JP2009239489A - 無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】無線伝播状態に変動が生じている場合においても、安定的に通信経路を定めること。
【解決手段】無線マルチホップネットワークを構成する隣接ノードとの間の無線伝播状態を表すパラメータを取得する統計情報取得部１４と、取得したパラメータに基づいて、隣接ノードとの間の無線伝播状態を複数のステータスに分類するステータス分類部１６と、異なる複数の観測時間において、ステータスのそれぞれの時間占有率を取得する時間占有率取得部１８と、時間占有率に基づいて、隣接ノードへの通信経路を選択する送信制御部２４と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法及びプログラムに関する。

近時において、各ノードが無線ネットワークにより接続されたアドホックネットワークにおいて、端末間の通信エリアの拡大が容易に実現できる無線マルチホップネットワーク技術が知られている。

一般的な無線マルチホップネットワークは、ノード間の通信路はルーティングプロトコルによって決定され、その決定された経路に従ってノード間の通信が行なわれる。従って、各ノードは、パケット毎に異なる宛先に対して、ルーティングプロトコルによって決定されたノードにパケットを送信することにより、パケットを宛先まで送信することが可能となる。

このように、全てのノードが無線ネットワークにより接続されたアドホックネットワークにおいて、端末間の通信エリアの拡大が容易に実現できる無線マルチホップネットワーク技術は重要な技術の一つである。

特開２００４−１５７４６号公報

無線マルチホップネットワークでは、宛先ノードへの経路が複数存在し、その結果、複数の隣接ノードの送信候補から１つを選択する場合がある。この場合、良好な経路を選択するために、隣接ノードとの無線リンク状態（無線伝播状態）を示す統計情報を利用する。

無線リンク状態を示す統計情報は、想定するシステムによって様々な情報が考えられる。例えば、ストリーム伝送や高トラフィックなシステムを構築する場合、各無線リンクの状態はスループット値や遅延時間等が統計情報として考慮されることになる。一方、スループットは多少低くてもパケット送受信の信頼性が高いシステムを構築する場合、各無線リンクの状態はＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）やパケット誤り率ＰＥＲ（Packet Error Rate）等が統計情報として考慮されることになる。

しかしながら、無線リンク状態に変動が生じている場合、統計情報に基づいて次ホップを切り換えると、次ホップが煩雑に切り換わることとなり、経路テーブルが安定しないという問題がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、無線伝播状態に変動が生じている場合においても、安定的に通信経路を定めることが可能な、新規かつ改良された無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法及びプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、無線マルチホップネットワークを構成する無線通信装置であって、無線マルチホップネットワークを構成する隣接ノードとの間の無線伝播状態を表すパラメータを取得するパラメータ取得部と、取得した前記パラメータに基づいて、隣接ノードとの間の無線伝播状態を複数のステータスに分類するステータス分類部と、異なる複数の観測時間において、前記ステータスのそれぞれの時間占有率を取得する時間占有率取得部と、前記時間占有率に基づいて、隣接ノードへの通信経路を選択する通信制御部と、を備える無線通信装置が提供される。

上記構成によれば、無線マルチホップネットワークを構成する無線通信装置では、無線マルチホップネットワークを構成する隣接ノードとの間の無線伝播状態を表すパラメータが取得され、取得したパラメータに基づいて、隣接ノードとの間の無線伝播状態が複数のステータスに分類され、異なる複数の観測時間において、ステータスのそれぞれの時間占有率が取得され、時間占有率に基づいて、隣接ノードへの通信経路が選択される。従って、複数の観測時間において、各ステータスの時間占有率に基づいて通信経路が選択されるため、無線伝播状態の変化が大きい状況においても、無線伝播状態が良好な隣接ノードが煩雑に切り換わることを抑えることができ、通信経路を安定的に選択することが可能となる。

また、前記通信制御部は、前記複数の観測時間のうち、より長い観測時間における前記時間占有率を優先的に用いて隣接ノードへの通信経路を選択するものであってもよい。かかる構成によれば、複数の観測時間のうち、より長い観測時間における時間占有率を優先的に用いることで、無線伝播状態が良好な隣接ノードが煩雑に切り換わることを確実に抑止できる。

また、前記通信制御部は、前記時間占有率が所定の経路選択条件を満たす場合に、当該時間占有率に対応する隣接ノードを通信経路として選択するものであってもよい。かかる構成によれば、ステータスが無線伝播状態と関連付けられるため、時間占有率が所定の経路選択条件を満たす場合に、当該時間占有率に対応する隣接ノードを通信経路として選択することができる。

また、前記通信制御部は、前記複数の観測時間のうち、少なくとも２つの観測時間における前記時間占有率がともに前記経路選択条件を満たす場合は、より長い観測時間において前記経路選択条件を満たした時間占有率に対応する隣接ノードを通信経路として選択するものであってもよい。かかる構成によれば、無線伝播状態が良好な隣接ノードが複数存在する場合に、より安定した通信経路を選択することが可能となる。

また、前記通信制御部は、通信が不可であることを示すステータスの時間占有率が所定の閾値よりも低い隣接ノードを通信経路として選択するものであってもよい。かかる構成によれば、現時点において通信が不可になる可能性の低い隣接ノードを通信経路として選択することが可能となる。

また、前記通信制御部は、通信が可能であることを示すステータスの時間占有率が所定の閾値よりも高い隣接ノードを通信経路として選択するものであってもよい。かかる構成によれば、現時点において通信が可能であることが見込まれる低い隣接ノードを通信経路として選択することが可能となる。

また、前記通信制御部は、隣接ノードとの間の無線伝播状態が、通信が不可であることを示すステータスである場合は、当該隣接ノードを通信経路の候補から外すものであってもよい。かかる構成によれば、通信が不可である隣接ノード以外の隣接ノードから通信経路を選択することが可能となる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、無線マルチホップネットワークを構成する複数のノードからなる無線通信システムであって、前記ノードは、隣接ノードとの間の無線伝播状態を表すパラメータを取得するパラメータ取得部と、取得した前記パラメータに基づいて、隣接ノードとの間の無線伝播状態を複数のステータスに分類するステータス分類部と、異なる複数の観測時間において、前記ステータスのそれぞれの時間占有率を取得する時間占有率取得部と、前記時間占有率に基づいて、隣接ノードへの通信経路を選択する通信制御部と、を備える無線通信システムが提供される。

上記構成によれば、無線マルチホップネットワークを構成する複数のノードからなる無線通信システムにおいて、各ノードでは、無線マルチホップネットワークを構成する隣接ノードとの間の無線伝播状態を表すパラメータが取得され、取得したパラメータに基づいて、隣接ノードとの間の無線伝播状態が複数のステータスに分類され、異なる複数の観測時間において、ステータスのそれぞれの時間占有率が取得され、時間占有率に基づいて、隣接ノードへの通信経路が選択される。従って、複数の観測時間において、各ステータスの時間占有率に基づいて通信経路が選択されるため、無線伝播状態の変化が大きい状況においても、無線伝播状態が良好な隣接ノードが煩雑に切り換わることを抑えることができ、通信経路を安定的に選択することが可能となる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、無線マルチホップネットワークを構成する無線通信装置における無線通信方法であって、隣接ノードとの間の無線伝播状態を表すパラメータを取得するステップと、取得した前記パラメータに基づいて、隣接ノードとの間の無線伝播状態を複数のステータスに分類するステップと、異なる複数の観測時間において、前記ステータスのそれぞれの時間占有率を取得するステップと、前記時間占有率に基づいて、隣接ノードへの通信経路を選択するステップと、を備える無線通信方法が提供される。

上記構成によれば、無線マルチホップネットワークを構成する無線通信装置における無線通信方法において、無線マルチホップネットワークを構成する隣接ノードとの間の無線伝播状態を表すパラメータが取得され、取得したパラメータに基づいて、隣接ノードとの間の無線伝播状態が複数のステータスに分類され、異なる複数の観測時間において、ステータスのそれぞれの時間占有率が取得され、時間占有率に基づいて、隣接ノードへの通信経路が選択される。従って、複数の観測時間において、各ステータスの時間占有率に基づいて通信経路が選択されるため、無線伝播状態の変化が大きい状況においても、無線伝播状態が良好な隣接ノードが煩雑に切り換わることを抑えることができ、通信経路を安定的に選択することが可能となる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、無線マルチホップネットワークを構成する無線通信装置におけるプログラムであって、隣接ノードとの間の無線伝播状態を表すパラメータを取得する手段、取得した前記パラメータに基づいて、隣接ノードとの間の無線伝播状態を複数のステータスに分類する手段、異なる複数の観測時間において、前記ステータスのそれぞれの時間占有率を取得する手段、前記時間占有率に基づいて、隣接ノードへの通信経路を選択する手段、としてコンピュータを機能させるためのプログラムが提供される。

上記構成によれば、無線マルチホップネットワークを構成する無線通信装置におけるプログラムにおいて、無線マルチホップネットワークを構成する隣接ノードとの間の無線伝播状態を表すパラメータが取得され、取得したパラメータに基づいて、隣接ノードとの間の無線伝播状態が複数のステータスに分類され、異なる複数の観測時間において、ステータスのそれぞれの時間占有率が取得され、時間占有率に基づいて、隣接ノードへの通信経路が選択される。従って、複数の観測時間において、各ステータスの時間占有率に基づいて通信経路が選択されるため、無線伝播状態の変化が大きい状況においても、無線伝播状態が良好な隣接ノードが煩雑に切り換わることを抑えることができ、通信経路を安定的に選択することが可能となる。

本発明によれば、無線伝播状態に変動が生じている場合においても、安定的に通信経路を定めることが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［無線通信システムの概要および前提技術］
図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システム２００を示す模式図である。図１に示すように、無線通信システム２００は、複数のノード＃Ａ〜＃Ｄにより構成される。各ノード＃Ａ〜＃Ｄは、位置が固定された、又は移動可能な無線通信装置１００からなる。各ノード＃Ａ〜＃Ｄのそれぞれは、他のノードから送信された信号を中継伝送できる機能を備えており、これにより無線マルチホップネットワークが構成されている。

図１において、ノード＃Ａからノード＃Ｄへ通信する際には、＃Ａ→＃Ｂ→＃Ｄの経路と＃Ａ→＃Ｃ→＃Ｄの経路がある。どの経路で通信を行うかは、無線リンク状態を示す統計情報に基づいて決定される。

無線リンク状態を示す統計情報は、想定するシステムによって様々な情報が考えられる。例えば、ストリーム伝送や高トラフィックなシステムを構築する場合、各無線リンクの状態はスループット値や遅延時間等が統計情報として考慮されることになる。一方、スループットは多少低くてもパケット送受信の信頼性が高いシステムを構築する場合、各無線リンクの状態はＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）やパケット誤り率ＰＥＲ（Packet Error Rate）等が統計情報として考慮されることになる。

無線リンクの状態を示す統計情報により無線リンクの状態の良し悪しが判断された後、ルーティングプロトコルが各無線リンクの状態を考慮して最終的に経路テーブルを作成する。このため、無線リンク状態の判断が経路テーブルの作成に大きく左右することになる。

例えば、図１に示すような無線マルチホップネットワークにおいて、ノード＃Ａにおける無線リンク状態と経路テーブルの関係について例を挙げてみる。以下では、ＲＳＳＩやＰＥＲを統計情報として、無線リンク状態を判断する場合について説明する。図２は、ノード＃Ａにおいて、隣接ノードであるノード＃Ｂおよびノード＃Ｃとの無線リンク（以下、それぞれＬｉｎｋ［Ａ，Ｂ］、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｃ］と記載する）における、ＲＳＳＩ、ＰＥＲの時間変動の例を示す。ここで、図２（Ａ）は、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｂ］でのＲＳＳＩ，ＰＥＲの変動を示しており、図２（Ｂ）は、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｃ］でのＲＳＳＩ，ＰＥＲの変動を示している。なお、図中において平均ＲＳＳＩは、時刻ｔ１１からｔ１６までのＲＳＳＩの平均値であり、ａＲＳＳＩ（averaged RSSI）と表記する。また、平均ＰＥＲは、時刻ｔ１１からｔ１６までのＰＥＲの平均値であり、ａＰＥＲ（averaged PER）と表記する。

また、Ｌｉｎｋ［Ｂ，Ｄ］ならびにＬｉｎｋ［Ｃ，Ｄ］については、ＰＥＲ及びＲＳＳＩがともに良好であるものとする。従って、ノード＃Ａからノード＃Ｄに至る経路は、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｂ］、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｃ］のＲＳＳＩ、ＰＥＲによって決定される。そして、このときの、ルーティングプロトコルによって決定される、ノード＃Ａにおける宛先ノード＃Ｄへの経路テーブルの遷移例を図３に示す。

図２において、時刻ｔ１１〜ｔ１２間では、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｂ］と比較してＬｉｎｋ［Ａ，Ｃ］のほうがＲＳＳＩおよびＰＥＲがともに良好な状態を推移している。従って、図３に示すように、ＲＳＳＩおよびＰＥＲが良好な経路を選択するようにルーティングプロトコルが動作する場合、ノード＃Ａにおける宛先ノード＃Ｄの経路として次ホップはノード＃Ｃを選択することになる。

時刻ｔ１２〜ｔ１３間では、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｃ］のＲＳＳＩおよびＰＥＲが低下している。一方、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｂ］では、ＲＳＳＩも高い状態を推移しておらず、かつパケット誤りもある程度発生しているが、通信不可までには至っていない。このため、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｂ］を使用するようにルーティングプロトコルが動作する結果、図３に示すように、ノード＃Ａにおける宛先ノード＃Ｄの経路として次ホップはノード＃Ｂに切り替わる。

その後、時刻ｔ４〜ｔ５間において、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｃ］のＲＳＳＩおよびＰＥＲが良好となり、その結果、図３に示すように、ノード＃Ａにおける宛先ノード＃Ｄの経路として次ホップは再びノード＃Ｃへと切り替わる。

このように、瞬時的な無線リンク状態によりルーティングプロトコルを動作させることは、無線リンク状態の変動が大きいネットワークの場合、次ホップはノード＃Ｃ→＃Ｂ→＃Ｃのように切り換わり、経路テーブルが安定しないという問題がある。

一方で、経路テーブルの安定化を目的として経路を選択する場合に、図２に示すようなＲＳＳＩ及びＰＥＲのそれぞれの平均値（ａＲＳＳＩ、ａＰＥＲ）を利用する方法が考えられる。しかし、図２の場合、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｂ］およびＬｉｎｋ［Ａ，Ｃ］のａＰＥＲを比較すると、両者は同じ値を示している。このため、ａＲＳＳＩやａＰＥＲを利用する場合、時刻ｔ１３〜ｔ１４間でＬｉｎｋ［Ａ，Ｃ］のＰＥＲが悪化している状況は認識することができない。このように、平均値を利用する方法では、経路テーブル作成にとって重要な情報が隠れてしまう。また、平均化することで、本来は良好でない無線リンク状態がある程度良好な無線リンク状態であると判断されてしまう可能性がある。従って、長期的に安定した無線リンクを選択しようとした場合に、平均化などの手法により長期的な観測時間で取得した統計情報を適用するだけでは、ノード＃Ａにおける宛先ノード＃Ｄの経路として、無線リンク状況が低下しているノード＃Ｃを選択してしまう可能性がある。

そこで、本実施形態では、以下に詳細に説明するように、無線リンク状態を示すステータスと、このステータスの時間占有率に基づいて無線リンク状態を判断するようにしている。

［無線通信装置の構成］
図４は、本実施形態にかかる無線通信装置１００の構成を示す機能ブロック図である。図４に示すように、無線通信装置１００は、通信部１２と、統計情報取得部１４と、ステータス分類部１６と、時間占有率取得部１８と、記憶部２０と、送信データ生成部２２と、送信制御部２４を備える。

通信部１２は、無線通信装置１００などの外部装置とのインターフェースであって、他の無線通信装置などと各種情報を送受信する送信部、および受信部としての機能を有する。例えば、通信部１２は、他の無線通信装置１００から送信された高周波の無線信号をベースバンド信号にダウンコンバージョンし、ベースバンド信号をビット列に変換する。また、通信部１２は、送信データ生成部１８により生成された送信データのビット列をベースバンド信号に変換し、ベースバンド信号を高周波の無線信号に周波数変換して他の無線通信装置１００へ送信する。

なお、通信部１２は、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronic Engineers) ８０２．１１ａ、ｂ、ｇなどに規定される無線通信機能を有してもよいし、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎに規定されるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信機能を有してもよい。さらに、通信部１２は、ＩＥＥＥ８０２．１６に企画されるＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）に対応する通信機能を有してもよい。

統計情報取得部１４は、無線リンク状態を示す統計情報として、ＲＳＳＩ、ＰＥＲを取得する。ステータス分類部１６は、統計情報に基づいて、所定の閾値との比較の結果、ステータス情報を取得する。時間占有率取得部１８は、取得された各ステータス情報に基づいて、各ステータス情報の時間内の占有率を取得する。

記憶部１６は、各種情報が記録される記憶媒体である。各種情報としては、統計情報、ステータス情報、時間占有率に関する情報等が挙げられる。また、記憶部１６は、送信するデータパケットを一時的に保存するバッファとしての機能も有する。記憶部１６は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリや、ＤＲＡＭなどの揮発性メモリから構成されることができる。

送信データ生成部１８は、通信部１２から送信するためのメッセージを生成する。送信データ生成部１８は、他の無線通信装置１００へ映像、音声などを送信するため、データパケットを生成する。

送信制御部２０は、送信データ生成部１８で生成されたデータパケットを、通信部１２から他の無線通信装置１００へ送信する際の制御を行う。送信制御部２０は、後述するステータスの時間占有率に基づいて次ホップノードを決定し、ルーティングプロトコルを決定する。図４に示す機能ブロックは、ハードウェア、又は演算処理部（ＣＰＵ）とこれを機能させるソフトウエア（プログラム）によって構成することができる。これらの機能ブロックを演算処理部とソフトウエアによって構成した場合、そのプログラムは、無線通信装置１００が備える記憶部１６等の記録媒体に格納されることができる。

［ステータス、時間占有率について］
本実施形態では、無線リンク状態を抽象化してステータスに分類する。ステータスは以下のように定義される。なお、以下において、ノード＃Ａにおける隣接ノード＃ＢとのステータスをＳｔａｔｕｓ［Ａ，Ｂ］と表記することにする。

本実施形態では、無線リンク状態を示すステータスとして、以下の３種類を定義する。
ＧＯＯＤ：想定するシステムの所要品質を十分に満たしている状態
ＰＯＯＲ：想定するシステムの所要品質を十分に満たしているとはいえないものの、ほぼ所要品質を満たしており、通信が可能な状態
ＢＡＤ：想定するシステムの所要品質を満たしていない状態であり、通信が不可の状態

なお、本実施形態において、無線リンク状態を示すステータスは、ＧＯＯＤ、ＰＯＯＲ、ＢＡＤの３種類としているが、ステータスは何種類でも構わない。また、無線リンク状態を示す統計情報として、本実施形態では、ＲＳＳＩおよびＰＥＲを用いているが、それ以外にスループットや遅延時間等を考慮した統計情報とすることも可能である。無線リンク状態を示す統計情報として様々なパラメータが存在するが、本実施形態では、ステータスによって各種パラメータを統一した状態で無線リンク状態を示すようにしている。

ステータスは、ＲＳＳＩ、ＰＥＲのそれぞれで設定される。図５は、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｂ］、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｃ］のそれぞれにおいて、ＲＳＳＩ、ＰＥＲ、Ｓｔａｔｕｓの値を示す模式図である。ここで、図５（Ａ）は、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｂ］におけるＲＳＳＩ、ＰＥＲ、Ｓｔａｔｕｓ［Ａ，Ｂ］を示しており、図５（Ｂ）は、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｃ］におけるＲＳＳＩ、ＰＥＲ、Ｓｔａｔｕｓ［Ａ，Ｃ］を示している。

図５において、ＲＳＳＩおよびＰＥＲが変動する様子は、図２の場合と同一である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すＳｔａｔｕｓ［Ａ，Ｂ］、Ｓｔａｔｕｓ［Ａ，Ｃ］は、図２のようにＲＳＳＩ、ＰＥＲが変動した場合に、無線リンク状態を示すステータスが遷移する様子を示している。ここで、ＲＳＳＩおよびＰＥＲから無線リンク状態を示すステータスを決定するために、ＲＳＳＩおよびＰＥＲのそれぞれにおいて以下のように閾値が定義されている。

ステータスを決定するための閾値は、以下の４つである。
ｔｈＲＳＳＩ＿ＧＰ：ＲＳＳＩに関する、ＧＯＯＤとＰＯＯＲの境界を規定する閾値
ｔｈＲＳＳＩ＿ＰＢ：ＲＳＳＩに関する、ＰＯＯＲとＢＡＤの境界を規定する閾値
ｔｈＰＥＲ＿ＧＰ：ＰＥＲに関する、ＧＯＯＤとＰＯＯＲの境界を規定する閾値
ｔｈＰＥＲ＿ＰＢ：ＰＥＲに関する、ＰＯＯＲとＢＡＤの境界を規定する閾値

そして、本実施形態では、以下の条件を用いて、ステータスを決定する。
ＧＯＯＤ：「ＲＳＳＩ≧ｔｈＲＳＳＩ＿ＧＰかつＰＥＲ≦ｔｈＰＥＲ＿ＧＰ」（条件１）
ＢＡＤ：「ＲＳＳＩ＜ｔｈＲＳＳＩ＿ＰＢあるいはＰＥＲ＞ｔｈＰＥＲ＿ＰＢ」（条件２）
ＰＯＯＲ：条件１および条件２のどちらにも該当しない（条件３）

以上のように、条件１に該当する場合は、ステータスがＧＯＯＤとされ、条件２に該当する場合は、ステータスがＢＡＤとされる。また、条件３に該当する場合、すなわち条件１、条件２のいずれにも該当しない場合は、ステータスがＰＯＯＲとされる。

例えば、図５（Ａ）においてＳｔａｔｕｓ［Ａ，Ｂ］を決定する場合、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｂ］に関するＰＥＲならびにＲＳＳＩと閾値を比較した結果は以下の通りである。
ｔｈＰＥＲ＿ＰＢ＞ＰＥＲ＞ｔｈＰＥＲ＿ＧＰ
ｔｈＲＳＳＩ＿ＰＢ＜ＲＳＳＩ＜ｔｈＲＳＳＩ＿ＧＰ
以上より、条件３に該当することから、Ｓｔａｔｕｓ［Ａ，Ｂ］＝ＰＯＯＲと判断される。

また、図４（Ｂ）の場合、時刻ｔ１１〜ｔ１２間でＬｉｎｋ［Ａ，Ｃ］に関するＰＥＲならびにＲＳＳＩと閾値を比較した結果は以下の通りである。
ＰＥＲ＜ｔｈＰＥＲ＿ＧＰ
ＲＳＳＩ＞ｔｈＲＳＳＩ＿ＧＰ
以上より、条件１に該当することから、Ｓｔａｔｕｓ［Ａ，Ｃ］＝ＧＯＯＤと判断される。
また、時刻ｔ１２以降、ＲＳＳＩ，ＰＥＲはともに変動しているため、上記閾値との比較の結果、Ｓｔａｔｕｓ［Ａ，Ｃ］は、ＧＯＯＤ→ＰＯＯＲ→ＢＡＤ→ＰＯＯＲ→ＧＯＯＤ→ＰＯＯＲ→ＢＡＤのように遷移する。

以上のように、ステータスの決定は、ある観測時間内でＲＳＳＩ、ＰＥＲを観測し、上記閾値との比較の結果、条件１〜３のいずれに該当するかに応じて決定する。このようにして、比較的短い観測時間毎に無線リンク状態を示すステータスを決定していくことで、ステータスの遷移状況を把握することが可能である。

また、想定するシステムの所要品質を考慮するため、様々なパラメータを用いて無線リンクの状態を把握する際、本実施形態ではそれらの情報すべてを加味して統一的に無線リンク状態を示すステータスとして管理する。このため、特定のパラメータを必要とせず、様々な無線マルチホップネットワークへの適用が可能となる。

そして、本実施形態では、無線リンク状態を示すステータスの遷移状況を示すパラメータとして、ステータスの決定に要する観測時間と比較して長い観測時間内において、各ステータスの占有率を示す時間占有率［％］を使用する。

図６は、ステータスの時間占有率の例を示す模式図であって、図５に示すようにステータスが遷移した場合における、ステータスの時間占有率を示している。本実施形態では、時間占有率を算出する観測時間として２種類の時間Ｔ１、時間Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）を用い、２つの観測時間内のそれぞれにおいて、ＧＯＯＤ，ＰＯＯＲ，ＢＡＤの時間占有率を求める。これにより、中期的、および長期的な時間でのステータスの遷移状況を把握することが可能である。Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｂ］において、観測時間Ｔ１における時間占有率をＴＳ１［Ａ，Ｂ，Ｓ］、観測時間Ｔ２における時間占有率をＴＳ２［Ａ，Ｂ，Ｓ］とする。また、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｃ］において、観測時間Ｔ１における時間占有率をＴＳ１［Ａ，Ｃ，Ｓ］、観測時間Ｔ２における時間占有率をＴＳ２［Ａ，Ｃ，Ｓ］とする。ここで、Ｓはステータスを示し、例えばステータスがＧＯＯＤの時間占有率は、それぞれＴＳ１［Ａ，Ｂ，ＧＯＯＤ］、ＴＳ２［Ａ，Ｂ，ＧＯＯＤ］のように表記される。図６（Ａ）は、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｂ］におけるＳｔａｔｕｓ［Ａ，Ｂ］、ＴＳ１［Ａ，Ｂ，Ｓ］、ＴＳ２［Ａ，Ｂ，Ｓ］を示しており、図６（Ｂ）は、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｃ］におけるＳｔａｔｕｓ［Ａ，Ｃ］、ＴＳ１［Ａ，Ｃ，Ｓ］、ＴＳ２［Ａ，Ｃ，Ｓ］を示している。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）において、観測時間Ｔ１は、区間ＤＡ１、区間ＤＡ２、区間ＤＡ３、区間ＤＡ４に対応する時間である。また、観測時間ｔ２は、区間ＤＢ１、区間ＤＢ２に対応する時間である。本実施形態では、Ｔ２をＴ１の２倍の時間としている。

図６（Ａ）に示すように、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｂ］では、ＴＳ１［Ａ，Ｂ，Ｓ］およびＴＳ２［Ａ，Ｂ，Ｓ］の双方において、全ての区間ＤＡ１〜ＤＡ４、ＤＢ１〜ＤＢ２で、無線リンク状態を示すステータスはＰＯＯＲの状態で安定している。

一方、図６（Ｂ）に示すように、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｃ］については、中期的な観測時間によるＴＳ１［Ａ，Ｃ，Ｓ］の結果に示されるように、ＧＯＯＤで安定している状況もあれば（図中の区間ＤＡ１、ＤＡ４）、ＰＯＯＲやＢＡＤの時間占有率が高い状況も存在している（図中の区間ＤＡ２、ＤＡ３）。また、長期的な観測時間であるＴＳ２［Ａ，Ｃ，Ｓ］の結果においても、区間ＤＢ１ではＧＯＯＤで遷移しているものの、区間ＤＢ２ではＰＯＯＲやＢＡＤの時間占有率が高い状況となっている。

このようなＬｉｎｋ［Ａ，Ｃ］におけるステータスの遷移状況は、図２で説明した長期的な観測結果である平均ＲＳＳＩ、平均ＰＥＲから予測することはできない。また、ステータスがＢＡＤにどの程度遷移したかという情報（ＢＡＤの時間占有率）は、無線マルチホップネットワークにおける経路作成に際して考慮すべき重要な情報となる。ステータスがＢＡＤにどの程度遷移したかを把握し、通信不可な状態がどの程度存在しているかを把握することによって、その無線リンクを使用しないようにルーティングプロトコルが動作することが可能となる。この結果、安定した経路テーブルを作成することが可能となる。

このように、複数の観測時間を用いてステータスの時間占有率を求め、これに基づいて経路の選択を行うことで、観測時間に応じた最適な精度でステータスの遷移状況を取得することが可能となり、安定した経路の選択が可能となる。本実施形態では、後述するように、ＴＳ１およびＴＳ２に関してステータスがＢＡＤに遷移している時間占有率に対して閾値（ＴＨ＿ＴＳ１＿ＢＡＤ，ＴＨ＿ＴＳ２＿ＢＡＤ）を設定し、ステータスがＢＡＤに遷移している時間占有率が、この閾値よりも低いノードを優先的に経路として選択する。なお、ステータスがＧＯＯＤに遷移している時間占有率が、所定の閾値よりも高いノードを優先的に経路として選択するようにしても良い。

また、本実施形態では、安定した経路テーブル作成を目的として、長期的な時間で安定した無線リンクを有する隣接ノードを次ホップノードとして使用するように動作する。このため、中期的な観測時間Ｔ１と長期的な観測時間Ｔ２については、長期的な観測時間で得られた時間占有率の情報を優先的に採用して経路を選択する。これにより、ステータスの遷移がより安定しているノードを経路として選択することができる。

［経路選択処理について］
図７は、２つの観測時間ＴＳ１およびＴＳ２を用いた場合に、複数経路から１つの経路を選択する処理を示すフローチャートである。この処理では、ルーティングプロトコルにより検索された複数経路の中から、次ホップ候補として複数の隣接ノードが存在した際に、ＴＳ１およびＴＳ２を用いて複数の経路の候補から１つを選択する。なお、ＴＳ１およびＴＳ２のパラメータをルーティングプロトコルにおける検索時において使用することも可能であり、例えば、テーブル駆動型ルーティングプロトコルにおいてＴＣ（Topology Control）メッセージ等を利用して、すべてのノード間においてＴＳ１およびＴＳ２の情報交換を行うことで、ＴＳ１およびＴＳ２の情報を含んだすべての無線リンク状態を加味した経路テーブル作成が可能となる。

図６において、先ずステップＳ１において、自局ノードをノード＃Ｘとして、ＴＳ１に関する閾値ＴＨ＿ＴＳ１＿ＢＡＤ、ＴＳ２に関する閾値ＴＨ＿ＴＳ２＿ＢＡＤを設定する。

ここで、安定したリンクかどうかを判断する基準として、ＴＳ１およびＴＳ２に関してステータスがＢＡＤに遷移している時間占有率の閾値をそれぞれ、以下のように定義する。
ＴＨ＿ＴＳ１＿ＢＡＤ：ＴＳ１に関する閾値（％）
ＴＨ＿ＴＳ２＿ＢＡＤ：ＴＳ２に関する閾値（％）

次に、ステップＳ２では、ルーティングプロトコルによって検索された経路に対して、次ホップ候補（以下、ノード＃Ｙとする）に該当するすべての隣接ノードに関して、Ｌｉｎｋ［＃Ｘ，＃Ｙ］について現在の無線リンク状態を示すステータスであるＳｔａｔｕｓ［＃Ｘ，＃Ｙ］のチェックを開始する。

そして、Ｓｔａｔｕｓ［＃Ｘ，＃Ｙ］＝ＢＡＤであるか否かを判断し（ステップＳ３）、Ｓｔａｔｕｓ［＃Ｘ，＃Ｙ］＝ＢＡＤの場合は、次ホップ候補から該当する隣接ノードを削除する（ステップＳ４）。

一方、ステップＳ３でＳｔａｔｕｓ［＃Ｘ，＃Ｙ］＝ＢＡＤでない場合は、ステップＳ５で全ての次ホップ候補のＬｉｎｋ［＃Ｘ，＃Ｙ］をチェックしたか否かを判定し、全ての次ホップ候補のＬｉｎｋ［＃Ｘ，＃Ｙ］をチェックしていない場合はステップＳ２に戻る。このように、ステップＳ５までの処理により、次ホップ候補に該当する全ての隣接ノードに関して、現在の無線リンク状態を示すステータスのチェックが終了する。

ステップＳ５で全ての次ホップ候補のＬｉｎｋ［＃Ｘ，＃Ｙ］のチェックが完了した場合は、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、現時点での次ホップ候補（以下、ノード＃ｙとする）について、この時点で次ホップ候補ノード＃ｙが複数存在するか否かを判定する。そして、次ホップ候補ノード＃ｙが複数存在しない場合は、ステップＳ７で次ホップ候補ノード＃ｙが１つ存在するか否かを判定する。次ホップ候補ノード＃ｙが１つも存在しない場合は、現在全ての隣接ノードのステータスがＢＡＤであるため、隣接ノードとの通信が不可であり、経路無しとして処理を行う（ステップＳ８）。一方、ステップＳ７で次ホップ候補ノード＃ｙが１つ存在する場合は、ステップＳ９へ進み、その１つの次ホップ候補ノード＃ｙを次ホップ候補ノードとして選択する。

一方、ステップＳ６で次ホップ候補＃ｙとして複数のノードが存在する場合、ステップＳ１０以降の処理に進み、観測時間ＴＳ１およびＴＳ２における時間占有率の情報を利用して次ホップ候補＃ｙを絞り込む処理を行う。

なお、ＴＳ１およびＴＳ２におけるステータスの時間占有率については、それぞれ最新の情報を利用することとし、例えばＴＳ２について図６（Ａ）の区間ＤＡ４までの時間占有率が得られている場合は、区間ＤＡ４の時間占有率を用いる。

先ず、ステップＳ１０では、複数存在する次ホップ候補の中から、中期的ならびに長期的に安定したリンクが存在するかどうかをチェックする。ここでは、条件Ａ：ＴＳ１［Ｘ，ｙ，ＢＡＤ］＜ＴＨ＿ＴＳ１＿ＢＡＤかつＴＳ２［Ｘ，ｙ，ＢＡＤ］＜ＴＨ＿ＴＳ２＿ＢＡＤを満足する次ホップ候補ノードが＃ａ存在するか否かを判定する。

そして、条件Ａを満足する次ホップ候補ノードが存在する場合は、中期的（観測時間Ｔ１）ならびに長期的（観測時間Ｔ２）に安定したリンクが存在すると判断することができる。この場合、長期的に安定したリンクを優先的に選択するために、条件Ａに該当するすべての次ホップ候補ノードのうち、ＴＳ２［Ｘ，ａ，ＢＡＤ］が最小であるノード＃ａを次ホップノードとして選択する（ステップＳ１１）。なお、ここで条件Ａに該当するすべての次ホップ候補ノードのうち、ＴＳ２［Ｘ，ａ，ＧＯＯＤ］が最大であるノード＃ａを次ホップノードとして選択しても良い。例えばＴＳ２［Ｘ，ａ，ＢＡＤ］が最小であるノード＃ａが複数存在する場合（ＴＳ２［Ｘ，ａ，ＢＡＤ］＝０の場合など）は、ＴＳ２［Ｘ，ａ，ＧＯＯＤ］が最大であるノード＃ａを次ホップノードとして選択しても良い。

一方、ステップＳ１０において、条件Ａを満足する次ホップ候補ノード＃ａが存在しない場合は、ステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、長期的に安定したリンクを検索するため、観測時間ＴＳ２について、条件Ｂ：ＴＳ２［Ｘ，ｙ，ＢＡＤ］＜ＴＨ＿ＴＳ２＿ＢＡＤを満足する次ホップノード＃ｂが存在するか否かを判定する。ここで、条件Ｂは、条件ＡからＴＳ１［Ｘ，ｙ，ＢＡＤ］＜ＴＨ＿ＴＳ１＿ＢＡＤの条件を外したものである。そして、条件Ｂを存在する次ホップノード＃ｂが存在する場合には、ステップＳ１３へ進み、条件Ｂに該当するすべての次ホップ候補ノードのうち、ＴＳ２［Ｘ，ｂ，ＢＡＤ］が最小であるノード＃ｂを次ホップノードとして選択する。

一方、ステップＳ１２において、条件Ｂを満足する次ホップ候補ノードが存在しない場合は、ステップＳ１４において中期的に安定したリンクを優先して使用するように処理する。すなわち、ステップＳ１４では、観測時間ＴＳ１について、条件Ｃ：ＴＳ１［Ｘ，ｙ，ＢＡＤ］＜ＴＨ＿ＴＳ１＿ＢＡＤを満足する次ホップノード＃ｃが存在するか否かを判定する。そして、条件Ｃを満足する次ホップノード＃ｃが存在する場合には、ステップＳ１５へ進み、条件Ｃに該当するすべての次ホップ候補ノードのうち、ＴＳ１［Ｘ，ｃ，ＢＡＤ］が最小であるノード＃ｃを次ホップノードとして選択する。

一方、ステップＳ１４で条件Ｃを満足する次ホップノードが存在しない場合は、次ホップ候補ノード＃ｙのすべてが条件Ａ、ＢならびにＣのいずれにも該当しないことになる。この場合、長期的に安定したリンクの使用を優先するために、ステップＳ１６へ進み、次ホップ候補ノードのうちＴＳ２［Ｘ，ｄ，ＢＡＤ］が最小であるノード＃ｄを次ホップ候補として選択する。

［各パラメータの遷移と経路選択結果について］
図８は、図５及び図６に示す各パラメータの遷移をまとめて示す模式図である。また、図９は、本実施形態の手法により経路を決定した場合のノード＃Ａにおける宛先ノード＃Ｄへの経路テーブルの遷移を示す模式図である。以下、図８に基づいて、図３と図９を比較しつつ、本実施形態による経路テーブル作成例を説明する。なお、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｂ］およびＬｉｎｋ［Ａ，Ｃ］ともに、図８に示されている時間以前には、ＲＳＳＩおよびＰＥＲに変動がなかったものとする。すなわち、Ｓｔａｔｕｓ［Ａ，Ｂ］についてはＰＯＯＲ、Ｓｔａｔｕｓ［Ａ，Ｃ］についてはＧＯＯＤの状態が継続していたものとする。

図８において、時刻ｔ１１〜ｔ１２間では、Ｓｔａｔｕｓ［Ａ，Ｂ］およびＳｔａｔｕｓ［Ａ，Ｃ］の双方において、ステータスはＢＡＤではないので、ノード＃Ｂおよびノード＃Ｃともに次ホップ候補ノードとなる。そして、ＴＳ１［Ａ，Ｂ，ＢＡＤ］、ＴＳ２［Ａ，Ｂ，ＢＡＤ］、およびＴＳ１［Ａ，Ｃ，ＢＡＤ］、ＴＳ２［Ａ，Ｃ，ＢＡＤ］がともに条件Ａを満足することから、図７のステップＳ１１の場合に該当する。この場合、ノード＃Ｂおよびノード＃Ｃがともに最終的な次ホップ候補として残るが、ＴＳ２［Ａ，Ｃ，ＧＯＯＤ］＞ＴＳ１［Ａ，Ｂ，ＧＯＯＤ］であるため、ステップＳ１１の処理によりノード＃Ｃを次ホップ候補として選択する。

その後、時刻ｔ１２〜ｔ１３間において、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｃ］のＲＳＳＩおよびＰＥＲが悪化し、その結果、時刻ｔ１３〜ｔ１４間でＳｔａｔｕｓ［Ａ，Ｃ］がＢＡＤになることから、図７のステップＳ４の処理により、ノード＃Ｃは次ホップノード候補から外れる。一方、Ｓｔａｔｕｓ［Ａ，Ｂ］はＢＡＤにならないため、ノード＃Ｂが次ホップ候補となる。したがって、図８に示すように、時刻ｔ１３以降、ノード＃Ａにおける宛先ノード＃Ｄへの経路として次ホップはノード＃Ｂに切り替わる。

その後、時刻ｔ１４〜ｔ１５間において、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｃ］のＲＳＳＩおよびＰＥＲが良好となるが、条件Ａを満足する次ホップ候補ノードはノード＃Ｂのみであることから、図９に示すように、ノード＃Ａにおける宛先ノード＃Ｄの経路として、次ホップはノード＃Ｂのままとなる。

なお、時刻ｔ１４〜ｔ１５間において、ノード＃ＣのＴＳ２については、最新の観測時間は区間ＤＢ１となり、ＴＳ２［Ａ，Ｃ，ＢＡＤ］＜ＴＨ＿ＴＳ２＿ＢＡＤを満足する。しかし、ノード＃ＣのＴＳ１については、ＴＳ１［Ａ，Ｃ，ＢＡＤ］＜ＴＨ＿ＴＳ１＿ＢＡＤの条件を満足しないため、ノード＃Ｃは条件Ａに該当しないことになる。一方、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｂ］では、ノード＃Ｂが条件Ａを満足するため、時刻ｔ１４以降の次ホップはノード＃Ｂとなる。

以上のように、図３と図９を比較すると明らかなように、本実施形態によれば、中期的、長期的に安定な無線リンクを優先的に使用するように経路情報を制御することが可能となり、その結果、安定した経路テーブルの作成を実現することができる。

以上説明したように本実施形態によれば、無線伝播状態の変化が大きい状況において、長期的な観測時間で得られた統計情報を基に長期的に安定した無線リンクを使用するようにルーティングプロトコルを動作させることができる。これにより、安定した経路を作成することが可能であり、例えば一時的に完全に通信不可状態となることの影響が大きい動画伝送等のストリーム伝送を想定したシステム等の経路切り替えのコストが大きいシステムへ適用することで、経路切り換えを最小限に抑えることが可能となる。

また、特定のパラメータを必要とせず、無線リンクの状態を示す統一的なパラメータであるステータスを使用することにより、様々なシステムへの適用が可能である。更に、ノード間におけるシグナリング等も不要であることから、既存システムとの親和性も高いシステムを構築することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の一実施形態に係る無線通信システムを示す模式図である。 ノード＃Ａにおいて、隣接ノードであるノード＃Ｂおよびノード＃Ｃとの無線リンクにおける、ＲＳＳＩ、ＰＥＲの時間変動を示す模式図である。 図２の場合に、ノード＃Ａにおける宛先ノード＃Ｄへの経路テーブルの遷移例を示す模式図である。 本発明の一実施形態にかかる無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。 Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｂ］、Ｌｉｎｋ［Ａ，Ｃ］のそれぞれにおいて、ＲＳＳＩ、ＰＥＲ、ステータスの値を示す模式図である。 ステータスの時間占有率の例を示す模式図である。 ２つの観測時間ＴＳ１およびＴＳ２を用いた場合に、複数経路から１つの経路を選択する処理を示すフローチャートである。 図５及び図６に示す各パラメータの遷移をまとめて示す模式図である。 本実施形態の手法により経路を決定した場合のノード＃Ａにおける宛先ノード＃Ｄへの経路テーブルの遷移を示す模式図である。

符号の説明

１４ 統計情報取得部
１６ ステータス分類部
１８ 時間占有率取得部
２４ 送信制御部
１００ 無線通信装置
２００ 無線通信システム

Claims (10)

1. 無線マルチホップネットワークを構成する無線通信装置であって、
   無線マルチホップネットワークを構成する隣接ノードとの間の無線伝播状態を表すパラメータを取得するパラメータ取得部と、
   取得した前記パラメータに基づいて、隣接ノードとの間の無線伝播状態を複数のステータスに分類するステータス分類部と、
   異なる複数の観測時間において、前記ステータスのそれぞれの時間占有率を取得する時間占有率取得部と、
   前記時間占有率に基づいて、隣接ノードへの通信経路を選択する通信制御部と、
   を備えることを特徴とする、無線通信装置。
2. 前記通信制御部は、前記複数の観測時間のうち、より長い観測時間における前記時間占有率を優先的に用いて隣接ノードへの通信経路を選択することを特徴とする、請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記通信制御部は、前記時間占有率が所定の経路選択条件を満たす場合に、当該時間占有率に対応する隣接ノードを通信経路として選択することを特徴とする、請求項１に記載の無線通信装置。
4. 前記通信制御部は、前記複数の観測時間のうち、少なくとも２つの観測時間における前記時間占有率がともに前記経路選択条件を満たす場合は、より長い観測時間において前記経路選択条件を満たした時間占有率に対応する隣接ノードを通信経路として選択することを特徴とする、請求項１に記載の無線通信装置。
5. 前記通信制御部は、通信が不可であることを示すステータスの時間占有率が所定の閾値よりも低い隣接ノードを通信経路として選択することを特徴とする、請求項１に記載の無線通信装置。
6. 前記通信制御部は、通信が可能であることを示すステータスの時間占有率が所定の閾値よりも高い隣接ノードを通信経路として選択することを特徴とする、請求項１に記載の無線通信装置。
7. 前記通信制御部は、隣接ノードとの間の無線伝播状態が、通信が不可であることを示すステータスである場合は、当該隣接ノードを通信経路の候補から外すことを特徴とする、請求項１に記載の無線通信装置。
8. 無線マルチホップネットワークを構成する複数のノードからなる無線通信システムであって、
   前記ノードは、
   隣接ノードとの間の無線伝播状態を表すパラメータを取得するパラメータ取得部と、
   取得した前記パラメータに基づいて、隣接ノードとの間の無線伝播状態を複数のステータスに分類するステータス分類部と、
   異なる複数の観測時間において、前記ステータスのそれぞれの時間占有率を取得する時間占有率取得部と、
   前記時間占有率に基づいて、隣接ノードへの通信経路を選択する通信制御部と、
   を備えることを特徴とする、無線通信システム。
9. 無線マルチホップネットワークを構成する無線通信装置における無線通信方法であって、
   隣接ノードとの間の無線伝播状態を表すパラメータを取得するステップと、
   取得した前記パラメータに基づいて、隣接ノードとの間の無線伝播状態を複数のステータスに分類するステップと、
   異なる複数の観測時間において、前記ステータスのそれぞれの時間占有率を取得するステップと、
   前記時間占有率に基づいて、隣接ノードへの通信経路を選択するステップと、
   を備えることを特徴とする、無線通信方法。
10. 無線マルチホップネットワークを構成する無線通信装置におけるプログラムであって、
    隣接ノードとの間の無線伝播状態を表すパラメータを取得する手段、
    取得した前記パラメータに基づいて、隣接ノードとの間の無線伝播状態を複数のステータスに分類する手段、
    異なる複数の観測時間において、前記ステータスのそれぞれの時間占有率を取得する手段、
    前記時間占有率に基づいて、隣接ノードへの通信経路を選択する手段、
    としてコンピュータを機能させるためのプログラム。

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