JP2005277566A - 無線アドホックネットワーク構築方法及び端末及び経路把握方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 アドホックネットワークの構築、多段中継において、効率のよいルーティングテーブルの作成できるアドホックネットワーク構築方法を提供する。
【解決手段】 ポーリング信号送信（ステップＳＴ３）に応じて、他の端末が既に保有している隣接端末のＩＤや経路の端末情報を送り返してきたとき（ステップＳＴ５）、ポーリング信号を送信した端末が保持する隣接端末のＩＤや経路の端末情報をポーリング信号応答確認信号に含めて送信する（ステップＳＴ６）とともに、他の端末からの上記応答信号に含まれる他の端末の隣接端末情報が既に保有されている端末情報にあるかを調べ（ステップＳＴ７）その結果により記録（ステップＳＴ８）または更新する（ステップＳＴ１１）。
【選択図】 図２

Description

本発明は、無線アドホックネットワークにおけるネットワーク構築手順の方法に関する。

従来の無線アドホックネットワーク構築方法は、ある１台の端末が中心ノードとしてポーリング要求を送信し、そのポーリング要求に応答した端末を近傍ノードテーブルに記憶してテーブルを作成する。つぎに、中心ノードの権利を応答した端末のいずれかに移し同様な動作を行う。各端末は作成した近傍ノードテーブルを送信し、直接通信可能な位置に存在する端末の近傍ノードテーブルとその近傍ノードテーブルに記憶されているノードの近傍に位置する端末の近傍ノードテーブルを作成する。このように、各端末は自端末の近傍に位置する直接通信ができる端末の情報を記憶した近傍ノードテーブルとその近傍テーブルにある端末が直接通信できる近傍端末を記憶した近傍ノードテーブルと、自端末が直接通信可能なエリアの境界のすぐ外側に存在する端末の情報を記憶したエッジノードテーブルを有し、ある端末から送信されたパケットを受信した端末は、まず、パケットのヘッダを見て自分宛か否かを調べ、自分宛でない場合には保有する近傍ノードテーブルを参照しパケットの宛先ノードが含まれているかを調べる。また、宛先ノードが含まれている場合には、自端末を中継ノードとしてパケットヘッダに入れ送信する。このように、直接通信可能な近傍端末を記憶した近傍ノードテーブルと、その近傍ノードテーブルに記憶されている端末の直接通信可能な近傍に位置する端末を記憶した近傍ノードテーブルを参照しながら、パケット中継を行う（特許文献１参照）。

特開２００３−２１８８８６号公報（第８頁〜第１１頁、第１図、第２図）

従来の無線アドホックネットワーク構築方法では、アドホックネットワークの構築後、自端末が送信したポーリングに応答した端末に対し、他の応答があった端末の情報を渡し、近傍ノードテーブルを参照しながらルーティングを行うようにしている。しかしながら、この方法では、アドホックネットワークの特徴である中継通信では、２回の中継通信しかできない。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、効率のよい中継経路を計算し、多段中継可能な無線アドホックネットワーク構築方法を得るものである。

この発明の無線アドホックネットワーク構築方法においては、無線アドホックネットワークを構築するために送信したポーリングに対する他の端末からの応答を受信したとき、確認応答に自端末が他の端末とすでに通信を確立し記憶している端末情報を送信する手順と、前記他端末からの応答に含まれる端末情報を受信した端末は記憶している端末情報と比較し更新する手順を備える。

この発明は、全ての端末が他端末の情報を持つことから、ネットワークトポロジーに関係なく、アドホックネットワークの特徴である多段中継を行うことができる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１を図で説明する。図１は、端末１に設けられたアドホックネットワーク部１０の構成を示す。アドホックネットワークを利用できる端末１は、図１に示すように、アドホックネットワークを構築するために必要な信号送受信部１１、パケット送信時に保持している他端末情報から、最適な経路（ルーティング）を計算し、また、受信時にはＩＰパケットから受信・中継等を判断する処理部１２、得られた他の端末の端末情報を保持する記憶部１３で構成されるアドホックネットワーク部１０を備えている。信号送受信部１１は、隣接端末を発見するためのポーリングの信号送信と、他の隣接端末のポーリング信号を受信した場合に応答信号の送信と、通信確立後の無線信号の送受信・中継送信を行う。記憶部１３は、自端末が送ったポーリング信号に対する他端末の応答に含まれる情報を記録する。処理部１２は、自端末がＩＰパケットを送信する際、記憶部１３に保持しているルーティング情報から、中継数が最小になるよう最適な経路（ルーティング）を計算する。また、処理部１２は他端末から信号を受信した際、受信したパケットのＩＰアドレスから自端末宛かを判断し、受信パケットが中継の場合は、最適経路の計算等の処理を行う。また、処理部１２は、自端末のＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス等の端末ＩＤから、ポーリング信号受信から応答信号送信するまでの遅延時間を決定する。

図２、図３は、ネットワーク構築のシーケンスを示すフローチャートである。図２は、端末１がポーリング信号を送信する場合、図３はポーリング信号を受信した場合についてのネットワーク構築のシーケンスフローチャートを示す。
まず、図２をもとにシーケンスを説明する。端末１は、定期的に相手端末を探すため、通常モードから設置モードに切り替え、設置モードを開始する（ステップＳＴ０１、ステップＳＴ０２）。設置モードでは、定期的に周りの端末にポーリング信号を送信する。通常時は、無線通信を行う通常モードとして、他の端末からのポーリング信号受信やデータ通信を行う。設置モードとなった端末１は、ポーリングの信号送信を行う（ステップＳＴ０３）。ポーリング送信を行った後は、通常モードに戻り（ステップＳＴ０４）、他の端末からのポーリングに対する応答を待つ（ステップＳＴ０５）。設置モードになった端末からのポーリングの信号を受け取った他の端末は、端末ＩＤ（ＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス）等から決めた待ち時間の後、応答の信号を送信する。その際、応答メッセージに、自端末の端末ＩＤと記憶部１３に記憶している隣接端末のＩＰアドレス等の情報も入れて送信する。他の端末からの応答を受け取った端末１は、まず、他端末からのポーリング応答を受信した旨の応答を返す。その応答に自端末の記録部１３に保持している他の端末情報を入れて送信する（ステップＳＴ０６）。送信後、他の端末から受信したポーリング応答のメッセージに含まれている他の端末情報と他の端末の近隣端末情報が記録部１３に記録されているか調べる（ステップＳＴ０７）。記憶部１３に記録されていない端末情報は受信時刻とともに記憶部１３に記録する（ステップＳＴ０８）。また、すでに記録されている端末情報があればタイムスタンプを読み取り（ステップＳＴ０９）、現在時刻（受信時刻）に対し予め決められた閾値以上の時間差があるかを比較し（ステップＳＴ１０）、閾値以上の時間差がある場合は、記憶部１３の旧情報を削除し、受信した端末情報を記録する（ステップＳＴ１１）。
このようにして、隣接端末の存在を確認し、隣接端末のルーティング情報として、応答信号に含まれていたＩＰアドレス、経路順を全て記憶部１３に記録する。

つぎに、図３をもとに、ポーリング信号を受信した端末１の動作について説明する。端末は、通常モードになっている（ステップＳＴ２１）。隣接端末の存在を確認するために、ポーリング信号を送信した端末からのポーリング信号を受信する（ステップＳＴ２２）と、応答信号を送信する。このとき、自端末が記憶部１３に記憶している他の端末の情報を読み出し、パケットに入れて送信する（ステップＳＴ２３）。この応答信号を受信した端末１からの応答信号受信確認を受信し、その信号に含まれているポーリング送信端末が保持している隣接端末情報が、自端末が記憶部１３にすでに記録されているかを調べる（ステップＳＴ２４）。この結果、記録されていなければ、記憶部１３に記録し（ステップＳＴ２５）、通信確立となる（ステップＳＴ２９）。また、記憶部１３に記録されていなければ、タイムスタンプを読み取り（ステップＳＴ２６）、予め定められた閾値以上の時間差があるか調べる（ステップＳＴ２７）。その結果、閾値以上の時間差があるときは、記憶部１３に記録されている端末情報を削除して、得られた端末情報を記録し（ステップＳＴ２８）、通信確立となる（ステップＳＴ２９）。

このようにして、ネットワークの全端末が、定期的に設置モードを行うことで、端末の移動・加入により生じる経路変更に対応する。加入の際は、記憶部１３に追加を行う。移動の場合は、端末情報を受信したタイムスタンプ等から、新旧を判断して、時間制限や定められた時間差以上等の条件にもとづいて、記録部１３の記録内容への追加・削除を行う。

つぎに、図４をもとに、パケット送信時のシーケンスを説明する。
端末１は、通常モードのとき（ステップＳＴ３１）、まず宛先ＩＰアドレス、自端末のＩＰアドレスを記入したＩＰパケットを作成する（ステップＳＴ３２）。処理部１２は、宛先のＩＰアドレスを読み取り（ステップＳＴ３３）、記憶部１３に記録されているＩＰアドレスと比較する（ステップＳＴ３４）。同じアドレスが記憶部１３にあるかどうか調べ（ステップＳＴ３５）、宛先ＩＰアドレスが記憶部１３に全くない場合は、パケット廃棄を行う（ステップＳＴ３６）。同じアドレスがある場合には、複数の経路で登録されているかを調べる（ステップＳＴ３７）。記憶部１３に１つしか記録されていない場合は、中継順番を読み、一番目（隣接端末）のＩＰアドレスをＩＰパケットに追加して、送信する（ステップＳＴ３８）。また、複数ある場合は、処理部１３において、中継数が最も少ない経路を計算する（ステップＳＴ３９）。得られた経路の一番目（隣接端末）のＩＰアドレスをパケットに追加して、送信する（ステップＳＴ３８）。

つぎに、図５をもとに、パケット受信時のシーケンスを説明する。
通常モード時に（ステップＳＴ４１）、パケットを受信した端末１は（ステップＳＴ４２）、処理部１３において、宛先ＩＰアドレスを読み込み（ステップＳＴ４３）、記憶部１３に記憶されているアドレスと比較し（ステップＳＴ４４）、まず、自分宛かを判断する（ステップＳＴ４５）。自端末宛の場合はそのまま受信する（ステップＳＴ４６）。
受信パケットが自端末でない場合は、記憶部１３に記録されているＩＰアドレスと比較する（ステップＳＴ４７）。同じＩＰアドレスがない場合は、パケット廃棄を行う（ステップＳＴ４８）。
同じアドレスが記憶されている場合には、複数経路で登録されているかを調べる（ステップＳＴ４９）。１つしかない場合は、中継順番を読み、一番目（隣接端末）のＩＰアドレスをＩＰパケットに追加して、送信する（ステップＳＴ５１）。また、複数ある場合は、処理部１２において、中継数が最も少ない経路を計算する（ステップＳＴ５０）。得られた経路の一番目（隣接端末）のＩＰアドレスをパケットに追加して、送信する（ステップＳＴ５１）。

図６は、アドホックネットワークの簡単な構成例を示す図である。線で結んでいる端末（Ａ〜Ｉ）は、無線信号が届く範囲とする。実際は、距離等は均等ではない場合を想定している。図６を用いて、ネットワーク構築手順及び中継通信について詳細に説明する。

ネットワークが確立されていない状況において、最初に端末Ｂが設置モードになったとする。端末Ｂは、周りにポーリングの信号を送信する。受信した端末Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは、端末Ｂに対して応答を送信する（宛先の端末ＢのＩＰアドレスを記入、違う端末が受信した場合は廃棄）。各端末の応答を端末Ｂが受信することで、端末Ｂは、端末Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの存在、また、端末Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは端末Ｂの存在を各記憶部１３に記録する。例えば、次に端末Ｅが設置モードになったとすると、端末Ｅのポーリング信号に対し、端末Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉは応答を返信する。応答の際に、自端末が記憶部１３に記録している端末情報を全て送るので、端末Ｂは周りに端末Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆがいるという情報を送る（Ａ⇒Ｂ、Ｃ⇒Ｂ、Ｄ⇒Ｂ、Ｅ⇒Ｂ、Ｆ⇒Ｂ）。
端末Ａ、Ｃ、Ｄ、ＦはＢ⇒Ａ、Ｂ⇒Ｃ、Ｂ⇒Ｄ、Ｂ⇒Ｆのような情報をＥに送る。応答に対し端末Ｅは、Ｂ⇒Ｅを返す。この情報を記録する。以下、各端末がこの設置モードを繰り返し、記憶部に情報を記憶する。ネットワークがほぼ構築されれば、この情報は変わらなくなり、追加記録はなくなり、端末の加入時に記憶していくだけとなる。移動により、同じ端末ＩＣ（ＭＡＣアドレス）が、別の経路から現れた場合は、タイムスタンプ等で閾値を決め、その値を鍵として削除を行う。
経路情報は、端末数、ネットワークトポロジーにより莫大に多くのデータ量となるため、中継数で閾値を儲けるや同じ経路情報（Ａ⇒Ｂ⇒Ｅ⇒Ｆ、Ａ⇒Ｂ⇒Ｃ⇒ＦのＡ⇒Ｂ部分）が生じた場合は、削除、圧縮保存等をして、データ量の縮小を行う。
また、指向性アンテナを用いて、受信感度等で最適端末を選ぶ場合は、ある程度ルーティングテーブルは絞られるため、データ量は小さくなる。

以上のような動作を繰り返して、ネットワークが構築され、端末Ａから端末Ｉにデータを送信する場合は、端末Ａの記憶部１３において、端末ＩのＩＰアドレスを探す。全ての経路情報を持っているので、Ａ⇒Ｂ⇒Ｃ⇒Ｆ⇒Ｉ、Ａ⇒Ｄ⇒Ｇ⇒Ｈ⇒Ｉ、Ａ⇒Ｂ⇒Ｅ⇒Ｉ、・・・・、Ａ⇒Ｅ⇒Ｉなど複数の経路がわかる。処理部１２では、最も中継数が少ない経路を計算し、次の宛先として端末ＥのＩＰアドレスを追加し、Ａ⇒Ｅ⇒Ｉのヘッダとして送信する。
この送信パケットを受信した端末Ｂ、Ｃは、パケットのヘッダに自分のＩＰアドレスは含まれていないので、パケットを廃棄する。端末Ｅは、自分のＩＰアドレスであるため、宛先ヘッダＩを見て同様に記憶部と比較する。端末Ｅから端末Ｉへは、Ｅ⇒Ｆ⇒Ｉ、Ｅ⇒Ｉ、Ｅ⇒Ｈ⇒Ｉ等の経路があるが、処理部１２で 同様に中継数の最小の経路を選択するとＥ⇒Ｉなので、自端末のアドレスを追加して、Ａ⇒Ｅ⇒Ｉで送信する。
端末Ｉは、自分宛のアドレスを確認して、受信する。中継する端末は、自端末の情報のみを追加し、過去の中継端末の情報は削除する。ＴＣＰ通信等で、ＡＣＫがなければ、中継した端末が再送する。この動作も閾値を決め、ＡＣＫが帰って来ない場合は、経路を２番目に少ない中継数の端末に変えて送信する。

このように、この発明によれば、自端末が過去に通信を確立し記憶している他端末の端末情報を相互に送信し、受信した端末は、この他の端末情報を自分が保有する他端末の情報と比較し、更新して、全ての端末情報を得てネットワークを耕地機できる。
また、ポーリング信号への応答時、自端末のアドレス情報で応答タイミングを遅延させて送信するので、他の端末の応答との衝突を回避できる。
また、記憶している端末情報のうち経路について重複する部分については、圧縮して記憶するようにしているので、データ量の膨大化を防げる。
さらに、相互に隣接端末のアドレス、経路等の端末情報を送受信し全ての端末の情報を記憶するので、最適な中継経路が算出でき、また、効率のよい多段中継が可能となる。

この発明の実施の形態１を示す端末のブロック図である。 この発明のポーリング信号送信のシーケンスを示すフローチャートである。 この発明のポーリング信号受信のシーケンスを示すフローチャートである。 この発明のパケット送信時のシーケンスを示すフローチャートである。 この発明のパケット受信時のシーケンスを示すフローチャートである。 この発明のアドホックネットワークの構成例を示す図である。

符号の説明

１ 端末、１０ アドホックネットワーク部、１１ 信号送受信部、１２ 処理部、１３ 記憶部。

Claims (6)

1. 無線アドホックネットワークを構築するために送信したポーリングに対する他の端末からの応答を受信したとき、確認応答に自端末が他の端末とすでに通信を確立し記憶している端末情報を送信する手順と、前記他端末からの応答に含まれる端末情報を受信した端末は記憶している端末情報と比較し更新する手順を備えた無線アドホックネットワーク構築方法。
2. 前記ポーリング応答に際し、自端末のアドレス情報に基づいて生成された時間だけ遅延させて応答することを特徴とする請求項１記載の無線アドホックネットワーク構築方法。
3. パケットの送信と受信を行う信号送受信部と、過去の通信確立した端末情報を記憶した記憶部と、前記信号送受信部を介してポーリング、ポーリングへの応答、通信のパケットを組み立て送受信制御を行うと共に、前記記憶部の端末情報を送受信しながら端末情報を更新する処理部とを備えた無線アドホックネットワーク端末。
4. 前記処理部は、自端末のアドレス情報をもとに応答パケットの送信タイミングを遅延させて送信することを特徴とする請求項３記載の無線アドホックネットワーク端末。
5. 前記記憶部は、記憶している他端末との経路のうち重複する経路について圧縮して記憶していることを特徴とする請求項３記載の無線アドホックネットワーク端末。
6. 自端末に保有する他端末の端末情報をもとに、中継数を比較し最適な中継経路を選択する無線アドホックネットワーク経路把握方法。

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