JP2008005306A

JP2008005306A - 送信制御装置、無線装置及び送信制御方法

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Publication number: JP2008005306A
Application number: JP2006173944A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Ueda; 哲郎植田
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-06-23
Also published as: JP4527087B2

Abstract

【課題】マルチホップネットワークにおける各セクタの通信輻輳状況を考慮してパケット転送を行うことにより、パケットの伝送効率の向上を図る。
【解決手段】送信制御装置１０は、アンテナ指向性により分割されたセクタ毎の在圏する隣接ノードを探索し、各隣接ノードの通信輻輳状況からセクタ毎の通信輻輳状況を調べ、各セクタの通信輻輳状況に基づいて各セクタの選択確率を算出し、各セクタの選択確率に従って、送信方向のセクタを選択する。
【選択図】図３

Description

本発明は、マルチホップネットワークにおける送信制御装置、無線装置及び送信制御方法に関する。

マルチホップネットワークにおけるルーティングプロトコルとして、指向性アンテナを有するノードから構成されるマルチホップネットワークを対象にした技術が非特許文献１に開示されている。その非特許文献１記載の技術では、アンテナ指向性により分割された空間（セクタ）毎のルートを選択する際に、各セクタの通信輻輳状況を考慮する。各ノードは、パケット転送時に、パケットを受信した順番で転送先の隣接ノードへ送信する。
T. Ueda, et al , "A Priority-Based QoS Routing for Multimedia Traffic in Ad Hoc Wireless Networks with Directional Antenna using a Zone-Reservation Protocol", The Transactions of The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers (IEICE), Vol.E87-B, No.5, May 2004 (Special Section on Mobile Multimedia communications)

しかし、上述した従来の技術では、パケット転送時には、各セクタの通信輻輳状況が考慮されず、パケットの受信順序でパケットは次ノードへ送信されるので、パケットの伝送効率がよくない。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、マルチホップネットワークにおける各セクタの通信輻輳状況を考慮してパケット転送を行うことにより、パケットの伝送効率の向上を図ることのできる送信制御装置、無線装置及び送信制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る送信制御装置は、指向性アンテナを有するノードから構成されるマルチホップネットワークにおける前記ノードの送信制御装置において、アンテナ指向性により分割されたセクタ毎の在圏する隣接ノードを探索する隣接ノード探索手段と、各隣接ノードの通信輻輳状況から、前記セクタ毎の通信輻輳状況を調べる通信輻輳状況調査手段と、各セクタの通信輻輳状況に基づいて、各セクタの選択確率を算出するセクタ選択確率算出手段と、各セクタの選択確率に従って、送信方向のセクタを選択するセクタ選択手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る送信制御装置は、指向性アンテナを有するノードから構成されるマルチホップネットワークにおける前記ノードの送信制御装置において、アンテナ指向性により分割されたセクタ毎の在圏する隣接ノードを探索する隣接ノード探索手段と、各隣接ノードの通信輻輳状況から、前記セクタ毎の通信輻輳状況を調べる通信輻輳状況調査手段と、各セクタの通信輻輳状況に基づいて、各セクタのセクタ範囲を制御するセクタ範囲制御手段と、各セクタを順番に、送信方向に選択するセクタ選択手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る送信制御装置においては、通信輻輳状況を表す情報として通信中フロー数を利用することを特徴とする。

本発明に係る送信制御装置においては、通信輻輳状況を表す情報としてパケット再送回数を利用することを特徴とする。

本発明に係る無線装置は、指向性アンテナを有し、マルチホップネットワークのノードとして機能する無線装置において、前述の送信制御装置を備えたことを特徴とする。

本発明に係る送信制御方法は、指向性アンテナを有するノードから構成されるマルチホップネットワークにおける前記ノードの送信制御方法であって、アンテナ指向性により分割されたセクタ毎の在圏する隣接ノードを探索する過程と、各隣接ノードの通信輻輳状況から、前記セクタ毎の通信輻輳状況を調べる過程と、各セクタの通信輻輳状況に基づいて、各セクタの選択確率を算出する過程と、各セクタの選択確率に従って、送信方向のセクタを選択する過程と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る送信制御方法は、指向性アンテナを有するノードから構成されるマルチホップネットワークにおける前記ノードの送信制御方法であって、アンテナ指向性により分割されたセクタ毎の在圏する隣接ノードを探索する過程と、各隣接ノードの通信輻輳状況から、前記セクタ毎の通信輻輳状況を調べる過程と、各セクタの通信輻輳状況に基づいて、各セクタのセクタ範囲を制御する過程と、各セクタを順番に、送信方向に選択する過程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、マルチホップネットワークにおける各セクタの通信輻輳状況を考慮してパケット転送を行うことができる。これにより、パケットの伝送効率の向上を図ることが可能になる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る無線装置の構成を示すブロック図である。図１の無線装置１は、マルチホップネットワークを構成するノードとしての機能を有する。以下、無線装置１をノード１と称する。なお、ノード１は、ソースノードであってもよく、或いは、中継ノードであってもよい。

図１において、ノード１は、指向性アンテナ部２と送受信部３とＭＡＣ（Media Access Control）層部４とＩＰ（Internet Protocol）層部５を有する。

指向性アンテナ部２は、指向性を有するアンテナパターンを形成し、電波の送信及び受信を行う。これにより、例えば図２に示されるように、空間を複数のセクタに分割し、セクタ毎に電波の送受信を行うことができる。図２の例では、３つのセクタＡ，Ｂ，Ｃに空間分割している。

指向性アンテナ部２としては、アンテナ指向性が固定されたものを利用してもよく、或いは、アダプティブアレイアンテナ等のアンテナ指向性が可変であるものを利用してもよい。

送受信部３は、指向性アンテナ部２を介して無線信号を送受信し、パケットの送受信処理を行う。
ＭＡＣ層部４は、ＭＡＣ層の機能を有し、ＩＰ層部５から受信したパケットの送信制御を行い、また、送受信部３から受信したパケットをＩＰ層部５に送信する。
ＩＰ層部５は、ＩＰ層の機能を有し、ＩＰ層の通信単位（通信フロー）毎にパケットの送受信処理を行う。

図３は、本発明の一実施形態に係る送信制御装置１０の全体構成を示すブロック図である。図３の送信制御装置１０は、図１に示すノード１のＭＡＣ層部４に具備される。

図３において、送信制御装置１０は、パケット振り分け部１１とバッファ１２と送信パケット選択部１３を有する。

パケット振り分け部１１は、ＩＰ層部５から受信したパケットを転送先のノードの在圏セクタ用のバッファ１２に格納する。各パケットは、転送先のノードを示す転送先ノード情報（転送先のノードの識別子（ノードＩＤ））を有する。パケット振り分け部１１は、その転送先ノード情報で示されるノードが在圏するセクタ用のバッファ１２に、当該パケットを格納する。

バッファ１２は、セクタの各々に対応して設けられる。図３の例では、図２に示される３つのセクタＡ，Ｂ，Ｃの各々に対応したバッファ１２が設けられている。バッファ１２は、複数のパケットを格納可能な、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）方式のバッファである。

送信パケット選択部１３は、バッファ１２から、送信するパケットを読み出す。

送信制御装置１０は、各セクタの通信輻輳状況を監視し、各セクタの通信輻輳状況に応じたパケット送信制御を行う。

以下、図３に示す送信制御装置１０の詳細について各実施形態を挙げて説明する。

［第１実施形態］
第１実施形態では、セクタ範囲は固定し、各セクタの通信輻輳状況に応じて、パケット送信方向のセクタを選択する。

図４は、本発明の第１実施形態に係る送信制御装置１０のパケット振り分け部１１の構成を示すブロック図である。図４において、パケット振り分け部１１は、ビーコンパケット送信部２１とビーコンパケット受信部２２と隣接ノード一覧生成部２３と隣接ノード一覧テーブル２４とバッファ書込み部２５を有する。

ビーコンパケット送信部２１は、定期的に、自ノード１の識別子（ノードＩＤ）を有するビーコンパケットを送信する。ビーコンパケットは、全セクタに対して送信される。これにより、自ノード１のビーコンパケットは、各セクタにおいて、自ノード１からの電波到達範囲内に在る他のノード１で受信される。

ビーコンパケット受信部２２は、他のノード１からのビーコンパケットを全セクタから受信する。これにより、各セクタにおいて、自ノード１に電波が到達する範囲内に在る他のノード１（以下、「隣接ノード」と称する）から送信されたビーコンパケットが、ビーコンパケット受信部２２で受信される。

隣接ノード一覧生成部２３は、ビーコンパケット受信部２２で受信されたビーコンパケットに基づいて、隣接ノード一覧テーブル２４を生成する。図５は、隣接ノード一覧テーブル２４の構成例である。図５に示されるように、隣接ノード一覧テーブル２４は、隣接ノード毎に、その在圏セクタを示す。図５の例では、隣接ノード一覧テーブル２４は、隣接ノードとセクタの組合せを格納している。

隣接ノード一覧生成部２３は、受信したビーコンパケットに含まれるノードＩＤから、当該ビーコンパケットを送信した隣接ノードを特定する。また、ビーコンパケットの受信方向から、当該ビーコンパケットを送信した隣接ノードの在圏セクタを特定する。セクタと受信方向の対応関係は予め設定される。隣接ノード一覧生成部２３は、受信したビーコンパケットから特定した隣接ノード及びセクタの組合せを、隣接ノード一覧テーブル２４に格納する。もしくは、既に隣接ノード一覧テーブル２４に格納済みの隣接ノードの組合せのセクタを更新する。

また、隣接ノード一覧生成部２３は、一定期間内にビーコンパケットの受信がなかった隣接ノードについては、隣接ノード一覧テーブル２４から削除する。

バッファ書込み部２５は、ＩＰ層部５から受信したパケットから転送先ノード情報（転送先ノードのノードＩＤ）を取得する。バッファ書込み部２５は、その取得したノードＩＤから隣接ノード一覧テーブル２４を検索し、転送先ノードが在圏するセクタを特定する。バッファ書込み部２５は、その特定したセクタ用のバッファ１２に、ＩＰ層部５から受信した当該パケットを書き込む。

これにより、各バッファ１２には、各々対応するセクタに在圏する隣接ノード宛のパケットが格納される。

図６は、本発明の第１実施形態に係る送信制御装置１０の送信パケット選択部１３の構成を示すブロック図である。図６において、送信パケット選択部１３は、データパケット監視部３１と通信中フロー数一覧生成部３２と通信中フロー数一覧テーブル３３とバッファ読出し部３４を有する。

データパケット監視部３１は、ＩＰ層部５から受信したデータパケットのＭＡＣヘッダから、送信ＩＤと受信ＩＤを取得する。その送信ＩＤは、隣接ノードに一対一で対応している。そして、送信ＩＤと受信ＩＤの組合せは、当該送信ＩＤの隣接ノードが中継する通信中の通信フローを表す。

通信中フロー数一覧生成部３２は、データパケット監視部３１で取得された送信ＩＤと受信ＩＤの組合せに基づいて、通信中フロー数一覧テーブル３３を生成する。図７は、通信中フロー数一覧テーブル３３の構成例である。図７に示されるように、通信中フロー数一覧テーブル３３は、隣接ノード毎に、通信中の通信フロー（通信中フロー）の個数（通信中フロー数）を示す。図７の例では、通信中フロー数一覧テーブル３３は、隣接ノードと通信中フロー数の組合せを格納している。

通信中フロー数一覧生成部３２は、データパケット監視部３１で取得された送信ＩＤと受信ＩＤの各組合せの通信中フローを記録する。通信中フロー数一覧生成部３２は、送信ＩＤ毎に、その記録された通信中フローの数を計数し、隣接ノードと通信中フロー数の組合せを通信中フロー数一覧テーブル３３に格納する。もしくは、既に通信中フロー数一覧テーブル３３に格納済みの隣接ノードの組合せの通信中フロー数を更新する。

また、通信中フロー数一覧生成部３２は、一定期間内にデータパケットの受信がなかった通信中フローについては、記録から削除する。

バッファ読出し部３４は、通信中フロー数一覧テーブル３３に基づいて、パケット送信方向のセクタを選択する。具体的には、バッファ読出し部３４は、通信中フロー数一覧テーブル３３から、各セクタの選択確率を計算する。各セクタの選択確率は、［数１］で計算する。なお、隣接ノードがどのセクタに在圏するのかは、図４中の隣接ノード一覧テーブル２４から知ることができる。

バッファ読出し部３４は、各セクタの選択確率に従って各セクタに対応するバッファ１２を選択し、選択したバッファ１２からパケットを読み出す。これにより、通信中フロー数の少ないセクタ、つまり、通信輻輳状況の軽いセクタほど高い確率でパケット送信が行われる。反対に、通信中フロー数の多いセクタ、つまり、通信輻輳状況の重いセクタほど、パケット送信確率は低い。

例えば、図２の３セクタ構成において、セクタＡ内に２つの隣接ノードＮ１，Ｎ２が在圏し、セクタＢ内に１つの隣接ノードＮ３が在圏し、セクタＣ内に３つの隣接ノードＮ４〜Ｎ６が在圏しているとする。そして、各隣接ノードの通信中フロー数は、隣接ノードＮ１は１、隣接ノードＮ２は２、隣接ノードＮ３は０、隣接ノードＮ４は１、隣接ノードＮ５は０、隣接ノードＮ６は１である。従って、セクタＡの通信中フロー数は３、セクタＢの通信中フロー数は０、セクタＣの通信中フロー数は２である。また、全セクタの通信中フロー数の合計値は５である。この場合、［数１］から、セクタＡの選択確率は０．２、セクタＢの選択確率は０．５、セクタＣの選択確率は０．３となる。これにより、バッファ読出し部３４は、セクタＡ，Ｂ，Ｃ用の各バッファ１２から、それぞれ、０．２，０．５，０．３の確率でパケットを読み出す。これにより、通信中フロー数の少ない順、つまり、通信輻輳状況の軽い順のセクタＢ、セクタＣ、セクタＡの順番で、パケット送信確率は高くなる。

なお、バッファ読出し部３４は、通信中フロー数一覧テーブル３３の更新時に、各セクタの選択確率を更新すればよい。

上述の第１実施形態によれば、各セクタの通信中フロー数に応じた選択確率に従って、通信輻輳状況の軽いセクタほど高い確率で、言い換えれば通信輻輳状況の重いセクタほど低い確率で、各セクタに対するパケット送信が行われる。これにより、各セクタの通信輻輳状況を考慮してパケット転送を行うことができ、パケットの伝送効率の向上を図ることが可能になる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、セクタ範囲は可変にし、セクタ当たりの通信中フロー数を一定に保つように、各セクタの通信輻輳状況に応じて、セクタ範囲を変更する。

図８は、本発明の第２実施形態に係る送信制御装置１０のパケット振り分け部１１の構成を示すブロック図である。この図８において図４及び図６の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。

図８において、パケット振り分け部１１は、図４の構成に加えて、図６中のデータパケット監視部３１と通信中フロー数一覧生成部３２と通信中フロー数一覧テーブル３３を有する。さらに、パケット振り分け部１１は、セクタ範囲制御部４０を有する。

セクタ範囲制御部４０は、隣接ノード一覧テーブル２４又は通信中フロー数一覧テーブル３３の更新時に、セクタ範囲制御処理を行う。セクタ範囲制御処理では、セクタ当たりの通信中フロー数を一定に保つように、各セクタの通信中フロー数の合計値に応じて、セクタ範囲を変更するようにアンテナ指向性を制御する。

セクタ当たりの通信中フロー数（以下、「セクタフロー数」と称する）は予め設定される。セクタフロー数は、一定の値であっても、あるいは一定の範囲であってもよい。

セクタ範囲制御処理においては、まず、隣接ノード一覧テーブル２４から、各セクタに在圏する隣接ノードを検索し、セクタ毎の在圏する隣接ノードを認識する。次いで、通信中フロー数一覧テーブル３３から、セクタ毎に、在圏する各隣接ノードの通信中フロー数を読出して合計する。次いで、その各合計値をセクタフロー数と比較する。

次いで、合計値がセクタフロー数よりも大きいセクタがある場合に、そのセクタをセクタ範囲の縮小対象に選択する。なお、合計値がセクタフロー数よりも大きいセクタがない場合は、そのまま処理を終了する。

次いで、セクタ範囲縮小対象以外のセクタの合計値を大小比較し、合計値の最小のセクタをセクタ範囲の拡大対象に選択する。次いで、セクタ範囲縮小対象セクタの方向に対してアンテナパターンのビーム幅の縮小を指示し、且つ、セクタ範囲拡大対象セクタの方向に対してアンテナパターンのビーム幅の拡大を指示する。この指示は、指向性制御信号によって図１中の指向性アンテナ部２に通知される。なお、ビーム幅の縮小及び拡大の量は、セクタフロー数に対する超過量に応じて決定すればよい。

これにより、セクタフロー数を超えているセクタは、その範囲が縮小されるので、在圏する隣接ノード数の減少が見込まれ、通信中フロー数の合計値の減少が期待できる。なお、ビーム幅の縮小及び拡大の指示後においても、セクタフロー数が満足されない場合には、再度、セクタ範囲制御処理を行ってもよい。

なお、第２実施形態では、図３中の送信パケット選択部１３は、各セクタ用のバッファ１２から、順番にパケットを読み出す。つまり、各セクタに対する送信確率は等しくする。

上述の第２実施形態によれば、各セクタの通信中フロー数に応じて各セクタの通信中フロー数を一定に保つようにセクタ範囲が制御され、各セクタに対するパケット送信が行われる。これにより、各セクタの通信輻輳状況を考慮してパケット転送を行うことができ、パケットの伝送効率の向上を図ることが可能になる。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の実施形態では、通信輻輳状況を表す情報として通信中フロー数を利用したが、他の情報を利用してもよい。例えば、パケット再送回数を、通信輻輳状況を表す情報として利用してもよい。

本発明の一実施形態に係る無線装置の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るセクタ構成例を示す図である。本発明の一実施形態に係る送信制御装置１０の全体構成を示すブロック図である。本発明の第１実施形態に係る送信制御装置１０のパケット振り分け部１１の構成を示すブロック図である。同実施形態に係る隣接ノード一覧テーブル２４の構成例を示す図である。同実施形態に係る送信制御装置１０の送信パケット選択部１３の構成を示すブロック図である。同実施形態に係る通信中フロー数一覧テーブル３３の構成例を示す図である。本発明の第２実施形態に係る送信制御装置１０のパケット振り分け部１１の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…無線装置（ノード）、２…指向性アンテナ部、３…送受信部、４…ＭＡＣ層部、５…ＩＰ層部、１０…送信制御装置、１１…パケット振り分け部、１２…バッファ、１３…送信パケット選択部、２１…ビーコンパケット送信部、２２…ビーコンパケット受信部、２３…隣接ノード一覧生成部、２４…隣接ノード一覧テーブル、２５…バッファ書込み部、３１…データパケット監視部、３２…通信中フロー数一覧生成部、３３…通信中フロー数一覧テーブル、３４…バッファ読出し部、４０…セクタ範囲制御部

Claims

指向性アンテナを有するノードから構成されるマルチホップネットワークにおける前記ノードの送信制御装置において、
アンテナ指向性により分割されたセクタ毎の在圏する隣接ノードを探索する隣接ノード探索手段と、
各隣接ノードの通信輻輳状況から、前記セクタ毎の通信輻輳状況を調べる通信輻輳状況調査手段と、
各セクタの通信輻輳状況に基づいて、各セクタの選択確率を算出するセクタ選択確率算出手段と、
各セクタの選択確率に従って、送信方向のセクタを選択するセクタ選択手段と、
を備えたことを特徴とする送信制御装置。
指向性アンテナを有するノードから構成されるマルチホップネットワークにおける前記ノードの送信制御装置において、
アンテナ指向性により分割されたセクタ毎の在圏する隣接ノードを探索する隣接ノード探索手段と、
各隣接ノードの通信輻輳状況から、前記セクタ毎の通信輻輳状況を調べる通信輻輳状況調査手段と、
各セクタの通信輻輳状況に基づいて、各セクタのセクタ範囲を制御するセクタ範囲制御手段と、
各セクタを順番に、送信方向に選択するセクタ選択手段と、
を備えたことを特徴とする送信制御装置。
通信輻輳状況を表す情報として通信中フロー数を利用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の送信制御装置。
通信輻輳状況を表す情報としてパケット再送回数を利用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の送信制御装置。
指向性アンテナを有し、マルチホップネットワークのノードとして機能する無線装置において、
請求項１から請求項４のいずれかの項に記載の送信制御装置を備えたことを特徴とする無線装置。
指向性アンテナを有するノードから構成されるマルチホップネットワークにおける前記ノードの送信制御方法であって、
アンテナ指向性により分割されたセクタ毎の在圏する隣接ノードを探索する過程と、
各隣接ノードの通信輻輳状況から、前記セクタ毎の通信輻輳状況を調べる過程と、
各セクタの通信輻輳状況に基づいて、各セクタの選択確率を算出する過程と、
各セクタの選択確率に従って、送信方向のセクタを選択する過程と、
を含むことを特徴とする送信制御方法。
指向性アンテナを有するノードから構成されるマルチホップネットワークにおける前記ノードの送信制御方法であって、
アンテナ指向性により分割されたセクタ毎の在圏する隣接ノードを探索する過程と、
各隣接ノードの通信輻輳状況から、前記セクタ毎の通信輻輳状況を調べる過程と、
各セクタの通信輻輳状況に基づいて、各セクタのセクタ範囲を制御する過程と、
各セクタを順番に、送信方向に選択する過程と、
を含むことを特徴とする送信制御方法。