JP2005252563A - 間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 間欠動作しても経路を維持し続けることができる間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法を提供する。
【解決手段】 データを収集する無線ノード群から構成され、各無線ノードは、他の無線ノードから送信されたデータを目的のノードに転送する機能を有し、各ノードが同期して起動・終了を繰り返す間欠動作型マルチホップ無線ネットワークにおいて、通信する目的ノードまでの経路を構築し、間欠動作しても構築された前記目的ノードまでの複数経路を保持し続け、起動時に保持している複数経路のうち１つの経路に対し経路の存在を確認し、該経路に対し存在の確認ができなかった場合に別の経路に対し存在を確認し、存在が確認できるまで確認し続ける（ステップ２０９〜２１２８）。
【選択図】 図９

Description

本発明は、間欠動作する無線ノードから構成される間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法に関する

常に電源がＯＮ状態にあることが前提である、有線の経路構築・維持機能を有するルーティング技術においては、ＲＩＰ（Routing Information Protocol）（非特許文献１を参照。）やＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）（非特許文献２を参照。）等の技術があり、常に経路情報を交換し、alive信号を送受信することで、目的の経路を維持する。

一方、主に無線の経路構築・維持機能を有するad-hocルーティングにおいては、近隣の無線ノードが頻繁に変更し、経路の変更が頻繁に発生することに対応したルーティング技術である。 ad-hocルーティングには常に経路情報を交換し、alive信号を送受信するproactive型のルーティング技術（例えば、非特許文献３を参照。）と通信時に目的ノードまでの経路を構築し、ある時間保持し続けるreactive型のルーティング技術（例えば、非特許文献４を参照。）がある。
ＲＩＰ（Routing Information Protocol）ＲＦＣ２４５３ ＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）ＲＦＣ２３２８ ＯＬＳＲ（Optimized Link State Routing Protocol）ＲＦＣ３６２６ ＡＯＤＶ（Ad hoc On-Demand Distance Vector）ＲＦＣ３５６１

しかしながら、経路構築・維時機能を有する無線ノードにおいて、電源がＯＮ／ＯＦＦされ、無線ノードが作動および停止を繰り返す特徴を有する間欠動作型の経路構築・維持機能が考えられていない。
また例え、ad-hoc ルーティングを用い、動作停止時に経路情報を不揮発性の記憶装置に書き込む処理をしたとしても、間欠動作においては、ノードの動作停止中に目的ノードまでの経路に障害が発生したかの検出ができず、更に起動時にすぐに障害検出し経路再構築を行う機能がないため、起動後直ちに通信することができない問題がある。

また、トポロジーの変化が少なく、隣接ノードの変更は無線状況の変化、隣接ノードの障害、ノードの新規敷設、同期のずれによって生じるネットワークにおいては、次回起動時に経路の状態が、回復することがあるため、停止時に経路情報を不揮発性の記憶装置に書き込む処理をした場合、回復した経路を用いて通信することができない問題がある。

更に、ad-hocルーティングのみならずＲＩＰやＯＳＰＦ等のルーティングにおいて、あるノードの動作が終了する場合、alive信号や経路情報が交換できなくなるために、他のノードから経路異常と判断され、次回起動時には該経路を利用できなくなる問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、間欠動作しても経路を維持し続けることができる間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、データを収集する無線ノード群から構成され、他の無線ノードから送信されたデータを目的のノードに転送する機能を有し、各ノードが同期して運転状態・停止状態を繰り返す間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法であって、通信する目的ノードまでの経路を構築するステップと、前記構築された複数の経路を間欠動作における休止状態中でも保持し続けるステップと、前記保持している複数経路の中から今回運転状態中に使用する経路として使用可能である経路を選択するステップと、休止状態から運転状態に移行すると保持している経路の１つに対し経路の存在を確認するステップと、前記１つの経路の存在が確認できた場合に本起動期間での目的ノードまでの経路とするステップと、前記１つの経路に対し存在の確認ができなかった場合に保持している別の経路に対し存在を確認し存在が確認できるまで確認し続けるステップとを有することを特徴とする。

請求項１に記載の発明では、各無線ノードは電波時計の様な精度の高い時計を有し、全てのノードで決められた時間に他のノードと同期して起動し、不揮発性メモリ上にある経路表に基づき、目的のノードまでの経路があるか否かを確認する機能を用いて確認し、該経路があれば、該経路を用いて目的ノードまでデータを送信する。該経路が無ければ、経路表にある別の目的のノードまでの経路について、経路があるか否かを確認する機能を用いて確認し、該経路があれば、該経路を用いて目的ノードまでデータを送信する。目的ノードまでの経路が無い場合、ＡＯＤＶ等のreactiveなad-hocルーティングを用い目的ノードまでの経路を構築し、メトリック（例えば、ホップ数、ＲＳＳＩ、通信帯域等）を含む経路情報を各ノードは不揮発性のメモリ上にある経路表に登録し、その後、他のノードと同期して起動した場合に不揮発性メモリ上にある経路表を用いて、データを目的ノードと送受信する。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法において、各ノードが保持する目的ノードまでの複数経路についてメトリック情報をもとに経路選択の優先度を付与するステップと、前記優先度の最も高い経路から経路の存在を確認し、該優先度の最も高い経路で経路の存在の確認ができなければ次に優先度の高い経路で経路の存在の確認を行い、経路の存在が確認できるまで続けるステップとを有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明では、メトリックをもとに優先度を計算する。例えば、ホップ数を優先度とし、経路構築後に計算した優先度を各経路に対する初期値とする。各ノードは優先度の高い経路から順番に経路が利用できるかの確認を行い、優先度の高い経路が利用できないのであれば、次に優先度の高い経路について経路が利用できるかの確認を行い、経路が確保できるまで繰り返す。確保できた経路に対して、起動時に収集したデータを集約ノードに送信する。該経路の優先度が上限値より低い場合、該経路の優先度を高くする。経路が利用できるかの確認を行い、経路が確保できなかった経路について優先度を下げる。不揮発性のメモリ上にある経路表に変更になった経路情報を記録する。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法において、起動時に、目的ノードまでの経路に関し、目的ノードまでの経路となる隣接ノードとのリンクを送信すべきデータを用いて確認するステップ、または該隣接ノードからのalive信号を明いて確認するステップ、または目的ノードまで試験信号を送り、該目的ノードから試験信号のackにより確認するステップのいずれかを有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、起動時に、目的ノードまでの経路に関し、目的ノードまでの経路となる隣接ノードとのリンクを送信すべきデータを用いて、該隣接ノードに送信し、そのデータに対しackがあれば、該経路の経路が確認できたと判断する。もしくは、各ノードが起動後に直ちにalive信号を送信し、各ノードは目的ノードまで経路となる隣接ノードからのalive信号から該経路の経路が確認できたと判断する。もしくは、目的ノードまで試験信号を送り、該目的ノードからの試験信号のackを受信することで該経路の経路が確認できたと判断する。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法において、各ノードが保持する目的ノードまでの複数の経路全てにおいて、経路の確認ができなかった場合、経路構築を行うステップを有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明では、目的の無線ノードの経路となる候補が無くなった場合に、該経路を経路表から削除し、ＡＯＤＶ等のreactiveなad-hocルーティングを用い目的ノードまでの経路を構築し、メトリック（例えば、ホップ数、ＲＳＳＩ、通信帯域等）を含む経路情報を各ノードは不揮発性のメモリ上にある経路表に登録し、その後、他のノードと同期して起動した場合に不揮発性のメモリ上にある経路表を用いて、データを目的ノードと送受信する。

また、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法において、今回の運転期間において経路確認に失敗し、かつ連続した前回までの運転期間においても経路確認できなかった経路について、優先度を下げるステップを有することを特徴とする。

請求項５に記載の発明では、メトリックをもとに優先度を計算する。例えば、ホップ数を優先度とし、経路構築後に計算した優先度を各経路に対する初期値とする。各ノードは優先度の高い経路から順番に経路が利用できるかの確認を行い、経路が利用できないのであれば、次に優先度の高い経路について経路が利用できるかの確認を行い、経路が確保できるまで繰り返す。確保できた経路に対して、起動時に収集したデータを集約ノードに送信する。該経路の優先度が上限値より低い場合、該経路の優先度を高くする。経路が利用できるかの確認を行い、経路が確保できなかった経路について優先度を下げる。不揮発性のメモリ上にある経路表に変更になった経路情報を記録する。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法において、優先度と再送回数との関連付け通信に失敗したノードの経路の再送回数を下げ、ある再送回数以下になった場合優先度を下げるステップを有することを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項５または６のいずれかに記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法において、前回の運転状態時には経路の確認ができずに他の経路を利用し、次の間欠動作時に前回確認できなかった前記経路が確認できた場合、該経路の優先度および／または再送回数を経路構築時の値に戻すことを特徴とする。

請求項６、７に記載の発明では、優先度の高い経路から順番に経路を確保する場合に、経路の検索回数をｎとし、経路の確保に失敗するとｎよりも小さく（例えば（ｎ−1）回、ｎ／２回）し、次に高い優先度の経路に対し経路を確保しようとする。これを経路確保できるまで繰り返す。また、ある経路に対しｎが０になった場合、優先度を下げる。優先度や検索回数が小さくなった経路で、経路を確保できたら初期状態の優先度や検索回数に戻す。不揮発性メモリ上にある経路表に変更になった経路情報を記録する。

また、請求項８に記載の発明は、請求項５または６のいずれかに記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法において、ある条件の運転状態になったときに各経路に対する優先度を初期状態の優先度に変更して経路維持を行うことを特徴とする。

請求項８に記載の発明では、経路１と経路２があり、経路１の優先度Ｈ、経路２の優先度Ｍで、優先度Ｈの方が高優先度とし、各ノードが同期して起動した場合に経路１では接続できずに優先度が下がり、優先度Ｌとなり、優先度Ｍより優先度が低くなり、優先度Ｍの経路が常時使われるようになるが、ある周期、例えば０時０分をすぎた最初の起動時に経路１の優先度をＨに変更し、経路１の経路が確保できた場合、経路１の優先度を優先度Ｍより大きな優先度とする。不揮発性メモリ上にある経路表に変更になった経路情報を記録する。

また、請求項９に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法において、ある条件の運転状態になったときに、全ての無線ノードが経路構築を行い経路表に保存するステップを有することを特徴とする。

請求項９に記載の発明では、ある周期、例えば０時０分をすぎた最初の起動時に、目的ノードから経路再構築信号を送信し、目的ノードの隣接ノードから順番に目的ノードまでの経路を構築し、その後、隣接ノードが経路再構築信号を送信し、次隣接ノードが目的ノードまでの経路構築を行うことを、次々と繰り返す。各ノードは構築した経路、及び隣接ノードの情報を不揮発性メモリ上にある経路表に登録する。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法において、別途無線ノードが導入されたことによりメトリックの良い別経路が構築された場合、経路を変更することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明では、直接ノードが経路構築したことを契機に、自ノードも経路構築し、構築した経路、及び隣接ノードの情報を不揮発性メモリ上にある経路表に登録する。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法において、あるノードが終了する場合、他のノードから経路異常と判断されないための終了信号を隣接ノードに送信するステップを有することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明では、あるノードが終了する場合、他のノードから経路異常と判断されないための終了信号を隣接ノードに送信し、終了信号を受信した無線ノードは、終了信号を送信した無線ノードは正常終了したと判断し、その間欠動作時の動作中にalive信号や経路情報が来なくても、経路異常と判断せずに処理を行う。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法において、終了信号を送信するステップにおいて、目的ノードが終了信号を送信し該終了信号を受信したノードが休止状態に移行する前に終了信号を送信し、目的ノードに近いノードから休止状態に移行する、または目的ノードヘの経路となっていないノードは終了信号を送信し、終了信号を受信したノードは目的ノードまでの経路として自ノードを経由する全ての隣接するノードから終了信号を受信したのを契機に終了信号を送信し、休止する、または時間やイベントを契機に終了信号を送信し休止状態に移行することを特徴とする。

請求項１２に記載の発明では、目的ノードからの終了信号の受信を契機にノードが休止状態に移行する前に終了信号を送信し、その後終了する。更に該終了信号を受信したノードが休止状態に移行する前に終了信号を送信し終了することを全てのノードが休止状態になるまで続ける。または目的ノードヘの経路となっていないノードは送信すべきデータが無くなったことを契機に終了信号を送信し、該終了信号を受信したノードは目的ノードまでの経路として自ノードを経由する全ての隣接するノードから終了信号を受信した場合、終了信号を送信し休止状態に移行し、目的ノードまでの経路として自ノードを経由する隣接ノードの一部のみから終了信号を受信した場合、運転状態を維持する。または、一定時間運転状態になっていることやイベントを契機に終了信号を送信し休止状態に移行する。

また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法において、前記終了信号を受信した時に、外終了信号を送信したノードが休止状態に移行しないように、拒絶信号を送信するステップと、該拒絶信号を受信したノードは拒絶信号を解除する解除信号を受信するまで休止状態に移行しないステップとを有することを特徴とする。

請求項１３に記載の発明では、あるノードが、送信すべきデータがあるにもかかわらず、目的ノードまでの経路に選択している経路上のノート゛から終了信号を受信したことを契機に、目的ノードまでの経路を維持するために、拒絶信号を送信し、該拒絶信号を受信したノードは該拒絶信号を送信したノードから拒絶信号を解除する解除信号を受信するまで運転状態を維持する。

以上説明したように、本発明によれば、間欠動作型マルチホップ無線ネットワークにおいて、通信する目的ノードまでの経路を構築し、各ノードが間欠動作しても構築された前記目的ノードまでの複数経路を保持し続け、起動時に保持している複数経路のうち１つの経路に対し経路の存在を確認し、該経路に対し存在の確認ができなかった場合に別の経路に対し存在を確認し、存在が確認できるまで確認し続けるようにしたので、各ノードが間欠動作しても目的ノードまでの経路を維持し続けることができる、という効果が得られる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明が適用される間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの構成例を図１に示す。同図において、間欠動作型マルチホップ無線ネットワークは、複数の無線ノードＮ０〜Ｎ４，ＧＮから構成され、各無線ノードＮ０〜Ｎ４からのデータは無線ノードＧＮに集約されるようになっている。

次に、図１に示した間欠動作型マルチホップ無線ネットワークにおける無線ノードの構成例を図２に示す。同図において、無線ノード１は、無線装置１０と、データ発生装置１１と、不揮発性メモリ１２と、時計１３と、揮発性メモリ１４と、ＣＰＵ１５とを有している。
無線装置（例えば、無線ＬＡＮ、無線モデム）１０は、他の無線ノードからのデータ受信や他の無線ノードヘのデータ送信や転送を行う。

データ発生装置１１は、例えば、キーボードやセンサである。
時計１３は電波時計等の精度の高い時計であり、各ノードが同一時刻に起動するために用いられる。
不揮発性メモリ１２は、経路表や初期状態の経路を保持しておくためのメモリで、間欠動作によりメモリの中身は消去されない。
揮発性メモリ１４は一連の動作に必要なプログラムやデータを動作中に保持しておくためのメモリで、間欠動作により記憶内容は消去される。
ＣＰＵ１５は一連の動作を行うための装置である。

図３に、図２に示した無線ノードの機能構成例を示す。無線ノード１は、電源管理機能１００と、経路管理機能１０１と、経路表１０２と、データ処理機能１０３と、受信管理機能１０４と、転送処理機能１０５と、送信管理機能１０６とを有している。

電源管理機能１００は、ある時刻になった時にＣＰＵ１５や無線装置１０の電源を供給し、無線ノード１の全ての機能を利用できるようにする。
また、電源管理機能１００は、電源供給停止命令があった時に、ＣＰＵ１５や無線装置１０の電源を供給停止にすることで、間欠動作を実現する。
経路管理機能１０１は、ノードＧＮまでの経路が無ければ、経路構築を行い、他ノードから経路構築要求（ＲＲＥＱ）がきた場合に応答（ＲＲＥＰ）を返す等の経路に関する処理を行う。

経路表１０２は無線ノードＧＮまでの経路、隣接ノードの経路等と優先度、メトリック、初期値等を記録した情報である。
データ処理機能１０３は受信したパケットをデータとして処理、もしくはセンサ等からデータを受信し送信管理機能１０６に引き渡す機能である。
受信管理機能１０４は、自ノード宛のパケットであれば受信し、該パケットが経路に関するパケットであれば経路管理機能１０１へ、それ以外のパケットであればデータ処理機能１０３へ引き渡す。

また、受信管理機能１０４は他ノード宛の経路に関するパケットであれば経路管理機能１０１へ、それ以外のパケットであれば、転送処理機能１０５にパケットを引き渡す。
転送処理機能１０５は、経路表１０２とパケットに記載された目的地のアドレスから転送先を選択し、転送先の無線ノードにパケットを転送する。

転送処理機能１０５はパケットを転送できない場合、障害パケットを隣接ノードに送信する。
送信管理機能１０６は、データをパケット化し、経路表１０２に基づき無線ノード（目的ノード）ＧＮヘパケットを送信する機能である。

図４に、パケットフォーマットを示す。パケットは、「パケット種別」、「宛先」、「中継先」、「中継元」、「発信元」、「データ」からなる。
「パケット種別」は経路構築・維持等のための経路制御パケットと、キーボードからの入力データやセンサデータを送信するためのデータパケットの２種類がある。
「宛先」は目的地のアドレスであり、各無線ノードからデータを送信する場合、目的ノードＧＮのアドレスとなる。

「中継先」は宛先にパケットを転送するために次に該パケットを中継するための無線ノードのアドレスである。中継元は該パケットを転送するノードのアドレスである。
「発信元」は該パケットを生成し、送信する無線ノードのアドレスである。

本発明の実施形態に係る経路構築方法及び経路維持方法について図５から図１１を参照して説明する。図５は、本発明が適用される間欠動作型マルチホップ無線ネットワークにおいて、無線ノードＮ３が導入され、ＧＮまでの経路と隣接ノードをノードＮ３の経路表に書き込んだ状態を示している。

図８に本発明の実施形態に係る経路構築方法及び経路維持方法の内容である経路構築及び経路維持のアルゴリズムを示す。ノードＮ３の動作を中心にして説明する。同図において、各ノードが起動されると（ステップ２００）、タイマが設定され（ステップ２０１）、ノードＮ３の経路表に目的ノードＧＮへの送信ルートが無い場合には（ステップ２０２）、ノードＮ３は経路構築要求メッセージ（ＲＲＥＱ）を隣接ノードにプロードキャストし（ステップ２０３）、規定時間だけ経路応答メッセージ（ＲＲＥＰ）を受信待ちする（ステップ２０４）。

経路応答メッセージ（ＲＲＥＰ）が無い場合には、再度、経路構築要求メッセージ（ＲＲＥＱ）を発行し、規定回数Ｘ以上経路構築要求メッセージ（ＲＲＥＱ）しても経路応答メッセージ（ＲＲＥＰ）が無い場合には、ノードＮ３の動作を停止する（ステップ２０７、２０８）。
また、ステップ２０１で設定した時間が経過した場合には（ステップ３００）、次の起動時間の設定を行い（ステップ３０１）、ノードＮ３の動作を停止する（ステップ３０２）。

一方、ノードＮ３の隣接ノードＮ０、Ｎ１、Ｎ２は、図１１に示すアルゴリズムに従い、ノードＮ３からの経路構築要求メッセージ（ＲＲＥＱ）を受信すると（ステップ４００、４０４）、目的ノーＧＮのアドレスとメトリック情報であるホップ数を経路応答メッセージ（ＲＲＥＰ）に含めノードＮ３に送信する（ステップ４０５、４０６）。

ノードＮ３は、経路応答メッセージ（ＲＲＥＰ）を受信待ちしており（ステップ４００、４０７）、図８のアルゴリズムに従い、隣接ノードＮ０、Ｎ１、Ｎ２から経路応答メッセージ（ＲＲＥＰ）を受信すると（ステップ２０５）、ノードＮ０、Ｎ１、Ｎ２のメトリック情報であるホップ数に基づき、ノードＮ０の経路の優先度を最も高い優先度１、ノードＮ１の経路の優先度を次に高い優先度２、ノードＮ２の経路の優先度を優先度３に設定する。また、経路応答メッセージ（ＲＲＥＰ）を返却したノードＮ０、Ｎ１、Ｎ２の経路を隣接として保持する（ステップ２０６）。

あるノードが終了する場合、他のノードから経路異常と判断されないための終了信号を隣接ノードに送信し、終了信号を受信した無線ノードは、終了信号を送信した無線ノードは正常終了したと判断し、その間欠動作時の動作中にalive信号や経路情報が来なくても、経路異常と判断せずに処理を行うようにしてもよい。

目的ノードからの終了信号の受信を契機にノードが休止状態に移行する前に終了信号を送信し、その後終了する。更に該終了信号を受信したノードが休止状態に移行する前に終了信号を送信し終了することを全てのノードが休止状態になるまで続ける、または目的ノードヘの経路となっていないノードは送信すべきデータが無くなったことを契機に終了信号を送信し、該終了信号を受信したノードは目的ノードまでの経路として自ノードを経由する全ての隣接するノードから終了信号を受信した場合、終了信号を送信し休止状態に移行し、目的ノードまでの経路として自ノードを経由する隣接ノードの一部のみから終了信号を受信した場合、運転状態を維持する、または、一定時間運転状態になっていることやイベントを契機に終了信号を送信し休止状態に移行するようにしてもよい。

あるノードが、送信すべきデータがあるにもかかわらず、目的ノードまでの経路に選択している経路上のノート゛から終了信号を受信したことを契機に、目的ノードまでの経路を維持するために、拒絶信号を送信し、該拒絶信号を受信したノードは該拒絶信号を送信したノードから拒絶信号を解除する解除信号を受信するまで運転状態を維持する。

ただし、メトリックが同じ場合は、例えば、先に受信した経路応答メッセージ（ＲＲＥＰ）の発信元のノードへの経路の優先度を高く設定する。これらの経路情報を不揮発性メモリ上の経路表に登録する。この時、再送回数を５回とする。
目的ノードＧＮまでの経路を確保したので、次に、ノードＮ３は取得したデータをノードＧＮまで図９のアルゴリズムに基づき送信する。すなわち、ノードＮ３は、今回の起動時にデータを送信していない経路が有る場合には（ステップ２０９）、データを送信していない経路のうち最も優先度の高い経路であるノードＮ０ヘの経路を目的ノードＧＮへの送信ルートに設定し（ステップ２１０）、ノードＮ０にデータを送信する（ステップ２１１）。

次いで、目的ノードへの送信ルートであるノードＮ０からack信号が受信されれば（ステップ２１２）、目的ノードＧＮへの送信ルートに設定されている経路の再送回数Ｙを初期値に戻し（ステップ２１３）、ノードＮ３が持っているデータが無くなるまでステップ２１１〜２１４の処理を繰り返し、ノードＮ０に送信する。
次いで、タイムアウトするまで受信待ちを行う（ステップ２１５）。タイムアウト後、次に起動する時間を設定し、終了する（ステップ３００〜３０２）。

なお、受信待ちでデータパケットを受信した場合には（ステップ４００、４０１）、自ノード宛のパケットならデータ処理部に転送し、他ノード宛てなら経路表に従い、パケットを転送し、転送したルートのライフタイムを規定時間に設定し、受信待ちをする（ステップ４０３）。

次に、ノードＮ０とノードＮ３の間が通信できなくなった場合について説明する。図９において、ノードＮ３は最も優先度の高い経路であるノードＮ０にデータを送信する（ステップ２１１）。しかし、規定時間内にＮ０からackが無いので（ステップ２１２）、再度、ノードＮ０に送信する（ステップ２１６、２１１）。これを再送回数（５回）繰り返す。

しかし、ノードＮ０からackが無いので、ノードＮ０の再送回数を４回に変更し（ステッ２１７）、経路を優先度が次に高いノードＮ１に選択し（ステップ２１０）、ノードＮ１にデータを送信する（ステップ２１１）。その時の経路表を図６に示す。

次の間欠動作時において、ステップ２０９〜２１２、２１６、２１７の処理を繰り返して、ノードＮ３は最初にノードＮ０にデータを送信し、再送回数を４回内にackが無ければ、ノードＮ０の再送回数を３回に変更し（ステップ２１７）、経路を優先度が次に高いＮ１に選択し、Ｎ１にデータを送信する。
ただし、途中でノードＮ０からackがあった場合（ステップ２１２）、ノードＮ０の再送回数を初期値の５回に戻す（ステップ２１３）。ノードＮ０の再送回数が０回になった場合、Ｎ０の優先度を２に変更し、再送回数を１にする（ステップ２１８）。その時の経路表を図７に示す。

優先度の高い経路から順番に経路を確保する場合に、経路の検索回数をｎとし、経路の確保に失敗するとｎよりも小さく（例えば（ｎ−1）回、ｎ／２回）し、次に高い優先度の経路に対し経路を確保しようとする。これを経路確保できるまで繰り返す。また、ある経路に対しｎが０になった場合、優先度を下げる。優先度や検索回数が小さくなった経路で、経路を確保できたら初期状態の優先度や検索回数に戻す。不揮発性メモリ上にある経路表に変更になった経路情報を記録する。

起動時に、目的ノードまでの経路に関し、目的ノードまでの経路となる隣接ノードとのリンクを送信すべきデータを用いて、該隣接ノードに送信し、そのデータに対しackがあれば、該経路の経路が確認できたと判断する。もしくは、各ノードが起動後に直ちにalive信号を送信し、各ノードは目的ノードまで経路となる隣接ノードからのalive信号から該経路の経路が確認できたと判断する。もしくは、目的ノードまで試験信号を送り、該目的ノードからの試験信号のackを受信することで該経路の経路が確認できたと判断する。

全てのＧＮへの経路の候補と通信できなくなった場合、例えば無線ノードＮ３においてノードＮ０，Ｎ１，Ｎ２との間の通信ができなくなった場合の動作について、図１０に示す。図１０（Ａ）は、無線ノードＮ３の動作を停止する例である。
一方、図１０（Ｂ）は、無線ノードＮ３は、全ての目的ノードＧＮへの経路の候補を削除し、再度経路構築を行い、経路をみつけられなかった場合、停止し、見つけられたら通信を行う（ステップ２１９）。

ある起動時、例えば０時００分に、初期状態の優先度及び再送回数を用い図８から図１１のアルゴリズムを実行する。無線ノードＮ３において、経路表が図７の状態になっていても、この時は図５の経路表と同等の経路表を用いることになる。この時、ノードＮ０を経由する経路で目的ノードＧＮへ通信できれば、その後の間欠動作時に図５の経路表を使い、通信できなければ、その後の間欠動作時に図7の経路表を使う。

新しく導入された無線ノード、障害により通信できなくなった無線ノード、無線状況の変化等により、メトリックが変更し、経路を変更した方が良いことがあるが、各ノードで経路を保持しているとすぐに変更することが難しい。このため、定期的に経路を一斉更新するためのアルゴリズムを図１２に示す。
まず、経路一斉構築する際に（ステップ５００）、初めにタイマの設定を行い（ステップ５０１）、各ノードは、目的ノードＧＮへの送信ルートを経路表から削除する（ステップ５０２）。

次に、目的ノードへの送信ルートが有る場合には（ステップ５０３）、ＧＮからＧＮまでの情報（ＧＮのアドレスとホップ数０）を含む経路情報（ＲＩＮＦＯ）を隣接ノードにプロードキャストする（ステップ５０７）。
ノードＮ０及びノードＮ１はＲＩＮＦＯを受信すると（、経路表に目的ノードＧＮのアドレスとホップ数１を記録しステップ５０４、５０５）、ＲＩＮＦＯ（ＧＮのドレスとホップ数１）を隣接ノードにプロードキャストする（ステップ５０６、５０７）。

同様にしてノードＮ０から送信されたＲＩＮＦＯをノードＮ１およびノードＮ３が受信する。ノードＮ１はノードＮ０の経路のホップ数がＮ１のホップ数と同じであるから、Ｎ１の経路を経路表にＧＮのアドレスとホップ数２を記録するが、ＲＩＮＦＯをプロードキャストしない。
ノードＮ３はＲＩＮＦＯを受信すると、経路表にＧＮのアドレスとホップ数２を記録し、ＲＩＮＦＯ(ＧＮのアドレスとホップ数２)を隣接ノードにプロードキャストする。

ノードＮ３からのＲＩＮＦＯを受信したノードＮ０及びノードＮ１は自ノードの最小ホップ数よりもホップ数が大きいので、目的ノードＧＮへの経路として記録せず、隣接ノードとしてのみ記録する。ノードＮ０やノードＮ２についても同様にループにならない経路のみ記録する。
ＲＩＮＦＯ待ちの規定時間を過ぎ、タイムアウトした後（ステップ６００）、ホップ数の小さい経路から順番に高い優先度を付与する（ステップ６０１）。該優先度を用い、図８〜図１１に示す動作に基づき取得したデータをＧＮへ送信する（ステップ６０２）。

本発明が適用される間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの一例を示す説明図。 無線ノードの構成例を示すブロック図。 無線ノードの機能構成例を示すブロック図。 パケットフォーマットを示す説明図。 間欠動作型マルチホップ無線ネットワークと経路表の一例を示す説明図。 間欠動作型マルチホップ無線ネットワークと経路表の他の例を示す説明図。 間欠動作型マルチホップ無線ネットワークと経路表のさらに他の例を示す説明図。 間欠動作型マルチホップ無線ネットワークにおける経路構築、経路維持及びデータ送信のためのアルゴリズムの一例を示すフローチャート。 間欠動作型マルチホップ無線ネットワークにおける経路構築、経路維持及びデータ送信のためのアルゴリズムの一例を示すフローチャート。 間欠動作型マルチホップ無線ネットワークにおける経路構築、経路維持及びデータ送信のためのアルゴリズムの一例を示すフローチャート。 間欠動作型マルチホップ無線ネットワークにおける経路構築、経路維持及びデータ送信のためのアルゴリズムの一例を示すフローチャート。 間欠動作型マルチホップ無線ネットワークにおいて、一斉に経路構築を行うためのアルゴリズムの一例を示すフローチャート。

符号の説明

１…無線ノード
１０…無線装置
１１…データ発生装置
１２…不揮発性メモリ
１３…時計
１４…揮発性メモリ
１５…ＣＰＵ

Claims (13)

1. データを収集する無線ノード群から構成され、他の無線ノードから送信されたデータを目的のノードに転送する機能を有し、各ノードが同期して運転状態・停止状態を繰り返す間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法であって、
   通信する目的ノードまでの経路を構築するステップと、
   前記構築された複数の経路を間欠動作における休止状態中でも保持し続けるステップと、
   前記保持している複数経路の中から今回運転状態中に使用する経路として使用可能である経路を選択するステップと、
   休止状態から運転状態に移行すると保持している経路の１つに対し経路の存在を確認するステップと、
   前記１つの経路の存在が確認できた場合に本起動期間での目的ノードまでの経路とするステップと、
   前記１つの経路に対し存在の確認ができなかった場合に保持している別の経路に対し存在を確認し存在が確認できるまで確認し続けるステップと、
   を有することを特徴とする間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。
2. 各ノードが保持する目的ノードまでの複数経路についてメトリック情報をもとに経路選択の優先度を付与するステップと、
   前記優先度の最も高い経路から経路の存在を確認し、該優先度の最も高い経路で経路の存在の確認ができなければ次に優先度の高い経路で経路の存在の確認を行い、経路の存在が確認できるまで続けるステップと、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。
3. 起動時に、目的ノードまでの経路に関し、目的ノードまでの経路となる隣接ノードとのリンクを送信すべきデータを用いて確認するステップ、または該隣接ノードからのalive信号を明いて確認するステップ、または目的ノードまで試験信号を送り、該目的ノードから試験信号のackにより確認するステップのいずれかを有することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。
4. 各ノードが保持する目的ノードまでの複数の経路全てにおいて、経路の確認ができなかった場合、経路構築を行うステップを有することを特徴とする請求項３に記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。
5. 今回の運転期間において経路確認に失敗し、かつ連続した前回までの運転期間においても経路確認できなかった経路について、優先度を下げるステップを有することを特徴とする請求項２に記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。
6. 優先度と再送回数との関連付け通信に失敗したノードの経路の再送回数を下げ、ある再送回数以下になった場合優先度を下げるステップを有することを特徴とする請求項５に記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。
7. 前回の運転状態時には経路の確認ができずに他の経路を利用し、次の間欠動作時に前回確認できなかった前記経路が確認できた場合、該経路の優先度および／または再送回数を経路構築時の値に戻すことを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。
8. ある条件の運転状態になったときに各経路に対する優先度を初期状態の優先度に変更して経路維持を行うことを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。
9. ある条件の運転状態になったときに、全ての無線ノードが経路構築を行い経路表に保存するステップを有することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。
10. 別途無線ノードが導入されたことによりメトリックの良い別経路が構築された場合、経路を変更することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。
11. あるノードが終了する場合、他のノードから経路異常と判断されないための終了信号を隣接ノードに送信するステップを有することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。
12. 請求項１１における終了信号を送信するステップにおいて、目的ノードが終了信号を送信し該終了信号を受信したノードが休止状態に移行する前に終了信号を送信し、目的ノードに近いノードから休止状態に移行する、または目的ノードヘの経路となっていないノードは終了信号を送信し、終了信号を受信したノードは目的ノードまでの経路として自ノードを経由する全ての隣接するノードから終了信号を受信したのを契機に終了信号を送信し、休止する、または時間やイベントを契機に終了信号を送信し休止状態に移行することを特徴とする間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。
13. 前記終了信号を受信した時に、外終了信号を送信したノードが休止状態に移行しないように、拒絶信号を送信するステップと、
    該拒絶信号を受信したノードは拒絶信号を解除する解除信号を受信するまで休止状態に移行しないステップと、
    を有することを特徴とする請求項１２に記載の間欠動作型マルチホップ無線ネットワークの経路制御方法。
    
    

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