JP2005223697A - マルチホップ無線ネットワークの経路更新方法および無線端末 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の第１経路上で各無線リンクを監視し、いずれかの無線リンクで切断が予期されると第２経路の確立を開始する。
【解決手段】マルチホップ無線ネットワーク上で送信元端末MN1⇔中継端末MN2⇔MN3⇔MN4⇔宛先端末MN5の経路１が確立されている状態で、無線端末MN2，MN4のいずれとも直接通信が可能な無線端末MN6が出現し、これと前後して、無線端末MN3が無線端末MN4から遠ざかる方向へ移動すると、中継端末MN3が仲介端末として振る舞い、自端末の隣接端末MN2，MN4のいずれとも通信可能なハンドオーバ先端末MN6を探索し、各無線端末MN2，MN4，MN6に対してMN1⇔MN2⇔MN6⇔MN4⇔MN5の経路を確立させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチホップ無線ネットワークの経路更新方法および無線端末に係り、特に、リンク切断を予測して経路を事前に切り換えるマルチホップ無線ネットワークの経路更新方法および無線端末に関する。

近年、マルチホップ無線ネットワークの実現に向けた研究が盛んに行われている。マルチホップ無線ネットワークとは、複数の無線端末（移動無線端末や固定無線端末、移動中継装置、固定中継装置を含む）のみで構成されるネットワーク、もしくは複数の無線端末と少なくとも一つの基地局とから構成されるネットワークである。

複数の無線端末のみで構成されるマルチホップ無線ネットワークの場合、直接通信できない送信元端末と宛先端末とは、その間に位置している少なくとも一つの無線端末を中継することで通信を行う。複数の無線端末と一つ以上の基地局から構成されるマルチホップ無線ネットワークの場合、送信元端末は基地局との間に位置している無線端末を中継して基地局と通信することができる。これはマルチホップ無線ネットワークと従来のセルラー網もしくはインターネット網のようなネットワークとが接続される形態を表している。

このようなマルチホップ無線ネットワークでは、通信に先立って経路を確立する必要があるのみならず、経路確立後も、無線端末の移動によりリンク切断が発生した場合には、他の経路を再確立して通信を継続させる必要がる。

非特許文献１に開示された経路確立手法では、初めに送信元端末が経路要求メッセージをブロードキャスト（同報送信）する。経路要求メッセージを受信した中継端末も同様に、このメッセージをブロードキャストする。中継端末は、経路要求メッセージを受け取った隣接端末を経路表に記録することで送信元端末への経路を把握する。宛先端末が経路要求メッセージを受信すると、この経路要求メッセージを送信した隣接端末（中継端末）へ送信元端末宛の経路応答メッセージを送信する。この経路応答メッセージも、各々の中継端末において経路表に従って中継され、つまるところ、経路要求メッセージとは逆の経路を辿って送信元端末まで中継される。

中継端末は、経路応答メッセージを受け取った隣接端末を経路表に記録することで宛先端末への経路を把握する。この手順を通して、中継端末は送信元端末方向用および宛先端末方向用の経路表を作成することができる。送信元端末が経路応答メッセージを受信すると、経路が確立されたことになり、通信が開始される。なお、経路要求メッセージを受信した中継端末が宛先端末までの経路を既に知っている場合は、当該中継端末が経路応答メッセージを送信元端末に向けて送信することになる。

このような非特許文献１の技術では、各無線端末は１秒間隔（推奨値）で自身の存在を知らせるためのハローメッセージを周囲の無線端末に送信している。直接通信を行っている隣接端末からのハローメッセージを２秒間（推奨値）受信できなくなると、その無線端末との間でリンク切断が発生したことを検知する。無線端末の移動によりリンク切断が発生すると、切断の発生した無線リンクの送信元側の無線端末（これを上流側の無線端末という）が経路エラーメッセージをブロードキャストする。経路エラーメッセージを受信した送信元端末は宛先端末までの経路を通信開始時と同様の手順で再構築する。

なお、非特許文献１では、ある条件下でリンク切断が発生した場合、リンク切断が発生した上流側の無線端末が宛先端末までの経路を再構築することができる。これはローカルリペアと呼ばれる。これにより、上記で述べた送信元端末から宛先端末までの経路を再構築する場合より、経路の再構築に要する時間を削減することが可能となる。

非特許文献２に開示された経路確立手法では、送信元端末から送信された経路要求メッセージを中継端末が中継する際に、それぞれの中継端末が自身の識別子をメッセージに加えて次の端末へと中継する。宛先端末が経路要求メッセージを受信すると、このメッセージとは逆に経路を辿ることで経路応答メッセージを送信元端末へ送信する。経路応答メッセージを受信した送信元端末は、宛先端末に至る経路上の全中継端末を把握することができるため、送信時には、その経路情報をパケットヘッダに登録して送信する。このため、各中継端末は経路表を持つ必要がない。

このような非特許文献２に開示された技術では、無線端末が経路上の隣接端末へ所定回数だけ送信を試行しても相手に音声やデータが届かない場合にリンク切断が発生したと判断され、送信元端末へ経路エラーメッセージが送信される。前記非特許文献１の場合と同様、経路エラーメッセージを受信した送信元端末は、再び経路要求メッセージを用いて宛先端末までの経路を把握し、経路の再構築を行わなければならない。ただし、リンク切断が発生した際に、送信元端末が宛先端末までの別の経路を保持している場合は、その経路を用いることができる。

前記非特許文献１では、最初に返信されてきた（つまり一般的に一番短い経路を辿ってきた）経路応答メッセージが辿った経路を有効な経路としているため距離ベクトル型経路制御方式と呼ばれる。

これに対して、非特許文献２では、送信元端末が宛先端末までの経路を予め指定して送信するため始点経路制御方式と呼ばれる。
Charles E. Perkins and Elizabeth M. Royer,「Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing」Proceedings of the 2nd IEEE Workshop on Mobile Computing SysteMN and Applications, New Orleans, LA, February 1999, pp. 90-100. David B. Johnson, David A. Malts, Josh Broch, 「DSR : The Dynamic Source Routing Protocol for Multi-Hop Wireless Ad Hoc Networks」in Ad Hoc Networking, edited by Charles E. Perkins, Chapter 5, pp.139-172, Addison-Wesley, 2001

非特許文献１の経路確立手法では、リンク切断を発見するのに推奨値を用いると最大で２秒程度を要し、その後、経路の再構築のプロセスが開始される。このため、経路再構築に要する時間が通信のサービス品質を大幅に低下させることが考えられる。リアルタイム系のアプリケーションを使用している場合、この経路再構築時間中に廃棄されるパケットによりサービスの断絶が発生してしまう。例えば、VoIPを用いて会話をしていたとすると会話の中断が発生する。

TCPを用いて通信を行っている場合も、経路再構築時間中に廃棄されるパケットにより通信速度が大幅に低下することが考えられる。これは、現在使用されているTCPでは、パケット廃棄が連続して発生すると、最も低い速度からのサービス再開となるからである。

さらに、経路再構築時間を比較的短縮することができるローカルリペアを行った場合は、中継端末から宛先端末への経路のみが再構築され、宛先端末から送信音端末までの経路は再構築されない。このために、例えばTCPを用いた通信を行っている場合にACK（送達確認）が送信元端末に到達できない場合があり、通信を継続することができなくなってしまう。

非特許文献２の経路確立手法でも、何回か隣接端末への音声およびデータ送信が失敗し、リンク切断の発生が検知された後に送信元端末が再び経路の再構築を行うため、前記非特許文献１の場合と同様に、サービス品質の大幅な低下が予想される。

マルチホップ無線ネットワークでは、各無線端末が独自に移動するのでリンク切断が頻繁に起こることが予想される。このようなネットワークにおいて、リンクが切断するたびに経路の再構築までに時間を要す従来の技術では、高品質のサービス品質を維持しながら通信を継続するのは難しい。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、既存の第１経路上で各無線リンクを監視し、いずれかの無線リンクで切断が予期されると第２経路の確立を開始するマルチホップ無線ネットワークの経路更新方法および無線端末を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明のマルチホップ無線ネットワークの経路更新方法および無線端末は、以下のような手段を講じた点に特徴がある。

(1)本発明の経路更新方法は、第１経路上の各無線端末が、自端末で終端される隣接リンクに関して、所定のリンク切断予期条件を満足しているか否かを判定する手順と、前記リンク切断予期条件を満足する隣接リンクを挟んで対向する一対の無線端末の一方が、仲介端末として周囲端末検索要求メッセージを送信する手順と、前記周囲端末検索要求メッセージを受信した隣接端末が探索メッセージを送信する手順と、前記探索メッセージを受信した周囲端末が探索応答メッセージを返信する手順と、前記各隣接端末が、受信した探索応答メッセージに基づいて周囲端末のリストを作成する手順と、前記各隣接端末が、前記周囲端末リストの登録された周囲端末検索応答メッセージを、前記周囲端末検索要求メッセージに対して返信する手順と、前記仲介端末が、前記各隣接端末から返信される周囲端末リストに共通する周囲端末をハンドオーバ先端末に決定する手順と、前記仲介端末を経由する第１経路を前記ハンドオーバ先端末を経由する第２経路に更新する手順とを含むことを特徴とする。

(2)本発明の無線端末は、自端末で終端される第１経路上の隣接リンクに関して、所定のリンク切断予期条件が満足されているか否かを判定するリンク切断予期判定手段と、前記隣接リンクが前記リンク切断予期条件を満足するときに、既存の第１経路を他の第２経路に更新する仲介端末として機能するための仲介端末機能部と、前記仲介端末の隣接端末として機能するための隣接端末機能部と、前記仲介端末のハンドオーバ先端末として機能するためのハンドオーバ先端末機能部とを含み、

前記仲介端末機能部がさらに、周囲端末検索要求メッセージを送信する手段と、前記周囲端末検索要求メッセージに対して各隣接端末から返信される周囲端末リストに共通する周囲端末をハンドオーバ先端末として選別する手段と、前記選別されたハンドオーバ先に関する広告メッセージを送信する手段とを含み、

前記隣接端末機能部がさらに、仲介端末から送信された周囲端末検索要求メッセージの受信に応答して探索メッセージを送信する手段と、前記探索メッセージに対して周囲端末から返信される探索応答メッセージに基づいて周囲端末リストを作成する手段と、前記周囲端末リストを含む周囲端末検索応答メッセージを、前記周囲端末検索要求メッセージに対して返信する手段とを含み、

前記ハンドオーバ先端末機能部がさらに、前記探索メッセージの受信に応答して探索応答メッセージを返信する手段を含むことを特徴とする。

本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)実際のリンク切断に先駆けて経路が再構築されるので、リンク切断後に経路を再構築する従来技術に較べてデータや音声のロスを最小限に抑えることができ、その結果、サービスの低下を防ぐことができる。
(2)リンク切断の発生が予期される付近の無線端末が経路再構築のための仲介端末として振る舞うので、最適なハンドオーバ端末を決定することができる。
(3)仲介端末が、既存の経路上で両側の隣接端末にハンドオーバ先端末を広告し、その結果、当該各隣接端末の経路表が同時に更新されるので、送信元端末から宛先端末へ向かう下り方向の通信のみならず、宛先端末から送信元端末へ向かう上り方向の通信も可能になる。
(4)経路再構築が、切断の予期されるリンクから数ホップ以内で行われるので、ネットワーク全体のシグナリング量を削減するおとができ、また再構築に要する時間も短縮することができる。
(5)経路再構築が、切断の予期されるリンクから数ホップ以内で行われるので、ネットワークが無線ノードのみから構成されている場合のみならず、マルチホップ無線ネットワークと従来のセルラー網のようなネットワークとが接続されているネットワークにおいても、同一手法で経路の再構築を行うことが可能となる。
(6)送信元端末が経路を指定して通信を行う始点経路制御方式を用いた場合にも、従来と比較して経路再設定時のシグナリング量を軽減することができ、ネットワーク全体の処理負荷の軽減が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る経路更新方法を模式的に表現した図であり、ここでは、同図(a)に示したように、送信元端末としての無線端末MN1から送信された音声およびデータ（以下、データで総称する）が、中継端末としての無線端末MN2，MN3，MN4を経由して、宛先端末としての無線端末MN5へ送信されるマルチホップ無線ネットワーク（経路１）が確立されている状態から説明する。同図では、相互に隣接する無線端末同士のみが直接通信可能であるものとする。

全ての無線端末MN1〜MN5は、自端末で終端される隣接リンクの切断を予期するシステムとして、例えば受信電力モニターを備え、各無線端末では、隣接端末から受信する信号の電力を、予め登録されている所定時間間隔で監視して受信電力の強度を検知する。

このようなマルチホップ無線ネットワークに対して、同図(b)に示したように、無線端末MN2，MN4のいずれとも直接通信が可能な無線端末MN6が出現し、これと前後して、無線端末MN3が無線端末MN4から遠ざかる方向へ移動した場合を想定する。このとき、無線端末MN3、MN4の双方で受信電力の低下が検出されるので、双方の無線端末で隣接リンクL2の切断が予期される。

このとき、無線端末MN3、MN4のいずれか一方が経路更新のための仲介端末として振る舞うが、本実施形態では、上流側の無線端末MN3が仲介端末として振る舞うものとして説明を続ける。仲介端末MN3は、自端末の隣接端末MN2，MN4のいずれとも通信可能な周囲端末MN6を探索すると、各無線端末MN2，MN4，MN6に対して、現在のMN2→MN3→MN4の第１経路に代えて、同図(c)に示したように、前記周囲端末MN6をハンドオーバ先とするMN2→MN6→MN4の第２経路を経路表に更新登録させる。

図２は、上記した各無線端末の構成を示したブロック図であり、送受信部１０は変復調部を含む。隣接リンク監視部１１は、既存の第１経路上で隣接する無線端末（隣接端末）との間に確立されている隣接リンクの状態を検知する。リンク切断予期部１２は、前記隣接リンクの状態に基づいて、当該隣接リンクが所定のリンク切断予期条件を満足するか否かを判別する。経路表１６には、宛先の無線端末と次ホップの無線端末との関係を示す経路情報が記録される。

前記隣接リンク監視部１１は、隣接リンクの切断を予期する指標として、各隣接リンクの受信信号強度、希望波信号電力対干渉波電力比、信号対雑音比、搬送波対干渉比、隣接チャネル干渉電力比、ビット誤り率、スループット、遅延時間、輻輳状態、媒体アクセス制御層における自動再送要求回数、および自端末のバッテリー残量のいずれか、または複数を検知する。なお、隣接リンク監視部１１は、上記した電気的な特性のみならず、GPS等の位置特定機能を用いて自端末と隣接端末との距離や、自端末と隣接端末との相対的な移動量および移動方向を監視するようにしても良い。

前記リンク切断予期部１２は、前記隣接リンク監視部１１により検知されたリンク状態が、所定のリンク切断予期条件を満足するか否かに基づいて、隣接リンクに切断の予兆があるか否かを判定する。例えば、前記隣接リンク監視部１１により受信信号強度が監視されているのであれば、検知された受信信号強度が所定の基準強度を下回った時点でリンク切断が予期される。また、隣接リンク監視部１１によりバッテリ残量が監視されているのであれば、検知されたバッテリ残量が所定の基準残量を下回った時点でリンク切断が予期される。さらに、隣接リンク監視部１１により自端末と隣接端末との距離が監視されているのであれば、検知された距離が所定の基準距離を超えた時点でリンク切断が予期される。

本実施形態では、隣接リンク監視部１１が受信電力モニタ機能を備え、検知された受信電力が所定の基準電力を下回るとリンク切断が予期されるものとして説明する。

各無線端末はさらに、隣接リンクの一方がリンク切断予期条件を満足するときに、現在の第１経路を他の第２経路に更新するための仲介端末（図１ではMN3）として機能するための仲介端末機能部１３と、仲介端末の隣接端末（図１ではMN2，MN4）として機能するための隣接端末機能部１４と、前記第２経路に新規に加わるハンドオーバ先端末（図１ではMN6）として機能するためのハンドオーバ先端末機能部１５とを含む。

前記仲介端末機能部１３において、周囲端末検索要求部１３１は、隣接端末に周囲端末を検索させるための周囲端末検索要求を出力する。この検索要求は、メッセージ生成部１７から周囲端末検索要求メッセージとして送信される。ハンドオーバ先選別部１３２は、前記周囲端末検索要求メッセージに対して返信される周囲端末検索応答メッセージを受信し、このメッセージに登録されている周囲端末リストからハンドオーバ先端末を選別する。

ハンドオーバ先広告部１３３は、前記選別されたハンドオーバ先を隣接端末およびハンドオーバ先端末に広告する。この広告は、前記メッセージ生成部１７からハンドオーバ先広告メッセージとして送信される。仲介要求部１３４は、前記周囲端末リストにハンドオーバ先端末として機能し得る周囲端末が登録されていないときに、下流側の対向端末（図１ではMN4）へ仲介を要求する。この仲介要求も、前記メッセージ生成部１７から仲介要求メッセージとして送信される。

前記隣接端末機能部１４において、周囲端末探索部１４１は、仲介端末(MN3)から送信される前記周囲端末検索要求メッセージの受信に応答して、自端末と直接通信の可能な周囲端末を探索する。この探索は前記メッセージ生成部１７から探索メッセージを送信することにより行われる。周囲端末リスト作成部１４２は、前記探索メッセージに応答して各周囲端末から返信される探索応答メッセージに基づいて、周囲端末のリストを作成する。

周囲端末探索応答部１４３は、前記周囲端末リストを含む周囲端末検索応答を出力する。この出力は、前記メッセージ生成部１７から周囲端末検索応答メッセージとして送信される。加入要求部１４４は、前記仲介端末から送信されるハンドオーバ先広告メッセージに応答して、当該メッセージに登録されているハンドオーバ先（MN6）に対して、更新後の経路への加入を要求する。この加入要求は、前記メッセージ生成部１７から加入要求メッセージとして送信される。経路更新部１４５は、前記ハンドオーバ先広告メッセージに応答してハンドオーバ先（MN6）から返信される加入応答メッセージに応答して経路表１６を更新する。

ハンドオーバ先端末機能部１５において、探索応答部１５１は、前記隣接端末から送信される探索メッセージに応答する。この応答は、前記メッセージ生成部１７から探索応答メッセージとして送信される。加入要求応答部１５２は前記加入要求メッセージに応答する。この応答は、前記メッセージ生成部１７から加入要求応答メッセージとして送信される。経路更新部１５３は、加入要求メッセージに応答して経路表１６を更新する。

次いで、本実施形態による経路更新手順の第１実施形態を、図３，４，５のフローチャートおよび図６のシグナリングフローを参照して詳細に説明する。図３は、無線端末が仲介端末として機能する場合の動作を示し、図４は、前記隣接端末として動作する場合の動作を示し、図５は、前記ハンドオーバ先端末として機能する場合の動作を示している。

各無線端末は、図３のステップＳ１において、隣接リンクL1，L2の状態を代表する指標として受信電力強度Pを定期的に検知する。検知された受信電力強度Pは、ステップＳ２において基準強度Prefと比較される。仲介端末MN3であれば、図１(b)に示したように、隣接端末MN4との距離が離れた時点で受信電力強度P＜基準強度Prefと判定されてステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、切断を予期された隣接リンクL2を挟んで対向する隣接端末MN4と自端末のいずれが上流に位置しているかが判定される。ここでは、自身が送信元端末MN1に近い上流側なのでステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、前記周囲端末検索要求部１３１から前記メッセージ生成部１７を介して周囲端末検索要求メッセージが送信される。ステップＳ５では、当該周囲端末検索要求メッセージを受信した隣接端末から返信される周囲端末検索応答メッセージの受信有無が判定される。

次いで、前記周囲端末検索要求メッセージを受信した隣接端末MN2，MN4の動作を、図４のフローチャートを参照して説明する。

隣接端末MN2(MN4)は、ステップＳ２１において前記周囲端末検索要求メッセージを受信すると、ステップＳ２２において、前記周囲端末探索部１４１から前記メッセージ生成部１７を介して探索メッセージが送信される。この探索メッセージには、転送可能回数を示すTTL(Time To Live)値として「１」がセットされている。ステップＳ２３では、当該探索メッセージに応答して返信される探索応答メッセージの受信有無が判定される。

本実施形態では、隣接端末MN2から送信された探索メッセージは、これを直接受信可能な無線端末MN1，MN6，MN3のみで受信される。したがって、隣接端末MN2は当該各無線端末（周囲端末）から返信される３つの探索応答メッセージを受信する。隣接端末MN4から送信された探索メッセージも、これを直接受信可能な無線端末MN5，MN6，MN3のみで受信されるので、隣接端末MN4は当該各無線端末（周囲端末）から返信される３つの探索応答メッセージを受信する。

ステップＳ２４では、前記探索応答メッセージを返信した各周囲端末に関して、それぞれの優先度が解析される。本実施形態では、周囲端末に優先度を付するための指標として、各周囲端末のバッテリー残量や移動速度および方向、各周囲端末との通信における受信強度、希望派信号電力対干渉波電力比、信号対雑音比、搬送波対干渉比、隣接チャネル干渉電力比、ビット誤り率、媒体アクセス制御層における自動再送要求回数、遅延時間、帯域、経路保持予想時間、移動速度等を検知し、これらの指標のいずれかまたは複数に基づいて優先度を付与する。ステップＳ２５では、前記周囲端末を優先度に基づいてソートした周囲端末リストが作成される。

図７は、前記周囲端末リストの一例を模式的に示した図であり、一方の隣接端末MN2では、MN1を第１候補、MN3を第２候補、MN6を第３候補とするリストが作成される。他方の隣接端末MN4では、MN5を第１候補、MN6を第２候補、MN3を第３候補とするリストが作成される。

ステップＳ２６では、前記周囲端末リストの登録された周囲端末検索応答メッセージが、前記ステップＳ２１で受信した周囲端末検索要求メッセージに対して返信される。ステップＳ２７では、ハンドオーバ先広告メッセージが受信されたか否かが判定される。

前記図３へ戻り、仲介端末MN3はステップＳ５において前記周囲端末検索応答メッセージを前記隣接端末MN2，MN4から受信すると、ステップＳ６において、当該メッセージに登録されている前記周囲端末リストを抽出する。ステップＳ７では、各隣接端末MN2，MN4から受信した２つの周囲端末リストを参照し、いずれのリストにも登録されている周囲端末の中から、優先順位に基づいてハンドオーバ先が選別される。本実施形態では、図８に示したように、仲介端末MN3を除けば周囲端末MN6のみが各リストに共通するので、周囲端末MN6がハンドオーバ先として選別される。ステップＳ８では、ハンドオーバ先として前記周囲端末MN6の登録されたハンドオーバ先広告メッセージが送信される。

図４へ戻り、各隣接端末MN2，MN4は、ステップＳ２７において前記ハンドオーバ先広告メッセージを受信すると、ステップＳ２８においてハンドオーバ先端末MN6へ経路加入要求メッセージを送信する。ステップＳ２９では、当該メッセージに対してハンドオーバ先端末MN6から返信される経路加入要求メッセージの受信に備える。

次いで、前記経路加入要求メッセージを受信したハンドオーバ先端末MN6の動作を、図５のフローチャートを参照して説明する。

ハンドオーバ先端末MN6は、ステップＳ４１において経路加入要求メッセージを前記隣接端末MN2，MN4から受信すると、ステップＳ４２では、自身の経路表１６に経路２に関する経路情報が追加される。この経路情報には、図１１に示したように、宛先端末MN1の次ホップとしてMN2が登録され、宛先端末MN5の次ホップとしてMN4が登録されている。ステップＳ４３では、経路加入応答メッセージが返信される。

図４へ戻り、各隣接端末MN2，MN4は、ステップＳ２９において前記経路加入応答メッセージを受信すると、ステップＳ３０において自身の経路表１６を更新登録する。隣接端末MN2であれば、図９に示したように、宛先端末MN5の次ホップをMN3からMN6に更新登録する。隣接端末MN4であれば、図１０に示したように、宛先端末MN1の次ホップをMN3からMN6に更新登録する。

以上のようにして、隣接端末MN2，MN4およびハンドオーバ先端末MN6の経路表が更新されると、これ以後は前記図１(c)に示したように、送信末端末MN1と宛先端末MN5との間で送受されるデータは、中継端末MN2，MN6，MN4を結ぶ経路２を経由することになる。

なお、上記した実施形態では、隣接端末から送信される探索メッセージに対して、ハンドオーバ先端末となり得ない第１経路上の周囲端末までもが探索応答メッセージを返信していたが、探索メッセージに経路識別子等を登録し、第１経路上の無線端末MN1〜MN5は探索応答メッセージを返信しないようにすれば、無駄な探索応答メッセージを削減できる。

次いで、図１２に示したように、中継端末MN3が同MN2から遠ざかる方向へ移動したために無線リンクL1に関して切断が予期された場合の動作を、前記図３のフローチャートおよび図１３のシグナリングフローを参照して詳細に説明する。

無線端末MN2は、前記図３のステップＳ２において無線リンクL1の切断を予期し、ステップＳ３において自身を上流端末と認識すると、仲介端末として振る舞うべくステップＳ４へ進み、前記と同様に周囲端末検索要求メッセージを送信する。ステップＳ５では、周囲端末検索応答メッセージの受信に備える。

この周囲端末検索要求メッセージに対して、図１２のネットワークトポロジでは、一方の隣接端末MN1からは、図１４(a)に示したように、周囲端末として無線端末MN2のみが登録された周囲端末リストが返信され、他方の隣接端末MN3からは、同図(b)に示したように、無線端末MN2，MN4の登録された周囲端末リストを含む周囲端末検索要求メッセージが返信される。仲介端末MN2は、前記各周囲端末リストをステップＳ６で抽出するが、ステップＳ７では、各リストに共通する周囲端末が自端末以外に登録されていないと判定されるのでステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１では、仲介端末MN2の仲介要求部１３４から下流端末である無線端末MN3へ仲介要求メッセージが送信される。

無線端末MN3は、前記仲介要求メッセージをステップＳ１０で受信するとステップＳ４へ進み、以下、前記と同様に中継端末として機能することで経路２を確立する。

次いで、図１５に示したように、無線端末MN3が仲介端末として機能する際、その隣接端末MN2，MN4に共通する周囲端末が１ホップ先には存在しないが２ホップ（または、それ以上）先には存在する場合の動作を、図１６のシグナリングフローを参照して説明する。

図１５のネットワークトポロジでは、前記TTLが「１」の探索メッセージに対して各隣接端末MN2，MN4から返信される周囲端末リストは図１７の通りであり、両者に共通する周囲端末は仲介端末MN3以外に存在しないので、仲介端末MN3はハンドオーバ先端末を決定できない。

このような場合、本実施形態では仲介端末MN3が探索メッセージのTTLを当所の「１」から「２」に変更して再送する。この探索メッセージは、前記隣接端末MN2，MN4と直接通信可能な１ホップ目の第１周囲端末(MN1，MN6およびMN5，MN7)のみならず、当該第１周囲端末と直接通信可能な２ホップ目の第２周囲端末MN6，MN7でも受信される。第２周囲端末MN6，MN7から返信された探索応答メッセージは前記第１周囲端末を経由して各隣接端末MN2，MN4で受信される。したがって、TTLが「２」の探索メッセージに対して各隣接端末MN2，MN4から返信される周囲端末リストは図１８の通りであり、ここには、隣接端末MN2から周囲端末MN6を経由して同MN7に至る経路と、隣接端末MN4から周囲端末MN7を経由して同MN6に至る経路とが登録されている。したがって、ここでは各隣接端末MN2，MN4に共通する周囲端末MN6，MN7のペアがハンドオーバ先端末として決定される。

その結果、現在のMN2→MN3→MN4の第１経路に代えて、図１９に示したように、前記２つの周囲端末MN6，MN7をハンドオーバ先とするMN2→MN6→MN7→MN4→MN5の第２経路が確立される。

なお、上記した実施形態では、TTLが「１」の探索メッセージによる周囲端末探索が失敗した後で、TTLが「２」の探索メッセージによる周囲端末探索を実行するものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えば、TTLが「１」の探索メッセージによる周囲端末探索が、それ以前にも失敗を繰り返しているような状況下であれば、周囲の無線端末密度が小さいと判断できる。そのような場合は最初からTTLを2以上とした探索メッセージを送信するようにしても良い。

次いで、送信元端末MN1において予め経路の最適解を探索し、経由すべき全ての通信経路をパケットヘッダに登録しておく始点経路制御への適用例を、図２０のシグナリングフローを参照して説明する。

本実施形態では、前記図３のステップＳ６において周囲端末リストを抽出し、ステップＳ７において、各周囲端末リストに共通する周囲端末の一つ（ここでは、MN6）をハンドオーバ先端末として決定すると、無線端末MN3に代えて同MN6を経由する第２経路への変更を要求する経路変更要求メッセージを送信元端末MN1へ送信する。送信元端末MN1は、前記経路変更要求メッセージの受信に応答して、自端末の始点経路表を更新する。

本発明に係る経路更新方法を模式的に表現した図である。 各無線端末の機能ブロック図である。 仲介端末の動作を示したフローチャートである。 隣接端末の動作を示したフローチャートである。 ハンドオーバ先端末の動作を示したフローチャートである。 第１実施形態の動作を示したシグナリングフローである。 周囲端末リストの一例を模式的に示した図である。 周囲端末リストの抽出結果の一例を示した図である。 隣接端末MN2の経路表の更新例を示した図である。 隣接端末MN4の経路表の更新例を示した図である。 ハンドオーバ先端末MN6の経路表の登録例を示した図である。 本発明の第２実施形態が適用されるネットワークトポロジの一例を示した図である。 第２実施形態の動作を示したシグナリングフローである。 周囲端末リストの一例を模式的に示した図である。 本発明の第３実施形態が適用されるネットワークトポロジの一例を示した図である。 第３実施形態の動作を示したシグナリングフローである。 TTLが「１」の探索メッセージに対して隣接端末MN2，MN4から返信される周囲端末リストの一例を示した図である。 TTLが「２」の探索メッセージに対して隣接端末MN2，MN4から返信される周囲端末リストの一例を示した図である。 第３実施形態により確立される通信経路を示した図である。 第４実施形態の動作を示したシグナリングフローである。

符号の説明

１０…送受信部，１１…隣接リンク監視部，１２…リンク切断予期部，１３…仲介端末機能部，１４…隣接端末機能部，１５…ハンドオーバ先端末機能部，１６…経路表

Claims (15)

1. 複数の無線端末を含むマルチホップ無線ネットワーク上で、送信元の無線端末、宛先の無線端末および少なくとも１つの中継用の無線端末からなる既存の第１経路を他の第２経路に更新する経路更新方法において、
   第１経路上の各無線端末が、自端末で終端される隣接リンクに関して、所定のリンク切断予期条件が満足されているか否かを判定する手順と、
   前記リンク切断予期条件を満足する隣接リンクを挟んで対向する一対の無線端末の一方が、仲介端末として周囲端末検索要求メッセージを送信する手順と、
   前記周囲端末検索要求メッセージを受信した隣接端末が探索メッセージを送信する手順と、
   前記探索メッセージを受信した周囲端末が探索応答メッセージを返信する手順と、
   前記各隣接端末が、受信した探索応答メッセージに基づいて周囲端末のリストを作成する手順と、
   前記各隣接端末が、前記周囲端末リストの登録された周囲端末検索応答メッセージを、前記周囲端末検索要求メッセージに対して返信する手順と、
   前記仲介端末が、前記各隣接端末から返信される周囲端末リストに共通する周囲端末をハンドオーバ先端末に決定する手順と、
   前記仲介端末を経由する第１経路を前記ハンドオーバ先端末を経由する第２経路に更新する手順とを含むことを特徴とするマルチホップ無線ネットワークの経路更新方法。
2. 前記第１経路を第２経路に更新する手順は、
   前記仲介端末が、前記決定したハンドオーバ先端末を前記隣接端末へ広告する手順と、
   前記隣接端末が前記ハンドオーバ先端末へ、経路加入要求メッセージを送信する手順と、
   前記ハンドオーバ先端末が、前記経路加入要求メッセージに基づいて自身の経路表を更新する手順と、
   前記隣接端末が自身の経路表を更新する手順とを含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチホップ無線ネットワークの経路更新方法。
3. 前記第１経路を第２経路に更新する手順は、
   前記仲介端末が、前記決定したハンドオーバ先端末を前記送信元の無線端末へ広告する手順と、
   前記送信元の無線端末が自身の始点経路表を更新する手順とを含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチホップ無線ネットワークの経路更新方法。
4. 前記隣接端末が、前記周囲端末リストに登録する各周囲端末に優先度情報を付する手順を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチホップ無線ネットワークの経路更新方法。
5. 前記仲介端末は、各隣接端末から返信された周囲端末リストに共通する周囲端末の中から、優先度の高い周囲端末をハンドオーバ先端末として決定することを特徴とする請求項４に記載のマルチホップ無線ネットワークの経路更新方法。
6. 前記仲介端末は、前記各隣接端末から返信される周囲端末リストに共通する周囲端末が存在しないと、前記対向する他方の無線端末に対して仲介要求メッセージを送信する手順を更に具備し、
   前記仲介要求メッセージを受信した他方の端末が、前記一方の無線端末に代わって仲介端末として振る舞うことを特徴とする請求項１に記載のマルチホップ無線ネットワークの経路更新方法。
7. 前記探索メッセージを受信した周囲端末が、当該探索メッセージを中継して更に送信する手順と、
   前記探索メッセージを中継した周囲端末が、当該中継した探索メッセージに対して他の周囲端末から返信される探索応答メッセージを受信する手順とを含み、
   前記探索メッセージを中継した周囲端末が、前記受信した探索応答メッセージの内容が反映された探索応答メッセージを、前記隣接端末から送信された探索メッセージに対して返信することを特徴とする請求項１に記載のマルチホップ無線ネットワークの経路更新方法。
8. マルチホップ無線ネットワーク上で通信ノードとして機能する無線端末において、
   自端末で終端される第１経路上の隣接リンクに関して、所定のリンク切断予期条件が満足されているか否かを判定するリンク切断予期判定手段と、
   前記隣接リンクが前記リンク切断予期条件を満足するときに、既存の第１経路を他の第２経路に更新する仲介端末として機能するための仲介端末機能部と、
   前記仲介端末の隣接端末として機能するための隣接端末機能部と、
   前記仲介端末のハンドオーバ先端末として機能するためのハンドオーバ先端末機能部とを含み、
   前記仲介端末機能部が、
   周囲端末検索要求メッセージを送信する手段と、
   前記周囲端末検索要求メッセージに対して各隣接端末から返信される周囲端末リストに共通する周囲端末をハンドオーバ先端末として選別する手段と、
   前記選別されたハンドオーバ先に関する広告メッセージを送信する手段とを含み、
   前記隣接端末機能部が、
   仲介端末から送信された前記周囲端末検索要求メッセージの受信に応答して探索メッセージを送信する手段と、
   前記探索メッセージに対して周囲端末から返信される探索応答メッセージに基づいて周囲端末リストを作成する手段と、
   前記周囲端末リストを含む周囲端末検索応答メッセージを、前記周囲端末検索要求メッセージに対して返信する手段とを含み、
   前記ハンドオーバ先端末機能部が、
   前記探索メッセージの受信に応答して探索応答メッセージを返信する手段を含むことを特徴とするマルチホップ無線ネットワークの無線端末。
9. 前記隣接端末機能部がさらに、
   前記仲介端末から送信されたハンドオーバ先広告メッセージに基づいて自端末の経路表を更新する手段と、
   前記ハンドオーバ先端末へ加入要求メッセージを送信する手段とを含み、
   前記ハンドオーバ先端末機能部がさらに、
   前記隣接端末から送信された加入要求メッセージに基づいて自端末の経路表を更新する手段とを含むことを特徴とする請求項８に記載のマルチホップ無線ネットワークの無線端末。
10. 始点経路制御情報が記憶された始点経路制御情報テーブルと、
    前記仲介端末から送信されたハンドオーバ先広告メッセージに基づいて前記始点経路制御情報テーブルを更新する手段とを含むことを特徴とする請求項８に記載のマルチホップ無線ネットワークの無線端末。
11. 前記リンク切断予期判定手段が、
    隣接リンクに関して受信信号強度、希望波信号電力対干渉波電力比、信号対雑音比、搬送波対干渉比、隣接チャネル干渉電力比、ビット誤り率、スループット、遅延時間、輻輳状態および媒体アクセス制御層における自動再送要求回数の少なくとも一つを検知する手段と、
    前記検知結果と所定の基準値との比較結果に基づいて前記リンク切断予期条件が満足されているか否かを判定する手段とを含むことを特徴とする請求項８に記載のマルチホップ無線ネットワークの無線端末。
12. 前記リンク切断予期判定手段が、
    自端末のバッテリー残量、自端末と隣接端末との距離、ならびに自端末と隣接端末との相対的な移動量および移動方向の少なくとも一つを検知する手段と、
    前記検知結果と所定の基準値との比較結果に基づいて前記リンク切断予期条件が満足されているか否かを判定する手段とを含むことを特徴とする請求項８に記載のマルチホップ無線ネットワークの無線端末。
13. 前記周囲端末リスト作成手段は、各周囲端末に優先度情報を付与し、
    前記ハンドオーバ先端末選別手段は、各周囲端末リストに共通する周囲端末の中から優先度の高い周囲端末を選択することを特徴とする請求項８に記載のマルチホップ無線ネットワークの無線端末。
14. 前記仲介端末機能部がさらに、
    前記各隣接端末から返信される周囲端末リストに共通する周囲端末が存在しないと、前記無線リンクを挟んで対向する無線端末に対して仲介要求メッセージを送信する手段と、
    前記仲介要求メッセージの受信に応答して前記仲介端末機能部を付勢する手段とを含むことを特徴とする請求項８に記載のマルチホップ無線ネットワークの無線端末。
15. 前記ハンドオーバ先端末機能部がさらに、
    前記探索メッセージの受信に応答して、当該探索メッセージを中継して更に送信する手段と、
    前記中継した探索メッセージに対して返信される探索応答メッセージの内容が反映された探索応答メッセージを、前記隣接端末から送信された探索メッセージに対して返信する手段とを含むことを特徴とする請求項８に記載のマルチホップ無線ネットワークの無線端末。

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