JP2008053998A - 無線マルチホップネットワークの経路制御システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】そこで、本発明のノードは、片方向で移動通知を行いリンクを確立する機能と、フラットな経路制御と階層的な経路制御をノード間の相対速度を自律的に判断することにより切り替える機能及び、隣接ノードのメッセージ受信品質と移動距離等を基準として移動通知メッセージを抑制する機能を有する。
【選択図】図2
Description
無線マルチホップネットワークでは、それぞれ複数の無線通信可能範囲を有する複数の通信ノードが利用される。複数の通信ノードの各々は、上記の隣接通信ノードとして自分宛でないパケットを転送するためのルータ機能を具備している。このルータ機能により、複数の通信ノードのうちの送信元の通信ノードは、複数の通信ノードのうちの、送信元の通信ノードと直接通信できない相手先の通信ノードに対して、隣接通信ノードを介してパケットを届けることができる。
リアクティブ型ルーティングプロトコルについては、非特許文献1及び非特許文献2などで開示されている。
プロアクティブ型ルーティングプロトコルについては、非特許文献3及び非特許文献4などで開示されている。
以下、後者のプロアクティブ型ルーティングプロトコルを用いた無線マルチホップネットワークの経路制御システムについて説明する。
これにより、プロアクティブ型ルーティングプロトコル(以下、単にプロトコルとも呼ぶ)を用いた第1従来例による無線マルチホップネットワークの経路制御システムが実現されている。
OLSRでは、ある無線通信可能範囲内に存在する通信ノードは、起動後にあらかじめ設定された固定の送信間隔でHelloメッセージを送信する。Helloメッセージは、上記の無線通信可能範囲外に転送されず、上記の無線通信可能範囲内に存在する隣接通信ノードのみに受信される。
複数の通信ノードの各々は、隣接ノードテーブルと、トポロジーテーブルとを更に具備している。また、複数の通信ノードには、それぞれ複数のIP(Internet Protocol)アドレスが割り当てられている。ある通信ノードは、隣接通信ノードのIPアドレスを含むHelloメッセージを送信する。
ある通信ノードは、隣接通信ノードからHelloメッセージを受信した場合、そのHelloメッセージに含まれる隣接通信ノードのIPアドレスと、そのHelloメッセージに関連する関連情報とを自身の隣接ノードテーブルに記録する。
Helloメッセージは有効時間を含み、ある通信ノードは、この有効時間内に隣接通信ノードからHelloメッセージを受信しない場合、隣接通信ノードとのリンクの切断を認識し、隣接通信ノードのIPアドレスとその関連情報とを自身の隣接ノードテーブルから削除する。
ある通信ノードは、次回Helloメッセージを送信する場合は、隣接ノードテーブルに記録されている全ての通信ノードのIPアドレスを表すリストを生成し、そのリストとある通信ノードのIPアドレスとを含むHelloメッセージを送信する。隣接通信ノードは、そのHelloメッセージを受信した場合、Helloメッセージに含まれるリストにより、MPRの選択を行い、TCメッセージの送信を行う。
また、Helloメッセージ等の送信頻度が固定的に設定されるが、移動速度が異なる通信ノードで構成されたネットワークでは、最も速い通信ノードに合わせて送信頻度を設定する必要があり無駄な帯域を消費することになる。
第2従来例による無線マルチホップネットワークの経路制御システムでは、ある通信ノードは、移動時に、自身の通信ノードとその隣接通信ノードとの間の通信接続を確認するためのHelloメッセージを通常よりも短い周期で送信する。この場合、移動する通信ノードである移動通信ノードとその隣接通信ノードは、移動による接続状況(ネットワークトポロジー)の変化(接続、切断)をすばやく検知して経路を更新する。これにより、トポロジー変化時のパケットロスを軽減する。
この場合、次のケースが考えられる。
また、第二のケースとして、通信ノードを携帯したユーザが乗り物{例示;自動車(バス)、飛行機、列車、…}などに乗って一斉に移動するときである。この場合、その乗り物により移動している全ての通信ノード(移動通信ノード)がHelloメッセージを短周期で送信し始めるため、第一のケースと同様に非常に多量のHelloメッセージが発生する。
また、第三のケースとして、移動通信ノードが通信隣接ノードとの接続関係(リンク状態)が変化しない範囲内で連続的に移動するときである(例えば、往復運動や円運動)。この場合、不必要なHelloメッセージが送信され、帯域を浪費してしまう。
GPSなどによりノードの現在位置を取得する位置情報取得機能30と、
Helloメッセージなどの経路制御メッセージの作成、解析および送受信とそれらの経路制御情報から各ノードへの最短経路を計算する経路制御機能31と、
経路制御機能31が処理した経路制御情報を格納する経路制御情報テーブル32と、
経路制御情報から隣接ノードと自ノードの相対速度を計算する相対速度計算機能33と、
アプリケーションのデータや経路制御メッセージをIPパケットとして送受信するIP通信機能34と、
自分宛でないIPパケットの転送先を管理するIP経路テーブル35と、
ノード上で動作するアプリケーション36と、
移動通知メッセージの送信抑制を判断する移動通知抑制判断機能37と
を有することを特徴とする。
n個の通信ノード10−1〜10−nには、それぞれ、ひとつ以上のIP(Internet Protocol)アドレスが割り当てられている。IPアドレスは重複しないため、複数のIPアドレスのうちいずれかをノードIDとして利用することも可能である。ノードIDは、通信ノード毎にひとつ割り当てられる。
ここで、通信ノード10〜15は、例えば通信ノード10−1〜10−6に対応するものとする。また、通信ノード10〜15は、それぞれ無線通信可能範囲20〜25を有している。
例えば、送信元の通信ノード10が、無線通信可能範囲25内に存在する相手先の通信ノード15に通信する。このときに、無線通信可能範囲20、22内に存在する通信ノード11と、無線通信可能範囲21、23内に存在する通信ノード12と、無線通信可能範囲22、24内に存在する通信ノード13と、無線通信可能範囲23、25内に存在する通信ノード14とを中継通信ノード群とすることで、通信ノード10は、通信ノード15と通信することができる。
ここで、複数の通信ノード10〜15には、それぞれ、“10”〜“15”がIPアドレス及びノードIDとして割り当てられている。また、通信ノード10(移動通信ノード)は既に通信ノード11(隣接通信ノード)と双方向リンクを確立しており、移動通信ノード10が移動したことにより、移動通信ノード10と通信ノード12(隣接通信ノード)と双方向リンクを確立する場合について説明する。
移動通知メッセージは、通信ノード10の移動中のみ送信される。HelloメッセージやTCメッセージといったOLSR本来のメッセージは、通常のOLSRと同様定期的に送信される。
Message Type〜Message Sequence Numberまでのフィールドは、OLSRで用いられるメッセージと同じである。
移動通信ノード10が停止した場合、移動通信ノード10の経路制御部31によって、Eビットには、移動の停止を隣接通信ノードに通知するときに1がセットされる。自分がゲートウェイ(GW)ノード(後述)として設定されている場合、上記の経路制御部31によって、Gビットには1がセットされる。上記の経路制御部31によって、自身の位置情報43として、Altitudeフィールドには現在位置の高度が設定され、Latitudeフィールドには現在位置の緯度が設定され、Longitudeフィールドには現在位置の経度が設定される。上記の経路制御部31によって、Symmetric node IDフィールドには、後述する移動通知応答メッセージを受信した隣接通信ノードのノードIDが設定される。例えば、隣接通信ノード12から移動通知応答メッセージを受信した場合、隣接通信ノード12のノードID“12”が設定される。
双方向リンクの確立とは、2つの通信ノードが互いのメッセージを送受信できることを確認した状態であることを言う。
Message Type〜Message Sequence Numberまでのフィールドは、OLSRで用いられるメッセージと同じである。
隣接通信ノード12と移動通信ノード10との双方向リンクが確立していない場合、隣接通信ノード12の経路制御部31によって、Asymmetric moving node IDフィールドには、移動通知メッセージに含まれる移動通信ノード10のノードID“10”が設定される。
このHelloメッセージは、ノード10のMPRや隣接ノードをノード12へ通知することにより、MPR関係(OLSRメッセージを転送するための関係)を正常に保つ役目を持つ。
ステップS6において、隣接通信ノード11、12の経路制御部31は、移動通信ノード10からトポロジー更新メッセージをそのIP通信部34により受信した場合、そのトポロジー更新メッセージに含まれるリンク情報42を上記の経路制御情報として、自身の経路制御情報テーブル32に格納する。
トポロジー更新メッセージは、TCメッセージと同様MPRによって転送され、ネットワーク内の全通信ノードに受信される。
Message Type〜ANSNまでのフィールドは、OLSRで用いられるメッセージと同じである。
隣接通信ノード12と移動通信ノード10との双方向リンクが確立した場合、移動通信ノード10の経路制御部31によって、Update Link Dataフィールドには、移動通信ノード10の経路制御情報テーブル32に格納されたリンク情報42のうち状態に変化のあったリンクに対して、相手のノードID、そのリンクの品質情報、ステータス等、移動ノードかどうかを示すフラグが設定される。
本例の場合、Update Link DataフィールドのNode IDフィールドには、隣接通信ノード12のノードID“12”が設定され、Qualityフィールドには、隣接通信ノード12から受信したメッセージの受信品質が設定され、Statusフィールドには、SYM(双方向)が設定され、Mビットフィールドには0(移動通信ノードではない)が設定される。このトポロジー更新メッセージを受信した、ネットワーク内の他の全通信ノードは、通信ノード10と通信ノード12の間に双方向リンクが確立されたことを知り、経路の再計算を行い、経路を更新する。
移動通信ノード10がさらに移動し、移動通信ノード10の無線通信可能範囲20から隣接通信ノード11が外れたものとする。この場合、隣接通信ノード12の経路制御部31は、移動通信ノード10からの移動通知メッセージをそのIP通信部34により受信できるが、隣接通信ノード11(単に通信ノード11となる)の経路制御部31は、移動通信ノード10からの移動通知メッセージを受信できなくなる(ステップS7、S8)。
ステップS9において、トポロジー更新メッセージには、次のUpdate Link Dataフィールドが含まれる。
このUpdate Link DataフィールドのNode IDフィールドには、Node10のノードID“10”が設定され、Qualityフィールドには、LOSTが設定され、Statusフィールドには、LOSTが設定され、Mビットフィールドには、1(移動ノード)が設定される。
隣接通信ノード12の経路制御部31は、自身のルータ機能(IP通信部34)により、自分宛でないトポロジー更新メッセージを転送する。この場合、隣接通信ノード12は移動通信ノード10の無線通信可能範囲20に存在するため、隣接通信ノード12が転送したトポロジー更新メッセージは、移動通信ノード10にも届く(ステップS11)。
ステップS11において、移動通信ノード10の経路制御部31は、上記トポロジー更新メッセージをそのIP通信部34により受信すると、自身と通信ノード11の間の双方向のリンクが切断されたことを検知し、経路の再計算を行う。例えば、移動通信ノード10の経路制御部31は、通信ノード11へのパケットについては、直接、通信ノード11へ送信せずに隣接通信ノード12へ転送するようIP経路テーブル35を書き換える。
隣接通信ノード12の経路制御部31は、この移動通知メッセージをそのIP通信部34により受信したときに、移動通信ノード10とのリンク有効時間を移動通知メッセージの有効時間(通常のHelloメッセージ有効時間と同じ)から算出した時間に切り替える。これにより、移動通信ノード10とのリンク切断検出を通常に戻す。
ここで、通信ノード51〜57は、例えば通信ノード10−1〜10−7に対応するものとする。また、通信ノード51〜57は、それぞれ第1〜第7無線通信可能範囲を有している。
例えば、通信ノード51は、乗り物に設けられているものとする。乗り物としては、自動車(バス)、飛行機、列車等が例示される。本実施形態では、バスを例に説明する。この場合、通信ノード51は、GWノードと称する。そこで、自身がGWノード(後述)として設定されている場合、通信ノード51の経路制御部31によって、移動通知メッセージのGビットには1がセットされる。
通信ノード52〜55を持つユーザが上記バスに乗り移動するものとする。この場合、通信ノード52〜57は、非GWノードと称する。通信ノード56、57はバスとは独立に移動(または停止)するものとする。
このとき、通信ノード52〜55は、通常はGWノードとして動作しないが、周りにGWノードがいない場合だけGWノードとして動作する準GWノードを用意することもできる。準GWノードは、移動開始から数秒間(準GW待機時間:前述の非GW待機時間より短い時間)GWノードからの移動通知受信を待ち、その間に受信しなかった場合は、自分がGWノードとして動作を開始する。
通信ノード52〜57の移動通知抑制判断部37は、通信ノード51との相対速度から、通信ノード51に付随して移動しているか、そうでないかを判断する。この場合、通信ノード52〜55の移動通知抑制判断部37は付随して移動していると判断し、通信ノード56、57はそうでないと判断する。
例えば、通信ノード52〜55は、複数のGWノードから移動通知メッセージをそのIP通信部34により受信した場合は、その経路制御部31、相対速度計算部33、移動通知抑制判断部37によりメッセージの受信電界強度などを判断基準として、最大n個のGWノードを選択する。
ここで、通信ノード61〜64は、例えば通信ノード10−1〜10−4に対応するものとする。また、通信ノード61〜64は、それぞれ無線通信可能範囲71〜74を有している。
例えば、通信ノード61〜64はそれぞれ無線通信可能範囲71〜74で無線による直接通信が可能であり、マルチホップネットワークを形成しているものとする。
通信ノード61が、図10中の矢印で示すような狭い範囲で移動を行う場合を考える。
通信ノード61の経路制御部31は、移動を開始した場合、自分が双方向リンクを確立している全隣接ノードからのメッセージの受信品質と、設定受信品質(移動通知抑制品質閾値)とを比較し、メッセージ受信時の受信位置と現在の位置とを比較する。全隣接通信ノード62〜64に対して、受信品質が移動通知抑制品質閾値以上であり、受信位置と現在の位置との距離が移動通知抑制距離閾値以下であった場合、移動通知メッセージの送信を行わない。
通信ノード61の経路制御部31は、ひとつでも受信品質が移動通知抑制品質閾値より小さいか、受信位置と現在の位置との距離が移動通知抑制距離閾値よりも長いような隣接通信ノードが存在する場合は、そのIP通信部34により移動通知メッセージの送信を開始する。
これにより、本発明によれば、制御メッセージ(Helloメッセージ、TCメッセージなど)により通信帯域を全て使い切ることなく、相手先の通信ノードとのデータ通信を行なうことができる。
例えば、携帯ノードなどの非GWノードを持つ人が、GWノード(車載用通信ノード)が設けられた車に乗り、更に、その車が、GWノード(フェリー用通信ノード)が設けられたフェリーで移動するような場合を考える。
ここで、GW Priorityフィールドに設定される優先度をフェリーのGW Priority > 車のGW Priorityとする。車載用通信ノードは、自分よりも高いGW Priorityを含む移動通知メッセージを受信すると、第1実施形態の非GWノードと同様に移動通知メッセージの送信を抑制し、GWノードへの階層化経路へと切り替える。
10〜15 通信ノード
20〜25 無線通信可能範囲
30 位置情報取得部
31 経路制御部
32 経路制御情報テーブル
33 相対速度計算部
34 IP通信部
35 IP経路テーブル
36 アプリケーション
37 移動通知抑制判断部
41 隣接ノード情報
42 リンク情報
43 位置情報
44 経路制御メッセージ
45 IP経路情報
46 データ
48 IPパケット
49 抑制指示
51〜57 通信ノード
61〜64 通信ノード
71〜74 無線通信可能範囲
Claims (6)
- 複数の通信端末間で無線により制御パケットを交換して該複数の通信端末をノードとするマルチホップネットワークを形成し、そのマルチホップネットワークのトポロジー情報を保持し、そのトポロジー情報に基づいて前記複数の通信端末間で送受信されるパケットの通信経路を制御する無線マルチホップネットワークの通信経路制御方式において、
前記通信端末が、自通信端末の現在位置情報を取得するステップと、
前記通信端末が、自通信端末の移動を検知した場合、位置情報を含む移動通知メッセージを送信するステップと、
前記通信端末が、他移動通信端末から受信した移動通知メッセージに対して、該通信端末と双方向通信可能な状態でない場合のみ移動通知応答メッセージを送信するステップと、
前記通信端末が、他通信端末と双方向通信可能または不能になった場合にトポロジー更新メッセージによってネットワーク全体に通知するステップと、
前記通信端末が、トポロジー更新メッセージによって隣接ノードとの通信状態変化を検知するステップを
有することを特徴とする無線マルチホップネットワークの通信経路制御方式。 - 前記通信端末が、一定条件に基づいて移動通知メッセージの送信要否を判断するステップと、
前記通信端末が、前記判断に基づき移動通知メッセージの送信を抑制するステップを、
有することを特徴とする請求項1記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方式。 - 前記通信端末が、移動通知メッセージに自通信端末がゲートウェイとして動作可能であることを指定するステップと、
前記通信端末が、移動通知メッセージに基づいてゲートウェイ通信端末と自通信端末の相対速度を計算するステップと、
前記通信端末が、ゲートウェイ通信端末との相対速度に応じて隣接ノードとの接続関係を切り替えるステップと、
前記通信端末が、ゲートウェイ通信端末経由の経路に切り替えた場合、移動通知メッセージの送信を抑制するステップを
有することを特徴とする請求項2記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方式。 - 前記通信端末が、移動通知メッセージに自通信端末のゲートウェイ優先度を指定するステップと、
前記通信端末が、自通信端末より高いゲートウェイ優先度を持つ他通信端末の移動通知メッセージを受信した場合に、該通信端末との相対速度に応じて隣接ノードとの接続関係を切り替えるステップと、
前記通信端末が、ゲートウェイ通信端末経由の経路に切り替えた場合、移動通知情報の送信を抑制するステップを
有することを特徴とする請求項3記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方式。 - 前記通信端末が、ゲートウェイ通信端末が周囲に存在しない場合、自分がゲートウェイ端末として動作を開始するステップを
有することを特徴とする請求項3記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方式。 - 前記通信端末が、隣接ノードから受信したメッセージの受信品質を記録するステップと、
前記通信端末が、隣接ノードからメッセージを受信した時点の自ノード位置を記録するステップと、
前記通信端末が、記録された受信品質と受信位置と現在位置から移動通知メッセージの送信要否を判断するステップと、
前記通信端末が、前記判断処理に応じて移動通知メッセージの送信を抑制するステップを
有することを特徴とする請求項1記載の無線マルチホップネットワークの通信経路制御方式。
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