC01 DA17 EC03 5K067 AA21 CC08 DD20 EE02 EE06 FF02 FF03 FF05 HH23 JJ56 JJ65 KK13 KK15 5K072 AA23 BB02 BB25 BB27 CC04 CC11 CC35 DD11 EE04 FF20 FF25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）パケットネットワークの他のノー
ドの位置情報を記憶するステップと、（Ｂ）前記記憶された位置情報を、近接するノードと交
換するステップとを有することを特徴とするパケットネ
ットワークのノードで使用される方法。
【請求項２】前記記憶された位置情報は、他のノード
の位置情報の時間を示すタイムスタンプ情報を含むこと
を特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】（Ａ）パケットネットワークの他のノー
ドの位置情報を記憶するステップと、（Ｂ）近接するノードから位置情報を受領するステップ
と、（Ｃ）記憶した位置情報をより新しい値に更新するため
に、受信した位置情報と記憶した位置情報とを組み合わ
せるステップとを有することを特徴とするパケットネッ
トワークのノードで使用される方法。
【請求項４】前記記憶された位置情報は、他のノード
の位置情報の時間を示すタイムスタンプ情報を含み、前記（Ｃ）ステップは、より新しい値を決定するために
タイムスタンプ情報を比較することを特徴とする請求項
３記載の方法。
【請求項５】（Ａ）第１ノードのローカルトポロジー
の一部である第２ノードに、第１ノードの位置情報を送
信するステップと、（Ｂ）近接するローカルトポロジーのノードに位置リス
トを送信するステップと、を有し、前記位置リストは、パケットネットワークの少なくとも
一部のノードの位置情報を含むことを特徴とするパケッ
トネットワークのノードで使用される方法。
【請求項６】前記記憶された位置リストは、少なくと
も一部のノードの位置情報の時間を示すタイムスタンプ
情報を含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】前記（Ａ）（Ｂ）のステップは、周期的
に実行されることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項８】（Ｃ）ローカルトポロジーの近接するノ
ードから位置情報を受領するステップと、（Ｄ）位置リストを新しい値に更新するために、受信し
た位置情報と位置リストとを組み合わせるステップとを
さらに有することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項９】ノードの位置情報を決定するＧＰＳ受信
器（９７０）と、パケットネットワークの他のノードの位置情報を含む、
位置リストを記憶するメモリ（９６０）と、異なる時間にノードの決定された位置情報と、記憶され
た位置リストとをパケットネットワークの少なくとも１
つのノードに通信する、通信インタフェース（９６５）
とを有することを特徴とするパケットネットワークのノ
ードで使用される装置。
【請求項１０】パケットネットワークの他のノードの
位置情報を含む、位置リストを記憶するメモリ（９６
０）と、記憶された位置リストを、パケットネットワークの少な
くとも１つの近接するノードに送信する通信インタフェ
ース（９６５）とを有することを特徴とするパケットネ
ットワークのノードで使用される装置。
【請求項１１】プロセッサ（９５０）をさらに有し、前記通信インタフェース（９６５）は、パケットネット
ワークの少なくとも１つの近接するノードから位置リス
トを受領し、前記プロセッサ（９５０）は、記憶された位置リスト
を、より新しい値に更新するために、受信した位置リス
トと記憶した位置リストとを組み合わせることを特徴と
する請求項１０記載の装置。