JP2006270150A - 無線通信ネットワークのアドレス管理ノードおよび無線通信ネットワークのノード - Google Patents

Abstract

【課題】 従来、無線ネットワークに新規参入しようとするノードにアドレスを付与する場合に、ネットワーク内でアドレスの重複防止管理のため、アドレス対応表を備えたアドレスサーバをネットワークに接続し、新規接続ノードからのアドレス問い合わせを、アドレスサーバは対応表から未登録のアドレスを付与しているが、この場合、アドレスサーバまでのすべての経路を使用するのでネットワークトラフィックやアドレスサーバの負荷が増大するという課題がある。そこでネットワーク帯域の余分な消費を行わず、かつ無線品質を一定レベルに保つ無線通信ネットワークのアドレス管理ノードを提供する。
【解決手段】 ネットワークに配置された各ノードにノードアドレス設定機能を設け、新規参入ノードの参入要求を受信した複数のノードが参入許可応答を行い、その内最速許可応答したノードに、新規参入ノードが受理応答を行う。
【選択図】 図１

Description

この発明は、無線通信システムにおけるネットワーク管理ノードおよびノードに関するものであり、特に無線ネットワークに新規参入しようとするノードに対してアドレスを付与するアドレス管理ノードおよび新規参入のノードに係るものである。

一般にネットワークに接続されているノード間で通信を行う場合、それぞれのノードのアドレスを用いて行われるが、ネットワーク内で前記アドレスが重複して設定されないようアドレスを管理する必要がある。このアドレス管理方法の一例として全てのノードのアドレス対応表を備えたアドレスサーバをネットワークに接続し、新規接続ノードが自己のアドレスを仮に決めてアドレス問い合わせをアドレスサーバに行い、これを受けたアドレスサーバは、前記対応表を参照して登録済みか否かを確認し、登録済みでない応答を受けた新規接続ノードは、該アドレスを仮登録して前記アドレス対応表を取り寄せ、前記仮のアドレスを正式に登録することが示されている（例えば、特許文献１）。

特開平０７−１６０６１３号公報

しかしながら、前記特許文献１に示されたネットワークの管理方法は、新規接続ノードがアドレスサーバに問い合わせて自ノードのアドレスを獲得する方式であるため、アドレスサーバまでの経路のネットワーク回線のすべてを使用することになり、ネットワークトラフィックの増大や、１箇所に問い合わせが集中することによるアドレスサーバの負荷の増大というような問題点があった。

また、前記特許文献１に示されたネットワークの管理方法を、無線通信システムのネットワークに適用しようとする場合に、次のような問題点がある。以下図９によって説明する。
図９に示すように、無線リンクＬを構成するノードＮＡ、Ｎ１〜Ｎｎは各々データを中継しながら目的とするノードにデータを転送する。ここで前記ノードＮＡは基準ノードであり、アドレス設定機能が設けられており、ノードＮ１〜Ｎｎにはアドレス設定機能が設けられてない。このような無線通信ネットワークにおいて、ノードＮｘが新規参入ノードとしてネットワークに加わる場合、前記新規参入ノードＮｘは自ノードにアドレスを付与してもらうために、
（１）ノードＮｘはアドレス設定機能を設けたノードＮＡに対しネットワーク参入要求を発信する。ノードＮＡはノードＮｘからのネットワーク参入要求を受信すると、
（２）同一ネットワークに重複して存在しない新規のアドレスと、ネットワーク参入許可通知をノードＮｘに対応することにより、ノードＮｘのネットワークへの新規参入が実現する。

ところが、無線通信ネットワークの場合は、新規参入ノードＮｘがアドレス設定機能を設けたノードＮＡにアクセスするには、図９に示した例ではノードＮ４→Ｎ２→ＮＡ、もしくはノードＮ５→Ｎ３→Ｎ２→ＮＡと複数のノードを無線中継する必要があるため、前記ノードＮ４→Ｎ２→ＮＡの経路を例にとると、１回のアドレス問い合わせについて、Ｎ４→Ｎ２、Ｎ２→Ｎｘ、さらにそれの往復分の通信が必要となり、余計な無線帯域を使用するという問題点を有している。

この発明は、前記のような課題を解決するものであって、無線通信ネットワークにおいて、伝送ルートなどの通信状態が動的に変化する環境下においても、ネットワークの帯域の必要最小限以上の消費を行わず、かつ通信品質を一定レベルに保つことを可能とした、新規参入ノードにアドレスを付与するアドレス管理ノードおよび新規参入のノードを提供することを目的としている。

この発明に係る無線通信ネットワークのアドレス管理ノードは、無線通信ネットワークに新規参入するノードにアドレスを付与するアドレス管理ノードであって、
フレームの受信処理を行うフレーム受信部と、受信したフレームのコマンドフィールドを解析する受信コマンド判定部と、該受信コマンド判定部がネットワーク参入要求のフレームであると判断した場合に、ネットワーク参入要求を発信したノードである参入要求ノードに割り振るアドレスである参入許可アドレスを生成するノードアドレス生成部と、送信するフレームを生成する送信フレーム生成部と、該送信フレームに生成部で生成されたフレームを送信するフレーム送信部と、参入要求ノードに参入許可アドレスを通知するフレームをフレーム送信部が送信してから、所定時間内に参入要求ノードから参入許可アドレスを受信したというフレームを受信した場合に、参入要求ノードとの間で参入許可アドレスによる通信を確立し、そうでない場合に参入許可アドレスを未使用に戻すアドレス管理部とを備えるものである。

この発明の無線通信ネットワークのアドレス管理ノードは、無線ネットワークを構成する既設のノードにアドレス設定機能が設けられており、新規参入ノードからネットワーク参入要求を受信範囲内の複数のノードが受信し、各ノードが参入許可アドレスを返信応答を行うと、前記新規参入ノードは最も早く応答した１台のノードに、参入許可ノードの受理応答を行うので、新規参入ノードにアドレスを割り当てる際に、ネットワークトラフィックの増大化を防止でき、また１箇所のノードに問い合わせが集中しないので負荷の平均化がはかれ、さらに新規参入ノードへのアドレス付与が迅速化される。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、この実施の形態１による無線通信ネットワークを模式的に示す図である。図に示すように複数のノードＮ１〜Ｎｎが設けられ互いにリンクＬにて接続されて前記無線通信ネットワークの構成されている。このノードＮ１〜Ｎｎには図２に示すようにそれぞれノードアドレス設定機能１００と、図示省略のアドレス管理部とが設けられている。前記ノードアドレス設定機能１００は、無線通信フレームの受信処理を行う機能を有するフレーム受信部１０と、前記無線通信フレーム中のコマンドフィールドを解析する機能を有する受信コマンド判定部１１と、前記受信コマンドが新規参入要求の場合に、新規ノードを割り振るアドレスを生成する機能を有するノードアドレス生成部１２と、送信すべきデータの無線通信フレームを生成する機能を有する送信フレーム生成部１３と、前記無線通信フレームの送信処理を行う機能を有するフレーム送信部１４とより構成されている。なお、前記フレーム受信部１０、受信コマンド判定部１１、送信フレーム生成部１３、フレーム送信部１４は通常のノードにも設けられている機能である。

次に、既設の前記各ノードＮ１〜Ｎｎの構成する無線通信ネットワークに、追加ノードＮｘが新規参入しようとする場合の動作を図１、図３を参照して、以下の各ステップ順に説明する。ここで図３は通信フレームの内容を示すもので、宛先ノード番号、発信ノード番号、コマンドフィールド接続ノード数上限等を有している。
（１）新規参入しようとするノードＮｘは、前記送信フレーム生成部で作成したネットワーク参入要求を、例えば図３に示す通信フレームでブロードキャストアドレスによって発信する。
（２） この発信を、前記無線通信ネットワーク上における既設の各アドレス管理ノードＮ１〜Ｎｎのうち、受信可能な複数のノード、図１の例では、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５のそれぞれに設けられているアドレス設定機能１００の内のフレーム受信部１０にて受信する。
（３）ノードＮ３〜Ｎ５のそれぞれに設けられている受信コマンド判定部１１において、図３に示した前記新規参入要求の通信フレーム中のコマンドフィールドを解析して、新規参入要求のデータであることを確認する。新規参入要求データである場合には、ネットワーク上の遠方のノードへの通信データの中継を行うことなく、それぞれのノードアドレス生成部１２に前記受信データを送付する。
（４）ノードＮ３〜Ｎ５のノードアドレス生成部１２は、自ノードに保有するアドレス範囲から、未使用の新規参入ノードＮｘに割り振り可能なアドレスを参入許可アドレスとして選択する。この場合、各ノードＮ３〜Ｎ５が保有する割り振りするアドレス番号は、それぞれのノードの番号が重複しないように互いに異なった範囲のアドレス番号枠を有しており、例えば自ノードのアドレスを百倍し１〜９９までのランニング番号を加算した番号とするなどの方法を採用する。
（５）前記参入許可アドレスを、それぞれの送信フレーム生成部１３にて無線通信フレームを作成する。
（６）それぞれのフレーム送信部１４より、前記参入許可アドレスを新規参入ノードＮｘに返信する。この場合、新規参入ノードＮｘはネットワーク参入要求をブロードキャストアドレスで発信後、所定時間参入許可応答の受信を待つことになる。

（７）前記返信を受信した新規参入ノードＮｘに備えられた受理応答ノード選択部は、返信を行った前記ノードＮ３〜Ｎ５の中から所定時間内に受信したアドレス管理ノードの中から選択基準である最も早く許可応答をした１台のノード、例えばノードＮ４からのネットワーク参入許可通知を受理する。
（８）新規参入ノードＮｘは、前記ノードＮ４から通知されたネットワーク参入許可通知に含まれる参入許可アドレスを自ノードのアドレスとして保存する。そして新規参入ノードＮｘはネットワーク参入許可通知の受理応答を、ネットワーク参入許可発信元であるノードＮ４に応答を行うことにより新規参入ノードＮｘのネットワークの参入が完了する。
（９）前記受理応答を受信したノードＮ４のアドレス管理部は、新規参入ノードＮｘのネットワークへの参入を認識し、自ノードの管理しているアドレス、ルーティングの情報をメンテナンスする。一方、ノードＮ３、ノードＮ５のアドレス管理部は新規参入ノードＮｘからの受理応答が返信されないため、タイムアウト値が満了することにより、ノードＮｘに通知したネットワーク参入許可応答時に割り振ったアドレスを、再度未使用アドレスとしてメンテナンスする。なお、所定時間内に参入許可応答をするノードが１個もない場合には、適宜時間をおいて再度参入要求を行う。

以上に示したアドレス管理のステップ（１）〜（９）大略の手順を図４に示す。なお、図１に示すノードＮｘからノードＮ３〜Ｎ５に向かう矢印（１）（６）（８）は、上記動作説明に使用したステップ（１）（６）（８）に相当する番号である。
このようなアドレス管理ノードを備えた無線ネットワークでは、新規参入ノードにアドレスを割り当てる際に使用する無線通信帯域を抑えることが可能となり、ネットワークトラフィックの増大化を防止でき、複数のノードが分担して新規参入ノードにアドレスを割り当てる際に既設ノードの負荷の平均化がはかれるという効果がある。

実施の形態２．
次に実施の形態２について説明する。前記実施の形態１の図１において、新規参入ノードＮｘがネットワーク参入要求をブロードキャストアドレスで発信した場合、無線受信可能な範囲内に存在するアドレス設定機能を設けた複数のノードがアドレス付与応答処理を行い、新規参入ノードＮｘは最も速い参入許可応答を行った、例えばノードＮ４にネットワーク参入許可受理応答する。しかしながら、例えばこのノードＮ４と新規参入ノードＮｘとの間の無線品質が、何らかの理由によって、他のノード、先の実施の形態１では、例えばノードＮ３と新規参入ノードＮｘとの間の無線品質に比較して劣る場合にでも、ノードＮ４と接続されてネットワーク参入許可受理処理がなされてしまう。

そこでこの実施の形態２では図５に示すように、各ノードに設けられたノードアドレス設定機能１００に、受信したフレーム信号強度を検出する受信信号強度検出部１５と、無線通信品質を所定値以上に保つためのしきい値を定めた受信信号しきい値設定部１６とを追加して設ける。このような機能を設けることにより、図６に示すようにノードＮｘから発信されるネットワーク参入要求信号を受信可能な範囲内に存在するノードＮ３〜Ｎ５では、前記受信信号強度検出部１５と受信信号強度しきい値設定部１６において、その無線品質をＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）あるいは受信信号強度に基づき、ある規定レベル以上ある場合のみ、ネットワーク参入許可応答を行う。
このような受信品質を基準として、ネットワーク参入許可応答を行うか否かの具体例を以下に述べる。
新規参入ノードＮｘがネットワーク参入要求をブロードキャストアドレスにて発信した場合、図６に示すように、ノードＮ３〜Ｎ５が許可応答通知を発信する。この場合ノードＮ３は丁度その時点に、例えば大型車両が駐車した場合とか、地下やトンネル内等を移動中である場合には、前記参入要求受信時の無線品質が予め規定されたしきい値に満たないため、前記受信信号強度しきい値設定部１６の判断により応答しない。一方ノードＮ４、Ｎ５は無線受信品質が一定レベルを満たしているため、ノードアドレス生成部１２は、参入許可アドレスを生成を行う。続いて許可応答処理を行い、その結果をノードＮｘに応答する。その後の動作処理は前記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。なお、図６に示すノードＮｘとノードＮ３〜Ｎ５間の矢印番号（１）（６）（８）は前述した実施の形態１（１）（６）（８）の各動作ステップに相当する。
このように実施の形態２では、無線品質を所定のしきい値でもって管理し、新規参入ノードの参入許可管理を行っているため、ネットワークの無線品質のレベルを規定値以上に保つことが可能となる。

実施の形態３．
次に実施の形態３について説明する。前述した実施の形態２では、無線品質を規定値レベル以上に保つため、既設ノードのノードアドレス設定機能に必要な機能を設ける例を示した。この実施の形態３では、新規参入ノードに無線品質を管理する機能を設ける例を示す。すなわち新規参入ノードＮｘには、受信信号強度検出部と受信信号強度判定部を設ける。そして、実施の形態１に示した動作ステップ（６）に示したようにそれぞれのノードＮ３〜Ｎ５のフレーム送信部１４より参入許可アドレスを新規参入ノードＮｘが受信すると、前記受信信号強度検出部はＲＳＳＩ値あるいは受信信号強度を検出し、前記受信信号強度判定部が最も受信信号強度が高いフレームを送信したと判定したノードを、ノードＮｘに備えられた受理応答ノード選択部が判定し、前記受信信号判定部にて最も無線品質（無線強度）が高いと判断したノード、例えばノードＮ５に対して、ネットワーク参入許可通知の受理応答を行う。前記最も無線品質が高いと判断するノードを求めるには、前記実施の形態１で示した動作ステップ（７）が、次のように変わる。すなわち、前記返信を受信した新規参入ノードＮｘは、返信を行った前記ノードＮ３〜Ｎ５の中から最も速く許可応答した１台のノード以外からの応答も待って、すべての応答の中からその無線品質を判断する。以上の動作を図７に示す。
この図７において、ノードＮｘとノードＮ３〜Ｎ５間のやりとりを示す（１）（６）（８）の矢印番号は、前述した実施の形態の（１）（６）（８）の各動作ステップに相当する。このような機能を設けた実施の形態３では、無線品質を確保したネットワークを構築することができる。

実施の形態４．
次に実施の形態４を図に基づいて説明する。
新規参入ノードＮｘがネットワーク参入要求をブロードキャストアドレスにて発信する際に、図３に例示するネットワーク参入要求フレームのように、既設ノードＮ１〜Ｎｎに接続されるノードの数に上限値を定める。図３の例では接続ノード数上限は３としている。なお、接続ノード数上限は、必ずしも前記ネットワーク参入要求フレーム中に入れる必要はなく、他の方法で上限値を指定してもよい。
図８に示すように、前記ネットワーク参入要求を受信したフレーム受信部１０において既設のノードＮ３〜Ｎ５、Ｎ７は、前記フレームに付加されている接続ノード上限値と自ノードに接続されているノード台数と比較して、上限値 ＞ 接続済みノード台数の場合、ネットワーク参入要求に対応する判断を下す。図８の例では、ノードＮ５は既に３台のノードＮ３、Ｎ６、Ｎ７と接続しているため参入要求に応答しない。前記ネットワーク参入要求に対応する判断を下した後の動作は前記した実施の形態１〜実施の形態３に示した何れかの方法により参入要求に対応する。図８に示す例では、ノードＮ４に参入許可通知の受理応答を行っている。このようにこの実施の形態４では、１台のノードに接続されるノード台数に上限値を定めたので、局所的なトラフィックの発生を防止した無線ネットワークを実現することが可能となる。なお、接続ノード数の上限を越えた既設ノードばかりが存在している場合が仮にあって、所定時間経過しても応答するノードがない時には、フレーム中の接続ノード数上限を１増加させ再度新規参入要求を出す。

実施の形態５．
前記実施の形態１〜実施の形態４では、既設ノードＮ１〜Ｎｎのすべてに、ノードアドレス設定機能１００を設ける例を示したが、これに限らず、前記既設ノードＮ１〜Ｎｎのいくつかにノードアドレス設定機能１００を設けるようにしてもよい。
このようにノードアドレス設定機能１００を任意に設けることにより、ノード製作コストの低減化とともにネットワークシステムのコスト低減する効果がある。

この発明は、複数のノードが設けられた無線通信ネットワークシステムにおける新規ノードのアドレス付与管理方法に適用可能である。

この発明の実施の形態１の無線通信ネットワークを示す模式図である。 この発明の実施の形態１のノードアドレス設定機能の各構成要素とそれらの関連を示す図である。 この発明の実施の形態１のネットワーク参入要求フレームを示す図である。 この発明の実施の形態１のネットワーク付与方法の大略手順を示す図である。 この発明の実施の形態２のノードアドレス設定機能の各構成要素とそれらの関連を示す図である。 この発明の実施の形態２の無線通信ネットワークを示す模式図である。 この発明の実施の形態３の無線通信ネットワークを示す模式図である。 この発明の実施の形態４の無線通信ネットワークを示す模式図である。 この発明を説明するための従来の無線通信ネットワークを示す模式図である。

符号の説明

１０ フレーム受信部、１１ 受信コマンド判定部、１２ ノードアドレス生成部、
１３ 送信フレーム生成部、１３ａ 参入フレーム、１４ フレーム送信部、
１５ 受信信号強度検出部、１６ 受信信号強度しきい値設定部、
１００ ノードアドレス設定機能。

Claims (7)

1. 無線通信ネットワークに新規参入するノードにアドレスを付与するアドレス管理ノードであって、
   フレームの受信処理を行うフレーム受信部と、
   受信したフレームのコマンドフィールドを解析する受信コマンド判定部と、
   該受信コマンド判定部がネットワーク参入要求のフレームであると判断した場合に、ネットワーク参入要求を発信したノードである参入要求ノードに割り振るアドレスである参入許可アドレスを生成するノードアドレス生成部と、
   送信するフレームを生成する送信フレーム生成部と、
   前記送信フレーム生成部で生成されたフレームを送信するフレーム送信部と、
   前記参入要求ノードに前記参入許可アドレスを通知するフレームを前記フレーム送信が送信してから所定時間内に前記参入要求ノードから前記参入許可アドレスを受信したというフレームを受信した場合に、前記参入要求ノードとの間で前記参入許可アドレスによる通信を確立し、そうでない場合に前記参入許可アドレスを末使用に戻すアドレス管理部とを備える無線通信ネットワークのアドレス管理ノード。
2. 受信したフレーム信号強度を検出する受信信号強度検出部と、
   無線通信品質を所定値以上に保つためのしきい値を定めた受信信号強度しきい値設定部とを備え、
   前記受信信号強度検出部で検出した信号強度が前記受信信号強度しきい値設定部により定められた所定値以上の場合に、前記ノードアドレス生成部が前記参入許可アドレスを生成することを特徴とする請求項１に記載の無線通信ネットワークのアドレス管理ノード。
3. 無線通信ネットワークを構成する互いに通信を行うノードであって、
   送信するフレームを生成する送信フレーム生成部と、
   前記送信フレーム生成部で生成されたフレームを送信するフレーム送信部と、
   フレームの受信処理を行うフレーム受信部と、
   受信したフレームのコマンドフィールドを解析する受信コマンド判定部と、
   前記送信フレーム生成部で作成した参入要求のフレームを前記フレーム送信部がブロードキャストアドレスに発信してから所定時間待って、その所定時間内に参入要求を許可するフレームを受信した１個または複数個のアドレス管理ノードの中から、何らかの基準で受理応答を返す１個のアドレス管理ノードを選択する受理応答ノード選択部とを備えた無線通信ネットワークのノード。
4. 前記受理応答ノード選択部が最も早く参入要求を許可するフレームを受信したアドレス管理ノードを選択することを特徴とする請求項３に記載の無線通信ネットワークのノード。
5. 受信したフレーム信号強度を検出する受信信号強度検出部と、
   最も受信信号強度が高いフレームを送信したノードを判定する受信強度判定部とを備え、
   前記受信強度判定部が最も受信信号強度が高いフレームを送信したと判定したノードを前記受理応答ノード選択部が選択することを特徴とする請求項３に記載の無線通信ネットワークのノード。
6. 前記受信コマンド判定部がネットワーク参入要求であると判断した場合に、接続しているノード数が接続可能なノード数の上限よりも小さい場合に、前記ノードアドレス生成部が前記参入許可アドレスを生成することを特徴とする請求項１に記載の無線通信ネットワークのアドレス管理ノード。
7. 接続可能なノード数の上限を参入要求のフレームから取得することを特徴とする請求項６に記載の無線通信ネットワークのアドレス管理ノード。
   

Images