JP2008135914A - Route control method and communication node - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線マルチホップネットワークに係り、特にアプリケーション毎に適した経路を動的に探索して構築することができるアプリケーション適応型の経路制御方法および通信ノードに関するものである。 The present invention relates to a wireless multi-hop network, and more particularly to an application adaptive route control method and a communication node that can dynamically search and construct a route suitable for each application.
従来、無線ネットワークでは、ノード同士が無線により直接通信するだけでなく、自らの無線信号が届く通信範囲内に存在する他のノードを中継ノードとして経由することで、その無線通信範囲を超えて通信ノード間でデータを送受信することを可能とする無線マルチホップネットワークが知られている。 Conventionally, in a wireless network, not only the nodes communicate directly by radio, but also communicate beyond the radio communication range by passing other nodes existing within the communication range where their own radio signals reach as relay nodes. Wireless multi-hop networks that make it possible to transmit and receive data between nodes are known.
この無線マルチホップネットワークは、複数の通信ノードで構成されており、各通信ノードは自分宛でないパケットを転送するためのパケット転送機能を持っている。このパケット転送機能により各ノードは、直接無線の届かない宛先ノードに対して中継ノードを介することによりパケットを届けることができる。無線マルチホップネットワークでは、パケットの送受信及び転送を行う通信ノードは頻繁に移動し、それに伴い各通信ノード間の無線到達可否(直接通信できるかどうか)が変化し、宛先ノードまでパケットを伝達するための転送経路も頻繁に変化する。 This wireless multi-hop network is composed of a plurality of communication nodes, and each communication node has a packet transfer function for transferring a packet not addressed to itself. With this packet transfer function, each node can deliver a packet via a relay node to a destination node that does not reach the radio directly. In wireless multi-hop networks, communication nodes that send and receive and transfer packets frequently move, and accordingly, wireless reachability between each communication node (whether direct communication is possible) changes, and packets are transmitted to the destination node. The transfer path of the network also changes frequently.
このパケット転送経路を自律分散的に制御するルーティングプロトコルとしては、通信開始時に経路を探索するリアクティブ型プロトコルや、定期的に他の通信ノードとメッセージを交換して常時最新経路を維持するプロアクティブ型プロトコル等が採用されている。代表的な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〜非特許文献5などで開示されている。これらのルーティングプロトコルは、送信ノードから宛先ノードまでの最善経路をホップ数(転送するノードの数)で決定する。しかし現実には、ホップ数の短い経路が必ずしも良い経路とは限らない。無線では、ノード間の距離や障害物、隣接ノードとの干渉、移動など通信を阻害する様々な要因が存在するためである。
The routing protocol that controls the packet transfer route autonomously and decentrally includes a reactive protocol that searches for a route at the start of communication, and a proactive method that regularly exchanges messages with other communication nodes to maintain the latest route. A type protocol is adopted. Typical reactive routing protocols are disclosed in
非特許文献3では、通信ノード間の無線受信強度を測定し、受信強度の強いノード間で転送を行う経路を構築することにより、通信品質を高める方式が開示されている。
非特許文献4では、ノードの相対速度から通信可能時間を推定することにより、最も通信可能時間が長い転送経路を構築する方式が開示されている。
非特許文献5では、自ノードが保持する経路数を考慮することにより、通信が集中するノードを回避して経路を構築する方式が開示されている。
また、特許文献1では、非特許文献3〜非特許文献5の方式で開示されるメトリック(判断基準)及びその他のメトリックを統合したQoSメトリックを採用することにより、無線マルチホップネットワークの特性を複合的に判断して最善の経路を構築する方式が開示されている。
Non-Patent
Non-Patent
Non-Patent
特許文献1及び非特許文献1〜非特許文献5に開示された従来の方式では、無線マルチホップネットワークにおいて、ホップカウントや信号強度、バッテリー残量、移動性(リンク寿命)、通信誤り率、帯域幅、経路数など様々なメトリック(判断基準)に基づき、最良の経路を構築することができる。これらの方式は全て事前に設定された方法でメトリックを計算する。そのため、どのアプリケーションが通信する場合でも、同じ経路が選択される。例えば、それほど長く通信を継続しないアプリケーションに対して経路の推定生存時間を基準に経路を選択したり、トラフィックの多くないアプリケーションに対してトラフィック集中度を基準に経路を選択するなど、不適切な経路選択が行われる。
In the conventional methods disclosed in
現実にはアプリケーションの特性により、最適な経路は異なってくる。例えば、非常に小さいデータをすばやく届けたい場合は、経路の生存時間はそれほど問題ではなく、ホップカウントが小さい経路が最良である。音声通話のような、比較的長い時間しかも一定帯域を消費する通信では、経路生存時間が長く、帯域も空いていて遅延の少ない経路が良い経路となる。帯域と経路生存時間のどちらをどのくらい優先するかも、音声品質や通話時間などによって異なる。従来の方式では、こうしたアプリケーションの特性に応じたきめ細かな経路選択ができず、結果的にユーザにアプリケーション毎に高品質な通信を提供することができないという問題点があった。 In reality, the optimal route varies depending on the characteristics of the application. For example, if you want to deliver very small data quickly, route lifetime is not a big issue, and routes with low hop counts are best. In communication that consumes a fixed band for a relatively long time such as a voice call, a path with a long path survival time, a free band, and a small delay is a good path. How much priority is given to bandwidth or route survival time depends on the voice quality and call duration. In the conventional method, there is a problem in that it is impossible to select a detailed route according to the characteristics of the application, and as a result, it is not possible to provide the user with high-quality communication for each application.
本発明の目的は、無線マルチホップネットワークにおけるEnd−to−Endの通信において、アプリケーションの特性に応じて最適な経路を構築し、ユーザに高品質な無線マルチホップ通信環境を提供することである。 An object of the present invention is to provide a high-quality wireless multi-hop communication environment for a user by constructing an optimum route according to application characteristics in end-to-end communication in a wireless multi-hop network.
本発明は、複数の通信ノード間で無線によりマルチホップネットワークを形成し、そのネットワーク内に経路要求メッセージをブロードキャスト送信して通信経路の探索を行う無線マルチホップネットワークの経路制御方法において、パケットの宛先に該当する経路エントリが存在しない場合に、転送ノードと転送リンクの転送コストであるメトリックを計算する際のメトリック計算重み情報と、前記メトリックとを含む経路要求メッセージを送信ノードが作成して、隣接ノードに送信する経路要求作成送信手順と、中継ノードが、受信した前記経路要求メッセージに含まれるメトリック計算重み情報を基にメトリックを計算するメトリック計算手順と、前記中継ノードが、前記経路要求メッセージに含まれるメトリックと前記メトリック計算手順で計算されたメトリックを基に最良の経路要求を選択し、選択結果にしたがって前記経路要求メッセージを更新し、更新後の経路要求メッセージを隣接ノードに送信する経路要求更新転送手順と、宛先ノードが、受信した前記経路要求メッセージに含まれるメトリックを基に最良の経路要求を選択する経路要求受信手順と、前記宛先ノードが、前記経路要求メッセージを最初に受信してから一定時間後に経路応答メッセージを隣接ノードに送信する経路応答作成送信手順と、前記宛先ノードが、前記選択した経路要求に基づいて経路エントリを作成して経路を設定する第1の経路設定手順と、前記中継ノードが、受信した経路応答メッセージに該当する経路要求に基づいて経路エントリを作成して経路を設定する第2の経路設定手順と、前記中継ノードが、受信した経路応答メッセージを隣接ノードに転送する経路応答転送手順と、前記送信ノードが、受信した経路応答メッセージに該当する経路要求に基づいて経路エントリを作成して経路を設定する第3の経路設定手順とを含むものである。 The present invention relates to a route control method for a wireless multi-hop network in which a multi-hop network is wirelessly formed between a plurality of communication nodes and a route request message is broadcasted in the network to search for a communication route. When there is no route entry corresponding to the transmission node, the transmission node creates a route request message including the metric calculation weight information for calculating the metric that is the transfer cost of the transfer node and the transfer link, and the metric. A route request creation and transmission procedure to be transmitted to the node, a metric calculation procedure in which the relay node calculates a metric based on metric calculation weight information included in the received route request message, and the relay node in the route request message Metrics included and the metric meter A route request update transfer procedure for selecting the best route request based on the metric calculated in the procedure, updating the route request message according to the selection result, and transmitting the updated route request message to the adjacent node; A route request reception procedure for selecting a best route request based on a metric included in the received route request message, and a route response message after a predetermined time from when the destination node first receives the route request message. A route response creation / transmission procedure for transmitting a message to an adjacent node, a first route setting procedure in which the destination node creates a route entry based on the selected route request and sets a route, and the relay node receives A second route setting procedure for creating a route entry based on the route request corresponding to the route response message and setting the route; The relay node creates a route entry based on a route response transfer procedure in which the received route response message is forwarded to an adjacent node, and the transmission node sets a route based on a route request corresponding to the received route response message. And a third route setting procedure.
また、本発明の経路制御方法の1構成例において、前記メトリック計算重み情報は、前記送信ノードのアプリケーション毎に設定されるものである。
また、本発明の経路制御方法の1構成例において、前記送信ノードのアプリケーションは、通信に先立ち、自身に最適な前記メトリック計算重み情報を設定するものである。
また、本発明の経路制御方法の1構成例において、前記メトリックは、経路上のノードメトリック合計値と、経路上のリンクメトリック合計値と、最悪ノードメトリックと、最悪リンクメトリックとを含むものである。
また、本発明の経路制御方法の1構成例は、前記中継ノード及び宛先ノードが、メトリックの良い順に複数個の前記経路要求メッセージを保持し、前記宛先ノードが複数の前記経路応答メッセージを送信することにより、複数の経路を構築するようにしたものである。
また、本発明の経路制御方法の1構成例において、前記送信ノード及び中継ノードは、パケットの宛先アドレス、上位プロトコル及び宛先ポートに基づいてパケット転送を行うものである。
また、本発明の経路制御方法の1構成例において、前記送信ノード及び中継ノードは、前記経路エントリに上位プロトコル及び宛先ポートが登録されていない場合、宛先アドレスのみに基づいてパケットの転送を行うものである。
また、本発明の経路制御方法の1構成例において、前記経路要求メッセージは、前記一定時間を指定するタイムアップ時間の情報を含むものである。
In one configuration example of the route control method of the present invention, the metric calculation weight information is set for each application of the transmission node.
Further, in one configuration example of the route control method of the present invention, the application of the transmission node sets the metric calculation weight information optimum for itself prior to communication.
Further, in one configuration example of the route control method of the present invention, the metric includes a node metric total value on the route, a link metric total value on the route, a worst node metric, and a worst link metric.
Also, in one configuration example of the route control method of the present invention, the relay node and the destination node hold a plurality of route request messages in the order of good metrics, and the destination node transmits the plurality of route response messages. Thus, a plurality of routes are constructed.
In the configuration example of the route control method of the present invention, the transmission node and the relay node perform packet forwarding based on a packet destination address, an upper protocol, and a destination port.
Further, in one configuration example of the route control method of the present invention, the transmission node and the relay node transfer packets based only on the destination address when the upper layer protocol and the destination port are not registered in the route entry. It is.
In the configuration example of the route control method of the present invention, the route request message includes information on a time-up time for designating the predetermined time.
また、本発明の通信ノードは、送信ノードである場合に、パケットの宛先に該当する経路エントリが存在しないとき、転送ノードと転送リンクの転送コストであるメトリックを計算する際のメトリック計算重み情報と、前記メトリックとを含む経路要求メッセージを作成して、隣接ノードに送信する経路要求作成送信手段と、中継ノードである場合に、受信した前記経路要求メッセージに含まれるメトリックを基に最良の経路要求を選択し、選択結果に従って前記経路要求メッセージを更新し、更新後の経路要求メッセージを隣接ノードに送信する経路要求更新転送手段と、宛先ノードである場合に、受信した前記経路要求メッセージに含まれるメトリックを基に最良の経路要求を選択する経路要求受信手段と、前記宛先ノードである場合に、前記経路要求メッセージを最初に受信してから一定時間後に経路応答メッセージを隣接ノードに送信する経路応答作成送信手段と、前記宛先ノードである場合に、前記選択した経路要求に基づいて経路エントリを作成して経路を設定する第1の経路設定手段と、前記中継ノードである場合に、受信した経路応答メッセージに該当する経路要求に基づいて経路エントリを作成して経路を設定する第2の経路設定手段と、前記中継ノードである場合に、受信した経路応答メッセージを隣接ノードに転送する経路応答転送手段と、前記送信ノードである場合に、受信した経路応答メッセージに該当する経路要求に基づいて経路エントリを作成して経路を設定する第3の経路設定手段とを有するものである。 Further, when the communication node of the present invention is a transmission node, when there is no route entry corresponding to the packet destination, metric calculation weight information for calculating a metric that is a transfer cost between the transfer node and the transfer link; A route request creation / transmission unit that creates a route request message including the metric and transmits the message to an adjacent node, and a best route request based on a metric included in the received route request message when the node is a relay node. Included in the received route request message when it is a destination node and route request update transfer means for updating the route request message according to the selection result and transmitting the updated route request message to the adjacent node. A route request receiving means for selecting the best route request based on a metric, and the destination node Route response creation / transmission means for sending a route response message to an adjacent node after a predetermined time from the first reception of the route request message, and creation of a route entry based on the selected route request in the case of the destination node The first route setting means for setting the route and the second route setting for setting the route by creating a route entry based on the route request corresponding to the received route response message when the relay node is the relay node. And a route response transfer unit that transfers the received route response message to an adjacent node when the relay node is the relay node, and a route based on the route request corresponding to the received route response message when the node is the transmission node. And a third route setting means for creating an entry and setting a route.
また、本発明の通信ノードの1構成例において、前記メトリック計算重み情報は、前記送信ノードのアプリケーション毎に設定されるものである。
また、本発明の通信ノードの1構成例において、前記送信ノードのアプリケーションは、通信に先立ち、自身に最適な前記メトリック計算重み情報を設定するものである。
また、本発明の通信ノードの1構成例において、前記経路要求メッセージは、前記一定時間を指定するタイムアップ時間の情報を含むものである。
In one configuration example of the communication node according to the present invention, the metric calculation weight information is set for each application of the transmission node.
In one configuration example of the communication node according to the present invention, the application of the transmission node sets the metric calculation weight information optimum for itself prior to communication.
In the configuration example of the communication node according to the present invention, the route request message includes time-up time information for designating the predetermined time.
本発明によれば、リアクティブ型経路制御方式で制御された無線マルチホップネットワークにおいて、経路要求メッセージにメトリック計算重み情報および経路メトリック情報を格納することにより、アプリケーションに適した経路を構築し、高品質な通信を実現することができる。 According to the present invention, in a wireless multi-hop network controlled by a reactive route control method, by storing metric calculation weight information and route metric information in a route request message, a route suitable for an application is constructed, Quality communication can be realized.
また、本発明では、送信ノードのアプリケーションが、通信に先立ち、自身に最適なメトリック計算重み情報を設定できるようにすることにより、アプリケーションの特性に最適な経路を構築することができる。 Also, according to the present invention, it is possible to construct a route optimal for the characteristics of the application by allowing the application of the transmission node to set metric calculation weight information optimum for itself prior to communication.
また、本発明では、宛先ノードが経路要求メッセージを最初に受信してから経路応答メッセージを隣接ノードに送信するまでのタイムアップ時間の情報を経路要求メッセージに設定することにより、送信ノードは、すぐに構築したい経路か、少し時間をかけても良い経路を探索したいのかを明示的に宛先ノードに伝えることができる。 Also, in the present invention, by setting the time-up time information from when the destination node first receives the route request message to when the route response message is transmitted to the adjacent node in the route request message, the sending node can immediately It is possible to explicitly tell the destination node whether it is desired to construct a route or to search for a route that may take a little time.
[第1の実施の形態]
以下、本発明に係る無線マルチホップネットワークの経路制御方式の最良の形態について、添付図面を参照して説明する。ここでは、非特許文献1で開示されているAODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector)を元に本発明の方式を拡張するとして説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る無線マルチホップネットワークの構成例を示すブロック図である。本実施の形態の無線マルチホップネットワークは、複数の通信ノード11〜17から構成されている。図1の例では、通信ノード11を送信ノード、通信ノード12を宛先ノードとして記載している。
[First Embodiment]
Hereinafter, the best mode of a route control method for a wireless multi-hop network according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Here, description will be made assuming that the method of the present invention is extended based on the AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector) disclosed in
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a wireless multi-hop network according to the first embodiment of the present invention. The wireless multi-hop network of the present embodiment is composed of a plurality of communication nodes 11-17. In the example of FIG. 1, the
図2は、各通信ノード11〜17の内部構成例を示すブロック図である。各通信ノード11〜17は、パケット転送経路を確立する経路制御部31と、データの送受信を行うアプリケーション32と、アプリケーション32および経路制御部31が生成したデータ、経路要求メッセージ、経路応答メッセージ等をIPパケットとして送受信または転送するIP通信部33と、アプリケーション32に最適なメトリック計算重み情報45を格納するメトリック計算重みテーブル34と、送受信又は転送するIPパケットの転送経路を記録したIP経路テーブル35と、経路要求メッセージを一時的に記録するための経路要求キャッシュ36と、経路構築が完了するまでの間、アプリケーション32からのデータパケットを一時的に保管するためのパケットバッファ37とを有する。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an internal configuration example of each of the
経路制御部31及びIP通信部33は、経路要求作成送信手段と、経路要求更新転送手段と、経路要求受信手段と、経路応答作成送信手段と、経路設定手段と、経路応答転送手段とを構成している。
なお、図2では、通信ノード11についてのみ内部構成を示しているが、他の通信ノード12〜17も内部構成は同一である。
The
In FIG. 2, the internal configuration is shown only for the
次に、本実施の形態の無線マルチホップネットワークの動作を説明する。ここでは、図1の送信ノード11上で動作するアプリケーション32がデータを送信しようとした場合について説明する。図3は送信ノードの動作を示すフローチャートである。
Next, the operation of the wireless multi-hop network of this embodiment will be described. Here, a case where the
送信ノード11上で動作するアプリケーション32がデータを送信しようとした場合、この送信しようとするデータ(送受信データ44)を経路制御部31が受け取る(図3ステップS100)。経路制御部31は、受信した送受信データ44の宛先アドレスと宛先ポートに基づいてIP経路テーブル35を検索する。アプリケーション32が宛先アドレス及び宛先ポートに該当する相手に初めて通信を行う場合、IP経路テーブル35にはその宛先アドレス及び宛先ポートに該当する経路情報が存在しない。経路制御部31は、IP経路テーブル35に該当するIP経路エントリが存在しない場合(ステップS101において判定NO)、アプリケーション32から受信した送受信データ44をパケットバッファ37に格納し(ステップS102)、経路の構築を開始する。
When the
経路制御部31は、まず自ノードのメトリック計算重みテーブル34から該アプリケーション32のメトリック計算重み情報45を取得する(ステップS103)。メトリック計算重みテーブル34には、あらかじめアプリケーション32の特性に合わせた標準的なメトリック計算重み情報45が格納されている。また、アプリケーション32は、通信に先立ち適切なメトリック計算重み情報45を設定することが可能である。図4にメトリック計算重みテーブル34の構成例を示す。メトリック計算重み情報45は、アプリケーション32のトランスポート層プロトコルの情報と、宛先ポート番号と、送信ポート番号と、メトリック計算重みW1〜WNとを含んでいる。
The path control
メトリック計算重みW1〜WNを使って計算されるメトリックには、ノードメトリックとリンクメトリックの2種類が存在する。
ノードメトリックは、通信ノードがパケットの転送を行う際のコストを表す値であり、値が大きいほど転送コストが高いことを意味する。ノードメトリックMnは、例えば以下のように計算される。
Mn=Mnb+W1×Tr+W2×(Emax−E)/Emax+W3×V/Vmax
・・・(1)
There are two types of metrics calculated using the metric calculation weights W1 to WN: node metrics and link metrics.
The node metric is a value that represents a cost when the communication node performs packet transfer, and the larger the value, the higher the transfer cost. The node metric Mn is calculated as follows, for example.
Mn = Mnb + W1 × Tr + W2 × (Emax−E) / Emax + W3 × V / Vmax
... (1)
式(1)において、Mnbは基本ノードメトリックであり、通信ノードの種類などによって決まる基本値である。例えばアンテナや車載ルータなど能力の高い通信ノードでは、基本ノードメトリックMnbが小さい値に設定され、携帯電話機やPDA(Personal Digital Assistant)など能力の低い通信ノードでは、基本ノードメトリックMnbが大きい値に設定される。Vmaxは、全ノードで想定される最大移動速度である。 In equation (1), Mnb is a basic node metric, which is a basic value determined by the type of communication node. For example, the basic node metric Mnb is set to a small value in a communication node with high capability such as an antenna or an in-vehicle router, and the basic node metric Mnb is set to a large value in a communication node with low capability such as a mobile phone or PDA (Personal Digital Assistant). Is done. Vmax is the maximum moving speed assumed in all nodes.
W1はパケット転送処理負荷に対するメトリック計算重みであり、Trは通信ノードが持つ有効な経路数である。なお、Trは平均送信キュー長など、通信ノードのパケット転送処理負荷を表す他の値でも良い。
W2はバッテリー残量に対するメトリック計算重みである。Emaxは通信ノードのバッテリーの最大容量であり、Eは通信ノードのバッテリーの残量である。
W3は通信ノードの移動速度に対するメトリック計算重みであり、Vは通信ノードの移動速度である。
W1 is a metric calculation weight with respect to the packet transfer processing load, and Tr is the number of effective routes that the communication node has. Note that Tr may be another value representing the packet transfer processing load of the communication node, such as an average transmission queue length.
W2 is a metric calculation weight for the remaining battery level. Emax is the maximum capacity of the communication node battery, and E is the remaining battery capacity of the communication node.
W3 is the metric calculation weight for the moving speed of the communication node, and V is the moving speed of the communication node.
リンクメトリックは、2台の通信ノード間でパケットを転送する際のコストを表す値であり、値が大きいほどノード間でのパケット転送コストが高いことを意味する。リンクメトリックMlは、例えば以下のように計算される。
Ml=Mlb+W4×(Qmax−Q)/Qmax
+W5×(Rmax−R)/Rmax ・・・(2)
The link metric is a value representing the cost for transferring a packet between two communication nodes, and the larger the value, the higher the packet transfer cost between the nodes. For example, the link metric Ml is calculated as follows.
Ml = Mlb + W4 × (Qmax−Q) / Qmax
+ W5 × (Rmax−R) / Rmax (2)
式(2)において、Mlbは基本リンクメトリックであり、その値は通常は1に設定されている。
W4はリンク品質に対するメトリック計算重みである。Qmaxは品質情報最大値(固定値)であり、Qはノード間の信号受信強度である。なお、QはS/N比、エラーレートなどリンクの品質を表す他の値でも良い。Qmaxとしては、Qに対応する品質が取り得る最良の値が設定される。
In Equation (2), Mlb is a basic link metric, and its value is normally set to 1.
W4 is a metric calculation weight for link quality. Qmax is the maximum quality information value (fixed value), and Q is the signal reception strength between nodes. Note that Q may be other values representing link quality such as S / N ratio and error rate. As Qmax, the best value that the quality corresponding to Q can take is set.
W5は2つの通信ノード間の相対速度に対するメトリック計算重みである。Rmaxは2つの通信ノード間で発生し得る推定最大相対速度、または2つの通信ノード間のリンクの推定最大生存時間(固定値)であり、Rは2つの通信ノード間の相対速度、または相対速度から計算したリンクの生存時間である。 W5 is a metric calculation weight for the relative speed between the two communication nodes. Rmax is an estimated maximum relative speed that can occur between the two communication nodes, or an estimated maximum lifetime (fixed value) of the link between the two communication nodes, and R is a relative speed between the two communication nodes, or a relative speed. Is the link lifetime calculated from.
経路制御部31は、アプリケーション32が送信しようとする宛先ノードのIPアドレスとポート番号、アプリケーション32が使用するプロトコル(例えばTCP(Transmission Control Protocol)、UDP(User Datagram Protocol)等)、送信ノードのアドレスと送信ポート番号、メトリック計算重みテーブル34から取得したメトリック計算重み情報45、GPS(Global Positioning Systems)等から取得した自ノードの位置情報、センサーから取得した自ノードの速度ベクトル情報等から、経路要求メッセージ42を作成する(ステップS104)。
The path control
図5に、経路要求メッセージ42の構成を示す。図5の上部の0,1,2・・・・9,0,1,2・・・・はビットを表している。経路要求メッセージ42の先頭のTypeフィールドからOriginator Sequence Numberフィールドまでは、AODVと同様である。すなわち、Typeフィールドには必ず1が入る。Hop Countは送信元から何回転送されたかを表わすホップ数である。Request IDには、自ノードが最後に送信した経路要求メッセージ42で利用したRequest IDに1つ加えた値が設定される。 FIG. 5 shows the configuration of the route request message 42. 5, 0, 1, 2,..., 9, 0, 1, 2,. From the Type field at the head of the route request message 42 to the Originator Sequence Number field is the same as AODV. That is, 1 is always entered in the Type field. Hop Count is the number of hops indicating how many times the packet has been transferred from the transmission source. In the Request ID, a value obtained by adding one to the Request ID used in the route request message 42 transmitted last by the own node is set.
Destination IP Addressは宛先ノードのIPアドレス、Destination Sequence Numberは宛先シーケンス番号である。宛先シーケンス番号には、その宛先について最後に知ったシーケンス番号が設定される。
Originator IP Addressは送信ノードのIPアドレスである。Originator Sequence Numberは送信者シーケンス番号であり、自ノードのシーケンス番号が設定される。このとき、経路制御部31は、経路要求メッセージ42を作成する直前に自ノードの送信者シーケンス番号を増加させる。
Destination IP Address is the IP address of the destination node, and Destination Sequence Number is the destination sequence number. In the destination sequence number, the sequence number that is last known about the destination is set.
Originator IP Address is the IP address of the sending node. Originator Sequence Number is a sender sequence number, and the sequence number of its own node is set. At this time, the
本実施の形態では、さらに次のフィールドを経路要求メッセージ42に加える。Application Protocol No.はアプリケーション32のトランスポート層プロトコル(上位プロトコル UDP、TCP他)を識別する番号、Destination Port No.はパケットの宛先ポート番号、Originator Port No.はパケットの送信ポート番号である。
In the present embodiment, the following field is further added to the route request message 42. Application Protocol No. Is a number identifying the transport layer protocol (upper protocol UDP, TCP, etc.) of the
Position InformationはGPSなどから取得した自ノードの位置情報、Velocity Informationは加速度センサーやジャイロセンサー等から計算された自ノードの速度ベクトル情報である。
Sum of node metricは経路要求メッセージ42が辿った経路におけるノードメトリックの合計値、Sum of link metricは経路要求メッセージ42が辿った経路におけるリンクメトリックの合計値、Worst node metricは経路要求メッセージ42が辿った経路における最悪ノードメトリック値、Worst link metricは経路要求メッセージ42が辿った経路における最悪リンクメトリック値である。
Position Information is the position information of the own node acquired from the GPS or the like, and Velocity Information is the velocity vector information of the own node calculated from an acceleration sensor, a gyro sensor, or the like.
Sum of node metric is the total value of the node metric in the route followed by the route request message 42, Sum of link metric is the total value of the link metric in the route followed by the route request message 42, and Worst node metric is the route request message 42 The worst node metric value in the route, Worst link metric, is the worst link metric value in the route followed by the route request message 42.
Weight #はメトリック計算重みの数、Weight Type(x)はx(xは任意の値)番目のメトリック計算重みの種類、Weight Value(x)はx番目のメトリック計算重みの値である。このWeight Value(x)にメトリック計算重みテーブル34から取得したメトリック計算重みが設定される。値が0であるメトリック計算重みは省略することもできる。
送信ノード11の場合、経路制御部31は、Sum of node metric,Sum of link metric,worst node metric,worst link metricフィールドには0をセットする。
Weight # is the number of metric calculation weights, Weight Type (x) is the xth (x is an arbitrary value) type of metric calculation weight, and Weight Value (x) is the value of the xth metric calculation weight. The metric calculation weight acquired from the metric calculation weight table 34 is set in the Weight Value (x). A metric calculation weight having a value of 0 can be omitted.
In the case of the transmitting
経路制御部31は、作成した経路要求メッセージ42をIP通信部33に渡す。IP通信部33は、経路要求メッセージ42を隣接する(すなわち、中継なしで通信可能な)通信ノードにブロードキャスト送信する(ステップS105)。
なお、後述の宛先ノードがセットする経路応答タイマーのタイムアップ時間を経路要求メッセージに含めることも可能である。それにより、送信ノードのアプリケーション32は、すぐに構築したい経路か、少し時間をかけても良い経路を探索したいのかを明示的に宛先ノードに伝えることができる。
The
It is also possible to include the time-up time of the route response timer set by the destination node described later in the route request message. Thereby, the
図6は中継ノードの動作を示すフローチャートである。中継ノードの経路制御部31は、隣接ノードから経路要求メッセージ42を受信すると(図6ステップS200において判定YES)、受信した経路要求メッセージ42に含まれるメトリック計算重み情報と、基本リンクメトリックMlb、品質情報最大値Qmax、ノード間の品質を表す値Q、ノード間の推定最大相対速度Rmax、及び相対速度Rとを用いて、経路要求メッセージ42の転送元である隣接ノードとの間のリンクメトリックを計算する(ステップS201)。
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the relay node. When the
続いて、経路制御部31は、受信した経路要求メッセージ42と宛先ノードアドレス、宛先ポート番号、送信ノードアドレス、送信ポート番号、及びプロトコルの組が一致する経路要求エントリがあるかどうかを経路要求キャッシュ36から検索する(ステップS202)。
Subsequently, the
図7に経路要求キャッシュ36の構成例を示す。経路要求キャッシュ36に格納された経路要求エントリは、宛先ノードアドレスと、プロトコルを識別する情報と、宛先ポート番号と、宛先シーケンス番号と、送信ノードアドレスと、送信ポート番号と、送信者シーケンス番号と、隣接ノードアドレスと、受信IF(インタフェース)番号と、ノードメトリックの合計値と、リンクメトリックの合計値と、最悪ノードメトリックと、最悪リンクメトリックと、ホップ数と、リンクの有効時間の情報を含んでいる。
FIG. 7 shows a configuration example of the
経路要求キャッシュ36に該当する経路要求エントリが無い場合、中継通信ノードの経路制御部31は、以下の処理を行う。
まず、経路制御部31は、経路要求メッセージ42に対応する経路要求エントリを経路要求キャッシュ36に新たに追加する(ステップS203)。このとき、経路制御部31は、経路要求メッセージ42のノードメトリック合計値を経路要求エントリのノードメトリック合計値とし、経路要求メッセージ42のリンクメトリック合計値に、ステップS201で計算したリンクメトリックを加算した値を経路要求エントリのリンクメトリック合計値とする。また、経路制御部31は、経路要求メッセージ42の最悪ノードメトリックを経路要求エントリの最悪ノードメトリックとし、経路要求メッセージ42の最悪リンクメトリックとステップS201で計算したリンクメトリックを比較して、大きい方の値を経路要求エントリの最悪リンクメトリックとする。
When there is no corresponding route request entry in the
First, the
続いて、経路制御部31は、経路要求メッセージ42を更新する(ステップS204)。このとき、経路制御部31は、受信した経路要求メッセージ42のホップ数、Request IDにそれぞれ1加算する。また、経路制御部31は、受信した経路要求メッセージ42に含まれるメトリック計算重み情報と、自ノードの基本ノードメトリックMnb、パケット転送処理負荷を表す値Tr、バッテリーの最大容量Emax、バッテリーの残量E、及び移動速度Vを用いて、自ノードのノードメトリックを計算し、受信した経路要求メッセージ42のノードメトリック合計値に、計算したノードメトリックを加算した値を更新後の経路要求メッセージ42のノードメトリック合計値とする。
Subsequently, the
また、経路制御部31は、受信した経路要求メッセージ42のリンクメトリック合計値に、ステップS201で計算したリンクメトリックを加算した値を更新後の経路要求メッセージ42のリンクメトリック合計値とする。さらに、経路制御部31は、受信した経路要求メッセージ42の最悪ノードメトリックと計算したノードメトリックとを比較して、大きい方の値を更新後の経路要求メッセージ42の最悪ノードメトリックとし、受信した経路要求メッセージ42の最悪リンクメトリックと計算したリンクメトリックとを比較して、大きい方の値を更新後の経路要求メッセージ42の最悪リンクメトリックとする。
Further, the
次に、経路制御部31は、更新した経路要求メッセージ42をIP通信部33に渡す。IP通信部33は、経路要求メッセージ42を隣接する通信ノードにブロードキャスト送信する(ステップS205)。
Next, the
一方、経路要求キャッシュ36に該当する経路要求エントリが既に存在する場合、中継通信ノードの経路制御部31は、以下の処理を行う。
まず、経路制御部31は、経路要求キャッシュ36の該当する経路要求エントリと受信した経路要求メッセージ42とを比較する(ステップS206)。この比較方法については後述する。
経路制御部31は、既存の経路要求エントリの方が良い場合は、経路要求メッセージ42を破棄し(ステップS207)、ステップS200に戻る。
On the other hand, when the route request entry corresponding to the
First, the
If the existing route request entry is better, the
また、経路制御部31は、経路要求メッセージ42の方が良い場合は、該当する経路要求エントリを更新し(ステップS208)、ステップS204に進む。ステップS208において、経路制御部31は、経路要求メッセージ42のノードメトリック合計値を経路要求エントリのノードメトリック合計値とし、経路要求メッセージ42のリンクメトリック合計値に、ステップS201で計算したリンクメトリックを加算した値を経路要求エントリのリンクメトリック合計値とする。また、経路制御部31は、経路要求メッセージ42の最悪ノードメトリックを経路要求エントリの最悪ノードメトリックとし、経路要求メッセージ42の最悪リンクメトリックとステップS201で計算したリンクメトリックを比較して、大きい方の値を経路要求エントリの最悪リンクメトリックとする。
If the route request message 42 is better, the
次に、経路要求メッセージ42と経路要求キャッシュ36の経路要求エントリの比較方法について説明する。経路要求の比較は、以下の(a)〜(h)の経路要求比較ルールの順位で条件を比較して行い、経路要求メッセージ42と経路要求エントリのうち一方の経路要求を優先すべきと判断できた時点で、比較を終了する。
Next, a method for comparing the route request message 42 and the route request entry in the
(a)まず、経路要求メッセージ42と経路要求エントリを比較したときに、ノードメトリック合計値とリンクメトリック合計値が共に良い経路要求が存在するならば、合計値が良い方の経路要求を優先する。
メトリック値の優劣比較は、値が小さい方が良いと判断する。ただし、ノードメトリック合計値とリンクメトリック合計値は値が大きいため、経路要求メッセージ42の合計値と経路要求エントリの合計値の双方の平均値から±5%以内であれば、同じ値とみなす。例えば経路要求メッセージ42のノードメトリック合計値が10000で、経路要求エントリのノードメトリック合計値が10500である場合、双方の平均値は10250であるから、許容誤差は10250×0.05=512.5である。経路要求メッセージ42のノードメトリック合計値と経路要求エントリのノードメトリック合計値はいずれも10250±512.5の範囲内であるため、両数値は等しいと判断される。
(A) First, when the route request message 42 is compared with the route request entry, if there is a route request having both a good node metric total value and a link metric total value, the route request having the better total value is given priority. .
In comparison of metric values, it is determined that a smaller value is better. However, since the node metric total value and the link metric total value are large, they are regarded as the same value if they are within ± 5% from the average value of both the total value of the route request message 42 and the total value of the route request entry. For example, when the node metric total value of the route request message 42 is 10,000 and the node metric total value of the route request entry is 10500, the average value of both is 10250, so the tolerance is 10250 × 0.05 = 512.5. It is. Since both the node metric total value of the route request message 42 and the node metric total value of the route request entry are within the range of 10250 ± 512.5, it is determined that both values are equal.
(b)ノードメトリック合計値とリンクメトリック合計値のうちどちらか一方の合計値が良い経路要求が存在し、かつもう一方の合計値が経路要求メッセージ42と経路要求エントリで同じ場合、合計値が良い方の経路要求を優先する。
(c)ノードメトリック合計値とリンクメトリック合計値のうちどちらか一方の合計値が良い経路要求が存在し、かつこの経路要求でもう一方の合計値が悪い場合、経路要求メッセージ42と経路要求エントリで差が大きい方の合計値の比較結果を優先する。例えば、経路要求メッセージ42のノードメトリック合計値が10000、経路要求エントリのノードメトリック合計値が9000、経路要求メッセージ42のリンクメトリック合計値が9000で、経路要求エントリのリンクメトリック合計値が11000であった場合、経路要求メッセージ42と経路要求エントリでノードメトリック合計値の差は1000、リンクメトリック合計値の差は2000なので、リンクメトリック合計値の比較結果が優先される。ここでは、経路要求メッセージ42の方がリンクメトリック合計値が良いので、経路要求メッセージ42を優先すべきと判断される。
(B) If there is a route request having a good total value of one of the node metric total value and the link metric total value and the other total value is the same in the route request message 42 and the route request entry, the total value is Give preference to the better route request.
(C) When there is a route request having a good sum of either the node metric total value or the link metric total value and the other total value is bad in this route request, the route request message 42 and the route request entry Priority is given to the comparison result of the total value with the larger difference. For example, the node metric total value of the route request message 42 is 10,000, the node metric total value of the route request entry is 9000, the link metric total value of the route request message 42 is 9000, and the link metric total value of the route request entry is 11000. In this case, since the difference in the node metric total value is 1000 and the difference in the link metric total value is 2000 between the route request message 42 and the route request entry, the comparison result of the link metric total value is prioritized. Here, since the route request message 42 has a better link metric total value, it is determined that the route request message 42 should be prioritized.
(d)経路要求メッセージ42と経路要求エントリを比較したときに、最悪ノードメトリック値と最悪リンクメトリック値が共に良い経路要求が存在するならば、最悪値が良い方の経路要求を優先する。
(e)最悪ノードメトリック値と最悪リンクメトリック値のうちどちらか一方の最悪値が良い経路要求が存在し、かつもう一方の最悪値が経路要求メッセージ42と経路要求エントリで同じ場合、最悪値が良い方の経路要求を優先する。
(f)最悪ノードメトリック値と最悪リンクメトリック値のうちどちらか一方の最悪値が良い経路要求が存在し、かつこの経路要求でもう一方の最悪値が悪い場合、経路要求メッセージ42と経路要求エントリで差が大きい方の最悪値の比較結果を優先する。
(g)ホップ数の小さい経路要求を優先する。
(h)早く受信した経路要求(すなわち、経路要求キャッシュ36の経路要求エントリ)の方を優先する。
(D) When the route request message 42 is compared with the route request entry, if there is a route request having both the worst node metric value and the worst link metric value, the route request having the better worst value is prioritized.
(E) If there is a route request in which one of the worst node metric value and the worst link metric value is good, and the other worst value is the same in the route request message 42 and the route request entry, the worst value is Give preference to the better route request.
(F) When there is a route request in which one of the worst node metric value and the worst link metric value is good and the other worst value is bad in this route request, the route request message 42 and the route request entry Priority is given to the comparison result of the worst value with the larger difference.
(G) Prioritize route requests with a small number of hops.
(H) The route request received earlier (that is, the route request entry in the route request cache 36) is given priority.
以上のようにして、経路要求メッセージ42は、中継ノードを経由して転送される。
図8は宛先ノード12の動作を示すフローチャートである。宛先ノード12が経路要求メッセージ42を受信すると(図8ステップS300において判定YES)、宛先ノード12の経路制御部31は、上記中継通信ノードと同様に自ノードの経路要求キャッシュ36を検索する(ステップS301)。
経路要求メッセージ42に該当する経路要求エントリが経路要求キャッシュ36に無い場合、宛先ノードの経路制御部31は、以下の処理を行う。
As described above, the route request message 42 is transferred via the relay node.
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the
When there is no route request entry corresponding to the route request message 42 in the
まず、経路制御部31は、受信した経路要求メッセージ42に含まれるメトリック計算重み情報と、基本リンクメトリックMlb、品質情報最大値Qmax、ノード間の品質を表す値Q、ノード間の推定最大相対速度Rmax、及び相対速度Rを用いて、経路要求メッセージ42の転送元である隣接ノードとの間のリンクメトリックを計算する(ステップS302)。
First, the
続いて、経路制御部31は、受信した経路要求メッセージ42のリンクメトリック合計値に、計算したリンクメトリックを加算してリンクメトリック合計値を更新する。また、経路制御部31は、経路要求メッセージ42の最悪リンクメトリックよりも、計算したリンクメトリックが悪い(値が大きい)場合は、計算したリンクメトリックを最悪リンクメトリックとして更新する(ステップS303)。
Subsequently, the
経路制御部31は、リンクメトリック合計値を更新すると共に必要に応じて最悪リンクメトリックを更新した後の経路要求メッセージ42に基づいて、経路要求エントリを経路要求キャッシュ36に新たに作成する(ステップS304)。そして、経路制御部31は、一定時間後に経路応答メッセージを返すための経路応答タイマーをセットする(ステップS305)。
The
一方、経路要求キャッシュ36に該当する経路要求エントリが既に存在する場合、宛先ノードの経路制御部31は、以下の処理を行う。
まず、経路制御部31は、ステップS302と同様にリンクメトリックを計算し(ステップS306)、ステップS303と同様に経路要求メッセージ42のリンクメトリック合計値を更新すると共に、必要に応じて経路要求メッセージ42の最悪リンクメトリックを更新する(ステップS307)。
On the other hand, when the corresponding route request entry already exists in the
First, the
続いて、経路制御部31は、経路要求キャッシュ36の該当する経路要求エントリと更新後の経路要求メッセージ42とを比較する(ステップS308)。このときの比較方法は前述の通りである。
経路制御部31は、既存の経路要求エントリの方が良い場合は、経路要求メッセージ42を破棄する(ステップS309)。また、経路制御部31は、更新後の経路要求メッセージ42の方が良い場合は、この経路要求メッセージ42に対応して、経路要求キャッシュ36の該当する経路要求エントリも更新する(ステップS310)。
Subsequently, the
When the existing route request entry is better, the
次に、宛先ノード12の経路制御部31は、経路応答タイマーをセットした時刻から一定のタイムアップ時間が経過した場合、経路応答メッセージ43を作成する(ステップS311)。図9に、経路応答メッセージ43の構成を示す。経路応答メッセージ43の先頭のTypeフィールドからLifeTimeフィールドまでは、AODVと同様である。すなわち、Typeフィールドには2が入る。Hop Countフィールドには、ホップ数として0が格納される。
Next, the
Destination IP AddressとOriginator IP Addressフィールドには、受信した経路要求メッセージ42からコピーした値がそのまま格納される。また、経路制御部31は、経路応答メッセージ43を作成する前に、自ノードのシーケンス番号が経路要求メッセージ42に書かれている送信者シーケンス番号よりも小さい場合、自ノードのシーケンス番号を送信者シーケンス番号で書き換えた上で、このシーケンス番号をDestination Sequence Numberフィールドに書き込む。Lifetimeは、隣接するノードとの間のリンクの生存時間である。Application Protocol No.、Destination Port No.、Originator Port No.フィールドには、経路要求メッセージ42からコピーした値がそのまま格納される。
In the Destination IP Address and Originator IP Address fields, values copied from the received route request message 42 are stored as they are. In addition, before creating the route response message 43, the
宛先ノード12の経路制御部31は、作成した経路応答メッセージ43をIP通信部33に渡す。IP通信部33は、経路応答メッセージ43を経路要求キャッシュ36の該当する経路要求エントリに登録された隣接ノードアドレス宛にユニキャストで送信する(ステップS312)。
The
同時に、経路制御部31は、該当する経路要求エントリに基づいて、この経路要求エントリに登録された送信ノードアドレス及び送信ポート番号宛のIP経路エントリを自ノードのIP経路テーブル35に作成する(ステップS313)。図10にIP経路テーブル35の構成例を示す。IP経路エントリは、宛先ノードアドレス(経路要求エントリの送信ノードアドレス)と、プロトコルを識別する情報と、宛先ポート番号(経路要求エントリの送信ポート番号)と、隣接ノードアドレスと、送信IF番号と、ホップ数と、リンクの有効時間の情報を含んでいる。有効時間は、この経路が利用されなくなってから無効になるまでの時間を示し、あらかじめ設定された値となる。パケットの送受信、転送等に利用された経路エントリの有効時間は更新される。
At the same time, based on the corresponding route request entry, the
なお、IP経路エントリにプロトコルと宛先ポート番号が登録されていない場合(すなわち、経路要求エントリにプロトコルと送信ポート番号が登録されていない場合)、経路制御部31は、宛先アドレスのみをマッチさせて経路応答メッセージ43の送信を行う。
When the protocol and the destination port number are not registered in the IP route entry (that is, when the protocol and the transmission port number are not registered in the route request entry), the
次に、中継ノードの経路制御部31は、経路応答メッセージ43を受信すると(図6ステップS209において判定YES)、経路応答メッセージ43に該当する経路要求エントリがあるかどうかを自ノードの経路要求キャッシュ36から検索する(ステップS210)。経路制御部31は、該当する経路要求エントリが存在する場合、この経路要求エントリに登録された宛先ノードアドレス及び宛先ポート番号宛のIP経路エントリと、経路要求エントリに登録された送信ノードアドレス及び送信ポート番号宛のIP経路エントリとを、自ノードのIP経路テーブル35に作成する(ステップS211)。
Next, when the
そして、中継ノードの経路制御部31は、経路要求エントリに登録された隣接ノード宛に経路応答メッセージ43を転送する(ステップS212)。なお、IP経路エントリにプロトコルと宛先ポート番号が登録されていない場合(すなわち、経路要求エントリにプロトコルと送信ポート番号が登録されていない場合)、経路制御部31は、宛先アドレスのみをマッチさせて経路応答メッセージの転送を行う。
Then, the
最後に、送信ノード11の経路制御部31は、経路応答メッセージ43を受信すると(図3ステップS106において判定YES)、経路応答メッセージ43に該当する経路要求エントリがあるかどうかを自ノードの経路要求キャッシュ36から検索する(ステップS107)。経路制御部31は、該当する経路要求エントリが存在する場合、この経路要求エントリに登録された宛先ノードアドレス及び宛先ポート番号宛のIP経路エントリを自ノードのIP経路テーブル35に作成する(ステップS108)。
Finally, when receiving the route response message 43 (determination YES in step S106 in FIG. 3), the
そして、送信ノード11の経路制御部31は、パケットバッファ37に保管していたアプリケーションデータの転送を開始する(ステップS109)。このとき、アプリケーションデータは、ステップS108で作成されたIP経路エントリに従って、隣接ノードアドレス宛に転送される。
Then, the path control
次に、IP経路エントリ作成後の中継ノードの動作を図11を用いて説明する。まず、中継ノードの経路制御部31は、有効時間の切れたIP経路エントリが存在するかどうかを判定する(ステップS400)。経路制御部31は、IP経路エントリの有効時間が切れていない場合に、アプリケーションデータを受信すると(ステップS401において判定YES)、このアプリケーションデータと宛先ノードアドレス、宛先ポート番号及びプロトコルの組が一致するIP経路エントリがあるかどうかをIP経路テーブル35から検索する(ステップS402)。経路制御部31は、該当するIP経路エントリが存在する場合、このIP経路エントリに登録された隣接ノードアドレス宛にアプリケーションデータを転送して(ステップS403)、ステップS400に戻る。経路制御部31は、該当するIP経路エントリが存在しない場合、受信したアプリケーションデータを破棄して(ステップS404)、ステップS400に戻る。
Next, the operation of the relay node after creating the IP route entry will be described with reference to FIG. First, the
また、中継ノードの経路制御部31は、ステップS400において有効時間の切れたIP経路エントリが存在すると判定した場合、この有効時間の切れたIP経路エントリをIP経路テーブル35から削除する(ステップS405)。そして、経路制御部31は、IP経路テーブル35のIP経路エントリ数が0になったかどうかを判定する。IP経路エントリ数が0でない場合はステップS400に戻り、IP経路エントリ数が0の場合は、図11の処理を終了する。
Further, when the
次に、図12を用いて本実施の形態の実際の動作の例を説明する。送信ノード11は、自ノードのアプリケーション32のデータ送信に伴い、アプリケーション32に応じたメトリック計算重み情報等を取得し、経路要求メッセージ51をブロードキャスト送信する。経路要求メッセージ51には、ホップ数1、宛先ノード12のアドレス、宛先シーケンス番号3、プロトコルTCP、宛先ポート番号80、送信ノード11のアドレス、送信者シーケンス番号9、送信ポート番号4335、ノードメトリック合計値0、リンクメトリック合計値0、最悪ノードメトリック0、最悪リンクメトリック0、メトリック計算重みW1=30,W2=40,W3=0,W4=10,W5=30、位置情報(X,Y,Z)、速度ベクトル情報(dX,dY,dZ)が設定されている。
Next, an example of actual operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. The
経路要求メッセージ51は、中継ノード13,14がそれぞれ受信する。中継ノード13,14は、それぞれメッセージの受信強度や、自ノードの位置情報と速度、バッテリー残量、送信ノード11との相対速度等を測定する。中継ノード13,14は、これらの測定した情報と、経路要求メッセージ51に含まれるメトリック計算重み情報から、リンクメトリックとノードメトリックを計算する。図12の例では、中継ノード13のノードメトリックを10、中継ノード13と送信ノード11間のリンクメトリックを20、中継ノード14のノードメトリックを40、中継ノード14と送信ノード11間のリンクメトリックを10とする。
The route request message 51 is received by the
中継ノード13,14は、それぞれ計算したリンクメトリック、ノードメトリックを経路要求メッセージ51のノードメトリック合計値、リンクメトリック合計値に加算してノードメトリック合計値、リンクメトリック合計値を更新し、さらに必要に応じて経路要求メッセージ51の最悪ノードメトリック、最悪リンクメトリックを更新する。そして、中継ノード13,14は、更新後の経路要求メッセージをそれぞれ経路要求メッセージ53,52としてブロードキャスト送信する。
The
図12の例では、経路要求メッセージ53のノードメトリック合計値が10、リンクメトリック合計値が20、最悪ノードメトリックが10、最悪リンクメトリックが20に更新されている。また、経路要求メッセージ52のノードメトリック合計値が40、リンクメトリック合計値が10、最悪ノードメトリックが40、最悪ノードメトリックが10に更新されている。なお、経路要求メッセージを転送するノードとして中継ノード13,14が加わるため、経路要求メッセージ52,53のホップ数は2に更新される。
In the example of FIG. 12, the node metric total value of the route request message 53 is updated to 10, the link metric total value is 20, the worst node metric is 10, and the worst link metric is 20. Further, the node metric total value of the route request message 52 is updated to 40, the link metric total value is 10, the worst node metric is 40, and the worst node metric is 10. Since the
また、中継ノード13は、経路要求エントリを自ノードの経路要求キャッシュ36に登録する。この経路要求エントリには、宛先ノード12のアドレス、プロトコルTCP、宛先ポート番号80、宛先シーケンス番号3、送信ノード11のアドレス、送信ポート番号4335、送信者シーケンス番号9、隣接ノード11のアドレス、受信IF番号IF#1、ノードメトリック合計値10、リンクメトリック合計値20、最悪ノードメトリック10、最悪リンクメトリック20、ホップ数1、リンクの有効時間30秒が登録されている。
Further, the
同様に、中継ノード14は、経路要求エントリを自ノードの経路要求キャッシュ36に登録する。この経路要求エントリには、宛先ノード12のアドレス、プロトコルTCP、宛先ポート番号80、宛先シーケンス番号3、送信ノード11のアドレス、送信ポート番号4335、送信者シーケンス番号9、隣接ノード11のアドレス、受信IF番号IF#1、ノードメトリック合計値40、リンクメトリック合計値10、最悪ノードメトリック40、最悪リンクメトリック10、ホップ数1、リンクの有効時間30秒が登録されている。
Similarly, the
宛先ノード12は、中継ノード13から経路要求メッセージ53を、中継ノード14から経路要求メッセージ52をそれぞれ受信する。宛先ノード12は、中継ノード13,14から受信した経路要求メッセージ53,52を前述の比較方法に従って比較する。この場合、比較する経路要求は、以下の2つである。まず、経路要求メッセージ53に基づく経路要求では、隣接ノードアドレスがノード13のアドレス、ノードメトリック合計値が10、リンクメトリック合計値が50、最悪ノードメトリックが10、最悪リンクメトリックが30、ホップ数が2となっている。また、経路要求メッセージ52に基づく経路要求では、隣接ノードアドレスがノード14のアドレス、ノードメトリック合計値が40、リンクメトリック合計値が30、最悪ノードメトリックが40、最悪リンクメトリックが20、ホップ数が2となっている。ここでは、前述の経路要求比較ルール(c)により、経路要求メッセージ53に基づく経路要求の方が優先される。
The
なお、このときのリンクメトリック合計値と最悪リンクメトリックは、ステップS302,S303又はステップS306,S307の処理により更新されている。すなわち、経路要求メッセージ53,52のどちらか一方を先に受信すると、この経路要求メッセージがステップS302,S303の処理により更新されて経路要求エントリが作成され、次にもう一方の経路要求メッセージを受信すると、この経路要求メッセージがS306,S307の処理により更新されて経路要求エントリと比較される。 Note that the link metric total value and the worst link metric at this time are updated by the processing in steps S302 and S303 or steps S306 and S307. That is, when one of the route request messages 53 and 52 is received first, this route request message is updated by the processing of steps S302 and S303 to create a route request entry, and then the other route request message is received. Then, this route request message is updated by the processing of S306 and S307 and compared with the route request entry.
宛先ノード12は、中継ノード13に対して経路応答メッセージを作成して送信する。それと同時に、IP経路エントリを自ノードのIP経路テーブル35に登録する。このIP経路エントリには、宛先ノードアドレスとしてノード11のアドレス、NextHopアドレスとしてノード13のアドレスが登録され、またプロトコルTCP、宛先ポート番号4335、送信IF番号IF#1、ホップ数2、有効時間30秒が登録されている。
The
中継ノード13は、宛先ノード12から経路応答メッセージを受信すると、自ノードの経路要求キャッシュ36から該当する経路要求エントリ、すなわち受信した経路応答メッセージと宛先ノードアドレス、宛先ポート番号、送信ノードアドレス、送信ポート番号、及びプロトコルの組が一致する経路要求エントリを検索して、自ノードのIP経路テーブル35にIP経路エントリを作成し、検索した経路要求エントリに登録された隣接ノードであるノード11宛に経路応答メッセージを転送する。
When the
このとき、中継ノード13は、ノード11宛のIP経路エントリとノード12宛のIP経路エントリを作成する。ノード11宛のIP経路エントリには、宛先ノードアドレス及びNextHopアドレスとしてノード11のアドレスが登録され、またプロトコルTCP、宛先ポート番号4335、送信IF番号IF#1、ホップ数1、有効時間30秒が登録される。ノード12宛のIP経路エントリには、宛先ノードアドレス及びNextHopアドレスとしてノード12のアドレスが登録され、またプロトコルTCP、宛先ポート番号80、送信IF番号IF#1、ホップ数1、有効時間30秒が登録される。
At this time, the
送信ノード11は、ノード13から経路応答メッセージを受信すると、自ノードのIP経路テーブル35にIP経路エントリを作成する。このIP経路エントリには、宛先ノードアドレスとしてノード12のアドレス、NextHopアドレスとしてノード13のアドレスが登録され、またプロトコルTCP、宛先ポート番号80、送信IF番号IF#1、ホップ数2、有効時間30秒が登録される。そして、送信ノード11は、パケットバッファ37に保管されたパケット及びアプリケーション32から受け取ったパケットの送信を開始する。
When receiving the route response message from the
従来の無線マルチホップネットワークにおけるリアクティブ型経路制御方式では、あらかじめ決められた基準によってのみ経路を選択していた。従来の基準とは、ホップ数、信号強度、推定生存時間、トラフィック集中度、バッテリー残量またはそれらの複合基準である。しかし、固定的な選択基準では、アプリケーション毎に異なる特性に応じた経路の選択ができない。そのため、それほど長く通信を継続しないアプリケーションのための経路を推定生存時間を基準に選択したり、トラフィックの多くないアプリケーションの経路をトラフィック集中度を基準に選択するなど、不適切な経路構築が行われる。 In a reactive route control method in a conventional wireless multi-hop network, a route is selected only by a predetermined criterion. The conventional standard is the number of hops, signal strength, estimated survival time, traffic concentration, remaining battery level, or a composite standard thereof. However, with a fixed selection criterion, it is not possible to select a route according to characteristics that differ for each application. For this reason, an inappropriate route is constructed, such as selecting a route for an application that does not continue communication for such a long time based on the estimated lifetime, or selecting a route for an application with little traffic based on the traffic concentration level. .
本実施の形態では、経路要求メッセージに経路選択の基準となるメトリックを計算するためのメトリック計算重み情報を含め、アプリケーション毎にメトリック計算重み情報を設定することにより、アプリケーションの特性に応じた最適な経路の選択を可能とする。本実施の形態では、メトリック計算重みテーブル34にメトリック計算重みがアプリケーション32毎に登録されるので、異なるアプリケーション32では異なるメトリック計算重みが利用される。そのため、各中継ノードで計算されるリンクメトリックとノードメトリックがアプリケーション毎に異なり、結果的に選択される経路も異なる場合が生じる。アプリケーション32が最適なメトリック計算重みを通信に先立ちメトリック計算重みテーブル34に登録しておくことで、アプリケーション32は自身が望む評価基準で経路制御部31に経路を構築させることができる。こうして、本実施の形態では、ユーザに対して快適な通信環境を提供することが可能となる。
In this embodiment, the metric calculation weight information for calculating a metric that is a reference for route selection is included in the route request message, and the metric calculation weight information is set for each application. Allows route selection. In the present embodiment, since the metric calculation weight is registered in the metric calculation weight table 34 for each
[第2の実施の形態]
前述の第1の実施の形態では、中継ノードおよび宛先ノードは、最良の経路要求エントリのみを経路要求キャッシュ36に保持していたが、同じ経路要求メッセージを異なる隣接ノードから複数個受け取った場合、それらのうちの上位N個までの経路要求エントリを経路要求キャッシュ36に保持することも可能である。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the relay node and the destination node hold only the best route request entry in the
この場合、宛先ノードは、経路応答タイマーをセットした時刻から一定のタイムアップ時間が経過したとき、自ノードの経路要求キャッシュ36に保持された上位N個の経路要求エントリに登録された隣接ノードに対して経路応答メッセージを送信する。
中継ノードは、経路応答メッセージを受信すると、自ノードの経路要求キャッシュ36から経路応答メッセージに該当する上位N個の経路要求エントリを検索し、このうち最良(最上位)の経路要求エントリを選択して、自ノードのIP経路テーブル35にIP経路エントリを作成し、選択した経路要求エントリに登録された隣接ノードアドレス宛に経路応答メッセージを転送し、選択した経路要求エントリを削除する。
In this case, when a certain time-up time elapses from the time when the route response timer is set, the destination node sets an adjacent node registered in the top N route request entries held in the
When the relay node receives the route response message, it searches the
中継ノードは、同一経路に対する経路応答メッセージを複数受信した場合、経路応答メッセージに該当する経路要求エントリが存在する限り、最良の経路要求エントリを選択して、IP経路エントリを作成し、選択した経路要求エントリに登録された隣接ノードアドレス宛に経路応答メッセージを転送し、選択した経路要求エントリを削除する。中継ノードは、経路応答メッセージに該当する経路要求エントリが経路要求キャッシュ36に無くなった場合は、経路応答メッセージを破棄する。なお、利用されない経路要求エントリは、一定時間後に自動的に破棄される。
When the relay node receives a plurality of route response messages for the same route, as long as the route request entry corresponding to the route response message exists, the relay node selects the best route request entry, creates an IP route entry, and selects the selected route. The route response message is transferred to the adjacent node address registered in the request entry, and the selected route request entry is deleted. When the route request entry corresponding to the route response message disappears in the
また、非特許文献2に開示されたDSR(Dynamic Source Routing)をベースとして本発明を適用することも可能である。DSRの場合、経路要求メッセージにメッセージが辿った経路が格納されているため、宛先ノードは応答を返す経路を明示的に示すことができる。そのため、複数の応答を、重複しない経路に沿って返すことが可能である。
The present invention can also be applied based on DSR (Dynamic Source Routing) disclosed in
第1、第2の実施の形態の各通信ノードは、それぞれCPU、記憶装置および外部とのインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このようなコンピュータにおいて、本発明の経路制御方法を実現させるためのプログラムは、フレキシブルディスク、CD−ROM、DVD−ROM、メモリカードなどの記録媒体に記録された状態で提供される。CPUは、記録媒体から読み込んだプログラムを記憶装置に書き込み、プログラムに従って前述の処理を実行する。 Each communication node of the first and second embodiments can be realized by a computer having a CPU, a storage device, and an external interface, and a program for controlling these hardware resources. In such a computer, a program for realizing the path control method of the present invention is provided in a state of being recorded on a recording medium such as a flexible disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, or a memory card. The CPU writes the program read from the recording medium into the storage device, and executes the above-described processing according to the program.
本発明は、無線マルチホップネットワークに適用することができる。 The present invention can be applied to a wireless multi-hop network.
11〜17…通信ノード、31…経路制御部、32…アプリケーション、33…IP通信部、34…メトリック計算重みテーブル、35…IP経路テーブル、36…経路要求キャッシュ、37…パケットバッファ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11-17 ... Communication node, 31 ... Path control part, 32 ... Application, 33 ... IP communication part, 34 ... Metric calculation weight table, 35 ... IP path table, 36 ... Path request cache, 37 ... Packet buffer.
Claims (12)
パケットの宛先に該当する経路エントリが存在しない場合に、転送ノードと転送リンクの転送コストであるメトリックを計算する際のメトリック計算重み情報と、前記メトリックとを含む経路要求メッセージを送信ノードが作成して、隣接ノードに送信する経路要求作成送信手順と、
中継ノードが、受信した前記経路要求メッセージに含まれるメトリック計算重み情報を基にメトリックを計算するメトリック計算手順と、
前記中継ノードが、前記経路要求メッセージに含まれるメトリックと前記メトリック計算手順で計算されたメトリックを基に最良の経路要求を選択し、選択結果にしたがって前記経路要求メッセージを更新し、更新後の経路要求メッセージを隣接ノードに送信する経路要求更新転送手順と、
宛先ノードが、受信した前記経路要求メッセージに含まれるメトリックを基に最良の経路要求を選択する経路要求受信手順と、
前記宛先ノードが、前記経路要求メッセージを最初に受信してから一定時間後に経路応答メッセージを隣接ノードに送信する経路応答作成送信手順と、
前記宛先ノードが、前記選択した経路要求に基づいて経路エントリを作成して経路を設定する第1の経路設定手順と、
前記中継ノードが、受信した経路応答メッセージに該当する経路要求に基づいて経路エントリを作成して経路を設定する第2の経路設定手順と、
前記中継ノードが、受信した経路応答メッセージを隣接ノードに転送する経路応答転送手順と、
前記送信ノードが、受信した経路応答メッセージに該当する経路要求に基づいて経路エントリを作成して経路を設定する第3の経路設定手順とを含むことを特徴とする経路制御方法。 In a route control method for a wireless multi-hop network in which a multi-hop network is formed wirelessly between a plurality of communication nodes and a route request message is broadcasted in the network to search for a communication route.
When there is no route entry corresponding to the packet destination, the transmission node creates a route request message including the metric calculation weight information for calculating the metric that is the transfer cost between the transfer node and the transfer link and the metric. Route request creation and transmission procedure to be transmitted to adjacent nodes,
A metric calculation procedure in which the relay node calculates a metric based on metric calculation weight information included in the received route request message;
The relay node selects the best route request based on the metric included in the route request message and the metric calculated in the metric calculation procedure, updates the route request message according to the selection result, and updates the updated route. A route request update transfer procedure for sending a request message to an adjacent node;
A route request reception procedure in which a destination node selects a best route request based on a metric included in the received route request message;
A route response creation and transmission procedure in which the destination node transmits a route response message to an adjacent node after a predetermined time since the route request message was first received;
A first route setting procedure in which the destination node creates a route entry based on the selected route request and sets a route;
A second route setting procedure in which the relay node creates a route entry and sets a route based on a route request corresponding to the received route response message;
A route response transfer procedure in which the relay node transfers the received route response message to an adjacent node;
A route control method comprising: a third route setting procedure in which the transmission node creates a route entry based on a route request corresponding to the received route response message and sets a route.
前記メトリック計算重み情報は、前記送信ノードのアプリケーション毎に設定されることを特徴とする経路制御方法。 The route control method according to claim 1,
The metric calculation weight information is set for each application of the transmission node.
前記送信ノードのアプリケーションは、通信に先立ち、自身に最適な前記メトリック計算重み情報を設定することを特徴とする経路制御方法。 The route control method according to claim 2, wherein
The routing control method, wherein the application of the transmission node sets the metric calculation weight information optimum for itself before communication.
前記メトリックは、経路上のノードメトリック合計値と、経路上のリンクメトリック合計値と、最悪ノードメトリックと、最悪リンクメトリックとを含むことを特徴とする経路制御方法。 The route control method according to any one of claims 1 to 3,
The metric includes a node metric total value on a route, a link metric total value on a route, a worst node metric, and a worst link metric.
前記中継ノード及び宛先ノードが、メトリックの良い順に複数個の前記経路要求メッセージを保持し、前記宛先ノードが複数の前記経路応答メッセージを送信することにより、複数の経路を構築することを特徴とする経路制御方法。 The route control method according to claim 1,
The relay node and the destination node hold a plurality of the route request messages in order of good metrics, and the destination node constructs a plurality of routes by transmitting the plurality of route response messages. Routing method.
前記送信ノード及び中継ノードは、パケットの宛先アドレス、上位プロトコル及び宛先ポートに基づいてパケット転送を行うことを特徴とする経路制御方法。 The route control method according to claim 1,
The routing control method, wherein the transmission node and the relay node perform packet forwarding based on a packet destination address, a higher-level protocol, and a destination port.
前記送信ノード及び中継ノードは、前記経路エントリに上位プロトコル及び宛先ポートが登録されていない場合、宛先アドレスのみに基づいてパケットの転送を行うことを特徴とする経路制御方法。 The route control method according to claim 6, wherein
The route control method according to claim 1, wherein the transmission node and the relay node transfer a packet based only on a destination address when an upper protocol and a destination port are not registered in the route entry.
前記経路要求メッセージは、前記一定時間を指定するタイムアップ時間の情報を含むことを特徴とする経路制御方法。 The route control method according to claim 1,
The route control method, wherein the route request message includes information on a time-up time for designating the predetermined time.
送信ノードである場合に、パケットの宛先に該当する経路エントリが存在しないとき、転送ノードと転送リンクの転送コストであるメトリックを計算する際のメトリック計算重み情報と、前記メトリックとを含む経路要求メッセージを作成して、隣接ノードに送信する経路要求作成送信手段と、
中継ノードである場合に、受信した前記経路要求メッセージに含まれるメトリック計算重み情報を基にメトリックを計算するメトリック計算手段と、
前記中継ノードである場合に、前記経路要求メッセージに含まれるメトリックと前記メトリック計算手段で計算されたメトリックを基に最良の経路要求を選択し、選択結果にしたがって前記経路要求メッセージを更新し、更新後の経路要求メッセージを隣接ノードに送信する経路要求更新転送手段と、
宛先ノードである場合に、受信した前記経路要求メッセージに含まれるメトリックを基に最良の経路要求を選択する経路要求受信手段と、
前記宛先ノードである場合に、前記経路要求メッセージを最初に受信してから一定時間後に経路応答メッセージを隣接ノードに送信する経路応答作成送信手段と、
前記宛先ノードである場合に、前記選択した経路要求に基づいて経路エントリを作成して経路を設定する第1の経路設定手段と、
前記中継ノードである場合に、受信した経路応答メッセージに該当する経路要求に基づいて経路エントリを作成して経路を設定する第2の経路設定手段と、
前記中継ノードである場合に、受信した経路応答メッセージを隣接ノードに転送する経路応答転送手段と、
前記送信ノードである場合に、受信した経路応答メッセージに該当する経路要求に基づいて経路エントリを作成して経路を設定する第3の経路設定手段とを有することを特徴とする通信ノード。 In a communication node that forms a multi-hop network wirelessly with other communication nodes and broadcasts a route request message in the network to search for a communication route,
In the case of a transmission node, when there is no route entry corresponding to the destination of the packet, a route request message including metric calculation weight information for calculating a metric that is a transfer cost of the transfer node and the transfer link, and the metric A route request creation and transmission means for creating and transmitting to a neighboring node;
Metric calculation means for calculating a metric based on metric calculation weight information included in the received route request message when it is a relay node;
In the case of the relay node, the best route request is selected based on the metric included in the route request message and the metric calculated by the metric calculation means, and the route request message is updated according to the selection result and updated. A route request update transfer means for transmitting a subsequent route request message to an adjacent node;
Route request receiving means for selecting the best route request based on a metric included in the received route request message when it is a destination node;
In the case of the destination node, route response creation and transmission means for transmitting a route response message to an adjacent node after a predetermined time after first receiving the route request message;
A first route setting means for creating a route entry based on the selected route request and setting a route when the destination node is the destination node;
A second route setting means for creating a route entry and setting a route based on a route request corresponding to the received route response message in the case of the relay node;
In the case of the relay node, route response transfer means for transferring the received route response message to an adjacent node;
A communication node comprising: a third route setting unit configured to create a route entry and set a route based on a route request corresponding to the received route response message in the case of the transmission node.
前記メトリック計算重み情報は、前記送信ノードのアプリケーション毎に設定されることを特徴とする通信ノード。 The communication node according to claim 9, wherein
The metric calculation weight information is set for each application of the transmission node.
前記送信ノードのアプリケーションは、通信に先立ち、自身に最適な前記メトリック計算重み情報を設定することを特徴とする通信ノード。 The communication node according to claim 10, wherein
Prior to communication, the application of the transmission node sets the metric calculation weight information that is most suitable for the communication node.
前記経路要求メッセージは、前記一定時間を指定するタイムアップ時間の情報を含むことを特徴とする通信ノード。 The communication node according to claim 9, wherein
The communication node according to claim 1, wherein the route request message includes time-up time information for designating the predetermined time.
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