JP2009159113A - アドホックネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】アドホックネットワークグループ間通信において、信頼性が高く、十分かつ安定した通信を実現することができるアドホックネットワークシステムを得ること。
【解決手段】各グループを構成するメンバ無線端末が、自グループ内および前記隣接グループ間のルーティングを管理し、自装置が前記境界無線端末であって前記隣接グループの境界無線端末との通信の切断を検出した場合に前記リーダ無線端末に対して前記隣接グループの境界無線端末との通信の切断を通知するとともに前記リーダ無線端末の指示に基づいて前記メンバ無線端末のいずれかに対して、計算誤差を補正した自装置の補正位置と計算誤差を補正した隣接グループの境界無線端末の前記補正位置とを結ぶ直線上の再配置位置に移動させる指示情報を送信する手段を備える。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、アドホックグループ間で通信を行うアドホックネットワークシステムに関するものである。

近年における無線通信技術の進展ならびに電子機器の小型化および高度化に伴い、従来のインフラストラクチャ型の通信形態に対して、既存のネットワーク・インフラを利用することなく通信機器間での通信を可能とするアドホックネットワークへの関心が高まっている。このようなアドホックネットワークに関する技術としては、種々の技術が提案されており、たとえば以下のような技術が提案されている。

たとえば、特許文献１では、複数の端末が、障害物など端末間の直接的な電波伝搬を妨げる場合に、自立的に複数の端末からアドホックグループを形成し、この中で通信の状況に応じて上位局と下位局を決定し、下位局同士の通信ができない時は上位局を介して、グループ内およびグループ外局への情報転送する方法を提案している。この方法によれば、接続性を高めるために複数グループが近づく場合には自立的に１グループを形成するようにして、いずれか一方の上位局が新たな上局となり複数の下位局となるグループ端末に通信を転送するなど、通信が遮断した場合にも上位局を介した新たな通信ルート（以下、ルートと呼ぶ）が形成できる。

また、特許文献２では、マルチホップ通信を含む無線ネットワークにおいて、通信状況に応じて親端末を選択し、それぞれの親端末間がブロードキャストを用いて同期を取りながら情報を送信する方法を提案している。この方法では、親端末は様々な目的の通信による干渉やチャネルの衝突を避けるために、グループメンバとなる端末を構成し、クロック制御により同期を確立する。

また、非特許文献１では、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いてゾーン（ゾーン）内に存在する端末の配置を把握するゾーン間通信階層を用いる多階層型のルーティングにより、個々の端末が管理するルーティング範囲を限定し、ルート管理のためのメモリ量削減、および経路検索のための通信量を削減する方式を提案している。この方法では、ゾーン内の経路制御を行う端末レベルルーティングと、ゾーン間の経路制御を行うゾーンレベルルーティングに対応して、それぞれ端末レベルルーティングテーブル、ゾーンレベルルーティングテーブルが存在する。端末レベルルーティングテーブルは、各端末が他の端末あるいは隣接ゾーン（グループ）と通信できる関係を示している。また、ゾーンレベルルーティングテーブルは、各ゾーン（グループ）の隣接関係を示している。このように端末レベルとゾーンレベルによる多階層型のルーティングテーブルを保持することにより、１つの端末が管理するＧＰＳが把握する範囲に対応した限定的なルーティング管理を行う。

ここで、従来のアドホックネットワークの代表的な例として、端末Ｔｎ−００１（以降、例えばグループｎに属する識別子００１の端末をＴｎ−００１と示す）と、ルーティングテーブルと、ルーティング制御装置と、送受信装置と、グループ間ルーティングプロトコルと、グループ内ルーティングプロトコルと、を用いるアドホックネットワークについて説明する。

ルーティングテーブルは、グループ内ルーティング、グループ間ルーティングを記録、管理するデータベースである。ルーティング制御装置は、送受信装置を制御し、グループ間ルーティングプロトコル，グループ内ルーティングプロトコルを用いて他の端末との間で制御通信を行い、この結果からルーティングテーブルを管理する。送信端末が受信端末に対してメッセージを送信する場合には、自身の端末識別子と送信先の端末識別子と送信するデータとをメッセージフォーマットに格納して送信する。

ルーティングテーブルには、メッセージを送信する送信端末と、メッセージを受信する受信端末と、受信端末にメッセージを送信する際にメッセージをホップする先の隣接端末と、が記録されている。また、例えばアドホックグループとしてグループａとグループｂとが形成され、グループａ内の端末Ｔａ−００１が隣接グループＴｂ内の端末へメッセージを送信するためにまずグループａ内の端末Ｔａ−００２にホップする必要がある場合には、受信端末：Ｔｂ、隣接端末：端末Ｔａ−００２、に設定されている。

そして、グループａ内には端末Ｔａ−００１〜端末Ｔａ−００５が、グループｂ内には端末Ｔｂ−００１〜端末Ｔｂ−００５が収容され、例えば送信端末でありグループａに属する識別子１の端末Ｔａ−００１が、受信端末でありグループｂに属する識別子３の端末Ｔｂ−００３へユーザデータ情報を送信する場合、始めにＧＰＳなどの方法を用いてグループ間ルーティングとしてグループＴａ，グループＴｂのグループ間ホップが決定される。この決定に基づき、端末Ｔａ−００１がルーティングテーブルから送信端末：Ｔａ−００１、受信端末：Ｔｂ、のテーブルが選択された結果、端末Ｔａ−００１は端末Ｔａ−００２にメッセージをホップする。

特開２００６−３１９７６１号公報 特表２００３−５１６６９９号公報 高橋道人，萬代雅希，笹瀬巌，「アドホックネットワークにおける階層依存型経路探索を用いた多階層ＺＨＬＳルーティング方式」，電子情報通信学会論文誌Ｂ，Ｖｏｌ．Ｊ８６−Ｂ Ｎｏ．１０，ｐｐ．２１０７−２１１６，２００３

しかしながら、このような従来のアドホックネットワークにおける再ルーティング動作においては、信頼性の観点で問題があった。たとえばグループＴａに属する無線端末Ｔａ−００１からグループＴｂに属する無線端末Ｔｂ−００５間で、以下のルートが確立されているものとする。
（ルート００１）：Ｔａ−００１，Ｔａ−００２，Ｔａ−００３，Ｔｂ−００１，Ｔｂ−００２，Ｔｂ−００５

この状況において、電波伝搬状況の変化や無線端末の移動により、無線端末Ｔａ−００３の電波伝搬範囲から無線端末Ｔｂ−００１が外れた場合、このグループ間のルートが断絶され、目的とするＴａ−００１からＴｂ−００５間の通信が不可能になる。そして、たとえば災害被災地では無線端末の移動、および地形や倒壊物が無線端末とＧＰＳ衛星との通信を妨げるため、無線端末Ｔａ−００３やＴｂ−００１は正確な自身の位置を判断することができず、マルチホップルートを確保するために必要な電波伝搬構成を実現するトポロジィ配置の決定、適切な端末への配置指示を行うことができず、再ルート確立が妨げられるため、信頼性のある通信が実現できない問題があった。

また、上記と同様にグループＴａに属する無線端末Ｔａ−００１からグループＴｂに属する無線端末Ｔｂ−００５間で、以下のルートが確立されているものとする。
（ルート００１）：Ｔａ−００１，Ｔａ−００２，Ｔａ−００３，Ｔｂ−００１，Ｔｂ−００２，Ｔｂ−００５

この状況において、電波伝搬状況の変化や無線端末の移動により、無線端末Ｔａ−００３からＴｂ−００１間の電波伝搬状況が変化し、帯域劣化が生じた場合、目的とするＴａ−００１からＴｂ−００５間の通信において十分な情報量の通信が不可能になる問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アドホックネットワークグループ間通信において、信頼性が高く、十分かつ安定した通信を実現することができるアドホックネットワークシステムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるアドホックネットワークシステムは、各グループが少なくとも１台のリーダ無線端末を含む複数のメンバ無線端末により構成され、前記グループ間で通信を行うアドホックネットワークシステムであって、前記メンバ無線端末は、グループ内およびグループ間で他のメンバ無線端末と情報の送受信を行う送受信手段と、ＧＰＳと交信を行って自装置の絶対位置を測位するＧＰＳ測位手段と、電波強度を観測し、観測結果に基づいて隣接するメンバ無線端末とのホップ間の距離およびホップ間の角度を計算する電波強度観測手段と、前期ＧＰＳ測位装置により自身の絶対位置を測位した自グループ内の基準無線端末の前記絶対位置と、自装置と前記基準無線端末間におけるホップ間の距離およびホップ間の角度に基づいて自装置の絶対位置を計算する絶対位置計算手段と、自装置がグループ間無線通信の対象である隣接グループのメンバ無線端末と通信を行う境界無線端である場合に、前記絶対位置計算手段で計算した自装置の絶対位置に基づいて前記隣接グループの境界無線端末の相対位置を計算する相対位置計算手段と、前記絶対位置計算手段で計算した自装置の絶対位置と前記隣接グループの境界無線端末が計算した自装置の相対位置とを比較し、前記自装置の絶対位置の計算誤差を補正した補正位置を計算する絶対位置比較手段と、自グループ内および前記隣接グループ間のルーティングを管理し、自装置が前記境界無線端末であって前記隣接グループの境界無線端末との通信の切断を検出した場合に前記リーダ無線端末に対して自グループ内の前記メンバ無線端末の再配置を要求するとともに前記リーダ無線端末の指示に基づいて前記メンバ無線端末のいずれかに対して、自装置の前記補正位置と前記隣接グループの境界無線端末の前記補正位置とを結ぶ直線上の再配置位置に移動させる指示情報を送信するルーティング制御手段と、を備え、前記リーダ無線端末は、前記送受信手段と、前記ＧＰＳ測位手段と、前記電波強度観測手段と、前期絶対位置計算手段と、前期相対位置計算手段と、前記絶対位置比較手段と、前期ルーティング制御手段と、前記自グループの境界無線端末より自グループ内の前記メンバ無線端末の再配置の要求を受信した場合に、前記メンバ無線端末のいずれかを前記自グループの境界無線端末の前記補正位置と前記隣接グループの境界無線端末の前記補正位置とを結ぶ直線上の再配置位置に移動させる指示情報を前記自グループの境界無線端末に送信する再配置指示手段と、を備え、前記メンバ無線端末のいずれかを再配置した新たな通信ルートを確立してグループ間で通信を行うこと、を特徴とする。

この発明によれば、隣接グループの境界端末が自グループの境界端末の電波伝搬範囲から移動して隣接グループの境界無線端末とのマルチホップ通信が構成できなくなった場合においても、自グループの境界端末をトポロジィ制御端末として自グループの境界無線端末の前記補正位置と前記隣接グループの境界無線端末の前記補正位置とを結ぶ直線上の再配置位置に移動させることにより、新たにマルチホップ通信のルートを確立して、グループ間の通信を確実に継続することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかるアドホックネットワークシステムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

まず、本発明における前提と定義について説明する。本発明は、行動グループをアドホックネットワークグループ（以降、グループと呼ぶ）に割り当て、グループ内ルーティングプロトコルとグループ間ルーティングプロトコルを分離して階層型で管理する方法を前提とする。グループはたとえば災害救助において同一の目的を持つメンバにより構成される単位であり、限定された範囲、かつ計画的に行動する密な関係にあるため、常にマルチホップによる通信が可能である。これに対して異なる目的を持つ行動により、連携が疎の関係となるグループ間では、接続性や帯域の劣化が頻繁に発生する。本発明は、このような問題を解決することができるものである。

以降の説明では、以下のルールに基づいて記述する。グループＴｎ（ｎ＝１，２，３，４，５，……）は、識別子がｎのアドホックグループである。無線端末（以下、端末と呼ぶ）Ｔｎ−Ｘ（Ｘ＝００１，００２，００３，００４，……）は、グループｎに属する識別子Ｘの端末である。

また、グループに属する端末では、以下の役割を定義する。リーダ無線端末（以下、リーダ端末と呼ぶ）は、グループ内で、全てのメンバ端末の通信状況を集中管理するとともに、各端末に指定ポイントまでの移動を指示する機能を持つ。境界端末は、グループ内でグループ境界に配置され、隣接グループに属する端末との間で直接、通信を行う（ルートを確保している）端末である。グループ内で境界端末のみが、隣接グループに関わるルーティング情報を管理する。基準端末は、ＧＰＳにより自身の絶対位置の測位に成功した端末である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるアドホックネットワークシステムの構成を示す図である。本実施の形態では、グループＴ１とグループＴ２のアドホックグループが存在し、グループＴ１が端末Ｔ１−００１〜端末Ｔ１−００６により形成され、グループＴ２が端末Ｔ２−００１〜端末Ｔ２−００７により形成されている場合を例に説明する。

図２は、グループＴ１およびグループＴ２を構成する端末Ｔｎ−００ｘの構成を示す図である。本実施の形態にかかる端末Ｔｎ−００ｘは、ルーティングテーブル１、ルーティング制御装置２、送受信装置３、無線通信アンテナ４、ＧＰＳ測位装置５、ＧＰＳアンテナ６、絶対位置計算装置７、電波強度観測装置８、位置決定装置９、絶対位置比較装置１０を備える。

ルーティングテーブル１は、グループ内ルーティング、グループ間ルーティングに関する情報を記録、管理するデータベースであり、グループ内ルーティングテーブル１ａ、グループ間ルーティングテーブル１ｂを保持する。

ルーティング制御装置２は、送受信装置３を制御し、無線通信アンテナ４を用いてグループ内ルーティングプロトコル、グループ間ルーティングプロトコルによる他の端末との間で制御通信を行い、この結果からルーティングテーブルを管理する。ルーティング制御装置２は、グループ内の端末との間で制御通信を行い、この結果からグループ内ルーティングテーブル１ａを管理するグループ内ルーティング制御装置２ａ、他グループの端末との間で制御通信を行い、この結果からグループ間ルーティングテーブル１ｂを管理するグループ間ルーティング制御装置２ｂを有する。

また、ＧＰＳ測位装置５は、グループに属する端末がＧＰＳにより、自身の絶対位置を測位する。ＧＰＳアンテナ６は、端末がＧＰＳとの交信に用いるアンテナである。絶対位置計算装置７は、基準端末の絶対位置、各ホップ間の距離、ホップ間の角度から三角測量により自身の絶対位置を計算する。電波強度観測装置８は、電波強度を観測し、観測結果に基づいて隣接端末までの距離を計算する。位置決定装置９は、絶対位置計算装置７が計算した絶対位置を自身の絶対位置として決定する。絶対位置比較装置１０は、ルーティングを行っている境界端末間で、相互に計算した相手の絶対位置を比較して、絶対位置計算装置７で計算した絶対位置情報の誤算を修正する。

図３は、本実施の形態にかかるアドホックネットワークシステムにおけるリーダ端末Ｔｎ−００ｘＬの構成を示す図である。リーダ端末Ｔｎ−００ｘＬは、図２に示した端末Ｔｎ−００ｘの構成に対して、グループ内端末状況管理テーブル２１の機能を追加した構成を有し、グループメンバとなる端末の位置、通信状況を集中管理する役割を持ち、各グループに１つ以上が存在する。

図４は、端末Ｔｎ−００ｘにおける絶対位置測位方法を説明するための図である。ここでは、グループＴ１において、端末Ｔ１−００５が自身の絶対位置を決定する場合を例に説明する。たとえば災害救助においては、メンバの移動および山岳地形や倒壊物などが各端末とＧＰＳとの間の電波伝搬を妨げるため、常に端末Ｔ１−００５が自身の絶対位置をＧＰＳ測位により決定するとは限らない。

この場合は、同じグループＴ１に属する他の端末のいずれかがＧＰＳにより自身の絶対位置を測位できれば、この端末からマルチホップを介した相対位置を計算し、この値と基準端末の絶対位置を用いて、端末Ｔ１−００５は、自身の絶対位置を計算することができる。このＧＰＳによる自身の絶対位置の測位に成功した端末を基準端末と呼ぶ。図４では、端末Ｔ１−００１がＧＰＳ測位に成功して基準端末となった場合を示している。

図５は、図４に示す絶対位置測位方法において利用する基準端末通知メッセージフォーマットである。基準端末通知メッセージフォーマットは、送信端末（基準端末）３１、基準端末の絶対位置３２、基準端末から中継端末までの距離３３、受信端末３４、中継端末数３５、中継端末３６、中継端末の方向・距離３７の格納領域を有する。

送信端末が受信端末に対してメッセージを送信する場合に、送信端末は自身の端末識別子を送信端末（基準端末）３１に格納し、送信先の端末の端末識別子を受信端末３４に格納する。また、送信するデータは、図示しないユーザデータ格納領域に格納する。

ここではプロアクティブ型アドホックルーティングによる絶対位置測位の手順を説明する。絶対位置を観測する端末Ｔ１−００５は、定期的にグループ内の端末の配置と通信ルートを確認し、自身のグループ内ルーティングテーブル１ａを更新するために、定期的にＨｅｌｌｏメッセージを送信している。これに対して、ＧＰＳ測位に成功して基準端末となった端末Ｔ１−００１は、図５に示す基準端末通知メッセージフォーマットを、端末Ｔ１−００５に返す。このメッセージが返送されるマルチホップルートは、以下のルートである。
（ルート）：Ｔ１−００１，Ｔ１−００４，Ｔ１−００５

ここで、このルートに含まれる各端末は、以下の観測と計算を行う。
（端末Ｔ１−００１（基準端末））
端末Ｔ１−００１では、ＧＰＳ測位装置５がＧＰＳアンテナ６を用いてＧＰＳ衛星と通信を行い、この結果から絶対位置計算装置７が自身の絶対位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を計算する。ここで、端末Ｔ１−００１では、Ｈｅｌｌｏメッセージを端末Ｔ１−００４から受信した場合、計算した自身の絶対位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）の情報を、Ｈｅｌｌｏメッセージの応答として返送する基準端末通知メッセージフォーマットの基準端末の絶対位置３２に格納する。

また、端末Ｔ１−００１では、電波強度観測装置８が電波強度を観測し、観測結果に基づいて隣接端末であるＴ１−００４までの距離（たとえば１０ｍ）を計算し、この情報を基準端末通知メッセージフォーマットの基準端末から中継端末までの距離３３に格納する。また、基準端末である自身の識別子（Ｔ１−００１）を、送信端末（基準端末）３１に格納する。以上の処理を終了した後、このメッセージを端末Ｔ１−００４に送信する。

（Ｔ１−００４（中継端末））
基準端末であるＴ１−００１から基準端末通知メッセージを受信した中継端末である端末Ｔ１−００４は、電波強度観測装置８が電波強度を観測し、観測結果に基づいてＨｅｌｌｏメッセージの受信側の端末Ｔ１−００１の方向と、Ｈｅｌｌｏメッセージの送信側の端末Ｔ１−００５の方向を比較し、これらの方向の違いである角度Β１を計算するとともに、端末Ｔ１−００５までの距離を観測する。この角度Β１と端末Ｔ１−００５までの距離（たとえば１３ｍ）を、基準端末通知メッセージフォーマットの中継端末の方向・距離３７に格納し、また自身の識別子（Ｔ１−００４）を基準端末通知メッセージフォーマットの中継端末３６に格納して、中継端末数３５を１だけインクリメントした後に、この基準端末通知メッセージフォーマットを端末Ｔ１−００５に送信する。

さらに中継端末が存在する場合は、基準端末通知メッセージフォーマットの中継端末３６と中継端末の方向・距離３７の組み合わせを追加し、さらに中継端末３６に自身の識別子を格納した後に中継端末数３５をインクリメントして、基準端末通知メッセージフォーマットを中継する。

（Ｔ１−００５）
Ｈｅｌｌｏメッセージの応答として基準端末通知メッセージフォーマットを受信した端末Ｔ１−００５は、基準端末通知メッセージフォーマットに格納された基準端末の絶対位置３２、各ホップ間の距離、ホップ間の角度から、絶対位置計算装置７が三角測量により自身の絶対位置を計算し、位置決定装置９がその計算された絶対位置を自身の絶対位置として決定する。

各端末が以上の処理を行うにより、端末Ｔ１−００５は常に同一グループＴ１に属する端末のいずれかが測位した情報から自身の絶対位置を把握することができる。

図６は、隣接端末間の誤差修正について説明する図である。上記において図４に示す方法で端末Ｔ１−００１が算出した自身の絶対位置はＧＰＳ測位により計算した精度の高い値であるが、境界端末であるＴ１−００５の絶対位置は、マルチホップによる電波伝搬の角度と距離という相対的な位置情報を用いて算出しているため、ホップ数が多い通信ほど高い精度を実現することは困難となる。そこで、以下では、相対的な位置情報を用いて境界端末の絶対位置を求める場合における境界端末の位置の誤差を補正する方法について説明する。

ここでは、図６において以下のルーティングが行われているものとして、グループＴ１の境界端末Ｔ１−００３とグループＴ２の境界端末Ｔ２−００１との絶対位置を補正する方法について説明する。
（ルート００１）：Ｔ１−００１，Ｔ１−００２，Ｔ１−００３，Ｔ２−００１，Ｔ２−００２，Ｔ２−００５

端末Ｔ１−００３は、絶対位置計算装置７がグループＴ１内の基準端末を用いて自身の絶対位置を計算し、位置決定装置９で決定する。また、同時に自身の絶対位置を用いて、電波強度観測装置８が隣接グループの境界端末Ｔ２−００１までの距離と方向を観測し、その結果から、絶対位置計算装置７がＴ２−００２の絶対位置（相対絶対位置）を計算する。この絶対位置（相対絶対位置）は、グループ内で相対的な位置情報を用いて計算したことによる誤差を含むため、グループＴ２内の基準端末に基づいて計算した絶対位置である端末Ｔ２−００２とはズレがある。このため、端末Ｔ１−００３が絶対位置（相対絶対位置）を計算した端末をここでは端末Ｔ２−００２’とする。

端末Ｔ２−００１は、絶対位置計算装置７がグループＴ２内の基準端末を用いて自身の絶対位置を計算し、位置決定装置９で決定する。また同時に、自身の絶対位置を用いて、隣接グループの境界端末Ｔ１−００３までの距離と方向の観測し、その結果から、絶対位置計算装置７が端末Ｔ１−００３の絶対位置（相対絶対位置）を計算する。この絶対位置（相対絶対位置）は上記と同様にグループ内で相対的な位置情報を用いて計算したことによる誤差を含むため、グループＴ１内の基準端末に基づいて計算した絶対位置である端末Ｔ１−００３とはズレがある。このため、端末Ｔ２−００１が絶対位置（相対絶対位置）を計算した端末をここでは端末Ｔ１−００３’とする。

隣接端末である端末Ｔ１−００３と端末Ｔ２−００１とは、相互にＨｅｌｌｏメッセージを送信している。そして、このＨｅｌｌｏメッセージ送信の段階で、それぞれが計算した相手の絶対位置情報（相対絶対位置情報）を通知する。ここで、例えばグループＴ１では、Ｔ１−００３が計算した自身の絶対位置と、隣接グループのＴ２−００１が計算した端末Ｔ１−００３’の絶対位置（相対絶対位置）と、では誤算によるズレが生じている。同様にグループＴ２では、Ｔ２−００１が計算した自身の絶対位置と、隣接グループのＴ１−００３が計算した端末Ｔ２−００１’の絶対位置（相対絶対位置）と、では誤算によるズレが生じている。

この誤差を修正するために例えば端末Ｔ１−００３では、絶対位置比較装置１０が、端末Ｔ１−００３と端末Ｔ１−００３’との絶対位置を比較して、その中間点を補正位置Ｃ１と定義する。同様にＴ２−００１でも絶対位置比較装置１０が、端末Ｔ２−００１と端末Ｔ２−００１’との絶対位置を比較して、その中間点を補正位置Ｃ２と定義する。そして、端末Ｔ１−００３と端末Ｔ２−００１とは相互にＨｅｌｌｏメッセージで補正位置を通知し、補正位置Ｃ１、Ｃ２間を結ぶラインを補正ラインＬと定義する。この情報は境界端末Ｔ１−００３とＴ２−００１とが共有する。補正ラインＬはグループＴ１とグループＴ２とにおいて、それぞれの基準端末を用いて計算した結果であるため、複数の情報を考慮して決定した補正位置Ｃ１、Ｃ２は、誤差が排除された信頼性が高い値である。このようにして、境界端末の位置の誤差を補正して、信頼性の高い境界端末の絶対位置を求めることができる。

次に、再ルーティングについて説明する。図７は、実施の形態１にかかるアドホックネットワークシステムにおける再ルーティングについて説明するための図である。ここではグループＴ１に属する端末Ｔ１−００１からグループＴ２に属する端末Ｔ２−００５に対して以下のルートでアドホックネットワークが構築されていた時に、隣接グループの境界端末Ｔ２−００１が境界端末Ｔ１−００３の電波伝搬範囲Ａ１から移動したために、マルチホップ通信が構成できなくなった場合を例に説明する。
（ルート００１）：Ｔ１−００１，Ｔ１−００２，Ｔ１−００３，Ｔ２−００１，Ｔ２−００２，Ｔ２−００５

この時、端末Ｔ１−００３は、Ｔ２−００１への再ルーティングを試みるが、Ｔ１−００３の電波伝搬範囲Ａ１内に通信をホップする端末が存在しないため、再ルートが確立できない。このため、グループＴ１内の端末Ｔ１−００５（トポロジィ制御端末）を、Ｔ１−００３の補正位置Ｃ１から補正ラインＬに沿って、端末Ｔ１−００３の補正電波伝搬範囲（補正位置Ｃ１の電波伝搬範囲）内に移動させることにより、新たに以下のルートを確立する。
（ルート００２）：Ｔ１−００１，Ｔ１−００２，Ｔ１−００３，Ｔ１−００５，Ｔ２−００１，Ｔ２−００２，Ｔ２−００５

以下では、再ルーティングを実現するために、トポロジィを変更して移動する端末としてＴ１−００５を選択する手続き、および端末Ｔ１−００５に対する移動位置を指定する方法を説明する。なお、前提として、予めグループＴ１において１つのリーダ端末Ｔ１−００１が定義されており、この存在をグループＴ１内の全ての端末が既知であるとする。

図８は、リーダ端末Ｔ１−００１が有するグループ内端末状況管理テーブル２１の構成を示す図である。これらの情報はグループＴ１内の端末がルートを確立するタイミングでリーダ端末Ｔ１−００１に通知され、ルートを開放するタイミングで削除される。通知される情報は、ルート毎に定義されるルート識別子、確保した通信帯域、その通信の優先度であり、それぞれグループ内端末状況管理テーブル２１のルート識別子４５、通信帯域（ｂ／ｓ）４６、優先度４７に格納される。

リーダ端末Ｔ１−００１は、これらの情報の通知を受けた時、および開放要求を受けた時に、グループ内端末状況管理テーブル２１の無線端末４１に登録された端末のうち、該当する端末のテーブルを更新する。また、位置４３は、各端末が図４を用いて説明した手順により絶対位置を計算した段階で、リーダ端末Ｔ１−００１に通知した時に格納される。これによりリーダ端末Ｔ１−００１は、常にグループＴ１内のルーティング状況として、通信状況、位置情報を集中管理することができる。

図９は、再ルーティングの処理を説明するためのシーケンス図である。ここでは図７に示した状態における再ルーティングの動作を説明する。はじめに以下のルーティングによりアドホック通信が行われている時に、グループ間の端末Ｔ１−００３と端末Ｔ２−００１との間で切断が発生する。
（ルート００１）：Ｔ１−００１，Ｔ１−００２，Ｔ１−００３，Ｔ２−００１，Ｔ２−００２，Ｔ２−００５

端末Ｔ１−００３は切断を検出すると（ステップＳ１０１）、グループ間ルーティング制御装置２ｂが再ルーティングを目的に、端末検索メッセージｍ００１を端末Ｔ２−００１に向けて送信する（ステップＳ１０２）。ここで、一定時間、応答する端末が存在しない場合、グループ間ルーティング制御装置２ｂが引き続き定期的に端末検索メッセージｍ００１を一定周期で再送すると同時に、グループ内ルーティング制御装置２ａが再配置要求メッセージｍ００２をリーダ端末Ｔ１−００１に送信する（ステップＳ１０３）。

ここで端末Ｔ１−００３は、隣接端末Ｔ２−００１方向の電波伝搬範囲内の、補正ラインＬ上の位置をトポロジィ制御位置として計算する。再配置要求メッセージｍ００２には、確立する再ルートにおいて使用する帯域、優先度、およびトポロジィ制御位置が付加される。トポロジィ制御位置は、再ルート設定においてトポロジィ制御端末を移動させる位置であり、Ｔ１−００３の補正電波伝搬範囲（補正位置Ｃ１の電波伝搬範囲）内の、Ｔ１−００３の補正位置Ｃ１から補正ラインＬに沿った位置である。

再配置要求メッセージｍ００２を受信したリーダ端末Ｔ１−００１は、グループ内ルーティング制御装置２ａが再配置指示端末分析処理を実行する（ステップＳ１０４）。リーダ端末Ｔ１−００１は、再配置要求メッセージｍ００２で受信した、確立する再ルートにおいて使用する帯域、優先度と、図８に示すグループ内端末状況管理テーブルを比較し、以下の条件判断を行う。

（条件１）：許容通信帯域４２−Σ通信帯域４６≧帯域
且つ
（条件２）：位置４３がトポロジィ制御位置に最も近い

さらに優先度を比較し、確立する再ルートよりも優先度が低い端末を検索する。ここでは端末Ｔ１−００５を再配置端末（トポロジィ制御端末）に決定する。リーダ端末Ｔ１−００１は、グループ内ルーティング制御装置２ａが、トポロジィ制御端末に決定した端末Ｔ１−００５に対して、端末Ｔ１−００３から通知されたトポロジィ制御位置情報を付加して、再配置を指示する再配置指示メッセージｍ００３を送信する（ステップＳ１０５）。

再配置指示メッセージｍ００３を受信した端末Ｔ１−００５（トポロジィ制御端末）では、図１０に示すように該再配置指示メッセージｍ００３で指定されたトポロジィ制御位置に移動する（ステップＳ１０６）。トポロジィ制御位置に移動することにより、トポロジィ制御端末Ｔ１−００５においては、端末Ｔ１−００３が定周期に送信している端末検索メッセージｍ００１が受信される。端末検索メッセージｍ００１を受信したトポロジィ制御端末Ｔ１−００５は、グループ間ルーティング制御装置２ｂが、該端末検索メッセージｍ００１を端末Ｔ２−００１に送信する（ステップＳ１０７）。

トポロジィ制御端末Ｔ１−００５の電波伝搬範囲内にある端末Ｔ２−００１は、端末検索メッセージｍ００１を受信する。端末検索メッセージｍ００１を受信したＴ２−００１は、グループ間ルーティング制御装置２ｂが端末検索メッセージｍ００１に対する応答として端末検索応答メッセージｍ００４を、トポロジィ制御端末Ｔ１−００５に返送する（ステップＳ１０８）。端末検索応答メッセージｍ００４を受信したトポロジィ制御端末Ｔ１−００５は、グループ間ルーティング制御装置２ｂが該端末検索応答メッセージｍ００４を、端末Ｔ１−００３に返送する（ステップＳ１０９）。

端末検索応答メッセージｍ００４を受信した端末Ｔ１−００３は、端末Ｔ２−００１の間に新たなルートを確立する。以上の処理により、グループ間となる端末Ｔ１−００３と端末Ｔ２−００１との間に、新たにルートが確立され、最終的に以下のルート００２が確立される。
（ルート００２）：Ｔ１−００１，Ｔ１−００２，Ｔ１−００３，Ｔ１−００５，Ｔ２−００１，Ｔ２−００２，Ｔ２−００５

上述したように、実施の形態１にかかるアドホックネットワークシステムにおいては、グループＴ１に属する端末Ｔ１−００１からグループＴ２に属する端末Ｔ２−００５に対してアドホックネットワークが構築されていた時に、隣接グループの境界端末Ｔ２−００１が境界端末Ｔ１−００３の電波伝搬範囲Ａ１から移動したために、マルチホップ通信が構成できなくなった場合においても、トポロジィ制御端末Ｔ１−００５を補正ラインＬ上のトポロジィ制御位置に移動させることにより、新たにルートが確立され、グループＴ１とグループＴ２との間の通信を確実に継続することができる。

実施の形態２．
図１１は、本発明の実施の形態２にかかる端末Ｔｎ−００ｘの構成を示す図である。本実施の形態にかかる端末Ｔｎ−００ｘは、ルーティングテーブル１、ルーティング制御装置２、送受信装置３、無線通信アンテナ４、ＧＰＳ測位装置５、ＧＰＳアンテナ６、絶対位置計算装置７、電波強度観測装置８、位置決定装置９、絶対位置比較装置１０、帯域観測装置５１、帯域制御テーブル５２を備える。

図１２は、本実施の形態における再ルーティングについて説明するための図である。なお、実施の形態２にかかるアドホックネットワークシステムの構成は、実施の形態１の場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。ここではグループＴ１に属する端末Ｔ１−００１からグループＴ２に属する端末Ｔ２−００５に対して以下のルートでアドホックネットワークが構築されていた時に、グループ間通信となるＴ１−００３とＴ２−００３の間の通信帯域が劣化した場合の再ルーティング動作を説明する。
（ルート００１）：Ｔ１−００１，Ｔ１−００２，Ｔ１−００３，Ｔ２−００１，Ｔ２−００２，Ｔ２−００５

端末Ｔ１−００３では帯域観測装置５１が、常に送受信装置３の動作を監視しており、グループ間の帯域が一定以下に劣化したことを検出した場合には帯域制御テーブル５２の情報に基づいて、端末Ｔ１−００３と端末Ｔ２−００３との間に、補正ラインＬ上に新たに端末Ｔ１−００４，端末Ｔ２−００５を配置することにより１ホップの距離を短縮させて帯域を大きくし、信頼性が高い帯域増加を実現する。

図１３は、帯域制御テーブル５２の構成を示す図である。帯域制御テーブル５２には、帯域劣化率（％）６１と距離拡大率（倍）６２の情報を保持しており、この情報は全ての端末が自身の電波伝搬特性から決定し、運用時に保持する情報である。この帯域制御テーブル６２を持つ端末は、常に帯域観測装置６２が、確保しているルートの帯域の監視を行っている。また、十分な性能で通信を行っている場合のスループットをＴｈｒ１とし、性能が劣化した時のスループットをＴｈｒ２とした場合の帯域劣化率６１を以下のように定義する。
帯域劣化率（％）＝（ｔｈｒ２／Ｔｈｒ１）×１００
この帯域劣化率６１に応じて、距離拡大率６２を特定する。

図１４は、再ルーティングの処理を説明するためのシーケンス図である。ここでは図１２に示した状態における再ルーティングの動作を説明する。はじめに以下のルーティングによりアドホック通信が行われている時に、グループ間の端末Ｔ１−００３と端末Ｔ２−００１との間で帯域劣化が発生する。
（ルート００１）：Ｔ１−００１，Ｔ１−００２，Ｔ１−００３，Ｔ２−００１，Ｔ２−００２，Ｔ２−００５

境界端末Ｔ１−００３では、帯域観測装置５１が常に帯域劣化率を算出して帯域不足の検出処理を行っている（ステップＳ２０１）。境界端末Ｔ１−００３は、帯域不足の検出処理において帯域不足を検出すると、この帯域劣化率（％）に対応する距離拡大率６２を帯域制御テーブルにおいて検索する。

そして、境界端末Ｔ１−００３では、帯域が不足したルートの接続先である端末Ｔ２−００１までの距離を端末Ｔ１−００３の電波強度観測装置８が測位し、この値と距離拡大率６２の値とから、例えば以下の計算式により端末Ｔ１−００３と端末Ｔ２−００１の間に新たに配置する端末数を決定する。
再配置端末数＝（端末Ｔ１−００３と端末Ｔ２−００１との距離÷距離拡大率６２）÷（端末Ｔ１−００３と端末Ｔ２−００１との距離）

つぎに、境界端末Ｔ１−００３は、グループ間ルーティング制御装置２ｂが、帯域が不足している接続先である端末Ｔ２−００１にルート再設定通知メッセージｍ１０１を送信し、再ルーティングの開始を通知する（ステップＳ２０２）。同時に端末Ｔ１−００３は、グループ内ルーティング制御装置２ａが再配置要求メッセージｍ００２をリーダ端末１−００１に送信する（ステップＳ２０３）。この時、送信する情報は、実施の形態１の場合に対して、帯域不足検出処理において計算した新たに配置する端末数（再配置端末数）を加えたものである。すなわち、再配置要求メッセージｍ００２には、確立する再ルートにおいて使用する帯域、優先度、トポロジィ制御位置、および再配置端末数が付加される。

再配置要求メッセージｍ００２を受信したリーダ端末Ｔ１−００１は、グループ内ルーティング制御装置２ａが再配置指示端末分析処理を実行する（ステップＳ２０４）。この再配置指示端末分析処理においては、実施の形態１の再配置指示端末分析処理（ステップＳ１０４）と同様の分析を行う。ただし、実施の形態２では、再配置端末数にて指示された数を抽出し、これを用いて複数のトポロジィ制御端末の選択および各トポロジィ制御端末のトポロジィ制御位置を決定する点が異なる。ここではトポロジィ制御端末として、端末Ｔ１−００４と端末Ｔ１−００５とが選択されたものとする。

リーダ端末Ｔ１−００１は、グループ内ルーティング制御装置２ａが、トポロジィ制御端末Ｔ１−００４とトポロジィ制御端末Ｔ１−００５とに対して、それぞれに対するトポロジィ制御位置情報を付加して、再配置を指示する再配置指示メッセージｍ００３を送信する（ステップＳ２０５）。再配置指示メッセージｍ００３を受信したトポロジィ制御端末Ｔ１−００４とトポロジィ制御端末Ｔ１−００５では、図１５に示すように該再配置指示メッセージｍ００３で指定されたそれぞれのトポロジィ制御位置に移動する（ステップＳ２０６）。ここでは、端末Ｔ１−００３の補正位置Ｃ１と端末Ｔ２−００１の補正位置Ｃ２間の補正ラインＬに沿った位置に等間隔に配置する。

リーダ端末Ｔ１−００１はさらに、グループ内ルーティング制御装置２ａが再配置応答メッセージｍ１０２を端末Ｔ１−００３に送信し、再配置が完了したことを通知する（ステップＳ２０７）。再配置応答メッセージｍ１０２を受信した端末Ｔ１−００３は、グループ間ルーティング制御装置２ｂがグループ間ルーティング制御装置２ｂルート再配置端末検索メッセージｍ１０３をトポロジィ制御端末である端末Ｔ１−００４に送信する（ステップＳ２０８）。ルート再配置端末検索メッセージｍ１０３を受信した端末Ｔ１−００４は、グループ間ルーティング制御装置２ｂがルート再配置端末検索メッセージｍ１０３をトポロジィ制御端末である端末Ｔ１−００５に送信する（ステップＳ２０９）。ルート再配置端末検索メッセージｍ１０３を受信した端末Ｔ１−００５は、グループ間ルーティング制御装置２ｂがルート再配置端末検索メッセージｍ１０３を端末Ｔ２−００１に送信する（ステップＳ２１０）。これにより、端末Ｔ１−００３，端末Ｔ１−００４，端末Ｔ１−００５，端末Ｔ２−００１を指定した再ルーティングを行う。

トポロジィ制御端末Ｔ１−００５の電波伝搬範囲内にある端末Ｔ２−００１は、ルート再配置端末検索メッセージｍ１０３を受信する。ルート再配置端末検索メッセージｍ１０３を受信した端末Ｔ２−００１は、ルート確立の応答としてルート再配置端末検索応答メッセージｍ１０４をトポロジィ制御端末である端末Ｔ１−００５に返送する（ステップＳ２１１）。ルート再配置端末検索応答メッセージｍ１０４を受信した端末Ｔ１−００５は、グループ間ルーティング制御装置２ｂがルート再配置端末検索応答メッセージｍ１０４をトポロジィ制御端末である端末Ｔ１−００４に返送する（ステップＳ２１２）。ルート再配置端末検索応答メッセージｍ１０４を受信した端末Ｔ１−００４は、グループ間ルーティング制御装置２ｂがルート再配置端末検索応答メッセージｍ１０４を端末Ｔ１−００３に返送する（ステップＳ２１３）。

ルート再配置端末検索応答メッセージｍ１０４を受信した端末Ｔ１−００３は、端末Ｔ２−００１の間に新たなルートを確立する。以上の処理により、グループ間となる端末Ｔ１−００３と端末Ｔ２−００１との間に、新たにホップ距離を短縮することによる帯域の拡大を図ったルートを確立し、最終的に以下のルート００３が確立される。
（ルート００２）：Ｔ１−００１，Ｔ１−００２，Ｔ１−００３，Ｔ１−００４，Ｔ１−００５，Ｔ２−００１，Ｔ２−００２，Ｔ２−００５

上述したように、実施の形態２にかかるアドホックネットワークシステムにおいては、グループ間の帯域が一定以下に劣化した場合においても、端末Ｔ１−００３と端末Ｔ２−００３との間の補正ラインＬ上に新たに端末Ｔ１−００４，端末Ｔ２−００５を配置することによりホップ間の距離を短縮させて、信頼性が高い帯域増加を実現することができる。

以上のように、本発明にかかるアドホックネットワークシステムは、災害被災地など広域なフィールドにおいて、各メンバが無線端末を保持し、それぞれが役割を持つ複数の行動グループに分かれて活動する場合に、無線端末の移動、および地形や倒壊物による電波伝搬の遮断により発生する行動グループ間通信の断絶に対して、特定の位置に無線端末を計画的に配置して新たなルートを計画的に再設定する場合に有用である。

本発明の実施の形態１にかかるアドホックネットワークシステムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかるアドホックネットワークシステムにおいてグループＴ１およびグループＴ２を構成する端末の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかるアドホックネットワークシステムにおいてグループＴ１およびグループＴ２を構成するリーダ端末の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかるアドホックネットワークシステムの端末における絶対位置測位方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかるアドホックネットワークシステムにおける絶対位置測位で利用する基準端末通知メッセージフォーマットを示す図である。 本発明の実施の形態１にかかるアドホックネットワークシステムにおける隣接端末間の誤差修正について説明する図である。 本発明の実施の形態１にかかるアドホックネットワークシステムにおける再ルーティングについて説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかるアドホックネットワークシステムにおけるリーダ端末が有するグループ内端末状況管理テーブルの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかるアドホックネットワークシステムにおける再ルーティングの処理を説明するためのシーケンス図である。 本発明の実施の形態１にかかるアドホックネットワークシステムにおける再ルーティングについて説明するための図である。 本発明の実施の形態２にかかるアドホックネットワークシステムにおいてグループＴ１およびグループＴ２を構成する端末の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかるアドホックネットワークシステムにおける再ルーティングについて説明するための図である。 本発明の実施の形態２にかかるアドホックネットワークシステムにおける帯域制御テーブルの構成を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかるアドホックネットワークシステムにおける再ルーティングの処理を説明するためのシーケンス図である。 本発明の実施の形態２にかかるアドホックネットワークシステムにおける再ルーティングについて説明するための図である。

符号の説明

１ ルーティングテーブル
１ａ グループ内ルーティングテーブル
１ｂ グループ間ルーティングテーブル
２ ルーティング制御装置
２ａ グループ内ルーティング制御装置
２ｂ グループ間ルーティング制御装置
３ 送受信装置
４ 無線通信アンテナ
５ 測位装置
６ アンテナ
７ 絶対位置計算装置
８ 電波強度観測装置
９ 位置決定装置
１０ 絶対位置比較装置
２１ グループ内端末状況管理テーブル

Claims (2)

1. 各グループが少なくとも１台のリーダ無線端末を含む複数のメンバ無線端末により構成され、前記グループ間で通信を行うアドホックネットワークシステムであって、
   前記メンバ無線端末は、
   グループ内およびグループ間で他のメンバ無線端末と情報の送受信を行う送受信手段と、
   ＧＰＳと交信を行って自装置の絶対位置を測位するＧＰＳ測位手段と、
   電波強度を観測し、観測結果に基づいて隣接するメンバ無線端末とのホップ間の距離およびホップ間の角度を計算する電波強度観測手段と、
   前期ＧＰＳ測位装置により自身の絶対位置を測位した自グループ内の基準無線端末の前記絶対位置と、自装置と前記基準無線端末間におけるホップ間の距離およびホップ間の角度に基づいて自装置の絶対位置を計算する絶対位置計算手段と、
   自装置がグループ間無線通信の対象である隣接グループのメンバ無線端末と通信を行う境界無線端である場合に、前記絶対位置計算手段で計算した自装置の絶対位置に基づいて前記隣接グループの境界無線端末の相対位置を計算する相対位置計算手段と、
   前記絶対位置計算手段で計算した自装置の絶対位置と前記隣接グループの境界無線端末が計算した自装置の相対位置とを比較し、前記自装置の絶対位置の計算誤差を補正した補正位置を計算する絶対位置比較手段と、
   自グループ内および前記隣接グループ間のルーティングを管理し、自装置が前記境界無線端末であって前記隣接グループの境界無線端末との通信の切断を検出した場合に前記リーダ無線端末に対して自グループ内の前記メンバ無線端末の再配置を要求するとともに前記リーダ無線端末の指示に基づいて前記メンバ無線端末のいずれかに対して、自装置の前記補正位置と前記隣接グループの境界無線端末の前記補正位置とを結ぶ直線上の再配置位置に移動させる指示情報を送信するルーティング制御手段と、
   を備え、
   前記リーダ無線端末は、
   前記送受信手段と、
   前記ＧＰＳ測位手段と、
   前記電波強度観測手段と、
   前期絶対位置計算手段と、
   前期相対位置計算手段と、
   前記絶対位置比較手段と、
   前期ルーティング制御手段と、
   前記自グループの境界無線端末より自グループ内の前記メンバ無線端末の再配置の要求を受信した場合に、前記メンバ無線端末のいずれかを前記自グループの境界無線端末の前記補正位置と前記隣接グループの境界無線端末の前記補正位置とを結ぶ直線上の再配置位置に移動させる指示情報を前記自グループの境界無線端末に送信する再配置指示手段と、
   を備え、
   前記メンバ無線端末のいずれかを再配置した新たな通信ルートを確立してグループ間で通信を行うこと、
   を特徴とするアドホックネットワークシステム。
2. 前記メンバ無線端末は、
   自装置が境界無線端である場合に、前記隣接グループの境界無線端末との通信帯域を観測し、前記通信帯域が一定以下に劣化したことを検出する帯域観測手段と、
   自装置が境界無線端である場合の、前記帯域の劣化に関する情報と、自装置と前記隣接グループの境界無線端末との距離に関する情報と、の対応情報を記憶する帯域制御テーブル記憶手段と、
   をさらに備え、
   前記ルーティング制御手段は、前記帯域観測手段において前記通信帯域が一定以下に劣化したことを検出した場合に、前記リーダ無線端末に対して自グループ内の前記メンバ無線端末の再配置を要求するとともに前記リーダ無線端末の指示に基づいて前記メンバ無線端末のいずれかに対して、前記対応情報を用いて自装置と前記隣接グループの境界無線端末間の１ホップの距離を短縮して帯域を増加させるように、自装置の前記補正位置と前記隣接グループの境界無線端末の前記補正位置とを結ぶ直線上の再配置位置に移動させる指示情報を送信し、
   前記リーダ無線端末の再配置指示手段は、
   前記自グループの境界無線端末より自グループ内の前記メンバ無線端末の再配置の要求を受信した場合に、前記対応情報を用いて自装置と前記隣接グループの境界無線端末間の１ホップの距離を短縮して帯域を増加させるように、前記メンバ無線端末のいずれかを前記自グループの境界無線端末の前記補正位置と前記隣接グループの境界無線端末の前記補正位置とを結ぶ直線上の再配置位置に移動させる指示情報を前記自グループの境界無線端末に送信すること、
   を特徴とする請求項１に記載のアドホックネットワークシステム。

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