JP2008035522A

JP2008035522A - 移動ゲートウェイまでの経路再建方法及び経路再建装置

Info

Publication number: JP2008035522A
Application number: JP2007193778A
Authority: JP
Inventors: Kyo Ko; 卿黄; Yong Bai; 勇白; Arashi Chin; 嵐陳
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2008-02-14
Also published as: CN101115031A

Abstract

【課題】本発明は、シームレス経路再建、又は平滑データ転送の結果を実現できる移動ゲートウェイまでの経路再建方法を提供する。
【解決手段】本発明は、移動ゲートウェイまでの経路再建方法であって、ゲートウェイ隣接ノードが移動ゲートウェイへのデータ伝送を開始するとき、前記ゲートウェイ隣接ノードはヘッドノードとなり、その隣りノードの全てにヘッドアクティベートメッセージを報知するステップと、ヘッドアクティベートメッセージを受信した隣りの全ては、ヘッド隣接更新メッセージをヘッドノードに回送して、それぞれの目前の状態を前記ヘッドノードに通知するステップと、移動ゲートウェイにデータを転送しようとするゲートウェイ非隣接ノードは、前記ヘッドノードを介して前記移動ゲートウェイへの経路を再建するステップとを含む経路再建方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線移動ネットワークにおいて移動ゲートウェイが経路を再建する経路再建方法及び経路再建装置に関する。特に、新規経路の構築に対する遅延を減らし、移動ゲートウェイまでの移動中の経路再建によるデータパケットの紛失を減らすことができる、無線移動ネットワークにおいて移動ゲートウェイまでの経路を速やかに再建する経路再建方法及び経路再建装置に関する。

将来の無線環境において、ローカルネットワークにおけるノードは、移動ゲートウェイを介してメインネットワークにアクセスする。ゲートウェイの移動特性によって、如何に無線ネットワークにおける移動リンクを保持するかという課題を解決しなければならない。

ローカルネットワークにおいて、エネルギーを節約すると共に伝送レートを高めるために、全ての移動端末は、マルチホップ方式で移動ゲートウェイを介してインターネットに接続することができる。この場合、移動ゲートウェイは無線ローカルネットワーク全体の出口となる。即ち、ネットワークにおける全てのデバイスのデータは、何れも移動ゲートウェイを介して外部ネットワークに伝送される。したがって、ネットワーク全体のトポロジー構造はツリー構造となる。移動ゲートウェイは、ツリーの根ノードとなる。移動ゲートウェイは、無線ローカルネットワークにおける普通のデバイスと比べて、より強い処理能力及び総合性能を有すると共に、高い移動性も備えている。したがって、移動ゲートウェイの無線ローカルネットワーク中の位置が変化したとき、ネットワーク全体の構造はこれに伴って変化する。移動ゲートウェイへの新規経路を速やかに再建できなければ、大量のデータが紛失される。

移動ゲートウェイの無線ローカルネットワーク中の位置が変更したときに、従来の経路再建方案は、以下のような二つの方式に大きく分けられる。第１の方式は、ダイナミック経路構築（ＤｙｎａｍｉｃＲｏｕｔｅＥｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ，ＤＲＥ）方式を採用している。ダイナミック経路構築方式によれば、移動ゲートウェイの位置が変化することにより原経路が失効するときに、ソースノードによって経路構築プロセスを再発起することで、移動ゲートウェイへの新規経路を構築して無線ネットワーク中の移動リンクを保持する。ダイナミック経路構築の利点は、新規に構築した経路が最適性を保持することができること、即ち、最少のホップ数を有することである。しかしながら、その欠陥は、新規経路構築による遅延時間が長いことである。これは、大量のデータパケットが紛失されると共に、構築した新規経路のシグナリング支出も高くなる。

他の方式では、パス延長（ＰａｔｈＥｘｔｅｎｓｉｏｎ，ＰＥ）方案を採用している。当該方案によれば、移動ゲートウェイの位置が変化することにより原経路が失効するときには、原経路の最終ホップでのノードから、当該移動ゲートウェイの新しい位置への延長パスを構築して、無線ネットワーク中の移動リンクを保持する。パス延長方法の利点は、新規通信経路の構築をある程度加速できると共に、低いシグナリング支出を有することにある。

しかしながら、経路延長方法では、原経路に絶えずに延長する必要があるので、新規経路が不合理になり、さらにループの状況にまでなってしまうこともある。

また、この場合には、新規経路の構築に対する時間遅延も無視できず、マルチメディア高速データストリームを伝送するときには、依然として大量のデータパケットが紛失してしまう。したがって、従来の移動ゲートウェイへの経路を再建する方案の性能は好ましいものではない。

上記の課題に鑑みて、より高い性能を有する、移動ゲートウェイが経路を速やかに再建する経路再建方法及び経路再建装置を提示する。

本発明の目的は、移動ゲートウェイに経路を速やかに再建させ、新規経路の構築に対する遅延を減少し、移動ゲートウェイが移動中に経路を再建することによるデータパケットの紛失を減少できる、移動ゲートウェイが経路を再建する経路再建方法及び経路再建装置を提供することにある。

本発明の一側面に基づき、移動ゲートウェイまでの経路再建方法であって、ゲートウェイ隣接ノードが移動ゲートウェイへのデータ伝送を開始するとき、前記ゲートウェイ隣接ノードはヘッドノードとなり、その隣りノードの全てにヘッドアクティベートメッセージを報知するステップと、ヘッドアクティベートメッセージを受信した隣りの全ては、ヘッド隣接更新メッセージをヘッドノードに回送して、それぞれの目前の状態を前記ヘッドノードに通知するステップと、移動ゲートウェイにデータを転送しようとするゲートウェイ非隣接ノードは、前記ヘッドノードを介して前記移動ゲートウェイへの経路を再建するステップとを含む経路再建装置を提供する。

本発明の他の側面によると、移動ゲートウェイまでの経路再建方法であって、データを移動ゲートウェイに転送しようとするゲートウェイ非隣接ノードは、目前のヘッドノードを介して移動ゲートウェイまでの経路を構築するステップと、ゲートウェイ非隣接状態にあるヘッドノードは、移動ゲートウェイで報知されたメッセージを受信したとき、その自身が新ヘッドノードに設定されるステップと、前記新ヘッドノードは、ヘッドアクティベートメッセージをその隣りノードに報知するステップと、データを移動ゲートウェイに転送するゲートウェイ非隣接ノードは、前記の新ヘッドノードを介して前記移動ゲートウェイまでの経路を再建するステップと、前記目前のヘッドノードの状態は、ゲートウェイ隣接状態に戻るステップと、を含む経路再建装置を提供する。

本発明の更なる他の側面に基づき、移動ゲートウェイまでの経路再建方法であって、データを移動ゲートウェイに転送しようとするゲートウェイ非隣接ノードは、目前のヘッドノードを介して移動ゲートウェイまでの経路を構築するステップと、目前のヘッドノードは、移動ゲートウェイへの無線リンクがもはや確実ではないことを発見したとき、最後でゲートウェイ隣接状態になる隣りノードにデータを送信するステップと、目前のヘッドノードから転送されたデータを受信した隣りノードは、ヘッドアクティベートメッセージをその隣りノードに報知し、その自身が新ヘッドノードになることを通知するステップと、データを移動ゲートウェイに転送するゲートウェイ非隣接ノードは、前記の新ヘッドノードを介して前記移動ゲートウェイまでの経路を再建するステップと、前記目前のヘッドノードは、ゲートウェイ非隣接状態に戻るステップと、を含む経路再建装置を提供する。

本発明のまた更なる側面に基づき、移動ゲートウェイまでの経路再建装置であって、当該ノード自身及びその隣りノードの状態変化を保全する状態保全ユニットと、ノード自身がヘッドノードであるか否かのメッセージをネットワーク中の隣りノードに報知するヘッドノードユニットと、ヘッド前ノードがゲートウェイ非隣接状態からゲートウェイ隣接状態に変換したとき、ヘッド前ノードから移動ゲートウェイまでの経路を構築するシームレス経路再建ユニットと、目前の無線リンクが不確実である場合、最後でゲートウェイ隣接状態になる隣りノードを新ヘッドノードとして選択して、移動ゲートウェイへの経路を構築する平滑データ転送ユニットと、を備える経路再建装置を提供する。

本発明の移動ゲートウェイまでの経路再建方法及び経路再建装置は、新規に構築した経路の近似最適性を保証することができる。さらに、本発明の移動ゲートウェイまでの経路再建方法及び経路再建装置は低いシグナリング支出を有し、性能が従来の経路再建メカニズムより高い。

また、本発明は、無線ノードの状態を有効に利用して移動ゲートウェイの移動による原経路の無効を予測できることによって、新規経路構築の動作を予めまたは速やかに行うことができる。

なお、本発明は、ネットワーク中のノードの状態情報を有効に利用し、適当なシグナリング支出及び新規経路の近似最適を保証したまま、新規経路構築に対する遅延及びデータパケットの紛失を大きく減少できる。

本発明の前記並びにその他の目的、特徴、及び利点は、以下に示す好ましい実施例の説明を、添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかとなるのであろう。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明するが、本発明の理解が曖昧にならないよう、説明の際に、本発明にとって必要ではない細部及び機能を省略する。

本発明の技術方案を説明するために、ここで、移動ゲートウェイの無線ローカルネットワーク中の状態を説明しておく。

無線ローカルネットワークにおいて、ノードと移動ゲートウェイとの関係により、ノードは三つの状態に分けられる。例えば、ノードは携帯電話、ＰＤＡ、携帯式ＰＣなどのような移動端末であってもよい。移動ゲートウェイは、無線ローカルネットワーク中でゲートウェイとして機能する移動デバイスであり、これらの移動デバイスはより大きな処理能力と総合性能を有している。

本発明では、ネットワーク中のノードと移動ゲートウェイとの関係に基づいて、ノードの状態を分けている。ノードが移動ゲートウェイの報知するメッセージを直接受信して移動ゲートウェイと通信できる場合、当該ノードは移動ゲートウェイとゲートウェイ隣接状態にある。ゲートウェイ隣接状態にあるノードは、「ゲートウェイ隣接ノード」と呼ばれる。ネットワーク中のノードが、移動ゲートウェイの報知するメッセージを受信できなくて、移動ゲートウェイと直接通信できなく、他のノードによる転送を介さなければデータを移動ゲートウェイに送信できない場合、当該ノードは移動ゲートウェイとゲートウェイ非隣接状態にある。ゲートウェイ非隣接状態にあるノードは、「ゲートウェイ非隣接ノード」と呼ばれる。ゲートウェイ隣接ノードには、特殊なゲートウェイ隣接ノード、即ち、「移動ゲートウェイと通信しているゲートウェイ隣接ノード」がある。本発明では、ゲートウェイ隣接ノードが移動ゲートウェイと通信している状態を「ヘッド状態」と称し、このような状態にあるゲートウェイ隣接ノードを「ヘッドノード」と称する。

図１はノードのローカルネットワーク中の状態転移を示している。移動ゲートウェイは、メッセージを周期的に報知してその存在を示している。無線ノードは、移動ゲートウェイが報知するメッセージを直接受信できるか否かに基づいて、自分の状態を判定する。無線ノードが、移動ゲートウェイの報知するメッセージを直接受信できれば、当該ノードはゲートウェイ隣接状態にある。移動ゲートウェイの移動に伴って、当該ノードが、移動ゲートウェイの報知するメッセージを受信できなくなれば、当該ノードはゲートウェイ隣接状態からゲートウェイ非隣接状態に変わる。ゲートウェイ隣接状態にあるノードに対して、ノードがデータを移動ゲートウェイへ伝送し始めると、当該ノードはヘッドノードとなる。移動ゲートウェイの移動に伴って、ヘッドノードが、移動ゲートウェイの報知するメッセージを受信できなくなるとき、ヘッドノードはゲートウェイ非隣接ノードに変わり、当該ノードはゲートウェイ非隣接状態になる。

本実施例において、移動ゲートウェイは、周期的にＵｂＧ＿Ｃｌａｉｍメッセージを外部に報知することで、それが無線ローカルネットワーク中に存在していることを示している。無線ローカルネットワーク中の、移動ゲートウェイが報知する当該ＵｂＧ＿Ｃｌａｉｍメッセージを受信できるノードは、何れも当該メッセージを転送しない。移動ゲートウェイ隣接ノードが移動ゲートウェイにデータを伝送しようとするときに、当該ノードは即刻、ヘッドノードとなる。ヘッドノードが移動ゲートウェイに転送しようとするデータを有していない時に、その状態はゲートウェイ隣接状態に戻る。データ伝送プロセスにおいて、ヘッドノードが移動ゲートウェイからのＵｂＧ＿Ｃｌａｉｍメッセージを受信できなければ、その状態は移動ゲートウェイ非隣接状態になる。無線ローカルネットワーク中において、移動ゲートウェイが報知するメッセージを受信できないノードは、その状態がゲートウェイ非隣接状態に設定される。注意すべき処は、移動ゲートウェイが周期的にＵｂＧ＿Ｃｌａｉｍメッセージを報知するので、ノードは所定の時間内にＵｂＧ＿Ｃｌａｉｍメッセージを受信しなければ、その自身をゲートウェイ非隣接状態に設定する。

また、あるノードがヘッドノードとなる場合、それは隣接する全てのノードに１つのヘッドアクティベート（Ｈｅａｄ＿Ａｃｔｉｖａｔｅ）メッセージを報知する必要があり、これによってそれがヘッドノードとなったことを周りのノードに通知する。同様に、ヘッドノードの状態に変化が生じたとき、例えば、ゲートウェイ隣接状態からゲートウェイ非隣接状態に変わったとき、当該ノードはその隣りの全てに１つのヘッドデアクティベート（Ｈｅａｄ＿Ｄｅａｃｔｉｖａｔｅ）メッセージを報知する必要がある。周りのノードがＨｅａｄ＿Ａｃｔｉｖａｔｅメッセージを受信したときに、全てのノードは、当該Ｈｅａｄ＿Ａｃｔｉｖａｔｅメッセージを送信するヘッドノードに対して、１つのヘッド隣接更新（ＨｅａｄＮｅｉｇｈｂｏｒ＿Ｕｐｄａｔｅ）メッセージを回送する必要があり、その目前の状態をネットワーク中の他のノードに通知する。非ヘッドノードの状態が変わるときに、その隣りのノード中にヘッドノードがあれば、当該非ヘッドノードはまた、ＨｅａｄＮｅｉｇｈｂｏｒ＿Ｕｐｄａｔｅメッセージをこのヘッドノードに送信する必要があり、その新しい状態を通知する。

図２は、本発明に基づいて定義したノード状態の一実例を示す模式図である。図中の点線は、該当するノードがカーバしている通信範囲を表している。図２に示すように、移動ゲートウェイはノードＣ，Ｄ，及びＥの通信範囲内にある、即ち、ノードＣ，Ｄ及びＥは、移動ゲートウェイが報知するＵｂＧ＿Ｃｌａｉｍメッセージを受信できる。この時、ノードＣ，Ｄ及びＥはゲートウェイ隣接状態にある。一方、ノードＡとＢは、移動ゲートウェイに直接にアクセスすることができず、それらは他のノードの転送を介さなければ移動ゲートウェイと通信できない。したがって、ノードＡとＢは、この時ゲートウェイ非隣接状態にある。この場合、ソースノードＡがデータを送信しようとすると、データをその周りのノードＢに送信しなければならず、ノードＢがゲートウェイ非隣接状態にあるので、ノードＢによって当該データをその周りのノードＣに転送しなければならない。ノードＣが移動ゲートウェイとゲートウェイ隣接状態にあるので、構築された経路はＡ−Ｂ−Ｃとなる。ノードＣがノードＡに協力してデータを移動ゲートウェイに転送するので、この時ノードＣはヘッドノードとなり、その周りのノードにＨｅａｄ＿Ａｃｔｉｖａｔｅメッセージを報知して、それが既にヘッドノードとなっていることを周りのノードに通知する。

本発明の実施例によれば、ヘッドノード及びその隣りノードのみがその状態変化を保持している、即ち、その状態変化を互いに通知し合う。つまり、ヘッドノードの状態に変更が発生したら、それは状態変化を全ての隣りノードに報知する必要がある。一方、ヘッドノードのある隣りノードの状態が変化すると、当該隣りノードもその状態変化をヘッドノードに報知する必要がある。当該隣りノードがヘッドノードとなる場合、Ｈｅａｄ＿Ａｃｔｉｖａｔｅメッセージをその全ての隣りノードに報知する必要がある。図２中の記載から分かるように、ヘッドノードの一つ前のノード（以下、ヘッド前ノードと称す）、即ち図２中のノードＢの状態がゲートウェイ隣接状態になれば、当該ノードＢはデータをゲートウェイに直接送信し、自分が新しいヘッドノードであることを公布し、これにより新たな経路Ａ−Ｂの構築を実現し、シームレス経路再建を形成する。

目前のヘッドノードは、その移動ゲートウェイに至るリンクが不確実であることを発見した場合、移動ゲートウェイへのデータの送信を即刻停止し、データをその隣りノードのうちの最後にゲートウェイ隣接状態となるノードに転送し、当該ノードが新しいヘッドノードとなる。ネットワーク中のノードが、新しいヘッドノードの報知した状態変化通知を受信したとき、原経路上のノードは新しいヘッドノードを選択してその新たな一つ後のノードとし、元の一つ後のノードへのデータ送信を停止する。このようにして、経路再建プロセスにおける局部的最適化を実現し、データ転送を平滑化する結果となる。

例として、目前のヘッドノードは、下記の方式を採用してリンクが確実であるか否かを判断することができる。目前のヘッドノードの受信した移動ゲートウェイが報知したメッセージの信号レベルが所定閾値Ｔより所定時間ｔを超えて低いとき、目前の無線リンクの経路が不確実であると判断できる。また、移動ゲートウェイの報知するメッセージがＫ回連続して受信されないときも、目前の無線リンクの経路が不確実であると判断できる。

本発明は、無線ノードの状態を有効に利用して移動ゲートウェイの移動による原経路の無効を予測することで、新規経路構築の動作を予め或いは速やかに行うことができる。シームレス切り替えにおいて、新規経路構築の時の目前のヘッドノードは、依然としてデータを移動ゲートウェイに直接送信できるので、この時の新規経路構築に対する遅延は０となる。平滑なデータ転送において、目前のヘッドノードがリンクの不確実を発見すると、データを新ヘッドノード（最後にゲートウェイ隣接状態となる隣りノード）に直接送信する。このようにして、パス延長方法における一つ後のノードに対する決定プロセスを回避できる。したがって、遅延を減少し、極めて速やかな新規経路構築を実現できる。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例に基づくシグナリング伝送プロセスのフローチャートを示している。図３（Ａ）は、本発明の実施例に基づくシグナリング伝送プロセスのメインフローであり、図３（Ｂ）は、本発明の実施例に基づくシームレス経路再建シグナリングプロセスのフローチャートである。図３（Ｃ）は、本発明の実施例に基づく平滑データ転送シグナリングプロセスのフローチャートである。

まず、ステップＳ３１１において、ゲートウェイ隣接ノードがデータの移動ゲートウェイへの伝送を開始すると、当該ゲートウェイ隣接ノードはヘッドノードとなり、全ての隣りノードにＨｅａｄ＿Ａｃｔｉｖａｔｅメッセージを報知する。ステップＳ３１２において、Ｈｅａｄ＿Ａｃｔｉｖａｔｅメッセージを受信した全ての隣りノードは、ＨｅａｄＮｅｉｇｈｂｏｒ＿Ｕｐｄａｔｅメッセージをヘッドノードに回送して、それぞれの目前の状態をヘッドノードに通知する。その後、ステップＳ３１３において、当該ヘッドノードのある隣りノードに状態変化が発生すると、当該隣りノードもＨｅａｄＮｅｉｇｈｂｏｒ＿Ｕｐｄａｔｅを当該ヘッドノードに送信して、当該隣りノード自身の状態変化を当該ヘッドノードに報告する。また、ステップＳ３１４において、ノードの状態が変化した場合、ヘッドノードはＨｅａｄ＿Ｄｅａｃｔｉｖａｔｅメッセージを全ての隣りノードに報知する。以下の三つの状況に対する説明では、ヘッドノードの状態が変化してＨｅａｄ＿Ｄｅａｃｔｉｖａｔｅメッセージを報知するプロセスについては重複して言及しない。

目前のヘッドノードの状態の変化が生じ得る状況には三つがある。第１の状況は、データ伝送が正常に終了したときであり、ヘッドノードはゲートウェイ隣接状態に戻る。この場合には、ネットワーク中の各ノードが経路を構築する状態に影響を与えない。

他の状況では、目前のヘッドノードの一つ前のノード（ヘッド前ノード）は、移動ゲートウェイの移動によって移動ゲートウェイからのＵｂＧ＿Ｃｌａｉｍメッセージの受信が可能となる。つまり、ヘッド前ノードは、ゲートウェイ非隣接状態からゲートウェイ隣接状態に変化する。この時、ヘッド前ノードは、データを移動ゲートウェイに直接送信でき、目前のヘッドノードによる転送は必要とされなくなる。図３（Ｂ）は、この場合における経路再建プロセスを示している。ステップＳ３２１において、ヘッドノードが、移動ゲートウェイが報知したＵｂＧ＿Ｃｌａｉｍメッセージを受信したとき、それ自身を新ヘッドノードとして設定する。ステップＳ３２２において、ヘッド前ノードが新ヘッドノードとなり、その隣りノードにＨｅａｄ＿Ａｃｔｉｖａｔｅメッセージを報知する。その後、ステップＳ３２３において、当該メッセージを受信した全ての隣りノードは、当該新ヘッドノードにＨｅａｄＮｅｉｇｈｂｏｒ＿Ｕｐｄａｔｅメッセージを回送して、それぞれの目前の状態を新ヘッドノードに報告し、旧ヘッドノードの状態はゲートウェイ隣接状態に戻る。この場合、旧経路が壊れる前に新しい経路が構築されるため、シームレスの経路再建が実現できる。

更なる他の状況では、ヘッドノードが移動ゲートウェイへのリンクがもはや不確実であることを発見すると、当該ヘッドノードは、即刻ある隣りノードにデータを転送して新ヘッドノードとする。目前のヘッドノードが新ヘッドノードを選択する条件は、最後に状態をゲートウェイ隣接状態へ変更した隣りノードであってもよい。例えば、目前のヘッドノードの隣りには、状態がゲートウェイ隣接状態である三つのノードＡ，Ｂ及びＣがあると仮定する。ここで、Ａは時刻ｔ０に状態がゲートウェイ隣接に変化したことをヘッドノードに報告し、Ｂは時刻ｔ１に、状態がゲートウェイ隣接に変化したことをヘッドノードに報告し、Ｃは時刻ｔ２に状態がゲートウェイ隣接に変化したことをヘッドノードに報告し、且つｔ０＜ｔ１＜ｔ２とする。この時、目前のヘッドノードはノードＣを選択して転送ノードとする、即ち、ノードＣが新ヘッドノードとなる。このように選択するのは、「最後にゲートウェイ隣接状態となるノードとは、移動ゲートウェイが今まさにそれに向かって移動している、即ち、今、それと移動ゲートウェイとの距離が最も近く、ますます近づくことになることを表明している」という仮定に基づくためである。

図３（Ｃ）は、リンクがもはや不確実である場合での経路再建プロセスを示している。まず、ステップＳ３３１において、目前のヘッドノードが、選択した最後にゲートウェイ隣接状態となる隣りノードにデータを送信する。ステップＳ３３２において、目前のヘッドノードから転送されたデータを受信した隣りノードは、それの隣りノードにＨｅａｄ＿Ａｃｔｉｖａｔｅメッセージを報知して、それが新ヘッドノードになることを通知する。ステップＳ３３３において、当該メッセージを受信した全ての隣りノードは、新ヘッドノードにＨｅａｄＮｅｉｇｈｂｏｒ＿Ｕｐｄａｔｅメッセージを回送してそれぞれの目前の状態を報告し、旧ヘッドノード状態はゲートウェイ非隣接状態に戻る。この場合、目前のヘッドノードは移動ゲートウェイまでのリンクが確実であるかどうかを判断する必要があり、リンクが不確実であることを発見して初めて、新規経路の構築を開始する。新規経路構築に対する時間遅延が短いので、平滑なデータ転送を実現する。

上述の通り、目前のヘッドノードは、目前のヘッドノードが受信した移動ゲートウェイが報知した信号のレベルが、ある所定閾値Ｔより所定時間ｔを超えて低いか否かを確定することで、目前の無線リンクの経路が不確実であることを判断する。

図４（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の実施例に基づく移動ゲートウェイの移動プロセスの実例を説明する模式図である。初期段階において、図４（Ａ）に示すように、ノードＡをヘッドノードとし、ノードＤをヘッド前ノード（ノードＡの一つ前のノード）とし、ノードＢ，Ｃ及びＤを共にノードＡの隣りノードとし、ノードＢをゲートウェイ隣接ノードとし、ノードＣ及びＤをゲートウェイ非隣接ノードと仮にし得るとする。その後、図４（Ｂ）に示すように、移動ゲートウェイはノードＣに向かって移動してノードＣの通信範囲に入る、即ち、ノードＣはゲートウェイ隣接状態に入る。この時、ヘッドノードは変化していない。次ぎに、移動ゲートウェイの移動方向に基づいて、シームレス経路再建と平滑データ転送との二つの処理プロセスが引き起こされ得る。

図４（Ｃ）はシームレス経路再建の模式図である。移動ゲートウェイは、ノードＤに接近する方向に向かって移動し、ノードＤの通信範囲に入る。ノードＤは、データを移動ゲートウェイに直接送信し、且つデータのノードＡへの転送を停止する。この時、ヘッドノードはノードＤとなる。

平滑データ転送の場合、図４（Ｄ）に示すように、移動ゲートウェイはノードＡ及びＤから離れる方向に向かって移動し、ヘッドノードＡの通信範囲から離れる。この時、上述の平滑データ転送規則に従う。ヘッドノードＡの隣りノードのうち、ノードＢとＣはゲートウェイ隣接状態にあるが、ノードＣはノードＢよりゲートウェイ隣接状態に入るのが遅い。したがって、ノードＡはデータをノードＣに転送する、即ちノードＣを選択して新ヘッドノードとし、この瞬間の通信経路はＤ−Ａ−Ｃとなる。そして、ノードＣはその隣りノードにヘッドノード通知メッセージを報知する。ノードＤは、新ヘッドノードＣの隣りノードとして当該メッセージを受信する。本発明の局部経路最適化方法に基づいて、ノードＤは、新ヘッドノードＣをその一つ後のノードとして選択し、データのノードＡへの送信を停止する。したがって、最適化経過後の最終通信経路はＤ−Ｃとなる。

図５は、本発明の実施例に基づく無線デバイスのブロック図を示す。本発明の実施例によれば、移動ゲートウェイ経路再建を実現するために、本発明の無線デバイスは、通信部５１と、ルーティング部５２と、データ処理部５３と、経路再建部５４とを含む。通信部５１は、信号をネットワークに送信する送信機５１１と、信号をネットワークから受信する受信機５１２とを備える。ルーティング部５２は、無線ローカルネットワーク中で実行しようとするルーティングプロトコルを格納し、経路再建部５４と経路情報を交換し、更新した経路情報を送信機５１１に提供する。また、受信機５１２は、ネットワークから受信した隣りノードのゲートウェイ隣接状態をルーティング部５２に通知して、経路再建部５４を起動して該当する動作を行い、経路を再建する。データ処理部５３は、プロセッサー５３１とメモリ５３２とを備える。プロセッサー５３１は、制御プログラムに基づいて無線デバイス中の各部の動作を制御する。メモリ５３２は、無線デバイス中の各部の動作に必要とされるプログラムを記憶する。

経路再建部５４は、状態保全ユニット５４１と、ヘッドノード処理ユニット５４２と、シームレス経路再建ユニット５４３と、平滑データ転送ユニット５４４とを備える。当該ノードがヘッドノードであれば、その状態が変化したときに、送信機５１１によってその状態を全ての隣りノードに報知する必要がある。それが隣りノードからの状態更新メッセージを受信したときに、受信機５１２は、ルーティング部５２を介して更新情報を状態保全ユニット５４１に転送し、状態保全ユニット５４１は、受信したメッセージに基づいてそれに相応するエントリを更新する。無線デバイスがヘッドノードに対するある隣りノードとなれば、その状態が変化したとき、状態保全ユニット５４１により送信機５１１を介してその変化をヘッドノードに通知する必要がある。また、ノード自身がヘッドノードとなれば、全ての隣りノードに報知させる必要がある。

ヘッドノード処理ユニット５４２は、当該ゲートウェイ隣接ノードがヘッドノードとなるとき、送信機５１１にてその全ての隣りノードにＨｅａｄ＿Ａｃｔｉｖａｔｅメッセージを報知する。ヘッドノードの状態が変化するとき、ヘッドノード処理ユニットは、送信機５１１を介して全ての隣りノードにＨｅａｄ＿Ｄｅａｃｔｉｖａｔｅメッセージを報知する。シ−ムレス経路再建ユニット５４３は、ヘッド前ノードがゲートウェイ非隣接状態からゲートウェイ隣接状態に変化したとき、ヘッド前ノードから移動ゲートウェイまでの経路を構築し、目前のヘッドノードによる転送を必要とせずに、移動ゲートウェイにデータを直接送信してシームレス経路再建を実現する。一方、無線リンクがもはや確実ではない場合、目前のヘッドノードは、最後にゲートウェイ隣接状態になる隣りノードを新ヘッドノードとして選択して、それにデータを送信する。新ヘッドノードとして選択された無線デバイスにおける平滑データ転送ユニット５４４は、目前のヘッドノードから転送されたデータを受信して、その隣りノードにＨｅａｄ＿Ａｃｔｉｖａｔｅメッセージを報知し、それが新ヘッドノードとなったことを通知する。当該メッセージを受信した全ての隣りノードは、新ヘッドノードにＨｅａｄＮｅｉｇｈｂｏｒ＿Ｕｐｄａｔｅメッセージを回送して、それぞれの目前の状態を報告する。これにより新たな経路を再建し、平滑なデータ転送を実現する。また、原経路上のノードの平滑データ転送ユニット５４４が新ヘッドノードのＨｅａｄ＿Ａｃｔｉｖａｔｅメッセージを受信すると、新ヘッドノードを一つ後のノードとして直接選択し、原一つ後のノードへのデータの転送を停止する、即ち、局部経路最適化を実現する。

注意すべき処は、無線デバイスにおいて、経路再建を実行する各機能性部分をハードウェアで実現してもよいということである。しかしながら、本発明はこれに限定するものではなく、経路再建を実現する各機能性部分は、ソフトウェアで実現してもよい。このようにすれば、デバイス機能の更新を至便にし、コストも節約できる。

図６〜９は、本発明による方法と、従来技術に採用されているダイナミック経路構築（ＤＲＥ）及びパス延長（ＰＥ）との性能比較結果を示している。

図６は従来技術と本発明とによる新規経路構築に対する遅延時間面に関する比較模式図である。ここで、本発明の経路構築の遅延時間とは、旧経路が使用不可となる時刻から新規経路の構築終了となる時刻までの時間を指す。図６から分かるように、データソースのデータ送信レートの上昇につれて、新規経路構築に対する遅延時間も次第に増加している。これは、より高いデータ伝送レートがより大きいネットワークトラフィックを引き起こし、無線デバイスのデータに対する処理時間及びＭＡＣ層のバックオフ時間が共に長くなるためである。従来のダイナミック経路構築方案による新規経路構築に対する遅延時間は、一番長くて、約７０ｍｓほどであり、パス延長方案による新規経路構築に対する時間遅延は、ダイナミック経路構築方案に比して大きく改善され、約３０ｍｓであることが分かる。本発明による新規経路構築方法に必要とされる遅延時間は一番短く、約１７ｍｓほどである。従来技術に比し、本発明による経路再建は、経路を速やかに再建する方面において優れた性能メリットを示している。

図７は、従来技術と本発明の方法のエンド・ツー・エンド伝送遅延面に関する比較模式図である。ここで、エンド・ツー・エンド伝送遅延とは、データパケットがソースノードから送信されて移動ゲートウェイにて当該データパケットが受信されるまでの時間として定義している。同様に、データソースのデータ送信レートの上昇につれて、エンド・ツー・エンド伝送遅延も次第に増加していることが分かる。従来のパス延長方案のエンド・ツー・エンド伝送遅延が一番長いことは明らかであり、これは、当該方案のパスを延長する本質によって決定されるものである。ダイナミック経路構築方案のエンド・ツー・エンド伝送遅延が一番短く、これは当該方法がソースノードから移動ゲートウェイまでの最適経路を新たに選択するためである。注意すべき処は、本発明の方法はエンド・ツー・エンド伝送遅延の面においてダイナミック経路構築方案に極めて近くなっているが、これは本発明の方法により新規構築した経路が最適なものに近いことを表明しており、これは本発明の方法が局部経路最適化の特徴を有しているためである。

図８は、従来技術と本発明の方法のデータパケット紛失面に関わる比較模式図である。ここで、データパケット紛失数とは、各回の経路再建プロセスのデータパケット紛失数を平均した値を指す。図から分かるように、データソースのデータ送信レートの上昇につれて、データパケット紛失数も次第に増加している。これは、より高いデータ伝送レートは、より長い新規経路構築に対する時間遅延を招くためである。従来技術のうち、ダイナミック経路構築方案のデータパケット紛失数が一番大きく、パス延長方案のデータパケット紛失数は中間に位置する。本発明の方法を採用して経路を再建する場合のデータパケット紛失数は一番少ない。したがって、本発明は、従来技術と比べて、経路再建プロセスにおけるデータパケット紛失数を有効に減少できる。

図９は、従来技術と本発明の方法のシグナリング支出面に関する比較模式図である。ここで、シグナリング支出とは、新規経路構築のための制御メッセージの数を指す。図９から分かるように、従来のダイナミック経路構築方案によるシグナリング支出が一番大きく、ネットワーク中のノードの増加につれて線形に増加している。これは、ダイナミック経路構築方案は、新規経路を構築するプロセスにおいて経路構築要求メッセージを報知する必要があるためである。また、パス延長方案によるシグナリング支出は一番少ない。本発明の方法によるシグナリング支出は、パス延長方案より約３０％大であるだけであり、これは、本発明の方法がメッセージを制御してヘッドノード及びその隣りノードの状態を保全すべきであるためである。本発明が奏する有益な効果に対して、これら少量のシグナリング支出は値打ちがある。

以上、本発明について好ましい実施例を結合して説明した。当業者であれば本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、様々な変更、交換及び追加を行ってもよいことが理解されるはずである。そこで、本発明の範囲は前記特定の実施例に限られるものと理解してはならず、添付した特許請求の範囲によって限定されるものである。

本発明によるノード状態転移を説明する模式図である。本発明に基づいて定義したノード状態の一実例を説明する模式図である。本発明の実施例によるシグナリング伝送プロセス示すフローチャートである。本発明の実施例による移動ゲートウェイの移動プロセスの一実例を説明する模式図である。本発明の実施例による無線デバイスのブロック図である。従来技術と本発明による新規経路構築方法との遅延時間面の比較模式図である。従来技術と本発明による新規経路構築方法とのエンド・トゥ・エンド伝送遅延の比較模式図である。従来技術と本発明による新規経路構築方法とのデータパケット紛失の比較模式図である。従来技術と本発明による新規経路構築方法とのシグナリング支出の比較模式図である。

Claims

移動ゲートウェイまでの経路再建方法であって、
ゲートウェイ隣接ノードが移動ゲートウェイへのデータ伝送を開始するとき、前記ゲートウェイ隣接ノードはヘッドノードとなり、その隣りノードの全てにヘッドアクティベートメッセージを報知するステップと、
ヘッドアクティベートメッセージを受信した隣りの全ては、ヘッド隣接更新メッセージをヘッドノードに回送して、それぞれの目前の状態を前記ヘッドノードに通知するステップと、
移動ゲートウェイにデータを転送しようとするゲートウェイ非隣接ノードは、前記ヘッドノードを介して前記移動ゲートウェイへの経路を再建するステップとを含む経路再建方法。
前記ヘッドノードのある隣りノードの状態が変化した度に、前記隣りノードは、前記ヘッドノードにヘッド隣接更新メッセージを送信して、前記隣りノード自身の状態変更を前記ヘッドノードに報告するステップ、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の経路再建方法。
前記ヘッドノードの状態が変化するときに、前記ヘッドノードは全ての隣りノードにヘッドデアクティベートメッセージを報知することを特徴とする請求項１に記載の経路再建方法。
ゲートウェイ非隣接状態にあるヘッド前ノードは、移動ゲートウェイで報知されたメッセージを受信したときに、その自身を新ヘッドノードとすることを特徴とする請求項１に記載の経路再建方法。
前記新ヘッドノードは、ヘッドアクティベートメッセージをその隣りノードに報知するステップと、
データを移動ゲートウェイに転送するゲートウェイ非隣接ノードは、前記の新ヘッドノードを介して前記移動ゲートウェイまでの経路を再建するステップと、
原ヘッドノードの状態がゲートウェイ隣接状態に戻るステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の経路再建方法。
目前のヘッドノードは、移動ゲートウェイへの無線リンクがもはや確実ではないことを発見した場合、最後でゲートウェイ隣接状態になる隣りノードにデータを送信するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の経路再建方法。
目前のヘッドノードから転送されたデータを受信した隣りノードは、その隣りノードにヘッドアクティベートメッセージを報知し、その自身が新ヘッドノードになることを通知するステップと、
データを移動ゲートウェイに転送するゲートウェイ非隣接ノードは、前記の新ヘッドノードを介して前記移動ゲートウェイまでの経路を再建するステップと、
原ヘッドノードがゲートウェイ非隣接状態に戻るステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の経路再建方法。
原経路でのノードは、新ヘッドノードをその新たな一つ後のノードとして選択し、元の一つ後のノードへのデータ送信を停止するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の経路再建方法。
目前のヘッドノードが受信した移動ゲートウェイで報知されたメッセージの信号レベルが、所定時間間隔の中で所定閾値より低いとき、目前の無線リンクの経路が不確実であると判断することを特徴とする請求項６又は７に記載の経路再建方法。
目前のヘッドノードが移動ゲートウェイで報知されたメッセージを所定回数連続して受信しないとき、目前の無線リンクの経路が不確実であると判断することを特徴とする請求項６又は７に記載の経路再建方法。
移動ゲートウェイまでの経路再建方法であって、
データを移動ゲートウェイに転送しようとするゲートウェイ非隣接ノードは、目前のヘッドノードを介して移動ゲートウェイまでの経路を構築するステップと、
ゲートウェイ非隣接状態にあるヘッドノードは、移動ゲートウェイで報知されたメッセージを受信したとき、その自身が新ヘッドノードに設定されるステップと、
前記新ヘッドノードは、ヘッドアクティベートメッセージをその隣りノードに報知するステップと、
データを移動ゲートウェイに転送するゲートウェイ非隣接ノードは、前記の新ヘッドノードを介して前記移動ゲートウェイまでの経路を再建するステップと、
前記目前のヘッドノードの状態は、ゲートウェイ隣接状態に戻るステップと、を含む経路再建方法。
移動ゲートウェイまでの経路再建方法であって、
データを移動ゲートウェイに転送しようとするゲートウェイ非隣接ノードは、目前のヘッドノードを介して移動ゲートウェイまでの経路を構築するステップと、
目前のヘッドノードは、移動ゲートウェイへの無線リンクがもはや確実ではないことを発見したとき、最後でゲートウェイ隣接状態になる隣りノードにデータを送信するステップと、
目前のヘッドノードから転送されたデータを受信した隣りノードは、ヘッドアクティベートメッセージをその隣りノードに報知し、その自身が新ヘッドノードになることを通知するステップと、
データを移動ゲートウェイに転送するゲートウェイ非隣接ノードは、前記の新ヘッドノードを介して前記移動ゲートウェイまでの経路を再建するステップと、
前記目前のヘッドノードは、ゲートウェイ非隣接状態に戻るステップと、を含む経路再建方法。
前記新ヘッドノードの隣接ノードが前記ヘッドアクティベートメッセージを受信したとき、前記新ヘッドノードにヘッド隣接更新メッセージを送信するステップ、を更に含むことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の経路再建方法。
非ヘッドノードの状態が変化したとき、その隣りノードのうちヘッドノードがあれば、前記非ヘッドノードは、前記ヘッドノードにヘッド隣接更新メッセージを送信して、前記非ヘッドノードの新状態を前記隣りノードに通知することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の経路再建方法。
原経路でのノードは、新ヘッドノードをその新たな一つ後のノードとして選択し、元の一つ後のノードへのデータ送信を停止するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の経路再建方法。
移動ゲートウェイまでの経路再建装置であって、
当該ノード自身及びその隣りノードの状態変化を保全する状態保全ユニットと、
ノード自身がヘッドノードであるか否かのメッセージをネットワーク中の隣りノードに報知するヘッドノードユニットと、
ヘッド前ノードがゲートウェイ非隣接状態からゲートウェイ隣接状態に変換したとき、ヘッド前ノードから移動ゲートウェイまでの経路を構築するシームレス経路再建ユニットと、
目前の無線リンクが不確実である場合、最後でゲートウェイ隣接状態になる隣りノードを新ヘッドノードとして選択して、移動ゲートウェイへの経路を構築する平滑データ転送ユニットと、を備える経路再建装置。
前記状態保全ユニットは、隣りノードからの状態更新メッセージを受信したとき、隣りノードの状態情報を更新することを特徴とする請求項１６に記載の経路再建装置。
その自身がゲートウェイ隣接ノードからヘッドノードになるとき、その隣りノードの全てにヘッドアクティベートメッセージを報知する一方、自身の状態が変化したとき、全ての隣りノードにヘッドデアクティベートメッセージを報知するヘッドノード処理ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１６または１７に記載の経路再建装置。